[发明专利]燃料电池系统以及控制燃料电池系统的方法

说明书

一种燃料电池系统包括：阴极气体供应通道，阴极气体通过其被供应至燃料电池堆；阴极气体排放通道，阴极气体通过其从燃料电池堆排出；涡轮压缩机，其被设置在阴极气体供应通道中用于将阴极气体输送至燃料电池堆；阀，其被设置在阴极气体供应通道或阴极气体排放通道中；以及控制器，其控制包括涡轮压缩机和阀的燃料电池系统的组成部件。控制器在不需要燃料电池堆生成电力的情况下，在涡轮压缩机被驱动的状态下，执行阴极气体流量变化控制以交替地打开和关闭阀。

技术领域

本发明涉及燃料电池系统以及控制燃料电池系统的方法。

背景技术

在日本未审查专利申请公布第2012-89523号(JP 2012-89523A)中描述的燃料电池系统中，在燃料电池堆处于停止电力生成的情况下，将阴极气体从空气压缩机间歇地供应至燃料电池堆，即使在电力生成的停止期间也如此，以便防止燃料电池堆不能快速响应生成电力的请求。以这种方式，单元电池的电压(其将被称为“电池电压”)保持等于或大于给定值。

发明内容

在JP 2012-89523A中描述的系统中，由于空气压缩机的惯性很大，因此无法在短周期内执行将阴极气体供应至燃料电池堆和停止供应，并且电池电压的变化量可能会增加。

根据本发明的第一方面的燃料电池系统包括：燃料电池堆；阴极气体供应通道，阴极气体通过阴极气体供应通道被供应至燃料电池堆；阴极气体排放通道，阴极气体通过阴极气体排放通道从燃料电池堆排出；涡轮压缩机，其被设置在阴极气体供应通道中，并被配置成将阴极气体输送至燃料电池堆；阀，其被设置在阴极气体供应通道或阴极气体排放通道中；以及控制器，其被配置成控制包括涡轮压缩机和阀的燃料电池系统的组成部件。控制器被配置成在不需要燃料电池堆生成电力时，在涡轮压缩机被驱动的情况下，执行阴极气体流量变化控制，以交替地打开和关闭阀。在该方面的燃料电池系统中，可以在短周期内执行向燃料电池堆供应阴极气体以及停止供应，从而可以减小电池堆的电压变化量。此外，燃料电池系统使用涡轮压缩机，并且由涡轮压缩机供应的阴极气体的量随着阀关闭时涡轮压缩机与阀之间的压力的增加而减小。因此，与使用诸如罗茨式(roots type)的体积压缩式的压缩机的情况相比，涡轮压缩机与阀之间的压力不太可能或不可能过度上升。

在根据上述方面的燃料电池系统中，当不需要燃料电池堆生成电力时由涡轮压缩机输送的阴极气体的流量小于当需要燃料电池堆生成电力时输送的阴极气体的流量。利用如此构造的燃料电池系统，与当不需要燃料电池堆生成电力时由涡轮压缩机输送的阴极气体的流量等于在需要燃料电池堆生成电力的情况下的流量的情况相比，提高了燃料效率。

在燃料电池系统中，阀可以被设置在阴极气体供应通道中的涡轮压缩机的下游，或者被设置在阴极气体排放通道中，并且涡轮压缩机可以包括：旋转体壳体，其容纳输送阴极气体的旋转体；电机壳体，其容纳驱动旋转体的电机，电机壳体的一部分填充有油；以及机械密封件，其阻止油从旋转体壳体渗入电机壳体中。利用如此构造的燃料电池系统，设置有机械密封件的涡轮压缩机可以实现旋转体的高速旋转，并且当阀关闭时，旋转体壳体中的压力增加到高于电机壳体中的压力，使得油不太可能或不可能从电机壳体渗入旋转体壳体中。

燃料电池系统还可以包括电压检测器，其被配置成检测燃料电池堆的电压。控制器被配置成当该电压小于预定目标电压时控制阀以增加电压，并且当该电压大于目标电压时控制阀以降低电压。利用如此构造的燃料电池系统，与基于电压增加的情况的目标电压和基于电压降低的的情况的目标电压被设置成不同值的情况相比，可以简化控制。

燃料电池系统还可以包括电压检测器，其被配置成检测燃料电池堆的电压。阀可以被设置在阴极气体供应通道中，并且控制器可以被配置成：(i)在不需要由燃料电池堆生成电力的情况下，生成了在涡轮压缩机被驱动的状态下关闭阀的命令之后，当在经过预定时间之前电压没有变得小于预定测试电压时，确定阀发生故障，并且(ii)当在经过预定时间之前，电压变得小于测试电压时，确定阀是正常的，然后执行阴极气体流量变化控制。利用如此构造的燃料电池系统，可以确定设置在阴极气体供应通道中的阀的故障。