燃料电池系统的制作方法
【专利摘要】燃料电池系统包含负载和与负载连接的燃料电池堆，通过向该燃料电池堆供给阳极气体和阴极气体，从而对应于负载进行发电，该燃料电池系统包含有：压力设定部，其在该负载较高时，与该负载较低时相比，将阳极气体的压力设定得较高；滞留点判定部，其对应于燃料电池堆的发电状态，判定氮气滞留点是否残留在燃料电池堆内的反应流路中；以及运转控制部，其在氮气滞留点残留的状态下，在要求负载下降时，禁止降低阳极气体的压力而进行运转。
【专利说明】燃料电池系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种燃料电池系统。
【背景技术】
[0002]JP2007-517369A公开了一种燃料电池系统，该燃料电池系统反复进行高压的阳极气体的供给/停止而使阳极气体的压力发生脉动。在上述燃料电池系统中，如果供给高压的阳极气体，则会发生发电反应，消耗阳极气体。并且，如果停止阳极气体的供给，则残留在反应流路中的阳极气体在发电反应中被消耗。然后，再次供给高压的阳极气体，通过发电反应消耗阳极气体。通过反复上述情况，不浪费而高效地利用阳极气体。
【发明内容】
[0003]在对应于要求负载的变动而对阳极气体的压力进行调整的情况下，在要求负载提高时，压力调整阀的开度或开阀时间增大。其结果，从氢气罐供给高压的氢气，阳极气体的压力迅速上升。因此，上升过渡运转的时间较短。然而，在要求负载降低时，在压力调整阀关闭的状态下，必须等待通过发电反应消耗氢气。因此，降低阳极气体的压力时的过渡运转(下降过渡运转)的时间，比上升过渡运转的时间长。在该下降过渡运转中，有时缓冲罐的氮气会逆流，MEA的阳极气体会残留在反应流路中。在这种状态下，如果再次进行下降过渡运转，则有可能发生氢气不足的情况，促进MEA (电解质膜)的劣化。
[0004]本发明是着眼于上述现有的问题点而提出的。本发明的目的在于，提供一种燃料电池系统，该燃料电池系统能够防止由氢气不足导致的MEA(电解质膜)的劣化。
[0005]本发明涉及的燃料电池系统的一个方式是，包含负载和与负载连接的燃料电池堆，通过向该燃料电池堆供给阳极气体和阴极气体，对应于负载进行发电。而且，其特征在于，包含:压力设定部，其在该负载较高时，与该负载较低时相比，将阳极气体的压力设定得较高；滞留点判定部，其对应于燃料电池堆的发电状态，判定在燃料电池堆内的反应流路中是否残留氮气滞留点；以及运转控制部，其在氮气滞留点残留的状态下要求负载下降时，禁止降低阳极气体的压力而运转。
[0006]以下根据附图，详细说明本发明的实施方式、本发明的优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1是表示本发明涉及的燃料电池系统的第I实施方式的概要的图。
[0008]图2A是说明燃料电池堆的外观斜视图。
[0009]图2B是表示发电单元的构造的分解图。
[0010]图3A是说明燃料电池堆中的电解质膜的反应的示意图。
[0011]图3B是说明燃料电池堆中的电解质膜的反应是示意图。
[0012]图4是示意地表示向燃料电池堆供给的反应气体的压力的图。
[0013]图5是说明产生氮气滞留点的机理的图。[0014]图6是示意地表示在图4的低负载运转中MEA的阳极流路中的氢气浓度的图。
[0015]图7是示意地表示在图4的高负载运转中MEA的阳极流路中的氢气浓度的图。
[0016]图8是说明本实施方式所要解决的课题的图。
[0017]图9是燃料电池系统的第I实施方式的由控制器执行的控制流程图。
[0018]图10是表示对氮气滞留点是否残留在MEA的阳极流路中进行判定的程序的流程图。
[0019]图11是表示压力下降ΛΡ、和氮气滞留点与出口相距的距离的相关性的一个例子的图。
[0020]图12是说明第I实施方式的执行了控制流程时的动作的时序图。
[0021]图13是本发明涉及的燃料电池系统的第2实施方式的由控制器执行的控制流程图。
[0022]图14是表示压力下降Λ P和当前的氢气浓度Cl的相关性的一个例子的图。
[0023]图15是表示用于计算对应于要求负载而降低压力后的氢气浓度C2的对应图的一个例子的图。
[0024]图16是说明第2实施方式的执行了控制流程时的动作的时序图。
[0025]图17是示意地表示第2实施方式的执行了控制流程时的MEA的阳极流路中的氢气浓度的图。
【具体实施方式】
[0026](第I实施方式)
[0027]图1是表示本发明涉及的燃料电池系统的第I实施方式的概要的图。
[0028]燃料电池系统包含有燃料电池堆100、氢气罐200、压力调整阀300、缓冲罐400、排泄阀500以及控制器600。
[0029]燃料电池堆100被供给反应气体(阳极气体H2、阴极气体O2)而进行发电。详细内容将后述。
[0030]氢气罐200是将阳极气体H2以高压状态储存的高压气体罐。氢气罐200设置在阳极流路的最上游。
[0031]压力调整阀300设置在氢气罐200的下游。压力调整阀300对从氢气罐200向阳极流路供给的新的阳极气体H2的压力进行调整。通过压力调整阀300的开度，对阳极气体H2的压力进行调整。
[0032]缓冲罐400设置在燃料电池堆100的下游。缓冲罐400存储从燃料电池堆100排出的阳极气体Η2。另外，在燃料电池堆的阴极流路中流动的空气的一部分(特别是氮气N2)会透过电解质膜而到达阳极流路。该氮气N2也与阳极气体H2 —起从燃料电池堆100排出，而存储在缓冲罐400中。
[0033]排泄阀500设置在缓冲罐400的下游。如果打开排泄阀500，则氮气N2与阳极气体H2 —起从缓冲罐400排泄。
[0034]控制器600基于设置在阳极流路上的压力传感器71或设置在燃料电池堆100中的电流电压传感器72等的信号，对压力调整阀300的动作进行控制。具体的控制内容将后述。[0035]图2A是说明燃料电池堆的外观斜视图。
[0036]如图2A所示，燃料电池堆100具有:层叠的多个发电单元10 ;集电板20 ;绝缘板30 ;端板40 ；以及4根拉紧杆50。
[0037]发电单元10是燃料电池的单位发电单元。各发电单元10形成I伏(V)左右的电动势。各发电单元10的详细结构将后述。
[0038]集电板20分别配置在层叠的多个发电单元10的外侧。集电板20由不透气的导电性部件、例如致密碳形成。集电板20具有正极端子211及负极端子212。燃料电池堆100通过正极端子211及负极端子212，获取在各发电单元10中产生的电子e 一并输出。
[0039]绝缘板30分别配置在集电板20的外侧。绝缘板30由绝缘性部件、例如橡胶等形成。
[0040]端板40分别配置在绝缘板30的外侧。端板40由具有刚性的金属材料、例如钢等形成。
[0041]在一侧的端板40(在图2A中左前侧的端板40)上，设置有阳极供给口 41a、阳极排出口 41b、阴极供给口 42a、阴极排出口 42b、冷却水供给口 43a和冷却水排出口 43b。在本实施方式中，阳极供给口 41a、冷却水供给口 43a及阴极排出口 42b设置在图中右侧。另夕卜，阴极供给口 42a、冷却水排出口 43b及阳极排出口 41b设置在图中左侧。
[0042]拉紧杆50分别配置在端板40的四个角部附近。燃料电池堆100在内部形成贯通的孔(未图示)。在该贯通孔中插入拉紧杆50。拉紧杆50由具有刚性的金属材料、例如钢等形成。为了防止发电单元10之间的电气短路，对拉紧杆50的表面实施绝缘处理。该拉紧杆50与螺母(由于在背面，因此未图示)螺合。拉紧杆50和螺母将燃料电池堆100沿层叠方向紧固。
[0043]作为向阳极供给口 41a供给作为阳极气体的氢气的方法，例如有将氢气气体从氢气储存装置直接供给的方法、或者对含有氢气的燃料进行改性而供给改性后的含氢气气体的方法等。此外，作为氢气储存装置，有高压气体罐、液化氢气罐、氢气吸附合金罐等。作为含有氢气的燃料，有天然气、甲醇、汽油等。在图1中，使用高压气体罐。另外，作为向阴极供给口 42a供给的阴极气体，通常利用空气。
[0044]图2B是表示发电单元的构造的分解图。
[0045]如图2B所不，发电单兀10是在膜电极接合体(Membrane Electrode Assembly ；MEA) 11的两面上配置阳极隔膜(阳极双极板)12a及阴极隔膜(阴极双极板)12b的构造。
[0046]作为MEA11，是在由离子交换膜构成的电解质膜111的两面上形成电极催化剂层112。在该电极催化剂层112上形成气体扩散层(Gas Diffusion Layer ;⑶L) 113。
[0047]电极催化剂层112例如由承载钼的炭黑粒子形成。
[0048]GDLl 13由具有充分的气体扩散性及导电性的部件、例如碳纤维形成。
[0049]从阳极供给口 41 a供给的阳极气体流过该⑶L113a而与阳极电极催化剂层112 (112a)反应后，从阳极排出口 41b排出。
[0050]从阴极供给口 42a供给的阴极气体流过GDLl 13b而与阴极电极催化剂层112 (112b)反应后，从阴极排出口 42b排出。
[0051]阳极隔膜12a经由⑶LI 13a及密封部14a与MEAll的单面(图2B的背面)重叠。阴极隔膜12b经由⑶LI 13b及密封部14b与MEAll的单面(图2B的表面)重叠。密封部14 (14a、14b)例如是娃橡胶、三兀乙丙橡胶(ethylene propylene diene monomer ;EPDM)、氟橡胶等橡胶状弹性材料。阳极隔膜12a及阴极隔膜12b例如是不锈钢等金属制的隔膜基体冲压成型的，在一侧的面上形成反应流路，在其相反侧的面上以与反应流路交替排列方式形成冷却水流路。如图2B所示，阳极隔膜12a及阴极隔膜12b重叠而形成冷却水流路。
[0052]在MEA11、阳极隔膜12a及阴极隔膜12b上分别形成有孔41a、41b、42a、42b、43a、43b， 这些孔重叠而形成阳极供给口(阳极供给歧管)41a、阳极排出口(阳极排出歧管)41b、阴极供给口(阴极供给歧管)42a、阴极排出口(阴极排出歧管)42b、冷却水供给口(冷却水供给歧管)43a及冷却水排出口(冷却水排出歧管)43b。
[0053]图3A及图3B是说明燃料电池堆中的电解质膜的反应的示意图。
[0054]如上所述，燃料电池堆100被供给反应气体(阴极气体O2、阳极气体H2)而进行发电。燃料电池堆100是层叠几百片膜电极接合体(Membrane Electrode Assembly ；MEA)而构成，该膜电极接合体是在电解质膜的两面形成有阴极电极催化剂层及阳极电极催化剂层而形成的。在图3A中示出其中I片MEA。在这里示出向MEA—边供给阴极气体(阴极入)并从对角侧排出(阴极出)，一边供给阳极气体(阳极入)并从对角侧排出(阳极出)的例子。
[0055]各膜电极接合体(MEA)在阴极电极催化剂层及阳极电极催化剂层中，对应于负载进行以下的反应而发电。
[0056]【式I】
[0057]阴极电极催化剂层:4H++4eO2— 2Η20...(1-1)
[0058]阳极电极催化剂层:2H2— 4H++4e_...(1-2)
[0059]如图3B所示，随着反应气体(阴极气体O2)流入阴极流路，进行上式(1-1)的反应，生成水蒸气。于是，在阴极流路的下游侧，相对湿度增大。其结果，阴极侧与阳极侧的相对湿度差增大。以该相对湿度差作为驱动力，水进行逆扩散而将阳极上游侧加湿。该水分进一步进行从MEA向阳极流路蒸发而将在阳极流路中流动的反应气体(阳极气体H2)加湿。然后，输送至阳极下游侧而将阳极下游的MEA加湿。
[0060]为了通过上述而高效地进行发电，需要使电解质膜处于适当的湿润状态。如果电解质膜中的水分较少而电解质膜的湿润度过低，则不能促进上述反应。相反，如果电解质膜中的水分过多，则剩余的水分溢至反应流路而阻碍气体的流动。在这种情况下，也不能促进上述反应。因此，通过使电解质膜处于适当的湿润状态，从而高效地进行发电。
[0061]图4是示意地表示向燃料电池堆供给的反应气体的压力的图。
[0062]该燃料电池堆100对应于要求负载的变动，设定反应气体(阳极气体，阴极气体)的压力。而且，压力调整阀300进行开闭，反复进行高压的阳极气体的供给/停止，从而脉动地供给阳极气体。
[0063]如图4所示，在要求负载较小时，反应气体(阳极气体、阴极气体)的压力设定得较低，脉动地供给阳极气体。如果要求负载增大，则反应气体(阳极气体、阴极气体)的压力设定得较高，脉动地供给阳极气体。
[0064]在要提高阳极气体的压力时，只要将压力调整阀300的开度或开阀时间增大即可。这样，从氢气罐200供给高压的氢气，阳极气体的压力能够迅速提高。因此，上升过渡运转的时间较短。[0065]然而，在要降低阳极气体的压力时，必须在关闭压力调整阀300的状态下，等待通过上式(1-2)的反应而消耗阳极气体H2。因此，降低阳极气体的压力时的过渡运转(下降过渡运转)的时间，比上升过渡运转的时间长。而且，在下降过渡运转中，由于关闭压力调整阀300，因此，阳极气体的压力不会脉动。另外，由于下降过渡运转的时间较长，因此，在燃料电池堆的MEA的反应流路中产生氮气滞留的位置(氮气滞留点)。如果氮气滞留，则该位置的阳极气体浓度比其他位置低。考虑这种氮气滞留点在低负载运转或高负载运转时都会产生，但由于关闭压力调整阀300的时间较短，因此不会成为问题。
[0066]以下对该氮气滞留点进行说明。
[0067]图5是说明产生氮气滞留点的机理的图，图5 (A)表示MEA的反应流路的剖面，图5(B)表示MEA的反应流路的位置中的阳极气体浓度的经时变化。
[0068]即使压力调整阀300全闭，如图5(A)的向右的箭头所示，MEA的阳极流路的阳极气体也会通过由氢气(阳极气体)消耗而引起的压力差，向缓冲罐侧流动。如果阳极气体被消耗，则阳极流路的压力低于缓冲罐的压力。其结果，发生从缓冲罐向阳极流路逆流的气体。在缓冲罐中与氢气H2 —起还存储有氮气N2,因此，与氢气H2 —起而氮气N2逆流。
[0069]在式(1-1) (1-2)中示出的催化剂反应中，氮气N2不反应，因此，不会被消耗。因此，随着时间的经过，在速度O点的附近氮气N2发生滞留。其结果，如图5(B)所示，随着时间的经过，阳极气体H2的浓度下降。
[0070]图6是示意地表示在图4的低负载运转中MEA的阳极流路中的氢气浓度的图，图6(A)表示脉动压力达到上限压力的状态，图6(B)表示脉动压力达到下限压力的状态。
[0071]在脉动压力达到上限压力时，阳极流路从上游至下游为止被氢气充满。在缓冲罐中，还存在氮气。因此，缓冲罐的氢气浓度低于阳极流路的氢气浓度。
[0072]在脉动压力下降而达到下限压力时，如上所述，由于存在氮气滞留点，因此，在阳极下游附近，氢气浓度下降。
[0073]图7是示意地表示在图4的高负载运转中MEA的阳极流路中的氢气浓度的图，图7(A)表示脉动压力达到上限压力的状态，图7(B)表示脉动压力达到下限压力的状态。
[0074]在高负载运转中，也与低负载运转相同地，在脉动压力达到上限压力时，阳极流路从上游至下游为止被氢气充满。
[0075]在脉动压力下降而达到下限压力时，如上所述，由于存在氮气滞留点，因此，在阳极下游附近氢气浓度下降。
[0076]此外，与低负载运转时相比，在高负载运转时，氮气滞留点位于阳极流路更深的位置。
[0077]图8是说明本实施方式所要解决的课题的图。图8(A)是示意地表示下降过渡运转结束的状态下的MEA的阳极流路中的氢气浓度的图。图8(B)是示意地表示在图8(A)的状态后，成为中负载运转而阳极气体的压力上升，脉动压力达到上限压力的状态下的MEA的阳极流路中的氢气浓度的图。图8(C)是示意地表示在图8(B)的状态后，下降过渡运转时的MEA的阳极流路中的氢气浓度的图。
[0078]如图4所示，下降过渡运转的时间较长。因此，如图8㈧所示，氮气滞留点位于比在图7(B)中示出的高负载运转中的脉动压力达到下限压力的状态下的位置更深的位置处。[0079]在这种状态之后，即使成为中负载运转而阳极气体的压力上升，脉动压力达到上限压力，如图8(B)所示，氮气滞留点也不会被排出至缓冲罐，而是残留在阳极流路内。
[0080]在这种状态下，如果进行下降过渡运转，则氮气滞留点被推入阳极流路的深处，并且，在该氮气滞留点处进一步滞留氮气，而发生氢气不足的情况。如果成为这种情况，则会促进MEA (电解质膜)的劣化。
[0081]为了解决这种课题，发明人想到以下述方式进行控制。
[0082]图9是燃料电池系统的第I实施方式的由控制器所执行的控制流程图。此外，控制器每隔微小时间(例如10毫秒)反复执行该流程图。
[0083]在步骤Sll中，控制器对应于要求负载设定目标压力。此外，要求负载例如根据由驾驶人踏入的加速器踏入量等而获得。另外，存在要求负载越大，目标压力也越大的倾向。具体而言，预先通过实验等，将相关性设定为对应图，在该对应图中使用要求负载而设定目标压力即可。
[0084]在步骤S12中，控制器判定当前是否是禁止降低压力而运转中。如果判定结果为否定，则控制器将处理转至步骤S13，如果判定结果为肯定将转至步骤S15。
[0085]在步骤S13中，控制器判定要求负载(目标压力)是否上升。如果判定结果为否定，则控制器将处理转至步骤S14，如果判定结果为肯定，则将处理转至步骤S15。
[0086]在步骤S14中，控制器不进行任何禁止，以与要求负载对应的目标压力运转。
[0087]在步骤S15中，控制器判定氮气滞留点是否残留在MEA的阳极流路中。此外，具体的判断方法将后述。如果判定结果为否定，则控制器将处理转至步骤S13，如果判定结果为肯定，则将处理转至步骤S16。
[0088]在步骤S16中，禁止降低压力而进行运转。
[0089]图10是表示对氮气滞留点是否残留在MEA的阳极流路中进行判定的程序的流程图。
[0090]在步骤S151中，控制器判定是否已运算出排出氮气滞留点所需的时间。如果判定结果为否定，则控制器将处理转至步骤S152，如果判定结果为肯定，则将处理转至步骤S156。
[0091]在步骤S152中，控制器运算氮气滞留点与出口相距的距离。氮气滞留点与出口相距的距离CN存在压力下降(ΛΡ)越大则越大的倾向。另外，即使是相同的压力下降(ΛΡ)，也存在初始压力越小则越大的倾向(图11)。因此，将这种关系预先通过实验等设定在对应图中，基于该对应图，运算氮气滞留点与出口相距的距离即可。
[0092]在步骤S153中，控制器对在打开排泄阀而排泄时氮气滞留点移动的速度进行运算。氮气滞留点的移动速度存在排泄阀的开度越大则越快的倾向。另外，存在排泄阀的开度时间越大则越快的倾向。另外，存在运转压力越高则越快的倾向。因此，将这种关系，预先通过实验等设定在对应图中，基于该对应图，运算氮气滞留点的移动速度即可。
[0093]在步骤S154中，控制器通过对使压力形成脉动而氮气滞留点移动的速度进行运算。氮气滞留点的移动速度存在脉动振幅越大则越快的倾向。另外，存在脉动周期越短则越快的倾向。因此，将这种关系，预先通过实验等设定在对应图中，基于该对应图，运算氮气滞留点的移动速度即可。
[0094]在步骤S155中，控制器对排出氮气滞留点所需的时间进行运算。具体而言，考虑在步骤S152中求出的氮气滞留点与出口相距的距离、在步骤S153及步骤S154中求出的氮气滞留点的移动速度，对排出氮气滞留点所需的时间进行运算。
[0095]在步骤S156中，控制器判定是否经过了排出氮气滞留点所需的时间。如果判定结果为否定，则控制器将处理转至步骤S157，如果判定结果为肯定，则将处理转至步骤S158。
[0096]在步骤S157中，控制器判定氮气滞留点残留在MEA的阳极流路中。
[0097]在步骤S158中，控制器判定氮气滞留点从MEA的阳极流路中排出。
[0098]如果执行以上的流程图，没有运算出排出氮气滞留点所需的时间，则进行步骤S151 — S152 — S153 — S154 — S155的处理，运算排出氮气滞留点所需的时间。
[0099]在运算出排出氮气滞留点所需的时间后，直至经过该时间为止，进行步骤S151 — S156 — S157的处理，判定氮气滞留点仍残留在MEA的阳极流路中。并且，如果经过了该时间，则进行步骤S151 — S156 — S158的处理，判定氮气滞留点已从MEA的阳极流路中排出。
[0100]图12是说明第I实施方式的执行控制流程时的动作的时序图。
[0101]此外，为了容易理解与上述流程图的对应关系，在流程图中的步骤编号上标注S而一起记载。
[0102]执行上述的控制流程而以下述方式动作。
[0103]在图12中，在时刻til之前，反复进行步骤Sll — S12 — S13 — S14的处理，以与要求负载对应的目标压力运转。
[0104]在时刻tll，要求负载上升。此时，氮气滞留点不会残留在MEA的阳极流路中。因此，进行步骤Sll — S12 — S13 — S15 — S14的处理，以与要求负载对应的目标压力运转。而且，其后，反复进行步骤Sll — S12 — S13 — S14的处理，以与要求负载对应的目标压力运转。
[0105]在时刻tl2，要求负载降低。此时，进行步骤Sll —S12 —S13 —S14的处理，以与要求负载对应的目标压力运转。另外，其后也是反复进行步骤Sll — S12 — S13 — S14的处理，以与要求负载对应的目标压力运转。
[0106]在时刻tl3，要求负载再次上升。由于在刚刚之前进行了下降过渡运转，因此，氮气滞留点会残留在MEA的阳极流路中。因此，进行步骤Sll — S12 — S13 — S15 — S16的处理，禁止降低压力而运转。其后，反复进行步骤Sll — S12 — S15 — S16的处理，禁止降低压力而运转。
[0107]在时刻tl4，要求负载再次降低。但是在该时刻，氮气滞留点还残留在MEA的阳极流路中。因此，进行步骤Sll — S12 — S15 — S16的处理，继续禁止降低压力而运转。其结果，虽然要求负载下降，但压力不降低，而是维持当前的压力而运转。
[0108]在时刻tl5，经过排出氮气滞留点所需的时间。即，判定为氮气滞留点从MEA的阳极流路中排出。因此，进行步骤Sll — S12 — S15 — S14的处理，以与要求负载对应的目标压力运转。其结果，压力降低而运转。其后，反复进行步骤Sll — S12 — S13 — S14的处理，不禁止降低压力，而以与要求负载对应的目标压力运转。
[0109]根据本实施方式，在氮气滞留点残留在MEA的阳极流路中时，即使要求负载下降，也不降低压力，而是维持当前的压力而运转。因此，能够防止由于在氮气滞留点处进一步滞留氮气而使氢气不足，导致促进MEA (电解质膜)的劣化的情况。[0110]而且，其后，在氮气滞留点从MEA的阳极流路中排出的情况下，降低压力而运转，因此，能够供给与要求负载对应的压力。假设没有降低压力而继续运转，则会导致燃料消耗性能恶化。然而，根据本实施方式，在氮气滞留点从MEA的阳极流路中排出的情况下，降低压力而运转，因此，能够防止这种情况。
[0111]另外，在本实施方式中，运算排出氮气滞留点所需的时间，根据是否经过了该时间，判断氮气滞留点是否残留在MEA的阳极流路中。因此，容易进行判定。
[0112](第2实施方式)
[0113]即使氮气滞留点实际残留在MEA的阳极流路中，如果要求负载下降较小而即使降低压力也不会导致氢气不足，则无需禁止降低压力。因此，在该第2实施方式中，对降低压力时是否会导致氢气不足进行推定。而且，仅在推定为会导致氢气不足时，才禁止降低压力，在推定为不会导致氢气不足时，不禁止降低压力。
[0114]以下说明具体的内容。
[0115]图13是本发明涉及的燃料电池系统的第2实施方式的由控制器执行的控制流程图。
[0116]此外，以下对起到与上述同样功能的部分标注相同的标号，适当省略重复的说明。
[0117]步骤Sll~S16与第I实施方式相同，省略说明。
[0118]在步骤S21中，控制器判定要求负载(目标压力)是否下降。如果判定结果为否定，则控制器将处理转至步骤S22，如果判定结果为肯定，则将处理转至步骤S16。
[0119]在步骤S22中，控制器推定当前的氢气浓度Cl。具体而言，氢气浓度Cl存在压力调整阀的闭阀时间越长、即压力下降(△?越多则越小的倾向。因此，将这种关系，预先通过实验等设定在对应图中(图14)，基于该对应图，推定当前的氢气浓度Cl即可。
[0120]在步骤S23中，控制器基于当前的氢气浓度Cl，对与要求负载对应而降低压力后的氢气浓度C2进行推定。具体而言,氢气浓度C2存在氢气浓度Cl越小则越小的倾向。另外，存在压力调整阀的闭阀时间越长则越小的倾向。因此，将这种关系，预先通过实验等设定在对应图中(图15)，基于该对应图，对氢气浓度C2进行推定即可。另外，也可以通过将在步骤S22中使用的对应图的初始值设为氢气浓度Cl，对氢气浓度C2进行推定。
[0121]在步骤S24中，控制器判定氢气浓度C2是否小于基准浓度CO。此外，该基准浓度CO是基准值，用于判定即使氢气浓度C2存在误差也不会在MEA的阳极流路中发生氢气不足的情况。这种基准值预先通过试验等设定即可。如果判定结果为否定，则控制器将处理转至步骤S14，如果判定结果为肯定，则将处理转至步骤S16。
[0122]执行上述控制流程而以下述方式动作。
[0123]图16是说明第2实施方式的执行了控制流程时的动作的时序图。另外，图17是示意地表示第2实施方式的执行了控制流程时的MEA的阳极流路中的氢气浓度的图。图17(A)示意地示出在结束下降过渡运转的状态下MEA的阳极流路中的氢气浓度。图17(B)示意地示出在图17( A)的状态后，负载上升而阳极气体的压力上升，脉动压力达到上限压力的状态下，MEA的阳极流路中的氢气浓度。图17(C)示意地示出在图17(B)的状态之后，负载降低而阳极气体的压力降低的状态下，MEA的阳极流路中的氢气浓度。
[0124]在图16中，在时刻t21之前，反复进行步骤Sll — S12 — S13 — S14的处理，以与要求负载对应的目标压力运转。[0125]在时刻t21，要求负载上升。此时，氮气滞留点不会残留在MEA的阳极流路中。因此，进行步骤Sll — S12 — S13 — S15 — S14的处理，以与要求负载对应的目标压力运转。而且，其后，反复进行步骤Sll — S12 — S13 — S14的处理，以与要求负载对应的目标压力运转。
[0126]在时刻t22，要求负载下降。此时，进行步骤Sll — S12 — S13 — S14的处理，以与要求负载对应的目标压力运转。另外，其后，反复进行步骤Sll — S12 — S13 — S14的处理，以与要求负载对应的目标压力运转。
[0127]在时刻t23，要求负载再次上升。此外，在图17(A)中示意地示出，要求负载刚上升之前的MEA的阳极流路中的氢气浓度。如上所述，氮气滞留点残留在MEA的阳极流路中。而且，在图17(B)中示意地示出要求刚负载上升之后的MEA的阳极流路中的氢气浓度。此时，进行步骤Sll — S12 — S13 — S15 — S21 — S22的处理，推定当前的氢气浓度Cl。然后，进行步骤S23的处理，推定氢气浓度C2。然后，进行步骤S24的处理。在这里，氢气浓度C2大于基准浓度CO，进行步骤S24 — S14的处理。其后，反复进行步骤Sll — S12 — S13 — S14的处理，以与要求负载对应的目标压力运转。
[0128]在时刻t24，要求负载下降。此时，进行步骤Sll —S12 —S13 —S14的处理，以与要求负载对应的目标压力运转。另外，其后，也反复进行步骤Sll — S12 — S13 — S14的处理，以与要求负载对应的目标压力运转。
[0129]在图17(C)中示意地示出刚结束该下降过渡运转之后的MEA的阳极流路中的氢气浓度。在氮气滞留点处确保氢气浓度C2，不会导致氢气不足。如上所述，根据本实施方式，能够以与要求负载对应的目标压力运转。即，不会无用地将运转压力维持为较高。因此，不会使燃料消耗性能恶化，能够稳定地发电。
[0130]以上，对本发明的实施方式进行说明，但上述实施方式只是本发明的适用例的一部分，并不能将本发明的技术范围限定于上述实施方式的具体结构。
[0131]例如，在上述实施方式中，运算排出氮气滞留点所需的时间，根据是否经过了该时间，由此求出氮气滞留点是否残留在MEA的阳极流路中，但并不限于此。也可以利用氮气传感器判定氮气是否残留。
[0132]另外，在各运算中使用的对应图只不过是一个例子。在对应图中使用的项目只要适当使用即可。
[0133]此外，上述实施方式可以适当地组合。
[0134]本申请基于2011年11月28日向日本特许厅申请的特愿2011-259101申请的优先权，该申请的全部内容作为参照引入本说明书中。
【权利要求】
1.一种燃料电池系统，其包含负载和与负载连接的燃料电池堆， 通过向该燃料电池堆供给阳极气体和阴极气体，从而对应于负载而进行发电， 该燃料电池系统包含: 压力设定部，其在该负载较高时，与该负载较低时相比，将阳极气体的压力设定得较闻; 滞留点判定部，其对应于燃料电池堆的发电状态，判定在燃料电池堆内的反应流路中是否残留氮气滞留点；以及 运转控制部，其在氮气滞留点残留的状态下要求负载下降时，禁止降低阳极气体的压力而进行运转。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中， 所述运转控制部，在禁止降低阳极气体的压力后，在氮气滞留点已不会残留时，允许降低阳极气体的压力而进行运转。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其中， 所述滞留点判定部，根据是否经过了排出氮气滞留点所需的时间，判定氮气滞留点是否残留。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的燃料电池系统， 还包含有浓度推定部，在氮气滞留点残留的状态下要求负载降低时，该浓度推定部对降低压力后的氢气浓度进行推定， 所述运转控制部，在推定出的氢气浓度大于基准值时，即使在氮气滞留点残留的状态下要求负载下降，也不禁止降低阳极气体的压力而进行运转。
【文档编号】H01M8/04GK103959529SQ201280058442
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2012年11月16日 优先权日:2011年11月28日
【发明者】池添圭吾, 筑后隼人, 市川靖 申请人:日产自动车株式会社