燃料电池系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃料电池系统
【背景技术】
[0002]接收反应气体(燃料气体和氧化气体)的供应并且发电的燃料电池已经投入实际使用。在燃料电池中，由电化学工艺氧化燃料，由此将由于氧化反应释放的能量直接转换成电能。燃料电池包括膜-电极组件，其中成对电极(阳极和阴极)设置在通过其有选择地输送氢离子的聚合物电解质膜的两侧上。每一电极包括促进电化学反应的催化剂层。催化剂层包括作为承载诸如铂的金属催化剂和运送质子和氧的离聚物(聚合物电解质)的碳的催化剂承载碳。
[0003]已知由于下述原因，当燃料电池干燥时，具有上述构造的燃料电池的发电性能下降。由于燃料电池干燥，过氧化氢的浓度增加，由此，产生0H自由基。因此，包括在各个电极中的催化剂层中的离聚物和电解质膜的氟成分分解。由此，离聚物的质子传导率减小，离聚物中的氧的溶解度减小，因此，过电压减小。因此，近年来，已经提出了防止燃料电池干燥的技术(例如，参见日本专利申请公开N0.2008-262824 (JP 2008-262824 A)。在JP2008-262824 A中所述的燃料电池系统中，在燃料电池很可能干燥的低负荷范围中，操作氢栗来循环阳极气体，由此防止阳极干燥。
[0004]在JP 2008-262824 A所述的燃料电池系统中，在低负荷范围中，操作氢栗来防止燃料电池干燥，如上所述。然而，在例如车辆中设置燃料电池系统的情况下，氢栗的操作噪声变得大于外部声或当车辆以低速行驶时产生的噪声(例如车辆的轮胎的噪声和/或风声)。因此，车辆的乘客会感到不适。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种燃料电池系统，在适当时间执行干燥防止操作，而不会使乘客感到不适。
[0006]本发明的第一方面涉及一种燃料电池系统，包括在车辆中设置的燃料电池；以及电子控制单元，被配置成确定燃料电池中的水量是否等于或小于预定量，并且在电子控制单元确定燃料电池中的水量等于或小于预定量的情况下，当车辆的速度等于或高于预定阈值时，通过增加燃料电池中的水量，防止燃料电池的干燥。
[0007]通过上述构造，仅当(i)燃料电池中的水量等于或小于预定量(燃料电池处于干燥状态)并且(ii)其中设置燃料电池的车辆的速度等于或高于预定阈值时(即，仅当满足条件(i)和(ii)两者时)，才防止燃料电池干燥。因此，用来防止燃料电池干燥的设备(例如辅机)的操作噪声能被通过车辆的行驶导致的声音(例如，风声)淹没。因此，可以防止燃料电池干燥，同时不会使乘客感到不适。
[0008]在根据第一方面的燃料电池系统中，电子控制单元可以被配置成将基准值设定到在燃料电池中的水量大于预定量的状态中测量的阻抗的平均值，并且当基准值与当前测量的阻抗之间的差等于或大于预定阈值时，确定燃料电池中的水量等于或小于预定量。
[0009]通过上述构造，将基准值设定到在燃料电池中的水量大于预定量的状态(例如在紧接在前行程期间或当前行程期间的预定非干燥发电状态(即，在燃料电池不干燥的预定条件下发电的状态)中测量的阻抗的平均值。能通过将基准值与当前测量的阻抗比较，执行干燥确定(例如，可以确定燃料电池是否处于干燥状态)。即，将预定非干燥发电状态中的阻抗用作基准值，能使用基准值，执行干燥确定。因此，即使当由于燃料电池的老化劣化，基准值改变时，也能准确地执行干燥确定(即，可以准确地确定燃料电池是否处于干燥状态)。
[0010]本发明的第二方面涉及一种燃料电池系统，包括在车辆中设置的燃料电池；以及电子控制单元，电子控制单元被配置成确定燃料电池的操作状态是否是燃料电池中的水量减小并且将诱发燃料电池干燥的干燥诱发操作状态，以及在电子控制单元确定燃料电池的操作状态是干燥诱发操作状态的情况下，当车辆的速度等于或高于预定阈值时，通过增加燃料电池中的水量来执行防止燃料电池的干燥的干燥防止操作。
[0011]通过上述构造，仅当α)燃料电池的操作状态处于干燥诱发操作状态(即，燃料电池中的水量减小并且将诱发燃料电池的干燥的操作状态)并且(ii)其中设置燃料电池的车辆的速度等于或高于预定阈值时(即，仅当满足条件α)和αυ两者时)，才能够执行干燥防止操作。因此，用来执行干燥防止操作的设备(例如辅机)的操作噪声会被由车辆的行驶导致的声音(例如风声)淹没。因此，可以执行干燥防止操作，而不会使乘客感到不适。此外，代替直接确定燃料电池是否处于干燥状态，确定燃料电池的操作状态，并且当操作状态处于干燥诱发操作状态时，执行干燥防止操作。因此，可以预先防止出现燃料电池干燥。
[0012]在根据第二方面的燃料电池系统中，电子控制单元可以被配置成当由燃料电池产生的电流等于或小于预定阈值，并且所产生的电流持续流动预定时间段或更长时，确定燃料电池的操作状态为干燥诱发操作状态。
[0013]通过上述构造，当(i)由燃料电池产生的电流处于低负荷范围(S卩，所产生的电流等于或小于预定阈值)并且(ii)所产生的电流持续流动预定时间段或更长时，能确定燃料电池的操作状态是干燥诱发操作状态。即，可以确定干燥出现的概率(可能性)，而不基于例如测量阻抗，直接确定燃料电池是否处于干燥状态。因此，即使在阻抗的变化小的低负荷范围中，也可以预先防止发生干燥。
[0014]在根据第二方面的燃料电池系统中，电子控制单元可以被配置成当燃料电池的负荷的减小率或燃料电池的输出的减小率大于预定阈值时，确定燃料电池的操作状态为干燥诱发操作状态。
[0015]在燃料电池的负荷(所需电力)从高负荷到低负荷急剧减小的情况下，当负荷高时，将大量反应气体(特别是作为氧化气体的空气)供应到燃料电池，并且当负荷变低时，存在反应气体过剩。由此，估计由于过剩氧化气体将使燃料电池处于干燥状态。因此，计算燃料电池的负荷的减小率(每单位时间的燃料电池的负荷的减小量)或燃料电池的输出的减小率(每单位时间的燃料电池的输出的减小量)，并且当所计算的负荷(输出)的减小率大于预定阈值时，能确定燃料电池的操作状态处于干燥诱发操作状态。
[0016]在根据第二方面的燃料电池系统中，电子控制单元可以被配置成当燃料电池的温度等于或高于预定阈值时，确定燃料电池的操作状态为干燥诱发操作状态。
[0017]通过上述构造，当燃料电池的温度相对高时(温度等于或高于预定阈值)，能确定燃料电池的操作状态是干燥诱发操作状态。即，可以基于燃料电池的温度，确定干燥出现的概率(可能性)，而不是基于例如测量阻抗，直接确定燃料电池处于干燥状态。因此，即使阻抗变化小的低负荷范围中，可以预先防止出现干燥。
[0018]根据第一方面的燃料电池系统可以进一步包括将燃料气体供应到燃料电池的燃料气体通路；从燃料电池排放的燃料废气通过其回到燃料气体通路的循环通路；以及将循环通路中的燃料废气在压力下输送到燃料气体通路的循环栗。在这种情况下，电子控制单元可以被配置成在电子控制单元确定燃料电池中的水量等于或小于预定量的情况下，当车辆的速度等于或高于预定阈值时，使循环栗的操作量大于通常操作量。
[0019]根据第二方面的燃料电池系统可以进一步包括将燃料气体供应到燃料电池的燃料气体通路；使从燃料电池排放的燃料废气通过其回到燃料气体通路的循环通路；以及将循环通路中的燃料废气在压力下输送到燃料气体通路的循环栗。在这种情况下，电子控制单元可以被配置成在电子控制单元确定燃料电池的操作状态为干燥诱发操作状态的情况下，当车辆的速度等于或高于预定阈值时，使循环栗的操作量大于通常操作量。
[0020]通过上述构造，当(i)燃料电池处于干燥状态(或燃料电池的操作状态是干燥诱发操作状态)并且(ii)其中设置燃料电池的移动体的速度等于或高于预定阈值时(即当满足(i)和(ii)两者时)，通过使循环栗的操作量大于通常操作量，以便增加在压力下输送到燃料气体通路的燃料废气量，能增加包含在供应到燃料电池的燃料气体中的水量。即，能将增加循环栗的操作量的操作用作“干燥防止操作”。由于由循环栗消耗的电力远小于由空气压缩机消耗的电力，可以防