燃料電池系統(tǒng)（100）包括累計(jì)電流值測量單元（21）。累計(jì)電流值測量單元（21）通過在在負(fù)電壓電池（11）的陽極中通過水分解反應(yīng)產(chǎn)生氧氣期間對燃料電池（10）輸出的電流進(jìn)行時(shí)間積分測量累計(jì)電流值。控制單元（20）使用氧氣生成期間的累計(jì)電流值和陽極中的氧氣消耗速度之間的第一對應(yīng)關(guān)系和氧氣生成期間的燃料電池（10）的電流密度和陽極中的氧氣生成速度之間的第二對應(yīng)關(guān)系來獲得電流密度，并且所述控制單元致使燃料電池（10）以比所獲得的電流密度低的電流密度輸出電力，其中在等于或低于所獲得的電流密度的條件下，陽極中的氧氣量可以減少。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及一種燃料電池。
技術(shù)介紹
燃料電池通常具有堆疊結(jié)構(gòu)，用作發(fā)電元件的多個(gè)單電池堆疊在所述堆疊結(jié)構(gòu)中。反應(yīng)氣體經(jīng)由相應(yīng)的歧管流入到用于每個(gè)單電池的氣體流道中，并且被供應(yīng)到每個(gè)單電池的發(fā)電部分。然而，如果部分單電池的氣體流道被凍結(jié)的水分等堵塞，則供應(yīng)到該部分單電池的反應(yīng)氣體的供應(yīng)量將變得不足，因此，該部分單電池可能產(chǎn)生負(fù)電壓。以此種方式，當(dāng)燃料電池在部分單電池產(chǎn)生負(fù)電壓的狀態(tài)下繼續(xù)操作時(shí)，不僅燃料電池的發(fā)電性能整體惡化，而且這些單電池的電極也將可能降級。例如，為了針對以上問題采取措施，迄今為止已經(jīng)提出，如在日本專利申請公報(bào)No. 2005-093111 (JP-A-2005-093111)、日本專 利申請公報(bào) No. 2004-031232 (JP-A-2004-031232)和日本專利申請公報(bào) No. 2007-265929(JP-A-2007-265929)中所描述的技術(shù)、用于抑制因這種負(fù)電壓所造成的燃料電池的發(fā)電性能惡化或燃料電池降級的多種技術(shù)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)提供了一種用于抑制因負(fù)電壓而造成的燃料電池性能惡化和降級的技術(shù)。本專利技術(shù)的第一方面涉及一種燃料電池系統(tǒng)，所述燃料電池系統(tǒng)響應(yīng)外部負(fù)載的請求輸出電力。所述燃料電池系統(tǒng)包括燃料電池，所述燃料電池具有至少一個(gè)發(fā)電元件；控制單元，所述控制單元控制從所述燃料電池輸出的電力；以及累計(jì)電流值測量單元，所述累計(jì)電流值測量單元測量通過從所述燃料電池輸出的電流的時(shí)間積分獲得的累計(jì)電流值，其中所述累計(jì)電流值測量單元測量氧氣生成期間的累計(jì)電流值，在所述氧氣生成期間，可能在所述至少一個(gè)發(fā)電元件中產(chǎn)生負(fù)電壓，并且可能在所述至少一個(gè)發(fā)電元件的陽極中通過水分解反應(yīng)產(chǎn)生氧氣，所述控制單元預(yù)存儲有氧氣消耗速度和基于所述氧氣生成期間的累計(jì)電流值的預(yù)定值之間的第一對應(yīng)關(guān)系，在產(chǎn)生負(fù)電壓的所述至少一個(gè)發(fā)電元件的陽極中，氧氣以所述氧氣消耗速度與氫氣重新結(jié)合以被消耗；以及，氧氣生成速度和所述氧氣生成期間的所述燃料電池的電流密度之間的第二對應(yīng)關(guān)系，其中，在所述氧氣生成期間，在產(chǎn)生負(fù)電壓的所述至少一個(gè)發(fā)電元件的陽極中，氧氣以所述氧氣生成速度生成，并且當(dāng)確定可能會在所述至少一個(gè)發(fā)電元件中產(chǎn)生負(fù)電壓時(shí)，所述控制單元使用所述第一對應(yīng)關(guān)系來獲得氧氣消耗速度，并且使用所述第二對應(yīng)關(guān)系來獲得對應(yīng)于與通過所述第一對應(yīng)關(guān)系獲得的所述氧氣消耗速度相等的氧氣生成速度的電流密度，并且所述控制單元執(zhí)行輸出限制處理，以使所述燃料電池以比所獲得的對應(yīng)于所述氧氣生成速度的電流密度低的電流密度輸出電力。根據(jù)以上方面，使用第一對應(yīng)關(guān)系和第二對應(yīng)關(guān)系，能夠減小電流密度，以便減少產(chǎn)生負(fù)電壓的至少一個(gè)發(fā)電元件的陽極中的氧氣，所述氧氣阻止從負(fù)電壓恢復(fù)。因此，能夠抑制因負(fù)電壓所造成的燃料電池的性能惡化和降級。另外，根據(jù)以上方面的燃料電池系統(tǒng)還可以包括負(fù)電壓檢測單元，所述負(fù)電壓檢測單元測量所述至少一個(gè)發(fā)電元件的電壓，以檢測所述至少一個(gè)發(fā)電元件中的負(fù)電壓，其中所述累計(jì)電流值測量單元測量氧氣生成期間的累計(jì)電流值，在氧氣生成期間，在所述至少一個(gè)發(fā)電元件內(nèi)產(chǎn)生負(fù)電壓，并且在所述至少一個(gè)發(fā)電元件的陽極中通過水分解反應(yīng)生成氧氣，所述第一對應(yīng)關(guān)系可以是所述氧氣消耗速度和所述氧氣生成期間的累計(jì)電流值之間的對應(yīng)關(guān)系，其中，在產(chǎn)生負(fù)電壓的所述至少一個(gè)發(fā)電元件的陽極中，氧氣以所述氧氣消耗速度與氫氣重新結(jié)合以被消耗，并且當(dāng)已經(jīng)在所述至少一個(gè)發(fā)電元件中檢測到負(fù)電壓時(shí)，所述控制單元可以使用所述第一對應(yīng)關(guān)系來獲得對應(yīng)于所述氧氣生成期間的累計(jì)電流值的氧氣消耗速度，并且可以使用所述第二對應(yīng)關(guān)系來獲得對應(yīng)于與通過所述第一對應(yīng)關(guān)系獲得的所述氧氣消耗速度相等的氧氣生成速度的電流密度，并且所述控制單元可以執(zhí)行輸出限制處理，以使所述燃料電池以比所獲得的對應(yīng)于所述氧氣生成速度的電流密度低的電流密度輸出電力。 另外，根據(jù)以上方面的燃料電池系統(tǒng)還可以包括反應(yīng)氣體供應(yīng)單元，所述反應(yīng)氣體供應(yīng)單元向所述燃料電池供應(yīng)反應(yīng)氣體，其中當(dāng)已經(jīng)在所述至少一個(gè)發(fā)電元件中檢測到負(fù)電壓時(shí)，所述控制單元可以在預(yù)定范圍內(nèi)減小所述燃料電池的電流密度，并且可以在所述電流密度減小之前和之后檢測產(chǎn)生負(fù)電壓的所述至少一個(gè)發(fā)電元件的電壓變化，當(dāng)所述電壓變化落入預(yù)定的許可范圍內(nèi)時(shí)，所述控制單元可以執(zhí)行所述輸出限制處理，并且執(zhí)行增加供應(yīng)到所述燃料電池的反應(yīng)氣體的量的氣體量增加處理；而當(dāng)所述電壓變化落在所述預(yù)定的許可范圍之外時(shí)，所述控制單元可以執(zhí)行所述氣體量增加處理，而不執(zhí)行所述輸出限制處理。根據(jù)以上方面，當(dāng)在電流密度減小時(shí)產(chǎn)生負(fù)電壓的至少一個(gè)發(fā)電元件的電壓變化落入一范圍(該范圍等于在需要執(zhí)行輸出限制處理的預(yù)定狀態(tài)下的電壓變化)時(shí)，執(zhí)行輸出限制處理。因此，能夠適當(dāng)?shù)剡x擇并且執(zhí)行用于從負(fù)電壓恢復(fù)的處理。另外，根據(jù)以上方面的燃料電池系統(tǒng)還可以包括控制開關(guān)，所述控制開關(guān)用于控制所述燃料電池和所述外部負(fù)載之間的電連接，其中在所述輸出限制處理中，當(dāng)對應(yīng)于所述氧氣生成速度的所述電流密度低于預(yù)設(shè)值時(shí)，所述控制單元可以中斷所述外部負(fù)載和所述燃料電池之間的電連接，然后可以執(zhí)行將所述燃料電池再次電連接到所述外部負(fù)載的重新連接處理，并且在所述重新連接處理中，所述控制單元可以根據(jù)所述氧氣生成期間的累計(jì)電流值，設(shè)定從中斷所述燃料電池和所述外部負(fù)載之間的電連接時(shí)到將所述燃料電池再次連接到所述外部負(fù)載時(shí)的間隔時(shí)間。根據(jù)以上方面，即使當(dāng)難以通過輸出限制處理從負(fù)電壓恢復(fù)時(shí)，也能夠通過中斷燃料電池和外部負(fù)載之間的電連接而從負(fù)電壓恢復(fù)。然后，通過在經(jīng)過適當(dāng)?shù)卮_定的間隔時(shí)間之后將燃料電池重新連接到外部負(fù)載，能夠抑制在重新連接之后再次產(chǎn)生負(fù)電壓。另外，根據(jù)以上方面的燃料電池系統(tǒng)還可以包括負(fù)電壓檢測單元，所述負(fù)電壓檢測單元測量所述至少一個(gè)發(fā)電元件的電壓，以檢測所述至少一個(gè)發(fā)電元件中的負(fù)電壓；和操作狀態(tài)檢測單元，所述操作狀態(tài)檢測單元包括濕度系數(shù)檢測單元和操作溫度測量單元中的至少一個(gè)，所述濕度系數(shù)檢測單元檢測所述燃料電池內(nèi)部的潤濕狀態(tài)，所述操作溫度測量單元檢測所述燃料電池的操作溫度，其中所述累計(jì)電流值測量單元可以測量氧氣生成期間的累計(jì)電流值，在所述氧氣生成期間，在所述至少一個(gè)發(fā)電元件中產(chǎn)生負(fù)電壓，并且在所述至少一個(gè)發(fā)電元件的陽極中通過水分解反應(yīng)產(chǎn)生氧氣，所述第一對應(yīng)關(guān)系可以是為所述氧氣生成期間的每個(gè)累計(jì)電流值所準(zhǔn)備的對應(yīng)關(guān)系，并且可以是由所述濕度系數(shù)檢測單元檢測到的潤濕狀態(tài)和由所述操作溫度測量單元檢測到的操作溫度中的至少一個(gè)和氧氣消耗速度之間的對應(yīng)關(guān)系，其中在產(chǎn)生負(fù)電壓的所述至少一個(gè)發(fā)電元件的陽極中，氧氣以所述氧氣消耗速度與氫氣重新結(jié)合以被消耗，并且當(dāng)已經(jīng)在所述至少一個(gè)發(fā)電元件中檢測到負(fù)電壓時(shí)，所述控制單元可以使用對應(yīng)于所述氧氣生成期間的累計(jì)電流值的所述第一對應(yīng)關(guān)系來獲得對應(yīng)于由所述濕度系數(shù)檢測單元檢測到的潤濕狀態(tài)和由所述操作溫度測量單元檢測到的操作溫度中的所述至少一個(gè)的氧氣消耗速度，并且所述控制單元可以使用所述第二對應(yīng)關(guān)系來獲得對應(yīng)于與通過所述第一對應(yīng)關(guān)系獲得的所述氧氣消耗速度相等的氧氣生成速度的電流密度，并且所述控制單元可以執(zhí)行輸出限制處理，以使所述燃料電池以比所獲得的對應(yīng)于所述氧氣生成速度的電流密度低的電流密度輸出電力。根據(jù)以上方面，能夠根據(jù)燃料本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：川原周也，加藤學(xué)，
申請(專利權(quán))人：豐田自動車株式會社，
類型：
國別省市：
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