CN105609834B - 燃料电池***、干燥程度取得方法 - Google Patents

燃料电池***、干燥程度取得方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105609834B
CN105609834B CN201510712894.1A CN201510712894A CN105609834B CN 105609834 B CN105609834 B CN 105609834B CN 201510712894 A CN201510712894 A CN 201510712894A CN 105609834 B CN105609834 B CN 105609834B
Authority
CN
China
Prior art keywords
operating condition
fuel cell
drying
case
degree
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201510712894.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105609834A (zh
Inventor
盐川谕
坊农哲也
浜野井修
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Publication of CN105609834A publication Critical patent/CN105609834A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105609834B publication Critical patent/CN105609834B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04634—Other electric variables, e.g. resistance or impedance
    • H01M8/04641—Other electric variables, e.g. resistance or impedance of the individual fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04828—Humidity; Water content
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/389—Measuring internal impedance, internal conductance or related variables
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04126—Humidifying
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/04358—Temperature; Ambient temperature of the coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04492—Humidity; Ambient humidity; Water content
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04492—Humidity; Ambient humidity; Water content
    • H01M8/04529—Humidity; Ambient humidity; Water content of the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04634—Other electric variables, e.g. resistance or impedance
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04664—Failure or abnormal function
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04828—Humidity; Water content
    • H01M8/0485—Humidity; Water content of the electrolyte
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/392—Determining battery ageing or deterioration, e.g. state of health
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明涉及燃料电池***、干燥程度取得方法，在基于燃料电池的阻抗来检测电解质膜的干燥的方法中抑制误检测。在制冷剂温度小于规定温度的情况下(步骤S310为“否”)，不执行基于阻抗的实数部的干燥检测(步骤S320、S330、S340)。由此，抑制在制冷剂温度小于规定温度的情况下可能产生的误检测。

Description

燃料电池***、干燥程度取得方法
本申请主张基于在2014年11月15日提出申请的申请编号2014-232248号的日本专利申请的优先权，并将其公开的全部通过参照而援引于本申请。
技术领域
本发明涉及燃料电池。
背景技术
已知有基于燃料电池的阻抗来检测构成燃料电池的电解质膜是否干燥的方法。具体而言，若阻抗小于基准值，则检测为湿润，若阻抗为基准值以上，则检测为干燥(JP2009-231225)。
发明内容
在上述在先技术的情况下，若燃料电池的阻抗因电解质膜的干燥以外的原因而发生变化，则存在误检测的可能性。本发明以这样的误检测的抑制为解决课题。
本发明用于解决上述课题，可以作为以下的方式实现。
(1)根据本发明的一方式，提供如下的燃料电池***。该燃料电池***具备：测定部，测定燃料电池的阻抗；控制部，控制所述燃料电池的运转状态；及取得部，在所述运转状态为第一运转状态的情况下，根据所述测定出的阻抗来取得所述燃料电池的干燥程度，在所述运转状态为水平衡比所述第一运转状态多的第二运转状态的情况下，取得所述干燥程度作为湿润状态。根据该方式，能够抑制水平衡多的运转状态下的误检测。这是因为，在水平衡多的运转状态下，基于阻抗的干燥检测停止。水平衡多的运转状态下，在基于阻抗的干燥检测中容易产生误检测。
(2)可以的是，所述取得部在所述阻抗的实数部比基准值小的情况下取得所述干燥程度作为湿润状态，在所述运转状态为所述第一运转状态时基于由所述测定部进行的测定来取得所述实数部，在所述运转状态为所述第二运转状态时视为所述实数部为比所述基准值小的值。根据该方式，在第一及第二运转状态下，可以使用同一基准值。
(3)根据本发明的另一方式，提供如下的燃料电池***。该燃料电池***具备：测定部，测定燃料电池的阻抗；控制部，控制所述燃料电池的运转状态；及取得部，在所述运转状态为第一运转状态的情况下，根据所述测定出的阻抗来取得所述燃料电池的干燥程度，在所述运转状态为水平衡比所述第一运转状态多的第二运转状态的情况下，根据在所述运转状态为所述第一运转状态的情况下由所述测定部测定出的阻抗来取得所述干燥程度。根据该方式，能够检测水平衡多的运转状态下的误检测。这是因为，在水平衡多的运转状态下，使用在水平衡少的运转状下测定到的阻抗来执行干燥检测。
(4)所述第二运转状态可以是所述燃料电池的温度小于规定值而进行运转的状态。根据该方式，能稳定地决定是第一运转状态还是第二运转状态。
(5)所述测定部可以使用一个频率来执行所述阻抗的测定。根据该方式，能够容易地测定阻抗。
(6)在由所述取得部取得所述干燥程度为干燥状态的情况下，所述控制部可以执行水平衡比所述第一运转状态多的加湿运转。根据该方式，能够抑制燃料电池的干燥。
本发明能够以上述以外的各种方式实现。例如，能够以燃料电池的运转方法、用于实现该方法的计算机程序、存储有该计算机程序的非暂时性的存储介质、执行该计算机程序的干燥程度取得装置、执行该计算机程序的干燥抑制装置等方式实现。
附图说明
图1是表示燃料电池***的结构的概略图。
图2是表示燃料电池***的电结构的概略图。
图3是表示干燥抑制处理的流程图(实施方式1)。
图4是表示燃料电池的等价电路的电路图。
图5是等价电路中的柯尔-柯尔(Cole-Cole)曲线图。
图6是表示阻抗的实数部与制冷剂温度之间的概略性的关系的坐标图。
图7是表示干燥抑制处理的流程图(实施方式2)。
具体实施方式
对实施方式1进行说明。图1是表示燃料电池***100的结构的概略图。燃料电池***100具备燃料电池10、控制装置20、阴极气体供给部30、阴极气体排出部40、阳极气体供给部50、阳极气体循环排出部60、制冷剂供给部70。
燃料电池10是接受作为反应气体的氢(阳极气体)和空气(阴极气体)的供给而发电的固体高分子型燃料电池。燃料电池10具有将多个单电池11层叠而成的堆叠结构。各单电池11具有：在电解质膜的两面上配置有电极的发电体即膜电极接合体；夹持膜电极接合体的两张隔板。
电解质膜由干燥程度为湿润状态且表现出良好的质子传导性的固体高分子薄膜构成。需要说明的是，在本实施方式中所说的干燥程度是决定作为湿润状态或干燥状态中的任一个的指标。湿润状态是如上所述表现出良好的质子传导性而作为燃料电池10的运转没有障碍的状态。干燥状态是非湿润状态的状态，即质子传导性不良好而作为燃料电池10的运转存在障碍的状态。电极由碳构成。在电极与电解质膜的界面上载持有用于促进发电反应的铂催化剂。在各单电池11上设有反应气体或制冷剂用的歧管(未图示)。歧管的反应气体经由设于各单电池11的气体流路向各单电池11的发电区域供给。
控制装置20具备控制部22、取得部25。控制部22接受来自负载200的发电要求，根据该要求来控制以下说明的燃料电池***100的各结构部，实现基于燃料电池10的发电。
阴极气体供给部30具备阴极气体配管31、空气压缩器32、空气流量计33。阴极气体配管31是与燃料电池10的阴极侧连接的配管。空气压缩器32经由阴极气体配管31而与燃料电池10连接，将取入外部空气并压缩后的空气作为阴极气体向燃料电池10供给。
空气流量计33在空气压缩器32的上游侧，计测空气压缩器32取入的外部空气的量，并向控制装置20发送。控制装置20基于该计测值，对空气压缩器32进行驱动，由此将向燃料电池10的空气的供给量与向负载200的发电电力施加建立关联地或者与电力施加分开地进行控制。
阴极气体排出部40具备阴极废气配管41、调压阀43、压力计测部44。阴极废气配管41是与燃料电池10的阴极侧连接的配管，将阴极废气向燃料电池***100的外部排出。调压阀43调整阴极废气配管41中的阴极废气的压力(燃料电池10的背压)。压力计测部44设置在调压阀43的上游侧，计测阴极废气的压力，并将其计测值向控制装置20发送。控制装置20基于压力计测部44的计测值来调整调压阀43的开度。
阳极气体供给部50具备阳极气体配管51、氢罐52、开闭阀53、调节器54。氢罐52经由阳极气体配管51而与燃料电池10的阳极连接，将填充于罐内的氢向燃料电池10供给。
开闭阀53及调节器54从上游侧(即接近氢罐52的一侧)依次设于阳极气体配管51。开闭阀53按照来自控制装置20的指令进行开闭，控制从氢罐52的氢的流入。调节器54是用于调整氢的压力的减压阀，其开度由控制装置20控制。
阳极气体循环排出部60具备阳极废气配管61、气液分离部62、阳极气体循环配管63、氢循环用泵64、阳极排水配管65、排水阀66。阳极废气配管61是将燃料电池10的阳极的出口与气液分离部62连接的配管，将包含发电反应未使用的未反应气体(氢或氮等)的阳极废气向气液分离部62引导。
气液分离部62与阳极气体循环配管63和阳极排水配管65连接。气液分离部62对阳极废气包含的气体成分与水分进行分离，将气体成分向阳极气体循环配管63引导，将水分向阳极排水配管65引导。
阳极气体循环配管63与阳极气体配管51连接。在阳极气体循环配管63上设有氢循环用泵64，通过该氢循环用泵64，将气液分离部62中分离的气体成分包含的氢向阳极气体配管51送出。这样，在该燃料电池***100中，使阳极废气含有的氢循环，再次向燃料电池10供给，由此能提高氢的利用效率。
阳极排水配管65是用于将在气液分离部62中分离的水分向燃料电池***100的外部排出的配管。排水阀66设于阳极排水配管65，按照来自控制装置20的指令进行开闭。控制装置20在燃料电池***100的运转中，通常，将排水阀66关闭，在预先设定的规定的排水定时或阳极废气中的非活性气体的排出定时将排水阀66打开。
制冷剂供给部70具备制冷剂用配管71、散热器72、制冷剂循环用泵73、制冷剂温度计测部74。制冷剂用配管71是将设于燃料电池10的制冷剂用的入口歧管与出口歧管连结的配管，使用于对燃料电池10进行冷却的制冷剂循环。散热器72设于制冷剂用配管71，在制冷剂用配管71中流动的制冷剂与外部空气之间进行热交换，由此对制冷剂进行冷却。
制冷剂循环用泵73在制冷剂用配管71中，设置在比散热器72靠下游侧(燃料电池10的制冷剂入口侧)处，将在散热器72中冷却后的制冷剂向燃料电池10送出。制冷剂温度计测部74在制冷剂用配管71中，设置在燃料电池10的制冷剂出口的附近，将计测值向控制装置20发送。控制装置20根据制冷剂温度计测部74的计测值来检测燃料电池10的运转温度。控制装置20基于该检测结果，对散热器72和制冷剂循环用泵73进行控制，由此来调整燃料电池10的温度。
图2是表示燃料电池***100的电结构的概略图。燃料电池***100具备二次电池81、DC/DC转换器82、DC/AC逆变器83、单电池电压计测部91、电流计测部92、测定部93、SOC计测部94。
燃料电池10经由直流电源线DCL而与DC/AC逆变器83连接。二次电池81经由DC/DC转换器82而与直流电源线DCL连接。DC/AC逆变器83与负载200连接。
二次电池81由锂离子电池构成，作为燃料电池10的辅助电源起作用。DC/DC转换器82对二次电池81的充放电进行控制，按照来自控制装置20的指令来调整直流电源线DCL的电压等级。控制装置20在燃料电池10的输出相对于来自负载200的输出要求而不足的情况下，经由DC/DC转换器82，指令基于二次电池81的电力供给。
DC/AC逆变器83将从燃料电池10和二次电池81得到的直流电力转换成交流电力，向负载200供给。在负载200中产生再生电力的情况下，该再生电力由DC/AC逆变器83转换成直流电力，并经由DC/DC转换器82向二次电池81充电。
单电池电压计测部91与燃料电池10的各单电池11连接，计测各单电池11的电压(单电池电压)。单电池电压计测部91将其计测结果向控制装置20发送。
电流计测部92与直流电源线DCL连接，计测燃料电池10输出的电流值，向控制装置20发送。SOC计测部94与二次电池81连接，计测二次电池81的SOC(State Of Charge：充电状态)，向控制装置20发送。
测定部93通过交流法来计测燃料电池10的阻抗。燃料电池10的阻抗与燃料电池10的内部存在的水分量对应地变化。由此，通过计测阻抗，能够推定电解质膜的干燥程度是干燥状态还是湿润状态。以下说明具体的推定方法。
图3是表示干燥抑制处理的流程图。干燥抑制处理在由燃料电池10实施发电的期间，通过控制装置20反复执行。控制装置20通过执行干燥抑制处理，作为实现干燥抑制方法的干燥抑制装置起作用。控制装置20通过执行干燥抑制处理，也作为实现干燥程度取得处理的干燥程度取得装置起作用。
首先，判定制冷剂温度是否为规定温度T(例如50℃)以上(步骤S310)。在制冷剂温度为规定温度T以上的情况下(步骤S310为“是”)，对阻抗的实数部R1进行计测(步骤S320)。以下，将“阻抗的实数部”简称为“实数部”。
图4表示上述阻抗计测中的等价电路。图4中的Ra表示溶液阻力，Rb表示反应阻力，C表示双电层电容器中的容量。当上述的电解质膜干燥时，溶液阻力Ra增大。即，能够通过监测溶液阻力Ra而检测电解质膜的干燥。
图5是上述等价电路中的柯尔-柯尔曲线图。理论上，频率f为无限大的情况下的实数部与溶液阻力Ra相等。在本实施方式中，将频率f固定成比较小的规定值(例如200～240Hz的任意的值)，并将得到的实数部R1视为溶液阻力Ra。
接下来，判定实数部R1是否为基准值Rt以上(步骤S330)。在实数部R1为基准值Rt以上的情况下(步骤S330为“是”)，取得部25取得干燥程度作为干燥状态(步骤S340)。即，取得部25在实数部R1为基准值Rt以上的情况下，检测到电解质膜为干燥状态。图5是在制冷剂温度为温度T2的情况下，例示了实数部R1d(T2)作为电解质膜干燥时的值。温度T2是比规定温度T高的温度，例如为80℃。
然后，在控制部22执行了加湿控制之后(步骤S350)，结束干燥抑制处理。加湿控制具体可列举使燃料电池的温度下降、使阴极气体和阳极气体中的至少任一个的化学计量比下降、将排水阀66关闭等。在步骤S350中，可以执行上述的任1个，也可以同时执行2个以上。
另一方面，在实数部R1小于基准值Rt的情况下(步骤S330为“否”)，取得部25取得了干燥程度作为湿润状态之后(步骤S360)，结束干燥抑制处理。即，控制装置20在实数部R1小于基准值Rt的情况下，不执行基于控制部22的加湿控制，结束干燥抑制处理。这是因为，在实数部R1小于基准值Rt的情况下，电解质膜湿润的可能性高。即，在实数部R1小于基准值Rt的情况下不执行加湿控制是因为实质上检测到干燥程度为湿润状态。图5在制冷剂温度为温度T2的情况下，例示了实数部R1w(T2)作为电解质膜湿润时的值。
另一方面，在制冷剂温度小于规定温度T的情况下(步骤S310为“否”)，将阻抗的实数部视为预先确定的规定值(步骤S325)，执行步骤S330。该规定值是比基准值Rt小的值。由此，在执行步骤S325的情况下，判定为阻抗的实数部小于基准值Rt(步骤S330为“否”)。即，与实际的阻抗的实数部无关，根据制冷剂温度小于规定温度T的情况，直接判定为电解质膜的干燥程度是湿润状态。
这样，在制冷剂温度小于规定温度T的情况下，回避干燥检测的理由有2个。第一个理由是若制冷剂温度低，则饱和水蒸气量减小，因此电解质膜湿润的可能性高。若电解质膜湿润的可能性高，则缺少执行干燥检测的必要性。
第二个理由是容易发生误检测。实数部R1如前述那样是频率f比较小的值，因此不仅依赖于电解质膜是湿润还是干燥，而且也较强地依赖于制冷剂温度。其理由在下文进行说明。
在制冷剂温度低的情况下，燃料电池的温度也降低。当燃料电池的温度降低而小于某一温度(与规定温度T大致相等的温度)时，水平衡增多，由此在燃料电池内水分变得过剩，容易产生冷凝水。当冷凝水产生时，气体扩散阻力增大。气体扩散阻力的增大作为等价电路中的阻力Rb的增大，会给阻抗测定造成影响。
阻力Rb的增大表现为柯尔-柯尔曲线中的半圆的半径的增大。当半圆的半径增大时，即使频率f相同，实数部R1的值也会增大。在图5中，在制冷剂温度为温度T1的情况下，示出了电解质膜湿润时的半圆的一部分。温度T1是比规定温度T低的温度，例如为30℃。如图5所示，在制冷剂温度为温度T1的情况下，通过频率f测定的实数部R1w(T1)超过基准值Rt。
图6是表示实数部R1与制冷剂温度之间的概略性的关系的坐标图。该坐标图表示以电解质膜湿润的情况及将阻抗测定中的频率固定的情况为前提的关系。在制冷剂温度为规定温度T以上的情况下，如图6所示，实数部R1稳定为实数部R1w(T2)。另一方面，在制冷剂温度比规定温度T小的情况下，如图6所示，实数部R1随着制冷剂温度降低而增大，不久之后超过基准值Rt，达到实数部R1w(T1)。
前述的步骤S310监测燃料电池的温度作为用于判定这一连串的现象是否发生的参数。
根据本实施方式，即便干燥检测使用简洁的方法，也能够防止上述的误检测。在此所说的简洁的方法主要是指如下的3点。(a)在基于交流法的测定中采用比较小的频率f，(b)将频率f固定为1个值，(c)忽视测定出的阻抗的虚数部，仅基于实数部来检测电解质膜的干燥。若使用这样的简洁的方法，则能够减少燃料电池10的制造成本，且能减少控制装置20的处理负荷。
在这样同时采用上述(a)(b)(c)的情况下，难以判别实数部R1的增大是依赖于溶液阻力Ra的增大，还是依赖于反应阻力Rb的增大。其结果是，在以往的方法中存在误检测的可能性。
因此，在本实施方式中，在实数部R1的增大依赖于反应阻力Rb的增大的可能性高的情况下，停止干燥检测，由此能避免误检测。而且，即使这样停止检测，看漏电解质膜干燥的情况的可能性也低。其原因是，为了防止误检测而停止检测的条件(制冷剂温度小于规定温度T)也是电解质膜湿润的可能性高的条件。
而且，仅基于制冷剂温度来判定是否为实数部R1的增大依赖于反应阻力Rb的增大的可能性高的运转状态(步骤S310)，因此判定结果稳定。
此外，制冷剂温度的测定与阻抗的测定相比响应性良好，优选作为用于使阻抗的测定停止的参数。
此外，制冷剂温度无论是规定温度T以上还是小于规定温度T，在步骤S330以后都为同一步骤，因此能够以简易的结构进行安装。
对实施方式2进行说明。实施方式2与实施方式1的硬件结构相同，在干燥抑制处理上存在不同的点。
图7是表示实施方式2的干燥抑制处理的流程图。实施方式2的干燥抑制处理取代实施方式1中包含的步骤S325而包含步骤S335。其他的步骤与实施方式1相同。
步骤S335在步骤S310中判定为“否”的情况下执行。具体而言，在制冷剂温度小于规定温度T的情况下(步骤S310为“否”)，判定最近计测到的实数部R1是否为基准值Rt以上(步骤S335)。在最近计测到的实数部R1为基准值Rt以上的情况下(步骤S335为“是”)，取得部25取得干燥程度作为干燥状态之后(步骤S340)，控制部22在执行了加湿控制之后(步骤S350)，结束干燥抑制处理。
另一方面，在最近计测到的实数部R1小于基准值Rt的情况下(步骤S335为“否”)，取得部25取得干燥程度作为湿润状态之后(步骤S360)，不执行基于控制部22的加湿控制而结束干燥抑制处理。
根据实施方式2，在制冷剂温度低的情况下，不作出一律为湿润状态的判定，而能够进行基于最近的测定的判定。
本发明并不局限于本说明书的实施方式或实施例、变形例，在不脱离其主旨的范围内能够以各种结构实现。例如，发明内容一栏记载的各方式中的技术特征所对应的实施方式、实施例、变形例中的技术特征为了解决前述的课题的一部分或全部，或者实现前述的效果的一部分或全部，能够适当进行更换、组合。该技术特征在本说明书中只要不是作为必须的结构进行说明，就可以适当删除。例如，例示以下的情况。
在制冷剂温度为规定温度以上的情况下，可以推定为电解质膜湿润。即，在制冷剂温度为规定温度以上的情况下，可以不执行其他的步骤(例如步骤S335)。
即使燃料电池的温度小于规定温度，若加湿被禁止，则也可以进行实数部的测定。
作为停止电解质膜的干燥检测的条件(检测是否为第二运转状态的条件)，可以使用温度以外的参数。例如，测定水平衡、气体扩散阻力、冷凝的水分量、阳极气体或阴极气体的化学计量比或阻抗的虚数部，在容易产生误检测的状况的情况下，可以停止电解质膜的干燥检测，可以使用上述的条件中的任一个，也可以将上述的条件组合。在组合的情况下，可以适当使用AND条件或OR条件等。水平衡的测定或冷凝的水分量的测定例如可以通过测定燃料电池中的生成水的量、从燃料电池流出的水分量、向燃料电池流入的水分量、燃料电池的温度来算出。
可以考虑第二运转状态为水平衡多的运转状态，或者可以考虑为燃料电池的温度比规定温度高的运转状态、气体扩散阻力大的运转状态、冷凝的水分量多的运转状态。
在停止了电解质膜的干燥检测的情况下，可以直接结束干燥抑制处理。即，在实施方式1的步骤S310中判定为否的情况下，可以不执行将阻抗的实数部视为规定值的处理，若停止加湿控制，则能够得到与实施方式1同等的结果。
在具备对阴极气体进行加湿的加湿器的情况下，可以通过加湿器来执行前述的加湿控制。
阻抗测定使用的频率可以不是固定值。即，可以在1次的测定中使用1个频率，每次测定时可以使用不同的频率。或者也可以使用多个频率进行测定。
作为测定对象的燃料电池可以不是机动车用，可以是搭载于其他的运输用设备(二轮车、电车等)的燃料电池或固定的燃料电池。
在上述实施方式中，通过软件实现的功能及处理的至少一部分可以由硬件实现。而且，通过硬件实现的功能及处理的至少一部分可以由软件实现。作为硬件，例如，可以使用集成电路、分立电路、或者将这些电路组合的电路模块等各种电路(circuitry)。
标号说明
10…燃料电池
11…发电体
20…控制装置
22…控制部
25…取得部
30…阴极气体供给部
31…阴极气体配管
32…空气压缩器
33…空气流量计
40…阴极气体排出部
41…阴极废气配管
43…调压阀
44…压力计测部
50…阳极气体供给部
51…阳极气体配管
52…氢罐
53…开闭阀
54…调节器
60…阳极气体循环排出部
61…阳极废气配管
62…气液分离部
63…阳极气体循环配管
64…氢循环用泵
65…阳极排水配管
66…排水阀
70…制冷剂供给部
71…制冷剂用配管
72…散热器
73…制冷剂循环用泵
74…制冷剂温度计测部
81…二次电池
82…DC/DC转换器
91…单电池电压计测部
92…电流计测部
93…测定部
94…SOC计测部
100…燃料电池***
200…负载

Claims (20)

1.一种燃料电池***，具备：
测定部，测定燃料电池的阻抗；
控制部，控制所述燃料电池的运转状态；及
取得部，在所述运转状态为第一运转状态的情况下，根据所述测定出的阻抗来取得所述燃料电池的干燥程度，在所述运转状态为水平衡比所述第一运转状态多的第二运转状态的情况下，取得所述干燥程度作为湿润状态，
所述取得部在所述阻抗的实数部比基准值小的情况下取得所述干燥程度作为湿润状态，在所述运转状态为所述第一运转状态时基于由所述测定部进行的测定来取得所述实数部，在所述运转状态为所述第二运转状态时视为所述实数部为比所述基准值小的值。
2.根据权利要求1所述的燃料电池***，其中，
所述第二运转状态是所述燃料电池的温度小于规定值而进行运转的状态。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池***，其中，
所述测定部使用一个频率来执行所述阻抗的测定。
4.根据权利要求1或2所述的燃料电池***，其中，
在由所述取得部取得所述干燥程度为干燥状态的情况下，所述控制部执行水平衡比所述第一运转状态多的加湿运转。
5.根据权利要求3所述的燃料电池***，其中，
在由所述取得部取得所述干燥程度为干燥状态的情况下，所述控制部执行水平衡比所述第一运转状态多的加湿运转。
6.一种燃料电池***，具备：
测定部，测定燃料电池的阻抗；
控制部，控制所述燃料电池的运转状态；及
取得部，在所述运转状态为第一运转状态的情况下，根据所述测定出的阻抗来取得所述燃料电池的干燥程度，在所述运转状态为水平衡比所述第一运转状态多的第二运转状态的情况下，根据在所述运转状态为所述第一运转状态的情况下由所述测定部最近测定出的阻抗来取得所述干燥程度。
7.根据权利要求6所述的燃料电池***，其中，
所述第二运转状态是所述燃料电池的温度小于规定值而进行运转的状态。
8.根据权利要求6或7所述的燃料电池***，其中，
所述测定部使用一个频率来执行所述阻抗的测定。
9.根据权利要求6或7所述的燃料电池***，其中，
在由所述取得部取得所述干燥程度为干燥状态的情况下，所述控制部执行水平衡比所述第一运转状态多的加湿运转。
10.根据权利要求8所述的燃料电池***，其中，
在由所述取得部取得所述干燥程度为干燥状态的情况下，所述控制部执行水平衡比所述第一运转状态多的加湿运转。
11.一种燃料电池的干燥程度取得方法，其中，
在燃料电池的运转状态为第一运转状态的情况下，根据所述燃料电池的阻抗的测定值来取得所述燃料电池的干燥程度，在所述运转状态为水平衡比所述第一运转状态多的第二运转状态的情况下，取得所述干燥程度作为湿润状态，
在所述阻抗的实数部比基准值小的情况下取得所述干燥程度作为湿润状态，在所述运转状态为所述第一运转状态时基于所述测定值来取得所述实数部，在所述运转状态为所述第二运转状态时视为所述实数部为比所述基准值小的值。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，
所述第二运转状态是所述燃料电池的温度小于规定值而进行运转的状态。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，
使用一个频率来执行所述阻抗的测定。
14.根据权利要求11或12所述的方法，其中，
在取得所述干燥程度为干燥状态的情况下，执行水平衡比所述第一运转状态多的加湿运转。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，
在取得所述干燥程度为干燥状态的情况下，执行水平衡比所述第一运转状态多的加湿运转。
16.一种燃料电池的干燥程度取得方法，其中，
在燃料电池的运转状态为第一运转状态的情况下，根据所述燃料电池的阻抗的测定值来取得所述燃料电池的干燥程度，在所述运转状态为水平衡比所述第一运转状态多的第二运转状态的情况下，根据在所述运转状态为所述第一运转状态的情况下最近测定出的所述阻抗来取得所述干燥程度。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，
所述第二运转状态是所述燃料电池的温度小于规定值而进行运转的状态。
18.根据权利要求16或17所述的方法，其中，
使用一个频率来执行所述阻抗的测定。
19.根据权利要求16或17所述的方法，其中，
在取得所述干燥程度为干燥状态的情况下，执行水平衡比所述第一运转状态多的加湿运转。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，
在取得所述干燥程度为干燥状态的情况下，执行水平衡比所述第一运转状态多的加湿运转。
CN201510712894.1A 2014-11-15 2015-10-28 燃料电池***、干燥程度取得方法 Active CN105609834B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014232248A JP6206377B2 (ja) 2014-11-15 2014-11-15 燃料電池システム
JP2014-232248 2014-11-15

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105609834A CN105609834A (zh) 2016-05-25
CN105609834B true CN105609834B (zh) 2018-07-17

Family

ID=55855529

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510712894.1A Active CN105609834B (zh) 2014-11-15 2015-10-28 燃料电池***、干燥程度取得方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10276883B2 (zh)
JP (1) JP6206377B2 (zh)
KR (1) KR101829105B1 (zh)
CN (1) CN105609834B (zh)
CA (1) CA2909886C (zh)
DE (1) DE102015119045A1 (zh)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6693384B2 (ja) * 2016-10-27 2020-05-13 株式会社デンソー 燃料電池システム
CN106784929B (zh) * 2016-12-07 2020-04-28 同济大学 一种用于燃料电池的加湿器
KR102667347B1 (ko) 2016-12-27 2024-05-21 현대자동차주식회사 연료전지 시스템 및 그 제어방법
US11063277B2 (en) 2017-05-24 2021-07-13 Hyundai Motor Company Method of controlling an ignition of a fuel cell vehicle
JP7172918B2 (ja) * 2019-09-04 2022-11-16 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムおよびその制御方法
DE102019217357A1 (de) * 2019-11-11 2021-05-12 Robert Bosch Gmbh Energiequellensystem mit einer Zustandsbestimmung
KR20210074712A (ko) 2019-12-12 2021-06-22 현대자동차주식회사 차량용 연료전지 스택의 임피던스 측정 방법
CN110988698B (zh) * 2019-12-30 2022-05-27 广东爱德曼氢能源装备有限公司 一种新型的燃料电池测试***
CN113571746B (zh) * 2021-06-04 2024-02-06 武汉格罗夫氢能汽车有限公司 一种燃料电池***及防止电堆阳极水淹的方法
KR20230072921A (ko) 2021-11-18 2023-05-25 현대자동차주식회사 차량용 연료전지 임피던스 측정 장치 및 그 방법
CN116819360A (zh) * 2023-08-30 2023-09-29 宁德时代新能源科技股份有限公司 冷凝水测试的方法和装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101213696A (zh) * 2005-06-30 2008-07-02 丰田自动车株式会社 燃料电池***
CN101855762A (zh) * 2007-11-08 2010-10-06 丰田自动车株式会社 燃料电池***
CN102282710A (zh) * 2009-01-13 2011-12-14 丰田自动车株式会社 燃料电池***

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2379363A1 (en) 2001-03-28 2002-09-28 Ballard Power Systems Inc. Methods and apparatus for improving the cold starting capability of a fuel cell
JP4300346B2 (ja) * 2002-12-18 2009-07-22 日産自動車株式会社 燃料電池システム
US7778915B2 (en) 2003-10-14 2010-08-17 Ften, Inc. Financial data processing system
JP4807000B2 (ja) * 2005-08-09 2011-11-02 トヨタ自動車株式会社 性能劣化判定装置及びその方法
CN100413134C (zh) * 2005-12-30 2008-08-20 新源动力股份有限公司 一种质子交换膜燃料电池无增湿操作条件的遴选方法
JP5061464B2 (ja) * 2006-01-26 2012-10-31 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP2008041559A (ja) * 2006-08-09 2008-02-21 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム、およびその運転停止方法
JP5061594B2 (ja) * 2006-11-24 2012-10-31 トヨタ自動車株式会社 燃料電池運転システム
JP5126480B2 (ja) * 2007-04-19 2013-01-23 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP2008277089A (ja) * 2007-04-27 2008-11-13 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
JP4947362B2 (ja) 2007-05-10 2012-06-06 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
US20090075127A1 (en) * 2007-09-17 2009-03-19 Gm Global Technology Operations, Inc. Method for measuring high-frequency resistance of fuel cell in a vehicle
JP5196246B2 (ja) * 2008-03-25 2013-05-15 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
KR20100121354A (ko) 2009-05-08 2010-11-17 삼성전자주식회사 연료 전지의 열화를 진단하는 방법 및 장치
JP2011014429A (ja) * 2009-07-03 2011-01-20 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
US8524408B2 (en) * 2009-09-25 2013-09-03 GM Global Technology Operations LLC Stack operation method aimed at cell reversal prevention
JP5741320B2 (ja) * 2011-08-22 2015-07-01 日産自動車株式会社 燃料電池システム
JP6149475B2 (ja) * 2013-04-10 2017-06-21 日産自動車株式会社 燃料電池システム
JP6160254B2 (ja) 2013-05-30 2017-07-12 リコーイメージング株式会社 ズームレンズ系

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101213696A (zh) * 2005-06-30 2008-07-02 丰田自动车株式会社 燃料电池***
CN101855762A (zh) * 2007-11-08 2010-10-06 丰田自动车株式会社 燃料电池***
CN102282710A (zh) * 2009-01-13 2011-12-14 丰田自动车株式会社 燃料电池***

Also Published As

Publication number Publication date
DE102015119045A1 (de) 2016-05-19
CA2909886C (en) 2019-02-12
US10276883B2 (en) 2019-04-30
US20160141688A1 (en) 2016-05-19
CN105609834A (zh) 2016-05-25
KR20160058678A (ko) 2016-05-25
DE102015119045A8 (de) 2016-07-21
KR101829105B1 (ko) 2018-02-13
JP2016096084A (ja) 2016-05-26
JP6206377B2 (ja) 2017-10-04
CA2909886A1 (en) 2016-05-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105609834B (zh) 燃料电池***、干燥程度取得方法
JP7049065B2 (ja) セル（燃料電池）のグループを用いた燃料電池スタック状態監視
JP6725449B2 (ja) 燃料電池システム
CN111224131B (zh) 燃料电池***及其低温吹扫方法
JP6115261B2 (ja) 燃料電池監視装置
US20130149628A1 (en) Method of estimating amiount of liquid water in fuel cell, method of estimating amount of liquid water discharged from fuel cell, estimation apparatus of liquid water amount in fuel cell and fuel cell system
CN101803094B (zh) 燃料电池***
JP2004127915A (ja) 燃料電池システム
KR101085505B1 (ko) 연료전지시스템
JP5267835B2 (ja) 燃料電池システム及び燃料電池システムのインピーダンス測定方法
US20200144644A1 (en) Fuel cell system
JP2015099727A (ja) 燃料電池監視装置
JP2007080708A (ja) 電池電源の劣化診断方式
JP2013109949A (ja) 燃料電池システム
JP6897626B2 (ja) 燃料電池システム及び金属イオン含有量の推定方法
US9172103B2 (en) Transient inlet relative humidity estimation via adaptive cathode humidification unit model and high frequency resistance
CA3001100C (en) Fuel cell state determination method and fuel cell state determination apparatus
RU2625322C2 (ru) Система топливных элементов и способ управления системой
JP2020198208A (ja) 燃料電池システム
JP2013134832A (ja) 燃料電池システムおよびその制御方法
Shou et al. Condition monitoring and fault diagnosis of PEMFC systems
JP7477037B1 (ja) 燃料電池発電システム及び制御方法
US20230307674A1 (en) Fuel cell system
CN116995273B (zh) 一种大功率燃料电池***含水状态检测方法及装置
JP2014175205A (ja) 燃料電池監視装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant