燃料电池系统的制作方法

燃料电池系统
1.本技术基于2021年1月7日提出申请的日本专利申请第2021-001231号而主张优先权，并将其内容援引于此。
技术领域
2.本发明涉及燃料电池系统。


背景技术：

3.一直以来，例如已知有日本特开2018-116855号、日本特开2006-269371号、日本特开2005-108751号所示那样的、具备燃料电池堆的燃料电池系统。燃料电池堆使燃料气体与空气中的氧反应来发电。空气被空气压缩机向燃料电池堆压力输送。


技术实现要素：

4.在上述燃料电池系统中，本技术发明人发现了以下课题。即，为了提高燃料电池堆的发电容量，需要提高空气压缩机的排出能力。在该情况下，空气压缩机的驱动电力提高。与此相伴，用于驱动空气压缩机的电源也被要求高电压化。但是，期望电源为低电压。
5.本发明的方案的目的在于，不使用高电压的电源就使燃料电池系统运转。
6.《1》本发明的一方案的燃料电池系统具备：燃料电池堆；第一空气压缩机，其向所述燃料电池堆压力输送空气，并且由所述燃料电池堆供电；第二空气压缩机，该第二空气压缩机的驱动电压比所述第一空气压缩机的驱动电压低，且向所述燃料电池堆压力输送空气；以及辅助电源，其向所述第二空气压缩机供电。
7.在燃料电池系统起动时，例如，人或者控制装置使第二空气压缩机运转而从第二空气压缩机向燃料电池堆供给空气。在此，第二空气压缩机的驱动电压比第一空气压缩机的驱动电压低。因此，向第二空气压缩机供电的辅助电源为低电压的电源即可。
8.在燃料电池堆开始发电之后，例如，人或者控制装置使第一空气压缩机运转而使第二空气压缩机停止。并且，例如，人或者控制装置从第一空气压缩机向燃料电池堆供给空气。因此，在燃料电池堆开始发电而燃料电池堆要求更多的空气时，能够从驱动电压比第二空气压缩机的驱动电压高的第一空气压缩机向燃料电池堆压力输送较多的空气。在此，从燃料电池堆向第一空气压缩机供电。因此，即使在向第一空气压缩机供电时也不需要高电压的电源。
9.如以上所述，根据本方案的燃料电池系统，不使用高电压的电源就能够使燃料电池系统运转。
10.《2》在上述《1》所涉及的燃料电池系统中，也可以采用如下结构：所述燃料电池系统还具备阀机构，所述阀机构限制从所述第一空气压缩机排出的空气向所述第二空气压缩机流入、以及从所述第二空气压缩机排出的空气向所述第一空气压缩机流入。
11.阀机构限制从第一空气压缩机排出的空气向第二空气压缩机流入、以及从第二空气压缩机排出的空气向第一空气压缩机流入。因此，能够抑制从各空气压缩机排出的空气
非预期地向其他的空气压缩机流入。其结果是，燃料电池系统稳定地运转。
12.《3》在上述《1》或《2》所涉及的燃料电池系统中，也可以采用如下结构：所述燃料电池系统还具备控制装置，所述控制装置对所述第一空气压缩机及所述第二空气压缩机进行控制，在所述燃料电池系统起动时，所述控制装置使所述第二空气压缩机运转而从所述第二空气压缩机向所述燃料电池堆供给空气，在所述燃料电池堆开始发电之后，所述控制装置使所述第一空气压缩机运转而使所述第二空气压缩机停止，从所述第一空气压缩机向所述燃料电池堆供给空气。
13.控制装置对第一空气压缩机以及第二空气压缩机进行控制。因而，能够对第一空气压缩机和第二空气压缩机进行顺畅地切换。其结果是，燃料电池系统稳定地运转。
14.根据本发明的方案，不使用高电压的电源就能够使燃料电池系统运转。
附图说明
15.图1是本发明的一个实施方式的燃料电池系统的示意图。
具体实施方式
16.以下，参照图1对本发明的一个实施方式的燃料电池系统10进行说明。实施方式的燃料电池系统10例如为固定型。固定型的燃料电池系统10不搭载于移动体。但是，燃料电池系统10也可以适当地应用于船舶、具有柴油机的铁路等的移动体。作为适当地应用该燃料电池系统10的移动体，举出有除了该燃料电池系统10之外不具有电源的移动体。
17.燃料电池系统10具备燃料电池堆21、燃料箱31、第一空气压缩机41、第二空气压缩机45、辅助电源47、阀机构40以及控制装置51。
18.燃料电池堆21例如是固体高分子型燃料电池。例如，固体高分子型燃料电池具备层叠的多个燃料电池单体、以及将多个燃料电池单体的层叠体夹入的一对端板。燃料电池单体具备电解质电极结构体、以及将电解质电极结构体夹入的一对隔板。电解质电极结构体具备固体高分子电解质膜、将固体高分子电解质膜夹入的燃料极及氧极。固体高分子电解质膜具备阳离子交换膜等。燃料极(阳极)具备阳极催化剂以及气体扩散层等。氧极(阴极)具备阴极催化剂以及气体扩散层等。
19.燃料电池堆21通过从燃料箱31向阳极供给的燃料气体与从空气压缩机41、45向阴极供给的含氧的空气等氧化剂气体的催化反应进行发电。
20.燃料箱31例如贮存氢等燃料。燃料箱31经由开闭阀32与燃料电池堆21的阳极连接。燃料箱31将燃料向燃料电池堆21供给。开闭阀32切换相对于燃料电池堆21的燃料的供给有无以及压力等。
21.第一空气压缩机41以及第二空气压缩机45分别在燃料电池系统10的发电时向燃料电池堆21的阴极供给作为氧化剂气体的空气。第一空气压缩机41以及第二空气压缩机45分别与燃料电池堆21的阴极连接。第一空气压缩机41以及第二空气压缩机45分别向燃料电池堆21压力输送空气。
22.以下，关于分别从第一空气压缩机41以及第二空气压缩机45向燃料电池堆21供给的空气的流动，将分别从第一空气压缩机41以及第二空气压缩机45朝向燃料电池堆21的方向称作下游，将其相反方向称作上游。
23.第二空气压缩机45的驱动电压比第一空气压缩机41的驱动电压低。第一空气压缩机41的驱动电压例如为100～400v。第二空气压缩机45的驱动电压例如为12～48v，优选为48v。
24.第一空气压缩机41由燃料电池堆21供电。第一空气压缩机41与燃料电池堆21以能够供电的方式连接。
25.第二空气压缩机45由辅助电源47供电。第二空气压缩机45与辅助电源47以能够供电的方式连接。
26.辅助电源47是相对于燃料电池堆21独立的电源。作为辅助电源47，例如举出有铅蓄电池(铅电池)等。辅助电源47是在燃料电池系统10的起动时使用的起动用的电源。
27.阀机构40限制从第一空气压缩机41排出的空气向第二空气压缩机45流入。阀机构40也限制从第二空气压缩机45排出的空气向第一空气压缩机41流入。在本实施方式中，阀机构40具备第一开闭阀42以及第二开闭阀46。
28.第一开闭阀42配置在第一空气压缩机41的下游。第二开闭阀46配置在第二空气压缩机45的下游。第一开闭阀42以及第二开闭阀46均配置在比第一空气压缩机41排出的空气与第二空气压缩机45排出的空气的汇合点靠上游的位置。需要说明的是，阀机构40也可以不具备第一开闭阀42以及第二开闭阀46。例如，阀机构40也可以是配置于上述汇合点的三通阀。
29.控制装置51统一地控制燃料电池系统10的动作。
30.控制装置51例如是通过由cpu(centralprocessingunit)等处理器执行规定的程序来发挥功能的软件功能部。软件功能部是具备cpu等处理器、保存程序的rom(read only memory)、暂时存储数据的ram(random access memory)以及定时器等的电路的ecu(electronic control unit)。控制装置51的至少一部分也可以是lsi(large scale integration)等集成电路。
31.控制装置51对各结构进行控制。在本实施方式中，控制装置51分别与燃料电池堆21、开闭阀32、第一空气压缩机41、第二空气压缩机45、辅助电源47、阀机构40连接。控制装置51分别对燃料电池堆21、开闭阀32、第一空气压缩机41、第二空气压缩机45、辅助电源47、阀机构40进行控制。
32.接着，对上述燃料电池系统10的起动方法(运转方法)的一例进行说明。
33.在燃料电池系统10起动时，控制装置51使第二空气压缩机45运转而从第二空气压缩机45向燃料电池堆21供给空气。在此，第二空气压缩机45的驱动电压比第一空气压缩机41的驱动电压低。因此，向第二空气压缩机45供电的辅助电源47为低电压的电源即可。
34.需要说明的是，此时，控制装置51预先将第二开闭阀46开阀且将第一开闭阀42闭阀。由此，从第二空气压缩机45排出的空气不向第一空气压缩机41流入。
35.在燃料电池堆21开始发电之后，控制装置51使第一空气压缩机41运转而使第二空气压缩机45停止。然后，控制装置51从第一空气压缩机41向燃料电池堆21供给空气。因此，当燃料电池堆21开始发电而燃料电池堆21要求更多的空气时，能够从驱动电压比第二空气压缩机45的驱动电压高的第一空气压缩机41向燃料电池堆21压力输送较多的空气。在此，从燃料电池堆21向第一空气压缩机41供电。因此，即使在向第一空气压缩机41供电时也不需要高电压的电源。
36.需要说明的是，此时，控制装置51预先将第一开闭阀42开阀且将第二开闭阀46闭阀。由此，从第一空气压缩机41排出的空气不向第二空气压缩机45流入。
37.需要说明的是，从第二空气压缩机45向第一空气压缩机41切换的时机例如可以是燃料电池堆21开始规定的电压以上的发电的时机等。上述规定的电压例如为第一空气压缩机41的驱动电压以上。上述规定的电压例如预先存储于控制装置51。
38.另外，从第二空气压缩机45向第一空气压缩机41切换的时机除了上述时机之外，例如也可以是第二空气压缩机45开始运转后经过了规定时间的时机。
39.如以上说明的那样，根据本实施方式的燃料电池系统10，不使用高电压的电源就能够使燃料电池系统10运转。
40.阀机构40限制从第一空气压缩机41排出的空气向第二空气压缩机45流入、以及从第二空气压缩机45排出的空气向第一空气压缩机41流入。因此，能够抑制从各空气压缩机41、45排出的空气非预期地向其他的空气压缩机41、45流入。其结果是，燃料电池系统10稳定地运转。
41.控制装置51对第一空气压缩机41以及第二空气压缩机45进行控制。因而，能够对第一空气压缩机41和第二空气压缩机45进行顺畅地切换。其结果是，燃料电池系统10稳定地运转。
42.需要说明的是，在上述的实施方式中，控制装置51对第一空气压缩机41和第二空气压缩机45进行切换，但也可以由人代替控制装置51进行切换。在该情况下，例如，人也可以经由设置于燃料电池系统10的操作面板输入控制信号来控制各种结构。
43.本发明的实施方式是作为例子而提示的实施方式，并不意图对发明的范围进行限定。这些实施方式能够以其他的各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含于发明的范围及主旨中，同样包含于技术方案所记载的发明和与其等同的范围内。