燃料电池系统技术方案

燃料电池系统包括：控制至阳极系统内的阳极气体的供给的氢供给阀；从阳极系统内将排出气体排出的清洗阀；测量阳极系统内的压力的压力检测单元；根据至阳极系统内的阳极气体供给停止时的清洗阀开阀时的压力降低和清洗阀闭阀时的压力降低，估计通过清洗阀从阳极系统内排出的排出气体的清洗流量的清洗流量估计单元。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃料电池系统
本专利技术涉及燃料电池系统。
技术介绍
作为以往的燃料电池系统，有根据将氢供给阀闭阀，停止对燃料电池氢供给期间的氢供给阀下游的阳极系统内的压力变化，计算从阳极系统内排出的气体量的系统(参照US20120156575A1)。
技术实现思路
在燃料电池系统的运转中，在清洗阀闭阀期间，从燃料电池的阴极电极经由电解质膜透过到阳极电极来的氮等被蓄积在阳极系统内，阳极系统内的氢浓度缓慢地降低。阳极系统内的氢浓度降低时，担心在燃料电池系统的运转中产生电压下降。为了防止这样的电压下降，通过根据需要将清洗阀开阀，经由清洗阀将包含氮或氢的排出气体从阳极系统内排出，将阳极系统内的氢浓度管理至不产生电压下降的氢浓度以上。这时，为了判断是否在适当地管理阳极系统内的氢浓度，要求高精度地估计经由清洗阀从阳极系统内排出的排出气体的量(清洗量)。这样要求高精度地估计清洗量的理由，是因为阳极系统内的氢浓度根据清洗量变化，清洗量越大就越高。但是，在以前述的以往的方法算出的从阳极系统内排出的排出气体的量中，除了经由清洗阀被清洗过的清洗气体之外，还包含了从阳极系统内泄漏出来的气体的影响。从阳极系统内泄漏出来的气体主是从燃料电池的阳极电极经由电解质膜透过至阴极电极的氢。在氢从燃料电池的阳极电极透过至阴极电极时，阳极系统内的氢浓度降低。即，清洗气体在提高阳极系统内的氢浓度的方向有贡献，而透过氢在阳极系统内的氢浓度降低的方向上有贡献。因此，在根据前述以往的方法算出的从阳极系统内排出的气体量来管理氢浓度时，受到从阳极系统内泄漏除了的氢的影响，氢浓度比预想低，担心产生意外的电压下降。本专利技术是着眼于这样问题点而完成的，目的是通过从清洗气体排除清洗以外使阳极系统内的压力变化的因素的影响，特别是从阳极系统内泄漏出来的氢的影响，高精度地估计经由清洗阀从阳极系统内排出的排出气体的流量。按照本专利技术的一个方式，提供将阳极气体以及阴极气体提供给燃料电池，根据负载使燃料电池发电的燃料电池系统。该燃料电池系统包括：向燃料电池系统的阳极系统内供给阳极气体的供给阀；将排出气体从阳极系统内排出的清洗阀；估计或者测量阳极系统内的压力的压力检测单元；以及根据至阳极系统内的阳极气体供给停止时的清洗阀开阀时的压力降低和清洗阀闭阀时的压力降低，估计通过清洗阀从阳极系统内所排出的排出气体的清洗流量的清洗流量估计单元。附图说明图1是本专利技术的一个实施方式的燃料电池系统的概略图。图2是说明本专利技术的一个实施方式的清洗量的计算方法的图。图3是说明氢供给阀的闭阀中的阳极系统内的气体流入流出的图。图4是说明本专利技术的一个实施方式的清洗控制的流程图。图5是根据燃料电池堆的负载和堆温度，计算基准占空比的图。图6是说明清洗阀开阀要求信号生成处理的细节的流程图。图7是说明清洗阀开闭处理的细节的流程图。图8是说明清洗流量估计处理的细节的流程图。图9是根据阳极压力的降低量，计算在清洗阀开阀时从阳极系统内流出的每运算周期的气体量的图。图10是根据输出电流，计算在清洗阀开阀时由于发电而在燃料电池堆1内被消耗的每运算周期的氢量的图。图11是说明清洗流量的计算方法的图。图12是表示清洗流量的阈值的图。图13是说明高负载清洗处理的细节的流程图。图14A是说明本专利技术的一个实施方式的氢供给阀的控制的流程图。图14B是根据目标输出电流，计算脉动上下限压力的表。图15是运转区域为通常区域、且清洗流量为阈值以上时的定时图。图16是运转区域为通常区域、且清洗流量不足阈值时的定时(timing)图。图17是运转区域为高负载区域、且清洗流量为阈值以上时的定时图。具体实施方式以下，参照附图说明本专利技术的实施方式。燃料电池通过阳极电极(燃料极)和阴极电极(氧化剂极)夹着电解质膜，通过对阳极电极供给含有氢的阳极气体(燃料气体)、对阴极电极供给含有氧的阴极气体(氧化剂气体)来发电。在阳极电极以及阴极电极的两电极中进行的电极反应如下。阳极电极：2H2→4H++4e-…(1)阴极电极：4H++4e-+O2→2H2O…(2)通过该(1)(2)的电极反应，燃料电池产生1伏特左右的电动势。在将燃料电池作为汽车用动力源使用的情况下，所要求的电力很大，所以作为层积数百张的燃料电池的燃料电池堆使用。然后，构成对燃料电池堆供给阳极气体以及阴极气体的燃料电池系统，取出车辆驱动用的电力。图1是本专利技术的一个实施方式的燃料电池系统100的概略图。燃料电池系统100包括：燃料电池堆1；阴极气体给排装置2；阳极气体给排装置3；以及控制器4。燃料电池堆1是层积了多张燃料电池的电池堆，接受阳极气体以及阴极气体的供给，发电对车辆的驱动所需要的电力。阴极气体给排装置2包括：阴极气体供给通路21；阴极气体排出通路22；过滤器23；气流传感器24；阴极压缩机25；阴极压力传感器26；水分回收装置(WaterRecoveryDevice；以下称为“WRD”。)27；以及阴极调压阀28。阴极气体给排装置2对燃料电池堆1供给阴极气体，将从燃料电池堆1排出的阴极排出气体排出到外部大气。阴极气体供给通路21是对燃料电池堆1供给的阴极气体流动的通路。阴极气体供给通路21的一端连接到过滤器23，另一端连接到燃料电池堆1的阴极气体入口孔。阴极气体排出通路22是从燃料电池堆1排出的阴极排出气体流动的通路。阴极气体排出通路22的一端连接到燃料电池堆1的阴极气体出口孔，另一端为开口端。阴极排出气体是阴极气体、和由于电极反应而产生的水蒸气的混合气体。过滤器23将取入阴极气体供给通路21的阴极气体中的异物去除。气流传感器24被设置在阴极压缩机25上游的阴极气体供给通路21中。气流传感器24检测对阴极压缩机25供给的、最终被提供给燃料电池堆1的阴极气体的流量。阴极压缩机25被设置在阴极气体供给通路21中。阴极压缩机25经由过滤器23将作为阴极气体的空气(外部大气)取入阴极气体供给通路21，提供给燃料电池堆1。阴极压力传感器26被设置在阴极压缩机25和WRD27之间的阴极气体供给通路21中。阴极压力传感器26检测对燃料电池堆1供给的阴极气体的压力(以下称为“阴极压力”。)。WRD27分别连接到阴极气体供给通路21以及阴极气体排出通路22，回收流动在阴极气体排出通路22的阴极排出气体中的水分，通过该回收的水分加湿流动在阴极气体供给通路21的阴极气体。阴极调压阀28被设置在WRD27下游的阴极气体排出通路22中。阴极调压阀28通过控制器4进行开闭控制，调节对燃料电池堆1供给的阴极气体的压力。而且，在本实施方式中，基本上通过调整阴极压缩机25的旋转速度以及阴极调压阀28的开度，将阴极压力控制为希望的压力(目标阴极压力)。阳极气体给排装置3对燃料电池堆1供给阳极气体，同时将从燃料电池堆1排出的阳极排出气体排出到阴极气体排出通路22。阳极气体给排装置3包括：高压氢罐31、阳极气体供给通路32、氢供给阀33、阳极压力传感器34、阳极气体排出通路35、以及清洗阀36。高压氢罐31将对燃料电池堆1供给的阳极气体保持为高压状态来贮藏。阳极气体供给通路32是用于将从高压氢罐31排出的阳极气体提供给燃料电池堆1的通路。阳极气体供给通路32的一端连接到高压氢罐31，另一端连接到燃料电池堆1的阳极气体入口孔。氢供给阀33被设置在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，将阳极气体以及阴极气体提供给燃料电池，根据负载使所述燃料电池发电，包括：供给阀，用于向所述燃料电池系统的阳极系统内供给阳极气体；清洗阀，用于从所述阳极系统内将排出气体排出；压力检测单元，估计或者测量所述阳极系统内的压力；以及清洗量估计单元，根据停止向所述阳极系统内供给阳极气体时的清洗阀开阀时的压力降低以及清洗阀闭阀时的压力降低，估计通过所述清洗阀从所述阳极系统内被排出的排出气体的清洗量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.28 JP 2014-2197091.一种燃料电池系统，将阳极气体以及阴极气体提供给燃料电池，根据负载使所述燃料电池发电，包括：供给阀，用于向所述燃料电池系统的阳极系统内供给阳极气体；清洗阀，用于从所述阳极系统内将排出气体排出；压力检测单元，估计或者测量所述阳极系统内的压力；以及清洗量估计单元，根据停止向所述阳极系统内供给阳极气体时的清洗阀开阀时的压力降低以及清洗阀闭阀时的压力降低，估计通过所述清洗阀从所述阳极系统内被排出的排出气体的清洗量。2.如权利要求1所述的燃料电池系统，所述清洗量估计单元包括：第1估计单元，根据清洗阀开阀时的压力降低，估计在清洗阀开阀期间从所述阳极系统内流出的气体量；以及第2估计单元，根据清洗阀闭阀时的压力降低，不依赖于清洗阀的开闭状态地估计从所述阳极系统内流出的气体量，根据由所述第1估计单元估计的气体量、以及由所述第2估计单元估计的气体量，估计所述清洗量。3.如权利要求1或2所述的燃料电池系统，包括：清洗阀控制单元，根据所述供给阀的开闭状态和所述燃料电池的负载，开闭所述清洗阀。4.如权利要求3所述的燃料电池系统，所述清洗阀控制单元根据所述燃料电池的负载变更发出所述清洗阀的开阀指令的间隔，在所述开阀指令发出时的所述供给阀的闭阀中将所述清洗阀开...

【专利技术属性】
技术研发人员：浅井祥朋，
申请(专利权)人：日产自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP