燃料电池系统技术方案

本发明专利技术的燃料电池系统的特征在于包括燃料电池、用于在两种以上频率区域中测量燃料电池阻抗的测量装置和基于各频率区域中阻抗的测量结果判断与燃料电池内部状态有关的两个以上参数的第一判断装置。根据这种构造，测量两种以上频率区域（高频区域，低频区域等等）中的阻抗，以基于该测量结果判断与燃料电池内部状态相关的两个以上参数，如燃料电池电解质膜的湿润状态和燃料气体的供应状态。由于进行这种判断，所以与传统技术相比，能精确掌握燃料电池的内部状态，并能执行燃料电池系统的高效和高度鲁棒性的控制。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种燃料电池系统。更具体地，本专利技术涉及一种利用交流阻抗方法测量阻抗的燃料电池系统。
技术介绍
燃料电池的内阻影响燃料电池中电解质膜的湿润性是公知的。当燃料电池的内部水分少且电解质膜干燥(所谓的干涸(dry-up))时，内阻增大，且燃料电池的输出电压下降。另一方面，当燃料电池包括过多的内部水分(所谓的溢流)时，燃料电池的电极被水分覆盖，因此妨碍了作为反应物的氧或氢的扩散，输出电压下降。为了使燃料电池有效地工作，需要执行燃料电池内部水分的最佳控制，燃料电池的内部水分与燃料电池的阻抗有关联。目前，通过交流阻抗方法测量燃料电池的阻抗，从而间接掌握燃料电池中的水分状态。例如，在下面的专利文献1中披露了一种方法，其中将具有任意频率的正弦信号(用于阻抗测量的信号)施加到(重叠在)燃料电池的输出信号上，在这种情况下测量阻抗以实时地掌握燃料电池中的水分状态。[专利文献1]日本专利申请特开2003-86220
技术实现思路
顺便提及，为了实现燃料电池的稳定操作，除了燃料电池中的水分状态之外，还需要掌握其他参数(燃料气体或氧化气体的供应状态-->等等)以总的判断燃料电池的内部状态。然而，在上述传统技术中，由于仅仅利用测量出的阻抗掌握燃料电池中的水分状态，所以能检测燃料电池中水分状态的异常(干涸和溢流)，但不能检测其他参数的异常，存在不能精确判断燃料电池内部状态的问题。鉴于上述情况研制了本专利技术，本专利技术的目标是提供一种燃料电池系统，其中燃料电池的内部状态能被精确掌握。为了解决上述问题，本专利技术的燃料电池系统包括：燃料电池；用于在两种以上频率区域中测量燃料电池的阻抗的测量装置；和基于各频率区域中阻抗的测量结果，判断与燃料电池内部状态有关的两个以上参数的第一判断装置。根据这种构造，测量两种以上频率区域(高频区域，低频区域等等)中的阻抗，并基于该测量结果判断与燃料电池内部状态相关的两个以上参数，如燃料电池电解质膜的湿润状态和燃料气体的供应状态。由于进行这种判断，所以与传统技术相比，能精确掌握燃料电池的内部状态，并能实现燃料电池系统的高效和高度鲁棒性的控制。这里，在上述构造中优选地，两种以上频率区域是包括低频区域(第一频率区域)和高频区域(频率高于第一频率区域的第二频率区域)的两种以上频率区域，并且两个以上参数包括关于燃料电池的燃料气体的供应状态和燃料电池电解质膜的湿润状态。而且，优选地，测量装置测量低频区域中的阻抗和高频区域中的阻抗，并且第一判断装置基于低频区域中阻抗的测量结果和高频区域中阻抗的测量结果的结合判断关于燃料电池的燃料气体的供应状态和燃料电池的电解质膜的湿润状态。-->此外，优选地，在第一判断装置中设定第一阻抗阈值和第二阻抗阈值，第一阻抗阈值用来判断燃料气体的供应状态是令人满意的还是有缺陷的，第二阻抗阈值用来判断电解质膜的湿润状态是令人满意的还是有缺陷的，在低频区域中阻抗的测量结果大于第一阻抗阈值的情况下，第一判断装置判断出燃料气体的供应状态有缺陷，在高频区域中阻抗的测量结果大于第二阻抗阈值的情况下，第一判断装置判断出电解质膜的湿润状态有缺陷。另外，优选地，系统还包括：用于检测燃料电池内部的水分状态的第一检测装置；用于检测燃料电池内部的燃料气体纯度的第二检测装置；和第二判断装置，其在第一判断装置判断出燃料气体的供应状态有缺陷的情况下，基于各检测装置的检测结果判断缺陷的因素。而且，优选地，第二判断装置基于各检测装置的检测结果的结合来判断缺陷的因素是燃料气体的供应异常、氧化气体的供应异常还是由于溢流引起的燃料到达异常。另外，优选地，第一检测装置检测水分状态是正常还是过多，第二检测装置检测燃料气体纯度是低还是高，在第一检测装置判断出水分状态是过多的情况下，第二判断装置判断出缺陷的因素是由于溢流引起的燃料到达异常，在第二检测装置判断燃料气体纯度低的情况下，第二判断装置判断出缺陷的因素是燃料气体的供应异常，在第二检测装置判断出燃料气体纯度高的情况下，第二判断装置判断出缺陷的因素是氧化气体的供应异常。而且，优选地，系统还包括：氧化气体供应控制装置，用于在第二判断装置判断出缺陷的因素是氧化气体供应异常的情况下，增加所供应的氧化气体的量以消除缺陷。同样优选地，系统还包括：燃料气体供应控制装置，用于在第二判断装置判断出缺陷的因素是燃料气体-->供应异常的情况下，增加所供应的燃料气体的量以消除缺陷。此外，优选地，系统还包括：水分平衡控制装置，用于在第二判断装置判断出缺陷的因素是由于溢流引起的燃料到达异常的情况下，增加由来自燃料电池的排气带走的水的量。如上所述，根据本专利技术，能精确掌握燃料电池的内部状态。附图说明图1是表示当前实施例的燃料电池系统的构造的图；图2是表示根据实施例的阻抗测量的结果的图；图3是表示根据实施例的阻抗测量的功能性框图；图4是用于判断实施例的燃料电池内部状态的概要的说明图；和图5是用于判断实施例的燃料电池的内部状态详情的说明图。具体实施方式在下文中将参考附图描述本专利技术的一实施例。A.当前实施例A.-1整体构造图1是上面安装有本实施例的燃料电池系统10的车辆的示意性构造图。应该注意，在下面的描述中，燃料电池混和动力车(FCHV)表现为车辆的一个例子，但本实施例还可应用于电动车和混合动力轿车。本实施例不仅可应用于车辆，而且可应用于各种可移动体(例如，船、飞机等等)。燃料电池(电池堆)20是用于从供应的燃料和氧化气体产生负载驱动功率的装置，并且具有层叠式结构，其中多个单独电池串联地叠置。-->燃料电池系统10包括与燃料电池20相连的燃料气体循环供应系统和氧化气体供应系统。燃料电池20的燃料气体循环供应系统包括燃料气体供应源30、燃料气体供应路径31、燃料电池20、燃料气体循环路径32和阳极废气通道33。燃料气体供应源30由氢存储源如高压氢罐或氢存储罐构成。燃料气体供应路径31是用于将供应自燃料气体供应源30的燃料气体引导到燃料电池20的阳极电极的气体通道，且该气体通道从上游侧到下游侧依次设有罐阀H201、高压调节器H9、低压调节器H10、氢供应阀H200和FC入口阀H21。被压缩成高压的燃料气体的压力在高压调节器H9中减小成中间压力，并在低压调节器H10中进一步减小成低压(普通工作压力)。压力减小的燃料气体经由FC入口阀H21供应到燃料电池20。供应到燃料电池20的燃料气体的压力由压力传感器P1检测。燃料气体循环路径32是允许未反应的燃料气体回流到燃料电池20的回流气体通道，且该气体通道从上游侧到下游侧依次设有FC出口阀H22、氢泵(燃料泵)63和单向阀H52。氢泵63是用于控制从燃料电池20排出的未反应燃料气体的流量的装置，并适当地将从燃料电池20排出的未反应燃料气体加压以将该气体供应到燃料气体供应路径31。单向阀H52禁止燃料气体从燃料气体供应路径31向燃料气体循环路径32逆流。阳极废气通道33是用于将从燃料电池20排出的氢废气排出到系统外部的气体通道，该气体通道设有放气阀(purge valve)H51。上述罐阀H201、氢供应阀H200、FC入口阀H21、FC出口阀H22和放气阀H51是在稍后描述的控制单元50的控制下控制所供应或排出到气体通道31至33或燃料电池20的燃料气体的量的切断阀，并且例如由本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，包括：燃料电池；测量装置，用于测量在两种以上频率区域中的所述燃料电池的阻抗；和第一判断装置，用于基于各频率区域中的所述阻抗的测量结果，判断与所述燃料电池的内部状态有关的两个以上参数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2005-6-30 191377/20051.一种燃料电池系统，包括：燃料电池；测量装置，用于测量在两种以上频率区域中的所述燃料电池的阻抗；和第一判断装置，用于基于各频率区域中的所述阻抗的测量结果，判断与所述燃料电池的内部状态有关的两个以上参数。2.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中所述两种以上频率区域是包括低频区域和高频区域的两种以上频率区域，和所述两个以上参数包括关于所述燃料电池的燃料气体的供应状态和所述燃料电池的电解质膜的湿润状态。3.如权利要求2所述的燃料电池系统，其中所述测量装置测量所述低频区域中的所述阻抗和所述高频区域中的所述阻抗，且所述第一判断装置基于所述低频区域中所述阻抗的所述测量结果和所述高频区域中所述阻抗的所述测量结果的结合，判断关于所述燃料电池的所述燃料气体的所述供应状态和所述燃料电池的所述电解质膜的所述湿润状态。4.如权利要求3所述的燃料电池系统，其中在所述第一判断装置中设定第一阻抗阈值和第二阻抗阈值，所述第一阻抗阈值用来判断所述燃料气体的所述供应状态是令人满意的还是有缺陷的，所述第二阻抗阈值用来判断所述电解质膜的所述湿润状态是令人满意的还是有缺陷的，在所述低频区域中所述阻抗的所述测量结果大于所述第一阻抗阈值的情况下，所述第一判断装置判断出所述燃料气体的所述供应状态有缺陷，和在所述高频区域中所述阻抗的所述测量结果大于所述第二阻抗阈-->值的情况下，所述第一判断装置判断出所述电解质膜的所述湿润状态有缺陷。5.如权利要求2到4中任一项所述的燃料电池系统，还包括：用于检测所述燃料电池内部的水分状态的第一检测装置；用于检测所述燃料电池内部的...

【专利技术属性】
技术研发人员：真锅晃太，木崎干士，折桥信行，滨田成孝，繁雅裕，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]