燃料电池系统技术方案

一种燃料电池系统（５０）包括：用于获取燃料电池（１）的氢气系统（阳极（１ｂ））压力的压力获取装置（４），用于估算氢气系统中的氢气分压的压力估算装置（１０）。而且，该燃料电池系统（５０）包括用于估算氢气系统中杂质浓度的杂质浓度估算装置（１０）。即，杂质浓度估算装置（１０）通过考虑氢气系统的当前状态来估算杂质浓度。从而，杂质浓度估算装置（１０）可精确地估算燃料电池（１）的氢气系统中的杂质浓度。

【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用于通过评估燃料电池中的杂质浓度来控制气体供给/排放的燃料电池系统。
技术介绍
适用于燃料电池汽车等的燃料电池系统是已知的。燃料电池系统包括作为主要部件的燃料电池组，并且该燃料电池具有阳极和阴极。氢气作为燃料气体被供给阳极，并且空气被供给阴极。而且，燃料电池系统包括例如用于储存燃料气体如待供给阳极的氢气的部件，和用于将含有未消耗的燃料气体的废气循环至阳极的泵。在燃料电池组中，氢气与空气中的氧气反应以产生电能。众所周知，随着燃料电池中反应的进展，阴极气体(空气)中的氮气和在该反应中产生的水通过电解质膜从阴极移向阳极。因此，氮气或水蒸汽的分压(在下文中总称为“杂质”)增加了，并且燃料气体(氢气)的浓度降低了。结果，燃料电池的发电性能不合乎需要地降低了。在解决该问题的一个尝试中，通常在阳极侧上的排出通道中设置的排出阀(在下文中也指的是“氢气系统”)被开启，用于排放含有未消耗的氢气和杂质的气体。例如，日本专利申请特许公开No.2003-168467公开了一种燃料电池系统技术，其中燃料电池的空气泵在目标转速下操作，并且空气调节阀被用于使压力调节至目标压力。在该公开的技术中，大气压是根据转速和压力调节阀的阀位置来估算的，以用于校正氢气排出阀的排放间隔。而且，在日本专利申请特许公开No.2002-289237中公开了一种技术，如果氢气系统中的杂质浓度增加，-->那么氢气废气(在发电过程中消耗的气体)从氢气系统中排出，以便降低杂质的浓度。但是，在日本专利申请特许公开No.2003-168467公开的现有技术中，排放间隔仅仅是根据空气的流量来控制的，而没有考虑氢气系统中的气体状态。而且，在日本专利申请特许公开No.2002-289237中公开的现有技术中，仅仅根据自燃料电池系统操作开始起经过的时间或者由氢气浓度传感器检测到的氢气浓度来估算杂质浓度，并且根据所估算的杂质浓度来执行氢气系统的排放操作。因此，在日本专利申请特许公开No.2003-168467和日本专利申请特许公开No.2002-289237公开的控制技术中，由于在估算杂质浓度时没有考虑氢气系统的当前状态，因此未消耗的氢气被浪费地排走了。因此，例如，燃料电池的燃料经济性不合乎需要的降低了。
技术实现思路
本专利技术用于解决上述问题，并且本专利技术的一个目的是提供一种燃料电池系统，它使得正确地估算氢气系统中的杂质浓度成为了可能，并且降低了氢气系统中的不必要的气体排放。根据本专利技术的一方面，燃料电池系统包括用于获取燃料电池的氢气系统压力的压力获取装置，用于估算氢气系统中的氢气分压的压力估算装置，和用于根据得到的压力和估算的压力来估算氢气系统中的杂质浓度的杂质浓度估算装置，其中如果压力获取装置得到的压力等于或大于上限氢气系统压力值，那么杂质浓度估算装置估计该杂质浓度等于或大于预定浓度，其中该上限氢气系统压力值是供燃料电池稳定发电用的压力上限值。该燃料电池系统被安装在例如燃料电池汽车上。该燃料电池系统包括用于获取燃料电池的氢气系统(阳极)压力的压力获取装置，用于估算氢气系统中的氢气分压的压力估算装置。而且，该燃料电池系-->统包括杂质浓度估算装置，用于根据得到的氢气系统压力和所估算的氢气分压来估算氢气系统中的杂质浓度。即，杂质浓度估算装置通过考虑氢气系统的当前状态来估算杂质浓度。从而，该杂质浓度估算装置可精确地估算燃料电池的氢气系统中的杂质浓度。该方面的燃料电池系统可被构造为使得压力估算装置至少根据目标压力值、阳极中的氢气量，和最大允许氮气量来估算上限氢气系统压力值，其中最大允许氮气量是在阳极中可稳定发电时的氮气量的最大值。该方面的燃料电池系统可包括用于在杂质浓度估算装置估计出该杂质浓度等于或大于预定浓度并且压力获取装置得到的压力小于预定压力时，增加待供应至氢气系统的氢气量的装置。根据该方面，该燃料电池系统可在杂质浓度估算装置估计出该杂质浓度等于或大于预定浓度，并且压力获取装置得到的压力小于预定压力时，增加供应至氢气系统的氢气量。该杂质显著地影响燃料电池的发电稳定性。因此，如果杂质浓度等于或大于预定浓度，则不可能从燃料电池获得稳定的电力。但是，即使是杂质浓度等于或大于预定浓度，只要氢气系统压力小于预定压力，则压力的增加不会对燃料电池产生不利的影响。因此，在该情形中，供应至氢气系统的氢气量增加了。因此，可在燃料电池中实现稳定的发电，并且减少了氢气系统中气体排放的浪费。该方面的燃料电池系统可被构造为使得预定压力为最大允许氢气系统压力，即燃料电池可容许的氢气系统的最大压力。该方面的燃料电池系统可包括用于在杂质浓度估算装置估计出该杂质浓度等于或大于预定浓度，并且压力获取装置得到的压力等于或大于预定压力时，排放氢气系统中的流体的装置。-->根据该方面，燃料电池系统可在杂质浓度估算装置估计出该杂质浓度等于或大于预定浓度并且获得的氢气系统压力等于或大于预定压力时，排放氢气系统中的气体。在该情形中，杂质浓度等于或大于预定浓度，并且鉴于燃料电池等的耐久性，不可能进一步增加氢气系统压力。因此，氢气系统中的流体被排放。即，通过排放氢气系统中的气体，杂质可被排放以便实现燃料电池的稳定发电，并且可防止施加至燃料电池的压力进一步增加。根据该方面的燃料电池系统可包括在杂质浓度估算装置估计出该杂质浓度等于或大于预定浓度时排放氢气系统中的流体的装置。根据该方面，如果杂质浓度等于或大于预定浓度，可以不增加待供给的氢气量。作为替代，氢气系统中的流体可以总是被排走以便排放杂质，以用于在燃料电池中实现稳定的发电。在该燃料电池系统中，优选地根据燃料电池的机械强度来确定预定压力。在该情形中，可根据机械强度例如燃料电池的耐久性来确定预定压力。而且，在该燃料电池中，压力估算装置可优选地根据燃料电池的消氢量和渗透穿过燃料电池的电解质膜的氢气量来估算氢气分压，并且杂质浓度估算装置可根据压力获取装置得到的压力、估算压力，以及燃料电池的最大允许氮气量来估算杂质浓度。在该情形中，压力估算装置可根据燃料电池的耗氢量和渗透穿过燃料电池的电解质膜的氢气量来估算氢气系统中的真实氢气压力。而且，杂质浓度估算装置可根据得到的氢气系统压力、估算的氢气压力，以及供燃料电池稳定发电用的最大允许氮气量来估算杂质浓度。通过这种方式，杂质浓度估算装置可进一步提高估算杂质浓度的精度。该方面的燃料电池系统可被构造为使得压力估算装置根据燃料电-->池的发电量和温度来计算渗透穿过燃料电池的电解质膜的氢气量。该方面的燃料电池系统可被构造为使得压力估算装置根据燃料电池的发电量和温度来计算最大允许氮气量。该方面的燃料电池系统可被构造为使得杂质浓度估算装置根据压力获取装置得到的压力、压力估算装置估算的压力、氢气系统中的氮气量以及燃料电池的最大允许氮气量来估算杂质浓度。该方面的燃料电池系统可被构造为使得压力估算装置根据供应至燃料电池的氢气量和燃料电池的耗氢量来估算氢气分压，并且杂质浓度估算装置根据压力获取装置得到的压力、压力估算装置估算的压力、以及燃料电池的最大允许氮气量来估算杂质浓度。根据本专利技术的另一方面，燃料电池系统包括用于获取燃料电池的氢气系统压力的压力获取装置，用于估算氢气系统中的氢气分压的压力估算装置，和用于根据得到的压力和估算的压力来估算本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，其特征在于包括：压力获取装置（４），用于获取燃料电池（１）的氢气系统压力；压力估算装置（１０），用于估算氢气系统中的氢气分压；和杂质浓度估算装置（１０），用于根据得到的压力和估算的压力来估算氢气系统中的杂质浓度，其中如果压力获取装置（４）得到的压力等于或大于上限氢气系统压力值，那么杂质浓度估算装置（１０）估计出该杂质浓度等于或大于预定浓度，其中该上限氢气系统压力值是供燃料电池（１）稳定发电用的压力上限值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2004-5-14 144637/20041.一种燃料电池系统，其特征在于包括：压力获取装置(4)，用于获取燃料电池(1)的氢气系统压力；压力估算装置(10)，用于估算氢气系统中的氢气分压；和杂质浓度估算装置(10)，用于根据得到的压力和估算的压力来估算氢气系统中的杂质浓度，其中如果压力获取装置(4)得到的压力等于或大于上限氢气系统压力值，那么杂质浓度估算装置(10)估计出该杂质浓度等于或大于预定浓度，其中该上限氢气系统压力值是供燃料电池(1)稳定发电用的压力上限值。2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中压力估算装置(10)至少根据目标压力值、阳极(1b)中的氢气量，和最大允许氮气量来估算上限氢气系统压力值，其中该最大允许氮气量是阳极(1b)中可稳定发电时的氮气量的最大值。3.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其特征在于还包括：装置，其用于如果杂质浓度估算装置(10)估计出该杂质浓度等于或大于预定浓度并且压力获取装置(4)得到的压力小于预定压力，则增加待供应至氢气系统的氢气量。4.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其中预定压力是最大允许氢气系统压力，即燃料电池(1)可容许的氢气系统的最大压力。5.根据权利要求1-4之一所述的燃料电池系统，其特征在于还包括：装置(8)，用于如果杂质浓度估算装置(10)估计出该杂质浓度等于或大于预定浓度并且压力获取装置(4)得到的压力等于或大于预-->定压力，则排放氢气系统中的流体。6.根据权利要求1-4之一所述的燃料电池系统，其特征在于还包括：装置(8)，用于如果杂...

【专利技术属性】
技术研发人员：片野刚司，
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]