燃料电池系统的氢气供应技术方案

一种燃料电池系统，其特征在于，包括：燃料电池（１），其通过氢气和氧化气体之间的电化学反应产生电流；氢气供应装置（２），其向燃料电池供应氢气；氢气供应通道（２１），从氢气供应装置供应的氢气经过氢气供应通道（２１）中；阳极废气通道（２２），从燃料电池的阳极侧排放出的阳极废气经过阳极废气通道（２２）中；氢气浓度传感器（３），其设置在氢气供应通道（２１）和阳极废气通道（２２）中的至少一个上；以及校正装置（４），其减少设置有氢气浓度传感器的通道内的杂质，利用氢气浓度传感器来测量氢气浓度并且在测量出的氢气浓度的基础上校正氢气浓度传感器的基准点。

【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通过电化学反应而产生电能的燃料电池系统。
技术介绍
燃料电池系统向燃料电池或燃料电池组供应燃料气体，诸 如氢气和包含氧气的氧化气体，以使这些气体通过燃料电池的电解而 相互发生电化学反应以获得电能。相关技术的燃料电池系统在从燃料电池排出的阳极废气所 经过的阳极废气通道上设置有氬气浓度传感器，并测量阳极废气中包 含的氢气的浓度(例如，见7>开号为2004-95300 ( JP-A-2004-9530O ) 的曰本专利申请)。由氢气浓度传感器测量到的氢气浓度用于对燃料电池系统 执行各种控制操作，诸如调节从燃料电池排出的阳极废气的量。因此 要求氢气浓度传感器具有高测量精度。然而，在使用过很长时间后， 氢气浓度传感器的精度可能降低，这会引起误差。
技术实现思路
本专利技术的目的是，即使设置有测量氢气浓度的氢气浓度传 感器的燃料电池系统经过长期使用后，氢气浓度传感器的测量误差也 要被抑制并且氢气浓度传感器的精度被保持。 本专利技术的第一方案涉及一种包含通过氢气和氧化气体之间 的电化学反应而产生电流的燃料电池的燃料电池系统。所述燃料电池 系统包括燃料电池；氢气供应装置，其向燃料电池供应氢气；氢气 供应通道，从氢气供应装置供应的氬气经过氬气供应通道中；阳极废氢气浓度传感器，其设置在氢气供应通道和阳极废气通道中的至少一 个上；以及校正装置，其减少设置有氢气浓度传感器的通道内的杂质， 利用氢气浓度传感器来测量氢气浓度，并且在测量出的氢气浓度的基 础上校正氢气浓度传感器的基准点。根据第一方案的燃料电池系统可以进一步包括释放阀， 其设置在阳极废气通道上，将包含在阳极废气中的杂质从系统中排放 出，其中氢气浓度传感器可以设置在阳极废气通道上的释放阀的上游， 并且在利用氬气供应装置来供应氬气的同时，可以通过开启释放阀排 放出预定量或更多阳极废气而使杂质减少。根据第 一 方案的燃料电池系统包括用于^^交正氢气浓度传感 器的基准点的校正装置。通过利用校正装置来校正来自传感器的测量 值，能够校正传感器的基准点。当已经从系统排放出预定量或更多阳 极废气，同时利用氢气供应装置供应氢气时，即当杂质已经减少时， 校正装置在由氢气浓度传感器测量到的氢气浓度的基础上校正来自传 感器的测量值。另外，因为能够通过开启释放阀来排放出阳极废气， 所以能够利用简单的结构从系统中排放出阳极废气。通常，除了包含未用于产生电流的氢气之外，还包含着通 过电解质膜传输到阳极侧的氮气的不纯净气体被从燃料电池的阳极侧 排出。因此，在阳极废气通道内，除了氢气之外还有各种杂质气体的混合物。如果在供应氢气的同时，阳极废气通道内的气体被从系统中 排出，则各种气体被排出，并且杂质被减少。结果，由于所供应的氢 气，氢气浓度增加。阳极废气通道内的氢气浓度受到燃料电池是否正 在产生电流以及燃料电池的电解质膜的渗透性的影响。然而，当从阳 极废气通道排出的阳极废气的量变得等于或大于一定量时，阳极废气 通道内的氢气浓度变得几乎恒定。这种方案的燃料电池系统可以排出预定量或更多的阳极废 气，当假定阳极废气通道内的氢气浓度基本恒定时，利用氢气浓度传 感器测量氢气浓度，并且假设被假定为恒定浓度的氢气浓度和来自氢 气浓度传感器的测量值之间的差值为误差，来校正测量值的误差。该 预定量为，当阳极废气已排出预定量因而杂质已减少时，由氢气浓度 传感器测量到的阳极废气通道内的氢气浓度应当变为基本恒定的浓 度。该预定量根据燃料电池的电流产生条件等来适当设定。更确切地说，当阳极废气已排出阳极废气排出量时，使来 自氢气浓度传感器的测量值基本变为100%的该阳极废气排出量被预先计算作为预定量，并且假设在阳极废气已排出预定量后氢气浓度变为100%。如果当阳极废气已排出预定量时，来自氢气浓度传感器的测 量值不是100%,则假设实际值和100%之间的差值为误差，对来自传感器的测量值进行校正。通过以预定间隔来执行这种校正，即使在长 期使用之后也能够保持测量氢气浓度的精度。如果将理论的氢气浓度和实际测量的氢气浓度进行比较， 并且在其间差值的基础上对来自氢气浓度传感器的测量值进行校正以 通过这种方式来校正氢气浓度传感器的基准点，则即使氢气浓度传感器被长时间使用并变得退化而引起测量值的误差时，仍能够适当地校 正传感器的误差并保持氢气浓度传感器的测量精度。根据这种方案的燃料电池系统可以进一步包括旁通通道， 其将氢气引导至阳极废气通道而不通过燃料电池，该旁通通道连接氢 气供应通道和位于氩气浓度传感器的上游的阳极废气通道的一部分， 其中，当校正装置已经从系统排出预定量或更多阳极废气，同时通过 旁通通道将氬气供应到阳极废气通道时，校正装置利用氢气浓度传感 器测量氢气浓度，并且校正氢气浓度传感器的基准点。在燃料电池中，通过电化学反应产生了水，因此经过燃刮-电池的阳极废气可能包含湿气。如果阳极废气包含湿气，则来自氢气 浓度传感器的测量值可能受到湿气的影响。另一方面，被引导通过旁 通通道的氢气因为没有通过燃料电池从而不包含湿气。如果当校正装置校正传感器的基准点时，氢气通过旁通通 道供应给阳极废气通道，则来自氢气浓度传感器的测量值受湿气影响 的可能性降低了。结果，能够提高氢气浓度传感器的测量精度，并且 也能够提高在测量的浓度的基础上进行的校正的精度。在根据这种方案的燃料电池系统中，关于阳极废气排出的 预定量可以是这样的，当阳极废气排出该预定量时，由氢气浓度传感 器测量到的阳极废气通道内的氬气浓度应当基本变为100%。随着/人阳 极废气通道排出的阳极废气的量的增加，氢气浓度4妄近100%。因此， 与氢气浓度为其它浓度的情况相比，阳极废气通道内的氢气浓度为 100%的情况可以有利于提高校正精度。根据这种方案的燃料电池系统可以包括氢气循环通道， 其连接氢气供应通道和阳极废气通道，并且将阳极废气引导至氢气供 应通道，其中氢气浓度传感器设置在氢气供应通道上位于氢气供应通 道和氢气循环通道连接处的下游，并且在调节从氢气循环通道进入氢 气供应通道的阳极废气流量的同时，通过向燃料电池供应氢气而使杂 质减少。根据这种方案的燃料电池系统包括校正氢气浓度传感器的 校正装置，因此能够利用校正装置通过校正来自氢气浓度传感器的测 量值而校正氢气浓度传感器的基准点。根据这种方案的燃料电池系统 包括使从燃料电池排出的阳极废气返回到燃料电池的循环系统。在调 节进入氢气供应通道的阳极废气流量的同时从氢气供应装置向燃料电 池供应氢气之后，在利用氢气浓度传感器测量到的氢气浓度的基础上， 校正装置校正来自氢气浓度传感器的测量值。阳极废气不仅包含杂质气体，诸如当燃料电池内的电流产 生停止时通过电解质膜从阴极侧传输到阳极侧的氮气，还包括供应到 燃料电池的氢气。如果阳极废气从系统中排出，将排出高浓度氢气。 因此，阳极废气通过氢气循环通道被引导进入氢气供应通道，因此阳 极废气中包含的氢气返回到燃料电池以降低排出氢气的浓度。氢气浓度传感器设置在氢气供应通道上位于氢气供应通道 和氢气循环通道连接处的下游，测量氢气供应通道内的气体的氢气浓 度。在测量到的氢气浓度的基础上，执行各种控制操作，诸如调节被 引导进入燃料电池的阳极废气的流量。这种方案的燃料电池系统，在来自氢气浓度传感器的测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，包括：　燃料电池，其通过氢气和氧化气体之间的电化学反应产生电流；　氢气供应装置，其向所述燃料电池供应所述氢气；　氢气供应通道，从所述氢气供应装置供应的所述氢气经过所述氢气供应通道中；　阳极废气通道，从所述燃料电池的阳极侧排放出的阳极废气经过所述阳极废气通道中；　氢气浓度传感器，其设置在所述氢气供应通道和所述阳极废气通道中的至少一个上；以及　校正装置，其减少设置有所述氢气浓度传感器的所述通道内的杂质；利用所述氢气浓度传感器来测量氢气浓度，并且在所述测量出的氢气浓度的基础上校正所述氢气浓度传感器的基准点。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：菅野善仁，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[]