阳极气体产生量估算装置及阳极气体产生量估算方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及阳极气体产生量估算装置及阳极气体产生量估算方法。具体地，公开了一种即使燃料电池在低发电效率状态下运行的情况下，也能够充分降低排出的氢浓度的燃料电池系统等。在氧化气体供给路径（１１）与阴极废气通道（１２）之间布置有旁通阀（Ｂ１）。在供给到阴极的氧化气体不足的状态下，在阴极废气中含有泵送氢。因此，调节旁通阀（Ｂ１）的阀开度，并调节旁通空气的流率，以控制排出的氢浓度。

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请日是2006年10月20日、国家申请号为200680039171.9且专利技术名称为“燃料电池系统、阳极气体产生量估算装置及阳极气体产生量估算方法”的进入中国国家阶段的PCT专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及燃料电池系统及用于估算在燃料电池阴极内产生的阳极气体量的技术。
技术介绍
安装在燃料电池汽车等上的燃料电池利用燃料气体和氧化气体产生电力，其中所述燃料气体包括供给到阳极的氢，所述氧化气体包括供给到阴极的氧。从燃料电池排出的氢废气与氧气废气混合在一起并得到稀释，以降低氢浓度的状态从汽车排出。为排出这种氢废气，需要充分地稀释该气体，使得不排出高浓度的氢(参见，如专利文献1)。此外，为充分地稀释气体以便不排出高浓度的氢，需要高度精确地检测氢废气的浓度。作为检测这种氢废气浓度的方法，设计了一种在阴极废气通道内安装氢传感器，并使用氢传感器检测从阴极侧排出的氢废气浓度的方法，其中氧气废气通过所述阴极废气通道循环(参见专利文献2)。[专利文献1]国际专利申请公告No.2003-504807[专利文献2]日本专利申请特开No.2003-294676
技术实现思路
但是，在燃料电池运行于低发电效率的状态的情况下，氢不只从阳极排出，氢(主要为泵送氢)还从阴极排出，并且有时候从系统排出超过规定范围的氢。此外，上面传统的氢废气浓度检测方法具有在氢废气达到氢传感器之前无法检测该浓度且检测需要大量时间的问题。考虑到上述情况，已经研制了本专利技术，其目的是提供一种即使燃料电池运行于低发电效率状态下也能够充分降低排出的氢浓度的燃料电池系统。另外，本专利技术的目的是提供一种能够快速准确地获得从阴极侧排出的氢废气浓度的技术。为解决上述问题，根据本专利技术的燃料电池系统是一种燃料电池系统，所述燃料电池系统选择性地执行具有第一效率的运行和具有第二效率的运行(下文中称为低效率运行)，所述第二效率低于所述第一效率，其特征在于所述燃料电池系统包括：调节装置，用于根据从所述燃料电池的阴极排出的气体中包含的阳极气体的气体量来调节从阴极排出的气体的稀释量。这里，在上面的结构中，其优选结构在于，从所述阴极排出的气体中包含的所述阳极气体为在所述低效率运行期间在所述燃料电池的所述阴极中产生的氢气，所述系统还包括：旁通通道，所述旁通通道允许流过所述燃料电池的气体供给路径的阴极气体-->的一部分绕过所述燃料电池，并将所述部分引入排出通道；并且所述调节装置包括旁通阀，所述旁通阀根据从所述燃料电池的所述阴极排出的气体中包含的氢气的气体量来控制旁通的所述阴极气体的气体量。此外，在上面的结构中，其优选结构在于，所述调节装置控制旁通的所述阴极气体的所述气体量，使得从所述系统排出的氢的排出浓度不大于基准值。另外，在上面的结构中，其优选结构在于，供给到所述燃料电池的所述阴极的所述阴极气体为包含氧的氧化气体，并且所述系统还包括：氧化气体供给源，所述氧化气体供给源根据给定的指令排出所述氧化气体；和控制装置，用于基于所述燃料电池的发电所需的氧化气体量和允许绕过所述燃料电池的氧化气体量来控制由所述氧化气体供给源排出的氧化气体量。另外，在上面的结构中，其优选结构在于，所述控制装置包括压力调节阀，所述压力调节阀控制从所述氧化气体供给源供给到所述燃料电池的所述阴极的氧化气体的气体量，并且在所述低效率运行期间，在所述燃料电池的所述阴极中产生的氢气量不大于所述基准值的情况下，所述调节装置完全关闭所述旁通阀，而所述控制装置根据所述燃料电池的发电所需的氧化气体量来在将所述压力调节阀的开度保持恒定的同时控制排出的氧化气体量。此外，在上面的结构中，其优选结构在于，其中所述氧化气体供给源为空气压缩机，并且所述控制装置根据所述燃料电池的发电所需的氧化气体量来在将所述压力调节阀保持全开的同时控制排出的氧化气体量。另外，在上面的结构中，其优选结构在于，还包括估算装置，用于估算在所述低效率运行期间在所述燃料电池的所述阴极中产生的氢气的气体量。另外，在上面的结构中，其优选结构在于，所述估算装置基于所述燃料电池的输出电流、所述燃料电池的空气化学计量比和所述燃料电池的温度来估算氢的量。此外，根据本专利技术的氢产生量的估算方法是在低效率运行期间燃料电池的阴极中产生的氢气的气体量的估算方法，包括：第一估算步骤，所述第一估算步骤基于所述燃料电池的输出电压和输出电流来估算所述燃料电池的空气化学计量比；和第二估算步骤，所述第二估算步骤基于所述燃料电池的所述输出电流、所述空气化学计量比和温度来估算在所述燃料电池的所述阴极中产生的氢气的气体量。另外，根据本专利技术的阳极气体产生量估算器件是一种阳极气体产生量估算器件，所述阳极气体产生量估算器件估算在燃料电池的阴极中产生的阳极气体量，其特征在于包括：运行控制装置，用于在满足预定条件的情况下将所述燃料电池运行于低效率运行点，所述低效率运行点具有比通常运行点的电力损失大的电力损失；以及估算装置，用于在所述燃料电池运行于所述低效率运行点的情况下基于所述燃料电池的发电特性来估算在所述阴极中产生的阳极气体量。这里，在上面的结构中，其优选结构在于，所述估算装置考虑在所述燃料电池的阴极侧剩余的未反应阴极气体的剩余量和构成所述燃料电池的单电池的压力损失的波动中的至少之一连同所述燃料电池的发电特性及供给到所述燃料电池的阴极气体量来估算阳极气体产生量。此外，在上面的结构中，其优选结构在于，所述估算装置既考虑所述未反应阴-->极气体的剩余量又考虑所述单电池的压力损失的波动来估算所述阳极气体产生量。另外，在上面的结构中，其优选结构还包括电压监测器，所述电压监测器检测所述燃料电池的输出电压，并且所述估算装置基于由所述电压监测器检测到的所述输出电压来估算所述阴极中产生的阳极气体量。另外，在上面的结构中，其优选结构在于，所述电压监测器检测每个单电池的电池电压，所述估算装置包括指示在基准电池的电池电压与所述阳极气体产生量之间的关系的基准函数；并且所述估算装置通过使用由所述电压监测器检测到的每个单电池的电池电压和所述基准函数来估算在所述阴极中产生的所述阳极气体量。此外，在上面的结构中，其优选结构在于，在需要预热所述燃料电池的情况下或者在需要恢复所述燃料电池的催化剂活性的情况下，所述运行控制装置将所述燃料电池运行于所述低效率运行点。另外，在上面的结构中，其优选结构在于，在所述阴极中产生的所述阳极气体为氢。另外，根据本专利技术的阳极气体产生量的估算方法是在燃料电池的阴极中产生的阳极气体量的估算方法，包括：运行控制步骤，所述运行控制步骤在满足预定条件的情况下将所述燃料电池运行于低效率运行点，所述低效率运行点具有比通常运行点的电力损失大的电力损失；以及估算步骤，所述估算步骤在所述燃料电池运行于所述低效率运行点的情况下基于所述燃料电池的发电特性估算在所述阴极中产生的阳极气体量。这里，在上面的结构中，其优选结构为，所述估算步骤考虑在所述燃料电池的阴极侧剩余的未反应阴极气体的剩余量和构成所述燃料电池的单电池的压力损失的波动中的至少之一连同所述燃料电池的发电特性及供给到所述燃料电池的阴极气体量来估算阳极气体产生量。此外，在上面的结构中，其优选结构为，所述估算步骤基于由电压监测器检测到的所述燃料电池的输出电压来估算所述阴极中产生的所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氢产生量的估算方法，所述方法估算在低效率运行期间燃料电池的阴极中产生的氢气的气体量，所述方法包括：　　第一估算步骤，所述第一估算步骤基于所述燃料电池的输出电压和输出电流来估算所述燃料电池的空气化学计量比；和　　第二估算步骤，所述第二估算步骤基于所述燃料电池的所述输出电流、所述空气化学计量比和温度来估算在所述燃料电池的所述阴极中产生的氢气的气体量。

【技术特征摘要】
JP 2005-10-21 2005-307021;JP 2006-5-9 2006-1304801.一种氢产生量的估算方法，所述方法估算在低效率运行期间燃料电池的阴极中产生的氢气的气体量，所述方法包括：第一估算步骤，所述第一估算步骤基于所述燃料电池的输出电压和输出电流来估算所述燃料电池的空气化学计量比；和第二估算步骤，所述第二估算步骤基于所述燃料电池的所述输出电流、所述空气化学计量比和温度来估算在所述燃料电池的所述阴极中产生的氢气的气体量。2.一种阳极气体产生量估算器件，所述阳极气体产生量估算器件估算在燃料电池的阴极中产生的阳极气体量，所述阳极气体产生量估算器件包括：运行控制装置，用于在满足预定条件的情况下将所述燃料电池运行于低效率运行点，所述低效率运行点具有比通常运行点的电力损失大的电力损失；以及估算装置，用于在所述燃料电池运行于所述低效率运行点的情况下基于所述燃料电池的发电特性来估算在所述阴极中产生的阳极气体量。3.如权利要求2所述的阳极气体产生量估算器件，其中所述估算装置考虑在所述燃料电池的阴极侧剩余的未反应阴极气体的剩余量和构成所述燃料电池的单电池的压力损失的波动中的至少之一连同所述燃料电池的发电特性及供给到所述燃料电池的阴极气体量来估算阳极气体产生量。4.如权利要求3所述的阳极气体产生量估算器件，其中所述估算装置既考虑所述未反应阴极气体的剩余量又考虑所述单电池的压力损失的波动来估算所述阳极气体产生量。5.如权利要求2所述的阳极气体产生量估算器件，还包括：电压监测器，所述电压监测器检测所述燃料电池的输出电压；其中所述估算装置基于...

【专利技术属性】
技术研发人员：今西启之，真锅晃太，小川朋也，手岛刚，长沼良明，能登博则，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[]