可计算液态水体积的燃料电池系统技术方案

一种燃料电池系统，其包括：燃料电池，其通过反应气体之间的反应生成电力；电量计算单元，其从电压下降期间所生成的电流计算燃料电池的电压下降期间所生成的电量；反应气体物质量计算单元，其基于电压下降期间所生成的电量来计算燃料电池中的至少一种反应气体的物质量；气体体积计算单元，其基于至少一种反应气体的物质量来计算燃料电池中的气体体积；以及液态水体积计算单元，其从燃料电池中的液体流动通道体积减去气体体积来计算燃料电池中的液态水体积。

【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检测燃料电池中的液态水体积的燃料电池系统的技术。
技术介绍
燃料电池例如被形成为使得通过使由阳性电极和阴性电极夹住电解质薄膜的两个表面并且进一步由一对隔板夹住所形成的薄膜电极组件来形成单个电池，并且然后多个单个电池彼此上下堆叠在一起。包含氢气的燃料气体被引入到燃料电池的阳极电极，而诸如空气(氧气)的氧化剂气体被引入到燃料电池的阴极电极以通过在氢气和氧气之间的电化学反应来生成电力进而由此产生水。顺便提及，在燃料电池的操作期间，所产生的水主要在阴极电极中产生，并且每个阴极电极中的含水量经由插入在阴极电极和阳极电极之间的电解质薄膜而移动到阳极电 极。因此，在诸如寒冷气候地区或冬季的低温环境下使用时，液态水在燃料电池的发电停止时留在燃料电池中，并且在发电停止同时留下残留的液态水时，水可能冻结而损坏电解质薄膜等。因此，净化气体被引入到阳极电极和阴极电极以在燃料电池的发电停止时执行净化处理。在根据现有技术的燃料电池系统中，在停止发电时以预先确定的恒定设置量执行净化处理，因此有时净化被执行达不必要的长时间段。例如，这可能使得电解质薄膜降级而降低发电性能。在发电停止之后执行净化，并且有必要使用电存储设备中所存储的能量，因此当如以上所描述的在不必要的长时间段内执行净化处理时，电存储设备中的额外电力被消耗，并且因此，例如，所需电力可能在燃料电池的后续启动时耗尽。因此，期望对燃料电池中的液态水的量进行估计并且然后基于所估计的液态水的量来执行对于燃料电池的净化处理，因此在现有技术中还提出了一种用于对燃料电池中液态水的量进行估计的技术。例如，日本专利申请公开No. 2007-35389 (JP-A-2007-35389)描述了一种基于所生成的电流的累加值来对燃料电池中液态水的量进行估计的技术。此外，例如，日本专利申请公开No. 2006-338921 (JP-A-2006-338921)描述了一种用于基于燃料电池中的电压差来对燃料电池中液态水的量进行估计的技术。此外，例如，日本专利申请公开No. 2006-278168 (JP-A-2006-278921)描述了一种用于基于燃料电池中的湿度和压力损失来对燃料电池中液态水的量进行估计的技术、以及一种用于基于所产生水的量、燃料电池温度、外部空气温度、燃料电池负载和操作历史来对燃料电池中的液态水的量进行估计的技术。此外，例如，日本专利申请公开No. 2005-108673 (JP-A-2005-108673)描述了一种用于通过对燃料电池的电压进行静态处理来估计浸水程度的技术。此外，例如，日本专利申请公开No. 7-235324 (JP-A-7-235324)描述了一种用于基于燃料电池的阻抗来估计浸水程度的技术。然而，在根据以上现有技术的方法中，燃料电池的电压、湿度、压力损失等的敏感性差，并且无法使用操作历史来对多个误差进行校正等，因此难以准确估计燃料电池中液态水的量。
技术实现思路
本专利技术提供了一种能够准确估计燃料电池中的液态水的量的燃料电池系统。本专利技术的一个方面提供了一种燃料电池系统。该燃料电池系统包括燃料电池，该燃料电池通过反应气体之间的反应来生成电力；电量计算单元，该电量计算单元从电压下降期间所生成的电流来计算燃料电池的电压下降期间所生成的电量；反应气体物质量计算单元，该反应气体物质量计算单元基于在电压下降期间所生成的电量来计算燃料电池中的至少一种反应气体的物质量；气体体积计算单元，该气体体积计算单元基于至少一种反应气体的物质量来计算燃料电池中的气体体积；以及液态水体积计算单元，该液态水体积计算单元从燃料电池中的液体流动通道体积减去气体体积来计算燃料电池中的液态水体积。在以上方面中，所述气体体积计算单元可以将至少一种反应气体的物质量、饱和 水蒸气的量、燃料电池的温度和燃料电池中的压力代入气体的状态方程式来计算气体体积。在以上方面中，当液态水体积小于或等于零时，所述液态水体积计算单元可以将至少一种反应气体的物质量、燃料电池中的液体流动通道体积、燃料电池的温度以及燃料电池中的压力代入气体的状态方程式来计算燃料电池中的湿度。在以上方面中，在电压下降期间所生成的电量可以包括在至少一种反应气体被消耗时所生成的电量以及在构成燃料电池的催化剂层的催化剂上所形成的氧化物膜还原时所生成的电量，并且所述电量计算单元可以在燃料电池中的液态水体积为零时计算至少一种反应气体被消耗时所生成的电量，并且可以从电压下降期间所生成的电量中减去所计算的至少一种反应气体被消耗时所生成的电量来计算催化剂上所形成的氧化物膜还原时所生成的电量。根据本专利技术的方面，能够对燃料电池中液态水的量进行准确估计。附图说明以下将参考附图来对本专利技术的特征、优点以及技术和工业重要性进行描述，在附图中，相同的附图标记表示相同的要素，并且其中图I是示出根据实施例的燃料电池系统的配置示例的示意图；图2A是示出在电压下降期间的电压和所度过的时间之间的关联性的示图；图2B是示出在电压下降期间所生成的电流和所度过的时间之间的关联性的示图；图3是示出根据实施例的燃料电池系统的操作示例的流程图；以及图4是示出计算催化剂上所形成的氧化物膜还原时所生成的电量的方法示例的流程图。具体实施例方式随后，将对本专利技术的实施例进行描述。图I是示出根据本实施例的燃料电池系统的配置示例的示意图。如图I所示，燃料电池系统I包括燃料电池10 (堆栈)，其中堆叠有多个单个电池。每个单个电池包括薄膜电极组件(MEA)和一对隔板。MEA被形成为使得由阳极电极和阴极电极夹住电解质薄膜的两个表面。该对隔板夹住所述MEA。该对隔板中的一个在面对MEA的阴极电极的表面上具有燃料气体流动通道凹槽。包含氢气气体的燃料气体流过所述燃料气体流动通道凹槽。每个单个电池的燃料气体流动通道凹槽经由歧管等与其它单个电池的燃料气体流动通道凹槽流体连通。此外，该对隔板中的另一个在面向MEA的阳极电极的表面上具有氧化剂气体流动通道凹槽。诸如空气的氧化剂气体流过氧化剂气体流动通道凹槽。每个单个电池的氧化剂气体流动通道凹槽经由歧管等与其它单个电池的氧化剂气体流动通道凹槽流体连通。每个电解质薄膜由例如固态聚合物等制成，并且被形成为薄膜形状，该固态聚合物具有作为离子交换基的磺酸基。阳极电极和阴极电极均具有催化剂层和扩散层，它们以所述催化剂层和扩散层在侧边与电解质薄膜相邻的顺序进行排列。每个催化剂层通过将支持诸如钼或钼基合金的催化剂的碳与电解质等进行混合而形成，并且被置于扩散层或电解质薄膜上。每个扩散层例如为诸如碳纸或碳布的传导渗透材料，其经过诸如防水处理的表 面处理。如图I所示，燃料电池10的阳极入口(未示出)经由燃料气体供应通道12连接到燃料气体罐14。因此，经由燃料气体供应通道12将包含氢气的燃料气体从阳极入口提供到燃料电池10中。然后，燃料气体通过隔板的燃料气体流动通道凹槽和扩散层，并且被提供到阳极电极的催化剂层，并且然后用于燃料电池10的发电。另一方面。燃料气体排放通道16连接到燃料电池10的阳极出口(未示出)。因此，用于发电的燃料气体(阳极排放气体)通过燃料气体流动通道凹槽并且被排放到燃料气体排放通道。此外，如图I所示，燃料电池10的阴极入口(未示出)经由氧化剂气体供应通道18连接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：奥吉雅宏，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：
国别省市：