[发明专利]燃料电池运行系统和燃料电池运行系统的阀开度计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池运行系统和在该燃料电池运行系统中的 阀开度计算方法，并且更具体地涉及一种燃料电池运行系统，其中使 用氢作为燃料气体的燃料电池在其阴极侧处具有用于调整氧化气体的 流量的阀；以及在该燃料电池运行系统中的阀开度计算方法。

背景技术

燃料电池系统是熟知的，其中氢作为燃料气体被供应到阳极侧， 并且空气作为氧化气体被供应到阴极侧，在它们之间设置由层叠的固 态电解质膜和催化剂层构成的膜电极组件(MEA)。在这种燃料电池运行 系统中，通过在包括MEA的电池中氢和空气中的氧的反应产生电力， 并且作为反应产物的水被从阴极侧排出。为了调整被供应到阴极侧的 空气量，在燃料电池的阴极侧出口处设置称作压力调节阀的背压阀或 者控制阀。

例如，日本专利公开JP 2003-180006A公开了一种用于未使用昂 贵的电池组的燃料电池车辆中的再生制动系统，其中在燃料电池的阴 极侧出口和大气开口端之间设置背压阀，并且在阴极和供应压缩空气 的压缩机之间设置旁通阀，该旁通阀是用于旁通到大气开口端的三通 阀。该公开还描述了在再生制动期间，关闭背压阀并且调整旁通阀以 调节空气压缩机的压缩机载荷，由此产生人为损耗以调节再生扭矩。

在上述JP 2003-180006A中描述的旁通阀被用于在不使用电池组 的燃料电池中执行再生制动，这是一种特殊情形，而在其它情形中， 旁通阀被用于供应稀释气体，以用于稀释被排放到大气的氢气。更具 体地，因为MEA由层叠的薄膜构成，所以氢可能部分地从阳极侧泄露 到阴极侧，并且这种泄露的氢和在阳极侧处存在的未反应的氢被空气 稀释并且被排出。为此，旁通阀将也用作氧化气体的空气分隔成用于 在电池中反应的气体和用于稀释的气体。

如上所述，在使用氢作为燃料气体的燃料运行系统中，除了氢气 供应和空气供应，通过多个阀的运行调节发电、作为反应产物的水的 排放、排气的稀释等。

对于在燃料电池运行系统中的这种阀，基于对燃料电池要求的发 电等，由设于气体流路中的压力传感器等获得的探测结果被用于计算 阀开度指令以执行控制。

然而，压力传感器等可能在低温下停止工作。在这种情形中，将 不能计算阀开度指令。

本发明的一个优点在于提供一种能够不使用压力传感器等计算阀 开度指令的燃料电池运行系统，以及一种在该燃料电池运行系统中的 阀开度计算方法。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种燃料电池运行系统，包括：燃 料电池；向燃料电池的阳极侧供应燃料气体的燃料气体供应装置；向 燃料电池的阴极侧供应氧化气体的氧化气体供应装置；连接在氧化气 体供应装置和燃料电池的阴极侧气体入口之间的入口侧流路；从燃料 电池的阴极侧气体出口连接到排气侧的出口侧流路；连接在入口侧流 路和出口侧流路之间并且平行于燃料电池布置的旁通流路；设置在入 口侧流路和出口侧流路中的至少一个中以调整阴极侧处的气体流率的 控制阀；设置在旁通流路中以调整旁通流路中的气体流率的旁通阀； 和控制燃料电池的运行的控制单元，其中该控制单元包括：用于通过 使旁通阀的开度和旁通流路中的气体流率适用于预先获得的旁通阀流 动特性而获得作为旁通阀的上游和下游之间的差压的旁通阀差压的获 得部分；和用于通过使旁通阀差压和阴极侧气体流率适用于燃料电池 的预先获得的阴极侧流动特性和控制阀的流动特性这两个特性而获得 控制阀的开度的获得部分。

而且，根据本发明的另一个方面，优选的是，在该燃料电池运行 系统中，燃料气体是氢；并且该控制单元还包括基于对所述燃料电池 要求的输出功率获得在所述燃料电池内从所述阳极侧泄露到所述阴极 侧的所述燃料气体的交叉泄漏量的获得部分；基于对所述燃料电池要 求的所述输出功率获得将气体供应到所述阴极侧气体入口的气体流率 的获得部分；和基于所获得的交叉泄漏量获得气体流过所述旁通流路 的气体流率的获得部分。

而且，根据本发明的再一个方面，优选的是，在该燃料电池运行 系统中，所述控制单元还包括用于获得在所述阳极侧处的未反应燃料 气体流率的获得部分；并且用于获得气体流过所述旁通流路的气体流 率的获得部分包括基于所述交叉泄漏量和在所述阳极侧处的未反应燃 料气体流率获得气体流过所述旁通流路的气体流率。