[发明专利]燃料电池系统及其控制方法

说明书

燃料电池系统具备：供给阀，其控制向负极系统内的负极气体的供给；放气阀，其从负极系统内排出排气；压力检测部，其估计或测量负极系统内的压力；以及放气量估计部，其基于在供给阀处于打开状态时闭合放气阀的期间的负极系统内的压力变化以及在供给阀处于闭合状态时闭合放气阀的期间的负极系统内的压力变化，来估计通过放气阀从负极系统内排出的排气的放气量。

技术领域

本发明涉及一种燃料电池系统。

背景技术

US2012/0156575A公开了以下的燃料电池系统：基于闭合氢供给阀来停止向燃料电池供给氢的期间的氢供给阀下游的负极系统内的压力变化，来计算从负极系统内排出的气体量。

发明内容

在燃料电池系统的运转中，在放气阀闭合的期间，从燃料电池的正极电极经由电解质膜向负极电极透过来的氮等蓄积在负极系统内，负极系统内的氢浓度逐渐下降。当负极系统内的氢浓度下降时，在燃料电池系统的运转中发生压降。

为了防止这种压降，根据需要来打开放气阀，经由放气阀从负极系统内排出包含氮、氢的排气，由此将负极系统内的氢浓度管理为不发生压降的氢浓度以上。此时，通过高精度地估计经由放气阀从负极系统内排出的排气的量(放气量)来判断是否适当地管理了负极系统内的氢浓度。这是由于负极系统内的氢浓度与放气量相应地变化，放气量越多则负极系统内的氢浓度越高。

然而，利用前述的以往的手法计算出的从负极系统内排出的气体除了包含经由放气阀放出的放气气体以外还包含从负极系统内泄漏出去的气体。从负极系统内泄漏出去的气体主要是从燃料电池的负极电极经由电解质膜向正极电极透过去的氢。当氢从燃料电池的负极电极透过到正极电极时，负极系统内的氢浓度会降低。

即，放气气体向提高负极系统内的氢浓度的方向起作用，但是透过氢向降低负极系统内的氢浓度的方向起作用。

因而，当想要基于利用前述的以往的手法计算出的从负极系统内排出的气体量来管理氢浓度时，存在以下担忧：受到从负极系统内泄漏的氢的影响，氢浓度低于预期，发生预想不到的压降。

本发明的目的在于，通过排除放气以外的使负极系统内的压力变化的因素的影响、特别是排除从负极系统内泄漏出去的氢的影响，来高精度地估计通过放气阀从负极系统内排出的排气的量。

根据本发明的某个方式，提供一种向燃料电池供给负极气体和正极气体、根据负荷使燃料电池发电的燃料电池系统。该燃料电池系统具备：供给阀，其控制向燃料电池系统的负极系统内的负极气体的供给；放气阀，其从负极系统内排出排气；压力检测部，其估计或测量负极系统内的压力；以及放气量估计部，其基于在供给阀处于打开状态时闭合放气阀的期间的负极系统内的压力变化以及在供给阀处于闭合状态时闭合放气阀的期间的负极系统内的压力变化，来估计通过放气阀从负极系统内排出的排气的放气量。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的燃料电池系统的概要图。

图2是说明本发明的第一实施方式的放气量的计算方法的图。

图3是说明氢供给阀处于闭合状态时的负极系统内的气体流入流出的图。

图4是说明本发明的第一实施方式的放气控制的流程图。

图5是基于燃料电池堆的负荷和堆温度来计算基准占空比的图表。

图6是说明放气阀开阀要求信号生成处理的详情的流程图。

图7是说明放气阀开闭处理的详情的流程图。

图8是说明放气流量估计处理的详情的流程图。

图9是基于升压幅度来计算在氢供给阀打开时蓄积到负极系统内的气体量的图表。