[發明專利]燃料電池系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201580059180.3
• 申請日: 2015-09-17
• 公開（公告）號: CN107112554B
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發明（設計）人: 淺井祥朋
• 申請（專利權）人: 日產自動車株式會社
• 主分類號: H01M8/04089
• 分類號: H01M8/04089;H01M8/0438
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇

燃料電池系統具備：供給閥，其控制向負極系統內的負極氣體的供給；放氣閥，其從負極系統內排出排氣；壓力檢測部，其估計或測量負極系統內的壓力；以及放氣量估計部，其基于在供給閥處于打開狀態時閉合放氣閥的期間的負極系統內的壓力變化以及在供給閥處于閉合狀態時閉合放氣閥的期間的負極系統內的壓力變化，來估計通過放氣閥從負極系統內排出的排氣的放氣量。

技術領域

本發明涉及一種燃料電池系統。

背景技術

US2012/0156575A公開了以下的燃料電池系統：基于閉合氫供給閥來停止向燃料電池供給氫的期間的氫供給閥下游的負極系統內的壓力變化，來計算從負極系統內排出的氣體量。

發明內容

在燃料電池系統的運轉中，在放氣閥閉合的期間，從燃料電池的正極電極經由電解質膜向負極電極透過來的氮等蓄積在負極系統內，負極系統內的氫濃度逐漸下降。當負極系統內的氫濃度下降時，在燃料電池系統的運轉中發生壓降。

為了防止這種壓降，根據需要來打開放氣閥，經由放氣閥從負極系統內排出包含氮、氫的排氣，由此將負極系統內的氫濃度管理為不發生壓降的氫濃度以上。此時，通過高精度地估計經由放氣閥從負極系統內排出的排氣的量(放氣量)來判斷是否適當地管理了負極系統內的氫濃度。這是由于負極系統內的氫濃度與放氣量相應地變化，放氣量越多則負極系統內的氫濃度越高。

然而，利用前述的以往的手法計算出的從負極系統內排出的氣體除了包含經由放氣閥放出的放氣氣體以外還包含從負極系統內泄漏出去的氣體。從負極系統內泄漏出去的氣體主要是從燃料電池的負極電極經由電解質膜向正極電極透過去的氫。當氫從燃料電池的負極電極透過到正極電極時，負極系統內的氫濃度會降低。

即，放氣氣體向提高負極系統內的氫濃度的方向起作用，但是透過氫向降低負極系統內的氫濃度的方向起作用。

因而，當想要基于利用前述的以往的手法計算出的從負極系統內排出的氣體量來管理氫濃度時，存在以下擔憂：受到從負極系統內泄漏的氫的影響，氫濃度低于預期，發生預想不到的壓降。

本發明的目的在于，通過排除放氣以外的使負極系統內的壓力變化的因素的影響、特別是排除從負極系統內泄漏出去的氫的影響，來高精度地估計通過放氣閥從負極系統內排出的排氣的量。

根據本發明的某個方式，提供一種向燃料電池供給負極氣體和正極氣體、根據負荷使燃料電池發電的燃料電池系統。該燃料電池系統具備：供給閥，其控制向燃料電池系統的負極系統內的負極氣體的供給；放氣閥，其從負極系統內排出排氣；壓力檢測部，其估計或測量負極系統內的壓力；以及放氣量估計部，其基于在供給閥處于打開狀態時閉合放氣閥的期間的負極系統內的壓力變化以及在供給閥處于閉合狀態時閉合放氣閥的期間的負極系統內的壓力變化，來估計通過放氣閥從負極系統內排出的排氣的放氣量。

附圖說明

圖1是本發明的第一實施方式的燃料電池系統的概要圖。

圖2是說明本發明的第一實施方式的放氣量的計算方法的圖。

圖3是說明氫供給閥處于閉合狀態時的負極系統內的氣體流入流出的圖。

圖4是說明本發明的第一實施方式的放氣控制的流程圖。

圖5是基于燃料電池堆的負荷和堆溫度來計算基準占空比的圖表。

圖6是說明放氣閥開閥要求信號生成處理的詳情的流程圖。

圖7是說明放氣閥開閉處理的詳情的流程圖。

圖8是說明放氣流量估計處理的詳情的流程圖。

圖9是基于升壓幅度來計算在氫供給閥打開時蓄積到負極系統內的氣體量的圖表。