专利名称：燃料电池系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种燃料电池系统。更具体地，本发明涉及一种利用 交流阻抗方法测量阻抗的燃料电池系统。
背景技术：
燃料电池的内阻影响燃料电池中电解质膜的湿润性是公知的。当燃料电池的内部水分少且电解质膜干燥(所谓的干涸(dry-up))时，内 阻增大，且燃料电池的输出电压下降。另一方面，当燃料电池包括过 多的内部水分(所谓的溢流)时，燃料电池的电极被水分覆盖，因此 妨碍了作为反应物的氧或氢的扩散，输出电压下降。为了使燃料电池有效地工作，需要执行燃料电池内部水分的最佳 控制，燃料电池的内部水分与燃料电池的阻抗有关联。目前，通过交 流阻抗方法测量燃料电池的阻抗，从而间接掌握燃料电池中的水分状 态。例如，在下面的专利文献1中披露了一种方法，其中将具有任意 频率的正弦信号(用于阻抗测量的信号)施加到(重叠在)燃料电池 的输出信号上，在这种情况下测量阻抗以实时地掌握燃料电池中的水 分状态。[专利文献l]日本专利申请特开2003-86220 发明内容顺便提及，为了实现燃料电池的稳定操作，除了燃料电池中的水 分状态之外，还需要掌握其他参数(燃料气体或氧化气体的供应状态
等等)以总的判断燃料电池的内部状态。然而，在上述传统技术中，由于仅仅利用测量出的阻抗掌握燃料 电池中的水分状态，所以能检测燃料电池中水分状态的异常(干涸和 溢流)，但不能检测其他参数的异常，存在不能精确判断燃料电池内 部状态的问题。鉴于上述情况研制了本发明，本发明的目标是提供一种燃料电池 系统，其中燃料电池的内部状态能被精确掌握。为了解决上述问题，本发明的燃料电池系统包括燃料电池；用 于在两种以上频率区域中测量燃料电池的阻抗的测量装置；和基于各频率区域中阻抗的测量结果，判断与燃料电池内部状态有关的两个以 上参数的第一判断装置。根据这种构造，测量两种以上频率区域(高频区域，低频区域等 等)中的阻抗，并基于该测量结果判断与燃料电池内部状态相关的两 个以上参数，如燃料电池电解质膜的湿润状态和燃料气体的供应状态。 由于进行这种判断，所以与传统技术相比，能精确掌握燃料电池的内 部状态，并能实现燃料电池系统的高效和高度鲁棒性的控制。这里，在上述构造中优选地，两种以上频率区域是包括低频区域 (第一频率区域)和高频区域(频率高于第一频率区域的第二频率区 域)的两种以上频率区域，并且两个以上参数包括关于燃料电池的燃 料气体的供应状态和燃料电池电解质膜的湿润状态。而且，优选地，测量装置测量低频区域中的阻抗和高频区域中的 阻抗，并且第一判断装置基于低频区域中阻抗的测量结果和高频区域 中阻抗的测量结果的结合判断关于燃料电池的燃料气体的供应状态和 燃料电池的电解质膜的湿润状态。
此外，优选地，在第一判断装置中设定第一阻抗阈值和第二阻抗 阈值，第一阻抗阈值用来判断燃料气体的供应状态是令人满意的还是 有缺陷的，第二阻抗阈值用来判断电解质膜的湿润状态是令人满意的 还是有缺陷的，在低频区域中阻抗的测量结果大于第一阻抗阈值的情 况下，第一判断装置判断出燃料气体的供应状态有缺陷，在高频区域 中阻抗的测量结果大于第二阻抗阈值的情况下，第一判断装置判断出 电解质膜的湿润状态有缺陷。另外，优选地，系统还包括用于检测燃料电池内部的水分状态 的第一检测装置；用于检测燃料电池内部的燃料气体纯度的第二检测 装置；和第二判断装置，其在第一判断装置判断出燃料气体的供应状态有缺陷的情况下，基于各检测装置的检测结果判断缺陷的因素。而且，优选地，第二判断装置基于各检测装置的检测结果的结合 来判断缺陷的因素是燃料气体的供应异常、氧化气体的供应异常还是 由于溢流引起的燃料到达异常。另外，优选地，第一检测装置检测水分状态是正常还是过多，第 二检测装置检测燃料气体纯度是低还是高，在第一检测装置判断出水 分状态是过多的情况下，第二判断装置判断出缺陷的因素是由于溢流 引起的燃料到达异常，在第二检测装置判断燃料气体纯度低的情况下， 第二判断装置判断出缺陷的因素是燃料气体的供应异常，在第二检测 装置判断出燃料气体纯度高的情况下，第二判断装置判断出缺陷的因 素是氧化气体的供应异常。而且，优选地，系统还包括氧化气体供应控制装置，用于在第 二判断装置判断出缺陷的因素是氧化气体供应异常的情况下，增加所 供应的氧化气体的量以消除缺陷。同样优选地，系统还包括燃料气 体供应控制装置，用于在第二判断装置判断出缺陷的因素是燃料气体
供应异常的情况下，增加所供应的燃料气体的量以消除缺陷。此外，优选地，系统还包括水分平衡控制装置，用于在第二判 断装置判断出缺陷的因素是由于溢流引起的燃料到达异常的情况下， 增加由来自燃料电池的排气带走的水的量。如上所述，根据本发明，能精确掌握燃料电池的内部状态。
图1是表示当前实施例的燃料电池系统的构造的图； 图2是表示根据实施例的阻抗测量的结果的图； 图3是表示根据实施例的阻抗测量的功能性框图； 图4是用于判断实施例的燃料电池内部状态的概要的说明图；和 图5是用于判断实施例的燃料电池的内部状态详情的说明图。
具体实施方式
在下文中将参考附图描述本发明的一实施例。A.当前实施例 A.-l整体构造图1是上面安装有本实施例的燃料电池系统10的车辆的示意性构 造图。应该注意，在下面的描述中，燃料电池混和动力车(FCHV)表 现为车辆的一个例子，但本实施例还可应用于电动车和混合动力轿车。 本实施例不仅可应用于车辆，而且可应用于各种可移动体(例如，船、 飞机等等)。燃料电池(电池堆)20是用于从供应的燃料和氧化气体产生负载 驱动功率的装置，并且具有层叠式结构，其中多个单独电池串联地叠 置。
燃料电池系统10包括与燃料电池20相连的燃料气体循环供应系 统和氧化气体供应系统。燃料电池20的燃料气体循环供应系统包括燃 料气体供应源30、燃料气体供应路径31、燃料电池20、燃料气体循环 路径32和阳极废气通道33。燃料气体供应源30由氢存储源如高压氢罐或氢存储罐构成。燃料 气体供应路径31是用于将供应自燃料气体供应源30的燃料气体引导 到燃料电池20的阳极电极的气体通道，且该气体通道从上游侧到下游 侧依次设有罐阀H201、高压调节器H9、低压调节器HIO、氢供应阀 H200和FC入口阀H21。被压縮成高压的燃料气体的压力在高压调节 器H9中减小成中间压力，并在低压调节器H10中进一步减小成低压(普 通工作压力)。压力减小的燃料气体经由FC入口阀H21供应到燃料电 池20。供应到燃料电池20的燃料气体的压力由压力传感器Pl检测。燃料气体循环路径32是允许未反应的燃料气体回流到燃料电池 20的回流气体通道，且该气体通道从上游侧到下游侧依次设有FC出 口阀H22、氢泵(燃料泵)63和单向阀H52。氢泵63是用于控制从燃 料电池20排出的未反应燃料气体的流量的装置，并适当地将从燃料电 池20排出的未反应燃料气体加压以将该气体供应到燃料气体供应路径 31。单向阀H52禁止燃料气体从燃料气体供应路径31向燃料气体循环 路径32逆流。阳极废气通道33是用于将从燃料电池20排出的氢废气 排出到系统外部的气体通道，该气体通道设有放气阀(purge valve)H51。上述罐阀H201、氢供应阀H200、 FC入口阀H21、 FC出口阀H22 和放气阀H51是在稍后描述的控制单元50的控制下控制所供应或排出 到气体通道31至33或燃料电池20的燃料气体的量的切断阀，并且例 如由电磁闽构成。作为例如开/关阀的这种电子阀，优选是能在PWM 控制或类似方式下线性地调节阀开度的线性阀。燃料电池20的氧化气体供应系统包括空气压缩机40、氧化气体 供应路径41和阴极废气通道42。空气压縮机40将经由空气滤清器61 从外部空气捕获的空气压縮，并将压縮空气作为氧化气体供应到燃料 电池20的阴极电极。经过燃料电池20的电池反应的氧化废气流过阴 极废气通道42,并从系统排出。氧化废气包含燃料电池20中的电池反 应所产生的水，因而具有非常湿润的状态。增湿模块62在流过氧化气体供应路径41的低湿氧化气体和流过 阴极废气通道42的高湿氧化废气之间进行水分交换以适当地增湿所供 应到燃料电池20的氧化气体。供应到燃料电池20的氧化气体的背压 由设置在阴极废气通道42的阴极出口周围的压力调节阀A4调节。应 该注意，经由阴极废气通道42从系统排出的氧废气的流量由空气压縮 机40控制。电池(蓄电器)54是可充电/可放电二次电池，其例如由镍氢电池 构成。可以使用各种其它类型的二次电池。代替电池54，可以使用除 二次电池之外的可充电/可放电蓄电器，例如可使用电容器。该电池54 插入在燃料电池20的放电路径中，并与燃料电池20并联连接。DC/DC变换器(电压变换设备)53设置在电池54和逆变器51之 间。DC/DC变换器53是直流电压变换器，且具有对来自电池54的DC 电压输入进行调节以将电压输出到燃料电池20侧的功能，和对来自燃 料电池20或同步电动机M3的DC电压输入进行调节以将电压输出到 电池54侧的功能。DC/DC变换器53的功能实现了电池54的充电/放 电。车辆辅助机器(例如，照明设备、空调设备等等，未示出)和FC 辅助机器(例如，用于供应燃料气体或改质材料的泵等等，未示出) 连接在电池20和DC/DC变换器53之间，且电池20是这些辅助机器 的电源。 上述元件的操作由控制单元50控制。控制单元50被构造成为微 型计算机，其中包括CPU、 RAM和ROM。控制单元50控制逆变器51 的转换，并基于所需功率向同步电动机M3输出三相交流电流。控制单 元50控制燃料电池20和DC/DC变换器53的操作以便供应与所需功 率相应的电力。各种传感器信号输入到该控制单元50中。例如，各种 传感器信号从压力传感器P1、温度传感器T1、 SOC传感器21和用于 计时的计时器TM等等输入到控制单元10中，其中压力传感器Pl检 测供应到燃料电池20的燃料气体的压力，温度传感器Tl检测燃料电 池20的温度，SOC传感器21检测电池20的充电状态(SOC)。A-2.阻抗测量的描述图2是表示复平面中的通过交流电阻抗方法进行的阻抗测量的结 果的图。当在预定条件下测量燃料电池在多个频率的内阻抗且在复平面上 绘出伴随频率变化的阻抗轨迹(Cole-Cole图表)时，得到如图2所示 的阻抗曲线。这里，由虚线表示的高频区域的阻抗和在图2中由单点 划线表示的低频区域的阻抗分别是清楚表明燃料电池20特性的信息。 在本实施例中，测量高频区域的阻抗和低频区域的阻抗，并且利用该 测量结果和补充该结果的系统参数(与燃料电池的内部状态相关的参 数；稍后描述)估计燃料电池20的内部状态，从而实现燃料电池20 的最佳操作。图3是表示阻抗测量的工作原理框图。如图3中所示，控制单元50包括目标电压确定部分110、重叠信 号产生部分120、电压指令信号产生部分130、阻抗计算部分140、第 一状态判断部分150、第二状态判断部分160、水分平衡控制部分170、 空气供应控制部分180和燃料气体供应控制部分190。
目标电压确定部分110基于从加速踏板传感器(未示出)、soc传感器21等等输入的相应传感器信号确定输出目标电压(例如300V 等等)，将该电压输出到电压指令信号产生部分130。重叠信号产生部分120产生用于阻抗测量的信号(例如，处于预 定频率且具有2V幅值的正弦波等等)，该信号被重叠在输出目标电压 上以将该信号输出到电压指令信号产生部分130。通过重叠信号幅度控 制部分(未示出)适当地改变该用于阻抗测量的信号的幅值(例如， 幅值2V—4V等等)。应该注意，可以根据系统设计等等适当地设定输 出目标电压和用于阻抗测量的信号的参数(波形类型、频率和幅值)。电压指令信号产生部分130将用于阻抗测量的信号重叠在输出目 标电压上以将电压指令信号Vfcr输出到DC/DC变换器53。 DC/DC变 换器53基于施加的电压指令信号Vfcr控制燃料电池20的电压等等。阻抗计算部分140以预定采样率对由电压传感器141检测到的燃 料电池20的电压(FC电压)Vf和由电流传感器142检测到的燃料电 池20的电流(FC电流)If进行釆样，以执行傅立叶变换处理(FFT计 算处理和DFT计算处理)等等。阻抗计算部分(测量装置)140以受 到傅立叶变换处理的FC电流信号除受到傅立叶变换处理的FC电压信 号以获得燃料电池20的阻抗，然后选取低频区域的阻抗测量值和高频 区域的阻抗测量值以将所述值输出到第一状态判断部分150。这里，低频例如是大约0.1到10Hz的频率，并且能根据这种低频 区域的阻抗测量值判断供应给电解质膜的燃料电池20的燃料供应状态 (稍后描述细节)。另一方面，高频例如是大约250到500Hz的频率， 并且能根据这种高频区域的阻抗测量值判断燃料电池20的电解质膜的 湿润状态(稍后描述细节)。应该注意，用于阻抗测量中的频率不局 限于上述频率，所采用的频率是任意的。
第一状态判断部分(第一判断装置)150是用于判断燃料电池20 内部状态的概要的装置，其包括阻抗存储器M1。在阻抗存储器M1中， 存储着在各种条件下通过试验等等而获得的多种阻抗曲线。具体地说， 在阻抗存储器M1中，存储着改变参数时的若干阻抗曲线，所述参数例 如是燃料电池20的温度、燃料电池20的负载状态、燃料电池20电解 质膜的状态和供应气体的过量比(excessive ratio)。在从阻抗计算部分140收到上述频率区域中的阻抗测量值时，第 一状态判断部分150首先基于从温度传感器Tl、压力传感器Pl等等获 得的检测结果在相应时间从阻抗存储器Ml中选取最适合于阻抗测量 条件的阻抗曲线。而且，第一状态判断部分150将每个频率区域中的 阻抗测量值与所选取的阻抗曲线进行比较以判断燃料电池20内部状态 的概要。图4是用于判断燃料电池20内部状态的概要的说明图。首先，第一状态判断部分150判断低频区域的阻抗测量值(在下 文中称为低频阻抗)是否小于阻抗曲线上的第一阻抗阈值。当低频阻 抗是第一阻抗阈值或小于第一阻抗阈值时，判断低频阻抗"小"。另 一方面，当低频阻抗大于第一阻抗阈值时，判断低频阻抗"大"。相似地，第一状态判断部分150判断高频区域的阻抗测量值(在 下文中称为高频阻抗)是否小于阻抗曲线上的第二阻抗阈值。当高频 阻抗是第二阻抗阈值或小于第二阻抗阈值时，判断高频阻抗"小"。 另一方面，当高频阻抗大于第二阻抗阈值时，判断高频阻抗"大"。第一状态判断部分150结合这些判断结果判断燃料电池20内部状 态的概要，如图4中所示和如下文中描述的。(1)"低频阻抗；小"和"高频阻抗；小"一令人满意(状态 A)(2) "低频阻抗；大"和"高频阻抗；小"一燃料状态缺陷(状态B)(3) "低频阻抗；小"和"高频阻抗；大"一干涸(状态C)(4) "低频阻抗；大"和"高频阻抗；大"一干涸且燃料状态 缺陷(状态D)这里，状态A意味着燃料电池20电解质膜的湿润状态和燃料气体 向燃料电池20的供应状态都是令人满意的，状态B意味着燃料气体向 燃料电池20的供应状态有缺陷(燃料状态缺陷)，状态C意味着电解 质膜的湿润状态有缺陷(干涸)，状态D意味着电解质膜的湿润状态 有缺陷(干涸)并意味着燃料状态缺陷。在第一状态判断部分150判断燃料状态缺陷(状态B或D)的情 况下，该部分将结果通知给第二状态判断部分160。另一方面，当判断 干涸(状态C或D)时，该部分将结果通知给水分平衡控制部分170。在第一状态判断部分150判断燃料电池具有燃料状态缺陷的情况 下，第二状态判断部分(第二判断装置)160判断缺陷的因素(即，燃 料电池20内部状态的详情)。这将被详细描述。在从第一状态判断部 分150收到表明燃料电池具有燃料状态缺陷的通知时，将用水分平衡 监视器161和燃料气体纯度监视器162判断燃料电池20内部状态的详 情。<水分平衡监视器>水分平衡监视器(第一检测装置)161是用于检测燃料电池中的 水分状态的装置，其利用下面的公式(A)获得燃料电池中的残留水量， 并将获得的剩余水量与参考水量(稍后描述)进行比较以判断燃料电 池中的水量(水分状态)是过多还是正常。Wre=Wco+Whu-Weo-Weh—_ (A) Wre;燃料电池中的残留水量； WCO;燃料电池发电产生的水量； Whu;增湿模块的增湿量；Weo;燃料电池的排气(阴极侧)带走的水量；和 Weh;燃料电池的排气(阳极侧)带走的水量。将对这些详细描述。水分平衡监视器161基于从每个传感器供应 的燃料电池20的温度、排气的温度、气体流量、增湿模块62的增湿 能力等等获得参数值，并将获得的参数值代入公式(A)中以获得燃料 电池中的残留水量Wre。水分平衡监视器161将获得的残留水量Wre 与第一数据库161a中记录的参考水量进行比较以判断燃料电池中的水 量是过多还是正常。具体地说，当获得的残留水量Wre是参考水量或 小于参考水量时，判断燃料电池中的水量是"正常的"。另一方面， 当获得的残留水量Wre超出参考水量时，判断燃料电池中是水量是"过 多的"(看图5)。应该注意，为了保证水分平衡监视器161的检测精 度，可以在阻抗测量值达到预定值时或在别的时间将水量的总值重置。<燃料气体纯度监视器>燃料气体纯度监视器(第二检测装置)162是用于检测燃料电池 中燃料气体纯度的装置，其利用下面的公式(B)获得燃料电池中的燃 料气体纯度，并将获得的燃料气体纯度与参考气体纯度(稍后描述) 进行比较以判断燃料电池中的燃料气体纯度是高还是低。Gpr=100-Gea-Gsu+Gre—_ (B)Gpr;燃料气体纯度(％);Gea;初始状态中的杂质气体的浓度；Gsu;供应自燃料气体供应源的杂质气体的浓度；和Gre;从放气阀排出的杂质气体的浓度。
31、 32和燃料电池20的杂质气体浓度传感器(未示出)检测到的杂质 气体(氮等等)浓度代入公式(B)中以获得燃料电池中的燃料气体纯 度Gpr。这里，由于初始状态中的杂质气体浓度Gea主要取决于燃料电 池20在停机之后维持不变的时间、燃料电池20的温度和燃料气体的 压力，所以可以用计时器TM、温度传感器T1、压力传感器P1等等获 得这些参数值以在考虑到这些参数值的情况下估计杂质气体浓度。可 以利用燃料气体浓度传感器代替杂质气体浓度传感器从相应的检测到 的燃料气体浓度获得相应的杂质气体浓度。在获得燃料气体纯度Gpr时，燃料气体纯度监视器162将获得的 燃料气体纯度Gpr与第二数据库162a中记录的参考气体纯度进行比较 以判断燃料电池中的燃料气体纯度是高还是低。具体地说，当获得的 燃料气体纯度Gpr是参考气体纯度或小于参考气体纯度时，判断燃料 电池中的燃料气体纯度"低"。另一方面，当获得的燃料气体纯度Gpr 超出参考气体纯度Gba时，判断燃料电池中的燃料气体纯度"高"(看 图5)。第二状态判断部分160结合上述水分平衡监视器161和燃料气体 纯度监视器162的判断结果判断燃料电池20内部状态的详情，如图5 中所示的和如下文中描述的。(5) "水分平衡监视器；过多"和"燃料气体纯度监视器；低" —燃料气体供应缺陷和由于溢流引起的关于电解质膜的燃料到达缺陷(状态E)(6) "水分平衡监视器；过多"和"燃料气体纯度监视器；高" —由于溢流引起的关于电解质膜的燃料到达缺陷(状态F)(7) "水分平衡监视器；正常"和"燃料气体纯度监视器；低" —燃料气体供应缺陷(状态G)(8) "水分平衡监视器；正常"和"燃料气体纯度监视器；高" —空气供应缺陷(状态H) 这里，状态E意味着第一状态判断部分150进行的燃料状态缺陷 (即，燃料气体的供应状态有缺陷)的判断因素是燃料气体的供应缺 陷(供应异常)和由于溢流引起的关于电解质膜的燃料到达缺陷(燃 料到达异常)，状态F意味着因素是由于溢流引起的关于电解质膜的 燃料到达缺陷(燃料到达异常)，状态G意味着因素是燃料气体的供 应缺陷(供应异常)，状态H意味着因素是空气(氧化气体)的供应 缺陷(供应异常)。在第二状态判断部分160判断出空气供应缺陷(状态H)的情况 下，该结果被通知给空气供应控制部分180。另一方面，当判断出燃料 气体供应缺陷(状态E或G)时，该结果被通知给燃料气体供应控制 部分190。此外，当第二状态判断部分160判断出由于溢流引起的关于 电解质膜的燃料到达缺陷(状态E或F)时，该结果被通知给水分平衡 控制部分170。在从第二状态判断部分160收到空气供应缺陷的通知时，空气供 应控制部分(氧化气体供应控制装置)180执行这种控制以便利用空气 化学计量比图(未示出)提高空气化学计量比，或限制燃料电池20的 输出从而相对于将产生的功率量增大相关的燃料气体供应量。当执行 这种控制时，空气供应缺陷被消除，燃料电池系统10返回到正常工作 状态。在从第二状态判断部分160收到燃料气体供应缺陷的通知时，燃 料气体供应控制部分(燃料气体供应控制装置)190执行这种控制以便 利用燃料气体化学计量比图(未示出)提高燃料气体空气化学计量比， 或除了增加燃料气体的放气量之外增大放气阀H51的开度，或限制燃 料电池20的输出从而相对于将产生的功率量增大相关的燃料气体供应 量。当执行这种控制时，燃料气体供应缺陷被消除，燃料电池系统10 返回到正常工作状态。
在从第一状态判断部分150收到干涸的通知或从第二状态判断部 分160收到由于溢流引起的关于电解质膜的燃料到达缺陷的通知时， 水分平衡控制部分(水分平衡控制装置)170执行下面的控制。在从第一状态判断部分150收到干涸的通知时，为了减少被燃料 电池20的排气带走的水量，燃料气体供应控制部分190执行控制以便 降低用于冷却燃料电池20的冷却剂(水等等)的温度，减少上述空气 化学计量比，或调节压力调节阀A4从而增大空气背压。作为替选，可 以从燃料电池20给电池54充电以增加燃料电池20产生的水量。当执 行这种控制时，干涸被消除，燃料电池系统IO返回到正常工作状态。另一方面，在从第一状态判断部分150收到由于溢流引起的关于 电解质膜的燃料到达缺陷的通知时，为了增加上述被带走的水量，燃 料气体供应控制部分190执行控制以便升高燃料电池20的冷却剂的温 度，增大上述空气化学计量比，或调节压力调节阀A4从而减小空气背 压。作为替选，可以执行控制以便限制燃料电池20的输出从而减小产 生的水量，增加上述燃料气体空气化学计量比，或增大放气阀H51的 开度等等从而增加燃料气体的放气量。当执行这种控制时，由于溢流引起的关于电解质膜的燃料到达缺陷被消除，燃料电池系统IO返回到 正常工作状态。如上所述，根据本实施例，为了掌握燃料电池的内部状态，测量 两种以上阻抗(高频区域的阻抗和低频区域的阻抗)，并且还测量补 充上述测量的系统参数(燃料电池的内部水量、燃料气体纯度等等)。 与传统技术相比，当使用该测量结果时，能精确掌握燃料电池的内部 状态，能实现燃料电池系统的高效和高度鲁棒性的控制。而且，在图3所示的系统中，通过上述方法，能将用于阻抗测量 的信号重叠在燃料电池的输出上，但根据本发明，用两种以上阻抗测
量值实现燃料电池状态的掌握，因此本发明不局限于上述构造。例如， 将能以高频使负载波动的设备连接到燃料电池的输出端，从而可以实 现用于阻抗测量的信号的重叠。此外，将能单独测量阻抗的设备连接 到系统，从而可以采用系统控制设备(控制单元50)能接收阻抗测量 值的构造。
权利要求
1.一种燃料电池系统，包括燃料电池；测量装置，用于测量在两种以上频率区域中的所述燃料电池的阻抗；和第一判断装置，用于基于各频率区域中的所述阻抗的测量结果，判断与所述燃料电池的内部状态有关的两个以上参数。
2. 如权利要求l所述的燃料电池系统，其中所述两种以上频率区域是包括低频区域和高频区域的两种以上频率区域，和所述两个以上参数包括关于所述燃料电池的燃料气体的供应状态 和所述燃料电池的电解质膜的湿润状态。
3. 如权利要求2所述的燃料电池系统，其中所述测量装置测量所 述低频区域中的所述阻抗和所述高频区域中的所述阻抗，且所述第一判断装置基于所述低频区域中所述阻抗的所述测量结果 和所述高频区域中所述阻抗的所述测量结果的结合，判断关于所述燃 料电池的所述燃料气体的所述供应状态和所述燃料电池的所述电解质 膜的所述湿润状态。
4. 如权利要求3所述的燃料电池系统，其中在所述第一判断装置 中设定第一阻抗阈值和第二阻抗阈值，所述第一阻抗阈值用来判断所 述燃料气体的所述供应状态是令人满意的还是有缺陷的，所述第二阻 抗阈值用来判断所述电解质膜的所述湿润状态是令人满意的还是有缺 陷的，在所述低频区域中所述阻抗的所述测量结果大于所述第一阻抗阈 值的情况下，所述第一判断装置判断出所述燃料气体的所述供应状态 有缺陷，和在所述高频区域中所述阻抗的所述测量结果大于所述第二阻抗阈 值的情况下，所述第一判断装置判断出所述电解质膜的所述湿润状态 有缺陷。
5. 如权利要求2到4中任一项所述的燃料电池系统，还包括用于检测所述燃料电池内部的水分状态的第一检测装置； 用于检测所述燃料电池内部的燃料气体纯度的第二检测装置；和 第二判断装置，其在所述第一判断装置判断出所述燃料气体的所述供应状态有缺陷的情况下，基于所述各检测装置的检测结果来判断缺陷的因素。
6. 如权利要求5所述的燃料电池系统，其中所述第二判断装置基 于所述各检测装置的所述检测结果的结合来判断所述缺陷的因素是所 述燃料气体的供应异常、氧化气体的供应异常还是由于溢流引起的燃 料到达异常。
7. 如权利要求6所述的燃料电池系统，其中所述第一检测装置检 测所述水分状态是正常还是过多，所述第二检测装置检测所述燃料气体纯度是低还是高， 在所述第一检测装置判断出所述水分状态是过多的情况下，所述第二判断装置判断出所述缺陷的因素是由于所述溢流引起的所述燃料到达异常，在所述第二检测装置判断出所述燃料气体纯度低的情况下，所述 第二判断装置判断出所述缺陷的因素是所述燃料气体的所述供应异 常，和在所述第二检测装置判断出所述燃料气体纯度高的情况下，所述 第二判断装置判断出所述缺陷的因素是所述氧化气体的所述供应异 常。
8. 如权利要求7所述的燃料电池系统，还包括 氧化气体供应控制装置，用于在所述第二判断装置判断出所述缺 陷的因素是所述氧化气体的所述供应异常的情况下，增加所供应的所 述氧化气体的量以消除所述缺陷。
9. 如权利要求7所述的燃料电池系统，还包括燃料气体供应控制装置，用于在所述第二判断装置判断出所述缺 陷的因素是所述燃料气体的所述供应异常的情况下，增加所供应的所 述燃料气体的量以消除所述缺陷。
10. 如权利要求7所述的燃料电池系统，还包括 水分平衡控制装置，用于在所述第二判断装置判断出所述缺陷的因素是由于所述溢流引起的所述燃料到达异常的情况下，增加由来自 所述燃料电池的排气带走的水的量。
全文摘要
本发明的燃料电池系统的特征在于包括燃料电池、用于在两种以上频率区域中测量燃料电池阻抗的测量装置和基于各频率区域中阻抗的测量结果判断与燃料电池内部状态有关的两个以上参数的第一判断装置。根据这种构造，测量两种以上频率区域(高频区域，低频区域等等)中的阻抗，以基于该测量结果判断与燃料电池内部状态相关的两个以上参数，如燃料电池电解质膜的湿润状态和燃料气体的供应状态。由于进行这种判断，所以与传统技术相比，能精确掌握燃料电池的内部状态，并能执行燃料电池系统的高效和高度鲁棒性的控制。
文档编号H01M8/04GK101213696SQ20068002413
公开日2008年7月2日 申请日期2006年6月30日 优先权日2005年6月30日
发明者折桥信行, 木崎干士, 滨田成孝, 真锅晃太, 繁雅裕 申请人:丰田自动车株式会社