燃料电池系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃料电池系统。
【背景技术】
[0002]存在已知的燃料电池系统，该系统包括:气液分离器，该气液分离器从自燃料电池排出的燃料气体中分离出水并且存储所分离出的水；以及排出阀，所述排出阀连接至气液分离器并且将燃料气体连同气液分离器中所存储的水一起排出至外部。例如，日本未经审查的专利申请公报N0.2005-302708描述了用于对通过打开排出阀而引起的燃料气体的排出量进行估计的技术。
[0003]燃料气体的排出量可想象地基于例如在排出阀被打开期间在排出阀的上游侧与下游侧之间的差压来估计。然而，发明人发现通过上述方法来估计燃料气体的排出量可能会造成在所估计的排出量与实际的排出量之间的较大误差。
【发明内容】
[0004]因此，本发明的目的在于提供一种燃料电池系统，该燃料电池系统抑制了在燃料电池的大负荷区域中燃料气体的排出量的估计准确度的劣化。
[0005]根据本发明的一个方面，燃料电池系统包括:燃料电池;燃料供应源，该燃料供应源向燃料电池提供燃料气体;供应通道，从燃料供应源提供的燃料气体通过该供应通道流至燃料电池;循环通道，从燃料电池中部分地排出的燃料气体通过该循环通道流至供应通道;气液分离器，该气液分离器布置在循环通道中，并且该气液分离器从自燃料电池中部分地排出的燃料气体中分离出水并且存储所述水;排出通道，该排出通道连接至气液分离器，将气液分离器中所存储的水排出至外部，并且将从燃料电池中部分地排出的燃料气体部分地排出至外部;排出阀，该排出阀布置在排出通道中；电流检测部，该电流检测部检测燃料电池的电流值;压力检测部，该压力检测部检测供应通道中的压力；差压检测部，该差压检测部检测排出阀的下游侧与以下中之一之间的差压:供应通道、循环通道、气液分离器以及排出通道中排出阀的上游侧；以及控制单元，该控制单元对通过打开排出阀而部分地排出的下述燃料气体的排出量进行估计，该燃料气体是从燃料电池中部分地排出的燃料气体，其中，当电流值不大于基准值时，控制单元基于燃料气体的丢失量和由燃料气体发电引起的消耗量来估计排出量，丢失量基于在排出阀的打开时段期间供应通道中的压力减小率来计算，由发电引起的消耗量是基于在打开时段期间的电流值来计算，以及当电流值大于基准值时，控制单元基于在打开时段期间的差压来估计排出量。
[0006]当电流值不大于基准值时，控制单元可以基于通过从丢失量减去消耗量而获得的值来估计排出量。
[0007]根据本发明的另一方面，燃料电池系统包括:燃料电池;燃料供应源，燃料供应源向燃料电池提供燃料气体;供应通道，从燃料供应源提供的燃料气体通过该供应通道流至燃料电池;循环通道，从燃料电池中部分地排出的燃料气体通过该循环通道流至供应通道；气液分离器，该气液分离器布置在循环通道中，并且该气液分离器从自燃料电池中部分地排出的燃料气体中分离出水并且存储所述水;排出通道，该排出通道连接至气液分离器，将气液分离器中所存储的水排出至外部，并且将从燃料电池中部分地排出的燃料气体部分地排出至外部;排出阀，该排出阀布置在排出通道中；电流检测部，该电流检测部检测燃料电池的电流值;压力检测部，该压力检测部检测循环通道和气液分离器中之一中的压力;差压检测部，该差压检测部检测排出阀的下游侧与以下中之一之间的压力差:供应通道、循环通道、气液分离器以及排出通道中的排出阀的上游侧；以及控制单元，该控制单元对通过打开排出阀而部分地排出的下述燃料气体的排出量进行估计，该燃料气体是从燃料电池中部分地排出的燃料气体，其中，当电流值不大于基准值时，该控制单元基于燃料气体的丢失量和由燃料气体发电引起的消耗量来估计排出量气体，丢失量基于在排出阀的打开时段期间循环通道和气液分离器中之一中的压力减小率来计算，由发电引起的消耗量基于在打开时段期间的电流值来计算，以及当电流值大于基准值时，该控制单元基于在打开时段期间的差压来估计排出量。
[0008]根据本发明的又一方面，燃料电池系统包括:燃料电池;燃料供应源，该燃料供应源向燃料电池提供燃料气体;供应通道，从燃料供应源提供的燃料气体通过该供应通道流至燃料电池;气液分离器，该气液分离器从自燃料电池中部分地排出的燃料气体中分离出水并且存储所述的水;第一排出通道，从燃料电池中部分地排出的燃料气体通过该第一排出通道流至气液分离器;第二排出通道，该第二排出通道连接至气液分离器，将气液分离器中所存储的水排出至外部，并且将从燃料电池中部分地排出的燃料气体部分地排出至外部;排出阀，该排出阀布置在第二排出通道中；电流检测部，该电流检测部检测燃料电池的电流值;压力检测部，该压力检测部检测供应通道、第一排出通道和气液分离器中之一内的压力;差压检测部，该差压检测部检测排出阀的下游侧与以下中的一者之间的差压:供应通道、第一排出通道、气液分离器以及第二排出通道中的排出阀的上游侧；以及控制单元，该控制单元对通过打开排出阀而部分地排出的下述燃料气体的排出量进行估计，该燃料气体是从燃料电池中部分地排出的燃料气体，其中，燃料电池系统是阳极非循环类型，在阳极非循环类型中，从燃料电池排出的燃料气体不返回至供应通道，当电流值不大于基准值时，该控制单元基于燃料气体的丢失量和由燃料气体发电所消耗的量来估计排出量，丢失量是基于在排出阀的打开期间供应通道、第一排出通道以及气液分离器中之一中的压力的减小率而计算的，由发电所消耗的量是基于在打开期间的电流值而计算的，以及当电流值大于基准值时，该控制单元基于在打开期间的差压来估计排出量。
[0009]发明的效果
[0010]根据本发明，可以提供一种燃料电池系统，该燃料电池系统抑制了在燃料电池的大负荷区域中燃料气体的排出量的估计准确度的劣化。
【附图说明】
[0011 ]图1是燃料电池系统的示意图；
[0012]图2是指示排出阀的操作的时序图、供应通道的压力的改变以及循环通道与排出通道中排出阀的下游侧之间的压力差的改变；
[0013]图3是由ECU执行的用于排出阀的打开控制和关闭控制的流程图；
[0014]图4是指示在将通过估计方法A和估计方法B分别估计的气体排出量控制成等于目标气体排出量的情况下实际的气体排出量的试验结果的曲线图；
[0015]图5是通过估计方法A进行的气体排出量估计控制的流程图；
[0016]图6是定义压力减小率与每单位时间的燃料气体丢失量之间的关系的映射图；
[0017]图7是定义电流值与每单位时间的燃料气体消耗量之间的关系的映射图；
[0018]图8是示出累计燃料气体丢失量Q1、累计燃料气体消耗量Q2和所估计的燃料气体排出量Q之间的关系的示意图；
[0019]图9是通过方法B进行的气体排出量估计控制的流程图；
[0020]图10是定义差压APb与水排出流量之间的关系的映射图；
[0021 ]图11是定义差压△ Pb与气体排出流量之间的关系的映射图。
[0022]图12是根据第一变型方案的燃料电池系统的示意图；以及
[0023]图13是根据第二变型方案的燃料电池系统的示意图。
【具体实施方式】
[0024]将参照附图来描述根据本实施方式的燃料电池系统1(被称为系统)。系统I可以应用于安装在车辆中的系统。然而，系统I可以应用于另一系统。图1是系统I的示意图。系统I包括作为电源的燃料电池2。在燃料电池2中，诸如固体聚合物电解质膜等电解质膜被夹在催化电极的阳极和阴极之间(电解介质膜、阳极和阴极未被示出)。阳极被提供有包含氢气的燃料气体，而阴极被提供有包含氧气的氧化气体，例如空气，这用于发电。
[0025]罐3是向燃料电池2提供燃料气体的燃料供应源。燃料电池2的阳极入口连接至供应通道4，从罐3提供的燃料气体通过该供应通道4流至燃料电池2。在供应通道4中布置有调节阀6。调节阀6将从罐3提供的燃料气体的压力减小成预定压力，然后将燃料气体提供至燃料电池2。此外，在供应通道4中调节阀6的下游侧布置有注入器10。注入器10是电磁开关阀。对于开关阀，在预定时段内通过电磁阀驱动力来直接驱动阀体离开阀座，从而调节气体流量和气体压力。注入器1和调节阀6由E⑶(电子控制单元)20来控制。
[0026]燃料电池2的阳极出口连接至循环通道8，从燃料电池2中部分地排出的燃料气体(燃料废气)通过该循环通道8流至供应通道4。具体地，循环通道8的下游端连接至供应通道
4。此外，循环通道8设置有循环栗9，用于对从燃料电池2中部分地排出的燃料气体进行增压并且将增压后的燃料气体提供至供应通道4。因此，在该系统I中，在电池单元2的操作期间，燃料气体通过供应通道4和循环通道8来循环。
[0027]循环通道8的一部分中设置有气液分离器12，该气液分离器12自燃料气体中分离出水并且具有用于存储所分离出的水的存储罐12a。在系统I中，由燃料电池2发电所产生的水通过电解质膜从阴极侧泄漏至阳极侧。