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] 已知一种燃料电池系统，包括:气液分离器，该气液分离器从自燃料电池部分地排 放的燃料气体中分离水并储存水；以及排放阀，该排放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储存的水一起部分地排放至外部。例如，日本未审查专利申请公开 No. 2005-302708描述了用于估计通过打开排放阀而导致的燃料气体的排放量的技术。在一 些情况下，本文中的排放阀包括由阀体打开和关闭的排放出口。
[0003] 为了精细地估计燃料气体的排放量，优选精细地估计每单位时间燃料气体的排放 流量。例如可以想到基于在排放阀的打开时段期间排放阀的上游侧与下游侧之间的差压来 精细地估计燃料气体的排放流量。例如可以想到基于通过试验结果预先定义的差压与气体 排放流量之间的关系而通过使用检测到的差压来估计排放流量。
[0004] 然而，仅基于差压来估计气体排放流量会降低估计准确度。例如，在所储存的水被 通过打开排放阀排放之后，尽管燃料气体被部分地排放，然而即使在燃料气体的排放期间， 通过燃料电池的发电所生成的水也会作为来自气液分离器的所储存的水通过排放阀的排 放出口被排放至外部。此时，可以想到所储存的水和燃料气体同时从排放出口被排放。本文 中通过从排放出口的横截面积的百分比中减去所储存的水占排放出口的横截面积的百分 比来得到燃料气体实质上流过的面积占排放出口的横截面积的百分比。所储存的水占排放 出口的横截面积的百分比随所储存的水的量而变化。从而，燃料气体实质上流过的面积占 排放出口的横截面积的百分比变化。因此，如果仅基于差压而不考虑燃料气体实质上流过 的面积占排放出口的横截面积的百分比来估计气体排放流量，则气体排放流量的估计准确 度会恶化。
【发明内容】
[0005] 因此本发明的目的是要提供一种抑制燃料气体的排放流量的估计准确度的恶化 的燃料电池系统。
[0006] 根据本发明的一方面，燃料电池系统包括:燃料电池;燃料供应源，该燃料供应源 向燃料电池供应燃料气体;供应通道，通过供应通道，从燃料供应源供应的燃料气体流动至 燃料电池;循环通道，通过循环通道，从燃料电池部分地排放的燃料气体流动至供应通道； 气液分离器，该气液分离器布置在循环通道中，并且从自燃料电池部分地排放的燃料气体 中分离水并储存水;排放通道，该排放通道连接至气液分离器，将气液分离器中储存的水排 放至外部，以及将从燃料电池部分地排放的燃料气体部分地排放至外部;排放阀，该排放阀 布置在排放通道中；差压检测部，该差压检测部检测排放阀的下游侧与以下之一之间的差 压:供应通道、循环通道、气液分离器以及排放通道中排放阀的上游侧；以及控制单元，该控 制单元估计通过打开排放阀而部分地排放的从燃料电池部分地排放的燃料气体的流量，其 中，排放阀包括:排放出口，所储存的水和从燃料电池部分地排放的燃料气体部分地流过排 放出口；以及阀体，该阀体打开和关闭排放出口，以及控制单元基于当排放阀被打开时的差 压，以及基于当排放阀被打开时将所储存的水占排放出口的横截面积的百分比除外的燃料 气体占该横截面积的百分比，来估计燃料气体的流量。
[0007] 控制单元可以基于燃料电池的电流值来估计燃料气体的百分比。
[0008] 控制单元可以基于燃料气体的组分来估计流量。
[0009] 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，该燃料供应 源向燃料电池供应燃料气体;供应通道，通过供应通道，从燃料供应源供应的燃料气体流动 至燃料电池;气液分离器，该气液分离器从自燃料电池部分地排放的燃料气体中分离水并 储存水;第一排放通道，通过第一排放通道，从燃料电池部分地排放的燃料气体流动至气液 分离器;第二排放通道，该第二排放通道连接至气液分离器，将气液分离器中储存的水排放 至外部，以及将从燃料电池部分地排放的燃料气体部分地排放至外部;排放阀，该排放阀布 置在第二排放通道中；差压检测部，该差压检测部检测排放阀的下游侧与以下之一之间的 差压:供应通道、第一排放通道、气液分离器以及第二排放通道中排放阀的上游侧；以及控 制单元，该控制单元估计通过打开排放阀而部分地排放的从燃料电池部分地排放的燃料气 体的流量，其中，该燃料电池系统为阳极非循环型，其中，从燃料电池部分地排放的燃料气 体不返回至供应通道，排放阀包括:排放出口，所储存的水和从燃料电池部分地排放的燃料 气体部分地流过排放出口；以及阀体，该阀体打开和关闭排放出口，以及控制单元基于当排 放阀被打开时的差压，以及基于当排放阀被打开时将所储存的水占排放出口的横截面积的 百分比除外的燃料气体占该横截面积的百分比来估计燃料气体的流量。
[0010] 发明效果
[0011] 根据本发明，能够提供一种抑制燃料气体的排放流量的估计准确度恶化的燃料电 池系统。
【附图说明】
[0012] 图1是燃料电池系统的示意图；
[0013] 图2是指示排放阀的操作以及循环通道与排放通道中的排放阀的下游侧之间的压 力差的变化的时序图（timing chart);
[0014] 图3是由ECU执行的针对排放阀的打开和关闭控制的流程图；
[0015]图4是定义差压与水排放流量之间的关系的映射；
[0016] 图5是用于描述基准流量与基准差压的图；
[0017] 图6是定义所需的燃料电池的发电量与目标氢气分压之间的关系的映射；
[0018] 图7是排放阀的截面视图；
[0019] 图8是排放阀的截面视图；
[0020] 图9是在确定水排放要完成之后排放出口的截面视图；
[0021 ]图10是在确定水排放要完成之后排放出口的截面视图；
[0022]图11是定义校正系数Kc与燃料电池的电流值之间的关系的映射;以及 [0023]图12是根据一个变型的燃料电池系统的示意图。
【具体实施方式】
[0024] 在下文中，将参照附图来描述根据本实施方式的燃料电池系统1(称为系统）。系统 1可以应用于安装在车辆中的系统。然而，系统1可以应用于其它系统。图1是系统1的示意 图。系统1包括作为电源的燃料电池2。在燃料电池2中，诸如固态聚合物电解质膜的电解质 薄膜夹在催化剂电极的阳极与阴极之间（未图示电解质薄膜、阳极以及阴极）。对阳极供应 包含氢气的燃料气体，并且对阴极供应诸如空气的包含氧气的氧化气体，从而生成电力。
[0025] 箱3是向燃料电池2供应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,通过供应通道4从箱3供应的燃料气体流动至燃料电池2。在供应通道4中布置了调 节阀6。调节阀6将从箱3供应的燃料气体的压力减小至预定压力，然后燃料气体被供应至燃 料电池2。此外，在供应通道4中的调节阀6的下游侧布置了注入器10。注入器10是电磁双位 阀。对于双位阀，通过预定时段内的电磁驱动力来直接地驱动阀体远离阀座，由此调节气体 流量以及气体压力。注入器10和调节阀6由ECU(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,通过循环通道8从燃料电池 2部分地排放 的燃料气体(燃料尾气)流动至供应通道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以将从燃料电池2部分地排放的燃料气体加压并且供应至 供应通道4。因此，在该系统1中，在燃料电池 2的操作期间，燃料气体循环通过供应通道4和 循环通道8。
[0027] 循环通道8的一部分设置有气液分离器12,气液分离器12从燃料气体分离水并且 具有用于储存所分离的水的储存箱12a。在系统1中，由燃料电池2的发电所生成的水通过电 解质膜从阴极侧泄漏至阳极侧。移动至阳极侧的水被连同燃料气体一起排放至循环通道8， 然后被储存在气液分离器12中。
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