燃料电池系统的制作方法_3

文档序号:9827415阅读:来源:国知局
压力减小率Δ Pa来计算累计燃料气体丢失量Ql (步骤SI I)。图6是定义压力减小率△ Pa与每单位时间的燃料气体丢失量之间的关系的映射图』CU20基于该映射图来计算压力减小率△ Pa下每单位时间的燃料气体丢失量,对在时间tl到当前时间期间的量进行积分并且计算累计燃料气体丢失量Ql。另外,每单位时间的燃料气体丢失量可以使用压力减小率A Pa基于计算表达式来计算。此外,ECU 20计算通过从由压力传感器21所检测的上一个压力值中减去当前压力值而获得的值作为压力减小率A Po
[0044]接下来,ECU20基于电流值来计算由于燃料电池2的发电而引起的累计燃料气体消耗量Q2(步骤S12)。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。ECU 20基于映射图来计算与电流值对应的每单位时间的燃料气体消耗量,对从时间tl至当前时间期间的量进行积分,并且计算累计燃料电池消耗量Q2。另外,在图6和图7中示出的映射图预先通过实验而定义并且被存储在ECU 20的ROM中。另外,每单位时间的燃料气体消耗量可以使用电流值通过计算表达式来计算。
[0045]上文提及的累计燃料气体消耗量Q2指示由燃料电池2的发电所使用的燃料气体的总量。累计燃料气体丢失量Ql指示不管什么原因从供应通道4、循环通道8和燃料电池2中丢失的燃料气体的总量。因此,累计燃料气体消耗量Ql包括累计燃料气体消耗量Q2和由打开排出阀16而引起的燃料气体的累计排出量Q。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之间的关系的图。另外,当所存储的水的排出未完成时,累计燃料气体丢失量Ql与由发电所消耗的累计燃料气体消耗量Q2基本上相同。因此,燃料气体的排出量Q基本上为零。
[0046]接下来,ECU20计算通过从累计燃料气体丢失量Ql减去累计燃料气体消耗量Q2而得到的估计排出量Q,作为所估计的气体排出量(步骤S13)。如图3所示的,上述步骤Sll至步骤S13被重复地执行直到所估计的排出量达到目标气体排出量为止(步骤S6a中的否)。当所估计的排出量达到目标气体排出量(步骤S6a中的是)时,关闭排出阀16 (步骤S7)。以上述方式,估计了排出量。另外,可以计算通过将从累计燃料气体丢失量Ql减去累计燃料气体消耗量Q2而获得的值乘以校准系数而获得的值,作为估计的气体排出量。
[0047]接下来,将描述对如图4所示的估计方法A在电流较高的区域中具有较大误差的原因。在估计方法A中,当燃料电池2的电流较高时,即当由燃料电池2的发电而引起的燃料气体的消耗量较高时,供应通道4中的压力减小率在图2所示的时间11至时间12期间较大。也就是说,指示供应通道4中的压力的线的倾斜度急剧地改变。存在以下可能性:由于发电而引起的供应通道4中的压力减小率与由于燃料气体的排出而引起的供应通道4中的压力减小率基本上相同。在该情况下,累计燃料气体丢失量Ql和通过上述方法计算的累计燃料气体消耗量Q2可能会基本上相同,并且所计算的排出量Q可能会小于实际的气体排出量。因此,在实际的气体排出量大于目标气体排出量之后,可能会关闭排出阀16。可想象到,这使得估计方法A中在较大电流值的区域中出现较大误差。
[0048]接下来,参照图2和图9来描述估计方法B。图9是通过估计方法B进行的气体排出量估计控制的流程图。估计方法B基于在排出阀16的打开时段期间的差压来估计燃料气体的排出量。
[0049]E⑶20计算在排出阀16刚被打开之前气液分离器12中所存储的水量(步骤S21)。具体地,ECU 20通过基于将所生成的水量与燃料电池2的电流进行关联的关系表达式或映射图等来计算从上次排出水时的时间起响应于燃料电池2的发电而生成的水的量,从而计算气液分离器12中所存储的水量。燃料电池2的发电量基于电流来计算。接下来,ECU 20基于循环通道8与排出阀16的下游侧之间的差压APb来估计从排出阀16被打开时的时间起已经排出的水的量(步骤S22)。图10是定义差压APb和排水量之间的关系的映射图。ECU 20基于该映射图来计算与不同压力A Pb对应的排水量,对从排出阀16被打开时的时间11到当前时间期间的量进行积分,并且估计排水量。另外,图10的映射图预先通过实验来定义并且被存储在ECU 20的ROM中。图10的映射图指示每单位时间的排水量随着差压△ Pb增加而增加,即随着循环通道8中的压力相比于排出阀16的下游侧中的压力的增加而增加。这是因为差压Δ Pb越高促使越多的水被排出至外部。
[0050]接下来,ECU20确定所估计的排水量是否不小于所计算的存储水量(步骤S23)。ECU 20继续估计排水量直到所估计的排水量小于所存储的水量。
[0051]当所估计的排水量达到所存储的水量时,确定水排出完成,并且ECU20基于排出阀16的上游侧与下游侧之间的差压△ Pb来估计气体排出量(步骤S24)。图11是定义差压Δ Pb与气体排出流量之间的关系的映射图。ECU 20基于该映射图来计算与差压APb对应的燃料气体的排出量,对从所存储的水排出完成时的时间t2至当前时间期间的量进行积分并且计算气体排出量Q。另外,图11的映射图预先通过实验来定义并且被存储在ECU 20的ROM中。与图10的映射图一样,图11的映射图指示每单位的气体排出量随着差压APb增加而增加。这是因为差压A Pb越高,促使越多的气体排出。另外,在不使用图10和图11的映射图的情况下,可以使用差压A Pb基于表达式来估计排水量和气体排出量。
[0052]上述步骤S21至S24被重复地执行直到所估计的气体排出量达到图3中所示的目标气体排出量为止(步骤S6b中的否)。当所估计的气体排出量达到目标气体排出量(步骤S6b中的是)时,关闭排出阀16(步骤S7)。以上述方式,估计了气体排出量。
[0053]如图4所示,在电流值较小的区域中,估计方法B的误差由于一些原因大于估计方法A的误差。该原因被认为如下。与在较大电流值的区域中相比,在较小电流值的区域中循环通道8中的压力较小。因此,循环通道8与排出阀16的下游侧之间的差压也较小。当差压以这样的方式减小时,由于压力传感器22和传感器23的检测误差而使所检测的差压△ Pb可能会比实际的差压小。因此,计算出小于实际排出流量的气体排出流量,从而估计出小于实际气体排出量的气体排出量。因此,可能会排出比所估计的气体排出量大的实际气体排出量。
[0054]此外,其他原因如下。在较小电流值的区域中由发电所产生的水的量较小。因此,在步骤S21中计算的所存储的水量可能会大于气液分离器12中实际存储的水量。因此,尽管水的排出实际上已完成,但可能会确定水仍然正在被排出,这可能会导致排出阀16的关闭时刻比原始时刻晚。因此,实际的气体排出量可能会大于目标气体排出量。
[0055]以这样的方式,该系统I中的ECU20通过在电流值小于基准值的区域中具有较小误差的估计方法A并且通过在电流值大于基准值的区域中具有较小误差的估计方法B来估计气体排出量。这抑制了在燃料电池2的较大负荷区域中燃料气体的排出量的估计准确度的劣化。
[0056]此外,上述实施方式中的估计方法B通过使用检测循环通道8中的压力的压力传感器22来检测差压△ Pb,但本发明不限于此。例如,替代压力传感器22,可以使用对供应通道
4、气液分离器12或排出通道14中排出阀16的上游侧中的压力进行检测的压力传感器的检测值。
[0057]此外,差压APb由检测排出通道14中排出阀16的下游侧中的压力的压力传感器23来检测,但本发明不限于此。例如,替代压力传感器23,可以使用下述压力传感器,该压力传感器布置在除了排出通道14以外的位置中,并且布置在便于检测周围环境压力的位置中。排出阀16的打开使气体部分地排出至周围环境,使得压力传感器可以检测排出阀16的下游侧中的压力。
[0058]在上述实施方式中,供应通道中的压力减小率△P基于来自压力传感器21的检测值来获得,并且累计燃料气体丢失量Ql是基于压力减小率A P来计算,但本发明不限于此。例如,ECU 20可以基于检测循环通道8中的压力的压力传感器22的检测值来获取循环通道8中的压力减小率,并且可以基于循环通道8中的压力减小率来计算累计燃料气体丢失量Q1。这是因为由燃料电池2的发电对燃料气体的消耗减小了循环通道8中的压力,并且排出阀16的打开也减小了循环通道8中的压力。在该情况下,压力传感器22是检测循环通道8中的压力的压力检测部的示例。另外,压力传感器22可以设置在循环通道8中气液分离器12的上游侧或者循环通道8中气液分离器12的下游侧。
[0059]接下来,将描述根据变型方案的系统。图12是根据第一变型方案的燃料电池系统Ia的示意图。另外,与上述系统I中的部件相似的部件将由相似的附图标记来表示,并且将省略对这样的部件的详细描述。该系统Ia设置有检测气液分离器12中的压力的压力传感器24。压力传感器24设置在较高位置处,以便不被气液分离器12中存储的水覆盖。
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