CN101496209B - 燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

一种燃料电池系统，具有：燃料电池；供给流路，用于使从燃料供给源供给的燃料气体流入到燃料电池；可变气体供给装置，调整供给流路的上游侧的气体状态而供给到下游侧；排出流路，用于使从燃料电池排出的燃料废气流动；排气阀，将排出流路内的气体排出到外部；控制单元，当排气阀打开的过程中计算出的排气量超过规定的目标排气量时，关闭排气阀。控制部在排气阀打开的过程中计算出的排气量超过目标排气量时，停止来自可变气体供给装置的气体供给量的供给的同时，关闭排气阀。

Description

燃料电池系统

技术领域

本发明涉及一种燃料电池系统。

背景技术

以往，具有接收反应气体(燃料气体及氧化气体)的供给并进行发电的燃料电池的燃料电池系统被提出并被实用化。在所述燃料电池系统的燃料电池内部、燃料废气的循环流路中，伴随着发电，氮、一氧化碳等杂质历时积蓄。为了将这种杂质排出到外部，在与循环流路连接的排出流路上设置排气阀，通过进行该排气阀的开关控制，每隔一定时间排出循环流路内的气体，这一技术(排气技术)已经被提出。

另外，现在提出了以下技术：进行控制以当通过排气阀的气体流量超过规定值时关闭排气阀的技术(日本特开2004-179000号公报)；根据燃料电池的发电状态设定排出时间，由此实现和对应于发电状态的要求排出量等量的排气的技术(日本特开2005-141977号公报)。

发明内容

然而，在燃料电池系统中，设有燃料供给流路，用于使从氢罐等燃料供给源供给的燃料气体流入到燃料电池。并且现在提出了以下技术方案：通过在该燃料供给流路上设置机械式可变调节器等的可变气体供给装置，使来自燃料供给源的燃料气体的供给压力根据系统的运转状态而变化。

另外，近些年来提出了以下技术方案：作为可变气体供给装置采用喷射器，并根据来自喷射器的气体供给计算出来自排气阀的排气(purge：清除)量，当该计算出的排气量超过规定阈值(目标排气量)时关闭排气阀(以下称为“喷射器排气控制”)。在现有的喷射器排气控制中，如图9A及图9B所示，计算出某一时间下与来自喷射器的气体供给量相对应的排气量增加量，并通过将该排气量增加量加到至当时为止的排气量上，从而计算出总排气量，当该总排气量超过目标排气量时关闭排气阀。

但是，如果采用这种现有的喷射器排气控制，则如图9A及图9C所示，在计算出的排气量超过目标排气量时的来自喷射器的气体供给量(临界气体供给量)开始供给时，排气阀被关闭。其结果是，计算出的排气量超过目标排气量时的排气量增加量ΔQ未被排出，如图9B所示，产生实际的排气量小于目标排气量(产生排气误差)的问题。

本发明鉴于以上问题而作出，其目的在于，在具有可变气体供给装置及排气阀、计算出的排气量超过规定的目标排气量时关闭排气阀的燃料电池系统中，抑制排气误差。

为了实现上述目的，本发明涉及的第1燃料燃料电池系统，具有：燃料电池；供给流路，用于使从燃料供给源供给的燃料气体流到燃料电池；可变气体供给装置，调整该供给流路的上游侧的气体状态而供给到下游侧；排出流路，用于使从燃料电池排出的燃料废气流过；排气阀，用于将该排出流路内的气体排出到外部；和控制单元，在排气阀打开期间计算出的排气量超过规定的目标排气量的情况下，关闭排气阀，其中，控制单元在排气阀打开期间计算出的排气量超过上述目标排气量的情况下，停止来自可变气体供给装置的气体供给量的供给的同时，关闭排气阀。

如果采用上述构成，则可以在排气阀打开期间计算出的排气量超过规定的目标排气量的情况下，停止上述气体供给量的供给的同时关闭排气阀。换言之，在排气阀打开期间计算出的排气量超过规定的目标排气量的情况下，可考虑上述氧化供给量而继续排气阀的打开。因此，可抑制由可变气体供给装置的气体供给引起的实际排气量低于目标排气量(排气误差)。此外，所谓“气体状态”是指由流量、压力、温度、摩尔浓度等表示的气体的状态，尤其包括气体流量及气体压力中的至少一个。

另外，本发明涉及的第2燃料电池系统，具有：燃料电池；供给流路，用于使从燃料供给源供给的燃料气体流到燃料电池；可变气体供给装置，调整该供给流路的上游侧的气体状态而供给到下游侧；排出流路，用于使从燃料电池排出的燃料废气流过；排气阀，用于将该排出流路内的气体排出到外部；和控制单元，在排气阀打开期间计算出的排气量超过规定的目标排气量的情况下，关闭排气阀，其中，控制单元在排气阀打开期间计算出的排气量超过上述目标排气量的情况下，计算出从来自可变气体供给装置的气体供给量的气体供给开始时起、到将上述气体供给量对应的排气量增加量的至少一部分加到之前的排气量上而计算出的排气量达到上述目标排气量为止的所需时间，从上述气体供给量的气体供给开始时起经过上述所需时间后关闭排气阀。

如果采用上述构成，则在排气阀打开期间计算出的排气量超过规定的目标排气量的情况下，可计算出从来自可变气体供给装置的气体供给量的气体供给开始时起、到将上述气体供给量对应的排气量增加量的至少一部分加到之前的排气量上而计算出的排气量达到目标排气量为止的所需时间。并且，能够从来自可变气体供给装置的气体供给开始时起经过上述所需时间后关闭排气阀。因此，在来自可变气体供给装置的气体供给量的供给停止的同时关闭排气阀后实际的排气量超过目标排气量的情况下，可在上述气体供给量的供给停止时之前先关闭排气阀。其结果是，可抑制实际的排气量超过目标排气量(排气误差)。

在上述各燃料电池系统中，可采用具有排气量计算单元的控制单元，该排气量计算单元根据来自可变气体供给装置的气体供给状态的变化量的时间积算，计算出从排气阀的排气量。在这种情况下，将由可变气体供给装置的下游侧压力的变化量换算出的压力变化对应流量、及用于补偿可变气体供给装置的下游侧压力的降低的气体校正供给流量的时间积算值相加，从而可计算出从排气阀的排气量。

另外，在上述燃料电池系统中，能够将喷射器作为可变气体供给装置使用。

所谓喷射器是电磁驱动式的开关阀，通过利用电磁驱动力直接以规定的驱动周期驱动阀芯远离阀座，可调整气体状态(气体流量、气体压力)。规定的控制部驱动喷射器的阀芯并控制燃料气体的喷射期间、喷射时间，从而可控制燃料气体的流量、压力。

根据本发明，在具有可变气体供给装置及排气阀、计算出的排气量超过规定的目标排气量的情况下关闭排气阀的燃料电池系统中，可抑制排气误差。

附图说明

图1是本发明的实施方式涉及的燃料电池系统的构成图。

图2是用于说明图1所示的燃料电池系统的控制部的控制形态的控制框图。

图3是用于说明图1所示的燃料电池系统的运转方法的流程图。

图4是用于说明图1所示的燃料电池系统的运转方法中的排气量推测工序的流程图。

图5A是用于说明图1所示的燃料电池系统的运转方法的时间图(表示排气排水阀的开关动作)。

图5B是用于说明图1所示的燃料电池系统的运转方法的时间图(表示来自排气排水阀的排水量)。

图5C是用于说明图1所示的燃料电池系统的运转方法的时间图(表示来自排气排水阀的排气量)。

图5D是用于说明图1所示的燃料电池系统的运转方法的时间图(表示因排气引起的喷射器下游侧压力降低)。

图5E是用于说明图1所示的燃料电池系统的运转方法的时间图(表示用于补偿喷射器下游侧压力的降低量的反馈校正流量)。

图6A是用于说明图1所示的燃料电池系统的排气控制的时间图(表示喷射器的开关动作)。

图6B是用于说明图1所示的燃料电池系统的排气控制的时间图(表示计算出的排气量及实际的排气量)。

图6C是用于说明图1所示的燃料电池系统的排气控制的时间图(表示排气排水阀的开关动作)。

图7是表示图1所示的燃料电池系统的变形例的构成图。

图8A是用于说明图1所示的燃料电池系统的排气控制的其他例子的时间图(表示喷射器的开关动作)。

图8B是用于说明图1所示的燃料电池系统的排气控制的其他例子的时间图(表示计算出的排气量及实际的排气量)。

图8C是用于说明图1所示的燃料电池系统的排气控制的其他例子的时间图(表示排气排水阀的开关动作)。

图9A是用于说明现有的燃料电池系统的排气控制的时间图(表示喷射器的开关动作)。

图9B是用于说明现有的燃料电池系统的排气控制的时间图(表示计算出的排气量及实际的排气量)。

图9C是用于说明现有的燃料电池系统的排气控制的时间图(表示排气排水阀的开关动作)。

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的实施方式涉及的燃料电池系统1。在本实施方式中，说明了将本发明适用于燃料电池车辆的车载发电系统的例子。

首先，使用图1及图2说明本发明的实施方式涉及的燃料电池系统1的构成。本实施方式涉及的燃料电池系统1如图1所示，具有：燃料电池2，接收反应气体(氧化气体及燃料气体)的供给而产生电力；氧化气体配管系统3，将作为氧化气体的空气供给到燃料电池2；燃料气体配管系统4，将作为燃料气体的氢气供给到燃料电池2；致冷剂配管系统5，将致冷剂供给到燃料电池2来冷却燃料电池2；电力系统6，对系统电力进行充电放电；控制部7，统一控制系统整体。

燃料电池2例如由固体高分子电解质型构成，具有层积了多个单体电池的堆叠构造。燃料电池2的单体电池在由离子交换膜构成的电解质的一个面上具有空气极，在另一个面上具有燃料极，进而具有从两侧夹住空气极及燃料极的一对隔板。将燃料气体供给到一个隔板的燃料气体流路，将氧化气体供给到另一个隔板的氧化气体流路，通过该气体供给，燃料电池2产生电力。在燃料电池2上安装有检测发电中的电流的电流传感器2a。

氧化气体配管系统3具有：空气供给流路11，供给到燃料电池2的氧化气体在其中流动；排出流路12，从燃料电池2排出的氧化废气在其中流动。在空气供给流路11中设有：通过过滤器13取入氧化气体的压缩机14；对通过压缩机14压送的氧化气体进行加湿的加湿器15。在排出流路12中流动的氧化废气通过背压调整阀16在加湿器15供于水分交换后，最终作为排气排出到系统外的大气中。压缩机14通过未图示的马达的驱动取入大气中的氧化气体。

燃料气体配管系统4具有：氢供给源21；氢供给流路22，从氢供给源21供给到燃料电池2的氢气在其中流动；循环流路23，用于将从燃料电池2排出的氢废气(燃料废气)返回到氢供给流路22的合流点A1流路；氢泵24，将循环流路23内的氢废气压送到氢供给流路22；排气排水流路25，与循环流路23分支连接。

氢供给源21相当于本发明中的燃料供给源，例如由高压罐、贮氢合金等构成，构成为例如可存储35Mpa或70Mpa的氢气。打开下述截止阀26时，氢气从氢供给源21流出到氢供给流路22。氢气通过下述调节器27、喷射器28最终减压到例如200kPa左右而供给到燃料电池2。此外也可采用以下设备构成氢供给源21：由烃类燃料生成富氢的改性气体的改性器；和使该改性器生成的改性气体为高压状态而蓄压的高压气体罐。另外，也可将具有贮氢合金的罐用作氢供给源21。

在氢供给流路22上设有：截止或允许来自氢供给源21的氢气供给的截止阀26；调整氢气压力的调节器27；和喷射器28。另外，在喷射器28的下游侧、氢供给流路22和循环流路23的合流部A1的上游侧，设有检测氢供给流路22内的氢气压力的压力传感器29。另外，在喷射器28的上游侧，设有检测氢供给流路22内的氢气压力及温度的未图示的压力传感器及温度传感器。与由压力传感器29等检测出的氢气的气体状态(压力、温度)相关的信息用于下述喷射器28的反馈控制、排气控制。

调节器27是将其上游侧压力(一次压力)调压为预先设定的二次压力的装置。在本实施方式中，将对一次压力进行减压的机械式减压阀作为调节器27使用。作为机械式的减压阀的构成，可采用以下公知构成：具有隔着隔膜形成有背压室和调压室的筐体，通过背压室内的背压，在调压室内将一次压力减压为规定压力而作为二次压力。在本实施方式中，如图1所示，通过在喷射器28的上游侧配置二个调节器27，可有效降低喷射器28的上游侧压力。因此，可提高喷射器28的机械构造(阀芯、筐体、流路、驱动装置等)的设计自由度。另外，由于可降低喷射器28的上游侧压力，因此可抑制由喷射器28上游侧压力和下游侧压力的压差增大导致的喷射器28的阀芯难于移动的情况。因此，可扩大喷射器28的下游侧压力的可变调压幅度，并且可抑制喷射器28的响应性降低。调节器27用于调整氢供给流路22的上游侧的气体状态(气体压力)并供给到下游侧，相当于本发明中的可变气体供给装置。

喷射器28是电磁驱动式的开关阀，通过电磁驱动力直接以规定的驱动周期驱动阀芯远离阀座，可调整气体流量、气体压力。喷射器28具有：喷嘴管体，其具有阀座，该阀座具有喷射氢气等气体燃料的喷射孔，该喷嘴管体将该气体燃料供给引导到喷射孔；和阀芯，相对于该喷嘴管体沿轴线方向(气体流动方向)可移动地被收容保持，并开关喷射孔。在本实施方式中，喷射器28的阀芯由作为电磁驱动装置的螺线管驱动，通过供电到该螺线管的脉冲状励磁电流的开/关，可双级或多级地切换喷射孔的开口面积。通过从控制部7输出的控制信号控制喷射器28的气体喷射时间及气体喷射时期，从而高精度地控制氢气的流量及压力。喷射器28是以电磁驱动力直接对阀(阀芯及阀座)进行开关驱动的装置，该驱动周期可控制到高响应区域，因此具有较高的响应性。

喷射器28为了向其下游供给要求的气体流量，通过变更设于喷射器28的气体流路上的阀芯的开口面积(开度)及打开时间的至少一个，从而调整供给到下游侧(燃料电池2侧)的气体流量(或氢摩尔浓度)。此外，通过喷射器28的阀芯开关调整气体流量，并且供给到喷射器28下游的气体压力比喷射器28上游的气体压力减压，因此也可将喷射器28解释为调压阀(减压阀、调节器)。另外，在本实施方式中还可解释为：可根据气体要求改变喷射器28的上游气体压力的调压量(减压量)以在规定的压力范围内与要求压力一致的可变调压阀。喷射器28调整氢供给流路22的上游侧的气体状态(气体流量、氢摩尔浓度、气体压力)并供给到下游侧，相当于本发明中的可变气体供给装置。

此外，在本实施方式中，如图1所示，在比氢供给流路22和循环流路23的合流部A1更靠近上游侧处配置喷射器28。另外，如图1中虚线所示，当作为燃料供给源采用多个氢供给源21时，在比从各氢供给源21供给的氢气合流的部分(氢气合流部A2)更靠近下游侧处配置喷射器28。

在循环流路23中，通过气液分离器30及排气排水阀31连接有排气排水流路25。气液分离器30从氢废气中回收水分。排气排水阀31根据来自控制部7的命令进行动作，由此将由气液分离器30回收的水分和循环流路23内的含有杂质的氢废气(燃料废气)排出(清除)到外部。通过排气排水阀31的打开，循环流路23内的氢废气中的杂质浓度降低，循环供给的氢废气中的氢浓度上升。在排气排水阀31的上游位置(循环流路23上)及下游位置(排气排水流路25上)，分别设有检测氢废气的压力的上游侧压力传感器32及下游侧压力传感器33。与由这些压力传感器检测出的氢废气的压力相关的信息用于下述排气控制。循环流路23是本发明中的排出流路的一个实施方式，排气排水阀31是本发明中的排气阀的一个实施方式。

经由排气排水阀31及排气排水流路25排出的氢废气通过未图示的稀释器被稀释，与排气流路12内的氧化废气合流。氢泵24通过未图示的马达的驱动，将循环系统内的氢气循环供给到燃料电池2。氢气的循环系统由以下构成：氢供给流路22的合流点A1的下游侧流路；在燃料电池2的隔板上形成的燃料气体流路；和循环流路23。

致冷剂配管系统5具有：与燃料电池2内的冷却流路连通的致冷剂流路41；设置在致冷剂流路41上的冷却泵42；冷却从燃料电池2排出的致冷剂的散热器43。冷却泵42通过未图示的马达的驱动将致冷剂流路41内的致冷剂循环供给到燃料电池2。

电力系统6具有：高压DC/DC转换器61；蓄电池62；牵引变换器63；牵引电动机64；未图示的各种辅机变换器等。高压DC/DC转换器61是直流的电压变换器，具有调整从蓄电池62输入的直流电压而输出到牵引变换器63侧的功能及调整从燃料电池2或牵引电动机64输入的直流电压而输出到蓄电池62的功能。通过高压DC/DC转换器61的这些功能，实现蓄电池62的充电放电。另外，通过高压DC/DC转换器61，控制燃料电池2的输出电压。

蓄电池62层积蓄电池单元，以一定的高压为端子电压，可通过未图示的蓄电池计算机的控制来将剩余电力充电或辅助供给电力。牵引变换器63将直流电流变换为三相交流，并供给到牵引电动机64。牵引电动机64例如是三相交流电动机，构成搭载燃料电池系统1的车辆的主动力源。辅机变换器是控制各马达的驱动的电动机控制部，将直流电流变换为三相交流，并供给到各电动机。辅机变换器例如是脉宽调制方式的PWM变换器，根据来自控制部7的控制命令，将从燃料电池2或蓄电池62输出的直流电压变换为三相交流电压，并控制在各电动机产生的旋转扭矩。

控制部7检测出设于车辆上的加速用操作部件(加速器等)的操作量，并接收加速要求值(例如来自牵引电动机64等的负荷装置的要求发电量)等的控制信息，控制系统内的各种设备的动作。此外，所谓负荷装置是除了牵引电动机64外，包括以下装置的耗电装置的总称：使燃料电池2动作所需的辅机装置(例如压缩机14、氢泵24、冷却泵42的各马达等)、与车辆行驶相关的各种装置(变速机、车轮控制部、转向装置、悬架装置等)中使用的致动器、乘员空间的空调装置(空调)、照明、音响等。

控制部7由未图示的计算机系统构成。所述计算机系统具有CPU、ROM、RAM、HDD、输入输出接口及显示器等，CPU读入ROM中存储的各种控制程序而进行希望的计算，从而进行下述排气控制等各种处理、控制。

具体而言，控制部7如图2所示，根据由电流传感器2a检测出的燃料电池2的发电电流值，计算出由燃料电池2消耗的氢气的流量(以下称为“耗氢量”)(燃料消耗量计算功能：B1)。在本实施方式中，使用表示发电电流值和耗氢量之间的关系的特定的计算式，按照控制部7的计算周期计算出耗氢量并进行更新。

另外，控制部7根据燃料电池2的发电电流值，计算出向燃料电池2供给的氢气在喷射器28的下游位置的目标压力值(目标压力值计算功能：B2)，并计算出目标排气量(从排气排水阀31的氢废气的目标排出量)(目标排气量计算功能：B3)。在本实施方式中，使用表示发电电流值、目标压力值及目标排气量的关系的特定的映射，按照控制部7的计算周期计算出目标压力值及目标排气量。

另外，控制部7计算出算出的目标压力值和由压力传感器29检测出的喷射器28的下游位置的压力值(检测压力值)之间的偏差(压力差计算功能：B4)。并且，控制部7计算出为了降低算出的偏差而加到耗氢量上的氢气流量(反馈校正流量)  (校正流量计算功能：B5)。另外，控制部7将耗氢量和反馈校正流量相加而计算出喷射器28的喷射流量(喷射流量计算功能：B6)。并且，控制部7根据计算出的喷射流量、驱动周期计算出喷射器28的喷射时间，通过输出用于实现该喷射时间的控制信号，控制喷射器28的气体喷射时间及气体喷射时期，从而调整供给到燃料电池2的氢气的流量及压力。此外，与计算出的喷射器28的喷射流量相关的信息用于下述排气控制。

另外，控制部7进行上述喷射器28的反馈控制(使喷射器28的下游位置的检测压力值追随规定的目标压力值的、喷射器28的气体喷射时间及气体喷射时期的控制)的同时，通过进行排气排水阀31的开关控制，使循环流路23内的水分及氢废气从排气排水阀31排出到外部。

此时，控制部7根据来自喷射器28的气体供给状态的变化计算出从排气排水阀31的氢废气的总排出量(排气量)(排气量计算功能：B7)，并且判断计算出的排气量是否在规定的目标排气量以上(排气量偏差判断功能：B8)。并且，控制部7在计算出的排气量Q小于目标排气量Q₀的情况下，打开排气排水阀31，并且在计算出的排气量Q为目标排气量Q₀以上的情况下，关闭排气排水阀31(排气控制功能：B9)。在排气控制时，控制部7在某一时刻的来自喷射器28的气体供给量的供给开始时计算出的排气量Q在目标排气量Q₀以上的情况下，直到上述气体供给量的供给停止为止，持续排气排水阀31的开放，并且在停止上述气体供给量的供给的同时，关闭排气排水阀31。即，控制部7作为本发明的控制单元起作用。

在此详细说明控制部7的排气量计算功能B7。通过喷射器28的反馈控制，在喷射器28的下游位置的压力传感器29的检测压力值追随目标压力值的状态下，当通过打开排气排水阀31，氢废气从循环流路23排出时，检测压力值暂时降低。控制部7计算出由这种氢废气排出(排气)引起的压力降低量，并根据该计算出的压力降低量，计算出与压力降低量对应的氢废气的排出量(压力变化对应流量)(压力变化对应流量计算功能：B7a)。在本实施方式中，使用表示排气引起的压力降低量和与该压力降低量对应的氢气的排出量之间的关系的特定的计算式，计算出压力变化对应流量Q₁。另外，控制部7计算出用于补偿由氢废气的排出(排气)引起的压力降低量的反馈校正流量(气体校正供给流量)(校正流量计算功能：B5)，并计算出该反馈校正流量从排气开始时的时间积算值Q₂(校正流量积算功能：B7b)。并且，控制部7通过将压力变化对应流量Q₁和反馈校正流量的从排气开始时的时间积算值Q₂相加，计算出从排气排水阀31的氢废气的总排出量(排气量Q)(排气量计算功能：B7)。即，控制部7作为本发明的排气量计算单元起作用。

接着，使用图3及图4的流程图和图5A～图6C的时间图说明本实施方式涉及的燃料电池系统1的运转方法。

在燃料电池系统1通常运转时，氢气从氢供给源21经由氢供给流路22供给到燃料电池2的燃料极，并且加湿调整后的空气经由空气供给流路11供给到燃料电池2的氧化极，从而进行发电。此时，由控制部7计算应从燃料电池2产生的电力(要求电力)，使与该发电量对应的量的氢气及空气供给到燃料电池2内。在本实施方式中，在这样的通常运转时，实施喷射器28的反馈控制，并且实施排气排水阀31的清除控制(用于将循环流路23的内部滞留的水分、氢废气排出到外部的排气排水阀31的开关控制)。

首先，如图3的流程图所示，燃料电池系统1的控制部7使用电流传感器2a计算出燃料电池2发电时的电流值(电流检测工序：S1)。接着，控制部7根据检测出的电流值计算出燃料电池2中的耗氢量(耗氢量计算工序：S2)，并且计算出供给到燃料电池2的氢气的喷射器28的下游位置的目标压力值及目标排气量(目标值计算工序：S3)。

接着，控制部7使用压力传感器29检测出喷射器28的下游侧的压力值(压力值检测工序：S4)。接着，控制部7计算出为了降低在目标值计算工序S3中计算出的目标压力值和在压力值检测工序S4中检测出的压力值(检测压力值)之间的偏差而加到耗氢量上的氢气流量(反馈校正流量)(校正流量计算工序：S5)。接着，控制部7将耗氢量和反馈校正流量相加而计算出喷射器28的喷射流量，根据该喷射流量、驱动周期计算出喷射器28的喷射时间。并且，控制部7通过输出用于实现该喷射时间的控制信号，控制喷射器28的气体喷射时间及气体喷射时期，从而调整供给到燃料电池2的氢气的流量及压力(反馈控制工序：S6)。

控制部7实现上述反馈控制工序S6，并且判断有无排气开始要求(排气要求判断工序：S7)。在本实施方式中，在滞留在气液分离器30的储液部的水分量超过规定的阈值的情况下，未图示的液量传感器对控制部7输出排气开始要求信号。控制部7当在排气要求判断工序S7中判断无排气开始要求时，维持排气排水阀31的关闭状态(排气阀关闭工序：S11)。另一方面，控制部7在排气要求判断工序S7中接收排气开始要求信号而判断为有排气开始要求，并且在来自喷射器28的气体喷射已经开始的情况下，打开排气排水阀31(排气阀打开工序：S8)。如图5A～图5C所示，通过在排气阀打开工序S8中打开排气排水阀31，滞留在气液分离器30的水分排出到排气排水流路25，在与水分排出结束大致同时，循环流路23内的氢废气排出到排气排水流路25。

另外，控制部7在打开排气排水阀31的同时，推测来自排气排水阀31的氢废气的总排出量(排气量Q)(排气量推测工序：S9)。在此，使用图4的流程图及图5D等的时间图说明排气量推测工序S9。

首先，控制部7根据由排气排水阀31打开而排出氢废气所引起的喷射器28的下游侧的压力降低量ΔP(从氢基准压力减去氢现在压力所得的值：参照图5D)，计算出作为与压力降低量ΔP对应的流量的压力变化对应流量Q₁(压力变化对应流量计算工序：S20)。接着，控制部7计算出用于补偿由排气排水阀31打开而排出氢废气所引起的喷射器28的下游侧的压力降低量的反馈校正流量，并计算出从该反馈校正流量的排气开始时点起的时间积算值Q₂(参照图5E)(校正流量积算工序：S21)。接着，控制部7通过将压力变化对应流量Q1和从排气开始时点起的反馈校正流量的时间积算值Q₂相加，计算出来自排气排水阀31的氢废气的总排出量(排气量Q)(排气量计算工序：S22)。

经过排气量推测工序S9后，控制部7判断所推测的氢废气的总排出量(排气量Q)是否为在目标值计算工序S3中计算出的目标排气量Q₀以上(排气量判断工序：S10)。并且，控制部7在推测的排气量Q小于目标排气量Q₀的情况下，继续进行排气量推测工序S9及排气量判断工序S10，另一方面，在推测的排气量Q在目标排气量Q₀以上的情况下，关闭排气排水阀31(排气阀关闭工序：S11)。在排气阀关闭工序S11中，控制部7如图6A及图6C所示，在从某一时点的喷射器28的气体供给量的供给开始时所计算出的排气量Q在排气量Q₀以上的情况下，持续开放排气排水阀31直到上述气体供给量的供给停止为止，并且在停止上述气体供给量的供给的同时关闭排气排水阀31。控制部7这样控制排气排水阀31，从而如图6B所示，可排出与实际的排气量超过目标排气量Q₀时的来自喷射器28的气体供给量(临界气体供给量)对应的排气量增加量ΔQ。

在以上说明的实施方式涉及的燃料电池系统1中，在排气排水阀31打开期间计算出的排气量超过规定的目标排气量的情况下，能够在停止从喷射器28的临界气体供给量的供给的同时关闭排气排水阀31。换言之，在排气排水阀31打开期间计算出的排气量超过规定的目标排气量的情况下，可考虑从喷射器28的临界气体供给量而继续排气排水阀31的开放。因此，可抑制由从喷射器28的气体供给引起的实际的排气量小于目标排气量(排气误差)。

此外，在以上实施方式中，示例了在燃料电池系统1的氢气配管系统4上设置循环流路23的情况，但是例如图7所示，也可将排出流路32连接到燃料电池2上而废弃循环流路23。在采用这种构成(盲端方式)的情况下，和上述实施方式一样，通过在停止从喷射器28的临界气体供给量的供给的同时关闭排气排水阀31，可获得和上述实施方式一样的作用效果。

另外，在上述实施方式中，示例了在排气排水阀31打开期间计算出的排气量超过规定的目标排气量的情况下，停止来自喷射器28的临界气体供给量的供给的同时关闭排气阀31的情况，但是也可进一步精度良好地控制排气排水阀31的开关动作。

例如，如图8A～图8C所示，控制部7在计算出的排气量Q为目标排气量Q₀以上的情况下，能够计算出从来自喷射器28的临界气体供给量的供给时起、到将与临界气体供给量对应的排气量增加量ΔQ的一部分加到之前的排气量上而计算出的排气量达到目标排气量Q₀为止的所需时间Δt，并从临界气体供给量的开始气体供给开始时起经过所需时间Δt后关闭排气排水阀31。Δt可利用局部的排气速度(单位时间内的排气量增加量)、及在加上排气量增加量ΔQ之前计算出的排气量和目标排气量Q₀之间的差来计算，上述局部的排气速度是根据与来自喷射器28的临界气体供给量对应的排气量增加量ΔQ和排气量增加量ΔQ全部排出为止所需的时间计算出的。

控制部7这样控制排气排水阀31的话，在从喷射器28供给的临界气体供给量停止的同时关闭排气排水阀31时实际的排气量超过目标排气量的情况下，如图8C所示，可在临界气体供给量的供给停止前先行关闭排气排水阀31。其结果是，可抑制实际的排气量超过目标排气量(排气误差)。

另外，在以上实施方式中，示例了在循环流路23上设置氢泵24的情况，但是也可代替氢泵24使用喷射器。另外，在以上实施方式中，示例了在循环流路23上设置同时实现排气和排水的排气排水阀31的情况，但是也可分别设置将在气液分离器30回收的水分排出到外部的排水阀和用于将循环流路23内的气体排出到外部的排气阀，能够通过控制部7分别控制排水阀及排气阀。

另外，在以上实施方式中，示例了在氢供给流路22上设置截止阀26及调节器27的情况，但是喷射器28起到可变调压阀的功能，并且起到作为截止氢气供给的截止阀的功能，因此不必非要设置截止阀26、调节器27。因此，如果采用喷射器28，则可省去截止阀26、调节器27，因此可实现系统小型化及低价化。

另外，在以上实施方式中，示例了根据燃料电池2的发电电流值设定耗氢量、目标压力值及目标排气量的情况，也可以检测表示燃料电池2的运转状态的其他物理量(燃料电池2的发电电压值、发电电力值、燃料电池2的温度等)，并根据该检测出的物理量设定耗氢量、目标压力值及目标排气量。另外，控制部判断燃料电池2是否处于停止状态、起动时的运转状态、马上要进入间歇运转前的运转状态、刚从间歇运转恢复后的运转状态、通常运转状态等运转状态，并可根据这些运转状态设定耗氢量等。

本发明涉及的燃料电池系统如以上实施方式所示，可搭载于燃料电池车辆，另外也可搭载于燃料电池车辆以外的各种移动体(机器人、船舶、飞机等)。另外，也可将本发明涉及的燃料电池系统适用于作为建筑(住宅、大厦等)用的发电设备所使用的定置用发电系统。

Claims (8)

1.一种燃料电池系统，具有：燃料电池；供给流路，用于使从燃料供给源供给的燃料气体流到上述燃料电池；可变气体供给装置，调整上述供给流路的上游侧的气体状态而供给到下游侧；排出流路，用于使从上述燃料电池排出的燃料废气流过；和排气阀，用于将上述排出流路内的气体排出到外部，

具有控制单元，所述控制单元在上述排气阀打开期间且在从上述可变气体供给装置开始供给气体时计算出的排气量超过规定的目标排气量的情况下，从来自上述可变气体供给装置的气体供给量的气体供给开始时起到上述气体供给量的供给停止为止继续上述排气阀的开放，在停止上述气体供给量的供给的同时，关闭上述排气阀，

上述气体供给量为与从上述排气阀的气体排出引起的上述可变气体供给装置下游侧的压力降低量相对应的燃料气体的供给量。

2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，上述控制单元具有排气量计算单元，其根据来自上述可变气体供给装置的气体供给状态的变化量的时间积算，计算出从上述排气阀的排气量。

3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，上述排气量计算单元将由上述可变气体供给装置的下游侧压力的变化量换算出的压力变化对应流量、及用于补偿上述可变气体供给装置的下游侧压力的降低的气体校正供给流量的时间积算值相加，从而计算出从上述排气阀的排气量。

4.根据权利要求1所述的燃料电池系统，上述可变气体供给装置是喷射器。

5.一种燃料电池系统，具有：燃料电池；供给流路，用于使从燃料供给源供给的燃料气体流到上述燃料电池；可变气体供给装置，调整上述供给流路的上游侧的气体状态而供给到下游侧；排出流路，用于使从上述燃料电池排出的燃料废气流过；和排气阀，用于将上述排出流路内的气体排出到外部，

具有控制单元，所述控制单元在上述排气阀打开期间且在从上述可变气体供给装置开始供给气体时计算出的排气量超过规定的目标排气量的情况下，

计算出从来自上述可变气体供给装置的气体供给量的供给开始时起、到将与上述气体供给量对应的排气量增加量的至少一部分加到之前的排气量上而计算出的排气量达到目标排气量为止的所需时间，从来自上述可变气体供给装置的上述气体供给量的供给开始时起到经过上述所需时间为止继续所述排气阀的开放，在经过上述所需时间后关闭上述排气阀，

上述气体供给量为与从上述排气阀的气体排出引起的上述可变气体供给装置下游侧的压力降低量相对应的燃料气体的供给量。

6.根据权利要求5所述的燃料电池系统，上述控制单元具有排气量计算单元，其根据来自上述可变气体供给装置的气体供给状态的变化量的时间积算，计算出从上述排气阀的排气量。

7.根据权利要求6所述的燃料电池系统，上述排气量计算单元将由上述可变气体供给装置的下游侧压力的变化量换算出的压力变化对应流量、及用于补偿上述可变气体供给装置的下游侧压力的降低的气体校正供给流量的时间积算值相加，从而计算出从上述排气阀的排气量。

8.根据权利要求5所述的燃料电池系统，上述可变气体供给装置是喷射器。

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