CN101233641A - 燃料电池系统和漏气检测装置 - Google Patents
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Abstract
根据本发明一个方面的燃料电池系统在常规模式中和在漏气检测模式中操作。燃料电池系统包括：燃料电池；燃料气体供应器，它被构成为向燃料电池供应燃料气体；截流阀，它设置在用于将燃料气体供应的流动从燃料气体供应器引导到燃料电池的流路中，且被构成为切断燃料气体供应；和可变压力调节器，它设置在截流阀和燃料电池之间的流路中，以将燃料气体供应的流动方向上的下游中的燃料气体的压力调节成可变压力值。在常规模式中，燃料电池系统将可变压力调节器的压力值设定成用于常规发电的常规发电压力值。另一方面，在漏气检测模式中，燃料电池系统关闭截流阀，将可变压力调节器的压力值设定成比常规发电压力值更高的值，并执行燃料气体从截流阀的泄露检测。可变压力调节器中的压力值的这种设定理想地实现截流阀和可变压力调节器之间的流路中的燃料气体压力的高速减小。
Description
技术领域
本发明涉及一种检测燃料气体从截流阀泄露的技术，该截流阀被构造成切断从燃料电池系统中的气体供应器供应来的燃料气体的流动。
背景技术
消耗燃料气体(在下文中也称为阳极气体)例如氢和氧以产生电力的燃料电池近来被称为新能源。在配备有这种燃料电池的燃料电池系统中，用调节器(压力调节器)将来自高压阳极气体供应器(例如，氢罐)的阳极气体供应的压力降低到恰当的压力水平，然后将经过压力调节的阳极气体引入到燃料电池。气体供应器配备有截流阀(供应器截流阀)以允许和停止阳极气体的供应。阳极气体通过被称为阳极气体供应管道的流路从气体供应器流到燃料电池。气体供应器和燃料电池分别位于阳极气体供应管道的上游侧上和下游侧上。在位于供应器截流阀下游中的调节器之中，最上游的调节器被称为高压调节器。
为了安全措施，传统上执行漏气检测以检查阳极气体从供应器截流阀的任何泄露。漏气检测的典型过程减小位于供应器截流阀和高压调节器下游中的阳极气体供应管道的预定流路部分(在下文中称为泄露检测流路)中的压力，并用设置在泄露检测流路内的高压调节器下游中的压力传感器检测阳极气体从供应器截流阀的泄露。压力减小是必需的以将高压调节器上游中的压力降低到基本上等于泄露检测流路内的高压调节器下游中的压力的水平。不用设置在高压调节器上游中的压力传感器而是用设置在高压调节器下游中的压力传感器执行漏气检测。这是因为位于高压调节器上游中的压力传感器需要具有高耐压性，因而具有相对低的压力测量精度。
如在日本专利特开No.2003-308868中披露的，在供应器截流阀关闭之后，用于漏气检测的压力减小的典型过程使燃料电池的发电消耗阳极气体。
相对大量的阳极气体是将高压调节器上游中的压力降低到基本上等于泄露检测流路内的高压调节器下游中的压力的水平的压力减小的目标。然而，如在引用的文献中那样，通过燃料电池的简单发电消耗阳极气体的传统方法花费相对长的时间。克服该缺点的一种可能的措施在高压下使燃料电池发电以迅速消耗泄露检测流路中的阳极气体并实现高速的压力减小。然而，这使得很大的电力被供应到消耗所产生的电力的蓄电池或另一个目标并导致另一个缺点，即蓄电池或另一个目标的耐用性差。
发明内容
因而，需要提供一种能在检测从燃料电池系统中的供应器截流阀的漏气的过程中实现泄露检测流路中的高速的恰当的压力减小的技术。
为了实现上述需要的至少一部分，本发明的一个方面与配备有燃料电池的燃料电池系统有关。燃料电池系统至少在用于燃料电池的常规发电的常规模式中和在用于检测燃料气体的泄露的漏气检测模式中操作。燃料电池系统具有：燃料气体供应器，该燃料气体供应器被构成为向所述燃料电池供应所述燃料气体；截流阀，该截流阀设置在用于将所述燃料气体供应的流动从所述燃料气体供应器引导到所述燃料电池的流路中，且被构成为切断所述燃料气体供应；可变压力调节器，该可变压力调节器设置在所述截流阀和所述燃料电池之间的所述流路中，以将所述燃料气体供应的流动方向上的下游中的所述燃料气体的压力调节成可变压力值；和第一可变压力调节器控制器，该第一可变压力调节器控制器被构成为在所述常规模式中将所述可变压力调节器的压力值设定成用于所述常规发电的常规发电压力值。
燃料电池系统还包括：截流阀控制器，该截流阀控制器被构成为在所述漏气检测模式中关闭所述截流阀；第二可变压力调节器控制器，该第二可变压力调节器控制器被构成为在所述截流阀关闭之后将所述可变压力调节器的所述压力值设定成比所述常规发电压力值更高的值；和漏气检测器，该漏气检测器被构成为在所述可变压力调节器中设定所述更高压力值之后执行所述燃料气体从所述截流阀的泄露检测。
该构造的燃料电池系统能在燃料气体从截流阀的泄露检测过程中实现在燃料气体供应的流动方向上的流路上的可变压力调节器的上游中的燃料气体压力的高速减小。该布置理想地缩短了燃料气体从截流阀的泄露检测所需的时间。
在本发明该方面的一个优选应用中，燃料电池系统还具有低压发电控制器，该低压发电控制器被构成为使所述燃料电池在所述漏气检测模式中执行低压发电。
在该应用的燃料电池系统中，低压发电能在燃料气体从截流阀的泄露检测过程中实现在燃料气体供应的流动方向上的流路上的可变压力调节器的上游中的燃料气体压力的更高速度的减小。该布置进一步缩短了燃料气体从截流阀的泄露检测所需的时间。
在本发明上述方面的另一个优选应用中，燃料电池系统还具有：高压调节器，该高压调节器设置在所述流路上所述可变压力调节器的沿着所述燃料气体供应的流动方向的上游中，以将所述燃料气体供应的压力调节成预设定压力值；和压力传感器，该压力传感器被构成为测量所述流路上所述可变压力调节器和所述高压调节器之间的压力。在所述漏气检测模式中通过所述第二可变压力调节器控制器在所述可变压力调节器中设定所述更高压力值之后，当所述压力传感器测量的压力降低到所述高压调节器的所述预设定压力值以下时，所述漏气检测器参照所述压力传感器测量的压力执行所述燃料气体从所述截流阀的泄露检测。
该应用的燃料电池系统基于压力传感器测量的压力执行燃料气体从截流阀的泄露检测。
在本发明上述方面的又一个优选应用中，燃料电池系统还具有高压调节器，该高压调节器设置在所述流路上所述可变压力调节器的沿着所述燃料气体供应的流动方向的上游中，以将所述燃料气体供应的压力调节成预设定压力值。所述可变压力调节器和所述高压调节器一体地形成为一个压力调节器。
该应用的燃料电池系统获得了可变压力调节器下游中的流路部分与在可变压力调节器和高压调节器之间的流路部分的高容积比。该布置能实现在流路上的可变压力调节器和高压调节器之间的燃料气体压力的更高速度的减小，从而进一步缩短了燃料气体从截流阀的泄露检测所需的时间。
为了实现上述需要的至少一部分，本发明的另一个方面与用于检测漏气的漏气检测装置有关。在燃料电池系统中采用所述漏气检测装置，所述燃料电池系统至少在用于燃料电池的常规发电的常规模式中和在用于检测燃料气体的泄露的漏气检测模式中操作。所述燃料电池系统具有：燃料气体供应器，该燃料气体供应器被构成为向所述燃料电池供应所述燃料气体；截流阀，该截流阀设置在用于将所述燃料气体供应的流动从所述燃料气体供应器引导到所述燃料电池的流路中，且被构成为切断所述燃料气体供应；可变压力调节器，该可变压力调节器设置在所述截流阀和所述燃料电池之间的所述流路中，以将所述燃料气体供应的流动方向上的下游中的所述燃料气体的压力调节成可变压力值；和第一可变压力调节器控制器，该第一可变压力调节器控制器被构成为在所述常规模式中将所述可变压力调节器的压力值设定成用于所述常规发电的常规发电压力值。
漏气检测装置包括：截流阀控制器，该截流阀控制器被构成为在所述漏气检测模式中关闭所述截流阀；第二可变压力调节器控制器，该第二可变压力调节器控制器被构成为在所述截流阀关闭之后将所述可变压力调节器的压力值设定成比所述常规发电压力值更高的值；和漏气检测器，该漏气检测器被构成为在所述可变压力调节器中设定所述更高压力值之后执行所述燃料气体从所述截流阀的泄露检测。
该构造的漏气检测装置能在燃料气体从截流阀的泄露检测过程中实现在燃料气体供应的流动方向上的流路上的可变压力调节器上游中的燃料气体压力的高速减小。该布置理想地缩短了燃料气体从截流阀的泄露检测所需的时间。
本发明的技术不局限于上述燃料电池系统或漏气检测装置，而是也可通过漏气检测方法或燃料电池系统的控制方法得到。本发明也通过不同的其他应用实现。可能应用的例子包括用于获得燃料电池系统的计算机程序、漏气检测装置、和相应的方法，其中记录这种计算机程序的记录介质、以及包括这种计算机程序且以载波体现的数据信号。
在本发明作为计算机程序和记录有计算机程序的记录介质的应用中，本发明可以作为一个完整程序给出以控制燃料电池系统或漏气检测装置的操作或作为一个部分程序给出以仅仅施行本发明的特有功能。
附图说明
图1是框图，示意性地表示本发明一个实施例中的燃料电池系统100的构造；
图2是曲线图，表示在图1的燃料电池系统100的常规发电状态下，低压部分压力值Pk3响应于在可变低压调节器220中设定的压力值的变化而相对于发电电流I的变化；
图3是流程图，表示在图1的燃料电池系统100中执行的氢泄露检测过程；和
图4是曲线图，表示低压部分压力值Pk3响向应于在图3的氢泄露检测过程中的步骤S30将可变低压调节器220的压力值设定成泄露检测参考值的变化。
具体实施方式
下面参考附图以下列顺序描述实现本发明的一个方式：
A.实施例
A1.总的系统构造
A2.氢泄露检测
B.变型
A.实施例
A1.总的系统构造
图1是框图，示意性地表示本发明一个实施例中的燃料电池系统100的构造。燃料电池系统100主要包括燃料电池10、氢罐20、截流阀200、高压调节器210、可变低压调节器220、压力传感器P1、P2和P3、电流传感器320、鼓风机30、控制器400、加湿器60、和循环泵250。
在实施例的燃料电池系统100中，在燃料电池10常规发电之后的燃料电池系统100的操作停止时间检查截流阀200是否有任何异常。异常检查过程关闭截流阀200并检测任何从截流阀200的氢泄露的发生。在下文中该过程称为氢泄露检测过程。
燃料电池10是聚合物电解质燃料电池，并被布置成具有多个单元电池(未示出)的堆叠结构。每个单元电池都具有被布置成横跨电解膜的氢电极(阳极)和氧电极(阴极)(这些部件都没有被示出)。将含氢的燃料气体(阳极气体)供给到各个单元电池的阳极，而将含氧的氧化气体供给到各个燃料电池的阴极。然后，燃料气体与氧化气体的电化学反应进行以产生电力作为燃料电池10中的电动势。燃料电池10将所产生的电力供应到与燃料电池10相连的特定负载(例如，电动机或蓄电器)。燃料电池10不局限于聚合物电解质燃料电池，而可以是多种其他燃料电池中的任一种，例如氢膜燃料电池、碱性燃料电池、磷酸盐燃料电池或熔融碳酸盐燃料电池。阳极气体流过在燃料电池10中形成的阳极流路25。
燃料电池10中的阳极流路25与配备有放气阀240的阳极废气管道26相连。在燃料电池系统100的操作过程中，在电化学反应之后来自阳极的排气或阳极废气流过阳极废气管道26并通过放气阀240以有规律的间隔排出。
气体循环流路28在阳极废气的排出流动方向上位于放气阀240上游中，并将阳极废气管道26连接到阳极气体供应管道24。循环泵250设置在气体循环流路28上。气体循环流路28将通过循环泵250加压供给的阳极废气引导到阳极气体供应管道24。气体循环流路28以这种方式起作用使阳极废气循环。包含在阳极废气中的剩余的氢被循环并作为用于发电的阳极气体被重复利用。
鼓风机30起作用将空气作为氧化气体供应到燃料电池10的阴极。鼓风机30通过阴极气体供应管道34连接到燃料电池10的阴极。加湿器60设置在阴极气体供应管道34上。鼓风机30压缩的空气由加湿器60加湿并被供应到燃料电池10。阴极废气管道36形成在燃料电池10中。在电化学反应之后来自阴极的排气或阴极废气流过阴极废气管道36并被排出。
氢罐20是用于存储高压氢气的容器，并通过阳极气体供应管道24连接到燃料电池10中的阳极流路25。截流阀200、高压调节器210和可变低压调节器220从较靠近氢罐20的那一侧开始以该顺序布置在阳极气体供应管道24上。
截流阀200关闭以切断从氢罐20到阳极气体供应管道24的氢气供应，并且截流阀打开以允许从氢罐20到阳极气体供应管道24的氢气供应。
高压调节器210将供给自氢罐20的氢气的高压调节成预定压力值Q。根据燃料电池系统100的构造恰当地设定该压力值Q。
可变低压调节器220将通过高压调节器210调节的氢气的压力进一步调节成可变压力值。控制器400(稍后描述)控制可变低压调节器220以执行氢气的压力的可变调节。稍后将描述可变调节的细节。
在截流阀200和高压调节器210之间的阳极气体供应管道24的流路部分在与阳极有关的流路中具有更高的压力水平。因而该流路部分被称为高压部分(参见图1)。在高压调节器210和可变低压调节器220之间的阳极气体供应管道24的流路部分被称为中压部分(参见图1)。中压部分位于高压调节器210的下游中，因而具有比高压部分低的压力。在氢气供应的流动方向上的可变低压调节器220下游中的阳极气体供应管道210的流路部分被称为低压部分(参见图1)。低压部分位于可变低压调节器220的下游中，因而具有比中压部分低的压力。
压力传感器P1、P2和P3分别设置在阳极气体供应管道24的高压部分、中压部分和低压部分中，如图1中所示。漏气检测器410(稍后描述)从这些压力传感器P1、P2和P3接收测量的压力值(Pa：帕斯卡)。通过压力传感器P1、P2和P3测量的压力值分别被表示为高压部分压力值Pk1、中压部分压力值Pk2和低压部分压力值Pk3。高压部分压力值Pk1、中压部分压力值Pk2和低压部分压力值Pk3分别表现为高压部分、中压部分和低压部分中的代表性压力值。
压力传感器P1位于暴露在极高压力下的高压部分中，因而设计成具有高耐压性但具有相对低的压力测量精度。压力传感器P2位于暴露在比高压部分的压力低的压力下的中压部分中，因而设计成具有比压力传感器P1高的压力测量精度但具有比压力传感器P1低的耐压性。
电流传感器320与燃料电池10相连。控制器400(下面描述)从电流传感器320接收由燃料电池10的发电引起的电流I(A：安培，在下文中称为发电电流I)的测量值。
控制器400构造为基于微型计算机的逻辑电路，并且包括根据预定控制程序执行一系列处理和操作的CPU、存储由CPU执行的各种操作所需的控制数据和控制程序的ROM、以可读和可写的方式临时存储由CPU执行的各种操作所需的不同数据的RAM、以及负责不同信号的输入和输出的输入和输出端口。控制器400在常规发电的状态(常规模式)中充当第一可变压力调节器控制器402，而在氢泄露的检测的状态(氢泄露检测模式)中充当第二可变压力调节器控制器404、截流阀控制器406、低压发电控制器408和漏气检测器410。
在燃料电池系统100的常规发电的状态(常规模式)中，第一可变压力调节器控制器402启动以响应外部负载要求(发电请求)恰当地调节可变低压调节器220的压力值。当发电请求要求所产生电力(发电电流)的增加的输出时，第一可变压力调节器控制器402响应增加的输出要求将可变低压调节器220的压力值调节成高水平。这种压力调节增加流过阳极气体供应管道24的低压部分的氢气的流量。
图2是曲线图，表示在图1的燃料电池系统100的常规发电状态下，低压部分压力值Pk3响应于在可变低压调节器220中设定的压力值的变化而相对于发电电流I的变化。通过第一可变压力调节器控制器402对在可变低压调节器220中设定的压力值的调节引起低压部分压力值Pk3的变化。发电电流I基本上与低压部分压力值Pk3成比例地变化。在常规发电的状态下，电流值Im代表最大发电电流Im，并且压力值Pm代表最大常规压力值，该最大常规压力值是在可变低压调节器220中设定以产生最大发电电流Im的压力值。
在本说明书中，压力值Px代表在燃料电池10的常规发电结束时在可变低压调节器220中设定的压力值。即低压部分压力值Pk3等于在燃料电池10的常规发电结束时的压力值Px。
控制器400在常规发电的状态下(在常规模式中)充当第一可变压力调节器控制器402。第一可变压力调节器控制器402的功能将驱动信号输出到燃料电池系统100的各个组件，例如鼓风机30、加湿器60、截流阀200、循环泵250和放气阀240，以根据燃料电池系统100的总的操作情况控制这些组件的操作，同时调节可变低压调节器220中的可变压力值。
在氢泄露的检测的状态下(在漏气检测模式中)，控制器400充当第二可变压力调节器控制器404、截流阀控制器406、低压发电控制器408和漏气检测器410。第二可变压力调节器控制器404、截流阀控制器406、低压发电控制器408和漏气检测器410的联合作用控制燃料电池系统100的各个组件，同时从压力传感器P1、P2和P3接收测量的压力值并执行截流阀200的氢泄露检测。
A2.氢泄露检测
图3是流程图，表示在图1的燃料电池系统100中执行的氢泄露检测过程。在常规发电之后的燃料电池系统100的操作停止时间，实施例的氢泄露检测过程关闭截流阀200以检测任何从截流阀200的氢泄露的发生。
在氢泄露检测过程(图3)开始时，截流阀控制器406首先关闭截流阀200(步骤S10)。
然后，低压发电控制器408控制燃料电池系统10的各个组件以开始燃料电池10的发电(步骤S20)。该操作减小阳极气体供应管道24的中压部分和高压部分中的氢气压力。在下文中将该状态下的发电称为低压发电。
随后，第二可变压力调节器控制器404将可变低压调节器220的压力值设定成预定参考压力值Pn(在下文中也称为泄露检测参考值Pn)(步骤S30)。
图4是曲线图，表示低压部分压力值Pk3响应于在图3的氢泄露检测过程中的步骤S30将可变低压调节器220的压力值设定成泄露检测参考值Pn而发生的变化。在步骤S30设定的泄露检测参考值Pn高于在常规发电结束时的可变低压调节器220的压力值Px。响应于通过第二可变压力调节器控制器404将可变低压调节器220的压力值设定成泄露检测参考值Pn，低压部分压力值Pk3增加到常规发电结束时的压力值Px之上，如图4的曲线图中所示。
漏气检测器410从压力传感器P2接收测量的中压部分压力值Pk2并确定测量的中压部分压力值Pk2是否低于在高压调节器210中设定的压力值Q(步骤S40)。测量的中压部分压力值Pk2降低到在高压调节器210中设定的压力值Q以下意味着高压部分和中压部分暴露于基本上相等的压力下。
当测量的中压部分压力值Pk2不低于在高压调节器210中设定的压力值Q时(步骤S40：否)，即，当高压部分中的压力仍然高于中压部分中的压力时，漏气检测器410等待直到中压部分压力值Pk2降低到在高压调节器210中设定的压力值Q以下为止。
另一方面，当测量的中压部分压力值Pk2低于在高压调节器210中设定的压力值Q时(步骤S40：是)，即，当高压部分中的压力基本上等于中压部分中的压力时，漏气检测器410控制燃料电池系统100的各个组件以停止燃料电池的低压发电(步骤S50)。
在高压部分中的压力降低成基本上等于中压部分中的压力时，漏气检测器410参考从压力传感器P2接收的测量的中压部分压力值Pk2并执行截流阀200的氢泄露检测(步骤S60)。在该状态下，阳极流路25具有极高的压力损失，以致阳极气体供应管道24(高压部分、中压部分和低压部分的全体)能表现为封闭空间。
详细描述了氢泄露检测的过程。漏气检测器410在低压发电停止之后从压力传感器P2接收测量的中压部分压力值Pk2，并等待预定时间段。在预定时间段经过之后，漏气检测器410再次从压力传感器P2接收测量的中压部分压力值Pk2。在预定时间段经过之后，漏气检测器410计算之前的中压部分压力值Pk2和当前的中压部分压力值Pk2之间的差的绝对值。当算出的差的绝对值大于预定阈值时，漏气检测器410检测出发生了从截流阀200的氢泄露，即，在截流阀200中的一些异常。从截流阀200的氢泄露可能是从氢罐20到阳极气体供应管道24的氢气流的不成功的切断或是氢气从截流阀200向外部泄露。另一方面，当算出的差的绝对值不大于预定阈值时，漏气检测器410检测出没有发生从截流阀200的氢泄露，即，在截流阀200中没有异常。在检测出发生或没有发生氢泄露之后，漏气检测器410终止氢泄露检测。
在图3中所示的实施例的氢泄露检测过程中，第二可变压力调节器控制器404将可变低压调节器220中的压力值(低压部分压力值Pk3)设定成泄露检测参考值Pn，该泄露检测参考值Pn高于在常规发电结束时的可变低压调节器220的压力值Px(步骤S30)。然而，该设定并非限制性的。当在常规发电状态下的可变低压调节器220的参考压力调节范围是PL＜Pk3＜PH(PL＝最小参考压力值，PH＝最大参考压力值)时，氢泄露检测的一个变型可以将泄露检测参考值Pn设定成高于最大参考压力值PH。
在上述实施例的燃料电池系统100中，在截流阀200关闭之后，氢泄露检测过程(图3)将可变低压调节器220的压力值设定成比常规发电结束时的压力值Px更高的值，因而使低压部分压力值Pk3增加到压力值Px之上。这使得阳极气体供应管道24的中压部分和高压部分中的氢气压力能高速减小并使中压部分中的中压部分压力值Pk2迅速降低到在高压调节器210中设定的压力值Q以下。迅速的压力减小理想地缩短了截流阀200的氢泄露检测所需的时间。由于低压部分中的压力增加，所以该过程也使得能容易地检测低压部分中的氢泄露。
在实施例的燃料电池系统100中，氢泄露检测过程(图3)开始低压发电，同时将可变低压调节器220的压力值设定成比常规发电结束时的压力值Px更高的值并因而将低压部分压力值Pk3增加到压力值Px之上。低压发电导致阳极气体供应管道24的中压部分和高压部分中的氢气压力的高速减小。这使中压部分中的中压部分压力值Pk2迅速降低到在高压调节器210中设定的压力值Q以下并且理想地缩短了截流阀200的氢泄露检测所需的时间。
在实施例的燃料电池系统100中，在高压部分中的压力降低成基本上等于中压部分中的压力的水平之后，氢泄露检测过程(图3)不用通过压力传感器P1测量的高压部分压力值Pk1而是用通过压力传感器P2测量的中压部分压力值Pk2执行截流阀200的氢泄露检测。如先前所述，压力传感器P2具有比压力传感器P1更高的压力测量精度。因而，该过程改进了截流阀200的氢泄露检测的精度(图3中的步骤S60)。
B.变型
上面讨论的实施例在所有方面都应被看作说明性的而非限制性的。在不背离本发明主要特征的范围或精神的情况下，可以有许多变型、变化和改变。
B1.变型例1
实施例的燃料电池系统100包括两个调节器，高压调节器210和可变低压调节器220。然而，本发明的技术不局限于该构造的燃料电池系统，而是可以用一个整体的调节器ZZ(未示出)代替高压调节器210和可变低压调节器220。调节器ZZ在内部具有与图1中所示的阳极气体供应管道24的中压部分相应的中压区域。该构造获得了阳极气体供应管道24的低压部分与调节器ZZ的内部中压区域的高容积比。在氢泄露检测过程(图3)中，高容积比能实现调节器ZZ的内部中压区域中和阳极气体供应管道24的高压部分中的氢气压力的更高速度的减小。
在实施例的燃料电池系统100中，高压调节器210可以与可变低压调节器220平行地布置。该构造获得了阳极气体供应管道24中的低压部分与中压部分的高容积比。在氢泄露检测过程(图3)中，高容积比能实现阳极气体供应管道24的中压部分和高压部分中的氢气压力的更高速度的减小。
B2.变型例2
实施例的燃料电池系统100用氢罐20作为氢气的供应源。然而，该结构不是必需的。一个没有氢罐20的变型结构通过恰当的材料例如乙醇、碳氢化合物或乙醛的重整反应产生氢，并通过截流阀200将产生的氢供应到燃料电池10中的阳极流路25。
B3.变型例3
在实施例的燃料电池系统10中，可以将另一个截流阀YY(未示出)设置在氢气供应的流动方向上的阳极气体供应管道24上的压力传感器P2下游中的任何位置(参见图1)。在该变型结构中，氢泄露检测过程(图3)在步骤S50的处理之后关闭截流阀YY并在步骤S60执行截流阀200的氢泄露检测。在氢气供应的流动方向上的阳极气体供应管道24上的截流阀YY下游中的任何位置的氢气泄露或从燃料电池10内部的氢气泄露不影响截流阀200的氢泄露检测的结果。因而，该改进结构确保了截流阀200的精确的氢泄露检测。
B4.变型例4
实施例的燃料电池系统100仅仅使用两个用于调节氢气压力的调节器，即，高压调节器210和可变低压调节器220。然而，该构造不是限制性的，而是本发明的技术也可应用于具有三个或更多调节器的燃料电池系统。例如，可以将另外的调节器设置在阳极气体供应管道24的低压部分中。该布置进一步便于供应到燃料电池10的氢气的压力调节。
B5.变型例5
在实施例的燃料电池系统100中，可以将第一可变压力调节器控制器402和第二可变压力调节器控制器404设计成通过空气压力控制可变低压调节器220。第一可变压力调节器控制器402和第二可变压力调节器控制器404调节供给到可变低压调节器220的空气压力，并因而调节可变低压调节器220的压力值。
B6.变型例6
在实施例的燃料电池系统100中执行的氢泄露检测过程(图3)中，漏气检测器410参照通过压力传感器P2测量的中压部分压力值Pk2执行截流阀200的氢泄露检测。然而，该过程不是限制性的。在氢泄露检测过程(图3)的一个改进的流程中，代替步骤S40的处理，漏气检测器410从压力传感器P3接收测量的低压部分压力值Pk3并确定低压部分压力值Pk3是否低于可变低压调节器220的泄露检测参考值Pn。当低压部分压力值Pk3低于可变低压调节器220的泄露检测参考值Pn时，即，当压力水平在阳极气体供应管道24的低压部分、中压部分和高压部分中基本上相等时，漏气检测器410停止低压发电(步骤S50)并参照低压部分压力值Pk3来执行截流阀200的氢泄露检测，而不是步骤S60的处理。该变型过程通过用于较低压力的压力传感器P3代替压力传感器P2来执行截流阀200的氢泄露检测。该布置理想地增加了氢泄露检测的精度。
B7.变型例7
在实施例的燃料电池系统100中，高压调节器210将供应自氢罐20的氢气的压力调节到固定压力值Q。然而，这不是必需的。如同可变低压调节器220，可以用可变高压调节器PP(未示出)代替高压调节器210。在该变型结构中，在氢泄露检测过程(图3)中的步骤S30的处理之后，第二可变压力调节器控制器404可以将可变高压调节器PP的压力值设定成高于高压调节器210的固定压力值Q。该变型实现了阳极气体供应管道24的高压部分中的氢气压力的更高速度的减小，从而进一步缩短了截流阀200的氢泄露检测所需的时间。
B8.变型例8
在实施例的控制器400中，可以将通过软件构造获得的功能构造为硬件构造。作为选择，可以通过软件构造获得通过硬件构造构造的功能。
B9.变型例9
在实施例的氢泄露检测过程(图3)中，可以将在步骤S30使用的泄露检测参考值Pn设定成高于最大常规压力值Pm(参见图2)。与实施例的氢泄露检测过程中的设定相比，这种变型设定实现了阳极气体供应管道24的中压部分和高压部分中的氢气压力的更高速度的减小并更迅速地将中压部分中的中压部分压力值Pk2降低到在高压调节器210中设定的压力值Q以下。更快的压力减小进一步缩短了截流阀200的氢泄露检测所需的时间。
B10.变型例10
实施例采用可变调节器用于可变压力调节器。然而，可变调节器不是必需的，而是可以由喷射器代替。
如先前说明的，可变调节器是降低供应自初级来源的气体的压力的减压阀。调节器具有两个被与阀元件结合的隔膜分开的空间。两个空间之一构造为流路以允许作为压力调节对象的目标气体(例如，阳极气体)从初级来源输送到次级侧。另一个空间构造为压力调节室以从入口引入用于操纵隔膜的驱动气体(例如，空气)。通过改变驱动气体的供应压力来调节目标气体的压力值。
喷射器是例如根据所提供控制脉冲的占空比被控制打开和关闭的开关电磁阀。
Claims (17)
1.一种配备有燃料电池的燃料电池系统，
所述燃料电池系统至少在用于所述燃料电池的常规发电的常规模式中和在用于检测燃料气体的泄露的漏气检测模式中操作，
所述燃料电池系统包括：
燃料气体供应器，该燃料气体供应器被构成为向所述燃料电池供应所述燃料气体；
截流阀，该截流阀设置在用于将所述燃料气体供应的流动从所述燃料气体供应器引导到所述燃料电池的流路中，且被构成为切断所述燃料气体供应；
可变压力调节器，该可变压力调节器设置在所述截流阀和所述燃料电池之间的所述流路中，以将所述燃料气体供应的流动方向上的下游中的所述燃料气体的压力调节成可变压力值；
第一可变压力调节器控制器，该第一可变压力调节器控制器被构成为在所述常规模式中将所述可变压力调节器的压力值设定成用于所述常规发电的常规发电压力值；
截流阀控制器，该截流阀控制器被构成为在所述漏气检测模式中关闭所述截流阀；
第二可变压力调节器控制器，该第二可变压力调节器控制器被构成为在所述截流阀关闭之后将所述可变压力调节器的所述压力值设定成比所述常规发电压力值更高的值；和
漏气检测器，该漏气检测器被构成为在所述可变压力调节器中设定所述更高压力值之后执行所述燃料气体从所述截流阀的泄露检测。
2.如权利要求1所述的燃料电池系统，所述燃料电池系统还包括：
低压发电控制器，该低压发电控制器被构成为使所述燃料电池在所述漏气检测模式中执行低压发电。
3.如权利要求1和2中的任一项所述的燃料电池系统，所述燃料电池系统还包括：
高压调节器，该高压调节器设置在所述流路上所述可变压力调节器的沿着所述燃料气体供应的流动方向的上游中，以将所述燃料气体供应的压力调节成预设定压力值；和
压力传感器，该压力传感器被构成为测量所述流路上所述可变压力调节器和所述高压调节器之间的压力，
其中在所述漏气检测模式中通过所述第二可变压力调节器控制器在所述可变压力调节器中设定所述更高压力值之后，当所述压力传感器测量的压力降低到所述高压调节器的所述预设定压力值以下时，所述漏气检测器参照所述压力传感器测量的压力执行所述燃料气体从所述截流阀的泄露检测。
4.如权利要求1和2中的任一项所述的燃料电池系统，所述燃料电池系统还包括：
高压调节器，该高压调节器设置在所述流路上所述可变压力调节器的沿着所述燃料气体供应的流动方向的上游中，以将所述燃料气体供应的压力调节成预设定压力值，
其中所述可变压力调节器和所述高压调节器一体地形成为一个压力调节器。
5.如权利要求1和2中的任一项所述的燃料电池系统，所述燃料电池系统还包括：
高压调节器，该高压调节器设置在所述流路上所述可变压力调节器的沿着所述燃料气体供应的流动方向的上游中，以将所述燃料气体供应的压力调节成预设定压力值；和
压力传感器，该压力传感器被构成为测量所述流路上所述可变压力调节器的下游中的压力，
其中在所述漏气检测模式中通过所述第二可变压力调节器控制器在所述可变压力调节器中设定所述更高压力值之后，当所述压力传感器测量的压力降低到所述可变压力调节器的所述压力值以下时，所述漏气检测器参照所述压力传感器测量的压力执行所述燃料气体从所述截流阀的泄露检测。
6.如权利要求1和2中的任一项所述的燃料电池系统，其中在所述截流阀和所述燃料电池之间在所述流路上设置多个可变压力调节器，
所述第一可变压力调节器控制器将所述多个可变压力调节器中的每个可变压力调节器中的压力值设定成它的对应常规发电压力值，并且
在所述截流阀关闭之后，所述第二可变压力调节器控制器将所述多个可变压力调节器中的每个可变压力调节器中的压力值设定成比所述对应常规发电压力值高的值。
7.如权利要求1到6中的任一项所述的燃料电池系统，其中在所述截流阀关闭之后，所述第二可变压力调节器控制器将所述可变压力调节器的压力值设定成比所述常规模式结束时的所述常规发电压力值高的值。
8.如权利要求1到6中的任一项所述的燃料电池系统，其中在所述截流阀关闭之后，所述第二可变压力调节器控制器将所述可变压力调节器的压力值设定成比所述可变压力调节器的最大常规压力值高的值。
9.如权利要求1到8中的任一项所述的燃料电池系统，其中所述可变压力调节器是可变调节器和喷射器中的至少一个。
10.一种用于检测漏气的漏气检测装置，
在燃料电池系统中采用所述漏气检测装置，所述燃料电池系统至少在用于燃料电池的常规发电的常规模式中和在用于检测燃料气体的泄露的漏气检测模式中操作，
所述燃料电池系统具有：燃料气体供应器，该燃料气体供应器被构成为向所述燃料电池供应所述燃料气体；截流阀，该截流阀设置在用于将所述燃料气体供应的流动从所述燃料气体供应器引导到所述燃料电池的流路中，且被构成为切断所述燃料气体供应；可变压力调节器，该可变压力调节器设置在所述截流阀和所述燃料电池之间的所述流路中，以将所述燃料气体供应的流动方向上的下游中的所述燃料气体的压力调节成可变压力值；和第一可变压力调节器控制器，该第一可变压力调节器控制器被构成为在所述常规模式中将所述可变压力调节器的压力值设定成用于所述常规发电的常规发电压力值，
所述漏气检测装置包括：
截流阀控制器，该截流阀控制器被构成为在所述漏气检测模式中关闭所述截流阀；
第二可变压力调节器控制器，该第二可变压力调节器控制器被构成为在所述截流阀关闭之后将所述可变压力调节器的压力值设定成比所述常规发电压力值更高的值；和
漏气检测器，该漏气检测器被构成为在所述可变压力调节器中设定所述更高压力值之后执行所述燃料气体从所述截流阀的泄露检测。
11.如权利要求10所述的漏气检测装置，所述漏气检测装置还包括：
低压发电控制器，该低压发电控制器被构成为使所述燃料电池在所述漏气检测模式中执行低压发电。
12.如权利要求10和11中的任一项所述的漏气检测装置，其中所述燃料电池系统还具有：
高压调节器，该高压调节器设置在所述流路上所述可变压力调节器的沿着所述燃料气体供应的流动方向的上游中，以将所述燃料气体供应的压力调节成预设定压力值；和
压力传感器，该压力传感器被构成为测量所述流路上所述可变压力调节器和所述高压调节器之间的压力，
在所述漏气检测模式中通过所述第二可变压力调节器控制器在所述可变压力调节器中设定所述更高压力值之后，当所述压力传感器测量的压力降低到所述高压调节器的所述预设定压力值以下时，所述漏气检测装置的所述漏气检测器参照所述压力传感器测量的压力执行所述燃料气体从所述截流阀的泄露检测。
13.如权利要求10到12中的任一项所述的漏气检测装置，
其中在所述截流阀关闭之后，所述第二可变压力调节器控制器将所述可变压力调节器的压力值设定成比所述常规模式结束时的所述常规发电压力值高的值。
14.一种检测漏气的漏气检测方法，
所述漏气检测方法应用于燃料电池系统中，所述燃料电池系统至少在用于燃料电池的常规发电的常规模式中和在用于检测燃料气体的泄露的漏气检测模式中操作，
所述燃料电池系统具有：燃料气体供应器，该燃料气体供应器被构成为向所述燃料电池供应所述燃料气体；截流阀，该截流阀设置在用于将所述燃料气体供应的流动从所述燃料气体供应器引导到所述燃料电池的流路中，且被构成为切断所述燃料气体供应；可变压力调节器，该可变压力调节器设置在所述截流阀和所述燃料电池之间的所述流路中，以将所述燃料气体供应的流动方向上的下游中的所述燃料气体的压力调节成可变压力值；和第一可变压力调节器控制器，该第一可变压力调节器控制器被构成为在所述常规模式中将所述可变压力调节器的压力值设定成用于所述常规发电的常规发电压力值，
所述漏气检测方法包括下列步骤：
(a)在所述漏气检测模式中关闭所述截流阀；
(b)在所述截流阀关闭之后，将所述可变压力调节器的压力值设定成比所述常规发电压力值更高的值；和
(c)在所述可变压力调节器中设定所述更高压力值之后，执行所述燃料气体从所述截流阀的泄露检测。
15.如权利要求14所述的漏气检测方法，所述漏气检测方法还包括下列步骤：
(d)使所述燃料电池在所述漏气检测模式中执行低压发电，
其中所述步骤(c)在所述可变压力调节器中设定所述更高压力值之后在所述低压发电停止时执行所述燃料气体从所述截流阀的泄露检测。
16.如权利要求14和15中的任一项所述的漏气检测方法，其中所述燃料电池系统还具有：
高压调节器，该高压调节器设置在所述流路上所述可变压力调节器的沿着所述燃料气体供应的流动方向的上游中，以将所述燃料气体供应的压力调节成预设定压力值；和
压力传感器，该压力传感器被构成为测量所述流路上所述可变压力调节器和所述高压调节器之间的压力，
在所述可变压力调节器中设定所述更高压力值之后，当所述压力传感器测量的压力降低到所述高压调节器的所述预设定压力值以下时，所述步骤(c)参照所述压力传感器测量的压力执行所述燃料气体从所述截流阀的泄露检测。
17.如权利要求14到16中的任一项所述的漏气检测方法，其中所述步骤(b)在所述截流阀关闭之后将所述可变压力调节器的压力值设定成比所述常规模式结束时的所述常规发电压力值高的值。
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