CN101233644A - 燃料电池系统和估计燃料电池的燃料电极上的氮浓度的方法 - Google Patents

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Abstract

燃料电池组中的氮浓度被更加精确地估计，因此阻止燃料电池的寿命由于当阳极中的杂质浓度增加时执行的运行而减少。所述燃料电池系统包括：用于检测燃料电池组的温度的燃料电池组温度检测装置；用于检测燃料电极的压力的燃料电极压力检测装置；和用于测量停工时间的停工时间测量装置。基于当燃料电池的运行停止时的燃料电池组的温度，当燃料电池的运行重启动时的燃料电极中的压力，以及所述燃料电池从停止至重启动时的停工时间，估计燃料电极氮浓度，该燃料电极氮浓度表示燃料电池的燃料电极中的氮的浓度(从空气电极经电解质膜传输到燃料电极的氮等等)。

Description

燃料电池系统和估计燃料电池的燃料电极上的氮浓度的方法
技术领域
本发明涉及一种燃料电池系统和一种估计燃料电池的燃料电极上的氮浓度的方法。更具体地，本发明涉及一种技术的改进，该技术用于通过将氮从空气电极(阴极)经电解质膜传输到燃料电极来测量或估计存在于燃料电极(阳极)中的氮的浓度(本说明书中也称作“阳极氮浓度”)。
背景技术
燃料电池系统的问题之一是如何阻止当燃料电极(阳极)中的杂质浓度增加时执行的运行引起的燃料电池系统的寿命的减少。
作为用于解决这样的问题的技术，传统上已经存在一种技术，该技术获得当燃料电池的运行停止时组温度和环境温度之间的温度差，和当燃料电池的运行开始时组温度和环境温度之间的温度差，基于温度比(当燃料电池的运行开始时的温度差/当燃料电池的运行停止时的温度差)估计从燃料电池的运行已经停止以来已经过去的时间的量，以及已经从空气电极(阴极)经电解质膜传输到阳极的氮的浓度，并且根据氮的浓度限制燃料电池组的输出(参见例如日本专利申请特开No.2004-172026)。这项技术能够阻止在阳极中的杂质浓度是高的情况中的过度发电的发生。
发明内容
然而，即使如上所述估计氮浓度以限制燃料电池组的输出，在一些情况下也难于如在上述的运行控制方法中那样，基于温度比(当燃料电池的运行开始时的温度差/当燃料电池的运行停止时的温度差)精确地估计氮浓度。在这样的估计方法中，如果氮浓度被估计为高于真实值(氮浓度的实际值)，则燃料电池组的输出被过度限制，并且如果，在另一方面，氮浓度被估计为低于真实值，则允许组的输出至少是额定输出，从而因为不足的氢导致发电故障，并且最终导致燃料电池的寿命的减少。因此，期望一项能够更加精确地估计阳极氮浓度的技术。
本发明的一个目标在于提供一种燃料电池系统，该系统能够精确估计燃料电池组中的氮浓度，并且因此阻止燃料电池系统的寿命由于当阳极中的杂质浓度增高时执行的运行而减少，并且本发明的一个目标在于提供一种估计燃料电池的燃料电极上的氮浓度的方法。
本发明的发明者已经研究了上述传统技术的内容。例如，在上述技术的情况下，氮浓度仅仅基于温度比(当燃料电池的运行开始时的温度差/当燃料电池的运行停止时的温度差)被估计，但是不仅温度比，而且组温度、燃料电极中的压力(本说明书中也称作“阳极压力”)、空气电极中的压力(本说明书中也称作“阴极压力”)、停工时间(即当燃料电池的运行停止时和当燃料电池的运行开始时之间的时间段)、交叉泄漏、电解质膜的恶化等等被认为是对实际燃料电池系统中的氮浓度的影响因素。此外，作为重复研究的结果，本发明者已经发现，基于组温度、阳极压力(燃料电极中的压力)和燃料电池保持停工的时间段，通过估计当燃料电池的运行开始时燃料电极上的氮浓度，可以获得更加精确的估计值或者接近真实值的估计值。
本发明的燃料电池系统是基于上述发现的，并且将基于当燃料电池的运行停止时燃料电池组的温度、当燃料电池的运行重启动时在燃料电极中的压力和所述燃料电池从停止至重启动时的停工时间来估计燃料电极氮浓度，该燃料电极氮浓度表示在燃料电池的燃料电极中的氮的浓度。而且，在根据本发明的估计燃料电池中的燃料电极氮浓度的方法中，基于当燃料电池的运行停止时燃料电池组的温度、当燃料电池的运行重启动时燃料电极中的压力和所述燃料电池从停止至重启动时的停工时间，估计表示在燃料电池的燃料电极中的氮的浓度的燃料电极氮浓度。
在这样的燃料电池系统和估计燃料电池中的燃料电极氮浓度的方法中，当估计燃料电极中的氮浓度时，考虑到并且基于为实际燃料电池系统中的氮浓度的影响因素的组温度、燃料电极中的压力(阳极压力)和停工时间，通过执行估计可获得接近真实值(氮浓度的实际值)的值。因此，本发明的燃料电池系统和估计方法能够阻止以下问题的出现，即燃料电池组的输出被过度限制，导致加速性能的恶化，或者允许组的输出至少是其容量，导致发电故障。本发明的燃料电池系统和估计方法能够进一步阻止燃料电池系统的寿命的减少。
此外，根据本发明的燃料电池系统具有用于检测燃料电池组的温度的组温度检测装置，用于检测燃料电极的压力的燃料电极压力检测装置，和用于测量停工时间的停工时间测量装置。根据本燃料电池系统，通过使用用于检测燃料电池组的温度的组温度检测装置，用于检测燃料电极的压力的燃料电极压力检测装置，和用于测量停工时间的停工时间测量装置，可以更加精确地估计燃料电极氮浓度。
在这种情况下，优选的是，基于当燃料电池的运行停止时的燃料电池组的温度，并且基于描述燃料电池组保持停工的停工时间和当燃料电池组的温度是上述温度时的燃料电极的压力之间的关系的图，估计燃料电极氮浓度。因此，燃料电极氮浓度能被更加精确地估计。
作为图，第一图描述了当燃料电极氮浓度处于第一浓度状态时的关系，并且第二图描述了当燃料电极氮浓度处于浓度高于第一浓度状态中的浓度的状态中时的关系。当停工时间短于燃料电极中的压力达到最小值的时间段时，优选地，第一图用于估计燃料电极氮浓度。另一方面，当停工时间长于燃料电极中的压力达到最小值的时间段时，优选地，第二图用于估计燃料电极氮浓度。根据本燃料电池系统，第一图和第二图根据停工时间的量(长度)被分离地应用，第一图描述当燃料电极氮浓度处于低浓度状态时的关系，并且第二图描述当燃料电极氮浓度处于高浓度状态时的关系。因此，燃料电极氮浓度能够被更加精确地估计。
根据本发明的燃料电池系统还具有用于判断在所述停工时间的测量中由停工时间测量装置测量的时间段是否被清除的判断装置，其中当它判断出所测量的时间段被清除时，燃料电极氮浓度拟制为图中的最大值。因此，小于阳极氮浓度的真实值的值能够被估计，并且不足的氢导致的发电故障能够被阻止出现。
而且，根据本发明的燃料电池系统还具有用于当燃料电池的运行停止时存储燃料电极氮浓度的存储装置，其中，当运行停止时燃料电极氮浓度的存储的值和当运行重启动时燃料电极氮浓度的估计的值之中，较大的值被采用。例如，当在阳极氮浓度是高的时候燃料电池停止，并且然后立即重启动时，尽管阳极氮浓度不是足够低，但是低于真实值的值被估计，并且因此，由于不足的氢而可出现发电故障。然而，本发明能够阻止这样的情形。
附图说明
图1是本发明的燃料电池系统的框图，该框图示出了燃料电池系统的实施例；
图2是示出了当燃料电池的运行停止时在组温度是65℃的情况下，阳极压力和阳极氮浓度相对于停工时间的波动的图；以及
图3是示出本实施例中的阳极氮浓度的估计的流程的图。
具体实施方式
下面，参照图中所示的实施例详细说明本发明的结构。
图1至图3示出了本发明的实施例。在根据本发明的燃料电池系统10中，基于当燃料电池的运行停止时的燃料电池组20的温度，当燃料电池的运行重启动时的阳极的压力，和所述燃料电池从停止至重启动时的停工时间，估计燃料电极氮浓度，该燃料电极氮浓度表示在燃料电池组20的燃料电极中的氮(例如通过电解质膜从阴极(空气电极)传输到阳极(燃料电极)的氮)的浓度。下文中，首先描述燃料电池系统10的总的概要，然后描述用于估计燃料电极氮浓度的结构。
下一步，描述本实施例的燃料电池系统10的结构。应当注意，下文中燃料电池有时表示为“FC”。图1表示了根据本实施例的燃料电池系统10的示意性结构。这里描述了一示例，该示例中燃料电池系统10用作燃料电池混合车辆(FCHV)的车载发电系统，但是燃料电池系统10当然能够用作安装在多种可移动物体(例如轮船，飞行器等)上的发电系统及类似物。燃料电池电池组(下文中也称作“燃料电池组”或者简单称作“组”)20具有组结构，该组结构具有串联叠置的多个单个电池，并且由例如固态聚合物电解质燃料电池和类似物组成。
此外，本实施例的燃料电池系统10具有燃料气体循环供给系统和氧化物气体供给系统，所述两个系统与燃料电池组20相连接。燃料电池组20的燃料气体循环供给系统包括燃料气体供给源30，燃料气体供给通道31，燃料电池组20，燃料气体循环通道32和阳极废气流动通道33(参见图1)。
燃料气体供给源30由例如高压氢罐，氢存储罐或类似物的氢存储源构成。燃料气体供给通道31是用于引导燃料气体的气体流动通道，该燃料气体从燃料气体供给源30排出到燃料电池组20的阳极(燃料电极)，并且从气体流动通道的上游到下游在气体流动通道内设置罐阀H201，高压调节器H9，低压调节器H10，氢供给阀H200和FC进口阀H21。压缩至高压的燃料气体遭受通过高压调节器H9的压力降低从而具有中压，并且进一步遭受通过低压调节器H10的压力降低从而具有低压(正常运行压力)。
燃料气体循环通道32是用于使未转化的燃料气体流回到燃料电池组20的返回气体流动通道，并且从气体流动通道的上游至下游在燃料气体循环通道内设置FC出口阀H22，氢泵63，和单向阀H52。从燃料电池组20排出的低压未转化的燃料气体由氢泵63适当加压并且引导至燃料气体供给通道31。单向阀H52防止燃料气体从燃料气体供给通道31流回到燃料气体循环通道32。而且，在燃料气体循环通道32中间分开的阳极废气流动通道33是用于将从燃料电池组20排出的氢废气排放至系统的外部的气体流动通道，并且其中设置了排气阀H51。
应当注意罐阀H201，氢供给阀H200，FC进口阀H21，FC出口阀H22，和排气阀H51将燃料气体供给到气体流动通道31至33中的每一个或者供给到燃料电池组20，或者是用于截断燃料气体的流动的截止阀，并且由例如电磁阀构成。作为这样的电磁阀，例如能够通过PWM控制线性调节阀开度的开关阀或者线性阀是合适的。
燃料电池组20的氧化物气体供给系统包括空气压缩机(氧化物气体供给源)40，氧化物气体流动通道41，和阴极废气流动通道42。应当注意，空气压缩机40压缩通过空气滤清器61从大气吸进的空气，并且将压缩的空气作为氧化物气体供给到燃料电池组20的阴极(空气电极)。在促成燃料电池组20的电解反应之后获得的氧废气流进阴极废气流动通道42并且被排放到系统的外部。所述氧流动气体包括通过燃料电池组20的电解反应生成的水份，因此处于高湿度状态。加湿模块62在流经氧化物气体流动通道41并且处于低湿度状态的氧化物气体和流经阴极废气流动通道42并且处于高湿度状态的氧废气之间交换水份，并且恰当地加湿供给燃料电池组20的氧化物气体。燃料电池组20供给的氧化物气体的背压通过设置在阴极废气流动通道42的阴极出口的附近的压力调节阀A4来调节。阴极废气流动通道42与在阴极废气流动通道42的下游的稀释器64相连通。此外，阳极废气流动通道33与在阳极废气流动通道33的下游的稀释器64相连通，使得氢废气被混合、稀释并与氧化物气体混合，并且此后排放到系统的外部。
在燃料电池组20中生成的直流电力的一部分遭受通过DC/DC变换器53的压降，并且被充到电池(二次电池)54。牵引逆变器51和辅助逆变器52将从燃料电池组20和电池54中的两个或一个供给的直流电力变换为交流电力，并且将所述交流电电力供给到牵引电机M3并且供给到辅助电机M4。顺便提及，辅助电机M4总体意味着驱动下文中描述的氢循环泵63的电机M2和驱动空气压缩机40的电机M1，并且因此可以用作电机M1或用作电机M2。应当注意，下文中，由燃料电池组20和电池54中的两个或一个驱动的负荷一般称作“负载”。
控制部50基于由加速度传感器55检测的加速开度和由车辆速度传感器56检测的车辆速度获得系统需求电力(车辆行驶电力和辅助电力的和)，并且控制该系统使得燃料电池组20与目标电力一致。具体地，控制部50调节驱动空气压缩机40的电机M1的转数以调节供给的氧化物气体的量，并且同时调节驱动氢泵63的电机M2的转数以调节供给的燃料气体的量。而且，控制部50控制DC/DC变换器53以调节燃料电池组20的工作点(输出电压，输出电流)使得燃料电池组20的输出电力与目标电力一致。
用于检测燃料气体的压力的压力传感器(状态检测装置)P6，P7，P9，P61，P5，P10，P11和用于检测燃料气体温度的温度传感器(状态检测装置)T6，T7，T9，T61，T5，T10设置在高压部分(在罐阀H201和氢供给阀H200之间的部分)，低压部分(氢供给阀H200到FC进口阀H21)，FC部分(组进口阀H21到FC出口阀H22)，和循环部分(FC出口阀H22到单向阀H52)中的每一个中。为了详细说明每一个压力传感器所起的作用，压力传感器P6检测燃料气体供给源30的燃料气体供给压力。压力传感器P7检测高压调节器H9的二次压力。压力传感器P9检测低压调节器H10的二次压力。压力传感器P61检测燃料气体供给通道31的低压部分的压力。压力传感器P5检测组进口的压力。压力传感器P10检测在氢循环泵63的输入端口侧(上游侧)上的压力。压力传感器P11检测在氢循环泵63的输出端口侧(下游侧)上的压力。
如上所述，在本实施例的燃料电池系统10中，燃料电池组20中的阳极氮浓度(包括经过燃料电池组20中的电解质膜从阴极传输到阳极的阳极中的氮的浓度)被估计，并且作为实现本估计的示例，燃料电池系统10包括用于检测燃料电池组温度的组温度检测装置11，用于检测阳极(燃料电极)的压力的燃料电极压力检测装置P5，用于测量停工时间的停工时间测量装置12和ECU 13(参见图1)。下文中，描述了用于估计阳极氮浓度的结构和通过本结构估计阳极氮浓度的方法的细节(参见图1等)。应当注意，在气体不流经阳极的期间内，即在燃料电池10的运行停止的期间内，阳极氮浓度倾向于增加。因此，优选的是，当燃料电池10的运行开始时燃料电池组20的输出被限制。
组温度检测装置11是用于检测燃料电池的组温度，即燃料电池组20的温度的装置，并且由用于测量温度的部分和用于传输关于所测量的温度的信息的部分组成。例如，本实施例的组温度检测装置11被设置以检测燃料电池组20的温度并且将与所检测的温度相关的数据传输到ECU 13(参见图1)。
停工时间测量装置12是用于测量燃料电池组20保持停止工作的时间段，即在当燃料电池的运行停止时和当燃料电池的运行重启动时之间的时间段的装置，并且由例如计时器构成。本实施例的停工时间测量装置12与ECU 13相连接(参见图1)，并且被提供以从ECU 13接收命令信号以开始测量停工时间，并且进一步从ECU 13接收命令信号以结束测量。应当注意，本实施例的停工时间测量装置12能够测量在当点火开关为停止的燃料电池组20接通和当燃料电池组20的运行在点火ON状态下开始时之间的时间段(点火ON持续时间)。
燃料电极压力检测装置P5用于检测燃料电极(阳极)中的压力，并且由例如压力计构成。在本实施例中，燃料电极压力检测装置P5设置在燃料气体供给通道31的低压部分中，即FC进口阀H21和燃料电池组20之间的部分(参见图1)。此外，燃料电极压力检测装置P5与ECU 13相连接从而将与所检测的压力相关的数据传输到ECU 13。
ECU 13是由电控单元构成的控制装置。本实施例的ECU 13连接到上述组温度检测装置11，停工时间测量装置12，和燃料电极压力检测装置P5，获得与组温度，停工时间，和燃料电极压力(阳极压力)相关的数据，并且在所获得的数据的基础上估计阳极氮浓度(包括经过电解质膜从阴极传输到阳极的氮的浓度)。应当注意，尽管没有在图1中特别详细地示出，但是ECU 13也与控制部50相连接，并且根据所估计的阳极氮浓度，当必要时，燃料电池组20的输出被限制。
而且，在本实施例中，准备了描述当燃料电池的运行停止时停工时间和阳极压力之间的关系的图，并且基于该图估计阳极氮浓度。具体地，准备了实际的机器数据，如图2中所示，图2就是描述了当燃料电池的运行停止时在组温度是65℃的情况下，阳极压力和阳极氮浓度相对于停工时间的波动的图，并且基于该图估计阳极氮浓度。顺便提及，◆(黑色菱形标记)表示阳极氮浓度(cnc_N2，单位是％)，并且×表示阳极压力(prs_fci，单位是kPaA)。如图中所示，通过×表示的阳极压力的值(prs_fci)示出了变化，一旦当燃料电池的运行停止时该值急剧减少，并且在到达最小值，即在过去时间T1时的负压力的峰值(在图2中所示的实际机器数据的情况下大约超过80kPaA)之后逐渐增加(应当注意这里的负压力是基于大气压力的)。另一方面，由◆表示的阳极氮浓度(cnc_N2)示出了变化，阳极氮浓度不彻底地继续增加并且其后平滑地收敛。
这里，例如，基于一定压力p(参见图2)，在与压力p相对应的停工时间内，如图中清楚地所示的，存在两种类型的时间段，T0和T2(即两种类型的不同的停工时间)。在这种情况下，当采用阳极压力达到负压力的峰值的时间T1之前的时间(图2中的T0)时的阳极氮浓度(cnc_N2)作为估计值时，由于这个值在增加的中间并且仍旧是小值，因此误差可能产生，并且不执行恰当的控制。在这种情况下，作为用于预防这样的误差的出现的装置，可以采用用于将在时间T1(本实施例中的过去时间T2)之后的时间点时的阳极氮浓度(cnc_N2)作为估计值的装置，在该时间T1时，阳极压力达到最小值(负压力的峰值)，但是本实施例采用了不同于上述装置的装置。具体地，在也测量停工时间的本实施例的情况中，根据由实际机器数据构成的图(图2)，容易判断通过停工时间测量装置12测量的停工时间是在时间T1(阳极压力达到负压力的峰值的时间)之前还是在时间T1之后。因此，在执行这样的判断之后，获得阳极氮浓度的估计值。在这种情况下，由于估计值不在T1之前的状态中被获得，也就是说，当阳极氮浓度在所谓的低氮浓度状态中时不获得估计值，在该低氮浓度状态中，阳极氮浓度仍没有充分地增加，不产生误差。例如，如果阳极氮浓度拟制为阳极氮浓度充分增加之前的估计值，则不必要的输出限制被强加到燃料电池上，但是在如上所述执行阳极氮浓度的精确估计的本实施例的情况中，没有强加这样的不必要的输出限制。因此，当燃料电池保持停工持续短时间段且此后重启动其运行时，防止了错误的阳极氮浓度估计的出现，燃料电池组的输出能够被更恰当地限制，并且在保持燃料电池停工一短时间段之后引起的加速性能的恶化能够被改善。
下一步，在下文中参照图(参见图3)描述了本实施例中的阳极氮浓度的估计的流程。
首先，通过关闭点火(IG_OFF)而停止燃料电池的运行来开始本实施例中的估计阳极氮浓度的流程(步骤1)。当燃料电池停止时，当燃料电池停止时的燃料电池组的温度(thrn_fc_igoff)通过组温度检测装置11被检测，并且所检测的温度存储在ECU13中(步骤2)。此外，开始停工时间(t_leave)的测量(步骤3)。当点火开关接通时，(表示为步骤4的IG_ON的状态)，IG_ON测量时间(t_igon)和直到点火开关接通并且燃料电池组20启动的时间被测量(步骤5)。
下一步，当停止的燃料电池重启动(步骤6中表示的ST_ON)时，检测氢增压之前的阳极压力(prsH2_fc_b)(步骤7)。因此，总停工时间TR，即上述“停工时间”(t_leave)和“IG_ON持续时间(t_igon)”的总时间段被计算(TR＝t_leave+t_igon)(步骤8)。
然后，基于计算结果，确定总的停工时间TR是长于还是短于停工时间T1，也就是说，燃料电池组20重启动的定时是在阳极压力达到负压力的峰值的时间之前还是之后。换句话说，总的停工时间TR和停工时间T1的大小被确定(步骤9)，并且如果时间段T1长于总的停工时间TR(TR＜T1)，则确定燃料电池在阳极压力达到负压力的峰值之前被启动，并且过程进行到步骤10。在步骤10中，描述氢增压之前的阳极氮浓度的图被参照以计算氢增压之前的阳极氮浓度(cncN2_tmp) (步骤10)。
应当注意，这里将要参考的图能够是，例如，由实际机器数据本身构成的图(参见图2)，但是优选的是，所述图被预先分为应用于第一氮状态(例如低氮浓度状态)的第一图和应用于浓度高于第一氮状态的第二氮状态的情况中的第二图。例如，在本实施例中，所述图被分为：作为第一图的氢增压前阳极氮浓度图A(图2中从t＝0到t＝T1的曲线)，该图A示出了低氮浓度状态；和作为第二图的氢增压前阳极氮浓度图B(图2中从t＝T1向前的曲线)，该图B示出了浓度高于低氮浓度状态的高氮浓度状态。因此，在如上所述的TR＜T1的情况中，燃料电池组20在阳极压力达到负压力的峰值之前重启动，因此参照示出低氮浓度状态的图A计算阳极氮浓度(步骤10)。一旦氢增压之前的阳极氮浓度(cncN2_tmp)被计算，那么过程进行到步骤12。
另一方面，作为步骤9中总的停工时间TR和停工时间T1的大小的确定的结果，如果得到相反的结果，即如果停工时间T1小于总的停工时间TR(TR＞T1)，则确定燃料电池在阳极压力达到负压力的峰值之后重启动，并且因此过程进行到步骤11。在步骤11中，氢增压之前的阳极氮浓度(cncN2_tmp)的计算以与步骤10中相同的方式被执行，但是在步骤11中参考图B而非图A。一旦氢增压之前的阳极氮浓度(cncN2_tmp)被计算，则过程进行到步骤12。
下一步，在步骤12中，氢增压之后的阳极压力(prsH2_fc_a)被检测(步骤12)。其后，氢增压之后的阳极氮浓度(cncN2)被计算(步骤13)。如图3中所示，氢增压之后的阳极氮浓度(cncN2)能够通过以下方程获得：
cncN2＝cncN2_tmp*prsH2_fc_b/prsH2_fc_a
换言之，氢增压之后的阳极氮浓度可作为下述值被获得，即通过用氢增压之后的阳极压力(prsH2_fc_b)乘以氢增压之前的阳极氮浓度(cncN2_tmp)并且把这样得到的结果除以氢增压之后的阳极压力(prsH2_fc_a)。因此，氮浓度的减少通过阳极吹洗被执行(步骤14)，并因此终止一系列过程(步骤15)。其后，在以上述方式获得的阳极氮浓度的估计结果(或计算结果)的基础上，对燃料电池组20的输出限制被恰当地执行，因此，在阳极中的杂质浓度是高的情况下，过度发电的出现能够被防止。
此外，在如上所述估计阳极氮浓度的情况下，当在时间的测量期间通过停工时间测量装置所测量的时间段被清除时，优选地应用将阳极氮浓度设置为最大值的技术。在停工时间测量装置12执行时间测量期间，如果由于一些原因(例如当辅助电池被分离时)以前测量的时间段被复位和清除为0，则停工时间测量装置12获得的停工时间变得短于初始值，并且因此，低于应当初始被估计的阳极氮浓度的真实值的值可被估计，同时由于不足的氢而引起发电故障。另一方面，如果在上述情况中阳极氮浓度被取为最大值，则至少可防止如上所述由不足的氢导致的发电故障的出现。由于在这种情况中取为最大值的值能够是各种值，但是在本实施例中，该值大约低于80％，在该值下阳极氮浓度的值收敛到最大值。此外，ECU 13，例如，能够检测或判断停工时间测量装置12被复位，尽管燃料电池组20保持停工。
而且，优选地提供用于存储当燃料电池的运行停止时的阳极氮浓度的装置，并且当运行停止时的阳极氮浓度和当下次开始运行(重启动)时的阳极氮浓度(估计值)中的较大值被使用。例如，当在阳极氮浓度是高的时候燃料电池被停止，并且然后在停止之后立即重启动时，尽管阳极氮浓度不足够低，但是低于真实值的值被估计，并且因此如上述情况中由于不足的氢导致的发电故障可能出现。另一方面，通过存储当运行停止时的阳极氮浓度，将存储值与估计值相比较，并且选择/应用较高值，至少可以防止如上所述的不足的氢导致的发电故障发生。在本实施例中，在运行停止时的阳极氮浓度由ECU3存储，并且在必要时，将存储值与估计值相比较。
如上所述，在本实施例的燃料电池系统中，燃料电池组20中的阳极氮浓度(燃料电极氮浓度)被更加精确地估计，因此，与现有技术相比，能够防止燃料电池组的寿命由于当阳极的杂质浓度增加时执行的运行而减少。
应当注意，上述实施例仅仅是本发明的合适的示例，并且不局限于这个合适的示例，而且能够在不背离本发明的范围的情况下以多种方式被修改和实施。例如，在本实施例中，如上所述基于阳极压力(燃料电池组20的燃料电极中的压力)的图估计阳极氮浓度，但是阳极氮浓度能够基于其它因素被估计。例如，阳极氮浓度能够基于阳极压力的变化率(例如与压力增加相关的梯度或与压力减少相关的梯度)被确定。具体地，在运行停止时的压力的变化特性(图2的图中示出的特性)中，在t＝T1之前示出压力梯度减少的趋势，然而在t＝T1之后示出压力梯度增加的趋势。因此，当压力梯度从减少状态波动到增加状态时该图能够被切换，并且因此氮浓度能够被估计。
工业实用性
而且，本实施例中示出的图仅仅示出了当燃料电池的运行停止时组温度是65℃的情况下的示例，因此不言而喻，如果燃料电池本身或者燃料电池系统是不同的，则根据所述燃料电池或者燃料电池系统，应当使用示出不同组温度的图。
根据本发明，燃料电池组中的氮浓度被更加精确地估计，并且因此能够防止燃料电池系统的寿命由于当阳极的杂质浓度增加时执行的运行而减少
因此，本发明能够广泛应用在具有这样的要求的燃料电池系统中。

Claims (7)

1.一种燃料电池系统，其中，基于当燃料电池的运行停止时燃料电池组的温度，当所述燃料电池的运行重启动时燃料电极中的压力，和所述燃料电池从停止至重启动时的停工时间，估计燃料电极氮浓度，所述燃料电极氮浓度表示所述燃料电池的所述燃料电极中的氮的浓度。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，包括：用于检测所述燃料电池组的所述温度的燃料电池组温度检测装置；用于检测所述燃料电极的所述压力的燃料电极压力检测装置；和用于测量所述停工时间的停工时间测量装置。
3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中，基于当所述燃料电池的运行停止时所述燃料电池组的所述温度，并且基于描述所述燃料电池组保持停工的停工时间和当所述燃料电池组的所述温度是当所述燃料电池的运行停止时的所述温度时所述燃料电极的所述压力之间的关系的图，估计所述燃料电极氮浓度。
4.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其中，描述了当所述燃料电极氮浓度处于第一浓度状态时的关系的第一图，和描述了当所述燃料电极氮浓度处于浓度高于所述第一浓度状态中的浓度的状态中时的关系的第二图，被用作所述图，并且当所述停工时间短于所述燃料电极中的所述压力达到最小值的时间段时，使用所述第一图，但是在另一方面，当所述停工时间长于所述燃料电极中的所述压力达到最小值的所述时间段时，使用所述第二图，以估计所述燃料电极氮浓度。
5.根据权利要求4所述的燃料电池系统，包括用于判断在所述停工时间的测量中由所述停工时间测量装置测量的时间段是否已经被清除的判断装置，其中当判断出所述测量的时间段已经被清除时，所述燃料电极氮浓度拟制为所述图中的最大值。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的燃料电池系统，包括用于当所述燃料电池的运行停止时存储所述燃料电极氮浓度的存储装置，其中，当所述运行停止时所述燃料电极氮浓度的存储的值和当所述运行重启动时所述燃料电极氮浓度的估计的值之中，采用较大的值。
7.一种估计燃料电池中的燃料电极氮浓度的方法，其中，基于当所述燃料电池的运行停止时燃料电池组的温度，当所述燃料电池的运行重启动时所述燃料电极中的压力，和所述燃料电池从停止至重启动时的停工时间，估计燃料电极氮浓度，所述燃料电极氮浓度表示所述燃料电池的所述燃料电极中的氮的浓度。
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