CN105591129B - 燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃料电池系统。当电流值不大于基准值时，控制单元基于燃料气体的丢失量和由燃料气体发电所消耗的量来估计燃料气体的排出量，丢失量基于在排出阀的打开时段期间供应通道中的压力减小率来计算，由发电所消耗的量基于在打开时段期间的电流值来计算，以及当电流值大于基准值时，控制单元基于在打开时段期间的差压来估计排出量。

Description

燃料电池系统
技术领域
本发明涉及燃料电池系统。
背景技术
存在已知的燃料电池系统，该系统包括：气液分离器，该气液分离器从自燃料电池排出的燃料气体中分离出水并且存储所分离出的水；以及排出阀，所述排出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存储的水一起排出至外部。例如，日本未经审查的专利申请公报No.2005-302708描述了用于对通过打开排出阀而引起的燃料气体的排出量进行估计的技术。
燃料气体的排出量可想象地基于例如在排出阀被打开期间在排出阀的上游侧与下游侧之间的差压来估计。然而，发明人发现通过上述方法来估计燃料气体的排出量可能会造成在所估计的排出量与实际的排出量之间的较大误差。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种燃料电池系统，该燃料电池系统抑制了在燃料电池的大负荷区域中燃料气体的排出量的估计准确度的劣化。
根据本发明的一个方面，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提供燃料气体；供应通道，从燃料供应源提供的燃料气体通过该供应通道流至燃料电池；循环通道，从燃料电池中部分地排出的燃料气体通过该循环通道流至供应通道；气液分离器，该气液分离器布置在循环通道中，并且该气液分离器从自燃料电池中部分地排出的燃料气体中分离出水并且存储所述水；排出通道，该排出通道连接至气液分离器，将气液分离器中所存储的水排出至外部，并且将从燃料电池中部分地排出的燃料气体部分地排出至外部；排出阀，该排出阀布置在排出通道中；电流检测部，该电流检测部检测燃料电池的电流值；压力检测部，该压力检测部检测供应通道中的压力；差压检测部，该差压检测部检测排出阀的下游侧与以下中之一之间的差压：供应通道、循环通道、气液分离器以及排出通道中排出阀的上游侧；以及控制单元，该控制单元对通过打开排出阀而部分地排出的下述燃料气体的排出量进行估计，该燃料气体是从燃料电池中部分地排出的燃料气体，其中，当电流值不大于基准值时，控制单元基于燃料气体的丢失量和由燃料气体发电引起的消耗量来估计排出量，丢失量基于在排出阀的打开时段期间供应通道中的压力减小率来计算，由发电引起的消耗量是基于在打开时段期间的电流值来计算，以及当电流值大于基准值时，控制单元基于在打开时段期间的差压来估计排出量。
当电流值不大于基准值时，控制单元可以基于通过从丢失量减去消耗量而获得的值来估计排出量。
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，燃料供应源向燃料电池提供燃料气体；供应通道，从燃料供应源提供的燃料气体通过该供应通道流至燃料电池；循环通道，从燃料电池中部分地排出的燃料气体通过该循环通道流至供应通道；气液分离器，该气液分离器布置在循环通道中，并且该气液分离器从自燃料电池中部分地排出的燃料气体中分离出水并且存储所述水；排出通道，该排出通道连接至气液分离器，将气液分离器中所存储的水排出至外部，并且将从燃料电池中部分地排出的燃料气体部分地排出至外部；排出阀，该排出阀布置在排出通道中；电流检测部，该电流检测部检测燃料电池的电流值；压力检测部，该压力检测部检测循环通道和气液分离器中之一中的压力；差压检测部，该差压检测部检测排出阀的下游侧与以下中之一之间的压力差：供应通道、循环通道、气液分离器以及排出通道中的排出阀的上游侧；以及控制单元，该控制单元对通过打开排出阀而部分地排出的下述燃料气体的排出量进行估计，该燃料气体是从燃料电池中部分地排出的燃料气体，其中，当电流值不大于基准值时，该控制单元基于燃料气体的丢失量和由燃料气体发电引起的消耗量来估计排出量气体，丢失量基于在排出阀的打开时段期间循环通道和气液分离器中之一中的压力减小率来计算，由发电引起的消耗量基于在打开时段期间的电流值来计算，以及当电流值大于基准值时，该控制单元基于在打开时段期间的差压来估计排出量。
根据本发明的又一方面，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提供燃料气体；供应通道，从燃料供应源提供的燃料气体通过该供应通道流至燃料电池；气液分离器，该气液分离器从自燃料电池中部分地排出的燃料气体中分离出水并且存储所述的水；第一排出通道，从燃料电池中部分地排出的燃料气体通过该第一排出通道流至气液分离器；第二排出通道，该第二排出通道连接至气液分离器，将气液分离器中所存储的水排出至外部，并且将从燃料电池中部分地排出的燃料气体部分地排出至外部；排出阀，该排出阀布置在第二排出通道中；电流检测部，该电流检测部检测燃料电池的电流值；压力检测部，该压力检测部检测供应通道、第一排出通道和气液分离器中之一内的压力；差压检测部，该差压检测部检测排出阀的下游侧与以下中的一者之间的差压：供应通道、第一排出通道、气液分离器以及第二排出通道中的排出阀的上游侧；以及控制单元，该控制单元对通过打开排出阀而部分地排出的下述燃料气体的排出量进行估计，该燃料气体是从燃料电池中部分地排出的燃料气体，其中，燃料电池系统是阳极非循环类型，在阳极非循环类型中，从燃料电池排出的燃料气体不返回至供应通道，当电流值不大于基准值时，该控制单元基于燃料气体的丢失量和由燃料气体发电所消耗的量来估计排出量，丢失量是基于在排出阀的打开期间供应通道、第一排出通道以及气液分离器中之一中的压力的减小率而计算的，由发电所消耗的量是基于在打开期间的电流值而计算的，以及当电流值大于基准值时，该控制单元基于在打开期间的差压来估计排出量。
发明的效果
根据本发明，可以提供一种燃料电池系统，该燃料电池系统抑制了在燃料电池的大负荷区域中燃料气体的排出量的估计准确度的劣化。
附图说明
图1是燃料电池系统的示意图；
图2是指示排出阀的操作的时序图、供应通道的压力的改变以及循环通道与排出通道中排出阀的下游侧之间的压力差的改变；
图3是由ECU执行的用于排出阀的打开控制和关闭控制的流程图；
图4是指示在将通过估计方法A和估计方法B分别估计的气体排出量控制成等于目标气体排出量的情况下实际的气体排出量的试验结果的曲线图；
图5是通过估计方法A进行的气体排出量估计控制的流程图；
图6是定义压力减小率与每单位时间的燃料气体丢失量之间的关系的映射图；
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；
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之间的关系的示意图；
图9是通过方法B进行的气体排出量估计控制的流程图；
图10是定义差压ΔPb与水排出流量之间的关系的映射图；
图11是定义差压ΔPb与气体排出流量之间的关系的映射图。
图12是根据第一变型方案的燃料电池系统的示意图；以及
图13是根据第二变型方案的燃料电池系统的示意图。
具体实施方式
将参照附图来描述根据本实施方式的燃料电池系统1(被称为系统)。系统1可以应用于安装在车辆中的系统。然而，系统1可以应用于另一系统。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，诸如固体聚合物电解质膜等电解质膜被夹在催化电极的阳极和阴极之间(电解介质膜、阳极和阴极未被示出)。阳极被提供有包含氢气的燃料气体，而阴极被提供有包含氧气的氧化气体，例如空气，这用于发电。
罐3是向燃料电池2提供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，从罐3提供的燃料气体通过该供应通道4流至燃料电池2。在供应通道4中布置有调节阀6。调节阀6将从罐3提供的燃料气体的压力减小成预定压力，然后将燃料气体提供至燃料电池2。此外，在供应通道4中调节阀6的下游侧布置有注入器10。注入器10是电磁开关阀。对于开关阀，在预定时段内通过电磁阀驱动力来直接驱动阀体离开阀座，从而调节气体流量和气体压力。注入器10和调节阀6由ECU(电子控制单元)20来控制。
燃料电池2的阳极出口连接至循环通道8，从燃料电池2中部分地排出的燃料气体(燃料废气)通过该循环通道8流至供应通道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设置有循环泵9，用于对从燃料电池2中部分地排出的燃料气体进行增压并且将增压后的燃料气体提供至供应通道4。因此，在该系统1中，在电池单元2的操作期间，燃料气体通过供应通道4和循环通道8来循环。
循环通道8的一部分中设置有气液分离器12，该气液分离器12自燃料气体中分离出水并且具有用于存储所分离出的水的存储罐12a。在系统1中，由燃料电池2发电所产生的水通过电解质膜从阴极侧泄漏至阳极侧。移动至阳极侧的水连同燃料气体一起被排出至循环通道8，然后被存储在气液分离器12中。
气液分离器12的存储罐12a的底部连接至排出通道14，该排出通道14将从燃料电池2中部分地排出的燃料气体部分地排出至外部并且将气液分离器12中存储的水排出至外部。燃料电池14的下游端暴露于外部空气。在排出通道14中布置排出阀16。排出阀16通常被关闭，但根据需要由ECU 20打开。控制排出状态的截止阀或流量调节阀可用作排出阀16。在该实施方式中，排出阀16是截止阀。在所存储的水从存储罐12a中溢出之前打开排出阀16以排出水，这可以防止水通过循环通道8和供应通道4被提供至燃料电池2。
在供应通道4中注入器10的下游侧设置有检测供应通道4中的压力的压力传感器21。压力传感器21主要检测要提供至燃料电池2的燃料气体的压力。在循环通道8中气液分离器12的上游侧设置有检测循环通道8中的压力的压力传感器22。压力传感器22主要检测从燃料电池2中部分地排出的燃料气体的压力并且检测排出阀16的上游侧中的压力。在排出通道14中排出阀16的下游侧设置有检测排出通道14中排出阀16的下游侧中的压力的压力传感器23，并且压力传感器23检测排出阀16的下游侧中的压力。压力传感器23的检测值通常指示周围环境压力。压力传感器21至23连接至ECU 20的输入侧，并且向ECU 20输出与所检测的压力对应的信号。压力传感器21是压力检测部的示例，该压力检测部检测供应通道4中的压力。压力传感器22和23是差压检测部的示例，该差压检测部检测排出阀16的下游侧与以下中一者之间的压力差：供应通道4、循环通道8、气液分离器12以及排出通道14中排出阀16的上游侧。
负荷设备30连接至燃料电池2。负荷设备30测量燃料电池2的电气特性，并且使用例如多功能电化学类型的电位恒流器。负荷设备30通过布线连接至燃料电池2的阳极侧隔板和阴极侧隔板。负荷设备30测量在燃料电池2发电时流过燃料电池2的电流和燃料电池2的负荷电压(电池电压)。负荷设备30是检测电流值的电流检测部的示例。
ECU 20包括包含CPU(中央处理单元)、ROM(只读存储器)和RAM(随机存取存储器)的微计算机。ECU 20电连接至系统1的每个部件并且基于从所述部件发送的信息来控制每个部件的操作。此外，ECU 20是随后详细描述的对估计燃料气体的排出量执行控制的控制单元的示例。
另外，用于提供氧化气体的通道连接至燃料电池2的阴极入口，并且用于排出氧化废气的通道连接至阴极出口，但在图1中省略了它们。
如以上所提及的，排出阀16的打开使所存储的水从气液分离器12排出至外部。此时，燃料气体连同所存储的水一起被部分地排出至外部。此处期望将从排出阀16中部分地排出的燃料气体的实际排出量控制成与目标气体排出量相同。这是因为在实际的气体排出量比目标气体排出量大得多的情况下，燃料气体可能会被浪费并且燃料消耗可能会恶化。相反，在实际的气体排出量比目标气体排出量小得多的情况下，例如在实际的气体排出量为零的情况下，所存储的水可能不会被完全地排出。因此，该系统1对在排出阀16打开期间部分地排出的且从燃料电池2中部分地排出的燃料气体的排出量进行估计，并且在所估计的气体排出量达到目标气体排出量时关闭排出阀16。
接下来，将描述通过排出阀16的操作来改变压力。图2是指示排出阀16的操作的时序图、供应通道4中的压力的改变以及循环通道8与排出通道14中排出阀16的下游侧之间的压力差的改变。此外，图2是在未从注入器10提供燃料气体的状态下的时序图。如以上所提及的，供应通道4中的压力由压力传感器21来检测。循环通道8与排出通道14中排出阀16的下游侧之间的压力差(在下文中被称为压力差)基于来自压力传感器22和23的输出值来检测。在图2中，在时间t0处排出阀16被关闭，在时间t1处排出阀16被打开，在时间t1至时间t2期间气液分离器中所存储的水的排出完成，并且在时间t2至时间t3期间燃料气体被部分地排出。
如图2所示，在排出阀16被打开之前，供应通道4中的压力稍微地减小。在排出阀16刚被关闭之后，供应通道4中的压力未立即改变。在排出阀16被打开之后的一段时间，压力大幅地减小。从排出阀16被关闭时的时间t0到所存储的水的排出完成时的时间t2期间供应通道4中的压力减小。该压力减小起因于燃料电池2的发电对燃料气体的消耗。从时间t0到时间t2期间，差压也由于相同的原因而减小。此外，与从时间t0至时间t1期间供应通道4中的压力相比，从时间t1至时间t2期间供应通道4中的压力未大幅地改变。这是因为从时间t1至时间t2之间，所存储的水被排出，但燃料气体未被排出。
当所存储的水的排出完成并且气液分离器12和排出通道14与周围环境连通时，燃料气体通过排出通道14被部分地排出。因此，从时间t2至时间t3期间供应通道4中的压力和差压减小。这是因为燃料气体的排出减小了与循环通道8连通的供应通道4中的压力。因此，从时间t2至时间t3期间供应通道4中的压力的减小起因于燃料电池2的发电对燃料气体的消耗和燃料气体的排出量。此外，从时间t2至时间t3期间差压减小。这是因为燃料气体的排出减小了由压力传感器22检测的循环通道8中的压力，但由压力传感器23检测的周围环境压力几乎未改变。此外，当确定由随后要描述的估计方法估计的压力排出量达到目标气体排出量时，关闭排出阀16。
图3是由ECU 20执行的用于排出阀16的打开控制和关闭控制的流程图。ECU 20确定系统1是否操作(步骤1)。这是因为所存储的水的排出处理在系统1操作时被执行。当系统1操作时，ECU 20执行在步骤1之后的处理。当系统1未操作时，该控制结束。
接下来，ECU 20确定排出阀16的打开条件是否满足(步骤S2)。打开条件是例如从排出阀16上次被打开时的时间起经过预定时间段时，但本发明不限于此。当打开条件不满足时，该控制结束。当排出阀16的打开条件满足时，ECU 20确定由负荷设备30检测的燃料电池2的电流值是否不大于基准值(步骤S3)。随后将详细描述该基准值。当电流值不大于基准值时，ECU 20打开排出阀16(步骤S4a)并且执行估计算法A以对由于排出阀16的打开而引起的燃料气体的排出量进行估计(步骤S5a)。ECU 20确定所估计的气体排出量是否不小于目标气体排出量(步骤S6a)并且继续估计气体排出量直到所估计的气体排出量不小于目标气体排出量为止。当所估计的气体排出量不小于目标气体排出量时，ECU 20关闭排出阀16(步骤S7)，并且该控制结束。另外，目标气体排出量可以是预设的固定值或者响应于系统1的操作状态而设置的值。
相反，当在步骤S3中做出否定确定时，即当电流值大于基准值时，ECU 20打开排出阀16(步骤S4b)并且执行估计算法B以用于对由于排出阀16的打开而引起的燃料气体的排出量进行估计(步骤S5b)。ECU 20确定所估计的气体排出量是否不小于目标气体排出量(步骤S6b)并且继续估计气体排出量直到所估计的气体排出量不小于目标气体排出量为止。当所估计的气体排出量不小于目标气体排出量时，ECU 20关闭排出阀16(步骤S7)并且该控制结束。上述控制排出气体分离器中所存储的水和期望的燃料气体量。
接下来，将描述取决于电流值在估计方法A与估计方法B之间进行切换的原因。图4是指示在通过估计方法A和估计方法B分别估计的气体排出量被控制成等于目标气体排出量的情况下的实际气体排出量的实验结果的曲线图。曲线图的垂直轴指示气体排出量。水平轴指示电流值。线CA和CB指示在电流值不同而目标气体排出量恒定的条件下通过估计方法A和估计方法B来估计气体排出量的情况下的实际气体排出量。图4指示所估计的气体排出量与实际的气体排出量之间的误差。
如由线CA所指示的，在电流值较小的区域中，目标气体排出量即所估计的气体排出量与实际气体排出量之间存在较小的误差。然而，在电流值较大的区域中存在较大的误差。相反，如由线CB所指示的，在电流值较小的区域中存在较大的误差，而在电流值较大的区域中存在较小的误差。该系统1采用线CA和线CB的交叉点附近的电流值作为基准值。因此，如以上所提及的，在电流值不大于基准值的区域中通过具有较小误差的估计方法A来估计气体排出量。在电流值大于基准值的区域中通过具有较小误差的估计方法B来估计气体排出量。
接下来，将参照图2和图5来描述估计方法A。图5是通过估计方法A进行的气体排出量估计控制的流程图。估计方法A基于燃料气体的丢失量与燃料气体的消耗量来估计燃料气体的排出量。丢失量基于在排出阀16被打开时的打开时段期间在供应通道4中的压力减小率来计算。由燃料电池2发电所引起的燃料气体的消耗量基于在打开时段期间燃料电池2的电流值来计算。
ECU 20基于从排出阀16被打开时的时间t1起在供应通道4中的压力减小率ΔPa来计算累计燃料气体丢失量Q1(步骤S11)。图6是定义压力减小率ΔPa与每单位时间的燃料气体丢失量之间的关系的映射图。ECU20基于该映射图来计算压力减小率ΔPa下每单位时间的燃料气体丢失量，对在时间t1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Q1。另外，每单位时间的燃料气体丢失量可以使用压力减小率ΔPa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ΔP。
接下来，ECU 20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t1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。
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Q1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Q1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Q1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。
接下来，ECU 20计算通过从累计燃料气体丢失量Q1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S11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Q1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。
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t1至时间t2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Q1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。
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。
ECU 20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ΔPb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ΔPb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ΔPb对应的排水量，对从排出阀16被打开时的时间t1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ΔPb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ΔPb越高促使越多的水被排出至外部。
接下来，ECU 20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。
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ΔPb来估计气体排出量(步骤S24)。图11是定义差压ΔPb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ΔPb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ΔPb增加而增加。这是因为差压ΔPb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ΔPb基于表达式来估计排水量和气体排出量。
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。
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ΔPb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。
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。
以这样的方式，该系统1中的ECU 20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。
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ΔPb，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。
此外，差压ΔPb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。
在上述实施方式中，供应通道中的压力减小率ΔP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Q1是基于压力减小率ΔP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。
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1a的示意图。另外，与上述系统1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1a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。在系统1a中，ECU 20基于来自压力传感器24的检测值来获得气液分离器12中的压力减小率并且基于气液分离器12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的发电引起的对燃料气体的消耗减小了气液分离器12中的压力，并且排出阀16的打开也减小了气液分离器12中的压力。在该情况下，压力传感器24是检测气液分离器12中的压力的压力检测部的示例。
图13是根据第二变型方案的系统1b的示意图。与系统1和系统1a不同，系统1b是阳极非循环类型，未设置有循环通道8或循环泵9，并且从燃料电池2排出的燃料气体不再次返回至供应通道4或燃料电池2。此外，系统1b包括：第一排出通道14a，该第一排出通道14a将从燃料电池2排出的燃料气体提供至气液分离器12；以及第二排出通道14b，该第二排出通道14b连接至气液分离器12并且将从燃料电池2部分地排出的燃料气体部分地排出至外部，以及将气液分离器12中所存储的水排出至外部。在第二排出通道14b中布置有排出阀16。因此，通过打开排出阀16，从燃料电池2部分地排出的燃料气体被部分地排出至外部。压力传感器22设置在第一排出通道14a中，并且检测第一排出通道14a中的压力。压力传感器23设置在第二排出通道14b中，并且检测第二排出通道14b中排出阀16的下游侧中的压力。
与系统1和系统1a一样，系统1b可以计算通过从累计燃料气体丢失量Q1中减去累计燃料气体消耗量Q2而获得的气体排出量Q，作为所估计的气体排出量。此外，ECU 20可以基于来自压力传感器21的检测值来获得供应通道4中的压力减小率ΔP并且可以基于压力减小率ΔP来计算累计燃料气体丢失量Q1，以及可以基于来自压力传感器22的检测值来获得第一排出通道14a中的压力减小率并且可以计算累计燃料气体丢失量Q1。此外，ECU 20可以基于来自检测气液分离器12中的压力的压力传感器24的检测值来获得气体分离器12中的压力减小率，并且可以计算累计燃料气体丢失量Q1。压力传感器21、22和24分别是检测供应通道4中的压力、第一排出通道14a中的压力以及气液分离器12中的压力的压力检测部的示例。
在系统1b中，ECU 20基于检测第一排出通道14a中的压力的压力传感器22的检测值来检测差压ΔPb，但本发明不限于此。例如，ECU 20可以基于检测供应通道4中的压力的压力传感器21的检测值、检测气液分离器12中的压力的压力传感器24的检测值或检测第二供应通道14b中排出阀16的上游侧中的压力的检测值的压力传感器的检测值来计算差压ΔPb。
尽管已经详细描述了本发明的一些实施方式，但本发明不限于特定实施方式，而是可以在本发明的所要求保护的范围内变化或改变。

Claims (4)

1.一种燃料电池系统，包括：
燃料电池；
燃料供应源，所述燃料供应源向所述燃料电池提供燃料气体；
供应通道，从所述燃料供应源提供的燃料气体通过所述供应通道流至所述燃料电池；
循环通道，从所述燃料电池部分地排出的燃料气体通过所述循环通道流至所述供应通道；
气液分离器，所述气液分离器布置在所述循环通道中，并且所述气液分离器从自所述燃料电池部分地排出的燃料气体中分离出水并且存储所述水；
排出通道，所述排出通道连接至所述气液分离器，将所述气液分离器中所存储的水排出至外部，并且将从所述燃料电池部分地排出的燃料气体部分地排出至所述外部；
排出阀，所述排出阀布置在所述排出通道中；
电流检测部，所述电流检测部检测所述燃料电池的电流值；
压力检测部，所述压力检测部检测所述供应通道中的压力；
差压检测部，所述差压检测部检测所述排出阀的下游侧与以下中之一之间的差压：所述供应通道、所述循环通道、所述气液分离器以及所述排出通道中的所述排出阀的上游侧；以及
控制单元，所述控制单元对通过打开所述排出阀而部分地排出的下述燃料气体的排出量进行估计，所述燃料气体是从所述燃料电池中部分地排出的燃料气体，
其中，当所述电流值不大于基准值时，所述控制单元基于所述燃料气体的丢失量和所述燃料气体的由发电引起的消耗量来估计所述排出量，所述丢失量基于在所述排出阀的打开时段期间所述供应通道中的压力的减小率来计算，由发电引起的消耗量基于在所述打开时段期间的所述电流值来计算，以及
当所述电流值大于所述基准值时，所述控制单元基于在所述打开时段期间的所述差压来估计所述排出量。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，当所述电流值不大于所述基准值时，所述控制单元基于通过从所述丢失量减去所述消耗量而获得的值来估计所述排出量。
3.一种燃料电池系统，包括：
燃料电池；
燃料供应源，所述燃料供应源向所述燃料电池提供燃料气体；
供应通道，从所述燃料供应源提供的燃料气体通过所述供应通道流至所述燃料电池；
循环通道，从所述燃料电池部分地排出的燃料气体通过所述循环通道流至所述供应通道；
气液分离器，所述气液分离器布置在所述循环通道中，并且所述气液分离器从自所述燃料电池部分地排出的燃料气体中分离出水并且存储所述水；
排出通道，所述排出通道连接至所述气液分离器，将所述气液分离器中所存储的水排出至外部，并且将从所述燃料电池部分地排出的燃料气体部分地排出至所述外部；
排出阀，所述排出阀布置在所述排出通道中；
电流检测部，所述电流检测部检测所述燃料电池的电流值；
压力检测部，所述压力检测部检测在所述循环通道和所述气液分离器中之一内的压力；
差压检测部，所述差压检测部检测所述排出阀的下游侧与以下中之一之间的差压：所述供应通道、所述循环通道、所述气液分离器以及所述排出通道中的所述排出阀的上游侧；以及
控制单元，所述控制单元对通过打开所述排出阀而部分地排出的下述燃料气体的排出量进行估计，所述燃料气体是从所述燃料电池部分地排出的燃料气体，
其中，当所述电流值不大于基准值时，所述控制单元基于所述燃料气体的丢失量和所述燃料气体的由发电引起的消耗量来估计所述排出量，所述丢失量基于在所述排出阀的打开时段期间在所述循环通道和所述气液分离器中之一内的压力减小率来计算，由发电引起的消耗量基于在所述打开时段期间的所述电流值来计算，以及
当所述电流值大于所述基准值时，所述控制单元基于在所述打开时段期间的所述差压来估计所述排出量。
4.一种燃料电池系统，包括：
燃料电池；
燃料供应源，所述燃料供应源向所述燃料电池提供燃料气体；
供应通道，从所述燃料供应源提供的燃料气体通过所述供应通道流至所述燃料电池；
气液分离器，所述气液分离器从自所述燃料电池部分地排出的燃料气体中分离出水并且存储所述水；
第一排出通道，从所述燃料电池部分地排出的燃料气体通过所述第一排出通道流至所述气液分离器；
第二排出通道，所述第二排出通道连接至所述气液分离器，将所述气液分离器中所存储的水排出至外部，并且将从所述燃料电池部分地排出的燃料气体排出至所述外部；
排出阀，所述排出阀布置在所述第二排出通道中；
电流检测部，所述电流检测部检测所述燃料电池的电流值；
压力检测部，所述压力检测部检测在所述供应通道、所述第一排出通道和所述气液分离器中之一内的压力；
差压检测部，所述差压检测部检测所述排出阀的下游侧与以下中的一者之间的差压：所述供应通道、所述第一排出通道、所述气液分离器以及所述第二排出通道中的所述排出阀的上游侧；以及
控制单元，所述控制单元对通过打开所述排出阀而部分地排出的下述燃料气体的排出量进行估计，所述燃料气体是从所述燃料电池部分地排出的燃料气体，
其中，所述燃料电池系统是阳极非循环类型，在所述阳极非循环类型中从所述燃料电池排出的燃料气体不返回至所述供应通道，
当所述电流值不大于基准值时，所述控制单元基于所述燃料气体的丢失量和所述燃料气体的由发电引起的消耗量来估计所述排出量，所述丢失量基于在所述排出阀的打开时段期间在所述供应通道、所述第一排出通道以及所述气液分离器中之一内的压力减小率来计算，由发电引起的消耗量基于在所述打开时段期间的所述电流值来计算，以及
当所述电流值大于所述基准值时，所述控制单元基于在所述打开时段期间的所述差压来估计所述排出量。
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