CN105591137A - 燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种燃料电池系统，包括：燃料电池、燃料供应源、供应通道、循环通道、气液分离器、排放通道、排放阀、差压检测部；以及控制单元，其中，控制单元估计燃料气体的流量。

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

已知一种燃料电池系统，包括：气液分离器，该气液分离器从自燃料电池部分地排放的燃料气体中分离水并储存水；以及排放阀，该排放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储存的水一起部分地排放至外部。例如，日本未审查专利申请公开No.2005-302708描述了用于估计通过打开排放阀而导致的燃料气体的排放量的技术。在一些情况下，本文中的排放阀包括由阀体打开和关闭的排放出口。

为了精细地估计燃料气体的排放量，优选精细地估计每单位时间燃料气体的排放流量。例如可以想到基于在排放阀的打开时段期间排放阀的上游侧与下游侧之间的差压来精细地估计燃料气体的排放流量。例如可以想到基于通过试验结果预先定义的差压与气体排放流量之间的关系而通过使用检测到的差压来估计排放流量。

然而，仅基于差压来估计气体排放流量会降低估计准确度。例如，在所储存的水被通过打开排放阀排放之后，尽管燃料气体被部分地排放，然而即使在燃料气体的排放期间，通过燃料电池的发电所生成的水也会作为来自气液分离器的所储存的水通过排放阀的排放出口被排放至外部。此时，可以想到所储存的水和燃料气体同时从排放出口被排放。本文中通过从排放出口的横截面积的百分比中减去所储存的水占排放出口的横截面积的百分比来得到燃料气体实质上流过的面积占排放出口的横截面积的百分比。所储存的水占排放出口的横截面积的百分比随所储存的水的量而变化。从而，燃料气体实质上流过的面积占排放出口的横截面积的百分比变化。因此，如果仅基于差压而不考虑燃料气体实质上流过的面积占排放出口的横截面积的百分比来估计气体排放流量，则气体排放流量的估计准确度会恶化。

发明内容

因此本发明的目的是要提供一种抑制燃料气体的排放流量的估计准确度的恶化的燃料电池系统。

根据本发明的一方面，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供应燃料气体；供应通道，通过供应通道，从燃料供应源供应的燃料气体流动至燃料电池；循环通道，通过循环通道，从燃料电池部分地排放的燃料气体流动至供应通道；气液分离器，该气液分离器布置在循环通道中，并且从自燃料电池部分地排放的燃料气体中分离水并储存水；排放通道，该排放通道连接至气液分离器，将气液分离器中储存的水排放至外部，以及将从燃料电池部分地排放的燃料气体部分地排放至外部；排放阀，该排放阀布置在排放通道中；差压检测部，该差压检测部检测排放阀的下游侧与以下之一之间的差压：供应通道、循环通道、气液分离器以及排放通道中排放阀的上游侧；以及控制单元，该控制单元估计通过打开排放阀而部分地排放的从燃料电池部分地排放的燃料气体的流量，其中，排放阀包括：排放出口，所储存的水和从燃料电池部分地排放的燃料气体部分地流过排放出口；以及阀体，该阀体打开和关闭排放出口，以及控制单元基于当排放阀被打开时的差压，以及基于当排放阀被打开时将所储存的水占排放出口的横截面积的百分比除外的燃料气体占该横截面积的百分比，来估计燃料气体的流量。

控制单元可以基于燃料电池的电流值来估计燃料气体的百分比。

控制单元可以基于燃料气体的组分来估计流量。

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，该燃料供应源向燃料电池供应燃料气体；供应通道，通过供应通道，从燃料供应源供应的燃料气体流动至燃料电池；气液分离器，该气液分离器从自燃料电池部分地排放的燃料气体中分离水并储存水；第一排放通道，通过第一排放通道，从燃料电池部分地排放的燃料气体流动至气液分离器；第二排放通道，该第二排放通道连接至气液分离器，将气液分离器中储存的水排放至外部，以及将从燃料电池部分地排放的燃料气体部分地排放至外部；排放阀，该排放阀布置在第二排放通道中；差压检测部，该差压检测部检测排放阀的下游侧与以下之一之间的差压：供应通道、第一排放通道、气液分离器以及第二排放通道中排放阀的上游侧；以及控制单元，该控制单元估计通过打开排放阀而部分地排放的从燃料电池部分地排放的燃料气体的流量，其中，该燃料电池系统为阳极非循环型，其中，从燃料电池部分地排放的燃料气体不返回至供应通道，排放阀包括：排放出口，所储存的水和从燃料电池部分地排放的燃料气体部分地流过排放出口；以及阀体，该阀体打开和关闭排放出口，以及控制单元基于当排放阀被打开时的差压，以及基于当排放阀被打开时将所储存的水占排放出口的横截面积的百分比除外的燃料气体占该横截面积的百分比来估计燃料气体的流量。

发明效果

根据本发明，能够提供一种抑制燃料气体的排放流量的估计准确度恶化的燃料电池系统。

附图说明

图1是燃料电池系统的示意图；

图2是指示排放阀的操作以及循环通道与排放通道中的排放阀的下游侧之间的压力差的变化的时序图(timingchart)；

图3是由ECU执行的针对排放阀的打开和关闭控制的流程图；

图4是定义差压与水排放流量之间的关系的映射；

图5是用于描述基准流量与基准差压的图；

图6是定义所需的燃料电池的发电量与目标氢气分压之间的关系的映射；

图7是排放阀的截面视图；

图8是排放阀的截面视图；

图9是在确定水排放要完成之后排放出口的截面视图；

图10是在确定水排放要完成之后排放出口的截面视图；

图11是定义校正系数Kc与燃料电池的电流值之间的关系的映射；以及

图12是根据一个变型的燃料电池系统的示意图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图来描述根据本实施方式的燃料电池系统1(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可以应用于其它系统。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，诸如固态聚合物电解质膜的电解质薄膜夹在催化剂电极的阳极与阴极之间(未图示电解质薄膜、阳极以及阴极)。对阳极供应包含氢气的燃料气体，并且对阴极供应诸如空气的包含氧气的氧化气体，从而生成电力。

箱3是向燃料电池2供应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，通过供应通道4从箱3供应的燃料气体流动至燃料电池2。在供应通道4中布置了调节阀6。调节阀6将从箱3供应的燃料气体的压力减小至预定压力，然后燃料气体被供应至燃料电池2。此外，在供应通道4中的调节阀6的下游侧布置了注入器10。注入器10是电磁双位阀。对于双位阀，通过预定时段内的电磁驱动力来直接地驱动阀体远离阀座，由此调节气体流量以及气体压力。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，通过循环通道8从燃料电池2部分地排放的燃料气体(燃料尾气)流动至供应通道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以将从燃料电池2部分地排放的燃料气体加压并且供应至供应通道4。因此，在该系统1中，在燃料电池2的操作期间，燃料气体循环通过供应通道4和循环通道8。

循环通道8的一部分设置有气液分离器12，气液分离器12从燃料气体分离水并且具有用于储存所分离的水的储存箱12a。在系统1中，由燃料电池2的发电所生成的水通过电解质膜从阴极侧泄漏至阳极侧。移动至阳极侧的水被连同燃料气体一起排放至循环通道8，然后被储存在气液分离器12中。

气液分离器12的储存箱12a的底部连接至排放通道14，排放通道14将气液分离器12中储存的水排放至外部并且部分地排放从燃料电池2部分地排放的燃料气体。排放通道14的下游端暴露于外部空气。在排放通道14中布置了排放阀16。排放阀16通常被关闭，但是根据需要由ECU20打开。排放阀16例如是切断阀。在储存的水从储存箱12a溢流之前排放阀16被打开以排放水，这可以防止水通过循环通道8和供应通道4被供应至燃料电池2。

在供应通道4中的注入器10的下游侧设置了检测供应通道4中的压力的压力传感器21。压力传感器21主要检测待被供应至燃料电池2的燃料气体的压力。在循环通道8中的气液分离器12的上游侧设置了检测循环通道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部分地排放的燃料气体的压力并且检测排放阀16的上游侧中的压力。在排放通道14中的排放阀16的下游侧中设置了检测排放通道14中的排放阀16的下游侧中的压力并且检测排放阀16的下游侧中的压力的压力传感器23。压力传感器23的检测值指示通常的大气压。压力传感器21至23连接至ECU20的输入侧。

负载装置30连接至燃料电池2。负载装置30测量燃料电池2的电特性并且例如使用通用电化学类型的恒电位恒电流仪(potentio-galvanostat)。负载装置30通过配线电连接至燃料电池2的阳极侧分离器和阴极侧分离器。负载装置30测量在燃料电池发电时流过燃料电池2的电流并且测量燃料电池2的负载电压(电池电压)。负载装置30是检测电流值的电流检测部的示例。

燃料电池2连接至使用于冷却燃料电池2的冷却介质循环的通道，并且在该通道上设置了散热器40。水、空气等可以用作冷却介质。在散热器40的出口侧中的通道上设置了检测冷却介质的温度的温度传感器24。温度传感器24连接至ECU20的输入侧。

ECU20包括微型计算机，其中微型计算机包括CPU(中央处理单元)、ROM(只读存储器)以及RAM(随机存取存储器)。ECU20电连接至系统1的每个部件并且基于从ECU20发送的信息来控制每个部件的操作。此外，ECU20是控制单元的示例，该控制单元执行后面详细描述的用于估计燃料气体的排放量的控制。

此外，用于供应氧化气体的通道连接至燃料电池2的阴极入口，用于排放氧化尾气的通道连接至阴极出口，但是图1中省略了它们。

如上面所提及的，打开排放阀16允许将储存的水从气液分离器12排放至外部。此时，燃料气体连同储存的水一起被部分地排放至外部。本文中期望的是将从排放阀16部分地排放的燃料气体的实际排放量控制为与目标气体排放量相同。这是因为，如果实际气体排放量比目标气体排放量大的多，则会浪费燃料气体并且燃料消耗可能恶化。相反，如果实际气体排放量比目标气体排放量小的多，例如，如果实际气体排放量为零，则储存的水会未被充分地排放。此外，如果气体排放量小，则渗透引起的从阴极侧至阳极侧的氮气的移动会增大燃料的氮气浓度，这会不利地影响燃料消耗。从而，该系统1对在打开排放阀16期间部分排放的燃料气体的排放量进行估计，并且当所估计的气体排放量达到目标气体排放量时关闭排放阀16。

接下来，将给出对由排放阀16的操作引起的压力变化的描述。图2是指示排放阀16的操作以及循环通道8与排放通道14中的排放阀16的下游侧之间的压力差的变化的时序图。此外，图2示出了以下情况：从注入器10连续地供应燃料气体并且注入器10被反馈控制使得由压力传感器21检测的供应通道4中的压力与目标压力相同。基于来自压力传感器22和23的输出值来检测循环通道8与排放通道14中的排放阀16的下游侧之间的压力差(在下文中称为差压)。在图2中，在时刻t0处关闭排放阀16，在时刻t1处打开排放阀16，从时刻t1至时刻t2完成排放来自气液器储存的水，以及从时刻t2至时刻t3部分地排放燃料气体。此外，为了便于说明，将排放所储存的水期间的差压称为差压ΔPa，以及将排放燃料气体期间的差压称为差压ΔPb。

如图2中所示，差压ΔPa在排放阀16被打开之后不立即变化，而差压ΔPb在排放阀16被打开之后减小一段时间。在从关闭排放阀16的时刻t0至完成水排放的时刻t2的时段中，循环通道8中的压力实际上略微减小。然而，该减小量可以忽略，所以差压ΔPa不大幅度变化。另外，从时刻t1至时刻t2的差压ΔPa不大幅度变化。这是因为从时刻t1至时刻t2排放所储存的水，但不排放燃料气体。

当完成储存的水的排放并且气液分离器12和排放通道14与大气相通时，通过排放通道14燃料气体被部分地排放。因此，差压ΔPb从时刻t2至时刻t3减小。这是因为燃料气体的排放减小与循环通道8相通的供应通道4中的压力。此外，当确定通过后面描述的估计方法所估计的气体排放量达到目标气体排放量时，关闭排放阀16。

图3是由ECU20执行的针对排放阀16的打开和关闭控制的流程图。ECU20确定系统1是否被操作(步骤S1)。这是因为，当系统1被操作时执行所储存的水的排放处理。当系统1被操作时，ECU20执行步骤S1之后的处理。当系统1未被操作时，结束该控制。

接下来，ECU20确定是否满足排放阀16的打开条件(步骤S2)。打开条件例如是当在从排放阀16被最后打开的时刻起经过预定时段时，但本发明并不限于此。当不满足打开条件时，结束该控制。当满足排放阀16的打开条件时，ECU20打开排放阀16(步骤S3)并且确定是否完成水排放(步骤S4)。

确定是否完成水排放例如如下。ECU20计算恰好在排放阀16被打开之前气液分离器12中的所储存的水量。例如，ECU20通过基于将所生成的水量与燃料电池2的电流相关联的关系公式、映射等计算从最后排放水的时刻起响应于燃料电池2的发电而生成的水量，来计算气液分离器12中储存的水量。基于电流来计算燃料电池2的发电量。接下来，ECU20基于循环通道8与排放阀16的下游侧之间的差压ΔPa来估计从排放阀16被打开的时刻起所排放的水量。图4是定义差压ΔPa与水排放流量之间的关系的映射。ECU20基于该映射来计算与差压ΔPa对应的排放水量,将该量自排放阀16被打开的时刻t1至当前时刻进行积分,并估计排放水量。此外，通过预先试验定义图4的映射并且在ECU20的ROM中存储该映射。图4的映射指示每单位时间的排放水量随差压ΔPa增高而增大，即，随循环通道8中的压力与排放阀16的下游侧中的压力相比的增高而增大。这是因为差压ΔPa越高，则促进水的更多排放。接下来，ECU20确定所估计的水排放量是否不小于所计算的储存的水量。当所估计的水排放量不小于所计算的储存的水量时，ECU20确定完成水排放。当所估计的水排放量小于所计算的储存的水量时，ECU20确定未完成水排放并且继续估计所储存的水直到所估计的水排放量不小于所储存的水量。此外，确定完成水排放的方式并不限于以上方式。例如，当差压的减小率不小于预定值时，可以确定气体排放开始并且完成水排放。

当确定完成水排放时，ECU20基于差压ΔPb来估计通过打开排放阀16而部分地排放的燃料气体的量(步骤S5)。ECU20确定所估计的气体排放量是否不小于目标气体排放量(步骤S6)并且继续估计气体排放量直到所估计的气体排放量不小于目标气体排放量。当所估计的气体排放量不小于目标气体排放量时，ECU20关闭排放阀16(步骤S7)，从而该控制结束。使用以上控制，气液分离器12中所储存的水被排放并且燃料气体也被部分地排放期望的量。

接下来，将给出对用于估计燃料气体的排放流量的方法的详细描述。以下公式用于估计气体排放流量。

[公式1]

$Q=Qr\×\sqrt{\mathrm{\Δ}Pb/\mathrm{\Δ}\mathrm{Pr}}\×Kt\×Kg\×Kc\mathrm{...}\left(1\right)$

气体排放流量Q代表燃料气体的排放流量。基准流量Qr和基准差压ΔPr是后面要描述的预设的固定值。差压ΔPb由压力传感器22和23检测。校正系数Kt考虑燃料气体的温度。校正系数Kg考虑燃料气体的组分。校正系数Kc考虑后面描述的占排放阀16的排放出口的液态水的百分比。在完成水排放之后通过以上公式计算流量，然后将流量对时间求积分以估计气体排放量。

然后，将给出对基准流量Qr和基准差压ΔPr的详细描述。图5是用于描述基准流量Qr和基准差压ΔPr的图。在试验中，通过在预定基准压差ΔPr的条件下测量气体排放流量来获得多个不同的流量。即使通过这种方式在恒定基准压差ΔPr的条件下，流量值实际上也变化。本文中将基准流量Qr设定为通过从多个流量值的中间值减去预定值而获得的值，其中，多个流量值可以在预定基准压差ΔPr的条件下获得。原因如下。如果例如基于用作基准流量Qr的中间值或平均值来估计气体排放流量，则因为流量值实际上变化，所以所估计的流量会高于实际流量。从而，尽管实际气体排放量未达到目标气体排放量，但是所估计的气体排放量会被确定达到目标气体排放量，这会关闭排放阀16。在这种情况下，实际的气体排放量会小于目标气体排放量，使得由于渗透，燃料气体的氮气浓度增大，这会不利地影响燃料电池2的发电。实施方式将流量的这样的变化考虑在内来设置基准流量Qr并且估计气体排放流量Q。这抑制实际气体排放量小于所估计的气体排放量，从而抑制流量的估计准确度的恶化。

接下来，将描述校正系数Kt。校正系数Kt通过以下公式来计算。

[公式2]

$Kt=\sqrt{(Tr+273.15)/(Ta+273.15)}\mathrm{...}\left(2\right)$

温度Ta代表诸如由温度传感器24获得的冷却介质的温度的燃料气体的实际温度。基准温度Tr代表当在上面描述的基准压差ΔPr的条件下测量流量时燃料气体的温度。当燃料气体的体积和压力根据温度而改变时，流量也改变。从而，在将燃料气体的温度考虑在内的情况下，抑制了流量的估计准确度的恶化。

接下来，将描述校正系数Kg。校正系数Kg通过以下公式来计算。

[公式3]

$Kg=\sqrt{Gr/Ga}\mathrm{...}\left(3\right)$

[公式4]

Gr＝D1r×2+D2r×28+D3r×18…(4)

[公式5]

Ga＝D1×2+D2×28+D3×18…(5)

基准气体组分值Gr是以下值的和：通过将氢气的分子量2与基准氢气浓度D1r相乘获得的值、通过将氮气的分子量28与基准氮气浓度D2r相乘获得的值、以及通过将水的分子量18与基准水蒸气浓度D3r相乘获得的值。基准气体组分指示在上面提及的试验中定义的燃料气体的组分。基准氢气浓度D1r、基准氮气浓度D2r以及基准水蒸气浓度D3r为通过试验确定的固定值。从而，基准气体组分值Gr也是固定值。基于燃料气体D1的氢气浓度D1、氮气浓度D2以及水蒸气浓度D3来计算气体组分值Ga。

通过相应的以下公式来计算氢气浓度D1、氮气浓度D2以及水蒸气浓度D3。

[公式6]

D1＝P1/P…(6)

[公式7]

D2＝P2/P…(7)

[公式8]

D3＝P3/P…(8)

燃料气体的总压力P是氢气分压P1、氮气分压P2以及水蒸气分压P3的和。例如基于来自压力传感器21或22的输出值来获得总压力P。

例如基于在进一步考虑由于发电导致的氢气消耗量的情况下的图6中的映射来计算氢气分压P1。图6是定义燃料电池2的所需的发电量与目标氢气分压之间的关系的映射。基于该映射来控制来自注入器10的燃料气体供应量。此外，通过预先试验来定义图6的映射并且将该映射存储在ECU20的ROM中。

如下来计算氮气分压P2：将基于箱3内的杂质占燃料的百分比计算的氮气量与渗透引起的从阴极侧移动至阳极侧的氮气量相加，从其中减去通过打开排放阀16排放的氮气量，以及再加上最后计算的氮气分压值。基于以这种方式获得的值，计算出氮气分压P2。基于通过将阴极侧与阳极侧之间的氮气分压差与渗透系数相乘而获得的值来计算渗透引起的移动的氮气量。用于计算该分压差的阳极侧的氮气分压为80KPa，这是作为初始值的大气压中的氮气分压。这是因为，在初始值中，由于渗透阳极侧中的氮气分压与阴极侧中的氮气分压相同。此外，基于通过将箱3内的杂质占燃料的百分比与从箱3至燃料电池2的氢气供应流量相乘而获得的值，来计算基于箱3内的杂质占燃料的百分比所计算的氮气量。箱3内的杂质占燃料的百分比被预先存储在ECU20的ROM中。如下来计算通过打开排放阀16而排放的氮气量：将基于在气体排放期间通过公式(1)计算的流量来连续积分的气体排放量乘以先前计算的氮气分压值并且除以总压力。基于以这种方式获得的值，计算出通过打开排放阀16所排放的氮气量。

基于露点温度来计算水蒸气分压P3，其中基于用作燃料气体的温度的冷却介质的温度来计算露点温度。具体地，当燃料气体的温度等于或小于80度时，认为燃料气体中的水蒸气处于饱和状态，将该温度认为是露点温度，并且通过使用饱和蒸汽曲线将与该温度对应的饱和水蒸气压力用作水蒸气分压。当燃料气体的温度大于80度时，认为燃料气体中的水蒸气处于非饱和状态，基于适用的映射来计算露点温度，并且通过映射和露点温度来设定水蒸气分压。

在上述的方式中考虑了燃料气体的组分来估计流量，从而抑制流量的估计准确度的恶化。

接下来，将描述校正系数Kc。在描述校正系数Kc之前将描述排放阀16的结构。图7和图8是排放阀16的截面视图。排放阀16是直动式电磁阀，其中，阀体104通过电磁线圈113的操作力而打开和关闭。电磁线圈113的通电使铁芯108通电，所以活塞112沿图6中的箭头的方向滑动。活塞112的一端被固定至阀体104，一端被固定至密封橡胶102。在凸缘部114中，形成连接至排放通道14的第一管道115和第二管道116。第一管道115在基本水平方向上延伸并且第一管道115的直径从上游向下游逐渐减小。在图7中，阀体104关闭第一管道115的下游端处的排放出口115a。如图8中所示出的，电磁线圈113的通电使活塞112后退，使得阀体104打开排放出口115a。因此，所储存的水和燃料气体从第一管道115流动至第二管道116。

图9和图10是在确定水排放完成之后排放出口115a的截面视图。如图9中所示出的，在水排放完成之后从排放出口115a部分地排放燃料气体。然而，如图10中所示出的，即使在确定水排放完成之后，如果存在燃料电池2的发电引起的大量生成的水，则所储存的水和燃料气体可以同时流过排放出口115a。例如，在图9中，燃料气体流过的排放出口115a的横截面积的百分比为100％。然而，在图10中，燃料气体流过的排放出口115a的横截面积的百分比为70％，以及所储存的水流过的排放出口115a的横截面积的百分比为30％。校正系数Kc表示将所储存的水占排放出口115a的横截面积的百分比除外的燃料气体占排放出口115a的横截面积的百分比。

图11是定义校正系数Kc与燃料电池2的电流值之间的关系的映射。校正系数Kc大于0并且等于或小于1。电流值越大，校正系数Kc越小。这是因为，流入气液分离器12的通过燃料电池2的发电所生成的水的量随电流值增大而增大，即使在确定水排放完成之后还是增大所储存的水占排放出口115a的横截面积的百分比，这减小了燃料气体实质上流过的排放出口115a的横截面积的百分比。此外，电流值越小，校正系数Kc越大。这是因为，流入气液分离器12的通过燃料电池2的发电所生成的水量随电流值减小而减小，即使在确定水排放完成之后还是减小所储存的水占排放出口115a的横截面积的百分比，这增大了燃料气体实质上流过的排放出口115a的横截面积的百分比。此外，当电流为0时，校正系数Kc为1。这是可以想到的，因为当电流值为0时，燃料电池2不生成电力，从而所生成的水量为0。此外，图11中的映射通过预先试验被定义并且被存储在ECU20的ROM中。

因此，考虑到燃料气体实质上流过的排放出口115a的横截面积来估计流量，从而抑制了流量的估计准确度的恶化。

如上面所描述的，基于以下来估计气体排放流量Q：考虑到流量的变化而设定的基准流量Qr、考虑到燃料气体的温度而设定的校正系数Kt、考虑到燃料气体的组分而设定的校正系数Kg、考虑到燃料流体实质上流过的排放出口115a的横截面积的百分比而设定的校正系数Kc、以及差压ΔPb。这抑制了气体排放流量Q的估计准确度的恶化。

此外，虽然在上面的实施方式中，通过检测循环通道8中的压力的压力传感器22来检测差压ΔPa和ΔPb，但是本发明并不限于此。例如，不是使用压力传感器22，而是可以使用检测供应通道4中的压力、气液分离器12中的压力或者排放通道14中的排放阀16的上游侧中的压力的压力传感器的检测值。

此外，虽然通过检测排放通道14中的排放阀16的下游侧中的压力的压力传感器23来检测差压ΔPa和ΔPb，但是本发明并不限于此。例如，不是使用压力传感器23，而是可以使用布置在除排放通道14以外的位置中的、并且布置在该位置以检测大气压的压力传感器。打开排放阀16将气体部分地排放至大气，所以这样的压力传感器可以检测排放阀16的下游侧中的压力。

图12是根据第二变型的系统1a的示意图。系统1a为与系统1不同的阳极非循环型，未设置循环通道8或循环泵9，并且从燃料电池2排放的燃料气体不再次返回至供应通道4或者燃料电池2。此外，系统1a包括：第一排放通道14a，第一排放通道14a将从燃料电池2部分地排放的燃料气体供应至气液分离器12；以及第二排放通道14b，第二排放通道14b连接至气液分离器12,将气液分离器12中储存的水排放至外部,以及将燃料气体部分地排放至外部。在第二排放通道14b中布置了排放阀16。从而，通过打开排放阀16将从燃料电池2部分地排放的燃料气体部分地排放至外部。在第一排放通道14a中设置了压力传感器22，并且压力传感器22检测第一排放通道14a中的压力。在第二排放通道14b中设置了压力传感器23，并且压力传感器23检测第二排放通道14b中的排放阀16的下游侧中的压力。这样的系统1a也通过上面描述的方法抑制气体排放流量Q的估计准确度的恶化。即使在这样的情况下，不是使用压力传感器23，而是可以使用检测大气压的压力传感器。此外，不是使用压力传感器22，而是可以使用检测供应通道4中的压力、气液分离器12中的压力或者第二排放通道14b中的排放阀16的上游侧中的压力的压力传感器的检测值。

尽管已经详细地描述了本发明的一些实施方式，但是本发明并不限于具体实施方式，而是可以在本发明要求保护的范围内变化或改变。

可以通过传感器来检测上述燃料气体的氢气浓度、氮气浓度以及水蒸气浓度。

排放阀16的第一管道115水平地延伸，但是本发明并不限于此。例如，第一管道115可以竖直向下延伸或者倾斜向下延伸。即使在这种情况下，作为所储存的水的通过燃料电池2的发电所生成的水仍可以在燃料气体的排放期间流过排放阀的排放出口。

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供应燃料气体；

供应通道，通过所述供应通道，从所述燃料供应源供应的所述燃料气体流动至所述燃料电池；

循环通道，通过所述循环通道，从所述燃料电池部分地排放的燃料气体流动至所述供应通道；

气液分离器，所述气液分离器布置在所述循环通道中，并且从自所述燃料电池部分地排放的燃料气体中分离水并储存所述水；

排放通道，所述排放通道连接至所述气液分离器，将所述气液分离器中储存的水排放至外部，以及将从所述燃料电池部分地排放的所述燃料气体部分地排放至所述外部；

排放阀，所述排放阀布置在所述排放通道中；

差压检测部，所述差压检测部检测所述排放阀的下游侧与以下之一之间的差压：所述供应通道、所述循环通道、所述气液分离器以及所述排放通道中所述排放阀的上游侧；以及

控制单元，所述控制单元估计通过打开所述排放阀而部分地排放的从所述燃料电池部分地排放的所述燃料气体的流量，

其中，所述排放阀包括：

排放出口，所储存的水和从所述燃料电池部分地排放的所述燃料气体部分地流过所述排放出口；以及

阀体，所述阀体打开和关闭所述排放出口，以及

所述控制单元基于当所述排放阀被打开时的所述差压，以及基于当所述排放阀被打开时将所储存的水占所述排放出口的横截面积的百分比除外的所述燃料气体占所述横截面积的百分比，来估计所述燃料气体的所述流量。

2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述控制单元基于所述燃料电池的电流值来估计所述燃料气体的百分比。

3.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其中，所述控制单元基于所述燃料气体的组分来估计所述流量。

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供应燃料气体；

供应通道，通过所述供应通道，从所述燃料供应源供应的所述燃料气体流动至所述燃料电池；

气液分离器，所述气液分离器从自所述燃料电池部分地排放的燃料气体中分离水并储存所述水；

第一排放通道，通过所述第一排放通道，从所述燃料电池部分地排放的所述燃料气体流动至所述气液分离器；

第二排放通道，所述第二排放通道连接至所述气液分离器，将所述气液分离器中储存的水排放至外部，以及将从所述燃料电池部分地排放的所述燃料气体部分地排放至所述外部；

排放阀，所述排放阀布置在所述第二排放通道中；

差压检测部，所述差压检测部检测所述排放阀的下游侧与以下之一之间的差压：所述供应通道、所述第一排放通道、所述气液分离器以及所述第二排放通道中所述排放阀的上游侧；以及

控制单元，所述控制单元估计通过打开所述排放阀而部分地排放的从所述燃料电池部分地排放的所述燃料气体的流量，

其中，所述燃料电池系统为阳极非循环型，其中，从所述燃料电池部分地排放的所述燃料气体不返回至所述供应通道，

所述排放阀包括：

排放出口，所储存的水和从所述燃料电池部分地排放的所述燃料气体部分地流过所述排放出口；以及

阀体，所述阀体打开和关闭所述排放出口，以及

所述控制单元基于当所述排放阀被打开时的所述差压，以及基于当所述排放阀被打开时将所储存的水占所述排放出口的横截面积的百分比除外的所述燃料气体占所述横截面积的百分比，来估计所述燃料气体的所述流量。