CN1871735A - 燃料电池系统与气体泄漏检测方法 - Google Patents

燃料电池系统与气体泄漏检测方法 Download PDF

Info

Publication number
CN1871735A
CN1871735A CNA2004800151985A CN200480015198A CN1871735A CN 1871735 A CN1871735 A CN 1871735A CN A2004800151985 A CNA2004800151985 A CN A2004800151985A CN 200480015198 A CN200480015198 A CN 200480015198A CN 1871735 A CN1871735 A CN 1871735A
Authority
CN
China
Prior art keywords
pressure
fuel cell
hydrogen
passage
cell system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2004800151985A
Other languages
English (en)
Other versions
CN100463267C (zh
Inventor
三浦晋平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Publication of CN1871735A publication Critical patent/CN1871735A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100463267C publication Critical patent/CN100463267C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H01M8/04388—Pressure; Ambient pressure; Flow of anode reactants at the inlet or inside the fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04228—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during shut-down
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04246—Short circuiting means for defective fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H01M8/04402—Pressure; Ambient pressure; Flow of anode exhausts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04664—Failure or abnormal function
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M16/00—Structural combinations of different types of electrochemical generators
    • H01M16/003—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1007—Fuel cells with solid electrolytes with both reactants being gaseous or vaporised
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

当发出停止燃料电池产生电力的命令时，关闭截止阀(在时刻t1)，并且然后检测包括该燃料电池的封闭通道区域中的与时间有关的压力变化(P)。检测当该压力(P)处于大气压附近的第一压力范围内(Ra)时的压力变化速度(dP1，即，L1的倾角)和当压力(P)在位于第一压力范围(Ra)高压侧的第二压力范围(Rb)内时的压力变化速度(dP2，即，L2的倾角)，并且相互比较两个压力变化速度(dP1，dP2)。当这两个压力变化速度的差别(dP1，dP2)大于预定值(Pc)时，确定在燃料电池的电解质薄膜中存在孔。

Description

燃料电池系统与气体泄漏检测方法
技术领域
本发明涉及在燃料电池系统中检测氢气泄漏的方法。
背景技术
已进入实际应用的燃料电池系统利用燃料电池中发生的电化学反应，直接将氢气能量转变为电能。因此，燃料电池系统可获得具有高转换效率的电能。在这种类型的燃料电池系统中，有必要通过与该燃料电池相连的导管向该燃料电池系统持续供应氢气。由于氢气的供应是重要的，因此有必要监控在该导管中是否发生氢气泄漏或堵塞。
作为一种用于监控这样的氢气泄漏或堵塞的技术，已知一种技术，其中，在与该燃料电池相连的导管的多个部位上安装压力传感器，并将由每个压力传感器检测的压力值与在安装这些压力传感器的各个位置上设定的参考压力值比较(日本专利公开出版物No.JP-A-3-250564)。通过这种配置，有可能检测多个压力传感器间各个间隔中的气体泄漏或堵塞。
然而，当仅通过比较测量的压力值与正常时的参考压力值时，如前述日本专利公开出版物No.JP-A-3-250564中所公开，有可能在没有气体泄漏时错误地检测到存在气体泄漏。错误检测的原因如下。由于氢气渗透通过构成该燃料电池的电解质薄膜，将不可避免地发生氢电极侧的压力下降，并且难于区分这种压力下降和由于电解质薄膜上的孔造成的压力下降。
发明内容
本发明的目的是防止错误检测气体泄漏。
本发明的第一个方面涉及一种燃料电池系统，其包括燃料电池；向该燃料电池供应氢气的供应通道；从该燃料电池释放氢气的释放通道；位于供应通道与释放通道中的至少一个中的预定部位的至少一个阀门元件，其封闭燃料电池中的供应通道；以及用于执行关闭至少一个阀门元件的控制的控制装置。该燃料电池系统还包括用于检测氢通道中压力的压力检测装置；以及泄漏确定装置，其用于当至少一个阀门由控制装置关闭时，对于由压力检测装置检测到的压力变化进行分析，并基于分析结果，确定是否存在氢气泄漏。
在该燃料电池系统中，该控制装置关闭至少一个阀门元件，使得封闭该燃料电池中的氢气通道。该压力检测装置检测封闭的氢气通道中的压力。封闭的氢气通道中的氢气随着时间的推移，渗透过电解质薄膜，到达燃料电池的空气电极侧。然后，氮气从空气电极侧向氢电极侧流动。从而，在该燃料电池中提供的氢气通道中的压力一开始降低，然后增高。当在电解质薄膜中存在异常时，例如孔，压力中与时间相关的变化不同于正常时压力中与时间相关的变化。因此，当至少一个阀门关闭时，通过对由压力检测装置检测到的压力变化进行分析，基于检测结果，利用泄漏确定装置可确定氢气泄漏。
因此，该燃料电池系统可区分由于氢气渗透穿过电解质薄膜，到达燃料电池中的空气电极造成的压力下降与由于氢气泄漏造成的压力下降。从而，有可能防止错误的气体泄漏检测。
当控制装置关闭至少一个阀门装置时，进行分析的压力变化可为从关闭至少一个阀门元件至由压力检测装置检测到的降低的压力开始升高的全部或部分期间的压力变化。
在根据本发明第一方面的燃料电池系统中，该至少一个阀门元件可包括位于供应通道中的第一阀门元件和位于第二通道中的第二阀门元件。
在根据本发明第一方面的燃料电池系统中，泄漏确定装置可在该燃料电池停止时，确定是否存在氢气泄漏。
在根据本发明第一方面的燃料电池系统中，该泄漏确定装置可包括多个计算装置，其用于获得当由压力检测装置检测到的压力到达两个不同的预定水平时压力的变化速度；以及第一比较确定装置，其用于比较通过各个计算装置获得的两个压力变化速度，并当两个压力变化速度的差别超过预定值时，确定存在泄漏。
由于两个电极侧间的气体局部压力差造成气体渗透穿过电解质薄膜到达空气电极，所以在至少一个阀门元件由控制装置关闭后，压力以比较恒定的速度下降。然而，当存在异常时，例如电解质薄膜中的孔，该压力不以恒定速度降低。在具有前述配置的燃料电池系统中，相互比较当压力到达两个不同的预定水平时的压力变化速度，并且确定两个压力变化速度间的差别是否超过预定值，由此可确定压力是否以恒定速度下降。因此，有可能容易地确定异常，例如电解质薄膜中的孔。
两个不同水平中的每一个可设置为从关闭至少一个阀门元件到由压力检测装置检测到的已经下降的压力开始升高期间可达到的值。
通过这种配置，执行一次关闭至少一个阀门元件的控制，并且然后基于这两个压力变化速度分析压力变化。因此，可容易地执行控制。
这两个不同水平的压力中的一个可设置为大气压附近的第一压力范围，并且另一个可设置为第二压力范围，其位于第一压力范围的高压侧。
通过这种配置，当存在异常时，例如电解质薄膜中的孔，大气压附近的压力变化速度明显不同于正常时大气压附近的压力变化速度。因此，有可能准确地检测出异常，例如电解质薄膜中的孔。
该燃料电池系统还可包括压力降低装置，其用于在获得压力变化速度的两个时间点间的某个时刻强制降低氢气通道中的压力。
通过这种配置，在首次获得压力变化速度的时间点与下一次获得压力变化速度的时间点间，燃料电池中氢气通道的压力急剧降低。因此，可缩短这两个点间的时间。相应地，可在短时间内执行气体泄漏检测。
在包括压力降低装置的燃料电池系统中，该压力降低装置可包括释放控制装置，其用于在这两个时间点的某个时刻打开第二阀门元件。
通过这种装置，燃料电池中氢气通道中的氢气从释放通道释放，从而可容易地降低压力。
该压力降低装置可包括电功率控制装置，其用于使燃料电池产生电功率，使得该燃料电池在这两个时间点间的某个时刻消耗氢通道中的氢气。
通过这种配置，该燃料电池消耗氢通道中的氢气。因此，可容易地降低压力。
该燃料电池系统，其中两个不同水平的压力设置为在该期间可达到的值，可安装在移动对象中，该移动对象除该燃料电池外，还包括第二电池作为驱动源。该燃料电池系统还包括当压力处于第二压力范围内，而该燃料电池已停止工作，并且该移动对象仅利用第二电池工作时，用于提前获得压力变化的各个装置。
通过这种配置，可提前获得当压力处于第二压力范围时的压力变化速度，而该移动对象正在工作。因此，可缩短确定气体泄漏的所需时间。特别地，在包括压力降低装置的燃料电池系统中，可进一步缩短确定气体泄漏的所需时间。
包括泄漏确定装置的燃料电池系统，该泄漏确定装置包括计算装置与第一比较装置，还可包括压力施加装置，其用于向燃料电池中氢通道施加压力。两个不同水平的压力中的一个可设置为在该压力施加装置向该氢通道施加压力时可达到的第一压力值，并且另一个可设置为该压力施加装置向该氢通道再次施加压力时可达到的第二压力值。
利用这种配置，通过向该氢通道施加压力，可强制提前获得压力变化速度的时间点。
在根据本发明第一方面的燃料电池系统中，泄漏确定装置可包括最小压力值检测装置，其用于当由压力检测装置检测的压力最小时检测最小的压力；以及第二比较确定装置，其用于比较检测的最小压力值与预定值，并且当确定最小压力值高于预定值时确定存在泄漏。
在电解质薄膜中不存在孔的正常时间，由于氢渗透穿过电解质薄膜造成氢电极上的压力变为负。另一方面，当在电解质薄膜中存在孔等时，该氢电极上的压力不可能变为负压。在具有前述配置的燃料电池中，比较最小压力值与预定值，并且在确定最小压力值高于该压力值时可确定存在泄漏。因此，可容易地执行异常的确定。
包括泄漏确定装置的燃料电池系统，该泄漏确定装置包括计算装置和第二比较确定装置，还可包括压力降低装置，用于在从控制装置关闭至少一个阀门元件到由该最小压力值检测装置检测到最小压力值期间中的某个时刻强制降低氢通道中的压力。
通过这种配置，氢通道中的压力在检测到最小压力值前急剧地降低。因此，可在短时间内执行关于气体泄漏的确定。
该压力降低装置可包括释放控制装置，其用于在从由控制装置关闭至少一个阀门元件到由最小压力值检测装置检测到最小压力值期间中的某个时刻打开第二阀门元件。
通过这种配置，氢通道中的氢气从释放通道中释放。因此，可容易地降低压力。
该压力降低装置可包括电功率控制装置，其用于使燃料电池产生电功率，使得在从由控制装置关闭至少一个阀门元件到由最小压力值检测装置检测到最小压力值期间中的某个时刻消耗氢通道中的氢气。
通过这种装置，该燃料电池消耗氢通道中的氢气，因此，可容易地降低压力。
本发明的第二方面涉及气体泄漏检测方法，其用于检测燃料电池系统中的氢气泄漏，该燃料电池系统包括燃料电池；向该燃料电池供应氢气的供应通道；从该燃料电池释放氢气的释放通道；以及至少一个阀门元件，其位于供应通道与释放通道中至少一个的预定部位上，并封闭该燃料电池中的氢通道。该检测方法包括以下步骤，(a)关闭至少一个阀门元件；(b)检测燃料电池中氢通道中的压力；(c)当在步骤(a)关闭至少一个阀门元件时，执行在步骤(b)中检测到的压力变化分析，并且基于该分析结果，确定是否存在氢气泄漏。
如此配置的气体泄漏检测方法具有与根据本发明第一方面相同的效果。因此，有可能防止气体泄漏的错误检测。
附图说明
参考附图，通过下面对于优选实施例的说明，本发明的前述与另外的目标、特征与优点将显而易见。附图中，相同的标号表示相同的要素，其中：
图1为表示车载功率输出系统的图形，其包括根据本发明第一实施例的燃料电池系统10；
图2为表示燃料电池停止时间例程前半部分的流程图；
图3为表示燃料电池停止时间例程后半部分的流程图；
图4为说明燃料电池停止时间例程处理的时序图；
图5为表示示例的图形，其中，燃料电池停止之后的与时间有关的压力变化根据电解质薄膜中的孔尺寸改变；
图6为表示根据本发明第二实施例的燃料电池停止时间例程的流程图；
图7为说明根据本发明第二实施例的燃料电池停止时间例程处理的时序图；
图8为表示根据本发明第三实施例的燃料电池停止时间例程的流程图；
图9为说明根据本发明第三实施例的燃料电池停止时间例程处理的时序图；
具体实施方式
(第一实施例)
图1为表示车载功率输出系统配置的图形，其包括根据本发明第一实施例的燃料电池系统10。根据本发明实施例的该车载功率输出系统由功率输出装置构成，其安装在诸如汽车中的车辆中。该车载功率输出系统主要包括燃料电池系统10，以及驱动电机12，其利用燃料电池系统10产生的电功率输出功率。
该燃料电池系统10包括接收氢气供应和产生电功率的燃料电池20，以及向该燃料电池20供应氢气的高压氢气箱30。
在燃料电池20中，除含氢的氢气外，还接收作为氧化气体供应的空气，根据下面说明的反应方程式，在氢电极与空气电极处发生电化学反应，并产生电力。也就是，当向氢电极供应氢气，并向空气电极供应空气时，根据方程式(1)在氢电极侧发生反应，并根据方程式(2)在空气电极侧发生反应。在整个燃料电池中，根据方程式(3)发生反应。
...(1)
...(2)
...(3)
另外，该燃料电池20包括由堆叠多个单位电池形成的燃料电池堆。一个单位燃料电池包括电解质薄膜(未示出)，氢电极与空气电极，它们是扩散电极(未示出)，以及两个分离器(未示出)。该电解质薄膜夹在氢电极与空气电极之间。该电解质薄膜，氢电极，以及空气电极夹在两个侧面上的分离器间。在每个分离器的两个侧面上形成凹面与凸面。从而，在一个分离器与氢电极之间，在另一个分离器与空气电极之间形成气体通道。如上所述供应的氢气在单位电池的氢通道中流动，该通道在分离器与氢电极间形成。空气在单位电池的空气通道中流动，该通道在分离器与空气电极间形成。
高压氢气存储于高压氢气箱30中。当与高压氢气箱30的底部相连的截止阀32打开时，以大约20至35MPa的压力喷射氢气。该燃料电池系统10包括主通道50、循环通道54以及释放通道56。该主通道50作为用于氢的通道，并从高压氢气箱30的喷射口向该燃料电池20的供应口延伸。循环通道54通过泵52将来自燃料电池20释放口的氢气返回至主通道50。释放通道56释放循环的氢气。主通道50可被视为根据本发明的供应通道，并且循环通道54可被视为根据本发明的第一释放通道。
在主通道50中，截止阀60放置在燃料电池20的供应口处。在循环通道54中，截止阀62放置在燃料电池20的释放口处。在释放通道56中放置截止阀64。截止阀60、62可视为根据本发明的“封闭燃料电池中氢通道的至少一个阀门元件”。另外，在主通道50中截止阀60的下游侧提供压力传感器66。该压力传感器66可被视为根据本发明的压力检测装置。安装该压力传感器66的位置并不需要固定在此位置，并且该压力传感66可安装在任何位置，只要该压力传感器66能够检测到氢通道中的压力。从而，可直接在该氢通道中提供压力传感器66。在该实施例中，压力传感器66可检测正压与负压。
空气通道(未示出)与燃料电池20相连。借助该通道供应从空气清洁器(未示出)取得的外部空气。
另外，该燃料电池系统包括电子控制单元70。该电子控制单元70被配置为微计算机，其中包括CPU、RAM以及ROM。前述泵52、截止阀32、60、62、64以及压力传感器66与该电子控制单元70电气相连。另外，电源开关72和报警灯74与该电子控制单元70电气相连。电源开关72发出工作/停止包括燃料电池系统10的整个车载功率输出系统(完整的系统)的命令。该电源开关72由驾驶员操作。该报警灯74向驾驶员提供关于燃料电池系统10失效的警告。
当电子控制单元70从电源开关72接收用于操作整个车载功率输出系统的命令时，电子控制单元70打开截止阀32、60、62(保持截止阀64关闭)，操作泵52，并操作该燃料电池20。另外，当电子控制单元70从电源开关72接收到停止整个车载功率输出系统的命令时，该电子控制单元70关闭截止阀32、60、62，停止泵52，并且停止燃料电池20。当该燃料电池停止时，确定是否存在氢气泄漏。当存在泄漏时，报警灯74点亮。
作为电子系统，除了前述驱动电机12、燃料电池20以及电子控制单元70外，本发明实施例中的车载功率输出系统主要包括电池80、DC/DC转换器82、以及变换器84。
燃料电池20与变换器84通过DC/DC转换器82与电池80并联。由燃料电池20产生的电功率供应至变换器84。在一些情况下，由燃料电池20产生的电功率也供应至电池80。来自电池80的电功率通过DC-DC转换器82供应至变换器84。
DC-DC转换器82提高从电池80输出的电压，并且向并联的变换器84施加电流。另外，DC-DC变换器82可调整从燃料电池20输入的直流电压，以向电池80输出经调整的直流电压。归因于DC-DC转换器82的功能，执行电池的充/放电。变换器84利用从燃料电池20和电池80供应的电功率驱动该驱动电机12。例如，该驱动电机12由三相同步电机构成，并在轴处产生扭矩(未示出)。
前述的电子控制单元70控制DC-DC转换器82与变换器84的操作。该电子控制单元70控制变换器84的开关，并跟据所需功率向驱动电机12输出三相交流电。该电子控制单元70控制燃料电池20与DC-DC转换器72的操作，使得根据所需功率供应电功率。通过控制包括在燃料电池系统10中的截止阀32、60、62、64以及泵52等控制燃料电池20的操作。
接下来，将说明当燃料电池停止时，该电子控制单元70的CPU执行的控制。图2与图3表示当燃料电池停止时的例程的流程图(此后，称为“燃料电池停止时间例程”)。该例程基于预定时间间隔的中断执行。如图1中所示，该例程启动后，该CPU首先确定是否已从电源开关82发出停止整个车载功率输出系统的命令(步骤S100)。当确定还未发出停止整个车载功率输出系统的命令时，确定不需要停止燃料电池20，此后，该控制例程进行至“返回”并终止。
同时，当在步骤S100中确定已发出停止整个车载功率输出系统的命令时，CPU关闭在燃料电池20的供应口与释放口提供的截止阀60、62(步骤S110)，并停止泵52(步骤S120)。接着，CPU执行读取压力P的过程，该压力由压力传感器66检测(步骤S130)。由于截止阀60、62在步骤S100中关闭，所以从主通道50中的截止阀60至循环通道54中的截止阀62间的区域封闭，也就是，由主通道50中的截止阀60的下游区域与循环通道54中的截止阀62的上游区域构成的区域封闭。结果，在燃料电池20中提供的氢通道封闭。在步骤130中，压力传感器66检测封闭的氢通道中的压力。
执行步骤S130中的处理之后，CPU通过从本次执行步骤S130的处理时读取的压力P中减去前一次执行步骤S130的处理时读取的压力(此后称为“前一次压力XP”)，获得压力变化ΔP(步骤140)。接着，在步骤S130中读取的压力P作为前一次压力XP存储(步骤S150)。
接下来，CPU确定在步骤S130中读取的压力P是否处于第一压力范围Ra或第二压力范围Rb中，或者该压力P是否既不处于第一压力范围Ra，也不处于第二压力范围Rb中(步骤S160，S170)。该第一压力范围Ra在大气压附近。例如，该第一压力范围Ra为从标准大气压值至向该标准大气压增加一个小压力值(例如，15kpa)获得的压力值的范围。第二压力范围Rb处于第一压力范围Ra的高压侧。例如，第二压力范围Rb为150至230kpa的范围。
当在步骤S160中确定压力P处于第一压力范围Ra时，CPU存储在步骤S140中获得的压力变化ΔP的绝对值作为变量dP1(步骤S180)。当在步骤S170中确定压力P处于第二压力范围Rb时，CPU存储在步骤S140中获得的压力变化ΔP的绝对值作为变量dP2(步骤S190)。执行步骤S180与步骤S190的处理之后，例程进行至步骤S200。
当在步骤S160与S170做出否定确定时，该例程进行至步骤S200。在步骤S200中，CPU确定是否已经执行步骤S180与步骤S190中的处理，也就是，是否已经获得变量dP1与dP2。当在步骤S200中做出否定确定时，该例程返回至步骤S130，并且重复执行步骤S130至步骤S200中的处理。优选地，应当以相对长的时间间隔，而不是极短的时间间隔检测压力P，其通过当例程返回至步骤S130时，将步骤S130中压力P的检测推迟预定时间(例如，5秒)。
图4为说明燃料电池停止时间例程的处理时序图。如在该时序图中所示，当电源开关72的状态由工作状态改变至停止状态时，在燃料电池20的供应口与释放口处提供的截止阀60、62在步骤S110关闭(时刻t1)。由压力传感器66检测的压力P在时刻t1开始逐渐降低，如实线B1所示。如上所述，尽管通过关闭截止阀60、62封闭燃料电池中的氢通道，但压力传感器66检测的压力P并不保持在恒定值，并逐渐降低。这是由于氢可渗透穿过构成燃料电池20的电解质薄膜，氢气从氢电极流向空气电极。
由于压力P改变，使得氢电极侧的氢局部压力与空气电极侧的氢局部压力相等，该压力P变得低于大气压并变为负压。然后，当该压力到达某个最低点时，该压力P开始增加(时刻t2)。这是因为在渗透过电解质薄膜的氢气量降低至某个程度后，大量的氮气从空气电极移动至氢电极，由于氮渗透电解质薄膜的速度低于氢渗透电解质薄膜的速度。最终，压力P变得等于空气电极侧的压力，也就是，大气压。当压力P由压力传感器66检测时，截止阀60、62关闭，以防止氢气从与主通道50相连的高压氢气箱30释放。
用于在步骤S160与步骤S170中进行确定的第一压力范围Ra与第二压力范围Rb的示例示于图4。当由压力传感器66检测的压力P降低至第二压力范围Rb时，在步骤S190将在步骤S140获得的压力变化ΔP的绝对值作为变量dP2存储。该变量dP2为当压力P到达第二压力范围Rb时压力P的变化速度(压力P在每单位时间的变化)。变量dP2的值对应于图4中实线L2的倾角。
当压力P进一步降低，达到大气压附近的第一压力范围Ra时，在步骤S140获得的压力变化ΔP的绝对值在步骤S180中作为变量dP1存储。该变量dP1的值为当压力P到达第一压力范围Ra时的变化速度(每单位时间内的变化)。该变量dP1的值对应于图4中实线L1的倾角。
完成步骤S200中的步骤后，CPU执行图3中步骤S210的处理。在步骤S210中，确定通过从变量dP2中减去变量dP1获得的值是否小于预定值Pc，从而确定变量dP2是否基本上等于变量dP1。该预定值例如为4kpa。该预定值Pc可根据压力传感器66的检测精度等变化。当做出肯定确认时，也就是，在步骤S210中确定变量dP1与变量dP2基本相等，该控制例程进行至“返回”，并且该例程终止。
如图4所示，压力P以较为恒定的倾角降低(压力变化速度)，如实线B1所示。这是因为氢以恒定速度渗透通过电解质薄膜。同时，当在电解质薄膜中存在孔时，压力P如图4中虚线B2所示变化。当在电解质薄膜中存在孔时，氢气通过该孔流向空气电极，使得氢电极侧的压力变得与空气电极侧的压力相等。当该压力P为正压时，氢气流过该孔，并同时渗透通过电解质薄膜。当压力P接近大气压时，通过孔的氢气流停止，并且压力P仅由于氢气渗透通过电解质薄膜而降低。因此，当压力P开始降低时的压力P降低的压力降低速度大于当压力P接近大气压时的压力降低速度。
也就是，当在电解质薄膜中没有孔时，压力P如图4中实线B1所示变化，并且当压力P开始降低时的压力降低速度基本上等于压力P接近大气压时压力降低速度。同时，当在电解质薄膜中存在孔时，压力P如图4中虚线B2所示变化，并且当压力开始降低时的压力降低速度与当压力P接近大气压时的压力降低速度极为不同。图4中实线L3的倾角表示大气压附近的压力降低速度，并且对应于当存在孔时在步骤S190获得的变量dP1。
执行步骤S210中的前述处理，以确定当压力P开始降低时的压力降低速度是否基本等于当压力P接近大气压时的压力降低速度。当做出肯定确认时，也就是，当确定两个压力降低速度基本相等时，CPU确定在电解质薄膜中不存在孔，并且该例程进行至“返回”。同时，若在步骤S210做出否定确认时，也就是，当确定两个电压不等时，CPU确定在电解质薄膜中存在孔，记住存在异常(步骤S220)的部位是电解质薄膜，并点亮报警灯74(步骤S230)。在图4中的时刻t3做出关于异常的确定。执行步骤S230中的处理后，该例程进行至“返回”。
如上所述，在根据本发明实施例的燃料电池系统10中，当发出停止包括燃料电池系统10的整个车载功率输出系统的命令时，通过关闭截止阀60、62封闭燃料电池20中的氢通道。接着，执行检测以获得当在封闭的氢通道中的压力P到达大气压附近的第一压力范围Ra时的压力变化速度dP1和当压力P到达位于第一压力范围Ra高压侧的第二压力范围Rb时的压力变化速度dP2，并相互比较这两个压力变化速度dP1、dP2。当压力变化速度dP1、dP2间的差别等于或大于预定值Pc时，可确定在燃料电池20中的电解质薄膜上存在孔。
因此，在燃料电池系统10中，可防止将由于氢气通过燃料电池20的电解质薄膜向空气电极侧渗透造成的压力下降错误地检测为由于异常，例如电解质薄膜中的孔，造成的压力下降。因此，有可能防止气体泄漏的错误检测。
图5表示了一个示例图形，其中，燃料电池停止后，与时间有关的压力变化根据电解质薄膜中的孔的大小改变。如图5所示，随着电解质薄膜的孔的直径变大，压力P下降的压力变化速度变大，并且该压力的最小值变小。在第一实施例中，通过检测在大气压附近的第一压力范围Ra中的压力变化速度dP1和位于第一压力范围Ra高压侧的第二压力范围中的压力变化速度dP2，分析在压力P降低并然后开始升高期间的与时间有关的压力变化。从而，即使在电解质薄膜中存在极小的孔也可以检测到。图4中的时序图表示在电解质薄膜中存在极小的孔的情况，并且当在电解质薄膜中存在孔时的压力变化速度与当在电解质薄膜中不存在孔时的压力变化速度仅存在小的差别。为了方便起见，在图4的时序图中，与在电解质薄膜中存在孔的情况相比，在电解质薄膜中不存在孔的情况下，即使在压力P开始降低时，压力降低的压力变化速度高。然而，实际上，与在电解质薄膜中不存在孔的情况相比，在电解质薄膜中存在孔的情况下，当压力P开始降低时，压力降低的压力变化速度高。
接下来说明本发明第一实施例的修改示例。(1)在本发明的第一实施例中，当从电源开关72接收到用于停止整个车载功率输出系统的命令时，停止燃料电池20的工作，并检测氢气泄漏。另外，配置可为当存在根据车辆的工作状态停止整个燃料电池20工作的请求时，停止燃料电池20的工作并检测氢气的泄漏。在除了燃料电池20外，还提供电池80作为驱动源的情况下，如第一实施例中，可停止燃料电池20，并且该车辆可仅利用电池80运行。在这种情况下，当存在停止燃料电池20工作的请求时，停止燃料电池20的工作并检测氢气的泄漏。另外，用于停止燃料电池20工作的停止命令可为来自由驾驶员操作的开关的停止命令。电源开关72不一定需要发出用于操作/停止包括燃料电池系统10的整个车载功率输出系统的命令。该电源开关72可发出仅用于操作/停止该燃料电池的命令。
(2)在本发明的第一实施例中，在两个时间点获得压力变化速度dP1、dP2中的每一个，也就是，当压力P到达大气压附近的第一压力范围Ra时的时间点，和当压力P到达位于第一压力范围Ra高压侧的第二压力范围时的时间点。设置压力范围Ra、Rb以防止错误检测。然而，不一定设置压力范围。相反，可设置某些预定的压力值Pa、Pb。压力值Pa为大气压值或在大气压附近的压力值。压力值Pb为高于压力值Pa的压力值。另外，不一定需要基于这些压力值确定检测压力变化速度的时间点，而可基于消耗时间进行确定。例如，可在经过预定时间后首次获得该压力P的变化速度，考虑从关闭截止阀60、62至压力P实际开始降低的相应延迟时间段，设置该预定时间。然后，当压力P到达大气压附近的第一压力范围Ra时，可获得下一次的压力变化速度。
另外，在本发明的实施例中，第一压力范围在大气压的附近。该第一压力范围不一定在大气压的附近。例如，该第一压力范围可为在大气压附近的预定负压范围。简言之，检测压力变化的两个时间点可为任意两个时间点，只要这两个时间点在从关闭截止阀60、62和压力P开始降低直到压力P开始升高的期间内。
(3)在本发明的第一实施例中，当压力P到达大气压附近的第一压力范围Ra时，利用压力传感器检测的两个检测值间的差别获得压力变化速度dP1。当压力P到达位于第一压力范围Ra高压侧的第二压力范围Rb时，利用压力传感器检测的两个检测值间的差别获得压力变化速度dP2。测量从压力P到达第一压力范围Ra至压力P变化至超过第一压力范围Ra的时间段Tm1，并且通过用该时间段Tm1去除第一压力范围Ra，可获得压力变化速度dP1。测量从压力P到达第二压力范围Rb至压力P变化至超过第二压力范围的时间段Tm2，并且通过用该时间段Tm2去除第二压力范围Rb，可获得压力变化速度dP2。通过这种配置，可提高压力变化速度dP1、dP2的精度，并且相应地，可提高检测气体泄漏的精确度。
(第二实施例)
下面说明本发明的第二实施例。该第二实施例与第一实施例不同，仅在于燃料电池停止时间例程的处理，其由电控电源70的CPU执行。不包括该例程的硬件与软件配置是相同的。与第一实施例中相同的部件用相同的引用号码表示。
图6为表示根据本发明第二实施例的燃料电池停止时间例程的流程图。该例程基于预定时间间隔的中断执行。在图6中，步骤S300至步骤S350与本发明第一实施例中的步骤S100至步骤S150相同。
执行步骤S350中的处理之后，CPU确定在步骤S340中获得的压力变化ΔP是否大于值0(步骤S360)。当做出否定确定时，也就是，当确定压力变化ΔP小于值0时，该例程返回至步骤S330，并重复执行步骤S330至步骤S360中的处理。同时，当在步骤S360中确定压力变化ΔP大于值0时，该例程进行至步骤S370。在步骤S370中，确定在步骤S350中获得的前一次压力XP是否高于预定值P0。该预定值例如为80kpa。
图7为说明根据本发明第二实施例的燃料电池停止时间例程的时序图。如在该时序图中所示，压力P在关闭截止阀60、62后(在时刻t1)逐渐降低，如实线B1所示。然后，该降低的压力P开始升高(在时刻t2)。可通过在步骤S360中确定该压力变化ΔP是否大于值0来检测压力P开始升高的时刻t2。通过确定前一次压力XP是否高于预定值P0来确定压力P的最小压力值是否高于预定值P0。
当在电解质薄膜中存在孔时，压力P如图7中虚线B2所示变化。当在电解质薄膜中存在孔时，氢电极侧的压力P不可能为负压。因此，在电解质薄膜中存在孔的异常时间的最小压力值Pmin2远高于在电解质薄膜中不存在孔的正常时间的最小压力值Pmin1。因此，通过实验等，可提前获得用于区分正常时间与异常时间的压力值P0(Pmin1＜P0＜Pmin2)。该压力值P0用于在步骤S370中进行确定。
因此，当在步骤S370做出肯定确定时，也就是，当确定前一次压力XP高于预定值P0时(在图7中的时刻t4)，CPU确定在电解质薄膜中存在孔，并记住存在异常的部位(步骤S220)为电解质薄膜(步骤S380)，并且点亮报警灯74(步骤S390)。执行步骤S390中的处理之后，该例程进行至“返回”。
同时，当在步骤S370做出否定确定时，也就是，当确定前一此压力XP低于预定值P0时，CPU确定在电解质薄膜中不存在孔，并且该例程进行至“返回”。
如上详细说明，在根据本发明第二实施例的燃料电池系统中，当发出用于停止包括燃料电池系统的整个车载功率输出系统的命令时，关闭截止阀60、62，并然后确定由截止阀60、62封闭的燃料电池20的氢通道中压力P的压力变化ΔP是否大于值0，从而获得压力P的最小压力值。然后，确定最小压力值是否高于预定值P0。当做出肯定确定时，确定在燃料电池20的电解质薄膜中存在孔。
氢电极侧的压力变为负压，这是由于氢在电解质薄膜中不存在孔的正常时间向电解质薄膜的渗透造成的。同时，当存在异常时，例如电解质薄膜中的孔，氢电极侧的压力不可能变为负压。在具有前述配置的燃料电池中，通过比较最小压力值与预定值P0，可确定最小压力值是否低于该预定值P0。因此，在根据本发明第二实施例的燃料电池系统中，可防止将由于氢气通过电解质薄膜向空气电极侧渗透造成的压力下降错误地确定为由于异常造成的压力下降，例如电解质薄膜中的孔。从而，有可能防止气体泄漏的错误检测。
还可将第一实施例的修改示例(1)应用至本发明的第二实施例。
(第三实施例)
下面说明本发明的第三实施例。该第三实施例与第一实施例不同，仅在于燃料电池停止时间例程的处理，其由电子控制单元70的CPU执行。不包括该例程的硬件与软件配置相同。与第一实施例相同的部件由相同的引用号码表示。
图8为表示根据本发明第三实施例的燃料电池停止时间例程的流程图。基于预定时间间隔的中断执行该例程。在图8中，与根据第一实施例的燃料电池停止时间例程相同的步骤由相同的步骤号表示。除了在步骤S190与步骤S200间增加步骤S195之外，根据第三实施例的燃料电池停止时间例程与根据第一实施例的燃料电池停止时间例程相同。
换言之，执行步骤S170与步骤S190中的处理之后，CPU将放置于循环通道54中的截止阀62和放置于释放通道56中的截止阀64在预定时间Ta(例如，1秒)后打开预定时间Tb(例如，0.5秒)(步骤S195)。然后，该例程进行至步骤S200。
图9为说明根据本发明第三实施例的燃料电池停止时间例程的时序图。如图9中所示，在关闭截止阀60、62后(在时刻t1)，压力P逐渐降低，如实线B1所示。当压力P降低至第二压力范围Rb时，获得由实线L2的倾角所示的压力变化速度dP2。然后，经过预定时间Ta后，将截止阀62、64打开(在时刻t11)预定时间Tb。打开两个截止阀62、64后，包括燃料电池20的通道区域中的氢气通过释放通道56释放至外部，其中，该通道区域由截止阀60、62封闭。结果，由压力传感器66检测的压力P在时刻t11开始急剧降低。
当经过预定时间Tb后关闭截止阀62、64时，该压力P的压力降低速度返回至打开截止阀60、62前的压力降低速度。然后，当压力P降低至第一压力范围Ra时，获得由实线L1的倾角表示的压力变化速度dP1。然后，以与第一实施例中的相同方式，基于压力变化速度dP1、dP2，确定是否存在异常，例如电解质薄膜中的孔。
因此，在根据第三实施例的燃料电池系统10中，由截止阀60、62封闭的通道区域中的氢气，也就是，在燃料电池中提供的氢通道中的氢气在从获得压力变化速度dP2至获得压力变化速度dP1期间被强制释放至外部。因此，与第一实施例比较，获得第一压力变化速度dP1的时间点可以提前。结果，关闭电源开关72后，可在短时间内做出关于气体泄漏的确定。
下面说明第三实施例的修改示例。(4)在第三实施例中，借助释放通道56强制释放由截止阀60、62封闭的通道区域中的氢气，从而强制降低压力传感器66检测到的压力P。另外，通过使燃料电池20产生电功率，可消耗上述通道区域中的氢气，在这种情况下，通过利用电子控制单元70控制DC-DC转换器的操作和变换器84的操作，执行使燃料电池20产生电功率的处理。通过这种配置，可容易地降低压力P。
(5)在根据第三实施例中的配置中，强制降低压力的处理应用于根据第二实施例的配置中。另外，强制降低压力的处理可能应用于根据第二实施例的配置中。更具体地，在这种情况下，在图6中表示的燃料电池停止时间例程的步骤S320与步骤S330间执行前述步骤S195的处理。通过这种配置，与第二实施例相比，可提前检测压力P的最小压力值。结果，关闭电源开关72后，可在短时间内做出关于气体泄漏的确定。
(6)在第三实施例中，当从由驾驶员操作的电源开关72接收到用于停止车载功率输出系统的命令时，在两个时间点获得压力改变速度dP1、dP2，也就是，在压力P到达大气压附近的第一压力范围Ra时的时间点，和压力P到达位于第一压力范围Ra高压侧的第二压力范围Rb时的时间点。另外，在燃料电池20停止，而车辆工作时，可提前获得处于第二压力范围Rb中的压力变化速度dP2。
除了燃料电池20外，该实施例中的车辆还包括电池80作为驱动源。因此，根据车辆的工作状态，电子控制单元70可在车辆利用燃料电池20工作的燃料电池模式和车辆利用电池80工作的电池模式间切换。可选择配置为一种组合模式，其中，车辆既利用燃料电池20，也利用电池80工作。在这种情况下，当在电池模式下停止燃料电池20的工作时，可提前获得第二压力范围Rb中的压力变化速度dP2。然后，当从电源开关72接收到停止车载功率输出系统的命令时，仅将截止阀62、64打开预定时间，并将由截止阀60、62封闭的通道区域中的氢气强制释放至外部，此后，检测第一压力范围Ra内的压力变化速度dP1。
通过这种配置，当用于确定气体泄漏的整个系统停止时，没有必要获得压力变化速度dP2。因此，可缩短确定气体泄漏的所需时间。更具体地，有可能解决发出停止整个系统的命令后，该处理持续长时间的问题，该问题增加了电池的消耗。当将根据修改示例(6)的配置应用于根据第一实施例的修改示例(4)的配置时，可进一步缩短确定气体泄漏的所需时间。
(7)可将配置，其中当燃料电池20停止，而车辆工作时，提前获得第二压力范围中的压力变化速度dP2，应用至根据第一实施例的配置，其中，不执行借助释放通道56强制释放气体的处理。
尽管已经在前述第一至第三实施例及其修改示例中说明可检测出由于燃料电池的电解质薄膜中的孔造成的气体泄漏，但有可能不仅检测出由于电解质薄膜中的孔造成的气体泄漏，还可检测出由于燃料电池的分离器中提供的氢通道凹槽的损坏造成的气体泄漏，由于在其中检测压力的通道区域中管道的损坏造成的气体泄漏，等等。
本发明并不限制于上述第一至第三实施例及其修改示例，并可以各种实施方式实现，而不脱离本发明的真实精神。例如，本发明可以下面的修改示例方式实现：
(8)在第一实施例及其修改示例中，当燃料电池20工作时，关闭截止阀60、62，在从压力P开始降低至压力P开始升高期间的两个时间点获得压力变化速度，并且相互比较这两个压力变化速度，从而检测氢气的泄漏。首先，当燃料电池20启动时，关闭截止阀60、62。然后，打开截止阀60，压力施加至燃料电池中的氢通道，直到压力传感器66的值到达第一压力值(例如，高于参考大气压值50kpa的值)。当压力传感器66的值到达第一压力值时，关闭截止阀60。然后，获得压力传感器66检测到的压力值的压力变化速度dP11(可紧接着压力施加至氢通道后，或经过预定时间后执行该检测)。接着，打开截止阀60，并且压力施加至燃料电池中的氢通道，直到压力传感器66的值到达第二压力值(例如，高于参考大气压值100kpa的值)。当压力传感器66的值到达第二压力值时，关闭截止阀60。然后，获得由压力传感器66检测到的压力值的压力变化速度dP12(可紧接着压力施加至氢通道后，或经过预定时间后执行该检测)。然后，如在第一实施例中，相互比较这两个压力变化速度dP11、dP12，从而检测氢气的泄漏。
(9)在第一实施例及其修改实施例中，在从关闭截止阀60、62和压力P开始降低至压力P开始升高期间的两个时间点获得压力变化速度，并相互比较这两个压力变化速度，从而检测氢气的泄漏。在第二实施例及其修改示例中，关闭截止阀60、62后，当压力P变为最低时检测最小压力值。当确定最小压力值变得等于或高于预定值时，检测氢气的泄漏。另外，分析从关闭截止阀60、62后压力P开始降低至压力P开始升高期间的与时间有关的变化，并且基于该分析结果确定氢气的泄漏。
(10)具有根据前述每个实施例的燃料电池系统的移动对象是诸如汽车的车辆。另外，该燃料电池系统可安装在其它移动对象中，例如船舶或其它工业机器。

Claims (20)

1.一种燃料电池系统，其包括燃料电池；向该燃料电池供应氢气的供应通道；从该燃料电池释放氢气的释放通道；位于供应通道与释放通道中至少一个的预定部位中的至少一个阀门元件，其封闭该燃料电池中的氢通道；以及执行用于关闭该至少一个阀门元件的控制的控制装置，包括：
压力检测装置，用于检测氢通道中的压力；以及
泄漏确定装置，用于当该至少一个阀门元件由控制装置关闭时，对由压力检测装置检测到的压力变化进行分析，并且基于该分析结果，确定是否存在氢气泄漏；
2.根据权利要求1的燃料电池系统，其中
该至少一个阀门元件包括位于供应通道中的第一阀门元件和位于释放通道中的第二阀门元件。
3.根据权利要求1或2的燃料电池系统，其中
泄漏确定装置当燃料电池停止时确定是否存在氢气的泄漏。
4.根据权利要求1至3中任一个的燃料电池系统，其中该泄漏确定装置包括计算装置，用于在由压力检测装置检测的压力到达两个不同的预定水平时获得压力变化速度；以及第一比较确定装置，用于比较由计算装置获得的两个压力变化速度，以及在这两个压力变化速度之间的差别超过预定值时确定存在泄漏。
5.根据权利要求4的燃料电池系统，其中，这两个不同水平的值中的每一个被设置为在从关闭至少一个阀门元件至已经降低的由压力检测装置检测的压力开始升高期间可以达到的值。
6.根据权利要求5的燃料电池系统，其中，两个不同水平的压力中的一个被设置为大气压附近的第一压力范围，并且另一个被设置为处于第一压力范围高压侧上的第二压力范围。
7.根据权利要求4至6中任一个的燃料电池系统，还包括压力降低装置，用于在获得压力变化速度的两个时间点之间的某个时刻强制降低氢通道中的压力。
8.根据权利要求7的燃料电池系统，其中压力降低装置包括释放控制装置，用于在两个时间点间的某个时刻打开第二阀门元件。
9.根据权利要求7的燃料电池系统，其中压力降低装置包括电功率控制装置，用于使燃料电池产生电功率，从而燃料电池在两个时间点之间的某个时刻消耗氢通道中的氢气。
10.根据权利要求5至9中任一个的燃料电池系统，其中，该燃料电池系统安装在移动对象中，该移动对象除该燃料电池外，还包括第二电池作为驱动源，并且该燃料电池系统还包括当压力处于第二压力范围内，而该燃料电池停止工作，并且移动对象仅利用第二电池工作时用于提前获得压力变化速度的装置。
11.根据权利要求4的燃料电池系统，其中，该燃料电池系统还包括用于向燃料电池中氢通道施加压力的压力施加装置，并且这两个不同水平的压力中的一个被设置为当压力施加装置向氢通道施加压力时可以达到的第一压力值，并且另一个被设置为当压力施加装置再次向氢通道施加压力时可以达到的第二压力值。
12.根据权利要求1至3中任一个的燃料电池系统，其中，该泄漏确定装置包括最小压力值检测装置，用于当由该压力检测装置检测的压力为最小时检测最小压力值；以及第二比较确定装置，用于比较检测的最小压力值与预定值，并当确定该最小压力值高于该预定值时确定存在泄漏。
13.根据权利要求12的燃料电池系统，还包括压力降低装置，用于在从控制装置关闭至少一个阀门元件至最小压力值检测装置检测到最小压力值期间的某个时刻强制降低氢通道中的压力。
14.根据权利要求13的燃料电池系统，其中，该压力降低装置包括释放控制装置，用于在从该控制装置关闭至少一个阀门元件至该最小压力值检测装置检测出该最小压力值期间的某个时刻打开第二阀门元件。
15.根据权利要求13的燃料电池系统，其中，该压力降低装置包括电功率控制装置，用于使燃料电池产生电功率，使得在从该控制装置关闭至少一个阀门元件至该最小压力值检测装置检测出该最小压力值期间的某个时刻消耗氢通道中的氢气。
16.一种气体泄漏检测方法，用于检测燃料电池系统中的氢气泄漏，该系统包括燃料电池；向该燃料电池供应氢气的供应通道；从该燃料电池释放氢气的释放通道；以及位于供应通道与释放通道中至少一个的预定部位的至少一个阀门元件，其封闭该燃料电池中的氢通道，包括以下步骤：
(a)关闭至少一个阀门元件；
(b)检测该燃料电池中氢通道中的压力；以及
(c)当在步骤(a)中关闭至少一个阀门元件时，对在步骤(b)中检测到的压力变化进行分析，并基于该分析结果，确定是否存在氢气泄漏。
17.根据权利要求16的气体泄漏检测方法，其中，步骤(c)包括以下步骤：(c-1)当在步骤(b)中检测的压力到达两个不同的预定水平时获得压力变化速度；以及(c-2)比较在步骤(c-1)中获得的两个压力变化速度，并且当这两个压力变化速度的差别超过预定值时确定存在泄漏。
18.根据权利要求17的气体泄漏检测方法，其中，两个不同水平的压力中的一个被设置为大气压附近的第一压力范围，并且另一个被设置为处于第一压力范围高压侧的第二压力范围。
19.根据权利要求16的气体泄漏检测方法，其中，步骤(c)包括以下步骤：(c-1)当在步骤(b)检测的压力为最小时检测最小压力值；以及(c-2)比较检测的最小压力值与预定值，并在确定该最小值高于该预定值时确定存在泄漏。
20.一种燃料电池系统，包括：
燃料电池；
向该燃料电池供应氢气的供应通道；
从该燃料电池释放氢气的释放通道；
位于供应通道与释放通道中至少一个的预定部位的至少一个阀门元件，其封闭该燃料电池中的氢通道；
执行用于关闭该至少一个阀门元件的控制的控制器；
检测氢通道中压力的压力检测器；以及
泄漏检测装置，当该控制器关闭该至少一个阀门元件时，对由该压力检测器检测的压力变化进行分析，并基于该分析结果确定是否存在氢泄漏。
CNB2004800151985A 2003-06-19 2004-06-17 燃料电池系统与气体泄漏检测方法 Expired - Fee Related CN100463267C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003175118A JP4876369B2 (ja) 2003-06-19 2003-06-19 燃料電池システムおよびガス漏洩検知方法
JP175118/2003 2003-06-19

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1871735A true CN1871735A (zh) 2006-11-29
CN100463267C CN100463267C (zh) 2009-02-18

Family

ID=33549487

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2004800151985A Expired - Fee Related CN100463267C (zh) 2003-06-19 2004-06-17 燃料电池系统与气体泄漏检测方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US7442452B2 (zh)
EP (1) EP1665432B1 (zh)
JP (1) JP4876369B2 (zh)
CN (1) CN100463267C (zh)
CA (1) CA2529365C (zh)
WO (1) WO2004112179A2 (zh)

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102288370A (zh) * 2010-05-20 2011-12-21 通用汽车环球科技运作有限责任公司 燃料电池系统中的轻微阳极泄露检测
CN102538880A (zh) * 2010-12-17 2012-07-04 通用汽车环球科技运作有限责任公司 基于燃料电池系统中的阳极压力响应的流量估计
CN102792504A (zh) * 2009-10-30 2012-11-21 米其林企业总公司 检测燃料电池的聚合物离子交换膜的渗透性状态的方法
CN101855763B (zh) * 2007-11-08 2013-08-28 丰田自动车株式会社 燃料电池系统和该系统的氢泄漏判断方法
CN103389139A (zh) * 2012-05-07 2013-11-13 现代自动车株式会社 用于检测燃料电池车的热管理系统中的冷却液位的装置和方法
CN104124461A (zh) * 2013-04-24 2014-10-29 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于监测并控制燃料电池堆内的空气流动的系统和方法
CN105609820A (zh) * 2014-11-13 2016-05-25 丰田自动车株式会社 燃料电池系统及氢气泄漏检测方法
CN105609832A (zh) * 2014-11-13 2016-05-25 丰田自动车株式会社 检测燃料电池的反应气体的泄漏的方法及燃料电池系统
CN108292763A (zh) * 2015-11-23 2018-07-17 罗伯特·博世有限公司 燃料电池系统的泄漏监控
CN110752394A (zh) * 2019-09-25 2020-02-04 潍柴动力股份有限公司 燃料电池泄露检测方法及检测系统
CN111497647A (zh) * 2019-01-30 2020-08-07 丰田自动车株式会社 燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法
CN114142063A (zh) * 2021-11-30 2022-03-04 重庆长安新能源汽车科技有限公司 燃料电池空气系统的管路泄漏诊断方法及系统、车辆
CN114520351A (zh) * 2020-11-18 2022-05-20 郑州宇通客车股份有限公司 一种燃料电池系统及其故障检测方法、氢气泄漏检测方法
CN116426974A (zh) * 2023-03-03 2023-07-14 浙江蓝能氢能科技股份有限公司 电解制氢装置的气体渗透系统和测试方法

Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4028544B2 (ja) * 2004-11-30 2007-12-26 本田技研工業株式会社 燃料電池システム及び該システムにおける燃料ガス経路の故障検知方法
JP4956906B2 (ja) * 2005-03-29 2012-06-20 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムおよび水素漏れ検出方法
JP5105218B2 (ja) * 2005-06-06 2012-12-26 トヨタ自動車株式会社 異常判定装置
JP2007043846A (ja) * 2005-08-04 2007-02-15 Toyota Motor Corp 移動体
JP5196209B2 (ja) 2005-08-09 2013-05-15 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム、および燃料電池システムにおける燃料ガス漏れ判定方法
JP4893916B2 (ja) * 2005-11-09 2012-03-07 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP5011709B2 (ja) * 2005-11-10 2012-08-29 日産自動車株式会社 燃料電池システム及び燃料電池システムの水素漏れ検知方法
JP5017849B2 (ja) 2005-11-29 2012-09-05 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム、燃料電池のバルブシステム、及び燃料ガス供給装置
JP4578451B2 (ja) * 2006-09-15 2010-11-10 京セラ株式会社 電子機器
JP5213355B2 (ja) * 2007-05-23 2013-06-19 三洋電機株式会社 燃料電池システム及び水素補給装置
JP2009037884A (ja) * 2007-08-02 2009-02-19 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP4353296B2 (ja) * 2007-10-10 2009-10-28 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムおよび燃料電池の起動方法
DE102007055486A1 (de) 2007-11-21 2009-05-28 Daimler Ag Verfahren zum Feststellen einer Leckage eines Brennstoffzellensystems und Brennstoffzellensystem
US7942035B2 (en) * 2008-04-09 2011-05-17 Ford Motor Company Anode leak test implementation
DE102009008654A1 (de) 2009-02-12 2010-08-19 Daimler Ag Verfahren zum Feststellen einer Leckage eines Brennstoffzellensystems und Brennstoffzellensystem
JP5498901B2 (ja) * 2010-09-02 2014-05-21 本田技研工業株式会社 燃料電池の膜破損検知方法
CN104655371A (zh) * 2013-11-18 2015-05-27 中国电子科技集团公司第十八研究所 高压氢镍蓄电池氢工质漏率测试系统
NL2015258A (en) 2014-08-03 2016-07-07 Protochips Inc Method for safe control of gas delivery to an electron microscope sample holder.
JP6237584B2 (ja) 2014-11-14 2017-11-29 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムおよび空気系異常判定方法
US10644336B2 (en) * 2014-12-12 2020-05-05 Ford Global Technologies, Llc Methods for determining anode integrity during fuel cell vehicle operation
DE102016201212A1 (de) * 2016-01-27 2017-07-27 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Steuerungsvorrichtung und Verfahren zur Steuerung eines Brennstoffzellenbasierten Kraftfahrzeugantriebs
KR20180068450A (ko) * 2016-12-14 2018-06-22 현대자동차주식회사 연료 전지 시스템의 수소 크로스오버 손실 추정 방법 및 장치
US10615438B2 (en) 2018-02-23 2020-04-07 Cummins Enterprise Llc Degradation detecting device for fuel cell stack, fuel cell system and managing method thereof
CN109781359B (zh) * 2019-03-13 2024-04-16 国家电投集团氢能科技发展有限公司 燃料电池双极板的密封性检测装置与方法
DE102019125554A1 (de) * 2019-09-23 2021-03-25 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zur Überprüfung der Dichtheit eines Brennstoffzellensystems sowie Kraftfahrzeug
CN113178600B (zh) * 2021-03-16 2023-04-11 佛山市飞驰汽车科技有限公司 氢燃料电池汽车氢气输送系统及氢气泄漏检测方法
US11855320B2 (en) * 2022-02-25 2023-12-26 Hydrogenics Corporation Fuel leak detection in fuel cell stack
GB2617192A (en) * 2022-04-01 2023-10-04 Ecomar Propulsion Ltd Control system

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03250564A (ja) * 1990-02-28 1991-11-08 Toshiba Corp 燃料電池発電システム
JP3663669B2 (ja) * 1995-05-29 2005-06-22 松下電器産業株式会社 燃料電池発電システム
DE19649436C1 (de) * 1996-11-28 1998-01-15 Siemens Ag Verfahren zum Erkennen eines Gaslecks
JPH11317236A (ja) * 1997-12-22 1999-11-16 Aqueous Reserch:Kk 燃料電池システム
US6492043B1 (en) * 1998-12-23 2002-12-10 Ballard Power Systems Inc. Method and apparatus for detecting a leak within a fuel cell
JP5128032B2 (ja) * 2001-07-04 2013-01-23 本田技研工業株式会社 燃料電池の運転方法
JP4162874B2 (ja) * 2001-07-26 2008-10-08 本田技研工業株式会社 燃料電池におけるガス漏れ検知方法
EP1302996A3 (en) * 2001-10-16 2006-04-19 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Polymer electrolyte fuel cell
US20030077495A1 (en) * 2001-10-19 2003-04-24 Scartozzi John P. Fuel cell system, and method of testing a fuel cell for a gas leak
JP3846354B2 (ja) * 2002-04-16 2006-11-15 日産自動車株式会社 燃料電池システムのガス漏れ検知方法及び装置
JP4085793B2 (ja) * 2002-11-22 2008-05-14 トヨタ自動車株式会社 流体の漏れの検出装置
JP4238572B2 (ja) * 2002-12-10 2009-03-18 トヨタ自動車株式会社 燃料改質装置及び燃料電池システム

Cited By (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101855763B (zh) * 2007-11-08 2013-08-28 丰田自动车株式会社 燃料电池系统和该系统的氢泄漏判断方法
US9252441B2 (en) 2009-10-30 2016-02-02 Compagnie Generale Des Establissements Michelin Method for detecting the permeability state of the ion exchanger polymer membrane of a fuel cell
CN102792504A (zh) * 2009-10-30 2012-11-21 米其林企业总公司 检测燃料电池的聚合物离子交换膜的渗透性状态的方法
CN102288370A (zh) * 2010-05-20 2011-12-21 通用汽车环球科技运作有限责任公司 燃料电池系统中的轻微阳极泄露检测
CN102538880B (zh) * 2010-12-17 2015-02-25 通用汽车环球科技运作有限责任公司 基于燃料电池系统中的阳极压力响应的流量估计
CN102538880A (zh) * 2010-12-17 2012-07-04 通用汽车环球科技运作有限责任公司 基于燃料电池系统中的阳极压力响应的流量估计
CN103389139A (zh) * 2012-05-07 2013-11-13 现代自动车株式会社 用于检测燃料电池车的热管理系统中的冷却液位的装置和方法
CN104124461A (zh) * 2013-04-24 2014-10-29 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于监测并控制燃料电池堆内的空气流动的系统和方法
CN104124461B (zh) * 2013-04-24 2016-09-07 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于监测并控制燃料电池堆内的空气流动的系统和方法
CN105609832B (zh) * 2014-11-13 2018-12-07 丰田自动车株式会社 检测燃料电池的反应气体的泄漏的方法及燃料电池系统
CN105609820A (zh) * 2014-11-13 2016-05-25 丰田自动车株式会社 燃料电池系统及氢气泄漏检测方法
CN105609832A (zh) * 2014-11-13 2016-05-25 丰田自动车株式会社 检测燃料电池的反应气体的泄漏的方法及燃料电池系统
US10014538B2 (en) 2014-11-13 2018-07-03 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system and a method of detecting a hydrogen gas leak
US10079397B2 (en) 2014-11-13 2018-09-18 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method of detecting leakage of reactive gas of fuel cell and fuel cell system
CN105609820B (zh) * 2014-11-13 2018-10-19 丰田自动车株式会社 燃料电池系统及氢气泄漏检测方法
CN108292763A (zh) * 2015-11-23 2018-07-17 罗伯特·博世有限公司 燃料电池系统的泄漏监控
US11196067B2 (en) 2015-11-23 2021-12-07 Robert Bosch Gmbh Leakage monitoring of a fuel cell system
CN108292763B (zh) * 2015-11-23 2022-04-26 罗伯特·博世有限公司 燃料电池系统的泄漏监控
CN111497647A (zh) * 2019-01-30 2020-08-07 丰田自动车株式会社 燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法
CN111497647B (zh) * 2019-01-30 2023-09-12 丰田自动车株式会社 燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法
CN110752394A (zh) * 2019-09-25 2020-02-04 潍柴动力股份有限公司 燃料电池泄露检测方法及检测系统
CN110752394B (zh) * 2019-09-25 2021-07-20 潍柴动力股份有限公司 燃料电池泄露检测方法及检测系统
CN114520351A (zh) * 2020-11-18 2022-05-20 郑州宇通客车股份有限公司 一种燃料电池系统及其故障检测方法、氢气泄漏检测方法
CN114520351B (zh) * 2020-11-18 2023-07-07 宇通客车股份有限公司 一种燃料电池系统及其故障检测方法、氢气泄漏检测方法
CN114142063A (zh) * 2021-11-30 2022-03-04 重庆长安新能源汽车科技有限公司 燃料电池空气系统的管路泄漏诊断方法及系统、车辆
CN114142063B (zh) * 2021-11-30 2023-08-15 深蓝汽车科技有限公司 燃料电池空气系统的管路泄漏诊断方法及系统、车辆
CN116426974A (zh) * 2023-03-03 2023-07-14 浙江蓝能氢能科技股份有限公司 电解制氢装置的气体渗透系统和测试方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2004112179A3 (en) 2006-07-13
EP1665432B1 (en) 2011-08-17
CN100463267C (zh) 2009-02-18
WO2004112179A2 (en) 2004-12-23
US20060166060A1 (en) 2006-07-27
US7442452B2 (en) 2008-10-28
CA2529365C (en) 2010-01-05
JP4876369B2 (ja) 2012-02-15
JP2005011703A (ja) 2005-01-13
CA2529365A1 (en) 2004-12-23
EP1665432A2 (en) 2006-06-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1871735A (zh) 燃料电池系统与气体泄漏检测方法
KR101838358B1 (ko) 연료 전지의 배수 방법 및 연료 전지 시스템
US10777827B2 (en) Water drainage device for fuel cell, fuel cell system, moving body and control method of fuel cell system
CN100350662C (zh) 燃料电池系统和该燃料电池系统的控制方法
US9666887B2 (en) Method for diagnosing current sensor of fuel cell system
CN1802766A (zh) 燃料电池系统的运转控制
US11139494B2 (en) Fuel cell system and method of controlling the same
CN1674340A (zh) 燃料电池系统
CN1825673A (zh) 燃料电池发电系统及其停止方法
CN1918737A (zh) 燃料电池系统及相关方法
CN1795576A (zh) 燃料电池系统、装备该系统的移动单元、和用于燃料电池系统的控制方法
CN110277574B (zh) 燃料电池系统及其控制方法
CN1875513A (zh) 燃料电池系统以及移动体
EP2725647A1 (en) Fuel cell system
US20160133956A1 (en) Fuel cell system
CN1883072A (zh) 燃料电池系统
CN1930713A (zh) 氢驱动动力系统
WO2007043548A1 (ja) 燃料電池システムとその運転方法
KR102274110B1 (ko) 연료전지 시스템의 비상 운전 방법
JP2006019184A (ja) 燃料電池システム
CN102089916B (zh) 燃料电池系统
EP1844856A3 (de) Brennstoffzellensystem und zugehöriges Betriebsverfahren
JP2010080109A (ja) 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法
JP2010003506A (ja) 水素換気ファンの検査システム
JP2006139935A (ja) 燃料電池システムの制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20090218

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee