[发明专利]燃料电池系统和用于燃料电池系统的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池系统以及用于燃料电池系统的控制方法，并且更具体而言，涉及一种用于使用低成本的空气流量计来精确地设置供应给燃料电池的空气的流量的技术。

背景技术

燃料电池通常通过例如引起用作氧化剂气体的空气和用作燃料气体的氢气之间的电化学反应来生成电力。然而，当被供应到燃料电池的阴极的作为氧化剂气体的空气的流量不足时，电力生成效率降低。另外，作为燃料电池的重要组件的电解质膜通常具有在潮湿状态下电力生成效率增加的性质。因此，当供应的空气的流量过高时，空气的流动减少了电解质膜的湿度，因此电力生成效率降低。为此，重要的是，用空气流量计(AFM)测量供应到燃料电池的阴极的空气的流量、然后控制该流量以便恒定地变为适合的状态。

因此，已经开始关注装备有燃料电池的车辆(燃料电池车辆)的发展。为了扩展燃料电池车辆的使用，重要的是，减少燃料电池系统的组件的成本，并且上述空气流量计也是用于成本减少的重要元件。日本专利申请公布No.2004-253208(JP-A-2004-253208)描述了一种用于在燃料电池系统中使用压力传感器来计算空气流量的技术。日本专利申请公布No.2008-091337(JP-A-2008-091337)描述了一种燃料电池系统，该燃料电池系统使用空气流量计来执行作为实际的空气流量和期望的空气流量的函数的空气流量反馈控制。

然而，与昂贵的空气流量计相比，低成本空气流量计必然具有降低的测量精度。这成为高精确度供应流量控制的瓶颈。另外，由于空气流量计的老化劣化导致的测量误差的增加也成为高精确度供应流量控制的瓶颈。

发明内容

本发明提供了一种能够在燃料电池系统中使用低成本的空气流量计来精确地控制供应给燃料电池的空气的流量的技术。

本发明的第一方面提供了一种燃料电池系统。该燃料电池系统包括：燃料电池，其通过引起燃料气体和氧化剂气体之间的反应来生成电力；空气压缩机，其将用作氧化剂气体的空气供应到燃料电池；切断阀，其阻断作为从燃料电池排出的废气的空气排出到外部；空气流量计，其测量供应到燃料电池的空气的流量；压力传感器，其测量供应的空气的压力；以及控制单元，其控制燃料电池的电力生成反应，其中控制单元基于通过空气流量计测量的值来计算第一计算空气流量，并且基于从空气压缩机到切断阀的系统容积、基于通过压力传感器测量的值计算的系统容积中的空气的压力增加值以及大气压来计算第二计算空气流量，计算第二计算空气流量与第一计算空气流量的比率。利用上述燃料电池系统，可以校正空气流量计的误差并且以适当的供应流量将空气供应到燃料电池。另外，即使当由于老化劣化导致的空气流量计测量的值的误差，也可以校正空气流量计的误差并且以适当的供应流量将空气供应到燃料电池。因此，可以使用低成本的空气流量计来精确地控制供应到燃料电池的空气的流量。

本发明的另一方面提供了一种用于燃料电池系统的控制方法。该燃料电池系统包括燃料电池，其通过引起燃料气体和氧化剂气体之间的反应来生成电力；空气压缩机，其将用作氧化剂气体的空气供应到燃料电池；切断阀，其阻断作为从燃料电池排出的废气的空气排出到外部；空气流量计，其测量供应到燃料电池的空气的流量；以及压力传感器，其测量供应的空气的压力。控制方法包括：基于通过空气流量计测量的值来计算第一计算空气流量；基于从空气压缩机到切断阀的系统容积、基于通过压力传感器测量的值计算的系统容积中的空气的压力增加值、以及大气压来计算第二计算空气流量；计算第二计算空气流量与第一计算空气流量的比率。利用该控制方法，可以校正空气流量计的误差并且以适当的供应流量将空气供应到燃料电池。另外，即使当由于老化劣化导致的空气流量计测量的值的误差增加，也可以校正空气流量计的误差并且以适当的供应流量将空气供应到燃料电池。因此，可以使用低成本的空气流量计来精确地控制供应到燃料电池的空气的流量。

注意的是，可以以各种形式来实施本发明的方面，并且可以例如以诸如校正供应到燃料电池系统或者燃料电池系统中的燃料电池的空气的流量的方法的各种形式来实施本发明的方面。

附图说明

在下面将参考附图来描述本发明的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：

图1是仅示出根据实施例的燃料电池系统中用作氧化剂气体的空气的给排系统的示意性构造的框图；以及

图2是示出计算对应于空气流量计的误差的校正系数的过程的流程图。

具体实施方式

A.燃料电池系统的构造概述