[发明专利]可计算液态水体积的燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于检测燃料电池中的液态水体积的燃料电池系统的技术。

背景技术

燃料电池例如被形成为使得通过使由阳性电极和阴性电极夹住电解质薄膜的两个表面并且进一步由一对隔板夹住所形成的薄膜电极组件来形成单个电池，并且然后多个单个电池彼此上下堆叠在一起。包含氢气的燃料气体被引入到燃料电池的阳极电极，而诸如空气（氧气）的氧化剂气体被引入到燃料电池的阴极电极以通过在氢气和氧气之间的电化学反应来生成电力进而由此产生水。

顺便提及，在燃料电池的操作期间，所产生的水主要在阴极电极中产生，并且每个阴极电极中的含水量经由插入在阴极电极和阳极电极之间的电解质薄膜而移动到阳极电极。因此，在诸如寒冷气候地区或冬季的低温环境下使用时，液态水在燃料电池的发电停止时留在燃料电池中，并且在发电停止同时留下残留的液态水时，水可能冻结而损坏电解质薄膜等。因此，净化气体被引入到阳极电极和阴极电极以在燃料电池的发电停止时执行净化处理。

在根据现有技术的燃料电池系统中，在停止发电时以预先确定的恒定设置量执行净化处理，因此有时净化被执行达不必要的长时间段。例如，这可能使得电解质薄膜降级而降低发电性能。

在发电停止之后执行净化，并且有必要使用电存储设备中所存储的能量，因此当如以上所描述的在不必要的长时间段内执行净化处理时，电存储设备中的额外电力被消耗，并且因此，例如，所需电力可能在燃料电池的后续启动时耗尽。

因此，期望对燃料电池中的液态水的量进行估计并且然后基于所估计的液态水的量来执行对于燃料电池的净化处理，因此在现有技术中还提出了一种用于对燃料电池中液态水的量进行估计的技术。例如，日本专利申请公开No.2007-35389（JP-A-2007-35389）描述了一种基于所生成的电流的累加值来对燃料电池中液态水的量进行估计的技术。

此外，例如，日本专利申请公开No.2006-338921（JP-A-2006-338921）描述了一种用于基于燃料电池中的电压差来对燃料电池中液态水的量进行估计的技术。

此外，例如，日本专利申请公开No.2006-278168（JP-A-2006-278921）描述了一种用于基于燃料电池中的湿度和压力损失来对燃料电池中液态水的量进行估计的技术、以及一种用于基于所产生水的量、燃料电池温度、外部空气温度、燃料电池负载和操作历史来对燃料电池中的液态水的量进行估计的技术。

此外，例如，日本专利申请公开No.2005-108673（JP-A-2005-108673）描述了一种用于通过对燃料电池的电压进行静态处理来估计浸水程度的技术。

此外，例如，日本专利申请公开No.7-235324（JP-A-7-235324）描述了一种用于基于燃料电池的阻抗来估计浸水程度的技术。

然而，在根据以上现有技术的方法中，燃料电池的电压、湿度、压力损失等的敏感性差，并且无法使用操作历史来对多个误差进行校正等，因此难以准确估计燃料电池中液态水的量。

发明内容

本发明提供了一种能够准确估计燃料电池中的液态水的量的燃料电池系统。

本发明的一个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，该燃料电池通过反应气体之间的反应来生成电力；电量计算单元，该电量计算单元从电压下降期间所生成的电流来计算燃料电池的电压下降期间所生成的电量；反应气体物质量计算单元，该反应气体物质量计算单元基于在电压下降期间所生成的电量来计算燃料电池中的至少一种反应气体的物质量；气体体积计算单元，该气体体积计算单元基于至少一种反应气体的物质量来计算燃料电池中的气体体积；以及液态水体积计算单元，该液态水体积计算单元从燃料电池中的液体流动通道体积减去气体体积来计算燃料电池中的液态水体积。

在以上方面中，所述气体体积计算单元可以将至少一种反应气体的物质量、饱和水蒸气的量、燃料电池的温度和燃料电池中的压力代入气体的状态方程式来计算气体体积。

在以上方面中，当液态水体积小于或等于零时，所述液态水体积计算单元可以将至少一种反应气体的物质量、燃料电池中的液体流动通道体积、燃料电池的温度以及燃料电池中的压力代入气体的状态方程式来计算燃料电池中的湿度。