[发明专利]燃料电池系统和控制装置

说明书

本发明涉及燃料电池系统和控制装置。燃料电池系统包括：压力控制阀，所述压力控制阀被布置在用于供给氢气的供给路径中，使待向燃料电池组供给的氢气减压；膨胀器，所述膨胀器被布置在供给路径中所述压力控制阀的上游，并且使从氢罐供给的氢气减压并膨胀；第二控制阀，所述第二控制阀被布置在供给路径中所述膨胀器的上游，并且能够被切换到打开状态和关闭状态中的一个状态，在打开状态中，氢气被供给到膨胀器，而在关闭状态中，向膨胀器的氢气的供给被截断或者向膨胀器供给的氢气量少于在打开状态中的向膨胀器供给的氢气量；和控制装置，所述控制装置包括控制第二控制阀的控制单元。

技术领域

本发明涉及一种燃料电池系统和一种控制装置。

背景技术

日本未审专利申请公报No.2003-217641(JP 2003-217641 A)公开了一种燃料电池系统，该燃料电池系统具有布置在高压氢罐和燃料电池组之间的膨胀器，该膨胀器使氢气减压，并且将氢气在膨胀器中膨胀时的膨胀能转换成机械能。

发明内容

然而，膨胀器中的膨胀能取决于氢气的流量以及膨胀器上游和下游的压力差异。即，当氢气在该差异相对小的状态下流入膨胀器中时，即使在氢气的流量相对高的状态中，能够从膨胀器输出的能量的量仍然降低。

本发明使得能够实现膨胀器中的氢气的膨胀能的有效率回收。

根据本发明的第一方面，提供一种燃料电池系统，该燃料电池系统包括：第一减压单元，所述第一减压单元被布置在用于从氢罐向燃料电池组供给氢气的供给路径中，并且使待向所述燃料电池组供给的氢气减压；膨胀器，所述膨胀器被布置在所述供给路径中所述第一减压单元的上游，并且使从所述氢罐供给的氢气减压并膨胀；流量调节单元，所述流量调节单元被布置在所述供给路径中所述膨胀器的上游，并且所述流量调节单元能够被切换到打开状态和关闭状态中的一个状态，在所述打开状态中，氢气被供给到所述膨胀器，而在所述关闭状态中，向所述膨胀器的氢气的供给被截断或者向所述膨胀器供给的氢气量少于在所述打开状态中的向所述膨胀器供给的氢气量；和控制单元，当在所述供给路径中的所述膨胀器上游的第一压力和所述膨胀器下游的第二压力之间的压力差小于第一阈值时或者当所述第二压力对所述第一压力的压力比等于或大于第二阈值时，所述控制单元执行将所述流量调节单元切换到所述关闭状态的控制。

当在供给路径中的膨胀器上游的第一压力和膨胀器下游的第二压力之间的压力差小于第一阈值时或者当第二压力对第一压力的压力比等于或大于第二阈值时，流量调节单元被切换到关闭状态。因此，由于在压力差小于第一阈值或者压力比等于或大于第二阈值的状态中氢气不被供给到膨胀器，所以能够有效率地回收膨胀器中的氢气的膨胀能。

该燃料电池系统可以进一步包括：第一压力传感器，所述第一压力传感器测量所述氢罐的内部压力作为所述第一压力；和第二压力传感器，所述第二压力传感器测量在所述膨胀器和所述第一减压单元之间的压力作为所述第二压力。因此，能够准确地获得在膨胀器上游的压力和膨胀器下游的压力之间的压力差或者压力比。

当所述压力差等于或大于第三阈值时或者当所述压力比小于第四阈值时，控制单元可以执行将所述流量调节单元切换到所述打开状态的控制，其中所述第三阈值大于所述第一阈值，而所述第四阈值小于所述第二阈值。因此，能够有效率地回收膨胀器中的氢气的膨胀能。

旁通路径可以被设置在所述供给路径中，所述旁通路径从上游到下游绕过所述膨胀器。所述流量调节单元可以是被设置在所述供给路径中的连接到所述旁通路径的第一端的上游部分中的三通阀，所述三通阀在所述打开状态中向所述膨胀器供给氢气并且截断向所述旁通路径的氢气的供给，并且所述三通阀具有作为所述关闭状态的第一关闭状态和第二关闭状态，在所述第一关闭状态中，向所述膨胀器的氢气的供给被截断并且氢气被供给到所述旁通路径，而在所述第二关闭状态中，向所述膨胀器和所述旁通路径这两者的氢气的供给均被截断。相应地，能够提供不包括膨胀器的氢气供给路径。