專利名稱：燃料電池系統(tǒng)和控制燃料電池系統(tǒng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料電池。
背景技術(shù)：
燃料電池系統(tǒng)向燃料電池供應(yīng)反應(yīng)氣體以產(chǎn)生電力，并且輸出對(duì)應(yīng)于來自外部負(fù)載的請(qǐng)求的電力。通常，在燃料電池系統(tǒng)中，陰極氣體的流量由諸如空氣流量計(jì)的流量計(jì)來測(cè)量，并且基于所測(cè)量的流量來控制被供應(yīng)到燃料電池的陰極氣體的量(例如見日本專利申請(qǐng)公布No. 2007-220625( JP-A-2007-220625))。然而，流量計(jì)的準(zhǔn)確度隨著時(shí)間降低，這可能在測(cè)量中引入誤差。當(dāng)來自流量計(jì)的讀數(shù)是錯(cuò)誤的時(shí)，不適當(dāng)?shù)牧康年帢O氣體可能被供應(yīng)到燃料電池。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明有助于適當(dāng)控制供應(yīng)到燃料電池的反應(yīng)氣體的量。作為本發(fā)明的第一方面,一種根據(jù)來自外部負(fù)載的請(qǐng)求輸出電力的燃料電池系統(tǒng)包括燃料電池；陰極氣體供應(yīng)部，該陰極氣體供應(yīng)部向燃料電池供應(yīng)陰極氣體；氣體供給量傳感器，該氣體供給量傳感器測(cè)量由陰極氣體供應(yīng)部供給到燃料電池的陰極氣體的量； 陽(yáng)極氣體供應(yīng)部，該陽(yáng)極氣體供應(yīng)部向燃料電池供應(yīng)陽(yáng)極氣體；特征值檢測(cè)部，該特征值檢測(cè)部檢測(cè)作為與陽(yáng)極氣體相關(guān)聯(lián)并且與實(shí)際上被供應(yīng)到燃料電池的陰極氣體的量相關(guān)的值而預(yù)先選擇的特征值；以及控制器，該控制器對(duì)被供應(yīng)到燃料電池的陽(yáng)極氣體的量和被供應(yīng)到燃料電池的陰極氣體的量進(jìn)行控制，以控制燃料電池的操作。當(dāng)執(zhí)行基準(zhǔn)操作以在預(yù)設(shè)條件下操作燃料電池時(shí)陰極氣體的供應(yīng)量和特征值之間的相關(guān)性已經(jīng)預(yù)先存儲(chǔ)了在控制器中。該控制器使得燃料電池執(zhí)行基準(zhǔn)操作、獲取由氣體供給量傳感器測(cè)量的值、檢測(cè)特征值、使用該相關(guān)性來對(duì)所檢測(cè)的特征值獲取陰極氣體的供應(yīng)量作為供應(yīng)量基準(zhǔn)值，并且對(duì)在供應(yīng)量基準(zhǔn)值和由氣體供給量傳感器所測(cè)量的值之間的差進(jìn)行計(jì)算并且作為由氣體供給量傳感器所測(cè)量的值的誤差。該控制器基于由氣體供給量傳感器測(cè)量的值，來調(diào)整由陰極氣體供應(yīng)部供給的陰極氣體的量，以使得在向燃料電池供應(yīng)陰極氣體時(shí)對(duì)誤差進(jìn)行補(bǔ)償。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，基于特征值測(cè)量陰極氣體的供應(yīng)量，該特征值與供應(yīng)的陰極氣體的實(shí)際量具有預(yù)先已知的相關(guān)性，并且參考陰極氣體的供應(yīng)量的測(cè)量值來計(jì)算在氣體供給量傳感器中的測(cè)量誤差。然后，在基于由氣體供給量傳感器測(cè)量的值控制陰極氣體的供應(yīng)量的控制處理中，供給的陰極氣體的量得到調(diào)整，使得對(duì)測(cè)量誤差進(jìn)行了補(bǔ)償。因此，能夠適當(dāng)?shù)乜刂票还?yīng)到燃料電池的陰極氣體的量。在根據(jù)本發(fā)明的第一方面的燃料電池系統(tǒng)中，陽(yáng)極氣體供應(yīng)部可以配備有用于將陽(yáng)極氣體供給到燃料電池的泵，并且特征值檢測(cè)部可以檢測(cè)由泵消耗的電力作為特征值，由泵消耗的電力隨著實(shí)際上被供應(yīng)到燃料電池的陰極氣體的量的增加而降低。根據(jù)這種配置，能夠基于由供給陽(yáng)極氣體的泵消耗的電力來測(cè)量陰極氣體的供應(yīng)量，并且能夠參考陰極氣體的供應(yīng)量的測(cè)量值，來計(jì)算在氣體供給量傳感器中的測(cè)量誤差。因此，能夠適當(dāng)?shù)乜刂票还?yīng)到燃料電池的陰極氣體的量。在根據(jù)本發(fā)明的第一方面的燃料電池系統(tǒng)中，特征值檢測(cè)部可以檢測(cè)在燃料電池的陽(yáng)極側(cè)的氣流通道中的壓力損失來作為特征值，壓力損失隨著實(shí)際上被供應(yīng)到燃料氣體的陰極氣體的量的增加而降低。根據(jù)這種配置，能夠基于在燃料電池的陽(yáng)極側(cè)的氣流通道中的壓力損失來測(cè)量陰極氣體的供應(yīng)量，并且參考陰極氣體的供應(yīng)量的測(cè)量值，能夠計(jì)算在氣體供給量測(cè)量中的測(cè)量誤差。在根據(jù)本發(fā)明的第一方面的燃料電池系統(tǒng)中，特征值檢測(cè)部可以檢測(cè)陽(yáng)極廢氣的濕度來作為特征值，陽(yáng)極廢氣的濕度隨著實(shí)際上被供應(yīng)到燃料電池的陰極氣體的量的增加而降低。根據(jù)這種配置，能夠基于陽(yáng)極廢氣的濕度來測(cè)量陰極氣體的供應(yīng)量，并且參考陰極氣體的供應(yīng)量的測(cè)量值，能夠計(jì)算在氣體供給量傳感器中的測(cè)量誤差。在根據(jù)本發(fā)明的第一方面的燃料電池系統(tǒng)中，可以在被供應(yīng)到燃料電池的陽(yáng)極氣體的量和被供應(yīng)到燃料電池的陰極氣體的量分別保持等于預(yù)設(shè)的恒定量、并且燃料電池的輸出保持等于預(yù)設(shè)的恒定輸出的情況下，來執(zhí)行基準(zhǔn)操作。根據(jù)這種配置，能夠容易地獲取·在執(zhí)行基準(zhǔn)操作期間的陰極氣體的供應(yīng)量和特征值之間的相關(guān)性。因此，能夠基于由特征值檢測(cè)部所檢測(cè)到的特征值，來更加準(zhǔn)確地獲取陰極氣體的供應(yīng)量。作為本發(fā)明的第二方面，一種控制具有氣體供給量傳感器的燃料電池系統(tǒng)的方法包括執(zhí)行基準(zhǔn)操作以在預(yù)設(shè)條件下操作燃料電池；測(cè)量被供給到燃料電池的陰極氣體的量；檢測(cè)作為與陽(yáng)極氣體相關(guān)聯(lián)并且與實(shí)際上被供應(yīng)到燃料電池的陰極氣體的量相關(guān)的值而預(yù)先選擇的特征值；參考預(yù)先準(zhǔn)備的、在執(zhí)行基準(zhǔn)操作期間陰極氣體的供應(yīng)量和特征值之間的相關(guān)性，對(duì)于特征值來獲取陰極氣體的供應(yīng)量，作為供應(yīng)量基準(zhǔn)值；以及，在對(duì)作為在測(cè)量的陰極氣體的量和獲取的供應(yīng)量基準(zhǔn)值之間的差而計(jì)算的誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)，基于由氣體供給量傳感器所測(cè)量的值向燃料電池供應(yīng)陰極氣體。作為本發(fā)明的第三方面，一種控制燃料電池系統(tǒng)的方法包括執(zhí)行基準(zhǔn)操作以在預(yù)設(shè)條件下操作燃料電池；測(cè)量被供給到燃料電池的陰極氣體的量；檢測(cè)作為與陽(yáng)極氣體相關(guān)聯(lián)并且與實(shí)際上被供應(yīng)到燃料電池的陰極氣體的量相關(guān)的值而預(yù)先選擇的特征值；并且使用預(yù)先準(zhǔn)備的、在執(zhí)行基準(zhǔn)操作期間陰極氣體的供應(yīng)量和特征值之間的相關(guān)性，對(duì)于特征值來獲取陰極氣體的供應(yīng)量。根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)方面，能夠通過檢測(cè)特征值來測(cè)量陰極氣體的供應(yīng)量。使用這個(gè)測(cè)量值，能夠更加容易地并且更加適當(dāng)?shù)乜刂脐帢O氣體的供應(yīng)量。應(yīng)該指出，本發(fā)明能夠被以各種形式，例如以燃料電池系統(tǒng)、被應(yīng)用于燃料電池系統(tǒng)的控制方法、用于實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)或者該方法的計(jì)算機(jī)程序、在其上記錄計(jì)算機(jī)程序的記錄介質(zhì)、安裝有該燃料電池系統(tǒng)的車輛等的形式來實(shí)現(xiàn)。


將參考附圖在本發(fā)明的示例性實(shí)施例的以下詳細(xì)說明中描述本發(fā)明的特征、優(yōu)點(diǎn)，以及技術(shù)和工業(yè)重要性，在附圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件，并且其中圖I是示出燃料電池系統(tǒng)的配置的概略視圖；圖2是示出燃料電池系統(tǒng)的電氣配置的概略視圖；圖3A和3B包括在燃料電池系統(tǒng)中控制被供應(yīng)到燃料電池的陰極氣體的的量的過程的說明性視圖；圖4是示出對(duì)于空氣流量計(jì)中的測(cè)量誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)臏y(cè)量誤差補(bǔ)償操作的過程的說明性視圖；圖5A和5B包括描繪在被供應(yīng)到燃料電池的空氣的量和由氫氣循環(huán)泵消耗的電力之間的相關(guān)性的說明性視圖；圖6是描繪獲取空氣供應(yīng)量基準(zhǔn)值和校正值計(jì)算的過程的說明性視圖；圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的配置的概略視圖；圖8A是在燃料電池系統(tǒng)中執(zhí)行的校正值確定過程的流程圖；圖8B是用作在圖8A的步驟S30中使用的示例基準(zhǔn)值確定映射的曲線圖；
圖9是示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的配置的概略視圖；圖IOA是在根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)中執(zhí)行的校正值確定過程的流程圖；圖IOB是在圖IOA的步驟S30中使用的基準(zhǔn)值獲取映射的示例的曲線圖；圖11是示出根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的配置的概略視圖；并且圖12A和12B包括描繪在本發(fā)明的第四實(shí)施例中控制供應(yīng)的陰極氣體的量的過程的說明性視圖。
具體實(shí)施例方式圖I是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的配置的概略視圖。燃料電池系統(tǒng)100配備有燃料電池10、控制器20、陰極氣體供應(yīng)部30、陰極氣體排放部40、陽(yáng)極氣體供應(yīng)部50、陽(yáng)極氣體循環(huán)排放部50和冷卻介質(zhì)供應(yīng)部70。燃料電池10是使用氫氣(陽(yáng)極氣體)和空氣(陰極氣體)作為反應(yīng)氣體來產(chǎn)生電力的質(zhì)子交換膜燃料電池。燃料電池10具有堆疊結(jié)構(gòu)，其中也被稱作單體電池的多個(gè)發(fā)電機(jī)(未示出)在彼此之上層疊。每一個(gè)單體電池具有膜電極組件，膜電極組件在潮濕時(shí)呈現(xiàn)良好質(zhì)子傳導(dǎo)性的電解質(zhì)膜的兩側(cè)上分別有整體布置的電極。應(yīng)該指出，燃料電池10不限于質(zhì)子交換膜燃料電池，而是可以適當(dāng)?shù)夭捎闷渌愋偷娜剂想姵刈鳛槿剂想姵?0。控制器20由配備有中央處理單元和主存儲(chǔ)單元的微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成?？刂破?0從外部負(fù)載200接收對(duì)于輸出電力的請(qǐng)求,并且根據(jù)該請(qǐng)求來對(duì)燃料電池系統(tǒng)100的相應(yīng)的構(gòu)成部分進(jìn)行控制，以使得燃料電池10產(chǎn)生電力。陰極氣體供應(yīng)部30包括陰極氣體管道31、空氣壓縮機(jī)32、空氣流量計(jì)33和打開/關(guān)閉閥34。陰極氣體管道31被連接到燃料電池10的陰極側(cè)。空氣壓縮機(jī)32經(jīng)由陰極氣體管道31而被連接到燃料電池10。響應(yīng)于來自控制器20的命令，空氣壓縮機(jī)32向燃料電池10供應(yīng)通過引入外側(cè)空氣而被壓縮的空氣來作為陰極氣體?？諝饬髁坑?jì)33測(cè)量在空氣壓縮機(jī)32上游由空氣壓縮機(jī)32引入的周圍空氣的量，并且向控制器20發(fā)送測(cè)量的量。由這個(gè)空氣流量計(jì)33測(cè)量的空氣流量代表由空氣壓縮機(jī)
32供給的陰極氣體的量。控制器20基于測(cè)量的空氣流量來執(zhí)行被供應(yīng)到燃料電池10的陰極氣體的量的反饋控制，但是將在以后描述這個(gè)反饋控制的細(xì)節(jié)。打開/關(guān)閉閥34被提供在空氣壓縮機(jī)32和燃料電池10之間，并且根據(jù)陰極氣體通過陰極氣體管道31的流動(dòng)而打開/關(guān)閉。更加具體地，打開/關(guān)閉閥34通常被關(guān)閉，并且當(dāng)具有預(yù)定壓力的空氣被從空氣壓縮機(jī)32供應(yīng)到陰極氣體管道31時(shí)打開。陰極氣體排放部40包括陰極廢氣管道41、壓力調(diào)節(jié)閥43和壓力傳感器44。陰極廢氣管道41被連接到燃料電池10的陰極側(cè)，并且向燃料電池系統(tǒng)100的外側(cè)排放陰極廢氣。陰極廢氣管道41被提供有壓力調(diào)節(jié)閥43，并且控制器20控制壓力調(diào)節(jié)閥43的開度。壓力傳感器44被提供在壓力調(diào)節(jié)閥43上游的陰極廢氣管道41中。壓力傳感器44檢測(cè)在燃料電池10的陰極的出口側(cè)的壓力(背壓力)，并且向控制器20發(fā)送檢測(cè)的壓力?？刂破?0基于檢測(cè)的壓力來調(diào)整壓力調(diào)節(jié)閥43的開度，以控制燃料電池10的陰極中的壓力。陽(yáng)極氣體供應(yīng)部50包括陽(yáng)極氣體管道51、氫氣罐52、打開/關(guān)閉閥53、調(diào)節(jié)器54和噴射器55。氫氣罐52經(jīng)由陽(yáng)極氣體管道51而被連接到燃料電池10的陽(yáng)極側(cè)，并且從氫氣罐52向燃料電池10供應(yīng)氫氣。或者，燃料電池系統(tǒng)100可以配備有從碳?xì)浠衔锶剂?產(chǎn)生氫氣的重整器作為氫氣供應(yīng)源。陽(yáng)極氣體管道51包括打開/關(guān)閉閥53、調(diào)節(jié)器54和噴射器55，它們從氫氣罐52側(cè)按照所述次序布置。打開/關(guān)閉閥53根據(jù)來自控制器20的指令而打開/關(guān)閉，并且控制氫氣從氫氣罐52到噴射器55的上游側(cè)的流入。調(diào)節(jié)器54是調(diào)整在噴射器55上游的氫氣壓力的壓力降低閥，并且調(diào)節(jié)器54的開度由控制器20控制。噴射器55是電磁操作的打開/關(guān)閉閥，其中閥體根據(jù)由控制器20設(shè)定的驅(qū)動(dòng)循環(huán)或者閥打開時(shí)間而電磁地驅(qū)動(dòng)?？刂破?0控制噴射器55的驅(qū)動(dòng)循環(huán)和噴射器55的閥打開時(shí)間，以控制被供應(yīng)到燃料電池10的氫氣的量。陽(yáng)極氣體循環(huán)排放部60包括陽(yáng)極廢氣管道61、氣體-液體分離器62、陽(yáng)極氣體循環(huán)管道63、氫氣循環(huán)泵64、陽(yáng)極排出管道65和排出閥66。陽(yáng)極廢氣管道61將燃料電池10的陽(yáng)極的出口連接到氣體-液體分離器62，并且將包含未反應(yīng)氣體(氫氣、氮?dú)獾?的陽(yáng)極廢氣引入到氣體-液體分離器62。氣體-液體分離器62被連接到陽(yáng)極氣體循環(huán)管道63和陽(yáng)極排出管道65。氣體-液體分離器62從濕氣中分離在陽(yáng)極廢氣中包含的氣體成分,將氣體成分引入到陽(yáng)極氣體循環(huán)管道63，并且將濕氣引入到陽(yáng)極排出管道65。陽(yáng)極氣體循環(huán)管道63在噴射器55下游的位置處被連接到陽(yáng)極氣體管道51。氫氣循環(huán)泵64被提供在陽(yáng)極氣體循環(huán)管道63中，并且使得在被氣體_液體分離器62分離的氣體成分中包含的氫氣循環(huán)到陽(yáng)極氣體管道51?？刂破?0然后以恒定的預(yù)設(shè)電壓電平驅(qū)動(dòng)氫氣循環(huán)泵64的驅(qū)動(dòng)電機(jī)(未示出)。陽(yáng)極排出管道65向燃料電池系統(tǒng)100外側(cè)排出被氣體-液體分離器62分離的濕氣。陽(yáng)極排出管道65包括根據(jù)來自控制器20的命令打開/關(guān)閉的排出閥66?？刂破?0通常在燃料電池系統(tǒng)100的操作期間保持排出閥66關(guān)閉，并且以預(yù)定間隔打開排出閥66。此外，控制器20基于由燃料電池10產(chǎn)生的電力量的變化來檢測(cè)以循環(huán)方式供應(yīng)到燃料電池10的氫氣的濃度。如果確定濃度低于閾值濃度，則控制器20打開排出閥66以排放陽(yáng)極氣體中的非活性氣體。冷卻介質(zhì)供應(yīng)部70配備有冷卻介質(zhì)管道71、散熱器72、冷卻介質(zhì)循環(huán)泵73以及兩個(gè)冷卻介質(zhì)溫度傳感器74和75。冷卻介質(zhì)管道71耦合用于冷卻介質(zhì)的入口歧管和用于冷卻介質(zhì)的出口歧管，通過入口歧管和出口歧管來循環(huán)冷卻介質(zhì)。循環(huán)冷卻介質(zhì)來冷卻燃料電池10。冷卻介質(zhì)管道71被提供有散熱器72，散熱器72在通過冷卻介質(zhì)管道71流動(dòng)的冷卻介質(zhì)和外側(cè)空氣之間交換熱量，以使冷卻介質(zhì)冷卻。冷卻介質(zhì)管道71在散熱器72下游的位置處(在燃料電池10的冷卻介質(zhì)入口側(cè))被提供有冷卻介質(zhì)循環(huán)泵73。冷卻介質(zhì)循環(huán)泵73向燃料電池10供給由散熱器72冷卻的冷卻介質(zhì)。冷卻介質(zhì)管道71在靠近燃料電池10的冷卻介質(zhì)出口和靠近燃料電池10的冷卻介質(zhì)入口處分別被提供有兩個(gè)冷卻介質(zhì)溫度傳感器74和75。冷卻介質(zhì)溫度傳感器74和75向控制器20發(fā)送檢測(cè)的溫度?？刂破?0基于在由這兩個(gè)冷卻介質(zhì)溫度傳感器74和75測(cè)量的值之間的差，來確定燃料電池10的操作溫度，并且根據(jù)檢測(cè)的溫度來控制由冷卻介質(zhì)循環(huán)泵73供給的冷卻介質(zhì)的量，由此調(diào)整燃料電池10的操作溫度。圖2是燃料電池系統(tǒng)100的電氣配置的概略視圖。應(yīng)該指出，由燃料電池10和二次電池81輸出的電力不僅被供應(yīng)到外部負(fù)載200和氫氣循環(huán)泵64，而且還被供應(yīng)到在燃料 電池系統(tǒng)100中的燃料電池系統(tǒng)100的其它輔助設(shè)備。然而，用于向輔助設(shè)備供應(yīng)電力的管道未被示出或者描述。燃料電池系統(tǒng)100配備有二次電池81、DC/DC轉(zhuǎn)換器82、第一 DC/AC逆變器83和第二 DC/AC逆變器84。第一 DC/AC逆變器83被連接到外部負(fù)載200，并且第二 DC/AC逆變器84被連接到氫氣循環(huán)泵64的驅(qū)動(dòng)電機(jī)(未示出)。第一 DC/AC逆變器83和第二 DC/AC逆變器84經(jīng)由直流供電線路DCL而被相互并聯(lián)地連接到燃料電池10。第一 DC/AC逆變器83和第二 DC/AC逆變器84將由燃料電池10和二次電池81輸出的直流電力轉(zhuǎn)換成交流電力，并且分別地向外部負(fù)載200和氫氣循環(huán)泵64供應(yīng)交流電力。應(yīng)該指出，第二 DC/AC逆變器84包括電壓傳感器841和電流傳感器842。控制器20基于電壓傳感器841和電流傳感器842的讀數(shù)來測(cè)量由氫氣循環(huán)泵64消耗的電力。二次電池81經(jīng)由DC/DC轉(zhuǎn)換器82而被連接到直流供電線路DCL。二次電池81起到用于燃料電池10的輔助電源的作用，并且能夠由例如可再充電鋰離子電池構(gòu)成。DC/DC轉(zhuǎn)換器82具有作為控制二次電池81的充電/放電的充電/放電控制器的功能，并且根據(jù)來自控制器20的指令可變地調(diào)整直流供電線路DCL的電壓電平。當(dāng)燃料電池10的輸出對(duì)于來自外部負(fù)載200的輸出請(qǐng)求而言不足時(shí)，控制器20指令DC/DC轉(zhuǎn)換器82從二次電池81放電，由此補(bǔ)償在輸出中的不足。應(yīng)該指出，當(dāng)外部負(fù)載200產(chǎn)生再生電力時(shí)，再生電力被第一 DC/AC逆變器83轉(zhuǎn)換成直流電力并且經(jīng)由DC/DC轉(zhuǎn)換器82而被用于對(duì)二次電池81充電。圖3A和3B示出在燃料電池系統(tǒng)100中控制被供應(yīng)到燃料電池10的陰極氣體的量的過程。在燃料電池系統(tǒng)100中，控制器20使用存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部中的兩個(gè)映射21和22來控制空氣壓縮機(jī)32的旋轉(zhuǎn)速度。在控制被供應(yīng)到燃料電池10的陰極氣體的量(在下文中還被稱作“空氣供應(yīng)量”)時(shí)使用映射21和22。在圖3A中，通過曲線圖表達(dá)用于確定空氣供應(yīng)量，即，被供應(yīng)到燃料電池10的空氣的量(目標(biāo)空氣供應(yīng)量)的空氣供應(yīng)量確定映射21的一個(gè)示例，在曲線圖中縱坐標(biāo)代表燃料電池10的輸出電壓并且橫坐標(biāo)代表空氣供應(yīng)量。在空氣供應(yīng)量確定映射21中，隨著燃料電池10的輸出電壓的增加，空氣供應(yīng)量線性地增加?？刂破?0基于由外部負(fù)載200請(qǐng)求的電力的量來設(shè)定將由燃料電池10輸出的目標(biāo)輸出電力WFC。使用空氣供應(yīng)量確定映射21,控制器20然后對(duì)于目標(biāo)輸出電力Wrc確定目標(biāo)空氣供應(yīng)量Qat (在曲線圖中由虛線箭頭指示)。在圖3B中，通過曲線圖表達(dá)用于確定空氣壓縮機(jī)32的旋轉(zhuǎn)速度的旋轉(zhuǎn)速度確定映射22的一個(gè)不例,在曲線圖中縱坐標(biāo)代表空氣壓縮機(jī)32的旋轉(zhuǎn)速度并且橫坐標(biāo)代表空氣供應(yīng)量。在這個(gè)旋轉(zhuǎn)速度確定映射22中，空氣壓縮機(jī)32的旋轉(zhuǎn)速度隨著空氣供應(yīng)量的增加而線性地增加?？刂破?0確定校正后目標(biāo)空氣供應(yīng)量CQat，校正后目標(biāo)空氣供應(yīng)量CQat是通過將目標(biāo)空氣供應(yīng)量Qat乘以校正值K并且向其加上反饋校正值A(chǔ)Qf而獲得的(SP，CQat=K · Qat+Λ Qf)。這里應(yīng)該指出，“校正值K”補(bǔ)償空氣流量計(jì)33的測(cè)量誤差，并且是通過在以后描述的校正值確定過程確定的。此外，反饋校正值A(chǔ)Qf是用于基于由空氣流量計(jì)33測(cè)量的空氣的量執(zhí)行空氣供應(yīng)量的反饋控制的空氣供應(yīng)量?？刂破?0計(jì)算反饋校正值Λ Qf,這是在目標(biāo)空氣供應(yīng)量Qat和由空氣流量計(jì)33測(cè)量的空氣供應(yīng)數(shù)量Qam之間的差 (A Qp-Qat-Qam ^ °使用旋轉(zhuǎn)速度確定映射22，控制器20對(duì)于校正后目標(biāo)空氣供應(yīng)量CQat確定空氣壓縮機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度Rm (在下文中被稱作“命令旋轉(zhuǎn)速度RaJ)。控制器20然后以命令旋轉(zhuǎn)速度Rac驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)32以向燃料電池10供應(yīng)適當(dāng)量的陰極氣體。因此，在根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)100中，基于從空氣流量計(jì)33的讀數(shù)對(duì)空氣供應(yīng)量進(jìn)行反饋控制，以使得能夠適當(dāng)?shù)乜刂瓶諝夤?yīng)量。在空氣流量計(jì)33中的測(cè)量誤差可能由于空氣流量計(jì)33的初始缺陷、空氣流量計(jì)
33的劣化等而發(fā)生。當(dāng)在空氣流量計(jì)33中產(chǎn)生正側(cè)測(cè)量誤差時(shí)，空氣供應(yīng)量降低至低于目標(biāo)值，從而可能在燃料電池10中無法產(chǎn)生目標(biāo)輸出。此外，當(dāng)空氣供應(yīng)量因此被控制為小值時(shí)，從燃料電池10排出的濕氣不足，從而可以發(fā)生在燃料電池10的發(fā)電性能上的劣化。相比之下，當(dāng)在空氣流量計(jì)33中產(chǎn)生負(fù)側(cè)測(cè)量誤差時(shí)，空氣供應(yīng)量超過目標(biāo)值。如果被供應(yīng)到燃料電池10的空氣的量等于或者超過目標(biāo)值，則從燃料電池10排出的量增力口，電解質(zhì)膜變得干燥，并且燃料電池10的輸出可能降低。因此，在燃料電池系統(tǒng)100中，基于由氫氣循環(huán)泵64消耗的電力來計(jì)算在空氣流量計(jì)33中的測(cè)量誤差，并且用于補(bǔ)償測(cè)量誤差的校正值K得以確定。圖4是示出用于確定空氣流量計(jì)33中的測(cè)量誤差的校正值的校正值確定過程的步驟的流程圖。當(dāng)燃料電池系統(tǒng)100的操作終止時(shí)，控制器20定期執(zhí)行測(cè)量誤差補(bǔ)償過程。即，在燃料電池系統(tǒng)100重啟之后的操作中，校正在空氣流量計(jì)33中的測(cè)量誤差。在步驟SlO中，控制器20開始用于在預(yù)設(shè)條件下操作燃料電池10的基準(zhǔn)操作。更加具體地，控制器20執(zhí)行控制以開始反應(yīng)氣體的供應(yīng)，從而預(yù)設(shè)的恒定量的反應(yīng)氣體被供應(yīng)到燃料電池10。即，關(guān)于供應(yīng)陰極氣體的控制，在預(yù)設(shè)的空氣供應(yīng)量被設(shè)定為目標(biāo)空氣供應(yīng)量的情況下，驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)32，并且壓力調(diào)節(jié)閥43打開至預(yù)定開度。相比之下，關(guān)于供應(yīng)陽(yáng)極氣體的控制，以預(yù)設(shè)驅(qū)動(dòng)循環(huán)驅(qū)動(dòng)噴射器55，并且在預(yù)定電壓下驅(qū)動(dòng)氫氣循環(huán)泵64。此外，控制器20指令DC/DC轉(zhuǎn)換器82控制燃料電池10輸出恒定電力?？刂破?0還控制冷卻介質(zhì)循環(huán)泵73的旋轉(zhuǎn)速度以穩(wěn)定燃料電池10的操作狀態(tài)，由此將燃料電池溫度維持在規(guī)定的操作溫度(例如，80°C)。應(yīng)該指出，在基準(zhǔn)操作中產(chǎn)生的燃料電池10的輸出電力可以被存儲(chǔ)在二次電池81中。
在步驟S20中，控制器20測(cè)量當(dāng)燃料電池10執(zhí)行基準(zhǔn)操作時(shí)由氫氣循環(huán)泵64消耗的電力。更加具體地，控制器20可以計(jì)算在其間執(zhí)行基準(zhǔn)操作的特定時(shí)段中由氫氣循環(huán)泵64消耗的電力的時(shí)間平均值。應(yīng)該指出，本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在由氫氣循環(huán)泵64消耗的電力和空氣供應(yīng)量之間存在下文描述的相關(guān)性。圖5A和5B是用于示出在被供應(yīng)到燃料電池的空氣的量和由氫氣循環(huán)泵64消耗的電力之間的相關(guān)性的說明性視圖。圖5A是在空氣供應(yīng)量和燃料電池10的陽(yáng)極側(cè)上的氣流通道中的壓力損失之間的相關(guān)性的概略視圖。在圖5A中，概略地示出了燃料電池10和氫氣循環(huán)泵64，并且箭頭指示反應(yīng)氣體的流動(dòng)和濕氣 的運(yùn)動(dòng)。燃料電池10具有電解質(zhì)膜1，和被布置于電解質(zhì)膜I的相對(duì)側(cè)上的陽(yáng)極2和陰極
3。陽(yáng)極2和陰極3由氣體可滲透的多孔導(dǎo)電構(gòu)件構(gòu)成。多孔導(dǎo)電構(gòu)件還起到氣流通道的作用，反應(yīng)氣體通過該氣流通道擴(kuò)散以散布到整個(gè)電極。這里假設(shè)被供應(yīng)到陰極3的空氣的量在燃料電池10的操作期間逐漸地增加。在此情形中，隨著空氣供應(yīng)量增加，陰極廢氣的量增加，并且從陰極3排出的濕氣量也增加。然后推進(jìn)了濕氣經(jīng)由電解質(zhì)膜I從陽(yáng)極2到陰極3的運(yùn)動(dòng)。即，隨著空氣供應(yīng)量增加，在陽(yáng)極2的細(xì)微孔中包含的濕氣的量降低，并且在陽(yáng)極2中的壓力損失降低。當(dāng)在陽(yáng)極2中的壓力損失降低時(shí)，用于氫氣循環(huán)泵64的負(fù)載扭矩也降低。因此，由氫氣循環(huán)泵64消耗的電力也降低。圖5B是示出當(dāng)燃料電池10執(zhí)行基準(zhǔn)操作時(shí)在空氣供應(yīng)量和由氫氣循環(huán)泵64消耗的電力之間的相關(guān)性的曲線圖。如在燃料電池10執(zhí)行基準(zhǔn)操作的情形中，假設(shè)在恒定電壓下驅(qū)動(dòng)氫氣循環(huán)泵64從而燃料電池10輸出恒定電力。在此情形中，隨著被供應(yīng)到燃料電池10的空氣量的增加，在陽(yáng)極2中的壓力損失線性地降低，并且由氫氣循環(huán)泵64消耗的電力也線性地降低。通過預(yù)先確定在空氣供應(yīng)量和由氫氣循環(huán)泵64消耗的電力之間的相關(guān)性，可以基于測(cè)量的由氫氣循環(huán)泵64消耗的電力的量，來測(cè)量被供應(yīng)到燃料電池10的空氣的量。因此，在隨后的過程中，燃料電池系統(tǒng)100對(duì)于測(cè)量的由氫氣循環(huán)泵64消耗的電力的量確定空氣供應(yīng)量，并且根據(jù)空氣供應(yīng)量計(jì)算在空氣流量計(jì)33中的測(cè)量誤差。應(yīng)該指出，由空氣流量計(jì)33測(cè)量的空氣供應(yīng)量在下文中將被稱作“測(cè)量的空氣供應(yīng)量”。此外，基于由氫氣循環(huán)泵64消耗的電力獲取的空氣供應(yīng)量將被稱作“基準(zhǔn)空氣供應(yīng)
_S*，，
里ο圖6示出在步驟S30中確定基準(zhǔn)空氣供應(yīng)量的過程和在步驟S40中計(jì)算校正值K的過程。在圖6中，用于確定基準(zhǔn)空氣供應(yīng)量的基準(zhǔn)值確定映射23的一個(gè)示例被示為曲線圖，其中縱坐標(biāo)代表測(cè)量的由氫氣循環(huán)泵64消耗的電力的量并且橫坐標(biāo)代表空氣供應(yīng)量。在基準(zhǔn)值確定映射23中設(shè)定了在由氫氣循環(huán)泵64消耗的電力和空氣供應(yīng)量之間的相關(guān)性，如參考圖5B描述。使用基準(zhǔn)值確定映射23，控制器20對(duì)于在步驟S20中獲取的、由氫氣循環(huán)泵64消耗的電力的給定測(cè)量值Php確定空氣供應(yīng)量的基準(zhǔn)值Qae (在曲線圖中由虛線箭頭指示)。在步驟S40中，計(jì)算在于步驟S30中確定的空氣供應(yīng)量的基準(zhǔn)值Qae和空氣流量計(jì)33的測(cè)量值之間的差A(yù)Q，作為在空氣流量計(jì)33中的測(cè)量誤差(表達(dá)式(I))。Δ Q=Qam-Qae (I)
根據(jù)以下表達(dá)式(2)計(jì)算用于補(bǔ)償測(cè)量誤差的校正值K。K= (Qam+AQ) /Qam (2)控制器20以非易失方式將校正值K存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部(未示出)中。然后在燃料電池系統(tǒng)100重啟之后控制器20讀出校正值K，并且使用校正值K來控制空氣壓縮機(jī)32的驅(qū)動(dòng)(圖 3B)。 如上所述，在燃料電池系統(tǒng)100中，在校正值確定過程中，檢測(cè)由氫氣循環(huán)泵64消耗的電力，作為與陽(yáng)極氣體相關(guān)聯(lián)并且與供應(yīng)的空氣的實(shí)際量相關(guān)的值。然后參考對(duì)于檢測(cè)的由氫氣循環(huán)泵64消耗的電力量獲取的空氣供應(yīng)量，計(jì)算在空氣流量計(jì)33中的測(cè)量誤差，并且確定用于補(bǔ)償測(cè)量誤差的校正值。通過使用這個(gè)校正值基于空氣流量計(jì)33的測(cè)量值來執(zhí)行反饋控制，補(bǔ)償了在空氣流量計(jì)33中的測(cè)量誤差。因此，能夠適當(dāng)?shù)乜刂乒?yīng)陰極氣體。圖7是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)100A的配置的概略視圖。除了·提供第一氫氣壓力傳感器58和第二氫氣傳感器68之外，圖7與圖I基本相同。陽(yáng)極氣體管道51在與陽(yáng)極氣體循環(huán)管道63的結(jié)合部分的下游位置處被提供有第一氫氣壓力傳感器58。第一氫氣壓力傳感器58測(cè)量在燃料電池10的陽(yáng)極入口附近供應(yīng)的氫氣壓力。陽(yáng)極廢氣管道61被提供有第二氫氣壓力傳感器68,第二氫氣壓力傳感器68測(cè)量在燃料電池10的陽(yáng)極出口附近的廢氣壓力。應(yīng)該指出，燃料電池系統(tǒng)100A在電氣配置方面與第一實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)100(圖2)相同。此外，在燃料電池系統(tǒng)100A中供應(yīng)陰極氣體的控制采用與在燃料電池系統(tǒng)100(圖3)中相同的、基于由空氣流量計(jì)33測(cè)量的值的反饋控制。圖8A是在燃料電池系統(tǒng)100A中執(zhí)行的校正值確定過程的流程圖。除了提供步驟S20A的過程替代步驟S20的過程之外，圖8A與圖4基本相同。在步驟S20A中，控制器20獲取由第一氫氣壓力傳感器58測(cè)量的壓力和由第二氫氣壓力傳感器68測(cè)量的壓力?？刂破?0基于在這些測(cè)量的壓力之間的差來確定在燃料電池10的陽(yáng)極中的壓力損失。圖8B是用作在步驟S30中使用的基準(zhǔn)值確定映射23A示例的曲線圖。在圖8B中，作為曲線圖示出了基準(zhǔn)值確定映射23A，在曲線圖中縱坐標(biāo)代表在燃料電池10的陽(yáng)極中的壓力損失，并且橫坐標(biāo)代表空氣供應(yīng)量。這里應(yīng)該指出，如參考圖5A描述的，當(dāng)執(zhí)行燃料電池10的基準(zhǔn)操作時(shí)，在燃料電池10的陽(yáng)極中的壓力損失隨著空氣供應(yīng)量的增加而線性地降低。在根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的基準(zhǔn)值確定映射23A中，設(shè)定了在執(zhí)行基準(zhǔn)操作期間在空氣供應(yīng)量和在燃料電池10的陽(yáng)極中的壓力損失之間的比例關(guān)系。使用基準(zhǔn)值確定映射23A，控制器20對(duì)于在步驟20中獲取的、在燃料電池10的陽(yáng)極中的壓力損失Λ F獲取空氣供應(yīng)量，作為空氣供應(yīng)量的基準(zhǔn)值Qae (步驟S30)。然后在步驟S40中，控制器20使用表達(dá)式(I)和(2 )計(jì)算校正值K，如在本發(fā)明的第一實(shí)施例中所描述的。如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)100Α中，測(cè)量在燃料電池10的陽(yáng)極側(cè)上的氣流通道中的壓力損失，作為與陽(yáng)極氣體相關(guān)聯(lián)并且與供應(yīng)的空氣的實(shí)際量相關(guān)的值。然后使用測(cè)量的值來執(zhí)行校正值確定過程。因此，在供應(yīng)陰極氣體的控制中，能夠適當(dāng)?shù)匮a(bǔ)償在空氣流量計(jì)33中的測(cè)量誤差。圖9是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)100Β的配置的概略視圖。除了提供濕度傳感器69替代第一氫氣壓力傳感器58和第二氫氣壓力傳感器68之外，圖9與圖7基本相同。陽(yáng)極廢氣管道61被提供有濕度傳感器69，濕度傳感器69測(cè)量陽(yáng)極廢氣的濕度并且向控制器20發(fā)送測(cè)量的濕度。應(yīng)該指出，根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)100B在電氣配置方面與根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)100A(圖2)相同。此外，關(guān)于在燃料電池系統(tǒng)100B中供應(yīng)陰極氣體的控制，執(zhí)行與在燃料電池系統(tǒng)100A (圖3)中相同的、基于由空氣流量計(jì)33測(cè)量的值的反饋控制。圖IOA是在根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)100B中執(zhí)行的校正值確定過程的流程圖。除了提供步驟S20B的過程替代步驟S20A的過程之外，圖IOA與圖8A基本相同。在步驟S20B中，控制器20獲取由濕度傳感器69測(cè)量的濕度。圖IOB是在步驟S30中使用的基準(zhǔn)值獲取映射23B的示例的曲線圖。在圖IOB中，作為曲線圖示出了基準(zhǔn)值確定映射23B，在曲線圖中縱坐標(biāo)代表陽(yáng)極廢氣的濕度并且橫坐 標(biāo)代表空氣供應(yīng)量。應(yīng)該指出，如參考圖5A描述的，隨著被供應(yīng)到燃料電池10的空氣量的增加，在燃料電池10的陽(yáng)極2中的濕氣經(jīng)由電解質(zhì)膜I朝向陰極3側(cè)移動(dòng)。特別地，當(dāng)執(zhí)行燃料電池10的基準(zhǔn)操作時(shí)，隨著空氣供應(yīng)量的增加，朝向陰極3側(cè)移動(dòng)的濕氣的量線性地增加。因此，陽(yáng)極廢氣的濕度線性地降低。在根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的基準(zhǔn)值確定映射23B中，在執(zhí)行基準(zhǔn)操作期間，空氣供應(yīng)量與陽(yáng)極廢氣的濕度成比例。使用基準(zhǔn)值確定映射23B，控制器20對(duì)于在步驟20中獲取的、燃料電池10的陽(yáng)極廢氣的濕度He確定空氣供應(yīng)量，作為空氣供應(yīng)量的基準(zhǔn)值Qae(步驟S30 )。然后在步驟S40中，控制器20使用在本發(fā)明的第一實(shí)施例中描述的表達(dá)式(I)和(2)計(jì)算校正值K。如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)100B中，檢測(cè)陽(yáng)極廢氣的濕度，作為與陽(yáng)極氣體相關(guān)聯(lián)并且與供應(yīng)的空氣的實(shí)際量相關(guān)的值。然后使用從檢測(cè)的濕度確定的基準(zhǔn)空氣供應(yīng)量和空氣供應(yīng)量的測(cè)量值，來計(jì)算在空氣流量計(jì)33中的測(cè)量誤差，并且對(duì)陰極氣體供應(yīng)量進(jìn)行控制以補(bǔ)償該測(cè)量誤差。因此，更加適當(dāng)?shù)乜刂脐帢O氣體供應(yīng)量。圖11是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)100C的配置的概略視圖。除了省略了空氣流量計(jì)33之外，圖11與圖I基本相同。應(yīng)該指出，燃料電池系統(tǒng)100C的電氣配置與在本發(fā)明的第一實(shí)施例中描述的配置(圖2)基本相同。在這個(gè)燃料電池系統(tǒng)100C中，控制燃料電池10在正常操作中、在與在本發(fā)明的第一實(shí)施例中描述的基準(zhǔn)操作相同的條件下產(chǎn)生電力，以向外部負(fù)載200輸出請(qǐng)求的電力。即，控制器20向燃料電池10供應(yīng)恒定的反應(yīng)氣體目標(biāo)供應(yīng)量，并且控制燃料電池10輸出恒定電平的電力。應(yīng)該指出，二次電池81為外部負(fù)載200補(bǔ)償來自燃料電池10的電力中的任何短缺。圖12A和12B示出在燃料電池系統(tǒng)100C中控制陰極氣體供應(yīng)量的過程。圖12A
是用于基于由氫氣循環(huán)泵64消耗的電力來確定實(shí)際測(cè)量的空氣供應(yīng)量的空氣供應(yīng)量測(cè)量映射24?？諝夤?yīng)量測(cè)量映射24是類似于在本發(fā)明的第一實(shí)施例中描述的空氣供應(yīng)量基準(zhǔn)值確定映射23 (圖6)的映射。控制器20測(cè)量由氫氣循環(huán)泵64消耗的電力，并且使用空氣供應(yīng)量測(cè)量映射24獲取空氣供應(yīng)量的實(shí)際測(cè)量值QAM、對(duì)于測(cè)量值Php的空氣供應(yīng)量?？刂破?0基于空氣供應(yīng)量的測(cè)量值Qam校正空氣壓縮機(jī)32的旋轉(zhuǎn)速度，由此執(zhí)行空氣供應(yīng)量的反饋控制。在圖12B中，通過曲線圖表達(dá)旋轉(zhuǎn)速度校正值確定映射25的示例，控制器20使用旋轉(zhuǎn)速度校正值確定映射25來確定對(duì)于空氣壓縮機(jī)32的旋轉(zhuǎn)速度的校正值，在曲線圖中縱坐標(biāo)代表校正值并且橫坐標(biāo)代表空氣供應(yīng)量。在圖12B的曲線圖中，橫坐標(biāo)對(duì)應(yīng)于圖12A的曲線圖的橫坐標(biāo)?；诳梢灶A(yù)先試驗(yàn)獲得的、在校正值和空氣供應(yīng)量之間的相關(guān)性，設(shè)定這個(gè)旋轉(zhuǎn)速度校正值確定映射25。在本發(fā)明的第四實(shí)施例中，在旋轉(zhuǎn)速度校正值確定映射25中，空氣壓縮機(jī)32的旋轉(zhuǎn)速度的校正值隨著空氣供應(yīng)量的增加而線性地降低。應(yīng)該指出，初始設(shè)定值Qas被設(shè)定為空氣供應(yīng)量的目標(biāo)值，以使得燃料電池10輸出特定電力。在旋轉(zhuǎn)速度校 正值確定映射25中，如果測(cè)量的空氣供應(yīng)量超過初始設(shè)定值Qas，則獲得負(fù)側(cè)校正值，并且如果空氣供應(yīng)量的測(cè)量值低于初始設(shè)定值Qas則獲得正側(cè)校正值。使用旋轉(zhuǎn)速度校正值確定映射25，控制器20對(duì)于空氣供應(yīng)量的給定測(cè)量值Qam確定對(duì)于空氣壓縮機(jī)32的旋轉(zhuǎn)速度的校正值A(chǔ)R。控制器20基于校正值A(chǔ)R調(diào)整空氣壓縮機(jī)32的旋轉(zhuǎn)速度。如上所述，在根據(jù)第四實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)100C中，通過基于測(cè)量的由氫氣循環(huán)泵64消耗的電力量和空氣供應(yīng)量測(cè)量映射24測(cè)量空氣供應(yīng)量，來執(zhí)行空氣供應(yīng)量的反饋控制。即，即便省去了空氣流量計(jì)33，也可以基于由氫氣循環(huán)泵64消耗的電力適當(dāng)?shù)乜刂脐帢O氣體供應(yīng)量。應(yīng)該指出，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例，而是能夠在不偏離其范圍的情況下被以各種模式實(shí)現(xiàn)。例如，可以如下所述修改本發(fā)明。在本發(fā)明的以上實(shí)施例中的每一個(gè)中，使用由氫氣循環(huán)泵64消耗的電力、在燃料電池10的陽(yáng)極側(cè)的氣流通道中的壓力損失、或者陽(yáng)極廢氣的濕度，來確定空氣供應(yīng)量的基準(zhǔn)值，其中由氫氣循環(huán)泵64消耗的電力、在燃料電池10的陽(yáng)極側(cè)的氣流通道中的壓力損失、或者陽(yáng)極廢氣的濕度被用作與陽(yáng)極氣體相關(guān)聯(lián)并且與供應(yīng)的空氣的實(shí)際量相關(guān)的值。然而，在第一修改示例中，可以檢測(cè)另一個(gè)值作為與陽(yáng)極氣體相關(guān)聯(lián)并且與供應(yīng)的空氣的實(shí)際量相關(guān)的值。在本發(fā)明的以上實(shí)施例中的每一個(gè)中，控制器20使用作為被預(yù)先存儲(chǔ)的對(duì)應(yīng)關(guān)系(相關(guān)性)的映射21到25之一，來獲取目標(biāo)空氣供應(yīng)量、空氣供應(yīng)量的基準(zhǔn)值，或者對(duì)于控制陰極氣體供應(yīng)量的空氣壓縮機(jī)32的旋轉(zhuǎn)速度的校正值。然而，在第二修改示例中，替代映射21到25，可以在控制器20中存儲(chǔ)代表與在映射21到25中所示那些類似的相關(guān)性的公式、函數(shù)等。在本發(fā)明的第一到第三實(shí)施例的每一個(gè)中，當(dāng)燃料電池系統(tǒng)100、100A或者100B的操作終止時(shí)，執(zhí)行校正值確定過程。然而，在第三修改示例中，可以在另一個(gè)時(shí)刻執(zhí)行校正值確定過程。例如，可以在從使用者接收到指令時(shí)或者當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)執(zhí)行校正值確定過程。應(yīng)該指出，當(dāng)燃料電池系統(tǒng)100、100A或者100B的操作終止時(shí)執(zhí)行校正值確定過程是更加優(yōu)選的，因?yàn)橹T如燃料電池10的溫度這樣的條件很可能是相對(duì)穩(wěn)定的。在本發(fā)明的第一到第三實(shí)施例的每一個(gè)中，在校正值確定過程中，作為燃料電池10的基準(zhǔn)操作，執(zhí)行控制來將反應(yīng)氣體的供應(yīng)量、燃料電池10的輸出，或者燃料電池10的溫度維持在恒定水平。然而，在第四修改示例中，燃料電池10的基準(zhǔn)操作可以是在另一個(gè)預(yù)設(shè)條件下的操作。例如，反應(yīng)氣體的供應(yīng)量可以如預(yù)先設(shè)定地那樣隨著時(shí)間改變。應(yīng)該指出，期望根據(jù)在此情形中的基準(zhǔn)操作的條件準(zhǔn)備基準(zhǔn)值確定映射。以上實(shí)施例在陰極氣體供應(yīng)部30中均不包括用于加濕陰極氣體的加濕器。然而，根據(jù)第五修改示例，這種加濕器可以被提供在陰極氣體供應(yīng)部30中，以在燃料電池10的操作期間在電解質(zhì)膜中維持足夠的濕氣。然而，當(dāng)提供加濕部時(shí)，在空氣流量計(jì)33中的測(cè)量誤差可以被加濕部舍除。因此，在本發(fā)明的以上實(shí)施例的每一個(gè)中描述的供應(yīng)陰極氣體的控制更好地適合于其中未在陰極氣體供應(yīng)部30中提供加濕器的燃料電池系統(tǒng)。在所描述的本發(fā)明的實(shí)施例的每一個(gè)中，控制器20為空氣壓縮機(jī)32的旋轉(zhuǎn)速度確定校正值K或者校正值A(chǔ)R以適當(dāng)?shù)匮a(bǔ)償在空氣流量計(jì)33中的測(cè)量誤差。然而，作為第六修改示例，控制器20可以在陰極氣體供應(yīng)量的控制中通過另一種方法補(bǔ)償在空氣流量計(jì)33中的測(cè)量誤差。例如，控制器20可以校正用于空氣壓縮機(jī)32的旋轉(zhuǎn)速度確定映射22以適當(dāng)?shù)匮a(bǔ)償空氣流量計(jì)33中的測(cè)量誤差。更加具體地，控制器20可以將空氣壓縮機(jī)32 的旋轉(zhuǎn)速度相對(duì)于旋轉(zhuǎn)速度確定映射22中的空氣供應(yīng)量的變化速率乘以空氣供應(yīng)量的基準(zhǔn)值Qae與空氣供應(yīng)量的實(shí)際測(cè)量值Qam的比率(Qm/Qae)。在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，燃料電池系統(tǒng)100包括用于向燃料電池10供應(yīng)陽(yáng)極氣體的噴射器55,和用于向燃料電池10循環(huán)陽(yáng)極廢氣的氫氣循環(huán)泵64。然而,作為第七修改示例，替代噴射器55和氫氣循環(huán)泵64，燃料電池系統(tǒng)100可以替代地配備有用于向燃料電池10供應(yīng)氫氣的泵。在此情形中，在校正值確定過程中，可以基于由泵消耗的電力來確定
空氣供應(yīng)量基準(zhǔn)值。在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，控制器20以恒定電壓驅(qū)動(dòng)氫氣循環(huán)泵64。然而，在第八修改示例中，控制器20可以替代地以恒定旋轉(zhuǎn)速度或者恒定的由氫氣循環(huán)泵64供給的氣體量來驅(qū)動(dòng)氫氣循環(huán)泵64。在此情形中，控制器20檢測(cè)氫氣循環(huán)泵控制器64的旋轉(zhuǎn)速度或者由氫氣循環(huán)泵64供給的氣體的量，以執(zhí)行反饋控制。在本發(fā)明的第四實(shí)施例中，控制器20控制燃料電池10輸出恒定量的電力。然而，在第九修改示例中，控制器20可以控制燃料電池10以預(yù)設(shè)的多級(jí)輸出電平來輸出電力。因此，可以對(duì)于每一個(gè)輸出電平準(zhǔn)備空氣供應(yīng)量測(cè)量映射24。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池系統(tǒng)，包括 燃料電池； 陰極氣體供應(yīng)部，所述陰極氣體供應(yīng)部向所述燃料電池供應(yīng)陰極氣體； 氣體供給量傳感器，所述氣體供給量傳感器測(cè)量被供應(yīng)到所述燃料電池的所述陰極氣體的量； 陽(yáng)極氣體供應(yīng)部，所述陽(yáng)極氣體供應(yīng)部向所述燃料電池供應(yīng)陽(yáng)極氣體； 特征值檢測(cè)部，所述特征值檢測(cè)部檢測(cè)與所述陽(yáng)極氣體相關(guān)聯(lián)并且與實(shí)際上被供應(yīng)到所述燃料電池的所述陰極氣體的量相關(guān)的特征值；以及 控制器，所述控制器對(duì)被供應(yīng)到所述燃料電池的所述陽(yáng)極氣體的量和所述陰極氣體的量進(jìn)行控制，以控制所述燃料電池的操作， 其中， 當(dāng)執(zhí)行基準(zhǔn)操作以在預(yù)設(shè)條件下操作所述燃料電池時(shí)，在所述特征值和被供應(yīng)到所述燃料電池的陰極氣體的量之間的相關(guān)性被存儲(chǔ)在所述控制器中，并且 所述控制器指令所述燃料電池執(zhí)行所述基準(zhǔn)操作、獲取由所述氣體供給量傳感器測(cè)量的被供應(yīng)到所述燃料電池的所述陰極氣體的量、檢測(cè)所述特征值、使用所述相關(guān)性來對(duì)于所檢測(cè)的特征值獲取所供應(yīng)的陰極氣體的量作為供應(yīng)量基準(zhǔn)值，并且對(duì)在所述供應(yīng)量基準(zhǔn)值和由所述氣體供給量傳感器所測(cè)量的值之間的差進(jìn)行計(jì)算并作為由所述氣體供給量傳感器所測(cè)量的值中的誤差，并且 所述控制器基于由所述氣體供給量測(cè)量部所測(cè)量的值，來調(diào)節(jié)由所述陰極氣體供應(yīng)部供應(yīng)的所述陰極氣體的量，以使得在向所述燃料電池供應(yīng)所述陰極氣體時(shí)對(duì)所述誤差進(jìn)行補(bǔ)償。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的燃料電池系統(tǒng)，其中， 所述陽(yáng)極氣體供應(yīng)部包括用于將所述陽(yáng)極氣體供給到所述燃料電池的泵， 所述特征值是由所述泵消耗的電力，所述電力隨著實(shí)際上被供應(yīng)到所述燃料電池的所述陰極氣體的量的增加而降低。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的燃料電池系統(tǒng)，其中， 所述特征值是在所述燃料電池的陽(yáng)極側(cè)的氣流通道中的壓力損失，所述壓力損失隨著實(shí)際上被供應(yīng)到所述燃料電池[Si]的所述陰極氣體的量的增加而降低。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的燃料電池系統(tǒng)，其中， 所述特征值是陽(yáng)極廢氣的濕度，所述陽(yáng)極廢氣的濕度隨著實(shí)際上被供應(yīng)到所述燃料電池的所述陰極氣體的量的增加而降低。
5.根據(jù)權(quán)利要求I到4中任何一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)，其中， 在被供應(yīng)到所述燃料電池的所述陽(yáng)極氣體的量和被供應(yīng)到所述燃料電池的所述陰極氣體的量分別保持等于預(yù)設(shè)的恒定量、并且所述燃料電池的輸出保持等于預(yù)設(shè)的恒定輸出的情況下，來執(zhí)行所述基準(zhǔn)操作。
6.一種控制燃料電池系統(tǒng)的方法，所述燃料電池系統(tǒng)包括氣體供給量傳感器，所述氣體供給量傳感器測(cè)量被供應(yīng)到所述燃料電池的陰極氣體的量，所述方法包括 執(zhí)行基準(zhǔn)操作以在預(yù)設(shè)條件下操作燃料電池； 測(cè)量被供應(yīng)到所述燃料電池的陰極氣體的量；檢測(cè)與陽(yáng)極氣體相關(guān)聯(lián)并且與實(shí)際上被供應(yīng)到所述燃料電池的所述陰極氣體的量相關(guān)的特征值； 參考預(yù)先準(zhǔn)備的、在執(zhí)行所述基準(zhǔn)操作期間供應(yīng)的所述陰極氣體的量和所述特征值之間的相關(guān)性，對(duì)于所述特征值獲取所述陰極氣體的供應(yīng)量作為供應(yīng)量基準(zhǔn)值；并且 在對(duì)作為在所測(cè)量的陰極氣體的量和所獲取的供應(yīng)量基準(zhǔn)值之間的差所計(jì)算的誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)耐瑫r(shí)，基于由所述氣體供給量傳感器所測(cè)量的值向所述燃料電池供應(yīng)所述陰極氣體。
7.—種控制燃料電池系統(tǒng)的方法，包括 執(zhí)行基準(zhǔn)操作以在預(yù)設(shè)條件下操作燃料電池； 測(cè)量被供給到所述燃料電池的陰極氣體的量； 檢測(cè)與陽(yáng)極氣體相關(guān)聯(lián)并且與實(shí)際上被供應(yīng)到所述燃料電池的所述陰極氣體的量相關(guān)的特征值；以及 使用預(yù)先準(zhǔn)備的、在執(zhí)行所述基準(zhǔn)操作期間供應(yīng)的所述陰極氣體的量和所述特征值之間的相關(guān)性，確定對(duì)于所述特征值的被供應(yīng)到所述燃料電池的陰極氣體的量。
全文摘要
一種燃料電池系統(tǒng)(100)，其配備有測(cè)量陰極氣體供應(yīng)量的空氣流量計(jì)(33)和氫氣循環(huán)泵(64)?？刂破?20)指令燃料電池(10)執(zhí)行預(yù)設(shè)的基準(zhǔn)操作、測(cè)量由氫氣循環(huán)泵(64)消耗的電力，并且確定適合于由氫氣循環(huán)泵(64)消耗的電力量的陰極氣體供應(yīng)量?？刂破?20)然后計(jì)算在空氣流量計(jì)(33)中的測(cè)量誤差和對(duì)于測(cè)量誤差的校正值?？刂破?20)基于在利用校正值校正之后的由空氣流量計(jì)(33)測(cè)量的值來控制陰極氣體供應(yīng)量。
文檔編號(hào)H01M8/10GK102947997SQ201180029912
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2011年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月17日
發(fā)明者竹下昌宏, 水野伸和 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社