專利名稱：燃料電池系統(tǒng)的控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池系統(tǒng)的控制裝置，特別涉及在燃料電池系統(tǒng)中對(duì)燃料電池的發(fā)電狀態(tài)和發(fā)電停止?fàn)顟B(tài)進(jìn)行切換、從而進(jìn)行間歇運(yùn)行的控制技術(shù)。
背景技術(shù)：
如果燃料電池系統(tǒng)在寒冷地帶的室外等低溫環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間保持停止?fàn)顟B(tài)的話，則系統(tǒng)內(nèi)的水分可能會(huì)凍結(jié)。由于該凍結(jié)會(huì)導(dǎo)致故障的發(fā)生，因此一直以來(lái)開發(fā)并提出了各種防止燃料電池系統(tǒng)發(fā)生凍結(jié)的方法。例如，在日本專利文獻(xiàn)特開2003-151601號(hào)公報(bào)中記載有以下防止凍結(jié)的方法當(dāng)停止燃料電池時(shí)，進(jìn)行控制以使燃料電池的溫度上升以后再停止，由此來(lái)延長(zhǎng)停止?fàn)顟B(tài)的燃料電池發(fā)生凍結(jié)之前的時(shí)間，從而使再次啟動(dòng)時(shí)燃料電池的溫度不會(huì)降至發(fā)生凍結(jié)的溫度。

發(fā)明內(nèi)容
當(dāng)使用燃料電池來(lái)作為電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)用電源時(shí)，通常采取除了燃料電池以外還備有蓄電裝置(蓄電池或電容器)的結(jié)構(gòu)。此時(shí)，例如在電動(dòng)汽車制動(dòng)時(shí)，通過(guò)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行再生將電能存儲(chǔ)在蓄電裝置中，在通常行駛時(shí)，在由蓄電裝置提供的電能即已足夠的情況下(例如，低速行駛時(shí)或車輛暫時(shí)停止這樣的低負(fù)荷時(shí))單獨(dú)使用蓄電裝置，而當(dāng)由蓄電裝置提供的電能不夠用時(shí)使用蓄電裝置和燃料電池二者向電動(dòng)機(jī)供電。即，在燃料電池系統(tǒng)中進(jìn)行如下控制根據(jù)電動(dòng)汽車所需要的電能和蓄電裝置的充電狀態(tài)來(lái)對(duì)發(fā)電狀態(tài)和發(fā)電停止?fàn)顟B(tài)進(jìn)行切換，從而進(jìn)行間歇運(yùn)行。
在該燃料電池系統(tǒng)中，即使如上所述進(jìn)行控制以使其間歇運(yùn)行時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生上述凍結(jié)的問(wèn)題。即，當(dāng)間歇運(yùn)行時(shí)，如果燃料電池系統(tǒng)在低溫環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間保持停止?fàn)顟B(tài)的話，則系統(tǒng)內(nèi)的水分有可能如上所述發(fā)生凍結(jié)。
但是，在日本專利文獻(xiàn)特開2003-151601號(hào)公報(bào)所記載的防止凍結(jié)的方法中，由于在停止燃料電池之后沒(méi)有采取任何防止冷卻發(fā)展的措施，所以無(wú)法通過(guò)該方法來(lái)可靠地避免在間歇運(yùn)行時(shí)的停止?fàn)顟B(tài)下發(fā)生凍結(jié)。即，即便可以日本專利文獻(xiàn)特開2003-151601號(hào)公報(bào)所記載的方法來(lái)延長(zhǎng)燃料電池發(fā)生凍結(jié)之前的時(shí)間，但是由于只要停止?fàn)顟B(tài)持續(xù)，冷卻就會(huì)不斷進(jìn)行，所以在間歇運(yùn)行時(shí)的發(fā)電停止?fàn)顟B(tài)長(zhǎng)時(shí)間延續(xù)的情況下，遲早會(huì)發(fā)生凍結(jié)。尤其是當(dāng)采用根據(jù)直到下次啟動(dòng)的預(yù)測(cè)時(shí)間這一準(zhǔn)確度未必高的值來(lái)決定停止時(shí)的溫度的結(jié)構(gòu)時(shí)，產(chǎn)生凍結(jié)的可能性會(huì)更高。
因此，本發(fā)明的目的在于可靠地避免在間歇運(yùn)行時(shí)的發(fā)電停止?fàn)顟B(tài)下產(chǎn)生凍結(jié)。
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種進(jìn)行控制以在燃料電池的發(fā)電狀態(tài)和發(fā)電停止?fàn)顟B(tài)之間進(jìn)行切換、從而進(jìn)行間歇運(yùn)行的燃料電池系統(tǒng)的控制裝置，其特征在于，至少根據(jù)構(gòu)成燃料電池系統(tǒng)的部件中的、存在有水分的預(yù)定部件的溫度來(lái)決定是否停止間歇運(yùn)行時(shí)的發(fā)電動(dòng)作。所述預(yù)定部件可以是配置在燃料氣體或氧化氣體的流通路徑中的閥、通路或加濕器中的至少一個(gè)。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，當(dāng)預(yù)定部件的溫度低、從而水分發(fā)生凍結(jié)的危險(xiǎn)性高時(shí)，即使在間歇運(yùn)行時(shí)也不停止發(fā)電動(dòng)作，因此能夠可靠地避免水分發(fā)生凍結(jié)。
優(yōu)選通過(guò)與所述預(yù)定部件對(duì)應(yīng)設(shè)置的溫度傳感器來(lái)直接檢測(cè)所述預(yù)定部件的溫度，或至少根據(jù)該燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)或外部氣溫中的一者來(lái)間接檢測(cè)所述預(yù)定部件的溫度。
另外，優(yōu)選當(dāng)所述可否停止的決定為否時(shí)，控制該燃料電池系統(tǒng)的發(fā)電狀態(tài)以使所述檢測(cè)溫度超過(guò)閾值。
本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的特征在于，其控制裝置按照對(duì)燃料電池的發(fā)電狀態(tài)和發(fā)電停止?fàn)顟B(tài)進(jìn)行切換、從而進(jìn)行間歇運(yùn)行的方式來(lái)進(jìn)行控制，且該燃料電池系統(tǒng)的控制裝置中設(shè)有對(duì)構(gòu)成該燃料電池系統(tǒng)的部件中的、存在有水分的預(yù)定部件的凍結(jié)危險(xiǎn)進(jìn)行判斷的單元；以及當(dāng)判斷凍結(jié)危險(xiǎn)性高時(shí)，禁止間歇運(yùn)行的控制單元。
本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)中設(shè)有燃料電池和存儲(chǔ)該燃料電池發(fā)出的電的蓄電裝置以作為向消耗電能的消耗裝置供電的電力供應(yīng)源，并對(duì)該燃料電池的發(fā)電狀態(tài)和發(fā)電停止?fàn)顟B(tài)進(jìn)行切換、從而進(jìn)行間歇運(yùn)行，所述燃料電池系統(tǒng)的特征在于，具有本發(fā)明的控制裝置。
本發(fā)明的燃料電池混合動(dòng)力汽車的特征在于，具有本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明，能夠可靠地避免在間歇運(yùn)行時(shí)的發(fā)電停止?fàn)顟B(tài)下產(chǎn)生凍結(jié)。


圖1是以本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的管線系統(tǒng)為中心的結(jié)構(gòu)圖；圖2是本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)圖；圖3示出的是第一實(shí)施例中間歇運(yùn)行時(shí)的發(fā)電動(dòng)作的停止判斷處理的流程圖；圖4示出的是第二實(shí)施例中間歇運(yùn)行時(shí)的發(fā)電動(dòng)作的停止判斷處理的流程圖；圖5示出的是凍結(jié)防止處理的流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面，參照附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。
圖2示出了裝載在燃料電池電動(dòng)汽車上的燃料電池系統(tǒng)的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)。
燃料電池系統(tǒng)10主要由燃料氣體供應(yīng)裝置42、氧化氣體供應(yīng)裝置73、燃料電池20、以及控制部80構(gòu)成。燃料氣體例如是氫氣，氧化氣體例如是空氣?？刂撇?0根據(jù)加速傳感器84檢測(cè)的加速器開度求出燃料電池20的要求發(fā)電量，對(duì)燃料氣體供應(yīng)裝置42和氧化氣體供應(yīng)裝置73進(jìn)行控制，調(diào)整其供應(yīng)燃料電池20的燃料氣體的流量和氧化氣體的流量，從而獲得期望的發(fā)電量。PCU 82是包括逆變器(inverter)和DC/DC變流器(converter)的電力控制裝置，除了將燃料電池20發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)換為交流電并將其供應(yīng)給車輛行駛用的電機(jī)83等負(fù)荷裝置，還將剩余的電能存儲(chǔ)在蓄電裝置81(蓄電池或電容器)中。蓄電裝置81作為制動(dòng)再生時(shí)的再生能量貯藏源以及隨著車輛的加速或減速而產(chǎn)生負(fù)荷變動(dòng)時(shí)的能量緩沖器而起作用。
圖1示出了以燃料電池系統(tǒng)10的管線系統(tǒng)為中心的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。如圖1所示，燃料電池系統(tǒng)10的結(jié)構(gòu)中包括用于向燃料電池20供應(yīng)燃料氣體的系統(tǒng)、用于供應(yīng)氧化氣體的系統(tǒng)、以及用于冷卻燃料電池20的系統(tǒng)。
燃料電池20具有通過(guò)絲網(wǎng)印刷等在高分子電解質(zhì)膜21的兩個(gè)面上形成陽(yáng)極22和陰極23的膜電極組件24，該高分子電解質(zhì)膜21由氟樹脂等形成的質(zhì)子傳導(dǎo)性離子交換膜構(gòu)成。膜電極組件24的兩個(gè)面被具有燃料氣體、氧化氣體、冷卻水的流路的隔板(未圖示)夾持，在該隔板與陽(yáng)極22和陰極23之間分別形成有槽狀的陽(yáng)極氣體通道25和陰極氣體通道26。在陽(yáng)極22發(fā)生(1)式的氧化反應(yīng)，在陰極23發(fā)生(2)式的還原反應(yīng)。作為燃料電池20整體則發(fā)生(3)式的反應(yīng)。
(1)(2)H2+(1/2)O2→H2O (3)另外，為了便于說(shuō)明，在該圖中示意性示出了由膜電極組件24、陽(yáng)極氣體通道25、以及陰極氣體通道26構(gòu)成的單位電池的結(jié)構(gòu)，但實(shí)際上具有通過(guò)上述隔板將多個(gè)單位電池串聯(lián)在一起的堆棧結(jié)構(gòu)。
在燃料電池系統(tǒng)10的冷卻系統(tǒng)中設(shè)有使冷卻水循環(huán)的冷卻通路31、檢測(cè)從燃料電池20排出的冷卻水的溫度的溫度傳感器32、將冷卻水的熱量散發(fā)到外部的散熱器(熱交換器)33、調(diào)整流入散熱器33的冷卻水的量的閥34、將冷卻水加壓并使其循環(huán)的泵35、以及檢測(cè)供應(yīng)給燃料電池20的冷卻水的溫度的溫度傳感器36等。
在燃料電池系統(tǒng)10的燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)中配置有以下管線用于向陽(yáng)極氣體通道25供應(yīng)燃料氣體的燃料氣體流路41、以及用于使從陽(yáng)極氣體通道25排出的燃料排出氣體流回燃料氣體流路41的循環(huán)流路51，通過(guò)上述氣體流路來(lái)構(gòu)成燃料氣體循環(huán)系統(tǒng)。
在燃料氣體流路41中設(shè)有控制來(lái)自燃料氣體供應(yīng)裝置42的燃料氣體的供應(yīng)/停止的截流閥43、檢測(cè)燃料氣體壓力的壓力傳感器44、調(diào)整燃料氣體的壓力的調(diào)節(jié)器45、以及開閉燃料電池的燃料氣體供應(yīng)口(入口)的截流閥46等。燃料氣體供應(yīng)裝置41例如由高壓氫罐、儲(chǔ)氫合金、重整器等構(gòu)成。
在循環(huán)流路51中設(shè)有排出燃料排出氣體的截流閥52、從燃料排出氣體中回收水分的氣液分離器53、將回收的水分回收到未圖示的容器中的排水閥54、由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的循環(huán)泵(加壓?jiǎn)卧?55、以及防止燃料氣體流路41的燃料氣體向循環(huán)流路51一側(cè)逆流的逆流止回閥56等。循環(huán)泵55在控制部80的控制下，對(duì)通過(guò)陽(yáng)極氣體通道25時(shí)受到壓力損失的燃料排出氣體進(jìn)行壓縮，使其升壓到適當(dāng)?shù)臍怏w壓力，并使其流回燃料氣體流路41。燃料排出氣體在燃料氣體流路41中與從燃料氣體供應(yīng)裝置42供應(yīng)的燃料氣體匯合，然后被供應(yīng)給燃料電池20以再次利用。
在循環(huán)流路51上分支配置有排氣流路61，該排氣流路61用于將從燃料氣體循環(huán)系統(tǒng)排出的燃料排出氣體通過(guò)稀釋器(例如氫濃度降低裝置)62排出到車外。在排氣流路61中設(shè)有排氣閥(排氣單元)63，該排氣閥63可以進(jìn)行燃料排出氣體的排氣控制。通過(guò)開閉排氣閥63，使在燃料電池內(nèi)反復(fù)循環(huán)且雜質(zhì)濃度增大了的燃料排出氣體排出到外部，并導(dǎo)入新的燃料氣體以防止電池電壓降低。另外，還可以引起循環(huán)流路51的內(nèi)壓的脈動(dòng)，以去除蓄積在氣體流路中的水分。
另一方面，在燃料電池系統(tǒng)10的氧化氣體供應(yīng)系統(tǒng)中配置有以下管線用于向陰極氣體通道26供應(yīng)氧化氣體的氧化氣體流路71、以及用于將從陰極氣體通道26排出的陰極排出氣體排出的陰極排出氣體流路72。在氧化氣體流路71中設(shè)有去除從大氣導(dǎo)入的空氣中所包含的粉塵等的空氣過(guò)濾器74、以及由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的空氣壓縮機(jī)75等構(gòu)成并將壓縮空氣作為氧化氣體供應(yīng)給氧化氣體流路71的氧化氣體供應(yīng)裝置73。另外，在配置于氧化氣體供應(yīng)裝置73下游的加濕器76中進(jìn)行以下兩者之間的水分交換因燃料電池20的電解反應(yīng)中生成的生成水而變?yōu)楦邼駹顟B(tài)的陰極排出氣體、以及從大氣中導(dǎo)入的低濕狀態(tài)的氧化氣體。通過(guò)設(shè)置在陰極排出氣體流路72中的壓力調(diào)整閥77而將陰極氣體通道26的背壓調(diào)整為基本固定的壓力。在陰極排出氣體流路72中流動(dòng)的陰極排出氣體根據(jù)不同的設(shè)計(jì)而經(jīng)由氣液分離器或消聲器等排到車外，另外，其中一部分流入到稀釋器62中，對(duì)滯留在稀釋器62內(nèi)的燃料排出氣體進(jìn)行混合稀釋并被排出到車外。
控制部80由未圖示的控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成，根據(jù)未圖示的控制程序來(lái)控制燃料電池系統(tǒng)的各部分的動(dòng)作?？刂朴?jì)算機(jī)系統(tǒng)可由公知的可獲得的系統(tǒng)構(gòu)成。
例如，控制部80接收來(lái)自于設(shè)置在各個(gè)流路上的溫度傳感器T、壓力傳感器P的傳感信號(hào)，根據(jù)電池運(yùn)行的狀態(tài)(例如，電力負(fù)荷)來(lái)驅(qū)動(dòng)各個(gè)電機(jī)并調(diào)整循環(huán)泵55和空氣壓縮機(jī)74的轉(zhuǎn)數(shù)，并進(jìn)行各種閥的開閉控制或閥開度的調(diào)整等。
另外，控制部80例如進(jìn)行以下控制當(dāng)通過(guò)蓄電裝置81可以提供電動(dòng)汽車所需要的電力時(shí)，單獨(dú)使用蓄電裝置81向電動(dòng)汽車供電；當(dāng)不夠時(shí)，則通過(guò)蓄電裝置81和燃料電池系統(tǒng)10雙方向電動(dòng)汽車供電。即，控制部80進(jìn)行以下控制根據(jù)電動(dòng)汽車所需要的電力和蓄電裝置81的充電狀態(tài)、燃料電池20的水溫等而在燃料電池系統(tǒng)10的發(fā)電狀態(tài)和發(fā)電停止?fàn)顟B(tài)之間進(jìn)行切換，從而進(jìn)行間歇運(yùn)行。
間歇運(yùn)行時(shí)的控制部80的動(dòng)作原則上與通常的燃料電池電動(dòng)汽車間歇運(yùn)行時(shí)的動(dòng)作相同。例如，在車輛停車等燃料電池20的發(fā)電效率(燃料消耗)降低的低負(fù)荷狀態(tài)下，停止燃料電池20的運(yùn)行并由蓄電裝置81進(jìn)行供電。另一方面，當(dāng)蓄電裝置81的蓄電量下降或負(fù)荷增大時(shí)，使燃料電池20發(fā)電，從而向負(fù)荷供電并使蓄電裝置81充電。
但是，本實(shí)施方式與現(xiàn)有技術(shù)的不同點(diǎn)在于，控制部80按照以下方式進(jìn)行動(dòng)作在間歇運(yùn)行時(shí)，當(dāng)從發(fā)電狀態(tài)轉(zhuǎn)為發(fā)電停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，至少根據(jù)燃料電池系統(tǒng)10內(nèi)的部件中的、存在有水分的預(yù)定部件的溫度來(lái)決定可否停止發(fā)電動(dòng)作，并僅在可以停止時(shí)轉(zhuǎn)為發(fā)電停止?fàn)顟B(tài)。
下面，參照?qǐng)D3、圖4所示的流程圖，對(duì)與間歇運(yùn)行時(shí)的發(fā)電動(dòng)作的停止判斷有關(guān)的控制部80的動(dòng)作示例進(jìn)行說(shuō)明。
(第一實(shí)施例圖3)在間歇運(yùn)行時(shí)，在發(fā)電動(dòng)作過(guò)程中，控制部80判斷停止條件(第一停止條件)是否成立(S100)，當(dāng)不成立時(shí)結(jié)束停止判斷處理，其中，該停止條件基于與通常相同的發(fā)電動(dòng)作的停止條件(例如，負(fù)荷低、充電充足、水溫高等條件)、即電動(dòng)汽車(電機(jī)等的負(fù)荷)需要的電力和蓄電裝置81的充電狀態(tài)、燃料電池20的水溫等。
另一方面，當(dāng)?shù)谝煌Ｖ箺l件成立時(shí)，控制部80判斷已經(jīng)對(duì)燃料電池20發(fā)出了停止要求，并通過(guò)與燃料電池系統(tǒng)10內(nèi)的部件中的、存在有水分的預(yù)定部件對(duì)應(yīng)設(shè)置的溫度傳感器來(lái)直接檢測(cè)該預(yù)定部件的溫度(S101)。
在這里，作為存在有上述水分的預(yù)定部件，可以選擇配置在燃料氣體或氧化氣體的流路路徑上的閥、通路或加濕器等中的至少一個(gè)。例如，燃料氣體流路41的各個(gè)通路、截流閥43、調(diào)節(jié)器45、截流閥46等，循環(huán)流路51的各個(gè)通路、截流閥52、排水閥54、逆流止回閥56等，排氣流路61的各個(gè)通路、排氣閥63等，氧化氣體流路71的各個(gè)通路、加濕器76、開閉燃料電池的氧化氣體供應(yīng)口(入口)的截流閥等，陰極排出氣體流路72的各個(gè)通路、壓力調(diào)整閥77等。這些部件中的、配置在靠近外表面的位置(例如車輛的下表面等)上的部件容易被外部氣體冷卻而水分凍結(jié)，因此尤其優(yōu)選將其選擇為所述預(yù)定部件。即，可以將所述預(yù)定部件解釋為是燃料電池系統(tǒng)中的燃料電池(電池堆)20的外部部件。或者，也可以將其解釋為是暴露于外部氣體中、或容易受到外部氣體的熱傳導(dǎo)影響的外部氣體接觸部件。另外，在圖1中僅示出了部分溫度傳感器。
然后，控制部80判斷對(duì)各個(gè)預(yù)定部件檢測(cè)出的溫度是否超過(guò)了規(guī)定的閾值m(第二停止條件)(S102)。
當(dāng)檢測(cè)出的溫度全部超過(guò)了閾值m時(shí)，決定可以停止發(fā)電動(dòng)作，并與以往一樣進(jìn)行轉(zhuǎn)為發(fā)電停止?fàn)顟B(tài)的處理(例如，停止燃料氣體供應(yīng)裝置42、氧化氣體供應(yīng)裝置73等，并同時(shí)使PCU 82動(dòng)作，從蓄電裝置81向電機(jī)83等供電(S103)。
另外，在間歇運(yùn)行時(shí)，在發(fā)電停止?fàn)顟B(tài)下，控制部80與以往一樣，根據(jù)電動(dòng)汽車所需要的電力和蓄電裝置18的充電狀態(tài)、燃料電池20的水溫等來(lái)判斷轉(zhuǎn)為發(fā)電狀態(tài)的條件是否成立，當(dāng)成立時(shí)，進(jìn)行轉(zhuǎn)為發(fā)電狀態(tài)的處理。
另一方面，當(dāng)由溫度傳感器直接檢測(cè)出的溫度中的某一個(gè)小于等于閾值m時(shí)，由于對(duì)溫度小于等于該閾值m的預(yù)定部件來(lái)說(shuō)凍結(jié)的危險(xiǎn)性高，所以控制部80做出不能停止發(fā)電動(dòng)作的決定，不管第一停止條件是否成立均維持發(fā)電狀態(tài)(S104)，而不進(jìn)行轉(zhuǎn)為發(fā)電停止?fàn)顟B(tài)的處理，并結(jié)束停止判斷處理。
另外，此時(shí)控制單元80也可以進(jìn)行以下控制控制燃料電池20的發(fā)電狀態(tài)(例如增加輸出)，以便通過(guò)伴隨其的發(fā)熱(排熱)而使預(yù)定部件的各自的溫度超過(guò)規(guī)定的閾值，從而能夠與以往一樣根據(jù)第一停止條件來(lái)停止發(fā)電動(dòng)作(即，不會(huì)根據(jù)第二停止條件來(lái)制約間歇?jiǎng)幼鞯倪M(jìn)行)。
根據(jù)第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，由于檢測(cè)燃料電池系統(tǒng)10內(nèi)的部件中的、存在有水分的預(yù)定部件的溫度，并至少根據(jù)該檢測(cè)出的溫度來(lái)決定可否停止間歇運(yùn)行時(shí)的發(fā)電動(dòng)作，所以當(dāng)預(yù)定部件的溫度低、從而水分發(fā)生凍結(jié)的危險(xiǎn)性高時(shí)，即使在間歇運(yùn)行時(shí)也不停止發(fā)電動(dòng)作，從而能夠可靠地避免水分凍結(jié)。
(第二實(shí)施例圖4)在間歇運(yùn)行時(shí)，在發(fā)電動(dòng)作過(guò)程中，控制部80判斷第一停止條件是否成立(S200)，該第一停止條件基于與以往相同的發(fā)電動(dòng)作的停止條件、即電動(dòng)汽車所需要的電力和蓄電裝置81的充電狀態(tài)、燃料電池20的水溫等。
然后，當(dāng)?shù)谝煌Ｖ箺l件成立時(shí)，控制部80判斷對(duì)燃料電池20發(fā)出了停止要求，并檢測(cè)燃料電池系統(tǒng)10內(nèi)的部件中的、存在有水分的預(yù)定部件的溫度T(S201)。
在這里，在第二實(shí)施例中，假設(shè)存在有上述水分的預(yù)定部件與第一實(shí)施例相同，但是以通過(guò)外部氣溫和車速、燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)等間接地檢測(cè)預(yù)定部件的溫度的方式來(lái)進(jìn)行處理，而不是通過(guò)溫度傳感器來(lái)直接檢測(cè)所述預(yù)定部件的溫度。燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)例如是指發(fā)電輸出、反應(yīng)氣體的氣體量、氣體溫度、燃料電池堆的溫度等。
做為間接的溫度檢測(cè)方法，例如有根據(jù)下述三個(gè)參數(shù)，并通過(guò)下式(4)來(lái)進(jìn)行檢測(cè)的方法。三個(gè)參數(shù)分別是從電動(dòng)汽車(或燃料電池系統(tǒng)10)具有的外部氣溫傳感器輸出的外部氣體溫度TOUT、從電動(dòng)汽車具有的車速傳感器輸出的車速V、以及燃料電池20的發(fā)電輸出(電力)P。
部件溫度T＝外部氣溫TOUT-a×車速V-b×輸出P (4)上式中，a、b是根據(jù)電動(dòng)汽車或燃料電池系統(tǒng)10的特性而確定的系數(shù)(車輛特性常數(shù))。
然后，控制部80判斷根據(jù)上述(4)式間接測(cè)出的部件溫度T是否超過(guò)了規(guī)定的閾值m(第二停止條件)(S202)。
當(dāng)部件溫度T超過(guò)了閾值m時(shí)，決定可以停止發(fā)電動(dòng)作，并與以往一樣進(jìn)行轉(zhuǎn)為發(fā)電停止?fàn)顟B(tài)的處理(S203)。
另一方面，當(dāng)在S202中部件溫度T為閾值m以下時(shí)，由于預(yù)定部件發(fā)生凍結(jié)的危險(xiǎn)性高，所以控制部80決定不能停止發(fā)電動(dòng)作，不管第一停止條件是否成立均維持發(fā)電狀態(tài)(S204)而不進(jìn)行轉(zhuǎn)為發(fā)電停止?fàn)顟B(tài)的處理，并結(jié)束停止判斷處理。
另外，此時(shí)控制單元80也可以進(jìn)行以下控制控制燃料電池20的發(fā)電狀態(tài)(例如增加輸出)，以便通過(guò)伴隨其的發(fā)熱(散熱)而使部件溫度T超過(guò)規(guī)定的閾值，從而能夠與以往一樣根據(jù)第一停止條件來(lái)停止發(fā)電動(dòng)作(即，不會(huì)根據(jù)第二停止條件來(lái)制約間歇?jiǎng)幼鞯倪M(jìn)行)。此時(shí)，例如可以控制燃料電池20的輸出P滿足下面的(5)式。
輸出P＞(部件溫度T-外部氣溫TOUT+a×車速V)/b (5)根據(jù)第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，與第一實(shí)施例相同，檢測(cè)燃料電池系統(tǒng)10內(nèi)的部件中的、存在有水分的預(yù)定部件的溫度，并至少根據(jù)該檢測(cè)出的溫度來(lái)決定可否停止間歇運(yùn)行時(shí)的發(fā)電動(dòng)作，因此，當(dāng)預(yù)定部件的溫度低、從而水分發(fā)生凍結(jié)的危險(xiǎn)性高時(shí)，即使在間歇運(yùn)行時(shí)也不停止發(fā)電動(dòng)作，從而能夠可靠地避免水分發(fā)生凍結(jié)。另外，與第一實(shí)施例相比，不需要與各個(gè)預(yù)定部件相對(duì)應(yīng)地設(shè)置溫度傳感器。
(變形例)
本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，可對(duì)其進(jìn)行各種變形來(lái)應(yīng)用，例如組合第一實(shí)施例和第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)等。
另外，例如在上述實(shí)施例中，雖然當(dāng)?shù)诙Ｖ箺l件不成立時(shí)(部件溫度為閾值m以下時(shí))，判斷不能停止間歇運(yùn)行時(shí)的發(fā)電動(dòng)作，但是例如也可以按照以下方式進(jìn)行控制處理(控制部80的動(dòng)作)當(dāng)?shù)诙Ｖ箺l件不成立時(shí)，判斷預(yù)定部件發(fā)生凍結(jié)的危險(xiǎn)性高并禁止間歇運(yùn)行本身。另外，禁止間歇運(yùn)行是指禁止變?yōu)殚g歇運(yùn)行的發(fā)電停止?fàn)顟B(tài)。
另外，例如在上述實(shí)施例中，雖然首先對(duì)第一停止條件進(jìn)行判斷，然后對(duì)第二停止條件進(jìn)行判斷，但本發(fā)明不限于上述結(jié)構(gòu)。例如，也可以為以下結(jié)構(gòu)首先判斷第二停止條件，當(dāng)?shù)诙Ｖ箺l件成立時(shí)再判斷第一停止條件。
另外，例如在第二實(shí)施例中，雖然將基于部件溫度T的一種條件作為第二停止條件進(jìn)行了說(shuō)明，但是例如也可以由多種條件來(lái)構(gòu)成第二停止條件，另外也可以連續(xù)地判斷該多種條件。例如，當(dāng)?shù)谝煌Ｖ箺l件成立時(shí)，首先判斷作為第一個(gè)第二停止條件的外部氣溫TOUT是否超過(guò)了規(guī)定的閾值(例如5℃)，當(dāng)超過(guò)了規(guī)定的閾值時(shí)，決定可以停止發(fā)電動(dòng)作。另一方面，當(dāng)TOUT為規(guī)定的閾值以下時(shí)，根據(jù)上述(4)式求出部件溫度T，并執(zhí)行作為第二個(gè)第二停止條件的S102(以及其后的處理)。
并且，如果將這些方式組合在一起的話，可以考慮圖5所示的凍結(jié)防止處理的處理流程。首先檢測(cè)外部氣溫TOUT(S300)。然后判斷該外部氣溫TOUT是否超過(guò)了規(guī)定的閾值(例如5℃)(S301)，當(dāng)超過(guò)規(guī)定的閾值時(shí)，設(shè)定為通常的間歇運(yùn)行模式(根據(jù)第一停止條件來(lái)判斷可否停止發(fā)電動(dòng)作的模式)(S302)。另一方面，當(dāng)外部氣溫TOUT小于等于規(guī)定的閾值時(shí)，直接或間接地求出預(yù)定部件的部件溫度(S303)，并判斷該部件溫度是否超過(guò)了規(guī)定的閾值m(S304)。當(dāng)部件溫度超過(guò)了閾值m時(shí)，設(shè)定為通常的間歇運(yùn)行模式(S302)，當(dāng)小于等于閾值m時(shí)，判斷預(yù)定部件發(fā)生凍結(jié)的危險(xiǎn)性高，從而設(shè)定為禁止間歇運(yùn)行的模式(將停止發(fā)電動(dòng)作設(shè)定為不可以的模式)(S305)。通過(guò)以規(guī)定的定時(shí)(timing)來(lái)重復(fù)執(zhí)行該一連串的處理，可以獲得與上述實(shí)施例相同的效果。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池系統(tǒng)的控制裝置，在燃料電池的發(fā)電狀態(tài)和發(fā)電停止?fàn)顟B(tài)之間進(jìn)行切換，從而進(jìn)行間歇運(yùn)行，其特征在于，至少根據(jù)構(gòu)成燃料電池系統(tǒng)的部件中的、存在有水分的預(yù)定部件的溫度來(lái)決定可否停止間歇運(yùn)行時(shí)的發(fā)電動(dòng)作。
2.如權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于，所述預(yù)定部件為配置在燃料氣體或氧化氣體的流通路徑上的閥、通路或加濕器中的至少一個(gè)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的控制裝置，其特征在于，通過(guò)與所述預(yù)定部件對(duì)應(yīng)設(shè)置的溫度傳感器來(lái)直接檢測(cè)所述預(yù)定部件的溫度。
4.如權(quán)利要求1或2所述的控制裝置，其特征在于，至少根據(jù)該燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)或外部氣溫中的一者來(lái)間接檢測(cè)所述預(yù)定部件的溫度。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的控制裝置，其特征在于，當(dāng)所述可否停止的決定為否時(shí)，控制該燃料電池系統(tǒng)的發(fā)電狀態(tài)以使所述檢測(cè)溫度超過(guò)閾值。
6.一種燃料電池系統(tǒng)，其控制裝置按照對(duì)燃料電池的發(fā)電狀態(tài)和發(fā)電停止?fàn)顟B(tài)進(jìn)行切換，從而進(jìn)行間歇運(yùn)行的方式來(lái)進(jìn)行控制，所述燃料電池系統(tǒng)的特征在于，包括判斷單元，判斷構(gòu)成該燃料電池系統(tǒng)的部件中的、存在有水分的預(yù)定部件發(fā)生凍結(jié)的危險(xiǎn)性；以及控制單元，當(dāng)判斷凍結(jié)危險(xiǎn)性高時(shí)，禁止間歇運(yùn)行。
7.一種燃料電池系統(tǒng)，具有燃料電池和存儲(chǔ)該燃料電池發(fā)出的電的蓄電裝置以作為向消耗電能的消耗裝置供電的電力供應(yīng)源，并在該燃料電池的發(fā)電狀態(tài)和發(fā)電停止?fàn)顟B(tài)之間進(jìn)行切換，從而進(jìn)行間歇運(yùn)行，其特征在于，具有權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的控制裝置。
8.一種燃料電池混合動(dòng)力汽車，其特征在于，具有權(quán)利要求7所述的燃料電池系統(tǒng)。
全文摘要
為了可靠地避免在間歇運(yùn)行時(shí)的發(fā)電停止?fàn)顟B(tài)下產(chǎn)生凍結(jié)，本發(fā)明提供一種按照在燃料電池的發(fā)電狀態(tài)和發(fā)電停止?fàn)顟B(tài)之間進(jìn)行切換、從而進(jìn)行間歇運(yùn)行的方式來(lái)進(jìn)行控制的燃料電池系統(tǒng)的控制裝置，其特征在于，至少根據(jù)構(gòu)成燃料電池系統(tǒng)的部件中的、存在有水分的預(yù)定部件的溫度來(lái)決定可否停止間歇運(yùn)行時(shí)的發(fā)電動(dòng)作。作為所述預(yù)定部件，可以選擇配置在燃料氣體或氧化氣體的流通路徑上的閥、通路或加濕器。通過(guò)與所述預(yù)定部件對(duì)應(yīng)設(shè)置的溫度傳感器來(lái)直接檢測(cè)所述預(yù)定部件的溫度，或至少根據(jù)該燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)或外部氣溫中的一者來(lái)間接地檢測(cè)所述預(yù)定部件的溫度。
文檔編號(hào)H01M8/00GK1930720SQ20058000815
公開日2007年3月14日 申請(qǐng)日期2005年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月17日
發(fā)明者太田政孝, 木崎干士 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社