技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種燃料電池系統(tǒng)。
背景技術(shù):
在日本JP2008-293869A中,作為以往的燃料電池系統(tǒng),公開了如下一種燃料電池系統(tǒng):在從結(jié)束燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)起經(jīng)過了規(guī)定時(shí)間之后,使控制器啟動來使閥初始化。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
然而,在上述以往的燃料電池系統(tǒng)中,在燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)束后使控制器啟動來使閥初始化,因此有可能在系統(tǒng)結(jié)束后產(chǎn)生不需要的聲音。
另一方面,單純地對用于使燃料電池系統(tǒng)停止的各種停止處理(停止時(shí)序處理)追加初始化處理,因此停止時(shí)序處理本身有可能變長。
本發(fā)明是著眼于這種問題而完成的,其目的在于在燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)束時(shí)實(shí)施的停止時(shí)序處理中將閥控制在初始化位置,同時(shí)抑制停止時(shí)序處理變長。
用于解決問題的方案
根據(jù)本發(fā)明的某個(gè)方式,提供一種將負(fù)極氣體和正極氣體供給到燃料電池來使該燃料電池發(fā)電的燃料電池系統(tǒng),該燃料電池系統(tǒng)具備:壓縮機(jī),其設(shè)置于正極氣體供給通路,將正極氣體加壓輸送到燃料電池;旁路通路,其用于使由壓縮機(jī)加壓輸送的正極氣體繞過燃料電池而排出到正極氣體排出通路;旁路閥,其設(shè)置于旁路通路,調(diào)節(jié)在旁路通路中流動的正極氣體的流量;系統(tǒng)停止部,其在存在燃料電池系統(tǒng)的停止請求時(shí),實(shí)施規(guī)定的停止時(shí)序處理來使燃料電池系統(tǒng)停止;以及停止時(shí)旁路閥控制部,其在停止時(shí)序處理中與時(shí)序處理并行地將旁路閥的閥體控制在規(guī)定的初始化位置。
下面參照附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的概要圖。
圖2是說明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的停止時(shí)完全閉合處理的控制內(nèi)容的流程圖。
圖3是說明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的最小初始化處理的控制內(nèi)容的流程圖。
圖4是說明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的停止處理的動作的時(shí)序圖。
圖5是說明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的啟動處理的動作的時(shí)序圖。
具體實(shí)施方式
燃料電池通過用負(fù)極(anode)電極(燃料極)和正極(cathode)電極(氧化劑極)將電解質(zhì)膜夾在中間并向負(fù)極電極供給含氫的負(fù)極氣體(燃料氣體)、向正極電極供給含氧的正極氣體(氧化劑氣體)來進(jìn)行發(fā)電。在負(fù)極電極和正極電極這兩個(gè)電極處進(jìn)行的電極反應(yīng)如下。
負(fù)極電極:2H2→4H++4e-…(1)
正極電極:4H++4e-+O2→2H2O…(2)
通過該(1)、(2)的電極反應(yīng),燃料電池產(chǎn)生1伏特左右的電動勢。
在將這種燃料電池用作汽車用動力源的情況下,由于要求的電力大,因此作為將數(shù)百塊的燃料電池層疊所得的燃料電池堆來進(jìn)行使用。然后,構(gòu)成向燃料電池堆供給負(fù)極氣體和正極氣體的燃料電池系統(tǒng),取出用于驅(qū)動車輛的電力。
圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)1的概要圖。
燃料電池系統(tǒng)100具備燃料電池堆1、正極氣體供排裝置2、負(fù)極氣體供排裝置3、電力系統(tǒng)4以及控制器5。
燃料電池堆1是層疊數(shù)百塊燃料電池而得的,接受負(fù)極氣體和正極氣體的供給,來發(fā)出驅(qū)動車輛所需的電力。燃料電池堆1具備負(fù)極電極側(cè)輸出端子11和正極電極側(cè)輸出端子12作為取出電力的端子。
另外,燃料電池堆1中設(shè)置有檢測從燃料電池堆1取出的電流(以下稱為“堆輸出電流”。)的電流傳感器13以及檢測負(fù)極電極側(cè)輸出端子11與正極電極側(cè)輸出端子12之間的端子間電壓(以下稱為“堆輸出電壓”。)的電壓傳感器14。
正極氣體供排裝置2是向燃料電池堆1供給正極氣體并且將從燃料電池堆1排出的正極排氣排出到外部大氣的裝置。正極氣體供排裝置2具備正極氣體供給通路21、過濾器22、正極壓縮機(jī)23、正極氣體排出通路24、正極壓力調(diào)節(jié)閥25、旁路通路26以及旁路閥27。
正極氣體供給通路21是流通向燃料電池堆1供給的正極氣體的通路。正極氣體供給通路21一端連接于過濾器22,另一端連接于燃料電池堆1的正極氣體入口孔。
過濾器22將取入到正極氣體供給通路21的正極氣體中的異物去除。
正極壓縮機(jī)23設(shè)置于正極氣體供給通路21。正極壓縮機(jī)23經(jīng)由過濾器22將作為正極氣體的空氣(外部大氣)取入到正極氣體供給通路21,供給到燃料電池堆1。
正極氣體排出通路24是流通從燃料電池堆1排出的正極排氣的通路。正極氣體排出通路24一端連接于燃料電池堆1的正極氣體出口孔,另一端為開口端。
正極壓力調(diào)節(jié)閥25設(shè)置于正極氣體排出通路。正極壓力調(diào)節(jié)閥25將供給到燃料電池堆1的正極氣體的壓力調(diào)節(jié)為期望的壓力。
旁路通路26是用于使從正極壓縮機(jī)23噴出的正極氣體的一部分繞過燃料電池堆1而直接排出到正極氣體排出通路24以稀釋氫、避免正極壓縮機(jī)23的浪涌的通路。正極氣體旁路通路26一端連接于比正極壓縮機(jī)23更靠下游的正極氣體供給通路21,另一端連接于比正極壓力調(diào)節(jié)閥25更靠下游的正極氣體排出通路24。
旁路閥27設(shè)置于旁路通路26。旁路閥27是其開度由步進(jìn)電動機(jī)271階段性地調(diào)整的開閉閥,構(gòu)成為若使步進(jìn)電動機(jī)271正向旋轉(zhuǎn)則旁路閥27的開度變大,若使其逆向旋轉(zhuǎn)則旁路閥27的開度變小。通過調(diào)節(jié)旁路閥27的開度,來調(diào)節(jié)繞過燃料電池堆1的正極氣體的流量。
步進(jìn)電動機(jī)271是每當(dāng)被輸入脈沖信號時(shí)只旋轉(zhuǎn)規(guī)定的基本角度的電動機(jī),所輸入的脈沖信號的頻率越高則步進(jìn)電動機(jī)271的轉(zhuǎn)速越快。
在本實(shí)施方式中,為了方便,將使旁路閥27從完全打開到完全閉合所需的步進(jìn)電動機(jī)271的旋轉(zhuǎn)角度除以基本角度所得的值稱為步進(jìn)數(shù),將旁路閥27完全閉合時(shí)的步進(jìn)數(shù)定義為零。然后,將旁路閥27完全打開時(shí)的步進(jìn)數(shù)稱為全開步進(jìn)數(shù)。在本實(shí)施方式中全開步進(jìn)數(shù)為60左右。
負(fù)極氣體供排裝置3是向燃料電池堆1供給負(fù)極氣體、并且將從燃料電池堆1排出的負(fù)極排氣排出到正極氣體排出通路24的裝置。負(fù)極氣體供排裝置3具備高壓罐31、負(fù)極氣體供給通路32、切斷閥33、負(fù)極壓力調(diào)節(jié)閥34、負(fù)極氣體排出通路35以及放氣閥36。
高壓罐31將要向燃料電池堆1供給的負(fù)極氣體保持為高壓狀態(tài)來貯存。
負(fù)極氣體供給通路32是用于將從高壓罐31排出的負(fù)極氣體供給到燃料電池堆1的通路。負(fù)極氣體供給通路32一端連接于高壓罐31,另一端連接于燃料電池堆1的負(fù)極氣體入口孔。
切斷閥33設(shè)置于負(fù)極氣體供給通路32。通過閉合切斷閥33,來停止向燃料電池堆1供給負(fù)極氣體。
負(fù)極壓力調(diào)節(jié)閥34設(shè)置于比切斷閥33更靠下游的負(fù)極氣體供給通路32。負(fù)極壓力調(diào)節(jié)閥34將供給到燃料電池堆1的負(fù)極氣體的壓力調(diào)節(jié)為期望的壓力。
負(fù)極氣體排出通路35是流通從燃料電池堆1排出的負(fù)極排氣的通路。負(fù)極氣體排出通路35一端連接于燃料電池堆1的負(fù)極氣體出口孔,另一端連接于正極氣體排出通路24。
放氣閥36設(shè)置于負(fù)極氣體排出通路35。放氣閥36對從負(fù)極氣體排出通路35排出到正極氣體排出通路24的負(fù)極排氣的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。
電力系統(tǒng)4具備驅(qū)動電動機(jī)41、逆變器42、電力分配裝置43、堆用電力切斷器44、強(qiáng)電電池45、強(qiáng)電用電力切斷器46、電壓降壓器47、弱電電池48以及弱電用電力切斷器49。
驅(qū)動電動機(jī)41是在轉(zhuǎn)子埋設(shè)永磁體并且在定子纏繞定子線圈的三相交流同步電動機(jī)。驅(qū)動電動機(jī)41具有作為電動機(jī)的功能和作為發(fā)電機(jī)的功能,該作為電動機(jī)的功能是從燃料電池堆1和強(qiáng)電電池45接受電力的供給來進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動,該作為發(fā)電機(jī)的功能是在使轉(zhuǎn)子因外力而進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的車輛減速時(shí)使定子線圈的兩端產(chǎn)生電動勢。
逆變器42例如由IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絕緣柵雙極型晶體管)等多個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)構(gòu)成。逆變器42的半導(dǎo)體開關(guān)由控制器5來控制開閉,由此將直流電力轉(zhuǎn)換為交流電力,或者將交流電力轉(zhuǎn)換為直流電力。在使驅(qū)動電動機(jī)41作為電動機(jī)而發(fā)揮功能時(shí),逆變器42將燃料電池堆1的發(fā)電電力與強(qiáng)電電池45的輸出電力的合成直流電力轉(zhuǎn)換為三相交流電力來供給到驅(qū)動電動機(jī)41。另一方面,在使驅(qū)動電動機(jī)41作為發(fā)電機(jī)而發(fā)揮功能時(shí),逆變器42將驅(qū)動電動機(jī)41的再生電力(三相交流電力)轉(zhuǎn)換為直流電力來供給到強(qiáng)電電池45。
電力分配裝置43是使燃料電池堆1的輸出電壓升降的雙向性的電壓轉(zhuǎn)換器。在本實(shí)施方式中將DC/DC轉(zhuǎn)換器用作電力分配裝置43。通過利用電力分配裝置43控制堆輸出電壓,來控制燃料電池堆1的發(fā)電電力(堆輸出電流×堆輸出電壓)并且控制強(qiáng)電電池45的充放電,將所需的電力適當(dāng)分配并供給到正極壓縮機(jī)23、驅(qū)動電動機(jī)41等強(qiáng)電系統(tǒng)的各電氣部件以及正極壓力調(diào)節(jié)閥25、旁路閥27、切斷閥33、負(fù)極壓力調(diào)節(jié)閥34、放氣閥36等弱電系統(tǒng)的各電氣部件。
堆用電力切斷器44由控制器5來控制開閉,將燃料電池堆1與電力分配裝置43電連接或電切斷。
強(qiáng)電電池45是能夠充放電的二次電池。以燃料電池堆1的發(fā)電電力的剩余部分和驅(qū)動電動機(jī)41的再生電力對強(qiáng)電電池45進(jìn)行充電。根據(jù)需要將充入到強(qiáng)電電池45的電力供給到強(qiáng)電系統(tǒng)的各電氣部件,并且經(jīng)由電壓降壓器47供給到弱電系統(tǒng)的各電氣部件。在本實(shí)施方式中,將輸出電壓為300[V]左右的鋰離子電池用作強(qiáng)電電池45。
強(qiáng)電電池45中設(shè)置有檢測強(qiáng)電電池45的溫度的溫度傳感器451以及檢測強(qiáng)電電池45的充電率(SOC;State Of Charge)的SOC傳感器452。
強(qiáng)電用電力切斷器46由控制器5來控制開閉,將強(qiáng)電電池45與電力分配裝置43和電壓降壓器47電連接或電切斷。另外,強(qiáng)電用電力切斷器46中設(shè)置有檢測從強(qiáng)電電池45取出的電流(以下稱為“電池輸出電流”。)的電流傳感器461以及檢測強(qiáng)電電池45的輸出電壓(以下稱為“電池輸出電壓”。)的電壓傳感器462。
電壓降壓器47將施加電壓進(jìn)行降壓來向弱電系統(tǒng)的各電氣部件供給電力。在本實(shí)施方式中將DC/DC轉(zhuǎn)換器用作電壓降壓器47。
弱電電池48是能夠充放電的二次電池。弱電電池48蓄積用于在沒有利用燃料電池堆1進(jìn)行發(fā)電的燃料電池系統(tǒng)100的啟動處理時(shí)和停止處理時(shí)供給到弱電系統(tǒng)的電氣部件的電力。在本實(shí)施方式中,將輸出電壓為14[V]左右的鉛蓄電池用作弱電電池48。
弱電用電力切斷器49由控制器5來控制開閉,將電壓降壓器47和弱電電池48與弱電的各電氣部件電連接或電切斷。
控制器5由具備中央運(yùn)算裝置(CPU)、只讀存儲器(ROM)、隨機(jī)存取存儲器(RAM)以及輸入輸出接口(I/O接口)的微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成。
除了來自上述的第一電流傳感器13、第二電流傳感器461、第一電壓傳感器14、第二電壓傳感器462、溫度傳感器451、SOC傳感器452的信號以外,來自檢測正極壓縮機(jī)23的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速傳感器61、檢測燃料電池系統(tǒng)100的啟動停止請求的啟動開關(guān)62等控制燃料電池系統(tǒng)100所需的各種傳感器的信號也被輸入到控制器5。
控制器5在啟動開關(guān)62變?yōu)閿嚅_時(shí)、即存在燃料電池系統(tǒng)100的停止請求時(shí),實(shí)施規(guī)定的停止時(shí)序處理來使燃料電池系統(tǒng)100停止。另一方面,在啟動開關(guān)62變?yōu)榻油〞r(shí)、即存在燃料電池系統(tǒng)100的啟動請求時(shí),實(shí)施規(guī)定的啟動時(shí)序處理來使燃料系統(tǒng)啟動。
停止時(shí)序處理具體地說是如下的處理:在啟動開關(guān)62被斷開之后,按順序進(jìn)行使燃料電池堆1干燥的干燥處理、使堆輸出電壓降低到規(guī)定的限制電壓的停止VLC(Voltage Limit Control:電壓極限控制)處理、使燃料電池堆1中的發(fā)電停止的發(fā)電停止處理、切斷對強(qiáng)電系統(tǒng)的電力供給的強(qiáng)電停止處理、切斷對弱電系統(tǒng)的電力供給的弱電停止處理,來使燃料電池系統(tǒng)100完全停止。
啟動時(shí)序處理具體地說是如下的處理:在啟動開關(guān)62被接通之后,按順序進(jìn)行開始對弱電系統(tǒng)的電力供給的弱電啟動處理、開始對強(qiáng)電系統(tǒng)的電力供給的強(qiáng)電啟動處理、進(jìn)行燃料電池堆1的啟動準(zhǔn)備的堆啟動處理,來使燃料電池堆1中的發(fā)電開始。
在本實(shí)施方式中,在該停止時(shí)序處理和啟動時(shí)序處理中,將旁路閥27的閥體控制在完全閉合位置。下面說明其理由。
如上所述,旁路閥27是其開度由步進(jìn)電動機(jī)271階段性地調(diào)整的開閉閥。
步進(jìn)電動機(jī)271中不存在直接檢測實(shí)際的旋轉(zhuǎn)位置的單元,因此在燃料電池系統(tǒng)100剛啟動時(shí),處于旁路閥27的開度、即旁路閥27的閥體位置不明確的狀態(tài)。因此,在燃料電池系統(tǒng)100啟動時(shí),在開始燃料電池堆1中的發(fā)電之前需要進(jìn)行以下的初始化處理:使步進(jìn)電動機(jī)271逆旋轉(zhuǎn)來將旁路閥27的閥體推抵至閥座,使旁路閥27的開度完全閉合,由此掌握閥體的位置。
通過實(shí)施一次初始化處理,直到燃料電池系統(tǒng)100下一次停止為止,都能夠根據(jù)輸入到步進(jìn)電動機(jī)271的脈沖信號數(shù)來運(yùn)算步進(jìn)數(shù),因此能夠掌握旁路閥27的開度。
在此,在實(shí)施初始化處理之前處于旁路閥27的閥體位置不明確的狀態(tài),因此為了將旁路閥27可靠地推抵至閥座來使旁路閥27完全閉合,需要使步進(jìn)電動機(jī)271至少向反方向旋轉(zhuǎn)全開步進(jìn)數(shù)。
這樣一來,在初始化處理的實(shí)施過程中,會產(chǎn)生即使在閥體到達(dá)閥座之后還使步進(jìn)電動機(jī)271向反方向旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)。當(dāng)即使在閥體到達(dá)閥座之后還使步進(jìn)電動機(jī)271向反方向旋轉(zhuǎn)時(shí),閥體會繼續(xù)推壓閥座,由此部件磨耗變大,并且聲振性能也惡化。另外,存在閥座被閥體彈回而產(chǎn)生失步的擔(dān)憂。
因此,在初始化處理時(shí),需要使步進(jìn)電動機(jī)271的轉(zhuǎn)速比通常時(shí)的轉(zhuǎn)速慢,來抑制這種部件磨耗、聲振性能的惡化、失步的產(chǎn)生。此外,此處所說的通常時(shí)是指在燃料電池堆1中實(shí)施發(fā)電并利用其發(fā)電電力運(yùn)轉(zhuǎn)燃料電池系統(tǒng)100時(shí)。
旁路閥27通過控制在旁路通路26中流動的正極氣體的流量來控制供給到燃料電池堆1的正極氣體的流量。因而,旁路閥27的初始化處理需要在利用燃料電池堆1開始發(fā)電之前實(shí)施。然而,當(dāng)以比通常時(shí)的速度慢的速度使步進(jìn)電動機(jī)271只逆旋轉(zhuǎn)全開步進(jìn)數(shù)時(shí)會耗費(fèi)時(shí)間,在啟動燃料電池系統(tǒng)100后到利用燃料電池堆1開始發(fā)電為止的時(shí)間變長。這樣一來,作為結(jié)果,從啟動燃料電池系統(tǒng)100到暖機(jī)完成的時(shí)間變長,因此從啟動到允許行駛的時(shí)間變長,商品性惡化。
因此,在本實(shí)施方式中,在停止時(shí)序處理的實(shí)施過程中,在不需要向燃料電池堆1供給正極氣體而不需要控制旁路閥27的時(shí)間點(diǎn),與停止時(shí)序處理并行地實(shí)施停止時(shí)完全閉合處理,在該停止時(shí)完全閉合處理中,控制步進(jìn)電動機(jī)271使得旁路閥27完全閉合。
然后,在下一次啟動燃料電池系統(tǒng)100時(shí)的啟動時(shí)序處理的實(shí)施過程中,在能夠向旁路閥27的步進(jìn)電動機(jī)271供給電力的時(shí)間點(diǎn),與啟動時(shí)序處理并行地實(shí)施最小初始化處理,在該最小初始化處理中,使步進(jìn)電動機(jī)271向反方向只旋轉(zhuǎn)比全開步進(jìn)數(shù)少的規(guī)定的初始化步進(jìn)數(shù),來使旁路閥27初始化。在本實(shí)施方式中初始化步進(jìn)數(shù)設(shè)定為8左右。
這樣,在燃料電池系統(tǒng)100停止時(shí)預(yù)先使旁路閥27完全閉合,由此能夠在燃料電池系統(tǒng)啟動時(shí)以比全開步進(jìn)數(shù)少的初始化步進(jìn)數(shù)使旁路閥27初始化。
因此,能夠縮短旁路閥27的初始化所需的時(shí)間,從而能夠縮短啟動燃料電池系統(tǒng)100之后到利用燃料電池堆1開始發(fā)電為止的時(shí)間。
另外,為了在停止時(shí)序處理中使停止時(shí)完全閉合處理結(jié)束,在不需要向燃料電池堆1供給正極氣體而不需要控制旁路閥27的時(shí)間點(diǎn)與停止時(shí)序處理并行地實(shí)施停止時(shí)完全閉合處理,因此不會將停止時(shí)完全閉合處理追加為停止時(shí)序處理之一。因此,停止時(shí)序處理的實(shí)施時(shí)間不會延長。
下面,說明在該燃料電池系統(tǒng)100的停止時(shí)序處理中實(shí)施的停止時(shí)完全閉合處理以及在燃料電池系統(tǒng)100的啟動時(shí)序處理中實(shí)施的最小初始化處理的控制內(nèi)容。
圖2是說明本實(shí)施方式的停止時(shí)完全閉合處理的控制內(nèi)容的流程圖。
在步驟S1中,控制器5判斷在燃料電池系統(tǒng)100的運(yùn)轉(zhuǎn)中是否產(chǎn)生了無法實(shí)施停止時(shí)完全閉合處理這樣的異常。如果產(chǎn)生了異常,則控制器5實(shí)施步驟S2的處理。另一方面,如果未產(chǎn)生異常則控制器5實(shí)施步驟S3的處理。
在步驟S2中,控制器5中止在停止時(shí)序處理中實(shí)施停止時(shí)完全閉合處理。
在步驟S3中,控制器5判斷干燥處理是否已結(jié)束。干燥處理是指利用燃料電池堆1的發(fā)電電力將正極壓縮機(jī)23驅(qū)動規(guī)定時(shí)間、將燃料電池堆1的內(nèi)部的水分排出到系統(tǒng)外部以備下一次啟動時(shí)的處理。由此,防止燃料電池堆1的內(nèi)部的水分凍結(jié)所導(dǎo)致的啟動性的惡化。如果干燥處理未結(jié)束,則控制器5結(jié)束本次的處理,如果干燥處理已結(jié)束則控制器5實(shí)施步驟S4的處理。
在步驟S4中,控制器5使對正極壓縮機(jī)23的通電量為零,使正極壓縮機(jī)23停止。
在步驟S5中,控制器5判斷正極壓縮機(jī)23的轉(zhuǎn)速N是否變?yōu)橥V古袛噢D(zhuǎn)速Ns以下。如果正極壓縮機(jī)23的轉(zhuǎn)速N高于停止判斷轉(zhuǎn)速Ns,則控制器5結(jié)束本次的處理。另一方面,如果正極壓縮機(jī)23的轉(zhuǎn)速N為停止轉(zhuǎn)速Ns以下則進(jìn)行步驟S6的處理。
在步驟S6中,控制器5判斷旁路閥27的步進(jìn)電動機(jī)271的步進(jìn)數(shù)是否為初始化步進(jìn)數(shù)以下。如果步進(jìn)電動機(jī)271的步進(jìn)數(shù)大于初始化步進(jìn)數(shù),則控制器5進(jìn)行步驟S7的處理,如果步進(jìn)電動機(jī)271的步進(jìn)數(shù)為初始化步進(jìn)數(shù)以下則控制器5進(jìn)行步驟S8的處理。
在步驟S7中,控制器5使步進(jìn)電動機(jī)271以通常時(shí)的轉(zhuǎn)速向反方向旋轉(zhuǎn),以使步進(jìn)數(shù)為初始化步進(jìn)數(shù)。
在步驟S8中,控制器5使步進(jìn)電動機(jī)271以比通常時(shí)的轉(zhuǎn)速慢的轉(zhuǎn)速向反方向旋轉(zhuǎn),以使步進(jìn)數(shù)為零。
圖3是說明本實(shí)施方式的最小初始化處理的控制內(nèi)容的流程圖。
在步驟S11中,控制器5判斷是否在停止時(shí)序處理中實(shí)施了停止時(shí)完全閉合處理。如果在停止時(shí)序處理中實(shí)施了停止時(shí)完全閉合處理,則控制器5實(shí)施步驟S12的處理。另一方面,如果在停止時(shí)序處理中未實(shí)施停止時(shí)完全閉合處理則實(shí)施步驟S13的處理。
在步驟S12中,控制器5使步進(jìn)電動機(jī)271以比通常時(shí)的轉(zhuǎn)速慢的轉(zhuǎn)速向反方向僅旋轉(zhuǎn)初始化步進(jìn)數(shù)。像這樣在停止時(shí)序處理中實(shí)施了停止時(shí)完全閉合處理時(shí)使步進(jìn)電動機(jī)271向反方向只旋轉(zhuǎn)初始化步進(jìn)數(shù)是由于:如果在停止時(shí)序處理中實(shí)施了停止時(shí)完全閉合處理,則能夠推測出在下一次啟動時(shí)之前即使旁路閥27的閥體位置偏離于完全閉合位置也位于完全閉合位置附近,只要向反方向僅旋轉(zhuǎn)比全開步進(jìn)數(shù)少的初始化步進(jìn)數(shù),就能夠充分將閥體推抵至閥座。
在步驟S13中,控制器5使步進(jìn)電動機(jī)271以比通常時(shí)的轉(zhuǎn)速慢的轉(zhuǎn)速向反方向僅旋轉(zhuǎn)全開步進(jìn)數(shù)。像這樣在停止時(shí)序處理中未實(shí)施停止時(shí)完全閉合處理時(shí)使步進(jìn)電動機(jī)271向反方向僅旋轉(zhuǎn)全開步進(jìn)數(shù)是由于,旁路閥27的閥體位置不明確。
圖4是說明本實(shí)施方式的停止時(shí)序處理的動作的時(shí)序圖。
當(dāng)在時(shí)刻t1啟動開關(guān)62被斷開時(shí),實(shí)施干燥處理。在干燥處理中,向燃料電池堆1供給負(fù)極氣體和正極氣體,利用燃料電池堆1的發(fā)電電力來驅(qū)動正極壓縮機(jī)23。
當(dāng)在時(shí)刻t2干燥處理結(jié)束時(shí),為了進(jìn)行停止VLC處理,停止對正極壓縮機(jī)23通電。
當(dāng)在時(shí)刻t3正極壓縮機(jī)23的轉(zhuǎn)速降低到停止判斷轉(zhuǎn)速Ns時(shí),實(shí)施停止時(shí)完全閉合處理,將旁路閥27控制為完全閉合。像這樣在停止正極壓縮機(jī)23之后實(shí)施停止時(shí)完全閉合處理是由于,在正極壓縮機(jī)23的驅(qū)動過程中需要控制旁路閥27的開度。
另外,在時(shí)刻t3同時(shí)實(shí)施停止VLC處理。停止VLC處理是以下的處理:在停止正極氣體的供給之后,通過僅供給負(fù)極氣體并實(shí)施發(fā)電來消耗燃料電池堆1內(nèi)的正極氣體,使堆輸出電壓降低到限制電壓。由此,能夠防止由于在堆輸出電壓仍高的狀態(tài)下停止燃料電池系統(tǒng)100而產(chǎn)生的燃料電池的催化劑的劣化。
當(dāng)在時(shí)刻t4堆輸出電壓降低到限制電壓時(shí),實(shí)施發(fā)電停止處理,在使負(fù)極壓力調(diào)節(jié)閥34完全閉合之后,切斷閥33被完全閉合。而且最后切斷堆用電力切斷器44。
當(dāng)在時(shí)刻t5發(fā)電停止處理結(jié)束時(shí),實(shí)施強(qiáng)電停止處理,進(jìn)行用于切斷強(qiáng)電用電力切斷器46的準(zhǔn)備。
當(dāng)在時(shí)刻t6強(qiáng)電停止處理結(jié)束而切斷了強(qiáng)電用電力切斷器46時(shí),實(shí)施弱電停止處理,進(jìn)行用于切斷弱電用電力切斷器49的準(zhǔn)備。
從正極壓縮機(jī)23的驅(qū)動被停止到開始弱電停止處理為止的時(shí)刻t3至?xí)r刻t6的期間為能夠?qū)嵤┡月烽y27的停止時(shí)完全閉合處理的期間。
當(dāng)在時(shí)刻t7弱電停止處理結(jié)束時(shí),切斷弱電用電力切斷器49。由此,燃料電池系統(tǒng)100被完全停止。
圖5是說明本實(shí)施方式的啟動時(shí)序處理的動作的時(shí)序圖。
當(dāng)在時(shí)刻t11啟動開關(guān)62被接通(ON)時(shí),連接弱電用電力切斷器49,開始弱電啟動處理。在弱電啟動處理中,實(shí)施控制器5的自我診斷、弱電用電力切斷器49的緊固診斷等。
當(dāng)在時(shí)刻t12弱電啟動處理結(jié)束時(shí),連接強(qiáng)電用電力切斷器46來開始強(qiáng)電啟動處理,并且開始旁路閥27的最小初始化處理。像這樣在弱電啟動處理結(jié)束的同時(shí)開始最小初始化處理是由于:在弱電啟動處理結(jié)束的時(shí)間點(diǎn)變得能夠?qū)⑷蹼婋姵氐碾娏┙o到旁路閥27的步進(jìn)電動機(jī)271,從而能夠?qū)嵤┳钚〕跏蓟幚怼?/p>
此外,在強(qiáng)電啟動處理中,實(shí)施強(qiáng)電用電力切斷器46的緊固診斷、電池輸出電壓是否上升到規(guī)定電壓以上等判斷。
當(dāng)在時(shí)刻t13強(qiáng)電啟動處理結(jié)束時(shí),實(shí)施堆啟動處理,在打開切斷閥33之后,連接堆用電力切斷器44。之后,打開負(fù)極壓力調(diào)節(jié)閥34并且驅(qū)動正極壓縮機(jī)23,開始燃料電池堆1的發(fā)電。
從弱電啟動處理結(jié)束到驅(qū)動正極壓縮機(jī)23來向燃料電池堆1供給正極氣體為止的時(shí)刻t12至?xí)r刻t14的期間為能夠?qū)嵤┡月烽y27的最小初始化處理的范圍。
根據(jù)以上說明的本實(shí)施方式,在不需要向燃料電池堆1供給正極氣體而不需要控制旁路閥27的時(shí)間點(diǎn)與停止時(shí)序處理并行地實(shí)施停止時(shí)完全閉合處理,以使停止時(shí)完全閉合處理在停止時(shí)序處理中結(jié)束。
由此,不需要將停止時(shí)完全閉合處理追加為停止時(shí)序處理之一,因此能夠抑制停止時(shí)序處理的實(shí)施時(shí)間變長。
另外,在燃料電池系統(tǒng)100停止時(shí)預(yù)先使旁路閥27完全閉合,由此能夠在燃料電池系統(tǒng)啟動時(shí)以比完全打開步進(jìn)數(shù)少的初始化步進(jìn)數(shù)使旁路閥27初始化。因此,能夠縮短在啟動燃料電池系統(tǒng)100后到利用燃料電池堆1開始發(fā)電為止的時(shí)間,因此能夠縮短從啟動燃料電池系統(tǒng)100到暖機(jī)完成的時(shí)間。因此,能夠縮短從啟動到允許行駛的時(shí)間。
并且,進(jìn)行停止時(shí)序處理時(shí)是在完全停止燃料電池系統(tǒng)之前,因此處于能夠掌握旁路閥的開度的狀況。因此,與初始化處理不同,在將旁路閥控制在完全閉合位置時(shí)不需要使旁路閥的閥體推壓閥座。因此,能夠抑制部件磨耗,并且也能夠抑制聲振性能的惡化。另外,能夠抑制彈回所導(dǎo)致的失步。
另外,根據(jù)本實(shí)施方式,在停止時(shí)完全閉合處理時(shí),在旁路閥27的步進(jìn)電動機(jī)271的步進(jìn)數(shù)變?yōu)槌跏蓟竭M(jìn)數(shù)以下時(shí),使步進(jìn)電動機(jī)271的轉(zhuǎn)速比通常時(shí)的轉(zhuǎn)速慢。
由此,能夠可靠地抑制旁路閥27的閥體到達(dá)閥座時(shí)的彈回所導(dǎo)致的失步。另外,能夠進(jìn)一步抑制部件磨耗、聲振的產(chǎn)生。
另外,根據(jù)本實(shí)施方式,與停止VLC處理同時(shí)地實(shí)施停止時(shí)完全閉合處理。
由此,在停止VLC處理中旁路閥27被控制為完全閉合,因此能夠抑制在停止VLC處理中排出到正極氣體排出通路24的正極排氣與負(fù)極排氣的混合氣體反流到旁路通路26。
此外,旁路閥27的步進(jìn)電動機(jī)271是弱電系統(tǒng)的部件,因此停止時(shí)完全閉合處理只要在停止正極壓縮機(jī)23之后就能夠在開始弱電停止處理之前實(shí)施。然而,通過與正極壓縮機(jī)23停止后最初實(shí)施的停止VLC處理同時(shí)地實(shí)施,能夠在停止時(shí)序處理中的較早階段使停止時(shí)完全閉合處理結(jié)束,從而能夠可靠地在停止時(shí)序處理中使停止時(shí)完全閉合處理結(jié)束。
以上,說明了本發(fā)明的實(shí)施方式,但是上述實(shí)施方式不過示出了本發(fā)明的應(yīng)用例的一部分,其宗旨并不是將本發(fā)明的保護(hù)范圍限定于上述實(shí)施方式的具體結(jié)構(gòu)。
例如,在上述的實(shí)施方式中,使旁路閥27的初始化位置為完全閉合位置,但是初始化位置也可以是完全打開位置。
另外,在上述的實(shí)施方式中,與停止VLC處理同時(shí)地實(shí)施停止時(shí)完全閉合處理,但是只要在開始弱電停止處理之前結(jié)束停止時(shí)完全閉合處理即可,也可以在停止VLC處理中、之后的發(fā)電停止處理、強(qiáng)電停止處理中開始。
本申請基于2012年6月1日向日本專利局申請的特愿2012-125759號要求優(yōu)先權(quán),通過參照將該申請的全部內(nèi)容引入本說明書中。