燃料電池系統(tǒng)及其控制方法
【專利說明】燃料電池系統(tǒng)及其控制方法
[0001 ] 本申請主張基于在2014年11月13日提出申請的特愿2014-230864號的日本專利申請的優(yōu)先權(quán)，并將其公開的全部通過參照而援引于本申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及燃料電池系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0003]固體高分子型燃料電池(以下，簡稱為“燃料電池”)具備在濕潤狀態(tài)下表現(xiàn)出良好的質(zhì)子傳導(dǎo)性的固體高分子的薄膜，燃料電池的內(nèi)部的水分狀態(tài)會對其發(fā)電效率造成影響。在燃料電池系統(tǒng)中，有時會計測表示燃料電池的內(nèi)部電阻的阻抗來檢測燃料電池內(nèi)部的水分狀態(tài)的變化(例如，日本特開2013-110019號公報)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]已知的是燃料電池的內(nèi)部電阻由于燃料電池的經(jīng)年劣化等而變化。因此，在燃料電池發(fā)生了經(jīng)年劣化的情況下，燃料電池的阻抗與燃料電池內(nèi)部的水分狀態(tài)之間的相關(guān)關(guān)系變化，存在無法準(zhǔn)確地檢測燃料電池的水分狀態(tài)的可能性。一直以來，為了應(yīng)用于燃料電池的運(yùn)轉(zhuǎn)控制，希望一種并不局限于燃料電池內(nèi)部的水分狀態(tài)，而且能夠更準(zhǔn)確地檢測燃料電池的當(dāng)前的狀態(tài)的技術(shù)。
[0005]本發(fā)明為了解決至少上述的課題的一部分而作出，能夠作為以下的方式實現(xiàn)。
[0006][I]根據(jù)本發(fā)明的一方式，提供一種燃料電池系統(tǒng)。該燃料電池系統(tǒng)可以具備燃料電池、阻抗計測部、控制部。所述阻抗計測部可以計測所述燃料電池的阻抗。所述控制部可以執(zhí)行所述燃料電池的運(yùn)轉(zhuǎn)控制。所述控制部可以取得表示所述燃料電池處于規(guī)定的狀態(tài)時的所述燃料電池的阻抗的第一阻抗值，并取得表示在運(yùn)轉(zhuǎn)控制中通過所述阻抗計測部計測到的所述燃料電池的阻抗的第二阻抗值，使用所述第一阻抗值和所述第二阻抗值來執(zhí)行所述燃料電池的運(yùn)轉(zhuǎn)控制。根據(jù)該方式的燃料電池系統(tǒng)，通過使用第一阻抗值和第二阻抗值，能夠更準(zhǔn)確地檢測例如燃料電池內(nèi)部的濕潤狀態(tài)等燃料電池的狀態(tài)，能夠進(jìn)行與燃料電池的狀態(tài)對應(yīng)的更適當(dāng)?shù)倪\(yùn)轉(zhuǎn)控制。
[0007][2]在上述方式的燃料電池系統(tǒng)中，可以的是，所述控制部使用所述第一阻抗值對所述第二阻抗值進(jìn)行校正，基于校正后的所述第二阻抗值來執(zhí)行所述燃料電池的運(yùn)轉(zhuǎn)控制。根據(jù)該方式的燃料電池系統(tǒng)，基于第一阻抗值而使第二阻抗值適當(dāng)化，因此能夠更準(zhǔn)確地檢測燃料電池的狀態(tài)。
[0008][3]上述方式的燃料電池系統(tǒng)可以還具備存儲所述第一阻抗值的存儲部，所述控制部執(zhí)行如下的更新處理:在所述燃料電池在運(yùn)轉(zhuǎn)中達(dá)到了所述規(guī)定的狀態(tài)時，對存儲于所述存儲部的所述第一阻抗值進(jìn)行更新，在所述更新處理中，所述控制部讀入存儲于所述存儲部的所述第一阻抗值作為上次值，在所述燃料電池處于所述規(guī)定的狀態(tài)時通過所述阻抗計測部取得所述燃料電池的阻抗作為本次值，使用所述上次值和所述本次值來算出更新后第一阻抗值，將所述更新后第一阻抗值作為所述第一阻抗值而存儲于所述存儲部。根據(jù)該方式的燃料電池系統(tǒng)，能夠逐次地更新第一阻抗值，因此使第一阻抗值的值更加適當(dāng)化。因此，基于阻抗的燃料電池的狀態(tài)檢測的精度進(jìn)一步提高。
[0009][4]上述方式的燃料電池系統(tǒng)還具備檢測所述燃料電池的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度的溫度檢測部，在所述燃料電池的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度處于規(guī)定的溫度范圍內(nèi)時，所述控制部判斷為所述燃料電池處于所述規(guī)定的狀態(tài)，執(zhí)行所述更新處理。根據(jù)該方式的燃料電池系統(tǒng)，在燃料電池處于適合于阻抗的測定的溫度狀態(tài)時，能夠取得用于第一阻抗值的更新的本次值，第一阻抗值的可靠性提尚。
[0010][5]在上述方式的燃料電池系統(tǒng)中，可以的是，在所述燃料電池的運(yùn)轉(zhuǎn)溫度持續(xù)規(guī)定的期間處于所述規(guī)定的溫度范圍內(nèi)時，所述控制部判斷為所述燃料電池處于所述規(guī)定的狀態(tài)，執(zhí)行所述更新處理。根據(jù)該方式的燃料電池系統(tǒng)，在燃料電池繼續(xù)適合于阻抗的測定的溫度狀態(tài)時，能夠取得本次值，能夠抑制在燃料電池剛成為明顯高溫的狀態(tài)之后等取得本次值的情況，能抑制第一阻抗值的可靠性的下降。
[0011][6]在上述方式的燃料電池系統(tǒng)中，可以的是，所述控制部以使所述本次值與所述更新后第一阻抗值之差減小的方式反映所述本次值與所述上次值之差而更新所述第一阻抗值。根據(jù)該方式的燃料電池系統(tǒng)，使第一阻抗值的值更加適當(dāng)化。
[0012][7]在上述方式的燃料電池系統(tǒng)中，可以的是，所述控制部在更新所述第一阻抗值時使用表示反映所述本次值與所述上次值之差的程度的校正強(qiáng)度。若是該方式的燃料電池系統(tǒng)，則通過校正強(qiáng)度的變更，能夠任意地控制用于第一阻抗值的適當(dāng)化的學(xué)習(xí)速度。
[0013][8]上述方式的燃料電池系統(tǒng)可以還具備檢測所述存儲部被初始化的履歷的初始化檢測部，在所述初始化檢測部檢測到所述存儲部被初始化的履歷的情況下，所述控制部以使反映所述本次值與所述上次值之差的程度增大的方式變更所述校正強(qiáng)度。若是該方式的燃料電池系統(tǒng)，則存儲部的存儲內(nèi)容被初始化之后的第一阻抗值的學(xué)習(xí)速度提高，因此能縮短第一阻抗值恢復(fù)至存儲部的初始化前的值附近為止的時間。
[0014][9]在上述方式的燃料電池系統(tǒng)中，可以的是，所述存儲部是第一存儲部，所述燃料電池系統(tǒng)還具備:第二存儲部，存儲所述第一阻抗值的初始值;及初始化檢測部，檢測所述第一存儲部被初始化的履歷，在所述初始化檢測部檢測到所述第一存儲部被初始化的履歷的情況下，所述控制部將比存儲于所述第二存儲部的所述第一阻抗值的初始值大的值設(shè)定作為所述上次值，再次開始所述更新處理中的所述第一阻抗值的更新。若是該方式的燃料電池系統(tǒng)，則能縮短第一阻抗值恢復(fù)至存儲部的初始化前的值附近為止的時間。
[0015][10]上述方式的燃料電池系統(tǒng)可以還具備向所述燃料電池供給反應(yīng)氣體的反應(yīng)氣體供給部，所述控制部執(zhí)行所述反應(yīng)氣體供給部的控制作為使用所述第一阻抗值和所述第二阻抗值的所述燃料電池的運(yùn)轉(zhuǎn)控制。根據(jù)該方式的燃料電池系統(tǒng)，根據(jù)燃料電池的當(dāng)前的阻抗而更適當(dāng)?shù)貓?zhí)行對于燃料電池的反應(yīng)氣體的供給。
[0016]上述的本發(fā)明的各方式具有的多個構(gòu)成要素并非全部都為必須的要素，為了解決上述的課題的一部分或全部，或者為了實現(xiàn)本說明書記載的效果的一部分或全部，對于所述多個構(gòu)成要素的一部分，可以適當(dāng)進(jìn)行變更、刪除、與新的其他的構(gòu)成要素的更換、限定內(nèi)容的一部分刪除。而且，為了解決上述的課題的一部分或全部，或者為了實現(xiàn)本說明書記載的效果的一部分或全部，可以將上述的本發(fā)明的一方式包含的技術(shù)特征的一部分或全部與上述的本發(fā)明的其他的方式包含的技術(shù)特征的一部分或全部組合，來作為本發(fā)明的獨(dú)立的一方式。
[0017]本發(fā)明能夠以燃料電池系統(tǒng)以外的各種方式實現(xiàn)。例如，能夠以燃料電池的阻抗的計測裝置或計測方法、校正方法、燃料電池系統(tǒng)的控制方法、實現(xiàn)上述的方法的計算機(jī)程序、存儲有該計算機(jī)程序的非暫時性的記錄介質(zhì)等方式實現(xiàn)。
【附圖說明】
[0018]圖1是表示第一實施方式的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的概略圖。
[0019]圖2是表示第一實施方式的燃料電池系統(tǒng)的電氣性的結(jié)構(gòu)的概略圖。
[0020]圖3是用于說明燃料電池的阻抗的說明圖。
[0021]圖4是表示控制部執(zhí)行的燃料電池的運(yùn)轉(zhuǎn)控制的流程的說明圖。
[0022]圖5是表示阻抗校正基準(zhǔn)值更新處理的流程的說明圖。
[0023]圖6是表示阻抗取得處理的流程的說明圖。
[0024]圖7是表示第二實施方式的燃料電池系統(tǒng)的電氣性的結(jié)構(gòu)的概略圖。
[0025]圖8是表示第二實施方式的阻抗校正基準(zhǔn)值更新處理的流程的說明圖。
[0026]圖9是表示取代初始值而將校正基準(zhǔn)值設(shè)定為替代初始值時的效果的說明圖。
【具體實施方式】
[0027]A.第一實施方式:
[0028][燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)]
[0029]圖1是表示作為本發(fā)明的第一實施方式的燃料電池系統(tǒng)100的結(jié)構(gòu)的概略圖。該燃料電池系統(tǒng)100搭載于燃料電池車輛，根據(jù)來自駕駛者(使用者)的要求，輸出作為驅(qū)動力使用的電力。燃料電池系統(tǒng)100具備控制部10、燃料電池20、陰極氣體供給部30、陽極氣體供給部50、制冷劑供給部70。
[0030]控制部10由具備中央處理裝置和主存儲裝置的微型計算機(jī)構(gòu)成，向主存儲裝置上讀入程序并執(zhí)行，由此發(fā)揮各種功能?？刂撇?0控制燃料電池系統(tǒng)100的各結(jié)構(gòu)部，具有執(zhí)行使燃料電池20產(chǎn)生與輸出要求對應(yīng)的電力的燃料電池20的運(yùn)轉(zhuǎn)控制的功能?？刂撇?0還具有取得燃料電池20的運(yùn)轉(zhuǎn)控制所使用的燃料電池20的阻抗并進(jìn)行校正的作為阻抗處理部15的功能。關(guān)于控制部1的對燃料電池2 O的運(yùn)轉(zhuǎn)控制及阻抗處理部15的功能在后文敘述。
[0031]燃料電池20是接受作為反應(yīng)氣體的氫(陽極氣體)和空氣(陰極氣體)的供給而發(fā)電的固體高分子型燃料電池。燃料電池20具有將多個單電池21層疊的堆疊結(jié)構(gòu)。各單電池21分別是即使為單體也能夠發(fā)電的發(fā)電要素，具有在電解質(zhì)膜的兩面上配置有電極的作為發(fā)電體的膜電極接合體和夾持膜電極接合體的兩張分隔件(未圖示)。電解質(zhì)膜由在內(nèi)部包含有水分的濕潤狀態(tài)時表現(xiàn)出良好的質(zhì)子傳導(dǎo)性的固體高分子薄膜構(gòu)成。膜電極接合體的電極具有催化劑層和氣體擴(kuò)散層。
[0032]陰極氣體供給部30具有向燃料電池20供給陰極氣體的功能和將從燃料電池20的陰極側(cè)排出的排水及陰極廢氣向燃料電池系統(tǒng)100的外部排出的功能。陰極氣體供給部30在燃料電池20的上游側(cè)具備陰極氣體配管31、空氣壓縮器32、空氣流量計33、開閉閥34。陰極氣體配管31與燃料電池20的陰極側(cè)的入口連接?？諝鈮嚎s器32經(jīng)由陰極氣體配