專利名稱：搭載有燃料電池的移動體的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種執(zhí)行間斷運轉的燃料電池系統中的燃料電池系統的保溫技術。
背景技術：
在燃料電池系統中，由于通過氫和氧的化學反應來發(fā)電，因此在發(fā)電時生成水。在燃料電池系統的運轉停止、燃料電池系統的溫度下降到水的凍結溫度以下時，殘留在燃料電池系統中的水分就會凍結，結果存在以下問題氫氣供給路徑、空氣供給路徑被堵塞，進而燃料電池的電解膜凍結。
在此，在以搭載有燃料電池系統的車輛為首的移動體中，由于燃料電池系統被間斷地運轉，因此在燃料電池系統的運轉停止時，存在燃料電池系統的溫度變?yōu)樗膬鼋Y溫度以下的可能。因此，在移動體中，燃料電池系統的運轉停止時，為了將燃料電池系統的溫度維持在比水的凍結溫度高的溫度，而執(zhí)行保溫運轉。
但是，由于即使在保溫運轉中燃料電池也發(fā)電，因此處于可對輸出移動體的驅動力的電動機供電的狀態(tài)，存在移動體移動的可能性。
發(fā)明內容
本發(fā)明正是為了解決上述問題而提出的，其目的在于切實地防止燃料電池系統在保溫運轉時移動體的移動。
為了解決上述問題，本發(fā)明的第一方式提供一種搭載有燃料電池的移動體。本發(fā)明的第一方式的移動體，其特征在于，具有燃料電池系統，包括所述燃料電池；可否移動判定設備，判定所述移動體是否處于無法移動的狀態(tài)；和保溫運轉控制設備，在所述燃料電池系統停止時，由所述可否移動判定設備判定為移動體處于無法移動的狀態(tài)的情況下，對所述燃料電池的動作狀態(tài)進行控制，以將所述燃料電池系統維持為大于等于預定溫度。
根據本實施例的第一方式的移動體，在燃料電池系統停止時，由可否移動判定設備判定為移動體處于無法移動的狀態(tài)的情況下，運轉燃料電池以使燃料電池系統維持為大于等于預定溫度，因此可以更為適當地防止燃料電池系統在保溫運轉時移動體的移動。
本發(fā)明的第一方式的移動體，優(yōu)選的是，還包括通知設備，在所述燃料電池系統停止時，在由所述可否移動判定設備判定為移動體處于可以移動的狀態(tài)的情況下，進行通知。這種情況下，可以促使使用者注意將移動體置于無法移動的狀態(tài)，因此可以降低或防止由于移動體處于可以移動的狀態(tài)而引起的燃料電池系統的保溫運轉的機會減少。
本發(fā)明的第一方式的移動體，優(yōu)選的是，所述移動體，具有動力隔斷裝置，機械性的隔斷向驅動輪的動力傳遞；電動機，將由所述燃料電池生成的電力轉換為至所述驅動輪的動力；隔斷電路，電隔斷到所述電動機的供電；和停車制動器，所述可否移動判定設備，在由所述動力隔斷裝置機械性的隔斷所述動力的傳遞時、由所述隔斷電路電隔斷所述供電時、以及所述停車制動器被啟動時的任意一種情況下，判定所述移動體處于無法移動的狀態(tài)。機械性的隔斷從電動機到驅動輪的動力傳遞時，即使電動機工作也可以防止移動體的移動。此外，電隔斷對電動機的供電時，產生對驅動輪的動力的電動機不工作，因此即使由燃料電池生成電力也可以防止移動體的移動。
本發(fā)明的第一方式的移動體，優(yōu)選的是，所述保溫運轉控制設備，包括對與所述燃料電池的內部溫度建立了對應關系的計測值進行檢測的檢測設備，利用由所述檢測設備檢測出的計測值，將所述燃料電池的內部溫度維持在預定溫度范圍。在燃料電池系統中，由于受到水分凍結的影響最大的是燃料電池，因此可以通過將燃料電池的溫度維持在預定穩(wěn)定范圍，來執(zhí)行更為適當的保溫運轉。
本發(fā)明的第二方式提供一種搭載有包括燃料電池的燃料電池系統的移動體中燃料電池系統的保溫控制方法。本發(fā)明的第二方式的保溫控制方法，其特征在于，包括以下步驟判定所述移動體是否處于無法移動的狀態(tài)；判定所述燃料電池系統是否處于停止狀態(tài)；判定為所述燃料電池系統處于停止狀態(tài)、并且所述移動體處于無法移動的狀態(tài)的情況下，對所述燃料電池的動作狀態(tài)進行控制，以將所述燃料電池系統維持為大于等于預定溫度。
根據本發(fā)明的第二方式的保溫控制方法，可以得到與本發(fā)明的第一方式的移動體相同的作用效果。此外，本發(fā)明的第二方式的保溫控制方法，與本發(fā)明的第一方式的移動體同樣地可以由各種方式來實現。
圖1是表示本實施例的搭載有燃料電池系統的移動體的簡要結構的說明圖。
圖2是表示在本實施例的車輛中執(zhí)行的燃料電池系統的保溫運轉控制處理的處理流程的流程圖。
圖3是對表示保溫運轉和燃料電池溫度的關系的保溫運轉控制進行說明的說明圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖并根據實施例，對本發(fā)明的搭載有燃料電池的移動體及搭載有燃料電池系統的移動體中燃料電池系統的保溫控制方法進行說明。
參照圖1對實施例涉及的搭載有燃料電池系統的移動體(車輛)的簡要結構進行說明。圖1是表示實施例涉及的搭載有燃料電池系統的移動體的簡要結構的說明圖。
搭載有燃料電池的車輛10包括作為電源系統的燃料電池系統20；驅動用電動機30，將從燃料電池系統得到的電力轉換為驅動力并將其輸出；車輪40，由驅動用電動機30驅動；和控制單元50，對車輛10的動作進行控制。
燃料電池系統20包括燃料電池21，將氫氣(含氫氣體)作為燃料消耗，并生成電力；熱交換器22，在運轉時冷卻燃料電池21；高壓氫氣缸23，存儲供給到燃料電池21的氫氣；和空氣泵24，向燃料電池21供給空氣。另外，雖未圖示，但也可以包括可蓄放電的二次電池。
通過氫氣供給管231連接燃料電池21和高壓氫氣缸23，在氫氣供給管231上配置有減壓閥232，將氫氣壓力減壓為向燃料電池21的供給壓力。經由空氣供給管241連接燃料電池21和空氣泵24。此外，供給到燃料電池21的空氣，經由排氣管242被排出到大氣中。
熱交換器22，被安裝于燃料電池21上，用于冷卻燃料電池21，冷卻液在其內部循環(huán)。在熱交換器22的冷卻液入口和冷卻液出口的任意一方或雙方的冷卻液外部循環(huán)管221中，安裝有檢測出冷卻液溫度的冷卻液溫度傳感器51、52。
驅動用電動機30，例如為三相同步電動機，包括轉子，在外周面具有多個永久磁鐵；和定子，被卷繞有用于形成旋轉磁場的三相線圈。驅動用電動機30的動作，由接受到來自控制單元50的控制信號的變換器31來控制。通過供電線311連接變換器31和燃料電池21，在供電線311的中途配置有電源繼電器312，用于電隔斷(切斷)燃料電池21和驅動用電動機30。
驅動用電動機30的轉子，經由具有離合器機構351的齒輪機構35而與車輪40連接。齒輪機構35，與用于選擇齒輪位置(移位位置SP)的移位選擇器36電連接或機械連接。離合器機構351，在選擇了P(停車)或N(空擋)作為移位選擇器36的移位位置SP的情況下，隔斷(切斷)驅動用電動機30和車輪40的機械連接。
驅動用電動機30，通過由轉子所具有的永久磁鐵產生的磁場和由定子的三相線圈形成的磁場的相互作用而旋轉，向車輪40輸出所需的驅動力。在產生了減速要求(制動要求)時，通過由外力驅動轉子，驅動用電動機30，作為發(fā)電制動器而起作用，通過這些磁場的相互作用而在三相線圈的兩端生成電動勢。
除此之外，在車輛10上還具有停車制動器42，使制動器41為制動狀態(tài)，防止車輛10的移動；開關(點火開關)43，用于起動、停止車輛10；和儀表面板44，具有速度計、警告燈441等。
控制單元50，包括未圖示的中央處理裝置(CPU)、存儲裝置(RAM、ROM)等，根據車輛10的運轉狀態(tài)對車輛10的動作進行控制?？刂茊卧?0，實現可否移動判定設備、保溫運轉控制設備。經由信號線對控制單元50輸入以下信號表示在移位選擇器36中選擇的移位位置SP的移位位置信號；表示停車制動器42狀態(tài)的停車制動器的啟動、停止信號；表示開關43中的點火位置的點火位置信號；來自冷卻液溫度傳感器51、52的檢出溫度信號。
控制單元50，對變換器31發(fā)送用于控制驅動用電動機的控制信號，并且分別對電源繼電器312、警告燈441發(fā)送隔斷/連接信號、通知信號。
參照圖2及圖3，對本實施例涉及的在車輛10中執(zhí)行的燃料電池系統的保溫運轉控制進行說明。圖2是表示本實施例涉及的在車輛10中執(zhí)行的燃料電池系統的保溫運轉控制處理的處理流程的流程圖。圖3是說明表示保溫運轉和燃料電池(FC)21的溫度的關系的保溫運轉控制的說明圖。
以預定的時間間隔反復執(zhí)行本處理流程?？刂茊卧?0判定是否產生了燃料電池系統20的停止要求(步驟S100)。具體地說，通過使用者(駕駛員)是否斷開了開關43來判定。燃料電池系統20的保溫運轉控制，以在燃料電池系統20的運轉停止時、將燃料電池系統20特別是燃料電池21的溫度保持在水的凍結溫度以上為目的，因此將燃料電池系統20的停止要求作為處理開始的觸發(fā)。
控制單元50，判定開關43被斷開時，即判定產生了燃料電池系統20的運轉停止要求時(步驟S100是)，停止燃料電池系統20的運轉，并且斷開電源繼電器312(步驟S110)，隔斷燃料電池21和驅動用電動機30的電連接。這是為了避免以下情況保溫運轉控制時生成的電力被供給到驅動用電動機30，驅動用電動機30進行動作。另外，在開關43被斷開后，控制單元50也處于工作狀態(tài)，可以適當起動、停止燃料電池系統20。
控制單元50，判定開關43未被斷開時，即判定沒有產生燃料電池系統20的運轉停止要求時(步驟S100否)，結束本處理流程。即，不執(zhí)行燃料電池系統20的保溫運轉控制。
控制單元50，判定是否從移位選擇器36接受到表示移位位置SP為P或N的移位位置信號(步驟S120)。即，判定是否機械隔斷(切斷)驅動用電動機30和車輪40的連接。
控制單元50，判定移位位置SP＝P或N時(步驟S120是)，判定停車制動器是否被拉起、停車制動器信號PB是否被ON(步驟S130)。即，判定是否處于以下狀態(tài)由停車制動器42將制動器41置于制動狀態(tài)，車輛10(車輪40)的移動被阻止。
控制單元50，判定停車制動器42被拉起、即PB＝ON時(步驟S130是)，判定由冷卻液溫度傳感器51或52檢出的冷卻液溫度Tfc是否為2℃或2℃以下(步驟S140)。即，判定是否處于燃料電池系統20可能凍結的溫度條件以下。在此，作為判定溫度利用2℃，是因為由冷卻液溫度傳感器51、52判定燃料電池系統20特別是燃料電池21的溫度，而考慮了局部的溫度不均。此外，作為判定溫度，例如在燃料電池21上配置有直接檢出燃料電池21的內部溫度的溫度傳感器的情況下，也可以為0℃，可以利用0～5℃左右的任意溫度。任何情況下，只要燃料電池21的任意位置的溫度不低于0度即可。
控制單元50，判定檢出的溫度Tfc為2℃或2℃以下時(步驟S140是)，開始保溫運轉處理(S150)，結束本處理流程。
參照圖3簡單對燃料電池系統20的保溫運轉處理進行說明。在保溫運轉處理中，執(zhí)行保溫運轉處理，以將燃料電池系統20、更具體地說將燃料電池21的溫度維持在預定的溫度范圍。如圖3所示，作為燃料電池21的溫度的FC溫度變?yōu)?℃附近溫度時，控制單元50開始(ON)保溫運轉、即起動燃料電池系統20，開始由燃料電池21進行發(fā)電。燃料電池21開始發(fā)電后，燃料電池21伴隨發(fā)電的起電反應而發(fā)熱。其結果，燃料電池系統20的溫度上升，可以防止燃料電池系統20(燃料電池21)中水分的凍結。
從燃料電池系統20防止凍結的角度，燃料電池系統20的溫度為0℃或0℃以上即可，但為了抑制保溫運轉處理中的燃料消耗，燃料電池系統20的溫度，例如達到10℃這個上限溫度后，燃料電池系統20的運轉停止。其后，將燃料電池系統20的溫度作為參數，反復執(zhí)行燃料電池系統20的起動、停止。
保溫運轉時發(fā)電得到的電力，作為用于驅動以空氣泵24為首的輔助設備的電力而被消耗，或者，在具有用于對燃料電池系統20進行加熱的電加熱器的情況下，也可以用于由電加熱器對燃料電池系統20進行加熱(保溫)。
另一方面，控制單元50，判定移位位置SP不是P或N時(步驟S120否)，以及判定沒有拉起停車制動器42、即PB沒有ON時(步驟S130否)，通知警告(步驟S160)。具體地說，控制單元50，通過將儀表面板44上的警告燈441點亮、閃爍，或者通過聲音，促使移位位置SP＝P或N、拉起停車制動器42。
控制單元50，判定是否從通知開始經過了預定時間(步驟S170)，判定沒有經過預定時間時(步驟S170否)，將處理轉移到步驟S120。另一方面，控制單元50判定經過了預定時間時(步驟S170是)，結束本處理流程。即，不執(zhí)行燃料電池系統20的保溫運轉處理。
如以上說明，根據本實施例涉及的車輛10及搭載于車輛10上的燃料電池系統20的保溫運轉控制方法，僅在機械隔斷驅動用電動機30和車輪40的連接，或電隔斷燃料電池21和驅動用電動機30的連接時，開始燃料電池系統20的保溫運轉處理。因此，在保溫運轉處理時、即使由燃料電池21發(fā)電，車輛10也處于無法電及機械移動(行駛)的狀態(tài)，可以切實地防止保溫運轉處理時車輛10的移動。
此外，在車輛10處于可移動的狀態(tài)的情況下，對使用者(駕駛員)促使移位位置SP到P或N位置的變更、停車制動器42的動作，因此車輛10，以更多的比率從可移動狀態(tài)變更為不可移動的狀態(tài)，可以增大燃料電池系統20的保溫運轉處理執(zhí)行的機會。其結果，可以更為切實地防止燃料電池系統20的凍結。
其他實施例在上述實施例中，根據被選擇的移位位置SP、停車制動器42的動作狀況這二者，判定車輛10是否處于可移動的狀態(tài)，但也可以僅判定任意一個。此外，也可以包括確認電源繼電器312是否被斷開的步驟。
在上述實施例中，由冷卻液溫度傳感器51、52檢出燃料電池21的溫度，但也可以直接在燃料電池21上配置溫度傳感器。此外，也可以在具有多個檢出燃料電池21的溫度的溫度傳感器、且任意一個溫度傳感器的檢出值小于等于判定溫度的情況下，開始保溫運轉處理。這種情況下，可以更為適當地防止燃料電池系統20的凍結。進而，燃料電池21的溫度，也可以通過預先與燃料電池21的溫度建立對應而利用外氣溫、表面溫度等。
在上述實施例中，利用了填充在高壓氫氣缸23中的氫氣作為燃料電池21的燃料，但也可以利用由改質器得到的含氫氣體(改質氣體)。
此外，上述實施例涉及的裝置、方法，也可以作為計算機程序或記錄有計算機程序的記錄介質(電、磁、光學記錄介質)而被實現。
如上，根據若干實施例對本發(fā)明涉及的移動體、搭載有燃料電池系統的移動體中的燃料電池系統的保溫運轉控制方法進行了說明，但上述發(fā)明的實施方式，僅是為了容易理解本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進行限定。本發(fā)明，只要不脫離其主旨及權利要求的范圍，可以進行變更、改良，并且本發(fā)明中當然也包括其等效物。
權利要求
1.一種搭載有燃料電池的移動體，其特征在于，具有燃料電池系統，包括所述燃料電池；可否移動判定設備，判定所述移動體是否處于無法移動的狀態(tài)；和保溫運轉控制設備，在所述燃料電池系統停止時，由所述可否移動判定設備判定為移動體處于無法移動的狀態(tài)的情況下，對所述燃料電池的動作狀態(tài)進行控制，以將所述燃料電池系統維持為大于等于預定溫度。
2.根據權利要求1所述的移動體，其中，還包括通知設備，在所述燃料電池系統停止時，在由所述可否移動判定設備判定為移動體處于可以移動的狀態(tài)的情況下，進行通知。
3.根據權利要求1或2所述的移動體，其中，所述保溫運轉控制設備，包括對與所述燃料電池的內部溫度建立了對應關系的計測值進行檢測的檢測設備，利用由所述檢測設備檢測出的計測值，將所述燃料電池的內部溫度維持在預定溫度范圍。
4.根據權利要求1或2所述的移動體，其中，所述移動體，具有動力隔斷裝置，機械性的隔斷向驅動輪的動力傳遞；電動機，將由所述燃料電池生成的電力轉換為至所述驅動輪的動力；隔斷電路，電隔斷向所述電動機的供電；和停車制動器，所述可否移動判定設備，在由所述動力隔斷裝置機械性的隔斷所述動力的傳遞時、由所述隔斷電路電隔斷所述供電時、以及所述停車制動器被啟動時的任意一種情況下，判定所述移動體處于無法移動的狀態(tài)。
5.一種搭載有包括燃料電池的燃料電池系統的移動體中燃料電池系統的保溫控制方法，其特征在于，包括以下步驟判定所述移動體是否處于無法移動的狀態(tài)；判定所述燃料電池系統是否處于停止狀態(tài)；在判定為所述燃料電池系統處于停止狀態(tài)、并且所述移動體處于無法移動的狀態(tài)的情況下，對所述燃料電池的動作狀態(tài)進行控制，以將所述燃料電池系統維持為大于等于預定溫度。
6.根據權利要求5所述的燃料電池系統的保溫控制方法，其中，還包括下述步驟在所述燃料電池系統停止時，判定為所述移動體處于可以移動的狀態(tài)的情況下，進行通知。
7.根據權利要求5或6所述的燃料電池系統的保溫控制方法，其中，用于將所述燃料電池系統維持為至少大于等于預定溫度的所述燃料電池的運轉，被如下執(zhí)行對與所述燃料電池的內部溫度建立了對應關系的計測值進行檢測，利用所述檢測出的計測值將所述燃料電池的內部溫度維持在預定溫度范圍。
8.根據權利要求5或6所述的燃料電池系統的保溫控制方法，其中，在由用于機械性的隔斷向驅動輪的動力傳遞的動力隔斷裝置機械性的隔斷所述動力的傳遞時、由用于電隔斷對電動機的供電的隔斷電路電隔斷所述供電時、停車制動器被啟動時的任意一種情況下，判定所述移動體處于無法移動的狀態(tài)，其中，所述電動機用于將由所述燃料電池生成的電力轉換為至所述驅動輪的動力。
全文摘要
控制單元50，在發(fā)生燃料電池系統20的運轉停止要求時，停止燃料電池系統20的運轉，斷開電源繼電器312，隔斷燃料電池21和驅動用電動機30的電連接?？刂茊卧?0，在從移位選擇器36接收到表示移位位置SP為P或N的移位位置信號、或拉起停車制動器42的情況下，判定由冷卻液溫度傳感器51、52檢出的冷卻液溫度T
文檔編號H01M8/04GK1778008SQ200480010678
公開日2006年5月24日 申請日期2004年4月5日 優(yōu)先權日2003年4月22日
發(fā)明者平形修二, 馬屋原健司 申請人:豐田自動車株式會社