專利名稱：燃料電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種燃料電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在外部溫度較低的情況下，存在如下問題在燃料電池系統(tǒng)停止 后其內(nèi)部產(chǎn)生的水凍結(jié)，配管、閥等破損。另外， 一般情況下，燃料 電池和其他電源相比起動(dòng)性差，尤其是存在低溫時(shí)無法供給希望的電 壓/電流而無法起動(dòng)機(jī)器的問題。
鑒于這樣的問題，提出了以下方案通過在燃料電池系統(tǒng)停止時(shí) 進(jìn)行掃氣處理，使燃料電池內(nèi)部滯留的水分排出到外部的方法(例如 參照專利文獻(xiàn)l);通過在燃料電池系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)進(jìn)行預(yù)熱處理，提高燃 料電池的發(fā)電效率的方法(例如參照專利文獻(xiàn)2)。
專利文獻(xiàn)l:日本特開2005-141943號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)2:日本特表2003-504807號(hào)公報(bào)
發(fā)明內(nèi)容
但是，在燃料電池系統(tǒng)停止時(shí)、起動(dòng)時(shí)等進(jìn)行的掃氣處理、預(yù)熱 處理(低溫對(duì)策用的控制)與通常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行的處理不同，因此如果 突然進(jìn)行該低溫對(duì)策用的控制，則使用者會(huì)感到不適。另外，擔(dān)心不 知道進(jìn)行這種低溫對(duì)策用的控制的使用者會(huì)誤認(rèn)為是故障，而實(shí)際是 進(jìn)行該低溫對(duì)策用的控制。
本發(fā)明鑒于以上問題而作出，其目的在于供給一種可不令使用者 產(chǎn)生不適感或誤識(shí)，報(bào)告進(jìn)行了低溫對(duì)策用的控制的燃料電池系統(tǒng)。為了解決上述問題，本發(fā)明涉及的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于具 有控制單元，進(jìn)行低溫對(duì)策用的控制；報(bào)告單元，報(bào)告上述低溫對(duì) 策用的控制的實(shí)施。
根據(jù)所述構(gòu)成，在進(jìn)行低溫對(duì)策用的控制(系統(tǒng)結(jié)束時(shí)的掃氣處 理等)的情況下，例如能夠通過文字信息、聲音信息等可靠地報(bào)告給 使用者，而不會(huì)令使用者產(chǎn)生不適感或誤識(shí)。
在此，在上述構(gòu)成中優(yōu)選下述方式上述控制單元，作為低溫對(duì) 策用的控制，實(shí)施系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)的預(yù)熱處理、系統(tǒng)結(jié)束時(shí)的掃氣處理的 至少任意一個(gè)，并且上述報(bào)告單元利用光、聲、影像、熱、振動(dòng)、風(fēng)、 氣味中的至少一種體感媒介進(jìn)行報(bào)告。
另外，在上述構(gòu)成中優(yōu)選上述控制單元實(shí)施上述系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)的 預(yù)熱處理及上述系統(tǒng)結(jié)束時(shí)的掃氣運(yùn)轉(zhuǎn)，并且上述報(bào)告單元在上述系 統(tǒng)起動(dòng)時(shí)和上述系統(tǒng)結(jié)束時(shí)之間改變報(bào)告方式。進(jìn)而優(yōu)選，上述報(bào)告 單元報(bào)告與上述低溫對(duì)策用的控制相關(guān)的時(shí)間。進(jìn)而優(yōu)選，上述報(bào)告 單元具有顯示裝置，其對(duì)上述低溫對(duì)策用的控制的實(shí)施進(jìn)行圖象顯示 或字符顯示。
另外，在上述構(gòu)成中優(yōu)選，上述控制單元，作為低溫對(duì)策用的控 制實(shí)施掃氣處理，并且還具有推測單元，其根據(jù)上述燃料電池的需要 降低水分量和上述燃料電池的狀態(tài)量推測上述掃氣處理所需的時(shí)間。 此時(shí)更優(yōu)選上述推測單元具有第一運(yùn)算單元，根據(jù)當(dāng)前時(shí)點(diǎn)下的上 述燃料電池的剩余水量和設(shè)定的目標(biāo)剩余水量求出上述需要降低水分 量；第二運(yùn)算單元，根據(jù)上述燃料電池的狀態(tài)量求出該燃料電池單位 時(shí)間內(nèi)的水分降低量；和第三運(yùn)算單元，根據(jù)上述燃料電池的需要降 低水分量和該燃料電池單位時(shí)間內(nèi)的水分降低量求出上述掃氣處理所 需的時(shí)間。進(jìn)而優(yōu)選在上述燃料電池的狀態(tài)量中包括輸出電流、輸出
5電壓、空氣過剩系數(shù)、排氣氧化氣體溫度、排氣氧化氣體量。
另外，本發(fā)明涉及的掃氣所需時(shí)間推測方法，推測出燃料電池系 統(tǒng)的掃氣處理所需的時(shí)間，其特征在于，包括第一步驟，根據(jù)當(dāng)前 時(shí)點(diǎn)下的燃料電池的剩余水量和設(shè)定的目標(biāo)剩余水量求出該燃料電池 的需要降低水分量；第二步驟，根據(jù)上述燃料電池的狀態(tài)量求出該燃 料電池單位時(shí)間內(nèi)的水分降低量；和第三步驟，根據(jù)上述燃料電池的 需要降低水分量和該燃料電池單位時(shí)間內(nèi)的水分降低量求出上述掃氣 處理所需的時(shí)間。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可不令使用者產(chǎn)生不適感或誤識(shí)地報(bào)告 低溫對(duì)策用控制的進(jìn)行。
圖1是表示第一實(shí)施方式涉及的燃料電池系統(tǒng)的構(gòu)成的圖。 圖2是用于說明相同實(shí)施方式涉及的加濕器附近的構(gòu)成的圖。 圖3是表示相同實(shí)施方式涉及的控制單元的功能構(gòu)成的框圖。 圖4是表示相同實(shí)施方式涉及的阻抗和剩余水量的關(guān)系的圖表。 圖5是相同實(shí)施方式涉及的顯示畫面的示例圖。 圖6是相同實(shí)施方式涉及的顯示畫面的示例圖。 圖7是表示相同實(shí)施方式涉及的系統(tǒng)結(jié)束處理的流程圖。 圖8是表示相同實(shí)施方式涉及的電池組水分降低量計(jì)算處理的流 程圖。
圖9是表示第二實(shí)施方式涉及的系統(tǒng)起動(dòng)處理的流程圖。 圖IO是相同實(shí)施方式涉及的顯示畫面的示例圖。 圖11是相同實(shí)施方式涉及的顯示畫面的示例圖。 圖12A是變形例涉及的顯示畫面的示例圖。 圖12B是變形例涉及的顯示畫面的示例圖。
具體實(shí)施方式
以下參照
本發(fā)明涉及的實(shí)施方式。 A.第一實(shí)施方式
圖1是表示第一實(shí)施方式涉及的燃料電池系統(tǒng)100的主要部位的
構(gòu)成的圖。在本實(shí)施方式中，假設(shè)是搭載在燃料電池汽車(FCHV: Fuel Cell Hybrid Vehicle)、電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車等車輛上的燃料電池 系統(tǒng)，但不僅可適用于車輛，也可適用于各種移動(dòng)體(例如船舶、飛 機(jī)、機(jī)器人等)、定置型電源。
燃料電池40是從供給的反應(yīng)氣體(燃料氣體及氧化氣體)產(chǎn)生電 力的單元，可使用固體高分子型、磷酸型、熔融碳酸鹽型等各種類型 的燃料電池。燃料電池40具有將具備MEA等的多個(gè)單體電池串聯(lián)層 積的堆疊構(gòu)造。該燃料電池40的輸出電壓(以下稱為FC電壓)及輸 出電流(以下稱為FC電流)分別通過電壓傳感器140及電流傳感器 150檢測。對(duì)燃料電池40的燃料極(陽極)，從燃料氣體供給源IO供 給氫氣等燃料氣體，另一方面對(duì)氧極(陰極)從氧化氣體供給源70供 給空氣等氧化氣體。
燃料氣體供給源IO例如由氫罐、各種閥等構(gòu)成，通過調(diào)整閥的開 度、ON/OFF時(shí)間等，控制供給到燃料電池40的燃料氣體量。
氧化氣體供給源70例如由氣體壓縮機(jī)、驅(qū)動(dòng)氣體壓縮機(jī)的電動(dòng) 機(jī)、變換器等構(gòu)成，通過調(diào)整該電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速等，調(diào)整供給到燃料電 池40的氧化氣體量。
圖2是用于說明設(shè)置在氧化氣體供給源70和燃料電池40之間的 加濕器43的圖。
加濕器43是通過水蒸氣交換膜43在從燃料電池40排出的氧化廢 氣和供給到燃料電池40的供給氧化氣體之間進(jìn)行水分交換、熱交換的
7加濕器。供給氧化氣體從氧化氣體供給源70經(jīng)由供給氣體流路44、加
濕器43等供給到燃料電池40。另一方面，從燃料電池40排出的氧化 廢氣經(jīng)由排出氣體流路45、加濕器43等排出到外部。在該排出氣體流 路45中設(shè)有用于測定氧化廢氣的溫度的溫度傳感器46。
返回到圖l，蓄電池60是可進(jìn)行充電放電的二次電池，例如由鎳 氫蓄電池等構(gòu)成。當(dāng)然，也可替代蓄電池60而設(shè)置二次電池以外的可 充電放電的蓄電器(例如電容器)。該蓄電池60通過DC/DC轉(zhuǎn)換器 130與燃料電池40并聯(lián)連接。
變換器110例如是脈寬調(diào)制方式的PWM變換器，根據(jù)控制單元 80發(fā)出的控制指令，將從燃料電池40或蓄電池60輸出的直流電變換 為三相交流電，并供給到牽引電動(dòng)機(jī)115。牽引電動(dòng)機(jī)115是用于驅(qū)動(dòng) 車輪116L、 116R的電動(dòng)機(jī)(即移動(dòng)體的動(dòng)力源)，所述電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 由變換器110控制。該牽引電動(dòng)機(jī)115及變換器110與燃料電池40側(cè) 連接。
DC/DC轉(zhuǎn)換器130例如是由四個(gè)功率晶體管和專用的驅(qū)動(dòng)電路 (均省略圖示)構(gòu)成的全橋轉(zhuǎn)換器。DC/DC轉(zhuǎn)換器130具有以下功能 使從蓄電池60輸入的DC電壓升壓或降壓而輸出到燃料電池40側(cè)的功 能；使從燃料電池40等輸入的DC電壓升壓或降壓而輸出到蓄電池60 側(cè)的功能。另外，通過DC/DC轉(zhuǎn)換器130的功能來實(shí)現(xiàn)蓄電池60的 充電放電。
在蓄電池60和DC/DC轉(zhuǎn)換器130之間連接有車輛輔機(jī)、FC輔機(jī) 等的輔機(jī)類120。蓄電池60成為這些輔機(jī)類120的電源。此外，所謂 車輛輔機(jī)是指車輛運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)等使用的各種電力設(shè)備(照明設(shè)備、空調(diào)設(shè) 備、油壓泵等)，所謂FC輔機(jī)是指燃料電池40的運(yùn)轉(zhuǎn)中使用的各種 電力設(shè)備(用于供給燃料氣體、氧化氣體的泵等)。控制單元80由CPU、ROM、RAM等構(gòu)成，根據(jù)從電壓傳感器140、 電流傳感器150、檢測燃料電池40的溫度的溫度傳感器50、檢測蓄電 池60的充電狀態(tài)的SOC傳感器、檢測加速踏板的開度的加速踏板傳感 器等輸入的各傳感器信號(hào)，中樞性地控制該系統(tǒng)的各部分。另外，本 實(shí)施方式涉及的控制單元80進(jìn)行系統(tǒng)停止時(shí)執(zhí)行的掃氣處理(低溫對(duì) 策用的控制)。
顯示裝置(報(bào)告單元)160由液晶顯示裝置、各種燈等構(gòu)成，聲 音輸出裝置(報(bào)告單元)170由揚(yáng)聲器、放大器、濾波器等構(gòu)成?？刂?單元80使用顯示裝置160及聲音輸出裝置來報(bào)告各種控制內(nèi)容。在該 控制內(nèi)容中也包括系統(tǒng)停止時(shí)執(zhí)行的掃氣處理的控制內(nèi)容(例如掃氣 處理的結(jié)束信息的顯示、掃氣處理結(jié)束為止所需的時(shí)間的計(jì)算等；稍 后詳述)。
圖3是用于說明本實(shí)施方式涉及的掃氣處理的框圖。
控制單元80實(shí)現(xiàn)時(shí)序決定部18、阻抗測定部180、掃氣結(jié)束預(yù)定 時(shí)間推測部280、報(bào)告控制部380、掃氣控制部480的功能。
(時(shí)序決定部18)
時(shí)序決定部18是決定阻抗測定的開始時(shí)間的構(gòu)造。時(shí)序決定部 18如果檢測得知點(diǎn)火開關(guān)關(guān)閉，則判斷應(yīng)該開始掃氣處理所需的阻抗 測定，將阻抗測定的開始命令發(fā)送到重疊信號(hào)生成部182。此外，在本 實(shí)施方式中，以點(diǎn)火開關(guān)關(guān)閉為契機(jī)發(fā)送阻抗測定的開始命令，但以 怎樣的時(shí)序發(fā)送阻抗測定的開始命令是任意的。
(阻抗測定部180) 阻抗測定部180具有目標(biāo)電壓決定部181、重疊信號(hào)生成部182、 電壓指令信號(hào)生成部183、計(jì)算部184。目標(biāo)電壓決定部181根據(jù)從加速踏板傳感器、SOC傳感器等輸入
的各傳感信號(hào)決定輸出目標(biāo)電壓(例如300V等)，并將其輸出到電壓 指令信號(hào)生成部183。
重疊信號(hào)生成部182根據(jù)從時(shí)序決定部18發(fā)送的阻抗測定的開始 命令，生成應(yīng)該與輸出目標(biāo)電壓重疊的阻抗測定用信號(hào)(例如振幅值 2V的特定頻率的正弦波等)，并將其輸出到電壓指令信號(hào)生成部183。 此外，阻抗測定用信號(hào)的各參數(shù)(波形的種類、頻率、振幅值)根據(jù) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)等適當(dāng)設(shè)定即可。
電壓指令信號(hào)生成部183使阻抗測定用信號(hào)與輸出目標(biāo)電壓重 疊，并作為電壓指令信號(hào)Vfe輸出到DC/DC轉(zhuǎn)換器130。 DC/DC轉(zhuǎn)換 器BO根據(jù)給予的電壓指令信號(hào)V^進(jìn)行燃料電池40等的電壓控制。
計(jì)算部184以規(guī)定的取樣比例對(duì)由電壓傳感器140檢測出的燃料 電池40的電壓(FC電壓)Vf及由電流傳感器150檢測出的燃料電池 40的電流(FC電流)If進(jìn)行取樣，并實(shí)施傅利葉變換處理(FFT計(jì)算 處理、DFT計(jì)算處理)等。計(jì)算部184將傅利葉變換處理后的FC電壓 信號(hào)除以傅利葉變換處理后的FC電流信號(hào)等而求出燃料電池40的阻 抗。計(jì)算部184將這樣求出的燃料電池40的阻抗(以下稱為電池組阻 抗)輸出到電池組剩余水量計(jì)算部281。
(掃氣結(jié)束預(yù)定時(shí)間推測部280) 掃氣結(jié)束預(yù)定時(shí)間推測部(推測單元)280具有電池組剩余水 量計(jì)算部281、電池組水分降低量計(jì)算部282、推測部283、剩余水量 比較部284。
電池組剩余水量計(jì)算部281根據(jù)從計(jì)算部184供給的電池組阻抗， 計(jì)算電池組內(nèi)的剩余水量(電池組剩余水量)。在電池組剩余水量計(jì) 算部281中預(yù)先存儲(chǔ)函數(shù)F，其表示圖4所示的電池組阻抗和電池組剩余水量之間的關(guān)系。電池組剩余水量計(jì)算部281通過向該函數(shù)F中代 入電池組阻抗求出電池組剩余水量。電池組剩余水量計(jì)算部281將這 樣求出的電池組剩余水量輸出到剩余水量比較部284。
剩余水量比較部284比較從電池組剩余水量計(jì)算部281供給的電 池組剩余水量Ws和預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)剩余水量WQ，并判斷是否需要掃 氣處理。剩余水量比較部284在電池組剩余水量Ws為目標(biāo)剩余水量 Wo以下的情況下，判斷為無需掃氣處理，并將掃氣處理的結(jié)束指令發(fā) 送到報(bào)告控制部380。
另一方面，剩余水量比較部(第一運(yùn)算單元)284在電池組剩余 水量Ws超過目標(biāo)剩余水量W。的情況下，判斷需要掃氣處理，并通過 從電池組剩余水量Ws減去目標(biāo)剩余水量Wo而求出應(yīng)降低的水分量(以 下稱為需要降低水量)Wd，將其發(fā)送到推測部283。
電池組水分降低量計(jì)算部(第二運(yùn)算單元)282為計(jì)算單位時(shí)間 的電池組水分降低量Wdd的構(gòu)造，具有帶走水量計(jì)算部282a、電池 組生成水量計(jì)算部282b、回收水量計(jì)算部282c。此外，對(duì)于單位時(shí)間 的電池組水分降低量Wdd的具體計(jì)算方法等，在實(shí)施方式的動(dòng)作說明 部分進(jìn)行詳細(xì)說明。
推測部(第三運(yùn)算單元)283使用由剩余水量比較部284供給的 需要降低水分量Wd和由電池組水分降低量計(jì)算部282供給的單位時(shí)間 內(nèi)的電池組水分降低量Wdd，推測掃氣處理所需的時(shí)間(以下稱為掃氣 所需時(shí)間)，并將其輸出到報(bào)告控制部380。
(報(bào)告控制部380) 報(bào)告控制部380根據(jù)來自剩余水量比較部284的通知或從推測部 283輸出的掃氣所需時(shí)間，控制來自顯示裝置160及聲音輸出裝置165 的輸出內(nèi)容。具體而言，在從剩余水量比較部284通知了掃氣處理的結(jié)束指令
的情況下，例如將掃氣結(jié)束信息顯示在顯示裝置160 (參照?qǐng)D5)，并 且從聲音輸出裝置165輸出表示該掃氣處理結(jié)束的聲音信息或警告聲。
另一方面，在從推測部283輸出了掃氣所需時(shí)間的情況下，例如 將表示由推測部283推測的掃氣所需時(shí)間(掃氣結(jié)束為止的預(yù)想時(shí)間) 的信息在顯示裝置160顯示(參照?qǐng)D6)，從聲音輸出裝置165輸出表 示該預(yù)想時(shí)間的聲音信息。以下說明本系統(tǒng)結(jié)束時(shí)的動(dòng)作。
圖7是表示本實(shí)施方式涉及的系統(tǒng)結(jié)束處理的流程圖。
控制單元80的時(shí)序決定部18當(dāng)檢測到點(diǎn)火開關(guān)關(guān)閉時(shí)，將掃氣 處理所需的電池組阻抗的測定開始命令發(fā)送到重疊信號(hào)生成部182 (步 驟S10—步驟S20)。
阻抗計(jì)算部180的重疊信號(hào)生成部182當(dāng)接收到測定開始命令時(shí)， 生成應(yīng)該與輸出目標(biāo)電壓重疊的阻抗測定用信號(hào)，并將其輸出到電壓 指令信號(hào)生成部183。
電壓指令信號(hào)生成部183將從重疊信號(hào)生成部182輸出的阻抗測 定用信號(hào)重疊到從目標(biāo)電壓決定部181供給的輸出目標(biāo)電壓，并作為 電壓指令信號(hào)Vfo輸出到DC/DC轉(zhuǎn)換器130。 DC/DC轉(zhuǎn)換器130根據(jù) 給予的電壓指令信號(hào)Vfo進(jìn)行燃料電池40等的電壓控制。計(jì)算部184 以規(guī)定的取樣比例對(duì)由電壓傳感器140檢測出的FC電壓Vf及由電流 傳感器150檢測出的FC電流If進(jìn)行取樣后，實(shí)施傅利葉變換處理，并 將傅利葉變換處理后的FC電壓信號(hào)除以傅利葉變換處理的FC電流信 號(hào)等而求出燃料電池40的阻抗(即電池組阻抗)(步驟S30)。計(jì)算 部184將這樣求出的電池組阻抗輸出到電池組剩余水量計(jì)算部381。
12掃氣結(jié)束預(yù)定時(shí)間推測部280的電池組剩余水量計(jì)算部281根據(jù)
接受的電池組阻抗推測出電池組剩余水量。具體而言，電池組剩余水
量計(jì)算部281通過將接收的電池組阻抗代入到圖4所示的函數(shù)F而求 出電池組剩余水量Ws (步驟S40)。電池組剩余水量計(jì)算部281將這 樣求出的電池組剩余水量Ws輸出到剩余水量比較部284。
剩余水量比較部284比較從電池組剩余水量計(jì)算部281供給的電 池組剩余水量Ws和預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)剩余水量W。，并判斷是否應(yīng)該開 始(或繼續(xù))掃氣處理(步驟S50)。該目標(biāo)剩余水量W。例如可通過 實(shí)驗(yàn)等求出。
在此，在電池組剩余水量Ws超過目標(biāo)剩余水量W。的情況下(步 驟S50; NO)，剩余水量比較部284求出需要降低水分量Wd (=電池 組剩余水量Ws-目標(biāo)剩余水量WQ)(步驟S60)，將其發(fā)送到推測部 283。進(jìn)而，剩余水量比較部284對(duì)掃氣控制部480發(fā)送掃氣處理的開 始(或繼續(xù))指令，對(duì)電池組水分降低量計(jì)算部282發(fā)送單位時(shí)間內(nèi) 的電池組水分降低量Wdd的計(jì)算指令。
電池組水分降低量計(jì)算部282接收到上述指令后，執(zhí)行圖8所示 的電池組水分降低量計(jì)算處理(步驟S70)。首先，帶去水量計(jì)算部 282a通過將空氣過剩系數(shù)Sa、 FC電流If代入到下述公式(1)，從而 計(jì)算出FC排氣量Aa。
Aa[mol/sec] = If* (400/ (F*4) ) * (100/21) *Sa—If*400/ (F*4) ...(1)
F:法拉第常數(shù)
接著，帶去水量計(jì)算部282a利用由溫度傳感器46 (參照?qǐng)D2)檢 測出的FC排氣溫度來計(jì)算出飽和蒸氣分壓Pt，并且通過將飽和蒸氣分 壓Pt及FC排氣量Aa代入到下述公式(2)，計(jì)算出帶去水量We。帶去水量計(jì)算部282a將計(jì)算出的帶去水量Wc輸出到回收水量計(jì)算部 282c。
Wc[g/sec] = Aa*Pt/ ( (Pt+100) *18) ... (2)
另一方面，電池組生成水量計(jì)算部282b通過將FC電流If代入到 下述公式(3)而計(jì)算出FC生成水量Wm，并輸出到回收水量計(jì)算部 282c。
Wm[g/sec] = If*400/ (2*F) "8 …(3)
回收水量計(jì)算部282c根據(jù)由帶去水量計(jì)算部282a計(jì)算出的FC排 氣量Aa (參照公式(1))等，求出加濕器43的水蒸氣交換率Cr?；?收水量計(jì)算部282c通過將求出的水蒸氣交換率Cr和供給的FC生成水 量Wm代入到下述公式(4)，計(jì)算出回收水量Wt。
Wt[g/sec] = Wm*Cr ... (4)
通過回收水量計(jì)算部282c計(jì)算出回收水量Wt后，電池組水分降 低量計(jì)算部282將FC生成水量Wm、回收水量Wt、帶去水量We代入 到下述公式(5)，從而導(dǎo)出單位時(shí)間內(nèi)的電池組水分降低量Wdd，并 將其輸出到推測部283，結(jié)束處理。
Wdd[g/sec] = Wm + Wt —Wc ... (5)
推測部283將從電池組水分降低量計(jì)算部282供給單位時(shí)間內(nèi)的 電池組水分降低量Wdd和從剩余水量比較部284供給的需要降低水分 量Wd代入到下述公式(6)，由此計(jì)算出推測掃氣所需時(shí)間Tf (步驟 S80)，并發(fā)送到報(bào)告控制部380。
14Tf[sec] = Wd/Wdd ... (6)
報(bào)告控制部380從推測部283接收到推測掃氣所需時(shí)間Tf后，將 圖6所示的表示推測掃氣所需時(shí)間的信息顯示在顯示裝置160，并且將 表示該預(yù)定時(shí)間的聲音信息從聲音輸出裝置165輸出(步驟S90)，返 回到步驟S30。在此，電池組剩余水量Ws超過目標(biāo)剩余水量Wo的期 間(步驟S40; YES)，重復(fù)執(zhí)行上述處理。
之后，當(dāng)檢測到電池組剩余水量Ws在目標(biāo)剩余水量WQ以下時(shí)(步 驟S40; YES)，剩余水量比較部284對(duì)報(bào)告控制部380及掃氣控制部 480發(fā)送掃氣處理的結(jié)束指令。掃氣控制部480根據(jù)所述指令進(jìn)行用于 結(jié)束掃氣處理的控制(停止氧化氣體供給等)(步驟S100)，另一方 面，報(bào)告控制部380使圖5所示的掃氣結(jié)束信息顯示到顯示裝置160， 并且將表示該掃氣處理結(jié)束的聲音信息等從聲音輸出裝置165輸出(步 驟SllO)，結(jié)束系統(tǒng)結(jié)束處理。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式，在系統(tǒng)結(jié)束時(shí)進(jìn)行掃氣處理(即低 溫對(duì)策用的控制)的情況下，將該處理的實(shí)施通過文字信息、聲音信 息等可靠地報(bào)告給使用者。因此，即使在點(diǎn)火開關(guān)關(guān)閉后系統(tǒng)動(dòng)作的 情況下，也不會(huì)令使用者產(chǎn)生不適感或誤識(shí)。
B.第二實(shí)施方式
在上述第一實(shí)施方式中，說明了系統(tǒng)結(jié)束時(shí)進(jìn)行低溫對(duì)策用的控 制的情況，但也存在例如在系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)需要預(yù)熱處理等的低溫對(duì)策用 的控制的情況。以下說明實(shí)現(xiàn)所述控制的實(shí)施方式。此外，第二實(shí)施 方式涉及的燃料電池系統(tǒng)的硬件構(gòu)成和上述第一實(shí)施方式相同，因此 省略圖示及詳細(xì)說明。
圖9是表示本實(shí)施方式涉及的起動(dòng)處理的流程圖。
15控制單元80如果檢測到點(diǎn)火開關(guān)打開，則從溫度傳感器50掌握
該時(shí)刻下的FC溫度Tf (步驟S310—步驟S320)。并且，控制單元80 對(duì)預(yù)先設(shè)定的許可溫度Te (用于判斷是否允許通常運(yùn)轉(zhuǎn)下的起動(dòng)的溫 度)和FC溫度Tf進(jìn)行了比較(步驟S330)。
在FC溫度Tf為許可溫度Tc以下的情況下(步驟S330; NO)， 控制單元80開始預(yù)熱處理(例如在高負(fù)荷狀態(tài)下進(jìn)行發(fā)電，從而使燃 料電池發(fā)熱等)(步驟S340)。進(jìn)而，控制單元80將圖IO所示的表 示預(yù)熱狀態(tài)的圖表等顯示在顯示裝置160上，并且從聲音輸出裝置165 輸出表示該預(yù)熱狀態(tài)的聲音信息(步驟S350)。如果對(duì)圖IO所示的圖 表進(jìn)行詳述，則控制單元80例如將現(xiàn)在的FC溫度1>作為0%，將許 可溫度L作為100%來設(shè)定圖表。之后，開始預(yù)熱處理，當(dāng)FC溫度上 升時(shí)，控制單元80進(jìn)行如下顯示控制根據(jù)該FC溫度的上升擴(kuò)大表 示FC溫度的區(qū)域(圖IO的剖面線部分)。此外，上述顯示方式是一 個(gè)示例，采用何種顯示方式是任意的(稍后論述)。
控制單元80進(jìn)行上述顯示時(shí)，返回到步驟S320，執(zhí)行上述一系 列處理。在執(zhí)行這樣的處理的期間，如果檢測到FC溫度Tf超過許可 溫度Tc (步驟S330; YES)，則控制單元80將圖11所示的表示可進(jìn) 行通常運(yùn)轉(zhuǎn)的Ready ON信息顯示在顯示裝置160上，并且從聲音輸出 裝置165輸出該Ready ON信息(步驟S360)，結(jié)束處理。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式，在系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)進(jìn)行預(yù)熱處理(即低 溫對(duì)策用的控制)的情況下，將該處理的實(shí)施通過文字信息、聲音信 息等可靠地報(bào)告給使用者。因此，在點(diǎn)火開關(guān)打開后，即使在開始通 常運(yùn)轉(zhuǎn)前系統(tǒng)動(dòng)作的狀態(tài)下，也不令使用者產(chǎn)生不適感或誤識(shí)。
(變形例) (變形例1)
在第二實(shí)施方式中，顯示了FC溫度的變化，但也可根據(jù)FC溫度Tf的變化量求出到達(dá)許可溫度Te為止的預(yù)定時(shí)間(與低溫對(duì)策用的控
制相關(guān)的時(shí)間；以下稱為Ready ON預(yù)定時(shí)間)，將其從顯示裝置160、 聲音輸出裝置165輸出。在此，在顯示Ready ON預(yù)定時(shí)間時(shí)，也可以 通過數(shù)字標(biāo)記來顯示到開始通常運(yùn)轉(zhuǎn)為止的秒數(shù)或用條線圖表示相對(duì) 于Ready ON預(yù)定時(shí)間的經(jīng)過時(shí)間。在此，對(duì)于Ready ON預(yù)定時(shí)間， 可以實(shí)時(shí)計(jì)算的同時(shí)逐步進(jìn)行修正，但是如果沒有嚴(yán)密的精度要求(例 如將Ready ON預(yù)定時(shí)間用條線象顯示的情況等)，則也可不修正。 另夕卜，不一定需要報(bào)告Ready ON預(yù)定時(shí)間，也可以替代顯示Ready ON 預(yù)定時(shí)間(或在此之外)，在預(yù)熱處理(低濕對(duì)策用的控制)進(jìn)行的 期間，將表示處于該預(yù)熱處理中的圖像(例如描繪了企鵝的圖像；參 照?qǐng)D12A)、警告標(biāo)記(參照?qǐng)D12B)顯示在顯示裝置160上。
(變形例2)
另外，在第二實(shí)施方式中根據(jù)FC溫度Tf報(bào)告預(yù)熱狀態(tài)，但是在 知道燃料電池系統(tǒng)100的熱容量的情況下，也可以根據(jù)發(fā)熱量報(bào)告預(yù) 熱狀態(tài)。具體而言，控制單元80首先通過將FC溫度Tf及許可溫度Tc 代入到下述公式(7)中，從而計(jì)算出需要發(fā)熱量Qn。
Qn= (Tc —Tf) *C …(7) C;系統(tǒng)的熱容量
接著，控制單元80通過將FC電壓Vf及FC電流If代入到下述公 式(8)中，計(jì)算出系統(tǒng)發(fā)熱量積分值Di。
Di= / { (OCV — Vf) XIf} dt[J〗 ...(8)
OCV;開路電壓(—492V)
控制單元80使現(xiàn)在的系統(tǒng)發(fā)熱量積分值Di為0%，需要發(fā)熱量 Qn為100%來設(shè)定圖表。之后，開始預(yù)熱處理時(shí)，根據(jù)經(jīng)過時(shí)間表示系 統(tǒng)發(fā)熱量積分值Dj的區(qū)域擴(kuò)大，并且當(dāng)系統(tǒng)發(fā)熱量積分值Di達(dá)到需要發(fā)熱量Qn時(shí)，從顯示裝置160及聲音輸出裝置165輸出表示可進(jìn)行通 常起動(dòng)的Ready ON信息。這樣，也可以根據(jù)發(fā)熱量來報(bào)告預(yù)熱狀態(tài)。
C.其他
當(dāng)然也可將上述第二實(shí)施方式涉及的變形例適用于上述第一實(shí)施 方式。另外，也可以組合上述第一實(shí)施方式涉及的構(gòu)成和上述第二實(shí) 施方式涉及的構(gòu)成，同時(shí)使用系統(tǒng)結(jié)束時(shí)的掃氣處理和系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)的 預(yù)熱處理。這種情況下，也可改變表示掃氣處理的進(jìn)行狀況的報(bào)告方 式和表示預(yù)熱處理的進(jìn)行狀況的報(bào)告方式。具體而言，可改變應(yīng)顯示 的圖像的種類、顏色、文字的種類、大小、點(diǎn)亮圖案等，或者改變應(yīng) 輸出的聲音的種類(男性、女性等)、警告聲的種類等。
另外，在上述各實(shí)施方式中，示例了通過影像、聲音的體感媒介 進(jìn)行報(bào)告的顯示裝置160、聲音輸出裝置165，也可利用使用了光、聲 音、影像、熱、振動(dòng)、風(fēng)、氣味中的至少一種體感媒介進(jìn)行報(bào)告的報(bào) 告單元。
權(quán)利要求
1. 一種燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，具有控制單元，進(jìn)行低溫對(duì)策用的控制；和報(bào)告單元，報(bào)告上述低溫對(duì)策用的控制的實(shí)施。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，上述控制 單元，作為低溫對(duì)策用的控制實(shí)施預(yù)熱處理或掃氣處理的至少任意一 個(gè)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，上述報(bào)告 單元利用光、聲、影像、熱、振動(dòng)、風(fēng)、氣味中的至少一種體感媒介 進(jìn)行報(bào)告。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 上述控制單元實(shí)施上述預(yù)熱處理及上述掃氣處理， 上述報(bào)告單元在上述預(yù)熱處理和上述掃氣處理之間改變報(bào)告方式。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，上述報(bào)告 單元報(bào)告與上述低溫對(duì)策用的控制相關(guān)的時(shí)間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，上述報(bào)告 單元具有顯示裝置，其對(duì)上述低溫對(duì)策用的控制的實(shí)施進(jìn)行圖象顯示 或字符顯示。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 上述控制單元作為低溫對(duì)策用的控制實(shí)施掃氣處理， 該燃料電池系統(tǒng)還具有推測單元，其根據(jù)上述燃料電池的需要降低水分量和上述燃料電池的狀態(tài)量推測上述掃氣處理所需的時(shí)間。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，上述推測 單元具有第一運(yùn)算單元，根據(jù)當(dāng)前時(shí)點(diǎn)下的上述燃料電池的剩余水量和設(shè) 定的目標(biāo)剩余水量求出上述需要降低水分量；第二運(yùn)算單元，根據(jù)上述燃料電池的狀態(tài)量求出該燃料電池單位時(shí)間內(nèi)的水分降低量；和第三運(yùn)算單元，根據(jù)上述燃料電池的需要降低水分量和該燃料電 池單位時(shí)間內(nèi)的水分降低量求出上述掃氣處理所需的時(shí)間。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，上述燃料 電池的狀態(tài)量包括輸出電流、輸出電壓、空氣過剩系數(shù)、排氣氧化氣 體溫度、排氣氧化氣體量。
10. —種掃氣所需時(shí)間推測方法，推測出燃料電池系統(tǒng)的掃氣處 理所需的時(shí)間，其特征在于，包括第一步驟，根據(jù)當(dāng)前時(shí)點(diǎn)下的燃料電池的剩余水量和設(shè)定的目標(biāo) 剩余水量求出該燃料電池的需要降低水分量；第二步驟，根據(jù)上述燃料電池的狀態(tài)量求出該燃料電池單位時(shí)間 內(nèi)的水分降低量；和第三步驟，根據(jù)上述燃料電池的需要降低水分量和該燃料電池單 位時(shí)間內(nèi)的水分降低量求出上述掃氣處理所需的時(shí)間。
全文摘要
提供一種能夠不令使用者產(chǎn)生不適感或誤識(shí)的地報(bào)告進(jìn)行低溫對(duì)策用的控制的燃料電池系統(tǒng)。在進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)束時(shí)的掃氣處理、系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)的預(yù)熱處理等低溫對(duì)策用的控制時(shí)，通過文字信息、聲音信息等將該處理的實(shí)施可靠地報(bào)告給使用者。因此，即使在點(diǎn)火開關(guān)關(guān)閉后系統(tǒng)動(dòng)作的情況下，也不會(huì)令使用者產(chǎn)生不適感或誤識(shí)。
文檔編號(hào)H01M8/04GK101473479SQ200780022709
公開日2009年7月1日 申請(qǐng)日期2007年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月9日
發(fā)明者真鍋晃太, 繁雅裕, 野野部康宏 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社