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)：
當外部溫度較低時，燃料電池系統(tǒng)停止后，其內(nèi)部產(chǎn)生的水凍結(jié)， 產(chǎn)生如下問題配管、閥等破損的問題；凍結(jié)的水堵塞氣體流路，妨 礙下次起動燃料電池時氣體的供給從而電氣化學(xué)反應(yīng)無法充分進行的 問題。
鑒于這一問題，提出了以下方法在存在燃料電池系統(tǒng)的停止要 求(點火鑰匙的關(guān)閉指令等)之后的規(guī)定的定時下，取得外部氣體溫 度等的溫度信息，根據(jù)該溫度信息預(yù)測水的凍結(jié)而報告給用戶(例如 參照專利文獻1)。
根據(jù)上述方法，用戶根據(jù)顯示器等上顯示的預(yù)測結(jié)果(例如"有 凍結(jié)的擔心")，判斷是否要進行低溫對策控制(掃氣處理等)，根 據(jù)判斷結(jié)果，按下低溫對策實施按鈕等，因此僅在用戶判斷為必要時， 進行低溫對策控制。
專利文獻l:日本特開2005-108832號公報
但是，如果是否實施低溫對策控制僅依賴于用戶的判斷(即有無 低溫對策實施按鈕的按下操作)，則存在因用戶的錯誤判斷無法在適 當定時下進行低溫對策控制的問題。另外，當用戶沒看到上述信息時， 存在不依賴用戶的意圖而不進行低溫對策控制的問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于以上說明的情況而產(chǎn)生，其目的在于供給一種必要時 在適當?shù)亩〞r下可實施低溫對策控制的燃料電池系統(tǒng)。
為了解決上述問題，本發(fā)明的涉及的燃料電池系統(tǒng)具有用于指示 執(zhí)行低溫對策控制的低溫對策操作器，其特征在于，具有第一判斷 單元，根據(jù)取得的環(huán)境信息判斷低溫對策控制的必要性；第二判斷單 元，根據(jù)用戶對上述低溫對策操作器的操作內(nèi)容，判斷低溫對策控制 的必要性；加權(quán)單元，對上述各判斷單元的判斷結(jié)果賦予權(quán)重；和第 三判斷單元，根據(jù)已被賦予權(quán)重的各判斷結(jié)果，進行是否執(zhí)行低溫對 策控制的最終判斷。
根據(jù)上述構(gòu)成，在判斷低溫對策控制的必要性時，對根據(jù)環(huán)境信 息的自動判斷的判斷結(jié)果及根據(jù)用戶對低溫對策控制開關(guān)的操作的開 關(guān)判斷的判斷結(jié)果這兩個結(jié)果進行加權(quán)，并根據(jù)加權(quán)后的各判斷結(jié)果 進行最終判斷。通過進行上述加權(quán)，可提高與低溫對策控制的必要性 相關(guān)的判斷精度，抑制不需要的低溫對策控制，并且可在必要時在適 當?shù)亩〞r下實施低溫對策控制。
在此，在上述構(gòu)成中優(yōu)選上述加權(quán)單元根據(jù)取得的上述環(huán)境信息 的內(nèi)容，改變被賦予的權(quán)重，另外優(yōu)選上述環(huán)境信息包括表示上述燃 料電池的溫度、外部氣體溫度、當前時刻的位置、日期中的任意一個 的信息。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可在必要時在適當?shù)亩〞r下實施低溫對 策控制。
圖1是表示本實施方式涉及的燃料電池系統(tǒng)的構(gòu)成的圖。 圖2是用于說明該實施方式涉及的導(dǎo)航系統(tǒng)的圖。
4圖3是表示該實施方式涉及的判斷處理的流程圖。
圖4是示例了該實施方式涉及的存儲器的存儲狀態(tài)的圖。
圖5是示例了該實施方式涉及的各判斷結(jié)果A、 B的圖。
具體實施例方式
以下參照
本發(fā)明涉及的實施方式。
A.本實施方式 (1)實施方式的構(gòu)成
圖1是表示第一實施方式涉及的燃料電池系統(tǒng)100的要部構(gòu)成的 圖。在本實施方式中，設(shè)想的是在燃料電池汽車(FCHV: Fuel Cell Hybrid Vehicle)、電動汽車、混合動力汽車等車輛上搭載的燃料電池 系統(tǒng)，但不限于車輛，也可適用于各種移動體(例如船舶、飛機、機 器人等)、定置型電源。
燃料電池40是通過供給的反應(yīng)氣體(燃料氣體及氧化氣體)產(chǎn)生 電力的單元，可采用固體高分子型、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)分別由電壓傳感器140及電流傳感器 150檢測。從燃料氣體供給源10向燃料電池40的燃料極(陽極)供給 氫氣等燃料氣體，從氧化氣體供給源70向氧極(陰極)供給空氣等氧 化氣體。
燃料氣體供給源10例如由氫罐、各種閥等構(gòu)成，通過調(diào)整閥開度、 ON/OFF時間等，控制供給到燃料電池40的燃料氣體量。
氧化氣體供給源70例如由空氣壓縮機、驅(qū)動空氣壓縮機的電動 機、變換器等構(gòu)成，通過調(diào)整該電動機的轉(zhuǎn)速等，調(diào)整供給到燃料電 池40的氧化氣體量。蓄電池60是可充電放電的二次電池，例如由鎳氫蓄電池等構(gòu)成。
當然也可替代蓄電池60而設(shè)置二次電池以外的可充放電的蓄電器(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)由控制單 元80給予的控制指令，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，并供給到牽引電動機115。牽引電動機115是用于驅(qū) 動車輪116L、 116R的電動機(即移動體的動力源)，上述電動機的轉(zhuǎn) 速由變換器110控制。該牽引電動機115及變換器110與燃料電池40 側(cè)連接。
DC/DC轉(zhuǎn)換器130例如是由四個功率晶體管和專用的驅(qū)動電路 (均省略圖示)構(gòu)成的全橋轉(zhuǎn)換器。DC/DC轉(zhuǎn)換器130具有如下功能 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的功能實現(xiàn)蓄電池60的充 放電。
蓄電池60和DC/DC轉(zhuǎn)換器130之間連接有車輛輔機、FC輔機等 輔機類120。蓄電池60成為這些輔機類120的電源。此外，所謂車輛 輔機是指在車輛運轉(zhuǎn)時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輔機是指用于燃料電池40的運轉(zhuǎn)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，中央控制該系統(tǒng)的各部分。
6晶顯示裝置、各種燈等構(gòu)成，聲音輸出裝置180
由揚聲器、放大器、濾波器等構(gòu)成?？刂茊卧?0使用顯示裝置160及 聲音輸出裝置180來報告各種消息。所報告的消息中也包括預(yù)熱處理、 掃氣處理等與低溫對策控制相關(guān)的消息(例如催促低溫對策控制指令 的輸入的信息的顯示等)。
輸入裝置170由鍵盤、鼠標、接觸面板、各種操作開關(guān)等構(gòu)成。 操作開關(guān)中包括用于輸入低溫對策控制開始/控制停止命令的特殊開關(guān) (以下稱為低溫對策開關(guān))SW1。用戶通過使該低溫對策開關(guān)(低溫 對策操作器)SW1進行接通、斷開操作，進行低溫對策控制開始/控制 停止的指示。
導(dǎo)航系統(tǒng)190具有CPU、 ROM、 RAM等，利用GPS (Global Positioning System:全球定位系統(tǒng))等測定該車輛的位置，并與周圍 地圖一起顯示測定的位置。圖2是表示導(dǎo)航系統(tǒng)190的功能構(gòu)成的圖。
導(dǎo)航系統(tǒng)190具有位置信息取得部191、通信部192、日期機構(gòu) 193、外部氣體溫度傳感器194、環(huán)境信息取得部195、控制部196。
位置信息取得部191含有GPS、電子羅盤模塊等，生成表示該車 輛的現(xiàn)在位置的位置信息(表示經(jīng)度、緯度的信息等)。
通信部192具有各種通信接口而構(gòu)成，通過網(wǎng)絡(luò)(因特網(wǎng)等)IN 在其與信息服務(wù)器200之間收發(fā)各種信息。
曰期機構(gòu)193由計時器等構(gòu)成，生成表示現(xiàn)在的日期、時間(2007 年1月1日1時等)的現(xiàn)在時刻信息。
外部氣體溫度傳感器194是檢測該車輛的外部氣體溫度而生成外部氣體溫度信息的傳感器，例如設(shè)置在該車輛的外周。此外，也可替 代直接檢測外部氣體溫度，而通過檢測搭載在該車輛上的各種部件(各 種輔機等)的溫度來間接檢測出外部氣體溫度。
環(huán)境信息取得部195是取得與該車輛的周圍環(huán)境相關(guān)的信息的單
元。環(huán)境信息取得部195將通過位置信息取得部191取得的位置信息 經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)IN發(fā)送到信息服務(wù)器200，從而取得從信息服務(wù)器200發(fā)送 的地圖信息、天氣信息等。
信息服務(wù)器200具有地圖數(shù)據(jù)庫DB1、天氣數(shù)據(jù)庫DB2等而構(gòu)成， 根據(jù)來自環(huán)境信息取得部195的要求，將表示該車輛的現(xiàn)在位置、周 邊地區(qū)的地圖信息、表示周邊地區(qū)的天氣的天氣信息等返回到環(huán)境信 息取得部195。另外，環(huán)境信息取得部195從日期機構(gòu)193取得現(xiàn)在時 刻信息，并且從外部氣體溫度傳感器194取得外部氣體溫度信息。進 而，環(huán)境信息取得部195從溫度傳感器50取得表示燃料電池的溫度的 FC溫度信息等。
此外，在以下說明中，將地圖信息、天氣信息、現(xiàn)在時刻時間、 外部氣體溫度信息、FC溫度信息等與該車輛的周圍環(huán)境相關(guān)的信息統(tǒng) 稱為周圍環(huán)境信息。
控制部196由CPU、 ROM、 RAM等構(gòu)成，對系統(tǒng)整體進行中央 控制，并且將通過環(huán)境信息取得部195取得的周圍環(huán)境信息發(fā)送到控 制單元80。
控制單元80將從導(dǎo)航系統(tǒng)190供給的周圍環(huán)境信息通過顯示裝置 160、聲音輸出裝置180報告給用戶(輸出到外部)，并且利用該周圍 環(huán)境信息進行是否需要低溫對策控制的判斷(后面詳述)。
以下說明本系統(tǒng)涉及的判斷處理。(2)實施方式的動作
圖3是表示通過控制單元80執(zhí)行的判斷處理的流程圖。
控制單元(第一判斷單元)80檢測出輸入了該系統(tǒng)的起動要求(點 火接通等)后(步驟S1)，從導(dǎo)航系統(tǒng)190取得周圍環(huán)境信息，根據(jù) 取得的周圍環(huán)境信息自動判斷是否需要低溫對策控制(步驟S2)。并 且，控制單元80將該自動判斷的判斷結(jié)果A存儲到存儲器85的規(guī)定 區(qū)域(參照圖4)。
詳細說明自動判斷，首先，控制單元80相對于導(dǎo)航系統(tǒng)190要求 周圍環(huán)境信息。導(dǎo)航系統(tǒng)190的位置信息取得部191利用GPS、電子 羅盤模塊等取得位置信息，并發(fā)送到環(huán)境信息取得部195。環(huán)境信息取 得部195將通過位置信息取得部191取得的位置信息經(jīng)由通信部192、 網(wǎng)絡(luò)IN發(fā)送到信息服務(wù)器200。信息服務(wù)器200根據(jù)接收的位置信息， 從各數(shù)據(jù)庫DB1、DB2提取表示該車輛現(xiàn)在的位置(當前時刻的位置)、 周邊地區(qū)的地圖信息、表示周邊地區(qū)天氣的天氣信息等，返回到環(huán)境 信息取得部195。環(huán)境信息取得部195除了這樣取得地圖信息、天氣信 息外，還從日期機構(gòu)193、外部氣體溫度傳感器194、溫度傳感器50 分別取得現(xiàn)在時刻信息、外部氣體溫度信息、FC溫度信息。環(huán)境信息 取得部195取得這些周圍環(huán)境信息后，供給到控制單元80。
控制單元80從環(huán)境信息取得部195取得周圍環(huán)境信息后，根據(jù)取 得的周圍環(huán)境信息，進行是否進行低溫對策控制的自動判斷。舉一例 來進行說明，例如對各信息分別設(shè)定閾值，當超過該閾值的信息有三 個以上時，判斷為"需要"低溫對策控制，當小于三個時判斷為"不 需要"低溫對策控制。并且，控制單元80將表示上述自動判斷結(jié)果的 第一判斷結(jié)果A存儲到存儲器85的規(guī)定區(qū)域(參照圖4)。當然，上 述判斷基準僅是一例，采用怎樣的判斷基準是任意的。控制單元(第二判斷單元)80前進到步驟S3時，根據(jù)低溫對策
開關(guān)SW1的操作狀態(tài)，進行是否需要低溫對策控制的開關(guān)判斷。具體 而言，當?shù)蜏貙Σ唛_關(guān)SW1被按下時，判斷為"需要"低溫對策控制， 當?shù)蜏貙Σ唛_關(guān)SW1未被按下時，判斷為"不需要"低溫對策控制。 然后，控制單元80將上述開關(guān)判斷的判斷結(jié)果B存儲到存儲器85的 規(guī)定區(qū)域(參照圖4)。
控制單元80將判斷結(jié)果A、 B存儲到存儲器85的規(guī)定區(qū)域后， 根據(jù)上述周圍環(huán)境信息進行環(huán)境系數(shù)a的導(dǎo)出(步驟S4)。該環(huán)境系 數(shù)a是用于決定賦予各判斷結(jié)果A、 B的權(quán)重的系數(shù)，控制單元80利 用包含于周圍環(huán)境信息中的地圖信息、天氣信息、現(xiàn)在時刻信息、外 部氣體溫度信息、FC溫度信息等求出環(huán)境系數(shù)a (0《a《l)。此外， 如何利用周圍環(huán)境信息求出環(huán)境系數(shù)a是任意的，例如可根據(jù)包含于 周圍環(huán)境信息中的一部分信息(僅為地圖信息)，利用規(guī)定的映射、 函數(shù)來決定環(huán)境系數(shù)a ，也可根據(jù)包含于該周圍環(huán)境信息中的所有信 息決定環(huán)境系數(shù)a 。
控制單元(加權(quán)單元)80這樣求出環(huán)境系數(shù)a后，通過將其代入 到下述式(1)，對各判斷結(jié)果進行加權(quán)(步驟S5)?？刂茊卧?第3 判斷單元)80進行是否需要低溫對策控制的最終判斷(步驟S6)，將 該最終判斷的判斷結(jié)果C存儲到存儲器85的規(guī)定區(qū)域(參照圖4)。
C= a *A+ (l— a ) *B." (1)
圖5是示例了存儲器85中存儲的判斷結(jié)果A、 B的圖。此外在圖 5中，將需要低溫對策控制的判斷結(jié)果標記為"需要"，將無需低溫對 策控制的判斷結(jié)果標記為"不需要"。
如圖5所示，判斷結(jié)果A、 B的組合有四種，存在如下情況判 斷結(jié)果A、 B均為"需要"的情況(情形1);判斷結(jié)果A為"需要"、
10判斷結(jié)果B為"不需要"的情況(情形2);判斷結(jié)果A為"不需要"、
判斷結(jié)果B為"需要"的情況(情形3);判斷結(jié)果A、 B均為"不需 要"的情況。兩個判斷結(jié)果相同時(情形l、情形4)，根據(jù)環(huán)境系數(shù) a的值，判斷結(jié)果C不變，但是判斷結(jié)果A、 B不同時(情形2、情形 3)，根據(jù)環(huán)境系數(shù)a，判斷結(jié)果C變動。
例如，判斷結(jié)果A為"需要"、判斷結(jié)果B為"不需要"時(情 形2)，環(huán)境系數(shù)a設(shè)定為小于0.5時，通過控制單元80向判斷結(jié)果B 賦予比判斷結(jié)果A大的權(quán)重，判斷結(jié)果C變?yōu)楹团袛嘟Y(jié)果B同為"不 需要"。而即使在判斷結(jié)果A為"需要"、判斷結(jié)果B為"不需要" 時(情形2)，當環(huán)境系數(shù)ct設(shè)定為0.5以上時，和上述情況相反，通 過控制單元80向判斷結(jié)果A賦予比判斷結(jié)果B大的權(quán)重，判斷結(jié)果C 變?yōu)楹团袛嘟Y(jié)果A同為"需要"。這樣一來，根據(jù)設(shè)定的環(huán)境系數(shù)a 的值，通過控制單元80賦予的權(quán)重改變。
控制單元80通過執(zhí)行上述說明的判斷處理獲得表示最終判斷的 判斷結(jié)果的判斷結(jié)果C后，根據(jù)該判斷結(jié)果控制本系統(tǒng)。S卩，當判斷 結(jié)果C為"不需要"時，不進行低溫對策控制而進行通常運轉(zhuǎn)控制， 而當最終判斷的判斷結(jié)果C為"需要"時，根據(jù)該判斷結(jié)果進行低溫 對策控制。在此，作為低溫對策控制例如可以例舉掃氣處理等。通過 執(zhí)行上述掃氣處理，可降低配管等中殘留的水分量，可抑制配管中殘 留的水凍結(jié)而造成破損等的問題。當然，低溫對策控制不限于掃氣處 理，例如也可在發(fā)電效率較低的狀態(tài)下進行運轉(zhuǎn)(低效率運轉(zhuǎn))，也 可以通過對該系統(tǒng)進行預(yù)熱來減少配管等中殘留的水分量。
如上所述，根據(jù)本實施方式，在判斷低溫對策控制的必要性時， 對根據(jù)環(huán)境信息的自動判斷的判斷結(jié)果及根據(jù)用戶對低溫對策控制開 關(guān)的操作的開關(guān)判斷的判斷結(jié)果這兩個結(jié)果，進行加權(quán)，并根據(jù)加權(quán) 后的各判斷結(jié)果進行最終判斷。通過進行上述加權(quán)，可提高與低溫對 策控制的必要性相關(guān)的判斷精度，抑制無謂的低溫對策控制，并且可
11在必要時在適當?shù)亩〞r下實施低溫對策控制。
此外，在上述本實施方式中，在系統(tǒng)起動時執(zhí)行上述判斷處理， 但也可在存在該系統(tǒng)的停止要求的情況下實施判斷處理，進而也可以 在通常運轉(zhuǎn)中間歇地實施判斷處理。另外，在上述判斷處理中，當自 動判斷的判斷結(jié)果A為"需要"時，可報告催促低溫對策控制指令的 輸入的信息。
權(quán)利要求
1. 一種燃料電池系統(tǒng)，具有用于指示執(zhí)行低溫對策控制的低溫對策操作器，其特征在于，具有第一判斷單元，根據(jù)取得的環(huán)境信息判斷低溫對策控制的必要性；第二判斷單元，根據(jù)用戶對上述低溫對策操作器的操作內(nèi)容，判斷低溫對策控制的必要性；加權(quán)單元，對上述各判斷單元的判斷結(jié)果賦予權(quán)重；和第三判斷單元，根據(jù)已被賦予權(quán)重的各判斷結(jié)果，進行是否執(zhí)行低溫對策控制的最終判斷。
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，上述加權(quán)單元根據(jù)取得的上述環(huán)境信息的內(nèi)容，改變被賦予的權(quán)重。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，上述環(huán)境信息包括表示上述燃料電池的溫度、外部氣體溫度、當前時刻的 位置、日期中的至少任意一個的信息。
全文摘要
本發(fā)明提供一種必要時可在適當?shù)亩〞r實施低溫對策控制的燃料電池系統(tǒng)，控制單元(80)在判斷低溫對策控制的必要性時，根據(jù)從導(dǎo)航系統(tǒng)(190)供給的表示周圍環(huán)境的狀態(tài)(外部氣體溫度等)的周圍環(huán)境信息，進行自動判斷。并且，控制單元(80)對該自動判斷的判斷結(jié)果及根據(jù)用戶對低溫對策控制開關(guān)的操作的開關(guān)判斷的判斷結(jié)果這兩個結(jié)果進行加權(quán)，根據(jù)加權(quán)后的各判斷結(jié)果進行最終判斷。
文檔編號H01M8/04GK101490883SQ200780026169
公開日2009年7月22日 申請日期2007年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月18日
發(fā)明者真鍋晃太 申請人:豐田自動車株式會社