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)明涉及一種燃料電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
以往，提出并實(shí)用了具有接收反應(yīng)氣體(燃料氣體及氧化氣體) 的供給而進(jìn)行發(fā)電的燃料電池的燃料電池系統(tǒng)。在該燃料電池系統(tǒng)中， 一般設(shè)有用于使從氫罐等的燃料供給源供給的燃料氣體向燃料電池流 動的燃料供給流路，在燃料供給流路上設(shè)有將來自燃料供給源的燃料 氣體的供給壓力降低到一定的值的調(diào)壓閥(調(diào)節(jié)器)。
現(xiàn)在，提出了通過在燃料供給流路上設(shè)置改變?nèi)剂蠚怏w的供給壓 力的開關(guān)閥，從而根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)來改變?nèi)剂蠚怏w的供給壓力的 技術(shù)方案。另外，近年，提出了在開關(guān)閥的上游側(cè)配置壓力傳感器， 基于由該壓力傳感器檢測的檢測值來控制開關(guān)閥的技術(shù)(例如，參照
日本特開2005-302563號公報(bào))。如果采用專利文獻(xiàn)1記載的技術(shù)，則 可進(jìn)行開關(guān)閥的故障判斷。

發(fā)明內(nèi)容
但是，即使采用日本特開2005-302563號公報(bào)所述的技術(shù)，在由 斷路、短路等引起壓力傳感器陷入異常狀態(tài)的情況下，不僅不能進(jìn)行 開關(guān)閥的故障判斷，而且也不能正?？刂崎_關(guān)閥。如果產(chǎn)生該情況， 擔(dān)心由開關(guān)閥的誤動作引起向燃料電池的燃料氣體的供給量急速增加 或急速減少，妨礙正常的發(fā)電。
本發(fā)明鑒于該情況，提供一種燃料電池系統(tǒng)，具有改變向燃料電 池供給燃料氣體的狀態(tài)的開關(guān)閥；和檢測用于控制該開關(guān)閥的氣體狀態(tài)的傳感器，其目的在于抑制由傳感器異常引起的燃料電池的發(fā)電異 常。
為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)具有燃料電池；用 于使從燃料供給源供給的燃料氣體向燃料電池流動的燃料供給流路； 調(diào)整該燃料供給流路的上游側(cè)的氣體狀態(tài)而向下游側(cè)供給的開關(guān)閥； 對燃料供給流路的氣體狀態(tài)進(jìn)行檢測的傳感器；和基于由該傳感器檢 測的檢測值來控制開關(guān)閥的控制單元，控制單元在傳感器陷入異常狀 態(tài)的情況下停止開關(guān)閥的開關(guān)動作。
如果釆用該構(gòu)成，能夠抑制由傳感器異常引起的開關(guān)閥的誤動作 而造成的向燃料電池供給燃料氣體的狀態(tài)異常。因此，能夠抑制燃料 電池的發(fā)電狀態(tài)異常，并能夠避免向燃料電池的燃料供給量的急速增 加而引起燃料電池內(nèi)部的構(gòu)成部件惡化的情況。所謂"氣體狀態(tài)"是 指由流量、壓力、溫度、摩爾濃度等表示的氣體的狀態(tài)，特別是包含 氣體流量及氣體壓力中的至少一個(gè)。
在上述燃料電池系統(tǒng)中，能夠采用如下控制單元..在由傳感器檢 測的檢測值低于規(guī)定的下限值或超過規(guī)定的上限值的情況(或由傳感 器檢測的檢測值低于規(guī)定的下限值或超過規(guī)定的上限值且該狀態(tài)持續(xù) 了規(guī)定時(shí)間的情況)下，判斷傳感器陷入異常狀態(tài)。
另外，在上述燃料電池系統(tǒng)中，在開關(guān)閥的上游側(cè)具有對從燃料 供給源供給的燃料氣體進(jìn)行截止的截止閥，能夠釆用在傳感器陷入異 常狀態(tài)的情況下關(guān)閉截止閥的控制單元。
如果采用該構(gòu)成，則能夠伴隨著傳感器異常，關(guān)閉開關(guān)閥上游側(cè) 的截止閥，因此能夠抑制開關(guān)閥上游側(cè)的燃料氣體的壓力過度上升， 可抑制開關(guān)閥的故障。另外，在上述燃料電池系統(tǒng)中，優(yōu)選采用如下控制單元在傳感 器從異常狀態(tài)恢復(fù)到正常狀態(tài)的情況下，使開關(guān)閥的開關(guān)動作重新開 始。
如果采用該構(gòu)成，則能夠在傳感器從異常狀態(tài)恢復(fù)到正常狀態(tài)的 情況下，使開關(guān)闊的開關(guān)動作自動地重新開始，從而重新開始向燃料 電池的燃料供給。因此，在傳感器從異常狀態(tài)恢復(fù)到正常狀態(tài)的情況 下，能夠自動地重新開始燃料電池的發(fā)電。
另外，在上述燃料電池系統(tǒng)中，能夠釆用如下控制單元在由被 判斷為異常的傳感器檢測的檢測值為規(guī)定的下限值以上、規(guī)定的上限 值以下的情況(或在由判斷為處于異常的傳感器檢測的檢測值為規(guī)定 的下限值以上規(guī)定的上限值以下且該狀態(tài)持續(xù)了規(guī)定時(shí)間的情況)下， 判斷傳感器從異常狀態(tài)恢復(fù)到正常狀態(tài)。
另外，在上述燃料電池系統(tǒng)中，采用噴射器作為開關(guān)閥，并且采 用對噴射器的下游側(cè)的燃料氣體的壓力進(jìn)行檢測的壓力傳感器作為傳 感器。
所謂噴射器是電磁驅(qū)動式的開關(guān)閥，其可通過利用電磁驅(qū)動力直 接以規(guī)定的驅(qū)動周期驅(qū)動閥芯遠(yuǎn)離閥座來調(diào)整氣體狀態(tài)(氣體流量、 氣體壓力)。規(guī)定的控制部驅(qū)動噴射器的閥芯來控制燃料氣體的噴射 時(shí)期、噴射時(shí)間，可控制燃料氣體的流量、壓力。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種燃料電池系統(tǒng)，具有改變向燃料電池供給 燃料氣體的狀態(tài)的開關(guān)閥和檢測用于控制該開關(guān)閥的氣體狀態(tài)的傳感 器，可抑制由傳感器異常引起的燃料電池的發(fā)電異常。


圖1是本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的構(gòu)成圖。圖2是用于說明圖1所示的燃料電池系統(tǒng)的控制裝置的控制方式 的控制框圖。
圖3A是表示圖1所示的燃料電池系統(tǒng)的二次側(cè)壓力傳感器的檢測 值的時(shí)程的時(shí)間圖。
圖3B是表示圖l所示的燃料電池系統(tǒng)的噴射器的控制動作的一個(gè) 例子的時(shí)間圖。
圖3C是表示圖l所示的燃料電池系統(tǒng)的截止閥的控制動作的一個(gè) 例子的時(shí)間圖。
圖3D是表示圖l所示的燃料電池系統(tǒng)的強(qiáng)制間歇運(yùn)轉(zhuǎn)動作的一個(gè) 例子的時(shí)間圖。
圖4是用于說明圖1所示的燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法的流程圖。
圖5A是表示圖1所示的燃料電池系統(tǒng)的二次側(cè)壓力傳感器的檢測 值的時(shí)程的時(shí)間圖。
圖5B是表示圖1所示的燃料電池系統(tǒng)的噴射器的控制動作的其他 的例子的時(shí)間圖。
圖6是表示圖1所示的燃料電池系統(tǒng)的變形例的構(gòu)成圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)l進(jìn)行說明。 在本實(shí)施方式中，對將本發(fā)明適用于燃料電池車輛的車載發(fā)電系統(tǒng)的 例子進(jìn)行了說明。
首先，使用圖1~圖3D，對本發(fā)明的實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)1 的構(gòu)成進(jìn)行說明。本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)1如圖1所示，具有接 收反應(yīng)氣體(氧化氣體及燃料氣體)的供給而產(chǎn)生電力的燃料電池10， 并且具有向燃料電池IO供給作為氧化氣體的空氣的氧化氣體配管系統(tǒng) 2、向燃料電池10供給作為燃料氣體的氫氣的氫氣配管系統(tǒng)3和集中 控制系統(tǒng)整體的控制裝置4等。
燃料電池IO具有將接收反應(yīng)氣體的供給而發(fā)電的單電池層積所需數(shù)量而構(gòu)成的堆疊構(gòu)造。由燃料電池10產(chǎn)生的電力被供給到PCU (Power Control Unit:功率控制單元)11。 PCU11具有配置在燃料電 池IO和牽引馬達(dá)12之間的變換器、DC-DC轉(zhuǎn)換器等。另外，在燃料 電池IO上安裝有檢測發(fā)電中的電流的電流傳感器13。
氧化氣體配管系統(tǒng)2具有將由加濕器20加濕的氧化氣體(空氣) 供給到燃料電池10的空氣供給流路21;將從燃料電池10排出的氧化 廢氣導(dǎo)入到加濕器20的空氣排出流路22;和用于從加濕器21向外部 導(dǎo)出氧化廢氣的排氣流路23。在空氣供給流路21上設(shè)有取入大氣中的 氧化氣體而壓送到加濕器20的空氣壓縮機(jī)24。
氫氣配管系統(tǒng)3具有作為貯存高壓的氫氣的燃料供給源的氫罐 30;作為用于向燃料電池10供給氫罐30的氫氣的燃料供給流路的氫 供給流路31;用于使從燃料電池10排出的氫廢氣返回氫供給流路31 的循環(huán)流路32。代替氫罐30，也可以采用如下構(gòu)造作為燃料供給源 從烴類的燃料生成富氫的改性氣體的改性器；和使在該改性器生成的 改性氣體為高壓狀態(tài)而蓄壓的高壓氣體罐。另外，也可以將具有貯氫 合金的罐作為燃料供給源采用。
在氫供給流路31上設(shè)有如下構(gòu)造截止或允許氫氣從氫罐30的 供給的截止閥33;調(diào)整氫氣的壓力的調(diào)節(jié)器34;和噴射器35。另外， 在噴射器35的上游側(cè)設(shè)有檢測氫供給流路31內(nèi)的氫氣的壓力及溫度 的一次側(cè)壓力傳感器41及溫度傳感器42。另外，在噴射器35的下游 側(cè)且在氫供給流路31和循環(huán)流路32的匯合部Al的上游側(cè)設(shè)有檢測氫 供給流路31內(nèi)的氫氣壓力的二次側(cè)壓力傳感器43。 二次側(cè)壓力傳感器 43相當(dāng)于本發(fā)明的傳感器及壓力傳感器的一個(gè)實(shí)施方式。
調(diào)節(jié)器34是將其上游側(cè)壓力(一次壓力)調(diào)壓為預(yù)先設(shè)定的二次 壓力的裝置。在本實(shí)施方式中，將對一次壓力進(jìn)行減壓的機(jī)械式的減 壓閥作為調(diào)節(jié)器34采用。作為機(jī)械式的減壓閥的構(gòu)成，能夠采用如下公知的構(gòu)成具有隔著隔膜形成背壓室和調(diào)壓室的殼體，通過背壓室 內(nèi)的背壓，在調(diào)壓室內(nèi)將一次壓力減壓為規(guī)定的壓力而作為二次壓力。 在本實(shí)施方式中，如圖1所示，通過在噴射器35的上游側(cè)配置兩個(gè)調(diào) 節(jié)器34，從而能夠有效地降低噴射器35的上游側(cè)壓力。因此，能夠提 高噴射器35的機(jī)械的構(gòu)造(閥芯、殼體、流路、驅(qū)動裝置等)的設(shè)計(jì) 自由度。另外，能夠降低噴射器35的上游側(cè)壓力，因此能夠抑制由噴 射器35的上游側(cè)壓力和下游側(cè)壓力的差壓的增大所引起的噴射器35 的閥芯難于移動的情況。因此，能夠擴(kuò)大噴射器35的下游側(cè)壓力的可 變調(diào)壓幅度，并且能夠抑制噴射器35的響應(yīng)性的降低。
噴射器35是電磁驅(qū)動式開關(guān)閥，其可通過利用電磁驅(qū)動力直接以 規(guī)定的驅(qū)動周期驅(qū)動閥芯遠(yuǎn)離閥座來調(diào)整氣體流量、氣體壓力。噴射 器35具有閥座，其具有噴射氫氣等氣體燃料的噴射孔，并且具有噴 嘴體，將該氣體燃料供給引導(dǎo)到噴射孔；和閥芯，相對該噴嘴體沿軸 線方向(氣體流動方向)可移動地被收容保持，并開關(guān)噴射孔。在本 實(shí)施方式中，噴射器35的閥芯由作為電磁驅(qū)動裝置的螺線管驅(qū)動，能 夠通過向該螺線管供電的脈沖狀勵磁電流的開/關(guān)，二級或多級地切換 噴射孔的開口面積。由從控制器4輸出的控制信號控制噴射器35的氣 體噴射時(shí)間及氣體噴射時(shí)期，從而高精度地控制氫氣的流量及壓力。 噴射器35是利用電磁驅(qū)動力直接開關(guān)驅(qū)動閥(閥芯及閥座)的構(gòu)造， 該驅(qū)動周期可控制到高響應(yīng)區(qū)域，因此具有較高的響應(yīng)性。
噴射器35為了供給其下游要求的氣體流量，變更設(shè)于噴射器35 的氣體流路上的閥芯的開口面積(開度)及開放時(shí)間中的至少一個(gè)， 調(diào)整向下游側(cè)(燃料電池10側(cè))供給的氣體流量(或氫摩爾濃度)。 由噴射器35的閥芯的開關(guān)來調(diào)整氣體流量，并且向噴射器35下游供 給的氣體壓力比噴射器35上游的氣體壓力減壓，因此能夠?qū)娚淦?5 解釋為調(diào)壓閥(減壓閥、調(diào)節(jié)器)。另外，在本實(shí)施方式中，也能夠 解釋為可根據(jù)氣體要求而在規(guī)定的壓力范圍中以與要求壓力一致的方 式改變噴射器35的上游氣體壓力的調(diào)壓量(減壓量)的可變調(diào)壓閥。在本實(shí)施方式中，如圖1所示，在氫供給流路31和循環(huán)流路32 的匯合部Al上游側(cè)配置噴射器35。另外，如圖1虛線所示，在將多 個(gè)氫罐30用作燃料供給源的情況下，在從各氫罐30供給的氫氣匯合 的部分(氫氣匯合部A2)的下游側(cè)配置噴射器35。
在循環(huán)流路32上經(jīng)由氣液分離器36及排氣排水閥37連接有排出 流路38。氣液分離器36用于從氫廢氣中回收水分。排氣排水閥37由 來自控制裝置4的指令而動作，從而將氣液分離器36回收的水分和循 環(huán)流路32內(nèi)的含有雜質(zhì)的氫廢氣(燃料廢氣)排出(清除)到外部。 另外，在循環(huán)流路32上設(shè)有將循環(huán)流路32內(nèi)的氫廢氣加壓而向氫供 給流路31側(cè)送出的氫泵39。經(jīng)由排氣排水閥37及排出流路38而排出 的氫廢氣在稀釋器40中與排氣流路23內(nèi)的氧化廢氣匯合而被稀釋。
控制裝置4檢測設(shè)置在車輛上的加速操作部件(油門等)的操作 量，接收加速要求值(例如來自牽引馬達(dá)12等的負(fù)荷裝置的要求發(fā)電 量)等的控制信息，控制系統(tǒng)內(nèi)的各種設(shè)備的動作。作為負(fù)荷裝置是 除了牽引馬達(dá)12外，還包括如下裝置的耗電裝置的總稱用于使燃料 電池10動作所需的輔機(jī)裝置(例如空氣壓縮機(jī)24、氫泵39、冷卻泵 的馬達(dá)等)；在與車輛的行駛相關(guān)的各種裝置(變速器、車輪控制裝 置、轉(zhuǎn)向裝置、懸架裝置等)中使用的制動器；和乘客空間的空調(diào)裝 置(空調(diào))、照明、音響等的電力消耗裝置。
控制裝置4由未圖示的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成。該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有CPU、 ROM、 RAM、 HDD、輸入輸出接口及顯示器等，通過CPU讀入存儲 于ROM中的各種控制程序并執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)各種控制動作。
具體而言，控制裝置4如圖2所示，基于燃料電池10的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài) (由電流傳感器13檢測出的燃料電池10的發(fā)電時(shí)的電流值)，算出 在燃料電池IO消耗的氫氣的量(以下稱為"氫消耗量")(燃料消耗量算出功能Bl)。在本實(shí)施方式中，使用表示燃料電池10的電流值
和氫消耗量之間的關(guān)系的特定的運(yùn)算式，對于控制裝置4的每個(gè)運(yùn)算
周期算出氫消耗量并進(jìn)行更新。
另外，控制裝置4基于燃料電池IO的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)(由電流傳感器13 檢測出的燃料電池10的發(fā)電時(shí)的電流值)，算出噴射器35下游位置 的氫氣的目標(biāo)壓力值(向燃料電池10的目標(biāo)氣體供給壓力)(目標(biāo)壓 力值算出功能B2)。在本實(shí)施方式中，使用表示燃料電池IO的發(fā)電 電流值和目標(biāo)壓力值之間的關(guān)系的特定的映射，對于控制裝置4的每 個(gè)運(yùn)算周期算出配置二次側(cè)壓力傳感器43的位置處的目標(biāo)壓力值并進(jìn) 行更新。
另外，控制裝置4基于算出的目標(biāo)壓力值和由二次側(cè)壓力傳感器 43檢測出的噴射器35下游位置的檢測壓力值之間的偏差而算出反饋校 正流量(反饋校正流量算出功能B3)。反饋校正流量是為了降低目 標(biāo)壓力值和檢測壓力值之間的偏差而加在氫消耗量上的氫氣流量。在 本實(shí)施方式中，使用PI型反饋控制項(xiàng)，對于控制裝置4的每個(gè)運(yùn)算周 期算出反饋控制校正流量并進(jìn)行更新。
另外，控制裝置4基于噴射器35的上游的氣體狀態(tài)(由一次側(cè)壓 力傳感器41檢測出的氫氣的壓力及由溫度傳感器42檢測出的氣氣的 溫度)算出噴射器35的上游的靜態(tài)流量(靜態(tài)流量算出功能B4)。 在本實(shí)施方式中，使用表示噴射器35的上游側(cè)的氫氣的壓力、溫度和 靜態(tài)流量之間的關(guān)系的特定的運(yùn)算式，對于控制裝置4的每個(gè)運(yùn)算周 期算出靜態(tài)流量并進(jìn)行更新。
另外，控制裝置4基于噴射器35的上游的氣體狀態(tài)(氫氣的壓力 及溫度)及外加電壓而算出噴射器35的無效噴射時(shí)間(無效噴射時(shí)間 算出功能B5)。在此，所謂無效噴射時(shí)間是指從噴射器35接收來自 控制裝置4的控制信號到實(shí)際開始噴射為止所需的時(shí)間。在本實(shí)施方式中，使用表示噴射器35的上游側(cè)的氫氣的壓力、溫度、外加電壓、 無效噴射時(shí)間之間的關(guān)系的特定的映射，對于控制裝置4的每個(gè)運(yùn)算 周期算出無效噴射時(shí)間并進(jìn)行更新。
另外，控制裝置4通過將氫消耗量和反饋校正流量相加而算出噴 射器35的噴射流量(噴射流量算出功能B6)。并且，控制裝置4通 過在噴射器35的噴射流量除以靜態(tài)流量所得的值上乘以噴射器35的 驅(qū)動周期，從而算出噴射器35的基本噴射時(shí)間，并且將該基本噴射時(shí) 間和無效噴射時(shí)間相加而算出噴射器35的總噴射時(shí)間(總噴射時(shí)間算 出功能B7)。在此，所謂驅(qū)動周期是指表示噴射器35的噴射孔的開 關(guān)狀態(tài)的段狀(開/關(guān))波形的周期。在本實(shí)施方式中，由控制裝置4 將驅(qū)動周期設(shè)定為一定的值。
并且，控制裝置4發(fā)出用于實(shí)現(xiàn)經(jīng)過上述的順序而算出的噴射器 35的總噴射時(shí)間的控制信號，從而控制噴射器35的氣體噴射時(shí)間及氣 體噴射時(shí)期，調(diào)整向燃料電池10供給的氫氣的流量及壓力。這樣，控 制裝置4參照由二次側(cè)壓力傳感器43檢測出的噴射器35下游位置的 檢測壓力值來控制噴射器35。
另外，控制裝置4在燃料電池10的正常運(yùn)轉(zhuǎn)中進(jìn)行二次側(cè)壓力傳 感器43的異常判斷，在判斷二次側(cè)壓力傳感器43陷入異常狀態(tài)的情 況下，停止由噴射器35進(jìn)行的噴射動作(開關(guān)動作)而成為全閉狀態(tài)。 具體而言，控制裝置4如圖3A所示，在由二次側(cè)壓力傳感器43檢測 的檢測值低于規(guī)定的下限值或超過規(guī)定的上限值且該狀態(tài)持續(xù)了規(guī)定 時(shí)間Tc的情況下，判斷二次側(cè)壓力傳感器43陷入異常狀態(tài)，如圖3B 所示，使噴射器35為全閉狀態(tài)。B卩，控制裝置4作為本發(fā)明的控制單 元的一個(gè)實(shí)施方式起作用。
另外，控制裝置4在判斷二次側(cè)壓力傳感器43陷入異常狀態(tài)的情 況下，如圖3C所示，關(guān)閉設(shè)在氫供給流路31上的截止閥33，截止從氫罐30的氫氣的供給。由此，能夠抑制噴射器35的上游側(cè)壓力過度 上升。另外，控制裝置4在判斷二次側(cè)壓力傳感器43陷入異常狀態(tài)的 情況下，如圖3D所示，關(guān)閉設(shè)在循環(huán)流路32上的排氣排水閥37并停 止氫泵39及空氣壓縮機(jī)24,從正常運(yùn)轉(zhuǎn)向強(qiáng)制性的間歇運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移而暫 時(shí)性地停止發(fā)電。
另一方面，控制裝置4在上述強(qiáng)制性的間歇運(yùn)轉(zhuǎn)中，進(jìn)行二次側(cè) 壓力傳感器43的恢復(fù)判斷，在判斷二次側(cè)壓力傳感器43從異常狀態(tài) 恢復(fù)到正常狀態(tài)的情況下，使噴射器35再次運(yùn)轉(zhuǎn)。具體而言，控制裝 置4，如圖3A所示，在由二次側(cè)壓力傳感器43檢測的檢測值為規(guī)定 的下限值以上、規(guī)定的上限值以下，且該狀態(tài)持續(xù)了規(guī)定時(shí)間To的情 況下，判斷二次側(cè)壓力傳感器43從異常狀態(tài)恢復(fù)到正常狀態(tài)，如圖3B 所示，重新開始由噴射器35進(jìn)行的噴射動作(開關(guān)動作)。
另外，控制裝置4在判斷二次側(cè)壓力傳感器43從異常狀態(tài)恢復(fù)到 正常狀態(tài)的情況下，如圖3C所示，打開關(guān)閉的截止閥33，再次打開從 氫罐30的氫氣的供給。另外，控制裝置4在判斷二次側(cè)壓力傳感器43 從異常狀態(tài)恢復(fù)到正常狀態(tài)的情況下，如圖3D所示，打開設(shè)于循環(huán)流 路32上的排氣排水閥37并使氫泵39及空氣壓縮機(jī)24動作，從強(qiáng)制 性的間歇運(yùn)轉(zhuǎn)向正常運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移而重新開始發(fā)電。
接著，使用圖4的流程圖對本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)1的運(yùn)轉(zhuǎn) 方法進(jìn)行說明。
在燃料電池系統(tǒng)1的正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，氫氣從氫罐30經(jīng)由氫供給流路 31而被供給到燃料電池10的燃料極，并且加濕調(diào)整后的空氣經(jīng)由空氣 供給流路21而被供給到燃料電池10的氧化極，從而進(jìn)行發(fā)電。此時(shí)， 由控制裝置4運(yùn)算應(yīng)從燃料電池IO取出的電力(要求電力)，與該發(fā) 電量對應(yīng)的量的氫氣及空氣通過驅(qū)動控制噴射器35、空氣壓縮機(jī)24而 被供給到燃料電池10內(nèi)。在本實(shí)施方式中，在這樣的正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)二次側(cè)壓力傳感器43陷入異常狀態(tài)的情況下，停止由噴射器35進(jìn)行的噴 射動作，向強(qiáng)制性的間歇運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移而暫時(shí)停止發(fā)電。
首先，燃料電池系統(tǒng)1的控制裝置4在正常運(yùn)轉(zhuǎn)中，使用二次側(cè) 壓力傳感器43來檢測噴射器35下游側(cè)的氫氣的壓力值(正常時(shí)壓力 檢測工序Sl)。并且，控制裝置4判斷在正常時(shí)壓力檢測工序S1中 的檢測值是否低于規(guī)定的下限值或超過規(guī)定的上限值且判斷該狀態(tài)是 否持續(xù)了規(guī)定的時(shí)間To (異常判斷工序S2)。
控制裝置4在異常判斷工序S2中，在二次側(cè)壓力傳感器43的檢 測值為規(guī)定的下限值以上規(guī)定的上限值以下的情況，或雖然二次側(cè)壓 力傳感器43的檢測值低于規(guī)定的下限值或超過規(guī)定的上限值但其狀態(tài) 沒有持續(xù)規(guī)定時(shí)間Tc的情況下，判斷二次側(cè)壓力傳感器43正常而以該 狀態(tài)結(jié)束控制動作。
另一方面，控制裝置4在異常判斷工序S2中，在二次側(cè)壓力傳感 器43的檢測值低于規(guī)定的下限值或超過規(guī)定的上限值且該狀態(tài)持續(xù)了 規(guī)定時(shí)間To的情況下，判斷二次側(cè)壓力傳感器43陷入異常狀態(tài)，停止 由噴射器35進(jìn)行的噴射動作而成為全閉狀態(tài)(噴射器停止工序S3)。 控制裝置4停止噴射器35，并且關(guān)閉設(shè)于氫供給流路31上的截止閥 33及設(shè)于循環(huán)流路32上的排氣排水閥37，并且停止氫泵39及空氣壓 縮機(jī)24，從正常運(yùn)轉(zhuǎn)向強(qiáng)制性的間歇運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移而暫時(shí)停止發(fā)電。
接著，控制裝置4在經(jīng)過噴射器停止工序S3而進(jìn)行強(qiáng)制性的間歇 運(yùn)轉(zhuǎn)的期間，使用二次側(cè)壓力傳感器43來檢測噴射器35下游側(cè)的氫 氣的壓力值(間歇時(shí)壓力檢測工序S4)，判斷檢測值是否為規(guī)定的 下限值以上規(guī)定的上限值以下且該狀態(tài)是否持續(xù)了規(guī)定時(shí)間To (恢復(fù) 判斷工序S5)。
控制裝置4在恢復(fù)判斷工序S5中，在二次側(cè)壓力傳感器43的檢測值低于規(guī)定的下限值或超過規(guī)定的上限值的情況、或二次側(cè)壓力傳
感器43的檢測值雖然為規(guī)定的下限值以上規(guī)定的上限值以下但其狀態(tài) 沒有持續(xù)規(guī)定時(shí)間T。的情況下，判斷二次側(cè)壓力傳感器43依然處于異 常狀態(tài)，返回噴射器停止工序S3而繼續(xù)執(zhí)行控制。
另一方面，控制裝置4在恢復(fù)判斷工序S5中，在二次側(cè)壓力傳感 器43的檢測值為規(guī)定的下限值以上規(guī)定的上線值以下且該狀態(tài)持續(xù)了 規(guī)定時(shí)間T。的情況下，判斷二次側(cè)壓力傳感器43從異常狀態(tài)恢復(fù)到正 常狀態(tài)，重新開始由噴射器35進(jìn)行的噴射動作(噴射器再次運(yùn)轉(zhuǎn)工序 S6)?？刂蒲b置4使噴射器35再次運(yùn)轉(zhuǎn)，并且使關(guān)閉的截止閥33及 排氣排水閥37打開，并且使氫泵39及空氣壓縮機(jī)24再次運(yùn)轉(zhuǎn)，從強(qiáng) 制性的間歇運(yùn)轉(zhuǎn)向正常運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移而重新開始發(fā)電。
在以上說明的實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)1中，能夠抑制由二次側(cè) 壓力傳感器43的異常引起的噴射器35的誤動作而造成的向燃料電池 IO的氫氣的供給狀態(tài)變?yōu)楫惓５那闆r。因此，能夠抑制燃料電池10的 發(fā)電狀態(tài)變?yōu)楫惓?，并且能夠避免由向燃料電池IO的燃料供給量的急 速增大而引起的燃料電池10內(nèi)部的構(gòu)成部件惡化這樣的情況。
另外，在以上說明的實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)1中，能夠伴隨著 二次側(cè)壓力傳感器43的異常，關(guān)閉噴射器35上游側(cè)的截止閥33，因 此能夠抑制噴射器35上游側(cè)的氫氣的壓力過度上升。因此，可抑制噴 射器35的故障。
另外，在上述說明的實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)1中，在二次側(cè)壓 力傳感器43從異常狀態(tài)恢復(fù)到正常狀態(tài)的情況下，能夠自動地重新開 始噴射器35的開關(guān)動作，再次打開向燃料電池IO的燃料供給。因此， 在二次側(cè)壓力傳感器43從異常狀態(tài)恢復(fù)到正常狀態(tài)的情況下，能夠自 動地重新開始由燃料電池IO進(jìn)行的發(fā)電。在以上的實(shí)施方式中，例示了在由二次側(cè)壓力傳感器43檢測的檢 測值低于規(guī)定的下限值或超過規(guī)定的上限值且該狀態(tài)持續(xù)了規(guī)定時(shí)間 To的情況下，判斷二次側(cè)壓力傳感器43陷入異常狀態(tài)，但是異常判斷 的方法不限于此。例如，如圖5A所示，在由二次側(cè)壓力傳感器43檢 測的檢測值低于規(guī)定的下限值或由二次側(cè)壓力傳感器43檢測的檢測值 超過規(guī)定的上限值的情況下，能夠立即判斷二次側(cè)壓力傳感器43陷入 異常狀態(tài)，使圖5B所示的噴射器35為全閉狀態(tài)。
另外，在以上的實(shí)施方式中，例示了在由二次側(cè)壓力傳感器43檢 測的檢測值為規(guī)定的下限值以上規(guī)定的上限值以下且該狀態(tài)持續(xù)了規(guī) 定時(shí)間To的情況下，判斷二次側(cè)傳感器43從異常狀態(tài)恢復(fù)到正常狀態(tài) 的例子，但是從異常狀態(tài)的恢復(fù)判斷的方法不限于此。例如，如圖5A 所示，在由二次側(cè)壓力傳感器43檢測的檢測值為規(guī)定的下限值以上規(guī) 定的上限值以下的情況下，立即判斷二次側(cè)壓力傳感器43從異常狀態(tài) 恢復(fù)到正常狀態(tài)，如圖5B所示，能夠重新開始由噴射器35進(jìn)行的噴 射動作。
另外，在以上的實(shí)施方式中，例示了在燃料電池系統(tǒng)1的氫氣配 管系統(tǒng)3中設(shè)置循環(huán)流路32，但是例如圖6所示，也能夠在燃料電池 10上直接連接排出流路38而廢除循環(huán)流路32。即使在采用該構(gòu)成(終 端方式)的情況下，也能夠在控制裝置4進(jìn)行與上述實(shí)施方式相同的 二次側(cè)壓力傳感器43的異常判斷，在二次側(cè)壓力傳感器43陷入異常 狀態(tài)的情況下，能夠使噴射器35為全閉狀態(tài)。
另外，在以上的實(shí)施方式中，例示了采用噴射器35作為本發(fā)明的 開關(guān)閥，但是開關(guān)閥只要調(diào)整供給流路(氫供給流路31)的上游側(cè)的 氣體狀態(tài)而向下游側(cè)供給即可，不限于噴射器35。
另外，在以上的實(shí)施方式中，例示了在氫供給流路31的噴射器35 的下游位置配置二次側(cè)壓力傳感器43，并控制噴射器35以調(diào)整該位置的壓力(接近規(guī)定的目標(biāo)壓力值)，但是二次側(cè)壓力傳感器不限于此。
例如，能夠在燃料電池10的氫氣入口附近位置(氫供給流路31上)、 燃料電池IO的氫氣出口附近位置(循環(huán)流路32上)、氫泵39的出口 附近位置(循環(huán)流路32上)配置二次側(cè)壓力傳感器。在該情況下，預(yù) 先制作記錄二次側(cè)壓力傳感器的各位置的目標(biāo)壓力值的映射，基于該 映射算出反饋校正流量。
另外，在以上的實(shí)施方式中，例示了在氫供給流路31上設(shè)置截止 閥33及調(diào)節(jié)器34的例子，但是噴射器35作為可變調(diào)壓闔起作用，并 且作為對氫氣的供給進(jìn)行截止的截止閥起作用，因此可以不設(shè)置截止 閥33、調(diào)節(jié)器34。因此，如果采用噴射器35則能夠省略截止閥33、 調(diào)節(jié)器34，從而系統(tǒng)的小型化及低廉化成為可能。
本發(fā)明的燃料系統(tǒng)如以上的實(shí)施方式所述，可搭載在燃料電池車 輛上，另外，也可搭載在燃料電池車輛以外的各種移動體(機(jī)器人、 船舶、飛機(jī)等)上。另外，也可以將本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)適用于作 為建筑物(住宅、大廈等)用的發(fā)電設(shè)備的定置用發(fā)電系統(tǒng)中。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池系統(tǒng)，具有燃料電池；用于使從燃料供給源供給的燃料氣體向上述燃料電池流動的燃料供給流路；調(diào)整該燃料供給流路的上游側(cè)的氣體狀態(tài)而向下游側(cè)供給的開關(guān)閥；對上述燃料供給流路的氣體狀態(tài)進(jìn)行檢測的傳感器；和基于由該傳感器檢測的檢測值來控制上述開關(guān)閥的控制單元，上述控制單元在上述傳感器陷入異常狀態(tài)的情況下停止上述開關(guān)閥的開關(guān)動作。
2. 如權(quán)利要求l所述的燃料電池系統(tǒng)，上述控制單元在由上述傳感器檢測的檢測值低于規(guī)定的下限值的 情況下、或超過規(guī)定的上限值的情況下，判斷上述傳感器陷入異常狀 態(tài)。
3. 如權(quán)利要求l所述的燃料電池系統(tǒng)，上述控制單元在由上述傳感器檢測的檢測值低于規(guī)定的下限值或 超過規(guī)定的上限值且該狀態(tài)持續(xù)了規(guī)定時(shí)間的情況下，判斷上述傳感 器陷入異常狀態(tài)。
4. 如權(quán)利要求1 3中任意一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)， 在上述開關(guān)閥的上游側(cè)具有對從上述燃料供給源供給的燃料氣體進(jìn)行截止的截止閥，上述控制單元在上述傳感器陷入異常狀態(tài)的情況下關(guān)閉上述截止閥。
5. 如權(quán)利要求1 4中任意一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)， 上述控制單元在上述傳感器從異常狀態(tài)恢復(fù)到正常狀態(tài)的情況下，使上述開關(guān)閥的開關(guān)動作重新開始。
6. 如權(quán)利要求5所述的燃料電池系統(tǒng)，上述控制單元在由被判斷為異常的上述傳感器檢測的檢測值為規(guī) 定的下限值以上、規(guī)定的上限值以下的情況下，判斷上述傳感器從異 常狀態(tài)恢復(fù)到正常狀態(tài)。
7. 如權(quán)利要求5所述的燃料電池系統(tǒng)，上述控制單元在由被判斷為異常的上述傳感器檢測的檢測值為規(guī) 定的下限值以上、規(guī)定的上限值以下且該狀態(tài)持續(xù)了規(guī)定時(shí)間的情況 下，判斷上述傳感器從異常狀態(tài)恢復(fù)到正常狀態(tài)。
8. 如權(quán)利要求1~7中任意一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)， 上述開關(guān)閥是噴射器，上述傳感器是對上述噴射器的下游側(cè)的燃料氣體的壓力進(jìn)行檢測 的壓力傳感器。
全文摘要
一種燃料電池系統(tǒng)，具有燃料電池；用于使從燃料供給源供給的燃料氣體向燃料電池流動的燃料供給流路；調(diào)整燃料供給流路的上游側(cè)的氣體狀態(tài)而向下游側(cè)供給的開關(guān)閥；對燃料供給流路的氣體狀態(tài)進(jìn)行檢測的傳感器；和基于由傳感器檢測的檢測值來控制開關(guān)閥的控制單元，控制單元在傳感器陷入異常狀態(tài)的情況下停止開關(guān)閥的開關(guān)動作。
文檔編號H01M8/04GK101611511SQ20088000503
公開日2009年12月23日 申請日期2008年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月14日
發(fā)明者石河統(tǒng)將 申請人:豐田自動車株式會社