專(zhuān)利名稱(chēng)：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)，特別是涉及一種根據(jù)燃料電池的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)來(lái)控制 輸出電力的燃料電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在擔(dān)心依賴(lài)于石油的車(chē)輛社會(huì)的將來(lái)狀況的現(xiàn)代社會(huì)中，期待搭載以氫作為燃料 的燃料電池的汽車(chē)的普及。燃料電池具有串聯(lián)地層積單體電池的堆疊構(gòu)造，利用包含供給 至陽(yáng)極的氫的燃料氣體和包含供給至陰極的氧的氧化氣體的電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行發(fā)電。燃料電池與其他的電源相比在起動(dòng)時(shí)存在各種制約。所述燃料電池的發(fā)電效率因 溫度降低、電極催化劑中毒而降低，存在不能供給希望的電壓/電流而不能使機(jī)器起動(dòng)的 情況。鑒于這樣的情況，在起動(dòng)燃料電池時(shí)，使供給至陽(yáng)極的燃料氣體及供給至陰極的 氧化氣體中的至少任意一方為不足狀態(tài)，增加電極的一部分的過(guò)電壓而進(jìn)一步產(chǎn)生熱量， 從而使燃料電池的溫度上升，進(jìn)行通過(guò)使電極催化劑還原來(lái)使燃料電池的電流/電壓特性 (IV特性)恢復(fù)的運(yùn)轉(zhuǎn)(例如參照下述專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。專(zhuān)利文獻(xiàn)1 日本特表2003-504807號(hào)然而燃料電池的電流/電壓特性(以下IV特性)不一定，恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)前后大幅變 動(dòng)。具體而言，一旦執(zhí)行恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，燃料電池的IV特性改善，但頻繁地實(shí)施所述恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn) 后，燃料電池的IV特性超過(guò)需要地改善，擔(dān)心不能由二次電池吸收因燃料電池的發(fā)電產(chǎn)生 的剩余電力等的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于以上說(shuō)明的情況而做出的，其目的在于提供一種可適當(dāng)?shù)乜刂苹謴?fù) 運(yùn)轉(zhuǎn)的燃料電池系統(tǒng)。為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)具備燃料電池；運(yùn)轉(zhuǎn)單元，通過(guò)進(jìn)行 恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)使上述燃料電池的電特性改善；及運(yùn)轉(zhuǎn)控制單元，控制上述運(yùn)轉(zhuǎn)單元執(zhí)行恢復(fù) 運(yùn)轉(zhuǎn)，以使恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)后的上述燃料電池的輸出電壓不超過(guò)所設(shè)定的輸出電壓上限值。根據(jù)該構(gòu)成，由于控制恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)的執(zhí)行以使恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)后的燃料電池的輸出電壓不 超過(guò)所設(shè)定的輸出電壓上限值，因此可以事先防止燃料電池的輸出電壓在超過(guò)所設(shè)定的輸 出電壓上限值的狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)，可提高燃料電池的壽命。另外，在上述構(gòu)成中，上述運(yùn)轉(zhuǎn)控制單元根據(jù)恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)前的上述燃料電池的輸出 電壓推測(cè)恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)后的上述燃料電池的輸出電壓，在判斷為推測(cè)出的恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)后輸出電壓 未超過(guò)上述輸出電壓上限值的情況下，允許上述運(yùn)轉(zhuǎn)單元執(zhí)行恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，本發(fā)明的另外的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，具備燃料電池；蓄電裝置，連 接在上述燃料電池的放電路徑上；運(yùn)轉(zhuǎn)單元，通過(guò)進(jìn)行恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)使上述燃料電池的電特 性改善；設(shè)定單元，考慮上述蓄電裝置的容許電力來(lái)設(shè)定上述燃料電池的電力上限值；及運(yùn)轉(zhuǎn)控制單元，控制上述運(yùn)轉(zhuǎn)單元執(zhí)行恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)，以使恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)后的上述燃料電池的輸出 電力不超過(guò)所設(shè)定的電力上限值。在此，在上述構(gòu)成中，優(yōu)選還具備用于檢測(cè)上述蓄電裝置的充電狀態(tài)的檢測(cè)單元， 上述設(shè)定單元根據(jù)由上述檢測(cè)單元檢測(cè)出的上述蓄電裝置的充電狀態(tài)把握上述蓄電裝置 的容許電力，并考慮所把握的容許電力來(lái)設(shè)定上述燃料電池的電力上限值。如以上說(shuō)明，根據(jù)本發(fā)明，可適當(dāng)?shù)乜刂苹謴?fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。


圖1是表示本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的要部構(gòu)成的圖。圖2是表示恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)前后的燃料電池組的IV特性的圖。圖3是表示恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)前后的燃料電池組的IV特性和IP特性之間的關(guān)系的圖。標(biāo)號(hào)說(shuō)明10…燃料電池系統(tǒng)、20···燃料電池組、30···氧化氣體供給系統(tǒng)、40···燃料氣體供給 系統(tǒng)、50···電力系統(tǒng)、60···冷卻系統(tǒng)、70···控制器
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。A.本實(shí)施方式圖1是搭載了本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)10的車(chē)輛的概略構(gòu)成。在以下的說(shuō)明中 作為車(chē)輛的一個(gè)例子假想了燃料電池汽車(chē)(FCHV ；FuelCell Hybrid Vehicle)，但也可適用 于電動(dòng)汽車(chē)、混合動(dòng)力汽車(chē)。另外，不僅僅是車(chē)輛，也適用于各種移動(dòng)體(例如船舶、飛機(jī)、 機(jī)器人等)、定置型電源、以及攜帶型的燃料電池系統(tǒng)中。燃料電池系統(tǒng)10作為搭載于燃料電池車(chē)輛上的車(chē)載電源系統(tǒng)發(fā)揮作用，具備接 受反應(yīng)氣體(燃料氣體、氧化氣體)的供給而進(jìn)行發(fā)電的燃料電池組20、用于將作為氧化氣 體的空氣供給至燃料電池組20的氧化氣體供給系統(tǒng)30、用于將作為燃料氣體的氫氣供給 至燃料電池組20的燃料氣體供給系統(tǒng)40 ；用于控制電力的充放電的電力系統(tǒng)50 ；用于冷 卻燃料電池組20的冷卻系統(tǒng)60 ；及控制系統(tǒng)整體的控制器(ECU) 70。燃料電池組20是串聯(lián)地層積多個(gè)單體電池而構(gòu)成的固體高分子電解質(zhì)型單體電 池組。在燃料電池組20中，在陽(yáng)極產(chǎn)生⑴式的氧化反應(yīng)，在陰極產(chǎn)生(2)式的還原反應(yīng)。 作為燃料電池組20整體產(chǎn)生(3)式的起電反應(yīng)。H2 — 2H++2e、.. (1)(1/2) 02+2H++2e" — H2O... (2)H2+(1/2) O2 — H2O... (3)在燃料電池組20上安裝有用于檢測(cè)燃料電池組20的輸出電壓的電壓傳感器71、 及用于檢測(cè)發(fā)電電流的電流傳感器72。氧化氣體供給系統(tǒng)30具有向燃料電池組20的陰極供給的氧化氣體流過(guò)的氧化 氣體通路34 ；及從燃料電池組20排出的氧化廢氣流過(guò)的氧化廢氣通路36。在氧化氣體通 路34上設(shè)有經(jīng)由過(guò)濾器31從大氣中取入氧化氣體的空氣壓縮機(jī)32 ；用于對(duì)向燃料電池 組20的陰極供給的氧化氣體進(jìn)行加濕的加濕器33 ；及用于調(diào)整氧化氣體供給量的節(jié)流閥35。在氧化廢氣通路36上設(shè)有用于調(diào)整氧化氣體供給壓力的背壓調(diào)整閥37 ；及用于在氧 化氣體(干氣)和氧化廢氣(濕氣)之間進(jìn)行水分交換的加濕器33。燃料氣體供給系統(tǒng)40具有燃料氣體供給源41 ；從燃料氣體供給源41向燃料電 池組20的陽(yáng)極供給的燃料氣體流過(guò)的燃料氣體通路45 ；用于使從燃料電池組20排出的燃 料廢氣返回至燃料氣體通路45的循環(huán)通路46 ；將循環(huán)通路46內(nèi)的燃料廢氣壓送至燃料氣 體通路43的循環(huán)泵47 ；及與循環(huán)通路47分支連接的排氣排水通路48。燃料氣體供給源41例如由高壓氫罐、貯氫合金等構(gòu)成，貯存高壓(例如35MPa至 70MPa)的氫氣。打開(kāi)截止閥42后，燃料氣體從燃料氣體供給源41向燃料氣體通路45流 出。燃料氣體利用調(diào)節(jié)器43及噴射器44例如減壓至200kPa左右而供給至燃料電池組20。燃料氣體供給源41也可以構(gòu)成為包括改性器，從烴類(lèi)燃料生成富氫的改性氣 體；及高壓氣體罐，使由該改性器生成的改性氣體形成高壓狀態(tài)而蓄壓。調(diào)節(jié)器43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，例 如，由對(duì)一次壓力進(jìn)行減壓的機(jī)械式的減壓閥等構(gòu)成。機(jī)械式的減壓閥具有隔著隔膜形成 背壓室和調(diào)壓室的殼體，具有利用背壓室內(nèi)的背壓在調(diào)壓室內(nèi)將一次壓力減壓為規(guī)定的壓 力而作為二次壓力的構(gòu)成。噴射器44是電磁驅(qū)動(dòng)式的開(kāi)關(guān)閥，其能夠通過(guò)以電磁驅(qū)動(dòng)力直接以規(guī)定的驅(qū)動(dòng) 周期驅(qū)動(dòng)閥芯遠(yuǎn)離閥座來(lái)調(diào)整氣體流量、氣體壓力。噴射器44具有閥座，其具有噴射燃料 氣體等的氣體燃料的噴射孔，并且具有噴嘴管體，將所述氣體燃料供給引導(dǎo)到噴射孔；閥 芯，相對(duì)于該噴嘴管體沿軸線方向(氣體流動(dòng)方向)可移動(dòng)地被收容保持，并開(kāi)關(guān)噴射孔。在排氣排水通路48上設(shè)置有排氣排水閥49。排氣排水閥49利用來(lái)自控制器70 的指令進(jìn)行動(dòng)作，從而將循環(huán)通路46內(nèi)包含雜質(zhì)的燃料廢氣和水分排出至外部。利用排氣 排水閥49的開(kāi)閥，循環(huán)通路46內(nèi)的燃料廢氣中的雜質(zhì)的濃度下降，能夠使在循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)循 環(huán)的燃料廢氣中的氫濃度上升。經(jīng)由排氣排水閥49排出的燃料廢氣與流過(guò)氧化廢氣通路34的氧化廢氣混合，利 用稀釋器(未圖示)稀釋。循環(huán)泵47利用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)將循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的燃料廢氣循環(huán)供給 至燃料電池組20。電力系統(tǒng)50具備DC/DC轉(zhuǎn)換器51、蓄電池52、牽引變換器53、牽引電動(dòng)機(jī)54、及輔 機(jī)類(lèi)55。DC/DC轉(zhuǎn)換器51具有使從蓄電池52供給的直流電壓升壓而向牽引變換器53輸 出的功能、及使燃料電池組20發(fā)出的直流電力或牽引電動(dòng)機(jī)54利用再生制動(dòng)回收的再生 電力降壓而向蓄電池52充電的功能。利用DC/DC轉(zhuǎn)換器51的這些功能控制蓄電池52的 充放電。另外，利用由DC/DC轉(zhuǎn)換器51進(jìn)行的電壓變換控制來(lái)控制燃料電池組20的運(yùn)轉(zhuǎn) 動(dòng)作點(diǎn)(輸出電壓、輸出電流)。蓄電池(蓄電裝置)52作為剩余電力的貯藏源、再生制動(dòng)時(shí)的再生能量貯藏源、伴 隨著燃料電池車(chē)輛的加速或減速的負(fù)載變動(dòng)時(shí)的能量緩沖器發(fā)揮作用。作為蓄電池52，例 如優(yōu)選鎳/鎘蓄電池、鎳/氫蓄電池、鋰二次電池等的二次電池。牽引變換器53例如是利用脈沖寬度調(diào)制方式驅(qū)動(dòng)的PWM變換器，根據(jù)來(lái)自控制器 70的控制指令，將從燃料電池組20或蓄電池52輸出的直流電壓變換為三相交流電壓，控制 牽引電動(dòng)機(jī)54的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。牽引電動(dòng)機(jī)54是用于驅(qū)動(dòng)車(chē)輪56L、56R的電動(dòng)機(jī)(例如三相 交流電動(dòng)機(jī))，構(gòu)成燃料電池車(chē)輛的動(dòng)力源。
輔機(jī)類(lèi)55是配置于燃料電池系統(tǒng)10內(nèi)的各部的各電動(dòng)機(jī)(例如泵類(lèi)等的動(dòng)力 源)、用于驅(qū)動(dòng)這些電動(dòng)機(jī)的變換器類(lèi)、進(jìn)而各種車(chē)載輔機(jī)類(lèi)(例如空氣壓縮機(jī)、噴射器、冷 卻水循環(huán)泵、散熱器等)的總稱(chēng)。冷卻系統(tǒng)60具備用于使在燃料電池組20內(nèi)部循環(huán)的制冷劑流過(guò)的制冷劑通路 61、62、63、64 ；用于壓送制冷劑的循環(huán)泵65 ；用于在制冷劑和外部氣體之間進(jìn)行熱交換的 散熱器66 ；用于切換制冷劑的循環(huán)路徑的三通閥67 ；及用于檢測(cè)制冷劑溫度的溫度傳感器 74。在預(yù)熱運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)束后的通常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)開(kāi)閉控制三通閥67，以使從燃料電池組20流出的制冷 劑流過(guò)制冷劑通路61、64而在散熱器66被冷卻，其后流過(guò)制冷劑通路63而再次流入燃料 電池組20。另一方面，在系統(tǒng)剛剛起動(dòng)后的預(yù)熱運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)開(kāi)閉控制三通閥67以使從燃料電池 組20流出的制冷劑流過(guò)制冷劑通路61、62、63而再次流入燃料電池組20?？刂破?0是具備CPU、R0M、RAM及輸入輸出接口等的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，作為用于控制燃 料電池系統(tǒng)10的各部(氧化氣體供給系統(tǒng)30、燃料氣體供給系統(tǒng)40、電力系統(tǒng)50及冷卻 系統(tǒng)60)的控制單元起作用。例如，控制器70接受從點(diǎn)火開(kāi)關(guān)輸出的起動(dòng)信號(hào)IG后，開(kāi)始 燃料電池系統(tǒng)10的運(yùn)轉(zhuǎn)，根據(jù)從油門(mén)傳感器輸出的油門(mén)開(kāi)度信號(hào)ACC、從車(chē)速傳感器輸出 的車(chē)速信號(hào)VC等求出系統(tǒng)整體的要求電力。系統(tǒng)整體的要求電力是車(chē)輛行駛電力和輔機(jī)電力的合計(jì)值。輔機(jī)電力中包含由車(chē) 載輔機(jī)類(lèi)(加濕器、空氣壓縮機(jī)、氫泵、及冷卻水循環(huán)泵等)消耗的電力、由車(chē)輛行駛所需的 裝置(變速機(jī)、車(chē)輪控制裝置、轉(zhuǎn)向裝置及懸架裝置等)消耗的電力、由配置于乘員空間內(nèi) 的裝置(空調(diào)裝置、照明設(shè)備及音響等)消耗的電力等。并且，控制器70決定燃料電池組20和蓄電池52各自的輸出電力的分配，計(jì)算發(fā) 電指令值，并且控制氧化氣體供給系統(tǒng)30及燃料氣體供給系統(tǒng)40以使燃料電池組20的發(fā) 電量與目標(biāo)電力(要求電力)一致。進(jìn)而控制器70控制DC/DC轉(zhuǎn)換器51，調(diào)整燃料電池組 20的輸出電壓，從而控制燃料電池組20的運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)作點(diǎn)(輸出電壓、輸出電流)?？刂破?0 為了獲得與油門(mén)開(kāi)度相對(duì)應(yīng)的目標(biāo)車(chē)速，例如作為開(kāi)關(guān)指令，將U相、V相、及W相的各交流 電壓指令值輸出至牽引變換器53，控制牽引電動(dòng)機(jī)54的輸出轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速。另外，在本實(shí)施方式中，在控制器70的控制下，在規(guī)定的時(shí)間進(jìn)行基于低效率運(yùn) 轉(zhuǎn)的恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。在此，所謂低效率運(yùn)轉(zhuǎn)是指與通常運(yùn)轉(zhuǎn)相比縮小空氣的供給量(例如將空 氣過(guò)剩系數(shù)設(shè)定在1.0附近)，從而提高發(fā)電損失而在較低的發(fā)電效率下進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。這樣，控制器(運(yùn)轉(zhuǎn)單元)70增加電極的一部分的過(guò)電壓而進(jìn)一步產(chǎn)生熱量，從而 使燃料電池的溫度上升，通過(guò)使電極催化劑還原(即通過(guò)進(jìn)行恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn))能夠使燃料電池 組20的IV特性(電特性)恢復(fù)，但是頻繁地實(shí)施所述恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)后，燃料電池的IV特性超過(guò) 需要地改善，產(chǎn)生不能通過(guò)二次電池吸收因燃料電池的發(fā)電生成的剩余電力等的問(wèn)題(參 照發(fā)明內(nèi)容部分)。對(duì)于所述問(wèn)題參照?qǐng)D2進(jìn)行說(shuō)明。圖2是表示恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)前后的燃料電池組20的IV特性的圖，用實(shí)線表示恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn) 前的IV特性，用單點(diǎn)劃線表示恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)后的IV特性。圖2的OC回避目標(biāo)電壓Var是燃料 電池組20的上限電壓的閾值(例如0. 85/單體電池)，在制造出廠時(shí)等預(yù)先設(shè)定。(恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)前的狀態(tài))在恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)前，控制器70決定燃料電池組20和蓄電池52各自的輸出電力的分 配，并且控制氧化氣體及燃料氣體的供給以使燃料電池組20的發(fā)電量與目標(biāo)電力一致。進(jìn)
6而，控制器70控制DC/DC轉(zhuǎn)換器51，調(diào)整燃料電池組20的輸出電壓。由此，運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)(輸出 電流、輸出電壓)位于IV特性曲線C 1上(參照?qǐng)D2所示的實(shí)線)。(恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)后的狀態(tài))另一方面，恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)束后，燃料電池組20的IV特性改善，IV特性曲線從圖2實(shí) 線所示的IV特性曲線Cl移動(dòng)至IV特性曲線C2。伴隨著該IV特性曲線的移動(dòng)，控制器70 即使控制DC/DC轉(zhuǎn)換器51以在恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)前后獲得相同的輸出電流，獲得的輸出電壓也上 升。由此，盡管例如在恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)前將輸出電壓設(shè)定為OC回避電壓Var以下(參照?qǐng)D2所示 的運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)(II，VI))，還是會(huì)產(chǎn)生輸出電壓在恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)后超過(guò)OC回避電壓Var (參照?qǐng)D2所 示的運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)(12，V2))這樣的問(wèn)題。因此，在本實(shí)施方式中，控制器(運(yùn)轉(zhuǎn)控制單元)70控制恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)的執(zhí)行，以使輸 出電壓即使在恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)后也不超過(guò)OC回避電壓Var。具體而言，控制器(運(yùn)轉(zhuǎn)控制單元)70 根據(jù)恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)前的輸出電壓推測(cè)恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)后的輸出電壓，控制恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)的執(zhí)行以使推測(cè)出 的恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)后的輸出電壓不超過(guò)OC回避電壓(輸出電壓上限值)Var。例如，如果在恢復(fù)運(yùn) 轉(zhuǎn)前，則控制器70如上所述推測(cè)恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)后的輸出電壓，判斷推測(cè)出的輸出電壓是否超過(guò) OC回避電壓Var。并且，控制器(運(yùn)轉(zhuǎn)控制單元、運(yùn)轉(zhuǎn)單元)70在判斷為推測(cè)出的輸出電壓 未超過(guò)OC回避電壓Var時(shí)，執(zhí)行恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)然，控制恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)的執(zhí)行的方法不限于該方法，例如也可以是控制器(運(yùn)轉(zhuǎn)控 制單元)70求出恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)前的輸出電壓和OC回避電壓Var之間的差分Δ V，僅在求出的差 分ΔΥ為閾值電壓以上的情況下進(jìn)行恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。閾值電壓預(yù)先通過(guò)試驗(yàn)等求出即可。在此，圖3是例示恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)前后的燃料電池組20的IV特性和IP特性(輸出電流 /輸出電力特性)之間的關(guān)系的圖，用實(shí)線表示恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)前的IV特性及IP特性，用單點(diǎn)劃 線表示恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)后的IV特性及IP特性。圖4所示的電力閾值Par表示考慮蓄電池52的 容許電力而設(shè)定的燃料電池組20的輸出電力的上限值。另外，圖3所示的OC回避目標(biāo)電 壓Var與圖2同樣表示燃料電池組20的上限電壓的閾值。如圖3所示，通過(guò)進(jìn)行恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)，燃料電池組20的IP特性(電特性)也改善，IP 特性曲線從IP特性曲線C3向IP特性曲線C4移動(dòng)。在此，比較恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)前后的低于OC回 避目標(biāo)電壓Var的運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)時(shí)，恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)后的運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)(12，V2)的輸出電力P02比恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)前 的運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)(II，VI)的輸出電力POl大。在此，為了防止向蓄電池(蓄電裝置)52的過(guò)充電，需要將燃料電池組20的輸出 電力抑制為低于電力閾值Par，但是IP特性因恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)上升，如圖3所示，存在恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)后 的輸出電力P02超過(guò)電力閾值Par的情況。因此，在本實(shí)施方式中，控制器(運(yùn)轉(zhuǎn)控制單元)70控制燃料電池組20的恢復(fù)運(yùn) 轉(zhuǎn)，以使輸出電力不超過(guò)電力閾值Par。具體而言，控制器70決定恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)的開(kāi)始時(shí)間和 停止時(shí)間，以使燃料電池組20的輸出電力不超過(guò)電力閾值Par。進(jìn)而，控制器70在恢復(fù)運(yùn) 轉(zhuǎn)前，為了判斷是否可進(jìn)行恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)，推測(cè)恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)后的IP特性，根據(jù)推測(cè)出的IP特性求 出輸出電力的推測(cè)值。并且，控制器70在輸出電力的推測(cè)值低于電力閾值Par的情況下， 進(jìn)行恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)，另一方面，在輸出電力的推測(cè)值為電力閾值Par以上的情況下，禁止恢復(fù)運(yùn) 轉(zhuǎn)。因此，可以事先防止由于燃料電池組20的輸出電力過(guò)大而不能通過(guò)蓄電池52吸收剩余 電力(即進(jìn)行向蓄電池52的過(guò)充電)這樣的問(wèn)題?？刂破?0也可以基于例如行駛時(shí)間、
7行駛距離、燃料電池的溫度等在規(guī)定的時(shí)間判斷是否可進(jìn)行恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。在此，對(duì)電力閾值Par的設(shè)定方法進(jìn)行說(shuō)明，眾所周知，蓄電池52的容許電力(即 蓄電池52可充電的電力量)根據(jù)系統(tǒng)要求電力、從蓄電池52輸出的電力等時(shí)刻變化。因 此，在本實(shí)施方式中，利用SOC傳感器(檢測(cè)單元)52a檢測(cè)蓄電池(蓄電裝置)52的充電狀 態(tài)，基于檢測(cè)出的結(jié)果設(shè)定/更新電力閾值Par。詳述為，控制器(設(shè)定單元)70利用SOC 傳感器52a檢測(cè)蓄電池52的充電狀態(tài)，基于檢測(cè)出的結(jié)果設(shè)定/更新電力閾值(電力上限 值)Par。換言之，控制器70利用SOC傳感器52檢測(cè)蓄電池52的充電狀態(tài)(SOC)后，根據(jù) 該檢測(cè)結(jié)果求出蓄電池52的容許電力。并且，控制器(設(shè)定單元)70更新電力閾值Par，以 滿足該系統(tǒng)要求的電力并且使剩余電力處于蓄電池(蓄電裝置)52的容許電力內(nèi)。如以上說(shuō)明，根據(jù)本實(shí)施方式，控制器70根據(jù)恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)前的輸出電壓推測(cè)恢復(fù)運(yùn) 轉(zhuǎn)后的輸出電壓，控制恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)的執(zhí)行以使推測(cè)出的恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)后的輸出電壓不超過(guò)OC回 避電壓Var。由此，能夠事先防止在燃料電池組20的輸出電壓超過(guò)OC回避電壓Var的狀態(tài) 下進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，可提高燃料電池組20的壽命。進(jìn)而，控制器70在輸出電力的推測(cè)值低于電力閾值Par的情況下，進(jìn)行恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)， 另一方面在輸出電力的推測(cè)值為電力閾值Par以上的情況下禁止恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。由此，能夠事 先防止因燃料電池組20的輸出電力過(guò)大而不能由蓄電池52吸收剩余電力(即，進(jìn)行向蓄 電池52的過(guò)充電)這樣的問(wèn)題。B.變形例(1)在以上說(shuō)明的實(shí)施方式中，沒(méi)有特別說(shuō)明恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)的運(yùn)轉(zhuǎn)條件，也可以根據(jù)設(shè) 定的電力閾值Par、OC回避電壓Var等改變恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)的運(yùn)轉(zhuǎn)條件。具體而言，控制器70根 據(jù)所設(shè)定的電力閾值Par、0C回避電壓Var等改變進(jìn)行恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間間隔(例如每隔30 秒、每隔4分等)、恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的燃料電池組20的輸出電壓(例如0. 3V、0.6V等)的運(yùn)轉(zhuǎn)條 件。當(dāng)然，基于怎樣的條件改變與恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)相關(guān)的參數(shù)(時(shí)間間隔、輸出電壓等)可任意設(shè) 定。(2)在上述的實(shí)施方式中，以在車(chē)輛行駛時(shí)進(jìn)行恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)的情況為例進(jìn)行了說(shuō)明， 但系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)、停止時(shí)、進(jìn)而間歇運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)行恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)的情況也同樣適用。另外，也可以在 系統(tǒng)要求電力為規(guī)定值以下時(shí)(例如空轉(zhuǎn)輸出附近等)判斷是否可進(jìn)行恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。(3)在上述實(shí)施方式中，對(duì)為了使中毒的電極催化劑的活性再生而進(jìn)行恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn) 的情況進(jìn)行了說(shuō)明，但也可適用于例如低溫起動(dòng)時(shí)進(jìn)行預(yù)熱運(yùn)轉(zhuǎn)的情況、系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)停止前 進(jìn)行急速預(yù)熱的情況等需要預(yù)熱運(yùn)轉(zhuǎn)的所有情況中。
權(quán)利要求
一種燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，具備燃料電池；運(yùn)轉(zhuǎn)單元，通過(guò)進(jìn)行恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)使上述燃料電池的電特性改善；及運(yùn)轉(zhuǎn)控制單元，控制上述運(yùn)轉(zhuǎn)單元執(zhí)行恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)，以使恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)后的上述燃料電池的輸出電壓不超過(guò)所設(shè)定的輸出電壓上限值。
2.如權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，上述運(yùn)轉(zhuǎn)控制單元根據(jù)恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)前的上述燃料電池的輸出電壓推測(cè)恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)后的上 述燃料電池的輸出電壓，在判斷為推測(cè)出的恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)后的輸出電壓未超過(guò)上述輸出電壓上 限值的情況下，允許上述運(yùn)轉(zhuǎn)單元執(zhí)行恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。
3.一種燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，具備 燃料電池；蓄電裝置，連接在上述燃料電池的放電路徑上； 運(yùn)轉(zhuǎn)單元，通過(guò)進(jìn)行恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)使上述燃料電池的電特性改善； 設(shè)定單元，考慮上述蓄電裝置的容許電力來(lái)設(shè)定上述燃料電池的電力上限值；及 運(yùn)轉(zhuǎn)控制單元，控制上述運(yùn)轉(zhuǎn)單元執(zhí)行恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)，以使恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)后的上述燃料電池的 輸出電力不超過(guò)所設(shè)定的電力上限值。
4.如權(quán)利要求3所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 還具備用于檢測(cè)上述蓄電裝置的充電狀態(tài)的檢測(cè)單元，上述設(shè)定單元根據(jù)由上述檢測(cè)單元檢測(cè)出的上述蓄電裝置的充電狀態(tài)把握上述蓄電 裝置的容許電力，并考慮所把握的容許電力來(lái)設(shè)定上述燃料電池的電力上限值。
全文摘要
提供一種可適當(dāng)?shù)乜刂苹謴?fù)運(yùn)轉(zhuǎn)的燃料電池系統(tǒng)?？刂破骺刂苹謴?fù)運(yùn)轉(zhuǎn)以使輸出電壓即使在恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)后也不超過(guò)OC回避電壓Var。具體而言，控制器根據(jù)恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)前的輸出電壓推測(cè)恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)后的輸出電壓，控制恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)的執(zhí)行以使推測(cè)出的恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)后的輸出電壓不超過(guò)OC回避電壓Var。例如，如果在恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)前，控制器在判斷為推測(cè)出的恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)后的輸出電壓未超過(guò)OC回避電壓Var的情況下執(zhí)行恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)。
文檔編號(hào)H01M8/04GK101926039SQ200980103329
公開(kāi)日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2009年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月28日
發(fā)明者水野秀昭 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車(chē)株式會(huì)社