燃料電池系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】將負(fù)極氣體和正極氣體供給到燃料電池來(lái)使其發(fā)電的燃料電池系統(tǒng)具備：閥，其設(shè)置于燃料電池系統(tǒng)內(nèi)，由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)；停止時(shí)閥控制部，其在存在燃料電池系統(tǒng)的停止請(qǐng)求時(shí)，控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來(lái)將閥的閥體控制到規(guī)定的初始化位置；以及閥初始化部，其在存在燃料電池系統(tǒng)的啟動(dòng)請(qǐng)求時(shí)，使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)規(guī)定的初始化步進(jìn)數(shù)，以使閥的閥體向初始化位置移動(dòng)，該初始化步進(jìn)數(shù)少于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大步進(jìn)數(shù)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】燃料電池系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種燃料電池系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]在日本JP2008-293869A中，作為以往的燃料電池系統(tǒng)，公開(kāi)了如下一種燃料電池系統(tǒng):在從結(jié)束燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)起經(jīng)過(guò)規(guī)定時(shí)間之后使控制器啟動(dòng)，來(lái)使由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的閥初始化。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]在上述以往的燃料電池系統(tǒng)中，存在以下?lián)鷳n:在使閥初始化之后到啟動(dòng)燃料電池系統(tǒng)為止的期間內(nèi)，閥的閥體位置由于振動(dòng)等而偏離于初始化位置。因此，希望在燃料電池系統(tǒng)啟動(dòng)后實(shí)施閥的初始化。
[0004]然而，在燃料電池系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)閥的閥體位置不明確，因此若想要可靠地使閥初始化，則需要至少使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)全步進(jìn)數(shù)(最大步進(jìn)數(shù))，初始化耗費(fèi)時(shí)間。因此，存在燃料電池系統(tǒng)的啟動(dòng)時(shí)間變長(zhǎng)這樣的問(wèn)題。
[0005]本發(fā)明是著眼于這種問(wèn)題而完成的，其目的在于縮短在燃料電池系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)實(shí)施的閥的初始化所需的時(shí)間、縮短燃料電池系統(tǒng)的啟動(dòng)時(shí)間。
_6] 用于解決問(wèn)題的方案
[0007]根據(jù)本發(fā)明的某個(gè)方式，提供一種將負(fù)極氣體和正極氣體供給到燃料電池來(lái)使該燃料電池發(fā)電的燃料電池系統(tǒng)，該燃料電池系統(tǒng)具備:閥，其設(shè)置于燃料電池系統(tǒng)內(nèi)，由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)；停止時(shí)閥控制部，其在存在燃料電池系統(tǒng)的停止請(qǐng)求時(shí)，控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來(lái)將閥的閥體控制到規(guī)定的初始化位置；以及閥初始化部，其在存在燃料電池系統(tǒng)的啟動(dòng)請(qǐng)求時(shí)，使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)只旋轉(zhuǎn)規(guī)定的初始化步進(jìn)數(shù)，以使閥的閥體向初始化位置移動(dòng)，其中，該初始化步進(jìn)數(shù)少于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大步進(jìn)數(shù)。
[0008]下面參照附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的概要圖。
[0010]圖2是說(shuō)明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的停止時(shí)完全閉合處理的控制內(nèi)容的流程圖。
[0011]圖3是說(shuō)明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的最小初始化處理的控制內(nèi)容的流程圖。
[0012]圖4是說(shuō)明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的停止處理的動(dòng)作的時(shí)序圖。
[0013]圖5是說(shuō)明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的啟動(dòng)處理的動(dòng)作的時(shí)序圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014]燃料電池通過(guò)用負(fù)極(anode)電極(燃料極)和正極(cathode)電極(氧化劑極)將電解質(zhì)膜夾在中間并向負(fù)極電極供給含氫的負(fù)極氣體(燃料氣體)、向正極電極供給含氧的正極氣體(氧化劑氣體)來(lái)進(jìn)行發(fā)電。在負(fù)極電極和正極電極這兩個(gè)電極處進(jìn)行的電極反應(yīng)如下。
[0015]負(fù)極電極:2?— 4H++4e、..(1)
[0016]正極電極:4H++4e_+02— 2H20...(2)
[0017]通過(guò)該(1)、⑵的電極反應(yīng)，燃料電池產(chǎn)生1伏特左右的電動(dòng)勢(shì)。
[0018]在將這種燃料電池用作汽車(chē)用動(dòng)力源的情況下，由于要求的電力大，因此作為將數(shù)百塊的燃料電池層疊所得的燃料電池堆來(lái)進(jìn)行使用。然后，構(gòu)成向燃料電池堆供給負(fù)極氣體和正極氣體的燃料電池系統(tǒng)，取出用于驅(qū)動(dòng)車(chē)輛的電力。
[0019]圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)1的概要圖。
[0020]燃料電池系統(tǒng)100具備燃料電池堆1、正極氣體供排裝置2、負(fù)極氣體供排裝置3、電力系統(tǒng)4以及控制器5。
[0021]燃料電池堆1是層疊數(shù)百塊燃料電池而得的，接受負(fù)極氣體和正極氣體的供給，來(lái)發(fā)出驅(qū)動(dòng)車(chē)輛所需的電力。燃料電池堆1具備負(fù)極電極側(cè)輸出端子11和正極電極側(cè)輸出端子12作為取出電力的端子。
[0022]另外，燃料電池堆1中設(shè)置有檢測(cè)從燃料電池堆1取出的電流(以下稱(chēng)為“堆輸出電流”。)的電流傳感器13以及檢測(cè)負(fù)極電極側(cè)輸出端子11與正極電極側(cè)輸出端子12之間的端子間電壓(以下稱(chēng)為“堆輸出電壓”。)的電壓傳感器14。
[0023]正極氣體供排裝置2是向燃料電池堆1供給正極氣體并且將從燃料電池堆1排出的正極排氣排出到外部大氣的裝置。正極氣體供排裝置2具備正極氣體供給通路21、過(guò)濾器22、正極壓縮機(jī)23、正極氣體排出通路24、正極壓力調(diào)節(jié)閥25、旁路通路26以及旁路閥27。
[0024]正極氣體供給通路21是流通向燃料電池堆1供給的正極氣體的通路。正極氣體供給通路21 —端連接于過(guò)濾器22，另一端連接于燃料電池堆1的正極氣體入口孔。
[0025]過(guò)濾器22將取入到正極氣體供給通路21的正極氣體中的異物去除。
[0026]正極壓縮機(jī)23設(shè)置于正極氣體供給通路21。正極壓縮機(jī)23經(jīng)由過(guò)濾器22將作為正極氣體的空氣(外部大氣)取入到正極氣體供給通路21，供給到燃料電池堆1。
[0027]正極氣體排出通路24是流通從燃料電池堆1排出的正極排氣的通路。正極氣體排出通路24 —端連接于燃料電池堆1的正極氣體出口孔，另一端為開(kāi)口端。
[0028]正極壓力調(diào)節(jié)閥25設(shè)置于正極氣體排出通路。正極壓力調(diào)節(jié)閥25將供給到燃料電池堆1的正極氣體的壓力調(diào)節(jié)為期望的壓力。
[0029]旁路通路26是用于使從正極壓縮機(jī)23噴出的正極氣體的一部分繞過(guò)燃料電池堆1而直接排出到正極氣體排出通路24以稀釋氫、避免正極壓縮機(jī)23的浪涌的通路。正極氣體旁路通路26 —端連接于比正極壓縮機(jī)23更靠下游的正極氣體供給通路21，另一端連接于比壓力調(diào)節(jié)閥更靠下游的正極氣體排出通路24。
[0030]旁路閥27設(shè)置于旁路通路26。旁路閥27是其開(kāi)度由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)271階段性地調(diào)整的開(kāi)閉閥，構(gòu)成為若使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)271正向旋轉(zhuǎn)則旁路閥27的開(kāi)度變大，若使其逆向旋轉(zhuǎn)則旁路閥27的開(kāi)度變小。通過(guò)調(diào)節(jié)旁路閥27的開(kāi)度，來(lái)調(diào)節(jié)繞過(guò)燃料電池堆1的正極氣體的流量。
[0031]步進(jìn)電動(dòng)機(jī)271是每當(dāng)被輸入脈沖信號(hào)時(shí)只旋轉(zhuǎn)規(guī)定的基本角度的電動(dòng)機(jī)，所輸入的脈沖信號(hào)的頻率越高則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)271的轉(zhuǎn)速越快。
[0032]在本實(shí)施方式中，為了方便，將使旁路閥27從完全打開(kāi)到完全閉合所需的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)271的旋轉(zhuǎn)角度除以基本角度所得的值稱(chēng)為步進(jìn)數(shù)，將旁路閥27完全閉合時(shí)的步進(jìn)數(shù)定義為零。然后，將旁路閥27完全打開(kāi)時(shí)的步進(jìn)數(shù)稱(chēng)為全開(kāi)步進(jìn)數(shù)。在本實(shí)施方式中全開(kāi)步進(jìn)數(shù)為60左右。
[0033]負(fù)極氣體供排裝置3是向燃料電池堆1供給負(fù)極氣體、并且將從燃料電池堆1排出的負(fù)極排氣排出到正極氣體排出通路24的裝置。負(fù)極氣體供排裝置3具備高壓罐31、負(fù)極氣體供給通路32、切斷閥33、負(fù)極壓力調(diào)節(jié)閥34、負(fù)極氣體排出通路35以及放氣閥36。
[0034]高壓罐31將要向燃料電池堆1供給的負(fù)極氣體保持為高壓狀態(tài)來(lái)貯存。
[0035]負(fù)極氣體供給通路32是用于將從高壓罐31排出的負(fù)極氣體供給到燃料電池堆1的通路。負(fù)極氣體供給通路32—端連接于高壓罐31，另一端連接于燃料電池堆1的負(fù)極氣體入口孔。
[0036]切斷閥33設(shè)置于負(fù)極氣體供給通路32。通過(guò)閉合切斷閥33，來(lái)停止向燃料電池堆1供給負(fù)極氣體。
[0037]負(fù)極壓力調(diào)節(jié)閥34設(shè)置于比切斷閥33更靠下游的負(fù)極氣體供給通路32。負(fù)極壓力調(diào)節(jié)閥34將供給到燃料電池堆1的負(fù)極氣體的壓力調(diào)節(jié)為期望的壓力。
[0038]負(fù)極氣體排出通路35是流通從燃料電池堆1排出的負(fù)極排氣的通路。負(fù)極氣體排出通路35 —端連接于燃料電池堆1的負(fù)極氣體出口孔，另一端連接于正極氣體排出通路24。
[0039]放氣閥36設(shè)置于負(fù)極氣體排出通路35。放氣閥36對(duì)從負(fù)極氣體排出通路35排出到正極氣體排出通路24的負(fù)極排氣的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0040]電力系統(tǒng)4具備驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)41、逆變器42、電力分配裝置43、堆用電力切斷器44、強(qiáng)電電池45、強(qiáng)電用電力切斷器46、電壓降壓器47、弱電電池48以及弱電用電力切斷器49。
[0041]驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)41是在轉(zhuǎn)子埋設(shè)永磁體并且在定子纏繞定子線圈的三相交流同步電動(dòng)機(jī)。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)41具有作為電動(dòng)機(jī)的功能和作為發(fā)電機(jī)的功能，該作為電動(dòng)機(jī)的功能是從燃料電池堆1和強(qiáng)電電池45接受電力的供給來(lái)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，該作為發(fā)電機(jī)的功能是在使轉(zhuǎn)子因外力而進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的車(chē)輛減速時(shí)使定子線圈的兩端產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。
[0042]逆變器42 例如由 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor:絕緣柵雙極型晶體管)等多個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)構(gòu)成。逆變器42的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)由控制器5來(lái)控制開(kāi)閉，由此將直流電力轉(zhuǎn)換為交流電力，或者將交流電力轉(zhuǎn)換為直流電力。在使驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)41作為電動(dòng)機(jī)而發(fā)揮功能時(shí)，逆變器42將燃料電池堆1的發(fā)電電力與強(qiáng)電電池45的輸出電力的合成直流電力轉(zhuǎn)換為三相交流電力來(lái)供給到驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)41。另一方面，在使驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)41作為發(fā)電機(jī)而發(fā)揮功能時(shí)，逆變器42將驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)41的再生電力(三相交流電力)轉(zhuǎn)換為直流電力來(lái)供給到強(qiáng)電電池45。
[0043]電力分配裝置43是使燃料電池堆1的輸出電壓升降的雙向性的電壓轉(zhuǎn)換器。在本實(shí)施方式中將DC/DC轉(zhuǎn)換器用作電力分配裝置43。通過(guò)利用電力分配裝置43控制堆輸出電壓，來(lái)控制燃料電池堆1的發(fā)電電力(堆輸出電流X堆輸出電壓)并且控制強(qiáng)電電池45的充放電，將所需的電力適當(dāng)分配并供給到正極壓縮機(jī)23、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)41等強(qiáng)電系統(tǒng)的各電氣部件以及正極壓力調(diào)節(jié)閥25、旁路閥27、切斷閥33、負(fù)極壓力調(diào)節(jié)閥34、放氣閥36等弱電系統(tǒng)的各電氣部件。
[0044]堆用電力切斷器44由控制器5來(lái)控制開(kāi)閉，將燃料電池堆1與電力分配裝置43電連接或電切斷。
[0045]強(qiáng)電電池45是能夠充放電的二次電池。以燃料電池堆1的發(fā)電電力的剩余部分和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)41的再生電力對(duì)強(qiáng)電電池45進(jìn)行充電。根據(jù)需要將充入到電池55的電力供給到強(qiáng)電系統(tǒng)的各電氣部件，并且經(jīng)由電壓降壓器47供給到弱電系統(tǒng)的各電氣部件。在本實(shí)施方式中，將輸出電壓為300[V]左右的鋰離子電池用作強(qiáng)電電池45。
[0046]強(qiáng)電電池45中設(shè)置有檢測(cè)強(qiáng)電電池45的溫度的溫度傳感器451以及檢測(cè)強(qiáng)電電池 45 的充電率(SOC ；State Of Charge)的 S0C 傳感器 452。
[0047]強(qiáng)電用電力切斷器46由控制器5來(lái)控制開(kāi)閉，將強(qiáng)電電池45與電力分配裝置43和電壓降壓器47電連接或電切斷。另外，強(qiáng)電用電力切斷器46中設(shè)置有檢測(cè)從強(qiáng)電電池45取出的電流(以下稱(chēng)為“電池輸出電流”。)的電流傳感器461以及檢測(cè)強(qiáng)電電池45的輸出電壓(以下稱(chēng)為“電池輸出電壓”。)的電壓傳感器462。
[0048]電壓降壓器47將施加電壓進(jìn)行降壓來(lái)向弱電系統(tǒng)的各電氣部件供給電力。在本實(shí)施方式中將DC/DC轉(zhuǎn)換器用作電壓降壓器47。
[0049]弱電電池48是能夠充放電的二次電池。弱電電池48蓄積用于在沒(méi)有利用燃料電池堆1進(jìn)行發(fā)電的燃料電池系統(tǒng)100的啟動(dòng)處理時(shí)和停止處理時(shí)供給到弱電系統(tǒng)的電氣部件的電力。在本實(shí)施方式中，將輸出電壓為14[v]左右的鉛蓄電池用作弱電電池48。
[0050]弱電用電力切斷器49由控制器5來(lái)控制開(kāi)閉，將電壓降壓器47和弱電電池48與弱電的各電氣部件電連接或電切斷。
[0051]控制器5由具備中央運(yùn)算裝置(CPU)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)以及輸入輸出接口(I/o接口)的微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成。
[0052]除了來(lái)自上述的第一電流傳感器13、第二電流傳感器461、第一電壓傳感器14、第二電壓傳感器462、溫度傳感器451、S0C傳感器452的信號(hào)以外，來(lái)自檢測(cè)正極壓縮機(jī)23的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速傳感器61、檢測(cè)燃料電池系統(tǒng)100的啟動(dòng)停止請(qǐng)求的啟動(dòng)開(kāi)關(guān)62等控制燃料電池系統(tǒng)100所需的各種傳感器的信號(hào)也被輸入到控制器5。
[0053]控制器5在啟動(dòng)開(kāi)關(guān)62變?yōu)閿嚅_(kāi)時(shí)、即存在燃料電池系統(tǒng)100的停止請(qǐng)求時(shí)，實(shí)施規(guī)定的停止時(shí)序處理來(lái)使燃料電池系統(tǒng)100停止。另一方面，在啟動(dòng)開(kāi)關(guān)62變?yōu)榻油〞r(shí)、即存在燃料電池系統(tǒng)100的啟動(dòng)請(qǐng)求時(shí)，實(shí)施規(guī)定的啟動(dòng)時(shí)序處理來(lái)使燃料系統(tǒng)啟動(dòng)。
[0054]停止時(shí)序處理具體地說(shuō)是如下的處理:在啟動(dòng)開(kāi)關(guān)62被斷開(kāi)之后，按順序進(jìn)行使燃料電池堆1干燥的干燥處理、使堆輸出電壓降低到規(guī)定的限制電壓的停止VLC(VoltageLimit Control:電壓極限控制)處理、使燃料電池堆1中的發(fā)電停止的發(fā)電停止處理、切斷對(duì)強(qiáng)電系統(tǒng)的電力供給的強(qiáng)電停止處理、切斷對(duì)弱電系統(tǒng)的電力供給的弱電停止處理，來(lái)使燃料電池系統(tǒng)100完全停止。
[0055]啟動(dòng)時(shí)序處理具體地說(shuō)是如下的處理:在啟動(dòng)開(kāi)關(guān)62被接通之后，按順序進(jìn)行開(kāi)始對(duì)弱電系統(tǒng)的電力供給的弱電啟動(dòng)處理、開(kāi)始對(duì)強(qiáng)電系統(tǒng)的電力供給的強(qiáng)電啟動(dòng)處理、進(jìn)行燃料電池堆1的啟動(dòng)準(zhǔn)備的堆啟動(dòng)處理，來(lái)使燃料電池堆1中的發(fā)電開(kāi)始。
[0056]在本實(shí)施方式中，在該停止時(shí)序處理和啟動(dòng)時(shí)序處理中，將旁路閥27的閥體控制在完全閉合位置。下面說(shuō)明其理由。
[0057]如上所述，旁路閥27是其開(kāi)度由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)271階段性地調(diào)整的開(kāi)閉閥。
[0058]步進(jìn)電動(dòng)機(jī)271中不存在直接檢測(cè)實(shí)際的旋轉(zhuǎn)位置的單元，因此在燃料電池系統(tǒng)100剛啟動(dòng)時(shí)，處于旁路閥27的開(kāi)度、即旁路閥27的閥體位置不明確的狀態(tài)。因此，在燃料電池系統(tǒng)100啟動(dòng)時(shí)，在開(kāi)始燃料電池堆1中的發(fā)電之前需要進(jìn)行以下的初始化處理:使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)271逆旋轉(zhuǎn)來(lái)將旁路閥27的閥體推抵至閥座，使旁路閥27的開(kāi)度完全閉合，由此掌握閥體的位置。
[0059]通過(guò)實(shí)施一次初始化處理，直到燃料電池系統(tǒng)100下一次停止為止，都能夠根據(jù)輸入到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)271的脈沖信號(hào)數(shù)來(lái)運(yùn)算步進(jìn)數(shù)，因此能夠掌握旁路閥27的開(kāi)度。
[0060]在此，在實(shí)施初始化處理之前處于旁路閥27的閥體位置不明確的狀態(tài)，因此為了將旁路閥27可靠地推抵至閥座來(lái)使旁路閥27完全閉合，需要使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)271至少向反方向旋轉(zhuǎn)全開(kāi)步進(jìn)數(shù)。
[0061]這樣一來(lái)，在初始化處理的實(shí)施過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生即使在閥體到達(dá)閥座之后還使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)271向反方向旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)。當(dāng)即使在閥體到達(dá)閥座之后還使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)271向反方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，閥體會(huì)繼續(xù)推壓閥座，由此部件磨耗變大，并且聲振性能也惡化。另外，存在閥座被閥體彈回而產(chǎn)生失步的擔(dān)憂。
[0062]因此，在初始化處理時(shí)，需要使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)271的轉(zhuǎn)速比通常時(shí)的轉(zhuǎn)速慢，來(lái)抑制這種部件磨耗、聲振性能的惡化、失步的產(chǎn)生。此外，此處所說(shuō)的通常時(shí)是指在燃料電池堆1中實(shí)施發(fā)電并利用其發(fā)電電力運(yùn)轉(zhuǎn)燃料電池系統(tǒng)100時(shí)。
[0063]旁路閥27通過(guò)控制在旁路通路26中流動(dòng)的正極氣體的流量來(lái)控制供給到燃料電池堆1的正極氣體的流量。因而，旁路閥27的初始化處理需要在利用燃料電池堆1開(kāi)始發(fā)電之前實(shí)施。然而，當(dāng)以比通常時(shí)的速度慢的速度使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)271只逆旋轉(zhuǎn)全開(kāi)步進(jìn)數(shù)時(shí)會(huì)耗費(fèi)時(shí)間，在啟動(dòng)燃料電池系統(tǒng)100后到利用燃料電池堆1開(kāi)始發(fā)電為止的時(shí)間變長(zhǎng)。這樣一來(lái)，作為結(jié)果，從啟動(dòng)燃料電池系統(tǒng)100到暖機(jī)完成的時(shí)間變長(zhǎng)，因此從啟動(dòng)到允許行駛的時(shí)間變長(zhǎng)，商品性惡化。
[0064]因此，在本實(shí)施方式中，在停止時(shí)序處理的實(shí)施過(guò)程中，在不需要向燃料電池堆1供給正極氣體而不需要控制旁路閥27的時(shí)間點(diǎn)，與停止時(shí)序處理并行地實(shí)施停止時(shí)完全閉合處理，在該停止時(shí)完全閉合處理中，控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)271使得旁路閥27完全閉合。
[0065]然后，在下一次啟動(dòng)燃料電池系統(tǒng)100時(shí)的啟動(dòng)時(shí)序處理的實(shí)施過(guò)程中，在能夠向旁路閥27的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)271供給電力的時(shí)間點(diǎn)，與啟動(dòng)時(shí)序處理并行地實(shí)施最小初始化處理，在該最小初始化處理中，使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)271向反方向只旋轉(zhuǎn)比全開(kāi)步進(jìn)數(shù)少的規(guī)定的初始化步進(jìn)數(shù)，來(lái)使旁路閥27初始化。在本實(shí)施方式中初始化步進(jìn)數(shù)設(shè)定為8左右。
[0066]這樣，在燃料電池系統(tǒng)100停止時(shí)預(yù)先使旁路閥27完全閉合，由此能夠在燃料電池系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)以比全開(kāi)步進(jìn)數(shù)少的初始化步進(jìn)數(shù)使旁路閥27初始化。
[0067]因此，能夠縮短旁路閥27的初始化所需的時(shí)間，從而能夠縮短啟動(dòng)燃料電池系統(tǒng)100之后到利用燃料電池堆1開(kāi)始發(fā)電為止的時(shí)間。
[0068]另外，為了在停止時(shí)序處理中使停止時(shí)完全閉合處理結(jié)束，在不需要向燃料電池堆1供給正極氣體而不需要控制旁路閥27的時(shí)間點(diǎn)與停止時(shí)序處理并行地實(shí)施停止時(shí)完全閉合處理，因此不會(huì)將停止時(shí)完全閉合處理追加為停止時(shí)序處理之一。因此，停止時(shí)序處理的實(shí)施時(shí)間不會(huì)延長(zhǎng)。
[0069]下面，說(shuō)明在該燃料電池系統(tǒng)100的停止時(shí)序處理中實(shí)施的停止時(shí)完全閉合處理以及在燃料電池系統(tǒng)100的啟動(dòng)時(shí)序處理中實(shí)施的最小初始化處理的控制內(nèi)容。
[0070]圖2是說(shuō)明本實(shí)施方式的停止時(shí)完全閉合處理的控制內(nèi)容的流程圖。
[0071]在步驟S1中，控制器5判斷在燃料電池系統(tǒng)100的運(yùn)轉(zhuǎn)中是否產(chǎn)生了無(wú)法實(shí)施停止時(shí)完全閉合處理這樣的異常。如果產(chǎn)生了異常，則控制器5實(shí)施步驟S2的處理。另一方面，如果未產(chǎn)生異常則控制器5實(shí)施步驟S3的處理。
[0072]在步驟S2中，控制器5中止在停止時(shí)序處理中實(shí)施停止時(shí)完全閉合處理。
[0073]在步驟S3中，控制器5判斷干燥處理是否已結(jié)束。干燥處理是指利用燃料電池堆1的發(fā)電電力將正極壓縮機(jī)23驅(qū)動(dòng)規(guī)定時(shí)間、將燃料電池堆1的內(nèi)部的水分排出到系統(tǒng)外部以備下一次啟動(dòng)時(shí)的處理。由此，防止燃料電池堆1的內(nèi)部的水分凍結(jié)所導(dǎo)致的啟動(dòng)性的惡化。如果干燥未結(jié)束，則控制器5結(jié)束本次的處理，如果干燥處理已結(jié)束則控制器5實(shí)施步驟S4的處理。
[0074]在步驟S4中，控制器5使對(duì)正極壓縮機(jī)23的通電量為零，使正極壓縮機(jī)23停止。
[0075]在步驟S5中，控制器5判斷正極壓縮機(jī)23的轉(zhuǎn)速N是否變?yōu)橥Ｖ古袛噢D(zhuǎn)速Ns以下。如果正極壓縮機(jī)23的轉(zhuǎn)速N高于停止判斷轉(zhuǎn)速Ns，則控制器5結(jié)束本次的處理。另一方面，如果正極壓縮機(jī)23的轉(zhuǎn)速N為停止轉(zhuǎn)速Ns以下則進(jìn)行步驟S6的處理。
[0076]在步驟S6中，控制器5判斷旁路閥27的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)271的步進(jìn)數(shù)是否為初始化步進(jìn)數(shù)以下。如果步進(jìn)電動(dòng)機(jī)271的步進(jìn)數(shù)大于初始化步進(jìn)數(shù)，則控制器5進(jìn)行步驟S7的處理，如果步進(jìn)電動(dòng)機(jī)271的步進(jìn)數(shù)為初始化步進(jìn)數(shù)以下則控制器5進(jìn)行步驟S8的處理。
[0077]在步驟S7中，控制器5使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)271以通常時(shí)的轉(zhuǎn)速向反方向旋轉(zhuǎn)，以使步進(jìn)數(shù)為初始化步進(jìn)數(shù)。
[0078]在步驟S8中，控制器5使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)271以比通常時(shí)的轉(zhuǎn)速慢的轉(zhuǎn)速向反方向旋轉(zhuǎn)，以使步進(jìn)數(shù)為零。
[0079]圖3是說(shuō)明本實(shí)施方式的最小初始化處理的控制內(nèi)容的流程圖。
[0080]在步驟S11中，控制器5判斷是否在停止時(shí)序處理中實(shí)施了停止時(shí)完全閉合處理。如果在停止時(shí)序處理中實(shí)施了停止時(shí)完全閉合處理，則控制器5實(shí)施步驟S12的處理。另一方面，如果在停止時(shí)序處理中未實(shí)施停止時(shí)完全閉合處理則實(shí)施步驟S13的處理。
[0081]在步驟S12中，控制器5使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)271以比通常時(shí)的轉(zhuǎn)速慢的轉(zhuǎn)速向反方向僅旋轉(zhuǎn)初始化步進(jìn)數(shù)。像這樣在停止時(shí)序處理中實(shí)施了停止時(shí)完全閉合處理時(shí)使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)271向反方向只旋轉(zhuǎn)初始化步進(jìn)數(shù)是由于:如果在停止時(shí)序處理中實(shí)施了停止時(shí)完全閉合處理，則能夠推測(cè)出在下一次啟動(dòng)時(shí)之前即使旁路閥27的閥體位置偏離于完全閉合位置也位于完全閉合位置附近，只要向反方向僅旋轉(zhuǎn)比全開(kāi)步進(jìn)數(shù)少的初始化步進(jìn)數(shù)，就能夠充分將閥體推抵至閥座。
[0082]在步驟S13中，控制器5使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)271以比通常時(shí)的轉(zhuǎn)速慢的轉(zhuǎn)速向反方向僅旋轉(zhuǎn)全開(kāi)步進(jìn)數(shù)。像這樣在停止時(shí)序處理中未實(shí)施停止時(shí)完全閉合處理時(shí)使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)271向反方向僅旋轉(zhuǎn)全開(kāi)步進(jìn)數(shù)是由于，旁路閥27的閥體位置不明確。
[0083]圖4是說(shuō)明本實(shí)施方式的停止時(shí)序處理的動(dòng)作的時(shí)序圖。
[0084]當(dāng)在時(shí)刻tl啟動(dòng)開(kāi)關(guān)62被斷開(kāi)時(shí)，實(shí)施干燥處理。在干燥處理中，向燃料電池堆1供給負(fù)極氣體和正極氣體，利用燃料電池堆1的發(fā)電電力來(lái)驅(qū)動(dòng)正極壓縮機(jī)23。
[0085]當(dāng)在時(shí)刻t2干燥處理結(jié)束時(shí)，為了進(jìn)行停止VLC處理，停止對(duì)正極壓縮機(jī)23通電。
[0086]當(dāng)在時(shí)刻t3正極壓縮機(jī)23的轉(zhuǎn)速降低到停止判斷轉(zhuǎn)速Ns時(shí)，實(shí)施停止時(shí)完全閉合處理，將旁路閥27控制為完全閉合。像這樣在停止正極壓縮機(jī)23之后實(shí)施停止時(shí)完全閉合處理是由于，在正極壓縮機(jī)23的驅(qū)動(dòng)過(guò)程中需要控制旁路閥27的開(kāi)度。
[0087]另外，在時(shí)刻t3同時(shí)實(shí)施停止VLC處理。停止VLC處理是以下的處理:在停止正極氣體的供給之后，通過(guò)僅供給負(fù)極氣體并實(shí)施發(fā)電來(lái)消耗燃料電池堆1內(nèi)的正極氣體，使堆輸出電壓降低到限制電壓。由此，能夠防止由于在堆輸出電壓仍高的狀態(tài)下停止燃料電池系統(tǒng)100而產(chǎn)生的燃料電池的催化劑的劣化。
[0088]當(dāng)在時(shí)刻t4堆輸出電壓降低到限制電壓時(shí)，實(shí)施發(fā)電停止處理，在使負(fù)極壓力調(diào)節(jié)閥34完全閉合之后，切斷閥33被完全閉合。而且最后切斷堆用電力切斷器44。
[0089]當(dāng)在時(shí)刻t5發(fā)電停止處理結(jié)束時(shí)，實(shí)施強(qiáng)電停止處理，進(jìn)行用于切斷強(qiáng)電用電力切斷器46的準(zhǔn)備。
[0090]當(dāng)在時(shí)刻t6強(qiáng)電停止處理結(jié)束而切斷了強(qiáng)電用電力切斷器46時(shí)，實(shí)施弱電停止處理，進(jìn)行用于切斷弱電用電力切斷器49的準(zhǔn)備。
[0091]從正極壓縮機(jī)23的驅(qū)動(dòng)被停止到開(kāi)始弱電停止處理為止的時(shí)刻t3至?xí)r刻t6的期間為能夠?qū)嵤┡月烽y27的停止時(shí)完全閉合處理的期間。
[0092]當(dāng)在時(shí)刻t7弱電停止處理結(jié)束時(shí)，切斷弱電用電力切斷器49。由此，燃料電池系統(tǒng)100被完全停止。
[0093]圖5是說(shuō)明本實(shí)施方式的啟動(dòng)時(shí)序處理的動(dòng)作的時(shí)序圖。
[0094]當(dāng)在時(shí)刻til啟動(dòng)開(kāi)關(guān)62被接通(0N)時(shí)，連接弱電用電力切斷器49，開(kāi)始弱電啟動(dòng)處理。在弱電啟動(dòng)處理中，實(shí)施控制器5的自我診斷、弱電用電力切斷器49的緊固診斷坐寸。
[0095]當(dāng)在時(shí)刻tl2弱電啟動(dòng)處理結(jié)束時(shí)，連接強(qiáng)電用電力切斷器46來(lái)開(kāi)始強(qiáng)電啟動(dòng)處理，并且開(kāi)始旁路閥27的最小初始化處理。像這樣在弱電啟動(dòng)處理結(jié)束的同時(shí)開(kāi)始最小初始化處理是由于:在弱電啟動(dòng)處理結(jié)束的時(shí)間點(diǎn)變得能夠?qū)⑷蹼婋姵氐碾娏┙o到旁路閥27的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)271，從而能夠?qū)嵤┳钚〕跏蓟幚怼?br> [0096]此外，在強(qiáng)電啟動(dòng)處理中，實(shí)施強(qiáng)電用電力切斷器46的緊固診斷、電池輸出電壓是否上升到規(guī)定電壓以上等判斷。
[0097]當(dāng)在時(shí)刻tl3強(qiáng)電啟動(dòng)處理結(jié)束時(shí)，實(shí)施堆啟動(dòng)處理，在打開(kāi)切斷閥33之后，連接堆用電力切斷器44。之后，打開(kāi)負(fù)極壓力調(diào)節(jié)閥34并且驅(qū)動(dòng)正極壓縮機(jī)23，開(kāi)始燃料電池堆1的發(fā)電。
[0098]從弱電啟動(dòng)處理結(jié)束到驅(qū)動(dòng)正極壓縮機(jī)23來(lái)向燃料電池堆1供給正極氣體為止的時(shí)刻tl2至?xí)r刻tl4的期間為能夠?qū)嵤┡月烽y27的最小初始化處理的范圍。
[0099]根據(jù)以上說(shuō)明的本實(shí)施方式，在存在燃料電池系統(tǒng)的停止請(qǐng)求時(shí)，控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)271來(lái)將旁路閥27控制到規(guī)定的初始化位置，在存在燃料電池系統(tǒng)的啟動(dòng)請(qǐng)求時(shí)，使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)271只旋轉(zhuǎn)比步進(jìn)電動(dòng)機(jī)271的最大步進(jìn)數(shù)少的規(guī)定的初始化步進(jìn)數(shù)，以使旁路閥27向初始化位置移動(dòng)。這樣，在燃料電池系統(tǒng)停止時(shí)預(yù)先將旁路閥27控制到初始化位置，由此能夠在啟動(dòng)時(shí)以比通常少的步進(jìn)數(shù)結(jié)束初始化。因此，能夠縮短旁路閥27的初始化所需的時(shí)間，從而能夠縮短燃料電池系統(tǒng)的啟動(dòng)時(shí)間。
[0100]更具體地說(shuō)，在燃料電池系統(tǒng)的停止時(shí)序處理中將旁路閥27控制到完全閉合位置，在下一次存在燃料電池系統(tǒng)100的啟動(dòng)請(qǐng)求時(shí)，在進(jìn)行啟動(dòng)時(shí)序處理時(shí)使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)271只逆旋轉(zhuǎn)比全開(kāi)步進(jìn)數(shù)少的初始化步進(jìn)數(shù)來(lái)使旁路閥27初始化。
[0101]由此，能夠縮短燃料電池系統(tǒng)100啟動(dòng)時(shí)的旁路閥27的初始化時(shí)間，因此能夠縮短在啟動(dòng)燃料電池系統(tǒng)100后到利用燃料電池堆1開(kāi)始發(fā)電為止的時(shí)間。因此，能夠縮短從啟動(dòng)燃料電池系統(tǒng)100到暖機(jī)完成的時(shí)間，從而能夠縮短從啟動(dòng)到允許行駛的時(shí)間。
[0102]另外，根據(jù)本實(shí)施方式，在燃料電池系統(tǒng)100啟動(dòng)時(shí)使旁路閥27初始化時(shí)，使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)271以比通常時(shí)慢的速度旋轉(zhuǎn)，因此能夠抑制旁路閥27的閥體被推抵至閥座時(shí)的部件磨耗、聲振、失步的產(chǎn)生。
[0103]并且，使旁路閥27以比全開(kāi)步進(jìn)數(shù)少的初始化步進(jìn)數(shù)初始化，因此將旁路閥27的閥體推抵至閥座的時(shí)間也變短，因此能夠進(jìn)一步抑制部件磨耗、聲振、失步的產(chǎn)生。
[0104]另外，根據(jù)本實(shí)施方式，在弱電啟動(dòng)處理結(jié)束的時(shí)間點(diǎn)、即能夠向旁路閥27的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)271供給電力的時(shí)間點(diǎn)開(kāi)始旁路閥27的初始化。
[0105]通過(guò)像這樣在能夠向旁路閥27的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)271供給電力的時(shí)間點(diǎn)使旁路閥27的初始化迅速開(kāi)始，能夠抑制由于旁路閥27的初始化而延遲利用燃料電池堆1開(kāi)始發(fā)電。也就是說(shuō)，能夠使旁路閥27的初始化在弱電啟動(dòng)處理后的強(qiáng)電啟動(dòng)處理與堆啟動(dòng)處理之間結(jié)束。
[0106]另外，根據(jù)本實(shí)施方式，在燃料電池系統(tǒng)100的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，在產(chǎn)生無(wú)法實(shí)施停止時(shí)完全閉合處理這樣的異常時(shí)，在啟動(dòng)時(shí)使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)271只逆旋轉(zhuǎn)全開(kāi)步進(jìn)數(shù)來(lái)使旁路閥27初始化。
[0107]由此，能夠在燃料電池系統(tǒng)100啟動(dòng)時(shí)可靠地使旁路閥27初始化。
[0108]以上，說(shuō)明了本發(fā)明的實(shí)施方式，但是上述實(shí)施方式不過(guò)示出了本發(fā)明的應(yīng)用例的一部分，其宗旨并不是將本發(fā)明的保護(hù)范圍限定于上述實(shí)施方式的具體結(jié)構(gòu)。
[0109]例如，在上述的實(shí)施方式中，使旁路閥27的初始化位置為完全閉合位置，但是初始化位置也可以是完全打開(kāi)位置。
[0110]另外，在上述實(shí)施方式中，對(duì)旁路閥27進(jìn)行了說(shuō)明，但是只要是由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的閥即可，并不限于旁路閥27。
[0111]本申請(qǐng)基于2012年6月13日向日本專(zhuān)利局申請(qǐng)的特愿2012-134056號(hào)要求優(yōu)先權(quán)，通過(guò)參照將該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容引入本說(shuō)明書(shū)中。
【權(quán)利要求】
1.一種燃料電池系統(tǒng)，將負(fù)極氣體和正極氣體供給到燃料電池來(lái)使該燃料電池發(fā)電，該燃料電池系統(tǒng)具備: 閥，其設(shè)置于上述燃料電池系統(tǒng)內(nèi)，由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)； 停止時(shí)閥控制部，其在存在上述燃料電池系統(tǒng)的停止請(qǐng)求時(shí)，控制上述步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來(lái)將上述閥的閥體控制到規(guī)定的初始化位置；以及 閥初始化部，其在存在上述燃料電池系統(tǒng)的啟動(dòng)請(qǐng)求時(shí)，使上述步進(jìn)電動(dòng)機(jī)只旋轉(zhuǎn)規(guī)定的初始化步進(jìn)數(shù)，以使上述閥的閥體向上述初始化位置移動(dòng)，其中，該初始化步進(jìn)數(shù)少于上述步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大步進(jìn)數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 上述閥初始化部在使上述步進(jìn)電動(dòng)機(jī)只旋轉(zhuǎn)上述初始化步進(jìn)數(shù)時(shí)，使上述步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速比通常時(shí)的轉(zhuǎn)速慢。
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， 還具備系統(tǒng)啟動(dòng)部，該系統(tǒng)啟動(dòng)部在存在上述燃料電池系統(tǒng)的啟動(dòng)請(qǐng)求時(shí)，在實(shí)施了規(guī)定的啟動(dòng)時(shí)序處理之后開(kāi)始上述燃料電池的發(fā)電， 在進(jìn)行上述啟動(dòng)時(shí)序處理時(shí)上述閥初始化部使上述步進(jìn)電動(dòng)機(jī)只旋轉(zhuǎn)上述初始化步進(jìn)數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1?3中的任一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，還具備: 停止時(shí)閥控制禁止部，其在上述燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生無(wú)法操作上述閥的異常時(shí)，禁止停止時(shí)閥控制；以及 異常時(shí)閥初始化部，其在停止時(shí)閥控制被禁止時(shí)，使上述步進(jìn)電動(dòng)機(jī)只旋轉(zhuǎn)上述步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大步進(jìn)數(shù)，以使上述閥的閥體向上述初始化位置移動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1?4中的任一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 上述初始化位置是上述旁路閥的完全閉合位置。
【文檔編號(hào)】H01M8/04GK104364952SQ201380031265
【公開(kāi)日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2013年6月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月13日
【發(fā)明者】島田一秀 申請(qǐng)人:日產(chǎn)自動(dòng)車(chē)株式會(huì)社