燃料電池系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】一種燃料電池系統(tǒng)包括：燃料電池(20)；氧化劑氣體供給單元(30)，被配置成將氧化劑氣體供給到燃料電池(20)的陰極電極；以及氣體壓力控制單元(60)，被配置成檢測燃料電池(20)的輸出的變化與氧化劑氣體的壓力的變化的比率，作為氣體壓力靈敏度，在所檢測的氣體壓力靈敏度的基礎(chǔ)上，指定氧化劑氣體的壓力與燃料電池(20)的輸出之間的對應(yīng)關(guān)系，并且在所指定的對應(yīng)關(guān)系的基礎(chǔ)上，控制氧化劑氣體的壓力。
【專利說明】燃料電池系統(tǒng)及其控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及包括燃料電池的燃料電池系統(tǒng)，以及用于該燃料電池系統(tǒng)的控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有技術(shù)(日本專利申請公開N0.2002-42839 (JP-2002-42839 A)中可獲得響應(yīng)于由燃料電池的發(fā)電量的變化，將陰極入口側(cè)上的空氣流量控制到對應(yīng)于所要求的發(fā)電量的目標(biāo)空氣流量，并且控制陰極入口側(cè)上的空氣壓力的燃料電池系統(tǒng)。通過調(diào)整在陰極出口側(cè)上提供的背壓控制閥的開度控制陰極入口側(cè)上的空氣壓力(JP-2002-42839 A和日本專利申請公開 N0.2011-29158 (JP-2011-29158 A))。
[0003]在相關(guān)技術(shù)中，然而，還未充分考慮在由于隨著燃料電池的使用，用作電極催化劑的鉑的表面積減小，由燃料電池的發(fā)電量也減少的情況下執(zhí)行的控制。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種燃料電池系統(tǒng)及其控制方法，通過該控制方法，根據(jù)用作電極催化劑的鉑的表面積減小，能控制該燃料電池系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明的第一方面是一種燃料電池系統(tǒng)，包括:燃料電池；氧化劑氣體供給單元，被配置成將氧化劑氣體供給到燃料電池的陰極電極；以及氣體壓力控制單元，被配置成檢測燃料電池的輸出的變化與氧化劑氣體的壓力的變化的比率，作為氣體壓力靈敏度，在所檢測的氣體壓力靈敏度的基礎(chǔ)上，指定氧化劑氣體的壓力與燃料電池的輸出之間的對應(yīng)關(guān)系，并且在所指定的對應(yīng)關(guān)系的基礎(chǔ)上，控制氧化劑氣體的壓力。
[0006]通過根據(jù)該方面的燃料電池系統(tǒng)，當(dāng)在燃料電池使用期間，用作陰極電極的電極催化劑的鉑的表面積減少，導(dǎo)致燃料電池的輸出降低時(shí)，能在考慮氣體壓力靈敏度的同時(shí)，控制氧化劑氣體的壓力，因此，能更可靠在確保所需輸出。因此，通過根據(jù)該方面的燃料電池系統(tǒng)，能獲得高發(fā)電性能。
[0007]氣體壓力控制單元可以被配置成獲得燃料電池所需的所需輸出，通過將所需輸出與對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行比較，計(jì)算對應(yīng)于所需輸出的氧化劑氣體的壓力，作為目標(biāo)氣體壓力，并且將氧化劑氣體的壓力控制到目標(biāo)氣體壓力。根據(jù)該構(gòu)造，能更容易控制氧化劑氣體的壓力，因此，能獲得甚至更高的發(fā)電性能。
[0008]燃料電池系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括存儲表數(shù)據(jù)的存儲單元，在表數(shù)據(jù)中，氧化劑氣體的壓力與燃料電池的輸出之間的對應(yīng)關(guān)系分別與氣體壓力靈敏度的各個(gè)值關(guān)聯(lián)，并且氣體壓力控制單元可以被配置成通過從表數(shù)據(jù)選擇對應(yīng)于所檢測的氣體壓力靈敏度的對應(yīng)關(guān)系，指定氧化劑氣體的壓力和燃料電池的輸出之間的對應(yīng)關(guān)系。根據(jù)該構(gòu)造，能快速地指定氧化劑氣體的壓力與燃料電池的輸出之間的對應(yīng)關(guān)系。
[0009]燃料電池系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括背壓調(diào)節(jié)閥，背壓調(diào)節(jié)閥被配置成調(diào)節(jié)從燃料電池的陰極電極出口排出的氧化劑氣體的壓力，并且氣體壓力控制單元可以被配置成通過調(diào)節(jié)背壓調(diào)節(jié)閥的開度，控制氧化劑氣體的壓力。根據(jù)該構(gòu)造，通過控制從陰極電極出口排出的氧化劑氣體的壓力(背壓)，能高響應(yīng)度地控制氧化劑氣體。
[0010]氣體壓力控制單元可以被配置成在開始增加氧化劑氣體的壓力的時(shí)刻，檢測氣體壓力靈敏度并且指定氧化劑氣體的壓力與燃料電池的輸出之間的對應(yīng)關(guān)系。根據(jù)該構(gòu)造，當(dāng)發(fā)出增加燃料電池的輸出的請求時(shí)，能高響應(yīng)度地獲得所需輸出。
[0011]氣體壓力控制單元可以在燃料電池的負(fù)荷開始轉(zhuǎn)變到具有預(yù)定負(fù)荷的操作點(diǎn)的時(shí)刻，檢測氣體壓力靈敏度并且指定氧化劑氣體的壓力與燃料電池的輸出之間的對應(yīng)關(guān)系。根據(jù)該構(gòu)造，當(dāng)發(fā)出高負(fù)荷請求或低負(fù)荷請求時(shí)，能高響應(yīng)度地獲得對應(yīng)于高負(fù)荷請求或低負(fù)荷請求的輸出。
[0012]燃料電池包括電極催化劑，氧化劑氣體的壓力與燃料電池的輸出之間的對應(yīng)關(guān)系可以包括第一對應(yīng)關(guān)系和第二對應(yīng)關(guān)系，第二對應(yīng)關(guān)系被設(shè)定成，使得對應(yīng)于燃料電池的相同輸出，第二對應(yīng)關(guān)系中的氧化劑氣體的壓力的大小大于在第一對應(yīng)關(guān)系中的氧化劑氣體的壓力的大小，并且氣體壓力控制單元可以通過當(dāng)燃料電池不處于預(yù)定操作狀態(tài)中時(shí)，選擇第一對應(yīng)關(guān)系，并且當(dāng)燃料電池處于預(yù)定操作狀態(tài)時(shí)，選擇第二對應(yīng)關(guān)系，來指定對應(yīng)關(guān)系，在該預(yù)定操作狀態(tài)中，包含在電極催化劑中的鉑的利用率減小。根據(jù)該構(gòu)造，即使在鉑的利用率已經(jīng)降低的操作狀態(tài)中，也能更可靠地獲得所需輸出。
[0013]預(yù)定操作狀態(tài)可以是燃料電池的液泛狀態(tài)(flooded condit1n)。根據(jù)該構(gòu)造，即使當(dāng)燃料電池處于液泛狀態(tài)時(shí)，也能更可靠地確保所需輸出。
[0014]預(yù)定操作狀態(tài)可以是燃料電池的空閑狀態(tài)。根據(jù)該構(gòu)造，即使當(dāng)燃料電池處于空閑狀態(tài)時(shí)，也能更可靠地確保所需輸出。
[0015]燃料電池系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括非易失存儲器，非易失存儲器被配置成在已經(jīng)切斷燃料電池系統(tǒng)的電源后，繼續(xù)存儲由氣體壓力控制單元指定的、氧化劑氣體的壓力和燃料電池的輸出之間的對應(yīng)關(guān)系，并且氣體壓力控制單元被配置成在非易失存儲器中存儲的對應(yīng)關(guān)系的基礎(chǔ)上，在預(yù)定期間內(nèi)控制氧化劑氣體的壓力。根據(jù)該構(gòu)造，能增加處理響應(yīng)性。
[0016]燃料電池系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括液泛判定單元，液泛判定單元被配置成通過將由氣體壓力控制單元指定的、由氧化劑氣體的壓力與燃料電池的輸出之間的對應(yīng)關(guān)系確定的特定氣體壓力靈敏度與由氧化劑氣體的實(shí)際壓力和燃料電池的實(shí)際輸出得出的實(shí)際氣體壓力靈敏度進(jìn)行比較，并且將作為特定氣體壓力靈敏度所對應(yīng)的輸出的絕對值的特定輸出絕對值與實(shí)際輸出絕對值進(jìn)行比較，來判定燃料電池中是否發(fā)生液泛。根據(jù)該構(gòu)造，通過高精度檢測液泛的發(fā)生。
[0017]液泛判定單元可以被配置成，當(dāng)液泛判定單元判定液泛已經(jīng)發(fā)生時(shí)，執(zhí)行用于避免液泛的處理。根據(jù)該構(gòu)造，能避免液泛，因此，能進(jìn)一步提高發(fā)電性能。
[0018]燃料電池系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括蓄電池；以及氣體流量控制單元，氣體流量控制單元被配置成控制氧化劑氣體的流量，使得當(dāng)蓄電池處于預(yù)定狀態(tài)的同時(shí)，氣體壓力控制單元控制氧化劑氣體的壓力時(shí)，在比氧化劑氣體的壓力達(dá)到目標(biāo)氣體壓力的時(shí)刻更早的時(shí)亥|J，燃料電池的輸出達(dá)到所需輸出。根據(jù)該構(gòu)造，能使當(dāng)在比氧化劑氣體的壓力達(dá)到目標(biāo)氣體壓力的時(shí)刻更早的時(shí)刻，燃料電池的輸出達(dá)到所需輸出時(shí)生成的電力增量分配到改進(jìn)蓄電池的狀態(tài)所需的電量，因此，在整個(gè)燃料電池系統(tǒng)中，能保持電力的需求和供給之間的平衡。
[0019]燃料電池系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括SOC檢測單元，SOC檢測單元被配置成檢測蓄電池的充電狀態(tài)(S0C)，并且當(dāng)所檢測的SOC偏離預(yù)定范圍時(shí)，蓄電池可以被判定為處于預(yù)定狀態(tài)。根據(jù)該構(gòu)造，當(dāng)蓄電池的SOC偏離適當(dāng)范圍時(shí)，在整個(gè)燃料電池系統(tǒng)中，能保持電力的需求和供給之間的平衡。
[0020]燃料電池系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括氣體流量控制單元，氣體流量控制單元被配置成控制氧化劑氣體的流量，使得當(dāng)燃料電池處于預(yù)定狀態(tài)的同時(shí)，氣體壓力控制單元控制氧化劑氣體的壓力時(shí)，在比氧化劑氣體的壓力達(dá)到目標(biāo)氣體壓力的時(shí)刻更早的時(shí)刻，燃料電池的輸出達(dá)到所需輸出。根據(jù)該構(gòu)造，能使當(dāng)燃料電池的輸出在更早的時(shí)刻達(dá)到所需輸出時(shí)生成的電力增量分配到改進(jìn)燃料電池的狀態(tài)所需的電量，因此，在整個(gè)燃料電池系統(tǒng)中，能保持電力的需求和供給之間的平衡。
[0021]當(dāng)在燃料電池中發(fā)生液泛時(shí)，燃料電池可以被判定為處于預(yù)定狀態(tài)中。根據(jù)該構(gòu)造，當(dāng)燃料電池處于液泛狀態(tài)時(shí)，也能在整個(gè)燃料電池系統(tǒng)中，能保持電力的需求和供給之間的平衡。
[0022]本發(fā)明的第二方面是一種燃料電池系統(tǒng)，包括:燃料電池；氧化劑氣體供給單元，被配置成將氧化劑氣體供給到燃料電池的陰極電極；氣體壓力控制單元，被配置成控制氧化劑氣體的壓力；以及鉑表面積估算單元，鉑表面積估算單元被配置成檢測燃料電池的輸出的變化與氧化劑氣體的壓力的變化的比率，作為氣體壓力靈敏度，并且在所檢測的氣體壓力靈敏度的基礎(chǔ)上，估算陰極電極的鉑表面積。通過根據(jù)該方面的燃料電池系統(tǒng)，能高精度地估算陰極電極的鉑表面積。
[0023]本發(fā)明的第三方面是一種用于燃料電池系統(tǒng)的控制方法，燃料電池系統(tǒng)包括燃料電池和被配置成將氧化劑氣體供給到燃料電池的陰極電極的氧化劑氣體供給單元，該控制方法包括:檢測燃料電池的輸出的變化與氧化劑氣體的壓力的變化的比率，作為氣體壓力靈敏度；在所檢測的氣體壓力靈敏度的基礎(chǔ)上，指定氧化劑氣體的壓力與燃料電池的輸出之間的對應(yīng)關(guān)系；以及在所指定的對應(yīng)關(guān)系的基礎(chǔ)上，控制氧化劑氣體的壓力。通過根據(jù)該方面的燃料電池系統(tǒng)的控制方法，與根據(jù)第一方面的燃料電池系統(tǒng)類似，能更可靠地確保所需輸出，因此，能獲得高發(fā)電性能。
[0024]本發(fā)明的第四方面是一種用于燃料電池系統(tǒng)的控制方法，燃料電池系統(tǒng)包括燃料電池和被配置成將氧化劑氣體供給到燃料電池的陰極電極的氧化劑氣體供給單元，該控制方法包括:控制氧化劑氣體的壓力；檢測燃料電池的輸出的變化與氧化劑氣體的壓力的變化的比率，作為氣體壓力靈敏度；以及在所檢測的氣體壓力靈敏度的基礎(chǔ)上，估算陰極電極的鉑表面積。通過根據(jù)該方面的燃料電池系統(tǒng)的控制方法，與根據(jù)第二方面的燃料電池系統(tǒng)類似，能高精度地估算陰極電極的鉑表面積。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]在下文中，將參考附圖，描述本發(fā)明的特征、優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)及工業(yè)重要性，其中，相同的數(shù)字表示相同的元件，并且其中:
[0026]圖1是示出用作本發(fā)明的第一實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的構(gòu)造的示例圖；
[0027]圖2是示出由控制單元執(zhí)行的陰極背壓控制處理的流程圖；
[0028]圖3是示出陰極背壓-輸出特性曲線的圖；
[0029]圖4是示出根據(jù)第二實(shí)施例的陰極背壓控制處理的流程圖；
[0030]圖5是示出根據(jù)第二實(shí)施例的陰極背壓-輸出特性曲線的圖；
[0031]圖6是示出示出根據(jù)第二實(shí)施例的改進(jìn)例子的陰極背壓-輸出特性曲線的圖；
[0032]圖7是示出根據(jù)第三實(shí)施例的特性曲線估算處理的流程圖；
[0033]圖8是示出根據(jù)第三實(shí)施例的陰極背壓-輸出特性曲線的圖；
[0034]圖9是示出根據(jù)第四實(shí)施例的特性曲線估算處理的流程圖；
[0035]圖10是示出根據(jù)第四實(shí)施例的第二改進(jìn)例子的特性曲線估算處理的流程圖；
[0036]圖11是示出根據(jù)第六實(shí)施例的特性曲線估算處理的流程圖；
[0037]圖12是示出根據(jù)第七實(shí)施例的濕度控制處理的流程圖；
[0038]圖13A至13D是示出在各種條件下，取決于存在與否液泛，陰極背壓-輸出特性曲線中的變化的示例圖；
[0039]圖14是示出根據(jù)第八實(shí)施例的總控制處理的流程圖；
[0040]圖15是示出在執(zhí)行陰極背壓控制處理期間，陰極背壓和陰極流量之間的對應(yīng)關(guān)系的圖；
[0041]圖16是示出燃料電池的陰極背壓、陰極流量和輸出的變化的時(shí)序圖；
[0042]圖17是示出根據(jù)第九實(shí)施例的總控制處理的流程圖；以及
[0043]圖18是示出根據(jù)第十實(shí)施例的總控制處理的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0044]如上所述，在相關(guān)技術(shù)中，未充分考慮到在由于隨著燃料電池的使用，用作電極催化劑的鉑的表面積減小，由燃料電池的發(fā)電量減少的情況下執(zhí)行的控制。因此，通過執(zhí)行諸如JP-2002-42839A中所述的控制，不可能獲得高發(fā)電性能。還難以確保所需的發(fā)電量。此夕卜，空氣壓力控制的響應(yīng)性低。另外，存在改進(jìn)當(dāng)燃料電池系統(tǒng)安裝在車輛中時(shí)的駕駛性能、燃料電池系統(tǒng)的尺寸和成本降低、所消耗的自然資料量減少、簡化制造工藝、改進(jìn)用戶友好性等等的需求。
[0045]本發(fā)明能通過使得可以根據(jù)用作電極催化劑的鉑的表面積的減小，控制燃料電池系統(tǒng)來解決上述問題的至少一部分。
[0046]接著，將描述本發(fā)明的實(shí)施例。
[0047]第一實(shí)施例
[0048]圖1是用作本發(fā)明的第一實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)10的構(gòu)造的示例圖。在該實(shí)施例中，本發(fā)明應(yīng)用于用于燃料電池車輛的車載發(fā)電系統(tǒng)。如圖1所示，燃料電池系統(tǒng)10包括:燃料電池(Fe) 20，其在接收氧化劑氣體和燃料氣體的供給后執(zhí)行發(fā)電，以及通過發(fā)電生成電力；氧化劑氣體管道系統(tǒng)30，其將用作氧化劑氣體的空氣供給到燃料電池20 ;燃料氣體管道系統(tǒng)40，其將用作燃料氣體的氫氣供給到燃料電池20 ;電力系統(tǒng)50，其向系統(tǒng)充電電力和從系統(tǒng)放電電力；控制單元60，其執(zhí)行整個(gè)系統(tǒng)的整體控制等等。
[0049]燃料電池20是固體高分子電解質(zhì)型燃料電池，并且具有堆疊多個(gè)單電池的堆疊構(gòu)造。燃料電池20的每一單電池在由離子交換膜構(gòu)成的電解質(zhì)的各個(gè)表面上具有陰極(空氣電極)和陽極(燃料電極)。例如，多孔碳材料被用作包括陰極和陽極的電極的基底，并且鉑Pt被用作電極的催化劑(電極催化劑)。此外，提供一對隔板來從任一側(cè)夾住陰極和陽極。燃料氣體被供給到隔板中的一個(gè)中的燃料氣體流路，而氧化劑氣體被供給到另一隔板中的氧化劑氣體流路。由于該氣體供給，燃料電池20生成電力。
[0050]使檢測發(fā)電期間的電流(輸出電流)的電流傳感器2a、檢測電壓的電壓傳感器2b以及檢測燃料電池20的溫度的溫度傳感器2c附接到燃料電池20。
[0051]氧化劑氣體管道系統(tǒng)30包括空氣壓縮機(jī)31、氧化劑氣體供給路徑32、加濕模塊33、陰極廢氣流路34、驅(qū)動空氣壓縮機(jī)31的電動機(jī)Ml等等。
[0052]通過來自由控制單元60的控制命令啟動的電動機(jī)Ml的驅(qū)動力，驅(qū)動空氣壓縮機(jī)31，以便壓縮經(jīng)圖中未示出的空氣過濾器，從外部吸收的氧(氧化劑氣體)，并且將所壓縮的氧供給到燃料電池20的陰極。檢測電動機(jī)Ml的轉(zhuǎn)速(每預(yù)時(shí)刻間的轉(zhuǎn)速，以下同)的轉(zhuǎn)速檢測傳感器3a被附接到電動機(jī)Ml。氧化劑氣體供給路徑32是用于將從空氣壓縮機(jī)31供給的氧引導(dǎo)到燃料電池20的陰極的氣體流路。通過陰極廢氣流路34，從燃料電池20的陰極排出陰極廢氣。陰極廢氣包含在用于燃料電池20中的電池反應(yīng)后的氧的廢氣。陰極廢氣包含通過燃料電池20中的電池反應(yīng)生成的水分，因此，處于高濕度狀態(tài)中。
[0053]加濕模塊33適當(dāng)?shù)赝ㄟ^執(zhí)行流過氧化劑氣體供給路徑32的低濕度氧化劑氣體和流過陰極廢氣流路34的高濕度陰極廢氣之間的水分交換，將供給到燃料電池20的氧化劑氣體加濕。陰極廢氣流路34是用于將陰極廢氣排放到系統(tǒng)的外部的氣體流路，并且背壓調(diào)節(jié)閥Al設(shè)置在氣體流路的陰極出口附近。通過背壓調(diào)節(jié)閥Al調(diào)節(jié)從燃料電池20排出的氧化劑氣體的壓力(在下文中稱為“陰極背壓”)。檢測陰極背壓的壓力傳感器3b附接到燃料電池20和背壓調(diào)節(jié)閥Al之間的陰極廢氣流路34。
[0054]燃料氣體管道系統(tǒng)40包括燃料氣體供給源41、燃料氣體供給路徑42、燃料氣體再循環(huán)路徑43、陽極廢氣流路44、氫氣循環(huán)泵45、止回閥46、用于驅(qū)動氫氣循環(huán)泵45的電動機(jī)M2等等。
[0055]燃料氣體供給源41將諸如氫氣的燃料氣體供給到燃料電池20，并且由例如高壓氫罐、儲氫罐等等構(gòu)成。燃料氣體供給路徑42是用于將從燃料氣體供給源41釋放的燃料氣體引導(dǎo)到燃料電池20的陽極電極，并且諸如罐閥H1、氫氣供給閥H2和FC入口閥H3的閥按從上游側(cè)向下游側(cè)的順序，設(shè)置在氣體流路中。罐閥H1、氫氣供給閥H2和FC入口閥H3是用于向燃料電池20供給(或切斷供給)燃料氣體的截止閥，并且由例如電磁閥構(gòu)成。
[0056]燃料氣體再循環(huán)路徑43是用于將未反應(yīng)的氣體再循環(huán)到燃料電池20的回輸氣體流路，并且將FC出口閥H4、氫氣循環(huán)泵45和止回閥46按從上游側(cè)到下游側(cè)的順序，設(shè)置在氣體流路中。通過由來自控制單元60的控制命令起動的電動機(jī)M2的驅(qū)動力驅(qū)動的氫氣循環(huán)泵45，適當(dāng)?shù)丶訅簭娜剂想姵?0排出的低壓未反應(yīng)燃料氣體，并且將其引導(dǎo)到燃料氣體供給路徑42。由止回閥42抑制燃料氣體從燃料氣體供給路徑42回流到燃料氣體再循環(huán)路徑43。陰極廢氣流路44是用于將包含從燃料電池20排出的氫氣廢氣的陽極廢氣排出到系統(tǒng)外部的氣體流路，并且排氣閥H5設(shè)置在氣體流路中。
[0057]電力系統(tǒng)50包括高壓直流/直流(DC/DC)轉(zhuǎn)換器51、蓄電池52、牽引逆變器53、輔助逆變器54、牽引電動機(jī)M3、輔助電動機(jī)M4等等。
[0058]高壓DC/DC轉(zhuǎn)換器51是具有用于調(diào)節(jié)從蓄電池52輸入其中的直流電壓和將所調(diào)節(jié)的直流電壓輸出到牽引逆變器53的功能，以及用于調(diào)節(jié)從燃料電池20或牽引電動機(jī)M3輸入其中的直流電壓并且將所調(diào)節(jié)的直流電壓輸出到蓄電池52的直流電壓轉(zhuǎn)換器。通過高壓DC/DC轉(zhuǎn)換器51的功能，實(shí)現(xiàn)蓄電池52的充電和放電。此外，通過高壓DC/DC轉(zhuǎn)換器51，控制燃料電池20的輸出電壓。
[0059]蓄電池52是可充電/放電的二次電池?？梢允褂酶鞣N二次電池，諸如鎳氫電池等等。能在圖中未示出的蓄電池計(jì)算機(jī)的控制下，通剩余余電力充電蓄電池52，并且能供給輔助電力。通過高壓DC/DC轉(zhuǎn)換器51，升壓或降壓由燃料電池20生成的直流電的一部分并且將其充電到蓄電池52。檢測蓄電池52的SOC的SOC傳感器5a附接到蓄電池52。注意代替蓄電池52，可以采用除二次電池外的可充電/可放電蓄電裝置，諸如電容器。
[0060]牽引逆變器53和輔助逆變器54是使用脈寬調(diào)制系統(tǒng)的脈寬調(diào)制(PWM)逆變器，其響應(yīng)指定控制命令，將由燃料電池20或蓄電池52輸出的直流電轉(zhuǎn)換成三相交流電，以及將三相交流電供給到牽引電動機(jī)M3和輔助電動機(jī)M4。牽引電動機(jī)M3，即負(fù)荷動力源的例子是用于驅(qū)動車輪71、72的電動機(jī)(車輛驅(qū)動電動機(jī))。檢測牽引電動機(jī)M3的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速檢測傳感器5b附接到牽引電動機(jī)M3。輔助電動機(jī)M4是用于驅(qū)動各種配件的電動機(jī)。驅(qū)動空氣壓縮機(jī)31的電動機(jī)M1、驅(qū)動氫氣循環(huán)泵45的電動機(jī)M2等等統(tǒng)稱為輔助電動機(jī)M4。[0061 ] 控制單元60由中央處理單元(CPU)、只讀存儲器(ROM)、隨機(jī)存取存儲器(RAM)等等構(gòu)成，并且在輸入傳感器信號的基礎(chǔ)上，執(zhí)行系統(tǒng)的各個(gè)部分的整體控制。更具體地說，控制單元60在從檢測加速器踏板80的旋轉(zhuǎn)的加速器踏板傳感器81、SOC傳感器5a、轉(zhuǎn)速檢測傳感器3a，5b等等傳送的各個(gè)傳感器信號的基礎(chǔ)上，計(jì)算所需發(fā)電量(下文稱為“所需輸出”)。
[0062]然后，控制單元60控制燃料電池20的輸出電壓和輸出電流，使得燃料電池20生成所需輸出。此外，控制單元60通過控制牽引逆變器53和輔助逆變器54的輸出脈沖等等，控制牽引電動機(jī)M3和輔助電動機(jī)M4。
[0063]在燃料電池20中，當(dāng)燃料電池20的使用時(shí)間隨時(shí)間增加時(shí)，鉑表面積減小，因此，輸出電壓減小。換句話說，當(dāng)燃料電池20的使用時(shí)間增加，陰極催化劑層上的鉑的表面積減小時(shí)，變得不可能從燃料電池20獲得所需輸出電力。因此，控制單元60確保通過估計(jì)鉑表面積和根據(jù)估計(jì)結(jié)果，控制背壓調(diào)節(jié)閥Al，獲得所需輸出電力。通過所需輸出采集單元61、氣體壓力靈敏度檢測單元62、對應(yīng)關(guān)系計(jì)算單元63、目標(biāo)氣體壓力計(jì)算單元64和氣體壓力變更單元65的功能，實(shí)現(xiàn)該控制處理(陰極背壓控制處理)。在下文中，將詳細(xì)地描述各個(gè)單元61至65?，F(xiàn)在，將詳細(xì)地描述陰極背壓控制處理。
[0064]圖2是示出由控制單元60執(zhí)行的陰極背壓控制處理的流程圖。以預(yù)時(shí)刻間間隔(例如，每10msec)，重復(fù)地執(zhí)行該陰極背壓控制處理。當(dāng)處理開始時(shí)，首先，控制單元60確定當(dāng)前時(shí)間(執(zhí)行陰極背壓控制處理的時(shí)間點(diǎn))是否對應(yīng)于開始增加陰極背壓的時(shí)刻(步驟S110)。當(dāng)駕駛員通過下壓加速器踏板80，發(fā)出負(fù)荷請求時(shí)，通過圖中未示出的控制處理，增加由空氣壓縮機(jī)31供給的氧化劑氣體量，導(dǎo)致陰極背壓增加。因此，在步驟S110，確定當(dāng)前時(shí)間是否對應(yīng)于陰極背壓增加時(shí)刻。
[0065]當(dāng)在步驟SllO確定當(dāng)前時(shí)間對應(yīng)于陰極背壓增加時(shí)刻時(shí)，控制單元60使處理進(jìn)行到步驟S120，在此執(zhí)行從壓力傳感器3b獲得陰極背壓P的處理。接著，控制單元60由通過從在步驟SllO獲得的陰極背壓P減去在陰極背壓控制處理的上一次執(zhí)行期間獲得的陰極背壓，由該上一次陰極背壓，計(jì)算陰極背壓的變化量ΛΡ(步驟S130)。
[0066]接著，控制單元60獲得燃料電池20的輸出W(步驟S140)。更具體地說，控制單元60通過從電流傳感器2a獲得的電流和從電壓傳感器2b獲得的電壓，并且將電流乘以電壓，將輸出電力確定為輸出W。接著，控制單元60由在通過從所獲得的輸出W減去陰極背壓控制處理的上一次執(zhí)行期間獲得的輸出，由該上一次輸出，計(jì)算輸出的變化量AW(步驟S150)。
[0067]接著，控制單元60將輸出的變化量AW除以陰極背壓的變化量ΛΡ，并且將所得到的商存儲為陰極背壓靈敏度S (步驟S160)。換句話說，將陰極背壓靈敏度S存儲在RAM中，作為AW與Λ P的比值。接著，控制單元60執(zhí)行在陰極背壓靈敏度S的基礎(chǔ)上，估計(jì)陰極背壓-輸出特性曲線的處理(步驟S170)。
[0068]圖3是示出陰極背壓-輸出特性曲線的圖。如該圖所示，當(dāng)在橫坐標(biāo)上示出陰極背壓P，并且在縱坐標(biāo)上示出燃料電池20的輸出W，并且映射對應(yīng)于陰極背壓P的輸出W時(shí)，獲得例如由曲線Cl表示的陰極背壓-輸出特性曲線。通過實(shí)驗(yàn)或模擬，可以預(yù)先確定下文所述的曲線Cl和曲線C2、C3。根據(jù)曲線Cl，當(dāng)陰極背壓P增加時(shí)，輸出W增加，并且在達(dá)到峰值后，當(dāng)陰極背壓P增加時(shí)，輸出W減小。
[0069]曲線Cl示出陰極的鉑表面積處于最大，或換句話說，電極催化劑的形態(tài)沒有變化的初始操作的情形。當(dāng)燃料電池的使用時(shí)間增加，使得鉑表面積減小時(shí)，陰極背壓-輸出特性曲線從曲線Cl改變成曲線C2。在曲線C2上，在所有區(qū)域中，輸出W比曲線Cl上低，并且當(dāng)陰極背壓P減小時(shí)，相對于曲線Cl的輸出W的差增加。換句話說，曲線C2的上升時(shí)段的斜率k2(= AW2/AP1)大于曲線Cl的上升時(shí)段的斜率kl( = AWl/ΔΡΙ)。
[0070]曲線C3示出鉑表面積從曲線C2進(jìn)一步減小的情形。曲線C3的上升時(shí)段的斜率k3( = AW3/AP1)大于曲線C2的上升時(shí)段的斜率k2?！吧仙龝r(shí)段”是輸出W達(dá)到峰值的預(yù)定比例(例如90[%])的時(shí)段，并且該時(shí)段中的斜率在各個(gè)曲線Cl、C2、C3上取基本上恒定的值kl、k2、k3。從上文很顯然，根據(jù)鉑表面積的大小(近似大小)，陰極背壓-輸出特性曲線形狀改變，并且根據(jù)斜率kl、k2、k3，確定形狀。斜率kl、k2、k3取通過將特性曲線(曲線)的上升時(shí)段中的輸出變化量AW除以陰極背壓的變化量ΛΡ獲得的值，并且對應(yīng)于在步驟S160確定的陰極背壓靈敏度S。
[0071]在該實(shí)施例中，在步驟SllO中檢測陰極背壓增加時(shí)刻。然后，假定該陰極背壓增加時(shí)刻包括在上升時(shí)段內(nèi)，在該陰極背壓增加時(shí)刻，在步驟S160中執(zhí)行用于確定陰極背壓靈敏度S的處理。接著，在步驟S170中，在陰極背壓靈敏度S的基礎(chǔ)上，執(zhí)行用于估計(jì)陰極背壓-輸出特性曲線的處理。更具體地，其中分別將陰極背壓-輸出特性曲線與多個(gè)斜率值相關(guān)聯(lián)的表數(shù)據(jù)被預(yù)先存儲在控制單元60的ROM中，并且控制單元60的CPU通過從表數(shù)據(jù)選擇對應(yīng)于在步驟S160確定的陰極背壓靈敏度S的斜率值，并且從表數(shù)據(jù)提取與斜率值關(guān)聯(lián)的陰極背壓-輸出特性曲線，估計(jì)陰極背壓-輸出特性曲線。注意，包括在表數(shù)據(jù)中的陰極背壓-輸出特性曲線的數(shù)量不限于圖3的例子中所示的三個(gè)曲線，而是可以提供更多曲線。此外，可以將包括在表數(shù)據(jù)中的陰極背壓-輸出特性曲線的數(shù)量設(shè)定在特定數(shù)量，并且可以通過內(nèi)插計(jì)算獲得相鄰特性曲線之間的特性曲線。
[0072]返回到圖2，在執(zhí)行步驟S170后，控制單元60獲得燃料電池20所需的所需輸出TW(步驟S180)。所需輸出TW對應(yīng)于上述所需發(fā)電量，并且如上所述，在從加速器踏板傳感器81、SOC傳感器5a、轉(zhuǎn)速檢測傳感器3a，5b等等傳送的各個(gè)傳感器信號的基礎(chǔ)上計(jì)算。
[0073]接著，控制單元60引用在步驟S170中獲得的陰極背壓-輸出特性曲線來計(jì)算對應(yīng)于在步驟S140中獲得的所需輸出TW的目標(biāo)陰極背壓TP (步驟S190)。當(dāng)例如鉑表面積稍微減小，使得在步驟S170中獲得的陰極背壓-輸出特性曲線為圖3中的曲線C2時(shí)，將曲線C2上、對應(yīng)于步驟S140中獲得的所需輸出TW的陰極背壓P確定為目標(biāo)陰極背壓TP (圖中的TPl)。當(dāng)例如鉑表面積極大減小，使得在步驟S170中獲得的陰極背壓-輸出特性曲線為圖3中的曲線C3時(shí)，曲線C3上、對應(yīng)于步驟S140中獲得的所需輸出TW的陰極背壓P被確定為目標(biāo)陰極背壓TP (圖中的TP2)。
[0074]在執(zhí)行步驟S190后，控制單元60通過調(diào)整背壓調(diào)節(jié)閥Al的開度，將陰極背壓P控制到步驟S190中確定的目標(biāo)陰極背壓TP (步驟S192)。在執(zhí)行步驟S192后，控制單元60暫時(shí)終止陰極背壓控制處理。
[0075]當(dāng)在步驟SllO中確定當(dāng)前時(shí)間不對應(yīng)于陰極背壓增加時(shí)刻時(shí)，另一方面，控制單元60確定是否已經(jīng)獲得陰極背壓-輸出特性曲線(步驟S194)。當(dāng)在此確定已經(jīng)獲得陰極背壓-輸出特性曲線時(shí)，控制單元60使處理進(jìn)行到步驟S180，其中，控制單元60以上文所述，使用上一次陰極背壓控制處理中獲得的陰極背壓-輸出特性曲線和在當(dāng)前陰極背壓控制處理的執(zhí)行期間獲得的所需輸出TW的方式，計(jì)算目標(biāo)陰極背壓TP，并且將陰極背壓P控制到目標(biāo)陰極背壓TP。
[0076]當(dāng)在步驟S194確定未獲得陰極背壓-輸出特性曲線時(shí)，暫時(shí)終止陰極背壓控制處理。
[0077]如上所述構(gòu)成的陰極背壓控制處理的步驟S180的處理充當(dāng)所需輸出采集單元61(圖1)。此外，步驟S120至S160的處理充當(dāng)氣體壓力靈敏度檢測單元62 (圖1)，步驟S170的處理充當(dāng)對應(yīng)關(guān)系計(jì)算單元63 (圖1)，步驟S190的處理充當(dāng)目標(biāo)氣體壓力計(jì)算單元64，以及步驟S192的處理充當(dāng)排氣壓力變更單元65。
[0078]在如上所述構(gòu)成的根據(jù)第一實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)10中，在開始增加陰極背壓的時(shí)刻，確定陰極背壓靈敏度S，由此，在陰極背壓靈敏度S的基礎(chǔ)上，確定陰極背壓-輸出特性曲線。此后，在每一操作期間，獲得所需輸出TW，由此，通過將所需輸出TW與所確定的陰極背壓-輸出特性曲線比較，將對應(yīng)于所需輸出TW的陰極背壓計(jì)算為目標(biāo)陰極背壓TP，并且將陰極背壓P控制到目標(biāo)陰極背壓TP。如上所述，根據(jù)陰極電極的鉑表面積的大小，確定陰極背壓-輸出特性曲線。因此，陰極背壓-輸出特性曲線表示不僅當(dāng)鉑表面積不減小時(shí)，而且當(dāng)由于使用燃料電池導(dǎo)致的鉑表面積減小，使燃料電池20的輸出減小時(shí)，均能確保所需輸出TW所需的陰極背壓。因此，通過根據(jù)第一實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)10，能更可靠地確保所需輸出TW，因此，能提高發(fā)電性能。此外，根據(jù)燃料電池系統(tǒng)10，將陰極背壓控制為氧化劑氣體的壓力，因此，能以良好響應(yīng)性執(zhí)行氧化劑氣體控制。
[0079]第二實(shí)施例
[0080]圖4是示出根據(jù)第二實(shí)施例的陰極背壓控制處理的流程圖。根據(jù)第二實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)不同于根據(jù)第一實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)10之處僅在于由控制單元執(zhí)行的陰極背壓控制處理。第二實(shí)施例的硬件構(gòu)造與第一實(shí)施例相同，因此，在下述描述中，相同的參考符號分配給各個(gè)構(gòu)成元件。
[0081]圖4中所示的陰極背壓控制處理不同于圖2中所示的根據(jù)第一實(shí)施例的陰極背壓控制處理之處在于由圖4中的步驟S210的處理，代替圖2中的步驟SllO的處理。剩余步驟S120至S194的處理相同。當(dāng)處理開始時(shí)，控制單元60確定當(dāng)前時(shí)間(執(zhí)行陰極背壓控制處理的時(shí)間點(diǎn))是否對應(yīng)于燃料電池20的負(fù)荷開始轉(zhuǎn)變到高負(fù)荷操作點(diǎn)的時(shí)刻(高負(fù)荷轉(zhuǎn)變時(shí)刻)(步驟S210)。更具體地說，當(dāng)駕駛員通過有力地下壓加速器踏板80，發(fā)出高負(fù)荷請求時(shí)，例如，燃料電池20的負(fù)荷轉(zhuǎn)變成高負(fù)荷操作點(diǎn)。其中，“高負(fù)荷操作點(diǎn)”是指燃料電池的當(dāng)前密度為例如至少I [A/cm2]的高負(fù)荷操作條件。當(dāng)在步驟S210中確定當(dāng)前時(shí)間對應(yīng)于高負(fù)荷轉(zhuǎn)變時(shí)刻時(shí)，處理進(jìn)行到步驟S220，當(dāng)確定當(dāng)前時(shí)間不對應(yīng)于高負(fù)荷轉(zhuǎn)變時(shí)刻時(shí)，處理進(jìn)行到步驟S194。
[0082]圖5是示出根據(jù)第二實(shí)施例的陰極背壓-輸出特性曲線的圖。在根據(jù)第二實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)中，如圖中所示，當(dāng)高負(fù)荷請求時(shí)，即，在某一點(diǎn)Xl接收到轉(zhuǎn)變到高負(fù)荷操作點(diǎn)X2的請求時(shí)，在到高負(fù)荷操作點(diǎn)X2的轉(zhuǎn)變開始的高負(fù)荷轉(zhuǎn)變時(shí)刻，確定陰極背壓靈敏度S，S卩，曲線的斜率k2。然后，在陰極背壓靈敏度S的基礎(chǔ)上，確定陰極背壓-輸出特性曲線。然后，使用陰極背壓-輸出特性曲線，將對應(yīng)于所需輸出TW的陰極背壓計(jì)算為目標(biāo)陰極背壓TP，由此，將陰極背壓P控制到目標(biāo)陰極背壓TP。
[0083]因此，通過根據(jù)第二實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)，與根據(jù)第一實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)10類似，能更可靠地確保所需輸出TW，因此，能提高發(fā)電性能。此外，獲得下述效果。典型地，當(dāng)燃料電池20的負(fù)荷小時(shí)，根據(jù)鉑表面積的大小，陰極背壓-輸出特性曲線的上升斜率不會顯著地改變。在根據(jù)第二實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)中，然而，在燃料電池20的負(fù)荷開始轉(zhuǎn)變到高負(fù)荷操作點(diǎn)的時(shí)刻，計(jì)算陰極背壓靈敏度S，因此，陰極背壓-輸出特性曲線的上升斜率顯著地改變，使得更易于檢測陰極背壓靈敏度S。因此，陰極背壓靈敏度的精度增加，使得發(fā)電性能進(jìn)一步提尚。
[0084]注意，在第二實(shí)施例中，在燃料電池20的負(fù)荷開始轉(zhuǎn)變到高負(fù)荷操作點(diǎn)的時(shí)刻，確定陰極背壓靈敏度S，但相反，作為第二實(shí)施例的改進(jìn)例子，可以在燃料電池20的負(fù)荷開始轉(zhuǎn)變到低負(fù)荷操作點(diǎn)的時(shí)刻，確定陰極背壓靈敏度S。其中，“低負(fù)荷操作點(diǎn)”表示燃料電池的電流密度不大于例如0.1 [A/cm2]的低負(fù)荷操作條件。
[0085]圖6是示出根據(jù)第二實(shí)施例的改進(jìn)例子的陰極背壓-輸出特性曲線的圖。在根據(jù)該改進(jìn)例子的燃料電池系統(tǒng)中，如圖所示，當(dāng)在某一點(diǎn)X3接收到低負(fù)荷請求，即，使燃料電池20的負(fù)荷轉(zhuǎn)變到低負(fù)荷操作點(diǎn)X4的請求時(shí)，在燃料電池20的負(fù)荷開始轉(zhuǎn)變到低負(fù)荷操作點(diǎn)X4的低負(fù)荷轉(zhuǎn)變時(shí)刻，確定陰極背壓靈敏度S，S卩，曲線的斜率k。然后，在陰極背壓靈敏度S的基礎(chǔ)上，確定陰極背壓-輸出特性曲線。然后，使用陰極背壓-輸出特性曲線，將對應(yīng)于所需輸出TW的陰極背壓計(jì)算為目標(biāo)陰極背壓TP，由此，使陰極背壓P控制到目標(biāo)陰極背壓TP。
[0086]因此，通過根據(jù)該改進(jìn)例子的燃料電池系統(tǒng)，類似于根據(jù)第一實(shí)施例和第二實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)，能更可靠地確保所需輸出TW，因此，能提高發(fā)電性能。此外，類似于根據(jù)第二實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)，陰極背壓-輸出特性曲線的精度增加，使得進(jìn)一步提高發(fā)電性能。
[0087]第三實(shí)施例
[0088]根據(jù)第三實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)具有與根據(jù)第一實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)10相同的硬件構(gòu)造，區(qū)別僅在于由控制單元60執(zhí)行的陰極背壓控制處理。根據(jù)第三實(shí)施例的陰極背壓控制處理基本上被配置成與圖2所示，根據(jù)第一實(shí)施例的陰極背壓控制處理相同，區(qū)別僅在于步驟S170中執(zhí)行的處理內(nèi)容。換句話說，在根據(jù)第三實(shí)施例的陰極背壓控制處理中，原樣執(zhí)行步驟Sl1至S160以及S180至S194的處理，而用稍后所述的特性曲線估算處理替代僅步驟S170的處理。注意，第三實(shí)施例的硬件構(gòu)造與第一實(shí)施例相同，將相同的參考符號分配給下述描述中的各個(gè)構(gòu)成元件。
[0089]圖7是示出根據(jù)第三實(shí)施例的特性曲線估算處理的流程圖。代替步驟S170的處理，在圖2所示的陰極背壓控制處理期間，由控制單元60執(zhí)行該特性曲線估算處理。如圖7所示，當(dāng)該處理開始時(shí)，首先，控制單元60獲得阻抗R(步驟S310)。通過將由電壓傳感器2b檢測的電壓除以由電流傳感器2a檢測的電流，獲得阻抗R。
[0090]接著，控制單元60確定所獲得的阻抗R是否在從第一預(yù)定值Rl延伸到第二預(yù)定值R2的范圍內(nèi)(步驟S315)。第一預(yù)定值Rl為預(yù)定正值，而第二預(yù)定值R2是大于第一預(yù)定值Rl的預(yù)定正值。阻抗R表示燃料電池20的內(nèi)部的濕度狀態(tài)，當(dāng)阻抗R在從第一預(yù)定值Rl延伸到第二預(yù)定值R2的范圍(在下文中，稱為“適當(dāng)范圍”)內(nèi)時(shí)，這表示燃料電池20的濕度狀態(tài)是適當(dāng)?shù)?。此外，?dāng)阻抗R低于第一預(yù)定值Rl時(shí)，這表示燃料電池20處于液泛狀態(tài)，而當(dāng)阻抗R高于第二預(yù)定值R2時(shí)，這表示燃料電池20處于干涸狀態(tài)。
[0091]當(dāng)在步驟S315，確定阻抗R處于適當(dāng)范圍中時(shí)，使用正常表數(shù)據(jù)，估算陰極背壓-輸出特性曲線(步驟S320)?！罢１頂?shù)據(jù)”與第一實(shí)施例的步驟S170中使用的表數(shù)據(jù)相同，因此，在步驟S320獲得的估算結(jié)果也與第一實(shí)施例的步驟S170獲得的結(jié)果相同。
[0092]另一方面，當(dāng)在步驟S315，確定阻抗R在適當(dāng)范圍外時(shí)，或換句話說，當(dāng)確定燃料電池20為液泛或干涸時(shí)，使用校正的表數(shù)據(jù)，估算陰極背壓-輸出特性曲線(步驟S330)。
[0093]使用“常規(guī)數(shù)據(jù)表”來提取圖3所示的陰極背壓-輸出特性曲線，而使用“校正表數(shù)據(jù)”來提取圖8所示的陰極背壓-輸出特性曲線。圖8中所示的曲線Cl、C2、C3是由正常表數(shù)據(jù)表示陰極背壓-輸出特性曲線。另一方面，圖8中的虛線所示的曲線Cl’、C2’、C3’是由校正表數(shù)據(jù)表示的陰極背壓-輸出特性曲線。曲線C1’、C2’、C3’相對于曲線Cl、C2、C3，具有稍微減小的輸出，當(dāng)陰極背壓P減小時(shí)，由正常表數(shù)據(jù)表示的陰極背壓-輸出特性曲線上的輸出W與由校正表數(shù)據(jù)表示的陰極背壓-輸出特性曲線上的輸出W之間的差增加。換句話說，將曲線Cl’、C2’、C3’校正為表示與曲線C1、C2、C3相比，鉑表面積減小的情形?？梢酝ㄟ^實(shí)驗(yàn)或模擬，預(yù)先確定曲線Cl’、C2’、C3’。
[0094]因此，為獲得圖中的所需輸出TW，與曲線C1、C2、C3相比，在所有曲線Cl’、C2’、C3’上，要求更大陰極背壓P。例如，要求TP1’代替TP1，并且要求TP2’代替TP2。換句話說，校正表數(shù)據(jù)是已經(jīng)被校正，使得在相同所需輸出獲得的陰極背壓的大小大于正常表數(shù)據(jù)的大小的數(shù)據(jù)。校正量對應(yīng)于燃料電池的鉑表面積減小的量。
[0095]回到圖7，在執(zhí)行步驟S320或步驟S330后，暫時(shí)終止特性曲線估算處理。
[0096]通過具有上述構(gòu)造的、根據(jù)第三實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)，與根據(jù)第一實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)10類似，能可靠地確保所需輸出TW，因此，能提高發(fā)電性能。此外，能獲得下述效果。燃料電池的輸出更準(zhǔn)確地與有效鉑表面積成比例。由根據(jù)操作條件而改變的鉑利用率和當(dāng)使用時(shí)間增加時(shí)逐步減少的鉑表面積的乘積，確定“有效鉑表面積”。氧化物膜的狀態(tài)和液泛狀態(tài)是確定鉑利用率的因子。當(dāng)燃料電池20液泛時(shí)，鉑利用率因水分而降低，導(dǎo)致輸出降低，但根據(jù)第三實(shí)施例，通過使用校正表數(shù)據(jù)，相應(yīng)地增加陰極背壓，能校正輸出的降低，因此，能更可靠地確保所需輸出TW。此外，當(dāng)干涸燃料電池20時(shí)，與液泛狀態(tài)類似，陰極背壓-輸出特性曲線減小，但同樣地，在這種情況下，通過使用校正表數(shù)據(jù)，相應(yīng)地增加陰極背壓，能校正輸出的降低，因此，能更可靠地確保所需輸出TW。因此，能更進(jìn)一步提尚發(fā)電性能。
[0097]注意，在第三實(shí)施例中，在阻抗R的基礎(chǔ)上，確定燃料電池20內(nèi)部的濕度狀態(tài)，但相反，作為第三實(shí)施例的第一改進(jìn)例子，可以在燃料電池中提供露點(diǎn)計(jì)，使得在來自露點(diǎn)計(jì)的測量結(jié)果的基礎(chǔ)上，確定濕度狀態(tài)。根據(jù)第一改進(jìn)例子，能更高精度地確定燃料電池的濕度狀態(tài)。
[0098]此外，在第三實(shí)施例的步驟S315中，執(zhí)行AND確定來確定阻抗R不小于第一預(yù)定值Rl且不大于第二預(yù)定值R2，但相反，作為第三實(shí)施例的第二改進(jìn)例子，可以僅確定有關(guān)阻抗R是否高于第二預(yù)定值R2。通過該構(gòu)造，當(dāng)燃料電池20液泛時(shí)，使用校正表數(shù)據(jù)，能估算陰極背壓-輸出特性曲線。此外，作為第三實(shí)施例的第三改進(jìn)例子，可以僅確定有關(guān)阻抗R是否低于第一預(yù)定值Rl。通過該構(gòu)造，當(dāng)燃料電池20干涸時(shí)，使用校正表數(shù)據(jù)，能估算陰極背壓-輸出特性曲線。注意，在第三實(shí)施例中，在液泛狀態(tài)和干涸狀態(tài)兩者中，均使用相同的校正表數(shù)據(jù)，但相反，也可以使用具有由正常表數(shù)據(jù)確定的、與陰極背壓-輸出特性曲線不同的差的單獨(dú)的校正表數(shù)據(jù)。
[0099]此外，在第三實(shí)施例中，在阻抗R的基礎(chǔ)上，做出有關(guān)燃料電池20液泛還是干涸的確定，但相反，作為第三實(shí)施例的第四改進(jìn)例子，可以在由溫度傳感器2c檢測的燃料電池20的溫度的基礎(chǔ)上，做出有關(guān)燃料電池20被液泛還是干涸的確定。通過第四改進(jìn)例子，獲得與第三實(shí)施例類似的效果。
[0100]此外，在第三實(shí)施例及其各個(gè)改進(jìn)例子中，第一實(shí)施例的步驟S170由圖7中所示的處理代替，但相反，作為第三實(shí)施例的第五改進(jìn)例子，第二實(shí)施例的步驟S170(圖4)可以由圖7中所示的處理代替。根據(jù)第五改進(jìn)例子，獲得與第二實(shí)施例類似的效果，此外，即使當(dāng)燃料電池20液泛或干涸時(shí)，也能更可靠地確保所需輸出TW。
[0101]第四實(shí)施例
[0102]根據(jù)第四實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)不同于根據(jù)第三實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)10之處僅在于由控制單元執(zhí)行的特性曲線估算處理，所有其他軟件和硬件構(gòu)造均相同。由于第四實(shí)施例的硬件構(gòu)造與第三實(shí)施例相同，因此，與第一實(shí)施例相同，與用在第一實(shí)施例中相同的參考符號被分配給下述描述中的組成元件。
[0103]圖9是示出根據(jù)第四實(shí)施例的特性曲線估算處理的流程圖。代替步驟S170的處理，在圖2所示的陰極背壓控制處理期間，由控制單元60執(zhí)行該特性曲線估算處理。如圖9所示，當(dāng)處理開始時(shí)，確定有關(guān)燃料電池20是否處于空閑狀態(tài)(步驟S410)?？臻e狀態(tài)是燃料電池20接收空閑負(fù)荷的狀態(tài)?？臻e負(fù)荷的大小接近在開路(OC)狀態(tài)中接收的負(fù)荷。在該實(shí)施例中，通過確定由電壓傳感器2b檢測的電壓在至少預(yù)時(shí)刻間內(nèi)，是否連續(xù)地高于預(yù)定電壓，做出有關(guān)燃料電池20是否處于空閑狀態(tài)的確定。其中，當(dāng)確定燃料電池20不處于空閑狀態(tài)時(shí)，使用正常表數(shù)據(jù)，估算陰極背壓-輸出特性曲線(步驟S420)。步驟S420的處理與圖7中的步驟S320的處理相同，正常表數(shù)據(jù)的值也相同。
[0104]另一方面，當(dāng)在步驟S410確定燃料電池20處于空閑狀態(tài)時(shí)，使用校正表數(shù)據(jù)，估算陰極背壓-輸出特性曲線(步驟S430)。步驟S430的處理基本上與圖7中的步驟S330的處理相同，因此，如圖8所示，使用相對于正常表數(shù)據(jù)的曲線Cl、C2、C3，具有表示減小的輸出的曲線的校正表數(shù)據(jù)，估算陰極背壓-輸出特性曲線。圖8中所示的曲線C1’、C2’、C3’是對應(yīng)于液泛狀態(tài)或干涸狀態(tài)的陰極背壓-輸出特性曲線。因此，用在步驟S430中的校正表數(shù)據(jù)的曲線Cl’、C2’、C3’在形狀上不同于用在步驟S330中的校正表數(shù)據(jù)的曲線Cl’、C2’、C3’。更具體地說，用在步驟S430中的校正表數(shù)據(jù)與空閑狀態(tài)匹配，因此，取與用在圖7的步驟S320中的校正表數(shù)據(jù)不同的值。然而，如上所述，校正表數(shù)據(jù)表示相對于正常表數(shù)據(jù)的曲線Cl、C2、C3，具有減小的輸出的曲線。
[0105]通過具有上述構(gòu)造的、根據(jù)第四實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)，與根據(jù)第一實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)10類似，能更可靠地確保所需輸出TW，因此，能提高發(fā)電性能。此外，獲得下述效果。在空閑狀態(tài)中，以高電壓連續(xù)地執(zhí)行發(fā)電，因此，鉑的氧化物膜量增加，然后處于固定量，導(dǎo)致鉑利用率下降。在第四實(shí)施例中，通過使用校正表數(shù)據(jù)，增加陰極背壓，能校正由鉑利用率降低而導(dǎo)致的輸出降低，因此，能更可靠地確保所需輸出TW。因此，能更進(jìn)一步地提尚發(fā)電性能。
[0106]注意，在第四實(shí)施例中，第一實(shí)施例的步驟S170由圖9的處理代替，但相反，作為第四實(shí)施例的第一改進(jìn)例子，可以由圖9中所示的處理代替第二實(shí)施例的步驟S170(圖4)。根據(jù)第一改進(jìn)例子，能獲得與第二實(shí)施例類似的效果，此外，即使在空閑狀態(tài)期間，也能更可靠地確保所需輸出。
[0107]此外，作為第四實(shí)施例的第二改進(jìn)例子，可以由如圖10所示，確定有關(guān)燃料電池20是否處于間歇操作條件(步驟S510)的構(gòu)造，代替第四實(shí)施例的第一改進(jìn)例子中的步驟S410的處理。在間歇地重復(fù)起動和停止對燃料電池20的反應(yīng)氣體(氧化劑氣體和燃料氣體)供給的間歇操作條件中，連續(xù)地保持低電壓。因此，鉑的氧化物膜量減少，然后處于固定量，由此，鉑利用率增加到約100%。因此，當(dāng)在步驟S510，確定燃料電池20處于間歇操作條件時(shí)，使用正常表數(shù)據(jù)，估算陰極背壓-輸出特性曲線，與圖9的步驟S420類似。另一方面，當(dāng)在步驟S510，確定燃料電池20不處于間歇操作條件時(shí)，使用校正表數(shù)據(jù)，估算陰極背壓-輸出特性曲線，與圖9的步驟S430類似。這樣做，能更可靠地確保所需輸出TW。
[0108]第五實(shí)施例
[0109]在根據(jù)第一至第四實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)中，在預(yù)定時(shí)刻，執(zhí)行從檢測陰極背壓靈敏度S擴(kuò)展到估算陰極背壓-輸出特性曲線的處理，由此，通過參考陰極背壓-輸出特性曲線，計(jì)算對應(yīng)于所需輸出TW的目標(biāo)陰極背壓TP。在替代構(gòu)造中，可以在預(yù)定期間內(nèi)，諸如一天或一周，連續(xù)地使用所估算的陰極背壓-輸出特性曲線。該構(gòu)造用在根據(jù)第五實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)中。在將第五實(shí)施例應(yīng)用于第一實(shí)施例的情況下，例如，當(dāng)在圖2的步驟S170，首先獲得陰極背壓-輸出特性曲線，將所估算的陰極背壓-輸出特性曲線存儲在非易失存儲器，例如，即使在關(guān)閉燃料電池系統(tǒng)的電源后，也能保持其存儲內(nèi)容的、包括在控制單元60中的可擦除可騙程只讀存儲器(EPROM)中時(shí)，并且在該預(yù)定期間內(nèi)，在陰極背壓控制處理期間，僅執(zhí)行圖2的步驟S180至S192。換句話說，在步驟S190，使用在EPROM中存儲的陰極背壓-輸出特性曲線，計(jì)算目標(biāo)陰極背壓TP。在預(yù)定期間經(jīng)過后，通過執(zhí)行圖2的步驟SllO至S194，更新陰極背壓-輸出特性曲線，由此，在整個(gè)下一預(yù)定期間，使用更新的陰極背壓-輸出特性曲線。
[0110]如上所述，在陰極背壓靈敏度S的基礎(chǔ)上確定的陰極背壓-輸出特性曲線對應(yīng)于鉑表面積，因此，通常在幾天當(dāng)中，不會極大改變。因此，通過根據(jù)第五實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)，同樣地能高精度地計(jì)算目標(biāo)陰極背壓TP。此外，每預(yù)定期間，僅需要計(jì)算陰極背壓-輸出特性曲線一次，使得提高處理的響應(yīng)性。注意，第五實(shí)施例的構(gòu)造同樣地可應(yīng)用于第二至第四實(shí)施例的任何一個(gè)以及第一實(shí)施例。
[0111]第六實(shí)施例
[0112]接著，將描述第六實(shí)施例。第六實(shí)施例具有與第一實(shí)施例相同的硬件構(gòu)造，因此，在下述描述中，與第一實(shí)施例相同的參考符號被分配給各個(gè)組件。在第一實(shí)施例中，通過預(yù)先在表數(shù)據(jù)中定制多個(gè)陰極背壓-輸出特性曲線，然后在陰極背壓靈敏度S的基礎(chǔ)上，選擇一個(gè)陰極背壓-輸出特性曲線，估算陰極背壓-輸出特性曲線。另一方面，在第六實(shí)施例中，使用用于確定電流密度的公式，估算陰極背壓-輸出特性曲線。首先，將考慮由燃料電池20生成的電流密度。由下述等式(I)，確定電流密度。
[0113]i = Apt10 (1- θ ) (P02/Pref) exp (- a F n /RT)…(I)
[0114]其中，“i”是電流密度，“APt”是陰極鉑表面積，“i</’是陰極交流電流密度，“ Θ ”是氧化物膜率，-P02^是所需氧氣分壓，“Pm”是基準(zhǔn)氧濃度，“ α ”是電荷轉(zhuǎn)移系數(shù)，“F”是法拉第常數(shù)，“ η ”是陰極過電壓，“R”是氣體常數(shù)，并且“Τ”是燃料電池溫度。
[0115]在等式(I)中，能由在第一實(shí)施例中確定的陰極背壓靈敏度S的估算，獲得陰極鉑表面積Apt的值。如在第一實(shí)施例中所述，根據(jù)鉑表面積，陰極背壓-輸出特性曲線的形狀會改變，因此，由陰極背壓靈敏度S估算其形狀。因此，估算陰極背壓-輸出特性曲線等效于估算陰極鉑表面積。陰極交流電流密度L的值是在燃料電池的設(shè)計(jì)階段確定的固定值。
[0116]氧化物膜率Θ是未知值。值(1- Θ )表示鉑利用率。如上所述，嚴(yán)格地說，由氧化物膜狀態(tài)和液泛狀態(tài)，確定鉑利用率，但在第六實(shí)施例中，值(l-θ)表示假定未發(fā)生液泛的鉑利用率。因此，當(dāng)鉑利用率(l-θ)還未知時(shí)，執(zhí)行刷新處理來清除氧化物膜(氧化物膜率Θ = O)，因此，將鉑利用率(l-θ)設(shè)定在已知值。
[0117]通過將由壓力傳感器3b檢測的陰極背壓P乘以預(yù)定氧氣比率(例如0.21)，獲得所需氧氣分壓Pffi的值。基準(zhǔn)氧濃度P…的值是基準(zhǔn)狀態(tài)中的氧濃度，通常使用100 (kpa-abs)。注意，“kpa_abs”是表示絕對壓力的單位。電荷轉(zhuǎn)移系數(shù)α、法拉第常數(shù)F和氣體常數(shù)T分別取固定值。通過從開路電壓(OCV)減去實(shí)際電壓，獲得陰極過電壓η的值?！皩?shí)際電壓”是由電壓傳感器2b獲得的單一電池的電壓。由溫度傳感器2c獲得燃料電池溫度T。
[0118]圖11是示出根據(jù)第六實(shí)施例的特性曲線估算處理的流程圖。在第六實(shí)施例中，執(zhí)行與圖2中所示的、第一實(shí)施例的陰極背壓控制處理基本上相同的處理，但是由該特性曲線估算處理代替圖2中的步驟S170的處理。換句話說，除步驟S170外，根據(jù)第六實(shí)施例的陰極背壓控制處理與根據(jù)第一實(shí)施例的陰極背壓控制處理相同。
[0119]如圖11所示，當(dāng)該處理開始時(shí)，首先，控制單元60從溫度傳感器2c獲得燃料電池溫度T (步驟S610)。接著，控制單元60從電壓傳感器2b獲得電池電壓V，并且通過從OCV減去電池電壓V，確定陰極過電壓(步驟S620)。接著，控制單元60在圖2的步驟S160確定的陰極背壓靈敏度S的基礎(chǔ)上，確定陰極鉑表面積Apt (步驟S630)。如上所述，能由陰極背壓靈敏度S計(jì)算陰極鉑表面積Apt。
[0120]接著，控制單元60確定鉑利用率是否已知(步驟S640)。如上所述，在空閑(避免0C)操作后，以低電壓(高電壓)發(fā)電后，鉑的氧化物膜量處于固定量(大側(cè))，因此，Θ的值基本上為零，在這種情況下，已知鉑利用率。此外，在例如間歇操作(自然電壓降)后，在某一固定電壓范圍(低電壓)中發(fā)電后，鉑膜量處于固定量(小側(cè))，因此，Θ取例如0.5的值，在這種情況下，鉑利用率已知。因此，通過確定是否已經(jīng)在低電壓(高電壓)向發(fā)電或在是否已經(jīng)在固定電壓范圍(低電壓)中發(fā)電，做出步驟S640的有關(guān)鉑利用率是否已知的確定。
[0121]當(dāng)在步驟S640確定鉑利用率未知時(shí)，控制單元60使處理進(jìn)行到步驟S650，其中，執(zhí)行刷新處理，然后，從頭執(zhí)行圖2的陰極背壓控制。執(zhí)行刷新處理來去除陰極催化劑層的鉑氧化物膜。更具體地說，通過DC/DC轉(zhuǎn)換器51，使燃料電池20的電池電壓降低到預(yù)先設(shè)定的閾值，作為恢復(fù)目標(biāo)電壓。然后，使轉(zhuǎn)換器命令電壓保持在該閾值，使得吹走氧化劑氣體，使氧氣利用率達(dá)到或超出100%，因此，消除由DC/DC轉(zhuǎn)換器51產(chǎn)生的電壓降。這樣做，使燃料電池20的電池電壓降低到降低區(qū)，由此，能減少和去除Pt催化劑的表面上的氧化物膜。注意，通過完全打開背壓調(diào)節(jié)閥Al和最大化空氣壓縮機(jī)31的電動機(jī)Ml的轉(zhuǎn)速，吹走氧化劑氣體。
[0122]另一方面，當(dāng)在步驟S640確定鉑利用率已知時(shí)，控制單元60使用等式(I)，估算陰極背壓-輸出特性曲線(步驟S660)。如上所述，等式(I)中的變量是陰極鉑表面積APt、氧化物膜率Θ、所需氧氣分壓Pre、陰極過電壓Tl和燃料電池溫度T，并且在步驟S610至S650中確定這些變量，除所需氧氣分壓Pq2外。因此，控制單元60通過將在步驟S610至S650中確定的各個(gè)變量插入等式(I)中，確定所需氧氣分壓Pffi與電流密度i之間的對應(yīng)關(guān)系。然后，通過將所需氧氣分壓Pffi轉(zhuǎn)換成陰極背壓P并且將電流密度i轉(zhuǎn)換成輸出W，由該對應(yīng)關(guān)系，確定陰極背壓-輸出特性曲線。在執(zhí)行步驟S660后，暫時(shí)終止特性曲線估算處理。
[0123]因此，通過根據(jù)第六實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)，與根據(jù)第一實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)10類似，能更可靠地確保所需輸出TW，因此，能提高發(fā)電性能。此外，通過根據(jù)第六實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)，使用公式，確定陰極背壓-輸出特性曲線，因此，不必在存儲器中預(yù)定定制映射多個(gè)陰極背壓-輸出特性曲線的表數(shù)據(jù)。因此，能節(jié)省存儲資源。
[0124]注意，在第六實(shí)施例中，由圖11的處理代替第一實(shí)施例的步驟S170，但相反，作為第六實(shí)施例的改進(jìn)例子，可以由圖11的處理代替第二實(shí)施例的步驟S170(圖4)。根據(jù)該改進(jìn)例子，獲得與第二實(shí)施例類似的效果，此外，能節(jié)省存儲資源。
[0125]第七實(shí)施例
[0126]根據(jù)第七實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)具有與根據(jù)第六實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)10相同的硬件構(gòu)造，并且由控制單元執(zhí)行的陰極背壓控制處理(圖2，圖11)也相同。根據(jù)第七實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)不同于根據(jù)第六實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)10之處在于進(jìn)一步包括作為軟件的濕度控制處理。注意，因?yàn)榈谄邔?shí)施例的硬件構(gòu)造與第一實(shí)施例相同，將與第一實(shí)施例相同的參考符號分配給下述描述中的各個(gè)組件。
[0127]圖12是示出根據(jù)第七實(shí)施例的濕度控制處理的流程圖。在陰極背壓控制處理的步驟S192(圖2，圖11)中，在執(zhí)行將陰極背壓P控制到目標(biāo)陰極背壓TP的處理后，開始濕度控制處理。當(dāng)該處理開始時(shí)，首先，控制單元60執(zhí)行從壓力傳感器3b獲得陰極背壓P的處理(步驟S710)。接著，控制單元60獲得燃料電池20的實(shí)際輸出W(步驟S720)。更具體地說，控制單元60通過分別從電流傳感器2a和電壓傳感器2b獲得電流和電壓，然后，使電流與電壓相乘，將輸出電力確定為輸出W。
[0128]接著，控制單元60比較實(shí)際陰極背壓靈敏度與估算的陰極背壓靈敏度S，并且將實(shí)際輸出絕對值與估算輸出絕對值進(jìn)行比較，以便確定實(shí)際陰極背壓靈敏度是否與所估算的陰極背壓靈敏度匹配以及實(shí)際輸出絕對值是否與估算的輸出絕對值匹配(步驟S730)。從在步驟S710獲得的實(shí)際陰極背壓P和在步驟S720獲得的實(shí)際輸出W，得出實(shí)際陰極背壓靈敏度和實(shí)際輸出絕對值。由在圖2的陰極背壓控制處理(更具體地說，在圖11的步驟S760中確定)中估算的陰極背壓-輸出特性曲線，確定所估算的陰極背壓靈敏度S和所估算的輸出絕對值。其中，“匹配”不僅包括值完全相同的情形，而且包括值在可容許范圍內(nèi)偏差的情形。如上所述，陰極背壓靈敏度是表示相對于陰極背壓P，燃料電池的輸出W的變化的特性曲線上，在預(yù)定時(shí)刻(例如，開始增加陰極背壓的時(shí)刻)時(shí)的斜率。輸出絕對值是在預(yù)定時(shí)刻，特性曲線上的輸出W的絕對值。
[0129]當(dāng)在步驟S730確定實(shí)際陰極背壓靈敏度與所估算的陰極背壓靈敏度匹配并且實(shí)際輸出絕對值與所估算的輸出絕對值匹配時(shí)，暫時(shí)終止陰極背壓控制處理。另一方面，當(dāng)在步驟S730確定實(shí)際陰極背壓靈敏度與所估算的陰極背壓靈敏度不匹配和/或?qū)嶋H輸出絕對值與所估算的輸出絕對值不匹配時(shí)，確定在燃料電池20中出現(xiàn)液泛，因此，執(zhí)行液泛避免處理(步驟S740)。
[0130]如上所述，通過氧化物膜狀態(tài)和液泛狀態(tài)，確定鉑利用率，并且在第六實(shí)施例中，假定液泛未發(fā)生，執(zhí)行陰極背壓控制處理另一方面，。在第七實(shí)施例中，代替假定液泛未發(fā)生，當(dāng)由實(shí)際陰極背壓P和實(shí)際輸出W得出的實(shí)際陰極背壓靈敏度和實(shí)際輸出絕對值偏離由在陰極背壓控制處理中估算的陰極背壓-輸出特性曲線確定的所估算的陰極背壓靈敏度S和所估算的輸出絕對值時(shí)，確定液泛發(fā)生，在這種情況下，執(zhí)行液泛避免處理。換句話說，當(dāng)在步驟S730確定實(shí)際陰極背壓靈敏度與所估算的陰極背壓靈敏度不匹配和/或?qū)嶋H輸出絕對值與所估算的輸出絕對值不匹配時(shí)，執(zhí)行液泛避免處理。
[0131]執(zhí)行步驟S740的液泛避免處理來將由加濕模塊33施加的加濕量降低到正常條件以下。注意，液泛避免處理不必限定到該構(gòu)造，而是可以通過另一方法，諸如增加燃料電池20的內(nèi)部溫度來執(zhí)行。更具體地說，在承載流過燃料電池的內(nèi)部的制冷劑的制冷劑流路通過在散熱風(fēng)扇旁提供的散熱器的情況下，通過停止散熱風(fēng)扇，增加內(nèi)部溫度。
[0132]如上所述，燃料電池的輸出與有效鉑表面積成比例，通過鉑利用率和鉑表面積，確定有效鉑表面積。因此，在下文中，將描述當(dāng)鉑利用率和鉑表面積的各個(gè)大小改變時(shí)，陰極背壓-輸出特性曲線取決于液泛是否發(fā)生而改變的方式。
[0133]圖13是示出在各種條件下，取決于液泛存在與否，陰極背壓-輸出特性曲線的變化的示例圖。條件是高低鉑利用率以及大小鉑表面積的各個(gè)組合。
[0134]當(dāng)鉬利用率尚并且有效鉬表面積大時(shí)，如圖13A所不，不管存在(虛線)還是不存在(實(shí)線)液泛，陰極背壓靈敏度(斜率)均不改變，而當(dāng)液泛存在時(shí)，輸出絕對值小于當(dāng)液泛不存在時(shí)。當(dāng)鉑利用率高并且有效鉑表面積小時(shí)，如圖13B所示，當(dāng)液泛存在時(shí)，陰極背壓靈敏度(斜率)和輸出絕對值均小于當(dāng)液泛不存在時(shí)。當(dāng)鉑利用率低并且有效鉑表面積大時(shí)，如圖13C所示，當(dāng)液泛存在時(shí)，陰極背壓靈敏度(斜率)和輸出絕對值均小于當(dāng)液泛不存在時(shí)。當(dāng)鉑利用率低并且有效鉑表面積小時(shí)，如圖13D所示，與液泛存在(虛線)還是不存在(實(shí)線)無關(guān)，輸出絕對值不會極大改變，而當(dāng)液泛存在時(shí)，陰極背壓靈敏度(斜率)小于當(dāng)液泛不存在時(shí)。
[0135]因此，很顯然，通過將液泛不存在時(shí)的陰極背壓靈敏度(斜率)和輸出絕對值的各個(gè)值與當(dāng)液泛存在時(shí)的值進(jìn)行比較，即使當(dāng)鉑利用率和鉑表面積的各自大小改變時(shí)，也能在比較結(jié)果的至少一個(gè)的基礎(chǔ)上，確定液泛的存在。
[0136]通過具有上述構(gòu)造，根據(jù)第七實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)，與根據(jù)第六實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)類似，能更可靠地確保所需輸出TW，能提高發(fā)電性能。此外，通過根據(jù)第七實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)，通過避免液泛，能處理液泛發(fā)生時(shí)的情形，使得進(jìn)一步改進(jìn)發(fā)電性能。
[0137]注意，在第七實(shí)施例中，與第六實(shí)施例類似，由圖11的處理代替第一實(shí)施例的步驟S170，但相反，作為第七實(shí)施例的改進(jìn)例子，可以由圖11所示的處理，代替第二實(shí)施例的步驟S170(圖4)。根據(jù)該改進(jìn)例子，獲得與第二實(shí)施例類似的效果，此外，能節(jié)省存儲資源，并且通過避免液泛，能實(shí)現(xiàn)發(fā)電性能的進(jìn)一步提高。
[0138]此外，在第七實(shí)施例中，使用公式，確定陰極背壓-輸出特性曲線，但與第一實(shí)施例類似，在存儲器中預(yù)先定制映射多個(gè)陰極背壓-輸出特性曲線的表數(shù)據(jù)的構(gòu)造，并且在陰極背壓靈敏度S的基礎(chǔ)上，由此選擇所需的陰極背壓-輸出特性曲線，或換句話說，相反，可以采用圖2的步驟S170的初始構(gòu)造。同樣地，通過該構(gòu)造，能避免液泛，實(shí)現(xiàn)發(fā)電性能的進(jìn)一步提尚。
[0139]第八實(shí)施例
[0140]根據(jù)第八實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)具有與根據(jù)第一實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)10相同的硬件構(gòu)造。注意，在下述描述中，將與第一實(shí)施例相同的參考符號分配給硬件的各個(gè)組件。在第八實(shí)施例中，與通過單一控制過程，提高蓄電池52的狀態(tài)同時(shí)，確保燃料電池的輸出。由控制單元60執(zhí)行該總控制。
[0141]圖14是示出根據(jù)第八實(shí)施例的總控制處理的流程圖。以預(yù)時(shí)刻間間隔，由控制單元60重復(fù)地執(zhí)行該總控制處理。如該圖所示，當(dāng)處理開始時(shí)，控制單元60執(zhí)行檢測和估算燃料電池20和蓄電池52的各自的狀態(tài)的處理(步驟S810)。例如，控制單元60通過由其阻抗值估算燃料電池20中的水分量，并且由該水分量確定燃料電池20干涸還是液泛，檢測燃料電池20的狀態(tài)。此外，例如，控制單元60通過從起動期間獲得的電壓測量確定蓄電池52的劣化狀態(tài)，檢測蓄電池52的狀態(tài)。
[0142]接著，控制單元60在步驟S810估算的燃料電池20和蓄電池52的狀態(tài)的基礎(chǔ)上，確定蓄電池的SOC的適當(dāng)范圍(步驟S820)?！癝0C”是表示蓄電池中的剩余電力量的指標(biāo)，并且在此定義為當(dāng)完全充電蓄電池時(shí)，通過將蓄電池52中剩余的電量除以在蓄電池中儲存的電量獲得的值。注意，蓄電池的SOC可以定義為可充電量，而不是剩余容量。“適當(dāng)范圍”是能有效地使用蓄電池52的范圍。適當(dāng)范圍根據(jù)燃料電池20的狀態(tài)和蓄電池52的狀態(tài)而改變。當(dāng)燃料電池20的內(nèi)部狀態(tài)劣化時(shí)，使適當(dāng)范圍設(shè)定成更高值。
[0143]接著，控制單元60執(zhí)行讀取蓄電池52的SOC的處理(步驟S830)。更具體地說，在由蓄電池電流傳感器(未示出)檢測的蓄電池52的充/放電電流的基礎(chǔ)上，計(jì)算S0C。接著，控制單元60確定在步驟S830中獲得的SOC是否在步驟S820獲得的適當(dāng)范圍內(nèi)(步驟S840)。當(dāng)在步驟S840中確定SOC不在適當(dāng)范圍內(nèi)時(shí)，確定使蓄電池52的SOC轉(zhuǎn)變到適當(dāng)范圍內(nèi)所需的充/放電量(步驟S850)。
[0144]在執(zhí)行步驟S850后，控制單元60確定燃料電池20所需的所需輸出TW達(dá)到由在步驟S850中確定的蓄電池充/放電量升高(增加)的大小所需的陰極背壓和陰極流量的變化(變化量)(步驟S860)?！瓣帢O流量”是供給到燃料電池20的氧化劑氣體的流量。
[0145]圖15是示出在執(zhí)行陰極背壓控制處理期間，陰極背壓P和陰極流量L之間的對應(yīng)關(guān)系的圖。當(dāng)下壓加速器踏板80，使得操作條件從點(diǎn)Xa轉(zhuǎn)變到點(diǎn)Xb時(shí)，通過根據(jù)第一實(shí)施例的陰極背壓控制處理，沿由圖中的箭頭α表示的路徑，轉(zhuǎn)變操作條件。根據(jù)第八實(shí)施例，另一方面，沿由圖中的箭頭β表示的路徑，轉(zhuǎn)變操作條件。換句話說，如由箭頭β所示，使陰極流量L的增量與陰極背壓P的增量的比率控制到大于由箭頭α所示的第一實(shí)施例的比率。
[0146]圖16是示出燃料電池20的陰極背壓P、陰極流量L和輸出W的變化的時(shí)序圖。假定在時(shí)刻tl下壓加速器踏板80，使得燃料電池20的輸出W在時(shí)刻t2達(dá)到所需輸出TW。時(shí)刻tl的時(shí)刻對應(yīng)于圖15中的點(diǎn)Xa，并且時(shí)刻t2的時(shí)刻對應(yīng)于圖15中的點(diǎn)Xb。圖中的虛線表示根據(jù)第一實(shí)施例的變化，而圖中的實(shí)線表示根據(jù)第八實(shí)施例的變化。
[0147]如該圖所示，在從時(shí)刻tl到時(shí)刻t2的過渡期間，根據(jù)第一實(shí)施例的陰極背壓P改變，使得隨時(shí)間暫時(shí)增加，而根據(jù)第八實(shí)施例的陰極背壓P改變，使得以相對于第一實(shí)施例的延遲增加。然而，注意，在第一實(shí)施例和第八實(shí)施例中，陰極背壓P達(dá)到實(shí)現(xiàn)所需輸出TW所需的目標(biāo)陰極背壓TP的時(shí)刻t2是相同的。同時(shí)，根據(jù)第八實(shí)施例的陰極流量L改變，使得比第一實(shí)施例更早地增加，陰極流量L達(dá)到實(shí)現(xiàn)所需輸出TW所需的目標(biāo)陰極流量TL的時(shí)刻設(shè)定在時(shí)刻t3，早于根據(jù)第一實(shí)施例的、陰極流量L達(dá)到該目標(biāo)陰極流量TL的時(shí)刻
t2o
[0148]根據(jù)第八實(shí)施例的輸出W的變化如圖所示，并且燃料電池20的輸出W達(dá)到所需輸出TW的時(shí)刻設(shè)定在時(shí)刻t4，早于根據(jù)第一實(shí)施例的時(shí)刻t2。換句話說，輸出W達(dá)到所需輸出TW的時(shí)刻早于陰極背壓P達(dá)到目標(biāo)陰極背壓TP的時(shí)刻t2。該圖中的陰影部分表示通過將輸出W達(dá)到所需輸出TW的時(shí)刻提前獲得的、相對于第一實(shí)施例的電力增量Wadd。將電力增量Wadd定義成匹配在步驟S850中確定的蓄電池充/放電量。換句話說，在圖14的步驟S860中，確定改變陰極背壓P和陰極流量L的方式(變化速度/延遲時(shí)間)，使得輸出W如圖15和16所示變化。
[0149]在執(zhí)行步驟S860后，控制單元60執(zhí)行陰極背壓控制處理(步驟S870)和陰極流量控制處理(步驟S880)。在陰極背壓控制處理和陰極流量控制處理中，根據(jù)步驟S860中確定的變化方式，控制陰極背壓P和陰極流量L。通過與第一實(shí)施例相同的處理例程，實(shí)現(xiàn)陰極背壓控制處理。注意，可以由根據(jù)第二實(shí)施例的陰極背壓控制處理，代替根據(jù)第一實(shí)施例的陰極背壓控制處理。在陰極流量控制處理中，通過改變用于空氣壓縮機(jī)31的電動機(jī)Ml的轉(zhuǎn)速，控制陰極流量。在該圖中，在執(zhí)行步驟S870后，執(zhí)行步驟S880，但這是為了示例方便，實(shí)際上，可以并行地執(zhí)行步驟S870和步驟S880。
[0150]在執(zhí)行步驟S870和步驟S880后，暫時(shí)終止總控制處理。另一方面，當(dāng)在步驟S840中確定SOC在適當(dāng)范圍內(nèi)時(shí)，處理進(jìn)行到步驟S870以便執(zhí)行陰極背壓控制處理和陰極流量控制處理，而不執(zhí)行步驟S850和S860。
[0151]通過具有上述構(gòu)造的、根據(jù)第八實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)，與根據(jù)第一實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)10類似，能更可靠地確保所需輸出TW，因此，能提高發(fā)電性能。此外，通過根據(jù)第八實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)，在比陰極背壓P達(dá)到目標(biāo)陰極背壓TP的時(shí)刻更早的時(shí)刻，燃料電池的輸出W達(dá)到所需輸出TW，因此，能獲得對應(yīng)于電力增量Wadd的剩余電力。然后，通過該剩余補(bǔ)償蓄電池充/放電量。因此，在整個(gè)燃料電池系統(tǒng)中，能保持電力的需求和供給之間的平衡。
[0152]注意，在第八實(shí)施例中，當(dāng)SOC偏離適當(dāng)范圍時(shí)，確定蓄電池處于不良狀態(tài)中，但本發(fā)明不必限定于此?？梢杂闪硪粻顟B(tài)確定蓄電池處于不良狀態(tài)中，只要當(dāng)該蓄電池處于不良狀態(tài)時(shí)，在較早時(shí)刻增加陰極流量L以便提供改進(jìn)蓄電池的狀態(tài)所需的輔助電力。
[0153]此外，改變陰極背壓P和陰極流量L的方式不限于圖15和16所示的模式，而是只要與第一實(shí)施例相比，獲得電力增量Wadd，變化速度和延遲時(shí)間可以不同于圖15和16所不O
[0154]第九實(shí)施例
[0155]根據(jù)第九實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)不同于根據(jù)第八實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)10之處僅在于由控制單元執(zhí)行的總控制處理，所有其他軟件和硬件構(gòu)造均相同。由于第九實(shí)施例的硬件構(gòu)造與第八實(shí)施例相同，因此與第一實(shí)施例也相同，將與第一實(shí)施例相同的參考符號分配給下述描述中的各個(gè)組件。
[0156]圖17是示出根據(jù)第九實(shí)施例的總控制處理的流程圖。以預(yù)時(shí)刻間間隔，由控制單元60重復(fù)地執(zhí)行總控制處理。該總控制處理包括與圖14所示的、根據(jù)第八實(shí)施例的總控制處理相同的步驟S810、S870和S880，但不同之處在于提供步驟S920至S930，代替圖14的步驟S820至S860。控制單元60在步驟S810估算的燃料電池20的狀態(tài)的基礎(chǔ)上，確定燃料電池20的狀態(tài)是否良好(步驟S920)。當(dāng)在此確定燃料電池的狀態(tài)不良時(shí)，確定陰極背壓和陰極流量的變化，使得燃料電池20所需的所需輸出TW達(dá)到由被操作來改進(jìn)燃料電池20的狀態(tài)的配件的動力量提高(增加)的大小(步驟S930)。其中，確定改變陰極背壓P和陰極流量L的方式(變化速度/延遲時(shí)間)，使得圖16中所示的電力增量Wadd與所操作的配件的動力匹配。
[0157]在執(zhí)行步驟S930后，控制單元60執(zhí)行陰極背壓控制處理(步驟S870)和陰極流量控制處理(步驟S880)。在陰極背壓控制處理和陰極流量控制處理中，根據(jù)步驟S930中確定的變化方式，控制陰極背壓P和陰極流量L。在執(zhí)行步驟S880后，暫時(shí)終止總控制處理。當(dāng)在步驟S920中確定燃料電池20的狀態(tài)良好時(shí)，另一方面，處理進(jìn)行到步驟S870，無需執(zhí)行步驟S930。
[0158]通過具有上述構(gòu)造的、根據(jù)第九實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)，與根據(jù)第一實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)10類似，能更可靠地確保所需輸出TW，因此，能提高發(fā)電性能。此外，通過根據(jù)第九實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)，在比陰極背壓P達(dá)到目標(biāo)陰極背壓TP的時(shí)刻更早的時(shí)刻，燃料電池的輸出W達(dá)到所需輸出TW，因此，能獲得對應(yīng)于電力增量Wadd的剩余電力。然后通過該剩余，補(bǔ)充配件的動力，該配件被操作以便改進(jìn)燃料電池20的狀態(tài)。因此，在整個(gè)燃料電池系統(tǒng)中，能保持電力的需求和供給之間的平衡。
[0159]第十實(shí)施例
[0160]根據(jù)第十實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)不同于根據(jù)第八實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)10之處僅在于由控制單元執(zhí)行的總控制處理，所有其他軟件和硬件構(gòu)造均相同。由于第十實(shí)施例的硬件構(gòu)造與第八實(shí)施例相同，因此，與第一實(shí)施例也相同，與用在第一實(shí)施例中的相同的參考符號被分配給下述描述中的各個(gè)組件。
[0161]圖18是示出根據(jù)第十實(shí)施例的總控制處理的流程圖。以預(yù)時(shí)刻間間隔，由控制單元60重復(fù)地執(zhí)行總控制處理。如圖所示，當(dāng)開始處理時(shí)，首先，控制單元60獲得阻抗R(步驟S1010)。通過將由電壓傳感器2b檢測的電壓除以由電流傳感器2a檢測的電流，獲得阻抗R。
[0162]接著，控制單元60確定所獲得的阻抗R是否大于第二預(yù)定值R2 (步驟S1020)并且確定阻抗R是否小于第一預(yù)定值Rl (〈R2)(步驟S1030)。第一預(yù)定值Rl和第二預(yù)定值R2取與第三實(shí)施例相同的值。當(dāng)在步驟S1020和S1030中確定阻抗R在從第一預(yù)定值Rl延伸到第二預(yù)定值R2的適當(dāng)范圍內(nèi)時(shí)(R2 < R < Rl) (S1020和S1030均是否定確定)，處理進(jìn)行到步驟S870。在步驟S870和S880中，以與圖14所示的第八實(shí)施例相同的方式，執(zhí)行陰極背壓控制處理和陰極流量控制處理。
[0163]另一方面，當(dāng)在步驟S1030中確定阻抗R小于第一預(yù)定值Rl時(shí)，確定水分量過大(即，確定發(fā)生液泛)，因此，控制單元60使處理進(jìn)行到步驟S1040。在步驟S1040中，控制單元60與第八和第九實(shí)施例類似，確定改變陰極背壓P和陰極流量L的方式(變化速度/延遲時(shí)間)，使得在比陰極背壓P達(dá)到目標(biāo)陰極背壓TP的時(shí)刻更早的時(shí)刻，陰極流量L達(dá)到陰極流量TL。使通過以這種方式，首先增加陰極流量L獲得的電力增量Wadd(圖16)與被操作以便改進(jìn)液泛狀態(tài)的配件的動力匹配。
[0164]同時(shí)，當(dāng)在步驟S1020中確定阻抗R大于第二預(yù)定值R2時(shí)，確定水分量過濾(即，確定燃料電池干涸)，因此，使處理進(jìn)行到步驟S1050。在步驟S1050，確定陰極控制方法，使得陰極背壓P達(dá)到目標(biāo)陰極背壓TP的時(shí)刻早于陰極流量L達(dá)到目標(biāo)陰極流量TL的時(shí)刻。換句話說，使陰極背壓P和陰極流量L之間的關(guān)系與第八實(shí)施例相反，使得改變陰極背壓P的方式與圖16中“陰極流量L”改變的方式匹配，并且改變陰極流量L的方式與圖16中“陰極背壓P”改變的方式匹配。相應(yīng)地，陰極流量L達(dá)到目標(biāo)陰極流量TL的時(shí)刻對應(yīng)于時(shí)刻t2，并且陰極背壓P達(dá)到目標(biāo)陰極背壓TP的時(shí)刻對應(yīng)于早于時(shí)刻t2的時(shí)刻t3。使以這種方式首先增加陰極背壓P獲得的電力增量與被操作以便改進(jìn)干涸狀態(tài)的配件的動力匹配。
[0165]在執(zhí)行步驟S1040或步驟S1050后，與當(dāng)在步驟S1030中做出否定判時(shí)刻類似，控制單元60使處理進(jìn)行到步驟S870。通過執(zhí)行步驟S870和S880，以在步驟S1040中確定的方式，改變陰極背壓P和陰極流量L。
[0166]通過具有上述構(gòu)造的、根據(jù)第十實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)，與根據(jù)第一實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)10類似，更可靠地確保所需輸出TW，因此，能提高發(fā)電性能。此外，通過根據(jù)第十實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)，在比陰極背壓P達(dá)到目標(biāo)陰極背壓TP的時(shí)刻更早的時(shí)刻，燃料電池的輸出W達(dá)到所需輸出TW，因此，能獲得對應(yīng)于電力增量Wadd的剩余電力。然后，通過該剩余，補(bǔ)充改進(jìn)液泛狀態(tài)所需的配件的動力。因此，在整個(gè)燃料電池系統(tǒng)中，能保持電力的需求和供給之間的平衡。此外，當(dāng)燃料電池干涸時(shí)，能改進(jìn)干涸狀態(tài)，因此，在整個(gè)燃料電池系統(tǒng)中，同樣地能維持電力的需求和供給之間的平衡。
[0167]注意，可以組合從第八實(shí)施例到第十實(shí)施例的各個(gè)實(shí)施例。更具體地，可以結(jié)合從第八實(shí)施例至第十實(shí)施例選擇的兩個(gè)實(shí)施例，或可以結(jié)合所有三個(gè)實(shí)施例。
[0168]本發(fā)明不限于上述的第一至第十實(shí)施例以及其改進(jìn)例子，在不背離其主題的范圍內(nèi)，可以以各種形式實(shí)現(xiàn)。例如，可以實(shí)現(xiàn)下述改進(jìn)。
[0169]改進(jìn)例子I
[0170]在上述實(shí)施例中，在從燃料電池20排出的氧化劑氣體的壓力(陰極背壓)的基礎(chǔ)上，確定用作壓力靈敏度的陰極背壓靈敏度S，但相反，可以在供給到燃料電池20的氧化劑氣體的壓力的基礎(chǔ)上，確定壓力靈敏度。還可以在燃料電池的單元中提供的氧化劑氣體流路中的氧化劑氣體的壓力的基礎(chǔ)上，確定壓力靈敏度。此外，可以在氧化劑氣體供給口和氧化劑氣體排放口之間的壓力差的基礎(chǔ)上，確定壓力靈敏度。
[0171]改進(jìn)例子2
[0172]在上述實(shí)施例中，燃料電池是固定高分子型燃料電池，但也可以是除固體高分子型燃料電池外的類型的燃料電池。
[0173]改進(jìn)例子3
[0174]在上述實(shí)施例中，應(yīng)用本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)安裝在車輛，諸如汽車中，但也可以安裝在各種運(yùn)動體(摩托車、輪船、飛行器、機(jī)器人等等)以及車輛中。此外，本發(fā)明不限于安裝在運(yùn)動體中的燃料電池系統(tǒng)，而是也可以應(yīng)用于固定燃料電池系統(tǒng)或便攜式燃料電池系統(tǒng)。
[0175]改進(jìn)例子4
[0176]在上述實(shí)施例和改進(jìn)例子中，由軟件實(shí)現(xiàn)的功能可以由諸如分立電子電路的硬件實(shí)現(xiàn)。
[0177]本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)為安裝有根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的車輛、用于使計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對應(yīng)于用于根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的控制方法的步驟的功能的計(jì)算機(jī)程序或存儲介質(zhì)等等。
【權(quán)利要求】
1.一種燃料電池系統(tǒng)，包括: 燃料電池； 氧化劑氣體供給單元，所述氧化劑氣體供給單元被配置成將氧化劑氣體供給到所述燃料電池的陰極電極；以及 氣體壓力控制單元，所述氣體壓力控制單元被配置成檢測所述燃料電池的輸出的變化與所述氧化劑氣體的壓力的變化的比率，作為氣體壓力靈敏度，基于所檢測的氣體壓力靈敏度，指定在所述氧化劑氣體的壓力與所述燃料電池的輸出之間的對應(yīng)關(guān)系，并且基于所指定的對應(yīng)關(guān)系，控制所述氧化劑氣體的壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述氣體壓力控制單元被配置成獲得所述燃料電池所需的所需輸出，通過將所述所需輸出與所述對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行比較，計(jì)算與所述所需輸出對應(yīng)的所述氧化劑氣體的壓力，作為目標(biāo)氣體壓力，并且將所述氧化劑氣體的壓力控制到所述目標(biāo)氣體壓力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃料電池系統(tǒng)，進(jìn)一步包括存儲表數(shù)據(jù)的存儲單元，在所述表數(shù)據(jù)中，在所述氧化劑氣體的壓力與所述燃料電池的輸出之間的對應(yīng)關(guān)系分別與所述氣體壓力靈敏度的各個(gè)值關(guān)聯(lián)， 其中，所述氣體壓力控制單元被配置成通過從所述表數(shù)據(jù)選擇與所檢測的氣體壓力靈敏度對應(yīng)的所述對應(yīng)關(guān)系，來指定在所述氧化劑氣體的壓力和所述燃料電池的輸出之間的所述對應(yīng)關(guān)系。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)，進(jìn)一步包括背壓調(diào)節(jié)閥，所述背壓調(diào)節(jié)閥被配置成調(diào)節(jié)從所述燃料電池的陰極電極出口排出的所述氧化劑氣體的壓力， 其中，所述氣體壓力控制單元被配置成通過調(diào)節(jié)所述背壓調(diào)節(jié)閥的開度，控制所述氧化劑氣體的壓力。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述氣體壓力控制單元被配置成在開始增加所述氧化劑氣體的壓力的時(shí)刻，檢測所述氣體壓力靈敏度并且指定在所述氧化劑氣體的壓力與所述燃料電池的輸出之間的所述對應(yīng)關(guān)系。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述氣體壓力控制單元被配置成在所述燃料電池的負(fù)荷開始轉(zhuǎn)變到具有預(yù)定負(fù)荷的操作點(diǎn)的時(shí)刻，檢測所述氣體壓力靈敏度并且指定在所述氧化劑氣體的壓力與所述燃料電池的輸出之間的所述對應(yīng)關(guān)系O
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)，其中， 所述燃料電池包括電極催化劑； 在所述氧化劑氣體的壓力與所述燃料電池的輸出之間的所述對應(yīng)關(guān)系包括第一對應(yīng)關(guān)系和第二對應(yīng)關(guān)系，所述第二對應(yīng)關(guān)系被設(shè)定成，使得與所述燃料電池的相同輸出對應(yīng)的、在所述第二對應(yīng)關(guān)系中的所述氧化劑氣體的壓力的大小大于在所述第一對應(yīng)關(guān)系中的所述氧化劑氣體的壓力的大小，并且 在相同所需輸出下獲得的陰極背壓的大小大于正常表數(shù)據(jù)的大小， 所述氣體壓力控制單元被配置成通過當(dāng)所述燃料電池不處于預(yù)定操作狀態(tài)中時(shí)選擇所述第一對應(yīng)關(guān)系，并且當(dāng)所述燃料電池處于所述預(yù)定操作狀態(tài)時(shí)選擇所述第二對應(yīng)關(guān)系，來指定所述對應(yīng)關(guān)系，在所述預(yù)定操作狀態(tài)中，包含在所述電極催化劑中的鉑的利用率減小。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述預(yù)定操作狀態(tài)是所述燃料電池的液泛狀態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述預(yù)定操作狀態(tài)是所述燃料電池的空閑狀態(tài)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中的任一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)，進(jìn)一步包括非易失存儲器，所述非易失存儲器被配置成在所述燃料電池系統(tǒng)的電源已經(jīng)被切斷后，繼續(xù)存儲由所述氣體壓力控制單元指定的、在所述氧化劑氣體的壓力和所述燃料電池的輸出之間的所述對應(yīng)關(guān)系， 其中，所述氣體壓力控制單元被配置成基于所述非易失存儲器中存儲的所述對應(yīng)關(guān)系，在預(yù)定期間內(nèi)控制所述氧化劑氣體的壓力。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)，進(jìn)一步包括液泛判定單元，所述液泛判定單元被配置成通過將特定氣體壓力靈敏度與實(shí)際氣體壓力靈敏度進(jìn)行比較，并且將特定輸出絕對值與實(shí)際輸出絕對值進(jìn)行比較，來判定所述燃料電池中是否發(fā)生液泛，所述特定氣體壓力靈敏度從由所述氣體壓力控制單元指定的、在所述氧化劑氣體的壓力與所述燃料電池的輸出之間的所述對應(yīng)關(guān)系確定，所述實(shí)際氣體壓力靈敏度從實(shí)際的所述氧化劑氣體的壓力和實(shí)際的所述燃料電池的輸出得出，所述特定輸出絕對值是所述特定氣體壓力靈敏度所對應(yīng)的輸出的絕對值。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述液泛判定單元被配置成，當(dāng)所述液泛判定單元判定液泛已經(jīng)發(fā)生時(shí)，執(zhí)行用于避免液泛的處理。
13.根據(jù)權(quán)利要求2至6中的任一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)，進(jìn)一步包括: 蓄電池；以及 氣體流量控制單元，所述氣體流量控制單元被配置成控制所述氧化劑氣體的流量，使得當(dāng)所述蓄電池處于預(yù)定狀態(tài)的同時(shí)，所述氣體壓力控制單元控制所述氧化劑氣體的壓力時(shí)，在比所述氧化劑氣體的壓力達(dá)到所述目標(biāo)氣體壓力的時(shí)刻更早的時(shí)刻，所述燃料電池的輸出達(dá)到所述所需輸出。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的燃料電池系統(tǒng)，進(jìn)一步包括SOC檢測單元，所述SOC檢測單元被配置成檢測所述蓄電池的充電狀態(tài)， 其中，當(dāng)所檢測的充電狀態(tài)偏離預(yù)定范圍時(shí)，所述蓄電池被判定為處于所述預(yù)定狀態(tài)。
15.根據(jù)權(quán)利要求2至6中的任一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)，進(jìn)一步包括氣體流量控制單元，所述氣體流量控制單元被配置成控制所述氧化劑氣體的流量，使得當(dāng)所述燃料電池處于預(yù)定狀態(tài)的同時(shí)，所述氣體壓力控制單元控制所述氧化劑氣體的壓力時(shí)，在比所述氧化劑氣體的壓力達(dá)到所述目標(biāo)氣體壓力的時(shí)刻更早的時(shí)刻，所述燃料電池的輸出達(dá)到所述所需輸出。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，當(dāng)在所述燃料電池中發(fā)生液泛時(shí)，所述燃料電池被判定為處于所述預(yù)定狀態(tài)中。
17.一種燃料電池系統(tǒng)，包括: 燃料電池； 氧化劑氣體供給單元，所述氧化劑氣體供給單元被配置成將氧化劑氣體供給到所述燃料電池的陰極電極； 氣體壓力控制單元，所述氣體壓力控制單元被配置成控制所述氧化劑氣體的壓力；以及 鉑表面積估算單元，所述鉑表面積估算單元被配置成檢測所述燃料電池的輸出的變化與所述氧化劑氣體的壓力的變化的比率，作為氣體壓力靈敏度，并且基于所檢測的氣體壓力靈敏度，估算所述陰極電極的鉑表面積。
18.—種用于燃料電池系統(tǒng)的控制方法，所述燃料電池系統(tǒng)包括燃料電池和被配置成將氧化劑氣體供給到所述燃料電池的陰極電極的氧化劑氣體供給單元，所述控制方法包括: 檢測所述燃料電池的輸出的變化與所述氧化劑氣體的壓力的變化的比率，作為氣體壓力靈敏度； 基于所檢測的氣體壓力靈敏度，指定在所述氧化劑氣體的壓力與所述燃料電池的輸出之間的對應(yīng)關(guān)系；以及 基于所指定的對應(yīng)關(guān)系，控制所述氧化劑氣體的壓力。
19.一種用于燃料電池系統(tǒng)的控制方法，所述燃料電池系統(tǒng)包括燃料電池和被配置成將氧化劑氣體供給到所述燃料電池的陰極電極的氧化劑氣體供給單元，所述控制方法包括: 控制所述氧化劑氣體的壓力； 檢測所述燃料電池的輸出的變化與所述氧化劑氣體的壓力的變化的比率，作為氣體壓力靈敏度；以及 基于所檢測的氣體壓力靈敏度，估算所述陰極電極的鉑表面積。
【文檔編號】H01M8/04GK104508887SQ201380037863
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月17日
【發(fā)明者】松末真明, 相武將典 申請人:豐田自動車株式會社