燃料電池系統(tǒng)以及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種燃料電池系統(tǒng)以及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]已知表示燃料電池的發(fā)電特性的IV特性根據(jù)燃料電池的溫度而發(fā)生變化。因此，能夠通過測量燃料電池的溫度來獲知燃料電池的IV特性。但是，燃料電池的溫度根據(jù)測量位置、濕潤狀態(tài)而發(fā)生變化，因此難以僅通過測量出的溫度來正確地獲知燃料電池的IV特性。
[0003]在日本JP2000-357526A中，公開了以下方法:檢測燃料電池的電流、電壓，基于檢測出的值來估計(jì)IV特性。
[0004]在日本JP2000-357526A中，對從燃料電池接受電力供給的負(fù)載進(jìn)行控制，改變從燃料電池取出的電流，根據(jù)此時(shí)的燃料電池的電壓與所取出的電流之間的關(guān)系來估計(jì)IV特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]但是，在極低溫環(huán)境下IV特性變得極差。因此，當(dāng)在極低溫環(huán)境下從燃料電池取出電流以估計(jì)IV特性時(shí)，有可能發(fā)生所謂的電壓下降、即燃料電池的電壓變得低于最小電壓。
[0006]本發(fā)明是為了解決這種問題而發(fā)明的，其目的在于抑制在極低溫環(huán)境下發(fā)生電壓下降的情況。
[0007]本發(fā)明的某個(gè)方式所涉及的燃料電池系統(tǒng)具備:燃料電池；外部負(fù)載，其被供給由燃料電池發(fā)電而產(chǎn)生的電力；輔機(jī)，其被供給由燃料電池發(fā)電而產(chǎn)生的電力；第一允許部，其在燃料電池的發(fā)電特性成為規(guī)定特性的情況下，允許從燃料電池向外部負(fù)載供給電力；暖機(jī)時(shí)控制部，其在第一允許部輸出允許之前，通過從燃料電池向輔機(jī)供給電力來進(jìn)行燃料電池的暖機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；估計(jì)部，其改變輔機(jī)的負(fù)載來以規(guī)定幅度改變從燃料電池取出的電流，并且基于伴隨著改變的燃料電池的發(fā)電電壓來估計(jì)上述發(fā)電特性；溫度檢測部，其檢測燃料電池的溫度；以及禁止部，其在燃料電池的溫度為第一規(guī)定溫度以下時(shí)，限制或者禁止估計(jì)部對發(fā)電特性的估計(jì)。
【附圖說明】
[0008]圖1是燃料電池系統(tǒng)的概要結(jié)構(gòu)圖。
[0009]圖2是表示燃料電池堆的IV特性的映射圖。
[0010]圖3是說明啟動(dòng)控制的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面，參照附圖來說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0012]使用圖1來說明本發(fā)明的實(shí)施方式。圖1是燃料電池系統(tǒng)100的概要結(jié)構(gòu)圖。
[0013]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、堆冷卻裝置4、電力系統(tǒng)5以及控制器6。
[0014]燃料電池堆I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，來發(fā)出驅(qū)動(dòng)車輛所需的電力。燃料電池堆I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。
[0015]正極氣體供排裝置2是向燃料電池堆I供給正極氣體、并且將從燃料電池堆I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、過濾器22、正極壓縮機(jī)23、正極氣體排出通路24以及正極氣體壓力調(diào)整閥25。
[0016]正極氣體供給通路21是流通向燃料電池堆I供給的正極氣體的通路。正極氣體供給通路21的一端連接于過濾器22，另一端連接于燃料電池堆I的正極氣體入口孔。
[0017]過濾器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。
[0018]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I。
[0019]正極氣體排出通路24是流通從燃料電池堆I排出的正極排氣的通路。正極氣體排出通路24的一端連接于燃料電池堆I的正極氣體出口孔，經(jīng)過正極氣體壓力調(diào)整閥25，另一端為開口端。
[0020]在此雖未進(jìn)行圖示，但是也可以在正極氣體供給通路21中設(shè)置加濕裝置以進(jìn)行燃料電池堆I的加濕。
[0021]負(fù)極氣體供排裝置3是向燃料電池堆I供給負(fù)極氣體、并且將從燃料電池堆I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、壓力調(diào)節(jié)閥33、負(fù)極氣體排出通路34以及放氣閥35。
[0022]高壓罐31將要向燃料電池堆I供給的負(fù)極氣體保持為高壓狀態(tài)來貯存。
[0023]負(fù)極氣體供給通路32是用于從高壓罐31向燃料電池堆I供給負(fù)極氣體的通路。負(fù)極氣體供給通路32的一端連接于高壓罐31，另一端連接于燃料電池堆I的負(fù)極氣體入口孔。
[0024]壓力調(diào)節(jié)閥33設(shè)置于負(fù)極氣體供給通路32。壓力調(diào)節(jié)閥33由控制器6來控制開閉，將從高壓罐31流出到負(fù)極氣體供給通路32的負(fù)極氣體的壓力調(diào)節(jié)為期望的壓力。
[0025]負(fù)極氣體排出通路34是流通從燃料電池堆I排出的負(fù)極排氣的通路。負(fù)極氣體排出通路34的一端連接于燃料電池堆I的負(fù)極氣體出口孔，另一端連接于正極氣體排出通路24。
[0026]放氣閥35設(shè)置于負(fù)極氣體排出通路34。放氣閥35由控制器6來控制開閉，對從負(fù)極氣體排出通路34排出到正極氣體排出通路24的負(fù)極排氣的流量進(jìn)行控制。
[0027]堆冷卻裝置4是對燃料電池堆I進(jìn)行冷卻以將燃料電池堆I保持為適于發(fā)電的溫度的裝置。堆冷卻裝置4具備冷卻水循環(huán)通路41、散熱器42、旁路通路43、三通閥44、循環(huán)泵45、PTC加熱器46、第一水溫傳感器47以及第二水溫傳感器48。
[0028]冷卻水循環(huán)通路41是循環(huán)用于冷卻燃料電池堆I的冷卻水的通路。
[0029]散熱器42設(shè)置于冷卻水循環(huán)通路41。散熱器42對從燃料電池堆I排出的冷卻水進(jìn)行冷卻。
[0030]旁路通路43的一端連接于冷卻水循環(huán)通路41，另一端連接于三通閥44，使得冷卻水能夠繞過散熱器42而進(jìn)行循環(huán)。
[0031]三通閥44設(shè)置于比散熱器42更靠下游側(cè)的冷卻水循環(huán)通路41。三通閥44根據(jù)冷卻水的溫度來切換冷卻水的循環(huán)路徑。具體地說，在冷卻水的溫度相對高時(shí)，以使從燃料電池堆I排出的冷卻水經(jīng)由散熱器42再次供給到燃料電池堆I的方式切換冷卻水的循環(huán)路徑。反之，在冷卻水的溫度相對低時(shí)，以使從燃料電池堆I排出的冷卻水不經(jīng)由散熱器42而流過旁路通路43來再次供給到燃料電池堆I的方式切換冷卻水的循環(huán)路徑。
[0032]循環(huán)泵45設(shè)置于比三通閥44更靠下游側(cè)的冷卻水循環(huán)通路41，使冷卻水循環(huán)。
[0033]PTC加熱器46設(shè)置于旁路通路43。PTC加熱器46在燃料電池堆I暖機(jī)時(shí)被通電，使冷卻水的溫度上升。
[0034]第一水溫傳感器47設(shè)置于比散熱器42更靠上游側(cè)的冷卻水循環(huán)通路41。第一水溫傳感器47檢測從燃料電池堆I排出的冷卻水的溫度。
[0035]第二水溫傳感器48設(shè)置于循環(huán)泵45與燃料電池堆I之間的冷卻水循環(huán)通路41。第二水溫傳感器48檢測向燃料電池堆I供給的冷卻水的溫度。
[0036]電力系統(tǒng)5具備電流傳感器51、電壓傳感器52、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)53、逆變器54、電池55、DC/DC轉(zhuǎn)換器56以及輔機(jī)類57。
[0037]電流傳感器51檢測從燃料電池堆I取出的電流(以下稱為“輸出電流”。)。
[0038]電壓傳感器52檢測負(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(以下稱為“輸出電壓”。)。
[0039]驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)53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)53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I和電池55接受電力的供給來進(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)的車輛減速時(shí)使定子線圈的兩端產(chǎn)生電動(dòng)勢。
[0040]逆變器54 例如由 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絕緣柵雙極型晶體管)等多個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)構(gòu)成。逆變器54的半導(dǎo)體開關(guān)由控制器6來控制開閉，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)53作為電動(dòng)機(jī)而發(fā)揮功能時(shí)，逆變器54將燃料電池堆I的發(fā)電電力與電池55的輸出電力的合成直流電力轉(zhuǎn)換為三相交流電力來供給到驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)53。另一方面，在使驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)53作為發(fā)電機(jī)而發(fā)揮功能時(shí)，逆變器54將驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)53的再生電力(三相交流電力)轉(zhuǎn)換為直流電力來供給到電池55。
[0041]對電池55充入驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)53的再生電力。充入電池55的電力根據(jù)需要被供給到輔機(jī)類57和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)53。
[0042]DC/DC轉(zhuǎn)換器56是使燃料電池堆I的輸出電壓升降的雙向性的電壓轉(zhuǎn)換機(jī)。通過利用DC/DC轉(zhuǎn)換器56對燃料電池堆I的輸