燃料电池的发电特性估计装置制造方法
【专利摘要】燃料电池的发电特性估计装置包括：基准特性设定部，其设定燃料电池的基准发电特性；电流检测部，其检测燃料电池的实际电流；电压检测部，其检测燃料电池的实际电压；以及特性估计部，其基于实际电流时的基准发电特性上的电压与实际电压之间的电压差来估计燃料电池的实际的发电特性，其中，在燃料电池的暖机运转过程中供给到燃料电池的气体的压力为规定值以上时，特性估计部实施发电特性的估计。
【专利说明】燃料电池的发电特性估计装置【技术领域】
[0001]本发明涉及对燃料电池的发电特性进行估计的装置。
【背景技术】
[0002]在日本JP2006-269223A中，基于基准电压Vb与实际电压Vr的电压差A V(=Vb-Vr)来估计燃料电池的实际的发电特性(实际IV特性)，其中，该基准电压Vb是根据按每个温度存储的基准发电特性(基准IV特性)而求出的。即，关于实际电压相对于基准发电特性的偏差与此时的电流之间的关系，存在“ A V=AI+B”这样的一次式的关系，因此能够通过分别提供两个AV和两个I来解出A和B。而且，通过将全部电流I代入到上述关系式并将由此得到的AV从基准IV特性中减去，能够减出实际IV特性的特性线。
【发明内容】
[0003]然而，已知如下的情况:在低温区域，在高负载侧的特性中，相对于基准IV特性的AV不会形成一次式。因而，当专利文献I的手法应用于零下启动时，高负载侧的估计精度
有可能会变差。
[0004]本发明是着眼于这种以往的问题点而完成的，本发明的目的在于提供一种即使在如进行暖机运转那样的低温域的情况下也能够高精度地估计出燃料电池的发电特性的装置。
[0005]本发明某个方式的燃料电池的发电特性估计装置包括:基准特性设定部，其设定燃料电池的基准发电特性；电流检测部，其检测燃料电池的实际电流；电压检测部，其检测燃料电池的实际电压；以及特性估计部，其基于上述实际电流时的基准发电特性上的电压与实际电压之间的电压差来估计燃料电池的实际的发电特性。而且，在燃料电池的暖机运转过程中供给到燃料电池的气体的压力为规定值以上时，上述特性估计部实施发电特性的估计。
[0006]下面结合附图来详细说明本发明的实施方式、本发明的优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1是表示应用本发明的燃料电池的发电特性估计装置的系统的一例的图。
[0008]图2是表示燃料电池的发电特性的图。
[0009]图3是表示燃料电池的一般发电特性的图。
[0010]图4是基准发电特性图。
[0011]图5是说明本发明的燃料电池的发电特性估计装置的第一实施方式的动作的流程图。
[0012]图6是说明进行发电特性估计处理时的正极压力的图。
[0013]图7是说明基准电压设定例程的图。
[0014]图8是说明第一实施方式的作用效果的图。[0015]图9是说明本发明的燃料电池的发电特性估计装置的第二实施方式的基准电压设定例程的图。
[0016]图10是说明本发明的燃料电池的发电特性估计装置的第三实施方式的基准电压设定例程的图。
[0017]图11是说明燃料电池的内部电阻(电解质膜电阻)的图。
[0018]图12是说明本发明的燃料电池的发电特性估计装置的第四实施方式的估计燃料电池的发电特性的图。
【具体实施方式】
[0019](第一实施方式)
[0020]图1是表示应用本发明的燃料电池的发电特性估计装置的系统的一例的图。
[0021]首先参照图1来说明应用本发明的燃料电池的发电特性估计装置的基本系统。
[0022]燃料电池堆10在被维持为适当温度的同时被供给反应气体(正极(cathode)气体O2、负极(anode)气体H2)来进行发电。因此，燃料电池堆10与正极路径20、负极路径30以及冷却水循环路径40相连接。此外，由电流传感器101检测燃料电池堆10的发电电流。由电压传感器102检测燃料电池堆10的发电电压。
[0023]向燃料电池堆10供给的正极气体O2在正极路径20上流动。正极路径20上设置有压缩机21和正极压力调节阀22。
[0024]压缩机21设置于燃料电池堆10上游的正极路径20上。由马达M对压缩机21进行驱动。压缩机21对在正极路径20中流动的正极气体O2的流量进行调整。通过压缩机21的旋转速度来调整正极气体O2的流量。
[0025]正极压力调节阀22设置于燃料电池堆10下游的正极路径20。正极压力调节阀22对在正极路径20中流动的正极气体O2的压力进行调整。通过正极压力调节阀22的开度来调整正极气体O2的压力。
[0026]由正极流量传感器201检测在正极路径20中流动的正极气体O2的流量。该正极流量传感器201设置于压缩机21的下游且燃料电池堆10的上游。
[0027]由正极压力传感器202检测在正极路径20中流动的正极气体O2的压力。该正极压力传感器202设置于压缩机21的下游且燃料电池堆10的上游。并且，在图1中，正极压力传感器202位于正极流量传感器201的下游。
[0028]向燃料电池堆10供给的负极气体H2在负极路径30中流动。与负极路径30并列地设置负极再循环路径300。负极再循环路径300从燃料电池堆10下游的负极路径30分支，在燃料电池堆10上游的负极路径30合流。负极路径30上设置有储气罐31、负极压力调节阀32、引射器(ejector) 33、负极泵34以及净化阀35。
[0029]负极气体H2以高压状态储存在储气罐31中。储气罐31设置于负极路径30的最上游。
[0030]负极压力调节阀32设置于储气罐31的下游。负极压力调节阀32对从储气罐31新供给到负极路径30的负极气体H2的压力进行调整。通过负极压力调节阀32的开度来调整负极气体H2的压力。
[0031]引射器33设置于负极压力调节阀32下游。引射器33位于负极再循环路径300与负极路径30合流的部分。通过该引射器33，原本在负极再循环路径300中流动的负极气体H2与从储气罐31新供给的负极气体H2相混合。
[0032]负极泵34位于引射器33的下游。负极泵34将在引射器33中流动的负极气体H2送到燃料电池堆10。
[0033]净化阀35设置于燃料电池堆10的下游的、负极再循环路径300的分支部分的下游的负极路径30上。当净化阀35打开时，负极气体H2被净化。
[0034]由负极压力传感器301检测在负极路径30中流动的负极气体H2的压力。该负极压力传感器301设置于负极泵34的下游且燃料电池堆10的上游。
[0035]向燃料电池堆10供给的冷却水在冷却水循环路径40中流动。冷却水循环路径40上设置有散热器41、三通阀42以及水泵43。另外，与冷却水循环路径40并列地设置旁路路径400。旁路路径400从散热器41上游分支，在散热器41下游合流。因此，在旁路路径400中流动的冷却水将散热器41旁路。
[0036]散热器41对冷却水进行冷却。散热器41中设置有冷却风扇410。
[0037]三通阀42位于旁路路径400的合流部分。三通阀42与开度相应地对在散热器侧的路径中流动的冷却水的流量以及在旁路路径中流动的冷却水的流量进行调整。由此对冷却水的温度进行调整。
[0038]水泵43位于三通阀42的下游。水泵43将原本在三通阀42中流动的冷却水送到燃料电池堆10。
[0039]由水温传感器401检测在冷却水循环路径40中流动的冷却水的温度。该水温传感器401设置于分支出旁路路径400的部分的上游。
[0040]控制器被输入电流传感器101、电压传感器102、正极流量传感器201、正极压力传感器202、负极压力传感器301、水温传感器401的信号。而且，控制器输出信号，控制压缩机21、正极压力调节阀22、负极压力调节阀32、负极泵34、净化阀35、三通阀42、水泵43的动作。
[0041]根据这种结构，燃料电池堆10在被维持为适当温度的同时被供给反应气体(正极气体O2、负极气体H2)来进行发电。由燃料电池堆10发出的电力经由DC/DC转换器11被供给到电池12、负载13。
[0042]图2是表示燃料电池的发电特性的图。
[0043]在此说明燃料电池的发电特性，以易于理解本发明。
[0044]暖机完成之后的状态(稳定状态)下的燃料电池的发电特性(电流电压特性、以下适当称为“IV特性”)会如图2所示，即使是大电流也能够取出。在进行通常行驶时，遵照该发电特性对燃料电池进行控制。
[0045]然而，刚进行零下启动之后的燃料电池的发电特性(IV特性)正如图2所示。而且随着暖机进展，燃料电池的发电特性(IV特性)发生变化。
[0046]如果在进行零下启动而正在暖机的状态(过渡状态)下要求过剩的输出，则会因燃料电池的发电特性低而未从燃料电池提供足够的输出而导致电池的过放电等。因而，在进行零下启动而正在暖机的状态(过渡状态)下，期望的是，在仅以向辅机的输出(即仅通过低输出)正确地估计了燃料电池的发电特性(IV特性)的基础上，对行驶用的马达进行控制以使得不要求过剩的输出。[0047]在上述的专利文献I中，公开了估计燃料电池的发电特性(IV特性)的一个手法。然而，在该手法中，已知如下的情况:在低温区域，在高负载侧的特性中，相对于基准IV特性的AV不会形成一次式。因而，当将专利文献I的手法应用于零下启动时，高负载侧的估计精度有可能会变差。
[0048]图3是表示燃料电池的一般发电特性的图。
[0049]
【发明者】的关注点在于，一般性地利用下式(I)来表示燃料电池的发电特性。此外，在该式(1)中，设负极反应是足够迅速地进行的，相对于正极反应来说损耗足够小。
[0050][数1]
[0051]
【权利要求】
1.一种燃料电池的发电特性估计装置，包括: 基准特性设定部，其设定燃料电池的基准发电特性； 电流检测部，其检测燃料电池的实际电流； 电压检测部，其检测燃料电池的实际电压；以及 特性估计部，其基于上述实际电流时的基准发电特性上的电压与实际电压之间的电压差来估计燃料电池的实际的发电特性， 其中，在燃料电池的暖机运转过程中供给到燃料电池的气体的压力为规定值以上时，上述特性估计部实施发电特性的估计。
2.根据权利要求1所述的燃料电池的发电特性估计装置，其特征在于， 上述特性估计部基于上述规定压力的情况下的实际电流时的基准发电特性上的电压与实际电压之间的电压差的至少两个数据来估计实际电流与电压差的相关性，基于所估计出的该相关性和燃料电池的基准发电特性来估计燃料电池的发电特性。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池的发电特性估计装置，其特征在于，还具备: 禁止部，其在零下时禁止从燃料电池向行驶马达供给电力；以及 暖机运转部，其通过向燃料电池的辅机供给电力来实施暖机，并且将供给到燃料电池的气体的压力控制为暖机后的运转过程中的最大压力。
4.根据权利要求3所述的燃料电池的发电特性估计装置，其特征在于， 还包括行驶允许部，该行驶允许部基于上述发电特性估计部对发电特性的估计来允许向行驶马达供给电力， 上述暖机运转部即使在允许行驶后也继续上述最大压力的暖机运转。
5.根据权利要求1所述的燃料电池的发电特性估计装置，其特征在于， 还包括电阻检测部，该电阻检测部检测燃料电池的内部电阻， 上述特性估计部基于上述实际电流、上述电压差以及上述内部电阻来估计实际电流与电压差的相关性，基于所估计出的该相关性和燃料电池的基准发电特性来估计燃料电池的发电特性。
6.根据权利要求1~5中的任一项所述的燃料电池的发电特性估计装置，其特征在于， 上述基准特性设定部基于处于预先决定的规定温度时的燃料电池的基准发电特性来设定基准发电特性上的电压。
7.根据权利要求1~5中的任一项所述的燃料电池的发电特性估计装置，其特征在于， 还包括允许温度运算部，该允许温度运算部基于开始对燃料电池的发电特性进行估计处理时的内部电阻来运算燃料电池的运转允许温度， 上述基准特性设定部基于上述运转允许温度来设定基准发电特性上的电压。
8.一种燃料电池的发电特性估计装置，包括: 基准特性设定部，其设定燃料电池的基准发电特性； 电压检测部，其检测燃料电池的实际电压； 电流检测部，其检测燃料电池的实际电流；以及 特性估计部，其基于上述实际电压时的基准发电特性上的电流与实际电流之间的电流差来估计燃料电池的实际的发电特性， 其中，在燃料电池的暖机运转过程中供给到燃料电池的气体的压力为规定值以上时，上述特性估计部实施发电特性的估计。
9.根据权利要求1~8中的任一项所述的燃料电池的发电特性估计装置，其特征在于， 还具备干燥控制部，该干燥控制部在上述燃料电池停止运转时使内部干燥。
【文档编号】H01M8/00GK103765648SQ201280041015
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2012年8月14日 优先权日:2011年8月23日
【发明者】松本充彦 申请人:日产自动车株式会社