燃料电池系统及燃料电池系统的控制方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及燃料电池系统及燃料电池系统的控制方法。
【背景技术】
[0002]安装有燃料电池的燃料电池车辆(FCV)现被认为是不同于汽油车辆的新型车辆。燃料电池通过作为燃料的氢气与作为氧化剂的含氧空气之间的化学反应来生成电力，并且驱动电动机。
[0003]对于燃料电池，日本专利申请公报第2013-191312号公开了关于气体源的电输入量的物理量被反馈控制成标准值使得由气体流量计检测到的燃料气体的流量与目标气体流量一致。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供能够减小车辆的驱动扭矩的变化的燃料电池系统及燃料电池系统的控制方法。
[0005]根据本发明的方面，提供了燃料电池系统，其包括:将电流输出至用于驱动车辆的电动机的燃料电池；将氧化剂气体供给至燃料电池的供给单元；对来自供给单元的氧化剂气体的流量进行测量的流量测量单元；以及对供给单元进行反馈控制使得流量测量单元的所测量的流量值朝目标流量值收敛的控制器，其中:控制器根据所测量的流量值来确定可接受电流值；控制器将由燃料电池输出的电流限制为可接受电流值或更小，并且根据燃料电池请求电流值来控制电流；以及在以下条件持续预定时间段的情况下，控制器进行用于减小在预定时间期间可接受电流值的变化宽度的变化抑制处理，所述条件包括在预定时间期间请求电流值的变化宽度等于或小于第一预定值以及请求电流值与可接受电流值之间的差等于或小于第二预定值。
[0006]根据本发明的另一方面，提供了燃料电池系统的控制方法，其包括:将氧化剂气体从供给单元供给至燃料电池；通过流量测量单元对来自供给单元的氧化剂气体的流量进行测量；将电流从燃料电池输出至用于驱动车辆的电动机；对供给单元进行反馈控制使得流量测量单元的所测量的值朝目标流量值收敛；根据所测量的流量值来确定可接受电流值；将由燃料电池输出的电流限制为可接受电流值或更小并且根据燃料电池请求电流值来控制电流；以及在以下条件持续预定时段的情况下，进行用于在预定时间期间减小可接受电流值的变化宽度的变化抑制处理，所述条件包括在预定时间期间请求电流值的变化宽度等于第一预定值或更小以及请求电流值与可接受电流值之间的差等于或小于第二预定值。
[0007]发明的效果
[0008]根据本发明，能够减小车辆的扭矩波动。
【附图说明】
[0009]图1示出了燃料电池系统的示例；
[0010]图2示出了表示测量值相对于目标值的波动的示例的曲线图；
[0011 ]图3示出了表示可接受电流值相对于空气流量的示例的曲线图；
[0012]图4A和图4B示出了表示在输出电流未波动的情况下和在输出电流波动的情况下电流命令值与可接受值之间的关系的示例的曲线图；
[0013]图5示出了表示可接受值的变化抑制处理的曲线图；
[0014]图6示出了燃料电池系统的操作的示例的流程图；
[0015]图7示出了表示变化抑制处理之后的执行标志的控制处理的示例的流程图；
[0016]图8示出了表示电流命令值的变化的示例的曲线图；
[0017]图9示出了切换燃料电池的输出电流的上限的示例；以及
[0018]图10示出了燃料电池的输出电流的上限的切换处理的示例的流程图。
【具体实施方式】
[0019]通过电控制单元(ECU)等对被提供至燃料电池的氧化剂气体的流量进行反馈控制，以便向请求目标值收敛。因此，氧化剂气体的流量围绕目标值周期性地波动。燃料电池能够输出的电流的可接受值，即上限，根据被提供至燃料电池的氧化剂气体的流量来确定。因此，当负载大时，从燃料电池输出至电动机的电流波动。在波动的情况下，车辆的驱动扭矩波动。
[0020]图1示出了燃料电池系统的示例。燃料电池系统I被安装在车辆例如燃料电池车辆上并且将电力供给至用于驱动车辆的电动机。燃料电池系统I具有E⑶10、燃料电池11、空气压缩机12、流量计13、调节器14、氢气罐15、DC-DC转换器16、DC_AC逆变器17和电池18。
[0021]E⑶10是控制器的示例，并且控制燃料电池系统I的操作。E⑶10具有处理器例如CPU (中央处理单元)并且根据从存储器例如ROM (只读存储器)读取的程序来操作。ECU10不限于该结构。E⑶10可以仅通过硬件来构造。
[0022]E⑶10根据来自传感器单元2的输入信号将信号S1、S3、S4和S5传送至空气压缩机12、DC-DC转换器16、DC-AC逆变器17和调节器14。传感器单元2具有多个传感器。传感器是例如检测车辆的油门踏板的开口角度(按压程度)的油门踏板位置传感器。
[0023]氢气罐15、调节器14和燃料电池11按此顺序与管道连接。氢气罐15是用作燃料的氢气(H2)的供给装置的示例。氢气罐15经由调节器14将氢气供给至燃料电池11。调节器14是例如压力调节阀。调节器14通过根据来自E⑶10的控制信号S5调整阀的开口角度来控制氢气的供给量。
[0024]空气压缩机12、流量计13和燃料电池11按此顺序与管道连接。空气压缩机12是供给单元的示例并且将包括氧气(O2)的氧化剂气体供给至燃料电池11。空气压缩机12从车辆的外侧吸入空气并且经由流量计13将空气栗送至燃料电池11。在本实施例中，空气是氧化剂气体的示例，然而，氧化剂气体不限于空气。
[0025]流量计13是流量测量单元的示例，并且测量来自空气压缩机12的空气流量。流量计13将表示空气流量的测量值的信息信号S2输出至E⑶10。E⑶10对空气压缩机12进行反馈控制使得流量计13的测量值朝目标值收敛。测量值是所测量的流量值的示例。目标值是流量目标值的示例。
[0026]燃料电池11是串联电连接的多个燃料电池的堆叠。燃料电池11具有供给有用作燃料的氢气的阳极(燃料电极)I Ia和供给有空气的阴极(空气电极)I Ib。燃料电池11通过进行氢气与氧气的化学反应来生成电力。因此，燃料电池11将电流输出至用于驱动车辆的电动机M。
[0027]DC-DC转换器16包括压力升降斩波器电路等，并且根据从E⑶10输出的控制信号S3对燃料电池11的输出电压和输出电流进行转换。DC-DC转换器16对在压力升降斩波器电路中设置的多个开关元件例如FET (场效应晶体管)的通断进行控制。因此，根据控制信号S3的占空比对燃料电池11的输出电压和输出电流进行转换。DC-DC转换器16的输出电流被输入至DC-AC逆变器17。
[0028]电池18用作过多电力的存储器、再生制动期间再生能量的存储器和由于车辆的加速和减速引起的负载的改变期间的能量缓冲器。电池18可以是锂二次电池。电池18的输出电流被输入至DC-AC逆变器17。
[0029]DC-AC逆变器17将DC-DC转换器16的输出电流中的直流和电池18的输出电流中的直流转换成三相电流。当根据从ECU 10输出的控制信号S4来控制开关元件的通断时，DC-AC逆变器17基于控制方法例如PWM (脉冲宽度调制)来转换电流。DC-AC逆变器17的输出电流被输出至用于驱动车辆的电动机M。
[0030]在本实施例的燃料电池系统中，ECU 10根据来自传感器单元2的输入来计算空气压缩机12的空气供给量的目标值，并且对空气压缩机12进行反馈控制使得流量计13的测量值向目标值收敛。因此，流量计13的测量值在目标值附近波动。
[0031 ] 图2示出了表示测量值相对于目标值的波动的示例的图。在图2中，横轴表示时间，纵轴表示空气流量。曲线图中的实线表示流量计13的测量值。虚线表示目标值。
[0032]当按压车辆的油门踏板时，目标值增加。ECU 10的反馈控制一般会引起测量值在目标值附近周期性地变化使得测量值朝目标值收敛。具体地，当测量值小于目标值时，ECU10增加空气压缩机12的输出，而当测量值大于目标值时，ECU 10减少空气压缩机12的输出。因此，测量值跟随目标值的变化。当测量值超过目