燃料电池的运转控制方法及燃料电池的运转控制装置的制造方法_2

文档序号:9827424阅读:来源:国知局
4、清洗阀25、燃料气体供给路26、第一燃料气体排出路27、燃料气体循环路28、第二燃料气体排出路29。
[0027]氢罐20贮藏高压氢,将作为燃料气体的氢气经由燃料气体供给路26向燃料电池10供给。截止阀21配置在氢罐20中的燃料气体的排出口附近,切换从氢罐20的氢气的供给的执行与停止。喷射器22配置于燃料气体供给路26,调整向燃料电池10的氢气的供给量及压力。气液分离器23配置于第一燃料气体排出路27,将从燃料电池10排出的废气包含的水分离而向第二燃料气体排出路29排出,并将分离了水之后的气体、即燃料气体向燃料气体循环路28排出。循环用栗24配置于燃料气体循环路28,将从气液分离器23排出的燃料气体向燃料气体供给路26供给。清洗阀25配置于第二燃料气体排出路29,通过开阀,允许通过气液分离器23分离出的水向大气中的排出。
[0028]氧化剂气体供给排出系统130进行向燃料电池10的氧化剂气体的供给和从燃料电池10的阴极侧废气的排出。氧化剂气体供给排出系统130具备空气压缩器30、背压阀31、氧化剂气体供给路32、氧化剂气体排出路33。空气压缩器30对从大气吸入的空气进行压缩而向氧化剂气体供给路32供给。背压阀31配置于氧化剂气体排出路33,调整燃料电池10中的阴极排出侧的压力即所谓背压。
[0029]冷却介质循环系统140通过经由燃料电池10使冷却介质循环来调整燃料电池10的温度。冷却介质循环系统140具备散热器40、冷却介质排出路43、冷却介质供给路44、循环用栗42、温度传感器45。散热器40与冷却介质排出路43和冷却介质供给路44连接,通过来自电动风扇的送风等对从冷却介质排出路43流入的冷却介质进行冷却之后向冷却介质供给路44排出。冷却介质排出路43与燃料电池10内的冷却介质排出歧管连接。冷却介质供给路44与燃料电池1内的冷却介质供给歧管连接。因此,通过冷却介质排出路43、散热器40、冷却介质供给路44及燃料电池10内的歧管,形成冷却介质的循环路。温度传感器45配置在冷却介质排出路43中的燃料电池10的附近。温度传感器45测定从燃料电池10排出的冷却介质的温度,输出表示温度值的信号。在本实施方式中,在冷却介质排出路43中测定的温度作为燃料电池10的温度来处理。
[0030]电力供给系统150将从燃料电池10输出的电力向作为负载的电动机200供给。电力供给系统150具备DC-DC转换器210和电流计51 AC-DC转换器210与燃料电池10的未图示的集电板电连接,控制燃料电池1的输出电压。电流计51测定燃料电池1的电流值。
[0031]运转控制装置60与空气压缩器30、两个循环用栗24、42、散热器40、DC-DC转换器210、喷射器22及3个阀21、25、31电连接,对它们进行控制。而且,运转控制装置60与温度传感器45及电流计51电连接,接收从温度传感器45输出的表示温度值的信号、及从电流计51输出的表示电流值的信号。运转控制装置60具备Central Processing Unit(CPU)61、ReadOnly Memory (ROM) 62、Random Access Memory(RAM)63。在 R0M62 中存储有用于控制燃料电池系统100的未图示的控制程序。CPU61利用RAM63并执行该控制程序,由此作为起动时温度取得部61a、目标动作点设定部61b、通常运转控制部61c、急速预热控制部61d及当前温度取得部6 Ie起作用。
[0032]起动时温度取得部61a基于在燃料电池10的刚起动之后从温度传感器45接收到的信号,将上述信号表示的温度值作为燃料电池10的起动时的温度(以下,称为“起动时温度”)存储于R0M62。
[0033]目标动作点设定部61b设定作为控制燃料电池10时的目标的动作点(以下,称为“目标动作点”)。在本实施方式中,燃料电池10的动作点通过燃料电池10的输出电压及输出电流来确定。
[0034]通常运转控制部61c基于油门开度及车速,算出空气压缩器30等辅机或电动机200的要求能量。而且,通常运转控制部61c在后述的运转控制处理中执行通常运转控制。在通常运转控制中,通过控制向燃料电池10供给的反应气体即空气及氢气的量、燃料电池10中的冷却介质的循环流量、及燃料电池1的电压,来控制燃料电池10的发电量。具体而言,通常运转控制部61c以使燃料电池10的动作点成为燃料电池10的1-V特性曲线(电流对电压特性曲线)上的目标动作点的方式控制空气压缩器30、喷射器22、循环用栗42及DC-DC转换器210。此时,通过控制空气压缩器30的转速来调整向燃料电池10的空气的供给量。而且,通过控制喷射器22来调整向燃料电池10的氢气的供给量。而且,通过控制循环用栗42来调整燃料电池1中的冷却介质的循环流量。而且,通过控制DC-DC转换器210来调整燃料电池1的输出电压值。
[0035]急速预热控制部61d在后述的运转控制处理中执行急速预热控制。急速预热控制表示通过使燃料电池1的动作点以与1-V特性曲线不同的动作点动作而增大发电损失即热损失来进行低效率运转的控制。通过进行这样的控制,能够增大燃料电池10的废热量,因此能够使燃料电池10的温度迅速地升温至适合于燃料电池10的运转的温度例如70°C?100°c。关于急速预热控制及通常运转控制的具体的处理内容,在后文叙述。当前温度取得部61e在后述的运转控制处理中,基于从温度传感器45接收到的信号,取得上述信号表示的温度值作为燃料电池10的当前的温度(以下,称为“当前温度”)。
[0036]R0M62具备1-P映射存储部62a、电压上限值映射存储部62b及起动时温度值存储部62c。在1-P映射存储部62a中预先存储有1-P映射。在电压上限值映射存储部62b中预先存储有电压上限值映射。而且,在R0M6 2中预先存储有表示燃料电池1的1-V特性的数据。R0M6 2相当于权利要求中的存储装置。
[0037]图2是示意性地表示1-P映射的说明图。在图2中,横轴表示电流值,纵轴表示输出值、即电力量。在1-P映射中,将向燃料电池1的要求输出Vr e f与为了得到上述输出所需的燃料电池10的电流值Iref相互建立对应。这样的映射例如可以如以下那样设定。即,预先确定燃料电池10的1-V特性曲线,然后,变更要求输出,并求出上述的要求输出的等输出曲线与1-V特性曲线的交点的电流值,由此能够设定1-P映射。
[0038]图3是示意性地表示电压上限值映射的说明图。在图3中,横轴表示当前温度,纵轴表示电压上限值。电压上限值表示急速预热控制执行时的目标动作点的上限值。目标动作点在后述的运转控制处理中设定。在电压上限值映射中,预先设定与当前温度对应的上限电压值。而且,与上述当前温度对应的上限电压值根据起动时温度来设定。具体而言,在本实施方式中,起动时温度分别根据-30°C、-25°C、-20°C、-15°C、-10°C、-5°C、0°C及+20°C这总计8种温度,设定与当前温度对应的上限电压值。在图3中,线LI表示与起动时温度为-30°〇的情况的当前温度对应的上限电压值。线L2表示与起动时温度为-25°C的情况的当前温度对应的上限电压值。线L3表示与起动时温度为-20°C的情况的当前温度对应的上限电压值。线L4表示与起动时温度为-15°C的情况的当前温度对应的上限电压值。线L5表示与起动时温度为_10°C的情况的当前温度对应的上限电压值。线L6表示与起动时温度为-5°C的情况的当前温度对应的上限电压值。线L7表示与起动时温度为0°C的情况的当前温度对应的上限电压值。线L8表示与起动时温度为+20°C的情况的当前温度对应的上限电压值。
[0039]各线LI?L8设定在当前温度为_30°C以上且+60°C以下的范围。如图3所示,在当前温度为_30°C以上且大约+50°C以下的范围内,若当前温度相同,则起动时温度越低,则设定越低的上限电压值。而且,在当前温度比大约+50°C高且+60°C以下的范围内,若当前温度相同,则在2条线L1、L2中,起动时温度越低,则设定越低的上限电压值。而且,在当前温度为-30°C以上且大约+50°C以下的范围内,在除了线L8之外的其他的7条线LI?L7中,当前温度越高,则设定越高的上限电压值。而且,在当前温度比大约+50°C高且+60°C以下的范围内,在2条线L1、L2中,当前温度越高,则设定越高的上限电压值。
[0040]如上所述,关于在各线LI?L8间若当前温度相同,则起动时温度越而设定越低的
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