燃料电池系统的制作方法_3

文档序号:9830036阅读:来源:国知局
4是能够充放电的二次电池,且输出端子连接到弱电线76。弱电蓄电池74储存用于在燃料电池堆20中不进行发电的燃料电池系统I的起动处理时或停止处理时对辅机7 5供给的电力。在本实施方式中,使用输出电压为14[V]左右的铅蓄电池作为弱电蓄电池74。
[0080]辅机75是在燃料电池系统I的运转时使用的各种电力设备,例如是前述的阴极调压阀214等的阀类或照明设备等。辅机75连接到弱电线76。
[0081]弱电线76连接弱电蓄电池74的输出端子和降压转换器73的二次端子以及辅机75。
[0082]控制器8由具备中央运算装置(CPU)、只读存储器(R0M)、随机存取存储器(RAM)以及输入输出接口(I/o接口)的微型计算机构成。在控制器8中,除了被输入来自前述的传感器类80?84的信号之外,还被输入来自检测油门踏板的踩踏量(以下,称为“加速器操作量”)的加速器行程传感器85、检测强电蓄电池6的充电率(S0C;State Of Charge)的SOC传感器86等的用于使燃料电池系统I运转所需的各种传感器类的信号。
[0083]图2是说明控制器8实施的本实施方式的控制程序的内容的框图。
[0084]控制器8具备目标发电电力运算部10、电力电流转换部11、最低保证电压运算部
12、前次值输出部13、发电电力运算部14、作为目标输出电流计算部件的目标输出电流运算部15、作为转换器控制部件的电源管理器控制部16、作为流量控制部件的气体控制部17。
[0085]目标发电电力运算部10根据驱动电动机41、压缩机电动机71以及辅机75等的电负载的运转状态、强电蓄电池6的充电率,运算燃料电池堆20的发电电力的目标值(以下,称为“目标发电电力”)。
[0086]具体而言,目标发电电力运算部10根据电负载而计算目标发电电力,使得电负载的负载越高则目标发电电力越大。并且,对根据电负载而计算出的目标发电电力进行校正,使得在强电蓄电池6的充电率低且有强电蓄电池6的充电请求时,目标发电电力增大充电请求量。另一方面,对根据电负载而计算出的目标发电电力进行校正,使得在强电蓄电池6的充电率高且有强电蓄电池6的放电请求时,目标发电电力减小放电请求量。
[0087]这样,目标发电电力运算部10基本上根据电负载而计算目标发电电力,且根据需要对所计算的目标发电电力进行校正。
[0088]在电力电流转换部11中,输入目标发电电力和检测堆温度。电力电流转换部11参照表示燃料电池堆20的发电电力和输出电流的关系的图3的PI特性图,计算用于发出目标发电电力所需的输出电流的目标值(以下,称为“基本目标输出电流”)。另外,如图3的PI特性图所示,检测堆温度越高则用于发出目标发电电力所需的基本目标输出电流越小。这是因为如下原因:检测堆温度从例如外界温度朝向适合发电的温度(例如,60°C)变得越高则燃料电池堆20的发电效率变得越高。
[0089]在最低保证电压运算部12中,输入检测堆温度。最低保证电压运算部12参照图4的表格,基于检测堆温度而运算最低保证电压。这里,最低保证电压是指能够保证燃料电池堆20以及驱动电动机41的动作或性能的连接线电压的最低值。即,最低保证电压是在将燃料电池系统I运转的基础上应守住的连接线电压的最低值。
[0090]在前次值输出部13中,输入在目标输出电流运算部15中运算出的目标输出电流。前次值输出部13存储被输入的目标输出电流,在下次运算时,输出该输入的目标输出电流作为目标输出电流前次值。
[0091]在发电电力运算部14中,输入检测连接线电压和目标输出电流前次值。发电电力运算部14对检测连接线电压乘以目标输出电流前次值而运算燃料电池堆20的发电电力。
[0092]这样,在本实施方式中,不把将检测连接线电压和检测输出电流相乘的电力作为燃料电池堆20的发电电力,而是把将检测连接线电压和目标输出电流前次值相乘的电力作为燃料电池堆20的发电电力。
[0093]在目标输出电流运算部15中,输入基本目标输出电流、最低保证电压、检测连接线电压以及发电电力。目标输出电流运算部15基于这些输入值,运算目标输出电流。关于目标输出电流运算部15的细节,参照图6在后面叙述。
[0094]在电源管理器控制部16中,输入检测输出电流和目标输出电流。电源管理器控制部16例如使用PI控制等的反馈控制而计算目标连接线电压,使得检测输出电流和目标输出电流的偏差成为零。并且,对开关元件54a?54d进行开关控制,使得堆侧电容器52的电压(检测连接线电压)成为目标连接线电压。这样,电源管理器控制部16根据目标输出电流而实施开关控制。
[0095]在气体控制部17中,输入目标输出电流。气体控制部17基于目标输出电流,运算阴极气体流量以及阴极气体压力的目标值,并基于该运算结果而控制阴极压缩机212以及阴极调压阀214。目标输出电流越高,则阴极气体流量以及阴极气体压力的目标值基本上越大。此外,气体控制部17基于目标输出电流,运算阳极气体压力的目标值,并基于该运算结果而控制阳极调压阀223。
[0096]图5是说明目标输出电流运算部15的细节的框图。
[0097]目标输出电流运算部15具备除法部151、电压偏差运算部152、上限电流设定部153、到达目标输出电流设定部154、延迟处理部155。
[0098]除法部151通过将发电电力除以最低保证电压,运算在连接线电压为最低保证电压时用于发出发电电力量的电力所需的输出电流值。若输出电流大于该输出电流值,则连接线电压低于最低保证电压。
[0099]电压偏差运算部152从检测连接线电压减去最低保证电压,运算电压偏差。
[0100]在上限电流设定部153中,输入通过除法部151而运算出的输出电流值、预先设定的固定值、电压偏差。上限电流设定部153在电压偏差为预定偏差以下时,将通过除法部151而运算出的输出电流值设定为输出电流的上限值(以下,称为“上限电流”)。另一方面,上限电流设定部153在电压偏差大于预定偏差时,将固定值设定为上限电流。作为固定值,例如使用根据燃料电池堆20的性能而决定的输出电流的最大值以上的值以及根据燃料电池堆20的输出电流流过的逆流防止二极管34或堆侧连接线31等的热性限制等而决定的输出电流的最大值等中的最小的值。
[0101]这样,上限电流设定部153在电压偏差大于预定偏差时不限制输出电流的上限,在电压偏差为预定偏差以下时、即检测连接线电压降低至最低保证电压附近时限制输出电流的上限。这样,通过在确认检测连接线电压降低至最低保证电压附近的情况之后对输出电流设定上限,防止了输出电流无意地被限制。
[0102]在到达目标输出电流设定部154中,输入上限电流和基本目标输出电流。到达目标输出电流设定部154比较上限电流以及基本目标输出电流的大小,将较小的一方设定为到达目标输出电流。
[0103]在延迟处理部155中,输入到达目标输出电流。延迟处理部155输出通过低通滤波器而去除了到达目标输出电流的高频分量的电流作为目标输出电流。即,目标输出电流是用于将输出电流具有预定的时间延迟而向到达目标输出电流进行控制的目标值。
[0104]参照图6说明将这样通过低通滤波器而去除了到达目标输出电流的高频分量的电流作为目标输出电流的理由。
[0105]图6是在到达目标输出电流变化的过渡时,将到达目标输出电流的变化量大且到达目标输出电流急剧增加时的连接线电压的变化在通过延迟处理部155实施了低通滤波器处理的情况下(实线)和没有实施的情况下(虚线)进行了比较的图。
[0106]—般,在上升沿快的信号中包括较多高频分量。因此,在到达目标输出电流急剧增加的情况下,若不实施低通滤波器处理,则输出电流向到达目标输出电流急剧变化,所以流过包括较多高频分量的电流。并且,包括较多高频分量的电流通过燃料电池堆20的电双层电容器。
[0107]因此,在到达目标输出电流急剧增加时,输出电流过渡性地流过比到达目标输出电流多的电流,如图6所示,存在连接线电压低于最低保证电压的顾虑。除此之外,由于基于检测连接线电压而运算上限电流,所以在不考虑从目标输出电流到检测连接线电压的响应延迟时,同样存在连接线电压低于最低保证电压的顾虑。
[0108]相对于此,若对到达目标输出电流实施低通滤波器处理而去除高频分量,则能够使输出电流向到达目标输出电流缓慢地变化,所以如图6所示,能够抑制连接线电压低于最低保证电压。为了去除通过燃料电池堆20的电双层电容器的高频的电流,低通滤波器优选考虑燃料电池堆20的电双层电容器而进行设定。进一步,优选考虑从目标输出电流到检测连接线电压的响应延迟而进行设定。
[0109]以上说明的本实施方式的燃料电池系统I包括:堆侧连接线31,连接燃料电池堆20和作为电负载的驱动部4;以及电源管理器5,一次端子5a连接到堆侧连接线31,二次端子5b连接到强电蓄电池6,且调整堆侧连接线31的电压(连接线电压)。并且,燃料电池系统I根据电负载的负载而计算燃料电池堆20的目标输出电流,根据目标输出电流而实施电源管理器5的开关控制,且控制对燃料电池堆20供给的阴极气体的流量。
[0110]此时,本实
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