燃料电池搭载车辆、燃料电池系统及其控制方法_2

文档序号:9845730阅读:来源:国知局
路230与循环流路240之间设有气液分离器280。燃料废气包含未用于电化学反应而未被消耗的未反应的氢、从阴极移动来的氮、伴随于电化学反应而生成的水。气液分离器280将燃料废气中的水与气体(氢和氮)分离。在循环流路240设有循环栗290。燃料电池系统使用循环流路240及循环栗290使燃料废气向燃料电池100再循环,由此将燃料废气中的氢再次利用于发电。排气排水阀285在水积存于气液分离器280时,或者燃料废气中的氢以外的杂质例如氮等增加时,进行开阀,由此将水或杂质排出。转速计295计测循环栗290的转速。循环栗290的转速通常由控制部110调整成燃料电池100的输出越高则循环栗290的转速越高。
[0023]图3是表示车辆10的即将起动之前和刚起动之后的燃料气体供给排出系统200的状态的说明图。图3㈧表示即将起动之前的状态,图3 (B)表示刚起动之后的状态。在车辆10即将起动之前,如图3(A)所示,燃料废气包含的水蒸气结露,液态水滞留于燃料电池100内的阳极流路102或循环流路240。通过使大量的气体向阳极流路102及循环流路240流动,而能够排出该液态水。即,如图3(B)所示,在车辆10起动后(起动开关接通后),以高旋转使循环栗290旋转,在阳极流路102及循环流路240内,使气体(氢气和氮气)以高速循环。滞留在阳极流路102及循环流路240内的液态水被高速循环的气体吹走,向气液分离器280输送。在气液分离器280中,液态水与气体成分(氢气或氮气)分离,积存在气液分离器280的下部。如上所述,当液态水在气液分离器280中积存一定量以上时,液态水通过排气排水阀285排出。需要说明的是,通过使循环栗290以高旋转动作而进行的从阳极流路102及循环流路240的排水不仅可以在车辆10的刚起动之后执行,也可以之后适当地执行。例如,可以每隔一定时间地定期执行。或者,可以在燃料电池100的累计发电量达到了一定值的情况下执行。通常,在用于执行将滞留于阳极流路102及循环流路240的液态水吹走的处理的预先确定的条件成立时,执行使循环栗290以高旋转动作的处理(液态水吹走处理)。此时的循环栗290的转速是比不进行滞留于阳极流路102及循环流路240的液态水的吹走的通常动作时的循环栗290的转速高的转速。
[0024]图4是表示车辆10的起动时的控制流程图的说明图。在步骤SlOO中,待机(步骤SlOO:否)至车辆10的起动开关(未图示)被按压为止,当起动开关被按压时,车辆10起动(步骤SlOO:是)。控制部110在步骤SllO中,将循环栗290的转速设定为转速rl。需要说明的是,控制部110也可以不使喷射器270喷射燃料气体。接着,在步骤S120中,控制部110将循环栗290的转速设定为转速r2 (r2>rl)。由此,能够吹走循环流路240或燃料电池100内的阳极流路102的水。其结果是,在燃料电池100运行并发电时,能够抑制向燃料电池100的电极(未图示)的燃料气体的供给受到水的阻碍而单电池电压下降的情况。而且,如车辆10即将起动之前那样对于燃料电池100在比较长的期间没有供给燃料气体的情况下,电极面上的燃料气体的分布变得不均匀,产生燃料气体的浓的部位和淡的部位。在该状态下进行发电时,在燃料气体淡的部位,载持催化剂的碳可能会氧化(称为“碳氧化”)。在本实施方式中,在步骤S120中,将循环栗290的转速设为转速r2,使大量的燃料气体循环,因此能够使电极面上的燃料气体的分布均匀化,能够抑制进行了发电时的碳氧化。需要说明的是,在步骤S120中,控制部110不使喷射器270喷射燃料气体。步骤S120在车辆10的停止时执行,因此若喷射器270喷射燃料气体的定时(第一定时)与循环栗290的排水工作的定时(第二定时)重叠,则噪声振动明显。因此,控制部110使循环栗290工作而执行排水时,不执行基于喷射器270的燃料气体的喷射。需要说明的是,控制部110可以省略步骤S110,而在车辆10起动后执行步骤S120。
[0025]在步骤S130中,等待规定时间的经过(步骤S130:否),当规定的时间经过时(步骤S130 ??是),控制部110向步骤S140转移,判断车辆10的速度是否小于预先确定的速度vlo在车辆10的速度为预先确定的速度vl以上的情况下(步骤S140:否),控制部110向步骤S190转移,根据车辆10的行驶状态(或要求发电量)来控制循环栗290及喷射器270。这是因为,在车辆10的速度为预先确定的速度vl以上的情况下,循环栗290或喷射器270的动作引起的噪声振动由于伴随于车辆行驶的噪声等而不会被发现。
[0026]控制部110在步骤S140中,在车辆10的速度小于预先确定的速度vl的情况下(步骤S140:是),在步骤S150中,使循环栗290的转速为转速r3 (r2>r3>rl),使喷射器270喷射燃料气体(喷射次数nl),使燃料电池100发电。但是,由于车辆10的速度低,因此与车辆行驶相伴的电力消耗少,通过来自燃料电池100的电力而充电的二次电池130的SOC上升。在步骤S160中,控制部110待机至二次电池130的SOC成为Ql以上为止(步骤S160:否),在二次电池130的SOC成为了 Ql以上的情况下(步骤S160 ??是),向步骤S170转移。在此,Ql例如是二次电池130设为实用上的充满电的S0C。在步骤S170中,控制部110使循环栗290的转速为转速rl,使喷射器270进行的燃料气体的喷射次数设为n2次。在该状态下,燃料电池100仅进行最低量的发电。在步骤S180中,控制部110待机至二次电池130的SOC低于Q2 (Q2〈Q1)为止,当二次电池130的SOC低于Q2时(步骤S180:是),向步骤S140转移,根据车辆10的速度,执行步骤S150或S190的处理。在本实施方式中,根据二次电池130的SOC是否小于规定值,来切换喷射器270的喷射次数、循环栗的转速,但也可以不根据二次电池130的S0C,而根据燃料电池100要求的电力量来进行切换。
[0027]图5是表示车辆10的起动后的循环栗290和喷射器270的动作的说明图。在t0时刻,当车辆10起动时(即,起动开关(未图示)切换为开时),控制部110将循环栗290的转速提升为转速rl。接着,当变为tl时刻时,将循环栗290的转速提升为转速r2,将阳极流路102或循环流路240中的液态水吹走。而且,由于阳极流路102或循环流路240的大量的气体(氢气、氮气)流动,因此氢的分布变得均匀,能够抑制发电时的碳氧化。需要说明的是,驱动该循环栗290的电力除了从燃料电池100供给之外,也可以从二次电池130供给。此时,喷射器270未被驱动,不向燃料气体供给流路220b供给燃料气体(氢)。需要说明的是,控制部110在t0时刻?tl时刻,使循环栗290的转速为转速rl,但也可以省略该处理。即,控制部110可以在起动开关切换为开时,将循环栗290的转速设定为转速r2。
[0028]当变为t2时刻时,控制部110使循环栗290的转速为转速r3 (r2>r3>rl),从喷射器270喷射燃料气体(nl次/小时)。由此,燃料电池100开始发电。此时的发电电力中的一部分使用于二次电池130的蓄电(充电),二次电池130的SOC上升。
[0029]当变为t3时刻而二次电池130的SOC达到既定值Ql时,应通过燃料电池100发电的发电量减少,因此将喷射器270进行的燃料气体的喷射次数设定为喷射次数n2,降低发电量。由此,二次电池130的SOC下降。
[0030]然后,空调器(未图示)等起动,或者车辆10行驶而向燃料电池100的电流要求(输出要求)增加为电流13、14的情况下,根据对燃料电池100的输出要求的增加而使喷射器270的喷射次数增加为喷射次数n3、n4,并使循环栗290的转速增加为转速r4、r5。需要说明的是,喷射次数n3、n4可以比喷射次数nl大,转速r4、r5可以比转速r2大。在此,每一次喷射的燃料气体的喷射量优选设为预先设定的恒定值。需要说明的是,图5所示的“喷射器喷射次数”表示燃料气体的喷射的次数,实际上,燃料气体以每分钟η次的间歇的定时进行喷射。
[0031]对比较例与本实施方式进行比较。在比较例的情况下,当进行起动处理时,从喷射器270喷射燃料气体。其结果是,在tl时刻?t2时刻的期间,从喷射器270喷射燃料气体的第一定时与将滞留于循环流路240的液态水吹走的第二定时一致。在此,“定时”不是指例如喷射的较短的期间,而是指喷射间歇地进行的整个期间。即,在tl时刻?t2时刻的期间中,执行从喷射器270喷射燃料气体的处理,并且也执行将滞留于循环流路240的液态水吹走的处理。其结果是,压力脉动与循环栗290的工作声共振而产生噪音(噪声振动)。尤其是在车辆10刚起动之后,由于没有因行驶而产生噪声振动,因此可能比较明显。
[0032]相对于此,在本实施方式中,不从喷射器270喷射燃料气体,使循环栗290的转速旋转至为了吹走液态水而预先设定的转速r2,然后,使循环栗290的转速下降为比转速r2低的转速r3,并从喷射器270喷射燃料气体。其结果是,从喷射器270喷射燃料气体的第一定时与将滞留于循环流
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