电源系统及燃料电池的电压控制方法_4

文档序号:9845742阅读:来源:国知局
100的电压进一步下降,有可能电压值Vme低于Vmark。在本实施方式中,在Vme下降为目标电压Vmark+ α的时机使供给氧量增加,因此能够抑制燃料电池100的电压下降为比目标电压Vmark低的情况。上述α的值只要考虑驱动背压阀143时的响应性和/或增加了供给量的氧到达阴极为止的速度(例如,受到包含阴极侧流路148的流路中的流路阻力和/或流路长的影响)适当设定即可。
[0124]在步骤SlOO中,若判断为执行中的非发电间歇运转处理例程不是成为本次的间歇运转模式后首次执行的处理,即,判断为背压阀143的开度控制已经开始,则CPU从电压传感器102取得燃料电池100的电压值Vme (步骤SI 10)。在步骤SllO中取得电压值Vme时,由于燃料电池100已经停止发电,因此在步骤SllO中取得燃料电池100的0CV。
[0125]在步骤SllO中取得了电压值Vme之后,CPU将所取得的电压值Vme与目标电压Vmark进行比较(步骤S130)。在比较的结果是电压值Vme比目标电压Vmark高第一值以上(以下,也称为高电压状态)的情况下,CPU在非发电状态下,通过减小背压阀143的开度来减少向阴极侧流路148供给的氧的流量(步骤S140),结束本例程。在比较的结果是电压值Vme比目标电压Vmark低第二值以上(以下,也称为低电压状态)的情况下,CPU在非发电状态下,通过增大背压阀143的开度而增加向阴极侧流路148供给的氧的流量(步骤S150),结束本例程。在比较的结果是不符合上述的高电压状态及低电压状态(符合电压维持状态)的情况下,CPU在非发电状态下,通过维持当前的背压阀143的开度来维持向阴极侧流路148供给的氧量(步骤S160),结束本例程。
[0126]在本实施方式中,在步骤S140中减小背压阀143的开度时及在步骤S150中增大背压阀143的开度时,将背压阀143的步进电动机的驱动量设为将开度变更I级的量。即,通过变更背压阀143的开度时的最小单位,来变更开度。由此,能抑制燃料电池100的过度的电压变动。但是,背压阀143的每I次的开度的变更量也可以设定为2级量以上。
[0127]而且,在步骤S140中使氧量减少的判断所使用的第一值与在步骤S150中使氧量增加的判断所使用的第二值可以是不同值,也可以是相同值。第一及第二值只要是正值即可,可以考虑氧流量变化相对于向背压阀143输入的驱动信号的响应性等而任意设定。
[0128](C-2)微小发电模式选择时的控制:
[0129]图7是表示作为微小发电模式选择时的动作在控制部200的CPU中执行的微小发电间歇运转控制处理例程的流程图。本例程在微小发电模式被选择时,反复执行至微小发电模式被解除为止。微小发电模式例如在来自主负载(电动机170)的负载要求存在时等被解除(后述的图8的步骤S380、步骤S390)。关于选择微小发电模式的动作,在后文详细说明。需要说明的是,反复执行本例程时的间隔设定为比在按照本例程变更背压阀143的开度时,作为结果而向阴极侧流路148供给的氧量实际变化为止所需的时间长的时间(例如20?30秒)ο
[0130]当执行本例程时,CPU判断执行中的微小发电间歇运转控制处理例程是否为选择了微小发电模式之后首次执行的处理(步骤S200)。当判断为是选择了微小发电模式时的首次的处理时,CPU将背压阀143设为已述的反应场的全闭状态,并将燃料电池100的输出电压设定为目标电压Vmark(步骤S280),结束本例程。S卩,对于DC/DC转换器174,指令预先作为初始值存储在存储器内的目标电压Vmark作为目标电压。
[0131]若在步骤S280中将背压阀143设为反应场的全闭状态,则向燃料电池100的阴极侧流路148的氧供给大幅减少。若在向阴极侧流路148的氧供给大幅减少的状态下继续燃料电池100的发电,则伴随发电而阴极侧流路148内的氧量会减少。此时,燃料电池100的输出电压固定为目标电压Vmark,因此伴随上述氧量的减少,燃料电池100的输出电流及输出电力逐渐下降。如图5所示,燃料电池100在微小发电模式选择时可取得的动作点可设定在输出电压SVrc(目标电压Vmark)且输出电流为O至I1的范围的线段上。因此,当减少向阴极侧流路148的氧供给时,燃料电池100的动作点在上述线段上,从输出电流为I1的点向输出电流减小的方向逐渐移动。需要说明的是,此时燃料电池100发出的电力由燃料电池辅机及车辆辅机消耗即可,在进一步产生更多的电力的情况下,使用于二次电池172的充电即可。
[0132]若在步骤S200中判断为执行中的微小发电间歇运转控制处理例程不是选择了微小发电模式之后首次执行的处理,则CPU设定燃料电池的目标发电量Pmark(步骤S210)。目标发电量Pmark如已述那样,基于车辆辅机、燃料电池辅机及二次电池172的要求电力来设定即可。
[0133]在步骤S210中设定目标发电量Pmark后,CPU判断背压阀143是否处于反应场的全闭状态(步骤S220)。在步骤S220中判断为背压阀143处于反应场的全闭状态的情况是开始微小发电间歇运转控制处理例程,在步骤S280中背压阀143刚被设为反应场的全闭状态之后,且未开始向阴极侧流路148供给的氧量的控制的情况。
[0134]在步骤S220中判断为背压阀143处于反应场的全闭状态的情况下,CPU以向阴极侧流路148供给为了实现目标发电量Pmark所需的氧量的方式,调节供给氧量(步骤S290),结束本例程。如已述那样,在本实施方式中,在微小发电模式选择时可设定的目标电压Vmark的整个范围内,将用于向燃料电池供给可得到目标发电量的氧的背压阀143的开度(背压阀143的驱动量)及压缩器130的驱动量预先作为映射而存储在控制部200内的存储器中。在步骤S290中,基于目标发电量Pmark,参照上述映射,调节供给氧量。
[0135]在步骤S220中判断为背压阀143不处于反应场的全闭状态,即,判断为供给氧量的控制已经开始时,CPU导出燃料电池100的当前的发电量Pme (步骤S230)。燃料电池100的发电量Pme根据电压传感器102所检测到的输出电压Vme和电流传感器103所检测到的输出电流Ime来算出即可。
[0136]在步骤S230中导出发电量Pme后,CPU将发电量Pme与目标发电量Pmark进行比较(步骤S240)。在比较的结果是发电量Pme比目标发电量Pmark多第一值以上(以下,也称为高输出状态)的情况下,CPU进行减少向阴极侧流路148供给的氧量的控制(步骤S250),结束本例程。在比较的结果是发电量Pme比目标发电量Pmark少第二值以上(以下,也称为低输出状态)的情况下,CPU进行增加向阴极侧流路148供给的氧量的控制(步骤S260),结束本例程。在比较的结果是不符合上述的高输出状态及低输出状态(符合输出维持状态)的情况下,CPU维持向阴极侧流路148供给的氧量(步骤S270),结束本例程。
[0137]需要说明的是,在本实施方式中,供给氧量的增减的控制如已述那样,通过将分流阀144的开阀状态固定且变更压缩器130的驱动量及背压阀143的开度来进行。尤其是供给氧量的大幅的变更通过压缩器130的驱动量的变更进行,供给氧量的微调整通过背压阀143的开度变更进行。例如,在发电量Pme与目标发电量Pmark之差小时,仅变更背压阀143的开度即可。此时,对背压阀143的开度进行增减时的变化量可以始终恒定(例如每次变更I级量),也可以发电量Pme与目标发电量Pmark之差越大则越增大对背压阀143的开度进行增减的程度。而且,在例如负载要求变动而发电量Pme与目标发电量Pmark之差增大的情况下,可以取代背压阀143的开度变更而变更压缩器130的驱动量,或者除了背压阀143的开度变更之外,还变更压缩器130的驱动量。这样,通过使压缩器130的驱动量与背压阀143的开度变更组合,能够抑制压缩器130的驱动量的变动。因此,能够抑制由压缩器130的转速变动的情况引起的噪声的产生。
[0138]需要说明的是,在步骤S250中使氧量减少的判断所使用的第一值与在步骤S260中使氧量增加的判断所使用的第二值可以是不同值,也可以是相同值。第一及第二值只要是正值即可,可以考虑氧流量变化相对于向背压阀143及压缩器130输入的驱动信号的响应性等而任意设定。
[0139]D.间歇运转模式的切换控制:
[0140]图8是表示作为间歇运转模式的设定相关的动作在控制部200的CPU中执行的间歇运转模式设定处理例程的流程图。本例程在电源系统30起动之后,在电源系统30的运行中反复执行直至被输入使用者的系统停止的指示为止。在电源系统30中,如已述那样,选择非发电模式和微小发电模式中的任一个作为间歇运转模式。在本实施方式中,在间歇运转模式选择时,通常设定非发电模式,如后所述在间歇运转模式选择中存在特定的负载要求的情况下,选择微小发电模式来抑制电压变动。
[0141]当执行本例程时,CPU导出负载要求(步骤S300)。负载要求如已述那样是电动机170的要求电力与车辆辅机及燃料电池辅机的要求电力的总和。电动机170的要求电力基于加速器开度传感器180及车速传感器的检测信号而求出。车辆辅机及燃料电池辅机的要求电力基于向各辅机输出的驱动信号而求出。
[0142]然后,CPU判断导出的负载要求是否为预先确定的基准值以下(步骤S310)。在判断为负载要求不是基准值以下的情况下,不选择间歇运转模式,CPU结束本例程。这种情况下,基于负载要求,进行通常运转模式的控制。
[0143]在步骤S310中判断为负载要求为基准值以下的情况下,CPU执行图6的非发电间歇运转控制处理例程(步骤S320)。需要说明的是,在步骤S320的非发电间歇运转控制处理例程中,燃料电池100的目标电压设定为目标电压Vmarkl。在本实施方式中,在步骤S320中执行非发电间歇运转控制处理例程时的负载要求的状态相当于用于解决问题的手段中的“第一低负载状态”,目标电压Vmarkl相当于用于解决问题的手段中的“第一目标电压”。
[0144]在步骤S320中,CPU每当执行非发电间歇运转控制处理例程时,判断是否存在超过在步骤S310的判断中所使用的基准值的负载要求(步骤S330)。在步骤S330中,CPU反复执行步骤S320的非发电间歇运转控制处理例程直至判断为存在超过上述基准值的负载要求为止。
[0145]若在步骤S330中判断为超过上述基准值的负载要求存在,则CPU判断成为判断的对象的负载要求是否符合非重置负载要求(步骤S340)。在本实施方式中,超过上述基准值的负载要求分为应解除间歇运转模式(应结束图8的间歇运转模式设定处理例程)的重置负载要求和不解除间歇运转模式的非重置负载要求。在本实施方式中,将二次电池172的SOC下降时的负载要求(用于对二次电池172进行充电的负载要求)设为非重置负载要求。在步骤S340中判断为不是非重置负载要求,即是重置负载要求的情况下(例如,成为加速器接通时),CPU结束本例程。
[0146]若在步骤S340中判断为是非重置负载要求,则CPU中断基于间歇运转模式的发电,进行用于非重置负载要求的发电控制(步骤S350)。在二次电池172的充电那样的用于非重置负载要求的发电时,在与通常运转模式同样地将过剩量的氢及氧向燃料电池100供给的状态下,以能够发出与非重置负载要求对应的电力的方式进行燃料电池100的发电控制。需要说明的是,在本实施方式中,将步骤S350的发电控制的燃料电池100的输出电压表示为Vout。在本实施方式中,Vout是比步骤S320的非发电间歇运转控制处理例程所设定的目标电压Vmarkl大的值。
[0147]在开始步骤S350的发电控制后,CPU判断是否应结束相对于非重置负载要求的从燃料电池100的输出(步骤S360)。具体而言,判断是否二次电池172的SOC恢复而应结束充电。CPU持续进行步骤S350的输出控制,直至判断为应结束相对于非重置负载要求的输出为止。
[0148]若在步骤S360中判断为应结束相对于非重置负载要求的输出,则CPU进行恢复成间歇运转模式的控制变更,并且在以后的间歇运转模式下,执行图7的微小发电间歇运转控制处理例程(步骤S370)。在步骤S370的微小发电间歇运转控制处理例程中,燃料电池100的目标电压设定为比在步骤S320中所使用的目标电压Vmarkl大的值即目标电压Vmark2。在本实施方式中,在步骤S370中执行微小发电间歇运转控制处理例程时的负载要求的状态相当于用于解决问题的手段中的“第二低负载状态”,目标电压Vmark2相当于用于解决问题的手段中的“第二目标电压”。需要说明的是,在步骤S370中设定的第二目标电压Vmark2优选比步骤S350的输出电压Vout低。这是因为,在变更输出电压时,与使电压上升的变更相比,使电压下降的变更能够抑制各单电池的电压的不均扩大。而且是因为,在步骤S370的微小发电模式的控制开始之后,即使在低负载状态进一步继续而各单电池的电压不均扩大的情况下,也能够抑制不优选的程度地成为高电压的单电池的产生。
[0149]在步骤S370中,CPU每当执行微小发电间歇运转控制处理例程时,判断是否产生超过在步骤S310的判断中所使用的基准值的负载要求(步骤S380)。在步骤S380中,CPU反复执行步骤S370的微小发电间歇运转控制处理例程,直至判断为产生超过上述基准值的负载要求为止。
[0150]若在步骤S380中判断为超过上述基准值的负载要求存在,则CPU判断成为判断的对象的负载要求是否符合非重置负载要求(步骤S390)。该步骤S390是与已述的步骤S340同样的处理。若在步骤S390中判断为是非重置负载要求,则CPU返回步骤S350,执行步骤S350以后的已述的处理。若在步骤S390中判断为不是非重置负载要求,即是重置负载要求的情况下(例如,加速器接通时),CPU结束本例程。需要
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