燃料电池系统及其启动方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃料电池系统及其启动方法。更加详细地说，本发明涉及存在冰点下启动的情况的燃料电池系统的结构以及启动方法的改进。
【背景技术】
[0002]通常，燃料电池系统在起动燃料电池后直到成为能够进行某一定的电力供给的状态(被称作准备就绪(Ready on)的起动结束状态)为止需要某种程度的时间，通常，在起动时，进行有将燃料电池的温度升温至适合发电的温度的预热运转。考虑到燃料电池系统的效率，该预热运转不使用用于使燃料电池升温的外部加热器等，多是通过燃料电池的自发热来进行。
[0003]以往，提出有像这样地利用自发热来迅速地起动燃料电池的各种技术，例如，在低温状况下的起动时，为了迅速地进行燃料电池的升温，进行有使在燃料电池中循环的冷却介质的循环流量减少、或停止冷却介质的循环的措施。或者，也存在有在燃料电池起动的中途相反地使冷却介质的循环流量增加的情况(例如，参照专利文献I)。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献I:日本特开2013-218923号公报
【发明内容】
[0007]然而，由于在冰点下启动即刻之后的燃料电池在多数情况下处于直到启动开始为止一直放置在冰点下的状态，因此残留在MEGA(膜-电极-扩散层接合体(MembraneElectrode&Gas Diffus1n Layer Assembly))的一部分中的水冻结，即使应用用于迅速地进行起动的各种技术，直到起动为止仍需相当程度的时间。在这样的状况下，冻结量越多则解冻时间越长，另外，启动时的燃料电池温度越低则升温时间越长。因此，在冰点下的启动后，可能导致必须茫然地等待直到成为能够产生一定的输出(准备就绪输出)的准备就绪的状态为止的用户感到焦躁、不快。
[0008]另外，由于当因冻结而导致发电面积减少时存在发电能力容易降低的倾向，因此即使将成为准备就绪状态后的燃料电池车设为WOT(将wide-open throttle:throttle(节流阀)全开的状态)，与常温启动时的情况相比，输出以及输出上升也有可能缓慢。因此，即使踩下油门，也无法获得期待或者预想这样的预期输出，该情况有可能给予用户不适感。此时，若预先向用户提供与此种情况相关的信息，也许用户在预期输出(踩下油门时期待或者预想的输出)与实际输出背离的情况下不会那么在意，但是实际上，由于与期待的印象相距甚远，因此用户必然感到不适感。
[0009]因此，本发明的目的在于提供能够减少乃至消除冰点下启动时的用户有可能感到的、直到成为准备就绪状态为止等待时的焦躁、不快感、以及在准备就绪后即使踩下油门也无法获得预期输出时的不适感的燃料电池系统及其启动方法。
[0010]为了解决该课题，本发明是一种燃料电池系统，具备通过燃料气体以及氧化气体的电化学反应进行发电的燃料电池，所述燃料电池系统具备:含水量取得单元，取得所述燃料电池内的含水量;温度取得单元，取得所述燃料电池内的温度;推定单元，根据所述取得的含水量以及温度来推定存在于所述燃料电池内部的冰的量；以及通知单元，将直到所述推定的冰的量成为规定值以下为止的所需时间通知给用户。
[0011]本发明考虑到上述实际情况而着眼于如下见解:能够根据燃料电池电池组的温度与含水量来推定冰点下启动时的冻结量以及升温时间，另外作为直到能够确保燃料电池的规定的输出为止的推定单元而着眼于残留在燃料电池内部的冰的量，从而想到本发明。基于所述各因素(温度、含水量)来推定直到冰点下启动后的燃料电池的冰的量成为规定值以下为止的所需时间并通知给用户。
[0012]在该燃料电池系统中还具备:达到目标输出所需时间推定单元，基于所述燃料电池内的含水量和冰点下启动时的所述燃料电池内的温度来推定达到目标输出所需时间，该达到目标输出所需时间是直到冰点下启动后的所述燃料电池能够产生该燃料电池系统的用户希望或期待的预期输出或者与该预期输出对应的规定输出为止的时间；以及达到目标输出所需时间通知单元，将该达到目标输出所需时间推定单元推定出的所需时间通知给用户。
[0013]本发明是考虑到上述实际情况而基于如下见解来想到的:根据燃料电池电池组的温度与含水量能够推定冰点下启动时的冻结量以及升温时间，特别是作为直到能够确保燃料电池的规定的输出为止的推定单元而着眼于残留在燃料电池内部的含水量(或冰的量)，基于所述各因素(温度、含水量)，推定出达到目标输出所需时间并通知给用户，该达到目标输出所需时间是直到冰点下启动后的燃料电池能够产生用户期望的输出为止的时间。由此，用户在经过该达到目标输出所需时间之前能够理解实际输出与预期输出相背离这样的状况。由此，能够减少乃至消除踩下油门却无法获得预期输出的用户的不适感。另外，只要是燃料电池成为准备就绪状态之前的阶段，则由于推定出直到成为准备就绪状态为止的达到目标输出所需时间并通知给用户，因此能够减少乃至消除不知等待到何时才能成为准备就绪状态的用户的不快感。
[0014]上述达到目标输出所需时间所优选的一个例子是使所述燃料电池点火开关接通之后直到成为所述燃料电池产生准备就绪输出的准备就绪状态为止的时间，所述准备就绪输出为进行某一定的电力供给的输出。
[0015]上述达到目标输出所需时间所优选的另一个例子是成为所述燃料电池产生准备就绪输出的准备就绪状态之后直到产生与基于所述用户的该时刻下的油门的开度对应的输出为止的时间，所述准备就绪输出为进行某一定的电力供给的输出。在这种情况下的、基于所述用户的该时刻下的油门的开度例如为全开。
[0016]另外，也可以是，燃料电池系统具备将所述燃料电池内的含水量以及冰点下启动时的所述燃料电池温度与所述达到目标输出所需时间建立关联的映射，使用该映射来推定上述达到目标输出所需时间。
[0017]本发明的方法是在冰点下启动燃料电池系统时的启动方法，该燃料电池系统具备通过燃料气体以及氧化气体的电化学反应进行发电的燃料电池，基于所述燃料电池内的含水量和冰点下启动时的所述燃料电池内的温度来推定达到目标输出所需时间，该达到目标输出所需时间是直到冰点下启动后的所述燃料电池能够产生该燃料电池系统的用户希望或期待的预期输出或与该预期输出对应的规定输出为止的时间，将该推定出的所需时间通知给用户。
[0018]发明效果
[0019]根据本发明，能够减少乃至消除冰点下启动时的用户有可能感觉到的、直到准备就绪状态为止等待时的焦躁、不快感、准备就绪后踩下油门却无法得到预期输出时的不适感。
【附图说明】
[0020]图1是表示本发明的一实施方式的燃料电池系统的主要部分结构例的图。
[0021]图2是用于说明燃料电池系统中的通知处理等的框图。
[0022]图3是表示扫气结束预定时间的推定处理的一个例子的流程图。
[0023]图4是表示推定达到目标输出所需时间并将推定结果通知给用户为止的处理的一个例子的流程图，该达到目标输出所需时间是直到冰点下启动后的燃料电池能够产生燃料电池系统的用户希望或期待的预期输出或与该预期输出对应的规定输出为止的时间。
[0024]图5是表示将冰点下启动时的输出推移模型化所得的坐标图的一个例子的图。
[0025]图6是将冰点下启动时的输出推移模型中的运算例与该模型一起表示的图。
[0026]图7是表示将冰点下启动时的输出推移模型等的研究结果映射化的一个例子的图。
[0027]标号说明
[0028]I...燃料电池系统
[0029]40...燃料电池
[0030]42…电池组(燃料电池电池组)
[0031]50…温度传感器(温度取得单元)
[0032]80...控制单元(控制装置)
[0033]160...显示装置(达到目标输出所需时间通知单元)
[0034]170…声音输出装置(达到目标输出所需时间通知单元)
[0035]281…电池组残留水量运算部(含水量取得单元)
[0036]300…达到目标输出所需时间推定部(达到目标输出所需时间推定单元)
【具体实施方式】
[0037]以下，基于附图所示的实施方式的一个例子详细地说明本发明的结构。以下，作为一个例子，举例说明在预定装配于燃料电池车的燃料电池系统中应用本发明的情况，但是应用范围并不局限于这样的例子。即，在此，表示了作为燃料电池车辆(Fuel Cell HybridVehicle)的车载发电系统而能够适用的系统的一个例子，该燃料电池系统I也能