燃料电池系统的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明设及一种燃料电池系统
【背景技术】
[0002] 利用作为燃料的氨和包含作为氧化剂的氧的空气之间的化学反应，燃料电池产生 电力。燃料电池随着电力的产生而产生热量。当燃料电池的溫度上升到预定的溫度范围外 时，水分蒸发并且干燥状态出现，而发电性能由此退化。因而，为了防止燃料电池过热，可执 行随着燃料电池的冷却剂溫度增加而增加下限电压W减少热量产生的控制。当增加下限电 压时，由于燃料电池的特性，输出容易受到限制。已经有各种不同的建议关于设定下限电 压，如公开在例如国际公开No. 2008/146928和日本专利申请公开Nos. 2009-158397和2008-300299 中。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供具有良好的输出响应的燃料电池系统。
[0004] 根据本发明的一个方面，提供了燃料电池系统，包括:燃料电池;冷却剂路径，该冷 却剂路径连接到燃料电池并允许冷却燃料电池的冷却剂流过;溫度检测单元，该溫度检测 单元被构造为检测在冷却剂路径中的冷却剂的溫度;溫度校正单元，该溫度校正单元被构 造为通过校正由溫度检测单元检测到的冷却剂溫度来计算溫度校正值;和下限电压控制单 元，该下限电压控制单元被构造为基于溫度校正值来控制燃料电池的下限电压，其中，溫度 校正单元基于W下公式来计算溫度校正值：
[0006] 其中，Tfii康不溫度校正值，Tfiit_〇i康不上一次溫度校正值，T表不冷却剂的溫度， 并且T表示系数，并且当冷却剂的溫度小于第一预定值时的系数被设定为比当冷却剂的溫 度等于或大于第二预定值时的系数大。
【附图说明】
[0007] 图IA是示出了根据第一实施例的燃料电池系统的框图，并且图IB是示出了控制单 元的构造的功能框图；
[0008] 图2A是示出了下限电压和溫度校正值之间关系的图，图2B是示出了时间常数相对 于溫度改变的图；图2C是示出了水溫和溫度校正值相对于时间改变的框图；并且图2D是示 出了电压相对于时间改变的图；W及
[0009] 图3是燃料电池系统的处理的流程图。
【具体实施方式】
[0010] 当下限电压基于燃料电池的冷却剂溫度而改变时，W下不便之处可能发生。例如， 当燃料电池的溫度像WOT(Wide Open化rottle节流阀全开)瞬时上升，暂时的溫度上升可 被检测到。如下将给出更加具体的描述。燃料电池的溫度一般地由检测冷却剂的溫度来估 算。当燃料电池的溫度上升并且冷却剂溫度的预定上升被检测到时，增加冷却剂的供应或 者供应靠流过散热器来冷却的冷却剂W冷却燃料电池。然而，冷却的冷却剂花费一定量的 时间来到达检测冷却剂溫度的溫度检测单元。结果，溫度检测单元可检测冷却剂溫度的上 升。可基于溫度的上升来执行用于增加下限电压的控制，而输出可被限制。如上所述，当执 行简单地基于冷却剂的溫度来控制下限电压的改变时，输出过度地受限，因而可能无法获 得良好的输出响应。
[0011]将参考附图给出本发明的实施例描述。
[001引第一实施例
[0013] 图IA是示出了根据第一实施例的燃料电池系统100的框图。燃料电池系统100安装 在燃料电池车辆、电动车辆等中，作为供应驱动电源W驱动车轮的系统。如图IA中所示，燃 料电池系统100包括CPlK中央处理单元）10、燃料电池(FC)20、氨罐22、和散热器24dCPU 10 是控制单元的示例。散热器24是冷却单元的示例。
[0014] 燃料电池20连接到空气供应管30、空气排放管32、燃料气体供应管34和燃料气体 排放管35。燃料气体循环管36在燃料气体供应管34和燃料气体排放管35之间连接。气液分 离器37设置在燃料气体循环管36中。燃料气体供应管34、燃料气体排放管35和燃料气体循 环管36形成允许是燃料气体的氨气循环通过的燃料气体路径。
[0015] 阀口43设置在空气供应管30中，并且阀口44设置在燃料气体供应管34中。另外，阀 口45设置在外部空气排放管38中。阀口43控制空气的流量。阀口44控制燃料气体的流量。阀 口 45是用于从燃料气体路径向外部排出已经流过燃料电池20-次的燃料排气的一部分和 杂质的阀口。当阀口45打开，燃料排气的一部分和杂质从燃料气体路径流到外部排放管38 而被排出到外部。
[0016] 另外，燃料电池20连接冷却剂供应管39和冷却剂排出管40。冷却剂循环管41和42 中的每一个连接在冷却剂供应管39和冷却剂排出管40之间。冷却剂供应管39、冷却剂排出 管40W及冷却剂循环管41和42形成冷却剂路径。=通阀48设置在冷却剂排出管40中。=通 阀48的第一出口连接到冷却剂循环管41，并且第二出口连接到冷却剂循环管42。散热器24 设置在冷却剂循环管42中。
[0017] 累46设置在燃料气体循环管36中。累47设置在冷却剂供应管39中。累46和47是例 如罗茨累、螺杆累或满轮累。
[0018] 空气从大气经空气供应管30供应到燃料电池20的空气侧电极(氧化剂极）。氨气储 藏在氨罐22中并经燃料气体供应管34供应到燃料电池20的氨气侧电极(燃料电极）。燃料电 池20通过使用氨气作为燃料气体并使用含氧空气作为氧化剂来产生电力。产生的电力用于 设备中，例如用于驱动车辆的马达、照明灯、空调和音响设备。电压表51检测由燃料电池20 产生的电力的电压(发电电压）。
[0019] 空气在燃料电池20中的反应后经空气排放管32排出到外部。在反应中未曾使用的 氨气从燃料气体排放管35排出，经燃料气体循环管36循环通过燃料气体供应管34,并且再 次供应到燃料电池20。
[0020] 冷却水(冷却剂)通过冷却剂供应管39供应到燃料电池20,并冷却燃料电池20。已 经用于冷却的冷却水被排出到冷却剂排出管40。冷却水流经冷却剂循环管41和42中的一个 或两者，并且再次供应到冷却剂供应管39和燃料电池20。流经冷却剂循环管42的冷却水在 散热器24中冷却。通过改变=通阀48的开/合状态，能够改变冷却水的流动路径。例如，当冷 却水是高溫时，冷却剂排出管40连接到冷却剂循环管42W借助散热器24来使冷却水冷却。
[0021] 溫度传感器50是溫度检测单元的示例，并且是例如热敏电阻。溫度传感器50比散 热器24更加上游地定位在冷却剂排出管40中，即在从燃料电池20的出口附近。溫度传感器 50检测已经冷却燃料电池20的冷却水的溫度(水溫）。水溫与燃料电池20的溫度相关。因而， 当燃料电池20溫度低时水溫是低的，同时当燃料电池20溫度高时水溫是高的。
[0022] 图IB是示出了CPU 10的构造的功能框图。如图IB中所示，CPUlO起溫度获取单元 12、电压控制单元14、下限电压控制单元16和溫度校正单元18的作用。
[0023] 溫度获取单元12获取由溫度传感器50检测的水溫。电压控制单元14从电压表51获 取燃料电池20的发电电压，然后控制发电电压使得发电电压大于下限电压。例如，电压控制 单元14改变阀口 43的开度W调整空气进入燃料电池20的流量，并改变累46的转速、阀口 44 的开度等来调整氨气进入燃料电池20的流量。电压控制单元14靠上述调整来控制发电电 压。
[0024] 下限电压控制单元16根据水溫控制是发电电压的下限值的下限电压VII。下限电压 Vii是溫度校正值Tfiit的函数。溫度校正值Tfiit是从水溫计算出的值，并且是用于设定下限 电压Vii的参数。
[0025] 溫度校正单元18根据W下等式计算溫度校正值TfiiteTfiit在等式中是溫度校正值， 并且Tmt_〇id是在Tfiit被计算出的时间之前的预定时间处计算出的溫度校正值(上一溫度校 正值）dT表示水溫，并且T是用于计算溫度校正值Tfiit的时间常数(系数）。
公式1
[0027] 如公式1所示，溫度校正值Tfiit是通过将由水溫T和上一计算值Tfiit_〇id之差除W时 间常数T所得到的值加到Tfiit_〇id来获得。上述过滤过程减少了水溫T中的快速改变的成分， 使得能够获得稳定的溫度校正值Tfiit。随着时间常数T减少，溫度校正值Tmt的改变程度(改 变速率)增加。随着T增加，溫度校正值Tfilt的改变速率降低。
[0028] 图2A是示出了下限电压Vii和溫度校正值Tfiit之间关系的框图。水平轴表示溫度校 正值Tf iit，并且垂直轴表示下限电压Vii。如图2A中所示，当溫度校正值Tf iit小于Tf iit_i (例如 65°C)时，下限电压取最小值V日。另一方面，当溫度校正值Tfiit大于时，下限电压大于 Vo。另外，当溫度校正值Tfiit等于或大于Tfiit_2(例如85°C)时，下限电压取最大值Vx。如上所 述，下限电压Vii取决于溫度校正值Tfiit来改变。如前所述，随着时间常数T减少，溫度校正值 Tfiit的改变速率增加，并且随着溫度校正值Tfiit的改变速率增加，下限电压Vii的改变速率 增加。也就是说，随着时间常数T减少，下限电压Vii的改变速率增加。相反，随着T增加，