专利名称：燃料电池系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃料电池系统。
背景技术：
在下述专利文献1中公开了一种燃料电池系统，使用电压转换部即DC-DC转换器将正弦波与燃料电池的输出电压重叠，并检测进行正弦波变动的电力变化而测定交流阻抗。在该燃料电池系统中，在DC-DC转换器显示异常时，切换成使逆变器的输出电流变化而将正弦波与燃料电池的输出电压重叠的方法。专利文献1 日本特开2008-53162号公报
发明内容
在上述专利文献1中未公开检测DC-DC转换器的动作不良的单元。本发明为了消除上述的现有技术的问题点而做出，其目的在于提供一种能够检测电压转换部的动作不良的燃料电池系统。为了解决上述课题，本发明的燃料电池系统的特征在于，具备燃料电池；蓄电部，能够将所述燃料电池的发电电力充电于所述蓄电部；电力消耗装置，消耗来自所述燃料电池及所述蓄电部的电力；电压转换部，配置在所述燃料电池或所述蓄电部与所述电力消耗装置之间；信号生成单元，使规定的基准信号与所述燃料电池的输出目标信号重叠而生成输出指令信号；计算单元，按照由所述信号生成单元生成的所述输出指令信号，算出从所述燃料电池输出的输出信号中包含的所述基准信号成分的频率特性；及判定单元，在由所述计算单元算出的所述频率特性小于基于所述基准信号的频率特性即基准特性而设定的容许范围的下限阈值时，判定为所述电压转换部发生动作不良。根据该发明，通过使规定的基准信号与燃料电池的输出目标信号重叠，从而能够使基准信号成分包含在从燃料电池输出的输出信号中，在基于该基准信号成分所算出的频率特性小于基于基准信号的频率特性即基准特性所设定的容许范围的下限阈值的情况下， 能够判定为特性劣化的主要原因是电压转换部的动作不良。在上述燃料电池系统中，也可以还具备调节单元，该调节单元调节所述电压转换部的增益，以使得由上述计算单元算出的所述频率特性与所述基准特性一致。如此，能够提高相对于构成电压转换部的部件的设计误差、时效变化等的不确定的变动而将系统特性维持成最适合的状态的能力，即提高所谓的稳健性。在上述燃料电池系统中，上述频率特性及上述基准特性也可以是振幅特性及/或相位特性。另外，在上述燃料电池系统中，上述输出信号也可以是表示燃料电池的输出电压的信号及/或表示燃料电池的输出电流的信号。在上述燃料电池系统中，上述基准信号也可以是正弦波。由此，能够使不会对燃料电池系统中的其他的控制造成影响的信号重叠。[发明效果]
根据本发明，能够检测电压转换部的动作不良。
图1是示意性地表示实施方式中的燃料电池系统的结构的图。图2是用于说明实施方式中的FC转换器动作不良判定处理的流程的流程图。
具体实施例方式以下，参照附图，说明本发明的燃料电池系统的优选的实施方式。在实施方式中， 说明使用本发明的燃料电池系统作为燃料电池车辆(FCHV;Fuel Cell Hybrid Vehicle)的车载发电系统的情况。需要说明的是，本发明的燃料电池系统可以适用于燃料电池车辆以外的各种移动体(机器人、船舶、航空器等)，此外，还可以适用于作为建筑物(住宅、高楼等)用的发电设备所使用的定置用发电系统。首先，参照图1，说明本实施方式中的燃料电池系统的结构。图1是示意性地表示实施方式中的燃料电池系统的图。如该图所示，燃料电池系统1具有通过作为反应气体的氧化气体及燃料气体的电化学反应来产生电力的燃料电池2 ；燃料电池用的DC/DC转换器3(电压转换部，以下称为“FC转换器”)；作为二次电池的蓄电池4(蓄电部)；蓄电池用的DC/DC转换器5 (电压转换部，以下称为“Bat转换器”)；作为负载的牵引逆变器6及牵引电动机7 (电力消耗装置)；对系统整体进行集中控制的控制部8。燃料电池2及FC转换器3的组与蓄电池4及 Bat转换器5的组相对于牵引逆变器6及牵引电动机7并联连接。燃料电池2例如是高分子电解质型燃料电池，成为将多个单电池层叠而成的堆叠结构。单电池的结构为，在由离子交换膜构成的电解质的一个面上具有空气极，在另一个面上具有燃料极，此外以从两侧将空气极及燃料极夹入的方式具有一对隔板。这种情况下，向一方的隔板的氢气通路供给氢气，向另一方的隔板的氧化气体通路供给氧化气体，这些反应气体进行化学反应，从而产生电力。FC转换器3是直流的电压转换器，具有对从燃料电池2输出的直流电压进行升压而向电力消耗装置侧即牵引逆变器6输出的功能。通过该FC转换器3来控制燃料电池2 的输出电压。在FC转换器3的输入侧设有检测燃料电池2的输出电压的电压传感器V及检测燃料电池2的输出电流的电流传感器A。蓄电池4将蓄电池单元层叠而以一定的高电压作为端子电压，并通过未图示的蓄电池计算机的控制而能够对燃料电池2的剩余电力予以充电或辅助性地供给电力。Bat转换器5是直流的电压转换器，具有对从蓄电池4输入的直流电压进行升压而向电力消耗装置侧即牵引逆变器6输出的功能和对从燃料电池2或牵引电动机7侧输入的直流电压进行降压而向蓄电池4输出的功能。通过此种Bat转换器5的功能来实现蓄电池 4的充放电。牵引逆变器6将直流电流转换成三相交流并向牵引电动机7供给。牵引电动机7 例如是三相交流电动机，构成搭载燃料电池系统1的燃料电池车辆的主动力源。控制部8检测设置于燃料电池车辆的加速操作构件(例如，油门)的操作量，接受加速要求值(例如来自牵引电动机7等电力消耗装置的要求发电量)等控制信息，对系统内的各种设备的动作进行控制。需要说明的是，在电力消耗装置中，除了牵引电动机7之夕卜，例如还包含有为了使燃料电池2工作所需的辅机装置、在与车辆的行驶相关的各种装置(变速器、车轮控制装置、转向装置、悬架装置等)中使用的促动器、乘员空间的空调装置 (空调器)、照明、音响等。控制部8物理性地具有例如CPU、存储器、输入输出接口。存储器具有对由CPU处理的控制程序、控制数据进行存储的ROM和主要作为用于控制处理的各种作业区域所使用的RAM。这些要素彼此经由总线来连接。在输入输出接口连接有电压传感器V、电流传感器 A等各种传感器，且连接有用于驱动牵引电动机7等的各种驱动器。CPU按照存储在ROM中的控制程序，经由输入输出接口而接收在各种传感器的检测结果，使用RAM内的各种数据等进行处理，从而执行燃料电池系统1的各种控制处理。另夕卜，CPU通过经由输入输出接口向各种驱动器输出控制信号，来控制燃料电池系统1整体。 以下，说明利用控制部8执行的各种控制处理中的本实施方式所特有的处理即FC转换器动作不良判定处理。控制部8功能性地具有目标电压决定部81、重叠信号生成部82、电压指令信号生成部83、频率特性算出部84(计算单元)、动作不良判定部85 (判定单元)、增益调节部 86 (调节单元)。通过目标电压决定部81、重叠信号生成部82及电压指令信号生成部83来构成信号生成单元。目标电压决定部81基于从油门踏板传感器(未图示)等输入的各传感器信号来决定燃料电池2的输出目标电压，并将该输出目标电压向电压指令信号生成部83输出。重叠信号生成部82生成与输出目标电压重叠的规定的基准信号，并将该基准信号向电压指令信号生成部83输出。作为规定的基准信号，可以使用不会对燃料电池系统1 中的其他的控制造成影响的信号。具体而言，例如，相当于振幅值为数V的特定频率的正弦波信号。需要说明的是，基准信号的振幅值可以通过重叠信号振幅控制部(未图示)进行适当变更。另外，输出目标电压、基准信号的各参数(波形的种类、频率、振幅值)可以根据系统设计等适当设定。电压指令信号生成部83使基准信号与输出目标电压重叠，并作为电压指令信号向FC转换器3输出。FC转换器3按照该电压指令信号来进行燃料电池2的电压控制。频率特性算出部84算出与燃料电池2的输出电压重叠的基准信号成分的频率特性。在频率特性中包含振幅特性和相位特性。频率特性可以使用公知的频率特性解析方法来算出。需要说明的是，作为频率特性，也可以采用振幅特性及相位特性中的任一方。动作不良判定部85在由频率特性算出部84算出的频率特性小于基于基准信号的频率特性即基准特性而设定的容许范围的下限阈值时，判定为FC转换器3发生动作不良。 作为上述容许范围，例如，可以设定为在FC转换器3为良好时从燃料电池2输出的基准信号成分的振幅、相位可取得的范围。具体而言，动作不良判定部85例如在算出的频率特性中包含的振幅小于与基准信号的振幅对应的容许范围的下限阈值时、算出的频率特性中包含的相位比与基准信号的相位对应的容许范围的下限阈值延迟时，判定为FC转换器3发生动作不良。需要说明的是， 基准特性及容许范围通过试验等求出，预先存储在存储器中。在动作不良判定部85判定为FC转换器3发生动作不良时，使表示动作不良的情
5况的警告灯在显示面板上点亮。需要说明的是，将动作不良的情况通知给驾驶员等的方法并不局限于此，例如，既可以将警告消息显示在显示画面上，也可以从扬声器输出警告音。增益调节部86对FC转换器3的增益进行调节，以使得由频率特性算出部84算出的频率特性与基准特性一致。由此，能够提高相对于构成FC转换器3的部件的设计误差、 时效变化等的不确定的变动而将系统特性维持成最适合的状态的能力，即提高所谓的稳健性。接下来，使用图2所示的流程图，说明本实施方式中的FC转换器动作不良判定处理的流程。该FC转换器动作不良判定处理例如在点火键为接通时开始，在运转结束之前反复执行。首先，控制部8的目标电压决定部81基于从油门踏板传感器等输入的各传感器信号来决定燃料电池2的输出目标电压(步骤S101)。接着，控制部8的重叠信号生成部82生成与输出目标电压重叠的规定的基准信号 (步骤 S102)。接着，控制部8的电压指令信号生成部83将基准信号与输出目标电压重叠而生成电压指令信号(步骤S103)。FC转换器3按照该电压指令信号来进行燃料电池2的电压控制。接着，控制部8的频率特性算出部84算出与燃料电池2的输出电压重叠的基准信号成分的频率特性(步骤S104)。接着，控制部8的动作不良判定部85判定在上述步骤S104中算出的频率特性是否小于基于存储在存储器中的基准特性所设定的容许范围的下限阈值(步骤S105)。在该判定为否时(步骤S105为否)，控制部8使处理向后述的步骤S107移动。另一方面，在步骤S105的判定中，在判定为算出的频率特性小于容许范围的下限阈值时(步骤S105为是)，控制部8的动作不良判定部85判定为FC转换器3发生动作不良(步骤S105)，使表示动作不良的情况的警告灯在显示面板上点亮(步骤S106)。接着，控制部8的增益调节部86调节FC转换器3的增益，以使得由频率特性算出部84算出的频率特性与基准特性一致(步骤S107)。如上所述，根据本实施方式中的燃料电池系统1，通过将不会对燃料电池系统1中的其他的控制造成影响的规定的基准信号与燃料电池2的输出目标电压重叠，从而能够使上述基准信号成分包含在从燃料电池输出的输出电压中。并且，当基于该基准信号成分所算出的频率特性小于基于基准信号的频率特性即基准特性设置的容许范围的下限阈值时， 可以判定为该特性劣化的主要原因是FC转换器3的动作不良。即，根据本实施方式中的燃料电池系统1，能够检测FC转换器3的动作不良。需要说明的是，在上述的实施方式中，使用与燃料电池的输出电压相关的信号来执行各种处理，但并未限定于此，也可以使用与燃料电池的输出电流相关的信号来执行。这种情况下，控制部8例如使基准信号与输出目标电流重叠而生成电流指令信号，算出与燃料电池2的输出电流重叠的基准信号成分的频率特性。另外，在上述的实施方式中，作为控制部8的功能，记载了将目标电压决定部81、 重叠信号生成部82、电压指令信号生成部83、频率特性算出部84、动作不良判定部85及增益调节部86形成为一体，但该记载并未限定于各功能在物理方面仅分配于一个控制装置。艮口，各功能也可以分散地分配于多个控制装置。另外，一个或多个控制装置也可以与燃料电池系统1的各结构要素分别独立地设置，控制装置的一部分或全部也可以例如内置在FC转换器3等的燃料电池系统1中的任一个结构要素中而设置。另外，也可以在上述的实施方式的燃料电池系统1中设置外部信号产生部及频率响应解析部(FRA)，来测定FC转换器3的信号重叠能力。具体而言，通过使来自外部信号产生部的外部信号与电压传感器V或电流传感器A的检测信号重叠，并利用频率响应解析部来解析相对于该重叠信号的响应特性，从而能够测定FC转换器3的信号重叠能力。需要说明的是，作为外部信号产生部及频率响应解析部，可以使用周知的信号产生器及频率响应解析器。另外，在上述的实施方式中，说明了将本发明适用于FC转换器3的情况，但并未限定于此，也可以将本发明适用于Bat转换器5。工业实用性本发明的燃料电池系统适用于检测电压转换部的动作不良的情况。标号说明1…燃料电池系统、2…燃料电池、3…FC转换器、4…蓄电池、5…Bat转换器、6…牵弓丨逆变器、7…牵引电动机、8…控制部、81···目标电压决定部、82···重叠信号生成部、83···电压指令信号生成部、84···频率特性算出部、85···动作不良判定部、86···增益调节部、V…电压传感器、A…电流传感器。
权利要求
1.一种燃料电池系统，其特征在于，具备 燃料电池；蓄电部，能够将所述燃料电池的发电电力充电于所述蓄电部； 电力消耗装置，消耗来自所述燃料电池及所述蓄电部的电力； 电压转换部，配置在所述燃料电池或所述蓄电部与所述电力消耗装置之间； 信号生成单元，使规定的基准信号与所述燃料电池的输出目标信号重叠而生成输出指令信号；计算单元，按照由所述信号生成单元生成的所述输出指令信号，算出从所述燃料电池输出的输出信号中包含的所述基准信号成分的频率特性；及判定单元，在由所述计算单元算出的所述频率特性小于基于所述基准信号的频率特性即基准特性而设定的容许范围的下限阈值时，判定为所述电压转换部发生动作不良。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，还具备调节单元，该调节单元调节所述电压转换部的增益，以使得由所述计算单元算出的所述频率特性与所述基准特性一致。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其特征在于， 所述频率特性及所述基准特性是振幅特性及/或相位特性。
4.根据权利要求1 3中任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，所述输出信号是表示燃料电池的输出电压的信号及/或表示燃料电池的输出电流的信号。
5.根据权利要求1 4中任一项所述的燃料电池系统，其特征在于， 所述基准信号是正弦波。
全文摘要
检测FC转换器的动作不良。目标电压决定部(81)决定燃料电池(2)的输出目标电压，重叠信号生成部(82)生成与输出目标电压重叠的规定的基准信号，电压指令信号生成部(83)使基准信号与输出目标电压重叠而生成电压指令信号，频率特性算出部(84)算出与燃料电池(2)的输出电压重叠的基准信号成分的频率特性，动作不良判定部(85)在算出的频率特性小于基于基准特性所设定的容许范围的下限阈值时，判定为FC转换器(3)发生动作不良，增益调节部(86)对FC转换器(3)的增益进行调节，以使得由频率特性算出部(84)算出的频率特性与基准特性一致。
文档编号H01M8/04GK102460921SQ20098015976
公开日2012年5月16日 申请日期2009年6月8日 优先权日2009年6月8日
发明者北村伸之, 真锅晃太, 长谷川贵彦 申请人:丰田自动车株式会社