暖机系统的制作方法

1.本发明涉及一种暖机系统。


背景技术：

2.燃料电池在温度过低的情况下，发电效率会下降，或者无法正常发电。因此，燃料电池汽车(fuel cell vehicle,fcv)等的搭载燃料电池的车辆，在燃料电池的温度较低的情况下需要对燃料电池进行暖机。如果燃料电池暖机花费时间，则车辆启动会花费时间。因此，期望缩短燃料电池暖机所要花费的时间。
3.[先前技术文献]
[0004]
(专利文献)
[0005]
专利文献1：日本特表2011-503812号公报


技术实现要素：

[0006]
[发明所要解决的问题]
[0007]
本发明的实施方式所要解决的问题在于，提供一种燃料电池暖机所要花费的时间比以往更短的暖机系统。
[0008]
[解决问题的技术手段]
[0009]
实施方式的暖机系统包括燃料电池、马达、旋转轴、减速器、测量部及控制部。燃料电池借由电化学反应来发电。马达将前述燃料电池所发出的电力转换为旋转力。旋转轴借由前述旋转力来旋转。减速器对前述旋转轴的旋转进行制动。测量部测量前述燃料电池的温度。控制部基于前述温度来判定进行前述燃料电池的暖机，在判定为进行前述暖机的情况下，借由使前述马达及前述减速器运行，而利用前述燃料电池的发热及前述减速器的发热使前述燃料电池暖机。
[0010]
(发明的效果)
[0011]
根据本发明，燃料电池暖机所要花费的时间比以往更短。
附图说明
[0012]
图1是绘示实施方式的车辆中所包含的驱动部的构造的一例的图。
[0013]
图2是绘示实施方式的车辆中所包含的冷却部等的构造的一例的框图。
[0014]
图3是绘示图2中的控制部进行的处理的一例的流程图。
[0015]
图4是绘示图2中的控制部进行的处理的一例的流程图。
[0016]
图5是绘示图2中的控制部进行的处理的一例的流程图。
具体实施方式
[0017]
以下，使用图式对实施方式的车辆进行说明。此外，以下的实施方式的说明中使用的各图式有时会适当改变各部的比例。另外，为了便于说明，以下的实施方式的说明中所使
用的各附图有时省略构造来表示。另外，在各附图及本说明书中，同一符号表示相同的部件。
[0018]
图1是绘示实施方式的车辆1中所包含的驱动部100的构造的一例的图。
[0019]
车辆1例如是fcv等的搭载燃料电池的车辆。车辆1例如将燃料电池作为动力而使车轮旋转，由此来行驶(推进)。车辆1包括驱动部100。车辆1是暖机系统的一例。
[0020]
作为一例，驱动部100包括马达101、适配器102、齿轮箱103、旋转轴104、齿轮箱105、缓速器(ret)106及离合器107。驱动部100将马达101输出的动能(旋转力)传递至各部。另外，图1示出了路径r。路径r表示旋转力的传递路径。
[0021]
马达101是将输入的电力转换为旋转力后予以输出的电动机。
[0022]
适配器102连接马达101与齿轮箱103。作为一例，适配器102包括连接轴108。
[0023]
连接轴108将马达101输出的旋转力传递至齿轮箱103。
[0024]
此外，在图1中示出了具有两组由马达101及适配器102构成的组合的车辆1。然而，车辆1也可以具有一组或三组以上该组合。
[0025]
齿轮箱103利用多个齿轮等，将从适配器102传递来的旋转力传递至旋转轴104，由此使旋转轴104旋转。
[0026]
旋转轴104借由旋转而将从齿轮箱103传递来的旋转力传递至齿轮箱105及离合器107等。
[0027]
齿轮箱105将从旋转轴104传递来的旋转力传递至缓速器106。
[0028]
缓速器106在开启(on)的状态下，经由齿轮箱105与旋转轴104连接。由此，缓速器106对旋转轴104的旋转力进行制动。缓速器106借由对旋转轴104的旋转力进行制动，可以减少旋转轴104的旋转速度。另外，由此，缓速器106可以使车辆1减速。缓速器106在对旋转轴104的旋转力进行制动期间会发热。缓速器106在关闭(off)的状态下，不对旋转轴104的旋转力进行制动。此外，缓速器106是减速器的一例。
[0029]
离合器107借由切换接合的状态(开启)与断开的状态(关闭)，来切换旋转力的传递与阻断。离合器107在开启的状态下，将从齿轮箱103传递来的旋转力传递给传动轴等。另外，离合器107在关闭的状态下，不将从齿轮箱103传递来的旋转力传递给传动轴等(阻断)。
[0030]
传递给传动轴的旋转力例如经由差动齿轮及驱动轴等传递至车轮。
[0031]
图2是绘示实施方式的车辆1中所包含的冷却部200等的构造的一例的框图。作为一例，车辆1包括冷却部200、控制部300及缓速器电子控制单元(electronic control unit,ecu)301。
[0032]
冷却部200对燃料电池进行冷却及暖机。作为一例，冷却部200包括冷却回路210、散热器220、燃料电池系统(fuel cell system,fcs)230、水泵(wp)240、恒温器阀(th)250及缓速器106。
[0033]
冷却回路210例如是供冷却液等液体循环流动的流体回路。冷却回路210利用该冷却液来搬运热量，由此对燃料电池进行冷却及暖机。冷却液从散热器220流出后，通过fcs 230，或者通过水泵240及缓速器106而进入散热器220。
[0034]
散热器220借由散热来冷却进入内部的冷却液。
[0035]
冷却部200具有一个或多个fcs 230。作为一例，在图2中示出了fcs230-1～fcs 230-n这n个fcs 230。此外，n是1以上的整数。
[0036]
作为一例，fcs 230包括恒温器阀(th)231、水泵232、燃料电池堆(stk)233及温度传感器234。
[0037]
恒温器阀231控制fcs 230内的冷却液的流动，使其流向燃料电池堆233或fcs 230外。
[0038]
水泵232增加从恒温器阀231流向燃料电池堆233侧的冷却液的流速。
[0039]
fcs 230可以借由恒温器阀231及水泵232使冷却液在fcs 230内回流。
[0040]
燃料电池堆233是多个燃料电池层叠而成。燃料电池堆233例如借由燃料气体与氧化剂气体的电化学反应来发电并输出电力。燃料电池堆233所发出的电力用来驱动马达101。或者，该电力用来对蓄电池充电。马达101利用燃料电池堆233及该蓄电池中的至少任一者所输出的电力来进行驱动。
[0041]
温度传感器234测量燃料电池堆233的温度。而且，温度传感器234输出该温度的测量结果。温度传感器234是测量部的一例。
[0042]
另外，fcs 230也可以具有借由消耗电力而向燃料电池堆233供给燃料气体及氧化剂气体的辅机等。
[0043]
水泵240增加流向缓速器106的冷却液的流速。
[0044]
恒温器阀250控制冷却回路210内的冷却液的流动，使冷却液流向通过散热器220的路径及不通过散热器220的旁通线路(bypass line)中的任一路径。旁通线路例如是使各fcs 230及缓速器106的冷却液的出口之后、散热器220的入口之前的冷却液流向散热器220的出口之后、各fcs 230及缓速器106的冷却液的入口之前的路径。冷却液借由在这种路径中流动，不会被散热器220冷却，因此会加快暖机。另外，从缓速器106流出的热量被有效率地搬运至各fcs 230。
[0045]
控制部300例如是进行驱动部100、冷却部200及缓速器ecu 301等车辆1的各部的控制、以及各种处理及运算的计算机。另外，控制部300还存储用于使控制部300运行的程序等。
[0046]
缓速器ecu 301控制缓速器106。
[0047]
以下，基于图3～图5等对实施方式的车辆1的运行进行说明。此外，以下的运行说明中的处理的内容是一例，可以适当利用能够获得同样结果的各种处理。图3～图5是绘示控制部300进行的处理的一例的流程图。控制部300例如基于控制部300等中所存储的程序来执行图3及图4的处理。
[0048]
控制部300例如随着点火装置开启(ignition on)而开始图3及图4的处理。此外，控制部300并行或并列地处理图3及图4的处理。
[0049]
在图3的步骤st11中，控制部300判定是否将暖机模式开启。例如，在燃料电池堆233的温度为特定的阈值th1以下的情况下，控制部300判定为将暖机模式开启。暖机模式是用于使燃料电池堆233的温度上升至适于燃料电池堆233运行的温度的模式。此外，控制部300例如从温度传感器234获取燃料电池堆233的温度。如果不判定为将暖机模式开启，则控制部300在步骤st11中判定为否(no)，而前进至步骤st12。
[0050]
在步骤st12中，控制部300进行用于使车辆1以普通模式启动的处理。
[0051]
在步骤st13中，控制部300使车辆1成为能够行驶的状态。另外，控制部300结束图4所示的处理。控制部300在步骤st13的处理之后，结束图3所示的处理。
[0052]
与此相对，如果判定为将暖机模式开启，则控制部300在步骤st11中判定为是(yes)，而前进至步骤st14。
[0053]
在步骤st14中，控制部300以将离合器107关闭的方式进行控制。
[0054]
在步骤st15中，控制部300基于燃料电池堆233的温度等，判定是否设定缓速器106的转矩等。如果设定缓速器106的转矩等，则控制部300在步骤st15中判定为是，而前进至步骤st16。
[0055]
在步骤st16中，控制部300基于燃料电池堆233的温度等，将缓速器106开启或关闭。另外，在将缓速器106开启的情况下，控制部300基于燃料电池堆233的温度及想要获得的发热量中的至少任一者等来决定缓速器106的转矩的大小。然后，控制部300将缓速器106的转矩设定为所决定的大小。此外，转矩越大，缓速器106的制动力越大。此外，想要获得的发热量例如是指流入冷却回路210的热量、燃料电池堆233与缓速器106的发热量的合计、或者燃料电池堆233获得的热量等的期望大小。
[0056]
控制部300在步骤st16的处理之后，前进至步骤st17。另外，如果不设定缓速器106的转矩等，则控制部300在步骤st15中判定为否，而前进至步骤st17。
[0057]
在步骤st17中，控制部300基于燃料电池堆233的温度及想要获得的发热量中的至少任一者等，判定是否进行马达101的转速及转矩等的设定。如果进行马达101的转速及转矩等的设定，则控制部300在步骤st17中判定为是，而前进至步骤st18。
[0058]
在步骤st18中，控制部300基于燃料电池堆233的温度、想要获得的发热量及对缓速器106设定的转矩的大小中的至少任一者等，决定马达101的转速及转矩等的大小。然后，控制部300将马达101的转速及转矩的值设定为所决定的大小。
[0059]
控制部300在步骤st18的处理之后，前进至步骤st19。另外，如果不进行马达101的转速及转矩等的设定，则控制部300在步骤st17中判定为否，而前进至步骤st19。
[0060]
在步骤st19中，控制部300基于燃料电池堆233的温度、想要获得的发热量及所需的电力量中的至少任一者等，判定是否设定燃料电池堆233的发电量。所需电力量例如是基于车辆1的推进所需的电力及燃料电池堆233的暖机所需的电力。如果设定燃料电池堆233的发电量，则控制部300在步骤st19中判定为是，而前进至步骤st20。
[0061]
在步骤st20中，控制部300基于燃料电池堆233的温度、想要获得的发热量、对马达101设定的转速及转矩、以及所需的电力量等，决定燃料电池堆233的发电量。然后，控制部300将燃料电池堆233的发电量设定为所决定的大小。借由该设定，燃料电池堆233开始发电，并输出该发电量。其中，控制部300在燃料电池堆233达到可以开始发电的特定温度以上之后，使燃料电池堆233开始发电。另外，马达101以步骤st18中所设定的大小的转速及转矩进行旋转。燃料电池堆233自身的发热及缓速器106所产生的热量经由冷却液而移动至燃料电池堆233，由此对燃料电池堆233暖机。
[0062]
控制部300在步骤st20的处理之后，前进至步骤st21。另外，如果不设定燃料电池堆233的发电量，则控制部300在步骤st19中判定为否，而前进至步骤st21。
[0063]
在步骤st21中，控制部300判定燃料电池堆233的温度是否为特定的阈值th2以上。如果燃料电池堆233的温度小于特定的阈值th2，则控制部300在步骤st21中判定为否，而前进至步骤st22。此外，阈值th2是第一特定温度的一例。
[0064]
在步骤st22中，控制部300判定将暖机模式开启后的经过时间是否为特定的阈值
th3以上。此外，暖机模式开启的时机例如是进行了步骤st20的处理的时刻。如果将暖机模式开启后的经过时间小于特定的阈值th3，则控制部300在步骤st22中判定为否，而返回至步骤st21。于是，控制部300成为反复进行步骤st21及步骤st22的待机状态，直至燃料电池堆233的温度达到特定的阈值th2以上、或者将暖机模式开启后的经过时间达到特定的阈值th3以上。
[0065]
如果处于步骤st21及步骤st22的待机状态时，燃料电池堆233的温度达到特定的阈值th2以上，则控制部300在步骤st21中判定为是，而前进至步骤st23。另外，如果处于步骤st21及步骤st22的待机状态时，将暖机模式开启后的经过时间达到特定的阈值th3以上，则控制部300在步骤st22中判定为是，而前进至步骤st23。
[0066]
在步骤st23中，控制部300将暖机模式关闭。即，控制部300在缓速器106开启的情况下，将暖机模式关闭。另外，控制部300使马达101的旋转停止。
[0067]
在步骤st24中，控制部300将燃料电池堆233的发电量设定为车辆1在空闲状态(不行驶的状态)下运行所需的发电量。另外，控制部300根据需要将燃料电池堆233的发电量设定为蓄电池充电所需的大小。控制部300在步骤st24的处理之后，前进至步骤st13。
[0068]
另一方面，在图4的步骤st31中，控制部300等待行驶的指示。控制部300例如在换挡杆为停车挡以外的情况下判定为接受了行驶的指示。如果判定为接受了行驶的指示，则控制部300在步骤st31中判定为是，而前进至步骤st32。
[0069]
在步骤st32中，控制部300结束图3所示的处理。然后，控制部300使车辆1成为能够行驶的状态。另外，控制部300开始图5的处理。控制部300并行或并列地处理图4的处理及图5的处理。
[0070]
在图5的步骤st51中，控制部300判定是否将离合器107关闭。作为一例，控制部300在车辆1的速度为3km以下的情况下或者制动器开启的情况下判定为将离合器107关闭。作为一例，控制部300在车辆1的速度超过3km的情况下或者加速器开启的情况下判定为将离合器107开启。如果判定为将离合器107关闭，则控制部300在步骤st51中判定为是，而前进至步骤st52。
[0071]
在步骤st52中，控制部300以将离合器107关闭的方式进行控制。控制部300在步骤st52的处理之后，返回步骤st51。
[0072]
与此相对，如果判定为将离合器107开启，则控制部300在步骤st51中判定为否，而前进至步骤st53。
[0073]
在步骤st53中，控制部300以将离合器107开启的方式进行控制。控制部300在步骤st53的处理之后，返回步骤st51。
[0074]
在图4的步骤st33中，控制部300基于燃料电池堆233的温度等，判定是否加快燃料电池堆233的暖机。如果加快燃料电池堆233的暖机，则控制部300在步骤st33中判定为是，而前进至步骤st34。
[0075]
在步骤st34中，控制部300为了提高燃料电池堆233的发热量来加快暖机，以增加燃料电池堆233的发电量的方式进行设定。
[0076]
在步骤st35中，控制部300基于燃料电池堆233的温度、想要获得的发热量、以及在步骤st34中设定的发电量中的至少任一者等，判定是否设定缓速器106的转矩等。如果设定缓速器106的转矩等，则控制部300在步骤st35中判定为是，而前进至步骤st36。
[0077]
在步骤st36中，控制部300基于燃料电池堆233的温度、想要获得的发热量、以及在步骤st34中设定的发电量中的至少任一者等，决定缓速器106的转矩的大小。然后，控制部300将缓速器106的转矩设定为所决定的大小。
[0078]
控制部300在步骤st36的处理之后，前进至步骤st37。另外，如果不设定缓速器106的转矩等，则控制部300在步骤st35中判定为否，而前进至步骤st37。
[0079]
在步骤st37中，控制部300基于离合器107是开启还是关闭、加速器是开启还是关闭、加速器的强度、车辆1的速度及齿轮比等车辆1的状态、以及在步骤st36中设定的缓速器106的转矩，决定马达101的转速及转矩的大小。然后，控制部300将马达101的转速及转矩的值设定为所决定的大小。
[0080]
在步骤st38中，控制部300基于车辆1行驶所需的电力、在步骤st34中设定的发电量以及行驶以外使用的电力，决定燃料电池堆233的发电量。另外，当在步骤st34中以增加发电量的方式进行了设定时，控制部300以使燃料电池堆233的发电量比未以增加发电量的方式进行了设定时更大的方式，来决定发电量。然后，控制部300将燃料电池堆233的发电量设定为所决定的大小。借由该设定，燃料电池堆233开始发电，并输出该发电量。另外，马达101以步骤st37中所设定的大小的转速及转矩进行旋转。燃料电池堆233自身的发热及缓速器106所产生的热量经由冷却液而移动至燃料电池堆233，由此对燃料电池堆233暖机。
[0081]
在步骤st39中，控制部300判定燃料电池堆233的温度是否为特定的阈值th2以上。如果燃料电池堆233的温度小于特定的阈值th2，则控制部300在步骤st39中判定为否，而前进至步骤st40。此外，阈值th2也可以是基于从燃料电池堆233开始发电起的经过时间而决定的值。在该情况下，控制部300决定阈值th2的值。
[0082]
在步骤st40中，控制部300判定燃料电池堆233的发热量及缓速器106的发热量的合计是否为特定的阈值th4以上、或者燃料电池堆233的发热量是否为特定的阈值th5以上。如果燃料电池堆233的发热量及缓速器106的发热量的合计小于特定的阈值th4、且燃料电池堆233的发热量小于特定的阈值th5，则控制部300在步骤st40中判定为否，而返回步骤st34。
[0083]
如果不加快燃料电池堆233的暖机，则控制部300在步骤st33中判定为否，而前进至步骤st41。另外，如果燃料电池堆233的温度为特定的阈值th2以上，则控制部300在步骤st39中判定为是，而前进至步骤st41。另外，如果燃料电池堆233的发热量及缓速器106的发热量的合计为特定的阈值th4以上，或者燃料电池堆233的发热量为特定的阈值th5以上，则控制部300在步骤st40中判定为是，而前进至步骤st41。
[0084]
在步骤st41中，控制部300将暖机模式关闭。即，控制部300在缓速器106开启的情况下，将暖机模式关闭。控制部300在步骤st41的处理之后，结束图4的处理，并使燃料电池堆233转变为空闲发电模式等。
[0085]
实施方式的车辆1具有旁通线路及恒温器阀250，由此可以利用冷却液使缓速器106产生的热量移动至燃料电池堆233。由此，实施方式的车辆1可以缩短燃料电池堆233暖机所要花费的时间。
[0086]
冷却部200针对每个fcs 230具有恒温器阀231及水泵232，所以可以使冷却液在各个fcs 230内回流。由此，车辆1可以提高燃料电池堆233的暖机速度。
[0087]
另外，实施方式的车辆1基于燃料电池堆233的温度及想要获得的发热量中的至少
任一者来决定缓速器106的转矩。由此，实施方式的车辆1可以使缓速器106的负载的增加量及发热量成为与燃料电池堆233的温度相应的恰当的大小。
[0088]
另外，实施方式的车辆1基于燃料电池堆233的温度来决定马达101的转速及转矩。由此，实施方式的车辆1可以使缓速器106的负载的增加量及发热量成为与燃料电池堆233的温度相应的恰当的大小。
[0089]
另外，实施方式的车辆1在燃料电池堆233的温度及想要获得的发热量中的至少任一者达到特定的阈值th2以上的情况下、或者开始暖机后的经过时间达到特定的阈值th3以上的情况下结束暖机。如此，实施方式的车辆1可以不使燃料电池堆233过度暖机。
[0090]
另外，实施方式的车辆1在具有行驶的指示的情况下，将燃料电池堆233的发电量设为与行驶所需的电力及加快暖机所需的电力相应的发电量。由此，实施方式的车辆1即使在暖机过程中也能够行驶。
[0091]
上述实施方式也能够进行以下变形。
[0092]
控制部300也可以针对每个fcs 230来控制恒温器阀231及水泵232，由此优先进行一部分燃料电池堆233的暖机。该情况下，控制部300针对具有优先进行暖机的燃料电池堆233的fcs 230，以使冷却液在该fcs 230内回流的方式控制恒温器阀231及水泵232。
[0093]
控制部300例如从车辆1所具有的燃料电池堆233中劣化度较低的一者起优先对m个燃料电池堆233进行暖机。此外，m是小于n的整数。如果优先进行暖机的燃料电池堆233的温度变得足够高，例如如果达到阈值th2以上，则控制部300优先进行剩余的燃料电池堆233的暖机。然后，控制部300在优先进行暖机的燃料电池堆233达到可以开始发电的特定温度以上的情况下，使该燃料电池堆233开始发电。剩余的燃料电池堆233的暖机可以利用先达到阈值th2以上的燃料电池堆233的热量，所以可以尽早暖机。劣化度较低的燃料电池堆233容易输出所发电力，所以借由如上进行操作，可以提高暖机速度。此外，控制部300例如认为工作时间越短的燃料电池堆233，劣化度越低。此外，可以开始发电的特定温度是第二特定温度的一例。
[0094]
或者，控制部300例如也可以优先对温度较低的燃料电池堆233进行暖机。由此，控制部300可以使多个燃料电池堆233的温度均匀并且上升。
[0095]
在上述实施方式中，以车辆为例进行了说明。然而，实施方式的暖机系统也能够应用于车辆以外的以燃料电池为动力的交通工具或无人机。例如，实施方式的暖机系统能够应用于以燃料电池为动力的航空器、船舶、潜水艇或铁路车辆等。
[0096]
控制部300也可以借由电路的硬件构造来实现上述实施方式中借由程序来实现的处理的一部分或者全部。
[0097]
实现实施方式的处理的程序例如以存储在装置中的状态转让。然而，该装置也可以在没有存储该程序的状态下转让。然后，也可以将该程序另行转让，并写入该装置。此时的程序转让例如可以借由记录在可移动的存储介质中、或者经由因特网或局域网(local area network，lan)等网络进行下载来实现。
[0098]
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是是作为示例来示出，并不限定本发明的范围。本发明的实施方式能够在不脱离本发明主旨的范围内，以各种形态来实施。
[0099]
附图标记
[0100]
1：车辆
[0101]
100：驱动部
[0102]
101：马达
[0103]
102：适配器
[0104]
1031、105：齿轮箱
[0105]
104：旋转轴
[0106]
106：缓速器
[0107]
107：离合器
[0108]
108：连接轴
[0109]
200：冷却部
[0110]
210：冷却回路
[0111]
220：散热器
[0112]
230：燃料电池系统(fcs)
[0113]
231：恒温器阀
[0114]
232、240：水泵
[0115]
233：燃料电池堆
[0116]
234：温度传感器
[0117]
300：控制部
[0118]
301：缓速器ecu