燃料电池系统以及控制方法_2

文档序号:8386106阅读:来源:国知局
出电压进行控制,来控制燃料电池堆I的输出电流,进而控制发电电力(输出电流X输出电压)。
[0043]辅机类57由正极压缩机23、循环泵45、PTC加热器46等构成,从电池55或燃料电池堆I向辅机类57供给电力来驱动辅机类57。
[0044]控制器6由具备中央运算装置(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)以及输入输出接口(I/o接口)的微计算机构成。除了来自上述的第一水温传感器47、第二水温传感器48、电流传感器51以及电压传感器52的信号以外,来自外部气温传感器61、按键传感器62、加速踏板行程传感器63、SOC (State Of Charge:充电率)传感器64、电池温度传感器65等控制燃料电池系统100所需的各种传感器的信号也被输入到控制器6,其中,该外部气温传感器61检测外部气温,该按键传感器62基于启动按键的开闭来检测燃料电池系统100的启动请求和停止请求,该加速踏板行程传感器63检测加速踏板的踏下量,该SOC传感器64检测电池55的充电率(以下称为“电池充电率”。),该电池温度传感器65检测电池55的温度。
[0045]控制器6基于这些输入信号来控制燃料电池系统100。
[0046]在此,说明燃料电池堆I的IV估计。
[0047]关于燃料电池堆1,已知表示发电特性的IV特性与燃料电池堆I的温度相应地变化。当燃料电池堆I的温度变低时,如图2所示,相对于基准IV,IV特性下降,燃料电池堆I的发电电力变低。因此,在燃料电池系统100中,在燃料电池堆I的温度低的情况下,在燃料电池堆I的发电电力成为能够使车辆驱动的最小驱动电力(规定特性)以上之前,禁止从燃料电池堆I向驱动电动机53供给电力,禁止车辆的行驶。
[0048]在图2中,将燃料电池堆I的发电电力成为最小驱动电力时的输出电流设为电流A,将取出输出电流A时的输出电压设为电压Vl。
[0049]如图2中虚线所示的那样,在燃料电池堆I的温度高的情况下,从燃料电池堆I取出输出电流A时的燃料电池堆I的输出电压为电压VI,能够从燃料电池堆I向驱动电动机53供给最小驱动电力,因此允许从燃料电池堆I向驱动电动机53供给电力,允许车辆的行驶。
[0050]另一方面,如图2中点划线所示的那样,在燃料电池堆I的温度低的情况下,从燃料电池堆I取出输出电流A时的输出电压为电压V2,燃料电池堆I的发电电力小于最小驱动电力,无法从燃料电池堆I向驱动电动机53供给最小驱动电力,因此禁止从燃料电池堆I向驱动电动机53供给电力,禁止车辆的行驶。
[0051]为了尽快允许车辆的行驶,需要正确地判定出燃料电池堆I的发电电力已变为最小驱动电力这一情况,只要能够正确地检测燃料电池堆I的温度,就能够根据基于温度的IV特性来正确地检测燃料电池堆I的发电电力。
[0052]但是,由于需要使燃料电池堆I与温度传感器绝缘,因此难以将温度传感器直接安装于燃料电池堆I来检测燃料电池堆I的温度,在本实施方式中,在冷却水循环通路41中设置有第一水温传感器47、第二水温传感器48。而且,基于来自第一水温传感器47的信号以及来自第二水温传感器48的信号来检测燃料电池堆I的温度,因此实际的燃料电池堆I的温度与由第一水温传感器47和第二水温传感器48检测出的温度有时发生偏离,无法基于由第一水温传感器47、第二水温传感器48检测出的温度来正确地估计燃料电池堆I的IV特性。
[0053]因此,进行估计燃料电池堆I的IV特性的IV估计。已知的是,在燃料电池堆I中,在浓度超电势(concentrat1n overpotential)的影响小的条件下,基于基准IV的基准电压与实际的输出电压之差和输出电流I之间的关系能够如式(I)所示那样近似为一次函数。
[0054]AV = al+b…(I)
[0055]在燃料电池堆I的温度低而禁止向驱动电动机53供给电力的情况下,从燃料电池堆I向耗电比驱动电动机53的耗电低的辅机类57供给发电电力,以规定幅度改变输出电流来测量出多个输出电压(发电电压),根据输出电流和输出电压来计算式⑴的“a”、“b”。然后,使用计算出的“a”、“b”来估计燃料电池堆I的IV特性。当计算出“a”、“b”时,可获知从燃料电池堆I向驱动电动机53供给最小驱动电力时的输出电流A所对应的输出电压,因此可知当输出电压为电压Vl以上时,燃料电池堆I能够向驱动电动机53供给最小驱动电力。此外,优选的是,将规定幅度设定为较大的范围,以正确地计算“a”、“b”。
[0056]这样,即使在燃料电池堆I的温度低而禁止从燃料电池堆I向驱动电动机53供给电力的情况下,也能够通过进行IV估计来正确地判定是否能够从燃料电池堆I向驱动电动机53供给电力。
[0057]但是,在极低温时IV特性变得极差,在为了进行IV估计而以规定幅度改变燃料电池堆I的输出电流的情况下,燃料电池堆I的发电会变得不稳定,从而发生电压下降、即燃料电池堆I的输出电压变得低于最低保障电压。在此,最低保障电压是指能够使燃料电池堆I不发生异常的性能下降地工作的输出电压的最低电压。在燃料电池系统100中必须使燃料电池堆I的各单电池的电压不低于规定的电压,因此在燃料电池堆I的输出电压变得低于最低保障电压的情况下,停止燃料电池系统100。因此,在本实施方式中,如以下所说明的那样进行燃料电池系统100的启动控制。
[0058]接着,使用图3的流程图来说明本实施方式的启动控制。
[0059]在步骤SlOO中,控制器6利用第一水温传感器47来检测从燃料电池堆I排出的冷却水的温度,利用第二水温传感器48来检测供给到燃料电池堆I的冷却水的温度。然后,控制器6将较低一方的温度设定为堆冷却水温T。
[0060]在步骤SlOl中,控制器6将堆冷却水温T与立即启动温度(第三规定温度)Tl进行比较。立即启动温度Tl是燃料电池堆I的温度足够高而能够判断为燃料电池堆I的发电电力必然为最小驱动电力以上的温度。立即启动温度Tl例如是50°C。在堆冷却水温T为立即启动温度Tl以上的情况下,处理进入步骤S111,在堆冷却水温T低于立即启动温度Tl的情况下,处理进入步骤S102。
[0061]在步骤S102中,控制器6将堆冷却水温T与立即启动温度Tl及IV估计禁止温度T2进行比较。IV估计禁止温度(第一规定温度)T2是在为了进行IV估计而以规定幅度改变燃料电池堆I的输出电流的情况下燃料电池堆I的电压变得低于最低保障电压时的温度。例如,IV估计禁止温度T2是-35°C。在堆冷却水温T低于立即启动温度Tl且高于IV估计禁止温度T2的情况下,处理进入步骤S103,在堆冷却水温T为IV估计禁止温度T2以下的情况下,处理进入步骤S108。
[0062]在步骤S103中,控制器6进行IV估计。具体地说,控制器6通过对辅机类57所消耗的电力和电池55的充放电电力进行控制来以规定幅度改变燃料电池堆I的输出电流,利用电流传感器51检测输出电流,利用电压传感器52检测输出电压,基于检测出的输出电流和检测出的输出电压来进行IV估计。
[0063]在步骤S104中,控制器6进行暖机运转。具体地说,控制器6使燃料电池堆I的发电电力高于通常时的燃料电池系统100的最大效率的运转点,来增加伴随发电所产生的自发热量,由此进行暖机运转。由燃料电池堆I发电而产生的电力被辅机类57所消耗,通过调整PTC加热器46、正极压缩机23的耗电以及对电池55的充电电力,来保持燃料电池系统100的能量平衡。作为辅机类57的PTC加热器46不仅消耗由燃料电池堆I发电而产生的电力,而且能够通过利用自发热温暖冷却水并且使温暖的冷却水循环于燃料电池堆I来进一步促进燃料电池堆I的暖机。此外,燃料电池堆I还利用因发电而产生的热量来进行暖机。
[0064]在步骤S105中,控制器6根据通过IV估计而估计出的IV特性来计算从燃料电池堆I取出与最小驱动电力对应的输出电流时的输出电压,根据这些值来计算当前的可发电电力。
[0065]在步骤S106中,控制器6将可发电电力与最小驱动电力进行比较。在可发电电力为最小驱动电力以上的情况下,处理进入步骤S111,在可发电电力低于最小驱动电力的情况下,处理进入步骤S107。
[0066]在步骤S107中,控制器6将堆冷却水温T与暖机结束温度(第二规定温度)T3进行比较。暖机结束温度T3是低于立即启动温度Tl且高于0°C的温度,例如是10°C。暖机结束温度T3是燃料电池堆I的暖机取得进展而能够判断为燃料电池堆I的可发电电力为最小驱动电力以上的温度。例如,即使在由于电压传感器52的问题等而无法正确地进行IV估计的情况下,如果堆冷却水
当前第2页1 2 3 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1