燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法_3

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另一方面,当为了防止这种电压下降而想要基于使燃料电池的输出电流慢慢上升时的输出电压估计IV特性时,存在以下担忧:由于在燃料电池的暖机中IV特性时时刻刻发生变化,因此想要估计的IV特性在输出电流的上升过程中不断变化,从而无法确保估计精度。
[0069]对于此情况,如果基于一边使输出电流在数据获取区域内下降一边获取得到的数据来估计IV特性,则不会如使输出电流增加时那样燃料电池堆内的水、冰因发电而增加,因此能够抑制由此发生电压下降。
[0070]而且,由于无须担心发生电压下降,因此输出电流的变化速度也能够比输出电流增加的情况快。因此,可以使获取IV特性所需的数据的期间内的IV特性的变化小,因此能够确保IV特性的估计精度。
[0071]因此,在本实施方式中,基于一边使输出电流下降一边获取得到的数据来估计IV特性。
[0072]这样,为了在未发出行驶允许的暖机中估计IV特性,需要将输出电流控制为IV特性估计用的目标输出电流,以使输出电流在IV估计下限电流至行驶允许前最大电流之间以固定量以上的振幅下降。
[0073]图5是本实施方式的设定目标输出电流的控制框图。
[0074]目标辅机消耗电力计算部61计算要使正极压缩机23等各辅机消耗的电力的目标值(以下称为“目标辅机消耗电力”。)。在未发出行驶允许的暖机中,目标辅机消耗电力被设定为规定的暖机时目标消耗电力。在本实施方式中,将暖机时目标消耗电力设定为使各辅机的消耗电力最大时的电力。
[0075]目标辅机消耗电力和目标行驶马达供给电力被输入到达到目标发电电力计算部62。达到目标发电电力计算部62计算将目标辅机消耗电力与目标行驶马达供给电力相加所得的值来作为达到目标发电电力。加速踏板操作量越大则该目标行驶马达供给电力越大,在未发出行驶允许的暖机中,该目标行驶马达供给电力与加速踏板操作量无关而为零。
[0076]达到目标发电电力和实际发电电力(实际输出电流X实际输出电压)被输入到基本目标输出电流计算部63。基本目标输出电流计算部63基于达到目标发电电力与实际发电电力的偏差来计算使实际发电电力朝向达到目标发电电力变化时的发电电力的目标值来作为基本目标发电电力。另外,计算使发电电力为基本目标发电电力所要求的输出电流的目标值来作为基本目标输出电流。
[0077]蓄电池充电量和蓄电池温度被输入到可充放电电力计算部64。可充放电电力计算部64基于蓄电池充电量和蓄电池温度来计算能够对蓄电池45充入的电力(以下“可充电电力”)和能够从蓄电池45取出的电力(以下称为“可放电电力”。)。
[0078]基本目标发电电力、可充电电力以及可放电电力被输入到IV估计用目标电流计算部65。IV估计用目标电流计算部65基于这些输入值来计算估计IV特性时的输出电流的目标值(以下称为“IV估计用目标电流”。),并且输出IV估计实施标志的ON/OFF(开启/关闭)信号。在燃料电池系统启动时,IV估计实施标志被设定为OFF。关于IV估计用目标电流计算部65的详细内容,参照图6至图9来在后面叙述。
[0079]IV估计用目标电流和基本目标输出电流被输入到目标输出电流计算部66。如果IV估计实施标志为0N,则目标输出电流计算部66计算IV估计用目标输出电流来作为目标输出电流。另一方面,如果IV估计实施标志为0FF,则目标输出电流计算部66计算基本目标输出电流来作为目标输出电流。
[0080]图6是表示根据图5的控制框图控制的输出电流和发电电力的动作的时序图。
[0081]在图6的(B)中,虚线A表示基本目标发电电力。虚线B表示将基本目标发电电力与可充电电力相加所得的电力(以下称为“上限发电电力”。)O虚线C表示从基本目标发电电力减去可放电电力所得的电力(以下称为“下限发电电力”。)。
[0082]此外,点划线D是燃料电池系统启动后的未发出行驶允许的暖机时的达到目标发电电力、即暖机时目标消耗电力。点划线E是将达到目标发电电力与可充电电力相加所得的电力,是辅机消耗电力上升到达到目标发电电力后的上限发电电力(以下称为“稳定时上限发电电力”。)。点划线F是从达到目标发电电力减去可放电电力所得的电力,是辅机消耗电力上升到达到目标发电电力后的下限发电电力(以下称为“稳定时下限发电电力”。)。
[0083]在图6的㈧中,虚线A表示基本目标输出电流。虚线B表示使发电电力为上限发电电力所要求的输出电流(以下称为“上限输出电流”。)Iclo虚线C表示使发电电力为下限发电电力所要求的输出电流(以下称为“下限输出电流”。)lc2o在未发出行驶允许的暖机中,能够使输出电流在下限输出电流1。2至上限输出电流I d之间变动。
[0084]此外,点划线D是使发电电力为稳定时上限发电电力所要求的输出电流、即行驶允许前最大电流。点划线E是使发电电力为稳定时下限发电电力所要求的输出电流(以下称为“稳定时下限电流”。)Itlo点划线F是IV估计下限电流1。3。
[0085]当启动了燃料电池系统100时,如图6的⑶所示,暖机时目标消耗电力被设定为达到目标输出电力,用于使发电电力为暖机时目标消耗电力的目标值被设定为基本目标发电电力。
[0086]其结果,在燃料电池系统100启动时,IV估计实施标志被设定为0FF,因此基本目标输出电流被设定为目标输出电流,如图6的(A)所示,进行控制使得输出电流为基本目标输出电流。
[0087]当在时刻t0燃料电池堆I的输出电流达到稳定时下限电流Itl、在时刻tl上限输出电流L1与稳定时下限电流I tl之差为在估计IV特性时确保规定的精度所需的规定的电流振幅A ^以上时,IV估计实施标志被设定为0N。然后,时刻tl的上限输出电流(以下称为“负荷提高时目标电流”。)1被设定为IV估计用目标电流。
[0088]其结果,IV估计用目标电流被设定为目标输出电流,如图6的(A)所示,进行控制使得输出电流为负荷提高时目标电流It2。
[0089]当在时刻t2输出电流达到负荷提高时目标电流It2时,从该时间点起直到经过规定时间之前,输出电流被维持为负荷提高时目标电流It2。
[0090]当在时刻t3从时刻t2起的经过时间达到规定时间时,稳定时下限电流Itl被设定为IV估计用目标电流,使输出电流以规定的变化率变化到稳定时下限电流Itl。而且,在使输出电流以规定的变化率变化到稳定时下限电流Itl的期间内,获取多个与任意的输出电流值对应的基准电压和实际输出电压的数据。
[0091]当在时刻t4输出电流下降到稳定时下限电流1^寸,基于所获取到的参数来估计IV特性。然后,将IV估计实施标志设定为0FF,再次进行控制使得输出电流为基本目标输出电流。
[0092]图7是说明本实施方式的IV特性估计控制的流程图。
[0093]在步骤SI中,控制器5计算稳定时下限电流Itl。具体地说,从未发出行驶允许的暖机时的达到目标发电电力(暖机时目标消耗电力)减去可放电电力来计算稳定时下限发电电力。然后,计算使发电电力为稳定时下限发电电力所要求的输出电流来作为稳定时下限电流I U。
[0094]在步骤S2中,控制器5判定上限输出电流Iel与稳定时下限电流I tl之差是否为在估计IV特性时确保规定的精度所需的电流振幅AIt以上。控制器5反复进行本处理直到上限输出电流U与稳定时下限电流I ?之差为电流振幅A I ,以上为止,如果上限输出电流Icl与稳定时下限电流I ?之差为电流振幅A I ,以上则进行步骤S3的处理。
[0095]在步骤S3中,控制器5实施过渡时IV特性估计处理。过渡时IV特性估计处理是在启动燃料电池系统100后进行的第一次IV特性估计处理,是在辅机消耗电力达到暖机时目标消耗电力之前的过渡时实施的IV特性估计处理。关于过渡时IV特性估计处理的详情,参照图8来在后面叙述。
[0096]在步骤S4中,控制器5判定是否已通过过渡时IV特性估计处理估计出IV特性。控制器5如果估计出IV特性则进行步骤S5的处理,否则进行步骤S8的处理。
[0097]在步骤S5中,控制器5基于通过过渡时IV特性估计处理估计出的IV特性,来判定从燃料电池堆I取出行驶允许电流时的输出电压是否低于最低电压。如果从燃料电池堆I取出行驶允许电流时的输出电压不低于最低电压,则控制器5进行步骤S6的处理
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