燃料电池系统和最大电力计算方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃料电池系统及最大电力计算方法。
【背景技术】
[0002]以往，提出了具备接受反应气体(燃料气体和氧化气体)的供给来进行发电的燃料电池的燃料电池系统，并且该燃料电池系统已实用化。该燃料电池系统的燃料电池的阴极侧被供给作为氧化气体的空气，燃料电池的阳极侧被供给作为燃料气体的氢气，通过这些空气和氢气的电气化学反应，生成电力。
[0003]在这样的燃料电池系统中，为了提高燃料电池的发电效率，进行推定燃料电池的电流电压特性(以下，也称作“I 一 V特性”)，并基于该I 一 V特性确定燃料电池的输出的控制(参照专利文献I)。
[0004]【现有技术文献】
[0005]【专利文献】
[0006]【专利文献I】日本特开2003- 346849号公报
【发明内容】
[0007]本发明要解决的问题
[0008]另外，由于I一 V特性根据燃料电池的运转状态和/或运转环境发生变动，因此，通过定期更新I 一 V特性的值，能够减轻因该变动而产生的误差。然而，在具有这样的I 一V特性的更新功能的燃料电池系统中，例如，在燃料电池的运转状态转移到间歇运转的情况下，发电状态会下降，因此，燃料电池的I 一 V特性的值被更新为发电状态下降时的值。I 一V特性的值下降是指在同一运转条件下，相对于电流I的电压V的值下降。
[0009]间歇运转是例如空转时、低速行驶时或再生制动时等那样暂时转移的运转状态，大多在短时间内恢复到通常运转。在这样的在间歇运转时I一V特性的值被更新、之后再次开始通常运转的情况下，会在直至I 一 V特性的值下一次被更新之前，基于发电状态下降时的I 一 V特性控制燃料电池。在该情况下，比实际上燃料电池所能够输出的最大电力小的电力会被算出为燃料电池的最大电力，并被进行控制。
[0010]本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供能够减轻燃料电池所能够输出的最大电力的计算误差的燃料电池系统和最大电力计算方法。
[0011]用于解决问题的手段
[0012]为了实现上述目的，本发明涉及的燃料电池系统具备:燃料电池，接受反应气体的供给来进行发电；计测单元，计测所述燃料电池的输出电流和输出电压；输出特性更新单元，基于由所述计测单元计测的所述输出电流和所述输出电压更新所述燃料电池的输出特性；最大电力计算单元，使用所述输出特性计算所述燃料电池所能够输出的最大电力；以及判定单元，判定是否处于设想所述输出特性的值暂时下降的设想状况下，在由所述判定单元判定为处于所述设想状况下的期间，所述最大电力计算单元使用即将向该设想状况转移前由所述输出特性更新单元更新的所述输出特性来计算所述最大电力。
[0013]另外，本发明涉及的电流电压特性推定方法是计算接受反应气体的供给来进行发电的燃料电池所能够输出的最大电力的方法，包括:计测工序，计测所述燃料电池的输出电流和输出电压；输出特性更新工序，基于在所述计测工序中计测的所述输出电流和所述输出电压更新所述燃料电池的输出特性；最大电力计算工序，使用所述输出特性来计算所述最大电力；以及判定工序，判定是否处于设想所述输出特性的值暂时下降的设想状况下，在所述判定工序中判定为处于所述设想状况下的期间，在所述最大电力计算工序中使用即将向所述设想状况转移前在所述输出特性更新工序中更新的所述输出特性来计算所述最大电力。
[0014]通过采用该结构和方法，能够基于由计测单元计测的输出电流和输出电压，随时更新燃料电池的输出特性，使用该更新后的输出特性，计算燃料电池所能够输出的最大电力，另一方面，在判定为处于设想输出特性的值暂时下降的设想状况下的期间，能够使用即将向设想状况转移前被更新的输出特性来计算最大电力。
[0015]在所述燃料电池系统中，可以还包括告知单元，在由所述最大电力计算单元计算出的所述最大电力被限制的情况下，向使用者告知所述最大电力被限制。
[0016]在所述燃料电池系统中，也可以是，所述设想状况下至少是使所述燃料电池的发电暂时休止并间歇进行所述反应气体的供给的间歇运转期间、所述反应气体的供给不足的状态下的运转期间、以及所述输出电压下降到设想值以下的期间中的任一期间。
[0017]发明效果
[0018]根据本发明，能够提供能够减轻燃料电池所能够输出的最大电力的计算误差的燃料电池系统。
【附图说明】
[0019]图1是本发明的实施方式涉及的燃料电池系统的结构图。
[0020]图2是用于说明图1的燃料电池系统的最大电力计算方法的流程图。
[0021]图3是用于说明图1的燃料电池系统的最大电力计算方法的流程图。
[0022]图4是用于说明图1的燃料电池系统的最大电力计算方法的流程图。
【具体实施方式】
[0023]以下，参照附图对本发明的实施方式涉及的燃料电池系统进行说明。本实施方式涉及的燃料电池系统是搭载于作为移动体的燃料电池汽车(FCHV:Fuel Cell HybridVehicle)的发电系统。
[0024]首先，使用图1对本实施方式涉及的燃料电池系统的结构进行说明。图1是搭载有本实施方式涉及的燃料电池系统100的车辆的概略结构。
[0025]燃料电池40是从所供给的反应气体(燃料气体和氧化气体)产生电力的单元，能够利用固体高分子型、磷酸型、熔融碳酸盐型等各种类型的燃料电池。燃料电池40具有将具备MEA等的多个单体电池串联层叠的电池堆构造。该燃料电池40的实际运转动作点下的输出电流和输出电压分别由电流传感器140和电压传感器150检测。从燃料气体供给源10向燃料电池40的燃料极(阳极)供给氢气等燃料气体，另一方面，从氧化气体供给源70向氧气极(阴极)供给空气等氧化气体。
[0026]燃料气体供给源10例如由氢气罐和/或各种阀等构成，通过调整阀开度和/或打开/关闭时间等来控制向燃料电池40供给的燃料气体量。氧化气体供给源70例如由空气压缩机和/或驱动空气压缩机的马达、变换器等构成，通过调整该马达的转速等，来调整向燃料电池40供给的氧化气体量。
[0027]蓄电池60是能够充放电的二次电池，例如由镍氢电池等构成。也可以取代蓄电池60而设置二次电池以外的能够充放电的蓄电器(例如，电容器)。该蓄电池60和燃料电池40与牵引马达用的变换器110并联连接，在蓄电池60与变换器110之间设有DC/DC转换器130。
[0028]变换器110例如是脉宽调制方式的PffM变换器，根据从控制装置80赋予的控制指令，将从燃料电池40或蓄电池60输出的直流电力变换为三相交流电力，并将其供应给牵引马达115。牵引马达115是用于驱动车轮116L、116R的马达，该马达的转速由变换器110控制。
[0029]DC/DC转换器130具有:将从蓄电池60输入的DC电压升高或降低并向燃料电池40侧输出的功能；和将从燃料电池40等输入的DC电压升高或降低并向蓄电池60侧输出的功能。通过该DC/DC转换器130的功能，实现蓄电池60的充放电。作为DC/DC转换器130，例如能够采用由四个功率晶体管和专用的驱动电路构成的全桥转换器。
[0030]蓄电池60和DC/DC转换器130之间连接有车辆辅机和/或FC辅机等辅机类120。蓄电池60成为这些辅机类120的电源。此外，车辆辅机是指车辆运转时等所使用的各种电力设备(照明设备、空调设备、液压栗等)，FC辅机是指燃料电池40的运转所使用的各种电力设备(用于供给燃料气体和/或氧化气体的栗等)。
[0031]控制装置80由作为运算处理装置的CPU、作为存储器的ROM和RAM等构成，基于从检测FC电压的电压传感器150 (计测单元)、检测FC电流的电流传感器140 (计测单元)、检测燃料电池40的温度的温度传感器50、检测蓄电池60的充电状态的SOC传感器(未图示)、检测加速器踏板的开度的加速器踏板传感器(未图示)等输入的各传感器信号，综合地控制燃料电池系统100的各部分。
[0032]控制装置80具有以下的功能(输出特性更新单元):当接收从点火开关输出的启动信号时，开始燃料电池40的运转，按规定的运算周期从电压传感器150和电流传感器140取得燃料电池40的输出电压和输出电流，依次更新燃料电池40的I 一 V特性映射。例示性地，控制装置80设想燃料电池40的电压被表示为电流的函数(一次函数或规定的η次函数)，使用基于最小二乘法等的估计方法，创建I 一 V特性映射。控制装置80基于该I 一V特性映射，依次更新电流电力特性(以下，也称作“1- P特性”)映射。在此，已知I 一 P特性映射基于I 一 V特性映射唯一地确定。在本说明书中，将I 一 V特性映射和I 一 P特性映射中的任一方或双方统称为燃料电池40的输出特性映射。1- V特性映射和I 一 P特性映射被保存在存储器内。
[0033]控制装置80基于输出特性映射，确定燃料电池40和蓄电池60各自的输出电力的分配，以使燃料电池40的发电量与目标电力一致的方式控制氧化气体供给系统和燃料气体供给系统，并且控制DC/DC转换器130来调整燃料电池40的输出电压，由此控制燃料电池40的运转点(输出电压、输出电流)。
[0034]控制装置80具有判定是否处于设想输出特性映射的值暂时下降的状况(以下，称作“设想状况”)的功能(判定单元)。作为设想状况，例如是间歇运转期间、空气缺乏状态下的运转期间、电压的异常下降下降状态等。