燃料电池系统、燃料电池车辆及燃料电池系统的控制方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及燃料电池车辆中使用的燃料电池系统、燃料电池车辆以及燃料电池系统的控制方法。
【背景技术】
[0002]当燃料电池停止时，阳极中的氢通过电解质膜移入阴极并保留在阴极。日本专利申请公开N0.2008-021485 (JP 2008-021485 A)描述了为了稀释和排出阴极中保留的氢，向阴极供应氧化剂气体。氧化剂气体通过栗(空气压缩机)来供应。
[0003]但是，通常燃料电池车辆并非启动器开关一接通就开始行驶，并且因此，没有向燃料电池发出负载要求。在没有向燃料电池发出负载要求的工况下，考虑到燃料效率和噪声振动(噪声和振动)，为了稀释和排出阴极中保留的氢，仅仅通过驱动空气压缩机来供应氧化剂气体并非优选。此外，在供应氧化剂气体时，燃料电池进入发电工况，导致氢的过量消耗和燃料效率的相应降低。
【发明内容】
[0004]本发明提供燃料电池系统、燃料电池车辆以及用于燃料电池系统的控制方法，通过它们可以实现燃料效率的提升以及明显的噪声振动的减少。
[0005]本发明第一方面涉及在燃料电池车辆中使用的燃料电池系统。燃料电池系统包括:电力供应电路，包括燃料电池和二次电池；氧化剂气体供应流动通道，用于向所述燃料电池的阴极供应氧化剂气体；栗，用于压缩氧化剂气体并将压缩的氧化剂气体供应到阴极，栗设置在氧化剂气体供应流动通道中；以及控制单元，被配置为驱动栗并稀释在阴极中保留的氢。控制单元被配置为在燃料电池车辆的启动器开关从断开状态切换为接通状态之后燃料电池车辆保持静止时，或者在燃料电池车辆的启动器开关从断开状态切换为接通状态之后电力供应电路的需求负载保持为小于预定值时，通过停止栗的操作，停止将氧化剂气体供应到阴极，从而停止对在阴极中保留的氢的稀释。根据这种配置，当燃料电池车辆保持静止或者当电力供应电路的需求负载保持为小于预定值时，阴极中保留的氢不被稀释也不从阴极排出。因此，可以抑制为行驶之外的目的所消耗的燃料量，实现燃料效率的提升。此夕卜，在行驶过程中产生风噪声和道路噪声，使得操作噪声以及栗产生的振动不明显。但是，在燃料电池车辆静止时如果驱动栗，那么栗中的噪声振动会变得明显。根据该配置，在燃料电池车辆启动之后，只要燃料电池车辆保持静止(也就是没有开始行驶)就停止栗的操作，作为结果，噪声振动不明显。
[0006]控制单元可以被配置为当在燃料电池车辆的启动器开关从断开状态切换为接通状态之后经过了预定时间时，即使燃料电池车辆尚未开始行驶，将氧化剂气体供应到阴极，以使得在阴极中保留的氢被稀释并从阴极排出。当氢保留在阴极中时，燃料电池的发电能力保持低下。在燃料电池发电之前，利用来自二次电池的电力进行行驶。考虑到二次电池的持久性，优选将二次电池的充电状态(SOC)维持在预定范围。根据该配置，为了将阴极中保留的氢稀释并由此将氢从阴极排出，向阴极供应氧化剂气体，结果是，在燃料电池启动之后经过预定时间时，燃料电池变得能够发电。因此，当经过预定时间时，燃料电池的发电能力高，并且因此，之后可以利用来自燃料电池的电力进行行驶。结果，可将二次电池的SOC维持在预定范围。
[0007]控制单元可以被配置为当在所述燃料电池车辆的启动器开关从断开状态切换为接通状态之后向电力供应电路发出负载要求时，即使燃料电池车辆尚未开始行驶，将氧化剂气体供应到阴极，以使得在阴极中保留的氢被稀释并从阴极排出。考虑到二次电池的持久性，优选将二次电池的SOC维持在预定范围。根据该配置，例如如果即使在燃料电池车辆开始行驶之前，需要电力来开启空调，当向电力供应电路发出负载要求时，导致燃料电池发电，并且因此，可将二次电池的SOC维持在预定范围。
[0008]本发明第二方面涉及包括根据第一方面的燃料电池系统的燃料电池车辆。
[0009]本发明第三方面涉及燃料电池车辆中使用的燃料电池系统的控制方法。该燃料电池系统包括:电力供应电路，包括燃料电池和二次电池；氧化剂气体供应流动通道，用于向燃料电池的阴极供应氧化剂气体；栗，用于压缩氧化剂气体并将压缩的氧化剂气体供应到阴极，栗设置在氧化剂气体供应流动通道中；以及控制单元，被配置为驱动栗并稀释在阴极中保留的氢。该控制方法包括:在燃料电池车辆的启动器开关从断开状态切换为接通状态之后燃料电池车辆保持静止时，或者在燃料电池车辆的启动器开关从断开状态切换为接通状态之后电力供应电路的需求负载保持为小于预定值时，通过停止栗的操作，停止将氧化剂气体供应到阴极，从而停止对在阴极中保留的氢的稀释。
[0010]根据该配置，类似于第一方面，可以实现燃料效率的提升以及明显的噪声振动的减少。
【附图说明】
[0011]下面参照附图描述本发明示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，附图中相同的标记表示相似的元件，并且其中:
[0012]图1是示出安装有燃料电池的车辆的示意图；
[0013]图2是示出燃料电池车辆的燃料电池系统的示意图；
[0014]图3A和图3B是示出燃料电池的说明性示意图；
[0015]图4A和图4B是示出根据第一实施例的用于排出来自阴极的氢的控制的流程图；
[0016]图5A至图5G是根据第一实施例的时序图；
[0017]图6是示出根据比较示例，用于排出来自阴极的氢的控制的流程图；
[0018]图7A至图7G是根据比较示例的时序图；
[0019]图8是示出根据第二实施例的用于排出来自阴极的氢的控制的流程图；
[0020]图9A至图9G是根据第二实施例的时序图；
[0021]图10是示出根据第三实施例的用于排出来自阴极的氢的控制的流程图；
[0022]图1lA至图1lG是根据第三实施例的时序图；
[0023]图12是示出根据第四实施例的用于排出来自阴极的氢的控制的流程图；以及
[0024]图13A至图13G是根据第四实施例的时序图。
【具体实施方式】
[0025]先描述第一实施例。图1是示出安装有燃料电池的车辆的示意图。燃料电池车辆10包括:燃料电池100、控制单元110(也称为电子控制单元(E⑶))、启动器开关115、需求输出检测单元120、速度计125、二次电池130、电力分配控制器140、驱动电机150、驱动轴160、动力分配齿轮170以及车轮180。
[0026]燃料电池100是发电设备，用于通过在燃料气体与氧化剂气体之间引发电化学反应，提取电力。控制单元110基于从需求输出检测单元120获得的需求输出值，控制燃料电池100和二次电池130的操作。需求输出检测单元120检测燃料电池车辆10的加速计(未示出)的减缓量，并根据减缓量的大小来检测来自驾驶员的需求输出。控制单元110根据需求输出计算燃料电池100需要的需求电力量。启动器开关115是用于启动和停止燃料电池车辆10的主要开关。速度计125测量燃料电池车辆10的行驶速度。速度计125通过测量驱动电机150的旋转速度、驱动轴160的旋转速度、动力分配齿轮170的旋转速度以及车轮180的旋转速度的其中一个来获得燃料电池车辆10的行驶速度。当燃料电池100产生的电力量小的时候(例如紧接着燃料电池车辆10被启动的时候)，二次电池130用作移动燃料电池车辆10的电力供应。例如可以采用镍氢电池或锂离子电池作为二次电池130。例如，可以使用来自燃料电池100的电力输出直接对二次电池130充电，也可以在使用驱动电机150减速的时候通过燃料电池车辆10产生的再生动能对二次电池130充电。电力分配控制器140响应于来自控制单元110的命令，控制从燃料电池100馈送到驱动电机150的电力量以及从二次电池130馈送到驱动电机150的电力量。此外，当燃料电池车辆10减速时，电力分配控制器140响应于来自控制单元110的命令，将通过驱动电机150再生的电力馈送到二次电池130。电力分配控制器140、