燃料电池系统、燃料电池车辆及燃料电池系统的控制方法_3

文档序号:9827419阅读:来源:国知局
采用的这种流率考虑噪声振动被适当地设置为相比于在燃料电池车辆10中进行正常操作时供应到燃料电池100的空气的流率更小的值。阴极中的氢从阴极中被清除,并且因此从燃料电池100排出。此时排出的氢被流过氧化剂气体旁路管道450并释放到大气中的空气稀释。释放气体的氢浓度优选为不高于4%。
[0037]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。图5A至图5G是根据第一实施例的时序图。在图5A至图5G中,阴影部分表示取决于燃料电池车辆10的操作工况,可以获得各种值的位置。如图5F所示,在启动器开关115关闭以后直到达到平衡状态,阴极中保留的氢逐步增加。在步骤S100,燃料电池车辆10的启动器开关115接通。在步骤S110,控制单元110将压力调节阀420打开到开启开始位置。为了获得控制单元110由其确定压力调节阀420的开启的开始点,将压力调节阀420打开到开启开始位置。
[0038]然后,控制单元110在步骤S120驱动栗320,并在步骤S130打开压力调节阀420,持续固定的周期。这两个过程被实施为将燃料电池100的阴极中的负压力变为正压力。在步骤S140,控制单元110关闭压力调节阀420,并停止空气压缩机。压力调节阀420可以被设置在开启开始位置。在步骤S150,控制单元110调节分流阀460的开启,使得在后续过程中通过空气压缩机供应空气时,少量空气(例如4% )流到燃料电池100且大量空气(例如96% )流到氧化剂气体旁路管道450。然后,控制单元110在此工况下等候燃料电池车辆10开始行驶。
[0039]在步骤S160,控制单元110根据速度计125的值确定燃料电池车辆是否静止(即,不行驶)。当燃料电池车辆10为静止时,控制单元110继续等候。当燃料电池车辆10不静止时,控制单元110将处理前进到步骤S170。此时行驶所需的电力例如由二次电池130供应。注意,当燃料电池车辆10以很低的速度行驶(例如,不高于5km/h的速度)而不是完全静止(Okm/h的速度)时,在步骤S160的确定中,控制单元110可以确定,燃料电池车辆10为静止。
[0040]在步骤S170,一旦燃料电池车辆开始行驶,控制单元110就驱动栗320。考虑到噪声振动,此时栗320的转速被优选设置为低于正常操作期间空气压缩机的转速。在步骤S180,控制单元110逐步打开压力调节阀420。因此如图5所示,燃料电池100的阴极中的氢被排出,从而逐步减少,因此燃料电池100的输出(输出电压)逐步增加。
[0041]在步骤S190,控制单元110确定燃料电池100的输出是否达到或超过预定值。在本实施例中,控制单元110确定每个电池的电压是否等于或超过0.6V。当氢保留在阴极中时,燃料电池100的电动势低,但是当阴极中氢的量减少时,电动势逐步增加。当每个电池的电压等于或超过0.6V时,可以确定,实际上阴极中所有的氢都已经排出。当每个电池的电压等于或超过0.6V时,控制单元110将处理前进到步骤S200。在步骤S200,根据燃料电池100的需求负载,控制单元110控制栗320、压力调节阀420以及分流阀460的相应的开启。当启动器开关115在步骤S210断开时,控制单元110将处理前进到步骤S220,其中栗320停止。
[0042]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。比较示例与第一实施例的不同在于,不执行步骤S130、S140和S160的处理。更具体而言,在第一实施例中,不排出燃料电池100的阴极中的氢,直到燃料电池车辆10开始行驶,而在比较示例中,在步骤SlOO中当启动器开关115接通时执行从燃料电池100的阴极排出氢的处理,而不确定燃料电池车辆10是否为静止。
[0043]图7A至图7G是根据比较示例的时序图。在图5A至图5G所示的第一实施例中,燃料电池100在燃料电池车辆10开始行驶之后达到可以正常操作的电压,而在图7A至图7G所示的比较示例中,燃料电池100在燃料电池车辆10开始行驶之前达到可以正常操作的电压。一旦燃料电池100达到可以正常操作的电压,就消耗燃料。因此与第一实施例相比,在比较示例中燃料消耗更早开始。结果,由于在燃料电池车辆10开始行驶之前消耗的燃料,燃料效率变差。
[0044]根据第一实施例,如上所述,在燃料电池车辆10开始行驶之后燃料电池100开始消耗燃料,并且因此,与比较示例相比,可以实现燃料效率的提升。此外,当燃料电池车辆10行驶时,产生风噪声、道路噪声以及振动。风噪声和道路噪声都大,并且因此,当燃料电池车辆10开始行驶之后驱动栗320时,由于风噪声和道路噪声,与栗320的驱动相伴的噪声振动变得不明显。
[0045]下面描述第二实施例。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。第二实施例与第一实施例的不同在于,在步骤S160前面插入步骤S230。在步骤S230,控制单元110确定,在将启动器开关115接通之后是否经过了预定时间(预定时间(tl))。在第二实施例中,将预定时间(tl)设置为一分钟。在将启动器开关115接通之后经过预定时间(tl)时,控制单元110将处理前进到步骤S170,不管燃料电池车辆10是否静止(步骤S160) ο
[0046]图9A至图9G是根据第二实施例的时序图。在图5A至图5G所示的第一实施例中,驱动栗320并打开压力调节阀420,因此燃料电池100的阴极中保留的氢的量开始减少,并且燃料电池100的输出开始增加,此时燃料电池车辆10的速度开始增加。在第二实施例中,驱动栗320并打开压力调节阀420,因此燃料电池100的阴极中保留的氢的量开始减少,并且燃料电池100的输出开始增加,此时,在将启动器开关115接通之后经过预定时间(预定时间(tl))。注意,在经过预定时间(tl)之前燃料电池车辆10开始行驶时,执行第一实施例中所述的处理。通过第二实施例,如同根据图9A至图9G所显而易见的,与比较示例相比,可以提升燃料效率。注意,在第二实施例中,将预定时间(tl)设置为一分钟,但是从接通启动器开关115到燃料电池车辆10开始行驶的时间随驾驶员的不同而不同。因此,控制单元110可以基于燃料电池车辆10的操作历史,或者更具体而言,基于从接通启动器开关115到燃料电池车辆10开始行驶的经过时间,来修改预定时间(tl)。例如,可将预定时间(tl)设置为平均经过时间的80%。或者,可将预定时间(tl)设置为(平均经过时间-20秒)。在这种情况下,当从接通启动器开关115到燃料电池车辆10开始行驶的时间太长时(例如超过5分钟),控制单元110可通过用5分钟代替比5分钟长的时间来计算平均值。
[0047]根据上述第二实施例,即使燃料电池车辆10尚未开始行驶,一旦经过预定时间(tl),就排出燃料电池100的阴极中的氢,因此燃料电池100变得能够发电。在燃料电池100发电之前,燃料电池车辆10利用来自二次电池130的电力来行驶。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。根据该实施例,在经过预定时间(tl)时,燃料电池100的发电能力高,并且因此,之后燃料电池车辆10能够利用来自燃料电池100的电力来行驶。结果,可将二次电池130的SOC维持在预定范围。
[0048]下面描述第三实施例。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。第三实施例与第二实施例的不同在于,在步骤S230与步骤S160之间插入步骤S240。在步骤S240,控制单元110确定燃料电池车辆10所需的电力(需求负载)是否等于或超过预定值。例如当空调(未示出)的功耗大等等时,燃料电池车辆10所需的电力等于或超过预定值(预定值(PD)。注意,当二次电池130中存储的电力量小的时候,控制单元110可以减少预定值(Pl)。当燃料电池车辆10所需的电力等于或超过预定值时,控制单元110将处理前进到步骤S170,不管在接通启动器开关115之后是否经过了预定时间(tl)以及燃料电池车辆10是否静止。
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