專利名稱:燃料電池系統(tǒng)的運轉控制的制作方法
技術領域:
本發(fā)明涉及一種用于控制燃料電池系統(tǒng)運轉的技術。
背景技術:
近年來,通過氫和氧的電氣化學反應進行發(fā)電的燃料電池系統(tǒng)作為能量源受到人們的關注。燃料電池系統(tǒng)為了發(fā)電需要氫的供給。當向燃料電池系統(tǒng)供給氫時,例如利用減壓器將貯存在儲氫罐中的高壓氫減壓到規(guī)定的壓力。
作為對高壓氫進行減壓的減壓器,例如可以使用隔膜式調(diào)節(jié)器。在特開2002-75418號公報中記載有將輸入到隔膜室的基準氣壓設為大氣壓時,貯存在氫氣容器中的供給氫的二次壓力可減壓到大氣壓附近。
但是,由于大氣壓隨著設置燃料電池系統(tǒng)的海拔、氣象條件而變動,因此在現(xiàn)有的燃料電池系統(tǒng)中,從減壓器輸出的氫的壓力有時會不穩(wěn)定。當氫的壓力不穩(wěn)定時,例如也有輸出的電力變得不穩(wěn)定的危險,并且即使是在燃料電池系統(tǒng)正常運轉的情況下,由于安全裝置等的作用,有時也會錯誤判斷為系統(tǒng)發(fā)生異常。這種問題特別是出現(xiàn)在將燃料電池系統(tǒng)裝載于車輛、飛機、鐵道等的移動體時。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是鑒于上述問題而提出的,其目的在于降低因提供的氫的壓力隨著大氣壓的變動而變動所造成的對燃料電池系統(tǒng)的影響。
本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)如下構成。即,其要點在于,具有
燃料電池堆,接收氫和氧的供給并通過電氣化學反應進行發(fā)電;儲氫罐,將提供給上述燃料電池堆的氫以高于大氣壓的壓力進行貯存;氫供給配管,連通上述儲氫罐和上述燃料電池堆;減壓器,設置在上述氫供給配管的路徑中,利用大氣壓對從上述儲氫罐提供到上述燃料電池堆的氫的壓力進行減壓;大氣壓檢測部,檢測出大氣壓;以及控制狀態(tài)變更部,為了抑制隨著大氣壓的變動而對上述減壓器中的減壓性能的變動的影響,根據(jù)上述所檢測出的大氣壓改變與上述燃料電池系統(tǒng)的控制相關的規(guī)定的控制量。
與上述燃料電池系統(tǒng)的發(fā)明相對應的方法發(fā)明的特征在于是一種燃料電池系統(tǒng)的運轉控制方法,其中,預先將提供給燃料電池堆的氫以高于大氣壓的壓力貯存到儲氫罐中,上述燃料電池堆接收氫和氧的供給并通過電氣化學反應進行發(fā)電;利用減壓器對從上述儲氫罐提供給上述燃料電池堆的氫的壓力進行減壓,上述減壓器設置在連通上述儲氫罐和上述燃料電池堆的氫供給配管的路徑中,并利用大氣壓進行動作;檢測出作用于上述減壓器的大氣壓;為了抑制隨著大氣壓的變動而對上述減壓器中的減壓性能的變動的影響,根據(jù)上述所檢測出的大氣壓改變與上述燃料電池系統(tǒng)的控制相關的規(guī)定的控制量。
根據(jù)上述燃料電池系統(tǒng)及燃料電池系統(tǒng)的控制方法,為了抑制隨著大氣壓的變動而對減壓器中的減壓性能的變動的影響,可以改變?nèi)剂想姵叵到y(tǒng)控制中的控制量。作為利用大氣壓對氫進行減壓的減壓器,例如可以使用調(diào)節(jié)器、安全閥等。
在上述結構的燃料電池系統(tǒng)中,還具有
氫壓力檢測部,設置在上述氫供給配管的路徑中,檢測出上述減壓器和上述燃料電池堆之間的氫的壓力;和異常診斷部,通過比較上述所檢測出的氫的壓力和作為上述控制量之一的某一異常檢測用的閾值,診斷該燃料電池系統(tǒng)的異常狀態(tài);上述控制狀態(tài)變更部根據(jù)上述大氣壓的變化改變上述異常檢測用的閾值。
根據(jù)上述結構,即使提供給燃料電池堆的氫壓力隨著大氣壓的變動而變動時,也可抑制異常診斷部中的異常狀態(tài)的錯誤判斷。
并且,在上述結構的燃料電池系統(tǒng)中,上述控制量是提供給上述燃料電池堆的氫的流量,上述控制狀態(tài)變更部根據(jù)上述檢測出的大氣壓改變上述氫的流量。
這樣一來,可以補償伴隨大氣壓變動而產(chǎn)生的氫供給量的變動。
在上述結構的燃料電池系統(tǒng)中,還具有回流配管,通過連通上述燃料電池堆的陽極廢氣排放口和上述氫供給配管,使從上述燃料電池堆排出的陽極廢氣回流到上述氫供給配管中;氫泵,設置在上述回流配管的路徑中,用于對上述陽極廢氣的壓力進行升壓;和氫泵控制部,控制上述氫泵的驅動狀態(tài);上述控制狀態(tài)變更部,通過根據(jù)上述所檢測出的大氣壓改變上述氫泵的驅動狀態(tài),來改變作為上述控制量的氫的流量。
如果采用這種結構,則可以根據(jù)大氣壓控制陽極廢氣中所含有的剩余氫的循環(huán)量,因此可補償伴隨大氣壓變動而產(chǎn)生的氫供給量的變動。
并且,在上述結構的燃料電池系統(tǒng)中,還可以具有雜質濃度推測部,根據(jù)上述所檢測出的大氣壓推測上述氫中含有的雜質濃度;和氫泵驅動變更部,根據(jù)所推測出的雜質濃度,改變上述氫泵的驅動狀態(tài)。
這樣一來,當氫中含有氮、二氧化碳等雜質時,可以推測出所含雜質,并可根據(jù)雜質濃度改變氫的流量。例如當雜質濃度較高時,通過增加氫的循環(huán)量可以補償氫的供給不足。這種控制特別適合在氫中含有雜質的可能性較高的時候、例如燃料電池系統(tǒng)起動時進行。
并且,雜質濃度推測可以是,根據(jù)該燃料電池系統(tǒng)停止后的經(jīng)過時間及該燃料電池系統(tǒng)起動時所檢測出的上述大氣壓來推測氫中含有的雜質濃度。這是因為采用氫的燃料電池中的雜質濃度可以根據(jù)系統(tǒng)停止后的經(jīng)過時間及大氣壓而精確推定。例如燃料電池系統(tǒng)停止后的經(jīng)過時間越長、且該燃料電池系統(tǒng)起動時的上述大氣壓越高,則推測上述雜質的濃度越高。
在本發(fā)明中,可以將上述各種方式進行適當?shù)慕M合、或者省略掉一部分來應用。并且,本發(fā)明除了可構成上述燃料電池系統(tǒng)外,還可構成燃料電池系統(tǒng)的運轉控制方法、裝載燃料電池系統(tǒng)的移動體、裝載燃料電池系統(tǒng)的移動體的控制方法等。在任一種結構中均可適當?shù)貞蒙鲜龈鞣绞健?br>
圖1是燃料電池系統(tǒng)100的概要結構的說明圖。
圖2是氫泵45的控制方法的說明圖。
圖3是異常狀態(tài)的診斷方法的說明圖。
圖4是調(diào)節(jié)器23的動作原理的說明圖。
圖5是大氣壓校正處理的流程圖。
圖6是異常診斷中的閾值的校正方法的說明圖。
圖7是氫泵轉速的校正方法的說明圖。
圖8是系統(tǒng)停止后的陽極側的壓力變化的圖表。
圖9是氫氣的運轉壓力與其成分比率的圖表。
圖10用于根據(jù)大氣壓和從系統(tǒng)停止開始經(jīng)過的時間推測氮濃度的映象圖。
具體實施例方式
以下根據(jù)實施例,按以下順序對本發(fā)明的實施方式進行說明。
A.燃料電池系統(tǒng)的概要構成;B.燃料電池系統(tǒng)中的控制;C.調(diào)節(jié)器的動作原理;D.大氣壓校正處理;E.氮濃度的推測方法A.燃料電池系統(tǒng)的概要構成圖1是作為實施例的燃料電池系統(tǒng)100的概要構成的說明圖。本實施例中的燃料電池系統(tǒng)100作為電源裝載在由電動機驅動的電動車輛上。駕駛員打開點火開關并操作油門時,根據(jù)由油門開度傳感器11檢測出的操作量,由燃料電池系統(tǒng)100進行發(fā)電,利用該電力使車輛開始行駛。在本實施例中,雖然燃料電池系統(tǒng)100裝載在車輛上,但是也可以裝載在飛機、鐵道等的其他移動體上,并且也可是設置在住宅上的固定型的。
該燃料電池系統(tǒng)100由燃料電池堆10、向燃料電池堆100提供作為燃氣的氫的氫供給系統(tǒng)30、提供作為氧的大氣的氧供給系統(tǒng)40、以及對以上部分進行控制的控制單元60等構成。燃料電池堆10形成為由層疊了多個通過氫和氧的電氣化學反應而發(fā)電的電池(單電池)的層疊體。各電池在氫極(以下稱為陽極)和氧極(以下稱為陰極)之間配置電解質膜的結構。在本實施例中,使用將Nafion(注冊商標)等固體高分子膜用作電解質膜的固體高分子型的電池。
通過氧供給系統(tǒng)40,作為含有氧的氣體將壓縮空氣供給到燃料電池堆10的陰極??諝獗豢諝鈮嚎s機41壓縮之后,通過加濕器42加濕,并從配管35供給到燃料電池堆10。來自陰極的排氣通過配管36、壓力調(diào)整閥27、加濕器42和稀釋器44被排出到外部。
通過氫供給系統(tǒng)40,經(jīng)由氫供給配管32從儲氫罐20將氫氣供給到燃料電池堆10的陽極。以高壓貯存在儲氫罐20的氫氣被作為減壓閥的調(diào)節(jié)器23減壓,并通過關閉閥24供給到陽極。在氫供給配管32的路徑中,在調(diào)節(jié)器23與燃料電池堆10之間,設置有用于檢測供給到燃料電池堆10的氫氣的壓力的壓力傳感器12。來自陽極的排氣(以下稱為陽極廢氣)通過關閉閥25流到回流配管33。
回流配管33在中間一分為二,其中一支連接到用于將陽極廢氣排出到外部的排出管34上,另一支通過止回閥28連接到氫供給配管32。在回流配管33上設有用于對陽極廢氣進行升壓的氫泵45。由于燃料電池堆10發(fā)電而消耗氫,壓力下降的陽極廢氣通過該水泵45升壓,并可通過止回閥28回流到氫配管32一側。
在設在排出管34上的排出閥26關閉的期間,陽極廢氣通過氫供給配管32再次循環(huán)到燃料電池堆10。由于在陽極廢氣中剩余有未被發(fā)電消耗的氫,因此通過這種循環(huán)可以有效地利用氫。
在陽極廢氣循環(huán)中,氫通過發(fā)電而被消耗,同時氫以外的雜質,例如從陰極透過電解質膜而流入到陽極一側的氮等未被消耗而殘留,因此雜質的濃度逐漸變大。在實施例的燃料電池系統(tǒng)100中,在規(guī)定的時間打開排出閥26,將雜質濃度變高的陽極廢氣通過排出管34排出。由于在排出的陽極廢氣中有可能存在一些氫,因此通過稀釋器44由空氣稀釋之后,排出到外部。通過該處理,降低雜質的循環(huán)量。
B.燃料電池系統(tǒng)中的控制通過控制單元60控制燃料電池系統(tǒng)100的運轉??刂茊卧?0由內(nèi)部具有CPU、RAM、ROM、計時器等的微型計算機構成,根據(jù)存儲在ROM中的控制程序控制系統(tǒng)的運轉。圖示的氫泵控制部61、異常診斷部62、大氣壓校正部63、氮濃度推測部64是通過該控制程序以軟件形式實現(xiàn)的功能部件。
氫泵控制部61進行氫泵45的轉速的控制。圖2是氫泵45的控制方法的說明圖。如圖所示,氫泵控制部61進行控制,隨著燃料電池系統(tǒng)100所要求的輸出增大而提高氫的供給量,從而提高轉速。
異常診斷部62根據(jù)由壓力傳感器12所檢測出的氫的壓力,診斷燃料電池系統(tǒng)100是否異常。圖3是異常狀態(tài)的診斷方法的說明圖。如圖所示,異常診斷部62在壓力傳感器12所檢測出的壓力在規(guī)定的閾值A以上或者在閾值B以下時,診斷其異常。其中,閾值A是比閾值B大的值。壓力值在規(guī)定閾值A以上例如是在以下等情況由于調(diào)節(jié)器23的故障,氫氣的壓力并未被減壓到規(guī)定的壓力。另一方面,壓力值在規(guī)定閾值B以上例如是在以下等情況下回流配管33等中產(chǎn)生開裂,氫氣泄漏。
大氣壓校正部63根據(jù)由大氣壓傳感器13所檢測出的大氣壓,對于作為燃料電池系統(tǒng)中的控制量之一的氫泵45的轉速、及異常診斷中所使用的閾值進行校正。如實施例中所使用的調(diào)節(jié)器23,當向用于進行調(diào)壓的壓力室的一方導入大氣壓時,隨著大氣壓的變動,從調(diào)節(jié)器23輸出的氫壓力也變動。因此,在本實施例中,為了抑制伴隨所述變動而引起的各種影響,進行作為控制量之一的氫泵45的轉速、及異常診斷所使用的閾值等的校正。具體的校正方法將在稍后論述。
氮濃度推測部64根據(jù)由大氣壓傳感器13所檢測出的大氣壓等,推測系統(tǒng)起動時陽極一側含有的氮濃度。所推測出的氮濃度用于在系統(tǒng)起動時根據(jù)氮濃度進行氫泵45的控制。
B.調(diào)節(jié)器的動作原理圖4是調(diào)節(jié)器23的動作原理的說明圖。調(diào)節(jié)器23具有流入高壓氫氣的流入口71、降低氫氣壓力的減壓室72、導入大氣的大氣室73、以及減壓后的氫氣流出的流出口74。減壓室72和大氣室73通過隔膜75被分隔。流入口71上連接有儲氫罐20,燃料電池堆10通過關閉閥24連接到流出口74上。大氣室73與大氣連通,其內(nèi)部設有用于向附圖的上方頂起隔膜75的彈簧76。
從流入口71流入的高壓氫,通過調(diào)壓閥77和薄片78的間隙流入到減壓室72。當高壓氫的壓力變高,結果使流入到減壓室72的氫的壓力變高時,隔膜75被向圖中的下方壓下,同時與隔膜75相連的調(diào)壓閥77被向圖中的下方拉下。其結果是,調(diào)壓閥77和薄片78之間的間隙變窄,相對于流量的壓力損失變大,從流出口74輸出的氫的壓力下降。相反,當流入的氫的壓力變小時,由于彈簧76和大氣壓的作用力,隔膜75被向圖中的上方頂起,同時調(diào)壓閥77和薄片78之間的間隙變大。因此相對于流量的壓力損失下降,從流出口74輸出的氫的壓力變大。如上所述,調(diào)節(jié)器23的結構為通過彈簧76和大氣壓的作用力、及與流入的氫的壓力的平衡,可以使從流出口74流出的氫氣的壓力保持恒定。
C.大氣壓校正處理如上所述,本實施例中所采用的調(diào)節(jié)器23在氫氣的減壓中,利用了氫氣自身的壓力和大氣壓及彈簧的作用力之間的平衡性。因此,隨著大氣壓的變動,該平衡也受到影響。例如,裝載燃料電池系統(tǒng)100的車輛在海拔較高的高原行駛時,大氣壓會下降。這樣一來,從圖中的下側頂起隔膜75的力會下降,因此隔膜75受到的力在減壓室72的壓力較低的點取得平衡。其結果是,調(diào)壓閥77與薄片的間隙變窄,的氫的壓力變小。相反,在海拔較低的盆地中,大氣壓變高,輸出的氫的壓力變大。如上所述,在具有利用大氣壓進行減壓的調(diào)節(jié)器23的燃料電池系統(tǒng)100中,隨著大氣壓的變動,提供到燃料電池堆10的氫的量也變動。因此在本實施例中,通過根據(jù)由大氣壓傳感器13所檢測出的大氣壓調(diào)整氫泵45的轉速,補償調(diào)節(jié)23的氫供給量的變動。
并且,由于大氣壓的變動使提供給燃料電池堆10的氫壓力發(fā)生變化時,即使燃料電100正常運轉,由于閾值的設定,有時也會發(fā)生異常診斷部62錯誤診斷為異常的情況。因此在本實施例中,根據(jù)由大氣壓傳感器13所檢測出的大氣壓改變上述閾值A、B的值。以下對該控制進行說明。
圖5是控制單元60執(zhí)行的大氣壓校正處理的流程圖。首先,控制單元60根據(jù)燃料電池系統(tǒng)100所要求的輸出,按照圖2所示的圖表設定氫泵45的轉速(步驟S10)。接著,利用大氣壓傳感器13檢測出大氣壓(步驟S20)。
接著,控制單元60判斷燃料電池系統(tǒng)100是否是剛剛起動后的狀態(tài)(步驟S30)。具體而言,當控制單元60的RAM中所記錄的起動模式標志為ON(值1)時,判斷為剛剛起動的狀態(tài)。起動模式標志在燃料電池系統(tǒng)100由點火開關進行起動時設定為值1。
根據(jù)上述判斷,當判斷出燃料電池系統(tǒng)100不是剛剛起動的狀態(tài)時(步驟S30NO),控制單元60根據(jù)在步驟S20中檢測出的大氣壓,校正圖3所示的異常判斷的閾值A、B(步驟S40)。圖6是所述校正方法的說明圖。如圖所示,在本實施例中,當檢測出的大氣壓高于規(guī)定值,在這里是高于1大氣壓時,使圖3所示的閾值A、B分別向高壓一側移動相同量。相反,當?shù)陀?大氣壓時,使A、B分別向低壓一側移動相同量。通過這種校正,即使由于大氣壓的影響使從調(diào)節(jié)器23輸出的氫的壓力發(fā)生變動,也可防止將該變動錯誤判斷為由于調(diào)節(jié)器23的故障及回流配管33的開裂等引起的。此外,這里雖然使閾值A、B以相同的量向高壓一側或低壓一側移動,但是也可根據(jù)閾值的特性等使移動量各不相同。
接著,控制單元60根據(jù)進行上述校正之后的閾值A、B、及利用壓力傳感器12所檢測出的氫的壓力,通過圖3所示的方法進行燃料電池系統(tǒng)100的異常判斷(步驟S50)。當判斷為異常時(步驟S60YES),進行規(guī)定的異常回避處理(步驟S70)。規(guī)定的異?;乇芴幚砝缡侵竿V谷剂想姵叵到y(tǒng)100,或者向駕駛員發(fā)出警告等處理。
另一方面,在上述步驟S60中,當判斷為正常時(步驟S60NO),根據(jù)在步驟S20中檢測出的大氣壓,對在步驟S10中確定的氫泵的轉速進行校正(步驟S80)。圖7是所述校正方法的說明圖。如圖所示,在本實施例中進行如下校正當大氣壓高于1大氣壓時降低氫泵的轉速,相反,當?shù)陀?大氣壓時提高轉速。這樣一來,可以補償從調(diào)節(jié)器23提供的氫量的變動。
以上,對基于大氣壓的各種校正處理進行了說明。通常情況下在燃料電池系統(tǒng)100的運轉過程中執(zhí)行該處理,從而可以抑制伴隨大氣壓變動而產(chǎn)生的各種影響。此外,在上述實施例中使用的調(diào)節(jié)器23雖然具有氫的壓力隨著大氣壓的增大而變大的特征,但是也可以構成如下所示的減壓閥使大氣壓作用到調(diào)壓閥77上的方向相反。在這樣的減壓閥中,圖6、圖7所示的氫相對于大氣壓的二次壓力的關系變得相反。因此,當使用這種減壓閥時,準備校正量相對于大氣壓的大小關系反轉的映象圖等,求得校正量即可。
接著,在上述步驟S30中,對于判斷燃料電池系統(tǒng)100處于剛剛起動的狀態(tài)時的處理進行說明。在系統(tǒng)起動時,當氫氣中混入較多的氮等雜質時,有可能發(fā)電所需的氫壓力不足,因此在本實施例中,在系統(tǒng)起動時進行以下所說明的處理。
首先,當控制單元60在上述步驟S30中判斷為燃料電池系統(tǒng)100為剛剛起動的狀態(tài)時(步驟S30YES),根據(jù)在步驟S20中檢測出的大氣壓,推測氫氣中含有的氮的濃度(步驟S90)。稍后對所述推測方法進行論述。
接著,控制單元60判斷所推測的氮濃度是否在預先確定的規(guī)定值C以上(S100)。當在規(guī)定值C以上時,校正轉速(步驟S110),使氫泵45的轉速高于通常的轉速。另一方面,當濃度在規(guī)定值C以下時,不校正氫泵的轉速,使起動模式標志為OFF(步驟S120)。
上述步驟S110中的轉速的校正可以采用各種方法。例如,氮濃度在規(guī)定值C以上時,可以一律為預先確定的轉速,也可以一律提高轉速。并且,也可以是隨著氮濃度的增高而提高轉速。并且,在本實施例中,當?shù)獫舛仍谝?guī)定值C以上時校正轉速,也可以不進行與規(guī)定值C的比較,而是根據(jù)推測出的氮濃度增減轉速。
如上所述,系統(tǒng)起動時的氮濃度較大時,使氫泵45較快地旋轉,可使更多的氫在燃料電池堆10的陽極循環(huán),因此可抑制氫壓力的下降。
并且,在圖5中,當完成步驟S110及步驟S120后,雖然一系列的處理結束,但是也可以將處理移至步驟S40。并且,在上述步驟S110中,除了提高氫泵的轉速外,例如也可以通過排出閥26的控制,將陽極廢氣排出到外部。這樣一來,可排出氮并提高氫的濃度。
E.濃度的推測方法以下參照圖8~圖10說明上述步驟S90中的氮濃度的推測方法。圖8是燃料電池系統(tǒng)100停止后的陽極一側的氫氣壓力變化的圖表。橫軸表示從系統(tǒng)停止開始經(jīng)過的時間,縱軸表示陽極一側的總壓力。如圖所示,當燃料電池系統(tǒng)100停止后,陽極一側的總壓力逐漸下降。這是因為氫從陽極一側透過燃料電池堆10內(nèi)的電解質移動到陰極一側。但是,從系統(tǒng)停止開始經(jīng)過30分鐘左右后,相反,陽極一側的總壓力上升。這是因為空氣中的氮從陰極一側通過電解質逐漸透過到陽極一側。通過將圖表所示的壓力變化預先以映象圖等方式存儲在控制單元60內(nèi),可以推測與系統(tǒng)停止后的經(jīng)過時間對應的陽極一側的氮壓力(濃度)。但實際上,由于陽極一側的總壓力、氮的壓力受大氣壓的影響而變動,因此進行以下調(diào)整。
圖9表示在圖8中的時刻t1起動系統(tǒng)時的氫氣的運轉壓力與其成分比率的圖表。通過調(diào)節(jié)器23的設定等,將系統(tǒng)起動時的陽極一側的運轉壓力通常設定為250kPa左右。但如上所述,當大氣壓下降時從調(diào)節(jié)器23輸出的氫的壓力也下降,運轉壓力也隨之下降為240kPa、230kPa......。并且,如果大氣壓下降,在系統(tǒng)停止過程中,從陰極一側透過到陽極一側的氮的量也下降。因此如圖所示,隨著運轉壓力的下降,陽極氣體中含有的氮的比率也下降。
通過以上說明可知系統(tǒng)起動時的氮濃度,可根據(jù)系統(tǒng)停止后經(jīng)過的時間和起動時的大氣壓進行推測。因此在本實施例中,通過將圖10所示的映象圖存儲在控制單元60內(nèi),可以推測氮的濃度。圖10是用于根據(jù)大氣壓和從系統(tǒng)停止開始經(jīng)過的時間推測氮濃度的映象圖。橫軸表示大氣壓,縱軸表示氮濃度。圖中的標號C是上述步驟S100中的規(guī)定值C。控制單元60判斷出氮濃度高于該規(guī)定值C時,增加氫泵45的旋轉量。例如,經(jīng)過時間為t4時,即使大氣壓發(fā)生變動,氮濃度也非常低。因此控制單元60不進行泵的轉速的校正。另一方面,在經(jīng)過時間為t5時,如果大氣壓高于規(guī)定壓力D,則判斷陽極一側的氮壓力高,進行增加泵的轉速的校正。其結果是,含有高濃度的氮的氣體從陽極排出,其壓力也迅速降低,系統(tǒng)變得易于起動。當大氣壓低于規(guī)定壓力D時,陽極的運轉壓力也變低,因此可判斷氮的比率較低,不進行用于校正泵的轉速的處理。
如果使用上述說明的氮濃度的推測方法,可以精確控制氫泵,因此能夠可靠地起動系統(tǒng)。
以上雖然根據(jù)實施例對本發(fā)明的實施方式進行了說明,但是本發(fā)明并不限于上述實施例,在不脫離其主旨的范圍內(nèi)可采用各種構成。例如通過軟件實現(xiàn)的功能也可通過硬件來實現(xiàn)。
權利要求
1.一種燃料電池系統(tǒng),具有燃料電池堆,接收氫和氧的供給并通過電化學反應進行發(fā)電;儲氫罐,將提供給所述燃料電池堆的氫以大氣壓以上的壓力進行貯存;氫供給配管,連通所述儲氫罐和所述燃料電池堆;減壓器,設置在所述氫供給配管的路徑中,利用大氣壓對從所述儲氫罐提供給所述燃料電池堆的氫的壓力進行減壓;大氣壓檢測部,檢測出作用在該減壓器上的大氣壓;以及控制狀態(tài)變更部,為了抑制隨著大氣壓的變動而對所述減壓器中的減壓性能的變動的影響,根據(jù)所述檢測出的大氣壓改變與所述燃料電池系統(tǒng)的控制相關的規(guī)定的控制量。
2.如權利要求1所述的燃料電池系統(tǒng),其中,還具有氫壓力檢測部,設置在所述氫供給配管的路徑中,檢測所述減壓器和所述燃料電池堆之間的氫的壓力;和異常診斷部,通過比較所述檢測出的氫的壓力和作為所述控制量之一的異常檢測用的閾值,診斷該燃料電池系統(tǒng)的異常狀態(tài);所述控制狀態(tài)變更部,根據(jù)所述大氣壓的變化改變所述異常檢測用的閾值。
3.如權利要求1所述的燃料電池系統(tǒng),其中,所述控制量是提供到所述燃料電池堆的氫的流量;所述控制狀態(tài)變更部根據(jù)所述檢測出的大氣壓改變所述氫的流量。
4.如權利要求3所述的燃料電池系統(tǒng),其中,還具有回流配管,通過連通所述燃料電池堆的陽極廢氣排放口和所述氫供給配管,使從所述燃料電池堆排出的陽極廢氣回流到所述氫供給配管中;氫泵,設置在所述回流配管的路徑中,用于對所述陽極廢氣的壓力進行升壓;和氫泵控制部,控制所述氫泵的驅動狀態(tài);所述控制狀態(tài)變更部,根據(jù)所述檢測出的大氣壓,利用所述氫泵控制部改變所述氫泵的驅動狀態(tài),從而改變作為所述控制量的所述氫的流量。
5.如權利要求4所述的燃料電池系統(tǒng),其中,還具有雜質濃度推測部,根據(jù)所述檢測出的大氣壓推測所述氫中含有的雜質濃度;和氫泵驅動變更部,根據(jù)所推測出的雜質濃度,利用所述氫泵控制部改變所述氫泵的驅動狀態(tài)。
6.如權利要求5所述的燃料電池系統(tǒng),其中,所述氫泵驅動變更部是所述雜質濃度越高則越提高所述氫泵的驅動量并提高所述陽極廢氣的壓力的升壓程度的裝置。
7.如權利要求5或6所述的燃料電池系統(tǒng),其中,所述雜質濃度推測部是根據(jù)該燃料電池系統(tǒng)停止后的經(jīng)過時間及在該燃料電池系統(tǒng)起動時所檢測出的所述大氣壓來推測所述氫中含有的雜質濃度的裝置。
8.如權利要求7所述的燃料電池系統(tǒng),其中,所述雜質濃度推測部是該燃料電池系統(tǒng)停止后的經(jīng)過時間越長、且該燃料電池系統(tǒng)起動時的所述大氣壓越高,則推測出所述雜質的濃度越高的裝置。
9.一種燃料電池系統(tǒng)的運轉控制方法,其中,將提供給燃料電池堆的氫以大氣壓以上的壓力預先貯存到儲氫罐中,所述燃料電池堆接收氫和氧的供給并通過電化學反應進行發(fā)電;利用減壓器對從所述儲氫罐提供到所述燃料電池堆的氫的壓力進行減壓,所述減壓器設置在連通所述儲氫罐和所述燃料電池堆的氫供給配管的路徑中,并利用大氣壓進行動作;檢測出作用在所述減壓器上的大氣壓;為了抑制隨著大氣壓的變動而對所述減壓器中的減壓性能的變動的影響,根據(jù)所檢測出的所述大氣壓改變與所述燃料電池系統(tǒng)的控制相關的規(guī)定的控制量。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于降低因提供的氫的壓力隨大氣壓的變動而變動所造成的對燃料電池系統(tǒng)的影響,其中,燃料電池系統(tǒng)(100)的控制單元(60)具有氫泵控制部(61)、異常診斷部(62)以及大氣壓校正部(63);氫泵控制部(61)根據(jù)所要求的輸出來設定氫泵(45)的轉速;異常診斷部(62)根據(jù)由壓力傳感器(12)檢測出的壓力是否收斂于規(guī)定的閾值內(nèi)來進行異常診斷;大氣壓校正部(63)根據(jù)由大氣壓傳感器(13)檢測出的大氣壓來校正氫泵(45)的轉速和異常診斷中所使用的閾值。這樣一來,即使調(diào)節(jié)器(23)的輸出因大氣壓的變動而變得不穩(wěn)定時,也可補償提供給燃料電池堆(10)的氫流量,并抑制異常診斷中的錯誤判斷。
文檔編號H01M8/06GK1802766SQ200480013120
公開日2006年7月12日 申請日期2004年4月30日 優(yōu)先權日2003年5月14日
發(fā)明者吉田尚弘, 坊農(nóng)哲也, 栗田健志, 森?;?申請人:豐田自動車株式會社