燃料電池系統(tǒng)及燃料電池系統(tǒng)的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及燃料電池系統(tǒng)及燃料電池系統(tǒng)的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]安裝有燃料電池的燃料電池車輛(FCV)現(xiàn)被認(rèn)為是不同于汽油車輛的新型車輛。燃料電池通過作為燃料的氫氣與作為氧化劑的含氧空氣之間的化學(xué)反應(yīng)來生成電力，并且驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。
[0003]對(duì)于燃料電池，日本專利申請(qǐng)公報(bào)第2013-191312號(hào)公開了關(guān)于氣體源的電輸入量的物理量被反饋控制成標(biāo)準(zhǔn)值使得由氣體流量計(jì)檢測(cè)到的燃料氣體的流量與目標(biāo)氣體流量一致。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供能夠減小車輛的驅(qū)動(dòng)扭矩的變化的燃料電池系統(tǒng)及燃料電池系統(tǒng)的控制方法。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的方面，提供了燃料電池系統(tǒng)，其包括:將電流輸出至用于驅(qū)動(dòng)車輛的電動(dòng)機(jī)的燃料電池；將氧化劑氣體供給至燃料電池的供給單元；對(duì)來自供給單元的氧化劑氣體的流量進(jìn)行測(cè)量的流量測(cè)量單元；以及對(duì)供給單元進(jìn)行反饋控制使得流量測(cè)量單元的所測(cè)量的流量值朝目標(biāo)流量值收斂的控制器，其中:控制器根據(jù)所測(cè)量的流量值來確定可接受電流值；控制器將由燃料電池輸出的電流限制為可接受電流值或更小，并且根據(jù)燃料電池請(qǐng)求電流值來控制電流；以及在以下條件持續(xù)預(yù)定時(shí)間段的情況下，控制器進(jìn)行用于減小在預(yù)定時(shí)間期間可接受電流值的變化寬度的變化抑制處理，所述條件包括在預(yù)定時(shí)間期間請(qǐng)求電流值的變化寬度等于或小于第一預(yù)定值以及請(qǐng)求電流值與可接受電流值之間的差等于或小于第二預(yù)定值。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了燃料電池系統(tǒng)的控制方法，其包括:將氧化劑氣體從供給單元供給至燃料電池；通過流量測(cè)量單元對(duì)來自供給單元的氧化劑氣體的流量進(jìn)行測(cè)量；將電流從燃料電池輸出至用于驅(qū)動(dòng)車輛的電動(dòng)機(jī)；對(duì)供給單元進(jìn)行反饋控制使得流量測(cè)量單元的所測(cè)量的值朝目標(biāo)流量值收斂；根據(jù)所測(cè)量的流量值來確定可接受電流值；將由燃料電池輸出的電流限制為可接受電流值或更小并且根據(jù)燃料電池請(qǐng)求電流值來控制電流；以及在以下條件持續(xù)預(yù)定時(shí)段的情況下，進(jìn)行用于在預(yù)定時(shí)間期間減小可接受電流值的變化寬度的變化抑制處理，所述條件包括在預(yù)定時(shí)間期間請(qǐng)求電流值的變化寬度等于第一預(yù)定值或更小以及請(qǐng)求電流值與可接受電流值之間的差等于或小于第二預(yù)定值。
[0007]發(fā)明的效果
[0008]根據(jù)本發(fā)明，能夠減小車輛的扭矩波動(dòng)。
【附圖說明】
[0009]圖1示出了燃料電池系統(tǒng)的示例；
[0010]圖2示出了表示測(cè)量值相對(duì)于目標(biāo)值的波動(dòng)的示例的曲線圖；
[0011 ]圖3示出了表示可接受電流值相對(duì)于空氣流量的示例的曲線圖；
[0012]圖4A和圖4B示出了表示在輸出電流未波動(dòng)的情況下和在輸出電流波動(dòng)的情況下電流命令值與可接受值之間的關(guān)系的示例的曲線圖；
[0013]圖5示出了表示可接受值的變化抑制處理的曲線圖；
[0014]圖6示出了燃料電池系統(tǒng)的操作的示例的流程圖；
[0015]圖7示出了表示變化抑制處理之后的執(zhí)行標(biāo)志的控制處理的示例的流程圖；
[0016]圖8示出了表示電流命令值的變化的示例的曲線圖；
[0017]圖9示出了切換燃料電池的輸出電流的上限的示例；以及
[0018]圖10示出了燃料電池的輸出電流的上限的切換處理的示例的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]通過電控制單元(ECU)等對(duì)被提供至燃料電池的氧化劑氣體的流量進(jìn)行反饋控制，以便向請(qǐng)求目標(biāo)值收斂。因此，氧化劑氣體的流量圍繞目標(biāo)值周期性地波動(dòng)。燃料電池能夠輸出的電流的可接受值，即上限，根據(jù)被提供至燃料電池的氧化劑氣體的流量來確定。因此，當(dāng)負(fù)載大時(shí)，從燃料電池輸出至電動(dòng)機(jī)的電流波動(dòng)。在波動(dòng)的情況下，車輛的驅(qū)動(dòng)扭矩波動(dòng)。
[0020]圖1示出了燃料電池系統(tǒng)的示例。燃料電池系統(tǒng)I被安裝在車輛例如燃料電池車輛上并且將電力供給至用于驅(qū)動(dòng)車輛的電動(dòng)機(jī)。燃料電池系統(tǒng)I具有E⑶10、燃料電池11、空氣壓縮機(jī)12、流量計(jì)13、調(diào)節(jié)器14、氫氣罐15、DC-DC轉(zhuǎn)換器16、DC_AC逆變器17和電池18。
[0021]E⑶10是控制器的示例，并且控制燃料電池系統(tǒng)I的操作。E⑶10具有處理器例如CPU (中央處理單元)并且根據(jù)從存儲(chǔ)器例如ROM (只讀存儲(chǔ)器)讀取的程序來操作。ECU10不限于該結(jié)構(gòu)。E⑶10可以僅通過硬件來構(gòu)造。
[0022]E⑶10根據(jù)來自傳感器單元2的輸入信號(hào)將信號(hào)S1、S3、S4和S5傳送至空氣壓縮機(jī)12、DC-DC轉(zhuǎn)換器16、DC-AC逆變器17和調(diào)節(jié)器14。傳感器單元2具有多個(gè)傳感器。傳感器是例如檢測(cè)車輛的油門踏板的開口角度(按壓程度)的油門踏板位置傳感器。
[0023]氫氣罐15、調(diào)節(jié)器14和燃料電池11按此順序與管道連接。氫氣罐15是用作燃料的氫氣(H2)的供給裝置的示例。氫氣罐15經(jīng)由調(diào)節(jié)器14將氫氣供給至燃料電池11。調(diào)節(jié)器14是例如壓力調(diào)節(jié)閥。調(diào)節(jié)器14通過根據(jù)來自E⑶10的控制信號(hào)S5調(diào)整閥的開口角度來控制氫氣的供給量。
[0024]空氣壓縮機(jī)12、流量計(jì)13和燃料電池11按此順序與管道連接?？諝鈮嚎s機(jī)12是供給單元的示例并且將包括氧氣(O2)的氧化劑氣體供給至燃料電池11?？諝鈮嚎s機(jī)12從車輛的外側(cè)吸入空氣并且經(jīng)由流量計(jì)13將空氣栗送至燃料電池11。在本實(shí)施例中，空氣是氧化劑氣體的示例，然而，氧化劑氣體不限于空氣。
[0025]流量計(jì)13是流量測(cè)量單元的示例，并且測(cè)量來自空氣壓縮機(jī)12的空氣流量。流量計(jì)13將表示空氣流量的測(cè)量值的信息信號(hào)S2輸出至E⑶10。E⑶10對(duì)空氣壓縮機(jī)12進(jìn)行反饋控制使得流量計(jì)13的測(cè)量值朝目標(biāo)值收斂。測(cè)量值是所測(cè)量的流量值的示例。目標(biāo)值是流量目標(biāo)值的示例。
[0026]燃料電池11是串聯(lián)電連接的多個(gè)燃料電池的堆疊。燃料電池11具有供給有用作燃料的氫氣的陽極(燃料電極)I Ia和供給有空氣的陰極(空氣電極)I Ib。燃料電池11通過進(jìn)行氫氣與氧氣的化學(xué)反應(yīng)來生成電力。因此，燃料電池11將電流輸出至用于驅(qū)動(dòng)車輛的電動(dòng)機(jī)M。
[0027]DC-DC轉(zhuǎn)換器16包括壓力升降斬波器電路等，并且根據(jù)從E⑶10輸出的控制信號(hào)S3對(duì)燃料電池11的輸出電壓和輸出電流進(jìn)行轉(zhuǎn)換。DC-DC轉(zhuǎn)換器16對(duì)在壓力升降斬波器電路中設(shè)置的多個(gè)開關(guān)元件例如FET (場(chǎng)效應(yīng)晶體管)的通斷進(jìn)行控制。因此，根據(jù)控制信號(hào)S3的占空比對(duì)燃料電池11的輸出電壓和輸出電流進(jìn)行轉(zhuǎn)換。DC-DC轉(zhuǎn)換器16的輸出電流被輸入至DC-AC逆變器17。
[0028]電池18用作過多電力的存儲(chǔ)器、再生制動(dòng)期間再生能量的存儲(chǔ)器和由于車輛的加速和減速引起的負(fù)載的改變期間的能量緩沖器。電池18可以是鋰二次電池。電池18的輸出電流被輸入至DC-AC逆變器17。
[0029]DC-AC逆變器17將DC-DC轉(zhuǎn)換器16的輸出電流中的直流和電池18的輸出電流中的直流轉(zhuǎn)換成三相電流。當(dāng)根據(jù)從ECU 10輸出的控制信號(hào)S4來控制開關(guān)元件的通斷時(shí)，DC-AC逆變器17基于控制方法例如PWM (脈沖寬度調(diào)制)來轉(zhuǎn)換電流。DC-AC逆變器17的輸出電流被輸出至用于驅(qū)動(dòng)車輛的電動(dòng)機(jī)M。
[0030]在本實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)中，ECU 10根據(jù)來自傳感器單元2的輸入來計(jì)算空氣壓縮機(jī)12的空氣供給量的目標(biāo)值，并且對(duì)空氣壓縮機(jī)12進(jìn)行反饋控制使得流量計(jì)13的測(cè)量值向目標(biāo)值收斂。因此，流量計(jì)13的測(cè)量值在目標(biāo)值附近波動(dòng)。
[0031 ] 圖2示出了表示測(cè)量值相對(duì)于目標(biāo)值的波動(dòng)的示例的圖。在圖2中，橫軸表示時(shí)間，縱軸表示空氣流量。曲線圖中的實(shí)線表示流量計(jì)13的測(cè)量值。虛線表示目標(biāo)值。
[0032]當(dāng)按壓車輛的油門踏板時(shí)，目標(biāo)值增加。ECU 10的反饋控制一般會(huì)引起測(cè)量值在目標(biāo)值附近周期性地變化使得測(cè)量值朝目標(biāo)值收斂。具體地，當(dāng)測(cè)量值小于目標(biāo)值時(shí)，ECU10增加空氣壓縮機(jī)12的輸出，而當(dāng)測(cè)量值大于目標(biāo)值時(shí)，ECU 10減少空氣壓縮機(jī)12的輸出。因此，測(cè)量值跟隨目標(biāo)值的變化。當(dāng)測(cè)量值超過目