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      燃料電池系統(tǒng)及其控制方法_3

      文檔序號:9845758閱讀:來源:國知局
      的內容在后文敘述。
      [0055]在步驟S45中,控制部10基于校正后的阻抗即判定用阻抗來執(zhí)行用于將反應氣體向燃料電池20的供給控制切換為通常運轉和水分增加運轉中的任一個的阻抗判定處理??刂撇?0在校正后的阻抗為規(guī)定的值以下的情況下,認為處于在燃料電池20的內部具有充分的水分量的濕潤狀態(tài),進行步驟S50的通常運轉。另一方面,在校正后的阻抗比規(guī)定的值大的情況下,認為處于燃料電池20的內部的水分量不足的干燥狀態(tài),進行步驟S55的水分增加運轉。
      [0056]在步驟S50的通常運轉中,控制部10使用預先準備的規(guī)定的控制映射等,根據(jù)在步驟S20中決定的目標輸出,設定反應氣體向燃料電池20的目標供給流量和目標壓力。以后,將通常運轉下的反應氣體的目標壓力也稱為“第一目標壓力”??刂撇?0使陰極氣體供給部30和陽極氣體供給部50開始與目標供給流量和第一目標壓力對應的反應氣體的供給運轉。
      [0057]在步驟S55的水分增加運轉中,控制部10與通常運轉一樣地決定反應氣體的目標供給流量,但設定為比通常運轉的第一目標壓力高的目標壓力(以后,也稱為“第二目標壓力”)。控制部10使陰極氣體供給部30和陽極氣體供給部50開始與目標供給流量和第二目標壓力對應的反應氣體的供給運轉。在水分增加運轉中,對于燃料電池20以比通常運轉的情況高的壓力供給反應氣體。由此,能夠降低廢氣中的水蒸氣分壓,能夠減少由反應氣體從燃料電池20的內部帶走的水分量。因此,能夠使燃料電池20內的水分量比通常運轉的時增加。
      [0058]控制部10反復進行步驟SlO?S55的處理直至燃料電池系統(tǒng)100的運轉結束為止(步驟S60) ο這樣,在本實施方式的燃料電池系統(tǒng)100中,基于燃料電池20的燃料電池20的阻抗來判定燃料電池20內的水分量。并且,在判定為燃料電池20處于干燥狀態(tài)的情況下,在水分增加運轉中,執(zhí)行燃料電池20內的水分量增加的反應氣體的供給控制。因此,能抑制由燃料電池20內的水分量不足引起的發(fā)電效率的下降。
      [0059]圖5是表示通過阻抗處理部15執(zhí)行的阻抗校正基準值更新處理(圖4的步驟S10)的流程的說明圖。校正基準值Zs相當于本發(fā)明中的第一阻抗值的下位概念。校正基準值Zs是在校正燃料電池20的阻抗時作為基準的值,是表示處于能確保燃料電池20的電解質膜為良好的濕潤狀態(tài)的規(guī)定的基準狀態(tài)時的燃料電池20的阻抗的值。校正基準值Zs在燃料電池20為基準狀態(tài)時基于通過阻抗計測部90取得的阻抗而逐次更新。
      [0060]在步驟S210中,阻抗處理部15基于燃料電池20的運轉溫度來判定燃料電池20是否為規(guī)定的基準狀態(tài)。阻抗處理部15在以下的條件(a)、(b)這兩者滿足時,判定為燃料電池20為基準狀態(tài)。
      [0061 ] (a)燃料電池20的運轉溫度為T1以上且T2以下。
      [0062](b)燃料電池20的運轉溫度為T3以下的狀態(tài)持續(xù)了規(guī)定的期間p。
      [0063]在條件(a)中,通過將燃料電池20的運轉溫度為溫度T1以上的情況作為條件,能抑制反應氣體的擴散電阻等的噪聲(noise)乘載于燃料電池20的阻抗的測定值的情況。溫度T1H要采用根據(jù)阻抗的測定所使用的交流的頻率而預先實驗性地求出的溫度即可。在本實施方式中,溫度1^*551。
      [0064]在條件(a)中,通過將燃料電池20的運轉溫度為溫度T2以下的情況作為條件,能確保燃料電池20的當前的運轉溫度不是電解質膜成為干燥狀態(tài)的溫度。溫度T2只要采用預先通過實驗等求出的燃料電池20的電解質膜成為干燥狀態(tài)的可能性低的溫度即可。在本實施方式中,溫度T2S60°C。
      [0065]條件(b)是用于確保不是燃料電池20的運轉溫度剛為明顯較高的溫度(例如90°C左右)之后的情況的條件。這是因為,在燃料電池20的運轉溫度剛為高溫之后,存在電解質膜的干燥狀態(tài)未消除的可能性。條件(b)的溫度T3可以基于燃料電池20的平均運轉溫度來確定,也可以如條件(a)的溫度TdP樣采用通過實驗等求出的燃料電池20的電解質膜成為干燥狀態(tài)的可能性低的溫度。在本實施方式中,溫度T3與條件(a)的溫度T2相同,為60°C。
      [0066]條件(b)的規(guī)定的期間P優(yōu)選是燃料電池20的運轉溫度從明顯較高的溫度(例如90°C左右)返回通常的溫度(例如60°C左右)時電解質膜的干燥狀態(tài)消除的程度的時間。在本實施方式中,規(guī)定的期間P設為60秒。
      [0067]在即使條件(a)、(b)的至少一方不滿足的情況下,阻抗處理部15認為燃料電池20未處于規(guī)定的基準狀態(tài),結束阻抗校正基準值更新處理(步驟S210為“否”)。這種情況下,保持不更新基準校正值Zs的狀態(tài),在圖3的步驟S20以后繼續(xù)燃料電池20的運轉控制。
      [0068]在條件(a)、(b)這兩者滿足的情況下,阻抗處理部15判定為燃料電池20處于規(guī)定的基準狀態(tài)(步驟S210為“是”)。這種情況下,從阻抗計測部90取得基準校正值叾8的更新所使用的燃料電池20的阻抗(步驟S220)。以下,將在步驟S220中取得的燃料電池20的阻抗稱為“本次值Z。”。
      [0069]在步驟S230中,阻抗處理部15將存儲于第一存儲部91(圖2)的校正基準值Zs作為上次值Zp讀入(Zp = Zs)。需要說明的是,在阻抗校正基準值更新處理為初次的情況下,作為上次值Zp,設定存儲于第二存儲部92的校正基準值Zs的初始值Zo。初始值Zo是表示工廠出廠時的燃料電池20處于規(guī)定的基準狀態(tài)時的阻抗的預先實驗性地求出的值。上次值&相當于本發(fā)明中的上次值的下位概念。
      [0070]在步驟S240中,阻抗處理部15以使上次值Zp與本次值Zc之差在更新后的校正基準值Zs中被緩和的方式,進行將該差反映于作為當前的校正基準值匕的上次值4的校正,對校正基準值28進行更新。具體而言,進行將從本次值Z。減去上次值Zp所得到的差乘以系數(shù)α(α為小于I的實數(shù))然后加上上次值2[)而得到的值作為新的基準校正值Zs的校正(下述的式(Α))0
      [0071]Ζ8 = ΖΡ+α(Ζ0-ΖΡ)...(Α)
      [0072]在此,系數(shù)a是所謂平滑系數(shù),相當于表示本次值Z。與上次值&之差反映到基準校正值Zs中的程度的校正強度的下位概念。通過將本次值Zc與上次值&之差乘以系數(shù)a,即使本次值Z。由于測定誤差等而偶然性地取為極大的值,也能抑制基準校正值28立即受到其影響的情況。需要說明的是,上述的式(A)可以如下述的式(A’)那樣展開。如下述的式(A’)所示,上述的校正可以解釋為通過系數(shù)a進行了本次值Zc和上次值Zp的加權。
      [0073]Zs = aZc+( 1_α)Ζρ...(A')
      [0074]阻抗處理部15將第一存儲部91(圖2)的基準校正值Zs改寫更新為校正后的基準校正值Zs,結束阻抗校正基準值更新處理。然后,通過控制部10,繼續(xù)圖3的步驟S20以后的燃料電池20的運轉控制。
      [0075]這樣,在本實施方式中,在確保燃料電池20的電解質膜的濕潤狀態(tài)良好的基準狀態(tài)下,取得用于對基準校正值Zs進行更新的本次值Zp。因此,作為用于校正阻抗的基準值的基準校正值Zs的可靠性提高。而且,基準校正值Zs逐次被更新,在基準校正值Zs中能適當且實時地反映燃料電池20的狀態(tài)變化。因此,能確保以下說明的阻抗取得處理中的阻抗的校正的可靠性。
      [0076]圖6是表示通過阻抗處理部15執(zhí)行的阻抗取得處理(圖4的步驟S40)的流程的說明圖。在步驟S310中,阻抗處理部15通過阻抗計測部90,取得燃料電池20的當前的阻抗的計測值冗》。計測值2?相當于本發(fā)明的第二阻抗值的下位概念。在步驟S320中,阻抗處理部15從第二存儲部92 (圖2)讀入校正基準值Zs的初始值Z0。
      [0077]在步驟S330中,阻抗處理部15使用校正基準值Zs和初始值Zo來校正計測值Zm。更具體而言,阻抗處理部15進行從計測值2?減去校正基準值Zs與初始值Zo之差的校正。通過該校正,阻抗處理部15取得步驟S45的判定處理所使用的校正后的阻抗即判定用阻抗ZK下述的式⑶)。
      [0078]Zj = Zm-(Zs-Zo)---(B)
      [0079 ]上述的式(B)的校正基準值Zs與初始值Zo之差(Zs-Zo)相當于圖3的(B)欄的坐標圖中所示的經(jīng)年變化引起的阻抗的增加量A D。即,通過上述的校正而得到的判定用阻抗2」相當于去除了經(jīng)年變化引起的阻抗的增加成分后的值,以更適當?shù)乇硎井斍暗娜剂想姵?0內的水分量的方式被適當化。
      [0080]如以上所述,在本實施方式的燃料電池系統(tǒng)100中,基于使用相當于第一阻抗值的下位概念的校正基準值Zs校正了相當于第二阻抗值的下位概念的計測值2?而得到的判定用阻抗Zj,來判定燃料電池20內部的水分狀態(tài)。因此,能更適當?shù)貓?zhí)行與燃料電池20內部的水分狀態(tài)對應的燃料電池20的運轉控制。
      [0081 ] B.第二實施方式:
      [0082]圖7是表示作為本發(fā)明的第二實施方式的燃料電池系統(tǒng)100A的電氣性的結構的概略圖。第二實施方式的燃料電池系統(tǒng)100A的結構除了具備通電狀態(tài)監(jiān)視部93的點和在第二存儲部92中除了存儲初始值Zo還存儲了替代初始值點以外,與第一實施方式的燃料電池系統(tǒng)100的結構大致相同。第二實施方式的燃料電池系統(tǒng)100A的燃料電池20的運轉控制除了阻抗校正基準值更新處理的流程不同的點以外,與第一實施方式的運轉控制大致相同。
      [0083]與第一實施方式中說明的一樣,第一存儲部91在燃料電池系統(tǒng)100A的運
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