燃料電池系統(tǒng)和燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及實(shí)施用于提高燃料電池組的耐久性的高電位避免控制的燃料電池系統(tǒng)和燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]燃料電池組是通過電化學(xué)工藝使燃料氧化，從而將隨著氧化反應(yīng)而放出的能量直接變換為電能的發(fā)電系統(tǒng)。燃料電池組具有通過由包含多孔質(zhì)材料的一對電極將用于選擇性地輸送氫離子的高分子電解質(zhì)膜的兩側(cè)面夾持而成的膜-電極結(jié)合體。一對電極分別具有:催化劑層，其以擔(dān)載鉑系的金屬催化劑的碳粉末為主成分，與高分子電解質(zhì)膜接觸；和氣體擴(kuò)散層，其形成于催化劑層的表面，同時(shí)具有通氣性和電子導(dǎo)電性。
[0003]在搭載燃料電池系統(tǒng)作為電力源的燃料電池車輛中，進(jìn)行如下的運(yùn)轉(zhuǎn)控制:在發(fā)電效率高的高輸出區(qū)域中，使燃料電池組發(fā)電，從燃料電池組和二次電池的雙方或者僅從燃料電池組向牽引電動機(jī)供給電力，另一方面，在發(fā)電效率低的低輸出區(qū)域中，暫時(shí)休止燃料電池組的發(fā)電，僅從二次電池向牽引電動機(jī)供給電力。將這樣在燃料電池系統(tǒng)的發(fā)電效率低的低負(fù)荷區(qū)域中暫時(shí)休止燃料電池組的運(yùn)轉(zhuǎn)稱作間歇運(yùn)轉(zhuǎn)。通過在燃料電池系統(tǒng)的發(fā)電效率降低的低負(fù)荷區(qū)域中，實(shí)施間歇運(yùn)轉(zhuǎn)，能夠使燃料電池組在能量變換效率高的范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)，能夠提高燃料電池系統(tǒng)整體的效率。
[0004]在燃料電池系統(tǒng)中，實(shí)施用于提高燃料電池組的耐久性的高電位避免控制。例如，專利文獻(xiàn)I公開了一種燃料系統(tǒng)，具備:燃料電池，其接受反應(yīng)氣體的供給而發(fā)電；和控制器，其將比燃料電池的開放端電壓低的高電位避免電壓作為上限，來對燃料電池的輸出電壓進(jìn)行高電位避免控制。該燃料電池系統(tǒng)，在將燃料電池發(fā)出的電力的一部分蓄積到二次電池時(shí)，考慮二次電池的蓄電量來對二次電池的充放電進(jìn)行反饋控制。此時(shí)，在高電位避免控制被禁止時(shí)允許反饋控制，在高電位控制被允許時(shí)禁止反饋控制，由此來避免超過二次電池的要求電力而蓄電從而對反饋控制的積分項(xiàng)進(jìn)行誤積分的情況。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)1:日本特開2009-129639號公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]發(fā)明所要解決的問題
[0009]專利文獻(xiàn)I的燃料電池系統(tǒng)的反饋控制中，在燃料電池的當(dāng)前電壓比高電位避免目標(biāo)電壓低的情況下，判定為高電壓避免電力足夠大，進(jìn)行減少高電位避免電力的運(yùn)算來計(jì)算反饋控制的積分項(xiàng)。但是，在當(dāng)前電壓的降低不是由高電位避免電力的效果引起而是由暫時(shí)的發(fā)電狀態(tài)的變化引起的情況下，若減少高電位避免電力，則在發(fā)電狀態(tài)恢復(fù)時(shí)無法施加足夠的高電位避免電力，會產(chǎn)生高電位。
[0010]本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的發(fā)明，其目的在于提供一種燃料電池系統(tǒng)和燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，在實(shí)施用于提高燃料電池組的耐久性的的高電位避免控制的燃料電池系統(tǒng)中，能夠防止高電位避免電力的不必要的誤計(jì)算而高精度地實(shí)施用于避免高電位的電力算出。
[0011]用于解決問題的手段
[0012]為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的特征在于，具備:燃料電池，接受反應(yīng)氣體的供給來進(jìn)行發(fā)電；二次電池，蓄積由所述燃料電池發(fā)出的電力的一部分；計(jì)算單元，在對所述燃料電池的輸出加上避免高電位用的剩余電力來避免高電位時(shí)，基于所述燃料電池的發(fā)電電壓與高電位避免目標(biāo)電壓之間的偏差，通過反饋控制算出避免高電位的高電位避免電壓；判定單元，判定所述燃料電池的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)符合反饋控制的積分項(xiàng)更新的禁止條件還是許可條件；以及反饋控制條件決定單元，在符合所述禁止條件的情況下停止積分項(xiàng)的更新，在符合所述許可條件的情況下實(shí)施積分項(xiàng)的更新。
[0013]另外，本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)，具備:燃料電池，接受反應(yīng)氣體的供給來進(jìn)行發(fā)電；二次電池，蓄積由所述燃料電池發(fā)出的電力的一部分；以及控制單元，控制燃料電池系統(tǒng)，所述控制單元被編程為執(zhí)行如下步驟:在對所述燃料電池的輸出加上避免高電位用的剩余電力來避免高電位時(shí)，基于所述燃料電池的發(fā)電電壓與高電位避免目標(biāo)電壓之間的偏差，通過反饋控制算出避免高電位的高電位避免電壓的步驟；判斷所述燃料電池的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)符合反饋控制的積分項(xiàng)更新的禁止條件還是許可條件的步驟；以及在符合所述禁止條件的情況下停止積分項(xiàng)的更新，在符合所述許可條件的情況下實(shí)施積分項(xiàng)的更新的步驟。
[0014]所述積分項(xiàng)更新的禁止條件是如下條件中的任一條件:所述燃料電池系統(tǒng)的發(fā)電要求功率比高電位避免電力大；所述運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)是間歇運(yùn)轉(zhuǎn)剛停止后的空氣欠缺狀態(tài)；車輛處于再生制動期間或再生制動剛停止后；以及所述運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)是所述車輛的啟動處理期間或啟動處理剛結(jié)束后的狀態(tài)。
[0015]另外，本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法對燃料電池的輸出施加避免高電位用的剩余電力來避免高電位，其特征在于，基于燃料電池的發(fā)電電壓與高電位避免目標(biāo)電壓之間的偏差，通過反饋控制算出避免高電位的高電位避免電壓，判斷燃料電池的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)符合反饋控制的積分項(xiàng)更新的禁止條件還是許可條件，在符合禁止條件的情況下停止積分項(xiàng)的更新，在符合許可條件的情況下實(shí)施積分項(xiàng)的更新，進(jìn)行反饋控制而進(jìn)行高電位避免控制。
[0016]發(fā)明效果
[0017]本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)，在單電池電壓的降低不是由高電位避免電力的效果引起而是由暫時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)條件引起的情況下，不進(jìn)行反饋控制的積分項(xiàng)的更新。因此，能夠避免高電位避免電力的不必要的誤計(jì)算而高精度地實(shí)施用于避免高電位的電力算出。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式的燃料電池車輛的示意圖。
[0019]圖2是本發(fā)明的實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的框圖。
[0020]圖3是本發(fā)明的實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下，對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。在以下的附圖的記載中，對于相同或類似的部分，用相同或類似的標(biāo)號來表示。但是，附圖是示意圖。因此，具體的尺寸等應(yīng)該參照以下的說明來判斷。另外，附圖彼此之間當(dāng)然也包括彼此的尺寸的關(guān)系、比例不同的部分。
[0022]首先，參照圖1，對本發(fā)明的實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)進(jìn)行說明。圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式的燃料電池車輛的示意圖。圖2是本發(fā)明的實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的框圖。
[0023]如圖1和圖2所示，燃料電池系統(tǒng)100作為搭載于燃料電池車輛10的車載電源系統(tǒng)發(fā)揮功能，具備燃料電池20、二次電池50、計(jì)算單元60、判定單元70、以及反饋控制條件決定單元80。
[0024]燃料電池20接受反應(yīng)氣體(燃料氣體、氧化氣體)的供給而發(fā)電。燃料電池車輛10利用由燃料電池20發(fā)出的電來驅(qū)動牽引電動機(jī)30和/或未圖示的輔機(jī)類，從而行駛。此外，圖1中的40是用于儲存作為燃料氣體的氫的高壓氫罐。
[0025]燃料電池20具有多個(gè)單電池層疊而成的組構(gòu)造(均未圖示)ο例如，固體高分子型燃料電池的燃料電池單元至少具備:膜電極接合體(MEA:Membrane Electrode Assembly),其包括離子透過性的電解質(zhì)膜和夾持該電解質(zhì)膜的陽極側(cè)催化劑層(電極層)和陰極側(cè)催化劑層(電極層)；和氣體擴(kuò)散層，其用于向該膜電極接合體供給燃料氣體或氧化劑氣體。燃料電池的所述組構(gòu)造的單電池由一對分隔件夾持。
[0026]二次電池50是用于蓄積由燃料電池20發(fā)出的電力的一部分的蓄電池(電池)。二次電池50作為剩余電力的儲存源、再生制動時(shí)的再生能量儲存源、與燃料電池車輛10的加速或減速相伴的負(fù)荷變動時(shí)的能量緩沖器發(fā)揮功能。作為二次電池50，例如優(yōu)選是鎳鎘蓄電池、鎳氫蓄電池、鋰離子蓄電池等蓄電池，但不限于例示的電池。
[0027]燃料電池20 由電子控制單元(ECU-Electronic control Unit) 90 控制。ECU90 例如具備 CPU (Central Processing Unit:中央處理單元)、ROM (Read Only Memory:只讀存儲器)、RAM (Random Access Memory:隨機(jī)存取存儲器)以及輸入輸出接口，通過執(zhí)行用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法的軟件程序而功能性地具有計(jì)算單元60、判定單元70以及反饋控制條件決定單元80。
[0028]計(jì)算單元60通過反饋控制算出用于避免高電位的高電位避免電壓。具體而言，在對燃料電池20的輸出加上高電位避免用的剩余電力來避免高電位時(shí)，基于燃料電池20的發(fā)電電壓與高電位避免目標(biāo)電壓的偏差，通過反饋控制算出避免高電位的高電位避免電壓。
[0029]判定單元70判斷燃料電池20的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)符合反饋控制的積分項(xiàng)更新的禁止條件A還是許可條件。作為禁止條件A，可舉出:A1)燃料電池系統(tǒng)的發(fā)電要求功率比高電位避免電力大；A2)處于間歇運(yùn)轉(zhuǎn)剛停止后(例如間歇運(yùn)轉(zhuǎn)停止后的2秒以內(nèi))的空氣欠缺狀態(tài)；A3)車輛處于再生制動期間或再生制動剛停止后(例如再生制動停止后的2秒以內(nèi))；或者，A4)處于車輛的啟動處理期間或啟動處理剛結(jié)束后(例如啟動開始后的2秒以內(nèi))。
[0030]在判定單元70中判斷為燃料電池20的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)符合反饋控制的積分項(xiàng)更新的禁止條件的情況下，反饋控制條件決定單元80停止積分項(xiàng)的更新。另一方面，在判定單元70中判斷為燃料電池20的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)符合反饋控制的積分項(xiàng)更新的許可條件的情況下，反饋控制條件決定單元80實(shí)施積分項(xiàng)的更新。
[0031]接著，