燃料電池系統(tǒng)及其啟動方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及燃料電池系統(tǒng)及其啟動方法。更加詳細地說，本發(fā)明涉及存在冰點下啟動的情況的燃料電池系統(tǒng)的結構以及啟動方法的改進。
【背景技術】
[0002]通常，燃料電池系統(tǒng)在起動燃料電池后直到成為能夠進行某一定的電力供給的狀態(tài)(被稱作準備就緒(Ready on)的起動結束狀態(tài))為止需要某種程度的時間，通常，在起動時，進行有將燃料電池的溫度升溫至適合發(fā)電的溫度的預熱運轉?？紤]到燃料電池系統(tǒng)的效率，該預熱運轉不使用用于使燃料電池升溫的外部加熱器等，多是通過燃料電池的自發(fā)熱來進行。
[0003]以往，提出有像這樣地利用自發(fā)熱來迅速地起動燃料電池的各種技術，例如，在低溫狀況下的起動時，為了迅速地進行燃料電池的升溫，進行有使在燃料電池中循環(huán)的冷卻介質的循環(huán)流量減少、或停止冷卻介質的循環(huán)的措施?；蛘?，也存在有在燃料電池起動的中途相反地使冷卻介質的循環(huán)流量增加的情況(例如，參照專利文獻I)。
[0004]現有技術文獻
[0005]專利文獻
[0006]專利文獻I:日本特開2013-218923號公報

【發(fā)明內容】

[0007]然而，由于在冰點下啟動即刻之后的燃料電池在多數情況下處于直到啟動開始為止一直放置在冰點下的狀態(tài)，因此殘留在MEGA(膜-電極-擴散層接合體(MembraneElectrode&Gas Diffus1n Layer Assembly))的一部分中的水凍結，即使應用用于迅速地進行起動的各種技術，直到起動為止仍需相當程度的時間。在這樣的狀況下，凍結量越多則解凍時間越長，另外，啟動時的燃料電池溫度越低則升溫時間越長。因此，在冰點下的啟動后，可能導致必須茫然地等待直到成為能夠產生一定的輸出(準備就緒輸出)的準備就緒的狀態(tài)為止的用戶感到焦躁、不快。
[0008]另外，由于當因凍結而導致發(fā)電面積減少時存在發(fā)電能力容易降低的傾向，因此即使將成為準備就緒狀態(tài)后的燃料電池車設為WOT(將wide-open throttle:throttle(節(jié)流閥)全開的狀態(tài))，與常溫啟動時的情況相比，輸出以及輸出上升也有可能緩慢。因此，即使踩下油門，也無法獲得期待或者預想這樣的預期輸出，該情況有可能給予用戶不適感。此時，若預先向用戶提供與此種情況相關的信息，也許用戶在預期輸出(踩下油門時期待或者預想的輸出)與實際輸出背離的情況下不會那么在意，但是實際上，由于與期待的印象相距甚遠，因此用戶必然感到不適感。
[0009]因此，本發(fā)明的目的在于提供能夠減少乃至消除冰點下啟動時的用戶有可能感到的、直到成為準備就緒狀態(tài)為止等待時的焦躁、不快感、以及在準備就緒后即使踩下油門也無法獲得預期輸出時的不適感的燃料電池系統(tǒng)及其啟動方法。
[0010]為了解決該課題，本發(fā)明是一種燃料電池系統(tǒng)，具備通過燃料氣體以及氧化氣體的電化學反應進行發(fā)電的燃料電池，所述燃料電池系統(tǒng)具備:含水量取得單元，取得所述燃料電池內的含水量;溫度取得單元，取得所述燃料電池內的溫度;推定單元，根據所述取得的含水量以及溫度來推定存在于所述燃料電池內部的冰的量；以及通知單元，將直到所述推定的冰的量成為規(guī)定值以下為止的所需時間通知給用戶。
[0011]本發(fā)明考慮到上述實際情況而著眼于如下見解:能夠根據燃料電池電池組的溫度與含水量來推定冰點下啟動時的凍結量以及升溫時間，另外作為直到能夠確保燃料電池的規(guī)定的輸出為止的推定單元而著眼于殘留在燃料電池內部的冰的量，從而想到本發(fā)明?；谒龈饕蛩?溫度、含水量)來推定直到冰點下啟動后的燃料電池的冰的量成為規(guī)定值以下為止的所需時間并通知給用戶。
[0012]在該燃料電池系統(tǒng)中還具備:達到目標輸出所需時間推定單元，基于所述燃料電池內的含水量和冰點下啟動時的所述燃料電池內的溫度來推定達到目標輸出所需時間，該達到目標輸出所需時間是直到冰點下啟動后的所述燃料電池能夠產生該燃料電池系統(tǒng)的用戶希望或期待的預期輸出或者與該預期輸出對應的規(guī)定輸出為止的時間；以及達到目標輸出所需時間通知單元，將該達到目標輸出所需時間推定單元推定出的所需時間通知給用戶。
[0013]本發(fā)明是考慮到上述實際情況而基于如下見解來想到的:根據燃料電池電池組的溫度與含水量能夠推定冰點下啟動時的凍結量以及升溫時間，特別是作為直到能夠確保燃料電池的規(guī)定的輸出為止的推定單元而著眼于殘留在燃料電池內部的含水量(或冰的量)，基于所述各因素(溫度、含水量)，推定出達到目標輸出所需時間并通知給用戶，該達到目標輸出所需時間是直到冰點下啟動后的燃料電池能夠產生用戶期望的輸出為止的時間。由此，用戶在經過該達到目標輸出所需時間之前能夠理解實際輸出與預期輸出相背離這樣的狀況。由此，能夠減少乃至消除踩下油門卻無法獲得預期輸出的用戶的不適感。另外，只要是燃料電池成為準備就緒狀態(tài)之前的階段，則由于推定出直到成為準備就緒狀態(tài)為止的達到目標輸出所需時間并通知給用戶，因此能夠減少乃至消除不知等待到何時才能成為準備就緒狀態(tài)的用戶的不快感。
[0014]上述達到目標輸出所需時間所優(yōu)選的一個例子是使所述燃料電池點火開關接通之后直到成為所述燃料電池產生準備就緒輸出的準備就緒狀態(tài)為止的時間，所述準備就緒輸出為進行某一定的電力供給的輸出。
[0015]上述達到目標輸出所需時間所優(yōu)選的另一個例子是成為所述燃料電池產生準備就緒輸出的準備就緒狀態(tài)之后直到產生與基于所述用戶的該時刻下的油門的開度對應的輸出為止的時間，所述準備就緒輸出為進行某一定的電力供給的輸出。在這種情況下的、基于所述用戶的該時刻下的油門的開度例如為全開。
[0016]另外，也可以是，燃料電池系統(tǒng)具備將所述燃料電池內的含水量以及冰點下啟動時的所述燃料電池溫度與所述達到目標輸出所需時間建立關聯的映射，使用該映射來推定上述達到目標輸出所需時間。
[0017]本發(fā)明的方法是在冰點下啟動燃料電池系統(tǒng)時的啟動方法，該燃料電池系統(tǒng)具備通過燃料氣體以及氧化氣體的電化學反應進行發(fā)電的燃料電池，基于所述燃料電池內的含水量和冰點下啟動時的所述燃料電池內的溫度來推定達到目標輸出所需時間，該達到目標輸出所需時間是直到冰點下啟動后的所述燃料電池能夠產生該燃料電池系統(tǒng)的用戶希望或期待的預期輸出或與該預期輸出對應的規(guī)定輸出為止的時間，將該推定出的所需時間通知給用戶。
[0018]發(fā)明效果
[0019]根據本發(fā)明，能夠減少乃至消除冰點下啟動時的用戶有可能感覺到的、直到準備就緒狀態(tài)為止等待時的焦躁、不快感、準備就緒后踩下油門卻無法得到預期輸出時的不適感。
【附圖說明】
[0020]圖1是表示本發(fā)明的一實施方式的燃料電池系統(tǒng)的主要部分結構例的圖。
[0021]圖2是用于說明燃料電池系統(tǒng)中的通知處理等的框圖。
[0022]圖3是表示掃氣結束預定時間的推定處理的一個例子的流程圖。
[0023]圖4是表示推定達到目標輸出所需時間并將推定結果通知給用戶為止的處理的一個例子的流程圖，該達到目標輸出所需時間是直到冰點下啟動后的燃料電池能夠產生燃料電池系統(tǒng)的用戶希望或期待的預期輸出或與該預期輸出對應的規(guī)定輸出為止的時間。
[0024]圖5是表示將冰點下啟動時的輸出推移模型化所得的坐標圖的一個例子的圖。
[0025]圖6是將冰點下啟動時的輸出推移模型中的運算例與該模型一起表示的圖。
[0026]圖7是表示將冰點下啟動時的輸出推移模型等的研究結果映射化的一個例子的圖。
[0027]標號說明
[0028]I...燃料電池系統(tǒng)
[0029]40...燃料電池
[0030]42…電池組(燃料電池電池組)
[0031]50…溫度傳感器(溫度取得單元)
[0032]80...控制單元(控制裝置)
[0033]160...顯示裝置(達到目標輸出所需時間通知單元)
[0034]170…聲音輸出裝置(達到目標輸出所需時間通知單元)
[0035]281…電池組殘留水量運算部(含水量取得單元)
[0036]300…達到目標輸出所需時間推定部(達到目標輸出所需時間推定單元)
【具體實施方式】
[0037]以下，基于附圖所示的實施方式的一個例子詳細地說明本發(fā)明的結構。以下，作為一個例子，舉例說明在預定裝配于燃料電池車的燃料電池系統(tǒng)中應用本發(fā)明的情況，但是應用范圍并不局限于這樣的例子。即，在此，表示了作為燃料電池車輛(Fuel Cell HybridVehicle)的車載發(fā)電系統(tǒng)而能夠適用的系統(tǒng)的一個例子，該燃料電池系統(tǒng)I也能