燃料電池系統和燃料電池系統的控制方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種燃料電池系統和燃料電池系統的控制方法。
【背景技術】
[0002]作為以往的燃料電池系統，在日本JP2000-357526A中公開了以下的燃料電池系統:基于一邊改變燃料電池的輸出電流一邊檢測得到的輸出電壓，來估計燃料電池的電流電壓特性(IV特性)。
【發明內容】
[0003]在燃料電池系統啟動后，通過以燃料電池的發電電力驅動輔機來使燃料電池暖機，在燃料電池的IV特性變為期望的IV特性后發出車輛的行駛允許。因此，正在研究以下技術:從燃料電池的暖機中起估計IV特性，在估計出的IV特性變為期望的IV特性的時間點發出車輛的行駛允許，由此盡可能早地發出車輛的行駛允許。
[0004]然而，為了確保IV特性的估計精度，需要基于以固定以上的電流幅度改變燃料電池的輸出電流時的輸出電壓來估計IV特性。因此，當在因燃料電池內的水、冰的影響而發電不穩定的暖機中使燃料電池的輸出電流急劇上升電流幅度的量以高精度地估計IV特性時，存在由于該急劇的電流變化而發生電壓下降的擔憂。
[0005]另一方面，當為了防止這種電壓下降而想要基于使燃料電池的輸出電流慢慢上升時的輸出電壓估計IV特性時，存在以下擔憂:由于在燃料電池的暖機中IV特性時時刻刻發生變化，因此導致想要估計的IV特性在輸出電流的上升過程中變化，從而無法確保估計精度。
[0006]本發明是著眼于這種問題而完成的，其目的在于抑制電壓下降的發生并確保IV特性的估計精度。
[0007]根據本發明的某個方式，提供一種向燃料電池供給負極氣體和正極氣體來使該燃料電池發電的燃料電池系統。而且，該燃料電池系統具備:輔機，其連接于燃料電池；暖機時電力控制單元，其在燃料電池暖機時調整向輔機供給的供給電力來控制燃料電池的發電電力；以及IV特性估計單元，其在燃料電池的暖機中使向輔機供給的供給電力暫時變小，并基于此時的至少兩組電流值和電壓值來估計燃料電池的IV特性。
【附圖說明】
[0008]圖1是本發明的一個實施方式的燃料電池系統的概要圖。
[0009]圖2是表示燃料電池堆的溫度與燃料電池堆的電流電壓特性的關系的圖。
[0010]圖3是說明燃料電池系統啟動時的燃料電池堆的IV特性的估計方法的圖。
[0011]圖4是說明一邊使輸出電流下降一邊獲取數據的理由的圖。
[0012]圖5是本發明的一個實施方式的設定目標輸出電流的控制框圖。
[0013]圖6是表示根據圖5的控制框圖控制的輸出電流和發電電力的動作的時序圖。
[0014]圖7是說明本發明的一個實施方式的IV特性估計控制的流程圖。
[0015]圖8是說明過渡時IV特性估計處理的流程圖。
[0016]圖9是說明穩定時IV特性估計處理的流程圖。
【具體實施方式】
[0017]下面，參照附圖等來說明本發明的各實施方式。
[0018]燃料電池通過用負極(anode)電極(燃料極)和正極(cathode)電極(氧化劑極)將電解質膜夾在中間并向負極電極供給含氫的負極氣體(燃料氣體)、向正極電極供給含氧的正極氣體(氧化劑氣體)來進行發電。在負極電極和正極電極這兩個電極處進行的電極反應如下。
[0019]負極電極:2H2—4H ++4e...(I)
[0020]正極電極:4H++4e+02— 2H 20..(2)
[0021]通過該(I)、(2)的電極反應，燃料電池產生I伏特左右的電動勢。
[0022]在將燃料電池用作汽車用動力源的情況下，由于要求的電力大，因此作為將數百塊的燃料電池層疊所得的燃料電池堆來使用。然后，構成向燃料電池堆供給負極氣體和正極氣體的燃料電池系統，取出用于驅動車輛的電力。
[0023]圖1是本發明的一個實施方式的燃料電池系統100的概要圖。
[0024]燃料電池系統100具備燃料電池堆1、正極氣體供排裝置2、負極氣體供排裝置3、電力系統4以及控制器5。
[0025]燃料電池堆I是層疊數百塊燃料電池而得的，接受負極氣體和正極氣體的供給，來發出驅動車輛所需的電力。燃料電池堆I具備負極電極側輸出端子11和正極電極側輸出端子12作為取出電力的端子。
[0026]正極氣體供排裝置2是向燃料電池堆I供給正極氣體、并且將從燃料電池堆I排出的正極排氣排出到外部大氣的裝置。正極氣體供排裝置2具備正極氣體供給通路21、過濾器22、正極壓縮機23、正極氣體排出通路24以及正極壓力調整閥25。
[0027]正極氣體供給通路21是流通向燃料電池堆I供給的正極氣體的通路。正極氣體供給通路21的一端連接于過濾器22，另一端連接于燃料電池堆I的正極氣體入口孔。
[0028]過濾器22將取入到正極氣體供給通路21的正極氣體中的異物去除。
[0029]正極壓縮機23設置于正極氣體供給通路21。正極壓縮機23經由過濾器22將作為正極氣體的空氣(外部大氣)取入到正極氣體供給通路21，供給到燃料電池堆I。
[0030]正極氣體排出通路24是流通從燃料電池堆I排出的正極排氣的通路。正極氣體排出通路24的一端連接于燃料電池堆I的正極氣體出口孔，另一端為開口端。
[0031]正極壓力調節閥25設置于正極氣體排出通路22。正極壓力調節閥25由控制器5來將其開度控制為任意的開度，將供給到燃料電池堆I的正極氣體的壓力調節為期望的壓力。
[0032]負極氣體供排裝置3是向燃料電池堆I供給負極氣體、并且將從燃料電池堆I排出的負極排氣排出到正極氣體排出通路24的裝置。負極氣體供排裝置3具備高壓罐31、負極氣體供給通路32、壓力調節閥33、負極氣體排出通路34以及放氣閥35。
[0033]高壓罐31將要向燃料電池堆I供給的負極氣體保持為高壓狀態來貯存。
[0034]負極氣體供給通路32是用于將從高壓罐31排出的負極氣體供給到燃料電池堆I的通路。負極氣體供給通路32的一端連接于高壓罐31，另一端連接于燃料電池堆I的負極氣體入口孔。
[0035]壓力調節閥33設置于負極氣體供給通路32。壓力調節閥33由控制器5來控制開閉，將從高壓罐31流出到負極氣體供給通路32的負極氣體的壓力調節為期望的壓力。
[0036]負極氣體排出通路34是流通從燃料電池堆I排出的負極排氣的通路。負極氣體排出通路34的一端連接于燃料電池堆I的負極氣體出口孔，另一端連接于正極氣體排出通路24。
[0037]放氣閥35設置于負極氣體排出通路34。放氣閥35由控制器5來控制開閉，對從負極氣體排出通路34排出到正極氣體排出通路24的負極排氣的流量進行控制。
[0038]電力系統4具備電流傳感器41、電壓傳感器42、行駛馬達43、逆變器44、蓄電池45以及DC/DC轉換器46。
[0039]電流傳感器41檢測從燃料電池堆I取出的電流(以下稱為“輸出電流”。)。
[0040]電壓傳感器42檢測負極電極側輸出端子11與正極電極側輸出端子12之間的端子間電壓(以下稱為“輸出電壓”。)。
[0041]行駛馬達43是在轉子埋設永磁體并且在定子纏繞定子線圈的三相交流同步馬達。行駛馬達43具有作為電動機的功能和作為發電機的功能，該作為電動機的功能是從燃料電池堆I和蓄電池45接受電力的供給來進行旋轉驅動，該作為發電機的功能是在使轉子因外力而進行旋轉的車輛減速時使定子線圈的兩端產生電動勢。
[0042]逆變器44 例如由 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor:絕緣棚.雙極型晶體管)等多個半導體開關構成。逆變器44的半導體開關由控制器5來控制開閉，由此將直流電力轉換為交流電力，或者將交流電力轉換為直流電力。在使行駛馬達43作為電動機而發揮功能時，逆變器44將燃料電池堆I的發電電力與蓄電池45的輸出電力的合成直流電力轉換為三相交流電力來供給到行駛馬達43。另一方面，在使行駛馬達43作為發電機而發揮功能時，逆變器44將行駛馬達43的再生電力(三相交流電力)轉換為直流電力來供給到蓄電池45。
[0043]蓄電池45被充入燃料電池堆I的發電電力(輸出電流X輸出電壓)的剩余部分