燃料電池系統(tǒng)和最大電力計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及燃料電池系統(tǒng)及最大電力計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002]以往，提出了具備接受反應(yīng)氣體(燃料氣體和氧化氣體)的供給來進(jìn)行發(fā)電的燃料電池的燃料電池系統(tǒng)，并且該燃料電池系統(tǒng)已實(shí)用化。該燃料電池系統(tǒng)的燃料電池的陰極側(cè)被供給作為氧化氣體的空氣，燃料電池的陽極側(cè)被供給作為燃料氣體的氫氣，通過這些空氣和氫氣的電氣化學(xué)反應(yīng)，生成電力。
[0003]在這樣的燃料電池系統(tǒng)中，為了提高燃料電池的發(fā)電效率，進(jìn)行推定燃料電池的電流電壓特性(以下，也稱作“I 一 V特性”)，并基于該I 一 V特性確定燃料電池的輸出的控制(參照專利文獻(xiàn)I)。
[0004]【現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)】
[0005]【專利文獻(xiàn)】
[0006]【專利文獻(xiàn)I】日本特開2003- 346849號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的問題
[0008]另外，由于I一 V特性根據(jù)燃料電池的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)和/或運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境發(fā)生變動，因此，通過定期更新I 一 V特性的值，能夠減輕因該變動而產(chǎn)生的誤差。然而，在具有這樣的I 一V特性的更新功能的燃料電池系統(tǒng)中，例如，在燃料電池的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)移到間歇運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，發(fā)電狀態(tài)會下降，因此，燃料電池的I 一 V特性的值被更新為發(fā)電狀態(tài)下降時的值。I 一V特性的值下降是指在同一運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，相對于電流I的電壓V的值下降。
[0009]間歇運(yùn)轉(zhuǎn)是例如空轉(zhuǎn)時、低速行駛時或再生制動時等那樣暫時轉(zhuǎn)移的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，大多在短時間內(nèi)恢復(fù)到通常運(yùn)轉(zhuǎn)。在這樣的在間歇運(yùn)轉(zhuǎn)時I一V特性的值被更新、之后再次開始通常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，會在直至I 一 V特性的值下一次被更新之前，基于發(fā)電狀態(tài)下降時的I 一 V特性控制燃料電池。在該情況下，比實(shí)際上燃料電池所能夠輸出的最大電力小的電力會被算出為燃料電池的最大電力，并被進(jìn)行控制。
[0010]本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，其目的在于提供能夠減輕燃料電池所能夠輸出的最大電力的計(jì)算誤差的燃料電池系統(tǒng)和最大電力計(jì)算方法。
[0011]用于解決問題的手段
[0012]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明涉及的燃料電池系統(tǒng)具備:燃料電池，接受反應(yīng)氣體的供給來進(jìn)行發(fā)電；計(jì)測單元，計(jì)測所述燃料電池的輸出電流和輸出電壓；輸出特性更新單元，基于由所述計(jì)測單元計(jì)測的所述輸出電流和所述輸出電壓更新所述燃料電池的輸出特性；最大電力計(jì)算單元，使用所述輸出特性計(jì)算所述燃料電池所能夠輸出的最大電力；以及判定單元，判定是否處于設(shè)想所述輸出特性的值暫時下降的設(shè)想狀況下，在由所述判定單元判定為處于所述設(shè)想狀況下的期間，所述最大電力計(jì)算單元使用即將向該設(shè)想狀況轉(zhuǎn)移前由所述輸出特性更新單元更新的所述輸出特性來計(jì)算所述最大電力。
[0013]另外，本發(fā)明涉及的電流電壓特性推定方法是計(jì)算接受反應(yīng)氣體的供給來進(jìn)行發(fā)電的燃料電池所能夠輸出的最大電力的方法，包括:計(jì)測工序，計(jì)測所述燃料電池的輸出電流和輸出電壓；輸出特性更新工序，基于在所述計(jì)測工序中計(jì)測的所述輸出電流和所述輸出電壓更新所述燃料電池的輸出特性；最大電力計(jì)算工序，使用所述輸出特性來計(jì)算所述最大電力；以及判定工序，判定是否處于設(shè)想所述輸出特性的值暫時下降的設(shè)想狀況下，在所述判定工序中判定為處于所述設(shè)想狀況下的期間，在所述最大電力計(jì)算工序中使用即將向所述設(shè)想狀況轉(zhuǎn)移前在所述輸出特性更新工序中更新的所述輸出特性來計(jì)算所述最大電力。
[0014]通過采用該結(jié)構(gòu)和方法，能夠基于由計(jì)測單元計(jì)測的輸出電流和輸出電壓，隨時更新燃料電池的輸出特性，使用該更新后的輸出特性，計(jì)算燃料電池所能夠輸出的最大電力，另一方面，在判定為處于設(shè)想輸出特性的值暫時下降的設(shè)想狀況下的期間，能夠使用即將向設(shè)想狀況轉(zhuǎn)移前被更新的輸出特性來計(jì)算最大電力。
[0015]在所述燃料電池系統(tǒng)中，可以還包括告知單元，在由所述最大電力計(jì)算單元計(jì)算出的所述最大電力被限制的情況下，向使用者告知所述最大電力被限制。
[0016]在所述燃料電池系統(tǒng)中，也可以是，所述設(shè)想狀況下至少是使所述燃料電池的發(fā)電暫時休止并間歇進(jìn)行所述反應(yīng)氣體的供給的間歇運(yùn)轉(zhuǎn)期間、所述反應(yīng)氣體的供給不足的狀態(tài)下的運(yùn)轉(zhuǎn)期間、以及所述輸出電壓下降到設(shè)想值以下的期間中的任一期間。
[0017]發(fā)明效果
[0018]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供能夠減輕燃料電池所能夠輸出的最大電力的計(jì)算誤差的燃料電池系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
[0020]圖2是用于說明圖1的燃料電池系統(tǒng)的最大電力計(jì)算方法的流程圖。
[0021]圖3是用于說明圖1的燃料電池系統(tǒng)的最大電力計(jì)算方法的流程圖。
[0022]圖4是用于說明圖1的燃料電池系統(tǒng)的最大電力計(jì)算方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下，參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的燃料電池系統(tǒng)進(jìn)行說明。本實(shí)施方式涉及的燃料電池系統(tǒng)是搭載于作為移動體的燃料電池汽車(FCHV:Fuel Cell HybridVehicle)的發(fā)電系統(tǒng)。
[0024]首先，使用圖1對本實(shí)施方式涉及的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。圖1是搭載有本實(shí)施方式涉及的燃料電池系統(tǒng)100的車輛的概略結(jié)構(gòu)。
[0025]燃料電池40是從所供給的反應(yīng)氣體(燃料氣體和氧化氣體)產(chǎn)生電力的單元，能夠利用固體高分子型、磷酸型、熔融碳酸鹽型等各種類型的燃料電池。燃料電池40具有將具備MEA等的多個單體電池串聯(lián)層疊的電池堆構(gòu)造。該燃料電池40的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)動作點(diǎn)下的輸出電流和輸出電壓分別由電流傳感器140和電壓傳感器150檢測。從燃料氣體供給源10向燃料電池40的燃料極(陽極)供給氫氣等燃料氣體，另一方面，從氧化氣體供給源70向氧氣極(陰極)供給空氣等氧化氣體。
[0026]燃料氣體供給源10例如由氫氣罐和/或各種閥等構(gòu)成，通過調(diào)整閥開度和/或打開/關(guān)閉時間等來控制向燃料電池40供給的燃料氣體量。氧化氣體供給源70例如由空氣壓縮機(jī)和/或驅(qū)動空氣壓縮機(jī)的馬達(dá)、變換器等構(gòu)成，通過調(diào)整該馬達(dá)的轉(zhuǎn)速等，來調(diào)整向燃料電池40供給的氧化氣體量。
[0027]蓄電池60是能夠充放電的二次電池，例如由鎳氫電池等構(gòu)成。也可以取代蓄電池60而設(shè)置二次電池以外的能夠充放電的蓄電器(例如，電容器)。該蓄電池60和燃料電池40與牽引馬達(dá)用的變換器110并聯(lián)連接，在蓄電池60與變換器110之間設(shè)有DC/DC轉(zhuǎn)換器130。
[0028]變換器110例如是脈寬調(diào)制方式的PffM變換器，根據(jù)從控制裝置80賦予的控制指令，將從燃料電池40或蓄電池60輸出的直流電力變換為三相交流電力，并將其供應(yīng)給牽引馬達(dá)115。牽引馬達(dá)115是用于驅(qū)動車輪116L、116R的馬達(dá)，該馬達(dá)的轉(zhuǎn)速由變換器110控制。
[0029]DC/DC轉(zhuǎn)換器130具有:將從蓄電池60輸入的DC電壓升高或降低并向燃料電池40側(cè)輸出的功能；和將從燃料電池40等輸入的DC電壓升高或降低并向蓄電池60側(cè)輸出的功能。通過該DC/DC轉(zhuǎn)換器130的功能，實(shí)現(xiàn)蓄電池60的充放電。作為DC/DC轉(zhuǎn)換器130，例如能夠采用由四個功率晶體管和專用的驅(qū)動電路構(gòu)成的全橋轉(zhuǎn)換器。
[0030]蓄電池60和DC/DC轉(zhuǎn)換器130之間連接有車輛輔機(jī)和/或FC輔機(jī)等輔機(jī)類120。蓄電池60成為這些輔機(jī)類120的電源。此外，車輛輔機(jī)是指車輛運(yùn)轉(zhuǎn)時等所使用的各種電力設(shè)備(照明設(shè)備、空調(diào)設(shè)備、液壓栗等)，F(xiàn)C輔機(jī)是指燃料電池40的運(yùn)轉(zhuǎn)所使用的各種電力設(shè)備(用于供給燃料氣體和/或氧化氣體的栗等)。
[0031]控制裝置80由作為運(yùn)算處理裝置的CPU、作為存儲器的ROM和RAM等構(gòu)成，基于從檢測FC電壓的電壓傳感器150 (計(jì)測單元)、檢測FC電流的電流傳感器140 (計(jì)測單元)、檢測燃料電池40的溫度的溫度傳感器50、檢測蓄電池60的充電狀態(tài)的SOC傳感器(未圖示)、檢測加速器踏板的開度的加速器踏板傳感器(未圖示)等輸入的各傳感器信號，綜合地控制燃料電池系統(tǒng)100的各部分。
[0032]控制裝置80具有以下的功能(輸出特性更新單元):當(dāng)接收從點(diǎn)火開關(guān)輸出的啟動信號時，開始燃料電池40的運(yùn)轉(zhuǎn)，按規(guī)定的運(yùn)算周期從電壓傳感器150和電流傳感器140取得燃料電池40的輸出電壓和輸出電流，依次更新燃料電池40的I 一 V特性映射。例示性地，控制裝置80設(shè)想燃料電池40的電壓被表示為電流的函數(shù)(一次函數(shù)或規(guī)定的η次函數(shù))，使用基于最小二乘法等的估計(jì)方法，創(chuàng)建I 一 V特性映射?？刂蒲b置80基于該I 一V特性映射，依次更新電流電力特性(以下，也稱作“1- P特性”)映射。在此，已知I 一 P特性映射基于I 一 V特性映射唯一地確定。在本說明書中，將I 一 V特性映射和I 一 P特性映射中的任一方或雙方統(tǒng)稱為燃料電池40的輸出特性映射。1- V特性映射和I 一 P特性映射被保存在存儲器內(nèi)。
[0033]控制裝置80基于輸出特性映射，確定燃料電池40和蓄電池60各自的輸出電力的分配，以使燃料電池40的發(fā)電量與目標(biāo)電力一致的方式控制氧化氣體供給系統(tǒng)和燃料氣體供給系統(tǒng)，并且控制DC/DC轉(zhuǎn)換器130來調(diào)整燃料電池40的輸出電壓，由此控制燃料電池40的運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)(輸出電壓、輸出電流)。
[0034]控制裝置80具有判定是否處于設(shè)想輸出特性映射的值暫時下降的狀況(以下，稱作“設(shè)想狀況”)的功能(判定單元)。作為設(shè)想狀況，例如是間歇運(yùn)轉(zhuǎn)期間、空氣缺乏狀態(tài)下的運(yùn)轉(zhuǎn)期間、電壓的異常下降下降狀態(tài)等。