專利名稱：高壓氣體供給系統(tǒng)和燃料電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種將高壓氣體供給到氣體消耗設(shè)備的高壓氣體供給系統(tǒng)和一種設(shè)置有此高壓氣體供給系統(tǒng)的燃料電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，已開發(fā)了通過燃料氣體的燃燒能和通過燃料氣體的電化學(xué)反應(yīng)發(fā)出的電能驅(qū)動(dòng)的車輛。例如天然氣和氫的燃料氣體存儲(chǔ)在提供在這些車輛內(nèi)的高壓氣罐內(nèi)。而且，靜止的燃料電池系統(tǒng)也變得更流行，所述靜止的燃料電池系統(tǒng)提供有燃料電池，該燃料電池導(dǎo)致作為動(dòng)力源的燃料氣體的電化學(xué)反應(yīng)以產(chǎn)生電力。因?yàn)殪o止的燃料電池系統(tǒng)或用于車輛的燃料電池系統(tǒng)可在低溫環(huán)境下起動(dòng)，所以日本專利申請(qǐng)公開No. 2005-158426 (JP-A-2005-158426)例如建議了試圖防止?jié)駳鈨鼋Y(jié)的技術(shù)。雖然JP-A-2005-158426試圖通過在系統(tǒng)停止時(shí)驅(qū)動(dòng)管路內(nèi)的氫泵以去除泵內(nèi)的水而防止泵內(nèi)的濕氣凍結(jié)，但目前對(duì)于布置在氫氣管路內(nèi)的減壓閥(即壓力調(diào)節(jié)閥)進(jìn)行了很少的工作。例如，減壓閥使用橡膠橫膈膜，且此橡膠橫膈膜的橡膠硬度在低溫度環(huán)境下自然地增加，因此存在橫膈膜的響應(yīng)性降低的可能性。降低的橫膈膜響應(yīng)性影響了被調(diào)節(jié)的壓力的穩(wěn)定性，這導(dǎo)致壓力調(diào)節(jié)功能的下降。使用在JP-A-2005-158426中建議的技術(shù)，因?yàn)樾枰B續(xù)操作氫泵，所述氫泵提供了帶有絕熱壓縮的氣體連通以避免此功能下降，因此現(xiàn)在需要改進(jìn)。順便提及的是，此問題不限制于減壓閥。即，當(dāng)由于溫度下降而可能受到功能降低的設(shè)備布置在氫氣管路中時(shí)，類似的問題也可能發(fā)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明改進(jìn)了在低溫環(huán)境下從起動(dòng)開始時(shí)的穩(wěn)定運(yùn)行。本方面的第一方面涉及一種高壓氣體供給系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括其中存儲(chǔ)了高壓氣體的高壓氣罐；從高壓氣罐延伸到氣體消耗設(shè)備的氣體供給管路；當(dāng)接收到用于起動(dòng)系統(tǒng)的起動(dòng)信號(hào)時(shí)將高壓氣罐內(nèi)的高壓氣體供給到氣體供給管路、使得氣體消耗設(shè)備開始消耗氣體的氣體供給部；氣體供給功能部，所述氣體供給功能部在氣體供給管路內(nèi)布置在氣體供給部的下游，且起作用以使得穿過氣體供給管路以被氣體消耗設(shè)備消耗的氣體的量是合適的；和初級(jí)控制部，根據(jù)高壓氣罐內(nèi)的氣體溫度和氣體供給管路的周圍溫度，所述初級(jí)控制部在接收到起動(dòng)信號(hào)前執(zhí)行初級(jí)控制，所述初級(jí)控制驅(qū)動(dòng)氣體供給部。在此方面中，在可能導(dǎo)致布置在氣體供給管路內(nèi)的氣體供給功能部的功能下降的低溫環(huán)境中，存在氣體供給功能部的功能可以下降的可能性。然而，使用具有以上所述結(jié)構(gòu)的高壓氣體供給系統(tǒng)，氣體供給部被初級(jí)控制部驅(qū)動(dòng)以在接收到用于起動(dòng)系統(tǒng)的起動(dòng)信號(hào)前將高壓氣體從高壓氣罐通過氣體供給管路發(fā)送。因此，在其中周圍溫度低的低溫環(huán)境中，在起動(dòng)系統(tǒng)的起動(dòng)信號(hào)發(fā)出前，氣體供給功能部暴露于高壓氣罐內(nèi)的處于比氣體供給管路的周圍溫度更高的溫度下的氣體，且因此溫度升高。因此，即使氣體供給功能部的功能已下降，但功能可被恢復(fù)。作為結(jié)果，根據(jù)具有以上所述結(jié)構(gòu)的高壓氣體供給系統(tǒng)，在系統(tǒng)起動(dòng)前，氣體供給功能部的功能可被維持或保證，因此從在低溫環(huán)境中起動(dòng)剛開始起穩(wěn)定運(yùn)行就是可能的。此外，當(dāng)改進(jìn)此穩(wěn)定性時(shí)，僅從高壓氣罐供給氣體是足夠的，因此不需要特殊的設(shè)備。因此，結(jié)構(gòu)可被簡(jiǎn)化，且成本和重量可降低。在以上所述的方面中，在周圍溫度是導(dǎo)致氣體供給功能部的功能降低的低溫環(huán)境中的溫度時(shí)，初級(jí)控制部可執(zhí)行初級(jí)控制，且高壓氣罐內(nèi)的氣體溫度高于周圍溫度、且是使得氣體供給功能部的下降的功能可被恢復(fù)的溫度。根據(jù)此結(jié)構(gòu)，當(dāng)系統(tǒng)在低溫環(huán)境中起動(dòng)時(shí)，氣體供給功能部的功能可在系統(tǒng)起動(dòng)前被甚至更穩(wěn)定地維持或保證，因此可從在低溫環(huán)境中起動(dòng)剛開始起就實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的運(yùn)行。在以上所述的結(jié)構(gòu)中，初級(jí)控制部與氣體填充到高壓氣罐內(nèi)的完成相協(xié)作地執(zhí)行初級(jí)控制。當(dāng)向高壓氣罐填充氣體時(shí)，罐內(nèi)的氣體的溫度隨著填充高壓氣體自然地升高。當(dāng)將高壓氣罐填充以氣體時(shí)，罐內(nèi)的氣體的溫度隨著填充高壓氣體而升高。作為結(jié)果,發(fā)生兩件事情(即建立兩個(gè)條件)。第一件事情是，高壓氣罐內(nèi)的氣體的溫度變得高于可能導(dǎo)致氣 體供給功能部的功能下降的低溫環(huán)境中的周圍溫度。第二件事情是，高壓氣罐內(nèi)的氣體的溫度升高到使得氣體供給功能部的已下降的功能可被恢復(fù)的溫度。因此，在低溫環(huán)境中的起動(dòng)期間，運(yùn)行狀態(tài)可有效地在早期被穩(wěn)定。在此情況中，與氣體到高壓氣罐內(nèi)的填充完成相結(jié)合地被驅(qū)動(dòng)的氣體供給部不僅可在填充完成之后被驅(qū)動(dòng)，而且可在填充完成之前被驅(qū)動(dòng)，這是因?yàn)樵谔畛渫瓿芍耙材芙⑦@兩個(gè)條件。初級(jí)控制部也可以比氣體供給部在接收到起動(dòng)信號(hào)時(shí)通過氣體供給管路發(fā)送的供給氣體的量更小的供給氣體的量來執(zhí)行初級(jí)控制。在以上所述的高壓氣體供給系統(tǒng)中，可提供多個(gè)氣體供給功能部，以上所述的高壓氣體供給系統(tǒng)也可包括氣體循環(huán)部，所述氣體循環(huán)部使已到達(dá)被布置在氣體供給管路內(nèi)的多個(gè)氣體供給功能部中的最下游的氣體供給功能部的氣體循環(huán)，而在初級(jí)控制期間不將氣體供給到氣體消耗設(shè)備。本發(fā)明的第二方面涉及一種燃料電池系統(tǒng)，所述燃料電池系統(tǒng)包括燃料電池和根據(jù)以上所述的結(jié)構(gòu)中的任一個(gè)的高壓氣體供給系統(tǒng)。在此，提供在高壓氣體供給系統(tǒng)內(nèi)的氣體消耗設(shè)備是燃料電池，且提供在高壓氣體供給系統(tǒng)內(nèi)的高壓氣罐是其中存儲(chǔ)了燃料氣體的罐，燃料氣體被供給以用于在燃料電池內(nèi)的電化學(xué)反應(yīng)。根據(jù)此方面，當(dāng)在低溫環(huán)境中在燃料電池中開始發(fā)電時(shí)，氣體供給功能部的功能可在開始發(fā)電前被維持或保證，因此在低溫環(huán)境中燃料電池起動(dòng)剛開始時(shí)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的運(yùn)行。


本發(fā)明的特征、優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)和工業(yè)重要性將在如下對(duì)于本發(fā)明的示例實(shí)施例的詳細(xì)描述中參考附圖描述，其中相同的附圖標(biāo)號(hào)指示相同的元件，且各圖為圖I是示意性地示出了作為本發(fā)明的示例實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的視圖；圖2是圖示了根據(jù)本發(fā)明的第一示例實(shí)施例在起動(dòng)時(shí)的功能恢復(fù)程序中的步驟的流程圖；圖3是圖示了根據(jù)本發(fā)明的第二示例實(shí)施例在起動(dòng)時(shí)的功能恢復(fù)程序的流程圖4是示意性地示出了作為本發(fā)明的第三示例實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的視圖；和圖5是示意性地示出了提供有天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料電池系統(tǒng)的視圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的示例實(shí)施例將在下文中參考附圖更詳細(xì)地描述。如在圖I中所示，此燃料電池系統(tǒng)10包括燃料電池100，包括兩個(gè)高壓氣罐110的氫氣供給系統(tǒng)120,包括馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)130的空氣供給系統(tǒng)140,冷卻系統(tǒng)(未不出),和控制設(shè)備200，所有以上部件提供在燃料電池車輛20內(nèi)。燃料電池100通過一堆發(fā)電模塊形成，每個(gè)發(fā)電模塊包括未示出的膜電極組件(MEA)，其中陽極連接到電解質(zhì)膜的一側(cè)且陰極連接到電解質(zhì)膜的另一側(cè)。燃料電池100在車輛地板下方定位在前輪FW和后輪RW之間。 此燃料電池100通過導(dǎo)致從將在下文中描述的氫氣供給系統(tǒng)120供給的氫氣內(nèi)的氫和從空氣供給系統(tǒng)140供給的空氣中的氧之間的電化學(xué)反應(yīng)來發(fā)電。所發(fā)出的電用于驅(qū)動(dòng)例如未示出的馬達(dá)的載荷，以驅(qū)動(dòng)前輪和后輪。高壓氣罐110被填充即供給有來自氫氣站300的高壓氫氣。高壓氣罐110被填充的方式，即填充方式，將在后文中描述。高壓氣罐110具有纖維強(qiáng)化層，其中包含熱固性樹脂的纖維纏繞到樹脂襯里的外周。作為結(jié)果，熱不像利用金屬罐那樣好地被耗散，因此罐內(nèi)的氣體的溫度不容易降低。氫氣供給系統(tǒng)120包括從高壓氣罐110的每個(gè)延伸到燃料電池100的氫供給管路120P，在氫供給管路120P內(nèi)提供剛好在燃料電池100前方的減壓閥121，提供在氫供給管路120P內(nèi)的流量控制閥122，從高壓氣罐110的每個(gè)延伸的用于填充的填充管路123，布置在每個(gè)高壓氣罐110的開口處且打開且關(guān)閉填充管路123的蓋閥124，將未消耗的氫氣(即陽極廢氣)排放到大氣中的排放管路125，和提供在排放管路125內(nèi)的流出量控制閥126。在此氫氣供給系統(tǒng)120中，從每個(gè)罐延伸的氣體供給管路(即流出管路)連接到氫供給管路120P內(nèi)的流出側(cè)歧管127，且填充管路(即流入管路)從填充管路123內(nèi)的流入側(cè)歧管128延伸到每個(gè)罐。具有以上所述的管路構(gòu)造的氫氣供給系統(tǒng)120將陰極廢氣從將在下文中描述的排氣管路142以被排放管路125內(nèi)的流出量控制閥126調(diào)節(jié)的流量排放到大氣，同時(shí)，來自被流出側(cè)歧管127選擇為供給罐的高壓氣罐110的氫氣在使用氫供給管路120P內(nèi)的流量控制閥12第一次調(diào)節(jié)該氫氣的流量且使用氫供給管路120P內(nèi)的減壓閥121降低所述氫氣的壓力后供給到燃料電池100的陽極。在此示例實(shí)施例中，當(dāng)如上所述供給氫氣時(shí)，被流出側(cè)歧管127選擇為供給罐的高壓氣罐110的蓋閥124打開此管路，且氣體的流量通過流量控制閥122被調(diào)節(jié)，且氣體的壓力通過減壓閥121降低(即調(diào)節(jié))，所述流量控制閥122和減壓閥121已在上文中描述。流量控制閥122可將氣體流量從零流量調(diào)節(jié)，且通過使得流量為零而關(guān)閉氫供給管路120P。而且，氫氣供給系統(tǒng)120包括用于高壓氫氣填充(在此說明書中，也簡(jiǎn)稱為“填充”)的容器150。此容器150提供在從高壓氣罐110延伸以被填充以高壓氫氣的填充管路123的末端處，且定位在車輛的側(cè)面上的填充位置中。此填充位置對(duì)應(yīng)于在現(xiàn)有的汽油機(jī)車輛中供給燃料的位置。所提供的容器150被車輛外覆蓋件覆蓋?？諝夤┙o系統(tǒng)140包括通過壓縮機(jī)130引向燃料電池100的氧供給管路141，將未消耗的空氣(即陰極廢氣)排放到大氣的排放管路142，和布置在排放管路142內(nèi)的流出量控制閥143?？諝夤┙o系統(tǒng)140通過排放管路142將陰極廢氣以被排放管路142內(nèi)的流出量控制閥143調(diào)節(jié)的流量排放，同時(shí)將從氧供給管路141的開口端部吸入的空氣在所述空氣的流量已經(jīng)被壓縮機(jī)130調(diào)節(jié)后供給到燃料電池100的陰極?？刂圃O(shè)備200由所謂的微型計(jì)算機(jī)形成，所述微型計(jì)算機(jī)包括執(zhí)行邏輯運(yùn)算的CPU，ROM和RAM等，且控制設(shè)備200負(fù)責(zé)響應(yīng)于接收到的來自加速器等的傳感器輸入、根據(jù)填充運(yùn)行的傳感器輸入和來自溫度傳感器的傳感器輸入進(jìn)行燃料電池100的多種控制，包括閥控制。溫度傳感器202檢測(cè)減壓閥121所處的區(qū)域周圍的外側(cè)空氣溫度，或氫供給管路120P的管路表面溫度，且將檢測(cè)到的溫度輸出到控制設(shè)備200。氧氣站300包括存儲(chǔ)了聞壓下的氧氣的氣體存儲(chǔ)iil 310,具有布置在其內(nèi)的開關(guān)閥312的站側(cè)管路314，位于站側(cè)管路314的末端處的噴嘴350，和填充控制裝置380。噴嘴350通過插入到燃料電池車輛20的側(cè)面上的容器150內(nèi)打開帶有容器150的管路，且通過從容器150移除而關(guān)閉管路。為便于使用噴嘴350進(jìn)行填充，站側(cè)管路314是在側(cè)面上帶有噴嘴350的耐高壓柔性軟管，且因此順應(yīng)于噴嘴350到容器150內(nèi)的插入或從容器150 的移除。填充控制裝置380由所謂的微型計(jì)算機(jī)形成，所述微型計(jì)算機(jī)包括執(zhí)行邏輯運(yùn)算的CPU，ROM和RAM等，且填充控制裝置380負(fù)責(zé)響應(yīng)于接收到的根據(jù)噴嘴350的用于執(zhí)行填充或停止填充的運(yùn)行的傳感器輸入進(jìn)行涉及填充的控制，包括閥控制。順便提及的是，容器150和噴嘴350構(gòu)造為可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。填充開始信號(hào)和填充完成信號(hào)等從帶有填充控制裝置380的側(cè)輸入到燃料電池車輛20的控制設(shè)備200。此氫氣站300提供高壓氫氣，以將其填充到燃料電池車輛20的高壓氣罐110內(nèi)，且因此對(duì)應(yīng)于現(xiàn)有汽油機(jī)車輛的加油站。如果高壓氣罐110和燃料電池100是靜止類型的且例如布置在房屋、倉庫或工廠內(nèi)，則氫氣站300可具有布置在例如卡車的車輛內(nèi)的氣體輸送系統(tǒng)的形式。然后，將描述在低溫環(huán)境中起動(dòng)時(shí)的功能恢復(fù)程序，所述功能恢復(fù)程序被執(zhí)行以用于布置在氫供給管路120P內(nèi)的減壓閥121和流量控制閥122等。順便提及的是，本發(fā)明的初級(jí)控制可視作功能恢復(fù)程序。減壓閥121容納了用于調(diào)節(jié)壓力的橡膠橫膈膜。流量控制閥122使用橡膠密封構(gòu)件作為用于調(diào)節(jié)流量的組成元件。因此，除非在外側(cè)空氣溫度或氫供給管路120P的管路溫度例如低于零度時(shí)供給氣體，否則橡膠硬度將增加，因此存在調(diào)節(jié)壓力的響應(yīng)性下降或密封不足的可能性。為避免此情況，此示例實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)10在低溫環(huán)境中執(zhí)行功能恢復(fù)程序，如下所述。在圖2中示出的起動(dòng)時(shí)的功能恢復(fù)程序以預(yù)定時(shí)間單位重復(fù)執(zhí)行，同時(shí)在燃料電池車輛20內(nèi)的燃料電池100的運(yùn)行停止，同時(shí)假定高壓氣罐110被填充以氣體。在燃料電池100開始運(yùn)行時(shí)，基于加速器操作量的通常的燃料電池運(yùn)行控制(未示出)被恢復(fù)。所圖示的功能恢復(fù)程序在高壓氣罐110被填充以氣體時(shí)定期執(zhí)行。首先，基于溫度傳感器202的檢測(cè)值確定外側(cè)空氣溫度Th是否低于預(yù)定溫度α (步驟S100)。在此示例實(shí)施例中，此預(yù)定溫度α是零攝氏度，即可能導(dǎo)致減壓閥121的橡膠橫膈膜的功能下降的溫度。在此情況中，預(yù)定溫度α取決于用作橫膈膜的橡膠的特性也可以是不同于零度的溫度。外側(cè)空氣溫度Th也可以視作本發(fā)明中的周圍溫度。如果步驟SlOO中的確定為否，則外側(cè)空氣溫度Th對(duì)于導(dǎo)致減壓閥121的功能下降不足夠低，因此此程序循環(huán)結(jié)束而不執(zhí)行任何其他的步驟。另一方面，如果在步驟SlOO中的確定為是，則確定填充是否完成(步驟S110)。此步驟重復(fù)直至填充完成。在此，將簡(jiǎn)要地描述以氣體填充高壓氣罐110。當(dāng)以來自氫氣站300的氣體填充高壓氣罐110時(shí)，氫氣站300的噴嘴350插入到燃料電池車輛20的容器150內(nèi)。與噴嘴350到容器150內(nèi)的此插入相伴隨的傳感器信號(hào)輸出到燃料電池車輛20的控制設(shè)備200和氫氣站300的填充控制裝置380，因此顯見填充已在將噴嘴350插入到容器150內(nèi)時(shí)開始。在填充期間，燃料電池車輛20的控制設(shè)備200通過將氫供給管路120P內(nèi)的流量控制閥122設(shè)置為具有零流量而關(guān)閉圖I中的氫供給管路120P以停止燃料電池100的運(yùn)行，且打開剛好位于高壓氣罐110前方的蓋閥124。在此狀態(tài)中，高壓氫氣從填充管路123填充到高壓氣罐110內(nèi)。在此情況中，被填充的高壓氣罐110通過流入側(cè)歧管128選擇。填充控制裝置380從站側(cè)管路314的未示出的氣體流量計(jì)和壓力計(jì)監(jiān)測(cè)氣體流量和壓力的變動(dòng)，且從填充開始起確認(rèn)到高壓氣罐110內(nèi)的填充狀態(tài)。然后，當(dāng)氣體到高壓氣 罐110內(nèi)的填充完成時(shí)，填充完成信號(hào)輸出到控制設(shè)備200。當(dāng)接收到此信號(hào)時(shí)，控制設(shè)備200確認(rèn)填充狀態(tài)且根據(jù)在填充開始之后經(jīng)過的時(shí)間和罐內(nèi)的壓力變動(dòng)來檢測(cè)填充完成或接近完成。順便提及的是，一旦填充完成，則噴嘴350從容器150移除且控制設(shè)備200控制流入側(cè)歧管128以關(guān)閉填充管路123。如果在步驟SlOO中的確定為是(S卩，外側(cè)空氣溫度Th〈a ((TC ))之后在步驟SllO中的確定也為是，則氣體到高壓氣罐110內(nèi)的填充完成或接近完成，因此當(dāng)高壓氣體(即，高壓氫氣)填充到罐內(nèi)時(shí)，罐內(nèi)的氣體溫度將自然地升高。當(dāng)氫氣以大致70Mpa的壓力填充時(shí)，估計(jì)到罐內(nèi)的氣體將升高到大致85°C的溫度。因此，當(dāng)步驟SllO中的確定為是時(shí)，確定了高壓氣罐110內(nèi)的氣體的溫度高于可能導(dǎo)致減壓閥121的功能下降的外側(cè)空氣溫度Th (<a (0°C))，且減壓閥121的溫度可能升高，使得減壓閥121的功能可通過使減壓閥121暴露于此溫度的氣體而被恢復(fù)，因此過程前進(jìn)到步驟S120。在步驟S120中，高壓氣罐110的蓋閥124被控制成在短時(shí)間內(nèi)打開和關(guān)閉(例如，被控制成在數(shù)秒內(nèi)打開和關(guān)閉兩次至三次)，且流量控制閥122被調(diào)整(B卩，被控制)，使得調(diào)節(jié)的氣體流量降低。在此情況中，調(diào)節(jié)的氣體流量?jī)H需要使得流出罐的高溫氣體到達(dá)減壓閥121，且將減壓閥121的橫膈膜和管路的溫度升高。因此，當(dāng)燃料電池車輛20怠速時(shí)，調(diào)節(jié)的氣體流量可大致為怠速流量的小部分。在步驟S120后，確定燃料電池車輛20的點(diǎn)火開關(guān)(在后文中稱為“IGS”)是否已接通，且因此燃料電池100是否已起動(dòng)(步驟S130)。此步驟重復(fù)直至系統(tǒng)被IGS操作起動(dòng)。當(dāng)響應(yīng)于IGS的接通操作而輸出系統(tǒng)起動(dòng)信號(hào)時(shí)，蓋閥124被控制以穩(wěn)態(tài)打開，且流量控制閥122被控制(即，被調(diào)整)使得流過流量控制閥122的氣體的調(diào)節(jié)的流量與怠速流量匹配(步驟S 140)。此后，燃料電池100的運(yùn)行控制切換到基于駕駛員的加速器操作的運(yùn)行控制，且起動(dòng)時(shí)的功能恢復(fù)程序結(jié)束。如上所述，使用此示例實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)10，即使布置在氫供給管路120P內(nèi)的減壓閥121的橡膠橫膈膜和閥密封構(gòu)件的功能和流量控制閥122的功能由于低溫環(huán)境而下降，在IGS接通前每個(gè)罐的蓋閥124也被驅(qū)動(dòng)，使得與氣體到高壓氣罐110內(nèi)的填充的完成(步驟S110)相協(xié)作地，高壓氣罐110內(nèi)的高壓氫氣流過氫供給管路120P (步驟S120)。因此，當(dāng)高壓氣罐110正被填充時(shí)，流過氫供給管路120P的高壓氫氣自然地處于高溫，因此氣體溫度是高于如上所述可能導(dǎo)致功能下降的外側(cè)空氣溫度Th的溫度，且因此能夠?qū)⑾陆档墓δ芑謴?fù)。因此，減壓閥121和流量控制閥122暴露于如上所述的高溫氣體(B卩，氫氣)，且因此當(dāng)燃料電池車輛20在低溫環(huán)境中運(yùn)行時(shí)，溫度在起動(dòng)信號(hào)從IGS發(fā)出前升高。此升高的溫度使得下降的功能得以恢復(fù)。作為結(jié)果，根據(jù)此示例實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)10，當(dāng)系統(tǒng)在低溫環(huán)境中起動(dòng)時(shí)，例如減壓閥121和流量控制閥122的閥裝置的功能可在系統(tǒng)起動(dòng)前被維持或保持，因此從低溫環(huán)境中起動(dòng)剛開始起可能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的運(yùn)行。此外，當(dāng)改進(jìn)此穩(wěn)定性時(shí)，僅供給來自已經(jīng)安裝在燃料電池車輛20內(nèi)的高壓氣罐110的氣體是足夠的，這消除了對(duì)于恢復(fù)功能的特殊設(shè)備的需求。因此，使用此示例實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)10，當(dāng)在低溫環(huán)境中使運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)，結(jié)構(gòu)可被簡(jiǎn)化，且成本和重量可降低。使用此示例實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)10，溫度在氣體填充到高壓氣罐110時(shí)自然升高的罐內(nèi)的氣體也用于功能恢復(fù)，因此不需要用于升高氣體的溫度的結(jié)構(gòu)。作為結(jié)果，結(jié)構(gòu)可簡(jiǎn)化，且成本和重量可有效地降低。 使用此示例實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)10，當(dāng)在IGS接通前恢復(fù)減壓閥121等的功能時(shí)，通過流量控制閥122調(diào)節(jié)的氣體流量也比燃料電池車輛20怠速時(shí)的怠速流量小。因此，在燃料電池車輛20運(yùn)行前，或更具體地，在燃料電池車輛20怠速前，減壓閥121等的功能可使用小量的氣體恢復(fù)。順便提及的是，功能恢復(fù)程序可在高壓氣罐填充完成之后執(zhí)行，或與高壓氣罐的填充完成相協(xié)作地執(zhí)行。然后，將描述本發(fā)明的第二示例實(shí)施例。圖3是圖示了根據(jù)第二示例實(shí)施例的起動(dòng)時(shí)的功能恢復(fù)程序的流程圖。此示例實(shí)施例更利用了如下事實(shí)，即高壓氣罐110具有纖維強(qiáng)化層，其中含有熱固性樹脂的纖維纏繞到樹脂襯里的外周，這使得罐內(nèi)氣體的溫度難于下降。在圖3中的起動(dòng)時(shí)的功能恢復(fù)程序中，首先如上所述基于溫度傳感器202的檢測(cè)值確定外側(cè)空氣溫度Th是否低于預(yù)定溫度α (步驟S200)。如果外側(cè)空氣溫度Th低于預(yù)定溫度α，則基于來自已經(jīng)布置在高壓氣罐110內(nèi)的罐內(nèi)溫度傳感器的檢測(cè)值確定罐內(nèi)氣體溫度(即罐內(nèi)的氣體的溫度)Tt是否高于預(yù)定溫度β (步驟S210)。此預(yù)定溫度β設(shè)定為高于可導(dǎo)致減壓閥121的功能下降的以上所述的預(yù)定溫度α的溫度，且是(例如，大致500C)的預(yù)定溫度，在該溫度下，如果罐內(nèi)氣體溫度Tt高于該預(yù)定溫度β，則通過將減壓閥121暴露于具有罐內(nèi)氣體溫度Tt的氣體因此升高減壓閥121的溫度，減壓閥121的功能可恢復(fù)。一旦步驟S210中的確定為是，則執(zhí)行在短時(shí)間內(nèi)打開和關(guān)閉蓋閥124的控制，且執(zhí)行降低流量控制閥122處的流量的控制(步驟S220)，在此控制之后等待IGS接通(步驟S230)，且當(dāng)IGS接通時(shí)，執(zhí)行蓋閥124的穩(wěn)態(tài)控制和流量控制閥122的怠速流量控制(步驟S240)，類似于以上所述的步驟S120至S140。此后，燃料電池100的運(yùn)行控制轉(zhuǎn)到基于駕駛員的加速器操作的運(yùn)行控制，且起動(dòng)時(shí)的功能恢復(fù)程序結(jié)束。也在此示例實(shí)施例中，可通過將高溫氣體供給到高壓氣罐110內(nèi)來實(shí)現(xiàn)以上所述的效果。順便提及的是，結(jié)構(gòu)也可使得如果在步驟S210中的確定為否，則燃料電池車輛20的駕駛員被通知且由于功能下降的可能性而被促使在IGS接通之后比通常情況怠速更長(zhǎng)的時(shí)間，或首先被通知存在功能下降的可能性且然后使怠速在IGS接通之后持續(xù)預(yù)定時(shí)段。然后，將描述本發(fā)明的第三示例實(shí)施例。圖4是示意性地示出了根據(jù)第三示例實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)IOA的視圖。使用此示例實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)10A，被供給以恢復(fù)減壓閥121等的功能的氣體(即氫氣)不流入到燃料電池100內(nèi)，這是因?yàn)樘峁┝嗽跍p壓閥121下游的三通閥160，從此三通閥160延伸的循環(huán)管路162，緩沖器164，和止回閥166，如在附圖中所示。當(dāng)IGS接通時(shí)，三通閥160將氫供給管路120P連接到燃料電池100，且當(dāng)IGS關(guān)閉時(shí)，三通閥160將氫供給管路120P連接到循環(huán)管路162。循環(huán)管路162將氣體循環(huán)到減壓閥121下游處的氫供給管路120P中。緩沖器164設(shè)計(jì)為增加循環(huán)管路162的容積，且臨時(shí)地存儲(chǔ)流過循環(huán)管路162的氣體。止回閥166允許氣體僅從三通閥160所處的一側(cè)通過循環(huán)管路162。使用以上所述結(jié)構(gòu)的燃料電池系統(tǒng)10A，通過三通閥160處的分支和循環(huán)管路162的調(diào)節(jié)可防止被供給以恢復(fù)減壓閥121等的功能的氣體(即，氫氣)流向燃料電池100，且所 述氣體被臨時(shí)存儲(chǔ)在緩沖器164中。因此，根據(jù)燃料電池系統(tǒng)10A，可防止燃料氣體(S卩，氫氣)在IGS接通前被供給到燃料電池100。雖然本發(fā)明已參考其示例實(shí)施例描述，但應(yīng)理解的是本發(fā)明不限制于示例實(shí)施例。即，本發(fā)明可通過以多種方式中的任何方式修改的模式執(zhí)行而不偏離其范圍。例如，在以上所述的示例實(shí)施例中，描述了用作氣體消耗設(shè)備的具有燃料電池100的燃料電池系統(tǒng)
10。然而，本發(fā)明也可應(yīng)用于具有燃燒天然氣(CNG)且將燃燒能轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)。圖5是提供有天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)EG的燃料電池系統(tǒng)IOB的示意性圖示。如在附圖中所示，此燃料電池系統(tǒng)IOB包括氫供給管路120P的最下游端處的噴射器IJ，且通過在天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)EG的燃燒室內(nèi)燃燒由噴射器IJ噴射的天然氣來產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)車輛20B的動(dòng)力。也使用根據(jù)圖5中所示的此修改示例的燃料電池系統(tǒng)10B，合并了橡膠密封件的噴射器IJ的密封功能可在系統(tǒng)剛開始起動(dòng)前被維持或保證，因此天然氣在系統(tǒng)起動(dòng)剛開始起可穩(wěn)定地被噴射。順便提及的是，本發(fā)明當(dāng)然也可應(yīng)用于提供有燃燒氫氣的發(fā)動(dòng)機(jī)的車輛。另外，在以上所述的示例實(shí)施例中，用于燃料電池車輛20的燃料電池系統(tǒng)10描述為示例，但本發(fā)明也可應(yīng)用于靜止的燃料電池系統(tǒng)以獲得發(fā)出的電力。
權(quán)利要求
1.一種高壓氣體供給系統(tǒng)，包括 高壓氣罐，高壓氣體被存儲(chǔ)在所述高壓氣罐中； 氣體供給管路，所述氣體供給管路從所述高壓氣罐延伸到氣體消耗設(shè)備； 氣體供給部，所述氣體供給部在接收到用于起動(dòng)所述系統(tǒng)的起動(dòng)信號(hào)時(shí)將所述高壓氣罐內(nèi)的高壓氣體供給到所述氣體供給管路，使得所述氣體消耗設(shè)備開始消耗氣體； 氣體供給功能部，所述氣體供給功能部在所述氣體供給管路中被布置在所述氣體供給部的下游，且所述氣體供給功能部用于使得通過所述氣體供給管路以被所述氣體消耗設(shè)備消耗的氣體的量合適；和 初級(jí)控制部，根據(jù)所述高壓氣罐內(nèi)的氣體溫度和所述氣體供給管路的周圍溫度，所述初級(jí)控制部在接收到所述起動(dòng)信號(hào)前執(zhí)行初級(jí)控制，所述初級(jí)控制驅(qū)動(dòng)所述氣體供給部。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高壓氣體供給系統(tǒng)，其中，在向所述高壓氣罐中填充氣體完成之后，當(dāng)所述周圍溫度低于預(yù)定溫度時(shí)，所述初級(jí)控制部執(zhí)行所述初級(jí)控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高壓氣體供給系統(tǒng)，其中，當(dāng)所述周圍溫度是導(dǎo)致所述氣體供給功能部的功能下降的低溫環(huán)境中的溫度時(shí)所述初級(jí)控制部執(zhí)行所述初級(jí)控制，并且，所述高壓氣罐內(nèi)的氣體溫度高于所述周圍溫度并且是所述氣體供給功能部的下降的功能能夠被恢復(fù)的溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高壓氣體供給系統(tǒng)，其中，所述高壓氣罐具有纖維強(qiáng)化層，在所述纖維強(qiáng)化層中，含有熱固性樹脂的纖維被纏繞到樹脂襯里的外周。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的高壓氣體供給系統(tǒng)，其中，所述初級(jí)控制部與向所述高壓氣罐中填充氣體完成相協(xié)作地執(zhí)行所述初級(jí)控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5中的任一項(xiàng)所述的高壓氣體供給系統(tǒng)，其中，所述初級(jí)控制部以比所述氣體供給部在接收到所述起動(dòng)信號(hào)時(shí)通過所述氣體供給管路發(fā)送的供給氣體的量小的供給氣體的量來執(zhí)行所述初級(jí)控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6中的任一項(xiàng)所述的高壓氣體供給系統(tǒng)，其中，所述氣體供給功能部包括減壓閥或流量控制閥中的至少一個(gè)閥。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7中的任一項(xiàng)所述的高壓氣體供給系統(tǒng)，進(jìn)一步包括氣體循環(huán)部，所述氣體循環(huán)部使已到達(dá)所述氣體供給功能部的氣體循環(huán)，而在所述初級(jí)控制期間不將所述氣體供給到所述氣體消耗設(shè)備。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至7中的任一項(xiàng)所述的高壓氣體供給系統(tǒng)，其中，設(shè)置多個(gè)所述氣體供給功能部， 所述高壓氣體供給系統(tǒng)進(jìn)一步包括氣體循環(huán)部，所述氣體循環(huán)部使已到達(dá)被布置在所述氣體供給管路中的所述多個(gè)氣體供給功能部中的最下游的氣體供給功能部的氣體循環(huán)，而在所述初級(jí)控制期間不將所述氣體供給到所述氣體消耗設(shè)備。
10.根據(jù)權(quán)利要求I至7中的任一項(xiàng)所述的高壓氣體供給系統(tǒng)，進(jìn)一步包括氣體循環(huán)部，所述氣體循環(huán)部包括循環(huán)管路和三通閥，所述三通閥在所述初級(jí)控制期間將所述循環(huán)管路連接到所述氣體供給管路。
11.一種燃料電池系統(tǒng)，包括 燃料電池；和 根據(jù)權(quán)利要求I至10中的任一項(xiàng)所述的高壓氣體供給系統(tǒng)，其中，被設(shè)置在所述高壓氣體供給系統(tǒng)中的所述氣體消耗設(shè)備是所述燃料電池；并且被設(shè)置在所述高壓氣體供給系統(tǒng)中的所述高壓氣罐是存儲(chǔ)燃料氣體的罐，所述燃料氣體被供給用于所述燃料電池中的電化學(xué)反應(yīng)。
全文摘要
燃料電池系統(tǒng)(10)包括設(shè)置在從高壓氣罐(110)延伸到燃料電池(100)的氫供給管路(120P)內(nèi)的減壓閥(121)和流量控制閥(122)。低溫環(huán)境可能導(dǎo)致這些裝置的功能下降。因此，如果高壓氣罐(110)內(nèi)的氣體溫度高于此低溫環(huán)境的溫度，且是使得下降的功能可恢復(fù)的溫度，則在接收到起動(dòng)系統(tǒng)的起動(dòng)信號(hào)前，使罐內(nèi)的高壓氣體流過氫供給管路(120P)以使減壓閥(121)等暴露于較高溫度的氣體。
文檔編號(hào)H01M8/04GK102792506SQ201180012887
公開日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2011年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月9日
發(fā)明者稻木秀介 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社