燃料電池的發(fā)電特性估計裝置制造方法
【專利摘要】燃料電池的發(fā)電特性估計裝置包括：基準特性設定部，其設定燃料電池的基準發(fā)電特性；電流檢測部，其檢測燃料電池的實際電流；電壓檢測部，其檢測燃料電池的實際電壓；以及特性估計部，其基于實際電流時的基準發(fā)電特性上的電壓與實際電壓之間的電壓差來估計燃料電池的實際的發(fā)電特性，其中，在燃料電池的暖機運轉過程中供給到燃料電池的氣體的壓力為規(guī)定值以上時，特性估計部實施發(fā)電特性的估計。
【專利說明】燃料電池的發(fā)電特性估計裝置【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及對燃料電池的發(fā)電特性進行估計的裝置。
【背景技術】
[0002]在日本JP2006-269223A中，基于基準電壓Vb與實際電壓Vr的電壓差A V(=Vb-Vr)來估計燃料電池的實際的發(fā)電特性(實際IV特性)，其中，該基準電壓Vb是根據(jù)按每個溫度存儲的基準發(fā)電特性(基準IV特性)而求出的。即，關于實際電壓相對于基準發(fā)電特性的偏差與此時的電流之間的關系，存在“ A V=AI+B”這樣的一次式的關系，因此能夠通過分別提供兩個AV和兩個I來解出A和B。而且，通過將全部電流I代入到上述關系式并將由此得到的AV從基準IV特性中減去，能夠減出實際IV特性的特性線。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]然而，已知如下的情況:在低溫區(qū)域，在高負載側的特性中，相對于基準IV特性的AV不會形成一次式。因而，當專利文獻I的手法應用于零下啟動時，高負載側的估計精度
有可能會變差。
[0004]本發(fā)明是著眼于這種以往的問題點而完成的，本發(fā)明的目的在于提供一種即使在如進行暖機運轉那樣的低溫域的情況下也能夠高精度地估計出燃料電池的發(fā)電特性的裝置。
[0005]本發(fā)明某個方式的燃料電池的發(fā)電特性估計裝置包括:基準特性設定部，其設定燃料電池的基準發(fā)電特性；電流檢測部，其檢測燃料電池的實際電流；電壓檢測部，其檢測燃料電池的實際電壓；以及特性估計部，其基于上述實際電流時的基準發(fā)電特性上的電壓與實際電壓之間的電壓差來估計燃料電池的實際的發(fā)電特性。而且，在燃料電池的暖機運轉過程中供給到燃料電池的氣體的壓力為規(guī)定值以上時，上述特性估計部實施發(fā)電特性的估計。
[0006]下面結合附圖來詳細說明本發(fā)明的實施方式、本發(fā)明的優(yōu)點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1是表示應用本發(fā)明的燃料電池的發(fā)電特性估計裝置的系統(tǒng)的一例的圖。
[0008]圖2是表示燃料電池的發(fā)電特性的圖。
[0009]圖3是表示燃料電池的一般發(fā)電特性的圖。
[0010]圖4是基準發(fā)電特性圖。
[0011]圖5是說明本發(fā)明的燃料電池的發(fā)電特性估計裝置的第一實施方式的動作的流程圖。
[0012]圖6是說明進行發(fā)電特性估計處理時的正極壓力的圖。
[0013]圖7是說明基準電壓設定例程的圖。
[0014]圖8是說明第一實施方式的作用效果的圖。[0015]圖9是說明本發(fā)明的燃料電池的發(fā)電特性估計裝置的第二實施方式的基準電壓設定例程的圖。
[0016]圖10是說明本發(fā)明的燃料電池的發(fā)電特性估計裝置的第三實施方式的基準電壓設定例程的圖。
[0017]圖11是說明燃料電池的內(nèi)部電阻(電解質膜電阻)的圖。
[0018]圖12是說明本發(fā)明的燃料電池的發(fā)電特性估計裝置的第四實施方式的估計燃料電池的發(fā)電特性的圖。
【具體實施方式】
[0019](第一實施方式)
[0020]圖1是表示應用本發(fā)明的燃料電池的發(fā)電特性估計裝置的系統(tǒng)的一例的圖。
[0021]首先參照圖1來說明應用本發(fā)明的燃料電池的發(fā)電特性估計裝置的基本系統(tǒng)。
[0022]燃料電池堆10在被維持為適當溫度的同時被供給反應氣體(正極(cathode)氣體O2、負極(anode)氣體H2)來進行發(fā)電。因此，燃料電池堆10與正極路徑20、負極路徑30以及冷卻水循環(huán)路徑40相連接。此外，由電流傳感器101檢測燃料電池堆10的發(fā)電電流。由電壓傳感器102檢測燃料電池堆10的發(fā)電電壓。
[0023]向燃料電池堆10供給的正極氣體O2在正極路徑20上流動。正極路徑20上設置有壓縮機21和正極壓力調節(jié)閥22。
[0024]壓縮機21設置于燃料電池堆10上游的正極路徑20上。由馬達M對壓縮機21進行驅動。壓縮機21對在正極路徑20中流動的正極氣體O2的流量進行調整。通過壓縮機21的旋轉速度來調整正極氣體O2的流量。
[0025]正極壓力調節(jié)閥22設置于燃料電池堆10下游的正極路徑20。正極壓力調節(jié)閥22對在正極路徑20中流動的正極氣體O2的壓力進行調整。通過正極壓力調節(jié)閥22的開度來調整正極氣體O2的壓力。
[0026]由正極流量傳感器201檢測在正極路徑20中流動的正極氣體O2的流量。該正極流量傳感器201設置于壓縮機21的下游且燃料電池堆10的上游。
[0027]由正極壓力傳感器202檢測在正極路徑20中流動的正極氣體O2的壓力。該正極壓力傳感器202設置于壓縮機21的下游且燃料電池堆10的上游。并且，在圖1中，正極壓力傳感器202位于正極流量傳感器201的下游。
[0028]向燃料電池堆10供給的負極氣體H2在負極路徑30中流動。與負極路徑30并列地設置負極再循環(huán)路徑300。負極再循環(huán)路徑300從燃料電池堆10下游的負極路徑30分支，在燃料電池堆10上游的負極路徑30合流。負極路徑30上設置有儲氣罐31、負極壓力調節(jié)閥32、引射器(ejector) 33、負極泵34以及凈化閥35。
[0029]負極氣體H2以高壓狀態(tài)儲存在儲氣罐31中。儲氣罐31設置于負極路徑30的最上游。
[0030]負極壓力調節(jié)閥32設置于儲氣罐31的下游。負極壓力調節(jié)閥32對從儲氣罐31新供給到負極路徑30的負極氣體H2的壓力進行調整。通過負極壓力調節(jié)閥32的開度來調整負極氣體H2的壓力。
[0031]引射器33設置于負極壓力調節(jié)閥32下游。引射器33位于負極再循環(huán)路徑300與負極路徑30合流的部分。通過該引射器33，原本在負極再循環(huán)路徑300中流動的負極氣體H2與從儲氣罐31新供給的負極氣體H2相混合。
[0032]負極泵34位于引射器33的下游。負極泵34將在引射器33中流動的負極氣體H2送到燃料電池堆10。
[0033]凈化閥35設置于燃料電池堆10的下游的、負極再循環(huán)路徑300的分支部分的下游的負極路徑30上。當凈化閥35打開時，負極氣體H2被凈化。
[0034]由負極壓力傳感器301檢測在負極路徑30中流動的負極氣體H2的壓力。該負極壓力傳感器301設置于負極泵34的下游且燃料電池堆10的上游。
[0035]向燃料電池堆10供給的冷卻水在冷卻水循環(huán)路徑40中流動。冷卻水循環(huán)路徑40上設置有散熱器41、三通閥42以及水泵43。另外，與冷卻水循環(huán)路徑40并列地設置旁路路徑400。旁路路徑400從散熱器41上游分支，在散熱器41下游合流。因此，在旁路路徑400中流動的冷卻水將散熱器41旁路。
[0036]散熱器41對冷卻水進行冷卻。散熱器41中設置有冷卻風扇410。
[0037]三通閥42位于旁路路徑400的合流部分。三通閥42與開度相應地對在散熱器側的路徑中流動的冷卻水的流量以及在旁路路徑中流動的冷卻水的流量進行調整。由此對冷卻水的溫度進行調整。
[0038]水泵43位于三通閥42的下游。水泵43將原本在三通閥42中流動的冷卻水送到燃料電池堆10。
[0039]由水溫傳感器401檢測在冷卻水循環(huán)路徑40中流動的冷卻水的溫度。該水溫傳感器401設置于分支出旁路路徑400的部分的上游。
[0040]控制器被輸入電流傳感器101、電壓傳感器102、正極流量傳感器201、正極壓力傳感器202、負極壓力傳感器301、水溫傳感器401的信號。而且，控制器輸出信號，控制壓縮機21、正極壓力調節(jié)閥22、負極壓力調節(jié)閥32、負極泵34、凈化閥35、三通閥42、水泵43的動作。
[0041]根據(jù)這種結構，燃料電池堆10在被維持為適當溫度的同時被供給反應氣體(正極氣體O2、負極氣體H2)來進行發(fā)電。由燃料電池堆10發(fā)出的電力經(jīng)由DC/DC轉換器11被供給到電池12、負載13。
[0042]圖2是表示燃料電池的發(fā)電特性的圖。
[0043]在此說明燃料電池的發(fā)電特性，以易于理解本發(fā)明。
[0044]暖機完成之后的狀態(tài)(穩(wěn)定狀態(tài))下的燃料電池的發(fā)電特性(電流電壓特性、以下適當稱為“IV特性”)會如圖2所示，即使是大電流也能夠取出。在進行通常行駛時，遵照該發(fā)電特性對燃料電池進行控制。
[0045]然而，剛進行零下啟動之后的燃料電池的發(fā)電特性(IV特性)正如圖2所示。而且隨著暖機進展，燃料電池的發(fā)電特性(IV特性)發(fā)生變化。
[0046]如果在進行零下啟動而正在暖機的狀態(tài)(過渡狀態(tài))下要求過剩的輸出，則會因燃料電池的發(fā)電特性低而未從燃料電池提供足夠的輸出而導致電池的過放電等。因而，在進行零下啟動而正在暖機的狀態(tài)(過渡狀態(tài))下，期望的是，在僅以向輔機的輸出(即僅通過低輸出)正確地估計了燃料電池的發(fā)電特性(IV特性)的基礎上，對行駛用的馬達進行控制以使得不要求過剩的輸出。[0047]在上述的專利文獻I中，公開了估計燃料電池的發(fā)電特性(IV特性)的一個手法。然而，在該手法中，已知如下的情況:在低溫區(qū)域，在高負載側的特性中，相對于基準IV特性的AV不會形成一次式。因而，當將專利文獻I的手法應用于零下啟動時，高負載側的估計精度有可能會變差。
[0048]圖3是表示燃料電池的一般發(fā)電特性的圖。
[0049]
【發(fā)明者】的關注點在于，一般性地利用下式(I)來表示燃料電池的發(fā)電特性。此外，在該式(1)中，設負極反應是足夠迅速地進行的，相對于正極反應來說損耗足夠小。
[0050][數(shù)1]
[0051]
【權利要求】
1.一種燃料電池的發(fā)電特性估計裝置，包括: 基準特性設定部，其設定燃料電池的基準發(fā)電特性； 電流檢測部，其檢測燃料電池的實際電流； 電壓檢測部，其檢測燃料電池的實際電壓；以及 特性估計部，其基于上述實際電流時的基準發(fā)電特性上的電壓與實際電壓之間的電壓差來估計燃料電池的實際的發(fā)電特性， 其中，在燃料電池的暖機運轉過程中供給到燃料電池的氣體的壓力為規(guī)定值以上時，上述特性估計部實施發(fā)電特性的估計。
2.根據(jù)權利要求1所述的燃料電池的發(fā)電特性估計裝置，其特征在于， 上述特性估計部基于上述規(guī)定壓力的情況下的實際電流時的基準發(fā)電特性上的電壓與實際電壓之間的電壓差的至少兩個數(shù)據(jù)來估計實際電流與電壓差的相關性，基于所估計出的該相關性和燃料電池的基準發(fā)電特性來估計燃料電池的發(fā)電特性。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的燃料電池的發(fā)電特性估計裝置，其特征在于，還具備: 禁止部，其在零下時禁止從燃料電池向行駛馬達供給電力；以及 暖機運轉部，其通過向燃料電池的輔機供給電力來實施暖機，并且將供給到燃料電池的氣體的壓力控制為暖機后的運轉過程中的最大壓力。
4.根據(jù)權利要求3所述的燃料電池的發(fā)電特性估計裝置，其特征在于， 還包括行駛允許部，該行駛允許部基于上述發(fā)電特性估計部對發(fā)電特性的估計來允許向行駛馬達供給電力， 上述暖機運轉部即使在允許行駛后也繼續(xù)上述最大壓力的暖機運轉。
5.根據(jù)權利要求1所述的燃料電池的發(fā)電特性估計裝置，其特征在于， 還包括電阻檢測部，該電阻檢測部檢測燃料電池的內(nèi)部電阻， 上述特性估計部基于上述實際電流、上述電壓差以及上述內(nèi)部電阻來估計實際電流與電壓差的相關性，基于所估計出的該相關性和燃料電池的基準發(fā)電特性來估計燃料電池的發(fā)電特性。
6.根據(jù)權利要求1~5中的任一項所述的燃料電池的發(fā)電特性估計裝置，其特征在于， 上述基準特性設定部基于處于預先決定的規(guī)定溫度時的燃料電池的基準發(fā)電特性來設定基準發(fā)電特性上的電壓。
7.根據(jù)權利要求1~5中的任一項所述的燃料電池的發(fā)電特性估計裝置，其特征在于， 還包括允許溫度運算部，該允許溫度運算部基于開始對燃料電池的發(fā)電特性進行估計處理時的內(nèi)部電阻來運算燃料電池的運轉允許溫度， 上述基準特性設定部基于上述運轉允許溫度來設定基準發(fā)電特性上的電壓。
8.一種燃料電池的發(fā)電特性估計裝置，包括: 基準特性設定部，其設定燃料電池的基準發(fā)電特性； 電壓檢測部，其檢測燃料電池的實際電壓； 電流檢測部，其檢測燃料電池的實際電流；以及 特性估計部，其基于上述實際電壓時的基準發(fā)電特性上的電流與實際電流之間的電流差來估計燃料電池的實際的發(fā)電特性， 其中，在燃料電池的暖機運轉過程中供給到燃料電池的氣體的壓力為規(guī)定值以上時，上述特性估計部實施發(fā)電特性的估計。
9.根據(jù)權利要求1~8中的任一項所述的燃料電池的發(fā)電特性估計裝置，其特征在于， 還具備干燥控制部，該干燥控制部在上述燃料電池停止運轉時使內(nèi)部干燥。
【文檔編號】H01M8/00GK103765648SQ201280041015
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2012年8月14日 優(yōu)先權日:2011年8月23日
【發(fā)明者】松本充彥 申請人:日產(chǎn)自動車株式會社