BRPI0921807B1

BRPI0921807B1 - Dispositivo de controle de geração de energia e método de controle de geração de energia para célula de combustível.

Info

Publication number: BRPI0921807B1
Application number: BRPI0921807-6A
Authority: BR
Inventors: Michihiko Matsumoto; Keisuke Suzuki
Original assignee: Nissan Motor Co., Ltd.
Priority date: 2008-11-04
Filing date: 2009-10-28
Publication date: 2019-10-01
Also published as: RU2482577C2; BRPI0921807A2; US9246182B2; CN102204000A; CA2742611A1; CN102204000B; WO2010053027A1; EP2355219A1; EP2355219B1; RU2011122613A; EP3240076A1; EP2355219A4; JPWO2010053027A1; US20110217608A1; JP5327229B2; CA2742611C

Abstract

dispositivo de controle de geração de energia e método de controle de geração de energia para célula de combustível um dispositivo de controle de geração de energia (3) para uma célula de combustível ( 1) da presente invenção compreende: uma unidade de cálculo de energia gerada alvo (31) configurada para calcular energia gerada alvo da célula de combustível (1 ), com base em uma condição de carga de um dispositivo de carga elétrica conectado à célula de combustível ( 1 ); uma unidade de cálculo de corrente gerada alvo (34) configurada para calcular uma corrente gerada alvo a ser retirada da célula de combustível ( 1 ), com base na energia gerada alvo; uma unidade de cálculo de valor de limite de taxa de alteração de corrente (35) configurada para calcular um valor de limite para uma taxa de alteração na corrente gerada alvo, com base em um parâmetro de condição de operação correlacionado com uma temperatura de operação da célula de combustível (1 ); e uma unidade de limitar corrente (37) configurada para limitar a corrente gerada alvo de modo que a taxa de alteração na corrente gerada alvo não exceda o valor de limite calculado pela unidade de cálculo de valor de limite de taxa de alteração de corrente (35) .

Description

“DISPOSITIVO DE CONTROLE DE GERAÇÃO DE ENERGIA E MÉTODO DE CONTROLE DE GERAÇÃO DE ENERGIA PARA CÉLULA DE COMBUSTÍVEL”

CAMPO TÉCNICO

A presente invenção refere-se a um dispositivo de controle de geração de energia e um método de controle de geração de energia para uma célula de combustível configurada para gerar energia através do fornecimento de um gás combustível e um gás oxidante.

TÉCNICA ANTECEDENTE

Uma técnica descrita no seguinte Documento de patente 1 é conhecida até o presente como um dispositivo de controle de geração de energia para uma célula de combustível. No dispositivo de controle de geração de energia descrito no Documento de patente 1, um retardo de resposta de uma célula de combustível devido à falta de fornecimento de gás em um estado transiente e similar são levados em consideração. Especificamente, uma taxa de alteração em uma corrente tirada da célula de combustível é limitada a uma taxa que pode ser seguida pela célula de combustível, de modo a suprimir uma diminuição em eficiência de geração de energia da célula de combustível.

DOCUMENTO DA TÉCNICA ANTERIOR

DOCUMENTO DE PATENTE

Documento de patente 1: publicação do pedido de patente japonesa no. Hei 50151983

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

PROBLEMA A SER RESMOVIDO PELA INVENÇÃO

Enquanto isso, além da falta de fornecimento de gás, um dos fatores possíveis da diminuição em eficiência de geração de energia da célula de combustível é como abaixo. Especificamente, quando uma corrente é rapidamente tirada da célula de combustível em um curto tempo sob um ambiente de baixa temperatura, obstrução de água ocorre em poros de uma camada catalítica de catodo, por exemplo, e desse modo difusividade de oxigênio é diminuída. Entretanto, a diminuição em eficiência de geração de energia sob esse ambiente de temperatura baixa não é levada em consideração no dispositivo de controle de geração de energia para uma célula de combustível descrita no Documento de patente 1. Por conseguinte, há risco de que uma diminuição significativa em eficiência de geração de energia ocorre no estado transiente quando a corrente é retirada da célula de combustível sob o ambiente de baixa temperatura.

MEIO PARA RESOLVER O PROBLEMA

A presente invenção foi feita em vista do problema acima mencionado, e um objetivo da mesma é limitar uma taxa de alteração em uma corrente gerada alvo a ser retirada de uma célula de combustível com base em um parâmetro de condição operacional que é correlacionado com uma temperatura de operação da célula de combustível.

Um dispositivo de controle de geração de energia para uma célula de combustível de acordo com um primeiro aspecto da presente invenção compreende: uma unidade de cálculo de energia gerada alvo configurada para calcular energia gerada alvo de uma célula de combustível, com base em uma condição de carga de um dispositivo de carga elétrica conectado à célula de combustível; uma unidade de cálculo de corrente gerada alvo configurada para calcular uma corrente gerada alvo a ser retirada da célula de combustível, com base na energia gerada alvo; uma unidade de cálculo de valor limite de taxa de alteração de corrente configurada para calcular um valor limite para uma taxa de alteração na corrente gerada alvo, com base em um parâmetro de condição operacional correlacionado com uma temperatura operacional da célula de combustível; e uma unidade de limitação de corrente configurada para limitar a corrente gerada alvo de modo que a taxa de alteração na corrente gerada alvo não exceda o valor limite calculado pela unidade de cálculo de valor limite de taxa de alteração de corrente.

Um método de controle de geração de energia de acordo com um segundo aspecto da presente invenção compreende: limitar uma taxa de alteração em uma corrente gerada alvo a ser retirada de uma célula de combustível, com base em um parâmetro de condição operacional correlacionado com uma temperatura operacional da célula de combustível.

Um dispositivo de controle de geração de energia para uma célula de combustível de acordo com um terceiro aspecto da presente invenção compreende: uma unidade de cálculo de energia gerada alvo configurada para calcular energia gerada alvo de uma célula de combustível, com base em uma condição de carga de um dispositivo de carga elétrica conectada a célula de combustível; uma unidade de cálculo de corrente gerada alvo configurada para calcular uma corrente gerada alvo a ser retirada da célula de combustível, com base na energia gerada alvo; e uma unidade de limitar corrente configurada para executar limitação para gerar energia de tal modo que um valor de corrente gerada alvo seja determinada para uma carga exigida predeterminada em uma partida de baixa temperatura é menor do que um valor de corrente gerado alvo a ser determinado para a carga exigida em um aquecimento.

Um método de controle de geração de energia de acordo com um quarto aspecto da presente invenção compreende: calcular energia gerada alvo de uma célula de combustível, com base em uma condição de carga de um dispositivo de carga elétrica conectado à célula de combustível; calcular uma corrente gerada alvo a ser retirada da célula de combustível, com base na energia gerada alvo; calcular um valor limite para uma taxa de alteração na corrente gerada alvo, com base em um parâmetro de condição operacional correlacionado com uma temperatura operacional da célula de combustível; e limitar a corrente gerada alvo de modo que a taxa de alteração da corrente gerada alvo não excede o valor limite obtido pelo cálculo.

Um dispositivo de controle de geração de energia para uma célula de combustível de acordo com um quinto aspecto da presente invenção compreende: meio de cálculo de energia gerada alvo para calcular energia gerada alvo de uma célula de combustível, com base em uma condição de carga de um dispositivo de carga elétrica conectado à célula de combustível; meio de cálculo de corrente gerada alvo para calcular uma corrente gerada alvo a ser tirada da célula de combustível, com base na energia gerada alvo; uma meio de cálculo de valor de limite de taxa de alteração de corrente para calcular um valor de limite para uma taxa de alteração na corrente gerada alvo com base no parâmetro de condição de operação correlacionado com uma temperatura de operação da célula de combustível; e um meio de limitar corrente para limitar a corrente gerada alvo de modo que a taxa de alteração na corrente gerada alvo não exceda o valo limite calculado pelo meio de cálculo de valor de limite de taxa de alteração de corrente.

EFEITO DA INVENÇÃO

De acordo com a presente invenção, uma taxa de alteração em uma corrente gerada alvo pode ser limitada com consideração dada a uma condição de resolver obstrução de água causada por uma elevação em temperatura dentro de uma célula de combustível. Conseqüentemente uma diminuição significativa em eficiência de geração de energia em um estado transiente pode ser evitada mesmo quando a célula de combustível gera energia sob um ambiente de baixa temperatura.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A figura 1 é uma vista que mostra uma configuração de um sistema de célula de combustível de acordo com uma modalidade da presente invenção.

A figura 2 é um gráfico de tempo convencional que mostra um resultado seguinte de energia gerada efetiva em direção à energia gerada alvo quando limitação é imposta somente em um valor máximo de uma corrente gerada alvo a ser retirada de uma pilha de célula de combustível.

A figura 3 é um gráfico de tempo que mostra um resultado seguinte de energia gerada efetiva em direção à energia gerada alvo quando um controlador realiza processamento de controle de geração de energia utilizando a presente invenção.

A figura 4 é um fluxograma que mostra um fluxo do processamento de controle de geração de energia a ser realizado pelo controlador.

A figura 5 é um diagrama de bloco que mostra uma configuração funcional do controlador para realizar controle de geração de energia normal que é controle de geração de energia em uma condição móvel.

A figura 6 é um fluxograma que mostra um esboço do controle de geração de energia normal.

A figura 7 é um fluxograma que mostra detalhes de processamento de cálculo de energia gerada alvo na etapa S201 da figura 6.

A figura 8 é uma vista que mostra dados de mapa para calcular energia gerada exigida com base em uma quantidade de manipulação de acelerador e uma velocidade do carro.

A figura 9 é um fluxograma que mostra detalhes de processamento de cálculo de energia gerada efetiva na etapa S202 da figura 6.

A figura 10 é um fluxograma que mostra detalhes de controle de fornecimento de gás na etapa S203 da figura 6.

A figura 11 é uma vista que mostra dados de mapa para calcular uma corrente de instrução de gás com base em energia gerada alvo e uma temperatura operacional da pilha de células de combustível.

A figura 12 é uma vista que mostra dados de tabela para calcular uma pressão de gás alvo com base na corrente de instrução de gás.

A figura 13 é uma vista que mostra dados de tabela para calcular uma taxa de fluxo de ar alvo com base na corrente de instrução de gás.

A figura 14 é uma vista que mostra dados de mapa para calcular giros de instrução de compressor com base na taxa de fluxo de ar alvo e a pressão de gás alvo.

A figura 15 é um fluxograma que mostra detalhes de processamento de cálculo de valor de limite de taxa de alteração de corrente na etapa S204 da figura 6.

A figura 16 é uma vista que mostra dados de tabela para calcular um valor de limite para uma alteração ascendente em uma taxa de alteração de corrente com base na temperatura de operação da pilha de células de combustível.

A figura 17 é um fluxograma que mostra detalhes de processamento de cálculo de limite de corrente máximo na etapa S205 da figura 6.

A figura 18 é um fluxograma que mostra detalhes de processamento de cálculo de corrente gerada alvo na etapa S206 da figura 6.

A figura 19 é uma vista para explicar um exemplo de um método de cálculo para uma margem de aumento de energia gerada alvo.

A figura 20 é uma vista que mostra dados de tabela para calcular energia estacionária estimada com base em corrente gerada alvo após limitação.

A figura 21 é uma vista para explicar um exemplo de um método de cálculo para energia gerada alvo após correção.

A figura 22 é uma vista que mostra dados de tabela para calcular uma corrente gerada alvo com base em energia gerada alvo após correção.

A figura 23 é um fluxograma que mostra detalhes de processamento de limitação de corrente na etapa S207 da figura 6.

A figura 24 é um fluxograma que mostra detalhes de processamento de supressão de flutuação de energia na etapa S208 da figura 6.

A figura 25 é uma vista que mostra características de um filtro de baixa passagem.

A figura 26 é um fluxograma que mostra detalhes de processamento de cálculo de tensão gerada alvo na etapa S209 da figura 6.

MODOS PARA REALIZAR A INVENÇÃO

Uma modalidade específica da presente invenção será descrita abaixo em detalhe com referência aos desenhos em anexo.

A figura 1 é uma vista que mostra uma configuração de um sistema de célula de combustível 100 de acordo com essa modalidade. O sistema de célula de combustível 100 é montado como uma fonte de fornecimento de energia em um carro elétrico híbrido, pro exemplo, e é configurado para fornecer energia a dispositivos de carga elétrica como um motor de direção (fora do sistema de célula de combustível 100) e uma máquina auxiliar (dentro do sistema de célula de combustível 100) do carro elétrico híbrido, e inclui uma pilha de células de combustível 1 configurada com múltiplas células de combustível empilhadas juntas.

Cada das células de combustível constituindo a pilha de células de combustível 1 inclui um corpo ligado por eletrodo de membrana formado de tal modo que um eletrodo de combustível (um anodo) que recebe fornecimento de um gás de combustível e um eletrodo oxidante (um catodo) que recebe fornecimento de um gás oxidante são dispostos para estarem voltados um para o outro com uma membrana de eletrólito de polímero sólido disposta entre os mesmos, o corpo ligado por eletrodo de membrana encaixado por um separador. O separador de cada das células de combustível constituindo a pilha de células de combustível 1 inclui uma passagem de gás de combustível no lado de anodo para o gás de combustível fluir através da mesma, e uma passagem de gás oxidante no lado de catodo para o gás oxidante fluir através da mesma. Além disso, à medida que o gás de combustível contendo hidrogênio é fornecido ao lado de anodo de cada célula de combustível e o gás oxidante (ar) contendo oxigênio é fornecido ao lado de cátodo de cada célula de combustível, a pilha de células de combustível 1 executa a geração de energia por reações eletroquímicas mostradas abaixo na fórmula (1) e fórmula (2).

Anodo (eletrodo de combustível): H₂ -> 2H⁺ + 2e’.... (1)

Catodo (eletrodo oxidante): 2H⁺ + 2e‘ + (1/2) O₂ -> H₂O ... (2)

Além da pilha de células de combustível 1 configura para realizar geração de energia, o sistema de células de combustível 100 de acordo com essa modalidade também inclui um sistema de fornecimento de hidrogênio configurado para fornecer o gás de combustível (hidrogênio puro é utilizado como o gás de combustível na seguinte descrição) para a pilha de células de combustível 1, um sistema de fornecimento de ar configurado para fornecer o ar que serve como o gás oxidante para a pilha de células de combustível 1, um sistema de resfriamento configurado para resfriar a pilha de células de combustível 1, um dispositivo de controle de energia 2 configurado para controlar a retirada de energia da pilha de células de combustível 1, e um controlador 3 (um dispositivo de controle de geração de energia) configurado para executar controle geral de operações no sistema de célula de combustível 100.

O sistema de fornecimento de hidrogênio inclui um tanque de hidrogênio 4 configurado para armazenar hidrogênio que serve como o gás de combustível, uma válvula de controle de pressão de hidrogênio 5 configurada para ajustar uma pressão do hidrogênio fornecido a partir do tanque de hidrogênio 4, um ejetor 6 configurado para misturar o hidrogênio fornecido a partir do tanque de hidrogênio 4 com hidrogênio recirculado, uma passagem de circulação de hidrogênio 7 configurada para recircular o hidrogênio não consumido na pilha de células de combustível 1, uma válvula de purgação de hidrogênio 8 configurada para descarregar uma impureza não utilizada nas reações na pilha de células de combustível 1, um sensor de temperatura de tanque 9 configurado para detectar uma temperatura dentro do tanque de hidrogênio 4, um sensor de pressão de tanque 10 configurado para detectar uma pressão dentro do tanque de hidrogênio 4, um sensor de temperatura de entrada de hidrogênio 11 configurado para detectar uma temperatura do hidrogênio em uma entrada de anodo da pilha de célula de combustível 1, e um sensor de pressão de entrada de hidrogênio 12 configurado para detectar uma pressão do hidrogênio na entrada de anodo da pilha de células de combustível 1.

Nesse sistema de fornecimento de hidrogênio, o hidrogênio é armazenado no tanque de hidrogênio 4, e a temperatura e a pressão dentro do tanque de hidrogênio 4 são medidas pelo sensor de temperatura de tanque 9 e sensor de pressão 10, respectivamente. O hidrogênio de pressão elevada tirado do tanque de hidrogênio 4 é submetido a controle de pressão pela válvula de controle de pressão de hidrogênio 5 e é fornecido ao ejetor 6, e é misturado com o hidrogênio que passa através da passagem de circulação de hidrogênio 7 no ejetor 6. Então, o hidrogênio misturado no ejetor 6 é fornecido ao anodo da pilha de células de combustível 1. Aqui, a temperatura e a pressão do hidrogênio na entrada de anodo da pilha de células de combustível 1 são respectivamente detectadas pelo sensor de temperatura de entrada de hidrogênio 11 e sensor de pressão de entrada de hidrogênio 12 e são transmitidas para o controlador 3. Posteriormente, o controle da válvula de controle de pressão de hidrogênio 5 é realizado pelo controlador 3 com base na pressão medida pelo sensor de pressão de entrada de hidrogênio 12. Enquanto isso, o hidrogênio descarregado da pilha de células de combustível 1 flui normalmente para a passagem de circulação de hidrogênio 7 quando a válvula de purgação de hidrogênio 8 está fechada. Entretanto, a válvula de purgação de hidrogênio 8 é aberta quando vazamento de água (inundação) ou similar ocorre na pilha de células de combustível 1 ou quando uma pressão operacional da pilha de células de combustível 1 necessita ser reduzida, por exemplo, de modo que o hidrogênio que existe dentro da passagem de circulação de hidrogênio 7 e pilha de células de combustível 1 é descarregado. Aqui, a pressão operacional da pilha de células de combustível 1 é variável. Especificamente, a pressão de gás é ajustada apropriadamente dependendo de um output a ser tirado da pilha de células de combustível 1 ou da temperatura do mesmo.

O sistema de fornecimento de ar inclui um compressor 13 configurado para pressurizar e distribuir o ar que serve como o gás oxidante, um sensor de taxa de fluxo de ar 14 configurado para detectar uma taxa de fluxo do ar distribuído a partir do compressor 13, uma passagem de fornecimento de ar 15 configurada para fornecer o ar distribuído a partir do compressor 13 para o catodo da pilha de células de combustível 1, um sensor de pressão de entrada de ar 16 configurado para detectar uma pressão do ar na entrada de catodo da pilha de células de combustível 1, uma passagem de ar de descarga 17 configurada para descarregar o ar a partir do catodo da pilha de células de combustível 1, e uma válvula de controle de pressão de ar 18 configurada para controlar uma pressão do ar na pilha de células de combustível 1.

Nesse sistema de fornecimento de ar, o compressor 13 tira o ar da atmosfera e então pressuriza e distribui o ar tirado. O ar distribuído do compressor 13 é medido pelo sensor de taxa de fluxo de ar 14, então enviado para a passagem de fornecimento de ar 15, e fornecido ao catodo da pilha de células de combustível 1. Nesse aspecto, o sensor de pressão de entrada de ar 16 detecta uma pressão do ar na entrada de catodo da pilha de célula de combustível 1, e o controlador 3 controla uma abertura da válvula de controle de pressão de ar 18 com base na pressão detectada.

O sistema de resfriamento inclui uma bomba de circulação de refrigerante 19 configurada para circular um refrigerante para resfriar a pilha de células de combustível 1, um sensor de temperatura de refrigerante 20 configurado para detectar uma temperatura do refrigerante descarregado da pilha de células de combustível 1, e um permutador de calor 21 configurado para irradiar calor a partir do refrigerante circulado para resfriamento.

Nesse sistema de resfriamento, o refrigerante para resfriar a pilha de células de combustível 1 é circulado pela bomba de circulação de refrigerante 19, e a temperatura do refrigerante aquecida por absorver o calor a partir da pilha de células de combustível 1 é medida pelo sensor de temperatura de refrigerante 20 e o refrigerante é então enviado para o permutador de calor 21 e é resfriado por irradiação do calor por intermédio do permutador de calor 21.

O dispositivo de controle de energia 2 é um conversor CC/CC do tipo Buck-boost. Sendo disposto entre a pilha de células de combustível 1 e o dispositivo de carga elétrica como o motor de acionamento fora do sistema, o dispositivo de controle de energia 2 controla a retirada de energia da pilha de células de combustível 1. Nesse conversor CC/CC, elementos de comutação diferentes são operados para executar conversão escalonada ascendente e conversão escalonada descendente, e uma tensão desejada pode ser transmitida de acordo com uma razão de carga de um sinal de controle a ser aplicado aos elementos de comutação. Portanto, os elementos de comutação são controlados para transmitir uma tensão igual a ou acima de uma tensão de entrada no momento de conversão escalonada ascendente enquanto os elementos de comutação são controlados para transmitir uma tensão igual a ou abaixo da tensão de entrada no momento de conversão escalonada descendente.

Além disso, o sistema de célula de combustível 100 inclui um sensor de corrente 22 configurado para detectar uma corrente gerada da pilha de células de combustível 1, e um sensor de tensão 23 configurado para detectar uma tensão gerada da pilha de células de combustível 1. Valores de detecção do sensor de corrente 22 e sensor de tensão 23 são transmitidos para o controlador 3.

O controlador 3 inclui um microcomputador tendo, por exemplo, uma unidade de processamento central (CPU), uma memória de acesso aleatório (RAM), uma memória somente de leitura (ROM), e uma interface de entrada-saída (interface l/O) e é configurado para executar controle geral de operações no sistema de célula de combustível 100 por executar programas de controle predeterminados. Especificamente, o controlador 3 controla as operações do sistema de célula de combustível 100 por receber outputs a partir de todos os sensores acima descritos dentro do sistema de célula de combustível 100 e transmitir sinais de acionamento para acionadores configurados para acionar as várias máquinas auxiliares como o compressor 13 e a válvula de purgação de hidrogênio 8. Enquanto isso, o controlador 3 é configurado para controlar as operações do dispositivo de controle de energia 2 incluindo o conversor CC/CC por realizar processamento de controle de geração de energia a ser descrito posteriormente em detalhe, e desse modo permitir que energia gerada efetiva da pilha de células de combustível 1 siga energia gerada alvo precisamente sem ocorrência de uma diminuição significativa em eficiência de geração de energia. Isto quer dizer, a presente invenção é aplicada ao controlador 3 (o dispositivo de controle de geração de energia). Enquanto isso, o controlador 3 pode incluir múltiplos microcomputadores, e também pode ser um dispositivo configurado para executar múltiplas tarefas de controle além do controle do processamento de controle de geração de energia a ser descrito posteriormente.

Agora, um resultado seguinte da energia gerada efetiva em direção à energia gerada alvo da pilha de células de combustível 1 será explicado no caso onde o controlador 3 no sistema de células de combustível 100 dessa modalidade desse modo configurado realiza o processamento de controle de geração de energia a ser descrito posteriormente (figura 3(a), figura 3(b)). Aqui, o caso será descrito em comparação com um caso onde a limitação é imposta somente em um valor máximo de uma corrente gerada alvo a ser tirada da pilha de células de combustível 1 (figura 2(a), figura 2(b)).

No caso onde a limitação é imposta somente no valor máximo da corrente gerada alvo a ser retirada da pilha de células de combustível 1, uma tensão gerada da pilha de célu

Ias de combustível 1 diminui às vezes subitamente em um estado transiente como mostrado na figura 2(b) quando a corrente gerada é tirada da pilha de células de combustível 1 sob um ambiente de baixa temperatura. A seguir, devido ao súbito declínio na tensão gerada nesse estado transiente, a energia gerada efetiva a ser tirada da pilha de células de combustível 1 pode diferir significativamente da energia gerada alvo como mostrado na figura 2(a).

Por outro lado, no caso onde o controlador 3 realiza o processamento de controle de geração de energia a ser descrito posteriormente, é possível suprimir a diminuição na tensão gerada da pilha de células de combustível 1 no estado transiente como mostrado na figura 3(b) quando a corrente gerada é tirada da pilha de células de combustível 1 sob a condição de baixa temperatura (incluindo temperaturas abaixo de zero). Isso é porque uma taxa de alteração (uma taxa de alteração ascendente) na corrente gerada alvo a ser tirada da pilha de células de combustível 1 é limitada com consideração dada a uma influência de degradação em um desempenho de dispersão de oxigênio em uma condição de obstrução de água ocorrendo em poros de uma camada catalítica de catodo, e uma condição de resolver a obstrução de água causada por uma elevação em temperatura dentro da célula de combustível devido à corrente gerada a ser tirada da pilha de células de combustível 1, por exemplo. Além disso, a energia gerada efetiva pode seguir a energia gerada alvo enquanto a taxa de alteração na corrente gerada alvo é mantida na vizinhança de um valor limite. Conseqüentemente, a resposta de energia mais curta de acordo com uma temperatura de operação da pilha de células de combustível 1 pode ser obtida.

A seguir, o processamento de controle de geração de energia pelo controlador 3 utilizando a presente invenção será descrito com referência a um fluxograma da figura 4. A série do processamento indicado no fluxograma da figura 4 é executada pelo controlador 3 em um período de tempo predeterminado (como um período de 10 microssegundos).

Quando o fluxo na figura 4 é iniciado, o controlador 3 detecta primeiramente a temperatura de operação da pilha de células de combustível 1 na etapa S101. Aqui, um parâmetro de condição operacional correlacionado com a temperatura de operação da pilha de células de combustível 1, como uma temperatura do refrigerante que absorve a temperatura da pilha de células de combustível 1, é utilizada como a temperatura de operação da pilha de células de combustível 1. Especificamente, o controlador 3 entra um valor de detecção de temperatura do sensor de temperatura de refrigerante 20 e utiliza esse valor de detecção de temperatura do sensor de temperatura de refrigerante 20 como a temperatura de operação da pilha de células de combustível 1.

A seguir, um discernimento é feito na etapa S102 com relação a se a pilha de células de combustível 1 está ou não em um estado móvel de geração de energia. Aqui, quando a temperatura de operação da pilha de células de combustível 1 detectada na etapa S101 é igual a ou acima de T1 e um indicador de conclusão de aquecimento é ajustado em “1”, um discernimento é feito de que a pilha de células de combustível 1 está no estado móvel de geração de energia e o processamento vai para a etapa S103. Por outro lado, se a condição acima mencionada não for atendida, um discernimento é feito de que a pilha de células de combustível 1 não está no estado móvel de geração de energia e o processamento vai para a etapa S104. Observe que o indicador de conclusão de aquecimento é um indicador que indica que o processamento na etapa S105 a ser descrito posteriormente não necessita ser realizado. Enquanto isso, o limite de temperatura T1 é ajustado em uma temperatura na qual a pilha de células de combustível 1 pode ser congelada com consideração dada a um erro de local entre a pilha de células de combustível 1 e o sensor de temperatura de refrigerante 20 utilizado na etapa S101, por exemplo.

O controle de geração de energia normal que representa o controle de geração de energia no estado móvel é realizado na etapa S104. O conteúdo específico desse controle de geração de energia normal será descrito posteriormente em detalhe.

Enquanto isso, na etapa S104, o indicador de conclusão de aquecimento é ajustado em “0” e um indicador de implementação de operação de aquecimento é ajustado em “1” para discernir implementação da operação de aquecimento.

A seguir, a operação de aquecimento para ajustar a pilha de células de combustível 1 no estado móvel de geração de energia é realizada na etapa S105. Aqui, a operação de aquecimento é a operação para elevar a temperatura da pilha de células de combustível 1 utilizando auto-aquecimento causado pela geração de energia da pilha de células de combustível 1, por exemplo.

A seguir, um discernimento é feito na etapa S106 com relação a se deve terminar ou não a operação de aquecimento. Aqui, um discernimento é feito de que a pilha de células de combustível 1 é ajustada no estado móvel de geração de energia se a temperatura de operação da pilha de células de combustível 1 detectada na etapa S101 for igual a ou acima de T2, por exemplo, e a operação de aquecimento é terminada. Então, na etapa seguinte S107, o indicador de conclusão de aquecimento é ajustado em “1” e o processamento de controle de geração de energia é terminado. Por outro lado, se a temperatura de operação da pilha de células de combustível 1 detectada na etapa S101 estiver abaixo de T2, a operação de aquecimento continua e o processamento de controle de geração de energia é terminado. Aqui, o limite de temperatura T2 é ajustado em uma temperatura na qual um discernimento pode ser feito de que a pilha de células de combustível 1 está no estado móvel de geração de energia, ou é ajustado em uma temperatura na qual a pilha de células de combustível 1 não necessita a operação de aquecimento novamente posteriormente, com consideração dada ao erro de local entre a pilha de células de combustível 1 e o sensor de temperatura de refrigerante 20 utilizado na etapa S101 bem como uma alteração no estado de geração de energia devido à obstrução da água gerada na membrana durante a operação de aquecimento.

A seguir, o controle de geração de energia normal na etapa S103 no fluxograma da figura 4 será descrito adicionalmente em detalhe.

A figura 5 é um diagrama de blocos que mostra uma configuração funcional do controlador 3 para realizar controle de geração de energia normal. Esse controle de geração de energia normal é o controle a ser executado com base em uma condição de carga do dispositivo de carga elétrica conectado à pilha de célula de combustível 1. A seguir, um exemplo do controle de geração de energia normal será descrito com o caso em mente onde o sistema de células de combustível é montado em um carro elétrico híbrido, por exemplo.

Como uma configuração funcional para realizar a geração de energia normal, o controlador 3 inclui uma unidade de cálculo de energia gerada alvo 31, uma unidade de cálculo de energia gerada efetiva 32, uma unidade de controle de fornecimento de gás 33, uma unidade de cálculo de corrente gerada alvo 34, uma unidade de cálculo de valor de limite de taxa de alteração de corrente 35, uma unidade de cálculo de limite de corrente máxima 36 (uma unidade de cálculo de valor de limite superior de corrente), uma unidade de limitação de corrente 37, uma unidade de supressão de flutuação de energia 38, uma unidade de cálculo de tensão gerada alvo 39, e uma unidade de controle de tensão gerada 40 como mostrado na figura 5.

A unidade de cálculo de energia gerada alvo 31 calcula a energia gerada alvo da pilha de células de combustível 1, com base em um parâmetro de carga e similar do motor de acionamento que é acionado mediante solicitação de um motorista.

A unidade de cálculo de energia gerada efetiva 32 calcula a energia gerada efetiva a ser tirada da pilha de células de combustível 1 pelo dispositivo de controle de energia 2, com base em um valor de detecção de corrente pelo sensor de corrente 22 e um valor de detecção de tensão pelo sensor de tensão 23.

A unidade de controle de fornecimento de gás 33 executa controle de fornecimento do hidrogênio e o ar para a pilha de células de combustível 1, com base na energia gerada alvo calculada pela unidade de cálculo de energia gerada alvo 31.

Para que a energia gerada efetiva siga a energia gerada alvo precisamente, a unidade de cálculo de corrente gerada alvo 34 calcula a corrente gerada alvo, que é o valor alvo da corrente a ser tirada da pilha de células de combustível 1 pelo dispositivo de controle de energia 2, com base na energia gerada alvo calculada pela unidade de calculo de energia gerada alvo 31, a energia gerada efetiva calculada pela unidade de cálculo de energia gerada efetiva 32, e uma saída da unidade de limitar corrente 37.

A unidade de cálculo de valor de limite de taxa de alteração de corrente 35 calcula um valor de limite para uma taxa de alteração ascendente na corrente gerada alvo e um valor de limite para uma taxa de alteração descendente na corrente gerada alvo como valores de limite para a taxa de alteração na corrente gerada alvo.

A unidade de cálculo de limite de corrente máxima 36 calcula um valor de limite superior para a corrente gerada alvo (um limite de corrente máxima).

Com base nos valores de limite para a taxa de alteração de corrente calculada pela unidade de cálculo de valor de limite de taxa de alteração de corrente 35 e limite de corrente máximo calculado pela unidade de cálculo de limite de corrente máxima 36, a unidade de limitação de corrente 37 limita a corrente gerada alvo calculada pela unidade de cálculo de corrente gerada alvo 34, e transmite a corrente gerada alvo após a limitação.

A unidade de suprimir flutuação de energia 38 submete a corrente gerada alvo após a limitação, que é a saída da unidade de limitar corrente 37, para processamento de filtro de baixa passagem de modo que uma flutuação da energia gerada efetiva não aumenta devido a uma flutuação instantânea em uma característica IV (uma característica de tensãocorrente) influenciada pela obstrução da água gerada na membrana da pilha de células de combustível 1 e similar.

A unidade de cálculo de tensão gerada alvo 39 converte a corrente gerada alvo que foi submetida ao processamento de filtro de baixa passagem pela unidade de suprimir flutuação de energia 38, em uma tensão gerada alvo a ser controlada pelo dispositivo de controle de energia 2.

A unidade de controle de tensão gerada 40 controla as operações do dispositivo de controle de energia 2, com base na tensão gerada alvo calculada pela unidade de cálculo de tensão gerada alvo 39.

O controlador 3 configurado como descrito acima realiza o controle de geração de energia normal de acordo com procedimentos mostrados em um fluxograma da figura 6, por exemplo.

Especificamente, a energia gerada alvo da pilha de células de combustível 1 é calculada primeiramente pela unidade de cálculo de energia gerada alvo 31 na etapa S201.

A seguir, a energia gerada efetiva da pilha de células de combustível 1 é calculada pela unidade de cálculo de energia gerada efetiva 32 na etapa S202.

Então, na etapa S203, o controle de fornecimento do hidrogênio e ar para a pilha de células de combustível 1 é realizado pela unidade de controle de fornecimento de gás 33, com base na energia gerada alvo calculada na etapa S201.

Subseqüentemente, um valor de limite para uma taxa de alteração ascendente na corrente gerada alvo e um valor de limite para uma taxa de alteração descendente na corrente gerada alvo são calculados pela unidade de cálculo de valor de limite de taxa de alteração de corrente 35 na etapa S204.

Posteriormente, na etapa S205, um valor de limite superior para a corrente gerada alvo (um limite de corrente máxima) é calculado pela unidade de cálculo de limite de corrente máxima 36, com base na energia gerada efetiva calculada na etapa S202.

Após isso, a corrente gerada alvo da pilha de células de combustível 1 é calculada pela unidade de cálculo de corrente gerada alvo 34 na etapa S206.

A seguir, na etapa S207, a corrente gerada alvo calculado na etapa S206 é limitada pela unidade de limitar corrente 37, com base no valor de limite para a taxa de alteração ascendente e o valor de limite para a taxa de alteração descendente na corrente gerada alvo calculada na etapa S204 bem com baseado no valor de limite superior para a corrente gerada alvo (o limite de corrente máxima) calculado na etapa S205.

Então, na etapa S208, a corrente gerada alvo após a limitação na etapa S207 é submetida ao processamento de filtro de baixa passagem pela unidade de suprimir flutuação de energia 38.

Subseqüentemente, na etapa S209, a corrente gerada alvo que foi submetida ao processamento de filtro de baixa passagem na etapa S208 é convertido na tensão gerada alvo pela unidade de cálculo de tensão gerada alvo 39.

Posteriormente, na etapa S210, a unidade de controle de tensão gerada 40 controla as operações do dispositivo de controle de energia 2 de modo que a tensão gerada alvo obtida na etapa S209 seja realizada, e desse modo o processamento do controle de geração de energia normal é terminado.

A figura 7 é um fluxograma que mostra detalhes de processamento pela unidade de cálculo de energia gerada alvo 31 na etapa S201 da figura 6.

A unidade de cálculo de tensão gerada alvo 31 detecta primeiramente uma quantidade de manipulação de acelerador por um motorista com base em uma saída a partir de um sensor de acelerador instalado em um veículo na etapa S301, e detecta a velocidade do veículo com base em uma saída de um sensor de velocidade de carro instalado no veículo na etapa S302.

A seguir, na etapa S303, um valor alvo de energia (energia de motor de acionamento alvo) a ser fornecido para o motor de acionamento é calculado pelo uso de dados de mapa mostrados na figura 8, com base na quantidade de manipulação de acelerador detectada na etapa S301 e velocidade do veículo detectada na etapa S302.

Então, energia que é efetivamente consumida pelas máquinas auxiliares dentro do sistema de célula de combustível 100 (consumo efetivo de energia de máquina auxiliar) é calculada na etapa S304. Esse consumo efetivo de energia de máquina auxiliar é calculado pela detecção de tensões e correntes das máquinas auxiliares para obter geração de energia da pilha de célula de combustível 1, detectar consumo de energia auxiliar calculado por multiplicar esses valores, detectar os números de giros e torques nos casos da bomba de refrigerante 19, compressor 13 e similar, obter valores calculados por multiplicar esses valo res, e então adicionar perdas de energia a esses valores. Essa perda de energia é estimada por entrar o número de giros e torque em dados de mapa de perda.

Subseqüentemente, na etapa S305, a energia gerada alvo que é o valor alvo da energia a ser gerada pela pilha de células de combustível 1 é calculada por adicionar a energia de motor de acionamento alvo calculada na etapa S303 para o consumo efetivo de energia de máquina auxiliar calculado na etapa S304. Conseqüentemente o processamento pela unidade de cálculo de energia gerada alvo 31 é concluído.

A figura 9 é um fluxograma que mostra detalhes de processamento pela unidade de cálculo de energia gerada efetiva 32 na etapa S202 da figura 6.

A unidade de cálculo de energia gerada efetiva 32 detecta primeiramente uma corrente gerada da pilha de células de combustível 1 com base em uma saída a partir do sensor de corrente 22 na etapa S401, e detecta uma tensão gerada da pilha de células de combustível 1 com base em uma saída a partir do sensor de tensão 23 na etapa S402.

A seguir, na etapa S403, a energia gerada efetiva da pilha de células de combustível 1 é calculada multiplicando a corrente gerada da pilha de células de combustível 1 detectada na etapa S401 pela tensão gerada da pilha de células de combustível 1 detectada na etapa S402. Conseqüentemente, o processamento pela unidade de cálculo de energia gerada efetiva 32 é concluído.

A figura 10 é um fluxograma que mostra detalhes de processamento pela unidade de controle de fornecimento de gás 33 na etapa S302 da figura 6.

Primeiramente, na etapa S501, a unidade de controle de fornecimento de gás 33 decide se a operação de aquecimento está em progresso ou não com base em se o indicador de implementação de operação de aquecimento está ou não ajustado em “1”. Então, se o indicador de implementação de operação de aquecimento for ajustado em “1”, isto é, se a operação de aquecimento está em progresso, então correntes de instrução de gás para determinar pressões de gás e taxas de fluxo de gás são calculadas na etapa S502 pelo uso de dados de mapa como mostrado na figura 11, por exemplo. Os dados de mapa utilizados aqui são projetados de modo que a corrente de instrução de gás não caia abaixo da corrente gerada a ser tirada do dispositivo de controle de energia 2 por captar, utilizando dados experimentais e similares, sensibilidade de temperatura da característica IV e degradação na característica IV em um estado constante devido à influência da obstrução da água gerada na membrana causada pela pilha de células de combustível 1 durante a operação de aquecimento.

Enquanto isso, se o indicador de implementação de operação de aquecimento for ajustado em “0”, isto é, se a operação de aquecimento não estiver em progresso, então as correntes de instrução de gás são calculadas pelo uso de dados de mapa na etapa S503 em um modo similar à etapa S502. Os dados de mapa utilizados aqui são projetados com base em valores de medição a partir de experimentos e similar sem conter uma margem de degradação na característica IV no estado constante devido à influência da obstrução da água gerada na membrana causada pela pilha de células de combustível 1 durante a operação de aquecimento.

A seguir, uma pressão de gás alvo é calculada na etapa S504. Essa pressão de gás alvo é calculada pelo uso de dados de tabela mostrados na figura 12 com base na corrente de instrução de gás calculada na etapa S502 ou na etapa S503. Os dados de tabela são estabelecidos em consideração de eficiência de geração de energia da pilha de células de combustível 1, por exemplo.

Então, o controle de pressão do hidrogênio é executado na etapa S505. Esse controle de pressão do hidrogênio é configurado para controlar a pressão de hidrogênio no anodo por operar a válvula de controle de pressão de hidrogênio 5 com base na pressão de gás alvo calculada na etapa S504. Nesse aspecto, a operação da válvula de controle de pressão de hidrogênio 5 é executada por determinar uma abertura instruída da válvula de controle de hidrogênio 5 por controle de realimentação com base em um desvio entre a pressão de gás alvo e a pressão de hidrogênio da pilha de células de combustível 1 detectada pelo sensor de pressão de entrada de hidrogênio 12. Observe que esse controle de realimentação pode ser também estruturado por outros métodos bem conhecidos incluindo controle de PI, controle adaptável de referência de modelo, e similar. Enquanto isso, a abertura instruída da válvula de controle de pressão de hidrogênio 5 calculada aqui é emitida do controlador 3 para um circuito de acionamento da válvula de controle de pressão de hidrogênio 5, pelo que a válvula de controle de pressão de hidrogênio 5 é acionada de acordo com a abertura instruída.

Subseqüentemente, o controle de taxa de fluxo de ar é executado na etapa S506. Esse controle de taxa de fluxo de ar é executado como descrito abaixo, por exemplo. Primeiramente, uma taxa de fluxo de ar alvo é calculada pelo uso de dados de tabela mostrados na figura 13 com base na corrente de instrução de gás calculada na etapa S502 ou na etapa S503. Os dados de tabela são estabelecidos para obter uma razão de utilização de ar de modo que uma falta de fornecimento de ar local não ocorre dentro da pilha de células de combustível 1. Então, após a taxa de fluxo de ar alvo ser calculada, um número instruído de giros de compressor é calculado pelo uso de dados de mapa mostrados na figura 14 com base na taxa de fluxo de ar alvo e pressão de gás alvo. Observe que os dados do mapa são projetados com base em características da taxa de fluxo de ar para o número de giros e uma razão de pressão do compressor 13. Enquanto isso, o número instruído de giros de compressor calculados aqui é emitido a partir do controlador 3 para um circuito de acionamento do compressor, pelo que o compressor 13 é acionado de acordo com o número instruído de giros.

Posteriormente, controle de pressão de ar é executado na etapa S507. Esse controle de pressão de ar é configurado para controlar a pressão de ar por operar a válvula de controle de pressão de ar 18 com base na pressão de gás alvo calculada na etapa S504. A operação da válvula de controle de pressão de ar 18 é executada por determinar uma abertura instruída da válvula de controle de pressão de ar 18 por controle de realimentação com base em um desvio entre a pressão de gás alvo e a pressão de ar da pilha de células de combustível 1 detectada pelo sensor de pressão de entrada de ar 16. Observe que esse controle de realimentação também pode ser estruturado por métodos bem conhecidos como controle PI e controle adaptável de referência de modelo. Enquanto isso, a abertura instruída da válvula de controle de pressão de ar 18 calculada aqui é emitida a partir do controlador 3 para um circuito de acionamento da válvula de controle de pressão de ar 18, pelo que a válvula de controle de pressão de ar 18 é acionada de acordo com a abertura instruída. Conseqüentemente o processamento pela unidade de controle de fornecimento de gás 33 é concluído.

A figura 15 é um fluxograma que mostra detalhes de processamento pela unidade de cálculo de valor de limite de taxa de alteração de corrente 35 na etapa S204 da figura 6.

Primeiramente, na etapa S601, a unidade de cálculo de valor de limite de taxa de alteração de corrente 35 decide se a operação de aquecimento está ou não em progresso com base em se o indicador de implementação de operação de aquecimento é ajustado ou não em “1”. A seguir, se o indicador de implementação de operação de aquecimento for ajustado em “Τ’, isto é, se a operação de aquecimento estiver em progresso, então o valor de limite para a taxa de alteração ascendente na corrente gerada alvo a ser tirada da pilha de células de combustível 1 após a implementação de operação de aquecimento ser calculada na etapa S602. Aqui, o valor de limite para a taxa de alteração ascendente na corrente gerada alvo é calculada pelo uso de dados de tabela na figura 16 com base na temperatura de operação da pilha de células de combustível 1 detectada na etapa S101 da figura 4. Isto é, ao longo do aumento na temperatura de operação da pilha de células de combustível 1, um valor mais elevado é calculado como o valor de limite para a taxa de alteração ascendente na corrente gerada alvo. Especificamente, um valor de limite para uma taxa de elevação é relaxado. Os dados de tabela são projetados a partir de um ponto de vista de evitar diminuição significativa em eficiência de geração de energia no estado transiente após a operação de aquecimento. Para ser mais preciso, por exemplo, uma quantidade de obstrução de água que ocorrem em uma camada catalítica de catodo durante a operação de aquecimento e uma situação de resolver a obstrução de água no momento de elevação de temperatura dentro da pilha de células de combustível 1 para a taxa de alteração na corrente gerada a ser tirada da pilha de células de combustível 1 pelo dispositivo de controle de energia 2 são estabelecidos com base em desenho de mesa. Alternativamente, também é possível utilizar dados de mapa preparados por adicionar a corrente gerada alvo tirada do dispositivo de controle de energia 2 durante a operação de aquecimento ou um valor integrado da corrente gerada efetiva, por exemplo, em vez da temperatura de operação da pilha de células de combustível 1.

Por outro lado, se o indicador de implementação de operação de aquecimento for ajustado em “0”, isto é, se a operação de aquecimento não for realizada, então um valor fixo é definido como o valor de limite para a taxa de alteração ascendente na corrente gerada alvo para implementação de operação não de aquecimento. Esse valor fixo é estabelecido de modo que a energia gerada efetiva não difira significativamente da energia gerada alvo à luz de uma resposta transiente exigida para energia de motor de acionamento e similar.

A seguir, o valor de limite para a taxa de alteração descendente na corrente gerada alvo calculada na etapa S604. Aqui, o valor limitado também é ajustado para a taxa de alteração descendente na corrente gerada alvo de tal modo que um desvio de estado constante entre a energia gerada efetiva e a energia gerada alvo não ocorra, isto é, a diferença entre a energia gerada alvo e a energia gerada efetiva não é igual a ou acima de um valor predeterminado mesmo se a energia gerada alvo obtida na etapa S201 da figura 6 variar devido à flutuação de medição do parâmetro de carga utilizado para o cálculo e similar. Esse valor de limite para a taxa de alteração descendente é ajustado em um valor obtido por multiplicar o valor de limite para a taxa de alteração ascendente calculada na etapa S602 ou na etapa S603 por -1, por exemplo. Enquanto isso, também é possível estabelecer o valor de tal modo que o desvio de estado constante entre a energia gerada alvo e a energia gerada efetiva não seja igual a ou acima do valor predeterminado após uma relação entre a característica IV da pilha de células de combustível 1 e o limite para a taxa da alteração ascendente na corrente gerada alvo é investigada com base em dados experimentais. Conseqüentemente o processamento pela unidade de cálculo de valor de limite e de taxa de alteração de corrente 35 é concluído.

A figura 17 é um fluxograma que mostra detalhes de processamento pela unidade de cálculo de limite de corrente máxima 36 na etapa S205 da figura 6. Como será descrito posteriormente em detalhe, esse processamento pela unidade de cálculo de limite de corrente máxima 36 é destinado a limitar o valor máximo da corrente gerada alvo em conformidade com a limitação da energia gerada alvo de modo que a tensão gerada da pilha de células de combustível 1 não caia abaixo de um valor de limite inferior predeterminado.

Em primeiro lugar, na etapa S701, a unidade de cálculo de limite de corrente máxima 36 armazena todos os valores da energia gerada efetiva (a energia gerada efetiva calculada na etapa S202 da figura 6) antes do tempo predeterminado. Aqui, o tempo predeterminado é ajustado em tempo que inclui um período ou mais de um elemento de flutuação tendo o período mais lento com consideração dada para flutuações de medição no estado constante do sensor de corrente 22 e o sensor de tensão 23 utilizado para o cálculo da energia gerada efetiva bem como flutuação de distúrbio, por exemplo.

A seguir, na etapa S702, a energia gerada efetiva (energia para cálculo de corrente máxima) utilizada para calcular o valor de limite superior da corrente gerada alvo (o limite de corrente máxima) é selecionada dos valores da energia gerada efetiva antes do tempo predeterminado armazenado na etapa S702. Aqui, o valor máximo da energia gerada efetiva armazenada é selecionado como a energia para cálculo de corrente máxima, a partir de um ponto de vista de suprimir limitação da corrente máxima da corrente gerada alvo além da necessidade em uma cena onde o valor de limite inferior da tensão gerada alvo não é limitada pela unidade de controle de tensão gerada 40.

A seguir, na etapa S703, um valor fixo é definido como o limite inferior da tensão gerada. O valor fixo aqui é definido em uma tensão de limite inferior a partir de um ponto de vista de evitar deterioração por prevenção de inversão de polaridade de uma tensão de célula na pilha de células de combustível 1 e de prevenção de um defeito de operação devido a uma queda em uma tensão de fonte de energia do dispositivo de carga elétrica como o motor de acionamento conectado à pilha de células de combustível 1. Alternativamente, também é possível definir o valor de limite inferior da tensão gerada variavelmente dependendo da temperatura de operação da pilha de células de combustível 1 ou o estado de implementação da operação de aquecimento, por exemplo. O valor de limite inferior da tensão gerada pode ser definido em um nível inferior, por definir o valor variável, no caso de uma característica de IV elevada da pilha de células de combustível 1. Desse modo o valor máximo da energia gerada pode ser aumentado.

A seguir, na etapa S704, o valor de limite superior da corrente gerada alvo (o limite de corrente máxima a ser tirada da pilha de células de combustível 1 é calculada por dividir a energia para cálculo de corrente máxima selecionada na etapa S702 pelo valor de limite inferior da tensão gerada obtida em S703. Aqui, o cálculo do valor Dei imite superior da corrente gerada alvo (o limite de corrente máxima) na etapa S704 pode ser validado ou invalidado dependendo da relação entre a tensão gerada alvo a ser calculada na etapa S207 da figura 6 e a tensão gerada efetiva detectada pelo uso do sensor de tensão 23. Nesse caso, por invalidar o cálculo na cena onde o valor máximo da corrente gerada alvo não tem de ser limitada devido à relação entre a tensão gerada alvo e a tensão gerada efetiva, é possível evitar limitação da corrente gerada alvo além da necessidade devido a um retardo de cálculo gerado por um retardo de comunicação entre o controlador 3 e o dispositivo de controle de energia 2, e assim por diante. Consequentemente o processamento pela unidade de cálculo de limite de corrente máxima 36 é concluído.

A figura 18 é um fluxograma que mostra detalhes de processamento pela unidade de cálculo de corrente gerada alvo 34 na etapa S206 da figura 6.

Em primeiro lugar, na etapa S801, a unidade de cálculo de corrente gerada alvo 34 calcula uma margem de aumento de energia gerada alvo para determinar quanta energia gerada efetiva deve ser aumentada para a energia gerada alvo após tempo predeterminado por uma margem de aumento de energia gerada alvo 34A de modo que a energia gerada efetiva calculada na etapa S202 se conforma à energia gerada alvo calculada na etapa S201 da figura 6. Aqui, um método de cálculo para a margem de aumento de energia gerada alvo no caso de considerar uma característica dinâmica do motor de acionamento, que é o dispositivo de carga elétrica conectado à pilha de células de combustível 1, como uma característica de retardo primária de uma constante de tempo A será descrito utilizando a figura 19.

Uma vez que a característica dinâmica do motor de acionamento pode ser considerada como a característica de retardo primária, a margem de aumento de energia gerada alvo após tempo predeterminado [k+H] pode ser calculada de acordo com a seguinte fórmula (3) com base no desvio entre a energia gerada alvo e a energia gerada efetiva.

Margem de aumento de energia gerada alvo [k+H] = (energia gerada alvo [k] - energia gerada efetiva [k]) x (1exp (-período de controle / constante de tempo A)^H).... (3)

Onde k é temporização de cálculo de corrente e H é o número de etapas do período de controle.

O valor H aqui que determina um parâmetro após o tempo predeterminado é ajustado em um múltiplo integral do valor de limite inferior enquanto define 1 como o limite inferior. Se a característica dinâmica do motor de acionamento não puder ser considerada como a função primária, então a margem de aumento de energia gerada alvo pode ser calculada pelo uso de uma função tendo uma ordem mais elevada do que a ordem primária. Enquanto isso, uma vez que o fluxograma é executado em um período de 10 microssegundos nessa modalidade, o período de controle é igual a 0,01 na segunda escala de tempo.

A seguir, na etapa S802, energia estimada constante é calculada por converter a energia gerada alvo após limitação na energia baseada na característica IV no estado constante enquanto usa, como entrada, a corrente gerada alvo após a limitação ser a saída da unidade de limitar corrente 37. Aqui, a energia estimada constante é calculada com base nos dados de tabela na figura 20. Os dados de tabela são estabelecidos por intermédio de desenho de mesa e medição experimental da característica IV do limite superior com consideração dada à variação de fabricação e similar entre as características IV no estado constante da pilha de células de combustível 1. Como descrito acima, por ajustar a característica de limite superior, é possível obter a resposta na qual a energia gerada efetiva dificilmente ultrapassa a energia gerada alvo. Conseqüentemente o motor de acionamento pode ser ativado sem desconforto em resposta a uma solicitação de aceleração de um motorista. Enquanto isso, em vez de utilizar os dados de tabela, também é possível utilizar dados de ma pa obtidos por somar adicionalmente uma fórmula de cálculo ou sensibilidade de temperatura de operação da característica IV da pilha de células de combustível 1, e similar.

A seguir, na etapa S803, energia estimada dinâmica que representa um valor estimado da energia gerada no estado transiente é calculada pelo uso de um modelo de resposta transiente configurado para estimar uma resposta transiente da energia gerada enquanto utiliza a energia estimada constante calculada na etapa S802 como entrada. Aqui, o modelo de resposta transiente representa uma característica dinâmica enquanto utiliza, como entrada, a corrente gerada alvo após limitação ser a saída da unidade de limitar corrente 37 do controlador 3 e utilizar, como saída, a energia gerada efetiva sendo a saída da unidade de cálculo de energia gerada efetiva 32. Aqui, a energia estimada dinâmica no caso de considerar essa característica dinâmica como uma característica de retardo primária de uma constante de tempo B é calculada pelo uso da seguinte fórmula (4).

Energia estimada dinâmica [k] = (1-exp(- período de controle / constante de tempo B)) x energia gerada constante [k-1] + exp(- período de controle / constante de tempo B)) x energia estimada dinâmica [k-1]... (4)

Aqui, se o modelo de resposta transiente não puder ser considerado como a função primária, então é possível calcular a energia estimada dinâmica pelo uso de uma função tendo uma ordem mais elevada do que a ordem primária.

A seguir, na etapa S804, energia gerada alvo após correção na qual a energia gerada efetiva se conforma à energia gerada alvo é calculada pelo uso da margem de aumento de energia gerada alvo calculada na etapa S801 e a energia estimada dinâmica calculada na etapa S803. Um método de cálculo detalhado aqui será descrito utilizando a figura 21. Em primeiro lugar, uma margem de aumento de modelo de resposta transiente (a ser calculada por uma unidade de cálculo de margem de aumento de modelo de resposta transiente 34B) que é uma margem de aumento da energia estimada dinâmica após tempo predeterminado [k+H] pode ser expressa pela seguinte fórmula (5).

Margem de aumento de modelo de resposta transiente [k+H] = energia estimada dinâmica [k+H] - energia estimada dinâmica [k]... (5)

Além disso, também é possível expressar a seguinte fórmula (6) quando a fórmula acima (5) é substituída pelo uso do modelo de reposta transiente acima descrito da energia gerada.

Margem de aumento de modelo de resposta transiente [k+H] = energia estimada dinâmica [k] x exp (- período de controle / constante de tempo B)^H + energia gerada alvo após correção x (1-exp (- período de controle / constante de tempo B)^H) - energia estimada dinâmica [k] ...(6)

A energia gerada alvo após correção é calculada de modo que a margem de aumento de modelo de resposta transiente obtido na fórmula acima (6) é igual a (se conforma

a) margem de aumento de energia gerada alvo calculada na etapa S801.

A seguir, na etapa S805, a corrente gerada alvo convertida na corrente é calculada com base na característica IV no estado constante enquanto utiliza a energia gerada alvo após a correção calculada na etapa S804 como uma entrada. Aqui, a corrente gerada alvo é calculada com base nos dados de tabela na figura 22. Os dados de tabela são estabelecidos com base na característica IV que é igual à característica IV dos dados de tabela utilizados na etapa S802. Como resultado, é possível obter a corrente gerada alvo que não ocasiona o desvio de estado constante entre a energia gerada alvo e a energia gerada efetiva. Conseqüentemente o processamento pela unidade de cálculo de corrente gerada alvo 34 é concluído.

A figura 23 é um fluxograma que mostra detalhes de processamento pela unidade de limitar corrente 37 na etapa S207 da figura 6.

Em primeiro lugar, na etapa S901, a unidade de limitar corrente 37 limita a corrente gerada alvo calculada na etapa S206 da figura 6 com base em um desvio entre a temporização de cálculo de corrente [k] e temporização anterior [k-1] e o valor de limite para a taxa de alteração ascendente calculada na etapa S204 da figura 6 como mostrado na seguinte fórmula (7) e a seguinte fórmula (8).

Se a corrente gerada alvo [k] - corrente gerada alvo [k-1] > valor de limite de taxa de alteração ascendente [k],

Corrente gerada alvo TA1 [k] = corrente gerada alvo [k-1] + valor de limite de taxa de alteração ascendente [k]... (7)

Se corrente gerada alvo [k] - corrente gerada alvo [k-1] < valor de limite de taxa de alteração ascendente [k],

Corrente gerada alvo TA1 [k] = corrente gerada alvo [k]... (8)

A seguir, na etapa S902, a corrente gerada alvo TA1 calculada na etapa S901 é limitada com base no desvio entre a temporização de cálculo de corrente [k] e a temporização anterior [k-1] e no valor de limite para a taxa de alteração descendente calculada na etapa S204 da figura 6 como mostrado na seguinte fórmula (9) e seguinte fórmula (10).

Se a corrente gerada alvo TA1 [k] - corrente gerada alvo TA1 [k-1] < valor de limite de taxa de alteração descendente [k],

Corrente gerada alvo TA2 [k] = corrente gerada alvo TA1 [k-1] + valor de limite de taxa de alteração descendente [k]... (9)

Se corrente gerada alvo TA1 [k] = corrente gerada alvo TA2 [k-1] > valor de limite de taxa de alteração descendente [k],

Corrente gerada alvo TA2 [k] = corrente gerada alvo TA1 [k]... (10)

A seguir, na etapa S903, a corrente gerada alvo TA2 calculada na etapa S902 é limitada com base no valor de limite superior da corrente gerada alvo (o limite de corrente máxima) calculada na etapa S205 da figura 6 como mostrado na seguinte fórmula (11) e seguinte fórmula (12).

Se a corrente gerada alvo TA2 [k] > limite de corrente máxima [k],

Corrente gerada alvo TA3 [k] = limite de corrente máxima [k]... (11)

Se corrente gerada alvo TA2 [k] < limite de corrente máxima [k], Corrente gerada alvo TA3 [k] = corrente gerada alvo TA2 [k]... (12) Conseqüentemente o processamento pela unidade de limitar corrente 37 é concluído.

A figura 24 é um fluxograma que mostra detalhes de processamento pela unidade de supressão de flutuação de energia 38 na etapa S208 da figura 6.

Em primeiro lugar, na etapa S1001, a unidade de supressão de flutuação de energia 38 calcula a energia estimada constante por converter a energia gerada alvo após limitação na energia com base na característica IV no estado constante enquanto utiliza, como entrada, a corrente gerada alvo após limitação ser a saída da unidade de limitar corrente 37. Os mesmos dados de tabela (figura 20) que a característica IV no estado constante utilizado na etapa S802 da figura 18 são também utilizados aqui.

A seguir, na etapa S1002, a energia estimada constante calculada na etapa S1001 é permitida passar através de um filtro de baixa passagem. Características do filtro de baixa passagem utilizado aqui serão descritas utilizando a figura 25. Primeiramente, esse filtro de baixa passagem é ajustado para reduzir uma característica de ganho em uma região de freqüência F1 para baixo a um nível suficientemente baixo. Em outras palavras, esse filtro de baixa passagem reduz um ganho de pico possuído pela célula de combustível na região de freqüência F1 (uma região de freqüência elevada) para baixo até um valor predeterminado. Aqui, a região de freqüência F1 é a região de freqüência na qual uma flutuação na energia gerada devido a uma alteração instantânea da obstrução da água gerada na membrana da pilha de células de combustível 1 é aumentada pelo cálculo da corrente gerada alvo na etapa S205 da figura 6. Por exemplo, uma faixa de freqüência de um componente de flutuação da energia gerada efetiva no estado constante sob um ambiente de baixa temperatura é verificada por um experimento e é ajustada nessa faixa de freqüência. A seguir, uma região de freqüência que atende uma solicitação transiente do motor de acionamento conectado à pilha de células de combustível 1 é incluída em uma região de freqüência F2. Desse modo, é possível ativar o motor de acionamento sem desconforto em resposta à solicitação de aceleração pelo motorista.

A seguir, na etapa S1003, a energia estimada constante submetida ao processamento de filtro de baixa passagem na etapa S1002 é convertida na corrente (a corrente gerada alvo) com base na característica IV no estado constante. Os mesmos dados de tabela (figura 2) como a característica IV no estado constante utilizado na etapa S805 da figura 18 são também utilizados aqui. Como descrito acima, a unidade de supressão de flutuação de energia 38 é configurada para permitir que a corrente gerada alvo após limitação sendo a saída da unidade de limitar corrente 37 passe através do filtro de baixa passagem após conversão na energia. Por conseguinte, é possível estimar o modelo de resposta transiente da energia gerada utilizada quando a unidade de cálculo de corrente gerada alvo 34 calcula a corrente gerada alvo pelo uso do filtro de baixa passagem montado na etapa S1002, e também obter ume feito de melhorar a precisão de estimação do modelo de resposta transiente. Conseqüentemente o processamento pela unidade de supressão de flutuação de energia 38 é concluído.

A figura 26 é um fluxograma que mostra detalhes de processamento pela unidade de cálculo de tensão gerada alvo 39 na etapa S209 da figura 6.

Em primeiro lugar, na etapa S1101, a unidade de cálculo de tensão gerada alvo 39 estabelece um valor limitador inferior da tensão gerada da tensão gerada alvo para ser controlada pelo dispositivo de controle de energia 2. O mesmo valor que o valor de limite inferior de tensão gerada utilizado no processo de calcular o limite de corrente máxima na etapa S205 da figura 6 também é utilizado aqui.

A seguir, na etapa S1102, a tensão gerada alvo a seguir a corrente gerada efetiva detectada pelo sensor de corrente 22 é calculada para a corrente gerada alvo que foi submetida ao processamento de filtro de baixa passagem pela unidade de supressão de flutuação de energia 38. Aqui, a tensão gerada alvo é determinada por realizar controle de realimentação com base no desvio entre a corrente gerada alvo e a corrente gerada efetiva, por exemplo. Observe que esse controle de realimentação pode ser estruturado por métodos bem conhecidos incluindo o controle PI, o controle adaptável de referência de modelo, e similar. Nesse caso, a limitação é imposta de modo que a tensão gerada alvo não cai abaixo do valor de limite inferior estabelecido na etapa S1101. Conseqüentemente,o processamento pela unidade de cálculo de tensão gerada alvo 39 é concluído.

Como descrito em detalhe com referência ao exemplo específico, de acordo com o sistema de células de combustível 100 dessa modalidade, é possível obter os seguintes efeitos por executar o controle de geração de energia pelo controlador 3 utilizando a presente invenção.

Como a característica da pilha de células de combustível 1 sob o ambiente de baixa temperatura, uma diminuição significativa em eficiência de geração de energia no estado transiente ocorre quando a corrente é tirada da pilha de células de combustível 1 rapidamente em um curto tempo. Isso é provavelmente porque o desempenho de difusão de oxigênio degrada sob uma situação onde a obstrução de água ocorre em poros da camada catalítica de cátodo, por exemplo. Aqui, no sistema de célula de combustível 100 dessa modalidade, o controlador 3 é configurado para calcular os valores de limite para a taxa de alte ração na corrente gerada alvo a ser tirada da pilha de células de combustível 1 com base no parâmetro de condição operacional (como o valor de detecção de temperatura pelo sensor de temperatura de refrigerante 20) correlacionado com a temperatura operacional da pilha de células de combustível 1, e limitar a corrente gerada alvo de modo que a taxa de alteração na corrente gerada alvo não exceda os valores de limite. Portanto, é possível executar o controle de modo que a corrente não seja tirada da pilha de células de combustível 1 demasiadamente rápido com consideração dada à condição de resolver a obstrução de água causada pela elevação em temperatura dentro da pilha de células de combustível 1. Conseqüentemente é possível fazer com que a energia gerada efetiva siga a energia gerada alvo precisamente enquanto a diminuição significativa em eficiência de geração de energia no estado transiente pode ser evitada mesmo quando a pilha de células de combustível 1 gera energia sob o ambiente de baixa temperatura.

Enquanto isso, uma margem de diminuição em eficiência de geração de energia no estado transiente no caso de tirar a corrente da pilha de células de combustível 1 se torna menor à medida que a temperatura operacional da pilha de células de combustível 1 se torna mais elevada. Isso é provavelmente porque a obstrução de água na camada catalítica de cátodo é gradualmente resolvida pela elevação em temperatura dentro da pilha de células de combustível 1, por exemplo. Aqui, no sistema de células de combustível 100 dessa modalidade, o controlador 3 é configurado para definir o valor de limite para a taxa de alteração ascendente na corrente gerada alvo em um valor mais elevado juntamente com a elevação no valor de detecção de temperatura (como o valor de detecção de temperatura pelo sensor de temperatura de refrigerante 20) correlacionado com a temperatura de operação da pilha de células de combustível 1. Por conseguinte, é possível fazer com que a energia gerada efetiva siga a energia gerada alvo precisamente enquanto o desempenho transiente mais rápido pode ser obtido em uma faixa onde a diminuição significativa em eficiência de geração de energia não ocorre.

Enquanto isso, há risco de que o desempenho de IV no estado constante degrade devido a congelamento de água gerada, obstrução da água gerada e similar no momento de geração de energia em baixa temperatura, e que um desvio constante da energia gerada efetiva a partir da energia gerada alvo ocorre mesmo quando o valor de limite para a taxa de alteração ascendente na corrente gerada alvo é observada. Além disso, essa degradação no desempenho de IV também varia dependendo de variações de arranjo entre as células de combustível, condições de negligencia ou similar, e é portanto difícil estimar. Aqui, no sistema de célula de combustível 100 dessa modalidade, o controlador 3 é configurado para calcular a corrente gerada alvo de modo a eliminar o desvio entre a energia gerada alvo e a energia gerada efetiva com base na corrente gerada alvo após a limitação imposta sobre a taxa de alteração na corrente. Por conseguinte, é possível calcular a corrente gerada alo adequadamente com consideração dada à degradação no desempenho IV quando a pilha de células de combustível 1 excuta geração de energia sob ambiente de baixa temperatura, e desse modo fazer com que a energia gerada efetiva siga a energia gerada alvo precisamente sem ocorrência do desvio constante devido à degradação no desempenho de IV.

Além disso, quando a taxa de alteração na corrente gerada alvo é limitada por realizar o controle de realimentação para fazer com que a energia gerada efetiva siga a energia gerada alvo, o controle de realimentação incluindo um integrador, como o controle PI, falha em executar adequadamente o cálculo com o integrador no caso de limitar a taxa de alteração na corrente gerada alvo. Conseqüentemente não é possível fazer com que a energia gerada efetiva siga uma alteração na energia gerada alvo em um curto tempo. De outro modo, há risco de que a energia gerada efetiva ultrapassa a energia gerada alvo. Quando a ultrapassagem ocorre, há possibilidade de que a energia gerada efetivamente do dispositivo de carga elétrica como o motor de acionamento conectado à pilha de células de combustível 1 difere significativamente da energia gerada alvo e uma sobrecorrente flui dentro da célula secundária e desse modo um modo de proteção é ativado, em um sistema tendo uma célula secundária, por exemplo. Por outro lado, se o integrador não for fornecido, há possibilidade de bloquear uma elevação imediata em temperatura por auto-aquecimento associado à geração de energia sob o ambiente de baixa temperatura porque a energia gerada efetiva causa o desvio constante da energia gerada alvo. Aqui, no sistema de célula de combustível 100 dessa modalidade, o controlador 3 é configurado para calcular a margem de aumento de energia gerada alvo que se supõe ser aumentada para a energia gerada efetiva após o tempo predeterminado pelo uso do desvio entre a energia gerada alvo e a energia gerada efetiva, para entrar a energia gerada alvo após a limitação imposta na taxa de alteração na corrente, e utilizar o modelo de resposta transiente da energia gerada, desse modo calculando a corrente gerada alvo de modo que a margem de aumento de modelo de resposta transiente após o tempo predeterminado é igual a (ou equivalente à) margem de aumento de energia gerada alvo. Conseqüentemente é possível calcular a corrente gerada alvo continuamente mesmo quando a taxa de alteração na corrente é limitada. Como resultado, mesmo na cena onde a taxa de alteração ascendente na corrente gerada alvo é limitada, a energia gerada efetiva pode se conformar à energia gerada alvo enquanto segue nas proximidades da taxa de alteração limitada e ultrapassagem é suprimida.

Além disso, no caso de geração de energia sob um ambiente de baixa temperatura e similar, há possibilidade de uma flutuação instantânea na característica IV devido a uma alteração instantânea na condição da obstrução de água na camada catalítica. Como consequência, a flutuação na energia gerada efetiva pode ser promovida. Aqui, no sistema de célula de combustível dessa modalidade, o controlador 3 é configurado para montar o filtro de baixa passagem para remover um componente de freqüência elevada na flutuação na energia gerada efetiva devido a alteração instantânea na condição da obstrução de água na camada catalítica, e submeter a corrente gerada alvo após limitar a taxa de alteração na corrente ao processamento de filtro de baixa passagem. Por conseguinte, é possível suprimir a flutuação na energia gerada efetiva eficazmente e estabelecer o modelo de resposta transiente da energia gerada com base no filtro de baixa passagem desse modo montado. Conseqüentemente, a precisão do modelo de respostas transiente da energia gerada é aperfeiçoada para a resposta transiente da energia gerada efetiva. Como resultado, mesmo no caso onde a flutuação instantânea ocorre na energia gerada efetiva, a energia gerada efetiva pode se conformar a seguir a energia gerada alvo enquanto a quantidade de ultrapassagem da energia gerada efetiva é suprimida ao mínimo.

Além disso, um componente de flutuação como ruído de medição pode ser adicionado em uma tentativa para calcular a energia gerada alvo precisamente com base em um valor de detecção de parâmetro de carga do dispositivo de carga elétrica, e um desvio entre a energia gerada alvo e a energia gerada efetiva pode ser causado na cena onde a energia gerada efetiva está seguindo nas proximidades da energia gerada alvo. Aqui, no sistema de células de combustível 100 dessa modalidade, o controlador 3 é configurado para definir o valor de limite para a taxa de alteração descendente de modo a evitar que o valor gerado alvo difira da energia gerada efetiva por uma quantidade igual a ou acima do valor predeterminado com consideração dada à limitação da taxa de alteração ascendente na corrente gerada alvo, e limitar não somente a taxa ascendente porém também a taxa descendente da energia gerada alvo. Por conseguinte, mesmo quando o componente de flutuação é adicionado à energia gerada alvo devido ao ruído de medição da energia gerada alvo e similar, ainda é possível fazer com que a energia gerada efetiva siga a energia gerada alvo sem nenhum desvio constante.

Além disso, como descrito anteriormente, há o caso onde o desempenho IV da pilha de células de combustível 1 é degradado devido a congelamento da água gerada, obstrução da água gerada, e similar sob o ambiente de baixa temperatura. Essa degradação no desempenho IV varia dependendo das variações de arranjo entre as células de combustível, as condições de negligência ou similares, e é portanto difícil de estimar. Por esse motivo, mesmo quando a taxa de alteração ascendente na corrente gerada alvo for limitada, há ainda possibilidade de que uma tensão mude na qual o dispositivo de carga elétrica conectado não pode ativar normalmente, ou que a deterioração ocorra devido à inversão de polaridade da tensão de célula nas células de combustível. Aqui, no sistema de célula de combustível 100 dessa modalidade, o controlador 3 é configurado para calcular a tensão gerada alvo de modo a evitar que a tensão gerada da pilha de células de combustível 1 caia abaixo do valor de limite inferior predeterminado. Por conseguinte, é possível manter a tensão inferior de modo a não causar a tensão na qual o dispositivo de carga elétrica conectado não possa ativar normalmente, ou não causar deterioração devido à inversão de polaridade da tensão de célula nas células de combustível. Além disso, para não limitar a corrente gerada alvo mais do que necessário devido ao componente de flutuação da energia gerada efetiva, o valor de limite superior (o limite de corrente máximo) da corrente gerada alvo é calculado com base no valor que é obtido pela divisão do valor sendo selecionado dos valores da energia gerada efetiva antes do tempo predeterminado pelo valor de limite inferior da tensão gerada alvo, e desse modo limitar o valor máximo da corrente gerada alvo. Portanto, é possível seguir a alteração na energia gerada alvo em um curto tempo mesmo quando a tensão gerada é limitada. Como conseqüência, é possível fazer com que a energia gerada efetiva siga a energia gerada alvo precisamente na faixa onde deterioração devido à inversão de polaridade da tensão nas células de combustível é evitada, ou onde a tensão é impedida de cair abaixo da tensão que afeta a operação do dispositivo de carga elétrica conectado à pilha de células de combustível 1.

Além disso, à medida que a pilha de células de combustível 1 experimenta o estado reduzido de geração de energia sob o ambiente de baixa temperatura, há tendência de que a diminuição em eficiência de geração de energia se torne mais acentuada do que o caso sem experiência. Isso é provavelmente devido a uma influência da água ficar obstruída mais facilmente nos poros na camada catalítica de cátodo devido à geração de energia em uma situação com um desempenho de drenagem de água mais baixo em uma baixa temperatura, por exemplo. Aqui, o sistema de célula de combustível 100 dessa modalidade é configurado para decidir o estado de geração de energia da pilha de células de combustível 1 em uma partida, e realizar a limitação da corrente gerada alvo pelo uso da unidade de limitar corrente 37 somente quando discernimento é feito de que há a possibilidade do estado reduzido de geração de energia. Por conseguinte, é possível fazer com que a energia gerada efetiva siga a energia gerada alvo precisamente em um período mais curto na cena onde a diminuição em eficiência de geração de energia no estado transiente não ocorre de forma proeminente.

O sistema de célula de combustível de acordo com a modalidade da presente invenção foi descrito acima em detalhe. Entretanto, a modalidade descrita acima meramente exemplifica certo exemplo de aplicação da presente invenção e não pretende limitar o escopo técnico da presente invenção no conteúdo descrito na modalidade. Isto quer dizer, o escopo técnico da presente invenção não é limitado somente aos assuntos técnicos específicos descritos na modalidade, porém se supõe que abranja várias outras modificações, alterações, técnicas alternativas, e assim por diante que possam ser facilmente derivadas dessa revelação.

O conteúdo integral do pedido de patente japonesa número 2008-283149 (depositado em 4 de novembro de 2008) é incorporado aqui a título de referência, para obter prote ção contra erros de tradução ou partes omitidas.

O conteúdo da presente invenção foi descrito acima com referência à modalidade. Entretanto, é óbvio para aqueles versados na técnica que a presente invenção não é limitada somente à descrição feita acima e várias modificações e aperfeiçoamentos são possíveis.

APLICABILIDADE INDUSTRIAL

De acordo com a presente invenção, é possível limitar uma taxa de alteração em uma corrente gerada alvo com consideração dada a uma condição de resolver obstrução de água causada por elevação em temperatura dentro de uma célula de combustível. Conseqüentemente é possível evitar diminuição significativa em eficiência de geração de energia em um estado transiente mesmo quando a célula de combustível gera energia sob um ambiente de baixa temperatura.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Dispositivo de controle de geração de energia para uma célula de combustível, que compreende:

uma unidade de cálculo de energia gerada alvo (31) configurada para calcular energia gerada alvo de uma célula de combustível (1), com base em uma condição de carga de um dispositivo de carga elétrica conectado à célula de combustível (1);

uma unidade de cálculo de corrente gerada alvo (34) configurada para calcular uma corrente gerada alvo a ser retirada da célula de combustível (1), com base na energia gerada alvo;

uma unidade de cálculo de valor limite de taxa de alteração de corrente (35) configurada para calcular um valor limite para uma taxa de alteração na corrente gerada alvo, com base em uma temperatura operacional da célula de combustível (1); e uma unidade de limitação de corrente (37) configurada para limitar a corrente gerada alvo de modo que a taxa de alteração na corrente gerada alvo não exceda o valor limite calculado pela unidade de cálculo de valor limite de taxa de alteração de corrente (35),

CARACTERIZADO pelo fato de que a unidade de cálculo de valor de limite de taxa de alteração de corrente (35) calcula um valor de limite para uma taxa de alteração ascendente na corrente gerada alvo, com base na temperatura operacional da célula de combustível (1), e o valor de limite para a taxa de alteração ascendente na corrente gerada alvo calculada pela unidade de cálculo de valor de limite de taxa de alteração de corrente (35) é relaxado de acordo com um aumento na temperatura operacional da célula de combustível (1).
2.Dispositivo de controle de geração de energia para uma célula de combustível, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO adicionalmente pelo fato de que compreende:

uma unidade de cálculo de energia gerada efetiva (32) configurada para calcular energia gerada efetiva da célula de combustível (1), com base em um valor de detecção de uma corrente gerada e um valor de detecção de uma tensão gerada da célula de combustível (1), em que a unidade de cálculo de corrente gerada alvo (34) calcula a corrente gerada alvo, com base em uma corrente gerada alvo após a limitação, que é uma saída a partir da unidade de limitação de corrente (37) e em um desvio entre a energia gerada alvo e a energia gerada efetiva, de modo que a energia gerada efetiva se conforme à energia gerada alvo.
3.Dispositivo de controle de geração de energia para uma célula de combustível de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que:

a unidade de cálculo de corrente gerada alvo (34) inclui:

uma unidade de cálculo de margem de aumento de energia gerada alvo (34A) con

Petição 870190063909, de 08/07/2019, pág. 5/15 figurada para calcular uma margem de aumento de energia gerada alvo da energia gerada efetiva com base no desvio entre a energia gerada alvo e a energia gerada efetiva, a margem de aumento de energia gerada alvo sendo empregada por um período de tempo predeterminado; e uma unidade de cálculo de margem de aumento de modelo de resposta transiente (34B) configurada para calcular uma margem de aumento de modelo de resposta transiente após o tempo predeterminado, com base na corrente gerada alvo após a limitação e em um modelo de resposta transiente de energia gerada; e a unidade de cálculo de corrente gerada alvo (34) calcula a corrente gerada alvo de modo que a margem de aumento de energia gerada alvo se conforme à margem de aumento de modelo de resposta transiente.
4. Dispositivo de controle de geração de energia para uma célula de combustível de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO adicionalmente pelo fato de que compreende:

uma unidade de supressão de flutuação de energia (38) configurada para fazer com que uma corrente gerada alvo após a limitação, que é uma saída da unidade de limitação de corrente (37) passe através de um filtro passa-baixa configurado para reduzir um ganho de pico a um valor predeterminado, o ganho de pico possuído pela célula de combustível (1) em uma faixa de alta frequência.
5. Dispositivo de controle de geração de energia para uma célula de combustível de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que:

a unidade de cálculo de valor de limite de taxa de alteração de corrente (35) calcula um valor de limite para uma taxa de alteração descendente na corrente gerada alvo de modo que a energia gerada alvo e a energia gerada efetiva sejam impedidas de diferir por uma quantidade igual a ou acima de um valor predeterminado.
6. Dispositivo de controle de geração de energia para uma célula de combustível de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO adicionalmente pelo fato de que compreende:

uma unidade de cálculo de tensão gerada alvo (39) configurada para calcular uma tensão gerada alvo da célula de combustível (1) com base na corrente gerada alvo de modo que a tensão gerada da célula de combustível (1) não caia abaixo de um valor de limite inferior predeterminado; e uma unidade de cálculo de valor de limite superior de corrente (36) configurada para calcular um valor de limite superior para a corrente gerada alvo, com base em um valor obtido pela divisão de um valor selecionado da energia gerada efetiva antes do tempo predeterminado pelo valor de limite inferior predeterminado da tensão gerada, em que a unidade de limitação de corrente (37) limita a corrente gerada alvo de modo que

Petição 870190063909, de 08/07/2019, pág. 6/15 um valor máximo da corrente gerada alvo não exceda o valor de limite superior calculado pela unidade de cálculo de valor de limite superior de corrente (36).
7. Dispositivo de controle de geração de energia para uma célula de combustível de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que:

5 um estado de geração de energia da célula de combustível (1) em uma partida é julgado com base na temperatura operacional da célula de combustível (1) e limitação da corrente gerada alvo é realizada pela unidade de limitação de corrente (37) quando um julgamento é feito de que o estado de geração de energia foi possivelmente reduzido.
8. Método de controle de geração de energia, utilizando um dispositivo tal como de10 finido nas reivindicações 1 a 7, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:

calcular energia gerada alvo de uma célula de combustível (1), com base em uma condição de carga de um dispositivo de carga elétrica conectado à célula de combustível (1);

calcular uma corrente gerada alvo a ser retirada da célula de combustível (1), com 15 base na energia gerada alvo;

calcular um valor limite para uma taxa de alteração na corrente gerada alvo, com base em uma temperatura operacional da célula de combustível (1); e limitar a corrente gerada alvo de modo que a taxa de alteração da corrente gerada alvo não exceda o valor limite obtido pelo cálculo.