CN101331639B - 燃料电池系统和移动体 - Google Patents

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Abstract

披露了一种燃料电池系统，包括：燃料电池；向此燃料电池供给燃料气体的燃料供给系统；喷射器，所述喷射器调节此燃料供给系统的上游侧上的气体状态，以将所述气体供给到下游侧；和用于在预定的驱动周期中驱动和控制此喷射器的控制单元。控制单元根据燃料电池的运行状态设定喷射器的驱动周期。

Description

燃料电池系统和移动体
技术领域
本发明涉及燃料电池系统和移动体。
背景技术
目前，已建议了包括接收反应气体(燃料气体和氧化气体)以发电的燃料电池的燃料电池系统，且将燃料电池系统投入实际使用。这样的燃料电池系统提供有用于向燃料电池供给燃料气体的燃料供给通道，燃料气体从例如氢罐的燃料供给源供给。
另外，当来自燃料供给源的燃料气体的供给压力显著地高时，通常在燃料供给通道内提供压力调节阀(调节器)以降低所述供给压力到特定值。目前，建议了一种技术，其中在燃料通道内提供了机械型的可变压力调节阀(可变调节器)以例如以两级改变燃料气体内的供给压力，由此燃料气体的供给压力根据系统的运行状态改变(例如，见日本专利申请特许公开No.2004-139984)。
此外，近年来，已建议了一种技术，其中将喷射器布置在燃料电池系统的燃料供给通道内且控制此喷射器的运行状态，由此调节燃料供给通道内的燃料气体的供给压力。喷射器是电磁驱动型开闭阀，其中阀体可以在预定的驱动周期内以电磁驱动力直接驱动，且从阀座分离以调节气体状态(气体流量或气体压力)。控制器件驱动喷射器的阀体以控制燃料气体的喷射正时和喷射时间，由此可以控制燃料气体的流量和压力。
在使用这样的喷射器的燃料电池系统中，控制器件在预定的驱动周期内驱动喷射器。然而，当驱动周期过长时，在燃料气体的供给压力内可能发生脉动。因此，迄今为止，喷射器在相当短的恒定的驱动周期T内被驱动，如在图8A中示出，以抑制燃料气体的供给压力的脉动。
发明内容
然而，当喷射器以相对短的恒定的驱动周期驱动时，发生如下的问题。即，在燃料电池的发电电流小的情况中，为根据燃料电池的运行状态调节燃料气体的压力，控制器件进行控制使得喷射器的喷射流量降低，以降低燃料气体的供给压力。当在这样的控制期间喷射器的驱动周期短且恒定时，如在图8B中示出，不定期地出现非喷射时间T0，且喷射器不定期地运行。当喷射器以此方式不定期地运行时，生成了不希望的运行声音。
本发明已经考虑到这样的情况而开发，且本发明的目的是抑制包括喷射器的燃料电池系统中不希望的运行声音的生成。
为实现以上的目的，根据本发明的燃料电池系统是如下燃料电池系统，包括：燃料电池；向此燃料电池供给燃料气体的燃料供给系统；喷射器，所述喷射器调节此燃料供给系统的上游侧上的气体状态，以将所述气体供给到下游侧；和用于在预定的驱动周期中驱动和控制此喷射器的控制装置，其中所述控制装置根据所述燃料电池的运行状态设定所述驱动周期。
根据这样的构成，喷射器的驱动周期可以根据燃料电池的运行状态(燃料电池的发电量(功率、电流、电压)、燃料电池的温度、执行排放操作期间的运行状态、起动期间的运行状态、间歇运行状态、燃料电池系统的异常状态、燃料电池主体的异常状态等)设定(改变)。例如，在燃料电池的发电电流值小的情况中，驱动周期可以延长，使得能够抑制喷射器的不定期运行。作为结果，能够抑制不希望的运行声音的生成。应注意的是“气体状态”是由流量、压力、温度、摩尔浓度等指示的气体状态，且特别地包括气体流量和气体压力中的至少一个。
在燃料电池系统中，优选的是所述燃料电池的发电量越小，所述控制装置将所述驱动周期设定得越长。此外，在燃料电池系统，优选的是供给到所述燃料电池的所述燃料气体的压力越低，所述控制装置将所述驱动周期设定得越长。
在此情况中，在燃料电池的发电量降低期间和燃料气体的供给压力降低期间喷射器的不定期运行能够被禁止以抑制不希望的运行声音的生成。
此外，在燃料电池系统中，可以采用如下燃料供给系统，该燃料供给系统具有：燃料供给通道，以把从燃料供给源供给来的所述燃料气体供给到所述燃料电池；燃料排出通道，以把来自所述燃料电池的燃料废气排出；和排出阀，以把所述燃料排出通道内的气体排出到外部。在这样的情况中，优选的是所述控制装置控制所述排出阀的开闭操作以执行所述燃料废气的排放操作，且把在执行所述排放操作期间的所述驱动周期设定为比在不执行排放操作期间的所述驱动周期短的时间。
在此情况中，在执行排放操作期间能够禁止燃料气体的供给压力的临时降低。作为结果，能够抑制在排放期间发电性能的降低。
此外，在燃料电池系统中，优选的是所述控制装置在预定的运算周期内进行计算，且将所述驱动周期设定为所述运算周期的倍数。
在此情况中，喷射器的驱动周期容易地与控制装置的运算周期同步，使得能够提高喷射器的控制精度。
此外，在燃料电池系统中，优选的是所述控制装置把在所述喷射器的全开控制或全闭控制期间的所述驱动周期设定为比在非全开控制或非全闭控制期间的所述驱动周期短的时间。
在此情况中，在全开控制期间能够抑制喷射器的调节过度(控制量在目标压力值以上的状态)，且在全闭控制期间能够抑制喷射器的调节不足(控制量在目标压力值以下的状态)，由此能够提高在喷射器的全开或全闭控制期间的控制精度。
此外，根据本发明的移动体包括燃料电池系统。
这样的构成包括能够禁止喷射器的不定期运行以抑制不希望的运行声音的生成的燃料电池系统，使得几乎不给移动体的乘员以不舒适。运行声音被稳定，由此能够为乘员提供安全感。
根据本发明，在包括喷射器的燃料电池系统中，能够抑制不希望的运行声音的生成。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的燃料电池系统的组成图；
图2是示出了图1中示出的燃料电池系统的控制器件的控制构造的控制方框图；
图3A是指示了图1中示出的燃料电池系统的发电电流值和驱动频率之间的关系的映射(通常时间：在不执行排放操作期间)；
图3B是指示了图1中示出的燃料电池系统的发电电流值和驱动频率之间的关系的映射(在执行排放操作期间)；
图4A是指示了图1中示出的燃料电池系统的喷射器的驱动周期波形的波形图(其中发电电流大的情况)；
图4B是指示了图1中示出的燃料电池系统的喷射器的驱动周期波形的波形图(其中发电电流小的情况)；
图5是示出了氢气供给压力的历史的时间图，其中时间在燃料电池系统的完全打开控制期间；
图6是示出了图1中示出的燃料电池系统的运行方法的流程图；
图7是示出了图1中示出的燃料电池系统的修改的组成图；
图8A是指示了常规的燃料电池系统的喷射器的驱动周期波形的波形图(其中发电电流大的情况)；和
图8B是指示了常规的燃料电池系统的喷射器的驱动周期波形的波形图(其中发电电流小的情况)。
具体实施方式
在后文中将参考附图描述根据本发明的实施例的燃料电池系统1。在本发明中，将描述一个例子，其中本发明应用于燃料电池车辆S(移动体)的车载发电系统。
首先，将参考图1至图5描述根据本发明的实施例的燃料电池系统1的组成。如在图1中示出，根据本实施例的燃料电池系统1包括接收反应气体(氧化气体和燃料气体)的供给以发电的燃料电池10，且进一步包括将空气作为氧化气体供给到燃料电池10的氧化气体管路系统2、将氢气作为燃料气体供给到燃料电池10的氢气管路系统3、总地控制整个系统的控制器件4等。
燃料电池10具有堆叠结构，其中将所需数量的用于接收反应气体供给以发电的单体电池层叠。由燃料电池10发出的电供给到动力控制单元(PCU)11。PCU11包括布置在燃料电池10和牵引电机12之间的逆变器、DC-DC转换器等。此外，在发电期间检测电流的电流传感器13附连到燃料电池10。
氧化气体管路系统2包括向燃料电池10供给由增湿器20增湿的氧化气体(空气)的空气供给通道21，向增湿器20引导来自燃料电池10的氧化废气的空气排出通道22，和用于从增湿器21向外界引导氧化废气的排气通道23。空气供给通道21提供有压缩机24，该压缩机24从大气获取氧化气体以将气体在压力下馈送到增湿器20。
氢气管路系统3包括作为燃料供给源的其中接收高压氢气的氢罐30、作为燃料供给通道的用于将氢罐30的氢气供给到燃料电池10的氢供给通道31、和用于使来自燃料电池10的氢废气返回到氢供给通道31的循环通道32。氢气管路系统3是本发明中的燃料电池系统的一个实施例。应注意的是作为氢罐30的替代，可以使用重整单元和高压气罐作为燃料供给源，该重整单元从碳氢基燃料形成了富氢的重整气体，且该高压气罐使由此重整单元形成的重整气体处于高压状态以积累压力。替代地，具有氢夹附合金的罐可以用作燃料供给源。
氢供给通道31提供有阻断或允许从氢罐30的氢气供给的截止阀33，调节氢气压力的调节器34，和喷射器35。此外，在喷射器35的上游侧上，提供了分别检测氢供给通道31内的氢气的压力和温度的初级压力传感器41和温度传感器42。在喷射器35的下游侧和氢供给通道31与循环通道32之间的结合部分的上游侧上，提供了检测氢供给通道31内的氢气压力的次级压力传感器43。
调节器34是将上游压力(初级压力)调节为预先设定的次级压力的器件。在本实施例中，使用了降低初级压力的机械型降压阀作为调节器34。可以采用公开地已知的构造用于机械型降压阀，该降压阀具有形成有由隔膜分开的背压室和压力调节室的壳体，用于通过在背压室内侧的背压将压力调节室内的初级压力降低一预定的压力到次级压力。在本实施例中，如在图1中示出，两个调节器34可以布置在喷射器35的上游侧上以有效地降低喷射器35的上游侧压力。因此，可提高在喷射器35的机械结构(阀体、壳体、通道、驱动器件等)时的设计自由度。喷射器35的上游压力可以降低，使得可防止喷射器35的阀体由于喷射器35的上游压力和下游压力之间的差的增加而不易移动。因此，喷射器35的下游压力的可变压力调节区域可以扩宽，且可以抑制喷射器35的响应特性的降低。
喷射器35是一种电磁驱动型开/闭阀，其能由电磁驱动力在预定的驱动周期内直接驱动阀体，以将阀体从阀座分离，由此可以调节气体流量和气体压力。喷射器35包括具有用于喷射例如氢气的气体燃料的喷射孔的阀座，将气体燃料供给且引导向喷射孔的喷嘴体，和相对于喷嘴体可移动地保持在轴向方向(气体流动方向)上以打开和关闭喷射孔的阀体。在本实施例中，喷射器35的阀体由作为电磁驱动器件的螺线管驱动，且供给到此螺线管的脉冲状激励电流可以接通或关闭以在两级或多级中切换喷射孔的开口面积。喷射器35的气体喷射时间和气体喷射正时基于从控制器件4输出的控制信号控制，由此精确地控制了氢气的流量和压力。喷射器35以电磁驱动力直接驱动阀(阀体和阀座)以打开和关闭阀，且喷射器的驱动周期可被控制到直至高响应区域。因此，喷射器具有高的响应特性。
为供给要求的气体流量到喷射器35的下游侧，提供在喷射器35的气体通道内的阀体的打开面积(开度)和打开时间的至少一个被改变，由此调节了供给到下游侧(燃料电池10侧)的气体的流量(或氢摩尔浓度)。应注意的是喷射器35的阀体被打开和关闭以调节气体流量，且供给到喷射器35下游侧的气体的压力与供给到喷射器35的上游侧的气体的压力相比被降低。因此，喷射器35可以解释为压力调节阀(降压阀、调节器)。此外，在本实施例中，喷射器35可以解释为可变压力调节阀，其能改变喷射器35的上游气体压力的压力调节量(降压量)，以符合基于气体要求在预定的压力区域内要求的压力。
应理解的是在本实施例中，如图1中示出的，喷射器35布置在氢供给通道31和循环通道32之间的结合部分A1的上游侧上。在其中如在图1中以虚线所示使用多个氢罐30作为燃料供给源的情况中，喷射器35布置在其中从氢罐30供给的氢气被结合的部分(氢气结合部分A2)的下游侧上。
循环通道32通过气液分离器36和排气排出阀37连接到排出通道38。气液分离器36从氢废气收集水分。排气排出阀37基于来自控制器件40的指令运行，以排出(排放)由气液分离器36收集的水分和包括来自循环通道32的杂质的氢废气(燃料废气)。循环通道32也提供有氢泵39，该氢泵39将循环通道32内的氢废气加压以将气体向氢供给通道31送给。应注意的是通过排气排出阀37和排出通道38排出的氢废气由稀释单元40稀释以与排气通道23内的氧化废气结合。循环通道32是本发明中的燃料排出通道的一个实施例，且排气排出阀37是本发明中的排出阀的一个实施例。
控制器件4检测提供在燃料电池车辆S上的用于加速的操作构件(加速器等)的操作量，且接收例如加速要求值(例如由例如牵引电机12的负载器件要求的发电量)的控制信息，以控制系统内多种设备的运行。应注意的是除牵引电机12外，负载器件包括一般的动力消耗器件，例如用于运行燃料电池10的辅机(例如，压缩机24的电机，氢泵39或冷却泵)，使用在涉及燃料电池车辆S的行驶的任何设备(变速齿轮、车轮控制器件、转向设备、悬挂设备等)内的促动器，乘员空间的空气调节设备(空调器)，照明或音响系统。
控制器件4由计算机系统(未示出)构成。这样的计算机系统包括CPU、ROM、RAM、HDD、输入/输出接口、显示器等。CPU读取且执行记录在ROM内的任何控制程序以实现任何控制操作。
特别地，如在图2中示出，控制器件4基于燃料电池10的运行状态(在燃料电池10的发电期间由电流传感器13检测到的电流值)计算由燃料电池10消耗的氢气的流量(在下文中称为“氢消耗”)(燃料消耗计算功能：B1)。在本实施例中，对于控制器件4的每个运算周期通过使用特定的计算等式计算且更新氢消耗，该计算等式指示了燃料电池10的发电电流值和氢消耗之间的关系。
此外，控制器件4基于燃料电池10的运行状态(在燃料电池10的发电期间由电流传感器13检测到的发电电流值)计算在喷射器35的下游位置中待供给到燃料电池10的氢气的目标压力值(目标压力值计算功能：B2)。在本实施例中，对于控制器件4的每个运算周期通过使用特定的映射计算且更新目标压力值，该映射指示了燃料电池10的发电电流值和目标压力值之间的关系。
进一步地，控制器件4计算在计算的目标压力值和由喷射器35的下游位置处的次级压力传感器43检测的压力值(检测压力值)之间的差，且判断此差的绝对值是否是预定阈值或更小(差判断功能：B3)。然后，在其中差的绝对值是预定的阈值或更小的情况中，控制器件4计算用于降低此差的反馈修正流量(反馈修正流量计算功能：B4)。反馈修正流量是添加到氢消耗的氢气流量，以降低目标压力值和检测压力值之间的差的绝对值。在本实施例中，反馈修正流量通过使用PI控制等的目标跟踪型控制规则等计算。
另外，控制器件4基于喷射器35的上游气体状态(由初级压力传感器41检测的氢气压力和由温度传感器42检测的氢气温度)控制喷射器35的上游静态流量(静态流量计算功能：B5)。在本实施例中，对于控制器件4的每个运算周期通过使用特定的计算等式计算且更新静态流量，该等式指示了在喷射器35的上游侧上的氢气的压力和温度与静态流量之间的关系。
此外，控制器件4基于喷射器35的上游气体状态(氢气的压力和温度)和施加的电压计算喷射器35的无效喷射时间(无效喷射时间计算功能：B6)。在此，无效喷射时间是从喷射器35从控制器件4接收到控制信号的时间到喷射实际上开始的时间之间的所要求的时间。在本实施例中，对于控制器件4的每个运算周期通过使用特定的映射计算且更新无效喷射时间，该映射指示了在喷射器35的上游侧上的氢气的压力和温度、施加的电压和无效喷射时间之间的关系。
此外，控制器件4根据燃料电池10的运行状态(在燃料电池10的发电期间由电流传感器13检测到的电流值)计算喷射器35的驱动周期和驱动频率(驱动周期计算功能：B7)。在此，驱动周期是喷射器35的开/闭驱动的周期，即指示了喷射孔的开/闭状态的阶跃(开/闭)波形的周期。驱动频率是驱动周期的倒数。
本实施例的控制器件4通过使用映射计算驱动频率，该映射指示了燃料电池10的发电电流值和驱动频率，如在图3A中示出，使得当燃料电池10的发电电流值降低时驱动频率降低(驱动周期延长)。控制器件也计算了对应于此驱动频率的驱动周期。例如，当燃料电池10的发电电流值大时，设定高的驱动频率(短的驱动周期T1)，如在图4A中示出。另一方面，当燃料电池10的发电电流值小时，设定低的驱动频率(长的驱动周期T2)，如在图4B中示出。
此外，本实施例的控制器件4控制排气排出阀37的开/闭操作以执行排放操作(将氢废气从循环通道32经过排气排出阀37排出的操作)。然后，在执行这样的排放操作期间，控制器件4通过使用在图3B中示出的映射将喷射器35的驱动频率设定为比在不执行排放操作期间的频率更高的频率(短的驱动周期)。特别地，如在图3B中示出，控制器件4将执行排放操作期间的最小驱动频率F2设定为明显地高于在通常时间(不执行排放操作期间)的最小驱动频率F1。控制器件4将驱动周期设定为运算周期的倍数。
此外，控制器件4将氢消耗和反馈修正流量相加以计算喷射器35的喷射流量(喷射流量计算功能：B8)。然后，控制器件4用由将喷射器35的喷射流量除以静态流量所得到的值乘以驱动周期，以计算喷射器35的基本喷射时间，且器件将此基本喷射时间与无效喷射时间相加，以计算喷射器35的总喷射时间(总喷射时间计算功能：B9)。
然后，控制器件4输出用于实现通过以上所述的过程计算的喷射器35的总喷射时间的控制信号，且控制喷射器35的气体喷射时间和气体喷射正时，以调节供给到燃料电池10的氢气的流量和压力。即，当差的绝对值是预定阈值或更小时，控制器件4实现了用于降低此差的反馈控制。
此外，当目标压力值和检测的压力值之间的差的绝对值超过预定的阈值时，控制器件4实现了喷射器35的全开或全闭控制。在此，全开或全闭控制是所谓的开环控制，以维持喷射器35的开度为全开开度或全闭开度，直至目标压力值和检测的压力值之间的差的绝对值变为预定的阈值或更小。
特别地，当差的绝对值超过预定的阈值且检测的压力值小于目标压力值时，控制器件4输出用于使喷射器35全开(即用于连续喷射)的控制信号，以最大化供给到燃料电池10的氢气的流量和压力(全开控制功能：B10)。另一方面，当差的绝对值超过预定的阈值且检测的压力值大于目标压力值时，控制器件4输出用于使喷射器35全闭(即用于停止喷射)的控制信号，以最小化供给到燃料电池10的氢气的流量和压力(全闭控制功能：B11)。
此外，在喷射器35的全开控制或全闭控制期间，控制器件4设定高的驱动频率(短的驱动周期)。在本实施例中，在进行全开控制或全闭控制的情况中的驱动频率设定为在进行反馈控制的情况中的驱动频率的两倍。即，当用于进行反馈控制的最短的驱动周期是图5中示出的T1时，用于执行全开控制或全闭控制的最短的驱动周期设定为图5中示出的T3(＝0.5T1)。以此方式，在喷射器35的全开控制或全闭控制期间设定高的驱动频率(短的驱动周期)，由此可以抑制在全开控制期间的调整过度(其中作为控制量的检测的压力值高于目标压力值的状态)，或在全闭控制期间的调整不足(其中检测压力值低于目标压力值的状态)。
然后，将参考图6的流程图描述根据本实施例的燃料电池系统1的运行方法。
在燃料电池系统1的通常运行期间，氢气从氢罐30通过氢供给通道31供给到燃料电池10的燃料极，且增湿的且调节的空气通过空气供给通道21供给到燃料电池10的氧化极以发电。在此情况中，通过控制器件4计算从燃料电池10获取的电力(需求的电力)，且对应于待生成的电量的氢气量和空气量供给到燃料电池10。在本实施例中，在其中运行状态从这样的通常运行改变时(例如，在其中待生成的电量降低的情况中)，防止生成不定期的运行声音。
即，首先，燃料电池系统1的控制器件4通过使用电流传感器13检测在燃料电池10的发电期间的电流值(电流检测步骤：S1)。控制器件4基于由电流传感器13检测的电流值计算待供给到燃料电池10的氢气的目标压力值(目标压力值计算步骤：S2)。然后，控制器件4通过使用次级压力传感器43检测喷射器35的下游压力值(压力值检测步骤：S3)。然后，控制器件4计算在目标压力值计算步骤S2中计算的目标压力值与在压力值检测步骤S3中检测的压力值(检测压力值)之间的差ΔP(差计算步骤：S4)。
然后，控制器件4判断在差计算步骤S4中计算的差ΔP的绝对值是否是第一阈值ΔP1或更小(第一差判断步骤：S5)。在其中检测压力值小于目标压力值的情况中，第一阈值ΔP1是用于切换反馈控制和全开控制的阈值。在其中判断为目标压力值和检测压力值之间的差ΔP的绝对值是第一阈值ΔP1或更小时，控制器件4转换到后文中描述的第二差判断步骤S7。另一方面，在其中判断为目标压力值与检测压力值之间的差ΔP的绝对值超过第一阈值ΔP1的情况中，控制器件4输出用于使喷射器35全开(用于连续喷射)的控制信号以最大化待供给到燃料电池10的氢气的流量和压力(全开控制步骤：S6)。在这样的全开控制步骤S6中，控制器件4设定高的驱动频率(短的驱动周期)。
在其中在第一差判断步骤S5中判断为目标压力值与检测的压力值之间的差ΔP的绝对值是第一阈值ΔP1或更小的情况中，控制器件4判断在差计算步骤S4中计算的差ΔP的绝对值是否是第二阈值ΔP2或更小(第二差判断步骤：S7)。第二阈值ΔP2是用于在其中检测的压力值高于目标压力值的情况中切换反馈控制和全闭控制的阈值。在其中判断为目标压力值和检测的压力值之间的差ΔP的绝对值是第二阈值ΔP2或更小时，控制器件4转变到将在后文中描述的排放判断步骤S9。另一方面，在其中判断为目标压力值与检测压力值之间的差ΔP的绝对值超过第二阈值ΔP2的情况中，控制器件4输出用于使喷射器35全闭(用于停止喷射)的控制信号以最小化待供给到燃料电池10的氢气的流量和压力(全闭控制步骤：S8)。在这样的全闭控制步骤S8中，控制器件4设定了高的驱动频率(短的驱动周期)。
在其中在第二差判断步骤S7中判断为目标压力值与检测压力值之间的差ΔP的绝对值是第二阈值ΔP2或更小的情况中，控制器件4判断是否执行排放操作(排放判断步骤：S9)。然后，在其中判断为执行排放操作的情况中，控制器件4基于在图3B中示出的用于执行排放操作的映射和在电流检测步骤S1中检测的燃料电池10的发电电流值计算喷射器35的驱动频率和驱动周期(排放时间驱动周期计算步骤：S10)。另一方面，在其中判断为不执行排放操作的情况中，控制器件4基于在图3A中示出的用于通常时间的映射和在电流检测步骤S1中检测的燃料电池10的发电电流值计算喷射器35的驱动频率和驱动周期(通常时间驱动周期计算步骤：S11)。然后，控制器件4通过使用计算的驱动周期实现反馈控制(反馈控制步骤：S12)。
将特别地描述反馈控制步骤S12。首先，控制器件4基于由电流传感器13检测的电流值计算待由燃料电池10消耗的氢气的流量(氢消耗)。此外，控制器件4基于在目标压力值计算步骤S2中计算的目标压力值与在压力值检测步骤S3中检测的喷射器35的下游压力检测值之间的差ΔP计算反馈修正流量。然后，控制器件4将计算的氢消耗与反馈修正流量相加以计算喷射器35的喷射流量。
此外，控制器件4基于由初级压力传感器41检测的喷射器35的氢气的上游压力和由温度传感器42检测的喷射器35的上游侧上的氢气温度计算喷射器35的上游静态流量。然后，控制器件4用将喷射器35的喷射流量除以静态流量所获得的值乘以驱动周期，以计算喷射器35的基本喷射时间。
此外，控制器件4基于由初级压力传感器41检测的喷射器35的上游氢气压力、由温度传感器42检测的喷射器35的上游氢气温度与施加的电压计算喷射器35的无效喷射时间。然后，控制器件4将喷射器35的无效喷射时间与基本喷射时间相加，以计算喷射器35的总喷射时间。然后，控制器件4输出涉及喷射器35的计算的总喷射时间的控制信号，以控制喷射器35的气体喷射时间和气体喷射正时，由此调节了待供给到燃料电池10的氢气的流量和压力。
根据以上所述的实施例的燃料电池系统1，当燃料电池10的发电电流值小时，可设定低的驱动频率(长的驱动周期)。因此，抑制了在燃料电池10的发电量降低期间喷射器35的不定期运行，由此可以抑制不希望的运行声音的生成。
此外，根据以上所述的实施例的燃料电池系统1，当控制排气排出阀37的开/闭操作以执行排放操作时，可设定高的驱动频率(短的驱动周期)。因此，在执行排放操作期间可抑制氢气的供给压力临时降低。作为结果，可抑制在排放期间的发电性能的降低。
此外，在根据以上所述的实施例的燃料电池系统1中，在喷射器35的全开控制或全闭控制期间可设定高的驱动频率(短的驱动周期)。因此，可抑制在喷射器35的全开控制期间的调节过度和在喷射器35的全闭控制期间的调节不足，且可以改进在喷射器35的全开或全闭控制期间的控制精度。
另外，根据以上所述的实施例的燃料电池系统1，将驱动周期设定为控制器件4的运算周期的倍数，使得喷射器35的驱动周期可以与控制器件4的运算周期同步。作为结果，可以改进喷射器35的控制精度。
此外，根据以上所提及的实施例的燃料电池车辆S(移动体)包括一种燃料电池系统1，其能抑制喷射器35的不定期运行的，以抑制不希望的运行声音的生成，使得对于乘员几乎不给出不舒适性。运行声音被稳定，由此可以为乘员提供安全感。
应注意的是在以上的实施例中，描述了其中燃料电池系统1的氢气管路系统3提供有循环通道32的例子。然而，例如，如在图7中示出，排出通道38可以直接地连接到燃料电池10以省略循环通道32。即使在其中使用了这样的构造(死端系统)的情况中，控制器件4也根据运行状态以与以上的实施例中相同的方式适当地设定驱动频率(驱动周期)，由此可以获得与以上的实施例的功能和效果相类似的功能和效果。
此外，在以上的实施例中，描述了其中循环通道32提供有氢泵39的例子。然而，可以使用排出器作为氢泵39的替代。在以上的实施例中，描述了其中在循环通道32内提供了排气排出阀37以实现排气和排水。然而，将由气液分离器36收集的水分排出到外界的排出阀和将来自循环通道32的气体排出的排气阀可以分开地提供，由此控制器件4可以控制排气阀。
此外，在以上的实施例中，描述了其中次级压力传感器43布置在氢气管路系统3的氢供给通道31的喷射器35的下游位置以设定喷射器35的运行状态(喷射时间)使得在此位置的压力被调节(接近预定的目标压力值)的例子。然而，次级压力传感器的位置不限制于此例子。
例如，次级压力传感器可以布置在接近燃料电池10的氢气入口(在氢供给通道31上)的位置中，靠近燃料电池10的氢气出口(在循环通道32上)的位置中，或靠近氢泵39的出口(在循环通道32上)的位置中。在这样的情况中，事先准备其中记录了在次级压力传感器的每个位置中的目标压力值的映射，且基于记录在此映射中的目标压力值和由次级压力传感器检测的压力值(检测压力值)计算反馈修正流量。
此外，在以上的实施例中，描述了其中氢供给通道31提供有截止阀33和调节器34的例子。然而，喷射器35执行可变压力调节阀的功能和截止阀的功能，以阻断氢气的供给。因此，不必提供截止阀33和调节器34。结果，当使用喷射器35时，截止阀33和调节器34可以省略，使得系统可以小型化且不昂贵地构成。
此外，在以上的实施例中，描述了其中喷射器35的驱动频率(驱动周期)在发电期间基于燃料电池10的电流值设定的例子。然而，喷射器35的驱动频率(驱动周期)可以基于氢气的目标压力值和检测的压力值设定。在此情况中，驱动频率使用映射计算，该映射指示了目标压力值(或检测压力值)和驱动频率之间的关系，使得随着目标压力值(或检测的压力值)降低，驱动频率降低(驱动周期延长)，由此可以计算对应于此驱动频率的驱动周期。因此，可以禁止在氢气的供给压力降低期间喷射器的不定期运行，以抑制不希望的运行声音的生成。
此外，在以上的实施例中，描述了其中在燃料电池10的发电期间检测电流值以基于此电流值设定喷射器35的驱动频率(驱动周期)的例子。然而，可以检测指示燃料电池10的运行状态的另外的物理量(在燃料电池10的发电期间的电压值或功率值、燃料电池10的温度等)，以根据此检测的物理量设定喷射器35的驱动频率(驱动周期)。此外，控制器件可以判断运行状态，例如判断燃料电池10是否处于停止状态，在起动期间的运行状态，在马上进入间歇运行前的运行状态，在刚从间歇运行恢复后的运行状态，或通常的运行状态，以根据这样的运行状态设定喷射器35的驱动频率(驱动周期)。
工业实用性
如在以上的实施例中描述，根据本发明的燃料电池系统不仅可以安装在燃料电池车辆上，而且可以安装在除燃料电池车辆之外的任何类型的移动体上(机器人、船舶、飞机等)。本发明的燃料电池系统可以应用于固定发电系统以作为发电设备用于建筑物(房屋、建筑等)。

Claims (7)

1.一种燃料电池系统，包括：燃料电池；向此燃料电池供给燃料气体的燃料供给系统；喷射器，所述喷射器调节此燃料供给系统的上游侧上的气体状态，以将所述气体供给到下游侧；和用于在预定的驱动周期中驱动和控制此喷射器的控制装置，
其中所述燃料电池的发电量越小，所述控制装置将所述驱动周期设定得越长。
2.一种燃料电池系统，包括：燃料电池；向此燃料电池供给燃料气体的燃料供给系统；喷射器，所述喷射器调节此燃料供给系统的上游侧上的气体状态，以将所述气体供给到下游侧；和用于在预定的驱动周期中驱动和控制此喷射器的控制装置，
其中供给到所述燃料电池的所述燃料气体的压力越低，所述控制装置将所述驱动周期设定得越长。
3.一种燃料电池系统，包括：燃料电池；向此燃料电池供给燃料气体的燃料供给系统；喷射器，所述喷射器调节此燃料供给系统的上游侧上的气体状态，以将所述气体供给到下游侧；和用于在预定的驱动周期中驱动和控制此喷射器的控制装置，
其中所述燃料供给系统具有：燃料供给通道，以把从燃料供给源供给来的所述燃料气体供给到所述燃料电池；燃料排出通道，以把来自所述燃料电池的燃料废气排出；和排出阀，以把所述燃料排出通道内的气体排出到外部；并且
所述控制装置控制所述排出阀的开闭操作以执行所述燃料废气的排放操作，且把在执行所述排放操作期间的所述驱动周期设定为比在不执行排放操作期间的所述驱动周期短的时间。
4.一种燃料电池系统，包括：燃料电池；向此燃料电池供给燃料气体的燃料供给系统；喷射器，所述喷射器调节此燃料供给系统的上游侧上的气体状态，以将所述气体供给到下游侧；和用于在预定的驱动周期中驱动和控制此喷射器的控制装置，
其中所述控制装置在预定的运算周期内进行计算，且将所述驱动周期设定为所述运算周期的倍数。
5.一种燃料电池系统，包括：燃料电池；向此燃料电池供给燃料气体的燃料供给系统；喷射器，所述喷射器调节此燃料供给系统的上游侧上的气体状态，以将所述气体供给到下游侧；和用于在预定的驱动周期中驱动和控制此喷射器的控制装置，
其中所述控制装置把在所述喷射器的全开控制期间的所述驱动周期设定为比在非全开控制期间的所述驱动周期短的时间，或者所述控制装置把在所述喷射器的全闭控制期间的所述驱动周期设定为比在非全闭控制期间的所述驱动周期短的时间。
6.一种移动体，包括根据权利要求1所述的燃料电池系统。
7.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中所述控制装置设定所述驱动周期以抑制所述喷射器的不定期操作。
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