CN101449415B - 燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种燃料电池系统，其能够在需要时且在适当的时刻向使用者报告输入低温对策用的控制指令。控制单元在从存在该系统的起动要求开始到存在停止要求的期间判断外部气体温度To或远距离部件温度Tp是否低于0℃(步骤S2)。控制单元如果判断任意一个温度低于0℃，则向使用者报告催促输入低温对策用的控制指令的信息(步骤S3)。

Description

燃料电池系统
技术领域
本发明涉及一种燃料电池系统。 
背景技术
在外部温度较低的情况下，产生如下问题：在燃料电池系统停止后其内部产生的水冻结，并且配管、阀等破损的问题；冻结的水阻塞气体流路，在下一次燃料电池起动时妨碍气体的供给从而电化学反应不能充分进行的问题。 
鉴于这些问题，提出了在存在有燃料电池系统的停止要求以后的规定时刻取得外部气体的温度等的温度信息，并从该温度信息预测水的冻结而向使用者报告的方法(例如参照专利文献1)。 
根据该方法，使用者根据显示器等显示的预测结果(例如“有冻结的担心”)判断是否进行低温对策用控制(暖机处理等)，并根据判断结果按下低温对策实施按钮等，因此仅在使用者判断为需要时进行低温对策用的控制。根据该构成，由于不需要时不进行低温对策用的控制，因此能够防止无故消耗燃料(氢等)。 
[专利文献1]日本特开2005-108832号公报 
然而，在存在有燃料电池系统的停止要求以后，报告催促进行低温对策用控制的信息，担心使用者会疏漏。在使用者疏漏该信息的情况下，产生不根据使用者的意图而未进行低温对策用控制的问题。 
发明内容
本发明鉴于以上说明的情况，其目的在于，提供一种燃料电池系统，其可在需要时且在恰当的时刻，向使用者报告低温对策用的控制指令的输入。 
为了解决上述问题，本发明的燃料电池系统是在输入来自使用者的低温对策用要求时进行低温对策用的控制的燃料电池系统，其特征在于，具有：判断单元，在从输入系统的起动指令到输入停止指令的期间判断该系统是否满足设定条件；和报告单元，其在满足上述设定条件的情况下，在该系统起动中催促使用者输入低温对策要求。 
根据该构成，在该系统满足设定条件(与该系统相关的温度条件等)的情况下，在系统起动中报告输入低温对策用的控制指令，因此可抑制使用者疏漏的问题。 
在此，对于上述构成，优选上述判断单元以规定的时间间隔反复执行上述判断的方式。根据该构成，能够根据该系统的利用状况进行判断。 
另外，希望上述与系统相关的温度条件是与该系统的外部气体温度或该系统的部件温度中的至少任意一个相关的温度条件。 
另外，本发明的燃料电池系统是进行低温对策用的控制的燃料电池系统，其特征在于，具有：第一判断单元，在从输入系统的起动指令到输入停止指令的期间判断与该系统相关的温度是否满足第一设定条件；第二判断单元，在满足上述第一设定条件的情况下判断与该系统相关的温度的历时变化是否满足第二设定条件；和控制单元，在满足上述第二设定条件的情况下进行低温对策用的控制。 
根据该构成，在进行低温对策用的控制(系统结束时的扫气处理等)的情况下，例如能够通过文字信息或声音信息等向使用者可靠地 报告，不会令使用者产生不适感、误认。 
在此，对于上述构成，其特征在于，上述与系统相关的温度是外部气体温度，上述第一判断单元判断上述外部气体温度是否低于设定的基准温度，上述第二判断单元在上述外部气体温度低于设定的上述基准温度的情况下，判断该外部气体温度的历时变化是否在设定的差分阈值以上。 
如上所述，根据本发明，可在需要时且在适当的时刻向使用者报告催促输入低温对策用的控制指令的信息。 
附图说明
图1是表示第一实施方式的燃料电池系统的构成的图。 
图2是表示相同实施方式的燃料电池系统的动作的流程图。 
图3是表示相同实施方式的外部气体温度和远距离部件温度的关系的图表。 
图4是举例表示相同实施方式的显示画面的图。 
图5是表示第二实施方式的燃料电池系统的动作的流程图。 
图6是表示第三实施方式的燃料电池系统的动作的流程图。 
图7是表示相同实施方式的外部气体温度的历时变化的图。 
具体实施方式
以下参照图对本发明的实施方式进行说明。 
A.第一实施方式 
(1)实施方式的构成 
图1是表示第一实施方式的燃料电池系统100的要部构成图。在本实施方式中，虽然假想搭载在燃料电池汽车(FCHV；Fuel Cell HyblidVehicle)、电动汽车、混合动力汽车等的车辆上的燃料电池系统，但是不仅是车辆，也可适用于各种移动体(例如，船舶、飞机、机器人 等)、定置型电源上。 
燃料电池40是从供给的反应气体(燃料气体和氧化气体)产生电力的单元，能够利用固体高分子型、磷酸型、熔融碳酸盐型等各种种类的燃料电池。燃料电池40具有串联地层叠具备MEA等的多个单体电池的堆叠构造。该燃料电池40的输出电压(以下称为FC电压)及输出电流(以下称为FC电流)分别由电压传感器140和电流传感器150检测。从燃料气体供给源10向燃料电池40的燃料极(阳极)供给氢气等的燃料气体，另一方面从氧化气体供给源70向氧极(阴极)供给空气等的氧化气体。 
燃料气体供给源10例如由氢罐、各种阀等构成，通过调整阀开度、ON/OFF时间等控制向燃料电池40供给的燃料气体量。 
氧化气体供给源70例如由空气压缩机、驱动空气压缩机的马达、变换器等构成，通过调整该马达的转速等来调整供给燃料电池40的氧化气体量。 
蓄电池60是可充放电的二次电池，例如由镍氢蓄电池等构成。当然，也可以代替蓄电池60设置二次电池以外的可充放电的蓄电器(例如电容器)。该蓄电池60经由DC/DC转换器130与燃料电池40并联地连接。 
变换器110例如是脉冲宽度调制方式的PWM变换器，根据从控制单元80发出的控制指令将从燃料电池40或蓄电池60输出的直流电变换为三相交流电，并供给牵引电动机115。牵引电动机115是用于驱动车轮116L、116R的马达(即移动体的动力源)，该马达的转速由变换器110控制。该牵引电动机115及变换器110与燃料电池40侧连接。 
DC/DC转换器130是例如由四个功率晶体管和专用的起动电路 (均省略图示)构成的全桥转换器。DC/DC转换器130具有：将从蓄电池60输入的DC电压升压或降压而向燃料电池40侧输出的功能；和将从燃料电池40等输入的DC电压升压或降压而向蓄电池60侧输出的功能。另外，由DC/DC转换器130的功能实现蓄电池60的充放电。 
在蓄电池60和DC/DC转换器130之间连接有车辆辅机、FC辅机等的辅机类120。蓄电池60是这些辅机类120的电源。所谓车辆辅机是指在车辆运转时等使用的各种电力机器(照明机、空调机、油压泵等)，所谓FC辅机是指用于燃料电池40的运转的各种电力机器(用于供给燃料气体、氧化气体的泵等)。 
控制单元80由CPU、ROM、RAM等构成，根据从电压传感器140、电流传感器150、检测燃料电池40的温度的温度传感器50、检测蓄电池60的充电状态的SOC传感器、检测油门踏板开度的油门踏板传感器等输入的各传感器信号对该系统的各部分进行中枢控制。另外，本实施方式的控制单元80不仅是存在有燃料电池的停止要求以后，在从存在燃料电池系统的起动要求(起动指令)开始到存在有燃料电池系统的停止要求(停止指令)的期间也根据需要进行低温对策用的控制(后面详述)。 
显示装置(报告单元)160由液晶显示装置、各种灯等构成，声音输出装置(报告单元)180由扬声器、放大器、滤波器等构成。控制单元80使用显示装置160和声音输出装置170报告各种信息。在被报告的信息中也包含与预热处理、扫气处理等低温对策用的控制相关的信息(例如显示催促输入低温对策用的控制指令等；后面详述)。 
输入装置170由键盘、鼠标、触摸面板、各种操作开关等构成。在操作开关中包括有用于输入低温对策用的控制开始/控制停止指令的特殊开关(以下称为低温对策开关)SW1。使用者通过开关操作该低温对策开关SW1，进行低温对策用的控制开始/控制停止的指示。
外部气体温度传感器190是用于检测外部气体温度的传感器，例如设于该车辆的外周。部件温度传感器195是检测搭载于该车辆的各种部件(各种辅机等)的温度的传感器，安装到作为检测对象的部件上。在本实施方式中，在设于离热源较远处(排气出口或经由燃料电池等的热源供给的气体流量较少的地方等)的各部件(以下为远距离部件)上安装部件传感器195。当然，在哪一个的部件上安装部件温度传感器195是任意的。 
控制单元80根据由这些外部气体温度传感器190检测出的外部气体温度、由部件温度传感器195检测出的远距离部件的温度(以下称为远距离部件温度)进行低温判断，判断是否应该向使用者报告催促输入低温对策用的控制指令的信息。 
以下，对本系统的动作进行说明。 
(2)实施方式的动作 
图2是表示燃料电池系统100的动作的流程图。 
控制单元80在检测出输入该系统的起动要求(打开点火开关等)后(步骤S1)，根据由外部气体温度传感器190检测出的外部气体温度To、由部件温度传感器195检测出的远距离部件温度Tp进行低温判断(步骤S2)。详细而言，控制单元(判断单元)80将外部气体温度To、远距离部件温度Tp与预先设定的基准温度Ts(例如0℃)进行比较，判断外部气体温度To或远距离部件温度Tp是否低于基准温度Ts。 
图3是表示外部气体温度和远距离部件温度的关系的图，横轴表示外部气体温度，纵轴表示远距离部件温度。如图3所示，在外部气体温度To的基准温度Tos和远距离部件温度Tp的基准温度Tps分别 被设定为0℃的状态下，控制单元80判断外部气体温度To或远距离部件温度Tp是否低于0℃。在此，在远距离部件有多个的情况下，判断最低温度的远距离部件(图3中的部件c)的温度Tp是否低于0℃即可。但是，利用哪一个远距离部件的温度是任意的。 
如果外部气体温度To或远距离部件温度Tp在0℃以上，控制单元80判断不需要低温对策用的控制，并开始通常运转(步骤S2→步骤S10)。另一方面，控制单元(报告单元)80如果判断外部气体温度To或远距离部件温度Tp低于0℃(参照如图3所示的斜线部分)，则在显示装置160显示如图4所示的催促输入低温对策用的控制指令的信息，同时从声音输出装置180输出催促输入该控制指令的声音信息等(步骤S2→步骤S3)。使用者确认显示装置160上显示的信息等，并判断是否应该执行低温对策用的控制。使用者如果判断需要低温对策用的控制，则使低温对策开关SW1打开。如果检测到低温对策开关SW1打开(步骤S4；是(YES))，则控制单元80在开启存储在存储器(省略图示)的低温对策标志后(步骤S5)，停止上述信息的报告。其后，控制单元80判断是否有该系统的停止要求(点火开关关闭等)(步骤S6)，如果判断没有要求则返回到步骤S2。由此，以规定的时间间隔反复执行包含有上述低温判断的一连串的处理。 
另一方面，控制单元80在步骤S4中未检测到低温对策开关SW1被打开的情况下(步骤S4；否(NO))，进入步骤S6，判断是否存在该系统的停止要求。在判断没有要求的情况下，与上述相同地返回到步骤S2，执行上述一连串的处理。 
控制单元80在步骤S4中未检测到低温对策开关SW1被打开的情况下(步骤S4；NO)，进入步骤S6，判断是否有该系统的停止要求。控制单元80在开始通常运转后也进入步骤S6，进行同样的处理(步骤S10→步骤S6)。
其后，如果检测到存在该系统的停止要求，则控制单元80参照低温对策标志判断低温对策开关SW1是否被打开。在低温对策开关SW1被关闭的情况下(步骤S7；NO)，不进行以下所示的低温对策用控制，而进行停止供给气体等的处理(停止处理)(步骤S9)。 
另一方面，在低温对策开关SW1被打开的情况下(步骤S7；YES)，作为低温对策用控制执行扫气处理等(步骤S8)。通过执行该扫气处理，能够降低滞留在配管等中的水分量，从而能够抑制滞留在配管的水冻结而破损等的问题。低温对策用的控制结束后，控制单元80进行与上述同样的停止处理(步骤S9)，结束处理。 
如上所述，根据本实施方式，在从存在该系统的起动要求开始到存在停止要求的期间，判断外部气体温度To或远距离部件温度Tp是否低于0℃，并且在任意一个温度低于0℃的情况下报告催促低温对策用的控制指令的信息，因此可抑制使用者疏漏该信息等的问题。 
变形例 
(1)在上述第一实施方式中，在外部气体温度To或远距离部件温度Tp在基准温度Ts以上的情况下报告催促输入低温对策用的控制指令的信息，但是也可以是仅在满足两个条件的情况下报告该信息。 
(2)另外，在上述第一实施方式中，根据该系统的温度条件(外部气体温度To或远距离部件温度Tp的温度条件)，判断是否报告催促输入低温对策用的控制指令的信息，但是也可以根据其他的条件(例如燃料气体的流量等)，判断是否报告该信息。 
B.第二实施方式 
在上述第一实施方式中，虽然在外部气体温度To或远距离部件温度Tp低于0℃的情况下通过报告来催促使用者打开开关发出低温对策用的控制指令，但是由于担心使用者疏漏报告，因此也可以在报告后 即使开关未打开也实施低温对策控制。 
图5是表示第二实施方式的燃料电池系统100的动作的流程图。对于与图2所示的流程相对应的步骤附加相同标号，并省略详细说明。 
如果控制单元80检测出输入了该系统的起动要求(点火开关打开等)(步骤S1)，则根据由外部气体温度传感器190检测出的外部气体温度To、由部件温度传感器195检测出的远距离部件温度Tp进行低温判断(步骤S2)。 
控制单元80，如果外部气体温度To或远距离部件温度Tp在0℃以上，则判断不需要低温对策用的控制，并开始通常运转(步骤S2→步骤S10)。另一方面，控制单元80如果判断外部气体温度To或远距离部件温度Tp低于0℃，则不催促使用者是否应该执行低温对策用控制而使低温对策开关SW1打开(步骤S130)。控制单元80如果使低温对策开关SW1打开，则进入步骤S6，判断是否有该系统的停止要求。在判断没有要求的情况下(步骤S6；NO)，与上述同样返回步骤S2，执行上述一连串的处理。 
其后，如果检测到存在该系统的停止要求(步骤S6；YES)，作为低温对策用的控制执行扫气处理。通过执行该扫气处理，能减少滞留在配管的水分量，从而能够抑制滞留在配管的水冻结而破损等的问题。低温对策用的控制结束后，控制单元80进行与上述同样的停止处理(步骤S9)，结束处理。 
如上述说明，根据本实施方式，在从存在该系统的起动要求开始到存在停止要求的期间，判断外部气体温度To或远距离部件温度Tp是否低于0℃，并且在任意一个的温度低于0℃的情况下使低温对策开关SW1自动地打开，因而能可靠地执行低温对策用的控制。
另外，也可以用温度阈值的大小将是否需要低温对策设定为“需要”、“绝对需要”二个阶段。并且，在设定为“需要”的情况下，进行催促打开开关的报告，但是在开关关闭时不进行低温处理。另一方面，在设定为“绝对需要”的情况下判断持续开关关闭时的状态确实会有低温产生的危害，即使开关关闭也自动地执行低温对策。也可以进行这样的控制。 
变形例 
(1)在上述第二实施方式中，在外部气体温度To或远距离部件温Tp在基准温度Ts以上的情况下自动地打开低温对策开关SW1，但是也可以仅在满足两个条件的情况下打开该开关SW1。 
C.第三实施方式 
在上述第二实施方式中，在外部气体温度To或远距离部件温度Tp低于0℃的情况下自动地执行低温对策用的控制，但是例如在冬季行驶中的车辆停止在室内停车场的情况下等，也存在产生急剧的温度变化的情况。在急剧的温度变化使车辆充分地变暖的情况下，不需要低温对策用的控制，但是对于进行低温对策用的控制直到存在这样的急剧的温度变化的情况，产生无谓地消耗燃料气体等的问题。 
如下所示的第三实施方式是为了解决该问题而提出的，其目的在于提供一种燃料电池系统，其防止不必要地进行低温对策用的控制，由此抑制无谓地消耗燃料气体等的问题。 
图6是表示第三实施方式的燃料电池系统100的动作的流程图。另外，对于与如图2所示的流程相对应的步骤附加相同的标号，省略详细的说明。 
控制单元(第一判断单元)80，检测出输入了该系统的起动要求(打开点火等)(步骤S1)时，根据由外部气体温度传感器190检测出的外部气体温度To、由部件温度传感器195检测出的远距离部件温度Tp进行第一低温判断(步骤S2)。详细而言，控制单元80将外部气体温度To和远距离部件温度Tp与预先设定的第一基准温度Ts1(例如0℃)进行比较，并判断外部气体温度To和远距离部件温度Tp是否低于第一基准温度(例如0℃)Ts1。另外，检测出的外部气体温度To相对于温度检测存储器(省略图示)按照时间序列顺序存储。 
控制单元80，如果外部气体温度To或远距离部件温度Tp高于0℃，则判断不需要低温对策用的控制，并开始通常运转(步骤S2→步骤S10)。另一方面，控制单元80如果判断外部气体温度To或远距离部件温度Tp低于0℃，则在将存储于存储器(省略图示)的第一低温判断标志开启后(步骤S2→步骤S230)，进入步骤S6。 
进入步骤S6后，控制单元80判断是否存在该系统的停止要求。在判断没有要求的情况下(步骤S6；NO)，与上述同样返回到步骤S2，执行上述一连串的处理。 
其后，如果检测到存在该系统的停止要求(步骤S6；YES)，则控制单元(第二判断单元)80根据由外部气体温度传感器190检测出的外部气体温度To进行第二低温判断(步骤S240)。详细而言，控制单元80，首先求出这次检测出的外部气体温度Tor和存储在温度检测存储器的上一次以前的外部气体温度Top之间的差分温度Td(＝Tor-Top；温度的历时变化)，判断求出的差分温度Td是否在预先设定的差分阈值Tt以上、或者这次检测出的外部气体温度Tor是否在预先设定的第二基准温度Ts2(例如0℃)以上(参照图7)。 
在第二低温判断中，控制单元80判断求出的差分温度Td在预先设定的差分阈值Tt以上、或者这次检测出的外部气体温度Tor在0℃以上后，不进行低温对策控制而停止系统。 
另一方面，控制单元80，在求出的差分温度Td低于预先设定的差分阈值Tt，并且这次检测出的外部气体温度Tor低于0℃的情况下，进入步骤S250，判断第一低温判断标志是否开启。 
控制单元80在第一低温判断标志未被开启的情况下，不进行低温对策控制而停止系统。另一方面，控制单元(控制手段)80在第一低温判断标志开启的情况下，在打开低温对策开关SW1后(步骤S260)，作为低温对策用的控制执行扫气处理等(步骤S8)。通过执行该扫气处理，能降低滞留在配管等内的水分量，从而能够抑制滞留在配管的水冻结而破损等的问题。低温对策用的控制结束后，控制单元80进行与上述同样的停止处理(步骤S9)，结束处理。 
如上说明，根据本实施方式，在存在急剧温度变化的情况下(例如，在冬季行驶中的车辆停止在室内停车场的情况等)，不执行低温对策用的控制，因此能够防止由于不必要地执行低温对策用的控制而无谓地消耗燃料气体等的问题。 
变形例 
(1)在上述第三实施方式中，根据外部气体温度进行第二低温判断，但是也可以代替其(或者在其之上)根据远距离部件温度进行第二低温判断。具体而言，求出这次检测出的远距离部件温度Tpr和存储在温度检测存储器的前一次以前的远距离部件温度Tpp之间的差分温度Td(＝Tpr-Tpp)，判断求出的差分温度Td是否在预先设定的差分阈值Tt以上、或这次检测出的远距离部件温度Tpr是否在预先设定的第二基准温度Ts2以上即可。 
(2)另外，在上述第三实施方式中，作为第一基准温度Ts1、第二基准温度Ts2例示了“0℃”，也可以是其他的温度(例如5℃)，另外，两基准温度Ts1、Ts2也可以不相同。
(3)另外，在上述第三实施方式中，在求出的差分温度Td在预先设定的差分阈值Tt以上或者这次检测出的外部气体温度Tor在预先设定的第二基准温度Ts2以上的情况下进行低温对策控制，但是也可以在满足两个条件的情况下进行低温对策的控制。 
当然能够适当地组合以上说明的各实施方式和变形例。

Claims (2)

1.一种燃料电池系统，进行低温对策用的控制，其特征在于，具有：
第一判断单元，在从输入系统的起动指令到输入停止指令的期间判断与该系统相关的温度是否低于设定的基准温度，当与该系统相关的温度低于所述设定的基准温度时判断为满足第一设定条件；
第二判断单元，在满足上述第一设定条件的情况下，判断与该系统相关的温度的历时变化是否在设定的差分阈值以上，当与该系统相关的温度的历时变化低于设定的差分阈值时，判断为满足第二设定条件；和
控制单元，在满足上述第二设定条件的情况下进行低温对策用的控制。
2.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
上述与系统相关的温度是外部气体温度。
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