CN101971400A - 燃料电池系统及移动体 - Google Patents

燃料电池系统及移动体 Download PDF

Info

Publication number
CN101971400A
CN101971400A CN2008801202183A CN200880120218A CN101971400A CN 101971400 A CN101971400 A CN 101971400A CN 2008801202183 A CN2008801202183 A CN 2008801202183A CN 200880120218 A CN200880120218 A CN 200880120218A CN 101971400 A CN101971400 A CN 101971400A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fuel cell
gas
injector
control device
hydrogen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2008801202183A
Other languages
English (en)
Inventor
石河统将
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Publication of CN101971400A publication Critical patent/CN101971400A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H01M8/04388—Pressure; Ambient pressure; Flow of anode reactants at the inlet or inside the fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04664—Failure or abnormal function
    • H01M8/04686—Failure or abnormal function of auxiliary devices, e.g. batteries, capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04126—Humidifying
    • H01M8/04141—Humidifying by water containing exhaust gases
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明提供一种燃料电池系统及移动体，其即使在阀装置的驱动周期中途发生反应气体的供给异常的情况下，也可适宜地维持反应气体向燃料电池的供给量。该燃料电池系统(1)具备：燃料电池(10)、向燃料电池(10)供给反应气体的气体供给流路(31)、设于气体供给流路(31)并以规定的驱动周期被驱动的阀装置(35)、控制阀装置(35)的驱动以使向燃料电池(10)供给的反应气体成为目标气体状态的控制装置(4)、测定阀装置(35)下游侧的反应气体的气体状态的传感器(43)，控制装置(4)在检测到目标气体状态和由传感器(43)测定的气体状态之差超过规定值时，与规定的驱动周期无关地驱动阀装置(35)。

Description

燃料电池系统及移动体
技术领域
本发明涉及一种燃料电池系统及移动体，特别是涉及一种控制反应气体向燃料电池的供给的技术。
背景技术
近年来，已提出一种具备接受反应气体(燃料气体及氧化气体)的供给而进行发电的燃料电池的燃料电池系统，并在进行实用化。在这种燃料电池系统中，设有用于使从氢罐等燃料供给源供给的氢气流向燃料电池的燃料供给流路及用于使由压缩机等吸入的大气中的空气流向燃料电池的空气供给流路。
为维持燃料电池的良好的发电状态，至为重要的是，检测出燃料供给流路及空气供给流路之类的气体供给系统中的反应气体的供给异常，并对该异常迅速采取措施。作为这样的燃料电池系统，例如专利文献1提出，在气体供给系统中配置喷射器，基于喷射器的目标工作量和气体供给系统的检测物理量检测气体供给系统的异常，设定喷射器的阀芯的开度、开放时间。
专利文献1：日本特开2007-165237
但是，在这样的燃料电池系统中，喷射器在每个规定的驱动周期喷出反应气体，在驱动周期中途有气体供给系统的下游侧的气体泄漏的情况下，则不能维持目标工作量。该情况下，反应气体向燃料电池的供给量不足，不能维持燃料电池良好的发电状态。
发明内容
于是，本发明是鉴于上述现有技术的课题而提出的，其目的在于提供一种燃料电池系统，其在阀装置的驱动周期中途存在反应气体的供给异常的情况下，也能够适宜地维持反应气体向燃料电池的供给量。
在本发明中，为解决上述课题，采用了以下方法。即，构成一种燃料电池系统，具备：燃料电池、向上述燃料电池供给反应气体的气体供给流路、设于上述气体供给流路并以规定的驱动周期被驱动的阀装置、控制上述阀装置的驱动以使向上述燃料电池供给的反应气体成为目标气体状态的控制装置、测定上述阀装置下游侧的反应气体的气体状态的传感器，上述控制装置在检测到上述目标气体状态和由上述传感器测定的气体状态之差超过规定值时，与上述规定的驱动周期无关地驱动上述阀装置。
根据该构成，在阀装置的驱动周期中途，即使目标气体状态和所测定的气体状态之差达到规定值以上(典型的是因气体泄漏等引起气体供给不足的情况等)，控制装置也与规定的驱动周期无关地驱动阀装置，因而可适宜地维持反应气体向燃料电池的供给量。
此外，在本说明书中，所谓“气体状态”是指用流量、压力、温度、摩尔浓度等表示的气体的状态。
另外，上述构成中也可以为，上述控制装置在从上述阀装置的打开起经过规定时间后允许上述传感器进行测定。
根据该构成，可测定经过规定时间后的气体供给流路的反应气体的状态，可防止在刚开阀之后的不稳定状态下测定气体状态，进而可适宜地检测反应气体的供给异常。
另外，上述构成中也可以为，上述控制装置具有规定的运算周期，上述控制装置在经过上述规定时间后的下一次的运算周期检测上述目标气体状态和由上述传感器测定的气体状态之差是否超过规定值。
根据该构成，可与规定的运算周期一致而检测反应气体的供给异常。
另外，上述构成中也可以为，上述规定时间为上述阀装置打开后直至该阀装置下游侧的气体状态稳定的时间。
根据该构成，可在阀装置下游侧的气体状态稳定的状态下测定气体供给流路的反应气体状态，从而可防止在不稳定的状态下测定气体状态，进而能够适宜地检测反应气体的供给异常。
另外，在上述构成中也可以为，上述气体状态为上述反应气体的气体压力，上述传感器为压力传感器。
根据该构成，可通过检测反应气体的气压来检测反应气体的供给异常。
另外，在上述构成中也可以为，上述阀装置为喷射器。
喷射器响应性高，则对于驱动周期中途的不规则且微细的驱动指令也能够响应，适用于本发明的有效性高，可更适宜地维持反应气体向燃料电池的供给量。
另外，本说明书中的喷射器，典型的是作为电磁驱动式开闭阀而构成，其能够用电磁驱动力直接以规定的驱动周期驱动阀芯而使其与阀座分离，从而调整气体状态。
另外，本发明的移动体具备上述燃料电池系统。
根据该构成，由于具备更适宜地维持反应气体向燃料电池的供给量的燃料电池系统，因而可提供一种对输出要求(例如为车辆时是油门的开度等)具有高的响应性的移动体。
根据本发明，可提供一种燃料电池系统，其即使是在阀装置的驱动周期中途存在反应气体的供给异常的情况下，也可适宜地维持反应气体向燃料电池的供给量。
附图说明
图1是本发明实施方式的燃料电池系统的构成图；
图2是与该实施方式的燃料电池系统的喷射器的控制有关的功能框图；
图3是该实施方式的非同步喷射控制的流程图；
图4是表示该实施方式的压力测定及非同步喷射的定时例的时间图；
图5是表示该实施方式的压力测定的另一定时例的时间图；
图6是表示进行该实施方式的非同步喷射控制时的喷射器下游压力的时间变动的图；
图7是表示进行比较例的现有的喷射控制时的喷射器下游压力的时间变动的图。
标号说明
1……燃料电池系统
2……氧化气体配管系统
3……氢气配管系统
4……控制装置
10……燃料电池
11……PCU
12……牵引电动机
13……电流传感器
20……加湿器
21……氧化气体供给流路
22……氧化气体排出流路
23……排气流路
24……压缩机
25……阴极侧压力传感器
26……背压阀
27……步进电动机
30……氢罐
31……氢供给流路(燃料气体供给单元)
32……循环流路
33……切断阀
34……调节器
35……喷射器
36……气液分离器
37……排气阀
38……排出流路
39……氢泵
40……稀释器(稀释单元)
41……喷射器上游侧压力传感器
42……温度传感器
43……阳极侧压力传感器
具体实施方式
下面，参照附图并按照以下的顺序说明本发明实施方式的燃料电池系统。在本实施方式中，对于将本发明应用于燃料电池车辆(移动体)的车载发电系统的例子进行说明。此外，在各附图中，对相同的部件添加了相同的标号。
1.本发明实施方式的燃料电池系统的整体构成
2.该燃料电池系统的喷射器的非同步喷射控制
3.该燃料电池系统的变形例
1.本发明实施方式的燃料电池系统的整体构成
首先，参照图1说明本发明实施方式的燃料电池系统1的整体构成。在本实施方式中，对将本发明应用于燃料电池车辆(移动体)的车载发电系统的例子进行说明。
本实施方式的燃料电池系统1如图1所示，具备接受反应气体(氧化气体及燃料气体)的供给而产生电力的燃料电池10，同时具备：向燃料电池10供给作为氧化气体的空气的氧化气体配管系统2、向燃料电池10供给作为燃料气体的氢的氢气配管系统3、对系统整体进行统一控制的控制装置4等。
燃料电池10具有将接受反应气体的供给进行发电的单电池层叠所需层数而构成的层叠结构。单电池都省略了图示，其构成包括：由离子交换膜构成的电解质膜、从两面夹持电解质膜的一对阳极及阴极。
通过氧化气体配管系统2向阴极供给规定压力的氧化气体(空气)，通过氢气配管系统3向阳极供给规定压力的氢气。通过这两种气体的电化学反应得到各单电池的电动势。
由燃料电池10产生的电力供给到PCU(Power Control Unit：动力控制单元)11。PCU11具备配置于燃料电池10和牵引电动机12之间的变换器及DC-DC转换器等。另外，在燃料电池10上安装有检测发电中的电流的电流传感器13。
氧化气体配管系统2具备：将被加湿器20加湿后的氧化气体(空气)供给到燃料电池10的氧化气体供给流路21、将从燃料电池10排出的氧化废气导入加湿器20的氧化气体排出流路22、用于将氧化废气从加湿器20经由稀释器40导入外部的排气流路23。在氧化气体供给流路21上设有吸入大气中的空气并将其压送到加湿器20的压缩机24。在氧化气体排出流路22上配置有：用于检测燃料电池10内的氧化气体的压力的阴极侧压力传感器25、根据一次压力的变化调整氧化废气的流量从而调整燃料电池10内的氧化气体的压力的背压阀26。背压阀26例如由蝶阀构成。
氢气配管系统3具备：作为储存高压氢气的燃料供给源的氢罐30、将氢罐30的氢气供给到燃料电池10的氢供给流路31、用于使从燃料电池10排出的氢废气返回到氢供给流路31的循环流路32。此外，也可以取代氢罐30而采用从烃类的燃料生成富氢的改性气体的改性器、和使由该改性器生成的改性气体成为高压状态而进行蓄压的高压气罐作为燃料供给源。另外，也可以采用具有储氢合金的罐作为燃料供给源。
在氢供给流路31上设有：切断或者允许来自氢罐30的氢气的供给的切断阀33、调整氢气的压力的调节器34、喷射器35。另外，在喷射器35的上游侧设有检测氢供给流路31内的氢气的压力及温度的喷射器上游侧压力传感器41及温度传感器42。另外，在喷射器35的下游侧且在氢供给流路31和循环流路32的合流部A1的上游侧，设有用于检测燃料电池10内的氢气的压力的阳极侧压力传感器43。
调节器34为将其上游侧压力(一次压力)调整成预先设定的二次压力的装置。在本实施方式中，采用降低一次压力的机械式减压阀作为调节器34。作为机械式减压阀可采用下述公知的构成：具有隔着隔膜形成背压室和调压室的壳体，通过背压室内的背压在调压室内将一次压力降低到规定压力作为二次压力。在本实施方式中，如图1所示，通过在喷射器35的上游侧配置两个调节器34，来降低喷射器35的上游侧压力。
喷射器35为电磁驱动式的开闭阀，其能够通过用电磁驱动力直接以规定的驱动周期驱动阀芯而使其与阀座分离来调整气体流量、气体压力。喷射器35具备阀座，该阀座具有喷射氢气等气体燃料的喷射孔，同时，喷射器35还具备：将该气体燃料引导供给到喷射孔的喷嘴体、和可相对于该喷嘴体在轴线方向(气体流动方向)移动地被收容保持且使喷射孔开闭的阀芯。在本实施方式中，喷射器35的阀芯由电磁驱动装置即螺线管进行驱动，可通过向该螺线管供电的脉冲状励磁电流的接通/断开，两阶段或多阶段地切换喷射孔的开口面积。利用从控制装置4输出的控制信号控制喷射器35的气体喷射时间及气体喷射时期，由此高精度地控制氢气的流量及压力。喷射器35是利用电磁驱动力直接驱动阀芯及阀座开闭的装置，其驱动周期可控制到高响应的区域，因此具有高的响应性。在本实施方式中，喷射器具有的特征在于，也会与规定的驱动周期无关地被驱动，该控制将在后面述及。
此外，在本实施方式中，如图1所示，在氢供给流路31和循环流路32的合流部A1的上游侧配置有喷射器35。另外，如图1上用虚线表示的那样，在采用多个氢罐30作为燃料供给源的情况下，在从各氢罐30供给的氢气合流的部分(氢气合流部A2)的下游侧配置喷射器35。
在循环流路32上，经由气液分离器36及排气阀37连接有排出流路38。气液分离器36从氢废气回收水分。排气阀37根据来自控制装置4的指令进行工作，由此将由气液分离器36回收的水分和含有循环流路32内的杂质的氢废气(燃料废气)排出(吹扫)到外部。另外，在循环流路32上设有对循环流路32内的氢废气进行加压并将其送往氢供给流路31侧的氢泵39。
作为稀释单元的稀释器40将经由排气阀37及排出流路38排出的氢废气通过经由排气流路23排出的氧化废气进行稀释而向外部排出。
控制装置4检测设于车辆的加速操作部件(油门等)的操作量，接受加速要求值(例如，来自牵引电动机12等的负载装置的要求发电量)等控制信息，控制系统内的各种仪器的动作。此外，所谓负载装置是指除牵引电动机12之外，还包括为使燃料电池10工作而必须的辅机装置(例如压缩机24、氢泵39、冷却泵的电动机等)、与车辆行驶有关的各种装置(变速器、车轮控制装置、转向装置、悬架装置等)所使用的促动器、乘员空间的空调装置(空气调节器)、照明、音响等的电力消耗装置的总称。
控制装置4由未图示的计算机系统构成。该计算机系统具备：CPU、ROM、RAM、HDD、输入输出接口及显示器等，通过使CPU读入并执行记录于ROM的各种控制程序而实现各种控制动作。
具体而言，控制装置4基于燃料电池10的运转状态(由电流传感器13检测出的燃料电池10发电时的电流值等)，计算出燃料电池10中需要的氧化气体及氢气的供给量。然后，控制装置4通过控制背压阀26及喷射器35向燃料电池10供给所需的流量、压力的氧化气体及氢气。下面，参照附图2更详细地说明控制装置4实现的喷射器35的控制功能。在此，图2是与本发明实施方式的喷射器35的控制有关的功能框图。
控制装置4如图2所示，基于燃料电池10的运转状态(由电流传感器13检测到的燃料电池10发电时的电流值)，计算出被燃料电池10消耗的氢气的量(以下，称为“氢消耗量”)(燃料消耗量计算功能：B1)。在本实施方式中，使用表示燃料电池10的电流值和氢消耗量的关系的特定的运算式，在控制装置4的每个运算周期计算并更新氢消耗量。
另外，控制装置4基于燃料电池10的运转状态(由电流传感器13检测到的燃料电池10发电时的电流值)，计算出喷射器35下游位置的氢气的目标压力值(向燃料电池10的目标气体供给压力)(目标压力值计算功能：B2)。在本实施方式中，使用表示燃料电池10的电流值和目标压力值的关系的特定的映射，并在控制装置4的每个运算周期计算并更新配置有二次侧压力传感器43的位置的目标压力值。
另外，控制装置4基于计算出的目标压力值和由二次侧压力传感器43检测到的喷射器35下游位置的压力值(检测压力值)的偏差，计算出反馈校正流量(反馈校正流量计算功能：B3)。反馈校正流量是为降低目标压力值和检测压力值的偏差而加到氢消耗量上的氢气流量。在本实施方式中，使用PI型反馈控制规则，在控制装置4的每个运算周期计算并更新反馈校正流量。
另外，控制装置4基于喷射器35的上游的气体状态(由一次侧压力传感器41检测到的氢气的压力及由温度传感器42检测到的氢气的温度)，计算出喷射器35的上游的静态流量(静态流量计算功能：B4)。在本实施方式中，使用表示喷射器35的上游侧的氢气的压力及温度和静态流量的关系的特定运算式，在控制装置4的每个运算周期计算并更新静态流量。
另外，控制装置4基于喷射器35的上游的气体状态(氢气的压力及温度)及施加电压，计算出喷射器35的无效喷射时间(无效喷射时间计算功能：B5)。在本实施方式中，使用表示喷射器35的上游侧的氢气的压力及温度和施加电压以及无效喷射时间的关系的特定的映射，在控制装置4的每个运算周期计算并更新无效喷射时间。
另外，控制装置4通过将氢消耗量和反馈校正流量进行加法计算，计算出喷射器35的喷射流量(喷射流量计算功能：B6)。而且，控制装置4通过使喷射器35的驱动周期与用静态流量去除喷射器35的喷射流量的值相乘，计算出喷射器35的基本喷射时间，并且，将该基本喷射时间和无效喷射时间相加计算出喷射器35的总喷射时间(总喷射时间计算功能：B7)。在此，所谓驱动周期是指表示喷射器35的喷射孔的开闭状态的阶梯状(接通/断开)波形的周期。在本实施方式中，通过控制装置4将驱动周期设定为一定的值(T1)。
而且，控制装置4通过发送用于实现经由以上顺序计算出的喷射器35的总喷射时间的控制信号，来控制喷射器35的气体喷射时间及气体喷射时期，并通过按规定的驱动周期驱动喷射器35，来调整向燃料电池10供给的氢气的流量及压力。
2.喷射器的非同步喷射控制
在本实施方式的燃料电池系统1中，控制装置4检测氢气向燃料电池10的供给异常，在存在供给异常的情况下，使喷射器35与上述规定的驱动周期无关地进行喷射(以下，也称为“非同步喷射”)，将氢气向燃料电池10的供给量维持在适当的量。下面，参照图3～图5详细说明该非同步喷射的控制方法。在此，图3是本发明实施方式的非同步喷射控制的流程图，图4是表示该实施方式的压力测定及非同步喷射的定时例的时间图，图5是表示该实施方式的压力测定的另一定时例的时间图。
如图3所示，首先，在控制装置4中执行喷射器喷射流量运算(S1)、喷射器喷射时间(τ)运算(S2)。这些运算利用上述的控制装置4的喷射流量计算功能及总喷射时间计算功能(参照图2)执行，在此，说明从略。
然后，为实现计算出的喷射器35的总喷射时间，控制装置4向喷射器35发送控制信号(喷射器开指令)(S3)。由此，使喷射器35成为开阀状态，使氢气向喷射器35的下游侧流动并供给到燃料电池10。控制装置4对喷射器35开阀之后的经过时间进行计数，在经过喷射器的喷射时间(τ)的阶段，向喷射器35发出控制信号(喷射器闭指令)。由此，使喷射器35成为闭阀状态，并停止氢气向燃料电池10的供给。
控制装置4继续对喷射器35闭阀之后的经过时间进行计数，并判断是否经过了将规定时间t0与喷射器的喷射时间(τ)相加后的时间(＝喷射器35闭阀之后是否经过了时间t0)(S4)，在经过了该时间的情况下(S4：YES(是))，向传感器31发送压力检测允许指令(S5)。在此，时间t0表示喷射器35闭阀后直至喷射器35下游侧的压力稳定的时间，在本实施方式中为9ms。接受了压力检测指令的压力传感器43对喷射器35的下游侧的压力(＝向燃料电池10的供给压力)进行测定。测定例如通过4点移动平均等进行。
然后，控制装置4对从计算出的目标压力值中减去由压力传感器43测定的压力值后的值(ΔP)是否大于规定值(P0)(S6)，在判断为大于的情况(S6：YES)下，向喷射器35发送非同步喷射允许指令(S7)；在没有判断为大于的情况下，不发送非同步喷射允许指令而转入下面的步骤(S8)。在此，规定值P0表示不使燃料电池10劣化且可确保要求氢流量的供给压力的容许控制误差，在本实施方式中设定为10kPa。
AP大于规定值P0的情况为实际的压力比目标压力大大下降的情况，是发生了氢气向燃料电池10的供给异常(在此，为供给不足)的情况。此时，使喷射器35从控制装置4接受非同步喷射允许指令，强制性地使其(与规定的驱动周期无关)开阀。由此，将氢气供给到燃料电池10。
控制装置4对喷射器35的闭阀经过时间是否大于驱动周期T1进行判断(S8)，在未达到的情况(S8：NO(否))下，返回到压力测定(S6)继续执行步骤。即，在喷射器35的下游侧压力稳定后直至下一个驱动周期，始终监视是否有氢气的供给异常，在有异常的情况下，与驱动周期无关地使喷射器35进行喷射(非同步喷射)。
参照图4说明图3的流程中的压力测定和非同步喷射的定时例。如图4所示，执行压力检测允许(压力检测允许标志从OFF(禁止)变为ON(允许))的定时，为喷射器35开阀(INJ驱动允许标志为ON或者INJ开信号为open(开))之后的经过时间达到将规定时间t0与喷射器的喷射时间(τ)相加后的时间的时刻。AP的运算及非同步喷射(非同步喷射允许标志从OFF变为ON)在执行压力检测允许之后变为下一次的控制装置的运算周期(在本实施方式中为喷射器35开阀后16ms)。由此，可与规定的运算周期的定时一致地检测氢气的供给异常。
此外，上述压力检测定时，存在喷射器35的开时间(τ)比喷射器35的驱动周期(T1)小得多(具体而言，T1＜τ+t0＝的情况。但是，如果是氢气的要求流量多且喷射器35的开时间(τ)比喷射器35的驱动周期大的运转条件，也可以例如如图5所示设定压力检测的定时。即，如图5所示，即使喷射器35未闭阀，控制装置4也可以在开时间达到驱动周期的阶段向压力传感器43发出压力检测允许指令(使压力检测允许标志从OFF变为ON)。
此外，在非同步喷射控制中，为了避免使运算变得复杂，控制装置4也可以不执行在喷射器35的每个驱动周期执行的学习控制、积分控制等。另一方面，对于经由排气阀37的排气排水控制，控制装置4在非同步喷射中也与每个驱动周期的控制同样地执行。
下面，对图6和图7进行比较来说明执行本发明的非同步喷射控制时的效果。在此，图6是表示本发明实施方式的进行非同步喷射控制时的喷射器下游压力的时间变动的图，图7是表示进行比较例的现有的喷射控制时的喷射器下游压力的时间变动的图。都是在排气阀中模拟地产生了泄漏时的喷射器下游压力的时间变动的实验结果。
如图6所示，在执行非同步喷射控制的情况下，即使在驱动周期中途氢气从排气阀泄漏，即使在驱动周期中途，INJ开信号也会变为open而供给氢气。因此，喷射器下游压力的检测值始终根据指令值收容于10KPa内的允许范围。
与此相对，在如图7所示现有喷射控制中，不执行非同步喷射，只是在每个驱动周期使INJ开信号变为open。因此，喷射器下游压力的检测值特别是在驱动周期中途较大地低于允许范围。
如上所述，本发明实施方式的燃料电池系统1中，控制装置4与规定的驱动周期无关地驱动喷射器35，因而可始终将氢气向燃料电池10的供给量维持在所需的范围。
3.本发明实施方式的燃料电池系统的变形例
上面表示了本发明的实施方式，但是，本发明不限于该实施方式，在不脱离其主旨的范围内可通过各种方式进行实施。例如，可以是如下的变形例。
另外，在上面的实施方式中，作为本发明的阀装置，表示了采用喷射器35的例子，但是，只要是调整上游侧的气体状态而向下游侧供给的阀装置即可，并不限于喷射器35。
另外，在上述实施方式中，表示了将本发明的非同步控制用于氢供给流路31的氢气的供给的例子，但并不限于此，也可以用于氧化气体供给流路21的氧化气体的供给。
另外，在上面的实施方式中，表示了将本发明的燃料电池系统搭载于燃料电池车辆的例子，但是，还可以将本发明的燃料电池系统搭载于燃料电池车辆之外的各种移动体(机器人、船舶、飞行器等)。另外，也可以将本发明的燃料电池系统应用于作为建筑物(住宅、大厦等)用的发电设备而使用的固定用发电系统。

Claims (7)

1.一种燃料电池系统，具备：
燃料电池；
气体供给流路，向所述燃料电池供给反应气体；
阀装置，设于所述气体供给流路并以规定的驱动周期被驱动；
控制装置，控制所述阀装置的驱动以使向所述燃料电池供给的反应气体成为目标气体状态；以及
传感器，测定所述阀装置下游侧的反应气体的气体状态，
所述控制装置在检测到所述目标气体状态和由所述传感器测定的气体状态之差超过规定值时，与所述规定的驱动周期无关地驱动所述阀装置。
2.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述控制装置在从所述阀装置的打开起经过规定时间后允许所述传感器进行测定。
3.如权利要求2所述的燃料电池系统，其中，
所述控制装置具有规定的运算周期，
所述控制装置在经过所述规定时间后的下一个运算周期检测所述目标气体状态和由所述传感器测定的气体状态之差是否超过规定值。
4.如权利要求2或3所述的燃料电池，其中，所述规定时间为所述阀装置打开后直至该阀装置下游侧的气体状态稳定的时间。
5.如权利要求1～4中任一项所述的燃料电池系统，其中，所述气体状态为所述反应气体的气体压力，所述传感器为压力传感器。
6.如权利要求1～5中任一项所述的燃料电池系统，其中，所述阀装置为喷射器。
7.一种移动体，具备权利要求1～6中所述的燃料电池系统。
CN2008801202183A 2007-12-11 2008-11-20 燃料电池系统及移动体 Pending CN101971400A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007-320159 2007-12-11
JP2007320159A JP4359856B2 (ja) 2007-12-11 2007-12-11 燃料電池システム及び移動体
PCT/JP2008/071099 WO2009075176A1 (ja) 2007-12-11 2008-11-20 燃料電池システム及び移動体

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN101971400A true CN101971400A (zh) 2011-02-09

Family

ID=40755419

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2008801202183A Pending CN101971400A (zh) 2007-12-11 2008-11-20 燃料电池系统及移动体

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20100273081A1 (zh)
JP (1) JP4359856B2 (zh)
CN (1) CN101971400A (zh)
DE (1) DE112008003202T5 (zh)
WO (1) WO2009075176A1 (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102800874A (zh) * 2011-05-26 2012-11-28 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于燃料电池的压电喷射器
CN102914441A (zh) * 2011-08-05 2013-02-06 通用汽车环球科技运作有限责任公司 喷射器打开延迟诊断策略
CN103904345A (zh) * 2012-12-26 2014-07-02 现代摩比斯株式会社 具备紧急氢气供给线的燃料电池系统
CN105591132A (zh) * 2014-11-12 2016-05-18 丰田自动车株式会社 燃料电池系统及燃料电池系统的控制方法
CN111587569A (zh) * 2018-01-02 2020-08-25 三星电子株式会社 用于通过使用传感器检测和控制电池状态的方法及使用该方法的电子装置
CN113748548A (zh) * 2019-05-09 2021-12-03 Avl李斯特有限公司 燃料电池系统和燃料电池系统脱水方法

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8831792B2 (en) * 2011-06-28 2014-09-09 GM Global Technology Operations LLC Redundant adaptive algorithm for electrical pressure regulated high pressure tank systems
JP5861565B2 (ja) * 2012-06-05 2016-02-16 アイシン精機株式会社 燃料電池システム
US10038208B2 (en) 2014-11-12 2018-07-31 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system
DK3024077T3 (en) * 2014-11-18 2018-02-05 Hexis Ag Device and method for supplying a fuel cell battery
JP6631566B2 (ja) * 2017-03-09 2020-01-15 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム及び判定方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1890831A (zh) * 2003-12-02 2007-01-03 佳能株式会社 燃料电池的气体替换方法、燃料电池系统和用于燃料电池系统的装置
CN1930720A (zh) * 2004-03-17 2007-03-14 丰田自动车株式会社 燃料电池系统的控制装置
WO2007069010A2 (en) * 2005-12-16 2007-06-21 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system, moving object equipped with fuel cell system, and abnormality judgment method for fuel cell system
WO2007069554A1 (ja) * 2005-12-15 2007-06-21 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha 燃料電池システム及び移動体

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002117875A (ja) * 2000-10-11 2002-04-19 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システムの制御装置
JP2007165162A (ja) * 2005-12-15 2007-06-28 Toyota Motor Corp 燃料電池システム及び移動体

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1890831A (zh) * 2003-12-02 2007-01-03 佳能株式会社 燃料电池的气体替换方法、燃料电池系统和用于燃料电池系统的装置
CN1930720A (zh) * 2004-03-17 2007-03-14 丰田自动车株式会社 燃料电池系统的控制装置
WO2007069554A1 (ja) * 2005-12-15 2007-06-21 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha 燃料電池システム及び移動体
WO2007069010A2 (en) * 2005-12-16 2007-06-21 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system, moving object equipped with fuel cell system, and abnormality judgment method for fuel cell system

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102800874A (zh) * 2011-05-26 2012-11-28 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于燃料电池的压电喷射器
CN102800874B (zh) * 2011-05-26 2015-06-03 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于燃料电池的压电喷射器
CN102914441B (zh) * 2011-08-05 2015-10-21 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于检测喷射器是否正确地工作的系统和方法
CN102914441A (zh) * 2011-08-05 2013-02-06 通用汽车环球科技运作有限责任公司 喷射器打开延迟诊断策略
CN103904345B (zh) * 2012-12-26 2016-08-10 现代摩比斯株式会社 具备紧急氢气供给线的燃料电池系统
CN103904345A (zh) * 2012-12-26 2014-07-02 现代摩比斯株式会社 具备紧急氢气供给线的燃料电池系统
CN105591132A (zh) * 2014-11-12 2016-05-18 丰田自动车株式会社 燃料电池系统及燃料电池系统的控制方法
CN105591132B (zh) * 2014-11-12 2018-01-23 丰田自动车株式会社 燃料电池系统及燃料电池系统的控制方法
CN111587569A (zh) * 2018-01-02 2020-08-25 三星电子株式会社 用于通过使用传感器检测和控制电池状态的方法及使用该方法的电子装置
CN111587569B (zh) * 2018-01-02 2022-04-19 三星电子株式会社 用于通过使用传感器检测和控制电池状态的方法及使用该方法的电子装置
US11733303B2 (en) 2018-01-02 2023-08-22 Samsung Electronics Co., Ltd Method for detecting and controlling battery status by using sensor, and electronic device using same
CN113748548A (zh) * 2019-05-09 2021-12-03 Avl李斯特有限公司 燃料电池系统和燃料电池系统脱水方法
CN113748548B (zh) * 2019-05-09 2024-04-16 Avl李斯特有限公司 燃料电池系统和燃料电池系统脱水方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009146618A (ja) 2009-07-02
DE112008003202T5 (de) 2010-09-23
WO2009075176A1 (ja) 2009-06-18
JP4359856B2 (ja) 2009-11-11
US20100273081A1 (en) 2010-10-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101971400A (zh) 燃料电池系统及移动体
EP1966846B1 (en) Fuel cell system, moving object equipped with fuel cell system, and abnormality judgment method for fuel cell system
CN101507036B (zh) 燃料电池系统及开关阀的诊断方法
CA2630401C (en) Fuel cell system and mobile article
JP4780390B2 (ja) 燃料電池システム及び移動体
CN101529636B (zh) 燃料电池系统
CN101868877B (zh) 燃料电池系统
CN101611511B (zh) 燃料电池系统
CN101496209B (zh) 燃料电池系统
CN101490887B (zh) 燃料电池系统
CN101803090B (zh) 燃料电池系统
CN101331637A (zh) 燃料电池系统和车辆
CN101861671B (zh) 燃料电池系统
JP4780427B2 (ja) 燃料電池システム及び移動体
JP5158558B2 (ja) 燃料電池システム
JP5057203B2 (ja) 燃料電池システム及び移動体
JP2007165163A (ja) 燃料電池システム及び移動体
WO2007069484A1 (ja) 燃料電池システム及び移動体
JP2008140642A (ja) 燃料電池システム
JP2008218034A (ja) 燃料電池システム及びその制御方法
JP2008171623A (ja) 燃料電池システム
JP2009135029A (ja) 燃料電池システム及び移動体

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C12 Rejection of a patent application after its publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20110209