CN105576272B - 发电监视装置及发电监视方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供发电监视装置及发电监视方法，即使在基于多个单电池中的每一个单电池的电压来监视发电状况的方法中，也能检测负电压的发生。在基于多个单电池中的每一个单电池所测定出的测定电压来检测产生负电压的可能性的情况下，使氢流量增大(步骤S710)。然后，取得测定电压(S715)，在测定电压达到第二电压V2以上的情况下(步骤S720为“是”)，判定为发生了引起负电压的氢缺乏(步骤S750)。另一方面，在测定电压未达到第二电压V2以上的情况下(步骤S730为“是”或步骤S740为“是”)，判定为发生了空气缺乏(步骤S770)。

Description

发电监视装置及发电监视方法

本申请主张基于在2014年10月28日提出的申请编号2014-218947号的日本专利申请的优先权，其公开的全部内容通过参照而援引于本申请。

技术领域

本发明涉及对燃料电池的发电进行监视的技术。

背景技术

已知有对构成燃料电池组的多个单电池中的每一个单电池的电压进行测定来监视发电状况的技术(JP2013-69489)。

在上述在先技术的情况下，由于测定多个单电池中的每一个单电池的电压，因此难以准确地掌握每一个单电池的电压。由此，在这样的方法的情况下，可能会看漏多个单电池中的一部分单电池产生负电压这一情况。负电压的产生与单电池的老化相关，因此优选适当地检测。本申请发明立足于上述在先技术，其解决课题在于，即使在基于多个单电池中的每一个单电池的电压来监视发电状况的方法中也能检测负电压的产生。

发明内容

本发明用于解决上述课题，能够作为以下的方式来实现。

根据本发明的一方式，提供一种发电监视装置。该发电监视装置具备：取得部，取得燃料电池所包含的多个单电池产生的单电池电压的总值；增大部，在上述总值表示上述多个单电池中的一部分单电池产生负电压的可能性的情况下，使对于上述多个单电池的阳极气体的流量增大；及判定部，基于上述阳极气体的流量增大后的上述总值来判定上述多个单电池中的一部分单电池是否产生了负电压。根据该方式，能够基于多个单电池的单电池电压的总值判定多个单电池中的一部分单电池是否产生了负电压。

在上述方式中，可以是，在上述阳极气体的流量增大后上述总值达到基准电压值以上的情况下，上述判定部判定为上述多个单电池中的一部分单电池产生了负电压。根据该方式，由于使用与基准值的比较，因此能够容易地执行判定。

在上述方式中，可以是，在上述阳极气体的流量增大后即使经过预定时间上述总值也未达到预定电压值的情况下，上述判定部判定为上述多个单电池均未产生负电压。根据该方式，能够判定未产生负电压这一情况。

在上述方式中，可以是，在上述阳极气体的流量增大后推测出上述多个单电池中的一部分单电池的单电池电压为0的情况下，上述判定部判定为上述多个单电池均未产生负电压。根据该方式，能够判定未产生负电压这一情况。

在上述方式中，可以是，在由上述判定部进行判定之后，上述增大部使上述阳极气体的流量返回到通常值。根据该方式，能够抑制燃油经济性的恶化。

在上述方式中，可以是，在判定为上述多个单电池中的一部分单电池产生了负电压的频率为预定频率以上的情况下，限制上述燃料电池的发电。根据该方式，能够抑制负电压引起的单电池的老化。

在上述方式中，可以是，在上述总值小于阈值电压的情况下，限制上述燃料电池的发电。根据该方式，能够适当地执行输出限制。

在上述方式中，可以是，在上述燃料电池的发电电流为预定值以上的情况下，限制上述燃料电池的发电。根据该方式，能够抑制单电池的老化。

本发明能够以上述以外的各种方式实现。例如，能够以发电控制方法、用于实现该方法的计算机程序、存储有该计算机程序的非暂时性的存储介质等方式实现。

附图说明

图1是燃料电池系统的概略结构图。

图2是表示单电池监视器与单电池连接的情况的图。

图3是表示测定电压与单电池电压的关系的条形图。

图4是表示发电监视处理的流程图。

图5是表示氢缺乏及空气缺乏加剧的情况下的单电池电压的变化的曲线图。

图6是表示判定处理的流程图。

具体实施方式

图1表示搭载于汽车的燃料电池系统20的概略结构。燃料电池系统20具备阳极系统50、阴极系统60、控制部80、单电池监视器85、冷却系统90及燃料电池100。燃料电池100具有端板110、绝缘板120、集电板130、多个(例如400个)单电池140、集电板130、绝缘板120、端板110依次层叠而成的叠层结构。

阳极系统50具备氢罐51、罐阀52、调节器53、配管54、排出控制阀56、排出配管57及循环泵58。贮藏于氢罐51的氢经由罐阀52、调节器53及配管54向燃料电池100的阳极供给。

阳极废气(包含生成水)在排出控制阀56打开的情况下从排出配管57排出。循环泵58使阳极废气再次向配管54流入。

阴极系统60具备配管61、空气压缩器62及排出配管63。空气压缩器62对从大气吸引的空气进行压缩，经由配管61向燃料电池100的阴极供给。阴极废气(包含生成水)经由排出配管57向大气排出。

冷却系统90具备水泵91、配管92、配管93及散热器94。水等冷却介质通过水泵91，在配管92、燃料电池100、配管93、散热器94中循环。燃料电池100的废热在散热器94内向大气放出，由此对燃料电池100进行冷却。

控制部80具备取得部81、判定部82及增大部83。控制部80对前述的各种动作进行集中控制，或者取得集中控制所需的信息，由此控制燃料电池100的发电。单电池监视器85取得单电池140的发电状况，向控制部80输入。

图2表示单电池监视器85与单电池140连接的情况。单电池监视器85测定关于各单电池组的单电池电压的总值。取得部81取得关于各单电池组的单电池电压的总值。本实施方式的单电池组由相邻的2个单电池140构成。这样的结构的单电池监视器85与按照各单电池140来测定电压的结构相比，能够廉价地制造。以下，将上述的总值称为测定电压。测定电压的取得以产生负电压的单电池140的检测为目的之一。这是因为产生了负电压的单电池140的老化加剧的缘故。

然而，测定电压是对2个单电池140各自的单电池电压进行合计而得到的值，因此难以根据测定电压准确地掌握各个单电池电压。例如在测定电压为0.6V的情况下，难以判别单电池电压是各为0.3V，还是为1V、-0.4V，还是其他数值的组合。

但是，若利用单电池电压的上限值，则能够推测是否产生负电压。在本实施方式中，将单电池电压的上限值看作固定值(例如1.0V)，以下，将该固定值称为第二电压V2。第二电压V2基于单电池140的电流-电压特性来确定。

图3是用于说明测定电压与单电池电压的关系的条形图。图3的(A)例示出测定电压VA超过第二电压V2的情况。在这种情况下，能够掌握单电池电压VA1、VA2这两方均为正电压这一情况。

另一方面，若如图3的(B)、(C)所示的测定电压VB、VC那样为负值，则能够立即掌握负电压的产生。图3的(B)例示出单电池电压VB1、VB2这两方均为负电压的情况，(C)例示出单电池电压VC1为正电压、单电池电压VC2为负电压的情况。以下，将作为这样的判断的基准的值称为第一电压V1。在本实施方式中，第一电压V1为0V。

图3的(D)、(E)例示出测定电压VD、VE为第一电压V1以上且小于第二电压V2的情况。在这样的情况下，负电压是否产生无法根据测定电压来掌握。即，如图3的(D)所示，存在单电池电压VD1、VD2这两方均为正电压的可能性，而如图3的(E)所示，存在虽然单电池电压VE1为正电压但是单电池电压VE2为负电压的可能性。

图4是表示发电监视处理的流程图。发电监视处理是用于基于根据测定电压得到的信息来应对负电压的处理，在燃料电池100的发电期间，通过控制部80反复执行。控制部80通过执行发电监视处理，作为实现发电监视方法的发电监视装置发挥功能。

首先，取得部81取得全部单电池组的测定电压(步骤S 190)。接着，判定所取得的全部单电池组的测定电压是否为第二电压V2以上(步骤S200)。在至少一部分单电池组的测定电压小于第二电压V2的情况下(步骤S200为“否”)，判定全部单电池组的测定电压是否为第一电压V1以上(步骤S300)。在至少一部分单电池组的测定电压小于第一电压V1的情况下(步骤S300为“否”)，判定部82判定为该单电池组发生氢缺乏(步骤S510)。

图5是在发生了氢缺乏的情况和发生了空气缺乏的情况下概略性地表示单电池电压的变化的曲线图。氢缺乏是指氢比单电池140的正常发电反应所需的量缺乏的状态。空气缺乏是指氧比单电池140的正常发电反应所需的量缺乏的状态。当氢缺乏加剧时，如图5所示，产生负电压。相对于此，即使空气缺乏加剧，但由于仅维持0V，因而也不会产生负电压。由此，若确认为产生负电压，则能够判定为是氢缺乏。

接着，存储当前时刻(步骤S515)。该存储为了后述的步骤S400及步骤S500而执行。然后，控制阳极系统50的设备，使氢的流量增大(步骤S520)，接着实施输出限制(步骤S530)。具体而言，以避免燃料电池100的发电电力超过上限值的方式进行限制。该上限值是比通常时设定的上限值低的值。通过上述的措施，抑制负电压引起的单电池140的老化。为了抑制燃油经济性的恶化，氢的流量的增大在预定时间后结束。然后，结束发电监视处理。

另一方面，在全部单电池组的测定电压为第一电压V1以上的情况下(步骤S300为“是”)，判定单次行程中的氢缺乏的发生次数是否为M次(M为任意的自然数)以上(步骤S400)。单次行程是指燃料电池从起动到停止为止的期间。该判定使用基于前述的步骤S515和后述的步骤S755的存储。

在单次行程中的氢缺乏的发生次数小于M次的情况下(步骤S400为“否”)，判定最近预定时间的氢缺乏的发生次数是否为N次(N为小于M的自然数)以上(步骤S500)。在最近预定时间的氢缺乏的发生次数小于N次的情况下(步骤S500为“否”)，判定燃料电池100的发电的电流值是否小于预定值(例如50A)(步骤S505)。在电流值小于预定值的情况下(步骤S505为“是”)，执行判定处理(步骤S700)。

图6是表示判定处理的流程图。首先，增大部83使氢的流量增大(步骤S710)。接着，取得部81取得全部单电池组的测定电压(S715)。接着，判定所取得的全部单电池组的测定电压是否达到第二电压V2以上(步骤S720)。在全部单电池组的测定电压变为第二电压V2以上的情况下(步骤S720为“是”)，判定部82判定为在步骤S300的时刻发生了氢缺乏(步骤S750)。氢缺乏由于氢气的供给不足、溢流等而引起的情况较多。上述的原因由于氢流量的增大而消除的情况较多。由此，在步骤S750中，如上述那样进行判定。

然后，存储当前时刻(步骤S755)。接着，增大部83在预定时间后使氢的流量返回到通常值(步骤S760)，结束判定处理。伴随于此，结束发电监视处理。未执行输出限制是因为，虽然在步骤S300的时刻存在产生负电压的可能性，但是在步骤S750的时刻应该未产生负电压。

另一方面，在至少一部分单电池组的测定电压小于第二电压V2的情况下(步骤S720为“否”)，关于全部这些单电池组，判定是否推测出1个单电池140的单电池电压为0V附近(例如0±0.02V)的状态持续预定时间(步骤S730)。步骤S730的判定可列举例如测定电压维持比第二电压V2稍低的值的情况、或者虽然测定电压比第二电压V2稍低但是与氢流量的增大的时机无关而单电池电压的下降停止的情况等。在这样的情况下，空气缺乏的可能性高。

另一方面，在未推测1个单电池140的单电池电压为0V附近的状态持续预定时间的情况下(步骤S730为“否”)，判定是否超时(步骤S740)。具体而言，在以步骤S710的氢的流量增大的时刻为起点而经过的时间达到预定时间的情况下，判定为已超时。步骤S740中的预定时间比步骤S730中的预定时间长。

在未超时的情况下(步骤S740为“否”)，返回到步骤S715，反复进行前述的判定。在已超时的情况下(步骤S740为“是”)、及推测为一方的单电池140的单电池电压为0V附近的状态持续了预定时间的情况下(步骤S730为“是”)，判定部82判定为在步骤S300的时刻发生了空气缺乏(步骤S770)，增大部83使氢流量返回到通常值(步骤S830)，在待机预定时间之后(步骤S840)，结束判定处理。伴随于此，结束发电监视处理。

如上述那样立即使氢流量返回是因为在空气缺乏时不需要氢流量的增大的缘故。待机预定时间是使作为下一循环的发电监视处理开始的时机延迟，为了避免立即执行判定处理。在本实施方式中，如前述那样即使发生空气缺乏也放任不管，因此在步骤S830的时刻，第一电压V1≤测定电压<第二电压V2的可能性高。由此，若执行作为下一循环的发电监视处理，则执行判定处理。然而，在刚判定为空气缺乏之后，不需要判定处理，因此为了抑制燃油经济性的恶化，而如上述那样隔开预定时间的间隔。

另外，如前述那样，发生了空气缺乏的单电池140的单电池电压为0V。这样，即使一部分单电池140的发电停止，通过其他单电池140的发电来提供要求电力的情况也较多。由此，在本实施方式中，即使发生空气缺乏，也不实施空气的流量增大等处置而放任不管。

当反复执行发电监视处理时，在测定电压小于第二电压V2(步骤S200为“否”)且为第一电压V1以上(步骤S300为“是”)的情况下，存在单次行程中的氢缺乏的发生次数达到M次以上(步骤S400为“是”)、或者最近预定时间的氢缺乏的发生次数达到N次以上(步骤S500为“是”)的情况。在这样的情况下，不执行判定处理，而执行前述的步骤S510～S530。这是因为，在频繁地发生了氢缺乏之后测定电压再次下降的情况下，其原因为氢缺乏的可能性高。而且，在如此氢缺乏频发的情况下，除了氢流量的增大之外，为了安全还实施输出限制(步骤S530)。

而且，在燃料电池100的发电的电流值为预定值以上的情况下(步骤S505为“否”)，也不执行判定处理，而执行前述的步骤S510～S530。这是因为，在电流值大的情况下，若发生氢缺乏，则单电池140的老化在短时间内加剧。因此，为了安全，电流值为预定值以上的情况看作氢缺乏。

在全部单电池组的测定电压为第二电压V2以上的情况下(步骤S200为“是”)，解除输出限制(步骤S210)，结束发电监视处理。另外，在没有输出限制的情况下，跳过步骤S210。

根据本实施方式，能够通过测定各单电池组的电压的结构减少制造成本，并能够检测在各单电池140中发生的氢缺乏。由此，可以不用过度地实施输出限制。即，在仅利用测定电压来监视氢缺乏的情况下，若在测定电压<第二电压V2的情况下实施输出限制，则能够抑制单电池140的老化。然而，在该方法的情况下，会导致频繁地实施输出限制，存在给驾驶感等造成不良影响的情况。相对于此，在本实施方式的情况下，若在第一电压V1≤测定电压<第二电压V2的情况下判定为空气缺乏，则能够避免输出限制。而且，关于由于氢流量的增大而测定电压恢复的情况，也能够消除氢缺乏并避免输出限制。

但是，在本实施方式中也存在负电压的可能性的情况下，实施输出限制。具体而言，如前述那样，在氢缺乏频发的情况下，不实施判定处理，而实施输出限制。由此，能抑制单电池140的老化。

而且，能避免过度地实施氢流量的增大。即，若判定为空气缺乏，则不需要氢流量的增大，因此立即返回成原来的流量。而且，在氢缺乏的情况下，在经过预定时间后也返回成原来的流量。通过上述的措施，能抑制燃油经济性的恶化。

本发明并不局限于本说明书的实施方式、实施例、变形例，在不脱离其主旨的范围内能够以各种结构实现。例如，发明内容一栏记载的各方式中的技术特征所对应的实施方式、实施例、变形例中的技术特征为了解决前述的课题的一部分或全部、或者为了实现前述的效果的一部分或全部，可以适当进行更换、组合。其技术特征在本说明书中只要不是作为必须的特征进行说明，就可以适当删除。例如，例示以下的情况。

即使在判定为氢缺乏的情况下，也可以使氢流量的增大立即返回成原状。这样的话，能够抑制燃油经济性的恶化。在这种情况下，在测定电压未恢复时，不实施输出限制。

第一电压可以是比0V高的值，也可以是比0V低的值。例如若是比0V高的值，则在氢缺乏发生之前使氢流量增量，因此能够将负电压的发生防患于未然。

第二电压可以是比单电池电压的上限值高的值，也可以是比单电池电压的上限值低的值。例如，在是比单电池电压的上限值高的值的情况下，判定为“存在负电压发生的可能性”的情况增多，因此能够进一步防止负电压的产生。

第二电压可以是变动值。例如，可以设为测定单电池组的总电压并除以该单电池组所包含的单电池的个数而得到的平均电压。

构成单电池组的单电池的个数只要为多个即可，可以任意。

也可以包含不构成单电池组的单电池。即，可以包括按照每1个单电池测定电压的情况。

构成单电池组的单电池的个数可以不统一。

可以包含未测定电压的单电池。

氢缺乏或空气缺乏的判定并不局限于实施方式的情况。可以在除了空气缺乏的可能性的程度相当高的情况以外判定为氢缺乏，使得在进一步抑制单电池的老化的情况下，判定为氢缺乏的情况更多。例如，可以在测定电压相对于氢流量的增大而几乎没有反应的情况下判定为空气缺乏，除此以外判定为氢缺乏。

或者，可以在除了氢缺乏的可能性的程度相当高的情况以外判定为空气缺乏，使得在输出限制的回避、燃油经济性的恶化的抑制优先的情况下，判定为空气缺乏的情况更多。例如，可以在测定电压相对于氢流量的增大而立即恢复的情况下判定为氢缺乏，除此以外判定为空气缺乏。

在是否实施输出限制的决定中，可以不考虑电流值。

测定电压的取得、氢流量的增大、判定处理(是否产生负电压的判定)可以由不同的ECU执行。

步骤S500的判定中的预定时间可变。即，追溯至哪个时刻来计数氢缺乏的判定次数可以根据状况进行变化。例如，在燃料电池系统的合计运转时间变长而担心单电池的老化的情况下，可以延长上述预定时间，使得输出限制容易实施。

燃料电池的用途也可以不用于汽车。例如，可以搭载于其他运输用设备(二轮车、电车等)，也可以用于位置固定的发电。

在上述实施方式中，通过软件实现的功能及处理的至少一部分可以通过硬件实现。而且，通过硬件实现的功能及处理的至少一部分可以通过软件实现。作为硬件，可以使用例如集成电路、分立电路或者将上述的电路组合而成的电路模块等各种电路。

附图标记说明

20…燃料电池系统

50…阳极系统

51…氢罐

52…罐阀

53…调节器

54…配管

56…排出控制阀

57…排出配管

58…循环泵

60…阴极系统

61…配管

62…空气压缩器

63…排出配管

80…控制部

81…取得部

82…判定部

83…增大部

85…单电池监视器

90…冷却系统

91…水泵

92…配管

93…配管

94…散热器

100…燃料电池

110…端板

120…绝缘板

130…集电板

140…单电池

Claims (16)

1.一种发电监视装置，具备：

取得部，取得燃料电池所包含的多个单电池产生的单电池电压的总值；

增大部，在所述总值表示所述多个单电池中的一部分单电池产生负电压的可能性的情况下，使对于所述多个单电池的阳极气体的流量增大；及

判定部，基于所述阳极气体的流量增大后的所述总值来判定所述多个单电池中的一部分单电池是否产生了负电压。

2.根据权利要求1所述的发电监视装置，其中，

在所述阳极气体的流量增大后所述总值达到基准电压值以上的情况下，所述判定部判定为所述多个单电池中的一部分单电池产生了负电压。

3.根据权利要求1或2所述的发电监视装置，其中，

在所述阳极气体的流量增大后即使经过预定时间所述总值也未达到预定电压值的情况下，所述判定部判定为所述多个单电池均未产生负电压。

4.根据权利要求1或2所述的发电监视装置，其中，

在所述阳极气体的流量增大后推测出所述多个单电池中的一部分单电池的单电池电压为0的情况下，所述判定部判定为所述多个单电池均未产生负电压。

5.根据权利要求1或2所述的发电监视装置，其中，

在由所述判定部进行判定之后，所述增大部使所述阳极气体的流量返回到通常值。

6.根据权利要求1或2所述的发电监视装置，其中，

在判定为所述多个单电池中的一部分单电池产生了负电压的频率为预定频率以上的情况下，限制所述燃料电池的发电。

7.根据权利要求1或2所述的发电监视装置，其中，

在所述总值小于阈值电压的情况下，限制所述燃料电池的发电。

8.根据权利要求1或2所述的发电监视装置，其中，

在所述燃料电池的发电电流为预定值以上的情况下，限制所述燃料电池的发电。

9.一种发电监视方法，其包括如下步骤：

在燃料电池所包含的多个单电池的单电池电压的总值表示所述多个单电池中的一部分单电池产生负电压的可能性的情况下，使对于所述多个单电池的阳极气体的流量增大，

基于所述阳极气体的流量增大后的所述总值来判定所述多个单电池中的一部分单电池是否产生了负电压。

10.根据权利要求9所述的发电监视方法，其中，

在所述阳极气体的流量增大后所述总值达到基准电压值以上的情况下，判定为所述多个单电池中的一部分单电池产生了负电压。

11.根据权利要求9或10所述的发电监视方法，其中，

在所述阳极气体的流量增大后即使经过预定时间所述总值也未达到预定电压值的情况下，判定为所述多个单电池均未产生负电压。

12.根据权利要求9或10所述的发电监视方法，其中，

在所述阳极气体的流量增大后推测出所述多个单电池中的一部分单电池的单电池电压为0的情况下，判定为所述多个单电池均未产生负电压。

13.根据权利要求9或10所述的发电监视方法，其中，

在所述判定后，使所述阳极气体的流量返回到通常值。

14.根据权利要求9或10所述的发电监视方法，其中，

在判定为所述多个单电池中的一部分单电池产生了负电压的频率为预定频率以上的情况下，限制所述燃料电池的发电。

15.根据权利要求9或10所述的发电监视方法，其中，

在所述总值小于阈值电压的情况下，限制所述燃料电池的发电。

16.根据权利要求9或10所述的发电监视方法，其中，

在所述燃料电池的发电电流为预定值以上的情况下，限制所述燃料电池的发电。