CN105609840A - 燃料电池系统和燃料电池系统的运转方法 - Google Patents

燃料电池系统和燃料电池系统的运转方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105609840A
CN105609840A CN201510757591.1A CN201510757591A CN105609840A CN 105609840 A CN105609840 A CN 105609840A CN 201510757591 A CN201510757591 A CN 201510757591A CN 105609840 A CN105609840 A CN 105609840A
Authority
CN
China
Prior art keywords
fuel cell
high potential
condition
avoid
cell system
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.)
Granted
Application number
CN201510757591.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105609840B (zh
Inventor
坊农哲也
今西启之
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 CN105609840A publication Critical patent/CN105609840A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105609840B publication Critical patent/CN105609840B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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
    • H01M8/04298—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
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04925—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/0494—Power, energy, capacity or load of fuel cell stacks
    • 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
    • H01M8/04992—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the implementation of mathematical or computational algorithms, e.g. feedback control loops, fuzzy logic, neural networks or artificial intelligence
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0053—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/30—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/40—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for controlling a combination of batteries and fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L7/00—Electrodynamic brake systems for vehicles in general
    • B60L7/10—Dynamic electric regenerative braking
    • B60L7/18—Controlling the braking effect
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M16/00—Structural combinations of different types of electrochemical generators
    • H01M16/003—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers
    • H01M16/006—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers of fuel cells with rechargeable batteries
    • 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
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04544—Voltage
    • H01M8/04559—Voltage of fuel cell stacks
    • 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
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04574—Current
    • H01M8/04589—Current of fuel cell stacks
    • 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
    • H01M8/04858—Electric variables
    • H01M8/04865—Voltage
    • H01M8/0488—Voltage of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • 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
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries 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
    • 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
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/30—The power source being a fuel cell
    • 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
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • 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
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • 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

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Fuzzy Systems (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

本发明提供一种能够高精度地实施用于避免高电位的电力算出的燃料电池车系统和燃料电池系统的运转方法。燃料电池系统(100)具备：燃料电池(20)；二次电池(50)；计算单元(60)，在对燃料电池(20)的输出电压加上高电位避免用的剩余电力来避免高电位时，基于燃料电池(20)的发电电压与高电位避免目标电压的偏差，通过反馈控制算出避免高电位的高电位避免电压；判定单元(70)，判定燃料电池(20)的运转状态符合反馈控制的积分项更新的禁止条件(A)还是许可条件；以及反馈控制条件决定单元(80)，在符合禁止条件(A)的情况下停止积分项的更新，在符合许可条件的情况下实施积分项的更新。

Description

燃料电池系统和燃料电池系统的运转方法
技术领域
本发明涉及实施用于提高燃料电池组的耐久性的高电位避免控制的燃料电池系统和燃料电池系统的运转方法。
背景技术
燃料电池组是通过电化学工艺使燃料氧化，从而将随着氧化反应而放出的能量直接变换为电能的发电系统。燃料电池组具有通过由包含多孔质材料的一对电极将用于选择性地输送氢离子的高分子电解质膜的两侧面夹持而成的膜-电极结合体。一对电极分别具有：催化剂层，其以担载铂系的金属催化剂的碳粉末为主成分，与高分子电解质膜接触；和气体扩散层，其形成于催化剂层的表面，同时具有通气性和电子导电性。
在搭载燃料电池系统作为电力源的燃料电池车辆中，进行如下的运转控制：在发电效率高的高输出区域中，使燃料电池组发电，从燃料电池组和二次电池的双方或者仅从燃料电池组向牵引电动机供给电力，另一方面，在发电效率低的低输出区域中，暂时休止燃料电池组的发电，仅从二次电池向牵引电动机供给电力。将这样在燃料电池系统的发电效率低的低负荷区域中暂时休止燃料电池组的运转称作间歇运转。通过在燃料电池系统的发电效率降低的低负荷区域中，实施间歇运转，能够使燃料电池组在能量变换效率高的范围内运转，能够提高燃料电池系统整体的效率。
在燃料电池系统中，实施用于提高燃料电池组的耐久性的高电位避免控制。例如，专利文献1公开了一种燃料系统，具备：燃料电池，其接受反应气体的供给而发电；和控制器，其将比燃料电池的开放端电压低的高电位避免电压作为上限，来对燃料电池的输出电压进行高电位避免控制。该燃料电池系统，在将燃料电池发出的电力的一部分蓄积到二次电池时，考虑二次电池的蓄电量来对二次电池的充放电进行反馈控制。此时，在高电位避免控制被禁止时允许反馈控制，在高电位控制被允许时禁止反馈控制，由此来避免超过二次电池的要求电力而蓄电从而对反馈控制的积分项进行误积分的情况。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-129639号公报
发明内容
发明所要解决的问题
专利文献1的燃料电池系统的反馈控制中，在燃料电池的当前电压比高电位避免目标电压低的情况下，判定为高电压避免电力足够大，进行减少高电位避免电力的运算来计算反馈控制的积分项。但是，在当前电压的降低不是由高电位避免电力的效果引起而是由暂时的发电状态的变化引起的情况下，若减少高电位避免电力，则在发电状态恢复时无法施加足够的高电位避免电力，会产生高电位。
本发明是鉴于上述情况而完成的发明，其目的在于提供一种燃料电池系统和燃料电池系统的运转方法，在实施用于提高燃料电池组的耐久性的的高电位避免控制的燃料电池系统中，能够防止高电位避免电力的不必要的误计算而高精度地实施用于避免高电位的电力算出。
用于解决问题的手段
为了达成上述目的，本发明的燃料电池系统的特征在于，具备：燃料电池，接受反应气体的供给来进行发电；二次电池，蓄积由所述燃料电池发出的电力的一部分；计算单元，在对所述燃料电池的输出加上避免高电位用的剩余电力来避免高电位时，基于所述燃料电池的发电电压与高电位避免目标电压之间的偏差，通过反馈控制算出避免高电位的高电位避免电压；判定单元，判定所述燃料电池的运转状态符合反馈控制的积分项更新的禁止条件还是许可条件；以及反馈控制条件决定单元，在符合所述禁止条件的情况下停止积分项的更新，在符合所述许可条件的情况下实施积分项的更新。
另外，本发明的燃料电池系统，具备：燃料电池，接受反应气体的供给来进行发电；二次电池，蓄积由所述燃料电池发出的电力的一部分；以及控制单元，控制燃料电池系统，所述控制单元被编程为执行如下步骤：在对所述燃料电池的输出加上避免高电位用的剩余电力来避免高电位时，基于所述燃料电池的发电电压与高电位避免目标电压之间的偏差，通过反馈控制算出避免高电位的高电位避免电压的步骤；判断所述燃料电池的运转状态符合反馈控制的积分项更新的禁止条件还是许可条件的步骤；以及在符合所述禁止条件的情况下停止积分项的更新，在符合所述许可条件的情况下实施积分项的更新的步骤。
所述积分项更新的禁止条件是如下条件中的任一条件：所述燃料电池系统的发电要求功率比高电位避免电力大；所述运转状态是间歇运转刚停止后的空气欠缺状态；车辆处于再生制动期间或再生制动刚停止后；以及所述运转状态是所述车辆的启动处理期间或启动处理刚结束后的状态。
另外，本发明的燃料电池系统的运转方法对燃料电池的输出施加避免高电位用的剩余电力来避免高电位，其特征在于，基于燃料电池的发电电压与高电位避免目标电压之间的偏差，通过反馈控制算出避免高电位的高电位避免电压，判断燃料电池的运转状态符合反馈控制的积分项更新的禁止条件还是许可条件，在符合禁止条件的情况下停止积分项的更新，在符合许可条件的情况下实施积分项的更新，进行反馈控制而进行高电位避免控制。
发明效果
本发明的燃料电池系统，在单电池电压的降低不是由高电位避免电力的效果引起而是由暂时的运转条件引起的情况下，不进行反馈控制的积分项的更新。因此，能够避免高电位避免电力的不必要的误计算而高精度地实施用于避免高电位的电力算出。
附图说明
图1是本发明的实施方式的燃料电池车辆的示意图。
图2是本发明的实施方式的燃料电池系统的框图。
图3是本发明的实施方式的燃料电池系统的运转方法的流程图。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行说明。在以下的附图的记载中，对于相同或类似的部分，用相同或类似的标号来表示。但是，附图是示意图。因此，具体的尺寸等应该参照以下的说明来判断。另外，附图彼此之间当然也包括彼此的尺寸的关系、比例不同的部分。
首先，参照图1，对本发明的实施方式的燃料电池系统进行说明。图1是本发明的实施方式的燃料电池车辆的示意图。图2是本发明的实施方式的燃料电池系统的框图。
如图1和图2所示，燃料电池系统100作为搭载于燃料电池车辆10的车载电源系统发挥功能，具备燃料电池20、二次电池50、计算单元60、判定单元70、以及反馈控制条件决定单元80。
燃料电池20接受反应气体(燃料气体、氧化气体)的供给而发电。燃料电池车辆10利用由燃料电池20发出的电来驱动牵引电动机30和/或未图示的辅机类，从而行驶。此外，图1中的40是用于储存作为燃料气体的氢的高压氢罐。
燃料电池20具有多个单电池层叠而成的组构造(均未图示)。例如，固体高分子型燃料电池的燃料电池单元至少具备：膜电极接合体(MEA:MembraneElectrodeAssembly)，其包括离子透过性的电解质膜和夹持该电解质膜的阳极侧催化剂层(电极层)和阴极侧催化剂层(电极层)；和气体扩散层，其用于向该膜电极接合体供给燃料气体或氧化剂气体。燃料电池的所述组构造的单电池由一对分隔件夹持。
二次电池50是用于蓄积由燃料电池20发出的电力的一部分的蓄电池(电池)。二次电池50作为剩余电力的储存源、再生制动时的再生能量储存源、与燃料电池车辆10的加速或减速相伴的负荷变动时的能量缓冲器发挥功能。作为二次电池50，例如优选是镍镉蓄电池、镍氢蓄电池、锂离子蓄电池等蓄电池，但不限于例示的电池。
燃料电池20由电子控制单元(ECU：ElectroniccontrolUnit)90控制。ECU90例如具备CPU(CentralProcessingUnit：中央处理单元)、ROM(ReadOnlyMemory：只读存储器)、RAM(RandomAccessMemory：随机存取存储器)以及输入输出接口，通过执行用于实现本发明的燃料电池系统的运转方法的软件程序而功能性地具有计算单元60、判定单元70以及反馈控制条件决定单元80。
计算单元60通过反馈控制算出用于避免高电位的高电位避免电压。具体而言，在对燃料电池20的输出加上高电位避免用的剩余电力来避免高电位时，基于燃料电池20的发电电压与高电位避免目标电压的偏差，通过反馈控制算出避免高电位的高电位避免电压。
判定单元70判断燃料电池20的运转状态符合反馈控制的积分项更新的禁止条件A还是许可条件。作为禁止条件A，可举出：A1)燃料电池系统的发电要求功率比高电位避免电力大；A2)处于间歇运转刚停止后(例如间歇运转停止后的2秒以内)的空气欠缺状态；A3)车辆处于再生制动期间或再生制动刚停止后(例如再生制动停止后的2秒以内)；或者，A4)处于车辆的启动处理期间或启动处理刚结束后(例如启动开始后的2秒以内)。
在判定单元70中判断为燃料电池20的运转状态符合反馈控制的积分项更新的禁止条件的情况下，反馈控制条件决定单元80停止积分项的更新。另一方面，在判定单元70中判断为燃料电池20的运转状态符合反馈控制的积分项更新的许可条件的情况下，反馈控制条件决定单元80实施积分项的更新。
接着，参照图1～图3，对本发明的实施方式的燃料电池系统的作用和该燃料电池系统的运转方法进行说明。图3是本发明的实施方式的燃料电池系统的运转方法的流程图。
如图1所示，搭载于燃料电池车辆10的燃料电池系统100，在燃料电池(燃料电池组)20的输出电力比向该燃料电池20要求的要求电力大的情况下，将该剩余的电力蓄积到二次电池50，并且，在燃料电池20的输出电力比向燃料电池20要求的要求电力小的情况下，二次电池50补足该不足量。即，从燃料电池20和二次电池50的双方或者仅从燃料电池20向牵引电动机30等供给电力，另一方面，在发电效率差的低输出区域中，暂时休止燃料电池20的发电，仅从二次电池50向牵引电动机30等供给电力。
如图3所示，当本实施方式的燃料电池系统100开始运转后(S110)，该燃料电池系统100由ECU90控制。为了提高燃料电池20的耐久性，ECU90将燃料电池20的平均单电池电压控制成小于一定值Vth(在本实施方式中，例如小于0.8V)(S120/否)。另一方面，当燃料电池20的平均单电池电压成为一定值Vth以上(在本实施方式中，例如为0.8V以上)时(S120/是)，计算单元60算出高电位避免电力(电流)(S130)。
接着，计算单元60基于燃料电池20的发电电压与高电位避免目标电压的偏差，通过反馈(PI)控制避免高电位的高电位避免电压，来算出积分项(I项)(S140)。在反馈(PI)控制中，在电压(电流)控制中，在当前电压比目标电压低的情况下，判定为高电压避免电力(电流)足够大，在计算积分项(I项)时，进行减少高电压避免电力(电流)的计算。
但是，在燃料电池20的平均单电池电压的降低不是计算出的高电位避免电力(电流)的效果的情况下(由暂时的燃料电池20的发电状态的恶化引起的电压降低)，若减少高电位避免电力(电流)，则在燃料电池20的发电状态恢复时无法施加足够的高电位避免电力(电流)，会产生高电位(高电压)。因此，在燃料电池20的平均单电池电压的降低是由暂时的组发电状态的恶化引起的电压降低的情况下，暂时停止反馈控制(尤其是积分项的累计·更新)，通过下述的禁止条件A来判定暂时的燃料电池20的发电状态的恶化。
即，判定单元70判定燃料电池20的运转状态符合反馈控制的积分项更新的禁止条件还是许可条件。具体而言，判定单元70判断燃料电池20的运转状态是否符合下述禁止条件A的任一方(S150)。
作为禁止条件A，可举出：A1)燃料电池系统的发电要求功率比高电位避免电力大；A2)处于间歇运转刚停止后(例如间歇运转停止后的2秒以内)的空气欠缺状态；A3)车辆处于再生制动期间或再生制动刚停止后(例如再生制动停止后的2秒以内)，或者，A4)处于车辆的启动处理期间或启动处理刚结束后(例如启动开始后的2秒以内)。
首先，将A1的燃料电池系统的发电要求功率比高电位避免电力大作为条件是因为，高电位避免是通过燃料电池系统的发电要求功率来实现的。另外，将A2的处于间歇运转刚停止后的空气欠缺状态作为条件是因为，高电位避免是在空气欠缺状态下实现的。进而，将A3的车辆处于再生制动期间或再生制动停止刚停止后作为条件是因为，高电位避免是在空气欠缺状态下实现的。并且，将A4的车辆的启动处理期间或启动处理刚结束后作为条件是因为，高电位避免是在空气欠缺状态下实现的。
在燃料电池20的运转状态符合上述禁止条件A的任一方的情况下(S150/是)，反馈控制条件决定单元80停止积分项的更新(S160)。另一方面，在燃料电池20的运转状态不符合上述禁止条件A的所有条件的情况(许可条件的情况)下(S150/否)，反馈控制条件决定单元80实施积分项的更新(S170)。由此，对燃料电池20的输出电压加上高电位避免用的剩余电力来避免高电位，结束反馈控制(S180)。
如以上所说明，根据本实施方式的燃料电池系统及其运转方法，在平均单电池电压的降低不是由高电位避免电力的效果引起而是由暂时的运转条件引起的情况下，认为符合禁止条件A而不进行反馈控制的积分项的更新。因此，可起到如下的优异效果：能够防止高电位避免电力的不必要的误计算，高精度地实施用于高电位避免的电力算出。
〔其他实施方式〕
虽然如上所述通过实施方式对本发明进行了记载，但构成本公开的一部分的技术和附图不应理解为对本发明进行限定。对于本领域技术人员来说，通过本公开，各种代替实施方式、实施例以及运用技术应该会变得明了。例如，在上述实施方式中，虽然以通过高电位避免电力的运算来更新反馈控制的积分项为前提，但不限于此。例如，即使在通过前馈控制来控制系统的情况下，只要妥当就能够应用本申请发明。另外，不限于积分项的更新，也不排除取代积分项或者除了积分项之外还进行加算项等的更新。这是因为，只要关于与高电位避免电力的不必要的误计算有关的运算项停止其更新或者许可其更新即可。
进而，积分项更新的禁止条件不限于上述实施方式。若是由高电位避免电力以外的影响导致单电池电压的降低的暂时的运转条件，则即使是上述实施方式以外的条件，也能够作为本申请发明的禁止条件而采用。
标号说明
20燃料电池
50二次电池
60计算单元
70判定单元
80反馈控制条件决定单元
100燃料电池系统

Claims (5)

1.一种燃料电池系统，其特征在于，具备：
燃料电池，接受反应气体的供给来进行发电；
二次电池，蓄积由所述燃料电池发出的电力的一部分；
计算单元，在对所述燃料电池的输出加上避免高电位用的剩余电力来避免高电位时，基于所述燃料电池的发电电压与高电位避免目标电压之间的偏差，通过反馈控制算出避免高电位的高电位避免电压；
判定单元，判定所述燃料电池的运转状态符合反馈控制的积分项更新的禁止条件还是许可条件；以及
反馈控制条件决定单元，在符合所述禁止条件的情况下停止积分项的更新，在符合所述许可条件的情况下实施积分项的更新。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，
所述积分项更新的禁止条件是如下条件中的任一条件：
所述燃料电池系统的发电要求功率比高电位避免电力大；
所述运转状态是间歇运转刚停止后的空气欠缺状态；
车辆处于再生制动期间或再生制动刚停止后；以及
所述运转状态是所述车辆的启动处理期间或启动处理刚结束后的状态。
3.一种燃料电池系统，具备：
燃料电池，接受反应气体的供给来进行发电；
二次电池，蓄积由所述燃料电池发出的电力的一部分；以及
控制单元，控制燃料电池系统，
所述控制单元被编程为执行如下步骤：
在对所述燃料电池的输出加上避免高电位用的剩余电力来避免高电位时，基于所述燃料电池的发电电压与高电位避免目标电压之间的偏差，通过反馈控制算出避免高电位的高电位避免电压的步骤；
判断所述燃料电池的运转状态符合反馈控制的积分项更新的禁止条件还是许可条件的步骤；以及
在符合所述禁止条件的情况下停止积分项的更新，在符合所述许可条件的情况下实施积分项的更新的步骤。
4.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其中，
所述积分项更新的禁止条件是如下条件中的任一条件：
所述燃料电池系统的发电要求功率比高电位避免电力大；
所述运转状态是间歇运转刚停止后的空气欠缺状态；
车辆处于再生制动期间或再生制动刚停止后；以及
所述运转状态是所述车辆的启动处理期间或启动处理刚结束后的状态。
5.一种燃料电池系统的运转方法，对燃料电池的输出施加避免高电位用的剩余电力来避免高电位，其特征在于，
基于燃料电池的发电电压与高电位避免目标电压之间的偏差，通过反馈控制算出避免高电位的高电位避免电压，判断燃料电池的运转状态符合反馈控制的积分项更新的禁止条件还是许可条件，在符合禁止条件的情况下停止积分项的更新，在符合许可条件的情况下实施积分项的更新，进行反馈控制而进行高电位避免控制。
CN201510757591.1A 2014-11-12 2015-11-09 燃料电池系统和燃料电池系统的运转方法 Expired - Fee Related CN105609840B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014-230186 2014-11-12
JP2014230186A JP6164496B2 (ja) 2014-11-12 2014-11-12 燃料電池システムおよび燃料電池システムの運転方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105609840A true CN105609840A (zh) 2016-05-25
CN105609840B CN105609840B (zh) 2018-04-13

Family

ID=55802946

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510757591.1A Expired - Fee Related CN105609840B (zh) 2014-11-12 2015-11-09 燃料电池系统和燃料电池系统的运转方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9997796B2 (zh)
JP (1) JP6164496B2 (zh)
KR (1) KR101815352B1 (zh)
CN (1) CN105609840B (zh)
CA (1) CA2911032C (zh)
DE (1) DE102015118891B4 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110112441A (zh) * 2018-02-01 2019-08-09 郑州宇通客车股份有限公司 一种燃料电池系统的高电位控制方法及装置
CN110176611A (zh) * 2018-02-20 2019-08-27 丰田自动车株式会社 燃料电池系统及控制燃料电池系统的方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101868881A (zh) * 2007-11-21 2010-10-20 丰田自动车株式会社 燃料电池系统
JP2012094257A (ja) * 2010-10-25 2012-05-17 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
CN102834959A (zh) * 2010-04-09 2012-12-19 丰田自动车株式会社 燃料电池系统和用于燃料电池系统的控制方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5105223B2 (ja) * 2006-12-27 2012-12-26 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP5229523B2 (ja) * 2007-03-12 2013-07-03 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
US7955743B2 (en) * 2008-02-06 2011-06-07 GM Global Technology Operations LLC Adaptive gain scheduled control for current limitation based on voltage performance of a fuel cell system
JP5207055B2 (ja) * 2008-11-20 2013-06-12 トヨタ自動車株式会社 コンバータ制御装置
US9337503B2 (en) * 2013-03-11 2016-05-10 GM Global Technology Operations LLC Fuel cell power control by offset estimation

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101868881A (zh) * 2007-11-21 2010-10-20 丰田自动车株式会社 燃料电池系统
CN102834959A (zh) * 2010-04-09 2012-12-19 丰田自动车株式会社 燃料电池系统和用于燃料电池系统的控制方法
JP2012094257A (ja) * 2010-10-25 2012-05-17 Toyota Motor Corp 燃料電池システム

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110112441A (zh) * 2018-02-01 2019-08-09 郑州宇通客车股份有限公司 一种燃料电池系统的高电位控制方法及装置
CN110112441B (zh) * 2018-02-01 2021-03-02 郑州宇通客车股份有限公司 一种燃料电池系统的高电位控制方法及装置
CN110176611A (zh) * 2018-02-20 2019-08-27 丰田自动车株式会社 燃料电池系统及控制燃料电池系统的方法
CN110176611B (zh) * 2018-02-20 2022-05-27 丰田自动车株式会社 燃料电池系统及控制燃料电池系统的方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20160133973A1 (en) 2016-05-12
KR101815352B1 (ko) 2018-01-04
DE102015118891B4 (de) 2020-03-26
US9997796B2 (en) 2018-06-12
DE102015118891A1 (de) 2016-05-12
CN105609840B (zh) 2018-04-13
KR20160056804A (ko) 2016-05-20
CA2911032C (en) 2018-09-25
JP6164496B2 (ja) 2017-07-19
CA2911032A1 (en) 2016-05-12
JP2016095948A (ja) 2016-05-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102664278B (zh) 燃料电池系统
CN101222062B (zh) 用于改善燃料电池系统中功率增加瞬态响应的方法
CN101627498B (zh) 燃料电池系统及其控制方法
US10807499B2 (en) External power supply system and supply method of fuel cell vehicle
CN101868881B (zh) 燃料电池系统
US9748590B2 (en) Fuel cell system
CN104137314A (zh) 燃料电池系统
CN101868880B (zh) 燃料电池系统
JP4400669B2 (ja) 燃料電池システム
JP6761203B2 (ja) 車両用燃料電池の電力制御装置
CN104137315A (zh) 燃料电池系统
CN104205454A (zh) 燃料电池系统
CN104185920A (zh) 燃料电池系统
JPWO2013065132A1 (ja) 燃料電池の出力制御装置
KR100986500B1 (ko) 멀티 스택 구조의 연료전지 하이브리드 시스템
CN105609840A (zh) 燃料电池系统和燃料电池系统的运转方法
JP5355631B2 (ja) 燃料電池車両の制御方法
JP2011014322A (ja) 燃料電池システム
JP6774011B2 (ja) 燃料電池システム
CN104272511B (zh) 燃料电池系统
JP6167864B2 (ja) 燃料電池システムおよび燃料電池車両、燃料電池システムの制御方法
JP2020024889A (ja) 燃料電池システム及び電動車両
JP6774010B2 (ja) 燃料電池システム
JP2018060686A (ja) 電動車両用の燃料電池システム
JP2010129343A (ja) 燃料電池システム

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20180413

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee