CN108232249B - 燃料电池系统和二次电池诊断方法 - Google Patents

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Abstract

一种燃料电池系统和二次电池诊断方法，该燃料电池系统包括燃料电池、辅助装置、辅助装置控制器、二次电池、电流传感器、电压传感器和诊断控制器。在燃料电池不输出电力的输出停止状态中，辅助装置控制器通过使用从二次电池供应的电力驱动辅助装置并且向燃料电池供应气体，来执行将燃料电池中余留的水排出到燃料电池系统外部的残水扫气处理。诊断控制器使用电流积算值诊断二次电池，电流积算值通过积算在二次电池的放电电压的预定电压范围中从二次电池供应的电流量而获得，二次电池的放电电压当通过执行残水扫气处理将电力供应到辅助装置时响应于放电而变化。

Description

燃料电池系统和二次电池诊断方法
技术领域
本发明涉及一种包括二次电池的燃料电池系统，和一种二次电池诊断方法。
背景技术
在燃料电池系统中，可以设置二次电池从而向用于供应反应气体的辅助装置例如空气压缩机或者用于循环氢气的泵供应电力。二次电池的放电性能随着时间逐渐劣化。因此，二次电池需要被定期诊断。作为二次电池诊断方法，提出了一种诊断方法(参考日本未审定专利申请公报No.2013-150417(JP 2013-150417 A)，该诊断方法包括：获得当二次电池的放电电压在二次电池向辅助装置等供应电力的同时减小时在预定电压范围中的放电电流的积算值；并且基于放电电流的积算值来诊断性能劣化的程度。
发明内容
然而，执行相关技术的二次电池诊断方法可能占用长的时间段，例如大约一个小时。因此，例如在其中燃料电池系统被安装在车辆上以供应用于驱动车辆的电力的构造中，在将车辆带到维修车间之后诊断可能被执行大约一个小时，对于用户而言这是相当不方便的。另外，即使在被固定到地面或者建筑物并且被使用的燃料电池系统中，该系统仍然可能为了进行诊断而停用大约一个小时，对于用户而言这是不方便的。因此，期望一种能够抑制与在燃料电池系统中包括的二次电池的诊断相关的用户方便性劣化的技术。
本发明能够实现以下方面。
(1)本发明的第一方面涉及一种燃料电池系统，包括：燃料电池；辅助装置，该辅助装置用于向燃料电池供应气体；辅助装置控制器，该辅助装置控制器被构造成控制辅助装置的运行；二次电池；电流传感器，该电流传感器被构造成测量从二次电池供应的电流量；电压传感器，该电压传感器被构造成测量二次电池的放电电压；和诊断控制器，该诊断控制器被构造成诊断二次电池。辅助装置控制器被构造成在燃料电池不输出电力的输出停止状态中，通过使用从二次电池供应的电力驱动辅助装置并且向燃料电池供应气体，执行将燃料电池中余留的水排出到燃料电池系统外部的残水扫气处理。诊断控制器被构造成使用电流积算值诊断二次电池，该电流积算值通过积算在二次电池的放电电压的预定电压范围中从二次电池供应的电流量而获得，二次电池的放电电压当通过执行残水扫气处理将电力供应到辅助装置时响应于放电而变化。
利用根据本发明的第一方面的燃料电池系统，诊断控制器使用电流积算值诊断二次电池，电流积算值通过积算在二次电池的放电电压的预定电压范围中从二次电池供应的电流量而获得，二次电池的放电电压当通过在输出停止状态中执行残水扫气处理将电力供应到辅助装置时响应于放电而变化。因此，仅用于诊断二次电池的二次电池的放电能够被避免。相应地，例如，不需要将燃料电池系统带到维修车间或者特意地使燃料电池进入输出停止状态中以诊断二次电池，并且用户方便性的劣化能够被抑制。
(2)根据本发明的第一方面的燃料电池系统可以进一步包括存储单元，该存储单元被构造成存储从二次电池供应的电流量的积算值。诊断控制器可以被构造成当残水扫气处理在二次电池在电压范围中的放电完成之前完成时，通过重复以下处理(i)和(ii)直至二次电池在电压范围中的放电完成为止来获得电流积算值：(i)使得存储单元存储从残水扫气处理的开始到残水扫气处理的结束从二次电池供应的电流量的积算值的处理；和(ii)当下一残水扫气处理被执行时，将从二次电池供应的电流量积算到被存储在存储单元中的积算值的处理。
利用根据本发明的第一方面的燃料电池系统，当残水扫气处理在预定电压范围中的放电被完成之前完成时，存储单元存储从残水扫气处理的开始到残水扫气处理的结束从二次电池供应的电流量的积算值。接着，当下一残水扫气处理被执行时，从二次电池供应的电流量被积算到存储在存储单元中的积算值。以上处理被重复。因此，即使当残水扫气处理在预定电压范围中的放电完成之前完成时，仍然能够通过执行残水扫气处理一次或多次而完成在预定电压范围中从二次电池供应的电流量的积算。因此，能够获得诊断二次电池所需要的电流积算值，并且二次电池能够被准确地诊断。
(3)在根据本发明的第一方面的燃料电池系统中，气体可以包括空气作为氧化剂气体，并且辅助装置可以包括空气压缩机。利用根据本发明的第一方面的燃料电池系统，一般地，电流积算值在向具有高电力消耗的空气压缩机供应电力(放电)期间获得。因此，能够在短时间段内获得诊断二次电池所需要的电流积算值。此外，能够在燃料电池的阴极侧上执行残水扫气处理的同时诊断二次电池。
(4)在根据本发明的第一方面的燃料电池系统中，气体可以包括氢气作为燃料气体。燃料电池系统可以进一步包括：罐，在该罐中存储氢气；阳极气体供应路径，通过该阳极气体供应路径氢气被从罐向燃料电池供应；阳极废气排出路径，通过该阳极废气排出路径包括氢气的废气被从燃料电池排出；旁通流路，通过该旁通流路阳极废气排出路径和阳极气体供应路径被连接；和泵，泵被布置在旁通流路中并且向阳极气体供应路径供应被从阳极废气排出路径排出的废气。辅助装置可以包括泵。利用根据本发明的第一方面的燃料电池系统，能够在燃料电池的阳极侧上执行残水扫气处理的同时诊断二次电池。
(5)在根据本发明的第一方面的燃料电池系统中，诊断控制器可以被构造成比较电流积算值与阈值积算值，阈值积算值是二次电池的劣化处于容许范围的下限的电流积算值，并且诊断控制器可以被构造成当电流积算值低于阈值积算值时判定二次电池劣化。利用根据本发明的第一方面的燃料电池系统，诊断控制器比较电流积算值与阈值积算值，阈值积算值是二次电池的劣化处于容许范围的下限的电流积算值，并且当电流积算值低于阈值积算值时判定二次电池劣化。因此，诊断控制器能够准确地判定二次电池是否劣化。
(6)在根据本发明的第一方面的燃料电池系统中，诊断控制器可以被构造成比较在预定经过时间期间电流积算值的斜率与在该预定经过时间期间二次电池的劣化处于容许范围的下限的电流积算值的阈值斜率，并且诊断控制器可以被构造成当电流积算值的斜率小于阈值斜率时判定二次电池劣化。
(7)在根据本发明的第一方面的燃料电池系统中，诊断控制器可以判定在残水扫气处理开始时二次电池的放电电压是否低于电压范围的上限值，当诊断控制器判定二次电池的放电电压低于电压范围的上限值时可以不获得电流积算值并且可以不诊断二次电池，并且当诊断控制器判定二次电池的放电电压不低于电压范围的上限值时可以获得电流积算值并且可以诊断二次电池。利用根据本发明的第一方面的燃料电池系统，当在预定电压范围中从二次电池供应的电流量不能被积算时，诊断控制器不获得电流积算值并且不诊断二次电池。当在预定电压范围中从二次电池供应的电流量能够被积算时，诊断控制器获得电流积算值并且诊断二次电池。因此，能够抑制执行不必要的处理，并且二次电池能够被准确地诊断。
(8)本发明的第二方面涉及一种诊断二次电池的二次电池诊断方法，该二次电池向用于向燃料电池供应气体的辅助装置供应电力，该二次电池诊断方法包括：(a)在燃料电池不输出电力的输出停止状态中，通过使用从二次电池供应的电力驱动辅助装置并且向燃料电池供应气体，执行将燃料电池中余留的水排出到燃料电池系统外部的残水扫气处理；(b)通过积算在二次电池的放电电压的预定电压范围中从二次电池供应的电流量而获得电流积算值，二次电池的放电电压当通过执行残水扫气处理将电力供应到辅助装置时响应于放电而变化；和(c)使用电流积算值诊断二次电池。
能够以各种形式实现本发明的方面。例如，能够以各种形式诸如二次电池诊断系统、二次电池诊断方法和运行燃料电池系统的方法实现本发明的方面。
附图说明
将在下面参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，其中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：
图1是示出根据本发明的实施例的燃料电池系统的概略构造的框图；
图2是示出在驻车期间残水扫气处理的过程的流程图；
图3是示出辅助装置启动控制处理的过程的流程图；
图4是示出二次电池诊断处理的过程的流程图；并且
图5是示出在开始积算电流值之后电流积算值的变化的图表。
具体实施方式
A.实施例
A1.系统构造
图1是示出根据本发明的实施例的燃料电池系统100的概略构造的框图。根据该实施例的燃料电池系统100被安装在车辆上以向车辆驱动马达(未示出)供应电力。燃料电池系统100包括燃料电池10、阳极侧反应气体供应排出机构20、阴极侧反应气体供应排出机构30、二次电池50、DC/DC转换器41、第一升压转换器42、逆变器43、第二升压转换器44、电压传感器61、电流传感器62、诊断控制器71、辅助装置控制器72、启动控制器73、存储单元80、第一直流导线91、第二直流导线92、第三直流导线93、第四直流导线94、第五直流导线95和第六直流导线96。
燃料电池10是通过作为反应气体的氢气和空气的供应产生电力的固体聚合物燃料电池，并且具有其中多个单电池被堆叠的构造。燃料电池不限于固体聚合物燃料电池，并且可以使用任意燃料电池诸如磷酸燃料电池或者固体氧化物燃料电池。燃料电池10通过第一直流导线91连接到第一升压转换器42的输入端子。
阳极侧反应气体供应排出机构20向燃料电池10供应作为燃料气体的氢气，并且从燃料电池10排出阳极废气。阳极侧反应气体供应排出机构20包括罐21、阳极气体供应路径22、阳极废气排出路径23、旁通流路24、气液分离装置25和循环泵26。
在罐21中，存储了氢气。罐21和燃料电池10通过阳极气体供应路径22连接，使得氢气被从罐21供应到燃料电池10。在阳极气体供应路径22中，设置了截止阀(未示出)和注射器(未示出)。阳极废气排出路径23被连接到设置在燃料电池10中的阳极废气排出歧管(未示出)，并且将从燃料电池10排出的阳极废气引入阳极废气排出路径23。旁通流路24的第一端被连接到气液分离装置25，旁通流路24的第二端被连接到阳极气体供应路径22，并且从气液分离装置25排出的氢气通过旁通流路24被供应到阳极气体供应路径22。气液分离装置25将在通过阳极废气排出路径23供应的阳极废气中包括的水和氢气彼此分离并且向旁通流路24排出氢气。气液分离装置25还被连接到以下描述的阴极废气排出路径并且向阴极废气排出路径供应被分离的水。循环泵26被设置在旁通流路24中并且向阳极气体供应路径22供应从气液分离装置25排出的氢气。结果，氢气的被供应到燃料电池10但是在燃料电池10中没有被消耗的部分被再次供应到燃料电池10。
阴极侧反应气体供应排出机构30向燃料电池10供应作为氧化剂气体(阴极气体)的空气，并且从燃料电池10排出阴极废气。阴极侧反应气体供应排出机构30包括空气压缩机31、阴极气体供应路径32和阴极废气排出路径33。空气压缩机31从大气抽入空气、将空气压缩并且向阴极气体供应路径32供应压缩空气。阴极气体供应路径32被连接到设置在燃料电池10中的阴极气体供应歧管(未示出)，并且向燃料电池10供应空气。阴极废气排出路径33被连接到设置在燃料电池10中的阴极废气排出歧管(未示出)，并且从燃料电池10排出的阴极废气通过阴极废气排出路径33被排出到燃料电池系统外部。如上所述，阴极废气排出路径33还被连接到气液分离装置25，并且由于阴极废气的影响，从气液分离装置25排出到阴极废气排出路径33的水通过阴极废气排出路径33被排出到燃料电池系统外部。另外，从气液分离装置25排出到阴极废气排出路径33的少量的氢气被阴极废气稀释并且然后通过阴极废气排出路径33被排出到燃料电池系统外部。
在该实施例中，二次电池50是使用锂离子电池构造的并且向辅助装置诸如空气压缩机31、循环泵26和散热器风扇(未示出)供应电力。二次电池50的放电性能随着时间劣化。相应地，在供应了固定量的电力的情形中，其中能够通过对二次电池50充电一次而供应电力的时间段随着时间减小。在该实施例中，二次电池50的放电性能的劣化将是所谓的“二次电池50的劣化”。
DC/DC转换器41通过第五直流导线95电连接到二次电池50，并且还通过第六直流导线96电连接到循环泵26。DC/DC转换器41将从二次电池50输入的电压转换成适用于循环泵26的预定电压，并且输出经转换的电压。
第一升压转换器42通过第一直流导线91电连接到燃料电池10，并且还通过第二直流导线92电连接到逆变器43。第一升压转换器42将从燃料电池10输入的电压升高到目标电压，并且向逆变器43输出目标电压。逆变器43将从第一升压转换器42和第二升压转换器44输出的直流电压转换成三相交流电压，并且向空气压缩机31和车辆驱动马达(未示出)供应三相交流电压。在燃料电池10不输出电力的状态(在下文中，所谓的“输出停止状态)中，电力被从二次电池50供应到空气压缩机31。相应地，在此情形中，逆变器43将从第二升压转换器44输出的直流电压转换成三相交流电压，并且向空气压缩机31供应三相交流电压。在燃料电池10的输出电力不足并且低于车辆驱动马达的目标输出电力的情形中，逆变器43对二次电池50放电并且补偿不足的电力量。逆变器43将从车辆驱动马达产生的再生电力转换成直流电力，并且通过第三直流导线93向第二升压转换器44输出直流电力。第二升压转换器44通过第四直流导线94电连接到二次电池50，并且还通过第三直流导线93电连接到逆变器43。第二升压转换器44将从二次电池50输入的电压升高到目标电压，并且向逆变器43输出目标电压。第二升压转换器44降低通过第三直流导线93从逆变器43供应的再生电力的电压，并且通过第四直流导线94向二次电池50输出降低的电压。
电压传感器61被设置在第四直流导线94中并且测量二次电池50的放电电压。类似地，电流传感器62被设置在第四直流导线94中并且测量从二次电池50供应的电流量。电压传感器61和电流传感器62被电连接到诊断控制器71并且将相应的测量值(电压值和电流值)通知到诊断控制器71。
诊断控制器71诊断二次电池50。更加具体地，诊断控制器71执行以下描述的二次电池诊断处理，并且诊断二次电池50的放电性能是否劣化。辅助装置控制器72被电连接到循环泵26和空气压缩机31，并且控制循环泵26和空气压缩机31的驱动和停止。辅助装置控制器72被电连接到诊断控制器71和启动控制器73。辅助装置控制器72在驻车期间执行残水扫气处理。启动控制器73包括计时器74并且执行辅助装置启动控制处理。在计时器74中设定了预定时间，并且在启动计时器74之后对时间进行测量直至预定时间到期为止。在计时器74中设定的时间可以是任意时间段。如在以下描述地，在阳极侧和阴极侧上的残水被以设定时间为单位排出。例如，假设残水扫气处理在夜间执行一次，则可以设定八个小时。诊断控制器71、辅助装置控制器72和启动控制器73是使用包括微处理器和存储器的电子控制单元(ECU)构造的，并且通过从二次电池50供应的电力驱动。启动控制器73控制向诊断控制器71和辅助装置控制器72的电力的供应。存储单元80被电连接到诊断控制器71并且可以存储在以下描述的二次电池诊断处理中的电流积算值。存储单元80可以被构造成在诊断控制器71中包括的存储器。在该实施例中，计时器74是使用软件计时器构造的但是可以替代软件计时器而使用硬件计时器构造。
除了阳极侧反应气体供应排出机构20和阴极侧反应气体供应排出机构30之外，燃料电池系统100还可以包括冷却介质供应排出机构(未示出)。冷却介质供应排出机构是用于调节燃料电池10的温度的机构，向燃料电池10供应冷却介质诸如冷却剂，从燃料电池10排出冷却介质，并且再次向燃料电池10供应已经与排出的冷却介质经历热交换的冷却介质。作为冷却介质供应排出机构，例如，可以使用包括连接到燃料电池10、辐射器、散热器风扇和循环泵的冷却介质供应路径和冷却介质排出路径的机构。
在具有上述构造的燃料电池系统100中，当车辆处于驻停时，换档手柄位于停车档(P)中，并且起动开关被关闭，燃料电池10进入输出停止状态中。在输出停止状态中，以下描述的在驻车期间的残水扫气处理被执行。结果，在燃料电池10、在阳极侧上反应气体和废气的流动路径、在阴极侧上反应气体和废气的流动路径等中余留的水被定期地排出到燃料电池系统外部。提供了这种构造以抑制在燃料电池10、相应的流动路径等中余留的水结冰，使得与通常情况相比气体扩散性不劣化并且使得各种阀(未示出)的打开和关闭能够被控制。在燃料电池系统100中，当在驻车期间执行残水扫气处理时，以下描述的二次电池诊断处理被执行。结果，与二次电池50的诊断相关的用户方便性的劣化被抑制。
这里，将简要地描述在驻车期间的残水扫气处理和以下描述的二次电池诊断处理与以下描述的辅助装置启动控制处理的关系。在驻车期间的残水扫气处理中，辅助装置控制器72驱动辅助装置诸如循环泵26和空气压缩机31使得反应气体被供应到燃料电池10。结果，向燃料电池系统外部排出在燃料电池10中余留的水的残水扫气处理被执行。然而，当车辆处于驻停时，换档手柄位于停车档(P)中，并且起动开关被关闭，向辅助装置控制器72的电力的供应被停止。在另一方面，即使在向辅助装置控制器72的电力的供应停止的状态下，电力仍然被供应到启动控制器73。通过执行辅助装置启动控制处理，启动控制器73定期地向辅助装置控制器72供应电力。结果，辅助装置控制器72能够在驻车期间定期地执行残水扫气处理。当车辆处于驻停时，换档手柄位于停车档(P)中，并且起动开关被关闭，如在向辅助装置控制器72供应电力的情形中一样，向诊断控制器71的电力的供应被停止。然而，如在辅助装置控制器72的情形中一样，通过启动控制器73的辅助装置启动控制处理，电力被定期地供应到诊断控制器71。结果，诊断控制器71能够定期地执行二次电池诊断处理。
A2.在驻车期间的残水扫气处理
图2是示出在驻车期间的残水扫气处理的过程的流程图。当由于以下描述的辅助装置启动控制处理而开始向辅助装置控制器72供应电力时，在驻车期间的残水扫气处理开始。
辅助装置控制器72将残水扫气处理的开始通知给诊断控制器71(步骤S105)。辅助装置控制器72执行阳极侧残水扫气处理(步骤S110)。具体地，辅助装置控制器72打开设置在阳极废气排出路径23中的放气阀(未示出)从而循环泵26和注射器(未示出)在每个预定时期将预定数量的氢气供应到燃料电池10。结果，阳极侧残水扫气处理得以执行。此时，电力被从二次电池50供应到循环泵26。以此方式，氢气被供应到燃料电池10，并且在燃料电池系统100的阳极侧中余留的水被排出到燃料电池系统外部。“在燃料电池系统100的阳极侧中余留的水”可以包括：在每一个单电池的阳极侧催化剂层和阳极侧气体扩散层中形成的孔隙中余留的水；在燃料电池10中的阳极气体供应歧管和阳极废气排出歧管中余留的水；在阳极气体供应路径22中余留的水；在阳极废气排出路径23中余留的水；在气液分离装置25中余留的水；在旁通流路24中余留的水；和在循环泵26中余留的水。水还可以包括：从每一个单电池的阴极侧流过电解质膜的水(逆扩散水)；和通过在大气中包括的水蒸汽的冷凝产生的液态水。
辅助装置控制器72执行阴极侧残水扫气处理(步骤S115)。具体地，辅助装置控制器72驱动空气压缩机31使得在每个预定时间段预定量的空气被供应到燃料电池10，并且调节设置在阴极废气排出路径33中的背压阀(未示出)的开度使得阴极废气被从燃料电池系统100排出。此时，电力被从二次电池50供应到空气压缩机31。以此方式，空气被供应到燃料电池10，并且在燃料电池系统100的阴极侧中余留的水被排出到燃料电池系统外部。“在燃料电池系统100的阴极侧中余留的水”可以包括：在每一个单电池的阴极侧催化剂层和阴极侧气体扩散层中形成的孔隙中余留的水；在燃料电池10中的阴极气体供应歧管和阴极废气排出歧管中余留的水；在阴极气体供应路径32中余留的水；和在阴极废气排出路径33中余留的水。水可以进一步包括：通过每一个单电池的阴极侧上的电化学反应产生的水；和通过在阴极侧大气中包括的水蒸汽的冷凝产生的液态水。
当阴极侧残水扫气处理(步骤S115)结束时，辅助装置控制器72向诊断控制器71和启动控制器73发送残水扫气结束通知(步骤S120)，并且在驻车期间的残水扫气处理结束。
A3.辅助装置启动控制处理
图3是示出辅助装置启动控制处理的过程的流程图。当车辆处于驻停时，换档手柄位于停车档(P)中，并且起动开关被关闭，启动控制器73执行辅助装置启动控制处理从而定期地执行在驻车期间的残水扫气处理和以下描述的二次电池诊断处理。当车辆处于驻停时，换档手柄位于停车档(P)中，并且起动开关被关闭，计时器74被启动。
启动控制器73等待直至计时器74到期为止(步骤S205)。当计时器74到期时(步骤S205：是)，启动控制器73开始向诊断控制器71和辅助装置控制器72供应电力(步骤S210)。接着，启动控制器73等待直至从辅助装置控制器72接收到残水扫气结束通知(步骤S215)。当接收到残水扫气结束通知时(步骤S215：是)，启动控制器73被再次启动(步骤S220)，并且该处理返回步骤S205。由于辅助装置启动控制处理，在每个计时器74的预设时间，电力被供应到辅助装置控制器72，使得在驻车期间的残水扫气处理被执行。另外，在每个计时器74的预设时间，电力被供应到诊断控制器71，使得以下描述的二次电池诊断处理被执行。
A4.二次电池诊断处理
诊断控制器71响应于在驻车期间(输出停止状态)向诊断控制器71供应电力而执行二次电池诊断处理。首先，将简要地描述诊断二次电池50的方法。当二次电池50放电时，放电电压逐渐地劣化。此时，在预定放电电压范围(在下文中，简单地称为“预定电压范围”)中从二次电池50供应的电流值被积算，并且诊断控制器71使用电流值的积算值(在下文中，所谓的“电流积算值”)诊断二次电池的放电性能是否劣化。在放电性能随着时间劣化的情形中，在预定电压范围中的电流积算值减小。因此，在所获得的电流积算值低于阈值积算值的情形中，诊断控制器71判定二次电池50劣化。这里，在该实施例中，预定电压范围的上限值被设定为在所谓的满充电的状态下的电压值。预定电压范围的下限值被设定为即使在车辆的起动开关在电压值减小到下限的状态下打开的情形中需要的电力仍然能够被供应到辅助装置并且车辆能够行驶的电压值。
图4是示出二次电池诊断处理的过程的流程图。当二次电池诊断处理开始时，首先，诊断控制器71等待直至从辅助装置控制器72接收到残水扫气开始通知为止(步骤S305)。当接收到残水扫气开始通知时(步骤S305：是)，诊断控制器71执行电流传感器62的校准(步骤S310)。具体地，诊断控制器71在电流不通过第四直流导线94流动的状态下测量电流值多次，并且执行以测量电流值的平均值移位零点的处理(所谓的零点调节)。电流传感器62的校准是在图2所示步骤S105和步骤S110之间执行的。
诊断控制器71判定是否能够执行诊断(步骤S315)。如上所述，为了诊断二次电池50，获得了在预定电压范围中的电流积算值。因此，在起初二次电池50的放电电压低于预定电压范围的上限值的情形中，不能获得预定电压范围的电流积算值。相应地，在电压传感器61的测量值，即，二次电池50的放电电压低于预定电压范围的上限值的情形中，诊断控制器71判定不能执行诊断(步骤S315：否)，并且二次电池诊断处理结束。此时，在关于“不能执行诊断的状态”的信息作为历史被存储在存储单元80中之后，二次电池诊断处理可以结束。在另一方面，在二次电池50的放电电压是预定电压范围的上限值或更高的情形中，诊断控制器71判定能够执行诊断(步骤S315：是)，并且然后判定先前的诊断是否被中断(步骤S320)。
在驻车期间的残水扫气处理中，二次电池50的放电电压随同向空气压缩机31、循环泵26等的电力供应一起减小。然而，在驻车期间的残水扫气处理完成直至放电电压达到预定电压范围的下限的情形中，向空气压缩机31和循环泵26的电力供应停止，并且因此电流积算值达不到预定电压范围的下限。在此情形中，二次电池诊断处理如在以下描述地被中断，并且指示该中断的数据被存储在存储单元80中。因此，在步骤S320中，诊断控制器71通过检查是否在存储单元80中存储了指示中断的数据来判定先前的诊断是否被中断。
在诊断控制器71判定先前的诊断未被中断的情形中(步骤S320：否)，诊断控制器71开始积算由电流传感器62测量的电流值(步骤S330)。诊断控制器71判定二次电池50的放电电压是否达到预定电压范围的下限值(步骤S335)。在诊断控制器71判定二次电池50的放电电压达到预定电压范围的下限值的情形中(步骤S335：是)，诊断控制器71结束电流值的积算(步骤S340)并且在存储单元80中存储电流积算值(步骤S345)。在驻车期间的残水扫气处理中，预定辅助装置被驱动预定时间。在步骤S340中，二次电池50的放电电压在辅助装置停止之前达到预定电压范围的下限值。诊断控制器71使用存储在存储单元80中的电流积算值判定二次电池50的放电性能是否劣化(步骤S350)，并且二次电池诊断处理结束。将使用图5描述在步骤S350中关于这种劣化的判定的细节。
图5是示出在开始积算电流值之后电流积算值的变化的图表。在图5中，水平轴线表示从电流值积算开始的经过时间，并且竖直轴线表示电流积算值。另外，在图5中，直线L1表示在二次电池50的放电性能的劣化是容许范围的情形中电流积算值的变化，并且直线L2表示在二次电池50的放电性能的劣化低于容许范围的情形中电流积算值的变化。图5示出在时间T0开始并且在时间T1结束的电流积算值的变化。在驻车期间的残水扫气处理中辅助装置的电力消耗是恒定的。因此，放电电压的减小速率是基本恒定的。因此，放电电压的变化(减小)和经过时间是基本上彼此成比例的。二次电池50的放电性能的劣化的容许范围表示在燃料电池系统100运行时不存在任何问题的放电性能的劣化范围，并且能够通过试验获得。
与二次电池50的放电性能是否劣化无关地，电流积算值随着时间增加。然而，在这种劣化低于容许范围的情形中，直线L2所示电流积算值在同一时间低于直线L1所示电流积算值。相应地，在时间T1的劣化低于容许范围的电流积算值SI2低于在时间T1的劣化处于容许范围中的电流积算值SI1。在该实施例中，与二次电池50劣化的容许范围的下限对应的电流积算值是预先通过试验等获得的并且被设定为阈值积算值SIt。在步骤S350中，在步骤S330到S340中获得的电流积算值低于阈值积算值SIt的情形中，诊断控制器71判定二次电池50的放电性能劣化。在步骤S330到S340中获得的电流积算值是阈值积算值SIt或者更高的情形中，诊断控制器71判定二次电池50的放电性能未劣化。
在步骤S335中，如在图4中所示，在诊断控制器71判定二次电池50的放电电压达不到预定电压范围的下限值的情形中(步骤S335：否)，诊断控制器71判定是否从辅助装置控制器72接收到残水扫气结束通知(步骤S355)。在诊断控制器71判定未接收到残水扫气结束通知的情形中(步骤S355：否)，该处理返回步骤S335。
在另一方面，在诊断控制器71判定接收到残水扫气结束通知的情形中(步骤S355：是)，诊断控制器71结束电流值的积算(步骤S360)并且在存储单元80中存储电流积算值和指示诊断中断的数据(步骤S365)，并且二次电池诊断处理结束。在步骤S365中存储在存储单元80中的电流积算值是在放电电压在比预定电压范围更窄的电压范围中变化的情形中放电电流的积算值。在该实施例中，在步骤S365中存储在存储单元80中的电流积算值将称为中断积算值。
在步骤S365被执行之后二次电池诊断处理结束的情形中，二次电池50的放电性能是否劣化未被判定。其原因如下。在驻车期间的残水扫气处理在二次电池50的放电电压达到预定电压范围的下限之前结束，并且二次电池50不再放电。因此，不能作为电流积算值获得为了诊断而需要的值。然而，在该实施例中，在驻车期间的下一残水扫气处理开始并且下一二次电池诊断处理也相应地开始的情形中，在步骤S320中诊断控制器71判定先前的诊断被中断(步骤S320：是)。在此情形中，诊断控制器71从存储单元80获取中断积算值(步骤S325)，并且然后该处理从步骤S330开始。在步骤S325被执行的情形中，诊断控制器71将测量电流值积算到中断积算值。例如，假设：在输出停止状态中，在驻车期间的第一残水扫气处理被执行并且在放电电压达到预定电压范围的下限值之前结束；并且然后在输出停止状态下在预定时间段经过之后在驻车期间的第二残水扫气处理被执行。在此情形中，在驻车期间的第一残水扫气处理结束之后二次电池50不被充电。因此，在驻车期间的第二残水扫气处理开始时二次电池50的放电电压基本与在驻车期间的第一残水扫气处理结束时二次电池50的放电电压相同。相应地，在电流值被积算到中断积算值使得二次电池50的放电电压达到预定电压范围的下限值的情形中，在二次电池50的放电电压从预定电压范围的上限值减小到下限值的同时获得放电电流的积算值。相应地，诊断控制器71能够使用放电电流的积算值准确地判定二次电池50的放电性能是否劣化。
在其中在诊断中断之后下一二次电池诊断处理被执行的步骤S315中，诊断控制器71验证在存储单元80中存储了指示诊断中断的数据，并且然后诊断控制器71判定即使在二次电池50的放电电压低于预定电压范围的上限值的情形中仍然能够执行诊断。
可以例如如下地使用二次电池诊断处理的结果，即，二次电池50是否劣化。通过点亮或者闪烁在车辆的仪表板中包括的预定LED灯等，诊断控制器71可以将二次电池50的劣化通知给用户。另外，诊断控制器71使用扬声器的声音将二次电池50的劣化通知给用户。另外，将被通知的内容不限于指示二次电池50的劣化的数据，并且可以是促使用户将车辆带到维修车间的数据或者促使用户停车的数据。
利用根据该实施例的燃料电池系统100，诊断控制器71使用电流积算值诊断二次电池50，该电流积算值通过积算在二次电池50的放电电压的预定电压范围中从二次电池50供应的电流量而获得，二次电池50的放电电压当通过在输出停止状态下执行残水扫气处理将电力供应到辅助装置(例如，循环泵26和空气压缩机31)时响应于放电而变化。因此，仅用于诊断二次电池50的二次电池50的放电能够被避免。相应地，例如，不需要为了二次电池的诊断而将车辆(燃料电池系统100)带到维修车间或者特意地使得燃料电池10进入输出停止状态中，并且用户方便性的劣化能够被抑制。
在驻车期间的残水扫气处理在预定电压范围中的放电完成之前完成的情形中，从在驻车期间的残水扫气处理的开始到其结束的中断积算值被存储在存储单元80中。接着，当在驻车期间的下一残水扫气处理被执行时，将从二次电池50供应的电流量积算到存储在存储单元80中的中断积算值。相应地，即使在驻车期间的残水扫气处理在预定电压范围中的放电完成之前完成的情形中，仍然能够通过执行残水扫气处理一次或多次而完成在预定电压范围中从二次电池50供应的电流量的积算。因此，能够获得为了二次电池50的诊断而需要的电流积算值，并且二次电池50能够被准确地诊断。
通常，电流积算值是在向具有高电力消耗的空气压缩机31供应电力(放电)期间获得的。因此，为了二次电池50的诊断而需要的电流积算值能够在短时间段内获得。诊断控制器71比较电流积算值与阈值积算值Sit，阈值积算值Sit是二次电池50的劣化处于容许范围的下限的电流积算值，并且诊断控制器71在电流积算值低于阈值积算值SIt的情形中判定二次电池50劣化。因此，诊断控制器71能够准确地判定二次电池50是否劣化。
另外，在电流值的积算开始时二次电池50的放电电压低于预定电压范围的上限值的情形中，即，在预定电压范围中从二次电池50供应的电流量不能被积算的情形中，诊断控制器71不获得电流积算值并且不诊断二次电池50。在预定电压范围中从二次电池50供应的电流量能够被积算的情形中，诊断控制器71获得电流积算值并且诊断二次电池50。因此，能够防止执行不必要的处理，并且二次电池50能够被准确地诊断。
B.修改示例
B1.修改示例1
在该实施例中，在驻车期间的残水扫气处理中在阳极侧残水扫气处理之后执行阴极侧残水扫气处理。然而，执行水扫气处理的次序可以颠倒。在驻车期间的残水扫气处理中，残水扫气处理在阳极侧和阴极侧两侧上执行。然而，水扫气处理可以在或者阳极侧或者阴极侧上执行。例如，在其中残水扫气处理仅在阴极侧上执行的构造中，二次电池50能够在残水扫气处理在燃料电池10的阴极侧上执行的同时被诊断。在其中残水扫气处理仅在阳极侧上执行的构造中，二次电池50能够在残水扫气处理在燃料电池10的阳极侧上执行的同时被诊断。相应地，能够展示与实施例的效果相同的效果。例如，在当起动开关关闭时执行残水扫气处理的情形中，在驻车期间的残水扫气处理可以仅在阳极侧上执行。在当起动开关关闭时不执行水扫气处理的情形中，在驻车期间的残水扫气处理可以在或者阳极侧或者阴极侧上执行。
B2.修改示例2
在该实施例中，在输出停止状态下在驻车期间的残水扫气处理被定期地执行，但是本发明不限于此。例如，燃料电池10的温度或者外部空气温度可以被定期地测量，使得在测量温度低于预定温度例如在以0℃为中心的预定温度范围中的温度的情形中，在驻车期间的残水扫气处理被执行。另外，例如，在恰好在残水扫气处理之前在预定时段(例如，三天)中的平均最低温度是0℃或者更低的情形中，在驻车期间的残水扫气处理可以被执行。
B3.修改示例3
然而，在该实施例中，在驻车期间的残水扫气处理在二次电池50的放电电压达到预定电压范围的下限值之前结束的情形中，在下一二次电池诊断处理中电流值被积算到先前的中断积算值。然而，本发明不限于此构造。例如，在诊断被中断的情形中，中断积算值可以不被存储在存储单元80中，并且在第二或者随后的二次电池诊断处理被执行的情形中，诊断(电流值的积算)可以不被执行直至二次电池50的放电电压变成预定电压范围的上限值或者更高。即使在该构造中，在对二次电池50充电随后燃料电池系统100启动的情形中，放电电压仍然可能高于预定电压范围的上限值。相应地，在燃料电池10随后进入输出停止状态中的情形中，能够在二次电池诊断处理中准确地获得电流积算值。
B4.修改示例4
在该实施例中，诊断控制器71比较电流积算值与阈值积算值SIt并且在电流积算值低于阈值积算值SIt的情形中判定二次电池50劣化。然而，本发明不限于此构造。例如，诊断控制器71可以获得图5所示直线的斜率并且在斜率小于预定值的情形中可以判定二次电池50劣化。例如，可以在电流值的积算期间存储两次电流值的电流积算值使得能够基于电流积算值获得直线的斜率。另外，可以替代判定二次电池50是否劣化而规定劣化程度。在该构造中，劣化程度的规定对应于二次电池50的诊断。
B5.修改示例5
在该实施例中，在二次电池50的放电电压低于预定电压范围的上限值的情形中，诊断控制器71判定不能执行诊断(步骤S315：否)，并且二次电池诊断处理结束。然而，本发明不限于此构造。例如，电流值可以被持续地积算而不执行步骤S315。通过将其中上限值相对低的电压范围设定为预定电压范围，在电流值的积算开始时二次电池50的放电电压变得更加可能高于预定电压范围的上限值。相应地，在此情形中，步骤S315可以不被执行。在该实施例的构造中，预定电压范围能够设定为宽的电压范围，并且能够获得具有更高可靠性的电流积算值从而诊断二次电池50是否劣化。
B6.修改示例6
在实施例的步骤S315中，在二次电池50的放电电压低于预定电压范围的上限值的情形中，诊断控制器71判定不能执行诊断。然而，本发明不限于此构造。例如，不仅在二次电池50的放电电压低于预定电压范围的上限值的情形中而且还在车辆的换档手柄位于除了停车档之外的模式诸如作为与燃料电池系统100被打开的状态对应的模式的行驶档(D)或者倒车档(R)中的情形中，诊断控制器71都可以判定不能执行诊断。
B7.修改示例7
在该实施例中，在驻车期间的残水扫气处理中使用的气体是反应气体(氢气和空气)。然而，可以替代反应气体或者除了反应气体之外还使用另一种气体。例如，可以通过向燃料电池10供应用于残水扫气处理的特定气体并且提供用于排出废气的功能而使用该特定气体提供残水扫气处理。作为特定气体，例如可以使用氮气。
B8.修改示例8
在该实施例中，通过硬件实现的某些构造可以通过软件实现。相反，通过软件实现的某些构造可以通过硬件实现。另外，在本发明某些或者所有的功能通过软件实现的情形中，可以以存储软件的计算机可读记录介质的形式提供该软件(计算机程序)。“计算机可读记录介质”不仅包括便携式记录介质诸如软盘和CD-ROM，而且还包括在计算机内的内部存储装置诸如RAM和ROM以及固定到计算机的外部存储装置诸如硬盘。即，“计算机可读记录介质”具有包括能够并非暂时地固定数据的任意记录介质的广泛含义。
本发明不限于上述实施例和修改示例，并且能够在不偏离本发明的范围的范围内实现各种构造。例如，与在“发明内容”中描述的相应方面中的技术特征对应的在实施例和修改示例中的技术特征能够被适当地彼此替换或者组合。而且，除非在该说明书中被规定为不可缺少的特征，否则这些技术特征能够被适当地去除。

Claims (11)

1.一种燃料电池系统，其特征在于包括：
燃料电池；
辅助装置，所述辅助装置用于向所述燃料电池供应气体；
辅助装置控制器，所述辅助装置控制器被构造成控制所述辅助装置的运行；
二次电池；
电流传感器，所述电流传感器被构造成测量从所述二次电池供应的电流量；
电压传感器，所述电压传感器被构造成测量所述二次电池的放电电压；和
诊断控制器，所述诊断控制器被构造成诊断所述二次电池，
其中：
所述辅助装置控制器被构造成，在所述燃料电池不输出电力的输出停止状态中，通过使用从所述二次电池供应的电力驱动所述辅助装置并且向所述燃料电池供应所述气体，来执行将所述燃料电池中余留的水排出到所述燃料电池系统外部的残水扫气处理；并且
所述诊断控制器被构造成使用电流积算值诊断所述二次电池，所述电流积算值通过积算在所述二次电池的放电电压的预定电压范围中从所述二次电池供应的电流量而获得，所述二次电池的放电电压当通过执行所述残水扫气处理将电力供应到所述辅助装置时响应于放电而变化，
所述燃料电池系统包括：
存储单元，所述存储单元被构造成存储从所述二次电池供应的电流量的积算值，
其中所述诊断控制器被构造成，当所述残水扫气处理在所述二次电池在所述预定电压范围中的放电完成之前完成时，通过重复以下处理(i)和(ii)直至所述二次电池在所述预定电压范围中的放电完成为止来获得所述电流积算值：
(i)使得所述存储单元存储从所述残水扫气处理的开始到所述残水扫气处理的结束从所述二次电池供应的电流量的所述积算值的处理；和
(ii)当下一残水扫气处理被执行时，将从所述二次电池供应的所述电流量积算到被存储在所述存储单元中的所述积算值的处理。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于：
所述气体包括作为氧化剂气体的空气；并且
所述辅助装置包括空气压缩机。
3.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于：
所述气体包括作为燃料气体的氢气；
其中所述燃料电池系统进一步包括：
罐，在所述罐中存储氢气，
阳极气体供应路径，通过所述阳极气体供应路径所述氢气被从所述罐向所述燃料电池供应，
阳极废气排出路径，通过所述阳极废气排出路径包括氢气的废气被从所述燃料电池排出，
旁通流路，通过所述旁通流路所述阳极废气排出路径和所述阳极气体供应路径被连接，和
泵，所述泵被布置在所述旁通流路中并且向所述阳极气体供应路径供应被从所述阳极废气排出路径排出的废气；并且
其中所述辅助装置包括所述泵。
4.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于：
所述气体包括作为燃料气体的氢气；
其中所述燃料电池系统进一步包括：
罐，在所述罐中存储氢气，
阳极气体供应路径，通过所述阳极气体供应路径所述氢气被从所述罐向所述燃料电池供应，
阳极废气排出路径，通过所述阳极废气排出路径包括氢气的废气被从所述燃料电池排出，
旁通流路，通过所述旁通流路所述阳极废气排出路径和所述阳极气体供应路径被连接，和
泵，所述泵被布置在所述旁通流路中并且向所述阳极气体供应路径供应被从所述阳极废气排出路径排出的废气；并且
其中所述辅助装置包括所述泵。
5.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述诊断控制器被构造成比较所述电流积算值与阈值积算值，所述阈值积算值对应于所述二次电池的劣化处于劣化容许范围的下限的下限电流积算值，并且所述诊断控制器被构造成当所述电流积算值低于所述阈值积算值时判定所述二次电池劣化。
6.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，所述诊断控制器被构造成比较所述电流积算值与阈值积算值，所述阈值积算值对应于所述二次电池的劣化处于劣化容许范围的下限的下限电流积算值，并且所述诊断控制器被构造成当所述电流积算值低于所述阈值积算值时判定所述二次电池劣化。
7.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述诊断控制器被构造成比较在预定经过时间期间所述电流积算值的斜率与在所述预定经过时间期间所述二次电池的劣化处于劣化容许范围的下限的下限电流积算值的阈值斜率，并且所述诊断控制器被构造成当所述电流积算值的斜率小于所述阈值斜率时判定所述二次电池劣化。
8.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，所述诊断控制器被构造成比较在预定经过时间期间所述电流积算值的斜率与在所述预定经过时间期间所述二次电池的劣化处于劣化容许范围的下限的下限电流积算值的阈值斜率，并且所述诊断控制器被构造成当所述电流积算值的斜率小于所述阈值斜率时判定所述二次电池劣化。
9.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述诊断控制器判定在所述残水扫气处理开始时所述二次电池的放电电压是否低于所述预定电压范围的上限值，当所述诊断控制器判定所述二次电池的放电电压低于所述预定电压范围的上限值时不获得所述电流积算值并且不诊断所述二次电池，并且当所述诊断控制器判定所述二次电池的放电电压不低于所述预定电压范围的上限值时获得所述电流积算值并且诊断所述二次电池。
10.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，所述诊断控制器判定在所述残水扫气处理开始时所述二次电池的放电电压是否低于所述预定电压范围的上限值，当所述诊断控制器判定所述二次电池的放电电压低于所述预定电压范围的上限值时不获得所述电流积算值并且不诊断所述二次电池，并且当所述诊断控制器判定所述二次电池的放电电压不低于所述预定电压范围的上限值时获得所述电流积算值并且诊断所述二次电池。
11.一种诊断二次电池的二次电池诊断方法，所述二次电池向用于向燃料电池供应气体的辅助装置供应电力，所述二次电池诊断方法的特征在于包括：
(a)在所述燃料电池不输出电力的输出停止状态中，通过使用从所述二次电池供应的电力驱动所述辅助装置并且向所述燃料电池供应所述气体，来执行将所述燃料电池中余留的水排出到所述燃料电池外部的残水扫气处理；
(b)通过积算在所述二次电池的放电电压的预定电压范围中从所述二次电池供应的电流量而获得电流积算值，所述二次电池的放电电压当通过执行所述残水扫气处理将电力供应到所述辅助装置时响应于放电而变化；和
(c)使用所述电流积算值诊断所述二次电池，
其中，当所述残水扫气处理在所述二次电池在所述预定电压范围中的放电完成之前完成时，通过重复以下处理(i)和(ii)直至所述二次电池在所述预定电压范围中的放电完成为止来获得所述电流积算值：
(i)存储从所述残水扫气处理的开始到所述残水扫气处理的结束从所述二次电池供应的电流量的所述积算值的处理；和
(ii)当下一残水扫气处理被执行时，将从所述二次电池供应的所述电流量积算到被存储的所述积算值的处理。
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