專(zhuān)利名稱(chēng)：燃料電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池系統(tǒng)，尤其是與可再充電電池配合的燃料電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1992年日本專(zhuān)利局公開(kāi)的特開(kāi)平04-051466公開(kāi)了一種與可再充電電池配合的燃料電池系統(tǒng)。燃料電池系統(tǒng)和可再充電電池與負(fù)載電路連接，為負(fù)載電路提供電功率。在這種常規(guī)的燃料電池系統(tǒng)中，當(dāng)負(fù)載電路所需的功率超過(guò)燃料電池的功率產(chǎn)生量時(shí)，可再充電電池執(zhí)行放電操作。當(dāng)負(fù)載電路所需的功率少于燃料電池的產(chǎn)生量時(shí)，由燃料電池產(chǎn)生的過(guò)量功率被回授(regenerated)給電池。
1997年日本專(zhuān)利局公開(kāi)的特開(kāi)平09-007618中公開(kāi)了一種燃料重整的燃料電池系統(tǒng)，通過(guò)根據(jù)負(fù)載電路所需功率的變化率調(diào)整燃料電池系統(tǒng)中重整裝置的響應(yīng)速度，這種燃料電池系統(tǒng)減小了與該燃料電池系統(tǒng)配合的可再充電電池的容量。

發(fā)明內(nèi)容
然而，當(dāng)控制重整裝置的工作以便根據(jù)燃料電池系統(tǒng)所需功率抑制重整裝置的響應(yīng)速度和抑制轉(zhuǎn)換器的輸出變化時(shí)，對(duì)可再充電電池的輸出要求增加了。這會(huì)導(dǎo)致可再充電電池中溫度升高，使可再充電電池退化或毀壞。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種有效的燃料電池系統(tǒng)，這種燃料電池系統(tǒng)基于可再充電電池的熱力條件例如可再充電電池的溫度控制燃料電池系統(tǒng)的響應(yīng)特性。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種與馬達(dá)和可再充電電池連接、并且配置有燃料電池和含氫氣體源的燃料電池系統(tǒng)，其中含氫氣體提供給燃料電池，燃料電池系統(tǒng)和可再充電電池為馬達(dá)提供電功率。燃料電池系統(tǒng)包括用于檢測(cè)可再充電電池溫度的溫度傳感器、用于檢測(cè)馬達(dá)所需功率的負(fù)載傳感器以及與溫度傳感器和負(fù)載傳感器連接的控制器。當(dāng)檢測(cè)到馬達(dá)所需功率變化時(shí)，控制器基于檢測(cè)的可再充電電池(18)的溫度計(jì)算燃料電池系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間；并且根據(jù)所計(jì)算的響應(yīng)時(shí)間控制提供給燃料電池的含氫氣體。
在本說(shuō)明的剩余部分闡明并且在附圖中示出了本發(fā)明的細(xì)節(jié)以及其它特征和優(yōu)點(diǎn)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是用于計(jì)算系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間Rt的主程序流程圖。
圖3是用于計(jì)算系統(tǒng)的基本響應(yīng)時(shí)間Rtm的圖。
圖4是用于計(jì)算校正系數(shù)C1的圖。
圖5是用于計(jì)算校正系數(shù)C2的子程序流程圖。
圖6是用于確定車(chē)輛工作條件的圖。
圖7是用于計(jì)算校正系數(shù)C3的圖。
圖8是用于計(jì)算校正系數(shù)C4的圖。
圖9是對(duì)應(yīng)于響應(yīng)時(shí)間Rt的圖的集合，表明當(dāng)時(shí)燃料、水和空氣流速的變化。圖9(a)顯示了當(dāng)Rt＝3秒時(shí)的圖。圖9(b)顯示了當(dāng)Rt＝7秒時(shí)的圖。
具體實(shí)施例方式
圖1顯示了應(yīng)用本發(fā)明的重整型燃料電池系統(tǒng)。該燃料電池系統(tǒng)用于需要電功率的電動(dòng)車(chē)輛或者任何移動(dòng)的物體中。由燃料箱10提供的燃料在重整裝置11中進(jìn)行重整反應(yīng)，以便生成富氫重整氣體。這樣，重整裝置11作為含氫氣體源。將重整氣體和空氣提供給燃料電池12以便使燃料電池12產(chǎn)生功率。產(chǎn)生的功率通過(guò)功率控制電路31提供給馬達(dá)13。以這種方式驅(qū)動(dòng)馬達(dá)13。配置有空氣壓縮機(jī)25a和空氣流速控制閥25b的空氣供應(yīng)裝置25給重整裝置11供應(yīng)空氣。配置有水源27a和水流速控制閥27b的水供應(yīng)裝置27給重整裝置11供應(yīng)水。優(yōu)選，可以在重整裝置11和燃料電池12之間設(shè)置流速控制閥29，控制來(lái)自重整裝置11的重整氣體的流量(流速)。馬達(dá)13與車(chē)輪14連接，由于馬達(dá)使車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，因而可以驅(qū)動(dòng)車(chē)輛。
控制器16是配置有中央處理單元(CPU)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)和輸入/輸出界面(I/O界面)的微型計(jì)算機(jī)。控制器16可包括多臺(tái)微機(jī)?？刂破?6與加速器踏板傳感器17、第一溫度傳感器19、第二溫度傳感器20、第三溫度傳感器21、燃料流速控制閥23、空氣供應(yīng)裝置25、水供應(yīng)裝置27和功率控制電路31電連接。控制器13從這些部件接收信號(hào)或者向這些部件輸出信號(hào)。
作為可再充電電池的電池18與燃料電池12平行設(shè)置?；隍?qū)動(dòng)馬達(dá)13所需的功率量和燃料電池12的功率產(chǎn)生量，控制器16通過(guò)功率控制電路31控制電池18提供給馬達(dá)13的功率。當(dāng)燃料電池12的功率產(chǎn)生量小于馬達(dá)13所需的功率時(shí)，來(lái)自電池18的功率通過(guò)功率控制電路31提供給馬達(dá)13。當(dāng)燃料電池12的功率產(chǎn)生量大于馬達(dá)13所需的功率時(shí)，利用燃料電池12產(chǎn)生的過(guò)量功率，通過(guò)功率控制電路31將來(lái)自燃料電池12的功率提供給電池18。此外，功率控制電路31具有檢測(cè)燃料電池12所產(chǎn)生的功率量的功能。
馬達(dá)13可以是交流馬達(dá)。在這種情況下，功率控制電路31包含用于調(diào)節(jié)燃料電池12的電壓的DC-DC轉(zhuǎn)換電路31a和反相器電路31b，反相器電路31b用于將燃料電池12或電池18的直流轉(zhuǎn)換為供應(yīng)給馬達(dá)13的交流。反相器電路31b以功率回授操作將馬達(dá)13提供的交流轉(zhuǎn)換為燃料電池12或電池18的直流。DC-DC轉(zhuǎn)換電路31a與電池18和反相器電路31b連接。來(lái)自燃料電池12的功率通過(guò)DC-DC轉(zhuǎn)換電路31a和反相器電路31b提供給馬達(dá)13或者通過(guò)DC-DC轉(zhuǎn)換電路31a提供給電池18。
加速器馬達(dá)傳感器17檢測(cè)加速器踏板的壓下量，控制器16基于來(lái)自加速器踏板傳感器17(負(fù)載傳感器)的信號(hào)計(jì)算馬達(dá)13所需的功率(所需的負(fù)載)。加速器踏板的壓下量表示馬達(dá)13所需的負(fù)載(功率)。當(dāng)加速器踏板的壓下量增加時(shí)，馬達(dá)13所需的功率增加。控制器16的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)表明加速器踏板的壓下量與所需功率量之間關(guān)系的圖(未示出)。
在燃料箱10中提供燃料流速控制閥23，使其控制燃料的流速。控制器16控制燃料流速控制閥23的開(kāi)口。
燃料電池系統(tǒng)配置有第一溫度傳感器19，檢測(cè)作為電池18的熱力條件的電池18的溫度；第二溫度傳感器20，檢測(cè)重整裝置11的溫度；第三溫度傳感器21，檢測(cè)燃料電池系統(tǒng)外部的環(huán)境溫度；和電池傳感器22，測(cè)量電池的充電狀態(tài)(SOC)。來(lái)自傳感器的信號(hào)通過(guò)I/O界面輸入控制器16。電池傳感器22是累積(integrates)時(shí)間和電池18中的充/放電電流的電流值的傳感器，用以檢測(cè)電池18的充電狀態(tài)。然而，并不限于此，電池傳感器22也可以適用于檢測(cè)充/放電電流的電流值，此后控制器16累積所經(jīng)時(shí)間的電流值。
下面將基于圖2的流程圖描述用于控制燃料電池系統(tǒng)的響應(yīng)特性的控制程序。控制器16以定期的執(zhí)行間隔Tp執(zhí)行控制程序，該間隔Tp可以是3秒。
重整裝置的響應(yīng)特性和燃料電池系統(tǒng)的響應(yīng)特性是對(duì)車(chē)輛的性能具有較大影響的響應(yīng)特性。燃料電池系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間可以定義為從駕駛員操作加速器踏板(從馬達(dá)13所需的功率出現(xiàn)變化)直到通過(guò)燃料電池12已經(jīng)達(dá)到馬達(dá)13所需的功率所經(jīng)過(guò)的時(shí)間。燃料的目標(biāo)流速依賴于加速器踏板的壓下量、重整裝置的溫度和電池的SOC，當(dāng)燃料的目標(biāo)流速通過(guò)重整裝置重整時(shí)，燃料電池12可以產(chǎn)生馬達(dá)13所需的功率。控制器16計(jì)算燃料的目標(biāo)流速，產(chǎn)生與馬達(dá)13所需功率對(duì)應(yīng)的含氫氣體的目標(biāo)流速，并且在該燃料的目標(biāo)流速，燃料電池12能夠產(chǎn)生馬達(dá)13所需的功率。
重整裝置的響應(yīng)時(shí)間可以定義為從駕駛員操縱加速器踏板(馬達(dá)13所需功率出現(xiàn)變化)直到通過(guò)重整裝置已經(jīng)產(chǎn)生了含氫氣體的目標(biāo)流速所經(jīng)過(guò)的時(shí)間。含氫氣體的目標(biāo)流速是燃料電池12能夠產(chǎn)生馬達(dá)13所需功率的流速。
由于重整裝置11的響應(yīng)低，因此相對(duì)于燃料電池系統(tǒng)的響應(yīng)速度，重整裝置11的響應(yīng)速度是最主要的。即，燃料電池系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間幾乎等于重整裝置的響應(yīng)時(shí)間。這樣通過(guò)本發(fā)明進(jìn)行的控制起作用以便協(xié)調(diào)可再充電電池和重整裝置的工作。
首先，在步驟S1中，讀取馬達(dá)13所需負(fù)載的大小La和負(fù)載變化率Lv(每單位時(shí)間負(fù)載的變化)?；隈R達(dá)13所需負(fù)載的大小La和燃料電池12目前的輸出功率計(jì)算變化率Lv，馬達(dá)13所需的負(fù)載大小La基于來(lái)自加速器踏板傳感器17的信號(hào)。
然后，在步驟S2中，確定負(fù)載的變化率是否比閾值Ra大。當(dāng)負(fù)載的變化率Lv比閾值Ra小時(shí)，負(fù)載變化和緩，并且僅用燃料電池就可以處理(不用電池18)。此后程序進(jìn)行到步驟S10。在步驟S10，以預(yù)定的響應(yīng)速度Sa、也就是說(shuō)以預(yù)定的響應(yīng)時(shí)間Rp使燃料電池系統(tǒng)繼續(xù)工作。燃料電池系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間Rt設(shè)定為預(yù)定的響應(yīng)時(shí)間Rp(Rt＝Rp)。該預(yù)定的響應(yīng)時(shí)間Rp在5至10秒的范圍內(nèi)。預(yù)定的響應(yīng)時(shí)間Rp最好取7秒。然后程序進(jìn)行到步驟S11。如果變化率Lv大于或者等于閾值Ra，確定負(fù)載具有快速變化，需要來(lái)自電池18的功率供應(yīng)。在這種情況下，程序進(jìn)行到步驟S3，在步驟S3從各個(gè)傳感器讀取電池溫度Tb、充電的電池狀態(tài)(SOC)、環(huán)境溫度Ta和重整裝置溫度Tr。
例如，當(dāng)取最大負(fù)載值為100％時(shí)，對(duì)于負(fù)載變化率Lv來(lái)說(shuō)閾值Ra設(shè)為10(％/秒)。也就是說(shuō)，當(dāng)負(fù)載變化大于10％/秒時(shí)，程序進(jìn)行到步驟S3。
然后，在步驟S4之后的步驟中，進(jìn)行燃料電池系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間Rt的實(shí)際計(jì)算。通過(guò)等式Rt＝Rtm/(C1×C2×C3×C4)得出燃料電池系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間Rt。這里Rtm是基本響應(yīng)時(shí)間，C1、C2、C3、C4是校正系數(shù)。
首先，在步驟S4中，利用規(guī)定燃料電池系統(tǒng)的基本響應(yīng)時(shí)間Rtm和電池溫度Tb之間關(guān)系的主圖(圖3所示)計(jì)算燃料電池系統(tǒng)的基本響應(yīng)時(shí)間Rtm。圖3的主圖存儲(chǔ)在控制器16的存儲(chǔ)器中?；陔姵販囟萒b的值進(jìn)行計(jì)算。在預(yù)定的電池溫度Tbmax以下，基本響應(yīng)時(shí)間Rtm隨著電池溫度Tb的增加而增加，在預(yù)定的電池溫度Tbmax以上，基本響應(yīng)時(shí)間Rtm隨著電池溫度Tb的增加而降低，在預(yù)定的電池溫度Tbmax基本響應(yīng)時(shí)間Rtm取得最大值。預(yù)定電池溫度Tbmax的范圍從0攝氏度到電池18的最大可允許溫度(例如60攝氏度)。在最大可允許溫度以上，電池18會(huì)毀壞或者退化。
為此，修改(adapted)主圖使得當(dāng)電池溫度Tb接近最大可允許溫度時(shí)，基本響應(yīng)時(shí)間Rtm基本減小到零，以便增加燃料電池系統(tǒng)的響應(yīng)速度。通過(guò)增加燃料電池系統(tǒng)的響應(yīng)速度減小來(lái)自電池18的功率供應(yīng)。結(jié)果能夠控制電池溫度Tb使其小于或者等于最大可允許溫度，這樣采取預(yù)防措施以避免電池18的毀壞或退化。
然后，在步驟S5中，計(jì)算第一校正系數(shù)C1，以便響應(yīng)于電池18的SOC以對(duì)系統(tǒng)的基本響應(yīng)時(shí)間Rtm進(jìn)行校正。
第一校正系數(shù)C1的計(jì)算使用圖4所示的圖，并且包括從SOC值讀取響應(yīng)時(shí)間的第一校正系數(shù)Cl。圖4所示的圖存儲(chǔ)在控制器16的存儲(chǔ)器中。在圖中，當(dāng)SOC增加時(shí)，第一校正系數(shù)C1降低，以便隨著SOC值增加燃料電池系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間Rt。這樣，當(dāng)SOC值大時(shí)，消耗電池功率，并且抑制了SOC值的增加。燃料電池系統(tǒng)可以修改響應(yīng)于電池18的SOC的響應(yīng)時(shí)間Rt。
然后，在步驟S6中，進(jìn)行圖5中的子程序所示的計(jì)算。在圖5的子程序中，進(jìn)行車(chē)輛的工作條件的分類(lèi)。在該步驟中，在負(fù)載La大于預(yù)定值Lc的條件下，確定每單位時(shí)間Te馬達(dá)13的負(fù)載變化率Lv多么頻繁地超過(guò)閾值Ld(負(fù)載多么頻繁地快速變化)。這是為了確定車(chē)輛的工作條件。
首先，在步驟S21中，給時(shí)間計(jì)數(shù)器值Td加1。在步驟S22中，計(jì)算負(fù)載Lv(％/秒)的變化率。在步驟S23中，確定基于加速器踏板傳感器17的檢測(cè)值的所需負(fù)載的大小La是否大于閾值Lc(例如20％)和負(fù)載變化率Lv(％/秒)是否大于閾值Ld(例如30％/秒)。如圖6中的圖所示，當(dāng)所需負(fù)載的大小La(％)大于閾值Lc和負(fù)載變化率Lv(％/秒)大于閾值Ld時(shí)，程序進(jìn)行到步驟S24，將目前的工作指數(shù)(operating index)Di加1后的值設(shè)定為新的工作指數(shù)Di。圖6的主圖存儲(chǔ)在控制器16的存儲(chǔ)器中。圖6用于確定車(chē)輛的工作條件。當(dāng)所需負(fù)載的大小La(％)和負(fù)載變化率Lv(％/秒)在圖6的陰影區(qū)內(nèi)時(shí)，確定快速加速車(chē)輛。然后，工作指數(shù)Di增加1。工作指數(shù)表示負(fù)載快速變化的頻率或者車(chē)輛快速加速的頻率。
在步驟S25中，當(dāng)時(shí)間計(jì)數(shù)器值Td已經(jīng)達(dá)到固定值Te時(shí)，程序進(jìn)行到步驟S26，確定車(chē)輛的工作條件。另一方面，在步驟S25中，當(dāng)時(shí)間計(jì)數(shù)器值Td小于固定值Te時(shí)，程序返回步驟S1。固定值Te是從60/Tp至300/Tp范圍內(nèi)的值。如上所述預(yù)定時(shí)間Tp表示圖2所示的主程序的執(zhí)行間隔。當(dāng)預(yù)定時(shí)間Tp為3秒時(shí)，固定值Te取20-100內(nèi)的值。
在步驟S26中，確定工作指數(shù)Di是否大于或者等于閾值Df。閾值Df依賴于控制程序的執(zhí)行時(shí)間(Tp)，并且是與每分鐘工作指數(shù)Di十倍的增加對(duì)應(yīng)的值。當(dāng)工作指數(shù)Di大于或者等于閾值Df時(shí)，車(chē)輛工作在馬達(dá)13的負(fù)載大且所需負(fù)載的波動(dòng)也大的條件下。在這種情況下，在步驟S27中，第二校正系數(shù)C2設(shè)定為BB(C2＝BB)。這里，BB是大于1的常數(shù)。計(jì)算了第二校正常數(shù)C2之后，在步驟S28中重新設(shè)定Td、Di值為0。當(dāng)負(fù)載和負(fù)載波動(dòng)都取大值時(shí)，通過(guò)將第二校正系數(shù)C2設(shè)定到大于1的值，增加了燃料電池系統(tǒng)的響應(yīng)速度，并且降低了電池18提供的功率。
在步驟S26中，當(dāng)Di小于閾值Df時(shí)，程序進(jìn)行到步驟S29，第二校正系數(shù)C2值設(shè)定為1。此后程序進(jìn)行到步驟S28。
以這種方式，基于加速器踏板傳感器17的檢測(cè)值計(jì)算單位時(shí)間Te中馬達(dá)13的負(fù)載變化和馬達(dá)13的負(fù)載大小。然后，基于計(jì)算結(jié)果對(duì)車(chē)輛的工作條件進(jìn)行分類(lèi)，并且校正重整裝置11的響應(yīng)速度。以這種方式，當(dāng)負(fù)載La和負(fù)載變化Lv大時(shí)，為了防止電池18的退化，進(jìn)行校正以增加重整裝置11的響應(yīng)速度Rt。
在完成子程序之后，在步驟S7中，基于第三溫度傳感器21檢測(cè)的環(huán)境溫度Ta計(jì)算第三校正系數(shù)C3。利用圖7所示的圖，基于環(huán)境溫度Ta計(jì)算系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的第三校正系數(shù)C3。圖7的圖存儲(chǔ)在控制器16的存儲(chǔ)器中。圖7所示的圖的特性在于當(dāng)環(huán)境溫度Ta增加時(shí)，第三校正系數(shù)C3也增加。這樣，由于燃料電池系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間Rt隨著環(huán)境溫度Ta的增加而降低，因此在高溫能夠減小電池18上的負(fù)載，防止電池18退化。
此外，當(dāng)環(huán)境溫度Ta降低時(shí)，電池的冷卻效率增加。例如，環(huán)境溫度為20攝氏度時(shí)的電池冷卻效率大于環(huán)境溫度為40攝氏度時(shí)的冷卻效率。結(jié)果當(dāng)環(huán)境溫度Ta低時(shí)，燃料電池系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間Rt相對(duì)較大，使得電池18提供相對(duì)大量的功率。
然后，在步驟S8中，利用圖8所示的圖，基于重整裝置溫度Tr計(jì)算系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的第四校正系數(shù)C4。圖8的圖存儲(chǔ)在控制器16的存儲(chǔ)器中。當(dāng)重整裝置溫度Tr小于閾值Ti以及電池溫度Tb小于閾值Tk且大于閾值Tj時(shí)，設(shè)定校正系數(shù)C4為DD(C4＝DD)。這里DD是小于1的常數(shù)。在所有其它情況下，第四校正系數(shù)C4都設(shè)定為值1(C4＝1)。閾值Ti例如代表重整裝置11的催化劑活化溫度700攝氏度。閾值Tj例如是20攝氏度的溫度。閾值Tk例如是40攝氏度的溫度。
圖8所示的圖的特點(diǎn)在于，當(dāng)重整裝置11的溫度小于預(yù)定溫度Ti(例如，小于催化劑活化溫度)并且電池18的溫度在適當(dāng)?shù)臏囟葏^(qū)(由閾值Tj和Tk界定的溫度區(qū))時(shí)，校正燃料電池系統(tǒng)的響應(yīng)特性，使得增加電池18的功率供應(yīng)。這樣例如當(dāng)重整裝置11的溫度小于催化劑的活化溫度時(shí)，校正系統(tǒng)的響應(yīng)特性，使得與重整裝置11的溫度大于重整裝置11的催化劑活化溫度的正常工作條件相比，增加電池18的功率供應(yīng)量。以這種方式，能夠提供一種能夠細(xì)化響應(yīng)控制的燃料電池系統(tǒng)。
在步驟S9中，基于校正系數(shù)C1-C4和如上所述計(jì)算的基本響應(yīng)時(shí)間Rtm，利用計(jì)算公式Rt＝Rtm/(C1×C2×C3×C4)計(jì)算燃料電池系統(tǒng)的最后響應(yīng)時(shí)間Rt。以這種方式，通過(guò)計(jì)算更精確的響應(yīng)系統(tǒng)時(shí)間Rt能夠防止電池18的退化。這是基于重整裝置溫度Tr、環(huán)境溫度Ta、電池的SOC、所需負(fù)載的大小La和變化量Lv通過(guò)校正系統(tǒng)的基本響應(yīng)時(shí)間Rtm實(shí)現(xiàn)的。
在步驟S11中，根據(jù)步驟S9或步驟10中設(shè)定的響應(yīng)時(shí)間Rt和負(fù)載變化率Lv從圖9所示的圖中選擇一個(gè)圖?？刂破?6基于所讀取的圖通過(guò)調(diào)節(jié)燃料流速控制閥23的開(kāi)口控制燃料的流速。圖9所示的圖的集合存儲(chǔ)在控制器16的存儲(chǔ)器中。根據(jù)這些圖，當(dāng)響應(yīng)時(shí)間Rt減小時(shí)，迅速增加提供給重整裝置11的燃料、水和空氣的供應(yīng)量(流速)，如圖9所示，響應(yīng)時(shí)間Rt基本上表示直到燃料的供應(yīng)量達(dá)到目標(biāo)值的時(shí)間。這樣當(dāng)所計(jì)算的響應(yīng)時(shí)間Rt減小時(shí)，控制器16通過(guò)控制提供給重整裝置11的燃料流速加速產(chǎn)生提供給燃料電池12的含氫重整氣體的目標(biāo)流速。
在步驟S11中，也可以基于所設(shè)定的響應(yīng)時(shí)間Rt通過(guò)控制流速控制閥29控制提供給燃料電池的重整氣體量。這樣控制器16可以根據(jù)上面計(jì)算的響應(yīng)時(shí)間Rt控制提供給燃料電池的重整氣體。根據(jù)響應(yīng)時(shí)間Rt的減小，控制器16可以通過(guò)流速控制閥29加速實(shí)現(xiàn)提供給燃料電池的重整氣體的目標(biāo)流速。
上面的實(shí)施例涉及利用重整裝置作為燃料電池氫源的燃料電池系統(tǒng)。在步驟S11，當(dāng)省略重整裝置并且使用充當(dāng)燃料電池氫源的高壓氫罐作為燃料罐10時(shí)，利用流速控制閥23通過(guò)控制器16控制提供給燃料電池的氫量。在這種情況下，根據(jù)在上面的實(shí)施例中計(jì)算的響應(yīng)時(shí)間Rt的減小，控制器16加速實(shí)現(xiàn)從氫罐到燃料電池的氫氣的目標(biāo)流速。控制器16根據(jù)馬達(dá)13所需的功率計(jì)算氫氣的目標(biāo)流速，并且在氫氣的目標(biāo)流速，燃料電池12可以產(chǎn)生馬達(dá)13所需的功率。
此外，根據(jù)SOC的控制，當(dāng)SOC極低時(shí)，當(dāng)然能夠提高燃料電池系統(tǒng)的響應(yīng)速度。
這里把日本專(zhuān)利申請(qǐng)P2002-46260(2002年2月22日申請(qǐng))的整個(gè)內(nèi)容引作參考。
盡管上面參考本發(fā)明的特定實(shí)施例描述了本發(fā)明，但本發(fā)明并不限于上述實(shí)施例。在上面的教導(dǎo)下，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，會(huì)出現(xiàn)對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行的修改和變化。本發(fā)明的范圍參考下面的權(quán)利要求限定。
工業(yè)實(shí)用性根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)可以用作電源，尤其作為安裝在電動(dòng)車(chē)輛上的電源，所述電動(dòng)車(chē)輛配置有電動(dòng)馬達(dá)。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池系統(tǒng)，該燃料電池系統(tǒng)與馬達(dá)(13)和可再充電電池(18)連接，并且配置有燃料電池(12)和給燃料電池提供含氫氣體的源(11)，該燃料電池系統(tǒng)和可再充電電池(18)給馬達(dá)(13)提供電力，該燃料電池系統(tǒng)包括溫度傳感器(18)，用于檢查可再充電電池的溫度(Tb)，負(fù)載傳感器(17)，用于檢測(cè)馬達(dá)(13)所需的功率，和與溫度傳感器(18)和負(fù)載傳感器(17)相耦合的控制器(16)，該控制器用于當(dāng)檢測(cè)到馬達(dá)所需功率的變化時(shí)，根據(jù)檢測(cè)到的可再充電電池的溫度，計(jì)算燃料電池系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間(Rt，Rtm)；和根據(jù)所計(jì)算的響應(yīng)時(shí)間，控制對(duì)燃料電池的含氫氣體的供應(yīng)。
2.如權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中含氫氣體源(11)是重整裝置，該重整裝置給燃料電池供應(yīng)重整氣體，其中燃料電池系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間基本上等于重整裝置的響應(yīng)時(shí)間。
3.如權(quán)利要求2所述的燃料電池系統(tǒng)，進(jìn)一步包括與重整裝置(11)連接的燃料罐(10)和用于調(diào)節(jié)供應(yīng)給重整裝置的燃料流速的燃料流速控制閥(23)，其中控制器(16)控制燃料流速控制閥的開(kāi)口，以便響應(yīng)于所計(jì)算的響應(yīng)時(shí)間控制從重整裝置供應(yīng)給燃料電池的含氫氣體。
4.如權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，進(jìn)一步包括功率控制電路(31)，其中基于所檢測(cè)的可再充電電池的溫度，控制器(16)通過(guò)功率控制電路控制供應(yīng)給可再充電電池(18)的功率/從可再充電電池(18)釋放的功率。
5.如權(quán)利要求1至4中任一個(gè)權(quán)利要求所述的燃料電池系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于檢測(cè)可再充電電池(22)的充電狀態(tài)(SOC)的裝置，其中控制器(16)基于所檢測(cè)的可再充電電池的SOC進(jìn)一步校正燃料電池系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。
6.如權(quán)利要求1至4中任一個(gè)權(quán)利要求所述的燃料電池系統(tǒng)，其中控制器(16)進(jìn)一步檢測(cè)負(fù)載變化(Lv)，并且基于所檢測(cè)的負(fù)載變化Lv和負(fù)載大小(La)校正燃料電池系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。
7.如權(quán)利要求1至4中任一個(gè)權(quán)利要求所述的燃料電池系統(tǒng)，包括溫度傳感器(21)，用于檢測(cè)燃料電池系統(tǒng)外部的環(huán)境溫度(Ta)，其中控制器(16)基于檢測(cè)的環(huán)境溫度校正燃料電池系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。
8.如權(quán)利要求2所述的燃料電池系統(tǒng)，進(jìn)一步包括溫度傳感器(20)，用于檢測(cè)重整裝置的溫度(Tr)，其中控制器(16)基于所檢測(cè)的重整裝置溫度校正燃料電池系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。
9.如權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中控制器(16)包括圖，該圖規(guī)定響應(yīng)時(shí)間(Rtm)和可再充電電池的溫度之間的關(guān)系如下在預(yù)定的電池溫度(Tbmax)以下，響應(yīng)時(shí)間隨著電池溫度(Tb)的增加而增加，在預(yù)定的電池溫度以上，響應(yīng)時(shí)間隨著電池溫度的增加而降低，在預(yù)定的電池溫度，響應(yīng)時(shí)間取得最大值，當(dāng)電池溫度接近最大可允許溫度時(shí)，響應(yīng)時(shí)間基本減小到零，以便增加燃料電池系統(tǒng)的響應(yīng)速度，其中控制器基于該圖計(jì)算響應(yīng)時(shí)間。
10.一種用于控制燃料電池系統(tǒng)的控制方法，該燃料電池系統(tǒng)與馬達(dá)(13)和可再充電電池(18)連接并且配置有燃料電池(12)和給燃料電池(12)供應(yīng)含氫氣體的源(11)，該燃料電池系統(tǒng)和可再充電電池(18)給馬達(dá)(13)提供電功率，該控制方法包括檢測(cè)可再充電電池的溫度(Tb)，檢測(cè)馬達(dá)(13)所需的功率，當(dāng)檢測(cè)到馬達(dá)所需功率的變化時(shí)，根據(jù)檢測(cè)的可再充電電池的溫度，計(jì)算燃料電池系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間(Rt，Rtm)；和根據(jù)所計(jì)算的響應(yīng)時(shí)間，控制提供給燃料電池的含氫氣體。
全文摘要
一種與可再充電電池(18)配合的燃料電池系統(tǒng)，設(shè)置燃料電池(12)作為具有電動(dòng)馬達(dá)的電動(dòng)車(chē)輛中的動(dòng)力源。該燃料電池系統(tǒng)和可再充電電池(18)給電動(dòng)馬達(dá)提供電功率。該燃料電池系統(tǒng)還包含重整裝置(11)，作為給燃料電池(12)供應(yīng)含氫氣體的氫源。該燃料電池系統(tǒng)包括溫度傳感器(19)，用于測(cè)量可再充電電池的溫度(Tb)；和控制器(16)，用于基于測(cè)量的溫度(Tb)控制燃料電池系統(tǒng)的響應(yīng)特性(主要是重整裝置的響應(yīng)特性)。控制器(16)基于測(cè)量的溫度計(jì)算燃料電池系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，響應(yīng)于所計(jì)算的響應(yīng)時(shí)間控制提供給燃料電池的含氫氣體。
文檔編號(hào)H01M8/04GK1533621SQ03800020
公開(kāi)日2004年9月29日 申請(qǐng)日期2003年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月22日
發(fā)明者沼尾康弘, 和, 巖崎靖和 申請(qǐng)人:日產(chǎn)自動(dòng)車(chē)株式會(huì)社