專利名稱：燃料電池系統(tǒng)及移動體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池系統(tǒng)和移動體。
背景技術(shù)：
已經(jīng)提出了具有用于接收反應(yīng)(燃料和氧化)氣體以產(chǎn)生電力的燃 料電池的燃料電池系統(tǒng)，并且當(dāng)前將其投入到實(shí)際應(yīng)用中。這種燃料 電池系統(tǒng)設(shè)有燃料供給流動通道，以使從燃料供給源(如氫罐)供給的燃 料氣體流到燃料電池。此外，在燃料供給流動通道內(nèi)通常設(shè)有壓力調(diào)節(jié)閥(調(diào)節(jié)器)，以便 在燃料供給源的燃料氣體供給壓力過高時將供給壓力降低到恒定的 值。近年來，已經(jīng)提出了一種技術(shù)(例如，參考日本專利申請公開No.2004-139984)，例如用于通過設(shè)置用于將燃料供給流動通道中的燃 料氣體的供給壓力在兩個水平之間改變的機(jī)械式可變壓力調(diào)節(jié)閥(可變 調(diào)節(jié)器)，而響應(yīng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)來改變?nèi)剂蠚怏w的供給壓力。發(fā)明內(nèi)容但是，對于如上述專利中所述的機(jī)械式可變調(diào)節(jié)閥，不僅構(gòu)造使 得難以快速改變?nèi)剂蠚怏w供給壓力(即，響應(yīng)低)，還不能進(jìn)行高精度的 調(diào)節(jié)，如將目標(biāo)壓力在多個水平中改變。此外，由于傳統(tǒng)的機(jī)械式可變壓力調(diào)節(jié)閥具有相對復(fù)雜的結(jié)構(gòu)， 所以它們大而且笨重，并且它們制造成本高。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的機(jī)械式可變 壓力調(diào)節(jié)閥簡單地用于改變?nèi)剂蠚怏w供給壓力，還需要單獨(dú)的用于切 斷燃料氣體供給的截止閥。這導(dǎo)致了系統(tǒng)尺寸的增加(增加的裝備空間) 和裝備成本的問題?？紤]上述情況，本發(fā)明的目的是提供一種燃料電池系統(tǒng)，該燃料 電池系統(tǒng)具有能夠響應(yīng)燃料電池的運(yùn)行狀態(tài)而恰當(dāng)?shù)馗淖內(nèi)剂蠚怏w供 給狀態(tài)(供給壓力等)的高響應(yīng)性。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)包括燃料電池； 用于向所述燃料電池供給燃料氣體的燃料供給系統(tǒng)；用于調(diào)節(jié)所述燃料 供給系統(tǒng)的上游的氣體狀態(tài)和向下游供給所述氣體的噴射器；以及用于 以預(yù)定驅(qū)動周期來驅(qū)動和控制所述噴射器的控制裝置，其中所述控制裝 置根據(jù)所述燃料電池的運(yùn)行狀態(tài)來設(shè)定所述噴射器的工作狀態(tài)。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠根據(jù)所述燃料電池的運(yùn)行狀態(tài)(所述燃料電池的 發(fā)電量(功率、電流和電壓)、所述燃料電池的溫度、所述燃料電池系統(tǒng) 的異常狀態(tài)、所述燃料電池主單元的異常狀態(tài)等)設(shè)定所述噴射器的工 作狀態(tài)(噴射器閥體的開度(氣體通過面積)、所述噴射器閥的打開時間 (氣體噴射時間)等)。因此，能夠根據(jù)所述燃料電池的運(yùn)行狀態(tài)恰當(dāng)?shù)?改變?nèi)剂蠚怏w供給壓力，從而提高響應(yīng)性。所述"氣體狀態(tài)"意味著 由流量、壓力、溫度、摩爾濃度等所表示的氣體狀態(tài)，尤其是包括氣 體流量和氣體壓力中的至少一個。在上述燃料電池系統(tǒng)中，所述燃料供給系統(tǒng)具有用于使從燃料供 給源供給的燃料氣體流動到所述燃料電池的燃料供給流動通道，并且 所述噴射器可以設(shè)置在該燃料供給流動通道中。另外，在上述燃料電池系統(tǒng)中，在所述燃料供給源與所述噴射器 之間設(shè)置調(diào)節(jié)器。如果采用該結(jié)構(gòu)，即使所述燃料供給源的燃料氣體供給壓力高， 也能夠通過所述調(diào)節(jié)器降低供給壓力，從而能夠降低所述噴射器的上 游的壓力。因此，能夠減輕由于所述噴射器的上游和下游的壓力的差壓的增加引起的噴射器閥體移動困難。結(jié)果，能夠抑制所述噴射器的 響應(yīng)性的降低。在上述燃料電池系統(tǒng)中，所述燃料供給系統(tǒng)可以具有用于將從所 述燃料供給源供給的燃料氣體供給到所述燃料電池的燃料供給流動通 道、以及用于將從所述燃料電池排出的燃料廢氣返回到所述燃料供給 流動通道的循環(huán)流動通道。在這種情形下，所述噴射器優(yōu)選設(shè)置在所 述燃料供給流動通道與所述循環(huán)流動通道的連接部分的上游。如果采用該結(jié)構(gòu)，能夠抑制燃料供給流動通道內(nèi)流動的燃料氣體 與循環(huán)流動通道內(nèi)流動的燃料廢氣的合流壓力的沖擊。另外，即使由 于循環(huán)流動通道內(nèi)的殘留水分的凍結(jié)等引起循環(huán)流動通道內(nèi)的氣流被 阻塞，也能夠不受凍結(jié)影響地調(diào)節(jié)燃料氣體供給壓力。另外，在上述燃料電池系統(tǒng)中，所述控制裝置優(yōu)選基于所述噴射 器的上游的氣體狀態(tài)計算所述噴射器的上游的靜態(tài)流量，并根據(jù)該靜 態(tài)流量設(shè)定所述噴射器的工作狀態(tài)。因而能夠在供給燃料氣體時抑制由于所述噴射器上游的氣體狀態(tài) 的變化引起的噴射差異。另外，在上述燃料電池系統(tǒng)中，所述控制裝置能夠基于所述噴射 器的上游的氣體狀態(tài)設(shè)定所述噴射器的無效噴射時間。另外，在上述燃料電池系統(tǒng)中，可以在所述燃料供給系統(tǒng)中需要 壓力調(diào)節(jié)的壓力調(diào)節(jié)位置處設(shè)置壓力傳感器。另外，所述控制裝置能 夠計算壓力差減小修正流量，用于減小在基于所述燃料電池的運(yùn)行狀 態(tài)設(shè)定的所述壓力調(diào)節(jié)位置處的目標(biāo)壓力值和由所述壓力傳感器檢測 出的檢測壓力值之間的偏差，并且所述控制裝置基于上述壓力差減小 修正流量來設(shè)定所述噴射器的工作狀態(tài)。另外，所述控制裝置能夠基于所述燃料電池的運(yùn)行狀態(tài)來計算所述燃料電池中的燃料消耗量，并 基于所述燃料消耗量和上述壓力差減小修正流量來設(shè)定所述噴射器的 工作狀態(tài)。因而能夠?qū)⑺鰢娚淦鞯墓ぷ鳡顟B(tài)(例如，噴射流量)設(shè)定成減小目 標(biāo)壓力值與檢測壓力值之間的偏差，使得所述檢測壓力值接近所述目 標(biāo)壓力值。另外，在上述燃料電池系統(tǒng)中，所述控制裝置能夠用所述目標(biāo)壓 力值與所述檢測壓力值的偏差乘以比例增益來計算比例型壓力差減小 修正流量。另外，所述控制裝置能夠用在所述目標(biāo)壓力值與所述檢測 壓力值之間的偏差的積分值乘以積分增益來計算積分型壓力差減小修 正流量。在這種情形下，所述控制裝置能夠基于所述燃料電池的運(yùn)行 狀態(tài)改變所述比例增益和所述積分增益中至少一種增益(例如，隨著所 述燃料電池發(fā)電量降低來減小所述比例增益或積分增益)。這使得能夠基于所述燃料電池的運(yùn)行狀態(tài)來修改所述壓力差減小 修正流量的計算模式，以適當(dāng)?shù)乜刂扑鰢娚淦?，從而能夠在寬的運(yùn) 行狀態(tài)范圍內(nèi)穩(wěn)定地供給燃料氣體。當(dāng)在計算比例型或積分型壓力差減小修正流量中使用的比例增益 或積分增益設(shè)定為恒定值時，即使所述燃料電池的運(yùn)行狀態(tài)變化，來 自所述噴射器的燃料氣體供給壓力也以恒定的響應(yīng)性跟隨目標(biāo)壓力 值。但是，如果在所述燃料電池的發(fā)電量相對低的運(yùn)行狀態(tài)下(低負(fù)載 期間)釆用與高負(fù)載期間的比例增益或積分增益類似的比例增益或積分 增益，那么從所述噴射器供給的燃料氣體未被燃料電池充分地消耗掉， 所以在所述燃料供給系統(tǒng)中可能發(fā)生脈動，從而燃料氣體的供給狀態(tài) 可能變得不穩(wěn)定。通過例如使低負(fù)載期間的比例增益和積分增益中的 至少一種增益比高負(fù)載期間的較低，從而能夠抑制脈動的發(fā)生。如果 在高負(fù)載期間采用與低負(fù)載期間的比例增益或積分增益類似的比例增益或積分增益，那么從所述噴射器供給的燃料氣體被所述燃料電池大 量地消耗，因而燃料氣體的供給量可能不足，從而降低目標(biāo)壓力值的 響應(yīng)性。通過使高負(fù)載期間的比例增益和積分增益中的至少一種增益 比低負(fù)載期間大，能夠提高對目標(biāo)壓力值的響應(yīng)性。結(jié)果，能夠在寬 范圍的運(yùn)行狀態(tài)下(在低負(fù)載和高負(fù)載期間)穩(wěn)定地供給燃料氣體。另外，在上述燃料電池系統(tǒng)中，所述控制裝置能夠以預(yù)定時間間 隔基于所述燃料電池的運(yùn)行狀態(tài)來計算和更新所述壓力調(diào)節(jié)位置處的 目標(biāo)壓力值。能夠計算與在前次計算出的目標(biāo)壓力值和當(dāng)前計算出的 目標(biāo)壓力值之間的偏差對應(yīng)的壓力差對應(yīng)修正流量，也能夠通過將所 述壓力差對應(yīng)修正流量、所述燃料消耗量及所述壓力差減小修正流量 相加來計算所述噴射器的噴射流量。因而能夠?qū)?yīng)于所述目標(biāo)壓力值的波動快速地修改所述噴射器的 噴射流量，并進(jìn)一步提高響應(yīng)性。如果不考慮壓力差對應(yīng)修正流量， 那么需要使用所述壓力差減小修正流量來補(bǔ)償由于所述目標(biāo)壓力值的 波動引起的目標(biāo)壓力值與檢測壓力值之間的所有偏差，這可能使得所 述壓力差減小修正流量的值增加并延遲所述噴射器的控制，但是如果 使用與所述目標(biāo)壓力值的波動分量對應(yīng)的壓力差對應(yīng)修正流量，那么 可抑制壓力差減小修正流量的值的增加，從而使得快速控制所述噴射 器成為可能。另外，在上述燃料電池系統(tǒng)中，所述控制裝置能夠基于所述噴射 器的上游的氣體狀態(tài)來計算所述噴射器的上游的靜態(tài)流量，并用由所 述噴射器的所述噴射流量除以所述靜態(tài)流量獲得的值乘以所述驅(qū)動周 期來計算所述噴射器的基本噴射時間。另外，所述控制裝置能夠基于 所述噴射器的上游的氣體狀態(tài)來設(shè)定所述噴射器的無效噴射時間，并 能夠通過將上述基本噴射時間與上述無效噴射時間相加來計算所述噴 射器的總噴射時間。另外，根據(jù)本發(fā)明的移動體包括上述燃料電池系統(tǒng)。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，提供了能夠根據(jù)燃料電池的運(yùn)行狀態(tài)恰當(dāng)?shù)馗淖內(nèi)?料氣體供給壓力的燃料電池系統(tǒng)，所以能夠提供具有高響應(yīng)性的移動 體。根據(jù)本發(fā)明，能夠提供能夠根據(jù)燃料電池的運(yùn)行狀態(tài)恰當(dāng)?shù)馗淖?燃料氣體供給狀態(tài)(供給壓力等)的、具有高響應(yīng)性的燃料電池系統(tǒng)。


圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖； 圖2為用于解釋圖1中所示燃料電池系統(tǒng)的控制裝置的控制方法 的控制框圖；圖3為用于示出圖1中所示燃料電池系統(tǒng)的燃料電池的發(fā)電電流 與計算反饋修正流量時所用的比例增益之間的關(guān)系的圖；圖4為用于解釋圖1中所示燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行的流程圖；以及 圖5為示出圖1中所示燃料電池系統(tǒng)的可選實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
下面參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)1。在本實(shí)施例中，描述了將本發(fā)明應(yīng)用于燃料電池車輛s(移動體)的車載發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)例。首先，使用圖1至3描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)1的結(jié)構(gòu)。根據(jù)本實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)1包括用于接收反應(yīng)氣體(氧化氣體和燃料氣體)的供給并發(fā)電的燃料電池10,并且該燃料電池10包括用 于向燃料電池10供給作為氧化氣體的空氣的氧化氣體管道系統(tǒng)2、用 于向燃料電池10供給作為燃料氣體的氫氣的氫氣管道系統(tǒng)3、及用于10以圖1中所示的整體方式控制整個系統(tǒng)的控制裝置4。燃料電池10具有通過層疊所需數(shù)量的單個發(fā)電電池而形成的用于接收反應(yīng)氣體的供給的堆結(jié)構(gòu)。燃料電池io產(chǎn)生的電能供給到功率 控制單元(PCU)ll。 PCU11包括布置在燃料電池10與牽引電機(jī)12之間 的逆變器、DC-DC轉(zhuǎn)換器等。另外，在燃料電池IO上安裝有用于在發(fā) 電期間檢測電流的電流傳感器13。氧化氣體管道系統(tǒng)2包括用于向燃料電池10供給被增濕器20增 濕的氧化氣體(空氣)的空氣供給流動通道21、用于將從燃料電池10排 出的氧化廢氣導(dǎo)向增濕器20的空氣排出流動通道22、以及用于在外部 從增濕器21引導(dǎo)氧化廢氣的廢氣流動通道23?？諝夤┙o流動通道21 設(shè)有壓縮機(jī)24，用于從大氣獲取氧化氣體并將其增壓供給到增濕器20。氫氣管道系統(tǒng)3包括作為燃料供給源用于存儲高壓(例如，70 MPa) 氫氣的氫罐30、作為燃料供給流動通道用于將氫罐30中的氫氣供給到 燃料電池10的氫供給流動通道31、以及用于將從燃料電池IO排出的 氫廢氣返回到氫供給流動通道31的循環(huán)流動通道32。氫氣管道系統(tǒng)3 為本發(fā)明的燃料供給系統(tǒng)的一個實(shí)施例?？刹捎糜脕韽奶?xì)浠衔锵?統(tǒng)產(chǎn)生富氫的重整氣體的重整器以及用來聚積重整器在高壓狀態(tài)下產(chǎn) 生的重整氣體的高壓氣罐作為燃料供給源，以替代氫罐30。另外，可 采用具有氫吸留合金的罐體作為燃料供給源。氫供給流動通道31設(shè)有用于切斷和允許從氫罐30的氫氣的供給 的截止閥33、用于調(diào)節(jié)氫氣的壓力的調(diào)節(jié)器34、和噴射器35。另外， 在噴射器35的上游設(shè)有用于檢測氫供給流動通道31內(nèi)的氫氣的壓力 和溫度的主側(cè)壓力傳感器41和溫度傳感器42。另外，在噴射器35的 下游、氫供給流動通道31與循環(huán)流動通道32的連接部分的上游設(shè)有 檢測氫供給流動通道31內(nèi)的氫氣的壓力的副側(cè)壓力傳感器43 。調(diào)節(jié)器34為用于將上游壓力(主壓力)調(diào)節(jié)為預(yù)定副壓力的裝置。在本實(shí)施例中，采用用來降低主壓力的機(jī)械式減壓閥作為調(diào)節(jié)閥34。機(jī)械式減壓閥可采用公知的結(jié)構(gòu)，具有帶背壓腔和壓力調(diào)節(jié)腔的殼體， 其中背壓腔與壓力調(diào)節(jié)腔由隔膜分隔開，用于借助于背壓腔內(nèi)的背壓 力將壓力調(diào)節(jié)腔內(nèi)的主壓力降低預(yù)定壓力至副壓力。在本實(shí)施例中，通過在噴射器35的上游布置兩個調(diào)節(jié)器34可有效降低噴射器35的上 游壓力，如圖1中所示?？奢^少地限制噴射器35的機(jī)械構(gòu)造(例如，閥 體、殼體、流動通道及驅(qū)動設(shè)備)的設(shè)計。另外，因?yàn)榭山档蛧娚淦?5 的上游壓力，所以能夠減少由于噴射器35的上游和下游的壓力的差壓 的增加導(dǎo)致的移動噴射器35的閥體的困難。因此，能夠增加噴射器35 的下游壓力的可變調(diào)節(jié)寬度，并抑制噴射器35的響應(yīng)性的降低。噴射器35為電磁驅(qū)動開關(guān)閥，其通過使用電磁驅(qū)動力以預(yù)定驅(qū)動 周期驅(qū)動閥體和將閥體從閥座分離，從而能夠直接調(diào)節(jié)氣體流量和氣 體壓力。噴射器35包括閥座，該閥座具有用于噴射氫氣和其它氣體的 噴射孔，還包括用于向噴射孔引導(dǎo)和供給氣體燃料的噴管，以及閥體， 其容納在噴管體的軸向方向上并保持在噴管體的軸向方向(氣體流動方 向)上可移動用于打開和關(guān)閉噴射孔。噴射器35的閥體由例如螺線管驅(qū) 動，并且可借助于開啟和關(guān)閉供給到螺線管的脈沖式激勵電流來將噴 射孔的打開表面積在兩個或多個水平之間轉(zhuǎn)換。通過使用從控制裝置4 輸出的控制信號來控制噴射器35的噴射時間和正時，可高精度地控制 氫氣的流量和壓力。噴射器35使用電磁驅(qū)動力來直接驅(qū)動閥(閥體和閥 座)以打開和關(guān)閉，并且由于可將其驅(qū)動周期控制為高響應(yīng)性的區(qū)域， 所以噴射器35具有高響應(yīng)性。在本實(shí)施例中，噴射器35布置在氫供給流動通道31與循環(huán)流動 通道32的連接部分Al的上游，如圖1中所示。如果采用多個氫罐30 作為燃料供給源，如圖1中虛線所示，那么噴射器35布置在從氫罐30 供給的氫氣合流的部分(氫氣連接部分A2)的下游。排出流動通道38通過氣液分離器36和水/氣排泄閥37連接到循 環(huán)流動通道32上。氣液分離器36從氫廢氣收集水分。水/氣排泄閥37 根據(jù)控制裝置4的指令而運(yùn)行，以將氣液分離器36收集的水分和循環(huán) 流動通道32內(nèi)含有雜質(zhì)的氫廢氣排到外界(凈化)。另外，在循環(huán)流動 通道32內(nèi)設(shè)有用于給循環(huán)流動通道32內(nèi)的氫氣增壓和向氫供給流動 通道31側(cè)供給氫氣的氫泵39。通過水/氣排泄閥37和排出流動通道38 排出的氫廢氣由稀釋器40稀釋，并與空氣排出流動通道23內(nèi)的氧化 廢氣混合?？刂蒲b置4檢測設(shè)在燃料電池車輛S中的加速運(yùn)行元件(加速器等) 的運(yùn)行量、接收控制信息如加速請求值(例如，從負(fù)載裝置如牽引電機(jī) 12請求的發(fā)電量)、并控制系統(tǒng)中各設(shè)備的運(yùn)行。負(fù)載裝置總起來說指 的是動力消耗裝置，除牽引電機(jī)12之外，該動力消耗裝置還包括運(yùn)行 燃料電池IO所需的輔助裝置(例如，壓縮機(jī)24、氫泵39、用于冷卻泵 的電機(jī))、運(yùn)行燃料電池車輛S所涉及的裝置中使用的致動器(例如變速 器、車輪控制裝置、轉(zhuǎn)向裝置、和懸架裝置)、客艙空調(diào)(A/C)、照明、 音響裝置等。控制裝置4由未示出的計算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成。計算機(jī)系統(tǒng)包括CPU、 ROM、 RAM、硬盤裝置、1/0接口和顯示裝置，并且當(dāng)CPU讀取和執(zhí) 行ROM中所寫的控制程序時，控制裝置4可執(zhí)行各種控制操作。更詳細(xì)地，控制裝置4基于燃料電池的運(yùn)行狀態(tài)(當(dāng)燃料電池10 發(fā)電時，由電流傳感器13檢測的電流值)計算燃料電池10消耗的氫氣 量(在下文中稱為"氫消耗量")，如圖2中所示(燃料消耗量計算功能 Bl)。在本實(shí)施例中，在控制裝置4的每個計算周期，使用用于表示燃 料電池10的電流值與氫消耗量的關(guān)系的特定計算公式來計算和更新氫 消耗量。另外，控制裝置4基于燃料電池10的運(yùn)行狀態(tài)(當(dāng)燃料電池10發(fā)電時，由電流傳感器13檢測的電流值)計算噴射器35下游位置的氫氣 的目標(biāo)壓力值(燃料電池10的目標(biāo)氣體供給壓力)(目標(biāo)壓力值計算功能B2)。在本實(shí)施例中，在控制裝置4的每個計算周期，使用表示電 流值與燃料電池IO的目標(biāo)壓力值的關(guān)系的特定圖來計算和更新副邊壓 力傳感器43所在位置(需要壓力調(diào)節(jié)的壓力調(diào)節(jié)位置)的目標(biāo)壓力值。另外，控制裝置4基于計算的目標(biāo)壓力值與副邊壓力傳感器43檢 測的噴射器35的下游位置(壓力調(diào)節(jié)位置)的壓力值(檢測壓力值)之間 的偏差來計算反饋修正流量(反饋修正流量計算功能B3)。所述反饋修 正流量為加到氫消耗量上以減小目標(biāo)壓力值與檢測壓力值之間偏差的 氫氣流量(壓力差減小修正流量)。在本實(shí)施例中，在控制裝置4的每個計算周期使用PI型反饋控制 規(guī)則來計算和更新反饋修正流量。更詳細(xì)地，控制裝置4通過將目標(biāo) 壓力值與檢測壓力值之間的偏差(e)乘以比例增益(Kp)來計算比例型反 饋修正流量(比例項(xiàng)P=KP x e)、通過將偏差的時間積分值(〖e)dt)乘以積 分增益(Ki)來計算積分型反饋修正流量(積分項(xiàng)I = KlX〖e)dt)、并計算 包括這些添加值的反饋修正流量。另外，控制裝置4根據(jù)燃料電池10的運(yùn)行狀態(tài)來修改在計算比例 型反饋修正流量中使用的比例增益(Kp)的值。在本實(shí)施例中，當(dāng)燃料電 池10的發(fā)電電流值小于第一閾值(AO時，控制裝置4將比例增益設(shè)為 下限值(KpD，并且當(dāng)燃料電池10的發(fā)電電流值超過第二閾值 (A2)(A2〉A(chǔ)J時，將比例增益設(shè)為上限值(Kp2)，如圖3中的映射所示。 當(dāng)燃料電池10的發(fā)電電流值在第一閾值(A0與第二閾值(A2)之間時， 控制裝置4與發(fā)電電流值成比例地線性地將比例增益從下限值(Kpi)改 變到上限值(Kp2)，以使其單調(diào)地增加。也就是說，如果燃料電池10的 發(fā)電電流值在第一與第二閾值之間，那么比例增益的值隨著發(fā)電電流 值的降低而降低，并且如果發(fā)電電流值低于第一閾值，那么比例增益 設(shè)為固定值(下限值)。同樣，如果燃料電池10的發(fā)電電流值在第一閾值與第二閾值之間，那么比例增益的值隨著發(fā)電電流值的升高而升高， 并且如果發(fā)電電流值高于第二閾值，那么比例增益設(shè)為固定值(上限 值)。第一閾值和第二閾值以及上限值和下限值可根據(jù)燃料電池10的規(guī) 格等來恰當(dāng)?shù)卦O(shè)定。當(dāng)比例增益(Kp)設(shè)定為固定值時，即使燃料電池10的運(yùn)行狀態(tài)改變，噴射器35的氫氣的供給壓力值也試圖以固定的響應(yīng)性來跟隨目標(biāo) 壓力值。如果在燃料電池10的發(fā)電量較低的運(yùn)行狀態(tài)下(低負(fù)載期間) 采用與高負(fù)載期間的比例增益類似的比例增益(Kp)，那么從噴射器35 供給的氫氣無法被燃料電池IO充分地消耗掉，所以在氫供給流動通道 31和循環(huán)流動通道32內(nèi)可能產(chǎn)生脈動，引起氫氣供給狀態(tài)的不穩(wěn)定。 如本實(shí)施例中，可通過使低負(fù)載期間(當(dāng)電流值小于第一閾值時)的比例 增益(KpO小于高負(fù)載期間(當(dāng)電流值超過第二閾值時)的比例增益(Kp2) 來抑制這種脈動的發(fā)生。如果在高負(fù)載期間采用與低負(fù)載期間的比例 增益類似的比例增益(Kp)，那么從噴射器35供給的氫氣大量地被燃料 電池10消耗，從而氫氣的供給量可能不足，降低了目標(biāo)壓力值的響應(yīng) 性。因此，如在本實(shí)施例中，可使高負(fù)載期間的比例增益(Kp2)大于低 負(fù)載期間的比例增益(KpD，從而提高目標(biāo)壓力值的響應(yīng)性。結(jié)果，可 在寬范圍的運(yùn)行狀態(tài)下(在低負(fù)載和高負(fù)載期間)穩(wěn)定地供給氫氣。另外，控制裝置4計算對應(yīng)于前次計算的目標(biāo)壓力值與當(dāng)前計算 的目標(biāo)壓力之間偏差的前饋修正流量(前饋修正流量計算功能B4)。前 饋修正流量為由于目標(biāo)壓力值波動引起的氫氣流量中的波動量(對應(yīng)于 壓力差的修正流量)。在本實(shí)施例中，在控制裝置4的每個計算周期，使用用于表示目標(biāo)壓力值偏差與前饋修正流量之間關(guān)系的特定計算公 式來計算和更新前饋修正流量。另外，控制裝置4基于噴射器35上游的氣體狀態(tài)(主側(cè)壓力傳感 器41檢測的氫氣的壓力和溫度傳感器42檢測的氫氣的溫度)計算噴射 器35上游的靜態(tài)流量(靜態(tài)流量計算功能B5)。在本實(shí)施例中，在控制裝置4的每個計算周期，使用用于表示壓力和溫度與噴射器35上游 的氫氣的靜態(tài)流量之間關(guān)系的特定計算公式來計算和更新靜態(tài)流量。另外，控制裝置4基于噴射器35上游的氣體狀態(tài)(氫氣壓力和溫 度)和施加的電壓計算噴射器35的無效噴射時間(無效噴射時間計算功 能B6)。這里，無效噴射時間意味著從噴射器35從控制裝置4接收 控制信號時直到其實(shí)際開始噴射時所需的時間。在本實(shí)施例中，在控 制裝置4的每個計算周期，使用用于表示噴射器35上游氫氣的壓力和 溫度以及所施加的電壓與無效噴射時間的關(guān)系的特定映射來計算和更 新無效噴射時間。另外，控制裝置4通過將氫消耗量、反饋修正流量和前饋修正流 量加在一起計算噴射器35的噴射流量(噴射流量計算功能B7)。另外， 控制裝置4通過將噴射器35的噴射流量除以靜態(tài)流量再乘以噴射器35 的驅(qū)動周期以計算噴射器35的基本噴射時間，再將基本噴射時間加上 無效噴射時間來計算噴射器35的總噴射時間(總噴射時間計算功能 B8)。這里，驅(qū)動周期意味著用于表示噴射器35的噴射孔的打開和關(guān) 閉狀態(tài)的臺階式(打開/關(guān)閉)波形。在本實(shí)施例中，驅(qū)動周期被控制裝 置4設(shè)定為固定值。然后，控制裝置4輸出用于執(zhí)行通過上述過程計算的噴射器35總 噴射時間的控制信號，從而控制噴射器35的氣體噴射時間和氣體噴射 正時，并調(diào)節(jié)供給到燃料電池10的氫氣的流量和壓力。下面，利用圖4的流程圖描述根據(jù)本實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)1的 運(yùn)行。在燃料電池系統(tǒng)1的通常運(yùn)行期間，氫罐30的氫氣通過氫供給流 動通道31供給到燃料電池10的燃料電極，并且濕度調(diào)節(jié)空氣通過空 氣供給流動通道21供給到燃料電池10的氧化電極，從而發(fā)電。燃料16電池10的發(fā)出的電(所需功率)由控制裝置、4計算，并且與發(fā)電量對應(yīng) 的量的氧氣和空氣被供給到燃料電池10中。在該通常運(yùn)行期間，可高 精度地控制供給到燃料電池10的氫氣的壓力。也就是說，首先，在燃料電池10發(fā)電期間，燃料電池系統(tǒng)l的控 制裝置4使用電流傳感器13檢測電流值(電流檢測步驟Sl)。然后，控制裝置4基于電流傳感器13檢測的電流值計算燃料電池10消耗的氫氣的量(氫消耗量)(燃料消耗量計算步驟S2)。然后，控制裝置4基于電流傳感器13檢測的電流值計算噴射器 35的下游位置(壓力調(diào)節(jié)位置)的氫氣的目標(biāo)壓力值(目標(biāo)壓力值計算步 驟S3)。然后，控制裝置4計算對應(yīng)于前次計算的目標(biāo)壓力值與當(dāng)前 計算的目標(biāo)壓力值之間的偏差的前饋修正流量(前饋修正流量計算步 驟S4)。然后，控制裝置4使用副側(cè)壓力傳感器43檢測噴射器35的下游 位置(壓力調(diào)節(jié)位置)的壓力值(壓力值檢測步驟S5)。然后，控制裝置 4基于目標(biāo)壓力值計算步驟S3中計算的目標(biāo)壓力值與壓力值檢測步驟 S5中檢測的壓力值(檢測壓力值)之間的偏差計算反饋修正流量(反饋修 正流量計算步驟S6)。在反饋修正流量計算步驟S6中，控制裝置4 使用圖3的映射來改變比例增益(Kp)值，以根據(jù)在電流檢測步驟Sl中 檢測的燃料電池10的發(fā)電電流值來計算比例型反饋修正流量。然后，控制裝置4通過將燃料消耗流量計算步驟S2中計算的氫消 耗量、前饋修正流量計算步驟S4中計算的前饋修正流量和反饋修正流 量計算步驟S6中計算的反饋修正流量加起來計算噴射器35的噴射流 量(噴射流量計算步驟S7)。然后，控制裝置4基于主側(cè)壓力傳感器41檢測的噴射器35的上 游的氫氣壓力和溫度傳感器42檢測的噴射器35的上游氫氣的溫度來計算噴射器35的上游的靜態(tài)流量(靜態(tài)流量計算步驟S8)。然后，控制裝置4通過將噴射流量計算步驟S7中計算的噴射器35的噴射流量 除以靜態(tài)流量計算步驟S8中計算的靜態(tài)流量，再乘以噴射器35的驅(qū) 動周期來計算噴射器35的基本噴射時間(基本噴射時間計算步驟S9)。然后，控制裝置4基于主側(cè)壓力傳感器41檢測的噴射器35的上 游的氫氣壓力、溫度傳感器42檢測的噴射器35的上游的氫氣溫度、 及所施加的電壓計算噴射器35的無效噴射時間(無效噴射時間計算步 驟SIO)。然后，控制裝置4通過將基本噴射時間計算步驟S9中計算 的噴射器35的基本噴射時間與無效噴射時間計算步驟S10中計算的無 效噴射時間加起來計算噴射器35的總噴射時間(總噴射時間計算步驟 Sll)。然后，控制裝置4通過輸出與總噴射時間計算步驟Sll中計算的 噴射器35的總噴射時間相關(guān)的控制信號、調(diào)節(jié)供給到燃料電池10的 氫氣的流量和壓力來控制噴射器35的氣體噴射時間和氣體噴射正時。在根據(jù)上述實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)1中，可根據(jù)燃料電池10的運(yùn) 行狀態(tài)(發(fā)電期間的電流值)來設(shè)定噴射器35的工作狀態(tài)(噴射時間)。因 此，可根據(jù)燃料電池IO的運(yùn)行狀態(tài)來適當(dāng)?shù)馗淖儦錃夤┙o壓力，提高 響應(yīng)性。同樣，由于采用噴射器35作為用于氫氣的流量調(diào)節(jié)閥和可變 壓力調(diào)節(jié)閥，所以能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的壓力調(diào)節(jié)(燃料電池IO的氫氣供給 壓力的調(diào)節(jié))。更詳細(xì)地，因?yàn)樵诮邮湛刂蒲b置4的根據(jù)燃料電池10 的運(yùn)行狀態(tài)的控制信號之后噴射器35能夠調(diào)節(jié)氫氣的噴射時間和噴射 正時，所以可比傳統(tǒng)機(jī)械式可變壓力調(diào)節(jié)閥更加快速并精確地調(diào)節(jié)壓 力。另外，因?yàn)閲娚淦?5比傳統(tǒng)的機(jī)械式可變壓力調(diào)節(jié)閥更小更輕， 并且成本更低，所以整個系統(tǒng)可更小并且成本更低。另外，因?yàn)樵诟鶕?jù)上述實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)1中，氫罐30與噴 射系統(tǒng)35之間布置有調(diào)節(jié)器34，因此從氫供給源30供給的氫氣的壓力即使在較高時也能被調(diào)節(jié)器34降低。因此，因?yàn)槟軌驕p少噴射器35 的上游的壓力，所以可能減輕由于噴射器35的上游和下游的壓力的差 壓導(dǎo)致的移動噴射器35的閥體的困難。因此能夠抑制與噴射器35不 對應(yīng)的下降。另外，因?yàn)樵诟鶕?jù)上述實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)1中，在氫供給流 動通道31循環(huán)流動通道32的連接部分Al的上游布置有噴射器35， 所以可抑制氫供給流動通道31內(nèi)流動的氫氣與循環(huán)流動通道32內(nèi)流 動的氫廢氣的合流壓力的沖擊。另外，即使在由于循環(huán)流動通道32等 內(nèi)殘留水分的凍結(jié)引起循環(huán)流動通道32內(nèi)氣體流動被阻塞的情況下， 也可不受凍結(jié)影響地調(diào)節(jié)氫氣供給壓力。另外，因?yàn)樵诟鶕?jù)上述實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)1中，控制裝置4 基于噴射器35的上游的氣體狀態(tài)(壓力和溫度)計算靜態(tài)流量和無效噴 射時間，并參照所述靜態(tài)流量和無效噴射時間設(shè)定噴射器35的工作狀 態(tài)(噴射時間)，所以在氫氣供給期間能夠基于噴射器35上游的氣體狀 態(tài)的變化來抑制噴射差異。另外，因?yàn)樵诟鶕?jù)上述實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)1中，控制裝置4 計算反饋修正流量，以減小基于燃料電池10的運(yùn)行狀態(tài)(發(fā)電期間的電 流值)設(shè)定的壓力調(diào)節(jié)位置的目標(biāo)壓力值與副側(cè)壓力傳感器43檢測的 檢測壓力值之間的偏差，并基于反饋修正流量設(shè)定噴射器35的工作狀 態(tài)(噴射時間)，所以檢測壓力值接近于目標(biāo)壓力值。另外，因?yàn)樵诟鶕?jù)上述實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)1中，控制裝置4 可基于燃料電池IO的發(fā)電電流值修改在計算反饋修正流量中使用的比 例增益，所以可根據(jù)燃料電池10的運(yùn)行狀態(tài)適當(dāng)?shù)乜刂茋娚淦?5。因 此，可在寬范圍的運(yùn)行狀態(tài)內(nèi)穩(wěn)定地供給氫氣。另外，因?yàn)榭刂蒲b置4在每個預(yù)定間隔都基于燃料電池IO的運(yùn)行狀態(tài)計算和更新目標(biāo)壓力值、計算對應(yīng)于前次計算的目標(biāo)壓力值與當(dāng) 前計算的目標(biāo)壓力值之間偏差的前饋修正流量、并基于前饋修正流量設(shè)定噴射器35的工作狀態(tài)(噴射時間)，所以可根據(jù)目標(biāo)壓力值的波動 快速地改變噴射器35的工作狀態(tài)，進(jìn)一步提高響應(yīng)性。如果不采用前 饋修正流量，那么必須使用反饋修正流量補(bǔ)償由于目標(biāo)壓力值的波動 所引起的目標(biāo)壓力值與檢測壓力值之間所有的偏差，從而可能延遲噴射器35的控制(響應(yīng)性可能降低)。相反，如果如本實(shí)施例中使用對應(yīng)于目標(biāo)壓力值波動量的前饋修正流量，那么可抑制反饋修正流量值的增加，并且使噴射器35的控制更加快速。另外，因?yàn)楦鶕?jù)上述實(shí)施例的燃料電池車輛S(移動體)設(shè)有能夠根 據(jù)燃料電池10的運(yùn)行狀態(tài)而恰當(dāng)?shù)馗淖儦錃夤┙o壓力的燃料電池系統(tǒng) 1，所以當(dāng)在短時間段內(nèi)有大的加速需求或者當(dāng)有重復(fù)加速和減速時， 可輸出具有高響應(yīng)性的用于供給到牽引電機(jī)12的動力。另外，壓力調(diào) 節(jié)寬度可根據(jù)所需動力值精確地變化，抑制浪費(fèi)的氫消耗和氫循環(huán)， 并且降低燃料消耗。另外，因?yàn)楦鶕?jù)本實(shí)施例的燃料電池車輛S設(shè)有 燃料電池系統(tǒng)1，其中采用噴射器35作為流量調(diào)節(jié)閥和可變壓力調(diào)節(jié) 閥，所以燃料電池車輛S能夠外形緊湊，成本低廉。在上述實(shí)施例中，示出了在燃料電池系統(tǒng)1的氫氣管道系統(tǒng)3內(nèi) 設(shè)置循環(huán)流動通道32的實(shí)例，但是排出流動通道38可直接連接到燃 料電池10上，如圖5所示，以省略循環(huán)流動通道32。在也采用該結(jié)構(gòu) (端部不通)的情況下，通過使用控制裝置4類似于上述實(shí)施例中來控制 噴射器35的工作狀態(tài)可實(shí)現(xiàn)類似于上述實(shí)施例的運(yùn)行效果。另外，在上述實(shí)施例中，示出了在循環(huán)流動通道32內(nèi)設(shè)置氫泵 39的實(shí)例，但是也可采用噴射器替代氫泵39。另外，在上述實(shí)施例中， 示出了在循環(huán)流動通道32內(nèi)設(shè)置用于排出空氣和水的氣/水排泄閥37 的實(shí)例，但是也可單獨(dú)地設(shè)置用于將氣液分離器36收集的水排到外界 的排水閥和用于將在循環(huán)流動通道32內(nèi)的廢氣排到外界的排氣閥，排氣閥由控制裝置4控制。另外，在上述實(shí)施例中，示出了在氫氣管道系統(tǒng)3的氫供給流動 通道31的噴射器35的下游位置(壓力調(diào)節(jié)位置需要壓力調(diào)節(jié)的位置)布置副側(cè)壓力傳感器43的實(shí)例，并且噴射器35的工作狀態(tài)(噴射時間) 設(shè)置成調(diào)節(jié)該位置的壓力(使其更加接近預(yù)定目標(biāo)壓力值)，但是副側(cè)壓 力傳感器43的位置不限于此。例如，可將靠近燃料電池10的氫氣入口(在氫供給流動通道31上) 的位置、靠近燃料電池10的氫氣出口(在循環(huán)流動通道32上)的位置、 和靠近氫泵39的出口(在循環(huán)流動通道32上)的位置設(shè)為壓力調(diào)節(jié)位 置，副側(cè)傳感器布置在這些地方。在這種情形下，預(yù)備好一個映射， 其中記錄布置有副壓力傳感器的各壓力調(diào)節(jié)位置的目標(biāo)壓力值，并基 于在該映射中記錄的目標(biāo)壓力值和副側(cè)壓力傳感器檢測的壓力值(檢測 壓力值)計算反饋修正流量。另外，在上述實(shí)施例中，示出了在氫供給流動通道31內(nèi)設(shè)置截止 閥33和調(diào)節(jié)器34的實(shí)例，但是由于噴射器35可用作可變壓力調(diào)節(jié)閥 并可用作用來切斷氫氣供給的截止閥，所以并非必須設(shè)置截止閥33和 調(diào)節(jié)器34。因?yàn)槿绻捎脟娚淦?5則可省略截止閥35和調(diào)節(jié)器34， 所以可使該系統(tǒng)進(jìn)一步緊湊且低廉。另外，在上述實(shí)施例中，示出了在燃料電池10的發(fā)電期間檢測電 流值，并基于電流值計算目標(biāo)壓力值和氫氣消耗量以設(shè)定噴射器35的 工作狀態(tài)(噴射時間)的實(shí)例，但是也可檢測表示燃料電池10的運(yùn)行狀 態(tài)的其它物理量(例如燃料電池10發(fā)電期間的電壓值或功率值或者燃 料電池10的溫度)，可根據(jù)檢測的物理量設(shè)定噴射器35的工作狀態(tài)。 另外，可通過控制裝置確定燃料電池10的運(yùn)行狀態(tài)(例如起動狀態(tài)、間 歇運(yùn)行狀態(tài)、通常運(yùn)行狀態(tài)、凈化狀態(tài)、燃料電池本身的異常狀態(tài)、 或燃料電池系統(tǒng)的異常狀態(tài))的模式，并根據(jù)那些運(yùn)行狀態(tài)的模式設(shè)定噴射器35的工作狀態(tài)(例如，噴射器35的閥體的開度(氣體通過面積)、噴射器35的閥體的打開時間(氣體噴射時間))。另外，在上述實(shí)施例中，示出了只有在計算比例型反饋修正流量中使用的比例增益(Kp)根據(jù)燃料電池10的運(yùn)行狀態(tài)(發(fā)電期間的電流值) 而變化的實(shí)例，但是相反地，在計算積分型反饋修正流量中使用的積 分增益(KO也可根據(jù)燃料電池10的運(yùn)行狀態(tài)而變化。當(dāng)這樣做時，例 如，隨著燃料電池IO的發(fā)電電流降低，積分增益(Kz)可設(shè)定得更小(隨 著燃料電池10的發(fā)電電流值升高，積分增益(KD可設(shè)定得更大)。因此， 可在燃料電池10的寬范圍的運(yùn)行狀態(tài)內(nèi)恰當(dāng)?shù)乜刂茋娚淦?5，以恰當(dāng) 地供給氫氣。另外，比例增益(Kp)和積分增益(K^都可根據(jù)燃料電池10 的運(yùn)行狀態(tài)而變化。另外，在上述實(shí)施例中，示出了在燃料電池IO發(fā)電期間根據(jù)電流 值設(shè)定比例增益的實(shí)例，但是也可基于燃料電池IO發(fā)電期間的功率值 和電壓值來設(shè)定比例增益(Kp)和積分增益(Kz)。當(dāng)這樣做時，使用用于 表示燃料電池10的功率值(電壓值)與比例增益(Kp)和積分增益(K^之間 關(guān)系的映射來設(shè)定比例增益(Kp)和積分增益(KD。在上述實(shí)施例中，圖3的映射示出了使用用于表示燃料電池10的 發(fā)電電流值與比例增益之間的關(guān)系以設(shè)定比例增益的實(shí)例，但是發(fā)電 電流值與比例增益的關(guān)系不限于圖3的映射中所示的模式。另外，在 上述實(shí)施例中，示出了使用PI型反饋控制規(guī)則以計算反饋修正流量的 實(shí)例，但是也可使用其它目標(biāo)蹤型控制(例如，PID型反饋控制)以計算 反饋修正流量。根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)可安裝在燃料電池車輛中，如上述實(shí) 施例中所示，并且還可安裝在除燃料電池車輛之外的移動體中(例如， 機(jī)器人、船或飛行器)。另外，根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)還可應(yīng)用于 固定的發(fā)電系統(tǒng)，用作結(jié)構(gòu)(例如，房屋或建筑物)的發(fā)電設(shè)備。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池系統(tǒng)，包括燃料電池；用于向所述燃料電池供給燃料氣體的燃料供給系統(tǒng)；用于調(diào)節(jié)所述燃料供給系統(tǒng)的上游的氣體狀態(tài)和向下游供給所述氣體的噴射器；以及用于以預(yù)定驅(qū)動周期來驅(qū)動和控制所述噴射器的控制裝置，其中所述控制裝置根據(jù)所述燃料電池的運(yùn)行狀態(tài)來設(shè)定所述噴射器的工作狀態(tài)。
2. 如權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述燃料供給系統(tǒng)具有用于將從燃料供給源供給的燃料氣體 供給到所述燃料電池的燃料供給流動通道，并且 所述噴射器設(shè)置在所述燃料供給流動通道中。
3. 如權(quán)利要求2所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述燃料供給系統(tǒng)具有設(shè)置在所述燃料供給源與所述噴射器 之間的調(diào)節(jié)器。
4. 如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)， 其中所述燃料供給系統(tǒng)具有用于將從所述燃料供給源供給的燃料氣體供給到所述燃料電池的燃料供給流動通道、以及用于將從所述燃 料電池排出的燃料廢氣返回到所述燃料供給流動通道的循環(huán)流動通 道，并且所述噴射器設(shè)置在所述燃料供給流動通道與所述循環(huán)流動通道的 連接部分的上游。
5. 如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)， 其中所述控制裝置基于所述噴射器的上游的氣體狀態(tài)計算所述噴射器的上游的靜態(tài)流量，并根據(jù)所述靜態(tài)流量設(shè)定所述噴射器的工作 狀態(tài)。
6. 如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述控制裝置基于所述噴射器的上游的氣體狀態(tài)設(shè)定所述噴 射器的無效噴射時間。
7. 如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)， 還包括設(shè)置在所述燃料供給系統(tǒng)中需要壓力調(diào)節(jié)的壓力調(diào)節(jié)位置處的壓力傳感器，其中所述控制裝置計算壓力差減小修正流量，用于減小基于所述 燃料電池的運(yùn)行狀態(tài)設(shè)定的所述壓力調(diào)節(jié)位置處的目標(biāo)壓力值和由所 述壓力傳感器檢測出的檢測壓力值的偏差，并且所述控制裝置基于所 述壓力差減小修正流量來設(shè)定所述噴射器的工作狀態(tài)。
8. 如權(quán)利要求7所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述控制裝置基于所述燃料電池的運(yùn)行狀態(tài)來計算所述燃料 電池中的燃料消耗量，并基于所述燃料消耗量和所述壓力差減小修正 流量來設(shè)定所述噴射器的工作狀態(tài)。
9. 如權(quán)利要求8所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述控制裝置基于所述燃料電池的運(yùn)行狀態(tài)來每隔預(yù)定時間 段計算和更新所述壓力調(diào)節(jié)位置處的目標(biāo)壓力值，計算與在前次計算出的目標(biāo)壓力值和當(dāng)前計算出的目標(biāo)壓力值之間的偏差對應(yīng)的壓力差 對應(yīng)修正流量，并通過將所述壓力差對應(yīng)修正流量、所述燃料消耗量 及所述壓力差減小修正流量相加來計算所述噴射器的噴射流量。
10. 如權(quán)利要求9所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述控制裝置基于所述噴射器的上游的氣體狀態(tài)來計算所述 噴射器的上游的靜態(tài)流量，并用由所述噴射器的所述噴射流量除以所 述靜態(tài)流量獲得的值乘以所述驅(qū)動周期來計算所述噴射器的基本噴射 時間。
11. 如權(quán)利要求IO所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述控制裝置基于所述噴射器的上游的氣體狀態(tài)來設(shè)定所述 噴射器的無效噴射時間，并通過將所述基本噴射時間與所述無效噴射 時間相加來計算所述噴射器的總噴射時間。
12. 如權(quán)利要求7所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述控制裝置用所述目標(biāo)壓力值與所述檢測壓力值的偏差乘 以比例增益來計算比例型壓力差減小修正流量，并基于所述燃料電池 的運(yùn)行狀態(tài)來改變所述比例增益的值。
13. 如權(quán)利要求7所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述控制裝置用所述目標(biāo)壓力值與所述檢測壓力值的偏差的 積分值乘以積分增益來計算積分型壓力差減小修正流量，并基于所述 燃料電池的運(yùn)行狀態(tài)來改變所述積分增益的值。
14. 如權(quán)利要求7所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述控制裝置用所述目標(biāo)壓力值與所述檢測壓力值的偏差乘 以比例增益來計算比例型壓力差減小修正流量，用所述偏差的積分值 乘以積分增益來計算積分型壓力差減小修正流量，并基于所述燃料電 池的運(yùn)行狀態(tài)來改變所述比例增益和所述積分增益的中的至少一個增
15. 如權(quán)利要求14所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述燃料電池的發(fā)電量越小，所述控制裝置越減小所述比例 增益和所述積分增益中的至少一種增益。
16. —種移動體，包括如權(quán)利要求1至15中任一項(xiàng)所述的燃料電 池系統(tǒng)。
全文摘要
燃料電池系統(tǒng)(1)設(shè)有燃料電池(10)；用于向燃料電池(10)供給燃料氣體的燃料供給系統(tǒng)(3)；用于調(diào)節(jié)燃料供給系統(tǒng)(3)的上游的氣體狀態(tài)和向下游供給氣體的噴射器(35)；以及用于以預(yù)定驅(qū)動周期來驅(qū)動和控制噴射器(35)的控制裝置(4)?？刂蒲b置(4)根據(jù)燃料電池(10)的運(yùn)行狀態(tài)來設(shè)定噴射器(35)的工作狀態(tài)。能根據(jù)燃料電池的運(yùn)行狀態(tài)(燃料電池的發(fā)電量(功率、電流和電壓)、燃料電池溫度、燃料電池系統(tǒng)的異常狀態(tài)、燃料電池主單元的異常狀態(tài)等)設(shè)定噴射器的工作狀態(tài)(噴射器閥體的開度(氣體通過面積)、噴射器閥的打開時間(氣體噴射時間)等)。因此，能根據(jù)燃料電池的運(yùn)行狀態(tài)恰當(dāng)?shù)馗淖內(nèi)剂蠚怏w供給壓力，從而能提高響應(yīng)性。
文檔編號H01M8/00GK101326667SQ20068004662
公開日2008年12月17日 申請日期2006年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月12日
發(fā)明者蓮香芳信, 長沼良明 申請人:豐田自動車株式會社