專利名稱：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)。
背景技術(shù)：
在人們擔(dān)心依賴于石油的汽車社會(huì)的未來景象的現(xiàn)代，人們期待普及搭載有混合 動(dòng)力燃料電池系統(tǒng)的汽車。在混合動(dòng)力燃料電池系統(tǒng)中，作為電力源而具有燃料電池和蓄 電池(二次電池)，燃料電池和蓄電池相對(duì)于負(fù)載并聯(lián)連接，并且在燃料電池與負(fù)載之間、 以及蓄電池與負(fù)載之間分別安裝有用于進(jìn)行電壓變換的高壓轉(zhuǎn)換器。搭載于汽車等車輛的混合動(dòng)力燃料電池系統(tǒng)的負(fù)載，與設(shè)置于建筑物等的固定式 混合動(dòng)力燃料電池系統(tǒng)的負(fù)載相比，變動(dòng)顯著更大。因此，向燃料電池供應(yīng)反應(yīng)氣體(氧化氣體和/或燃料氣體)的各個(gè)泵等的轉(zhuǎn)速 會(huì)與該負(fù)載的變動(dòng)相應(yīng)地大幅變動(dòng)。例如，當(dāng)駕駛者急速地停止了對(duì)加速踏板的踩踏時(shí) (參照?qǐng)D3的α 1)，負(fù)載大幅地減小。需要使各個(gè)泵的轉(zhuǎn)速也與該負(fù)載的減小相應(yīng)地降低， 以往如專利文獻(xiàn)1所記載的那樣，通過各個(gè)泵的再生控制(即，使泵的電機(jī)作為發(fā)電機(jī)動(dòng) 作，將機(jī)械能變換為電能并回授于電源等)，使各個(gè)泵的轉(zhuǎn)速與負(fù)載的減小相應(yīng)地降低(參 照?qǐng)D3的α 2)。專利文獻(xiàn)1 日本特開平5-111299號(hào)公報(bào)。

發(fā)明內(nèi)容
如果與負(fù)載的減小相應(yīng)地進(jìn)行各個(gè)泵的再生控制，則電機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)大幅地下降， 但是也存在著在電機(jī)的轉(zhuǎn)速大幅下降了的狀態(tài)下執(zhí)行再加速指令(例如緊急行進(jìn)指令)的 情況(例如從平坦的道路臨近上坡時(shí)踩下加速踏板的情況等)。以往，為了能夠響應(yīng)這樣的再加速指令(即，為了確保加速時(shí)的響應(yīng)性)，作為驅(qū) 動(dòng)各個(gè)泵的電機(jī)而使用了能夠發(fā)揮高轉(zhuǎn)矩性能的高轉(zhuǎn)矩電機(jī)，但是在使用了該電機(jī)的情況 下，存在著會(huì)導(dǎo)致高成本化、并且裝置大型化這樣的問題。本發(fā)明是鑒于以上說明的情況而完成的，其目的在于提供一種即使利用與以往相 比轉(zhuǎn)矩低的電機(jī)、也能夠確保加速時(shí)的響應(yīng)性的燃料電池系統(tǒng)。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)為移動(dòng)體用的燃料電池系統(tǒng)，該燃料 電池系統(tǒng)包括燃料電池、和轉(zhuǎn)速根據(jù)該燃料電池所要求的負(fù)載而變化的能夠進(jìn)行再生控制 的電機(jī)，所述燃料電池系統(tǒng)包括判斷單元，判斷是否是燃料電池負(fù)載正在下降、且移動(dòng)速 度為設(shè)定速度以上；以及轉(zhuǎn)速控制單元，在通過所述判斷單元獲得了肯定的判斷結(jié)果的情 況下，避免所述電機(jī)的再生控制，通過惰性運(yùn)行進(jìn)行所述電機(jī)的轉(zhuǎn)速的降低。根據(jù)該構(gòu)成，在燃料電池所要求的負(fù)載(各種電機(jī)和/或輔機(jī)等所要求的電力) 正在下降、且移動(dòng)速度為設(shè)定速度以上的情況下，不進(jìn)行再生控制，而是通過惰性運(yùn)行使該 電機(jī)的轉(zhuǎn)速降低。由此，即使之后駕駛者踩下加速踏板等而執(zhí)行了再加速(參照?qǐng)D3的 β 2)，與以往相比加速力也可以較小，因此能夠采用轉(zhuǎn)矩小的電機(jī)(即小型的電機(jī))，與以往相比能夠?qū)崿F(xiàn)低成本化、裝置的小型化。即，在通過惰性運(yùn)行使電機(jī)的轉(zhuǎn)速降低了的情況 下，與通過再生運(yùn)行使電機(jī)的轉(zhuǎn)速降低了的情況相比，能夠減小轉(zhuǎn)速的減低，由此與以往相 比能夠采用小型的電機(jī)。在此，在上述構(gòu)成中，優(yōu)選如下的方式所述判斷單元判斷是否是所述移動(dòng)體正在 減速、且移動(dòng)速度為設(shè)定速度以上。另外，優(yōu)選如下的方式所述電機(jī)是驅(qū)動(dòng)向所述燃料電 池供應(yīng)反應(yīng)氣體的泵的電機(jī)，所述設(shè)定速度是考慮了在所述移動(dòng)體以所述設(shè)定速度移動(dòng)的 情況下產(chǎn)生的外部噪聲的水平、和在通過所述惰性運(yùn)行使所述電機(jī)旋轉(zhuǎn)的情況下產(chǎn)生的內(nèi) 部噪聲的水平而設(shè)定的速度。另外，在上述構(gòu)成中，優(yōu)選如下的方式所述電機(jī)是驅(qū)動(dòng)循環(huán)泵的電機(jī)，所述循環(huán) 泵將從所述燃料電池排出的燃料排氣氣體的至少一部分返回到燃料氣體的供應(yīng)路徑中，所 述燃料電池系統(tǒng)還包括第一檢測(cè)單元，檢測(cè)所述電機(jī)的轉(zhuǎn)速是否由于通過所述惰性運(yùn)行 實(shí)現(xiàn)的該電機(jī)的轉(zhuǎn)速的降低而低于了下限閾值；以及調(diào)整單元，在所述電機(jī)的轉(zhuǎn)速低于了 下限值的情況下，提高供應(yīng)給所述燃料電池的燃料氣體中包含的氫氣的濃度。另外，在上述構(gòu)成中，優(yōu)選如下的方式在所述循環(huán)路徑上分支連接有放氣路徑， 所述調(diào)整單元利用設(shè)置在所述放氣路徑上的放氣閥來調(diào)整向外部排出所述燃料排氣氣體 的量，由此提高供應(yīng)給所述燃料電池的燃料氣體中包含的氫氣的濃度。另外，在上述構(gòu)成中，優(yōu)選如下的方式所述電機(jī)是驅(qū)動(dòng)向所述燃料電池供應(yīng)氧化 氣體的壓縮機(jī)的電機(jī)，所述燃料電池系統(tǒng)還包括第二檢測(cè)單元，檢測(cè)所述電機(jī)的轉(zhuǎn)速是否 由于通過所述惰性運(yùn)行實(shí)現(xiàn)的該電機(jī)的轉(zhuǎn)速的降低而低于了下限閾值；以及掃氣處理單 元，在所述電機(jī)的轉(zhuǎn)速低于了下限值的情況下，利用供應(yīng)給所述燃料電池的氧化氣體來進(jìn) 行該氧化氣體的供應(yīng)路徑的掃氣。另外，在上述構(gòu)成中，優(yōu)選如下的方式在所述氧化氣體的供應(yīng)路徑與所述氧化氣 體的排出路徑之間連接有向外部導(dǎo)出未反應(yīng)的氧化氣體的至少一部分的旁路路徑，在所述 旁路路徑上設(shè)置有調(diào)整排出到外部的未反應(yīng)氣體的量的旁通閥，所述燃料電池系統(tǒng)還包括 旁通閥調(diào)整單元，該旁通閥調(diào)整單元在通過所述掃氣處理單元進(jìn)行所述供應(yīng)路徑的掃氣時(shí) 利用所述旁通閥來調(diào)整供應(yīng)給所述燃料電池的氧化氣體的量。如以上說明的那樣，根據(jù)本發(fā)明，能夠不利用高轉(zhuǎn)矩電機(jī)而確保加速時(shí)的響應(yīng)性。


圖1是本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；圖2是例示了本實(shí)施方式的車輛的車速的變化的圖；圖3是例示了本實(shí)施方式的車速改變時(shí)的電機(jī)的轉(zhuǎn)速與加速踏板開度的關(guān)系的圖；圖4是例示了本實(shí)施方式的電機(jī)的轉(zhuǎn)速與負(fù)載轉(zhuǎn)矩的關(guān)系的圖；圖5是表示本實(shí)施方式的非轉(zhuǎn)矩控制處理的流程圖；圖6是表示本實(shí)施方式的非轉(zhuǎn)矩控制處理的流程圖；圖7是變形例二的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行說明。首先，對(duì)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的概要進(jìn)行說明。A.本實(shí)施方式圖1是第一實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)1的結(jié)構(gòu)圖。本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)1的特征在于如下方面關(guān)于向燃料電池供應(yīng)反應(yīng)氣 體的泵，在燃料電池所要求的負(fù)載(各種電機(jī)和/或輔機(jī)等所要求的電力)正在下降、且移 動(dòng)速度為設(shè)定速度以上的情況下，不進(jìn)行再生控制，而是通過惰性運(yùn)行(在停止了對(duì)電機(jī) 的電力供應(yīng)的狀態(tài)下的運(yùn)行)使驅(qū)動(dòng)該泵的電機(jī)的轉(zhuǎn)速降低。在此，關(guān)于“燃料電池所要求 的負(fù)載正在下降”是指，除了例如車輛正在減速的情況以外，還包括該車輛不是正在減速、 而是在下坡等正在加速的情況等。即，燃料電池所要求的負(fù)載正在下降的意思，不限于車輛 正在減速的情況，也包括車輛正在加速的情況。另外，在本實(shí)施方式中，假定搭載于燃料電池汽車(FCHV)的燃料電池系統(tǒng)1來進(jìn) 行說明，但是也能夠應(yīng)用于電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車等車輛100或車輛100以外的各種移動(dòng) 體(例如船舶、飛機(jī)、機(jī)器人等)。燃料電池系統(tǒng)1包括燃料電池2、將作為氧化氣體的空氣供應(yīng)給燃料電池2的氧 化氣體配管系統(tǒng)3、將作為燃料氣體的氫氣供應(yīng)給燃料電池2的燃料氣體配管系統(tǒng)4、向燃 料電池2供應(yīng)冷媒的冷媒配管系統(tǒng)5、對(duì)系統(tǒng)1的電力進(jìn)行充放電的電力系統(tǒng)6、以及綜合 控制系統(tǒng)1的運(yùn)行的控制裝置7。酌情將氧化氣體和燃料氣體統(tǒng)稱為反應(yīng)氣體。燃料電池2例如由固態(tài)高分子電解質(zhì)型燃料電池構(gòu)成，具有層疊了多個(gè)單元電池 的堆疊(stack)構(gòu)造。單元電池在包括離子交換膜的電解質(zhì)的一方的面上具有空氣極(陰 極)，在另一方的面上具有燃料極(陽極)，并且還以從兩側(cè)夾持空氣極和燃料極的方式具 有一對(duì)隔板。向一方的隔板的氧化氣體流路加供應(yīng)氧化氣體，向另一方的隔板的燃料氣體 流路2b供應(yīng)燃料氣體。燃料電池2通過被供應(yīng)的燃料氣體與氧化氣體的電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn) 生電力。燃料電池2中的電化學(xué)反應(yīng)為發(fā)熱反應(yīng)，固態(tài)高分子電解質(zhì)型的燃料電池2的溫 度大致為60 80°C。氧化氣體配管系統(tǒng)3具有供應(yīng)給燃料電池2的氧化氣體流經(jīng)的供應(yīng)路徑11、以及 從燃料電池2排出的氧化排氣氣體流經(jīng)的排出路徑12。供應(yīng)路徑11經(jīng)由氧化氣體流路加 與排出路徑12連通。氧化排氣氣體因包含由于燃料電池2的電池反應(yīng)而生成的水分故為 高濕潤(rùn)狀態(tài)。在供應(yīng)路徑11設(shè)置有經(jīng)由空氣凈化器13取入外部氣體的壓縮機(jī)14、以及對(duì)由 壓縮機(jī)14壓送給燃料電池2的氧化氣體進(jìn)行加濕的加濕器15。氧化排氣氣體因包含由于燃料電池2的電池反應(yīng)而生成的水分故為高濕潤(rùn)狀態(tài)。 供應(yīng)給燃料電池2的空氣極側(cè)的氧化氣體量，通過控制驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)14的電機(jī)1 的轉(zhuǎn)速等 來調(diào)整。燃料電池2的空氣極側(cè)的背壓，通過設(shè)置于陰極出口附近的排出路徑12的背壓調(diào) 整閥16來調(diào)整。在背壓調(diào)整閥16的附近設(shè)置有檢測(cè)排出路徑12內(nèi)的壓力的壓力傳感器 P1。氧化排氣氣體經(jīng)過背壓調(diào)整閥16和加濕器15并最終作為排氣氣體被排放到系統(tǒng)外部 的大氣中。燃料電池2的空氣極側(cè)的背壓，通過設(shè)置于陰極出口附近的排出路徑12的背壓調(diào) 整閥16來調(diào)整。在背壓調(diào)整閥16的附近設(shè)置有檢測(cè)排出路徑12內(nèi)的壓力的壓力傳感器 P1。氧化排氣氣體經(jīng)過背壓調(diào)整閥16和加濕器15并最終作為排氣氣體被排放到系統(tǒng)外部的大氣中。燃料氣體配管系統(tǒng)4具有氫供應(yīng)源21、從氫供應(yīng)源21供應(yīng)給燃料電池2的氫氣 流經(jīng)的供應(yīng)路徑22、用于使從燃料電池2排出的氫排氣氣體(燃料排氣氣體)返回到與供 應(yīng)路徑22的匯合點(diǎn)A的循環(huán)路徑23、將循環(huán)路徑23內(nèi)的氫排氣氣體壓送至供應(yīng)路徑22的 循環(huán)泵24、以及分支連接于循環(huán)路徑23的放氣路徑25。返回到供應(yīng)路徑22的氫排氣氣體 量，通過控制驅(qū)動(dòng)循環(huán)泵M的電機(jī)2 的轉(zhuǎn)速等來調(diào)整。另外，通過打開止回閥沈而從氫 供應(yīng)源21流出到供應(yīng)路徑22的氫氣，經(jīng)由調(diào)壓閥27及其他的減壓閥、以及切斷閥觀被供 應(yīng)給燃料電池2。在放氣路徑25上設(shè)置有用于將氫排氣氣體排出到氫稀釋器(圖示省略) 的放氣閥33。冷媒配管系統(tǒng)5具有與燃料電池2內(nèi)的冷卻流路2c連通的冷媒流路41、設(shè)置于 冷媒流路41的冷卻泵42、對(duì)從燃料電池2排出的冷媒進(jìn)行冷卻的散熱器43、旁路于散熱器 43的旁路流路44、以及設(shè)定冷卻水向散熱器43和旁路流路44的流通的轉(zhuǎn)換閥45。冷媒流 路41具有設(shè)置于燃料電池2的冷媒入口附近的溫度傳感器46、以及設(shè)置于燃料電池2的 冷媒出口附近的溫度傳感器47。溫度傳感器47檢測(cè)的冷媒溫度反映燃料電池2的內(nèi)部溫 度(以下稱為燃料電池2的溫度)。另外，溫度傳感器47也可以代替冷媒溫度而(或除了 冷媒溫度以外還)檢測(cè)燃料電池周邊的部件的溫度。另外，流經(jīng)冷媒流路41的冷媒的量， 通過控制電機(jī)42a的轉(zhuǎn)速等來調(diào)整。電力系統(tǒng)6除了高壓DC/DC轉(zhuǎn)換器61、蓄電池62、牽引逆變器63、牽引電機(jī)64以 外還包括與各個(gè)電機(jī)連接的輔機(jī)逆變器(圖示省略)。高壓DC/DC轉(zhuǎn)換器61是直流的電壓 變換器，具有調(diào)整從蓄電池62輸入的直流電壓并將其輸出到牽引逆變器63側(cè)的功能、以及 調(diào)整從燃料電池2或牽引電機(jī)64輸入的直流電壓并將其輸出到蓄電池62的功能。通過高 壓DC/DC轉(zhuǎn)換器61的這些功能來實(shí)現(xiàn)蓄電池62的充放電。另外，通過高壓DC/DC轉(zhuǎn)換器 61來控制燃料電池2的輸出電壓。牽引逆變器63將直流電流變換為三相交流并將其供應(yīng)給牽引電機(jī)64。牽引電機(jī) 64例如是三相交流電機(jī)。牽引電機(jī)64構(gòu)成搭載燃料電池1的例如車輛100的主動(dòng)力源，該 牽引電機(jī)64與車輛100的車輪101L、IOlR連結(jié)。壓縮機(jī)14、循環(huán)泵M、冷卻泵42的驅(qū)動(dòng)，通過對(duì)應(yīng)的各個(gè)電機(jī)14a、Ma、4^i來控 制。在此，本實(shí)施方式的搭載于壓縮機(jī)14和循環(huán)泵M的電機(jī)14a、Ma，除了實(shí)現(xiàn)與以往相 同的再生制動(dòng)功能、即使泵的電機(jī)作為發(fā)電機(jī)動(dòng)作、將機(jī)械能變換為電能并回授于電源等 的功能以外，還實(shí)現(xiàn)在車輛正在減速、且車速為預(yù)定速度以上的情況下通過惰性運(yùn)行使該 電機(jī)的轉(zhuǎn)速降低的功能(以下稱為惰性轉(zhuǎn)速降低功能)(稍后進(jìn)行詳細(xì)說明)。這些各個(gè)電 機(jī)的驅(qū)動(dòng)由控制裝置7來控制?？刂蒲b置7作為在內(nèi)部具有CPU、R0M、RAM的微機(jī)而構(gòu)成。CPU按照控制程序來執(zhí) 行期望的運(yùn)算，進(jìn)行通常運(yùn)行的控制等各種處理和控制。ROM存儲(chǔ)由CPU處理的控制程序和 /或控制數(shù)據(jù)。RAM主要是作為用于控制處理的各種操作區(qū)域來使用?？刂蒲b置7，輸入來自各種壓力傳感器P1、溫度傳感器46、47、以及檢測(cè)車輛100的 加速踏板開度的加速踏板開度傳感器70等各種傳感器的檢測(cè)信號(hào)，并向各個(gè)構(gòu)成要素(壓 縮機(jī)14、背壓調(diào)整閥16等)輸出控制信號(hào)。另外，控制裝置7基于由加速踏板開度傳感器70等檢測(cè)出的車速V和/或制動(dòng)踏板的操作指示等來控制驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)14的電機(jī)1 和驅(qū)動(dòng)循環(huán)泵M的電機(jī)2 的轉(zhuǎn)速 等。在以下的說明中，為了方便起見，將電機(jī)14a、電機(jī)2 統(tǒng)稱為反應(yīng)氣體供應(yīng)控制電機(jī)。圖2是例示了該車輛的車速的變化的圖，圖3是例示了車速如圖2所示那樣變化 時(shí)的反應(yīng)氣體供應(yīng)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速與加速踏板開度的關(guān)系的圖。在圖3中，以虛線來表示 以往的反應(yīng)氣體供應(yīng)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速的變化，以實(shí)線來表示本實(shí)施例中的反應(yīng)氣體供應(yīng)控 制電機(jī)的轉(zhuǎn)速的變化。如圖2和圖3所示，當(dāng)駕駛者停止了加速踏板的踩踏時(shí)(參照時(shí)刻t0)，該車輛開 始減速。控制裝置7此時(shí)基于來自加速踏板開度傳感器70等的檢測(cè)信號(hào)，求出每單位時(shí)間 的減速幅df并求出該車輛的車速V?？刂蒲b置(判斷單元)7判斷求出的減速幅df是否超 過了存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器80中的減速幅上限值dfth，并且判斷車輛的車速V是否超過了存儲(chǔ)在存 儲(chǔ)器80中的車速下限值Vth (參照下式(1)、O))。另外，在圖2中，設(shè)想滿足了下式(1)、 (2)的情況(判斷結(jié)果為肯定的情況)。df > dfth. . . (1)V > Vth ... (2)在此，可以根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等來任意地設(shè)定、變更存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器80中的減速幅上限 值dfth和車速下限值Vth。但是，關(guān)于車速下限值(設(shè)定速度)Vth，希望考慮車輛行駛時(shí)的 輪胎的噪聲和/或風(fēng)聲等外部噪聲來決定。具體地說，如果外部噪聲大，則由于反應(yīng)氣體供 應(yīng)控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的空氣壓縮機(jī)14和/或循環(huán)泵M的噪聲(以下稱為泵噪聲(內(nèi) 部噪聲))會(huì)被外部噪聲掩沒，因此不會(huì)給駕駛者等帶來不適感。因此，即使僅通過惰性運(yùn) 行降低了空氣壓縮機(jī)14和/或循環(huán)泵M的轉(zhuǎn)速(即，與以往相比電機(jī)的轉(zhuǎn)速維持為高轉(zhuǎn) 速的狀態(tài)的情況；參照?qǐng)D幻，也希望將該車速下限值Vth設(shè)定為泵噪聲會(huì)被車輛行駛時(shí)的 輪胎的噪聲和/或風(fēng)聲等外部噪聲掩沒的程度的值。另外，預(yù)先通過實(shí)驗(yàn)等求出泵噪聲被 外部噪聲掩沒的程度的車速即可。如上所述，以往即使在滿足了上式(1)、(2)所示的條件的情況下，也伴隨車速的 減速執(zhí)行再生控制，使反應(yīng)氣體供應(yīng)控制電機(jī)14a、2^的轉(zhuǎn)速降低(參照?qǐng)D3的虛線)。與 此相對(duì)，在本實(shí)施方式中，控制裝置(轉(zhuǎn)速控制單元)7在判斷為滿足了上式(1)、(2)所示 的條件時(shí)，實(shí)現(xiàn)圖3中以實(shí)線表示的惰性轉(zhuǎn)速降低功能。在此，圖4是例示了反應(yīng)氣體供應(yīng)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速與負(fù)載轉(zhuǎn)矩的關(guān)系的圖。如圖4所示，隨著反應(yīng)氣體供應(yīng)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速變大，負(fù)載轉(zhuǎn)矩也變大。具體地 說，隨著使燃料氣體循環(huán)的循環(huán)泵M的電機(jī)2 的轉(zhuǎn)速變大，循環(huán)的燃料氣體的流量增大， 隨著該流量的增大，壓力損失變大，由此負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大。另一方面，供應(yīng)氧化氣體的空氣壓 縮機(jī)14的電機(jī)1 的轉(zhuǎn)速和負(fù)載轉(zhuǎn)矩分別與氧化氣體的流量和壓力相對(duì)應(yīng)，隨著流量(轉(zhuǎn) 速)的增大，壓力(負(fù)載轉(zhuǎn)矩)變大。如此，所有的電機(jī)都是隨著轉(zhuǎn)速的增大而負(fù)載轉(zhuǎn)矩變大，但是由于通常電機(jī)是考 慮了圖4中以斜線表示的加速轉(zhuǎn)矩和以實(shí)線表示的負(fù)載轉(zhuǎn)矩而設(shè)計(jì)的(參照?qǐng)D4所示的白 圈)，因此如果可以使加速轉(zhuǎn)矩(即加速力)小，則能夠相應(yīng)地使電機(jī)小型化。換言之，能夠 采用轉(zhuǎn)矩小的電機(jī)。關(guān)于這一點(diǎn)，以往如圖3的α 1所示，由于與車速的減速相應(yīng)地大幅地降低了電機(jī) 的轉(zhuǎn)速(再生控制功能的實(shí)現(xiàn))，因此如果考慮到之后駕駛者踩下加速踏板等而執(zhí)行再加速的情況(參照?qǐng)D3的α 2)，則需要采用轉(zhuǎn)矩大的電機(jī)(S卩，能夠應(yīng)對(duì)緊急加速的轉(zhuǎn)矩大的 電機(jī))，因此存在著會(huì)導(dǎo)致高成本化、裝置大型化的問題。與此相對(duì)，在本實(shí)施方式中，如圖3的β 1所示，在滿足了上式(1)、(2)的情況下， 不進(jìn)行再生控制，而是通過惰性運(yùn)行將電機(jī)的轉(zhuǎn)速的下降抑制到最小限度(惰性轉(zhuǎn)速降低 功能的實(shí)現(xiàn))。由此，即使之后駕駛者踩下加速踏板等而進(jìn)行了再加速(參照?qǐng)D3的β 2)， 與以往相比加速力可以較小，因此能夠采用轉(zhuǎn)矩小的電機(jī)(即小型的電機(jī))，與以往相比能 夠?qū)崿F(xiàn)低成本化、裝置的小型化。以下，參照?qǐng)D5、圖6來說明在實(shí)現(xiàn)惰性轉(zhuǎn)速降低功能時(shí)由控制裝置7執(zhí)行的非再 生轉(zhuǎn)矩控制處理。另外，圖5表示了控制反應(yīng)氣體供應(yīng)控制電機(jī)1 和2 中的、驅(qū)動(dòng)空氣 壓縮機(jī)14a的電機(jī)14a時(shí)的非再生轉(zhuǎn)矩控制處理，圖6表示了控制驅(qū)動(dòng)氫循環(huán)泵2 的電 機(jī)2 時(shí)的再生轉(zhuǎn)矩控制處理。另外，對(duì)圖5和圖6所示的步驟中共同的步驟標(biāo)注相同的 附圖標(biāo)記并省略詳細(xì)的說明。<應(yīng)用于空氣壓縮機(jī)14的情況>控制裝置(判斷單元)7基于來自加速踏板開度傳感器70等的檢測(cè)信號(hào)，求出每 單位時(shí)間的減速幅df，判斷求出的減速幅df是否超過了存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器80中的減速幅上限 值dfth (步驟Si)?？刂蒲b置(判斷單元)7在求出的減速幅df未超過減速幅上限值dfth 的情況下(步驟Sl 否)，結(jié)束非再生轉(zhuǎn)矩控制處理，另一方面在求出的減速幅df超過了 減速幅上限值dfth的情況下(參照上式(1))，進(jìn)入步驟S2，判斷燃料電池2的負(fù)載的變化 速度是否超過了下限值。另外，在本實(shí)施方式中，作為判斷燃料電池2的負(fù)載的變化速度是 否超過了下限值的一個(gè)例子，設(shè)想判斷車速V是否超過了存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器80中的車速下限值 Vth的情況。在此，作為“負(fù)載”的檢測(cè)方式，也可以著眼于燃料電池2的輸出電流、輸出電 壓、輸出電力，通過判斷這些參數(shù)值是否超過了設(shè)定的下限值來進(jìn)行判斷。控制裝置(轉(zhuǎn)速控制單元)7在判斷為燃料電池2的負(fù)載的變化速度未超過下限 值(即求出的車速V未超過車速下限值Vth)時(shí)，結(jié)束非再生轉(zhuǎn)矩控制處理，另一方面在燃 料電池2的負(fù)載的變化速度超過了下限值的情況下(即在求出的車速V超過了車速下限值 Vth的情況下)(參照上式( )，進(jìn)入步驟S3，不進(jìn)行再生控制，而是通過惰性運(yùn)行使空氣壓 縮機(jī)14的電機(jī)14a的轉(zhuǎn)速降低。然后，控制裝置(第二檢測(cè)單元)7判斷電機(jī)14a的轉(zhuǎn)速 是否低于存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器80中的轉(zhuǎn)速下限值Uthl (步驟S4)?？刂蒲b置(掃氣處理單元)7 在判斷出電機(jī)Ha的轉(zhuǎn)速低于轉(zhuǎn)速下限值Uthl時(shí)，通過向電機(jī)Ha供應(yīng)電力來實(shí)施掃氣處 理(步驟S5)。通過執(zhí)行掃氣處理，抑制了電機(jī)1 的轉(zhuǎn)速下降，并且將存積在燃料電池的 陰極等中的生成水(殘留水)排出到外部，因此減少了會(huì)對(duì)發(fā)電帶來不利影響的殘留水，能 夠獲得再加速時(shí)的燃料電池2的發(fā)電效率提高這樣的效果。然后，控制裝置7返回到步驟 Si，重復(fù)執(zhí)行上述一系列的步驟，如果在步驟Sl或步驟S2中得到否定的判定結(jié)果“否”，則 結(jié)束以上說明的處理。<應(yīng)用于氫循環(huán)泵M的情況>控制裝置7在以步驟Sl —步驟S2 —步驟S3推進(jìn)時(shí)，通過惰性運(yùn)行使循環(huán)泵M 的電機(jī)2 的轉(zhuǎn)速降低。然后，控制裝置(第一檢測(cè)單元)7判斷電機(jī)Ma的轉(zhuǎn)速是否低于 存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的轉(zhuǎn)速下限值Uth2(步驟S4)?？刂蒲b置(調(diào)整單元)7在判斷出電機(jī)14a 的轉(zhuǎn)速低于轉(zhuǎn)速下限值Uth2時(shí)，進(jìn)行提高循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的氫濃度的處理(具體地說執(zhí)行放氣處理或提高供應(yīng)壓力的處理)(步驟S5a)。例如，在執(zhí)行放氣處理的情況下，控制裝置7調(diào)整放氣閥33的閥開度和/或閥的 開啟、關(guān)閉時(shí)間。通過如此執(zhí)行放氣處理等，循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的氫濃度提高，平均分子量下降，壓 力損失減少。由此，電機(jī)Ma的負(fù)載轉(zhuǎn)矩降低，電機(jī)2 的轉(zhuǎn)速降低變慢。并且，由于循環(huán) 系統(tǒng)內(nèi)的氫濃度提高，能夠獲得再加速時(shí)的燃料電池2的發(fā)電效率提高這樣的效果。然后， 控制裝置7返回到步驟Si，重復(fù)執(zhí)行上述一系列的步驟，如果在步驟Sl或S2中得出了否定 的結(jié)果“否”，則結(jié)束以上說明的處理。如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式，在車輛正在減速、并且車速為預(yù)定速度的情況下，不 進(jìn)行再生控制，而是通過惰性運(yùn)行使該電機(jī)的轉(zhuǎn)速降低。由此，即使之后駕駛者踩下加速踏 板等而進(jìn)行了再加速(參照?qǐng)D4的β幻，與以往相比加速力可以較小，因此能夠采用轉(zhuǎn)矩小 的電機(jī)(即小型的電機(jī))，與以往相比能夠?qū)崿F(xiàn)低成本化、裝置的小型化。而且，在應(yīng)用于空氣壓縮機(jī)14的情況下，在空氣壓縮機(jī)14的電機(jī)1 的轉(zhuǎn)速低于 預(yù)定值時(shí)執(zhí)行掃氣處理，由此能夠抑制電機(jī)14a的轉(zhuǎn)速的降低并提高再加速時(shí)的燃料電池 2的發(fā)電效率。另一方面，在應(yīng)用于氫循環(huán)泵M的情況下，在氫循環(huán)泵M的電機(jī)2 的轉(zhuǎn)速低于 預(yù)定值時(shí)執(zhí)行放氣處理等，由此能夠抑制電機(jī)Ma的轉(zhuǎn)速的降低并提高再加速時(shí)的燃料電 池2的發(fā)電效率。而且，在車速為預(yù)定值以上的情況下，具體地說在空氣壓縮機(jī)14、循環(huán)泵M的泵 噪聲是會(huì)被車輛行駛時(shí)的輪胎的噪聲、風(fēng)聲等外部噪聲掩沒的程度的情況下，執(zhí)行以上說 明的非再生轉(zhuǎn)矩控制處理，因此還能夠防患于未然地防止給駕駛者等帶來不適感這樣的問題。B.變形例<變形例一 >在上述實(shí)施方式中，對(duì)將本發(fā)明應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)14的電機(jī)1 和驅(qū)動(dòng)氫循 環(huán)泵M的電機(jī)Ma的情況進(jìn)行了說明，但是本發(fā)明也能夠同樣地應(yīng)用于例如驅(qū)動(dòng)冷卻泵42 的電機(jī)42a、根據(jù)從燃料電池40供應(yīng)的電力控制轉(zhuǎn)速的其他輔機(jī)類的電機(jī)(省略圖示)。本 發(fā)明能夠應(yīng)用于轉(zhuǎn)速根據(jù)從燃料電池2供應(yīng)的電流和/或電壓而變化的所有旋轉(zhuǎn)體。<變形例二 >另外，雖然在上述本實(shí)施方式中沒有特別提及，但是在將本發(fā)明應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)空氣 壓縮機(jī)14的電機(jī)1 的情況下，由于上述掃氣處理而供應(yīng)了必要以上的氧化氣體(即因?yàn)?氧化氣體過多)，所以燃料電池2的電解質(zhì)膜可能會(huì)過于干燥。為了防患于未然地防止該問 題出現(xiàn)，可以利用空氣旁通閥等將從空氣壓縮機(jī)14供應(yīng)給燃料電池2的氧化氣體的一部分 以未反應(yīng)氣體的狀態(tài)排出到外部。具體地說，如圖7所示，在氧化氣體的供應(yīng)路徑11與排出路徑12之間設(shè)置有使 未反應(yīng)的氧化氣體的一部分繞過燃料電池2而導(dǎo)向排出通路(省略圖示)的旁路18、以及 調(diào)整流經(jīng)旁路18的氧化氣體的流量(即氧化氣體的旁通量)的空氣旁通閥19?？刂蒲b置 (旁通閥調(diào)整單元)7在執(zhí)行上述掃氣處理時(shí)，控制空氣旁通閥19的閥開度和/或開閉時(shí)間 的間隔等以使電解質(zhì)膜不會(huì)過于干燥。另外，關(guān)于空氣旁通閥19的控制內(nèi)容，也可以預(yù)先 進(jìn)行映射化并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器80等中。[0071 [0072 [0073 [0074 [0075 [0076 [0077 [0078 [0079 [0080附圖標(biāo)記說明 1燃料電池系統(tǒng) 2燃料電池 7控制裝置 14空氣壓縮機(jī) 14a,24a,42a 電機(jī) 24循環(huán)泵 42冷卻泵70加速踏板開度傳感器 90制動(dòng)踏板
權(quán)利要求
1.一種移動(dòng)體用的燃料電池系統(tǒng)，該燃料電池系統(tǒng)包括燃料電池、和轉(zhuǎn)速根據(jù)該燃料 電池所要求的負(fù)載而變化的能夠進(jìn)行再生控制的電機(jī)，所述燃料電池系統(tǒng)包括判斷單元，判斷是否是燃料電池負(fù)載正在下降、且移動(dòng)速度為設(shè)定速度以上；以及 轉(zhuǎn)速控制單元，在通過所述判斷單元獲得了肯定的判斷結(jié)果的情況下，避免所述電機(jī) 的再生控制，通過惰性運(yùn)行進(jìn)行所述電機(jī)的轉(zhuǎn)速的降低。
2.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述判斷單元判斷是否是所述移動(dòng)體正在減速、且移動(dòng)速度為設(shè)定以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述電機(jī)是驅(qū)動(dòng)向所述燃料電池供應(yīng)反應(yīng)氣體的泵的電機(jī)，所述設(shè)定速度是考慮了在所述移動(dòng)體以所述設(shè)定速度移動(dòng)的情況下產(chǎn)生的外部噪聲 的水平、和在通過所述惰性運(yùn)行使所述電機(jī)旋轉(zhuǎn)的情況下產(chǎn)生的內(nèi)部噪聲的水平而設(shè)定的 速度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述電機(jī)是驅(qū)動(dòng)循環(huán)泵的電機(jī)，所述循環(huán)泵將從所述燃料電池排出的燃料排氣氣體的 至少一部分返回到燃料氣體的供應(yīng)路徑中， 所述燃料電池系統(tǒng)還包括第一檢測(cè)單元，檢測(cè)所述電機(jī)的轉(zhuǎn)速是否由于通過所述惰性運(yùn)行實(shí)現(xiàn)的該電機(jī)的轉(zhuǎn)速 的降低而低于了下限閾值；以及調(diào)整單元，在所述電機(jī)的轉(zhuǎn)速低于了下限值的情況下，提高供應(yīng)給所述燃料電池的燃 料氣體中包含的氫氣的濃度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料電池系統(tǒng)，其中， 在所述循環(huán)路徑上分支連接有放氣路徑，所述調(diào)整單元利用設(shè)置在所述放氣路徑上的放氣閥來調(diào)整向外部排出所述燃料排氣 氣體的量，由此提高供應(yīng)給所述燃料電池的燃料氣體中包含的氫氣的濃度。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述電機(jī)是驅(qū)動(dòng)向所述燃料電池供應(yīng)氧化氣體的壓縮機(jī)的電機(jī)， 所述燃料電池系統(tǒng)還包括第二檢測(cè)單元，檢測(cè)所述電機(jī)的轉(zhuǎn)速是否由于通過所述惰性運(yùn)行實(shí)現(xiàn)的該電機(jī)的轉(zhuǎn)速 的降低而低于了下限閾值；以及掃氣處理單元，在所述電機(jī)的轉(zhuǎn)速低于了下限值的情況下，利用供應(yīng)給所述燃料電池 的氧化氣體來進(jìn)行該氧化氣體的供應(yīng)路徑的掃氣。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，在所述氧化氣體的供應(yīng)路徑與所述氧化氣體的排出路徑之間連接有向外部導(dǎo)出未反 應(yīng)的氧化氣體的至少一部分的旁路路徑，在所述旁路路徑上設(shè)置有調(diào)整排出到外部的未反應(yīng)氣體的量的旁通閥， 所述燃料電池系統(tǒng)還包括旁通閥調(diào)整單元，該旁通閥調(diào)整單元在通過所述掃氣處理單 元進(jìn)行所述供應(yīng)路徑的掃氣時(shí)利用所述旁通閥來調(diào)整供應(yīng)給所述燃料電池的氧化氣體的 量。
全文摘要
本發(fā)明提供一種即使利用轉(zhuǎn)矩低于以往的電機(jī)也能夠確保加速時(shí)的響應(yīng)性的燃料電池系統(tǒng)?？刂蒲b置在燃料電池所要求的負(fù)載(各種電機(jī)、輔機(jī)等所要求的電力)正在下降、且移動(dòng)速度為設(shè)定速度以上的情況下，不進(jìn)行再生控制，而是通過惰性運(yùn)行使空氣壓縮機(jī)、循環(huán)泵、冷卻泵的電機(jī)的轉(zhuǎn)速降低。由此，即使之后駕駛者踩下加速踏板等而進(jìn)行了再加速(參照?qǐng)D3的β2)，與以往相比加速力也可以較小，因此能夠采用轉(zhuǎn)矩小的電機(jī)。
文檔編號(hào)H01M8/10GK102047484SQ200980120468
公開日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2009年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月10日
發(fā)明者片野剛司 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社