燃料電池系統及其控制方法
【專利說明】燃料電池系統及其控制方法
[0001 ] 本申請主張基于在2014年11月13日提出申請的特愿號的日本專利申請的優先權，并將其公開的全部通過參照而援引于本申請。
技術領域
[0002]本發明涉及燃料電池系統及其控制方法。
【背景技術】
[0003]固體高分子型燃料電池(以下，簡稱為“燃料電池”)具備在濕潤狀態下表現出良好的質子傳導性的固體高分子的薄膜，燃料電池的內部的水分狀態會對其發電效率造成影響。在燃料電池系統中，有時會計測表示燃料電池的內部電阻的阻抗來檢測燃料電池內部的水分狀態的變化(例如，日本特開號公報)。

【發明內容】

[0004]已知的是燃料電池的內部電阻由于燃料電池的經年劣化等而變化。因此，在燃料電池發生了經年劣化的情況下，燃料電池的阻抗與燃料電池內部的水分狀態之間的相關關系變化，存在無法準確地檢測燃料電池的水分狀態的可能性。一直以來，為了應用于燃料電池的運轉控制，希望一種并不局限于燃料電池內部的水分狀態，而且能夠更準確地檢測燃料電池的當前的狀態的技術。
[0005]本發明為了解決至少上述的課題的一部分而作出，能夠作為以下的方式實現。
[0006][I]根據本發明的一方式，提供一種燃料電池系統。該燃料電池系統可以具備燃料電池、阻抗計測部、控制部。所述阻抗計測部可以計測所述燃料電池的阻抗。所述控制部可以執行所述燃料電池的運轉控制。所述控制部可以取得表示所述燃料電池處于規定的狀態時的所述燃料電池的阻抗的第一阻抗值，并取得表示在運轉控制中通過所述阻抗計測部計測到的所述燃料電池的阻抗的第二阻抗值，使用所述第一阻抗值和所述第二阻抗值來執行所述燃料電池的運轉控制。根據該方式的燃料電池系統，通過使用第一阻抗值和第二阻抗值，能夠更準確地檢測例如燃料電池內部的濕潤狀態等燃料電池的狀態，能夠進行與燃料電池的狀態對應的更適當的運轉控制。
[0007][2]在上述方式的燃料電池系統中，可以的是，所述控制部使用所述第一阻抗值對所述第二阻抗值進行校正，基于校正后的所述第二阻抗值來執行所述燃料電池的運轉控制。根據該方式的燃料電池系統，基于第一阻抗值而使第二阻抗值適當化，因此能夠更準確地檢測燃料電池的狀態。
[0008][3]上述方式的燃料電池系統可以還具備存儲所述第一阻抗值的存儲部，所述控制部執行如下的更新處理:在所述燃料電池在運轉中達到了所述規定的狀態時，對存儲于所述存儲部的所述第一阻抗值進行更新，在所述更新處理中，所述控制部讀入存儲于所述存儲部的所述第一阻抗值作為上次值，在所述燃料電池處于所述規定的狀態時通過所述阻抗計測部取得所述燃料電池的阻抗作為本次值，使用所述上次值和所述本次值來算出更新后第一阻抗值，將所述更新后第一阻抗值作為所述第一阻抗值而存儲于所述存儲部。根據該方式的燃料電池系統，能夠逐次地更新第一阻抗值，因此使第一阻抗值的值更加適當化。因此，基于阻抗的燃料電池的狀態檢測的精度進一步提高。
[0009][4]上述方式的燃料電池系統還具備檢測所述燃料電池的運轉溫度的溫度檢測部，在所述燃料電池的運轉溫度處于規定的溫度范圍內時，所述控制部判斷為所述燃料電池處于所述規定的狀態，執行所述更新處理。根據該方式的燃料電池系統，在燃料電池處于適合于阻抗的測定的溫度狀態時，能夠取得用于第一阻抗值的更新的本次值，第一阻抗值的可靠性提尚。
[0010][5]在上述方式的燃料電池系統中，可以的是，在所述燃料電池的運轉溫度持續規定的期間處于所述規定的溫度范圍內時，所述控制部判斷為所述燃料電池處于所述規定的狀態，執行所述更新處理。根據該方式的燃料電池系統，在燃料電池繼續適合于阻抗的測定的溫度狀態時，能夠取得本次值，能夠抑制在燃料電池剛成為明顯高溫的狀態之后等取得本次值的情況，能抑制第一阻抗值的可靠性的下降。
[0011][6]在上述方式的燃料電池系統中，可以的是，所述控制部以使所述本次值與所述更新后第一阻抗值之差減小的方式反映所述本次值與所述上次值之差而更新所述第一阻抗值。根據該方式的燃料電池系統，使第一阻抗值的值更加適當化。
[0012][7]在上述方式的燃料電池系統中，可以的是，所述控制部在更新所述第一阻抗值時使用表示反映所述本次值與所述上次值之差的程度的校正強度。若是該方式的燃料電池系統，則通過校正強度的變更，能夠任意地控制用于第一阻抗值的適當化的學習速度。
[0013][8]上述方式的燃料電池系統可以還具備檢測所述存儲部被初始化的履歷的初始化檢測部，在所述初始化檢測部檢測到所述存儲部被初始化的履歷的情況下，所述控制部以使反映所述本次值與所述上次值之差的程度增大的方式變更所述校正強度。若是該方式的燃料電池系統，則存儲部的存儲內容被初始化之后的第一阻抗值的學習速度提高，因此能縮短第一阻抗值恢復至存儲部的初始化前的值附近為止的時間。
[0014][9]在上述方式的燃料電池系統中，可以的是，所述存儲部是第一存儲部，所述燃料電池系統還具備:第二存儲部，存儲所述第一阻抗值的初始值;及初始化檢測部，檢測所述第一存儲部被初始化的履歷，在所述初始化檢測部檢測到所述第一存儲部被初始化的履歷的情況下，所述控制部將比存儲于所述第二存儲部的所述第一阻抗值的初始值大的值設定作為所述上次值，再次開始所述更新處理中的所述第一阻抗值的更新。若是該方式的燃料電池系統，則能縮短第一阻抗值恢復至存儲部的初始化前的值附近為止的時間。
[0015][10]上述方式的燃料電池系統可以還具備向所述燃料電池供給反應氣體的反應氣體供給部，所述控制部執行所述反應氣體供給部的控制作為使用所述第一阻抗值和所述第二阻抗值的所述燃料電池的運轉控制。根據該方式的燃料電池系統，根據燃料電池的當前的阻抗而更適當地執行對于燃料電池的反應氣體的供給。
[0016]上述的本發明的各方式具有的多個構成要素并非全部都為必須的要素，為了解決上述的課題的一部分或全部，或者為了實現本說明書記載的效果的一部分或全部，對于所述多個構成要素的一部分，可以適當進行變更、刪除、與新的其他的構成要素的更換、限定內容的一部分刪除。而且，為了解決上述的課題的一部分或全部，或者為了實現本說明書記載的效果的一部分或全部，可以將上述的本發明的一方式包含的技術特征的一部分或全部與上述的本發明的其他的方式包含的技術特征的一部分或全部組合，來作為本發明的獨立的一方式。
[0017]本發明能夠以燃料電池系統以外的各種方式實現。例如，能夠以燃料電池的阻抗的計測裝置或計測方法、校正方法、燃料電池系統的控制方法、實現上述的方法的計算機程序、存儲有該計算機程序的非暫時性的記錄介質等方式實現。
【附圖說明】
[0018]圖1是表示第一實施方式的燃料電池系統的結構的概略圖。
[0019]圖2是表示第一實施方式的燃料電池系統的電氣性的結構的概略圖。
[0020]圖3是用于說明燃料電池的阻抗的說明圖。
[0021]圖4是表示控制部執行的燃料電池的運轉控制的流程的說明圖。
[0022]圖5是表示阻抗校正基準值更新處理的流程的說明圖。
[0023]圖6是表示阻抗取得處理的流程的說明圖。
[0024]圖7是表示第二實施方式的燃料電池系統的電氣性的結構的概略圖。
[0025]圖8是表示第二實施方式的阻抗校正基準值更新處理的流程的說明圖。
[0026]圖9是表示取代初始值而將校正基準值設定為替代初始值時的效果的說明圖。
【具體實施方式】
[0027]A.第一實施方式:
[0028][燃料電池系統的結構]
[0029]圖1是表示作為本發明的第一實施方式的燃料電池系統100的結構的概略圖。該燃料電池系統100搭載于燃料電池車輛，根據來自駕駛者(使用者)的要求，輸出作為驅動力使用的電力。燃料電池系統100具備控制部10、燃料電池20、陰極氣體供給部30、陽極氣體供給部50、制冷劑供給部70。
[0030]控制部10由具備中央處理裝置和主存儲裝置的微型計算機構成，向主存儲裝置上讀入程序并執行，由此發揮各種功能。控制部10控制燃料電池系統100的各結構部，具有執行使燃料電池20產生與輸出要求對應的電力的燃料電池20的運轉控制的功能。控制部10還具有取得燃料電池20的運轉控制所使用的燃料電池20的阻抗并進行校正的作為阻抗處理部15的功能。關于控制部1的對燃料電池2 O的運轉控制及阻抗處理部15的功能在后文敘述。
[0031]燃料電池20是接受作為反應氣體的氫(陽極氣體)和空氣(陰極氣體)的供給而發電的固體高分子型燃料電池。燃料電池20具有將多個單電池21層疊的堆疊結構。各單電池21分別是即使為單體也能夠發電的發電要素，具有在電解質膜的兩面上配置有電極的作為發電體的膜電極接合體和夾持膜電極接合體的兩張分隔件(未圖示)。電解質膜由在內部包含有水分的濕潤狀態時表現出良好的質子傳導性的固體高分子薄膜構成。膜電極接合體的電極具有催化劑層和氣體擴散層。
[0032]陰極氣體供給部30具有向燃料電池20供給陰極氣體的功能和將從燃料電池20的陰極側排出的排水及陰極廢氣向燃料電池系統100的外部排出的功能。陰極氣體供給部30在燃料電池20的上游側具備陰極氣體配管31、空氣壓縮器32、空氣流量計33、開閉閥34。陰極氣體配管31與燃料電池20的陰極側的入口連接。空氣壓縮器32經由陰極氣體配