燃料電池系統技術方案

一種燃料電池系統（10），其包括蓄電裝置（14）、燃料電池（30）、電力電路（16）、控制器（90）和存儲器（94）。存儲器（94）存儲有利組合范圍（96），在有利組合范圍（96）中燃料電池（30）的水分布狀況與蓄電裝置（14）的充電狀態的組合適合于車輛的所需動力，并且控制器（90）包括：水分布狀況估計與獲取單元（100），其獲取燃料電池（30）的水分布狀況；充電狀態獲取單元（102），其獲取蓄電裝置（14）的充電狀態；組合狀態確定單元（104），其確定所獲取的水分狀況和所獲取的充電狀態的組合是否在有利組合范圍內；以及組合狀態改善單元（106），其在組合不在有利組合范圍內時，改善燃料電池（30）的水分布狀況。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及一種燃料電池系統，更具體地，涉及一種與蓄電裝置一起使用的燃料電池系統。
技術介紹
例如，安裝有燃料電池的車輛除燃料電池之外還配備有蓄電裝置，并且當起動燃 料電池時，或者當由車輛所需的電力不能僅由燃料電池的輸出提供時，從蓄電裝置供應所需的電力。在燃料電池中，諸如氫的燃料氣體供應至陽極側，并且諸如空氣的含氧氧化氣體供應至陰極側，使得通過電解質膜由燃料氣體與氧化氣體之間的反應產生所需電力。此時，在陰極側形成作為反應產物的水。由于如此形成的水滲透通過電解質膜并到達陽極側，所以使電解質膜的陽極側上的濕度提高至合適的水平，并且氫質子通過膜的輸送在該濕度下發生，使得由質子與氧之間的反應產生電力。因此，需要將電解質膜的濕度或含水量控制到合適的水平，以便以高的效率實現發電。因此，燃料電池的輸出受到在電解質膜處感測的水分布狀況的影響，并進行吹掃操作或水合操作，以便保持最佳的水分布狀況。在蓄電裝置重復充電和放電的同時，其輸出特性由于過度充電或過度放電而劣化。而且，蓄電裝置的輸出隨溫度而變化。因此，由于蓄電裝置的輸出與其充電狀態具有特定關系，所以管理或控制蓄電裝置的充電狀態(SOC)和蓄電裝置溫度。例如，日本專利申請公布No. 2008-282767 (JP-A-2008-282767)公開了一種燃料電池系統，其中基于測量的阻抗值和檢測的SOC值進行吹掃操作。此外，當燃料電池在正常運行模式下時，在不考慮SOC的情況下，系統進行吹掃操作持續設定的時間段。當燃料電池在低溫運行模式下時，進行利用低濕度氣體的吹掃操作，用于改善起動能力或起動性能。此外，日本專利申請公布No. 2007-324071 (JP-A-2007-324071)公開了一種燃料電池系統，其基于在燃料電池堆中剩余的水量、向空氣壓縮機供應電力的二次電池的溫度和二次電池的充電狀態，來確定吹掃狀況，并控制從空氣壓縮機供應的吹掃空氣的量。此外，日本專利申請公布No. 2004-281219 (JP-A-2004-281219)公開了一種燃料電池系統，其在能夠從燃料電池和二次電池供應負載和附件所需的最大電力時正常運行，并且當不能供應最大電力時進行預熱操作。在此，預熱操作通過重復燃料電池的發電與暫停以及重復二次電池的充電與放電來實現。因此，在相關技術的燃料電池系統中，分別確保燃料電池的輸出和蓄電裝置的輸出，并且確定在燃料電池的運行期間的水分布狀況的目標范圍和在蓄電裝置的運行期間的SOC的目標范圍。而且，當在運行期間存在燃料電池的輸出不足時利用蓄電裝置的輸出，并且當存在蓄電裝置的輸出不足時利用來自燃料電池的電力給蓄電裝置充電。因此，對燃料電池和蓄電裝置分配所需動力。同時，在以上確認的公布中沒有關于以下情形的說明當使落在目標范圍之外的燃料電池的水分布狀況或蓄電裝置的充電狀態落入目標范圍之內時，燃料電池與蓄電裝置之間的有效的動力分配。
技術實現思路
本專利技術提供一種燃料電池系統，其中可將所需動力有效地分配給燃料電池和蓄電 裝直。根據本專利技術的一個方面用于車輛的燃料電池系統包括水分布狀況估計單元，其用于估計并獲取燃料電池的水分布狀況；充電狀態獲取單元，其用于獲取蓄電裝置的充電狀態；確定單元，其根據預定標準而將有利的組合范圍設定成這樣的組合范圍，即在該組合范圍中燃料電池的水分布狀況與蓄電裝置的充電狀態的組合適合于車輛的所需動力，并且該確定單元確定所獲取的水分布狀況與所獲取的充電狀態的實際組合是否在有利的組合范圍內；以及組合狀態改善單元，其在實際組合不在有利的組合范圍內時利用蓄電裝置的輸出來改善燃料電池的水分布狀況，以便使實際組合移至有利的組合范圍內。在根據本專利技術的以上方面的燃料電池系統中，當車輛起動或者在用蓄電裝置的輸出的電池運行模式下運行，并且確定單元確定實際組合使得蓄電裝置的充電狀態處于充足的水平，但是燃料電池的水分布狀況不能令人滿意時，組合狀態改善單元可利用蓄電裝置的輸出來改善燃料電池的水分布狀況。在根據本專利技術的以上方面的燃料電池系統中，當車輛處于最大輸出狀況或者燃料電池處于從燃料電池的運行暫停的狀況到運行恢復的狀況的過渡，而確定單元確定實際組合使得蓄電裝置的充電狀態處于不足的水平，并且燃料電池的水分布狀況不能令人滿意時，組合狀態改善單元可利用蓄電裝置的輸出來改善燃料電池的水分布狀況。在根據本專利技術的以上方面的燃料電池系統中，當燃料電池的水分布狀況是過高的濕度狀況時，組合狀態改善單元可以操作用于供應吹掃氣體的空氣壓縮機。水分布狀況處于過高的濕度狀況表示含水量大到使得燃料電池的輸出特性變成不能令人滿意，而水分布狀況處于過低的濕度狀況表示含水量小到使得燃料電池的輸出特性變成不能令人滿意。在根據本專利技術的以上方面的燃料電池系統中，當燃料電池的水分布狀況是過低的濕度狀況時，組合狀態改善單元可以調節燃料電池的背壓調節閥的打開程度，以便提高燃料電池的背壓并改善水分布狀況。在根據本專利技術的以上方面的燃料電池系統中，當燃料電池的水分布狀況是過低的濕度狀況時，組合狀態改善單元可以控制用于燃料電池的冷卻劑循環泵的運行，以便降低燃料電池的溫度并改善水分布狀況。在如上所述構成的燃料電池系統中，根據預定標準將有利的組合范圍設定成這樣的組合范圍，即在該組合范圍中，燃料電池的水分布狀況與蓄電裝置的充電狀態的組合適合于車輛的所需動力，并確定實際的水分布狀況與充電狀態的實際組合是否在有利的組合范圍內。如果實際組合不在有利的組合范圍內，則利用蓄電裝置的輸出來改善燃料電池的水分布狀況，使得實際組合移至有利的組合范圍內。盡管燃料電池系統包括蓄電裝置，燃料電池可以是處于正常運行狀況的主電源。采用以上構造，蓄電裝置有效地用于使作為主電源的燃料電池的水分布狀況最佳，或者維持最佳的水分布狀況。因此，包括蓄電裝置的燃料電池系統總體上能夠通過在燃料電池與蓄電裝置之間合適的動力分配來有效地產生輸出動力。在如上所述的燃料電池系統中，當車輛起動或者在用蓄電裝置的輸出的電池運行模式下運行，并且確定實際組合使得蓄電裝置的充電狀態處于充足水平，但是燃料電池的水分布狀況不能令人滿意時，可利用蓄電裝置的輸出來改善燃料電池的水分布狀況。這樣，可在早期將作為主電源的燃料電池的輸出動力提高至所期望的水平。在如上所述的燃料電池系統中，當車輛處于最大輸出狀況或者燃料電池處于從燃料電池的運行暫停的狀況到運行恢復的狀況的過渡，而確定實際組合使得蓄電裝置的充電狀態處于不足的水平，并且燃料電池的水分布狀況不能令人滿意時，組合狀態改善單元可以利用蓄電裝置的輸出來改善燃料電池的水分布狀況。這樣，可在早期將作為主電源的燃料電池的輸出動力提高至所期望的水平。在如上所述的燃料電池系統中，當燃料電池的水分布狀況是過高的濕度狀況時，組合狀態改善單元可以操作用于供應吹掃氣體的空氣壓縮機。以這種方式，可以將燃料電池的水分布狀況控制到合適的范圍內，并且可以在早期將作為主電源的燃料電池的輸出動力提高至所期望的水平。 在如上所述的燃料電池系統中，當燃料電池的水分布狀況是過低的濕度狀況時，組合狀態改善單元可以調節燃料電池的背壓調節閥的開度，以便提高燃料電池的背壓并改善水分布狀況。此外，當燃料電池的水分布狀況是過低的濕度狀況時，組合狀態改善單元可以控制用于燃料電池的冷卻劑循環泵的本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.05.20 JP 2010-1160151.一種用于車輛的燃料電池系統，所述燃料電池系統包括 水分布狀況估計單元，所述水分布狀況估計單元用于估計并獲取燃料電池的水分布狀況； 充電狀態獲取單元，所述充電狀態獲取單元用于獲取蓄電裝置的充電狀態； 確定單元，所述確定單元根據預定標準而將有利的組合范圍設定成這樣的組合范圍，即，在該組合范圍中所述燃料電池的水分布狀況與所述蓄電裝置的充電狀態的組合適合于所述車輛的所需動力，并且所述確定單元確定所獲取的水分布狀況與所獲取的充電狀態的實際組合是否在所述有利的組合范圍內；以及 組合狀態改善單元，所述組合狀態改善單元在所述實際組合不在所述有利的組合范圍內時利用所述蓄電裝置的輸出來改善所述燃料電池的水分布狀況，以便使所述實際組合移至所述有利的組合范圍內。2.根據權利要求I所述的燃料電池系統，其中， 當所述車輛起動或者在用所述蓄電裝置的輸出的電池運行模式下運行，并且所述確定單元確定所述實際組合使得所述蓄電裝置的充電狀態處于充足的水平，但是所述燃料電池的水分布狀況不能令人滿意時，所述組合狀態改善單元利用所述蓄電裝置的輸出來改善所述燃料電池的水分布狀況。3.根據權利要求I所述的燃料電池系統，其中， 當所述車輛處于最大輸出狀況或者所述燃料電池處于從所述燃料電池的運行暫停的狀況到所述運行恢復的狀況的過渡，而所述確定單元確定所述實際組合使得所述蓄電裝置的所述充電狀態處于不足的水平，并且所述燃料電池的水分布狀況不能令人滿意時，所述組合狀態改善單元利用所述蓄電裝置的輸出來改善所述燃料電池的水分布狀況。4.根據權利要求I所述的燃料電池系統，其中， ...

【專利技術屬性】
技術研發人員：松末真明，
申請(專利權)人：豐田自動車株式會社，
類型：
國別省市：