專利名稱：燃料電池系統(tǒng)和用于運(yùn)行該系統(tǒng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池系統(tǒng)和用于運(yùn)行該系統(tǒng)的方法，在該燃料電 池系統(tǒng)中，燃料電池的氣體供應(yīng)通道設(shè)有噴射器。
背景技術(shù)：
目前，包括接收反應(yīng)氣體(燃料氣體和氧化氣體)供應(yīng)以產(chǎn)生電力的 燃料電池的燃料電池系統(tǒng)已被提出并且投入實(shí)際使用。這種燃料電池 系統(tǒng)設(shè)有用于向燃料電池供應(yīng)從燃料供應(yīng)源例如氫罐供應(yīng)的燃料氣體 的燃料供應(yīng)通道。
而且，通常，燃料供應(yīng)通道設(shè)有壓力調(diào)節(jié)閥(調(diào)整器)，在供應(yīng)壓力 顯著較高的情形中，該壓力調(diào)節(jié)閥將來(lái)自燃料供應(yīng)源的燃料氣體的供
應(yīng)壓力減小為恒定值(例如，見(jiàn)日本專利申請(qǐng)公開(kāi)No.2004-342386)。

發(fā)明內(nèi)容
然而，在專利文獻(xiàn)1中披露的壓力調(diào)節(jié)閥中，由于闊的結(jié)構(gòu)，燃 料氣體的供應(yīng)壓力是固定的，從而難以基于運(yùn)行狀態(tài)快速地改變?nèi)剂?氣體的供應(yīng)壓力(g卩，響應(yīng)性低)，并且不能執(zhí)行用于在多個(gè)階段中改變 目標(biāo)壓力的這種精確壓力調(diào)節(jié)。
而且，在該燃料電池系統(tǒng)中，即使在運(yùn)行狀態(tài)下，整個(gè)系統(tǒng)的噪 音水平顯著較低，從而當(dāng)在每一個(gè)運(yùn)行器件中產(chǎn)生運(yùn)行聲音時(shí)，根據(jù) 情況，聲音可能是刺耳的噪音。因此，存在對(duì)如下系統(tǒng)的需求，在該 系統(tǒng)中能夠基于燃料電池的運(yùn)行狀態(tài)適當(dāng)?shù)馗淖內(nèi)剂蠚怏w的供應(yīng)壓 力，并且在該系統(tǒng)中能夠抑制噪音的感知。
已經(jīng)鑒于這種狀態(tài)研制本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的在于提供一 種高響應(yīng)的燃料電池系統(tǒng)，其中能夠基于燃料電池的運(yùn)行狀態(tài)適當(dāng)?shù)?改變?nèi)剂蠚怏w的供應(yīng)壓力，并且其中操作員不容易擔(dān)心運(yùn)行聲音；以 及一種用于運(yùn)行該系統(tǒng)的方法。
為了實(shí)現(xiàn)以上目的，根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)是如下燃料電池 系統(tǒng)，它包括燃料電池，所述燃料電池接收氣體的供應(yīng)以發(fā)電；噴 射器，所述噴射器設(shè)于所述燃料電池的氣體供應(yīng)通道中，并且所述噴 射器調(diào)節(jié)所述氣體供應(yīng)通道的上游側(cè)上的氣體的狀態(tài)以將氣體供應(yīng)到 下游側(cè)；和控制裝置，所述控制裝置用于驅(qū)動(dòng)并控制所述噴射器，所 述控制裝置被構(gòu)成為根據(jù)包括所述燃料電池系統(tǒng)的相關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)狀 態(tài)控制所述噴射器的運(yùn)行。
根據(jù)這種構(gòu)造，能夠基于燃料電池的運(yùn)行狀態(tài)(由燃料電池產(chǎn)生的 電量(功率、電流和電壓)、燃料電池的溫度、燃料電池系統(tǒng)的異常狀態(tài)、 燃料電池主體的異常狀態(tài)等)設(shè)定運(yùn)行狀態(tài)(噴射器的閥體的打開(kāi)比率 (氣體通過(guò)面積)和噴射器的閥體的打開(kāi)時(shí)間(氣體噴射時(shí)間)等)。因此， 能夠基于燃料電池的運(yùn)行狀態(tài)適當(dāng)?shù)馗淖內(nèi)剂蠚怏w的氣體狀態(tài)(供應(yīng)壓 力)，從而能夠提高響應(yīng)性。
應(yīng)該指出"氣體狀態(tài)"是氣體的狀態(tài)(流量、壓力、溫度、分子濃 度等)，并且特別地包括氣體流量和氣體壓力中的至少一種。
而且，該控制裝置基于包括燃料電池系統(tǒng)的相關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)狀態(tài) 控制噴射器的運(yùn)行，從而噴射器能夠例如在噴射器的運(yùn)行聲音不易于 變得刺耳的狀態(tài)下運(yùn)行，并且能夠防止噴射器的運(yùn)行聲音變得刺耳。
包括燃料電池系統(tǒng)的相關(guān)器件對(duì)應(yīng)于例如包括燃料電池系統(tǒng)的周 圍電子器件。在該情形中，該電子器件的實(shí)例包括泵、馬達(dá)和風(fēng)扇。 當(dāng)燃料電池系統(tǒng)被安裝在移動(dòng)體上時(shí)，電子器件可被視為牽引馬達(dá)、逆變器、轉(zhuǎn)換器等。
噴射器的運(yùn)行控制為例如允許或者限制(禁止)噴射器的運(yùn)行、改變 噴射器的驅(qū)動(dòng)周期等。例如，由于相關(guān)器件(例如，泵)的脈動(dòng)引起的噪 音頻率與噴射器的驅(qū)動(dòng)頻率匹配，噴射器在來(lái)自相關(guān)器件的輻射聲音
的峰值下運(yùn)行，或者在來(lái)自相關(guān)器件的輻射聲音具有預(yù)定值或更小的 情形中限制(禁止)噴射器的運(yùn)行。
在該燃料電池系統(tǒng)中，所述控制裝置根據(jù)隨著所述相關(guān)器件的驅(qū) 動(dòng)而產(chǎn)生的輻射聲音控制所述噴射器的運(yùn)行。
當(dāng)采用這種構(gòu)造時(shí)，例如，噴射器的運(yùn)行聲音被疊加在來(lái)自相關(guān) 器件的輻射聲音上，由此噴射器的運(yùn)行聲音能夠被來(lái)自相關(guān)器件的輻 射聲音隱藏或者遮掩，并且能夠防止噴射器的運(yùn)行聲音變得刺耳。
作為相關(guān)器件，例如，可以應(yīng)用向燃料電池供應(yīng)流體的泵。作為 該泵，可以應(yīng)用空氣壓縮機(jī)，所述空氣壓縮機(jī)將壓力下的氧化氣體饋 送到所述燃料電池。
而且，當(dāng)燃料電池系統(tǒng)被安裝在移動(dòng)體上時(shí)，作為相關(guān)器件的驅(qū) 動(dòng)狀態(tài)，可以應(yīng)用用于冷卻所述燃料電池或馬達(dá)的風(fēng)扇、或用于從乘 客室中的空調(diào)器吹送空氣的吹風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。
當(dāng)采用這種構(gòu)造時(shí)，例如，噴射器的運(yùn)行聲音被疊加在來(lái)自風(fēng)扇 等的輻射聲音上，由此噴射器的運(yùn)行聲音可被來(lái)自風(fēng)扇等的輻射聲音 隱藏或者遮掩，并且能夠防止噴射器的運(yùn)行聲音變得刺耳。
而且，當(dāng)燃料電池系統(tǒng)被安裝在移動(dòng)體上時(shí)，作為相關(guān)器件的驅(qū) 動(dòng)狀態(tài)，可以應(yīng)用移動(dòng)體的移動(dòng)狀態(tài)，例如移動(dòng)速度或者加速狀態(tài)。
在采用這種構(gòu)造的情形中，當(dāng)移動(dòng)速度高時(shí)，運(yùn)行噴射器，由此 噴射器的運(yùn)行聲音可被行駛聲音(例如，在道路上輪胎的噪音或者嘶嘶 聲)隱藏或者遮掩，并且能夠防止該運(yùn)行聲音變得刺耳。
進(jìn)而，噴射器在加速狀態(tài)，即，在加速期間的環(huán)境中運(yùn)行，其中 根據(jù)移動(dòng)體的移動(dòng)(加速)產(chǎn)生的嘶嘶聲、在制動(dòng)期間的噪音等的產(chǎn)生等 不易被覺(jué)察，由此能夠防止該運(yùn)行聲音變得刺耳。應(yīng)該指出移動(dòng)體的 加速狀態(tài)相對(duì)于燃料電池的產(chǎn)生的電流、連接到燃料電池的電子負(fù)載 (例如，馬達(dá))的所需負(fù)載(需要產(chǎn)生的電量)或者加速器打開(kāi)比率相關(guān)， 從而可以基于這些因素中的至少一種控制噴射器的運(yùn)行。
另外，在該燃料電池系統(tǒng)中，控制裝置可以基于來(lái)自所述相關(guān)器 件的輻射聲音的頻率控制所述噴射器的驅(qū)動(dòng)頻率。
當(dāng)采用這種構(gòu)造時(shí)，例如，噴射器的驅(qū)動(dòng)頻率與來(lái)自相關(guān)器件的 輻射聲音的頻率匹配，或者來(lái)自相關(guān)器件的輻射聲音的頻率被設(shè)定為 噴射器的驅(qū)動(dòng)頻率的整數(shù)倍，由此噴射器的運(yùn)行聲音可被來(lái)自相關(guān)器 件的輻射聲音隱藏或者遮掩，并且能夠防止噴射器的運(yùn)行聲音變得刺 耳。
而且，例如，噴射器的驅(qū)動(dòng)頻率的相位從來(lái)自相關(guān)器件的輻射聲 音的相位適當(dāng)?shù)匾莆唬?，在噪音的產(chǎn)生不易被察覺(jué)的環(huán)境中運(yùn)行噴 射器，由此噴射器的運(yùn)行聲音不被察覺(jué)，并且能夠防止噴射器的運(yùn)行 聲音變得刺耳。
在該燃料電池系統(tǒng)中，該控制裝置可以基于包括燃料電池系統(tǒng)的 相關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)改變噴射器的壓力偏差的容許范圍。
為了改變壓力偏差的容許范圍，例如，可以將第一控制狀態(tài)改變 為第二控制狀態(tài)，在所述第一控制狀態(tài)下，基于所述噴射器的次級(jí)壓
力的探測(cè)值和目標(biāo)控制值之間的偏差對(duì)所述噴射器的開(kāi)閉操作進(jìn)行反 饋控制，在所述第二控制狀態(tài)下，在所述噴射器的次級(jí)壓力降低到預(yù) 定下限壓力時(shí)，禁止執(zhí)行所述反饋控制，以將壓力升高到預(yù)定目標(biāo)壓 力。
而且，為了改變壓力偏差的容許范圍，例如，可以將第一控制狀 態(tài)改變?yōu)榈诙顟B(tài)，在所述第一控制狀態(tài)下，當(dāng)在所述噴射器的次級(jí) 壓力的探測(cè)值和目標(biāo)控制值之間的偏差小于預(yù)定值時(shí)，所述偏差被視 為"0"、而當(dāng)所述偏差具有所述預(yù)定值或更大時(shí)，基于所述偏差對(duì)所 述噴射器的開(kāi)閉操作進(jìn)行反饋控制，在所述第二狀態(tài)下，與所述第一 控制狀態(tài)相比，所述預(yù)定值增大。
當(dāng)如上所述改變壓力偏差的容許范圍時(shí)，噴射器的運(yùn)行次數(shù)降低， 并且作為結(jié)果，能夠禁止產(chǎn)生刺耳的運(yùn)行聲音。
進(jìn)而，當(dāng)燃料電池系統(tǒng)被安裝在移動(dòng)體上時(shí)，控制裝置可以僅僅 在移動(dòng)體的怠速運(yùn)行期間改變噴射器的壓力偏差的容許范圍。
當(dāng)采用這種構(gòu)造時(shí)，在與另一運(yùn)行狀態(tài)相比，在具有高度安靜的 怠速運(yùn)行期間能夠減小噴射器的運(yùn)行次數(shù)。
在根據(jù)相關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的輻射聲音被減小的情形中，控制裝 置可以禁止所述噴射器的運(yùn)行，直至所述噴射器的次級(jí)壓力降低到預(yù) 定下限壓力為止。
當(dāng)采用這種構(gòu)造時(shí)，在需要較高安靜程度的情形中噴射器的運(yùn)行 次數(shù)能夠被減小。
而且，當(dāng)噴射器的次級(jí)壓力降低到所述下限壓力時(shí)，控制裝置可 以允許所述噴射器的運(yùn)行以將所述次級(jí)壓力升高到預(yù)定壓力。 當(dāng)采用這種構(gòu)造時(shí)，然后可以獲得從當(dāng)噴射器的次級(jí)壓力升高到 預(yù)定壓力時(shí)到當(dāng)次級(jí)壓力降低到所述下限壓力時(shí)的時(shí)間，并且最終噴 射器的運(yùn)行次數(shù)可被減小。
本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)是一種安裝在移動(dòng)體上的燃料電池系統(tǒng)， 包括燃料電池，所述燃料電池接收氣體的供應(yīng)以發(fā)電；噴射器，所 述噴射器設(shè)于所述燃料電池的氣體供應(yīng)通道中，并且所述噴射器調(diào)節(jié) 所述氣體供應(yīng)通道的上游側(cè)上的氣體的狀態(tài)以將氣體供應(yīng)到下游側(cè)； 和控制裝置，所述控制裝置用于基于所述移動(dòng)體的移動(dòng)狀態(tài)控制所述 噴射器的運(yùn)行。
而且，該噴射器可包括內(nèi)部通道，所述內(nèi)部通道將所述噴射器 的上游側(cè)連接到所述噴射器的下游側(cè)；閥體，所述閥體以可移動(dòng)方式 布置在所述內(nèi)部通道中，并且其中基于所述閥體的移動(dòng)位置改變所述 內(nèi)部通道的開(kāi)口面積；和闊體驅(qū)動(dòng)部分，所述閥體驅(qū)動(dòng)部分用電磁驅(qū) 動(dòng)力驅(qū)動(dòng)所述閥體。
根據(jù)本發(fā)明的用于運(yùn)行燃料電池系統(tǒng)的方法是用于運(yùn)行如下燃料 電池系統(tǒng)的方法，所述燃料電池系統(tǒng)包括燃料電池和噴射器，所述燃 料電池接收氣體的供應(yīng)以發(fā)電，所述噴射器設(shè)于所述燃料電池的氣體 供應(yīng)通道中，并且所述噴射器調(diào)節(jié)所述氣體供應(yīng)通道的上游側(cè)上的氣 體的狀態(tài)以將氣體供應(yīng)到下游側(cè)，所述方法包括根據(jù)包括所述燃料 電池系統(tǒng)的相關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)控制所述噴射器的運(yùn)行。
根據(jù)這種構(gòu)造，該噴射器例如在噴射器的運(yùn)行聲音不易變得刺耳 的狀態(tài)下運(yùn)行，由此能夠防止噴射器的運(yùn)行聲音變得刺耳。
根據(jù)本發(fā)明，能夠提供 一種高響應(yīng)性的燃料電池系統(tǒng)，其中燃 料氣體的供應(yīng)壓力能夠基于燃料電池的運(yùn)行狀態(tài)而被適當(dāng)?shù)馗淖儯⑶移渲胁僮鲉T不易擔(dān)心噴射器的運(yùn)行聲音，還能夠提供一種用于運(yùn)行 該系統(tǒng)的方法。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的構(gòu)造圖表；
圖2是示出圖1所示燃料電池系統(tǒng)的控制器件的控制構(gòu)造的控制
框圖3是圖1所示燃料電池系統(tǒng)的噴射器的截面視圖4是示出圖1所示燃料電池系統(tǒng)的控制器件的控制構(gòu)造的時(shí)間
表；
圖5是示出圖1所示燃料電池系統(tǒng)的控制器件的控制構(gòu)造的時(shí)間
表；
圖6是示出圖1所示燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)行方法的時(shí)間表； 圖7是示出圖1所示燃料電池系統(tǒng)的修改的構(gòu)造圖表；和 圖8是示出圖l所示燃料電池系統(tǒng)的修改的構(gòu)造圖表。
具體實(shí)施例方式
下面將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)1。在該 實(shí)施例中，將描述這樣一個(gè)實(shí)例，其中本發(fā)明被應(yīng)用于燃料電池車輛(移 動(dòng)體)的車載發(fā)電系統(tǒng)。
首先，參考圖1描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)1的構(gòu)造。 如圖1所示，根據(jù)該實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)1包括接收反應(yīng)氣體
(氧化氣體和燃料氣體)供應(yīng)以發(fā)電的燃料電池io，并且該系統(tǒng)還包括向
燃料電池10供應(yīng)作為氧化氣體的空氣的氧化氣體管道系統(tǒng)2、向燃料 電池10供應(yīng)作為燃料氣體的氫氣的氫氣管道系統(tǒng)3， 一體地控制整個(gè) 系統(tǒng)的控制器件(控制裝置)4等。
燃料電池10具有疊層機(jī)構(gòu)，其中用于接收反應(yīng)氣體供應(yīng)以產(chǎn)生電
力的所需數(shù)目的單體電池被層疊。由燃料電池io產(chǎn)生的電力被供應(yīng)到
電力控制單元(PCU)ll。
PCU 11包括在燃料電池IO和牽引馬達(dá)12之
間布置的逆變器、DC-DC轉(zhuǎn)換器等。而且，在發(fā)電期間探測(cè)電流的電 流傳感器13被附連于燃料電池10。
氧化氣體管道系統(tǒng)2包括向燃料電池10供應(yīng)利用增濕器20增濕 的氧化氣體(空氣)的空氣供應(yīng)通道21、向增濕器20引導(dǎo)從燃料電池10 排放的氧化廢氣的空氣排放通道22，和用于從增濕器20引導(dǎo)氧化廢氣 的排氣通道23?？諝夤?yīng)通道21設(shè)有從大氣吸取氧化氣體以在壓力下 將該氣體饋送到增濕器20的空氣壓縮機(jī)24。
氫氣管道系統(tǒng)3包括存儲(chǔ)高壓(例如，70MPa)氫氣的作為燃料供應(yīng) 源的氫罐30、用于向燃料電池10供應(yīng)氫罐30的氫氣的作為燃料供應(yīng) 通道的氫供應(yīng)通道31，和用于向氫供應(yīng)通道31返回從燃料電池10排 放的氫廢氣的循環(huán)通道32。氫氣管道系統(tǒng)3是本發(fā)明燃料供應(yīng)系統(tǒng)的 一個(gè)實(shí)施例。
應(yīng)該指出，作為氫罐30的替代，從烴基燃料形成富氫重整氣體的 重整器，和將由該重整器形成的重整氣體帶入高壓狀態(tài)以積聚壓力的 高壓氣體罐可被釆用作為燃料供應(yīng)源?？商娲?，具有氫夾附合金的 罐可被采用作為燃料供應(yīng)源。
氫供應(yīng)通道31設(shè)有關(guān)閉或者允許從氫罐30供應(yīng)氫氣的截流閥33、 調(diào)節(jié)氫氣壓力的調(diào)整器34和噴射器35。在噴射器35的上游側(cè)上，設(shè) 置分別地探測(cè)氫供應(yīng)通道31中的氫氣的壓力和溫度的初級(jí)壓力傳感器 41和溫度傳感器42。進(jìn)而，在噴射器35的下游側(cè)上，該下游側(cè)是氫 供應(yīng)通道31和循環(huán)通道32的結(jié)合部分的上游側(cè)，設(shè)置探測(cè)氫供應(yīng)通 道31中的氫氣的壓力的次級(jí)壓力傳感器43。
調(diào)整器34是將調(diào)整器的上游壓力(初級(jí)壓力)調(diào)節(jié)為預(yù)設(shè)的次級(jí)壓
力的器件。在本實(shí)施例中，降低初級(jí)壓力的機(jī)械壓力降低閥被采用作 為調(diào)整器34。作為機(jī)械壓力降低閥的結(jié)構(gòu)，可以采用已知結(jié)構(gòu)，它具 有外殼，該外殼設(shè)有由隔膜形成的背壓腔室和壓力調(diào)節(jié)腔室，并且其 中由于背壓腔室中的背壓，初級(jí)壓力被降低到預(yù)定壓力以在壓力調(diào)節(jié) 腔室中形成次級(jí)壓力。
在該實(shí)施例中，如圖1所示，在噴射器35的上游側(cè)上布置兩個(gè)調(diào)
整器34，由此噴射器35的上游壓力可被有效地降低。因此，可提高噴 射器35的機(jī)械結(jié)構(gòu)(閥體、外殼、通道、驅(qū)動(dòng)器件等)的設(shè)計(jì)自由度。
而且，噴射器35的上游壓力可被降低，從而可防止由于在噴射器 35上游壓力和下游壓力之間的壓力差升高導(dǎo)致噴射器35的閥體不易于 移動(dòng)。因此，噴射器35的下游壓力的可變壓力調(diào)節(jié)范圍可被加寬，并 且可以抑制噴射器35的響應(yīng)性能的降低。
噴射器35是電磁驅(qū)動(dòng)類型打開(kāi)/關(guān)閉閥，其中閥體在預(yù)定驅(qū)動(dòng)周 期中被電磁驅(qū)動(dòng)力直接地驅(qū)動(dòng)并且脫離閥座，由此氣體狀態(tài)例如氣體 流量或者氣體壓力可被調(diào)節(jié)。噴射器35包括具有噴射氣體燃料例如氫 氣的噴射孔的閥座，并且還包括向噴射孔供應(yīng)并且引導(dǎo)氣體燃料的噴 嘴體，以及相對(duì)于該噴嘴體以可移動(dòng)方式接收并且保持在軸向方向(氣 體流動(dòng)方向)以打開(kāi)和關(guān)閉噴射孔的閥體。
在該實(shí)施例中，噴射器35的閥體通過(guò)螺線管驅(qū)動(dòng)，該螺線管是一 種電磁驅(qū)動(dòng)器件，并且供應(yīng)到該螺線管的類似脈沖的激勵(lì)電流可被接 通或者斷開(kāi)以在兩級(jí)、多級(jí)、連續(xù)(無(wú)級(jí))方式或者線性方式中切換每一 個(gè)噴射孔的開(kāi)口面積。
基于從控制器件4輸出的控制信號(hào)控制噴射器35的氣體噴射時(shí)間 和氣體噴射時(shí)刻，由此氫氣的流量和壓力被精確地控制。在噴射器35 中，閥(閥體和閥座)利用電磁驅(qū)動(dòng)力被直接驅(qū)動(dòng)以打開(kāi)或者關(guān)閉，并且
閥驅(qū)動(dòng)周期可被控制為高度響應(yīng)性區(qū)域，從而噴射器具有高響應(yīng)性能。
在噴射器35中，為了以所需流量將氣體供應(yīng)到噴射器下游側(cè)，設(shè) 于噴射器35的氣體通道中的閥體的開(kāi)口面積(打開(kāi)比率)和打開(kāi)時(shí)間中
的至少一個(gè)被改變，由此將被供應(yīng)到下游側(cè)(燃料電池IO側(cè))的氣體的
流量(或者氫摩爾濃度)被調(diào)節(jié)。
應(yīng)該指出噴射器35的閥體被打開(kāi)或者關(guān)閉以調(diào)節(jié)氣體流量，并且 與噴射器35上游側(cè)上的氣體壓力相比，被供應(yīng)到噴射器35的下游側(cè) 的氣體壓力被降低，從而噴射器35可視為壓力調(diào)節(jié)閥(壓力降低閥、調(diào) 整器)。而且，在該實(shí)施例中，噴射器可被視為可變壓力調(diào)節(jié)閥，它能 夠改變噴射器35的上游氣體壓力的調(diào)節(jié)量(降低量)從而該壓力滿足基 于氣體需求在預(yù)定壓力范圍中的所需壓力。
應(yīng)該指出在本實(shí)施例中，如圖1所示，噴射器35被布置在氫供應(yīng) 通道31與循環(huán)通道32的結(jié)合部分Al的上游側(cè)上。而且，如圖1中虛 線所示，在多個(gè)氫罐30被采用作為燃料供應(yīng)源的情形中，噴射器35 被布置在從氫罐30供應(yīng)的氫氣相結(jié)合的部分(氫氣結(jié)合部分A2)的下游
循環(huán)通道32經(jīng)由氣體-液體分離器36和廢氣排放閥37被連接到 排放通道38。氣體-液體分離器36從氫廢氣收集水分。廢氣排放閥37 基于來(lái)自控制器件4的命令運(yùn)行以從該系統(tǒng)排放(清除)由氣體-液體分 離器36收集到的水分和循環(huán)通道32中的包括雜質(zhì)的氫廢氣。
而且，循環(huán)通道32設(shè)有加壓循環(huán)通道32中的氫廢氣以朝向氫供 應(yīng)通道31饋送氣體的氫泵39。應(yīng)該指出排放通道38中的氣體被稀釋 器40稀釋以加入排氣通道23中的氣體。應(yīng)該指出經(jīng)由廢氣排放閥37 和排放通道38排放的氫廢氣被稀釋器40稀釋以加入排氣通道23中的 氧化廢氣?？刂破骷?探測(cè)設(shè)于車輛中的加速運(yùn)行器件(加速器等)的操作量， 并且接收控制信息例如所需加速值(例如，負(fù)載器件例如牽引馬達(dá)12 的所需發(fā)電量)以控制該系統(tǒng)中的各種單元的運(yùn)行。
應(yīng)該指出負(fù)載器件是普通耗電器件，除了牽引馬達(dá)12，包括運(yùn)行
燃料電池IO所要求的輔助器件(例如，壓縮機(jī)24、氫泵39、冷卻泵的 馬達(dá)等)、用于與車輛行駛有關(guān)的任何類型的器件(變速齒輪、車輪控制 器件、操縱器件、懸掛器件等)中的致動(dòng)器、乘客空間的空氣調(diào)節(jié)器件(空 調(diào)器)、照明或者音響。
在這些器件或者附屬器件中，根據(jù)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生輻射聲音的器件相應(yīng) 于本發(fā)明的相關(guān)器件，但是所述器件不限于所示意的器件。
控制器件4由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(未示出)構(gòu)成。這種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由CPU、 ROM、 RAM、 HDD、輸入/輸出接口、顯示器等構(gòu)成，并且CPU讀出 在ROM中記錄的任何類型的控制程序以執(zhí)行該程序，由此實(shí)現(xiàn)各種控 制操作。
特別地，如圖2所示，控制器件4基于燃料電池10的運(yùn)行狀態(tài)(由 電流傳感器13探測(cè)到的在燃料電池IO發(fā)電期間的電流值)計(jì)算由燃料 電池10消耗的氫氣量(在下面稱為"氫消耗")(燃料消耗計(jì)算功能Bl)。 在該實(shí)施例中，通過(guò)使用特殊計(jì)算公式對(duì)于控制器件4的每一次計(jì)算 周期計(jì)算和更新氫消耗，該公式示意在燃料電池10的電流值和氫消耗 之間的關(guān)系。
而且，控制器件4基于燃料電池10的運(yùn)行狀態(tài)(由電流傳感器13 探測(cè)到的在燃料電池10發(fā)電期間的電流值)計(jì)算在噴射器35的下游位 置中氫氣的目標(biāo)壓力值(關(guān)于燃料電池10的目標(biāo)氣體供應(yīng)壓力)(目標(biāo)壓 力值計(jì)算功能B2)。在該實(shí)施例中，對(duì)于控制器件4的每一次計(jì)算周 期通過(guò)使用特殊映射計(jì)算和更新在布置次級(jí)壓力傳感器43的位置(作 為在其中需要壓力調(diào)節(jié)的位置的壓力調(diào)節(jié)位置)中的目標(biāo)壓力值，該映 射示意在燃料電池10的電流值和目標(biāo)壓力值之間的關(guān)系。
進(jìn)而，控制器件4基于在計(jì)算目標(biāo)壓力值和由次級(jí)壓力傳感器43 探測(cè)到的噴射器35的下游位置(壓力調(diào)節(jié)位置)中的探測(cè)壓力值之間的 偏差計(jì)算反饋校正流量(反饋校正流量計(jì)算功能B3)。反饋校正流量是 被添加到氫消耗從而減小在目標(biāo)壓力值和探測(cè)壓力值之間的偏差的氫 氣流量(壓力差減小校正流量)。在該實(shí)施例中，通過(guò)使用PI控制等的 目標(biāo)跟蹤型控制對(duì)于控制器件4的每一次計(jì)算周期計(jì)算和更新反饋校 正流量。
另外，控制器件4計(jì)算相應(yīng)于在前計(jì)算的目標(biāo)壓力值和當(dāng)前計(jì)算 的目標(biāo)壓力值之間的偏差的前饋校正流量(前饋校正流量計(jì)算功能 B4)。前饋校正流量是由于目標(biāo)壓力值的波動(dòng)引起的氫氣流量的波動(dòng)(壓 力差對(duì)應(yīng)的校正流量)。在該實(shí)施例中，通過(guò)使用特殊計(jì)算公式對(duì)于控 制器件4的每一次計(jì)算周期計(jì)算和更新前饋校正流量，該公式示意在 目標(biāo)壓力值偏差和前饋校正流量之間的關(guān)系。
而且，控制器件4基于噴射器35的上游氣體狀態(tài)(由初級(jí)壓力傳 感器41探測(cè)的氫氣壓力和溫度傳感器42探測(cè)的氫氣溫度)計(jì)算噴射器 35的上游靜態(tài)流量(靜態(tài)流量計(jì)算功能B5)。在本實(shí)施例中，通過(guò)使 用特殊計(jì)算公式對(duì)于控制器件4的每一次計(jì)算周期計(jì)算和更新靜態(tài)流 量，該公式示意在噴射器35的上游氫氣壓力和溫度與靜態(tài)流量之間的 關(guān)系。
進(jìn)而，控制器件4基于噴射器35的上游氣體狀態(tài)(氫氣的壓力和 溫度)和施加的電壓計(jì)算噴射器35的無(wú)效噴射時(shí)間(無(wú)效噴射時(shí)間計(jì)算 功能B6)。這里，無(wú)效噴射時(shí)間是從當(dāng)噴射器35從控制器件4接收 控制信號(hào)時(shí)的時(shí)間到當(dāng)實(shí)際開(kāi)始噴射時(shí)的時(shí)間所需要的時(shí)間。在本實(shí) 施例中，通過(guò)使用特殊映射對(duì)于控制器件4的每一次計(jì)算周期計(jì)算和 更新無(wú)效噴射時(shí)間，該映射示意在噴射器35上游側(cè)上的氫氣的壓力和 溫度、所施加的電壓和無(wú)效噴射時(shí)間之間的關(guān)系。
另外，控制器件4將氫消耗、反饋校正流量和前饋校正流量相加
以計(jì)算噴射器35的噴射流量(噴射流量計(jì)算功能B7)。隨后，控制器 件4利用噴射器35的驅(qū)動(dòng)周期乘以通過(guò)將噴射器35的噴射流量除以 靜態(tài)流量獲得的值以計(jì)算噴射器35的基本噴射時(shí)間，并且將這個(gè)基本 噴射時(shí)間和無(wú)效噴射時(shí)間相加以計(jì)算噴射器35的總噴射時(shí)間(總噴射 時(shí)間計(jì)算功能B8)。這里，驅(qū)動(dòng)周期是示意噴射器35的噴射孔的打 開(kāi)/關(guān)閉狀態(tài)的階躍(開(kāi)/關(guān))的波形周期。在本實(shí)施例中，控制器件4將 驅(qū)動(dòng)周期設(shè)定為恒定值。
然后，控制器件4輸出用于實(shí)現(xiàn)通過(guò)上述過(guò)程計(jì)算的噴射器35的 總噴射時(shí)間的控制信號(hào)，由此控制噴射器35的氣體噴射時(shí)間和氣體噴 射時(shí)刻以調(diào)節(jié)被供應(yīng)到燃料電池10的氫氣的流量和壓力。
在燃料電池系統(tǒng)1的正常運(yùn)行期間，氫氣經(jīng)由氫供應(yīng)通道31從氫 罐30被供應(yīng)到燃料電池10的燃料電極，并且加濕并被調(diào)節(jié)的空氣經(jīng) 由空氣供應(yīng)通道21被供應(yīng)到燃料電池10的氧化電極，以發(fā)電。在該 情形中，由控制器件4計(jì)算從燃料電池IO取出的電力(所需電力)，并 且氫氣和空氣按照相應(yīng)于發(fā)電量的量被供應(yīng)到燃料電池10。在本實(shí)施 例中，在這種正常運(yùn)行期間被供應(yīng)到燃料電池10的氫氣的壓力被精確 控制。
上述噴射器35具有圖3所示結(jié)構(gòu)，并且具有金屬制成的柱體54， 該柱體構(gòu)成氫供應(yīng)通道(氣體供應(yīng)通道)31的一個(gè)部分并且設(shè)有內(nèi)部通 道53，該內(nèi)部通道具有在氫供應(yīng)通道31的氫罐30 —側(cè)上布置的一個(gè) 端口部分51和在氫供應(yīng)通道31的燃料電池IO—側(cè)上布置的另一端口 部分52。該柱體54設(shè)有連接到端口部分51的第一通路部分56，連接
到該第一通路部分56的與端口部分51相對(duì)的一側(cè)并且具有比第一通
路部分56的直徑更大的直徑的第二通路部分57，連接到該第二通路部 分57的與第一通路部分56相對(duì)的一個(gè)部分并且具有比第二通路部分 57的直徑更大的直徑的第三通道部分58，和連接到該第三通道部分58 的與第二通路部分57相對(duì)的一個(gè)部分并且具有比第二通路部分57和 第三通道部分58的直徑更小的直徑的第四通道部分59，并且這些部分 構(gòu)成內(nèi)部通道53。
而且，噴射器35具有由可被密封部件構(gòu)成的閥座61，它被設(shè)置 成圍繞第四通道部分59在第三通道部分58側(cè)上的開(kāi)口；金屬制成的 閥體65，它具有以可移動(dòng)方式插入第二通路部分57中的柱形部分62 和具有比布置在第三通道部分58中的第二通路部分57的直徑更大的 直徑的斜面部分63，該斜面部分63設(shè)有傾斜通孔64;彈簧67，其一 端插入闊體65的柱形部分62中并且另一端與在第一通路部分56中形 成的定位器66接合以允許閥體65抵靠閥座61，由此封閉內(nèi)部通道53; 和螺線管(電磁驅(qū)動(dòng)器件、閩體驅(qū)動(dòng)部分)69，它抵抗彈簧67的壓迫力 移動(dòng)閥體65直至閥體抵靠第三通道部分58的在第二通路部分57 —側(cè) 上的階形部分68為止，由此閥體65遠(yuǎn)離閥座61以連接通孔64中的 內(nèi)部通道53。
如上所述，在噴射器35中，在用于連接內(nèi)部通道53的驅(qū)動(dòng)期間， 金屬制閥體65在金屬制柱體54中移動(dòng)以抵靠在柱體54的階形部分68 上，從而產(chǎn)生運(yùn)行聲音。這種運(yùn)行聲音對(duì)于操作員例如根據(jù)情況為駕 駛員或者乘客而言變得刺耳。具體地，該實(shí)施例的噴射器35是在高頻 下驅(qū)動(dòng)的電磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的氣體狀態(tài)可變供應(yīng)器件，從而噴射器的運(yùn)行 聲音是顯著的噪音。
為了解決該問(wèn)題，在該實(shí)施例中，在滿足上述控制條件時(shí)，控制 器件4如下根據(jù)相關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)驅(qū)動(dòng)和控制噴射器35。例如，控 制器件根據(jù)作為輔助器件的一種的空氣壓縮機(jī)(相關(guān)器件，泵)24的運(yùn)行
狀態(tài)驅(qū)動(dòng)和控制噴射器35。 g卩，空氣壓縮機(jī)24產(chǎn)生抽吸和排放的脈動(dòng) 以產(chǎn)生相應(yīng)于這種脈動(dòng)的運(yùn)行聲音(輻射聲音)。
特別地，在根式空氣壓縮機(jī)中，在1600轉(zhuǎn)期間以40Hz的頻率、 在1200轉(zhuǎn)期間以80Hz的頻率、和在1800轉(zhuǎn)期間以120Hz的頻率產(chǎn)生 旋轉(zhuǎn)第四或者第八運(yùn)行聲音。在蝸旋式空氣壓縮機(jī)中，在1600轉(zhuǎn)期間 以10Hz的頻率、在1200轉(zhuǎn)期間以20Hz的頻率和在1800轉(zhuǎn)期間以30Hz 的頻率產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)基本運(yùn)行聲音。在使用四齒轉(zhuǎn)子和六齒轉(zhuǎn)子的螺桿式 空氣壓縮機(jī)中，在1600轉(zhuǎn)期間以60Hz的頻率、在1200轉(zhuǎn)期間以120Hz 的頻率和在1800轉(zhuǎn)期間以180Hz的頻率產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)第六運(yùn)行聲音。因此， 基于空氣壓縮機(jī)24的運(yùn)行聲音的這種頻率，在例如大約100Hz或者更 低的頻率下驅(qū)動(dòng)噴射器35。
在基于伴隨示意空氣壓縮機(jī)24運(yùn)行狀態(tài)的空氣壓縮機(jī)24的脈動(dòng) 的運(yùn)行聲音的頻率控制噴射器35的驅(qū)動(dòng)頻率的情形中，例如，利用噴 射器35的驅(qū)動(dòng)頻率制造包括相位的空氣壓縮機(jī)24的運(yùn)行聲音的頻率 (由于泵脈動(dòng)引起的噪音頻率)。
艮P，在示于圖4(a)的頻率下產(chǎn)生空氣壓縮機(jī)24的運(yùn)行聲音的情形 中，如圖4(b)所示，在空氣壓縮機(jī)24的運(yùn)行聲音峰值處，在空氣壓縮 機(jī)24的運(yùn)行聲音升高的時(shí)刻tl處驅(qū)動(dòng)噴射器35，并且在空氣壓縮機(jī) 24的噪音水平降低之前在時(shí)刻t2處停止噴射器35的驅(qū)動(dòng)。
艮P，噴射器35的驅(qū)動(dòng)頻率匹配空氣壓縮機(jī)24的運(yùn)行聲音的頻率， 由此噴射器35的閥可被打開(kāi)同時(shí)空氣壓縮機(jī)24發(fā)出聲音。結(jié)果，噴 射器35的運(yùn)行聲音被發(fā)出更大運(yùn)行聲音的空氣壓縮機(jī)24的運(yùn)行聲音 掩蓋，并且乘客不能聽(tīng)到。這里，在空氣壓縮機(jī)24的運(yùn)行聲音的升高 時(shí)刻驅(qū)動(dòng)噴射器35的情形中，當(dāng)噪音最大時(shí)在驅(qū)動(dòng)期間的噴射器35 的噪音可被更加有效地掩蓋。而且，當(dāng)基于空氣壓縮機(jī)24的運(yùn)行聲音的頻率控制噴射器35的
驅(qū)動(dòng)頻率時(shí)，空氣壓縮機(jī)24的運(yùn)行聲音的頻率被設(shè)定為噴射器35的 驅(qū)動(dòng)頻率的整數(shù)倍，并且相位匹配。
艮P，如圖4(c)所示，每隔空氣壓縮機(jī)24產(chǎn)生一次運(yùn)行聲音就執(zhí)行 控制從而在空氣壓縮機(jī)24的運(yùn)行聲音的峰值處，在空氣壓縮機(jī)24運(yùn) 行聲音的升高時(shí)刻tl驅(qū)動(dòng)噴射器35，并且在空氣壓縮機(jī)24的運(yùn)行聲 音的降低時(shí)刻t3停止噴射器35的驅(qū)動(dòng)。此時(shí)，當(dāng)空氣壓縮機(jī)24發(fā)出 聲音時(shí)，噴射器35的閥保持打開(kāi)，由此噴射量增加。
結(jié)果，噴射器35可被驅(qū)動(dòng)從而空氣壓縮機(jī)24的運(yùn)行聲音的頻率 變?yōu)閲娚淦?5驅(qū)動(dòng)頻率的整數(shù)倍(在圖4(c)中兩倍)，由此噴射器35的 運(yùn)行聲音可被空氣壓縮機(jī)24的運(yùn)行聲音以與上述相同的方式隱藏或者 遮掩，并且能夠防止噴射器35的運(yùn)行聲音變得刺耳。另外，噴射器35 的驅(qū)動(dòng)次數(shù)可被減小，并且能夠進(jìn)一步防止噴射器35的運(yùn)行聲音變得 刺耳。
進(jìn)而，在基于空氣壓縮機(jī)24運(yùn)行聲音的頻率控制噴射器35的驅(qū) 動(dòng)頻率的情形中，例如，空氣壓縮機(jī)24的運(yùn)行聲音的頻率被設(shè)定為等 于噴射器35的驅(qū)動(dòng)頻率，并且相位適當(dāng)?shù)匾苿?dòng)。例如，如圖4(d)所示， 例如，噴射器35的驅(qū)動(dòng)頻率的相位從空氣壓縮機(jī)24的運(yùn)行聲音的相 位移動(dòng)從而在空氣壓縮機(jī)24運(yùn)行聲音的峰值產(chǎn)生間隔(t4和t5)之間產(chǎn) 生運(yùn)行聲音。
如上所述，噴射器35運(yùn)行從而運(yùn)行聲音與空氣壓縮機(jī)24的運(yùn)行 聲音一起周期性地穩(wěn)定地產(chǎn)生。即，可在其中噪音產(chǎn)生不易被覺(jué)察的 環(huán)境中運(yùn)行噴射器35，由此噴射器35的運(yùn)行聲音不被注意，并且能夠 防止噴射器35的運(yùn)行聲音變得刺耳。
應(yīng)該指出噴射器35可被驅(qū)動(dòng)從而在空氣壓縮機(jī)24的運(yùn)行聲音的
產(chǎn)生間隔之間產(chǎn)生運(yùn)行聲音，但是只要空氣壓縮機(jī)24的運(yùn)行聲音被消 除，則可以基本在該間隔的中心驅(qū)動(dòng)噴射器。
而且，當(dāng)空氣壓縮機(jī)24的運(yùn)行聲音較小時(shí)，例如，當(dāng)車輛速度低 于預(yù)定值時(shí)和/或當(dāng)如在怠速運(yùn)行中燃料電池10產(chǎn)生的電流低于預(yù)定 值時(shí)，關(guān)于燃料電池10的負(fù)載請(qǐng)求(所需發(fā)電)較小。即使當(dāng)氫氣和空
氣的壓力稍微改變時(shí)，發(fā)電穩(wěn)定性也不受影響。結(jié)果，在空氣壓縮機(jī)
24的這種驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下可以禁止(限制)噴射器35的運(yùn)行。
艮口，當(dāng)空氣壓縮機(jī)24的運(yùn)行聲音具有預(yù)定值或者更低時(shí)，噴射器 35的噴射被禁止，而當(dāng)空氣壓縮機(jī)24的運(yùn)行聲音超過(guò)預(yù)定值時(shí)，噴射 器被正常驅(qū)動(dòng)，由此噴射器35的運(yùn)行聲音可被空氣壓縮機(jī)24的運(yùn)行 聲音掩蓋。在與另一運(yùn)行狀態(tài)相比，如在怠速運(yùn)行中安靜程度較高的 狀態(tài)下，這種噪音對(duì)策是特別有效的。
然而，噴射器35噴射的禁止不能被繼續(xù)保持。因此，當(dāng)空氣壓縮 機(jī)24的運(yùn)行聲音具有預(yù)定值或者更低時(shí)，監(jiān)視探測(cè)氫供應(yīng)通道31中 的氫氣的壓力的次級(jí)壓力傳感器43。在次級(jí)壓力傳感器43探測(cè)的氫供 應(yīng)通道31中的氫氣的壓力為預(yù)定壓力或者更低的情形中，在用于驅(qū)動(dòng) 噴射器35的這種控制期間，放松控制從而次級(jí)壓力傳感器43探測(cè)的 氫供應(yīng)通道31中的氫氣的壓力偏差的容許范圍盡可能變大。
作為其中放松控制從而擴(kuò)大壓力偏差的容許范圍的一個(gè)實(shí)例，首 先，其中基于在由次級(jí)壓力傳感器43探測(cè)的次級(jí)壓力的當(dāng)前值(探測(cè)值) 和如在正?？刂浦械哪繕?biāo)值(目標(biāo)控制值)之間的壓力偏差對(duì)噴射器35 的打開(kāi)/關(guān)閉運(yùn)行進(jìn)行反饋控制的第一控制狀態(tài)有時(shí)被改變?yōu)槠渲羞@種 反饋控制的執(zhí)行被毅然禁止以當(dāng)噴射器35的次級(jí)壓力被降低到預(yù)定下 限壓力時(shí)將次級(jí)壓力升高到預(yù)定目標(biāo)壓力的第二控制狀態(tài)。
而且，作為第二實(shí)例，其中當(dāng)在噴射器35的探測(cè)的次級(jí)壓力的當(dāng)前值(探測(cè)值)和目標(biāo)值(目標(biāo)控制值)之間的壓力偏差低于預(yù)定值時(shí)該偏 差被視為"0"，而當(dāng)該偏差具有預(yù)定值或者更高時(shí)對(duì)噴射器35的打開(kāi) /關(guān)閉運(yùn)行進(jìn)行反饋控制的第一控制狀態(tài)有時(shí)被改變?yōu)槠渲信c第一控制
狀態(tài)相比，預(yù)定值增加，換言之，其中壓力偏差被強(qiáng)制地視為"o"的死
區(qū)變寬的第二狀態(tài)。
進(jìn)而，作為第三實(shí)例，其中噴射器35的打開(kāi)/關(guān)閉運(yùn)行被控制從 而噴射器35的驅(qū)動(dòng)周期(基本周期)是恒定的第一控制狀態(tài)有時(shí)被改變 為第二控制狀態(tài)，其中與該第一控制狀態(tài)相比噴射器35每驅(qū)動(dòng)周期的 噴射量被強(qiáng)制地增加(或者噴射時(shí)間延長(zhǎng))。
然后，作為第四實(shí)例，其中噴射器35的打開(kāi)/關(guān)閉運(yùn)行被控制從 而噴射器35每一驅(qū)動(dòng)周期(基本周期)的噴射量或者噴射時(shí)間變得恒定 的第一控制狀態(tài)有時(shí)被改變?yōu)榈诙刂茽顟B(tài)，其中與第一控制狀態(tài)相 比一個(gè)驅(qū)動(dòng)周期(基本周期)被強(qiáng)制延長(zhǎng)。
下面，例如，將具體描述第一實(shí)例。在示于圖5(a)的正常控制期 間，噴射器35基于在當(dāng)前值和目標(biāo)值之間的壓力偏差在時(shí)間tll和t12 之間被驅(qū)動(dòng)(噴射)。利用這種驅(qū)動(dòng)，在氫供應(yīng)通道31中的氫氣的壓力 升高，如圖所示。在另一方面，在示于圖5(b)的第一實(shí)例中，由于基于 上述壓力偏差的反饋控制，噴射器35未被驅(qū)動(dòng)，直至?xí)r間tl3為止， 此時(shí)氫供應(yīng)通道31中的氫氣壓力降低到預(yù)定下限值P^然而，氫氣壓 力降低到下限值Pp在時(shí)間t13和t14之間驅(qū)動(dòng)噴射器35。
然后，當(dāng)在該驅(qū)動(dòng)期間(tl3和tl4)氫供應(yīng)通道31中的氫氣的壓力 盡可能被升高時(shí)(升高到例如預(yù)定上限值(預(yù)定目標(biāo)壓力)PH)，可以獲得 時(shí)間t15直至壓力然后降低到預(yù)定下限值Pl以重新開(kāi)始驅(qū)動(dòng)噴射器35。 因此，可減小噴射器35發(fā)出運(yùn)行聲音的次數(shù)，并且能夠防止運(yùn)行聲音 變得剌耳。即使在該情形中，當(dāng)空氣壓縮機(jī)24的運(yùn)行聲音超過(guò)預(yù)定值時(shí)，噴
射器35被正常驅(qū)動(dòng)，由此噴射器35的運(yùn)行聲音可被空氣壓縮機(jī)24的 運(yùn)行聲音掩蓋。
如上所述，當(dāng)空氣壓縮機(jī)24的運(yùn)行聲音較小時(shí)，即，如圖6所示， 當(dāng)空氣壓縮機(jī)24的運(yùn)行聲音小于預(yù)定下限值(步驟Sl)時(shí)，控制被放松 以盡可能擴(kuò)大壓力偏差的容許范圍(步驟S2)。在噴射器35的驅(qū)動(dòng)次數(shù) 減小的情形中，當(dāng)加速器每單位時(shí)間打開(kāi)比率被增加為超過(guò)預(yù)定上限 值時(shí)(步驟S3:是)，壓力偏差的容許范圍被設(shè)定為正常設(shè)置(步驟S4)， 并且噴射器35可以正常進(jìn)行噴射。
艮口，其中基于加速器打開(kāi)比率，壓力偏差容許范圍被設(shè)置得較大 的步驟S2的控制可被取消。在該情形中，能夠防止在車輛加速期間氣 體壓力的降低，并且可以改進(jìn)加速響應(yīng)性和產(chǎn)品特性。顯然，即使在 當(dāng)空氣壓縮機(jī)24的運(yùn)行聲音較小時(shí)禁止噴射器35驅(qū)動(dòng)的情形中，也 可以基于加速器打開(kāi)比率取消這種禁止。
應(yīng)該指出在正?？刂破陂g，如上所述，基于由噴射器35的探測(cè)次 級(jí)壓力的"當(dāng)前值減去目標(biāo)值"獲得的壓力偏差進(jìn)行反饋控制，并且當(dāng)改 變目標(biāo)控制值時(shí)使得該值盡可能接近目標(biāo)值。然而，如上所述，當(dāng)空 氣壓縮機(jī)24的運(yùn)行聲音較小時(shí)，燃料電池10的負(fù)載需求(發(fā)電需求) 較小。有時(shí)假定即使當(dāng)氫氣和空氣的壓力稍微改變時(shí)，發(fā)電穩(wěn)定性也 不受影響。為解決該問(wèn)題，在這種情形中，控制狀態(tài)可從正常控制時(shí) 間如第一控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換為其中與正?？刂茣r(shí)間相比壓力控制范圍變寬 的第二控制狀態(tài)。
例如，在壓力偏差的絕對(duì)值是預(yù)定值或者更低而目標(biāo)壓力調(diào)節(jié)寬 度最大化的情形中，其中壓力偏差被視為"O"的死區(qū)擴(kuò)大，并且與正常 控制相比壓力控制范圍變寬，由此可以獲得類似于以上效果的效果。 該實(shí)例相應(yīng)于其中控制被放松以擴(kuò)大壓力偏差的容許范圍的第二實(shí)
例。
進(jìn)而，空氣壓縮機(jī)24的運(yùn)行聲音的幅度基本上具有關(guān)于車輛速度
成比例的關(guān)系，從而可以使用車輛速度而非空氣壓縮機(jī)24的運(yùn)行聲音， 并且可以基于該車輛速度控制噴射器35的運(yùn)行。g卩，當(dāng)車輛速度較低 時(shí)，空氣壓縮機(jī)24的運(yùn)行聲音較小，并且行駛聲音較小。因此，在車 輛速度具有預(yù)定值或者更低的情形中，禁止噴射器35噴射，或者控制 被放松從而盡可能放大壓力偏差的容許范圍，由此減小噴射器35的噴 射次數(shù)。
在另一方面，當(dāng)車輛速度增加時(shí)，空氣壓縮機(jī)24的運(yùn)行聲音的幅 度擴(kuò)大，并且行駛聲音例如在道路上輪胎的噪音或者嘶嘶聲擴(kuò)大。因 此，即使在車輛速度超過(guò)預(yù)定值并且噴射器35被正常驅(qū)動(dòng)的情形中， 噴射器35的運(yùn)行聲音也可被空氣壓縮機(jī)24的運(yùn)行聲音或者運(yùn)轉(zhuǎn)聲音 掩蓋。因此，能夠防止運(yùn)行聲音變得刺耳。
車輛速度基本具有關(guān)于噴射器35的噴射次數(shù)和空氣壓縮機(jī)24的 旋轉(zhuǎn)數(shù)成比例的關(guān)系，從而存在易于執(zhí)行協(xié)作控制的優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)該指出， 根據(jù)車輛，確定行駛聲音或者空氣壓縮機(jī)24的運(yùn)行聲音較大，從而可 以根據(jù)車輛選擇噴射器35的運(yùn)行聲音主要被行駛聲音或者空氣壓縮機(jī) 24的運(yùn)行聲音掩蓋。
而且，能夠產(chǎn)生這種較大運(yùn)行聲音從而掩蓋噴射器35的驅(qū)動(dòng)聲音 的車輛輔助器件的實(shí)例包括空氣壓縮機(jī)24，另外地，從車輛室中的空 調(diào)器(空氣調(diào)節(jié)器件)吹送空氣的吹風(fēng)機(jī)，或者在車輛室外部對(duì)用于燃料 電池IO的冷卻水進(jìn)行冷卻的散熱器風(fēng)扇。因此，能夠基于這些器件而 非空氣壓縮機(jī)24的運(yùn)行狀態(tài)，g卩，空調(diào)器的吹風(fēng)機(jī)的運(yùn)行聲音(吹送聲 音)或者散熱器風(fēng)扇的運(yùn)行聲音，以與上述相同的方式控制噴射器35 的運(yùn)行。然而，空氣壓縮機(jī)24的運(yùn)行聲音通常最大，從而可以根據(jù)空 氣壓縮機(jī)24的運(yùn)行狀態(tài)控制噴射器。進(jìn)而，空氣壓縮機(jī)24的運(yùn)行聲音的幅度基本具有關(guān)于燃料電池 10產(chǎn)生的電流成比例的關(guān)系，并且也基本具有關(guān)于馬達(dá)的所需負(fù)載， 即，加速器打開(kāi)比率(加速/減速狀態(tài))成比例的關(guān)系，從而應(yīng)用加速器
打開(kāi)比率替代空氣壓縮機(jī)24的運(yùn)行聲音，并且可以基于該加速器打開(kāi) 比率控制噴射器35的運(yùn)行。
艮口，當(dāng)加速器打開(kāi)比率小時(shí)，空氣壓縮機(jī)24的運(yùn)行聲音小，從而 在加速器打開(kāi)比率具有預(yù)定值或者更低的情形中，禁止噴射器35噴射， 或者控制被放松從而盡可能擴(kuò)大壓力偏差的容許范圍，由此減小噴射 器35的噴射次數(shù)。
在另一方面，當(dāng)加速器打開(kāi)比率增加時(shí)，空氣壓縮機(jī)24的運(yùn)行聲 音的幅度擴(kuò)大。因此，即使在當(dāng)加速器打開(kāi)比率超過(guò)預(yù)定值時(shí)噴射器 35被正常驅(qū)動(dòng)的情形中，噴射器35的運(yùn)行聲音可被空氣壓縮機(jī)24的 運(yùn)行聲音掩蓋。
因此，能夠防止該運(yùn)行聲音變得刺耳。加速器打開(kāi)比率基本具有 關(guān)于噴射器35的噴射次數(shù)和空氣壓縮機(jī)24的旋轉(zhuǎn)數(shù)成比例的關(guān)系， 從而存在易于執(zhí)行協(xié)作控制的優(yōu)點(diǎn)。
應(yīng)該指出在設(shè)有包括燃料電池10和蓄電池的兩種電源的混合系 統(tǒng)中，燃料電池IO產(chǎn)生的電流有時(shí)關(guān)于馬達(dá)的所需負(fù)載，g卩，加速器 打開(kāi)比率不具有任何比例關(guān)系。然而，即使在該情形中，當(dāng)加速器打 開(kāi)比率較大時(shí)，即，噴射器35在其中不易于擔(dān)心噪音產(chǎn)生的加速期間 的環(huán)境中運(yùn)行，由此能夠防止該運(yùn)行聲音變得刺耳。
應(yīng)該指出在燃料電池10完成暖機(jī)之后(在釋放輸出限制之后)執(zhí)行 上述控制。這是因?yàn)?，在暖機(jī)之前，在燃料電池10中未看到關(guān)于壓力 的任何發(fā)電魯棒性，并且難以施加控制。在根據(jù)該實(shí)施例的上述燃料電池系統(tǒng)1中，可以基于燃料電池10 的運(yùn)行狀態(tài)(在發(fā)電期間的電流值)設(shè)定噴射器的35的運(yùn)行狀態(tài)(噴射時(shí)
間)。因此，基于燃料電池IO的運(yùn)行狀態(tài)，氫氣的供應(yīng)壓力可被適當(dāng)?shù)?改變，并且可以改進(jìn)響應(yīng)性。而且，噴射器35被采用作為氫氣的流量 調(diào)節(jié)閥和可變壓力調(diào)節(jié)閥，從而可以執(zhí)行精確的壓力調(diào)節(jié)(到燃料電池 IO的氫氣的供應(yīng)壓力的調(diào)節(jié))。
艮P，噴射器35能夠基于燃料電池10的運(yùn)行狀態(tài)從控制器件4接 收控制信號(hào)以調(diào)節(jié)氫氣的噴射時(shí)間和噴射時(shí)刻，從而與傳統(tǒng)機(jī)械可變 壓力調(diào)節(jié)閥相比可以更加快速地和準(zhǔn)確地執(zhí)行壓力調(diào)節(jié)。而且，與傳 統(tǒng)機(jī)械可變壓力調(diào)節(jié)閥相比，噴射器35是小型的、重量輕的和廉價(jià)的， 從而可以實(shí)現(xiàn)微型化的和廉價(jià)的整體構(gòu)造。
而且，在根據(jù)上述實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)1中，控制器件4基于 相關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)控制噴射器35的運(yùn)行，從而可在其中例如噴射器 35的運(yùn)行聲音不易變得刺耳的狀態(tài)下運(yùn)行噴射器35，并且能夠防止噴 射器35的運(yùn)行聲音變得剌耳。
艮口，控制器件4基于空氣壓縮機(jī)24的運(yùn)行狀態(tài)控制噴射器35的 運(yùn)行，由此，例如，噴射器35的運(yùn)行聲音被疊加在空氣壓縮機(jī)24的 運(yùn)行聲音上。結(jié)果，噴射器35的運(yùn)行聲音可被空氣壓縮機(jī)24的運(yùn)行 聲音隱藏或者遮掩，并且能夠防止噴射器24的運(yùn)行聲音變得刺耳。
控制器件4可以基于空調(diào)器的運(yùn)行狀態(tài)控制噴射器35的運(yùn)行。在 該情形中，例如，當(dāng)噴射器35的運(yùn)行聲音被疊加在空調(diào)器的運(yùn)行聲音 時(shí)，噴射器35的運(yùn)行聲音可被空調(diào)器的運(yùn)行聲音隱藏或者遮掩，從而 能夠防止噴射器35的運(yùn)行聲音變得刺耳。
而且，控制器件4可以基于散熱器風(fēng)扇的運(yùn)行狀態(tài)控制噴射器35
的運(yùn)行。在該情形中，例如，當(dāng)噴射器35的運(yùn)行聲音被疊加在散熱器 風(fēng)扇的運(yùn)行聲音時(shí)，噴射器35的運(yùn)行聲音可被散熱器風(fēng)扇的運(yùn)行聲音
隱藏或者遮掩，從而能夠防止噴射器35的運(yùn)行聲音變得刺耳。
進(jìn)而，在根據(jù)上述實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)1中，在系統(tǒng)被安裝在
移動(dòng)體的情形中，控制器件4能夠基于車輛速度控制噴射器35的運(yùn)行。 因此，例如，當(dāng)車輛速度較高時(shí)，噴射器35運(yùn)行，由此噴射器35的 運(yùn)行聲音可被移動(dòng)體的行駛聲音隱藏或者遮掩，并且能夠防止該運(yùn)行 聲音變得刺耳。
另外，在根據(jù)上述實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)1中，在系統(tǒng)安裝在移 動(dòng)體上的情形中，控制器件4能夠基于加速器打開(kāi)比率(加速/減速狀態(tài)) 控制噴射器35的運(yùn)行，從而噴射器35例如在當(dāng)加速器打開(kāi)比率較大 時(shí)即在噪音產(chǎn)生不易被擔(dān)心的加速期間的環(huán)境中運(yùn)行。結(jié)果，能夠防 止該運(yùn)行聲音變得刺耳。
而且，在根據(jù)上述實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)1中，控制器件4能夠 基于作為輔助器件的空氣壓縮機(jī)24的運(yùn)行聲音的頻率控制噴射器24 的驅(qū)動(dòng)頻率，從而，例如，噴射器35的驅(qū)動(dòng)頻率匹配空氣壓縮機(jī)24 的運(yùn)行聲音的頻率，或者空氣壓縮機(jī)24的運(yùn)行聲音的頻率被設(shè)定為噴 射器35的驅(qū)動(dòng)頻率的整數(shù)倍。結(jié)果，噴射器35的運(yùn)行聲音可被空氣 壓縮機(jī)24的運(yùn)行聲音隱藏或者遮掩，由此能夠防止噴射器35的運(yùn)行 聲音變得刺耳。
進(jìn)而，噴射器35例如在噴射器35的驅(qū)動(dòng)頻率的相位從空氣壓縮 機(jī)24的運(yùn)行聲音的相位適當(dāng)?shù)匾苿?dòng)的情形中即在噪音產(chǎn)生不易被擔(dān)心 的環(huán)境中運(yùn)行。結(jié)果，噴射器35的運(yùn)行聲音不被注意到，并且能夠防 止噴射器35的運(yùn)行聲音變得刺耳。
應(yīng)該指出在以上實(shí)施例中，已經(jīng)根據(jù)設(shè)于燃料電池系統(tǒng)的氫供應(yīng) 通道31中的噴射器的實(shí)例描述了噴射器。然而，本發(fā)明可應(yīng)用于任何 其它噴射器，只要該噴射器設(shè)于燃料電池系統(tǒng)的氣體供應(yīng)通道中。
如例如圖7所示，在用于向燃料電池IO供應(yīng)氧化氣體(空氣)的空 氣供應(yīng)通道21設(shè)有增濕水供應(yīng)噴射器71而非增濕器20的情形中，本 發(fā)明可被應(yīng)用于這種噴射器?？商娲?，如圖8所示，在用于向燃料 電池10供應(yīng)氫氣的氫供應(yīng)通道31設(shè)有氣動(dòng)調(diào)整器72而非噴射器的情 形中，本發(fā)明可被應(yīng)用于陰極空氣供應(yīng)噴射器73以用于利用空氣壓力 等控制該氣動(dòng)調(diào)整器72的氫壓力。
而且，在以上實(shí)施例中，已經(jīng)描述了其中根據(jù)本發(fā)明的燃料電池 系統(tǒng)被安裝在燃料電池車輛上的一個(gè)實(shí)例，但是根據(jù)本發(fā)明的燃料電 池系統(tǒng)可被安裝在除了燃料電池車輛的任何類型的移動(dòng)體(機(jī)器人、船、 飛機(jī)等)上。根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)可被應(yīng)用于用作用于建筑(房 屋、大廈等)的發(fā)電設(shè)備的固定發(fā)電系統(tǒng)。
工業(yè)實(shí)用性
本發(fā)明可被廣泛應(yīng)用于燃料電池系統(tǒng)(或者用于運(yùn)行該系統(tǒng)的方 法)，它是高度響應(yīng)性的并且能夠基于燃料電池的運(yùn)行狀態(tài)適當(dāng)?shù)馗淖?燃料氣體的供應(yīng)壓力，并且其中運(yùn)行者不易擔(dān)心噴射器的運(yùn)行聲音。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池系統(tǒng)，包括燃料電池，所述燃料電池接收氣體的供應(yīng)以發(fā)電；噴射器，所述噴射器設(shè)于所述燃料電池的氣體供應(yīng)通道中，并且所述噴射器調(diào)節(jié)所述氣體供應(yīng)通道的上游側(cè)上的氣體的狀態(tài)以將氣體供應(yīng)到下游側(cè)；和控制裝置，所述控制裝置用于驅(qū)動(dòng)并控制所述噴射器，所述控制裝置被構(gòu)成為根據(jù)包括所述燃料電池系統(tǒng)的相關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)控制所述噴射器的運(yùn)行。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的燃料電池系統(tǒng)，其中所述控制裝置根據(jù)隨著 所述相關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)而產(chǎn)生的輻射聲音控制所述噴射器的運(yùn)行。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的燃料電池系統(tǒng)，其中所述相關(guān)器件是泵，所述泵將流體供應(yīng)到所述燃料電池。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的燃料電池系統(tǒng)，其中所述泵是空氣壓縮機(jī)， 所述空氣壓縮機(jī)將壓力下的氧化氣體饋送到所述燃料電池。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的燃料電池系統(tǒng)，所述燃料電池系統(tǒng)被安裝在 移動(dòng)體上，其中所述相關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)是所述移動(dòng)體的乘客室中的 空調(diào)器的運(yùn)行狀態(tài)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的燃料電池系統(tǒng)，所述燃料電池系統(tǒng)被安裝在 移動(dòng)體上，其中所述相關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)是用于冷卻所述燃料電池或 馬達(dá)的風(fēng)扇、或用于從乘客室中的空調(diào)器吹送空氣的吹風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀 態(tài)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1的燃料電池系統(tǒng)，所述燃料電池系統(tǒng)被安裝在 移動(dòng)體上，其中所述相關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)是所述移動(dòng)體的移動(dòng)狀態(tài)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7的燃料電池系統(tǒng)，其中所述移動(dòng)體的移動(dòng)狀態(tài) 是移動(dòng)速度。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7的燃料電池系統(tǒng)，其中所述移動(dòng)體的移動(dòng)狀態(tài)是加速狀態(tài)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求2的燃料電池系統(tǒng)，其中所述控制裝置基于來(lái) 自所述相關(guān)器件的輻射聲音的頻率控制所述噴射器的驅(qū)動(dòng)頻率。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1的燃料電池系統(tǒng)，其中所述控制裝置基于包 括所述燃料電池系統(tǒng)的所述相關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)改變所述噴射器的壓 力偏差的容許范圍。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll的燃料電池系統(tǒng)，所述燃料電池系統(tǒng)被安裝 在移動(dòng)體上，其中所述控制裝置僅在所述移動(dòng)體的怠速運(yùn)行期間改變所述噴射 器的壓力偏差的容許范圍。
13. 根據(jù)權(quán)利要求ll的燃料電池系統(tǒng)，其中為了改變壓力偏差的 容許范圍，將第一控制狀態(tài)改變?yōu)榈诙刂茽顟B(tài)，在所述第一控制狀 態(tài)下，基于所述噴射器的次級(jí)壓力的探測(cè)值和目標(biāo)控制值之間的偏差 對(duì)所述噴射器的開(kāi)閉操作進(jìn)行反饋控制，在所述第二控制狀態(tài)下，在 所述噴射器的次級(jí)壓力降低到預(yù)定下限壓力時(shí)，禁止執(zhí)行所述反饋控 制，以將壓力升高到預(yù)定目標(biāo)壓力。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11的燃料電池系統(tǒng)，其中為了改變壓力偏差的 容許范圍，將第一控制狀態(tài)改變?yōu)榈诙顟B(tài)，在所述第一控制狀態(tài)下， 當(dāng)在所述噴射器的次級(jí)壓力的探測(cè)值和目標(biāo)控制值之間的偏差小于預(yù) 定值時(shí)，所述偏差被視為"0"、而當(dāng)所述偏差具有所述預(yù)定值或更大時(shí)，基于所述偏差對(duì)所述噴射器的開(kāi)閉操作進(jìn)行反饋控制，在所述第 二狀態(tài)下，與所述第一控制狀態(tài)相比，所述預(yù)定值增大。
15. 根據(jù)權(quán)利要求2的燃料電池系統(tǒng)，其中在隨著所述相關(guān)器件 的驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的所述輻射聲音減小的情形中，所述控制裝置禁止所述噴 射器的運(yùn)行，直至所述噴射器的次級(jí)壓力降低到預(yù)定下限壓力為止。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15的燃料電池系統(tǒng)，其中當(dāng)所述噴射器的次級(jí)壓力降低到所述下限壓力時(shí)，所述控制裝置允許所述噴射器的運(yùn)行以 將所述次級(jí)壓力升高到預(yù)定壓力。
17. —種安裝在移動(dòng)體上的燃料電池系統(tǒng)，包括燃料電池，所 述燃料電池接收氣體的供應(yīng)以發(fā)電；噴射器，所述噴射器設(shè)于所述燃 料電池的氣體供應(yīng)通道中，并且所述噴射器調(diào)節(jié)所述氣體供應(yīng)通道的 上游側(cè)上的氣體的狀態(tài)以將氣體供應(yīng)到下游側(cè)；和控制裝置，所述控 制裝置用于基于所述移動(dòng)體的移動(dòng)狀態(tài)控制所述噴射器的運(yùn)行。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1到17中任一項(xiàng)的燃料電池系統(tǒng)，其中所述噴 射器包括內(nèi)部通道，所述內(nèi)部通道將所述噴射器的上游側(cè)連接到所 述噴射器的下游側(cè)；闊體，所述閥體以可移動(dòng)方式布置在所述內(nèi)部通 道中，并且其中基于所述閥體的移動(dòng)位置改變所述內(nèi)部通道的開(kāi)口面 積；和閥體驅(qū)動(dòng)部分，所述閥體驅(qū)動(dòng)部分用電磁驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)所述閥體。
19. 一種用于運(yùn)行燃料電池系統(tǒng)的方法，所述燃料電池系統(tǒng)包括 燃料電池和噴射器，所述燃料電池接收氣體的供應(yīng)以發(fā)電，所述噴射 器設(shè)于所述燃料電池的氣體供應(yīng)通道中，并且所述噴射器調(diào)節(jié)所述氣 體供應(yīng)通道的上游側(cè)上的氣體的狀態(tài)以將氣體供應(yīng)到下游側(cè)，所述方 法包括根據(jù)包括所述燃料電池系統(tǒng)的相關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)控制所述噴射 器的運(yùn)行。
全文摘要
本發(fā)明是一種燃料電池系統(tǒng)(1)，包括燃料電池(10)；噴射器(35)，所述噴射器設(shè)于燃料電池(10)的氫供應(yīng)通道(31)中，并且所述噴射器調(diào)節(jié)氫供應(yīng)通道的上游側(cè)的氣體狀態(tài)以向下游側(cè)供應(yīng)氣體；控制器件(4)，所述控制器件(4)驅(qū)動(dòng)和控制噴射器(35)?？刂破骷?4)基于包括燃料電池系統(tǒng)(1)的相關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)控制噴射器(35)的運(yùn)行。
文檔編號(hào)H01M8/00GK101341619SQ200680048049
公開(kāi)日2009年1月7日 申請(qǐng)日期2006年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月19日
發(fā)明者堀田明壽, 山岸典生, 片野剛司, 石河統(tǒng)將 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社