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)明涉及到一種在使從燃料供給源供給的燃料氣體流入到燃料 電池的供給流路中，具有可變氣體供給裝置的燃料電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
一直以來，具有接收反應(yīng)氣體(燃料氣體及氧化氣體)的供給并 進(jìn)行發(fā)電的燃料電池的燃料電池系統(tǒng)被提出、并實(shí)用化。并且近些年 來提出了如下燃料電池系統(tǒng)通過在將從氫罐等燃料供給源供給的燃 料氣體流入到燃料電池的燃料供給流路上設(shè)置機(jī)械式可變調(diào)節(jié)器、噴 射器等可變氣體供給裝置，使來自燃料供給源的燃料氣體的供給壓力
可根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)改變(例如參照日本特開2005-302563號(hào)公報(bào))。

發(fā)明內(nèi)容
在具有這種可變氣體供給裝置的燃料電池系統(tǒng)中，可逐漸改變供 給到燃料電池的燃料氣體的狀態(tài)量(壓力、流量等)，但當(dāng)可變氣體 供給裝置中產(chǎn)生長年變化、故障等異常時(shí)，無法高精度地控制到下游 側(cè)的氣體供給狀態(tài)量，因此需要在運(yùn)轉(zhuǎn)中判斷該異常的技術(shù)。
本發(fā)明鑒于以上情況而產(chǎn)生，其目的在于供給一種可在運(yùn)轉(zhuǎn)中判 斷可變氣體供給裝置的異常的燃料電池系統(tǒng)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明涉及的燃料電池系統(tǒng)具有燃料電池； 供給流路，用于使從燃料供給源供給的燃料氣體流入到上述燃料電池； 可變氣體供給裝置，調(diào)整該供給流路的上游側(cè)的氣體狀態(tài)并供給到下 游側(cè)；控制部，對(duì)相對(duì)于上述可變氣體供給裝置的氣體供給指令量進(jìn) 行PI控制；和異常判斷部，判斷上述可變氣體供給裝置的異常，其中，
4上述控制部，作為上述PI控制中的校正項(xiàng)的一部分使用僅在上述燃料 電池的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)滿足規(guī)定的學(xué)習(xí)允許條件的情況下積算I項(xiàng)而成的學(xué) 習(xí)項(xiàng)，上述異常判斷部根據(jù)上述學(xué)習(xí)項(xiàng)判斷上述可變氣體供給裝置的 異常。
該學(xué)習(xí)項(xiàng)是積算PI控制中的I項(xiàng)獲得的，換言之，是在規(guī)定條件 下積算該P(yáng)I控制下的控制目標(biāo)值(例如可變氣體供給裝置的二次側(cè)(下
游側(cè)、燃料電池側(cè))中的調(diào)壓目標(biāo)值)和實(shí)際的檢測(cè)壓力值的偏差的 積分值(=1項(xiàng))而獲得的，因此當(dāng)可變氣體供給裝置中產(chǎn)生異常時(shí)， 控制目標(biāo)值和檢測(cè)壓力值的偏差變大為與正常時(shí)相比超過設(shè)計(jì)誤差等 允許范圍的程度，該影響也波及到該學(xué)習(xí)項(xiàng)。因此，可根據(jù)該學(xué)習(xí)項(xiàng) 判斷可變氣體供給裝置的異常。
在上述燃料電池系統(tǒng)也可是上述異常判斷部僅在上述燃料電池 的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)滿足上述學(xué)習(xí)允許條件的情況下，實(shí)施基于上述學(xué)習(xí)項(xiàng)的 異常判斷。
根據(jù)該構(gòu)成，基于學(xué)習(xí)項(xiàng)的異常判斷的實(shí)施限定于燃料電池的運(yùn) 轉(zhuǎn)狀態(tài)適于I項(xiàng)學(xué)習(xí)的狀態(tài)(滿足學(xué)習(xí)允許條件的狀態(tài))，換言之，限 定于燃料電池運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)穩(wěn)定時(shí)，因此提高了異常的判斷精度。
并且，在上述燃料電池系統(tǒng)也可是上述異常判斷部在上述學(xué)習(xí) 項(xiàng)的值處于規(guī)定范圍外時(shí)，判斷為上述可變氣體供給裝置異常。
在上述構(gòu)成中，為了抑制可變氣體供給裝置正常時(shí)誤判斷為異常 的情況而進(jìn)一步提高判斷精度，當(dāng)上述學(xué)習(xí)項(xiàng)的值處于規(guī)定范圍外的 狀態(tài)持續(xù)規(guī)定時(shí)間的情況下，判斷上述可變氣體供給裝置異常。
在上述燃料電池系統(tǒng)也可是上述學(xué)習(xí)項(xiàng)對(duì)應(yīng)于每一個(gè)向上述燃 料電池的氣體供給需求量分別設(shè)定并更新，其中，將上述燃料電池中
5的燃料氣體消耗量、上述燃料電池內(nèi)的從陽極側(cè)向陰極側(cè)的交叉泄漏 量、和上述PI控制中使用的P項(xiàng)相加而求出向上述燃料電池的氣體供 給需求量。
PI控制中形成校正項(xiàng)的一部分的I項(xiàng)是控制目標(biāo)值和實(shí)際的檢測(cè) 值的偏差的時(shí)間累積值(或與該時(shí)間累積值相關(guān)的值)，與之相對(duì)， 在PI控制中與該I項(xiàng)一起構(gòu)成校正項(xiàng)的學(xué)習(xí)項(xiàng)存儲(chǔ)了該I項(xiàng)的各氣體 供給需求量的累積值(或與該累積值相關(guān)的值)，因此即使在隨著氣 體供給需求量的急劇變化控制目標(biāo)值也急劇變化的情況下，也可通過 作為I項(xiàng)的累積值的學(xué)習(xí)項(xiàng)迅速校正作為時(shí)間累積值的僅由I項(xiàng)產(chǎn)生的 校正的響應(yīng)延遲，可提高追蹤性。
此外，對(duì)上述燃料電池的氣體供給需求量也可根據(jù)以下計(jì)算上 述燃料電池中的燃料氣體消耗量、上述燃料電池內(nèi)的從陽極側(cè)向陰極 側(cè)的交叉泄漏量、和上述可變氣體供給裝置下游側(cè)的目標(biāo)壓力值的變 動(dòng)。
在上述燃料電池系統(tǒng)也可是上述可變氣體供給裝置是通過電磁 驅(qū)動(dòng)力直接以規(guī)定的驅(qū)動(dòng)周期驅(qū)動(dòng)閥芯而使閥芯從閥座隔離的電磁驅(qū) 動(dòng)式的開關(guān)閥(例如噴射器)。
根據(jù)本發(fā)明，在具有可變氣體供給裝置的燃料電池系統(tǒng)中，可在 運(yùn)轉(zhuǎn)中判斷可變氣體供給裝置的異常。


圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的燃料電池系統(tǒng)的構(gòu)成圖。 圖2是用于說明圖l所示的燃料電池系統(tǒng)的控制方式的控制框圖。 圖3是用于說明圖2所示的控制框圖的I項(xiàng)計(jì)算功能的圖。 圖4是用于說明圖2所示的控制框圖的學(xué)習(xí)項(xiàng)計(jì)算功能的圖。
圖5是用于說明圖1所示的燃料電池系統(tǒng)中的噴射器的異常判斷的時(shí)間圖。
具體實(shí)施例方式
以下參照

本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的燃料電池系統(tǒng)1。在 本實(shí)施方式中，對(duì)將本發(fā)明適用于燃料電池車輛(移動(dòng)體)的車載發(fā) 電系統(tǒng)的例子進(jìn)行說明，也可將本發(fā)明涉及的燃料電池系統(tǒng)搭載到燃 料電池車輛以外的各種移動(dòng)體(機(jī)器人、船舶、飛機(jī)等)。并且也可 將本發(fā)明涉及的燃料電池系統(tǒng)適用于作為建筑(住宅、大廈等)用的 發(fā)電設(shè)備使用的定置用發(fā)電系統(tǒng)。
首先，參照?qǐng)D1說明本發(fā)明的實(shí)施方式涉及的燃料電池系統(tǒng)1的 構(gòu)成。
本實(shí)施方式涉及的燃料電池系統(tǒng)1如圖1所示，具有接收反應(yīng)氣 體(氧化氣體及燃料氣體)的供給并產(chǎn)生電力的燃料電池10，并且具 有向燃料電池10供給作為氧化氣體的空氣的氧化氣體配管系統(tǒng)2、 向燃料電池10供給作為燃料氣體的氫氣的氫氣配管系統(tǒng)3、統(tǒng)一控制 系統(tǒng)整體的控制裝置(控制部、異常判斷部)4等。
燃料電池IO具有層積所需個(gè)數(shù)的單電池而形成的堆疊構(gòu)造，上述 單電池接收反應(yīng)氣體的供給通過電氣化學(xué)反應(yīng)發(fā)電。燃料電池10產(chǎn)生 的電力供給到PCU (Power Control Unit:電力控制單元)11。 PCU11 具有配置在燃料電池IO和牽引電動(dòng)機(jī)12之間的變換器、DC-DC轉(zhuǎn)換 器等。并且，燃料電池IO上安裝有檢測(cè)發(fā)電中的電流的電流傳感器13。
氧化氣體配管系統(tǒng)2具有空氣供給流路21，將通過加濕器20 加濕的氧化氣體(空氣)供給到燃料電池10;空氣排出流路22，將從 燃料電池10排出的氧化廢氣引導(dǎo)到加濕器20;排氣流路23，將氧化 廢氣從加濕器21引導(dǎo)到外部。空氣供給流路21上設(shè)有壓縮機(jī)24，取 入大氣中的氧化氣體并壓送到加濕器20。
7氫氣配管系統(tǒng)3具有存儲(chǔ)了高壓(例如70MPa)的氫氣的作為 燃料供給源的燃料氫罐30;將氫罐30的氫氣供給到燃料電池10的作
為燃料供給流路的氫供給流路(供給流路)31;用于將從燃料電池10
排出的氫廢氣返回到氫供給流路31的循環(huán)流路(廢氣流路)32。
此外，也可替代氫罐30，將由烴系燃料生成富氫的改性氣體的改 性器、和將該改性器生成的改性氣體形成為高壓狀態(tài)并蓄壓的高壓氣 體罐作為燃料供給源使用。并且，也可將具有儲(chǔ)氫合金的罐作為燃料 供給源使用。
氫供給流路31上設(shè)有斷開或允許來自氫罐30的氫氣的供給的
斷開閥33;調(diào)整氫氣的壓力的調(diào)節(jié)器34;噴射器(可變氣體供給裝置)
35。并且，噴射器35的上游側(cè)設(shè)有檢測(cè)氫供給流路31內(nèi)的氫氣的壓 力及溫度的一次側(cè)壓力傳感器41及溫度傳感器42。
進(jìn)一步，在噴射器35的下游側(cè)的、氫供給流路31和循環(huán)流路32 的合流部的上游側(cè)，設(shè)有檢測(cè)氫供給流路31內(nèi)的氫氣壓力的二次側(cè)壓 力傳感器43、及氫供給流路31內(nèi)達(dá)到規(guī)定的動(dòng)作壓力時(shí)打開的釋放閥 44。
調(diào)節(jié)器34是將其上游側(cè)的壓力(一次壓力)調(diào)節(jié)為提前設(shè)定的二 次壓力的裝置。在本實(shí)施方式中，將使一次壓力減壓的機(jī)械式減壓閥 作為調(diào)節(jié)器34使用。作為機(jī)械式減壓闊的構(gòu)成可采用下述公知構(gòu)成 具有隔著隔膜形成背壓室和調(diào)壓室的筐體，通過背壓室內(nèi)的背壓在調(diào) 壓室內(nèi)使一次壓力減壓為規(guī)定的壓力作為二次壓力。
噴射器35是可通過電磁驅(qū)動(dòng)力直接以規(guī)定的驅(qū)動(dòng)周期驅(qū)動(dòng)閥芯 離開閥座、從而調(diào)整氣體流量、氣體壓力的電磁驅(qū)動(dòng)式的開關(guān)閥。噴 射器35具有閥座，其具有噴射氫氣等氣體燃料的噴射孔，該噴射器35還具有將氣體燃料供給引導(dǎo)到噴射孔的噴嘴主體；閥芯，相對(duì)該噴 嘴主體在軸線方向(氣體流動(dòng)方向)上可移動(dòng)地被收容保持，使噴射 孔開關(guān)。
在本實(shí)施方式中，噴射器35的閥芯由作為電磁驅(qū)動(dòng)裝置的螺線管 驅(qū)動(dòng)，通過向該螺線管供電的脈沖狀勵(lì)磁電流的接通/斷開，可為二級(jí)、 多級(jí)或無級(jí)地切換噴射孔的開口面積。
此外，通過噴射器35的閥芯的開關(guān)調(diào)整氣體流量，并且供給到噴
射器35的下游的氣體壓力相比噴射器35的上游的氣體壓力被減壓， 因此可將噴射器35解釋為調(diào)壓閥(減壓閥、調(diào)節(jié)器)。并且，在本實(shí) 施方式中也可解釋為可根據(jù)氣體要求使噴射器35的上游氣體壓力的 調(diào)壓量(減壓量)改變以在規(guī)定的壓力范圍內(nèi)與要求壓力一致。
如上所述，噴射器35調(diào)整氫供給流路31的上游側(cè)的氣體狀態(tài)(氣 體流量、氫摩爾濃度、氣體壓力)并供給到下游側(cè)，相當(dāng)于本發(fā)明扣 的可變氣體供給裝置。
此外，在本實(shí)施方式中，如圖1所示，在氫供給流路31和循環(huán)流 路32的合流部Al的上游側(cè)，配置噴射器35。并且，如圖l中虛線所 示，作為燃料供給源使用多個(gè)氫罐30時(shí)，在從各氫罐30供給的氫氣 合流的部分(氫氣合流部A2)的下游側(cè)，配置噴射器35。
循環(huán)流路32通過氣液分離器36及排氣排水閥37與排出流路38 連接。氣液分離器36從氫廢氣中回收水分。排氣排水閥37根據(jù)來自 控制裝置4的指令進(jìn)行動(dòng)作，將氣液分離器36回收的水分、及含有循 環(huán)流路32內(nèi)的雜質(zhì)的氫廢氣排出到外部。
并且，循環(huán)流路32中設(shè)有氫泵39，其使循環(huán)流路32內(nèi)的氫廢氣 加壓而送出到氫供給流路31側(cè)。此外，通過排氣排水閥37及排出流路38排出的氫廢氣由稀釋器40稀釋，與排氣流路32內(nèi)的氧化廢氣合
控制裝置4檢測(cè)設(shè)置在車輛上的加速操作裝置(加速器)的操作 量，接受加速要求值(例如來自牽引電動(dòng)機(jī)12等負(fù)荷裝置的要求發(fā)電 量)等控制信息，控制系統(tǒng)內(nèi)的各設(shè)備的動(dòng)作。
此外，負(fù)荷裝置是除了牽引電動(dòng)機(jī)12外，使燃料電池10動(dòng)作所 需的輔助裝置(例如壓縮機(jī)24、氫泵39、冷卻泵的馬達(dá)等)、與車輛 行駛相關(guān)的各種裝置(變速機(jī)、車輪控制裝置、轉(zhuǎn)向裝置、懸架裝置 等)中使用的致動(dòng)器、乘客空間的空調(diào)裝置、照明、音響等的耗電裝 置的總稱。
控制裝置4由未圖示的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成。所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)具有 CPU、 ROM、 RAM、 HDD、輸入輸出接口及顯示器等，CPU讀入ROM 中記錄的各種控制程序并進(jìn)行所需的計(jì)算，從而進(jìn)行下述反饋控制、 清潔控制等各種處理、控制。
具體而言，控制裝置4如圖2所示，根據(jù)由檢測(cè)傳感器13檢測(cè)出 的燃料電池10的發(fā)電電流值，計(jì)算出由燃料電池10消耗的氫氣的流 量(以下稱為"氫消耗量")(燃料消耗量計(jì)算功能Bl)。在本實(shí) 施方式中，使用表示發(fā)電電流值和氫消耗量的關(guān)系的特定的運(yùn)算式， 按照控制裝置4的每個(gè)計(jì)算周期計(jì)算并更新氫消耗量。
并且，控制裝置4根據(jù)燃料電池IO的發(fā)電電流值計(jì)算出供給到燃 料電池10的氫氣的噴射器35的下游位置的目標(biāo)壓力值(目標(biāo)壓力值 計(jì)算功能B2)。在本實(shí)施方式中，使用表示發(fā)電電流值和目標(biāo)壓力 值的關(guān)系的特定的映射，按照控制裝置4的每個(gè)計(jì)算周期計(jì)算出目標(biāo) 壓力值。并且，控制裝置4計(jì)算出已算出的目標(biāo)壓力值與由壓力傳感器43
檢測(cè)出的噴射器35的下游位置的壓力值(檢測(cè)壓力值)之間的偏差(壓 力差計(jì)算功能B3)。并且，控制裝置4為了降低計(jì)算出的偏差，進(jìn)
行作為反饋校正流量的P項(xiàng)(比例項(xiàng))的計(jì)算(P項(xiàng)計(jì)算功能B4)、 及I項(xiàng)(積分項(xiàng))的計(jì)算(I項(xiàng)計(jì)算功能B5)。
在本實(shí)施方式的I項(xiàng)計(jì)算功能B5中，利用規(guī)定的映射等求出相對(duì) 于通過壓力差計(jì)算功能B3計(jì)算出的偏差A(yù)P以百分比對(duì)應(yīng)的反饋值 (以下稱為FB值A(chǔ)。/。)(圖3的實(shí)線)，進(jìn)一步將以時(shí)間對(duì)該FB值 厶％積分而獲得的時(shí)間累積值/ A%dt (圖3的虛線)作為I項(xiàng)。因此 在本實(shí)施方式中，使用目標(biāo)追蹤型的PI控制計(jì)算出反饋校正流量(校 正項(xiàng))。
并且，控制裝置4僅在燃料電池10的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)滿足規(guī)定條件(學(xué) 習(xí)允許條件)時(shí)，將通過I項(xiàng)計(jì)算功能B5計(jì)算出的I項(xiàng)按照每個(gè)作為 對(duì)燃料電池10的氣體供給需求量的對(duì)噴射器35的噴射要求流量分別 進(jìn)行積算，從而作為該I項(xiàng)的學(xué)習(xí)值計(jì)算出可更新地存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器等的 學(xué)習(xí)項(xiàng)(學(xué)習(xí)項(xiàng)計(jì)算功能B51)。該學(xué)習(xí)項(xiàng)與I項(xiàng)一起構(gòu)成PI控制中 的校正項(xiàng)。
在本實(shí)施方式的學(xué)習(xí)項(xiàng)計(jì)算功能B51中，僅在燃料電池IO的運(yùn)轉(zhuǎn) 狀態(tài)滿足規(guī)定的學(xué)習(xí)允許條件的情況下，對(duì)于每個(gè)將圖4的橫軸表示 的噴射器35的噴射要求流量按照規(guī)定流量以虛線劃分而成的學(xué)習(xí)區(qū)域 A F積算I項(xiàng)并存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器，利用內(nèi)插或外插等對(duì)按照各學(xué)習(xí)區(qū)域 A F計(jì)算的積算值(圖4中的點(diǎn))之間進(jìn)行補(bǔ)插，從而求出各噴射要 求流量的學(xué)習(xí)項(xiàng)。
此外，學(xué)習(xí)項(xiàng)也可以代替使按照各學(xué)習(xí)區(qū)域A F計(jì)算出的I項(xiàng)積 算值如圖4所示在各學(xué)習(xí)區(qū)域A F補(bǔ)插，而在各學(xué)習(xí)區(qū)域A F內(nèi)設(shè)定 為一定的值。
11并且，規(guī)定的學(xué)習(xí)允許條件例如是指根據(jù)燃料電池10的發(fā)電電流 設(shè)定的條件，在本實(shí)施方式中，燃料電池10的發(fā)電電流大于上述無效 噴射時(shí)間的影響相對(duì)變小的規(guī)定的發(fā)電電流值時(shí)、且該發(fā)電電流的變 化在規(guī)定范圍內(nèi)穩(wěn)定時(shí)，判斷滿足該學(xué)習(xí)允許條件。
學(xué)習(xí)項(xiàng)的值通過以下方法計(jì)算設(shè)噴射器35的設(shè)計(jì)值為100%， 向該設(shè)計(jì)值加上可取正負(fù)雙方的值的I項(xiàng)的積算值，在該值脫離了由圖
4的第1異常閾值(例如140%)和第2異常閾值(例如60%)所規(guī)定 上下限的規(guī)定正常范圍(設(shè)計(jì)誤差允許范圍)時(shí)，換言之，I項(xiàng)的積算 值脫離規(guī)定的正常范圍時(shí)(例如±40%內(nèi)的范圍)，判斷噴射器35異常。
并且，控制裝置4通過向上述氫消耗量及在燃料電池10內(nèi)產(chǎn)生的 交叉泄漏量的加算值上加入上述P項(xiàng)，求出到噴射器35的噴射要求流 量，另一方面為了將上述I項(xiàng)和該學(xué)習(xí)項(xiàng)作為一個(gè)積分項(xiàng)統(tǒng)合而將兩者 相加(積分項(xiàng)統(tǒng)合功能B52)，將該加算值乘到向上述噴射器35的 噴射要求流量上，從而計(jì)算出噴射器35的噴射流量(噴射流量計(jì)算功 能B7)。
其中，計(jì)算出與在噴射器35的下游位置上一次計(jì)算出的目標(biāo)壓力 值與此次計(jì)算出的目標(biāo)壓力值之間的偏差對(duì)應(yīng)的前饋校正流量(前饋 校正流量計(jì)算功能)，將該前饋校正流量加到上述加算值(=氫消耗 量+交叉泄漏量+ P項(xiàng))，在該加算值上乘以上述I項(xiàng)，從而計(jì)算出噴 射器35的噴射流量。
上述情況下的前饋校正流量是由目標(biāo)壓力值的變化導(dǎo)致的氫氣流 量的變動(dòng)部分(目標(biāo)壓力變動(dòng)校正流量)，例如采用表示目標(biāo)壓力值 的偏差和前饋校正流量之間的關(guān)系的特定的運(yùn)算式，按照裝置4的各 計(jì)算周期進(jìn)行更新。
12交叉泄漏量是從燃料電池10內(nèi)的燃料氣體流路(陽極側(cè))通過電 解質(zhì)膜透到氧化氣體流路(陰極側(cè))的氫氣的量，在本實(shí)施方式中，
根據(jù)噴射器35的下游位置處的氫氣的壓力值(壓力傳感器43中的檢 測(cè)壓力值)來計(jì)算(交叉泄漏量計(jì)算功能B6)。具體而言，使用表 示噴射器35的下游位置處的氫氣的壓力值和交叉泄漏量的關(guān)系的特定 的映射計(jì)算出交叉泄漏量。
另一方面，控制裝置4根據(jù)由噴射器35的上游的氣體狀態(tài)(壓力 傳感器41檢測(cè)出的氫氣的壓力及溫度傳感器42檢測(cè)出的氫氣的溫 度)，計(jì)算出噴射器35的上游的靜態(tài)流量(靜態(tài)流量計(jì)算功能B8)。 在本實(shí)施方式中，使用表示噴射器35的上游側(cè)的氫氣的壓力及溫度和 靜態(tài)流量的關(guān)系的特定的運(yùn)算式，按照控制裝置4的各計(jì)算周期計(jì)算、 更新靜態(tài)流量。
控制裝置4對(duì)上述噴射器35的噴射流量除以上述靜態(tài)流量(Duty (占空比)計(jì)算功能B9)而計(jì)算出的值，乘以噴射器35的驅(qū)動(dòng)周期， 從而計(jì)算出噴射器35的基本噴射時(shí)間(基本噴射時(shí)間計(jì)算功能BIO)， 并且向該基本噴射時(shí)間加上下述無效噴射時(shí)間，計(jì)算出噴射器35的總 噴射時(shí)間(總噴射時(shí)間計(jì)算功能B12)。
該驅(qū)動(dòng)周期是表示噴射器35的噴射孔的開關(guān)狀態(tài)的階梯狀(開/ 關(guān))波形的周期，在本實(shí)施方式中，通過控制裝置4將驅(qū)動(dòng)周期設(shè)定 為一定的值。
無效噴射時(shí)間是指噴射器35從控制裝置4接受控制信號(hào)開始到實(shí) 際開始噴射為止所需的時(shí)間，在本實(shí)施方式中，使用表示噴射器35的 上游側(cè)的氫氣的壓力、噴射器35的基本噴射時(shí)間、及該無效噴射時(shí)間 的關(guān)系的特定的映射，按照控制裝置4的各計(jì)算周期，計(jì)算并更新無 效噴射時(shí)間(無效噴射時(shí)間計(jì)算功能Bll)。
13并且，控制裝置4通過輸出用于實(shí)現(xiàn)經(jīng)過以上步驟計(jì)算出的噴射
器35的總噴射時(shí)間的控制信號(hào)，控制噴射器35的氣體噴射時(shí)間及氣 體噴射時(shí)期，調(diào)整供給到燃料電池10的氫氣的流量及壓力。如上所述， 本實(shí)施方式的控制裝置4不僅作為本發(fā)明的控制部發(fā)揮作用，而且作 為異常判斷部發(fā)揮作用。
而當(dāng)噴射器35中產(chǎn)生動(dòng)作不良、故障等異常時(shí)，對(duì)噴射器35的 噴射要求流量與來自該噴射器35的實(shí)際噴射流量之間的偏差變大，當(dāng) 該偏差大到例如超過噴射器35的設(shè)計(jì)允許誤差的程度時(shí)，過剩的壓力 作用于配置在噴射器35下游側(cè)的燃料電池10等的系統(tǒng)構(gòu)成要素。
因此，本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)1為了抑制上述問題的產(chǎn)生， 在燃料電池10運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)(反應(yīng)氣體供給到燃料電池10期間)，控制裝 置4根據(jù)通過上述學(xué)習(xí)項(xiàng)計(jì)算功能B51計(jì)算出的學(xué)習(xí)項(xiàng)的值，監(jiān)視有 無噴射器35的異常。具體而言，如上所述，判斷該學(xué)習(xí)項(xiàng)的值是否大 于第1異常閾值、或小于第2異常閾值，當(dāng)任意一個(gè)判斷結(jié)果是肯定 時(shí)，判斷為噴射器35存在異常。
接著使用圖5的時(shí)間圖說明噴射器35的異常判斷。
在圖5的時(shí)間圖中，(a)表示噴射器35正常及異常(實(shí)際的噴 射流量比要求多或少的狀態(tài))的狀態(tài)，(b)表示對(duì)噴射器35的開關(guān) 指令，(c)表示由二次側(cè)壓力傳感器43檢測(cè)出的噴射器35的出口壓 力，(d)表示是否滿足I項(xiàng)的學(xué)習(xí)允許條件，(e)表示學(xué)習(xí)項(xiàng)的值的 時(shí)間變化，(f)表示對(duì)噴射器35的噴射時(shí)間的指令值，(g)表示學(xué) 習(xí)項(xiàng)的值產(chǎn)生異常、即表示噴射器35產(chǎn)生異常的噴射器異常標(biāo)記。
控制裝置4如圖5 (d)所示，以規(guī)定的控制周期判斷燃料電池10 的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)是否處于滿足I項(xiàng)的學(xué)習(xí)允許條件的狀態(tài)，當(dāng)該學(xué)習(xí)允許判斷的結(jié)果是否定時(shí)(圖4: NO)(tl時(shí)以前)，禁止I項(xiàng)的學(xué)習(xí)、即禁止 學(xué)習(xí)項(xiàng)的值的更新。
在本實(shí)施方式中，在該tl時(shí)之前，噴射器35在正常范圍(設(shè)計(jì)
誤差允許范圍)動(dòng)作，這一情況下，根據(jù)圖5 (b)所示的對(duì)噴射器35 的開關(guān)指令，噴射器35的出口壓力也如圖5 (c)所示重復(fù)上下運(yùn)動(dòng)。 此時(shí)，圖5 (f)所示的噴射器35的噴射時(shí)間指令值控制為，該噴射器 35開閥時(shí)的噴射時(shí)間每次是一定的。
與之相對(duì)，在燃料電池10的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)處于滿足I項(xiàng)的學(xué)習(xí)允許條 件的情況下(tl時(shí)之后)，即上述學(xué)習(xí)允許判斷結(jié)果為肯定時(shí)(圖4: YES)，圖5 (e)所示的學(xué)習(xí)項(xiàng)的值按照各噴射器35的噴射需求量更 新(學(xué)習(xí))(圖4)。
并且，在該更新中(學(xué)習(xí)中)，學(xué)習(xí)項(xiàng)的值大于第1異常閾值或 小于第2異常閾值時(shí)(t2時(shí)點(diǎn))，控制裝置4判斷噴射器35的噴射流 量有異?？赡苄?，使圖5 (f)所示的噴射器35的噴射時(shí)間指令值相比 之前的指令值下降。此外，圖5表示學(xué)習(xí)項(xiàng)的值小于第2異常閾值的 情況。
之后控制裝置4繼續(xù)監(jiān)視圖5 (e)所示的學(xué)習(xí)項(xiàng)的值，當(dāng)該學(xué)習(xí) 項(xiàng)的值不恢復(fù)到第1異常閾值和第2異常閾值之間(正常范圍)而經(jīng) 過規(guī)定的待機(jī)時(shí)間Tl時(shí)，最終判斷為噴射器35的噴射流量存在異常， 將圖5 (g)所示的噴射器異常標(biāo)記從"OFF"設(shè)置為"ON"。
根據(jù)以上說明的實(shí)施方式涉及的燃料電池系統(tǒng)1，在噴射器35發(fā) 生異常、與該噴射器35正常時(shí)相比噴射流量或大或小而超過設(shè)計(jì)誤差 等的允許范圍時(shí)，控制裝置4以規(guī)定的控制周期根據(jù)僅在規(guī)定的學(xué)習(xí) 允許條件下更新(學(xué)習(xí))的PI控制中的I項(xiàng)的學(xué)習(xí)結(jié)果、即隨時(shí)更新 的學(xué)習(xí)項(xiàng)的值，監(jiān)視該異常有無發(fā)生，因此在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可不產(chǎn)生延遲地判斷噴射器35的異常。
并且，當(dāng)噴射器異常標(biāo)記為"ON"時(shí)，控制裝置4為了消除噴射 器35的異常，可在燃料電池10運(yùn)轉(zhuǎn)期間執(zhí)行一次或多次該噴射器35 的開關(guān)驅(qū)動(dòng)控制，或者停止燃料電池10的運(yùn)轉(zhuǎn)等噴射器異常判斷后處 理。并且，在維護(hù)時(shí)等通過從控制裝置4讀出該標(biāo)記，可確認(rèn)噴射器 35中產(chǎn)生異常的故障歷史，因此可快速進(jìn)行噴射器35的更換或處理的 應(yīng)對(duì)。
權(quán)利要求
1. 一種燃料電池系統(tǒng)，具有燃料電池；供給流路，用于使從燃料供給源供給的燃料氣體流入到上述燃料電池；可變氣體供給裝置，調(diào)整該供給流路的上游側(cè)的氣體狀態(tài)并供給到下游側(cè)；控制部，對(duì)相對(duì)于上述可變氣體供給裝置的氣體供給指令量進(jìn)行PI控制；和異常判斷部，判斷上述可變氣體供給裝置的異常，其中，上述控制部，作為上述PI控制中的校正項(xiàng)的一部分使用僅在上述燃料電池的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)滿足規(guī)定的學(xué)習(xí)允許條件的情況下積算I項(xiàng)而成的學(xué)習(xí)項(xiàng)，上述異常判斷部根據(jù)上述學(xué)習(xí)項(xiàng)判斷上述可變氣體供給裝置的異常。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃料電池系統(tǒng)，上述異常判斷部僅在上 述燃料電池的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)滿足上述學(xué)習(xí)允許條件的情況下，實(shí)施基于上 述學(xué)習(xí)項(xiàng)的異常判斷。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池系統(tǒng)，上述異常判斷部在上述 學(xué)習(xí)項(xiàng)的值處于規(guī)定范圍外時(shí)，判斷為上述可變氣體供給裝置異常。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料電池系統(tǒng)，上述異常判斷部在上述 學(xué)習(xí)項(xiàng)的值處于規(guī)定范圍外的狀態(tài)持續(xù)規(guī)定時(shí)間的情況下，判斷為上 述可變氣體供給裝置異常。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4的任意一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)，上述學(xué) 習(xí)項(xiàng)對(duì)應(yīng)于每一個(gè)向上述燃料電池的氣體供給需求量分別設(shè)定并更 新，其中，將上述燃料電池中的燃料氣體消耗量、上述燃料電池內(nèi)的 從陽極側(cè)向陰極側(cè)的交叉泄漏量、和上述PI控制中使用的P項(xiàng)相加而 求出向上述燃料電池的氣體供給需求量。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l至4的任意一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)，其中， 上述學(xué)習(xí)項(xiàng)對(duì)應(yīng)于每一個(gè)向上述燃料電池的氣體供給需求量分別設(shè)定 并更新，其中，將上述燃料電池中的燃料氣體消耗量、上述燃料電池 內(nèi)的從陽極側(cè)向陰極側(cè)的交叉泄漏量、根據(jù)上述可變氣體供給裝置下 游側(cè)的目標(biāo)壓力值的變動(dòng)計(jì)算出的目標(biāo)壓力變動(dòng)校正流量、和上述PI 控制中使用的P項(xiàng)相加而求出向上述燃料電池的氣體供給需求量。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6的任意一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)，上述可 變氣體供給裝置是通過電磁驅(qū)動(dòng)力直接以規(guī)定的驅(qū)動(dòng)周期驅(qū)動(dòng)閥芯而 使閥芯從闊座隔離的電磁驅(qū)動(dòng)式的開關(guān)閥。
全文摘要
本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)具有燃料電池(10)；供給流路(31)，用于使從燃料供給源(30)供給的燃料氣體流入到燃料電池(10)；可變氣體供給裝置(35)，調(diào)整該供給流路31的上游側(cè)的氣體狀態(tài)，并供給到下游側(cè)；控制部(4)，PI控制對(duì)該可變氣體供給裝置(35)的氣體供給指令量；異常判斷部(4)，判斷可變氣體供給裝置(35)的異常，其中，控制部(4)作為PI控制中的校正項(xiàng)的一部分，使用僅在燃料電池(10)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)滿足規(guī)定的學(xué)習(xí)允許條件的情況下積算I項(xiàng)而成的學(xué)習(xí)項(xiàng)，異常判斷部(4)根據(jù)該學(xué)習(xí)項(xiàng)判斷可變氣體供給裝置(35)的異常。
文檔編號(hào)H01M8/04GK101490887SQ200780026889
公開日2009年7月22日 申請(qǐng)日期2007年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月5日
發(fā)明者石河統(tǒng)將 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社