專利名稱：燃料電池系統(tǒng)及抑制燃料電池的發(fā)電效率下降的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用燃料電池的廢熱的燃料電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
以往，在搭載燃料電池的車輛中，已知有將燃料電池的廢熱利用于車室內(nèi)的溫度調(diào)節(jié)的熱源的技術(shù)。詳細(xì)而言，將在燃料電池內(nèi)流動(dòng)的冷卻水等的熱介質(zhì)向空調(diào)用的加熱器芯供給，并將由加熱器芯進(jìn)行了溫度調(diào)節(jié)后的空氣向車室內(nèi)供給(例如，參照專利文獻(xiàn)I)。
然而，在該技術(shù)中，向燃料電池供給的熱介質(zhì)的溫度因經(jīng)過(guò)加熱器芯而變動(dòng)，因此存在燃料電池的發(fā)電效率下降這樣的問(wèn)題。需要說(shuō)明的是，這種問(wèn)題并不局限于搭載有燃料電池的車輛，而在具備燃料電池的全部燃料電池系統(tǒng)中是共通的問(wèn)題。在先技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I日本特開2001-315524號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決上述的現(xiàn)有的課題而作出，其目的在于提供一種在利用燃料電池的廢熱的燃料電池系統(tǒng)中能夠抑制燃料電池的發(fā)電效率下降的技術(shù)。本發(fā)明為了解決上述的課題的至少一部分，可以采取以下的方式或適用例。[適用例I]一種燃料電池系統(tǒng)，該燃料電池系統(tǒng)具備燃料電池，其中，該燃料電池系統(tǒng)具備加熱器芯，其利用于暖氣裝置；第一循環(huán)回路，其使熱介質(zhì)經(jīng)過(guò)所述燃料電池而循環(huán)；第二循環(huán)回路，其使熱介質(zhì)經(jīng)過(guò)所述加熱器芯而循環(huán)；連接流路，其將所述第一循環(huán)回路與所述第二循環(huán)回路連接，且使熱介質(zhì)在所述第一循環(huán)回路與所述第二循環(huán)回路之間循環(huán)；及第一溫度調(diào)整部，其配置在所述第二循環(huán)回路上所述加熱器芯的下游側(cè)，對(duì)從所述加熱器芯流出之后且流入所述燃料電池之前的熱介質(zhì)的溫度進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)適用例I的燃料電池系統(tǒng)，由于第一溫度調(diào)整部對(duì)流入燃料電池之前的熱介質(zhì)的溫度進(jìn)行調(diào)整，因此能夠抑制燃料電池的發(fā)電效率下降。[適用例2]在適用例I記載的燃料電池系統(tǒng)中，還具備第一溫度傳感器，其配置在所述燃料電池的上游側(cè)，并測(cè)定流入所述燃料電池之前的熱介質(zhì)的溫度；及控制部，其基于由所述第一溫度傳感器測(cè)定到的所述熱介質(zhì)的溫度來(lái)控制所述第一溫度調(diào)整部。根據(jù)適用例2的燃料電池系統(tǒng)，由于控制部基于流入燃料電池之前的熱介質(zhì)的溫度來(lái)控制第一溫度調(diào)整部，因此能夠更準(zhǔn)確地調(diào)整流入燃料電池的熱介質(zhì)的溫度。[適用例3]
在適用例I或2記載的燃料電池系統(tǒng)中，還具備第二溫度調(diào)整部，其配置在所述第二循環(huán)回路上所述加熱器芯的上游側(cè)，對(duì)從所述燃料電池流出之后且流入所述加熱器芯之前的熱介質(zhì)的溫度進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)適用例3的燃料電池系統(tǒng)，由于第二溫度調(diào)整部調(diào)整流入加熱器芯之前的熱介質(zhì)的溫度，因此能夠使流入加熱器芯的熱介質(zhì)的溫度成為加熱器芯要求的所希望的溫度。[適用例4]在適用例3記載的燃料電池系統(tǒng)中，還具備配置在所述加熱器芯的上游側(cè)且測(cè)定流入所述加熱器芯之前的熱介質(zhì)的溫度的第二溫度傳感器，所述控制部基于由所述第二溫度傳感器測(cè)定到的所述熱介質(zhì)的溫度來(lái)控制所述第二溫度調(diào)整部。
根據(jù)適用例4的燃料電池系統(tǒng)，控制部基于流入加熱器芯之前的熱介質(zhì)的溫度來(lái)控制第二溫度調(diào)整部，因此能夠更準(zhǔn)確地調(diào)整流入加熱器芯的熱介質(zhì)的溫度。[適用例5]在適用例4記載的燃料電池系統(tǒng)中，所述第一溫度調(diào)整部是第一電加熱器，所述第二溫度調(diào)整部是第二電加熱器，所述控制部基于所述燃料電池中容許的所述熱介質(zhì)的目標(biāo)溫度而對(duì)所述第一電加熱器的加熱器容量進(jìn)行反饋控制，并基于所述暖氣裝置所要求的所述熱介質(zhì)的目標(biāo)溫度而對(duì)所述第二電加熱器的加熱器容量進(jìn)行反饋控制。根據(jù)適用例5的燃料電池系統(tǒng)，由于對(duì)第一及第二電加熱器的加熱器容量進(jìn)行反饋控制，因此能夠使熱介質(zhì)的溫度追隨目標(biāo)溫度。[適用例6]一種抑制燃料電池的發(fā)電效率下降的方法，其具備使用第一循環(huán)回路而使經(jīng)過(guò)所述燃料電池的熱介質(zhì)循環(huán)的工序；使用第二循環(huán)回路而使經(jīng)過(guò)暖氣裝置所利用的加熱器芯的熱介質(zhì)循環(huán)的工序；將所述第一循環(huán)回路與所述第二循環(huán)回路連接且使熱介質(zhì)在所述第一循環(huán)回路與所述第二循環(huán)回路之間循環(huán)的工序；及對(duì)從所述加熱器芯流出之后且流入所述燃料電池之前的熱介質(zhì)的溫度進(jìn)行調(diào)整的工序。需要說(shuō)明的是，本發(fā)明能夠以各種形態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，能夠以抑制燃料電池的發(fā)電效率下降的方法及裝置、用于實(shí)現(xiàn)所述方法或裝置的功能的集成電路、計(jì)算機(jī)程序、記錄有該計(jì)算機(jī)程序的記錄介質(zhì)等的形態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)。


圖I是表示搭載有作為本發(fā)明的一實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)10的車輛I的前部If周邊的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。圖2是表示燃料電池系統(tǒng)10及其周邊的結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。圖3是表示通過(guò)控制第一三通閥33不使從第二熱介質(zhì)流路62流出的熱介質(zhì)流入第三熱介質(zhì)流路63而使其全部流入第四熱介質(zhì)流路64的狀態(tài)的說(shuō)明圖。圖4是表示通過(guò)控制第二三通閥58而將第一循環(huán)回路Cl與第二循環(huán)回路C2物理性地連接的狀態(tài)的說(shuō)明圖。圖5是表示協(xié)作狀態(tài)時(shí)的電加熱器控制處理的流程圖。
具體實(shí)施例方式接下來(lái)，基于實(shí)施例，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。A.第一實(shí)施例圖I是表示搭載有作為本發(fā)明的一實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)10的車輛I的前部If周邊的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。如圖所示，在前部If主要配置有燃料電池系統(tǒng)10、頭燈2、空氣壓縮器3等。燃料電池系統(tǒng)10主要具備燃料電池組20和空調(diào)裝置50。在前部If還設(shè)有通過(guò)由燃料電池組20產(chǎn)生的電力來(lái)產(chǎn)生車輛I的推進(jìn)力的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)5、將驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)5產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩向車軸傳遞的齒輪7等。頭燈2、空調(diào)裝置50、及空氣壓縮器3也通過(guò)由燃料電池組20產(chǎn)生的電力來(lái)驅(qū)動(dòng)?？照{(diào)裝置50對(duì)車室Ir的內(nèi)部的溫度進(jìn)行控制。圖2是表示燃料電池系統(tǒng)10及其周邊的結(jié)構(gòu)的說(shuō)明圖。燃料電池系統(tǒng)10以燃料電池組20及控制單元100為中心構(gòu)成，具備用于進(jìn)行系統(tǒng)的熱移動(dòng)的第一循環(huán)回路Cl、第 二循環(huán)回路C2。需要說(shuō)明的是，圖中的粗實(shí)線的箭頭表示熱介質(zhì)的流動(dòng)。第一循環(huán)回路Cl主要是將吸收了由燃料電池組20產(chǎn)生的熱量的熱介質(zhì)向散熱器30搬運(yùn)且使由散熱器30冷卻后的熱介質(zhì)向燃料電池組20循環(huán)的回路。該循環(huán)利用泵32進(jìn)行，由泵32壓出的熱介質(zhì)按照設(shè)置有泵32的第一熱介質(zhì)流路61 —燃料電池20內(nèi)的介質(zhì)流路一第二熱介質(zhì)流路62 —第三熱介質(zhì)流路63 —散熱器30 —第一三通閥33的順序流動(dòng)，從而向泵32循環(huán)。在散熱器30設(shè)有繞過(guò)散熱器30的第四熱介質(zhì)流路64，該第四熱介質(zhì)流路64在從第二熱介質(zhì)流路62到達(dá)第三熱介質(zhì)流路63的地點(diǎn)分支，在第一三通閥33與第一熱介質(zhì)流路61合流。所述流路形成第一循環(huán)回路Cl。第一三通閥33的輸入側(cè)的2個(gè)口分別與第四熱介質(zhì)流路64和散熱器30的出口管連接，第一三通閥33的輸出側(cè)的口與第一熱介質(zhì)流路61連接。第一三通閥33具有2個(gè)切換位置a、b，利用來(lái)自控制單元100的信號(hào)，進(jìn)行切換口的動(dòng)作。在圖2所示的位置a，由于第一三通閥33將散熱器30的出口管與第一熱介質(zhì)流路61連接，且將第四熱介質(zhì)流路64側(cè)封閉，因此經(jīng)過(guò)了散熱器30的熱介質(zhì)在第一循環(huán)回路Cl中循環(huán)。另一方面，從該狀態(tài)開始，將第一三通閥33切換至動(dòng)作位置b時(shí)，流路的連接關(guān)系相反，經(jīng)過(guò)了第四熱介質(zhì)流路64的熱介質(zhì)在第一循環(huán)回路Cl中循環(huán)。第二循環(huán)回路C2是由熱介質(zhì)將空調(diào)用所需的熱量向空調(diào)裝置50搬運(yùn)的循環(huán)路徑。該循環(huán)利用第二泵54進(jìn)行，由第二泵54壓出的熱介質(zhì)按照設(shè)有第二泵54的第六熱介質(zhì)流路66 —加熱器芯51 —第七熱介質(zhì)流路67 —第八熱介質(zhì)流路68 —第二三通閥58的順序流動(dòng)，從而向第二泵54循環(huán)。需要說(shuō)明的是，在從第二泵54到加熱器芯51的流路設(shè)有第二電加熱器57，在從加熱器芯51到第七熱介質(zhì)流路67的流路設(shè)有第一電加熱器55。加熱器芯51是在空調(diào)裝置50中利用的暖氣用熱交換器。該第二循環(huán)回路C2與第一循環(huán)回路Cl在2個(gè)部位連接，使熱介質(zhì)在兩循環(huán)回路Cl、C2中可以共有。具體而言，在從燃料電池組20到第二熱介質(zhì)流路62的地點(diǎn)分支的第五熱介質(zhì)流路65與第二三通閥58連接，由此，利用第二三通閥58的開閉狀態(tài)，能夠使在第一循環(huán)回路Cl中循環(huán)的熱介質(zhì)的一部分向第二循環(huán)回路C2流入。在第二循環(huán)回路C2中循環(huán)的熱介質(zhì)在第七熱介質(zhì)流路67到達(dá)第八熱介質(zhì)流路68的地點(diǎn)分支，利用與第一循環(huán)回路Cl的第二熱介質(zhì)流路62連接的第九熱介質(zhì)流路69，而返回第一循環(huán)回路Cl。第二三通閥58的輸入側(cè)的2個(gè)口與第五熱介質(zhì)流路65和第八熱介質(zhì)流路68分別連接，第二三通閥58的輸出側(cè)的口與第六熱介質(zhì)流路66連接。第二三通閥58具有2個(gè)切換位置a、b，利用來(lái)自控制單元100的信號(hào)來(lái)進(jìn)行切換口的動(dòng)作的情況與第一三通閥33相同。在圖2所示的位置a，由于第二三通閥58將第八熱介質(zhì)流路68與第六熱介質(zhì)流路66連接且將第五熱介質(zhì)流路65側(cè)封閉，因此熱介質(zhì)在第二循環(huán)回路Cl中循環(huán)。S卩，在圖2的例子中，在第一循環(huán)回路Cl及第二循環(huán)回路C2中，分別獨(dú)立地使熱介質(zhì)循環(huán)。以下，將如此在第一循環(huán)回路Cl和第二循環(huán)回路C2中彼此獨(dú)立地使熱介質(zhì)循環(huán)的狀態(tài)稱為“獨(dú)立狀態(tài)”。另一方面，從該狀態(tài)開始，將第二三通閥58切換至動(dòng)作位置b時(shí)，流路的連接關(guān)系變得相反，在第一循環(huán)回路Cl中循環(huán)的熱介質(zhì)的一部分經(jīng)過(guò)第二循環(huán)回路C2的空調(diào)裝置50，而返回至第一循環(huán)回路Cl。以下，將該狀態(tài)稱為“協(xié)作狀態(tài)”。燃料電池組20是固體高分子電解質(zhì)型的燃料電池，具備將具有膜電極接合體(Membrane Electrode Assembly :MEA)的單電池層疊多個(gè)而成的結(jié)構(gòu)。作為燃料氣體的氫氣從未圖示的氫氣罐經(jīng)由燃料氣體流路22向燃料電池組20供給。而且，利用空氣壓縮器3(圖1)，將作為氧化劑氣體的空氣經(jīng)由氧化劑氣體流路24向燃料電池組20供給。如上所
述，作為冷卻介質(zhì)的熱介質(zhì)向燃料電池組20供給，伴隨著發(fā)電而升溫的各單電池由熱介質(zhì)來(lái)冷卻。在本實(shí)施例中，作為熱介質(zhì)，使用向水添加了乙二醇等的不凍液，但也可以替換不凍液而利用純水等任意的冷卻水。而且，也可以替換冷卻水而將二氧化碳等氣體作為熱介質(zhì)。負(fù)載40經(jīng)由未圖示的逆變器而與燃料電池組20電連接，由燃料電池組20中的電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的電力向負(fù)載40供給。這里，負(fù)載40是各種負(fù)載的集合,各負(fù)載如上所述，是指頭燈2、空氣壓縮器3、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)5、后述的2個(gè)電動(dòng)風(fēng)扇31、52、第一電加熱器55、第二電加熱器57、及2個(gè)泵32、54等。此外，作為負(fù)載40的各負(fù)載，可相當(dāng)于未圖示的導(dǎo)航裝置、音響裝置等搭載于車輛I的全部的電氣設(shè)備。在配置于第三熱介質(zhì)流路63的散熱器30的附近配置有電動(dòng)風(fēng)扇(以下，稱為“散熱器風(fēng)扇”)31。散熱器30利用來(lái)自散熱器風(fēng)扇31的風(fēng)對(duì)經(jīng)由第二熱介質(zhì)流路62而從燃料電池組20輸送來(lái)的熱介質(zhì)進(jìn)行冷卻，將熱介質(zhì)的熱量向車外排出。第四熱介質(zhì)流路64是繞過(guò)散熱器30而將第二熱介質(zhì)流路62與第一熱介質(zhì)流路61連接的旁通回路。因此，通過(guò)第四熱介質(zhì)流路64的熱介質(zhì)的散熱量比通過(guò)第三熱介質(zhì)流路63的熱介質(zhì)的散熱量少。第一電加熱器55如上所述配置在加熱器芯51的下游側(cè)，能夠?qū)⒘鬟^(guò)第七熱介質(zhì)流路67的熱介質(zhì)加熱。具體而言，第一電加熱器55在協(xié)作狀態(tài)下，當(dāng)在第一熱介質(zhì)流路61中流通的熱介質(zhì)的溫度(即，向燃料電池組20流入的熱介質(zhì)的溫度)比燃料電池組20容許的熱介質(zhì)的溫度范圍低時(shí)，將在第七熱介質(zhì)流路67中流通的熱介質(zhì)加熱。如此，由于能夠抑制向燃料電池組20流入的熱介質(zhì)的溫度比容許的溫度范圍(例如，70°C 75°C )低的情況，因此能夠抑制燃料電池組20的發(fā)電效率的下降。第二電加熱器57如上述那樣配置在加熱器芯51的上游側(cè)，能夠?qū)⒘鬟^(guò)第六熱介質(zhì)流路66的熱介質(zhì)加熱。具體而言，第二電加熱器57在流入加熱器芯51的熱介質(zhì)的溫度比加熱器芯51所要求的熱介質(zhì)的溫度低時(shí)，將該熱介質(zhì)加熱。如此，流入加熱器芯51的熱介質(zhì)成為所希望的溫度，因此空調(diào)裝置50能夠執(zhí)行所希望的供暖(暖氣)。關(guān)于第一電加熱器55及第二電加熱器57的控制的詳細(xì)情況，在后面敘述。
空調(diào)裝置50具備前述的加熱器芯51、電動(dòng)風(fēng)扇(以下，稱為“鼓風(fēng)風(fēng)扇”)52和殼體53。加熱器芯51是加熱用熱交換機(jī)，利用在第二循環(huán)回路C2中流通的熱介質(zhì)的熱量而升溫。鼓風(fēng)風(fēng)扇52對(duì)加熱器芯51送風(fēng)，由此朝向殼體53的外部(圖I所不的車室Ir內(nèi))送出由加熱器芯51加熱后的空氣。需要說(shuō)明的是，空調(diào)裝置50經(jīng)由未圖示的通道而與各種吹出口(通風(fēng)器、腳、除霜器等)連接，從這些吹出口送出暖風(fēng)。操作面板70包括能夠由乘員操作的各種開關(guān)。作為各種開關(guān)，相當(dāng)于空氣調(diào)節(jié)裝置(空調(diào)器)的開關(guān)、室內(nèi)溫度設(shè)定用的開關(guān)等?？刂茊卧?00 主要具備 CPU (Central Processing Unit)101、存儲(chǔ)器 102、輸入輸出電路103。輸入輸出電路103經(jīng)由信號(hào)線(未圖示)而與各種促動(dòng)器、各種傳感器、及操作面板70連接。
在存儲(chǔ)器102中主要存儲(chǔ)有用于控制燃料電池系統(tǒng)10的未圖示的計(jì)算機(jī)程序。CPUlOl通過(guò)執(zhí)行該計(jì)算機(jī)程序而作為加熱器控制部110、回路切換控制部120發(fā)揮作用。加熱器控制部110及回路切換控制部120基于各種傳感器的檢測(cè)值、操作面板70的輸出信號(hào)等來(lái)驅(qū)動(dòng)各種促動(dòng)器，從而控制車室Ir內(nèi)的溫度。而且，在存儲(chǔ)器102預(yù)先存儲(chǔ)有在加熱器控制部110中利用的第一加熱器容量增減映射MPl和第二加熱器容量增減映射MP2。關(guān)于它們?cè)诤竺鏀⑹?。作為各種促動(dòng)器，存在有2個(gè)電動(dòng)風(fēng)扇31、52、2個(gè)電加熱器55、57、2個(gè)泵32、54、及2個(gè)三通閥33、58等。作為各種傳感器，存在有各種溫度傳感器、電壓傳感器(未圖示)、電流傳感器(未圖示)等。在本實(shí)施例中，作為各種溫度傳感器設(shè)有在燃料電池組20的熱介質(zhì)流入口的上游側(cè)設(shè)置的第一溫度傳感器34、在加熱器芯51的熱介質(zhì)流入口的上游側(cè)設(shè)置的第二溫度傳感器56、車內(nèi)溫度傳感器(未圖示)、車外溫度傳感器(未圖示)、太陽(yáng)照射量傳感器(未圖示)等。第一溫度傳感器34測(cè)定向燃料電池組20流入的熱介質(zhì)的溫度Tl。第二溫度傳感器56測(cè)定向加熱器芯51流入的熱介質(zhì)的溫度T2。圖3是表示通過(guò)控制第一三通閥33，使從第二熱介質(zhì)流路62流出的熱介質(zhì)不向第三熱介質(zhì)流路63流入而全部向第四熱介質(zhì)流路64流入的狀態(tài)的說(shuō)明圖。在獨(dú)立狀態(tài)中，也具有圖2所示那樣第四熱介質(zhì)流路64關(guān)閉而第三熱介質(zhì)流路63打開的狀態(tài)(以下，稱為“第一獨(dú)立狀態(tài)”)和如該圖3所示那樣第三熱介質(zhì)流路63關(guān)閉而第四熱介質(zhì)流路64打開的狀態(tài)(以下，稱為“第二獨(dú)立狀態(tài)”)。即，在獨(dú)立狀態(tài)中具有利用散熱器30的第一獨(dú)立狀態(tài)(圖2)和未利用散熱器30的第二獨(dú)立狀態(tài)(圖3)。圖4是表示通過(guò)控制第二三通閥58而將第一循環(huán)回路Cl與第二循環(huán)回路C2物理性地連接的狀態(tài)的說(shuō)明圖。該狀態(tài)是上述的協(xié)作狀態(tài)，在第一循環(huán)回路Cl與第二循環(huán)回路C2之間進(jìn)行熱介質(zhì)的交換。詳細(xì)而言，此時(shí)，第二三通閥58成為將第六熱介質(zhì)流路66與第五熱介質(zhì)流路65連接且未將第六熱介質(zhì)流路66與第八熱介質(zhì)流路68連接的狀態(tài),在第一循環(huán)回路Cl與第二循環(huán)回路C2之間進(jìn)行熱介質(zhì)的交換。在該協(xié)作狀態(tài)時(shí)，能夠利用燃料電池組20的廢熱進(jìn)行基于加熱器芯51的供暖。需要說(shuō)明的是，構(gòu)成為，在該協(xié)作狀態(tài)時(shí)，通過(guò)控制第一三通閥33，在第一循環(huán)回路Cl中，使從第二熱介質(zhì)流路62流出的熱介質(zhì)不向第三熱介質(zhì)流路63流入而全部向第四熱介質(zhì)流路64流入。其理由是抑制向加熱器芯51流入的熱介質(zhì)由散熱器30冷卻的情況。
回路切換控制部120 (圖2)調(diào)整第一三通閥33及第二三通閥58，而能夠?qū)⑷剂想姵叵到y(tǒng)10的熱介質(zhì)的回路切換成上述的第一獨(dú)立狀態(tài)、第二獨(dú)立狀態(tài)、及協(xié)作狀態(tài)中的任一個(gè)。回路切換控制部120能夠執(zhí)行各種形態(tài)的回路切換控制。具體而言，例如，燃料電池組20的溫度為規(guī)定值以上的高溫且存在來(lái)自空調(diào)裝置50的要求時(shí)，能夠?qū)⑷剂想姵亟M20的廢熱利用在加熱器芯51的加熱中，因此回路切換控制部120將燃料電池系統(tǒng)10切換成協(xié)作狀態(tài)(圖4)。而且，在燃料電池組20的溫度為規(guī)定值以上的高溫且沒(méi)有來(lái)自空調(diào)裝置50的要求時(shí)，為了使經(jīng)過(guò)燃料電池組20的熱介質(zhì)由散熱器30冷卻，而回路切換控制部120將燃料電池系統(tǒng)10切換成第一獨(dú)立狀態(tài)(圖2)。當(dāng)燃料電池組20的溫度低于規(guī)定值時(shí)，回路切換控制部120將燃料電池系統(tǒng)10切換成第二獨(dú)立狀態(tài)(圖3)。A2.協(xié)作狀態(tài)下的電加熱器的控制接下來(lái)，說(shuō)明協(xié)作狀態(tài)時(shí)的電加熱器的控制。在上述的協(xié)作狀態(tài)下，經(jīng)過(guò)了加熱器芯51的熱介質(zhì)經(jīng)過(guò)第七熱介質(zhì)流路67、第九熱介質(zhì)流路69、第四熱介質(zhì)流路64、第一熱介質(zhì)流路61，而向燃料電池組20供給。在熱介質(zhì)經(jīng)過(guò)加熱器芯51時(shí)，在加熱器芯51進(jìn)行熱 交換，熱介質(zhì)的溫度下降。因此，經(jīng)過(guò)了加熱器芯51的熱介質(zhì)的溫度Tl有時(shí)低于燃料電池組20容許的溫度范圍。因此，加熱器控制部110進(jìn)行第一電加熱器55的加熱器容量的反饋控制，以使由第一溫度傳感器34測(cè)定到的熱介質(zhì)的溫度Tl收斂在燃料電池組20容許的溫度范圍內(nèi)。此外，加熱器控制部110進(jìn)行第二電加熱器57的加熱器容量的反饋控制，以使由第二溫度傳感器56測(cè)定到的熱介質(zhì)的溫度T2成為加熱器芯51要求的要求溫度Two。以下，說(shuō)明處理的詳細(xì)情況。圖5是表示協(xié)作狀態(tài)時(shí)的電加熱器控制處理的一例的流程圖。該電加熱器控制處理由控制單元100的加熱器控制部110執(zhí)行，每隔規(guī)定時(shí)間反復(fù)執(zhí)行。在步驟SllO中，第一溫度傳感器34測(cè)定流入燃料電池組20之前的熱介質(zhì)的溫度Tl，第二溫度傳感器56測(cè)定流入加熱器芯51之前的熱介質(zhì)的溫度T2。在步驟S120中，加熱器控制部110設(shè)定流入燃料電池組20的熱介質(zhì)所容許的容許溫度范圍(TL°C TH°C)。該容許溫度范圍是為了抑制燃料電池組20的劣化或?qū)崿F(xiàn)燃料電池組20的高效率運(yùn)轉(zhuǎn)而設(shè)定的。在本實(shí)施例中，容許溫度范圍設(shè)定為70°C至75°C (BP,設(shè)定為 TL=70°C、TH=75°C)。此外，加熱器控制部110基于從空調(diào)裝置50輸入的目標(biāo)吹出溫度Tao，來(lái)設(shè)定流入加熱器芯51的熱介質(zhì)所要求的溫度即要求溫度Two。目標(biāo)吹出溫度Tao是從空調(diào)裝置50吹出的空氣的溫度的目標(biāo)值，利用周知的方法通過(guò)另一例程來(lái)運(yùn)算。例如，目標(biāo)吹出溫度Tao在車內(nèi)溫度與使用者的設(shè)定溫度之差中考慮車外溫度、太陽(yáng)照射量等來(lái)求出。在步驟S130中，加熱器控制部110以使溫度Tl收斂于容許溫度范圍內(nèi)(TL0C TH°C)的方式進(jìn)行第一電加熱器55的加熱器容量的反饋控制。具體而言，例如，力口熱器控制部110基于下式來(lái)算出Ean及EDOTa。Ean= (TL+TH)/2_T1EDOTa=Ean-Ea1^1這里，(TL+TH) /2是容許溫度范圍的中央值，Ean是通過(guò)本次的該例程而算出的中央值與溫度Tl的差分，Ealri是前一個(gè)該例程執(zhí)行時(shí)算出的中央值與溫度T2的差分。需要說(shuō)明的是，在下一個(gè)該例程中，利用本次的該例程算出的Ean成為下一個(gè)例程的Ealrft5加熱器控制部110以算出的Ean及EDOTa為關(guān)鍵詞來(lái)檢索第一加熱器容量增減映射MPl，決定第一電加熱器55的加熱器容量的增減量dWl。第一加熱器容量增減映射MPl是雙輸入的表，預(yù)先設(shè)定與Ean及EDOTa對(duì)應(yīng)的加熱器容量的增減量dWl。在本實(shí)施例中，第一加熱器容量增減映射MPl中的加熱器容量的增減量dWl基于預(yù)先實(shí)施的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)而設(shè)定，但也可以基于模擬結(jié)果、規(guī)定的運(yùn)算處理的結(jié)果來(lái)設(shè)定。具體而言，例如，加熱器容量增減量dWl在Ean越大時(shí)設(shè)定得越大。此外，加熱器容量增減量dWl即使EanS同一值，也設(shè)定與EDOTa對(duì)應(yīng)的值。需要說(shuō)明的是，在后述的步驟S140中使用的第二加熱器容量增減映射MP2也具有與第一加熱器容量增減映射MPl同樣的傾向。在步驟S140 (圖5)中，加熱器控制部110以使溫度T2成為要求溫度Two的方式進(jìn)行第二電加熱器57的加熱器容量的反饋控制。具體而言，例如，加熱器控制部110基于下式而算出Ebn及EDOTb。 Ebn=Two-T2EDOTb=Ebn-Eb^1這里，Ebn是由本次的該例程算出的要求溫度Two與溫度T2的差分，Eblri是前一個(gè)該例程執(zhí)行時(shí)算出的要求溫度Two與溫度T2的差分。需要說(shuō)明的是，在下一個(gè)該例程中，由本次的例程算出的Ebn成為下一個(gè)例程中的Eblri。加熱器控制部110以算出的Ebn及EDOTb為關(guān)鍵詞而檢索第二加熱器容量增減映射MP2，決定第二電加熱器57的加熱器容量的增減量dW2。在步驟S150中，加熱器控制部110基于算出的加熱器容量的增減量dWl、dW2，來(lái)控制第一、第二電加熱器55、57的加熱器容量。當(dāng)步驟S150的處理結(jié)束時(shí)，加熱器控制部110在經(jīng)過(guò)了規(guī)定時(shí)間之后，再次開始步驟SllO的處理。如此，根據(jù)第一實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)10，能夠切換第一獨(dú)立狀態(tài)、第二獨(dú)立狀態(tài)及協(xié)作狀態(tài)，因此能夠有效地利用燃料電池組20的廢熱。而且，在協(xié)作狀態(tài)下，能夠利用第一電加熱器55對(duì)由于經(jīng)過(guò)加熱器芯51而溫度下降的熱介質(zhì)進(jìn)行加熱，因此能夠使向燃料電池組20供給的熱介質(zhì)的溫度收斂于燃料電池組20的容許溫度范圍內(nèi)。因此，能夠抑制燃料電池組20的發(fā)電效率的下降。此外，根據(jù)第一實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)10，能夠利用第二電加熱器57將向加熱器芯51供給的熱介質(zhì)加熱，因此能夠使熱介質(zhì)的溫度成為加熱器芯51要求的溫度。B.變形例需要說(shuō)明的是，本發(fā)明并不局限于上述的實(shí)施例、實(shí)施方式，在不脫離其主旨的范圍內(nèi)能夠以各種形態(tài)實(shí)施，例如也可以進(jìn)行如下的變形。 第一變形例在上述實(shí)施例中的獨(dú)立狀態(tài)下，也可以使用2個(gè)電加熱器55、57將向加熱器芯51供給的熱介質(zhì)加熱。如此，與僅使用第二電加熱器57的情況相比，能夠使熱介質(zhì)的溫度迅速上升。 第二變形例在上述實(shí)施例中，第一溫度傳感器34配置在第一熱介質(zhì)流路61,但并未限定于此。即，第一溫度傳感器34只要配置在燃料電池的上游側(cè)且能夠測(cè)定向燃料電池系統(tǒng)10流入之前的熱介質(zhì)的溫度的位置即可。例如，第一溫度傳感器34可以配置在第四熱介質(zhì)流路64、第九熱介質(zhì)流路69、第二熱介質(zhì)流路62中與第九熱介質(zhì)流路69連接的連接部位下游側(cè)等。 第3變形例在上述實(shí)施例中，第二溫度傳感器56配置在第六熱介質(zhì)流路66，但并未限定于此。即，第二溫度傳感器56只要配置在加熱器芯51的上游側(cè)且能夠測(cè)定向加熱器芯51流入之前的熱介質(zhì)的溫度的位置即可。例如，第二溫度傳感器56可以配置在第五熱介質(zhì)流路65、第二熱介質(zhì)流路62中與第五熱介質(zhì)流路65連接的連接部位的上游側(cè)等。 第4變形例 在上述實(shí)施例中，利用第一電加熱器55將熱介質(zhì)加熱，調(diào)整了向燃料電池系統(tǒng)10供給的熱介質(zhì)的溫度，但除此之外，也可以設(shè)置用于降低熱介質(zhì)的溫度的機(jī)構(gòu)(例如，風(fēng)扇 等)，來(lái)調(diào)整向燃料電池系統(tǒng)10供給的熱介質(zhì)的溫度。同樣地，除了第二電加熱器57之外，也可以設(shè)置用于降低向加熱器芯51供給的熱介質(zhì)的溫度的機(jī)構(gòu)，來(lái)調(diào)整向加熱器芯51供給的熱介質(zhì)的溫度。 第5實(shí)施例在上述實(shí)施例中，使用兩種加熱器容量增減映射MP1、MP2，進(jìn)行了 2個(gè)電加熱器55,57的加熱器容量的反饋控制，但也可以取代這種情況，共用I種加熱器容量增減映射，來(lái)進(jìn)行2個(gè)電加熱器55、57的加熱器容量的反饋控制。而且，也可以不使用映射，而利用規(guī)定的運(yùn)算處理，來(lái)算出2個(gè)電加熱器55、57的加熱器容量的增減量。 第6變形例在上述實(shí)施例中，燃料電池系統(tǒng)10搭載于電動(dòng)車而使用，但也可以變換為適用于混合動(dòng)力車、電車等各種車輛，或適用于具備空調(diào)機(jī)構(gòu)的家庭用電源系統(tǒng)等。 第I變形例在上述實(shí)施例中，作為燃料電池組20而使用了固體高分子型燃料電池，但也可以使用磷酸型燃料電池、熔融碳酸鹽型燃料電池、固體氧化物型燃料電池等各種燃料電池。 第8變形例在上述實(shí)施例中，也可以將由軟件實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)的一部分置換成硬件。而且，也可以與之相反地將由硬件實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)的一部分置換成軟件。需要說(shuō)明的是，上述的各實(shí)施例及各變形例的結(jié)構(gòu)要素中的獨(dú)立權(quán)利要求記載的要素以外的要素是附加的要素，可以適當(dāng)省略。標(biāo)號(hào)說(shuō)明I…車輛If…前部Ir…車室2…頭燈3…空氣壓縮器5…驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)7…齒輪
10…空調(diào)系統(tǒng)20…燃料電池組22…燃料氣體流路24…氧化劑氣體流路25…第二三通閥30…散熱器31…散熱器風(fēng)扇 32…第一泵33…第一三通閥34…第一溫度傳感器40…負(fù)載50…空調(diào)裝置51…加熱器芯52…鼓風(fēng)風(fēng)扇53…殼體54…第二泵55…第一電加熱器56…第二溫度傳感器57…第二電加熱器58…第二三通閥61…第一熱介質(zhì)流路62…第二熱介質(zhì)流路63…第三熱介質(zhì)流路64…第四熱介質(zhì)流路65…第五熱介質(zhì)流路66…第六熱介質(zhì)流路67…第七熱介質(zhì)流路68…第八熱介質(zhì)流路69…第九熱介質(zhì)流路100…控制單元101. . . CPU102…存儲(chǔ)器103…輸入輸出電路110…加熱器控制部120…回路切換控制部Cl…第一循環(huán)回路C2…第二循環(huán)回路
權(quán)利要求
1.一種燃料電池系統(tǒng)，該燃料電池系統(tǒng)具備燃料電池，其中，該燃料電池系統(tǒng)具備 加熱器芯，其利用于暖氣裝置； 第一循環(huán)回路，其使熱介質(zhì)經(jīng)過(guò)所述燃料電池而循環(huán)； 第二循環(huán)回路，其使熱介質(zhì)經(jīng)過(guò)所述加熱器芯而循環(huán)； 連接流路，其將所述第一循環(huán)回路與所述第二循環(huán)回路連接，且使熱介質(zhì)在所述第一循環(huán)回路與所述第二循環(huán)回路之間循環(huán)；及 第一溫度調(diào)整部，其配置在所述第二循環(huán)回路上所述加熱器芯的下游側(cè)，對(duì)從所述加熱器芯流出之后且流入所述燃料電池之前的熱介質(zhì)的溫度進(jìn)行調(diào)整。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的燃料電池系統(tǒng)，還具備 第一溫度傳感器，其配置在所述燃料電池的上游側(cè)，并測(cè)定流入所述燃料電池之前的熱介質(zhì)的溫度；及 控制部，其基于由所述第一溫度傳感器測(cè)定到的所述熱介質(zhì)的溫度來(lái)控制所述第一溫度調(diào)整部。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的燃料電池系統(tǒng)，還具備 第二溫度調(diào)整部，其配置在所述第二循環(huán)回路上所述加熱器芯的上游側(cè)，對(duì)從所述燃料電池流出之后且流入所述加熱器芯之前的熱介質(zhì)的溫度進(jìn)行調(diào)整。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料電池系統(tǒng)，其中， 還具備配置在所述加熱器芯的上游側(cè)且測(cè)定流入所述加熱器芯之前的熱介質(zhì)的溫度的第二溫度傳感器， 所述控制部基于由所述第二溫度傳感器測(cè)定到的所述熱介質(zhì)的溫度來(lái)控制所述第二溫度調(diào)整部。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料電池系統(tǒng)，其中， 所述第一溫度調(diào)整部是第一電加熱器，所述第二溫度調(diào)整部是第二電加熱器， 所述控制部基于所述燃料電池中容許的所述熱介質(zhì)的目標(biāo)溫度而對(duì)所述第一電加熱器的加熱器容量進(jìn)行反饋控制，并基于所述暖氣裝置所要求的所述熱介質(zhì)的目標(biāo)溫度而對(duì)所述第二電加熱器的加熱器容量進(jìn)行反饋控制。
6.一種抑制燃料電池的發(fā)電效率下降的方法，其具備 使用第一循環(huán)回路而使經(jīng)過(guò)所述燃料電池的熱介質(zhì)循環(huán)的工序； 使用第二循環(huán)回路而使經(jīng)過(guò)暖氣裝置所利用的加熱器芯的熱介質(zhì)循環(huán)的工序； 將所述第一循環(huán)回路與所述第二循環(huán)回路連接且使熱介質(zhì)在所述第一循環(huán)回路與所述第二循環(huán)回路之間循環(huán)的工序；及 對(duì)從所述加熱器芯流出之后且流入所述燃料電池之前的熱介質(zhì)的溫度進(jìn)行調(diào)整的工序。
全文摘要
具備燃料電池的燃料電池系統(tǒng)具備加熱器芯，其利用于暖氣裝置；第一循環(huán)回路，其使熱介質(zhì)經(jīng)過(guò)燃料電池而循環(huán)；第二循環(huán)回路，其使熱介質(zhì)經(jīng)過(guò)加熱器芯而循環(huán)；連接流路，其將第一循環(huán)回路與第二循環(huán)回路連接，且使熱介質(zhì)在第一循環(huán)回路與第二循環(huán)回路之間循環(huán)；及第一溫度調(diào)整部，其配置在第二循環(huán)回路上加熱器芯的下游側(cè)，對(duì)從加熱器芯流出之后且流入燃料電池之前的熱介質(zhì)的溫度進(jìn)行調(diào)整。
文檔編號(hào)H01M8/04GK102859770SQ201080066258
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2010年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月22日
發(fā)明者加古知之, 田中敬子, 岡本圭, 田中清司 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社