燃料电池系统和估算燃料电池输出特性的方法技术方案

根据本发明专利技术的燃料电池系统包括：检测单元（６，１２），检测燃料电池的运行参数；内阻估算单元（２０），将燃料电池的内阻设置成基本内阻；流速测量单元（３），测量气流速率；压力测量单元（４），测量气压；确定单元（２０），确定燃料电池的ＩＲ无关输出特性；设置单元（２０），设置燃料电池的基本输出特性；输出电流测量单元（８），测量燃料电池的输出电流；输出电压测量单元（９），测量燃料电池的输出电压；和计算单元（２０），使用输出电流和输出电压校正基本输出特性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及。
技术介绍
为了提高燃料电池的发电效率，通常执行的控制方法是基于燃料 电池的电流-电压特性(以下称为"输出特性")确定燃料电池输出。 然而，电流-电压特性根据燃料电池的状态或随时间而变化。因此，在例如JP-A-2002-231295中提出这样的相关技术，其中根据燃料电池的 温度、氢压力等估算燃料电池的输出特性，并使用估算的输出特性控 制燃料电池的输出，以有效地操作燃料电池。然而，在上述的相关技术中，仅从氢供给压力和燃料电池的温度 导出燃料电池的输出特性。而没有考虑到对于燃料电池的输出特性具 有较大影响的其它运行参数。因此，必然不会获得较高的估算精度。
技术实现思路
本专利技术提高了燃料电池的输出特性的估算精度。 本专利技术的第一方面涉及燃料电池系统。该燃料电池系统包括运 行参数存储单元，存储燃料电池的内阻与表示所述燃料电池的运行状 态的至少一个运行参数之间的关系，所述燃料电池的内阻不包括根据阻两者；检测单元，检测所述至少一个运行参数的现值；内阻估算单 元，参照在所述运行参数存储单元中存储的关系基于所述运行参数的 所检测现值估算所述燃料电池的内阻，并设定所估算的内阻作为基本 内阻；IR无关(内阻无关)输出特性存储单元，存储IR无关输出特性以及向所述燃料电池供应的空气的不同流速和压力，其中所述IR 无关输出特性是所述燃料电池的输出电流和输出电压之间的关系，其 不包括在所述空气的流速和压力下内阻的影响；流速测量单元，测量 向所述燃料电池供应的空气的流速；压力测量单元，测量向所述燃料 电池供应的空气的压力；确定单元，基于所述空气的流速和压力确定 所述燃料电池的IR无关输出特性；和设定单元，基于所述基本内阻 和所述IR无关输出特性设定所述燃料电池的基本输出特性。在上述 配置中，所述燃料电池系统还可具有输出电流测量单元，测量所述 燃料电池的输出电流；输出电压测量单元，测量输出所述输出电流的 所述燃料电池的输出电压；和计算单元，基于所述输出电流和所述输 出电压校正所述基本输出特性。根据所述燃料电池系统，所述IR无关输出特性是所述燃料电池 的输出电流和输出电压之间的关系，其不包括向所述燃料电池供应的 空气处于不同流速和压力下时内阻的影响。IR无关输出特性和流速及 压力一起存储。测量向所述燃料电池供应的流速和气压，以及基于所 测量的流速和气压确定所述燃料电池的IR无关输出特性。因此，可 精确估算燃料电池的基本输出特性，从而可精确校正基本输出特性。所述运行参数可以包括所述燃料电池的温度、所述燃料电池中的 湿度、和阻抗中的至少一个，所述阻抗是通过使用具有预定频率的交 流(AC)信号在所述燃料电池的输出端子之间测量的。根据该配置， 可基于所述燃料电池的温度、所述燃料电池中的湿度或所述燃料电池 的输出端子之间的阻抗估算基本内阻。所述计算单元可具有第一校正单元，基于所述输出电流和所述 输出电压校正所述燃料电池的基本内阻；和第二校正单元，使用所校 正的基本内阻校正所述基本输出特性。根据该配置，基于所述输出电 流和所述输出电压校正所述燃料电池的基本内阻，以及校正所述基本 输出特性。因此，可提高基本输出特性的估算精度。所述计算单元还可具有校正值存储单元，存储所校正的基本内 阻作为新基本内阻；第三校正单元，当所述基本内阻存储在所述校正值存储单元中时，基于所述输出电流和所述输出电压进一步校正所述基本内阻；和第四校正单元，使用进一步校正的基本内阻校正所述基 本输出特性。根据该配置，将所校正的基本内阻存储为新基本内阻， 当所述基本内阻存储在所述校正值存储单元中时，基于所述输出电流 和所述输出电压进一步校正所述基本内阻。因此，可提高基本输出特 性的估算精度。所述检测单元可具有阻抗测量单元，通过使用具有预定频率的 交流信号测量在所述燃料电池的输出端子之间的阻抗；和阻抗存储单 元，存储所测量的阻抗。所述计算单元可具有比较单元，将所述阻 抗测量单元测量的阻抗与在所述阻抗存储单元中存储的先前测量的 阻抗进行比较；和输出特性校正单元，当所述比较单元的比较结果为 所测量的阻抗与先前测量的阻抗之间的差等于或大于预定值时，所述 输出特性校正单元校正所述基本内阻，当所述差小于所述预定值时， 所述输出特性校正单元校正所述IR无关输出特性。根据该配置，将所述测量单元测量的阻抗与在所述阻抗存储单元 中先前测量和存储的阻抗进行比较。当存在等于或大于在所测量的阻 抗和先前测量的阻抗之间的预定值的差时，校正所述基本内阻。当不 存在这种差时，校正所述IR无关输出特性。'因此，可限制要校正的 目标，并且可提高校正的精度。本专利技术的第二方面涉及一种估算燃料电池的输出特性的方法。该 方法包括检测用以表示所述燃料电池的运行状态的至少一个运行参 数的现值；参照所述燃料电池的内阻与所述运行参数之间的关系，基 于所检测的所述运行参数的现值估算所述燃料电池的内阻，其中所述生的所述燃料电池的反应电阻两者，以及将所估算的内阻设置为基本 内阻；测量向所述燃料电池供应的空气的流速；测量向所述燃料电池 供应的空气的压力；基于所述空气的流速和压力确定所述燃料电池的 IR无关输出特性；和基于所述基本内阻和所述IR无关输出特性设定 所述燃料电池的基本输出特性，其中所述IR无关输出特性是所述燃 料电池的输出电流和输出电压之间的关系，其不包括向所述燃料电池 供应的空气处于不同流速和压力下时内阻的影响。在上述配置中，该 方法还包括测量所述燃料电池的输出电流和测量所述燃料电池的输 出电压；和基于所述输出电流和所述输出电压校正所述基本输出特 性。所述运行参数包括所述燃料电池的温度、所述燃料电池中的湿 度、和阻抗中的至少一个，所述阻抗是通过使用具有预定频率的交流 信号在所述燃料电池的输出端子之间测量的。该方法还可包括基于所述输出电流和所述输出电压校正所述燃 料电池的基本内阻；和使用所校正的基本内阻校正所述基本输出特 性。该方法还可包括存储所校正的基本内阻作为新基本内阻；当基 本内阻被存储时，基于所述输出电流和所述输出电压校正所述基本内 阻；和使用进一步校正的基本内阻校正所述基本输出特性。该方法还可包括通过使用具有预定频率的交流信号测量在所述 燃料电池的输出端子之间的阻抗；将所测量的阻抗与先前测量的阻抗 进行比较；和当比较结果为所测量的阻抗与先前测量的阻抗之间的差 等于或大于预定值时，校正所述基本内阻，当所述差小于所述预定值 时，校正所述IR无关输出特性。附图说明参照附图，根据优选实施例的以下描述，本专利技术的上述和其它目 的、特点和优点将变得清楚，其中使用相似的标号表示相似的元件， 在附图中图l是根据本专利技术第一实施例的燃料电池系统的系统配置图。 图2是示出在电池组温度和内阻之间的关系的实例的曲线图。 图3是示出在空气电极端上在不同压力情况下电流-电压特性的 变化的实例的曲线图。图4是示出空气以不同流速向燃料电池流动时的电流-电压特性 的实例的曲线图。图5是根据本专利技术第一实施例的燃料电池系统控制操作的流程图。图6是根据本专利技术第二实施例的燃料电池系统的系统配置图。 图7是示出燃料电池中加湿量、燃料电池温度和内阻之间的关系 的曲线图。图8是根据本专利技术第二实施例的燃料电池系统控制操作的流程图。图9是根据本专利技术第三实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，包括：　运行参数存储单元，存储燃料电池的内阻与表示所述燃料电池的运行状态的至少一个运行参数之间的关系，所述燃料电池的内阻不包括根据流向所述燃料电池的反应气体的流速所产生的所述燃料电池的扩散电阻以及根据所述反应气体的压力所产生的所述燃料电池的反应电阻两者；　检测单元，检测所述至少一个运行参数的现值；　内阻估算单元，参照在所述运行参数存储单元中存储的关系基于所述运行参数的所检测现值估算所述燃料电池的内阻，并设定所估算的内阻作为基本内阻；　ＩＲ无关输出特性存储单元，存储ＩＲ无关输出特性以及向所述燃料电池供应的空气的不同流速和压力，其中所述ＩＲ无关输出特性是所述燃料电池的输出电流和输出电压之间的关系，其不包括在所述空气的流速和压力下内阻的影响；　流速测量单元，测量向所述燃料电池供应的空气的流速；　压力测量单元，测量向所述燃料电池供应的空气的压力；　确定单元，基于所述空气的流速和压力确定所述燃料电池的ＩＲ无关输出特性；和　设定单元，基于所述基本内阻和所述ＩＲ无关输出特性设定所述燃料电池的基本输出特性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：渡边修夫，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]