燃料电池系统技术方案

本发明专利技术的燃料电池系统具有：燃料电池（１０）；供给流路（３１），用于使从燃料供给源（３０）供给的燃料气体流入到燃料电池（１０）；可变气体供给装置（３５），调整该供给流路３１的上游侧的气体状态，并供给到下游侧；控制部（４），ＰＩ控制对该可变气体供给装置（３５）的气体供给指令量；异常判断部（４），判断可变气体供给装置（３５）的异常，其中，控制部（４）作为ＰＩ控制中的校正项的一部分，使用仅在燃料电池（１０）的运转状态满足规定的学习允许条件的情况下积算Ｉ项而成的学习项，异常判断部（４）根据该学习项判断可变气体供给装置（３５）的异常。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及到一种在使从燃料供给源供给的燃料气体流入到燃料 电池的供给流路中，具有可变气体供给装置的燃料电池系统。
技术介绍
一直以来，具有接收反应气体(燃料气体及氧化气体)的供给并 进行发电的燃料电池的燃料电池系统被提出、并实用化。并且近些年 来提出了如下燃料电池系统通过在将从氢罐等燃料供给源供给的燃 料气体流入到燃料电池的燃料供给流路上设置机械式可变调节器、喷 射器等可变气体供给装置，使来自燃料供给源的燃料气体的供给压力可根据系统的运转状态改变(例如参照日本特开2005-302563号公报)。
技术实现思路
在具有这种可变气体供给装置的燃料电池系统中，可逐渐改变供 给到燃料电池的燃料气体的状态量(压力、流量等)，但当可变气体 供给装置中产生长年变化、故障等异常时，无法高精度地控制到下游 侧的气体供给状态量，因此需要在运转中判断该异常的技术。本专利技术鉴于以上情况而产生，其目的在于供给一种可在运转中判 断可变气体供给装置的异常的燃料电池系统。为了实现上述目的，本专利技术涉及的燃料电池系统具有燃料电池； 供给流路，用于使从燃料供给源供给的燃料气体流入到上述燃料电池； 可变气体供给装置，调整该供给流路的上游侧的气体状态并供给到下 游侧；控制部，对相对于上述可变气体供给装置的气体供给指令量进 行PI控制；和异常判断部，判断上述可变气体供给装置的异常，其中，4上述控制部，作为上述PI控制中的校正项的一部分使用仅在上述燃料 电池的运转状态满足规定的学习允许条件的情况下积算I项而成的学 习项，上述异常判断部根据上述学习项判断上述可变气体供给装置的 异常。该学习项是积算PI控制中的I项获得的，换言之，是在规定条件 下积算该PI控制下的控制目标值(例如可变气体供给装置的二次侧(下游侧、燃料电池侧)中的调压目标值)和实际的检测压力值的偏差的 积分值(=1项)而获得的，因此当可变气体供给装置中产生异常时， 控制目标值和检测压力值的偏差变大为与正常时相比超过设计误差等 允许范围的程度，该影响也波及到该学习项。因此，可根据该学习项 判断可变气体供给装置的异常。在上述燃料电池系统也可是上述异常判断部仅在上述燃料电池 的运转状态满足上述学习允许条件的情况下，实施基于上述学习项的 异常判断。根据该构成，基于学习项的异常判断的实施限定于燃料电池的运 转状态适于I项学习的状态(满足学习允许条件的状态)，换言之，限 定于燃料电池运转状态稳定时，因此提高了异常的判断精度。并且，在上述燃料电池系统也可是上述异常判断部在上述学习 项的值处于规定范围外时，判断为上述可变气体供给装置异常。在上述构成中，为了抑制可变气体供给装置正常时误判断为异常 的情况而进一步提高判断精度，当上述学习项的值处于规定范围外的 状态持续规定时间的情况下，判断上述可变气体供给装置异常。在上述燃料电池系统也可是上述学习项对应于每一个向上述燃 料电池的气体供给需求量分别设定并更新，其中，将上述燃料电池中5的燃料气体消耗量、上述燃料电池内的从阳极侧向阴极侧的交叉泄漏 量、和上述PI控制中使用的P项相加而求出向上述燃料电池的气体供 给需求量。PI控制中形成校正项的一部分的I项是控制目标值和实际的检测 值的偏差的时间累积值(或与该时间累积值相关的值)，与之相对， 在PI控制中与该I项一起构成校正项的学习项存储了该I项的各气体 供给需求量的累积值(或与该累积值相关的值)，因此即使在随着气 体供给需求量的急剧变化控制目标值也急剧变化的情况下，也可通过 作为I项的累积值的学习项迅速校正作为时间累积值的仅由I项产生的 校正的响应延迟，可提高追踪性。此外，对上述燃料电池的气体供给需求量也可根据以下计算上 述燃料电池中的燃料气体消耗量、上述燃料电池内的从阳极侧向阴极 侧的交叉泄漏量、和上述可变气体供给装置下游侧的目标压力值的变 动。在上述燃料电池系统也可是上述可变气体供给装置是通过电磁 驱动力直接以规定的驱动周期驱动阀芯而使阀芯从阀座隔离的电磁驱 动式的开关阀(例如喷射器)。根据本专利技术，在具有可变气体供给装置的燃料电池系统中，可在 运转中判断可变气体供给装置的异常。附图说明图1是本专利技术的实施方式涉及的燃料电池系统的构成图。 图2是用于说明图l所示的燃料电池系统的控制方式的控制框图。 图3是用于说明图2所示的控制框图的I项计算功能的图。 图4是用于说明图2所示的控制框图的学习项计算功能的图。图5是用于说明图1所示的燃料电池系统中的喷射器的异常判断的时间图。 具体实施例方式以下参照附图说明本专利技术的实施方式涉及的燃料电池系统1。在 本实施方式中，对将本专利技术适用于燃料电池车辆(移动体)的车载发 电系统的例子进行说明，也可将本专利技术涉及的燃料电池系统搭载到燃 料电池车辆以外的各种移动体(机器人、船舶、飞机等)。并且也可 将本专利技术涉及的燃料电池系统适用于作为建筑(住宅、大厦等)用的 发电设备使用的定置用发电系统。首先，参照图1说明本专利技术的实施方式涉及的燃料电池系统1的 构成。本实施方式涉及的燃料电池系统1如图1所示，具有接收反应气 体(氧化气体及燃料气体)的供给并产生电力的燃料电池10，并且具 有向燃料电池10供给作为氧化气体的空气的氧化气体配管系统2、 向燃料电池10供给作为燃料气体的氢气的氢气配管系统3、统一控制 系统整体的控制装置(控制部、异常判断部)4等。燃料电池IO具有层积所需个数的单电池而形成的堆叠构造，上述 单电池接收反应气体的供给通过电气化学反应发电。燃料电池10产生 的电力供给到PCU (Power Control Unit:电力控制单元)11。 PCU11 具有配置在燃料电池IO和牵引电动机12之间的变换器、DC-DC转换 器等。并且，燃料电池IO上安装有检测发电中的电流的电流传感器13。氧化气体配管系统2具有空气供给流路21，将通过加湿器20 加湿的氧化气体(空气)供给到燃料电池10;空气排出流路22，将从 燃料电池10排出的氧化废气引导到加湿器20;排气流路23，将氧化 废气从加湿器21引导到外部。空气供给流路21上设有压縮机24，取 入大气中的氧化气体并压送到加湿器20。7氢气配管系统3具有存储了高压(例如70MPa)的氢气的作为 燃料供给源的燃料氢罐30;将氢罐30的氢气供给到燃料电池10的作为燃料供给流路的氢供给流路(供给流路)31;用于将从燃料电池10排出的氢废气返回到氢供给流路31的循环流路(废气流路)32。此外，也可替代氢罐30，将由烃系燃料生成富氢的改性气体的改 性器、和将该改性器生成的改性气体形成为高压状态并蓄压的高压气 体罐作为燃料供给源使用。并且，也可将具有储氢合金的罐作为燃料 供给源使用。氢供给流路31上设有断开或允许来自氢罐30的氢气的供给的断开阀33;调整氢气的压力的调节器34;喷射器(可变气体供给装置)35。并且，喷射器35的上游侧设有检测氢供给流路31内的氢气的压 力及温度的一次侧压力传感器41及温度传感器42。进一步，在喷射器35的下游侧的、氢供给流路31和循环流路32 的合流部的上游侧，设有检测氢供给流路31内的氢气压力的二次侧压 力传感器43、及氢供给流路31内达到规定的动作压力时打开的释放阀 44。调节器34是将其上游侧的压力(一次压力)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，具有：燃料电池；供给流路，用于使从燃料供给源供给的燃料气体流入到上述燃料电池；可变气体供给装置，调整该供给流路的上游侧的气体状态并供给到下游侧；控制部，对相对于上述可变气体供给装置的气体供给指令量进行ＰＩ控制；和异常判断部，判断上述可变气体供给装置的异常，其中，　上述控制部，作为上述ＰＩ控制中的校正项的一部分使用仅在上述燃料电池的运转状态满足规定的学习允许条件的情况下积算Ｉ项而成的学习项，　上述异常判断部根据上述学习项判断上述可变气体供给装置的异 常。

【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：石河统将，
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]