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)明涉及到一種具有燃料電池的燃料電池系統(tǒng)，該燃料電池接 收反應(yīng)氣體(燃料氣體及氧化氣體)的供給而進行發(fā)電。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在，具有接收反應(yīng)氣體(燃料氣體及氧化氣體)的供給而進行 發(fā)電的燃料電池的燃料電池系統(tǒng)被提出并得以實際應(yīng)用。在該燃料電 池系統(tǒng)中設(shè)有用于使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。
并且，公知下述燃料電池系統(tǒng)具有可變調(diào)壓閥，作為設(shè)置在燃 料供給流路上以調(diào)整供給到燃料電池的燃料氣體的壓力的壓力調(diào)整 閥，通過作用將氧化氣體作為壓力源的施加壓力，可調(diào)整供給到燃料 電池的燃料氣體的壓力(例如參照日本特開2005-150090號公報)。
根據(jù)上述日本特開2005-1500卯號公報所述的可變調(diào)壓閥，可根 據(jù)運轉(zhuǎn)情況改變?nèi)剂蠚怏w的供給壓力。但是即使是這種可變調(diào)壓閥， 也無法避免受到歷年變化、個體差異的影響，會導(dǎo)致調(diào)壓精度、壓力 響應(yīng)性的下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于以上情況而作出，其目的在于可根據(jù)燃料電池的運轉(zhuǎn) 狀態(tài)適當(dāng)改變?nèi)剂蠚怏w的供給壓力，盡量抑制歷年變化、個體差異的 影響，確保良好的壓力響應(yīng)性。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)具有燃料電池；燃料供給系統(tǒng)，用于向該燃料電池供給燃料氣體；氣體狀態(tài)可變供給裝 置，調(diào)整該燃料供給系統(tǒng)的上游側(cè)的氣體狀態(tài)并供給到下游側(cè)；和控 制單元，根據(jù)上述燃料電池的運轉(zhuǎn)狀態(tài)對該氣體狀態(tài)可變供給裝置進 行驅(qū)動控制，所述燃料電池系統(tǒng)具有學(xué)習(xí)單元，學(xué)習(xí)上述氣體狀態(tài)可 變供給裝置的驅(qū)動特性，根據(jù)該學(xué)習(xí)的結(jié)果設(shè)定上述氣體狀態(tài)可變供 給裝置的驅(qū)動參數(shù)，并且，上述學(xué)習(xí)單元至少使用第一值和第二值學(xué) 習(xí)上述驅(qū)動特性，上述第一值基于上述氣體狀態(tài)可變供給裝置引起的 規(guī)定值以上的氣體供給變化，上述第二值基于上述氣體狀態(tài)可變供給 裝置的動作指令值。
上述學(xué)習(xí)單元根據(jù)該氣體狀態(tài)可變供給裝置的上游壓力校正所學(xué) 習(xí)的上述氣體狀態(tài)可變供給裝置的驅(qū)動特性。
上述學(xué)習(xí)單元可根據(jù)上述燃料氣體的溫度校正所學(xué)習(xí)的上述氣體 狀態(tài)可變供給裝置的驅(qū)動特性。
上述氣體狀態(tài)可變供給裝置是噴射器，其具有內(nèi)部流路，連通 該噴射器的上游側(cè)和下游側(cè)；閥芯，可移動地設(shè)置在該內(nèi)部流路內(nèi)， 能夠根據(jù)其移動位置改變上述內(nèi)部流路的開口狀態(tài)；和閥芯驅(qū)動部， 通過電磁驅(qū)動力驅(qū)動上述閥芯。
上述動作指令值是控制上述噴射器的噴射時間的指令值。
上述噴射器的噴射時間，作為前饋項包括根據(jù)上述燃料電池的發(fā) 電電流求出的基本噴射時間，上述學(xué)習(xí)單元使學(xué)習(xí)的結(jié)果反映在上述 前饋項中。
上述氣體供給變化是上述氣體狀態(tài)可變供給裝置的下游壓力的上升。本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)具有燃料電池；燃料供給系統(tǒng)，用于向 該燃料電池供給燃料氣體；氣體狀態(tài)可變供給裝置，調(diào)整該燃料供給 系統(tǒng)的上游側(cè)的氣體狀態(tài)并供給到下游側(cè)；和控制單元，根據(jù)上述燃 料電池的運轉(zhuǎn)狀態(tài)對該氣體狀態(tài)可變供給裝置進行驅(qū)動控制，所述燃 料電池系統(tǒng)具有學(xué)習(xí)單元，學(xué)習(xí)上述氣體狀態(tài)可變供給裝置的驅(qū)動特 性，根據(jù)該學(xué)習(xí)的結(jié)果設(shè)定上述氣體狀態(tài)可變供給裝置的驅(qū)動參數(shù)， 并且，上述學(xué)習(xí)單元以相互不同的驅(qū)動條件驅(qū)動上述氣體狀態(tài)可變供 給裝置，根據(jù)這些驅(qū)動條件下的燃料氣體供給次數(shù)學(xué)習(xí)上述氣體狀態(tài) 可變供給裝置的無效供給時間。
上述無效供給時間是上述氣體狀態(tài)可變供給裝置從上述控制單元 接收驅(qū)動控制信號起到實際開始氣體供給為止所需的時間。
上述相互不同的驅(qū)動條件是上述氣體狀態(tài)可變供給裝置的下游壓 力的上升幅度、和上述氣體狀態(tài)可變供給裝置供給1次燃料氣體的供 給時間中的至少一個。
在以上的燃料電池系統(tǒng)中，上述學(xué)習(xí)單元在上述燃料電池起動時 進行學(xué)習(xí)。
根據(jù)這些構(gòu)成，學(xué)習(xí)氣體狀態(tài)可變供給裝置的歷年變化、個體差
異所導(dǎo)致的驅(qū)動特性或無效供給時間的波動，可進行反映了該學(xué)習(xí)結(jié)
果的氣體狀態(tài)可變供給裝置的驅(qū)動控制。此外，所謂"氣體狀態(tài)"是 指氣體的狀態(tài)(流量、壓力、溫度、摩爾濃度等)，特別是包括氣體
流量及氣體壓力中的至少一個。
氣體狀態(tài)可變供給裝置可以是電磁驅(qū)動方式的噴射器，也可是例 如通過氣體壓力或馬達經(jīng)由隔膜來驅(qū)動閥芯的隔膜式調(diào)節(jié)器這樣的可 變調(diào)壓調(diào)節(jié)器。氣體狀態(tài)可變供給裝置的驅(qū)動特性例如是以下關(guān)系燃料電池的 入口側(cè)氣體狀態(tài)(氣體狀態(tài)可變供給裝置的二次側(cè)氣體狀態(tài))和入口 側(cè)目標(biāo)氣體狀態(tài)(氣體狀態(tài)可變供給裝置的二次側(cè)目標(biāo)氣體狀態(tài))之 間的關(guān)系；燃料電池的入口側(cè)氣體狀態(tài)(氣體狀態(tài)可變供給裝置的二 次側(cè)氣體狀態(tài))和發(fā)電電流之間的關(guān)系；氣體狀態(tài)可變供給裝置的一 次側(cè)氣體狀態(tài)和二次側(cè)氣體狀態(tài)之間的關(guān)系；和氣體狀態(tài)可變供給裝 置的一次側(cè)氣體狀態(tài)和燃料電池的發(fā)電電流之間的關(guān)系等。
所謂氣體狀態(tài)可變供給裝置的驅(qū)動參數(shù)，例如在氣體狀態(tài)可變供 給裝置是上述電磁驅(qū)動方式的噴射器時，是指噴射量、噴射時間、占 空比、驅(qū)動頻率、驅(qū)動脈沖等，另外，在氣體狀態(tài)可變供給裝置是上 述隔膜式調(diào)節(jié)器時，是指經(jīng)由隔膜使闊芯向打開方向或關(guān)閉方向施力 的施加壓力(例如流體壓力、彈簧壓力)等。
在上述燃料電池系統(tǒng)中，根據(jù)該氣體狀態(tài)可變供給裝置的上游壓 力或溫度來校正學(xué)習(xí)的氣體狀態(tài)可變供給裝置的驅(qū)動特性，根據(jù)該構(gòu) 成可進行高精度的學(xué)習(xí)。
在上述燃料電池系統(tǒng)中，根據(jù)向在噴射器的噴射時間中含有的前 饋項反映學(xué)習(xí)的結(jié)果的構(gòu)成，則可實現(xiàn)進一步提高噴射器的響應(yīng)性。
在上述燃料電池系統(tǒng)中，根據(jù)在燃料電池起動時(系統(tǒng)起動時) 進行學(xué)習(xí)的構(gòu)成，可在燃料電池不消耗燃料氣體的狀態(tài)下，換言之在 外部干擾較少的狀態(tài)下進行高精度的學(xué)習(xí)。
根據(jù)本發(fā)明，可提供一種燃料電池系統(tǒng)，其具有不受氣體狀態(tài)可 變供給裝置的歷年變化和個體差異影響的良好的響應(yīng)性。


圖1是本發(fā)明的實施方式的燃料電池系統(tǒng)的構(gòu)成圖。
8圖2是用于說明圖1所示的燃料電池系統(tǒng)中的噴射器噴射時間的 計算過程的流程圖。
圖3是在圖2所示的流程圖的步驟S3的處理中使用的映射的一個例子。
圖4是在圖2所示的流程圖的步驟S5的處理中使用的映射的一個 例子。
圖5是在圖2所示的流程圖的步驟S5的處理中使用的其他映射的 一個例子。
圖6是在圖2所示的流程圖的步驟S5的處理中使用的進一步的其 他映射的一個例子。
圖7是表示對于實際的FC入口壓力相對于FC入口壓力的目標(biāo)壓 力的跟蹤性，比較本發(fā)明的一個實施例和一個比較例后的結(jié)果的圖。
圖8是圖2所示的流程圖的步驟Sll的處理中使用的映射的一個例子。
圖9是表示圖8所示的驅(qū)動時間A、 B的一個例子的圖。
具體實施例方式
以下參照

本發(fā)明的實施方式的燃料電池系統(tǒng)1。在本實 施方式中，說明將本發(fā)明適用于燃料電池車輛(移動體)的車載發(fā)電 系統(tǒng)的例子。首先，參照圖1說明本發(fā)明的實施方式的燃料電池系統(tǒng)1 的構(gòu)成。
本實施方式的燃料電池系統(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)的供給而產(chǎn)生電力的燃料電池10，并且具有向
燃料電池IO供給作為氧化氣體的空氣的氧化氣體配管系統(tǒng)(燃料供給
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;
集中控制系統(tǒng)整體的控制裝置(控制單元，學(xué)習(xí)單元)4等。
燃料電池10具有將接收反應(yīng)氣體的供給而發(fā)電的單體電池層積 所需個數(shù)而構(gòu)成的堆疊構(gòu)造，且將由燃料電池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和牽引電動機12之間的變換器、DC-DC轉(zhuǎn)換器等。另外， 在燃料電池IO上安裝有檢測發(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，用于將 氧化廢氣從加濕器20引導(dǎo)到外部。在空氣供給流路21中設(shè)有取入大 氣中的氧化氣體來壓送到加濕器20的壓縮器24。
氫氣配管系統(tǒng)3具有作為燃料供給源的氫罐30，貯存高壓(例 如70MPa)的氫氣；作為燃料供給流路的氫供給流路31，用于將氫罐 30的氫氣供給到燃料電池10;循環(huán)流路32，用于將從燃料電池10排 出的氫廢氣返回到氫供給流路31。氫氣配管系統(tǒng)3是本發(fā)明的燃料供 給系統(tǒng)的一個實施方式。
此外，也可替代氫罐30，將以下裝置作為燃料供給源使用改性 器，由烴類的燃料生成富氫的改性氣體；高壓氣體罐，使在該改性器 生成的改性氣體為高壓狀態(tài)而蓄壓。另外，也可將具有貯氫合金的罐 作為燃料供給源使用。
在氫供給流路31上設(shè)有截止閥33，截止或允許來自氫罐30的 氫氣供給；調(diào)節(jié)器34，調(diào)整氫氣的壓力；噴射器(氣體狀態(tài)可變供給 裝置)35。另外，在噴射器35的上游側(cè)設(shè)有檢測氫供給流路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。另外，在 噴射器35的下游側(cè)、氫供給流路31和循環(huán)流路32的合流部的上游側(cè)， 設(shè)有檢測氫供給流路31內(nèi)的氫氣的壓力的二次側(cè)壓力傳感器43。
調(diào)節(jié)器34是將該上游側(cè)壓力(一次壓力)調(diào)壓為預(yù)先設(shè)定的二次 壓力的裝置。在本實施方式中，將對一次壓力減壓的機械式減壓闊作為調(diào)節(jié)器34使用。作為機械式減壓閥的構(gòu)成，可采用如下公知的構(gòu)成 隔著隔膜形成有背壓室和調(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)定的壓力而作為二次壓力。
在本實施方式中，如圖1所示，通過在噴射器35的上游側(cè)配置二
個調(diào)節(jié)器34，從而可有效降低噴射器35的上游側(cè)壓力。因此可提高噴 射器35的機械構(gòu)造(閥芯、筐體、流路、驅(qū)動裝置等)的設(shè)計自由度。
另外，由于可降低噴射器35的上游側(cè)壓力，因此可抑制由于噴射 器35的上游側(cè)壓力和下游側(cè)壓力的壓差增大導(dǎo)致的噴射器35的閥芯 難于移動的情況。因此，可擴大噴射器35的下游側(cè)壓力的可變調(diào)壓幅 度，并且可抑制噴射器35的響應(yīng)性下降。
噴射器35是電磁驅(qū)動式的開關(guān)閥，通過以電磁驅(qū)動力直接在規(guī)定 的驅(qū)動周期下驅(qū)動闊芯遠離閥座，從而可調(diào)整氣體流量、氣體壓力等 氣體狀態(tài)。噴射器35具有噴嘴管體，具有閥座，該閥座具有噴射氫 氣等氣體燃料的噴射孔，該噴嘴管體將該氣體燃料供給引導(dǎo)到噴射孔； 閥芯，相對于該噴嘴管體沿軸線方向(氣體流動方向)可移動地被收 容保持，并開關(guān)噴射孔。
在本實施方式中，噴射器35的閥芯由作為電磁驅(qū)動裝置的螺線管 驅(qū)動，通過供電到該螺線管的脈沖狀勵磁電流的開、關(guān)，可雙級、多 級、連續(xù)地(無級)或線性地切換噴射孔的開口面積。通過從控制裝 置4輸出的控制信號控制噴射器35的氣體噴射時間及氣體噴射時期， 由此高精度地控制氫氣的流量及壓力。
噴射器35通過電磁驅(qū)動力直接開關(guān)驅(qū)動閥(閥芯及閥座)，并且 該驅(qū)動周期可控制在高響應(yīng)的區(qū)域，因此具有較高的響應(yīng)性。
噴射器35為了供給其下游要求的氣體流量，通過變更設(shè)于噴射器35的氣體流路上的閥芯的開口面積(開度)及開放時間中的至少一個， 調(diào)整供給到下游側(cè)(燃料電池10側(cè))的氣體流量(或氫摩爾濃度)。
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的下游的氣體壓力比噴射器35的上游的氣體壓力減壓，因此 可將噴射器35解釋為調(diào)壓閥(減壓閥、調(diào)節(jié)器)。另外，在本實施方 式中還可解釋為根據(jù)氣體要求，為了在規(guī)定的壓力范圍內(nèi)與要求壓 力一致，可改變噴射器35的上游氣體壓力的調(diào)壓量(減壓量)的可變 調(diào)壓閥。
此外，在本實施方式中，如圖1所示，在比氫供給流路31和循環(huán) 流路32的合流部A1靠近上游側(cè)處配置噴射器35。另外，如圖l的虛 線所示，當(dāng)作為燃料供給源使用多個氫罐30時，在比從各氫罐30供 給的氫氣合流的部分(氫氣合流部A2)更靠近下游側(cè)處配置噴射器35。
在循環(huán)流路32中，通過氣液分離器36及排氣排水闊37連接有排 出流路38。氣液分離器36是從氫廢氣回收水分的構(gòu)造。排氣排水閥 37根據(jù)來自控制裝置4的命令進行動作，由此將氣液分離器36回收的 水分和循環(huán)流路32內(nèi)的含有雜質(zhì)的氫廢氣排出到外部。
另外，在循環(huán)流路32中設(shè)有氫泵39，將循環(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，排出流路38內(nèi)的氣體通過稀 釋器40被稀釋，從而與排氣流路23內(nèi)的氣體合流。
控制裝置4檢測出設(shè)置于車輛上的加速操作裝置(加速器等)的 操作量，并接收加速要求值(例如來自牽引電動機12等的負荷裝置的 要求發(fā)電量)等控制信息，從而控制系統(tǒng)內(nèi)各種設(shè)備的動作。
此外，所謂負荷裝置是除了牽引電動機12外，包括以下裝置的耗 電裝置的總稱使燃料電池IO動作所需的輔機裝置(例如壓縮器24、
12氫泵39、冷卻泵的馬達等)；與車輛行駛相關(guān)的各種裝置(變速機、 車輪控制裝置、轉(zhuǎn)向裝置、懸架裝置等)中使用的致動器；和乘客空 間的空調(diào)裝置(空調(diào))、照明、音響等。
控制裝置4由未圖示的計算機系統(tǒng)構(gòu)成。所述計算機系統(tǒng)具有
CPU、 ROM、 RAM、 HDD、輸入輸出接口及顯示器等，通過CPU讀 入ROM中存儲的各種控制程序并執(zhí)行，從而實現(xiàn)各種控制動作。
具體而言，如圖2的流程圖所示，控制裝置4通過電流傳感器13 檢測出燃料電池10的發(fā)電電流(以下稱為FC電流)(步驟S1)，例 如使用圖3所示的映射，即使用表示在步驟S1中檢測出的FC電流和 與相對于燃料電池10的要求輸出對應(yīng)地設(shè)定的燃料電池10的入口側(cè) 目標(biāo)壓力(以下稱為FC入口目標(biāo)壓力)之間的關(guān)系的映射，根據(jù)在步 驟S1中檢測出的FC電流求出FC入口目標(biāo)壓力(步驟S3)。
接著，控制裝置4例如使用圖4所示的映射，即使用表示FC電流 和噴射器35的基本噴射時間之間的關(guān)系的映射，首先根據(jù)步驟Sl中 檢測出的FC電流求出噴射器35的基本噴射時間，然后在基于該FC 電流的基本噴射時間上乘以規(guī)定的校正系數(shù)K，將校正(學(xué)習(xí))的結(jié) 果重新再定義為基本噴射時間，求出最終應(yīng)求得的噴射時間的前饋項 (以下稱為F/F項)(步驟S5)。
該校正系數(shù)K如圖5所示，通過以下方式設(shè)定在系統(tǒng)起動時， 使燃料電池10的陽極側(cè)的FC入口壓力加壓到規(guī)定目標(biāo)壓力(起動時 加壓)，并根據(jù)FC入口壓力到達該目標(biāo)壓力為止的噴射器35的總驅(qū) 動時間Tinj和總噴射量Q之間的關(guān)系，求出噴射器35的單位驅(qū)動時間 的流量特性，并且該校正系數(shù)K每當(dāng)系統(tǒng)起動時更新。
具體而言，首先，例如使用圖6所示的映射，即使用表示從起動 時加壓開始到到達目標(biāo)壓力為止的壓力上升幅度AP與噴射器35的總噴射量Q之間的關(guān)系的映射，根據(jù)上述加壓時的壓力上升幅度AP (規(guī) 定值以上的氣體供給變化)求出總噴射量Q (第一值)。接著通過將
該求得的總噴射量Q除以噴射器35的總驅(qū)動時間Tinj (第二值)，求 出噴射器35的流量特性Cinj (=總噴射量Q/總驅(qū)動時間Tinj)。
接著，使用該求得的流量特性Cinj及燃料電池系統(tǒng)1出廠時等預(yù) 先初始設(shè)定的基本流量特性Cinj—base,求出該噴射器35所固有的流量 特性比。并且，將該流量特性比作為求出上述F/F項時的校正系數(shù)K (-流量特性Cinj/基本流量特性Cinj—base)使用，求出F/F項(=校 正系數(shù)KX基于FC電流的基本噴射時間)。
接著，控制裝置4求出通過圖2的步驟S3求得的FC入口目標(biāo)壓 力與在二次側(cè)壓力傳感器43中檢測出的現(xiàn)在的燃料電池10的入口側(cè) 壓力(以下稱為FC入口壓力)之間的偏差(以下稱為FC入口壓力偏 差)(步驟S7)，并且作為用于校正(降低)該FC入口壓力偏差的 校正值，求出噴射器噴射時間的前饋項(以下稱為F/B項)(步驟S9)。
接著，控制裝置4根據(jù)噴射器35的上游的氣體狀態(tài)(氫氣的壓力 及溫度)及施加電壓，計算出噴射器35的無效噴射時間Tv(步驟Sll)。 所謂無效噴射時間Tv是指噴射器35從控制裝置4接收控制信號起到 實際開始噴射為止所需的時間。
在本實施方式中，使用表示噴射器35的上游側(cè)的氫氣的壓力和溫 度、施加電壓、及無效噴射時間Tv之間的關(guān)系的特定的映射，對于控 制裝置4的每個計算周期計算并更新無效噴射時間Tv。
接著，控制裝置4通過向在步驟S3中求出的噴射器35的F/F項 加上在步驟S9中求出的F/B項和在步驟Sll中求出的無效噴射時間 Tv，求出噴射器35的噴射時間(噴射量)(步驟S13)。并且，控制裝置4通過將用于實現(xiàn)所述噴射器噴射時間的控制信
號輸出到噴射器35，控制噴射器35的噴射時間及噴射時期，并調(diào)整供 給到燃料電池10的氫氣的流量及壓力。
如上所述，根據(jù)本實施方式的燃料電池系統(tǒng)1，在求噴射器35的 噴射時間時，用F/B項和無效噴射時間Tv來校正作為基本噴射時間的 F/F項，因此和僅根據(jù)F/F項求噴射時間時相比，可精度良好、且響應(yīng) 性良好地校正供給到燃料電池10的氫氣的流量及壓力。
此外，本實施方式的F/F項不是將基于FC電流的基本噴射時間直 接作為F/F項，而是對基于該FC電流的基本噴射時間用校正系數(shù)K(噴 射器35的單位驅(qū)動時間的流動特性)進行校正，以此作為F/F項，上 述校正系數(shù)K在系統(tǒng)起動時根據(jù)FC入口壓力到達規(guī)定的目標(biāo)壓力為止 的噴射器35的總驅(qū)動時間Tinj和總噴射量Q之間的關(guān)系而求出，并每 次更新。
艮口，在本實施方式中，通過在每次系統(tǒng)起動時求出F/F項的校正 系數(shù)K，學(xué)習(xí)噴射器35的歷年變化、個體差異導(dǎo)致的流量特性，并將 該學(xué)習(xí)結(jié)果反映到F/F項，因此供給到燃料電池10的氫氣的流量及壓 力受噴射器35的歷年變化、個體差異的影響得到抑制，從而可精度良 好且響應(yīng)性良好地進行控制。
另外，在本實施方式中，在燃料電池IO不消耗氫氣的狀態(tài)下，換 言之在外部干擾較少的系統(tǒng)起動時，學(xué)習(xí)噴射器35的歷年變化、個體 差異導(dǎo)致的流量特性，因此可進行高精度的學(xué)習(xí)。
圖7是對實際的FC入口壓力相對于FC入口壓力的目標(biāo)壓力的跟 蹤性進行比較的結(jié)果的一個例子，實線是FC入口壓力的目標(biāo)壓力，虛 線是在基于FC電流的基本噴射時間上乘以校正系數(shù)K而作為F/F項的 本發(fā)明的一個實施例，單點劃線是將基于FC電流的基本噴射時間直接作為F/F項的一個比較例。從該圖可知，本實施例FC入口壓力相對于 目標(biāo)壓力的跟蹤性和比較例相比明顯良好。
此外，上述校正系數(shù)K也可根據(jù)通過一次側(cè)壓力傳感器41檢測出 的噴射器35的一次壓力(上游壓力)來校正。例如，當(dāng)噴射器35的 一次壓力相對較高時，和相對較低時相比，即使是相同的總噴射量Q， 總驅(qū)動時間Tinj也變短，因此表面上的流量特性Cinj (二總噴射量Q/ 總驅(qū)動時間Tinj)比實際的大。因此，進行校正以使噴射器35的一次 壓力越高校正系數(shù)K越小。
另外，上述校正系數(shù)K也可根據(jù)通過溫度傳感器42檢測出的噴射 器35的一次側(cè)的氣體溫度來校正。例如，當(dāng)噴射器35的一次側(cè)的氣 體溫度相對較高時，和相對較低時相比，即使在體積流量上是同樣的 總噴射量Q，氫氣的質(zhì)量流量也減少，因此表面上的流量特性Cinj (= 總噴射量Q/總驅(qū)動時間Tinj)比實際的大。
因此，進行校正以使噴射器35的一次側(cè)的氣體溫度越高校正系數(shù) K越小。此外，也可替代噴射器35的一次側(cè)的氣體溫度，而使用燃料 電池10或冷卻燃料電池10的致冷劑溫度等進行校正系數(shù)K的校正。
然而在氫供給流路31中具有上述噴射器35的燃料電池系統(tǒng)1中， 可使用噴射器35的噴射時間進行氫氣的流量計測。在上述情況下，在 噴射器35的無效噴射時間Tv中，例如當(dāng)存在歷年變化、個體差異導(dǎo) 致的波動時，該波動影響到噴射器35的噴射時間的精度，并且流量計 測的精度下降。
因此，為了高精度地進行噴射器35的氫氣的流量測量，優(yōu)選在系 統(tǒng)每次起動時，能夠使噴射器35的無效噴射時間Tv按照該噴射器35 的實際情況進行更新(學(xué)習(xí))，以抑制噴射器35的歷年變化、個體差 異導(dǎo)致的波動的影響。以下參照

無效噴射時間Tv的一個學(xué)習(xí)
16示例。
首先，如圖8及圖9所示，在系統(tǒng)起動時為了使燃料電池IO的陽 極側(cè)的FC入口壓力為規(guī)定的壓力上升幅度AP，使噴射器35在相互不
同的驅(qū)動條件、即每噴射一次(供給一次)的驅(qū)動時間(供給裝置)
Ta、 Tb (但是Ta共Tb)下加壓(起動時加壓)二次，并求出各次加壓 時的噴射次數(shù)Na、 Nb (燃料氣體供給次數(shù))。
此時，在壓力上升幅度AP和總噴射量Q之間，例如如上述圖6 的映射所示，存在唯一的關(guān)系，因此如果壓力上升幅度AP相同，則總 噴射量Q也相同。即，第一次加壓時的噴射器35的總噴射量Q1和第 二次加壓時的噴射器35的總噴射量Q2相同，為總噴射量Ql^總噴射 量Q2。
另外，各次加壓時的總噴射量Q1、 Q2為總噴射量Q1二噴射次數(shù) NaX (驅(qū)動時間Ta—無效噴射時間Tv)，并且總噴射量Q2二噴射次 數(shù)NbX (驅(qū)動時間Tb —無效噴射時間Tv)。
因此，總噴射量Ql二噴射次數(shù)Na'(驅(qū)動時間Ta—無效噴射時 間Tv)=總噴射量Q2二噴射次數(shù)Nb'(驅(qū)動時間Tb —無效噴射時間 Tv)，如果整理該式求出無效噴射時間Tv (無效供給時間)，則為無 效噴射時間Tv二 (噴射次數(shù)Ntr驅(qū)動時間Tb —噴射次數(shù)Na'驅(qū)動時 間Ta) / (噴射次數(shù)Nb —噴射次數(shù)Na)。
控制裝置4將如上所述在系統(tǒng)起動時求出的無效噴射時間Tv加到 在圖2的步驟S3中求出的噴射器35的F/F項和在步驟S9中求出的F/B 項，由此求出噴射器35的噴射時間，通過將用于實現(xiàn)所述噴射時間的 控制信號輸出到噴射器35來控制噴射器35的噴射時間及噴射時期。
如上所述，本實施方式的燃料電池系統(tǒng)1中，作為噴射器35的無效噴射時間Tv，為了使系統(tǒng)起動時燃料電池10的陽極側(cè)的FC入口壓 力變?yōu)橐?guī)定的壓力上升幅度AP，采用如下無效噴射時間TV:其根據(jù)使 噴射器35在相互不同的每次噴射時的驅(qū)動時間Ta、 Tb (Ta^Tb)下 加壓時的噴射次數(shù)Na、 Nb而求得。
艮口，在本實施方式中，通過每當(dāng)系統(tǒng)起動時更新無效噴射時間Tv， 學(xué)習(xí)噴射器35的歷年變化、個體差異導(dǎo)致的無效噴射時間Tv的波動， 并將該學(xué)習(xí)結(jié)果反映到噴射器35的噴射時間，因此供給到燃料電池10 的氫氣的流量及壓力受噴射器35的歷年變化、個體差異導(dǎo)致的波動的 影響得到抑制，從而可精度良好且響應(yīng)性良好地進行控制。
因此，即使是對使用了噴射器35的氫供給流路31進行流量測量 時，也抑制了噴射器35的歷年變化、個體差異導(dǎo)致的波動的影響，因 此可精度良好且響應(yīng)性良好地進行噴射器35產(chǎn)生的氫氣的流量計測。
另外，在本實施方式中，在燃料電池IO不消耗氫氣的狀態(tài)下，換 言之在外部干擾較少的系統(tǒng)起動時，實施噴射器35的歷年變化、個體 差異產(chǎn)生的無效噴射時間Tv的學(xué)習(xí)，因此可進行高精度的學(xué)習(xí)。
此外，在上述實施方式中，將第一次和第二次加壓時的壓力上升 幅度AP設(shè)定得相同，但是不一定要設(shè)定得相同。
另外，在上述實施方式中，表示了將本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)搭載
于燃料電池車輛的例子，但是也可將本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)搭載到燃 料電池車輛以外的各種移動體(機器人、船舶、飛機等)上。另外， 也可將本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)適用于作為建筑(住宅、大廈等)用的
發(fā)電設(shè)備所使用的定置用發(fā)電系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1. 一種燃料電池系統(tǒng)，具有燃料電池；燃料供給系統(tǒng)，用于向該燃料電池供給燃料氣體；氣體狀態(tài)可變供給裝置，調(diào)整該燃料供給系統(tǒng)的上游側(cè)的氣體狀態(tài)并供給到下游側(cè)；和控制單元，根據(jù)上述燃料電池的運轉(zhuǎn)狀態(tài)對該氣體狀態(tài)可變供給裝置進行驅(qū)動控制，所述燃料電池系統(tǒng)具有學(xué)習(xí)單元，學(xué)習(xí)上述氣體狀態(tài)可變供給裝置的驅(qū)動特性，根據(jù)該學(xué)習(xí)的結(jié)果設(shè)定上述氣體狀態(tài)可變供給裝置的驅(qū)動參數(shù)，并且，上述學(xué)習(xí)單元至少使用第一值和第二值學(xué)習(xí)上述驅(qū)動特性，上述第一值基于上述氣體狀態(tài)可變供給裝置引起的規(guī)定值以上的氣體供給變化，上述第二值基于上述氣體狀態(tài)可變供給裝置的動作指令值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，上述學(xué)習(xí)單元根據(jù)該氣體狀態(tài)可變供給裝置的上游壓力校正所學(xué) 習(xí)的上述氣體狀態(tài)可變供給裝置的驅(qū)動特性。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃料電池系統(tǒng)， 上述學(xué)習(xí)單元根據(jù)上述燃料氣體的溫度校正所學(xué)習(xí)的上述氣體狀態(tài)可變供給裝置的驅(qū)動特性。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3的任意一項所述的燃料電池系統(tǒng)， 上述氣體狀態(tài)可變供給裝置是噴射器，其具有-內(nèi)部流路，連通該噴射器的上游側(cè)和下游側(cè)；閥芯，可移動地設(shè)置在該內(nèi)部流路內(nèi)，能夠根據(jù)其移動位置改變 上述內(nèi)部流路的開口狀態(tài)；和閥芯驅(qū)動部，通過電磁驅(qū)動力驅(qū)動上述閥芯。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料電池系統(tǒng)， 上述動作指令值是控制上述噴射器的噴射時間的指令值。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料電池系統(tǒng)，上述噴射器的噴射時間，作為前饋項包括根據(jù)上述燃料電池的發(fā) 電電流求出的基本噴射時間，上述學(xué)習(xí)單元使上述學(xué)習(xí)的結(jié)果反映在上述前饋項中。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6的任意一項所述的燃料電池系統(tǒng)， 上述氣體供給變化是上述氣體狀態(tài)可變供給裝置的下游壓力的上升。
8. —種燃料電池系統(tǒng)，具有 燃料電池；燃料供給系統(tǒng)，用于向該燃料電池供給燃料氣體；氣體狀態(tài)可變供給裝置，調(diào)整該燃料供給系統(tǒng)的上游側(cè)的氣體狀 態(tài)并供給到下游側(cè)；和控制單元，根據(jù)上述燃料電池的運轉(zhuǎn)狀態(tài)對該氣體狀態(tài)可變供給 裝置進行驅(qū)動控制，所述燃料電池系統(tǒng)具有學(xué)習(xí)單元，學(xué)習(xí)上述氣體狀態(tài)可變供給裝 置的驅(qū)動特性，根據(jù)該學(xué)習(xí)的結(jié)果設(shè)定上述氣體狀態(tài)可變供給裝置的 驅(qū)動參數(shù)，并且，上述學(xué)習(xí)單元以相互不同的驅(qū)動條件驅(qū)動上述氣體 狀態(tài)可變供給裝置，根據(jù)這些驅(qū)動條件下的燃料氣體供給次數(shù)學(xué)習(xí)上 述氣體狀態(tài)可變供給裝置的無效供給時間。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃料電池系統(tǒng)，上述無效供給時間是上述氣體狀態(tài)可變供給裝置從上述控制單元 接收驅(qū)動控制信號起到實際開始氣體供給為止所需的時間。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的燃料電池系統(tǒng)，上述相互不同的驅(qū)動條件是上述氣體狀態(tài)可變供給裝置的下游壓 力的上升幅度、和上述氣體狀態(tài)可變供給裝置供給1次燃料氣體的供 給時間中的至少一個。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10的任意一項所述的燃料電池系統(tǒng)，上述學(xué)習(xí)單元在上述燃料電池起動時進行學(xué)習(xí)。
全文摘要
本發(fā)明根據(jù)在步驟S1中檢測出的FC電流求出噴射器(35)的基本噴射時間，對基于該FC電流的基本噴射時間乘以規(guī)定的校正系數(shù)K，并將校正(學(xué)習(xí))的結(jié)果重新再定義為基本噴射時間，從而求出最終應(yīng)求得的噴射時間的前饋項(F/F項)(步驟S5)。該校正系數(shù)K通過以下方式設(shè)定在系統(tǒng)起動時，將燃料電池(10)的陽極側(cè)的FC入口壓力加壓到規(guī)定目標(biāo)壓力，根據(jù)FC入口壓力到達該目標(biāo)壓力為止的噴射器(35)的總驅(qū)動時間Tinj和總噴射量Q之間的關(guān)系，求出噴射器(35)的單位驅(qū)動時間的流量特性，并且該校正系數(shù)K每當(dāng)系統(tǒng)起動時更新。
文檔編號H01M8/04GK101461083SQ20078002098
公開日2009年6月17日 申請日期2007年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月7日
發(fā)明者馬屋原健司 申請人:豐田自動車株式會社