燃料電池搭載車輛、燃料電池系統(tǒng)及其控制方法
【專利說明】燃料電池搭載車輛、燃料電池系統(tǒng)及其控制方法
[0001]本申請(qǐng)主張基于在2014年11月14日提出申請(qǐng)的申請(qǐng)編號(hào)2014-231916的日本專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，并將其公開的全部通過參照而援引于本申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及搭載于燃料電池搭載車輛的燃料電池系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003]在燃料電池系統(tǒng)中，燃料罐的氫通過噴射器向氫供給流路噴射而向燃料電池供給。燃料電池的廢氣包含的未反應(yīng)的氫經(jīng)由設(shè)有氫循環(huán)栗的氫循環(huán)流路向氫供給流路再循環(huán)。在此，燃料電池的廢氣包含水蒸氣，存在該水蒸氣結(jié)露而成為液態(tài)水并附著于氫循環(huán)流路的情況。在附著于氫循環(huán)流路而滯留的液態(tài)水的量多的情況下，燃料電池的輸出上升且氫循環(huán)栗的轉(zhuǎn)速增大，由此液態(tài)水容易流入氫循環(huán)栗。其結(jié)果是，會(huì)產(chǎn)生在氫循環(huán)栗中產(chǎn)生噪音或者成為氫循環(huán)栗的旋轉(zhuǎn)負(fù)載而轉(zhuǎn)速下降等問題。作為應(yīng)對(duì)此種問題的方法，在日本國專利公開公報(bào)(特開2007-115460號(hào))中記載了與燃料電池的運(yùn)轉(zhuǎn)獨(dú)立地使氫循環(huán)栗的轉(zhuǎn)速增大而將滯留于氫循環(huán)流路的液態(tài)水吹走的技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]然而，當(dāng)使氫循環(huán)栗以高轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，工作聲也增大。在該條件下，當(dāng)通過噴射器噴射氫時(shí)，在氫供給流路或氫循環(huán)流路產(chǎn)生壓力脈動(dòng)，該壓力脈動(dòng)的頻率與氫循環(huán)栗的工作聲的頻率(旋轉(zhuǎn)頻率)一致，存在因共振而產(chǎn)生噪音(噪聲振動(dòng))的可能性。這樣的課題通常是在燃料氣體的循環(huán)栗的工作聲的發(fā)生與燃料氣體的噴射引起的壓力脈動(dòng)重疊的情況下產(chǎn)生的問題。
[0005]本發(fā)明為了解決上述的課題的至少一部分而作出，能夠作為以下的方式實(shí)現(xiàn)。
[0006]第一方式提供一種燃料電池系統(tǒng)。第一方式的燃料電池系統(tǒng)具備:燃料電池；燃料氣體供給流路，向所述燃料電池供給燃料氣體；噴射器，向所述燃料氣體供給流路間歇地噴射所述燃料氣體；燃料氣體排出流路，從所述燃料電池排出燃料廢氣；循環(huán)流路，將所述燃料氣體供給流路與所述燃料氣體排出流路連接；循環(huán)栗，設(shè)于所述循環(huán)流路，將所述燃料廢氣向所述燃料氣體供給流路供給；及控制部，將所述循環(huán)栗的轉(zhuǎn)速控制成預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)速而將滯留于所述循環(huán)流路的水分排出。所述控制部在通過所述噴射器向所述燃料氣體供給流路噴射所述燃料氣體的第一定時(shí)與控制所述循環(huán)栗的轉(zhuǎn)速而將滯留于所述循環(huán)流路的水分排出的第二定時(shí)一致時(shí)，執(zhí)行如下兩個(gè)處理中的任一個(gè)處理:(i)不通過所述噴射器向所述燃料氣體供給流路噴射所述燃料氣體而使所述循環(huán)栗以所述預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)速動(dòng)作的第一處理；(ii)通過所述噴射器向所述燃料氣體供給流路噴射所述燃料氣體并且以比所述預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)速低的轉(zhuǎn)速使所述循環(huán)栗動(dòng)作的第二處理。根據(jù)該方式，在第一處理中，執(zhí)行使循環(huán)栗以所述預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)速動(dòng)作的第一處理，因此能夠?qū)⒁簯B(tài)水排出，在第二處理中，通過噴射器向燃料氣體供給流路噴射燃料氣體并且以比預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)速低的轉(zhuǎn)速使所述循環(huán)栗動(dòng)作，因此以比為了吹走液態(tài)水而預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)速低的轉(zhuǎn)速使循環(huán)栗動(dòng)作，因此能夠抑制壓力脈動(dòng)與循環(huán)栗的工作聲共振而產(chǎn)生噪音(噪聲振動(dòng))的情況。
[0007]在第一方式的燃料電池系統(tǒng)中，可以的是，所述控制部在未進(jìn)行所述第一處理或第二處理且所述燃料電池的輸出為預(yù)先確定的輸出值以下的情況下，進(jìn)行如下的第三處理:與所述燃料電池的輸出大于所述預(yù)先確定的輸出值的情況相比使從所述噴射器每一次噴射的所述燃料氣體的噴射量增加，并且以比為了噴射所述燃料氣體而預(yù)先設(shè)定的噴射周期長的噴射周期間歇地噴射所述燃料氣體。根據(jù)該方式，延長噴射器的噴射周期，即減少單位時(shí)間的噴射次數(shù)，因此能夠進(jìn)一步抑制壓力脈動(dòng)與循環(huán)栗的工作聲共振而產(chǎn)生噪音(噪聲振動(dòng))的情況。
[0008]在第一方式的燃料電池系統(tǒng)中，可以的是，在所述第三處理中，所述控制部使所述一次的噴射量變?yōu)閞倍，并且使所述噴射周期變?yōu)閞倍(r為I以上的實(shí)數(shù))。根據(jù)該方式，通過將一次的噴射量變?yōu)閞倍，即使將噴射周期延長為r倍，也能夠供給必要的燃料氣體。其結(jié)果是，能夠降低噪聲振動(dòng)的發(fā)生頻度并供給充分的燃料氣體。
[0009]第二方式提供一種燃料電池搭載車輛，具備:車輛；及上述任一燃料電池系統(tǒng)。所述控制部在通過所述噴射器向所述燃料氣體供給流路噴射所述燃料氣體的第一定時(shí)與通過提高所述循環(huán)栗的轉(zhuǎn)速而將滯留于所述循環(huán)流路的液態(tài)水吹走的第二定時(shí)一致時(shí)，(a)在所述車輛的行駛速度為預(yù)先確定的低速閾值以下的情況下，執(zhí)行所述第一處理或所述第二處理，(b)在所述車輛的行駛速度超過所述低速閾值的情況下，以為了將所述液態(tài)水吹走而預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)速使所述循環(huán)栗動(dòng)作。根據(jù)該燃料電池搭載車輛，在車輛停止或以低速行駛的情況下執(zhí)行第一處理或第二處理，因此能夠以避免給乘員造成過度的噪聲振動(dòng)的方式排水。而且，在車輛以比較高的速度行駛時(shí)，以為了吹走液態(tài)水而預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)速使循環(huán)栗動(dòng)作，因此能夠?qū)粲谘h(huán)流路的液態(tài)水充分地吹走。
[0010]需要說明的是，本發(fā)明能夠以各種方式實(shí)現(xiàn)。例如，除了燃料電池系統(tǒng)之外，也能夠以燃料電池搭載車輛、燃料電池系統(tǒng)的控制方法等方式實(shí)現(xiàn)。
【附圖說明】
[0011]圖1是表示搭載燃料電池的燃料電池搭載車輛的說明圖。
[0012]圖2是表示燃料電池和燃料氣體供給排出系統(tǒng)的說明圖。
[0013]圖3是表示車輛的即將起動(dòng)之前和剛起動(dòng)之后的燃料氣體供給排出系統(tǒng)的狀態(tài)的說明圖。
[0014]圖4是表示車輛的起動(dòng)時(shí)的控制流程圖的說明圖。
[0015]圖5是表示車輛的起動(dòng)后的循環(huán)栗和噴射器的動(dòng)作的說明圖。
[0016]圖6是表示第二實(shí)施方式的說明圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]第一實(shí)施方式:
[0018]圖1是表示搭載燃料電池的燃料電池搭載車輛10(以下，也簡稱為“車輛10”)的說明圖。車輛10具備燃料電池100、控制部110 (也稱為ECU (Electronic Control Un1:電子控制單元t))、二次電池130、電力分配控制器140、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)150、驅(qū)動(dòng)軸160、動(dòng)力分配齒輪170、車輪180。
[0019]燃料電池100是通過燃料氣體與氧化氣體的電化學(xué)性的反應(yīng)而生成電力的發(fā)電裝置。控制部110對(duì)車輛的動(dòng)作進(jìn)行控制?？刂撇?10使用燃料電池100作為車輛的主要?jiǎng)恿υ矗窃谲囕v10的剛起動(dòng)之后等燃料電池100的發(fā)電力小的情況下，使用二次電池130作為用于使車輛10移動(dòng)的電力源。作為二次電池130，可以采用例如鎳氫電池或鋰離子電池。向二次電池130的充電可以通過例如使用了從燃料電池100輸出的電力的充電、在車輛10減速的差異中使用通過驅(qū)動(dòng)馬達(dá)150對(duì)車輛10的動(dòng)能進(jìn)行再生而得到的再生電力的充電來進(jìn)行。電力分配控制器140接受來自控制部110的命令，來控制從燃料電池100向驅(qū)動(dòng)馬達(dá)150引出的電力量和從二次電池130向驅(qū)動(dòng)馬達(dá)150引出的電力量。而且，電力分配控制器140在車輛10的減速時(shí)，接受來自控制部110的命令，將通過驅(qū)動(dòng)馬達(dá)150再生的再生電力向二次電池130供給。驅(qū)動(dòng)馬達(dá)150接受電力的供給，作為用于使車輛10移動(dòng)的電動(dòng)機(jī)起作用。而且，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)150在車輛10的減速時(shí)，作為將車輛10的動(dòng)能再生為電能的發(fā)電機(jī)起作用。驅(qū)動(dòng)軸160是用于將驅(qū)動(dòng)馬達(dá)150產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力向動(dòng)力分配齒輪170傳遞的旋轉(zhuǎn)軸。動(dòng)力分配齒輪170向后側(cè)車輪180的左右各自的車輪分配驅(qū)動(dòng)力。
[0020]圖2是表示燃料電池和燃料氣體供給排出系統(tǒng)200的說明圖。燃料電池系統(tǒng)除了具備燃料氣體供給排出系統(tǒng)200之外，還具備氧化氣體的供給排出系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，但是在本說明書中，僅對(duì)燃料氣體供給排出系統(tǒng)200進(jìn)行說明，對(duì)于燃料氣體的供給排出系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，省略說明。
[0021]燃料氣體供給排出系統(tǒng)200具備燃料氣體罐210、燃料氣體供給流路220、燃料氣體排出流路230、燃料氣體循環(huán)流路240(也稱為“循環(huán)流路240”)、主截止閥250、調(diào)節(jié)器260、燃料氣體噴射器270 (也簡稱為“噴射器270”)、氣液分離器280、排氣排水閥285、燃料氣體循環(huán)栗290 (也稱為“循環(huán)栗290”)、轉(zhuǎn)速計(jì)295。燃料氣體罐210貯藏燃料氣體。在本實(shí)施方式中，作為燃料氣體，使用氫氣。燃料氣體罐210與燃料電池100由燃料氣體供給流路220連接。燃料氣體供給流路220具備上游側(cè)的燃料氣體供給流路220a和下游側(cè)的燃料氣體供給流路220b。在燃料氣體供給流路220a上，從燃料氣體罐210側(cè)起設(shè)有主截止閥250、調(diào)節(jié)器260、噴射器270。主截止閥250對(duì)從燃料氣體罐210的燃料氣體的供給進(jìn)行開閉控制。調(diào)節(jié)器260將向燃料電池100供給的燃料氣體的壓力調(diào)整成預(yù)先確定的壓力。噴射器270以規(guī)定的第一周期間歇地向下游側(cè)的燃料氣體供給流路220b噴射燃料氣體。需要說明的是，該第一周期可以根據(jù)對(duì)應(yīng)于燃料電池100的輸出而要求的燃料氣體的量進(jìn)行變化。
[0022]燃料氣體排出流路230為了從燃料電池100排出燃料氣體的廢氣(以下也稱為“燃料廢氣”)而使用。循環(huán)流路240的一端與燃料氣體排出流路230連接，另一端與下游側(cè)的燃料氣體供給流路220b連接。在燃料氣體排出流