燃料电池系统.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103718363 A (43)申请公布日 2014.04.09 CN 103718363 A (21)申请号 201280037970.8 (22)申请日 2012.08.10 2011-180603 2011.08.22 JP H01M 8/04(2006.01) B60L 11/18(2006.01) H01M 8/00(2006.01) H01M 8/10(2006.01) (71)申请人 日产自动车株式会社 地址 日本神奈川县 (72)发明人 松本充彦 星圣 青木哲也 (74)专利代理机构 北京林达刘知识产权代理事 务所 ( 普通合伙 ) 11277 代理人。

2、 刘新宇 (54) 发明名称 燃料电池系统 (57) 摘要 一种燃料电池系统， 具备接受负极气体和正 极气体的供给来进行发电的燃料电池， 该燃料电 池系统具备 ： 含水量计算部， 其计算燃料电池的 含水量 ； 内部阻抗计算部， 其计算燃料电池的内 部阻抗 ； 以及起动时温度计算部， 其基于系统上 次停止时的燃料电池的含水量以及系统起动时的 燃料电池的内部阻抗来计算系统起动时的燃料电 池温度。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2014.01.28 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/JP2012/070536 2012.08.10 (87)PCT国际申请的公布数据。

3、 WO2013/027612 JA 2013.02.28 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 10 页 附图 10 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书10页 附图10页 (10)申请公布号 CN 103718363 A CN 103718363 A 1/2 页 2 1. 一种燃料电池系统， 具备接受负极气体和正极气体的供给来进行发电的燃料电池， 该燃料电池系统具备 ： 含水量计算部， 其计算燃料电池的含水量 ； 内部阻抗计算部， 其计算燃料电池的内部阻抗 ； 以及 起动时温度计算部， 其基于由上述含水量计算部计算出的系统上次停。

4、止时的上述燃料 电池的含水量以及由上述内部阻抗计算部计算出的系统起动时的上述燃料电池的内部阻 抗， 来计算系统起动时的燃料电池温度。 2. 根据权利要求 1 所述的燃料电池系统， 其特征在于， 上述起动时温度计算部使用对含水量、 内部阻抗以及燃料电池温度的关系进行定义的 特性图， 基于系统上次停止时的含水量以及系统起动时的内部阻抗， 来计算系统起动时的 燃料电池温度。 3. 根据权利要求 1 或 2 所述的燃料电池系统， 其特征在于， 还具备冷却水温度检测部， 该冷却水温度检测部检测对上述燃料电池进行冷却的冷却 水的温度， 上述含水量计算部基于系统停止时检测出的冷却水温度以及系统停止时计算出的。

5、内 部阻抗， 来计算上述燃料电池的含水量。 4. 根据权利要求 1 3 中的任一项所述的燃料电池系统， 其特征在于， 还具备运转控制部， 该运转控制部在系统停止前实施使上述燃料电池的含水量降低的 干燥运转。 5. 根据权利要求 1 4 中的任一项所述的燃料电池系统， 其特征在于， 向上述燃料电池供给的负极气体是氢， 该燃料电池系统还具备浓度判定部， 该浓度判定部判定在系统起动时是否处于上述燃 料电池内的氢浓度低于规定值的低氢浓度状态， 在上述燃料电池内处于低氢浓度状态的情况下， 上述起动时温度计算部基于系统上次 停止时的上述燃料电池的含水量以及在向上述燃料电池供给氢之前计算出的系统起动时 的上。

6、述燃料电池的内部阻抗， 来计算系统起动时的燃料电池温度。 6. 根据权利要求 5 所述的燃料电池系统， 其特征在于， 在上述燃料电池内不是处于低氢浓度状态的情况下， 上述起动时温度计算部基于系统 上次停止时的上述燃料电池的含水量以及向上述燃料电池供给氢之后计算出的系统起动 时的上述燃料电池的内部阻抗， 来计算上述燃料电池温度。 7. 根据权利要求 5 或 6 所述的燃料电池系统， 其特征在于， 上述内部阻抗计算部基于将规定频率的交流电流叠加于上述燃料电池时的上述燃料 电池的输出电流和输出电压， 来计算上述燃料电池的内部阻抗并且计算输出电压相对于输 出电流的相位延迟， 上述浓度判定部基于系统起动。

7、时的上述相位延迟， 来判定上述燃料电池内是否处于低 氢浓度状态。 8. 根据权利要求 5 或 6 所述的燃料电池系统， 其特征在于， 上述浓度判定部基于系统起动时的上述燃料电池的输出电压来判定上述燃料电池内 是否处于低氢浓度状态。 权 利 要 求 书 CN 103718363 A 2 2/2 页 3 9. 根据权利要求 1 8 中的任一项所述的燃料电池系统， 其特征在于， 还具备行驶可否判断部， 该行驶可否判断部基于由上述起动时温度计算部计算出的系 统起动时的燃料电池温度， 来判断车辆是否处于能够行驶的状态。 10. 根据权利要求 1 9 中的任一项所述的燃料电池系统， 其特征在于， 还具备预。

8、热可否判断部， 该预热可否判断部基于由上述起动时温度计算部计算出的系 统起动时的燃料电池温度， 来判断是否需要对上述燃料电池进行预热。 权 利 要 求 书 CN 103718363 A 3 1/10 页 4 燃料电池系统 技术领域 0001 本发明涉及供给负极(anode)气体和正极(cathode)气体来使燃料电池发电的燃 料电池系统。 背景技术 0002 日本 JP2010-186599A 中公开了如下一种燃料电池系统 ： 在系统起动时使用冷却 水温度传感器来检测冷却水温度， 将所检测出的冷却水温度设为系统起动时的燃料电池温 度。 发明内容 0003 在要在冰点下起动燃料电池系统的情况下，。

9、 有时会由于燃料电池内的生成水冻结 或者燃料电池的发电性能降低而对车辆的行驶进行限制， 直到燃料电池系统中的发电部位 被预热为止。 因此， 在燃料电池系统中， 使用在系统起动时计算出的燃料电池温度来进行车 辆的行驶允许判断。 0004 然而， 在上述的燃料电池系统中， 存在以下问题 ： 由于使用冷却水温度传感器来求 出系统起动时的燃料电池温度， 因此在系统起动后需要使冷却水流动几秒左右后再检测冷 却水温度， 到计算出燃料电池温度为止要花费时间。当像这样燃料电池温度的计算要耗费 时间时， 使用燃料电池温度进行的车辆的行驶允许判断也会变晚。 0005 因此， 本发明的目的在于提供一种能够在短时间内。

10、高精度地计算出系统起动时的 燃料电池温度的燃料电池系统。 0006 根据本发明的某个方式， 提供了一种燃料电池系统， 具备接受负极气体和正极气 体的供给来进行发电的燃料电池， 该燃料电池系统具备 ： 含水量计算部， 其计算燃料电池的 含水量 ； 内部阻抗计算部， 其计算燃料电池的内部阻抗 ； 以及起动时温度计算部， 其基于由 含水量计算部计算的系统上次停止时的燃料电池的含水量以及由内部阻抗计算部计算的 系统起动时的燃料电池的内部阻抗， 来计算系统起动时的燃料电池温度。 0007 参照附图， 在下面详细说明本发明的实施方式和优点。 附图说明 0008 图 1 是本发明的第一实施方式的燃料电池系统。

11、的概要结构图。 0009 图 2 是表示由燃料电池系统所具备的控制器执行的内部阻抗计算处理的流程图。 0010 图 3 是表示带通滤波器的频率 - 振幅特性的图。 0011 图 4 是表示由控制器执行的系统起动时的车辆行驶允许判断处理的流程图。 0012 图 5 是表示每个规定温度的燃料电池堆的内部阻抗与燃料电池堆的含水量之间 的关系的对应表数据。 0013 图 6 是表示每个规定温度的燃料电池堆的内部阻抗与燃料电池堆的含水量之间 的关系的对应表数据。 说 明 书 CN 103718363 A 4 2/10 页 5 0014 图 7 是表示起动时燃料电池温度 - 上限输出值特性的图。 0015。

12、 图 8 是表示每个规定温度的燃料电池堆的内部阻抗与燃料电池堆的含水量之间 的关系的对应表数据。 0016 图 9 是表示由第二实施方式的燃料电池系统所具备的控制器执行的干燥运转控 制处理的流程图。 0017 图 10 是表示交流频率 - 相位延迟特性的图。 0018 图11是在复平面上示出将1kHz的交流电流叠加于燃料电池堆时计算的燃料电池 堆的内部阻抗的图。 0019 图 12 是表示由第三实施方式的燃料电池系统所具备的控制器执行的系统起动时 的车辆行驶允许判断处理的流程图。 0020 图 13 是表示燃料电池堆的输出电压 - 相位延迟特性的图。 具体实施方式 0021 ( 第一实施方式 。

13、) 0022 燃料电池是通过用作为燃料极的负极电极和作为氧化剂极的正极电极夹持电解 质膜而构成的， 使用向负极电极供给含氢的负极气体和向正极电极供给含氧的正极气体来 进行发电。在负极电极和正极电极这两个电极处进行的电化学反应如下。 0023 负极电极 ： 2H2 4H+4e- (1) 0024 正极电极 ： 4H+4e-+O2 2H2O(2) 0025 通过该 (1)(2) 的电化学反应， 燃料电池产生 1V( 伏特 ) 左右的电动势。 0026 在将这种燃料电池用作汽车用动力源的情况下， 由于要求的电力大， 因此作为将 数百块的燃料电池层叠所得的燃料电池堆来进行使用。然后， 构成向燃料电池堆。

14、供给负极 气体和正极气体的燃料电池系统， 取出用于驱动车辆的电力。 0027 图 1 是本发明的第一实施方式的燃料电池系统 100 的概要结构图。 0028 燃料电池系统 100 具备燃料电池堆 1、 负极气体供给装置 2、 正极气体供给装置 3、 冷却装置 4、 逆变器 5、 驱动马达 6、 电池 7、 DC/DC 转换器 8 以及控制器 60。 0029 燃料电池堆 1 是层叠规定块数的燃料电池 10 而构成的。燃料电池堆 1 接受负极 气体 ( 氢 ) 和正极气体 ( 空气 ) 的供给来进行发电， 向驱动车辆的驱动马达 6 等各种电装 部件供给电力。燃料电池堆 1 具有负极侧端子 11 。

15、和正极侧端子 12 作为用于取出电力的输 出端子。 0030 负极气体供给装置2具备高压罐21、 负极气体供给通路22、 压力调节阀23、 压力传 感器 24、 负极气体排出通路 25、 缓冲罐 26、 净化通路 27 以及净化阀 28。 0031 高压罐 21 是将要向燃料电池堆 1 供给的作为负极气体的氢保持为高压状态来贮 存的容器。 0032 负极气体供给通路 22 是用于将从高压罐 21 排出的负极气体供给到燃料电池堆 1 的通路。 负极气体供给通路22的一端连接于高压罐21， 另一端连接于燃料电池堆1的负极 气体入口部。 0033 压力调节阀 23 是能够连续地或阶段性地调节开度的电。

16、磁阀， 设置于负极气体供 给通路 22。压力调节阀 23 将从高压罐 21 排出的高压状态的负极气体调节为规定的压力。 说 明 书 CN 103718363 A 5 3/10 页 6 压力调节阀 23 的开度由控制器 60 来控制。 0034 压力传感器 24 设置于压力调节阀 23 下游侧的负极气体供给通路 22。压力传感 器 24 检测在负极气体供给通路 22 中流动的负极气体的压力。由压力传感器 24 检测出的 负极气体的压力代表包括缓冲罐 26、 燃料电池堆 1 内部的负极气体流路等在内的负极系整 体的压力。 0035 负极气体排出通路 25 是将燃料电池堆 1 与缓冲罐 26 连通的。

17、通路。负极气体排出 通路25的一端连接于燃料电池堆1的负极气体出口部， 另一端连接于缓冲罐26的上部。 未 在电化学反应中使用的剩余的负极气体与杂质气体的混合气体 ( 以下称为 “负极排气” ) 被 排出到负极气体排出通路 25， 该杂质气体包括在燃料电池堆 1 内从正极侧泄漏到负极气体 流路的氮、 水蒸气等。 0036 缓冲罐 26 是暂时储存在负极气体排出通路 25 流来的负极排气的容器。负极排气 所包含的水蒸气的一部分在缓冲罐 26 内冷凝而成为冷凝水， 从负极排气中分离出来。 0037 净化通路 27 是使缓冲罐 26 与外部连通的通路。净化通路 27 的一端连接于缓冲 罐 26 的下。

18、部， 净化通路 27 的另一端形成为开口端。存留在缓冲罐 26 中的负极排气被从后 述的正极气体排出通路 35 流入到净化通路 27 的正极排气稀释， 与冷凝水一起从净化通路 27 的开口端排出到外部。 0038 净化阀28是能够连续地或阶段性地调节开度的电磁阀， 设置于净化通路27。 通过 调节净化阀 28 的开度， 来调整从净化通路 27 向外部排出的负极排气的量。净化阀 28 的开 度由控制器 60 来控制。 0039 正极气体供给装置3具备正极气体供给通路31、 过滤器32、 压缩机33、 压力传感器 34、 正极气体排出通路 35 以及压力调节阀 36。 0040 正极气体供给通路 。

19、31 是流通向燃料电池堆 1 供给的正极气体、 即空气的通路。正 极气体供给通路 31 的一端连接于过滤器 32， 另一端连接于燃料电池堆 1 的正极气体入口 部。 0041 过滤器 32 用于去除从外部取入的空气所包含的尘、 埃等异物。经过滤器 32 去除 过异物后的空气成为向燃料电池堆 1 供给的正极气体。 0042 压缩机 33 设置于过滤器 32 与燃料电池堆 1 之间的正极气体供给通路 31。压缩机 33 将经由过滤器 32 取入的正极气体加压输送到燃料电池堆 1。 0043 压力传感器 34 设置于压缩机 33 下游侧的正极气体供给通路 31。压力传感器 34 检测在正极气体供给通。

20、路 31 流动的正极气体的压力。由压力传感器 34 检测得到的正极气 体的压力代表包括燃料电池堆 1 内部的正极气体流路等在内的正极系整体的压力。 0044 正极气体排出通路 35 是将燃料电池堆 1 与负极气体供给装置 2 的净化通路 27 连 通的通路。正极气体排出通路 35 的一端连接于燃料电池堆 1 的正极气体出口部， 另一端连 接于净化阀 28 下游侧的净化通路 27。在燃料电池堆 1 中未在电化学反应中使用的正极气 体作为正极排气经由正极气体排出通路 35 排出到净化通路 27。 0045 压力调节阀 36 是能够连续地或阶段性地调节开度的电磁阀， 设置于正极气体排 出通路 35。。

21、压力调节阀 36 由控制器 60 来控制开度， 调整向燃料电池堆 1 供给的正极气体 的压力。 0046 冷却装置 4 是用于利用冷却水对燃料电池堆 1 进行冷却的装置， 具备冷却水循环 说 明 书 CN 103718363 A 6 4/10 页 7 通路 41、 冷却水循环泵 42、 散热器 43 以及冷却水温度传感器 44、 45。 0047 冷却水循环通路 41 是流通用于冷却燃料电池堆 1 的冷却水的通路。冷却水循环 通路 41 的一端连接于燃料电池堆 1 的冷却水入口部， 另一端连接于燃料电池堆 1 的冷却水 出口部。 0048 冷却水循环泵 42 是使冷却水循环的加压输送装置， 设。

22、置于冷却水循环通路 41。 0049 散热器43是用于冷却从燃料电池堆1排出的冷却水的散热器， 设置于冷却水循环 泵 42 上流侧的冷却水循环通路 41。 0050 冷却水温度传感器 44、 45 是检测冷却水的温度的传感器。冷却水温度传感器 44 设置于靠近燃料电池堆 1 的冷却水入口部的冷却水循环通路 41， 对流入到燃料电池堆 1 的 冷却水的温度进行检测。与此相对， 冷却水温度传感器 45 设置于靠近燃料电池堆 1 的冷却 水出口部的冷却水循环通路 41， 对从燃料电池堆 1 排出的冷却水的温度进行检测。 0051 逆变器5具备开关部51和平滑电容器52， 经由负极侧端子11和正极侧端。

23、子12与 燃料电池堆 1 电连接。开关部 51 由多个开关元件构成， 将直流变换为交流或将交流变换为 直流。平滑电容器 52 与燃料电池堆 1 并联连接， 对由于开关部 51 处的开关动作等而产生 的脉动进行抑制。 0052 驱动马达6是三相交流马达， 利用从逆变器5供给的交流电流来进行动作， 产生使 车辆驱动的转矩。 0053 电池 7 经由 DC/DC 转换器 8 与驱动马达 6 和燃料电池堆 1 电连接。电池 7 是锂离 子二次电池等能够充放电的二次电池。 0054 DC/DC 转换器 8 与燃料电池堆 1 电连接。DC/DC 转换器 8 是使燃料电池堆 1 的电 压升降的双向性的电压变。

24、换机， 基于直流输入得到直流输出， 并且将输入电压变换为任意 的输出电压。 0055 控制器 60 由具备中央运算装置 (CPU)、 只读存储器 (ROM)、 随机存取存储器 (RAM) 以及输入输出接口 (I/O 接口 ) 的微计算机构成。除了来自压力传感器 24、 34、 冷却水温度 传感器44、 45的检测信号以外， 来自检测燃料电池堆1的输出电流的电流传感器61、 检测燃 料电池堆 1 的输出电压的电压传感器 62、 检测车辆所具备的加速踏板的踏下量的加速踏板 传感器63、 检测电池7的充电量的SOC传感器64的检测信号也作为用于检测燃料电池系统 100 的运转状态的信号输入到控制器 。

25、60 中。 0056 控制器60基于这些输入信号来计算燃料电池堆1的目标燃料电池电压等， 以对向 燃料电池堆 1 供给的负极气体和正极气体的流量等进行控制。 0057 另外， 控制器 60 在启动燃料电池系统 100 的系统起动时， 计算燃料电池堆 1 的燃 料电池温度 ( 燃料电池 10 的电解质膜的温度 )， 基于计算出的燃料电池温度来执行车辆行 驶允许判断 ( 参照图 4)。 0058 在本实施方式的燃料电池系统100中， 控制器60通过使用系统上次停止时的燃料 电池堆 1 的含水量 ( 电解质膜的湿润度 ) 以及本次系统起动时的燃料电池堆 1 的内部阻抗 ( 电解质膜的内部阻抗 )， 。

26、来在系统刚起动之后高精度地计算燃料电池温度。 0059 首先， 参照图 2 来说明燃料电池堆 1 的内部阻抗的计算方法。 0060 图 2 是由控制器 60 执行的燃料电池堆 1 的内部阻抗计算处理的流程图。燃料电 池堆 1 的内部阻抗计算处理是基于以往已知的交流阻抗法的处理。在需要计算燃料电池堆 说 明 书 CN 103718363 A 7 5/10 页 8 1 的内部阻抗的规定定时执行内部阻抗计算处理。 0061 在S101(步骤101)中， 控制器60将使根据车辆运转状态而设定的燃料电池堆1的 目标燃料电池电压与 1kHz 的交流电压值相加所得的值设定为本次的目标燃料电池电压。 0062。

27、 在 S102 中， 控制器 60 对 DC/DC 转换器 8 进行控制以形成 S101 中设定的目标燃料 电池电压。 对DC/DC转换器8进行控制来将交流电压施加于燃料电池堆1， 由此将交流电流 叠加于燃料电池堆1的输出电流。 通过像这样控制DC/DC转换器8， 形成燃料电池的输出信 号包含 1kHz 的频率的交流电压和交流电流。 0063 在 S103 中， 控制器 60 使用电流传感器 61 来检测燃料电池堆 1 的输出电流， 并且 使用电压传感器 62 来检测燃料电池堆 1 的输出电压。 0064 在 S104 中， 控制器 60 使用带通滤波器来去除在 S103 中检测出的电流值和电。

28、压值 的直流成分， 计算出交流电流值和交流电压值。此外， 如图 3 所示， 带通滤波器是具有通过 频带中心被设定为 1kHz 的频率 - 振幅特性的滤波器。 0065 在 S105 中， 控制器 60 对交流电流值实施已知的傅里叶变换处理， 计算 1kHz 中的 电流振幅值。 0066 在 S106 中， 控制器 60 对交流电压值实施已知的傅里叶变换处理， 计算 1kHz 中的 电压振幅值。 0067 在 S107 中， 控制器 60 用在 S106 中计算出的电压振幅值除以在 S105 中计算出的 电流振幅值， 来计算燃料电池堆 1 的内部阻抗 Z。 0068 在S108中， 控制器60对。

29、交流电流值和交流电压值实施傅里叶变换处理， 计算交流 电压值相对于交流电流值的相位延迟 ， 结束内部阻抗计算处理。 0069 接着， 参照图 4 来说明由控制器 60 执行的系统起动时的车辆行驶允许判断处理。 在从点火开关被接通起到车辆行驶被允许为止的期间内， 以规定运算周期 ( 例如 100 微秒 周期 ) 执行车辆行驶允许判断处理。 0070 在 S201 中， 控制器 60 判定是否存在燃料电池温度计算请求。在系统刚起动之后、 通知了禁止车辆行驶的情况下等， 控制器 60 判定为存在燃料电池温度计算请求， 执行 S202 的处理。与此相对， 在通知了允许车辆行驶的情况下等， 控制器 60。

30、 判定为不存在燃料电池 温度计算请求， 结束车辆行驶允许判断处理。 0071 在 S202 中， 控制器 60 参照图 5 所示的对应表数据， 基于系统上次停止时的燃料电 池温度和燃料电池堆 1 的内部阻抗， 来计算系统停止时的燃料电池堆 1 的含水量。 0072 此外， 系统上次停止时的燃料电池温度是在点火开关已被断开时由冷却水温度传 感器 44 检测出的冷却水温度与由冷却水温度传感器 45 检测出的冷却水温度的平均值。另 外， 系统上次停止时的燃料电池堆 1 的内部阻抗是在点火开关已被断开时由内部阻抗计算 处理 ( 参照图 2) 计算出的内部阻抗。 0073 图 5 是为了计算燃料电池堆 。

31、1 的含水量而使用的对应表数据。该对应表数据是在 使用燃料电池系统100的温度区域内对每个规定温度的燃料电池堆1的内部阻抗与燃料电 池堆 1 的含水量之间的关系进行定义的特性图。对应表数据是预先设定的数据， 存储在控 制器 60 的 ROM 等中。 0074 如图5的对应表数据所示， 在燃料电池温度固定的情况下， 燃料电池堆1的含水量 越小、 即燃料电池 10 的电解质膜越干燥， 燃料电池堆 1 的内部阻抗越大。另外， 在燃料电池 说 明 书 CN 103718363 A 8 6/10 页 9 堆 1 的含水量固定的情况下， 燃料电池温度越低， 燃料电池堆 1 的内部阻抗越大。这样， 燃 料电。

32、池温度越高， 内部阻抗 - 含水量特性中的等温线位于图中越靠右上的位置。 0075 例如， 在系统上次停止时的燃料电池温度为 T1、 燃料电池堆 1 的内部阻抗为 Ze 的 情况下， 基于图 5 的对应表数据， 将系统上次停止时的燃料电池堆 1 的含水量计算为 We。 0076 在图 4 的 S202 中计算出燃料电池堆 1 的含水量 We 之后， 在 S203 中， 控制器 60 计 算系统起动时的燃料电池堆 1 的内部阻抗 Zs。在点火开关已被接通时， 通过内部阻抗计算 处理 ( 参照图 2) 来计算系统起动时的燃料电池堆 1 的内部阻抗。 0077 在 S204 中， 控制器 60 参照。

33、图 6 所示的对应表数据， 基于在 S202 中计算出的系统 上次停止时的燃料电池堆1的含水量We以及在S203中计算出的系统起动时的内部阻抗Zs 来计算系统起动时的起动时燃料电池温度 Ts。 0078 图 6 是为了计算燃料电池温度而使用的对应表数据。图 6 的对应表数据是与图 5 所示的对应表数据相同的对应表数据。在系统上次停止时的燃料电池堆 1 的含水量为 We、 系统起动时的燃料电池堆 1 的内部阻抗为 Zs 的情况下， 基于图 6 的对应表数据将起动时燃 料电池温度 Ts 计算为 T2。 0079 此外， 在起动时燃料电池温度 Ts 的计算中， 以从上次停止时起到起动时为止的期 间内。

34、燃料电池堆 1 的含水量几乎没有发生变化为前提， 来使用系统上次停止时的燃料电池 堆 1 的含水量 We。 0080 在图 4 的 S205 中， 控制器 60 基于起动时燃料电池温度 Ts 来计算燃料电池堆 1 的 上限输出值Pmax。 基于图7所示的预先设定的起动时燃料电池温度-上限输出值特性来求 出燃料电池堆 1 的上限输出值 Pmax。如图 7 所示， 起动时燃料电池温度 Ts 越高， 系统起动 时的燃料电池堆 1 的上限输出值 Pmax 越大。 0081 在 S206 中， 控制器 60 判定上限输出值 Pmax 是否大于能够行驶输出值 P0。能够行 驶输出值 P0 是基于能够产生驱。

35、动马达 6 使车辆行驶所需的转矩的燃料电池堆 1 的输出电 流值而设定的。 0082 在 S206 的处理中， 在判断为上限输出值 Pmax 大于能够行驶输出值 P0 的情况下， 控制器 60 执行 S207 的处理。 0083 在 S207 中， 控制器 60 判断为能够使车辆行驶， 执行行驶允许通知处理， 结束车辆 行驶允许判断处理。 在行驶允许通知处理中， 通过使蓝色的行驶允许灯点亮等， 来向驾驶员 通知车辆处于能够行驶状态。 0084 另一方面， 在 S206 的处理中判断为上限输出值 Pmax 为能够行驶输出值 P0 以下的 情况下， 控制器 60 执行 S208 和 S209 的处。

36、理。 0085 在 S208 中， 控制器 60 判断为系统起动时的燃料电池温度低而来自燃料电池堆 1 的输出不足， 从而需要对车辆的行驶进行限制， 执行行驶禁止通知处理。 在行驶禁止通知处 理中， 通过使红色的行驶禁止灯点亮等， 来向驾驶员通知车辆处于禁止行驶状态。 0086 在 S209 中， 控制器 60 执行用于对燃料电池堆 1 进行预热的预热处理， 结束车辆行 驶允许判断处理。在预热处理中， 从燃料电池堆 1 向能够以小于燃料电池堆 1 的上限输出 值 Pmax 的输出来进行动作的辅机类等供给电力， 进行燃料电池堆 1 的预热。 0087 此外， 也可以使用电池7的电力来使加热器动作。

37、， 通过加热器来使燃料电池堆1变 暖。 说 明 书 CN 103718363 A 9 7/10 页 10 0088 另外， 在 S205 和 S206 的处理中， 基于根据起动时燃料电池温度 Ts 计算出的上限 输出值 Pmax 来进行行驶允许或行驶禁止的判定， 但是也可以基于起动时燃料电池温度 Ts 来进行行驶允许或行驶禁止的判定。在这种情况下， 控制器 60 在起动时燃料电池温度 Ts 大于基准温度 ( 例如 0 度 ) 的情况下执行 S207 的处理， 在起动时燃料电池温度 Ts 为基准 温度以下的情况下执行 S208 和 S209 的处理。 0089 根据上述的第一实施方式的燃料电池系。

38、统 100， 能够得到以下的效果。 0090 在燃料电池系统 100 中， 基于系统上次停止时检测出的冷却水温度和燃料电池堆 1的内部阻抗来计算燃料电池堆1的含水量， 基于系统上次停止时的燃料电池堆1的含水量 以及系统起动时的内部阻抗来计算系统起动时的起动时燃料电池温度。这样， 使用能够与 系统起动几乎同时地进行计算的燃料电池堆 1 的含水量和内部阻抗来计算燃料电池温度， 因此与在系统起动后在使冷却水循环之后基于冷却水温度传感器的检测值来计算燃料电 池温度的以往技术相比， 能够在系统起动后立即求出高精度的燃料电池温度。 0091 另外， 在燃料电池系统 100 中， 基于根据起动时燃料电池温度。

39、或起动时燃料电池 温度求出的燃料电池堆 1 的上限输出值来实施行驶可否判断， 因此能够在系统起动后立即 得到行驶可否判断结果。 0092 并且， 在燃料电池系统 100 中， 基于根据起动时燃料电池温度或起动时燃料电池 温度求出的燃料电池堆 1 的上限输出值来实施预热可否判断， 因此能够在系统起动后立即 得到预热可否判断结果。 0093 ( 第二实施方式 ) 0094 接着， 说明本发明的第二实施方式的燃料电池系统100。 本实施方式的燃料电池系 统 100 在以下方面与第一实施方式的燃料电池系统不同 ： 在系统停止时实施干燥运转以使 燃料电池堆 1 的含水量降低。下面， 以该不同点为中心来进。

40、行说明。 0095 此外， 在以下的各实施方式中， 对实现与第一实施方式相同的功能的结构等附加 同一标记， 适当省略重复的说明。 0096 图 8 是在由第二实施方式的燃料电池系统 100 所具备的控制器 60 执行的行驶允 许判断处理中为了计算燃料电池堆 1 的含水量、 起动时燃料电池温度而使用的对应表数 据。图 8 的对应表数据与图 5 和图 6 的对应表数据相同。 0097 如图 8 所示， 在每个燃料电池温度的内部阻抗 - 含水量特性中， 燃料电池堆 1 的含 水量越小， 与燃料电池温度变化相对的燃料电池堆 1 的内部阻抗的变化量 Z 越大。例如， 燃料电池温度从 T1 变化为 T2 。

41、时的燃料电池堆 1 的内部阻抗变化量在燃料电池堆 1 的含水 量为 W1 的情况下为 Z1， 在燃料电池堆 1 的含水量为 W2 的情况下为比 Z1 大的 Z2。 0098 在第二实施方式的燃料电池系统 100 中， 在系统停止前实施干燥运转以使燃料电 池堆 1 的含水量降低， 通过置于与燃料电池温度变化相对的内部阻抗的变化量变大的状 态， 来提高下次系统起动时的内部阻抗的检测精度。 0099 图 9 是表示由控制器 60 执行的干燥运转控制处理的流程图。在从点火开关被断 开起到干燥运转结束为止的期间内， 以规定运算周期 ( 例如 100 微秒周期 ) 执行干燥运转 控制处理。 0100 在 。

42、S301 中， 控制器 60 实施使燃料电池堆 1 的含水量降低的干燥运转。 0101 在燃料电池系统 100 中， 在通常运转时进行控制使得燃料电池堆 1 的内部阻抗为 说 明 书 CN 103718363 A 10 8/10 页 11 通常运转用设定值， 由此使燃料电池 10 的电解质膜保持为适度的湿润度来提高发电效率。 当点火开关被断开时， 不立即停止系统而实施干燥运转。在干燥运转中， 燃料电池堆 1 的目 标内部阻抗从通常运转用设定值切换为停止用设定值， 该停止用设定值被设定为高于通常 运转用设定值。然后， 通过增大向燃料电池堆 1 的正极气体供给流量等来使燃料电池堆 1 的含水量降低。

43、， 直到燃料电池堆 1 的内部阻抗达到停止用设定值为止。 0102 在 S302 中， 控制器 60 基于图 2 的内部阻抗计算处理来计算干燥运转时的燃料电 池堆 1 的内部阻抗。 0103 在 S303 中， 控制器 60 判定在 S302 中计算出的干燥运转时的内部阻抗是否已达到 停止用设定值。 0104 在干燥运转时的内部阻抗尚未达到停止用设定值的情况下， 控制器 60 不执行 S304 S306 中的干燥运转结束处理， 而结束干燥运转控制处理。 0105 另一方面， 在干燥运转时的内部阻抗已达到停止用设定值的情况下， 控制器 60 执 行 S304 S306 中的干燥运转结束处理。 0。

44、106 在 S304 中， 控制器 60 将由冷却水温度传感器 44 检测出的冷却水温度与由冷却水 温度传感器 45 检测出的冷却水温度的平均值计算为系统停止时的燃料电池温度。 0107 在 S305 中， 控制器 60 基于图 2 的内部阻抗计算处理来计算系统停止时的燃料电 池堆 1 的内部阻抗。 0108 在S304和S305中计算出的系统停止时的燃料电池温度和内部阻抗在图4的S202 中被使用于计算燃料电池堆 1 的含水量。 0109 在 S306 中， 控制器 60 结束干燥运转， 使燃料电池系统 100 停止。 0110 根据上述的第二实施方式的燃料电池系统 100， 能够得到以下的。

45、效果。 0111 在燃料电池系统 100 中， 在系统停止前实施干燥运转以使燃料电池堆 1 的含水量 降低， 因此从系统停止后下次系统起动时的与燃料电池温度变化相对的燃料电池堆 1 的内 部阻抗变化量变大， 能够提高系统起动时的内部阻抗的计算精度。 由此， 与第一实施方式相 比， 能够更高精度地计算起动时燃料电池温度。 0112 ( 第三实施方式 ) 0113 接着， 说明本发明的第三实施方式的燃料电池系统100。 本实施方式的燃料电池系 统 100 在以下方面与第一或第二实施方式的燃料电池系统不同 ： 根据负极系的负极气体浓 度 ( 氢浓度 ) 来变更起动时燃料电池温度的计算方法。 0114。

46、 在图2中示出的内部阻抗计算处理中， 在S107中计算燃料电池堆1的内部阻抗Z， 并且在 S108 中计算 1kHz 的交流电压值相对于交流电流值的相位延迟 。该相位延迟 与负极系内的氢浓度之间存在相关度， 这一点通过本申请的申请人们的研究是很清楚的。 在此， 相位延迟 是指在燃料电池的等价电路上重叠规定频率 ( 例如 1kHz) 的交流电压的 情况下， 与通过电阻成分后的电流的相位相对的、 电阻成分的压降所导致的电压的相位的 延迟。电阻成分包括燃料电池中的电解质膜电阻、 反应电阻以及双电层电容。 0115 图 10 是表示交流频率与相位延迟 之间的关系的图。实线表示燃料电池系统 100 的负。

47、极系内被氢充满的情况， 虚线表示负极系内几乎被空气充满的情况。 0116 在系统刚停止之后等燃料电池系统100的负极系内被氢充满的状态下， 在S108中 计算的 1kHz 时的相位延迟 1 如图 10 的实线所示那样为大致接近零的值。 说 明 书 CN 103718363 A 11 9/10 页 12 0117 另一方面， 当在系统停止后经过了一定程度的时间时， 燃料电池系统 100 的负极 系内会被从正极侧泄漏来的空气等充满。 在负极系内几乎被空气充满而氢浓度降低的状态 下， 在 S108 中计算的 1kHz 时的相位延迟 2 如图 10 的虚线所示那样被计算为与相位延迟 1 相比大幅延迟的。

48、值。 0118 这样， 燃料电池系统 100 的负极系内的氢浓度越降低， 交流电压值相对于交流电 流值的相位延迟 越大。如图 11 所示， 与负极系内的氢浓度高而几乎不存在相位延迟的 情况相比， 在负极系内的氢浓度低而相位延迟 大的情况下， 设燃料电池温度和含水量固 定时的内部阻抗被计算为大的值。 0119 图 11 是在复平面上示出了将 1kHz 的交流电流叠加于燃料电池堆 1 时计算的燃料 电池堆 1 的内部阻抗的图。横轴是内部阻抗的实部， 纵轴是内部阻抗的虚部。 0120 如图 11 所示， 与负极系内的氢浓度高的情况下的内部阻抗相比， 负极系内的氢浓 度低的情况下的内部阻抗的相位延迟大。

49、， 实部的值几乎不变而虚部的值变大。 由此， 关于以 箭头的长度来表示的内部阻抗的大小， 与高氢浓度的情况相比， 低氢浓度的情况下的内部 阻抗的大小较大。 0121 在第三实施方式的燃料电池系统 100 中， 着眼于燃料电池堆 1 的内部阻抗与负极 系内的氢浓度相应地变化的情况， 根据负极系的氢浓度来变更起动时燃料电池温度的计算 方法， 由此提高起动时燃料电池温度的计算精度。 0122 参照图 12 来说明由第三实施方式的燃料电池系统 100 所具备的控制器 60 执行的 系统起动时的车辆行驶允许判断处理。在图 12 的车辆行驶允许判断处理中， 执行 S210 S214 的处理来代替图 4 的 S203 和 S204 的处理。