CN112467173A - 燃料电池车辆以及该车辆的停止时扫气时间的设定方法 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及燃料电池车辆以及该车辆的停止时扫气时间的设定方法。提供减少冰点以下刚起动之后的阻抗的偏差来提高起动性能的燃料电池车辆以及该车辆的停止时扫气时间的设定方法。燃料电池车辆具备:燃料电池堆(16),其具备阴极流路(38)和阳极流路(36);大气压获取部件(61),其获取大气的压力(Pa);泵(26),其吸入所述大气并且通过供给路(114)将氧化剂气体供给到阴极流路(38);以及扫气时间设定部件,其在预测为燃料电池堆16在运转停止时以后会成为冰点以下的情况下,在为了使阴极流路(38)成为规定的湿润状态而用氧化剂气体对阴极流路(38)进行扫气时,基于大气压(Pa)来设定运转停止时的扫气时间(St)。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池车辆以及该车辆的停止时扫气时间的设定方法,所述燃料电池车辆具备将多个通过燃料气体与氧化剂气体的电化学反应来发电的发电单电池(电池单体)层叠而成的燃料电池堆。
背景技术
例如,固体高分子型燃料电池具备电解质膜-电极结构体(MEA),该电解质膜-电极结构体(MEA)在由高分子离子交换膜形成的电解质膜的一方的面配设有阳极电极,在另一方的面配设有阴极电极。电解质膜-电极结构体被隔板夹持,由此构成发电单电池。通常,层叠规定数量的发电单电池,由此例如作为车载用燃料电池堆来组入燃料电池车辆(燃料电池电动汽车等)。
该燃料电池车辆中,为了防止在低温环境下在包括燃料电池堆在内的燃料电池***内残留的水分冻结,提出了各种在燃料电池车辆停止时、即燃料电池***停止时去除残留水分的扫气方法。
例如,在专利文献1中提出了如下技术,在***停止时,除对燃料电池堆进行扫气之外,还对加湿器等辅助设备进行扫气,防止因水分冻结而导致在冰点以下起动时起动性能降低(专利文献1的[0035]、[0039])。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2002-313395号公报
发明内容
发明所要解决的问题
以往,扫气时间是参照燃料电池堆内的、例如被供给到阴极流路的氧化剂气体(空气)的质量流量[g/sec]越大则扫气时间越短的大致线形的图表来设定的,以使得扫气后的燃料电池堆的交流阻抗[mΩ]成为与最适合的湿润状态对应的规定的阻抗。
但是,即使这样基于质量流量来设定扫气时间,扫气后的冰点以下起动时的刚起动之后的阻抗也会发生偏差,无法使燃料电池堆干燥至适当的湿润状态,存在过分干燥或者干燥不充分的情况。
特别是在标高高且平均气温低的地域(高地),需要高精度地进行为在冰点以下起动而准备的***停止时的扫气控制。
用于解决问题的方案
本发明是考虑这样的问题而做出的,目的在于提供减少冰点以下刚起动之后的阻抗的偏差而提高起动性能的燃料电池车辆以及该车辆的停止时扫气时间的设定方法。
本发明的一方式涉及的燃料电池车辆具备:燃料电池堆,其具备阴极流路和阳极流路;大气压获取部件,其获取大气的压力;泵,其吸入所述大气并且通过供给路将氧化剂气体供给到所述阴极流路;以及扫气时间设定部件,其在预测为所述燃料电池堆在运转停止时以后会成为冰点以下的情况下,在为了使所述阴极流路成为能够稳定地在冰点以下起动的程度的湿润状态而利用所述氧化剂气体对所述阴极流路进行扫气时,基于所述大气压来设定所述运转停止时的扫气时间。
本发明的另一方式涉及燃料电池车辆的停止时扫气时间的设定方法,所述燃料电池车辆具备:燃料电池堆,其具备阴极流路和阳极流路;大气压获取部件,其获取大气的压力;以及泵,其吸入所述大气并且通过供给路将氧化剂气体供给到所述阴极流路,所述燃料电池车辆的停止时扫气时间的设定方法包括:预测步骤,预测所述燃料电池堆在运转停止时以后是否会成为冰点以下;以及扫气时间设定步骤,在预测为会成为冰点以下的情况下,每当为了使所述阴极流路成为能够稳定地在冰点以下起动的程度的湿润状态而利用所述氧化剂气体对所述阴极流路进行扫气时,考虑所述大气压来设定所述运转停止时的扫气时间。
发明的效果
根据本发明,由于基于大气压来设定扫气时间,因而无论是空气稀薄的高地还是平地(通常地),均能够将燃料电池堆的阴极流路设为最适合的湿润状态。
根据参照附图所作的以下实施方式的说明,能容易地理解上述的目的、特征以及优点。
附图说明
图1是示出将实施方式涉及的燃料电池车辆的停止时扫气时间的设定方法进行实施的、实施方式涉及的燃料电池车辆的结构例的示意的框图。
图2是用于说明图1所示的燃料电池车辆以及该车辆的停止时扫气时间的设定方法的动作的流程图。
图3是相对于质量流量而言的扫气时间的特性图。
图4是示出相对于吸气湿度而言的扫气时间的校正系数的特性图。
图5是温度-扫气时间特性图。
图6是将温度作为参数的扫气时间-阻抗特性图。
具体实施方式
以下,举出实施方式,参照附图来详细说明本发明涉及的燃料电池车辆以及该车辆的停止时扫气时间的设定方法。
[结构]
图1是示出将实施方式涉及的燃料电池车辆的停止时扫气时间的设定方法进行实施的、实施方式涉及的燃料电池车辆(本车)10的结构例的示意的框图。
燃料电池车辆10由控制部(扫气时间设定部件)12、燃料电池***14以及与燃料电池***14电连接的输出部20构成,所述控制部12控制该燃料电池车辆10整体。控制部12是包括微型计算机而构成的,所述微型计算机具备CPU以及存储部13。
在与所述CPU连接的存储部13中,除存储该燃料电池车辆10的控制程序之外,还存储后述的扫气时间特性(扫气时间对应图)80(图3)、体积流量F[m3/sec]的计算式等。
控制部12的CPU执行所述控制程序,由此在本实施方式中,分别如后所述,作为扫气时间设定部件以及冰点以下预测部件等发挥功能。
燃料电池***14基本上由收纳燃料电池堆16的壳体单元11以及与该壳体单元11连接的氢罐18构成。
在壳体单元11中,除收纳所述燃料电池堆16之外,还分别收纳作为辅助设备的氧化剂气体系设备22以及燃料气体系设备24。
氧化剂气体系设备22包括气泵26以及加湿器28。燃料气体系设备24包括喷射器(IJT)30、引射器(EJT)32以及气液分离器34。
燃料电池堆16例如具有将多个电池单体(发电单电池、燃料电池)在厚度方向层叠而成的结构,所述电池单体是由包含催化剂的阴极电极和阳极电极夹持固体高分子电解质膜而构成的电解质膜-电极结构体(MEA)进一步被一对导电性的隔板夹持而构成的。另外,在与阳极电极相向的隔板形成有供氢(燃料气体)流通的阳极流路36,在与阴极电极相向的隔板形成有供空气(氧化剂气体)流通的阴极流路38。
在阳极电极,被供给燃料气体,由此通过基于催化剂产生的电极反应来从氢分子生成氢离子,该氢离子透过固体高分子电解质膜移动到阴极电极,另一方面,从氢分子释放出的电子从负极端子71通过输出调整器40、蓄电池以及/或者电容器等蓄电器42、电机44、气泵26、控制部12等外部负载,经由正极端子72移动到阴极电极。在阴极电极,因催化剂的作用,氢离子以及电子与所供给的氧化剂气体中包含的氧进行反应而生成水。
而且,根据需要,在正极端子72与负极端子71之间连接交流阻抗的测量器。
气泵26由被电机驱动的机械式的增压器等构成,具有取入大气(空气)并且加压而供给到加湿器28的功能。
加湿器28具有:氧化剂气体(干燥了的空气)流通的流路52;以及来自燃料电池堆16的阴极流路38的排出气体(湿润的氧化剂排气、阴极排气)通过燃料电池堆16的氧化剂气体出口连通口122以及管路124而流通的流路54,加湿器28具有将从气泵26供给的氧化剂气体加湿的功能。即,加湿器28使排出气体中包含的水分经由多孔质膜移动到供给气体(氧化剂气体)。
此时的加湿的程度设定为将固体高分子电解质膜加湿以在燃料电池堆16中良好地发挥发电性能的加湿量。
在加湿器28的流路52的两端之间设置旁通路107,所述旁通路107绕过加湿器28将来自气泵26的干燥了的空气供给到燃料电池堆16,所述旁通路107是具备旁通阀27的管路。
气泵26的吸入口侧通过管路100、气流传感器(AFS)(质量流量传感器)112、截止阀102(可省略)以及管路104来与大气连通,气泵26的喷出口侧通过管路106来与加湿器28的流路52的一端侧连通。流路52的另一端侧与作为管路的供给路114的一端侧连通,供给路114的另一端侧通过氧化剂气体入口连通口116来与燃料电池堆16内的阴极流路38连通。
而且,气流传感器112计量供给到燃料电池堆16的阴极流路38的氧化剂气体的质量流量M[g/min]并且向控制部12输出。
在供给路114设置:阴极入口压力传感器118,其检测该供给路114中流通的氧化剂气体的压力作为阴极入口压力Pi[kPa];以及阴极入口温度传感器120,其检测该供给路114中流通的氧化剂气体的温度,作为阴极入口温度Ti[K]。
在加湿器28的流路54的喷出侧设置管路132,所述管路132通过管路128、截止阀126(可省略)来与稀释器等连通。
在与氧化剂气体出口连通口122连通的管路124设置阴极出口温度传感器130,所述阴极出口温度传感器130检测氧化剂排气的温度作为阴极出口温度To[K]。
氢罐18具备电磁动作式的截止阀,氢罐18是以高的压力压缩收容高纯度的氢的容器。
从氢罐18喷出的燃料气体通过管路140、喷射器30、管路142、引射器32、管路144,经由燃料气体入口连通口146供给到燃料电池堆16的阳极流路36的入口。
阳极流路36的出口通过燃料气体出口连通口148、管路150来与气液分离器34的入口连通,作为含氢气体的燃料排气(阳极排气)从阳极流路36供给到该气液分离器34。
气液分离器34将所述燃料排气分离为气体成份与液体成份(液态水)。燃料排气的气体成份从气液分离器34的气体排出口152被排出,通过管路154引向引射器32。
从在引射器32的上游侧设置的喷射器30,经由管路142向引射器32供给燃料气体。因此,燃料排气的气体成份在被引射器32吸引与燃料气体混合了的状态下,通过燃料电池堆16的管路144经由燃料气体入口连通口146被供给到燃料电池堆16的阳极流路36。
燃料排气的液体成份从气液分离器34的液体排出口156通过管路158、排水阀160以及管路162,经过未图示的稀释器等,被排出到燃料电池车辆10的外部。
在燃料电池车辆10搭载有通信单元(大气湿度获取部件、大气压获取部件)61,所述通信单元61包括检测本车位置{纬度、经度、高度(标高)}的三维位置信息的GPS单元60,控制部12根据需要来从GPS单元60获取所述本车位置。GPS单元60能够使用GPS以外的卫星定位装置。
而且,控制部12根据检测到的本车位置的标高以及基于通过通信单元61获得的气象信息得到的0m气压(的值),来计算本车位置的标高处的大气的压力(大气压)Pa[kPa],并且根据气象信息获取大气的湿度Ha[%]。该情况下,控制部12作为大气压获取部件以及大气湿度获取部件来发挥功能。
另外,在燃料电池车辆10设置电力开关(电力SW)62,所述电力开关62是在起动该燃料电池车辆10来使燃料电池堆16进行的发电开始时***作并且在停止发电来将燃料电池车辆10设为闲置(日语:ソーク)(电源断电)状态时也***作的通断开关。
[动作]
然后,基本上,基于图2所示的流程图详细说明以上那样构成的燃料电池车辆(车辆)10的动作。而且,除非另有特别说明,否则流程图中的处理(控制程序)由控制部12(的CPU)执行,不过,由于每次都参照控制部12(的CPU)会变得复杂,因而根据需要来参照。
在步骤S1,控制部12检测燃料电池车辆10的电力开关62是否从断开状态转变成接通状态。
当检测为转变成接通状态(步骤S1:“是”)时,在步骤S2,执行燃料电池车辆10的行驶以及发电运转。
该情况下,从氢罐18,通过管路140、喷射器30、管路142、引射器32、管路144以及燃料气体入口连通口146,向燃料电池堆16内的阳极流路36供给燃料气体。
同时,被气泵26吸入的氧化剂气体,通过管路104、打开的截止阀102、管路100、气流传感器112、气泵26、流路52、供给路114以及氧化剂气体入口连通口116,被供给到燃料电池堆16内的阴极流路38。由此,燃料气体与氧化剂气体(两种反应气体)因阳极电极的阳极催化剂以及阴极电极的阴极催化剂处的电化学反应(发电反应)被消耗来进行发电,根据未图示的加速踏板的加速器开度,通过输出调整器40来驱动电机44,由此燃料电池车辆10行驶。剩余的发电电力以及电机44的再生电力通过输出调整器40被蓄电于蓄电器42。
被供给到阴极电极并且被消耗了部分氧的氧化剂气体作为氧化剂排气通过管路124,经由加湿器28的流路54,从气泵26通过加湿器28的流路52,将被供给到燃料电池堆16的氧化剂气体加湿。包含有在燃料电池堆16内产生的反应生成水(水分)的氧化剂排气通过加湿器28的流路54,经由管路128、打开的截止阀126,通过管路132被排出到外部。
另一方面,在阳极电极处没有被消耗的、燃料气体的未消耗部分作为燃料电池堆16的燃料排气,从燃料气体出口连通口148排出到管路150之后,被导入至气液分离器34。由此,燃料排气被分离成作为气体成份的排出气体、作为液体成份(液态水)的排出流体。这时,在排水阀160设为闭阀状态时,排出流体存留于排水阀160的上游侧。
该情况下,从喷射器30向引射器32的上游侧喷射燃料气体,由此在管路154产生负压。因此,排出气体经由管路154被吸引到引射器32,与供给到管路142的燃料气体混合。由此,混合气体被排出到引射器32的下游侧的管路144。
也就是说,没有因发电反应被消耗而作为燃料排气从阳极电极排出的未消耗部分,被分离液体的水而成为排出气体之后,重新与供给到管路142的燃料气体混合而作为混合气体,再次被供给到阳极电极。
而且,在持续发电中,在气液分离器34贮存了规定量以上的流体时,为成为规定液位而打开排水阀160。
在上述那样的步骤S2的发电运转中,在步骤S3,控制部12检测燃料电池车辆10的电力开关62是否从接通状态转变成断开状态。
当检测为从接通状态转变成断开状态(步骤S3:“是”)时,进行步骤S4以后的停止时处理。
在步骤S4,控制部12从通信单元61获得气象信息,判定是否存在下次起动成为在冰点以下起动的可能性。该情况下,控制部12作为冰点以下预测部件发挥功能。
在不会成为在冰点以下起动(步骤S4:“否”)的情况下,在步骤S5进行结束时控制。即,停止气泵26,关闭氢罐18的截止阀(未图示)以及截止阀102、126,打开排水阀160并且在排水结束后关闭排水阀160,停止从蓄电器42向辅助设备类(该情况下,也包括空调机等)的电力供给,停止燃料电池***14。由此,燃料电池车辆10成为闲置状态。
另一方面,在步骤S4的冰点以下的可能性判断(预测判断)为肯定(步骤S4:“是”)的情况下,即,下次起动时为冰点以下的可能性高的情况下(也包括下次起动时前下降到冰点以下的可能性高的情况),进行步骤S6~步骤S8的停止时扫气处理。
而且,停止时扫气处理在本实施方式中,虽然是对氧化剂气体系设备22以及燃料电池堆16的阴极流路38、换言之是对阴极系执行的,但是通过对阴极流路38进行扫气也能够去除在阳极流路36残留的水分。另外,也可以是构成为,氧化剂气体也流入阳极流路36,对阳极系进行扫气处理。
在步骤S6,获取扫气时间St[sec]的设定用数据。该情况下,在存储部13预先存储有图3所示的扫气时间特性(扫气时间对应图)80。
如图3所示,扫气时间特性80设成从气泵26供给到燃料电池堆16的阴极流路38的质量流量M[g/sec]越大则设为越短的时间的大致线性的特性。
而且,虽然燃料电池堆16的电化学反应的控制适合基于质量流量M来进行,但是为了将燃料电池堆16内设为良好的湿润状态,扫气的控制适合不基于质量流量M而基于考虑了大气压的变化的体积流量F来进行。
由于基于体积流量F[m3/sec]的扫气时间St[sec]为能够用图3的扫气时间特性80的横轴的质量流量M除以空气的密度[g/m3]而得的值而换算的特性,因此以下为了避免麻烦,将图3所示的特性80视为扫气时间St相对于体积流量F[m3/sec]的特性来进行说明。
然后,在步骤S7,如以下说明那样设定,能够比质量流量M更准确地进行扫气,计算能够将燃料电池堆16内设为良好的湿润状态的体积流量F,基于计算出的体积流量F并且参照扫气时间特性80来设定扫气时间St。再对所设定的扫气时间St乘以图4所示的用与吸气湿度(相对湿度)Ha[%]成比例增大的特性82表示的系数k(相对于标准的吸气湿度(相对湿度)Ha而言的系数k的值,k=1)来进行校正,设定扫气时间St×k。控制部12作为扫气时间设定部件发挥功能。
然后,在步骤S8,控制部12起动自身的计时器、计数器(计时部、计数部),在扫气时间St×k期间进行扫气处理(阴极扫气处理)。扫气处理中,旁通阀27开放(全开)。由此,燃料电池堆16被干燥至适当的湿润状态,扫气结束时的交流阻抗[mΩ]收敛于规定范围,结果是,抑制了下次刚起动之后的交流阻抗的偏差,提高起动性能。
在步骤S8后的步骤S5,进行结束时控制。该情况下,停止气泵26,关闭氢罐18的截止阀(未图示)以及截止阀102、126,打开排水阀160并且在排水结束后关闭排水阀160,停止从蓄电器42向辅助设备类(该情况下,也包括空调机等)的电力供给,停止燃料电池***14。由此,燃料电池车辆10成为闲置状态。
在上述的步骤S7中,控制部12用如下的(1)式、(2)式来计算体积流量F[m3/sec]。
F[m3/sec]={(M[g/min]×22.4[m3])/(28.84[g]×60[sec])}×(101.32[kPa]/Piabs[kPa])×{(273.15[K]+Ti[K])/273.15[K]}…(1)
Piabs=Pa+Pi…(2)
其中,F是体积流量[m3/sec]。M是质量流量[g/min],是气流传感器112的计量值。
22.4[m3]是标准状态(273.15[K]、101.32[kPa])下的空气1[mol]的体积,28.84[g]是空气1[mol]的重量。
Piabs是空气入口绝对压力Piabs[kPa],是大气压Pa与作为仪表压而由阴极入口压力传感器118检测(计量)出的阴极入口压力(仪表压)Pi相加的值。
Ti[K]是阴极入口温度传感器120的计量值。
由此,步骤S7中,由气流传感器112获取(步骤S6)被供给到燃料电池堆16的阴极流路38的氧化剂气体的质量流量M[g/min]并且代入(1)式。
还有,根据由GPS单元60得到的标高和从气象信息得到的0m气压(在步骤S6中获取)来计算上述(2)式中的燃料电池车辆10的当前位置的大气压Pa。
将作为计量值而从阴极入口压力传感器118获取(在步骤S6中获取)到的阴极入口压力(仪表压)Pi代入(2)式,与所算出的大气压Pa相加,来计算空气入口绝对压力Piabs。将所算出的空气入口绝对压力Piabs代入(1)式。
还有,将由在供给路114设置的阴极入口温度传感器120计量(在步骤S6中获取)的温度Ti代入(1)式,由此能够计算出体积流量F[m3/sec]。
根据计算出的体积流量F[m3/sec],参照扫气时间St[sec]相对于体积流量F[m3/sec]的特性(将图3所示的特性80的横轴的质量流量换算成体积流量而得的特性)求出扫气时间St[sec]。而且,对于求出的扫气时间St[sec],也可以参照系数k相对于相对湿度Ha[%]的特性82(图4)来求出进行了校正的扫气时间St×k(相对湿度Ha[%]越大则系数k取值越大)。
[根据实施方式能够掌握的发明]
这里,对于根据上述实施方式能够掌握的发明,如以下记载。而且,为了便于理解,对结构要素附加在上述实施方式中所使用的符号,但该结构要素并不限定于附加了符号的要素。
本发明涉及的燃料电池车辆10具备:燃料电池堆16,其具备阴极流路38和阳极流路36;大气压获取部件61(也可以是气压传感器),其获取大气的压力Pa;泵26,其吸入所述大气并且通过供给路114将氧化剂气体供给到所述阴极流路38;以及扫气时间设定部件12,其在预测为所述燃料电池堆16在运转停止时以后会成为冰点以下的情况下,在为了使所述阴极流路38成为能够稳定地在冰点以下起动的程度的湿润状态而利用所述氧化剂气体对所述阴极流路38进行扫气时,基于所述大气压Pa来设定所述运转停止时的扫气时间St。
根据该结构,由于基于大气压Pa来设定扫气时间St,因而无论是空气稀薄的高地还是平地(通常地),均能够将燃料电池堆16的阴极流路38设为最适合的湿润状态。
该情况下,也可以是,所述大气压获取部件61根据基于本车10的位置信息的标高来获取所述大气压Pa。
大气压Pa与标高相关连,能够由GPS单元60等基于本车10的位置信息来获取标高,因此即使不搭载气压传感器也能够根据标高与大气压Pa之间的关系来获取正确的大气压Pa。
也可以是,还具有:质量流量传感器112,其检测所述供给路114中流通的所述氧化剂气体的质量流量M[g/sec];阴极入口压力传感器118,其检测所述阴极流路38的入口的所述氧化剂气体的压力Pi[kPa];以及阴极入口温度传感器120,其检测所述阴极流路38的入口的所述氧化剂气体的温度Ti[K],所述扫气时间设定部件12基于所述大气压Pa、所述质量流量M[g/sec]、所述阴极入口压力Pi[kPa]、以及所述阴极入口温度Ti[K],求出所述供给路114中的体积流量F[m3/sec],基于求出的所述体积流量F[m3/sec]来设定所述扫气时间St[sec]。
由此,由于用考虑了阴极入口温度Ti和大气压Pa的变化的体积流量F[m3/sec]来设定扫气时间St[sec],因而能够容易地设定最适合的扫气时间St[sec]。
图5是表示与燃料电池堆16的内部温度相当的阴极出口温度To与扫气时间St[sec]的对应关系的温度-扫气时间特性图。如图5所示,示出了与堆内部温度相当的阴极出口温度To[K]变高则扫气时间St[sec]变短的倾向。
也可以是,还具有大气湿度获取部件61,所述大气湿度获取部件61获取基于该燃料电池车辆10的位置信息的所述大气的湿度Ha[%],
与所述大气的湿度Ha[%]小的情况相比,在所述大气的湿度Ha[%]大的情况下,所述扫气时间设定部件12使所述扫气时间St(sec)增加。
由于与所述大气的湿度Ha[%]小的情况相比,在所述大气的湿度Ha[%]大的情况下使扫气时间St增加,因而交流阻抗的偏差范围缩窄,更能够设为最适合的湿润状态。
图6示出交流阻抗[mΩ]相对于将与燃料电池堆16的内部温度相当的阴极出口温度To作为参数的扫气时间St[sec]而言的特性例。交流阻抗[mΩ]越高,燃料电池堆16的内部越干燥。在图6的特性中,阴极出口温度To越高,通过扫气越易于干燥,因此扫气时间St[sec]设为短的时间。
本发明涉及燃料电池车辆的停止时扫气时间的设定方法,所述燃料电池车辆10具备:燃料电池堆16,其具备阴极流路38和阳极流路36;大气压获取部件61,其获取大气的压力Pa;泵26,其吸入所述大气并且通过供给路114将氧化剂气体供给到所述阴极流路38,所述燃料电池车辆的停止时扫气时间的设定方法包括:预测步骤S4,预测所述燃料电池堆16在运转停止时以后是否会成为冰点以下;扫气时间设定步骤S7,在预测为会成为冰点以下(步骤S4:“是”)的情况下,每当为了使所述阴极流路38成为能够稳定地在冰点以下起动的程度的湿润状态而利用所述氧化剂气体对所述阴极流路38进行扫气时,考虑所述大气压Pa来设定所述运转停止时的扫气时间St。
在本发明涉及的燃料电池车辆的停止时扫气时间的设定方法中,由于基于大气压Pa来设定扫气时间St,因而无论是空气稀薄的高地还是平地(通常地),均能够将燃料电池堆16的阴极流路38设为最适合的湿润状态。
而且,本发明不限于上述的实施方式,当然能够基于本说明书的记载内容采用各种的结构。
Claims (5)
1.一种燃料电池车辆,具备:
燃料电池堆,其具备阴极流路和阳极流路;
大气压获取部件,其获取大气的压力;
泵,其吸入所述大气并且通过供给路将氧化剂气体供给到所述阴极流路;以及
扫气时间设定部件,其在预测为所述燃料电池堆在运转停止时以后会成为冰点以下的情况下,在为了使所述阴极流路成为能够稳定地在冰点以下起动的程度的湿润状态而利用所述氧化剂气体对所述阴极流路进行扫气时,基于所述大气压来设定所述运转停止时的扫气时间。
2.根据权利要求1所述的燃料电池车辆,其特征在于,
所述大气压获取部件根据基于本车的位置信息的标高来获取所述大气压。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池车辆,其特征在于,还具有:
质量流量传感器,其检测所述供给路中流通的所述氧化剂气体的质量流量;
阴极入口压力传感器,其检测所述阴极流路的入口的所述氧化剂气体的压力;以及
阴极入口温度传感器,其检测所述阴极流路的入口的所述氧化剂气体的温度,
所述扫气时间设定部件基于所述大气压、所述质量流量、阴极入口压力以及阴极入口温度,来求出所述供给路中的体积流量,
基于求出的所述体积流量来设定所述扫气时间。
4.根据权利要求1或2所述的燃料电池车辆,其特征在于,
还具有大气湿度获取部件,所述大气湿度获取部件获取基于该燃料电池车辆的位置信息的所述大气的湿度,
与所述大气的湿度小的情况相比,在所述大气的湿度大的情况下,所述扫气时间设定部件使所述扫气时间增加。
5.一种燃料电池车辆的停止时扫气时间的设定方法,所述燃料电池车辆具备:燃料电池堆,其具备阴极流路和阳极流路;大气压获取部件,其获取大气的压力;以及泵,其吸入所述大气并且通过供给路将氧化剂气体供给到所述阴极流路,所述燃料电池车辆的停止时扫气时间的设定方法包括:
预测步骤,预测所述燃料电池堆在运转停止时以后是否会成为冰点以下;以及
扫气时间设定步骤,在预测为会成为冰点以下的情况下,每当为了使所述阴极流路成为能够稳定地在冰点以下起动的程度的湿润状态而利用所述氧化剂气体对所述阴极流路进行扫气时,考虑所述大气压来设定所述运转停止时的扫气时间。
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021185367A1 (zh) * | 2020-03-20 | 2021-09-23 | 吴震洋 | 增程*** |
CN113571740A (zh) * | 2021-09-26 | 2021-10-29 | 北京亿华通科技股份有限公司 | 一种燃料电池***在线活化方法及活化装置 |
US11820333B2 (en) * | 2018-09-28 | 2023-11-21 | Asahi Kasei Kabushiki Kaisha | Humidity measuring device and dew point temperature measuring device |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP4333132A1 (en) * | 2022-08-31 | 2024-03-06 | Volvo Truck Corporation | A computer-implemented method for determining a degradation state of a turbo and/or a humidifier of a fuel cell system |
EP4333133A1 (en) * | 2022-08-31 | 2024-03-06 | Volvo Truck Corporation | A computer-implemented method for estimating a state of health of a humidifier of a fuel cell system for a vehicle |
Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005240730A (ja) * | 2004-02-27 | 2005-09-08 | Denso Corp | 内燃機関の排気浄化装置 |
US20050214605A1 (en) * | 2004-03-24 | 2005-09-29 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell system and method of discontinuing same |
JP2007053015A (ja) * | 2005-08-18 | 2007-03-01 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
JP2007073335A (ja) * | 2005-09-07 | 2007-03-22 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池システム及びその運転方法 |
JP2008288038A (ja) * | 2007-05-17 | 2008-11-27 | Toyota Motor Corp | 燃料電池の掃気方法、加湿器、及び燃料電池システム |
CN102751518A (zh) * | 2011-04-20 | 2012-10-24 | 本田技研工业株式会社 | 燃料电池***以其控制方法 |
JP2013210344A (ja) * | 2012-03-30 | 2013-10-10 | Osaka Gas Co Ltd | ガスメーター |
US20160133963A1 (en) * | 2014-11-07 | 2016-05-12 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Residual water scavenging processing method in fuel cell system and fuel cell system |
CN107086318A (zh) * | 2016-02-15 | 2017-08-22 | 丰田自动车株式会社 | 燃料电池***及燃料电池的扫气方法 |
US20190115604A1 (en) * | 2017-10-16 | 2019-04-18 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell module |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002313395A (ja) | 2001-04-09 | 2002-10-25 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池システムの残留水排出装置 |
DE112007002603B4 (de) * | 2006-11-06 | 2020-01-16 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Brennstoffzellensystem |
JP5665628B2 (ja) * | 2011-03-31 | 2015-02-04 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池システムの起動制御方法 |
JP2014002924A (ja) * | 2012-06-19 | 2014-01-09 | Panasonic Corp | 燃料電池システム |
CN103516003A (zh) * | 2012-06-29 | 2014-01-15 | 迈实电子(上海)有限公司 | 调节电池组的工作状态的方法、***和装置 |
-
2019
- 2019-09-09 JP JP2019163522A patent/JP7117279B2/ja active Active
-
2020
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- 2020-09-08 CN CN202010935416.8A patent/CN112467173A/zh active Pending
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005240730A (ja) * | 2004-02-27 | 2005-09-08 | Denso Corp | 内燃機関の排気浄化装置 |
US20050214605A1 (en) * | 2004-03-24 | 2005-09-29 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell system and method of discontinuing same |
JP2007053015A (ja) * | 2005-08-18 | 2007-03-01 | Nissan Motor Co Ltd | 燃料電池システム |
JP2007073335A (ja) * | 2005-09-07 | 2007-03-22 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池システム及びその運転方法 |
JP2008288038A (ja) * | 2007-05-17 | 2008-11-27 | Toyota Motor Corp | 燃料電池の掃気方法、加湿器、及び燃料電池システム |
CN102751518A (zh) * | 2011-04-20 | 2012-10-24 | 本田技研工业株式会社 | 燃料电池***以其控制方法 |
JP2013210344A (ja) * | 2012-03-30 | 2013-10-10 | Osaka Gas Co Ltd | ガスメーター |
US20160133963A1 (en) * | 2014-11-07 | 2016-05-12 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Residual water scavenging processing method in fuel cell system and fuel cell system |
CN107086318A (zh) * | 2016-02-15 | 2017-08-22 | 丰田自动车株式会社 | 燃料电池***及燃料电池的扫气方法 |
US20190115604A1 (en) * | 2017-10-16 | 2019-04-18 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell module |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11820333B2 (en) * | 2018-09-28 | 2023-11-21 | Asahi Kasei Kabushiki Kaisha | Humidity measuring device and dew point temperature measuring device |
WO2021185367A1 (zh) * | 2020-03-20 | 2021-09-23 | 吴震洋 | 增程*** |
CN113571740A (zh) * | 2021-09-26 | 2021-10-29 | 北京亿华通科技股份有限公司 | 一种燃料电池***在线活化方法及活化装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP7117279B2 (ja) | 2022-08-12 |
US20210075044A1 (en) | 2021-03-11 |
US11462754B2 (en) | 2022-10-04 |
JP2021044090A (ja) | 2021-03-18 |
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