燃料电池系统

技术领域

本公开涉及具备多个燃料电池组的燃料电池系统。

背景技术

在日本特开2006-188167中公开有搭载多个燃料电池组的燃料电池公共汽车。

在搭载多个燃料电池组的公共汽车等大型车辆中，与搭载一个燃料电池组的车辆相比，每段行驶距离的氢气的消耗量较多。因此，在这样的大型车辆中，存在用于将向燃料电池组供给的氢气减压的减压阀的寿命比更小型的车辆短的情况，从而期望减压阀的长寿命化。另外，并不局限于大型车辆，在具备多个燃料电池组的燃料电池系统中也相同，期望减压阀的长寿命化。

发明内容

本公开能够作为以下的方式来实现。

根据本公开的一个方式，提供一种燃料电池系统。该燃料电池系统具备：氢气罐；一个以上的减压阀，连接于上述氢气罐的下游；氢气流路，具备连接于上述减压阀的下游的第1流路、和连接于上述第1流路的下游并从上述第1流路分支的多个第2流路；多个喷射器单元，构成为与上述多个第2流路分别连接，通过打开而向下游喷射氢气；多个燃料电池组，与上述多个喷射器单元分别连接；以及控制部，构成为控制上述多个喷射器单元的开闭。上述控制部构成为：在上述燃料电池系统满足预先决定好的运转条件的情况下，以在上述多个喷射器单元中始终有至少一个喷射器单元处于打开的状态的方式将上述多个喷射器单元的闭阀期间设定为错开的期间。根据该方式，在燃料电池系统满足预先决定好的运转条件的情况下，以在多个喷射器单元中始终有至少一个喷射器单元处于打开的状态的方式将多个喷射器单元的闭阀期间设定为错开的期间来控制喷射器单元的开闭，因此能够抑制氢气流路的压力急剧地变动。因此，能够减少用于将氢气流路的压力减压至规定压力的减压阀的动作。其结果是，能够实现减压阀的长寿命化。

也可以构成为：在上述方式的燃料电池系统的基础上，上述一个以上的减压阀包括与上述燃料电池组分别对应设置的多个减压阀，上述氢气流路还具备一个连接流路，上述一个连接流路构成为将与上述多个减压阀分别对应设置的多个上述第1流路和上述多个第2流路连接。根据该方式，将与多个减压阀对应设置的多个第1流路和多个第2流路通过一个连接流路连接，因此在多个第2流路中的任意一个中的氢气的压力比规定压力上升的情况下，氢气经由连接流路向另一第2流路流动。因此，能够抑制氢气从减压阀的下游向减压阀的上游流动亦即氢气的逆流。

也可以构成为：在上述方式的燃料电池系统的基础上，上述运转条件包括在上述燃料电池系统中不进行间歇运转，其中，上述间歇运转是使由上述多个燃料电池组进行的发电暂时停止的运转。根据该方式，以除了不需要由燃料电池组进行的发电的情况之外在多个喷射器单元中始终至少一个喷射器单元处于打开的状态的方式将多个喷射器单元的闭阀期间设定为错开的期间来控制喷射器单元的开闭，因此能够实现减压阀的长寿命化、和燃料电池系统的适当的运转。

本公开能够以各种方式实现，例如，能够以燃料电池系统的控制方法、燃料电池车辆、搭载于车辆的燃料电池系统的控制方法、实现这些控制方法的计算机程序、记录了该计算机程序的非暂时性的记录介质(non-transitory storage medium)等方式实现。

附图说明

以下参考附图，对本发明的示例性实施例的特征、优点、以及技术和工业意义进行描述，在附图中，相同的附图标记表示相同的元件，其中，

图1是表示燃料电池系统的简要结构的图。

图2是表示氢气供给控制的工序图。

图3是用于对实验条件进行说明的图。

图4是用于对实验结果进行说明的图。

图5是表示第2实施方式中的燃料电池系统的简要结构的图。

具体实施方式

A.第1实施方式

图1是表示作为本公开的一个实施方式的燃料电池系统100的简要结构的图。在本实施方式中，燃料电池系统100搭载于车辆200，根据来自驾驶员的要求来输出成为车辆200的动力源的电力。

燃料电池系统100具备减压阀21、22、高压配管50、中压配管60、喷射器单元31、32、燃料电池组41、42、以及具有控制部81的控制装置80。在本实施方式中，燃料电池系统100还具备氢气罐11、12、主截止阀13、14以及低压配管70。虽然省略图示，但燃料电池系统100还具备用于向燃料电池组41、42供给空气的空气压缩机、包括阴极气体配管等在内的阴极气体供给系统。

氢气罐11、12经由高压配管50、中压配管60、低压配管70与燃料电池组41、42的氢气入口连接，将填充于内部的氢气向燃料电池组41、42供给。主截止阀13、14、减压阀21、22、以及喷射器单元31、32依次从上游侧、即从接近氢气罐11、12的一侧设置。

高压配管50是将主截止阀13、14、与减压阀21、22连接的配管。高压配管50具备第1高压配管51、第2高压配管52、连接配管55、第3高压配管53以及第4高压配管54。主截止阀13与第1高压配管51连接，主截止阀14与第2高压配管52连接。主截止阀13通过控制部81的控制进行开闭，将氢气罐11内的氢气向第1高压配管51供给。主截止阀14通过控制部81的控制进行开闭，将氢气罐12内的气体向第2高压配管52供给。第1高压配管51和第2高压配管52的下游端与一个连接配管55连接。连接配管55在下游分支为第3高压配管53和第4高压配管54。在第3高压配管53连接有减压阀21，在第4高压配管54连接有减压阀22。此外，也可以省略连接配管55，而将主截止阀13与减压阀21直接连接，并将主截止阀14与减压阀22直接连接。

中压配管60是将减压阀21、22、与喷射器单元31、32连接的配管。中压配管60具备第1中压配管61、第2中压配管62、连接配管65、第3中压配管63以及第4中压配管64。减压阀21与第1中压配管61连接，减压阀22与第2中压配管62连接。第1中压配管61和第2中压配管62的下游端与一个连接配管65连接。连接配管65在下游分支为第3中压配管63和第4中压配管64。也将中压配管60称为“氢气流路”，也将第1中压配管61、第2中压配管62、连接配管65称为“第1流路”。也将连接配管65称为“连接流路”。另外，也将第3中压配管63和第4中压配管64称为“第2流路”。

减压阀21、22是将中压配管60中的氢气的压力调整为变为预先决定好的规定压力的阀。虽然省略图示，但减压阀21、22容纳于与高压配管50侧及中压配管60侧连通的壳体内，并具备在壳体内滑动的阀体、和阀体能够落座的阀座，并具有通过阀体滑动并且向阀体落座而将中压配管60的压力保持在预先决定好的规定压力的功能。例如，在减压阀21、22中，根据中压配管60的压力变动，阀体以中压配管60的压力变为上述规定压力的方式进行滑动。在压力变动较大的情况下，与压力变动较小的情况相比，阀体在壳体内滑动的距离(以下，滑动距离)变大。另外，在减压阀21、减压阀22中，若在中压配管60中压力上升至上述规定压力以上，则阀体与阀座抵接，从而使从高压配管50向中压配管60的气体的流通停止。

喷射器单元31、32与中压配管60连接。喷射器单元31、32分别具备1个以上的喷射器。喷射器通过控制部81的控制来进行开闭并将氢气朝向低压配管70侧喷射。具体而言，喷射器通过通电而打开并朝向下游喷射气体，通过通电停止而关闭，停止朝向下游的气体的喷射。“打开喷射器单元31”是指打开喷射器单元31具备的喷射器中的至少一个喷射器。“关闭喷射器单元31”是指关闭喷射器单元31具备的喷射器中的所有的喷射器。这些情况对于喷射器单元32也相同。

低压配管70具备第1低压配管71和第2低压配管72。喷射器单元31与第3中压配管63连接，经由第1低压配管71朝向燃料电池组41喷射氢气。另外，喷射器单元32与第4中压配管64连接，经由第2低压配管72朝向燃料电池组42喷射氢气。

控制装置80构成为具备均未图示的CPU、存储器以及接口的ECU(ElectronicControl Unit)。控制装置80通过展开并执行在存储器存储的程序而作为控制部81发挥功能。控制部81取得未图示的传感器的测量结果，并控制燃料电池系统100内的各部的动作。

另外，控制部81根据燃料电池系统100所要求的要求电力使燃料电池组41、42发电。例如，控制部81设定第1低压配管71中的目标压力值、第2低压配管72中的目标压力值，使得燃料电池组41、42的合计发电电力与要求电力匹配。控制部81取得设置于第1低压配管71的未图示的压力传感器的测量结果，并以第1低压配管71的压力值变为目标压力值的方式控制喷射器单元31。另外，控制部81取得设置于第2低压配管72的未图示的压力传感器的测量结果，并以第2低压配管72的压力值变为目标压力值的方式控制喷射器单元32。

另外，控制部81执行如下的氢气供给控制，即：在燃料电池系统100满足预先决定好的运转条件的情况下，以在喷射器单元31、32中始终有至少一个喷射器单元处于打开的状态的方式将喷射器单元31、32的闭阀期间设定为错开的期间来控制喷射器单元31、32。为了抑制喷射器单元31、32与减压阀21、22之间的中压配管60中的压力值的变动而执行该控制。

预先决定好的运转条件包括燃料电池系统100不进行间歇运转。间歇运转是在燃料电池系统100中使由多个燃料电池组41、42进行的发电暂时停止的运转。例如，在燃料电池系统100中的要求电力较小并将来自燃料电池组41、42的发电指令值设定为零的情况下进行间歇运转。上述运转条件也可以包括燃料电池系统100不进行再生运转。再生运转是进行用于将在搭载燃料电池系统100的车辆200具备的未图示的驱动马达中产生的电力再生并成为车辆200的制动力的再生制动的运转。在燃料电池系统100的运转中的期间的大部分例如8成以上的期间，多个燃料电池组41、42持续进行发电，满足预先决定好的运转条件。另外，预先决定好的运转条件包括各喷射器单元31、32的每个周期的开阀期间亦即占空比(Duty)的合计为100％以上。

图2是表示由控制部81执行的氢气供给控制的工序图。从启动燃料电池系统100到使其停止为止反复执行该控制。在步骤S10中，控制部81判定燃料电池系统100是否满足上述的预先决定好的运转条件。在燃料电池系统100不满足预先决定好的运转条件的情况下(步骤S10，否)，控制部81在步骤S30中根据要求发电量控制喷射器单元31、32。在步骤S30中，若要求发电量是零，则控制部81关闭喷射器单元31、32。

在满足预先决定好的运转条件的情况下(步骤S10，是)，控制部81在步骤S20中以在喷射器单元31、32中始终有至少一个喷射器单元处于打开的状态的方式将多个喷射器单元31、32的闭阀期间设定为错开的期间来控制喷射器单元31、32的开闭。

图3是用于对使多个喷射器单元的开闭的时机变更的两个实验(实验1、2)进行说明的图。实验使用图1所示的燃料电池系统100来进行。实验1、2中的喷射器单元31、32的驱动周期是100msec。驱动周期是从这次打开喷射器单元起到关闭喷射器单元并且下次打开喷射器单元为止的期间。实验1、2中的喷射器单元31、32的工作模式如下。

＜实验1＞使喷射器单元31的开闭时机与喷射器单元32的开闭时机相同。各喷射器单元31、32的占空比是85％。在实验1中，若将打开了喷射器单元31的时候作为0msec，则反复进行以下动作，即，在85msec以前一直打开喷射器单元31、32，从85msec到100msec关闭喷射器单元31、32。在实验1中，在1个周期中，存在一个所有的喷射器单元31、32都没有打开的期间(参照图3、P1)。

＜实验2＞以在喷射器单元31、32中始终有至少一个打开的方式将喷射器单元31、32的闭阀期间设定为错开的期间。各喷射器单元31、32的占空比是85％。在实验2中，若将打开喷射器单元31的时候作为0msec，则反复进行以下动作，即，在85msec以前一直打开喷射器单元31，从85msec到100msec关闭喷射器单元31。另外，反复进行以下动作，即，在打开喷射器单元31起15msec后将喷射器单元32仅打开85msec，并且若经过85msec，则关闭喷射器单元32。在实验2中，喷射器单元31、32的闭阀期间错开，不存在所有的喷射器单元31、32都没有打开的期间。

发明人们在上述实验1、2中调查了每个相同期间的减压阀21、22的各自的滑动距离、阀体的落座次数。其结果是，在以实验1中的滑动距离为基准值L的情况下，实验2中的滑动距离为0.5L，比实验1短。另外，在实验1中，减压阀21、22在所有的喷射器单元31、32都没有打开的期间(参照图3、P1)落座。减压阀21、22的落座次数在实验1中是与在喷射器单元的1个周期中反复进行的工作次数相同的n次。与此相对地，在实验2中减压阀21、22的落座次数为零次。

根据以上的实验结果示出了：以在多个喷射器单元31、32中始终有至少一个喷射器单元处于打开的状态的方式将喷射器单元31、32的闭阀期间设定为错开的期间来控制喷射器单元的开闭，由此减压阀21、22的滑动距离变短，并且能够减少减压阀21、22的落座次数。

根据本实施方式，在燃料电池系统100满足预先决定好的运转条件的情况下，以在多个喷射器单元31、32中始终有至少一个喷射器单元处于打开的状态的方式将多个喷射器单元31、32的闭阀期间设定为错开的期间来控制喷射器单元31、32的开闭，因此能够抑制作为氢气流路的中压配管60的压力急剧地变动。因此，起到能够减少用于将中压配管60的压力减压至规定压力的减压阀21、22的滑动距离、落座次数，从而能够实现减压阀21、22的长寿命化的第1效果。另外，通过减压阀21、22的长寿命化，能够使车辆200的行驶保证距离更长。

另外，例如，假定作为氢气流路的中压配管60不具备连接配管65，第1中压配管61与第3中压配管63连接，第2中压配管62与第4中压配管64连接的系统。在该系统中，例如，若第1中压配管61内和第3中压配管63内的压力比规定压力上升，则存在第1中压配管61内和第3中压配管63内的氢气在减压阀21中逆流并向减压阀22侧流动的情况。然后，根据本实施方式，与多个减压阀21、22分别连接的作为多个第1流路的第1中压配管61和第2中压配管62、和与多个喷射器单元31、32分别连接的作为多个第2流路的第3中压配管63和第4中压配管64通过一个连接配管65连接，因此起到能够抑制上述的氢气的逆流，从而能够实现减压阀21、22的长寿命化的第2效果。

另外，根据本实施方式，在燃料电池系统100满足预先决定好的运转条件的情况下，执行氢气供给控制。在燃料电池系统100的运转中的大部分的期间满足预先决定好的运转条件，因此能够实现减压阀21、22的长寿命化，在不满足运转条件的情况下不执行氢气供给控制，因此起到能够实现燃料电池系统100的适当的运转的第3效果。

在本实施方式中，减压阀21、22的数量、与燃料电池组41、42的数量相同。因此，能够借用具有与在具备一个燃料电池组的车辆中使用的减压阀相同的压力调整功能的减压阀。因此，能够抑制为了构建具备多个燃料电池组41、42的燃料电池系统100所花费的费用。

B.第2实施方式

图5是表示第2实施方式中的燃料电池系统100a的简要结构的图。燃料电池系统100a搭载于车辆200a。燃料电池系统100a与上述的实施方式中的燃料电池系统100的区别在于，氢气罐和减压阀各为一个、高压配管50a的结构、以及中压配管60a的结构。具体而言，在燃料电池系统100a中，将氢气罐11的下游中的主截止阀13与减压阀21通过第1高压配管51a连接，并将减压阀21与第1中压配管61a连接，第1中压配管61a分支为第3中压配管63和第4中压配管64。在本实施方式中，控制装置80a具备的控制部81a与第1实施方式的控制部81相同，执行如下的氢气供给控制，即：在燃料电池系统100a满足预先决定好的运转条件的情况下，以在喷射器单元31、32中始终有至少一个喷射器单元处于打开的状态的方式将多个喷射器单元31、32的闭阀期间设定为错开的期间来控制喷射器单元31、32的开闭。根据该方式，也起到与第1实施方式的第1和第3效果相同的效果。

C.其他实施方式

在上述各实施方式中，燃料电池组的数量和喷射器单元的数量也可以多于2个。根据该方式，也起到与上述各实施方式相同的效果。

在上述实施方式中，搭载燃料电池系统100、100a的车辆200、200a是公共汽车，但燃料电池系统100、100a也可以搭载于卡车等其他大型车辆、工业车辆。另外，燃料电池系统100，100a并不局限于搭载于车辆，可以搭载于船舶、电车、机器人等移动体，也可以固定安装。

本公开并不局限于上述的实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够以各种结构实现。例如，为了解决上述的课题的一部分或者全部，或者为了实现上述的效果的一部分或者全部，与在发明的概要栏中记载的各方式中的技术特征对应的实施方式、其他的实施方式中的技术特征能够适当地进行替换、组合。另外，只要没有说明为其技术特征在本说明书中是必须的，就能够适当地删除。