氧化气体的流量调整阀的控制方法及流量调整装置的制造方法
【专利说明】氧化气体的流量调整阀的控制方法及流量调整装置
[0001 ] 本申请主张基于在2014年11月15日提出申请的申请编号2014-232252号的日本专利申请的优先权，并将其公开的全部通过参照而援引于本申请。
技术领域
[0002]本发明涉及氧化气体的流量调整阀的控制方法和流量调整装置。
【背景技术】
[0003]在具备接受燃料气体和氧化气体的供给而发电的燃料电池的燃料电池系统中，并不局限于燃料气体供给系统，在氧化气体供给系统或废气的排气系统中，也使用经由管路的开度调整来进行流量调整的各种流量调整阀。流量调整阀的故障会给燃料电池的运转造成影响，因此提出了将燃料电池的发电电压的行迹与流量调整阀的动作建立关联，利用燃料电池的电压行迹来判定阀故障的手法(例如，日本特开2006-269128号公报)。在该专利文献中，预先掌握流量调整阀的一方式的排气系统的流放阀正常开阀时的燃料电池的电压行迹，当流放阀的开阀指令的输出时的实际的电压行迹与已掌握的电压行迹不同时，判定为发生了流放阀的故障。
【发明内容】
[0004]利用了燃料电池的电压行迹的故障判定手法也可以应用于流放阀以外的流量调整阀。然而，燃料电池的性能维持用的研究进展，在调整氧化气体的流量的流量调整阀中，如以下说明那样，在低流量下要求微细的流量调整。
[0005]在燃料电池的发电停止时，燃料电池的阳极侧流路内残留有氢且阴极侧流路内残留有氧时，燃料电池表现出极高的开路电压(Open circuit voltage:0CV)。当燃料电池的开路电压过度升高时，燃料电池具备的电极(阴极)的电极电位过度升高，在电极处催化剂的溶出(劣化)进展，由此燃料电池的发电性能及耐久性下降。
[0006]而且，即使在燃料电池的发电停止后，由于通常进行低流量的燃料气体循环，因此氢也会残留于阳极侧流路内。该残留氢经由燃料电池的电解质膜向阴极侧流路透过，在阴极处，由于残留的氧而透过氢氧化的反应进展。其结果是，燃料电池的发电停止后的一段时间，残留于阴极侧流路的氧被消耗，由此开路电压下降(阴极电位下降)。在这样的情况下，阴极催化剂被还原，由此在之后阴极电位再上升时，阴极催化剂的溶出更容易发生。由于这样的情况，在燃料电池的发电停止时，需要能够将燃料电池的开路电压保持为低电压的氧化气体的流量调整，因此要求能够进行利用了燃料电池的电压行迹的氧化气体的微细的流量调整的流量调整阀的控制手法。
[0007]【用于解决课题的方案】
[0008]为了实现上述的课题的至少一部分，本发明可以作为以下的方式来实施。
[0009](I)根据本发明的一方式，提供一种氧化气体的流量调整阀的控制方法。该氧化气体的流量调整阀的控制方法包括:第一工序，在从所述燃料电池接受电力的供给的负载与所述燃料电池之间的电连接被切断的负载切断状况下，通过继续进行使所述流量调整阀从全闭一侧每次打开规定开度的逐步开阀、和使所述流量调整阀从全开一侧每次关闭规定开度的逐步闭阀中的任一方，而使被向所述阴极引导的所述氧化气体的供给量逐步地变化，利用所述引导来的所述氧化气体的氧对从阳极一侧向所述阴极一侧透过了所述燃料电池具备的电解质膜的氢进行氧化;第二工序，每当进行所述逐步开阀或所述逐步闭阀时，对伴随着所述氢的氧化的所述燃料电池的开路电压进行计测；及第三工序，将下述开度中的任一方作为调整基准开度而存储，即:包含该计测的计测电压伴随着所述逐步开阀的继续而转变为上升的定时在内的规定数量的定时下所述第一工序中进行的所述逐步开阀时的所述流量调整阀的开度中的至少一个开度;及包含所述计测的计测电压伴随着所述逐步闭阀的继续而转变为下降的定时在内的规定数量的定时下在所述第一工序中进行的所述逐步闭阀时的所述流量调整阀的开度中的至少一个开度。
[0010]根据上述方式的氧化气体的流量调整阀的控制方法，具有如下的优点。在计测电压伴随着逐步开阀的继续而转为上升的定时，在实现逐步开阀以前从阳极侧向阴极侧透过了电解质膜的氢(以下，称为透过氢)的全部由残存于阴极的氧化气体的氧进行了氧化之后，由于逐步开阀的继续而在阴极侧成为氧化气体增加的定时。在透过氢全部被氧化的状态下，氧化气体中的氧与透过氢以当量比I被导向阴极。并且，逐步开阀在负载切断状况下进行，因此透过氢量，即向阳极残存或供给的氢量也为少量，因此与透过氢以当量比I将氧导向阴极的氧化气体的流量也称为低流量。该低流量的氧化气体的流量由计测电压伴随着逐步开阀的继续而转为上升的定时和其前后的规定数量的定时进行的逐步开阀的流量调整阀的开度中的至少一个开度来规定，并存储作为调整基准开度。以规定数量的定时进行的各个逐步开阀下的流量调整阀的开度虽说与计测电压伴随着逐步开阀的继续而转为上升的定时其本身的时刻的流量调整阀的开度稍有不同，但是其相差程度小。由此，只要将在规定数量的定时进行的各个逐步开阀下的流量调整阀的开度同等地处理而规定至少一个即可。
[0011]计测电压伴随着逐步开阀的继续、伴随着逐步闭阀的继续而转为下降的定时由于事先逐步闭阀以前被导向阴极的氧化气体中的氧伴随着透过氢的氧化逐渐被消耗而减少，成为阴极的氧与透过氢减少至当量比I的定时。并且，在逐步闭阀中，也是在负载切断状况下进行，因此透过氢量，即向阳极残存或供给的氢量也为少量，因此与透过氢以当量比I地使氧残存于阴极的氧化气体的流量也成为低流量。该低流量下的氧化气体的流量由计测电压伴随着逐步闭阀的继续而转为下降的定时和其前后的规定数量的定时进行的逐步闭阀的流量调整阀的开度中的至少一个开度来规定，并存储作为调整基准开度。在规定数量的定时进行的各个逐步闭阀下的流量调整阀的开度虽说与计测电压伴随着逐步闭阀的继续而转为下降的定时其本身的时刻的流量调整阀的开度稍有不同，但是其相差程度小。由此，只要将在规定数量的定时进行的各个逐步闭阀下的流量调整阀的开度同等地处理而规定至少一个即可。这样的话，根据上述方式的氧化气体的流量调整阀的控制方法，以存储的调整基准开度为开度调整的目标之一来控制流量调整阀，由此能够进行利用了燃料电池的计测电压的行迹的氧化气体的微细的流量调整。
[0012](2)在上述方式的氧化气体的流量调整阀的控制方法中，可以是，在所述第一工序中，以使所述计测电压不会下降至规定的低电压的方式，对进行所述逐步开阀时的每次打开所述规定开度的开阀量或开阀间隔进行调整。这样的话，具有如下的优点。在计测电压伴随着逐步开阀的继续而转为上升的定时之前的逐步开阀的执行时，计测电压朝向转为上升的电压而处于下降推移的过程。当关于开阀量或开阀间隔未作出特别的考虑而执行该如下应执行的逐步开阀时，会担心开路电压下降至对于燃料电池而言不优选的低电压(例如O电压)。然而，根据该方式的氧化气体的流量调整阀的控制方法，能够抑制使作为开路电压的计测电压下降至不优选的低电压的情况。
[0013](3)在上述任一方式的氧化气体的流量调整阀的控制方法中，可以是，在所述第三工序中，以在规定时间维持作为所述调整基准开度而存储的所述流量调整阀的开度的方式控制所述流量调整阀。这样的话，能够抑制与负载之间的电连接被切断的不发电状况下的阴极催化剂的溶出或还原，实现催化剂的稳定化，不会给之后的发电运转带来障碍。
[0014](4)在上述任一方式的氧化气体的流量调整阀的控制方法中，可以是，所述氧化气体的流量调整阀的控制方法包括第四工序，所述第四工序对在所述第三工序中存储的所述调整基准开度进行更新并存储，在所述第三工序中，将存储所述调整基准开度时的伴随着所述氢的氧化的所述燃料电池的开路电压作为对比基准开路电压，而与所述调整基准开度一起存储。并且，所述第四工序可以包括:比较工序，在将所述燃料电池形成为所述负载切断状况后，将所述流量调整阀的开度设定成在所述第三工序中存储完毕的存储调整基准开度，将伴随着所述氢的氧化的所述燃料电池的开路电压作为比较开路电压而进行计测，并将该比较开路电压与所述对比基准开路电压进行比较;及校正工序，向通过该比较工序中的比较结果而得到的所述比较开路电压与所述对比基准开路电压之间的差分电压减小的一侧校正所述存储调整基准开度，并将该校正后的开度作为新的调整基准开度而进行更新并存储。这样的话，即使流量调整阀的开闭功能因经时变化等而发生变化，也能够以抵消该开闭功能变化的方式新存储调整基准开度。由此，能够以新的调整基准开度为开度调整的目标之一来控制流量调整阀，能够继续进行利用了燃料电池的计测电压的行迹的氧化气体的微细的流量调整。
[0015](5)根据本发明的另一方式，提供一种流量调整装置。该流量调整装置具备:流量调整阀，调整向燃料电池的阴极供给的氧化气体的流量;连接切断部，将从所述燃料电池接受电力的供给的负载与所述燃料电池之间的电连接切断，而将所述燃料电池形成为负载切断状况;电压计测部，计测所述燃料电池的开路电压;及阀控制部，在所述负载切断状况下，对所述流量调整阀进行开闭驱动控制。并且，该阀控制部具备:第一控制部，通过继续进行使所述流量调整阀从全闭一侧每次打开规定开度的逐步开阀、和使所述流量调整阀从全开一侧每次关闭规定开度的逐步闭阀中的任一方，而使被向所述阴极引导的所述氧化气体的供给量逐步地变化，利用所述引导来的所述氧化气体的氧对从阳极一侧向所述阴极一侧透过了所述燃料电池具备的电解质膜的氢进行氧化;第二控制部，每当进行所述逐步开阀或所述逐步闭阀时，从所述电压计测部获得伴随着所述氢的氧化的所述燃料电池的开路电压;及第三控制部，将下述开度中的任一方作为调整基准开度而存储，即:包含该计测的计测电压伴随着所述逐步开阀的继续而转变为上升的定时在内的规定数量的定时下通过所述第一控制部进行的所述逐步开阀时的所述流量调整阀的开度中的至少一个开度;及包含所述计测的计测电压伴随着所述逐步闭阀的继续而转变为下降的定时在内的规定数量的定时下通过所述第一控制部进行的所述逐步闭阀时的所述流量调整阀的开度中的至少一个开度。
[0016]根据上述方式的流量调整装置，通过以存储的调整基准开度为开度调整的目标之一来控制流量调整阀，能够进行利用了燃料电池的计测电压的行迹的氧化气体的微细的流量调整。
[0017]需要说明的是，本发明能够以各种方式实现，例如，也可以应用作为向燃料电池的阴极供给氧化气体的氧化气体供给装置、一并具备该氧化气体供给装置和燃料电池的燃料电池系统、向燃料电池的氧化气体供给方法。
【附图说明】
[0018]图1是表示作为本发明的实施方式的燃料电池车辆2概略结构的框图。
[O 019 ]图2是不意性地表不燃料电池的输出电流与输出电压的关系及输出电流与输出电力的关系的说明图。
[0020]图3是示意性地表示向阴极侧流路供给的氧量与燃料电池的OCV的关系的说明图。
[0021]图4是表示作为间歇运转模式选择时的动作而在控制部中执行的间歇运转控制处理例程的流程图。
[0022]图5是表示反应场的全闭开度的设定处理的流程图。
[0023]图6是表示当量比I相当的背压阀开阀开度Xb与逐步开阀步数的关系因背压阀的个体差异而不同的情况的说明图。
[0024]图7是概略性地表示与背压阀的逐步开阀相伴的Vme1的行迹的说明图。
[0025]图8是表示反应场的全闭开度的学习设定处理的流程图。
[0026]【标号说明】
[0027]20…燃料电池车辆