СИСТЕМА НА ОСНОВЕ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ Российский патент 2019 года по МПК H01M8/06 

Область техники

Изобретение относится к системе на основе топливных элементов и устройству управления.

Уровень техники

Публикация японской нерассмотренной патентной заявки № 2003-217641 (JP 2003-217641 A) раскрывает систему на основе топливных элементов, которая имеет устройство расширения, которое уменьшает давление водорода, расположенного между водородным баком высокого давления и батареей топливных элементов, и преобразует энергию расширения, когда водород расширяется в устройстве расширения, в механическую энергию.

Сущность изобретения

Однако, энергия расширения в устройстве расширения зависит от расхода водорода и разницы в давлении выше и ниже по потоку от устройства расширения. Т.е., когда водород втекает к устройству расширения в состоянии, в котором разница является относительно небольшой, количество энергии, которая может быть выведена из устройства расширения, уменьшается даже в состоянии, в котором расход водорода является относительно высоким.

Изобретение предоставляет возможность эффективного восстановления энергии расширения водорода в устройстве расширения.

Согласно первому аспекту изобретения предоставляется система на основе топливных элементов, включающая в себя: первый блок снижения давления, который располагается в пути подачи для подачи водорода из водородного бака к батарее топливных элементов и снижает давление водорода, подаваемого к батарее топливных элементов; устройство расширения, которое располагается выше по потоку от первого блока снижения давления в пути подачи и снижает давление и расширяет водород, подаваемый из водородного бака; блок регулирования расхода, который располагается выше по потоку от устройства расширения в пути подачи и приспособлен переключаться в одно из открытого состояния, в котором водород подается к устройству расширения, и закрытого состояния, в котором подача водорода к устройству расширения прерывается, или объем водорода, подаваемого к устройству расширения, меньше объема в открытом состоянии; и блок управления, который выполняет управление переключением блока регулирования расхода в закрытое состояние, когда разница давления между первым давлением выше по потоку от устройства расширения в пути подачи и вторым давлением ниже по потоку от устройства расширения меньше первого порогового значения, или когда отношение давления для второго давления по отношению к первому давлению равно или больше второго порогового значения.

Когда разница давления между первым давлением выше по потоку от устройства расширения и вторым давлением ниже по потоку от устройства расширения в пути подачи меньше первого порогового значения, или когда отношение давлений для второго давления по отношению к первому давлению равно или больше второго порогового значения, блок регулирования расхода переключается в закрытое состояние. Соответственно, поскольку водород не подается к устройству расширения в состоянии, в котором разница давления меньше первого порогового значения или отношение давлений равно или больше второго порогового значения, возможно эффективно регенерировать энергию расширения водорода в устройстве расширения.

Система на основе топливных элементов может дополнительно включать в себя: первый датчик давления, который измеряет внутреннее давление водородного бака в качестве первого давления; и второй датчик давления, который измеряет давление между устройством расширения и первым блоком снижения давления в качестве второго давления. Соответственно, возможно точно получать разницу давления между давлением выше по потоку от устройства расширения и давлением ниже по потоку от устройства расширения или отношение давлений.

Блок управления может выполнять управление переключением блока регулирования расхода в открытое состояние, когда разница давления равна или больше третьего порогового значения, которое больше первого порогового значения, или когда отношение давлений меньше четвертого порогового значения, которое меньше второго порогового значения. Соответственно, возможно эффективно регенерировать энергию расширения водорода в устройстве расширения.

Обходной путь, который обходит устройство расширения со стороны выше по потоку в сторону ниже по потоку, может быть предусмотрен в пути подачи. Блок регулирования расхода может быть трехходовым клапаном, который предусматривается в участке выше по потоку в пути подачи, соединенном с первым концом обходного пути, трехходовой клапан подает водород к устройству расширения и прерывает подачу водорода на обходной путь в открытом состоянии и имеет первое закрытое состояние, в котором подача водорода к устройству расширения прерывается, и водород подается на обходной путь, и второе закрытое состояние, в котором подача водорода и к устройству расширения, и на обходной путь прерывается в качестве закрытого состояния. Соответственно, возможно предусматривать путь подачи водорода, не включающий в себя устройство расширения.

Система на основе топливных элементов может дополнительно включать в себя теплообменник, который предусматривается между участком ниже по потоку в пути подачи, соединенном со вторым концом обходного пути, и устройством расширения и выполняет теплообмен между водородом, имеющим пониженное давление и расширенным посредством устройства расширения, и охлаждающей жидкостью для охлаждения батареи топливных элементов. Соответственно, возможно эффективно охлаждать батарею топливных элементов.

Система на основе топливных элементов может дополнительно включать в себя датчик температуры, который измеряет температуру охлаждающей жидкости. Блок управления может выполнять управление переключением блока регулирования расхода в первое закрытое состояние, когда температура, измеренная датчиком температуры, равна или ниже заданного порогового значения температуры. Соответственно, возможно сдерживать переохлаждение батареи топливных элементов.

Первый блок снижения давления может быть предусмотрен между участком ниже по потоку в пути подачи, соединенным со вторым концом обходного пути, и устройством расширения. Система на основе топливных элементов может дополнительно включать в себя: второй блок снижения давления, который предусматривается между устройством расширения и блоком регулирования расхода и снижает давление водорода, который подается из водородного бака; третий блок снижения давления, который предусматривается на обходном пути и снижает давление водорода, который подается к батарее топливных элементов; и инжектор, который предусматривается между участком ниже по потоку и батареей топливных элементов. Соответственно, возможно стабилизировать выходную мощность.

Первый блок снижения давления может быть предусмотрен между участком ниже по потоку в пути подачи, соединенным со вторым концом обходного пути, и устройством расширения. Система на основе топливных элементов может дополнительно включать в себя: второй блок снижения давления, который предусматривается между блоком регулирования расхода и водородным баком и снижает давление водорода, который подается из водородного бака; и инжектор, который предусматривается на обходном пути. Соответственно, возможно уменьшать размер системы.

Согласно второму аспекту изобретения предоставляется устройство управления, которое управляет блоком снижения давления, который располагается в пути подачи для подачи водорода из водородного бака к батарее топливных элементов и снижает давление водорода, подаваемого к батарее топливных элементов, устройство расширения, которое располагается выше по потоку от блока снижения давления в пути подачи и снижает давление и расширяет водород, подаваемый из водородного бака, и блок регулирования расхода располагается выше по потоку от устройства расширения в пути подачи и приспособлен переключаться в одно из открытого состояния, в котором водород подается к устройству расширения, и закрытого состояния, в котором подача водорода к устройству расширения прерывается, или объем водорода, подаваемого к устройству расширения, меньше объема в открытом состоянии. Устройство управления включает в себя: блок управления, который выполняет управление переключением блока регулирования расхода в закрытое состояние, когда разница давления между первым давлением выше по потоку от устройства расширения в пути подачи и вторым давлением ниже по потоку от устройства расширения меньше первого порогового значения, или когда отношение давлений для второго давления по отношению к первому давлению равно или больше второго порогового значения. Соответственно, возможно эффективно восстанавливать энергию расширения водорода в устройстве расширения.

Как описано выше, согласно изобретению, возможно эффективно восстанавливать энергию расширения водорода в устройстве расширения.

Краткое описание чертежей

Признаки, преимущества и техническое и промышленное значение примерных вариантов осуществления изобретения будут описаны ниже со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых аналогичные номера обозначают аналогичные элементы, и на которых:

Фиг. 1 - чертеж, схематично иллюстрирующий пример конфигурации системы на основе топливных элементов согласно первому варианту осуществления;

Фиг. 2 - блок-схема, иллюстрирующая пример конфигурации аппаратных средств устройства управления согласно первому варианту осуществления;

Фиг. 3 - блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая пример последовательности операций процедуры управления, которая выполняется устройством управления согласно первому варианту осуществления;

Фиг. 4 - график, иллюстрирующий пример изменения во временной последовательности для давления согласно первому варианту осуществления;

Фиг. 5 - чертеж, схематично иллюстрирующий пример конфигурации системы на основе топливных элементов согласно второму варианту осуществления;

Фиг. 6 - блок-схема, иллюстрирующая пример конфигурации аппаратных средств устройства управления согласно второму варианту осуществления;

Фиг. 7 - блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая пример последовательности операций процедуры управления, которая выполняется устройством управления согласно второму варианту осуществления;

Фиг. 8 - график, иллюстрирующий пример изменения во временной последовательности для давления согласно второму варианту осуществления;

Фиг. 9 - чертеж, схематично иллюстрирующий пример конфигурации системы на основе топливных элементов согласно третьему варианту осуществления;

Фиг. 10 - схема, иллюстрирующая пример состояний, в которые второй регулирующий клапан может быть переключен согласно третьему варианту осуществления;

Фиг. 11 - блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая пример последовательности операций процедуры управления, которая выполняется устройством управления согласно третьему варианту осуществления;

Фиг. 12 - чертеж, схематично иллюстрирующий пример конфигурации системы на основе топливных элементов согласно четвертому варианту осуществления;

Фиг. 13 - блок-схема, иллюстрирующая пример конфигурации аппаратных средств устройства управления согласно четвертому варианту осуществления;

Фиг. 14 - блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая пример последовательности операций процедуры управления, которая выполняется устройством управления согласно четвертому варианту осуществления;

Фиг. 15 - чертеж, схематично иллюстрирующий пример конфигурации системы на основе топливных элементов согласно пятому варианту осуществления;

Фиг. 16 - чертеж, схематично иллюстрирующий пример конфигурации системы на основе топливных элементов согласно модифицированному примеру;

Фиг. 17 - чертеж, схематично иллюстрирующий пример конфигурации системы на основе топливных элементов согласно модифицированному примеру;

Фиг. 18 - чертеж, схематично иллюстрирующий пример конфигурации системы на основе топливных элементов согласно шестому варианту осуществления;

Фиг. 19 - чертеж, схематично иллюстрирующий пример конфигурации системы на основе топливных элементов согласно седьмому варианту осуществления;

Фиг. 20 - чертеж, схематично иллюстрирующий пример конфигурации системы на основе топливных элементов согласно восьмому варианту осуществления;

Фиг. 21 - схема, иллюстрирующая пример состояний, в которые второй регулирующий клапан может быть переключен согласно восьмому варианту осуществления; и

Фиг. 22 - блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая пример последовательности операций процедуры управления, которая выполняется устройством управления согласно восьмому варианту осуществления.

Подробное описание вариантов осуществления изобретения

Далее в данном документе варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны в деталях со ссылкой на сопровождающие чертежи. В последующих вариантах осуществления предполагается, что система на основе топливных элементов устанавливается в транспортном средстве.

Первый вариант осуществления

Сначала, конфигурация системы 10 на основе топливных элементов согласно первому варианту осуществления изобретения будет описана ниже со ссылкой на фиг. 1. Как иллюстрировано на фиг. 1, система 10 на основе топливных элементов включает в себя батарею 12 топливных элементов, водородный бак 14, первый регулирующий клапан 18, первый датчик 20 давления, второй регулирующий клапан 22, устройство 24 расширения, теплообменник 26, вспомогательный бак 28, клапан 30 регулирования давления и инжектор 32. Система 10 на основе топливных элементов дополнительно включает в себя устройство 34 регенерации энергии, газожидкостный сепарационный блок 36, водородный насос 38, сливной клапан 40, радиатор 42 и устройство 50 управления.

Батарея 12 топливных элементов является блоком, который генерирует электроэнергию посредством электрохимической реакции между водородом и кислородом и имеет конфигурацию, в которой множество отдельных элементов укладываются стопкой. Водородный бак 14 заполняется водородом высокого давления (например, 70 МПа или выше), который подается к батарее 12 топливных элементов. В последующем описании сторона водородного бака 14 определяется как верхняя по потоку в канале протекания водорода, а сторона батареи 12 топливных элементов определяется как нижняя по потоку в канале протекания водорода.

В пути 16 подачи водорода из водородного бака 14 к батарее 12 топливных элементов первый регулирующий клапан 18, первый датчик 20 давления, второй регулирующий клапан 22, устройство 24 расширения, теплообменник 26, вспомогательный бак 28, клапан 30 регулирования давления и инжектор 32 предусматриваются в таком порядке со стороны выше по потоку в сторону ниже по потоку.

Первый регулирующий клапан 18 является клапаном, который переключается в одно из открытого состояния и закрытого состояния под управлением устройства 50 управления. Первый датчик 20 давления измеряет давление между первым регулирующим клапаном 18 и вторым регулирующим клапаном 22 как внутреннее давление водородного бака 14. Внутреннее давление водородного бака 14 может быть измерено посредством датчика давления, который предусматривается в водородном баке 14. Второй регулирующий клапан 22 является примером блока регулирования расхода в раскрытой технологии и является клапаном, который переключается в одно из закрытого состояния, в котором подача водорода из водородного бака 14 в устройство 24 расширения прерывается, и открытого состояния, в котором водород подается из водородного бака 14 в устройство 24 расширения под управлением устройства 50 управления.

Устройство 24 расширения снижает давление и расширяет водород, который подается из водородного бака 14. Устройство 34 регенерации энергии соединяется с устройством 24 расширения, и устройство 34 регенерации энергии преобразует энергию расширения, когда устройство 24 расширения снижает давление и расширяет водород, в механическую энергию и регенерирует энергию расширения. Примеры устройства 34 регенерации энергии включают в себя редукторную передачу, электрогенератор, компрессор всасываемого воздуха и нагнетатель.

Теплообменник 26 выполняет теплообмен между водородом, охлажденным посредством снижения давления и расширения в устройстве 24 расширения, и охлаждающей жидкостью, циркулирующей в канале 44 циркуляции охлаждающей жидкости, который будет описан позже. Водород хранится во вспомогательном баке 28. Клапан 30 регулирования давления является примером блока снижения давления в раскрытой технологии и снижает давление водорода, который течет из вспомогательного бака 28. Инжектор 32 включает в себя, например, электромагнитный двухпозиционный клапан и регулирует объем водорода, подаваемого к батарее 12 топливных элементов.

В этом варианте осуществления область давления между батареей 12 топливных элементов и инжектором 32 определяется как область подачи давления, и давление в области подачи давления, например, равно или больше 40 кПа и меньше 200 кПа. В этом варианте осуществления область давления между инжектором 32 и клапаном 30 регулирования давления определяется как область регулирования давления, и давление области регулирования давления, например, равно или больше 1 МПа и меньше 1,5 МПа. В этом варианте осуществления область давления между клапаном 30 регулирования давления и вторым регулирующим клапаном 22 определяется как область изменения давления, и давление области изменения давления, например, равно или больше 1,5 МПа и меньше 70 МПа. В этом варианте осуществления область давления выше по потоку от второго регулирующего клапана 22 определяется как область высокого давления, и давление области высокого давления, например, равно или меньше 70 МПа.

Газожидкостный сепарационный блок 36 разделяет водородный газ и реакционный газ, выпускаемый из батареи 12 топливных элементов, на газообразную составляющую и жидкую составляющую. Водородный насос 38 служит в качестве циркуляционного насоса, который отправляет водород, содержащийся в газообразной составляющей, отделенной посредством газожидкостного сепарационного блока 36, в сторону ниже по потоку от инжектора 32 в пути 16 подачи. Жидкая составляющая, отделенная посредством газожидкостного сепарационного блока 36, выпускается наружу через сливной клапан 40. Радиатор 42 включает в себя, например, вентилятор, который втягивает наружный воздух, и охлаждает охлаждающую жидкость, протекающую в канале 44 циркуляции охлаждающей жидкости, вращая вентилятор. Батарея 12 топливных элементов охлаждается охлаждающей жидкостью, протекающей в канале 44 циркуляции охлаждающей жидкости.

Устройство 50 управления функционально включает в себя блок 52 оценки и блок 54 управления, как иллюстрировано на фиг. 1. Блок 52 оценки оценивает разницу PD (=P1-P2) давления между давлением P1 выше по потоку от устройства 24 расширения и давлением P2 ниже по потоку от него. В этом варианте осуществления блок 52 оценки использует давление, измеренное первым датчиком давления 20, в качестве давления P1. Блок 52 оценки оценивает давление между клапаном 30 регулирования давления и устройством 24 расширения на основе совокупного объема водорода, вводимого из инжектора 32, после того как второй регулирующий клапан 22 был закрыт, и объема водорода, остающегося в водородном баке 14, и использует оцененное давление в качестве давления P2. Блок 52 оценки оценивает значение, полученное вычитанием давления P2 из давления P1, как разницу PD давления.

Блок 54 управления прерывает подачу водорода к устройству 24 расширения, выполняя управление переключением второго регулирующего клапана 22 в закрытое состояние, когда разница PD давления, оцененная посредством блока 52 оценки, меньше заданного порогового значения TH1. В этом случае пороговое значение TH1 может быть подходящим образом определено в зависимости от спецификации конструкции устройства 24 расширения. Блок 54 управления начинает подачу водорода к устройству 24 расширения, выполняя управление переключением второго регулирующего клапана 22 в открытое состояние, когда давление P2, оцененное посредством блока 52 оценки, меньше заданного нижнего предельного значения LV1 (например, 2 МПа).

Конфигурация аппаратных средств устройства 50 управления будет описана ниже со ссылкой на фиг. 2. Как иллюстрируется на фиг. 2, устройство 50 управления включает в себя электронный блок управления (ECU) 60. ECU 60 конфигурируется как микрокомпьютер, включающий в себя центральный процессор (CPU), постоянное запоминающее устройство (ROM) и оперативное запоминающее устройство (RAM). Первый регулирующий клапан 18, первый датчик 20 давления, второй регулирующий клапан 22 и т.п. соединяются с ECU 60. С такой конфигурацией ECU 60 выполняет управление первым регулирующим клапаном 18 и вторым регулирующим клапаном 22 и получение давления, измеряемого посредством первого датчика 20 давления.

Работа системы 10 на основе топливных элементов согласно этому варианту осуществления будет описана ниже со ссылкой на фиг. 3 и 4. Фиг. 3 представляет собой блок-схему последовательности операций, иллюстрирующую пример последовательности операций процедуры управления, которая выполняется посредством ECU 60 устройства 50 управления согласно этому варианту осуществления. В этом варианте осуществления процедура управления выполняется посредством инструктирования ECU 60 выполнять программу, сохраненную заранее в ROM. Процедура управления, иллюстрированная на фиг. 3, выполняется, например, когда возбуждение батареи 12 топливных элементов начинается, например, когда переключатель питания, который не иллюстрируется, включается. ECU 60 устройства 50 управления служит в качестве блока 52 оценки и блока 54 управления, иллюстрированного на фиг. 1, посредством исполнения программы, сохраненной заранее в ROM.

Фиг. 4 является графиком, иллюстрирующим пример изменений во временной последовательности для давления P1, которое измеряется посредством первого датчика 20 давления, и давления P2 между клапаном 30 регулирования давления и устройством 24 расширения, которое оценивается посредством блока 52 оценки. На фиг. 4 сплошная линия L1 обозначает давление P1, а сплошная линия L2 обозначает давление P2.

На этапе S10 на фиг. 3 блок 54 управления выполняет управление переключением первого регулирующего клапана 18 в открытое состояние. Затем, на этапе S12, блок 54 управления выполняет управление переключением второго регулирующего клапана 22 в закрытое состояние. На этапе S14 блок 52 оценки получает давление P1, которое измеряется посредством первого датчика 20 давления. Блок 52 оценки оценивает давление P2 между клапаном 30 регулирования давления и устройством 24 расширения на основе объема водорода, вводимого из инжектора 32, объема водорода, остающегося в водородном баке 14, и т.п. Затем, блок 52 оценки оценивает значение, полученное вычитанием давления P2 из давления P1, как разницу PD давления.

Затем, на этапе S16, блок 54 управления определяет, действительно ли давление P2 между клапаном 30 регулирования давления и устройством 24 расширения, которое оценивается посредством процесса на этапе S14, меньше нижнего предельного значения LV1. Процедура переходит к этапу S20, когда результат определения является отрицательным, и процедура переходит к этапу S18, когда результат определения является положительным.

На этапе S18 блок 54 управления выполняет управление переключением второго регулирующего клапана 22 в открытое состояние. Когда второй регулирующий клапан 22 уже находится в открытом состоянии, открытое состояние сохраняется. Когда процесс этапа S18 завершается, процедура переходит к этапу S24. С другой стороны, на этапе S20, блок 54 управления определяет, действительно ли разница PD давления, оцененная в процессе на этапе S14, меньше порогового значения TH1. Когда результат определения является положительным, процедура переходит к этапу S22. На этапе S22 блок 54 управления выполняет управление переключением второго регулирующего клапана 22 в закрытое состояние. Когда второй регулирующий клапан 22 уже находится в закрытом состоянии, закрытое состояние сохраняется. Когда процесс этапа S22 завершается, процедура переходит к этапу S24. Когда результат определения этапа S20 является отрицательным, процесс этапа S22 не выполняется, и процедура переходит к этапу S24.

На этапе S24 блок 54 управления определяет, достигнуто ли заданное время окончания. Примером времени окончания является время, в которое возбуждение батареи 12 топливных элементов прекращается, такое как время, в которое переключатель питания выключается. Процедура возвращается к этапу S14, когда результат определения этапа S24 является отрицательным, и процедура переходит к этапу S26, когда результат определения является положительным.

На этапе S26 блок 54 управления выполняет управление переключением первого регулирующего клапана 18 в закрытое состояние. Когда процесс этапа S26 завершается, процедура управления заканчивается.

Посредством вышеупомянутой процедуры управления, например, как иллюстрировано на фиг. 4, когда возбуждение батареи 12 топливных элементов начинается, сначала, первый регулирующий клапан 18 приводится в открытое состояние, а второй регулирующий клапан 22 приводится в закрытое состояние посредством процессов этапов S10 и S12. Посредством этих процессов давление P2 между клапаном 30 регулирования давления и устройством 24 расширения начинает уменьшаться. В периоде T1, в котором давление P2 между клапаном 30 регулирования давления и устройством 24 расширения равно или больше нижнего предельного значения LV1, второй регулирующий клапан 22 поддерживается в закрытом состоянии, давление P2 между клапаном 30 регулирования давления и устройством 24 расширения уменьшается, и заданная разница PD давления обеспечивается.

Когда давление P2 между клапаном 30 регулирования давления и устройством 24 расширения изменяется со значения, равного или больше нижнего предельного значения LV1, на значение меньше нижнего предельного значения LV1, второй регулирующий клапан 22 переключается в открытое состояние посредством процесса этапа S18, и давление P2 между клапаном 30 регулирования давления и устройством 24 расширения увеличивается. В периоде T2, до тех пор, пока разница PD давления не будет меньше порогового значения TH1, второй регулирующий клапан 22 поддерживается в открытом состоянии, и энергия расширения в устройстве 24 расширения на основе разницы PD давления в периоде T2 регенерируется посредством устройства 34 регенерации энергии.

Затем, когда разница PD давления изменяется с равного или большего, чем пороговое значение TH1, на меньшее, чем пороговое значение TH1, второй регулирующий клапан 22 переключается в закрытое состояние посредством процесса этапа S22, и давление P2 между клапаном 30 регулирования давления и устройством 24 расширения уменьшается. В периоде T3, в котором разница PD давления равна или больше порогового значения TH1, и до тех пор, пока давление P2 между клапаном 30 регулирования давления и устройством 24 расширения не будет меньше нижнего порогового значения LV1, второй регулирующий клапан 22 поддерживается в закрытом состоянии, давление P2 между клапаном 30 регулирования давления и устройством 24 расширения уменьшается, и заданная разница PD давления обеспечивается. После этого период T2 и период T3 поочередно повторятся до тех пор, пока возбуждение батареи 12 топливных элементов не прекратится.

Как описано выше, согласно этому варианту осуществления, разница PD давления, равная или больше порогового значения TH1, обеспечивается посредством переключения второго регулирующего клапана 22 в закрытое состояние, когда разница PD давления меньше порогового значения TH1. Соответственно, возможно эффективно регенерировать энергию расширения водорода в устройстве 24 расширения.

В этом варианте осуществления второй регулирующий клапан 22 переключается в открытое состояние, когда давление P2 между клапаном 30 регулирования давления и устройством 24 расширения меньше нижнего предельного значения LV1, но изобретение не ограничивается этим примером. Когда разница PD давления равна или больше порогового значения TH2, большего, чем пороговое значение TH1, подача водорода к устройству 24 расширения может быть начата посредством переключения второго регулирующего клапана 22 в открытое состояние.

В этом варианте осуществления подача водорода к устройству 24 расширения прекращается, когда второй регулирующий клапан 22 приводится в закрытое состояние, но изобретение не ограничивается этим случаем. Например, когда второй регулирующий клапан 22 приводится в закрытое состояние, объем водорода, подаваемого к устройству 24 расширения, может становиться меньше объема, когда второй регулирующий клапан 22 приводится в открытое состояние.

Второй вариант осуществления

Второй вариант осуществления будет описан ниже. Те же элементы, что и в первом варианте осуществления, будут найдены по тем же ссылочным знакам, и их описание не будет повторяться.

Конфигурация системы 210 на основе топливных элементов согласно этому варианту осуществления будет описана ниже со ссылкой на фиг. 5. Как иллюстрировано на фиг. 5, система 210 на основе топливных элементов дополнительно включает в себя второй датчик 21 давления. Второй датчик 21 давления предусматривается между вспомогательным баком 28 и клапаном 30 регулирования давления в пути 16 подачи и измеряет давление между вспомогательным баком 28 и клапаном 30 регулирования давления. Устройство 50 управления функционально включает в себя блок 252 оценки и блок 254 управления.

Блок 252 оценки оценивает разницу PD давления между давлением P1 выше по потоку от устройства 24 расширения и давлением P2 ниже по потоку от него. В этом варианте осуществления блок 252 оценки использует давление, измеренное первым датчиком давления 20, в качестве давления P1. Блок 252 оценки использует давление, измеренное вторым датчиком 21 давления, в качестве давления P2. Блок 252 оценки оценивает значение, полученное вычитанием давления P2 из давления P1, как разницу PD давления. Блок 254 управления начинает подачу водорода к устройству 24 расширения посредством выполнения управления переключением второго регулирующего клапана 22 в открытое состояние, когда давление P2, измеренное посредством второго датчика 21 давления, меньше нижнего предельного значения LV1.

Когда разница PD давления меньше порогового значения TH1, в то время как команда повышенной нагрузки вводится от ECU (не иллюстрирован), отличного от ECU 60, блок 254 управления выполняет управление переключением второго регулирующего клапана 22 в закрытое состояние аналогично блоку 54 управления в первом варианте осуществления. С другой стороны, когда команда повышенной нагрузки не вводится, и давление, измеренное посредством второго датчика 21 давления, равно или больше верхнего предельного значения UV1, блок 254 управления выполняет управление переключением второго регулирующего клапана 22 в закрытое состояние. Пример верхнего предельного значения UV1 в этом случае является заданным значением в диапазоне, который больше нижнего предельного значения LV1 и меньше давления P1, измеренного посредством первого датчика 20 давления. Команда повышенной нагрузки вводится в ECU 60, например, когда нагрузка равна или больше заданной нагрузки, такой как, когда состояние, в котором величина срабатывания акселератора транспортного средства равна или больше заданного значения, сохраняется в течение заданного периода или более.

Конфигурация аппаратных средств устройства 50 управления будет описана ниже со ссылкой на фиг. 6. Как иллюстрировано на фиг. 6, второй датчик 21 давления дополнительно соединяется с ECU 60.

Работа системы 210 на основе топливных элементов согласно этому варианту осуществления будет описана ниже со ссылкой на фиг. 7 и 8. Фиг. 7 представляет собой блок-схему последовательности операций, иллюстрирующую пример последовательности операций процедуры управления, которая выполняется посредством ECU 60 устройства 50 управления согласно этому варианту осуществления. В этом варианте осуществления процедура управления выполняется посредством инструктирования ECU 60 выполнять программу, сохраненную заранее в ROM. Процедура управления, иллюстрированная на фиг. 7, выполняется, например, когда возбуждение батареи 12 топливных элементов начинается, например, когда переключатель питания, который не иллюстрируется, включается. ECU 60 устройства 50 управления служит в качестве блока 252 оценки и блока 254 управления, иллюстрированного на фиг. 5, посредством исполнения программы, сохраненной заранее в ROM. Этапы на фиг. 7, на которых те же процессы, что и на фиг. 3, выполняются, будут упомянуты посредством тех же номеров этапов, и их описание не будет повторяться.

Фиг. 8 представляет собой график, иллюстрирующий пример изменений во временной последовательности для давления P1, измеряемого посредством первого датчика 20 давления, и давления P2, измеряемого посредством второго датчика 21 давления. Сплошная линия L3 на фиг. 8 обозначает давление P1, измеряемое посредством первого датчика 20 давления, а сплошная линия L4 обозначает давление P2, измеряемое посредством второго датчика 21 давления. В примере, иллюстрированном на фиг. 8, периоды T1 и T4 являются периодами, в которых команда повышенной нагрузки не вводится, а периоды T2 и T3 являются периодами, в которых команда повышенной нагрузки вводится.

На этапе S214 на фиг. 7 блок 252 оценки получает давления, измеренные посредством первого датчика 20 давления и второго датчика 21 давления. Затем, блок 252 оценки оценивает значение, которое получается вычитанием давления P2, измеренного посредством второго датчика 21 давления, из давления P1, измеренного посредством первого датчика 20 давления, в качестве разницы PD давления.

На этапе S216 блок 254 управления определяет, действительно ли давление P2, которое получается на этапе S214 и измеряется посредством второго датчика 21 давления, меньше нижнего предельного значения LV1. Процедура переходит к этапу S18, когда результат этого определения является положительным, и процедура переходит к этапу S230, когда результат этого определения является отрицательным.

На этапе S230 блок 254 управления определяет, была ли введена команда повышенной нагрузки. Процедура переходит к этапу S20, когда результат этого определения является положительным, и процедура переходит к этапу S232, когда результат этого определения является отрицательным. На этапе S232 блок 254 управления определяет, действительно ли давление P2, которое получается на этапе S214 и измеряется посредством второго датчика 21 давления, равно или больше верхнего предельного значения UV1. Процедура переходит к этапу S234, когда результат этого определения является положительным. На этапе S234 блок 254 управления выполняет управление переключением второго регулирующего клапана 22 в закрытое состояние. Когда процесс этапа S234 завершается, процедура переходит к этапу S24. Когда результат определения этапа S232 является отрицательным, процесс этапа S234 не выполняется, и процедура переходит к этапу S24.

Посредством вышеупомянутой процедуры управления, например, как иллюстрировано на фиг. 8, давления изменяются в периодах T1, T2 и T3 тем же способом, что и в первом варианте осуществления. С другой стороны, в периоде T4, в котором команда повышенной нагрузки не вводится, включение и выключение второго регулирующего клапана 22 повторяются так, что давление P2, измеряемое посредством второго датчика 21 давления, находится в диапазоне, который равен или больше нижнего предельного значения LV1 и меньше верхнего предельного значения UV1.

Как описано выше, согласно этому варианту осуществления, возможно регенерировать энергию расширения водорода в устройстве 24 расширения в периоде, в котором команда повышенной нагрузки не вводится, и удерживать разницу PD давления в момент времени, в который команда повышенной нагрузки вводится, относительно высокой. Соответственно, возможно эффективно регенерировать энергию расширения водорода в устройстве 24 расширения.

Третий вариант осуществления

Третий вариант осуществления будет описан ниже. Те же элементы, что и во втором варианте осуществления, будут найдены по тем же ссылочным знакам, и их описание не будет повторяться.

Конфигурация системы 310 на основе топливных элементов согласно этому варианту осуществления будет описана ниже со ссылкой на фиг. 9 и 10. Как иллюстрировано на фиг. 9, система 310 на основе топливных элементов включает в себя второй регулирующий клапан 22A вместо второго регулирующего клапана 22 во втором варианте осуществления. Система 310 на основе топливных элементов включает в себя обратный клапан 46.

В системе 310 на основе топливных элементов согласно этому варианту осуществления обходной канал, который обходит устройство 24 расширения со стороны выше по потоку в сторону ниже по потоку, предусматривается в пути 16 подачи. В последующем описании, для того, чтобы избегать запутанности, путь между участком, соединенным с одним концом на стороне выше по потоку обходного пути, и участком, соединенным с другим концом на его стороне ниже по потоку в пути 16 подачи, называется первым путем 16A подачи, а обходной путь называется вторым путем 16B подачи. На первом пути 16A подачи устройство 24 расширения, теплообменник 26, вспомогательный бак 28, второй датчик 21 давления и обратный клапан 46 размещаются в таком порядке со стороны выше по потоку в сторону ниже по потоку. В этом варианте осуществления первый путь 16A подачи и второй путь 16B подачи соединяются друг с другом выше по потоку от клапана 30 регулирования давления. Обратный клапан 46 предусматривается, чтобы предотвращать обратный поток водорода во вспомогательный бак 28.

В системе 310 на основе топливных элементов второй регулирующий клапан 22A, который является трехходовым клапаном, предусматривается во участке, соединенном с одним концом на стороне выше по потоку второго пути 16B подачи в пути 16 подачи. Второй регулирующий клапан 22A в этом варианте осуществления является клапаном, который переключается в одно из открытого состояния, первого закрытого состояния и второго закрытого состояния, как иллюстрировано на фиг. 10. Открытое состояние является состоянием, в котором подача водорода по второму пути 16B подачи прерывается, и водород подается по первому пути 16A подачи (т.е., к устройству 24 расширения). Первое закрытое состояние является состоянием, в котором водород подается по второму пути 16B подачи, а подача водорода по первому пути 16A подачи прерывается. Второе закрытое состояние является состоянием, в котором подача водорода как по первому пути 16A подачи, так и по второму пути 16B подачи прерывается.

Устройство 50 управления функционально включает в себя блок 252 оценки и блок 354 управления. Когда давление P1, измеряемое посредством первого датчика 20 давления, меньше заданного порогового значения TH3, блок 354 управления выполняет управление переключением второго регулирующего клапана 22A в первое закрытое состояние. Когда давление P1, измеряемое посредством первого датчика 20 давления, равно или больше порогового значения TH3, блок 354 управления выполняет то же управление, которое выполняется посредством блока 254 управления во втором варианте осуществления.

Поскольку второй регулирующий клапан 22 во втором варианте осуществления должен быть всего лишь заменен вторым регулирующим клапаном 22A, конфигурация аппаратных средств устройства 50 управления не будет повторно описываться.

Работа системы 310 на основе топливных элементов согласно этому варианту осуществления будет описана ниже со ссылкой на фиг. 11. Фиг. 11 представляет собой блок-схему последовательности операций, иллюстрирующую пример последовательности операций процедуры управления, которая выполняется посредством ECU 60 устройства 50 управления согласно этому варианту осуществления. В этом варианте осуществления процедура управления выполняется посредством инструктирования ECU 60 выполнять программу, сохраненную заранее в ROM. Процедура управления, иллюстрированная на фиг. 11, выполняется, например, когда возбуждение батареи 12 топливных элементов начинается, например, когда переключатель питания, который не иллюстрируется, включается. ECU 60 устройства 50 управления служит в качестве блока 252 оценки и блока 354 управления, иллюстрированного на фиг. 9, посредством исполнения программы, сохраненной заранее в ROM. Этапы на фиг. 11, на которых те же процессы, что и на фиг. 7, выполняются, будут упомянуты посредством тех же номеров этапов, и их описание не будет повторяться.

На этапе S300 на фиг. 11 блок 354 управления определяет, действительно ли давление P1, которое получено на этапе S214 и измерено посредством первого датчика 20 давления, меньше порогового значения TH3. Процедура переходит к этапу S216, когда результат этого определения является отрицательным, и процедура переходит к этапу S302, когда результат этого определения является положительным.

На этапе S302 блок 354 управления выполняет управление переключением второго регулирующего клапана 22A в первое закрытое состояние. Когда второй регулирующий клапан 22A уже находится в первом закрытом состоянии, первое закрытое состояние сохраняется. Когда процесс этапа S302 завершается, процедура переходит к этапу S24.

С другой стороны, на этапе S318, блок 254 управления выполняет управление переключением второго регулирующего клапана 22A в открытое состояние. Когда второй регулирующий клапан 22A уже находится в открытом состоянии, открытое состояние сохраняется. На этапах S322 и S334 блок 254 управления выполняет управление переключением второго регулирующего клапана 22A во второе закрытое состояние. Когда второй регулирующий клапан 22A приводится во второе закрытое состояние, второе закрытое состояние сохраняется.

Как описано выше, согласно этому варианту осуществления, те же преимущества, что и во втором варианте осуществления, могут быть достигнуты, и возможно стабилизировать работу системы 310 на основе топливных элементов, подавая водород к батарее 12 топливных элементов с помощью пути подачи, невключающего в себя устройство 24 расширения, даже когда внутреннее давление водородного бака 14 является относительно низким.

Четвертый вариант осуществления

Четвертый вариант осуществления будет описан ниже. Те же элементы, что и в третьем варианте осуществления, будут найдены по тем же ссылочным знакам, и их описание не будет повторяться.

Конфигурация системы 410 на основе топливных элементов согласно этому варианту осуществления будет описана ниже со ссылкой на фиг. 12. Как иллюстрировано на фиг. 12, система 410 на основе топливных элементов дополнительно включает в себя датчик 48 температуры, который измеряет температуру охлаждающей жидкости, протекающей в канале 44 циркуляции охлаждающей жидкости. Устройство 50 управления функционально включает в себя блок 252 оценки и блок 454 управления.

Когда температура, измеренная посредством датчика 48 температуры, равна или ниже заданного порогового значения температуры, блок 454 управления выполняет управление переключением второго регулирующего клапана 22A в первое закрытое состояние. Когда температура, измеренная посредством датчика 48 температуры, выше порогового значения температуры, блок 454 управления выполняет то же управление, которое выполняется посредством блока 354 управления в третьем варианте осуществления.

Конфигурация аппаратных средств устройства 50 управления будет описана ниже со ссылкой на фиг. 13. Как иллюстрировано на фиг. 13, датчик 48 температуры дополнительно соединяется с ECU 60.

Работа системы 410 на основе топливных элементов согласно этому варианту осуществления будет описана ниже со ссылкой на фиг. 14. Фиг. 14 представляет собой блок-схему последовательности операций, иллюстрирующую пример последовательности операций процедуры управления, которая выполняется посредством ECU 60 устройства 50 управления согласно этому варианту осуществления. В этом варианте осуществления процедура управления выполняется посредством инструктирования ECU 60 выполнять программу, сохраненную заранее в ROM. Процедура управления, иллюстрированная на фиг. 14, выполняется, например, когда возбуждение батареи 12 топливных элементов начинается, например, когда переключатель питания, который не иллюстрируется, включается. ECU 60 устройства 50 управления служит в качестве блока 252 оценки и блока 454 управления, иллюстрированного на фиг. 12, посредством исполнения программы, сохраненной заранее в ROM. Этапы на фиг. 14, на которых те же процессы, что и на фиг. 11, выполняются, будут упомянуты посредством тех же номеров этапов, и их описание не будет повторяться.

На этапе S400 на фиг. 14 блок 454 управления получает температуру, измеренную посредством датчика 48 температуры. На этапе S402 блок 454 управления определяет, действительно ли температура, полученная на этапе S400, равна или ниже порогового значения температуры. Процедура переходит к этапу S302, когда результат этого определения является положительным, и процедура переходит к этапу S214, когда результат этого определения является отрицательным.

Как описано выше, согласно этому варианту осуществления, те же преимущества, что и в третьем варианте осуществления, могут быть достигнуты. Согласно этому варианту осуществления, когда температура охлаждающей жидкости для охлаждения батареи 12 топливных элементов равна или ниже порогового значения температуры, подача водорода по первому пути 16A подачи прерывается посредством переключения второго регулирующего клапана 22A в первое закрытое состояние, и водород подается по второму пути 16B подачи. Соответственно, в этом случае, поскольку теплообмен не выполняется посредством теплообменника 26, охлаждающая жидкость не охлаждается, и, таким образом, возможно сдерживать переохлаждение батареи 12 топливных элементов.

Пятый вариант осуществления

Пятый вариант осуществления будет описан ниже. Те же элементы, что и в четвертом варианте осуществления, будут найдены по тем же ссылочным знакам, и их описание не будет повторяться.

Конфигурация системы 510 на основе топливных элементов согласно этому варианту осуществления будет описана ниже со ссылкой на фиг. 15. Как иллюстрировано на фиг. 15, система 510 на основе топливных элементов включает в себя клапан 30 регулирования давления, предусмотренный на втором пути 16B подачи. Второй клапан 31A регулирования давления, который имеет тот же тип, что и клапан 30 регулирования давления, предусматривается ниже по потоку от второго датчика 21 давления на первом пути 16A подачи. Третий клапан 31B регулирования давления, который снижает давление водорода, протекающего в нем, предусматривается выше по потоку от устройства 24 расширения на первом пути 16A подачи. Первый путь 16A подачи и второй путь 16B подачи соединяются друг с другом выше по потоку от инжектора 32.

Устройство 50 управления функционально включает в себя блок 552 оценки и блок 454 управления. Блок 552 оценки оценивает разницу PD давления между давлением P1 выше по потоку от устройства 24 расширения и давлением P2 ниже по потоку от него. В этом варианте осуществления блок 552 оценки использует давление, сниженное посредством третьего клапана 31B регулирования давления, в качестве давления P1. Давление P1 определяется заранее, например, на основе спецификаций конструкции третьего клапана 31B регулирования давления. Блок 552 оценки использует давление, измеренное вторым датчиком 21 давления, в качестве давления P2. Блок 552 оценки оценивает значение, которое получается вычитанием давления P2 из давления P1, как разницу PD давления.

Конфигурация аппаратных средств устройства 50 управления согласно этому варианту осуществления является такой же, что и в четвертом варианте осуществления, и, таким образом, ее описание не будет повторяться.

Работа системы 510 на основе топливных элементов согласно этому варианту осуществления отличается от работы согласно четвертому варианту осуществления в том, что давление, уменьшенное посредством третьего клапана 31B регулирования давления, используется в качестве давления P1 выше по потоку от устройства 24 расширения вместо давления, измеряемого посредством первого датчика 20 давления, и, таким образом, ее описание не будет повторяться.

Как описано выше, согласно этому варианту осуществления, верхнее предельное значение давления P1 выше по потоку от устройства 24 расширения устанавливается в значение, более низкое, чем значение в четвертом варианте осуществления, посредством третьего клапана 31B регулирования давления. Соответственно, возможно стабилизировать выход устройства 24 расширения и уменьшать изменение в давлении к устройству 24 расширения, когда второй регулирующий клапан 22A открывается и закрывается.

Например, как иллюстрировано на фиг. 16, обратный клапан 46 может быть предусмотрен на первом пути 16A подачи, и первый путь 16A подачи и второй путь 16B подачи могут соединяться друг с другом выше по потоку от клапана 30 регулирования давления, аналогично четвертому варианту осуществления. Например, как иллюстрировано на фиг. 17, второй регулирующий клапан 22B, который имеет тот же тип двухходового клапана, что и второй регулирующий клапан 22, может быть предусмотрен на первом пути 16A подачи, и второй регулирующий клапан 22C может быть предусмотрен на втором пути 16B подачи вместо второго регулирующего клапана 22A. В этом случае, состояние, в котором второй регулирующий клапан 22B приводится в открытое состояние, и второй регулирующий клапан 22C приводится в закрытое состояние, соответствует открытому состоянию второго регулирующего клапана 22A. Состояние, в котором второй регулирующий клапан 22B приводится в закрытое состояние, и второй регулирующий клапан 22C приводится в открытое состояние, соответствует первому закрытому состоянию второго регулирующего клапана 22A. Состояние, в котором оба вторых регулирующих клапанов 22B и 22C находятся в закрытом состоянии, соответствует второму закрытому состоянию второго регулирующего клапана 22A. В примере, иллюстрированном на фиг. 17, положение второго регулирующего клапана 22B и положение третьего регулирующего клапана 31B могут быть перевернуты.

Шестой вариант осуществления

Шестой вариант осуществления будет описан ниже. Те же элементы, что и в пятом варианте осуществления, будут найдены по тем же ссылочным знакам, и их описание не будет повторяться.

Конфигурация системы 610 на основе топливных элементов согласно этому варианту осуществления будет описана ниже со ссылкой на фиг. 18. Как иллюстрировано на фиг. 18, в системе 610 на основе топливных элементов согласно этому варианту осуществления первый путь 16A подачи и второй путь 16B подачи соединяются друг с другом ниже по потоку от инжектора 32. Т.е., в этом варианте осуществления, нижнее предельное значение давления ниже по потоку от устройства 24 расширения задается в значение, меньшее, чем значение в пятом варианте осуществления.

Конфигурация аппаратных средств устройства 50 управления согласно этому варианту осуществления является такой же, что и в пятом варианте осуществления, и, таким образом, ее описание не будет повторяться.

Работа системы 610 на основе топливных элементов согласно этому варианту осуществления является такой же, что и системы на основе топливных элементов согласно пятому варианту осуществления, за исключением того, что нижнее предельное значение LV1 устанавливается в значение, меньшее, чем значение в пятом варианте осуществления, и, таким образом, ее описание не будет повторяться.

Как описано выше, согласно этому варианту осуществления, поскольку нижнее предельное значение давления ниже по потоку от устройства 24 расширения меньше нижнего предельного значения в пятом варианте осуществления, возможно выбирать соответствующую степень расширения.

Седьмой вариант осуществления

Седьмой вариант осуществления будет описан ниже. Те же элементы, что и в шестом варианте осуществления, будут найдены по тем же ссылочным знакам, и их описание не будет повторяться.

Конфигурация системы 710 на основе топливных элементов согласно этому варианту осуществления будет описана ниже со ссылкой на фиг. 19. Как иллюстрировано на фиг. 19, в системе 710 на основе топливных элементов согласно этому варианту осуществления третий клапан 31B регулирования давления предусматривается выше по потоку от второго регулирующего клапана 22A в пути 16 подачи. Т.е., в этом варианте осуществления, верхнее предельное значение давления потока во втором регулирующем клапане 22A задается в значение, меньшее, чем значение в шестом варианте осуществления. Инжектор 32 предусматривается на втором пути 16B подачи.

Конфигурация аппаратных средств устройства 50 управления согласно этому варианту осуществления является такой же, что и в шестом варианте осуществления, и, таким образом, ее описание не будет повторяться.

Работа системы 710 на основе топливных элементов согласно этому варианту осуществления является такой же, что и в шестом варианте осуществления, и, таким образом, ее описание не будет повторяться.

Как описано выше, согласно этому варианту осуществления, поскольку водород высокого давления не используется, возможно реализовать способность высокой герметичности устройства 24 расширения и, таким образом, уменьшать размер системы 710 на основе топливных элементов.

Восьмой вариант осуществления

Восьмой вариант осуществления будет описан ниже. Те же элементы, что и в пятом варианте осуществления, будут найдены по тем же ссылочным знакам, и их описание не будет повторяться.

Конфигурация системы 810 на основе топливных элементов согласно этому варианту осуществления будет описана ниже со ссылкой на фиг. 20. Как иллюстрировано на фиг. 20, устройство 50 управления системы 810 на основе топливных элементов согласно этому варианту осуществления функционально включает в себя блок 852 оценки и блок 854 управления.

Конфигурация аппаратных средств устройства 50 управления согласно этому варианту осуществления является такой же, что и в четвертом варианте осуществления, и, таким образом, ее описание не будет повторяться.

Работа системы 810 на основе топливных элементов согласно этому варианту осуществления будет описана ниже со ссылкой на фиг. 22. Фиг. 22 представляет собой блок-схему последовательности операций, иллюстрирующую пример последовательности операций процедуры управления, которая выполняется посредством ECU 60 устройства 50 управления согласно этому варианту осуществления. В этом варианте осуществления процедура управления выполняется посредством инструктирования ECU 60 выполнять программу, сохраненную заранее в ROM. Процедура управления, иллюстрированная на фиг. 22, выполняется, например, когда возбуждение батареи 12 топливных элементов начинается, например, когда переключатель питания, который не иллюстрируется, включается. ECU 60 устройства 50 управления служит в качестве блока 852 оценки и блока 854 управления, иллюстрированного на фиг. 20, посредством исполнения программы, которая сохраняется заранее в ROM. Этапы на фиг. 22, на которых те же процессы, что и на фиг. 14, выполняются, будут упомянуты посредством тех же номеров этапов, и их описание не будет повторяться.

Для того, чтобы избегать запутанности, в последующем описании, давление, измеряемое посредством первого датчика 20 давления, определяется как Pa, давление, уменьшаемое посредством третьего клапана 31B регулирования давления, определяется как Pc, а давление, измеряемое посредством второго датчика 21 давления, определяется как Pd. Для того, чтобы избегать запутанности, в последующем описании, давление, уменьшаемое посредством клапана 30 регулирования давления, определяется как Pe, а температура, измеряемая посредством датчика 48 температуры, определяется как Te.

Для того, чтобы избегать запутанности, в последующем описании, как иллюстрировано на фиг. 21, состояние, в котором первая ветвь Vb второго регулирующего клапана 22А, соединенного со вторым путем 16B подачи, приводится в закрытое состояние, а вторая ветвь Vc, соединенная с первым путем 16A подачи, приводится в открытое состояние, соответствует открытому состоянию на фиг. 10. Как иллюстрировано на фиг. 21, состояние, в котором первая ветвь Vb второго регулирующего клапана 22А приводится в открытое состояние, а вторая ветвь Vc приводится в закрытое состояние, соответствует первому закрытому состоянию на фиг. 10. Как иллюстрировано на фиг. 21, состояние, в котором и первая ветвь Vb, и вторая ветвь Vc второго регулирующего клапана 22А находятся в закрытом состоянии, соответствует второму закрытому состоянию на фиг. 10.

На этапе S800 на фиг. 22 блок 852 оценки получает давление Pa, измеренное посредством первого датчика 20 давления, и давление Pd, измеренное посредством второго датчика 21 давления. На этапе S802 блок 854 управления определяет, действительно ли Pa равно или больше (Pe+δ). Когда результат этого определения является отрицательным, процедура переходит к этапу S804. На этапе S804 блок 854 управления выполняет управление переключением первой ветви Vb в открытое состояние и выполняет управление переключением второй ветви Vc в закрытое состояние. Когда процесс этапа S804 завершается, процедура переходит к этапу S24.

С другой стороны, когда результат определения на этапе S802 является положительным, процедура переходит к этапу S806. На этапе S806 блок 854 управления определяет, введена ли команда повышенной нагрузки. Когда результат этого определения является отрицательным, процедура переходит к этапу S808. На этапе S808 блок 854 управления определяет, действительно ли Te выше 90°C. Когда результат этого определения является положительным, процедура переходит к этапу S810.

На этапе S810 блок 854 управления определяет, действительно ли Pd выше Pe. Процедура переходит к этапу S814, когда результат этого определения является положительным, и процедура переходит к этапу S812, когда результат определения является отрицательным. На этапе S812 блок 854 управления выполняет управление переключением первой ветви Vb в открытое состояние. Когда процесс этапа S812 завершается, процедура переходит к этапу S24.

На этапе S814 блок 854 управления выполняет управление переключением первой ветви Vb в закрытое состояние. На этапе S816 блок 854 управления определяет, действительно ли Pd равно или ниже (Pc-α). Процедура переходит к этапу S822, когда результат этого определения является отрицательным, и процедура переходит к этапу S818, когда результат определения является положительным.

На этапе S818 блок 854 управления определяет, приведена ли вторая ветвь Vc в закрытое состояние, и действительно ли Pd выше (Pe+γ). Процедура переходит к этапу S822, когда результат этого определения является отрицательным, и процедура переходит к этапу S820, когда результат этого определения является положительным. На этапе S820 блок 854 управления выполняет управление переключением второй ветви Vc в открытое состояние. Когда процесс этапа S820 завершается, процедура переходит к этапу S24. На этапе S822 блок 854 управления выполняет управление переключением второй ветви Vc в закрытое состояние. Когда процесс этапа S822 завершается, процедура переходит к этапу S24.

С другой стороны, когда результат определения на этапе S808 является отрицательным, процедура переходит к этапу S824. На этапе S824 блок 854 управления определяет, действительно ли Te выше 30°C и равно или ниже 90°C. Процедура переходит к этапу S828, когда результат этого определения является положительным, и процедура переходит к этапу S826, когда результат этого определения является отрицательным. На этапе S826 блок 854 управления выполняет управление переключением первой ветви Vb в открытое состояние и управление переключением второй ветви Vc в закрытое состояние. Когда процесс этапа S826 завершается, процедура переходит к этапу S24.

На этапе S828 блок 854 управления определяет, действительно ли Pd выше Pe. Процедура переходит к этапу S832, когда результат этого определения является положительным, и процедура переходит к этапу S830, когда результат определения является отрицательным. На этапе S830 блок 854 управления выполняет управление переключением первой ветви Vb в открытое состояние. Когда процесс этапа S830 завершается, процедура переходит к этапу S24.

На этапе S832 блок 854 управления выполняет управление переключением первой ветви Vb в закрытое состояние. На этапе S834 блок 854 управления определяет, приведена ли вторая ветвь Vc в закрытое состояние, и действительно ли Pd равно или ниже (Pe+β). Процедура переходит к этапу S842, когда результат этого определения является отрицательным, и процедура переходит к этапу S836, когда результат определения является положительным.

На этапе S836 блок 854 управления определяет, действительно ли Pd равно или ниже (Pe+γ). Процедура переходит к этапу S840, когда результат определения является отрицательным, и процедура переходит к этапу S838, когда результат определения является положительным. На этапе S838 блок 854 управления выполняет управление переключением второй ветви Vc в открытое состояние. Когда процесс этапа S838 завершается, процедура переходит к этапу S24. На этапе S840 блок 854 управления выполняет управление переключением второй ветви Vc в закрытое состояние. Когда процесс этапа S840 завершается, процедура переходит к этапу S24.

На этапе S842 блок 854 управления определяет, действительно ли Pd равно или ниже (Pe+β). Процедура переходит к этапу S846, когда результат этого определения является отрицательным, и процедура переходит к этапу S844, когда результат определения является положительным. На этапе S844 блок 854 управления выполняет управление переключением второй ветви Vc в открытое состояние. Когда процесс этапа S844 завершается, процедура переходит к этапу S24. На этапе S846 блок 854 управления выполняет управление переключением второй ветви Vc в закрытое состояние. Когда процесс этапа S846 завершается, процедура переходит к этапу S24.

С другой стороны, когда результат определения этапа S806 является положительным, процедура переходит к этапу S848. На этапе S848 блок 854 управления определяет, действительно ли Te равно или ниже 30°C. Процедура переходит к этапу S810, когда результат этого определения является отрицательным, и процедура переходит к этапу S850, когда результат определения является положительным. На этапе S850 блок 854 управления выполняет управление переключением первой ветви Vb в открытое состояние и управление переключением второй ветви Vc в закрытое состояние. Когда процесс этапа S850 завершается, процедура переходит к этапу S24.

В этом варианте осуществления Pe' (=Pe+ε), полученное сложением ε, соответствующего сопротивлению второго клапана 31A регулирования давления, с Pe, может быть использовано в качестве давления в позиции Pd вместо Pe, которое используется для определения нижнего предельного значения давления.

Как описано выше, согласно этому варианту осуществления, те же преимущества, что и достигнутые в пятом варианте осуществления, могут быть достигнуты.

В вышеупомянутых вариантах осуществления открытые/закрытые состояния регулирующих клапанов переключаются посредством сравнения разницы PD давления между давлением P1 выше по потоку от устройства 24 расширения и давлением P2 ниже по потоку от него с пороговым значением, но изобретение не ограничивается этим. Например, открытые/закрытые состояния регулирующих клапанов могут быть переключены посредством сравнения отношения давлений PR (=P2/P1) для давления P2 ниже по потоку от устройства 24 расширения по отношению к давлению P1 выше по потоку от него с пороговым значением. В этом случае, например, в первом варианте осуществления, когда отношение PR давлений равно или выше заданного порогового значения TH4, второй регулирующий клапан 22 переключается в закрытое состояние. Например, когда отношение PR давлений ниже порогового значения TH5, меньшего, чем пороговое значение TH4, второй регулирующий клапан 22 переключается в открытое состояние. Пороговые значения TH4 и TH5 в этом случае могут быть соответственно определены в зависимости от спецификаций конструкции устройства 24 расширения.

Процедура, которая выполняется посредством ECU 60 в вышеупомянутых вариантах осуществления, является процедурой системы программного обеспечения, которая выполняется посредством исполнения программы, но может быть процедурой, которая выполняется посредством аппаратных средств. Процедура, которая выполняется посредством ECU 60, может быть процедурой, которая выполняется в сочетании программного обеспечения и аппаратных средств. Программы, сохраненные в ROM, могут быть записаны на различных носителях хранения и затем распространены.

Изобретение не ограничивается вышеупомянутыми вариантами осуществления и может быть модифицировано в различных формах без отступления от сути изобретения в дополнение к вариантам осуществления.

Изобретение относится к системе на основе топливных элементов и устройству управления. Система на основе топливных элементов включает в себя блок регулирования давления, который располагается в пути подачи для подачи водорода и снижает давление водорода, подаваемого к батарее топливных элементов, устройство расширения, которое располагается выше по потоку от клапана регулирования давления в пути подачи и снижает давление и расширяет водород, подаваемый из водородного бака, и второй регулирующий клапан, который располагается выше по потоку от устройства расширения в пути подачи и приспособлен переключаться в одно из открытого состояния, в котором водород подается к устройству расширения, и закрытого состояния, в котором подача водорода к устройству расширения прерывается или объем водорода, подаваемого к устройству расширения, меньше объема в открытом состоянии. Система также содержит устройство управления, включающее в себя блок управления, который управляет вторым регулирующим клапаном. Технический результат – обеспечение возможности эффективного восстановления энергии расширения водорода в устройстве расширения. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 22 ил.

1. Система на основе топливных элементов, содержащая:

первый блок снижения давления, который расположен в пути подачи для подачи водорода из водородного бака к батарее топливных элементов и снижает давление водорода, подаваемого к батарее топливных элементов;

устройство расширения, которое располагается выше по потоку от первого блока снижения давления в пути подачи и снижает давление и расширяет водород, подаваемый из водородного бака;

блок регулирования расхода, который расположен выше по потоку от устройства расширения в пути подачи и выполнен с возможностью переключения в одно из открытого состояния, в котором водород подается к устройству расширения, и закрытого состояния, в котором подача водорода к устройству расширения прерывается или объем водорода, подаваемого к устройству расширения, меньше объема в открытом состоянии; и

блок управления, который выполняет управление переключением блока регулирования расхода в закрытое состояние, когда разница давления между первым давлением выше по потоку от устройства расширения в пути подачи и вторым давлением ниже по потоку от устройства расширения меньше первого порогового значения или когда отношение второго давления к первому давлению равно или превышает второе пороговое значение.

2. Система по п. 1, дополнительно содержащая:

первый датчик давления, который измеряет внутреннее давление водородного бака в качестве первого давления; и

второй датчик давления, который измеряет давление между устройством расширения и первым блоком снижения давления в качестве второго давления.

3. Система по п. 1 или 2, в которой блок управления выполняет управление переключением блока регулирования расхода в открытое состояние, когда разница давления равна или больше третьего порогового значения, которое больше первого порогового значения, или когда отношение давлений меньше четвертого порогового значения, которое меньше второго порогового значения.

4. Система по п. 1 или 2, в которой в пути подачи имеется обходной путь, который обходит устройство расширения со стороны выше по потоку в сторону ниже по потоку,

при этом блок регулирования расхода является трехходовым клапаном, который предусмотрен в участке выше по потоку в пути подачи, соединенном с первым концом обходного пути, причем трехходовой клапан подает водород к устройству расширения и прерывает подачу водорода на обходной путь в открытом состоянии и имеет первое закрытое состояние, в котором подача водорода к устройству расширения прерывается и водород подается на обходной путь, и второе закрытое состояние, в котором подача водорода и к устройству расширения, и на обходной путь прерывается в качестве закрытого состояния.

5. Система по п. 4, дополнительно содержащая теплообменник, который предусмотрен между участком ниже по потоку в пути подачи, соединенном со вторым концом обходного пути, и устройством расширения и выполняет теплообмен между водородом, имеющим пониженное давление и расширенным посредством устройства расширения, и охлаждающей жидкостью для охлаждения батареи топливных элементов.

6. Система по п. 5, дополнительно содержащая датчик температуры, который измеряет температуру охлаждающей жидкости,

причем блок управления выполняет управление переключением блока регулирования расхода в первое закрытое состояние, когда температура, измеренная датчиком температуры, равна или ниже заданного порогового значения температуры.

7. Система по п. 4, в которой первый блок снижения давления предусмотрен между участком ниже по потоку в пути подачи, соединенным со вторым концом обходного пути, и устройством расширения,

при этом система дополнительно содержит:

второй блок снижения давления, который предусмотрен между устройством расширения и блоком регулирования расхода и снижает давление водорода, который подается из водородного бака;

третий блок снижения давления, который предусмотрен на обходном пути и снижает давление водорода, который подается к батарее топливных элементов; и

инжектор, который предусмотрен между участком ниже по потоку и батареей топливных элементов.

8. Система по п. 4, в которой первый блок снижения давления предусмотрен между участком ниже по потоку в пути подачи, соединенным со вторым концом обходного пути, и устройством расширения,

при этом система дополнительно содержит:

второй блок снижения давления, который предусмотрен между блоком регулирования расхода и водородным баком и снижает давление водорода, который подается из водородного бака; и

инжектор, который предусмотрен в обходном пути.

9. Устройство управления, управляющее блоком снижения давления, который расположен в пути подачи для подачи водорода из водородного бака к батарее топливных элементов и снижает давление водорода, подаваемого к батарее топливных элементов, устройство расширения, которое располагается выше по потоку от блока снижения давления в пути подачи и снижает давление и расширяет водород, подаваемый из водородного бака, и блок регулирования расхода, который расположен выше по потоку от устройства расширения в пути подачи и выполнен с возможностью переключения в одно из открытого состояния, в котором водород подается к устройству расширения, и закрытого состояния, в котором подача водорода к устройству расширения прерывается или объем водорода, подаваемого к устройству расширения, меньше объема в открытом состоянии, причем устройство управления содержит:

блок управления, выполняющий управление переключением блока регулирования расхода в закрытое состояние, когда разница давления между первым давлением выше по потоку от устройства расширения в пути подачи и вторым давлением ниже по потоку от устройства расширения меньше первого порогового значения или когда отношение второго давления к первому давлению равно или превышает второе пороговое значение.