诊断装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及诊断装置。诊断装置(5)的AC分量ΔI加法单元(510)将交流电流叠加在燃料电池(10)的输出电流上。Zn计算单元(520)计算关于多个电池(10a)中的任一个电池的对交流电流的电池阻抗。当电池阻抗的绝对值超过(基准阻抗的绝对值+预定值β)时，诊断单元(530)诊断出任一电池(10a)经受缺氢。当电池阻抗的绝对值小于(基准阻抗的绝对值‑预定值α)时，诊断出任一电池(10a)经受缺氧。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种诊断燃料电池的状态的诊断装置。
技术介绍
已知一种燃料电池系统，该燃料电池系统设有：燃料电池，在该燃料电池中通过使用氧气和氢气的电化学反应产生电能的多个电池被堆叠起来；和输出控制单元，该输出控制单元在燃料电池的输出中产生交流电流和AC电压(例如参考日本专利申请公开第2013-140715号(JP2013-140715A))。这种燃料电池系统设有阻抗计算单元和氢浓度计算单元。阻抗计算单元基于从燃料电池输出的交流电流和AC电压整体上获得燃料电池的内部阻抗的绝对值。氢浓度计算单元基于燃料电池的内部阻抗的绝对值计算燃料电池的氢浓度。此外，在日本专利申请公开第2012-252986号(JP2012-252986A)中公开的燃料电池系统中，基于多个电池中的任一个电池的阻抗以及多个电池中的任一个电池的输出电压的减少量来诊断氧气和氢气的缺乏和非缺乏。具体地，测量任一电池的阻抗，然后当所测量的阻抗的绝对值已经增大时诊断电池缺乏氧气或氢气。此外，根据电池的输出电压的减少量确定该电池是否缺乏氧气或氢气。在JP2013-140715A中公开的燃料电池系统中，虽然整体上可关于燃料电池计算氢浓度，但不能为每个电池诊断该电池是否氢浓度缺乏。为了确定电池是否缺乏氢气或氧气，除了电池的阻抗的绝对值之外，在JP2012-252986A中公开的燃料电池系统还需要任一电池的输出电压的减少量。
技术实现思路
本专利技术提供了一种诊断装置，该诊断装置在不使用电池的输出电压的减少量的情况下诊断任一电池是否缺乏氢气或氧气。本专利技术的第一方面涉及一种诊断燃料电池的状态的诊断装置，在燃料电池中通过使用含氧的氧化剂和含氢的燃料的电化学反应产生电能的多个电池被堆叠起来。该诊断装置包括：信号叠加装置，信号叠加装置用于将交流电流叠加在燃料电池的输出电流上；第一电压检测装置，第一电压检测装置用于检测从各自电池输出的每个电压；第二电压检测装置，第二电压检测装置用于检测从燃料电池输出的电压；电流检测装置，电流检测装置用于获得流过多个电池的电流；第一计算装置，第一计算装置用于基于由电流检测装置检测到的电流和由第一电压检测装置检测到的电压来计算关于多个电池中的任一个电池的对交流电流的第一低频阻抗；第二计算装置，第二计算装置用于基于由电流检测装置检测到的电流和由第一电压检测装置和第二电压检测装置检测到的电压来计算对交流电流的整个燃料电池的第二低频阻抗或者关于在多个电池之中被预先选择为不大可能发生缺氢的一个电池的基准电池的对交流电流的第三低频阻抗，并且基于计算出的第二低频阻抗或第三低频阻抗来计算基准阻抗；以及第一确定装置，第一确定装置用于确定由第一计算装置计算出的第一低频阻抗的绝对值是否超过基准阻抗的绝对值，其中，当第一确定装置确定由第一计算装置计算出的第一低频阻抗的绝对值超过基准阻抗的绝对值时，第一确定装置诊断出任一电池均处于缺氢的状态。根据这个诊断装置，通过将基准阻抗与电池阻抗进行比较并且在不使用电池的输出电压的减少量的情况下，能诊断出任一电池是否处于缺氢的状态。例如，1Hz到200Hz的范围内的频率被用作低频。本专利技术的第二方面涉及一种诊断燃料电池的状态的诊断装置，在燃料电池中通过使用含氧的氧化剂和含氢的燃料的电化学反应产生电能的多个电池被堆叠起来。该诊断装置包括：信号叠加装置，信号叠加装置用于将交流电流叠加在燃料电池的输出电流上；第一电压检测装置，第一电压检测装置用于检测从各自电池输出的每个电压；第二电压检测装置，第二电压检测装置用于检测从燃料电池输出的电压；电流检测装置，电流检测装置用于获得流过多个电池的电流；第一计算装置，第一计算装置用于基于由电流检测装置检测到的电流和由第一电压检测装置检测到的电压来计算关于多个电池中的任一个电池的对交流电流的第一低频阻抗；第二计算装置，第二计算装置用于基于由电流检测装置检测到的电流和由第一电压检测装置和第二电压检测装置检测到的电压来计算对交流电流的整个燃料电池的第二低频阻抗或者关于在多个电池之中被预先选择为不大可能发生缺氧的一个电池的基准电池的对交流电流的第三低频阻抗，并且基于计算出的第二低频阻抗或第三低频阻抗来计算基准阻抗；以及第三确定装置，第三确定装置用于确定由第一计算装置计算出的第一低频阻抗是否小于基准阻抗的绝对值，其中，当第三确定装置确定由第一计算装置计算出的所述第一低频阻抗的绝对值小于基准阻抗的绝对值时，第一确定装置诊断出任一个电池处于缺氧的状态。根据这种诊断装置，通过将基准阻抗与电池阻抗进行比较并且在不使用电池的输出电压的减少量的情况下，能诊断出任一个电池是否处于缺氧的状态。附图说明下文将参考附图描述本专利技术的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中相同的附图标记表示相同的元件，并且在附图中：图1是示出了根据本专利技术的实施例的燃料电池系统的总构造图；图2是根据该实施例的单个电池的示意性截面图；图3是示出了根据该实施例的单个电池的内部结构的示意性截面图；图4是示出了根据该实施例的诊断装置的示意图；图5是用于示出通过根据该实施例的信号叠加单元叠加在燃料电池的输出电流上的交流电流的解释图；图6是根据该实施例的将在缺氢时的电池阻抗与在正常发电时的电池阻抗彼此比较的柱状图；图7是根据该实施例的将在缺空气(缺氧)时的电池阻抗与在正常发电时的电池阻抗彼此比较的柱状图；图8是示出了由根据该实施例的诊断装置执行的燃料电池诊断处理的流程图。具体实施方式在下文中，将参照附图描述应用根据本专利技术的实施例的诊断装置5的燃料电池系统1。根据这个实施例的诊断装置5被应用于作为一种电动车的燃料电池车辆。根据这个实施例的诊断装置5诊断安装在车辆中的燃料电池10的状态。燃料电池10通过使用反应气体的电化学反应来输出电能，所述反应气体诸如包括氢气的燃料气体和包括氧气的氧化剂气体(在这个实例中为空气)。在这个实施例，固体聚合物类型的燃料电池被采用作为燃料电池10。如在作为总构造图的图1中所示，燃料电池10将通过发电产生的DC电力经由DC-DC转换器51a供应至电负载(未示出)，诸如二次电池和主要用于车辆行驶的电动机。根据这个实施例的燃料电池10是堆叠结构，在该堆叠结构中，多个电池10a作为最小单元被堆叠起来。根据这个实施例的燃料电池10被构造为将多个电池10a串联地电连接的串联连接本体。如在作为截面图的图2中所示，由夹压电解质膜101的两侧的一对催化层102a、102b构造成的膜电极组件100、位于膜电极组件100的两侧上的一对扩散层103a、103b以及夹压这些的隔离件110构成多个电池10a。电解质膜101是通过使用水合聚合物材料诸如氟碳基或氢碳基聚合物材料形成的质子导电离子交换膜。一对催化层102a、102b中的每一个均构成电极。构成阳极电极的阳极侧催化层102a和构成阴极电极的阴极侧催化层102b构成这一对催化层102a、102b。如在作为示意图的图3中所示，发挥催化作用的材料(诸如，铂颗粒)102c、承载该材料102c的载体碳102d以及覆盖该载体碳102d的离聚物(电解质聚合物)102e构成催化层102a、102b中的每一个。扩散层103a、103b将反应气体分别扩散至催化层102a、102b。具有透气性和电子导电性的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种诊断燃料电池的状态的诊断装置，在所述燃料电池中通过使用含氧的氧化剂和含氢的燃料的电化学反应产生电能的多个电池被堆叠起来，所述诊断装置的特征在于包括：信号叠加装置，所述信号叠加装置用于将交流电流叠加在所述燃料电池的输出电流上；第一电压检测装置，所述第一电压检测装置用于检测从各自电池输出的每个电压；第二电压检测装置，所述第二电压检测装置用于检测从所述燃料电池输出的电压；电流检测装置，所述电流检测装置用于获得流过所述多个电池的电流；第一计算装置，所述第一计算装置用于基于由所述电流检测装置检测到的电流和由所述第一电压检测装置检测到的电压来计算关于所述多个电池中的任一个电池的对所述交流电流的第一低频阻抗；第二计算装置，所述第二计算装置用于基于由所述电流检测装置检测到的电流和由所述第一电压检测装置和所述第二电压检测装置检测到的电压来计算对所述交流电流的整个燃料电池的第二低频阻抗或者关于在所述多个电池之中被预先选择为不大可能发生缺氢的一个电池的基准电池的对所述交流电流的第三低频阻抗，并且基于计算出的第二低频阻抗或第三低频阻抗来计算基准阻抗；以及第一确定装置，所述第一确定装置用于确定由所述第一计算装置计算出的所述第一低频阻抗的绝对值是否超过所述基准阻抗的绝对值，其中，当所述第一确定装置确定由所述第一计算装置计算出的所述第一低频阻抗的绝对值超过所述基准阻抗的绝对值时，所述第一确定装置诊断出任一个电池处于所述缺氢的状态。...

【技术特征摘要】
2015.08.27 JP 2015-1680571.一种诊断燃料电池的状态的诊断装置，在所述燃料电池中通过使用含氧的氧化剂和含氢的燃料的电化学反应产生电能的多个电池被堆叠起来，所述诊断装置的特征在于包括：信号叠加装置，所述信号叠加装置用于将交流电流叠加在所述燃料电池的输出电流上；第一电压检测装置，所述第一电压检测装置用于检测从各自电池输出的每个电压；第二电压检测装置，所述第二电压检测装置用于检测从所述燃料电池输出的电压；电流检测装置，所述电流检测装置用于获得流过所述多个电池的电流；第一计算装置，所述第一计算装置用于基于由所述电流检测装置检测到的电流和由所述第一电压检测装置检测到的电压来计算关于所述多个电池中的任一个电池的对所述交流电流的第一低频阻抗；第二计算装置，所述第二计算装置用于基于由所述电流检测装置检测到的电流和由所述第一电压检测装置和所述第二电压检测装置检测到的电压来计算对所述交流电流的整个燃料电池的第二低频阻抗或者关于在所述多个电池之中被预先选择为不大可能发生缺氢的一个电池的基准电池的对所述交流电流的第三低频阻抗，并且基于计算出的第二低频阻抗或第三低频阻抗来计算基准阻抗；以及第一确定装置，所述第一确定装置用于确定由所述第一计算装置计算出的所述第一低频阻抗的绝对值是否超过所述基准阻抗的绝对值，其中，当所述第一确定装置确定由所述第一计算装置计算出的所述第一低频阻抗的绝对值超过所述基准阻抗的绝对值时，所述第一确定装置诊断出任一个电池处于所述缺氢的状态。2.根据权利要求1所述的诊断装置，还包括：第一调节装置，所述第一调节装置用于调节待向所述燃料电池供应的燃料的量；以及第一控制装置，所述第一控制装置用于当诊断出任一个电池处于所述缺氢的状态时，控制所述第一调节装置，使得待向所述燃料电池供应的燃料的量增加，以避免任一个电池中的所述缺氢的状态。3.根据权利要求1或2所述的诊断装置，还包括：第二确定装置，所述第二确定装置用于确定由所述第一计算装置计算出的所述第一低频阻抗的绝对值是否小于所述基准阻抗的绝对值，其中，当所述第二确定装置确定由所述第一计算装置计算出的所述第一低频阻抗的绝对值小于所述基准阻抗的绝对值时，所述第一确定装置诊断出任一个电池处于缺氧的状态。4.根据权利要求3所述的诊断装置，还包...

【专利技术属性】
技术研发人员：石川裕司，山本隆士，长谷川茂树，川原周也，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP