燃料电池系统的制作方法_3

文档序号:9930588阅读:来源:国知局
作为结 果,堆叠组件3的温度增加并且堆叠组件3的长度Lc随着温度的增加而增加。在步骤S7之后 的步骤S8中,再次确定堆叠组件3的振动是否处于共振区内。如果在步骤S8中得到否定结果 (否),即,如果堆叠组件3的固有频率处于共振频率外,则控制返回。另一方面,如果在步骤 S8中得到肯定结果(是),则ECU 21进行至步骤S9。在步骤S9中,确定冷却剂温度Tw是否低于 上限值Tw3。可以是鉴于堆叠组件3中包含的水的量来设定上限值Tw3。即,如果冷却剂温度 Tw变得过高并且堆叠组件3的温度变得过高,则堆叠组件3的内部进入干燥状况,较不可能 在堆叠组件中发生用于电力生成的反应。因此,从该角度来设定上限值Tw3。如果在步骤S9 中得到肯定结果(是),即,如果冷却剂温度Tw低于上限值TW3并且存在进一步增加冷却剂温 度Tw的空间,则E⑶21返回至步骤S7并且继续用于增加冷却剂温度Tw的控制。另一方面,如 果在步骤S9中得到否定结果(否),则控制返回。
[0058]如上所述,通过增加或降低堆叠组件3的温度并且通过改变堆叠组件3的固有频 率,堆叠组件3的振动能够离开共振区。因此,堆叠组件3能够避免共振现象。
[0059] 接下来,将参照图5至图7描述本发明的第二实施方式。在第二实施方式中,如在第 一实施方式中一样通过改变堆叠组件3的长度Lc来改变堆叠组件3的固有频率。然而,第二 实施方式与第一实施方式的不同在于堆叠组件3的长度Lc被机械地改变。此外,第二实施方 式与其它实施方式的不同在于设置有用于机械地改变堆叠组件3的长度的机构。更具体地, 如图5所示,在第二实施方式中,设置有能够改变堆叠组件3的紧固负荷F的致动器8a。此处, 将描述致动器8a。燃料电池2包括在堆叠组件3的相反侧的端板7。螺母7a被固定至端板7之 一,并且螺栓8拧入螺母7a中。电连接至E⑶21的致动器8a基于ECU 21的命令来旋转螺栓8。 利用这样旋转的螺栓8,在单元电池30的堆叠方向上施加的紧固负荷F被改变,使得堆叠组 件3的长度Lc被改变。螺栓8上安装有应变计8b,并且能够基于应变计8b的测量值来测量紧 固负荷F。
[0060] 将参照图6所示的流程图描述包括如上所述的机构的第二实施方式。步骤S11和步 骤S12与第一实施方式的步骤S1和步骤S2相同,因此将不详细描述。
[0061] 在当在步骤S12中得到肯定结果(是)时执行的步骤S13中,确定紧固负荷F是否大 于基准值F1。紧固负荷的基准值F1是用于对单元电池30进行堆叠并且将其夹在端板7之间 的标准紧固负荷,并且基准值F1是紧固负荷F的下限值F2与紧固负荷F的上限值F3之间的 值。假设紧固负荷F位于下限值F2与上限值F3之间,则可以增加或减小紧固负荷F。因此,在 该实施方式中,当紧固荷载F大于基准值F1时减小紧固荷载F,并且当紧固荷载F小于基准值 F1时增加紧固负荷F。作为结果,堆叠组件3的振动处于共振区外。可以根据如图7所示的紧 固负荷F与由应变计8b测量的应变值的关系来获得紧固负荷F。如果在步骤S13中得到肯定 结果(是),则ECU 21进行至步骤S14。在步骤S14中,执行紧固负荷减小控制。更具体地,驱动 致动器8a,以放松螺栓8的紧固。以此方式,堆叠组件3的长度Lc被延长或增加。在步骤S14之 后的步骤S15中,再次确定堆叠组件3的振动是否处于共振区内。如果在步骤S15中的得到否 定结果(否),即,如果堆叠组件的固有频率3处于共振区外,则控制返回。另一方面,如果在 步骤S15中得到肯定结果(是),则ECU 21进行至步骤S16。在步骤S16中,确定紧固负荷F是否 大于下限值F2。下限值F2可以被设定成在其处堆叠组件3中的单元电池30不脱落的值。如果 在步骤S16中得到肯定结果(是),即,如果紧固负荷F大于下限值F2并且存在进一步减小紧 固负荷F的空间,则E⑶21返回至步骤S14,并且继续用于减小紧固负荷F的控制。另一方面, 如果在步骤S16中得到否定结果(否),则控制返回。
[0062] 如果在步骤S13中得到否定结果(否),则ECU 21进行至步骤S17。在步骤S17中,执 行紧固负荷增加控制。更具体地,驱动致动器8a以增加螺栓8的紧固。作为结果,堆叠组件3 的长度Lc被减小。在步骤S17之后的步骤S18中,再次确定堆叠组件3的振动是否处于共振区 内。如果在步骤S18中得到否定结果(否),即,如果堆叠组件的固有频率3处于共振区外,则 控制返回。另一方面,在步骤S18中得到肯定结果(是),则E⑶21进行至步骤S19。在步骤S19 中,确定紧固负荷F是否低于上限值F3。可以从堆叠组件3的强度和每个单元电池30的强度 的角度来设定上限值F3。即,上限值F3可以被设定成处于堆叠组件3和任何单元电池30不被 损坏的范围内的值。如果在步骤S19中得到肯定结果(是),即,如果紧固负荷F小于上限值F3 并且存在进一步增加紧固负荷F的空间,则E⑶21返回至步骤S17,并且继续用于增加紧固 负荷F的控制。另一方面,如果在步骤S19中得到否定结果(否),则控制返回。
[0063]如上所述,通过增加或减小堆叠组件3中的单元电池30的堆叠方向上的紧固负荷F 来改变堆叠组件3的固有频率,使得堆叠组件3的振动处于共振区之外。因此,堆叠组件3能 够避免共振现象。
[0064]尽管在第二实施方式中将致动器8a用作改变紧固负荷F的装置,但例如,如图8所 示,可以使用空气致动器16。即,可以操作空气致动器16,以通过使用空气压力来改变端板7 之间的距离或堆叠组件3的长度Lc。在该情况下,通过使用一般的螺栓11来紧固端板7,并且 在端板7之间放置有板15。然后,通过安装在15上的应变计15a来测量板15的应变,并且能够 根据该测量值获得紧固负荷F。然后,根据由此获得的紧固负荷来改变紧固负荷F,使得堆叠 组件3的长度Lc改变。作为结果,能够改变堆叠组件3的固有频率。可以使用液压致动器代替 空气致动器16。致动器8a、空气致动器16或液压致动器可以被视为本发明的致动器。
[0065]在本发明的第三实施方式中,通过改变堆叠组件3的纵向弹性模量E来改变堆叠组 件3的固有频率。如以上参照图3所描述的,加速度在某一频率区域中迅速增加,并且一旦其 超过共振点则迅速减小。因此,在第一实施方式和第二实施方式中,改变堆叠组件的长度, 使得堆叠组件3的振动处于共振区之外。另一方面,在第三实施方式中,改变堆叠组件3的纵 向弹性模量E,使得堆叠组件3的振动处于共振区之外。当堆叠组件3的纵向弹性模量E增大 时,堆叠组件3的固有频率变高,而当堆叠组件3的降纵向弹性模量E减小时,固有频率变低。 因此,通过增大或减小堆叠组件3的纵向弹性模量E,堆叠组件3的固有频率能够离开共振 区。
[0066]将参照图9所示的流程图描述第三实施方式。在第三实施方式中,ECU 21增加或减 小提供到堆叠组件3中的流体(更具体地,氢气)的压力,以改变堆叠组件3的纵向弹性模量E 并且改变固有频率。在图9的流程图中,步骤S21和步骤S22与第一实施方式中的步骤S1和步 骤S2相同,因此将不详细描述。
[0067]在当步骤S22中得到肯定结果(是)时执行的步骤S23中,确定由第二压力计P2测量 的压力Ph是否低于基准值Phi。氢气压力Ph的基准值Phi是在燃料电池2工作时能够取的值 中任意设定的或者选择的值,并且基准值Phi是氢气压力Ph的下限值Phi与氢气压力Ph的上 限值Ph3之间的值。氢气压力Ph可以在下限值Ph2与上限值Ph3之间增加或减小。因此,在第 三实施方式中,当氢气压力Ph高于基准值Phi时减小氢气压力Ph,并且当氢气压力Ph低于基 准值Phi时增加氢气压力Ph。作为结果,堆叠组件3离开共振区。
[0068] 如果在步骤S23中得到肯定结果(是),则ECU 21进行至步骤S24。在步骤S24中,执 行氢气压力增加控制。更具体地,增加压力调节阀V2的开度或者增加循环栗Pu的转速,以增 加提供至阳极通道3b的氢气压力Ph。以此方式,增加阳极通道3b中的压力。作为结果,堆叠 组件3的纵向弹性模量E增大。在步骤S24之后的步骤S25中,再次确定堆叠组件3的振动是否 处于共振区内。如果在步骤S25中得到否定结果(否),即,如果堆叠组件3的固有频率处于共 振区外,则控制返回。另一方面,如果在步骤S25中得到肯定结果(是),则ECU 21进行至步骤 S26。在步骤S26中,确定氢气压力Ph是否小于上限值Ph3。可以鉴于单元电池30中所包含的 电解质膜的耐压性来设定上限值Ph3。即,如果氢气压力Ph变得过高,则电解质膜可能被损 坏,或者可能发生交叉泄漏。因此,从该角度来设定上限值Ph3。如果在步骤S26中得到肯定 结果(是),即,如果氢气压力Ph低于上限值Ph3,并且存在进一步增加氢气压力Ph的空间,则 E⑶21返回至步骤S24并且继续用于增加氢气压力Ph的控制。另一方面,如果在步骤S26中 得到否定结果(否),则控制返回。
[0069] 如果在步骤S23中得到否定结果(否),则ECU 21进行至步骤S27。在步骤S27中,执 行氢气压力减小控制。更具体地,减小压力调节阀V2的开口或者减小循环栗Pu的转速,使得 提供至阳极通道3b的氢气压力PH减小。以此方式,阳极通道3b中的压力减小。作为结果,堆 叠组件3的纵向弹性模量减小。在步骤S27之后的步骤S28中,再次确定堆叠组件3的振动是 否处于共振区内。如果在步骤S28中得到否定结果(否),即,如果堆叠组件3的固有频率处于 共振区之外,则控制返回。另一方面,如果在步骤S28中得到肯定结果(是),则ECU 21进行至 步骤S29。在步骤S29中,确定氢气的压力Ph是否高于下限值Ph2。可以鉴于氢气是否能够到 达每个单元电池30来设定下限值Ph2。即,如果氢气压力Ph变得过低,则氢气可能会无法到 达一个或更多个单元电池30的内部,并且单元电池30可能会劣化。从该角度来设定下限 Ph2。如果在步骤S29中得到肯定结果(是),即,如果氢气的压力Ph高于下限值Ph2并且存在 进一步减小氢气压力Ph的空间,则ECU 21返回至步骤S27并且继续用于减小氢气的压力Ph 的控制。另一方面,如果在步骤S
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