燃料電池系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】燃料電池系統(tǒng)（10）包括：電動(dòng)機(jī)（16）；彼此并聯(lián)地連接到電動(dòng)機(jī)（16）的燃料電池（11）和蓄電裝置（13）；在電動(dòng)機(jī)（16）和燃料電池（11）之間的第一電壓轉(zhuǎn)換器（12）；在電動(dòng)機(jī)（16）和蓄電裝置（13）之間的第二電壓轉(zhuǎn)換器（14）；在第一電壓轉(zhuǎn)換器（12）和第二電壓轉(zhuǎn)換器（14）兩者與電動(dòng)機(jī)（16）之間的負(fù)載電路，以及控制單元（20）。當(dāng)滿足條件VFC>VM_min且VFC>VBAT+α?xí)r，控制單元（20）停止第一電壓轉(zhuǎn)換器（12）的升壓操作，而當(dāng)不滿足該條件時(shí)，控制單元（20）禁止停止第一電壓轉(zhuǎn)換器（12）的升壓操作，其中，在該條件中，VFC是燃料電池端子電壓，VBAT是蓄電裝置端子電壓，并且VM_min是被設(shè)定成在確保電動(dòng)機(jī)（16）所需的扭矩的同時(shí)最小化系統(tǒng)損耗的負(fù)載電路輸入端子電壓。
【專利說(shuō)明】燃料電池系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及將從燃料電池輸出的電力供給到電動(dòng)機(jī)的燃料電池系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]已知這種類型的系統(tǒng)，其中，燃料電池和蓄電裝置(諸如二次電池)與電動(dòng)機(jī)并聯(lián)連接，在電動(dòng)機(jī)和燃料電池之間提供升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器(在下文中，稱為“FC升壓轉(zhuǎn)換器”)，并且在電動(dòng)機(jī)和蓄電裝置之間提供升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器(在下文中，稱為“蓄電池升壓轉(zhuǎn)換器”)(例如，見日本專利申請(qǐng)公開N0.2007-318938 (JP2007-318938A))。此外，已知構(gòu)造成取決于環(huán)境而停止FC升壓轉(zhuǎn)換器或蓄電池升壓轉(zhuǎn)換器的升壓操作的系統(tǒng)(例如，見日本專利申請(qǐng)公開N0.2007-209161 (JP2007-209161A)、日本專利申請(qǐng)公開N0.2010-45889(JP2010-45889A)、日本專利申請(qǐng)公開 N0.2010-124689 (JP2010-124689A)等等)。
[0003]在由此構(gòu)成的現(xiàn)有系統(tǒng)中，當(dāng)不經(jīng)意地停止上述轉(zhuǎn)換器的每一個(gè)的升壓操作時(shí)，系統(tǒng)中的電壓控制崩潰。在一些情況下，這可能導(dǎo)致過電流或過電壓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種解決上述不便的燃料電池系統(tǒng)及其控制方法。
[0005]本發(fā)明的第一方面涉及燃料電池系統(tǒng)。該燃料電池系統(tǒng)包括:電動(dòng)機(jī)；燃料電池；蓄電裝置；第一電壓轉(zhuǎn)換器；第二電壓轉(zhuǎn)換器；負(fù)載電路和控制單元。將從燃料電池和蓄電裝置的至少一個(gè)輸出的電力經(jīng)由負(fù)載電路供給到電動(dòng)機(jī)(例如，見作為 申請(qǐng)人:的相關(guān)申請(qǐng)的日本專利申請(qǐng)公開N0.2009-165244)。注意，可以將燃料電池稱為“燃料電池堆”
[0006]燃料電池和蓄電裝置彼此并聯(lián)地與電動(dòng)機(jī)連接。第一電壓轉(zhuǎn)換器是被提供在電動(dòng)機(jī)和燃料電池之間的電壓轉(zhuǎn)換器(升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器)，并且將輸入到第一電壓轉(zhuǎn)換器的燃料電池的端子電壓升壓并輸出。類似地，第二電壓轉(zhuǎn)換器是被提供在電動(dòng)機(jī)和蓄電裝置之間的電壓轉(zhuǎn)換器(升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器)，并且將輸入到第二電壓轉(zhuǎn)換器的蓄電裝置的端子電壓升壓并輸出。負(fù)載電路被提供在第一電壓轉(zhuǎn)換器和第二電壓轉(zhuǎn)換器兩者與電動(dòng)機(jī)之間。提供控制單元以便控制在燃料電池系統(tǒng)中的各種單元的操作。
[0007]當(dāng)滿足條件(l)VFC>VM_min和條件(2)VFC>VBAT+a時(shí)，控制單元停止第一電壓轉(zhuǎn)換器的升壓操作并且將燃料電池的輸出直接傳輸?shù)截?fù)載電路，而當(dāng)不滿足條件(I)和條件
(2)的至少任何一個(gè)時(shí)，控制單元禁止停止第一電壓轉(zhuǎn)換器的升壓操作，其中，在該條件中，VFC是燃料電池的端子電壓；VBAT是蓄電裝置的端子電壓；VM_min是負(fù)載電路輸入下限電壓，其是被設(shè)定成最小化燃料電池系統(tǒng)中的損耗，同時(shí)確保電動(dòng)機(jī)所需的扭矩的負(fù)載電路的輸入端子電壓；并且α是符號(hào)為正的常數(shù)。
[0008]當(dāng)滿足條件(I)時(shí)，燃料電池的端子電壓高于負(fù)載電路輸入下限電壓(負(fù)載電路的輸入端子電壓，被設(shè)定成最小化燃料電池系統(tǒng)中的損耗同時(shí)確保電動(dòng)機(jī)所需的扭矩)。
[0009]其中，當(dāng)蓄電裝置的端子電壓為VBAT時(shí)，條件(2沖的“VBAT+a ”具體地對(duì)應(yīng)于下述下限電壓，在該下限電壓處或之上，能由第二電壓轉(zhuǎn)換器執(zhí)行電壓控制(作為 申請(qǐng)人:的相關(guān)申請(qǐng)的日本專利申請(qǐng)公開N0.2010-273496中的“可升壓最小電壓”)。S卩，當(dāng)滿足條件(2)時(shí)，相對(duì)于第二電壓轉(zhuǎn)換器的輸入側(cè)電壓，穩(wěn)定地可控制第二電壓轉(zhuǎn)換器的輸出側(cè)電壓。因此，當(dāng)滿足條件(2)時(shí)，即使當(dāng)停止第一電壓轉(zhuǎn)換器的升壓操作時(shí)(S卩，即使當(dāng)負(fù)載電路的輸入端子電壓不受第一電壓轉(zhuǎn)換器控制時(shí))，可以由第二電壓轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定地控制負(fù)載電路的輸入端子電壓。
[0010]因此，在根據(jù)本發(fā)明的第一方面的燃料電池系統(tǒng)中，當(dāng)滿足條件(I)和條件(2)時(shí)，停止第一電壓轉(zhuǎn)換器的升壓操作。因此，負(fù)載電路的輸入端子直接電連接到燃料電池。此外，燃料電池的輸出可以直接地傳輸?shù)截?fù)載電路的輸入端子，而不干預(yù)第一電壓轉(zhuǎn)換器的開關(guān)操作。
[0011]由此，通過具有上述構(gòu)造的根據(jù)本發(fā)明的第一方面的燃料電池系統(tǒng)，降低了第一電壓轉(zhuǎn)換器的開關(guān)損耗，由此提高系統(tǒng)的效率。此外，可以由第二電壓轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定地控制負(fù)載電路的輸入端子電壓以及直接電連接到輸入端子的燃料電池的端子電壓。
[0012]另一方面，當(dāng)不滿足條件(I)時(shí)，需要升壓燃料電池的端子電壓。此外，在滿足條件(I)而不滿足條件(2)的情況下，當(dāng)停止第一電壓轉(zhuǎn)換器時(shí)，相對(duì)于第二電壓轉(zhuǎn)換器的輸入側(cè)電壓，第二電壓轉(zhuǎn)換器的輸出側(cè)電壓不是穩(wěn)定地可控制的。因此，當(dāng)在不滿足條件(2)的情況下，停止第一電壓轉(zhuǎn)換器時(shí)，不能穩(wěn)定地控制負(fù)載電路的輸入端子電壓以及直接電連接到輸入端子的燃料電池的端子電壓。
[0013]因此，在根據(jù)本發(fā)明的第一方面的燃料電池系統(tǒng)中，當(dāng)不滿足條件(I)和條件(2)的至少任何一個(gè)時(shí)，禁止停止第一電壓轉(zhuǎn)換器的升壓操作。此時(shí)，通過第一電壓轉(zhuǎn)換器(以及第二電壓轉(zhuǎn)換器)的操作來(lái)控制負(fù)載電路的輸入端子電壓。
[0014]本發(fā)明的第二方面涉及用于燃料電池系統(tǒng)的控制方法。燃料電池系統(tǒng)包括:電動(dòng)機(jī)；燃料電池和蓄電裝置，其彼此并聯(lián)地與電動(dòng)機(jī)連接；第一電壓轉(zhuǎn)換器，其被提供在電動(dòng)機(jī)和燃料電池之間，并且將輸入到第一電壓轉(zhuǎn)換器的燃料電池的端子電壓升壓并輸出；第二電壓轉(zhuǎn)換器，其被提供在電動(dòng)機(jī)和蓄電裝置之間，并且將輸入到第二電壓轉(zhuǎn)換器的蓄電裝置的端子電壓升壓并輸出；以及負(fù)載電路，其被提供在第一電壓轉(zhuǎn)換器和第二電壓轉(zhuǎn)換器兩者與電動(dòng)機(jī)之間。該控制方法包括:將從燃料電池和蓄電裝置的至少一個(gè)經(jīng)由負(fù)載電路輸出的電力供給到電動(dòng)機(jī)；以及，當(dāng)滿足條件VFC>VM_min和VFOVBAT+ α?xí)r，停止第一電壓轉(zhuǎn)換器的升壓操作，并且將燃料電池的輸出直接傳輸?shù)截?fù)載電路，而當(dāng)不滿足該條件時(shí)，禁止停止第一電壓轉(zhuǎn)換器的升壓操作，其中，在該條件中，VFC是燃料電池的端子電壓；VBAT是蓄電裝置的端子電壓；VM_min是負(fù)載電路輸入下限電壓，其是被設(shè)定成最小化燃料電池系統(tǒng)中的損耗，同時(shí)確保電動(dòng)機(jī)所需的扭矩的負(fù)載電路的輸入端子電壓；并且α是符號(hào)為正的常數(shù)，并且其中，當(dāng)蓄電裝置的端子電壓為VBAT時(shí)，VBAT+α對(duì)應(yīng)于下述下限電壓，在該下限電壓處或之上，能由第二電壓轉(zhuǎn)換器執(zhí)行電壓控制。
[0015]用這種方式，利用具有上述構(gòu)造的根據(jù)本發(fā)明的方面的燃料電池系統(tǒng)及其控制方法，能適當(dāng)?shù)乜刂曝?fù)載電路的輸入端子電壓和燃料電池的端子電壓，由此實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的適當(dāng)效率。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】[0016]在下文中，將參考附圖，描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例的特征、優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)及工業(yè)重要性，在附圖中，相同的數(shù)字表示相同的元件，并且其中:
[0017]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的示意性構(gòu)造以及配備有該燃料電池系統(tǒng)的車輛的視圖；
[0018]圖2是示出圖1中所示的FC升壓轉(zhuǎn)換器的電路構(gòu)造的視圖；
[0019]圖3是示意性地示出用來(lái)獲取負(fù)載電路輸入下限電壓VMjnin并存儲(chǔ)在圖1所示的控制單元的ROM中的圖譜(map)的視圖；
[0020]圖4是用于示例導(dǎo)出用來(lái)獲取電路輸入下限電壓VMjnin并如圖3所示的圖譜的過程的參考視圖；
[0021]圖5是用于示例導(dǎo)出用來(lái)獲取電路輸入下限電壓VMjnin并如圖3所示的圖譜的過程的參考視圖；以及
[0022]圖6是示出由圖1中所示的控制單元的CPU執(zhí)行的FC升壓轉(zhuǎn)換器的操作控制過程的具體例子的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]在下文中，將參考附圖，描述本發(fā)明的實(shí)施例。注意，下述實(shí)施例中的說(shuō)明僅具體地描述本發(fā)明的方面的例子。由此，如稍后所述，當(dāng)然，本發(fā)明的方面不受下述實(shí)施例的具體構(gòu)造的限制。在最后段落中總體地描述了對(duì)本實(shí)施例的各種改變(修改)。
[0024]系統(tǒng)構(gòu)造
[0025]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的示意性構(gòu)造以及配備有該燃料電池系統(tǒng)的車輛WV的視圖。車輛WV配備有根據(jù)本實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)10。根據(jù)本實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)10包括燃料電池11、FC升壓轉(zhuǎn)換器12、蓄電池13、蓄電池升壓轉(zhuǎn)換器14、逆變器15、電動(dòng)機(jī)16、氫罐17、壓縮機(jī)18和控制單元20。燃料電池系統(tǒng)10將從燃料電池11和/或蓄電池13輸出的電力經(jīng)由逆變器15供給到電動(dòng)機(jī)16，由此驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪W。
[0026]燃料電池11經(jīng)由FC升壓轉(zhuǎn)換器12電連接到逆變器15。此外，蓄電池13經(jīng)由蓄電池升壓轉(zhuǎn)換器14電連接到逆變器15。逆變器15被提供在FC升壓轉(zhuǎn)換器12和蓄電池升壓轉(zhuǎn)換器12兩者與電動(dòng)機(jī)16之間。逆變器15對(duì)應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明的方面的負(fù)載電路。SP，燃料電池11和蓄電池13并聯(lián)地與逆變器15和電動(dòng)機(jī)16連接。
[0027]FC升壓轉(zhuǎn)換器12是升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器，并且被構(gòu)造成能將輸入到FC升壓轉(zhuǎn)換器12的燃料電池11的端子電壓升壓，并且將升壓電壓輸出到逆變器15。FC升壓轉(zhuǎn)換器12對(duì)應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明的方面的第一電壓轉(zhuǎn)換器。圖2是示出圖1中所示的FC升壓轉(zhuǎn)換器12的電子電路構(gòu)造的視圖。注意，在圖2中，為了簡(jiǎn)化示例，省略蓄電池13和蓄電池升壓轉(zhuǎn)換器14。
[0028]如圖2所示，F(xiàn)C升壓轉(zhuǎn)換器12被構(gòu)造成能通過在升壓操作期間調(diào)整開關(guān)元件SI的開關(guān)占空比來(lái)改變升壓比，并且被構(gòu)造成能在升壓操作停止期間經(jīng)由線圈LI和二極管D5，將燃料電池11的端子電壓直接傳輸?shù)侥孀兤?5(注意本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)看到圖2所示的電子電路構(gòu)造時(shí)，能易于理解升壓轉(zhuǎn)換器12如何具體地操作，并且當(dāng)需要時(shí)，參見日本專利申請(qǐng)公開 N0.2009-165244 (JP2009-165244A)等等)。
[0029]再參考圖1，蓄電池升壓轉(zhuǎn)換器14是升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器，并且構(gòu)造成能將輸入到蓄電池升壓轉(zhuǎn)換器14的蓄電池13的端子電壓升壓，并且將升壓電壓輸出到逆變器15。蓄電池升壓轉(zhuǎn)換器14對(duì)應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明的方面的第二電壓轉(zhuǎn)換器。
[0030]控制單元(ECU) 20是用來(lái)控制燃料電池系統(tǒng)10中的各種部分的操作的所謂微型計(jì)算機(jī)?？刂茊卧?0包括CPU、ROM、RAM、備用RAM、接口和連接這些設(shè)備的雙向總線。ROM預(yù)存由CPU執(zhí)行的例程(程序)、當(dāng)執(zhí)行例程時(shí)查詢的表(查找表、圖譜)等等。
[0031]控制單元20經(jīng)由上述接口電連接到各種傳感器。各種傳感器包括提供在燃料電池11或蓄電池13上的傳感器(電流傳感器、電壓傳感器等等)、提供在電動(dòng)機(jī)16上的轉(zhuǎn)速傳感器(未示出)、加速器踏板傳感器21等等。此外，控制單元20經(jīng)由上述接口電連接到FC自動(dòng)變速器12、蓄電池升壓轉(zhuǎn)換器14、逆變器和電動(dòng)機(jī)16，并且被構(gòu)造成控制這些設(shè)備的操作。此外，控制單元20電連接到燃料氣體供給系統(tǒng)和氧化氣體供給系統(tǒng)，并且被構(gòu)造成控制這些系統(tǒng)的操作。燃料氣體供給系統(tǒng)包括提供在氫罐17上的開關(guān)閥(未示出)等等。氧化氣體供給系統(tǒng)包括壓縮機(jī)18等等。
[0032]操作系統(tǒng)的概述
[0033]控制單元20在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、由加速器踏板傳感器21檢測(cè)的加速器踏板操作量等等的基礎(chǔ)上，計(jì)算燃料電池系統(tǒng)10所需的總電力(車輛行駛電力和輔助電力的總值)，并且確定從燃料電池11輸出的電力和從蓄電池13輸出的電力的分配。此外，控制單元20控制燃料氣體供給系統(tǒng)和氧化氣體供給系統(tǒng)，使得由燃料電池11生成的電力量與目標(biāo)電力相符，并且控制FC升壓轉(zhuǎn)換器12和蓄電池升壓轉(zhuǎn)換器14以由此控制燃料電池11的操作點(diǎn)(端子電壓和輸出電流)。此外，控制單元20經(jīng)由逆變器15控制電動(dòng)機(jī)16的輸出扭矩和轉(zhuǎn)速，使得可以獲得對(duì)應(yīng)于加速器踏板操作量的目標(biāo)扭矩等等。
[0034]在根據(jù)本實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)10中，在燃料電池11和逆變器15之間提供FC升壓轉(zhuǎn)換器12，使得燃料電池11的端子電壓被升壓并被供給到逆變器15(電動(dòng)機(jī)16)。因此，通過例如減少燃料電池11中的電池堆的數(shù)量來(lái)減少燃料電池系統(tǒng)10的尺寸。通過這樣做，降低了車輛WV的重量，由此進(jìn)一步提高車輛WV的能源效率。
[0035]順便提一下，在由此構(gòu)造的燃料電池系統(tǒng)10中，發(fā)電燃料電池11是用于電動(dòng)機(jī)16的主動(dòng)力源。由此，可假定降低在夾在燃料電池11和逆變器15之間的FC升壓轉(zhuǎn)換器12中的電力損耗顯著地有助于燃料電池系統(tǒng)10整體上的效率提高。因此，在根據(jù)本實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)10中，F(xiàn)C升壓轉(zhuǎn)換器12經(jīng)受間歇操作控制，以由此盡可能地抑制FC升壓轉(zhuǎn)換器12的開關(guān)損耗。通過這樣做，系統(tǒng)的效率提高。
[0036]在此，在對(duì)FC升壓轉(zhuǎn)換器12的間歇操作控制中，用于停止FC升壓轉(zhuǎn)換器12的升壓操作的條件是滿足下述條件(I)和(2)兩者。另一方面，當(dāng)不滿足條件(I)和(2)的至少任何一個(gè)時(shí)，禁止停止FC升壓轉(zhuǎn)換器12的升壓操作(S卩，維持FC升壓轉(zhuǎn)換器12的升壓操作)。
[0037]條件(I)VFC>VM_min
[0038]條件(2) VFOVBAT+ α
[0039]在上述條件中，VFC表示燃料電池11的端子電壓，VBAT表示蓄電池13的端子電壓，VMjnin表示負(fù)載電路輸入下限電壓，并且α是符號(hào)為正的常數(shù)。負(fù)載電路輸入下限電壓VMjnin是被設(shè)定成最小化燃料電池系統(tǒng)10中的損耗，同時(shí)確保電動(dòng)機(jī)16所需的扭矩的逆變器15的輸入端子電壓。[0040]圖3是示意性地示出用來(lái)獲取負(fù)載電路輸入下限電壓VMjnin并被存儲(chǔ)在圖1中所示的控制單元20的ROM中的圖譜的視圖。注意，在圖3中，橫坐標(biāo)軸代表電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速N，縱坐標(biāo)軸代表電動(dòng)機(jī)扭矩T，并且最右上側(cè)處的虛線是指示可以由電動(dòng)機(jī)16生成的最大扭矩的最大扭矩線。如圖3所示，在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速N和電動(dòng)機(jī)扭矩T的基礎(chǔ)上，從圖3所示的圖譜獲取負(fù)載電路輸入下限電壓VM_min。
[0041]圖4和圖5是用于示例導(dǎo)出用來(lái)獲取負(fù)載電路輸入下限電壓VMjnin并在圖3中所示的圖譜的過程的參考視圖。在電動(dòng)機(jī)16的可生成上限扭矩(見圖4，并且圖4中的實(shí)線與圖3中所示的最大扭矩線相同)以及在燃料電池11的操作點(diǎn)處的燃料電池系統(tǒng)10的損耗特性的基礎(chǔ)上，計(jì)算圖3中所示的圖譜。電動(dòng)機(jī)16的可生成上限扭矩基于逆變器電壓VM和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速N。逆變器電壓VM是逆變器15的輸入端子電壓。
[0042]在此，當(dāng)所施加的電壓減小時(shí)，F(xiàn)C升壓轉(zhuǎn)換器12、蓄電池升壓轉(zhuǎn)換器14和逆變器15的每一個(gè)中的開關(guān)損耗降低。此夕卜，當(dāng)所施加的電壓減小時(shí)，電動(dòng)機(jī)16中的鐵損耗(滯后損耗和渦流損耗)也降低。即，在開關(guān)損耗和鐵損耗方面，當(dāng)逆變器電壓VM減小時(shí)，損耗降低。
[0043]另一方面，圖5是通過等高線示出在各個(gè)逆變器電壓VM處具有最高效率的操作點(diǎn)的視圖。如從圖5看出，當(dāng)逆變器電壓VM減小時(shí)，因?yàn)殡娏髟黾樱赡芟喾吹匕l(fā)生損耗(例如銅損耗)增加。此外，還存在由諸如繼電器的提供在FC升壓轉(zhuǎn)換器12中的電路元件確定的連續(xù)額定電流的約束。
[0044]由此，概念上，以下述方式獲得負(fù)載電路輸入下限電壓VM_min。首先，在當(dāng)前電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速N、所需扭矩T、圖4所示的圖譜以及上述連續(xù)額定電流的基礎(chǔ)上，確定驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)16所需的最小逆變器電壓VMl (獲得所需扭矩T并且在電流未超出連續(xù)額定值的范圍內(nèi)最大程度減小電流的逆變器電壓VM)。然后，在逆變器電壓VMl和各個(gè)操作點(diǎn)的損耗特性(圖5等等)的基礎(chǔ)上，計(jì)算負(fù)載電路輸入下限電壓VM_min。具體地，例如，當(dāng)在使電壓從由此確定的逆變器電壓VMl增加小量Λ VM的情況下，系統(tǒng)的效率提高時(shí)，將與AVM相加的新值確定為新的逆變器電壓VM1。通過重復(fù)該計(jì)算，最終獲得負(fù)載電路輸入下限電壓VM_min。即，可以將圖3的圖譜看作由圖5的圖譜等等校正圖4的圖譜。
[0045]操作的具體示例
[0046]圖6是示出由圖1中所示的控制單元20的CPU (在下文中，簡(jiǎn)稱為“CPU”)執(zhí)行的FC升壓轉(zhuǎn)換器12的操作控制過程的具體例子的流程圖。注意到，在圖6所示的流程圖中，“步驟”簡(jiǎn)寫成“S”。
[0047]CPU以預(yù)定時(shí)間間隔執(zhí)行圖6中所示的FC升壓轉(zhuǎn)換器控制例程600。當(dāng)開始例程600時(shí)，在步驟610，在當(dāng)前電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速N、加速器踏板操作量等等的基礎(chǔ)上，CPU初始地計(jì)算電動(dòng)機(jī)扭矩T。然后，如上所述，在步驟620，在電動(dòng)機(jī)速度N和電動(dòng)機(jī)扭矩T的基礎(chǔ)上，CPU獲取負(fù)載電路輸入下限電壓VMjnin。隨后，在步驟630，CPU獲取燃料電池端子電壓VFC，并且在步驟640，獲取蓄電池端子電壓VBAT。
[0048]在此之后，在步驟650，CPU確定是否滿足上述條件(I)。當(dāng)滿足條件(I)時(shí)(步驟650為是)，過程進(jìn)入到步驟660，然后，CPU確定是否滿足上述條件(2)。當(dāng)滿足條件(2)時(shí)(步驟660為是)，過程進(jìn)入步驟670，然后，CPU停止FC升壓轉(zhuǎn)換器12中的開關(guān)操作，在此之后，CPU結(jié)束該例程。另一方面，當(dāng)不滿足條件(I)和(2)的至少任何一個(gè)時(shí)，過程進(jìn)入步驟680，然后，CPU禁止停止FC升壓轉(zhuǎn)換器12中的開關(guān)操作，在此之后，CPU結(jié)束該例程。
[0049]操作和有益效果
[0050]當(dāng)滿足條件(I)時(shí)，即，當(dāng)燃料電池端子電壓VFC高于負(fù)載電路輸入下限電壓VM_min時(shí)，燃料電池11的輸出可以直接傳輸?shù)侥孀兤?5的輸入端，同時(shí)，停止FC升壓轉(zhuǎn)換器12的升壓操作(即，不升壓燃料電池11的端子電壓)。
[0051]此外，當(dāng)滿足條件(2)時(shí)，相對(duì)于蓄電池升壓轉(zhuǎn)換器14的輸入側(cè)電壓，蓄電池升壓轉(zhuǎn)換器14的輸出側(cè)電壓是穩(wěn)定可控制的。因此，在滿足條件(2)的情況下，即使當(dāng)在停止FC升壓轉(zhuǎn)換器12的升壓操作時(shí)(即，即使在不由FC升壓轉(zhuǎn)換器12控制逆變器15的輸入端子電壓的情況下)，可以由蓄電池升壓轉(zhuǎn)換器14穩(wěn)定地控制逆變器15的輸入端子電壓。
[0052]然后，在根據(jù)本實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)10中，當(dāng)滿足條件(I)和滿足條件(2)時(shí)，停止FC升壓轉(zhuǎn)換器12的升壓操作，并且將燃料電池11的輸出直接傳輸?shù)侥孀兤?5。通過這樣做，減少原本假定在FC升壓轉(zhuǎn)換器12中發(fā)生的開關(guān)損耗，因此，系統(tǒng)的效率提高。此夕卜，可以由蓄電池升壓轉(zhuǎn)換器14穩(wěn)定地控制逆變器15的輸入端子電壓和直接電連接到輸入端子的燃料電池11的端子電壓。
[0053]另一方面，當(dāng)不滿足條件(I)時(shí)，有必要升壓燃料電池11的端子電壓。此外，當(dāng)滿足條件(I)時(shí)但不滿足條件(2)時(shí)，相對(duì)于蓄電池升壓轉(zhuǎn)換器14的輸入側(cè)電壓，蓄電池升壓轉(zhuǎn)換器14的輸出側(cè)電壓不是穩(wěn)定地可控制的。因此，當(dāng)在不滿足條件(2)的情況下，停止FC升壓轉(zhuǎn)換器12時(shí)，不能穩(wěn)定地控制逆變器15的輸入端子電壓和直接電連接到輸入端子的燃料電池11的端子電壓。
[0054]因此，在根據(jù)本實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)10中，當(dāng)不滿足條件(I)和條件(2)的至少任何一個(gè)時(shí)，禁止停止FC升壓轉(zhuǎn)換器12的升壓操作。由此，在這種情況下，通過FC升壓轉(zhuǎn)換器12 (以及蓄電池升壓轉(zhuǎn)換器14)的操作，控制逆變器15的輸入端子電壓。
[0055]用這種方式，通過根據(jù)本實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)10，適當(dāng)?shù)乜刂颇孀兤?5的輸入端子電壓和燃料電池11的端子電壓，由此實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的適當(dāng)效率。此外，將升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器用作分別連接到燃料電池11和蓄電池13的電壓轉(zhuǎn)換器，由此使得可以盡可能地減少設(shè)備內(nèi)的開關(guān)元件的數(shù)量。由此，能實(shí)現(xiàn)設(shè)備構(gòu)造的簡(jiǎn)化以及系統(tǒng)效率的進(jìn)一步提高。
[0056]修改
[0057]注意上述實(shí)施例僅示例本發(fā)明的方面的典型實(shí)施例。由此，本發(fā)明的方面不受上述實(shí)施例限制。由此，當(dāng)然，在不背離本發(fā)明的本質(zhì)的情況下，可以將上述實(shí)施例修改成各種形式。
[0058]在下文中，將描述一些典型的修改。當(dāng)然，修改不限于下面列出的這些。此外，只要適當(dāng)，在沒有與本發(fā)明的范圍的任何技術(shù)矛盾的情況下，也可以應(yīng)用兩個(gè)或多個(gè)修改的組合。
[0059]不應(yīng)當(dāng)在上述實(shí)施例以及下述的修改的基礎(chǔ)上，限制性地解釋本發(fā)明的方面。
[0060]本發(fā)明的方面不限于在上述實(shí)施例中所述的具體裝置構(gòu)造。例如，本發(fā)明的方面不限于配備有燃料電池系統(tǒng)的車輛。此外，根據(jù)本發(fā)明的方面的“蓄電裝置”不限于蓄電池。具體地，例如，可以將電容器等等用作“蓄電裝置”。此外，本發(fā)明的方面可以適當(dāng)?shù)貞?yīng)用于提供多個(gè)燃料電池堆或多個(gè)蓄電裝置的構(gòu)造。
[0061]本發(fā)明的方面不限于在上述實(shí)施例中所述的具體過程。例如，可以通過計(jì)算來(lái)獲得從圖譜獲取的參數(shù)。
[0062]為適當(dāng)?shù)乜刂迫剂想姵?1的操作點(diǎn)(例如，端子電壓)，當(dāng)燃料電池11輸出電力時(shí)，蓄電池升壓轉(zhuǎn)換器14令人滿意地持續(xù)操作。通過這樣做，能盡可能地避免由于燃料電池11的端子電壓增加到接近開路端子電壓而引起的故障，諸如燒結(jié)。就這一點(diǎn)而言，當(dāng)燃料電池11輸出電力時(shí)，令人滿意地控制燃料電池系統(tǒng)10，使得逆變器15的輸入端子電壓不低于下述下限電壓，在該下限電壓處或之上，能由蓄電池升壓轉(zhuǎn)換器14執(zhí)行電壓控制。
[0063]除上述外，當(dāng)然，在不背離本發(fā)明的本質(zhì)的情況下，未具體描述的修改也包括在本發(fā)明的范圍中。此外，在本發(fā)明的方面中描述的操作和功能元件不僅僅包括在實(shí)施例和修改中所述的具體構(gòu)造，而是可以包括能實(shí)現(xiàn)操作和功能的任何構(gòu)造。此外，在本說(shuō)明書中引用的公開文獻(xiàn)的描述(包括說(shuō)明書和附圖)可以用來(lái)構(gòu)成本說(shuō)明書的一部分。
【權(quán)利要求】
1.一種燃料電池系統(tǒng)，其特征在于包括: 電動(dòng)機(jī)； 燃料電池和蓄電裝置，所述燃料電池和所述蓄電裝置彼此并聯(lián)地連接到所述電動(dòng)機(jī)；第一電壓轉(zhuǎn)換器，所述第一電壓轉(zhuǎn)換器被提供在所述電動(dòng)機(jī)和所述燃料電池之間，并且將輸入到所述第一電壓轉(zhuǎn)換器的所述燃料電池的端子電壓升壓并輸出； 第二電壓轉(zhuǎn)換器，所述第二電壓轉(zhuǎn)換器被提供在所述電動(dòng)機(jī)和所述蓄電裝置之間，并且將輸入到所述第二電壓轉(zhuǎn)換器的所述蓄電裝置的端子電壓升壓并輸出； 負(fù)載電路，所述負(fù)載電路被提供在所述第一電壓轉(zhuǎn)換器和所述第二電壓轉(zhuǎn)換器兩者與所述電動(dòng)機(jī)之間，其中，從所述燃料電池和所述蓄電裝置的至少一個(gè)輸出的電力經(jīng)由所述負(fù)載電路被供給到所述電動(dòng)機(jī)；以及 控制單元，當(dāng)滿足條件VFC>VM_min且VFOVBAT+ α?xí)r，所述控制單元停止所述第一電壓轉(zhuǎn)換器的升壓操作并且將所述燃料電池的輸出直接傳輸?shù)剿鲐?fù)載電路，而當(dāng)不滿足所述條件時(shí)，所述控制單元禁止停止所述第一電壓轉(zhuǎn)換器的升壓操作， 其中，在所述條件中，VFC是所述燃料電池的端子電壓；VBAT是所述蓄電裝置的端子電壓；VM_min是負(fù)載電路輸入下限電壓，所述負(fù)載電路輸入下限電壓是被設(shè)定成在確保所述電動(dòng)機(jī)所需的扭矩的同時(shí)最小化所述燃料電池系統(tǒng)中的損耗的所述負(fù)載電路的輸入端子電壓；并且α是符號(hào)為正的常數(shù)，并且其中，當(dāng)所述蓄電裝置的端子電壓為VBAT時(shí)，VBAT+α對(duì)應(yīng)于下限 電壓，在所述下限電壓處或之上，能夠由所述第二電壓轉(zhuǎn)換器執(zhí)行電壓控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述條件中的VBAT+α是下限電壓，在所述下限電壓處或之上，能夠由所述第二電壓轉(zhuǎn)換器執(zhí)行電壓控制。
3.一種用于燃料電池系統(tǒng)的控制方法，所述燃料電池系統(tǒng)包括:電動(dòng)機(jī)；燃料電池和蓄電裝置，所述燃料電池和所述蓄電裝置彼此并聯(lián)地連接到所述電動(dòng)機(jī)；第一電壓轉(zhuǎn)換器，所述第一電壓轉(zhuǎn)換器被提供在所述電動(dòng)機(jī)和所述燃料電池之間，并且將輸入到所述第一電壓轉(zhuǎn)換器的所述燃料電池的端子電壓升壓并輸出；第二電壓轉(zhuǎn)換器，所述第二電壓轉(zhuǎn)換器被提供在所述電動(dòng)機(jī)和所述蓄電裝置之間，并且將輸入到所述第二電壓轉(zhuǎn)換器的所述蓄電裝置的端子電壓升壓并輸出；以及負(fù)載電路，所述負(fù)載電路被提供在所述第一電壓轉(zhuǎn)換器和所述第二電壓轉(zhuǎn)換器兩者與所述電動(dòng)機(jī)之間，所述控制方法的特征在于包括: 將從所述燃料電池和所述蓄電裝置的至少一個(gè)輸出的電力經(jīng)由所述負(fù)載電路供給到所述電動(dòng)機(jī)；以及 當(dāng)滿足條件VFC>VM_min且VFOVBAT+ α?xí)r，停止所述第一電壓轉(zhuǎn)換器的升壓操作，并且將所述燃料電池的輸出直接傳輸?shù)剿鲐?fù)載電路，而當(dāng)不滿足所述條件時(shí)，禁止停止所述第一電壓轉(zhuǎn)換器的升壓操作， 其中，在所述條件中，VFC是所述燃料電池的端子電壓；VBAT是所述蓄電裝置的端子電壓；VM_min是負(fù)載電路輸入下限電壓，所述負(fù)載電路輸入下限電壓是被設(shè)定成在確保所述電動(dòng)機(jī)所需的扭矩的同時(shí)最小化所述燃料電池系統(tǒng)中的損耗的所述負(fù)載電路的輸入端子電壓；并且α是符號(hào)為正的常數(shù)，并且其中，當(dāng)所述蓄電裝置的端子電壓為VBAT時(shí)，VBAT+α對(duì)應(yīng)于下限電壓，在所述下限電壓處或之上，能夠由所述第二電壓轉(zhuǎn)換器執(zhí)行電壓控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制方法，其中，所述條件中的VBAT+α是下限電壓，在所述下限電壓處或之上，能夠由所述第二`電壓轉(zhuǎn)換器執(zhí)行電壓控制。
【文檔編號(hào)】B60L3/00GK103619638SQ201280031672
【公開日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2012年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月28日
【發(fā)明者】梶原滋人, 森?；? 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社