專利名稱：具有蓄電裝置和電壓轉(zhuǎn)換器的燃料電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池系統(tǒng)及其控制方法。更具體地，本發(fā)明涉及 在燃料電池系統(tǒng)中的電壓轉(zhuǎn)換器中出現(xiàn)任何異常的情況下的控制方法 的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
燃料電池系統(tǒng)中，電池與燃料電池通過電壓轉(zhuǎn)換器彼此并聯(lián)，并 且設(shè)有燃料電池輔助設(shè)備，以進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換器與電池之間的連接，從 而即使當(dāng)電壓轉(zhuǎn)換器中出現(xiàn)異常時，也可通過驅(qū)動輔助設(shè)備來驅(qū)動燃
料電池(例如，參見日本專利申請?zhí)亻_No.2002-l 18981)。
但是，在電壓轉(zhuǎn)換器功能出現(xiàn)異常的情況下，盡管其異常是暫時 的，可能恢復(fù)到正常狀態(tài)，但是如果沒有其它選擇，僅依賴于燃料電 池的驅(qū)動的話，那么驅(qū)動力會變得不足。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種當(dāng)電壓轉(zhuǎn)換器中出現(xiàn)暫時異常 時設(shè)法恢復(fù)電壓轉(zhuǎn)換器并使驅(qū)動力的不足最小化的燃料電池系統(tǒng)；并 提供該燃料電池系統(tǒng)的控制方法。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)進(jìn)行了各種研究。在現(xiàn) 有可移動體(例如，燃料電池混合動力車輛)中，當(dāng)電壓轉(zhuǎn)換器中出現(xiàn)異 常(故障)時，車輛立即停止。但是，大多數(shù)時候，這種故障實際上是暫 時的，因此通常情況是有可能恢復(fù)，但是安裝有例如燃料電池的可移 動體(車輛等)通常停止。考慮到這一點，有時有利的是使可移動體繼續(xù) 行駛，以便恢復(fù)到正常狀態(tài)。本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)基于這一點進(jìn)行了進(jìn)一步的研究，并且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可解決這種問題的技術(shù)。
本發(fā)明基于該發(fā)現(xiàn)，且本發(fā)明為一種燃料電池系統(tǒng)，其中蓄電裝 置與燃料電池通過電壓轉(zhuǎn)換器彼此并聯(lián)，所述燃料電池系統(tǒng)包括用 于當(dāng)所述電壓轉(zhuǎn)換器中出現(xiàn)異常時停止所述電壓轉(zhuǎn)換器的裝置；用于 在停止所述電壓轉(zhuǎn)換器之后嘗試將所述電壓轉(zhuǎn)換器恢復(fù)到正常狀態(tài)的 裝置；以及用于直到所述電壓轉(zhuǎn)換器恢復(fù)到所述正常狀態(tài)為止至少在 所述燃料電池中產(chǎn)生驅(qū)動力的裝置。
在根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的控制方法中，在蓄電裝置與燃料 電池通過電壓轉(zhuǎn)換器彼此并聯(lián)的燃料電池系統(tǒng)中，在所述電壓轉(zhuǎn)換器 中出現(xiàn)異常的情況下，停止所述電壓轉(zhuǎn)換器，在停止所述電壓轉(zhuǎn)換器 之后嘗試將所述電壓轉(zhuǎn)換器恢復(fù)到正常狀態(tài)，并且直到所述電壓轉(zhuǎn)換 器恢復(fù)到所述正常狀態(tài)為止至少在所述燃料電池中產(chǎn)生驅(qū)動力。
在根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)及其控制裝置中，在所述電壓轉(zhuǎn)換 器(例如，高電壓轉(zhuǎn)換器)出現(xiàn)異常的情況下，整個系統(tǒng)并不立即停止， 而是判定是否可能恢復(fù)到正常狀態(tài)，從而尋求恢復(fù)的可能性。具體地， 首先判定所述電壓轉(zhuǎn)換器是否從所述電壓轉(zhuǎn)換器暫時停止(關(guān)閉)的狀 態(tài)恢復(fù)，并且如果可能，使所述電壓轉(zhuǎn)換器恢復(fù)到正常狀態(tài)。此外， 直到恢復(fù)到正常狀態(tài)為止目標(biāo)電壓轉(zhuǎn)換器處于暫時關(guān)閉期間，在所述 燃料電池中繼續(xù)產(chǎn)生驅(qū)動力，從而防止所述系統(tǒng)的驅(qū)動力不足。
優(yōu)選地，最遲到所述直流/直流轉(zhuǎn)換器開始恢復(fù)到所述正常狀態(tài)為 止，對能夠通過所述直流/直流轉(zhuǎn)換器的電能值設(shè)定限制。這樣，即便 推測所述電壓轉(zhuǎn)換器達(dá)到可恢復(fù)到正常狀態(tài)的狀態(tài)，也能夠使通過所 述電壓轉(zhuǎn)換器的電能(或可轉(zhuǎn)變的電能)保持受限制。
另外，優(yōu)選地，當(dāng)所述直流/直流轉(zhuǎn)換器恢復(fù)到所述正常狀態(tài)時在 所述燃料電池系統(tǒng)中能產(chǎn)生的電能的上限設(shè)定為比在出現(xiàn)所述異常之前產(chǎn)生的電能的上限低的值。在該情況下，當(dāng)所述電壓轉(zhuǎn)換器從暫時 異常狀態(tài)恢復(fù)到正常狀態(tài)時，能夠防止獲得的輸出的波動。
另外，優(yōu)選地，當(dāng)使所述直流/直流轉(zhuǎn)換器恢復(fù)到所述正常狀態(tài)時， 逐步取消所述限制。例如，在該燃料電池系統(tǒng)安裝在可移動體(例如燃 料電池混合動力車輛)中的情況下，通過逐步取消所述限制可防止出現(xiàn) 振動或沖擊。
優(yōu)選地，當(dāng)所述直流/直流轉(zhuǎn)換器處于所述異常狀態(tài)時，通過執(zhí)行 與當(dāng)所述直流/直流轉(zhuǎn)換器處于所述正常狀態(tài)時執(zhí)行的運行不同的運行 來獲得所述燃料電池的輸出。在這種情況下，不同于正常狀態(tài)期間的 運行包括例如化學(xué)計量的改變。
根據(jù)本發(fā)明的燃料系統(tǒng)包括用于實施上述控制方法的控制裝置。
根據(jù)本發(fā)明，即使在電壓轉(zhuǎn)換器中出現(xiàn)暫時異常時，由于尋求出 現(xiàn)暫時異常之后的恢復(fù)，所以能使驅(qū)動力的不足最小化。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的燃料電池系統(tǒng)的示意性結(jié)構(gòu)； 圖2為示出本發(fā)明實施例中控制內(nèi)容的流程圖； 圖3為示出燃料電池系統(tǒng)中電能變化的例子的曲線圖；以及 圖4為示出本發(fā)明其它實施例中控制內(nèi)容的流程圖。
具體實施例方式
下文中，基于附圖中所示的實施例對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)描述。
圖1至圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的實施例。根據(jù)本 發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)1中具有通過電壓轉(zhuǎn)換器14而彼此并聯(lián)的蓄電裝 置15和燃料電池2，并且包括用于在電壓轉(zhuǎn)換器14出現(xiàn)異常時停止電壓轉(zhuǎn)換器14的裝置，用于在電壓轉(zhuǎn)換器14停止之后嘗試將電壓轉(zhuǎn)換 器14恢復(fù)到正常狀態(tài)的裝置，以及用于在電壓轉(zhuǎn)換器14恢復(fù)到正常 狀態(tài)之前至少在燃料電池2中產(chǎn)生驅(qū)動力的裝置。下文中，首先簡要 描述燃料電池系統(tǒng)1，之后描述出現(xiàn)異常時燃料電池系統(tǒng)1的控制方法 的內(nèi)容(見圖1至圖3)。
圖1示出了根據(jù)本實施例的燃料電池系統(tǒng)1的示意性結(jié)構(gòu)。本實 施例中所示燃料電池系統(tǒng)1可用作例如燃料電池混合動力車輛(FCHV) 的車載發(fā)電系統(tǒng)。但是，燃料電池系統(tǒng)1并不限于該應(yīng)用，因此，燃 料電池系統(tǒng)1當(dāng)然可用作安裝在各種可移動體(例如輪船、飛機(jī)等)、機(jī) 器人或其它自驅(qū)動機(jī)構(gòu)內(nèi)的發(fā)電系統(tǒng)等。燃料電池堆(未示出)具有通過 串聯(lián)堆疊多個單個電池形成的堆結(jié)構(gòu)，其由例如聚合物電解質(zhì)燃料電 池等組成。
燃料電池2的氧化氣體供給系統(tǒng)包括空氣壓縮機(jī)4、內(nèi)部冷卻器3 和內(nèi)部冷卻器冷卻水泵4(見圖1)。空氣壓縮機(jī)5壓縮通過空氣濾清器 (未示出)從外界獲取的空氣。內(nèi)部冷卻器3冷卻被壓縮和加熱的空氣。 內(nèi)部冷卻器冷卻水泵4循環(huán)用于冷卻內(nèi)部冷卻器3的冷卻水。由空氣 壓縮機(jī)5壓縮的空氣被上述內(nèi)部冷卻器3冷卻，其后穿過增濕器17， 然后供給到燃料電池2的陰極(空氣電極)。在燃料電池2的電池反應(yīng)中 用過之后所得的氧廢氣流入陰極廢氣流動通道16，并排到系統(tǒng)的外部。 由于該氧廢氣含有從燃料電池2的電池反應(yīng)產(chǎn)生的水分，所以處于高 濕狀態(tài)。因此，增濕器17用于在供給前處于低濕狀態(tài)的氧化氣體與處 于高濕狀態(tài)的氧廢氣之間交換水分，以適當(dāng)?shù)卦鰸窆┙o到燃料電池2 的氧化氣體，其中氧廢氣流入陰極廢氣流動通道16。
燃料電池2的氫氣供給系統(tǒng)構(gòu)造為向燃料電池2供給用作燃料的 氫。例如，在本實施例的情形中，并行布置多個(例如，四個)高壓氫罐 (未示出)作為氫存儲源，且氫通過氫氣供給通道23通向燃料電池2的 陽極(燃料電極)。燃料電池2的冷卻水口(LLC)設(shè)有用于循環(huán)冷卻水的冷卻水管道 11。該冷卻水管道11設(shè)有用于輸送冷卻水的水泵10和用于調(diào)節(jié)供給 的冷卻水量的流動通道轉(zhuǎn)換閥12。
燃料電池2中產(chǎn)生的一部分直流電能由電壓轉(zhuǎn)換器(高電壓轉(zhuǎn)換 器)14降壓，給用作高壓蓄電裝置的二次電池(下文中，稱為"高電壓電 池"，由標(biāo)記15表示)充電。電機(jī)逆變器(牽引逆變器)7將從燃料電池 2提供的直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能，并將該交流電能提供給牽引電機(jī)8。 另外，水泵逆變器9將從燃料電池2提供的直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能， 并將該交流電能提供給水泵10。另外，空氣壓縮機(jī)驅(qū)動逆變器6將從 燃料電池2提供的直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能，并將該交流電能提供給 空氣壓縮機(jī)5。
如果在例如燃料電池混合動力車輛中安裝控制裝置13，該控制裝 置用來基于加速度開度、車速等獲得系統(tǒng)需求功率(車輛行駛功率和輔 助設(shè)備功率的和)，并控制該系統(tǒng)，使得燃料電池2與目標(biāo)功率相符。 具體地，控制裝置13通過控制空氣壓縮機(jī)驅(qū)動的逆變器6來調(diào)節(jié)驅(qū)動 空氣壓縮機(jī)5的電機(jī)(未示出)的轉(zhuǎn)速和供給的氧化氣體量。此外，控制 裝置13通過控制內(nèi)部冷卻器冷卻水泵4來調(diào)節(jié)壓縮空氣的溫度?？刂?裝置13還控制電機(jī)逆變器7，以調(diào)節(jié)牽引電機(jī)8的轉(zhuǎn)速，并控制水泵 逆變器9，以調(diào)節(jié)水泵IO。另外，控制裝置13控制電壓轉(zhuǎn)換器14，以 調(diào)節(jié)燃料電池2的運行點(輸出電壓、輸出電流)，并進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得燃 料電池2的輸出功率與目標(biāo)功率相符。
另外，本實施例中的控制裝置13還用作用于在電壓轉(zhuǎn)換器14中 出現(xiàn)異常時停止電壓轉(zhuǎn)換器14的裝置，用于在電壓轉(zhuǎn)換器14停止之 后嘗試將電壓轉(zhuǎn)換器14恢復(fù)到正常狀態(tài)的裝置，以及用于在電壓轉(zhuǎn)換 器14恢復(fù)到正常狀態(tài)之前至少在燃料電池2中產(chǎn)生驅(qū)動力的裝置。這 些功能通過存儲在如控制裝置13內(nèi)的算術(shù)處理單元中的程序來實現(xiàn)。下面，在下文中描述本發(fā)明的實施例。在本實施例中，在燃料電 池系統(tǒng)1的電壓轉(zhuǎn)換器14中出現(xiàn)異常或意外事件的情況下，實施預(yù)定 過程并試圖正?；謴?fù)，以便如果可能的話使電壓轉(zhuǎn)換器14恢復(fù)。應(yīng)當(dāng) 注意，在本說明書中，電壓轉(zhuǎn)換器14內(nèi)出現(xiàn)的異?；蛞馔馐录€可稱 為"故障"。這里所述的"故障"意味著電壓轉(zhuǎn)換器暫時或持續(xù)處于 至少無法實施期望運行的狀態(tài)。
下文中，描述具體實施例(見圖2和圖3)。這里，高電壓轉(zhuǎn)換器(在 下文中簡稱為"電壓轉(zhuǎn)換器"，由標(biāo)記14表示)示為電壓轉(zhuǎn)換器14的 一個實例，描述電壓轉(zhuǎn)換器14中出現(xiàn)故障的情形。
首先，當(dāng)出現(xiàn)故障時，開始用于將電壓轉(zhuǎn)換器恢復(fù)到正常狀態(tài)的 控制(步驟Sl)。在為可移動體例如燃料電池混合動力車輛等的情形下， 優(yōu)選如下進(jìn)行該步驟起動燃料電池系統(tǒng)1的IG(點火)裝置，同時起 動正?；謴?fù)控制，使得當(dāng)任何時間出現(xiàn)故障時都可嘗試正?；謴?fù)運行。
這里，當(dāng)電壓轉(zhuǎn)換器14中出現(xiàn)故障時(步驟S2)，電壓轉(zhuǎn)換器14 停止一次，然后關(guān)閉(步驟S3)。例如，在圖3中，如果在時刻tl電壓 轉(zhuǎn)換器14中出現(xiàn)故障，電壓轉(zhuǎn)換器14達(dá)到臨時停止?fàn)顟B(tài)。但是，在 這種情形下，燃料電池2本身并未停止，并且燃料電池系統(tǒng)1的運行 借助于燃料電池2產(chǎn)生的電能而持續(xù)(在本說明書中，該狀態(tài)稱為"由 燃料電池2進(jìn)行的漂移(drifting)運行"，或者為簡便起見，簡稱為"漂 移運行")。當(dāng)考慮可在燃料電池系統(tǒng)1中供給的電能時，在時刻tl之 前能夠供給燃料電池2產(chǎn)生的電能與可從高電壓電池(二次電池)15供 給的電能之和的狀態(tài)變?yōu)橛捎诔霈F(xiàn)故障(時刻tl)而臨時關(guān)閉電壓轉(zhuǎn)換 器14的狀態(tài)。因此，獲得了僅能供給燃料電池2的電能的狀態(tài)(見圖 3)。在本實施例的燃料電池混合動力車輛的情況下，牽引電機(jī)8持續(xù)地 由燃料電池2執(zhí)行的該漂移運行來驅(qū)動。另外，在該漂移運行期間，優(yōu)選在提高空氣化學(xué)計量的狀態(tài)下執(zhí) 行該運行。通過將供給的燃料氣體量提高到多于出現(xiàn)故障時的量(稀氫 氣體—濃氫氣體)，可防止燃料電池2內(nèi)的電池電壓降低。空氣化學(xué)計 量(也稱為"空氣化學(xué)計量比")意味著剩余氧比率，其表示供給的氧量 相對于反應(yīng)所需的適當(dāng)?shù)难趿康谋嚷省?br> 另外，在本實施例中，限制通過電壓轉(zhuǎn)換器14的電能(步驟S4)。 這樣，電壓轉(zhuǎn)換器14處于臨時停止?fàn)顟B(tài)，且加入控制使得預(yù)先限制能 通過電壓轉(zhuǎn)換器14的電能。因此，即使取消電壓轉(zhuǎn)換器14的停止?fàn)?態(tài)，從其通過的電能也保持受限。例如，可通過使用控制裝置13以限 制計算來實施這種通過電能的限制(步驟S4)。應(yīng)當(dāng)注意，在本實施例 中，在電壓轉(zhuǎn)換器14關(guān)閉之后，立即限制通過電能(步驟S3，步驟S4)， 但是提供該限制的時間不限于該方式，因此其只需至少在取消關(guān)閉之 前提供限制。
下面提供上述電能限制的進(jìn)一步說明。具體地，通常由控制裝置 13來主動地控制燃料電池2與牽引電機(jī)8(或電機(jī)逆變器7)之間的電壓 或電流，但是當(dāng)如本實施例中出現(xiàn)故障時，存在根據(jù)發(fā)電側(cè)與耗電側(cè) 之間的平衡來被動判定電壓或電流的值的情形。從在該情形下防止電 能波動的觀點來看，優(yōu)選當(dāng)恢復(fù)電壓轉(zhuǎn)換器14時，指令值設(shè)定為被動 判定的值或與其相近的值。作為恢復(fù)時(時刻t2)的電壓指令，根據(jù)系統(tǒng)， 最優(yōu)選將漂移運行的電壓指令值直接設(shè)為閾值。
優(yōu)選地，通過將出現(xiàn)故障之前的值乘以一定的比率，而將電壓轉(zhuǎn) 換器14恢復(fù)之后的電能上限設(shè)定為低于出現(xiàn)故障之前的值。因此，能 夠防止當(dāng)電壓轉(zhuǎn)換器14從暫時故障狀態(tài)恢復(fù)時出現(xiàn)電能波動。例如， 在本實施例中，與出現(xiàn)故障之前獲得的電能上限相比，恢復(fù)之后的電 能上限降低了 AP(例如，約為出現(xiàn)故障之前20%的BAT電能)(見圖3)。
然后，實施上述漂移運行，之后判定電壓轉(zhuǎn)換器14是否恢復(fù)到正常狀態(tài)(步驟S5)。在電壓轉(zhuǎn)換器14恢復(fù)到正常狀態(tài)的情況下，步驟前
進(jìn)到步驟S7(見圖2)。另一方面，如果電壓轉(zhuǎn)換器14未恢復(fù)到正常狀 態(tài)(步驟S5中為否)，那么判定電壓轉(zhuǎn)換器14中已出現(xiàn)的故障是否持續(xù) 一定的時間段(步驟S6)。如果故障未持續(xù)(換句話說，如果自出現(xiàn)故障 以來還未經(jīng)過一定的時間段)，那么步驟返回到步驟S5，并再次判定電 壓轉(zhuǎn)換器14是否恢復(fù)到正常狀態(tài)。同時，如果故障持續(xù)了一定的時間 段，那么判定該故障不是暫時的，并停止燃料電池系統(tǒng)l(步驟S13)。 應(yīng)當(dāng)注意，在本實施例中，在步驟S13中燃料電池系統(tǒng)1停止，但該 步驟僅僅是個例子，因此，可繼續(xù)由燃料電池2執(zhí)行的漂移運行。
在電壓轉(zhuǎn)換器14恢復(fù)到正常狀態(tài)的情況下，在步驟S7中取消關(guān) 閉。這里，可通過取消其停止?fàn)顟B(tài)來驅(qū)動電壓轉(zhuǎn)換器14(步驟S7)。另 外，在空氣化學(xué)計量根據(jù)漂移運行而變化的情況下，電壓轉(zhuǎn)換器14恢 復(fù)到原始狀態(tài)。
另外，在取消關(guān)閉(步驟S7)之后，取消電壓轉(zhuǎn)換器14的電能限制 (步驟S8)。這樣，優(yōu)選地，如圖2中所示，逐步執(zhí)行電能限制的取消。 如果立刻恢復(fù)受限制的電能，那么牽引電機(jī)8的驅(qū)動力因而增加，取 決于環(huán)境在燃料電池混合動力車輛中出現(xiàn)振動或沖擊，破壞了乘客的 乘坐舒適性和驅(qū)動性能。但是，通過如在本實施例中所述地進(jìn)行逐步 取消，可避免這種情形，也可避免由于出現(xiàn)故障引起的運行中的突然 變化。應(yīng)當(dāng)注意，圖2示出了在時刻t2之后逐步取消電能限制的情形， 但是該過程僅僅是個例子，因此該取消可不逐步地執(zhí)行，從而顯示為 例如直線或曲線的上升斜率。其要點在于，如果通過不是立即而是逐 漸地恢復(fù)電能則可防止急劇變化，那么就不會破壞乘坐舒適性等。
另外，在本實施例中，在如上述取消關(guān)閉的同時，判定是否不再 出現(xiàn)故障(步驟S9)。在故障再次出現(xiàn)的情況下，步驟前進(jìn)到步驟Sll(見 圖2)。如果故障未出現(xiàn)，判定是否完全取消了電能限制(步驟SIO)，如 果取消未完成，那么步驟返回到步驟S8，以進(jìn)一步取消限制。另一方面，如果在步驟S10中判定完全取消了電能限制(步驟S10
中為是)，那么結(jié)束用于出現(xiàn)故障的一系列過程(步驟S12)。具體地，由 于時刻t2之后的電能限制的逐步取消，當(dāng)電能達(dá)到上限(這里的上限設(shè) 定為比出現(xiàn)故障之前所獲得的值低AP的值)時，限制完全取消，并且 可判定電壓轉(zhuǎn)換器14已經(jīng)恢復(fù)到正常狀態(tài)。
根據(jù)上述本實施例的控制方法，例如，在諸如電壓轉(zhuǎn)換器14的電 壓轉(zhuǎn)換器中出現(xiàn)暫時異常的情況下，尋求正?；謴?fù)的可能性，如果可 能，可恢復(fù)電壓轉(zhuǎn)換器。根據(jù)該方式，當(dāng)出現(xiàn)暫時異常時，能夠盡可 能地防止燃料電池系統(tǒng)1的驅(qū)動力不足。此外，僅由于電壓轉(zhuǎn)換器中 出現(xiàn)的異常(故障)不會停止該系統(tǒng)(或者燃料電池混合動力車輛不會停 止)，因此可根據(jù)環(huán)境繼續(xù)電壓轉(zhuǎn)換器的運行。另外，當(dāng)異常不是暫時 性的時候(或借助于燃料電池2實施漂移運行)，停止該系統(tǒng)，由于其可 防止驅(qū)動力的不足，同時確保安全性和可靠性，并且可提高驅(qū)動效率， 所以該實施例可適當(dāng)?shù)胤Q為所謂的故障安全技術(shù)。
應(yīng)當(dāng)注意，上述實施例只是本發(fā)明優(yōu)選實施方式的一個例子，而 本發(fā)明不限于該實施例，在不脫離本發(fā)明實質(zhì)的情況下可以多種方式 進(jìn)行修改。例如，可向本實施例的控制方法添加再生禁止指令。具體 地，如果在故障出現(xiàn)的時刻和開始恢復(fù)控制的時刻(時刻tl)，實施燃料 電池系統(tǒng)1中的禁止或降低電能再生的控制，那么在電壓轉(zhuǎn)換器暫時 停止的同時，可防止驅(qū)動力不足。這種方式的具體實例如下(見圖4)。
首先，當(dāng)出現(xiàn)故障時，開始控制，以將電壓轉(zhuǎn)換器14恢復(fù)到正常 狀態(tài)(步驟S21)。這里，當(dāng)電壓轉(zhuǎn)換器14中出現(xiàn)故障時(步驟S22)，電 壓轉(zhuǎn)換器14停止一次，然后關(guān)閉(步驟S23)。例如，在圖3中，如果 在時刻tl時，電壓轉(zhuǎn)換器14中出現(xiàn)故障，那么電壓轉(zhuǎn)換器14達(dá)到暫 時停止?fàn)顟B(tài)。但是，在這種情形下，燃料電池2本身并不停止，借助 于燃料電池2產(chǎn)生的電能來繼續(xù)燃料電池系統(tǒng)1的運行。這里，當(dāng)考慮可在燃料電池系統(tǒng)1中供給的電能時，由燃料電池2產(chǎn)生的電能與 從高電壓電池(二次電池)15供給的電能之和在時刻tl之前能被供給的 狀態(tài)變?yōu)橛捎诔霈F(xiàn)故障(時刻tl)而電壓轉(zhuǎn)換器14暫時關(guān)閉的狀態(tài)。因
此，得到僅能供給燃料電池2的電能的狀態(tài)(見圖3)。
另外，限制通過電壓轉(zhuǎn)換器14的電能(步驟S24)。這樣，電壓轉(zhuǎn) 換器14處于暫時停止?fàn)顟B(tài)，且加入控制使得能預(yù)先限制通過電壓轉(zhuǎn)換 器14的電能。這里應(yīng)當(dāng)注意，在電壓轉(zhuǎn)換器14關(guān)閉之后立即限制通 過的電能(步驟S23，步驟S24)，但是提供限制的時間不限于該方式， 因此只需至少在取消關(guān)閉之前提供限制。
此外，在本實施例中，禁止?fàn)恳姍C(jī)(TRC電機(jī)8)的再生運行(步 驟S25)。應(yīng)當(dāng)注意，圖4示出了在步驟S24之后實施步驟S25的流程 圖，但是實際上，可在限制通過的電能(步驟S24)的同時實施牽引電機(jī) 8的再生運行的禁止。
然后，判定電壓轉(zhuǎn)換器14是否恢復(fù)到正常狀態(tài)(步驟S26)。在電 壓轉(zhuǎn)換器14恢復(fù)到正常狀態(tài)的情況下，步驟前進(jìn)到步驟S28。另一方 面，如果電壓轉(zhuǎn)換器14未恢復(fù)到正常狀態(tài)(步驟S26中為否)，那么判 定電壓轉(zhuǎn)換器14中已經(jīng)出現(xiàn)的故障是否持續(xù)一定的時間段(步驟S27)。 如果故障未持續(xù)(換句話說，如果自出現(xiàn)故障以來還未經(jīng)過一定的時間 段)，那么步驟返回到步驟S26，并再次判定電壓轉(zhuǎn)換器14是否恢復(fù)到 正常狀態(tài)。同時，如果故障持續(xù)了一定的時間段，那么判定該故障不 是暫時的，且燃料電池系統(tǒng)1停止或在電壓轉(zhuǎn)換器14停止的同時行駛 繼續(xù)(步驟S36)。
在電壓轉(zhuǎn)換器14恢復(fù)到正常狀態(tài)的情況下，在步驟S28中取消關(guān) 閉。這里，可通過取消其停止?fàn)顟B(tài)來驅(qū)動電壓轉(zhuǎn)換器14(步驟S28)。
另外，在本實施例中，判定在該時刻的燃料電池2的電壓值(電壓當(dāng)前值)是否等于電壓轉(zhuǎn)換器14的電壓指令值(步驟S29)。如果這些值 彼此相等，那么步驟前進(jìn)到步驟S30。響應(yīng)于電壓值(電壓當(dāng)前值)等于 電壓指令值的結(jié)果，在步驟S30中取消牽引電機(jī)8的再生禁止(見圖4)。 另外，逐步取消電壓轉(zhuǎn)換器14的電能限制(步驟S31)。
此外，在如上所述取消關(guān)閉的同時，判定是否不再出現(xiàn)故障(步驟 S32)。在再次出現(xiàn)故障的情況下，步驟前進(jìn)到步驟S34(見圖4)。如果 故障未出現(xiàn)，則判定是否完全取消了電能限制(步驟S33)，且如果取消 未完成，那么步驟返回到步驟S31，以進(jìn)一步取消限制。
另一方面，如果在步驟S33中判定完全取消了電能限制，那么結(jié) 束用于出現(xiàn)故障的一系列過程(步驟S35)。具體地，由于時刻t2之后的 電能限制的逐步取消，當(dāng)電能達(dá)到上限(這里的上限設(shè)定為比出現(xiàn)故障 之前所獲得的值低AP的值)時，限制完全取消，并且可確定電壓轉(zhuǎn)換 器14已經(jīng)恢復(fù)到正常狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明，即使當(dāng)電壓轉(zhuǎn)換器(例如，電壓轉(zhuǎn)換器14)中出現(xiàn)暫 時異常時，由于在出現(xiàn)暫時異常之后尋求恢復(fù)，所以也能使驅(qū)動力的 不足最小化。
因此，本發(fā)明可廣泛地應(yīng)用在燃料電池系統(tǒng)和其控制方法中，例 如，用作燃料電池混合動力車輛等的車載發(fā)電系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1. 一種燃料電池系統(tǒng)，其中蓄電裝置與燃料電池通過電壓轉(zhuǎn)換器彼此并聯(lián)，所述燃料電池系統(tǒng)包括用于當(dāng)所述電壓轉(zhuǎn)換器中出現(xiàn)異常時停止所述電壓轉(zhuǎn)換器的裝置；用于在停止所述電壓轉(zhuǎn)換器之后嘗試將所述電壓轉(zhuǎn)換器恢復(fù)到正常狀態(tài)的裝置；以及用于直到所述電壓轉(zhuǎn)換器恢復(fù)到所述正常狀態(tài)為止至少在所述燃料電池中產(chǎn)生驅(qū)動力的裝置。
2. —種燃料電池系統(tǒng)的控制方法，在所述燃料電池系統(tǒng)中蓄電裝 置與燃料電池通過電壓轉(zhuǎn)換器彼此并聯(lián)，其中在所述電壓轉(zhuǎn)換器中出現(xiàn)異常的情況下，停止所述電壓轉(zhuǎn)換 器，在停止所述電壓轉(zhuǎn)換器之后嘗試將所述電壓轉(zhuǎn)換器恢復(fù)到正常狀 態(tài)，并且直到所述電壓轉(zhuǎn)換器恢復(fù)到所述正常狀態(tài)為止至少在所述燃 料電池中產(chǎn)生驅(qū)動力。
3. 如權(quán)利要求2所述的燃料電池系統(tǒng)的控制方法，其中，至少直到所述電壓轉(zhuǎn)換器開始恢復(fù)到所述正常狀態(tài)為止， 對能夠通過所述電壓轉(zhuǎn)換器的電能值設(shè)定限制。
4. 如權(quán)利要求3所述的燃料電池系統(tǒng)的控制方法， 其中當(dāng)所述電壓轉(zhuǎn)換器恢復(fù)到所述正常狀態(tài)時能產(chǎn)生的電能的上限設(shè)定為比在出現(xiàn)所述異常之前產(chǎn)生的電能的上限低的值。
5. 如權(quán)利要求3或4所述的燃料電池系統(tǒng)的控制方法， 其中當(dāng)使所述電壓轉(zhuǎn)換器恢復(fù)到所述正常狀態(tài)時，逐步取消所述限制。
6. 如權(quán)利要求2至5中任一項所述的燃料電池系統(tǒng)的控制方法，其中當(dāng)所述電壓轉(zhuǎn)換器處于所述異常狀態(tài)時，響應(yīng)于所述燃料電 池的輸出請求，通過執(zhí)行與當(dāng)所述電壓轉(zhuǎn)換器處于所述正常狀態(tài)時執(zhí) 行的運行不同的運行來獲得所述燃料電池的輸出。
7. —種燃料系統(tǒng)，包括用于實施如權(quán)利要求2至6中任一項所述 的控制方法的控制裝置。
全文摘要
本發(fā)明試圖在電壓轉(zhuǎn)換器中出現(xiàn)暫時異常時恢復(fù)電壓轉(zhuǎn)換器，并使驅(qū)動力的不足最小化。在包括設(shè)有電壓轉(zhuǎn)換器(14)的蓄電裝置(15)的燃料電池系統(tǒng)(1)中，在電壓轉(zhuǎn)換器(14)中出現(xiàn)異常的情況下，停止電壓轉(zhuǎn)換器(14)一次，在停止電壓轉(zhuǎn)換器(14)之后嘗試將電壓轉(zhuǎn)換器(14)恢復(fù)到正常狀態(tài)，并且直到電壓轉(zhuǎn)換器(14)恢復(fù)到正常狀態(tài)為止至少在燃料電池(2)中產(chǎn)生驅(qū)動力。優(yōu)選地，當(dāng)電壓轉(zhuǎn)換器(14)恢復(fù)到正常狀態(tài)時能產(chǎn)生的電能的上限設(shè)定為比在出現(xiàn)異常之前獲得的電能的上限低的值。另外，優(yōu)選地，當(dāng)將電壓轉(zhuǎn)換器(14)恢復(fù)到正常狀態(tài)時，逐步取消該限制。
文檔編號H01M8/04GK101305490SQ20068004188
公開日2008年11月12日 申請日期2006年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月9日
發(fā)明者麻生真司 申請人:豐田自動車株式會社