專利名稱：燃料電池系統(tǒng)和移動(dòng)體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料電池系統(tǒng)，其中，當(dāng)對(duì)燃料電池組的發(fā)電需 求量小于預(yù)定值時(shí)執(zhí)行用于暫時(shí)地停止電池運(yùn)行的間歇運(yùn)行，并且還 涉及包括此系統(tǒng)的移動(dòng)體。
背景技術(shù)：
燃料電池系統(tǒng)是一種能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中，燃料氣體和氧化氣體 供給至薄膜-電極粘結(jié)件以發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，并且化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?首先，在固態(tài)聚合物薄膜被用作電解質(zhì)的固態(tài)聚合物電解質(zhì)燃料電池 中，可以容易地以低成本實(shí)現(xiàn)緊湊結(jié)構(gòu)，此外，電池具有高輸出密度， 因此，希望將其作為供電系統(tǒng)安裝在車輛上的應(yīng)用。
此外，在安裝有燃料電池系統(tǒng)作為電源的燃料電池車輛上，在發(fā) 電效率高的高輸出區(qū)域，燃料電池組允許發(fā)電，并且電力從燃料電池 組和蓄電池中的一個(gè)或兩個(gè)供給至牽引電機(jī)，而對(duì)于發(fā)電效率低的低 輸出區(qū)域，燃料電池組的發(fā)電暫停，并且執(zhí)行運(yùn)行控制，從而僅從二 次電池供給電力至牽引電機(jī)。根據(jù)燃料電池組的負(fù)載大小，燃料電池 組的發(fā)電和停止發(fā)電以這樣的方式交替地重復(fù)進(jìn)行的運(yùn)行方法稱為間 歇運(yùn)行。在燃料電池組的發(fā)電效率低的低負(fù)載區(qū)域，執(zhí)行間歇運(yùn)行以 暫時(shí)地停止燃料電池組的運(yùn)行，以致燃料電池組可以運(yùn)行在能量轉(zhuǎn)換 效率高的區(qū)域，并且可以改善整個(gè)燃料電池系統(tǒng)的效率。
基于燃料電池組的發(fā)電特性，即使當(dāng)控制從發(fā)電暫停狀態(tài)轉(zhuǎn)換至 發(fā)電狀態(tài)時(shí)，供給燃料氣體和氧化氣體至燃料電池組、在薄膜-電極粘 結(jié)件中電化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行、對(duì)應(yīng)于需求功率產(chǎn)生電能等也需要相當(dāng)長(zhǎng) 的時(shí)間。因此，不能立即輸出所需的功率，并且有時(shí)形成發(fā)電延遲。在安裝有燃料電池系統(tǒng)作為電源的車輛上，這樣的發(fā)電延遲變成一個(gè) 驅(qū)動(dòng)性能變差的因素。
為了解決這樣的問(wèn)題，在日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_(kāi)2004-172028中,供給 一種方法，其中，當(dāng)已經(jīng)執(zhí)行間歇運(yùn)行因此轉(zhuǎn)入發(fā)電暫停狀態(tài)的燃料
電池組的電池電壓變得低于預(yù)定值時(shí)，驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)以供給氧化氣 體至燃料電池組，燃料電池組的陰極中的氧不足得到解決以恢復(fù)電池 電壓，并且抑制了相對(duì)于發(fā)電需求的響應(yīng)延遲。日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_(kāi)2004-172028

發(fā)明內(nèi)容
然而，即使不希望負(fù)載波動(dòng)的發(fā)生如同車輛的停止期間的情況一 樣的情況中(在即使負(fù)載發(fā)生波動(dòng)的情況下，響應(yīng)延遲也不影響驅(qū)動(dòng)性 能的情況中)，當(dāng)執(zhí)行驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)或類似物以供給氧化氣體至燃料 電池組并恢復(fù)電池電壓的處理時(shí)，無(wú)價(jià)值地消耗輔機(jī)功率，因此，發(fā) 電效率低。
另一方面，在對(duì)于需求功率的響應(yīng)延遲如車輛行駛期間的情況一 樣影響驅(qū)動(dòng)性能的情況下，優(yōu)選地，應(yīng)當(dāng)控制電池電壓的減小。
因此，本發(fā)明的主題在于實(shí)現(xiàn)抑制燃料電池系統(tǒng)中的響應(yīng)延遲以 及改進(jìn)發(fā)電效率。
為了解決以上問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的移動(dòng)體包括具有控制裝置的燃 料電池系統(tǒng)，其中，當(dāng)關(guān)于燃料電池組的發(fā)電需求小于預(yù)定值時(shí)，所 述控制裝置執(zhí)行間歇運(yùn)行以暫停電池運(yùn)行，并且，當(dāng)在間歇運(yùn)行期間 電池電壓恢復(fù)處理執(zhí)行條件得到滿足時(shí)，所述控制裝置執(zhí)行電池電壓 的恢復(fù)處理。在移動(dòng)體的停止期間，控制裝置限制電池電壓恢復(fù)處理。在移動(dòng)體停止期間，需求負(fù)載小，因此，恢復(fù)電池電壓的需求小。 在移動(dòng)體停止期間，電池電壓恢復(fù)處理受到限制，因此，可以有效地 抑制由于不必要地執(zhí)行電池電壓恢復(fù)處理而導(dǎo)致的發(fā)電效率的減小。 此處，例如，"限制電池電壓恢復(fù)處理"是指將電池電壓恢復(fù)處理執(zhí)行條 件以受限方式設(shè)定。電池電壓恢復(fù)處理執(zhí)行條件受到限制的事實(shí)表明， 電池電壓恢復(fù)處理執(zhí)行條件不容易獲得滿足。
應(yīng)當(dāng)注意的是，可以構(gòu)造成當(dāng)移動(dòng)體正在移動(dòng)時(shí)，電池電壓恢復(fù) 處理執(zhí)行條件被寬泛地設(shè)定。寬泛地設(shè)定電池電壓恢復(fù)處理執(zhí)行條件 表明，電池電壓恢復(fù)處理執(zhí)行條件容易獲得滿足。
根據(jù)用于執(zhí)行本發(fā)明的優(yōu)選的模式，與移動(dòng)體移動(dòng)期間的情況相 比，在移動(dòng)體停止期間的電池電壓恢復(fù)處理執(zhí)行條件以受限方式設(shè)定。
為了解決以上問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)包括控制裝置和 蓄電裝置，其中，當(dāng)關(guān)于燃料電池組的發(fā)電需求小于預(yù)定值時(shí)，所述 控制裝置執(zhí)行間歇運(yùn)行以暫時(shí)地停止電池運(yùn)行，并且，當(dāng)在間歇運(yùn)行 期間電池電壓恢復(fù)處理執(zhí)行條件得到滿足時(shí)，所述控制裝置執(zhí)行電池 電壓恢復(fù)處理；所述蓄電裝置供給電力至電力負(fù)載。當(dāng)在間歇運(yùn)行期 間從蓄電裝置供給的功率超過(guò)需求負(fù)載時(shí)，控制裝置限制電池電壓恢 復(fù)處理。
當(dāng)即使在間歇運(yùn)行期間從蓄電裝置供給的功率滿足需求負(fù)載時(shí)， 恢復(fù)電池電壓的需求較小，因此，可以限制電池電壓恢復(fù)處理以抑制 由于不必要地執(zhí)行電池電壓恢復(fù)處理而導(dǎo)致的發(fā)電效率的減小。
當(dāng)蓄電裝置的剩余容量增加時(shí)，電池電壓恢復(fù)處理執(zhí)行條件可以 以受限方式設(shè)定。當(dāng)蓄電裝置的剩余容量大時(shí)，即使在間歇運(yùn)行期間， 蓄電裝置供給的功率也滿足需求負(fù)載，因此，恢復(fù)電池電壓的需求較 小。當(dāng)蓄電裝置的剩余容量大時(shí)，可以限制電池電壓恢復(fù)處理以抑制由于不必要地執(zhí)行電池電壓恢復(fù)處理而導(dǎo)致的發(fā)電效率的減小。
應(yīng)當(dāng)注意的是，可以構(gòu)造成當(dāng)在間歇運(yùn)行期間關(guān)于燃料電池組的 需求負(fù)載減小時(shí)，電池電壓恢復(fù)處理執(zhí)行條件以受限方式設(shè)定。即使 在間歇運(yùn)行期間，當(dāng)關(guān)于燃料電池組的需求負(fù)載小時(shí)，恢復(fù)電池電壓 的需求較小。因此，可以限制電池電壓恢復(fù)處理以抑制由于不必要地 執(zhí)行電池電壓恢復(fù)處理而導(dǎo)致發(fā)電效率的減小。


圖1是根據(jù)當(dāng)前實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的系統(tǒng)組成圖； 圖2是示出了電池電壓恢復(fù)處理的時(shí)序圖；和 圖3是示出了電池電壓恢復(fù)處理程序的流程圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是根據(jù)當(dāng)前實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)10的系統(tǒng)組成。
例如，燃料電池系統(tǒng)IO作為發(fā)電系統(tǒng)被安裝在燃料電池車輛上， 并且包括固態(tài)聚合物電解質(zhì)燃料電池組40，其包括在內(nèi)部層壓有多個(gè) 電池的堆棧結(jié)構(gòu)。各電池包括薄膜-電極粘結(jié)件，其中陽(yáng)極被設(shè)置成處 于電解膜的一個(gè)表面上，并且其中陰極被設(shè)置成處于另一個(gè)表面上； 以及分離器，其設(shè)置有用于使反應(yīng)氣體(燃料氣體，氧化氣體)通過(guò)薄膜 -電極粘結(jié)件的氣體通道(陽(yáng)極氣體通道，陰極氣體通道)和用于流過(guò)冷 卻劑的冷卻劑通道。燃料電池組40接收在陽(yáng)極供給的氫氣(燃料氣體)， 并且接收在陰極供給的氧氣(氧化氣體)，以產(chǎn)生電力。
在燃料電池組40中，在陽(yáng)極發(fā)生公式(l)所示的氧化反應(yīng)，并且在 陰極發(fā)生如公式(2)所示的還原反應(yīng)。在整個(gè)燃料電池組40中，發(fā)生 公式(3)所示的電學(xué)反應(yīng)。
<formula>formula see original document page 7</formula>... (1);(l/2)02+2H++2e- — H20 ... (2);禾口 H2+(l/2)02 — H20 ...(3).
燃料電池系統(tǒng)10的氧氣供給系統(tǒng)設(shè)置有用于供給氧氣至燃料電 池組40的氧氣供給通路11，以及用于將從燃料電池組40排放的氧廢 氣排出至外部的氧廢氣排放通路12。氧氣供給通路11設(shè)置有用于去除 大氣中的氧氣中含有的粉塵等類似物的過(guò)濾器13、用于加壓氧氣的空 氣壓縮機(jī)14和用于適當(dāng)?shù)貪駶?rùn)通過(guò)空氣壓縮機(jī)14加壓后的氧氣的增 濕器15。
增濕器15在取自大氣的低濕度氧氣(干燥氣體)和從燃料電池組40 的陰極排出的高濕度氧廢氣(濕潤(rùn)氣體)之間交換水分。如公式(2)所示， 水是在陰極產(chǎn)生，因此，從陰極排出的氧廢氣中包含大量水分。通過(guò) 增濕器15加濕的氧氣被通過(guò)氧氣供給通路11供給至燃料電池組40， 用于燃料電池組40發(fā)電。氧廢氣排出通路12是設(shè)置在氧氣排出系統(tǒng) 中的管路，并且，用于調(diào)節(jié)燃料電池組40內(nèi)的氧氣壓力的壓力調(diào)節(jié)閥 16設(shè)置在增濕器15和燃料電池組40之間。流過(guò)氧廢氣排出通路12的 氧廢氣通過(guò)壓力調(diào)節(jié)閥16，用于在增濕器15中進(jìn)行水分交換，然后， 作為廢氣從系統(tǒng)排出至大氣中。
燃料電池系統(tǒng)10的氫氣供給系統(tǒng)設(shè)置有作為氫供給源的氫罐 21，在其內(nèi)部存儲(chǔ)有高壓氫氣；氫氣供給通路22，其供給從氫罐21輸 入的氫氣至燃料電池組40;截流閥29，其控制從氫罐21至氫氣供給 通路22的氫氣的供給或停止；截流閥28，其控制從氫氣供給通路22 至燃料電池組40的氫氣的供給或停止；循環(huán)通路23，用于允許從燃料 電池組40排出的氫廢氣(未反應(yīng)的氫氣)回流至氫廢氣排出通路22;氫 泵24，其將流過(guò)循環(huán)通路23的氫廢氣在壓力下供給到氫氣供給通路 22;以及排出通路25，其從循環(huán)通路23分出以并入氧廢氣排出通路
812。氫泵24是渦輪泵、葉輪泵、根式泵(root type pump)、隔膜泵或類 似物。
在氫廢氣排出通路22的上游側(cè)上，插入有調(diào)節(jié)器27，其調(diào)節(jié)從 氫罐21排出的高壓氫氣的壓力，并且，循環(huán)通路23并入調(diào)節(jié)器27的 下游側(cè)。從氫罐21流至氫氣供給通路22的氫氣和通過(guò)循環(huán)通路23回 流的氫廢氣在氫氣供給通路22和循環(huán)通路23之間的連接點(diǎn)處匯合， 并且被作為混合氣體供給至燃料電池組40。在循環(huán)通路23的氫泵24 的下游側(cè)上，插入有止回閥26，其抑制回流至燃料電池組40的氫廢氣 的逆流。
在氫泵24的上游側(cè)上，插入有氣-液分離器30，其將水分從流過(guò) 循環(huán)通路23的氫廢氣中分離出來(lái)。流過(guò)循環(huán)通路23的流體包括從燃 料電池組40排出的氫廢氣和通過(guò)燃料電池組40內(nèi)的電化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn) 生的生成水。氣-液分離器30將此生成水從氫廢氣中分離出來(lái)。水分已 經(jīng)被分離出來(lái)的氫廢氣通過(guò)氫泵24強(qiáng)制回流至燃料電池組40，而通過(guò) 氣-液分離器30收集的水通過(guò)排水閥31從流體管路32排出至氧廢氣排 出通路12。
流體管路32的上游端連接至氣-液分離器30的排水閥31，并且其 出口端連接至氧廢氣排出通路12，為此通過(guò)氣-液分離器30分離出來(lái) 的水允許流入氧廢氣排出通路12。排出通路25設(shè)置有排氣閥33，其 用作切斷閥用于開(kāi)啟和關(guān)閉此排出通路。排氣閥33被適當(dāng)?shù)亻_(kāi)啟和關(guān) 閉，以致氫廢氣中包含的雜質(zhì)可以通過(guò)排出通路25與氫廢氣一起被排 出至氧廢氣排出通路12。氫廢氣中包含的雜質(zhì)從排出通路25中排出， 為此，氫廢氣中的雜質(zhì)濃度降低，并且，進(jìn)行循環(huán)且被供給至燃料電 池組40的氫廢氣中的氫濃度可以增加。
燃料電池系統(tǒng)10的電力系統(tǒng)設(shè)置有二次電池(蓄電裝置)42，用 于蓄積燃料電池組40產(chǎn)生的電能和車輛制動(dòng)期間的再生能量；DC/DC變換器41，其調(diào)節(jié)燃料電池組40的輸出電壓以控制燃料電池組40和 二次電池42之間的電力供給的分配；以及逆變器43，其將燃料電池組 40或二次電池42供給的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，以供給電力至牽引電機(jī) (車輛行駛電機(jī))44。
燃料電池系統(tǒng)10的冷卻系統(tǒng)設(shè)置有冷卻劑通道51，用于流通 在燃料電池組40中循環(huán)的冷卻劑；冷卻劑泵54，其沿著冷卻劑通道 51在壓下供給冷卻劑；散熱器53，用于冷卻冷卻劑；以及旁通閥52， 其允許冷卻劑繞過(guò)散熱器53，從而沿著冷卻劑通道51流過(guò)冷卻劑?？?以調(diào)節(jié)繞過(guò)散熱器53的冷卻劑的旁路量，以調(diào)節(jié)冷卻劑溫度。
燃料電池系統(tǒng)10的控制系統(tǒng)設(shè)置有用于控制整個(gè)燃料電池系統(tǒng) 10的控制器60?？刂破?0是控制單元(ECU)，包括中央處理單元(CPU)、 存儲(chǔ)器件(ROM， RAM)、輸入-輸出接口等。
例如，在接收來(lái)自點(diǎn)火開(kāi)關(guān)71的起動(dòng)信號(hào)時(shí)，控制器60開(kāi)始燃 料電池系統(tǒng)10的運(yùn)行，并且，基于從加速器傳感器73輸出的加速器 開(kāi)度信號(hào)、車速傳感器72輸出的車輛速度信號(hào)等獲得整個(gè)系統(tǒng)的需求 功率。整個(gè)系統(tǒng)的需求功率是車輛行駛功率和輔機(jī)功率的總和。輔機(jī) 功率的實(shí)例包括車載輔機(jī)消耗(增濕器、空氣壓縮機(jī)、氫泵、冷卻水循 環(huán)泵等)的功率，車輛行駛所需要的器件(變速齒輪、車輪控制裝置、轉(zhuǎn) 向器件、懸掛器件等)消耗的功率，以及在乘客室中設(shè)置的器件(空調(diào)器 件、照明設(shè)備、聲響等)消耗的功率。
此外，控制器60確定燃料電池組40和二次電池42的輸出功率的 分配，調(diào)節(jié)空氣壓縮機(jī)14的轉(zhuǎn)數(shù)和調(diào)節(jié)器27的閥開(kāi)度，調(diào)節(jié)供給至 燃料電池組40的反應(yīng)氣體的量，并且控制調(diào)整燃料電池組40的輸出 電壓以致燃料電池組40產(chǎn)生的功率量與目標(biāo)功率相匹配的DC/DC變 換器41，為此控制燃料電池組40的運(yùn)行點(diǎn)(輸出電壓，輸出電流)。此 外，為獲得與加速器開(kāi)度相對(duì)應(yīng)的目標(biāo)車輛速度，例如，控制器60輸
10出U-相、V-相和W-相的交流電壓指令值作為開(kāi)關(guān)指令輸出至逆變器
43，并且控制牽引電機(jī)44的輸出扭矩和轉(zhuǎn)數(shù)。
當(dāng)需求功率是預(yù)定值或更小時(shí)，控制器60執(zhí)行間歇運(yùn)行，以暫停 發(fā)電。預(yù)定值是燃料電池組40的發(fā)電效率減小的發(fā)電區(qū)域的上限值。 在此發(fā)電區(qū)域，發(fā)電量的大部分被輔機(jī)消耗，因此發(fā)電效率減小。在 間歇運(yùn)行期間，燃料電池組40的發(fā)電狀態(tài)變?yōu)闀和５臓顟B(tài)，但是，輔 機(jī)為運(yùn)行做好準(zhǔn)備，并且，由二次電池42供給的電力滿足整個(gè)系統(tǒng)的 需求功率(車輛行駛功率和輔機(jī)功率的總和)。在發(fā)電停止期間，控制器
60關(guān)閉截流閥28，停止驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)14，并且，暫停反應(yīng)氣體至燃 料電池組40的供給。此外，控制器60運(yùn)行DC/DC變換器41，以增加 二次電池42的輸出電壓，為此，燃料電池組40的輸出端電壓維持在 開(kāi)路電壓(OCV)，并且執(zhí)行控制，以致在間歇運(yùn)行期間不會(huì)從燃料電池 組40流出任何電流。
控制器60監(jiān)測(cè)從電壓傳感器74輸出的燃料電池組40的電池電 壓，并且在這樣的階段執(zhí)行電池電壓恢復(fù)處理，即，在間歇運(yùn)行期間 電池電壓的減小變到低于預(yù)定閾值的階段。電池電壓恢復(fù)處理表示用 于將由于停止反應(yīng)氣體的供給而減小的電池電壓恢復(fù)至被減小前的電 壓值附近的處理。具體地說(shuō)，它表示這樣的處理，即，空氣壓縮機(jī)14 被驅(qū)動(dòng)以供給氧化氣體至燃料電池組40陰極，或者是截流閥28打開(kāi)， 并且驅(qū)動(dòng)氫泵14以向燃料電池組40的陽(yáng)極供給燃料氣體。此外，除 此處理之外，可以包括驅(qū)動(dòng)冷卻劑泵54以使冷卻劑循環(huán)通過(guò)燃料電池 組40的處理。
在燃料電池組40中， 一部分氫通過(guò)電解膜以從陽(yáng)極移動(dòng)至陰極。 因此，在陰極側(cè)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，并且消耗留存在氧氣供給通路11中 的氧氣。特別地，存在的氧氣僅僅大約是空氣中的20%，因此，該氣 體比氫氣消耗得更快。作為電池電壓恢復(fù)處理的一個(gè)實(shí)例，當(dāng)驅(qū)動(dòng)空 氣壓縮機(jī)14以向燃料電池組40的陰極補(bǔ)充氧氣時(shí)，電池電壓可以恢
11復(fù)。
此外，如上所述，在車輛行駛及車輛停止時(shí)，恢復(fù)電池電壓的需 求不同。當(dāng)車輛行駛時(shí)，在間歇運(yùn)行期間電池電壓的減小變成導(dǎo)致發(fā) 電延遲的因素，并且影響驅(qū)動(dòng)性能。另一方面，當(dāng)車輛停止時(shí)，在間 歇運(yùn)行期間電池電壓的減小只對(duì)驅(qū)動(dòng)性能存在極小的影響。因此，與 在車輛行駛期間的情況相比，在車輛停止期間的電池電壓恢復(fù)處理執(zhí) 行條件以受限方式設(shè)定，因此，發(fā)電效率可以得到改善，同時(shí)抑制燃 料電池組40對(duì)需求負(fù)載的響應(yīng)延遲。
此處，電池電壓恢復(fù)處理執(zhí)行條件是執(zhí)行電池電壓恢復(fù)處理需要 滿足的必要條件。該條件的實(shí)例包括以下條件電池電壓低于特定值; 燃料電池組40的反應(yīng)氣體(燃料氣體或氧化氣體)的壓力或濃度低于特 定值。具體地說(shuō)，假定在車輛行駛期間電池電壓恢復(fù)處理執(zhí)行條件是 閾值電壓Vthl并且在車輛停止期間電池電壓恢復(fù)處理執(zhí)行條件是閾值
電壓Vth2，貝lj Vthl>Vth2?？蛇x地，例如，假定在車輛行駛期間電池
電壓恢復(fù)處理執(zhí)行條件是反應(yīng)氣體壓力Pl，并且在車輛停止期間電池
電壓恢復(fù)處理執(zhí)行條件是反應(yīng)氣體壓力P2,則P1>P2。
電池電壓恢復(fù)處理執(zhí)行條件受到限制的事實(shí)表明，電池電壓恢復(fù) 處理執(zhí)行條件不容易獲得滿足。根據(jù)上述實(shí)例，閾值電壓Vth2表明， 與閾值電壓Vthl相比，電池電壓恢復(fù)處理執(zhí)行條件受到限制，并且反 應(yīng)氣體壓力P2表明，與反應(yīng)氣體壓力Pl相比，電池電壓恢復(fù)處理執(zhí) 行條件受到限制。
下面將描述電池電壓恢復(fù)處理的具體情況。
圖2示出了電池電壓恢復(fù)處理的時(shí)序圖。在圖中，"間歇標(biāo)志"是 表明是否執(zhí)行間歇運(yùn)行的標(biāo)志信息。間歇標(biāo)志=開(kāi)表示正在執(zhí)行間歇運(yùn) 行(發(fā)電暫停)。間歇標(biāo)志=關(guān)表示沒(méi)有執(zhí)行間歇運(yùn)行(電池正在運(yùn)行)。例如，當(dāng)關(guān)于燃料電池系統(tǒng)IO的需求功率是預(yù)定值或更小時(shí)，間歇標(biāo)志 =開(kāi)。當(dāng)關(guān)于燃料電池系統(tǒng)10的需求功率超過(guò)預(yù)定值時(shí)，間歇標(biāo)志=關(guān)。 另一方面，"行駛標(biāo)志"是表明車輛是否行駛的標(biāo)志信息。行駛標(biāo)志=開(kāi) 表明車輛正在行駛。行駛標(biāo)志=關(guān)表明車輛停止。例如，當(dāng)通過(guò)加速器
傳感器73檢測(cè)到的車輛速度是預(yù)定值(例如若干kms/h或更小)或更小 時(shí)，行駛標(biāo)志=關(guān)。當(dāng)通過(guò)加速器傳感器73檢測(cè)到的車輛速度超過(guò)預(yù) 定值時(shí)，行駛標(biāo)志=開(kāi)。
對(duì)于時(shí)刻tl至t2的時(shí)段，間歇標(biāo)志為開(kāi)，行駛標(biāo)志為開(kāi)，因此， 在車輛行駛的狀態(tài)下執(zhí)行間歇運(yùn)行。此時(shí)段的電池電壓恢復(fù)處理執(zhí)行 條件為"電池電壓低于閾值電壓Vthl的條件"。然而，如圖所示，對(duì)于 時(shí)刻tl至t2的時(shí)段，電池電壓沒(méi)有低于閾值電壓Vthl，因此，不執(zhí)行 任何電池電壓恢復(fù)處理。
對(duì)于時(shí)刻t2至t4的時(shí)段，間歇標(biāo)志為為開(kāi)，行駛標(biāo)志為關(guān)，因此， 在車輛停止的狀態(tài)下執(zhí)行間歇運(yùn)行。此時(shí)段的電池電壓恢復(fù)處理執(zhí)行 條件為"電池電壓低于閾值電壓Vth2的條件"。如圖所示，在時(shí)刻t3, 電池電壓低于閾值電壓Vth2，因此，驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)14(執(zhí)行電池電壓 恢復(fù)處理)。
圖3是示出了電池電壓恢復(fù)處理程序的流程圖。
電壓恢復(fù)處理程序以一定的時(shí)間間隔周期性地重復(fù)執(zhí)行。當(dāng)電壓 恢復(fù)處理程序被調(diào)用時(shí)，控制器60判斷間歇標(biāo)志是否被設(shè)置為開(kāi)(步驟 301)。當(dāng)間歇標(biāo)志沒(méi)有被設(shè)置為開(kāi)時(shí)(步驟301;否)，控制器60從電池 電壓恢復(fù)處理程序中跳出。
另一方面，當(dāng)間歇標(biāo)志被設(shè)置為開(kāi)時(shí)(步驟301;是)，控制器60 判斷行駛標(biāo)志是否被設(shè)置為開(kāi)(步驟302)。當(dāng)行駛標(biāo)志被設(shè)置為開(kāi)時(shí)(步 驟302;是)，控制器60將閾值電壓Vthl設(shè)置為電池電壓恢復(fù)處理執(zhí)行條件(步驟303)。當(dāng)行駛標(biāo)志沒(méi)有設(shè)置為開(kāi)時(shí)(步驟302;否)，控制器 60將閾值電壓Vth2設(shè)置為電池電壓恢復(fù)處理執(zhí)行條件(步驟304)。
然后，控制器60判斷電池電壓是否低于閾值電壓(步驟305)。當(dāng) 電池電壓低于陶值電壓時(shí)(步驟305;是)，控制器60驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī) 14或類似物，以執(zhí)行電池電壓恢復(fù)處理(步驟306)。當(dāng)電池電壓不低于 閾值電壓時(shí)(步驟305;否)，控制器60從電池電壓恢復(fù)處理程序中跳出。
當(dāng)燃料電池車輛停止時(shí)，需求負(fù)載小，因此恢復(fù)電池電壓的需求 小。當(dāng)燃料電池車輛停止時(shí)，電池電壓恢復(fù)處理受到限制，因此，可 以有效地抑制由于不必要地執(zhí)行電池電壓恢復(fù)處理而導(dǎo)致的發(fā)電效率 的減小。g卩，與燃料電池車輛行駛期間的情況相比，在燃料電池車輛 停止期間的電池電壓恢復(fù)處理執(zhí)行條件可以受限方式設(shè)定。
應(yīng)當(dāng)注意的是，在此實(shí)施例中，當(dāng)在間歇運(yùn)行期間由二次電池42 供給的功率超過(guò)需求負(fù)載時(shí)，電池電壓恢復(fù)處理可以受到限制。即使 在間歇運(yùn)行期間，當(dāng)由二次電池42供給的功率可滿足需求負(fù)載時(shí)，恢 復(fù)電池電壓的需求也較小，因此，電池電壓恢復(fù)處理受到限制，從而 可以抑制由于不必要地執(zhí)行電池電壓恢復(fù)處理而導(dǎo)致的發(fā)電效率的減小。
此外，當(dāng)二次電池42的剩余容量增加時(shí)，電池電壓恢復(fù)處理執(zhí)行 條件可以受限方式設(shè)定。當(dāng)二次電池42的剩余容量大時(shí)，即使在間歇 運(yùn)行期間，二次電池42供給的功率也能滿足需求負(fù)載，因此，恢復(fù)電 池電壓的需求較小。當(dāng)二次電池42的剩余容量大時(shí)，電池電壓恢復(fù)處 理受到限制，因此可以抑制由于不必要地執(zhí)行電池電壓恢復(fù)處理而導(dǎo) 致的發(fā)電效率的減小。
應(yīng)當(dāng)注意的是，可能構(gòu)造成當(dāng)在間歇運(yùn)行期間關(guān)于燃料電池組40 的需求負(fù)載減小時(shí)，電池電壓恢復(fù)處理執(zhí)行條件以受限方式設(shè)定。即使在間歇運(yùn)行期間，當(dāng)關(guān)于燃料電池組40的需求負(fù)載小時(shí)，恢復(fù)電池 電壓的需求較小，因此，電池電壓恢復(fù)處理受到限制，從而可以抑制 由于不必要地執(zhí)行電池電壓恢復(fù)處理而導(dǎo)致的發(fā)電效率的減小。
在此實(shí)施例中，已經(jīng)示出了一種使用構(gòu)造，其中燃料電池系統(tǒng)IO 被用為電力供給系統(tǒng)安裝在車輛上，但是燃料電池系統(tǒng)10的使用構(gòu)造 不限于此實(shí)例，并且，該系統(tǒng)可以用作電力供給系統(tǒng)安裝在移動(dòng)體上 (船、飛機(jī)、機(jī)器人或類似物)。燃料電池系統(tǒng)IO可以并入固定的熱電 聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)(同時(shí)供給熱能和電能)。熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)可以是商用的或家用 的。
工業(yè)實(shí)用性
根據(jù)本發(fā)明，可以實(shí)現(xiàn)燃料電池系統(tǒng)的響應(yīng)延遲的抑制以及發(fā)電 效率的改進(jìn)。
權(quán)利要求
1. 一種移動(dòng)體，包括燃料電池系統(tǒng)，所述燃料電池系統(tǒng)具有控制裝置，當(dāng)對(duì)于燃料電池組的發(fā)電需求小于預(yù)定值時(shí)，所述控制裝置執(zhí)行間歇運(yùn)行以暫停電池運(yùn)行，當(dāng)在所述間歇運(yùn)行期間滿足電池電壓恢復(fù)處理執(zhí)行條件時(shí)，所述控制裝置執(zhí)行電池電壓恢復(fù)處理，其中所述控制裝置被構(gòu)成為在所述移動(dòng)體的停止期間限制所述電池電壓恢復(fù)處理。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的移動(dòng)體，其中在所述移動(dòng)體的停止期間的所述電池電壓恢復(fù)處理執(zhí)行條件 與在所述移動(dòng)體的移動(dòng)期間的所述電池電壓恢復(fù)處理執(zhí)行條件相比以 受限方式設(shè)定。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的移動(dòng)體，還包括蓄電裝置， 其中所述控制裝置被構(gòu)成為在所述間歇運(yùn)行期間將電力從所述蓄電裝置供給至電力負(fù)載。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動(dòng)體，其中所述電池電壓恢復(fù)處理是在所述間歇運(yùn)行期間將反應(yīng)氣體供 給至所述燃料電池組。
5. —種燃料電池系統(tǒng)，包括控制裝置，當(dāng)對(duì)于燃料電池組的發(fā)電需求小于預(yù)定值時(shí)，所述控 制裝置執(zhí)行間歇運(yùn)行以暫停電池運(yùn)行，當(dāng)在所述間歇運(yùn)行期間滿足電 池電壓恢復(fù)處理執(zhí)行條件時(shí)，所述控制裝置執(zhí)行電池電壓恢復(fù)處理； 以及蓄電裝置，所述蓄電裝置將電力供給至電力負(fù)載， 其中所述控制裝置被構(gòu)成為在所述間歇運(yùn)行期間，當(dāng)從所述蓄電裝置供給的電力超過(guò)需求負(fù)載時(shí)，所述控制裝置限制所述電池電壓 恢復(fù)處理。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料電池系統(tǒng)，其中隨著所述蓄電裝置的剩余容量增加，以受限方式設(shè)定所述電 池電壓恢復(fù)處理執(zhí)行條件。
7. —種燃料電池系統(tǒng)，包括控制裝置，當(dāng)對(duì)于燃料電池組的發(fā)電需求小于預(yù)定值時(shí)，所述控 制裝置執(zhí)行間歇運(yùn)行以暫停電池運(yùn)行，在所述間歇運(yùn)行期間，當(dāng)滿足 電池電壓恢復(fù)處理執(zhí)行條件時(shí)，所述控制裝置執(zhí)行電池電壓恢復(fù)處理，其中隨著在所述間歇運(yùn)行期間對(duì)于所述燃料電池組的需求負(fù)載減 小，以受限方式設(shè)定所述電池電壓恢復(fù)處理執(zhí)行條件。
全文摘要
在一種移動(dòng)體中，當(dāng)關(guān)于燃料電池組的發(fā)電需求小于預(yù)定值時(shí)，執(zhí)行間歇工作以暫時(shí)停止電池運(yùn)行，并且，當(dāng)在間歇工作期間電池電壓恢復(fù)處理執(zhí)行條件滿足時(shí)，執(zhí)行電池電壓的恢復(fù)處理。當(dāng)移動(dòng)體正在移動(dòng)時(shí)，閾值電壓Vth1被設(shè)定為電池電壓恢復(fù)處理執(zhí)行條件。當(dāng)移動(dòng)體停止時(shí)，閾值電壓Vth2被設(shè)定為電池電壓恢復(fù)處理執(zhí)行條件。當(dāng)電壓被設(shè)定成滿足關(guān)系Vth1＞Vth2時(shí)，在移動(dòng)體停止期間電池電壓恢復(fù)處理可以受到限制。
文檔編號(hào)H01M8/04GK101473481SQ20078002291
公開(kāi)日2009年7月1日 申請(qǐng)日期2007年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月22日
發(fā)明者馬屋原健司 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社