專利名稱：燃料電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種接受反應氣體的供給而進行發(fā)電的燃料電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
燃料電池是利用電化學過程使燃料氧化而將伴隨氧化反應放出的能量直接變換 為電能的發(fā)電系統(tǒng)。燃料電池具有利用由多孔質(zhì)材料構(gòu)成的一對電極夾持用于選擇性輸送 氫離子的高分子電解質(zhì)膜的兩側(cè)面而構(gòu)成的膜-電極組件。一對電極分別以擔載鉬類的金 屬催化劑的碳粉末為主要成分，具備與高分子電解質(zhì)膜相接觸的催化劑層和形成于催化劑 層的表面、兼具透氣性和電子導電性的氣體擴散層。在該種燃料電池中，在將電極電位保持得較高的狀態(tài)(特別是低密度電流運轉(zhuǎn) 時、怠速運轉(zhuǎn)時等)下，包含在膜_電極組件的催化劑層中的鉬催化劑離子化而溶出，擔心 招致性能下降。為了避免這樣的不合適，如日本特開2005-100820號公報所示，可知如下所 述方法將燃料電池的輸出電壓限制為比其開路端電壓低的使用上限電壓(以下稱為高電 位回避電壓)，并進行運轉(zhuǎn)控制。專利文獻1 日本特開2005-100820號公報但是，利用高電位回避控制使燃料電池的輸出電壓暫時降低時，利用燃料電池的 C-V特性(循環(huán)伏安圖)，從燃料電池的寄生電容放出電荷，因此產(chǎn)生視在I-V特性(電 流-電壓特性)偏離原來的I-V特性的現(xiàn)象。在每個規(guī)定的運算周期取得燃料電池的輸出 電壓及輸出電流來推測I-V特性映射并基于該推測的I-V特性映射進行運轉(zhuǎn)控制的燃料電 池系統(tǒng)中，如果產(chǎn)生上述的現(xiàn)象，則會以誤推測的I-V特性映射為基礎(chǔ)控制電池運轉(zhuǎn)。在搭 載有在單相運轉(zhuǎn)和三相運轉(zhuǎn)之間進行切換而控制燃料電池的輸出電壓的DC/DC轉(zhuǎn)換器的 燃料電池系統(tǒng)中，若基于誤推測的I-V特性映射進行運轉(zhuǎn)控制，則通過DC/DC轉(zhuǎn)換器的功率 高于在單相運轉(zhuǎn)時可通過的功率，存在因轉(zhuǎn)換器故障不能控制燃料電池的運轉(zhuǎn)的情況。
發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的課題在于提供一種能夠抑制高電位回避控制運轉(zhuǎn)實施時的目標電 力的未預期的變動的燃料電池系統(tǒng)。為了解決上述的課題，本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)具備燃料電池，接受反應氣體的供 給而進行發(fā)電；推測裝置，推測燃料電池的輸出特性；高電位回避電壓設(shè)定裝置，設(shè)定高電 位回避目標電壓值；目標電力計算裝置，基于輸出特性將高電位回避目標電壓值變換為目 標電力值，并將目標電力值限制在規(guī)定的上限值及下限值的范圍內(nèi)；及控制裝置，將燃料電 池的輸出電壓限制為高電位回避目標電壓以下，并基于目標電力值控制燃料電池的運轉(zhuǎn)。 根據(jù)該構(gòu)成，能夠抑制因高電位回避目標電壓的瞬間降低引起誤推測輸出特性造成的、目 標電力值的未預期的變動。高電位回避電壓設(shè)定裝置也可以在每個規(guī)定的運算周期可變地設(shè)定高電位回避 目標電壓值。根據(jù)該構(gòu)成，能夠根據(jù)蓄積燃料電池的發(fā)電電力的充電裝置的充電狀態(tài)、車輛
3行駛模式等設(shè)定最佳的高電位回避目標電壓。推測裝置也可以在每個規(guī)定的運算周期更新上述輸出特性。燃料電池的輸出特性 根據(jù)運轉(zhuǎn)狀態(tài)時刻變動，因此優(yōu)選依次更新輸出特性。本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)也可以進而具備控制燃料電池的輸出電壓的電壓控制裝 置。在此，上述的上限值及下限值優(yōu)選以通過電壓控制裝置的通過電力的上限值及下限值 為基準進行設(shè)定。由此，目標電力值能夠避免超過通過電壓控制裝置的通過電力的上限值 或低于下限值。另外，作為電壓控制裝置，優(yōu)選例如根據(jù)通過電力在單相運轉(zhuǎn)和三相運轉(zhuǎn)之 間進行切換的DC/DC轉(zhuǎn)換器。根據(jù)本發(fā)明，能夠抑制高電位回避控制運轉(zhuǎn)實施時的目標電力的未預期的變動。
圖1是本實施方式的燃料電池系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成圖。圖2是本實施方式的單體電池的分解透視圖。圖3是本實施方式的燃料電池組的C-V特性圖。圖4是本實施方式的燃料電池組的等價電路圖。圖5是表示本實施方式的目標電力的計算方法的流程圖。標號說明10…燃料電池系統(tǒng) 20…燃料電池組 30…氧化氣體供給系統(tǒng)40…燃料氣體供 給系統(tǒng)50…電力系統(tǒng)60…控制器
具體實施例方式以下，參照各圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。圖1是表示作為燃料電池車輛的車載電源系統(tǒng)起作用的燃料電池系統(tǒng)10的系統(tǒng) 構(gòu)成。燃料電池系統(tǒng)10作為搭載于燃料電池車輛上的車載電源系統(tǒng)起作用，具備接受 反應氣體(燃料氣體、氧化氣體)的供給而進行發(fā)電的燃料電池組20 ；用于向燃料電池組 20供給作為氧化氣體的空氣的氧化氣體供給系統(tǒng)30 ；用于向燃料電池組20供給作為燃料 氣體的氫氣的燃料氣體供給系統(tǒng)40 ；用于控制電力的充放電的電力系統(tǒng)50 ；及集中控制系 統(tǒng)整體的控制器60。燃料電池組20是串聯(lián)地層積多個單體電池而成的固體高分子電解質(zhì)型單體電池 組。在燃料電池組20中，在陽極產(chǎn)生(1)式的氧化反應，在陰極產(chǎn)生(2)式的還原反應。作 為燃料電池組20整體產(chǎn)生(3)式的起電反應。H2 — 2H++2e-…(1)(1/2) 02+2H++2e" — H2O... (2)H2+(1/2) O2 — H2O... (3)在燃料電池組20上安裝有用于檢測燃料電池組20的輸出電壓的電壓傳感器71 及用于檢測輸出電流的電流傳感器72。氧化氣體供給系統(tǒng)30具有向燃料電池組20的陰極供給的氧化氣體流經(jīng)的氧化 氣體通路33 ；及從燃料電池組20排出的氧化廢氣流經(jīng)的氧化廢氣通路34。在氧化氣體通路33上設(shè)置有經(jīng)由過濾器31而從大氣中取入氧化氣體的空氣壓縮機32 ；用于對由空氣壓 縮機32加壓的氧化氣體進行加濕的加濕器35 ；及用于截止向燃料電池組20的氧化氣體供 給的截止閥Al。在氧化廢氣通路34上設(shè)置有用于截止從燃料電池組20的氧化廢氣排出 的截止閥A2 ；用于調(diào)整氧化氣體供給壓力的背壓調(diào)整閥A3 ；用于在氧化氣體(干氣)和氧 化廢氣(濕氣)之間進行水分交換的加濕器35。燃料氣體供給系統(tǒng)40具有燃料氣體供給源41 ；從燃料氣體供給源41向燃料電 池組20的陽極供給的燃料氣體流經(jīng)的燃料氣體通路43 ；用于使從燃料電池組20排出的燃 料廢氣返回到燃料氣體通路43的循環(huán)通路44 ；將循環(huán)通路44內(nèi)的燃料廢氣壓送至燃料氣 體通路43的循環(huán)泵45 ；及與循環(huán)通路44分支連接的排氣排水通路46。燃料氣體供給源41例如由高壓氫罐和貯氫合金等構(gòu)成，貯存高壓(例如35MPa至 70MPa)的氫氣。打開截止閥Hl后，燃料氣體從燃料氣體供給源41向燃料氣體通路43流 出。燃料氣體通過調(diào)節(jié)器H2和噴射器42例如減壓到200kPa左右而被供給到燃料電池組 20。燃料氣體供給源41也可以由如下結(jié)構(gòu)構(gòu)成改性器，從烴類的燃料生成富氫的改 性氣體；及高壓氣體罐，使在該改性器生成的改性氣體為高壓狀態(tài)而蓄壓。在燃料氣體通路43上設(shè)置有截止閥H1，用于截止或允許來自燃料氣體供給源 41的燃料氣體的供給；調(diào)節(jié)器H2，調(diào)整燃料氣體的壓力；噴射器42，控制向燃料電池組20 的燃料氣體供給量；截止閥H3，用于截止向燃料電池組20的燃料氣體供給；及壓力傳感器 74。在循環(huán)通路44上連接有用于截止來自燃料電池組20的燃料廢氣排出的截止閥H4 和從循環(huán)通路44分支的排氣排水通路46。在排氣排水通路46上設(shè)置有排氣排水閥H5。排 氣排水閥H5利用來自控制器60的指令動作，從而將循環(huán)通路44內(nèi)的包含雜質(zhì)的燃料廢氣 和水分排出至外部。通過排氣排水閥H5的開閥，循環(huán)通路44內(nèi)的燃料廢氣中的雜質(zhì)濃度 下降，可以使在循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)的燃料廢氣中的氫濃度上升。經(jīng)由排氣排水閥H5排出的燃料廢氣與流過氧化廢氣通路34的氧化廢氣混合，通 過稀釋器(未圖示)被稀釋。循環(huán)泵45利用電動機驅(qū)動將循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的燃料廢氣循環(huán)供 給至燃料電池組20。電力系統(tǒng)50具備DC/DC轉(zhuǎn)換器51、蓄電池52、牽引變換器53、牽引電動機54及輔 機類55。燃料電池系統(tǒng)10作為DC/DC轉(zhuǎn)換器51和牽引變換器53并聯(lián)地與燃料電池組20 連接的并聯(lián)混合系統(tǒng)而構(gòu)成。DC/DC轉(zhuǎn)換器51具有使從蓄電池52供給的直流電壓升壓而 輸出至牽引變換器53的功能和使燃料電池組20發(fā)電產(chǎn)生的直流電力或牽引電動機54通 過再生制動回收的再生電力降壓而向蓄電池52充電的功能。利用DC/DC轉(zhuǎn)換器51的這些 功能來控制蓄電池52的充放電。另外，利用基于DC/DC轉(zhuǎn)換器51的電壓變換控制來控制 燃料電池組20的運轉(zhuǎn)要素(輸出電壓、輸出電流)。DC/DC轉(zhuǎn)換器51具有對將輸入電壓(直流電壓)變換為交流電壓的類似變換器的 電路和對該交流進行整流而變換為輸出電壓(直流電壓)的電路進行組合而成的多相轉(zhuǎn)換 器(例如三相全橋轉(zhuǎn)換器)電路構(gòu)成。DC/DC轉(zhuǎn)換器51根據(jù)通過功率來在單相運轉(zhuǎn)和三相 運轉(zhuǎn)之間進行切換而進行驅(qū)動控制。DC/DC轉(zhuǎn)換器51的通過功率低于規(guī)定值時，由于單相 運轉(zhuǎn)比三相運轉(zhuǎn)的開關(guān)損失少，因此實施單相運轉(zhuǎn)。另一方面，在DC/DC轉(zhuǎn)換器51的通過
5功率為規(guī)定值以上時，由于三相運轉(zhuǎn)比單相運轉(zhuǎn)的開關(guān)損失少，因此實施三相運轉(zhuǎn)。蓄電池52作為剩余電力的貯藏源、再生制動時的再生能量貯藏源、伴隨燃料電池 車輛的加速或減速的負載變動時的能量緩沖器起作用。作為蓄電池52，例如優(yōu)選鎳/鎘蓄 電池、鎳/氫蓄電池、鋰二次電池等的二次電池。在蓄電池52上安裝有用于檢測S0C(State of charge 充電狀態(tài))的SOC傳感器。牽引變換器53是例如用脈沖寬度調(diào)制方式驅(qū)動的PWM變換器，根據(jù)來自控制器60 的控制指令將從燃料電池組20或蓄電池52輸出的直流電壓變換為三相交流電壓，控制牽 引電動機54的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。牽引電動機54例如是三相交流電動機，構(gòu)成燃料電池車輛的動 力源。輔機類55是配置在燃料電池系統(tǒng)10內(nèi)的各部的各電動機(例如泵類等的動力 源)、用于驅(qū)動這些電動機的變換器類、進而各種車載輔機類(例如空氣壓縮機、噴射器、冷 卻水循環(huán)泵、散熱器等)的總稱。控制器60是具備CPU、R0M、RAM及輸入輸出接口的計算機系統(tǒng)，控制燃料電池系統(tǒng) 10的各部。例如，控制器60接受從點火開關(guān)輸出的起動信號IG后，開始電池運轉(zhuǎn)，在每個 規(guī)定的運算周期從電壓傳感器71及電流傳感器72取得燃料電池組20的輸出電壓及輸出 電流，依次更新燃料電池組20的I-V特性映射81。例如，假定燃料電池組20的電壓可以 作為電流的函數(shù)(一次函數(shù)或規(guī)定的多次函數(shù))表示，控制器60可以使用基于最小二乘法 的推測方法，制成I-V特性映射81?？刂破?0基于該I-V特性映射81依次更新V-P特性 (電壓_電力特性)映射82。在此，可知V-P特性映射82基于I-V特性映射81唯一地確 定。在本說明書中，將I-V特性映射81或V-P特性映射82中的任意一方稱為燃料電池組 20的輸出特性或?qū)烧呖偡Q為燃料電池組20的輸出特性。I-V特性映射81及V-P特性映 射82存儲在存儲器80內(nèi)?？刂破?0基于從油門傳感器輸出的油門開度信號ACC和從車速傳感器輸出的車 速信號VC等計算車輛行駛電力和輔機消耗電力。并且，控制器60將根據(jù)車輛行駛電力和 輔機消耗電力的合計值計算出的發(fā)電指令值和根據(jù)高電位回避電壓計算出的發(fā)電指令值 中較大一方作為對燃料電池組20的發(fā)電指令值進行發(fā)電控制。在此，輔機電力包括車載輔機類(加濕器、空氣壓縮機、氫泵、及冷卻水循環(huán)泵等) 所消耗的電力、車輛行駛所需裝置(變速機、車輪控制裝置、轉(zhuǎn)向裝置及懸架裝置等)所消 耗的電力、配置在乘員空間內(nèi)的裝置(空調(diào)裝置、照明設(shè)備及音響等)所消耗的電力等。并且，控制器60基于I-V特性映射81及V-P特性映射82決定燃料電池組20和 蓄電池52各自的輸出電力的分配，控制氧化氣體供給系統(tǒng)30及燃料氣體供給系統(tǒng)40以使 燃料電池組20的發(fā)電量與目標電力一致，并且控制DC/DC轉(zhuǎn)換器51，調(diào)整燃料電池組20的 輸出電壓，從而控制燃料電池組20的運轉(zhuǎn)要素(輸出電壓、輸出電流)。進而，控制器60為 了獲得與油門開度相對應的目標轉(zhuǎn)矩，例如作為開關(guān)指令將U相、V相、及W相的各交流電 壓指令值輸出到牽引變換器53，控制牽引電動機54的輸出轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速。圖2是構(gòu)成燃料電池組20的單體電池21的分解透視圖。單體電池21由電解質(zhì)膜22、陽極23、陰極24、隔板26、27構(gòu)成。陽極23及陰極 24是從兩側(cè)夾持電解質(zhì)膜22而形成夾層結(jié)構(gòu)的擴散電極。由氣體不透過的導電性部件構(gòu) 成的隔板26、27進而從兩側(cè)夾持該夾層結(jié)構(gòu)，在陽極23及陰極24之間分別形成燃料氣體
6及氧化氣體的流路。在隔板26上形成剖面凹狀的肋26a。在肋26a上抵接陽極23，從而閉 塞肋26a的開口部，形成燃料氣體流路。在隔板27上形成剖面凹狀的肋27a。在肋27a上 抵接陰極24，從而閉塞肋27a的開口部，形成氧化氣體流路。陽極23是以擔載鉬類金屬催化劑(Pt，Pt-Fe, Pt-Cr, Pt-Ni5Pt-Ru等)的碳粉末 為主要成分，具有與電解質(zhì)膜22相接觸的催化劑層23a和形成于催化劑層23a的表面上、 同時具有透氣性和電子導電性的氣體擴散層23b。同樣，陰極24具有催化劑層24a和氣體 擴散層24b。更詳細而言，催化劑層23a、24a是使擔載鉬或由鉬和其他金屬構(gòu)成的合金的 碳粉分散到適當?shù)挠袡C溶劑中，適量添加電解質(zhì)溶液而膠化，在電解質(zhì)膜22上網(wǎng)板印刷而 成。氣體擴散層23b、24b通過由碳纖維構(gòu)成的紗線織成的碳布、碳紙、碳氈而形成。電解質(zhì) 膜22是由固體高分子材料，例如由氟系樹脂形成的質(zhì)子傳導性的離子交換膜，在濕潤狀態(tài) 下發(fā)揮良好的電傳導性。由電解質(zhì)膜22、陽極23、及陰極24形成膜-電極組件25。圖3表示燃料電池組22的C-V特性。該C-V特性表示燃料電池組20的動態(tài)電特性，若使燃料電池組20以一定速度升 壓，則電流沿從外部向燃料電池組20流動的方向(負方向)流動，若使燃料電池組的電壓 以一定的速度降壓，則電流沿從燃料電池組20向外部流動的方向(正方向)流動?？芍@ 樣的動態(tài)電特性是基于燃料電池組20的催化劑擔載體的雙電層電容成分和催化劑還原反 應的視在電容成分的特性。圖4是將燃料電池組20的動態(tài)電特性模型化后的等價電路圖。燃料電池組20具有并聯(lián)連接理想燃料電池28和電容器29而構(gòu)成的電路結(jié)構(gòu)。理 想燃料電池28是將不具有上述C-V特性的假想的燃料電池模型化而得到的，在電特性上等 價于可變電源。電容器29將雙電層的電氣性動作作為電容元件而模型化。外部負載56是 將電力系統(tǒng)50模型化后的等價電路。若設(shè)從理想燃料電池28流出的電流為Ifc，設(shè)理想 燃料電池28的輸出電壓(燃料電池組20的輸出電壓)為Vfc，設(shè)流入電容器29的電流為 Ic,設(shè)從燃料電池組20向外部負載56流出的電流為Is，設(shè)電容器29的電容為C，設(shè)時間為 t，則以下所示的⑷ (5)式成立。Ifc = Ic+Is…(4)Ic = C · Δ Vfc/At- (5)如⑷ (5)式所示，使輸出電壓Vfc降壓時，與單位時間內(nèi)的變化量Δ Vfc/ Δ t 相對應，向電容器29流入的電流Ic減少，因此從燃料電池組20向外部負載56流出的電流 Is增加。另一方面，使輸出電壓Vf c升壓時，與單位時間內(nèi)的變化量Δ Vfc/At相對應，向 電容器29流入的電流Ic增加，因此從燃料電池組20向外部負載56流出的電流Is減少。 但是，在燃料電池組20和DC/DC轉(zhuǎn)換器51之間插入用于防止電流的逆流的二極管的情況 下，即使使輸出電壓Vfc升壓，在向燃料電池組20流入的方向上也沒有電流流動。接著，對高電位回避控制的執(zhí)行條件及禁止條件進行說明。作為高電位回避控制的執(zhí)行條件，例如可以舉出同時滿足如下情況的條件(Al) 蓄電池52的SOC為第一閾值(例如70% )以下、(Bi)未處于根據(jù)燃料電池供給系統(tǒng)30的 配管壓力(壓力傳感器74的檢測值)進行氣體泄漏檢測判斷的期間。另一方面，作為高電 位回避控制的禁止條件，例如可以舉出滿足如下任一情況的條件(A2)蓄電池52的SOC為 第二閾值(例如75% )以上、(B2)處于根據(jù)燃料氣體供給系統(tǒng)30的配管壓力進行氣體泄
7漏檢測判斷的期間。如果滿足高電位回避控制的執(zhí)行條件，則燃料電池組20的輸出電壓被限制在低 于其開路端電壓的高電位回避電壓以下。作為高電位回避電壓優(yōu)選滿足如下條件的電壓 處于燃料電池組20的催化劑層23a、24a中所包含的鉬催化劑未溶出程度的電壓范圍，進而 除該條件之外，優(yōu)選滿足如下條件的電壓在停止向燃料電池組20供給反應氣體的狀態(tài)下 將燃料電池組20的輸出電壓維持為高電位回避電壓時，可利用輔機類55消耗燃料電池組 20發(fā)出的電力的程度的電壓范圍。高電位回避電壓優(yōu)選作為根據(jù)蓄電池52的S0C、輔機類 55的消耗電力等時刻變動的可變控制值進行處理。另一方面，若滿足高電位回避控制的禁止條件，則允許燃料電池組20的輸出電壓 升壓至其開路端電壓。在上述說明中，例示了設(shè)定用于以蓄電池52的SOC為基準進行高電位回避控制功 能的開/關(guān)切換的判斷條件，但是也可以設(shè)定用于以蓄電池52的可充電量為基準進行高電 位回避控制功能的開/關(guān)切換的判斷條件。例如，也可以在蓄電池52的可充電量低于規(guī) 定閾值時，將高電位回避控制功能從關(guān)切換為開，在蓄電池52的可充電量為規(guī)定閾值以上 時，將高電位回避控制功能從開切換為關(guān)。另外，作為高電位回避控制的執(zhí)行條件，也可以 將上述的(Al) (Bi)變更為其他的條件，或進而追加條件。作為高電位回避控制的禁止 條件，也可以將上述的(A2) (B2)變更為其他的條件，或進而追加條件。接著，參照圖5對計算燃料電池組20的目標電力的方法進行說明。首先，控制器60根據(jù)蓄電池52的充電狀態(tài)、輔機類55的消耗電力等計算高電位 回避目標電壓(步驟501)。例如，在蓄電池52的充電量較少的情況(或可充電量較高的 情況)下，由于即使將高電位回避目標電壓設(shè)定為低電壓值也具有能夠蓄積由高電位回避 控制所產(chǎn)生的發(fā)電電力的充分富余，因此在這樣的情況下優(yōu)選將高電位回避目標電壓設(shè)定 得較低，抑制燃料電池組20的老化。與之相反，在蓄電池52的充電量較多的情況(或可 充電量較低的情況)下，由于沒有能夠蓄積由高電位回避控制所產(chǎn)生的發(fā)電電力的充分富 余，因此在這樣的情況下，優(yōu)選將高電位回避目標電壓設(shè)定得較高，抑制基于高電位回避控 制的發(fā)電量。另外，即使蓄電池52的充電量較多的情況(或可充電量較低的情況)下，在估計 輔機類55的電力消耗較多的情況下，優(yōu)選將高電位回避目標電壓設(shè)定得較低，抑制燃料電 池組20的老化。另外，也可以根據(jù)車輛行駛模式(D/B范圍)變更再生制動中的高電位回避目標電 壓。在此，D范圍是在通常行駛時使用的行駛模式，B范圍是在下坡、山路等行駛的情況、需 要比通常行駛時大的制動力時使用的行駛模式。在基于牽引電動機54的再生制動中，電動 機再生轉(zhuǎn)矩變換為電力，充電至蓄電池52，因此即使在再生制動中實施高電位回避控制的 情況下，以下所示的電力平衡成立。蓄電池充電電力+輔機消耗電力=電動機再生電力+燃料電池發(fā)電電力…(6)如(6)式所述，車輛制動時的燃料電池發(fā)電電力較多時，電動機再生電力相應地 減少，不能確保充分的制動轉(zhuǎn)矩。因此，在車輛制動時提高高電位回避目標電壓，從而減少 燃料電池發(fā)電電力，確保充分的制動轉(zhuǎn)矩。因此，控制器60在車輛制動時能夠可變地設(shè)定 高電位回避目標電壓以使以下的⑵式成立。
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蓄電池充電電力+輔機消耗電力》電動機再生電力+燃料電池發(fā)電電力…(7)具體而言，控制器60基于檔位判斷車輛行駛模式為D范圍還是B范圍，在行駛模 式為B范圍的情況下，使高電位回避目標電壓的目標值相比行駛模式為D范圍時提高，確保 較大的制動力。由此，能夠提高車輛的驅(qū)動性能。接著，控制器60利用V-P變換映射82將在步驟501決定的高電位回避目標電壓變 換為目標電力值(步驟502)，實施上下限處理(步驟503)。在上下限處理中，控制器60判 斷在步驟502得到的高電位回避目標電壓是否高于上限值及是否低于下限值，在目標電力 值高于上限值的情況下，將目標電力值限制為上限值，在目標電力值低于下限值的情況下， 將目標電力值限制為下限值。在此，上限值及下限值在DC/DC轉(zhuǎn)換器51為規(guī)定的驅(qū)動模式 (例如單相模式)時，優(yōu)選以通過DC/DC轉(zhuǎn)換器51的電力的上限值及下限值為基準進行設(shè) 定?？刂破?0將經(jīng)過上下限處理獲得的目標電力值確定為最終的目標電力值(步驟504)， 控制電池運轉(zhuǎn)。根據(jù)本實施方式，能夠有效抑制I-V特性映射81因高電位回避控制時的瞬間的目 標電壓下降而被誤推測所造成的DC/DC轉(zhuǎn)換器51的通過功率控制錯誤影響的轉(zhuǎn)換器故障。
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權(quán)利要求
一種燃料電池系統(tǒng)，具備燃料電池，接受反應氣體的供給而進行發(fā)電；推測裝置，推測上述燃料電池的輸出特性；高電位回避電壓設(shè)定裝置，設(shè)定高電位回避目標電壓值；目標電力計算裝置，基于上述輸出特性將上述高電位回避目標電壓值變換為目標電力值，并將上述目標電力值限制在規(guī)定的上限值及下限值的范圍內(nèi)；及控制裝置，將上述燃料電池的輸出電壓限制為上述高電位回避目標電壓以下，并基于上述目標電力值控制上述燃料電池的運轉(zhuǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，上述高電位回避電壓設(shè)定裝置在每個規(guī)定的運算周期可變地設(shè)定上述高電位回避目 標電壓值。
3.如權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，上述推測裝置在每個規(guī)定的運算周期更新上述輸出特性。
4.如權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，還具備控制上述燃料電池的輸出電壓的電壓控制裝置，上述上限值及下限值以通過上述電壓控制裝置的通過電力的上限值及下限值為基準 而設(shè)定。
5.如權(quán)利要求4所述的燃料電池系統(tǒng)，上述電壓控制裝置是根據(jù)上述通過電力在單相運轉(zhuǎn)和三相運轉(zhuǎn)之間進行切換的DC/DC轉(zhuǎn)換器。
全文摘要
提出一種能夠抑制高電位回避控制運轉(zhuǎn)實施時的目標電力未預期的變動的燃料電池系統(tǒng)。燃料電池系統(tǒng)設(shè)定高電位回避目標電壓值(步驟501)，基于燃料電池的電壓-電力特性映射將高電位回避目標電壓值變換為目標電力值(步驟502)，將目標電力值限制在規(guī)定的上限值及下限值的范圍內(nèi)(步驟503)，將燃料電池的輸出電壓限制為高電位回避目標電壓以下，并基于目標電力值控制燃料電池的運轉(zhuǎn)(步驟504)。由此，能夠抑制輸出特性因高電位回避目標電壓的瞬間的降低而被誤推測所造成目標電力值的未預期的變動。
文檔編號H01M8/04GK101904036SQ200880121460
公開日2010年12月1日 申請日期2008年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月19日
發(fā)明者吉田道雄 申請人:豐田自動車株式會社