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)明涉及一種燃料電池系統(tǒng)，更具體地，涉及一種與蓄電裝置一起使用的燃料電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
例如，安裝有燃料電池的車輛除燃料電池之外還配備有蓄電裝置，并且當(dāng)起動(dòng)燃 料電池時(shí)，或者當(dāng)由車輛所需的電力不能僅由燃料電池的輸出提供時(shí)，從蓄電裝置供應(yīng)所需的電力。在燃料電池中，諸如氫的燃料氣體供應(yīng)至陽(yáng)極側(cè)，并且諸如空氣的含氧氧化氣體供應(yīng)至陰極側(cè)，使得通過(guò)電解質(zhì)膜由燃料氣體與氧化氣體之間的反應(yīng)產(chǎn)生所需電力。此時(shí)，在陰極側(cè)形成作為反應(yīng)產(chǎn)物的水。由于如此形成的水滲透通過(guò)電解質(zhì)膜并到達(dá)陽(yáng)極側(cè)，所以使電解質(zhì)膜的陽(yáng)極側(cè)上的濕度提高至合適的水平，并且氫質(zhì)子通過(guò)膜的輸送在該濕度下發(fā)生，使得由質(zhì)子與氧之間的反應(yīng)產(chǎn)生電力。因此，需要將電解質(zhì)膜的濕度或含水量控制到合適的水平，以便以高的效率實(shí)現(xiàn)發(fā)電。因此，燃料電池的輸出受到在電解質(zhì)膜處感測(cè)的水分布狀況的影響，并進(jìn)行吹掃操作或水合操作，以便保持最佳的水分布狀況。在蓄電裝置重復(fù)充電和放電的同時(shí)，其輸出特性由于過(guò)度充電或過(guò)度放電而劣化。而且，蓄電裝置的輸出隨溫度而變化。因此，由于蓄電裝置的輸出與其充電狀態(tài)具有特定關(guān)系，所以管理或控制蓄電裝置的充電狀態(tài)(SOC)和蓄電裝置溫度。例如，日本專利申請(qǐng)公布No. 2008-282767 (JP-A-2008-282767)公開(kāi)了一種燃料電池系統(tǒng)，其中基于測(cè)量的阻抗值和檢測(cè)的SOC值進(jìn)行吹掃操作。此外，當(dāng)燃料電池在正常運(yùn)行模式下時(shí)，在不考慮SOC的情況下，系統(tǒng)進(jìn)行吹掃操作持續(xù)設(shè)定的時(shí)間段。當(dāng)燃料電池在低溫運(yùn)行模式下時(shí)，進(jìn)行利用低濕度氣體的吹掃操作，用于改善起動(dòng)能力或起動(dòng)性能。此外，日本專利申請(qǐng)公布No. 2007-324071 (JP-A-2007-324071)公開(kāi)了一種燃料電池系統(tǒng)，其基于在燃料電池堆中剩余的水量、向空氣壓縮機(jī)供應(yīng)電力的二次電池的溫度和二次電池的充電狀態(tài)，來(lái)確定吹掃狀況，并控制從空氣壓縮機(jī)供應(yīng)的吹掃空氣的量。此外，日本專利申請(qǐng)公布No. 2004-281219 (JP-A-2004-281219)公開(kāi)了一種燃料電池系統(tǒng)，其在能夠從燃料電池和二次電池供應(yīng)負(fù)載和附件所需的最大電力時(shí)正常運(yùn)行，并且當(dāng)不能供應(yīng)最大電力時(shí)進(jìn)行預(yù)熱操作。在此，預(yù)熱操作通過(guò)重復(fù)燃料電池的發(fā)電與暫停以及重復(fù)二次電池的充電與放電來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，在相關(guān)技術(shù)的燃料電池系統(tǒng)中，分別確保燃料電池的輸出和蓄電裝置的輸出，并且確定在燃料電池的運(yùn)行期間的水分布狀況的目標(biāo)范圍和在蓄電裝置的運(yùn)行期間的SOC的目標(biāo)范圍。而且，當(dāng)在運(yùn)行期間存在燃料電池的輸出不足時(shí)利用蓄電裝置的輸出，并且當(dāng)存在蓄電裝置的輸出不足時(shí)利用來(lái)自燃料電池的電力給蓄電裝置充電。因此，對(duì)燃料電池和蓄電裝置分配所需動(dòng)力。同時(shí)，在以上確認(rèn)的公布中沒(méi)有關(guān)于以下情形的說(shuō)明當(dāng)使落在目標(biāo)范圍之外的燃料電池的水分布狀況或蓄電裝置的充電狀態(tài)落入目標(biāo)范圍之內(nèi)時(shí)，燃料電池與蓄電裝置之間的有效的動(dòng)力分配。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種燃料電池系統(tǒng)，其中可將所需動(dòng)力有效地分配給燃料電池和蓄電
裝直。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面用于車輛的燃料電池系統(tǒng)包括水分布狀況估計(jì)單元，其用于估計(jì)并獲取燃料電池的水分布狀況；充電狀態(tài)獲取單元，其用于獲取蓄電裝置的充電狀態(tài)；確定單元，其根據(jù)預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)而將有利的組合范圍設(shè)定成這樣的組合范圍，即在該組合范圍中燃料電池的水分布狀況與蓄電裝置的充電狀態(tài)的組合適合于車輛的所需動(dòng)力，并且該確定單元確定所獲取的水分布狀況與所獲取的充電狀態(tài)的實(shí)際組合是否在有利的組合范圍內(nèi)；以及組合狀態(tài)改善單元，其在實(shí)際組合不在有利的組合范圍內(nèi)時(shí)利用蓄電裝置的輸出來(lái)改善燃料電池的水分布狀況，以便使實(shí)際組合移至有利的組合范圍內(nèi)。在根據(jù)本發(fā)明的以上方面的燃料電池系統(tǒng)中，當(dāng)車輛起動(dòng)或者在用蓄電裝置的輸出的電池運(yùn)行模式下運(yùn)行，并且確定單元確定實(shí)際組合使得蓄電裝置的充電狀態(tài)處于充足的水平，但是燃料電池的水分布狀況不能令人滿意時(shí)，組合狀態(tài)改善單元可利用蓄電裝置的輸出來(lái)改善燃料電池的水分布狀況。在根據(jù)本發(fā)明的以上方面的燃料電池系統(tǒng)中，當(dāng)車輛處于最大輸出狀況或者燃料電池處于從燃料電池的運(yùn)行暫停的狀況到運(yùn)行恢復(fù)的狀況的過(guò)渡，而確定單元確定實(shí)際組合使得蓄電裝置的充電狀態(tài)處于不足的水平，并且燃料電池的水分布狀況不能令人滿意時(shí)，組合狀態(tài)改善單元可利用蓄電裝置的輸出來(lái)改善燃料電池的水分布狀況。在根據(jù)本發(fā)明的以上方面的燃料電池系統(tǒng)中，當(dāng)燃料電池的水分布狀況是過(guò)高的濕度狀況時(shí)，組合狀態(tài)改善單元可以操作用于供應(yīng)吹掃氣體的空氣壓縮機(jī)。水分布狀況處于過(guò)高的濕度狀況表示含水量大到使得燃料電池的輸出特性變成不能令人滿意，而水分布狀況處于過(guò)低的濕度狀況表示含水量小到使得燃料電池的輸出特性變成不能令人滿意。在根據(jù)本發(fā)明的以上方面的燃料電池系統(tǒng)中，當(dāng)燃料電池的水分布狀況是過(guò)低的濕度狀況時(shí)，組合狀態(tài)改善單元可以調(diào)節(jié)燃料電池的背壓調(diào)節(jié)閥的打開(kāi)程度，以便提高燃料電池的背壓并改善水分布狀況。在根據(jù)本發(fā)明的以上方面的燃料電池系統(tǒng)中，當(dāng)燃料電池的水分布狀況是過(guò)低的濕度狀況時(shí)，組合狀態(tài)改善單元可以控制用于燃料電池的冷卻劑循環(huán)泵的運(yùn)行，以便降低燃料電池的溫度并改善水分布狀況。在如上所述構(gòu)成的燃料電池系統(tǒng)中，根據(jù)預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)將有利的組合范圍設(shè)定成這樣的組合范圍，即在該組合范圍中，燃料電池的水分布狀況與蓄電裝置的充電狀態(tài)的組合適合于車輛的所需動(dòng)力，并確定實(shí)際的水分布狀況與充電狀態(tài)的實(shí)際組合是否在有利的組合范圍內(nèi)。如果實(shí)際組合不在有利的組合范圍內(nèi)，則利用蓄電裝置的輸出來(lái)改善燃料電池的水分布狀況，使得實(shí)際組合移至有利的組合范圍內(nèi)。盡管燃料電池系統(tǒng)包括蓄電裝置，燃料電池可以是處于正常運(yùn)行狀況的主電源。采用以上構(gòu)造，蓄電裝置有效地用于使作為主電源的燃料電池的水分布狀況最佳，或者維持最佳的水分布狀況。因此，包括蓄電裝置的燃料電池系統(tǒng)總體上能夠通過(guò)在燃料電池與蓄電裝置之間合適的動(dòng)力分配來(lái)有效地產(chǎn)生輸出動(dòng)力。
在如上所述的燃料電池系統(tǒng)中，當(dāng)車輛起動(dòng)或者在用蓄電裝置的輸出的電池運(yùn)行模式下運(yùn)行，并且確定實(shí)際組合使得蓄電裝置的充電狀態(tài)處于充足水平，但是燃料電池的水分布狀況不能令人滿意時(shí)，可利用蓄電裝置的輸出來(lái)改善燃料電池的水分布狀況。這樣，可在早期將作為主電源的燃料電池的輸出動(dòng)力提高至所期望的水平。在如上所述的燃料電池系統(tǒng)中，當(dāng)車輛處于最大輸出狀況或者燃料電池處于從燃料電池的運(yùn)行暫停的狀況到運(yùn)行恢復(fù)的狀況的過(guò)渡，而確定實(shí)際組合使得蓄電裝置的充電狀態(tài)處于不足的水平，并且燃料電池的水分布狀況不能令人滿意時(shí)，組合狀態(tài)改善單元可以利用蓄電裝置的輸出來(lái)改善燃料電池的水分布狀況。這樣，可在早期將作為主電源的燃料電池的輸出動(dòng)力提高至所期望的水平。在如上所述的燃料電池系統(tǒng)中，當(dāng)燃料電池的水分布狀況是過(guò)高的濕度狀況時(shí)，組合狀態(tài)改善單元可以操作用于供應(yīng)吹掃氣體的空氣壓縮機(jī)。以這種方式，可以將燃料電池的水分布狀況控制到合適的范圍內(nèi)，并且可以在早期將作為主電源的燃料電池的輸出動(dòng)力提高至所期望的水平。 在如上所述的燃料電池系統(tǒng)中，當(dāng)燃料電池的水分布狀況是過(guò)低的濕度狀況時(shí)，組合狀態(tài)改善單元可以調(diào)節(jié)燃料電池的背壓調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，以便提高燃料電池的背壓并改善水分布狀況。此外，當(dāng)燃料電池的水分布狀況是過(guò)低的濕度狀況時(shí)，組合狀態(tài)改善單元可以控制用于燃料電池的冷卻劑循環(huán)泵的運(yùn)行，以便降低燃料電池的溫度并改善水分布狀況。以這種方式，可將燃料電池的水分布狀況控制到合適的范圍內(nèi)，并且可在早期將作為主電源的燃料電池的輸出動(dòng)力提高至所期望的水平。


參考附圖將在以下本發(fā)明的示例實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明中描述該發(fā)明的特征、優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)及工業(yè)意義，在附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的元件，并且其中圖I是圖示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的構(gòu)造的視圖；以及圖2是圖示圖I的燃料電池系統(tǒng)中燃料電池主體的構(gòu)造的視圖；圖3是可用于說(shuō)明作為圖I的燃料電池系統(tǒng)中的組合范圍的有利的組合范圍的視圖，在該組合范圍中燃料電池的水分布狀況和蓄電裝置的充電狀態(tài)的組合適合于車輛的所需動(dòng)力；圖4是圖示在圖I的燃料電池系統(tǒng)中燃料電池與蓄電裝置之間的有效動(dòng)力分配的過(guò)程的流程圖；圖5A和圖5B是可用于說(shuō)明在圖I的燃料電池系統(tǒng)中，當(dāng)車輛在最大輸出狀況下時(shí)，或者當(dāng)燃料電池在從燃料電池運(yùn)行暫停的狀況到燃料電池的運(yùn)行恢復(fù)的狀況的過(guò)渡中時(shí)，將所需輸出有效分配給燃料電池和蓄電裝置的方式的視圖；圖6是可用于說(shuō)明在圖5A的情況下的動(dòng)力分配方法的一個(gè)示例的視圖；圖7是可用于說(shuō)明在圖5A的情況下的動(dòng)力分配方法的另一示例的視圖；圖8A和圖8B是可用于說(shuō)明在圖I的燃料電池系統(tǒng)中，當(dāng)車輛起動(dòng)時(shí)，或者當(dāng)車輛在用蓄電裝置的輸出的電池運(yùn)行模式下運(yùn)行時(shí)，將所需動(dòng)力有效分配給燃料電池和蓄電裝置的方式的視圖；以及圖9是可用于說(shuō)明在圖8A的情況下的動(dòng)力分配方法的另一示例的視圖。
具體實(shí)施例方式將參考附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)。盡管將一臺(tái)發(fā)電電機(jī)解釋為利用燃料電池系統(tǒng)的輸出的外部負(fù)載，但是外部負(fù)載可由兩個(gè)或更多個(gè)發(fā)電電機(jī)組成。此外，外部負(fù)載還可包括不同于發(fā)電電機(jī)的一個(gè)或多個(gè)電設(shè)備。如以下將描述的水分布狀況的最佳范圍與有利范圍以及SOC的最佳范圍與有利范圍僅是示例性的，并且例如可取決于燃料電池系統(tǒng)的規(guī)格、燃料電池主體的特性和蓄電裝置的特性按照需要改變。在所有的附圖中，相同的附圖標(biāo)記被分配給相同的或?qū)?yīng)的元件，并且將不重復(fù)說(shuō)明這些元件。此外，在該說(shuō)明書(shū)中，已用于標(biāo)識(shí)某些元件的附圖標(biāo)記按照需要用于標(biāo)識(shí)相同的或?qū)?yīng)的元件。圖I圖示了安裝在電動(dòng)車輛上的燃料電池系統(tǒng)10的構(gòu)造。燃料電池系統(tǒng)10包括 用作驅(qū)動(dòng)源的燃料電池30和蓄電裝置14，并且根據(jù)電動(dòng)車輛的所需輸出92來(lái)運(yùn)行，以便將所需電力供應(yīng)至負(fù)載。在圖I中，圖示了作為外部負(fù)載的發(fā)電電機(jī)12，但其不是燃料電池系統(tǒng)10的組成元件。在該實(shí)施例中，發(fā)電電機(jī)12是安裝在車輛上的電動(dòng)發(fā)電機(jī)(Μ/G)的形式，電動(dòng)發(fā)電機(jī)(Μ/G)是三相同步型發(fā)電電機(jī)，其在向其供應(yīng)電力時(shí)用作電動(dòng)機(jī)，并且在制動(dòng)期間用作發(fā)電機(jī)。燃料電池系統(tǒng)10包括上述蓄電裝置14和燃料電池30、電力電路16、控制器90和存儲(chǔ)器94。蓄電裝置14是高壓可再充電/可放電的二次電池，并且具有例如當(dāng)燃料電池30起動(dòng)時(shí)，或者當(dāng)燃料電池30的輸出達(dá)不到或者小于負(fù)載所需電力時(shí)將電力供應(yīng)至負(fù)載的功能。在此提及的負(fù)載表示安裝在車輛上并且可用電能運(yùn)行的負(fù)載，并且包括諸如逆變器28和在燃料電池30中包括的供吹掃操作和水合操作使用的各種附件的內(nèi)部負(fù)載，以及作為外部負(fù)載的發(fā)電電機(jī)12。作為蓄電裝置14，可使用具有大約200V至大約300V的端子電壓的鋰離子電池組件或鎳氫電池組件，或者電容器等等。作為所謂的高壓電池的蓄電裝置14通常簡(jiǎn)稱為電池。因此，蓄電裝置14按照需要被表示為“電池”或“BAT”。作為蓄電裝置14的溫度的蓄電裝置溫度和指示蓄電裝置14的充電狀態(tài)的SOC數(shù)據(jù)經(jīng)由合適的信號(hào)線被發(fā)送至控制器90。SOC可由通過(guò)監(jiān)測(cè)流入蓄電裝置14的充電電流和從蓄電裝置14流出的放電電流所計(jì)算的值來(lái)表示。電力電路16中的BAT電壓轉(zhuǎn)換器20是設(shè)置在蓄電裝置14與負(fù)載之間的電池電壓轉(zhuǎn)換器，并進(jìn)行蓄電裝置14的端子電壓與負(fù)載側(cè)的電壓之間的電壓電平轉(zhuǎn)換。在此，BAT表不電池。BAT電壓轉(zhuǎn)換器20包括電抗器和開(kāi)關(guān)裝置。FC電壓轉(zhuǎn)換器24是設(shè)置在燃料電池30與負(fù)載之間的燃料電池電壓轉(zhuǎn)換器，并進(jìn)行燃料電池30的端子電壓與負(fù)載側(cè)的電壓之間的電壓電平轉(zhuǎn)換。在此，F(xiàn)C表示燃料電池。FC電壓轉(zhuǎn)換器24包括電抗器和開(kāi)關(guān)裝置。逆變器28是具有下述功能的電路，即將高壓dc電力轉(zhuǎn)換成作為三相驅(qū)動(dòng)力的ac電力并將ac電力供應(yīng)至發(fā)電電機(jī)12的功能，以及將作為從發(fā)電電機(jī)12接收的三相再生電力的ac電力轉(zhuǎn)換成高壓dc充電電力的功能。逆變器28可由包括一個(gè)或多個(gè)開(kāi)關(guān)裝置、一個(gè)或多個(gè)二極管等的電路組成。平滑電容器18、22、26是用于平滑的電容元件，用于減少蓄電裝置14、燃料電池30和逆變器18的電壓與電流的波動(dòng)。燃料電池30包括FC主體40、吹掃單元32和水合單元34。圖2是可用于說(shuō)明燃料電池30的構(gòu)造的視圖。FC主體40包括燃料電池堆42和其運(yùn)行所需的各種附件。燃料電池堆42是通過(guò)組合多個(gè)燃料電池(即，單元電池)形成的一種電池組件，使得可從燃料電池堆42得到大約200V至大約300V的高壓電力。每個(gè)燃料電池具有諸如氫的燃料氣體被供應(yīng)到的陽(yáng)極側(cè)、諸如空氣的氧化氣體被供應(yīng)到的陰極側(cè)以及固態(tài)聚合物膜的形式的電解質(zhì)膜，通過(guò)電解質(zhì)膜發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，以便提供所需電力。各種附件粗略地分類成構(gòu)成燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)44的附件、構(gòu)成氧化氣體供應(yīng)系 統(tǒng)46的附件和構(gòu)成冷卻系統(tǒng)48的附件。燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)44是氣體供應(yīng)單元，其具有以合適的壓力和流量向燃料電池堆42供應(yīng)其運(yùn)行所需的燃料氣體的功能。燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)44包括入口側(cè)通道部分和出口側(cè)通道部分，在入口側(cè)通道部分中，燃料氣體從充滿高壓氫氣的燃料氣體罐50經(jīng)由截止閥52、粗略地調(diào)節(jié)壓力和流量的調(diào)節(jié)閥54和將燃料氣體的壓力和流量調(diào)節(jié)至合適值的氫供應(yīng)裝置56被供應(yīng)至燃料電池堆42的輸入端口，并且已穿過(guò)燃料電池堆42并從燃料電池堆42的輸出端口排出的廢氣流過(guò)出口側(cè)通道部分。氣液分離器(未示出)設(shè)置在出口側(cè)通道中，用于將已用于燃料電池堆42并包含水蒸汽的廢氣分離成氫氣和含水摻雜氣體。設(shè)置在連接出口側(cè)通道與入口側(cè)通道的循環(huán)通道中的氫泵58是使從氣液分離器饋送的氫氣返回到入口側(cè)通道中的循環(huán)泵。從氣液分離器饋送的含水摻雜氣體經(jīng)由在合適的時(shí)間打開(kāi)和關(guān)閉的截止閥64被饋送給稀釋裝置66，并利用從氧化氣體供應(yīng)系統(tǒng)46接收的廢氣來(lái)稀釋，以排出至外部。氧化氣體供應(yīng)系統(tǒng)46是氣體供應(yīng)單元，其具有以合適的壓力和流量向燃料電池堆42供應(yīng)其運(yùn)行所需的氧化氣體的功能。氧化氣體供應(yīng)系統(tǒng)46使用被指示成AIR 68的外部空氣作為供應(yīng)源，并包括入口側(cè)通道部分和出口側(cè)通道部分，在入口側(cè)通道中，氧化氣體經(jīng)由合適的過(guò)濾器(未示出)、作為空氣壓縮機(jī)的ACP 70和增濕器74被供應(yīng)至燃料電池堆42的輸入端口，并且已穿過(guò)燃料電池堆42并從燃料電池堆42的輸出端口排出的廢氣流過(guò)出口側(cè)通道部分。采用以上布置，作為燃料氣體的氫氣和作為氧化氣體的增壓空氣被供應(yīng)至燃料電池堆42。這些氣體經(jīng)由電解質(zhì)膜彼此電化學(xué)反應(yīng)，以產(chǎn)生熱，產(chǎn)生作為反應(yīng)產(chǎn)物的水，并且產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。結(jié)果，產(chǎn)生電力，并且由此產(chǎn)生的電力，作為燃料電池30的輸出動(dòng)力，被輸出到FC電壓轉(zhuǎn)換器24?？刹僮髟O(shè)置在氧化氣體供應(yīng)系統(tǒng)46的出口側(cè)通道部分中的背壓調(diào)節(jié)閥72可來(lái)限制或調(diào)節(jié)燃料電池堆42中的氧化氣體的壓力。作為已穿過(guò)背壓調(diào)節(jié)閥72的反應(yīng)產(chǎn)物的含水廢氣作為增濕氣體被饋送至增濕器74，以便使流過(guò)入口側(cè)通道部分的氧化氣體增濕。在增濕之后從增濕器74排出的廢氣被饋送至稀釋裝置66。冷卻系統(tǒng)48具有使冷卻劑循環(huán)以便將燃料電池堆42保持在適合于電化學(xué)反應(yīng)的運(yùn)行溫度的功能。冷卻系統(tǒng)48包括冷卻劑循環(huán)泵80、散熱器82和用于控制朝散熱器82引導(dǎo)的冷卻劑的流量的三通閥84。如圖2所示，提供壓力計(jì)60、78、流量計(jì)62、76和溫度計(jì)86，用于測(cè)量氫氣輸入壓
力PH、由氫泵58返回的氫氣的流量QH、氧氣流量Q。、由背壓調(diào)節(jié)閥72調(diào)節(jié)的氧化氣體壓力P0以及冷卻劑溫度Θ w。吹掃單元32和水合單元34提供具有控制上述各種附件的運(yùn)行的功能的控制單元，以便實(shí)現(xiàn)燃料電池堆42合適的水分布狀況。如上所述，在燃料電池堆42中包括的電解質(zhì)膜需要具有合適的濕度，以便使得燃料電池30能夠發(fā)電。燃料電池堆42的上述水分布狀況指示在電解質(zhì)膜處測(cè)量的濕度或者電解質(zhì)膜的含水量?？赏ㄟ^(guò)測(cè)量燃料電池堆42的阻抗獲得表示水分布狀況的值。例如，可通過(guò)向燃料電池堆24的輸出端子施加合適的ac信號(hào)并利用該ac信號(hào)測(cè)量燃料電池堆42的阻抗來(lái)獲得與指示水分布狀況的含水量對(duì)應(yīng)的值。如此獲得的指示水分布狀況的含水量的數(shù)據(jù)經(jīng)由 合適的信號(hào)線被發(fā)送至控制器90。當(dāng)燃料電池堆42的水分布狀況為過(guò)高的濕度狀況時(shí)，即當(dāng)含水量大到使得燃料電池堆42的輸出特性不令人滿意時(shí)，吹掃單元32控制用于從燃料電池堆42吹掃水的一個(gè)或多個(gè)附件的運(yùn)行。例如，提高ACP (空氣壓縮機(jī))70的旋轉(zhuǎn)速度等，以便提高供應(yīng)至燃料電池堆42的氧化氣體的量。在該情況下，可提供旁路增濕器74的合適的通道，并且可經(jīng)由旁路通道向燃料電池堆42饋送大量干的氧化氣體。因此，可通過(guò)控制ACP 70的運(yùn)行來(lái)進(jìn)行吹掃操作，以便提高供應(yīng)至燃料電池堆42的氧化氣體的流量和壓力。當(dāng)燃料電池堆42的含水量高于60%時(shí)，可認(rèn)為水分布狀況是過(guò)高的濕度狀況。當(dāng)燃料電池堆42的水分布狀況為過(guò)低的濕度狀況時(shí)，即當(dāng)含水量小到使得燃料電池堆42的輸出特性不令人滿意時(shí)，水合單元34控制用于提高燃料電池堆42的含水量的一個(gè)或多個(gè)附件的運(yùn)行。例如，通過(guò)調(diào)節(jié)背壓調(diào)節(jié)閥72的開(kāi)度和提高燃料電池堆42的背壓來(lái)進(jìn)行用于限制氧化氣體的流動(dòng)的控制。因此，如果充分限制氧化氣體的流動(dòng)，則已穿過(guò)增濕器74的充足量的增濕氧化氣體剩余在燃料電池堆42中，由此可提高含水量。還可通過(guò)提高冷卻劑循環(huán)泵80的旋轉(zhuǎn)速度以便提高饋送到燃料電池堆42中的冷卻劑的流量，來(lái)提高含水量。隨著冷卻劑流量提高，燃料電池堆42的溫度降低，并且燃料電池堆42內(nèi)的濕度可以被提高。當(dāng)燃料電池堆42的含水量低于40%時(shí)，可認(rèn)為水分布狀況是過(guò)低的濕度狀況。 還可通過(guò)提高氫泵58的旋轉(zhuǎn)速度以便提高從燃料氣體供應(yīng)系統(tǒng)44的輸出端口饋送回入口側(cè)通道的氫氣的量，來(lái)提高含水量。以這種方式，包含于陽(yáng)極側(cè)處的氫氣中的水可返回至陰極側(cè)，使得可提高燃料電池堆42的含水量。返回參考圖1，控制器90根據(jù)作為從車輛控制系統(tǒng)(未示出)接收的命令的所需輸出92，總體上控制構(gòu)成燃料電池系統(tǒng)10的相應(yīng)元件的運(yùn)行。就此而論，所需輸出92是通過(guò)將在車輛的運(yùn)行期間由安裝在車輛上的所有電設(shè)備所需電力轉(zhuǎn)換成燃料電池系統(tǒng)10的輸出而獲得的值。更準(zhǔn)確地說(shuō)，所需電力包括發(fā)電電機(jī)12用于使車輛運(yùn)行所需的電力、連接至發(fā)電電機(jī)12的電力電路16所需的電力、構(gòu)成燃料電池30的各種附件所需的電力以及空調(diào)器、音頻設(shè)備、小電動(dòng)機(jī)、控制電路等所需的電力。除上述綜合控制功能之外，特別地，控制器90具有鑒于燃料電池30的水分布狀況和蓄電裝置14的充電狀態(tài)控制燃料電池30和蓄電裝置14的輸出或動(dòng)力的有效分配的功能?？刂破?0可由適合于安裝在車輛上的計(jì)算機(jī)組成?？刂破?0包括水分布狀況估計(jì)與獲取單元100，其估計(jì)并獲取燃料電池30的水分布狀況；充電狀態(tài)估計(jì)與獲取單元102，其獲取蓄電裝置14的充電狀態(tài)；組合狀態(tài)確定單元104 ;和組合狀態(tài)改善單元106。組合狀態(tài)確定單元104根據(jù)預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)將有利的組合范圍設(shè)定成這樣的組合范圍，即在該組合范圍內(nèi)，燃料電池30的水分布狀況與蓄電裝置14的充電狀態(tài)的組合適合于車輛的所需動(dòng)力，并確定所獲取的水分布狀況與所獲取的充電狀態(tài)的實(shí)際組合是否在有利的組合范圍內(nèi)。如果實(shí)際組合不在有利的組合范圍內(nèi)，則組合狀態(tài)改善單元106利用蓄電裝置14的輸出來(lái)改善燃料電池30的水分布狀況，使得實(shí)際組合移至有利的組合范圍內(nèi)。
上述功能可由軟件，更準(zhǔn)確地說(shuō)通過(guò)執(zhí)行燃料電池系統(tǒng)控制程序，來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些功能的一部分可由硬件實(shí)現(xiàn)。連接至控制器90的存儲(chǔ)器94存儲(chǔ)燃料電池系統(tǒng)控制程序，并且尤其還存儲(chǔ)有利的組合范圍96，有利的組合范圍96作為這樣的組合范圍，即在該組合范圍內(nèi)，燃料電池30的水分布狀況與蓄電裝置14的充電狀態(tài)的組合適合于車輛的所需動(dòng)力。合適的存儲(chǔ)器可用作存儲(chǔ)器94。圖3示出了有利的組合范圍96的一個(gè)示例。該示例的有利的組合范圍96由圖3的映射中的陰影區(qū)域指示，其中水平軸指示表示蓄電裝置14的充電狀態(tài)的S0C，并且垂直軸指示表示燃料電池30的水分布狀況的含水量。在有利范圍中包括的更加有利范圍被表示成最佳范圍，最佳范圍由圖3的映射中的雙陰影區(qū)域指示。盡管存儲(chǔ)器94以如圖3所示的映射的形式存儲(chǔ)有利的組合范圍等，但是存儲(chǔ)器94可以以指示所接收的含水量與SOC的組合是否在有利范圍內(nèi)的二進(jìn)制輸出(I或者O)的形式，或者以表示有利范圍與不同于有利范圍的區(qū)域之間的邊界的數(shù)學(xué)表達(dá)式的形式來(lái)存儲(chǔ)有利范圍。順便提及，最佳范圍是燃料電池30的水分布狀況在推薦的運(yùn)行范圍內(nèi)并且蓄電裝置的充電狀態(tài)在推薦的運(yùn)行范圍內(nèi)的范圍。在圖3中，SOC的范圍被分成五個(gè)區(qū)，這五個(gè)區(qū)由作為邊界的值A(chǔ)pA2、A3、A4限定。在這些區(qū)中，A2與^之間的區(qū)是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)被指定為蓄電裝置14的推薦運(yùn)行范圍的SOC范圍。盡管在A2與A3之間的區(qū)之外的、A1與A2之間的區(qū)和A3與A4之間的區(qū)不是蓄電裝置14的推薦運(yùn)行范圍，但它們是其中蓄電裝置14可在不使其特性劣化的情況下運(yùn)行的許可運(yùn)行范圍。在A1下方的區(qū)和在A4上方的區(qū)是其中蓄電裝置14的特性可能劣化的禁止運(yùn)行范圍。例如，如果SOC的推薦運(yùn)行范圍是從40%到60%，則許可運(yùn)行范圍可設(shè)定至從30%到70%的范圍。應(yīng)理解的是，這些數(shù)字僅是示例性的，并且是為了說(shuō)明而提供的。此外，含水量的范圍被分成五個(gè)區(qū)，這五個(gè)區(qū)由作為邊界的值VB2、B3、B4限定。在這些區(qū)中，B2與B3之間的區(qū)是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)被指定為燃料電池30的推薦運(yùn)行范圍的含水量的范圍。盡管在B2與B3之間的區(qū)之外的、B1與B2之間的區(qū)和B3與B4之間的區(qū)不是燃料電池30的推薦運(yùn)行范圍，但它們是其中燃料電池30可在不使其特性劣化的情況下運(yùn)行的許可運(yùn)行范圍。在B1下方的區(qū)和在B4上方的區(qū)是其中燃料電池30的特性可能劣化的禁止運(yùn)行范圍。盡管含水量的值取決于其定義或測(cè)量含水量的方法而改變，但是由特定標(biāo)準(zhǔn)定義的含水量的百分比可被用作含水量。如果使用如此定義的含水量，則含水量的許可運(yùn)行范圍可設(shè)定為30%到70%，其中推薦運(yùn)行范圍例如是40%到60%。應(yīng)理解的是，這些數(shù)字僅是示例性的，并且是為了說(shuō)明而提供的。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，SOC的范圍從A2到A3并且含水量的范圍從B2到B3的區(qū)被認(rèn)為是燃料電池系統(tǒng)的推薦運(yùn)行范圍。在圖3中,低SOC側(cè)運(yùn)行范圍112和高SOC側(cè)運(yùn)行范圍114被設(shè)定在推薦運(yùn)行范圍110之外。低SOC側(cè)運(yùn)行范圍112是其中SOC低的區(qū)，但含水量在推薦運(yùn)行范圍內(nèi)。在該區(qū)中，燃料電池系統(tǒng)能夠通過(guò)利用燃料電池30的輸出補(bǔ)償蓄電裝置14的輸出的不足，來(lái)滿足所需動(dòng)力。高SOC側(cè)運(yùn)行范圍114是其中SOC充足高的區(qū)，但含水量在推薦運(yùn)行范圍外。在該區(qū)中，燃料電池系統(tǒng)能夠通過(guò)利用蓄電裝置14的輸出補(bǔ)償燃料電池30的輸出的不足，來(lái)滿足所需動(dòng)力。如從以上的說(shuō)明所理解地，燃料電池30的水分布狀況與蓄電裝置14的充電狀態(tài)的組合的有利范圍96是通過(guò)將低SOC側(cè)運(yùn)行范圍112和高SOC側(cè)運(yùn)行范圍114加上現(xiàn)有技術(shù)的推薦運(yùn)行范圍110所獲得的范圍。作為有利范圍中更優(yōu)選的范圍的最佳范圍是推薦 運(yùn)行范圍110。如果上述組合在有利范圍內(nèi)，則燃料電池系統(tǒng)能夠在不引起燃料電池30的特性的劣化和不引起蓄電裝置14的特性的劣化的情況下，通過(guò)適當(dāng)?shù)卮_定燃料電池30的輸出與蓄電裝置14的輸出之間的比例，來(lái)滿足所需動(dòng)力。將參考圖4描述如上所述構(gòu)成的系統(tǒng)的運(yùn)行，特別是控制器90的每種功能。圖4是圖示對(duì)燃料電池30與蓄電裝置14有效分配所需動(dòng)力的過(guò)程的流程圖。圖4的過(guò)程的每個(gè)步驟對(duì)應(yīng)于燃料電池系統(tǒng)控制過(guò)程的每個(gè)步驟。在一般情況下，燃料電池系統(tǒng)10進(jìn)行正?？刂?，在正?？刂葡?，系統(tǒng)10在推薦的運(yùn)行范圍Iio中運(yùn)行(S10)。即使燃料電池系統(tǒng)10在該范圍中運(yùn)行,燃料電池30的水分布狀況與蓄電裝置14的充電狀態(tài)也時(shí)時(shí)改變；因此，以合適的時(shí)間間隔獲取水分布狀況的估計(jì)值與充電狀態(tài)的估計(jì)值(S12、S14)。這些步驟分別由控制器90的水分布狀況估計(jì)與獲取單元100和充電狀態(tài)估計(jì)與獲取單元102執(zhí)行。更具體地說(shuō)，控制器90獲取從燃料電池30發(fā)送的表示水分布狀況的含水量數(shù)據(jù)和從蓄電裝置14發(fā)送的表示充電狀態(tài)的SOC數(shù)據(jù)。然后，確定表示所獲取的水分布狀況的含水量與表示所獲取的充電狀態(tài)的SOC的實(shí)際組合是否在有利的組合范圍內(nèi)(S16)。該步驟由控制器90的組合狀態(tài)確定單元104執(zhí)行。更具體地說(shuō)，組合狀態(tài)確定單元104讀取或檢索存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器94中的有利的組合范圍96，并且如以上參考圖4所說(shuō)明地確定所獲取的實(shí)際的含水量與SOC的組合是否在推薦運(yùn)行范圍110、低SOC側(cè)運(yùn)行范圍112或高SOC側(cè)運(yùn)行范圍114內(nèi)。如果實(shí)際的含水量與SOC的組合在這些范圍中的任一范圍內(nèi)，則確定組合是有利組合，并且控制返回至步驟S10。如果實(shí)際的含水量與SOC的組合不在推薦運(yùn)行范圍110、低SOC側(cè)運(yùn)行范圍112和高SOC側(cè)運(yùn)行范圍114中的任一范圍內(nèi)，則進(jìn)行改善組合狀態(tài)的操作(S18)。該步驟由控制器90的組合狀態(tài)改善單元106執(zhí)行。更具體地說(shuō)，組合狀態(tài)改善單元106利用蓄電裝置14的輸出來(lái)改善燃料電池30的水分布狀況，使得指示實(shí)際組合的點(diǎn)移至有利的組合范圍內(nèi)的點(diǎn)。如果實(shí)際組合已在有利范圍內(nèi)但不在最佳范圍內(nèi)，則進(jìn)行進(jìn)一步改善燃料電池30的水分布狀況的操作。一旦步驟S 18的操作完成，控制就返回至步驟S10，并且以固定的時(shí)間間隔重復(fù)上述過(guò)程。將參考圖5A至圖9描述組合狀態(tài)改善操作的示例。在圖5A至7的示例中，實(shí)際組合在低SOC側(cè)運(yùn)行范圍122附近，其中蓄電裝置14的充電狀態(tài)不令人滿意，并且燃料電池30的水分布狀況同樣不令人滿意。在圖8A、圖8B和圖9的示例中，實(shí)際組合在高SOC側(cè)運(yùn)行范圍114內(nèi)，其中蓄電裝置14的充電狀態(tài)良好,但燃料電池30的水分布狀況不令人滿
O圖5A示出了蓄電裝置14的充電狀態(tài)不令人滿意，并且燃料電池30的水分布狀況同樣不令人滿意的情形。圖5B是有利的組合范圍96的低SOC側(cè)運(yùn)行范圍112的一部分的放大圖，其中運(yùn)行點(diǎn)120表示當(dāng)前狀況。附圖標(biāo)記122、124表示在將所需動(dòng)力分配給燃料電池30和蓄電裝置14時(shí)運(yùn)行點(diǎn)120移動(dòng)到的運(yùn)行點(diǎn)。運(yùn)行點(diǎn)120根據(jù)圖4的過(guò)程移動(dòng)到運(yùn)行點(diǎn)122，并根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)移動(dòng)到運(yùn)行點(diǎn)124，為了比較這在圖5B中示出。如圖5A和圖5B所示，當(dāng)前運(yùn)行點(diǎn)120在低SOC側(cè)運(yùn)行范圍112之外。S卩，如果單獨(dú)觀察運(yùn)行點(diǎn)120，則其指示燃料電池30的含水量在B2和B3的范圍內(nèi)，并因而處于充足的狀況，但蓄電裝置14的充電狀態(tài)(SOC)沒(méi)有處于充足的水平。當(dāng)與有利的組合范圍96相 比較時(shí)，運(yùn)行點(diǎn)120在優(yōu)選組合范圍96之外，并且燃料電池系統(tǒng)不能夠產(chǎn)生所需動(dòng)力92，SP用戶所需要或期望的動(dòng)力。該情形的示例包括例如車輛處于最大輸出狀況的情形，或者燃料電池30處于從燃料電池30的運(yùn)行暫?；蛲Ｖ沟臓顩r到燃料電池運(yùn)行恢復(fù)的狀況的過(guò)渡的情形。當(dāng)將加速器踏板完全壓下時(shí)(節(jié)氣門(mén)全開(kāi)(W0T))，作為車輛的最大輸出狀況的示例，蓄電裝置14的輸出補(bǔ)償燃料電池30的輸出相對(duì)于所需動(dòng)力92的不足。此時(shí)，如果蓄電裝置14的SOC小于A2,則即使當(dāng)燃料電池30的含水量在B2與B3之間，燃料電池系統(tǒng)10的總輸出動(dòng)力也可能不滿足所需動(dòng)力92。當(dāng)燃料電池30停止進(jìn)行間歇運(yùn)行時(shí)，作為燃料電池30處于從其運(yùn)行暫停到其恢復(fù)的過(guò)渡的示例，由于燃料電池30保持處于其運(yùn)行暫停的狀況，所以燃料電池30的含水量可在B2附近或者在B3附近。在這些情形下，從燃料電池系統(tǒng)10總體上的輸出狀況的角度來(lái)觀察，認(rèn)為蓄電裝置14的充電狀態(tài)沒(méi)有處于充足的水平，并且燃料電池30的水分布狀況也不令人滿意。即，與有利的組合范圍96相比，表示含水量與SOC的組合的運(yùn)行點(diǎn)120位于低SOC側(cè)運(yùn)行范圍112之外。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，由于燃料電池30的含水量在B2與B3之間，所以燃料電池30的運(yùn)行可以繼續(xù)。在該情形下，盡管燃料電池30的含水量逐漸接近民與^之間的中點(diǎn)，但是由于從蓄電裝置14產(chǎn)生的動(dòng)力被附件等消耗，所以蓄電裝置14的SOC變得越來(lái)越低，并且運(yùn)行點(diǎn)變得難以達(dá)到低SOC側(cè)運(yùn)行范圍112。圖5B所示的運(yùn)行點(diǎn)表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)建立的這種狀況。根據(jù)圖4的過(guò)程，在步驟S18中進(jìn)行改善組合狀態(tài)的操作。在此，利用蓄電裝置14的輸出來(lái)改善燃料電池30的水分布狀況，使得如上所述，指示實(shí)際組合的運(yùn)行點(diǎn)120移動(dòng)到有利的組合范圍112內(nèi)的運(yùn)行點(diǎn)122。即，在該示例中，提早地加強(qiáng)使用蓄電裝置14的輸出，以便對(duì)燃料電池進(jìn)行吹掃操作。如上所述，由吹掃單元32執(zhí)行的吹掃操作包括提高ACP (空氣壓縮機(jī))70的旋轉(zhuǎn)速度的步驟。如果燃料電池系統(tǒng)達(dá)到在有利的組合范圍96內(nèi)的運(yùn)行點(diǎn)122，則系統(tǒng)能夠產(chǎn)生相當(dāng)于所需動(dòng)力92的動(dòng)力，并且獲得用戶期望的動(dòng)力，從而確保改善的駕駛性能。
盡管可利用蓄電裝置14的輸出直接進(jìn)行吹掃操作，但是可在由蓄電裝置14提供特定比例的所需動(dòng)力92的同時(shí)進(jìn)行吹掃操作。圖6和圖7示出了燃料電池系統(tǒng)的這種操作的兩個(gè)具體的示例。圖6示出了燃料電池30的輸出水平降低，并且蓄電裝置14由于燃料電池30的輸出水平的降低而補(bǔ)償輸出動(dòng)力不足的示例。在圖6中，“FC”表示燃料電池30的輸出，并且“BAT”表示蓄電裝置14的輸出。因此，燃料電池30的輸出水平降低，使得排出至外部的水的量變得大于由電化學(xué)反應(yīng)形成的水的量，由此實(shí)質(zhì)上對(duì)燃料電池30進(jìn)行了吹掃操作。在該示例中，在早期加強(qiáng)并有效地使用蓄電裝置14的輸出，以補(bǔ)償輸出動(dòng)力相對(duì)于所需動(dòng)力92的不足，而同時(shí)對(duì)燃料電池30進(jìn)行吹掃操作，使得運(yùn)行點(diǎn)移動(dòng)到有利的組合范圍96內(nèi)的點(diǎn)。圖7示出了一個(gè)示例，其中在從燃料電池30產(chǎn)生動(dòng)力之前進(jìn)行吹掃操作，并且在吹掃操作期間，僅由蓄電裝置14提供所需動(dòng)力92。在該示例中，在早期加強(qiáng)并有效地使用蓄電裝置14的輸出，以提供整個(gè)所需動(dòng)力92，而同時(shí)對(duì)燃料電池30進(jìn)行吹掃操作，使得運(yùn) 行點(diǎn)移動(dòng)到有利的組合范圍96內(nèi)的點(diǎn)。在圖5A和圖5B的示例中，運(yùn)行點(diǎn)120位于大含水量區(qū)，大含水量區(qū)在低SOC側(cè)運(yùn)行范圍112的大含水量邊界111的一側(cè)，這一側(cè)的含水量比另一側(cè)大。在該情況下，提早加強(qiáng)使用蓄電裝置14的輸出，以對(duì)燃料電池30進(jìn)行吹掃操作。相反地，如果運(yùn)行點(diǎn)120位于小含水量區(qū)，其中小含水量區(qū)在低SOC側(cè)運(yùn)行范圍112的小含水量邊界的一側(cè)，這一側(cè)的含水量比另一側(cè)小，則提早加強(qiáng)使用蓄電裝置14的輸出，以對(duì)燃料電池30進(jìn)行水合操作。水合操作由水合單元34實(shí)現(xiàn)。例如，調(diào)節(jié)背壓調(diào)節(jié)閥72的開(kāi)度，或者控制冷卻劑循環(huán)泵的運(yùn)行。接下來(lái)，圖8A示出了蓄電裝置14的充電狀態(tài)良好，但燃料電池30的水分布狀況不令人滿意的情形。圖8B是有利的組合范圍96的高SOC側(cè)運(yùn)行范圍114的一部分的放大圖，其中運(yùn)行點(diǎn)130表示當(dāng)前狀況。如以下將討論地，附圖標(biāo)記132、134和140指示在將所需動(dòng)力分配給燃料電池30和蓄電裝置14時(shí)運(yùn)行點(diǎn)130移動(dòng)到的運(yùn)行點(diǎn)。運(yùn)行點(diǎn)130根據(jù)圖4的過(guò)程移動(dòng)到運(yùn)行點(diǎn)132、134，并根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)移動(dòng)到運(yùn)行點(diǎn)140，為了比較這在圖SB中示出。如圖8A和圖SB所示，當(dāng)前運(yùn)行點(diǎn)130位于高SOC側(cè)運(yùn)行范圍114內(nèi)。然而，如果單獨(dú)觀察運(yùn)行點(diǎn)130，則其指示燃料電池30的含水量超過(guò)B3并且不在作為推薦運(yùn)行范圍的最佳范圍中，并且作為蓄電裝置14的充電狀態(tài)的SOC處于充足高的水平，但不在作為推薦運(yùn)行范圍的最佳范圍內(nèi)。當(dāng)與有利的組合范圍96相比時(shí)，運(yùn)行點(diǎn)130在有利的組合范圍96內(nèi)，但位于作為最佳組合范圍的推薦運(yùn)行范圍110之外，這表示燃料電池30的運(yùn)行效率不一定處于最佳狀況。從用戶的觀點(diǎn)出發(fā)，燃料電池系統(tǒng)可能不能夠產(chǎn)生所需動(dòng)力92，或者用戶期望的動(dòng)力。該情形的示例包括例如車輛起動(dòng)的情形，或者車輛處于車輛利用蓄電裝置14的輸出運(yùn)行的電池運(yùn)行模式的情形。當(dāng)車輛起動(dòng)時(shí)，蓄電裝置14已經(jīng)通過(guò)燃料電池30充分地充電，并SOC可能超過(guò)A30由于當(dāng)車輛起動(dòng)時(shí)車速低，所以已發(fā)現(xiàn)優(yōu)選的是，為了燃料電池系統(tǒng)10總體上更高的效率，用蓄電裝置14的輸出驅(qū)動(dòng)車輛，而不是用燃料電池30驅(qū)動(dòng)車輛。因此，燃料電池30不運(yùn)行，并因此，含水量可能超過(guò)B2與B3之間的最佳范圍。在該情況下，車輛可以起動(dòng)，但尚有在燃料電池30的含水量方面的進(jìn)一步改善的余地。類似地，在車輛從電池運(yùn)行模式轉(zhuǎn)變成FC運(yùn)行模式的情形下，蓄電裝置14的SOC處于充足高的水平，但在燃料電池30的含水量方面尚有進(jìn)一步改善的余地，其中，在電池運(yùn)行模式下，同車輛起動(dòng)時(shí)一樣，車輛用蓄電裝置15的輸出運(yùn)行，并且在FC運(yùn)行模式下，車輛用燃料電池30的輸出運(yùn)行。在上述情形下，從燃料電池系統(tǒng)10總體上的輸出狀況的角度來(lái)觀察，由運(yùn)行點(diǎn)130表示的組合指示蓄電裝置14的充電狀態(tài)是令人滿意的，但燃料電池30的水分布狀況不令人滿意。即，與有利的組合范圍96相比，作為含水量與SOC的組合的運(yùn)行點(diǎn)130位于高SOC側(cè)運(yùn)行范圍114內(nèi)，但燃料電池30的含水量在最佳范圍之外。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，車輛可在不運(yùn)行燃料電池30的情況下，僅用蓄電裝置14的輸出保持運(yùn)行。在該情況下，蓄電裝置14的SOC變得越來(lái)越低，但燃料電池30的含水量保持在相同的水平。結(jié)果，如圖8B的放大圖所示，運(yùn)行點(diǎn)超出高SOC側(cè)運(yùn)行范圍114的高 含水量邊界113，并且位于作為有利的組合范圍96的一部分的高SOC側(cè)運(yùn)行范圍114之外。因此，SP使在用戶努力產(chǎn)生動(dòng)力92的情況下，燃料電池系統(tǒng)也不能夠產(chǎn)生所需動(dòng)力92。根據(jù)圖4的過(guò)程，在步驟S18中進(jìn)行改善組合狀態(tài)的操作。更具體地說(shuō)，將燃料電池30的含水量控制到最佳范圍內(nèi)，使得運(yùn)行點(diǎn)保留在作為有利的組合范圍96的一部分的高SOC側(cè)運(yùn)行范圍114中。在此，利用蓄電裝置14的輸出來(lái)改善燃料電池30的水分布狀況，使得表示實(shí)際組合的運(yùn)行點(diǎn)130保持在有利的組合范圍114內(nèi)，并且將燃料電池30的含水量控制到最佳范圍內(nèi)。即，在該示例中，利用蓄電裝置14的輸出對(duì)燃料電池30進(jìn)行吹掃操作。如上所述，吹掃操作由吹掃單元32實(shí)現(xiàn)，并包括提高ACP (空氣壓縮機(jī))70的旋轉(zhuǎn)速度的步驟。在圖8A和圖8B的示例中，初始地進(jìn)行僅提供蓄電裝置14的輸出以便在不運(yùn)行燃料電池30的情況下達(dá)到所需動(dòng)力的操作。結(jié)果，燃料電池30的含水量保留在相同的水平，并且蓄電裝置14的SOC降低。于是，如果組合狀態(tài)達(dá)到緊接在邊界113前面或者在邊界113上的運(yùn)行點(diǎn)132，則進(jìn)行吹掃操作，以便降低燃料電池30的含水量并使指示組合狀態(tài)的運(yùn)行點(diǎn)在平行于邊界113的方向上移動(dòng)。吹掃操作可僅利用蓄電裝置14的輸出來(lái)進(jìn)行，或者吹掃操作所需的動(dòng)力可分配給燃料電池30的輸出和蓄電裝置14的輸出。運(yùn)行點(diǎn)134指示由動(dòng)力分配操作產(chǎn)生的狀況。在如此進(jìn)行功率分配操作的情況下，可將組合狀態(tài)維持在有利的組合范圍內(nèi)，并且可將燃料電池30的含水量控制到優(yōu)選水平，以便更靠近最佳范圍。圖9示出了動(dòng)力分配的另一示例。在該示例中，吹掃操作使組合狀態(tài)從初始運(yùn)行點(diǎn)130在平行于邊界113的方向上移動(dòng)。吹掃操作可僅利用蓄電裝置14的輸出進(jìn)行，或者吹掃操作所需的動(dòng)力可分配給燃料電池30的輸出和蓄電裝置14的輸出。運(yùn)行點(diǎn)136指示由動(dòng)力分配操作產(chǎn)生的狀況。在如此進(jìn)行功率分配操作的情況下，可將組合狀態(tài)維持在有利的組合范圍內(nèi)，并且可將燃料電池30的含水量控制到優(yōu)選水平，以便更靠近最佳范圍。圖8A和圖8B圖示了運(yùn)行點(diǎn)130位于高SOC側(cè)運(yùn)行范圍114的大含水量邊界113附近，并且在該情形下對(duì)燃料電池30進(jìn)行吹掃操作的情形。相比之下，在運(yùn)行點(diǎn)130位于高SOC側(cè)運(yùn)行范圍114的小含水量邊界附近的情形下，對(duì)燃料電池30進(jìn)行水合操作。水合操作由水合單元34實(shí)現(xiàn)，并包括例如調(diào)節(jié)背壓調(diào)節(jié)閥72的開(kāi)度或控制冷卻劑循環(huán)泵的操作的步驟。盡管已經(jīng)參考本發(fā)明的示例實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)理解的是，本發(fā)明不局限于所描述的實(shí)施例或結(jié)構(gòu)。相反地，本發(fā)明旨在包括各種變型和等同的布置。另外，盡管以 各種組合和構(gòu)造示出了示例實(shí)施例的各種元件，但包括更多、更少或僅單個(gè)的元件的其他組合和構(gòu)造同樣在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于車輛的燃料電池系統(tǒng)，所述燃料電池系統(tǒng)包括 水分布狀況估計(jì)單元，所述水分布狀況估計(jì)單元用于估計(jì)并獲取燃料電池的水分布狀況； 充電狀態(tài)獲取單元，所述充電狀態(tài)獲取單元用于獲取蓄電裝置的充電狀態(tài)； 確定單元，所述確定單元根據(jù)預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)而將有利的組合范圍設(shè)定成這樣的組合范圍，即，在該組合范圍中所述燃料電池的水分布狀況與所述蓄電裝置的充電狀態(tài)的組合適合于所述車輛的所需動(dòng)力，并且所述確定單元確定所獲取的水分布狀況與所獲取的充電狀態(tài)的實(shí)際組合是否在所述有利的組合范圍內(nèi)；以及 組合狀態(tài)改善單元，所述組合狀態(tài)改善單元在所述實(shí)際組合不在所述有利的組合范圍內(nèi)時(shí)利用所述蓄電裝置的輸出來(lái)改善所述燃料電池的水分布狀況，以便使所述實(shí)際組合移至所述有利的組合范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的燃料電池系統(tǒng)，其中， 當(dāng)所述車輛起動(dòng)或者在用所述蓄電裝置的輸出的電池運(yùn)行模式下運(yùn)行，并且所述確定單元確定所述實(shí)際組合使得所述蓄電裝置的充電狀態(tài)處于充足的水平，但是所述燃料電池的水分布狀況不能令人滿意時(shí)，所述組合狀態(tài)改善單元利用所述蓄電裝置的輸出來(lái)改善所述燃料電池的水分布狀況。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的燃料電池系統(tǒng)，其中， 當(dāng)所述車輛處于最大輸出狀況或者所述燃料電池處于從所述燃料電池的運(yùn)行暫停的狀況到所述運(yùn)行恢復(fù)的狀況的過(guò)渡，而所述確定單元確定所述實(shí)際組合使得所述蓄電裝置的所述充電狀態(tài)處于不足的水平，并且所述燃料電池的水分布狀況不能令人滿意時(shí)，所述組合狀態(tài)改善單元利用所述蓄電裝置的輸出來(lái)改善所述燃料電池的水分布狀況。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的燃料電池系統(tǒng)，其中， 當(dāng)所述燃料電池的所述水分布狀況是過(guò)高的濕度狀況時(shí)，所述組合狀態(tài)改善單元操作用于供應(yīng)吹掃氣體的空氣壓縮機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的燃料電池系統(tǒng),其中， 當(dāng)所述蓄電裝置的充電狀態(tài)處于不足的水平并且所述燃料電池的水分布狀況是過(guò)高的濕度狀況時(shí)，所述組合狀態(tài)改善單元操作用于供應(yīng)所述吹掃氣體的所述空氣壓縮機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的燃料電池系統(tǒng)，其中， 當(dāng)所述燃料電池的所述水分布狀況是過(guò)低的濕度狀況時(shí)，所述組合狀態(tài)改善單元調(diào)節(jié)所述燃料電池的背壓調(diào)節(jié)閥的打開(kāi)程度，以便提高所述燃料電池的背壓并且改善水分布狀況。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的燃料電池系統(tǒng),其中， 當(dāng)所述燃料電池的所述水分布狀況是過(guò)低的濕度狀況時(shí)，所述組合狀態(tài)改善單元控制用于所述燃料電池的冷卻劑循環(huán)泵的運(yùn)行，以便降低所述燃料電池的溫度并且改善水分布狀況。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的燃料電池系統(tǒng)，其中， 所述有利的組合范圍具有這樣的最佳范圍，即，在所述最佳范圍中，所述燃料電池的水分布狀況在推薦的運(yùn)行范圍內(nèi)，并且所述蓄電裝置的所述充電狀態(tài)在推薦的運(yùn)行范圍內(nèi)，并且所述組合狀態(tài)改善單元使所述實(shí)際組合移至所述最佳范圍內(nèi)。
9.一種控制燃料電池系統(tǒng)的方法，所述方法包括 估計(jì)并獲取燃料電池的水分布狀況； 獲取蓄電裝置的充電狀態(tài)； 根據(jù)預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)，將有利的組合范圍設(shè)定成這樣的組合范圍，即在該組合范圍中所述燃料電池的水分布狀況與所述蓄電裝置的充電狀態(tài)的組合適合于車輛所需動(dòng)力； 確定所獲取的水分布狀況和所獲取的充電狀態(tài)的實(shí)際組合是否在所述有利的組合范圍內(nèi)；并且當(dāng)所述實(shí)際組合不在所述有利的組合范圍內(nèi)時(shí)，利用所述蓄電裝置的輸出來(lái)改善所述燃料電池的水分布狀況，以便使所述實(shí)際組合移至所述有利的組合范圍內(nèi)。
全文摘要
一種燃料電池系統(tǒng)(10)，其包括蓄電裝置(14)、燃料電池(30)、電力電路(16)、控制器(90)和存儲(chǔ)器(94)。存儲(chǔ)器(94)存儲(chǔ)有利組合范圍(96)，在有利組合范圍(96)中燃料電池(30)的水分布狀況與蓄電裝置(14)的充電狀態(tài)的組合適合于車輛的所需動(dòng)力，并且控制器(90)包括水分布狀況估計(jì)與獲取單元(100)，其獲取燃料電池(30)的水分布狀況；充電狀態(tài)獲取單元(102)，其獲取蓄電裝置(14)的充電狀態(tài)；組合狀態(tài)確定單元(104)，其確定所獲取的水分狀況和所獲取的充電狀態(tài)的組合是否在有利組合范圍內(nèi)；以及組合狀態(tài)改善單元(106)，其在組合不在有利組合范圍內(nèi)時(shí)，改善燃料電池(30)的水分布狀況。
文檔編號(hào)H01M8/00GK102906922SQ201180025029
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2011年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月20日
發(fā)明者松末真明 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社