CN102369622B - 燃料电池系统、用于燃料电池系统的控制方法以及配备有燃料电池系统的车辆 - Google Patents
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Abstract
一种燃料电池系统，包括燃料电池(11)、二次电池(12)、电压变换器(13)和控制部(50)。控制部在启动燃料电池时利用盈余的电力对二次电池充电，并且在其中在燃料电池的输出电压从开路电压降低到高电势避免电压(S110到S128)时预期二次电池将变成过度充电的情形中，在开路电压和高电势避免电压之间调节燃料电池的电压(S130)。前述情形是以下情形中的至少一种情形：流通于所述电压变换器的流通电力超过二次电池充电用允许流通电力的情形；二次电池的输入电力限制值被超过的情形；以及被充电的原动机的再生量不受限制的情形。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃料电池系统、一种用于燃料电池系统的控制方法以及一种配备有燃料电池系统的车辆。
背景技术
现在正在考虑燃料电池的实际应用，燃料电池向燃料电极供应作为燃料气体的氢气，并且向氧化剂电极供应作为氧化剂气体的空气，并且在氧化剂电极上产生水时通过在氢气和空气中的氧气之间的电化学反应产生电力。
在这种燃料电池中，如果在操作开始时，被供应到燃料电极的氢气的压力和被供应到氧化剂电极的空气的压力大约等于在通常操作期间所产生的各个压力，则有时发生氢气和空气分别地在燃料电极和氧化剂电极中非均匀地分布的情况，并且电极由这些气体的非均匀分布引起的电化学反应而劣化。日本专利申请公布No.2007-26891(JP-A-2007-26891)公开了一种通过使得在燃料电池的操作开始时分别地被供应到燃料电极和氧化剂电极的氢气和空气的压力高于这些气体的通常供应压力而防止燃料电池的电极劣化的方法。
然而，如果当燃料电池开始操作时在高压下将氢气和空气供应到燃料电池，则有时发生燃料电池的电压的升高速率变大，使得燃料电池的电压超出它的上限电压。与这个问题相关地，日本专利申请公布No.2007-26891(JP-A-2007-26891)公开了一种方法，其中在启动燃料电池时，当在高于它们的、在通常发电期间给出的压力的压力下供应氢气和空气时，如果燃料电池的电压达到低于上限电压的预定电压，则输出电力被从燃料电池提取，并且被送入到车辆驱动马达、电阻器等。
在配备有燃料电池的电动车辆中，用于燃料电池的输出电力命令值是基于负载请求的电力和燃料电池的输出电流-电压特性来计算的。然而，在启动燃料电池时，在燃料电池的电压从启动电压上升时，由于被阻塞二极管阻断，电流并不从燃料电池流出。在另一方面，例如在其中燃料电池的电压在启动燃料电池时暂时地升高到开路电压(在下文中，被称作“OCV”)之后燃料电池的控制电压降低并且电力被从燃料电池提取的方法中，执行一种控制，其中燃料电池的电压被设定在OCV处，从而电流不从燃料电池流出，直至允许燃料电池产生电力。然而，在此情形中，存在燃料电池的耐久性可以受到影响的可能性。
因此，令人期望的是，即使在允许燃料电池产生电力之前，燃料电池的输出电压也被降至低于OCV。然而，因为紧接着在其启动之后，燃料电池的催化剂的状态改变，所以紧接在其启动之后，燃料电池的发电量显著地波动。然后，如果燃料电池在其启动时产生比负载所要求的更多的电力，则将盈余的电力充电至被设置在电动车辆中的二次电池。
然而，如果以例如高速充电、从高SOC(充电状态)充电、在低温(例如0℃)下充电(在高电阻状态中充电)等的方式对二次电池充电，则存在二次电池可能变成被过度充电并且二次电池的耐久性可能受到不利影响的可能性。
发明内容
本发明提供一种在启动燃料电池时执行燃料电池的电力管理以便抑制二次电池的过度充电的燃料电池系统，并且还提供一种用于燃料电池系统的控制方法以及一种配备有该燃料电池系统的车辆。
本发明的第一方面涉及一种燃料电池系统。这个燃料电池系统包括：燃料电池，其通过在燃料气体和氧化剂气体之间的电化学反应产生电力；二次电池，其是可充电和可放电的并且利用从燃料电池输出的电力来被充电；以及控制部，其控制在启动燃料电池时由燃料电池产生的电量。该控制部具有电压调节部，该电压调节部在启动燃料电池时利用盈余电力对二次电池充电，并且在当燃料电池的输出电压从开路电压降低到高电势避免电压时预期二次电池将变成过度充电的情形中，在开路电压和高电势避免电压之间调节燃料电池的电压。
在启动燃料电池时，在对于能够被充入到二次电池中的电量加以考虑时，在启动时通过调节燃料电池的输出电压而管理来自燃料电池的电量。因此，二次电池的过度充电状态得以避免，从而二次电池的耐久性将得以确保。
前面的燃料电池系统可以进一步包括：电压变换器，其被设置在二次电池和负载之间；以及原动机，并且在上面与电压调节部相关联地述及的、预期二次电池将变成过度充电的情形可以是以下情形中的至少一种：通过电压变换器的流通电力超过至少基于电压变换器的效率以及基于用于二次电池的输入电力限制值得出的二次电池充电用允许流通电力的情形；二次电池的输入电力限制值被超过的情形；以及原动机的再生量不受限制的情形。
来自原动机的再生能量也被充入二次电池中。因此，在启动燃料电池时，如果流通于电压变换器的流通电力超过至少基于电压变换器的效率和输入电力限制值而得出的二次电池充电用允许流通电力，或者如果用于二次电池的输入电力限制值被超过，或者如果被充电的原动机再生的电量不受限制，则通过在启动时调节燃料电池的输出电压而管理来自燃料电池的电量，从而再生能量被存储到二次电池中，并且二次电池的过度充电状态得以避免。结果，燃料经济性提高，并且二次电池的耐久性也得以确保。
该控制部可以进一步包括：发电量计算部，其通过测量燃料电池的电压而计算燃料电池的发电量；SOC估计部，其估计二次电池的充电状态；再生量计算部，其计算由原动机提供的再生量；输入电力限制值计算部，其基于所估计的二次电池的充电状态和原动机的再生量来计算用于二次电池的输入电力限制值；充电用允许电力计算部，其至少基于电压变换器的效率以及基于输入电力限制值来得出二次电池充电用允许流通电力；以及可输入电力量计算部，其得出在计算出的二次电池侧的充电用允许电力与计算出的燃料电池的发电量之间的第一差额，并且得出在所估计的二次电池的充电状态和计算出的输入电力限制值之间的第二差额，并且基于第一差额和第二差额中的较小差额来计算能够输入二次电池的电力量，并且电压调节部可以基于可输入电力量来计算燃料电池能够产生的电量，并且可以在开路电压和目标电压之间调节燃料电池的输出电压。
该控制部得出在二次电池侧充电用允许电力和燃料电池的发电量(即，从燃料电池输入二次电池中的电力量)之间的第一差额、以及在二次电池的估计充电状态(SOC量)和计算出的输入电力限制值Win(即，能够被充入二次电池中的电量)之间的第二差额，并且基于第一差额和第二差额中的较小的一个来计算能够输入二次电池的电力量。因此，控制部通过调节燃料电池的输出电压管理来自燃料电池的电量，从而避免二次电池的过度充电状态。结果，确保了二次电池的耐久性得以维持。
本发明的第二方面涉及一种车辆。该车辆具有前面的燃料电池系统。
在电动车辆中，与燃料电池有关的发明在其启动时抑制二次电池变成过度充电，并且防止二次电池的性能下降。
本发明的第三方面涉及一种用于燃料电池系统的控制方法。该燃料电池系统包括：燃料电池，其通过在燃料气体和氧化剂气体之间的电化学反应产生电力；二次电池，其是可充电和可放电的并且利用从燃料电池输出的电力来被充电；以及控制部，其在启动燃料电池时控制由燃料电池产生的电量。该燃料电池系统的控制方法包括：在启动燃料电池时利用盈余电力对二次电池充电；当燃料电池的输出电压从开路电压降低到高电势避免电压时，确定二次电池是否变成过度充电；以及，如果确定二次电池将变成过度充电，则在开路电压和高电势避免电压之间调节燃料电池的电压。
按照根据本发明的前面的多个方面的该燃料电池系统、用于该燃料电池系统的控制方法以及配备有该燃料电池系统的车辆，在对于能够被充入二次电池中的电量加以考虑时，通过在启动燃料电池时调节燃料电池的输出电压而管理来自燃料电池的电量。因此，二次电池的过度充电状态得以避免。
附图说明
参考附图，根据以下优选实施例的说明，本发明前面的和进一步的特征和优点将变得明显，其中类似的数字被用于代表类似的元件并且其中：
图1是在本发明实施例中的燃料电池系统的系统示意图；
图2是示意在启动燃料电池时执行燃料电池的电压控制以便避免二次电池的过度充电的示意图；
图3是示出在启动燃料电池时在燃料电池堆中在初始电池电压和燃料电池输出电力之间的关系的示意图；以及
图4是示出根据本发明实施例的在启动燃料电池系统时燃料电池的电力控制的流程图。
具体实施方式
如在图1中所示，被安装在电动车辆200中的燃料电池系统100包括可充电和可放电的二次电池12、升高或者降低二次电池12的电压的升压/降压电压转换器13、将升压/降压电压转换器13的直流电力转换成交流电力并且向牵引马达15和燃料电池11供应电力的逆变器14。
二次电池12由可充电和可放电的锂离子蓄电池等构造。在该实施例中二次电池12的电压低于牵引马达15的驱动电压。然而，二次电池的电压不受如此限制，而是还可以是等价于或者高于牵引马达的驱动电压的电压。升压/降压电压转换器13具有多个切换元件，并且通过切换元件的开/关操作而将从二次电池12供应的低电压升高到用于驱动牵引马达的高电压。升压/降压电压转换器13是非绝缘双向DC/DC转换器，它的基准电气路径32被连接到二次电池12的负侧电气路径34和逆变器14的负侧电气路径39这两者，并且它的一次侧电气路径31被连接到二次电池12的正侧电气路径33，并且它的二次侧电气路径35被连接到逆变器14的正侧电气路径38。另外，二次电池12的正侧电气路径33和负侧电气路径34中的每一个设置有断开和闭合二次电池12和负载系统之间的连接的系统继电器25。
燃料电池11具有供应有作为燃料气体的氢气和作为氧化剂气体的空气并且通过在氢气和空气中的氧气之间的电化学反应产生电力的多个燃料单元电池。在燃料电池11中，氢气经由氢气供应阀18而被从高压氢气罐17供应到燃料电极(阳极)，并且空气被空气压缩机19供应到氧化剂电极(阴极)。燃料电池11的正侧电气路径36经由FC继电器24和阻塞二极管23而被连接到升压/降压电压转换器13的二次侧电气路径35。燃料电池11的负侧电气路径37经由另一FC继电器24而被连接到升压/降压电压转换器13的基准电气路径32。升压/降压电压转换器13的二次侧电气路径35被连接到逆变器14的正侧电气路径38，并且升压/降压电压转换器13的基准电气路径32被连接到逆变器14的负侧电气路径39。燃料电池11的正侧电气路径36和负侧电气路径37分别地经由FC继电器24而被连接到逆变器14的正侧电气路径38和负侧电气路径39。FC继电器24断开和闭合在负载系统和燃料电池11之间的连接。当FC继电器24被闭合时，燃料电池11被连接到升压/降压电压转换器13的二次侧，从而由燃料电池11产生的电力被与通过升高二次电池12的一次侧电力的电压而获得的、二次电池12的二次侧电力一起地供应到逆变器，逆变器由此驱动旋转轮子60的牵引马达15。此时，燃料电池11的电压变成等于升压/降压电压转换器13的输出电压和等于逆变器14的输入电压。另外，用于空气压缩机19和燃料电池11的附件16例如冷却水泵、氢气泵等的驱动电力基本上由燃料电池11产生的电压提供。如果燃料电池11不能产生所需要的电力，则二次电池12被用作辅助源。
在二次电池12的正侧电气路径33和负侧电气路径34之间连接用于平滑下侧电压的一次侧电容器20。一次侧电容器20设置有探测在一次侧电容器20的两端之间的电压的电压传感器41。另外，用于平滑二次侧电压的二次侧电容器21被设置在逆变器14的正侧电气路径38和负侧电气路径39之间。二次侧电容器21设置有探测在二次侧电容器21的两端之间的电压的电压传感器42。一次侧电容器20上的电压是一次侧电压VL，一次侧电压VL是升压/降压电压转换器13的输入电压，并且二次侧电容器21上的电压是二次侧电压VH，二次侧电压VH是升压/降压电压转换器13的输出电压。另外，探测燃料电池11的电压的电压传感器43被设置在燃料电池11的正侧电气路径36和负侧电气路径37之间。电压传感器43还探测构成燃料电池11的燃料单元电池中的每一个的电池电压。另外，燃料电池11的正侧电气路径36设置有探测燃料电池11的输出电流的电流传感器44。
控制部50是一种计算机，该计算机包含执行信号处理的CPU以及存储程序和控制数据的存储部。燃料电池11、空气压缩机19、氢气供应阀18、升压/降压电压转换器13、逆变器14、牵引马达15、附件16、FC继电器24和系统继电器25被连接到控制部50，并且被构造成根据来自控制部50的命令来操作。另外，二次电池12、电压传感器41到43以及电流传感器44被独立地连接到控制部50，并且被如此构造，使得二次电池12的状态和电压传感器41到43以及电流传感器44的探测信号被输入控制部50。电动车辆200设置有点火键30，点火键30是用于启动和停止燃料电池系统100的开关。点火键30被连接到控制部50，并且被如此构造，使得点火键30的开/关信号被输入到控制部50。
将参考图2到图4描述如上所述地构造的燃料电池系统100的操作。
图2示出在启动燃料电池时执行燃料电池电压控制以便避免二次电池的过度充电的一个实例。图2的上部示出燃料电池(在下文中，还被称作“FC”)的电压的改变，并且示意图的下部示出二次电池的电力的改变。此外，在图2中的电压改变的曲线图中，实线示出命令燃料电池的命令电压，并且虚线示出燃料电池堆的总电池电压。附带说一句，虽然为了示意方便起见，图2示意总电池电压跟随命令电压并且与命令电压有相当大的延迟，但是实际的总电池电压从实际命令电压的延迟不是像图2所示那么大的，而是总电池电压基本上紧跟着命令电压而改变。另外，在二次电池的电力的曲线图中的实线示出通过升压/降压电压转换器13的电力量的改变。
在参考图2描述在启动燃料电池时燃料电池的电压控制之前，将参考图3描述紧跟在其启动之后的燃料电池的初始电压和输出。如在图3中所示，在其启动时燃料电池堆的总电池电压根据燃料电池停止操作的持续时间而改变。即，操作停止持续时间越长，总电池电压越接近0V，并且操作停止持续时间越短，总电池电压越高。另外，燃料电池的操作停止持续时间越长，在燃料电池中的催化剂越被激活，并且因此在启动燃料电池时的发电量变得越大。在另一方面，在操作停止持续时间短的情形中，与在长的操作停止持续时间的情形中相比，催化剂被较少地更新，并且因此在启动燃料电池时的发电量不大。即，紧跟着启动燃料电池之后的发电量根据紧跟着启动之后发生的燃料电池的催化剂的状态显著地波动。
如在图1中所示，在其中在启动时燃料电池11产生比负载所要求的更多的电力的情形中，盈余电力被充入到被设置在电动车辆200中的二次电池12中。通常，二次电池12具有的容量为燃料电池在启动时的输出所能够被充入到二次电池12中的容量。然而，例如，在低温充电(在高电阻状态中充电)期间，二次电池12很可能变成过度充电，并且因此利用低于二次电池12的最大充电容量的限制容量来控制充电。结果，如果燃料电池11的总电池电压接近0V，则由燃料电池11在其启动时产生的电量会变大，从而可能会有超过二次电池12的限制容量的由燃料电池11产生的电力对二次电池12充电，并且因此二次电池12可能变成过度充电。
另外，例如在启动时空气压缩机19比在通常操作期间更高的压力下操作以使得向燃料电池11供应作为氧化剂气体的空气的情形中，紧跟着启动之后从燃料电池11产生的电量会变大。在此情形中，同样，因为二次电池12被以高速充电，所以存在二次电池12变成过度充电的可能性。
此外，在其中从高SOC(充电状态)对二次电池12充电的情形中，也存在二次电池12变成过度充电的可能性。
因此，有必要在允许燃料电池产生电力之前避免由于燃料电池的启动时输出所引起的二次电池的过度充电。因此，在该实施例中，图1所示的控制部50在其中具有电压调节部(未示出)，如果当在启动燃料电池时，盈余电力被充入到二次电池12中并且燃料电池11的输出电压从开路电压降低到高电势避免电压时预期二次电池12变成过度充电，则电压调节部用于在开路电压(OCV)和高电势避免电压之间调节燃料电池的电压。在这里应该指出“高电势避免电压”意味着小于OCV并且能够由燃料电池产生、使得燃料电池的耐久性将得以确保的、预先确定的目标操作电压。
此外，在以下情形中的至少一种情形中，前面的电压调节部在开路电压和高电势避免电压之间调节燃料电池11的操作电压：其中通过是作为电压变换器的升压/降压电压转换器13的电力超过至少基于升压/降压电压转换器13的效率和输入电力限制值Win得出的、二次电池充电用允许流通电力的情形；其中用于二次电池12的输入电力限制值Win被超过的情形；以及其中被充入到二次电池中的、由原动机(牵引马达15)再生的电量不受限制的情形。
估计二次电池的充电状态的SOC估计部(未示出)被设置在控制部50中。SOC估计部接收用于管理二次电池12所需要的信号的输入，例如，来自被置放在二次电池12的端子之间的电压传感器41的端子间电压、来自被附接有与二次电池12的输出端子相连接的电力的电流传感器(未示出)的充电/放电电流(在下文中，还被称作“蓄电池电流”)、来自被附接到二次电池12的温度传感器(未示出)的电池温度等，并且存储所述输入信号。另外，SOC估计部通过对由电力传感器实际上测量的二次电池电流值IB(t)进行积分或者通过对利用实际上测量的二次电池温度值TB(t)校正的估计电流值进行积分来估计二次电池12的充电状态(SOC，剩余充电量)。
以以下计算方式，被设置在图1所示的控制部50中的输入电力限制值计算部(未示出)来计算“输入电力限制值Win”。即，使用由SOC估计部得出的、在预设时间t处的充电状态值SOC(t)得出在充电期间每单位时间的容许输入电流值，并且计算允许每单位时间被输入到二次电池的容许输入电流值Ilim(t)。此外，通过PID控制，通过使用以下表达式(I)来计算“输入电力限制值Win”。
Win(t)＝SWin(t)-Kp×{IB(t)-Itag1(t)}-Ki×∫{IB(t)-Itag2(t)}dt...(I)
(其中：Win(t)代表在时间t处的二次电池输入电力限制值(W)；SWin(t)给出预先设定的二次电池输入电力限制默认值；Kp代表p项反馈增益；Ki代表i项反馈增益；Itag1(t)代表与p项反馈控制相关联的电流限制目标值；Itag2(t)代表与i项反馈控制相关联的电流限制目标值；以及IB(t)代表在时间t处的蓄电池电流值。)
另外，使用以下表达式(II)获得前面的值Itag1(t)和Itag2(t)。
Itag1(t)＝Fp(Ilim’(t))，以及Itag2(t)＝Fi(Ilim’(t)) (II)
(其中：Ilim(t)基于在前计算的、在前计算容许输入电流值Ilim(t-1)、或者基于专用于初始计算的设定容许输入电流值Ilim(0)来计算。)
另外，图1所示的控制部50还设置有发电量计算部(未示出)，发电量计算部经由电压传感器43测量燃料电池11的电压，并且计算燃料电池的发电量。
此外，图1所示的控制部50设置有计算由作为原动机的牵引马达15提供的再生的量的再生量计算部。能够使用表达式(II)得出再生量。因此，当在启动时的再生量被加以考虑时，输入电力限制值计算部不仅基于前面的、二次电池的SOC而且还基于由原动机提供的再生的量来计算用于二次电池12的输入电力限制值Win。
另外，图1所示的控制部50设置有充电用允许电力计算部(未示出)，其至少基于升压/降压电压转换器13的效率和输入电力限制值Win得出二次电池充电用允许流通电力。例如，充电用允许电力计算部通过将输入电力限制值Win和附件16的所需电力之和乘以升压/降压电压转换器13的效率而得出二次电池充电用允许流通电力。
另外，图1所示的控制部50设置有可输入电力量计算部(未示出)，其得出在计算出的二次电池侧充电用允许电力和燃料电池的电力产生计算量(即，被从燃料电池输入到二次电池的电力量)之间的差额d1、以及在二次电池的估计充电状态(SOC量)和计算出的输入电力限制值Win(即，能够被充入到二次电池中的电量)之间的差额d2，并且基于差额d1和d2中的较小的一个来计算能够输入到二次电池的电力量。
下面，将参考图1、图2和图4来描述这个实施例的燃料电池系统的操作的实例。首先，如果点火键30被打开，则SOC估计部从输入到SOC估计部的、二次电池在时间t处的电压(t)来计算估计电流值I(t)，并且估计在时间t处发生的充电状态SOC(t)(S112)。接着，如果制动器打开(S114)，则再生量计算部计算在时间t处的再生能量(S116)。此外，输入电力限制值计算部基于在时间t处的估计充电状态SOC(t)或者基于估计充电状态SOC(t)和再生能量而使用表达式(I)和表达式(II)来计算出输入电力限制值Win(t)(S118)。接着，充电用允许电力计算部通过将输入电力限制值Win和附件16所需电力之和乘以升压/降压电压转换器13的效率而得出二次电池充电用允许流通电力(S120)。
接着，可输入电力量计算部得出在计算出的二次电池侧充电用允许电力和燃料电池的电力产生计算量(即，被从燃料电池输入到二次电池的电力量)之间的差额d1(S122)，并且得出在二次电池的估计充电状态(SOC量)和计算出的输入电力限制值Win(即，能够被充入到二次电池中的电量)之间的差额d2(S124)，然后选择如上所述地得出的差额d1和d2中的较小的一个(S126)。此外，可输入电力量计算部基于选定的较小差额来计算能够被输入到二次电池的来自燃料电池11的电量(S128)。
如在图4中所示，在以下情形中的至少一种情形中，电压调节部通过在开路电压和高电势避免电压之间调节燃料电池11的操作电压而控制燃料电池11的发电量(S130)：其中至少在随着燃料电池11的FC继电器24的连接之后但是在许可燃料电池11产生电力之前的时段期间，通过升压/降压电压转换器13的电力超过二次电池充电用允许流通电力的情形；其中至少在前面的时段期间，用于二次电池12的输入电力限制值Win被超过的情形；以及其中至少在前面的时段期间，由牵引马达15提供的再生量不受限制的情形。即，如在图2中所示，在启动燃料电池系统时，燃料电池11的操作电压被暂时地升高到OCV。然后，为了保证燃料电池11的耐久性得以维持，在许可燃料电池11产生电力之前，燃料电池11的操作电压(即，总电池电压)从OCV降低到高电势避免电压。首先在这个操作中，燃料电池11的操作电压以通常降低速度降低。如果输入电力限制值Win被超过，则燃料电池11的操作电压的降低速度得到调节(在图2中被短划双点线包围的区域I)。燃料电池11的操作电压受到监视。如果通过升压/降压电压转换器13的电力超过二次电池侧充电用允许电力，即，如果在图2的下部中，二次电池侧允许被充电电力量被超过，则燃料电池11的操作电压得到调节，即，升高，从而通过升压/降压电压转换器13的电力变成小于二次电池侧充电用允许电力。然后，当通过升压/降压电压转换器13的电力变成小于二次电池侧充电用允许电力时，在燃料电池11的操作电压的降低速度得到调节、从而输入电力限制值Win不被超过时，燃料电池11的操作电压降低到高电势避免电压。应该指出在这里“二次电池侧允许被充电电力量”以裕度电量小于二次电池侧最大可充电电力，并且被预先存储在电力调节部中。另外，在该实施例中，裕度电量被设为例如2kW。然而，裕度电量是根据燃料电池的操作电压的控制速度而被适当地设定的。
另外，至少在其中在随着燃料电池的FC继电器24的连接之后但是在许可燃料电池产生电力之前的时段期间打开制动器的情形中，前面的再生量计算部计算牵引马达15的再生量以便确保再生扭矩。在其中将被充入的再生电量不受限制的情形中，并且如在图2的下部中所示的在通过升压/降压电压转换器13的电力超过二次电池侧充电用允许电力时，燃料电池11的操作电压得到调节，即，升高(在图2中由短划双点线包围的区域II)，使得通过升压/降压电压转换器13的电力变成小于二次电池侧充电用允许电力。然后，如果通过升压/降压电压转换器13的电力变成小于二次电池侧充电用允许电力，则燃料电池11的操作电压的降低速度得到调节，使得输入电力限制值Win不被超过。以此方式，燃料电池11的操作电压降低到高电势避免电压。
在当燃料电池11的操作电压被电压调节部降低到并且稳定在高电势避免电压时的时间点处，燃料电池的启动完成(S132)。因此，在启动时，在二次电池12的充电状态受到监视，并且根据需要，牵引马达15的再生量也受到监视时，燃料电池11的发电量得到调节。因此，二次电池11的过度充电状态得以避免，并且牵引马达15的再生扭矩也得以确保。
本发明能够被应用于使用燃料电池系统的领域，例如车辆制造工业等。
虽然已经参考其示例性实施例描述了本发明，但是应该理解本发明不限于所描述的实施例或者构造。相反，本发明旨在涵盖各种修改和等价布置。另外，虽然所公开的发明的各种元件被以各种实例组合和配置示出，但是包括更多、更少或者仅仅单一元件的其他组合和配置也是在所附权利要求的范围内的。
Claims (5)
1.一种燃料电池系统(100)，包括：
燃料电池(11)，所述燃料电池(11)通过在燃料气体和氧化剂气体之间的电化学反应来产生电力；
二次电池(12)，所述二次电池(12)是可充电和可放电的，并且所述二次电池利用从所述燃料电池输出的电力来被充电；以及
控制部(50)，所述控制部(50)控制在启动所述燃料电池时由所述燃料电池所产生的电量，其中，
所述控制部具有电压调节部，所述电压调节部在启动所述燃料电池时利用盈余电力对所述二次电池充电，并且在当所述燃料电池的输出电压从开路电压降低到高电势避免电压时预期所述二次电池将变成过度充电的情形中，在所述开路电压和所述高电势避免电压之间对所述燃料电池的电压进行调节，其中，所述高电势避免电压是指小于所述开路电压并且能够由燃料电池产生、使得燃料电池的耐久性将得以确保的、预先确定的目标操作电压。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，进一步包括：
电压变换器(13)，所述电压变换器(13)被设置在所述二次电池和负载之间；以及
原动机(15)，
其中，与所述电压调节部相关联地、预期所述二次电池将变成过度充电的情形是以下情形中的至少一种：
流通于所述电压变换器的流通电力超过至少基于所述电压变换器的效率以及用于所述二次电池的输入电力限制值而得出的二次电池充电用允许流通电力的情形，
超过所述二次电池的所述输入电力限制值的情形，以及
被充入到所述二次电池中的、所述原动机的再生量不受限制的情形。
3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，
其中，所述控制部进一步包括：
发电量计算部，所述发电量计算部通过测量所述燃料电池的电压来计算由所述燃料电池产生的电量；
SOC估计部，所述SOC估计部估计所述二次电池的充电状态；
再生量计算部，所述再生量计算部计算由所述原动机提供的再生量；
输入电力限制值计算部，所述输入电力限制值计算部基于所估计出的所述二次电池的所述充电状态和所述原动机所提供的所述再生量来计算所述二次电池的输入电力限制值；
充电用允许电力计算部，所述充电用允许电力计算部至少基于所述电压变换器的效率以及所述输入电力限制值来得出二次电池充电用允许流通电力；以及
可输入电力量计算部，所述可输入电力量计算部得出在计算出的二次电池充电用允许流通电力与计算出的由所述燃料电池产生的电量之间的第一差额，并且得出在所估计出所述二次电池的充电状态与计算出的输入电力限制值之间的第二差额，并且基于所述第一差额和所述第二差额中的较小差额来计算可输入到所述二次电池的电力量，并且
其中，所述电压调节部基于可输入的电力量来计算所述燃料电池能够产生的电量，并且在所述开路电压和所述高电势避免电压之间调节所述燃料电池的所述输出电压。
4.一种车辆，所述车辆具有根据权利要求1到3中任一项所述的燃料电池系统。
5.一种用于燃料电池系统(100)的控制方法，所述燃料电池系统(100)包括：燃料电池(11)，所述燃料电池(11)通过在燃料气体和氧化剂气体之间的电化学反应来产生电力；二次电池(12)，所述二次电池(12)是可充电和可放电的并且利用从所述燃料电池输出的电力来被充电；以及控制部(50)，所述控制部(50)控制在启动所述燃料电池时由所述燃料电池产生的电量，所述控制方法包括：
在启动所述燃料电池时利用盈余电力对所述二次电池充电；
当所述燃料电池的输出电压从开路电压降低到高电势避免电压时，确定所述二次电池是否变成过度充电，其中，所述高电势避免电压是指小于所述开路电压并且能够由燃料电池产生、使得燃料电池的耐久性将得以确保的、预先确定的目标操作电压；以及
如果确定所述二次电池将变成过度充电，则在所述开路电压和所述高电势避免电压之间调节所述燃料电池的电压。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130501 |