CN102379061B - 燃料电池系统和配备有该燃料电池系统的电动车辆 - Google Patents
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Abstract
一种燃料电池系统，在如果二次电池接收电力则二次电池将预期被过度充电的情形中，通过将从变压器供应到二次电池的电压设定在燃料电池的开路电压并且将燃料电池的电压从启动电压升高到开路电压，来启动燃料电池。在如果二次电池接收电力时二次电池预期不会被过度充电的情形中，该系统通过在导通FC继电器的命令输出之后流逝预定时间时或者在此之后将从变压器供应的电压设定在低于燃料电池的开路电压的高电势避免电压并且将燃料电池的电压从启动电压升高到高电势避免电压，来启动燃料电池。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃料电池系统以及一种在电动车辆起动时对配备有该燃料电池系统的电动车辆执行的控制。
背景技术
现在考虑燃料电池的实际应用，该燃料电池向燃料电极供应氢作为燃料气体，并且向氧化剂电极供应作为氧化剂气体的空气，并且通过在氧化剂电极上产生水的同时在氢和空气中的氧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的压力和被供应到氧化剂电极的空气的压力大约等于在常规操作期间发生的各个压力，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，并且电极通过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开始操作时分别地被供应到燃料电极和氧化剂电极的氢和空气的压力高于这些气体的常规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率变大以使得燃料电池的电压过冲超过它的上限电压。与这个问题相结合，日本专利申请公布No.2007-26891(JP-A-2007-26891)公开了一种方法，其中当在启动燃料电池时以在高于在普通发电期间指定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，则输出电力从燃料电池提取，并且被送至车辆驱动马达、电阻器等。
在电动车辆中安装的燃料电池系统中，设置了FC继电器以用于接通和关断在燃料电池和电动机之间的连接。使用FC继电器，当燃料电池停止操作时，燃料电池被从负载系统切断，并且当燃料电池开始操作时，燃料电池被连接到负载系统。然而，存在如果当FC继电器被导通以连接燃料电池和负载系统时大电流流过FC继电器则FC继电器被焊接或者损坏的可能性。
因此，在启动燃料电池时，燃料电池的电压被暂时地升高到开路电压以产生其中在FC继电器被连接之前电流不从燃料电池流出的状态。
然而，如果燃料电池的电压被升高到开路电压，则产生高电压损害燃料电池的耐久性的可能性。因此，理想的是，使得燃料电池的电压低于开路电压。
在另一方面，如果电压被以此方式降低，则产生燃料电池执行电力产生的可能性。这种电力产生不是在控制下的电力产生，而是非意图的、由于使得电压降低而导致的电力生成。因此，如此产生的电力并不必要全部被附件、电动机等消耗，而是除了特殊情形(例如，当电动车辆启动时等)之外，通过电力产生所生成的能量很可能基本上全部地充电到二次电池中。因此，根据二次电池的荷电状态，存在二次电池过度充电并且因此其发生劣化的可能性。
发明内容
相应地，本发明提供一种能够在启动燃料电池时在不使得二次电池劣化的情况下启动燃料电池的燃料电池系统，并且还提供一种配备有该燃料电池系统的电动车辆。
根据本发明的第一方面的燃料电池系统是这样一种燃料电池系统，包括：二次电池，其是可充电和可放电的；变压器，其被设定在二次电池和负载系统之间；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并且向二次电池以及向与变压器共享公共电路径的负载系统供应电力；FC继电器，其接通和关断在燃料电池和公共电路径之间的电连接；以及控制部，其控制FC继电器的导通/断开和燃料电池的电压。该控制部包括用于启动燃料电池的启动装置。当如果二次电池接收电力则二次电池将要变成被过度充电时，该启动装置通过将从变压器供应的电压设定为燃料电池的开路电压，并且将燃料电池的电压从启动电压升高到开路电压，来启动燃料电池。当如果二次电池接收电力则二次电池将不会变成被过度充电时，该启动装置通过在导通FC继电器的命令输出之后流逝预定时间时或者在此之后将从变压器供应的电压设定为低于燃料电池的开路电压的高电势避免电压，并且将燃料电池的电压从启动电压升高到高电势避免电压，来启动燃料电池。
根据第一方面的燃料电池系统可以进一步包括用于计算二次电池的充电电力限制值(Win)的充电电力限制值计算装置。当计算出的充电电力限制值(Win)大于或者等于预定值时，该启动装置可以确定如果二次电池接收电力则二次电池将要变成被过度充电，并且可以通过将从变压器供应的电压设定为燃料电池的开路电压并且将燃料电池的电压从启动电压升高到开路电压，来启动燃料电池。当计算出的充电电力限制值(Win)小于预定值时，该启动装置可以确定如果二次电池接收电力则二次电池将不会变成被过度充电，并且可以通过在导通FC继电器的命令输出之后流逝预定时间时或者在此之后将从变压器供应的电压设定为高电势避免电压并且将燃料电池的电压从启动电压升高到高电势避免电压，来启动燃料电池。
此外，根据第一方面的燃料电池系统可以进一步包括用于计算二次电池的荷电状态的SOC计算装置。当计算出的荷电状态大于或者等于预定值时，该启动装置可以确定如果二次电池接收电力则二次电池将要变成被过度充电，并且可以通过将从变压器供应的电压设定为燃料电池的开路电压并且将燃料电池的电压从启动电压升高到开路电压，来启动燃料电池。当计算出的荷电状态小于预定值时，该启动装置可以确定如果二次电池接收电力则二次电池将不会变成被过度充电，并且可以通过在导通FC继电器的命令输出之后流逝预定时间时或者在此之后将从变压器供应的电压设定为高电势避免电压并且将燃料电池的电压从启动电压升高到高电势避免电压，来启动燃料电池。
此外，根据第一方面的燃料电池系统可以进一步包括用于检测二次电池的电压的电压检测装置。当检测到的电压大于或者等于预定值时，该启动装置可以确定如果二次电池接收电力则二次电池将要变成被过度充电，并且可以通过将从变压器供应的电压设定为燃料电池的开路电压并且将燃料电池的电压从启动电压升高到开路电压，来启动燃料电池。当检测到的电压小于预定值时，该启动装置可以确定如果二次电池接收电力则二次电池将不会变成被过度充电，并且可以通过在导通FC继电器的命令输出之后流逝预定时间时或者在此之后将从变压器供应的电压设定为高电势避免电压并且将燃料电池的电压从启动电压升高到高电势避免电压，来启动燃料电池。
根据本发明的第二方面的燃料电池系统是这样一种燃料电池系统，包括：二次电池，其是可充电和可放电的；变压器，其被设定在二次电池和负载系统之间；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并且向二次电池以及向与变压器共享公共电路径的负载系统供应电力；FC继电器，其接通和关断在燃料电池和公共电路径之间的电连接；以及控制部，其控制FC继电器的导通/断开和燃料电池的电压。该控制部包括启动装置，该启动装置用于通过在导通FC继电器的命令输出之后流逝预定时间时或者在此之后根据二次电池的荷电状态，将从变压器供应的电压设定为在燃料电池的开路电压和低于开路电压的高电势避免电压之间的电压，并且将燃料电池的电压从启动电压升高到设定电压，来启动燃料电池。
根据第二方面的燃料电池系统可以进一步包括用于计算二次电池的充电电力限制值(Win)的充电电力限制值计算装置，并且该启动装置可以通过在导通FC继电器的命令输出之后流逝预定时间时或者在此之后根据充电电力限制值(Win)的计算值，将从变压器供应的电压设定为在燃料电池的开路电压和低于开路电压的高电势避免电压之间的电压并且将燃料电池的电压从启动电压升高到设定电压，来启动燃料电池。
此外，根据第二方面的燃料电池系统可以进一步包括用于计算二次电池的荷电状态的SOC计算装置，并且该启动装置可以通过在导通FC继电器的命令输出之后流逝预定时间时或者在此之后根据荷电状态的计算值，将从变压器供应的电压设定为在燃料电池的开路电压和低于开路电压的高电势避免电压之间的电压并且将燃料电池的电压从启动电压升高到设定电压，来启动燃料电池。
此外，根据第二方面的燃料电池系统可以进一步包括用于检测二次电池的电压的电压检测装置，并且该启动装置可以通过在导通FC继电器的命令输出之后流逝预定时间时或者在此之后根据电压的检测值，将从变压器供应的电压设定为在燃料电池的开路电压和高电势避免电压之间的电压并且将燃料电池的电压从启动电压升高到设定电压，来启动燃料电池。
根据本发明的第三方面的电动车辆是配备有根据前面的第一或者第二方面的燃料电池系统的电动车辆。
根据本发明，当燃料电池启动时，能够在不使二次电池劣化的情况下启动该燃料电池系统。
附图说明
参考附图，根据示例性实施例的以下说明，本发明前面的和/或进一步的目的、特征和优点将变成更加明显，其中使用类似的数字来代表类似的元件，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是示出当根据本发明实施例的燃料电池系统开始操作时执行的电压控制的实例的示意图；
图3是示出当根据本发明实施例的燃料电池系统开始操作时执行的电压控制的另一实例的示意图；
图4是示出根据本发明实施例的、带有二次电池的充电电力限制值Win的二次侧电压VH的控制映射的示意图；以及
图5是示出根据本发明实施例的、在二次电池的荷电状态中的二次侧电压VH的控制映射的示意图。
具体实施方式
如在图1中所示，在电动车辆200中安装的燃料电池系统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供应电力的逆变器14以及燃料电池11。
二次电池12由可充电和可放电的锂离子蓄电池等来构造。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供应的低电压升高为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，其基准电路径32被连接到二次电池12的负侧电路径34和逆变器14的负侧电路径39这两者，并且其一次侧电路径31被连接到二次电池12的正侧电路径33，并且其二次侧电路径35被连接到逆变器14的正侧电路径38。此外，二次电池12的正侧电路径33和负侧电路径34均提供有接通和关断在二次电池12和负载系统之间的连接的系统继电器25。
燃料电池11被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。在燃料电池11中，氢气经由氢供应阀18而从高压氢罐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的二次侧电路径35。燃料电池11的负侧电路径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的基准电路径32。升压/降压电压转换器13的二次侧电路径35被连接到逆变器14的正侧电路径38，并且升压/降压电压转换器13的基准电路径32被连接到逆变器14的负侧电路径39。燃料电池11的正侧电路径36和负侧电路径37经由FC继电器24而被分别地连接到逆变器14的正侧电路径38和负侧电路径39。FC继电器24接通和关断在负载系统和燃料电池11之间的连接。当FC继电器24导通时，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的输出电压和逆变器14的输入电压。此外，用于空气压缩机19和诸如冷却水泵、氢泵等的燃料电池11的附件16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不能产生所要求的电力，则二次电池12被用作补充源。
用于平滑一次侧电压的一次侧电容器20被连接在二次电池12的正侧电路径33和负侧电路径34之间。一次侧电容器20设置有检测在一次侧电容器20的两端之间的电压的电压传感器41。此外，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的正侧电路径38和负侧电路径39之间。二次侧电容器21设置有检测在二次侧电容器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，这是升压/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，这是升压/降压电压转换器13的输出电压。此外，检测燃料电池11的电压的电压传感器43被设置在燃料电池11的正侧电路径36和负侧电路径37之间。检测来自燃料电池11的输出电流的电流传感器44被设置在燃料电池11的正侧电路径36上。
控制部50是包含执行信号处理的CPU和存储程序和控制数据的存储部的计算机。燃料电池11、空气压缩机19、氢供应阀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。此外，二次电池12、电压传感器41至43以及电流传感器44被分开地连接到控制部50，并且被构造成使得二次电池12的状态以及电压传感器41至43和电流传感器44的检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，并且被构造成使得点火键30的开/关信号被输入到控制部50。
控制部50设置有用于计算二次电池12的充电电力限制值Win的充电电力限制值计算装置。例如，通过使用以下等式(1)和(2)来计算充电电力限制值。
Win(t)＝SWin(t)-Kp×{IB(t)-Itag1(t)}-Ki×∫{IB(t)-Itag2(t)}dt...(1)
(Win(t)是二次电池在时间t处的充电电力限制值；
SWin(t)是用于设定预先的二次电池的充电电力限制的预定值；
Kp是p项反馈增益；
Ki是i项反馈增益；
Itag1(t)是在利用p项反馈控制的电流限制中的目标值；以及
IB(t)是二次电池在时间t处的电流的值。)
Itag1(t)＝Fp(Ilim′(t))，并且
Itag2(t)＝Fi(Ilim′(t))...(2)
(Ilim′(t)是基于在前计算的、在前计算容许充电电流值Ilim(t-1)或者基于专用于初始计算的设定容许充电电流值Ilim(0)来计算的。)
控制部50还设置有用于计算二次电池12的荷电状态的SOC计算装置。为了计算二次电池12的荷电状态而需要的信号得以输入。所需要的信号包括例如来自在二次电池12的端子之间设置的电压传感器41的端子间电压、来自被附着到与二次电池12的输出端子相连接的电力线的电流传感器(未示出)的充电-放电容量、来自被附着到二次电池12的温度传感器(未示出)的电池温度等。然后，SOC计算装置通过例如对实际上经由电力传感器测量的二次电池电流值IB(t)进行累积或者对由实际上测量的二次电池的电压或者温度校正的估计电流值进行累积来计算荷电状态(SOC)。
将描述根据该实施例的燃料电池系统100的操作。图2是示出根据本发明实施例的、在启动燃料电池系统时执行的电压控制的实例的示意图。在图2中，实线示出二次侧电压VH，这是升压/降压电压转换器13的命令电压，并且虚线示出FC电压VF，这是燃料电池11的电压。
当驾驶员即操作人员接通点火键30时，来自点火键30的接通信号被输入到控制部50。然后，控制部50导通系统继电器25以将二次电池12连接到该系统。在二次电池12被连接到该系统之后，一次侧电容器20通过从二次电池12供应的电力进行充电。在一次侧电容器被充电之后，控制部50开始升压/降压电压转换器13的电压升高操作以对二次侧电容器21进行充电，由此由电压传感器42检测到的二次侧电压VH被升高到开路电压OCV(如由图2中的实线示出的)。附带说一句，当二次侧电压VH达到开路电压OCV时，二次侧电容器21的充电完成。
控制部50输出命令以对氢系统加压。由于这个命令，氢供应阀18打开，从而氢开始从氢罐17供应到燃料电池11。当供应氢时，在燃料电池11的燃料电极处的压力升高。然而，因为未向氧化剂电极供应空气，所以在燃料电池11内未发生电化学反应。附带说一句，可以在氢系统开始被加压之后执行氢泄漏检测。
接着，控制部50的充电电力限制值计算装置计算二次电池12的充电电力限制值Win。此外，控制部50的SOC计算装置计算二次电池12的荷电状态。此外，电压传感器41检测二次电池12的电压。
控制部50确定二次电池12的计算充电电力限制值Win是否大于或者等于在控制部50中预设的特定值。此外，控制部50确定二次电池12的计算荷电状态是否大于或者等于在控制部50中预先设定的特定值。此外，控制部50确定二次电池12的检测电压是否大于或者等于在控制部50中预先设定的特定值。然后，如果二次电池12的充电电力限制值Win、荷电状态和电压中的至少一个大于或者等于它的相应的特定值，则控制部50确定如果二次电池12接收电力则二次电池12将变成被过度充电。在另一方面，如果二次电池12的充电电力限制值Win、荷电状态和电压中的至少一个小于它的相应的特定值，则控制部50确定二次电池12能够接收电力，即，如果它接收电力，则二次电池12将不会变成被过度充电。在这里应该指出，满足的是为二次电池12的充电电力限制值Win、荷电状态和电压设定的特定值被适当地设定用于确定如果它接收电力则二次电池12是否变成被过度充电。
如在图2中所示，如果确定若二次电池12接收电力则二次电池12不变成被过度充电，则控制部50输出导通FC继电器24的命令。在其中FC继电器24由于该命令而变成被导通的特定时间流逝之后或者在此时，控制部50将二次侧电压VH从开路电压OCV降低到高电势避免电压V0，并且将燃料电池11的FC电压VF从启动电压升高到高电势避免电压V0。在另一方面，如果确定若它接收电力则二次电池12变成被过度充电，则控制部50输出导通FC继电器24的命令，但是将二次侧电压VH保持为开路电压OCV，并且向燃料电池11供应氢和氧，并且由此将燃料电池11的FC电压VF从启动电压升高到开路电压OCV。虽然在图2中燃料电池11的启动电压是零，但是燃料电池11的启动电压根据燃料电池11的操作停止时间而改变，即，操作停止时间越长，则启动电压变得越接近于零，并且操作停止时间越短，则启动电压变得越高。此外，高电势避免电压V0意味着小于开路电压OCV并且能够由燃料电池11产生以使得燃料电池11的耐久性将确定地得以维持的预定操作电压。
如果在启动燃料电池11时二次侧电压VH从开路电压OCV降低到高电势避免电压V0，则燃料电池11有时产生电力。这种电力产生不是在控制下的电力产生，而是由于使得电压降低而导致的非预期的电力生成。因此，如此产生的电力并不是必要地全部被附件、电动机等消耗，而是除了特殊情形(例如，当电动车辆启动时等)之外，通过电力产生所生成的能量很可能基本上全部充电到二次电池中。因此，在该实施例中，在如果它接收电力则预期二次电池12将变成被过度充电的情形中，二次侧电压VH被保持在开路电压OCV处，从而电流不从燃料电池流出。这防止了二次电池的过度充电，并且因此防止了由于过度充电引起的、二次电池的劣化。
此外，如果在启动燃料电池11时，在二次侧电压VH从开路电压OCV降低到高电势避免电压V0之后，FC继电器24被导通以连接燃料电池11和负载系统，则大电流有时流过FC继电器24。如果发生这种情况，则FC继电器24变成熔化或者损坏。因此，在该实施例中，在二次侧电压VH等于开路电压OCV时，此时电流不从燃料电池11流出，FC继电器24被导通以连接燃料电池11和负载系统。在此之后，二次侧电压VH从开路电压OCV降低到高电势避免电压V0。这防止了熔化和破坏FC继电器24。
在开始氢系统的加压、连接FC继电器24和基于二次电池12的荷电状态调节二次侧电压VH之后，控制部50输出启动空气压缩机19的命令。由于这个命令，空气压缩机19启动，从而空气开始被供应到燃料电池11。附带说一句，开始氢系统的加压的时刻和启动空气压缩机19的时刻不受前面的说明所限制。例如，还容许在连接FC继电器24并且基于二次电池12的荷电状态调节二次侧电压VH之后，开始氢系统的加压并且启动空气压缩机19。
在空气压缩机19被启动并且因此空气开始被供应到燃料电池11之后，在氢和空气中的氧之间的电化学反应在燃料电池11内开始，从而由电压传感器43检测到的燃料电池11的FC电压VF从启动电压逐渐地升高，如由图2中的虚线示出。然后，在其中如果它接收电力则二次电池12并不变成被过度充电的情形中，燃料电池11的FC电压VF达到高电势避免电压V0。在其中如果它接收电力则二次电池12不变成被过度充电的情形中，作为升压/降压电压转换器13的输出电压的二次侧电压VH已经被设定在高电势避免电压V0处，从而燃料电池11的FC电压VF也被保持为高电势避免电压V0，并且不升高到开路电压OCV。在另一方面，在其中如果它接收电力则二次电池12变成被过度充电的情形中，作为升压/降压电压转换器13的输出电压的二次侧电压VH被保持在开路电压OCV处，从而燃料电池11的FC电压VF升高到开路电压OCV。然后，控制部50假定燃料电池11的启动已经完成，并且转变为普通操作。附带说一句，燃料电池11具有以下特性，即，输出电流在FC电压VF上升到开路电压OCV时逐渐地降低，并且当FC电压VF达到开路电压OCV时变成零。
下面，将描述根据本发明实施例的燃料电池系统100的操作的另一实例。图3是示出根据本发明实施例的在启动燃料电池系统时执行的电压控制的另一实例的示意图。图4是示出根据本发明实施例的二次电池的充电电力限制值Win处的二次侧电压VH的控制映射的示意图。图5是示出根据本发明实施例的二次电池的荷电状态处的二次侧电压VH的控制映射的示意图。
如上所述，在作为升压/降压电压转换器13的输出电压的二次侧电压VH被升高到开路电压OCV(如由图2中的上实线所示)之后，氢从氢罐17到燃料电池11的供应被启动。
接着，控制部50的充电电力限制值计算装置计算二次电池12的充电电力限制值Win。此外，控制部50的SOC计算装置计算二次电池12的荷电状态。此外，电压传感器41检测二次电池12的电压。
控制部50通过将二次电池12的计算充电电力限制值Win应用于在图4所示的控制映射上来设定二次侧电压VH。此外，控制部50还可以通过将计算的二次电池12的荷电状态应用于在图5所示的控制映射上来设定二次侧电压VH。此外，控制部50还可以通过将检测的二次电池12应用于在二次电池12的电压下的在二次侧电压VH的控制映射(未示出)上来设定二次侧电压VH。在该实施例中，满足的是，根据二次电池12的充电电力限制值Win、荷电状态和电压中的至少一个来设定二次侧电压VH。
然后，控制部50输出导通FC继电器24的命令。在FC继电器由于该命令而变成被导通的特定时间流逝之后或者在此时，控制部50将二次侧电压VH从开路电压OCV改变为如上所述设定的值。例如，在其中充电电力限制值是S2的情形中，在图4所示的控制映射上的所述值的应用是将V2作为要被设定的二次侧电压VH的值。在FC继电器24变成导通的特定时间流逝之后或者在此时，控制部50将二次侧电压VH从开路电压OCV改变为值V2。然后，如以后所描述地，控制部50将燃料电池11的电压从启动电压升高到值V2。
当燃料电池11启动时，二次侧电压VH从开路电压OCV降低到与二次电池12的荷电状态相称的电压。因此，即使在其中燃料电池11执行电力产生的情形中，燃料电池11也仅产生二次电池12能够接收的电力量。这防止了二次电池12的过度充电，并且因此抑制了由于过度充电引起的、二次电池12的劣化。
此外，在该实施例中，在FC继电器24被导通以连接燃料电池11和负载系统之后，二次侧电压VH从开路电压OCV降低到根据二次电池12的荷电状态设定的电压。因此，FC继电器24的熔化和破坏能够得以防止。
在开始氢系统的加压、连接FC继电器24并且基于二次电池12的荷电状态调节二次侧电压VH之后，控制部50输出启动空气压缩机19的命令。由于该命令，空气压缩机19得以启动，从而空气开始被供应到燃料电池11。附带说一句，开始氢系统的加压的时刻和启动空气压缩机19的时刻不受前面的说明所限制。例如，还容许在连接FC继电器24并且基于二次电池12的荷电状态调节二次侧电压VH之后开始氢系统的加压并且启动空气压缩机19。
在空气压缩机19被启动并且因此空气开始被供应到燃料电池11之后，在氢和空气中的氧之间的电化学反应在燃料电池11内开始，从而由电压传感器43检测到的燃料电池11的FC电压VF从启动电压逐渐地升高，如图3中的虚线所示。然后，燃料电池11的FC电压VF达到根据二次电池12的荷电状态设定的二次侧电压VH(例如，图3中所示的V2)。然后，控制部50假定燃料电池11的启动已经完成，并且转变为普通操作。
如上所述，在该实施例中，当燃料电池启动时，根据二次电池的荷电状态，使得燃料电池的电压高于高电势避免电压以限制燃料电池的输出电流。由此，当燃料电池启动时，抑制了由于从燃料电池供应的电力引起的、二次电池的过度充电，从而由于过度充电引起的、二次电池的劣化能够被抑制。
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，本发明不限于该示例性实施例或者构造。相反，本发明旨在覆盖各种修改和等价布置。另外，虽然示例性实施例的各种元件被以示例性的各种组合和配置示出，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在本发明的精神和范围内。
Claims (9)
1.一种燃料电池系统，所述燃料电池系统包括：二次电池（12），所述二次电池（12）是可充电和可放电的；升压/降压电压转换器（13），所述升压/降压电压转换器（13）被设置在所述二次电池（12）和负载系统之间；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产生电力，并且所述燃料电池（11）向所述二次电池（12）和向与所述升压/降压电压转换器（13）共享公共电路径的所述负载系统供应电力；FC继电器（24），所述FC继电器（24）接通和关断在所述燃料电池（11）和所述公共电路径之间的电连接；控制部（50），所述控制部（50）控制所述FC继电器（24）的导通/断开和所述燃料电池（11）的电压；以及启动装置，所述启动装置用于启动所述燃料电池（11），其特征在于，
在所述控制部（50）已将从所述升压/降压电压转换器（13）供应的电压升高至所述燃料电池（11）的开路电压之后，在输出用于导通所述FC继电器（24）的命令之后流逝预定时间之时或者之后，所述启动装置根据所述二次电池（12）的荷电状态将从所述升压/降压电压转换器（13）供应的电压设定为在所述燃料电池（11）的所述开路电压和低于所述开路电压的高电势避免电压之间的电压，并且将所述燃料电池（11）的电压从启动电压升高到所设定的电压。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，进一步包括：
充电电力限制值计算装置，所述充电电力限制值计算装置用于计算所述二次电池（12）的充电电力限制值Win，
其中：
在输出用于导通所述FC继电器（24）的命令之后流逝预定时间之时或者之后，所述启动装置通过根据所述充电电力限制值Win的计算值将从所述升压/降压电压转换器（13）供应的电压设定为在所述燃料电池（11）的所述开路电压和所述高电势避免电压之间的电压、并且将所述燃料电池（11）的电压从所述启动电压升高到所设定的电压，来 启动所述燃料电池（11）。
3.根据权利要求1所述的燃料电池系统，进一步包括：
SOC计算装置，所述SOC计算装置用于计算所述二次电池（12）的荷电状态，
其中：
在输出用于导通所述FC继电器（24）的命令之后流逝预定时间之时或者之后，所述启动装置通过根据所述荷电状态的计算值将从所述升压/降压电压转换器（13）供应的电压设定为在所述燃料电池（11）的所述开路电压和所述高电势避免电压之间的电压、并且将所述燃料电池（11）的电压从所述启动电压升高到所设定的电压，来启动所述燃料电池（11）。
4.根据权利要求1所述的燃料电池系统，进一步包括：
电压检测装置，所述电压检测装置用于检测所述二次电池（12）的电压，
其中：
在输出用于导通所述FC继电器（24）的命令之后流逝预定时间之时或者之后，所述启动装置通过根据电压的检测值将从所述升压/降压电压转换器（13）供应的电压设定为在所述燃料电池（11）的所述开路电压和所述高电势避免电压之间的电压、并且将所述燃料电池（11）的电压从所述启动电压升高到所设定的电压，来启动所述燃料电池（11）。
5.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中：
在所述控制部（50）已将从所述升压/降压电压转换器（13）供应的电压升高至所述开路电压之后，当如果所述二次电池（12）接收电力会使得该二次电池（12）变成被过度充电时，所述启动装置通过将从所述升压/降压电压转换器（13）供应的电压设定为所述燃料电池（11）的所述开路电压、并且将所述燃料电池（11）的电压从启动电压升高 到所述高电势避免电压，来启动所述燃料电池（11）。
6.根据权利要求1所述的燃料电池系统，进一步包括：
充电电力限制值计算装置，所述充电电力限制值计算装置用于计算所述二次电池（12）的充电电力限制值Win，
其中：
当计算出的充电电力限制值Win大于或者等于预定值时，所述启动装置确定如果所述二次电池（12）接收电力会使得该二次电池（12）变成被过度充电，进而通过将从所述升压/降压电压转换器（13）供应的电压设定为所述燃料电池（11）的开路电压、并且将所述燃料电池（11）的电压从所述启动电压升高到所述开路电压来启动所述燃料电池（11）；并且
当计算出的充电电力限制值Win小于所述预定值时，所述启动装置确定如果所述二次电池（12）接收电力不会使得所述二次电池（12）变成被过度充电，进而通过在输出用于导通所述FC继电器（24）的命令之后流逝预定时间之时或者之后将从所述升压/降压电压转换器（13）供应的电压设定为所述高电势避免电压、并且将所述燃料电池（11）的电压从所述启动电压升高到所述高电势避免电压来启动所述燃料电池（11）。
7.根据权利要求5所述的燃料电池系统，进一步包括：
SOC计算装置，所述SOC计算装置用于计算所述二次电池（12）的荷电状态，
其中：
当计算出的荷电状态大于或者等于预定值时，所述启动装置确定如果所述二次电池（12）接收电力会使得该二次电池（12）变成被过度充电，进而通过将从所述升压/降压电压转换器（13）供应的电压设定为所述燃料电池（11）的开路电压、并且将所述燃料电池（11）的电压从所述启动电压升高到所述开路电压来启动所述燃料电池（11）；以及
当计算出的荷电状态小于所述预定值时，所述启动装置确定如果所述二次电池（12）接收电力不会使得所述二次电池（12）变成被过度充电，进而通过在输出用于导通所述FC继电器（24）的命令之后流逝预定时间之时或者之后将从所述升压/降压电压转换器（13）供应的电压设定为所述高电势避免电压、并且将所述燃料电池（11）的电压从所述启动电压升高到所述高电势避免电压来启动所述燃料电池（11）。
8.根据权利要求5所述的燃料电池系统，进一步包括：
电压检测装置，所述电压检测装置用于检测所述二次电池（12）的电压，
其中：
当检测到的电压大于或者等于预定值时，所述启动装置确定如果所述二次电池（12）接收电力会使得该二次电池（12）变成被过度充电，进而通过将从所述升压/降压电压转换器（13）供应的电压设定为所述燃料电池（11）的开路电压、并且将所述燃料电池（11）的电压从所述启动电压升高到所述开路电压来启动所述燃料电池（11）；以及
当检测到的电压小于所述预定值时，所述启动装置确定如果所述二次电池（12）接收电力不会使得所述二次电池（12）变成被过度充电，进而通过在输出用于导通所述FC继电器（24）的命令之后流逝预定时间之时或者之后将从所述升压/降压电压转换器（13）供应的电压设定为所述高电势避免电压、并且将所述燃料电池（11）的电压从所述启动电压升高到所述高电势避免电压来启动所述燃料电池（11）。
9.一种电动车辆，所述电动车辆配备有根据权利要求1至8中任一项所述的燃料电池系统。
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