CN110034318B - 燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法。该燃料电池系统包括：燃料电池，其向负载供应电力；燃料电池转换器，其连接在燃料电池与负载之间，并且提升从燃料电池输出的电压；以及控制单元，其使燃料电池转换器执行提升动作，并且控制至负载的输出电力。在检测到不能升压故障时，控制单元停止燃料电池转换器的升压动作并且使电流通过燃料电池转换器，该不能升压故障是其中燃料电池转换器不能执行升压动作但能够使电流通过的故障。

Description

燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法

技术领域

本发明涉及燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法。

背景技术

在燃料电池系统中，可以从故障安全性的角度出发而在燃料电池转换器发生故障时关闭设置在燃料电池与负载之间的燃料电池转换器。日本专利申请公布第2011-228294号描述了一种燃料电池系统，在该燃料电池系统中，当燃料电池转换器发生故障时，燃料电池转换器被关闭并且电力被从二次电池供应至作为燃料电池电动车辆的负载的驱动电机。

发明内容

被配置成仅从二次电池向诸如驱动电机的负载供应电力的燃料电池系统在燃料电池转换器在燃料电池电动车辆行驶期间发生故障时是不利的，这是因为车辆可以行驶的距离非常短。因此，寻求一种可以防止在燃料电池转换器发生故障时车辆可以行驶的距离缩短的技术。

(1)本发明的第一方面涉及一种燃料电池系统，该燃料电池系统包括：燃料电池，其向负载供应电力；燃料电池转换器，其连接在燃料电池与负载之间，并且提升从燃料电池输出的电压；以及控制单元，其使燃料电池转换器执行升压动作并且控制至负载的输出电力。在检测到不能升压故障时，控制单元停止燃料电池转换器的升压动作并且使由燃料电池产生的电流通过燃料电池转换器，该不能升压故障是其中燃料电池转换器不能执行升压动作但能够使电流通过的故障。在该方面的燃料电池系统中，当检测到其中燃料电池转换器不能执行升压动作但能够使电流通过的不能升压故障时，停止燃料电池转换器的升压动作并且使电流通过燃料电池转换器。因此，可以从燃料电池向负载连续地供应电力。因此，与仅从二次电池供应电力的情况相比，可以防止燃料电池电动车辆可以行驶的距离缩短。

(2)上述的燃料电池系统还可包括：二次电池，其向负载供应电力；二次电池转换器，其连接在二次电池与负载之间，具有与燃料电池转换器的输出端子电连接的输出端子，并且对二次电池的输出电压进行转换；第一电压传感器，其检测燃料电池转换器的次级侧的电压值；以及第二电压传感器，其检测二次电池转换器的次级侧的电压值。不能升压故障可以包括第一电压传感器的故障。在不能升压故障是第一电压传感器的故障的情况下，控制单元可以使用第二电压传感器的检测值作为燃料电池转换器的次级侧的电压值来控制输出电力。在该燃料电池系统中，当不能升压故障是第一电压传感器的故障时，第二电压传感器的检测值被用作燃料电池转换器的次级侧的电压值。因此，可以连续地控制燃料电池系统的输出电力。

(3)上述的燃料电池系统还可包括：第一电压传感器，其检测燃料电池转换器的次级侧的电压值；以及燃料电池电压传感器，其检测燃料电池的电压值。不能升压故障可包括第一电压传感器的故障。在不能升压故障是第一电压传感器的故障的情况下，控制单元可以使用燃料电池电压传感器的检测值作为燃料电池转换器的次级侧的电压值来控制输出电力。在该方面的燃料电池系统中，当不能升压故障是第一电压传感器的故障时，燃料电池电压传感器的检测值被用作燃料电池转换器的次级侧的电压值。因此，可以连续地控制燃料电池系统的输出电力。

(4)上述的燃料电池系统还可包括：二次电池，其向负载供应电力；第一电流传感器，其检测燃料电池转换器的电流值；以及第二电流传感器，其检测二次电池的电流值。不能升压故障可以包括第一电流传感器的故障。在不能升压故障是第一电流传感器的故障的情况下，控制单元可以通过使用第二电流传感器的检测值和燃料电池系统供应的总电力来估计燃料电池转换器的电流值，并且使用所估计出的电流值作为燃料电池转换器的电流值来控制输出电力。在该燃料电池系统中，当不能升压故障是第一电流传感器的故障时，通过使用第二电流传感器的检测值和燃料电池系统供应的总电力来估计燃料电池转换器的电流值，并且使用所估计出的电流值作为燃料电池转换器的电流值。因此，可以连续地控制燃料电池系统的输出电力。

本发明的第二方面涉及一种燃料电池系统的控制方法，该燃料电池系统具有连接在燃料电池与负载之间并且提升燃料电池的输出电压的燃料电池转换器。该控制方法包括：在检测到不能升压故障时，停止燃料电池转换器的升压动作并且使由燃料电池产生的电流通过燃料电池转换器，该不能升压故障是其中燃料电池转换器不能执行升压动作但能够使电流通过的故障。

本发明还可以以除了燃料电池系统以外的各种其他形式来实现。例如，本发明可以以包括燃料电池系统的车辆的形式来实现。

附图说明

以下将参照附图来描述本发明的示例性实施方式的特征、优点、以及技术意义和工业意义，在附图中，相同的附图标记表示相同的要素，并且在附图中：

图1是示出燃料电池系统的电气系统的示意图；以及

图2是示出故障响应控制处理的序列的流程图。

具体实施方式

A.第一实施方式

A-1.燃料电池系统的配置

图1是示出作为本发明的实施方式的燃料电池系统的电气系统的示意图。燃料电池系统10安装在燃料电池电动车辆(未示出)中，作为供应用于驱动的电力的系统。燃料电池系统10向稍后要描述的负载70供应电力。负载70包括驱动电机72和空气压缩机74。

燃料电池系统10包括燃料电池20、燃料电池转换器(在下文中也称为FDC)30、燃料电池继电器电路29、二次电池40、二次电池继电器电路49、二次电池转换器(在下文中也被称为BDC)50、逆变器60、辅助装置80和控制单元90。

燃料电池系统10的电源(即，燃料电池20)是所谓的聚合物电解质燃料电池，并且通过接收燃料气体和氧化剂气体的供应来产生电力。代替作为聚合物电解质燃料电池，燃料电池20可以是另一任意类型的燃料电池，诸如固体氧化物燃料电池。燃料电池20具有其中堆叠有多个单电池(未示出)的堆叠结构。

电池监测器21连接至燃料电池20。电池监测器21检测燃料电池20的每个单电池的电池电压。电池电压的总值等同于燃料电池20的电压。电池监测器21将燃料电池20的电压和电池电压的检测值输出至控制单元90。第三电压传感器22连接至燃料电池20的输出端子。第三电压传感器22检测燃料电池20的电压。换言之，第三电压传感器22检测在被FDC 30提升之前的电压。

FDC 30根据来自控制单元90的命令来提升燃料电池20的输出电压。具体地，FDC30提升通过初级侧线路33供应的电压并且将提升后的电压供应至次级侧线路34。初级侧指的是电力被供应至的一侧，即，输入侧，而次级侧指的是从其供应电力的一侧，即，输出侧。提升后的电压通过燃料电池继电器电路29被供应至逆变器60。FDC 30用作用于通过调节经过FDC 30的电流来调节燃料电池20的输出电力的装置。

FDC 30被配置为四相桥式转换器。FDC 30具有U相、V相、W相和X相这四相的智能功率模块(IPM)31、第一电流传感器36、电容器Ca和第一电压传感器37。IPM 31彼此并联连接并且具有相同的配置。在图1中，四相之一的IPM 31被示为代表。

每个IPM 31是包括多个半导体元件的电路模块，并且具有电抗器La、防回流二极管DX、开关元件Sa、第一温度传感器38和第三电流传感器39。电抗器La连接在燃料电池20的正极端子与防回流二极管DX的阳极端子之间。电抗器La可以存储电力并且释放存储的电力。防回流二极管DX防止电流从FDC 30的次级侧朝向初级侧回流。开关元件Sa连接在低电位侧线路和在电抗器La与防回流二极管DX之间的连接点之间。开关元件Sa是绝缘栅双极晶体管(IGBT)。代替作为IGBT，开关元件Sa可以是另一任意类型的开关元件，例如双极晶体管或MOSFET。第一温度传感器38检测IPM 31的温度并且将检测值输出至控制单元90。第三电流传感器39检测通过IPM 31的电流并且将检测值输出至控制单元90。

第一电流传感器36设置在高电位侧线路上，并且检测通过FDC 30的电流并将检测值输出至控制单元90。电容器Ca设置在FDC的次级侧30。第一电压传感器37检测FDC 30的次级侧的电压值，即，已由FDC 30提升后的电压的值，并且将检测值输出至控制单元90。

燃料电池继电器电路29设置在FDC 30与逆变器60之间。燃料电池继电器电路29根据来自控制单元90的命令来在将FDC 30与逆变器60彼此电连接和断开电连接之间进行切换。燃料电池继电器电路29具有FC第一继电器FCRB、FC第二继电器FCRG、FC预充电继电器FCRP、以及限制电阻器R1。FC第一继电器FCRB设置在高电位侧线路上。FC第二继电器FCRG设置在低电位侧线路上。FC预充电继电器FCRP并联连接至FC第二继电器FCRG。限制电阻器R1与FC预充电继电器FCRP串联连接。FC预充电继电器FCRP和限制电阻器R1抑制FC第二继电器FCRG的接触焊(contact welding)。燃料电池继电器电路29可以设置在燃料电池20与FDC30之间。

二次电池40与燃料电池20一起用作燃料电池系统10的电源，并且向负载70和辅助装置80供应电力。在该实施方式中，二次电池40是可充电且可放电的锂离子电池。代替作为锂离子电池，二次电池40可以是其他任意类型的二次电池，例如镍-金属氢化物电池。二次电池40相对于负载70并联连接至燃料电池20。利用由驱动电机72产生的再生电力对二次电池40充电。

第二电流传感器41和第四电压传感器44电连接至二次电池40的输出端子。第二电流传感器41检测二次电池40的电流值并且将检测值输出至控制单元90。第四电压传感器44检测二次电池40的输出电压，并且将检测值输出至控制单元90。第二温度传感器42和SOC检测单元43也连接至二次电池40。第二温度传感器42检测二次电池40的温度并且将检测值输出至控制单元90。SOC检测单元43检测指示存储在二次电池40中的电量的充电状态(SOC)，并且将检测值输出至控制单元90。

二次电池继电器电路49被设置在二次电池40与BDC 50之间。二次电池继电器电路49根据来自控制单元90的命令来在将二次电池40与BDC 50彼此电连接和断开电连接之间进行切换。二次电池继电器电路49具有二次电池第一继电器SMRB、二次电池第二继电器SMRG、二次电池预充电继电器SMRP和限制电阻器R2。二次电池第一继电器SMRB设置在高电位侧线路上。二次电池第二继电器SMRG设置在低电位侧线路上。二次电池预充电继电器SMRP并联连接至二次电池第二继电器SMRG。限制电阻器R2与二次电池预充电继电器SMRP串联连接。二次电池预充电继电器SMRP和限制电阻器R2抑制二次电池第二继电器SMRG的接触焊。

BDC 50根据来自控制单元90的命令来转换二次电池40的输出电压。具体地，BDC50提升通过初级侧线路53供应的电压并且将提升后的电压供应至次级侧线路54。提升后的电压被供应至逆变器60。BDC 50用作用于通过调节经过BDC 50的电流来控制燃料电池系统10的从二次电池40输出的电力的一部分的装置。BDC 50的输出端子和FDC 30的输出端子彼此电连接。

在该实施方式中，BDC 50是非隔离DC-DC转换器。BDC 50可以替代地为双向DC-DC转换器，其可以降低通过次级侧线路54输入的电压并且通过初级侧线路53将降低后的电压供应至二次电池40。BDC 50可以与逆变器60和降压转换器89一起构成电力控制单元(PCU)。

BDC 50具有上臂56、下臂58、电抗器L1、电容器C1、电容器C2和第五电压传感器45。上臂56包括第一开关元件S1和第一二极管D1。第一开关元件S1是IGBT。代替作为IGBT，第一开关元件S1可以是其他任意类型的开关元件，例如双极晶体管或MOSFET。第一二极管D1反向并联连接至第一开关元件S1。下臂58包括第二开关元件S2和第二二极管D2，并且具有与上臂56的配置相同的配置。上臂56和下臂58彼此串联连接。电抗器L1连接至上臂56与下臂58之间的连接点。电容器C1设置在初级侧线路53上，并且电容器C2设置在次级侧线路54上。第五电压传感器45设置在初级侧线路53上并且检测BDC 50的初级侧的电压。

逆变器60将从燃料电池20和二次电池40供应的直流电力转换成三相交流电力。逆变器60将经转换的电力供应至负载70。第二电压传感器25和电容器C3被设置在逆变器60的输入端子处。第二电压传感器25检测输入到逆变器60中的电压值，即，在BDC 50的二次侧的电压值，并且将检测值输出至控制单元90。电容器C3抑制输入到逆变器60中的电压的波动。

负载70包括驱动电机72和空气压缩机74。驱动电机72驱动燃料电池电动车辆的轮子(未示出)。空气压缩机74将氧化剂气体泵送至燃料电池20。在逆变器60由控制单元90控制时，驱动电机72和空气压缩机74的同步电机的输出扭矩被控制。驱动电机72不是燃料电池系统10的部件，但空气压缩机74是燃料电池系统10的部件。为了便于描述，本实施方式中的负载70将被描述为不是燃料电池系统10的部件。

辅助装置80连接至BDC 50的初级侧线路53。辅助装置80包括需要高电压来驱动的高电压辅助装置81和需要低电压来驱动的低电压辅助装置88。

高电压辅助装置81包括氢泵82、冷却剂泵83和冷却剂加热器84。氢泵82将从燃料电池20排出的废气返回至燃料气体供给通道。冷却剂泵83对在燃料电池20内流动的冷却剂进行循环。冷却剂加热器84加热冷却剂，以使得燃料电池20内的水不会冻结。高电压辅助装置81可以包括燃料电池电动车辆等的空气调节装置85，作为不包括在燃料电池系统10中的装置。辅助逆变器86连接至高电压辅助装置81。辅助逆变器86将直流电力转换成三相交流电力并且将经转换的电力供应至高电压辅助装置81。

低电压辅助装置88包括设置在反应气体和冷却剂通过其被供应至燃料电池20或者从燃料电池20排出的流动通道中的流量控制阀。低电压辅助装置88被供应有其电压已被降压转换器89降低至约12V的电力。

控制单元90是包括中央处理单元(CPU)和存储装置的微型计算机，并且被配置为电子控制单元(ECU)。CPU执行预先存储在存储装置中的程序，并且从而执行对燃料电池20的发电操作、FDC 30的升压动作、BDC50的升压动作、至负载70的输出电力、以及逆变器60、辅助逆变器86和降压转换器89的动作的控制。如下对至负载70的输出电力(即，燃料电池系统10的输出电力)进行控制。控制单元90确定分别从燃料电池20和二次电池40供应的电力相对于负载70所需的电力的比例，并且确定FDC 30的电流和输出电压以及BDC 50的电流和输出电压。然后，控制单元90发送命令FDC 30和BDC 50改变开关元件Sa、S1、S2的占空比的命令。此外，控制单元90检测FDC 30的故障并且根据检测到的故障的类型来控制FDC 30。

在该实施方式的燃料电池系统10中，执行下面要描述的故障响应控制处理，并且由此根据FDC 30的故障类型将燃料电池系统10的操作模式切换为如下模式：其中，FDC 30的升压动作停止，并且电流通过FDC 30(在下文中被称为无升压模式)。因此，从燃料电池20连续地供应电力，以防止燃料电池电动车辆可以行驶的距离缩短。

A-2.故障响应控制处理

图2是示出故障响应控制处理的序列的流程图。在按下燃料电池电动车辆的起动器开关(未示出)并且燃料电池系统10起动之后执行故障响应控制处理。

控制单元90确定在FDC 30中是否出现了任何故障(步骤S210)。

FDC 30的故障包括以下的(a)至(c)：

(a)其中FDC 30可以执行升压动作并且可以使电流通过的故障；

(b)其中FDC 30不能执行升压动作但是可以使电流通过的故障(在下文中也被称为不能升压故障)；以及

(c)其中FDC 30既不能执行升压动作也不能使电流通过的故障。

(a)的故障指的是其中FDC 30可以执行升压动作的故障。(a)的故障的示例包括FDC 30的四个相中的一个或多个相的IPM 31的故障。例如，开关元件Sa的故障、第一温度传感器38的故障、第三电流传感器39的故障、以及形成IPM 31的电路内部的短路和断开连接被认为是IPM 31的故障。

(b)的故障指的是其中FDC 30不能执行升压动作但是电力可以在FDC 30的初级侧线路33与次级侧线路34之间传导的故障。故障(b)的示例包括第一电压传感器37的故障、第一电流传感器36的故障、以及所有四个相的第一温度传感器38的故障。

(c)的故障指的是其中电力在FDC 30的初级侧线路33与次级侧线路34之间不能进行传导的故障。(c)的故障的示例包括由于过电流、过电压、电路故障等引起的FDC 30的故障。

通过各种方法来检测FDC 30的故障。例如，当线路的电压达到超过针对线路的预定有效值(例如，0.1V至4.9V)的电压(例如，5V)时，检测到构成FDC 30的电路的短路。类似地，当线路的电压达到低于有效值的电压(例如，0V)时，检测到构成FDC 30的电路的断开。例如，当等于或高于预定电流值的电流流过时，检测到过电流，而当施加了等于或高于预定电压值的电压时，检测到过电压。例如，通过利用所谓的二值比较对不同传感器的检测值进行比较或者将检测值和估计值进行比较来检测传感器的故障。可以通过组合多次二值比较、估计值比较等来全面地检测传感器的故障。

例如，第一电压传感器37的检测值与第二电压传感器25的检测值之间的比较被用于检测第一电压传感器37的故障。第一电压传感器37的检测值和第二电压传感器25的检测值在理论上是相等的。因此，在该实施方式中，当第一电压传感器37的检测值与第二电压传感器25的检测值之间的差落在误差范围之外时，检测到第一电压传感器37的故障。

例如，第三电流传感器39的检测值的总和与第一电流传感器36的检测值之间的比较被用于检测第一电流传感器36的故障。由各个IPM 31的第三电流传感器39检测到的IPM31的电流值的总和与第一电流传感器36的检测值在理论上是相等的。因此，在该实施方式中，当第三电流传感器39的检测值的总和与第一电流传感器36的检测值之间的差落在误差范围之外时，检测到第一电流传感器36的故障。

例如，各个相的第三电流传感器39的检测值之间的比较被用于检测每个相的第三电流传感器39的故障。在该实施方式中，当一个相的第三电流传感器39的检测值与其他三相的第三电流传感器39的检测值之间的差落在误差范围之外时，检测到所述一个相的第三电流传感器39的故障。

例如，温度上升的估计值与检测值之间的比较被用于检测每个相的第一温度传感器38的故障。在该实施方式中，当根据第一温度传感器38的检测值计算每单位时间的温度升高并且所计算出的温度升高与根据由于伴随升压动作的发热而引起的电力损耗估计的每单位时间的温度升高之间的差落在误差范围之外时，检测到第一温度传感器38的故障。

当在步骤S210中确定在FDC 30中没有发生故障时(步骤S210：否)，控制单元90返回至步骤S210。

另一方面，当在步骤S210中确定在FDC 30中发生故障时(步骤S210：是)，控制单元90识别正在发生的故障(步骤S220)。

控制单元90确定所识别的FDC 30的故障是否是其中FDC 30不能执行升压动作的故障(步骤S230)。换言之，控制单元90确定FDC 30的故障是(b)的故障还是(c)的故障。

当在步骤S230中确定故障不是其中FDC 30不能执行升压动作的故障(即，故障是(a)的故障)时(步骤S230：否)，控制单元90使FDC30在发生故障的相中停止升压动作并且仅在没有发生故障的相中执行升压动作(步骤S235)。例如，当四个相的IPM 31中的一个相的IPM 31发生故障时，控制单元90通过将发生故障的相的开关元件Sa的占空比固定为零来使FDC 30停止升压动作，并且在没有发生故障的其他三个相中执行升压动作。输出在使用三个相的IPM 31来执行升压动作时比在使用所有四个相的IPM 31来执行升压动作时低。

由于在步骤S235中在发生故障的相中停止FDC 30的升压动作并且仅在没有发生故障的相中执行FDC 30的升压动作，因此电力可以连续地从燃料电池20被供应至负载70。在步骤S235之后，控制单元90返回至步骤S210。控制单元90可以向燃料电池电动车辆的用户通知FDC 30的故障并且提示用户将车辆带到检修厂等。

另一方面，当在步骤S230中确定故障是其中FDC 30不能执行升压动作的故障时(步骤S230：是)，控制单元90确定FDC 30的故障是否是其中FDC 30可以使电流通过的故障(步骤S240)。换言之，控制单元90确定FDC 30的故障是否是(b)的故障和(c)的故障中的(b)的故障。

当在步骤S240中确定故障不是其中FDC 30可以使电流通过的故障(即，故障是如(c)的故障中的、其中FDC 30不能使电流通过的故障)时(步骤S240：否)，没有电流可以通过FDC 30。因此，控制单元90将燃料电池系统10的操作模式设置为二次电池运行模式(步骤S260)。

在二次电池运行模式中，仅使用二次电池40来供应电力。控制单元90停止FDC 30，停止燃料电池20的发电，并且使燃料电池继电器电路29断路(步骤S270)。停止FDC 30指的是在FDC 30未执行升压动作的情况下将初级侧线路33和次级侧线路34直接连接至彼此。具体地，所有四个相的IPM 31的开关元件Sa的占空比被固定为零。停止燃料电池20的发电指的是停止燃料气体和氧化剂气体向燃料电池20的供应。在步骤S270之后，故障响应控制处理结束。

另一方面，当在步骤S240中确定故障是其中FDC 30可以使电流通过的故障时(步骤S240：是)，控制单元90将燃料电池系统10的操作模式设置为无升压模式(步骤S250)。具体地，在检测到作为其中FDC 30不能执行升压动作但能够使电流通过的故障的不能升压故障时，控制单元90停止FDC 30的升压动作并且使电流通过FDC 30。

在无升压模式中，FDC 30的升压动作停止，并且初级侧线路33和次级侧线路34直接连接至彼此以使电流通过FDC 30。因此，FDC 30仅用作使电流通过的电路。从燃料电池20供应的电压被输出至逆变器60，而不经历FDC 30进行的升压动作。

当第一电压传感器37的故障、第一电流传感器36的故障、所有四个相的第一温度传感器38的故障等发生时，继续FDC 30的升压动作可以导致实际输出与所需输出之间存在显著差异。相比之下，使电流通过FDC 30不太可能引起输出电力的显著波动。

如上所述，通过确定FDC 30的电流和输出电压以及BDC 50的电流和输出电压来控制燃料电池系统10的输出电力。因此，控制输出电力需要FDC 30的输出电压和FDC 30的电流值。如以上所提及，FDC 30的输出电压由第一电压传感器37检测。因此，当第一电压传感器37发生了故障时，期望通过另一种方法获得FDC 30的输出电压。FDC 30的电流值由第一电流传感器36检测。因此，当第一电流传感器36发生了故障时，期望通过另一种方法获得FDC 30的电流值。

控制单元90确定FDC 30的故障是否是第一电压传感器37的故障(步骤S252)。当确定FDC 30的故障是第一电压传感器37的故障时(步骤S252：是)，控制单元90切换用于控制输出电力的FDC 30的输出电压值(步骤S254)。

在步骤S254中，将要被用作FDC 30的输出电压值的电压值从第一电压传感器37检测到的电压值切换为第二电压传感器25检测到的电压值。该措施利用了以下事实：由第一电压传感器37检测到的FDC 30的输出电压值和由第二电压传感器25检测到的电压值在理论上相等。

在步骤S254之后，故障响应控制处理结束。控制单元90通过使用在步骤S254中已切换的电压值来控制燃料电池系统10的输出电力。

另一方面，当在步骤S252中确定FDC 30的故障不是第一电压传感器37的故障时(步骤S252：否)，控制单元90确定FDC的故障30是第一电流传感器36的故障(步骤S256)。当确定FDC 30的故障不是第一电流传感器36的故障时(步骤S256：否)，结束故障响应控制处理。另一方面，当确定FDC 30的故障是第一电流传感器36的故障时(步骤S256：是)，控制单元90切换用于控制输出电力的FDC 30的电流值(步骤S258)。

在步骤S258中，控制单元90通过使用由燃料电池系统10供应的总电力和由第二电流传感器41检测到的二次电池40的电流值来估计FDC30的电流值。然后，控制单元90将要被用作FDC 30的电流值的电流值从第一电流传感器36的检测值切换为该估计值。

由燃料电池系统10供应的总电力等于负载70消耗的电力与辅助装置80消耗的电力的总和。例如，可以根据设置在逆变器60处的电流传感器(未示出)检测到的电流值和输入到逆变器60中的电压来计算包括驱动电机72和空气压缩机的负载70消耗的电力。在辅助装置80消耗的电力之中，可以例如根据设置在辅助逆变器86处的电流传感器(未示出)检测到的电流值和第五电压传感器45检测到的电压来计算高电压辅助装置81消耗的电力。在辅助装置80消耗的电力之中，低电压辅助装置88消耗的电力占全部消耗电力的一小部分，因此，可以被视为常数。例如，流过低电压辅助装置88的电流可以被假设为100A，并且低电压辅助装置88消耗的电力可以根据降压转换器89已将电压降低至的12V的电压值而被认为是1.2kW。

由燃料电池系统10供应的总电力来自从燃料电池20和二次电池40供应的电力。因此，可以通过以下步骤来估计从燃料电池20供应的电力并且估计FDC 30的电流值：基于第二电流传感器41检测到的二次电池40的电流值和第四电压传感器44检测到的二次电池40的电压值来获得从二次电池40供应的电力，然后，从燃料电池系统10供应的总电力减去该电力。当SOC等于或高于预定值时，二次电池40的电压值可以是固定值而不是由第四电压传感器44检测到的值。

在步骤S258之后，故障响应控制处理结束。控制单元90通过使用在步骤S258中估计的电流值来控制燃料电池系统10的输出电力。在故障响应控制处理结束之后，控制单元90可以向燃料电池电动车辆的用户通知FDC 30的故障并且提示用户将车辆带到检修厂等。

在上面已经描述的实施方式的燃料电池系统10中，当FDC 30在燃料电池电动车辆行驶期间发生故障并且该故障是其中FDC 30不能执行升压动作但是能够使电流通过的不能升压故障时，停止FDC 30的升压动作并且使电流通过FDC 30。因此，可以从燃料电池20向负载70连续地供应电力，从而与在仅从二次电池40供应电力的情况下相比可以防止燃料电池电动车辆可以行驶的距离缩短。

当不能升压故障是第一电压传感器37的故障时，第二电压传感器25的检测值被用作FDC 30的次级侧的电压值。因此，可以控制燃料电池系统10的输出电力。理论上等于第一电压传感器37的检测值的第二电压传感器25的检测值被用作FDC 30的次级侧的电压值。因此，可以避免来自实际电压值的误差。

当不能升压故障是第一电流传感器36的故障时，通过使用第二电流传感器41的检测值和由燃料电池系统10供应的总电力来估计FDC 30的电流值，并且将估计出的电流值用作FDC 30的电流值。因此，可以连续地控制燃料电池系统10的输出电力。此外，与在通过使用指示燃料电池20的I-V特性的I-V曲线来估计FDC 30的电流值的情况下相比，可以避免由于燃料电池20的劣化等引起的I-V曲线的波动的影响，因此，可以避免实际电流值的误差。

在无升压模式下，不仅可以从燃料电池20而且可以从二次电池40连续地供应电力。因此，当负载70所需的电压高于FDC 30的次级侧的电压时，可以从二次电池40供应对应于不足的电压。因此，可以防止供应电压达不到负载70所需的电压。

在其中FDC 30可以执行升压动作的故障的情况下，FDC 30通过使用没有发生故障的相的IPM 31来执行升压动作。因此，可以从燃料电池20向负载70连续供应电力，以防止燃料电池电动车辆可以行驶的距离缩短。

B.其他实施方式

B-1.第二实施方式

在以上实施方式的故障响应控制处理中，在步骤S254中，将要被用作FDC 30的输出电压值的电压值切换为第二电压传感器25检测到的电压值。然而，本发明不限于该示例。例如，可以将用作FDC 30的输出电压值的电压值切换为第三电压传感器22检测到的电压值，而不是第二电压传感器25检测到的电压值。该措施利用了以下事实：当FDC 30的升压动作停止时，FDC 30的初级侧的电压和次级侧的电压在理论上变得相等。在这方面，第三电压传感器22可以被认为是发明内容中提及的燃料电池电压传感器的下位概念。在另一方面，例如，可以将要被用作FDC 30的输出电压值的电压值切换为通过将由电池监测器21检测到的燃料电池20的各个单电池的电池电压的值相加而获得的值。在该方面，电池监测器21可以被视为是在发明内容中提及的燃料电池电压传感器的下位概念。例如，在如上所述的其中切换电压值的这些方面，基于一方面的第一电压传感器37与另一方面的第二电压传感器25、第三电压传感器22和电池监测器21之间的传感器差异而校正的值可以被用作FDC 30的输出电压值。例如，可以基于FDC 30的电流值和指示预先存储在控制单元90的存储装置中的、燃料电池20的I-V特性的I-V曲线来估计FDC 30的输出电压值，并且可以将用作FDC 30的输出电压值的电压值切换为该估计值。这些配置可以实现与上述实施方式的效果类似的效果。

B-2.第三实施方式

在以上实施方式的故障响应控制处理中，在步骤S258中通过使用燃料电池系统10供应的总电力和第二电流传感器41检测到的二次电池40的电流值来估计FDC 30的电流值。然而，本发明不限于该示例。例如，可以根据IPM 31的第三电流传感器39的检测值的总和来估计FDC 30的电流值。替选地，例如，可以基于FDC 30的输出电压值和指示预先存储在控制单元90的存储装置中的燃料电池20的I-V特性的I-V曲线来估计FDC 30的电流值。这些配置可以实现与以上实施方式的效果类似的效果。

B-3.第四实施方式

以上实施方式中的无升压模式中的控制内容仅仅是示例，并且可以以各种方式进行修改。例如，在无升压模式中，可以接通BDC 50的上臂56并且可以断开BDC 50的下臂58，从而停止BDC 50的升压动作并且将初级侧线路53与次级侧线路54直接连接至彼此。在该配置中，优先从燃料电池20和二次电池40中的、具有较高电压的一个供应在负载70中消耗的电力，并且从燃料电池20的电压和二次电池40的电压变得相等时的点开始从燃料电池20和二次电池40两者供应电力。通过这样停止BDC 50的升压动作，可以避免其中BDC 50的输出电压变得高于FDC 30的输出电压并且仅从二次电池40供应电力的状况。因此，可以避免二次电池40的过度放电。此外，可以防止从二次电池40供应等于或大于二次电池40的额定可放电电量的电量，从而可以避免二次电池40的劣化。

在无升压模式中，停止FDC 30的升压动作使得难以控制由燃料电池20产生的电量。因此，例如，可以将额外量的燃料气体供应至燃料电池20，因此，与在FDC 30没有发生故障时的正常控制下相比，可以增加产生的电量，以便获得负载70所需的电力。当通过这样的发电来产生等于或高于所需电力的额外电力时，可以接通BDC 50的上臂以对二次电池40充电。

例如，在无升压模式下，燃料电池20的电压可以保持为比二次电池40的电压更高的值。更具体地，与在FDC 30没有发生故障时的正常控制下相比，可以将电池电压保持在较高的电位，并且可以降低二次电池40的SOC以降低二次电池的电压。通过调节BDC 50的上臂56接通的定时，可以降低二次电池40的SOC。当燃料电池20的电压被保持在比二次电池40的电压高的值时，可以优先从燃料电池20向负载70供应电力。因此，可以继续燃料电池20的发电操作，同时避免优先从二次电池40向负载70供应电力并且燃料电池20产生额外电力的状况。由于BDC 50的初级侧的电压低于FDC 30的次级侧的电压，因此可以确保经BDC 50提升的电压的裕度(margin)。为了避免使升压动作不稳定，优选地确保这样的升压裕度，以使得BDC 50的初级侧的电压可以以等于或高于预定的最小升压比率的升压比率提升到等于FDC30的次级侧的电压的值。因此，可以避免BDC 50的升压动作变得不稳定并且升压的精确度降低的状况、以及BDC 50的升压动作停止并且无法控制通过BDC 50的电流的情况。

例如，除了从二次电池40供应的电力之外，从燃料电池20供应的电力随着BDC 50的上臂接通也可以被用作在无升压模式下要供应至辅助装置80的电力。例如，为了减小由燃料电池系统10供应的电力，可以最小化供应至辅助装置80的电力。例如，可以停止冷却剂加热器84、空气调节装置85等。这些配置可以实现与以上实施方式的效果类似的效果。

B-4.第五实施方式

以上实施方式中的故障响应控制处理仅仅是示例，并且可以以各种方式进行修改。例如，当在步骤S230中确定故障不是其中FDC 30不能执行升压动作的故障时(步骤S230：否)，控制单元90可以移动至步骤S250并且将操作模式切换至无升压模式。例如，在步骤S270中，可以省略二次电池运行模式下的控制内容中的至少一个，即，停止FDC 30、停止燃料电池20的发电、以及打开燃料电池继电器电路29。这些配置可以实现与以上实施方式的效果类似的效果。

B-5.第六实施方式

在以上实施方式中，FDC 30被配置为四相桥式转换器，但是本发明不限于该示例。代替四个，FDC 30的相的数量可以是一个、两个、三个或五个或者更大。这些配置可以实现与以上实施方式的效果类似的效果。

B-6.第七实施方式

在以上实施方式中，已将燃料电池系统10描述为包括二次电池40和BDC 50，但是本发明不限于该示例。二次电池40和BDC 50可以不是燃料电池系统10的部件，并且可以能够通过连接至与燃料电池系统10分离的负载70来向负载70供应电力。在以上实施方式中，已将FDC 30描述为具有第一电压传感器37和第一电流传感器36，但是本发明不限于该示例。第一电压传感器37和第一电流传感器36可以不是FDC 30的部件，而是可以电连接至FDC30，以便能够分别检测FDC 30的次级侧的电压值和FDC 30的电流值。这些配置可以实现与以上实施方式的效果类似的效果。

B-7.第八实施方式

以上实施方式的控制单元90是单个ECU，但是也可以替代地由多个ECU构成。当控制单元90由多个ECU构成时，可以由不同的ECU执行对燃料电池20的发电的控制、对FDC 30和BDC 50的升压动作的控制等。控制单元90可以被形成为控制燃料电池电动车辆的单元的一部分。这些配置可以实现与以上实施方式的效果类似的效果。

B-8.第九实施方式

在以上实施方式中，燃料电池系统10通过被安装在燃料电池电动车辆中来使用。然而，替代车辆，燃料电池系统10可以安装在诸如船舶或机器人的其他任意移动物体中。这些配置可以实现与以上实施方式的效果类似的效果。

本发明不限于以上实施方式，而是可以在不背离本发明的主旨的情况下以各种配置来实现。例如，可以适当地替换或组合与发明内容中描述的各方面的技术特征相对应的实施方式的技术特征，以便解决上述问题中的部分或全部问题或者实现以上效果中的部分或全部效果。除非技术特征被描述为在说明书中是必要的，否则可以适当地省略技术特征。

Claims (5)

1.一种燃料电池系统，其特征在于，包括：

燃料电池，其向负载供应电力；

燃料电池转换器，其连接在所述燃料电池与所述负载之间，并且提升从所述燃料电池输出的电压；以及

控制单元，其被配置成使所述燃料电池转换器执行升压动作，以控制至所述负载的输出电力，

其中，所述控制单元被配置成：当检测到不能升压故障时，将所述燃料电池系统的操作模式设置成其中所述燃料电池转换器的升压动作被停止并且使由所述燃料电池产生的电流通过所述燃料电池转换器的无升压模式，所述不能升压故障是其中所述燃料电池转换器不能执行升压动作但能够使电流通过的故障，并且

其中，所述燃料电池系统还包括：

二次电池，其向所述负载供应电力；

二次电池转换器，其连接在所述二次电池与所述负载之间并且转换所述二次电池的输出电压，所述二次电池转换器经由初级侧线路电连接至所述二次电池，并且经由次级侧线路电连接在所述负载与所述燃料电池转换器的输出端子之间，

其中，所述控制单元在所述无升压模式下停止所述二次电池转换器的升压操作，以将所述初级侧线路直接连接至所述次级侧线路。

2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括：

第一电压传感器，其检测所述燃料电池转换器的次级侧的电压值；以及

第二电压传感器，其检测所述二次电池转换器的次级侧的电压值，

其中，所述不能升压故障包括所述第一电压传感器的故障，以及

所述控制单元被配置成：在所述不能升压故障是所述第一电压传感器的故障的情况下，使用所述第二电压传感器的检测值作为所述燃料电池转换器的次级侧的电压值来控制所述输出电力。

3.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括：

第一电压传感器，其检测所述燃料电池转换器的次级侧的电压值；以及

燃料电池电压传感器，其检测所述燃料电池的电压值，

其中，所述不能升压故障包括所述第一电压传感器的故障，以及

所述控制单元被配置成：在所述不能升压故障是所述第一电压传感器的故障的情况下，使用所述燃料电池电压传感器的检测值作为所述燃料电池转换器的次级侧的电压值来控制所述输出电力。

4.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括：

第一电流传感器，其检测所述燃料电池转换器的电流值；以及

第二电流传感器，其检测所述二次电池的电流值，

其中，所述不能升压故障包括所述第一电流传感器的故障，以及

所述控制单元被配置成：在所述不能升压故障是所述第一电流传感器的故障的情况下，通过使用所述第二电流传感器的检测值和所述燃料电池系统供应的总电力来估计所述燃料电池转换器的电流值，并且使用所估计出的电流值作为所述燃料电池转换器的电流值来控制所述输出电力。

5.一种燃料电池系统的控制方法，所述燃料电池系统具有：连接在燃料电池与负载之间并且提升所述燃料电池的输出电压的燃料电池转换器；二次电池，其向所述负载供应电力；以及二次电池转换器，其连接在所述二次电池与所述负载之间并且转换所述二次电池的输出电压，所述二次电池转换器经由初级侧线路电连接至所述二次电池，并且经由次级侧线路电连接在所述负载与所述燃料电池转换器的输出端子之间，所述控制方法的特征在于包括：

在检测到不能升压故障时，将所述燃料电池系统的操作模式设置成其中所述燃料电池转换器的升压动作被停止并且使由所述燃料电池产生的电流通过所述燃料电池转换器的无升压模式，所述不能升压故障是其中所述燃料电池转换器不能执行所述升压动作但能够使电流通过的故障；并且

在所述无升压模式下停止所述二次电池转换器的升压操作，以将所述初级侧线路直接连接至所述次级侧线路。

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