CN115675190A - 燃料电池车及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃料电池车及其控制方法。燃料电池车的控制器构成为：在计测变换器的直流端的电压的第一电压传感器的计测值超过了过电压阈值且蓄电池不可充电的情况下，直到电压计测值低于过电压阈值为止驱动电力消耗设备。控制器构成为：在电压计测值超过了过电压阈值且蓄电池可充电的情况下，使用计测燃料电池组的输出电压的第二电压传感器或计测蓄电池的输出电压的第三电压传感器来推定直流端的电压，使燃料电池车的行驶继续。

Description

燃料电池车及其控制方法
技术领域
本说明书公开的技术涉及燃料电池车及其控制方法。
背景技术
燃料电池车除了燃料电池之外还具备蓄电池。蓄电池蓄积燃料电池的剩余电力、电动发电机发电产生的再生电力。在此，电动发电机的构造与通常的电动机相同。电动发电机能够使用燃料电池、蓄电池的电力来输出行驶用的转矩并且能够使用车辆的惯性能来发电。燃料电池和蓄电池经由变换器而向电动发电机供给电力。
若电力多余到蓄电池不能完全吸收的程度，则有时变换器和燃料电池的电力线的电压会超过过电压阈值。在日本特开2010-273496的技术中，以避免产生过电压的方式调整燃料电池组的输出。
发明内容
燃料电池车具备计测变换器的直流端的电压的电压传感器。燃料电池车的控制器基于电压传感器的计测值来判断是否产生了过电压。但是，在电压传感器中产生了异常的情况下，可能产生以下情况：尽管实际上未产生过电压，电压传感器却会输出比过电压阈值高的计测值。在该情况下，控制器可能会误判断为过电压产生。本说明书提供即使在电压传感器的计测值超过了过电压阈值的情况下在电压传感器中产生了异常的情况下也能够使用代替的电压传感器而继续行驶的燃料电池车及其控制方法。
本说明书公开的燃料电池车包括燃料电池组、蓄电池、电动发电机、变换器、第一电压传感器、电力消耗设备及控制器。电动发电机构成为使用燃料电池组和蓄电池的电力来输出行驶用的转矩并且构成为使用燃料电池车的惯性能来发电。在变换器的直流端连接有燃料电池组和蓄电池，在变换器的交流端连接有电动发电机。第一电压传感器构成为计测变换器的直流端的电压。电力消耗设备连接于直流端。电力消耗设备的一例是用于使燃料电池组运转的设备(燃料电池辅机)。
控制器构成为：在第一电压传感器的计测值(电压计测值)超过了过电压阈值且蓄电池是不可充电状态的情况下，直到电压计测值低于过电压阈值为止驱动电力消耗设备。控制器构成为：在电压计测值超过了过电压阈值且蓄电池是可充电状态的情况下，判断为在第一电压传感器中产生了异常。控制器构成为：在判断为在第一电压传感器中产生了异常的情况下，一边使用计测燃料电池组的输出电压的第二电压传感器或计测蓄电池的输出电压的第三电压传感器(使用与第一电压传感器不同的电压传感器)来推定直流端的电压一边驱动电动发电机。
若蓄电池是可充电状态，则剩余的电力被蓄电池吸收，因此不会产生过电压。在尽管如此第一电压传感器的计测值却表示过电压阈值的情况下，能够判断为在第一电压传感器中产生了异常。在这样的情况下，控制器构成为一边使用第二电压传感器或第三电压传感器来推定变换器的直流端的电压一边驱动电动发电机。即，燃料电池车能够继续行驶。另一方面，在蓄电池是不可充电状态的情况下，可能产生过电压，因此能够判断为第一电压传感器的计测值正确。在该情况下，控制器构成为驱动电力消耗设备而消除过电压。
蓄电池是不可充电状态的情况的典型可以是蓄电池被从变换器的直流端电切断的情况。控制器可以构成为在计测出入蓄电池的电流的电流传感器的计测值显示为零时判断为蓄电池是不可充电状态。控制器也可以构成为在蓄电池的电压超过了变换器的直流端的电压的情况下判断为蓄电池是不可充电状态。
在本公开的燃料电池车中，可以是，对电力消耗设备设定的允许电压上限值比燃料电池组的输出电压上限值高。
在本公开的燃料电池车中，可以是，变换器的直流端经由升压转换器而连接于燃料电池组，控制器构成为对第二电压传感器的计测值乘以升压转换器的升压比来推定直流端的电压。
在本公开的燃料电池车中，可以是，蓄电池和变换器以不经由电压转换器的方式被连接，控制器构成为将第三电压传感器的计测值设为变换器的直流端的电压推定值。
本说明书公开的燃料电池车的控制方法的燃料电池车具备：燃料电池组；蓄电池；电动发电机，构成为使用所述燃料电池组及所述蓄电池的电力来输出行驶用的转矩并且构成为使用所述燃料电池车的惯性能来发电；变换器，在直流端连接有所述燃料电池组及所述蓄电池，在交流端连接有所述电动发电机；第一电压传感器，构成为计测直流端的电压；电力消耗设备，连接于所述直流端；及控制器。本公开的燃料电池车的控制方法包括以下步骤：在所述第一电压传感器的计测值超过了过电压阈值的情况下，利用所述控制器来判断所述蓄电池是不可充电状态还是可充电状态；在判断为所述蓄电池是不可充电状态的情况下，直到所述计测值低于所述过电压阈值为止利用所述控制器来驱动所述电力消耗设备；及在判断为所述蓄电池是可充电状态的情况下，一边使用计测所述燃料电池组的输出电压的第二电压传感器或计测所述蓄电池的输出电压的第三电压传感器来推定所述直流端的电压一边利用所述控制器来驱动所述电动发电机。
在本公开的燃料电池车的控制方法中，可以是，所述控制器构成为在所述蓄电池被从所述直流端电切断的情况下判断为所述蓄电池是不可充电状态。
在本公开的燃料电池车的控制方法中，可以是，所述控制器构成为在构成为计测出入所述蓄电池的电流的电流传感器的计测值显示为零时判断为所述蓄电池是不可充电状态。
本说明书公开的技术的详情和进一步的改良将在以下的“具体实施方式”中说明。
附图说明
本发明的典型实施例的特征、优点及技术上和工业上的意义将会在下面参照附图来描述，在这些附图中，同样的标记表示同样的要素，其中：
图1是实施例的燃料电池车的电力系统的框图。
图2是第一电压传感器的计测值超过了过电压阈值的情况下的处理的流程图。
具体实施方式
参照附图来说明实施例的燃料电池车2。在图1中示出燃料电池车2的电力系统的框图。实施例的燃料电池车2具备燃料电池组3、升压转换器6、变换器10、行驶用的电动发电机11、主蓄电池13、控制器30。燃料电池车2利用燃料电池组3和主蓄电池13的电力来驱动行驶用的电动发电机11而行驶。
电动发电机11不仅能够使用燃料电池组3和主蓄电池13的电力来输出行驶用的转矩，也能够使用燃料电池车2的惯性能来发电。电动发电机11的构造与通常的电动机的构造没有不同。众所周知，通常的电动机若被反驱动则发电。电动发电机11发电产生的电力被称作再生电力。电动发电机11生成的再生电力(交流)由变换器10变换为直流电力，向主蓄电池13充入。
变换器10将燃料电池组3和主蓄电池13的直流电力变换为用于驱动电动发电机11的三相交流电力。如前所述，变换器10有时将电动发电机11发电产生的再生电力(交流)变换为直流电力并从直流端10a输出。在变换器10的直流端10a经由FC继电器7和升压转换器6而连接有燃料电池组3。升压转换器6将燃料电池组3的输出电力升压并向变换器10供给。
FC继电器7在燃料电池车2的主开关为断开时被断开，将燃料电池组3从变换器10电切离。FC继电器7由控制器30控制。若燃料电池车2的主开关被接通，则控制器30将燃料电池组3起动。若燃料电池组3的输出达到规定的电压(起动电压)，则控制器30将FC继电器7闭合，将燃料电池组3与变换器10连接。在停止了燃料电池组3时及在燃料电池组3中产生了异常时，控制器30将FC继电器7断开，将燃料电池组3从变换器10电切离。变换器10的直流端10a、燃料电池组3及主蓄电池13由电力线8连接。
变换器10具备2个变换器电路。2个变换器电路具有共同的直流端10a。一方的变换器电路的交流端连接于电动发电机11，另一方的变换器电路的交流端连接于空气压缩机12。空气压缩机12是用于向燃料电池组3送入空气的设备。变换器10由控制器30控制。控制器30根据节气门开度和车速来决定电动发电机11的目标输出，以实现目标输出的方式控制变换器10的一方的变换器电路。另外，控制器30决定燃料电池组3的目标输出，以实现目标输出的方式控制另一方的变换器电路。
在变换器10的直流端10a连接有平滑电容器31和电压传感器9(第一电压传感器的一例)。平滑电容器31抑制向变换器10输入的电力的脉动。电压传感器9计测变换器10的直流端10a的电压。电压传感器9的计测值向控制器30发送。
在燃料电池组3的输出端连接有电压传感器4(第二电压传感器的一例)和电流传感器5。电压传感器4计测燃料电池组3的输出电压，电流传感器5计测燃料电池组3的输出电流。电压传感器4和电流传感器5的计测值向控制器30发送。需要说明的是，在图1中，传递计测值等传感器信息的通信线、传递从控制器30向变换器10等发送的指令的信号线省略了图示。
在变换器10的直流端10a经由系统主继电器17而连接有主蓄电池13。若燃料电池车2的主开关被接通，则控制器30将系统主继电器17闭合，将主蓄电池13与变换器10连接。若主开关成为断开，则控制器30将系统主继电器17断开，将主蓄电池13从变换器10(电力线8)电切离。
主蓄电池13能够再充电，典型地是锂离子蓄电池。主蓄电池13的响应速度比燃料电池组3的响应速度快。若加速器踏板被踩踏，则电动发电机11的目标转矩突然变大。在凭借燃料电池组3的输出不足以实现目标转矩的情况下，使用主蓄电池13的电力。
前述的再生电力向主蓄电池13充入。燃料电池组3的剩余电力也向主蓄电池13充入。在连接变换器10的直流端10a、燃料电池组3及主蓄电池13的电力线8上也连接有其他的电气设备。剩余的电力意味着燃料电池组3发电产生的电力和前述的再生电力中的不被连接于电力线8的电气设备(包括变换器10)消耗而剩余的电力。
在主蓄电池13上也连接有电压传感器14(第三电压传感器的一例)、电流传感器15。电压传感器14计测主蓄电池13的输出电压，电流传感器15计测出入主蓄电池13的电流。电压传感器14和电流传感器15的计测值也向控制器30发送。在主蓄电池13也设置有熔丝18。
在连接于电力线8的电气设备中，除了变换器10之外，还有氢泵21、冷却器泵22、加热器23、空调24、电压转换器25等。氢泵21是向燃料电池组3输送氢气的设备，冷却器泵22是使燃料电池组3的冷却水循环的设备。加热器23是在燃料电池组3的温度低时将燃料电池组3加热的设备。空调24是调整燃料电池车2的车室内的温度的设备。
电压转换器25将燃料电池组3或主蓄电池13的电压降压并向音频设备27等小电力设备供给。通过电压转换器25的输出来对副蓄电池26充电。
在图1中，将氢泵21、冷却器泵22、空调24的各自以一个矩形描绘，但这些设备具备泵等致动器和驱动致动器的驱动器。驱动器具备被称作功率晶体管的开关元件，对这些开关元件确定有耐电压。经由电力线8而接受电力供给的电压转换器25及连接于燃料电池组3与变换器10之间的升压转换器6也具备开关元件，对这些开关元件也确定有耐电压。若向这些开关元件施加的电压超过耐电压，则开关元件可能会受到伤害。
于是，控制器30监视着电力线8的电压(换言之，变换器10的直流端10a的电压)，以避免直流端10a的电压超过规定的过电压阈值的方式控制燃料电池组3、升压转换器6。或者，控制器30驱动经由电力线8而从燃料电池组3、变换器10(输出再生电力时的变换器10)接受电力供给的电气设备。也就是说，控制器30将通过电力线8而传送的电力利用上述的电气设备来消耗，从而降低直流端10a的电压。以下，为了便于说明，将经由电力线8而从燃料电池组3、变换器10(输出再生电力时的变换器10)接受电力供给的电气设备统称为电力消耗设备20。在电力消耗设备20中，包括氢泵21、冷却器泵22、加热器23、空调24、电压转换器25、升压转换器6。
对电力消耗设备20确定有允许电压上限值。允许电压上限值被设定为比燃料电池组3和变换器10(输出再生电力时的变换器10)的输出电压上限值高的值。允许电压上限值比先前的耐电压低，被设定为不给电力消耗设备20造成基于过电压的伤害的值。允许电压上限值也可以与先前的过电压阈值相同。
控制器30使用电压传感器9的计测值来监视变换器10的直流端10a(电力线8)的电压。但是，若在电压传感器9中产生了异常，则可能产生以下状态：尽管直流端10a的实际的电压未超过过电压阈值，电压传感器9的计测值却超过过电压阈值。控制器30能够在电压传感器9的计测值超过了过电压阈值的情况下，判断在电压传感器9中是否产生了异常，根据异常的有无来合适地应对。
由于直流端10a和主蓄电池13被连接，所以若主蓄电池13可充电，则直流端10a的电压不会超过过电压阈值。在尽管在直流端10a连接有主蓄电池13，电压传感器9的计测值却超过了过电压阈值的情况下，能够判断为在电压传感器9中产生了异常。另一方面，在主蓄电池13不可充电的情况下，直流端10a的电压有可能超过过电压阈值。在该情况下，电压传感器9的计测值正确的盖然性高。
于是，控制器30在主蓄电池13是可充电的状态且电压传感器9的计测值超过了过电压阈值的情况下，判断为在电压传感器9中产生了异常。在该情况下，控制器30利用别的电压传感器(例如，计测燃料电池组3的电压的电压传感器4或计测主蓄电池13的电压的电压传感器14)来推定直流端10a的电压。
将电压传感器9的计测值超过了过电压阈值的情况下的处理在图2中示出。在电压传感器9的计测值超过了过电压阈值的情况下，控制器30检查主蓄电池13的状态(步骤S2)。在主蓄电池13是不可充电状态的情况下(步骤S2：是)，控制器30将系统主继电器17断开(步骤S3)。主蓄电池13是不可充电状态的一例是主蓄电池13被从燃料电池组3和变换器10电切断的情况。例如，在熔丝18处于断开的情况下，主蓄电池13被从燃料电池组3和变换器10切断，无法充电。即使在这样的情况下，控制器30也预防性地将系统主继电器17断开。需要说明的是，在该情况下，电压传感器9正常的盖然性高。
接着，控制器30直到电压传感器9的计测值(电压计测值)低于过电压阈值为止驱动电力消耗设备20(步骤S4)。
在步骤S4以后，控制器30使燃料电池车2的行驶继续。需要说明的是，由于系统主继电器17处于断开(步骤S3)，所以控制器30以不使用主蓄电池13的方式使燃料电池车2的行驶继续。在该情况下，由于无法吸收剩余电力，所以控制器30将燃料电池组3的输出与通常的情况相比降低。
另一方面，在步骤S2中主蓄电池13是可充电的状态的情况下(步骤S2：否)，控制器30判断为在电压传感器9中产生了异常。在该情况下，控制器30使用别的电压传感器(例如，计测燃料电池组3的电压的电压传感器4或计测主蓄电池13的电压的电压传感器14)来推定变换器10的直流端10a的电压(步骤S5)。若对电压传感器4的计测值乘以升压转换器6的升压比，则得到直流端10a的电压推定值。另外，电压传感器14的计测值(主蓄电池13的电压)能够直接作为直流端10a的电压推定值来利用。
控制器30使用电压推定值来使燃料电池车2的行驶继续。具体而言，控制器30以避免电压推定值(直流端10a的电压的推定值)超过过电压阈值的方式控制燃料电池组3和升压转换器6。在步骤S5之后，控制器30一边使用计测燃料电池组3或主蓄电池13的输出电压的别的电压传感器来推定直流端10a的电压，一边驱动电动发电机11，燃料电池车2行驶。
需要说明的是，控制器30若检知到以下的(1)～(3)的任一者，则判断为主蓄电池13不可充电。(1)主蓄电池13被从燃料电池组3和变换器10电切离的情况。熔丝18处于断开或者系统主继电器17处于断开相当于该情况。
(2)计测在主蓄电池13流动的电流的电流传感器15的计测值显示为零的情况。电流传感器15的计测值显示为零的情况也表示主蓄电池13被从燃料电池组3和变换器10电切离。
(3)主蓄电池13的电压超过了直流端10a的电压的情况。在该情况下，主蓄电池13无法吸收施加于直流端10a的电力。
如以上说明这样，实施例的燃料电池车2即使在电压传感器9的计测值超过了过电压阈值的情况下，在电压传感器9中产生了异常的情况下，也能够使用代替的电压传感器(电压传感器4或电压传感器14)来继续行驶。另外，在能够判断为电压传感器9正常的情况下，直到直流端10a的电压低于过电压阈值为止驱动电力消耗设备20。通过该处理，过电压状态快速地被消除，能够抑制连接于电力线8的设备受到的伤害。
叙述与在实施例中说明的技术相关的留意点。控制器30在图2的步骤S2中，若主蓄电池13连接于直流端10a且主蓄电池13的电压与直流端10a的电压相同，则判断为可充电。
在实施例的燃料电池车2中，在主蓄电池13与变换器10之间未连接电压转换器。换言之，变换器10的驱动电压与主蓄电池13的输出电压大致相等。在该情况下，变换器10的直流端10a与主蓄电池13之间的电力线的电阻值小。因此，若主蓄电池13的电压与直流端10a的电压相同，则剩余电压快速地向主蓄电池13充入。
以上，虽然详细地说明了本发明的具体例，但它们只不过是例示，并不限定权利要求书。在权利要求书所记载的技术中，包括对以上例示的具体例进行各种变形、变更后的技术。在本说明书或附图中说明的技术要素以单独或各种组合的形式发挥技术有用性，不限定于申请时权利要求记载的组合。另外，在本说明书或附图中例示的技术能够同时达成多个目的，达成其中一个目的自身就具有技术有用性。

Claims (10)

1.一种燃料电池车，其特征在于，包括：
燃料电池组；
蓄电池；
电动发电机，构成为使用所述燃料电池组和所述蓄电池的电力来输出行驶用的转矩并且构成为使用所述燃料电池车的惯性能来发电；
变换器，在直流端连接有所述燃料电池组和所述蓄电池，在交流端连接有所述电动发电机；
第一电压传感器，构成为计测所述直流端的电压；
电力消耗设备，连接于所述直流端；及
控制器，构成为在所述第一电压传感器的计测值超过了过电压阈值且所述蓄电池是不可充电状态的情况下，直到所述计测值低于所述过电压阈值为止驱动所述电力消耗设备，在所述计测值超过了所述过电压阈值且所述蓄电池是可充电状态的情况下，一边使用计测所述燃料电池组的输出电压的第二电压传感器(4)或计测所述蓄电池的输出电压的第三电压传感器来推定所述直流端的电压一边驱动所述电动发电机。
2.根据权利要求1所述的燃料电池车，其特征在于，
所述控制器在所述蓄电池被从所述直流端电切断的情况下判断为所述蓄电池是不可充电状态。
3.根据权利要求1所述的燃料电池车，其特征在于，
还包括电流传感器，该电流传感器构成为计测出入所述蓄电池的电流，
其中，所述控制器构成为在所述电流传感器的计测值显示为零时判断为所述蓄电池是不可充电状态。
4.根据权利要求1所述的燃料电池车，其特征在于，
所述控制器构成为在所述蓄电池的电压超过了所述直流端的电压的情况下判断为所述蓄电池是不可充电状态。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的燃料电池车，其特征在于，
对所述电力消耗设备设定的允许电压上限值比所述燃料电池组的输出电压上限值高。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的燃料电池车，其特征在于，
所述直流端经由升压转换器而连接于所述燃料电池组，
所述控制器构成为对所述第二电压传感器的计测值乘以所述升压转换器的升压比来推定所述直流端的电压。
7.根据权利要求1～5中任一项所述的燃料电池车，其特征在于，
所述蓄电池和所述变换器以不经由电压转换器的方式被连接，
所述控制器构成为将所述第三电压传感器的计测值设为所述直流端的电压推定值。
8.一种燃料电池车的控制方法，所述燃料电池车具备：
燃料电池组；
蓄电池；
电动发电机，构成为使用所述燃料电池组及所述蓄电池的电力来输出行驶用的转矩并且构成为使用燃料电池车的惯性能来发电；
变换器，在直流端连接有所述燃料电池组及所述蓄电池，在交流端连接有所述电动发电机；
第一电压传感器，构成为计测所述直流端的电压；
电力消耗设备，连接于所述直流端；及
控制器，
所述燃料电池车的控制方法的特征在于，包括以下步骤：
在所述第一电压传感器的计测值超过了过电压阈值的情况下，利用所述控制器来判断所述蓄电池是不可充电状态还是可充电状态；
在判断为所述蓄电池是不可充电状态的情况下，直到所述计测值低于所述过电压阈值为止利用所述控制器来驱动所述电力消耗设备；及
在判断为所述蓄电池是可充电状态的情况下，一边使用计测所述燃料电池组的输出电压的第二电压传感器(4)或计测所述蓄电池的输出电压的第三电压传感器来推定所述直流端的电压一边利用所述控制器来驱动所述电动发电机。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，
所述控制器构成为在所述蓄电池被从所述直流端电切断的情况下判断为所述蓄电池是不可充电状态。
10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，
所述控制器构成为在构成为计测出入所述蓄电池的电流的电流传感器的计测值显示为零时判断为所述蓄电池是不可充电状态。
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