CN1396872A - 燃料电池系统的控制设备和控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种控制设备和一种控制方法用在一个燃料电池系统中，其中把燃料气体和氧化剂气体供给到一个燃料电池组(1)以产生电功率，通过把产生的功率供给到一个负载单元(9)而驱动它，及把产生的功率存储在一个功率存储单元中。当负载单元(9)的负载以预定速率变化时，一个控制单元(10)预先设置从功率存储单元(8)供给到燃料电池组(1)的余量负载功率，并且计算功率存储单元(8)的可输出功率。然后，控制单元(10)比较余量负载功率和可输出功率以产生一个量判断结果。当可输出功率大于余量负载功率时，控制单元(10)控制燃料电池组1的功率产生量，从而充电功率变得等于在余量负载功率与可输出功率之间的电功率差。

Description

燃料电池系统的控制设备和控制方法
技术领域
本发明涉及燃料电池系统的一种控制设备和一种控制方法，其中把燃料气体和氧化剂气体供给到燃料电池以产生电功率，产生的功率供给到一个驱动负载的负载电路，并且产生的功率也存储在一个功率存储单元中。
背景技术
在用作车辆功率源的燃料电池系统中，常常使用燃料电池组，它以这样一种方式得到，从而一种使一个氧化剂电极和一个燃料电极提供为一对在其之间插入一个固体聚合物电解质膜的燃料电池结构由隔板夹持，并且多个燃料电池结构彼此层叠。由燃料电池组产生的电功率充电到蓄电池，并且然后用来驱动在车辆中的电机。
关于燃料电池系统，在日本专利公开No.2000-92610的公报中公开了以这样一种方式进行的控制，从而在低速行驶时把蓄电池的充电电平(SOC)设置为高以保证电机的驱动力，由此保证电功率能够从蓄电池输出。
而且，关于常规燃料电池系统，例如，在日本专利公开No.10(1998)-271706的公报中公开了一种方法。在这种方法中，探测的是一种其中诸如安装在车辆中的电机之类的主负载几乎是零的一种状态，并且作为探测的结果，当用于探测状态判断告诉蓄电池要充电时，把蓄电池充电。根据这种方法，在常规燃料电池系统中，已经有可能在所有时间供给足够的电功率，即使由负载需要的电功率变化很大也是如此。
本发明的公开
然而，在日本专利公开No.2000-92610的公报中公开的燃料电池系统中，以这样一种方式进行控制，从而探测车辆速度，并且按照探测的车辆速度设置目标充电电平，因而保证蓄电池的可输出功率。因此，它要求用来实际向蓄电池充电和保证输出的一定量时间，导致在某些情况下燃料电池系统不能立即满足立即需要的问题的发生。
而且，在日本专利公开No.10(1998)-271706的公报中公开的一种燃料电池系统中，以这样一种方式进行控制，从而当探测到一种其中主负载几乎变成零的状态时，认为是一种其中应该向蓄电池充电的状态，然后判断蓄电池要充电。因此，当比较中等的负载继续时，即当主负载几乎是零的时间段较短时，不能足够地向蓄电池充电。结果，在这种燃料电池系统中，已经有一种供给功率对于由负载要求的使用功率变化不足的问题。
考虑到上述问题形成本发明，并且其一个目的在于提供用于燃料电池系统的一种控制方法和一种控制设备，该燃料电池系统能够实现在任何时间到其使用功率变化的负载的足够功率供给。
为了解决上述问题，本发明的第一方面是一种用于燃料电池系统的控制设备，其中把燃料气体和氧化剂气体供给到燃料电池以产生电功率，通过把产生的功率供给到一个负载电路而驱动负载，并且把来自燃料电池的产生功率存储在一个功率存储单元中。控制设备包括：一个余量负载功率设置部分，用来设置一个余量负载功率量，当负载电路的负载以预定速率增大时，该功率量是从功率存储单元和燃料电池供给到负载电路的电功率的增大量；一个可输出功率计算部分，用来计算功率存储单元的可输出功率；一个可输入功率计算部分，用来计算能够输入和存储在功率存储单元中的电功率；及一个控制部分，用来把由余量负载功率设置部分设置的余量负载功率和由可输出功率计算部分计算的可输出功率比较，以产生一个量判断结果，当作为量判断的结果可输出功率小于余量负载功率时把可输入功率和余量负载功率与可输出功率之间的电功率差相比较以产生一个量判断结果，当作为量判断的结果在余量负载功率与可输出功率之间的电功率差大于可输入功率时，产生把可输入功率设置为功率存储单元的充电功率的电功率，及控制供给到燃料电池的气体的流量或压力，使得有可能总是产生与通过把可输入功率和可输出功率从余量负载功率上减去得到的电功率缺少量相当的电功率。
另外，本发明的第二方面是一种用于燃料电池系统的控制方法，其中把燃料气体和氧化剂气体供给到燃料电池以产生电功率，通过把产生的功率供给到一个负载电路而驱动负载，并且把来自燃料电池的产生功率存储在一个功率存储单元中。控制方法包括步骤：预先设置余量负载功率量，当负载电路的负载以预定速率增大时，该功率量是从功率存储单元和燃料电池供给到负载的电功率量的增大量；计算能够输入和存储在功率存储单元中的电功率，并且计算功率存储单元的可输出功率；通过把可输入功率和在余量负载功率与可输出功率之间的电功率差相比较，产生一个量判断结果；及产生电功率，从而可输入功率成为到功率存储单元的充电功率、和控制供给到燃料电池的气体的流量或压力，从而当作为量判断的结果在余量负载功率与可输出功率之间的电功率差大于可输入功率时，总是产生通过把可输入功率和可输出功率从余量负载功率上减去得到的电功率缺少量。
附图的简要描述
图1是对其应用本发明的一种燃料电池系统的构成图。
图2是方块图，表示在对其应用本发明的燃料电池系统中提供的一个控制单元的功能构成。
图3是曲线图，表示在由负载单元需要的电功率与余量负载功率之间的关系。
图4是曲线图，表示在燃料电池组的输出功率、与燃料气体和氧化剂气体的压力值和流量之间的关系。
图5曲线图，表示在充电电平、可输入功率、和可输出功率中的关系。
图6是流程图，表示通过控制单元进行的功率控制的过程步骤。
图7是流程图，表示通过控制单元进行的功率控制的过程步骤。
图8A表示在由负载单元要求的负载、一个目标功率产生量及对于余量负载功率的可输出功率之间的关系，图8B表示在由负载单元要求的负载、对于余量负载功率的一个目标功率产生量、可输出功率及一个缺少量之间的关系，及图8C表示在由负载单元要求的负载、对于余量负载功率的一个目标功率产生量、可输出功率、目标FC余量功率及一个缺少量之间的关系。
图9A是曲线图，表示在燃料电池组的输出与负载单元要求的负载之间的关系，而图9B是曲线图，表示在功率存储单元中的电功率的变化。
图10A是另一条曲线，表示在燃料电池组与由负载单元需要的负载之间的关系，而图10B是另一个曲线图，表示在功率存储单元中的电功率变化。
图11是当目标FC余量功率由控制单元供给到负载单元时为用户进行的通知过程的流程图。
图12是流程图，表示用来根据燃料电池组的温度判断能否产生等效于目标FC余量功率的电功率的过程步骤。
图13是曲线图，表示在来自燃料电池组的冷却剂温度(燃料电池温度)与燃料电池组的最大可输出功率之间的关系。
图14是流程图，表示用来根据燃料气体或气体剂气体的化学计量比率判断能否产生等效于目标FC余量功率的电功率的过程步骤。
图15是曲线图，表示在化学计量比率与从燃料电池组产生的电功率之间的关系。
用来实现本发明的最好方法
下文，参照附图将描述本发明的一个实施例。
本发明应用于例如如图1中所示构成的燃料电池系统。
这种燃料电池系统提供有一个燃料电池组1，燃料电池组1供有含氢气体和燃料气体以产生电力。这种燃料电池组1包括例如多个燃料电池结构，其中隔板夹持安装一对在其之间插入固体聚合物电解质膜的氧化剂电极和燃料电极的燃料电池结构。这种燃料电池组1通过向其氧化剂电极供有作为氧化剂气体的含氧空气和通过向其燃料电极供有作为燃料气体的氢气产生电功率，并且用作例如车辆等的驱动源。
燃料电池系统的构成
如由图1明白的那样，这种燃料电池系统提供有：一个燃料箱2，用来存储要供给到燃料电池组1的氢气；和一个压力控制阀3，用来调节要供给到燃料电池组1的燃料气体的压力和流量。这里，燃料电池组1、燃料箱2及压力控制阀3经一根氢气通过管彼此连接。在压力控制阀3中，根据来自一个以后描述的控制单元10的开口控制信号S1调节其阀开口，并因而控制要供给到燃料电池组1的燃料气体的压力和流量。
而且，这种燃料电池组系统提供有：一个压缩机4，用来把氧化剂气体供给到燃料电池组1；一个电机5，用来驱动压缩机4；及一个压力控制阀6，布置在燃料电池组1的氧化剂气体排出侧。这里，压缩机4、燃料电池组1、及压力控制阀6经氧化剂气体通道管彼此连接。控制单元10通过把一个驱动力控制信号S2输出到电机5根据电机5的驱动力控制压缩机4的驱动力。控制单元10也通过向其输出一个阀开口控制信号S3通过控制压力控制阀6控制在燃料电池组1中的氧化剂气体压力，由此控制要供给到燃料电池组1的氧化剂气体的流量。
况且，这种燃料电池系统提供有：一个功率控制单元7，电气连接到燃料电池组1上；一个功率存储单元8，用来存储由燃料电池组1和诸如驱动电机之类的负载单元9产生的电功率，驱动电机由燃料电池组1产生的电功率驱动。存储单元8包括所谓的蓄电池。
功率控制单元7根据来自控制单元10的功率控制信号S4从燃料电池组1取出电功率，并且把电功率供给到压缩机的电机5、负载单元9、功率存储单元8等。当从功率控制单元7供给的电功率量大于在负载单元9中消耗的功率时，功率存储单元8存储来自燃料电池组1的过剩电功率作为充电功率。当从功率控制单元7供给的电功率量小于在负载单元9中消耗的功率时，功率存储单元8把等效于缺少量的电功率供给到负载单元9。
控制单元10计算由车辆驾驶员操作的油门操作量信息和基于车辆速度脉冲信号的车辆速度信息。控制单元10根据由油门操作量信息指示的数值通过把驱动力控制信号S5输出到负载单元9控制驱动力。况且，控制单元10根据油门操作量信息和车辆速度信息通过计算得到目标功率产生量。
控制单元10计算用作从燃料电池组1产生的电功率目标的目标功率产生量。而且，控制单元10控制压力控制阀3的阀开口、电机5的驱动力及压力控制阀6的阀开口，以便得到希望的功率产生量，并且控制供给到燃料电池组1的燃料气体和氧化剂气体的压力和流量，因而控制燃料电池组1的功率产生量。另外，控制单元10控制功率控制单元7，因而把电功率供给到功率存储单元8和负载单元9。
控制单元10的功能构成
图2是方块图，表示控制单元10的功能构成。如从图2明白的那样，控制单元10包括：一个要求负载计算部分21，对其输入油门操作量信息和车辆速度信息；一个可输入/可输出功率计算部分22，对其输入来自一个用来探测功率存储单元8(未表示)的状态的蓄电池传感器的蓄电池温度信息、和表示功率存储单元8的充电电平的充电电平信息；及一个余量负载功率存储器部分23，具有存储的电功率值，在车辆的最大加速时把要求的电功率补偿到负载单元9。
况且，控制单元10包括：一个目标充电量计算单元24，利用来自可输入/可输出功率计算部分22和余量负载功率存储部分23的信息条的来计算；一个目标FC余量功率计算部分25；一个辅助器件消耗功率计算部分26，用来计算在构成包括负载单元9的燃料电池系统的每个元件中的消耗电功率；一个目标功率产生量计算部分27，利用来自要求负载计算部分21、目标充电量计算单元24及辅助器件消耗功率计算部分26的信息条。控制单元10进一步包括一个气体供给量控制部分28，利用来自目标功率产生量计算部分27和目标FC余量功率计算部分25的信息条来计算。
要求负载计算部分21根据油门操作信息量信息和车辆速度信息计算驱动负载单元9要求的要求负载功率。然后，要求负载计算部分21把计算要求负载功率信息S11输出到目标功率产生量计算部分27。
可输入/可输出功率计算部分22根据蓄电池温度和充电电平信息计算表示能够存储在功率存储单元8中的电功率值的可输入功率信息、和表示能够从功率存储单元8输出到负载单元9的电功率值的可输出功率信息。然后，可输入/可输出功率计算部分22把可输入功率信息S14和可输出功率信息S13输出到目标充电量计算单元24和目标FC余量功率计算部分25。
目标充电量计算单元24根据余量负载功率信息S12、可输入功率信息S14及可输出功率信息S13，计算一个用作由燃料电池组1产生的、并且也存储在功率存储单元8中的一个电功率目标的目标充电量。然后，目标充电量计算单元24确定在可输入功率的范围内的目标充电量以便允许充电功率接近余量负载功率，并且然后把目标充电功率信息S16输出到目标功率产生量计算部分27。
目标FC余量功率计算部分25根据余量负载功率信息S12、可输出功率信息S13及可输入功率信息S14计算。然后，目标FC余量功率计算部分25得到表示能够立即取出和供给到负载单元9的目标FC余量功率的目标FC余量功率信息S17，并且把其输出到气体供给量控制部分28。
目标功率产生量计算部分27根据辅助器件消耗功率信息S15、目标产生功率信息S16、及要求负载功率信息S11计算。然后，目标功率产生量计算部分27得到表示用作由燃料电池组1产生的电功率目标的电功率值的目标产生功率信息18，并且把其输出到气体供给量控制部分28。
气体供给量控制部分28根据目标产生功率信息18和目标FC余量功率信息S17控制压力控制阀3、电机5及压力控制阀6，以控制供给到燃料电池组1的燃料气体和氧化剂气体的压力和流量，因而控制燃料电池组1的产生功率。
图3表示从燃料电池组和功率存储单元8供给的电功率对于负载的变化，以便与由负载单元9要求的电功率变化变化相对应。如从图3明白的那样，在其中曲线A表示用来驱动负载单元9必需的电功率的情况下，如果燃料电池组1仅产生由曲线B表示的电功率，则燃料电池组1的功率产生量由把电功率供给到负载单元9的功率存储单元8补偿。明确地说，由曲线C表示的电功率用来补偿由在图3中的阴影区域表示的电功率。这里，假定在车辆的最大加速时需要由曲线C表示的电功率，余量负载功率的值预先设置，并且存储在余量负载功率存储部分23中。
图4表示在燃料电池组1的输出功率与燃料气体和氧化剂气体的压力值以及流量之间的关系。在图4中，实线代表用来从燃料电池组1取出电功率的最小必需流量和最小必需压力。这里，气体供给量控制部分28控制每个元件，从而把控制目标流量和压力设置为增大目标FC余量功率的流量值和压力值(在图4中由●表示)，并且然后把从燃料电池组1实际取出的电功率设置为目标功率产生量(在图4中由○表示)。因此，目标功率产生量的电功率和目标FC余量功率之和能从燃料电池组1取出。当负载单元9在最大负载下操作，并且对需要负载功率的要求出现时，控制单元10这样控制，从而等效于目标FC余量功率的电功率量从燃料电池组1立即取出，并且供给到负载单元9。
另一方面，当目标FC余量功率是零时，气体供给量控制部分28控制电机5以减小压缩机4的驱动量，以便得到最小必需流量和最小必需压力，并且然后，把从燃料电池组1实际取出的电功率设置为目标功率产生量。换句话说，当得到在图4中由○代表的输出功率时，气体供给量控制部分28把在其处从图4中的○延伸的虚线与代表性质每一种的线交叉的点，设置为控制目标流量和控制目标压力。
图5表示可输出功率和可输入功率相对于充电电平(SOC)的变化。可输出功率和可输入功率也随温度变化，并且图5表示在室温和低温下性质的每一种。
控制单元10的功率控制过程
在图6和7中，表示通过具有上述构造的控制单元10的功率控制过程的过程步骤。根据图6，当驱动负载单元9时，控制单元10首先在步骤ST1根据来自蓄电池传感器(未表示)的传感器信号通过可输出功率计算部分22探测功率存储单元8的温度，并且然后过程转到下个步骤ST2。
在步骤ST2，控制单元10根据功率存储单元8的电流值和电压值计算充电电平，并且把结果输出到可输入/可输出功率计算部分22。
其次，在步骤ST3，可输入/可输出功率计算部分22根据在步骤ST1和ST2中得到的蓄电池温度和充电电平，计算可输入功率信息S14和可输出功率信息S13。这里，可输入/可输出功率计算部分22根据图5中所示的可输入功率和可输出功率关于充电电平的性质、蓄电池温度及充电电平，得到可输入功率和可输出功率。
其后，控制单元10在步骤ST4，读出存储在余量负载功率存储部分23中的余量负载功率信息。
在下个步骤ST5，把油门操作量信息和车辆速度信息输入到要求负载计算部分21。在下个步骤ST6，要求负载计算部分21根据油门操作量信息和车辆速度信息计算由负载单元9要求的要求负载功率。
在下个步骤ST7，辅助器件消耗功率计算部分26计算辅助器件消耗功率信息S15。
在图7中表示的下个步骤ST8中，目标充电量计算单元24把存储在余量负载功率存储部分23中的余量负载功率量与在步骤ST3得到的可输出功率量相比较，以确定余量负载功率是否小于可输出功率。当余量负载功率小于可输出功率时，目标充电量计算单元24转到步骤ST9，而当余量负载功率不小于可输出功率时，转到以后描述的步骤ST11。
当余量负载功率小于可输出功率时，目标充电量计算单元24判明如图8A中所示可输出功率能覆盖余量负载功率、和能保证余量负载功率而不用额外充电。然后，目标充电量计算单元24把具有零目标充电量的目标充电功率信息S16输出到目标功率产生量计算部分27，并且然后转到步骤ST9。
在步骤ST9中，目标功率产生量计算部分27把目标功率产生量取成等于在步骤ST6得到的要求负载功率，并且把目标产生功率信息S18输出到气体供给量控制部分28。然后，在步骤ST19中把目标FC余量功率设置到0。此后，过程转到步骤ST10。这里，目标功率产生计算部分27在目标功率产生量包括在步骤ST7得到的辅助器件消耗功率。
另一方面，如果在步骤ST8中确定余量负载功率不小于可输出功率，则目标充电量计算单元24在步骤S11中计算可输出功率对于余量负载功率的电功率差。在这种情况下，目标充电量计算单元24判明通过从余量负载功率减去可输出功率的电功率差。
其后，在步骤ST12，目标充电量计算单元24确定在步骤S11中计算的电功率差是否小于可输入功率。当确定功率差小于可输入功率时，目标充电量计算单元24转到步骤ST13，但当确定电功率差不小于可输入功率时，目标充电量计算单元24转到以后描述的步骤ST15。
在步骤ST13，目标充电量计算单元24判明如图8B中所示电功率差能通过充电与可输入功率相当的电功率覆盖，并且把在步骤ST11中计算的电功率差按原样设置为目标充电量。
在下个步骤ST14，目标功率产生量计算部分27从要求负载计算部分21接收在步骤ST6得到的要求负载功率，并且同时，从目标充电量计算单元24接收在步骤ST13得到的目标充电量。然后，把通过相加要求负载功率和目标充电量得到的电功率量设置为目标功率产生量，并且在步骤ST18把目标FC余量功率设置为0。此后，过程转到步骤ST10。
如果在步骤ST12确定电功率差不小于可输入功率，则目标充电量计算单元24在步骤ST15判明如图8C中所示电功率差不能由可输入功率覆盖，并且把可输入功率设置为目标充电量。
在下个步骤ST16，目标功率产生量计算部分27把来自要求负载计算部分21的要求负载功率和目标充电量相加以得到目标功率产生量。这里，目标功率产生量计算部分27把在上述步骤ST7中得到的辅助器件消耗功率包括在目标功率产生量中。
在下个步骤ST17，目标FC余量功率计算部分25通过从余量负载功率减去可输入功率得到电功率差，并且然后通过从得到的功率差减去可输入功率得到目标FC余量功率(电功率的缺少量)。此后，过程转到步骤ST10。在下个步骤ST10，气体供给量控制部分28根据目标产生功率信息S18输出用来控制每个元件的控制信号，并且然后设置燃料气体和氧化剂气体的流量和压力，以便得到图4中所示的目标产生量和目标FC余量功率。
实施例的效果
根据进行上述过程的控制单元10，在其中如图8B中所示可输出功率小于余量负载功率的情况下，并且也当可输入功率大于电功率差时，设置目标功率产生量，以便用目标充电量补偿电功率差。通过这样做，在任何时间能取出余量负载功率。
例如如图9A中所示，在改变负载单元9的负载之前，在时段T1期间燃料电池组1的产生功率输出超过要求负载，并且如图9B中所示把电功率充电到功率存储单元8。在这时的目标充电功率和可输出功率的总和成为余量负载功率。注意，在燃料电池输出(净)与燃料电池输出(粗)之间的差是由辅助器件消耗的电功率。
这里，如图9A中所示，能供给与目标充电量等效的电功率，因为设置目标充电量，以便在所有时间保证余量负载功率，即使在其中在下个时段T2期间要求负载大大地改变的情况下也是如此，来自燃料电池组1的电功率输出变化相对于要求负载的变化速度延迟，并且另外，即使在其中要求负载超过从燃料电池组1输出的电功率和功率存储单元8的可输出功率的总和值的情况下也是如此。因此，根据燃料电池系统，即使当负载单元9的负载单元急剧变化时，变得有可能把余量负载功率供给到负载单元9，并且使电功率供给跟随要求负载的变化。
而且，在这种燃料电池系统中，从功率存储单元8供给到负载单元9的电功率能保持在可输出功率范围内。因此，根据燃料电池系统，变得有可能禁止功率存储单元8退化的发展。
况且，在负载变化之后的时段T3期间，燃料电池系统继续向功率存储单元8充电，因而使得有可能把充电电平设置得高得足以用可输入功率覆盖余量负载功率。因此，根据燃料电池组系统，当不改变负载单元9的要求负载时，对于功率存储单元8进行充电，因而使得它有可能供给余量负载功率。
而且，根据进行上述过程的控制单元10，在其中如图8C中所示可输出功率小于余量负载功率的情况下，即使当可输入功率小于在其之间的电功率差，余量负载功率也能通过设置目标FC余量功率而保证。
例如，如图10A中所示，在负载单元9的负载变化之前的时段T1期间，燃料电池输出(净)超过要求负载，并且把电功率充电到功率存储单元8，使电功率小于图10B中所示的可输入功率。
这里，假定，由于在时段T1期间功率存储单元8的可输入功率较小，所以在时段T1中余量负载功率不能仅由充电电功率和可输出功率的总和覆盖。与此相反，在燃料电池系统中，假定在步骤ST17设置目标FC余量功率，并且总能输出过剩电功率。然后，当负载单元9的要求负载变得较大时，已经取出的电功率和目标FC余量功率从燃料电池组1取出，并且同时，把功率存储单元8的充电功率供给到负载单元9。
因此，根据燃料电池系统，有可能立即取出目标FC余量功率，并且缩短其中燃料电池组1的输出相对于负载不足的时间段，并且也有可能减小燃料电池组1的输出的不足量。而且，响应要求负载的变化能供给电功率。
另外，根据燃料电池系统，即使当在低温下的功率存储单元8与图5中所示室温相比不能输出较大电功率时、和即使当相对于负载变化因而供给电功率不足时，也有可能通过把目标FC余量功率供给到负载单元9迅速应付负载变化。
而且，根据燃料电池系统，输入到功率存储单元8的电功率能保持在可输出功率范围内，并且从功率存储单元8输出的电功率能保持在可输出功率范围内。因此，有可能禁止功率存储单元8退化的发展。
控制单元10的通知过程
其次，参照图11对于在把目标FC余量功率供给到负载单元9时对于用户的通知过程进行描述。
根据图11，首先在步骤ST21，类似于例如上述步骤ST17由目标FC余量功率计算部分25计算目标FC余量功率，并且过程转到步骤ST22。
在步骤ST22中，目标FC余量功率计算部分25控制压力控制阀3、电机5及压力控制阀6，并且然后判断是否能得到在步骤ST21中计算的目标FC余量功率。当判断有可能得到目标FC余量功率时，目标FC余量功率计算部分25转到步骤ST23。当判断不可能得到目标FC余量功率时，目标FC余量功率计算部分25转到步骤ST24。
在步骤ST23中，目标FC余量功率计算部分25执行控制，以便关闭一个余量缺少灯，这通知车辆驾驶员不可能供给目标FC余量功率。
在步骤ST24中，目标FC余量功率计算部分25执行控制，以便接通余量缺少灯。
通过这样做，在燃料电池系统中，变得有可能通知车辆驾驶员降低加速性能。另外，通过通知对于诸如迅速加速之类的需要情形几乎没有功率留下，变得有可能根据情形促进驾驶操作。
这里，用来把目标FC余量功率的不可行性通知车辆驾驶员的装置不限于灯，而是可以使用任何显示机械或音频机械(未表示)。
根据燃料电池组1的温度的判断过程
其次，参照图12对于一个例子进行描述，其中根据燃料电池组1的温度执行表示在图11中在步骤S11中的判断。
根据图12，在步骤ST31中，类似于上述过程由目标FC余量功率计算部分25计算目标FC余量功率，并且开始如下过程。
在下个步骤ST32，供给到燃料电池组1的冷却剂的温度由一个温度传感器探测(未表示)。
在下个步骤ST33，根据在步骤ST32探测的冷却剂温度计算燃料电池组1的最大可能功率产生量。这里，参照图13中所示在来自燃料电池组1的冷却剂温度(燃料电池温度)与燃料电池组1的最大可能功率产生量之间的关系，根据冷却剂温度得到燃料电池组1的最大可能功率产生量。
在下个步骤ST34，把目标产生功率和目标FC余量功率的总和量与燃料电池组1的最大可能功率产生量相比较。当目标产生功率和目标FC余量功率的总和量小于燃料电池组1的最大可能功率产生量时，过程转到步骤ST35。当目标产生功率和目标FC余量功率的总和量不小于燃料电池组1的最大可能功率产生量时，过程转到步骤ST37。
在步骤ST35，计算用来产生电功率的燃料气体和氧化剂气体的流量和压力，其中电功率是目标产生功率和在燃料电池组1处的目标FC余量功率的总和。然后过程转到步骤ST36。
在步骤ST36，判断目标FC余量功率是可行的，并且然后过程转到图11中的步骤ST23。然后，过程转到图11中的步骤ST23。
另一方面，当在步骤ST34中判断目标产生功率和目标FC余量功率的总和量大于燃料电池组1的最大可能功率产生量时，过程转到步骤ST37。在步骤ST37，气体供给量控制部分28根据在步骤ST33中计算的燃料电池组1的最大可能功率产生量，计算燃料气体和氧化剂气体的流量和压力。然后，过程转到步骤ST38。
在步骤ST38，判断目标FC余量功率是不可行的。然后，过程转到图11中的步骤ST24。
根据进行上述这种过程的燃料电池系统，得到随燃料电池组1的温度变化而变化的燃料电池组1的最大可能功率产生量，以判断为了覆盖余量负载功率能否供给目标FC余量功率。因此，变得有可能根据燃料电池组1的温度状态准确地确定对于过大负载变化几乎没有功率留下。
根据化学计量比率的判断过程
其次，对于一个例子进行描述，其中根据图14中表示的燃料气体或氧化剂气体的化学计量比率执行图11中步骤ST22的判断。
如图14中所示，在步骤ST41，类似于上述过程由目标FC余量功率计算部分25计算目标FC余量功率。然后过程转到步骤ST42以开始如下过程。
在步骤ST42，根据目标功率产生量和目标FC余量功率计算一个极限化学计量比率。然后过程转到步骤ST43。这里，化学计量比率是一个通过把对于燃料电池组1的气体供给量除以由燃料电池组1消耗的气体供给量得到的值，并且化学计量比率依据表示在图15中的燃料电池组1的产生功率而变化。在这种情况下，极限化学计量比率也依据纯水收集效率和燃料电池系统的湿润性而变。
在步骤ST43中，通过把用来实施目标产生功率和目标FC余量功率的总和的功率产生必需的燃料气体和氧化剂气体的流量除以在产生功率时消耗的燃料气体和氧化剂气体的流量，计算一个目标FC余量功率量实施化学计量比率。然后，过程转到步骤ST44。
在步骤ST44中，把在步骤ST42中计算的极限化学计量比率和在步骤ST43中计算的目标FC余量功率量实施化学计量比率彼此比较。当判断目标FC余量功率量实施化学计量比率大于极限化学计量比率时，过程转到步骤ST45。当判断目标FC余量功率量实施化学计量比率不大于极限化学计量比率时，过程转到步骤ST47。
在步骤ST45中，把一个目标化学计量比率设置为目标FC余量功率量实施化学计量比率，并且然后过程转到步骤ST46。
在步骤ST46中，判断目标FC余量功率是可行的，并且然后过程转到在图11中的步骤ST23。
在步骤ST47中，把一个目标化学计量比率设置为图15中表示的极限化学计量比率，并且然后过程转到步骤ST48。
在步骤ST48中，判断目标FC余量功率是不可行的，并且然后过程转到在图11中的步骤ST24。
根据进行上述这种过程的燃料电池系统，得到依据燃料电池组1的消耗变化而变化的燃料电池组1的最大可能功率产生量，并且然后判断能否供给用来覆盖余量负载功率的目标FC余量功率。因此，变得有可能根据燃料电池组1的消耗状态准确地确定对于过大负载变化几乎没有功率留下。
注意，上述实施例是本发明的一个例子。因而，本发明不限于上述实施例。当然，即使在与上述实施例不同的情况下，各种修改依据在与本发明有关的技术概念的范围内的设计等也是可能的。
工业应用性
根据本发明的燃料电池系统的控制设备，当可输出功率小于余量负载功率时，控制燃料电池的功率产生量，从而充电功率变得大于在余量负载功率与可输出功率之间的电功率差。因此，即使增大负载电路的负载，也从功率存储单元供给电功率，并且能供给与余量负载功率等效的电功率。因而，有可能实现到其使用功率变化的负载的足够功率供给。
况且，当作为量判断的结果在余量负载功率与可输出功率之间的电功率差大于可输入功率时，产生电功率，从而可输入功率成为功率存储单元的充电功率，并且控制供给到燃料电池的气体的流量或压力，从而总是产生通过从余量负载功率减去可输入功率和可输出功率得到的电功率的缺少量。因此，即使功率存储单元由于低温等相对于负载变化不能足够地供给电功率，也变得有可能立即把电功率供给到负载电路。
而且，根据本发明的燃料电池系统的控制设备，根据燃料电池温度、化学计量比率、流量、及燃料气体的压力的至少一个，判断燃料电池相对于要求余量功率不能产生与缺少功率量等效的电功率。因此，变得有可能依据燃料电池的状态通知对于负载变化几乎没有功率留下。
另外，根据本发明的燃料电池系统的控制设备，当燃料电池不能产生相当于缺少功率量的电功率时，通知用户不能保证要求的余量功率。因此，变得有可能准确地通知对于负载变化几乎没有功率留下。
更进一步，在根据本发明的燃料电池系统的控制设备中，把从功率存储单元供给到负载电路的电功率设置为等于可输出功率或更小，并且把从燃料电池输入到功率存储单元的电功率设置为等于功率存储单元的可输入功率或更小。因此，变得有可能禁止功率存储单元退化的发展。
根据本发明的燃料电池系统的控制方法，当作为量判断的结果可输出功率小于余量负载功率时，控制燃料电池的功率产生量，从而充电功率变得大于在余量负载功率与可输出功率之间的电功率差。因此，即使增大负载电路的负载，也从功率存储单元供给电功率，并且能供给与余量负载功率等效的电功率。因而，有可能实现到其使用功率变化的负载的足够功率供给。
况且，当作为量判断的结果在余量负载功率与可输出功率之间的电功率差大于可输入功率时，产生电功率，从而可输入功率成为功率存储单元的充电功率，并且控制供给到燃料电池的气体的流量或压力，从而总是产生通过从余量负载功率减去可输入功率和可输出功率得到的电功率的缺少量。因此，即使功率存储单元由于低温等相对于负载变化不能足够地供给电功率，也变得有可能立即把电功率供给到负载电路。
而且，根据本发明的燃料电池系统的控制方法，根据燃料电池温度、化学计量比率、流量、及燃料气体的压力的至少一个，判断燃料电池对于要求余量功率不能产生与缺少功率量等效的电功率。因此，变得有可能按照燃料电池的状态通知对于负载变化几乎没有功率留下。
另外，根据本发明的燃料电池系统的控制方法，当燃料电池不能产生相当于缺少功率量的电功率时，通知用户不能保证要求的余量功率。因此，变得有可能准确地通知用户对于负载变化几乎没有功率留下。
更进一步，在根据本发明的燃料电池系统的控制方法中，控制装置把从功率存储单元供给到负载电路的电功率设置为等于可输出功率或更小，并且也把从燃料电池输入到功率存储单元的电功率设置为等于功率存储单元的可输入功率或更小。因此，变得有可能禁止功率存储单元退化的发展。
尽管通过参考本发明的某些实施例在以上已经描述了本发明，但本发明不限于上述实施例，并且按照讲授熟悉本专业的技术人员会想到变更和修改。参考如下权利要求书定义本发明的范围。

Claims (9)

1.一种用于燃料电池系统的控制设备，其中把燃料气体和氧化剂气体供给到燃料电池以产生电功率，通过把产生的功率供给到一个负载电路而驱动负载，并且把来自燃料电池的产生的功率存储在一个功率存储单元中，该控制设备包括：
一个余量负载功率设置部分，用来设置一个余量负载功率量，当所述负载电路的所述负载以预定速率增大时，该功率量是从所述功率存储单元和所述燃料电池供给到负载电路的电功率的增大量；
一个可输出功率计算部分，用来计算所述功率存储单元的可输出功率；
一个可输入功率计算部分，用来计算能够输入和存储在所述功率存储单元中的电功率；及
一个控制部分，用来把由所述余量负载功率设置部分设置的余量负载功率和由所述可输出功率计算部分计算的可输出功率相比较，以产生一个量判断结果，当作为所述量判断的结果所述可输出功率小于余量负载功率时把所述可输入功率和所述余量负载功率与所述可输出功率之间的电功率差相比较以产生一个量判断结果，当作为所述量判断的结果在所述余量负载功率与所述可输出功率之间的电功率差大于所述可输入功率时，产生把所述可输入功率设置为所述功率存储单元的充电功率的电功率，及控制供给到所述燃料电池的气体的流量或压力，使得有可能总是产生与通过把所述可输入功率和所述可输出功率从所述余量负载功率上减去得到的电功率缺少量相当的电功率。
2.根据权利要求1所述的用于燃料电池系统的控制设备，进一步包括：
一个部分，用来根据燃料电池的温度、氧化剂气体的化学计量比率、流量、和压力，以及燃料气体的化学计量比率、流量、和压力的至少一个，判断所述燃料电池对于所述要求的余量功率不能产生与缺少功率量相当的电功率。
3.根据权利要求1所述的用于燃料电池系统的控制设备，进一步包括：
一个通知部分，当所述燃料电池不能产生相当于所述缺少功率量的电功率时，用来通知用户不能保证所述余量负载功率。
4.根据权利要求1所述的用于燃料电池系统的控制设备，
其中所述控制部分把从所述功率存储单元供给到负载电路的电功率设置为等于所述可输出功率或更小，并且也把从所述燃料电池输入到所述功率存储单元的电功率设置为等于所述功率存储单元的所述可输入功率或更小。
5.一种用于燃料电池系统的控制方法，其中把燃料气体和氧化剂气体供给到燃料电池以产生电功率，通过把产生的功率供给到一个负载电路而驱动负载，并且把来自燃料电池的产生的功率存储在一个功率存储单元中，该控制方法包括步骤：
预先设置余量负载功率量，当所述负载电路的所述负载以预定速率增大时，该功率量是从所述功率存储单元和所述燃料电池供给到负载的电功率量的增大量；
计算能够输入和存储在所述功率存储单元中的电功率，并且计算所述功率存储单元的可输出功率；
通过把所述可输入功率和在所述余量负载功率与所述可输出功率之间的电功率差相比较，产生一个量判断结果；及
产生电功率，从而所述可输入功率成为到功率存储单元的充电功率、和控制供给到所述燃料电池的气体的流量或压力，从而当作为所述量判断的结果在所述余量负载功率与所述可输出功率之间的电功率差大于可输入功率时，总是产生通过把所述可输入功率和所述可输出功率从所述余量负载功率上减去得到的电功率缺少量。
6.根据权利要求5所述的燃料电池系统的控制方法，
其中根据所述燃料电池的温度、氧化剂气体的化学计量比率、流量、和压力、及燃料气体的化学计量比率、流量、和压力的至少一个，判断所述燃料电池对于所述要求的余量功率不能产生与缺少功率量相当的电功率。
7.根据权利要求5所述的燃料电池系统的控制方法，
当所述燃料电池不能产生相当于所述缺少功率量的电功率时，通知用户不能保证要求的余量功率。
8.根据权利要求5所述的燃料电池系统的控制方法，
其中把从所述功率存储单元供给到所述负载电路的电功率设置为等于可输出功率或更小，并且也把从所述燃料电池输入到所述功率存储单元的电功率设置为等于所述功率存储单元的所述可输入功率或更小。
9.一种用于燃料电池系统的控制设备，其中把燃料气体和氧化剂气体供给到燃料电池以产生电功率，通过把产生的功率供给到负载电路而驱动负载，并且把来自燃料电池的产生的功率存储在一个功率存储单元中，该控制设备包括：
余量负载功率设置装置，用来设置一个余量负载功率量，当所述负载电路的所述负载以预定速率增大时，该功率量是从所述功率存储单元和所述燃料电池供给到负载电路的电功率的增大量；
可输出功率计算装置，用来计算所述功率存储单元的可输出功率；
可输入功率计算装置，用来计算能够输入和存储在所述功率存储单元中的电功率；及
控制装置，用来把由所述余量负载功率设置装置设置的余量负载功率和由所述可输出功率计算装置计算的可输出功率相比较，以产生一个量判断结果，当作为所述量判断的结果所述可输出功率小于余量负载功率时把所述可输入功率和所述余量负载功率与所述可输出功率之间的电功率差相比较以产生一个量判断结果，当作为所述量判断的结果在所述余量负载功率与所述可输出功率之间的电功率差大于所述可输入功率时，产生把所述可输入功率设置为所述功率存储单元的充电功率的电功率，及控制供给到所述燃料电池的气体的流量或压力，使得有可能总是产生与通过把所述可输入功率和所述可输出功率从所述余量负载功率上减去得到的电功率缺少量相当的电功率。
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