CN1526189A - 车载设备的燃料电池动力装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种车载设备的燃料电池动力装置。车载设备含有驱动设备(29)，它在供给电能时驱动车载设备。动力装置包括燃料电池(21)，它在供给燃料时产生电能，蓄电池(27)，它利用燃料电池产生的电能充电，电能调节设备(31)，它选择分配从燃料电池(21)和蓄电池(27)至驱动设备(29)的电能，和控制器(33)，它控制运行操作。控制器(33)估算激活燃料电池(21)所需的能量，并当激活燃料电池所需能量大于或等于判定值时，控制电能调节设备(31)，以使燃料电池不被激活，并从蓄电池(27)向驱动设备(29)供给电能。通过这种方法，有可能避免启动操作过程中不必要的电能消耗。

Description

车载设备的燃料电池动力装置
技术领域
本发明涉及车载设备的燃料电池动力装置，具体说来，它涉及其激活操作。
背景技术
由JP-A-2000-315511已知安装在混合燃料电池车辆上的燃料电池和蓄电池是传统的车载设备燃料电池动力装置。当供给电池电能或燃料电池产生的电能时，用来运行燃料电池车辆的驱动电机驱动车辆。
在车辆启动阶段，当驱动器切换点火开关至“开”时，燃料电池被激活，以允许车辆操作。但是在启动时，燃料电池不能立即产生电能。因此车辆从蓄电池供给电能至驱动电机。然后，当能够通过燃料电池产生电能时，通过燃料电池供给电能。
发明内容
为了激活燃料电池，必须施加一定量的电能。特别地，当提供燃料重整器时，需要大量的电能以激活燃料电池，燃料重整器重整燃料并施加含氢的气体至燃料电池。激活燃料电池所需的电能随操作条件而改变。例如，当燃料电池激活在冷态下开始时，电能消耗显著增加。
特别地，在短期运行的条件下，其中车辆操作特别短一段时间，车辆操作可能在期间终止，此期间中通过燃料电池可能会产生电能，也可能不会产生电能。因此即使燃料电池被激活，也经常是电能不会由燃料电池施加的情况。因此，通过激活燃料电池，电能被不必要地消耗。
因此，本发明的一个目标是当需要大量能量激活燃料电池时，通过在不激活燃料电池的情况下操作车辆，抑制电能消耗。
另外，当车辆短期操作时，通过不激活燃料电池可以避免不必要的电能消耗。
为了实现上述目标，本发明提供车载设备的燃料电池动力装置。车载设备具有驱动设备，用来在供给电能时运行车载设备。动力装置包括燃料电池，它在供给燃料时产生电能，蓄电池，它利用燃料电池产生的电能充电，电能调节设备，它选择分配从蓄电池和燃料电池至驱动设备的电能，和控制器，它控制车辆操作。控制器估算激活燃料电池所需的能量，并设定判定值，它对应驱动燃料电池所需能量中的相对较小能量。当估算的激活所需能量大于或等于判定值时，燃料电池不被激活，控制电能调节设备，以从蓄电池向驱动设备供给电能。
上述细节及本发明的其它特征和优点，在本说明书的剩余部分提出，并显示在附图中。
附图说明
图1表示本发明第一实施方式的框图。
图2表示按照第一实施方式的燃料电池激活控制程序的流程图。
图3表示燃料重整器的温度和激活能之间关系的特征曲线。
图4表示按照第二实施方式的燃料电池的激活控制程序的流程图。
图5表示外部温度和重整器激活能及重整器停止之后直至点火开关切换至“开”之后的持续时间之间关系的特征曲线。
图6表示按照第三实施方式的燃料电池的激活控制程序的流程图。
图7表示运行模式基准参数和运行模式极限值之间关系的特征曲线。
图8表示按照第四实施方式的燃料电池的激活控制程序的流程图。
图9表示充电状态(SOC)和判定值之间关系的特征曲线。
图10表示按照第五实施方式的燃料电池的激活控制程序的流程图。
图11表示按照第六实施方式的燃料电池的激活控制程序的流程图。
图12表示燃料电池的激活能和激活完成时间之间关系的特征曲线。
具体实施方式
为了更详细地描述本发明，下文将参照附图概述优选的具体实施方式。
图1是按照本发明第一实施方式的燃料电池车辆的结构框图。此燃料电池车辆为混合燃料电池汽车，它安装有由蓄电池和含有燃料重整器的燃料电池组成的电源。
燃料重整器1从含有烃的燃料中产生含氢的重整气体。例如，当使用甲醇作为燃料时，储存在甲醇箱5中作为燃料的甲醇与来自水箱9的水混合，以通过蒸汽重整反应产生含氢的重整气体。
可以从压缩机15为燃料重整器1施加所需的空气，以通过甲醇的部分氧化产生重整气体。
在燃料重整器1中执行的重整反应可以分解为吸热的蒸汽重整反应和放热的部分氧化反应。
燃料电池21含有阳极和阴极电极。来自燃料重整器1的重整气体被施加至阳极电极，而来自压缩机15的空气被施加至阴极电极。燃料电池21从利用空气中的氧和燃料气体中的氢的电化学反应中产生电能。
在燃料电池21的下游提供燃烧器3。在燃料重整器1旁边安装燃烧器3。由于施加至燃料电池21的空气中的氧和燃料气体中的氢没有完全消耗，剩余的含氢重整气体排出物和含氧的排出气体在燃烧器3中燃烧。燃烧器3把燃烧产生的热量传送至燃料重整器1，在其中用它来汽化水和甲醇。为此，需要来自压缩机15的空气与来自甲醇箱5的甲醇在燃烧器3中燃烧。
提供通过所供给电能驱动的发动机29，以驱动燃料电池车辆。发动机29连接至驱动轮30，车辆通过发动机29的转动驱动。
提供与燃料电池21分离的蓄电池27。当燃料电池车辆减速时，
使用燃料电池产生的过量电能和当燃料电池车辆减速时通过操作发动机29产生的电能为蓄电池27充电。相反地，当燃料电池21的输出不能满足压缩机15、燃料重整器1和燃烧器3的能量消耗时，或者满足运行发动机29所需的电能，蓄电池27提供燃料电池输出的不足。
提供电能调节设备31，以选择性地把来自燃料电池21和蓄电池27的电能分配给发动机29和辅助设备(压缩机15，燃料重整器1，燃烧器3等)。
提供控制器33，以通过电能调节设备31控制电能的分配。
控制器33包括中央处理器(CPU)，RAM，ROM和输入/输出接口，并且可能包含多个微型估算机。从点火开关36输入信号至控制器33，这标志着车辆操作的开始，加速器踏板传感器37，它输出对应加速器踏板35下降量(加速器张开程度)的信号，车辆速度传感器38，它输出对应车辆速度的信号，SOC传感器，它检测蓄电池27中的充电水平(充电状态)，温度传感器40，它检测燃料电池的温度，和温度传感器41，它检测大气的温度。
在本发明中，尤其是在燃料电池车辆操作的开始阶段，控制器33执行燃料电池激活的控制程序，以避免不必要的电能消耗。
在车辆操作的开始阶段，燃料电池21必须被激活，这需要时间直至能够通过燃料电池发电。所需时间根据操作条件不同而改变，通常在激活完成之前消耗相当大量的电能。
在通过燃料电池21开始发电之前的时期，发动机29通过由蓄电池27施加的电能驱动。但是特别地当操作时间较短时，例如当车辆操作在燃料电池21真正开始发电之前终止时，由于不必要的电能消耗，激活燃料电池21仅对燃料效率产生不利影响。
因此，控制器33根据当时的操作条件估算激活燃料电池21所需的能量。燃料电池21仅在激活能较小时被激活。在其它情况下，由激活导致的电能消耗被抑制，因为不执行激活控制程序。
将参照图2描述通过控制器33执行的控制程序。仅当点火开关(IGN)从关切换至开时执行图2所示的程序。
在图2所示的控制程序中，基于燃料重整器1的温度估算激活燃料电池所需的激活能。
在第S10步，读通过温度传感器40检测的燃料重整器1的温度(它对应燃料电池的温度)。在第S20步，通过基于所检测温度查看图3所示的图表，估算激活燃料电池所需的能量。
如图3所示，激活燃料电池所需的能量随燃料电池温度的增加而减少。这归功于以下事实，在燃料电池激活过程中需要燃料电池中相应元件的温度增加至预定温度。因此，在激活增加之前所需的激活热量(激活能)随温度增加而减少。
在第S30步，比较判定值Q与激活燃料电池21所需的能量。当燃料电池21被充分加热时，判定值Q被设定为对应重启操作时激活所需能量。这代表如下情况，燃料效率没有显著恶化，即使燃料电池21以短期操作模式被激活也仅需要较小的激活能量。例如，假定在极冷的条件下激活燃料电池，此值被设定为大约激活能最大值的10％。以这种方法，基于经验，试验或统计数据可以设定最佳值。
当激活燃料电池21所需的能量小于判定值Q时，程序前进至第S40步，燃料电池21被激活。更精确地，使用激活标志执行燃料电池21的激活进程，其中燃料电池激活标志的值为1(初始设定＝0)。
下面将描述燃料电池21的激活进程的一个实施例。
当激活程序开始时，通过把燃烧器3的入口与燃料重整器1的出口连接，越过燃料电池21。其后，通过施加空气和燃料至燃料重整器1，执行由部分氧化反应引起的放热反应。来自燃料重整器1的重整气体被施加至燃烧器3，并在燃烧器3中燃烧重整气体中的H2，CO，HC。一旦燃料重整器1的温度达到预定温度，通过为燃料重整器1施加水执行自热反应(autothermic reactions)，或者通过停止施加空气执行蒸汽重整反应。当所检测的燃料重整器1中的温度表明蒸汽重整反应已经稳定时，开始施加重整气体(富H2气体)至燃料电池21，以开始通过燃料电池21发电。因此燃料电池21的激活完成。
相反地，当激活燃料电池21所需的能量大于或等于判定值Q时，程序从第S30步前进至第S50步，燃料电池21不被激活(燃料电池激活标志＝0)。
当燃料电池21正在被激活或不被激活时，车辆以EV运行模式操作，并仅从蓄电池27供给电能。
如图3所示，当燃料电池(燃料重整器)的温度为低温T1时，激活所需的能量大于激活温度Q。因此燃料电池(燃料重整器1)不被激活。对应地，在温度T2，因为激活所需的能量小于判定值Q，燃料电池21被激活。
因此在本实施方式中，当燃料电池车辆开始操作时，如果激活燃料电池21所需的能量较大时，燃料电池21不被操作。特别地，当操作在短时间内完成时，有可能避免通过蓄电池的不必要能耗，因为不需要激活燃料电池21的能量。
将参照表示控制器33的操作的图4的流程图描述本发明的另一实施方式。
与图2所示的第一实施方式的不同点在于，图4中的第二实施方式的第S12，S22步不同于图2中的第S10，S20步。
也就是说，在第S12步，读持续时间。这段时间是从通过在以前的瞬时时间点把点火开关切换至关停止燃料电池21，至点火开关切换至开的时间。读取温度传感器40检测的温度。通过提供在控制器33中的计时器测量持续时间。提供一种温度传感器取代温度传感器40，以读外部温度并可以读此检测到的外部温度。
在第S22步，通过基于持续时间和外部温度查看图5所示的图表，估算激活燃料电池21所需的能量。
当持续时间保持不变时，如图5所示，激活所需的能量随外部温度的增加而减少。当外部温度保持不变时，此能量随持续时间的增加而增加。
这归功于以下事实，在燃料电池21激活过程中需要燃料重整器1之类的相应元件的温度增加至基准温度。因此，激活燃料电池21所需的热量(激活能)随外部温度增加而减少。并且在以前的瞬时时间点停止操作燃料电池21之后，激活所需的能量随时间增加而增加，直至随后的启动操作。这归功于以下事实，在停止燃料电池21之后燃料重整器的温度随持续时间增加而下降，导致激活所需的热量相应地增加。
按照本实施方式，通过基于从在以前的瞬时时间点停止燃料电池21至点火开关在随后的时间切换至开的持续时间或基于当时的外部温度估算激活燃料电池21所需的能量，有可能执行精确估算激活所需能量。
将参照表示控制器33的操作的图6的流程图描述本发明的第三实施方式。
图6所示的流程图补充图2所示的第一实施方式或图4所示的第二实施方式。也就是说，在图2所示的控制程序已经执行之后，在例如10毫秒的时期内执行图6的流程图。但其在燃料电池被激活后停止。
在图6所示的第S60步，检查燃料电池激活标志的值。此值设定为图2中点火开关从关切换至开的结果。
当燃料电池激活标志的值为零时，程序前进至第S70步及随后的步骤。在第S70，S80，S90步，执行运行模式的确定。也就是说，在第S70步，读运行模式判定参数。这里运行模式判定参数定义为：
①点火开关切换开之后的实际运行时间
②实际运行速度
③运行所需的电量
④蓄电池的电能消耗
⑤加速器踏板的下降速度
在上面①中的实际运行时间[秒]可以通过提供在控制器33中的计时器测量。在上面②中的实际运行速度[m/s]通过车辆速度传感器(未显示)测量。基于通过加速器踏板传感器37检测的加速器张开程度，检测在上面③中的运行所需的电量[kW]。上面④中蓄电池的电能消耗(kW)通过代表蓄电池容量的SOC(充电状态)[％]估算。基于通过加速器踏板传感器37检测的加速器张开程度，估算上面⑤中的加速器踏板35的下降速度[张开程度/秒]。
在第S80步，分别使用上述的五种运行模式判定参数，以确定车辆是否以正常运行模式操作，或者是否以短期操作模式操作。基于图7执行相应的确定。
图7中最上部(第一步)的面板的左端为实际运行时间的最小值(例如0秒)。把短期操作运行模式与正常运行模式分开的临界值基本上通过以下顺序确定。
(1)基于模拟或公司场地中的运行试验准备一种图，以根据相应的车辆运行条件(外部温度，湿度，载荷等)确定短期运行模式或正常运行模式的临界时间。
(2)基于实际车辆操作条件，校正临界时间(图值)。
在图7的第二面板中，左端代表最小实际运行速度(例如0m/s)。右端是最大实际运行速度。基于当时的电能消耗量和通常的运行模式，确定短期操作运行模式和正常运行模式之间的临界速度。假定实际运行速度为瞬时值。
图7的第三面板的左端为运行所需最小电量(例如0kW)。右端为运行所需最大电量。通过车辆的最大载荷运行模式，确定运行所需最大电量。同样，在图7的第四面板中，左端代表通过蓄电池的最小电能消耗量(例如0kW)，右端是通过蓄电池的最大电能消耗量。通过蓄电池的最大电能消耗量根据蓄电池容量确定。
图7最下部的面板的左端代表最小加速器踏板的下降速度(例如0张开程度/秒)，右端代表最大加速器踏板的下降速度。
为什么使用加速器踏板的下降速度而不是加速器踏板下降量，和为什么当其值大于或等于临界值时确定为正常运行模式的原因如下。加速器踏板35上的较大下降速度代表车辆上载荷的强烈波动。因此，当载荷经受强烈波动时，由于通过蓄电池27的充电/放电操作的频率增加，蓄电池27上的载荷增加。因而当频繁地发生这种载荷波动时，燃料电池32被激活，以减少蓄电池27上由充电和放电操作引起的载荷(正常运行模式)。
以这种方法，当实际运行时间短时，当实际运行速度低时，当运行所需电能或通过蓄电池的电能消耗量低时，或加速器踏板的下降速度低时，确定为短期操作运行模式。相反地，当实际运行时间长时，当实际运行速度高时，当运行所需电能或通过蓄电池的电能消耗量大时，或加速器踏板的下降速度高时，确定为正常运行模式。图7中的相应临界值根据车辆大小不同而变化。
在图6的第S90步，确定是否车辆处于两种运行模式的之一。当有一种运行模式判定参数时，如果确定为短期操作运行模式，程序前进至第S100步，燃料电池21不被激活(燃料电池激活标志＝0)。当没有确定短期操作运行模式，程序从第S90步前进至S110步，燃料电池21被激活(燃料电池激活标志＝1)。
当点火开关从关切换至开时，即使当由于激活所需的能量大于判定值Q(图2中的第S30，S50步)而未激活燃料电池21时，当从其运行模式判定参数中确定为正常运行模式时，重整器1可以被激活(图6中的第S90，S110步)。
实际上由于使用五种运行模式判定参数，在第S90步，根据所有的五种运行模式判定参数，检查是否已经确定短期操作运行模式。当根据所有的五种运行模式判定参数确定车辆以短期操作运行模式运行时，程序前进至第S100步，燃料电池21不被激活。
相反地，当即使五种运行模式判定参数的其中之一表明车辆没有以短期操作运行模式运行时，程序从第S90步前进至S110步，燃料电池21被激活。这是因为以下事实，当即使五种运行模式判定参数的其中之一确定正常运行模式时，如果车辆继续以短期操作运行模式操作，有可能在蓄电池27的容量达到下限值之前，燃料电池21将不被激活。为了避免这种问题，当运行模式判定参数的任何其中之一与正常运行模式对应时，燃料电池21被激活。
因此，在把点火开关置于开之后，在固定的时期内基于运行模式判定参数，确定运行模式为正常运行模式还是短期操作运行模式。根据所确定的结果控制燃料电池21的激活或不激活。因此，可以根据运行模式控制燃料电池21的激活或不激活。这使改进实际燃料效率和避免性能降低成为可能。
但是，确定运行模式的方法并不限于上述方法。例如，可以使用学习控制存储日期/时间运行模式，它包括日历57A，时钟57B，GPS57C(见图1)的其中之一或其组合。因此有可能按照所存储的日期/时间运行模式确定短期操作运行模式或正常运行模式。日期/时间运行模式是特指根据日期，每周的某天或时间期限确定驱动器的运行模式。例如，当燃料电池车辆用以在每周工作日的期间运输货物时，因为执行至高密度住宅区的运输，很明显是车辆将经常以短期操作运行模式操作的情况。此时，学习控制存储短期操作运行模式作为运输期间的模式。因此在此时间期限内，在不执行运行模式确定的情况下，立即确定短期操作运行模式，车辆继续操作，而不激活燃料电池21。
将参照图8描述本发明的第四实施方式。
图8的流程图取代第一和第二实施方式的图2和图4的流程图。
图8与第一和第二实施方式的不同点在于第S120步和第S130步。也就是说，在第S120步，从SOC传感器39的输出读取表示蓄电池27充电状态的SOC值。随即程序前进至第S130步，通过基于SOC值查看图9所示的图表，估算激活燃料电池21所需能量的判定值Qs。
如图9所示，当判定值Qs大于下限值SOCmin时，它取与第三实施方式判定值Q相同的值。当SOC小于或等于下限值SOCmin时，判定值Qs为对应假定燃料电池激活所需能量最大值Qmax的数值。
因此，当图8中SOC值小于下限值SOCmin时，激活所需能量的判定值Qs取假定燃料电池激活所需能量的最大值Qmax。此时，在第S30步，因为激活燃料电池21所需的能量总是小于判定值Qs，程序从第S30步前进至第S40步，保证燃料电池的激活。
即使当短时间操作时，如果SOC处于蓄电池失效的水平(即，SOC达到SOCmin)，在燃料电池21正被激活的情况下车辆不能操作。为了防止这种问题，指定残留蓄电池电荷，它在燃料电池21正被激活时足以仅使用发动机29驱动车辆。
图8中第S10和S20步代表图2中的第S10，S20步或图4中的第S12，S22步。也就是说，在图8的第S10步，读燃料电池激活所需能量的估算参数(第一实施方式中的燃料电池温度，第二实施方式中的外部温度和从停止燃料电池至把点火开关切换至开的持续时间)。在图8的第S20步，基于上述参数估算激活所需能量(使用第一实施方式中的控制程序，查看图3所示的图表，使用第二实施方式中的控制程序，查看图5所示的图表)。
因此在本实施方式中，因为激活所需能量的判定值根据蓄电池27的SOC而改变，有可能避免由在燃料电池21的激活过程中残留蓄电池电荷被消耗而引起的不能通过发动机27驱动车辆的问题。
图10表示本发明的第五实施方式。
图10中的流程图对应图6的流程图。当点火开关从关切换至开时，图10的控制程序开始。此程序在10毫秒的期间内重复，在燃料电池21的激活完成之后终止。
与第三实施方式的不同点在于引入第S140，S150，S160步取代图6的第S60步。
也就是说，在第五实施方式中，在驱动器室中提供运行模式选择开关51(见图1)，以允许选择正常运行模式或短期操作运行模式。
在第S140步，确定是否驱动器已经基于开关信号选择正常运行模式或短期操作运行模式。如果驱动器选择正常运行模式，程序前进至第S110步，燃料电池21被激活(燃料电池激活标志＝1)。
另一方面，当选择短期操作运行模式时，程序前进至第S150步，读蓄电池27的SOC。在第S160步，把此SOC值与判定值A比较。
例如，当通过驱动器选择短期操作运行模式时，判定值A对应某SOC(固定值)，其中如果车辆仅使用蓄电池电能操作有可能因为蓄电池失效而引起的车辆不操作。
尽管判定值A必须经验地，实验地或统计地得出，一种操作实验模式的10-15运行模式可以代替并用于判定值A的估算。
当SOC小于或等于判定值A时，确定当通过蓄电池电能运行时由于蓄电池失效车辆将不操作。在这种情况下，程序前进至第S110步，燃料电池21被激活。但是为了避免在运行时停止车辆，最好在燃料电池21的激活进展到允许保持车辆运行的水平后开始运行，或当通过燃料电池21开始发电之后开始运行。
当SOC大于判定值A时，残留蓄电池电荷确定为某值，它允许燃料电池21从冷态激活之后直至开始发电的短期操作运行。随即程序从第S160步前进至S70步，执行与按照如图3所示的第三实施方式的相同进程。
在本实施方式中，当驱动器使用运行模式选择开关选择正常运行模式时，通过立即激活燃料电池21，缩短只使用蓄电池电能的运行时间，因此有可能降低蓄电池27的能量消耗。
当驱动器选择短期操作运行模式时，确定当前的SOC状态。当只使用蓄电池电能执行运行时，当车辆操作不会导致蓄电池失效时才允许短期操作运行模式的操作。因此有可能避免残留蓄电池电荷的减少。
将参照图11描述第六实施方式。
图11所示的流程图取代第五实施方式中图10的流程图。
与第五实施方式的不同点在于处理运行模式选择开关信号的方法，和增加新的第S170，S180，S190和S200的事实。
也就是说，在第S140步，检查来自运行模式选择开关51的信号，以确定是否驱动器已经选择运行模式，或是否没有选择任一运行模式。
当驱动器选择正常运行模式时，控制程序与按照第五实施方式描述的控制程序相同。程序前进至第S110步，燃料电池21被激活。
当驱动器选择短期操作运行模式时，程序从第S140步前进至第S170，S180步，读存储在图2的第S20步的激活所需能量。使用此值以估算在燃料电池21激活过程中的运行电能量E[Wh]。
在燃料电池21激活过程中的运行电能量E的估算如下。
首先，通过基于燃料电池21激活所需能量查看图12所示的图表，估算直至燃料电池21激活完成的时期。接着在此期间的操作取为10-15模式运行。因此可以基于实验，测量或估算在直至燃料电池21的激活完成的时期中，当发动机29以10-15模式运行时的电能消耗量。以这种方法，当在预定的图表中设定燃料电池激活完成时间与此时的能量消耗的关系时，有可能通过基于重整器激活完成时间查看此图表，估算燃料电池激活期间的运行电能量E。
可以实验估算为了激活燃料电池21的辅助设备的能量消耗与燃料电池激活完成时间之间的关系，并设定在图表中。因此通过把此值加入仅通过发动机29运行时的能量消耗，可以更精确地估算燃料电池激活期间的运行电能量E。
在第S190步，当蓄电池27在燃料电池激活期间使用运行电能量E时，蓄电池27的消耗率被估算为SOC-E[％]。在第S200步，把消耗率SOC-E与SOC当前值比较。当消耗率SOC-E大于或等于SOC当前值时，因为不立即启动燃料电池21的车辆操作将导致蓄电池失效，程序从第S200步前进至第S110步，燃料电池21被立即激活(燃料电池激活标志＝1)。
在这种情况下，如果直至SOC大于消耗率SOC-E才开始运行，有可能保证防止车辆操作期间的蓄电池失效。
相反地，在第S200步，当消耗率SOC-E小于SOC当前值时，确定有可能仅使用蓄电池电能继续短期操作运行。随即程序前进至S100步，燃料电池21不被激活(燃料电池激活标志＝0)。
另一方面，在第S140步，当驱动器没有从两种运行模式中选择任一运行模式时，程序前进至第S70步及随后步骤。以与第五实施方式相同的方法，确定运行模式参数的内容，并确定是否激活燃料电池21。
当在第S90步确定短期操作运行模式时，程序前进至第S170步及随后步骤。因此，即使当驱动器没有选择任一运行模式时，当短期操作运行模式确定为运行模式确定(第S70，S80和S90)的结果时，如果蓄电池消耗率SOC-E的值小于SOC当前值，程序从第S200步前进至第S110步，重整器1被激活。以这种方法，有可能保证防止短期操作运行期间的蓄电池失效。
在本实施方式中，除短期操作运行模式之外，确定燃料电池激活期间的运行模式和燃料电池激活完成之后的运行模式。因此，可以通过通知三种相应运行模式的驱动器的面板显示和声音显示55(见图1)，知道驱动器的所选运行模式。
本实施方式描述燃料电池的激活，包括燃料重整器是否被激活，作为含有燃料重整器的燃料电池的例子。但是本发明并不限于此方面。本发明可以以与是否激活一种燃料电池同样的方法应用，这种燃料电池可以是通过内部重整反应发电的固态氧化物燃料电池，或者直接利用电极反应从燃料中发电的固态氧化物燃料电池。
尽管甲醇被描述为施加至燃料重整器的燃料，本发明并不限于此方面，可以使用丙烷气体，天然气，石脑油气或其它碳氢燃料。
在上述实施方式中，已经根据车辆应用描述车载设备的燃料电池动力装置。但是也可能把本发明应用于船或工业机器。
工业应用
本发明可以应用于燃料电池车辆的运行控制。

Claims (17)

1.一种车载设备的燃料电池动力装置，车载设备含有驱动设备(29)，它在供给电能时驱动车载设备，动力装置包括：
燃料电池(21)，它在供给燃料时产生电能；
蓄电池(27)，它利用燃料电池产生的电能充电；
电能调节设备(31)，它选择分配从蓄电池和燃料电池至驱动设备的电能；
控制器(33)，它的作用是
估算激活燃料电池所需的能量；
设定对应与驱动燃料电池所需能量相比的较小能量的判定值；
当估算的激活燃料电池所需能量大于或等于判定值时，控制燃料电池和电能调节设备，以使燃料电池不被激活，并从蓄电池向驱动设备供给电能。
2.按照权利要求1限定的动力装置，其中当估算的激活燃料电池所需能量小于判定值时，控制器(33)激活燃料电池(21)。
3.按照权利要求1或权利要求2限定的动力装置，其中判定值设定为相当于在冷态下完成燃料电池(21)的激活所需能量最大值大约10％的数值。
4.按照权利要求1限定的动力装置，还包含传感器(40)，用来检测燃料电池(21)的温度；其中控制器(33)基于燃料电池的温度，估算激活燃料电池所需的能量。
5.按照权利要求1限定的动力装置，还包含用来测量时间的计时器；其中控制器(33)基于从在以前的瞬时时间点停止燃料电池至在当前间点激活燃料电池的时间，估算激活燃料电池(21)所需的能量。
6.按照权利要求1限定的动力装置，还包含传感器(41)，用来检测外部温度；其中控制器(33)基于外部温度，估算激活燃料电池(21)所需的能量。
7.按照权利要求1限定的动力装置，还包含SOC传感器(39)，用来检测蓄电池(27)的SOC；其中控制器(33)
设定蓄电池SOC允许的下限值；并
当所检测到的SOC小于或等于下限值时，不管激活燃料电池(21)所需能量如何，激活燃料电池。
8.一种车载设备的燃料电池动力装置，车载设备含有驱动设备(29)，它在供给电能时驱动车载设备，动力装置包括：
燃料电池(21)，它在供给燃料时产生电能；
蓄电池(27)，它利用燃料电池产生的电能充电；
电能调节设备(31)，它选择分配从蓄电池和燃料电池至驱动设备的电能；
控制器(33)，它的作用是
确定是短期操作运行模式还是正常运行模式；
当从确定结果中确定为正常运行模式时激活燃料电池；
当确定为短期操作运行模式时，控制燃料电池和电能调节设备，以使燃料电池不被激活，并从蓄电池向驱动设备供给电能。
9.按照权利要求8限定的动力装置，还包含至少一个以下元件
计时器(33)，用来测量启动动力装置之后的时间；
传感器(38)，用来检测车辆运行速度；
传感器(37)，用来检测加速器踏板的下降量；
传感器(37)，用来检测加速器踏板的下降速度；
传感器(39)，用来检测蓄电池的SOC；其中
控制器(33)基于上述检测值的至少其中之一，确定是短期操作运行模式还是正常运行模式。
10.按照权利要求9限定的动力装置，其中当满足以下条件的任何其中之一时，控制器(33)确定为正常运行模式：当所测量时间长时，当车辆速度高时，当加速器踏板下降量大时，加速器踏板的下降速度高时，或通过蓄电池的电能消耗大时。
11.按照权利要求8限定的动力装置，还包括
日历(57A)，用来测量日期；
时钟(57B)，用来测量时间；
GPS(57C)，用来测量位置；其中
控制器(33)通过结合一个或更多上述元件的输出值，利用学习控制程序存储车辆的日期/时间模式；并
基于所存储日期/时间运行模式中的任一当前输出值，确定是正常运行模式还是短期操作运行模式。
12.一种车载设备的燃料电池动力装置，车载设备含有驱动设备(29)，它在供给电能时驱动车载设备，动力装置包括：
燃料电池(21)，它在供给燃料时产生电能；
蓄电池(27)，它利用燃料电池产生的电能充电；
电能调节设备(31)，它选择分配从蓄电池和燃料电池至驱动设备的电能；
开关(51)，它允许选择正常运行模式或短期操作运行模式；和
控制器(33)，它的作用是
当选择短期操作运行模式时，控制燃料电池和电能调节设备，以使燃料电池不被激活，并从蓄电池向驱动设备供给电能。
13.按照权利要求12限定的动力装置，其中当选择正常运行模式时，控制器(33)不仅激活燃料电池(21)，而且控制电能调节设备(31)，以从蓄电池(27)向驱动设备(29)供给电能。
14.按照权利要求12限定的动力装置，还包括用以检测蓄电池(39)的SOC的传感器；其中当选择短期操作运行模式时，控制器(33)基于所检测的蓄电池中的残留电荷，确定是否激活燃料电池(21)。
15.按照权利要求14限定的动力装置，其中如果所检测的残留电荷低，即使当选择短期操作运行模式时，控制器(33)也激活燃料电池(21)。
16.一种车载设备的燃料电池动力装置，车载设备含有驱动设备(29)，它在供给电能时驱动车载设备，动力装置包括：
燃料电池(21)，它在供给燃料时产生电能；
蓄电池(27)，它利用燃料电池产生的电能充电；
传感器(39)，用来检测蓄电池的SOC；
电能调节设备(31)，它选择分配从蓄电池和燃料电池至驱动设备的电能；
开关(51)，它允许选择正常运行模式或短期操作运行模式；和
控制器(33)，它的作用是
估算激活燃料电池所需的能量；
基于激活燃料电池所需的能量估算直至激活完成的时间；
估算车辆操作直至所估算燃料电池激活时间完成的过程中的能量消耗；
如果残留电荷大于所估算能量消耗，当选择短期操作运行模式时，控制燃料电池和电能调节设备，以使燃料电池不被激活，并从蓄电池向驱动设备供给电能；并
如果残留蓄电池电荷小于所估算能量消耗时，即使当选择短期操作运行模式时，也激活燃料电池。
17.按照权利要求16限定的动力装置，还包括一种执行声音显示或视觉显示的设备(55)；
其中当选择短期操作运行模式时，控制器(33)至少通过声音显示或视觉显示通知驾驶者，燃料电池(21)正在被激活或激活已经完成。
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