CN1692518A - 燃料电池系统及其相关方法 - Google Patents

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Abstract

一种适合安装在运动物体(V)上的燃料电池系统(1，100)，提供有包括向其供应燃料气体和氧化气体以产生电能的燃料电池(31)的电能产生元件(31，45)，能够实现电能产生元件预热的预热装置(21至23，32至39，41至50’)，以及控制器(13)，控制器响应从外部遥控操纵器单元(3)发送的控制信号的接收，命令起动完成命令时间，在该时间处通过电能产生元件的预热燃料电池系统的起动将完成，控制预热装置，使得至少电能产生元件按照起动完成时间的预热完成。

Description

燃料电池系统及其相关方法
技术领域
本发明涉及燃料电池系统及相关方法，更具体地说，涉及安装在运动物体上、响应由用户远程执行的命令来开始起动操作的燃料电池系统，及其相关方法。
背景技术
最近几年，对于环境有利的燃料电池作为诸如汽车的运动物体的能源引起人们的注意，并且已经开展了一些研究工作来提供适于对燃料电池电能产生实现控制的燃料电池系统。
尤其是，作为那些吸引了公众注意具有作为运动物体燃料电池影响力的燃料电池系统之一，已经建议提供一种用质子交换膜(PEM)形成聚合物电解质的聚合物电解质燃料电池(PEFC)。
此外，已经建议了另一种燃料电池系统，其中，为了获得作为燃料电池燃料的氢气，安装燃料重整系统，从含氢的化合物中分离氢气。
在这些燃料电池系统中，具体地说，因为包含形成待重整化合物的碳和氢的有机化合物具有高于氢气的体积能量密度和重量能量密度，所以大量的研究工作和开发工作针对通过使用这些有机化合物重整来开展。因为，作为有机化合物，烃燃料包括例如甲烷的烷烃、醇和醚系列、或者在常温和常压下或加压条件下为液体形态从而便于处理的汽油，并且已经建立了使用的烃作为燃料的技术，所以认为烃燃料作为燃料重整的原料是一流的。
此外，在运动物体的燃料电池系统中，已经建议提供一种其中安装储电单元，例如二次电池和电容器的燃料电池系统。在燃料电池系统被安装在汽车上的情况中，源于在刹车条件下运动物体停止的再生能源被回收并储备在储电单元中，使得再生的能源可以被再次用作加速的能量，因而实现了对燃料消耗效率的改善。另外，由于储电单元能够电学控制整个燃料电池系统，所以储电单元被用作系统停止而没有通过燃料电池产生电能期间的电源，并能够开始燃料电池系统的起动操作。高能量密度的二次电池结合入储电单元中有许多种可能性。
日本专利申请特开第2002-117876号公开了一种提供了冷却剂流动通道的燃料电池系统，为了预热燃料电池，该系统提供了在燃料电池冷却阶段期间加热冷却剂的加热装置。
日本专利申请特开第2002-198081号公开了一种燃料电池系统：其中，在提供有自动热重整器的燃料电池气体产生装置开始操作时，在预热包括此种重整器和CO脱除器单元的重整反应器期间，增加在其预热期间供应给重整器的燃料和空气的流速，从而促进CO脱除器单元的预热。
日本专利申请特开第2002-83606号公开了燃料电池共生成系统，其中燃料电池在预定的时间模式下操作，并且根据实际消耗的电能模式校正预定的时间模式。
日本专利申请特开第2002-50378号公开了一种燃料电池系统：其中，如果二次电池在电动车辆燃料电池起动期间过放电，提供外部电源，在燃料电池起动期间驱动辅助单元，并且使用燃料的催化燃烧来加热重整器和冷却剂。
日本专利申请特开第2002-219926号公开了一种控制系统，其中从便携电话传送命令，从而遥控车辆的空气调节单元。
发明内容
但是，根据本发明人进行的研究，具有聚合物电解质膜，例如质子交换膜的固体聚合物燃料电池通过燃料气体和包括氧气的氧化气体反应而产生电能，并且这样构建，使得燃料气体电极中的氢气形成质子，质子通过聚合物电解质膜传递到氧化气体电极上，从而与氧化气体反应。因此，当在燃料电池系统操作中，为了使燃料电池产生电能时，需要湿润聚合物电解质膜以保持在潮湿状态中。
此外，认为固体聚合物燃料电池作为运动物体的电源是有影响力的原因之一在于聚合物电解质膜型燃料电池能够在比其它类型燃料电池较低的大约80℃范围的温度下操作。使用这种聚合物电解质膜型燃料电池，由于发生由通过燃料气体和氧化气体之间反应产生的能量的能量部分，即没有作为电力取出的部分所引起的热积累(build-up)，冷却剂介质，例如水有许多种可能性，并且所使用的散热器允许维持操作温度。
因此，在趋向于在聚合物电解质膜中包含湿气和冷却剂，从而使燃料电池具有大热容量的燃料电池的情况下，为了将温度从因为安装燃料电池的运动物体已经被留下很长时间，所以燃料电池系统的温度达到大气温度的状态下，升高至在大约80℃的操作温度范围内，需要大量的热。
另外，尽管燃料电池在低于所述操作温度范围内的温度下也能够产生电能，但是因为在低温下燃料气体和氧化气体间的反应活性降低，所以很难获得额定电能。另外，在聚合物电解质膜中所含的湿气被冷冻时，没有质子能够通过氧化气体电极而传递，从而导致不能产生电能。也就是说，为了使燃料电池达到操作条件，可能需要预热，并且对于燃料电池可能还需要起动操作，例如执行预热。
此外，在安装了燃料重整系统的燃料电池系统中，由于存在重整反应高度活性的温度范围，并且就甲醇而言在从300℃至400℃的范围内、而对汽油而言在高于600℃的温度下会保持高的水平，在此情况下，出现在低温范围内几乎没有得到氢气，或者效率降低，也就是说，可能只获得比在预定温度范围内反应要少量的氢气。因此，不仅需要充分地进行上述燃料电池体的预热，而且需要进行燃料重整器系统的预热。
此外，在安装了二次电池作为储电单元的燃料电池系统中，在充电状态(SOC)落在总电池容量30％至80％附近下使用的二次电池有许多种可能性。也就是说，认为存在这种可以控制以至于阻止SOC降低至下限阈值30％以下的二次电池确保了重起动的能量，或者辅助了驱动力；此外，存在预防SOC超过上限阈值80％的控制使得二次电池可以在为了回收再生能量而开放的室中使用。
但是，可以想象由于在车辆停止后使用电子设备，或者由于在放置了很长时间后的二次电池中所产生的自放电的发生，SOC容易下降至下限阈值以下。另外，可以想象即便在燃料电池系统开始起动操作之前SOC超过了下限阈值，用于起动操作的电能产生也会引起SOC降低至下限阈值以下。
在这种情况下，在燃料电池开始驱动运动物体之前，但在已经开始产生电能之后，二次电池需要充电。这是因为在运动物体被驱动的阶段中，也就是说在SOC下降至下限阈值以下的情况下开始行驶燃料电池驱动的汽车，如果因为使用电能消耗大的电子设备，或者辅助驱动力，二次电池中发生放电而落入低的SOC状态，那么接着可能会出现引起燃料电池停止的严重情况。也就是说，在储电单元中，二次电池在燃料电池起动操作时可能需要被充电。另外，在储电单元中，因为许多类型二次电池在低温下性能会降低，所以需要进行预热。
此处，顺便提及在日本专利申请特开第2002-117876号中公开的燃料电池系统被配置成当预热燃料电池时，使用电加热器作为加热装置来在燃料电池的冷状态期间加热冷却剂，从而预热冷却剂。
但是，如上所述，加热能力通常受燃料电池中的冷却剂和湿气影响，并且预热需要大量的电能。也就是说，在这种燃料电池系统中，当电加热器通过使用形成储电单元的二次电池的电能来驱动时，认为在完成预热之前储电单元的SOC趋向于降低。
此外，日本专利申请特开第2002-117876号公开了使用源于诸如甲醇的燃料燃烧的燃烧热来加热冷却剂的结构。这是由于首先燃料的燃烧热具有增加的热值，并且例如甲醇和汽油的液体燃料供应的能量大于二次电池的容量，因此不需害怕所谓的能量短缺。
但是，在保持高温下排出作为燃烧结果的气体的结构中，在能量应用效率方面产生不利的趋势。这是因为通过气体的热交换通常评价为在温度效率方面是低的，并且消耗的能量趋向于大于预热所需的能量。
此处，可以考虑另一种结构，其中，为了使源于燃料燃烧的高温气体的热能被最大程度地传递给冷却剂，尽可能大地增加热气体和热交换器之间的接触表面积，并且热交换器内部的气流通道被形成得窄且长。但是，为了预热，需要大输出的鼓风机和压缩机来使大量的气体流过气流通道，结果包括鼓风机和压缩机消耗能量的能量增加。
此外，当日本专利申请特开第2002-198081号中公开的燃料电池系统使用来自燃料氧化反应，即它们的燃烧的热量预热位于燃料重整器系统较下流的CO脱除器时，CO脱除器预热期间不能达到可操作的温度，因此重整的气体旁路通过燃料电池，并且被输送到提供有燃烧器的蒸发器中。也就是说，在CO脱除器的预热中间，燃料电池不会进入产生电能的状态，因此，燃料电池起动所需的所有电能需要从燃料电池之外的其它电源来供应。另外，在这种结构中，在燃料电池起动期间，因为空气流速增加，所以许多空气系统需要电能。也就是说，认为储电单元的SOC下降，直至预热完成。
此外，尽管日本专利申请特开第2002-83606号中公开的燃料电池系统基于操作静态使用的燃料电池的假设，但是即便在这种燃料电池被安装在运动物体上的情况中，理论上，预先命令可获得电能的操作开始时间，从而逐渐进行起动操作，因此能够抑制储电单元SOC的降低。
但是，因为这种结构严格地预先假定静态燃料电池，所以在操作开始时间需要被任意命令的情况中，或者在不能总是像热电联合系统(cogeneration system)一样使用商购电源的情况中，不能说所述结构是有利的。
此外，日本专利申请特开第2002-50378号中公开的燃料电池系统仅在二次电池保持过放电的情况中采取起动控制措施，并且该结构不提供完全优化起动操作来覆盖上述情况以外情况。
也就是说，在这种结构中，在不像预先命令操作开始时间的情况那样需要快速起动的情况中，并不试图提供起动操作来通过使用外部电源实现二次电池的充电，并且进行重整器和冷却剂的加热。
此外，在日本专利申请特开第2002-219926号中公开的燃料电池系统中，预先将燃料电池作为空气调节器的能源操作的尝试同时使燃料电池本身能够在操作运动物体之前完成燃料电池的预热。另外，在这种结构中，如果运动物体装备了可以充放电的储电单元，储电单元的电能优先用来实现空气的调节，并且为了在驱动运动物体之前，使储电单元在燃料电池产生电能期间被充电，执行控制，从而预防在运动物体操作期间储电单元被充电。
但是，甚至这种结构也没有被构造成根据环境的变化而提供最佳的燃料电池起动操作。
因此，本发明在如上所述本发明人进行的研究基础上被完成，并且其目标是提供一种用户能够在适当时间下完成燃料电池起动操作的燃料电池系统及其相关方法。
为了达到上述目标，根据本发明的一个方面，提供了一种适于安装在运动物体上的燃料电池系统，所述燃料电池系统包括：包括向其供应燃料气体和氧化气体以产生电能的燃料电池电能产生元件；能够实现电能产生元件预热的预热装置；以及控制器，控制器响应从外部遥控操纵器单元发送的控制信号的接收，命令起动完成命令时间，在该时间处通过电能产生元件的预热来完成燃料电池系统的起动，以及控制预热装置，使得电能产生元件按照起动完成时间完成预热。
换句话说，根据本发明的另一个方面，提供了一种适于安装在运动物体上的燃料电池系统，所述燃料电池系统包括：包括向其供应燃料气体和氧化气体以产生电能的燃料电池的电能产生元件；能够实现电能产生元件预热的预热装置；以及控制装置，控制装置响应从外部遥控操纵器单元发送的控制信号的接收，命令起动完成命令时间，在该时间处通过电能产生元件的预热来完成燃料电池系统的起动，从而控制预热装置，使得电能产生元件按照起动完成时间完成预热。
同时，根据本发明的另一个方面，提供了一种控制燃料电池系统的方法，所述燃料电池系统装备了包括向其供应燃料气体和氧化气体以产生电能的燃料电池的电能产生元件和实现电能产生元件预热的预热装置；所述方法包括：控制预热装置，响应从外部遥控操纵器单元发送的控制信号的接收，命令起动完成命令时间，在该时间处通过电能产生元件的预热来完成燃料电池系统的起动，从而使得电能产生元件按照起动完成时间完成预热。
结合下面的附图，本发明的其它和另外的特征、优点和利益将从下面的描述中变得明显。
附图说明
图1是说明根据本发明第一实施方案的燃料电池系统结构、同时说明燃料电池系统和外部电源及遥控操纵器单元之间关系的方框图。
图2是说明第一实施方案的燃料电池系统执行起动控制操作的主要流程的流程图。
图3是说明第一实施方案的燃料电池系统执行起动操作的流程图。
图4是说明第一实施方案的燃料电池系统执行完成判断阈值设置处理的流程图。
图5是说明第一实施方案的燃料电池系统执行起动操作方法选择处理的流程图。
图6A至6C是第一实施方案中在起动操作方法选择处理中使用的时间-温度范围图，其中横坐标表示燃料电池系统的温度，并且纵坐标表示相对起动完成设定时间的剩余时间。
图7是说明在第一实施方案的燃料电池系统中，在燃烧器不燃烧下起动操作方法选择处理的流程图。
图8是在第一实施方案中为了描述冷却剂泵的效率而说明冷却剂流速和效率之间关系的视图，其中横坐标表示冷却剂流速FP，并且纵坐标表示泵的效率EP。
图9是在第一实施方案中为了描述鼓风机的效率而说明空气流速和压力比之间关系的视图，其中横坐标表示空气流速FA，并且纵坐分、向/从燃料电池系统1发送并接收无线电信号的发射器和接收器部分、给用户提供不同信息显示的显示器、具有例如扬声器和振动装置的信息提供器部分，以及为此控制各种功能的控制器。遥控操纵器单元3的控制器对用户操作的输入部分产生响应，并且响应用户的操作内容用于发射控制信号SR(为了方便起见，下文中典型地以SR表示从遥控操纵器单元3的控制器发射的信号)，从而激活并操作燃料电池系统1。另外，遥控操纵器单元3的控制器响应从燃料电池系统1输出的控制信号SC(为了方便起见，下文中典型地以SC表示从下文描述的燃料电池系统1的控制器发出的信号)控制提供器部分，从而给用户提供与燃料电池系统1相关的各种信息。
此外，燃料电池系统1包括提供有连接器(未显示)的充电控制部分11，它被电学连接到从外部电源2延伸的电缆2a上。
充电控制部分11包括充电控制器21和切换单元22，两者都被通过电缆2a和连接器连接到外部电源2上。充电控制器21控制从外部电源2供应的电能，使得电能被充电到电池23中，同时调节电能的充电速率。另外，切换单元22被连接到起动电源线上，其细节未显示，并且在从电池23释放的电能和从外部电源2释放并供应给燃料电池系统1各部分的电能之间可控地实行切换。特别地，切换单元22典型地向燃料电池系统1的各部分输送或者来自外部电源2的电能和来自电池23的电能之一，或者来自外部电源2的电能和来自电池23的电能的组合。
此外，燃料电池系统1包括用作运动物体电源的产生电能的燃料电池操作部分12。
燃料电池操作部分12包括向其供应燃料气体和氧化气体并产生电能的燃料电池组31(有时仅称作燃料电池)。燃料电池组31形成电能产生元件，尽管未显示，但由多个燃料电池结构体的组合构成，每个电池结构包括空气电极和相对放置的燃料电极，在它们之间夹有固体聚合物电解质膜，这三者再被夹在隔膜之间。为了使燃料电池组31引发产生电能的反应，向燃料电极供应诸如氢气的燃料气体，并且向标表示鼓风机的效率EA。
图10是说明根据本发明第二实施方案的燃料电池系统结构、同时说明燃料电池系统和外部电源及遥控操纵器单元之间关系的方框图。
图11是说明在第二实施方案的燃料电池系统执行起动控制操作中、在起动操作期间实施的完成判断阈值设置处理的流程图。
图12是说明在第二实施方案的燃料电池系统执行起动控制操作期间实施的起动操作方法选择处理的流程图。
图13是说明在第二实施方案的燃料电池系统中、在燃烧器不燃烧下起动操作方法选择处理的流程图。
图14是说明第二实施方案的燃料电池系统执行失败中止(fail-off)操作的流程图。
具体实施方式
下文中，适当的参照相关附图，详细描述根据本发明每个实施方案的燃料电池系统及其相关方法。
(第一实施方案)
首先参考图1至9，具体说明根据本发明的第一实施方案的燃料电池系统及其相关方法。
图1是说明当前实施方案的燃料电池系统1的结构，并且也说明燃料电池系统和外部电源及遥控操纵器单元之间关系的方框图。
燃料电池系统1的结构
如图1所示，燃料电池系统1被安装在诸如汽车的运动物体上，并且作为向运动物体驱动马达(未表示)供应电能的电源而产生电能。燃料电池系统1通过电缆2a被连接到外部电源2上，此外，通过无线电通讯与由用户操纵的遥控操纵器单元3电连接。
这种遥控操纵器单元3尽管未显示，但包括由用户操作的输入部氧化剂电极供应诸如空气的氧化气体。
更具体地说，在燃料电池系统1正常操作期间，储备在氢气罐32中的氢气通过氢气阀33在调节氢气流速和氢气压力的条件下被供应到燃料电池组31的氢气电极(燃料电极)中。另外，除了供应氢气外，从鼓风机34向燃料电池组31的空气电极供应空气。
在燃料电池系统1起动操作处理期间，鼓风机34向燃烧器35输送空气。在燃料电池系统1正常操作期间，燃烧器35催化燃烧从燃料电池组31的氢气电极中排出的废气中包含的氢气。从氢气罐32到燃烧器35的安插有氢气阀33的系统形成了燃料供应系统。另外，在燃料电池系统1起动操作处理期间，燃烧器35使得通过氢气阀33输送的氢气和从鼓风机34输送的空气彼此反应，从而提供进而被供应到热交换器36上的高压气体。
热交换器36通过气体导管与燃烧器35相连，并且通过冷却剂输送导管与冷却剂泵37相连。在燃料电池系统1起动操作期间，热交换器36在从燃烧器35放出的高压气体和在压力下从冷却剂泵37放出的冷却剂之间实行热交换，热交换的冷却剂通过冷却剂输送导管被输送到调节阀38。
冷却剂泵37供应冷却剂，并且在压力下将冷却剂输送到热交换器36和加热器39中，冷却剂通过燃料电池组1内部的冷却剂流路(未显示)来流动。此处，控制冷却剂泵37的驱动速率，使得在压力下输送的冷却剂流过热交换器36、调节阀38和燃料电池组31来循环，并且使得冷却剂流过加热器39、调节阀38和燃料电池组31来循环。此处，冷却剂泵37、热交换器36、调节阀38和燃料电池组31形成一个循环系统，并且冷却剂泵37、加热器39、调节阀38和燃料电池组31也形成另一个循环系统。
加热器39通过未表示出的起动电源线与切换单元22连接，它由切换单元22来提供电能，从而加热从冷却剂泵37输送的冷却剂，而后加热的冷却剂被输送到调节阀38。
调节阀38用在热交换器36中与高压气体进行热交换的冷却剂，以及由加热器39加热的冷却剂来供应，从而调节各个向燃料电池组31输送的冷却剂流的流速。
此外，燃料电池系统1包括控制充电控制部分11和燃料电池操作部分12的操作的控制器13。
控制器13由储存了各种信息的存储器M和计数时间的计时器TM组成，并且响应来自遥控操纵器单元3的控制信号SR控制充电控制部分11的充电控制器21和切换单元22的操作，以及燃料电池操作部分12的鼓风机34、氢气阀33、热交换器36、调节阀38和加热器39的操作。通过这样做，当预热燃料电池组31来起动时，控制器13执行起动控制操作，以至于在通过使用燃烧器35的燃烧而经热交换器36实行起动操作和通过使用由加热器39产生的热量而实行起动操作之间进行选择，加热器39用作预热装置并且由从外部电源2和电池23中释放的电能来供能。这里，氢气罐32、氢气阀33、鼓风机34、燃烧器35、热交换器36、调节阀38和冷却剂泵37形成一个预热系统，并且电池23、充电控制器21、切换单元22、加热器39、调节阀38和冷却剂泵37也形成另一个预热装置。
燃料电池系统1的起动控制操作
接下来，参照图2来描述由具有上述结构的燃料电池系统1的控制器13执行的起动控制操作的主要流程。另外，当前实施方案的起动控制操作基本上表示在燃料电池系统1起动期间预热燃料电池组31的操作，并且为了简便起见，在当前实施方案中，论述在完成燃料电池组31的预热的同时完成起动。
在收到来自遥控操纵器单元3的涉及起动指令和起动完成时间的控制信号SR时，控制器13开始如图2所示步骤S1之后的处理，起动完成时间是起动操作被完成的时间。特别地，控制器13向装备在控制器13内部来计时的计时器TM设置由遥控操纵器单元3指定的起动完成时间，从而使得步骤S1之后的处理在相对于起动完成时间后溯预定时间间隔(例如几十秒至几分钟)时开始，所述时间间隔是起动操作所需要的。
首先在步骤S1中，进行系统检查，执行检测电池23的SOC并辨别得出SOC是否超过下限阈值的操作，并且执行辨别得出形成充电控制部分11和燃料电池操作部分12的各部分是否正常操作的操作。在辨别燃料电池系统1是正常的情况下，处理进行到步骤S2。另外，如果做出燃料电池系统1不正常的辨别，中止当前操作。
在继续的步骤S2中，控制器13执行起动操作方法选择处理，从而根据起动操作相关的不同条件，例如温度和时间来选择起动燃料电池系统1的方法，并且处理进行到步骤S3。另外，在后面描述所述起动操作方法选择处理的操作内容。
在相继的步骤S3中，控制器13执行步骤S2中选择的起动操作方法，以至于按照起动完成时间，典型地基本上在起动完成时间上来完成燃料电池系统1的起动，并且中止当前操作。另外，如果起动完成时间已经改变并且响应来自遥控操纵器单元3的控制信号SR在控制器13中设定，处理返回至步骤S2并再次执行起动操作方法的选择。此外，在后面描述步骤S3中起动操作的操作内容。
另外，可以具有这样的结构：使得在这种起动控制操作中，通过使用结合在控制器13中的计时器，燃料电池系统1的起动按照用户通常使用该运动物体的预定时间(例如在早晨8点的时间)来完成。
起动操作
接下来，参照图3来描述在上述起动控制操作期间步骤S3中执行的起动操作。
如图3所示，在这种起动操作期间，首先在步骤S11中，控制器13执行完成判断阈值设置处理来设定完成判断的阈值(与燃料电池31状态，例如温度有关的值)，从而判断得出燃料电池系统1的起动是否已经完成，并且处理进行至步骤S12。此处，操作控制器13，响应来自遥控操纵器单元3的控制信号SR按照用户的命令设置用于起动处理的完成判断阈值。另外，在后面描述所述完成判断阈值设置处理的操作内容。
在继续的步骤S12中，控制器13响应来自遥控操纵器单元3的控制信号SR，辨别得出命令内容，例如起动完成时间，即起动操作被完成的时间，是否已经改变，如果判断结果是没有改变，处理进行至步骤S13。也就是说，使用控制器13，在已经做出诸如起动操作被完成时间的命令内容中没有改变的判断后，控制充电控制部分11和燃料电池操作部分12，从而开始燃料电池系统1的起动操作。此处，“诸如起动操作被完成时间的命令内容的改变”典型地意指用户提前或延迟了起动完成时间的改变时间。同时，如果判断出例如起动完成时间的命令内容已经改变了，处理进行至步骤S18。
在相继的步骤S13中，控制器13在于步骤S11中预设的完成判断阈值和燃料电池系统1的当前状态之间进行比较，从而执行判断以得出燃料电池系统1的当前状态是否处于完成判断阈值，同时辨别得出是否有从遥控操纵器单元3发送的控制信号SR形式的用户命令，以至于中断燃料电池系统1的起动。当控制器13辨别得出没有中断燃料电池系统1起动的用户命令，并且燃料电池系统1的当前状态没有发生处于完成判断阈值的条件时，处理进行至步骤S12，从而允许继续燃料电池系统1的起动操作。此外，如果控制器13辨别得出没有中断燃料电池系统1起动的用户命令，并且燃料电池系统1的当前状态处于完成判断阈值时，那么判断出燃料电池系统1的起动操作已经完成，并且处理进行至步骤S14。相反，在存在中断燃料电池系统1起动操作的用户命令下，处理进行至步骤S16。
在随后的步骤S14中，控制器13计数在步骤S13中判断起动完成后消逝的时间，并且监控运动物体各部分的操作，从而监控发现运动物体的驱动是否在预定时间间隔(例如十五分钟)内开始。如果判断出在预定时间间隔内运动物体的驱动已经开始，处理进行至步骤S15，因此设置表示燃料电池系统1的起动操作被正常完成的正常结束标志为“ON”，并且中止所述处理。相反，如果控制器13做出在从判断出起动操作完成后消逝的时间开始预定时间间隔内运动物体的驱动没有开始的判断，处理进行至步骤S16。
另外，优选在起动已经完成后，计数消逝的时间，同时测量或估计燃料电池系统1的温度，并且控制燃料电池系统1的各部分，以至于在需要时执行燃料电池系统1的预热操作。另外，如果有外部电源2并且能够将电能提供给外部电源2，控制器13实施燃料电池组31的正常操作，通过该操作产生电能并且供应给外部电源2。当然，如果用户改变时间来延迟起动完成时间，可以安排使得燃料电池组31直至已经完成起动操作时产生的电能被供应给外部电源2。
此外，在步骤S13中止起动操作的判断之后，或者在步骤S14判断运动物体的驱动没有开始之后的步骤S16中，控制器13控制燃料电池操作部分12，使之执行失败中止操作，并且处理进行至步骤S17。所述失败中止操作使燃料电池31不进行产生电能的操作，举例来说，如果在起动操作期间使用燃烧器35，控制器13监控温度传感器(未显示)的信号，并且证实燃烧器35的温度保持在对燃烧器35等没有妨碍的值下，因此进行控制，从而中断鼓风机34的操作。
在接下来的步骤S17中，在控制器13操作时，将不正常结束标志设置为“ON”并且中断所述处理。
此外，在判断出用户命令请求的命令内容已经被改变的步骤S12之后的步骤S18中，控制器13辨别得出是否需要改变在步骤S2中预设的起动操作方法。此处，“用户命令”意指改变时间来提前或延迟起动完成时间的请求，并且如果控制器13判断出不需要改变起动操作方法，即当只延迟起动完成时间时，处理返回至步骤S11。当处理从步骤S18返回至步骤S11时，控制器13执行处理来根据用户命令实行的改变而改变完成判断阈值。相反，如果在步骤S18中判断出需要改变起动操作方法，处理进行至步骤S19，并且控制器13设置操作改变标志为“ON”，此时处理返回至步骤S2。
完成判断阈值设置处理
接着，参照图4描述在上述起动操作期间步骤S11中执行的完成判断阈值设置处理。另外，在下面完成判断阈值设置处理的描述中，燃料电池系统1的温度被典型地用作完成判断阈值，并且描述冷却剂输送管道中安装了冷却剂传感器(未显示)的情况。另外，响应从遥控操纵器单元3发出的控制信号SR，设置在后面描述的时间阈值。
此处，提供有聚合物膜片的燃料电池组31通常在80℃附近的温度下很可能表现出最大的电能产生能力，但是原则上可以在低于上述值的温度下实施电能的产生。但是，如果燃料电池组31保持在低温下，在氢气和空气之间发生反应活性的降低，并且电能产生的最大量及其效率降低，从而由于氢气和空气之间的反应能量组分，导致热堵塞，该组分不能用于电能产生。
这意味着如果运动物体移动需要的电能小于产生电能的最大量，或者如果电能从电池23供应，从而使运动物体充分运动，那么燃料电池组31可以在低于产生正常额定电能的温度范围的温度下操作。也就是说，为了使燃料电池组31中产生的热量不会通过安装在冷却剂流路中的散热器(未显示)被耗散，冷却剂以旁路通过散热器的方式循环，从而由于自产生的热量能够预热燃料电池组31。因此，在燃料电池系统1的起动期间，可以通过使用在预热后正常操作期间浪费掉的热量来实现预热。
此外，结合下面的情况在后面描述所述完成判断阈值设置处理，该情况下燃料电池系统1被安装在作为运动物体并主要用于日常往返工作的汽车上，而且在燃料电池组31仅被预热至较低温度的条件下开始驱动运动物体，就像载有少量乘客和少量行李的运动物体以行驶方式在平坦的城市道路中行驶的情况一样。运动物体的这种行驶方式被储存在控制器13中，作为行驶必需电能的历史。具体地说，与大约从运动物体行驶开始至燃料电池组31热堵塞实行的预热结束时的时间间隔相关的行驶方式被储存在控制器13中。另外，不用说没有打算限制这种行驶方式。
如图4所示，在所述完成判断阈值设置处理期间，首先在步骤S21中，响应从遥控操纵器单元3发出的控制信号SR，控制器13执行判断，得出起动操作方法是否被用户改变。如果判断出起动操作方法被改变，处理进行至步骤S24，并且如果判断出起动操作方法没有改变，处理进行至步骤S22。
在接下来的步骤S24中，因为用户预料到在开始驱动运动物体后，立即需要增加电能的输出，所以如果控制器13接收到来自遥控操纵器单元3的包含改变起动操作方法命令的控制信号SR，控制器13根据该命令，设置完成判断温度阈值为高温度，并且中止所述处理。
相反，在判断出不改变起动操作方法的步骤S21之后的步骤S22中，检测电池23的SOC。如果发现检测的SOC达到预定值(即30％的值)，处理进行至步骤S23，其中根据已经储存的行驶方式，设置完成判断温度阈值至低温，并且中止所述处理。这是因为：如果需要电能超过在预热过程中，尤其是在没有充分预热燃料电池组31时燃料电池组31产生的电能最大值，从电池23供应所需的电能，并且由燃料电池组31产生的电能自身被充入电池23中。相比之下，如果电池23的SOC没有达到预定值，处理进行至设置完成判断温度阈值为增加值的步骤S24，此时中止所述处理。
起动操作方法选择处理
接下来，参照图5来描述在上述起动控制操作期间，步骤S2中执行的起动操作方法选择处理。
如图5所示，在所述起动操作方法选择处理期间，首先在步骤S31中，控制器13辨别得出是否有外部电源2将电能从外部电源2供应给电池23，并且如果发现了可用性，处理进行至步骤S32，而如果判断出没有发现可用性，处理进行至步骤S33。当发生这种情况时，同时控制器13辨别得出外部电源2和充电控制部分11是否通过电缆2a和连接器而彼此连接。
在下一步骤S32中，控制器13控制充电控制部分21，从而使得从外部电源2输送的电能被充入电池23中，并且处理进行至步骤S33。当发生这种情况时，控制器13使起动控制操作中使用的SOC上限阈值设置为高于在运动物体行驶中使用的SOC上限阈值的值。举例来说，通过这样做，当运动物体已经开始行驶并且热量被积累在燃料电池组31中，甚至在需要供应大于燃料电池组31在保持热量积累在燃料电池组31中的条件下可以产生的最大电能的电能情况中，操作切换单元22，使得可以可靠地从电池23中向运动物体的驱动马达供应电能。
在随后的步骤S33中，控制器13辨别得出从当前时间至起动完成时间的剩余时间(下文以相对于起动完成时间的剩余时间来表示)是否小于预定的第一时间阈值，并且如果判断出相对于起动完成时间的剩余时间不小于所述第一时间阈值，处理进行至步骤S34；而如果判断出相对于起动完成时间的剩余时间小于所述第一时间阈值，处理进行至步骤S35。
在连续步骤S35中，控制器13辨别得出燃料电池系统1的温度，典型地燃料电池组31的温度是否低于第一温度阈值，并且如果判断出相关温度不小于第一时间阈值，处理进行至步骤S34；而如果判断出相关温度低于第一温度阈值，处理进行至步骤S36。当发生这种情况时，如果需要，控制器13可以向遥控操纵器单元3发送起动完成时间和相对于起动完成时间的剩余时间。
在判断出相对于燃料电池系统1的起动完成时间的剩余时间小于第一时间阈值，并且同时燃料电池系统1的温度低于第一温度阈值之后的步骤S36中，控制器13选择起动操作方法，引起燃烧器35产生高温气体，用于和加热器39积累的热量一起加热冷却剂。
相比之下，在判断出相对于燃料电池系统1起动完成时间的剩余时间不小于第一时间阈值之后，控制器13选择其它的起动操作方法来使用加热器39积累的热量加热冷却剂，而不取决于燃烧器35的燃烧。另外，该步骤S34的操作内容在后面描述。
此处，尽管燃料电池组31能够在或多或少低于燃料电池组31能够操作产生额定电能的温度范围的低温下产生电能，但是存在燃料电池系统1的周围低于冰点，并且聚合物电解质膜中包含的湿气被冷冻的情况，这就使燃料电池组31落入不能产生额定电能的状态。在这种情况下，如果试图使用从外部电源2输送的电流容量低于电池23的电能，并且热积累在加热器39中，用来加热冷却剂，可能预热燃料电池组31至预定温度(几十℃)需要一定时间。相反，因为燃烧器35的燃烧表现出显著的热值，所以使用这种燃烧加热用来实行燃料电池组预热的冷却剂可以使预热在短时间内完成。
因此，认为在相对于燃料电池系统1起动完成时间的剩余时间短，并且燃料电池系统1的温度保持在低水平下的情况下适当地选择使用燃料的起动操作方法对于控制器13是适合的。
图6A至6C是说明在所述起动操作方法选择处理中使用的时间-温度范围特征的图。
更具体地说，图6A表示如下情况：在起动操作，例如在从燃料电池组31中释放额定电能之前预热燃料电池组1期间，时间-温度范围A相应于相对燃料电池系统1起动完成时间的剩余时间短于第一时间阈值，并且燃料电池系统1的温度低于第一温度阈值时的状态，并且在时间-温度范围A中，使用燃烧器35的燃烧热来加热冷却剂，而在时间-温度范围A以外的时间温度范围B中，仅使用加热器39中的热来加热冷却剂。
此外，如果发现或者步骤S33中的判断结果，或者步骤S35中的判断结果为“YES”，也就是说，如果相对燃料电池系统1起动完成时间的剩余时间短于预先设定的第一时间阈值，或者燃料电池系统1的温度低于第一温度阈值时，使用燃烧器35的燃烧热来加热冷却剂，并且如图6B所示，分别在两种情况中设置时间阈值和温度阈值，同时加宽使用燃烧器35的燃烧热的时间-温度范围A，使得仅使用加热器39的热量的时间-温度范围B变窄。另外，如图6C所示，试图允许使燃料电池系统1的温度关系以相对于起动完成时间的剩余时间的方式被预先设置，以至于可以确定时间-温度范围，从而连续改变时间阈值和温度阈值之间的关系。
接下来，参照图7的流程图来描述在不使用燃烧器35的燃烧热的情况下控制器13在步骤S34中的工艺顺序。
如图7所示，如果发现步骤S33或步骤S35中的判断为“NO”，也就是说，如果相对于燃料电池系统1起动完成时间的剩余时间不短于预先设定的第一时间阈值，或者燃料电池系统1的温度不低于第一温度阈值时，开始步骤S41中的处理，辨别得出是否可以获得外部电源2用于从外部电源2向预热装置供应电能。如果判断出外部电源2是可获得的，处理进行至步骤S42。相反，如果判断出外部电源2是不可获得的，处理进行至步骤S43。
在判断可获得外部电源2的步骤S41之后的步骤S42中，控制器13选择起动操作方法，其中加热器39使用外部电源2产生热量。
相反，在判断不可获得外部电源2的步骤S41之后的步骤S43中，检测电池23的SOC，使检测的SOC与估计的起动电能比较，并且控制器13辨别得出即便估计的起动电能从电池23取出，残余电能是否也不会降至低于下限阈值的预定的SOC(30％)以下。
也就是说，如果在步骤S43中控制器13判断出残余电能不会降至低于下限阈值的预定的SOC以下，处理进行至步骤S44，选择控制切换单元22，使得加热器39通过使用电池23而产生热量的起动操作方法，并且中止所述处理。
相反，如果在步骤S43中控制器13判断出残余电能降至低于下限阈值的预定的SOC以下，处理进行至步骤S45，选择仅使用燃烧器35的燃烧热来加热冷却剂的起动操作方法，并且中止所述处理。
此外，在图5所示的起动操作方法选择处理中，试图选择如果相对于燃料电池系统1起动完成时间的剩余时间和燃料电池系统1的温度小于各自的阈值，通过使用氢气的燃烧热来开始起动的起动操作方法，因而如果短于第一时间阈值的时间阈值和低于第一温度阈值的温度阈值被确定，并且相关的值降至该缩短的时间阈值和降低的温度阈值以下，即，甚至是如果遥控操纵器单元3请求从低温条件下快速完成起动，执行图7所示的处理来选择起动操作方法。通过这样做，冷却剂可以通过使用加热器39利用外部电源2或电池23而产生的热量，以及氢气燃烧热来加热。
此外，尽管在图7所示的起动操作方法选择处理中，在快速的起动完成需要通过使用电能来加热冷却剂并且结合使用燃烧热来加热冷却剂的情况下，来自外部电源2的电能在使用时优于来自电池23的电能，但是控制器13可以控制切换单元22，使得可以从中输出更大电流的电池23的电能优先于外部电源2的电能而使用。
此处，如果做出使用氢气燃烧热来加热冷却剂的起动操作方法的选择，控制器13控制冷却剂泵37和氢气阀33，从而调节分别用作热介质的冷却剂的流速和氢气的燃料流速。也就是说，控制器13根据相对于燃料电池系统1起动完成时间的剩余时间和燃料电池系统1的温度来控制冷却剂的排放流率和氢气流速，从而燃料电池组31的温度与在相对于起动完成时间的剩余时间是短的情况下完成判断阈值的温度之间的差值越大，氢气的流速和冷却剂的流速应该越大。
另外，尽管为了增加燃烧器35中燃烧的氢气的量，需要从鼓风机34中向燃烧器35供应大量的空气，但是以冷却剂流速FP表达的冷却剂泵37的效率EP随着流速增加至特定的流速而增加，并且取最大值MAX，如图8所示。同时，如图9所示，考虑到以空气压力比PA表示的空气流速，鼓风机34还可能具有鼓风机34的效率EA增加的操作区，如同在鼓风机34的等值效率曲线中表示。鉴于存在效率EA、EP变高的操作区，控制器13将鼓风机34和冷却剂泵37处于高效率的操作区划为最优操作区，并且在这些操作区中可控地驱动这些组件。另外，因为鼓风机34和冷却剂泵37的电能消耗随着空气流速和冷却剂流速的增加而增加，所以在使用外部电源2驱动鼓风机34和冷却剂泵37的操作中，控制器13根据从外部电源2可以获得的电能来调节鼓风机34和冷却剂泵37的效率。
(第二实施方案)
接下来，参照图10至14，详细描述根据本发明第二实施方案的燃料电池系统及其相关方法。
图10是说明当前实施方案的燃料电池系统100的结构、并且表明所述燃料电池系统和外部电源及遥控操纵器单元之间关系的方框图。另外，当前实施方案的燃料电池操作部分120与第一实施方案中的不同，并且鉴于所述差异方面，与第一实施方案中相同的组件部分和操作用相同的参考数字表示，并且其描述以适当简化的形式预定，或者省略。
燃料电池系统100的结构
当前实施方案的燃料电池系统100包括燃料电池组31的燃料电池操作部分120，它具有重整例如汽油的燃料，形成富氢气的重整气体作为燃料气体的重整器45。重整器45的预热基本上按照与结合第一实施方案描述的燃料电池31的相似方式来进行，因此在参照本实施方案特有方面做出的具体解释下，所述重整器45的预热描述被适当简化或者省略。另外，在本实施方案中，为了简便起见，燃料电池31和重整器45被称作电能产生元件。
更具体地说，在燃料电池系统100中，起动模式期间，用在压力下从压缩机41中输送的空气和通过燃料泵43从燃料罐42中抽出的燃料(汽油)供应起动燃烧器44，从而在起动燃烧器44中发生燃料的燃烧，形成高温气体。从起动燃烧器44中将高温气体加到重整器45中，从而预热重整器45。此处，当在燃料电池系统100的起动中，压缩机41和燃料泵43由控制器13控制。另外，燃料罐42、压缩机41和起动燃烧器44形成重整器45的预热装置。
通过重整器45的高温气体通过旁路阀46被输送到燃料电池组31或者废氢气燃烧器47中。当发生这种情况时，旁路阀46根据控制器13的控制被可控地打开或关闭，从而实行控制，使得从重整器45输送的高温气体到达燃料电池组31，或者直接输送到废氢气燃烧器47中。使用输送到燃料电池组31中并通过燃料电池组31内部的高温气体使得燃料电池组31被预热，并且高温气体被输送到氢气燃烧器47中。此处，燃料罐42、燃料泵43、压缩机41和起动燃烧器44、重整器45和旁路阀46形成燃料电池31的预热装置。
此外，在起动期间，用来自空气压缩机41的空气和来自燃料泵43的燃料供应废氢气燃烧器47。在通过旁路阀46或者来自燃料电池组31的高温气体、燃料和空气的存在下，废氢气燃烧器47实行氧化反应(燃烧)。
另外，为了预热燃料电池组31，安排燃料电池系统100，使得冷却剂泵48、燃料电池组31、调节阀49、废氢气燃烧器47和加热器50通过冷却剂输送导管连接，从而形成循环的冷却剂的循环系统。在燃料电池系统100的起动期间，在控制器13的控制下调节冷却剂泵48的排放流速，使得冷却剂以调节的排放流速被输送到燃料电池组31中，并且通过调节阀49，冷却剂被输送到氢气燃烧器47或者加热器50中。另外，随着冷却剂被在废氢气燃烧器47中，或者在加热器50内部的热交换器中加热，并且再次通过冷却剂泵48输送到燃料电池组31中，燃料电池组31被预热。此处，燃料罐42、燃料泵43、压缩机41、废氢气燃烧器47、加热器50、冷却剂泵48和调节阀49形成燃料电池31的预热装置。另外，重整器45也被连接到所述循环系统中，并且用加热的冷却剂加热来预热。
此外，在燃料电池系统100正常操作期间，废氢气燃烧器47使得从燃料电池组31中排出的未消耗的可燃性气体，例如氢气被氧化，形成不活泼的气体，排放到大气中。
在所述燃料电池系统100中，重整器45通过燃料输送管P1连接到燃料泵43上，并且还通过重整气体输送管P2连接到燃料电池组31中。在正常操作期间，重整器45重整来自燃料泵43的燃料，形成富氢气的重整气体，输送到燃料电池组31中。当发生这种情况时，用例如汽油的烃系燃料、水和空气供应重整器45，形成氢气，并且为此，重整器45由实行反应的反应器构成，所述反应由下述用于蒸汽转化反应或部分氢化反应的反应方程式来表达：
此外，在运动物体，例如燃料电池供电的车辆中，很可能使用空气作为部分氧化反应所需的氧气。另外，重整器45可以采取使用实施表现出吸热反应的蒸汽转化反应并结合表现出放热反应的部分氧化反应的反应系统的结构形式。在所述重整器45中的蒸汽转化反应和部分氧化反应中，尽管例如辛烷(C8H16)的烃(CnHm)被用作重整原料，但是包含碳和氢以外其它组分的其它材料，例如甲醇CH3OH也可以用作原料。
此外，蒸汽转化反应和部分氧化反应中形成的CO(一氧化碳)用作在下面方程式中表达的转移反应的原料。
此处，对于不能通过转移反应而完全还原的CO，重整器45可以具有带催化剂的选择性氧化反应器，来选择性氧化CO，以至于为了防止CO不利地影响燃料电池组31内部的高聚物电解质膜，CO被转化成二氧化碳。
由于重整器45的蒸汽转化反应、部分氧化反应、转移反应和选择性氧化反应的能力，根据部分氧化反应、转移反应和选择性氧化反应，在重整器45中发生热积累。也就是说，燃料电池系统100使得空气以降低的流速供应到起动燃烧器44中，从而使所得带有残余可燃性组分的高温气体被输送到重整器45中，并且使得空气被供应到形成重整器45的各个反应器中，从而引起在反应器中发生放热反应，反应的热量被用于预热重整器45的各个反应器。因此，以低于燃料的流速向起动燃烧器44中供应空气，从而使可燃性组分保留在高温气体中的燃烧术语称作“富气燃烧”。在此情况下，重整器45本身起着重整器45的预热装置的双重作用，并且这种预热装置包括前面阶段的组成部分，例如起动燃烧器44。
另外，当实行富气燃烧时，可燃性组分，例如CO可能被包含在从重整器45中排放的用来预热的高温气体中。因为所述CO使燃料电池组31的催化剂中毒，并且可能不利地影响燃料电池的性能，所以当进行富气燃烧时，燃料电池系统100控制旁路阀46将从重整器45排出的气体直接供应到废氢气燃烧器47中，并绕过燃料电池组31。另外，已经绕过燃料电池组31的可燃性气体组分在废氢气燃烧器47中氧化，形成不活泼的气体，接着排放出去。
此外，在此情况下，可以如下构筑：使得来自废氢气燃烧器47中的废气被通过输送管道(未显示)输送到燃料电池组31中，从而用废气预热燃料电池组31。在这种结构中，燃料电池组31的预热装置包括废氢气燃烧器47，其中还包括在前面阶段中的其它组分部分，例如燃料泵43。
此外，起动燃烧器44可允许过量的空气与燃料反应，产生基本上不活泼的高温气体，而几乎没有可燃性组分，从而可以用高温气体预热重整器45。因此，以燃料的方式向起动燃烧器44中供应过量的空气，从而产生不活泼高温气体的燃烧术语称作“贫气燃烧”。在此情况下，重整器45的预热装置包括起动燃烧器44，其中还包括在前面阶段中的其它组分部分，例如燃料泵43。
燃料电池系统100的起动控制操作
接下来，解释按上述方式构建的本实施方案的燃料电池系统100的起动控制操作。
本实施方案起动控制操作的主要流程基本上与上面参照图2至9描述的第一实施方案相似。但是，起动操作方法选择处理和起动操作的细节具有在后面描述的不同方面。另外，本实施方案燃料电池系统100的起动控制操作基本上表示不仅预热燃料电池组31而且预热重整器45的操作，即预热燃料电池系统1的电能产生元件的操作，并且在不仅燃料电池31而且重整器45的预热，即电能产生元件的预热已经完成时，在已经完成起动时做出评价。另外，燃料电池系统100的“预热”基本上意指不仅燃料电池31而且重整器45的预热，即电能产生元件的“预热”。
起动操作中的完成判断阈值设置处理
参照图11的流程图，描述在本实施方案燃料电池系统100起动控制操作期间，起动操作中的完成判断阈值设置处理。
如图11所示，首先在步骤S51中，响应从遥控操纵器单元3发出的控制信号SR，控制器13执行判断，得出用户是否请求选择完成判断温度阈值保持高的起动操作方法的命令，并且如果判断出用户请求这种命令，处理进行至步骤S24，其中设置完成判断温度阈值为高水平，因此中止当前处理。
相反，如果在步骤S51中判断出用户没有请求完成判断温度阈值高的起动操作方法，处理进行至步骤S52，其中控制器13计算运动物体初始行驶阶段所需的必要电能，并且处理进行至步骤S53。在此情况下，控制器13可以根据行驶所需的并已经先前储存的电能历史来计算必要的电能，另外，在行驶路线由导航系统51来设置的情况下，控制器13可以根据考虑到例如高速公路的坡度、路的种类和堵塞状态而对行驶路线的预测来计算必要的电能。
在接下来的步骤S53中，控制器13执行在步骤S52中计算的行驶所需电能和预定电能阈值之间的数值比较，从而辨别得出行驶所需电能是否小于电能阈值。此处，设置电能阈值等于在燃料电池系统100被预热并且可以获得额定电能的情况下而所能输出的电能最大值，或者接近于该值。此处，判断出行驶所需电能小于所述电能阈值，处理进行至降低完成判断温度阈值的步骤S23，并且中止当前处理。另外，在判断出行驶所需电能小于所述电能阈值的情况下，电池23不需要充入大量的电能，因此控制器13可以操作充电控制器21，使得降低从外部电源2充入电池23的电能。
相反，如果判断出行驶所需电能不小于所述电能阈值，处理进行至步骤S22，其中检测电池23的SOC，并且辨别得出所检测的SOC是否达到预定值(即80％的值)，此时如果判断出SOC没有达到预定值，中止当前处理。另一方面，如果判断SOC达到了预定值，处理进行至降低完成判断温度阈值的步骤S23，并且中止当前处理。
在所述操作期间，在没有用户命令的情况下降低完成判断温度阈值的原因是基于考虑到使用来自以小于额定电能的电能输出驱动运动物体时，燃料电池组31和重整器45效率损失的热量可以实现充分的预热。
此外，在电池23的SOC超过预定值时将完成判断温度阈值设置为低水平的原因是基于考虑到在燃料电池系统100没有被充分预热并且不能产生额定电能输出的时间间隔期间，从电池23向各部分供应的行驶电能不足，并且在所述时间间隔，使用自身的热积累能充分预热重整器45和燃料电池组31。
此外，可以想象当用户在步骤S51中要求起动操作方法时，设置完成判断温度阈值为低的值，并且电池23用外部电源2充电的上限阈值被限制为低的值。通过这样做，因为在电池23的充放电中损失很小，所以电池23的输入和输出电能被限制。
起动操作方法选择处理
接下来，主要参照图12的流程图，描述本实施方案起动控制操作期间的起动操作方法选择处理。
如图12所示，在步骤S31和步骤S32之后的步骤S61中，控制器13在相对于燃料电池系统100起动完成时间的剩余时间及燃料电池系统100的温度和参照第一实施方案的图5提出的第一时间阈值和第一温度阈值之间执行各自的比较，并且如果相对于燃料电池系统100起动完成时间的剩余时间及燃料电池系统100的温度都分别不小于所述第一时间阈值和第一温度阈值，处理进行至步骤S34，其中选择起动燃烧器44中没有燃烧的起动操作方法。此处，燃料电池系统100的“温度”分别意指燃料电池组31没有被预热时的燃料电池组31的“温度”，以及重整器45没有被预热时的重整器45的“温度”。
特别是在步骤S34中，如图13所示，在步骤S43判断出电池23的SOC是不足的，即小于预测的起动电能后，在步骤S65中，控制压缩机41和燃料泵43，以至于实现贫气燃烧，从而预热燃料电池系统100。
另外，在步骤S42和步骤S44中，通过上述的起动电力线路，从切换单元22将电能供应给安装在重整器45上的加热器50’，从而直接加热重整器45。
现在转到图12的流程图，在步骤S61中，如果分别发现相对于燃料电池系统100起动完成时间的剩余时间及燃料电池系统100的温度都小于第一时间阈值和第一温度阈值，在继续的步骤S62中，相对于燃料电池系统100起动完成时间的剩余时间及燃料电池系统100的温度分别与短于第一时间阈值的第二时间阈值，以及低于第一温度阈值的第二温度阈值进行比较，并且如果发现两者分别小于第二时间阈值和第二温度阈值，处理进行至步骤S63；如果发现两者分别不小于第二时间阈值和第二温度阈值，处理进行至步骤S64。
在接着的步骤S64中，控制器13控制压缩机41和燃料泵43，使得在起动燃烧器44中发生贫气燃烧，从而从起动燃烧器44排出不活泼的高温气体，通过重整器45、燃料电池组31和废氢气燃烧器47。
同时，在步骤S63中，控制器13控制压缩机41和燃料泵43，使得在起动燃烧器44中发生富气燃烧。另外，可以采用可选的结构：其中，相对于燃料电池系统100起动完成时间的剩余时间及燃料电池系统100的温度分别与短于第二时间阈值的第三时间阈值，以及低于第二温度阈值的第三温度阈值进行比较，从而如果发现两者分别小于第三时间阈值和第三温度阈值，在起动燃烧器44中实现富气燃烧，并且使用加热器50’实施预热，从而使废氢气燃烧器47的催化剂被加热至表现出活性的温度。
此外，使用本实施方案的燃料电池系统100，在第一实施方案参照图3描述的起动操作的步骤S16中的失败中止操作期间，更具体说实施图14所示的步骤。
也就是说，当判断是否继续、中断和完成在第一实施方案参照图3描述的起动操作的步骤S13中的起动操作时，在控制器13的操作下开始本实施方案的失败中止操作，控制器13检测从放置在燃料电池系统100内部或外部，例如在输送导管中的特定物质的浓度传感器中发出的信息，通过输送导管连接燃料电池操作部分120的各部分，并且包括例如输送导管P2，通过该导管重整气体被供应到燃料电池组31中。此处，“特定物质”表示物质的一般名称，这些物质不利地影响人体或燃料电池系统100的催化剂，例如一氧化碳、二氧化碳和氮氧化物，并且它们在控制器13中被预置。另外，在图10中，配置检测特定物质的特定物质浓度传感器S，使之检测从燃料电池组31、重整器45和预热装置中排放出的特定物质，并且所述传感器典型地以内部结合在燃料电池系统100中的方式来表示。
接下来，在图14所示的步骤S71中，根据来自特定物质浓度传感器的信息判断得出特定物质的浓度是否保持在不利地影响目标的预定水平上，并且如果判断出该浓度达到预定水平，在随后的步骤S73中，控制燃料电池操作部分120的各部分，中断起动操作。
相反，如果判断出所述浓度没有达到预定水平，在随后的步骤S72中，执行设置操作中断标志为“ON”的操作，该标志表示在起动完成后的预定时间间隔内没有运动物体的驱动状态。因此，执行步骤S72能够中断由没有运动物体驱动状态引起的起动，从而与特定物质的检测区分开。
另外，在步骤S73之后的步骤S74中，控制器13开始警告操作，其中表示特定物质被检测的控制信号SR被输送到遥控操纵器单元3，并且处理进行至步骤S75。所述警告操作包括在遥控操纵器单元3的显示装置上提供字符或图像显示的操作、通过遥控操纵器单元3的发声装置产生警报声的操作，以及通过遥控操纵器单元3的振动装置引起振动的操作；并且除此之外，还包括给用户提供类似于运动物体发亮或闪光，或者用运动物体的喇叭报警等的警告。为了简便起见，所述提供警告的装置W以结合在遥控操纵器单元3中的方式代表性表示在图10中。
在连续的步骤S75中，控制器13估计或测量遥控操纵器单元3与运动物体的距离，并且处理进行至步骤S76。在这种情况中，控制器13中可以结合GPS(全球定位系统)，并且安排从运动物体中发射多个具有不同强度的波，从而根据遥控操纵器单元3是否响应来进行估计。
在继续的步骤S76中，控制器13根据在步骤S75中获得的运动物体和遥控操纵器单元3之间的距离来改变警告的强度，并且处理进行至步骤S77。也就是说，在遥控操纵器单元3接近运动物体的时，通过加强警报的水平，用户容易注意警报。另外，使用安装在运动物体上检测周围障碍或行人的装置可以使控制器13检测到走近运动物体的人，从而为该人提供这种加强的警报。
在继续的步骤S77中，控制器13再次从特定物质的浓度传感器中获得信息，判断特定物质的浓度是否达到预定水平，并且如果判断出检测的浓度仍保持在预定水平，重复执行步骤S75之后的步骤，然而如果判断出所检测的浓度小于预定的水平，中断步骤S78中的警告，并且中止所述处理。
总结上面详细提出的各个实施方案的结构，首先，如第一实施方案的燃料电池系统所示，因为响应遥控操纵器单元3发出的控制信号SR，在起动完成时间至少完成燃料电池组31的预热，从而可能提供从燃料电池组31获取电流的情况，所以用户能够在远离运动物体的位置预先命令起动完成时间，因而当用户乘坐运动物体时，他能在适当时间完成起动操作。
另外，如第二实施方案的燃料电池系统所示，因为响应遥控操纵器单元3发出的控制信号SR，在起动完成时间完成燃料电池组31和重整器45的预热，从而提供从燃料电池组31获取电流的情况，所以用户能够在远离运动物体的位置预先命令起动完成时间，因而当用户乘坐运动物体时，能够在适当的时间完成起动操作。
此外，在各个实施方案中，因为使用控制器13的计时器，使燃料电池组31和重整器45的起动在用户每次使用运动物体的预定时间完成，所以可以在适合用户的时间完成起动操作。
此外，尤其是在第二实施方案中，由于当相对于起动完成时间的剩余时间短于比第一时间阈值短的第二时间阈值，并且燃料电池组31和重整器45的温度低于比第一温度阈值低的第二温度阈值时，能够实施富气燃烧，然而当相对于起动完成时间的剩余时间长于第二时间阈值，并且燃料电池组31和重整器45的温度高于第二温度阈值时，能够实施贫气燃烧，所以可以改变燃料的燃烧模式。
另外，在各个实施方案中，起动完成时间和/或相对于起动完成时间的剩余时间被传送到遥控操纵器单元3中，相对于起动完成时间的剩余时间被显示在遥控操纵器单元3上，从而能够确定实际起动完成时间。另外，在从遥控操纵器单元3接收到根据显示在遥控操纵器单元3上相对于起动完成时间的剩余时间而需要改变起动完成时间的控制信号时，在所述改变的起动完成时间下完成起动，因此可以在更适合于用户的时间完成起动操作。
另外，在各个实施方案中，使用所述燃料电池系统，因为根据燃料电池组31和重整器45的相关条件选择不同的起动操作方法，可以预热燃料电池组31和重整器45，也就是说，根据运动物体的周围环境，以及燃料电池组31和重整器45的状态，可以选择相对于起动完成时间的剩余时间、燃料电池组31及重整器45的温度和电池23的SOC，以及适当的起动操作方法，从而能够在起动完成时间下可靠地完成起动。
另外，在各个实施方案中，如果相对于起动完成时间的剩余时间短于第一时间阈值，并且燃料电池组31和重整器45的温度低于第一温度阈值，因为使用燃烧器35、起动燃烧器44和废氢气燃烧器47的燃烧热可以执行预热，所以可以在适当的时间完成预热，甚至在由遥控操纵器单元3设置的起动完成时间之前，需要短的时间来快速起动的时候也可以完成预热。
此外，在各个实施方案中，因为根据相对于起动完成时间的剩余时间和燃料电池组31及重整器45的温度，可以调节供应给燃烧器35、起动燃烧器44和废氢气燃烧器47氢气流速，并且可以调节冷却剂的流速，所以在相对于起动完成时间的剩余时间更长时，可以限制冷却剂泵37，48、鼓风机34和压缩机41消耗的电能，从而最小化起动期间的电能消耗。
另外，在各个实施方案中，因为鼓风机34、压缩机41和冷却剂泵37，48在流速小于燃料电池组31和重整器45预热所需的最大气体流速，并保持高效率的操作区中被驱动，所以当相对于起动完成时间的剩余时间长时，可以改善起动操作期间的操作效率。
另外，在各个实施方案中，作为燃料电池组31和重整器45的起动相关条件，判断得到是否能从外部电源2获得电能，以及是否选择不同的预热操作，可以通过在需要时使用外部电源2的电能来选择适当的起动操作方法。
另外，在各个实施方案中，在发现可以获得外部电源2的情况下，因为外部电源2优先电池23供应电能，所以即便在起动完成时间前的预定时间长的情况下，可以避免消耗运动物体的燃料和电池23的电能。
此外，在各个实施方案中，在发现可以获得外部电源2的情况下，因为在预热前从外部电源2放出的电能被充入电池23中，所以可以选择适当的起动操作方法，使用充电控制部分11的电池23。
此外，在各个实施方案中，由于从外部电源2释放的电能被充入电池23中，使预热前电池23的SOC高于运动物体正常行驶条件的SOC，以至于开始驱动运动物体后的充电状态被增加至高于运动物体正常行驶条件下的充电状态，所以甚至就在起动变短之后，燃料电池组31产生电能输出时，也可以从电池23供应电能。
另外，在各个实施方案中，由于电能能够从电池23供应到各部分，从而驱动运动物体，所以可以使用燃料电池组31在没有完全预热的条件下实行的电能产生中所导致的热积累来预热燃料电池组31和重整器45，从而能够高效地实现预热。
另外，在各个实施方案中，如果电池23的SOC高于运动物体正常行驶条件期间出现的SOC，因为改变起动完成判断阈值，其中判断燃料电池组31和重整器45的预热被完成，并且发现实现了起动完成，使得可以在早期判断起动完成，所以通过使用电池23可以满足快速起动的需求。
另外，在各个实施方案中，如果相对于起动完成时间的剩余时间是短的，因为从电池23供应电能，直至电池23具有高于运动物体正常行驶条件期间SOC下限阈值的预定SOC，所以可以满足更快起动完成的需求。
另外，在各个实施方案中，在可以使用外部电源2的情况下，电能从外部电源2供应给加热器39，50来实现预热，因而可以限制氢气的消耗。
此外，在各个实施方案中，在相对于起动完成时间的剩余时间是短的，并且燃料电池组31和重整器45的温度是低的情况下，因为通过使用加热器39，50中的热积累和燃烧热可以实现预热，所以可以满足更快起动完成的需求。
此外，在各个实施方案中，作为涉及燃料电池组31和重整器45起动的条件，判断已经储存的行驶所需电能的历史，以选择不同的起动操作方法，因而如果行驶所需电能对于开始行驶后的预定时间间隔是小的，在燃料电池组31由于不足的预热条件而不能输出额定电能的状态下，开始操作燃料电池组31，使得燃料电池组31的自身热积累被用来预热燃料电池组31，从而能够选择适当起动操作方法来用于高效预热。
另外，在各个实施方案中，因为根据运动物体的行驶路线，就在燃料电池组31和重整器45被预热并且开始起动后，对于预定的时间间隔计算行驶所需电能，并且选择不同的起动操作方法，所以在就行驶路线而言，行驶所需电能是小的情况下，可以在下述条件下开始操作燃料电池组31：其中，燃料电池组31保持在不充分预热条件下，并且不能产生额定电能，以至于燃料电池组31可以通过使用燃料电池组31自身的热积累来预热，因此可以选择适当的起动操作方法来高效预热。
另外，在各个实施方案中，在行驶所需电能小于预定电能阈值的情况下，因为从外部电源2供应给电池23的电能被降低，所以在下述状态下开始操作燃料电池组31：其中燃料电池组31保持在不充分预热的条件下，并且仍保持在不能产生额定电能的条件下，因而通过使用燃料电池组31自身的热积累可以预热燃料电池组31，从而可以选择适当的起动操作方法来高效预热，同时在向电池23充电至较低值时降低SOC上限阈值，以至于限制外部电源2的消耗，从而抑制由电池23充放电引起的电能损失，并阻止电池23降级。
另外，在各个实施方案中，在行驶所需电能小于预定电能阈值的情况下，因为改变起动完成判断阈值，其中判断出完成了燃料电池组31和重整器45的预热被认为起动完成，使得可以在早期判断起动完成，所以可以在更宽的范围下选择起动操作方法，其中使用自身的热积累来实行燃料电池组31的部分预热。
此外，在各个实施方案中，如果在起动完成后没有开始行驶运动物体，或者如果在完成起动前，从遥控操纵器单元3输入控制信号来延迟起动操作时间，因为执行操作来继续燃料电池组31和重整器45的预热，所以可以遵守以下情况：其中延长运动物体的驱动开始程序，并且甚至在起动操作已经完成后，还不开始驱动运动物体。
此外，在各个实施方案中，如果在起动完成后没有开始行驶运动物体，或者如果在完成起动前，从遥控操纵器单元3输入控制信号来延迟起动操作时间，因为燃料电池组31产生的部分电能被供应给外部电源2，所以操作燃料电池组31，使得燃料电池组31和重整器45的温度保持在适当的温度下，同时使电能被有效地使用，例如销售所得的电能。
另外，在各个实施方案中，如果在起动完成后没有开始行驶运动物体，停止燃料电池组31的电能产生，并且限制了电能消耗的浪费。
另外，在各个实施方案中，因为响应从遥控操纵器单元3输送的控制信号，执行控制，命令直接起动操作方法，即便在没有设置行驶路线下，计划在不同于正常路线的行驶路线上行驶，举例来说，也可能在开始行驶后，由于其自身的热积累命令燃料电池组31预热。
另外，如同在第二实施方案中代表性地具体所示，如果检测到特定物质，中断起动操作，因此可以满足检测由于某些原因发生的不利影响燃料电池系统和用户的特定物质的情况。
此外，在此情况下，因为执行操作，驱动运动物体发光，为用户提供可以从外部识别的警告，所以可以为用户提供不接近运动物体周围的警告。
此外，在此情况下，因为表示检测到特定物质的控制控制信号被传送到遥控操纵器单元3，从而提供警告，所以可以给远离运动物体的用户提供警告，从而催促远离运动物体的用户采取适当措施。另外，在这种方式下，因为遥控操纵器单元3提供警告，同时提供检测到特定物质的显示，所以用户可以知晓检测的特定物质，同时能够提供信息，例如特定物质检测水平的下降。另外，在遥控操纵器单元3接收到表示检测到特定物质的控制信号时，驱动振动装置和发声装置提供警告的情况下，即便用户在不能视觉检查的情况下执行遥控操纵器单元3时，也能给用户提供可靠的警告。另外，因为运动物体和遥控操纵器单元3之间的距离变近，并且以增加的强度来加强检测到特定物质的警告，如果用户处于远离运动物体而不会受特定物质不利影响的位置上，警告以低的水平提供，因而当用户靠近运动物体时，可以可靠地给用户提供警告。
顺便提及，当结合运动物体的电源包括燃料电池组31的示例情况，已经描述了上面各个实施方案时，当然要指出本发明并不局限于这种示例情况，并且本发明可以应用于使用以富氢气体作为燃料的内燃机作为电源，并且起动重整系统，重整烃燃料来产生富氢气体的情况。
此外，尽管结合与燃料电池本身分开安装重整器的结构，已经描述了第二实施方案，但是采取使重整器以整体结构结合入燃料电池中，从而迫使这些组分被同时预热的结构形式当然也是可接受的。
另外，尽管结合在包括重整器系统的情况下，使用例如汽油的烃材料作为重整材料的实例，已经描述了第二实施方案，但是当然可以理解本发明并没有局限于所述实例，并且可以应用于从包含氢的化合物，例如十氢萘(C10H18)和硼氢化钠(NaBH4)的化学反应中获得氢气，并且预热至适当预定温度下的系统。
此外，尽管参照本发明系统被应用于用作运动物体的汽车的情况，已经描述了各个实施方案，但是本发明可以应用于两轮车辆、轮船或者飞机，并且应当指出本发明可以应用于使用以富氢气体的燃料供电的内燃机作为辅助电源的情况。
另外，尽管参照加热冷却剂来实现燃料电池组31预热的情况，已经描述了各个实施方案，但是本发明没有局限于这种情况，并且可以采取使用电能通过结合在其中的电加热线来预热燃料电池组31的另一种预热操作。
2002年11月7日申请的日本专利申请TOKUGAN 2002-323765的全部内容引入本文作参考。
尽管参考本发明的特定实施方案，在上面已经描述了本发明，但是本发明并不局限于上述实施方案。根据所述教导，本领域技术人员可以对上述实施方案做出修改和变化。本发明的范围参照下面的权利要求来定义。
工业应用性
如上所述，根据本发明的燃料电池系统，因为响应遥控操纵器单元发出的控制信号，燃料电池的预热至少在起动完成时间处完成，从而提供可以从燃料电池中获得电流的状态，因而用户能够在远离运动物体的位置预先命令起动完成时间，并且预热操作能够优选地在用户进入运动物体时完成，所以本发明具有广泛的应用范围，包括提供有所述燃料电池系统的燃料电池驱动汽车。

Claims (37)

1、一种适于安装在运动物体上的燃料电池系统，所述燃料电池系统包括：
包括向其供应燃料气体和氧化气体以产生电能的燃料电池的电能产生元件；
能够实现电能产生元件预热的预热装置；以及
控制器，响应从外部遥控操纵器单元发送的控制信号的接收，并命令一个起动完成时间，在该时间处通过电能产生元件的预热来完成燃料电池系统的起动，控制预热装置，使得电能产生元件能够按照起动完成时间完成预热。
2、根据权利要求1的燃料电池系统，其中控制器提供有计时器，并且起动完成时间使用计时器来设置。
3、根据权利要求1的燃料电池系统，其中控制器向遥控操纵器单元传送信号，该信号迫使起动完成时间和相对于起动完成时间的剩余时间至少之一显示在遥控操纵器单元上，并控制预热装置，从而响应从遥控操纵器单元发送的改变起动完成时间的控制信号来实现电能产生元件的预热。
4、根据权利要求1的燃料电池系统，其中控制器控制预热装置，从而根据燃料电池系统起动相关的条件来选择多种不同预热操作中的至少一种。
5、根据权利要求4的燃料电池系统，其中控制器分别比较与相对于起动完成时间的剩余时间相关的条件，以及与电能产生元件的温度相关的条件，控制预热装置，从而选择多种预热操作中的至少一种。
6、根据权利要求5的燃料电池系统，其中预热装置提供有燃烧用来驱动运动物体的运动物体燃料并加热热交换介质的燃烧器，将运动物体燃料供应给燃烧器的燃料供应系统，以及使经燃烧器加热的热交换介质循环至电能产生元件的热交换介质循环系统；
并且其中在相对于起动完成时间的剩余时间短于第一时间阈值，并且电能产生元件的温度低于第一温度阈值的情况下，控制器控制燃料供应系统和燃烧器，使得运动物体燃料被燃烧，从而使通过热交换介质循环系统加热的热交换介质被供应给电能产生元件。
7、根据权利要求6的燃料电池系统，其中响应相对于起动完成时间的剩余时间和电能产生元件的温度，控制器控制燃料供应系统来调节供应给燃烧器的运动物体燃料的流速，并且控制热交换介质循环系统来调节供应给电能产生元件的热交换介质的流速。
8、根据权利要求6的燃料电池系统，进一步包含向燃烧器供应包括氧气的含氧气体的含氧气体供应系统，
其中，在相对于起动完成时间的剩余时间短于比第一时间阈值短的第二时间阈值，并且电能产生元件的温度低于比第一温度阈值低的第二温度阈值的情况下，控制器控制含氧气体供应系统，以根据从燃料供应系统供应给燃烧器的运动物体燃料的供应速率，降低含氧气体的供应速率；但是在相对于起动完成时间的剩余时间等于或长于第二时间阈值，并且电能产生元件的温度等于或高于第二温度阈值的情况下，控制器控制含氧气体供应系统，以根据从燃料供应系统供应给燃烧器的运动物体燃料的供应速率，增加含氧气体的供应速率。
9、根据权利要求8的燃料电池系统，其中控制器执行控制，从而考虑从流速获得的操作效率和含氧气体供应系统的含氧气体压力比，操作含氧气体供应系统。
10、根据权利要求4的燃料电池系统，其中预热装置提供有电池和电能切换单元，电能切换单元在从电池向预热装置供应的电能和从外部电源向预热装置供应的电能之间转换，
其中作为燃料电池系统的起动相关的条件，控制器做出是否可以获得从外部电源向预热装置供应电能的外部电源的判断，并控制预热装置，从而选择多种预热操作中的至少一种。
11、根据权利要求10的燃料电池系统，其中在可以获得从外部电源向预热装置供应电能的外部电源的情况中，控制器控制电能切换单元，使得外部电源优先电池来向预热装置供应电能。
12、根据权利要求4的燃料电池系统，其中预热装置提供有电池和电能切换单元，电能切换单元在从电池向预热装置供应的电能和从外部电源向预热装置供应的电能之间转换，
燃料电池系统进一步包含充电控制器，使得在可以获得从外部电源向电池供应电能的外部电源的情况下，允许从外部电源供应的电能对电池充电。
13、根据权利要求12的燃料电池系统，其中控制器通过充电控制器操作，从而使得来自外部电源的电能对电池充电，使得在通过预热装置完成预热之前，电池的充电状态高于运动物体正常行驶条件期间的电池充电状态，并且开始驱动运动物体时的电池充电状态高于运动物体正常行驶条件期间的电池充电状态。
14、根据权利要求13的燃料电池系统，其中在电池的充电状态高于运动物体正常行驶条件期间电池充电状态的情况中，控制器改变起动完成判断阈值至缩短的用于判断燃料电池系统起动完成的时间周期的值，通过该阈值做出判断，从而在完成电能产生元件的预热的同时完成燃料电池系统的起动。
15、根据权利要求10的燃料电池系统，其中在可以获得从外部电源向预热装置供应电能的外部电源、并且相对于起动完成时间的剩余时间等于或长于第一时间阈值的情况中，控制器控制电能切换单元，使得在高于运动物体正常行驶条件期间电池充电状态下限阈值的充电状态范围下，从电池向预热装置供应电能。
16、根据权利要求11的燃料电池系统，其中预热装置提供有使用通过电能切换单元供应的电能加热的加热器，
并且其中在可以获得从外部电源向预热装置供应电能的外部电源的情况下，电能切换单元使得从外部电源供应的电能被供应给加热器。
17、根据权利要求8的燃料电池系统，其中预热装置提供有电池和电能切换单元以及加热器，电能切换单元在从电池向预热装置供应的电能和从外部电源向预热装置供应的电能之间转换，加热器使用通过电能切换单元供应的电能而加热，
并且其中在相对于起动完成时间的剩余时间短于比第二时间阈值短的第三时间阈值，并且电能产生元件的温度低于比第二温度阈值低的第三温度阈值的情况下，控制器控制电能切换单元，使得通过加热器来实行预热，并且控制燃烧器，使得燃烧运动物体燃料来实现预热。
18、根据权利要求4的燃料电池系统，其中在通过电能产生元件的预热而起动之后，控制器储存运动物体的行驶所需电能的历史，并且将所述历史看作与燃料电池系统起动有关的条件，控制预热装置，从而选择多种预热操作中的至少一种。
19、根据权利要求4的燃料电池系统，进一步包含设置运动物体运动路线的运动路线设置部分；
其中，基于将运动路线设置部分设置的运动路线作为与燃料电池系统起动有关的条件，在通过电能产生元件的预热而起动之后，控制器计算运动物体行驶所需电能，并控制预热装置来选择多种预热操作中的至少一种。
20、根据权利要求1的燃料电池系统，进一步包括：
电池；及
充电控制器，它在可以获得从外部电源向预热装置供应电能的外部电源的情况下，使得从外部电源供应的电能被充入电池中，
其中在运动物体行驶所需电能低于预定电能阈值的情况下，控制器通过充电控制器操作，从而降低从外部电源充入电池的电能。
21、根据权利要求1的燃料电池系统，其中在运动物体行驶所需电能低于预定电能阈值的情况下，控制器改变起动完成判断阈值至缩短的用于判断燃料电池系统起动完成的时间周期的值，通过该阈值做出判断，从而在完成电能产生元件的预热的同时完成燃料电池系统的起动。
22、根据权利要求1的燃料电池系统，其中甚至在通过电能产生元件的预热而已经完成燃料电池系统的起动后，在运动物体没有开始行驶的情况下，控制器控制预热装置继续预热电能产生元件。
23、根据权利要求1的燃料电池系统，其中在燃料电池系统的起动完成之前，在控制器被输入来自遥控操纵器单元用以延长起动完成时间的控制信号的情况中，控制器控制预热装置以继续预热电能产生元件。
24、根据权利要求1的燃料电池系统，其中甚至在通过电能产生元件的预热已经完成燃料电池系统的起动后，在运动物体没有开始行驶的情况下，控制器允许从电能产生元件产生的部分电能被供应给外部电源。
25、根据权利要求1的燃料电池系统，其中在燃料电池系统的起动完成之前，在控制器被输入来自遥控操纵器单元用以延长起动完成时间的控制信号的情况中，控制器允许从电能产生元件产生的部分电能被供应给外部电源。
26、根据权利要求1的燃料电池系统，其中甚至在通过电能产生元件的预热已经完成燃料电池系统的起动后，在运动物体没有开始行驶的情况下，控制器中断电能产生元件的电能产生。
27、根据权利要求1的燃料电池系统，其中控制器控制预热装置，该控制响应从遥控操纵器单元发出的控制信号，命令任何一种预热操作，从而在遥控操纵器单元命令的预热操作中实行电能产生元件的预热。
28、根据权利要求1的燃料电池系统，其中在检测到预先设置从燃料电池系统排出的特定物质的情况下，控制器控制预热装置以中断电能产生元件的预热。
29、根据权利要求28的燃料电池系统，其中在检测到特定物质的情况下，控制器提供可以从运动物体外面识别的警告。
30、根据权利要求29的燃料电池系统，其中在检测到特定物质的情况下，控制器向遥控操纵器单元传送表示检测到特定物质的控制信号，使得遥控操纵器单元提供警告。
31、根据权利要求30的燃料电池系统，其中在检测到特定物质的情况下，可以通过遥控操纵器单元使用视觉、触觉和听觉至少一种识别表示检测到特定物质的信息。
32、根据权利要求31的燃料电池系统，其中在检测到特定物质的情况下，控制器驱动发声装置以提供警告。
33、根据权利要求29的燃料电池系统，其中当运动物体和遥控操纵器单元彼此距离更近时，控制器加强警告。
34、根据权利要求1的燃料电池系统，其中电能产生元件包括重整原料以形成燃料气体的重整器。
35、根据权利要求28的燃料电池系统，其中电能产生元件包括重整原料形成燃料气体的重整器，
并且其中，从燃料电池、重整器和预热装置至少一个中排出特定物质。
36、一种适于安装在运动物体上的燃料电池系统，所述燃料电池系统包括：
包括向其供应燃料气体和氧化气体以产生电能的燃料电池的电能产生元件；
能够实现电能产生元件预热的预热装置；以及
控制装置，响应从外部遥控操纵器单元发送的控制信号的接收，命令起动完成命令时间，在该时间处通过电能产生元件的预热来完成燃料电池系统的起动，以控制预热装置，使得电能产生元件按照起动完成时间完成预热。
37、一种控制燃料电池系统的方法，所述燃料电池系统提供有包括向其供应燃料气体和氧化气体以产生电能的燃料电池的电能产生元件和实现电能产生元件预热的预热装置；所述方法包括：
控制预热装置，响应从外部遥控操纵器单元发送的控制信号的接收，命令起动完成命令时间，在该时间处通过电能产生元件的预热来完成燃料电池系统的起动，从而使得电能产生元件按照起动完成时间完成预热。
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