CN1864296A - 燃料电池系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

能量供应(ES)由燃料电池(1)、与燃料电池(1)连接的电力分配器(4)，以及与电力分配器(4)连接的二次电池(7)形成；整个负载组(WL)与电力分配器(4)连接；并且控制器(8)控制电力分配器(4)，通过交替重复将燃料电池(1)中产生的电力(Gm)分配给二次电池(7)和负载组(WL)的充电分配(S61)，以及将燃料电池(1)中产生的电力(Gr)和从二次电池(7)释放的电力(Dp)之和分配给负载组(WL)的放电分配(S71)来预热能量供应(ES)。

Description

燃料电池系统及控制方法

技术领域

本发明涉及一种燃料电池系统及控制方法，具体地说涉及安装在车辆中给包括车辆驱动马达和燃料电池堆外围设备的一组电学负载供电的燃料电池系统，以及其控制方法。

背景技术

日本专利申请特许公开(Laying-Open)9-23991号已经公开了甚至是在低温条件下燃料电池系统的起动中，给包括车辆驱动马达和燃料电池堆外围设备的一组电学负载供应必需电力的车载燃料电池系统的技术。

所述燃料电池系统包括在系统起动中给驱动马达供应电力的电池，允许电池堆的低输出简单地向外围设备和低电流可驱动的小负载供应电力。

发明内容

在低温条件下，电池和电池堆都具有低输出的特性，使得系统趋向于花费长的时间来预热。

正是从这点考虑，发明了本发明。因此，本发明的目标是提供一种允许在低温条件下高效且快速预热的燃料电池系统及其控制方法。

根据本发明的一个方面，燃料电池系统包含能量供应，其包含燃料电池、与燃料电池连接的电力分配器，以及与电力分配器连接的二次电池；与电力分配器连接的负载组(load set)；以及配置成控制电力分配器的控制器，通过交替重复具有在燃料电池中产生并分配给二次电池和负载组的第一电力的第一电力分配，以及具有在燃料电池中产生的第二电力和从二次电池释放的第三电力组合，并且分配给负载组的第二电力分配来预热能量供应。

根据本发明另一方面，提供了一种燃料电池系统的控制方法，其包含含有燃料电池、与燃料电池连接的电力分配器，以及与电力分配器连接的二次电池的能量供应；与电力分配器连接的负载组；所述控制方法包含控制电力分配器，通过交替重复具有燃料电池产生并分配给二次电池和负载组的第一电力的第一电力分配，以及具有燃料电池产生的第二电力和从二次电池释放的第三电力组合，并且分配给负载组的第二电力分配来预热能量供应。

附图说明

当结合附图来阅读时，本发明的上述和其它目标及特征，以及其功能和作用从下面实施本发明的最佳方式中将完全明显。附图中：

图1是根据本发明实施方案的燃料电池系统的示意方框图；

图2是图1燃料电池系统的详细方框图；

图3A是图1燃料电池系统第一预热控制中完全预热循环的流程图；

图3B是第一预热控制中SOC补充循环的流程图；

图4A是图1燃料电池系统第二预热控制中脉动预热循环的流程图；

图4B是脉动预热循环中参数设置过程的流程图；

图5A至5C是脉动预热循环中能量供应工作条件的时间图，其中图5A表示能量供应电池堆中的发电，图5B表示能量供应电池的充/放电，并且图5C表示电池的温度变化。

图6A和6B是发电、可能的充/放电以及电力消耗之间关系的举例说明，其中图6A表示与最大发电相关的关系，并且图6B表示与降低发电相关的关系；以及

图7至11是描述能量供应和相关术语特征的图。

具体实施方式

下面参照附图描述实施本发明的最佳方式。相同的元件由相同的参考符号表示。

(燃料电池系统)

现在参照图1和图2，作为最佳方式来描述根据本发明实施方案的燃料电池系统FS。图1是燃料电池系统FS的方框图，并且图2是同一基本电路的详细框图。

燃料电池系统FS具有燃料电池堆1(图1，2)作为电力供应装置，配置成使用从氢气供应装置2(图1)供应的气态燃料Fg(图1，2)和从空气供应装置3(图1)供应的气态氧化剂Og(图1，2)产生并供应电能。燃料电池系统FS安装在诸如汽车的车辆(未显示)中，并且借助其供电线路SL(图1，2)，燃料电池堆1通常适合于向车辆中整套的相关电学负载WL(图1)供应足够的电力，涵盖系统FS的一组内部负载(下文统称为“内部负载”)IL(图1，2)，以及相对于系统FS的一组外部负载(下文统称为“外部负载”)EL(图1，2)。

内部负载IL用于支持电池堆1的操作，并且为此在本文中有时被称作“辅助设备”。注意一般燃料电池系统燃料电池堆辅助设备的每个元件并不总是为一般系统的内部电负载(即辅助设备≥内部负载)，但是在车载系统FS中内部负载IL确实构成了电池堆1的辅助设备(即辅助设备＝内部负载)。在本实施方案中，辅助设备分成：在燃料电池系统FS的起动中作为较小或相对不变的负载工作的第一种类型(即除了后面描述的空气压缩机15外的内部负载IL，图2)；以及在起动中作为较大或相对可变的负载工作的第二种类型(即空气压缩机15)。

外部负载EL包括有影响的负载(下文中简称“负载”)5(图1，2)，其在本实施方案中指用来驱动车辆的驱动马达(未显示)，但可以另外包括其它，以及一组加热元件(下文中统称“加热器”)6，可以直接或间接加热或预热电池堆1和/或后面描述的电池7(图1，2)。

电池堆1是层状单元电池和电池分隔件作为构件的叠层结构。作为相邻分隔件之间的膜电极组件MEA(图2)形成每个单元电池，并且装配有一对相对的氢和空气电极1a，1b(图2)，放置在电极1a，1b之间的固体高聚物电解质薄膜1e(图2)。

对于发电，用氢气作为燃料Fg供应氢电极，并且用含有氧气的湿空气作为氧化剂Og供应空气电极1b。每个电极1b，1c在需要时通过冷水冷却，冷水作为供应给每个电池分隔件中的冷却剂通道1d(图2)网络的冷却剂Wc(图2)。

对于电池堆1的外部连接，注意到连接每个电极1a或1b(以及任何相关的流路或检测信号导线)，并称作：共用(在并联连接情况中)、末端(在串联连接情况中)，或者代表性(在信号情况中)连接，如图2所示：例如(末端)阳极连接1f，(末端)阴极连接1g，(代表性)温度信号连接1h，(共用)燃料供应连接1p，(共用)空气供应连接1q，(共用)冷却剂供应连接1r，(共用)未使用燃料收集连接1s，(共用)废空气收集连接1t，以及(共用)冷却剂收集连接1u。

如图2所示，氢气供应装置2包括与氢气罐11连接的氢气供应线路L1，线路L1具有氢气压力控制阀12和一组安装在压力控制阀12下游的喷射器13。压力控制阀12具有阀动器14作为开放调节器，其由来自后面所述系统控制器8(图1，2)的一组流体控制命令(下文统称“流体控制命令”或简称“命令”)CTf的相应命令控制。喷射器装置13也可以由流体控制命令CTf控制。

储存在罐11中的高压氢气被作为燃料Fg供应给每个氢电极1a，沿着供应线路L1通过控制其压力的控制阀12，并且通过伴随着借助返回线路L2从氢气收集连接1s返回的未使用氢气的喷射器装置13(图2)。需要时，未使用的燃料收集连接1s可以具有由流体控制命令CTf控制来进行电池堆1氢气净化的放气阀。

如图2所示，空气供应装置3包括与空气压缩机15连接的空气供应线路L3，其适于压缩大气空气以输送压缩空气。所述空气作为氧化剂Og在控制的压力下以控制的流速供应给每个空气电极1b，为此流体控制命令CTf控制压缩机15马达的rpm(每分钟的转数)和转矩。空气收集连接1t具有空气压力控制阀(未显示)，其开放也可以由流体控制命令CTf来控制。

如图2所示，电池堆1装备有冷却剂再循环线路L4来再循环通过电池堆1的冷却剂Wc。再循环线路L4包括冷却剂再循环泵16、带有冷却扇19的散热器18，以及可以操作绕过散热器18的三通阀17。流体控制命令CTf控制开关转换和泵16的输送流及压力，以及阀17的端口选择和扇19的每分钟转数，从而调节冷却剂Wc的温度。

上述四种流体线路L1至L4都与电池堆1相关，并且可以具有它们的线路阀，例如供应干线、电磁关闭阀和安全阀，以及各种线路控制，它们也可以由流体控制命令CTf控制。电池堆1具有其自身的外围设备(包括四种流体线路L1至L4)，它们分别由一组电池堆外围设备控制命令(下文中统称“外围设备控制命令”或简称“命令”)CT1(图2)控制，使得命令CT1命令CTf。

燃料电池系统FS包括以下组合：作为用于电能存储的二次电池或者作为用于电能蓄积的蓄电池的电池7；以及安装在电池堆1供电线路SL中并且完全由来自控制器8的分配器控制命令CT2(图2)控制的电力分配器4(图1，2)。注意电能等于电功率的时间积分。如果电池堆1的电力供应不足以分配，分配器4使电池放电，取出储存的能量。

在控制器8的控制下，配置分配器4和电池7的组合，在某种意义上用作能量泵EP(图1，2)，用来以蓄积的方式泵取能量(或者激发的电子)，允许按线性或非线性数量变化方式进行延迟或时间控制的能量供应。

为了有效地使用，电池7具有I/O(输入/输出)电路或者并-串联转换连接，安装在大量并联连接的电池单元和其一对正极(+)和负极(-)端之间，并且适合由来自控制器8的电池控制命令CT3(图2)控制，从而分别在(+)端和/或在(+)和(-)端之间改变充电/放电电流和/或电压。

分配器4具有大量具有(+)或(-)极性的接线端：例如用来连接电池7的(+)和(-)端、用于共用(-)线的(-)端、用于外部负载EL电力分配的共用(+)线的(+)端，以及用于内部负载IL电力分配的共用(+)线的(+)端。

电力分配器4控制能量流的运输，使得在需要时给内部负载IL(带有流体线路L1至L4的电池堆的外围设备、控制器8、分配器本身、电池的I/O电路或转换连接，如果需要，等)以及外部负载EL(负载5、加热器6等)分配来自电池堆1供应的能量，同时在电池7中储存剩余的能量。分别通过相应的内部负载IL的三个控制命令CT1至CT3，或者一组外部负载控制命令(下文统称“外部负载控制命令”或简称“命令”)CTe(图2)来控制向各个内部或外部负载IL或EL的电力供应。

如图2所示，燃料电池系统FS具有用来检测各个相关组件和流体的电流条件的检测系统：例如电池堆1的工作条件，包括通过阴极连接1g的输出电流、阳极和阴极连接1f，1g之间的输出电压Vo，以及作为电解质薄膜1c的代表性温度Tr的电池堆温度Ts；包括流体线路L1至L4的电池堆外围设备的工作条件；分配器4的工作条件；电池7的工作条件，包括SOC(充电状态)、作为代表性温度的电池温度Tb，以及(如果需要)电池7(+)端的充电/放电电流和/或(+)和(-)端之间的充电/放电电压；以及外部负载EL的工作条件。电池堆温度Ts由冷却剂Wc或环境空气的温度来代表。电池温度Tb也可以由环境空气温度来代表。

检测系统DS具有必需的检测器，如图2所示：例如检测电池堆1的输出电流Io，提供电流Io的检测信号SA的电流检测器20、检测电池堆1的输出电压Vo，提供电压Vo的检测信号SV的电压检测器21、检测电池堆温度Ts，提供代表温度Ts的检测信号ST的温度检测器22；检测电池堆外围设备工作条件的一组检测元件(未显示)，提供代表这些条件的一组电池堆外围设备检测信号(下文中统称“外围设备检测信号”)SG1，其包括检测四条流体线路L1至L4的工作条件的检测元件，提供代表这些条件的流体线路检测信号(下文中统称“流体线路检测信号”)SGf，使得检测信号SG1SGf；检测分配器4工作条件的一组内建检测元件(未显示)，提供代表这些条件的一组分配器检测信号(下文中统称“分配器检测信号”)SG2；检测SOC、电池温度Tb，以及(如果需要)电池7(+)和/或(-)端之间的充电/放电电流和/或电压的电池条件检测器23，提供代表这些条件的电池检测信号SG3；以及检测外部负载EL工作条件的各种检测元件(未显示)，提供代表这些条件的外部负载检测信号SGe。电流Io的检测信号SA和电压Vo的检测信号SV，以及温度Ts的检测信号ST有时在本文中统称为“电池堆检测信号”。

明显地，电池7的I/O电路或转换连接可以从电池7移动到电力分配器4。在此情况下，在分配器控制命令CT2中包含来自控制器8的电池控制命令CT3，并且分配器检测信号SG2取自电池检测信号SG3，并且包含电池7(+)和/或(-)端处或之间的充电/放电电流和/或电压的信息。到此为止，分配器控制命令CT2和电池控制命令CT3在本文中有时统称中为“能量泵控制命令”，并且分配器检测信号SG2和电池检测信号SG3在本文中统称为“能量泵检测信号”。

燃料电池系统FS完全由系统控制器8控制，配置有带有微型计算机的数据处理器、内存、接口等。控制器8具有必需的控制程序、运算表和存储在其内存中的数据，并且进一步在那里存储各个接口数据，包括电池堆检测信号(SA、SV、ST)、外围设备检测信号SG1(包括流体线路检测信号SGf)、EP(能量泵)检测信号(SG2、SG3)，以及外部负载检测信号SGe，并且执行读取程序，处理计算、判定和/或命令所需的数据，提供外围控制命令CT1(包括流体线路控制命令CTf)、EP(能量泵)控制命令(CT2、CT3)和/或外部负载控制命令CTe，从而控制电池堆1中的发电和能量流运输，以及能量泵EP中的能量蓄积均适合于整个负载组WL(即作为辅助设备的内部负载IL和外部负载EL)所需的电力供应。

可以看出用电池堆1的电力供应的能量泵(作为电池7和分配器4的组合)(即EP+1＝1+4+7)组成电能供应ES(图1，2)作为电力供应装置，以能量积累的方式作为电力向整个负载组WL电能。换句话说，在燃料电池系统FS中：能量供应(ES)配置有燃料电池(1)、与燃料电池(1)连接的电力分配器(4)，以及与电力分配器(4)连接的二次电池(7)；电力分配器(4)由控制器(8)控制，用于高效地预热能量供应(ES)，以及将电力分配给整组负载(WL)。注意电池堆1、分配器4和电池7的组合起着电源的作用，但是为了与内在用作电源的电池堆1区分，在本文中被称作“能量供应”ES。

配置系统控制器8用作(内-ES或ES-外)的管理器或控制器来执行(电池检测信号监控)“第一预热控制”，控制电池堆1和电池7组合在燃料电池系统FS起动中被完全预热，以及(电池堆检测信号监控)“第二预热控制”，需要时沿着燃料电池系统FS的起动(或者如果可取，在连续的操作中)，控制电池堆1与电池7一起被充分地预热。注意电池堆检测信号也在第一预热控制中被监控，并且电池检测信号也在第二预热控制被监控。在两次预热控制中，控制器8驱动电池堆1产生电力，作为电池堆自身的热损耗，实现电池堆1高效预热的所需。也控制电池7重复充电和放电循环，作为电池7自身的热损耗，实现电池7高效预热的所需。

为了控制能量供应ES，控制器8提供电池堆外围设备控制命令CT1和EP控制命令CT2+CT3，其组合有时称作等同于IL(内部负载)控制命令的“ES(能量供应)控制命令”(CT1+CT2+CT3)。检测系统DS检测电池堆1与其外围设备，提供电池堆检测信号(SA、SV、ST)和外围设备检测信号SG1，以及能量泵EP，提供EP检测信号SG2+SG3。所有这些(SA、SV、ST、SG1、SG2、SG3)可以统称为“ES(能量供应)检测信号”，它是电池堆检测信号(SA+SV+ST)和IL(内部负载)检测信号(SG1+SG2+SG3)的组合。

(第一预热控制)

现在参照图3A和3B描述燃料电池系统FS的第一预热控制。第一预热控制编程为包括SOC补充循环(步骤S5至S20)的完全预热循环(步骤S1至S22)，重复进行以驱动负载5。图3A表示不包括SOC补充循环的完全预热循环。图3B表示SOC补充循环。

控制器8在收到外部输入的命令(例如来自检测插入操作钥匙的车辆控制器)时起动完全预热循环(S1至S22)，在于后面描述的判定步骤S3(图3A)或者S5(图3B)中进入燃料电池系统FS的正常运行之前起动电池堆1的发电。系统控制器8可以是车辆控制器的一部分。

在步骤S1中，通过计算做出估计，考虑常数或参数函数(例如时间t的函数，其位于完全预热电池堆1和电池7组合的足够长的预定时间间隔tf内)，确定电池堆1的可能发电(下文中称作“可能的发电”)Gp(图3A)。

电池堆1具有根据电池堆温度Ts变化的输出特性，使得随着温度Ts从正常温度范围(＞0℃)降低至产生电力的电解反应具有低活性的低温范围(≤0℃)，输出电压Vo趋向于降低。因此，通过检验存储的实验图表或者可能的发电Gp和电池堆温度Ts之间的关系，或者使用表示电流Io和电压Vo的特性相对电池堆温度Ts的表达式，从检测的电池堆Ts(作为检测信号ST)计算可能的发电Gp。

电池堆温度Ts可以是电池堆1中的典型温度Tr，或者冷却剂Wc的温度。它可以是在发电中断后过了足够时间时的大气或室外空气温度。

在步骤S2中，通过计算做出估计，作为常数或参数函数(例如时间间隔tf内的时间t的函数)，确定来自电池7的可能放电(下文中称作“可能的放电”)Dp(图3A)。

电池7在二次电池反应活性可能不足的低温范围(≤0℃)内具有降低的可能放电Dp。可能的放电Dp也根据SOC而变化。它(Dp)在高的SOC范围内增加，并且随着连续放电，在低的SOC范围内降低。因此，通过检验存储的实验图表或者可能的放电Dp和电池温度Tb与SOC组合之间的关系，或者使用表示其间特性的表达式，从检测的电池温度Tb和检测的SOC(检测信号SG3)的组合计算可能的放电Dp。

在步骤S3中，可能的发电Gp和可能的放电Dp的总和与完全预热循环标准Cfc比较{作为阈值＝Cfc(常数)，或者作为在时间间隔tf内的阈值函数Cfc(参数：例如时间t)，从而判定是否需要完全预热模式(S4至S22)。如果满足标准Cfc，控制流程离开完全预热循环，并开始结束，进入正常运行。否则{即常数Gp+常数Dp＜Cfc(常数)，或者Gp(参数)+Dp(参数)函数(参数)的允许范围}，控制流程行至判定步骤S4，进入完全预热模式(S4至S22)，在那里完全预热电池堆1和电池堆组合，从而满足标准Cfc。

在正常运行中，能量供应ES(即电池堆1+能量泵EP＝1+4+7)具有并适应满足Cfc，从而在任何时候供应整个负载组WL(即内部负载IL+外部负载EL)所需的电力。考虑电力供应开始后时间间隔tf期间所需电力的可能变化，其中例如辅助设备和/或负载5可以具有变化的充电条件需要增加的电力，设置标准Cfc。如果进入正常运行，而不满足Cfc，能量供应ES可能已经遭受缺陷状态的损害，不能在时间间隔tf过后之前供应所需的电力。

在步骤S4中，来自电池检测信号SG3的接口SOC和温度Tb组合与一对SOC补充循环标准Cbs和Cbt{作为阈值＝Cbs(常数)和Cbt(常数)或者在时间间隔tf内，分别作为阈值函数Cbs(参数：例如时间t)和阈值函数Cbt(参数：例如时间t)}比较，判定是否需要SOC补充循环(S5至S10)。如果SOC足够高{即SOC≥Cbs(常数)或者SOC∈Cbs(参数)的允许范围}，或者温度Tb对于电池7不够高{即Tb＜Cbt(常数)或者TbCbt(参数)的允许范围}，从而放出整个负载组WL所必需的等量电力，控制流程行至随后的步骤S11，进入电池预热模式(步骤S11至S22)。否则{即SOC＜Cbs(常数)或者SOCCbs(参数)的允许范围，并且Tb≥Cbt(常数)或者Tb∈Cbt(参数)的允许范围}，控制流程进入SOC补充循环(图3B)，其中其进入判定步骤S5。现在允许电池7充电达到足够的SOC，从而放出整个负载组WL所必需的等量电力，使得满足标准Cbs。

在步骤S5中，来自电池检测信号SG3的接口SOC与标准Cbs比较，判定是否仍需要电池充电模式(步骤S6至S10)。如果满足标准Cbs{即SOC≥Cbs(常数)或者SOC∈Cbs(参数)的允许范围}，控制流程离开SOC补充循环，并且开始结束，进入正常运行。否则{即SOC＜Cbs(常数)或者SOCCbs(参数)的允许范围}，控制流程进入电池充电模式，在那里行至步骤S6。

在步骤S6中，通过计算做出估计，根据读取数据，包括来自电池检测信号SG3的接口温度Tb和SOC确定电池7目前状态可充电力的大小(下文称作“可能的充电”)Cp。这种估计防止了可能导致过充电的对电池7的过度电力供应，以及防止了电池堆1的过度发电，其可能具有不可充电量的能量而作为剩余被浪费。

在随后的步骤S7中，通过计算做出估计，根据来自ES检测信号(SA、SV、ST、SG1至SG3)的接口数据中的相关数据和/或ES控制命令(CT1至CT3)，确定第一种类型辅助设备(即压缩机15以外的IL)的可能的电力消耗W1。举例来说，冷却剂再循环泵16的电力消耗可以从包括冷却剂流命令的电池堆外围设备控制命令CT1中的相关数据来确定。

在随后的步骤S8中，通过计算做出估计，根据来自ES检测信号(SA、SV、ST、SG1至SG3)的接口数据中的相关数据、ES控制命令(CT1至CT3)和/或估计结果(Gp、Dp、Cp、W1)，确定第二种类型辅助设备(即压缩机15)的可能的电力消耗W2。

空气压缩机15输送压缩空气，在控制的压力下以控制的流速供应给电池堆1，作为电池堆1产生所需电力的必需品。在所需发电变化时，压缩空气的压力和流速也变化。

举例来说，基于可能的充电Cp(在步骤S6估计)和电力消耗W1(在步骤S7估计)之和(Cp+W1)，假定在相应条件(流速、压力)供应压缩空气，其确定了压缩机15的操作条件(马达每分钟转数、转矩)，从而允许估计电力消耗W2，估计电池堆1所需的发电。在由上限值定义的范围内估计电池堆1所需的发电，从而避免超过可能的发电Gp(步骤S1)。

可以以别的方式估计压缩机15的电力消耗W2。举例来说，记录系统FS成功起动的历史，包括在SOC补充循环中电池堆1的发电，其中一部分被充入电池7，并且其余的在内部负载IL(＝作为第一种类型和第二种类型组合的辅助设备)中消耗。第二种类型的辅助设备(15)中的电力消耗W2因此被分析，具有增加精确度的发电控制。

还可以使用先前电池充电模式或者SOC补充循环中存储的电力消耗W2值，或者从检测信号SG1的接口数据中计算或扫描电力消耗W2的实际值。注意整个辅助设备中的电力消耗(W1+W2)可以在一步中(S7+S8)估计或读取。

在随后的步骤S9中，通过计算做出估计，确定电池堆1所需的发电G，作为可能的充电Cp(步骤S6)、电力消耗W1(步骤S7)，以及电力消耗W2(步骤S8)之和。然后，通过外围设备控制命令CT1控制电池堆1，维持所需的发电G(＝Cp+W1+W2)。

在随后的步骤S10中，通过EP控制命令(CT2+CT3)控制能量泵EP(＝分配器4+电池7)，使得电池7用估计的电力Cp(可能的充电)充电。注意能量供应ES(＝电池堆1+能量泵EP)可以通过ES控制命令(CT1+CT2+CT3)在一步(S9+S10)中来控制。

重复SOC补充循环(步骤S5至S10)，直至在步骤S5中满足标准Cbs{即SOC≥Cbs(常数)或者SOC∈Cbs(参数)的允许范围}，此时控制流程结束，进入正常运行，因为电池7的SOC现在足够高，从而结合电池堆1为整个负载组WL供应所需的电力。

在判定步骤S4(图3A)中，如果SOC足够高{即SOC≥Cbs(常数)或者SOC∈Cbs(参数)的允许范围}，或者电池温度Tb不够高{即Tb＜Cbt(常数)或者TbCbt(参数)的允许范围}，控制流程如所描述的那样进入电池预热模式(步骤S11至S22)，并在此进入步骤S11。

在所述步骤S11中，当电池7需要在放电模式(步骤S13至S17)或者充电模式(步骤S18至S22)两者之一中预热时，如果SOC高或者温度Tb低，控制器8询问。在高SOC{即SOC≥Cbs(常数)或者SOC∈Cbs(参数)的允许范围}的情况中，控制器8为充电模式选择设置标志‘NO’。在低温度Tb{即Tb＜Cbt(常数)或者TbCbt(参数)的允许范围}的情况中，控制器8为充电模式选择设置标志‘YES’，它可以只是‘NO’标志的反转。

注意对于在电流循环后随后的完全预热循环(S1至S22)中上述‘YES’或‘NO’标志的选择，控制器8可以在步骤S11中简单地检查，在次要判定放电模式和充电模式之间模式改变是否需要或者可取后设置模式改变标志。对于所述判定，可以计算或者综合重复的次数或放电或充电的持续时间，并且与阈值比较；或者将来自电池检测信号SG3的接口数据与存储表校对或者与阈值比较，从而得到随着时间消逝，电池7不能再次放出所需电力或者再次蓄积分配的电力，或者能够蓄积分配的电力或者放出所需电力的结论。

然后，控制流程进行至读取模式选择标志(‘NO’或‘YES’)的判定步骤S12。如果标志为‘NO’，控制流程进入放电模式。否则(‘YES’标志)，控制流程进入充电模式。

在放电模式(S13至S17)中，控制流程顺序进行至步骤S13，通过计算估计来确定来自电池7的可能的放电Dp(类似于步骤S12)、步骤S14，通过计算估计来确定第一种类型的辅助设备的电力消耗W1(类似于步骤S7)，以及步骤S15，通过计算估计来确定第二种类型的辅助设备的电力消耗W2(类似于步骤S8)。注意整个辅助设备的电力消耗(W1+W2)可以在一个步骤(S14+S15)中估计或读取。

在随后的步骤S16中，通过计算做出估计，确定电池堆1所需的发电G，在加热电池堆1之前优先由其自身的热损耗来加热电池7。因此，假定控制能量EP，相对电池堆1产生的电力优先泵取电池7中蓄积的能量，为压缩机15的消耗输送电力。也就是说，在压缩机15消耗的电力中，电流电池条件可以覆盖的那一部分由电池7释放。因为其余的从电池堆1中供应，所以其发电G不得不涵盖电力消耗W2(在压缩机15中)减去可能的放电Dp(来自电池7)，使得G＞W2-Dp。

电池堆1中所需的发电G被估计为上述剩余(W2-Dp)、第一种类型辅助设备的电力消耗W1，以及(如果需要)外部负载EL电力消耗读取数据之和。当可能的放电Dp大于电力消耗W2时，差值(Dp-W2)可以组成所需电力G估计中的减法去部分(subtractor)。电池堆1对其发电具有下限预置值。在此情况下，所需的发电G应该被估计在由下限定义的范围之内。

在电流循环后随后的完全预热循环(S1至S22)中的放电模式(S13至S17)所需发电G的估计中，来自电池检测信号(SG3)和电池堆检测信号(SA、SV、ST)的接口数据中的温度数据(Tb、Ts)可以用来计算电池温度(Tb)升高速率和电池堆温度(Ts)升高速率，并且其结果(Tb-升高、Ts-升高)可以在其之间比较。

在判定前者(Tb-升高)高于后者(Ts-升高)时，来自电池7的可能的放电Dp可能被降低减少量，并且电池堆1所需的发电G可以增加与减少量等量的增量，从而促进加热电池堆1。相反，在判定前者(Tb-升高低于后者(Ts-升高)时，来自电池7的可能的放电Dp可能被增加一个增加量，并且电池堆1所需的发电G可以降低与增加量等量的减少量，从而促进加热电池堆1。

然后，通过外围设备控制命令CT1控制电池堆1，维持所需的发电G(＝W1+W2-Dp+EL的必需能量)。

在随后的步骤S17中，能量泵EP(＝分配器4+电池7)由EP控制命令(CT2+CT3)控制，使得在步骤S16中假定的优先权下，电池7放出估计的电力Dp(可能的放电)。注意能量供应ES(＝电池堆1+能量泵EP)可以由ES控制命令(CT1+CT2+CT3)在一个步骤(S16+S17)中控制。

然后，在必要时，控制流程再次进行至步骤S1，重复完全预热循环(S1至S22)。

在充电模式(S18至S22)中，控制流程顺序进行至步骤S18，通过计算估计来确定对电池7的可能的充电Cp(类似于步骤S6)，步骤S19，通过计算估计来确定在第一种类型的辅助设备下电力的消耗W1(类似于步骤S7)，以及步骤S20，通过计算估计来确定在第二种类型的辅助设备下电力的消耗W2(类似于步骤S8)。

在随后的步骤S21中，通过计算做出估计，确定电池堆1所需的发电G，作为可能的充电Cp(步骤S18)、电力消耗W1(步骤S19)、电力消耗W2(步骤S20)，以及(如果需要)外部负载EL的电力消耗读取数据之和。电池堆1所需的发电G估计在由上限值定义的范围内，从而避免超过可能的发电Gp(步骤S1)。然后，由外围设备控制命令CT1控制电池堆1，维持所需的发电G(＝Cp+W1+W2+EL必需的能量)。

在随后的步骤S22中，能量泵EP(＝分配器4+电池7)由EP控制命令(CT2+CT3)控制，使得电池7用估计的电力Dp(可能的充电)充电。小部分在电池7中蓄积的能量以热量耗散，促进了电池7的预热。注意能量供应ES(＝电池堆1+能量泵EP)可以由ES控制命令(CT1+CT2+CT3)在一个步骤(S21+S22)中控制。

然后，在必要时，控制流程再次进行至步骤S1，重复完全预热循环(S1至S22)。

重复电池预热模式(S11至S22)，直至在步骤S4中均满足标准Cbs和Cbt{即SOC＜Cbs(常数)或者SOCCbs(参数)的允许范围，并且Tb≥Cbt(常数)或者Tb∈Cbt(参数)的允许范围}，从而进入SOC补充循环(S5至S10)。在步骤S11中根据电池条件(SOC、Tb)，更具体地说因为电池温度Tb是逐渐升高的，基本上根据SOC选择什么模式，所述预热模式(S11至S22)作为充电模式(S18至S22)或放电模式(S13至S17)出现。步骤S11中SOC随着充电模式的重复而增加，并且随着放电模式的充满而降低。因此，在低温起动期间，充电模式的顺序和放电模式的顺序被交替选择，使得电池堆1的发电G以脉动方式变化，同图5A至5C中阐述的第二预热控制一样。

在电池预热模式(S11至S22)中，能量泵EP可以向加热器6输送电力，用于高效预热电池堆1和/或电池7。

重复完全预热循环(S1至S22)，直至在步骤S3中满足标准Cfc{即常数Gp+常数Dp≥Cfc(常数)，或者Gp(参数)+Dp(参数)∈函数Cfc(参数)的允许范围，在时间间隔tf内}，从而进入正常运行。

(第一预热控制的影响)

重复能量供应ES的能量蓄积充电模式(S6至S10，或S18至S22)和/或能量释放放电模式(S13至S17)，通过电池堆1和电池7自身的热耗散促进了预热，在进入给负载5供应足够电力的正常运行之前，允许在燃料电池系统FS的起动中高效且快速预热。

随着电池堆1和电池7的预热，来自电池7的释放电力可以供应给加热器6，允许更快且更短时间的预热。

在充电模式中，待估计的发电G被保持在低于可能发电Gp的范围内，低于可能的充电Cp和估计的辅助设备中电力消耗(W1+W2)之和，允许防止过充电并维持了电力平衡。

在放电模式中，当电池堆温度Ts的升高快于电池温度Tb时，待估计的可能放电Dp降低并且待估计的发电G被同等增加，并且当电池温度Tb的升高快于电池堆温度Ts时，可能的放电Dp增加并且发电G被同等降低，允许短时间起动并维持温度升高的平衡。

(第二预热控制)

现在参照图4A和4B、图5A至5C、图6A至6B，以及图7至11，描述燃料电池系统FS的第二预热控制。第二预热控制编程为脉动预热循环(步骤S40及以下)，包括参数设置过程(步骤S30)。

图4A表示整个脉动预热循环，并且图4B表示参数设置过程。图5A至5C表示脉动预热循环中能量供应ES的工作条件(电池堆1的发电G、电池7的充电/放电、电池7的温度Tb)。图6A和6B举例说明了最大或降低发电(Gm，Gr)、可能的充电(Cp)或放电(Dp)，以及辅助设备(IL)的电力消耗(Wi)之间的关系(Gm＝Wi+Cp，Gr＝Wi-Dp)。图7至11描述了能量供应ES的负载和电池特性以及相关的术语，其中图7中描述了电力充电/放电事件；图8是总电力消耗的增加{为G，作为IL消耗Wi(＝W1+W2)和EL消耗We的组合，每种分别用a或b下标，表示正常运行(a)和本发明实施方案(b)}；图9是定义在上限UL和下限LL之间的SOC变化的顺序；图10是作为Cp和Dp之间交叉点的电池7工作点Wp；并且图11是定义在t＝t_M和t＝t_L之间的中断持续时间(t2)内Cp与SOC的关系。注意图7是图5B的详细图，并且图11是图9的详细图。

如图4A所示，脉动预热循环(实线的控制流程)适合于在系统控制器8的控制下中断更大的控制循环(虚线控制流程)，例如FS(燃料电池系统)操作控制循环，使得所述循环的控制流程(虚线)在步骤S40进入该循环(实线)，并且在步骤S47从中退出。

在预热循环中，控制流速首先进行到步骤S41，其中读取来自电池堆温度检测信号ST的接口数据(Ts)作为电池堆温度Ts。

然后，在判定步骤S42，电池堆温度Ts与脉动预热循环标准Cst比较(作为图3A所示的时间间隔tf内的阈值)，判定是否仍然需要脉动预热模式(S43及以下)。注意对于所述判定(S42)，初始(时间t＜图5C中的ta)电池堆温度Ts可以表示电池温度(Tb)。因此可以由检测器为此检测的大气或室外空气温度来代表该电池堆温度(时间ta前的Ts)。

如果满足标准Cst(Ts≥Cst)，控制流程离开预热循环，因为电池堆1和电池7都不需要延长的预热，并且进行至S50，进入正常运行，为整个负载组WL供应所需的电力。否则(即Ts＜Cst)，控制流程进行至随后的判定步骤S43，进入脉动预热模式(S43及以下)，其中电池堆1和电池7以脉动方式(同图5A中的G和图5B中的Cp/Dp一样)被同时预热(同图5C中的Tb1、Tb2和Tb3一样)，使得(随着图5C中时间t通过ta、tb和tc)沿着图5C中的增加温度上升曲线Tb，比沿着表示正常运行的直温度上升曲线Tbc要早得多地满足标准Cst(在时间tc)。

在步骤S43中，如果Fc＝0(假)，检查后面所述的持续时间(t1，t2)计数标志Fc。如果它还是如此(即Fc＝0)，控制流程进入参数(Gm，tr1，tr2)设置过程S30。否则，即如果标志Fc为1(真值)，控制流程进行至另一个判定步骤S44。

在参数设备过程S30中，如图4B所示，控制流程进行至步骤S32，其中读取来自电池检测信号SG3的接口数据(Tb，SOC)，作为代表电池7电流条件的电池温度Tb和SOC的组合(在图5C中时间t＝0、ta、tb或tc时)。

然后，在步骤S33中，基于读取的电池温度Tb和SOC，通过计算做出估计，确定对电池7的可能的充电Cp(假定图6A、7和10-11之间的关系)，或者来自电池7的可能放电Dp(假定图6B、7和10中的关系)。

在随后的步骤S34中，通过计算做出估计，确定起动辅助设备的电力消耗(Wi)，考虑电池堆1产生所需电力的参考值，在步骤S33中简单向电池7按估计实行充电Cp，并且在能量供应ES的低温起动中在预热的电流条件下，为潜在的性能留下正常或工厂可设置的余裕。所述参考值(Wi)可以从在可能的充电Cp和辅助设备中同等参考电力消耗之间存储的数据图中读取。

在随后的步骤S35中，做出附加计算，为参考电力消耗(Wi)提供增加的补偿值Wc，并且估计辅助设备用于起动时的电力消耗Wi，考虑补偿值Wc补偿的值(Wi)(假定图6A、6B和8的关系)。

以在电流预热条件下上述留给潜在性能的余裕的可能缩减为代价，在其决定性的估计之后允许这种补偿。因此，补偿值Wc与余裕的缩减是同等的。注意如果在建立正常运行后，所述余裕的缩减将导致由于热耗散浪费的能量损失。但是在低温起动中，所得电池堆1以及电池7中热耗散的增加有助于进一步促进能量供应ES的预热，如图5C中曲线Tb所述。

在随后的步骤S36中，通过计算做出估计，确定脉动的三个参数(假定图9至11中的关系)：电池堆1中作为最大发电Gm(图6A)的脉冲水平，其等于辅助设备中补偿的电力消耗Wi与对电池7可能的充电Cp之和(Wi+Cp)；作为最大发电Gm的可能输出持续时间t1的脉冲持续时间，其相应于图7中阐述的充电Cp的持续时间t1；以及作为可能输出持续时间t1的必需中断间隔t2的脉冲间隔，其相应于图7中阐述的放电Dp的持续时间t2。在中断间隔t2其间，控制电池堆1具有降低的发电Gr(图6B)，其等于辅助设备中补偿的电力消耗Wi与电池7可能放电Dp之间的差值(Wi-Dp)。因此，如本文中所使用，脉冲中断间隔t2指降低发电的持续时间t2。

现在，控制流程行至判定步骤S44。

在步骤S44中，如图4A所示，在询问控制器8中的时钟计数器和计时器后，做出最大发电Gm的持续时间t1是否时间已到的判定。如果持续时间t1时间已到，控制流程进行至另一个判定步骤S45。否则，即如果t1时间未到，控制流程进行至随后的步骤S60。

在步骤S60中，设置持续时间计数标志Fc，使Fc＝1，这意指最大发电Gm的持续时间t1或降低发电Gr的持续时间t2的计时相对于电流脉冲继续。

在随后的步骤S61中，输出ES控制命令(CT1至CT3)，使得控制能量供应ES，使电池堆1在最大发电Gm下运转，允许连续向电池7充电Cp。然后，控制流程退出电流脉动模式(S47)。

在判定步骤S45中，在询问控制器8中的时钟计数器和计时器后，做出降低发电Gr的持续时间t2是否时间已到的判定。如果持续时间t2时间已到，控制流程进行至随后步骤S46，其中设置持续时间计数标志，使Fc＝0。否则，即除非t2时间已到，控制流程进行至另一步骤S70。

在步骤S70中，设置持续时间计数标志Fc，使Fc＝1。

在随后的步骤S71中，输出ES控制命令(CT1至CT3)，使得控制能量供应ES，使电池堆1在降低发电Gr下运转，允许连续从电池7放电Dp。然后，控制流程退出电流脉动模式(S47)。

(第二预热控制中燃料电池系统的工作条件)

现在参照图5A至5C、图6A和6B，以及图7至11，描述第二预热控制中燃料电池系统FS的工作条件。注意所述描述也适用于第一预热控制。

随着重复第二预热控制(从开始预热的t＝0至开始正常运行的t＝tc)，电池堆1的发电G在以下两种状态之间以脉动方式(如图5A中)变化：持续较短持续时间t1(设置t＝0时为t11，t＝ta时为t12，并且t＝tb时为t13)的最大发电Gm的定期发生(设置t＝0时为初始值Gm1，t＝ta＞0时为增加的值Gm2，并且t＝tb＞ta时仍为增加的值Gm3)；持续较长持续时间t2(设置t＝0时为t21，t＝ta时为t22，并且t＝tb时为t23)的降低发电Gr的插入发生(设置t＝0时为初始值Gr1，t＝ta时为平均值Gr2，并且t＝tb时仍为平均值Gr3)。

在脉动发电G的同时，在以下两种状态之间以脉动方式(图5B)控制电池7的充电/放电操作：充电Cp的定期发生(设置t＝0时为初始值Cp1，t＝ta时为增加的值Cp2，并且在t＝tb时仍为增加的值Cp3)；放电Dp的插入发生(设置t＝0时为初始值Dp1，t＝ta时为增加的值Dp2，并且在t＝tb时仍为增加的值Dp3)，从而电池自身热量的耗散渐近地增加，同样增加温度Tb，如图5C中所述。

考虑图5C中渐近的电池温度升高(沿着具有初始梯度的第一曲线段Tb1，具有增加梯度的第二曲线段Tb2，以及具有逐渐增加的梯度的第三曲线段Tb3)，通过使用逐步变化的补偿值Wc(在t＝ta时从初始值Wc1增加至更大的Wc2，并且在t＝tb时从Wc2增加至再更大的Wc3)，控制图5A中最大发电Gm逐步增加。

如图6A所述，最大发电Gm＝Wi+Cp，并且如图6B所示，降低的发电Gr＝Wi-Dp。

如图7中详述，每个持续时间t1内的能量充入量(高度Cp的阴影区)相应于其后持续时间t2内的能量放出量(深度Dp的空白区)。

考虑到由于氧化剂Og的氧化电解质薄膜1c以及氢气供应装置2组成元件的热损坏，作为所确定的电池堆1的最小发电，辅助设备IL的参考电力消耗(Wi)可以比可能的放电Dp与降低的发电Gr之和(Dp+Gr)小很多。

设置补偿的电力消耗Wi大于参考电力消耗(Wi)，为此控制空气压缩机15增加对电池堆1的空气供应压力(即大于正常运行)，结果压缩机15的电力消耗W2增加。在这方面，假定正常运行代表了直接使用参考电力消耗(Wi)作为辅助设备起动用的电力消耗Wi的情况。

图8中阐述的这种关系，其中与第二预热控制(下标b)的参数G(电池堆的发电)，We(外部负载EL的电力消耗)、Wi(辅助设备或内部负载IL的补偿电力消耗)、W1(第一种类型辅助设备的电力消耗)，以及W2(第二种类型辅助设备，即在此情况中为压缩机15的电力消耗)与那些正常运行(下标a)相关的参数(G、We、Wi、W1、W2)比较，其性能曲线Tbc表示在图5C中。

如图8所示，Web＝Wea，并且W1b＝W1a，但W2b＞W2a。因此，Wib＞Wia，并且Gb＞Ga。换句话说，对于低温起动中的预热，压缩机15的电力消耗W2相对于正常运行增加，从而补偿的电力消耗Wi被设置得更大(与Wc相当)。考虑待平衡的相关流体压力，确定压缩机15电力消耗的增加，从而设置压缩机15的工作条件，对电池堆1的干燥，以及由于氢气电极1a和空气电极1b之间的压力差异而引起的电解质薄膜1c的损坏具有很小的影响。

明显地，第二种类型的辅助设备可能涉及使用三通阀17操作的散热器18的冷却扇19，控制阀门以绕过散热器18，从而增加电力消耗W2。

电池堆1具有用于最大发电Gm的预设操作电压V，并且随着辅助设备电力消耗Wi的增加，电池堆电流增加，从而逐渐促进了电池堆1的热耗散。

如图9所述，电池堆1最大发电Gm的持续时间t1相应于电池7目标SOC所需的时间间隔，其从下限LL上升至上限UL，并且电池堆1降低发电Gr的持续时间t2相应于电池7目标SOC所需的时间间隔，其从上限UL下降至下限LL，因此平衡了电池7的充电Cp和放电Dp(如图7中所示)，并因此控制了电池堆1的发电G。

如图10中所述，配置电池7，随着SOC增加使其具有降低的可能充电Cp和增加的可能放电Dp。因此，如果目标SOC在上限UL和下限LL之间设置为高，可能的充电Cp以及电池堆1的最大发电Gm降低。相反，如果目标SOC设置为低，降低发电Gr的持续时间t2(即目标SOC从上限UL改变至下限LL所需的时间)延长，结果预热时间延长。因此在此实施方案中，目标SOC被设置在工作点Wp的附近，其中可能的充电Cp和放电Dp可以设置为足够高，从而电池堆1的发电G可以有效地增加和降低。

为了使持续时间t1和t2都短，设置目标SOC的上和下限UL和LL具有不过量水平的差异，从而抑制由于降低充电Cp引起的发电G的降低，以及由于降低放电Dp引起的延长持续时间t2造成的预热时间延长。

对于目标SOC下的可能操作，就在第二预热控制开始后调节持续时间t1和t2为SOC。如果就在开始后目标SOC高于SOC，延长持续时间t1增加所述SOC。如果就在开始后目标SOC低于SOC，延长持续时间t2降低所述SOC。

然后，如果可能的放电Dp小于补偿的电力消耗Wi，操作电池7的放电Dp，并且控制电池堆1的发电G不低于作为电力消耗Wi和放电Dp差值的降低发电Gr。如果可能的放电Dp大于补偿的电力消耗Wi，中断电池堆1的发电，或者限制至降低的发电Gr。优先地，这种发电Gr应该由限制电池7的放电来保证。

在持续时间t2过后，电池堆1控制为最大发电Gm。因此，以脉动方式重复电池堆1的发电G，同时自身的热量耗散促进了电池堆1的预热，而电池7重复间歇充电和间歇放电的组合，从而实施其自身预热。

因为对电池7的可能充电Cp随着增加的电池温度Tb而增加，补偿电力消耗Wi按照实现充电Cp对电池堆1发电G的需要而增加。所得发电G的增加另外促进了电池堆1的热耗散。

(第二预热控制的影响)

根据所述的实施方案，通过限制电池7的SOC，抑制了电池堆1的脉动发电G，从而阻止电池7过充电或放电。

在从电池7放电时，保持电池堆1降低的发电Gr大于辅助设备起动的电力消耗Wi与可能的放电Dp之间的差值。如果放电Dp超过电力消耗Wi，中断电池堆1的发电Gr。因此，即便在脉动发电G下，通过限制降低的发电Gr，阻止了电池7的过放电。

在可能放电Dp超过电力消耗Wi的情况中，限制放电Dp，从而允许防止在未负载条件下由于传输通过电池堆1的氧化剂Og氧化引起的电解质薄膜1c的损坏，或者保持电池堆1的发电G超过必需的发电Gr，从而满足氢气再循环安排的需求，同时可能避免电池堆操作的中断，并且可能迅速地转变成高电流密度的发电。

通过提供允许以足够的电力充电Cp和放电Dp的目标SOC，允许电池堆1的发电G位于放大的变化范围内，同时能够抑制电池堆1由于降低可能的充电Cp而引起的最大发电Gm的降低，以及由于降低可能的放电Dp而引起的最大发电Gm的间隔t2的延长，从而使预热能够在较短的时间内完成。

在目标SOC的上限UL时，电池堆1的发电G降低至比电力消耗Wi和可能放电Dp之间的差值(Wi-Dp)更高的范围内。在可能放电Dp超过电力消耗Wi的情况中，操作电池堆1以进行降低的发电Gr，从而允许防止过充电而不会中断电池堆的操作。

在目标SOC的下限LL时，电池堆1的发电G增加至比电力消耗Wi和可能放电Dp之和(Wi+Dp)更低的范围内，从而防止了过放电。

通过目标SOC的上和下限UL和LL限制了电池7的充电和放电，从而促进了电池7在短时间内的预热。

通过使用高于参考电力消耗(Wi)而补偿的电力消耗Wi，电池堆1的最大发电Gm增加至高于正常运行方式，结果发电G增加，增加了电池堆1的热耗散。

空气供应装置2的电力消耗W2增加，使得增加了氧化剂Og对电池堆1的供应压力和流速，结果在辅助设备起动用的补偿电力消耗Wi中增加Wc，其可以用作电池堆1剩余发电的余裕，允许电池堆1更短时间的预热，因此不需要诸如电阻器的额外组件。

还可以增加散热器冷却扇19的电力消耗，结果在补偿电力消耗Wi中增加Wc。

通过在可能放电Dp和相关电池堆1的发电Gr之和(Gr+Dp)以内的补偿，增加了辅助设备起动用的电力消耗(Wi)，允许防止电池7的过放电，而不必考虑由于增加的电力消耗Wi引起的电力短缺。

已经使用具体的术语描述本发明的实施方案时，这种描述是出于举例说明的目的，并且应当理解可以做出改变和变化而不会背离下面权利要求的范围。

工业应用性

本发明允许在低温条件下燃料电池系统的高效且快速预热。

Claims (16)

1、一种燃料电池系统(FS)，其包含：

能量供应(ES)，其包含燃料电池(1)、与燃料电池(1)连接的电力分配器(4)，以及与电力分配器(4)连接的二次电池(7)；

与电力分配器(4)连接的负载组(IL，6)；以及

配置来控制电力分配器(4)通过交替重复以下操作预热能量供应(ES)的控制器(8)：

具有在燃料电池(1)中产生并分配给二次电池(7)和负载组(IL，6)的第一电力(G，Gm)的第一电力分配(S22；SS61)；以及

具有在燃料电池(1)中产生的第二电力(G；Gr)和从二次电池(7)释放的第三电力(Dp；Dp)组合(G+Dp；Gr+Dp)，并且分配给负载组(IL，6)的第二电力分配(S17；S71)。

2、根据权利要求1的燃料电池系统(FS)，其中所述负载组包含用于燃料电池(1)发电的辅助设备(IL)。

3、根据权利要求2的燃料电池系统(FS)，其中配置所述控制器(8)以控制第一电力(G)小于：

燃料电池(1)的可能发电；及

辅助设备(IL)的电力消耗(W1+W2)和对二次电池(7)的可能充电(Cp)之和(W1+W2+Cp)。

4、根据权利要求2的燃料电池系统(FS)，其进一步包含配置来检测燃料电池(1)的第一温度(Ts)和二次电池(7)的第二温度(Tb)的检测系统(DS)，其中配置所述控制器(8)以使：

在第一温度(Ts)的升高速率低于第二温度(Tb)时，第一电力(G)增加；

在第一温度(Ts)的升高速率高于第二温度(Tb)时，第二电力(G)降低且第三电力(Dp)增加。

5、根据权利要求2的燃料电池系统(FS)，其中配置所述控制器(8)，控制第一电力(Gm)在根据二次电池(7)的SOC限定的范围内。

6、根据权利要求2的燃料电池系统(FS)，其中配置所述控制器(8)从而：

使第二电力(Gr)限制在高于第三电力(Dp)和待辅助设备(IL)消耗的第四电力(Wi)之间差值(Wi-Dp)的范围内；及

控制电力分配器(4)，在第三电力(Dp)高于第四电力(Wi)时中断燃料电池(1)的电力供应。

7、根据权利要求6的燃料电池系统(FS)，其中在第三电力(Dp)高于第四电力(Wi)时配置所述控制器(8)以限制第三电力(Dp)。

8、根据权利要求2的燃料电池系统(FS)，其中配置所述控制器(8)以使二次电池(7)的目标SOC对于燃料电池(1)的发电(G)设置为变化更大。

9、根据权利要求8的燃料电池系统(FS)，其中配置所述控制器(8)从而：

控制目标SOC的上限(UL)以使第二电力(Gr)在高于第三电力(Dp)和待辅助设备(IL)消耗的第四电力(Wi)之间差值(Wi-Dp)的范围内降低；并且

在第三电力(Dp)高于第四电力(Wi)时使第二电力(Gr)最小化。

10、根据权利要求8的燃料电池系统(FS)，其中配置所述控制器(8)从而控制目标SOC的下限(LL)以使第一电力(Gm)在低于待辅助设备(IL)消耗的第四电力(Wi)以及二次电池(7)的可能充电(Cp)之和(Wi+Cp)的范围内增加。

11、根据权利要求2的燃料电池系统(FS)，其中配置所述控制器(8)以使辅助设备(IL)消耗的第四电力(Wi)设置为高于燃料电池(1)发电所需的参考消耗(Wi)。

12、根据权利要求11的燃料电池系统(FS)，

其中，所述辅助设备(IL)包含配置来给燃料电池(1)供应氧化剂(Og)的氧化剂供应(3)，及

其中，配置所述控制器(8)，增加氧化剂供应(3)的电力消耗(W2)，用于以增加的压力通过增加的流速供应氧化剂(Og)，从而增加第四电力(Wi)。

13、根据权利要求11的燃料电池系统(FS)，

其中，所述辅助设备(IL)进一步包含冷却系统，配置用于燃料电池(1)的水冷却，带有具有装配了冷却扇(19)的散热器(18)的冷却水管线(L4)，以及绕过散热器(18)的旁路元件(17)，以及

其中，配置所述控制器(8)，操作旁路元件(17)以增加冷却扇(19)的电力消耗(W2)，从而增加第四电力(Wi)。

14、根据权利要求11的燃料电池系统(FS)，其中配置所述控制器(8)，控制第四电力(Wi)在低于第二电力(Gr)和第三电力(Dp)之和(Gr+Dp)的范围内。

15、一种燃料电池系统(FS)，其包含：

能量供应(ES)，其包含燃料电池(1)、与燃料电池(1)连接的电力分配器(4)，以及与电力分配器(4)连接的二次电池(7)；

与电力分配器(4)连接的负载组(IL，6)；以及

控制电力分配器(4)从而通过交替重复以下操作预热能量供应(ES)的控制装置(8)：

具有在燃料电池(1)中产生并分配给二次电池(7)和负载组(IL，6)的第一电力(G，Gm)的第一电力分配(S22；SS61)；以及

具有在燃料电池(1)中产生的第二电力(G；Gr)和从二次电池(7)释放的第三电力(Dp；Dp)组合(G+Dp；Gr+Dp)，并且分配给负载组(IL，6)的第二电力分配(S17；S71)。

16、一种燃料电池系统(FS)的控制方法，所述燃料电池系统(FS)包含含有燃料电池(1)、与燃料电池(1)连接的电力分配器(4)和与电力分配器(4)连接的二次电池(7)的能量供应(ES)，以及与电力分配器(4)连接的负载组(IL)；所述控制方法包含控制电力分配器(4)从而通过交替重复以下操作预热能量供应(ES)：

具有在燃料电池(1)中产生并分配给二次电池(7)和负载组(IL，6)的第一电力(G，Gm)的第一电力分配(S22；SS61)；以及

具有在燃料电池(1)中产生的第二电力(G；Gr)和从二次电池(7)释放的第三电力(Dp；Dp)组合(G+Dp；Gr+Dp)，并且分配给负载组(IL，6)的第二电力分配(S17；S71)。

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