專利名稱：能量輸出設(shè)備以及能量輸出設(shè)備的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能量輸出設(shè)備，該設(shè)備具有包含有燃料電池的多個(gè)能量輸出源并激活該多個(gè)能量輸出源中的至少一個(gè)以輸出能量，以及涉及這種能量輸出設(shè)備的控制方法。
背景技術(shù)：
已知的帶有包括燃料電池的多個(gè)能量輸出源的能量輸出設(shè)備是具有二次電池和燃料電池的供電設(shè)備。在這種供電設(shè)備中，當(dāng)從該供電設(shè)備接受電力供應(yīng)的負(fù)荷處在預(yù)設(shè)的低負(fù)荷狀態(tài)時(shí)，控制過程就停止燃料電池的電能生成，并只從二次電池提供電力。這種控制是根據(jù)燃料電池的特性，因在低負(fù)荷狀態(tài)下燃料電池的整體能量效率要降低。在低負(fù)荷狀態(tài)下停止燃料電池的工作并只激活二次電池的控制方法有望提高電能供應(yīng)設(shè)備的整體效率。
在因低負(fù)荷而臨時(shí)停止燃料電池的電能生成之后，當(dāng)響應(yīng)負(fù)荷的升高而重啟燃料電池的時(shí)候，會(huì)有諸如電能生成響應(yīng)的延遲或單位電池(unit cell)電壓的降低等缺點(diǎn)。例如在高分子電解質(zhì)燃料電池的情況下，這些缺點(diǎn)可以歸因于電能生成過程中在燃料電池的氣流通路中所產(chǎn)生水的冷凝，或者電解質(zhì)膜濕度的部分降低。根據(jù)供電設(shè)備整體效率使燃料電池停止電能生成的控制方法可能因此不能獲得理論上的供電設(shè)備的高效率運(yùn)行。在帶有包含燃料電池的多個(gè)電能輸出源的一般電能輸出設(shè)備中，在預(yù)設(shè)條件下停止燃料電池電能生成的控制中，通常會(huì)出現(xiàn)因燃料電池電能生成的停止而引起的在重啟燃料電池時(shí)的上述缺點(diǎn)的問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是控制燃料電池的停止并因此防止在燃料電池重啟時(shí)在燃料電池中可能引起的問題。
為了至少部分達(dá)到上述和其他有關(guān)的目的，本發(fā)明提供一種第一能量輸出設(shè)備，該設(shè)備具有包含燃料電池的多個(gè)能量輸出源，并激活該多個(gè)能量輸出源的至少一個(gè)以輸出能量。該第一能量輸出設(shè)備包括輸出控制組件，該組件在預(yù)設(shè)的條件下停止燃料電池的電能生成，并激活與包含在所述能量輸出設(shè)備中的燃料電池不同的能量輸出源以輸出能量；判定組件，該組件在所述燃料電池的電能生成期間執(zhí)行判定，該判定用于確定燃料電池的臨時(shí)停止是否導(dǎo)致燃料電池重啟時(shí)的燃料電池的可能性能惡化；以及強(qiáng)制FC操作組件，當(dāng)所述判定組件判定燃料電池的可能性能惡化，則該組件強(qiáng)制燃料電池繼續(xù)電能生成，即使處在所述預(yù)設(shè)的條件之下。
本發(fā)明的第一能量輸出設(shè)備響應(yīng)燃料電池的可能性能惡化的判定，繼續(xù)燃料電池的電能生成。這種安排有效防止或至少限制了燃料電池重啟時(shí)的燃料電池的可能性能惡化。
在本發(fā)明的第一能量輸出設(shè)備中，燃料電池的可能性能惡化可以是燃料電池電流-電壓特性的惡化。繼續(xù)燃料電池的電能生成可望防止或至少限制燃料電池的電流-電壓特性的惡化。
在本發(fā)明的第一能量輸出設(shè)備的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，當(dāng)供應(yīng)給燃料電池的含有電極活性物質(zhì)的氣體中所包含的雜質(zhì)的濃度不低于預(yù)設(shè)水平時(shí)，所述的判定組件判定燃料電池的可能性能惡化。這種安排可望防止或至少限制因含有電極活性物質(zhì)的氣體中雜質(zhì)的升高的濃度引起的燃料電池的電流-電壓特性的惡化。
在本發(fā)明的該優(yōu)選實(shí)施例中，第一能量輸出設(shè)備進(jìn)一步包括氫氣供應(yīng)管道，該管道把所供應(yīng)的氫氣引導(dǎo)至燃料電池正極；以及廢氣循環(huán)管道，該管道把從燃料電池的正極排放的正極廢氣的至少一部分引導(dǎo)至所述的氫氣供應(yīng)管道。當(dāng)包含在被引導(dǎo)至所述氫氣供應(yīng)管道的正極廢氣中的雜質(zhì)的濃度不低于所述預(yù)設(shè)水平時(shí)，所述判定組件判定燃料電池的可能性能惡化。
這種安排可望防止或至少限制因經(jīng)至少部分正極廢氣到正極的循環(huán)的正極廢氣中雜質(zhì)的升高濃度引起的燃料電池的電流-電壓特性的惡化。
這種安排的第一能量輸出設(shè)備，廢氣循環(huán)管道優(yōu)選具有氣體凈化單元，該單元把一部分正極廢氣釋放到所述能量輸出設(shè)備的外部。當(dāng)從用于釋放部分正極廢氣的該氣體凈化單元的最近操作以來所經(jīng)過的時(shí)間在預(yù)設(shè)的參考時(shí)間的范圍之內(nèi)，則所述判定組件判定燃料電池的可能性能惡化。
在氣體凈化單元釋放部分正極廢氣的操作之后的短時(shí)間內(nèi)，氣流通路中氣體凈化單元附近的雜質(zhì)濃度降低，而在氣流通路的其余部分，包括在燃料電池內(nèi)部，雜質(zhì)的濃度依然保持較高水平。因此當(dāng)從氣體凈化單元最近的操作以來所經(jīng)過的時(shí)間段在預(yù)設(shè)的參考時(shí)間范圍之內(nèi)，可預(yù)期供應(yīng)給燃料電池的氣體中雜質(zhì)的高濃度。
本發(fā)明的第一能量輸出設(shè)備可進(jìn)一步包括氫稀釋組件，該組件利用從燃料電池的負(fù)極排放的負(fù)極廢氣來稀釋由該氣體凈化單元釋放的正極廢氣的一部分，并把所稀釋的正極廢氣釋放到所述能量輸出設(shè)備的外部。
這種安排有效防止或至少部分限制了燃料電池重啟時(shí)的較高濃度氫氣的不良排放。當(dāng)從最近的正極廢氣釋放操作以來只經(jīng)過了短時(shí)間，在氫氣稀釋組件中可能有較高濃度的氫氣。燃料電池的停止妨礙利用負(fù)極廢氣稀釋氫氣。在燃料電池重啟時(shí)在氫氣稀釋組件中剩余的較高濃度的氫氣從氫氣稀釋組件中釋放以恢復(fù)負(fù)極廢氣的供應(yīng)。而本發(fā)明的安排可防止或至少限制這種可能的缺點(diǎn)。
在本發(fā)明的第一能量輸出設(shè)備中，當(dāng)燃料電池相對(duì)于輸出電流的輸出電壓不大于相對(duì)于該輸出電流的預(yù)設(shè)參考電壓時(shí)，所述判定組件判定燃料電池的可能性能惡化。這種安排有效防止或至少限制了燃料電池的電流-電壓特性的惡化。
在本發(fā)明的第一能量輸出設(shè)備中，當(dāng)燃料電池的工作溫度不高于預(yù)設(shè)的參考溫度，所述判定組件判定燃料電池的可能性能惡化。這種安排有效防止或至少限制了因燃料電池的溫度降低而引起的燃料電池的可能性能惡化。
本發(fā)明還提供一種第二能量輸出設(shè)備，該設(shè)備具有包括燃料電池的多個(gè)能量輸出源，并且激活該多個(gè)能量輸出源的至少一個(gè)以輸出能量。第二能量輸出設(shè)備包括輸出控制組件，該組件在預(yù)設(shè)的條件下停止燃料電池的電能生成，并激活與包含在所述能量輸出設(shè)備中的燃料電池不同的能量輸出源以輸出能量；判定組件，該組件在所述燃料電池的停止期間執(zhí)行判定，該判定用于確定燃料電池的停止的持續(xù)是否導(dǎo)致燃料電池重啟時(shí)的燃料電池的可能性能惡化；以及強(qiáng)制FC操作組件，當(dāng)所述判定組件判定燃料電池的可能性能惡化，則該組件強(qiáng)制開始燃料電池的電能生成，即使處在所述預(yù)設(shè)的條件之下。
本發(fā)明的第二能量輸出設(shè)備響應(yīng)燃料電池的可能性能惡化的判定立刻開始燃料電池的工作。這種安排有效防止了燃料電池重啟時(shí)的燃料電池的可能性能惡化。
在本發(fā)明的第二能量輸出設(shè)備中，當(dāng)燃料電池的工作溫度不高于預(yù)設(shè)的參考溫度，所述判定組件判定燃料電池的可能性能惡化。這種安排有效防止或至少限制了因燃料電池的溫度降低而引起的燃料電池的可能性能惡化。
本發(fā)明還提供一種能量輸出設(shè)備，該設(shè)備具有包括燃料電池的多個(gè)能量輸出源，并且激活該多個(gè)能量輸出源的至少一個(gè)以輸出能量。第三能量輸出設(shè)備包括輸出控制組件，該組件在預(yù)設(shè)的條件下停止燃料電池的電能生成，并激活與包含在所述能量輸出設(shè)備中的燃料電池不同的能量輸出源以輸出能量；燃料電池輔助裝置，利用燃料電池所生成的電能來工作；判定組件，該組件在燃料電池的電能生成期間檢測(cè)所述燃料電池輔助裝置的工作狀態(tài)，并根據(jù)所檢測(cè)的工作狀態(tài)確定燃料電池輔助裝置是否處于異常過渡狀態(tài)，其為異常性診斷之前的過渡狀態(tài)；以及強(qiáng)制FC操作組件，當(dāng)所述判定組件確定燃料電池輔助裝置處于異常過渡狀態(tài)，則該組件強(qiáng)制繼續(xù)燃料電池的電能生成，即使在所述預(yù)設(shè)的條件之下。
本發(fā)明的第三能量輸出設(shè)備在確定燃料電池輔助裝置處于異常過渡狀態(tài)時(shí)繼續(xù)燃料電池的電能生成。因此持續(xù)地監(jiān)視燃料電池輔助裝置的工作狀態(tài)。這種安排保證了燃料電池輔助裝置中所產(chǎn)生問題和故障的快速檢測(cè)。
在本發(fā)明的第三能量輸出設(shè)備中，所述判定組件還檢測(cè)燃料電池輔助裝置的溫度，并且當(dāng)所檢測(cè)的燃料電池輔助裝置的溫度不低于預(yù)設(shè)的參考溫度時(shí)，確定燃料電池輔助裝置處于異常過渡狀態(tài)。
在繼續(xù)燃料電池的電能生成的時(shí)候，持續(xù)地監(jiān)視燃料電池輔助裝置的溫度升高。這種安排保證了燃料電池輔助裝置中產(chǎn)生的問題和故障的快速檢測(cè)。
本發(fā)明的技術(shù)不限于上述的能量輸出設(shè)備，而可以實(shí)現(xiàn)在各種其他應(yīng)用中，例如能量輸出設(shè)備和帶有安裝在其中作為電源的能量輸出設(shè)備的移動(dòng)體的控制方法。
圖1是示意性地示出本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的電動(dòng)車輛的配置的框圖；圖2是示出對(duì)照燃料電池堆的輸出繪制的燃料電池單元的整體能量效率的變化的圖示；圖3是示出對(duì)照燃料電池堆的輸出電流繪制的輸出電壓和輸出功率的變化的圖示；圖4是示出驅(qū)動(dòng)控制例程的流程圖；圖5是示出包含在用于確定是否激活間歇驅(qū)動(dòng)模式的控制單元中的電路結(jié)構(gòu)的框圖；圖6是性能惡化判定例程的流程圖；以及圖7是異常過渡狀態(tài)處理例程的流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖參考優(yōu)選實(shí)施例詳細(xì)討論本發(fā)明的能量輸出設(shè)備和能量輸出設(shè)備的控制方法。
A.一般系統(tǒng)配置圖1是示出本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的電動(dòng)車輛10的配置的示意框圖。電動(dòng)車輛10包括驅(qū)動(dòng)馬達(dá)33和輔助裝置馬達(dá)34作為消耗電能的負(fù)荷，以及供電設(shè)備15作為對(duì)這些負(fù)荷供應(yīng)電能的電源。供電設(shè)備15通過導(dǎo)線50與這些負(fù)荷連接，這樣電能在供電設(shè)備15和負(fù)荷之間傳送。
供電設(shè)備15包括燃料電池單元20和二次電池30。燃料電池單元20具有燃料電池的堆22，其由大量的單位電池一個(gè)疊一個(gè)地組成(下文中稱燃料電池堆)，作為電能生成的主體。二次電池30經(jīng)由DC-DC變換器32連接到導(dǎo)線50。DC-DC變換器32和燃料電池堆22與導(dǎo)線50串聯(lián)連接。導(dǎo)線50具有開關(guān)52以便把燃料電池堆22連接到導(dǎo)線50和從導(dǎo)線50斷開。
除了燃料電池堆，燃料電池單元20還包括氫氣倉23用于存儲(chǔ)要供應(yīng)給燃料電池堆22的氫氣，以及空氣壓縮機(jī)24用于向燃料電池堆饋送壓縮空氣。在該實(shí)施例中，燃料電池堆22由高分子電解質(zhì)燃料電池構(gòu)成，盡管各種其他燃料電池也可用于燃料電池堆22。
例如，氫氣倉23可以是高壓氫氣倉或用于存儲(chǔ)氫儲(chǔ)合金氫的容器。在氫氣倉23中存儲(chǔ)的氫氣被導(dǎo)向氫氣供應(yīng)管道60，通過設(shè)置在氫氣供應(yīng)管道60中的減壓閥61來減壓，再通過壓力調(diào)節(jié)器62進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)以達(dá)到預(yù)設(shè)的壓力水平，并供應(yīng)給燃料電池堆22的正極。從所述正極排放的正極廢氣通過正極廢氣管道63引導(dǎo)并流到氫氣供應(yīng)管道60。在正極廢氣中剩余的氫氣經(jīng)氣流通路循環(huán)并再次經(jīng)電化學(xué)反應(yīng)。
氫氣泵65設(shè)置在用于正極廢氣循環(huán)的正極廢氣管道63中。從正極廢氣管道63分支出廢氣排放管道64。廢氣排放管道64具有開/關(guān)閥66。在該開/關(guān)閥66的打開位置，部分流經(jīng)正極廢氣管道63的廢氣可經(jīng)由廢氣排放管道64釋放到大氣中。設(shè)置開/關(guān)閥66用于降低正極廢氣中雜質(zhì)的濃度(氮的濃度)，經(jīng)由正極廢氣管道63使其循環(huán)并再次供應(yīng)給燃料電池堆22的正極。在氫氣通過正極廢氣管道63循環(huán)并重新供應(yīng)給燃料電池堆22的時(shí)候，電化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)展逐漸把包含在循環(huán)氫氣中的少量氮集中起來以提高氮的濃度。在燃料電池堆22中從負(fù)極到正極的空氣供應(yīng)中所包含氮?dú)獾目赡苄孤兑蔡岣邭錃庵械臐舛?。在該?shí)施例的電動(dòng)車輛10中，開/關(guān)閥66在預(yù)設(shè)的時(shí)間間隔內(nèi)被設(shè)置在打開位置，以便把部分廢氣釋放到大氣中，并因此抑止向正極供應(yīng)的氫氣中含氮濃度的上升。代替在預(yù)設(shè)的時(shí)間間隔，可以在每當(dāng)燃料電池堆22積累的電能生成達(dá)到了預(yù)設(shè)的量級(jí)的時(shí)候，設(shè)置開/關(guān)閥66在打開位置。
廢氣排放管道64連接到稀釋單元26，稀釋單元26具有比廢氣排放管道64更大的截面積。設(shè)計(jì)稀釋單元26，使得在向大氣釋放正極廢氣之前，可利用負(fù)極廢氣(后面討論)來稀釋包含在正極廢氣中的剩余的氫。
氣液分離器27位于正極廢氣管道63中。隨著電化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)展，在負(fù)極產(chǎn)生水。這些水部分地經(jīng)由電解質(zhì)膜進(jìn)入正極廢氣。氣液分離器27在低溫氣液分離器的內(nèi)壁表面上濃縮在正極廢氣中積累的蒸汽，用于從正極廢氣中去除蒸汽。
空氣壓縮機(jī)24經(jīng)由氧化氣體供應(yīng)管道67向燃料電池堆22饋送作為氧化氣體的壓縮空氣的供應(yīng)。通過帶有過濾器的空氣流量計(jì)28來取得周圍空氣并由空氣壓縮機(jī)24來壓縮。從負(fù)極排放的負(fù)極廢氣通過負(fù)極廢氣管道68來引導(dǎo)并釋放到大氣中。氧化氣體供應(yīng)管道67和負(fù)極廢氣管道68經(jīng)過加濕器組件25。在加濕器組件25中，氧化氣體供應(yīng)管道67的部分管壁與負(fù)極廢氣管道68的部分管壁接觸，并且在接觸面上設(shè)置有可透過蒸汽的膜。該可透過蒸汽的膜把氧化氣體供應(yīng)管道67與負(fù)極廢氣管道68分隔開。這種結(jié)構(gòu)使得可從從負(fù)極廢氣把蒸汽供應(yīng)到壓縮的空氣。負(fù)極廢氣含有通過電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的蒸汽狀態(tài)的水。在壓縮空氣供應(yīng)到負(fù)極之前，加濕器組件25利用含有蒸汽的負(fù)極廢氣對(duì)壓縮空氣進(jìn)行加濕。廢氣分支管道69從負(fù)極廢氣管道68分出。廢氣分支管道69經(jīng)過稀釋單元26并且再次與負(fù)極廢氣管道68結(jié)合。經(jīng)由廢氣排放管道64流入稀釋單元26的正極廢氣在被釋放到大氣之前，利用稀釋單元26中的部分負(fù)極廢氣來混合并稀釋，然后流到負(fù)極廢氣管道68，進(jìn)一步利用剩余的負(fù)極廢氣來稀釋。
燃料電池單元20進(jìn)一步包括冷卻系統(tǒng)40，用來冷卻燃料電池堆22并把燃料電池堆的工作溫度保持在預(yù)設(shè)的水平。冷卻系統(tǒng)40包括冷卻水流通路41、冷卻泵42以及散熱器29。冷卻水流經(jīng)冷卻水流通路41并因此在燃料電池堆22內(nèi)部和散熱器28之間循環(huán)。冷卻泵42用來通過冷卻水流通路41對(duì)冷卻水進(jìn)行循環(huán)。散熱器29具有冷卻風(fēng)扇并對(duì)由燃料電池堆加熱的冷卻水進(jìn)行降溫。溫度傳感器43和44設(shè)置在臨近冷卻水流通路41和燃料電池堆22的接合處，以測(cè)量冷卻水的溫度。根據(jù)溫度傳感器43和44的測(cè)量結(jié)果來調(diào)節(jié)冷卻風(fēng)扇和冷卻泵的工作量，以便調(diào)節(jié)燃料電池堆22的工作溫度。利用燃料電池堆22所產(chǎn)生的電能來工作的這些單元，如空氣壓縮機(jī)24、氫氣泵65、冷卻泵42、散熱器29的冷卻風(fēng)扇、以及在各種氣流通路中設(shè)置的閥門，在下文中都稱作燃料電池輔助裝置。
二次電池30可以是任何各種已知的二次電池，例如，鉛蓄電池、鎳鎘電池、鎳氫電池或鋰電池。如圖1所示，SOC監(jiān)視器31連接到二次電池30以監(jiān)視二次電池30的充電狀態(tài)(SOC)。本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)中，SOC監(jiān)視器31是用來測(cè)量二次電池30充電放電電流和時(shí)間累積的SOC表。SOC監(jiān)視器31可以不采用SOC表而采用電壓傳感器。二次電池30隨著其充電狀態(tài)的下降傾向于降低其電壓。因此電壓的測(cè)量導(dǎo)致二次電池30的充電狀態(tài)的檢測(cè)。
當(dāng)二次電池30的充電狀態(tài)降低到預(yù)設(shè)的量級(jí)或降到預(yù)設(shè)量級(jí)之下，燃料電池堆22開始對(duì)二次電池30充電。在電動(dòng)車輛1O的剎車狀態(tài)(即在車輛行駛期間響應(yīng)駕駛員的剎車踏板的踩踏動(dòng)作)，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)33作為發(fā)電機(jī)來工作以產(chǎn)生電能。二次電池30還由驅(qū)動(dòng)馬達(dá)33所產(chǎn)生的電能來充電。
DC/DC變換器32根據(jù)目標(biāo)輸出電壓的設(shè)定值來調(diào)節(jié)導(dǎo)線50的電壓，并因此調(diào)節(jié)燃料電池堆22的輸出電壓，以便控制從燃料電池堆22的電功率輸出水平。DC/DC變換器32還用作控制二次電池30與導(dǎo)線50連接的開關(guān)。當(dāng)不需要二次電池30的充電或放電時(shí)，就切斷二次電池30和導(dǎo)線50之間的連接。
作為從供電設(shè)備15接收電能供應(yīng)的負(fù)荷之一的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)33是同步馬達(dá)，并具有三相線圈用于形成旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。電能供應(yīng)經(jīng)由驅(qū)動(dòng)逆變器35從供電設(shè)備15提供給驅(qū)動(dòng)馬達(dá)33。驅(qū)動(dòng)逆變器35構(gòu)造成晶體管逆變器，包括多個(gè)晶體管，作為對(duì)應(yīng)于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)33各相位的開關(guān)元件。驅(qū)動(dòng)馬達(dá)33的輸出軸37經(jīng)由減速齒輪38連接到車輛驅(qū)動(dòng)軸39。減速齒輪38調(diào)節(jié)來自驅(qū)動(dòng)馬達(dá)33功率輸出的轉(zhuǎn)速并把該輸出功率傳送到車輛驅(qū)動(dòng)軸39。
在圖1的結(jié)構(gòu)中，輔助裝置馬達(dá)34是接收來自供電設(shè)備15的電能供應(yīng)的另外的負(fù)荷。輔助裝置馬達(dá)34是由上述的多個(gè)輔助裝置的馬達(dá)共同構(gòu)成的，即空氣壓縮機(jī)24、冷卻泵42、氫氣泵65。輔助裝置馬達(dá)經(jīng)由各相應(yīng)的逆變器(在圖1中被共同示為逆變器36)從供電設(shè)備15接收電能供應(yīng)。從供電設(shè)備15接收電能供應(yīng)的輔助裝置還包括其他的燃料電池輔助裝置，如散熱器29的冷卻風(fēng)扇和設(shè)置在各氣流通路中的閥門，以及安裝在電動(dòng)車輛10上的空調(diào)機(jī)和車輛上的各種電氣設(shè)備。在輔助裝置當(dāng)中，具有較低工作電壓的設(shè)備(如設(shè)置在氣流通路中的閥門)經(jīng)由預(yù)設(shè)的降壓式DC/DC變換器(未示出)來接收電能供應(yīng)。
電動(dòng)車輛10還包括控制單元70，其控制電動(dòng)車輛10的各個(gè)組成部分?？刂茊卧?0構(gòu)造成包含微計(jì)算機(jī)的邏輯電路?？刂茊卧?0包括CPU，根據(jù)預(yù)設(shè)的控制程序執(zhí)行各種操作；ROM，存儲(chǔ)控制程序和CPU執(zhí)行各種操作時(shí)所請(qǐng)求的控制數(shù)據(jù)；RAM，可把CPU執(zhí)行各種操作時(shí)所請(qǐng)求的各種數(shù)據(jù)寫入其中或從中讀出；以及輸入輸出端口，用于輸入和輸出各種信號(hào)。控制單元70接收來自包括上述溫度傳感器43和44的各種傳感器的檢測(cè)信號(hào)、來自SOC監(jiān)視器的輸出信號(hào)、以及諸如加速踏板開度(accelerator opening)和車速等車輛駕駛狀態(tài)信息(未示出)?？刂茊卧?0向例如DC/DC變換器32、驅(qū)動(dòng)逆變器35以及包含在燃料電池單元20中的泵和設(shè)置在氣流通路中的閥門等輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
B.使用間歇驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)控制在本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)中，燃料電池單元20主要用于供應(yīng)在通常情況下驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車輛所需要的電功率。在特定條件下，燃料電池單元20的運(yùn)行降低到非期望的能量效率，這樣，該控制過程就停止燃料電池單元20的運(yùn)行(間歇驅(qū)動(dòng)模式)并開始從二次電池30供應(yīng)電能。根據(jù)能量效率的變化，當(dāng)滿足在供電設(shè)備15中設(shè)置間歇驅(qū)動(dòng)模式的各條件中的至少一個(gè)時(shí)，本實(shí)施例的控制過程確定是否要實(shí)際激活間歇驅(qū)動(dòng)模式。本說明書首先討論通常狀態(tài)下的驅(qū)動(dòng)控制和間歇驅(qū)動(dòng)模式下的驅(qū)動(dòng)控制。
調(diào)節(jié)燃料電池堆22和二次電池30的電能生成的水平，以增強(qiáng)供電設(shè)備15的整體效率。圖2是示出對(duì)照燃料電池堆22的輸出而畫出的燃料電池單元20的整體能量效率的圖示。圖2(A)的圖中示出了對(duì)照燃料電池堆22的輸出畫出的燃料電池堆22的效率變化以及燃料電池輔助裝置所需要電能的變化。如圖2(A)中的圖所示，隨著燃料電池堆22輸出的上升，燃料電池堆22的效率逐漸降低。燃料電池輔助裝置所需要的電能，也即為驅(qū)動(dòng)燃料電池輔助裝置所需要的電能，隨著燃料電池堆22輸出的增加而增加。當(dāng)燃料電池堆22的輸出很小的時(shí)候，輔助裝置所需要電能對(duì)燃料電池堆22輸出的比值就非常高。如圖2(B)所示，燃料電池單元20的整體效率，依賴于燃料電池堆22效率和輔助裝置所要求的電能，在低負(fù)荷狀態(tài)下也相應(yīng)的變低，在預(yù)定的燃料電池堆輸出水平上達(dá)到最大，在更高的負(fù)荷狀態(tài)下逐漸降低。
在本實(shí)施例的電動(dòng)車輛10中，作為規(guī)則，在燃料電池單元20的整體效率降低的低負(fù)荷狀態(tài)下，控制過程停止燃料電池堆22的運(yùn)行，因此防止供電設(shè)備15的整體能量效率的降低。在啟動(dòng)燃料電池堆22產(chǎn)生電能的時(shí)候，該控制過程只在燃料電池堆20的整體能量效率很高的預(yù)設(shè)負(fù)荷狀態(tài)下限制從燃料電池堆22輸出的電能供應(yīng)。在更高的負(fù)荷狀態(tài)下，該控制過程從燃料電池堆22和二次電池30兩者接收電能供應(yīng)。
供電設(shè)備15的輸出受二次電池30的充電狀態(tài)(SOC)的影響。當(dāng)二次電池30具有足夠的SOC水平，部分來自二次電池30的輸出可以提高供電設(shè)備15的整體能量效率。另一方面，當(dāng)二次電池30具有不足的SOC水平，則由燃料電池堆22對(duì)二次電池30充電。為了提高供電設(shè)備15的整體能量效率，本實(shí)施例的控制過程根據(jù)負(fù)荷需求(供電設(shè)備電能需求后面討論)和二次電池30的SOC來設(shè)置燃料電池堆22和二次電池30的目標(biāo)電能生成水平，并以圖(功率分布圖)的形式把該目標(biāo)電能生成水平存儲(chǔ)在控制單元70中。
在下文的說明中，在相對(duì)低負(fù)荷需求的條件下停止燃料電池堆22的電能生成并把電能供應(yīng)限制到來自二次電池30的輸出的驅(qū)動(dòng)模式稱作“間歇驅(qū)動(dòng)模式”。啟動(dòng)燃料電池堆22以產(chǎn)生電能的驅(qū)動(dòng)模式稱作“FC驅(qū)動(dòng)模式”。
在間歇驅(qū)動(dòng)模式下，燃料電池輔助裝置停止工作，并且切斷對(duì)燃料電池堆22的氫氣和空氣供應(yīng)。開關(guān)52被設(shè)置在斷開位置以把燃料電池堆22與導(dǎo)線50斷開。
在FC驅(qū)動(dòng)模式下，從燃料電池堆22和二次電池30輸出的電能生成的水平根據(jù)DC/DC變換器32的輸出電壓來調(diào)節(jié)。圖3是示出對(duì)照燃料電池堆的輸出電流畫出的燃料電池堆22的輸出電壓和輸出功率的變化的圖示。如圖3所示，把目標(biāo)電功率PFC設(shè)定為燃料電池堆22的輸出，由此自動(dòng)確定燃料電池堆22的輸出電流IFC的量。根據(jù)燃料電池堆22的輸出特性，輸出電流IFC的確定導(dǎo)致燃料電池堆22的輸出電壓VFC的設(shè)定。在FC驅(qū)動(dòng)模式下，控制單元70通過參照功率分布圖把目標(biāo)電功率設(shè)置成從燃料電池堆22的輸出，并把作為目標(biāo)電壓的輸出電壓VFC的設(shè)定值傳給DC/DC變換器32。該控制過程根據(jù)負(fù)荷需要驅(qū)動(dòng)燃料電池輔助裝置以保證氫氣和空氣的供應(yīng)滿足燃料電池堆22的目標(biāo)電能生成水平，并向逆變器35輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)。這樣，從燃料電池堆22和二次電池30向各個(gè)負(fù)荷提供期望水平的電功率。
圖4是示出由電動(dòng)車輛10中的控制單元70執(zhí)行的驅(qū)動(dòng)控制例程的流程圖。在電動(dòng)車輛行駛期間反復(fù)執(zhí)行該驅(qū)動(dòng)例程。
當(dāng)驅(qū)動(dòng)控制例程啟動(dòng)，控制單元70首先接收有關(guān)車速和加速踏板開度的信息(步驟S100)，然后依次地根據(jù)輸入的加速踏板開度和車速計(jì)算驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的功率需求PMreq(馬達(dá)功率需求PMreq)(步驟S110)，和計(jì)算供電設(shè)備15的功率需求Preq(供電設(shè)備功率需求Preq)(步驟S120)。供電設(shè)備功率需求Preq是馬達(dá)功率需求PMreq和其他負(fù)荷(包括燃料電池輔助裝置和安裝在車輛10上的空調(diào)等)功率需求的總和，并表示要從供電設(shè)備15輸出的總體電功率。
在計(jì)算了供電設(shè)備功率需求Preq之后，控制單元70從SOC監(jiān)視器讀取二次電池30的SOC(步驟S130)并參照功率分布圖根據(jù)輸入的SOC和所計(jì)算的供電設(shè)備功率需求Preq來設(shè)置要從燃料電池堆22和二次電池30輸出的目標(biāo)功率產(chǎn)生水平(功率分布)(步驟S140)。然后控制單元70確定在步驟S140的功率分布的設(shè)定值是否對(duì)應(yīng)間歇驅(qū)動(dòng)模式(步驟S150)。當(dāng)功率分布設(shè)定值對(duì)應(yīng)于間歇驅(qū)動(dòng)模式，控制單元70執(zhí)行將在后面討論的性能惡化判定例程(步驟S160)并從該驅(qū)動(dòng)控制例程中退出。另一方面，當(dāng)功率分布的設(shè)定值對(duì)應(yīng)于FC驅(qū)動(dòng)模式，在退出該驅(qū)動(dòng)控制例程之前，控制單元70向電動(dòng)車輛的各組成部分輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)用于FC驅(qū)動(dòng)模式下的控制，以獲得在步驟S140的功率分布設(shè)定值(步驟S170)。該具體的過程驅(qū)動(dòng)燃料電池單元20和DC/DC變換器32，以保證參照功率分布圖從燃料電池堆22和二次電池30輸出對(duì)應(yīng)目標(biāo)功率產(chǎn)生水平設(shè)定值的電功率，同時(shí)根據(jù)供電設(shè)備功率需求Preq驅(qū)動(dòng)逆變器35和36以及其他有關(guān)負(fù)荷與燃料電池輔助裝置的元件。
C.禁止間歇驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)控制在本實(shí)施例的電動(dòng)車輛10中，當(dāng)步驟S140的功率分布的設(shè)定值對(duì)應(yīng)于間歇驅(qū)動(dòng)模式，該控制過程根據(jù)性能惡化判定的結(jié)果確定是否要實(shí)際激活間歇驅(qū)動(dòng)模式。圖5是示出包含在控制單元70中用于確定是否要激活間歇驅(qū)動(dòng)模式的電路結(jié)構(gòu)的框圖。如圖5所示，控制單元70包括輸出控制組件76、判定組件74、以及強(qiáng)制FC操作組件76。圖6的流程圖示出了當(dāng)在圖4的驅(qū)動(dòng)控制例程中的步驟S150確定功率分布的設(shè)定值對(duì)應(yīng)于間歇驅(qū)動(dòng)模式的時(shí)候，由控制單元70在步驟S160執(zhí)行的性能惡化判定例程。響應(yīng)功率分布設(shè)定值對(duì)應(yīng)于間歇驅(qū)動(dòng)模式的確定，把在步驟S150的確定結(jié)果和在步驟S140的功率分布設(shè)定值傳送到控制單元70的輸出控制組件72，同時(shí)在步驟S160執(zhí)行性能惡化判定例程。
當(dāng)性能惡化判定例程啟動(dòng)，控制單元70首先輸入和性能惡化判定有關(guān)的信息(步驟S200)。然后，控制單元70的判定組件74根據(jù)輸入的與性能惡化判定有關(guān)的信息來確定是否滿足至少一個(gè)性能惡化判定條件(步驟S210)。
當(dāng)燃料電池堆22目前按FC驅(qū)動(dòng)模式驅(qū)動(dòng)，性能惡化判定條件表示這樣的條件，其中選擇間歇控制模式來臨時(shí)停止燃料電池單元20操作會(huì)引起在重啟燃料電池單元時(shí)的燃料電池堆22的性能惡化。另一方面，當(dāng)燃料電池堆22目前不是按電能生成來驅(qū)動(dòng)，則性能惡化判定條件是這樣的條件，其中燃料電池單元20的當(dāng)前停止的持續(xù)可能引起在重啟燃料電池單元20時(shí)的燃料電池堆22的性能惡化。
這里首先討論在FC驅(qū)動(dòng)模式下燃料電池堆22操作期間的性能惡化判定條件。有關(guān)性能惡化判定的信息例如包括在提供給燃料電池堆22正極的氣體中包含的氮?dú)獾臐舛?、燃料電池?2的輸出電壓、燃料電池堆22的每個(gè)單位電池的電壓、以及燃料電池堆22的工作溫度。
在提供給燃料電池堆22正極的氣體中包含的氮?dú)鉂舛壬叩臈l件下，燃料電池單元20的臨時(shí)停止可能在重啟燃料電池單元20時(shí)降低燃料電池堆22的電能生成效率，并使燃料電池堆22的輸出特性惡化(即表示輸出電壓對(duì)照輸出電流變化的電流-電壓特性)。在本實(shí)施例中，在提供給正極的氣體中所包含氮?dú)獾纳叩臐舛认鄳?yīng)地設(shè)置成性能惡化判定條件之一。
包含在正極供應(yīng)氣體中的氮?dú)獾臐舛瓤梢詮拈_/關(guān)閥66的閥門最近的打開操作之后所經(jīng)過的時(shí)間來估算，或從開/關(guān)閥66最近的閥門打開操作之后燃料電池堆22中積累的電能生成來估算。本實(shí)施例的控制過程持續(xù)地測(cè)量所經(jīng)過的時(shí)間以及電能生成的積累?？刂茊卧?0在步驟S200相應(yīng)地參照的所經(jīng)過時(shí)間和電能生成積累的測(cè)量值來估算包含在正極供應(yīng)氣體中的氮?dú)鉂舛龋⑶耶?dāng)估算的氮?dú)鉂舛瘸^了預(yù)設(shè)的參考水平的時(shí)候，在步驟S210確定滿足一個(gè)性能惡化判定條件。但是，氮?dú)鉂舛鹊墓浪悴皇潜夭豢缮俚??？梢院?jiǎn)單地根據(jù)開/關(guān)閥66的最近的閥門打開操作之后所經(jīng)過的時(shí)間來確定滿足一個(gè)性能惡化條件。該控制過程事先設(shè)置氮?dú)夥e累參考時(shí)間，這是用于估算正極供應(yīng)氣體中包含的氮?dú)獾纳邼舛鹊膮⒖紩r(shí)間。當(dāng)開/關(guān)閥66最近的閥門打開操作之后所經(jīng)過的時(shí)間超過了氮?dú)夥e累參考時(shí)間，則確定滿足了一個(gè)性能惡化判定條件。在另外的例子中，當(dāng)開/關(guān)閥66的最近的閥門打開操作之后燃料電池堆22中電能生成的積累超過了用于估算正極供應(yīng)氣體中包含的氮?dú)鉂舛鹊念A(yù)設(shè)參考水平，則該控制過程可以確定滿足了一個(gè)性能惡化判定條件。
在又另外的例子中，當(dāng)開/關(guān)閥66最近的閥門打開操作之后所經(jīng)過的時(shí)間在靠近閥門打開參考時(shí)間的范圍內(nèi)，這比氮?dú)夥e累參考時(shí)間短很多，則該控制過程可以確定滿足了一個(gè)性能惡化判定條件。響應(yīng)于開/關(guān)閥66的閥門打開操作，在正極廢氣管道63中開/關(guān)閥66附近的氮?dú)鉂舛燃眲〗档?，而在燃料電池?2的內(nèi)部和氣流通路的其他區(qū)域依然保持相對(duì)高的氮?dú)鉂舛?。在開/關(guān)閥66的閥門打開操作之后需要經(jīng)過特定的時(shí)間段使氣流通路中氮?dú)鉂舛茸兊镁鶆?，并把整個(gè)氣流通路中的氮?dú)鉂舛冉档米銐虻?。所述的靠近閥門打開參考時(shí)間相應(yīng)地設(shè)置成在開/關(guān)閥66的閥門打開操作之后為把整個(gè)氣流通路中的氮?dú)鉂舛冉档米銐虻投枰乃鰰r(shí)間段。當(dāng)開/關(guān)閥66最近的閥門打開操作之后所經(jīng)過的時(shí)間在靠近閥門打開參考時(shí)間的范圍內(nèi)，則確定滿足了一個(gè)性能惡化判定條件。
當(dāng)開/關(guān)閥66最近的閥門打開操作之后所經(jīng)過的時(shí)間在靠近閥門打開參考時(shí)間的范圍內(nèi)，引起另外的問題，即在稀釋單元26中氫氣依然保持相對(duì)高的濃度，這不同于正極供應(yīng)氣體中高氮?dú)鉂舛鹊牟焕闆r。燃料電池單元20的停止也停止了空氣壓縮機(jī)24的工作并切斷了對(duì)稀釋單元26的負(fù)極廢氣的供應(yīng)。在開/關(guān)閥66的閥門打開操作之后緊接著臨時(shí)停止燃料電池單元20，當(dāng)重啟燃料電池單元20時(shí)，空氣壓縮機(jī)24恢復(fù)工作，這可能引起相對(duì)高濃度的氫氣從稀釋單元26排放到大氣中。除了因正極供應(yīng)氣體中高濃度氮?dú)舛赡芤鸬娜剂想姵囟?2電能生成性能的惡化之外，在開/關(guān)閥66最近的閥門打開操作之后所經(jīng)過的非常短的時(shí)間(在緊鄰閥門貸款參考時(shí)間的范圍內(nèi))相應(yīng)地會(huì)導(dǎo)致相對(duì)高濃度氫氣的不良排放。
當(dāng)燃料電池堆22的電解質(zhì)膜的水分不足或者當(dāng)凝結(jié)的水在燃料電池堆22的氣流通路中積存影響了氣流的通暢，燃料電池堆22的輸出電壓以及構(gòu)成燃料電池堆22的各個(gè)單位電池中任何一個(gè)的電壓可能會(huì)降低。在電解質(zhì)膜水分不足的情況下或在氣流通路中凝結(jié)的水積存的情況下，燃料電池單元20的臨時(shí)停止可能在重啟燃料電池單元20時(shí)降低燃料電池堆22的電能生成效率，并使電流-電壓特性惡化。在該實(shí)施例中，燃料電池單元20的降低的輸出電壓以及構(gòu)成燃料電池堆22的各個(gè)單位電池中任何一個(gè)的降低的電壓相應(yīng)地被設(shè)置成性能惡化判定條件。
本實(shí)施例的供電設(shè)備15包括用于測(cè)量燃料電池堆22的輸出電流的電流表、用于測(cè)量燃料電池堆22的輸出電壓(導(dǎo)線50的電壓)的電壓表、以及用于測(cè)量構(gòu)成燃料電池堆22的各個(gè)單位電池電壓的單位電池電壓表(未示出)。在圖6的性能惡化判定例程中的步驟S200，控制單元70輸入來自電流表、電壓表以及各單位電池電壓表的檢測(cè)信號(hào)。當(dāng)相對(duì)于輸出電流的輸出電壓低于預(yù)設(shè)的參考水平，控制單元70在步驟S210確定滿足了一個(gè)性能惡化判定條件。所述預(yù)設(shè)參考水平是為了持續(xù)電能生成能夠允許的量級(jí)，但低于對(duì)電解質(zhì)膜水分不足或?qū)δY(jié)水積存的可能情況所建議的標(biāo)準(zhǔn)量級(jí)。本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)測(cè)量整個(gè)燃料電池堆22的輸出電壓以及構(gòu)成燃料電池堆22的各單位電池的電壓。在初期各單位電池的電壓測(cè)量對(duì)于判定可能出現(xiàn)的問題尤其重要。這樣的測(cè)量可早期檢測(cè)特定單位電池的電解質(zhì)膜中的水分不足或包含在特定單位電池中的氣流通路部分中凝結(jié)水的積存。
燃料電池堆22工作溫度的降低還導(dǎo)致燃料電池堆22的電流-電壓特性的惡化。在燃料電池堆22溫度開始降低的時(shí)候，停止燃料電池單元20的工作還進(jìn)一步降低燃料電池堆22的溫度，并且在重啟燃料電池單元20時(shí)可能顯著惡化燃料電池堆22的輸出特性。在燃料電池堆22降低溫度的條件下燃料電池堆22的大負(fù)荷應(yīng)用可能引起在燃料電池堆22中進(jìn)行不同于標(biāo)準(zhǔn)電化學(xué)反應(yīng)的某種反應(yīng)，并顯著降低燃料電池堆22的電能生成效率。在本實(shí)施例中，燃料電池堆22的降低的工作溫度相應(yīng)地設(shè)置成一個(gè)性能惡化判定條件?？梢岳眠B接在燃料電池堆22的溫度傳感器直接測(cè)量燃料電池堆22的工作溫度。也可以從另外的反映燃料電池堆22工作溫度的可觀測(cè)溫度來測(cè)定燃料電池堆22的工作溫度。例如，根據(jù)由位于冷卻水流通路41的溫度傳感器43觀測(cè)的溫度來測(cè)定燃料電池堆22的工作溫度。在圖6的性能惡化判定例程中，控制單元70在步驟S200輸入來自溫度傳感器的檢測(cè)信號(hào)，并且當(dāng)所觀測(cè)的溫度不高于預(yù)設(shè)的量級(jí)，在步驟S210確定滿足了一個(gè)性能惡化判定條件。
在圖6的性能惡化判定例程中，當(dāng)判定組件74確定在步驟S210滿足了任意的性能惡化判定條件，即當(dāng)判定組件74判定了燃料電池堆22的可能性能惡化，則把該判定結(jié)果傳送給控制單元70的強(qiáng)制FC操作組件76。除了前述的一般功率分布圖，控制單元70還存儲(chǔ)間歇驅(qū)動(dòng)禁止條件下的功率分布圖。在一般功率分布圖中，在燃料電池單元20的低能量效率情況的低負(fù)荷狀態(tài)下，把將由燃料電池堆22產(chǎn)生的電功率的量級(jí)設(shè)置成零。另一方面，即使在低負(fù)荷狀態(tài)下，間歇驅(qū)動(dòng)禁止條件下的功率分布圖也具有分別由燃料電池堆22和二次電池30產(chǎn)生的電功率的設(shè)定值。也就是即使在低負(fù)荷狀態(tài)下也驅(qū)動(dòng)燃料電池堆22以產(chǎn)生電能。強(qiáng)制FC操作組件76參照間歇驅(qū)動(dòng)禁止條件下的功率分布圖并設(shè)定由燃料電池堆22和二次電池30產(chǎn)生的電功率的量級(jí)(功率分布)(步驟S220)。強(qiáng)制FC操作組件76向供電設(shè)備15的各個(gè)有關(guān)元件輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，用于在FC驅(qū)動(dòng)模式中進(jìn)行控制，以便獲取步驟S220的功率分布的設(shè)定值(步驟S230)。然后結(jié)束性能惡化判定例程。當(dāng)判定組件74在步驟S210確定滿足了任意的性能惡化判定條件，該判定結(jié)果也被傳送到控制單元70的輸出控制組件72。這取消了在圖4的驅(qū)動(dòng)控制例程中在步驟S150傳送到輸出控制組件72的確定(即功率分布對(duì)應(yīng)間歇控制模式的確定)，以及取消了對(duì)應(yīng)于間歇驅(qū)動(dòng)模式的功率分布的設(shè)定值。
另一方面，在步驟S210，當(dāng)判定組件74確定沒有滿足性能惡化判定條件，即當(dāng)判定組件74判定燃料電池堆22沒有可能的性能惡化，該判定結(jié)果發(fā)送到控制單元70的輸出控制組件72。輸出控制組件72向供電設(shè)備的各個(gè)有關(guān)元件輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以獲得對(duì)應(yīng)于在圖4的驅(qū)動(dòng)控制例程中在步驟S150傳送的間歇驅(qū)動(dòng)模式的功率分布設(shè)定值。這樣在間歇驅(qū)動(dòng)模式中執(zhí)行控制，并引起二次電池30輸出等于供電設(shè)備功率需求Preq的電功率(步驟S240)。然后結(jié)束性能惡化判定例程。
如上所述，當(dāng)滿足了任意的性能惡化判定條件時(shí)，本實(shí)施例的供電設(shè)備15不采用間歇驅(qū)動(dòng)模式，而不管供電設(shè)備15的能量效率如何。這樣的設(shè)置可望防止可能的燃料電池堆22的性能惡化。
當(dāng)所滿足的性能惡化判定條件是正極供應(yīng)氣體中氮?dú)獾纳邼舛?，燃料電池?2的持續(xù)的電能生成觸發(fā)開/關(guān)閥66的閥門打開操作，以降低正極供應(yīng)氣體中的氮?dú)鉂舛取＿@種安排有效地防止或至少限制了燃料電池堆22的可能的性能惡化。當(dāng)在開/關(guān)閥66的最近的閥門打開操作之后只經(jīng)過了短時(shí)間段，禁止間歇驅(qū)動(dòng)模式可望防止相對(duì)高濃度的氫氣向大氣的不良排放。燃料電池堆22的性能惡化不僅包括有關(guān)燃料電池堆22的性能方面的不利之處，還包括與燃料電池堆22的操作相伴隨的不利之處。
當(dāng)所滿足的性能惡化條件是燃料電池堆22的降低的輸出電壓，或者是構(gòu)成燃料電池堆22的各單位電池中任何的降低的電壓，燃料電池堆22持續(xù)的電能生成保證在電解質(zhì)膜中把水分恢復(fù)到足夠的水平并從氣流通路中除去凝結(jié)的水，并因此有效防止或至少限制燃料電池堆22可能的性能惡化。只要在燃料電池堆22規(guī)范地執(zhí)行氣流速率和氣體濕度的調(diào)節(jié)，持續(xù)的電能生成就把燃料電池堆22輸出電壓的水平或構(gòu)成燃料電池堆22的任意單位電池的輸出電壓的水平恢復(fù)到期望的水平。
當(dāng)所滿足的性能惡化判定條件是燃料電池堆22的降低的工作溫度，燃料電池堆22的持續(xù)電能生成利用通過電化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的熱來控制燃料電池堆22工作溫度的過分降低。這種安排有效防止或至少限制燃料電池堆22的可能性能惡化。
燃料電池堆22的持續(xù)的電能生成消除了有關(guān)的性能惡化判定條件。在低負(fù)荷狀態(tài)下，在性能惡化判定例程的下一周期中可選擇間歇驅(qū)動(dòng)模式以停止燃料電池單元20的工作。在消除了性能惡化判定條件之后，在增加負(fù)荷的情況下重啟燃料電池單元20，不引起上述的燃料電池堆22的任何性能惡化。
上述說明是當(dāng)前在FC驅(qū)動(dòng)模式下驅(qū)動(dòng)燃料電池堆22的時(shí)候所確定的性能惡化判定條件的有關(guān)內(nèi)容。當(dāng)目前燃料電池堆22不是用于電能生成而被驅(qū)動(dòng)時(shí)，也可以類似地控制燃料電池單元20。在用于電能生成的燃料電池堆22的非激活狀態(tài)下(即間歇驅(qū)動(dòng)模式)，在圖6的性能惡化判定例程中的步驟S200輸入的信息例如可是燃料電池堆22的工作溫度。當(dāng)燃料電池堆22的工作溫度降低至或低于預(yù)設(shè)的參考溫度，該控制過程確定滿足了一個(gè)性能惡化判定條件，并立刻激活燃料電池單元20(把燃料電池堆22設(shè)置在FC驅(qū)動(dòng)模式)。這樣控制燃料電池堆22工作溫度的降低，并因此防止可能的電能生成性能的惡化。這樣的控制有效防止了在重啟燃料電池單元20的時(shí)候因間歇控制模式的持續(xù)而導(dǎo)致的燃料電池堆22的可能的性能惡化。
代替直接測(cè)量燃料電池堆22的工作溫度，可以根據(jù)從啟動(dòng)間歇驅(qū)動(dòng)模式以來所經(jīng)過的時(shí)間段來估算燃料電池堆22的工作溫度。當(dāng)該經(jīng)過的時(shí)間段超過了預(yù)設(shè)的參考時(shí)間，則在步驟S210確定滿足了一個(gè)性能惡化判定條件。這種安排把間歇驅(qū)動(dòng)模式的可持續(xù)時(shí)間限制在預(yù)設(shè)的參考時(shí)間，并禁止間歇驅(qū)動(dòng)模式的進(jìn)一步延續(xù)。這種安排有效防止或至少限制了因間歇驅(qū)動(dòng)模式的持續(xù)而造成的燃料電池堆22工作溫度的過分降低。除了可限制間歇驅(qū)動(dòng)模式的可持續(xù)時(shí)間之外，或者代替限制間歇驅(qū)動(dòng)模式的可持續(xù)時(shí)間，在間歇驅(qū)動(dòng)模式轉(zhuǎn)換到FC驅(qū)動(dòng)模式之后，該控制過程可以限制何時(shí)恢復(fù)間歇驅(qū)動(dòng)模式的重啟時(shí)間。在這種情況下，該控制過程在步驟S200輸入從結(jié)束間歇驅(qū)動(dòng)模式以來所經(jīng)過的時(shí)間段，并且當(dāng)該經(jīng)過的時(shí)間段小于預(yù)設(shè)的參考時(shí)間的時(shí)候，在步驟S210確定滿足了一個(gè)性能惡化判定條件。這種安排保證了在設(shè)置間歇驅(qū)動(dòng)模式之后燃料電池堆22的電能生成的相當(dāng)多的時(shí)間，以便把燃料電池堆22的工作溫度保持在足夠高的水平，并維持電解質(zhì)膜的足夠量的水分。
在間歇驅(qū)動(dòng)模式下在圖6的性能惡化判定例程的步驟S200輸入的信息可以是在構(gòu)成燃料電池堆22的各單位電池的OCV(開路電壓)。在特定單位電池中的氣流通路中凝結(jié)水的積存妨礙OCV升高到標(biāo)準(zhǔn)水平。因此當(dāng)OCV不大于預(yù)設(shè)的參考電壓，則確定滿足了一個(gè)性能惡化判定條件。在燃料電池單元20在間歇驅(qū)動(dòng)模式下工作期間，當(dāng)在步驟S200的OCV輸入不大于預(yù)設(shè)的參考電壓，該控制過程在步驟S230立刻啟動(dòng)FC驅(qū)動(dòng)模式。這種安排恢復(fù)堆燃料電池堆22的氣體供應(yīng)，以消除凝結(jié)水的積存，并因此防止燃料電池單元20性能的可能惡化。
D.第二實(shí)施例當(dāng)預(yù)期了燃料電池單元20重啟時(shí)的燃料電池堆22的可能性能惡化，第一實(shí)施例的過程就禁止間歇驅(qū)動(dòng)模式。另一方面，第二實(shí)施例的過程是要在檢出包含在燃料電池單元20中的任何燃料電池輔助裝置的異常性之前，響應(yīng)異常過渡狀態(tài)的檢測(cè)而禁止間歇驅(qū)動(dòng)模式。
第二實(shí)施例的電動(dòng)車輛實(shí)際上具有與第一實(shí)施例的電動(dòng)車輛10相同的配置。相同的組成部分用相同的參考標(biāo)號(hào)來表示，并且不在這里特別說明。圖7是示出異常過渡狀態(tài)處理例程的流程圖，該例程由第二實(shí)施例的電動(dòng)車輛10中的控制單元70來執(zhí)行。當(dāng)在圖4的驅(qū)動(dòng)控制例程的步驟S150確定功率分布的設(shè)定值對(duì)應(yīng)于間歇驅(qū)動(dòng)模式，在步驟S160，代替執(zhí)行第一實(shí)施例的性能惡化判定例程(圖6)，執(zhí)行該異常過渡狀態(tài)處理例程。
當(dāng)異常過渡狀態(tài)處理例程啟動(dòng)，控制單元70首先確定當(dāng)前是否在間歇驅(qū)動(dòng)模式下驅(qū)動(dòng)燃料電池單元20(步驟S300)。如果當(dāng)前不是在間歇驅(qū)動(dòng)模式下驅(qū)動(dòng)燃料電池單元20，控制單元70輸入有關(guān)異常過渡狀態(tài)的信息(步驟S305)。然后，控制單元70的判定組件74根據(jù)有關(guān)異常過渡狀態(tài)的輸入信息確定當(dāng)前狀態(tài)是否是異常過渡狀態(tài)(步驟S310)。
異常過渡狀態(tài)表示在檢測(cè)出燃料電池單元20所包含的燃料電池輔助裝置的任何異常性之前要滿足的任意預(yù)設(shè)的條件。更確切地說，異常過渡狀態(tài)是指任何與異常性有關(guān)的狀態(tài)，通過設(shè)置間歇驅(qū)動(dòng)模式來停止燃料電池單元20，取消異常過渡狀態(tài)的檢測(cè)并防止已有異常性的順利檢測(cè)。
為了判定異常過渡狀態(tài)，本實(shí)施例的控制過程在步驟S305接收由空氣壓縮機(jī)24供應(yīng)的壓縮空氣的溫度、由氫氣泵65供應(yīng)的氫氣的溫度、以及逆變器36的溫度?？諝鉁囟葌鞲衅?4位于來自空氣壓縮機(jī)24的壓縮空氣的供應(yīng)流通路上，并且氫氣溫度傳感器56位于來自正極廢氣管道63中的氫氣泵65的壓縮氫氣的供應(yīng)流通路上(見圖1)。在逆變器36上連接溫度傳感器(未示出)以測(cè)量逆變器36的溫度。在圖7的異常過渡狀態(tài)處理例程的步驟S305，控制單元70輸出來自這些傳感器的檢測(cè)信號(hào)。
通過空氣壓縮機(jī)24或通過氫氣泵65的空氣或氫氣的壓縮提高了空氣或氫氣的溫度。當(dāng)在空氣壓縮機(jī)24或在氫氣泵65中出現(xiàn)任何問題或故障，空氣或氫氣的溫度可能超過預(yù)設(shè)的量級(jí)并繼續(xù)升高。當(dāng)在逆變器36中出現(xiàn)任何問題或故障，逆變器36的溫度可能超過預(yù)設(shè)的量級(jí)并繼續(xù)升高。在本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)中，參照壓縮空氣的溫度、氫氣的溫度以及逆變器36的溫度，事先設(shè)置異常狀態(tài)參考溫度，并存儲(chǔ)在控制單元70中。異常狀態(tài)參考溫度超出了標(biāo)準(zhǔn)溫度范圍，并用作確定異常狀態(tài)以立刻停止燃料電池單元20的判據(jù)。還參照壓縮空氣的溫度、氫氣的溫度以及逆變器36的溫度，事先設(shè)置各異常過渡狀態(tài)參考溫度，并存儲(chǔ)在控制單元70中。異常過渡狀態(tài)參考溫度介于正常溫度范圍和異常狀態(tài)參考溫度之間，并用作確定異常過渡狀態(tài)的判據(jù)。該過程的步驟S310確定三個(gè)溫度中的任何一個(gè)是否超過了用于異常過渡狀態(tài)判定的各異常過渡狀態(tài)參考溫度。
在圖7的異常過渡狀態(tài)處理例程中的步驟S310，當(dāng)判定組件74確定當(dāng)前狀態(tài)是異常過渡狀態(tài)，該判定結(jié)果被發(fā)送到控制單元70的強(qiáng)制FC操作組件76。強(qiáng)制FC操作組件76設(shè)置功率分布(步驟S320)，并向供電設(shè)備15的各有關(guān)元件輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，用于FC驅(qū)動(dòng)模式下的控制，這樣獲得在步驟S320的功率分布的設(shè)定值(步驟S330)。然后結(jié)束異常過渡狀態(tài)處理例程。步驟S320和S330的處理與圖6的性能惡化判定例程中的步驟S220和S230的處理相同。
另一方面，在步驟S310，當(dāng)判定組件74確定當(dāng)前狀態(tài)不是異常過渡狀態(tài)，該判定結(jié)果被發(fā)送到控制單元70的輸出控制組件72。輸出控制組件72向供電設(shè)備15的各有關(guān)元件輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以獲得對(duì)應(yīng)于在圖4的驅(qū)動(dòng)控制例程中的步驟S150傳送的間歇驅(qū)動(dòng)模式的功率分布的設(shè)定值。這執(zhí)行間歇驅(qū)動(dòng)模式下的控制，并引起二次電池30輸出等于供電設(shè)備功率需求Preq的電功率(步驟S340)。然后結(jié)束異常過渡狀態(tài)處理例程。步驟S340的處理與圖6的性能惡化判定例程中的步驟S240的處理相同。
當(dāng)在步驟S300確定當(dāng)前在間歇驅(qū)動(dòng)模式下驅(qū)動(dòng)燃料電池單元20，燃料電池單元20已經(jīng)處于停止，并且不需要異常過渡狀態(tài)的確定。這樣，控制單元70立刻轉(zhuǎn)到步驟S340，繼續(xù)間歇驅(qū)動(dòng)模式。然后結(jié)束異常過渡狀態(tài)處理例程。
如上所述，在第二實(shí)施例的供電設(shè)備15中，響應(yīng)空氣壓縮機(jī)24、氫氣泵65以及逆變器36任何一個(gè)當(dāng)中的異常過渡狀態(tài)的檢測(cè)，禁止燃料電池單元20的停止。這種安排保證已有異常性檢測(cè)的持續(xù)。當(dāng)在作為異常狀態(tài)開始之前的異常過渡狀態(tài)下設(shè)置間歇驅(qū)動(dòng)模式，以停止燃料電池單元20的運(yùn)行，則例如具有升高溫度并已經(jīng)被確定處于異常過渡狀態(tài)的空氣壓縮機(jī)停止其運(yùn)行以降低溫度。在重啟燃料電池單元20的時(shí)候，在壓縮空氣的溫度再次達(dá)到異常過渡狀態(tài)參考溫度以及達(dá)到異常狀態(tài)參考溫度之前需要相對(duì)長(zhǎng)的時(shí)間。也就是說需要長(zhǎng)時(shí)間來檢測(cè)已有的異常性。本實(shí)施例的過程響應(yīng)異常過渡狀態(tài)的檢測(cè)禁止燃料電池單元20的停止。這種安排保證了諸如空氣壓縮機(jī)24中出現(xiàn)的問題或故障的快速檢測(cè)。
第二實(shí)施例的過程根據(jù)空氣壓縮機(jī)24、氫氣泵65以及逆變器36檢測(cè)異常過渡狀態(tài)。也可以根據(jù)包含在供電設(shè)備15中的其他燃料電池輔助裝置類似地檢測(cè)異常過渡狀態(tài)。在任何的燃料電池輔助裝置中的異常過渡狀態(tài)的檢測(cè)可得出上述類似的效果，只要用于停止燃料電池單元20的間歇驅(qū)動(dòng)模式的設(shè)定抵消了異常過渡狀態(tài)的檢測(cè)并阻礙已有異常性的順利檢測(cè)(例如溫度升高的異常性)。例如，該控制過程可以測(cè)量從燃料電池堆22排出的正極廢氣或負(fù)極廢氣的溫度，并利用正極廢氣或負(fù)極廢氣的溫度升高檢測(cè)燃料電池堆22的異常過渡狀態(tài)。在另外的例子中，該控制過程可以測(cè)量從燃料電池堆22排出的正極廢氣或負(fù)極廢氣的壓力，并利用正極廢氣或負(fù)極廢氣的壓力降低檢測(cè)燃料電池堆22的異常過渡狀態(tài)(例如電解質(zhì)膜的損壞)。
E.改型上面討論的實(shí)施例在各個(gè)方面都應(yīng)該被看作是說明性的而非限制性的。在不脫離本發(fā)明主要特征的范圍和精神的前提下，可有許多改型、改變和替換。下面給出一些可能的改型的例子。
E1.改型例子1在上述的第一和第二實(shí)施例中，所述控制過程根據(jù)供電設(shè)備15的整體能量效率確定燃料電池單元20的停止。一種改型的控制過程可以根據(jù)供電設(shè)備15的整體能量效率以及另外的條件，或者根據(jù)代替供電設(shè)備15的整體能量效率的另外條件來確定燃料電池單元20的停止。在后一種情形，通過在性能惡化判定條件下或在異常過渡狀態(tài)下禁止燃料電池單元20的停止，可以得到上面討論的類似的效果。
E2.改型例子2在上述的第一和第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)中，供電設(shè)備15包括燃料電池單元20以及二次電池30。除了二次電池之外，或者代替二次電池，本發(fā)明的技術(shù)還可以應(yīng)用包括內(nèi)燃機(jī)的能量輸出設(shè)備。在裝備有燃料電池單元和內(nèi)燃機(jī)的車輛中，車輛的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力既可由內(nèi)燃機(jī)供應(yīng)，也可由從燃料電池單元接收電能的馬達(dá)來供應(yīng)。在帶有包括燃料電池的多個(gè)能量輸出源的能量輸出設(shè)備中，本發(fā)明的技術(shù)可用于控制從多個(gè)能量輸出源中至少一個(gè)的能量輸出。在所述能量輸出設(shè)備中，即使?jié)M足了停止燃料電池電能生成的預(yù)設(shè)條件，如整體能量效率，該控制過程在性能惡化判定條件下或在異常過渡狀態(tài)下也禁止燃料電池的停止。這種安排可以得到上述的類似效果。
E3.改型例子3在上面討論的第一和第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)中，燃料電池單元20向正極提供高純度的氫氣，并把正極廢氣循環(huán)到正極。但這種結(jié)構(gòu)不是必要的。例如，本發(fā)明的技術(shù)還可以應(yīng)用到帶有燃料電池的供電設(shè)備，其具有重整裝置來重整如汽油或酒精的碳?xì)浠衔锶剂弦援a(chǎn)生氫氣。包括帶有重整裝置的燃料電池的供電設(shè)備還可具有二次電池。該二次電池作為主電源，而燃料電池單元主要用于對(duì)二次電池充電。當(dāng)二次電池充滿電的時(shí)候，停止燃料電池單元的電能生成。在這種供電設(shè)備中，即使在準(zhǔn)備停止燃料電池單元運(yùn)行的二次電池的滿充電狀態(tài)，所述控制過程可在性能惡化判定條件下或在異常過渡狀態(tài)下禁止燃料電池單元的停止。這種安排可得到上述的類似效果。
在本改型的結(jié)構(gòu)中，作為一個(gè)性能惡化判定條件，在含有電極活性物質(zhì)的氣體中雜質(zhì)的濃度可以是被重整氣體中雜質(zhì)的濃度(如一氧化碳的濃度)或被重整氣體中氫的濃度。當(dāng)被重整的氣體具有高濃度雜質(zhì)，燃料電池單元的持續(xù)工作可望防止重整裝置溫度的降低，或防止裝有用于凈化被重整氣體的催化劑的反應(yīng)器溫度的降低。這樣所述控制過程在預(yù)設(shè)的條件下禁止燃料電池單元的停止，并因此防止重整裝置溫度或反應(yīng)器溫度的進(jìn)一步降低，其導(dǎo)致在重啟燃料電池單元時(shí)的在可允許范圍內(nèi)被重整氣體中雜質(zhì)濃度的升高。
E4.在上述的第一和第二實(shí)施例中，包括燃料電池單元20的供電設(shè)備15安裝在電動(dòng)車輛上。本發(fā)明的技術(shù)也可應(yīng)用在固定的能量輸出設(shè)備，如包括燃料電池單元的固定供電設(shè)備。
權(quán)利要求旨在覆蓋其等價(jià)含義和范圍內(nèi)的所有變化。本發(fā)明的范圍和精神由權(quán)利要求書來限定，而不是由上述的說明書來限定。
權(quán)利要求
1.一種能量輸出設(shè)備，該設(shè)備具有包括燃料電池的多個(gè)能量輸出源，并且激活該多個(gè)能量輸出源的至少一個(gè)以輸出能量，所述能量輸出設(shè)備包括輸出控制組件，該組件在預(yù)設(shè)的條件下停止燃料電池的電能生成，并激活與包含在所述能量輸出設(shè)備中的燃料電池不同的能量輸出源以輸出能量；判定組件，該組件在燃料電池的電能生成期間執(zhí)行判定，該判定用于確定燃料電池的臨時(shí)停止是否導(dǎo)致燃料電池重啟時(shí)的燃料電池的可能性能惡化；以及強(qiáng)制FC操作組件，當(dāng)所述判定組件判定燃料電池的可能性能惡化，則該組件強(qiáng)制燃料電池繼續(xù)電能生成，即使處在所述預(yù)設(shè)的條件之下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量輸出設(shè)備，其中，燃料電池的可能性能惡化是燃料電池電流-電壓特性的惡化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2中任何一項(xiàng)所述的能量輸出設(shè)備，其中，當(dāng)供應(yīng)給燃料電池的含有電極活性物質(zhì)的氣體中所包含雜質(zhì)的濃度不低于預(yù)設(shè)水平時(shí)，所述的判定組件判定燃料電池的可能性能惡化。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的能量輸出設(shè)備，所述能量輸出設(shè)備還包括氫氣供應(yīng)管道，該管道把所供應(yīng)的氫氣引導(dǎo)至燃料電池正極；以及廢氣循環(huán)管道，該管道把從燃料電池的正極排放的正極廢氣的至少一部分引導(dǎo)至所述的氫氣供應(yīng)管道，其中，當(dāng)包含在被引導(dǎo)至所述氫氣供應(yīng)管道的正極廢氣中的雜質(zhì)的濃度不低于所述預(yù)設(shè)水平時(shí)，所述判定組件判定燃料電池的可能性能惡化。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的能量輸出設(shè)備，其中所述的廢氣循環(huán)管道具有氣體凈化單元，該單元把一部分正極廢氣釋放到所述能量輸出設(shè)備的外部，以及當(dāng)從用于釋放部分正極廢氣的該氣體凈化單元的最近操作以來所經(jīng)過的時(shí)間在預(yù)設(shè)的參考時(shí)間的范圍之內(nèi)，則所述判定組件判定燃料電池的可能性能惡化。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的能量輸出設(shè)備，所述能量輸出設(shè)備還包括氫稀釋組件，該組件利用從燃料電池的負(fù)極排放的負(fù)極廢氣來稀釋由該氣體凈化單元釋放的正極廢氣的一部分，并把所稀釋的正極廢氣釋放到所述能量輸出設(shè)備的外部。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的能量輸出設(shè)備，其中，當(dāng)燃料電池相對(duì)于輸出電流的輸出電壓不大于相對(duì)于該輸出電流的預(yù)設(shè)參考電壓時(shí)，所述判定組件判定燃料電池的可能性能惡化。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量輸出設(shè)備，其中，當(dāng)燃料電池的工作溫度不高于預(yù)設(shè)的參考溫度，所述判定組件判定燃料電池的可能性能惡化。
9.一種能量輸出設(shè)備，該設(shè)備具有包括燃料電池的多個(gè)能量輸出源，并且激活該多個(gè)能量輸出源的至少一個(gè)以輸出能量，所述能量輸出設(shè)備包括輸出控制組件，該組件在預(yù)設(shè)的條件下停止燃料電池的電能生成，并激活與包含在所述能量輸出設(shè)備中的燃料電池不同的能量輸出源以輸出能量；判定組件，該組件在所述燃料電池的停止期間執(zhí)行判定，該判定用于確定燃料電池的停止的持續(xù)是否導(dǎo)致燃料電池重啟時(shí)的燃料電池的可能性能惡化；以及強(qiáng)制FC操作組件，當(dāng)所述判定組件判定燃料電池的可能性能惡化，則該組件強(qiáng)制啟動(dòng)燃料電池的電能生成，即使處在所述預(yù)設(shè)的條件之下。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的能量輸出設(shè)備，其中，當(dāng)燃料電池的工作溫度不高于預(yù)設(shè)的參考溫度，所述判定組件判定燃料電池的可能性能惡化。
11.一種能量輸出設(shè)備，該設(shè)備具有包括燃料電池的多個(gè)能量輸出源，并且激活該多個(gè)能量輸出源的至少一個(gè)以輸出能量，所述能量輸出設(shè)備包括輸出控制組件，該組件在預(yù)設(shè)的條件下停止燃料電池的電能生成，并激活與包含在所述能量輸出設(shè)備中的燃料電池不同的能量輸出源以輸出能量；燃料電池輔助裝置，利用燃料電池所生成的電能來工作；判定組件，該組件在燃料電池的電能生成期間檢測(cè)所述燃料電池輔助裝置的工作狀態(tài)，并根據(jù)所檢測(cè)的工作狀態(tài)確定燃料電池輔助裝置是否處于異常過渡狀態(tài)，其為異常性診斷之前的過渡狀態(tài)；以及強(qiáng)制FC操作組件，當(dāng)所述判定組件確定燃料電池輔助裝置處于異常過渡狀態(tài)，則該組件強(qiáng)制繼續(xù)燃料電池的電能生成，即使在所述預(yù)設(shè)的條件之下。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的能量輸出設(shè)備，其中，所述判定組件還檢測(cè)燃料電池輔助裝置的溫度，并且當(dāng)所檢測(cè)的燃料電池輔助裝置的溫度不低于預(yù)設(shè)的參考溫度時(shí)，確定燃料電池輔助裝置處于異常過渡狀態(tài)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任意一項(xiàng)所述的能量輸出設(shè)備，其中，所述預(yù)設(shè)的條件基于所述能量輸出設(shè)備的能量效率。
14.一種能量輸出設(shè)備的控制方法，該設(shè)備具有包括燃料電池的多個(gè)能量輸出源，并且激活該多個(gè)能量輸出源的至少一個(gè)以輸出能量，所述控制方法包括步驟(a)在預(yù)設(shè)的條件下，在FC電能生成模式和FC停止模式當(dāng)中選擇驅(qū)動(dòng)模式，用于從所述能量輸出設(shè)備輸出能量，其中，在FC電能生成模式下，燃料電池產(chǎn)生電能，在FC停止模式下，停止燃料電池的電能生成并從與燃料電池不同的能量輸出源輸出能量；(b)在燃料電池的電能生成期間執(zhí)行判定，其中，該判定用于確定燃料電池的臨時(shí)停止是否會(huì)導(dǎo)致燃料電池重啟時(shí)的燃料電池的可能性能惡化；(c)在所述步驟(a)中選擇FC停止模式的情況下，響應(yīng)在所述步驟(b)中的燃料電池的可能性能惡化的判定，取消FC停止模式的選擇；以及(d)當(dāng)在所述步驟(c)中取消FC停止模式的選擇時(shí)，驅(qū)動(dòng)并控制燃料電池和不同于燃料電池的其他能量輸出源以激活FC電能生成模式，而當(dāng)在所述步驟(c)中沒有取消FC停止模式的選擇時(shí)，驅(qū)動(dòng)和控制燃料電池以及不同于燃料電池的能量輸出源以激活在所述步驟(a)中選擇的驅(qū)動(dòng)模式。
15.一種能量輸出設(shè)備的控制方法，該設(shè)備具有包括燃料電池的多個(gè)能量輸出源，并且激活該多個(gè)能量輸出源的至少一個(gè)以輸出能量，所述控制方法包括步驟(a)在預(yù)設(shè)的條件下，在FC電能生成模式和FC停止模式當(dāng)中選擇驅(qū)動(dòng)模式，用于從所述能量輸出設(shè)備輸出能量，其中，在FC電能生成模式下，燃料電池產(chǎn)生電能，在FC停止模式下，停止燃料電池的電能生成并從與燃料電池不同的能量輸出源輸出能量；(b)在燃料電池的停止期間執(zhí)行判定，其中，該判定用于確定燃料電池的停止的持續(xù)是否會(huì)導(dǎo)致燃料電池重啟時(shí)的燃料電池的可能性能惡化；(c)在所述步驟(a)中選擇FC停止模式的情況下，響應(yīng)在所述步驟(b)中的燃料電池的可能性能惡化的判定，取消FC停止模式的選擇；以及(d)當(dāng)在所述步驟(c)中取消FC停止模式的選擇時(shí)，驅(qū)動(dòng)并控制燃料電池和不同于燃料電池的其他能量輸出源以激活FC電能生成模式，而當(dāng)在所述步驟(c)中沒有取消FC停止模式的選擇時(shí)，驅(qū)動(dòng)和控制燃料電池以及不同于燃料電池的能量輸出源以激活在所述步驟(a)中選擇的驅(qū)動(dòng)模式。
16.一種能量輸出設(shè)備的控制方法，該設(shè)備具有包括燃料電池的多個(gè)能量輸出源，并且激活該多個(gè)能量輸出源的至少一個(gè)以輸出能量，所述控制方法包括步驟(a)在預(yù)設(shè)的條件下，在FC電能生成模式和FC停止模式二者中選擇驅(qū)動(dòng)模式，用于從所述能量輸出設(shè)備輸出能量，其中，在FC電能生成模式下，燃料電池產(chǎn)生電能，在FC停止模式下，停止燃料電池的電能生成并從與燃料電池不同的能量輸出源輸出能量；(b)檢測(cè)利用燃料電池所生成電能來工作的燃料電池輔助裝置的工作狀態(tài)，并根據(jù)所檢測(cè)的工作狀態(tài)確定燃料電池輔助裝置是否處于異常過渡狀態(tài)，其為異常性診斷之前的過渡狀態(tài)；(c)在所述步驟(a)中選擇FC停止模式的情況下，響應(yīng)在所述步驟(b)中的燃料電池輔助裝置處于異常過渡狀態(tài)的確定，取消FC停止模式的選擇；以及(d)當(dāng)在所述步驟(c)中取消FC停止模式的選擇時(shí)，驅(qū)動(dòng)并控制燃料電池和不同于燃料電池的其他能量輸出源以激活FC電能生成模式，而當(dāng)在所述步驟(c)中沒有取消FC停止模式的選擇時(shí)，驅(qū)動(dòng)和控制燃料電池以及不同于燃料電池的能量輸出源以激活在所述步驟(a)中選擇的驅(qū)動(dòng)模式。
全文摘要
在供電設(shè)備中包括帶有堆或燃料電池堆的燃料電池單元以及二次電池，在預(yù)設(shè)的條件下選擇間歇驅(qū)動(dòng)模式，使得僅從二次電池接受供電。本發(fā)明的控制過程確定燃料電池堆的臨時(shí)停止或燃料電池堆停止的持續(xù)是否會(huì)導(dǎo)致燃料電池單元重啟時(shí)的燃料電池堆的可能性能惡化。響應(yīng)可能性能惡化的判定，該控制過程控制該供電設(shè)備繼續(xù)燃料電池堆的電能生成或開始燃料電池堆的電能生成，而不管在預(yù)設(shè)條件下的間歇驅(qū)動(dòng)模式的選擇。
文檔編號(hào)H01M16/00GK1894815SQ20048001887
公開日2007年1月10日 申請(qǐng)日期2004年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月2日
發(fā)明者吉田尚弘, 森?；?申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社