專利名稱：燃料電池系統(tǒng)和移動(dòng)體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池系統(tǒng)和移動(dòng)體，并且特別地，涉及包括蓄電裝置和燃料電池 的燃料電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，如在日本專利申請(qǐng)公開No. 2002-118981和No. 2004-222376中描述的， 已知一種燃料電池系統(tǒng)，其中蓄電池經(jīng)由用作電壓轉(zhuǎn)換器的DC-DC轉(zhuǎn)換器與燃料電池并聯(lián) 連接。根據(jù)日本專利申請(qǐng)公開No. 2002-118981，燃料電池系統(tǒng)安裝在車輛中。然后，燃料 電池輔助設(shè)備連接在DC-DC轉(zhuǎn)換器和蓄電池之間。利用該布置，當(dāng)在DC-DC轉(zhuǎn)換器中發(fā)生 異常時(shí)，燃料電池輔助設(shè)備繼續(xù)被從蓄電池接收到的電力驅(qū)動(dòng)，并且保證了燃料電池的不 間斷運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容
然而，在DC-DC轉(zhuǎn)換器中發(fā)生異常時(shí)，向燃料電池輔助設(shè)備的電力供應(yīng)依賴于蓄 電池。因此，在其中存儲(chǔ)在蓄電池中的電量降低的情形中，驅(qū)動(dòng)燃料電池輔助設(shè)備變得困 難，并且燃料電池難以運(yùn)行。另外，在日本專利申請(qǐng)公開No. 2002-118981中，沒有說明當(dāng)DC-DC轉(zhuǎn)換器由于異 常停止時(shí)的用于牽引電機(jī)的自我保護(hù)模式等。因此，或者電力供應(yīng)不足或者過度發(fā)電可能 發(fā)生。本發(fā)明目的在于提供一種燃料電池系統(tǒng)，即使在其中在電壓轉(zhuǎn)換器中已經(jīng)發(fā)生異 常的情形中所述燃料電池系統(tǒng)也穩(wěn)定地運(yùn)行燃料電池并且因此使得系統(tǒng)能夠以不間斷方 式運(yùn)行，并且提供一種移動(dòng)體。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)包括燃料電池；與燃料電池并聯(lián) 的通過電壓轉(zhuǎn)換器連接到負(fù)載的蓄電裝置；比電壓轉(zhuǎn)換器靠近燃料電池并與其連接的輔助 設(shè)備；和用于控制電壓轉(zhuǎn)換器與輔助設(shè)備的控制裝置。當(dāng)在電壓轉(zhuǎn)換器中發(fā)生異常時(shí)，控制 裝置改變輔助設(shè)備的運(yùn)行點(diǎn)。根據(jù)該構(gòu)造，當(dāng)在電壓轉(zhuǎn)換器中發(fā)生異常時(shí)，能夠通過從燃料電池供應(yīng)電力驅(qū)動(dòng) 輔助設(shè)備。進(jìn)而，當(dāng)在電壓轉(zhuǎn)換器中發(fā)生異常時(shí)，輔助設(shè)備的運(yùn)行點(diǎn)被改變。因此，在其中 輔助設(shè)備例如與燃料電池的運(yùn)行相關(guān)聯(lián)的情形中，運(yùn)行點(diǎn)應(yīng)該被改變以提供燃料電池的穩(wěn) 定運(yùn)行，從而系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行。進(jìn)一步，即使在其中，例如，輔助設(shè)備不與燃料電池的運(yùn)行相關(guān) 聯(lián)的情形中，運(yùn)行點(diǎn)可被改變用于燃料電池的穩(wěn)定運(yùn)行，從而系統(tǒng)能夠繼續(xù)運(yùn)行。優(yōu)選地，當(dāng)在電壓轉(zhuǎn)換器中發(fā)生異常時(shí)，控制裝置在電壓轉(zhuǎn)換器停止之后改變輔助設(shè)備的運(yùn)行點(diǎn)。利用該構(gòu)造，因?yàn)殡妷恨D(zhuǎn)換器被停止，所以可避免對(duì)高電壓部件的損壞。優(yōu)選地，輔助設(shè)備是與燃料電池的運(yùn)行相關(guān)聯(lián)的輔助設(shè)備，并且當(dāng)在電壓轉(zhuǎn)換器 中發(fā)生異常時(shí)，控制裝置改變運(yùn)行點(diǎn)，從而輔助設(shè)備消耗的電力大于正常消耗的電力。利用該構(gòu)造，能夠以比平時(shí)更充足的容許量驅(qū)動(dòng)輔助設(shè)備，并且燃料電池能夠被 穩(wěn)定地運(yùn)行。優(yōu)選的是輔助設(shè)備包括用于在壓力下向燃料電池供給氧化氣體的壓縮機(jī)、用于向 燃料電池循環(huán)燃料氣體的泵、和用于向燃料電池供應(yīng)制冷劑的冷卻泵中的至少一個(gè)。更優(yōu)選地，當(dāng)在電壓轉(zhuǎn)換器中發(fā)生異常時(shí)，控制裝置增加壓縮機(jī)、泵、和冷卻泵中 的至少一個(gè)的旋轉(zhuǎn)數(shù)。優(yōu)選地，輔助設(shè)備至少包括或者用于從燃料電池排出燃料廢氣的排放閥或者用于 在制冷劑通道之間切換從而冷卻燃料電池的通道切換閥。更優(yōu)選地，當(dāng)在電壓轉(zhuǎn)換器中發(fā)生異常時(shí)，控制裝置至少增加或者關(guān)于排放閥的 開/關(guān)計(jì)數(shù)或者關(guān)于通道切換閥的切換計(jì)數(shù)。優(yōu)選地，該輔助設(shè)備是在高電壓下使用的輔助設(shè)備。優(yōu)選地，本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)包括經(jīng)由第二電壓轉(zhuǎn)換器連接到與蓄電裝置并聯(lián) 的電壓轉(zhuǎn)換器的第二蓄電裝置；和比第二電壓轉(zhuǎn)換器靠近第二蓄電裝置并與其連接的第二 輔助設(shè)備。進(jìn)一步，第二蓄電裝置、第二電壓轉(zhuǎn)換器和第二輔助設(shè)備是使用比蓄電裝置、電 壓轉(zhuǎn)換器和輔助設(shè)備更低的電壓的部件。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的另一燃料電池系統(tǒng)包括通過接收電力被驅(qū)動(dòng)的 動(dòng)力產(chǎn)生單元；用于向動(dòng)力產(chǎn)生單元供應(yīng)電力的燃料電池；連接到動(dòng)力產(chǎn)生單元并且與燃 料電池并聯(lián)連接的蓄電裝置；和位于燃料電池和動(dòng)力產(chǎn)生單元之間或者位于蓄電裝置和動(dòng) 力產(chǎn)生裝置之間的電壓轉(zhuǎn)換器。該燃料電池系統(tǒng)包括用于控制電壓轉(zhuǎn)換器和動(dòng)力產(chǎn)生單元 的控制裝置，當(dāng)在電壓轉(zhuǎn)換器中發(fā)生異常時(shí)該控制裝置限制動(dòng)力產(chǎn)生單元的輸出。根據(jù)該構(gòu)造，當(dāng)在電壓轉(zhuǎn)換器中發(fā)生異常時(shí)，動(dòng)力產(chǎn)生單元仍可被燃料電池或者 蓄電裝置供應(yīng)的電力驅(qū)動(dòng)。另外，當(dāng)在電壓轉(zhuǎn)換器中發(fā)生異常時(shí)，動(dòng)力產(chǎn)生單元的輸出受到 限制。因此，可避免電力供應(yīng)不足或者過度產(chǎn)生電力，并且通過由燃料電池執(zhí)行穩(wěn)定的運(yùn) 行，系統(tǒng)能夠繼續(xù)運(yùn)行。例如，在其中該燃料電池系統(tǒng)安裝在移動(dòng)體的情形中，當(dāng)在電壓轉(zhuǎn) 換器中發(fā)生異常時(shí)，無需停止移動(dòng)體的移動(dòng)。優(yōu)選地，當(dāng)在電壓轉(zhuǎn)換器中發(fā)生異常時(shí)，控制裝置調(diào)節(jié)動(dòng)力產(chǎn)生單元的輸出的上 限值。如上所述，因?yàn)橄鄬?duì)于由燃料電池產(chǎn)生的電量指定動(dòng)力產(chǎn)生單元的上限輸出，所 以該系統(tǒng)能夠在充分的容許量下運(yùn)行。更優(yōu)選地，控制裝置為動(dòng)力產(chǎn)生單元輸出指定上限值，它小于動(dòng)力產(chǎn)生單元的額 定負(fù)載功率。優(yōu)選地，當(dāng)在電壓轉(zhuǎn)換器中發(fā)生異常時(shí)，控制裝置調(diào)節(jié)動(dòng)力產(chǎn)生裝置的輸出的下 限值。 例如，假定其中動(dòng)力產(chǎn)生裝置為牽引電機(jī)的情形。當(dāng)在電壓轉(zhuǎn)換器中發(fā)生異常時(shí)， 當(dāng)通過牽引的再生而產(chǎn)生更多電力時(shí)，所產(chǎn)生的電力不被存儲(chǔ)在蓄電裝置中并且無處可去。在考慮到該情形時(shí)，當(dāng)在電壓轉(zhuǎn)換器中發(fā)生異常時(shí)指定牽引電機(jī)的下限輸出，從而可防 止額外電力狀態(tài)。更優(yōu)選地，控制裝置指定動(dòng)力產(chǎn)生裝置的輸出的下限值，該下限值大于由動(dòng)力產(chǎn) 生單元產(chǎn)生的額定功率。優(yōu)選地，燃料電池系統(tǒng)包括比電壓轉(zhuǎn)換器靠近燃料電池并與其連接的輔助設(shè)備。優(yōu)選地，當(dāng)在電壓轉(zhuǎn)換器中發(fā)生異常時(shí)，控制裝置改變輔助設(shè)備的運(yùn)行點(diǎn)。本發(fā)明的移動(dòng)體包括本發(fā)明的上述燃料電池系統(tǒng)。該移動(dòng)體是汽車，例如兩輪或 者四輪機(jī)動(dòng)車輛，或者火車、飛機(jī)、船或機(jī)器人。優(yōu)選地，當(dāng)在電壓轉(zhuǎn)換器中發(fā)生異常時(shí)，控制裝置允許移動(dòng)體在自我保護(hù)模式中 行駛。


圖1是示意在車輛中安裝的燃料電池系統(tǒng)的構(gòu)造的概略圖表；和圖2是示意在電壓轉(zhuǎn)換器中在正常情形和在異常情形中由燃料電池系統(tǒng)執(zhí)行的 控制過程的流程圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選模式的燃料電池系統(tǒng)。這里，將描述一個(gè)實(shí) 例，其中燃料電池系統(tǒng)被安裝在作為一種機(jī)動(dòng)類型移動(dòng)體的車輛中。如圖1所示，車輛100使用作為驅(qū)動(dòng)力源的、聯(lián)接到輪子101L和101R的牽引電機(jī) 8(動(dòng)力產(chǎn)生裝置)行駛。牽引電機(jī)8的電力源是燃料電池系統(tǒng)1。燃料電池系統(tǒng)1輸出的 直流電被逆變器7轉(zhuǎn)換為三相交流電，并且該三相交流電被供應(yīng)到牽引電機(jī)8。進(jìn)一步，為 了制動(dòng)車輛100，牽引電機(jī)8被輪子101L和101R驅(qū)動(dòng)，并且用作執(zhí)行三相交流發(fā)電的發(fā)電 機(jī)。該三相交流電被逆變器7轉(zhuǎn)換為直流電，并且該直流電被存儲(chǔ)在蓄電裝置3中。燃料電池系統(tǒng)1包括燃料電池2、蓄電裝置3、高電壓DC/DC轉(zhuǎn)換器4和控制裝置 13。高電壓DC/DC轉(zhuǎn)換器4位于蓄電裝置3和逆變器7之間。蓄電裝置3經(jīng)由高電壓DC/ DC轉(zhuǎn)換器4連接到牽引電機(jī)8，與燃料電池2并聯(lián)。應(yīng)該指出作為其中高電壓DC/DC轉(zhuǎn)換 器4位于蓄電裝置3和牽引電機(jī)8之間的布置的替代，高電壓DC/DC轉(zhuǎn)換器4可被布置在 燃料電池2和牽引電機(jī)8之間。燃料電池2具有堆疊結(jié)構(gòu)，其中多個(gè)電池被層壓。作為燃料電池2，存在各種類型， 例如磷酸類型和固體氧化物類型，并且聚合物電解質(zhì)類型被用作這種模式的燃料電池2。氧化氣體被空氣壓縮機(jī)5在壓力下供給到燃料電池2的空氣電極(陰極)。在燃 料電池2處已經(jīng)為此執(zhí)行電池反應(yīng)的氧廢氣沿著廢氣通道16分配并且被用于在增濕器17 處的水分交換，并且最終被排出到系統(tǒng)外部。作為燃料氣體的氫氣沿著供應(yīng)通道23被供給到燃料電池2的氫電極(陽極)。氫 氣從位于供應(yīng)通道23的上游的例如氫存儲(chǔ)源24如高壓力氫罐被供應(yīng)到燃料電池2。應(yīng)該 指出通過重整材料，例如酒精或者壓縮天然氣產(chǎn)生的氫氣可被供應(yīng)到燃料電池2。在燃料電池2處已經(jīng)為此執(zhí)行電池反應(yīng)的氫廢氣(燃料廢氣)排出到廢氣通道 25，被氫泵26返回到供應(yīng)通道23，并且再次被供應(yīng)到燃料電池2。排氣通道27分支并且連接到廢氣通道25。當(dāng)燃料電池系統(tǒng)1運(yùn)行時(shí)，位于排氣通道27上的排放閥28被適當(dāng)?shù)?打開，并且在氫廢氣中含有的任何雜質(zhì)在排氣通道27的下游與氫廢氣一起被排出。因此， 在氫循環(huán)線上在氫廢氣中含有的雜質(zhì)密度可被降低，并且可以提高被循環(huán)的氫廢氣的氫密度。用于循環(huán)制冷劑的循環(huán)管道11被連接到燃料電池2的制冷劑進(jìn)口 /出口。制冷 劑被循環(huán)管道11上的冷卻泵10供應(yīng)到燃料電池2以冷卻燃料電池2。位于循環(huán)管道11上 的通道切換閥12可被用于繞流制冷劑從而制冷劑不被供應(yīng)到燃料電池2。S卩，通道切換閥 12改變制冷劑沿其流動(dòng)的路徑。蓄電裝置3 (第一蓄電裝置)是二次電池，對(duì)此能夠進(jìn)行充電和放電，它用作高電 壓蓄電裝置。蓄電裝置3是例如鎳氫電池或者鋰離子電池，并且可以采用除了二次電池之 外的電容器。高電壓DC/DC轉(zhuǎn)換器4是直流電壓轉(zhuǎn)換器(第一電壓轉(zhuǎn)換器)。高電壓DC/DC轉(zhuǎn) 換器4包括用于調(diào)節(jié)從蓄電裝置3接收到的直流電壓并且向逆變器7側(cè)輸出所獲得的電 壓的功能；和用于調(diào)節(jié)從燃料電池2或者牽引電機(jī)8接收到的直流電壓，并且向蓄電裝置3 輸出所獲得的電壓的功能。使用這些功能為蓄電裝置3充電和放電。進(jìn)一步，燃料電池2 輸出的電壓由高電壓DC/DC轉(zhuǎn)換器4控制。在高電壓DC/DC轉(zhuǎn)換器4和燃料電池2之間連接與燃料電池2的運(yùn)行相關(guān)的各種 類型的輔助設(shè)備。用于該實(shí)施例的輔助設(shè)備包括用于在高電壓(例如，高于12V的電壓) 下使用的一種設(shè)備(第一輔助設(shè)備)，并且能夠是空氣壓縮機(jī)5、冷卻泵10、氫泵26、排放閥 28和通道切換閥12。通過逆變器5、9和19轉(zhuǎn)換獲得的交流電被供應(yīng)到空氣壓縮機(jī)5、冷卻 泵10和氫泵26。還應(yīng)該指出輔助設(shè)備包括用于供應(yīng)重整材料的泵和用于調(diào)節(jié)重整裝置的 溫度的加熱器。在燃料電池2的正常運(yùn)行期間，由燃料電池2供應(yīng)用于輔助設(shè)備(5、10和26)的 電力而不經(jīng)由高電壓DC/DC轉(zhuǎn)換器4。在另一方面，在為停止燃料電池2的運(yùn)行而執(zhí)行的 過程期間，或者在初始運(yùn)行時(shí)，經(jīng)由高電壓DC/DC轉(zhuǎn)換器4由蓄電裝置3供應(yīng)用于輔助設(shè)備 (5、10和26)的電力。在蓄電裝置3和高電壓DC/DC轉(zhuǎn)換器4之間連接低電壓DC/DC轉(zhuǎn)換器18 (第二電 壓轉(zhuǎn)換器)。低電壓DC/DC轉(zhuǎn)換器18降低用于高電壓電路側(cè)的一部分直流電力的電壓，并 且將該電力供應(yīng)到低電壓電路側(cè)。所產(chǎn)生的一部分直流電力被存儲(chǔ)在用作低電壓蓄電裝置 的低電壓蓄電池(二次電池)19中，并且剩余部分被用作用于驅(qū)動(dòng)低電壓輔助設(shè)備20的電 力。低電壓蓄電池19 (第二蓄電裝置)用作用于向低電壓輔助設(shè)備20供應(yīng)電力的電源。低電壓輔助設(shè)備20包括各種類型的裝置，該裝置在低電壓(例如，12V)下驅(qū)動(dòng)， 并且該裝置不同于如上所述的該實(shí)施例的高電壓輔助設(shè)備(空氣壓縮機(jī)5、冷卻泵10和氫 泵26)。各種電氣裝置，例如氫罐閥、用于通過調(diào)節(jié)注射壓力而注射氫的注射器和用于車輛 100的輔助設(shè)備相應(yīng)于低電壓輔助設(shè)備20。用于車輛100的輔助設(shè)備可以例如為安裝在車 輛100上的空調(diào)、導(dǎo)航系統(tǒng)、燈、注射器裝置和閃光燈(轉(zhuǎn)彎信號(hào)燈)。低電壓輔助設(shè)備20 還可利用從低電壓蓄電池19接收到的電力驅(qū)動(dòng)。控制裝置13設(shè)置為包括CPU、R0M和RAM的微型計(jì)算機(jī)?？刂蒲b置13控制燃料電 池系統(tǒng)1的所有的各個(gè)構(gòu)件(高電壓DC/DC轉(zhuǎn)換器4等)和車輛100的各個(gè)構(gòu)件(逆變器7等)。特別地，控制裝置13控制逆變器7的切換以向牽引電機(jī)8輸出符合請(qǐng)求驅(qū)動(dòng)力的 三相交流電。控制裝置13還控制高電壓DC/DC轉(zhuǎn)換器4的運(yùn)行，從而供應(yīng)符合請(qǐng)求驅(qū)動(dòng)力 的電力。另外，控制裝置13與燃料電池2的目標(biāo)電力相應(yīng)地控制氧化氣體和氫氣的供應(yīng)， 并且使用冷卻系統(tǒng)控制燃料電池2的溫度。例如，控制裝置13允許逆變器6、29和9分別 地調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)5、氫泵26和冷卻泵10的電機(jī)(未示出)的旋轉(zhuǎn)數(shù)。進(jìn)而，控制裝 置13關(guān)閉和打開各種閥(排放閥28等)。圖2是示意在高電壓DC/DC轉(zhuǎn)換器4中在正常和異常情形中由燃料電池系統(tǒng)1執(zhí) 行的控制處理的流程圖。該程序從控制裝置13的ROM讀出并且由CPU執(zhí)行。首先，在步驟S101處，控制裝置13判斷電壓轉(zhuǎn)換器的運(yùn)行是否異常，即，判斷是否 已經(jīng)在高電壓DC/DC轉(zhuǎn)換器4中發(fā)生異常。在其中未在高電壓DC/DC轉(zhuǎn)換器4中發(fā)生異常 的情形中(步驟S101 ；否)，高電壓DC/DC轉(zhuǎn)換器4繼續(xù)運(yùn)行(步驟S102)，并且控制過程 轉(zhuǎn)移到后繼步驟S103。在步驟S103處，計(jì)算為牽引電機(jī)8請(qǐng)求的電功率Pm。請(qǐng)求電功率Pm是將被供應(yīng) 到牽引電機(jī)103的電功率，并且以下面的方式獲得。首先，控制裝置13為牽引電機(jī)103指 定目標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)和目標(biāo)扭矩。這兩者的乘積被采用為將由牽引電機(jī)8輸出的驅(qū)動(dòng)力。當(dāng)基于 牽引電機(jī)103輸出的驅(qū)動(dòng)力相對(duì)于運(yùn)行效率和功率消耗的比率劃分該驅(qū)動(dòng)力的數(shù)值時(shí)，獲 得請(qǐng)求電功率Pm。當(dāng)牽引電機(jī)8用作用于執(zhí)行再生制動(dòng)的發(fā)電機(jī)時(shí)，目標(biāo)扭矩為負(fù)值。在 該情形中，請(qǐng)求電功率Pm為負(fù)值。繼續(xù)地，在步驟S104處，基于所獲得的請(qǐng)求電功率Pm計(jì)算燃料電池輔助設(shè)備運(yùn)行 點(diǎn)Xm。在該實(shí)施例中，空氣壓縮機(jī)5、冷卻泵10、氫泵26、排放閥28和通道切換閥12相應(yīng) 于燃料電池輔助設(shè)備。當(dāng)燃料電池輔助設(shè)備運(yùn)行點(diǎn)Xm被改變時(shí)，用于空氣壓縮機(jī)5、冷卻泵 10和氫泵26的每單位時(shí)間的電機(jī)旋轉(zhuǎn)數(shù)、用于排放閥28的每單位時(shí)間開/關(guān)計(jì)數(shù)和用于 切換通道切換閥12的每單位時(shí)間計(jì)數(shù)被改變。在下一步驟S105處，指定用于行駛驅(qū)動(dòng)裝置的請(qǐng)求上限電功率Pmax。例如，請(qǐng)求 上限電功率Pmax被指定為牽引電機(jī)8的額定負(fù)載功率P1。這里，因?yàn)檎?qǐng)求上限電功率Pmax 是額定負(fù)載功率P1，所以該數(shù)值為正值。此后，在步驟S106處，指定用于行駛驅(qū)動(dòng)裝置的請(qǐng)求下限電功率Pmin。例如，請(qǐng)求 下限電功率Pmin被指定為由牽引電機(jī)8產(chǎn)生的額定電功率P2。這里，因?yàn)檫@為牽引電機(jī)8 用作發(fā)電機(jī)的情況，所以請(qǐng)求下限電功率P2是負(fù)值。在后繼步驟S107處，指定用于燃料電池輔助設(shè)備的運(yùn)行點(diǎn)的校正系數(shù)X。如將在 以后描述的，校正系數(shù)X是由在上面指定的運(yùn)行點(diǎn)Xm與之相乘的數(shù)值。因?yàn)檫@為高電壓DC/ DC轉(zhuǎn)換器4正常運(yùn)行的情況，所以校正系數(shù)X為XI，它等于1. 0。這被表示為如下形式。X = XI = 1. 0此后，請(qǐng)求上限電功率Pmax和請(qǐng)求下限電功率Pmin被賦予請(qǐng)求電功率Pm，并且獲 得請(qǐng)求電功率Pm(步驟S112)。然后，使用校正系數(shù)X( = XI)校正運(yùn)行點(diǎn)Xm，確定最終運(yùn) 行點(diǎn)Xm(步驟S113)，并且該處理前進(jìn)到“返回”。在另一方面，在其中已經(jīng)在高電壓DC/DC轉(zhuǎn)換器4中發(fā)生異常的情形中(步驟S101 ；是)，高電壓DC/DC轉(zhuǎn)換器4的運(yùn)行停止(步驟S108)。在該情形中，在高電壓DC/DC 轉(zhuǎn)換器4中的異常可包括例如其中過電流已經(jīng)流過其晶體管的情形或者其中溫度已經(jīng)升 高的情形。當(dāng)高電壓DC/DC轉(zhuǎn)換器4由于異常停止時(shí)，蓄電裝置3的充電/放電和由燃料 電池2產(chǎn)生的電量的控制被禁止。此時(shí)，其中高電壓DC/DC轉(zhuǎn)換器4被停止的狀態(tài)(步驟S108)或者為控制單元13 向高電壓DC/DC轉(zhuǎn)換器4輸出停止運(yùn)行的控制信號(hào)的結(jié)果，或者為高電壓DC/DC轉(zhuǎn)換器4 啟動(dòng)自保護(hù)電路(停止高電壓DC/DC轉(zhuǎn)換器4的切換)的結(jié)果。在第二種情形中，控制裝 置13接收示意高電壓DC/DC轉(zhuǎn)換器4被停止的信號(hào)。此時(shí)，控制裝置13可向高電壓DC/DC 轉(zhuǎn)換器4輸送運(yùn)行停止信號(hào)。在下一步驟S109處，用于行駛驅(qū)動(dòng)裝置的請(qǐng)求上限電功率Pmax被指定為P3。這 里，請(qǐng)求上限電功率P3被指定為小于額定負(fù)載功率P1的值。S卩，P3<P1。例如，上限電功 率P3被如下指定。P3 = P1X1/3因?yàn)橐源朔绞娇刂朴糜跔恳姍C(jī)8的輸出的上限值，所以當(dāng)在高電壓DC/DC轉(zhuǎn)換 器4中發(fā)生異常時(shí)，系統(tǒng)1可在額外容許量下進(jìn)行運(yùn)行。在下一步驟S110處，用于行駛驅(qū)動(dòng)裝置的請(qǐng)求下限電功率Pmin被指定為P4。這 里，請(qǐng)求下限電功率P4是大于將被產(chǎn)生的額定電功率P2的指定值。S卩，P4>P2。請(qǐng)求下 限電功率P4被指定為P4 = 0，從而阻止?fàn)恳姍C(jī)8的再生。當(dāng)以此方式控制牽引電機(jī)8的 輸出的下限值時(shí)，在高電壓DC/DC轉(zhuǎn)換器4中發(fā)生異常時(shí)，可阻止額外的電功率狀態(tài)。應(yīng)該 指出，當(dāng)P4卓0，時(shí)，通過再生獲得的電力被燃料電池輔助設(shè)備消耗。在下一步驟SI 11處，用于燃料電池輔助設(shè)備運(yùn)行點(diǎn)的校正系數(shù)X被指定為X2。這 里，校正系數(shù)X2被指定為大于校正系數(shù)XI的值。S卩，X2>X1。例如，指定校正系數(shù)X2 = 1. 5。用于燃料電池輔助設(shè)備的運(yùn)行點(diǎn)X應(yīng)該被改變，從而，以此方式，由燃料電池輔助設(shè)備 消耗的電力大于在正常時(shí)間消耗的電力。在下一步驟S112處，請(qǐng)求上限電功率Pmax ( = P3)和請(qǐng)求下限電功率Pmin (= P4)被賦予請(qǐng)求電功率Pm，并且確定請(qǐng)求電功率Pm。當(dāng)以此方式限制牽引電機(jī)8的輸出時(shí)， 正常行駛控制被轉(zhuǎn)換為自我保護(hù)控制。結(jié)果，燃料電池2電力供應(yīng)不足被阻止并且額外電 力狀態(tài)也被阻止，并且能夠繼續(xù)牽引電機(jī)8的驅(qū)動(dòng)。即，即使在已經(jīng)在高電壓DC/DC轉(zhuǎn)換器 4中發(fā)生異常的情形中，也不要求停止車輛100的運(yùn)行，并且能夠繼續(xù)車輛100的行駛(在 自我保護(hù)模式中)。在下一步驟S113處，使用校正系數(shù)X( = X2)校正運(yùn)行點(diǎn)Xm，并且確定最終運(yùn)行點(diǎn) Xm。以此方式，使用大于XI的X2校正運(yùn)行點(diǎn)Xm，從而，在高電壓DC/DC轉(zhuǎn)換器4中發(fā)生異 常時(shí)，燃料電池輔助設(shè)備的效率低于在正常時(shí)間期間。因?yàn)檫@種設(shè)置，在其中空氣壓縮機(jī)5 的電機(jī)旋轉(zhuǎn)數(shù)增加的狀態(tài)中執(zhí)行運(yùn)行，并且空氣化學(xué)計(jì)量比升高。進(jìn)而，根據(jù)以上設(shè)置，氫 泵26的電機(jī)旋轉(zhuǎn)數(shù)增加。因?yàn)橛捎谶@種設(shè)置，額外的氧化氣體和氫氣被供應(yīng)到燃料電池2， 所以可由燃料電池2產(chǎn)生的電力驅(qū)動(dòng)燃料電池輔助設(shè)備，并且燃料電池系統(tǒng)1可在額外容 許量下進(jìn)行運(yùn)行。進(jìn)一步，當(dāng)在步驟S113處確定運(yùn)行點(diǎn)Xm時(shí)，可指定冷卻泵10的電機(jī)旋轉(zhuǎn)數(shù)的增 量。進(jìn)一步，可以增加用于排放閥28的開/關(guān)計(jì)數(shù)/和/或用于切換通道切換閥12的計(jì)數(shù)。特別地在其中空氣壓縮機(jī)5的電機(jī)旋轉(zhuǎn)數(shù)增加的情形中，通過電解質(zhì)薄膜的氮(氣體 雜質(zhì))的交叉泄露量趨于增加，并且在氫廢氣中含有的氫密度趨于降低。因此，增加用于排 放閥28的開/關(guān)計(jì)數(shù)是有用的。應(yīng)該指出燃料電池輔助設(shè)備單元(5，26，18，28和12)中 的一個(gè)的運(yùn)行點(diǎn)可被改變，或者所有運(yùn)行點(diǎn)可被改變。根據(jù)上述實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)1，并且還在其中高電壓DC/DC轉(zhuǎn)換器4因?yàn)楫惓６Ｖ沟那樾沃?，牽引電機(jī)8轉(zhuǎn)換為自我保護(hù)控制模式。結(jié)果，在已經(jīng)發(fā)生異常之后，不需 即刻地停止車輛100，并且可以改進(jìn)車輛100的運(yùn)行可靠性。進(jìn)一步，因?yàn)槿剂想姵剌o助設(shè) 備利用由燃料電池2產(chǎn)生的電力驅(qū)動(dòng)，所以燃料電池2可繼續(xù)執(zhí)行穩(wěn)定的運(yùn)行，并且燃料電 池系統(tǒng)1能夠適當(dāng)?shù)乩^續(xù)運(yùn)行。應(yīng)該指出，在其中在燃料電池2和高電壓DC/DC轉(zhuǎn)換器4之間連接車輛設(shè)備的情 形中，在步驟Slll和S113處，可以改變用于車輛設(shè)備的運(yùn)行點(diǎn)。這里，車輛設(shè)備相應(yīng)于用 于車輛運(yùn)行的各種電力裝置，并且包括照明裝置、空調(diào)和液壓泵。進(jìn)而，當(dāng)在高電壓DC/DC轉(zhuǎn)換器4中發(fā)生異常時(shí)，可向乘坐者例如車輛100的駕駛 員通知該結(jié)果。例如，在步驟S108處發(fā)出用于停止電壓轉(zhuǎn)換器的指令之后，使用聲音、顯示 器等向乘坐者發(fā)出牽引電機(jī)8已被轉(zhuǎn)換為自我保護(hù)控制的通知。工業(yè)實(shí)用性上述燃料電池系統(tǒng)1不僅可安裝在兩輪或者四輪機(jī)動(dòng)車輛上，而且還可安裝在其 它可移動(dòng)體例如火車、飛機(jī)、船、機(jī)器人上。進(jìn)一步，燃料電池系統(tǒng)1還可被用作結(jié)合于聯(lián)合 發(fā)電系統(tǒng)中的固定單元。
權(quán)利要求
一種燃料電池系統(tǒng)，包括通過接收電力而被驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力產(chǎn)生單元；用于將電力供應(yīng)到所述動(dòng)力產(chǎn)生單元的燃料電池；蓄電裝置，所述蓄電裝置與所述燃料電池并聯(lián)，通過電壓轉(zhuǎn)換器連接到所述動(dòng)力產(chǎn)生單元，所述燃料電池系統(tǒng)包括控制裝置，所述控制裝置用于控制所述電壓轉(zhuǎn)換器和所述動(dòng)力產(chǎn)生單元，其中，當(dāng)在所述電壓轉(zhuǎn)換器中發(fā)生異常時(shí)，所述控制裝置指定所述動(dòng)力產(chǎn)生單元的輸出的下限值，所述下限值比所述動(dòng)力產(chǎn)生單元產(chǎn)生的額定電功率的值大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料電池系統(tǒng)，其中，當(dāng)在所述電壓轉(zhuǎn)換器中發(fā)生異常時(shí)，所述控 制裝置調(diào)節(jié)所述動(dòng)力產(chǎn)生單元的輸出的上限值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的燃料電池系統(tǒng)，其中所述控制裝置指定所述動(dòng)力產(chǎn)生單元的輸出 的上限值，所述上限值比所述動(dòng)力產(chǎn)生單元的額定負(fù)載功率小。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中的一項(xiàng)的燃料電池系統(tǒng)，包括輔助設(shè)備，所述輔助設(shè)備比所述電壓轉(zhuǎn)換器靠近所述燃料電池連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的燃料電池系統(tǒng)，其中，當(dāng)在所述電壓轉(zhuǎn)換器中發(fā)生異常時(shí)，所述控 制裝置改變所述輔助設(shè)備的運(yùn)行點(diǎn)。
6.一種移動(dòng)體，包括根據(jù)權(quán)利要求1到3中的一項(xiàng)的燃料電池系統(tǒng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的移動(dòng)體，其中，當(dāng)在所述電壓轉(zhuǎn)換器中發(fā)生異常時(shí)，所述控制裝置 允許所述移動(dòng)體在自我保護(hù)模式中行駛。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種燃料電池系統(tǒng)和移動(dòng)體，即使在電壓轉(zhuǎn)換器中發(fā)生異常時(shí)，該燃料電池系統(tǒng)也能夠繼續(xù)燃料電池的穩(wěn)定運(yùn)行并執(zhí)行系統(tǒng)的不間斷運(yùn)行。該燃料電池系統(tǒng)包括通過接收電力而被驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力產(chǎn)生單元；用于將電力供應(yīng)到所述動(dòng)力產(chǎn)生單元的燃料電池；蓄電裝置，所述蓄電裝置與所述燃料電池并聯(lián)，通過電壓轉(zhuǎn)換器連接到所述動(dòng)力產(chǎn)生單元，并且，所述燃料電池系統(tǒng)還包括控制裝置，所述控制裝置用于控制所述電壓轉(zhuǎn)換器和所述動(dòng)力產(chǎn)生單元，其中，當(dāng)在所述電壓轉(zhuǎn)換器中發(fā)生異常時(shí)，所述控制裝置指定所述動(dòng)力產(chǎn)生單元的輸出的下限值，所述下限值比所述動(dòng)力產(chǎn)生單元產(chǎn)生的額定電功率的值大。
文檔編號(hào)H01M16/00GK101800345SQ20101012170
公開日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2006年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月13日
發(fā)明者齋藤友宏, 麻生真司 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社