專利名稱：燃料電池系統(tǒng)、燃料電池系統(tǒng)的控制方法及配備有燃料電池系統(tǒng)的電動車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池系統(tǒng)、用于該燃料電池系統(tǒng)的控制方法、以及在起動配備有該燃料電池系統(tǒng)的電動車時在該電動車上執(zhí)行的控制。
背景技術(shù)：
目前正在考慮這樣的燃料電池的實際應(yīng)用，所述燃料電池將氫氣作為燃料氣體供給至燃料電極，將空氣作為氧化劑氣體供給至氧化劑電極，并且通過氫氣和空氣中的氧氣之間的電化學(xué)反應(yīng)而生成電，同時在氧化劑電極上生成水。在這樣的燃料電池中，如果在開始操作時，供給至燃料電極的氫氣的壓力和供給至氧化劑電極的空氣的壓力大致等于常規(guī)操作期間所出現(xiàn)的各自壓力，則有時會發(fā)生氫氣和空氣分別不均勻地分布在燃料電極和氧化劑電極中，并且電極會由于這些氣體的不均勻分布所引起的電化學(xué)反應(yīng)而劣化。日本專利特開2007-26891 (JP-A-2007-26891)號公報公開了一種防止燃料電池的電極劣化的方法，該方法通過使燃料電池開始操作時分別供給至燃料電極和氧化劑電極的氫氣和空氣的壓力高于這些氣體的常規(guī)供給壓力來防止電極劣化。然而，如果在燃料電池開始操作時氫氣和空氣以高壓供給至燃料電池，則有時會發(fā)生燃料電池的電壓的上升速率變大而使得燃料電池的電壓超過上限電壓。針對此問題， 日本專利特開2007-26891 (JP-A-200746891)公開了一種方法，其中，當(dāng)在起動燃料電池時以比常規(guī)發(fā)電期間給定的各壓力高的壓力供給氫氣和空氣的時候，倘若燃料電池的電壓達(dá)到低于上限電壓的預(yù)定電壓，則從燃料電池提取出輸出電力，并且輸出至車輛驅(qū)動電動機、電阻器等。然而，如果在燃料電池的常規(guī)操作期間，構(gòu)成燃料電池的多個燃料單元電池中的一個或多個由于繼續(xù)發(fā)電而表現(xiàn)出低電壓，則執(zhí)行控制，以嘗試恢復(fù)低壓燃料單元電池。然而，如果構(gòu)成燃料電池的燃料單元電池中的一個或多個在燃料電池被起動時表現(xiàn)出低電壓，則會結(jié)束燃料電池的起動并進入常規(guī)操作，而不會為嘗試恢復(fù)低壓燃料單元電池提供機會。在該情況下，燃料電池的耐久性等經(jīng)常會受到不利影響。

發(fā)明內(nèi)容
據(jù)此，本發(fā)明提供一種燃料電池系統(tǒng)，其能夠在當(dāng)燃料電池起動時不對燃料電池的耐久性等帶來不利影響的情況下起動，并且還提供一種用于前述燃料電池系統(tǒng)的控制方法以及配備有該燃料電池系統(tǒng)的電動車。根據(jù)本發(fā)明的第一方面的燃料電池系統(tǒng)包括燃料電池以及控制所述燃料電池的電壓的控制部，所述燃料電池具有通過燃料氣體與氧化劑氣體之間的電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電力的多個燃料單元電池。所述控制部具有啟動裝置，所述啟動裝置用于通過使所述燃料電池的電壓從啟動電壓上升至低于開路電壓的高電位回避電壓，來啟動所述燃料電池；以及命令裝置，如果在所述燃料電池的電壓上升至所述高電位回避電壓后經(jīng)過一定時間之后， 所述多個燃料單元電池中的至少一個的電池電壓低于或等于一定電壓，則進一步所述命令裝置使所述燃料電池的電壓上升以超過所述高電位回避電壓。此外，在根據(jù)第一方面的燃料電池系統(tǒng)中，如果在所述燃料電池的電壓上升至所述高電位回避電壓后經(jīng)過所述一定時間之后，所述多個燃料單元電池中的至少一個的電池電壓低于或等于所述一定電壓，則所述命令裝置使所述燃料電池的電壓上升至所述開路電壓。此外，在根據(jù)第一方面的燃料電池系統(tǒng)中，如果在所述燃料電池的電壓上升至所述高電位回避電壓后經(jīng)過所述一定時間之后，所述多個燃料單元電池中的至少一個燃料單元電池的電池電壓低于或等于所述一定電壓，則所述命令裝置根據(jù)在所述一定電壓與所述至少一個燃料單元電池的電池電壓之間的差使所述燃料電池的電壓上升以超過所述高電位回避電壓。根據(jù)本發(fā)明第二方面的電動車配備有根據(jù)第一方面的燃料電池系統(tǒng)的電動車。根據(jù)本發(fā)明第三方面的燃料電池系統(tǒng)的控制方法是用于控制包括燃料電池的燃料電池系統(tǒng)的控制方法，其中，所述燃料電池具有通過燃料氣體與氧化劑氣體之間的電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電力的多個燃料單元電池。所述控制方法包括通過使所述燃料電池的電壓從啟動電壓上升至低于開路電壓的高電位回避電壓，來啟動所述燃料電池；在所述燃料電池的電壓上升至所述高電位回避電壓后經(jīng)過一定時間之后，檢測所述多個燃料單元電池的電池電壓；確定所述多個燃料單元電池中的至少一個的被檢測到的電池電壓是否低于或等于一定電壓；以及如果確定所述多個燃料單元電池中的至少一個的電池電壓低于或等于所述一定電壓，則進一步使所述燃料電池的電壓上升以超過所述高電位回避電壓。此外，在根據(jù)第三方面的控制方法中，如果確定所述多個燃料單元電池中的至少一個的電池電壓低于或等于所述一定電壓，則可以使所述燃料電池的電壓上升至高于所述高電位回避電壓的開路電壓。此外，在根據(jù)第三方面的控制方法中，如果確定所述多個燃料單元電池中的至少一個燃料單元電池的電池電壓低于或等于所述一定電壓，則根據(jù)在所述一定電壓與所述至少一個燃料單元電池的電池電壓之間的差而進一步使所述燃料電池的電壓上升以超過所述高電位回避電壓。根據(jù)本發(fā)明，燃料電池系統(tǒng)可以在當(dāng)燃料電池起動時不對燃料電池的耐久性等帶來不利影響的情況下起動。


從下面參照附圖對示例性實施例進行的描述，本發(fā)明的前述和/或進一步的目的、特征及優(yōu)點將變得更加清楚，附圖中，相同的附圖標(biāo)記用于表示相同的元件，并且其中圖1是本發(fā)明實施例中的燃料電池系統(tǒng)的系統(tǒng)圖；圖2是示出當(dāng)根據(jù)本發(fā)明實施例的燃料電池系統(tǒng)被起動時所執(zhí)行的電壓控制的一個示例的曲線圖；以及圖3是示出當(dāng)根據(jù)本發(fā)明實施例的燃料電池系統(tǒng)被起動時所執(zhí)行的電壓控制的
4另一示例的曲線圖。
具體實施例方式如圖1所示，安裝在電動車200上的燃料電池系統(tǒng)100包括可充放電二次電池 12 ；升/降壓轉(zhuǎn)換器13，其升高或降低二次電池12的電壓；逆變器14，其將升/降壓轉(zhuǎn)換器 13的直流電力轉(zhuǎn)換成交流電力，并將該電力供給至牽引電動機15 ；和燃料電池11。二次電池12由可充放電鋰離子電池等構(gòu)成。本實施例中二次電池12的電壓低于牽引電動機15的驅(qū)動電壓。然而，二次電池的電壓不限于此，而是還可以是等于或高于牽引電動機的電壓的電壓。升/降壓轉(zhuǎn)換器13包括多個開關(guān)元件，并且通過開關(guān)元件的接通 /斷開操作而將從二次電池12供給的低電壓轉(zhuǎn)換至高電壓，用于驅(qū)動牽引電動機。升/降壓轉(zhuǎn)換器13是非絕緣型雙向DC/DC轉(zhuǎn)換器，其基準(zhǔn)電路徑32連接至二次電池12的負(fù)側(cè)電路徑34和逆變器14的負(fù)側(cè)電路徑39，其一次側(cè)電路徑31連接至二次電池12的正側(cè)電路徑33，并且其二次側(cè)電路徑35連接至逆變器14的正側(cè)電路徑38。而且，二次電池12的正側(cè)電路徑33和負(fù)側(cè)電路徑34均設(shè)置有系統(tǒng)繼電器25，系統(tǒng)繼電器25接通和斷開二次電池 12和負(fù)載系統(tǒng)之間的連接。燃料電池11具有多個燃料單元電池，所述多個燃料單元電池被供給有作為燃料氣體的氫氣和作為氧化劑氣體的空氣，并通過氫氣和空氣中的氧氣之間的電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電力。在燃料電池11中，氫氣從高壓氫氣箱17經(jīng)由氫氣供給閥18而供給至燃料電極 (陽極)，且空氣通過空氣壓縮機19而供給至氧化劑電極(陰極)。燃料電池11的正側(cè)電路徑36經(jīng)由FC繼電器M和阻擋二極管23而連接至升/降壓轉(zhuǎn)換器13的二次側(cè)電路35。 燃料電池11的負(fù)側(cè)電路徑37經(jīng)由另一 FC繼電器M而連接至升/降壓轉(zhuǎn)換器13的基準(zhǔn)電路徑32。升/降壓轉(zhuǎn)換器13的二次側(cè)電路35連接至逆變器14的正側(cè)電路徑38，且升 /降壓轉(zhuǎn)換器13的基準(zhǔn)電路徑32連接至逆變器14的負(fù)側(cè)電路徑39。燃料電池11的正側(cè)電路徑36和負(fù)側(cè)電路徑37經(jīng)由FC繼電器M而分別連接至逆變器14的正側(cè)電路徑38和負(fù)側(cè)電路徑39。FC繼電器M接通和斷開負(fù)載系統(tǒng)和燃料電池11之間的連接。當(dāng)FC繼電器M閉合時，燃料電池11連接至升/降壓轉(zhuǎn)換器13的二次側(cè)，使得由燃料電池11產(chǎn)生的電力和通過升高二次電池12的一次側(cè)電力的電壓而得到的二次電池12的二次側(cè)電力一起供給至逆變器，從而驅(qū)動使車輪60轉(zhuǎn)動的牽引電動機15。此時，燃料電池11的電壓變得等于升/降壓轉(zhuǎn)換器13的輸出電壓并且等于逆變器14的輸入電壓。而且，空氣壓縮機19以及諸如冷水泵、氫氣泵等這樣的燃料電池11的附件16的驅(qū)動電力基本上由燃料電池11所產(chǎn)生的電壓來提供。如果燃料電池11不能產(chǎn)生所需電力，則二次電池12被用作補充源。平滑一次側(cè)電壓的一次側(cè)電容器20連接在二次電池12的正側(cè)電路徑33和負(fù)側(cè)電路徑34之間。一次側(cè)電容器20設(shè)置有電壓傳感器41，所述電壓傳感器41檢測一次側(cè)電容器20兩端之間的電壓。而且，平滑二次側(cè)電壓的二次側(cè)電容器21被設(shè)置在逆變器14 的正側(cè)電路徑38和負(fù)側(cè)電路徑39之間。二次側(cè)電容器21設(shè)置有電壓傳感器，所述電壓傳感器42檢測二次側(cè)電容器21兩端之間的電壓?？邕^一次側(cè)電容器20的電壓為一次側(cè)電壓八，其為升/降壓轉(zhuǎn)換器13的輸入電壓，并且跨過二次側(cè)電容器21的電壓為二次側(cè)電壓 VH，其為升/降壓轉(zhuǎn)換器13的輸出電壓。而且，在燃料電池11的正側(cè)電路徑36和負(fù)側(cè)電路徑37之間設(shè)置有檢測燃料電池11的電壓的電壓傳感器43。電壓傳感器43還檢測構(gòu)成燃料電池11的每個燃料單元電池的電池電壓。而且，燃料電池11的正側(cè)電路徑36設(shè)置有檢測燃料電池11的輸出電流的電流傳感器44?？刂撇?0為包含執(zhí)行信號處理的CPU以及儲存程序和控制數(shù)據(jù)的存儲部的計算機。燃料電池11、空氣壓縮機19、氫氣供給閥18、升/降壓轉(zhuǎn)換器13、逆變器14、牽引電動機15、附件16、FC繼電器M和系統(tǒng)繼電器25連接至控制部50，并且被構(gòu)造成根據(jù)來自控制部50的命令操作。而且，二次電池12、電壓傳感器41至43和電流傳感器44單獨連接至控制部50，并且被構(gòu)造成二次電池12的狀態(tài)以及電壓傳感器41至43和電流傳感器44的檢測信號被輸入至控制部50。電動車200設(shè)置有點火鍵30，所述點火鍵30為用于起動和停止燃料電池系統(tǒng)100的開關(guān)。點火鍵30連接至控制部50，并且被構(gòu)造成點火鍵30的接通/斷開信號被輸入至控制部50。在具有如上所述兩種電力的燃料電池系統(tǒng)100中，兩個電池11和12的輸出電力是基于分配計算來控制的，所述分配計算用于在常規(guī)操作期間、在二次電池12的輸出電力和燃料電池11的輸出電力之間分配用于驅(qū)動牽引電動機15所需的電力。電力分配計算基于燃料電池的輸出電流-電壓特性以及二次電池的輸出電流-電壓特性來執(zhí)行。然而，在燃料電池11被起動之后，在燃料電池11的電壓上升至操作電壓并且因此可以從燃料電池 11產(chǎn)生電力之前需要花費時間。因而，在配備有二次電池12和燃料電池11的電動車200 中，在從打開點火鍵30以起動電動車200到當(dāng)能夠從燃料電池11產(chǎn)生電力時的時段期間， 不執(zhí)行電力分配計算而是將燃料電池11的輸出電力命令值設(shè)定在0，并且使用來自二次電池12的電力驅(qū)動電動車200。然后，當(dāng)完成燃料電池11的起動時，操作轉(zhuǎn)換到其期間執(zhí)行電力分配計算的常規(guī)操作。將描述根據(jù)該實施例的燃料電池系統(tǒng)100的操作。圖2是示出當(dāng)起動根據(jù)該實施例的燃料電池系統(tǒng)時所執(zhí)行的電壓控制的示例的圖。在圖2的上部分，示出了燃料電池的電壓的變化，其中，實線示出的是作為升/降壓轉(zhuǎn)換器13的命令電壓的二次側(cè)電壓Vh，且虛線示出的是作為燃料電池11的電壓(總電壓)的FC電壓VF。圖2的下部分示出了燃料單元電池在其電池電壓變低的情況下其電壓的變化。當(dāng)駕駛員即操作員打開點火鍵30時，來自點火鍵30的接通信號被輸入至控制部 50。然后，控制部50閉合系統(tǒng)繼電器25，以將二次電池12連接至系統(tǒng)。在二次電池12連接至系統(tǒng)之后，一次側(cè)電容器20通過來自二次電池12的電力充電。在一次側(cè)電容器被充電之后，控制部50開始升/降壓轉(zhuǎn)換器13的升壓操作，以對二次側(cè)電容器21充電，從而將由電壓傳感器42檢測的二次側(cè)電壓Vh升至開路電壓OCV (如在圖2上部中由實線所示)。 順便提及，當(dāng)二次側(cè)電壓Vh達(dá)到開路電壓OCV時，二次側(cè)電容器12的充電被完成，從而可以從二次電池12供給電力。因此，當(dāng)駕駛員踩下加速踏板時，來自二次電池12的電力根據(jù)所需電力而供給至牽引電動機15，從而相應(yīng)地使車輪60轉(zhuǎn)動。這樣，電動車200開始移動?？刂撇?0輸出命令以對氫氣系統(tǒng)加壓。由于該命令，氫氣供給閥18打開，從而氫氣開始從氫氣箱17供給至燃料電池11。當(dāng)供給氫氣時，燃料電池11的燃料電極的壓力上升。然而，由于氧化劑電極還未被供給空氣，所以在燃料電池11內(nèi)不會發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，因此，燃料電池11不會產(chǎn)生電力。因而，此時，燃料電池11的FC電壓Vf* 0，如在燃料電池 11的起動電壓一樣。順帶提及，在氫氣系統(tǒng)加壓開始之后，可以執(zhí)行氫氣泄漏檢測。在氫氣系統(tǒng)加壓開始之后，F(xiàn)C繼電器M閉合，以將燃料電池11連接至升/降壓轉(zhuǎn)換器13并且連接至逆變器14。然后，控制部50開始將二次側(cè)電壓Vh從開路電壓OCV降低至高電位回避電壓Vtl，如在圖2上部中由實線所示，并且還輸出命令以起動空氣壓縮機 19。由于此命令，空氣壓縮機19起動，使得空氣開始被供給至燃料電池11。應(yīng)予以注意的是，高電位回避電壓Vtl意指如下的預(yù)定操作電壓，其小于開路電壓0CV，并且可以由燃料電池11產(chǎn)生，從而燃料電池11的耐久性將必定得到保持。在起動空氣壓縮機19且因而空氣開始被供給至燃料電池11之后，氫氣和空氣中的氧氣開始在燃料電池11內(nèi)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，使得由電壓傳感器43檢測的燃料電池11的 FC電壓Vf從起動電壓0逐漸上升，如在圖2上部中由虛線所示。然后，燃料電池11的FC 電壓Vf達(dá)到高電位回避電壓％。此時，由于作為升/降壓轉(zhuǎn)換器13的輸出電壓的二次側(cè)電壓被保持在高電位回避電壓Vtl，所以燃料電池的FC電壓Vf也被保持在高電位回避電壓Vtl， 且并未上升至開路電壓0CV。順帶提及，在燃料電池11的FC電壓Vf正在上升時，供給至燃料電池11的氫氣和空氣由于阻擋二極管23的阻擋而不流動?？刂撇?0檢查在燃料電池11的FC電壓Vf上升后經(jīng)過一定時間之后，構(gòu)成燃料電池11的燃料單元電池是否正常操作。如果如圖2所示，燃料單元電池中的一個或多個的電池電壓下降，則燃料電池11的FC電壓Vf達(dá)到高電位回避電壓％。于是，當(dāng)燃料單元電池變?yōu)樨?fù)電位(具有反向電位)時，燃料單元電池劣化并損壞。因此，為了避免這個，當(dāng)燃料電池11起動時，需要提供嘗試恢復(fù)低壓燃料單元電池的電壓的機會。具體來說，在燃料電池11的FC電壓Vf已經(jīng)上升后經(jīng)過一定時間之后，控制部50 確定由電壓傳感器43檢測的燃料單元電池的電池電壓是否低于或等于在控制部50中預(yù)先設(shè)定的一定電壓(在圖2的下部分中所示的V1)。在緊接在起動燃料電池11之后的狀態(tài)期間，例如，在氫氣系統(tǒng)的增壓開始之后并且其間空氣壓縮機19還沒有被起動的狀態(tài)等等， 有時會發(fā)生如下的情況盡管燃料電池11的FC電壓Vf高，但燃料單元電池的電池電壓極低。然而，在這樣的狀態(tài)下，不對燃料單元電池是否正常工作進行確定。因此，需要確定，在燃料電池11的FC電壓Vf已經(jīng)上升后經(jīng)過一定時間之后，即，在跟在氫氣系統(tǒng)加壓以及空氣壓縮機19起動后經(jīng)過一定時間之后，由電壓傳感器43檢測的燃料單元電池的電池電壓是否低于或等于在控制部50中預(yù)先設(shè)定的一定電壓(V1)。關(guān)于一定時間的設(shè)定，由燃料電池系統(tǒng)的操作來對其進行適當(dāng)設(shè)定是足夠的。例如，在按照氫氣供給、氫氣泄漏檢測、氧氣供給等的順序依次執(zhí)行的燃料電池系統(tǒng)中，以下操作是足夠的，即將所述一定時間適當(dāng)?shù)卦O(shè)定為，從當(dāng)檢測到氫氣泄漏時起，即，從當(dāng)開始供給氧氣時起，至當(dāng)燃料電池11的FC電壓 Vf達(dá)到高電位回避電壓Vtl時所需的時間。替代地，前述一定時間的流逝點可以適當(dāng)?shù)卦O(shè)定在燃料電池11的FC電壓Vf達(dá)到高電位回避電壓Vtl之后數(shù)十秒。在燃料單元電池中至少一個低于或等于一定電壓的情況下，控制部50將二次側(cè)電壓Vh從高電位回避電壓Vtl上升至開路電壓0CV，從而將燃料電池11的FC電壓Vf上升至開路電壓0CV。燃料電池11具有這樣的特性，即，隨著FC電壓Vf上升至開路電壓0CV，燃料電池11的輸出電流逐漸減小，并且當(dāng)FC電壓Vf達(dá)到開路電壓OCV時，燃料電池11的輸出電流變?yōu)?。具體來說，在其中當(dāng)燃料電池11起動時燃料單元電池的電池電壓低于或等于一定電壓的情況下，通過在轉(zhuǎn)換到常規(guī)操作之前，使燃料電池11的FC電壓Vf上升至開路電壓OCV且由此限制燃料電池11的輸出電流，來嘗試恢復(fù)低壓燃料單元電池的電池電壓。在起動燃料電池11時，在使FC電壓Vf上升至開路電壓OCV之后，控制部50假定燃料電池11的起動已經(jīng)完成，并且轉(zhuǎn)換到常規(guī)操作，同時保持已升至開路電壓OCV的燃料電池11的FC電壓VF，不管燃料單元電池是否已被恢復(fù)。順帶提及，此操作并非是限制性的。 例如，當(dāng)?shù)蛪喝剂蠁卧姵氐碾姵仉妷鹤兊玫扔诨蚋哂谝欢妷?V2)時，控制部50可以將燃料電池11的FC電壓Vf降低至高電位回避電壓Vtl，然后可以假定燃料電池11的起動已經(jīng)完成而轉(zhuǎn)換到常規(guī)操作。可以適當(dāng)?shù)卦O(shè)定前述一定電壓(義和^)。然而，優(yōu)選將所述一定電壓設(shè)定在一些值(例如，V1 = 0. 1和V2 = 0.幻，使得如果燃料單元電池的電池電壓低于或等于一定電壓，則存在燃料單元電池會具有反向電位的風(fēng)險。另一方面，如果在燃料電池11的FC電壓Vf上升后經(jīng)過一定時間之后，燃料單元電池的電池電壓高于或等于一定電壓(V1)，那么，控制部50確定燃料單元電池沒有異常，并且假定燃料電池11的起動已經(jīng)完成而轉(zhuǎn)換到常規(guī)操作。接下來，將描述根據(jù)該實施例的燃料電池系統(tǒng)100的操作的另一示例。圖3是示出當(dāng)根據(jù)該實施例的燃料電池系統(tǒng)起動時所執(zhí)行的電壓控制的另一示例的圖。在圖3的上部分中，示出了燃料電池的電壓的變化；具體來說，示出的是作為升/降壓轉(zhuǎn)換器13的命令電壓的二次側(cè)電壓Vh、以及作為燃料電池11的電壓(總電壓)的FC電壓VF。而且，圖3的下部分示出了燃料單元電池在其電池電壓變低的情況下其電壓的變化的示例。這里，應(yīng)予以注意的是，在本示例中，在從當(dāng)氫氣和空氣中的氧氣在燃料電池11 內(nèi)開始發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)時到由電壓傳感器43檢測的燃料電池11的FC電壓Vf從起動電壓上升時的時段期間的過程與上面描述的過程相同。在燃料電池11的FC電壓Vf上升后經(jīng)過一定時間之后，控制部50確定由電壓傳感器43檢測的燃料單元電池的電池電壓(V4)是否低于或等于在控制部50中預(yù)先設(shè)定的一定電壓(V3)。如果燃料單元電池的電池電壓(V4)低于或等于一定電壓(V3),則控制部50找出所述一定電壓與燃料單元電池的低電池電壓之差。然后，例如，利用展現(xiàn)了一定電壓與電池電壓之差和二次側(cè)電壓Vh的上升速率之間的關(guān)系的控制映射，控制部50根據(jù)所找出的差而使二次側(cè)電壓Vh上升，以便使燃料電池11的FC電壓Vf上升超過高電位回避電壓Vtl(該上升的上限為開路電壓0CV)。適當(dāng)?shù)卦O(shè)定一定電壓(V3)是足夠的。如上所述，燃料電池11具有這樣的特性，即，隨著FC電壓VfI升至開路電壓0CV， 燃料電池11的輸出電流逐漸減小，并且當(dāng)FC電壓Vf達(dá)到開路電壓OCV時，燃料電池11的輸出電流變?yōu)?。在本實施例中，如果燃料單元電池的電池電壓和一定電壓之差較大，則燃料電池11的FC電壓Vf相應(yīng)地會上升更多(例如，至開路電壓OCV附近)，并且因此燃料電池11的輸出電流得到限制，從而可以嘗試恢復(fù)低壓燃料單元電池的電池電壓。在燃料電池11起動時，控制部50根據(jù)一定電壓與電池電壓之差而使燃料電池11 的FC電壓Vf上升超過高電位回避電壓Vtl，然后，不管燃料單元電池是否已被恢復(fù)，在經(jīng)過一定時間之后，假定燃料電池11的起動已經(jīng)完成而轉(zhuǎn)換到常規(guī)操作。例如，當(dāng)?shù)蛪喝剂蠁卧姵氐碾姵仉妷鹤兊玫扔诨蚋哂谝欢妷?V3)時，控制部50可以使燃料電池11的FC電壓Vf降低至高電位回避電壓Vci，然后可以假定燃料電池11的起動已經(jīng)完成而轉(zhuǎn)換到常規(guī)操作。另一方面，如果燃料單元電池的電池電壓高于或等于一定電壓(V3),則控制部50 確定燃料單元電池沒有異常，并且假定燃料電池11的起動已經(jīng)完成而轉(zhuǎn)換到常規(guī)操作。如上所述，在本實施例中，如果燃料單元電池在燃料電池起動時出現(xiàn)低電壓，則可以使燃料電池的電壓高于高電位回避電壓，并且因此燃料電池的輸出電流受到限制。這樣， 在燃料電池起動期間，可以對低壓燃料單元電池進行恢復(fù)，然后進入常規(guī)操作。因此，燃料電池系統(tǒng)可以在不損害其耐久性的情況下起動。 盡管已經(jīng)參照本發(fā)明的示例性實施例對本發(fā)明進行了描述，但應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明不限于這些示例性實施例或構(gòu)造。相反，本發(fā)明旨在涵蓋各種修改和等同配置。另外， 盡管以各種組合和構(gòu)造作為示例示出了示例性實施例的各種要素，但包括更多、更少或者只一個要素的其他組合和配置也落入在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池系統(tǒng)，包括燃料電池以及控制所述燃料電池的電壓的控制部，所述燃料電池具有通過燃料氣體與氧化劑氣體之間的電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電力的多個燃料單元電池，所述燃料電池系統(tǒng)特征在于，所述控制部具有啟動裝置，所述啟動裝置用于通過使所述燃料電池的電壓從啟動電壓上升至低于開路電壓的高電位回避電壓，來啟動所述燃料電池；以及命令裝置，如果在所述燃料電池的電壓上升至所述高電位回避電壓后經(jīng)過一定時間之后，所述多個燃料單元電池中的至少一個的電池電壓低于或等于一定電壓，則進一步所述命令裝置使所述燃料電池的電壓上升以超過所述高電位回避電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，如果在所述燃料電池的電壓上升至所述高電位回避電壓后經(jīng)過所述一定時間之后，所述多個燃料單元電池中的至少一個的電池電壓低于或等于所述一定電壓，則所述命令裝置使所述燃料電池的電壓上升至所述開路電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，如果在所述燃料電池的電壓上升至所述高電位回避電壓后經(jīng)過所述一定時間之后，所述多個燃料單元電池中的至少一個燃料單元電池的電池電壓低于或等于所述一定電壓，則所述命令裝置根據(jù)在所述一定電壓與所述至少一個燃料單元電池的電池電壓之間的差使所述燃料電池的電壓上升以超過所述高電位回避電壓。
4.一種配備有根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的燃料電池系統(tǒng)的電動車。
5.一種用于燃料電池系統(tǒng)的控制方法，所述燃料電池系統(tǒng)包括燃料電池，所述燃料電池具有通過燃料氣體與氧化劑氣體之間的電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電力的多個燃料單元電池，所述控制方法特征在于包括通過使所述燃料電池的電壓從啟動電壓上升至低于開路電壓的高電位回避電壓，來啟動所述燃料電池；在所述燃料電池的電壓上升至所述高電位回避電壓后經(jīng)過一定時間之后，檢測所述多個燃料單元電池的電池電壓；確定所述多個燃料單元電池中的至少一個的被檢測到的電池電壓是否低于或等于一定電壓；以及如果確定所述多個燃料單元電池中的至少一個的電池電壓低于或等于所述一定電壓， 則進一步使所述燃料電池的電壓上升以超過所述高電位回避電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制方法，其中，如果確定所述多個燃料單元電池中的至少一個的電池電壓低于或等于所述一定電壓， 則使所述燃料電池的電壓上升至高于所述高電位回避電壓的開路電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制方法，其中，如果確定所述多個燃料單元電池中的至少一個燃料單元電池的電池電壓低于或等于所述一定電壓，則根據(jù)在所述一定電壓與所述至少一個燃料單元電池的電池電壓之間的差而進一步使所述燃料電池的電壓上升以超過所述高電位回避電壓。
全文摘要
一種燃料電池系統(tǒng)，包括燃料電池以及控制所述燃料電池的電壓的控制部。所述控制部具有起動裝置，通過使所述燃料電池的電壓從起動電壓上升至低于開路電壓的高電位回避電壓，來起動所述燃料電池；和命令裝置，如果在所述燃料電池的電壓上升至所述高電位回避電壓后經(jīng)過一定時間之后，所述多個燃料單元電池中的至少一個燃料單元電池的電池電壓低于或等于一定電壓，則所述命令裝置使所述燃料電池的電壓進一步上升超過所述高電位回避電壓。
文檔編號H01M8/04GK102379056SQ201080014810
公開日2012年3月14日 申請日期2010年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月31日
發(fā)明者今井敦志, 吉田道雄, 小川朋也 申請人:豐田自動車株式會社