[发明专利]燃料电池系统、用于燃料电池系统的控制方法以及配备有燃料电池系统的车辆

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池系统、一种用于燃料电池系统的控制方法以及一种配备有燃料电池系统的车辆。

背景技术

现在正在考虑燃料电池的实际应用，燃料电池向燃料电极供应作为燃料气体的氢气，并且向氧化剂电极供应作为氧化剂气体的空气，并且在氧化剂电极上产生水时通过在氢气和空气中的氧气之间的电化学反应产生电力。

在这种燃料电池中，如果在操作开始时，被供应到燃料电极的氢气的压力和被供应到氧化剂电极的空气的压力大约等于在通常操作期间所产生的各个压力，则有时发生氢气和空气分别地在燃料电极和氧化剂电极中非均匀地分布的情况，并且电极由这些气体的非均匀分布引起的电化学反应而劣化。日本专利申请公布No.2007-26891(JP-A-2007-26891)公开了一种通过使得在燃料电池的操作开始时分别地被供应到燃料电极和氧化剂电极的氢气和空气的压力高于这些气体的通常供应压力而防止燃料电池的电极劣化的方法。

然而，如果当燃料电池开始操作时在高压下将氢气和空气供应到燃料电池，则有时发生燃料电池的电压的升高速率变大，使得燃料电池的电压超出它的上限电压。与这个问题相关地，日本专利申请公布No.2007-26891(JP-A-2007-26891)公开了一种方法，其中在启动燃料电池时，当在高于它们的、在通常发电期间给出的压力的压力下供应氢气和空气时，如果燃料电池的电压达到低于上限电压的预定电压，则输出电力被从燃料电池提取，并且被送入到车辆驱动马达、电阻器等。

在配备有燃料电池的电动车辆中，用于燃料电池的输出电力命令值是基于负载请求的电力和燃料电池的输出电流-电压特性来计算的。然而，在启动燃料电池时，在燃料电池的电压从启动电压上升时，由于被阻塞二极管阻断，电流并不从燃料电池流出。在另一方面，例如在其中燃料电池的电压在启动燃料电池时暂时地升高到开路电压(在下文中，被称作“OCV”)之后燃料电池的控制电压降低并且电力被从燃料电池提取的方法中，执行一种控制，其中燃料电池的电压被设定在OCV处，从而电流不从燃料电池流出，直至允许燃料电池产生电力。然而，在此情形中，存在燃料电池的耐久性可以受到影响的可能性。

因此，令人期望的是，即使在允许燃料电池产生电力之前，燃料电池的输出电压也被降至低于OCV。然而，因为紧接着在其启动之后，燃料电池的催化剂的状态改变，所以紧接在其启动之后，燃料电池的发电量显著地波动。然后，如果燃料电池在其启动时产生比负载所要求的更多的电力，则将盈余的电力充电至被设置在电动车辆中的二次电池。

然而，如果以例如高速充电、从高SOC(充电状态)充电、在低温(例如0℃)下充电(在高电阻状态中充电)等的方式对二次电池充电，则存在二次电池可能变成被过度充电并且二次电池的耐久性可能受到不利影响的可能性。

发明内容

本发明提供一种在启动燃料电池时执行燃料电池的电力管理以便抑制二次电池的过度充电的燃料电池系统，并且还提供一种用于燃料电池系统的控制方法以及一种配备有该燃料电池系统的车辆。

本发明的第一方面涉及一种燃料电池系统。这个燃料电池系统包括：燃料电池，其通过在燃料气体和氧化剂气体之间的电化学反应产生电力；二次电池，其是可充电和可放电的并且利用从燃料电池输出的电力来被充电；以及控制部，其控制在启动燃料电池时由燃料电池产生的电量。该控制部具有电压调节部，该电压调节部在启动燃料电池时利用盈余电力对二次电池充电，并且在当燃料电池的输出电压从开路电压降低到高电势避免电压时预期二次电池将变成过度充电的情形中，在开路电压和高电势避免电压之间调节燃料电池的电压。

在启动燃料电池时，在对于能够被充入到二次电池中的电量加以考虑时，在启动时通过调节燃料电池的输出电压而管理来自燃料电池的电量。因此，二次电池的过度充电状态得以避免，从而二次电池的耐久性将得以确保。

前面的燃料电池系统可以进一步包括：电压变换器，其被设置在二次电池和负载之间；以及原动机，并且在上面与电压调节部相关联地述及的、预期二次电池将变成过度充电的情形可以是以下情形中的至少一种：通过电压变换器的流通电力超过至少基于电压变换器的效率以及基于用于二次电池的输入电力限制值得出的二次电池充电用允许流通电力的情形；二次电池的输入电力限制值被超过的情形；以及原动机的再生量不受限制的情形。