專利名稱：燃料電池系統(tǒng)的控制設(shè)備和控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池系統(tǒng)的一種控制設(shè)備和一種控制方法，其中把燃料氣體和氧化劑氣體供給到燃料電池以產(chǎn)生電功率，產(chǎn)生的功率供給到一個(gè)驅(qū)動(dòng)負(fù)載的負(fù)載電路，并且產(chǎn)生的功率也存儲(chǔ)在一個(gè)功率存儲(chǔ)單元中。
背景技術(shù)：
在用作車輛功率源的燃料電池系統(tǒng)中，常常使用燃料電池組，它以這樣一種方式得到，從而一種使一個(gè)氧化劑電極和一個(gè)燃料電極提供為一對(duì)在其之間插入一個(gè)固體聚合物電解質(zhì)膜的燃料電池結(jié)構(gòu)由隔板夾持，并且多個(gè)燃料電池結(jié)構(gòu)彼此層疊。由燃料電池組產(chǎn)生的電功率充電到蓄電池，并且然后用來(lái)驅(qū)動(dòng)在車輛中的電機(jī)。
關(guān)于燃料電池系統(tǒng)，在日本專利公開No.2000-92610的公報(bào)中公開了以這樣一種方式進(jìn)行的控制，從而在低速行駛時(shí)把蓄電池的充電電平(SOC)設(shè)置為高以保證電機(jī)的驅(qū)動(dòng)力，由此保證電功率能夠從蓄電池輸出。
而且，關(guān)于常規(guī)燃料電池系統(tǒng)，例如，在日本專利公開No.10(1998)-271706的公報(bào)中公開了一種方法。在這種方法中，探測(cè)的是一種其中諸如安裝在車輛中的電機(jī)之類的主負(fù)載幾乎是零的一種狀態(tài)，并且作為探測(cè)的結(jié)果，當(dāng)用于探測(cè)狀態(tài)判斷告訴蓄電池要充電時(shí)，把蓄電池充電。根據(jù)這種方法，在常規(guī)燃料電池系統(tǒng)中，已經(jīng)有可能在所有時(shí)間供給足夠的電功率，即使由負(fù)載需要的電功率變化很大也是如此。
本發(fā)明的公開然而，在日本專利公開No.2000-92610的公報(bào)中公開的燃料電池系統(tǒng)中，以這樣一種方式進(jìn)行控制，從而探測(cè)車輛速度，并且按照探測(cè)的車輛速度設(shè)置目標(biāo)充電電平，因而保證蓄電池的可輸出功率。因此，它要求用來(lái)實(shí)際向蓄電池充電和保證輸出的一定量時(shí)間，導(dǎo)致在某些情況下燃料電池系統(tǒng)不能立即滿足立即需要的問(wèn)題的發(fā)生。
而且，在日本專利公開No.10(1998)-271706的公報(bào)中公開的一種燃料電池系統(tǒng)中，以這樣一種方式進(jìn)行控制，從而當(dāng)探測(cè)到一種其中主負(fù)載幾乎變成零的狀態(tài)時(shí)，認(rèn)為是一種其中應(yīng)該向蓄電池充電的狀態(tài)，然后判斷蓄電池要充電。因此，當(dāng)比較中等的負(fù)載繼續(xù)時(shí)，即當(dāng)主負(fù)載幾乎是零的時(shí)間段較短時(shí)，不能足夠地向蓄電池充電。結(jié)果，在這種燃料電池系統(tǒng)中，已經(jīng)有一種供給功率對(duì)于由負(fù)載要求的使用功率變化不足的問(wèn)題。
考慮到上述問(wèn)題形成本發(fā)明，并且其一個(gè)目的在于提供用于燃料電池系統(tǒng)的一種控制方法和一種控制設(shè)備，該燃料電池系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在任何時(shí)間到其使用功率變化的負(fù)載的足夠功率供給。
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的第一方面是一種用于燃料電池系統(tǒng)的控制設(shè)備，其中把燃料氣體和氧化劑氣體供給到燃料電池以產(chǎn)生電功率，通過(guò)把產(chǎn)生的功率供給到一個(gè)負(fù)載電路而驅(qū)動(dòng)負(fù)載，并且把來(lái)自燃料電池的產(chǎn)生功率存儲(chǔ)在一個(gè)功率存儲(chǔ)單元中?？刂圃O(shè)備包括一個(gè)余量負(fù)載功率設(shè)置部分，用來(lái)設(shè)置一個(gè)余量負(fù)載功率量，當(dāng)負(fù)載電路的負(fù)載以預(yù)定速率增大時(shí)，該功率量是從功率存儲(chǔ)單元和燃料電池供給到負(fù)載電路的電功率的增大量；一個(gè)可輸出功率計(jì)算部分，用來(lái)計(jì)算功率存儲(chǔ)單元的可輸出功率；一個(gè)可輸入功率計(jì)算部分，用來(lái)計(jì)算能夠輸入和存儲(chǔ)在功率存儲(chǔ)單元中的電功率；及一個(gè)控制部分，用來(lái)把由余量負(fù)載功率設(shè)置部分設(shè)置的余量負(fù)載功率和由可輸出功率計(jì)算部分計(jì)算的可輸出功率比較，以產(chǎn)生一個(gè)量判斷結(jié)果，當(dāng)作為量判斷的結(jié)果可輸出功率小于余量負(fù)載功率時(shí)把可輸入功率和余量負(fù)載功率與可輸出功率之間的電功率差相比較以產(chǎn)生一個(gè)量判斷結(jié)果，當(dāng)作為量判斷的結(jié)果在余量負(fù)載功率與可輸出功率之間的電功率差大于可輸入功率時(shí)，產(chǎn)生把可輸入功率設(shè)置為功率存儲(chǔ)單元的充電功率的電功率，及控制供給到燃料電池的氣體的流量或壓力，使得有可能總是產(chǎn)生與通過(guò)把可輸入功率和可輸出功率從余量負(fù)載功率上減去得到的電功率缺少量相當(dāng)?shù)碾姽β省?br> 另外，本發(fā)明的第二方面是一種用于燃料電池系統(tǒng)的控制方法，其中把燃料氣體和氧化劑氣體供給到燃料電池以產(chǎn)生電功率，通過(guò)把產(chǎn)生的功率供給到一個(gè)負(fù)載電路而驅(qū)動(dòng)負(fù)載，并且把來(lái)自燃料電池的產(chǎn)生功率存儲(chǔ)在一個(gè)功率存儲(chǔ)單元中。控制方法包括步驟預(yù)先設(shè)置余量負(fù)載功率量，當(dāng)負(fù)載電路的負(fù)載以預(yù)定速率增大時(shí)，該功率量是從功率存儲(chǔ)單元和燃料電池供給到負(fù)載的電功率量的增大量；計(jì)算能夠輸入和存儲(chǔ)在功率存儲(chǔ)單元中的電功率，并且計(jì)算功率存儲(chǔ)單元的可輸出功率；通過(guò)把可輸入功率和在余量負(fù)載功率與可輸出功率之間的電功率差相比較，產(chǎn)生一個(gè)量判斷結(jié)果；及產(chǎn)生電功率，從而可輸入功率成為到功率存儲(chǔ)單元的充電功率、和控制供給到燃料電池的氣體的流量或壓力，從而當(dāng)作為量判斷的結(jié)果在余量負(fù)載功率與可輸出功率之間的電功率差大于可輸入功率時(shí)，總是產(chǎn)生通過(guò)把可輸入功率和可輸出功率從余量負(fù)載功率上減去得到的電功率缺少量。
附圖的簡(jiǎn)要描述

圖1是對(duì)其應(yīng)用本發(fā)明的一種燃料電池系統(tǒng)的構(gòu)成圖。
圖2是方塊圖，表示在對(duì)其應(yīng)用本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)中提供的一個(gè)控制單元的功能構(gòu)成。
圖3是曲線圖，表示在由負(fù)載單元需要的電功率與余量負(fù)載功率之間的關(guān)系。
圖4是曲線圖，表示在燃料電池組的輸出功率、與燃料氣體和氧化劑氣體的壓力值和流量之間的關(guān)系。
圖5曲線圖，表示在充電電平、可輸入功率、和可輸出功率中的關(guān)系。
圖6是流程圖，表示通過(guò)控制單元進(jìn)行的功率控制的過(guò)程步驟。
圖7是流程圖，表示通過(guò)控制單元進(jìn)行的功率控制的過(guò)程步驟。
圖8A表示在由負(fù)載單元要求的負(fù)載、一個(gè)目標(biāo)功率產(chǎn)生量及對(duì)于余量負(fù)載功率的可輸出功率之間的關(guān)系，圖8B表示在由負(fù)載單元要求的負(fù)載、對(duì)于余量負(fù)載功率的一個(gè)目標(biāo)功率產(chǎn)生量、可輸出功率及一個(gè)缺少量之間的關(guān)系，及圖8C表示在由負(fù)載單元要求的負(fù)載、對(duì)于余量負(fù)載功率的一個(gè)目標(biāo)功率產(chǎn)生量、可輸出功率、目標(biāo)FC余量功率及一個(gè)缺少量之間的關(guān)系。
圖9A是曲線圖，表示在燃料電池組的輸出與負(fù)載單元要求的負(fù)載之間的關(guān)系，而圖9B是曲線圖，表示在功率存儲(chǔ)單元中的電功率的變化。
圖10A是另一條曲線，表示在燃料電池組與由負(fù)載單元需要的負(fù)載之間的關(guān)系，而圖10B是另一個(gè)曲線圖，表示在功率存儲(chǔ)單元中的電功率變化。
圖11是當(dāng)目標(biāo)FC余量功率由控制單元供給到負(fù)載單元時(shí)為用戶進(jìn)行的通知過(guò)程的流程圖。
圖12是流程圖，表示用來(lái)根據(jù)燃料電池組的溫度判斷能否產(chǎn)生等效于目標(biāo)FC余量功率的電功率的過(guò)程步驟。
圖13是曲線圖，表示在來(lái)自燃料電池組的冷卻劑溫度(燃料電池溫度)與燃料電池組的最大可輸出功率之間的關(guān)系。
圖14是流程圖，表示用來(lái)根據(jù)燃料氣體或氣體劑氣體的化學(xué)計(jì)量比率判斷能否產(chǎn)生等效于目標(biāo)FC余量功率的電功率的過(guò)程步驟。
圖15是曲線圖，表示在化學(xué)計(jì)量比率與從燃料電池組產(chǎn)生的電功率之間的關(guān)系。
用來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最好方法下文，參照附圖將描述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。
本發(fā)明應(yīng)用于例如如圖1中所示構(gòu)成的燃料電池系統(tǒng)。
這種燃料電池系統(tǒng)提供有一個(gè)燃料電池組1，燃料電池組1供有含氫氣體和燃料氣體以產(chǎn)生電力。這種燃料電池組1包括例如多個(gè)燃料電池結(jié)構(gòu)，其中隔板夾持安裝一對(duì)在其之間插入固體聚合物電解質(zhì)膜的氧化劑電極和燃料電極的燃料電池結(jié)構(gòu)。這種燃料電池組1通過(guò)向其氧化劑電極供有作為氧化劑氣體的含氧空氣和通過(guò)向其燃料電極供有作為燃料氣體的氫氣產(chǎn)生電功率，并且用作例如車輛等的驅(qū)動(dòng)源。
燃料電池系統(tǒng)的構(gòu)成如由圖1明白的那樣，這種燃料電池系統(tǒng)提供有一個(gè)燃料箱2，用來(lái)存儲(chǔ)要供給到燃料電池組1的氫氣；和一個(gè)壓力控制閥3，用來(lái)調(diào)節(jié)要供給到燃料電池組1的燃料氣體的壓力和流量。這里，燃料電池組1、燃料箱2及壓力控制閥3經(jīng)一根氫氣通過(guò)管彼此連接。在壓力控制閥3中，根據(jù)來(lái)自一個(gè)以后描述的控制單元10的開口控制信號(hào)S1調(diào)節(jié)其閥開口，并因而控制要供給到燃料電池組1的燃料氣體的壓力和流量。
而且，這種燃料電池組系統(tǒng)提供有一個(gè)壓縮機(jī)4，用來(lái)把氧化劑氣體供給到燃料電池組1；一個(gè)電機(jī)5，用來(lái)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)4；及一個(gè)壓力控制閥6，布置在燃料電池組1的氧化劑氣體排出側(cè)。這里，壓縮機(jī)4、燃料電池組1、及壓力控制閥6經(jīng)氧化劑氣體通道管彼此連接。控制單元10通過(guò)把一個(gè)驅(qū)動(dòng)力控制信號(hào)S2輸出到電機(jī)5根據(jù)電機(jī)5的驅(qū)動(dòng)力控制壓縮機(jī)4的驅(qū)動(dòng)力。控制單元10也通過(guò)向其輸出一個(gè)閥開口控制信號(hào)S3通過(guò)控制壓力控制閥6控制在燃料電池組1中的氧化劑氣體壓力，由此控制要供給到燃料電池組1的氧化劑氣體的流量。
況且，這種燃料電池系統(tǒng)提供有一個(gè)功率控制單元7，電氣連接到燃料電池組1上；一個(gè)功率存儲(chǔ)單元8，用來(lái)存儲(chǔ)由燃料電池組1和諸如驅(qū)動(dòng)電機(jī)之類的負(fù)載單元9產(chǎn)生的電功率，驅(qū)動(dòng)電機(jī)由燃料電池組1產(chǎn)生的電功率驅(qū)動(dòng)。存儲(chǔ)單元8包括所謂的蓄電池。
功率控制單元7根據(jù)來(lái)自控制單元10的功率控制信號(hào)S4從燃料電池組1取出電功率，并且把電功率供給到壓縮機(jī)的電機(jī)5、負(fù)載單元9、功率存儲(chǔ)單元8等。當(dāng)從功率控制單元7供給的電功率量大于在負(fù)載單元9中消耗的功率時(shí)，功率存儲(chǔ)單元8存儲(chǔ)來(lái)自燃料電池組1的過(guò)剩電功率作為充電功率。當(dāng)從功率控制單元7供給的電功率量小于在負(fù)載單元9中消耗的功率時(shí)，功率存儲(chǔ)單元8把等效于缺少量的電功率供給到負(fù)載單元9。
控制單元10計(jì)算由車輛駕駛員操作的油門操作量信息和基于車輛速度脈沖信號(hào)的車輛速度信息?？刂茊卧?0根據(jù)由油門操作量信息指示的數(shù)值通過(guò)把驅(qū)動(dòng)力控制信號(hào)S5輸出到負(fù)載單元9控制驅(qū)動(dòng)力。況且，控制單元10根據(jù)油門操作量信息和車輛速度信息通過(guò)計(jì)算得到目標(biāo)功率產(chǎn)生量。
控制單元10計(jì)算用作從燃料電池組1產(chǎn)生的電功率目標(biāo)的目標(biāo)功率產(chǎn)生量。而且，控制單元10控制壓力控制閥3的閥開口、電機(jī)5的驅(qū)動(dòng)力及壓力控制閥6的閥開口，以便得到希望的功率產(chǎn)生量，并且控制供給到燃料電池組1的燃料氣體和氧化劑氣體的壓力和流量，因而控制燃料電池組1的功率產(chǎn)生量。另外，控制單元10控制功率控制單元7，因而把電功率供給到功率存儲(chǔ)單元8和負(fù)載單元9。
控制單元10的功能構(gòu)成圖2是方塊圖，表示控制單元10的功能構(gòu)成。如從圖2明白的那樣，控制單元10包括一個(gè)要求負(fù)載計(jì)算部分21，對(duì)其輸入油門操作量信息和車輛速度信息；一個(gè)可輸入/可輸出功率計(jì)算部分22，對(duì)其輸入來(lái)自一個(gè)用來(lái)探測(cè)功率存儲(chǔ)單元8(未表示)的狀態(tài)的蓄電池傳感器的蓄電池溫度信息、和表示功率存儲(chǔ)單元8的充電電平的充電電平信息；及一個(gè)余量負(fù)載功率存儲(chǔ)器部分23，具有存儲(chǔ)的電功率值，在車輛的最大加速時(shí)把要求的電功率補(bǔ)償?shù)截?fù)載單元9。
況且，控制單元10包括一個(gè)目標(biāo)充電量計(jì)算單元24，利用來(lái)自可輸入/可輸出功率計(jì)算部分22和余量負(fù)載功率存儲(chǔ)部分23的信息條的來(lái)計(jì)算；一個(gè)目標(biāo)FC余量功率計(jì)算部分25；一個(gè)輔助器件消耗功率計(jì)算部分26，用來(lái)計(jì)算在構(gòu)成包括負(fù)載單元9的燃料電池系統(tǒng)的每個(gè)元件中的消耗電功率；一個(gè)目標(biāo)功率產(chǎn)生量計(jì)算部分27，利用來(lái)自要求負(fù)載計(jì)算部分21、目標(biāo)充電量計(jì)算單元24及輔助器件消耗功率計(jì)算部分26的信息條?？刂茊卧?0進(jìn)一步包括一個(gè)氣體供給量控制部分28，利用來(lái)自目標(biāo)功率產(chǎn)生量計(jì)算部分27和目標(biāo)FC余量功率計(jì)算部分25的信息條來(lái)計(jì)算。
要求負(fù)載計(jì)算部分21根據(jù)油門操作信息量信息和車輛速度信息計(jì)算驅(qū)動(dòng)負(fù)載單元9要求的要求負(fù)載功率。然后，要求負(fù)載計(jì)算部分21把計(jì)算要求負(fù)載功率信息S11輸出到目標(biāo)功率產(chǎn)生量計(jì)算部分27。
可輸入/可輸出功率計(jì)算部分22根據(jù)蓄電池溫度和充電電平信息計(jì)算表示能夠存儲(chǔ)在功率存儲(chǔ)單元8中的電功率值的可輸入功率信息、和表示能夠從功率存儲(chǔ)單元8輸出到負(fù)載單元9的電功率值的可輸出功率信息。然后，可輸入/可輸出功率計(jì)算部分22把可輸入功率信息S14和可輸出功率信息S13輸出到目標(biāo)充電量計(jì)算單元24和目標(biāo)FC余量功率計(jì)算部分25。
目標(biāo)充電量計(jì)算單元24根據(jù)余量負(fù)載功率信息S12、可輸入功率信息S14及可輸出功率信息S13，計(jì)算一個(gè)用作由燃料電池組1產(chǎn)生的、并且也存儲(chǔ)在功率存儲(chǔ)單元8中的一個(gè)電功率目標(biāo)的目標(biāo)充電量。然后，目標(biāo)充電量計(jì)算單元24確定在可輸入功率的范圍內(nèi)的目標(biāo)充電量以便允許充電功率接近余量負(fù)載功率，并且然后把目標(biāo)充電功率信息S16輸出到目標(biāo)功率產(chǎn)生量計(jì)算部分27。
目標(biāo)FC余量功率計(jì)算部分25根據(jù)余量負(fù)載功率信息S12、可輸出功率信息S13及可輸入功率信息S14計(jì)算。然后，目標(biāo)FC余量功率計(jì)算部分25得到表示能夠立即取出和供給到負(fù)載單元9的目標(biāo)FC余量功率的目標(biāo)FC余量功率信息S17，并且把其輸出到氣體供給量控制部分28。
目標(biāo)功率產(chǎn)生量計(jì)算部分27根據(jù)輔助器件消耗功率信息S15、目標(biāo)產(chǎn)生功率信息S16、及要求負(fù)載功率信息S11計(jì)算。然后，目標(biāo)功率產(chǎn)生量計(jì)算部分27得到表示用作由燃料電池組1產(chǎn)生的電功率目標(biāo)的電功率值的目標(biāo)產(chǎn)生功率信息18，并且把其輸出到氣體供給量控制部分28。
氣體供給量控制部分28根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)生功率信息18和目標(biāo)FC余量功率信息S17控制壓力控制閥3、電機(jī)5及壓力控制閥6，以控制供給到燃料電池組1的燃料氣體和氧化劑氣體的壓力和流量，因而控制燃料電池組1的產(chǎn)生功率。
圖3表示從燃料電池組和功率存儲(chǔ)單元8供給的電功率對(duì)于負(fù)載的變化，以便與由負(fù)載單元9要求的電功率變化變化相對(duì)應(yīng)。如從圖3明白的那樣，在其中曲線A表示用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載單元9必需的電功率的情況下，如果燃料電池組1僅產(chǎn)生由曲線B表示的電功率，則燃料電池組1的功率產(chǎn)生量由把電功率供給到負(fù)載單元9的功率存儲(chǔ)單元8補(bǔ)償。明確地說(shuō)，由曲線C表示的電功率用來(lái)補(bǔ)償由在圖3中的陰影區(qū)域表示的電功率。這里，假定在車輛的最大加速時(shí)需要由曲線C表示的電功率，余量負(fù)載功率的值預(yù)先設(shè)置，并且存儲(chǔ)在余量負(fù)載功率存儲(chǔ)部分23中。
圖4表示在燃料電池組1的輸出功率與燃料氣體和氧化劑氣體的壓力值以及流量之間的關(guān)系。在圖4中，實(shí)線代表用來(lái)從燃料電池組1取出電功率的最小必需流量和最小必需壓力。這里，氣體供給量控制部分28控制每個(gè)元件，從而把控制目標(biāo)流量和壓力設(shè)置為增大目標(biāo)FC余量功率的流量值和壓力值(在圖4中由●表示)，并且然后把從燃料電池組1實(shí)際取出的電功率設(shè)置為目標(biāo)功率產(chǎn)生量(在圖4中由○表示)。因此，目標(biāo)功率產(chǎn)生量的電功率和目標(biāo)FC余量功率之和能從燃料電池組1取出。當(dāng)負(fù)載單元9在最大負(fù)載下操作，并且對(duì)需要負(fù)載功率的要求出現(xiàn)時(shí)，控制單元10這樣控制，從而等效于目標(biāo)FC余量功率的電功率量從燃料電池組1立即取出，并且供給到負(fù)載單元9。
另一方面，當(dāng)目標(biāo)FC余量功率是零時(shí)，氣體供給量控制部分28控制電機(jī)5以減小壓縮機(jī)4的驅(qū)動(dòng)量，以便得到最小必需流量和最小必需壓力，并且然后，把從燃料電池組1實(shí)際取出的電功率設(shè)置為目標(biāo)功率產(chǎn)生量。換句話說(shuō)，當(dāng)?shù)玫皆趫D4中由○代表的輸出功率時(shí)，氣體供給量控制部分28把在其處從圖4中的○延伸的虛線與代表性質(zhì)每一種的線交叉的點(diǎn)，設(shè)置為控制目標(biāo)流量和控制目標(biāo)壓力。
圖5表示可輸出功率和可輸入功率相對(duì)于充電電平(SOC)的變化?？奢敵龉β屎涂奢斎牍β室搽S溫度變化，并且圖5表示在室溫和低溫下性質(zhì)的每一種。
控制單元10的功率控制過(guò)程在圖6和7中，表示通過(guò)具有上述構(gòu)造的控制單元10的功率控制過(guò)程的過(guò)程步驟。根據(jù)圖6，當(dāng)驅(qū)動(dòng)負(fù)載單元9時(shí)，控制單元10首先在步驟ST1根據(jù)來(lái)自蓄電池傳感器(未表示)的傳感器信號(hào)通過(guò)可輸出功率計(jì)算部分22探測(cè)功率存儲(chǔ)單元8的溫度，并且然后過(guò)程轉(zhuǎn)到下個(gè)步驟ST2。
在步驟ST2，控制單元10根據(jù)功率存儲(chǔ)單元8的電流值和電壓值計(jì)算充電電平，并且把結(jié)果輸出到可輸入/可輸出功率計(jì)算部分22。
其次，在步驟ST3，可輸入/可輸出功率計(jì)算部分22根據(jù)在步驟ST1和ST2中得到的蓄電池溫度和充電電平，計(jì)算可輸入功率信息S14和可輸出功率信息S13。這里，可輸入/可輸出功率計(jì)算部分22根據(jù)圖5中所示的可輸入功率和可輸出功率關(guān)于充電電平的性質(zhì)、蓄電池溫度及充電電平，得到可輸入功率和可輸出功率。
其后，控制單元10在步驟ST4，讀出存儲(chǔ)在余量負(fù)載功率存儲(chǔ)部分23中的余量負(fù)載功率信息。
在下個(gè)步驟ST5，把油門操作量信息和車輛速度信息輸入到要求負(fù)載計(jì)算部分21。在下個(gè)步驟ST6，要求負(fù)載計(jì)算部分21根據(jù)油門操作量信息和車輛速度信息計(jì)算由負(fù)載單元9要求的要求負(fù)載功率。
在下個(gè)步驟ST7，輔助器件消耗功率計(jì)算部分26計(jì)算輔助器件消耗功率信息S15。
在圖7中表示的下個(gè)步驟ST8中，目標(biāo)充電量計(jì)算單元24把存儲(chǔ)在余量負(fù)載功率存儲(chǔ)部分23中的余量負(fù)載功率量與在步驟ST3得到的可輸出功率量相比較，以確定余量負(fù)載功率是否小于可輸出功率。當(dāng)余量負(fù)載功率小于可輸出功率時(shí)，目標(biāo)充電量計(jì)算單元24轉(zhuǎn)到步驟ST9，而當(dāng)余量負(fù)載功率不小于可輸出功率時(shí)，轉(zhuǎn)到以后描述的步驟ST11。
當(dāng)余量負(fù)載功率小于可輸出功率時(shí)，目標(biāo)充電量計(jì)算單元24判明如圖8A中所示可輸出功率能覆蓋余量負(fù)載功率、和能保證余量負(fù)載功率而不用額外充電。然后，目標(biāo)充電量計(jì)算單元24把具有零目標(biāo)充電量的目標(biāo)充電功率信息S16輸出到目標(biāo)功率產(chǎn)生量計(jì)算部分27，并且然后轉(zhuǎn)到步驟ST9。
在步驟ST9中，目標(biāo)功率產(chǎn)生量計(jì)算部分27把目標(biāo)功率產(chǎn)生量取成等于在步驟ST6得到的要求負(fù)載功率，并且把目標(biāo)產(chǎn)生功率信息S18輸出到氣體供給量控制部分28。然后，在步驟ST19中把目標(biāo)FC余量功率設(shè)置到0。此后，過(guò)程轉(zhuǎn)到步驟ST10。這里，目標(biāo)功率產(chǎn)生計(jì)算部分27在目標(biāo)功率產(chǎn)生量包括在步驟ST7得到的輔助器件消耗功率。
另一方面，如果在步驟ST8中確定余量負(fù)載功率不小于可輸出功率，則目標(biāo)充電量計(jì)算單元24在步驟S11中計(jì)算可輸出功率對(duì)于余量負(fù)載功率的電功率差。在這種情況下，目標(biāo)充電量計(jì)算單元24判明通過(guò)從余量負(fù)載功率減去可輸出功率的電功率差。
其后，在步驟ST12，目標(biāo)充電量計(jì)算單元24確定在步驟S11中計(jì)算的電功率差是否小于可輸入功率。當(dāng)確定功率差小于可輸入功率時(shí)，目標(biāo)充電量計(jì)算單元24轉(zhuǎn)到步驟ST13，但當(dāng)確定電功率差不小于可輸入功率時(shí)，目標(biāo)充電量計(jì)算單元24轉(zhuǎn)到以后描述的步驟ST15。
在步驟ST13，目標(biāo)充電量計(jì)算單元24判明如圖8B中所示電功率差能通過(guò)充電與可輸入功率相當(dāng)?shù)碾姽β矢采w，并且把在步驟ST11中計(jì)算的電功率差按原樣設(shè)置為目標(biāo)充電量。
在下個(gè)步驟ST14，目標(biāo)功率產(chǎn)生量計(jì)算部分27從要求負(fù)載計(jì)算部分21接收在步驟ST6得到的要求負(fù)載功率，并且同時(shí)，從目標(biāo)充電量計(jì)算單元24接收在步驟ST13得到的目標(biāo)充電量。然后，把通過(guò)相加要求負(fù)載功率和目標(biāo)充電量得到的電功率量設(shè)置為目標(biāo)功率產(chǎn)生量，并且在步驟ST18把目標(biāo)FC余量功率設(shè)置為0。此后，過(guò)程轉(zhuǎn)到步驟ST10。
如果在步驟ST12確定電功率差不小于可輸入功率，則目標(biāo)充電量計(jì)算單元24在步驟ST15判明如圖8C中所示電功率差不能由可輸入功率覆蓋，并且把可輸入功率設(shè)置為目標(biāo)充電量。
在下個(gè)步驟ST16，目標(biāo)功率產(chǎn)生量計(jì)算部分27把來(lái)自要求負(fù)載計(jì)算部分21的要求負(fù)載功率和目標(biāo)充電量相加以得到目標(biāo)功率產(chǎn)生量。這里，目標(biāo)功率產(chǎn)生量計(jì)算部分27把在上述步驟ST7中得到的輔助器件消耗功率包括在目標(biāo)功率產(chǎn)生量中。
在下個(gè)步驟ST17，目標(biāo)FC余量功率計(jì)算部分25通過(guò)從余量負(fù)載功率減去可輸入功率得到電功率差，并且然后通過(guò)從得到的功率差減去可輸入功率得到目標(biāo)FC余量功率(電功率的缺少量)。此后，過(guò)程轉(zhuǎn)到步驟ST10。在下個(gè)步驟ST10，氣體供給量控制部分28根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)生功率信息S18輸出用來(lái)控制每個(gè)元件的控制信號(hào)，并且然后設(shè)置燃料氣體和氧化劑氣體的流量和壓力，以便得到圖4中所示的目標(biāo)產(chǎn)生量和目標(biāo)FC余量功率。
實(shí)施例的效果根據(jù)進(jìn)行上述過(guò)程的控制單元10，在其中如圖8B中所示可輸出功率小于余量負(fù)載功率的情況下，并且也當(dāng)可輸入功率大于電功率差時(shí)，設(shè)置目標(biāo)功率產(chǎn)生量，以便用目標(biāo)充電量補(bǔ)償電功率差。通過(guò)這樣做，在任何時(shí)間能取出余量負(fù)載功率。
例如如圖9A中所示，在改變負(fù)載單元9的負(fù)載之前，在時(shí)段T1期間燃料電池組1的產(chǎn)生功率輸出超過(guò)要求負(fù)載，并且如圖9B中所示把電功率充電到功率存儲(chǔ)單元8。在這時(shí)的目標(biāo)充電功率和可輸出功率的總和成為余量負(fù)載功率。注意，在燃料電池輸出(凈)與燃料電池輸出(粗)之間的差是由輔助器件消耗的電功率。
這里，如圖9A中所示，能供給與目標(biāo)充電量等效的電功率，因?yàn)樵O(shè)置目標(biāo)充電量，以便在所有時(shí)間保證余量負(fù)載功率，即使在其中在下個(gè)時(shí)段T2期間要求負(fù)載大大地改變的情況下也是如此，來(lái)自燃料電池組1的電功率輸出變化相對(duì)于要求負(fù)載的變化速度延遲，并且另外，即使在其中要求負(fù)載超過(guò)從燃料電池組1輸出的電功率和功率存儲(chǔ)單元8的可輸出功率的總和值的情況下也是如此。因此，根據(jù)燃料電池系統(tǒng)，即使當(dāng)負(fù)載單元9的負(fù)載單元急劇變化時(shí)，變得有可能把余量負(fù)載功率供給到負(fù)載單元9，并且使電功率供給跟隨要求負(fù)載的變化。
而且，在這種燃料電池系統(tǒng)中，從功率存儲(chǔ)單元8供給到負(fù)載單元9的電功率能保持在可輸出功率范圍內(nèi)。因此，根據(jù)燃料電池系統(tǒng)，變得有可能禁止功率存儲(chǔ)單元8退化的發(fā)展。
況且，在負(fù)載變化之后的時(shí)段T3期間，燃料電池系統(tǒng)繼續(xù)向功率存儲(chǔ)單元8充電，因而使得有可能把充電電平設(shè)置得高得足以用可輸入功率覆蓋余量負(fù)載功率。因此，根據(jù)燃料電池組系統(tǒng)，當(dāng)不改變負(fù)載單元9的要求負(fù)載時(shí)，對(duì)于功率存儲(chǔ)單元8進(jìn)行充電，因而使得它有可能供給余量負(fù)載功率。
而且，根據(jù)進(jìn)行上述過(guò)程的控制單元10，在其中如圖8C中所示可輸出功率小于余量負(fù)載功率的情況下，即使當(dāng)可輸入功率小于在其之間的電功率差，余量負(fù)載功率也能通過(guò)設(shè)置目標(biāo)FC余量功率而保證。
例如，如圖10A中所示，在負(fù)載單元9的負(fù)載變化之前的時(shí)段T1期間，燃料電池輸出(凈)超過(guò)要求負(fù)載，并且把電功率充電到功率存儲(chǔ)單元8，使電功率小于圖10B中所示的可輸入功率。
這里，假定，由于在時(shí)段T1期間功率存儲(chǔ)單元8的可輸入功率較小，所以在時(shí)段T1中余量負(fù)載功率不能僅由充電電功率和可輸出功率的總和覆蓋。與此相反，在燃料電池系統(tǒng)中，假定在步驟ST17設(shè)置目標(biāo)FC余量功率，并且總能輸出過(guò)剩電功率。然后，當(dāng)負(fù)載單元9的要求負(fù)載變得較大時(shí)，已經(jīng)取出的電功率和目標(biāo)FC余量功率從燃料電池組1取出，并且同時(shí)，把功率存儲(chǔ)單元8的充電功率供給到負(fù)載單元9。
因此，根據(jù)燃料電池系統(tǒng)，有可能立即取出目標(biāo)FC余量功率，并且縮短其中燃料電池組1的輸出相對(duì)于負(fù)載不足的時(shí)間段，并且也有可能減小燃料電池組1的輸出的不足量。而且，響應(yīng)要求負(fù)載的變化能供給電功率。
另外，根據(jù)燃料電池系統(tǒng)，即使當(dāng)在低溫下的功率存儲(chǔ)單元8與圖5中所示室溫相比不能輸出較大電功率時(shí)、和即使當(dāng)相對(duì)于負(fù)載變化因而供給電功率不足時(shí)，也有可能通過(guò)把目標(biāo)FC余量功率供給到負(fù)載單元9迅速應(yīng)付負(fù)載變化。
而且，根據(jù)燃料電池系統(tǒng)，輸入到功率存儲(chǔ)單元8的電功率能保持在可輸出功率范圍內(nèi)，并且從功率存儲(chǔ)單元8輸出的電功率能保持在可輸出功率范圍內(nèi)。因此，有可能禁止功率存儲(chǔ)單元8退化的發(fā)展。
控制單元10的通知過(guò)程其次，參照?qǐng)D11對(duì)于在把目標(biāo)FC余量功率供給到負(fù)載單元9時(shí)對(duì)于用戶的通知過(guò)程進(jìn)行描述。
根據(jù)圖11，首先在步驟ST21，類似于例如上述步驟ST17由目標(biāo)FC余量功率計(jì)算部分25計(jì)算目標(biāo)FC余量功率，并且過(guò)程轉(zhuǎn)到步驟ST22。
在步驟ST22中，目標(biāo)FC余量功率計(jì)算部分25控制壓力控制閥3、電機(jī)5及壓力控制閥6，并且然后判斷是否能得到在步驟ST21中計(jì)算的目標(biāo)FC余量功率。當(dāng)判斷有可能得到目標(biāo)FC余量功率時(shí)，目標(biāo)FC余量功率計(jì)算部分25轉(zhuǎn)到步驟ST23。當(dāng)判斷不可能得到目標(biāo)FC余量功率時(shí)，目標(biāo)FC余量功率計(jì)算部分25轉(zhuǎn)到步驟ST24。
在步驟ST23中，目標(biāo)FC余量功率計(jì)算部分25執(zhí)行控制，以便關(guān)閉一個(gè)余量缺少燈，這通知車輛駕駛員不可能供給目標(biāo)FC余量功率。
在步驟ST24中，目標(biāo)FC余量功率計(jì)算部分25執(zhí)行控制，以便接通余量缺少燈。
通過(guò)這樣做，在燃料電池系統(tǒng)中，變得有可能通知車輛駕駛員降低加速性能。另外，通過(guò)通知對(duì)于諸如迅速加速之類的需要情形幾乎沒(méi)有功率留下，變得有可能根據(jù)情形促進(jìn)駕駛操作。
這里，用來(lái)把目標(biāo)FC余量功率的不可行性通知車輛駕駛員的裝置不限于燈，而是可以使用任何顯示機(jī)械或音頻機(jī)械(未表示)。
根據(jù)燃料電池組1的溫度的判斷過(guò)程其次，參照?qǐng)D12對(duì)于一個(gè)例子進(jìn)行描述，其中根據(jù)燃料電池組1的溫度執(zhí)行表示在圖11中在步驟S11中的判斷。
根據(jù)圖12，在步驟ST31中，類似于上述過(guò)程由目標(biāo)FC余量功率計(jì)算部分25計(jì)算目標(biāo)FC余量功率，并且開始如下過(guò)程。
在下個(gè)步驟ST32，供給到燃料電池組1的冷卻劑的溫度由一個(gè)溫度傳感器探測(cè)(未表示)。
在下個(gè)步驟ST33，根據(jù)在步驟ST32探測(cè)的冷卻劑溫度計(jì)算燃料電池組1的最大可能功率產(chǎn)生量。這里，參照?qǐng)D13中所示在來(lái)自燃料電池組1的冷卻劑溫度(燃料電池溫度)與燃料電池組1的最大可能功率產(chǎn)生量之間的關(guān)系，根據(jù)冷卻劑溫度得到燃料電池組1的最大可能功率產(chǎn)生量。
在下個(gè)步驟ST34，把目標(biāo)產(chǎn)生功率和目標(biāo)FC余量功率的總和量與燃料電池組1的最大可能功率產(chǎn)生量相比較。當(dāng)目標(biāo)產(chǎn)生功率和目標(biāo)FC余量功率的總和量小于燃料電池組1的最大可能功率產(chǎn)生量時(shí)，過(guò)程轉(zhuǎn)到步驟ST35。當(dāng)目標(biāo)產(chǎn)生功率和目標(biāo)FC余量功率的總和量不小于燃料電池組1的最大可能功率產(chǎn)生量時(shí)，過(guò)程轉(zhuǎn)到步驟ST37。
在步驟ST35，計(jì)算用來(lái)產(chǎn)生電功率的燃料氣體和氧化劑氣體的流量和壓力，其中電功率是目標(biāo)產(chǎn)生功率和在燃料電池組1處的目標(biāo)FC余量功率的總和。然后過(guò)程轉(zhuǎn)到步驟ST36。
在步驟ST36，判斷目標(biāo)FC余量功率是可行的，并且然后過(guò)程轉(zhuǎn)到圖11中的步驟ST23。然后，過(guò)程轉(zhuǎn)到圖11中的步驟ST23。
另一方面，當(dāng)在步驟ST34中判斷目標(biāo)產(chǎn)生功率和目標(biāo)FC余量功率的總和量大于燃料電池組1的最大可能功率產(chǎn)生量時(shí)，過(guò)程轉(zhuǎn)到步驟ST37。在步驟ST37，氣體供給量控制部分28根據(jù)在步驟ST33中計(jì)算的燃料電池組1的最大可能功率產(chǎn)生量，計(jì)算燃料氣體和氧化劑氣體的流量和壓力。然后，過(guò)程轉(zhuǎn)到步驟ST38。
在步驟ST38，判斷目標(biāo)FC余量功率是不可行的。然后，過(guò)程轉(zhuǎn)到圖11中的步驟ST24。
根據(jù)進(jìn)行上述這種過(guò)程的燃料電池系統(tǒng)，得到隨燃料電池組1的溫度變化而變化的燃料電池組1的最大可能功率產(chǎn)生量，以判斷為了覆蓋余量負(fù)載功率能否供給目標(biāo)FC余量功率。因此，變得有可能根據(jù)燃料電池組1的溫度狀態(tài)準(zhǔn)確地確定對(duì)于過(guò)大負(fù)載變化幾乎沒(méi)有功率留下。
根據(jù)化學(xué)計(jì)量比率的判斷過(guò)程其次，對(duì)于一個(gè)例子進(jìn)行描述，其中根據(jù)圖14中表示的燃料氣體或氧化劑氣體的化學(xué)計(jì)量比率執(zhí)行圖11中步驟ST22的判斷。
如圖14中所示，在步驟ST41，類似于上述過(guò)程由目標(biāo)FC余量功率計(jì)算部分25計(jì)算目標(biāo)FC余量功率。然后過(guò)程轉(zhuǎn)到步驟ST42以開始如下過(guò)程。
在步驟ST42，根據(jù)目標(biāo)功率產(chǎn)生量和目標(biāo)FC余量功率計(jì)算一個(gè)極限化學(xué)計(jì)量比率。然后過(guò)程轉(zhuǎn)到步驟ST43。這里，化學(xué)計(jì)量比率是一個(gè)通過(guò)把對(duì)于燃料電池組1的氣體供給量除以由燃料電池組1消耗的氣體供給量得到的值，并且化學(xué)計(jì)量比率依據(jù)表示在圖15中的燃料電池組1的產(chǎn)生功率而變化。在這種情況下，極限化學(xué)計(jì)量比率也依據(jù)純水收集效率和燃料電池系統(tǒng)的濕潤(rùn)性而變。
在步驟ST43中，通過(guò)把用來(lái)實(shí)施目標(biāo)產(chǎn)生功率和目標(biāo)FC余量功率的總和的功率產(chǎn)生必需的燃料氣體和氧化劑氣體的流量除以在產(chǎn)生功率時(shí)消耗的燃料氣體和氧化劑氣體的流量，計(jì)算一個(gè)目標(biāo)FC余量功率量實(shí)施化學(xué)計(jì)量比率。然后，過(guò)程轉(zhuǎn)到步驟ST44。
在步驟ST44中，把在步驟ST42中計(jì)算的極限化學(xué)計(jì)量比率和在步驟ST43中計(jì)算的目標(biāo)FC余量功率量實(shí)施化學(xué)計(jì)量比率彼此比較。當(dāng)判斷目標(biāo)FC余量功率量實(shí)施化學(xué)計(jì)量比率大于極限化學(xué)計(jì)量比率時(shí)，過(guò)程轉(zhuǎn)到步驟ST45。當(dāng)判斷目標(biāo)FC余量功率量實(shí)施化學(xué)計(jì)量比率不大于極限化學(xué)計(jì)量比率時(shí)，過(guò)程轉(zhuǎn)到步驟ST47。
在步驟ST45中，把一個(gè)目標(biāo)化學(xué)計(jì)量比率設(shè)置為目標(biāo)FC余量功率量實(shí)施化學(xué)計(jì)量比率，并且然后過(guò)程轉(zhuǎn)到步驟ST46。
在步驟ST46中，判斷目標(biāo)FC余量功率是可行的，并且然后過(guò)程轉(zhuǎn)到在圖11中的步驟ST23。
在步驟ST47中，把一個(gè)目標(biāo)化學(xué)計(jì)量比率設(shè)置為圖15中表示的極限化學(xué)計(jì)量比率，并且然后過(guò)程轉(zhuǎn)到步驟ST48。
在步驟ST48中，判斷目標(biāo)FC余量功率是不可行的，并且然后過(guò)程轉(zhuǎn)到在圖11中的步驟ST24。
根據(jù)進(jìn)行上述這種過(guò)程的燃料電池系統(tǒng)，得到依據(jù)燃料電池組1的消耗變化而變化的燃料電池組1的最大可能功率產(chǎn)生量，并且然后判斷能否供給用來(lái)覆蓋余量負(fù)載功率的目標(biāo)FC余量功率。因此，變得有可能根據(jù)燃料電池組1的消耗狀態(tài)準(zhǔn)確地確定對(duì)于過(guò)大負(fù)載變化幾乎沒(méi)有功率留下。
注意，上述實(shí)施例是本發(fā)明的一個(gè)例子。因而，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例。當(dāng)然，即使在與上述實(shí)施例不同的情況下，各種修改依據(jù)在與本發(fā)明有關(guān)的技術(shù)概念的范圍內(nèi)的設(shè)計(jì)等也是可能的。
工業(yè)應(yīng)用性根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的控制設(shè)備，當(dāng)可輸出功率小于余量負(fù)載功率時(shí)，控制燃料電池的功率產(chǎn)生量，從而充電功率變得大于在余量負(fù)載功率與可輸出功率之間的電功率差。因此，即使增大負(fù)載電路的負(fù)載，也從功率存儲(chǔ)單元供給電功率，并且能供給與余量負(fù)載功率等效的電功率。因而，有可能實(shí)現(xiàn)到其使用功率變化的負(fù)載的足夠功率供給。
況且，當(dāng)作為量判斷的結(jié)果在余量負(fù)載功率與可輸出功率之間的電功率差大于可輸入功率時(shí)，產(chǎn)生電功率，從而可輸入功率成為功率存儲(chǔ)單元的充電功率，并且控制供給到燃料電池的氣體的流量或壓力，從而總是產(chǎn)生通過(guò)從余量負(fù)載功率減去可輸入功率和可輸出功率得到的電功率的缺少量。因此，即使功率存儲(chǔ)單元由于低溫等相對(duì)于負(fù)載變化不能足夠地供給電功率，也變得有可能立即把電功率供給到負(fù)載電路。
而且，根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的控制設(shè)備，根據(jù)燃料電池溫度、化學(xué)計(jì)量比率、流量、及燃料氣體的壓力的至少一個(gè)，判斷燃料電池相對(duì)于要求余量功率不能產(chǎn)生與缺少功率量等效的電功率。因此，變得有可能依據(jù)燃料電池的狀態(tài)通知對(duì)于負(fù)載變化幾乎沒(méi)有功率留下。
另外，根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的控制設(shè)備，當(dāng)燃料電池不能產(chǎn)生相當(dāng)于缺少功率量的電功率時(shí)，通知用戶不能保證要求的余量功率。因此，變得有可能準(zhǔn)確地通知對(duì)于負(fù)載變化幾乎沒(méi)有功率留下。
更進(jìn)一步，在根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的控制設(shè)備中，把從功率存儲(chǔ)單元供給到負(fù)載電路的電功率設(shè)置為等于可輸出功率或更小，并且把從燃料電池輸入到功率存儲(chǔ)單元的電功率設(shè)置為等于功率存儲(chǔ)單元的可輸入功率或更小。因此，變得有可能禁止功率存儲(chǔ)單元退化的發(fā)展。
根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的控制方法，當(dāng)作為量判斷的結(jié)果可輸出功率小于余量負(fù)載功率時(shí)，控制燃料電池的功率產(chǎn)生量，從而充電功率變得大于在余量負(fù)載功率與可輸出功率之間的電功率差。因此，即使增大負(fù)載電路的負(fù)載，也從功率存儲(chǔ)單元供給電功率，并且能供給與余量負(fù)載功率等效的電功率。因而，有可能實(shí)現(xiàn)到其使用功率變化的負(fù)載的足夠功率供給。
況且，當(dāng)作為量判斷的結(jié)果在余量負(fù)載功率與可輸出功率之間的電功率差大于可輸入功率時(shí)，產(chǎn)生電功率，從而可輸入功率成為功率存儲(chǔ)單元的充電功率，并且控制供給到燃料電池的氣體的流量或壓力，從而總是產(chǎn)生通過(guò)從余量負(fù)載功率減去可輸入功率和可輸出功率得到的電功率的缺少量。因此，即使功率存儲(chǔ)單元由于低溫等相對(duì)于負(fù)載變化不能足夠地供給電功率，也變得有可能立即把電功率供給到負(fù)載電路。
而且，根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的控制方法，根據(jù)燃料電池溫度、化學(xué)計(jì)量比率、流量、及燃料氣體的壓力的至少一個(gè)，判斷燃料電池對(duì)于要求余量功率不能產(chǎn)生與缺少功率量等效的電功率。因此，變得有可能按照燃料電池的狀態(tài)通知對(duì)于負(fù)載變化幾乎沒(méi)有功率留下。
另外，根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的控制方法，當(dāng)燃料電池不能產(chǎn)生相當(dāng)于缺少功率量的電功率時(shí)，通知用戶不能保證要求的余量功率。因此，變得有可能準(zhǔn)確地通知用戶對(duì)于負(fù)載變化幾乎沒(méi)有功率留下。
更進(jìn)一步，在根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的控制方法中，控制裝置把從功率存儲(chǔ)單元供給到負(fù)載電路的電功率設(shè)置為等于可輸出功率或更小，并且也把從燃料電池輸入到功率存儲(chǔ)單元的電功率設(shè)置為等于功率存儲(chǔ)單元的可輸入功率或更小。因此，變得有可能禁止功率存儲(chǔ)單元退化的發(fā)展。
盡管通過(guò)參考本發(fā)明的某些實(shí)施例在以上已經(jīng)描述了本發(fā)明，但本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，并且按照講授熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員會(huì)想到變更和修改。參考如下權(quán)利要求書定義本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于燃料電池系統(tǒng)的控制設(shè)備，其中把燃料氣體和氧化劑氣體供給到燃料電池以產(chǎn)生電功率，通過(guò)把產(chǎn)生的功率供給到一個(gè)負(fù)載電路而驅(qū)動(dòng)負(fù)載，并且把來(lái)自燃料電池的產(chǎn)生的功率存儲(chǔ)在一個(gè)功率存儲(chǔ)單元中，該控制設(shè)備包括一個(gè)余量負(fù)載功率設(shè)置部分，用來(lái)設(shè)置一個(gè)余量負(fù)載功率量，當(dāng)所述負(fù)載電路的所述負(fù)載以預(yù)定速率增大時(shí)，該功率量是從所述功率存儲(chǔ)單元和所述燃料電池供給到負(fù)載電路的電功率的增大量；一個(gè)可輸出功率計(jì)算部分，用來(lái)計(jì)算所述功率存儲(chǔ)單元的可輸出功率；一個(gè)可輸入功率計(jì)算部分，用來(lái)計(jì)算能夠輸入和存儲(chǔ)在所述功率存儲(chǔ)單元中的電功率；及一個(gè)控制部分，用來(lái)把由所述余量負(fù)載功率設(shè)置部分設(shè)置的余量負(fù)載功率和由所述可輸出功率計(jì)算部分計(jì)算的可輸出功率相比較，以產(chǎn)生一個(gè)量判斷結(jié)果，當(dāng)作為所述量判斷的結(jié)果所述可輸出功率小于余量負(fù)載功率時(shí)把所述可輸入功率和所述余量負(fù)載功率與所述可輸出功率之間的電功率差相比較以產(chǎn)生一個(gè)量判斷結(jié)果，當(dāng)作為所述量判斷的結(jié)果在所述余量負(fù)載功率與所述可輸出功率之間的電功率差大于所述可輸入功率時(shí)，產(chǎn)生把所述可輸入功率設(shè)置為所述功率存儲(chǔ)單元的充電功率的電功率，及控制供給到所述燃料電池的氣體的流量或壓力，使得有可能總是產(chǎn)生與通過(guò)把所述可輸入功率和所述可輸出功率從所述余量負(fù)載功率上減去得到的電功率缺少量相當(dāng)?shù)碾姽β省?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于燃料電池系統(tǒng)的控制設(shè)備，進(jìn)一步包括一個(gè)部分，用來(lái)根據(jù)燃料電池的溫度、氧化劑氣體的化學(xué)計(jì)量比率、流量、和壓力，以及燃料氣體的化學(xué)計(jì)量比率、流量、和壓力的至少一個(gè)，判斷所述燃料電池對(duì)于所述要求的余量功率不能產(chǎn)生與缺少功率量相當(dāng)?shù)碾姽β省?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于燃料電池系統(tǒng)的控制設(shè)備，進(jìn)一步包括一個(gè)通知部分，當(dāng)所述燃料電池不能產(chǎn)生相當(dāng)于所述缺少功率量的電功率時(shí)，用來(lái)通知用戶不能保證所述余量負(fù)載功率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于燃料電池系統(tǒng)的控制設(shè)備，其中所述控制部分把從所述功率存儲(chǔ)單元供給到負(fù)載電路的電功率設(shè)置為等于所述可輸出功率或更小，并且也把從所述燃料電池輸入到所述功率存儲(chǔ)單元的電功率設(shè)置為等于所述功率存儲(chǔ)單元的所述可輸入功率或更小。
5.一種用于燃料電池系統(tǒng)的控制方法，其中把燃料氣體和氧化劑氣體供給到燃料電池以產(chǎn)生電功率，通過(guò)把產(chǎn)生的功率供給到一個(gè)負(fù)載電路而驅(qū)動(dòng)負(fù)載，并且把來(lái)自燃料電池的產(chǎn)生的功率存儲(chǔ)在一個(gè)功率存儲(chǔ)單元中，該控制方法包括步驟預(yù)先設(shè)置余量負(fù)載功率量，當(dāng)所述負(fù)載電路的所述負(fù)載以預(yù)定速率增大時(shí)，該功率量是從所述功率存儲(chǔ)單元和所述燃料電池供給到負(fù)載的電功率量的增大量；計(jì)算能夠輸入和存儲(chǔ)在所述功率存儲(chǔ)單元中的電功率，并且計(jì)算所述功率存儲(chǔ)單元的可輸出功率；通過(guò)把所述可輸入功率和在所述余量負(fù)載功率與所述可輸出功率之間的電功率差相比較，產(chǎn)生一個(gè)量判斷結(jié)果；及產(chǎn)生電功率，從而所述可輸入功率成為到功率存儲(chǔ)單元的充電功率、和控制供給到所述燃料電池的氣體的流量或壓力，從而當(dāng)作為所述量判斷的結(jié)果在所述余量負(fù)載功率與所述可輸出功率之間的電功率差大于可輸入功率時(shí)，總是產(chǎn)生通過(guò)把所述可輸入功率和所述可輸出功率從所述余量負(fù)載功率上減去得到的電功率缺少量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料電池系統(tǒng)的控制方法，其中根據(jù)所述燃料電池的溫度、氧化劑氣體的化學(xué)計(jì)量比率、流量、和壓力、及燃料氣體的化學(xué)計(jì)量比率、流量、和壓力的至少一個(gè)，判斷所述燃料電池對(duì)于所述要求的余量功率不能產(chǎn)生與缺少功率量相當(dāng)?shù)碾姽β省?br> 7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料電池系統(tǒng)的控制方法，當(dāng)所述燃料電池不能產(chǎn)生相當(dāng)于所述缺少功率量的電功率時(shí)，通知用戶不能保證要求的余量功率。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料電池系統(tǒng)的控制方法，其中把從所述功率存儲(chǔ)單元供給到所述負(fù)載電路的電功率設(shè)置為等于可輸出功率或更小，并且也把從所述燃料電池輸入到所述功率存儲(chǔ)單元的電功率設(shè)置為等于所述功率存儲(chǔ)單元的所述可輸入功率或更小。
9.一種用于燃料電池系統(tǒng)的控制設(shè)備，其中把燃料氣體和氧化劑氣體供給到燃料電池以產(chǎn)生電功率，通過(guò)把產(chǎn)生的功率供給到負(fù)載電路而驅(qū)動(dòng)負(fù)載，并且把來(lái)自燃料電池的產(chǎn)生的功率存儲(chǔ)在一個(gè)功率存儲(chǔ)單元中，該控制設(shè)備包括余量負(fù)載功率設(shè)置裝置，用來(lái)設(shè)置一個(gè)余量負(fù)載功率量，當(dāng)所述負(fù)載電路的所述負(fù)載以預(yù)定速率增大時(shí)，該功率量是從所述功率存儲(chǔ)單元和所述燃料電池供給到負(fù)載電路的電功率的增大量；可輸出功率計(jì)算裝置，用來(lái)計(jì)算所述功率存儲(chǔ)單元的可輸出功率；可輸入功率計(jì)算裝置，用來(lái)計(jì)算能夠輸入和存儲(chǔ)在所述功率存儲(chǔ)單元中的電功率；及控制裝置，用來(lái)把由所述余量負(fù)載功率設(shè)置裝置設(shè)置的余量負(fù)載功率和由所述可輸出功率計(jì)算裝置計(jì)算的可輸出功率相比較，以產(chǎn)生一個(gè)量判斷結(jié)果，當(dāng)作為所述量判斷的結(jié)果所述可輸出功率小于余量負(fù)載功率時(shí)把所述可輸入功率和所述余量負(fù)載功率與所述可輸出功率之間的電功率差相比較以產(chǎn)生一個(gè)量判斷結(jié)果，當(dāng)作為所述量判斷的結(jié)果在所述余量負(fù)載功率與所述可輸出功率之間的電功率差大于所述可輸入功率時(shí)，產(chǎn)生把所述可輸入功率設(shè)置為所述功率存儲(chǔ)單元的充電功率的電功率，及控制供給到所述燃料電池的氣體的流量或壓力，使得有可能總是產(chǎn)生與通過(guò)把所述可輸入功率和所述可輸出功率從所述余量負(fù)載功率上減去得到的電功率缺少量相當(dāng)?shù)碾姽β省?br> 全文摘要
一種控制設(shè)備和一種控制方法用在一個(gè)燃料電池系統(tǒng)中，其中把燃料氣體和氧化劑氣體供給到一個(gè)燃料電池組(1)以產(chǎn)生電功率，通過(guò)把產(chǎn)生的功率供給到一個(gè)負(fù)載單元(9)而驅(qū)動(dòng)它，及把產(chǎn)生的功率存儲(chǔ)在一個(gè)功率存儲(chǔ)單元中。當(dāng)負(fù)載單元(9)的負(fù)載以預(yù)定速率變化時(shí)，一個(gè)控制單元(10)預(yù)先設(shè)置從功率存儲(chǔ)單元(8)供給到燃料電池組(1)的余量負(fù)載功率，并且計(jì)算功率存儲(chǔ)單元(8)的可輸出功率。然后，控制單元(10)比較余量負(fù)載功率和可輸出功率以產(chǎn)生一個(gè)量判斷結(jié)果。當(dāng)可輸出功率大于余量負(fù)載功率時(shí)，控制單元(10)控制燃料電池組1的功率產(chǎn)生量，從而充電功率變得等于在余量負(fù)載功率與可輸出功率之間的電功率差。
文檔編號(hào)H01M16/00GK1396872SQ01804456
公開日2003年2月12日 申請(qǐng)日期2001年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月4日
發(fā)明者風(fēng)間勇, 大藏一真 申請(qǐng)人:日產(chǎn)自動(dòng)車株式會(huì)社