專利名稱：燃料電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池系統(tǒng)，特別是涉及作為動(dòng)力源具備燃料電池和蓄電池的混合型的燃料電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在汽車(chē)等上搭載的燃料電池系統(tǒng)中，為了應(yīng)對(duì)超過(guò)燃料電池的發(fā)電能力的急劇的負(fù)載的變化等，提出有各種具備燃料電池和蓄電池的混合型的燃料電池系統(tǒng)作為動(dòng)力源 (例如，參照下述專利文獻(xiàn)1)。圖7是例示汽車(chē)中搭載的混合型的燃料電池系統(tǒng)(以下稱為FCHV系統(tǒng))的圖。 FCHV系統(tǒng)100中，燃料電池110和蓄電池120相對(duì)于負(fù)載130并聯(lián)連接，并且負(fù)載130上連接有將從燃料電池110或蓄電池120供給的直流電力變換成交流電力的逆變器140。另外，在燃料電池110和逆變器140之間設(shè)有控制燃料電池110的端子電壓(輸出電壓)Vfc 的DC/DC轉(zhuǎn)換器(以下稱為FC轉(zhuǎn)換器)155，在蓄電池120和逆變器140之間設(shè)有控制逆變器140的輸入電壓Vin的DC/DC轉(zhuǎn)換器(以下稱為蓄電池轉(zhuǎn)換器)150?？刂破?60基于從油門(mén)傳感器等傳感器組170供給的檢測(cè)信號(hào)(例如表示油門(mén)開(kāi)度的檢測(cè)信號(hào)等)，算出負(fù)載130的要求電力，并且基于算出的要求電力控制逆變器140，由此將與要求電力相當(dāng)?shù)碾娏?jīng)由逆變器140供給至負(fù)載130。專利文獻(xiàn)1 JP特開(kāi)2000-12059號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
在上述FCHV系統(tǒng)100中，控制器160算出負(fù)載130的要求電力后，決定應(yīng)作為目標(biāo)的逆變器140的輸入電壓(以下稱為目標(biāo)輸入電壓)Vtin，并且決定應(yīng)作為目標(biāo)的燃料電池110的輸出端子電壓(以下稱為目標(biāo)輸出端子電壓)Vtfc。此處，圖8是例示負(fù)載130的要求電力中存在變動(dòng)時(shí)的逆變器140的輸入電壓Vin 和燃料電池110的輸出端子電壓Vfc之間的關(guān)系的圖。此外，圖8中，以實(shí)線表示逆變器 130的輸入電壓Vin的變化，以虛線表示燃料電池110的輸出端子電壓Vfc的變化。例如，駕駛員踏下油門(mén)踏板等而使負(fù)載130的要求電力急劇增加時(shí)，通過(guò)蓄電池轉(zhuǎn)換器150使逆變器140的目標(biāo)輸入電壓Vtin向高電壓側(cè)轉(zhuǎn)移(參照?qǐng)D8的箭頭α )，另一方面，通過(guò)FC轉(zhuǎn)換器150使燃料電池110的目標(biāo)輸出端子電壓Vtfc向低電壓側(cè)轉(zhuǎn)移(參照?qǐng)D8的箭頭β)。其結(jié)果是，逆變器130的輸入電壓Vin通過(guò)蓄電池轉(zhuǎn)換器150而朝向設(shè)定的高電壓側(cè)的目標(biāo)輸入電壓Vtin(參照?qǐng)D8的Δ)急劇地升壓，并且燃料電池110的輸出端子電壓Vfc通過(guò)FC轉(zhuǎn)換器155而朝向設(shè)定的目標(biāo)輸出端子電壓(參照?qǐng)D8的▲)急劇地降壓， 但這種逆變器140的輸入電壓Vin和燃料電池110的輸出端子電壓Vfc的急劇的變動(dòng)對(duì)于 FC轉(zhuǎn)換器150要求超過(guò)控制界限(在可控制的響應(yīng)頻率范圍內(nèi)的動(dòng)作)的動(dòng)作，會(huì)使人擔(dān)心出現(xiàn)控制故障。
本發(fā)明鑒于以上說(shuō)明的問(wèn)題而創(chuàng)立，其目的在于提供即使在對(duì)于逆變器的輸入電壓及燃料電池的輸出端子電壓要求急劇的變動(dòng)的情況下也能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的轉(zhuǎn)換器控制的燃料電池系統(tǒng)等。為了解決上述課題，本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)，包括相對(duì)于負(fù)載并聯(lián)連接的燃料電池及蓄電裝置；與所述負(fù)載連接的逆變器；在所述燃料電池和所述逆變器之間設(shè)置且控制所述燃料電池的端子電壓的第一電壓變換裝置；在所述蓄電裝置和所述逆變器之間設(shè)置且控制所述逆變器的輸入電壓的第二電壓變換裝置；及控制所述各電壓變換裝置的動(dòng)作的控制單元，其特征在于，在使所述燃料電池的輸出電力增大的情況下，所述控制單元控制所述第二電壓變換裝置的動(dòng)作直到所述逆變器的輸入電壓達(dá)到設(shè)定要求電壓，之后，控制所述第一電壓變換裝置的動(dòng)作以使所述燃料電池的端子電壓成為與所述輸出電力相應(yīng)的輸出要求電壓。根據(jù)該構(gòu)成，在使燃料電池的輸出電力增大的情況下，利用第二電壓變換裝置控制逆變器的輸入電壓(參照?qǐng)D8的α )，之后，利用第一電壓變換裝置控制燃料電池的輸出端子電壓(參照?qǐng)D8的β)。通過(guò)該控制，能夠不對(duì)于第一電壓變換裝置要求超過(guò)控制界限(在可控制的響應(yīng)頻率范圍內(nèi)的動(dòng)作)的動(dòng)作，而將導(dǎo)致控制故障之類的現(xiàn)有的問(wèn)題防止于未然，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的轉(zhuǎn)換器控制。此處，在上述構(gòu)成中，優(yōu)選下述方式在對(duì)所述燃料電池要求的輸出電力的變化率超過(guò)設(shè)定的閾值的情況下，所述控制單元控制所述第二電壓變換裝置的動(dòng)作直到所述逆變器的輸入電壓達(dá)到設(shè)定要求電壓，之后，控制所述第一電壓變換裝置的動(dòng)作以使所述燃料電池的端子電壓成為與所述輸出電力相應(yīng)的輸出要求電壓。另外，在上述構(gòu)成中，優(yōu)選下述方式在所述第一電壓變換裝置的輸出側(cè)、輸入側(cè)的電壓的變化率之和超過(guò)設(shè)定的閾值的情況下，所述控制單元控制所述第二電壓變換裝置的動(dòng)作直到所述逆變器的輸入電壓達(dá)到設(shè)定要求電壓，之后，控制所述第一電壓變換裝置的動(dòng)作以使所述燃料電池的端子電壓成為與所述輸出電力相應(yīng)的輸出要求電壓。另外，本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)，包括相對(duì)于負(fù)載并聯(lián)連接的燃料電池及蓄電裝置；與所述負(fù)載連接的逆變器；在所述燃料電池和所述逆變器之間設(shè)置且控制所述燃料電池的端子電壓的第一電壓變換裝置；在所述蓄電裝置和所述逆變器之間設(shè)置且控制所述逆變器的輸入電壓的第二電壓變換裝置；及控制所述各電壓變換裝置的動(dòng)作的控制單元，其特征在于，在使所述燃料電池的輸出電力減少的情況下，所述控制單元控制所述第一電壓變換裝置的動(dòng)作直到所述燃料電池的端子電壓達(dá)到與所述輸出電力相應(yīng)的輸出要求電壓， 之后，控制所述第二電壓變換裝置的動(dòng)作以使所述逆變器的輸入電壓成為設(shè)定要求電壓。此處，在上述構(gòu)成中，優(yōu)選下述方式在對(duì)所述燃料電池要求的輸出電力的變化率超過(guò)設(shè)定的閾值的情況下，所述控制單元控制所述第一電壓變換裝置的動(dòng)作直到所述燃料電池的端子電壓達(dá)到與所述輸出電力相應(yīng)的輸出要求電壓，之后，控制所述第二電壓變換裝置的動(dòng)作以使所述逆變器的輸入電壓成為設(shè)定要求電壓。另外，在上述構(gòu)成中，還優(yōu)選下述方式在所述第一電壓變換裝置的輸出側(cè)、輸入側(cè)的電壓的變化率之和超過(guò)設(shè)定的閾值的情況下，所述控制單元控制所述第一電壓變換裝置的動(dòng)作直到所述燃料電池的端子電壓達(dá)到與所述輸出電力相應(yīng)的輸出要求電壓，之后， 控制所述第二電壓變換裝置的動(dòng)作以使所述逆變器的輸入電壓成為設(shè)定要求電壓。
根據(jù)本發(fā)明，即使在對(duì)于逆變器的輸入電壓及燃料電池的輸出端子電壓要求急劇的變動(dòng)的情況下，也能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的轉(zhuǎn)換器控制。


圖1是本實(shí)施方式的FCHV系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成圖。圖2是例示本實(shí)施方式的FC轉(zhuǎn)換器的1個(gè)相的單相電路的構(gòu)成的圖。圖3是表示本實(shí)施方式的FCHV系統(tǒng)的動(dòng)作的流程圖。圖4是表示本實(shí)施方式的轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定化處理的流程圖。圖5是表示變形例的轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定化處理的流程圖。圖6是例示變形例的氣體流量和燃料電池的I-V特性之間的關(guān)系的圖。圖7是現(xiàn)有的FCHV系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成圖。圖8是例示在負(fù)載的要求電力中存在變動(dòng)時(shí)的逆變器的輸入電壓和燃料電池的輸出端子電壓之間的關(guān)系的圖。
具體實(shí)施例方式A.本實(shí)施方式以下，參照各圖說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。圖1表示本實(shí)施方式的車(chē)輛所搭載的 FCHV系統(tǒng)的構(gòu)成。此外，以下的說(shuō)明中作為車(chē)輛的一例假想了燃料電池汽車(chē)(FCHV;Fuel Cell Hybrid Vehicle)，但也能夠適用于電動(dòng)汽車(chē)等。另外，不僅是車(chē)輛，還能夠適用于各種移動(dòng)體(例如，船舶、飛機(jī)、機(jī)器人等)及定置型電源、以及便攜型的燃料電池系統(tǒng)。另外， 為了易于對(duì)說(shuō)明的理解，對(duì)于與圖7對(duì)應(yīng)的部分標(biāo)注相同的標(biāo)號(hào)。(系統(tǒng)構(gòu)成)圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式的FCHV系統(tǒng)100的系統(tǒng)整體圖。本實(shí)施方式的FCHV系統(tǒng)100特別是在蓄電池120和逆變器140之間設(shè)有DC/DC 轉(zhuǎn)換器(以下稱為蓄電池轉(zhuǎn)換器)180的方面具有特征。燃料電池110是將多個(gè)單元電池串聯(lián)地層疊而成的固體高分子電解質(zhì)型電池組。 在燃料電池110上安裝有用于檢測(cè)燃料電池組110的輸出端子電壓Vfc的電壓傳感器、及用于檢測(cè)輸出電流(FC電流)的電流傳感器(均省略圖示)。燃料電池110中，在陽(yáng)極發(fā)生 (1)式的氧化反應(yīng)，在陰極發(fā)生(2)式的還原反應(yīng)，作為燃料電池110整體發(fā)生(3)式的起電反應(yīng)。H2 — 2H++2e、.. (1)(1/2) 02+2H++2e" — H2O... (2)H2+(1/2) O2 — H2O... (3)單元電池具有利用用于供給燃料氣體和氧化氣體的隔板夾持MEA而成的結(jié)構(gòu)，所述MEA為利用燃料極及空氣極這兩個(gè)電極夾持高分子電解質(zhì)膜等而成。陽(yáng)極在多孔質(zhì)支撐層上設(shè)有陽(yáng)極用催化劑層，陰極在多孔質(zhì)支撐層上設(shè)有陰極用催化劑層。燃料電池110中設(shè)有向陽(yáng)極供給燃料氣體的系統(tǒng)、向陰極供給氧化氣體的系統(tǒng)、 及提供冷卻液的系統(tǒng)(均省略圖示)，根據(jù)來(lái)自控制器160的控制信號(hào)控制燃料氣體的供給量、氧化氣體的供給量，由此能夠產(chǎn)生期望的電力。
FC轉(zhuǎn)換器(第一電壓變換裝置)150承擔(dān)控制燃料電池110的輸出端子電壓Vfc 的作用，是將輸入到一次側(cè)(輸入側(cè)燃料電池110側(cè))的FC輸出端子電壓Vfc變換(升壓或降壓)成與一次側(cè)不同的電壓值而向二次側(cè)(輸出側(cè)逆變器140側(cè))輸出，或者相反將輸入到二次側(cè)的電壓變換成與二次側(cè)不同的電壓而輸出到一次側(cè)的雙方向的電壓變換裝置。通過(guò)該FC轉(zhuǎn)換器150進(jìn)行控制以使燃料電池110的輸出端子電壓Vfc成為與目標(biāo)輸出相應(yīng)的電壓(即，目標(biāo)輸出端子電壓vfc)。該FC轉(zhuǎn)換器150例如是升壓轉(zhuǎn)換器，采用三相運(yùn)轉(zhuǎn)方式。作為具體的電路方式， 具備作為由U相151、V相152、W相153構(gòu)成的三相橋形轉(zhuǎn)換器的電路構(gòu)成。三相橋形轉(zhuǎn)換器的電路構(gòu)成由將輸入的直流電壓暫時(shí)變換成交流的類似逆變器的電路部分和將該交流再次整流而變換成不同的直流電壓的部分組合而成。圖2是將FC轉(zhuǎn)換器150的1個(gè)相的電路抽出后的負(fù)載驅(qū)動(dòng)電路的構(gòu)成圖。此夕卜， 在以下的說(shuō)明中，將輸入到FC轉(zhuǎn)換器150的升壓前的電壓稱為輸入電壓Vin，將從FC轉(zhuǎn)換器150輸出的升壓后的電壓稱為輸出電壓Vout。如圖2所示，F(xiàn)C轉(zhuǎn)換器150(1個(gè)相)具備電抗器Li、整流用的二極管D1、及由 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等構(gòu)成的開(kāi)關(guān)元件SWl。電抗器Ll 中，其一端與燃料電池110的輸出端(圖示略)連接，另一端與開(kāi)關(guān)元件SWl的集電極連接。此處，流向電抗器Ll的電流由檢測(cè)各相的電抗器電流的電流傳感器Il 13(參照?qǐng)D1)檢測(cè)。開(kāi)關(guān)元件SWl連接于逆變器140的電源線和接地線之間。具體而言，開(kāi)關(guān)元件SWl的集電極與電源線連接，發(fā)射極與接地線連接。在該構(gòu)成中，首先，接通開(kāi)關(guān)SWl時(shí)，電流以燃料電池 110 —電感器Ll —開(kāi)關(guān)SWl的順序流動(dòng)，此時(shí)電感器Ll被直流勵(lì)磁而蓄積磁能。接著使開(kāi)關(guān)SWl斷開(kāi)后，電感器Ll中蓄積的磁能所產(chǎn)生的感應(yīng)電壓與燃料電池 110的FC電壓(輸入電壓Vin)重疊，比輸入電壓Vin高的工作電壓(輸出電壓Vout)從電感器Ll輸出，并且輸出電流經(jīng)由二極管Dl被輸出?？刂破?60通過(guò)適宜變更該開(kāi)關(guān)SWl 的接通/斷開(kāi)的占空比(后述)而獲得期望的輸出電壓Vout。此外，該FC轉(zhuǎn)換器150的輸入電流(即，燃料電池110的輸出電流)通過(guò)電流傳感器(圖示略)檢測(cè)，F(xiàn)C轉(zhuǎn)換器150 的輸入電壓(即，燃料電池110的輸出電壓)通過(guò)電壓傳感器(圖示略)檢測(cè)?；氐綀D1，蓄電池(蓄電裝置)120相對(duì)于負(fù)載130與燃料電池110并聯(lián)連接，作為剩余電力的儲(chǔ)藏源、再生制動(dòng)時(shí)的再生能量?jī)?chǔ)藏源、伴隨燃料電池車(chē)輛的加速或減速的負(fù)載變動(dòng)時(shí)的能量緩沖器起作用。作為蓄電池130，例如利用鎳/鎘蓄電池、鎳/氫蓄電池、鋰二次電池等二次電池。蓄電池轉(zhuǎn)換器(第二電壓變換裝置)180承擔(dān)控制逆變器140的輸入電壓Vin的作用，例如具有與FC轉(zhuǎn)換器150同樣的電路構(gòu)成。本實(shí)施方式中，在負(fù)載130的要求電力急劇地變化時(shí)(以下假定為增加的情況)，首先，控制蓄電池轉(zhuǎn)換器180直到逆變器130的輸入電壓Vin成為設(shè)定的目標(biāo)輸入電壓Vtin (參照?qǐng)D8的Δ )。并且，在逆變器130的輸入電壓Vin達(dá)到目標(biāo)輸入電壓Vtin之后，控制FC轉(zhuǎn)換器140直到燃料電池110的輸出端子電壓Vfc成為設(shè)定的目標(biāo)輸出端子電壓Vtfc。這樣，在對(duì)于燃料電池110的要求電力急劇地增加時(shí)，利用蓄電池轉(zhuǎn)換器180控制逆變器130的輸入電壓Vin，之后，利用FC轉(zhuǎn)換器 140控制燃料電池110的輸出端子電壓Vfc，從而能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的轉(zhuǎn)換器控制(詳細(xì)的動(dòng)作如后所述)。此外，蓄電池轉(zhuǎn)換器180的電路構(gòu)成不限于上述構(gòu)成，可以采用能夠控制逆變器140的輸入電壓Vin的所有構(gòu)成。逆變器140是例如以脈沖寬度調(diào)制方式驅(qū)動(dòng)的PWM逆變器，根據(jù)來(lái)自控制器160 的控制指令，將從燃料電池110或蓄電池120輸出的直流電力變換為三相交流電力，控制牽引電動(dòng)機(jī)131的轉(zhuǎn)矩。牽引電動(dòng)機(jī)131是作為本車(chē)輛的主動(dòng)力的裝置，在減速時(shí)也產(chǎn)生再生電力。差速器132是減速裝置，使?fàn)恳妱?dòng)機(jī)131的高速旋轉(zhuǎn)減速為規(guī)定的轉(zhuǎn)速，使設(shè)有輪胎133的軸旋轉(zhuǎn)。在軸上設(shè)有未圖示的車(chē)輪速度傳感器等，由此檢測(cè)該車(chē)輛的車(chē)速等。此外，本實(shí)施方式中，將接受從燃料電池110供給的電力而能夠進(jìn)行動(dòng)作的所有設(shè)備(包括牽引電動(dòng)機(jī) 131、差速器132)總稱為負(fù)載130?？刂破?60是FCHV系統(tǒng)100的控制用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，例如具備CPU、RAM、ROM等。 控制器160輸入從傳感器組170供給的各種信號(hào)(例如，表示油門(mén)開(kāi)度的信號(hào)、表示車(chē)速的信號(hào)、表示燃料電池110的輸出電流、輸出端子電壓的信號(hào)等)而求出負(fù)載130的要求電力 (艮P，系統(tǒng)整體的要求電力)。負(fù)載130的要求電力是例如車(chē)輛行駛電力和輔機(jī)電力的總計(jì)值。輔機(jī)電力中包括由車(chē)載輔機(jī)類(加濕器、空氣壓縮機(jī)、氫泵、及冷卻水循環(huán)泵等)所消耗的電力、由車(chē)輛行駛中需要的裝置(變速器、車(chē)輪控制裝置、轉(zhuǎn)向裝置、及懸架裝置等)所消耗的電力、由在乘員空間內(nèi)配置的裝置(空調(diào)裝置、照明器具、及音響等)所消耗的電力等。并且，控制器(控制裝置)160決定燃料電池110和蓄電池120各自的輸出電力的分配，并計(jì)算發(fā)電指令值。控制器160求出對(duì)于燃料電池110及蓄電池120的要求電力時(shí)， 控制FC轉(zhuǎn)換器150及蓄電池轉(zhuǎn)換器180的動(dòng)作以得到它們的要求電力。并且，控制器160 為了得到與油門(mén)開(kāi)度相對(duì)應(yīng)的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，對(duì)于逆變器140例如輸出U相、V相、及W相的各交流電壓指令值作為開(kāi)關(guān)指令，控制牽引電動(dòng)機(jī)131的輸出轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速。而且，控制器160在對(duì)于燃料電池110的要求電力滿足規(guī)定條件的情況下(在此處為要求電力急劇地增加的情況下)，為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的轉(zhuǎn)換器控制，首先，控制蓄電池轉(zhuǎn)換器180直到逆變器130的輸入電壓Vin達(dá)到設(shè)定的目標(biāo)輸入電壓(設(shè)定要求電壓)Vtin (參照?qǐng)D8的Δ )。并且，在逆變器130的輸入電壓Vin達(dá)到目標(biāo)輸入電壓Vtin之后，實(shí)施控制FC轉(zhuǎn)換器140的處理(以下稱為轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定化處理)直到燃料電池110的輸出端子電壓Vfc成為設(shè)定的目標(biāo)輸出端子電壓(在輸出要求中)Vtfc為止。此處，上述的規(guī)定條件可以任意地設(shè)定/變更，例如也可以在對(duì)于燃料電池110的要求電力的變化率超過(guò)設(shè)定的閾值的情況(第一條件)下、FC轉(zhuǎn)換器150的輸入側(cè)、輸出側(cè)的電壓的變化率之和超過(guò)設(shè)定的閾值的情況(第二條件)下，執(zhí)行轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定化處理。 此外，設(shè)定的各閾值預(yù)先通過(guò)試驗(yàn)等求出而存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器(圖示略)等即可。另外，對(duì)于閾值，雖然可以為固定值，但也可以設(shè)定成能夠根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)條件、用戶的操作等而適宜地設(shè)定/ 變更。以下，以采用第一條件作為規(guī)定條件的情況為例進(jìn)行說(shuō)明。(動(dòng)作)圖3是表示FCHV系統(tǒng)100的處理動(dòng)作的流程圖。控制器160輸入從傳感器組170供給的各種的信號(hào)(例如，表示油門(mén)開(kāi)度的信號(hào)、 表示車(chē)速的信號(hào)、表示燃料電池110的輸出電流或輸出端子電壓的信號(hào)等)，算出負(fù)載130 的要求電力(步驟Si)?？刂破?60決定燃料電池110和蓄電池120的各自的輸出電力的分配，計(jì)算發(fā)電指令值，求出對(duì)于燃料電池110的要求電力(步驟S2)。并且，控制器160判斷對(duì)于燃料電池110的要求電力是否滿足規(guī)定條件(步驟S3)。如上所述，本實(shí)施方式中， 作為規(guī)定條件設(shè)定有第一條件(即，對(duì)于燃料電池110的要求電力的變化率是否超過(guò)設(shè)定的閾值)，因此控制器160判斷對(duì)于燃料電池110的要求電力的變化率是否超過(guò)設(shè)定的閾值?？刂破?60在判斷為對(duì)于燃料電池110的要求電力的變化率沒(méi)有超過(guò)設(shè)定的閾值的情況下(步驟S103 ；否)，前進(jìn)到步驟S104，執(zhí)行通常運(yùn)轉(zhuǎn)處理。另一方面，駕駛員踏下油門(mén)踏板等而使對(duì)于燃料電池110的要求電力急劇地增加時(shí)，控制器160判斷為對(duì)于燃料電池110的要求電力的變化率超過(guò)設(shè)定的閾值(步驟S103 ；是)，執(zhí)行轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定化處理(步驟 S105)。<通常運(yùn)轉(zhuǎn)處理>轉(zhuǎn)移到步驟S104后，控制器160控制氧化氣體及燃料氣體的供給，以使燃料電池 110的發(fā)電量與目標(biāo)電力(即，燃料電池110的發(fā)電指令值)一致。而且，控制器160控制FC轉(zhuǎn)換器150，調(diào)整燃料電池110的輸出端子電壓Vfc，從而控制燃料電池110的運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)(輸出電流、輸出電壓)。此外，通常運(yùn)轉(zhuǎn)處理時(shí)的燃料電池 110的輸出電壓表示例如1. OV/單電池 0. 6V/單電池的范圍的狀況?？刂破?60為了得到與油門(mén)開(kāi)度相對(duì)應(yīng)的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，例如作為開(kāi)關(guān)指令將U相、V相、及W相的各交流電壓指令值向逆變器140輸出，控制牽引電動(dòng)機(jī)131的輸出轉(zhuǎn)矩、及轉(zhuǎn)速。<轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定化處理>轉(zhuǎn)移到步驟S105后，控制器160執(zhí)行圖4所示的轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定化處理流程。詳細(xì)說(shuō)明如下，控制器160首先控制蓄電池轉(zhuǎn)換器180，直到逆變器130的輸入電壓Vin成為設(shè)定的目標(biāo)輸入電壓Vtin (參照?qǐng)D8的Δ )(步驟S201)。并且，控制器160在逆變器130的輸入電壓Vin達(dá)到目標(biāo)輸入電壓Vtin之后，控制FC轉(zhuǎn)換器140直到燃料電池110的輸出端子電壓Vfc成為設(shè)定的目標(biāo)輸出端子電壓Vtfc (步驟S2(^)，并結(jié)束處理。如以上說(shuō)明，根據(jù)本實(shí)施方式，判斷對(duì)于燃料電池110的要求電力是否滿足規(guī)定條件(例如燃料電池110的要求電力的變化率是否超過(guò)設(shè)定的閾值)，在判斷為滿足的情況下利用蓄電池轉(zhuǎn)換器180控制逆變器130的輸入電壓Vin，之后，利用FC轉(zhuǎn)換器140控制燃料電池110的輸出端子電壓Vfc。通過(guò)該控制，能夠不對(duì)于FC轉(zhuǎn)換器140要求超過(guò)控制界限(在可控制的響應(yīng)頻率范圍內(nèi)的動(dòng)作)的動(dòng)作，而將導(dǎo)致控制故障之類的現(xiàn)有的問(wèn)題防止于未然，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的轉(zhuǎn)換器控制。B.變形例(1)在上述的本實(shí)施方式中，作為燃料電池110的要求電力的變化率超過(guò)設(shè)定的閾值的例子，以對(duì)于燃料電池110的要求電力急劇地增大的情況(即，要求電力變化率為正的情況)為例進(jìn)行了說(shuō)明，但在對(duì)于燃料電池110的要求電力急劇地減少的情況(即，要求電力變化率為負(fù)的情況)下也同樣能夠適用。圖5是表示變形例的轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定化處理的流程圖。駕駛員踏下制動(dòng)器踏板等而使對(duì)于燃料電池110的要求電力急劇地減少時(shí)，控制器160執(zhí)行圖5所示的轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定化處理。詳細(xì)說(shuō)明如下，控制器160首先控制FC轉(zhuǎn)換器 140直到燃料電池110的輸出端子電壓Vfc成為設(shè)定的目標(biāo)輸出端子電壓(輸出要求電壓)Vtfc (步驟S301)。并且，控制器160在燃料電池110的輸出端子電壓Vfc達(dá)到目標(biāo)輸入電壓Vtin后，控制蓄電池轉(zhuǎn)換器180直到逆變器130的輸入電壓Vin成為設(shè)定的目標(biāo)輸入電壓(設(shè)定要求電壓)Vtin (步驟S302)，并結(jié)束處理。通過(guò)該控制，能夠不對(duì)于FC轉(zhuǎn)換器140要求超過(guò)控制界限(在可控制的響應(yīng)頻率范圍內(nèi)的動(dòng)作)的動(dòng)作，而將導(dǎo)致控制故障之類的現(xiàn)有的問(wèn)題防止于未然，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的轉(zhuǎn)換器控制。此處，作為變形例中的規(guī)定條件，例如也可以在對(duì)于燃料電池110的要求電力的變化率超過(guò)設(shè)定的閾值的情況(第3條件)下、FC轉(zhuǎn)換器150的輸入側(cè)、輸出側(cè)的電壓的變化率超過(guò)設(shè)定的閾值的情況(第4條件)下，執(zhí)行轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定化處理。此外，設(shè)定的各閾值預(yù)先通過(guò)試驗(yàn)等求出而存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器(圖示略)等即可。另外，對(duì)于閾值，雖然可以為固定值，但也可以設(shè)定成能夠根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)條件、用戶的操作等而適宜地設(shè)定/變更。另外，在上述的本實(shí)施方式中，對(duì)于燃料電池110的輸出電流-輸出電壓特性(I-V 特性)沒(méi)有特別說(shuō)明，但燃料電池110的I-V特性根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況等而不同。圖6是例示氧化氣體及燃料氣體的供給量(氣體流量)和燃料電池110的I-V特性之間的關(guān)系的圖，在圖6中從氣體流量較小一方開(kāi)始依次表示I-V特性F1、F2、F3、F4?？刂破?60將圖6所示的特性映射存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器(圖示略)中，在執(zhí)行轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定化處理的情況下，首先利用流量計(jì)等而把握該時(shí)點(diǎn)下的氣體流量。并且，控制器160從存儲(chǔ)器讀出與把握的氣體流量對(duì)應(yīng)的I-V特性(例如，I-V特性F2等)，利用讀出的I-V特性而求出應(yīng)作為目標(biāo)的運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)作點(diǎn)(輸出電流，輸出電壓)。對(duì)于之后的動(dòng)作能夠與本實(shí)施方式同樣地進(jìn)行說(shuō)明，因此省略了說(shuō)明。這樣，也可以準(zhǔn)備多種燃料電池110的I-V特性，利用與運(yùn)轉(zhuǎn)狀況相對(duì)應(yīng)的I-V特性而決定運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)作點(diǎn)。標(biāo)號(hào)說(shuō)明100…FCHV系統(tǒng)、110…燃料電池、120…蓄電池、130…負(fù)載、140…逆變器、150…FC 轉(zhuǎn)換器、160···控制器、170…傳感器組、180…蓄電池轉(zhuǎn)換器。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池系統(tǒng)，包括相對(duì)于負(fù)載并聯(lián)連接的燃料電池及蓄電裝置； 與所述負(fù)載連接的逆變器；在所述燃料電池和所述逆變器之間設(shè)置且控制所述燃料電池的端子電壓的第一電壓變換裝置；在所述蓄電裝置和所述逆變器之間設(shè)置且控制所述逆變器的輸入電壓的第二電壓變換裝置；及控制所述各電壓變換裝置的動(dòng)作的控制單元， 所述燃料電池系統(tǒng)的特征在于， 在使所述燃料電池的輸出電力增大的情況下，所述控制單元控制所述第二電壓變換裝置的動(dòng)作直到所述逆變器的輸入電壓達(dá)到設(shè)定要求電壓，之后，控制所述第一電壓變換裝置的動(dòng)作以使所述燃料電池的端子電壓成為與所述輸出電力相應(yīng)的輸出要求電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，在對(duì)所述燃料電池要求的輸出電力的變化率超過(guò)設(shè)定的閾值的情況下， 所述控制單元控制所述第二電壓變換裝置的動(dòng)作直到所述逆變器的輸入電壓達(dá)到設(shè)定要求電壓，之后，控制所述第一電壓變換裝置的動(dòng)作以使所述燃料電池的端子電壓成為與所述輸出電力相應(yīng)的輸出要求電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，在所述第一電壓變換裝置的輸出側(cè)、輸入側(cè)的電壓的變化率之和超過(guò)設(shè)定的閾值的情況下，所述控制單元控制所述第二電壓變換裝置的動(dòng)作直到所述逆變器的輸入電壓達(dá)到設(shè)定要求電壓，之后，控制所述第一電壓變換裝置的動(dòng)作以使所述燃料電池的端子電壓成為與所述輸出電力相應(yīng)的輸出要求電壓。
4.一種燃料電池系統(tǒng)，包括相對(duì)于負(fù)載并聯(lián)連接的燃料電池及蓄電裝置； 與所述負(fù)載連接的逆變器；在所述燃料電池和所述逆變器之間設(shè)置且控制所述燃料電池的端子電壓的第一電壓變換裝置；在所述蓄電裝置和所述逆變器之間設(shè)置且控制所述逆變器的輸入電壓的第二電壓變換裝置；及控制所述各電壓變換裝置的動(dòng)作的控制單元， 所述燃料電池系統(tǒng)的特征在于， 在使所述燃料電池的輸出電力減少的情況下，所述控制單元控制所述第一電壓變換裝置的動(dòng)作直到所述燃料電池的端子電壓達(dá)到與所述輸出電力相應(yīng)的輸出要求電壓，之后，控制所述第二電壓變換裝置的動(dòng)作以使所述逆變器的輸入電壓成為設(shè)定要求電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，在對(duì)所述燃料電池要求的輸出電力的變化率超過(guò)設(shè)定的閾值的情況下，所述控制單元控制所述第一電壓變換裝置的動(dòng)作直到所述燃料電池的端子電壓達(dá)到與所述輸出電力相應(yīng)的輸出要求電壓，之后，控制所述第二電壓變換裝置的動(dòng)作以使所述逆變器的輸入電壓成為設(shè)定要求電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，在所述第一電壓變換裝置的輸出側(cè)、輸入側(cè)的電壓的變化率之和超過(guò)設(shè)定的閾值的情況下，所述控制單元控制所述第一電壓變換裝置的動(dòng)作直到所述燃料電池的端子電壓達(dá)到與所述輸出電力相應(yīng)的輸出要求電壓，之后，控制所述第二電壓變換裝置的動(dòng)作以使所述逆變器的輸入電壓成為設(shè)定要求電壓。
全文摘要
即使在對(duì)于轉(zhuǎn)換器的輸入電壓及燃料電池的輸出端子電壓要求急劇的變動(dòng)的情況下，也實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的轉(zhuǎn)換器控制?？刂破?160)判斷為對(duì)于燃料電池(110)的要求電力的變化率超過(guò)設(shè)定的閾值時(shí)，執(zhí)行轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定化處理。控制器(160)首先控制蓄電池轉(zhuǎn)換器(180)直到逆變器(130)的輸入電壓Vin成為設(shè)定的目標(biāo)輸入電壓Vtin。并且，控制器(160)在逆變器(130)的輸入電壓Vin達(dá)到目標(biāo)輸入電壓Vtin之后，控制FC轉(zhuǎn)換器(140)直到燃料電池(110)的輸出端子電壓Vfc成為設(shè)定的目標(biāo)輸出端子電壓Vtfc。
文檔編號(hào)H02J7/00GK102204001SQ200980144300
公開(kāi)日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2009年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月5日
發(fā)明者真鍋晃太 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車(chē)株式會(huì)社