用于控制燃料电池混合动力车中的燃料电池的输出的方法

专利名称：用于控制燃料电池混合动力车中的燃料电池的输出的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于控制燃料电池的输出以改善燃料电池混合动 力车的燃料效率的方法。更具体地，本发明涉及一种用于控制燃料电 池混合动力车中的燃料电池的输出的方法，该燃料电池混合动力车优 选地包括作为主动力源的燃料电池和作为辅助动力源的蓄能装置(优 选地是超级电容器或电池)，该方法可通过根据存储在蓄能装置中的 能量水平有效地控制燃料电池的输出来改善燃料效率和燃料电池系统 的效率。
背景技术：
通常，燃料电池是不通过燃烧将燃料的化学能量转换为热量而是 在燃料电池堆中将化学能量直接电化学地转换成电能的发电系统。这 样的燃料电池可被适当地应用于对诸如便携式装置的小型电气/电子装 置供应电力，也被适当应用于对工业、家庭和车辆供应电力。
目前，通常最有吸引力的车用燃料电池是聚合物电解质膜燃料电
池(PEMFC)，也称为质子交换膜燃料电池，其优选地包括膜电极组 件(MEA)，其包括用于输送氢离子的聚合物电解质膜(PEM)和适当 地布置在PEM两侧上的其中发生电化学反应的电极催化剂层；用于均 匀地扩散反应气体和传输生成的电力的气体扩散层(GDL);用于保持 反应气体和冷冻剂的气密性并且提供适当粘合压力的垫圈和密封部 件；以及用于转移反应气体和冷冻剂的双极板。
在具有上述配置的燃料电池中，作为燃料的氢和作为氧化剂的氧 (空气)优选地分别通过双极板的流场供应到阳极和阴极。氢适当地被 供应到阳极(也称为"燃料电极"、"氢电极"和"氧化电极")并且氧 (空气)适当地被供应到阴极(也称为"空气电极"、"氧电极"和"还 原电极")。供应到阳极的氢被优选地设置在电解质膜两侧上的电极催 化剂层的催化剂离解为氢离子(质子，IT)和电子(e-)。优选地，仅氢离子通过电解质膜被选择性地传输到阴极，并且同时，电子通过为
导体的GDL和双极板被适当地传输到阳极，上述电解质膜是阳离子交 换膜。在阴极，通过电解质膜供应的氢离子和通过双极板传输的电子 与由供气机优选地供应到阴极的空气中的氧汇合并且适当地引起生成 水的反应。由于此时发生氢离子的移动，通过外部导线的电子发生流 动，并且由此生成电流。
如果燃料电池被用于电动车仅有的适当的动力源，燃料电池为车 辆的所有负载提供动力，会导致在燃料电池的效率很低的运行期间的 性能下降。此外，在适当地需要高电压的高速运行期间，由于输出电 压的快速下降而不能提供驱动电动机所需的足够电压，从而降低了加 速性能。此外，如果骤加荷载被施加到车辆，燃料电池的输出电压下 降或骤然下降，并且没有足够的动力适当地供给至驱动电动，从而降 低了车辆性能(例如，由于电力由电化学反应生成，因此负载的骤然 变化对燃料电池施加了很重的负荷)。另外，由于燃料电池具有单向输 出特性，因此在车辆制动期间很难从驱动电动机再生能量，从而降低 了车辆系统的效率。
因此，已开发出燃料电池混合动力车。优选地，燃料电池混合动 力车包括诸如但不限于公共汽车的大型车辆，以及小型车辆，并且除 了作为主动力源的燃料电池以外装配有用作辅助动力源的诸如高电压 电池或超级电容器的适当的蓄能装置以提供驱动电动机所需的适当的 动力。目前，已经研究出不使用功率变换器的燃料电池-蓄能装置混合 动力车，并且燃料电池-蓄能装置混合动力车具有，例如，高燃料效率
(例如高再生制动、超级电容器的高效率，并且不使用功率变换器)， 燃料电池的耐用性增加，高可靠性控制等。
在其中燃料电池和蓄能装置直接连接的混合动力车的实施例中， 在行驶期间燃料电池以适当恒定的水平连续地输出功率。优选地，如 果电力适当地足够，则用剩余功率对蓄能装置充电，而，如果电力不 足，则蓄能装置供应不足的动力以驱动车辆。
优选地，其中超级电容器用作蓄能装置的燃料电池一超级电容器 混合动力车，优选地包括适当地用作主动力源的燃料电池，适当地用 作辅助动力源的超级电容器，适当地设置在作为燃料电池的输出端的主接线端子和超级电容器之间的超级电容器预充电单元，和电动机控
制单元(MCU)(优选地具有逆变器)；MCU是用于旋转驱动电动机 的动力模块，其优选地连接到燃料电池的输出端和超级电容器，通过 从其接收直流电而产生3相脉宽调制(PWM)，并且控制电动机驱动 和再生制动。优选地，超级电容器预充电单元仅用于在初始启动期间 对放电的超级电容器充电。
因此，上述燃料电池-超级电容器混合动力车优选地使用作为主动 力源的燃料电池，其接收来自储氢罐的氢和来自鼓风机的空气以通过 氢和空气中地氧之间的电化学反应来发电。根据本发明的优选实施方 式，驱动电动机和MCU通过主接线端子直接连接到燃料电池，且超级 电容器通过超级电容器预充电单元连接到燃料电池以提供动力辅助和 再生制动。
本文将简单地描述示例性燃料电池系统的配置。图1示出示例性 空气供应机和供氢机。如附图中所示，适当地通过鼓风机28供应的干 空气由加湿器29润湿并且被供应到燃料电池堆2的阴极。优选地，用 从阴极生成的水润湿的阴极的废气被输送到加湿器29并且被用于润湿 要通过鼓风机28供应到阴极的干空气。
优选地，供氢机包括两条管线。第一管线通过低压调节器(LPR) 23将氢供应到燃料电池堆2的阳极，并且在阳极的出口端的部分氢通 过再循环鼓风机24进行再循环。第二管线通过阀25和喷射器26向阳 极供应高压氢，并且阳极的出口端的部分氢通过喷射器26进行再循环 和供应。
此外，在阳极剩余的氢直接通过电解质膜而不发电，并且与阴极 中的氧反应，被称为渗透(crossover)。为了减少氢渗透的量，必须减 少低动力运行期间的阳极压力，并且增加其中燃料电池堆的输出增加 的高动力运行期间的阳极压力。由此，当需要低压时单独使用低压调 节器23,并且当需要高动力时或在氢清洗(hydrogenpurging)期间通 过控制阀25供应高压氢。阳极(氢)压力越高，氢渗透的量增加地越 多。由于氢渗透对燃料效率和燃料电池的耐用性有不良的影响，必须 保持适当的阳极压力。因此，氢清洗阀(hydrogen purge valve) 27优 选地用于排放阳极的杂质和冷凝水，由此确保了燃料电池堆的性能。阳极的出口端适当地连接到脱水器31使得如果冷凝水的量达到适当的 预定水平，则储存在脱水器31中的冷凝水通过阀32被排放。
优选地，包括作为主动力源的燃料电池和作为辅助动力源的超级 电容器(或为二次电池的高电压电池)的混合动力车的驱动模式包括 其中仅由燃料电池的动力驱动电动机的电动车(EV)模式，其中由燃 料电池和超级电容器同时驱动电动机的混合电动车(HEV)模式，以 及其中超级电容器被充电的再生制动(RB)模式。
然而，在燃料电池-超级电容器混合动力车中，超级电容器由燃料 电池自动充电，由此限制再生制动。因此，在低动力运行期间和再生 制动期间通过停止燃料电池的运行来解决此问题。此外，能够通过在 燃料电池的效率低的低动力运行期间限制燃料电池的使用来改善燃料 效率。
如上所述，为了改善燃料效率，必须考虑燃料电池停止/重启处理， 即，怠速停止-启动控制处理，其中如果需要，在燃料电池-电池或燃料 电池-超级电容器混合动力车行驶期间，燃料电池的动力生成被适当地 停止和重新启动(燃料电池被打开和关闭)。车辆行驶期间燃料电池的 怠速停止与车辆运行结束后燃料电池系统的停车清楚地区别开。因此， 必须将用于燃料电池的怠速停止的控制处理和用于燃料电池系统的停 车的控制处理区分开。
为了改善包括燃料电池和蓄能装置的混合动力车的燃料效率，美 国专利公开号第20030118876号公开了一种方法，其中在低动力运行 期间或如果超级电容器的电压在预定水平之上，在燃料电池和超级电 容器间连接的继电器开关被关闭以断开燃料电池的输出，并且如果车 辆所需的输出增加或如果超级电容器的电压在预定水平之下，则继电 器开关被接通以连接燃料电池的输出。在此技术中，用于断开燃料电 池的输出的主接线端子的继电器开关被接通和关闭以实现怠速停止/启 动，并且因此需要独立的继电器开/关控制。上述技术不执行除通过打 开和关闭继电器开关而连接和断开燃料电池的输出之外的任何控制。 此外，在再生制动期间关闭继电器开关，并且如果在燃料电池产生动 力的状态下电压在预定水平之上，则打开开关。因此， 一部分再生制 动量在燃料电池外围设备(balance-of-plant, BOP)组件中被消耗以用
9于燃料电池的动力生成，以防止主接线端子的电压上升。
美国专利第6,484,075号涉及一种技术，其中通过基于车轮转速， 制动器是否工作，充电状态(SOC)，电负载等确定怠速状态来切断燃 料电池动力供应，并且如果蓄电单元在预定SOC之下则燃料电池动力 供应被重新启动。此处，进入怠速停止的条件是非常受限制的(例如， 如果车辆停止，如果负载在预定值以下，如果制动器处于工作状态， 并且如果SOC在预定值之上则执行怠速停止)。此夕卜，在燃料电池处 需要诸如DC/DC断路器的分离装置以进行怠速停止，并且在DC/DC 断路器用于限制电流后，在释放怠速停止状态期间，DC/DC断路器直 接连接到超级电容器。DC/DC断续器是降压变换器，当切断燃料电池 电流后其直接连接到超级电容器时，其限制性地用于限制电流。
有必要提供一种方法，该方法用于通过利用，例如与传统技术不 同的更简化的控制技术来有效地控制燃料电池以适当地改善燃料电池 系统的燃料效率。
因此，本发明优选地提供一种用于在再生制动期间将能量回收最 大化的方法，其中该方法包括更简化的控制技术，并且是一种用于有 效地停止使用此技术的燃料电池的运行的方法。
背景技术：
部分中公开的上述信息仅用于增强对本发明的背景的理 解，并且因此其可包含不形成在本国内己为本领域普通技术人员所公 知的现有技术的信息。

发明内容
本发明涉及一种用于适当地控制燃料电池混合动力车中的燃料电 池的输出的方法，该燃料电池混合动力车包括作为主动力源的燃料电 池和作为辅助动力源的蓄能装置(优选地是超级电容器或电池)，该 方法可通过根据存储在蓄能装置中的能量水平有效地控制燃料电池的 输出来改善燃料效率和燃料电池系统的效率。
在优选实施方式中，本发明提供一种用于适当地控制燃料电池一 蓄能装置混合动力车中燃料电池的输出的方法，该方法可在再生制动 期间使能量回收最大化并由此改善燃料效率。
在一个实施方式中，本发明提供一种用于控制燃料电池混合动力车中的燃料电池的输出的方法，该燃料电池混合动力车优选地包括作 为主动力源的燃料电池和作为辅助动力源的蓄能装置，该燃料电池混 合动力车还包括功率变换器，并且优选地包括直接连接开关，该功率 变换器布置在燃料电池和蓄能装置之间并且设置用于燃料电池的恒定 电流运行，该直接连接开关用于燃料电池和蓄能装置之间的直接连接/ 断开，该方法包括根据蓄能装置的电能量优选地通过选自燃料电池停 止模式、燃料电池恒定电流模式和燃料电池一蓄能装置直接连接模式 中的模式来控制燃料电池的输出，并且随后根据车辆所需的负载来控 制燃料电池的输出，其中在燃料电池停止模式中适当地停止燃料电池 的动力生成，在燃料电池恒定电流模式中运行功率变换器使得燃料电 池以恒定功率在最高效率点运行，在燃料电池一蓄能装置直接连接模 式中通过直接连接开关适当地直接连接燃料电池和蓄能装置。
在一个优选实施方式中，如果蓄能装置的电能量低于用于重新启 动燃料电池的动力生成的适当的基准值，并且如果在燃料电池停止后 经过的时间超过预定的最小保持时间，则在直接连接开关被断开的状 态下优选地将燃料电池停止模式转换成燃料电池恒定电流模式。
在另一优选实施方式中，在燃料电池恒定电流模式中，优选地控 制燃料电池外围设备组件以适当的恒定功率在下列的状态下运行优 选地控制功率变换器以将对应于最大效率点的电压施加到燃料电池的 输出端，使得燃料电池以恒定功率运行，在该状态中燃料电池的输出 电流保持在恒定水平。
在又一优选实施方式中，功率变换器优选地是降压一升压变换器， 并且变换器控制器控制降压 一 升压变换器的运行，以通过优选地经电 压传感器感测降压 一 升压变换器的输出端的电压来施加对应于最大效 率点的电压。
在又一优选实施方式中，在燃料电池恒定电流模式中，如果蓄能 装置的电能量适当地低于用于启动燃料电池一蓄能装置直接连接模式 的基准值，则优选地通过直接连接开关直接连接燃料电池和蓄能装置， 并且适当地停止功率变换器的运行，使得燃料电池恒定电流模式转换 到燃料电池 一 蓄能装置直接连接模式。
在又一优选实施方式中，在通过直接连接开关适当地直接连接燃料电池和蓄能装置之前，在预定时间段内将空气增压到燃料电池堆。
在又一优选实施方式中，蓄能装置的电能量是优选地通过主接线 端子的电压传感器测量的蓄能装置电压。
在再一优选实施方式中，用于控制燃料电池混合动力车中的燃料 电池的输出的方法优选地包括确定是否执行再生制动；通过将蓄能 装置的电能量与根据是否执行再生制动而适当地预定的基准值相比较 来确定是否进入燃料电池停止模式；以及如果蓄能装置的电能量大于 相应的基准值，则停止燃料电池的动力生成。
在另一优选实施方式中，在再生制动期间的基准值被设定为适当 地低于在不执行再生制动的情况下的基准值，使得在蓄能装置的电能 量适当地低于在不执行再生制动的情况下的蓄能装置电能量的状态下 执行燃料电池停止模式。
在另一优选实施方式中，用于控制燃料电池混合动力车中的燃料 电池的输出的方法进一步包括在燃料电池一蓄能装置直接连接模式 中，如果在直接连接开关被接通的状态下，蓄能装置的电能量适当地 在预定水平之上，则将燃料电池一蓄能装置直接连接模式转换到燃料 电池恒定电流模式；确定是否在燃料电池恒定电流模式中执行再生制 动；确定是否进入燃料电池停止模式；以及停止燃料电池的动力生成。 要理解的是本文使用的术语"车辆"或"车辆的"或其他类似术 语通常包括下列的机动车例如，包括多功能运动车(SUV)、公共汽 车、卡车、各种商务车的客车，包括各种艇和船的水运工具，以及飞 行器等等，并且包括混合动力车、电动车、插电式混合电动车(plug-in hybrid electric vehicles)、氢燃料车和其他代用燃料车(例如，来源于石 油以外的资源的燃料)。
如本文所提到的混合动力车是具有两种或多种动力源的车辆，例 如，具有汽油动力和电动两种动力的车辆。
本发明的上述特征和优点从附图和下面的具体实施方式
中将是显 而易见的或者在附图和下面的具体实施方式
中得以更加详细地阐明， 附图合并入并形成本说明书的一部分，附图和下面的具体实施方式
一 起用于通过实施例来解释本发明的原理。


现在参考附图中图示的本发明的某些示例性实施方式对本发明的
上述和其它特征进行详细说明，以下给出的附图仅为了说明，并因此
不是对本发明的限制，且其中
图1是示出燃料电池系统的示例性配置的示意图2是示出根据本发明的燃料电池一超级电容器混合动力车的示
例性动力系统的框图3是示出燃料电池系统的最大效率点的示意图4是示出用于控制根据本发明的优选实施方式的燃料电池的输
出的方法的流程图，其中示出了在车辆加速期间燃料电池的模式转换
过程；
图5是根据本发明的优选实施方式的在车辆加速期间的模式转换
过程中燃料电池的运行区的示意图6是示出用于确定燃料电池的运行区的算法的实施例的示意图7是示出通过将本发明应用于车辆所获得的结果的示意图8和9是示出当应用本发明时燃料电池系统的效率和能量使用
分配改善的分析结果；
图IO是示出用于控制根据本发明的另一优选实施方式的燃料电池
的输出的方法的流程图，其中示出了在车辆减速期间燃料电池模式的
转换过程；
图11是示出根据本发明在车辆减速期间模式转换过程中的燃料电 池的运行区的示意图12是示出用于确定燃料电池的运行区的算法的另一实施例的示 意图；和
图13是示出与传统燃料电池一超级电容器系统相比，当应用本发 明时燃料效率改善的分析结果。
附图中所用的附图标记包括对如下所述的下列元件的标记
110:燃料电池系统 111:燃料电池系统控制器
120:功率转换单元 121:降压一升压变换器
122:变换器控制器 123:功率分配控制器
125:直接连接开关 131:超级电容器(蓄能装置)141:逆变器 142:驱动电动机
应该理解附图没有必要按比例绘制，它们只是展示了图示说明本 发明基本原理的各种优选特征的略加简化的表示方式。如本文公开的 本发明的具体设计特征(包括，例如，具体尺寸、方向、位置以及形 状)部分地将由特定目的应用以及使用环境来确定。
在附图的各图中，附图标记始终指本发明的相同或等效部件。
具体实施例方式
在一个方面，本发明的特征在于一种用于控制燃料电池混合动力 车中的燃料电池的输出的方法，该燃料电池混合动力车包括作为主动 力源的燃料电池和作为辅助动力源的蓄能装置，该方法包括根据蓄能 装置的电能量通过选自燃料电池停止模式、燃料电池恒定电流模式和 燃料电池一 蓄能装置直接连接模式中的模式来控制燃料电池的输出， 并且随后根据车辆所需的负载来控制燃料电池的输出。
在该方法的一个实施方式中，车辆包括功率变换器，和直接连接 开关，该功率变换器布置在燃料电池和蓄能装置之间并且提供用于燃 料电池的恒定电流运行，该直接连接开关用于燃料电池和蓄能装置之 间的直接连接/断开。在该方法的另一实施方式中，在燃料电池停止模 式中燃料电池的的动力生成被停止。
在另一实施方式中，在恒定电流模式中运行功率变换器，使得燃 料电池以恒定功率在最大效率点运行。
在又一实施方式中，在燃料电池一蓄能装置直接连接模式中通过 直接连接开关直接连接燃料电池和蓄能装置。
在一个实施方式中，根据车辆所需的负载进一步控制燃料电池的 输出。
在一个相关的实施方式中，在燃料电池停止模式中，如果蓄能装 置的电能量低于用于重新启动燃料电池的动力生成的基准值，并且如 果在燃料电池停止之后经过的时间超过预定的最小保持时间，则在直 接连接开关被断开的状态下将燃料电池停止模式转换成燃料电池恒定 电流模式。
以下将对本发明的各种实施方式详细地做出参考，其实施例图示
14在附图中并且在下面描述。尽管将要结合示例性实施方式来描述本发 明，但是要理解的是，本描述并非要将本发明限制到那些示例性实施 方式中。相反，本发明不但要覆盖示例性实施方式，而且还覆盖可以 被包括在如所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种替 代方式、变化形式、等效形式以及其他实施方式。
本发明优选地提供一种用于控制燃料电池混合动力车中的燃料电 池的输出的方法，该燃料电池混合动力车包括作为主动力源的燃料电 池和作为辅助动力源的蓄能装置(超级电容器或电池)，该方法可通 过优选地根据存储在蓄能装置中的能量水平有效地控制燃料电池的输 出来适当地改善燃料效率和燃料电池系统的效率。
优选如上所述，尽管不使用功率变换器的燃料电池-蓄能装置(例 如超级电容器)混合系统具有诸如高燃料效率(高再生制动、超级电 容器的高效率)，燃料电池的耐用性的增加，高可靠性控制(自动动力 辅助，自动再生制动功能)等的某些优点，但由于超级电容器被燃料 电池自动充电而使在再生制动中存在限制。例如，当作为蓄能装置的 超级电容器被燃料电池自动充电时，在超级电容器中充电的电能的量 增加，并且由此被再生制动充电的电能的量减少。这样的问题可通过 在低动力运行期间和在再生制动期间停止燃料电池的运行来解决。因 此，能够通过在再生制动期间适当地停止燃料电池的动力生成来增加 再生制动量并且改善燃料效率。
在本发明的优选实施方式中，根据存储在蓄能装置中的能量水平 有效地控制燃料电池的输出，该蓄能装置优选地是辅助动力源(此后， 能量水平将是对应于蓄能装置的电能量的主接线端子电压和超级电容 器电压)，其中燃料电池基本上以恒定功率在最大效率点运行，当蓄 能装置的输出和能量不足时，燃料电池和蓄能装置直接连接，并且当 在停车或低动力运行期间蓄能装置的能量水平增加时，停止燃料电池 的动力生成，使得燃料电池集中地在最大效率点运行，由此改善燃料 电池的燃料效率和燃料电池系统的效率。
因此，本发明优选地提供直接连接开关，直接连接开关用于在功 率变换器、燃料电池和超级电容器之间选择性地连接/断开，该功率变 换器具有满足在燃料电池的最大效率点输出电流的最小容量，从而提供3级控制模式，该3级控制模式优选地包括燃料电池停止(怠速停 止)模式、燃料电池恒定电流模式和燃料电池一超级电容器直接连接 模式。
为了改善燃料电池混合动力车中的燃料效率，必须改善各个组件 的效率；另外，重要的是开发用于驱动车辆的最佳技术。用于改善燃 料效率的重要因素包括但不限于，适当地减少燃料电池外围设备 (BOP)组件的运行，增加再生制动量，和增加氢利用，其可通过在低 动力运行和再生制动期间停止燃料电池的动力生成来适当地达到。在 低功率运行期间诸如鼓风机、氢再循环鼓风机、水泵等的燃料电池BOP 组件的输出大于驱动系统所需的输出，因此燃料电池系统的效率下降。 因此，在优选实施方式中，本发明采用了一种用于控制，优选地直接 控制燃料电池的输出以避免在效率很低的低动力行期间使用燃料电池 并适当改善燃料电池系统的效率的方法。结果是，能够适当地改善燃 料电池系统的效率并防止蓄能装置在再生制动期间自动充电(这是燃 料电池一蓄能装置混合动力车系统的缺点)，由此由于蓄能装置电压 的增加而防止再生制动量的适当降低。
本文所述的是采用了本发明的燃料电池-超级电容器混合动力车的 实施例。然而，本领域专业技术人员容易理解可利用合适的高压电池 替代超级电容器，前者是另一辅助动力源。本领域公知的是超级电容 器和电池是能够充电和放电并且能用作燃料电池混合动力车的辅助动 力源的合适的蓄能装置。
图2是示出优选地应用本发明的燃料电池-超级电容器混合动力车 的动力系统的示例性框图。如图中所示，该燃料电池一超级电容器混 合动力车优选地包括燃料电池系统110，该燃料电池系统110包括作为 主动力源的燃料电池(堆)，和燃料电池BOP组件，用于控制包括BOP 组件的燃料电池系统110的运行的燃料电池系统控制器111，功率转换 单元120，作为辅助动力的超级电容器131，和用于驱动电动机的逆变 器141。而且，在进一步的实施方式中，在与超级电容器131连接的 主接线端子中设置电压传感器132和电流传感器133。
根据其他优选的实施方式，功率转换单元120优选地包括功率变 换器121、直接连接开关125、变换器控制器122和功率分配控制器123，功率变换器121适当地布置在燃料电池IIO(图2中燃料电池系统的燃 料电池)和超级电容器131之间并作为用于燃料电池的恒定电流运行 的负载，使得从燃料电池110输出恒定电流；直接连接开关125适当 地布置在燃料电池110和超级电容器131之间并且选择地在燃料电池 110和超级电容器131之间连接和断开连接；变换器控制器122用于适 当地通过电压传感器124感测功率变换器121的输出端的电压并控制 功率变换器121的运行；功率分配控制器123作为上级控制器用于选 择燃料电池110的运行模式并控制变换器控制器122和直接连接开关 125的运行。优选地，在本发明中，通过功率分配控制器123、燃料电 池系统控制器111和变换器控制器122之间的协作控制来执行燃料电 池110的运行模式的选择和控制。
根据本文所述的本发明的实施方式，功率变换器121是优选地用 作负载使得在运行期间从燃料电池110输出恒定电流的装置，并且其 连接到主接线端子以适当地设置在燃料电池110和超级电容器131之 间。
在本发明的实施方式中，功率变换器121优选地可以是能够在变 换器控制器122的控制下降低和增加输入电压的降压一升压变换器。 在变换器控制器122的控制之下降压一升压变换器121适当地将功率 变换器121的输出端电压保持在恒定水平，使得施加在燃料电池110 输出端的电压保持在恒定水平，从而将燃料电池110的输出电流固定 在某一特定值，即，允许燃料电池110的恒定电流运行。
如本领域所公知的，在燃料电池系统110中，适当地控制诸如燃 料电池BOP组件的系统组件的运行从而输出对应于施加在燃料电池堆 输出端的负载量的电流。也就是说，控制燃料电池系统110以输出对 应于在燃料电池系统110的输出端由负载产生的电流量的电流。
因此，在进一步的实施方式中，如果通过降压一升压变换器121 的运行将燃料电池系统110的输出端的负载量设定为特定水平，诸如 燃料电池BOP组件的系统组件优选地以恒定电流模式运行以便输出对 应于该水平的恒定电流。结果，如果通过控制降压一升压变换器121 的运行而固定负载量，燃料电池110的输出电流值固定到所需的运行 点，由此获得适当的恒定功率运行。在进一步优选的实施方式中，在燃料电池110的恒定电流模式期
间，在燃料电池110的最大效率点的一点(one-point)运行，即，恒定 电流运行优选地通过降压一升压变换器121的运行来执行，使得不管 超级电容器131的电压如何变化都从燃料电池适当地输出在最大效率 点的恒定电流值。
因此，燃料电池在最大效率以恒定电流模式运行，其中控制降压 —升压变换器121以将对应于最大效率点的电压施加到燃料电池的输 出端，由此将燃料电池的输出电流保持在恒定水平。例如，如图3所 示，如果对应于表示最大效率的燃料电池负载的值在，例如8-12A(安 培)之间，优选地为10A (安培)，则降压一升压变换器121 (作为负 载运行)被适当地驱动使得从燃料电池输出IOA的电流，从而将燃料 电池的输出固定为IOA。对于燃料电池的恒定电流运行，采用固定了 负载量的降压一升压变换器121的运行，优选地通过燃料电池系统控 制器111控制燃料电池BOP组件以恒定功率运行，使得燃料电池的输 出保持恒定。
在其他进一步的实施方式中，降压一升压变换器121可具有满足 燃料电池的最高效率点时的电流输出的适当的最小容量。由于优选地 使用直接连接开关125将燃料电池110和超级电容器131适当地直接 连接，如果需要，能够采用具有低于现有变换器的容量的降压一升压 变换器。
在图2的示例性动力系统配置中，直接连接开关125可以是，但 不限于，继电器或IGBT装置。在特定实施方式中，由于通过直接连接 开关125选择性地连接或断开燃料电池110和超级电容器131，与现有 燃料电池一超级电容器系统相比，适当地增加了燃料电池输出控制的 自由度，由此改善燃料效率并且在燃料电池的保护方面提供了有利的 结构。
图4是示出根据本发明的优选实施方式的用于控制燃料电池的输 出的示例性方法的流程图，其中示出车辆加速期间燃料电池的模式转 换过程，图5是示出根据本发明的优选实施方式的在车辆加速期间模 式转换过程中燃料电池的运行区的示意图，并且图6是示出根据如本 文所述的本发明的优选实施方式的用于确定燃料电池的运行区的算法的实施例的示意图。
在图4至6中，Vsc优选地代表超级电容器电压(适当地对应于主 接线端子电压和超级电容器中所充的电能量)，IFC—CMD优选地代表在 恒定电流模式中的燃料电池恒定电流值，以及VrcjTOP优选地代表用于 停止燃料电池的动力生成的参考电压。OCV优选地代表燃料电池的开 路电压，VFC_START优选地代表用于重新启动燃料电池的动力生成的参 考电压，VFC_STOP_regen优选地代表在再生制动期间用于停止燃料电池的 动力生成的参考电压，VDC_OTF优选地代表用于解除燃料电池一超级电
容器直接连接的参考电压，以及VDCJTART优选地代表用于启动燃料电
池一超级电容器直接连接的参考电压。TRegen_min—。ff优选地代表燃料电池
停止的最小保持时间，以及TDCj3^y优选地代表燃料电池一超级电容器
直接连接等待时间。
下一步，将模式转换控制作为实施例来描述根据本发明的优选实 施方式的用于控制燃料电池的输出的方法，优选地根据车辆负载量和 存储在超级电容器中的电能量(对应于主接线端子电压)，以燃料电 池停止模式、燃料电池恒定电流模式和燃料电池一超级电容器直接连 接模式适当地执行模式转换控制。
在一个实施方式中，在燃料电池停止模式中，通过适当地关闭直
接连接开关125，功率分配控制器123切断燃料电池110和超级电容器 131之间的连接，通过变换器控制器122停止降压一升压变换器(功率 变换器)121的运行，以及通过燃料电池系统控制器111停止燃料电池 BOP组件的运行，由此几乎完全停止燃料电池的动力生成(S11)。
然后，在进一步的实施方式中，在停止燃料电池的动力生成的状 态下，功率分配控制器123适当地将存储在超级电容器131中的电能 量，即，由主接线端子的电压传感器132测量的超级电容器电压Vsc (优选地是在图2的实施例中的主接线端子电压)与合适地预定的用于 重新启动燃料电池的动力生成的参考电压VrcjTART相比较(S12)。如 果超级电容器电压Vsc降低到优选的参考电压Vrc
start (VfC〈Vfc
START)以下，并且如果在燃料电池停止之后经过的时间(停止模式保 持时间)超过预定的燃料电池停止的最小保持时间TRegenmin_。ff，则适 当地准备燃料电池恒定电流模式。这里，提供停止模式保持时间的原因是为了防止燃料电池频繁的开启(启动动力生成)和关闭(停止动 力生成)。
在其他优选的实施方式中，为了燃料电池的恒定电流运行，燃料 电池系统控制器111启动以运行诸如但不限于鼓风机、氢再循环鼓风
机、水泵等的燃料电池BOP组件，以便执行燃料电池的恒定电流运行 所需的恒定电流控制(S13)。在直接连接开关125断开的状态下，通 过变换器控制器122功率分配控制器123运行降压一升压变换器121， 由此启动燃料电池的恒定电流运行(S14和S15)。
在进一步的实施方式中，通过确定超级电容器电压(Vsc)降低到 用于启动燃料电池一超级电容器直接连接的预定参考电压VDC:—START以 下，功率分配控制器123准备进入燃料电池一超级电容器直接连接模 式。
根据其他优选的实施方式，由于如果燃料电池110和超级电容器 131优选地在燃料电池110和超级电容器131之间存在电压差的状态下 直接连接，过载电流会发生流动，因此在预定时间段内空气预先适当 地增压至燃料电池组，由此准备电流(S16和S17)。然后，在进一步 的实施方式中，如果增压保持时间超过预定等待时间TDC—Delay，直接连 接开关125被打开以直接连接燃料电池110和超级电容器131，并且停 止降压一升压变换器121的运行(S18和S19)。优选地，在增压期间， 通过燃料电池系统控制器111适当地控制鼓风机的运行以便增压预定 量的空气。
在其他进一步的实施方式中，根据在停止降压一升压变换器121 的运行和打开直接连接开关125 (S20)的状态下车辆所需的负载量(负 载跟踪运行)，燃料电池系统控制器111控制诸如但不限于鼓风机、 氢再循环鼓风机、水泵等的燃料电池BOP组件的运行，由此进入燃料 电池 一 超级电容器直接连接模式。
因此，根据本文所述的本发明的实施方式，根据存储在蓄能装置 (超级电容器)中的能量水平，本发明执行3级控制模式，该3级控制 模式优选地包括燃料电池停止模式、燃料电池恒定电流模式和燃料电 池一超级电容器直接连接模式，由此通过燃料电池输出的3级控制模 式而有效地运行燃料电池混合动力系统。
20根据本发明的优选实施方式，在恒定电流模式中，燃料电池110
优选地使用功率变换器(降压一升压变换器)121在最大效率点运行， 当蓄能装置131的电压适当地降低到预定水平以下或当车辆所需的输 出在适当地预定的水平以上时，如果蓄能装置的输出和能量不足，则 通过关闭功率变换器121并且打开直接连接开关125而直接连接燃料 电池110和蓄能装置131，以及如果在停车或低动力运行期间蓄能装置 131的电压适当地增大到预定水平以上，则停止燃料电池的动力生成， 优选地使得燃料电池在最大效率点运行，并且在进一步的实施方式中， 由此改善燃料电池的燃料效率和燃料电池系统的效率。
如本发明所述，如果必要，优选地直接连接燃料电池和蓄能装置 以适当地执行负载跟踪运行，其中，在负载跟踪运行中控制燃料电池 的输出以跟踪车辆所需的负载；在所选择的周期期间执行恒定电流运 行以增加在高动力运行期间燃料电池的效率，其中在恒定电流运行中 燃料电池优选地在最大效率点运行；由此改善燃料效率和燃料电池系 统的效率。在进一步的优选实施方式中，当不需要燃料电池的输出时， 可通过停止或优选地完全停止燃料电池的动力生成能够适当地最大程 度地改善燃料效率。在进一步的实施方式中，能够通过适当地降低OCV 来改善燃料电池的耐用性，并且紧急状况下帮助燃料电池的电流限制 控制，由此在燃料电池的保护方面提供有利的作用。
在一个示例性的实施方式中，本发明人使用城市测力计驾驶计划 (UDDS)通过适当地将本发明直接应用到实际车辆上而执行驾驶试验， 并且结果显示在图7中。如图中所示，燃料电池优选地以三种模式运 行，三种模式包括燃料电池停止模式、燃料电池恒定电流模式和直接 连接后的负载跟踪运行模式，尽管要理解的是本发明不仅限于本文所 述的这些模式。因此，在其中优选地执行负载跟踪运行的直接连接模 式(FC0N=1， FCDC=1)中，当超级电容器电压Vsc增大到合适的预定 的参考电压VDc—OTF以上时(VSC>VDC0FF)，燃料电池进入其中燃料电 池被关闭的燃料电池停止模式，并且在燃料电池停止模式中，当超级 电容器电压Vsc适当地降低到预定的参考电压Vrc_START以下时 (VSC<VFC_START)，燃料电池被打开并优选地以恒定电流模式运行 (FC0N=1， FCDC=0)。在进一步的优选实施方式中，在重复恒定电流模式和燃料电池停 止模式的期间，当超级电容器电压VSC降低到优选的预定的参考电压
VDC start 以下时(vsc<vDC
start ),直接连接开关被接通并且燃料电
池重新进入直接连接模式(FCofl,FQx^1)，在直接连接模式中执行 负载跟踪运行。
优选地，在燃料电池停止模式中，当停止BOP组件的运行时(此 时，燃料电池电流Irc^)，燃料电池电压Vrc保持在OCV，并且在恒 定电流模式中，通过控制降压一升压变换器完成燃料电池的恒定电流 输出。
在图7中，"FCofl"代表合适的燃料电池动力生成状态(导通状 态)，"FCoN-0"代表燃料电池停止状态(断开状态)，"FCdc-1"代表 合适的燃料电池一超级电容器直接连接状态，并且"FQx^0"代表解除 燃料电池一超级电容器直接连接的状态。I,、 Irc和Isc;分别代表合适 的变换器电流、燃料电池电流和超级电容器电流。
图8和9是示出当应用本发明时适当地改善燃料电池系统的效率 和能量使用分配的分析结果，其中(a)示出改善之前的状态和(b) 示出改善之后的状态。在附图中，示出UDDS循环期间的能量使用分 配。参考附图，可见燃料电池运行点集中在最大效率点(参考图8中 的虚线)。此外，由于在恒定电流模式中燃料电池BOP组件可根据燃 料电池运行而运行，因此可进一步改善燃料电池系统的效率。在优选 的实施方式中，可见如果在类似UDDS模式的驱动模式中车辆所需的 平均输出在燃料电池的最大效率点附近，本发明的上述效果是很显著 的。
根据本发明，不管功率变换器的能量损失(DCDC损失能量)是 多少，都可获得，例如5、 6、 7、 8、 9或更多，优选大约7%的燃料效 率改善，并且燃料效率的这种改善适当地是由燃料电池BOP组件 (HVBoP能量)的能量消耗减少所导致的(参见图9中的虚线)。在 图9中，"燃料电池净功率"代表通过从燃料电池的输出中减去燃料电池 BOP组件所需的输出而获得的示例性输出，并且表示根据本文所述的 本发明的特定实施例的从燃料电池施加到车辆负载的输出。在进一步的实施方式中，本发明提供一种用于控制燃料电池混合 动力车中的燃料电池的输出的方法，该方法可在再生制动期间将能量 回收量最大化并由此改善燃料效率。
根据本发明，根据作为辅助动力源的蓄能装置的能量水平(在下 文中，主接线端子电压和超级电容器电压对应于蓄能装置的电能量)， 优选地停止燃料电池的动力生成，其中根据是否执行再生制动，适当 地区别用于燃料电池停止的条件，使得如果确定适当地执行再生制动， 甚至在特定实施方式中，如果蓄能装置的能量水平较低，则预先停止 燃料电池的动力生成以回收足够的再生制动能量，由此适当地将再生 制动量最大化并改善燃料效率。
图IO是示出根据本发明的另一优选实施方式的用于控制燃料电池
的输出的示例性方法的流程图，其中示出在车辆减速期间燃料电池的 模式转换过程，图11是示出根据本发明的优选实施方式的在车辆减速
期间的模式转换过程中燃料电池的运行区的示意图，以及图12是示出
用于确定燃料电池的运行区的算法的另一实施例的示意图。如本文所 述，在优选的实施方式中，本发明针对在再生制动期间将能量回收量 最大化，将采用模式转换控制的实施例来描述根据本发明的再生制动 的特征，在车辆减速期间的直接连接模式、燃料电池恒定电流模式和 燃料电池停止模式中执行该模式转换控制。
在图10至12中，Vsc代表超级电容器电压(对应于主接线端子电 压和超级电容器中所充的电能量)，Irc^MD代表在恒定电流模式中的 适当的燃料电池恒定电流值，以及Vn^TOp代表用于停止燃料电池的动 力生成的参考电压。OCV代表燃料电池的适当的开路电压，VFC_START 代表用于重新启动燃料电池的动力生成的适当的参考电压， VFC_STOP—regen代表在再生制动期间用于停止燃料电池的动力生成的适当 的参考电压，VDC_OTF代表用于解除燃料电池和超级电容器直接连接的 适当的参考电压，以及VDc_START代表用于启动燃料电池一超级电容器 直接连接的适当的参考电压。
根据本文所述的本发明的优选实施方式，燃料电池一超级电容器 直接连接模式(S31)是混合模式，在该模式中通过燃料电池110和超 级电容器131的动力同时驱动车辆，并且通过燃料电池110和超级电容器131的电能运行驱动电动机142。优选地，在直接连接开关125 优选地打开的状态下，直接地连接燃料电池110和超级电容器131,并 且适当地执行负载跟踪运行，在负载跟踪运行中，优选地根据车辆所 需的负载量控制诸如但不限于鼓风机、氢再循环鼓风机、水泵等的燃 料电池BOP组件的运行。
参考图10，在车辆优选地以燃料电池一超级电容器直接连接模式 行驶的同时，如果在车辆减速期间超级电容器131中所充的电能量适 当地在预定水平以上(S32)，也就是说，如果超级电容器电压Vsc (对 应于主接线端子电压)在预定水平Vdcotf以上(Vsc>Vdcoff)，解除 直接连接模式并且准备燃料电池恒定电流模式。因此，功率分配控制 器123优选地关闭直接连接开关125 (S33)以解除燃料电池110和超 级电容器131之间的直接连接，并且在变换器控制器122的控制下运 行降压一升压变换器121 (功率变换器)以启动燃料电池恒定电流模式 (S34)。根据进一步优选的实施方式，燃料电池系统控制器111执行 燃料电池的恒定电流运行所需的用于燃料电池BOP组件的恒定电流控 制(S35)。
根据进一步的实施方式，如果在燃料电池恒定电流模式期间超级 电容器电压(对应于主接线端子电压)增大到预定水平以上(S36)， 优选地执行燃料电池停止模式。因此，适当接收制动信号的功率分配 控制器123确定是否执行再生制动(S37)，如果不是再生制动，则确 定是否超级电容器电压Vsc高于用于停止燃料电池的动力生成的参考 电压VFC
stop (Vsc>Vfc stop )。因此，在进一步的实施方式中，适当
地执行用于进入燃料电池停止模式的控制。优选地，变换器控制器122 适当地停止降压一升压变换器121 (S40),并且燃料电池系统控制器 111适当地停止燃料电池BOP组件的运行，由此停止燃料电池的动力 生成(S41和S42)。
在其他实施方式中，如果功率分配控制器123已经适当地确定执 行再生制动，预先停止燃料电池的动力生成以回收足够的再生制动能 量，即使超级电容器电压Vsc低于用于停止燃料电池的动力生成的参 考电压VpcjTOP。优选地，在特定实施方式中，在再生制动期间将超级 电容器电压Vsc与用于停止燃料电池的动力生成的适当的参考电压vFC STOP—regen 相比较，vrc STOP regen 被设定为适当地低于参考电压 VFCSTOP (S38)，并且如果在再生制动期间超级电容器电压Vw适当 地高于用于停止燃料电池的动力生成的参考电压Vrc_STOP_regen，则立即 执行用于进入燃料电池停止模式的控制(S40至S42)。
根据本文所述的本发明的实施方式，在其中优选地执行3级控制 模式的燃料电池混合动力车中，该3级控制模式包括燃料电池停止模 式、燃料电池恒定电流模式和燃料电池一超级电容器直接连接模式， 确定是否以上述方式执行再生制动，并且根据己确定的结果改变用于 停止燃料电池的动力生成的标准，使得根据该改变的标准停止燃料电 池的动力生成。在优选的实施方式中，在再生制动期间，通过应用相 对低的标准预先执行燃料电池停止模式，即使超级电容器电压(对应 于辅助动力源的电压)很低，由此适当地增加再生制动量。
因此，适当改变用于停止燃料电池的动力生成的标准，以便适当 地防止对能量回收的限制。根据优选的实施方式，在燃料电池混合动 力车中，在再生制动期间超级电容器电压越低，再生制动量适当地增 加得越多，并且如果防止由从燃料电池对超级电容器的自动充电而增 加的电压，贝IJ增加再生制动量。其结果是，在本发明的实施方式中， 应用根据是否执行再生制动而区分的用于停止燃料电池的动力生成的 标准值，使得在再生制动期间以较低的超级电容器电压预先停止燃料 电池的动力生成，由此适当地将再生制动量最大化并改善燃料效率。 此外，根据进一步的实施方式，能够通过防止主接线端子电压的上升 而保护高压部件。
参考图12，在优选的实施方式中，根据超级电容器的能量水平(优 选地对应于主接线端子电压)优选地选择运行模式；然而，根据是否 执行再生制动而适当地区分用于进入燃料电池停止模式的条件，由此 增大了燃料电池动力生成的停止区。根据进一步的实施方式，由于停 止燃料电池的动力生成，例如在再生制动期间优选地突然停止，能够 防止超级电容器被燃料电池自动充电，由此确保能够执行再生制动的 适当的足够的能量缓冲区。
图13是示出与传统燃料电池超级电容系统相比，当应用本发明时 适当地改善燃料效率的分析结果。可见，根据如本文所述的本发明的
25优选实施方式，即使功率变换器存在有能量损失(DCDC损失能量)， 由于燃料电池BOP组件所消耗的能量(HVBoP能量)的减少和再生制 动量的增加而改善了燃料效率。
如上所述，在根据本发明的优选实施方式的用于控制燃料电池的 输出的优选方法中，燃料电池在适当的最大效率点以恒定功率适当地 运行，如果蓄能装置的输出和能量不足，则优选地直接连接燃料电池 和蓄能装置，并且如果在停车或低动力运行期间蓄能装置的能量水平 增加，则停止燃料电池的动力生成，使得燃料电池集中地在最大效率 点运行，由此适当地改善燃料电池的燃料效率和燃料电池系统的效率。
在进一步的实施方式中，如果必要，优选地直接连接燃料电池和 蓄能装置以执行负载跟踪运行，在负载跟踪运行中适当地控制燃料电 池的输出以跟踪车辆所需的负载，并且在所选择的周期期间执行其中 燃料电池优选地在最大效率点运行的恒定电流运行以改善高动力运行 期间的燃料电池效率，由此适当地改善燃料效率和燃料电池系统的效 率。
在进一步的实施方式中，当不需要燃料电池的输出时，能够通过 停止，例如完全停止燃料电池的动力生成而将燃料效率的改善最大化。
在其他特定实施方式中，能够通过优选地降低OCV来改善燃料电 池的耐用性，并且在紧急状况下适当地帮助燃料电池的电流限制控制， 由此例如，在燃料电池的保护方面提供有利的作用。
在进一步的实施方式中，根据用于控制在燃料电池混合动力车中 燃料电池的输出的优选方法，其中根据本发明的另一优选实施方式执 行控制模式，优选地是3级控制模式，优选地包括燃料电池停止模式、 燃料电池恒定电流模式和燃料电池一超级电容器直接连接模式，适当 地确定是否执行再生制动，并且根据已确定的结果改变用于停止燃料 电池的动力生成的标准，使得根据改变的标准执行燃料电池停止模式； 然而，在再生制动期间，通过应用相对低的标准预先执行燃料电池停 止模式，即使蓄能装置的电压很低，由此增加再生制动量。
因此，通过应用根据是否执行再生制动而区分的燃料电池停止模 式的标准，能够通过优选地在超级电容器电压适当地低于再生制动期 间的状态下预先停止燃料电池的动力生成而增加再生制动量，由此适当地增加再生量和燃料效率。此外，在如本文所述的本发明的进一步 实施方式中，能够通过优选地防止主接线端子电压的上升而保护高压 部件。在所述的本发明的特定优选实施方式中，在再生制动期间能够 通过停止，例如优选地突然停止燃料电池的动力生成而防止超级电容 器被燃料电池自动充电，由此将再生制动量适当地最大化。
已经详细参照本发明的优选实施方式说明了本发明。然而，本领 域专业技术人员要理解的是，在不偏离本发明的原理和精神的前提下 可对这些实施方式作出改变，本发明的范围由所附权利要求及其等效 形式限定。
权利要求
1、一种用于控制燃料电池混合动力车中的燃料电池的输出的方法，所述燃料电池混合动力车包括作为主动力源的燃料电池和作为辅助动力源的蓄能装置，还包括功率变换器和直接连接开关，所述功率变换器布置在所述燃料电池和所述蓄能装置之间并且设置用于所述燃料电池的恒定电流运行，所述直接连接开关用于所述燃料电池和所述蓄能装置之间的直接连接/断开，所述方法包括根据所述蓄能装置的电能量通过选自燃料电池停止模式、燃料电池恒定电流模式和燃料电池-蓄能装置直接连接模式中的模式来控制所述燃料电池的输出，并且随后根据所述车辆所需的负载来控制所述燃料电池的输出；其中在所述燃料电池停止模式中停止所述燃料电池的动力生成，在所述燃料电池恒定电流模式中运行所述功率变换器使得所述燃料电池以恒定功率在最高效率点运行，在所述燃料电池-蓄能装置直接连接模式中通过所述直接连接开关直接连接所述燃料电池和所述蓄能装置。
2、 如权利要求1所述的方法，其中，在所述燃料电池停止模式中， 如果所述蓄能装置的电能量低于用于重新启动所述燃料电池的动力生 成的基准值，并且如果在所述燃料电池停止后经过的时间超过预定的 最小保持时间，则在所述直接连接开关被断开的状态下将所述燃料电 池停止模式转换成所述燃料电池恒定电流模式。
3、 如权利要求l所述的方法，其中，在所述燃料电池恒定电流模 式中，控制燃料电池外围设备组件以恒定功率在下列的状态下运行-控制所述功率变换器以将对应于所述最大效率点的电压施加到所述燃 料电池的输出端，使得所述燃料电池以恒定功率运行，在所述状态中 所述燃料电池的输出电流保持在恒定水平。
4、 如权利要求3所述的方法，其中所述功率变换器是降压一升压 变换器，并且变换器控制器控制所述降压一升压变换器的运行，以通 过经电压传感器感测所述降压一升压变换器的输出端的电压来施加对应于所述最大效率点的电压。
5、 如权利要求l所述的方法，其中，在所述燃料电池恒定电流模 式中，如果所述蓄能装置的电能量低于用于启动所述燃料电池一蓄能 装置直接连接模式的基准值，则通过所述直接连接开关直接连接所述 燃料电池和所述蓄能装置，并且停止所述功率变换器的运行，使得所 述燃料电池恒定电流模式转换到所述燃料电池一蓄能装置直接连接模 式。
6、 如权利要求5所述的方法，其中在通过所述直接连接开关直接 地连接所述燃料电池和所述蓄能装置之前，在预定时间段内将空气增 压到燃料电池堆。
7、 如权利要求l所述的方法，其中所述蓄能装置的电能量是通过 主接线端子的电压传感器测量的蓄能装置电压。
8、 如权利要求l所述的方法，其进一步包括 确定是否执行再生制动；通过将所述蓄能装置的电能量与根据是否执行所述再生制动而预 定的基准值相比较来确定是否进入所述燃料电池停止模式；以及如果所述蓄能装置的电能量大于所述相应的基准值，则停止所述 燃料电池的动力生成。
9、 如权利要求8所述的方法，其中在再生制动期间的所述基准值 被设定为低于在不执行所述再生制动的情况下的所述基准值，使得在 所述蓄能装置的电能量低于在不执行所述再生制动的情况下的蓄能装 置的电能量的状态下执行所述燃料电池停止模式。
10、 如权利要求8所述的方法，其进一步包括在所述燃料电池一 蓄能装置直接连接模式中，如果在所述直接连 接开关被接通的状态下，所述蓄能装置的电能量在预定水平之上，则 将所述燃料电池—蓄能装置直接连接模式转换到所述燃料电池恒定电流模式；确定是否在所述燃料电池恒定电流模式中执行所述再生制动； 确定是否进入所述燃料电池停止模式；以及 停止所述燃料电池的动力生成。
11、 一种用于控制燃料电池混合动力车中的燃料电池的输出的方 法，所述燃料电池混合动力车包括作为主动力源的燃料电池和作为辅 助动力源的蓄能装置，所述方法包括-根据所述蓄能装置的电能量通过选自燃料电池停止模式、燃料电 池恒定电流模式和燃料电池一蓄能装置直接连接模式中的模式来控制 所述燃料电池的输出，并且随后控制所述燃料电池的输出。
12、 如权利要求ll所述的方法，其中所述车辆包括功率变换器和 直接连接开关，所述功率变换器布置在所述燃料电池和所述蓄能装置 之间并提供用于所述燃料电池的恒定电流运行，所述直接连接开关用 于所述燃料电池和所述蓄能装置之间的直接连接/断开。
13、 如权利要求11所述的方法，其中在所述燃料电池停止模式中， 停止所述燃料电池的动力生成。
14、 如权利要求ll所述的方法，其中在所述恒定电流模式中，运 行所述功率变换器使得所述燃料电池在最大效率点以恒定功率运行。
15、 如权利要求ll所述的方法，其中在所述燃料电池一蓄能装置 直接连接模式中，通过直接连接开关直接连接所述燃料电池和所述蓄 能装置。
16、 如权利要求ll所述的方法，其中根据所述车辆所需的负载进 一步控制所述燃料电池的输出。
17、 如权利要求ll所述的方法，其中，在所述燃料电池停止模式 中，如果所述蓄能装置的电能量低于用于重新启动所述燃料电池的动力生成的基准值，并且如果在所述燃料电池停止之后经过的时间超过 预定的最小保持时间，则在所述直接连接开关被断开的状态下将所述 燃料电池停止模式转换成所述燃料电池恒定电流模式。
全文摘要
本发明提供一种用于控制燃料电池的输出以改善燃料电池混合动力车的燃料效率的方法，其中燃料电池在最大效率点以恒定功率运行，其中如果蓄能装置的输出和能量不足，则直接连接燃料电池和蓄能装置，并且当在停车或低动力运行期间蓄能装置的能量水平增加时，停止燃料电池的动力生成，使得燃料电池集中地在最大效率点运行，由此改善燃料电池的燃料效率和燃料电池系统的效率。
文档编号B60W10/28GK101612939SQ200810246390
公开日2009年12月30日 申请日期2008年12月15日 优先权日2008年6月27日
发明者全淳一, 崔瑞浩, 朴善淳, 权相旭, 李南遇, 柳盛弼 申请人:现代自动车株式会社