专利名称：燃料电池的电力产生控制系统及电力产生控制方法
技术领域：
本发明涉及用来控制要从燃料电池提取的电力的燃料电池电力产生控制系统，以及其控制方法。
背景技术：
燃料电池是将化学反应的化学能直接转化成电能的电化学器件。典型的燃料电池由电解质膜和其间夹着电解质膜的阳极及阴极室组成，其中燃烧气体被连续地供应给阳极室，空气被连续供应到阴极室中，并且来自空气中的氧气和燃烧气体中包含的氢气发生电化学反应，产生电力。如果在室中局部区域发生气体短缺，燃料电池的功率输出降低，这会导致损害电池的过载电流。需要控制燃料电池具有检测这种恶化的操作条件存在，并且恢复恶化的操作条件，从而防止电池受到损害的功能。
日本专利特许公开申请第6-243882号公开了一种用于划分成多个电池段的燃料电池堆的控制方法，其中监控各电池段的输出电压并且当检测的最低电压降低至预定值以下时，不管燃料电池上的负荷量，为了保护系统停止燃料电池堆的操作。
发明内容
在上面提出的控制方法中，如果某个电池段的检测电压降低至预定值以下时，甚至在其操作条件保持轻微的恶化程度情况下，燃料电池的操作也被迫停止。如果停止燃料电池的操作，燃料电池驱动的车辆仅仅由于二次电池的残留充电才能继续行驶。
根据这种问题给出了本发明。本发明的目标是提供一种燃料电池电力产生控制系统，其控制从燃料电池中的电力提取并且维持驱动电力，而不会在系统的操作条件下引起任何进一步的恶化。
本发明的一方面是用于燃料电池的电力产生控制系统，其包括与燃料电池连接的可充电/放电单元，其用燃料电池的电力充电并且向负载放电；用于计算燃料电池要生产的目标电力的目标电力计算单元；检测对燃料电池的电力降低请求的电力降低请求检测单元；检测可充电/放电单元中可用电力的可用电力检测单元；基于从电力降低请求检测单元检测到的电力降低请求和从可用电力检测单元检测到的可用电力，限制要从燃料电池中提取的电力的电力提取限制单元；以及基于目标电力计算单元计算的目标电力和电力提取限制单元的输出，控制要从燃料电池中提取的电力的电力提取控制单元，其中当电力降低请求检测单元检测到电力降低请求时，电力提取限制单元降低从燃料电池中提取的电力小于可充电/放电单元可用电力的量。
现在将参照附图来描述本发明，其中图1是涉及根据本发明第一实施方案的燃料电池电力产生控制系统的燃料电池系统的方框图。
图2是根据本发明第一至第四实施方案的电力产生控制系统的控制图。
图3是阐明第一实施方案的电力产生控制系统的基本流程的控制流程图。
图4是表示可充电电池的充电状态与其可放电电力之间的关系图。
图5是阐明在第一实施方案的电力产生控制系统控制期间，提供电力降低请求的基本流程的流程图。
图6A至6E是阐明第一实施方案电力生产系统操作的时间图。
图7是涉及根据本发明第二至第四实施方案的燃料电池电力产生控制系统的燃料电池系统的方框图。
图8是阐明在第二实施方案的电力产生控制系统控制期间，提供电力降低请求的基本流程的流程图。
图9A至9E是阐明第二实施方案电力生产系统操作的时间图。
图10是阐明在第三实施方案的电力产生控制系统控制期间，提供电力降低请求的基本流程的流程图。
图11A至11E是阐明第三实施方案电力生产系统操作的时间图。
图12是阐明在第四实施方案的电力产生控制系统控制期间，提供电力降低请求的基本流程的流程图。
图13A至13E是阐明第四实施方案电力生产系统操作的时间图。
具体实施例方式
下面参照附图解释本发明的实施方案，其中相同的元件由相同的参考符号表示。
在图1中的燃料电池系统S1中涉及第一实施方案的燃料电池电力产生控制系统，其包括燃料罐1、压缩机2、燃料电池3、电力控制器4、可充电电池(电力可充电单元或二次电池)5、负载(驱动马达)6、马达7、压力控制阀8、9和控制器10。
燃料电池3由用氢气作为燃烧气体供应的氢气电极3a、用空气作为氧化剂气体供应的空气电极3b、夹在氢气电极3a和空气电极3b之间的高聚物电解质膜M。供应的氢气体中包含的氢气(H2)在氢气电极3a上失电子，形成两个质子(H+)。质子通过电解质膜M扩散，并且在空气电极3b上与电子和供应空气中的氧气(O2)反应，形成水(H2O)。这就在位于氢气电极3a和空气电极3b之间的外部电路中产生电流。
氢气从燃料罐1中供应给氢气电极3a。在燃料罐1和燃料电池3之间的燃料供应线1a上提供压力控制阀8，控制向燃料电池3供应的氢气的流速和压力。
同时，用马达7驱动的压缩机2压缩空气，并且通过空气供应线2a供应给燃料电池3的空气电极3b。通过改变马达7的转数，以及从燃料电池3的空气电极3b出口处的空气排放线2b上提供的压力控制阀9的设定压力来调节供应给燃料电池3的空气的流速和压力。
电力控制器4用来允许从燃料电池3中提取的并且供应给负载6和可充电电池5的电力。
可充电电池5在燃料电池3和负载6之间并联连接，并且当负载6消耗电力的速率低于从电力控制器4中供应的速率时，进行充电；而当负载6消耗电力的速率高于从电力控制器4中供应的速率时，放电。
控制器10计算燃料电池3产生的目标电力TPW，并且调节压力控制阀8，9的设定压力PR1，PR2，以及马达7的转速RN，从而以预定的速率生产电力，同时向电力控制器4发出提取电力命令CPW。控制器10还响应传感器11检测到的加速器置换值D1和车辆的速度D2，从而计算需用负载，并且向负载6施加操作命令COP，控制车辆的驱动电力。
此外，尽管图1中，电力控制器4连接在燃料电池3和负载6之间，但是电力控制器4可以连接在可充电电池5和负载6之间，从而控制燃料电池3要供应的电力。
在图2中，电力生产系统包括目标电力计算单元101、电力降低请求检测单元102、电力提取限制单元103、燃料电池系统控制单元104、电力提取控制单元105，以及可充电电池可用电力计算单元106。
目标电力计算单元101计算燃料电池3要生产的目标电力TPW。电力降低请求检测单元102检测对燃料电池3生产电力的电力降低请求PLR。可充电电池可用电力计算单元106计算从可充电电池5输出的可用电力APW。电力提取限制单元103根据来自目标电力计算单元101的目标电力TPW、来自电力降低请求检测单元102的电力降低请求PLR和来自可充电电池可用电力计算单元106的可用电力APW发出命令，限制从燃料电池3提取的电力。响应来自电力提取限制单元103的输出，燃料电池系统控制单元104控制燃料电池系统S1，并且电力提取控制单元105控制从燃料电池3提取的电力。
现在参照图3所示的流程图来描述在第一实施方案的燃料电池系统S1中要执行的基本流程。流程图中从“开始”至“结束”的过程程序以固定的时间间隔重复执行。
在图3中的步骤S1中，目标电力计算单元101根据来自例如加速器置换值D1、车辆速度D2和驱动马达作为负载6所需的电力等数据来计算燃料电池3电力生产的目标电力TPW。
在步骤S2中，可充电电池可用电力计算单元106计算可充电电池5的可用电力APW。图4表示了可充电电池5的充电状态CH％及其可放电电力DPW之间关系的实例。可用电力APW被设置为等于通过从可放电电力DPW中减去当前放电电力而获得的残余电力。
在步骤S3中，电力降低请求检测单元102检测电力降低请求PLR，提供表示存在或者缺乏这种请求的输出。
在步骤S4中，响应表示存在或者缺乏在前面步骤S3中提供的电力降低请求PLR的输出，做出是否提供电力降低请求PLR的判定。如果判定不存在电力降低请求PLR，过程进行至步骤S5-3，其中设置提取电力CPW等于目标电力TPW。如果在步骤S4中，判定存在电力降低请求PLR，过程进行至步骤S5，其中做出判定发现是否在前面的程序中对要生产的电力设置限制。
如果在步骤S5中判定对要生产的电力没有设置限制，过程进行至步骤S5-2，其中设置提取电力CPW等于通过从目标电力TPW中减去在步骤S2中计算的可用电力APW而得到的值。
如果在步骤S5中判定对要生产的电力设置了限制，意指仍存在进一步降低已经在前面程序中通过从中减去可充电电池5的可用电力APW而限制的提取电力CPW的电力降低请求PLR，设置提取电力CPW为通过从目标电力TPW中减去在步骤S2中计算的可用电力APW及预定量的值α而得到的值。
在步骤S6中，根据在这些步骤S5-1、S5-2和S5-3中计算的提取电力命令CPW控制燃料电池系统S1的各种传动装置，例如压力控制阀8，9和马达7。
在第一实施方案中，如图1所示，电力降低请求检测单元102安装有电压传感器12(电池电压检测单元)，检测燃料电池3中各种单元电池或者多个单元电池堆的电池电压CVs之间的最低电压(最低的电池电压LCV)，并且基于所检测的最低电池电压LCV判定电力降低请求PLR的存在。
接着，参照图5的流程图，详细地说明接着图3所示的流程图中步骤S1，S2进行的在步骤S3中检测电力降低请求PLR的过程。
在图5的步骤S3-0中，检测形成燃料电池的单元电池的最低电池电压LCV。
在步骤S3-1中，判定发现在前面的计算步骤期间是否对要生产的电力设置有限制。如果判定对要生产的电力没有设置限制，过程进行至步骤S3-3，其中做出判定发现最低电池电压LCV是否低于请求降低电力提取的阈值TFR。如果判定最低电池电压LCV低于请求降低电力提取的阈值TFR，过程进行至步骤S3-6，其中控制器设定存在电力降低请求。
相反，如果判定最低电池电压LCV高于请求降低电力提取的阈值TFR，过程进行至步骤S3-7，其中控制器设定不存在电力降低请求。此外，如果在步骤S3-1中判定出在前面的计算步骤期间对要生产的电力设置了限制，过程进行至步骤S3-2，其中做出判定发现最低电池电压LCV是否低于结束请求降低电力提取的阈值TFE。如果判定最低电池电压LCV低于结束请求降低电力提取的阈值TFE，过程进行至步骤S3-4，其中判定仍没有恢复电池电压CV，需要进一步限制要提取的电力，并且控制器设定存在电力降低请求。
相反，如果判定最低电池电压LCV高于结束请求降低电力提取的阈值TFE，过程进行至步骤S3-5，其中判定电池电压CV已经被恢复，不需要再限制电力提取，并且控制器设定不存在电力降低请求。随后，执行图3中所示步骤S4至S6中的过程。
图6A至6E阐明了在第一实施方案中要执行的操作。图6A表示最低电池电压LCV随着时间的变化。在图6A中，上面的虚线表示结束请求降低电力提取的阈值TFE，并且下面的虚线表示请求降低电力提取的阈值TFR。图6B表示存在和不存在电力降低请求对时间的图。在图6B中，值“1”表示存在电力降低请求，并且值“0 ”表示不存在电力降低请求。图6C表示燃料电池提取电力CPW随时间的变化图。在图6C中，多边的实线表示要从燃料电池中提取的提取电力CPW，并且虚线表示目标电力TPW。图6D表示可充电电池电力随时间的变化。在图6D中，多边的实线表示实际的放电电力，并且虚线表示从可充电电池中放出的可放电电力DPW。图6E表示驱动电力随时间的变化。图6A至6E总体表示了电池电压、存在或不存在电力降低请求、燃料电池提取电力、可充电电池电力和驱动电力之间的关系。
如图6A、6B所示，当最低电池电压LCV随着时间而降低，并且在时间T1达到请求降低电力提取的阈值TFR时，提供电力降低请求。另外，如图6C、6D所示，限制提取电力CPW，并且可充电电池补偿电力等于所得提取电力CPW的减量。这会降低燃料电池的负荷，从而允许最低电池电压LCV被逐渐恢复。然后，如图6A、6B所示，如果最低电池电压LCV在时间T2达到结束请求降低电力提取的阈值TFE时，取消电力降低请求。同时，如图6C、6D所示，取消对燃料电池提取电力CPW的限制，从而终止从可充电电池的电力补偿。在此期间，如图6E所示，对于输送给车辆的驱动电力没有不利的影响。
从图6A至6E中明显可见，电力降低请求源于最低电池电压LCV的值，因此降低燃料电池提取电力CPW等于可充电电池的可用电力APW的值(其等于图6D中可放电电力DPW)能够限制由于局部气体短缺而使燃料电池操作条件的恶化引起的最低电池电压LCV的连续降低，其不会对驱动电力引起任何不利的影响。
如上所述，不管基于加速器置换值D1和车辆速度D2计算的负荷需要量如何，第一实施方案都打算提供检测电力降低请求存在的电力降低请求检测单元102。因此，当电力降低请求检测单元102检测到存在与燃料电池3相关的电力降低请求时，由于存在源于燃料电池3的待限制的提取电力CPW的限制量，保持在可充电电池5的可放电电力DPW内的范围内，可以成功地控制提取电力CPW，而不会在燃料电池系统S1的操作条件中引起恶化，同时抑制了对驱动电力不利的影响。即，从燃料电池的提取电力CPW降低等于可充电电池5的可用电力APW的量能够满足电力降低请求，同时抑制了对驱动电力不利的影响。
此外，通过在存在最低电池电压LCV降低的情况下提供电力降低请求，可以抑制最低电池电压LCV的进一步降低，这种降低源于由于发生局部气体短缺而引起的燃料电池3操作条件的恶化。
此外，由于检测最低电池电压LCV的恢复和取消电力降低请求，从而允许燃料电池3的提取电力CPW恢复至其原始状态的能力，燃料电池系统S1可以快速地恢复至正常电力生产模式，使二次电池的负荷最小。
接着，参照用于涉及图7所示的燃料电池电力产生控制系统的车辆的燃料电池系统S2，说明本发明的第二实施方案。
在图7所示的第二实施方案中，气体输送系统包括喷射泵21、压力传感器22，23、净化阀24、氢气再循环管线25、热交换器26、燃烧室27、冷却剂通道28、泵29和温度传感器30，31。在图7中，具有相同参考符号的与图1相同的组件部分具有相同的功能。
压力控制阀9控制燃料电池3空气电极3b上的压力至取决于负载的值，其响应于由位于燃料电池3空气电极3b入口处的压力传感器23所检测的压力值PR3。压力控制阀8控制燃料电池3氢气电极3a上的压力至取决于负载的值，其响应于由位于燃料电池3氢气电极3a入口处的压力传感器22所检测的压力值PR4。净化阀24位于从燃料电池3氢气电极3a延伸排气管线1b中，并且通常保持关闭。在检测到由于燃料电池3中水堵塞而引起的电池电压CV降低时，净化阀24打开，从管线中向外面排放含有氢气的湿气。
位于压力控制阀9和净化阀24下游的是燃烧室27，其中废空气和排放的废氢气混合并且燃烧。向燃烧室27安装温度传感器31，检测燃烧气体的温度TE1。另外，氢气再循环管线25一端与净化阀24的上游连接。管线25的另一端借助喷射泵21与压力控制阀8下游的燃料供应管线1a连接。这就允许向燃料电池3的氢气电极3a中再次供应没有完全消耗的氢气，从而维持化学计量比(由供应流速/消耗流速表示)为大于“1”的值，稳定电池电压CV。
冷却剂通道28用作冷却剂流动并冷却燃料电池3主体的通道。在冷却剂通道28上提供热交换器26和泵29以使冷却剂流动。温度传感器30检测燃料电池3的冷却剂温度TE2。
在第二实施方案中，电力降低请求检测单元用来检测图7所示的燃烧室27的温度TE1，并且根据所检测的温度TE1做出判定，发现是否存在电力降低请求。除了涉及电力降低请求过程的步骤S3外，第二实施方案的控制基本流程与图3中所示的流程图相同。下面将参照图8所示的流程图，说明电力降低请求的过程。
在图8的步骤S3-20中，温度传感器31检测燃烧室27的温度TE1。
在步骤S3-21中，做出判定发现在前面的计算步骤期间是否对要生产的电力设置有限制。如果判定对要生产的电力没有设置限制，过程进行至步骤S3-23，其中做出判定发现燃烧室27的温度TE1是否高于请求降低电力提取的阈值TFR。如果判定燃烧室27的温度TE1高于请求降低电力提取的阈值TFR，过程进行至步骤S3-26，其中控制器设定存在电力降低请求。
相反，如果判定燃烧室27的温度TE1低于请求降低电力提取的阈值TFR，过程进行至步骤S3-27，其中控制器设定不存在电力降低请求。如果在步骤S3-21中判定出在前面的计算步骤期间对要生产的电力设置了限制，过程进行至步骤S3-22，其中做出判定发现燃烧室27的温度TE1是否高于结束请求降低电力提取的阈值TFE。如果判定燃烧室27的温度TE1高于结束请求降低电力提取的阈值TFE，过程进行至步骤S3-24，其中判定燃烧室27的温度TE1仍没有充分降低，需要进一步限制要提取的电力，并且控制器设定存在电力降低请求。
同时，如果判定燃烧室27的温度TE1低于结束请求降低电力提取的阈值TFE，过程进行至步骤S3-25，其中判定燃烧室27的温度TE1已经被充分降低，不需要进一步限制电力提取，因此控制器设定不存在电力降低请求。此后，按照与第一实施方案中相同的方式，重复执行图3中所示步骤S4至S6中的过程。
图9A至9E阐明了在第二实施方案中要执行的操作。图9A表示燃烧室27的温度TE1随着时间的变化。在图9A中，下面的虚线表示结束请求降低电力提取的阈值TFE，并且上面的虚线表示请求降低电力提取的阈值TFR。图9B表示存在和不存在电力降低请求对时间的图。在图9B中，值“1”表示存在电力降低请求，并且值“0”表示不存在电力降低请求。图9C表示燃料电池提取电力CPW随时间的变化图。在图9C中，多边的实线表示要从燃料电池中提取的提取电力CPW，并且虚线表示目标电力TPW。图9D表示可充电电池电力DPW随时间的变化。在图9D中，多边的实线表示实际的放电电力，并且虚线表示可充电电池的可放电电力DPW。图9E表示驱动电力随时间的变化。图9A至9E总体表示了燃烧室27的温度、存在或不存在电力降低请求、燃料电池提取电力、可充电电池电力和驱动电力之间的关系。
如图9A、9B所示，当燃烧室27的温度TE1随着时间而增加，并且在时间T1’达到请求降低电力提取的阈值TFR时，执行电力降低请求。另外，如图9C、9D所示，限制提取电力CPW，并且可充电电池补偿电力等于所得电力CPW的减量。这会降低燃料电池的负荷，并且由于氧气临时短缺引起的一直增加的燃烧室27的温度TE1被逐渐降低。然后，如图9A、9B所示，如果燃烧室27的温度TE1在时间T2’降低至结束请求降低电力提取的阈值TFE，取消电力降低请求。同时，如图9C、9D所示，取消对燃料电池提取电力CPW的限制，从而终止从可充电电池的电力补偿。在此期间，如图9E所示，对于输送给车辆的驱动电力不会发生不利的影响。
从图9A至9E中明显可见，提取电力降低请求源于燃烧室27的温度TE1，因此降低燃料电池提取电力CPW等于可充电电池的可用电力APW的值能够抑制因为发生控制误差或者对压缩机驱动马达转数响应的延迟，由于供应给燃烧室27的空气中氧气的临时短缺而引起的燃烧室27温度的上升，这不会对驱动电力引起任何不利的影响。
如上所述，第二实施方案打算在废氢气的燃烧室27的温度TE1有增加的情况下产生提取电力降低请求，从而抑制废氢气在燃烧室27中过高的温度上升，而不会牺牲驱动电力。
此外，由于检测废氢气的燃烧室27的温度降低和取消提取电力降低请求，从而允许燃料电池3的提取电力恢复至其原始状态的能力，可以抑制废氢气燃烧室27中过高的温度上升，而不会牺牲大量驱动电力，并且燃料电池系统S1可以快速恢复至正常的电力生产模式。
接下来，描述本发明的第三实施方案。
第三实施方案具有如下特征电力降低请求检测单元允许图7所示的温度传感器30检测用来冷却燃料电池3的冷却剂的温度TE2，从而基于所检测的温度TE2对提取电力降低请求进行判定。
除了在步骤S3中提供电力降低请求的过程外，第三实施方案的控制过程的基本程序与图3中所示的流程图相同。下面将参照图10所示的流程图，说明提供电力降低请求的过程。
在图10的步骤S3-40中，温度传感器30检测冷却燃料电池3的冷却剂的温度TE2。
在步骤S3-41中，做出判定发现在前面的计算步骤期间是否对要生产的电力设置有限制。如果判定对要生产的电力没有设置限制，过程进行至步骤S3-43，其中做出判定发现燃料电池3的冷却剂的温度TE2是否高于结束请求降低电力提取的阈值TFE。如果判定燃料电池3的冷却剂的温度TE2高于结束请求降低电力提取的阈值TFR，过程进行至步骤S3-46，其中控制器设定存在电力降低请求。相反，如果判定燃料电池3的冷却剂的温度TE2低于结束请求降低电力提取的阈值TFR，过程进行至步骤S3-47，其中控制器设定不存在电力降低请求。
在步骤S3-41中，如果判定出在前面的计算步骤期间对要生产的电力设置了限制，过程进行至步骤S3-42，其中做出判定发现燃料电池3的冷却剂的温度TE2是否高于结束请求降低电力提取的阈值TFE。如果判定燃料电池3的冷却剂的温度TE2高于结束请求降低电力提取的阈值TFE，过程进行至步骤S3-44，其中判定燃料电池3的冷却剂的温度TE2仍没有充分降低，需要进一步限制要提取的电力，并且控制器设定存在电力降低请求。
如果判定燃料电池3的冷却剂的温度TE2低于结束请求降低电力提取的阈值TFE，过程进行至步骤S3-45，其中判定燃料电池3的冷却剂的温度TE2已经被充分降低，不需要进一步限制电力提取，因此控制器设定不存在电力降低请求。此后，按照与第一实施方案中相同的方式，重复执行图3中所示步骤S4至S6中的过程。
图11A至11E阐明了在第三实施方案中要执行的操作。图11A表示燃料电池3的冷却剂的温度TE2随着时间的变化。在图11A中，下面的虚线表示结束请求降低电力提取的阈值TFE，并且上面的虚线表示请求降低电力提取的阈值TFR。图11B表示存在和不存在电力降低请求对时间的图。在图11B中，值“1”表示存在电力降低请求，并且值“0”表示不存在电力降低请求。图11C表示燃料电池提取电力CPW随时间的变化图。在图11C中，多边的实线表示要从燃料电池中提取的提取电力CPW，并且虚线表示目标电力TPW。图11D表示可充电电池的电力随时间的变化。在图11D中，多边的实线表示实际的放电电力，并且虚线表示可充电电池的可放电电力DPW。图11E表示驱动电力随时间的变化。图11A至11E总体表示了燃料电池3的冷却剂的温度TE2、存在或不存在电力降低请求、燃料电池提取电力、可充电电池电力和驱动电力之间的关系。
如图11A、11B所示，当燃料电池3的冷却剂的温度TE2随着时间而增加，并且在时间T1”达到请求降低电力提取的阈值TFR时，执行电力降低请求。另外，如图11C、11D所示，限制提取电力CPW，并且可充电电池补偿电力等于所得提取电力CPW的减量。这会降低燃料电池的负荷，并且燃料电池3的冷却温度TE2逐渐降低。然后，如图11A、11B所示，如果燃料电池3的冷却剂的温度TE2在时间T2”时降低至结束请求降低电力提取的阈值TFE，取消电力降低请求。同时，如图11C、11D所示，取消对燃料电池提取电力CPW的限制，从而终止从可充电电池做出的电力补偿。在此期间，如图11E所示，对于车辆的驱动电力不会发生不利的影响。
如上所述，第三实施方案打算基于与燃料电池3的电池温度相关的冷却剂温度TE2的增加，允许提供提取电力降低请求，从而降低燃料电池3的提取电力等于可充电电池5的可用电力APW的量。这会抑制燃料电池3过高的温度上升，并且可以避免燃料电池3的恶化，而对驱动电力没有不利的影响。另外，为了直接测量形成燃料电池3的各电池的电池温度TE3，从而允许基于所得的输出判定是否提供电力降低请求，电力降低请求检测单元可以安装温度传感器32。
此外，通过检测燃料电池3中的温度降低并且取消提取电力降低请求，从而允许燃料电池3的提取电力恢复至其原始状态，可以避免燃料电池3过高的温度上升，并且燃料电池可以快速恢复至初始正常的电力生产模式，同时抑制了对驱动电力的不利影响，这就能够降低可充电电池的负荷至最小程度。
接着，说明本发明的第四实施方案。
第四实施方案具有如下特征安排电力提取限制单元，从而可以在目标电力TPW和可充电电池的可用电力APW之间连续地改变电力提取(以匀变(ramp)的形式)。第四实施方案的其它特征与第一至第三实施方案相似，并且第四实施方案与图1、3和7所示的结构具有相同的结构。
接着，参照图12的流程图说明第四实施方案的基本流程。
图12中的步骤S1至S4和步骤S6中的过程与图3中相同。在步骤S3的过程方面，可以使用图5、8或图10任何之一中所示的过程。
作为步骤S4中判定的结果，如果没有发现电力降低请求，过程进行至步骤S4-2，其中执行过程，使得设置提取电力CPW高于从前面计算步骤得到的先前提取电力预定的值β。但是，设置提取电力CPW的最大值等于目标电力TPW，并且不提取大于目标电力TPW的电力。
相反，如果在步骤S4中判定存在电力降低请求，过程进行至步骤S4-1，其中执行过程，使得设置提取电力CPW低于从前面计算步骤得到的先前提取电力预定的值γ。但是，设置提取电力CPW的最小值等于从目标电力TPW中减去在步骤S2中计算得到的可用电力APW所得的值。
图13A至13E阐明了在第四实施方案中要执行的操作。图8所示操作顺序作为在步骤S3方面提供检测电力降低请求的方法被施加于第四实施方案。图13A表示燃烧室27的温度TE1随着时间的变化。在图13A中，下面的虚线表示结束请求降低电力提取的阈值TFE，并且上面的虚线表示请求降低电力提取的阈值TFR。图13B表示存在和不存在电力降低请求对时间的图。在图13B中，值“1”表示存在电力降低请求，并且值“0”表示不存在电力降低请求。图13C表示燃料电池提取电力CPW随时间的变化图。在图13C中，多边的实线表示要从燃料电池中提取的提取电力CPW，并且虚线表示目标电力TPW。图13D表示可充电电池电力随时间的变化。在图13D中，多边的实线表示实际的放电电力，并且虚线表示可充电电池的可放电电力DPW。图13E表示驱动电力随时间的变化。图13A至13E总体表示了燃烧室27的温度TE1、存在或不存在电力降低请求、燃料电池提取电力、可充电电池电力和驱动电力之间的关系。
如图13A、13B所示，当燃烧室27的温度TE1随着时间而增加，并且在时间T1达到请求降低电力提取的阈值TFR时，执行电力降低请求。另外，如图13C、13D所示，限制提取电力CPW，并且可充电电池补偿电力等于所得提取电力CPW的减量。这会降低燃料电池的负荷，并且燃烧室27的温度TE1逐渐降低。然后，如图13A、13B所示，如果燃烧室27的温度TE1在时间T2时降低至结束请求降低电力提取的阈值TFE，取消电力降低请求。同时，如图13C、13D所示，取消对燃料电池提取电力CPW的限制，从而终止从可充电电池的电力补偿。在此期间，如图13E所示，对于输送给车辆的驱动电力不会发生不利的影响。
从图13A至13B中明显可见，在第四实施方案中，根据提取电力降低请求，通过连续降低燃料电池提取电力CPW至等于可充电电池的可用电力APW的值，可充电电池放电能力最小时也能够满足需要的负载量，而对驱动电力没有不利的影响。
本发明涉及2003年4月10递交的日本专利申请第2003-106495号中所含的主题内容，因此该专利的全部内容被清楚地引入本文作参考。
本文说明的优选实施方案是示例性的而不是限制性的，并且本发明可以按照其它的方式来实践或体现而不会背离本发明的基本特征。权利要求所表明的本发明的范围，以及在权利要求意义内的所有变化都包含在本发明中。
工业应用性在本发明中，不管需用的负载如何，提供了检测燃料电池3电力降低请求的电力降低请求检测单元102，因此在电力降低请求的存在下，限制来自燃料电池3的提取电力，从而能够防止燃料电池3的操作条件由于提取电力的过量而进一步恶化。另外，如果燃料电池3操作条件的恶化程度保持较小，燃料电池系统在操作中不会中断，从而能够连续地提取电力输出。
权利要求
1.一种用于燃料电池的电力产生控制系统，其包括与燃料电池连接的可充电/放电单元，其用燃料电池的电力充电并且向负载放电；用于计算要由燃料电池生产的目标电力的目标电力计算单元；检测对燃料电池的电力降低请求的电力降低请求检测单元；检测可充电/放电单元中可用电力的可用电力检测单元；限制要从燃料电池中提取的电力的电力提取限制单元，其基于从电力降低请求检测单元检测到的电力降低请求和从可用电力检测单元检测到的可用电力；以及控制要从燃料电池中提取的电力的电力提取控制单元，其基于目标电力计算单元计算的目标电力和电力提取限制单元的输出，其中当所述电力降低请求检测单元检测到电力降低请求时，所述电力提取限制单元降低要从燃料电池中提取的电力小于所述可充电/放电单元可用电力的量。
2.根据权利要求1的用于燃料电池的电力产生控制系统，其中当所述电力降低请求检测单元检测到另一个电力降低请求时，所述电力提取限制单元进一步降低要从燃料电池中提取的电力。
3.根据权利要求1的用于燃料电池的电力产生控制系统，其中所述电力降低请求检测单元包括用于检测燃料电池电池电压的电池电压检测单元，其中基于电池电压检测单元所检测的电池电压来提供电力降低请求。
4.根据权利要求3的用于燃料电池的电力产生控制系统，其中所述电力提取限制单元保持降低要从燃料电池提取的电力，直至电池电压检测单元所检测的电池电压恢复至预定电压。
5.根据权利要求1的用于燃料电池的电力产生控制系统，其中所述电力降低请求检测单元包括用于检测燃料电池电池温度的温度检测单元，其中基于温度检测单元所检测的电池温度来提供电力降低请求。
6.根据权利要求5的用于燃料电池的电力产生控制系统，其中所述电力提取限制单元保持降低要从燃料电池提取的电力，直至温度检测单元所检测的电池温度恢复至预定温度。
7.根据权利要求1的用于燃料电池的电力产生控制系统，其中所述电力降低请求检测单元包括净化气体燃烧室；及用于检测净化气体燃烧室温度的燃烧室温度检测单元，其中基于燃烧室温度检测单元所检测的温度来提供电力降低请求。
8.根据权利要求7的用于燃料电池的电力产生控制系统，其中所述电力提取限制单元保持降低要从燃料电池提取的电力，直至燃烧室温度检测单元所检测的温度降低至预定温度以下。
9.根据权利要求2的用于燃料电池的电力产生控制系统，其中当所述电力降低请求检测单元检测到电力降低请求时，所述电力提取限制单元以预定的量增加要从燃料电池提取的电力的降低量至可充电/放电单元的可用电力；并且当所述电力降低请求检测单元没有检测到电力降低请求时，所述电力提取限制单元通过以另一个预定量降低要从燃料电池提取的电力的降低量。
10.一种控制燃料电池要生产的电力的方法，所述方法包括提供一种可充电/放电单元，其用燃料电池的电力充电并且向负载放电；计算燃料电池要生产的目标电力；检测对燃料电池的电力降低请求；检测可充电/放电单元中的可用电力；基于所检测的电力降低请求和所检测的可用电力，限制要从燃料电池中提取的电力；以及基于所计算的目标电力和要提取的限制的电力，控制要从燃料电池中提取的电力，其中当检测到电力降低请求时，要从燃料电池中提取的电力被降低小于所述可充电/放电单元可用电力的量。
全文摘要
一种用于燃料电池的电力产生控制系统，其包括可充电电池(5)，以及控制器(10)，控制器包括计算燃料电池(3)要生产的目标电力的单元(101)；检测可充电电池(5)可用电力的单元(106)；基于检测到的电力降低请求和可用的电力，限制要从燃料电池(3)中提取的电力的单元(103)，以及基于计算的目标电力和用于限制要被提取电力的单元(103)的输出，控制从燃料电池(3)中提取电力的单元(105)。当检测到电力降低请求时，降低从燃料电池(3)中提取的电力小于可充电电池(5)可用电力的量。
文档编号H01M8/04GK1706085SQ20048000136
公开日2005年12月7日 申请日期2004年3月23日 优先权日2003年4月10日
发明者风间勇 申请人:日产自动车株式会社