燃料电池系统的制作方法

专利名称：燃料电池系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃料电池系统，特别是涉及在包括具备多个相并能够切换相数的DC/ DC转换器的燃料电池系统中通过切换相数来应对产生故障的状况的燃料电池系统。
背景技术：
燃料电池系统多数具有燃料电池和将燃料电池的剩余电力或再生电力进行充电 的蓄电池。在这样的燃料电池系统中，由于燃料电池的输出电压和蓄电池的输入输出电压 之间存在差异，因此，经由DC/DC转换器，将蓄电池所连接的一次侧的电压升压或降压至燃 料电池所连接的二次侧的电压，或者将二次侧的电压升压或降压至一次侧的电压，从而进 行电力供给。近年来，开发出了并联连接有多个相电路并构成为能够切换进行驱动的相数的 DC/DC转换器。例如，在日本特开2006-33934号公报中公开了一种预测系统负载量的变化、 并能够根据所预测的负载量切换DC/DC转换器的相数的技术(参照专利文献1)。此外，在日本特开2003-235252公报中提出了一种电源电路，该电源电路具备 主-从式的多级DC/DC转换器，利用计测器计测向该DC/DC转换器的输入电力(Pin)及输 出电力(Pout)，根据输出电力(Pout)确定DC/DC转换器的并联代数，并且，通过计算出与指 示输出电压的增量对应的DC/DC转换器的变换效率(Pin/Pout)来确定带来最大效率的指 示输出电压(参照专利文献2)。另外，关于多相DC/DC转换器本身的技术，在例如日本特开2006-311776公报中提 出了降低成本并延长产品寿命的多相DC/DC转换器(参照专利文献3)。专利文献1 日本特开2006-33934号公报专利文献2 日本特开2003-235252号公报专利文献3 日本特开2006-311776号公报然而，在上述公知的技术中，根据系统的负载量或DC/DC转换器的输入输出电力 来切换多相DC/DC转换器，提高效率等，这是可能的，但是，在系统的运转状态例如对燃料 电池指示的输出电压值发生突变、实际上燃料电池的输出电压值发生突变的情况下，会给 系统带来不良影响(例如在DC/DC转换器中流动过电流)，这是没有考虑到的。

发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种燃料电池，包括具备多个相并构成为能够切换 进行驱动的相数的电压转换装置，能够进行相数的切换控制以不使电压转换装置中发生故障。为了解决上述问题，本发明的燃料电池系统具有电压转换装置(例如DC-DC转换 器)，该电压转换装置具备多个相并被构成为能够切换进行驱动的相数，所述燃料电池系 统的特征在于，包括检测部，检测使燃料电池的输出电压指令值变化一定值以上的系统状 态；以及禁止部，在检测到所述系统状态的情况下，禁止在预定相数以下驱动该电压转换装
4置。通过这样构成，在处于燃料电池的输出电压指令值变化一定值以上、即突变的系 统状态的情况下，在规定相数以下的驱动被预先禁止，因此，能够有效地防止在电压转换装 置中流动过电流等故障。在此，“燃料电池的输出电压指令值”是指示使燃料电池输出的电压的控制值，但 是也可以理解为，基于输出电压指令值进行控制结果从燃料电池输出的电压即“输出电压值”。该“输出电压指令值” “变化一定值以上”包括“输出电压指令值”突变这样的情 况，但是，不仅仅是什么系统状态下都表示相同的特定值以上的变化率的情况，也可以是根 据系统状态表示不同的变化率的情况。此外，在此所述的“变化一定值以上的系统状态”不 是严格地指如果成为该系统状态就实际上表示“一定值以上”的变化，而是指能够推测“输 出电压指令值”突变的可能性这样的系统状态。在此，优选的是，禁止部在上述系统状态被检测到的情况下，禁止电压转换装置的 所述相数以下的驱动。根据该构成，在有可能燃料电池的输出电压发生突变的系统状态下， 规定的相数以下的驱动被禁止，因此能够有效地防止电抗器电流极端地上升等故障。在此，优选的是，在上述系统状态被检测到的情况下，当电压转换装置已经在上述 相数以下被驱动时，禁止部切换到在比该相数多的相数下的驱动。根据该构成，在检测到成 为燃料电池的输出电压可能突变的系统状态时，已经在规定相数以下被驱动的情况下，紧 急切换到比规定相数多的相数的驱动，因此，即使燃料电池的输出电压发生突变，也能够有 效地预防特定相数的电抗器电流极端上升等故障。本发明中，以下述燃料电池系统作为实施方式蓄电装置连接在电压转换装置的 一次侧，燃料电池连接在电压转换装置的二次侧，负载装置连接在电压转换装置的一次侧 或二次侧中的至少任意一侧。这是因为，根据该结构，电压转换装置的相数切换驱动较有 效。例如，使燃料电池的输出电压指令值变化一定值以上的系统状态在通常运转模式 中包含以下状态中的至少一种状态。1)处于该燃料电池系统的起动程序处理中、或者从该起动程序转移到所述通常运 转后直到运转状态稳定的一定期间中的状态。该状态例如是系统启动并结束起动时所需的处理后，从为了通常运转而使燃料电 池的输出电力上升从而变更燃料电池的输出电压开始直到稳定为止的状态。具体而言，是 指下述状态在燃料电池系统作为电动汽车的动力源而搭载的情况下，起动程序(例如系 统检查及预热运转)结束后，从与油门操作对应而采取降低燃料电池的电压的措施开始直 到经过规定时间后为止的状态。 2)处于对所述燃料电池的氢消耗控制中的状态。该状态是应在系统停止处理中实施、用于消耗残留下来的燃料气体的发电状态。 具体是指下述状态进行系统的停止操作，为了消耗燃料电池的燃料气体配管中的燃料气 体而将燃料电池间歇地或者持续地切换为发电模式，能够将输出电压切换为发电电压即规 定的低电压的状态。3)检测所述燃料电池的继电器是否发生了熔焊的状态。
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该状态是检查在燃料电池的输出端子上设置的漏电防止等的异常时电流切断用 的继电器是否发生了熔焊的情况。具体而言，虽然不流有使继电器动作的电流，仍然检测继 电器的触点不从接通状态返回至原有状态的情况，因此，在不流过使继电器动作的电流的 状态下，使电压转换装置的燃料电池侧的电压上升或下降，根据此时检测到的燃料电池的 电流来检查继电器是否发生了熔焊。是指为了该检查而使燃料电池的输出电压变化的情 况。4)处于对所述燃料电池的电流限制处理中的状态。该状态是指构成燃料电池的单电池中的某个单电池的电压下降到允许电压以下 的状态。具体而言，是指下述情况在单电池监视器所检测到的单电池电压中的某个变为基 准电压以下的情况下，需要暂时停止来自燃料电池的电流供给，因此，使燃料电池的输出电 压返回至规定的高电压。5)处于输出限制处理中的状态。该状态是指由于在系统的负载装置中发生了异常而进行输出限制处理的状态。具 体而言，是指下述情况例如在从对负载装置(电动机等)供给电流的变换器输出以过电流 或过热为原因的异常信号时，暂时停止对这样的负载装置的电流供给，因此使燃料电池的 输出电压返回至规定的高电压。此外，还包括因燃料电池的高温化或燃料气体供给系统的 状况而从燃料电池控制部指示进行输出限制的情况。6)处于该燃料电池系统的停止程序处理中的状态。该状态是为了使系统停止而停止燃料电池的发电的情况。具体是指下述情况受 到系统的停止指示，对系统的输出要求消除，降低燃料电池的输出电流，因此使输出电压返 回至规定的高电压。例如，在使燃料电池的输出电压指令值变化一定值以上的系统状态中，包含从通 常运转模式向间歇运转模式转移中的状态。该状态是下述情况为了从系统的发电状态向停止/待机状态转移而停止对负载 装置的电力供给，降低发电电流，为此使燃料电池的输出电压变化为规定的高电压。例如，使燃料电池的输出电压指令值变化一定值以上的系统状态在间歇运转模式 中包含以下的至少一个状态。1)检测燃料气体从该燃料电池系统的泄漏的状态。该状态是进行在系统的停止/待机状态下实施的燃料气体的泄漏检测的情况。具 体而言，是指下述情况是否有燃料气体从系统的燃料气体配管等泄漏是在燃料电池的发 电动作停止的状态下进行的，为了该检查而使燃料电池突变为规定的高电压或者高电位回 避电压。这里“高电位回避电压”是指为了提高燃料电池的耐久性而将燃料电池的电压限 制为比最高电压低的一定电压以下的电压。2)处于负载装置未工作的间歇运转中的状态。该状态是在系统的停止时进行在系统中设置的绝缘电阻的检查的情况。具体而 言，这是由于，在进行绝缘电阻的检查时，需要一边变更燃料电池的发电电压一边进行检 查，因此使发电电压变化。3)处于从所述燃料电池的催化剂活性化处理恢复的恢复处理的规定期间中的状态。该状态是指在使燃料电池的催化剂活性化即所谓的翻新(refresh)处理期间中 的情况。具体而言，这是因为，在翻新处理中需要将燃料电池的输出电压降低至催化剂的还 原反应所产生的规定的低电压。4)处于中断所述燃料电池的催化剂活性化处理后的恢复处理的规定期间中的状态。该状态是指中断翻新处理而使燃料电池的输出电压变化的情况。具体而言，这是 由于，在翻新处理期间中，使燃料电池的输出电压持续下降，以催化剂中还原反应产生的低 电压短暂地维持，但是，在不得不中断这样的翻新处理的情况下，需要使燃料电池的输出电 压恢复到原有值。例如，使燃料电池的输出电压指令值变化一定值以上的系统状态包括从间歇运转 模式向通常运转模式转移中的状态。该状态是从系统的停止/待机状态即低负载状态向输出状态转移的情况。具体而 言，这是因为，在具有对系统的输出要求(例如油门被踏入的情况)、需要从燃料电池直接 供给电力的情况下，需要使燃料电池的输出电压下降，使输出电力上升。例如，使燃料电池的输出电压指令值变化一定值以上的系统状态在通常运转模式 或间歇运转模式中包含以下中的至少一个状态。1)处于从高电位回避运转被允许时或被禁止时直到电压状态稳定的一定期间中 的状态。该状态是指，将输出电压限制在作为用于提高燃料电池的耐久性的上限电压即高 电位回避电压以下的发电被允许之后或被禁止之后的状态。具体而言，通过系统状态、燃料 电池发电状态、低温动作模式、蓄电装置升温控制切换等，高电位回避电压下的发电的允许 /禁止被进行切换控制。这是因为，在这样的切换定时中，燃料电池的输出电压发生突变。2)高电位回避运转的目标电压显示规定值以上的变化率的状态。该状态是负载状态变化而与该负载状态对应的高电位回避运转的目标电压(即 高电位回避电压)发生变化的情况。具体而言，这是因为，在使用燃料电池系统作为电动汽 车的驱动源的情况下，高电位回避运转的目标电压根据换挡位置而改变，因此，在检测到换 档的情况下能够判断为燃料电池的输出电压发生变化。3)处于从对负载装置的电力供给被允许时或被禁止时直到电力状态稳定的一定 期间中的状态。该状态是对负载装置的电力供给状态发生变化的情况。具体而言，这是因为，例如 在使用燃料电池系统作为电动汽车的动力源的情况下，在例如牵引电动机本身或变换器中 检测到过热等异常而驱动允许状态发生了变化时，燃料电池的输出电压发生变化。本发明的燃料电池系统的控制方法，是下述燃料电池系统的控制方法，该燃料电 池系统具有电压转换装置，所述电压转换装置具有多个相并构成为能够切换进行驱动的相 数，所述燃料电池系统的控制方法的特征在于，包括检测使燃料电池的输出电压指令值变 化一定值以上的系统状态的步骤；以及在检测到系统状态的情况下，禁止在预定相数以下 驱动该电压转换装置的步骤。在此，优选的是，在上述禁止的步骤中，在检测到系统状态的情况下，禁止电压转
7换装置在所述相数以下的驱动。此外，优选的是，在上述禁止的步骤中，在检测到系统状态的情况下电压转换装置 已经在相数以下被驱动时，切换到在比该相数多的相数下的驱动。发明效果根据本发明，预先检测在系统中产生故障的系统状态，在是这样的系统状态的情 况下禁止以少的相数进行驱动，因此，能够有效地防止在电压转换装置中流动过电流等故障。


图1是本发明的实施方式所涉及的燃料电池系统的系统整体图。图2是以DC-DC转换器20的1相的单相电路为主体的负载驱动电路的结构图。图3是用于说明以DC-DC转换器20为主体的电路的主要线路中的电流、电压及电 力流动的电路框图。图4是表示在DC-DC转换器20的电抗器中产生过电流的机理的说明图，图4(a) 表示FC(燃料电池22)的指令电压与测定值之间的关系，图4(b)表示FC电流与电抗器电 流之间的关系，图4(c)表示单相驱动标志的开启/关闭-定时，图4(d)表示死区时间校正 与占空比之间的关系。图5是表示使燃料电池22的指令电压值突变的系统状态的分类的说明图。图6是表示关于电源控制部10的指令电压值的系统状态监视动作的流程图。
具体实施例方式接着，参照

用于实施本发明的优选的实施方式。本发明的实施方式是将本发明适用于在电动汽车等移动体上搭载的混合燃料电 池系统的实施方式。(系统结构)图1是本发明的实施方式所涉及的燃料电池系统的系统整体图。本实施方式所涉及的混合型燃料电池系统(混合燃料电池系统1)具备DC-DC转 换器20、相当于蓄电装置的高压蓄电池21、燃料电池22、反向电流防止用二极管23、变换器 24、牵引电动机25、差速器26、轴27、车轮29、混合控制部10及电源控制部11。高压蓄电池21通过层叠并串联连接多个充放电自如的镍_氢电池等蓄电池单元 而输出规定的电压。高压蓄电池21的输出端子上设有能够与电源控制部10通信的蓄电池 计算机14，将高压蓄电池21的充电状态维持在不达到过充电或过放电的适当的值，并且， 在一旦高压蓄电池中产生异常的情况下进行动作以确保安全。DC-DC转换器20是本发明的电压转换装置，是下述的双向电压转换装置将输入 至一次侧(输入侧蓄电池21侧)的电力变换为与一次侧不同的电压值(升压或降压)而 输出至二次侧(输出侧燃料电池22侧)，或者相反地将输入至二次侧的电力变换为与二 次侧不同的电压而输出至一次侧。在该实施方式中，通过将高压蓄电池21的直流输出电压 (例如大约200V)升压为更高的直流电压(例如大约500V)，能够以小电流-高电压来驱动 牵引电动机25，能够抑制电力供给的电力损失，实现牵引电动机25的高输出化。
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该DC-DC转换器20具有多个相电路，构成为能够切换进行驱动的相数。即，DC-DC 转换器20采用三相运转方式，作为具体的电路方式，具备作为三相桥形转换器的电路结 构。如图1所示，该三相桥形转换器的电路结构是将三个桥形转换器相电路(PI、P2、P3) 并联连接的结构。各个相电路由将输入的直流电压暂时变换为交流的类似于变换器的电路 部分、和再次对该交流进行整流而变换为不同的直流电压的部分组合而成。具体而言，形成 为下述构造分别在一次侧输入端子之间和二次侧输出端子之间将有开关元件Tr和整流 器D的并联连接构造进行两段重叠，将一次侧和二次侧各自的两段重叠构造的中间点彼此 通过电抗器L连结在一起。作为开关元件Tr，例如可利用IGBTdnsulated Gate Bipolar Transistor 绝缘栅双极晶体管)，作为整流器D，可利用二极管。该DC-DC转换器20在相 电路间的相位差每被调整为120度(2 π/3)的定时被进行开关操作。在此，该DC-DC转换器20构成为能够基于来自电源控制部11的相切换控制信号 Cph任意地变更进行驱动的相。在本实施方式中，基于实测的负载或负载预测，切换三相运 转和单相运转。此外，在该DC-DC转换器20中，通过三相桥形电路结构暂时将直流电流变换为交 流电流，但是，能够使所述交流电流的占空比与来自电源控制部11的占空比控制信号Cd相 对应而改变该交流电流的占空比。该交流电流的占空比改变通过该转换器的电力的实效 值，因此结果使转换器的输出电力或输出电压变化。通过占空比的变更使得瞬时的输出调 整成为可能。这样的占空比的暂时的变更特别是在该转换器一直进行的控制动作的过渡期 中有效。另外，该DC-DC转换器20的输入电流能够通过电流传感器15进行实测，输入电压 Vi能够通过电压传感器16进行实测。此外，该DC-DC转换器20的输出电流能够通过电流 传感器17进行实测，输出电压Vo能够通过电压传感器18进行实测。此外，各相的电抗器 L上设有构成为能够检测流过电抗器的电流的电流传感器19(19-1、19-2、19-3)。另外，该DC-DC转换器20在轻负载运转时或制动动作时，能够进行下述再生动作 使牵引电动机25反过来作为发电机进行发电，从转换器的二次侧向一次侧变换直流电压， 对高压蓄电池21进行充电。燃料电池组22层叠多个单位电池，并将其串联连接而构成。单位电池形成为通过 用于供给燃料气体和氧化气体的隔板夹着被称作MEA的构造物的构造，所述MEA通过燃料 极和空气极的两个电极夹着高分子电解质膜等而构成。阳极将阳极用催化剂层设置在多孔 质支撑层上，阴极将阴极用催化剂层设置在多孔质支撑层上。燃料电池组22中设置有未图示的供给燃料气体的系统、提供氧化气体的系统以 及提供冷却液的系统，根据来自混合控制部10的控制信号Cfc，控制燃料气体的供给量及 氧化气体的供给量，由此能够以任意的发电量进行发电。变换器24是行驶电动机用变换器，将通过DC-DC转换器20升压后的高压直流变 换为相互的相位差为120度的三相交流。该变换器24通过来自混合控制部10的转换器控 制信号Ci而被进行电流控制。牵引电动机25是该电动汽车的主动力，在减速时也变为产生再生电力。差速器26 是减速装置，将牵引电动机25的高速旋转减速为规定的转速，使设有轮胎29的轴27旋转。 轴27上设有车轮速度传感器28，能够将车轮速度脉冲Sr输出给混合控制部10。
混合控制部10是系统整体的控制用计算机系统，例如具有中央处理装置 (CPU) 101、RAM102、R0M103等。该混合控制部10被程序控制为，输入油门位置信号Sa或换 档位置信号Ss、来自车轮速度传感器28的车轮速度信号Sr以及来自其他各种传感器的信 号，求出与运转状态相对应的燃料电池组22的发电量及牵引电动机25中的转矩，计算燃料 电池组22、牵引电动机25及高压蓄电池21的电力收支，进行加上DC-DC转换器20或变换器 24中的损失之后的系统动作的整体控制。此外，混合控制部10能够通过电流传感器15所 检测的输入电流和电压传感器16所检测的输入电压识别流向DC-DC转换器20的一次侧的 电力，能够通过电流传感器17所检测的输出电流和电压传感器18所检测的输出电压识别 流向DC-DC转换器20的二次侧的电力。此外，电力控制部10能够基于电流传感器19-1 19-3的检测信号识别DC-DC转换器20的各相的通过电流。特别是在本实施方式中，上述混合控制部相当于本发明所涉及的系统状态的检测 部和禁止相数切换的禁止部。电源控制部11是电源特别是转换器控制用的计算机系统，虽未进行图示，但与混 合控制部10—样，具备中央处理装置(CPU)、RAM、ROM等。该电源控制部11基于从混合控 制部10供给的转换器控制信号Ce，将相切换控制信号Cph输出至DC-DC转换器20，能够变 更进行驱动的相数。此外，基于转换器控制信号Ce，将占空比控制信号Cd输出至DC-DC转 换器20，能够改变交流电流的占空比。图2是将DC-DC转换器20的1相的电路抽出而成的负载驱动电路的结构图。如图2所示，DC-DC转换器20 (1相)具有开关元件Trl 4、二极管Dl 4及电 抗器L，在燃料电池22的输出侧(二次侧)，为开关元件Trl和二极管Dl的并联连接电路、 与开关元件Tr2和二极管D2的并联连接电路串联连接(两段重叠)的结构。此外，在高压 蓄电池21的输出侧(一次侧)，为开关元件Tr3和二极管D3的并联连接电路与开关元件 Tr4和二极管D4的并联连接电路串联连接(两段重叠)的结构。该DC-DC转换器20的电路结构是具有暂时将输入的直流电压变换为交流的变换 器功能的电路部分和将所得到的交流再次整流而变换为不同的直流电压的电路部分组合 而成的结构。在DC-DC转换器20中，所述串联连接的接点在燃料电池21的输出侧存在1处，在 蓄电池21的输出侧存在1处，这2处的接点经由电抗器L电连接，通过该电流传感器19能 够计测通过电抗器L的电流。图2中，在DC-DC转换器90的输入侧连接有高压辅机用变换器84(图1中未图 示)，在输出侧连接有用于行驶电动机用牵引电动机25的变换器24。与DC-DC转换器90 的一次侧连接的负载装置和与二次侧连接的负载装置能够任意地进行选择，但是根据一次 侧的电压和二次侧的电压来确定较稳妥。消耗电力多的负载装置连接在高电压侧(本实施 方式中为二次侧)而以高电压-低电流进行电力控制，效率较高。图3是用于说明以DC-DC转换器20为主体的电路的主要线路中的电流、电压及电 力流动的电路框图。图3所示出的是电力流动的一例，示出了从蓄电池21和燃料电池22对牵引电动 机25供给电力的情况。如图3所示，来自高压蓄电池21的输出电力分支成朝向变换器84 的驱动电力和朝向DC-DC转换器20的输入电力，从变换器84对高压辅机85供给驱动电力(辅机损失)。DC-DC转换器20的输出电力Pi经由行驶电动机用变换器24输出至牵引电 动机25。在间歇运转模式等燃料电池22中止发电动作的期间中，只有来自蓄电池21的电 力经由DC-DC转换器20被供给至行驶电动机用变换器24。另一方面，在燃料电池22有发电余力的情况下，燃料电池的输出电力被供给至行 驶电动机用变换器24，并且沿与图3的空心箭头相反方向从DC-DC转换器20的二次侧向一 次侧供给电力，将除去朝向高压辅机用变换器84的高压辅机损失之后的电力充电到蓄电 池21。此外，在制动动作中，牵引电动机25所产生的再生电力经由变换器24，与上述相 同地从DC-DC转换器20的二次侧向一次侧供给，将除去朝向高压辅机用变换器84的高压 辅机损失之后的电力充电到蓄电池21。(动作的说明)混合控制部10包含本发明的检测部和禁止部。混合控制部10的检测部基于来自 各传感器等的输入信息来监视系统状态。该监视项目中还包括在所述的电源整体控制时引 起使对燃料电池22的指令电压值突变的结果的系统状态(参照图5)的检测。混合控制部 10的禁止部若检测到使对燃料电池22的指令电压值突变的系统状态，则输出用于使允许 DC-DC转换器20的单相驱动的标志(单相驱动标志)为关闭的转换器控制信号Ce。与上 述相反，若检测到使对燃料电池22的指令电压值突变的系统状态已被解除，则输出用于使 允许DC-DC转换器20的单相驱动的标志(单相驱动标志)为开启的转换器控制信号Ce。图4是用于说明不进行与这样的系统状态对应的相数驱动切换而仅继续少的相 数例如单相的驱动时产生的故障的图。图4(a)表示燃料电池22 (FC)的指令电压值和实际 的输出电压的测定值之间的关系，图4(b)表示燃料电池(FC)电流和流向转换器的电抗器 L的电抗器电流之间的关系，图4(c)表示单相驱动标志的开启/关闭的标志状态，图4(d) 表示在电力变化的过渡期实施的死区时间校正和相电路P的开关的占空比之间的关系。首先，DC-DC转换器20在单相驱动中，成为系统的状态突变这样的、即给予变化率 为一定值以上的输出电压指令值这样的系统状态(参照图5)时，成为由于响应滞后而使电 压指令值和实际的输出电压的测定值之间的偏差值较大的状态(图4(a))。若像这样偏差 变得较大，则死区时间校正进行工作，使DC-DC转换器20中的开关脉冲的占空比突变(图 4(d))。在此期间，单相驱动标志处于开启，单相驱动继续(图4(c))。若开关脉冲的占空 比突变，则DC-DC转换器20的电抗器电流急增(图4(b))。此时，DC-DC转换器20处于单 相驱动中，因此，通过电流集中在V相(图4(b)中的电抗器电流的急增)。若像这样电抗 器电流急增，则成为很有可能产生发热引起的元件/电路破坏的故障的状态。因此，在本发 明中，预先规定成为与这种变换器的过电流相关的输出电压指令值的急增的原因的系统状 态，在变成这样的系统状态的情况下，混合控制部10控制单相驱动允许标志，以禁止DC-DC 转换器20中的、规定数以下的相数下的运转，在本实施方式中为禁止单相驱动。图5是表示使燃料电池22的指令电压值突变的系统状态的分类的说明图。图5中，作为不是单相驱动禁止的情况的分类项目，示出有“FC (燃料电池)发电 状态”、“FC发电模式”及所对应的“系统状态”。在各发电状态中与所列举的“系统状态”一 致的情况下，禁止更少的相数(在此为单相)下的运转。
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例如，在通常运转模式中，包含以下中的至少一个状态。1)可举出处于该燃料电池系统的起动程序处理中、或者从该起动程序转移到所 述通常运转后直到运转状态稳定为止的一定期间中的状态。具体而言，是指起动程序(例 如系统检查及预热运转)结束，与油门操作相对应而采取降低燃料电池的电压的措置开始 直至经过规定时间后为止的状态。2)可举出处于对所述燃料电池的氢消耗控制中的状态。具体而言，是指下述状态 由运转者关闭电源，实施系统的停止操作，为了消耗燃料电池的燃料气体配管中的燃料气 体而使燃料电池断续地或连续地切换为发电模式，输出电压能够切换为发电电压即规定的 低电压。3)可举出检测所述燃料电池的继电器是否发生了熔焊的状态。具体而言，虽然不 流有使继电器动作的电流，仍然检测继电器的触点不从接通状态返回至原有状态的情况， 因此，在不流过使继电器动作的电流的状态下，使电压转换装置的燃料电池侧的电压上升 或下降，根据此时所检测到的燃料电池的电流检查是否有继电器的熔焊。称为为了该检查 而使燃料电池的输出电压变化的情况。4)可举出处于对燃料电池的电流限制处理中的状态。具体而言，是指下述情况 在设置在燃料电池22中的单电池监视器所检测到的单电池电压中的某个成为基准电压以 下时，需要暂时停止从燃料电池的电流供给，为此使燃料电池的输出电压返回至规定的高 电压。5)可举出处于输出限制处理中的状态。具体而言，是指下述情况例如在从对牵 引电动机25供给电流的变换器24输出以过电流或过热为原因的异常信号时，暂时停止对 这样的负载装置的电流供给，因此使燃料电池的输出电压返回至规定的高电压。此外，还包 括因燃料电池22的高温化或燃料气体供给系统的情形从混合控制部10指示输出限制的情 况。6)可举出处于燃料电池系统的停止程序处理中的状态。具体而言，是指下述情况 由运转者关闭电源，对系统的输出要求消除，降低燃料电池的输出电流，因此使输出电压返 回至规定的高电压。此外，包括在使燃料电池的输出电压指令值变化一定值以上的系统状态中从通常 运转模式向间歇运转模式转移中的状态。该状态是下述状态为了从系统的发电状态转移 至停止/待机状态，停止对负载装置的电力供给，为了降低发电电流而使燃料电池的输出 电压变化为规定的高电压。此外，使燃料电池的输出电压指令值变化一定值以上的系统状态在间歇运转模式 中包含以下中的至少一个状态。1)可举出检测燃料气体从该燃料电池系统的泄漏的状态。具体而言，是指下述状 态燃料气体是否从系统的燃料气体配管等泄漏是在燃料电池的发电动作停止的状态下进 行的，为了该检查而使燃料电池突变为规定的高电压或高电位回避电压。2)可举出处于负载装置未工作的间歇运转中的状态。具体而言，这是因为，在进行 绝缘电阻的检查时，需要一边改变燃料电池的发电电压一边进行检查，为此使发电电压变 化。3)可举出处于从燃料电池的催化剂活性化处理恢复的恢复处理的规定期间中的
12状态。具体而言，这是因为，在翻新处理中，需要使燃料电池的输出电压下降至催化剂的还 原反应所产生的规定的低电压。4)可举出处于中断燃料电池的催化剂活性化处理后的恢复处理的规定期间中的 状态。具体而言，这是因为，在翻新处理期间中，使燃料电池的输出电压持续下降，以催化剂 中还原反应所产生的低电压短暂地进行维持，但是在不得不中断这样的翻新处理时，需要 使燃料电池的输出电压恢复到原有值。例如，在使燃料电池的输出电压指令值变化一定值以上的系统状态中，包含从间 歇运转模式向通常运转模式转移中的状态。具体而言，这是因为，在对系统有输出要求(例 如油门被踏下的情况)而需要从燃料电池直接供给电力的情况下，需要使燃料电池的输出 电压降低，使输出电力上升。此外，使燃料电池的输出电压指令值变化一定值以上的系统状态在通常运转模式 或间歇运转模式下包含以下中的至少一个状态。1)可举出处于从高电位回避运转被允许时或被禁止时直到电压状态稳定的一定 期间中的状态。具体而言，通过系统状态、燃料电池发电状态、低温动作模式、蓄电装置升温 控制切换等，对高电位回避电压下的发电的允许/禁止进行切换控制。这是由于，在这样的 切换定时中燃料电池的输出电压发生突变。2)可举出高电位回避运转的目标电压显示规定值以上的变化率的状态。具体而 言，这是因为，在使用燃料电池系统作为电动汽车的驱动源时，为了根据换档位置改变高电 位回避运转的目标电压，在检测到换档时，能够判断为燃料电池的输出电压发生变化。3)可举出处于从对负载装置的电力供给被允许时或被禁止时直到电力状态稳定 的一定期间中的状态。具体而言，这是因为，例如在使用燃料电池系统作为电动汽车的动力 源时，在例如牵引电动机自身或变换器中检测到过热等异常而改变了驱动允许状态的情况 下，燃料电池的输出电压发生变化。另外，上述的使输出电压指令值突变的系统状态是示例，并不限于上述情况，适用 于存在输出电压发生变动结果使DC-DC转换器的通过电流暂时上升的可能性的状态。接着，参照图6的表示关于混合控制部10的指令电压值的系统状态监视动作的流 程图，来说明关于混合控制部10的指令电压值的系统状态监视动作。在步骤Sl中，首先，验证是否相当于电压指令值突变的系统状态(参照图5)中的 某个。然后，在相当于电压指令值突变的系统状态的情况下(YES 是)前进至步骤S2，在不 相当于电压指令值突变的系统状态的情况下(NO:否)移至步骤S3。在步骤S2中，系统状态是使输出电压指令值突变的状态，因此，混合控制部10为 了禁止DC-DC转换器20的单相驱动，对电源控制部11输出使单相驱动允许标志复位为关 闭的转换器控制信号Ce。在电源控制部11中，接受到该转换器控制信号Cc而复位单相驱 动允许标志，之后，直到解除为止，禁止DC-DC转换器20的单相驱动。另一方面，在步骤S3中，系统状态不是使输出电压指令值突变的状态，因此，也能 够进行单相驱动，所以为了允许DC-DC转换器20的单相驱动，对电源控制部11输出将单相 驱动允许标志设定为开启的转换器控制信号Ce。在电源控制部11中，接受到该转换器控制 信号Cc而设定单相驱动允许标志。在此之前在单相驱动标志处于关闭的情况下，通过该处 理解除单相驱动的禁止。之后，允许DC-DC转换器20的单相驱动。
(其他变形例)本发明不限于上述实施方式，能够进行各种变形而应用。例如，在上述实施方式中检测使燃料电池的输出电压指令值突变的系统状态而预 先对相数的切换进行禁止控制，但是也可以构成为，混合控制部10监视输出电压指令值， 以在该输出电压指令值变化一定值以上的情况下禁止相数切换的方式控制电源控制部11。此外，在上述实施方式中，DC-DC转换器20具有三相电路，在检测到规定的系统状 态的情况下，禁止将三相驱动变为单相驱动，但是不限于此。例如，也可以是DC-DC转换器 具有2相或者4相以上的相数。此外，被禁止切换的相数也可以是单相以上的相数。艮口， 也可以如下述那样适用本发明在将最多运转相数设为M、将禁止切换的相数设为N的情况 下，当在M N+1的相数被驱动的状态中检测到规定的系统状态时，禁止在N相以下进行驱 动。此外，在上述实施方式中，示例了 DC-DC转换器20的电抗器电流急增时的相数切 换禁止控制，但是不限于此。根据DC-DC转换器的电路结构和控制方式，伴随相数的减少产 生过冲的部位不同。因此，检测使得在这种部位产生过冲的系统状态，进行禁止相数的切换 的控制即可。
权利要求
一种燃料电池系统，具有电压转换装置，该电压转换装置具备多个相并被构成为能够切换进行驱动的相数，所述燃料电池系统的特征在于，具备检测部，检测使燃料电池的输出电压指令值变化一定值以上的系统状态；以及禁止部，在检测到所述系统状态的情况下，禁止在预定相数以下驱动该电压转换装置。
2.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中，在检测到所述系统状态的情况下，所述禁止部禁止所述电压转换装置在所述相数以下 的驱动。
3.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中，在检测到所述系统状态的情况下，当所述电压转换装置已经在所述相数以下被驱动 时，所述禁止部切换到在比所述相数多的相数下的驱动。
4.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中，蓄电装置连接于所述电压转换装置的一次侧，所述燃料电池连接于所述电压转换装置 的二次侧，负载装置连接于所述电压转换装置的一次侧或二次侧中的至少任意一侧。
5.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中，使所述燃料电池的输出电压指令值变化一定值以上的系统状态在通常运转模式下包 括以下状态中的至少一个状态1)处于该燃料电池系统的起动程序处理中、或者从该起动程序转移到所述通常运转后 直到运转状态稳定的一定期间中；2)处于对所述燃料电池的氢消耗控制中；3)检测所述燃料电池的继电器是否发生了熔焊；4)处于对所述燃料电池的电流限制处理中；5)处于输出限制处理中；6)处于该燃料电池系统的停止程序处理中。
6.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中，使所述燃料电池的输出电压指令值变化一定值以上的系统状态包括从通常运转模式 向间歇运转模式转移中的状态。
7.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中，使所述燃料电池的输出电压指令值变化一定值以上的系统状态在间歇运转模式下包 括以下中的至少一个状态1)检测燃料气体从该燃料电池系统的泄漏；2)处于负载装置未工作的间歇运转中；3)处于从所述燃料电池的催化剂活化处理恢复的恢复处理的规定期间中；4)处于中断所述燃料电池的催化剂活化处理后的恢复处理的规定期间中。
8.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中，使所述燃料电池的输出电压指令值变化一定值以上的系统状态包括从间歇运转模式 向通常运转模式转移中的状态。
9.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中，使所述燃料电池的输出电压指令值变化一定值以上的系统状态在通常运转模式或间 歇运转模式下包括以下中的至少一个状态1)处于从高电位回避运转被允许时或被禁止时直到电压状态稳定的一定期间中；2)高电位回避运转的目标电压显示规定值以上的变化率；3)处于从对负载装置的电力供给被允许时或被禁止时直到电力状态稳定的一定期间中。
10.一种燃料电池系统的控制方法，该燃料电池系统具有电压转换装置，所述电压转换 装置具有多个相并构成为能够切换进行驱动的相数，所述燃料电池系统的控制方法的特征 在于，包括检测使燃料电池的输出电压指令值变化一定值以上的系统状态的步骤；以及 在检测到所述系统状态的情况下，禁止在预定相数以下驱动该电压转换装置的步骤。
11.如权利要求10所示的燃料电池系统的控制方法，其中， 在所述禁止的步骤中，在检测到所述系统状态的情况下，禁止所述电压转换装置在所述相数以下的驱动。
12.如权利要求10所示的燃料电池系统的控制方法，其中， 在所述禁止的步骤中，在检测到所述系统状态的情况下所述电压转换装置已经在所述相数以下被驱动时，切 换到在比所述相数多的相数下的驱动。
全文摘要
提供一种燃料电池系统，能够切换DC/DC转换器的驱动相数以使得过电流不流向系统内的一个部位(例如DC/DC转换器具备的电抗器)。在步骤S1中，验证是否相当于电压指令值突变的系统状态，在相当于电压指令值突变的系统状态的情况下前进至步骤S2，否则移至步骤S3。在步骤S2中，禁止DC-DC转换器(20)的单相驱动，结束处理。在步骤S3中，允许DC-DC转换器(20)的单相驱动，结束处理。
文档编号H01M8/04GK101911455SQ20088012280
公开日2010年12月8日 申请日期2008年12月18日 优先权日2007年12月25日
发明者今井敦志, 前中健志, 马屋原健司 申请人:丰田自动车株式会社