专利名称：燃料电池系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种燃料电池系统。
背景技术：
下述专利文献1公开了一种通过燃料电池和蓄电池驱动负载的燃料电池系统，其具有燃料电池用和蓄电池用的两种转换器。在该燃料电池系统中，为了稳定地向负载供电， 使燃料电池用转换器和蓄电池用转换器协调地工作。并且，在连接蓄电池和负载的供电路径上设置作为连接部的继电器，在系统停止时使继电器为断开状态，并在起动系统、从燃料电池向负载提供的电压超过蓄电池电压时，使继电器为接通状态，连接蓄电池和负载。由此防止系统停止时的蓄电池的电力浪费，并防止继电器连接时电流从蓄电池侧对负载造成冲击ο专利文献1 日本特开2006-340419号公报
发明内容
但在上述专利文献1中，当燃料电池侧的电压超过蓄电池侧的电压时，使继电器为接通状态，因此，由于继电器两端存在电压差，继电器有可能熔融。本发明用于解决上述现有技术中的问题点，其目的在于提供一种燃料电池系统， 其可抑制设置在供电路径上的连接部的熔融。为解决上述课题，本发明涉及的燃料电池系统的特征在于，具有燃料电池，接受燃料气体及氧化气体的供给，并通过上述燃料气体及氧化气体的电化学反应进行发电；蓄电部，能够储存上述燃料电池发电产生的电力；耗电装置，消耗来自上述燃料电池及上述蓄电部的电力；第一电压变换部，配置在上述燃料电池和上述耗电装置之间；第二电压变换部，配置在上述蓄电部和上述耗电装置之间；连接部，连接或切断将上述第一电压变换部和上述第二电压变换部结合的路径，该路径是从上述第一电压变换部向上述耗电装置供给电力的路径；以及控制单元，控制上述连接部对上述供电路径的连接或切断；上述控制单元在系统起动时使上述第一电压变换部和上述第二电压变换部之间的输出电压差为规定值以下之后再连接上述路径。根据本发明，在系统起动时连接供电路径的情况下，可以在使第一电压变换部和第二电压变换部之间的输出电压差为规定值以下之后再进行连接，因此可使连接部两端的电压差为连接部不会熔融的电压差之后再使连接部连接。在上述燃料电池系统中，上述控制单元可通过使上述第一电压变换部的输出电压升高而使上述输出电压差为规定值以下。这样一来，可在使第一电压变换部的输出电压升高的同时，进行调整，使得第一电压变换部和第二电压变换部之间的输出电压差为规定值以下。在上述燃料电池系统中，上述燃料电池的开放电压低于上述蓄电部的开放电压时，可通过使上述第一电压变换部的输出电压升高至上述蓄电部的开放电压而使上述输出电压差为规定值以下。这样一来，当燃料电池的开放电压低于蓄电部的开放电压时，可使第一电压变换部及第二电压变换部的输出电压与上述两个开放电压中的较高电压即燃料电池的开放电压对应。在上述燃料电池系统中，在上述第一电压变换部的输出电压低于能够利用上述第二电压变换部升高的最低电压时，上述控制单元通过使上述第一电压变换部的输出电压升高至上述最低电压并使上述第二电压变换部的输出电压升高至上述最低电压，而使上述输出电压差为规定值以下。这样一来，当第一电压变换部的输出电压低于能够利用第二电压变换部升高的最低电压时，可使第一电压变换部及第二电压变换部的输出电压与能够利用第二电压变换部升高的最低电压对应。在上述燃料电池系统中，上述控制单元可通过消耗上述蓄电部的电力而使上述输出电压差为规定值以下。这样一来，可在消耗蓄电部的电力的同时，进行调整，使得第一电压变换部和第二电压变换部之间的输出电压差为规定值以下。根据本发明，可抑制设置在供电路径上的连接部的熔融。
图1是表示实施方式中的燃料电池系统的构成的示意图。图2是用于说明第1实施方式中的FC继电器控制处理流程的流程图。图3是用于说明第2实施方式中的FC继电器控制处理流程的流程图。图4是用于说明第3实施方式中的FC继电器控制处理流程的流程图。图5是用于说明第4实施方式中的FC继电器控制处理流程的流程图。图6是用于说明第5实施方式中的FC继电器控制处理流程的流程图。
具体实施例方式以下参照
本发明涉及的燃料电池系统的各个优选实施方式。在各实施方式中，说明将本发明涉及的燃料电池系统作为燃料电池车辆(FCHV:Fuel Cell Hybrid Vehicle)的车载发电系统使用的情况。此外，本发明涉及的燃料电池系统也可适用于燃料电池车辆以外的各种移动体(机器人、船舶、飞机等)，而且，也可适用于作为建筑(住宅、大厦等)用的发电设备使用的固定型发电系统。(第1实施方式)首先参照图1说明第1实施方式中的燃料电池系统的构成。图1是表示第1实施方式中的燃料电池系统的示意图。如图1所示，燃料电池系统1具有燃料电池2，通过作为反应气体的氧化气体和燃料气体的电化学反应产生电力；FC转换器3，是燃料电池用的DC/DC转换器；作为二次电池的蓄电池4(蓄电部)；作为蓄电池用的DC/DC转换器的Bat转换器5(第二电压变换部)； 作为负载的牵引逆变器6、牵引电机7 (耗电装置)及辅机逆变器8a、8b ；统一控制整个系统的控制部9 (控制单元)。燃料电池2及FC转换器3的组、蓄电池4及Bat转换器5的组与牵引逆变器6及牵引电机7并联连接。燃料电池2例如是高分子电解质型燃料电池，是层压多个单电池而成的叠层构造。单电池形成如下的结构在由离子交换膜构成的电解质膜的一个面上具有空气极，在另一个面上具有燃料极，而且，具有从两侧夹持空气极及燃料极的一对隔板。这种情况下，氢气被提供给一个隔板的氢气通路，氧气被提供给另一个隔板的氧化气体通路，通过这些反应气体进行化学反应而产生电力。燃料电池2上设有电压传感器VI，用于检测燃料电池2 的输出电压。FC转换器3是直流电压变换器，具有以下功能使从燃料电池2输入的直流电压升高，并输出到牵引逆变器6及牵引电机7。通过该FC转换器3控制燃料电池2的输出电压。FC转换器3例如包括电容器Cl，使从燃料电池2输入的直流电压平滑化；用于使直流电压升高的线圈Ll及主开关Sl ；构成共振电路的电容器C2及线圈L2 ；用于接通/断开共振电路的共振开关S2 ；电容器C3，使FC转换器3的输出电压平滑化。通过上述各个构成要素构成第一电压变换部，其使从燃料电池2输入的直流电压升高，并输出到牵引逆变器6及牵引电机7。并且，FC转换器3还具有电压传感器V2，检测FC转换器3的输出电压；FC继电器Rl、R2 (连接部)，用于连接或切断向牵引逆变器6及牵引电机7供电的供电路径。此外，FC继电器Rl、R2也是连接或断开将FC转换器3和Bat转换器5结合的路径的连接部。蓄电池4层压蓄电池单体，以一定的高压为端子电压，通过未图示的蓄电池计算机的控制储存燃料电池2的剩余电力或辅助性地提供电力。蓄电池4上设有电压传感器 V3，检测蓄电池4的输出电压；Bat继电器R3、R4，连接或断开将蓄电池电力提供给牵引逆变器6及牵引电机7的路径。Bat继电器R3、R4在燃料电池系统1起动时接通，在燃料电池系统1停止时断开。Bat转换器5是直流的电压变换器，具有以下功能调整(升高)从蓄电池4输出的直流电压，并输出到牵引逆变器6及牵引电机7的功能；调整(下降)从燃料电池2或牵引电机7输出的直流电压，并输出到蓄电池4的功能。通过该Bat转换器5的功能，实现蓄电池4的充放电。Bat转换器5上设有电压传感器V4，用于检测Bat转换器5的输出电压。牵引逆变器6将直流电流变换为三相交流电流，并提供给牵引电机7、压缩机CP的电机。牵引电机7例如是三相交流电机，构成搭载有燃料电池系统1的燃料电池车辆的主动力源。辅机逆变器8a、8b是控制氢泵HP、冷却水泵WP等辅机装置中包括的电机的驱动的电动机控制部，将直流电流变换为三相交流电流并提供给各电机。辅机逆变器8a、8b例如是脉宽调制方式的PWM逆变器，根据来自控制部9的控制指令将从蓄电池4输出的直流电压变换为三相交流电压，控制各电机产生的旋转转矩。控制部9检测设置在燃料电池车辆上的加速操作部件(例如油门)的操作量，接收加速要求值(例如来自牵引电机7等耗电装置的要求发电量)等控制信息，控制系统内的各种设备的动作。此外，耗电装置中除了牵引电机7外，例如还包括使燃料电池2动作所需的辅机装置(例如压缩机CP、氢泵HP、冷却水泵WP的电机等)、与车辆行驶相关的各种装置(变速器、车轮控制装置、转向装置、悬挂装置等)中使用的致动器、乘员空间的空调装置 (空调)、照明、音响等。
控制部9物理意义上例如具有CPU、存储器、输入输出接口。存储器具有存储由 CPU处理的控制程序、控制数据的ROM ；主要作为用于进行控制处理的各种作业区域使用的 RAM。这些要素彼此通过总线连接。输入输出接口上连接电压传感器等各种传感器，并且连接用于驱动牵引电机7等的各种驱动器。CPU根据ROM中存储的控制程序，经由输入输出接口接收各种传感器的检测结果， 使用RAM内的各种数据等进行处理，从而执行燃料电池系统1中的各种控制处理。并且，CPU 经由输入输出接口向各种驱动器输出控制信号，从而控制燃料电池系统1整体。控制部9例如控制FC继电器Rl、R2的接通/断开。控制部9在燃料电池系统1 起动时进行控制，以使FC转换器3和Bat转换器5之间的输出电压差为规定值以下，之后接通FC继电器Rl、R2。规定值例如可设定为在接通FC继电器Rl、R2时RC继电器Rl、R2 可不熔融地接通的电压差的范围内，优选设定为该电压差的范围内的上限。该电压差的范围可通过实验等求出。具体而言，控制部9如下进行控制，以使FC转换器3和Bat转换器 5之间的输出电压差为规定值以下。控制部9在燃料电池系统起动时使Bat转换器5的输出电压为蓄电池4的开放电压(Open Circuit Voltage)，使FC转换器3的输出电压为燃料电池2的开放电压。接着， 控制部9在FC转换器3的输出电压低于Bat转换器5的输出电压时，使FC转换器3的输出电压升高至作为Bat转换器5的输出电压的蓄电池4的开放电压。另一方面，控制部9 在FC转换器3的输出电压为Bat转换器5的输出电压以上时，使Bat转换器5的输出电压升高至作为FC转换器3的输出电压的燃料电池2的开放电压。之后，控制部9在FC转换器3的输出电压和Bat转换器5的输出电压之间的输出电压差为规定值以下时，接通FC继电器R1、R2。这样一来，可在使各FC继电器R1、R2两端的电位大致相同的状态下，接通FC继电器Rl、R2。另一方面，当上述输出电压差大于规定值时，控制部9调整FC转换器3的输出电压或Bat转换器5的输出电压，直至输出电压差变为规定值以下。接着，使用图2所示的流程图说明第1实施方式中的FC继电器控制处理。该FC 继电器控制处理例如在点火开关钥匙接通时开始。并且，FC继电器R1、R2在点火开关钥匙接通时断开。首先，控制部9驱动Bat转换器5 (步骤S101)，将Bat转换器5的输出电压设定为蓄电池4的开放电压(步骤S102)。接着，控制部9驱动FC转换器3 (步骤S103)，将FC转换器3的输出电压设定为燃料电池2的开放电压(步骤S104)。接着，控制部9判断FC转换器3的输出电压是否低于Bat转换器5的输出电压 (步骤S105)。当判断为“是”时(步骤S105 是)，控制部9使FC转换器3的输出电压升高至Bat转换器5的输出电压(步骤S106)。并且，控制部9使处理移至下述步骤S108。另一方面，在上述步骤S105的判断中判断为FC转换器3的输出电压在Bat转换器5的输出电压以上时(步骤S105 否)，控制部9使Bat转换器5的输出电压升高至FC 转换器3的输出电压(步骤S107)。接着，控制部9判断FC转换器3和Bat转换器5之间的输出电压差是否为规定值以下(步骤S108)。当判断为“否”时(步骤S108 否)，控制部9将处理移至上述步骤
6S105。另一方面，在上述步骤S108的判断中判断为上述输出电压差在规定值以下时(步骤S108 是)，控制部9接通FC继电器Rl、R2 (步骤S109)。如上所述，根据第1实施方式中的燃料电池系统1，当燃料电池2的开放电压低于蓄电池4的开放电压时，可在使FC转换器3的输出电压升高的同时，使FC转换器3及Bat 转换器5的输出电压与作为较高电压的燃料电池2的开放电压对应。这样一来，在连接供电路径时，可在使FC转换器3和Bat转换器5之间的输出电压差(FC继电器R1、R2的两端的电压差)为FC继电器R1、R2可不熔融地接通的规定值以下之后，接通FC继电器Rl、R2，因此FC继电器Rl、R2可不熔融地接通。(第2实施方式)说明本发明的第2实施方式。Bat转换器5使蓄电池电压升高时，从蓄电池4的开放电压升高至高数十V左右的电压为止，升压状态变得不稳定。因此，在Bat转换器5中， 将上述数十V左右的电压称为升高电压的下限值(以下称为“下限升高电压”)，在升高的电压幅度小于下限升高电压时，不进行升压动作。换言之，Bat转换器5将对蓄电池的开放电压加上下限升高电压而得到的电压作为能够升高的最低电压，进行升压动作。如果燃料电池2的开放电压和蓄电池4的开放电压之差为下限升高电压以上，则可没有问题地执行上述第1实施方式中的FC继电器控制处理。但例如减少燃料电池2的单电池个数时、或反之增加单电池个数等使用蓄电池余量较大的蓄电池时，会存在燃料电池2的开放电压和蓄电池4的开放电压之差小于下限升高电压的情况。此时，因FC转换器 3的输出电压比Bat转换器5的输出电压高，即使要使Bat转换器5的输出电压从蓄电池 4的开放电压升高至燃料电池2的开放电压时，由于升高的电压幅度小于下限升高电压，所以也无法升压。因此，这种情况下，在上述第1实施方式中的FC继电器控制处理中，会无法接通FC继电器R1、R2。因此，在第2实施方式中的燃料电池系统1中，控制FC转换器3及Bat转换器5， 使得即使在燃料电池2的开放电压和蓄电池4的开放电压之差小于下限升高电压时，也可接通FC继电器R1、R2。第2实施方式中的燃料电池系统的构成和图1所示的第1实施方式中的燃料电池系统的构成相同。因此，对各构成要素附加相同的附图标记并省略其说明，同时以下主要说明和第1实施方式的不同点。控制部9在燃料电池系统1起动时使Bat转换器5的输出电压为蓄电池4的开放电压，使FC转换器3的输出电压为燃料电池2的开放电压。接着，控制部9在FC转换器3 的输出电压低于能够利用Bat转换器5升高的最低电压时，使FC转换器3的输出电压及 Bat转换器5的输出电压分别升高至能够利用Bat转换器5升高的最低电压。另一方面，控制部9在FC转换器3的输出电压在能够利用Bat转换器5升高的最低电压以上时，使Bat 转换器5的输出电压升高至作为FC转换器3的输出电压的燃料电池2的开放电压。之后，控制部9在FC转换器3的输出电压和Bat转换器5的输出电压之间的输出电压差为规定值以下时，接通FC继电器R1、R2。这样一来，可在使各FC继电器R1、R2两端的电位大致相同的状态下，接通FC继电器Rl、R2。另一方面，当上述输出电压差大于规定值时，控制部9调整FC转换器3的输出电压或Bat转换器5的输出电压，直至输出电压差变为规定值以下。接着，使用图3所示的流程图，说明第2实施方式中的FC继电器控制处理。该FC 继电器控制处理例如在点火开关钥匙接通时开始。并且，FC继电器R1、R2在点火开关钥匙接通时断开。首先，控制部9驱动Bat转换器5 (步骤S201)，将Bat转换器5的输出电压设定为蓄电池4的开放电压(步骤S202)。接着，控制部9驱动FC转换器3 (步骤S203)，将FC转换器3的输出电压设定为燃料电池2的开放电压(步骤S204)。接着，控制部9判断FC转换器3的输出电压是否低于能够利用Bat转换器5升高的最低电压(步骤S205)。当判断为“是”时(步骤S205:是)，控制部9使FC转换器3的输出电压升高至能够利用Bat转换器5升高的最低 电压(步骤S206)，使Bat转换器5的输出电压升高至能够利用Bat转换器5升高的最低电压(步骤S207)。
另一方面，在上述步骤S205的判断中判断为FC转换器3的输出电压在能够利用 Bat转换器5升高的最低电压以上时(步骤S205 否)，控制部9使Bat转换器5的输出电压升高至FC转换器3的输出电压(步骤S208)。接着，控制部9判断FC转换器3和Bat转换器5之间的输出电压差是否为规定值以下(步骤S209)。当判断为“否”时(步骤S209:否)，控制部9调整FC转换器3的输出电压或Bat转换器5的输出电压(步骤S211)，将处理移至上述步骤S209。此外，各输出电压的调整方法例如进行在上述第1实施方式中说明的步骤S105 S107 (参照图2)的各处
理即可。另一方面，在上述步骤S209的判断中判断为上述输出电压差在规定值以下时(步骤S209 是)，控制部9接通FC继电器Rl、R2 (步骤S210)。如上所述，根据第2实施方式中的燃料电池系统1，当设定为燃料电池2的开放电压的FC转换器3的输出电压低于能够利用Bat转换器5升高的最低电压时，可使FC转换器3及Bat转换器5的输出电压与能够利用Bat转换器5升高的最低电压对应。这样一来，在连接供电路径时，可在使FC转换器3和Bat转换器5之间的输出电压差(FC继电器R1、R2的两端的电压差)为FC继电器R1、R2可不熔融地接通的规定值以下之后，再接通FC继电器Rl、R2，因此可使FC继电器Rl、R2不熔融地接通。(第3实施方式)说明本发明的第3实施方式。在上述第2实施方式中的燃料电池系统1中，FC转换器3的输出电压低于能够利用Bat转换器5升高的最低电压时，将FC转换器3的输出电压及Bat转换器5的输出电压分别升高至能够利用Bat转换器5升高的最低电压，但在第3 实施方式的燃料电池系统中，其不同点是，当FC转换器3的输出电压低于能够利用Bat转换器5升高的最低电压时，以EV(electric vehicle 电动汽车)模式行驶，使蓄电池电压下降。第3实施方式中的燃料电池系统的构成和图1所示的第1实施方式中的燃料电池系统的构成相同。因此，对各构成要素附加相同的附图标记并省略其说明，同时以下主要说明和第1实施方式的不同点。控制部9在燃料电池系统1起动时使Bat转换器5的输出电压为蓄电池4的开放
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电压，使FC转换器3的输出电压为燃料电池2的开放电压。接着，控制部9在FC转换器3 的输出电压低于能够利用Bat转换器5升高的最低电压时，开始EV模式下的行驶。EV模式是停止燃料电池2的输出、通过蓄电池4的输出进行行驶的运行模式。通过以EV模式行驶，蓄电池4的开放电压下降，因此能够利用Bat转换器5升高的最低电压也下降。控制部 9持续进行EV模式行驶，直至能够利用Bat转换器5升高的最低电压变为FC转换器3的输出电压以下。控制部9在FC转换器3的输出电压为能够利用Bat转换器5升高的最低电压以上时，使Bat转换器5的输出电压升高至作为FC转换器3的输出电压的、燃料电池2的开放电压。之后，控制部9在FC转换器3的输出电压和Bat转换器5的输出电压之间的输出电压差为规定值以下时，接通FC继电器R1、R2。这样一来，可在使各FC继电器R1、R2两端的电位基本相同的状态下，接通FC继电器Rl、R2。另一方面，当上述输出电压差大于规定值时，控制部9调整FC转换器3的输出电压或Bat转换器5的输出电压，直至输出电压差变为规定值以下。接着，使用图4所示的流程图说明第3实施方式中的FC继电器控制处理。该FC 继电器控制处理例如在点火开关钥匙接通时开始。并且，FC继电器R1、R2在点火开关钥匙接通时断开。首先，控制部9驱动Bat转换器5 (步骤S301)，将Bat转换器5的输出电压设定为蓄电池4的开放电压(步骤S302)。接着，控制部9驱动FC转换器3 (步骤S303)，将FC转换器3的输出电压设定为燃料电池2的开放电压(步骤S304)。接着，控制部9判断FC转换器3的输出电压是否低于能够利用Bat转换器5升高的最低电压(步骤S305)。当判断为“是”时(步骤S305:是)，控制部9开始EV模式下的行驶(步骤S306)。并且，控制部9将处理移至上述步骤S305。另一方面，在上述步骤S305的判断中判断为FC转换器3的输出电压为能够利用 Bat转换器5升高的最低电压以上时(步骤S305 否)，控制部9使Bat转换器5的输出电压升高至FC转换器3的输出电压(步骤S307)。接着，控制部9判断FC转换器3和Bat转换器5之间的输出电压差是否为规定值以下(步骤S308 否)，控制部9调整FC转换器3的输出电压或Bat转换器5的输出电压 (步骤S310)，将处理移至上述步骤S308。此外，各输出电压的调整方法例如进行上述实施方式1中说明的步骤S105 S107(参照图2)的各处理即可。另一方面，在上述步骤S308的判断中判断为上述输出电压差为规定值以下时(步骤S308 是)，控制部9接通FC继电器Rl、R2 (步骤S309)。如上所述，根据第3实施方式中的燃料电池系统1，当设定为燃料电池2的开放电压的FC转换器3的输出电压低于能够利用Bat转换器5升高的最低电压时，可消耗蓄电池 4的电力，直至能够利用Bat转换器5升高的最低电压变为FC转换器3的输出电压以下，之后再使FC转换器3及Bat转换器5的输出电压与FC转换器3的输出电压对应。这样一来，在连接供电路径时，可在使FC转换器3和Bat转换器5之间的输出电压差(FC继电器R1、R2的两端的电压差)为FC继电器R1、R2可不熔融地接通的规定值以下之后，再接通FC继电器Rl、R2，因此可使FC继电器Rl、R2不熔融地接通。此外，第3实施方式中的FC继电器控制处理以第2实施方式中的FC继电器控制处理为基准来说明，但也可以以第1实施方式中的FC继电器控制处理为基准。具体而言， 在图2的步骤S105的判断中判断为FC转换器3的输出电压低于Bat转换器5的输出电压时(步骤S105 是)，控制部9开始EV模式下的行驶，并持续进行EV模式行驶，直至以Bat 转换器5的输出电压变为FC转换器3的转出电压以下。(第4实施方式)说明本发明的第4实施方式。在上述第1实施方式中的燃料电池系统中，在FC继电器控制处理中控制FC转换器3及Bat转换器5时，在接通Bat继电器R3、R4的状态下进行控制，但在第4实施方式中的燃料电池系统中，其不同点是，在将Bat转换器5的输出电压设定为蓄电池4的开放电压后，断开Bat继电器R3、R4。第4实施方式中的燃料电池系统的构成和图1所示的第1实施方式中的燃料电池系统的构成相同。因此，对各构成要素附加相同的标记并省略其说明，同时以下主要说明和第1实施方式的不同点。控制部9在燃料电池系统1起动时使Bat转换器5的输出电压为燃料电池2的开放电压以上，对电容器C4进行预充电。之所以设定为开放电压“以上”，是因为当燃料电池 2的开放电压和蓄电池4的开放电压之差小于下限升高电压时，无法使Bat转换器5的输出电压升高至燃料电池2的开放电压，Bat转换器5的输出电压变为能够利用Bat转换器5 升高的最低电压。因此，控制部9使Bat转换器5的输出电压是燃料电池2的开放电压或是能够利用Bat转换器5升高的最低电压。控制部9在对电容器C4进行预充电后，断开Bat继电器R3、R4。控制部9在燃料电池系统1起动时使FC转换器3的输出电压为燃料电池2的开放电压。当FC转换器3的输出电压和Bat转换器5的输出电压之间的输出电压差为规定值以下时，控制部9接通FC继电器R1、R2。这样一来，可在使各FC继电器R1、R2两端的电位基本相同的状态下，接通FC继电器Rl、R2。另一方面，当上述输出电压差大于规定值时，控制部9驱动牵引电机7，消耗储存在电容器C4中的电力，直至该输出电压差变为规定值以下。其中，通过断开Bat继电器R3、 R4,Bat转换器5的输出电压和电容器C4的电压同等地推移。因此，通过消耗电容器C4的电力，电容器C4的电压、S卩Bat转换器5的输出电压下降，所以上述输出电压差缩小。此外，只要可消耗储存在电容器C4中的电力即可，因此也可替代牵引电机7而驱动压缩机CP，或者也可同时驱动牵引电机7和压缩机CP。并且，通过牵引电机7，Bat转换器5的输出电压例如可如下地下降。控制部9根据从作为目标电压的燃料电池2的开放电压减去作为实际电压的电容器C4的电压(Bat转换器5的输出电压)而得到的电压差，进行PI (Proportional Integral 比例积分)控制， 从而使电压下降。因电压下降而产生下冲时，控制部9接通Bat继电器R3、R4，再次对电容器C4进行预充电之后，断开Bat继电器R3、R4，再次进行上述的降压处理即可。并且，在进行上述PI控制时，将目标电压设定为比燃料电池2的开放电压高的值， 通过PI控制使电压下降至该设定值，电压从该设定值下降到燃料电池2的开放电压时，可在不会引起下冲的范围内使电压逐渐地下降。
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接着，使用图5所示的流程图说明第4实施方式中的FC继电器控制处理。该FC 继电器控制处理例如在点火开关钥匙接通时开始。并且，FC继电器R1、R2在点火开关钥匙接通时断开。首先，控制部9驱动Bat转换器5 (步骤S401)，将Bat转换器5的输出电压设定为燃料电池2的开放电压以上(步骤S402)。之后，控制部9断开Bat继电器R3、R4(步骤 S403)。接着，控制部9驱动FC转换器3 (步骤S404)，将FC转换器3的输出电压设定为燃料电池2的开放电压(步骤S405)。接着，控制部9判断FC转换器和Bat转换器5之间的输出电压差是否在规定值以下(步骤S406)。当判断为“否”时(步骤S406 否)，控制部9驱动牵引电机7，消耗储存在电容器C4中的电力(步骤S408)，将处理移至上述步骤S406。另一方面，在上述步骤S406的判断中判断上述输出电压差为规定值以下时(步骤 S406 是)，控制部9接通FC继电器Rl、R2 (步骤S407)。如上所述，根据第4实施方式中的燃料电池系统1，当被设定为燃料电池2的开放电压以上的电容器C4的电压(Bat转换器5的输出电压)与被设定为燃料电池2的开放电压的FC转换器3的输出电压之差(电压差)大于FC继电器Rl、R2可不熔融地接通的规定值时，了驱动牵引电机7，直至上述电压差变为规定值以下，之后再接通FC继电器Rl、R2。 这样一来，在连接供电路径时，FC继电器Rl、R2可不熔融地接通。(第5实施方式)说明本发明的第5实施方式。在上述第4实施方式的燃料电池系统中，当蓄电池 4的开放电压大于燃料电池2的开放电压时，进行以下任意一种处理使Bat转换器5的输出电压从蓄电池4的开放电压下降至燃料电池2的开放电压；升高至能够利用Bat转换器 5升高的最低电压。但是，Bat转换器5不具有使蓄电池的开放电压下降并输出到负载侧的功能。并且，将Bat转换器5的输出电压升高至能够利用Bat转换器5升高的最低电压时， 效率降低。因此，在第5实施方式的燃料电池系统中，为了在蓄电池4的开放电压大于燃料电池2的开放电压时也可高效地进行FC继电器控制处理，控制FC转换器3及Bat转换器5。第5实施方式中的燃料电池系统的构成和图1所示的第1实施方式中的燃料电池系统的构成相同。因此，对各构成要素附加相同的附图标记并省略其说明，同时以下主要说明和第1实施方式的不同点。控制部9在燃料电池系统1起动时使Bat转换器5的输出电压为燃料电池2的开放电压，之后断开Bat继电器R3、R4。第5实施方式中的控制部9和上述第4实施方式中的控制部9的不同点在于当无法使Bat转换器5的输出电压为燃料电池2的开放电压时， 直接输出蓄电池4的开放电压作为Bat转换器5的输出电压。控制部9在燃料电池系统1起动时使FC转换器3的输出电压为燃料电池2的开放电压。控制部9在FC转换器3的输出电压和Bat转换器5的输出电压之间的输出电压差为规定值以下时，接通FC继电器R1、R2。这样一来，可在使各FC继电器R1、R2两端的电位基本相同的状态下，接通FC继电器Rl、R2。另一方面，当上述输出电压差大于规定值时，控制部9驱动牵引电机7等，消耗储存在电容器C4中的电力，直至该输出电压差变为规定值以下。接着，使用图6所示的流程图说明第5实施方式中的FC继电器控制处理。该FC 继电器控制处理例如在点火开关钥匙接通时开始。并且，FC继电器R1、R2在点火开关钥匙接通时断开。首先，控制部9驱动Bat转换器5 (步骤S501)，将Bat转换器5的输出电压设定为燃料电池2的开放电压(步骤S502)。之后，控制部9断开Bat继电器R3、R4(步骤S503)。接着，控制部9驱动FC转换器3 (步骤S504)，将FC转换器3的输出电压设定为燃料电池2的开放电压(步骤S505)。接着，控制部9判断FC转换器3和Bat转换器5之间的输出电压差是否在规定值以下(步骤S506)。当判断为“否”时(步骤S506 否)，控制部9驱动牵引电机7，储存在消耗电容器C4中的电力(步骤S508)，将处理移至上述步骤S506。另一方面，在上述步骤S506的判断中判断为上述输出电压差在规定值以下时(步骤S506 是)，控制部9接通FC继电器Rl、R2 (步骤S507)。如上所述，根据第5实施方式的燃料电池系统1，假设被设定为燃料电池2的开放电压的电容器C4的电压(Bat转换器5的输出电压)与被设定为燃料电池2的开放电压的 FC转换器3的输出电压之差(电压差)大于FC继电器R1、R2可不熔融地接通的规定值时， 可驱动牵引电机7，直至上述电压差变为规定值以下，之后再接通FC继电器R1、R2。这样一来，在连接供电路径时，可使FC继电器Rl、R2不熔融地接通。本发明涉及的燃料电池系统适用于抑制设置在供电路径上的连接部的熔融。附图标记说明1 燃料电池系统2燃料电池3 FC转换器4蓄电池5 Bat 转换器6牵引逆变器7 牵引电机8a、8b辅机逆变器9控制部C4电容器R1、R2 FC 继电器R3、R4 Bat 继电器
权利要求
1.一种燃料电池系统，其特征在于，具有燃料电池，接受燃料气体及氧化气体的供给，并通过上述燃料气体及氧化气体的电化学反应进行发电；蓄电部，能够储存上述燃料电池发电产生的电力；耗电装置，消耗来自上述燃料电池及上述蓄电部的电力；第一电压变换部，配置在上述燃料电池和上述耗电装置之间；第二电压变换部，配置在上述蓄电部和上述耗电装置之间；连接部，连接或切断将上述第一电压变换部和上述第二电压变换部结合的路径，该路径是从上述第一电压变换部向上述耗电装置供给电力的路径；以及控制单元，控制上述连接部对上述供电路径的连接或切断；上述控制单元在系统起动时使上述第一电压变换部和上述第二电压变换部之间的输出电压差为规定值以下之后再连接上述路径。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，上述控制单元通过使上述第一电压变换部的输出电压升高而使上述输出电压差为规定值以下。
3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，上述燃料电池的开放电压低于上述蓄电部的开放电压时，通过使上述第一电压变换部的输出电压升高至上述蓄电部的开放电压而使上述输出电压差为规定值以下。
4.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，在上述第一电压变换部的输出电压低于能够利用上述第二电压变换部升高的最低电压时，上述控制单元通过使上述第一电压变换部的输出电压升高至上述最低电压并使上述第二电压变换部的输出电压升高至上述最低电压，而使上述输出电压差为规定值以下。
5.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，上述控制单元通过消耗上述蓄电部的电力而使上述输出电压差为规定值以下。
全文摘要
抑制设置在供电路径上的继电器的熔融，其中，控制部(9)在燃料电池系统起动时使Bat转换器(5)的输出电压为蓄电池(4)的开放电压，使FC转换器(3)的输出电压为燃料电池(2)的开放电压。当FC转换器(3)的输出电压低于Bat转换器(5)的输出电压时，控制部(9)使FC转换器(3)的输出电压升高至Bat转换器(5)的输出电压，而当FC转换器(3)的输出电压为Bat转换器(5)的输出电压以上时，控制部(9)使Bat转换器(5)的输出电压升高至FC转换器(3)的输出电压。控制部(9)在FC转换器(3)的输出电压和Bat转换器(5)的输出电压之间的输出电压差为FC继电器R1、R2可不熔融地接通的规定值以下时，接通FC继电器。
文档编号H01M8/04GK102460799SQ20098015976
公开日2012年5月16日 申请日期2009年6月9日 优先权日2009年6月9日
发明者冈本升平, 松岛克浩, 蟹江尚树 申请人:丰田自动车株式会社