燃料电池车的制作方法

1.本说明书公开的技术涉及具备向行驶用的马达供给电力的燃料电池单元的燃料电池车。


背景技术：

2.公知有若燃料电池单元的燃料电池堆反复进行启动和停止则劣化的情况(日本特开2020-181757号公报、日本特开2014-50240号公报)。为了抑制劣化的加剧，日本特开2020-181757号公报所公开的燃料电池系统在将车辆的主开关从接通切换为断开后运转燃料电池堆规定时间。在将车辆的开关从接通切换为断开的场所不是预先决定好的场所的情况下，日本特开2014-50240号公报所公开的车辆保持燃料电池的电压。
3.另外，日本特开2020-181757号公报所公开的燃料电池系统具备蓄电池，蓄电池与燃料电池堆连接。在蓄电池的剩余电力量较低的情况下，用燃料电池堆对蓄电池进行充电。若蓄电池充满电，则停止燃料电池堆。
4.在日本特开2020-181757号公报所公开的燃料电池系统中，若蓄电池充满电，则停止燃料电池。在日本特开2014-50240号公报所公开的技术中，对于与燃料电池并联连接的蓄电池，未进行考虑。本说明书涉及将燃料电池(燃料电池单元)与蓄电池(蓄电池单元)并联连接的燃料电池车，提供一种能够比以往更抑制燃料电池单元的劣化的技术。


技术实现要素：

5.本说明书公开的燃料电池车具备燃料电池单元、蓄电池单元、行驶用的马达以及控制器。蓄电池单元的输出端与燃料电池单元的输出端并联连接。马达从燃料电池单元与蓄电池单元的至少一方接受电力供给来进行动作。在马达的驱动被禁止的期间，控制器以燃料电池单元的输出电压(fc电压)保持高于零且低于蓄电池单元的输出电压(蓄电池电压)的规定的怠速电压的方式控制燃料电池单元。此外，马达的驱动被禁止的状态例如是指将燃料电池单元或者蓄电池单元的电力转换为马达的驱动电力的逆变器停止的状态、马达或者驱动轮被锁定的状态等。
6.由于怠速电压低于蓄电池电压，因此在将fc电压保持于怠速电压的期间，不从燃料电池单元输出电流。在本说明书公开的燃料电池车中，在马达的驱动被禁止的期间，不从燃料电池单元输出电流，但将fc电压保持于怠速电压。即使燃料电池单元与蓄电池单元并联连接，由于不使燃料电池单元停止，因此也抑制燃料电池单元的燃料电池堆的劣化。
7.也可以构成为：在马达的驱动被禁止、并且燃料电池车的遥控钥匙在燃料电池车外的期间，控制器以fc电压保持怠速电压的方式控制燃料电池单元。在遥控钥匙在车外的期间，用户使燃料电池车开动的可能性较小。此时，通过将fc电压保持于怠速电压，从而可以不使用不必要的燃料。
8.也可以构成为：在处于马达的驱动被禁止的期间但蓄电池单元的剩余电力量低于规定的电力量下阈值的情况下，控制器以fc电压超过蓄电池电压的方式控制燃料电池单元
直至剩余电力量达到规定的电力量上阈值。通过在蓄电池单元的剩余电力量较低的情况下提高fc电压，能够用燃料电池单元对蓄电池单元进行充电。该处理特别适合于消耗电力的其它的电气设备与蓄电池单元连接时。
9.本说明书公开的技术的详细内容和进一步的改进在以下的“具体实施方式”中进行说明。
附图说明
10.图1是实施例的燃料电池车的电力系统的框图。
11.图2是fc单元控制的流程图。
12.图3是fc单元控制的流程图(接着图2)。
13.图4是变形例的fc单元控制的流程图。
具体实施方式
14.参照附图对实施例的燃料电池车2进行说明。以下，为了便于说明，将“燃料电池”表述为“fc”。在图1中示出fc车2(燃料电池车2)的电力系统的框图。fc车2具备fc单元10、蓄电池单元3、逆变器5、行驶用的马达6以及控制器20。图1的虚线箭头线表示信号线。
15.fc车2通过马达6来行驶。fc单元10的输出端10a和蓄电池单元3的输出端3a以并联的方式与逆变器5的直流端5a连接。在逆变器5的交流端5b连接有马达6。逆变器5将fc单元10和蓄电池单元3输出的直流电力转换为马达6的驱动电力(交流)。逆变器5被控制器20控制。在马达6具备禁止其旋转的制动器7。
16.蓄电池单元3具备蓄电池3b和电压转换器3c。蓄电池3b是能够再充电的二次电池，例如是锂离子电池。电压转换器3c具有将蓄电池3b的输出电压升压来向输出端3a输出的升压功能、和将外加于输出端3a的电压(马达6发电的再生电力的电压)降压来向蓄电池3b输出的降压功能。电压转换器3c是双向dc-dc转换器。电压转换器3c被控制器20控制。电压转换器3c的输出电压相当于蓄电池单元3的输出电压。
17.蓄电池单元3的输出端3a经由bt继电器4与逆变器5的直流端5a连接。若将fc车2的主开关(未图示)导通，则控制器20将bt继电器4闭合，将蓄电池单元3的输出端3a与逆变器5的直流端5a连接。此外，bt继电器4也可以配置于蓄电池3b与电压转换器3c之间。
18.fc单元10具备fc电池堆11、向fc电池堆11输送空气的空气压缩机15、氢罐13、将氢罐13的氢气向fc电池堆11输送的喷射器14、以及升压转换器12。
19.fc单元10被控制器20控制。控制器20通过控制空气压缩机15和喷射器14，能够调整fc电池堆11的输出。在fc电池堆11的输出端与fc单元10的输出端10a之间连接有升压转换器12。升压转换器12将fc电池堆11的输出电压升压。在fc电池堆11的输出端连接有电压传感器16，在升压转换器12的输出端连接有电压传感器17。将电压传感器16、17的测量值向控制器20发送。控制器20能够根据电压传感器16、17的测量值获取fc电池堆11的输出电压和升压转换器12的输出电压。升压转换器12的输出电压即相当于fc单元10的输出电压。
20.fc单元10的输出端10a经由fc继电器21与逆变器5的直流端5a连接。若将fc车2的主开关导通，则控制器20将fc继电器21闭合，将fc单元10的输出端10a与逆变器5的直流端5a连接。在规定的条件成立时，控制器20打开fc继电器21。将在后文中叙述规定的条件的例
子。
21.在将蓄电池单元3、逆变器5以及fc单元10连接的电力线8连接有电压转换器40和高电压设备23。高电压设备23例如是调整车厢的温度的空调机。电压转换器40将蓄电池单元3的输出电压、或者fc单元10的输出电压降压来对子蓄电池41进行充电。在子蓄电池41连接有收音机等小电力设备42。
22.在fc车2行驶时，控制器20基于加速器开度、车速来决定马达6的目标电力。控制器20以fc单元10的输出电力与目标电力一致的方式控制fc单元10。另外，控制器20以fc单元10的输出电压高于蓄电池单元3的输出电压的方式控制升压转换器12和/或电压转换器3c。控制器20根据马达6的目标电力来决定逆变器5的直流端5a的目标电压。控制器20以fc单元10的输出电压与直流端5a的目标电压一致的方式控制升压转换器12，并以蓄电池单元3的输出电压比直流端5a的目标电压稍低的方式控制电压转换器3c。
23.控制器20控制指示器24。指示器24是配置于fc车2的车身或者车厢内的警告灯。另外，控制器20能够与fc车2的遥控钥匙31及用户具有的终端32进行通信。关于指示器24、遥控钥匙31、终端32，将在后文中叙述。
24.以下，为了便于说明，将fc单元10的输出电压称为fc电压，将蓄电池单元3的输出电压称为蓄电池电压。
25.在fc电压高于蓄电池电压的情况下，将fc单元10的电力(fc电池堆11的电力)向逆变器5(马达6)供给，而不将蓄电池单元3的电力向逆变器5(马达6)供给。另外，在蓄电池单元3(蓄电池3b)不是充满电状态的情况下，用fc单元10的输出电力的一部分对蓄电池单元3(蓄电池3b)进行充电。
26.公知有若fc电池堆11频繁地反复进行启动和停止则劣化的情况。另外，fc电池堆11以较低的电压持续输出电流也会导致fc电池堆11加速劣化。其原因之一，是在fc电池堆11所包括的多个单电池的氧浓度上产生偏差，由此多个单电池的输出电压产生偏差。fc车2能够通过降低fc电池堆11的启动和停止的频度，并且尽量避免低电流输出状态来抑制劣化。
27.在马达6正动作时，如之前叙述的那样，fc电池堆11输出马达6所需的电力。在马达6的驱动被禁止的期间，控制器20以fc电压维持怠速电压的方式控制fc单元10。
28.马达6的动作被禁止的情况下的例子是在逆变器5停止时马达6被锁定之时。马达6被锁定是变速杆(未图示)选择了p(驻车)位置时、施加了侧制动时、踩踏了制动踏板时。在变速杆为p位置时、和施加了侧制动时，锁定马达6的制动器7进行动作，从而禁止马达6的动作。
29.将怠速电压设定为低于蓄电池电压、并且fc电池堆11的单电池的最低输出电压与fc电池堆11的单电池数相乘后的值以上的值。由于怠速电压低于蓄电池电压，因此在将fc电压保持于怠速电压的期间不从fc电池堆11输出电力(电流)。因此，在fc电池堆11中不进行反应。若在fc电池堆11的内部不进行反应且将fc电压保持于怠速电压，则多个单电池的电压接近最低输出电压，被均匀化为最低输出电压。由于将多个单电池的氧浓度(和氢浓度)均匀化，因此抑制劣化。
30.即使当在fc电池堆11不进行反应的期间，fc电池堆11的内部的氢气和氧气也缓缓地流失。若fc电池堆11的内部的氢气和氧气缓缓地流失，则fc电压下降。控制器20以fc电压
保持怠速电压的方式调整fc电池堆11的内部的氢气和氧气的浓度。即，控制器20以fc电压保持怠速电压的方式控制fc单元10。
31.在将fc电压保持于怠速电压的期间，fc电池堆11不输出电流，但未停止(以将fc电压保持于怠速电压的方式运转fc单元10)。通过控制器20的上述的处理，从而将fc单元10(fc电池堆11)的启动和停止的频度抑制得较低。
32.另外，在将fc电压保持于怠速电压的期间，fc电池堆11不输出电流。通过控制器20的上述的处理，从而避免fc电池堆11变为低电流输出状态。
33.如之前叙述的那样，在电力线8，除了逆变器5(马达6)以外，也连接有若干电气设备(高电压设备23、电压转换器40)。若这些设备进行动作，则即使逆变器5(马达6)不进行动作，也消耗蓄电池单元3的电力。若蓄电池单元3的剩余电力变少，则不能使高电压设备23(例如空调机)、电压转换器40运行。因此，在处于马达6的驱动被禁止的期间但蓄电池单元3(蓄电池3b)的剩余电力量低于规定的电力量下阈值的情况下，控制器20以fc电压超过蓄电池电压的方式控制fc单元10直至剩余电力量达到规定的电力量上阈值。
34.也可以构成为：控制器20在将fc电压保持于怠速电压的期间打开fc继电器21，切断fc单元10的输出端10a与蓄电池单元3及逆变器5(马达6)的电连接。通过打开fc继电器21，从而能够可靠地阻止fc单元10(fc电池堆11)的输出。
35.按照图2、3的流程图对控制器20执行的fc单元控制进行说明。若禁止马达6的动作，则开始图2的处理。此外，在开始图2的处理前关闭bt继电器4和fc继电器21，蓄电池单元3和fc单元10都与逆变器5(马达6)连接。
36.如之前叙述的那样，控制器20能够与遥控钥匙31进行通信。遥控钥匙31是能够用电波向控制器20发出指令(切换fc车2的主开关的接通和断开的指令)的设备。控制器20监视遥控钥匙31在车内还是在车外，若检测到遥控钥匙31在车内(步骤s2：否)，则中止处理。这是因为，当遥控钥匙31在车内的情况下，用户在车内的可能性较高，在该情况下不久解除马达6的禁止的可能性较高。
37.当遥控钥匙31在车外的情况下，目前解除马达6的驱动禁止的可能性较低，在该情况下，如以下说明的那样，控制器20将fc电压保持于怠速电压，防止fc电池堆11的劣化。
38.若检测到遥控钥匙31在车外(步骤s2：是)，则控制器20检查蓄电池单元3(蓄电池3b)的剩余电力量(步骤s3)。若蓄电池单元3的剩余电力量不低于电力量下阈值，则控制器20以fc电压保持怠速电压的方式控制fc单元10，并打开fc继电器21(步骤s3：否、s6、s7)。并且，控制器20使指示器24点亮(步骤s8)。如之前叙述的那样，指示器24是配置于fc车2的车身或者车厢的警告灯。指示器24是向用户传达正以fc电压保持怠速电压的方式控制fc单元10的警告灯。在指示器24配置于车厢内的情况下，指示器24配置于能够从车外视觉辨认的部位。
39.另一方面，在步骤s3中，在蓄电池单元3的剩余电力量低于电力量下阈值的情况下，控制器20以fc电压超过蓄电池电压的方式控制fc单元10(步骤s3：是、s4)。若fc电压超过蓄电池电压，则电力从fc单元10(fc电池堆11)向蓄电池单元3流动，对蓄电池单元3进行充电。即使是高电压设备23、电压转换器40正消耗蓄电池单元3的电力的情况，也将电力从fc电池堆11向蓄电池单元3供给，从而蓄电池单元3的电力不会枯竭。
40.控制器20对蓄电池单元3进行充电直至蓄电池单元3的剩余电力量达到电力量上
阈值(步骤s5：否、s4)。若蓄电池单元3的剩余电力量达到电力量上阈值，则控制器20以fc电压与怠速电压相等的方式控制fc单元10(步骤s5：是、s6)。步骤s6以后的步骤如之前说明的那样。
41.控制器20将fc电压保持于怠速电压直至解除马达6的驱动禁止(步骤s13：否、s12)。在将fc电压保持于怠速电压的期间，fc单元10(fc电池堆11)不输出电流，但控制器20以fc电压与怠速电压一致的方式控制fc单元10。在该期间，fc单元10不发生启动/停止的切换，也避免低电流输出状态。
42.若解除马达6的驱动禁止，则控制器20熄灭指示器24，并以fc电压超过蓄电池电压的方式控制fc单元10(步骤s13：是、s14、s15)。最后控制器20关闭fc继电器21(步骤s16)。通过这些处理，fc车2变为随时能够开始行驶的状态。即，若驾驶员踩踏加速器，则控制器20驱动逆变器5，从fc单元10向逆变器5(马达6)供给电力。
43.此外，解除马达6的驱动禁止的条件的一例是用户操作变速杆并选择p位置以外的位置(倒挡、空挡、前进挡的任意一个)的情况。解除马达6的驱动禁止的条件的另一例子是解除侧制动。
44.在图4中示出控制器20的处理的变形例的流程图。在变形例中，在图3的流程图中增加步骤s22、s23、s24这一点与实施例的情况不同。以下，围绕步骤s22、s23、s24对变形例进行说明。
45.在图2的步骤s8中，在将指示器24点亮后，控制器20使计时开始(图4、步骤s22)。计时是控制器20的程序内的变量，且是测量时间的变量。接下来，控制器20以fc电压与怠速电压一致的方式控制fc单元10直至解除马达6的驱动禁止(步骤s12、s13：否)。
46.在将fc电压保持于怠速电压的期间，控制器20检查从计时开始起的经过时间(步骤s23)。若经过时间超过规定的等待时间，则控制器20将表示fc单元10超过等待时间并被维持于怠速状态的消息(警报消息)向用户具有的终端32发送(步骤s24)。同时控制器20将计时复位(步骤s24)。“怠速状态”是指将fc电压保持于怠速电压的状态。警报消息告知用户fc车2长时间被维持于怠速状态。
47.在步骤s24中将计时复位。其后还继续持续怠速状态(步骤s13：否)。每当计时的经过时间超过等待时间，控制器20就将警报消息向用户的终端32发送(步骤s23：是、s24)。
48.在将fc车2保持于怠速状态的期间，控制器20定期地将警报消息向用户的终端32发送。能够告知用户fc车2被长时间地保持于怠速状态。此外，终端32可以是智能手机、平板电脑、小型计算机等各种信息器件。
49.如以上说明的那样，实施例的fc车2能够减少fc电池堆11的启动/停止的频度，并且能够避免fc电池堆11变为低电流输出状态。
50.对与在实施例中说明的技术有关的注意事项进行叙述。fc单元10(fc电池堆11)停止是指空气压缩机15和喷射器14停止。如之前叙述的那样，在怠速状态下，控制器20控制空气压缩机15和喷射器14来调整fc电池堆11的内部的氢浓度和氧浓度，由此将fc电压保持于怠速电压。因此，在怠速状态下，fc单元10(fc电池堆11)进行动作而不停止。
51.也可以构成为：在怠速状态下，控制器20以升压比变为1的方式控制升压转换器12。能够抑制升压转换器12的消耗电力。另外，能够将电压转换器3c的升压比抑制得较低。即，也能够抑制电压转换器3c的消耗电力。
52.另一方面，也可以构成为：在怠速状态下，控制器20以fc电压低于蓄电池电压的方式控制电压转换器3c。
53.实施例的蓄电池单元3具备电压转换器3c，但也可以没有电压转换器3c。即，蓄电池单元也可以是蓄电池本身。实施例的fc单元10具备升压转换器12，但也可以没有升压转换器12。fc单元10的输出也可以是fc电池堆11的输出。
54.以上，对本发明的具体例详细地进行说明，但这些只不过是例示，并不限定权利要求书。权利要求书所记载的技术包括对以上例示的具体例进行各种变形、变更后的技术。在本说明书或者附图中说明的技术要素单独地或者通过各种组合来发挥技术有用性，并不限定于申请时权利要求记载的组合。另外，在本说明书或者附图中例示的技术能够同时实现多个目的，实现其中一个目的本身具有技术有用性。