專利名稱：燃料電池系統(tǒng)和燃料電池系統(tǒng)的啟動方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料電池系統(tǒng)和燃料電池系統(tǒng)的啟動方法，特別 是，在啟動時向負(fù)荷提供電力的燃料電池系統(tǒng)和燃料電池系統(tǒng)的啟動 方法。
背景技術(shù)：
由于對環(huán)境的影響小，例如，在車輛上搭載燃料電池。燃料電池， 能夠通過做成組合了多個單電池的燃料電池堆而提供所希望的電壓和 電流。燃料電池，例如，向燃料電池堆的陽極側(cè)提供氫等燃料氣體， 向陰極側(cè)提供空氣等含氧的氧化氣體，在合適的溫度下能夠通過經(jīng)由 電解質(zhì)膜的電化學(xué)反應(yīng)而提供所需要的電力。
因此，為了運轉(zhuǎn)燃料電池系統(tǒng)需要提供燃料氣體的泵、提供氧化 氣體的空氣壓縮機(ACP)、用于控制燃料電池堆的溫度的冷卻水循環(huán) 泵等燃料電池用的輔助設(shè)備、以及檢測構(gòu)成燃料電池堆的各單電池的
電壓和溫度等的電池監(jiān)視器等傳感器。為了運轉(zhuǎn)燃料電池系統(tǒng)還需要 向這些輔助設(shè)備等提供電力，并且還需要考慮其時機。
例如，日本特開2005-332702號公報公開了一種燃料電池診斷裝 置，從接通IG起進行燃料電池的電阻測定，然后建立READY，向電 動機提供電力。另外，日本國際公開第03/096001號公報公開了從接通 IG起進行氣體傳感器的加熱器的通電啟動，然后提供燃料氣體而發(fā)電。
日本特開2004-178998號公報公開了以下內(nèi)容，作為燃料電池車 輛的控制裝置，在接通與點火開關(guān)對應(yīng)的啟動開關(guān)時，閉合(ON)電 容開關(guān)，測定燃料電池的溫度和電池電壓，如果其測定結(jié)果低，則從燃料電池將電力提供給輔助設(shè)備而進行暖機，然后閉合(ON)主開關(guān)， 向電動機提供電力。
在啟動燃料電池系統(tǒng)時，需要向燃料電池用的輔助設(shè)備等負(fù)荷提 供電力，而該電力是從燃料電池之外的電源，g卩，從低電壓蓄電池等 蓄電裝置所提供的。因此，如果二次電池等蓄電裝置的容量小，或者 充電狀態(tài)不充分時等，則不能在啟動燃料電池系統(tǒng)時向負(fù)荷充分提供 電力，或者，該階段蓄電裝置的充電狀態(tài)大幅度降低。
同樣，例如，在通過叫做輸電網(wǎng)的輸電線提供待機期間的電力的 固定式燃料電池系統(tǒng)中也期待抑制待機電力。
因此，需要考慮在啟動燃料電池系統(tǒng)時抑制向負(fù)荷提供的電力。
日本特開2005-332702號和日本國際公開第03/096001號公報雖然記載 了在啟動前進行電阻測定和向氣體傳感器用的加熱器通電，但是沒有 提到在啟動時限制從蓄電裝置提供電力。日本特開2004-178998號公報 雖然提到了限制電力或者抑制消耗電力，但都是涉及燃料電池本身的 電力，而不是涉及限制從蓄電裝置提供電力等。
這樣，在現(xiàn)有技術(shù)中，并沒有考慮到在啟動燃料電池系統(tǒng)時限制 向負(fù)荷提供電力，例如考慮蓄電裝置的使用狀態(tài)。
本發(fā)明的目的在于提供一種燃料電池系統(tǒng)和燃料電池系統(tǒng)的啟動 方法，在啟動燃料電池系統(tǒng)時能夠抑制蓄電裝置的消耗電力。本發(fā)明 的另一個目的在于提供一種燃料電池系統(tǒng)和燃料電池系統(tǒng)的啟動方 法，在啟動燃料電池系統(tǒng)時能夠抑制向負(fù)荷提供電力。下面的裝置貢 獻于這些目的至少之一
發(fā)明內(nèi)容
第2控制狀態(tài)的開始，所述第2控制狀態(tài)是第1控制狀態(tài)的待機狀態(tài) 并在被指示轉(zhuǎn)移到所述第1控制狀態(tài)時轉(zhuǎn)移到所述第1控制狀態(tài)；以 及消耗電力降低裝置，在所述第2控制狀態(tài)中，通過輸入用于降低負(fù) 荷的電力消耗的降低指示來降低待機時負(fù)荷中的電力消耗。
另外，優(yōu)選當(dāng)燃料電池系統(tǒng)的狀態(tài)達(dá)到預(yù)定條件時輸入所述降低 指示。
另外，本發(fā)明涉及的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，包括第1操 作器，指示作為第1控制狀態(tài)的控制系統(tǒng)的啟動；第2操作器，指示 轉(zhuǎn)移到作為第2控制狀態(tài)的利用燃料電池的可行駛狀態(tài)；以及消耗電 力抑制裝置，從所述第1操作器接通起至所述第2操作器接通為止的
待機期間，從所述第l操作器接通后經(jīng)過了任意設(shè)定的待機期間開始，
到所述第2操作器接通為止，停止從蓄電裝置向所述燃料電池用的輔
助設(shè)備提供電力。
另外，優(yōu)選所述消耗電力抑制裝置停止從所述蓄電裝置向所述燃 料電池用的流體泵提供電力。
另外，優(yōu)選所述消耗電力抑制裝置還停止從所述蓄電裝置向監(jiān)視 所述燃料電池狀態(tài)的電池監(jiān)視器提供電力。
另外，本發(fā)明涉及的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，包括第1操 作器，作為燃料電池的啟動指示，發(fā)出通過輸電線向所述燃料電池用 的輔助設(shè)備提供電力的指示；第2操作器，指示所述燃料電池轉(zhuǎn)移到 發(fā)電狀態(tài)；以及消耗電力抑制裝置，從所述第1操作器接通起至所述 第2操作器接通為止的待機期間，從所述第1操作器接通后經(jīng)過了任 意設(shè)定的待機期間開始，到所述第2操作器接通為止，停止從所述輸 電線提供電力。另外，本發(fā)明涉及的燃料電池系統(tǒng)的啟動方法，其特征在于，包 括以下步驟通過第1操作器接通而使控制器啟動；判斷用于指示轉(zhuǎn) 移到利用燃料電池的可行駛狀態(tài)的第2操作器是否接通；當(dāng)判斷為所 述第2操作器還沒接通時，判斷在所述第1操作器接通后是否經(jīng)過了 任意設(shè)定的待機期間；以及當(dāng)判斷為經(jīng)過了所述待機期間時，此后一 直到所述第2操作器接通為止，停止從所述蓄電裝置向所述燃料電池 用的輔助設(shè)備提供電力。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)的至少之一，燃料電池系統(tǒng)，包括操作器，指示 第2控制狀態(tài)的開始，所述第2控制狀態(tài)是在被指示轉(zhuǎn)移到第1控制 狀態(tài)時轉(zhuǎn)移到第1控制狀態(tài)，在第2控制狀態(tài)中，通過輸入用于降低 負(fù)荷的電力消耗的降低指示來降低待機時負(fù)荷中的電力消耗。由此， 在啟動燃料電池系統(tǒng)時能夠抑制對于負(fù)荷的電力消耗。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)的至少之一，燃料電池系統(tǒng)包括第1操作器，指 示控制系統(tǒng)的啟動；以及第2操作器，指示轉(zhuǎn)移到利用燃料電池的可 行駛狀態(tài)；從第l操作器接通起至第2操作器接通為止的待機期間內(nèi)， 從所述第1操作器接通后經(jīng)過了任意設(shè)定的待機期間開始，到第2操
作器接通為止，停止從蓄電裝置向燃料電池用的輔助設(shè)備提供電力。
由此，在啟動燃料電池系統(tǒng)時能夠抑制到接通第2操作器時的浪費的 蓄電裝置的消耗電力。
另外，作為消耗電力抑制裝置，停止從蓄電裝置向燃料電池用的 流體泵提供電力。并且，優(yōu)選停止從蓄電裝置向監(jiān)視燃料電池狀態(tài)的 電池監(jiān)視器提供電力。因為第2操作器接通之前不會被指示轉(zhuǎn)移到利 用燃料電池的可行駛狀態(tài)，所以根據(jù)上述的結(jié)構(gòu)能夠抑制浪費的蓄電 裝置的消耗電力。
另外，根據(jù)上述結(jié)構(gòu)的至少之一，燃料電池系統(tǒng)包括第I操作
器，作為燃料電池的啟動指示，發(fā)出通過輸電線向所述燃料電池用的輔助設(shè)備提供電力的指示；以及第2操作器，指示燃料電池轉(zhuǎn)移到發(fā) 電狀態(tài)；在第1操作器接通起至第2操作器接通為止的待機期間內(nèi)， 從第1操作器接通后經(jīng)過了任意設(shè)定的待機期間開始，到第2操作器 接通為止，停止從輸電線向燃料電池用的輔助設(shè)備提供電力。因此， 在啟動燃料電池系統(tǒng)時能夠抑制接通第2操作器之前的向輔助設(shè)備的
浪費的電力消耗。
圖1是本發(fā)明的實施方式的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本發(fā)明的實施方式的燃料電池系統(tǒng)中關(guān)于14V蓄電池的詳 細(xì)框圖。
圖3是表示在本發(fā)明的實施方式中啟動燃料電池系統(tǒng)時用于抑制 消耗電力的流程圖。
圖4是表示在本發(fā)明的實施方式中燃料電池系統(tǒng)的各開關(guān)的接通/ 斷開時序的時序圖。
具體實施例方式
下面利用附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實施方式。下面，作為燃料電池 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，在燃料電池堆和二次電池組之間設(shè)置了雙向電壓轉(zhuǎn)換器， 但是除此之外，也可以采用下面的結(jié)構(gòu)，在燃料電池堆和二次電池組 之間設(shè)置具有電力分配功能的要素，從該電力分配器向負(fù)荷提供電力。
另外，下面，除此之外，作為燃料電池系統(tǒng)的構(gòu)成要素還包括14V DC/DC轉(zhuǎn)換器、14V蓄電池、系統(tǒng)主繼電器等，但是也可以省略這些 要素?；蛘撸部梢愿郊舆@些之外的要素。
另外，下面，作為向燃料電池用的輔助設(shè)備等負(fù)荷提供的電源采 用14V蓄電池，但是只要是燃料電池之外的電源，則可以采用其他的 電源。例如，可以采用14V之外的低電壓蓄電池，或者，根據(jù)情況也 可以采用高電壓二次電池。此外，也可以采用電容器等電力蓄積裝置 而不是蓄電池。二次電池或者蓄電裝置是泛充放電的電力蓄積裝置，作為向燃料電池用的輔助設(shè)備等提供的電源， 只要是所述廣義的蓄電裝置即可。
另外，對于燃料電池，作為車輛搭載用的燃料電池進行說明，但 也可以是固定式的燃料電池。在這種情況下，作為向負(fù)荷提供電力的 裝置，除了燃料電池之外，也可以通過叫做輸電網(wǎng)的輸電線從外部提 供電力。
圖1是燃料電池系統(tǒng)10的結(jié)構(gòu)圖。燃料電池系統(tǒng)10包括高電壓
二次電池12、系統(tǒng)主繼電器14、 14V DC/DC轉(zhuǎn)換器16、高電壓二次 電池側(cè)平滑電容器18、電壓轉(zhuǎn)換器20、燃料電池側(cè)平滑電容器22、以 及燃料電池堆24。其中，14V DC/DC轉(zhuǎn)換器16的輸出連接到14V蓄 電池26。關(guān)于14V蓄電池26的框30的內(nèi)容，后面利用圖2詳細(xì)說明。 另外，在此雖然不是燃料電池系統(tǒng)IO的構(gòu)成要素，但是在燃料電池側(cè) 的正極母線和負(fù)極母線之間連接有M/G逆變器8，車輛用電動機/發(fā)電 機(M/G)6連接到M/G逆變器8。
高電壓二次電池12是組合多組鋰離子單電池或者組合多組鎳氫單 電池，200V 400V左右，例如約288V的高電壓蓄電池。
系統(tǒng)主繼電器14是用于在高電壓二次電池12側(cè)進行高電壓電力 線的接通/斷開(ON/OFF)的繼電器?？紤]到隔斷高電壓電力時的繼電 器溶著，在正極母線側(cè)和負(fù)極母線側(cè)分別設(shè)置一個繼電器。另外，在 任一側(cè)的母線上設(shè)置了連接限流電阻的另一個繼電器。這種帶有限流 電阻的繼電器具有使其接通而逐漸充電的功能等。
14V DC/DC轉(zhuǎn)換器16是具有以下功能的電壓轉(zhuǎn)換器，將高電壓電 力調(diào)整為14V的低電壓而提供給作為低電壓電源的14V蓄電池26。采 用雙向動作時，在緊急情況下等，可以將從14V蓄電池26的電力返回 到高電壓側(cè)。高電壓二次電池側(cè)平滑電容器18是大容量電容器，具有吸收高電 壓二次電池12側(cè)的正極母線和負(fù)極母線之間的電壓等變動，作為直流 電力而抑制脈動的功能。電壓轉(zhuǎn)換器20是高電壓用雙向電壓轉(zhuǎn)換器，具有在高電壓二次電 池側(cè)的高電壓電力和燃料電池堆24側(cè)的高電壓電力之間進行電壓轉(zhuǎn)換 以進行交換電力的功能。燃料電池側(cè)平滑電容器22是大容量電容器，具有吸收燃料電池側(cè) 的正極母線和負(fù)極母線之間的電壓等的變動，作為直流電力而抑制脈 動的功能。燃料電池堆24是一種組電池，組合多個叫做燃料電池單元的單電 池，能夠提供200V 400V左右的高電壓，例如約288V的發(fā)電電力。 其中，各燃料電池單元具有以下功能，向陽極側(cè)提供作為燃料氣體的 氫，向陰極側(cè)提供作為氧化氣體的空氣，通過經(jīng)由作為固體高分子膜 的電解質(zhì)膜的電池化學(xué)反應(yīng)而取出所需要的電力。為了使所述燃料電 池堆24動作，需要后述的燃料電池用的輔助設(shè)備等負(fù)荷的動作等。另外，從未圖示的氫貯藏裝置向燃料電池堆24提供氫。作為氫貯 藏裝置，可以采用氫罐或氫貯藏合金等。這樣，由高電壓二次電池12和燃料電池堆24構(gòu)成的電源的直流 電力可以通過M/G逆變器8轉(zhuǎn)換成三相電力，驅(qū)動車輛用電動機/發(fā)電 機(M/G)6。另外，在制動車輛時，通過M/G逆變器8將車輛用電動機/ 發(fā)電機(M/G)6的再生電力轉(zhuǎn)換成直流電力，可以使其充電于高電壓二 次電池12中。圖2是本發(fā)明實施方式的燃料電池系統(tǒng)10中，關(guān)于14V蓄電池26的詳細(xì)框圖30。其中，14V蓄電池26是由鉛蓄電池等構(gòu)成的低電 壓二次電池，即蓄電裝置。另外，下面利用圖1中的附圖符號說明。如圖2所示，由14V蓄電池26提供電力的大致分為三個組。艮P， 配件等40、控制器等42以及FC用的輔助設(shè)備等44。其中，F(xiàn)C是Fuel Cdl的略稱，是指燃料電池。其中，F(xiàn)C用的輔助設(shè)備等44配置在燃料 電池側(cè)平滑電容器22和燃料電池堆24之間，并連接在正極母線和負(fù) 極母線之間，因此接受從14V蓄電池26提供的電力和從燃料電池堆 24側(cè)提供的高電壓的電力。另外，對應(yīng)于上述三個組的大致劃分，在 14V蓄電池26和這各組之間設(shè)置了 IG開關(guān)32、配件開關(guān)34、啟動開 關(guān)36以及FC逆變器等開關(guān)38。配件等40是搭載在車輛上的點火器、音響、導(dǎo)航裝置等多個要素 的組。在14V蓄電池26和配件等40之間設(shè)置有配件開關(guān)34。關(guān)于配 件開關(guān)34，在車室內(nèi)設(shè)置其操作部，當(dāng)由駕駛員等操作其操作部而接 通配件開關(guān)34時，向配件等40提供電力，從而可以使用點火器等。控制器等42是可以分為傳感器/空調(diào)機等46和控制器48的組。 傳感器用于檢測燃料電池系統(tǒng)10中各要素的狀態(tài)，例如，包括用于構(gòu) 成燃料電池堆24的各單電池的電壓檢測傳感器、溫度檢測傳感器、用 于向燃料電池堆24提供燃料氣體的流量計、用于氧化氣體的流量計以 及用于冷卻水的水溫計等。空調(diào)機等包括用于車室內(nèi)的空調(diào)的風(fēng)扇、 加熱器以及冷媒循環(huán)泵等。控制器48具有整體控制燃料電池系統(tǒng)10的各要素的動作的功能， 特別是，進行燃料電池系統(tǒng)10的啟動控制的功能。該控制器48可以 由車載用計算機構(gòu)成。車載用計算機可以由微處理器的芯片等構(gòu)成。 控制器48可以由獨立的計算機構(gòu)成，但是也可以使其功能作為其他車 載用計算機的功能。例如，如果車輛具有混合CPU，則可以使混合CPU 具有控制器48的功能?？刂破?8，作為控制功能，包括控制燃料電池系統(tǒng)10的整體動作的電源系統(tǒng)控制模塊49，特別是向FC用的輔助設(shè)備等44給予啟動指 令的FC啟動指令模塊50，以及通過控制后述的FC逆變器等開關(guān)38 的動作而抑制啟動時的消耗電力的消耗電力抑制模塊51?？梢杂绍浖?來實現(xiàn)這些功能，具體的說，通過執(zhí)行對應(yīng)的燃料電池系統(tǒng)控制程序 來實現(xiàn)。在14V蓄電池26和控制器等42之間設(shè)置IG開關(guān)32。IG是IGnition 的略稱，本來是指內(nèi)燃機關(guān)的點火，雖然在燃料電池系統(tǒng)10中使用所 述用語未必合適，但是對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，長期以來，點火開 關(guān)就是指車輛的啟動開關(guān)。因此，在此也直接采用IG開關(guān)這個用語來 表示作為車輛的啟動開關(guān)的操作器的含義。關(guān)于IG開關(guān)32，在車室內(nèi)設(shè)置其操作部，當(dāng)由駕駛員等操作其 操作部并接通IG開關(guān)32時，向控制器等42提供電力，啟動控制器48， 從而啟動燃料電池系統(tǒng)控制程序。即，IG開關(guān)32是用于指示啟動車輛 控制系統(tǒng)的開關(guān)，是在啟動車輛時由駕駛員等首先操作的開關(guān)，因此 可以將其叫做第i開關(guān)或者第1操作器，以區(qū)別于其他開關(guān)。另外，以上說明了除IG開關(guān)32之外另設(shè)置了配件開關(guān)34的情況， 但是作為使配件開關(guān)34與IG開關(guān)32同時動作的情況，實質(zhì)上也可以 采用一個開關(guān)來啟動控制器等42和配件等40。除了 IG開關(guān)32之外，在14V蓄電池26和控制器48之間還設(shè)置 有啟動開關(guān)36。如圖2所示，啟動開關(guān)36的接通/斷開(ON/OFF)信號52傳遞給控制器48，當(dāng)控制器48檢測出接通了啟動開關(guān) 36時，通過FC啟動指令模塊50的功能，向FC用的輔助設(shè)備等44輸 出FC啟動指令信號54。關(guān)于啟動開關(guān)36，在車室內(nèi)設(shè)置其操作部，當(dāng)由駕駛員等操作其操作部而接通啟動開關(guān)36時，如上所述，向FC用的輔助設(shè)備等44輸 出FC啟動指令信號54。當(dāng)向FC用的輔助設(shè)備等44輸出FC啟動指令 信號54時，以滿足其他需要的條件為前提，啟動FC用的輔助設(shè)備等 44，因此啟動開關(guān)36具有以下功能，即作為指示轉(zhuǎn)移到利用燃料電池 的車輛可行駛狀態(tài)的開關(guān)的操作器。這樣，啟動開關(guān)36是在接通IG 開關(guān)32后由駕駛員等操作的開關(guān)，因此可以將其叫做第2開關(guān)或者第 2操作器，以區(qū)別于其他開關(guān)。FC用的輔助設(shè)備等44是用于使燃料電池堆24動作的電氣設(shè)備。 作為FC用的輔助設(shè)備，除了壓縮氧化氣體并向燃料電池堆24提供的 空氣壓縮機(ACP) 70、用于向燃料電池堆24輸送作為燃料氣體的氫 的氫泵72、冷卻燃料電池堆24等的冷卻水泵74等旋轉(zhuǎn)機械之外，還 包括用于驅(qū)動這些機械的各逆變器電路60、 62、 64。另外，作為用于 使燃料電池堆24動作的電氣設(shè)備，F(xiàn)C用的輔助設(shè)備等44還包括用于 監(jiān)視構(gòu)成燃料電池堆24的各單電池的電壓和溫度等的電池監(jiān)視器66。在14V蓄電池26和FC用的輔助設(shè)備等44之間設(shè)置FC逆變器等 開關(guān)38。如圖2所示，F(xiàn)C逆變器等開關(guān)38是具有向逆變器電路60、 62、 64和電池監(jiān)視器66提供14V蓄電池26的電力或者停止提供的功 能的開關(guān)。FC逆變器等開關(guān)38，與利用圖2說明的其他IG開關(guān)32、 配件開關(guān)34以及啟動開關(guān)36不同，不是由駕駛員等操作而是由控制 器48的消耗電力抑制模塊51的功能來控制?，F(xiàn)在，說明消耗電力抑制模塊51的功能。消耗電力抑制模塊51 基于IG開關(guān)32的接通/斷開信號，以及啟動開關(guān)36的接通/斷開信號， 輸出FC逆變器等開關(guān)38的接通/斷開控制信號56。具體的說，具有 以下功能，從接通作為第1開關(guān)的IG開關(guān)32到接通作為第2開關(guān)的 啟動開關(guān)36的待機期間，對于從接通第1開關(guān)并經(jīng)過任意設(shè)定的待機 期間到接通第2開關(guān)的期間，停止從14V蓄電池26向FC用的輔助設(shè)備等44提供電力。如上所述，作為第1操作器的IG開關(guān)32是用于指示啟動車輛的 開關(guān)，作為第2操作器的啟動開關(guān)36是用于指示轉(zhuǎn)移到利用燃料電池 的車輛可行駛狀態(tài)的開關(guān)?，F(xiàn)在，如果將車輛可行駛狀態(tài)視為第1控 制狀態(tài)，而將第1控制狀態(tài)的待機狀態(tài)，即在被指示轉(zhuǎn)移到第1控制 狀態(tài)時轉(zhuǎn)移到第1控制狀態(tài)的待機狀態(tài)視為第2控制狀態(tài)，那么作為 第1操作器的IG開關(guān)32是用于指示第2控制狀態(tài)的開始的操作器， 作為第2操作器的啟動開關(guān)36是用于指示轉(zhuǎn)移到第1控制狀態(tài)的操作 器。并且，消耗電力抑制模塊51輸出的接通/斷開控制信號56是在作 為所述第2控制狀態(tài)的待機狀態(tài)中，在預(yù)定的條件下，輸出降低對于 FC用的輔助設(shè)備等44等負(fù)荷的電力消耗的降低指示的裝置。即，在 此，從接通作為第1操作器的IG開關(guān)32而變成待機狀態(tài)到接通作為 第2操作器的啟動開關(guān)36而被指示轉(zhuǎn)移到可行駛狀態(tài)之前的待機期 間，以在接通第1開關(guān)后經(jīng)過任意設(shè)定的待機期間作為預(yù)定的條件， 當(dāng)滿足所述條件時，斷開接通/斷開控制信號56。所述接通/斷開控制信 號56的斷開則是降低對于負(fù)荷的電力消耗的降低指示。如上所述，F(xiàn)C用的輔助設(shè)備等44是用于使燃料電池堆24動作的 電器設(shè)備。因此，在由駕駛員等的操作接通啟動開關(guān)36，并被指示轉(zhuǎn) 移到利用燃料電池的可行駛狀態(tài)之前不需要啟動。如果在接通IG開關(guān) 32的同時使FC用的輔助設(shè)備等44啟動，此后立即接通啟動開關(guān)36， 則可以早期轉(zhuǎn)移到車輛可行駛狀態(tài)，因此方便，但是如果接通IG開關(guān) 32后暫時沒有接通啟動開關(guān)36,則在此期間FC用的輔助設(shè)備等44的 運轉(zhuǎn)是浪費的。于是，在接通IG開關(guān)32的同時使FC用的輔助設(shè)備等 44啟動而等待接通啟動開關(guān)36的情況下，如果在接通IG開關(guān)32后經(jīng) 過很長時間時，暫時停止向FC用的輔助設(shè)備等44提供電力，等待接 通啟動開關(guān)36后，再開始向FC用的輔助設(shè)備等44提供電力。這樣，在啟動燃料電池系統(tǒng)10時，可以抑制接通作為第2開關(guān)的啟動開關(guān)36 之前由FC用的輔助設(shè)備等44浪費的14V蓄電池26的電力。利用圖3和圖4說明上述結(jié)構(gòu)的燃料電池系統(tǒng)10的動作，特別是， 控制器48的各功能。另外，下面利用圖l和圖2中的附圖符號說明。 圖3是表示在啟動燃料電池系統(tǒng)10時用于抑制消耗電力的流程圖。所 述各流程相當(dāng)于對應(yīng)的燃料電池系統(tǒng)控制程序中所包含的消耗電力抑 制程序的各處理流程。圖4是表示燃料電池系統(tǒng)10的各開關(guān)的接通/ 斷開時序的時序圖。圖4中橫軸表示具有共同原點的時間，縱軸表示 各開關(guān)的接通/斷開。在啟動燃料電池系統(tǒng)IO時用于抑制消耗電力的流程中，首先判斷 是否接通了IG開關(guān)32 (S10)。反復(fù)執(zhí)行S10的步驟直到判斷為接通 IG開關(guān)32為止，當(dāng)判斷為接通了 IG開關(guān)32時，接通FC逆變器等開 關(guān)38 (S12)。實際上通過向控制器48提供14V蓄電池26的電力而 啟動控制器48，與此同時，或者隔開適當(dāng)?shù)奶幚頃r間，使接通/斷開控 制信號56作為接通信號向FC逆變器等開關(guān)38輸出，從而執(zhí)行這些功 能。由此啟動FC用的輔助設(shè)備等44。其次，判斷是否接通了啟動開關(guān)36 (S14)。通常，啟動開關(guān)36 與IG開關(guān)32不是同時接通，因此，接著對接通IG開關(guān)32后的經(jīng)過 時間t與預(yù)定的待機時間to進行比較(S16)。可以任意設(shè)定待機時間 to，例如，可以設(shè)定為5sec等。在經(jīng)過時間t小于待機時間to時返回到 S14。在經(jīng)過時間t達(dá)到待機時間to之前，如果判斷為接通了啟動開關(guān) 36 (S14)，以此狀態(tài)結(jié)束圖3的流程。即，F(xiàn)C逆變器等開關(guān)38維持接通狀態(tài)。如果判斷為在接通啟動開關(guān)36之前，經(jīng)過時間t達(dá)到了待機時間15t0，則斷開FC逆變器等開關(guān)38 (S18)。圖4表示這樣的狀態(tài)。通過 控制器48的消耗電力抑制模塊51的功能，使接通/斷開控制信號56作 為斷開信號，向FC逆變器等開關(guān)38輸出，從而實現(xiàn)所述功能。由此， 停止從14V蓄電池26向FC用的輔助設(shè)備等44提供電力。然后，判斷是否接通啟動開關(guān)36 (S20)。反復(fù)執(zhí)行S20的步驟 直到判斷為接通啟動開關(guān)36為止，當(dāng)判斷為接通了啟動開關(guān)36時， 再次接通FC逆變器等開關(guān)38 (S22)。由此啟動FC用的輔助設(shè)備等 44。其中，與接通啟動開關(guān)36同時，或者隔開適當(dāng)?shù)奶幚頃r間，從14V 蓄電池向FC用的輔助設(shè)備等44提供電源。這樣，在啟動燃料電池系統(tǒng)時，可以抑制在接通第2開關(guān)之前FC 用的輔助設(shè)備等中二次電池的電力消耗。換句話說，包括操作器，指示第2控制狀態(tài)的開始，所述第2控 制狀態(tài)是第1控制狀態(tài)的待機狀態(tài)并在被指示轉(zhuǎn)移到所述第1控制狀 態(tài)時轉(zhuǎn)移到所述第1控制狀態(tài)，在所述第2控制狀態(tài)中，可以通過輸 入用于降低負(fù)荷的電力消耗的降低指示來降低待機所消耗的負(fù)荷中的 電力消耗。上面，作為從第2控制狀態(tài)轉(zhuǎn)移到第1控制狀態(tài)，說明了從燃料 電池或蓄電裝置等電源和車輛行駛用電動機被電斷開的待機狀態(tài)轉(zhuǎn)移 到電連接的可行駛狀態(tài)的情況。例如，利用如上所述的繼電器等開關(guān) 元件來進行這種情況的電連接和斷開。此外，基于其它的觀點，在燃料電池車輛中，也可以從以下第2 控制狀態(tài)轉(zhuǎn)移到以下第1控制狀態(tài)，所述第2控制狀態(tài)是即使從用于 指示行駛加速度的加速器踏板等加速操作器輸入了操作也不驅(qū)動行駛 用電動機從而不產(chǎn)生加速度的待機狀態(tài)，所述第1控制狀態(tài)是根據(jù)加 速操作器的操作驅(qū)動行駛用電動機的行駛模式等狀態(tài)。在這種情況時，可以構(gòu)成為通過用于指定行駛模式的所謂變速桿等來輸入從第2控制 狀態(tài)轉(zhuǎn)移到第l控制狀態(tài)。另外，也可以從不向燃料電池提供燃料氣體或氧化氣體而不處于 發(fā)電狀態(tài)的第2控制狀態(tài)轉(zhuǎn)移到向燃料電池提供燃料氣體和氧化氣體 而處于發(fā)電狀態(tài)的第1控制狀態(tài)。基于這樣的結(jié)構(gòu)，在固定式燃料電 池中也能夠在預(yù)定的條件下節(jié)約電力。這樣，所謂第l控制狀態(tài)和第2控制狀態(tài)，包括系統(tǒng)的控制狀態(tài)、 行駛機構(gòu)的控制狀態(tài)、以及發(fā)電控制狀態(tài)等廣義的含義。另外，從第2控制狀態(tài)轉(zhuǎn)移到第1控制狀態(tài)，除了從一個狀態(tài)轉(zhuǎn)移到另一個狀態(tài)之 外，還包括如狀態(tài)推移的情況和狀態(tài)遷移的情況等狀態(tài)連續(xù)變化的情 況。另外，以上作為指示降低負(fù)荷中的電力的條件，從接通第1操作器到接通第2操作器并被指示轉(zhuǎn)移到可行駛狀態(tài)之前的待機期間，以 在接通第1開關(guān)后經(jīng)過任意設(shè)定的待機期間為預(yù)定的條件。這樣，優(yōu) 選當(dāng)燃料電池系統(tǒng)的狀態(tài)達(dá)到預(yù)定條件時輸入降低負(fù)荷中的電力的指 示。作為預(yù)定的條件，除了如此轉(zhuǎn)移到第2控制狀態(tài)后的累積時間達(dá) 到預(yù)定時間之外，還可以在第2控制狀態(tài)中，檢測向負(fù)荷提供電力的 蓄電裝置的蓄電量，當(dāng)其蓄電量減少到預(yù)定量時，指示降低電力。基 于其它的觀點，也可以檢測使用者的狀態(tài)，根據(jù)檢測結(jié)果輸入降低指 示。例如，檢測在駕駛席上是否有人，如果沒有人，則可以視為暫時 沒有由駕駛員等轉(zhuǎn)移到第1控制狀態(tài)的情況而指示降低電力。如上所述，第1控制狀態(tài)的待機狀態(tài)是根據(jù)指示可以轉(zhuǎn)移到第1 控制狀態(tài)的控制模式。優(yōu)選將能夠轉(zhuǎn)移到第1控制狀態(tài)限定為僅處于 第2控制狀態(tài)時。g卩，也可以構(gòu)成為只能通過第2控制狀態(tài)才轉(zhuǎn)移到 第l控制狀態(tài)。產(chǎn)業(yè)上利用的可能性本發(fā)明涉及的燃料電池系統(tǒng)和燃料電池系統(tǒng)的啟動方法，可以用 于搭載在車輛等上的燃料電池系統(tǒng)和固定式燃料電池系統(tǒng)等。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，包括操作器，指示第2控制狀態(tài)的開始，所述第2控制狀態(tài)是第1控制狀態(tài)的待機狀態(tài)并在被指示轉(zhuǎn)移到所述第1控制狀態(tài)時轉(zhuǎn)移到所述第1控制狀態(tài)；以及消耗電力降低裝置，在所述第2控制狀態(tài)中，通過輸入用于降低負(fù)荷的電力消耗的降低指示來降低待機時負(fù)荷中的電力消耗。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 當(dāng)燃料電池系統(tǒng)的狀態(tài)達(dá)到預(yù)定條件時輸入所述降低指示。
3. —種燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，包括第1操作器，指示作為第1控制狀態(tài)的控制系統(tǒng)的啟動； 第2操作器，指示轉(zhuǎn)移到作為第2控制狀態(tài)的利用燃料電池的可 行駛狀態(tài)；以及消耗電力抑制裝置，在所述第1操作器接通起至所述第2操作器 接通為止的待機期間內(nèi)，從所述第1操作器接通后經(jīng)過了任意設(shè)定的 待機期間開始，到所述第2操作器接通為止，停止從蓄電裝置向所述 燃料電池用的輔助設(shè)備提供電力。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于， 所述消耗電力抑制裝置停止從所述蓄電裝置向所述燃料電池用的流體泵提供電力。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，所述消耗電力抑制裝置還停止從所述蓄電裝置向監(jiān)視所述燃料電 池的狀態(tài)的電池監(jiān)視器提供電力。
6. —種燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，包括第1操作器，作為燃料電池的啟動指示，發(fā)出通過輸電線向所述燃料電池用的輔助設(shè)備提供電力的指示；第2操作器，指示所述燃料電池轉(zhuǎn)移到發(fā)電狀態(tài)；以及 消耗電力抑制裝置，在所述第1操作器接通起至所述第2操作器接通為止的待機期間內(nèi)，從所述第1操作器接通后經(jīng)過了任意設(shè)定的待機期間開始，到所述第2操作器接通為止，停止從所述輸電線提供電力。
7. —種燃料電池系統(tǒng)的啟動方法，其特征在于，包括以下步驟 通過第1操作器接通而使控制器啟動；判斷用于指示轉(zhuǎn)移到利用燃料電池的可行駛狀態(tài)的第2操作器是 否接通；當(dāng)判斷為所述第2操作器還沒接通時，判斷在所述第1操作器接 通后是否經(jīng)過了任意設(shè)定的待機期間；以及當(dāng)判斷為經(jīng)過了所述待機期間時，此后一直到所述第2操作器接 通為止，停止從所述蓄電裝置向所述燃料電池用的輔助設(shè)備提供電力。
全文摘要
在燃料電池系統(tǒng)中，在14V蓄電池(26)和控制器(48)之間設(shè)置IG開關(guān)(32)，另外，還設(shè)置啟動開關(guān)(36)，當(dāng)檢測出其接通時，控制器(48)向FC用的輔助設(shè)備等(44)發(fā)出FC啟動指令。另外，在14V蓄電池(26)和FC用的輔助設(shè)備等(44)之間設(shè)置FC逆變器等開關(guān)(38)，通過控制器(48)的功能，從接通IG開關(guān)(32)到接通啟動開關(guān)(36)的待機期間，對于從接通IG開關(guān)(32)并經(jīng)過任意設(shè)定的待機期間到接通啟動開關(guān)(36)的期間，停止從14V蓄電池(26)向FC用的輔助設(shè)備等提供電力。
文檔編號H01M8/04GK101627497SQ20078004461
公開日2010年1月13日 申請日期2007年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月15日
發(fā)明者弓矢浩之, 石垣克記 申請人:豐田自動車株式會社