[发明专利]燃料电池系统和配备有该燃料电池系统的电动车辆

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池系统以及一种在电动车辆起动时对配备有该燃料电池系统的电动车辆执行的控制。

背景技术

现在考虑燃料电池的实际应用，该燃料电池向燃料电极供应氢作为燃料气体，并且向氧化剂电极供应作为氧化剂气体的空气，并且通过在氧化剂电极上产生水的同时在氢和空气中的氧之间的电化学反应产生电力。

在这种燃料电池中，如果在操作开始时，被供应到燃料电极的氢的压力和被供应到氧化剂电极的空气的压力大约等于在常规操作期间发生的各个压力，则有时发生氢气和空气分别地在燃料电极和氧化剂电极中非均匀地分布，并且电极通过由这些气体的非均匀分布引起的电化学反应而劣化。日本专利申请公布No.2007-26891(JP-A-2007-26891)公开了一种通过使得在燃料电池开始操作时分别地被供应到燃料电极和氧化剂电极的氢和空气的压力高于这些气体的常规供应压力而防止燃料电池的电极劣化的方法。

然而，如果当燃料电池开始操作时在高压下将氢气和空气供应到燃料电池，则有时发生燃料电池的电压的升高率变大以使得燃料电池的电压过冲超过它的上限电压。与这个问题相结合，日本专利申请公布No.2007-26891(JP-A-2007-26891)公开了一种方法，其中当在启动燃料电池时以在高于在普通发电期间指定的压力的压力下供应氢气和空气时，如果燃料电池的电压达到低于上限电压的预定电压，则输出电力从燃料电池提取，并且被送至车辆驱动马达、电阻器等。

在电动车辆中安装的燃料电池系统中，设置了FC继电器以用于接通和关断在燃料电池和电动机之间的连接。使用FC继电器，当燃料电池停止操作时，燃料电池被从负载系统切断，并且当燃料电池开始操作时，燃料电池被连接到负载系统。然而，存在如果当FC继电器被导通以连接燃料电池和负载系统时大电流流过FC继电器则FC继电器被焊接或者损坏的可能性。

因此，在启动燃料电池时，燃料电池的电压被暂时地升高到开路电压以产生其中在FC继电器被连接之前电流不从燃料电池流出的状态。

然而，如果燃料电池的电压被升高到开路电压，则产生高电压损害燃料电池的耐久性的可能性。因此，理想的是，使得燃料电池的电压低于开路电压。

在另一方面，如果电压被以此方式降低，则产生燃料电池执行电力产生的可能性。这种电力产生不是在控制下的电力产生，而是非意图的、由于使得电压降低而导致的电力生成。因此，如此产生的电力并不必要全部被附件、电动机等消耗，而是除了特殊情形(例如，当电动车辆启动时等)之外，通过电力产生所生成的能量很可能基本上全部地充电到二次电池中。因此，根据二次电池的荷电状态，存在二次电池过度充电并且因此其发生劣化的可能性。

发明内容

相应地，本发明提供一种能够在启动燃料电池时在不使得二次电池劣化的情况下启动燃料电池的燃料电池系统，并且还提供一种配备有该燃料电池系统的电动车辆。

根据本发明的第一方面的燃料电池系统是这样一种燃料电池系统，包括：二次电池，其是可充电和可放电的；变压器，其被设定在二次电池和负载系统之间；燃料电池，其通过在燃料气体和氧化剂气体之间的电化学反应产生电力并且向二次电池以及向与变压器共享公共电路径的负载系统供应电力；FC继电器，其接通和关断在燃料电池和公共电路径之间的电连接；以及控制部，其控制FC继电器的导通/断开和燃料电池的电压。该控制部包括用于启动燃料电池的启动装置。当如果二次电池接收电力则二次电池将要变成被过度充电时，该启动装置通过将从变压器供应的电压设定为燃料电池的开路电压，并且将燃料电池的电压从启动电压升高到开路电压，来启动燃料电池。当如果二次电池接收电力则二次电池将不会变成被过度充电时，该启动装置通过在导通FC继电器的命令输出之后流逝预定时间时或者在此之后将从变压器供应的电压设定为低于燃料电池的开路电压的高电势避免电压，并且将燃料电池的电压从启动电压升高到高电势避免电压，来启动燃料电池。