[發明專利]用于燃料電池車輛中燃料電池電力系統的工作負荷控制

無效

• 申請號: 01802387.8
• 申請日: 2001-10-09
• 公開（公告）號: CN1388781A
• 公開（公告）日: 2003-01-01
• 發明（設計）人: 巖崎靖和
• 申請（專利權）人: 日產自動車株式會社
• 主分類號: B60L11/18
• 分類號: B60L11/18
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 王以平

技術領域

本發明涉及燃料電池車輛中燃料電池電力系統的工作負荷控制。

背景技術

在燃料電池車輛的燃料電池電力系統中，電負荷隨時間迅速變化，變化幅度高達0-100％，這是與固定式燃料電池電源裝置的最主要區別。盡管要求燃料電池電力系統的工作負荷與電負荷保持一致以便燃料電池電力系統提供既不多也不少的電力，但難以使燃料電池電力系統的工作負荷與電負荷保持一致。在日本專利局1996年公布的JP-A-H4-51466中，在燃料電池的輸出側連接電池，以補償燃料電池電力系統的延遲。當電負荷超過燃料電池的輸出時，由電池補償不足，而當電負荷小于燃料電池的輸出時，多余的電就儲存在電池中。

然而，在此種系統中，由于需要高容量的電池，成本將增加，并且在最大額定負荷下的工作時間將受電池容量的限制。而且，由于電池的尺寸較大，因此不適合安裝在車輛上。

日本專利局1997年公布的JP-A-H9-7618壓縮電池的容量，并且基于電負荷的平均值確定燃料電池電力系統的工作負荷，從而解決了上述JP-A-H4-51466中電池容量較大的問題。

然而，在此種控制下，對于正常車輛運行模式，燃料電池電力系統通常是更多地在低效率范圍內工作，并且如后所述，燃料消耗減少。進而，為了滿足0-100％的較寬電負荷范圍、快速響應和高精確度，需要高分辨率的傳感器和流量控制閥，成本較高并且還需要進一步的控制。

發明內容

因此，本發明的一個目的是在燃料電池車輛中高效率地運行燃料電池電力系統并提高燃料電池車輛的燃料成本-性能，其中燃料電池車輛中電負荷在0-100％之間大幅變化。另一目的是降低燃料電池電力系統中傳感器和流量控制閥所要求的靈敏度和精確度并降低成本。

為了實現上述目的，本發明提供一種燃料電池車輛，其中包括：用氫氣和氧氣發電的燃料電池電力系統；用于車輛驅動的電動機，它通過接收從燃料電池電力系統供應的電力而運轉；以及用于計算車輛運行所需的電負荷需要量的控制器，當電負荷需要量小于預定負荷時，在與電負荷需要量無關的恒定負荷下運行燃料電池電力系統；當電負荷需要量大于預定負荷時，在與電負荷需要量相應的負荷下運行燃料電池電力系統。

本發明的細節以及其它特征和優點在下文中提出并在附圖中示出。

附圖說明

圖1為根據本發明的燃料電池車輛的示意圖。

圖2為示出在控制器控制燃料電池電力系統時的處理的流程圖。

圖3為基于電負荷需要量的時間平均值確定燃料電池電力系統的工作負荷的圖形。

圖4為用于根據電池的充電狀態補償燃料電池電力系統的工作負荷的圖形。

圖5為用于根據電池的充電狀態補償操作模式轉換閾值的圖形。

圖6為基于電負荷需要量的時間平均值確定燃料電池電力系統的工作負荷的圖形，其中，此圖形示出如何根據電池的充電狀態進行補償。

圖7為示出基于電負荷需要量的時間平均值確定燃料電池電力系統的工作負荷的處理的流程圖。

圖8為示出在燃料電池車輛以正常運行模式運行時電負荷需要量的瞬時值變化的時間圖。

圖9為示出在燃料電池車輛以正常運行模式運行時電負荷需要量的時間平均值變化的時間圖。

圖10為示出燃料電池電力系統的工作負荷和系統效率之間關系的特性曲線圖。

圖11為示出系統最小負荷和燃料消耗之間關系的特性曲線圖。

圖12為示出在不應用本發明時燃料電池電力系統的效率變化的時間圖。

圖13為示出在應用本發明時燃料電池電力系統的效率變化的時間圖。

圖14為示出在應用本發明時電池的充電狀態變化的時間圖。

具體實施方式

參照附圖中的圖1，圖1示出涉及本發明的燃料電池車輛的構造。在圖中被點劃線包圍的燃料電池電力系統100包括：重整爐1、水箱2、燃料箱3、燃料電池4和壓縮機5。

分別從水箱2和燃料箱3向重整爐1供應水和甲醇，重整爐1從蒸汽重整中產生包含氫氣的重整氣體。蒸汽重整是吸熱反應。重整氣體提供給燃料電池4的陽極。除了甲醇以外的烴類燃料如汽油也可用作燃料。

如果注入重整爐1的重整催化劑未達到活化溫度，例如在系統剛起動時，作為氧化劑的空氣就從壓縮機5提供給重整爐1，并且也可進行因甲醇部分氧化而引起的重整。由于部分氧化反應是放熱反應，因此重整催化劑可被反應熱加熱。

來自壓縮機5的空氣提供到燃料電池4的陰極。燃料電池4使用重整氣體中的氫氣和空氣中的氧氣發電。未用于發電的多余氫氣和多余氧氣在燃燒室6中燃燒。如果需要就從壓縮機5向燃燒室6供應空氣。