混合动力系统技术方案

本发明专利技术涉及一种混合动力系统。本发明专利技术的混合动力系统（１０）包括在供给有反应气体时发电的燃料电池单元（２０），存储由燃料电池单元（２０）产生的电力的二次电池（４０），以及控制从燃料电池单元（２０）和二次电池（４０）供给到电力负荷（Ｍ１，Ｍ２）的电力的分配的电力控制装置（３０）。二次电池（４０）具有至少在燃料电池单元（２０）从暂停工作状态重新起动后的初期阶段能够供给电力负荷（Ｍ１，Ｍ２）的要求电力量的容量特性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及一种安装有燃料电池单元和蓄电装置的混合动力系统。本专利技术尤其涉及一种容量特性符合车辆特性的蓄电装置的安装设计技术。
技术介绍
一种已知的安装在燃料电池电动车上的电力源为混合动力系统，该混合动力系统中安装有重整器(reformer)、燃料电池单元以及蓄电池。这种混合动力系统在例如日本专利申请未审定公开No.2000-315511(JP-A-2000-315511)中公开了。在该专利申请所公开的结构中，根据驾驶员的加速操作，电力从燃料电池单元或蓄电池通过电力调整器分配至车辆驱动牵引马达、燃料电池单元的辅机以及重整器。设置在车辆中的蓄电池的容量设定为这样一个值，即，当系统起动时，在直到重整器充分暖机并能够稳定地向燃料电池单元供给重整气期间，该值仅允许从蓄电池向牵引马达和燃料电池单元的辅机供给电力。在具有这种混合动力系统的燃料电池电动车中，在间歇工作模式期间检测到高负荷请求时燃料电池单元的响应延迟(在稳定的发电性能之前的时间延迟)成为问题。间歇工作模式是指在低负荷情况下，例如，在怠速或减速等过程中，燃料电池单元的工作暂时停止，并且仅基于从蓄电池供给的电力驱动车辆的工作模式。如果燃料电池单元的间歇工作持续时间(工作暂停的持续时间)变长，则燃料电池单元的I-V特性(电流-电压特性)可能会比在燃料电池单元暂停之前的I-V特性恶化。燃料电池单元的I-V特性根据电池温度、反应气体的流动、气体压力以及湿度不断波动，并且也会随着由含水率的变化引起的聚合物电解质膜内阻的波动以及电池工作的状态(过度状态，稳定状态等)而显著波动。一旦I-V特性恶化，响应于高负荷请求的燃料电池单元的重新起动不能立即获得充分的电池电压恢复；具体地，需要约1到2秒的时间才能恢复到充足的电压。除了燃料电池单元的响应延迟之外，包括其辅机的整个燃料电池系统的响应延迟辅机都不可忽视。如果燃料电池单元的响应延迟变得等于或大于200ms，则驾驶性显著降低。因此，对于燃料电池单元的响应延迟的改进技术的发展有强烈的需求。还有另外一个问题需要解决。如果设置在燃料电池电动车中的蓄电池的容量不够，则不能够处理高负荷请求。另一方面，提供过大的蓄电池容量是一种资源浪费。因此，有必要考察安装设计，以便选择符合车辆特性的蓄电池。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种既能够获得改进的燃料经济性又能够获得更好的驾驶性的混合动力系统。本专利技术的第一方面涉及一种混合动力系统，该系统包括在供给有反应气体时发电的燃料电池单元；存储由所述燃料电池单元产生的电力的蓄电装置；电力负荷；以及控制从所述燃料电池单元和所述蓄电装置供给到所述电力负荷的电力的分配的电力控制装置。所述蓄电装置具有至少在所述燃料电池单元从暂停工作状态重新起动后的初期阶段能够供给所述电力负荷的要求电力量的容量特性。通过安装具有至少在燃料电池单元从暂停工作状态重新起动后的初期阶段能够供给电力负荷的要求电力量的容量特性的蓄电装置，使得能够在燃料电池单元重新起动后吸收燃料电池单元的响应延迟。因此，不必对燃料电池单元暂停工作的持续时间提供任何特别的限制，并且能够显著改进燃料经济性。本专利技术的第二方面涉及一种混合动力系统，该系统包括在供给有反应气体时发电的燃料电池单元；存储由所述燃料电池单元产生的电力的蓄电装置；电力负荷；控制从所述燃料电池单元和所述蓄电装置供给到所述电力负荷的电力的分配的电力控制装置以及控制所述燃料电池单元的工作的控制部。当在所述燃料电池单元暂停工作期间检测到高于预定值的要求电力量时，所述控制部执行使得所述燃料电池单元重新起动的操作控制，并控制所述电力控制装置以使得至少在所述燃料电池单元重新起动开始后的初期阶段仅由所述蓄电装置向所述电力负荷供给所述要求电力量。由于在上述结构中，在燃料电池单元响应于在低负荷情况下燃料电池单元暂停工作期间检测到高负荷请求(即，要求电力量高于预定值的负荷请求)而重新启动开始后的初期阶段仅由蓄电装置向电力负荷供给要求电力量，使得能够吸收燃料电池单元的响应延迟。因此，不必对燃料电池单元暂停工作的持续时间提供任何特别的限制，并且能够显著改进燃料经济性。顺便提及，前面提及的预定值为需要燃料电池单元重新起动的要求电力量。所述蓄电装置可以具有至少在所述燃料电池单元重新起动后的初期阶段能够向所述电力负荷供给所述电力负荷的最大消耗电力的容量特性。该结构使得能够在燃料电池单元开始重新起动后立即供给电力负荷可能要求的最大要求电力。所述电力负荷的示例包括车辆驱动牵引马达，以及所述燃料电池单元的辅机等。如果在燃料电池电动车中还安装有具有能够提供考虑到辅机的电力消耗量的系统的要求电力的容量特性(即，符合车辆特性的容量特性)的蓄电装置，则可实现燃料电池电动车更好的驾驶性。根据第一方面和第二方面的混合动力系统，燃料电池单元的响应延迟可以通过安装具有在燃料电池单元从暂停工作状态重新起动开始后的初期阶段能够供给电力负荷的要求电力量的容量特性的蓄电装置而被吸收。因此，不必对燃料电池单元暂停工作的持续时间提供任何特别的限制，并且能够显著改进燃料经济性。此外，通过在燃料电池电动车中安装具有符合车辆特性的容量特性的蓄电装置，可以获得更好的驾驶性。本专利技术的第三方面涉及一种用于混合动力系统的控制方法，所述混合动力系统具有在供给有反应气体时发电的燃料电池单元、存储由所述燃料电池单元产生的电力的蓄电装置、以及电力负荷，并从所述燃料电池单元和所述蓄电装置供给电力。该方法包括以下步骤在所述燃料电池单元暂停工作期间判断所述电力负荷的要求电力量是否高于预定值；如果判定所述电力负荷的要求电力量高于所述预定值，则执行使得所述燃料电池单元重新起动的操作控制；以及至少在所述燃料电池单元重新起动开始后的初期阶段仅由所述蓄电装置向所述电力负荷供给所述要求电力量。附图说明从下面参照附图对优选实施例的说明可更清楚地看出本专利技术的前述及其他目的、特征和优点，其中，相同的数字表示相同的部件，其中图1为根据本专利技术一实施例的混合动力系统的主结构图；图2示出整个系统的要求电力值对应于加速操作程度的映射值；图3为示出工作模式转换的图。具体实施例方式图1为用作燃料电池电动车(FCEV)的电力供给装置的混合动力系统(FCHV系统)的主结构图。混合动力系统10主要包括在供给有反应气体(燃料气体和氧化气体)时发电的燃料电池单元20，用于向燃料电池单元20供给反应气体的反应气体供给装置21，存储由燃料电池20产生的电力和在车辆制动期间获得的再生能源的二次电池(蓄电装置)40，控制将从燃料电池单元20和二次电池40供给到电力负荷的电力的分配的电力控制装置(电力控制单元)30，以及操作和控制燃料电池单元20的控制部50。作为电力负荷的示例，仅为了便于说明，图1示出用于驱动车辆的牵引马达(外部负荷)M1和用于致动辅机(如空气压缩机，氢循环泵等)的辅机马达M2。尽管示出二次电池40作为蓄电装置，但也可采用其它装置，如电双层电容器等作为蓄电装置。电力控制装置30包括将燃料电池单元20产生的直流电转换为交流电(如三相AC电)并将交流电供给到马达(如三相AC马达)M1、M2的逆变器31、32，以及通过调整燃料电池单元20的输出电压控制二次电池40和燃料电池单元20的电力的供给和分配的DC/DC本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合动力系统，该系统包括：在供给有反应气体时发电的燃料电池单元；存储由所述燃料电池单元产生的电力的蓄电装置；电力负荷；以及控制从所述燃料电池单元和所述蓄电装置供给到所述电力负荷的电力的分配的电力控制装置， 其中，所述蓄电装置具有至少在所述燃料电池单元从暂停工作状态重新起动后的初期阶段能够供给所述电力负荷的要求电力量的容量特性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2003-12-26 433875/20031.一种混合动力系统，该系统包括在供给有反应气体时发电的燃料电池单元；存储由所述燃料电池单元产生的电力的蓄电装置；电力负荷；以及控制从所述燃料电池单元和所述蓄电装置供给到所述电力负荷的电力的分配的电力控制装置，其中，所述蓄电装置具有至少在所述燃料电池单元从暂停工作状态重新起动后的初期阶段能够供给所述电力负荷的要求电力量的容量特性。2.一种混合动力系统，该系统包括在供给有反应气体时发电的燃料电池单元；存储由所述燃料电池单元产生的电力的蓄电装置；控制从所述燃料电池单元和所述蓄电装置供给到电力负荷的电力的分配的电力控制装置；电力负荷；以及控制所述燃料电池单元的工作的控制部，其中，当在所述燃料电池单元暂停工作期间检测到高于预定值的要求电力量时，所述控制部执行使得所述燃料电池单元重新起动的操作控制，并控制所述电力控制装置以使得至少在所述燃料电池单元重新起动开始后的初期阶段仅由所述蓄电装置向所述电力负荷供给所述要求电力量。3.根据权利要求1或2所述的混合动力系统，其特征在于，所述蓄电装置具有至少在所述燃...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉田尚弘，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]