(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料電池システムに於いて，スタック電流密度の増加をカソード側操作により、高電力上昇過渡事象のためのスタック電力の立ち上がりを増大させる。【解決手段】電力上昇過渡事象の期間に圧縮機１４に電力優先度を与えて、燃料電池スタック１２の所望の電流密度に対する適切な圧縮機速度、したがって適切な空気流量を迅速に与える。このシステム１０はまた、カソード背圧弁２６を開放状態に保つことによって、スタックのカソード側圧力を低く保つ。カソード入力空気流速度を電力上昇過渡事象時に適切なレベルに増大させることにより、スタックの電流密度は所望のスタック出力レベルに増加する。その後、背圧弁を閉めてスタック電圧を上昇させ、スタックによって達成可能な総最大電力が提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムにおいて電力を供給する方法であって、
電力上昇過渡事象が前記燃料電池システムから要求されたかどうかを決定するステップと、
スタック電流密度をできるだけ迅速に増加させるよう、空気流を燃料電池スタックに供給する圧縮機に所定の最大電力を供給するステップと、
前記電力上昇過渡事象の期間に前記燃料電池スタックのカソード側圧力を低く保つステップと、
前記電力上昇過渡事象の最後又は最後付近で前記燃料電池スタックの前記カソード側圧力を高め、前記スタックの前記電流密度を比較的迅速に増加させるとともに、前記スタックの電圧が前記電力上昇過渡事象の最後又は最後付近で上昇して最大電力を供給するステップと、
を備える方法。
【請求項２】
前記圧縮機に所定の最大電力を供給するステップが、高電圧電池から電力を供給するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記圧縮機に所定の最大電力を供給するステップが、低電圧電池及び前記燃料電池スタックから電力を供給するステップを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記高電圧電池が電力上昇過渡事象の期間に所定の最低充電量に達した場合、前記燃料電池スタックを使用して前記高電圧電池を充電するステップをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記システムからの利用可能な電力を使用して、第１に前記圧縮機に前記所定の最大電力を供給し、第２に前記高電圧電池を充電し、第３に前記電力要求を満たすステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記燃料電池スタックの前記カソード側圧力を高めるステップが、前記燃料電池システムの電力が前記電力要求を達成した後に所定の期間だけ待機して前記カソード側圧力を高めるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記所定の期間が約１０秒である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記圧縮機に供給される電力を超える前記電力要求を満たすよう、残存電力を使用するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記電力要求が、燃料電池ハイブリッド車両の電気牽引システムに電力を供給するためになされる、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
燃料電池システムであって、
カソード入力ライン及びカソード出力ラインを含む燃料電池スタックと、
前記カソード出力ラインに配置された背圧弁と、
前記カソード入力ライン上で前記燃料電池スタックのカソード側にカソード空気を供給するための圧縮機と、
高電圧電気エネルギー貯蔵システムと、
電気牽引システムと、
前記燃料電池スタック、前記圧縮機、前記電気エネルギー貯蔵システム及び前記電気牽引システムに電力を分配するための高電圧母線と、
を備え、
電力上昇過渡事象が要求されているかどうかを決定し、要求されている場合、スタック電流密度をできるだけ迅速に増加させるように前記圧縮機に所定の最大電力を供給し、前記電力上昇過渡事象の期間に前記燃料電池スタックの前記カソード側圧力を低く保ち、前記電力上昇過渡事象の最後又は最後付近で前記燃料電池スタックの前記カソード側圧力を高めて、前記スタックの前記電流密度を比較的迅速に増加させ、前記スタックの電圧が前記電力上昇過渡事象の最後又は最後付近で上昇して最大電力を供給する燃料電池システム。
【請求項１１】
前記電気エネルギー貯蔵システムが前記圧縮機に前記所定の最大電力を供給する、請求項１０に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
低電圧電池をさらに備え、前記低電圧電池及び前記燃料電池スタックもまた前記圧縮機に前記所定の最大電力を供給する、請求項１１に記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記燃料電池スタックが前記電力上昇過渡事象の期間に所定の最低充電量に達した場合、前記燃料電池スタックが前記電気エネルギー貯蔵システムを充電する、請求項１１に記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
前記燃料電池システムからの利用可能な電力を使用して、第１に前記圧縮機に前記所定の最大電力を供給し、第２に前記電気エネルギー貯蔵システムを充電し、第３に前記電力要求を満たすことをさらに含む、請求項１３に記載の燃料電池システム。
【請求項１５】
前記燃料電池スタックの前記カソード側圧力を高めることが、前記電気牽引システムの電力が前記電力要求を達成した後に所定の期間だけ待機して前記カソード側圧力を高めることを含む、請求項１０に記載の燃料電池システム。
【請求項１６】
前記所定の期間が約１０秒である、請求項１５に記載の燃料電池システム。
【請求項１７】
前記圧縮機に供給される電力を超える前記電力要求を満たすように残存電力を使用することをさらに含む、請求項１０に記載の燃料電池システム。
【請求項１８】
燃料電池システムであって、
カソード入力ライン及びカソード出力ラインを含む燃料電池スタックと、
前記カソード出力ラインに配置された背圧弁と、
前記カソード入力ライン上で前記燃料電池スタックのカソード側にカソード空気を供給するための圧縮機と、
高電圧電気エネルギー貯蔵システムと、
電気牽引システムと、
前記燃料電池スタック、前記圧縮機、前記電気エネルギー貯蔵システム及び前記電気牽引システムに電力を分配するための高電圧母線と、
を備え、
電力上昇過渡事象が要求されているかどうかを     決定し、要求されている場合、前記圧縮機から空気を迅速に供給するとともに前記背圧弁を開放又はほぼ開放しておくことによって、スタック電流密度の増加を前記カソード側圧力から切り離す燃料電池システム。
【請求項１９】
必要ならば、すべての利用可能な電源から前記圧縮機に最大圧縮機電力を供給する、請求項１８に記載の燃料電池システム。
【請求項２０】
低電圧電池をさらに備え、前記圧縮機が前記燃料電池スタック、前記電気牽引システム及び前記低電圧電池のすべてから電力を受け取る、請求項１９に記載の燃料電池システム。
【請求項２１】
前記電力要求が所定の期間に達成された後に前記背圧弁を閉める、請求項１８に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般には燃料電池システムにおいて電力分配する方法に関し、より詳細には、高い圧縮機電力及び低いカソード出力圧力を与えて電力上昇過渡事象応答を改善する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水素はクリーンであり、燃料電池において効率的に発電するように使用され得るので、極めて魅力的な燃料である。水素燃料電池は、アノード、カソード及びそれらの間の電解質を含む電気化学装置である。アノードは水素ガスを受け取り、カソードは酸素又は空気を受け取る。水素ガスはアノードにおいて解離されて自由水素プロトンと自由電子を生成する。水素プロトンは電解質を通過してカソードに達する。水素プロトンはカソードにおいて酸素及び電子と反応して水を生成する。アノードからの電子は電解質を通過することができず、したがって、カソードに送られる前に負荷を通過して仕事をするように導かれる。
【０００３】
プロトン交換膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）は車両用の一般的な燃料電池である。ＰＥＭＦＣは一般に、ペルフルオロスルホン酸膜などの固体高分子電解質プロトン伝導性膜を含む。アノード及びカソードは、典型的には、炭素粒子上に支持されかつアイオノマーと混合された微細な触媒粒子、通常は白金（Ｐｔ）を含む。触媒混合物は膜の両側に堆積される。アノード触媒混合物とカソード触媒混合物と膜とは組み合わされて膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）を規定する。ＭＥＡは製造が比較的高価であり、効率的な動作のために特定の条件を必要とする。
【０００４】
所望の電力を発生させるためには、典型的には、幾つかの燃料電池が燃料電池スタックの形で組み合わされる。燃料電池スタックは、カソード入力ガス、一般には圧縮機によってスタックを強制的に通された空気の流れを受け取る。酸素のすべてがスタックによって消費されるわけではなく、空気の一部は、スタックの副産物としての水を含み得るカソード排出ガスとして出力される。燃料電池スタックは、スタックのアノード側から流れ込むアノード水素入力ガスも受け取る。
【０００５】
燃料電池システムの動的出力は限定されている。さらに、システム起動から運転可能状態までの時間遅延及び車両の低加速性は、満足できるものではない。電圧サイクルはスタックの耐久性を増大させることができる。これらの欠点は、燃料電池スタックと並列に高電圧電池を使用することによって最小化することができる。要求された電力を満たすよう、電池及び燃料電池スタックからの電力分配を行うためのアルゴリズムが用いられる。
【０００６】
いくつかの燃料電池車両は、燃料電池スタックに加えて直流電池やスーパーキャパシタ（ウルトラキャパシタ又は二重層キャパシタとも呼ばれる）などの電気エネルギー貯蔵システム（ＥＥＳＳ）を使用するハイブリッド車両である。ＥＥＳＳは、燃料電池スタックが所望の電力を生成することができないときに、システム起動のために及び高電力需要の期間に、車両の様々な補助負荷に補助電力を供給する。より詳細には、燃料電池スタックは直流電圧母線を介して車両動作のために電気牽引システム（ＥＴＳ）に電力を供給する。ＥＥＳＳは、急加速時などの、スタックが生成できる電力を超えて追加電力が必要とされるときに、電圧母線に補助電力を供給する。例えば、燃料電池スタックは７０ｋＷの電力を生成することができる。しかし、車両の加速には１００ｋＷ以上の電力を必要とする場合がある。燃料電池スタックは、システムの電力需要を満たすことができるとき、ＥＥＳＳを再充電するために使用される。回生制動中のトラクションモータからの利用可能な発電機電力もまた、直流母線を介して電池を再充電するために使用される。
【０００７】
車両用途でのアイドル出力から全出力までの許容時間は２〜３秒程度である。現在、燃料電池車両は、望むように迅速に電力上昇過渡事象を生成することはできない。一般に、燃料電池スタックはカソード空気を十分速く受け取ることができないため、燃料電池システムには上昇過渡事象応答の限界が生じる。圧縮機自体は、適切な電力を受け取るならば十分速く立ち上がることができる。しかし、燃料電池スタックに空気流を十分速く供給する圧縮機の能力を制限しているのは、圧縮機に電力を供給する能力である。問題の一部は、典型的には圧縮機はその電力を燃料電池スタックから受け取るが、燃料電池スタックの電力は一般に低すぎるので低スタック電力では高い圧縮機速度を与えることができないという点で、循環的である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
典型的には、ハイブリッド燃料電池車両に設けられた高電圧電池は、要求されたＥＴＳ電力を十分速く供給するよう、電力上昇過渡事象期間に圧縮機に電力を供給するのに役立つことができる。しかし、典型的には、電池は所定の最低充電量（ＳＯＣ）未満に低下することを許容されないので、電池には限界がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の教示によれば、スタック電流密度の増加をカソード側圧力から切り離すことによって、大電力上昇過渡事象のためにスタック電力の立上りを増大させる方法を用いた燃料電池システムが開示される。このシステムは、電力上昇過渡事象の期間に燃料電池スタックの所望の電流密度に対する適切な圧縮機速度を迅速に提供するために、圧縮機に電力優先度を与える。このシステムはまた、カソード背圧弁を開に保つことによって、スタックのカソード側圧力を低く保つ。電力上昇過渡事象時にカソード入力空気流量を適切なレベルに増大させることにより、スタックの電流密度は所望のスタック出力レベルに増加する。その後、背圧弁を閉じてスタック電圧を上昇させ、スタックによって達成可能な総最大電力を提供する。
【００１０】
本発明の追加の特徴は、添付の図面に関連してなされる以下の説明及び特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
燃料電池ハイブリッド車両の電力上昇過渡事象応答を高める方法に関する本発明の実施の形態の以下の説明は単に例示的なものであり、本発明或いはその応用又は用途を決して限定するものではない。
【００１２】
図１は、燃料電池ハイブリッド車両用の電力システム１０の全体的なブロック図である。電力システム１０は、燃料電池スタック１２と、燃料電池スタック１２のカソード側に空気流を供給する圧縮機１４とを含む。システム１０はまた、カソード排出ガスラインに、スタック１２のカソード側圧力を制御するために使用されるカソード側背圧弁２６も含む。電力システム１０はまた、電気的牽引システム（ＥＴＳ）１６、高電圧電池１８及び低電圧電池２０も含む。高電圧電池１８は、本明細書で論じる目的に適した任意の高電圧電気エネルギー貯蔵システムを表すものとする。一つの実施の形態では、低電圧電池は標準的な１２ボルト車両用電池である。電力は、高電圧母線２４に接続されている電力システム１０の構成要素に分配される。高電圧ＤＣ／ＤＣ昇圧コンバータ２２は、低電圧電池２０からの電力を電力システム１０に適したレベルに増大させる。当業者には周知のように、電力システム１０の構成要素はすべて図示のように相互接続される。以下に詳細に説明するように、電力システム１０は、燃料電池スタック１２、電池１８及び電池２０が電力をどれだけ早くＥＴＳ１６に供給することができるかに関する電力上昇過渡事象応答を高めるアルゴリズムを用いる。
【００１３】
燃料電池ハイブリッド車両用の既知の電力システムは、増大した電力を圧縮機１４に供給してその要求を満たすことにより、上昇過渡事象電力要求に応答する。しかし、圧縮機１４は、その最大電力を受け取ることができず、利用可能な電力の大部分は、電力要求を満たすようＥＴＳ１６に供給される。既知の電力システムはまた、電力上昇過渡事象の開始時に背圧弁２６を閉める。スタック１２のカソード側への空気流を増すと、より高い燃料電池スタック電流密度が支持され、カソード側圧力を高めてスタック電圧を上昇させる。したがって、上昇過渡事象電力要求に対する高電力を生成するためには、一般に高いカソード空気流と比較的高いカソード側圧力を有する必要がある。
【００１４】
本発明は、システム１０が従来技術で供給されていた場合よりも速く大電力をＥＴＳ１６に供給できるようにする電力上昇過渡事象を可能にするための代替技法を提供する。スタック出力を高める最も速い方法は、スタック電流密度がカソード空気流に直接関係する場合に、スタック電流密度をできるだけ速く増加させることである。本発明によれば、スタック電流密度の増加は、カソード側圧力から切り離される。電力システム１０は、電力上昇過渡事象の期間に圧縮機１４に電力優先度を与えて、燃料電池スタック１２の所望の電流密度に対する適切な圧縮機速度、したがって適切な空気質量流量を瞬時に提供する。このシステム１０はまた、背圧弁２６を開き続けることによって、スタック１２のカソード側圧力を低く保つ。詳細には、背圧弁２６は、システムのアイドル時に完全に又はほぼ完全に開放され、スタックの電流密度が所望の電力レベルに対する電流密度又はその付近になるまで電力上昇過渡事象の期間には開放状態又は周囲条件に維持される。カソード入力空気流速度を電力上昇過渡事象での適切なレベルに増大させることにより、スタック１２の電流密度は所望のスタック出力レベルに増加する。その後、背圧弁２６を閉めてスタック電圧を上昇させて所望のスタック相対湿度レベル及び他のファクタを提供し、スタック１２によって達成可能な総最大出力を提供する。
【００１５】
図２は、上昇過渡事象大電力要求時に燃料電池スタック１２からの電力を迅速に増大させるための本発明のプロセスを示す流れ図３０である。アルゴリズムはボックス３２において、ＥＴＳ１６からのドライバ電力要求を監視する。アルゴリズムは、判定ダイヤモンド３４において、電力要求がアイドルなどの低電力に対するものかどうかを決定する。判定ダイヤモンド３４において電力要求が低電力に対するものである場合、アルゴリズムは、燃料電池スタック１２をして、低電圧電池２０及び高電圧電池１８を最高充電量レベルまで充電することによってそれらの充電量レベルを維持せしめるようにし、ボックス３６において、低圧縮機速度を用いて、要求された低電力をＥＴＳ１６に供給する。さらに、背圧弁２６によって与えられるカソード出口圧力は、ボックス３８において環境すなわち開放に設定され、アルゴリズムはボックス３２でのドライバ電力要求の監視に戻る。
【００１６】
判定ダイヤモンド３４において電力要求が低電力に対するものでない場合、アルゴリズムは、判定ダイヤモンド４２において、電力要求が、所定の値である大電力上昇過渡事象に対するものかどうかを決定する。判定ダイヤモンド４２において、電力要求が大電力上昇過渡事象に対するものである場合、アルゴリズムは、ボックス３８においてカソード出口の背圧弁２６を環境圧力位置に保ち、ボックス３２においてドライバ電力要求の監視に戻る。さらに、アルゴリズムは、ボックス４６において、すべての又は大部分の利用可能な電力を、圧縮機１４に許容される最大電力（例えば１３ｋＷ）まで圧縮機１４に送って、圧縮機１４の速度をできるだけ速く上昇させる。電力は、燃料電池スタック１２、高電圧電池１８及び低電圧電池２０から来ることができる。典型的には、低電圧電池２０は、システム１０がオフの状態にあるときに、システム起動のために及び補助電力を供給するために使用される。しかし、本発明のこの実施の形態によれば、低電圧電池２０からの電力もまた、圧縮機１４に必要な電力に役立つように、ＤＣ／ＤＣ昇圧コンバータ２２によって昇圧され得る。さらに、燃料電池スタック１２、低電圧電池２０及び高電圧電池１８からの、圧縮機１４の電力限度を上回る残存電力があれば、ＥＴＳ１６に電力供給して要求電力レベルを達成するために使用することができる。
【００１７】
次に、アルゴリズムは、判定ダイヤモンド４８において、ＥＴＳ１６によって達成された電力が所望の車両速度を与えるための電力要求に等しいかどうかを決定する。判定ダイヤモンド４８において所望の電力が達成されていない場合、アルゴリズムは、判定ダイヤモンド５０において、低電圧電池２０又は高電圧電池１８の充電がその最低充電量レベルに低下しているかどうかを決定する。判定ダイヤモンド５０において高電圧電池１８又は低電圧電池２０のどちらかの充電量がその最低充電量レベルにない場合、アルゴリズムはボックス４６に戻って、上述のように、利用可能な電力のすべてを圧縮機１４に供給し、残存電力をＥＴＳ１６に供給する。判定ダイヤモンド５０において高電圧電池１８又は低電圧電池２０のどちらかの充電量がその最低充電量レベルに低減されている場合、アルゴリズムは、ボックス５２において、燃料電池スタック１２が低電圧電池２０又は高電圧電池１８のどちらか又は両方を充電すること、及び、残存する利用可能な電力をスタック１２からＥＴＳ１６に送って上昇過渡事象電力要求を提供することを許容する。
【００１８】
判定ダイヤモンド４８において、達成された電力が電力要求に等しい場合、又は判定ダイヤモンド４２において電力要求が大電力上昇過渡事象でない場合、アルゴリズムは判定ダイヤモンド５４において、所定の大電力レベルに対する要求が存在するかどうかを決定する。判定ダイヤモンド５４において大電力レベルに対する要求がない場合、アルゴリズムはボックス３８に戻って、カソード出口圧力を環境に維持する。判定ダイヤモンド５４において電力要求が大電力に対するものである場合、アルゴリズムは判定ダイヤモンド５６において、達成された電力が或る所定の期間、電力要求に等しいかどうかを決定する。１つの非限定的な例においては、その期間は約１０秒である。判定ダイヤモンド５６において、達成された電力が所定の期間よりも短い期間に電力要求に達した場合、アルゴリズムはボックス３８に戻って、カソード出口圧力を環境に維持する。しかし、判定ダイヤモンド５６において、達成された電力が所定の期間よりも長い期間に電力要求に等しくなった場合、アルゴリズムはボックス５８において、背圧弁２６を閉じ又は部分的に閉じてカソード側圧力を例えば１４５ｋＰａに高め、上述のようにスタック１２の電圧を上昇させ、したがって最大電力を生成する。
【００１９】
本発明の１つの追加の利点は、大電力上昇過渡事象の期間にカソード圧力を比較的低く維持することにより、スタック１２での膜の相対湿度をより良好に維持することができることである。
【００２０】
本発明のアルゴリズムを例示するために、電力システム１０の電力分配に関する値を提供することができる。例えばｔ＝−２．０秒でのシステム・アイドル期間に、圧縮機１４は燃料電池スタック１２から１ｋＷの電力を受け取ってアイドル状態を維持することができる。さらに、低電圧電池２０及び高電圧電池１８はＥＴＳ１６に電力を供給しない。また、燃料電池スタック１２は低電圧電池２０に１ｋＷの電力を供給して、その充電量を最高レベルに維持することができるとともに、スタック１２は高電圧電池１８に３ｋＷの電力を供給して、その充電量を最高レベルに維持することができる。
【００２１】
ｔ＝０．１秒での上昇過渡事象電力要求、例えば９０ｋＷの電力要求の後、従来技術の電力システムは、高電圧電池１８から、典型的な最大圧縮機電力が約１３ｋＷである圧縮機１４に７ｋＷを供給することができ、スタック１２はＥＴＳ１６に１ｋＷの電力を供給することができ、高電圧電池１８は、電力需要を満たすためにＥＴＳ１６に２３ｋＷを供給することができる。したがって、圧縮機１４は十分速く立ち上がるのに足る電力を得ることができない。
【００２２】
本発明によれば、例えばｔ＝０．１秒での大電力上昇過渡事象の開始期間に、圧縮機１４は、その最大値１３ｋＷを高電圧電池１８から受け取る。電池１８が最大圧縮機電力を供給できない場合、低電圧電池２０及び燃料電池スタック１２の一方又は両方が、追加の電力を供給することができる。さらに、燃料電池スタック１２は１ｋＷをＥＴＳ１６に供給することができ、低電圧電池２０は２ｋＷをＥＴＳ１６に供給することができ、高電圧電池１８は１７ｋＷをＥＴＳ１６に供給することができる。このシナリオにおいては、圧縮機１４は、その最大電力を受け取って最大空気流をスタック１２にできるだけ速く供給し、ＥＴＳ１６は残存する利用可能な電力を幾つかの電源から受け取る。
【００２３】
上昇過渡事象電力要求の終わりの約ｔ＝３．０秒で、燃料電池スタック１２はその最大電流密度に達して約８４ｋＷを供給することができ、圧縮機１４は依然として１３ｋＷの電力を受け取っている。さらに、このとき、燃料電池スタック１２は、高電圧電池１８及び低電圧電池２０にそれぞれ約５ｋＷ及び１ｋＷで充電している。
【００２４】
したがって、本発明によれば、圧縮機１４は、すべての利用可能な電源から処理可能なだけの電力を受け取り、ＥＴＳ１６は二次的に電力を受け取る。ＥＴＳ１６は、上昇過渡事象電力要求時に、従来技術のシステムで可能な電力をすぐには受け取らないが、電力要求に迅速に到達する。詳細には、圧縮機１４は必要とする量の電力を受け取るので、より速く回転を上げる。圧縮機１４の速度が高いと、圧縮機１４は低電力時に高いカソード流れをもたらすように使用され、圧力は後で上昇する。低電圧電池２０及び高電圧電池１８は速く放電するが、燃料電池スタックの電力はそれらの電池を十分迅速に再充電することができる。したがって、燃料電池スタック１２は電流密度を既知のシステムよりも速く増加させることができる。
【００２５】
上述のように、本発明によれば、低いカソード出口圧力設定点は低電力条件で提供される。その後の電力上昇過渡事象時に、カソード圧力設定点は短期間には上昇しない。次いで、数秒後に、カソード圧力設定点は、より高い電力条件で必要とされる最終圧力まで増大する。代わりに、システム１０がスタック１２からより高い電圧が必要であると決定するまで、カソード側圧力を低いままとすることができる。電圧は圧力とともに上昇するので、電圧が得られるか又は所定の最大圧力に達するまで、圧力を上昇させることができる。空気流が増えるとき、背圧弁２６は完全に開いた状態を続ける。圧縮機１４の速度は、質量流量計（図示せず）又は他の検出装置からのフィードバックが、要求された大電力を保持するのに必要なカソード圧力設定点に達するまで上昇する。その後、圧力上昇段階が始まるときに背圧弁２６が閉められる。圧縮機１４の速度と背圧弁２６の位置とを変えることにより、フィードバックでのカソード出口圧力及び空気流量を用いて、システム全体は一体的に動作することができる。
【００２６】
低出力時又はアイドル出力時に特定のスタックの相対湿度を保ち且つスタックの耐久性を維持するために、カソード化学量論は十分に高いので安定性が維持され、冷却液出口温度は、大流量を補償して所望の相対湿度を保つように下げられる。問題は、電力上昇過渡事象の際に、カソードの化学量論が約５から約１．８に低下するのと同時に、スタック１２が冷えることである。この結果、高いカソード出口の相対湿度、典型的には１００％を超える相対湿度が瞬間的にもたらされる。上昇過渡事象の間中ずっとカソード出口圧力を低く保つことは、電力上昇過渡事象による相対湿度の上方への振れを低減するのに役立ち、より良好なカソード水管理をもたらす。
【００２７】
本発明によれば、圧縮機速度、したがって空気流量ができるだけ速く増大できるよう、様々な電源からの電力のすべてが電力上昇過渡事象時に圧縮機１４に送られる。燃料電池スタック１２の場合、圧縮機１４は１３ｋＷを消費することができる。高電圧電池１８が十分大きくて、システムの他の部分を動作させ続け且つ１３ｋＷのすべてを圧縮機１４に供給できる場合、初期電力がＥＴＳ１６に直接供給される。例えば、１ｋＷの寄生成分があり、高電圧電池１８が１０ｋＷを供給する場合、１ｋＷはシステムの寄生負荷を適切に支持するのを保証するよう用いられるべきであり、９ｋＷは圧縮機１４に直接送られるべきである。次いで、燃料電池スタック１２はすべての立ち上がり電力を供給する。第２の例では、高電圧電池１８が３０ｋＷを供給する場合、１ｋＷはシステムの寄生負荷が適切に支持されるのを保証するように用いられ、１３ｋＷが最初に圧縮機１４に送られ、残存電力はＥＴＳ１６に、一般に最大１６ｋＷまで分配される。さらに、ＤＣ／ＤＣ昇圧コンバータ２２は低電圧電池２０を高電圧に上昇させる。したがって、昇圧コンバータ２２は、燃料電池スタック１２を始動させるための利点を提供する。しかし、本発明は、このエネルギーも高電圧電池の用法と同様に運転期間に使用され得ることを提案する。
【００２８】
電力上昇過渡事象の際、ＤＣ／ＤＣ昇圧コンバータ２２が供給できる全電力は、最初に圧縮機１４に、次いでＥＴＳ１６に割り当てられる。概して、考慮すべき重要なことは、システムの１２ボルト母線（図示せず）などの重要なシステムコンポーネント以外では、圧縮機１４が最優先で電力を常に受け取ることである。過渡事象が終わった後、或いは電池１８及び２０が放電して所定の最低充電量を下回ったとき、それらのどちらが先に生じても、システム１０は、電池１８及び２０を部分的に充電し、要求された電力をＥＴＳ１６に供給するようになされる。
【００２９】
典型的には、圧縮機１４は、上昇過渡事象電力要求に応答する最も遅い構成要素である。しかし、基本的に、圧縮機１４は、燃料電池システムの最も重要な態様のうちの１つ、すなわち空気との反応の支持を促進する。目標は、電池１８及び２０が電力をＥＴＳ１６に数百ミリ秒間又は数秒間にわたって送る能力が低下したことが示唆される場合でも、圧縮機１４を、電力要求をできるだけ速く支持するのに必要な所望の流量まで回転させることである。
【００３０】
前述の検討は、本発明の例示的な実施の形態を開示し説明したものにすぎない。当業者であれば容易に理解するように、かかる検討並びに添付の図面及び特許請求の範囲から、特許請求の範囲において定義される本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な変更、修正及び変形を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】ハイブリッド燃料電池車両用の電力システムの簡略ブロック図である。
【図２】本発明の一つの実施の形態による、燃料電池車両の電力上昇過渡事象応答時間を増大させるためのプロセスを示す流れ図である。
【図１】
2008103333.tif 000003
【図２】
2008103333.tif 000004
【外国語明細書】
2008103333000001.pdf