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燃料 电池系统的驱动控制方法和系统

阅读：367发布：2021-11-08

专利汇可以提供燃料电池系统的驱动控制方法和系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供一种燃料电池系统的驱动控制系统和方法。该驱动控制方法包括，基于空气向燃料电池堆的过量供给或燃料电池堆的劣化，由控制器确定燃料电池堆何时缺水。然后对燃料电池系统的诊断水平进行分类，并且执行与分类的诊断水平对应的至少一个恢复驱动模式。，下面是燃料电池系统的驱动控制方法和系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种燃料电池系统的驱动控制方法，包括：
基于空气向燃料电池堆的过量供给或燃料电池堆的劣化，由控制器确定所述燃料电池堆何时缺水；
基于所述确定，由所述控制器对所述燃料电池系统的诊断水平进行分类；以及由所述控制器执行与分类的诊断水平对应的至少一个恢复驱动模式，
其中所述分类过程包括：
由所述控制器将第一状态分类为第一诊断水平，所述第一状态是如下状态：由于所述燃料电池系统的故障，预计向所述燃料电池堆过量供给空气；
由所述控制器将第二状态分类为第二诊断水平，所述第二状态是如下状态：由于向所述燃料电池堆过量供给空气，预计所述燃料电池堆缺水；以及
当如在所述确定过程中针对所述燃料电池的电流和电压、阻抗或电流中断所诊断到的，所述燃料电池堆的劣化由于缺水进行到第三状态时，由所述控制器将所述燃料电池系统分类为第三诊断水平，其中所述恢复驱动模式包括用于通过调节燃料电池堆的冷却剂入口和出口的温度而强制冷却所述燃料电池堆的恢复驱动模式，用于减轻所述燃料电池系统的怠速熄火的准入条件的恢复驱动模式，用于降低连接到所述燃料电池堆的输出端的主总线端子的电压的恢复驱动模式，用于减少空气流入基本量的恢复驱动模式，以及用于以最小化学计量比(SR)驱动所述燃料电池堆的恢复驱动模式。
2.根据权利要求1所述的方法，其中基于相对于所述燃料电池堆的输出电流消耗的空气到所述燃料电池堆的过供给量的变化，或从所述燃料电池堆的阴极中的相对湿度估计值所计算的所述阴极中剩余水的变化，确定所述第二状态。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二状态是如下状态：其中从空气过供给量和燃料电池堆的驱动温度计算的值大于第一参考值，所述空气过供给量是燃料电池堆的输出电流消耗所需的空气量与供给到燃料电池堆的空气量之间的差。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二状态是如下状态：其中从供给到燃料电池堆的空气量与燃料电池堆的输出电流消耗所需的空气量的比率、和燃料电池堆的驱动温度计算的值，大于第一参考值。
5.根据权利要求2所述的方法，其中基于所述燃料电池堆的阴极入口和出口的温度、所述燃料电池堆的入口的空气流量、和所述燃料电池堆中生成的电流量，获得所述燃料电池堆阴极中的相对湿度的估计值。
6.根据权利要求2所述的方法，其中当所述阴极出口的相对湿度是所述估计值时以及当所述阴极出口的相对湿度处于90％至110％的范围中时，基于所述阴极出口的水蒸汽流计算所述剩余水的变化。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述阴极出口的水蒸汽流量可通过所述阴极出口的水蒸汽压力、基于所述燃料电池堆入口的空气流量的所述阴极出口的空气压力、和所述燃料电池堆的入口的空气流量来计算。
8.根据权利要求1所述的方法，其中通过将所述冷却剂入口和出口的目标温度设定为比参考温度更低的值，运行所述用于强制冷却所述燃料电池堆的恢复驱动模式。
9.根据权利要求1所述的方法，其中随着所述冷却剂入口和出口的温度被设定为比实际温度大预定的偏移量，运行所述用于强制冷却所述燃料电池堆的恢复驱动模式。
10.根据权利要求8所述的方法，其中通过根据所分类的诊断水平改变设定参考温度和偏移，运行所述恢复驱动过程。
11.根据权利要求1所述的方法，其中
用于怠速熄火的准入条件是当燃料电池车被赋予小于预定参考值的负载，并且具有大于预定充电状态(SOC)的蓄电池充电状态时；以及
所述用于减轻怠速熄火的准入条件的恢复驱动模式是增加所述预定参考值并且降低所述预定的充电状态。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述燃料电池堆在恢复驱动模式下运行，在所述恢复驱动模式中基于所分类的诊断水平，所述预定参考值增加并且所述预定的充电状态降低。
13.根据权利要求1所述的方法，其中当所述燃料电池堆在所述用于降低连接到所述燃料电池堆的输出端的主总线端子的电压的恢复驱动模式下运行时，还包括：
由所述控制器确定在进行所述恢复驱动之前蓄电池是否有可能充电，以及其中在所述用于降低所述主总线端子的电压的恢复驱动模式下的燃料电池堆降低所述主总线端子的驱动电压的上限，以防止所述燃料电池堆的输出功率小于预定的输出功率。
14.根据权利要求1所述的方法，其中甚至在再生制动期间，基于所分类的诊断水平，在所述用于降低连接到所述燃料电池堆的输出端的主总线端子的电压的恢复驱动模式下运行所述燃料电池堆。
15.根据权利要求13所述的方法，其中当在执行所述恢复驱动之前确定蓄电池是否有可能充电的过程中，所述蓄电池的充电状态(SOC)大于预定的SOC时，运行所述燃料电池堆以驱动连接到所述燃料电池堆的输出端的高电压加热器。
16.根据权利要求1所述的方法，其中当所述燃料电池堆在所述用于降低连接到所述燃料电池堆的输出端的主总线端子的电压的恢复驱动模式下运行时，基于所分类的诊断水平，降低连接到所述燃料电池堆的输出端的主总线端子的电压上限。
17.根据权利要求1所述的方法，其中当所述燃料电池堆在所述用于减少空气流入基本量的恢复驱动模式下运行时，所述空气流入基本量基于所分类的诊断水平降低。
18.根据权利要求1所述的方法，其中旨在以最小化学计量比(SR)驱动所述燃料电池堆的所述恢复驱动模式包括，基于从所述燃料电池堆的阴极入口和出口的温度所估计的燃料电池堆阴极中的相对湿度、所述燃料电池堆入口的空气流量、和所述燃料电池堆的生成电流，降低化学计量比的控制区域。
19.根据权利要求18所述的方法，其中当所述燃料电池堆以最小化学计量比(SR)在恢复驱动模式下运行时，基于所分类的诊断水平降低所述化学计量比的控制区域。
20.根据权利要求1所述的方法，其中基于所分类的诊断水平，所述燃料电池堆在从各种驱动模式中选择的一个模式下运行。
21.一种燃料电池系统的驱动控制系统，包括：
存储器，其被配置成存储程序指令；以及
处理器，其被配置成执行程序指令，当被执行时所述程序指令被配置成：
基于空气向所述燃料电池堆的过量供给或燃料电池堆的劣化，确定所述燃料电池堆何时缺水；
基于所述确定对所述燃料电池系统的诊断水平进行分类；以及
执行与所分类的诊断水平对应的至少一个恢复驱动模式，
其中所述分类过程包括：
将第一状态分类为第一诊断水平，所述第一状态是如下状态：由于所述燃料电池系统的故障，预计向所述燃料电池堆过量供给空气；
将第二状态分类为第二诊断水平，所述第二状态是如下状态：由于向所述燃料电池堆过量供给空气，预计所述燃料电池堆缺水；以及
当如在所述确定过程中针对所述燃料电池的电流和电压、阻抗或电流中断所诊断到的，所述燃料电池堆的劣化由于缺水进行到第三状态时，将所述燃料电池系统分类为第三诊断水平，
其中所述恢复驱动模式包括用于通过调节燃料电池堆的冷却剂入口和出口的温度而强制冷却所述燃料电池堆的恢复驱动模式，用于减轻所述燃料电池系统的怠速熄火的准入条件的恢复驱动模式，用于降低连接到所述燃料电池堆的输出端的主总线端子的电压的恢复驱动模式，用于减少空气流入基本量的恢复驱动模式，以及用于以最小化学计量比(SR)驱动所述燃料电池堆的恢复驱动模式。
22.一种燃料电池系统的驱动控制系统，包括：
存储器，其被配置成存储程序指令；以及
处理器，其被配置成执行程序指令，当被执行时所述程序指令实现如权利要求1-20中任一项所述的方法的步骤。

说明书全文

燃料 电池系统的驱动控制方法和系统

技术领域

[0001] 本发明一般涉及燃料电池系统的驱动控制方法和系统，更具体地，涉及基于燃料电池堆状态的可变恢复模式驱动控制方法。

背景技术

[0002] 适用于氢燃料电池车辆、生态友好型车辆的燃料电池系统由如下组成：被配置成从反应气体的电化学反应生成电力的燃料电池堆；被配置成将作为燃料的氢气供给到燃料电池堆的氢气供给系统；被配置成供给包括在电化学反应中作为氧化剂的氧的气体的空气供给系统；和被配置成通过发热(其是电化学反应的副产物)来管理水并且保持用于驱动的最佳燃料电池堆温度的热量和水管理系统。

[0003] 在这样的车辆燃料电池系统中，当燃料电池用作车辆的唯一动力源时，它承担车辆的所有负载，并且因此车辆显示在其中燃料电池效率降低的操作范围中的较差性能。另外，在突然的重功率负载被置于车辆上的情况下，由于燃料电池的输出功率迅速减少并且可能不能向驱动电机提供足够的电力，车辆性能会降低。众所周知，由于使用化学反应来生成电力，燃料电池可能无法应付快速的负载变化。

[0004] 此外，由于燃料电池具有单向输出，在制动车辆时从驱动电机引入的能量可能无法恢复，导致在车辆系统效率上的降低。作为这些问题的解决方案，除了燃料电池作为主动力源之外，诸如可再充电的高电压电池或超级电容器(超级电容)的能量储存装置可被用作辅助动力源以对驱动电机和高电压需求部件供电。

[0005] 同时，氢跨界(hydrogen crossover)是保留在阳极中的氢直接越过电解质膜而不产生电力，并且与在阴极处的氧发生反应的现象。为了减少氢跨界率，阳极压力应在低功率区域中降低，同时阳极压力应在高功率区域中增加。氢跨界率随着在阳极压力(例如，氢气压力)的增加而增加。由于氢跨界具有对燃料电池的燃料效率和耐久性的不利影响，所以有必要适当地调节阳极压力。氢气排气阀用于相关技术以通过释放杂质和冷凝水来确保电池堆的性能；并且阳极出口连接到聚水器，当冷凝水的量达到预定水平时，该阳极出口通过阀放出冷凝水。

[0006] 为了根据需要提高燃料效率，在车辆驱动期间(燃料电池熄火/燃料电池重新启动过程)，已使用用于暂时停止在燃料电池混合动力车辆中的燃料电池的发电的怠速启停系统(例如，燃料电池的开/关控制过程)。在驱动期间燃料电池的发电停止和重启中，燃料电池堆通过空气流的干燥、以及车辆的再加速和燃料效率全部被控制。

[0007] 现有技术的系统公开了，与电池的强制充电或辅助负载的使用一起，通过经旁路的空气转向降低向燃料电池堆的空气供给，以防止在低功率区域中以近开路电压驱动燃料电池。另一开发的现有技术涉及当燃料电池堆在相当高的温度驱动时，通过根据电池充电量的燃料电池堆的强制电压下降而对电池充电的方法。此外，另一种现有技术涉及一种燃料电池混合动力系统的控制方法，为了燃料效率的目的，停止燃料电池在低功率区域中的发电并且在发电时仅以预定电压使用燃料电池。

发明内容

[0008] 因此，本发明提供其中根据燃料电池堆的状态选择恢复驱动模式的燃料电池系统的驱动控制方法。

[0009] 根据本发明的一个示例性实施方式的燃料电池系统的驱动控制方法可包括：基于空气向燃料电池堆的过量供给或燃料电池堆的劣化，确定燃料电池堆何时缺水；根据该确定对燃料电池系统的诊断水平进行分类；以及执行与分类的诊断水平对应的至少一个恢复驱动模式。

[0010] 分类过程可包括将第一状态分类为第一诊断水平，该第一状态是如下状态：其中由于燃料电池系统的故障，预计向燃料电池堆过量供给空气。该分类也可包括将第二状态分类为第二诊断水平，该第二状态是如下状态：其中由于向燃料电池堆过量供给空气，预计燃料电池堆缺水。

[0011] 可基于以下确定第二状态：相对于燃料电池堆的输出电流消耗的空气到燃料电池堆的过供给量的变化，或从燃料电池堆的阴极中的相对湿度估计值所计算的阴极中的剩余水的变化。第二状态可以是如下状态：其中从空气过供给量和燃料电池堆的驱动温度计算的值大于第一参考值，空气过供给量是燃料电池堆的输出电流消耗所需的空气量与供给到燃料电池堆的空气量之间的差。

[0012] 此外，第二状态可以是如下状态：其中从供给到燃料电池堆的空气量与燃料电池堆的输出电流消耗所需的空气量的比率、和燃料电池堆的驱动温度计算的值，大于第一参考值。基于燃料电池堆的阴极入口和出口的温度、燃料电池堆的入口的空气流量、和燃料电池堆中生成的电流量，可获得燃料电池堆的阴极中的相对湿度估计值。当在阴极出口的相对湿度是该估计值时和当在阴极出口的相对湿度处于约90％至110％的范围中时，基于阴极出口中的水蒸汽流量可计算剩余水的变化。

[0013] 阴极出口的水蒸汽流量可通过阴极出口的水蒸汽压力、基于燃料电池堆入口的空气流量的阴极出口的空气压力、和燃料电池堆入口的空气流量来计算。分类诊断水平的过程可包括，当如在确定过程中针对燃料电池的电流和电压、阻抗或电流中断所诊断到的，燃料电池堆的劣化由于缺水进行到第三状态时，将燃料电池系统分类为第三诊断水平。

[0014] 恢复驱动模式可包括用于通过调节燃料电池堆的冷却剂入口和出口的温度而强制冷却燃料电池堆的恢复驱动模式、用于减轻燃料电池系统的怠速熄火(idle stop)的准入条件的恢复驱动模式、用于降低连接到燃料电池堆输出端的主总线端子的电压的恢复驱动模式、用于减少空气流入量的恢复驱动模式、以及用于以最小化学计量比(SR)驱动燃料电池堆的恢复驱动模式。

[0015] 可通过将冷却剂入口和出口的目标温度设定为比参考温度更低的值来运行用于强制冷却燃料电池堆的恢复驱动模式。随着冷却剂入口和出口的温度被设定为以预定的偏移量高于实际温度，可运行用于强制冷却燃料电池堆的恢复驱动模式。通过基于分类的诊断水平改变设定参考温度和偏移，可运行恢复驱动过程。用于怠速熄火的准入条件是燃料电池车辆被赋予小于预定参考值的负载，并且具有大于预定充电状态(SOC)的蓄电池充电状态；并且用于减轻怠速熄火的准入条件的恢复驱动模式是增加预定参考值并且降低预定的充电状态。

[0016] 燃料电池堆可在如下恢复驱动模式下运行：其中基于分类的诊断水平，预定参考值增加并且预定的充电状态降低。当燃料电池堆在用于降低连接到燃料电池堆输出端的主总线端子的电压的恢复驱动模式下运行时，控制器可被配置成确定在进行恢复驱动之前蓄电池是否有可能充电；以及其中在用于降低主总线端子的电压的恢复驱动模式中可运行燃料电池堆，以降低主总线端子的驱动电压的上限，由此，燃料电池堆的输出功率可避免小于预定的输出功率。

[0017] 甚至在再生制动期间，可基于分类的诊断水平，在用于降低连接到燃料电池堆输出端的主总线端子的电压的恢复驱动模式下运行燃料电池堆。当在执行恢复驱动之前确定蓄电池是否有可能充电的过程中蓄电池的充电状态(SOC)大于预定的SOC时，可运行燃料电池堆以驱动连接到燃料电池堆输出端的高电压加热器。

[0018] 当在用于降低连接到燃料电池堆输出端的主总线端子的电压的恢复驱动模式下运行燃料电池堆时，基于分类的诊断水平，可降低连接到燃料电池堆输出端的主总线端子的电压上限。当燃料电池堆在用于减少空气流入量的恢复驱动模式下运行时，空气流入量可基于分类的诊断水平而降低。

[0019] 旨在以最小化学计量比(SR)驱动燃料电池堆的恢复驱动模式是，基于从燃料电池堆的阴极入口和出口的温度所估计的燃料电池堆阴极中的相对湿度、燃料电池堆入口的空气流量、和燃料电池堆的生成电流，降低化学计量比的控制区域。当燃料电池堆以最小化学计量比(SR)在恢复驱动模式下运行时，基于分类的诊断水平可降低化学计量比控制区域。基于分类的诊断水平，燃料电池堆可在从各种驱动模式中选择的一个模式下运行。

[0020] 根据燃料电池系统的驱动控制方法的一个示例性实施方式，有可能防止燃料电池堆干燥，并且通过在干燥状态中的恢复驱动过程来增加燃料电池堆的耐用性。此外，由于燃料电池系统内的问题或燃料电池堆的驱动模式导致的性能降低可被最小化，并且初始驱动性能可更加一贯地保持。附图说明

[0021] 本发明的以上和其它目的、特征和其它优点将从结合附图的以下详细描述中更加显而易见，其中：

[0022] 图1是根据本发明的一个示例性实施方式的燃料电池系统的电力网的示例性框图；

[0023] 图2是用于根据本发明的一个示例性实施方式的燃料电池系统操作的标准的示例性视图；

[0024] 图3是根据本发明的一个示例性实施方式的燃料电池系统的怠速熄火和重启过程的示例性视图；

[0025] 图4是就电压和电流随着时间的变化而言，根据本发明的一个示例性实施方式的燃料电池系统的怠速熄火和重启过程的示例性视图；

[0026] 图5是总结在根据本发明的一个示例性实施方式的燃料电池系统的驱动控制方法中使用的按诊断水平的状态检测、连同状态的原因的示例表；

[0027] 图6是在根据本发明的一个示例性实施方式的燃料电池系统的驱动控制方法中示出相对湿度估计模型的示例性示意图；

[0028] 图7至图10是根据本发明的示例性实施方式的燃料电池系统的驱动控制方法的示例性流程图；

[0029] 图11是示出根据本发明的一个示例性实施方式的强制冷却恢复驱动的示例性视图；

[0030] 图12是示出与根据本发明的一个示例性实施方式的燃料电池堆的状态对应的恢复驱动模式的示例表；

[0031] 图13是示意性示出根据本发明的一个示例性实施方式对空气供给的可变化学计量比控制的示例性视图；以及

[0032] 图14示出证明与传统技术相比本发明的示例性实施方式的效果的示例性图。

具体实施方式

[0033] 应该理解，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语通常包括机动车辆，如包括运动型多功能车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车在内的乘用车、包括各种小船和轮船的船舶、飞机等，并包括混合动力车辆、电动车辆、插入式混合动力电动车辆、氢能源车辆和其它替代燃料车辆(例如源自非石油资源的燃料)。如本文所述，混合动力车辆是指有两种或更多种动力源的车辆，例如同时有汽油动力和电动力的车辆。

[0034] 应该理解示例性的过程可通过一个或多个模块执行。此外，应理解术语“控制器/控制单元”指包括存储器和处理器的硬件设备。存储器经配置为存储模块，并且处理器具体配置为执行所述模块从而执行下面进一步描述的一个或多个过程。

[0035] 此外，本发明的控制逻辑也可体现为计算机可读介质上的非暂时计算机可读介质，该计算机可读介质包含由处理器、控制器/控制单元等执行的可执行程序指令。计算机可读介质的例子包括但不限于ROM、RAM、压缩光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光学数据存储装置。计算机可读记录介质同样可分布在联网的计算机系统中，以便计算机可读介质以分布的方式存储和执行，例如，通过远程服务器或控制器局域网(CAN)。

[0036] 本文所用的术语仅是为了描述具体的实施方式，并不是为了限制本发明。本文使用的单数形式“一个”、“一种”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中另外明确指明。应进一步理解，当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包含”时，其指存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合。本文所用的术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。

[0037] 除非特别声明或从上下文中明显看出，本文使用的术语“约”理解为在本领域中正常公差范围之内，例如，在平均值的两个标准偏差之内。“约”可理解为在所述值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％，或0.01％之内。除非从上下文中明显看出，本文提供的所有的数值均由术语“约”修饰。

[0038] 在本说明书或申请中公开的本发明示例性实施方式中的特定结构或功能描述仅用于本发明的示例性实施方式的描述，可以以各种形式来体现并且不应当被解释为限于本说明书或申请中所描述的实施方式。具体的示例性实施方式在附图中示出并且在说明书或申请中详细描述，因为本发明的示例性实施方式可以具有各种形式和修改。然而，应该理解，没有意图将本发明限于具体实施方式，而是意图涵盖本发明范围内所包括的所有修改、等同方式和替代方式。

[0039] 尽管术语第一、第二等可在本文中用来描述各种元件，但是这些元件不应该受这些术语的限制。这些术语用于一个元件与另一元件区分。例如，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件，而不偏离本发明的范围。应该理解的是，当元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，它可以直接连接或耦合到另一元件，或可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一元件时，不存在中间元件。用于描述元件之间关系的其它词语应该以类似的方式解释(例如，“在……之间”与“直接在……之间”、“相邻”与“直接相邻”等)。

[0040] 除非另有定义，否则本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属的技术领域中的普通技术人员所普遍理解的相同含义。将进一步理解的是，诸如在常用词典中定义的那些术语应解释为具有与在相关领域上下文中它们的含义一致的含义，并且不会以理想化的或过于正式的意义解释，除非本文明确地这样定义。

[0041] 现在参考附图，其中相同的附图标记贯穿不同附图来使用以指示相同或类似的组件。

[0042] 图1是根据本发明的一个示例性实施方式的燃料电池系统的电力网的示例性框图。如图1所示，用于车辆的燃料电池-蓄电池混合动力系统可以包括：作为主动力源的燃料电池10和作为辅助动力源的高电压蓄电池(主蓄电池)20，并且经由主总线端子11彼此并联连接；连接到高电压蓄电池20并且被配置成调节高电压蓄电池20的输出功率的双向DC/DC转换器(BHDC：双向高电压DC/DC转换器)21；在燃料电池10和高电压蓄电池20两者的输出侧上连接到主总线端子11的逆变器31；连接到逆变器31的驱动电机32；在车辆内的高电压负载33，不包括逆变器31和驱动电机32；低电压蓄电池(辅助蓄电池)40和低电压负载41；以及在低电压蓄电池40与主总线端子11之间连接并且被配置成将高电压转换为低电压的低电压DC/DC转换器(LDC)42。

[0043] 这里，作为主动力源的燃料电池10和作为辅助动力源的高电压蓄电池20可经由主总线端子11并联连接到系统内负载，如逆变器31、驱动电机32等。连接到高电压蓄电池的双向DC/DC转换器21可以在燃料电池10的输出侧连接到主总线端子11，并且因此有可能通过调节双向DC/DC转换器21的电压(例如，到主总线端子的输出电压)调节燃料电池10和高电压蓄电池20两者的输出功率。

[0044] 燃料电池10可以在其输出端处包括防止反向电流的二极管13，并且具有将燃料电池10选择性地连接到主总线端子11的继电器14。继电器14可在燃料电池系统的怠速熄火/重启过程期间以及在燃料电池10的正常操作下的车辆驱动期间，将燃料电池10连接到主总线，并在车辆断电(key-off)(正常关停)或紧急关停时将燃料电池10与主总线断开。此外，经由主总线端子11连接到燃料电池10和高电压蓄电池20两者的输出侧的逆变器31可以被配置成通过从燃料电池10和/或高压蓄电池20供给的移相电流来致动驱动电机32。

[0045] 在这种燃料电池系统中的驱动电机32的致动可以通过如下获得：FC驱动模式，其中使用燃料电池10的输出功率的(电流)；EV驱动模式，其中使用高电压蓄电池20的输出功率；或HEV驱动模式，其中在高电压蓄电池20的协助下使用燃料电池10的输出功率。特别地，在燃料电池系统中的怠速熄火和重启之后，EV驱动模式(在由燃料电池10的输出功率驱动的驱动电机之前)的特征在于，驱动电机32以及车辆可由高电压蓄电池20的输出功率来驱动，因为燃料电池10的发电停止。

[0046] 在该EV驱动模式中，继电器14可被配置成接通，并且来自燃料电池10的发电可停止，同时通过经由连接到高电压蓄电池20的输出端的双向DC/DC转换器21的升压控制而使高电压蓄电池20的电压升压，增加主总线端子11的电压，从而使高电压蓄电池20的输出功率用于操作车辆中的负载，诸如逆变器31、驱动电机32等。空气供给可以在燃料电池系统的怠速熄火时切断，并且可以在重启时恢复。当燃料系统返回到重启之后的正常驱动模式时，燃料电池10的输出功率可基于在正常空气供给条件下的车辆负载，受到后续的控制(负载跟踪控制)，并且双向DC/DC转换器21的升压状态被解除。

[0047] 图2是用于根据本发明的一个示例性实施方式的燃料电池系统操作的标准的示例性视图。燃料电池控制器(未示出)可被配置成通过检测如在图2中所示的车辆状态(左侧)和燃料电池状态(右侧)的过程，执行怠速熄火、怠速熄火禁止、重启等。参考图1和图2，燃料电池控制器可被配置成基于在车辆状态检测期间的车辆状态条件，包括车辆负载和作为辅助动力源的高电压蓄电池20的SOC，确定燃料电池打开(例如发电)和关闭(例如停止发电)的条件。此外，燃料电池控制器可以被配置成基于用于燃料电池10的紧急驱动的条件、燃料电池堆10的温度、燃料电池堆10的阳极压力、控制器之间的通信状态、以及加热器是否操作(例如，这些全都是燃料电池状态条件)，确定用于怠速熄火和怠速熄火禁止以及重启的条件。

[0048] 当在检测车辆状态的过程中燃料电池关闭条件和在检测燃料电池状态的过程中怠速熄火条件两者同时满足时，燃料电池的怠速熄火可由控制器进行，并且当在检测车辆状态的过程中的燃料电池打开条件或在检测燃料电池状态的过程中的燃料电池的重启条件满足时，燃料电池的重启可以由控制器来执行。

[0049] 在检测车辆状态的过程中，如图2的左侧平面图所示，其中车辆的负载大于预定参考值(例如，所需的燃料电池的输出功率大于Pidle_on)的高负载状态变为燃料电池打开状态。另外，在其中车辆具有小于预定参考值的负载的低负载状态的情况下(例如，所需的燃料电池的输出功率小于Pidle_off)，当高电压蓄电池20的SOC基本上大于预定的上限(SOChigh)时，可以满足燃料电池关闭条件、怠速熄火进入条件。

[0050] 当车辆负载最小，但高电压蓄电池的SOC小于下限(SOClow)时，可以满足燃料电池打开状态，同时在打开燃料电池以允许高电压蓄电池20的充电时，输出功率保持为大于预定值(Pidle_on)。另外，考虑到在检测车辆负载的过程中的系统响应，燃料电池可以在大于预定水平的充分或急加速时打开，并且在再生制动时关闭以增加再生制动的恢复率。

[0051] 同时，如图2的右侧平面图中所示，在燃料电池状态的检测期间，在燃料电池处于紧急驱动状态时，在电池堆可保持在小于预定值的温度时，在电池堆具有小于预定值的阳极压力时，在鼓风机的控制器无法通信时，或在加热器被操作时，判定为燃料电池需要保持发电的条件(例如，用于怠速熄火禁止的条件，用于开启的条件)(在图2中“燃料电池状态OK＝0”)。在上述以外的条件下，可以由控制器确定怠速熄火是可能的(例如，用于怠速熄火的条件)(“燃料电池状态OK＝1”)。

[0052] 在检测车辆状态和燃料电池状态的过程中，如图2所示，当“燃料电池关闭和燃料电池状态OK＝1”的条件满足时，燃料电池系统经历进入到怠速熄火。另外，当上述任何一个条件不满足时，燃料电池系统到怠速熄火的进入可被禁止。例如，虽然满足燃料电池关闭条件，但是当车辆状态条件，即车辆负载和SOC的条件，被确定为怠速熄火禁止的条件(“燃料电池状态OK＝0’)时，可禁止燃料电池系统进入怠速熄火。此外，如图2所示，当“燃料电池打开”或“燃料电池状态OK＝0”被确定时，怠速熄火可被禁止(在正常驱动的情况下)或燃料电池被重启(在怠速状态的情况下)。例如，在燃料电池系统的怠速熄火状态中，虽然车辆状态条件(例如车辆负载的条件和SOC条件)不满足电池堆打开条件(“燃料电池关闭条件”)，但是当重启燃料电池发电的条件(开始条件)(“燃料电池状态OK＝0”)满足时，燃料电池可被重启。

[0053] 由于附属驱动系统的恒定操作，燃料电池系统在低功率区域可能低效。为了避免在该部分驱动，作为效率劣化期间的输出功率的Pidle可以被设置为用于确定负载的条件，而对应于Pidle的电压Vidle或邻近Vidle的电压(图4中的V①)可以被分配为双向电力转化器的电压控制的上限，以将由燃料电池系统的正常驱动模式中的双向DC/DC转换器21调节的电压限于电压控制的设定上限，从而可以限制性地使用燃料电池的低功率区域。

[0054] 在根据本发明的示例性实施方式的燃料电池系统的正常驱动模式下，也就是，在执行如上所述的燃料电池的低跟踪控制的条件下，通过将电压控制的上限分配给双向DC/DC转换器21，由双向DC/DC转换器21调节的电压可被限于上限，而燃料电池的低功率区域可以限制性地使用。当存在双向DC/DC转换器21的电压的上限时，随着燃料电池在低功率区域使用的相关限制，燃料电池的输出功率可以保持在预定水平或更大。此外，当燃料电池系统的输出功率保持在大于Pidle时，可能出现各种问题，包括在低功率区域中蓄电池的过充电，再生制动的数量限制等。因此，如上所述，在再生制动时或在低输出功率和高SOC条件中(图2中的燃料电池关闭条件)，燃料电池可被关闭(怠速熄火)，以避免低效率部分。

[0055] 图3是根据本发明的一个示例性实施方式的燃料电池系统的怠速熄火和重启过程的示例性视图，并且图4是就电压和电流随着时间的变化而言，示出根据本发明的一个示例性实施方式的燃料电池系统的怠速熄火和重启过程的示例性视图。参考图3和图4，其中根据负载调节燃料电池的输出功率的负载跟踪控制可以以燃料电池系统的正常驱动模式执行，并且对于燃料电池的输出功率控制，控制器可被配置成调节双向DC/DC转换器21的主总线端子的输出电压(以下，简称为双向DC/DC转换器21的电压)。

[0056] 特别地，在本发明中，由于为燃料电池系统的正常驱动模式中的双向DC/DC转换器21的电压控制(图4中的V①)设定上限，基于驱动期间的负载而调节的双向DC/DC转换器21的电压可以被限于该电压控制的上限，从而禁止在低功率区域使用燃料电池。类似地，在正常驱动模式中，在燃料电池的负载跟踪的驱动期间，通过将双向DC/DC转换器21的电压限于为双向DC/DC转换器21的电压控制设定的控制上限，燃料电池的输出功率可以保持大于预定水平。

[0057] 随后，当车辆状态条件，即车辆负载和高电压蓄电池的SOC，满足检测车辆状态过程中的燃料电池关闭条件时，如图2所示，控制器可以被配置成确定燃料电池状态是否允许燃料电池系统的怠速熄火。特别地，当在检测燃料电池状态的过程中燃料电池状态对应于禁止燃料电池系统的怠速熄火的条件时(图2中的“燃料电池状态OK＝0”)，虽然车辆状态条件满足燃料电池关闭条件，但是燃料电池控制器可以被配置成禁止燃料电池系统的怠速熄火以保持燃料电池处于驱动状态中，并解除电压的上限控制，该上限控制是将双向DC/DC转换器21的电压限于设定的上限(V①)，并因此允许燃料电池在低功率区域中使用。

[0058] 当燃料电池10不能在除了作为燃料电池10的低功率区域和高电压蓄电池20的高SOC的条件之外关闭时(例如，进入怠速熄火的禁止状态)，高电压蓄电池20可在当燃料电池的输出继续保持在一定水平时以双向DC/DC转换器的电压的上限过充电。在检测燃料电池状态的过程中，燃料电池系统的怠速熄火可以以由检测过程中的燃料电池系统的怠速熄火条件所确定的燃料电池状态继续。换句话说，通过停止到燃料电池10的空气供给，燃料电池的电压可被降低到低于主总线端子的电压(例如，关闭空气供给器，如鼓风机等)，由此，燃料电池到主总线端子的输出(电流输出)可以不被执行(指在图4中停止空气供给之后的燃料电池的电流)。

[0059] 此外，在暂停(停止)空气供给的预定时间段之后(或在借助于流量计确定不存在空气供给之后)，双向DC/DC转换器21的电压可以减少到预定值(图2中的V②)，以在阴极内耗尽氧气。当双向DC/DC转换器21的电压降低到并且保持在预定值时，变成双向DC/DC转换器21的输出的主总线端子的电压可被降低。因此，燃料电池的电流可以被输出到主总线端子，而阴极中的氧气耗尽，从而用燃料电池的输出功率对高电压蓄电池20强制充电。

[0060] 换句话说，高电压蓄电池20可用当阴极中的氧气耗尽时产生的燃料电池10的输出电流充电，直到燃料电池10的电压降到低于双向DC/DC转换器21的电压(例如，主总线端子的电压)，并且通过高电压蓄电池20的强制充电，在阴极内的残留氧气可去除至一定水平。

[0061] 此外，随着阴极内的氧气耗尽，当燃料电池10的电压降低到小于双向DC/DC转换器的电压时，高电压蓄电池20的充电可终止，并且随着阳极内的氢气通过电解质膜连续跨越到阴极，阴极内的氧气可被耗尽。因此，燃料电池10的电压去除完成到怠速熄火的准入(例如，燃料电池的电压基本上被去除)。因此，在阴极中的氧气耗尽时产生的燃料电池10的输出功率可用于通过电压控制对高电压蓄电池20充电，通过该电压控制，双向DC/DC转换器21的电压在空气供给停止之后下降到预定值(V②)。此外，燃料电池10的电压可以降低，由此在电池堆的耐久性和燃料效率方面均获得有利效果。

[0062] 在高电压蓄电池20于燃料电池10的阴极中的氧气耗尽期间被强制充电之后，当燃料电池10的电压再次降低到小于主总线端子的电压(即双向DC/DC转换器21的电压)时，没有电流可以从燃料电池10输出来执行EV模式驱动，其中驱动电机由高电压蓄电池的输出功率驱动。

[0063] 参考图4，其示出双向DC/DC转换器21和燃料电池两者的电压可以在空气供给开始被停止之前由该部分中的电压控制的上限(V①)来限制。因此，通过将电压调节到该上限，燃料电池的电流可以保持在特定水平。此外，可以理解的是，在从空气供给结束直到燃料电池重启的部分中，通过将蓄电池电流经MCU(电机控制单元)供给到逆变器，EV模式驱动可被执行。在这方面，EV模式驱动可被执行，在该EV模式驱动中，通过双向DC/DC转换器21的电压控制将主总线端子的电压保持在预定值(V②)(例如，恒定值或可变值)。

[0064] 在停止空气供给之后，降低双向DC/DC转换器21的电压的预定值(V②)的设定，该设定有必要在双向DC/DC转换器21和驱动电机32两者的效率方面进行最优化。为了驱动电机32的效率，值(V②)可以被设置为相当高的值，并且就双向DC/DC转换器的效率而言，EV模式驱动可以通过将该值(V②)设定在相当低的值来操作。因此，该值(V②)需要合适的值。在EV模式驱动期间，如上所述，当车辆状态条件适合于燃料电池“打开”或燃料电池状态条件是条件(图2中的“燃料电池状态OK＝0”)时，燃料电池系统可以重启。在这方面，双向DC/DC转换器21的电压可以增大，并保持在预定值(图5中的V③)，以防止燃料电池向主总线端子过度输出。

[0065] 当车辆在比燃料电池的输出功率更高处重启时，虽然车辆负载条件不满足(例如，其中车辆负载小于参考值的低负载状态，换句话说，所需的燃料电池的输出功率在Pidle_on之下)，但是双向DC/DC转换器的电压可以进一步增加，并保持近OCV(开路电压)，即小于OCV的最大极限。如在怠速熄火中，当用于重启的电压，即双向DC/DC转换器21要增加到的预定电压(V③)，被保持在接近图2中的Vidle时，当车辆负载在参考值之下以及高电压蓄电池20的SOC相当高时，燃料电池10的输出功率可对高压蓄电池20过充电。

[0066] 在主总线端子已用电压表确定预定值(V③)之后，燃料电池控制器可以被配置成重新启动燃料电池10的发电，并且通过启动空气供给来重启发电。在空气供给的开始点，燃料电池10的电压可以通过增加鼓风机的转数而增加到双向DC/DC转换器21的电压(V③)。在这种情况下，除了通过空气供给增加电压，燃料电池10可被配置成输出与双向DC/DC转换器21的增加值(V③)对应的基本上恒定的功率。此外，当在重启过程中重启空气供给时，基于迅速增加燃料电池10的电压的当前需求，鼓风机可以被操作以供给预定量的空气(α)，外加所需量的空气。所以“所需量+预定量”的空气可提供给燃料电池。

[0067] 在此之后，燃料电池的状态可被连续地监视，并且当最小的电池电压、电池电压的偏差、气流量等稳定时，重启过程可被终止，并且可停止将双向DC/DC转换器21的电压保持在预定值。此后，在正常驱动模式下，燃料电池10可被操作以在正常驱动模式下执行正常的负载跟踪控制。在这方面，双向DC/DC转换器21的电压可以被限于电压控制的上限(V①)，以使燃料电池10将输出功率保持在预定值，但可以不在低输出部分中使用，如上所述。

[0068] 参考图4，避免燃料电池10在低输出部分中的驱动可通过根据本发明的双向DC/DC转换器21的电压调节和怠速熄火和重启过程中的空气供给调节两者来实现(例如，在OCV与V①之间无电压形成)。电压V①和V③可被设定为约Pidle，但考虑到滞后，V①和V③可被设定为分别对应于Pidle_off和Pidle_on的电压。

[0069] 在重启过程中，用于空气再供给的空气所需量可从燃料电池的需求电流计算，并且通过以预定量(α)加上需求电流吹入更大量的空气，允许电压稳定性更快恢复。此外，在燃料电池系统的怠速熄火期间，作为在EV模式驱动中的双向DC/DC转换器21的电压控制值的V②，可以被设定为考虑双向DC/DC转换器21和驱动电机32等两者的效率的值，并且与电池电压偏差、空气流等相关的诊断逻辑可以被停止，以防止在EV模式驱动期间燃料电池和车辆的诊断逻辑诱导的关停。

[0070] 在燃料电池10的重启过程中，如在图4中可见，在打开燃料电池的继电器(图1的参考数字14)的条件下通过增加并且保持双向DC/DC转换器21的电压在预定水平，随后通过空气供给增加燃料电池10的电压，同时允许燃料电池10输出与双向DC/DC转换器21的保持电压值对应的基本上恒定的输出功率，从而可完成重启。可采用正常启动上的顺序。图5是总结在根据本发明的一个示例性实施方式的燃料电池系统的驱动控制方法中使用的按诊断水平的状态检测、连同状态的原因的示例表。

[0071] 参考图5，用于供给到燃料电池堆的过量供给空气或用于燃料电池堆的缺水状态的诊断水平由Flt Lvl表示。基于空气的过量供给程度或劣化，根据缺水的严重度将诊断水平(Lvl)划分为三个水平。换句话说，根据本发明的一个示例性实施方式的三个诊断水平可基于空气过量供给程度或缺水程度来确定。示例性的实施方式在如下假设下示出：这三个诊断水平被分类为第一、第二和第三状态的各诊断水平。第一状态的原因可以是燃料电池系统及燃料电池系统的组件的故障。第二状态的原因可以是无法检测燃料电池系统或燃料电池系统的组件的故障、驱动模式、或环境因素。第三状态的原因可以是由于燃料电池堆的劣化导致的燃料电池缺水。

[0072] 换句话说，燃料电池堆的缺水可基于过量供给的空气或燃料电池堆的劣化的状态来确定。在这种情况下，第一状态可以是如下状态：其中由于燃料电池堆的故障，空气以大于燃料电池堆所需的量(例如空气的过量供给)供给到燃料电池堆。在第二状态中，空气可以过量供给，或干燥(例如缺水)可能发生，即使燃料电池系统正常操作(例如，无故障)。其中燃料电池堆已经经历劣化的状态可被指定为第三状态。特别地，较高的诊断水平(Flt Lvl)可以指示燃料电池堆进行到更严重程度的劣化。较低的诊断水平可以指示不易于发生缺水的系统。较高的诊断水平可能需要用于恢复驱动的更强策略(例如，增加恢复驱动的数量和水平)。

[0073] 第一状态可以是由于燃料电池系统(特别是空气供给系统)不可能正常驱动，空气可以以大于所需的量供给的情形。它也可能是甚至在相当低的输出时，不能停止燃料电池的发电的情形的原因。在这种情况下，甚至在低输出时，在空气流入的基本量也有可能发生空气的过量供给。空气流入的基本量可以指在不包括怠速熄火的条件中供给的最小空气流量，无论负载条件。第一状态可以通过如下情形确定：包括仅FC模式，由鼓风机的霍尔传感器或电流传感器中的至少一个传感器的故障导致的鼓风机的紧急状态中的固定Rpm紧急驱动，高电压蓄电池20的输出功率短缺，燃料电池堆中的低温等。例如，第一状态可以是如下状态：其中在鼓风机的紧急操作时随着执行固定的Rrpm驱动，空气以大于所需量供给，或其中当鼓风机的再生制动不可能时空气由减速区域中的惯性流过度供给(例如，过度的蓄电池SOC、鼓风机的不良控制)。

[0074] 第二状态可以是如下状态：其中可能无法检测到燃料电池系统或诸如鼓风机等的燃料电池系统组件的故障。例如，出于诸如如下的原因，可发生空气的过量供给：燃料电池系统的异常状态没有被诊断出，燃料电池系统正常但例如快速加速/减速的特定驱动模式重复，以及在下坡驱动时或当气流强烈时存在增压式进气(ram-air intake)。因此，为了确定作为第二状态的这些情形，空气的过量供给与电流消耗的比率，在燃料电池堆中产生的电流消耗量可被计算，并且在燃料电池堆中余留的水量可通过阴极中的湿度估计模型来间接推断。

[0075] 用于计算空气过量供给与电流消耗的比率的第一种方法可以包括定义供给空气与电流消耗所需的空气之间的定量差作为空气过量供给量，基于空气过量供给量、空气过量供给的参考量和驱动温度加权因子来计算空气过量供给量的偏差，并且执行空气过量供给量偏差的时间积分。其中空气过量供给量偏差对时间的积分值大于第一参考值的状态可以被确定为第二状态。

[0076] 用于计算空气过量供给与电流消耗的比率的第二种方法可以包括定义电流消耗所需的空气量与空气供给量的比率作为空气过量供给率，基于空气过量供给率、参考空气过量供给率和驱动温度加权因子来执行空气过量供给率的偏差的时间积分。当空气过量供给率偏差对时间的积分值大于第一参考值时，可以确定为第二状态。

[0077] 用于估计燃料电池堆的剩余水量的策略在图6中示出。图6是在根据本发明的一个示例性实施方式的燃料电池系统的驱动控制方法中示出相对湿度估计模型的示例性示意图。参考图6，假设在燃料电池堆的阴极中不存在水的定量变化，示出RH估计模型。在该估计模型中，燃料电池堆入口中流动的水蒸汽量、生成的水量、燃料电池堆的阴极和阳极之间移动的水量可被考虑以估计燃料电池堆的阴极出口中的相对湿度。

[0078] 特别地，用于估计阴极中的相对湿度所需的变量可以包括燃料电池堆的阴极的入口和出口两者中的空气温度、燃料电池堆的入口的空气流量、以及燃料电池堆的电流生成量。燃料电池堆入口的总空气压力可以是燃料电池堆的阴极入口的空气流量的函数，并且燃料电池堆的阴极出口的总空气压力可以是燃料电池堆的入口的空气流量的函数。燃料电池堆阴极的入口和出口中的饱和水蒸汽压力可以是燃料电池堆阴极的入口和出口的空气温度的函数。

[0079] 为估计在燃料电池堆内的剩余水量，燃料电池堆出口的水蒸汽流量可以以阴极出口的相对湿度的估计值计算。特别地，燃料电池堆出口的水蒸汽流量可以是燃料电池堆出口的干空气流量(燃料电池堆入口的空气流量减去反应的氧气量)与0.622(1mol水蒸气的质量除以1mol干空气的质量)倍如下比率的乘积，所述比率是燃料电池堆阴极出口的水蒸气压力，与燃料电池堆出口的总空气压力和阴极出口的水蒸汽压力之差的比率。

[0080] 此外，在阴极出口中约100％的相对湿度(例如，约90％至约110％的范围)，燃料电池堆出口的水蒸汽流量可以被计算。计算方法可以与用于阴极出口的相对湿度的估计值相同。通过在阴极出口中约100％的相对湿度时的燃料电池堆出口的水蒸汽量与在阴极出口的相对湿度为估计值时的燃料电池堆出口的水蒸汽流量之间的差的时间积分，剩余水量可被估计。第二状态可以通过这些方法确定。

[0081] 其中在燃料电池堆中发生缺水的第三状态可通过基于电流-电压曲线的斜率和偏度、阻抗测量、通过CI(电流中断法)的膜电阻测量等确定劣化而被检测。当燃料电池堆被确定为第一、第二和第三状态中的一个时，它们可以分别分类为多个诊断水平中的第一、第二和第三诊断水平。换句话说，燃料电池堆可根据所确定的状态被分类为多个诊断水平中的一个。例如，如图5所示，确定的条件可以被分类为对应于三个诊断水平的三个状态。缺水或空气的过量供给可基于适用于分类的诊断水平的恢复驱动模式来校正。

[0082] 图7是示出根据本发明的一个示例性实施方式的燃料电池系统的驱动控制方法的示例性流程图。如图7所示，控制器可以被配置成确定燃料电池堆是否经受图5的第一状态、第二状态，或第三状态(S710)，并且当燃料电池堆的状态不对应于任何的分类诊断状态时，正常驱动模式可以被操作(S720)。当燃料电池堆被诊断为具有所述诊断水平之一时，相应的恢复驱动模式可被选择和操作(S730)。当燃料电池堆通过恢复驱动模式(730)从第一、第二或第三状态恢复时，就空气过量供给或缺水方面，状态可以再次确定(S710)。恢复驱动模式可重复，直到燃料电池堆从第一状态、第二状态、或第三状态恢复。

[0083] 恢复驱动模式可包括通过调节冷却剂入口和燃料电池堆出口两者的温度而强制冷却燃料电池堆的恢复驱动模式，减轻燃料电池系统的怠速熄火准入条件的恢复驱动模式，降低连接到燃料电池堆输出端的主总线端子电压的恢复驱动模式，减少空气流入基本量的恢复驱动模式，以及以最小化学计量比(SR)驱动燃料电池堆的恢复驱动模式。

[0084] 图8是示出根据本发明的一个示例性实施方式的燃料电池系统的驱动控制方法的示例性流程图。如图8所示，控制器可以被配置成确定燃料电池堆是否以正常驱动模式操作(S720)，并且当燃料电池堆以正常驱动模式操作时，燃料电池的温度可被保持(S722)，并且当燃料电池堆未处于正常驱动模式时，恢复驱动模式可被操作以强制冷却燃料电池(S732)。该强制冷却操作可通过冷却控制器(燃料电池控制器的一部分)来执行。

[0085] 图11是示出根据本发明的一个示例性实施方式的强制冷却恢复驱动的示例性视图。如在图11中可见，冷却控制器可以被配置成接收关于燃料电池堆的冷却剂入口和出口的温度、外部温度、车辆速度等的信息，并设定冷却剂入口和出口的目标温度来执行强制冷却控制(恢复驱动模式)。为将温度冷却到目标值，冷却控制器可以被配置向水泵、散热器风扇和恒温器发送关于水泵和散热器风扇的转数以及恒温器的开度控制的信息。

[0086] 在恢复驱动模式中，通过强制冷却降低燃料电池堆的驱动温度，可实现燃料电池堆的缺水的缓解。换句话说，用于强制冷却燃料电池堆的恢复驱动模式是，燃料电池堆可通过将冷却剂入口和出口的目标温度设定为小于参考温度而强制冷却。因此，当接收关于冷却剂入口和出口的温度的信息时，冷却控制器可以将如下值用作输入值：比冷却剂入口和出口的实际温度高偏移量的温度。

[0087] 冷却剂入口和出口的目标温度可被设定为小于所需。例如，当燃料电池堆被诊断为对应于第三水平时，通过调节冷却剂入口和出口的温度，可以选择用于强制冷却燃料电池堆的恢复驱动模式。换句话说，通过将冷却剂入口和出口的目标温度设定为小于传统的设定温度，可使用用于强制冷却燃料电池堆的恢复驱动模式(图12中的A1)。

[0088] 图9和图10是示出根据本发明的一个示例性实施方式的燃料电池系统的驱动控制方法的示例性流程图，并且图12是示出与根据本发明的一个示例性实施方式的燃料电池堆的状态对应的恢复驱动模式的示例表。图9描述通过恢复驱动模式控制燃料电池中的发电和怠速熄火。

[0089] 如以上关于图2所述，燃料电池可以被操作以基于车辆上的负载、蓄电池的充电状态(SOC)、燃料电池的状态等来发电或停止发电。然而在恢复驱动模式中，停止燃料电池发电的条件可以被解除以扩展燃料电池的发电-停止区域。例如通过增加Pidle_off和Pidle_on的参考值，减少SOChigh和SOClow的标准，或删除一些燃料电池状态检查项目，燃料电池的发电停止区域可以扩展。

[0090] 作为举例，如图12所示，当燃料电池堆经受对应于第三诊断水平的第三状态时，燃料电池的发电-停止区域可以扩展。换句话说，怠速熄火的准入条件可减轻。在这点上，控制器可被配置成确定燃料电池堆的状态是否满足停止发电的条件(S910)，并且如果是的话，燃料电池可被操作以停止发电(S920)。在燃料电池堆被诊断以确定适用于重启的状态之后(S930)，燃料电池可被操作以重新启动(S940)。此外，当诊断水平不是用于停止燃料电池发电的条件时，各种恢复驱动模式可以操作。首先，总线端子的电压上限可通过双向DC/DC转换器21而可变地调节(S950)。

[0091] 图10是示出可变地调节根据本发明的一个示例性实施方式的主总线端子的电压上限的方法的示例性流程图。使用双向DC/DC转换器可变地调节主总线端子的电压上限的方法可以包括确定驱动电机32何时正在操作再生制动(S1010)。当驱动电机32操作再生制动时，主总线端子的电压上限可被恢复到大约开路电压(S1020)，因为当主总线端子的电压上限在再生制动期间降低时，用于对高电压蓄电池20充电的电流减小再生制动，引起燃料效率的损失。因此即使在恢复驱动模式中，燃料电池控制器可以被配置成确定再生制动是否操作，并且如果是的话，可能不执行用于降低主总线端子的电压上限的向下驱动，以避免燃料效率的损失。

[0092] 然而，如图12所示，当燃料电池堆经受对应于第三状态的第三诊断水平时，高电压蓄电池可以通过降低主总线端子的电压上限而充电，而不管再生制动，因为燃料电池从缺水中恢复更重要，尽管在燃料效率中有损失(图12中的C2)。因此，驱动电机32是否在再生制动状态下操作的确定可以省略。

[0093] 为操作用于降低主总线端子的电压上限的恢复驱动模式，燃料电池控制器可以被配置成确定高电压蓄电池的充电状态(SOC)以及EV中是否存在故障(S1030)。换句话说，燃料电池控制器可以被配置成确定高电压蓄电池的充电是否可能，并且当高电压蓄电池的充电可能时降低主总线端子的电压上限(S1060)。在降低电压上限的情况下，当燃料电池堆被诊断为经受更高水平时，主总线端子的电压上限可以进一步降低(图12中的A2)。

[0094] 当高电压蓄电池完全充电或在EV中存在故障时，主总线端子的电压上限可以不降低，并且燃料电池堆可以以正常驱动模式的上限驱动(S1040)。例如，当蓄电池的充电状态(SOC)大于预定的SOC时，换句话说，当蓄电池完全充电时，连接到燃料电池堆输出端的高电压加热器可以被操作，代替用于降低连接到燃料电池堆输出端的主总线端子的电压的恢复驱动模式的操作。

[0095] 此外，当燃料电池堆处于诸如空气过量供给或缺水的极端条件中时，当诊断水平为第三状态时，连接到燃料电池的高电压加热器可用于在燃料电池中产生水(S1050，图12中的A5)。换句话说，当燃料电池堆处于第三诊断水平时，可以选择其中基于执行负载跟踪驱动的负载来操作燃料电池堆的输出的恢复驱动模式。EV侧的故障可由双向DC/DC转换器或高电压蓄电池引起，并且高电压加热器可不被使用。主总线端子的电压上限的下降可降低低功率使用的频率，并增加在燃料电池中的发电停止区域和基电流的生成频率。此外，可以扩展高电压蓄电池的使用区域。

[0096] 这些效果在图14的图中示出，其说明关于车辆速度、蓄电池状态、相对湿度等方面，本发明与传统方法之间的比较。与传统技术相比，本发明的燃料电池堆降低低功率使用的频率，并且增加发电停止区域和基电流的生成频率。如从关于蓄电池的充电状态的图所理解的，高电压蓄电池的使用区域，即充电和放电区域，被扩展。换句话说，当燃料电池堆需要相当低的电流时，过量的电力可被强制充电到蓄电池，从而扩展驱动范围到EV模式。

[0097] 在使用双向DC/DC转换器21降低主总线端子的电压上限后，燃料电池控制器可以被配置成减少空气流入的基本量(S960)。例如，燃料电池控制器可以被配置成将空气流入的基本量从对应于30A电流的空气流量降低到10A电流的空气流量。在根据燃料电池堆是否经受第一、第二或第三状态而降低空气流入基本量时，提供给燃料电池堆的空气量可以进一步减少到更高的诊断水平(图12中的A3)。换句话说，当燃料电池堆在用于降低空气流入基本量的恢复驱动模式下操作时，化学计量比控制区域可以基于分类的诊断水平而可变地降低。此外，可变的SR控制可以被禁止以在最小SR驱动，从而使空气供给最小化(S970，图12中的A4)。例如，当燃料电池堆经受第二或第三诊断水平时，可以选择用于在最小SR驱动燃料电池堆的恢复驱动模式。

[0098] 图13是示意性示出根据本发明的一个示例性实施方式对空气供给的可变化学计量比控制的示例性视图。如图13所示，相对湿度(RH)估计模型接收实际的燃料电池电流、实际的空气流量、阴极入口的温度、阴极出口的温度、和燃料电池堆中的燃料电池数作为输入，并具有内部参数，包括加湿器效率图、从阳极到阴极的水运动量、针对于空气流量的阴极入口中的空气压力、针对于空气流量的阴极出口中的空气压力。在RH估计模型中，目标化学计量比可以使用其中基于在阴极出口中的相对湿度估计值与该估计值映射的化学计量比图或通过在目标相对湿度上的化学计量比PI控制来确定。如图所示，基于相对湿度的估计值，化学计量比可被可变地调节。然而，该变量控制可以被禁用，并且燃料电池堆可以在旨在以最小化学计量比来驱动的恢复驱动模式下操作。

[0099] 例如，其中燃料电池堆在最小化学计量比(SR)操作的恢复驱动模式包括：根据从燃料电池堆的阴极入口和出口的温度估计的燃料电池堆阴极中的相对湿度，燃料电池堆入口中的空气流量、和燃料电池堆的生成电流，降低化学计量比的控制区域。当燃料电池堆以最小的SR在恢复驱动模式下操作时，化学计量比控制区域可以基于分类的诊断水平而可变地降低。在恢复驱动模式中，燃料电池的发电停止区域可以扩展，并且可通过降低空气供给并且同时产生燃料电池的输出电力而生成水，尽管发电没有停止。虽然存在驱动能力和燃料效率损失可能性，但是低功率操作可被避免以防止燃料电池受缺水而劣化。

[0100] 如上所述，对于较低的诊断水平或当燃料电池堆被诊断为表现出空气过量供给或缺水的程度较低时，恢复驱动模式可以在较低的强度下以较低数量的项目进行。在恢复驱动模式之中代表性的是通过调节燃料电池堆的冷却剂入口和出口的温度而强制冷却燃料电池堆的恢复驱动模式，减轻燃料电池系统怠速熄火的准入条件的恢复驱动模式，降低连接到燃料电池堆输出端的主总线端子电压的恢复驱动模式，在最小SR驱动燃料电池堆的恢复驱动模式，以及减少供给到燃料电池堆的空气量的恢复驱动模式。然而，由于燃料效率或加速度响应的损失，根据燃料电池堆的状态应当选择性地采取恢复驱动模式。

[0101] 虽然为了举例说明的目的已经公开了本发明的示例性实施方式，但是本领域技术人员将理解，在不脱离如在所附权利要求中公开的本发明的范围和精神的情况下，有可能进行各种修改、添加和替换。

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燃料电池系统的驱动控制方法和系统

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