專(zhuān)利名稱(chēng)：帶有燃料電池的直流電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用燃料電池的直流電源。
背景技術(shù)：
近幾年，作為具有良好運(yùn)行效率和環(huán)保特性的電源，燃料電池正在引起人們更多的注意。燃料電池是一種通過(guò)氫和氧的電化學(xué)反應(yīng)發(fā)電的設(shè)備。燃料電池通過(guò)控制燃料氣體的供給量來(lái)輸出所需的電能。有時(shí)，由于氣體供給量的響應(yīng)延遲，輸出電能的響應(yīng)變?nèi)?。作為避免該?wèn)題的一個(gè)裝置，提供了一種其中燃料電池和電池并聯(lián)連接構(gòu)成電源的技術(shù)。例如，公開(kāi)號(hào)2000-12059的日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)了一種技術(shù)，其中燃料電池的輸出電壓通過(guò)一個(gè)直流-直流轉(zhuǎn)換器被轉(zhuǎn)換以便讓電池和燃料電池組合起來(lái)使用。然而，在上面提到的結(jié)構(gòu)中，電能輸出效率有待于進(jìn)一步提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是要提供一種進(jìn)一步提高采用燃料電池和電能存儲(chǔ)設(shè)備二者的直流電源效率的技術(shù)。
在本發(fā)明中，在具有并聯(lián)連接的燃料電池和電源存儲(chǔ)設(shè)備的直流電源內(nèi)，燃料電池和電源存儲(chǔ)設(shè)備的最大輸出根據(jù)下列條件設(shè)置。
在本發(fā)明的第一種結(jié)構(gòu)中，燃料電池的最大輸出和燃料電池與電源存儲(chǔ)設(shè)備最大總輸出之比(下文稱(chēng)作輸出比)被設(shè)置在等于或大于0.4和等于或小于0.8的范圍內(nèi)。直流電源的能效受燃料電池和電能存儲(chǔ)設(shè)備的輸出比的影響。申請(qǐng)人通過(guò)努力發(fā)現(xiàn)能效在輸出比處于上面提到的范圍內(nèi)時(shí)最佳。在上面提到的范圍內(nèi)，輸出比最好是等于或大于0.5，而更好是等于或大于0.65，這時(shí)燃料電池可以被用作主要電源。
作為上面提到的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子，圖5表示了輸出比和燃料效率或能效之間的相對(duì)關(guān)系。它表示，假設(shè)在電機(jī)驅(qū)動(dòng)重2000kg的汽車(chē)且電機(jī)效率為80％的情況下，通過(guò)模擬燃料效率所獲得的一種結(jié)果。在該圖中，10-15模式的結(jié)果由實(shí)線表示而LA4模式的結(jié)果由虛線表示。LA4模式是一種用于美國(guó)的驅(qū)動(dòng)模式以作為計(jì)算燃料效率的參考。燃料效率比是在各個(gè)輸出比上通過(guò)以最大燃料效率標(biāo)準(zhǔn)化燃料效率所獲得的值。如該圖所示，燃料效率比在40％和80％的輸出比范圍內(nèi)明顯變高。
在本發(fā)明的第二種結(jié)構(gòu)中，燃料電池的最大輸出被設(shè)置為等于或大于在預(yù)定的周期內(nèi)從一個(gè)端子連續(xù)輸出的電能目標(biāo)值的一個(gè)值。因此，相當(dāng)于電能目標(biāo)值的電能可以從具有較高運(yùn)行效率的燃料電池連續(xù)輸出，由此提高能效。在本發(fā)明的直流電源被用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)時(shí)，上面提到的電源目標(biāo)值，比如，可以根據(jù)汽車(chē)的行駛性能來(lái)設(shè)置。燃料電池的最大輸出可以通過(guò)輸出與所需要的直流電源的電能之比來(lái)確定。
在本發(fā)明的第三種結(jié)構(gòu)中，電能存儲(chǔ)設(shè)備的容量被設(shè)置為等于或大于從一個(gè)外部設(shè)備向一個(gè)端子輸入的電能的最大值。這使得從外部設(shè)備輸入的電能能有效地充電并由此提高能效。在將本發(fā)明的直流電源用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)時(shí)，電能例如可以根據(jù)通過(guò)將電機(jī)用作發(fā)電機(jī)制動(dòng)汽車(chē)時(shí)所恢復(fù)的還原電能來(lái)設(shè)定。電能存儲(chǔ)設(shè)備的容量可以利用燃料電池的輸出與所需要的直流電源電能的比值來(lái)確定。
在上面提到的第一至第三結(jié)構(gòu)中所考慮的條件可以被適當(dāng)組合，以設(shè)定燃料電池和電能存儲(chǔ)設(shè)備的輸出。在設(shè)定這些輸出時(shí)，最好要考慮所有的條件。
在第一至第三結(jié)構(gòu)中，燃料電池和電能存儲(chǔ)設(shè)備的最大總輸出最好等于或大于輸出端子所需的最大電能。此外，提供能使連接于電源的負(fù)載設(shè)備容量被完全利用的電能是有可能的。如果最大總輸出與所需要的最大電能相匹配，電源的容量可以被完全利用，它優(yōu)化了能效和空間效率。
本發(fā)明的直流電源最好包括連接在電能存儲(chǔ)設(shè)備和端子之間一個(gè)直流-直流轉(zhuǎn)換器。在第一至第三結(jié)構(gòu)中，使用燃料電池電能的頻率高于電能存儲(chǔ)設(shè)備的頻率。在電壓轉(zhuǎn)換期間，在直流-直流轉(zhuǎn)換器中產(chǎn)生的電能損耗可以通過(guò)將直流-直流轉(zhuǎn)換器連接到具有相對(duì)較低的利用頻率的電能存儲(chǔ)設(shè)備側(cè)來(lái)控制。
在本發(fā)明中，電能存儲(chǔ)設(shè)備例如可以是一個(gè)蓄電池。也可以使用其它可充電設(shè)備如電容。
本發(fā)明除了被構(gòu)成為直流電源外，還可以構(gòu)成為使用這種電源的各種設(shè)備，比如由電機(jī)所驅(qū)動(dòng)的汽車(chē)。此外，本發(fā)明可以構(gòu)成為設(shè)計(jì)直流電源的方法，提供設(shè)定燃料電池和電能存儲(chǔ)設(shè)備的輸出的步驟，以便滿(mǎn)足第一至第三結(jié)構(gòu)所列舉的條件。


圖1是裝有作為本發(fā)明某一實(shí)施例的電源系統(tǒng)的汽車(chē)示意圖；圖2是行駛時(shí)電能控制過(guò)程的流程圖；圖3是表示燃料電池輸出特性的示意圖；圖4是表示用于設(shè)定燃料電池和電池輸出比的方法的流程圖；圖5是表示輸出比和燃料效率比之間相對(duì)關(guān)系的示意圖；及圖6是表示燃料效率改善效果的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面，將根據(jù)下列各項(xiàng)描述本發(fā)明應(yīng)用于多動(dòng)力型汽車(chē)的實(shí)施例。
A.設(shè)備配置B.電能控制過(guò)程C.設(shè)定輸出比D.效果A.設(shè)備配置圖1是裝有作為本發(fā)明某一實(shí)施例的電源系統(tǒng)的汽車(chē)示意圖。該車(chē)帶有連接于車(chē)輪63L和63R作為驅(qū)動(dòng)能源的同步電機(jī)61。電源系統(tǒng)1是用于同步電機(jī)61的電源。從電源系統(tǒng)1輸出的直流電由反向變流機(jī)60轉(zhuǎn)換成要提供給同步電機(jī)61的三相交流電。同步電機(jī)61在制動(dòng)期間也能用作發(fā)電機(jī)。
電源系統(tǒng)1包括一個(gè)燃料電池40、一個(gè)電池20、一個(gè)DC-DC變換器30，和類(lèi)似裝置。燃料電池40借助于氫和氧的電化學(xué)反應(yīng)發(fā)電。在該實(shí)施例中，采用了聚合物電解液燃料電池。燃料電池40可以各種類(lèi)型中的某一種，包括磷酸燃料電池和熔融碳酸鹽燃料電池。用于發(fā)電的氫氣通過(guò)轉(zhuǎn)化(重整，reform)原料如酒精而產(chǎn)生。在該實(shí)施例中，發(fā)電的疊堆(stack)、產(chǎn)生燃?xì)獾霓D(zhuǎn)化器(reformer)及類(lèi)似裝置統(tǒng)稱(chēng)燃料電池40。此外，替代轉(zhuǎn)化器，系統(tǒng)配置可以利用氫吸附合金或儲(chǔ)存氫本身的氫罐。
電池20是一個(gè)可充電的蓄電池。在該實(shí)施例中，采用了鎳金屬氫化物電池。其它各種類(lèi)型的蓄電池也可使用。取代電池20，電能存儲(chǔ)設(shè)備除了蓄電池，比如可以利用電容。
燃料電池40和電池20并聯(lián)連接于反向變流機(jī)60。用于防止來(lái)自電池20的電流或由同步電機(jī)61產(chǎn)生的電流回流的二極管42被裝在燃料電池40和反向變流機(jī)60之間的電路上。要有選擇地使用來(lái)自并聯(lián)連接的電源的電，需要控制兩者之間的相對(duì)壓差。在該實(shí)施例中，為此目的在電池20和反向變流機(jī)60之間裝有DC-DC變換器。DC-DC變換器30具有調(diào)節(jié)從電池20輸入的直流電壓并向反向變流機(jī)60輸出該直流電壓的功能，以及調(diào)節(jié)從燃料電池40或電機(jī)61輸入的直流電壓并向電池20輸出該直流電壓的功能。DC-DC變換器30的這些功能能使電池20充放電。
汽車(chē)輔件50和燃料電池(FC)輔件57連接于電池20和DC-DC變換器30之間。換句話(huà)說(shuō)，電池20用作這些輔件的電源。輔件50是指駕駛汽車(chē)時(shí)使用的各種電氣設(shè)備，包括例如照明設(shè)備、空調(diào)設(shè)備和液壓泵。FC輔件是指用于操縱燃料電池40的各種電氣設(shè)備，比如包括提供要轉(zhuǎn)化的原料的泵和用于調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化器溫度的加熱器。
各部分的運(yùn)行由控制單元10控制?？刂茊卧?0是具有CPU、RAM和內(nèi)部ROM的微計(jì)算機(jī)形式?？刂茊卧?0控制反向變流機(jī)60的切換，以根據(jù)同步電機(jī)61所需的功率輸出三相交流電?？刂茊卧?0控制燃料電池40和DC-DC變換器30的運(yùn)行，以確保根據(jù)所需的功率提供電能。
要實(shí)現(xiàn)這些控制，各種傳感器信號(hào)被輸入到控制單元10。這些傳感器包括，如加速器踏板傳感器11、檢測(cè)電池20充電狀態(tài)(SOC)的充電狀態(tài)傳感器21、檢測(cè)燃料電池40氣體流速的流量傳感器41和檢測(cè)汽車(chē)速度的車(chē)速傳感器62。連接于控制單元10的其它傳感器在圖中被省略。
B.電能控制過(guò)程圖2是行駛時(shí)電能控制過(guò)程的流程圖?？刂茊卧?0與其它控制過(guò)程一起重復(fù)執(zhí)行該控制過(guò)程，以便控制電機(jī)61的驅(qū)動(dòng)，由此使汽車(chē)行駛。
在該處理中，控制單元10設(shè)定燃料電池40所需電能Ereq(步驟S10)。電能Ereq被確定為行駛所需要的電能Ed、充電/放電電能Eb和輔件電能Es這三部分的和。
行駛所需電能Ed是需要提供給電機(jī)61，以使汽車(chē)行駛的電能，它由下列步驟獲得。首先，控制單元10設(shè)定電機(jī)61的一個(gè)目標(biāo)轉(zhuǎn)數(shù)和一個(gè)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩。這些數(shù)值由加速器踏板開(kāi)度表和汽車(chē)速度獲得。二個(gè)數(shù)值的乘積得出要從電機(jī)61輸出的功率。行駛所需的電能Ed由該功率除以電機(jī)61的運(yùn)行效率，換句話(huà)說(shuō)，也就是功率輸出與電能消耗的比值，來(lái)獲得。在將電機(jī)61用作再生制動(dòng)的發(fā)電機(jī)時(shí)，目標(biāo)轉(zhuǎn)矩是一個(gè)負(fù)值。此外，行駛所需的電能Ed也是一個(gè)負(fù)值。
充/放電電能Eb是關(guān)于電池20充/放電的電能。電池的充電狀態(tài)被控制維持在預(yù)定的范圍內(nèi)。電池20在充電狀態(tài)降到預(yù)定的下限以下時(shí)被充電。根據(jù)充電所需的電能，充/放電電能Eb是一個(gè)正值。因此，在電池20充電時(shí)所需的電能Ereq增加。在另一方面，在充電狀態(tài)超過(guò)了預(yù)定的上限時(shí)電池20放電。充/放電電能Eb根據(jù)放電電能是一負(fù)值。在電池20放電時(shí)所需的電能Ereq減少。
輔件電能Es是用于驅(qū)動(dòng)汽車(chē)輔件50和Fc輔件51所需的電能。根據(jù)其運(yùn)行狀態(tài)對(duì)兩個(gè)輔件都分別設(shè)定。
控制單元10設(shè)定燃料電池40的輸出電壓，以便輸出在步驟S10設(shè)定的所需電能Ereq，并控制燃料電池40的氣體流量(步驟S12)。電壓根據(jù)下文所述的一張圖來(lái)設(shè)定。圖3是表示燃料電池40輸出特性的一個(gè)示意圖。上面的線圖表示電能和電流之間的相對(duì)關(guān)系，而下面的線圖表示電壓和電流之間的相對(duì)關(guān)系。
燃料電池40的輸出特性根據(jù)所供給的氣體的流量而變化。在下面的曲線圖中曲線Af1表示低氣體流量時(shí)的狀態(tài)，而曲線Af2表示高氣體流量時(shí)的狀態(tài)。在氣體流量較低時(shí)，電壓開(kāi)始下降的點(diǎn)，移到低電流一側(cè)。
按照所需電能Ereq，可以根據(jù)電能—電流特性圖(上面曲線圖)獲得電流Ifc。按照電流Ifc，可以根據(jù)電壓—電流特性圖(下面的曲線圖)獲得電壓Vfc。當(dāng)燃料電池40的氣體流量較低且不能在足夠的電壓值上輸出所需的電能時(shí)，氣體流量的目標(biāo)值也根據(jù)這些特性圖來(lái)設(shè)定。
接著，控制單元10設(shè)定DC-DC變換器30的輸出電壓(步驟14)。在電池20放電時(shí)，即充/放電電能Eb為負(fù)值時(shí)，電池20成為輸入側(cè)而反向變流機(jī)60成為輸出側(cè)。輸出電壓與燃料電池40的輸出電壓相匹配。即當(dāng)充/放電電能Eb為正值時(shí)，反向變流機(jī)60成為輸入側(cè)而電池20成為輸出側(cè)。輸出電壓是適合于為電池20充電的一個(gè)預(yù)定值。預(yù)定值根據(jù)要充電的電能可以是常數(shù)或者可以波動(dòng)。
控制單元10控制DC-DC變換器30到一個(gè)設(shè)定輸出電壓，并控制反向變流機(jī)60以便向同步電機(jī)61提供所需的電能(步驟S16)。在切換反向變流機(jī)60時(shí)，從燃料電池40輸出對(duì)應(yīng)于氣體流量的電能。此外，對(duì)應(yīng)于由燃料電池40輸出的電能與由反向變流機(jī)60消耗的電能之間差值的電能被充到電池20或由電池20釋放出。例如當(dāng)來(lái)自燃料電池40的輸出中存在響應(yīng)延遲時(shí)，所需電能Ereq的不足數(shù)量由電池20補(bǔ)償。在燃料電池40的輸出接近所需的電能Ereq時(shí)，電池20的輸出逐漸降低。上面所述的控制能使電能的供給具有良好的響應(yīng)。
至少要保證電池20的電能用于汽車(chē)輔件50和FC輔件51。在為電池20充電時(shí)，來(lái)自燃料電池40或同步電機(jī)61的電能也可供給這些輔件。
C.設(shè)定輸出率在該實(shí)施例中，如電能控制部分所述，燃料電池40被用作主要電源而電池20被用作補(bǔ)償燃料電池40響應(yīng)延遲的輔助電源。在給定的前提條件下，汽車(chē)的能效根據(jù)燃料電池40和電池20的輸出比而變化。在本實(shí)施例中，輸出比根據(jù)下列程序來(lái)設(shè)定，以獲得較高的能效。
圖4是表示設(shè)定燃料電池與電池輸出比的方法流程圖。首先，設(shè)定在汽車(chē)中安裝的電機(jī)的最大輸出(步驟S20)。這可以根據(jù)汽車(chē)重量、最大目標(biāo)速度、加速度及類(lèi)似參數(shù)設(shè)定。接著，用最大設(shè)定輸出除以電機(jī)運(yùn)行效率來(lái)確定所需最大電能(步驟S22)。除了電機(jī)輸出外，可以考慮由輔件所消耗的電能。要完全利用電機(jī)容量，燃料電池40和電池20的最大輸出之和要等于或大于所需的最大電能。
同時(shí)，根據(jù)代表汽車(chē)驅(qū)動(dòng)條件的預(yù)定基準(zhǔn)，設(shè)定燃料電池40和電池20之間輸出比的下限值和上限值。輸出比是指燃料電池的最大輸出除以電池的最大輸出。例如，下限值可以根據(jù)連續(xù)行駛性能來(lái)設(shè)定(步驟S24)。例如，假定汽車(chē)車(chē)重為2000kg且電機(jī)效率為80％。如果將速度120km/h增減率4.5％時(shí)的連續(xù)行駛性能設(shè)定為目標(biāo)值，經(jīng)計(jì)算，所需電能大約是65kW。如果假定所需的最大電能為100kW，則為連續(xù)行駛由燃料電池40輸出所需電能所需要的輸出比，設(shè)定為等于或大于0.65。
輸出比的上限可以根據(jù)電池的再生容量來(lái)確定(步驟S26)。最好用由電機(jī)61制動(dòng)時(shí)再生的電能為電池20充電，以顯著地提高汽車(chē)的能效。如果電池20的容量太小使得再生的電能不能充電，則能效被降低。例如，在以所謂的10-15模式驅(qū)動(dòng)重2000kg及電機(jī)效率為80％的汽車(chē)時(shí)，在減速期間最大再生電能經(jīng)計(jì)算為20kW。如果假定所需的最大電能為100kW，需要充再生電能的電池20的容量為20kW。因此，輸出比的上限值設(shè)定為0.8。
輸出比的下限和上限可以根據(jù)汽車(chē)的目標(biāo)性能進(jìn)行不同的設(shè)定，而不管這些驅(qū)動(dòng)條件。
接著，考慮汽車(chē)能效、上限和下限設(shè)定輸出比(步驟S28)。例如可以利用下列方法評(píng)估效率。
圖5是表示輸出比與燃料效率比之間相對(duì)關(guān)系的示意圖。它表示在輸出比變化時(shí)，模擬燃料效率波動(dòng)的結(jié)果，假定汽車(chē)車(chē)重2000kg且電機(jī)效率為80％。在該圖中，10-15模式的結(jié)果由實(shí)線表示而LA4模式的結(jié)果由虛線表示。作為計(jì)算燃料效率的基準(zhǔn)，LA4模式是用于美國(guó)的驅(qū)動(dòng)模式。燃料效率比是指在由最大燃料效率在各輸出比上標(biāo)準(zhǔn)化的燃料效率。如圖中所示，燃料效率比在40％至80％的輸出范圍上明顯變高。
如果前面提到的輸出比80％的上限值和65％的下限值被認(rèn)為具有較高能效的范圍，則在該實(shí)施例中輸出比的合適范圍在65％和80％之間。燃料電池40和電池20的輸出被設(shè)定，以滿(mǎn)足輸出比落在該范圍內(nèi)時(shí)的條件和最大輸出之和變得等于或大于所需的最大電能時(shí)的條件(步驟S30)。最好設(shè)定輸出比，使得燃料電池40和電池20的最大輸出之和與所需的最大電能一致。
D.效果按照上面闡述的該實(shí)施例的電源系統(tǒng)，提供DC-DC變換器30在電池20一側(cè)具有良好的燃料效率的優(yōu)點(diǎn)。圖6是表示燃料效率提高效果的示意圖。虛線是表示在圖1的結(jié)構(gòu)中將DC-DC變換器30的位置切換到燃料電池一側(cè)時(shí)的燃料效率。實(shí)線是表示在該實(shí)施例中所采用的結(jié)構(gòu)的燃料效率。燃料效率表示為由燃料效率的最大值標(biāo)準(zhǔn)化。如圖中所示，通過(guò)將DC-DC變換器連接到電池一側(cè)，燃料效率最大提高約5％。下面研究之所以這樣的原因。
正常情況下，DC-DC變換器在電壓變換上的效率通常在90％至95％范圍之內(nèi)。在該實(shí)施例中，燃料電池被用作主要能源。此外，在DC-DC變換器被連接于燃料電池一側(cè)時(shí)，從電源系統(tǒng)輸出的電能由于電壓轉(zhuǎn)換大部分遭到損失。這種由于電壓轉(zhuǎn)換的損失，可以通過(guò)將DC-DC變換器連接于輸出電能的數(shù)量相對(duì)少的電池一側(cè)來(lái)控制。
通過(guò)將DC-DC變換器連接于電能數(shù)量相對(duì)少的電池一側(cè)，DC-DC變換器的大小可以被縮小，并由此可以縮小整個(gè)電源系統(tǒng)的大小。
在該實(shí)施例的電源系統(tǒng)中，汽車(chē)輔件50和FC輔件51被連接于電池20和DC-DC變換器30之間。因此，既使在DC-DC變換器30出故障或者燃料電池40不能發(fā)電，也能保證對(duì)這些輔件的電力供應(yīng)。例如，考慮到燃料電池40由于沒(méi)有預(yù)熱燃料電池不能產(chǎn)生足夠的電的情況。在該實(shí)施例中，F(xiàn)C輔件51可以由電池20的電能驅(qū)動(dòng)，以加熱和啟動(dòng)燃料電池40。也可以在電池20的容量范圍內(nèi)保證汽車(chē)輔件50的運(yùn)行。此外，電源系統(tǒng)和汽車(chē)的可靠性可以由該實(shí)施例來(lái)提高。
根據(jù)這個(gè)實(shí)施例，燃料電池40和電池20的輸出比可以被優(yōu)化并可以獲得較高的能效。同時(shí)滿(mǎn)足性能和能效的系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以通過(guò)考慮運(yùn)行效率、設(shè)定輸出比以及規(guī)定上限和下限的目標(biāo)性能來(lái)實(shí)現(xiàn)。
前面已描述了本發(fā)明的各種實(shí)施例，然而，本發(fā)明不限于這些實(shí)施例并且可以是本發(fā)明范圍和實(shí)質(zhì)內(nèi)的各種形式。例如，本發(fā)明可以被應(yīng)用于汽車(chē)以外的各種設(shè)備的電源系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種直流電源包括一對(duì)輸出電能的端子；連接于該端子的燃料電池；及與該燃料電池并聯(lián)連接于端子的電能存儲(chǔ)設(shè)備，其中燃料電池的最大輸出與燃料電池和電能存儲(chǔ)設(shè)備最大總輸出的比值在等于或大于0.4和等于或小于0.8的范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電源，其中燃料電池的最大輸出等于或大于在預(yù)定周期內(nèi)從端子連續(xù)輸出的電能目標(biāo)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的直流電源，其中電能存儲(chǔ)設(shè)備的容量等于或大于向端子輸入的電能的最大值。
4.一種直流電源包括一對(duì)輸出電能的端子；連接于該端子的一個(gè)燃料電池；及與該燃料電池并聯(lián)連接于該端子的一個(gè)電能存儲(chǔ)設(shè)備，其中燃料電池的最大輸出等于或大于在預(yù)定的周期內(nèi)要從端子連續(xù)輸出的電能目標(biāo)值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的直流電源，其中電能存儲(chǔ)設(shè)備的容量等于或大于向端子輸入的電能的最大值。
6.一種直流電源包括一對(duì)輸出電能的端子；連接于該端子的一個(gè)燃料電池；及與該燃料電池并聯(lián)連接于該端子的一個(gè)電能存儲(chǔ)設(shè)備，其中電能存儲(chǔ)設(shè)備的容量等于或大于向該端子輸入的電能最大值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的直流電源，其中燃料電池和電能存儲(chǔ)設(shè)備的最大總輸出等于或大于輸出端子所需要的最大所需電能。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的直流電源，還包括連接于電能存儲(chǔ)設(shè)備和端子之間DC-DC變換器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的直流電源，其中電能存儲(chǔ)設(shè)備是一個(gè)蓄電池。
10.一種具有用作電源的電機(jī)的汽車(chē)，包括向電機(jī)提供電能的一個(gè)直流電源；及通過(guò)電源驅(qū)動(dòng)電機(jī)的一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路，其中直流電源包括一對(duì)輸出電能的端子；連接于該端子的燃料電池；及與該燃料電池并聯(lián)連接于該端子的一個(gè)電能存儲(chǔ)設(shè)備，而其中燃料電池的最大輸出與燃料電池和電能存儲(chǔ)設(shè)備的最大總輸出的比值在等于或大于0.4和等于或小于0.8的范圍內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的直流電源，其中燃料電池的最大輸出等于或大于在汽車(chē)行駛期間所需要的電能。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的直流電源，其中電能存儲(chǔ)設(shè)備的容量等于或大于由電機(jī)所再生的電能的最大值。
13.一種具有用作電源的電機(jī)的汽車(chē)，包括一個(gè)向電機(jī)提供電能的直流電源；及一個(gè)借助電能驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，其中直流電源包括一對(duì)輸出電能的端子；一個(gè)連接于該端子的燃料電池；及與該燃料電池并聯(lián)連接于該端子的一個(gè)電能存儲(chǔ)設(shè)備，而其中燃料電池的最大輸出等于或大于在汽車(chē)行駛期間所需要的電能。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的直流電源，其中電能存儲(chǔ)設(shè)備的容量等于或大于電機(jī)所再生的電能的最大值。
15.一種具有用作電源的電機(jī)的汽車(chē)，包括一個(gè)再生地操縱電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路；及一個(gè)能儲(chǔ)存由電機(jī)所再生的電能的直流電源，其中該直流電源包括一對(duì)向其輸入電能及從其輸出電能的端子；一個(gè)連接于該端子的燃料電池；及與該燃料電池并聯(lián)連接于該端子的一個(gè)電能存儲(chǔ)設(shè)備，而其中電能存儲(chǔ)設(shè)備的容量等于或大于由電機(jī)所再生的電能的最大值。
16.根據(jù)權(quán)利要求10至15中任一項(xiàng)所述的汽車(chē)，其中燃料電池和電能存儲(chǔ)設(shè)備的最大總輸出等于或大于從直流電源需求的最大所需電能。
17.根據(jù)權(quán)利要求10至16中任一項(xiàng)所述的汽車(chē)，其中直流電源還包括連接于電能存儲(chǔ)設(shè)備和端子之間的DC-DC變換器。
18.根據(jù)權(quán)利要求10至17中任一項(xiàng)所述的汽車(chē)，其中電能存儲(chǔ)設(shè)備是一個(gè)蓄電池。
19.一種用于設(shè)計(jì)其中燃料電池和電能存儲(chǔ)設(shè)備并聯(lián)連接的直流電源的方法，其中燃料電池和電能存儲(chǔ)設(shè)備的輸出考慮下面各項(xiàng)中的至少一項(xiàng)來(lái)設(shè)定其中燃料電池和電能存儲(chǔ)設(shè)備的最大總輸出變成等于或大于對(duì)直流電源需求的最大所需電能的條件；其中燃料電池的最大輸出與燃料電池和電能存儲(chǔ)設(shè)備的最大總輸出的比值，變成等于或大于0.4和等于或小于0.8的條件；其中燃料電池的最大輸出變成等于或大于在預(yù)定的周期內(nèi)連續(xù)輸出的電能的目標(biāo)值的條件；及其中電能存儲(chǔ)設(shè)備的容量變成等于或大于從外部設(shè)備向直流電源輸入的最大電能的條件。
全文摘要
一種電源系統(tǒng)(1)包括并聯(lián)連接的燃料電池(40)和電池(20)。一個(gè)DC－DC變換器(30)被連接于電池(20)一側(cè)。燃料電池(40)和電池(20)的最大輸出比被設(shè)定為在其中燃料電池的輸出落在總輸出的65％至80％的范圍以?xún)?nèi)。此外，由于DC－DC變換器(30)的電能損失被控制，因此可以獲得較高的能效。
文檔編號(hào)H02J7/00GK1630960SQ01816902
公開(kāi)日2005年6月22日 申請(qǐng)日期2001年10月2日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月4日
發(fā)明者杉浦浩, 石川哲浩, 渡邊修夫, 真鍋晃太 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車(chē)株式會(huì)社