燃料電池系統及其相關方法
2023-06-21 17:29:36
專利名稱：燃料電池系統及其相關方法
技術領域：
本發明涉及燃料電池系統及相關方法，更具體地說，涉及安裝在運動物體上、響應由用戶遠程執行的命令來開始起動操作的燃料電池系統，及其相關方法。
背景技術：
最近幾年，對於環境有利的燃料電池作為諸如汽車的運動物體的能源引起人們的注意，並且已經開展了一些研究工作來提供適於對燃料電池電能產生實現控制的燃料電池系統。
尤其是，作為那些吸引了公眾注意具有作為運動物體燃料電池影響力的燃料電池系統之一，已經建議提供一種用質子交換膜(PEM)形成聚合物電解質的聚合物電解質燃料電池(PEFC)。
此外，已經建議了另一種燃料電池系統，其中，為了獲得作為燃料電池燃料的氫氣，安裝燃料重整系統，從含氫的化合物中分離氫氣。
在這些燃料電池系統中，具體地說，因為包含形成待重整化合物的碳和氫的有機化合物具有高於氫氣的體積能量密度和重量能量密度，所以大量的研究工作和開發工作針對通過使用這些有機化合物重整來開展。因為，作為有機化合物，烴燃料包括例如甲烷的烷烴、醇和醚系列、或者在常溫和常壓下或加壓條件下為液體形態從而便於處理的汽油，並且已經建立了使用的烴作為燃料的技術，所以認為烴燃料作為燃料重整的原料是一流的。
此外，在運動物體的燃料電池系統中，已經建議提供一種其中安裝儲電單元，例如二次電池和電容器的燃料電池系統。在燃料電池系統被安裝在汽車上的情況中，源於在剎車條件下運動物體停止的再生能源被回收並儲備在儲電單元中，使得再生的能源可以被再次用作加速的能量，因而實現了對燃料消耗效率的改善。另外，由於儲電單元能夠電學控制整個燃料電池系統，所以儲電單元被用作系統停止而沒有通過燃料電池產生電能期間的電源，並能夠開始燃料電池系統的起動操作。高能量密度的二次電池結合入儲電單元中有許多種可能性。
日本專利申請特開第2002-117876號公開了一種提供了冷卻劑流動通道的燃料電池系統，為了預熱燃料電池，該系統提供了在燃料電池冷卻階段期間加熱冷卻劑的加熱裝置。
日本專利申請特開第2002-198081號公開了一種燃料電池系統其中，在提供有自動熱重整器的燃料電池氣體產生裝置開始操作時，在預熱包括此種重整器和CO脫除器單元的重整反應器期間，增加在其預熱期間供應給重整器的燃料和空氣的流速，從而促進CO脫除器單元的預熱。
日本專利申請特開第2002-83606號公開了燃料電池共生成系統，其中燃料電池在預定的時間模式下操作，並且根據實際消耗的電能模式校正預定的時間模式。
日本專利申請特開第2002-50378號公開了一種燃料電池系統其中，如果二次電池在電動車輛燃料電池起動期間過放電，提供外部電源，在燃料電池起動期間驅動輔助單元，並且使用燃料的催化燃燒來加熱重整器和冷卻劑。
日本專利申請特開第2002-219926號公開了一種控制系統，其中從便攜電話傳送命令，從而遙控車輛的空氣調節單元。
發明內容
但是，根據本發明人進行的研究，具有聚合物電解質膜，例如質子交換膜的固體聚合物燃料電池通過燃料氣體和包括氧氣的氧化氣體反應而產生電能，並且這樣構建，使得燃料氣體電極中的氫氣形成質子，質子通過聚合物電解質膜傳遞到氧化氣體電極上，從而與氧化氣體反應。因此，當在燃料電池系統操作中，為了使燃料電池產生電能時，需要溼潤聚合物電解質膜以保持在潮溼狀態中。
此外，認為固體聚合物燃料電池作為運動物體的電源是有影響力的原因之一在於聚合物電解質膜型燃料電池能夠在比其它類型燃料電池較低的大約80℃範圍的溫度下操作。使用這種聚合物電解質膜型燃料電池，由於發生由通過燃料氣體和氧化氣體之間反應產生的能量的能量部分，即沒有作為電力取出的部分所引起的熱積累(build-up)，冷卻劑介質，例如水有許多種可能性，並且所使用的散熱器允許維持操作溫度。
因此，在趨向於在聚合物電解質膜中包含溼氣和冷卻劑，從而使燃料電池具有大熱容量的燃料電池的情況下，為了將溫度從因為安裝燃料電池的運動物體已經被留下很長時間，所以燃料電池系統的溫度達到大氣溫度的狀態下，升高至在大約80℃的操作溫度範圍內，需要大量的熱。
另外，儘管燃料電池在低於所述操作溫度範圍內的溫度下也能夠產生電能，但是因為在低溫下燃料氣體和氧化氣體間的反應活性降低，所以很難獲得額定電能。另外，在聚合物電解質膜中所含的溼氣被冷凍時，沒有質子能夠通過氧化氣體電極而傳遞，從而導致不能產生電能。也就是說，為了使燃料電池達到操作條件，可能需要預熱，並且對於燃料電池可能還需要起動操作，例如執行預熱。
此外，在安裝了燃料重整系統的燃料電池系統中，由於存在重整反應高度活性的溫度範圍，並且就甲醇而言在從300℃至400℃的範圍內、而對汽油而言在高於600℃的溫度下會保持高的水平，在此情況下，出現在低溫範圍內幾乎沒有得到氫氣，或者效率降低，也就是說，可能只獲得比在預定溫度範圍內反應要少量的氫氣。因此，不僅需要充分地進行上述燃料電池體的預熱，而且需要進行燃料重整器系統的預熱。
此外，在安裝了二次電池作為儲電單元的燃料電池系統中，在充電狀態(SOC)落在總電池容量30％至80％附近下使用的二次電池有許多種可能性。也就是說，認為存在這種可以控制以至於阻止SOC降低至下限閾值30％以下的二次電池確保了重起動的能量，或者輔助了驅動力；此外，存在預防SOC超過上限閾值80％的控制使得二次電池可以在為了回收再生能量而開放的室中使用。
但是，可以想像由於在車輛停止後使用電子設備，或者由於在放置了很長時間後的二次電池中所產生的自放電的發生，SOC容易下降至下限閾值以下。另外，可以想像即便在燃料電池系統開始起動操作之前SOC超過了下限閾值，用於起動操作的電能產生也會引起SOC降低至下限閾值以下。
在這種情況下，在燃料電池開始驅動運動物體之前，但在已經開始產生電能之後，二次電池需要充電。這是因為在運動物體被驅動的階段中，也就是說在SOC下降至下限閾值以下的情況下開始行駛燃料電池驅動的汽車，如果因為使用電能消耗大的電子設備，或者輔助驅動力，二次電池中發生放電而落入低的SOC狀態，那麼接著可能會出現引起燃料電池停止的嚴重情況。也就是說，在儲電單元中，二次電池在燃料電池起動操作時可能需要被充電。另外，在儲電單元中，因為許多類型二次電池在低溫下性能會降低，所以需要進行預熱。
此處，順便提及在日本專利申請特開第2002-117876號中公開的燃料電池系統被配置成當預熱燃料電池時，使用電加熱器作為加熱裝置來在燃料電池的冷狀態期間加熱冷卻劑，從而預熱冷卻劑。
但是，如上所述，加熱能力通常受燃料電池中的冷卻劑和溼氣影響，並且預熱需要大量的電能。也就是說，在這種燃料電池系統中，當電加熱器通過使用形成儲電單元的二次電池的電能來驅動時，認為在完成預熱之前儲電單元的SOC趨向於降低。
此外，日本專利申請特開第2002-117876號公開了使用源於諸如甲醇的燃料燃燒的燃燒熱來加熱冷卻劑的結構。這是由於首先燃料的燃燒熱具有增加的熱值，並且例如甲醇和汽油的液體燃料供應的能量大於二次電池的容量，因此不需害怕所謂的能量短缺。
但是，在保持高溫下排出作為燃燒結果的氣體的結構中，在能量應用效率方面產生不利的趨勢。這是因為通過氣體的熱交換通常評價為在溫度效率方面是低的，並且消耗的能量趨向於大於預熱所需的能量。
此處，可以考慮另一種結構，其中，為了使源於燃料燃燒的高溫氣體的熱能被最大程度地傳遞給冷卻劑，儘可能大地增加熱氣體和熱交換器之間的接觸表面積，並且熱交換器內部的氣流通道被形成得窄且長。但是，為了預熱，需要大輸出的鼓風機和壓縮機來使大量的氣體流過氣流通道，結果包括鼓風機和壓縮機消耗能量的能量增加。
此外，當日本專利申請特開第2002-198081號中公開的燃料電池系統使用來自燃料氧化反應，即它們的燃燒的熱量預熱位於燃料重整器系統較下流的CO脫除器時，CO脫除器預熱期間不能達到可操作的溫度，因此重整的氣體旁路通過燃料電池，並且被輸送到提供有燃燒器的蒸發器中。也就是說，在CO脫除器的預熱中間，燃料電池不會進入產生電能的狀態，因此，燃料電池起動所需的所有電能需要從燃料電池之外的其它電源來供應。另外，在這種結構中，在燃料電池起動期間，因為空氣流速增加，所以許多空氣系統需要電能。也就是說，認為儲電單元的SOC下降，直至預熱完成。
此外，儘管日本專利申請特開第2002-83606號中公開的燃料電池系統基於操作靜態使用的燃料電池的假設，但是即便在這種燃料電池被安裝在運動物體上的情況中，理論上，預先命令可獲得電能的操作開始時間，從而逐漸進行起動操作，因此能夠抑制儲電單元SOC的降低。
但是，因為這種結構嚴格地預先假定靜態燃料電池，所以在操作開始時間需要被任意命令的情況中，或者在不能總是像熱電聯合系統(cogeneration system)一樣使用商購電源的情況中，不能說所述結構是有利的。
此外，日本專利申請特開第2002-50378號中公開的燃料電池系統僅在二次電池保持過放電的情況中採取起動控制措施，並且該結構不提供完全優化起動操作來覆蓋上述情況以外情況。
也就是說，在這種結構中，在不像預先命令操作開始時間的情況那樣需要快速起動的情況中，並不試圖提供起動操作來通過使用外部電源實現二次電池的充電，並且進行重整器和冷卻劑的加熱。
此外，在日本專利申請特開第2002-219926號中公開的燃料電池系統中，預先將燃料電池作為空氣調節器的能源操作的嘗試同時使燃料電池本身能夠在操作運動物體之前完成燃料電池的預熱。另外，在這種結構中，如果運動物體裝備了可以充放電的儲電單元，儲電單元的電能優先用來實現空氣的調節，並且為了在驅動運動物體之前，使儲電單元在燃料電池產生電能期間被充電，執行控制，從而預防在運動物體操作期間儲電單元被充電。
但是，甚至這種結構也沒有被構造成根據環境的變化而提供最佳的燃料電池起動操作。
因此，本發明在如上所述本發明人進行的研究基礎上被完成，並且其目標是提供一種用戶能夠在適當時間下完成燃料電池起動操作的燃料電池系統及其相關方法。
為了達到上述目標，根據本發明的一個方面，提供了一種適於安裝在運動物體上的燃料電池系統，所述燃料電池系統包括包括向其供應燃料氣體和氧化氣體以產生電能的燃料電池電能產生元件；能夠實現電能產生元件預熱的預熱裝置；以及控制器，控制器響應從外部遙控操縱器單元發送的控制信號的接收，命令起動完成命令時間，在該時間處通過電能產生元件的預熱來完成燃料電池系統的起動，以及控制預熱裝置，使得電能產生元件按照起動完成時間完成預熱。
換句話說，根據本發明的另一個方面，提供了一種適於安裝在運動物體上的燃料電池系統，所述燃料電池系統包括包括向其供應燃料氣體和氧化氣體以產生電能的燃料電池的電能產生元件；能夠實現電能產生元件預熱的預熱裝置；以及控制裝置，控制裝置響應從外部遙控操縱器單元發送的控制信號的接收，命令起動完成命令時間，在該時間處通過電能產生元件的預熱來完成燃料電池系統的起動，從而控制預熱裝置，使得電能產生元件按照起動完成時間完成預熱。
同時，根據本發明的另一個方面，提供了一種控制燃料電池系統的方法，所述燃料電池系統裝備了包括向其供應燃料氣體和氧化氣體以產生電能的燃料電池的電能產生元件和實現電能產生元件預熱的預熱裝置；所述方法包括控制預熱裝置，響應從外部遙控操縱器單元發送的控制信號的接收，命令起動完成命令時間，在該時間處通過電能產生元件的預熱來完成燃料電池系統的起動，從而使得電能產生元件按照起動完成時間完成預熱。
結合下面的附圖，本發明的其它和另外的特徵、優點和利益將從下面的描述中變得明顯。
圖1是說明根據本發明第一實施方案的燃料電池系統結構、同時說明燃料電池系統和外部電源及遙控操縱器單元之間關係的方框圖。
圖2是說明第一實施方案的燃料電池系統執行起動控制操作的主要流程的流程圖。
圖3是說明第一實施方案的燃料電池系統執行起動操作的流程圖。
圖4是說明第一實施方案的燃料電池系統執行完成判斷閾值設置處理的流程圖。
圖5是說明第一實施方案的燃料電池系統執行起動操作方法選擇處理的流程圖。
圖6A至6C是第一實施方案中在起動操作方法選擇處理中使用的時間-溫度範圍圖，其中橫坐標表示燃料電池系統的溫度，並且縱坐標表示相對起動完成設定時間的剩餘時間。
圖7是說明在第一實施方案的燃料電池系統中，在燃燒器不燃燒下起動操作方法選擇處理的流程圖。
圖8是在第一實施方案中為了描述冷卻劑泵的效率而說明冷卻劑流速和效率之間關係的視圖，其中橫坐標表示冷卻劑流速FP，並且縱坐標表示泵的效率EP。
圖9是在第一實施方案中為了描述鼓風機的效率而說明空氣流速和壓力比之間關係的視圖，其中橫坐標表示空氣流速FA，並且縱坐分、向/從燃料電池系統1發送並接收無線電信號的發射器和接收器部分、給用戶提供不同信息顯示的顯示器、具有例如揚聲器和振動裝置的信息提供器部分，以及為此控制各種功能的控制器。遙控操縱器單元3的控制器對用戶操作的輸入部分產生響應，並且響應用戶的操作內容用於發射控制信號SR(為了方便起見，下文中典型地以SR表示從遙控操縱器單元3的控制器發射的信號)，從而激活並操作燃料電池系統1。另外，遙控操縱器單元3的控制器響應從燃料電池系統1輸出的控制信號SC(為了方便起見，下文中典型地以SC表示從下文描述的燃料電池系統1的控制器發出的信號)控制提供器部分，從而給用戶提供與燃料電池系統1相關的各種信息。
此外，燃料電池系統1包括提供有連接器(未顯示)的充電控制部分11，它被電學連接到從外部電源2延伸的電纜2a上。
充電控制部分11包括充電控制器21和切換單元22，兩者都被通過電纜2a和連接器連接到外部電源2上。充電控制器21控制從外部電源2供應的電能，使得電能被充電到電池23中，同時調節電能的充電速率。另外，切換單元22被連接到起動電源線上，其細節未顯示，並且在從電池23釋放的電能和從外部電源2釋放並供應給燃料電池系統1各部分的電能之間可控地實行切換。特別地，切換單元22典型地向燃料電池系統1的各部分輸送或者來自外部電源2的電能和來自電池23的電能之一，或者來自外部電源2的電能和來自電池23的電能的組合。
此外，燃料電池系統1包括用作運動物體電源的產生電能的燃料電池操作部分12。
燃料電池操作部分12包括向其供應燃料氣體和氧化氣體並產生電能的燃料電池組31(有時僅稱作燃料電池)。燃料電池組31形成電能產生元件，儘管未顯示，但由多個燃料電池結構體的組合構成，每個電池結構包括空氣電極和相對放置的燃料電極，在它們之間夾有固體聚合物電解質膜，這三者再被夾在隔膜之間。為了使燃料電池組31引發產生電能的反應，向燃料電極供應諸如氫氣的燃料氣體，並且向標表示鼓風機的效率EA。
圖10是說明根據本發明第二實施方案的燃料電池系統結構、同時說明燃料電池系統和外部電源及遙控操縱器單元之間關係的方框圖。
圖11是說明在第二實施方案的燃料電池系統執行起動控制操作中、在起動操作期間實施的完成判斷閾值設置處理的流程圖。
圖12是說明在第二實施方案的燃料電池系統執行起動控制操作期間實施的起動操作方法選擇處理的流程圖。
圖13是說明在第二實施方案的燃料電池系統中、在燃燒器不燃燒下起動操作方法選擇處理的流程圖。
圖14是說明第二實施方案的燃料電池系統執行失敗中止(fail-off)操作的流程圖。
具體實施例方式
下文中，適當的參照相關附圖，詳細描述根據本發明每個實施方案的燃料電池系統及其相關方法。
(第一實施方案)首先參考圖1至9，具體說明根據本發明的第一實施方案的燃料電池系統及其相關方法。
圖1是說明當前實施方案的燃料電池系統1的結構，並且也說明燃料電池系統和外部電源及遙控操縱器單元之間關係的方框圖。
燃料電池系統1的結構如圖1所示，燃料電池系統1被安裝在諸如汽車的運動物體上，並且作為向運動物體驅動馬達(未表示)供應電能的電源而產生電能。燃料電池系統1通過電纜2a被連接到外部電源2上，此外，通過無線電通訊與由用戶操縱的遙控操縱器單元3電連接。
這種遙控操縱器單元3儘管未顯示，但包括由用戶操作的輸入部氧化劑電極供應諸如空氣的氧化氣體。
更具體地說，在燃料電池系統1正常操作期間，儲備在氫氣罐32中的氫氣通過氫氣閥33在調節氫氣流速和氫氣壓力的條件下被供應到燃料電池組31的氫氣電極(燃料電極)中。另外，除了供應氫氣外，從鼓風機34向燃料電池組31的空氣電極供應空氣。
在燃料電池系統1起動操作處理期間，鼓風機34向燃燒器35輸送空氣。在燃料電池系統1正常操作期間，燃燒器35催化燃燒從燃料電池組31的氫氣電極中排出的廢氣中包含的氫氣。從氫氣罐32到燃燒器35的安插有氫氣閥33的系統形成了燃料供應系統。另外，在燃料電池系統1起動操作處理期間，燃燒器35使得通過氫氣閥33輸送的氫氣和從鼓風機34輸送的空氣彼此反應，從而提供進而被供應到熱交換器36上的高壓氣體。
熱交換器36通過氣體導管與燃燒器35相連，並且通過冷卻劑輸送導管與冷卻劑泵37相連。在燃料電池系統1起動操作期間，熱交換器36在從燃燒器35放出的高壓氣體和在壓力下從冷卻劑泵37放出的冷卻劑之間實行熱交換，熱交換的冷卻劑通過冷卻劑輸送導管被輸送到調節閥38。
冷卻劑泵37供應冷卻劑，並且在壓力下將冷卻劑輸送到熱交換器36和加熱器39中，冷卻劑通過燃料電池組1內部的冷卻劑流路(未顯示)來流動。此處，控制冷卻劑泵37的驅動速率，使得在壓力下輸送的冷卻劑流過熱交換器36、調節閥38和燃料電池組31來循環，並且使得冷卻劑流過加熱器39、調節閥38和燃料電池組31來循環。此處，冷卻劑泵37、熱交換器36、調節閥38和燃料電池組31形成一個循環系統，並且冷卻劑泵37、加熱器39、調節閥38和燃料電池組31也形成另一個循環系統。
加熱器39通過未表示出的起動電源線與切換單元22連接，它由切換單元22來提供電能，從而加熱從冷卻劑泵37輸送的冷卻劑，而後加熱的冷卻劑被輸送到調節閥38。
調節閥38用在熱交換器36中與高壓氣體進行熱交換的冷卻劑，以及由加熱器39加熱的冷卻劑來供應，從而調節各個向燃料電池組31輸送的冷卻劑流的流速。
此外，燃料電池系統1包括控制充電控制部分11和燃料電池操作部分12的操作的控制器13。
控制器13由儲存了各種信息的存儲器M和計數時間的計時器TM組成，並且響應來自遙控操縱器單元3的控制信號SR控制充電控制部分11的充電控制器21和切換單元22的操作，以及燃料電池操作部分12的鼓風機34、氫氣閥33、熱交換器36、調節閥38和加熱器39的操作。通過這樣做，當預熱燃料電池組31來起動時，控制器13執行起動控制操作，以至於在通過使用燃燒器35的燃燒而經熱交換器36實行起動操作和通過使用由加熱器39產生的熱量而實行起動操作之間進行選擇，加熱器39用作預熱裝置並且由從外部電源2和電池23中釋放的電能來供能。這裡，氫氣罐32、氫氣閥33、鼓風機34、燃燒器35、熱交換器36、調節閥38和冷卻劑泵37形成一個預熱系統，並且電池23、充電控制器21、切換單元22、加熱器39、調節閥38和冷卻劑泵37也形成另一個預熱裝置。
燃料電池系統1的起動控制操作接下來，參照圖2來描述由具有上述結構的燃料電池系統1的控制器13執行的起動控制操作的主要流程。另外，當前實施方案的起動控制操作基本上表示在燃料電池系統1起動期間預熱燃料電池組31的操作，並且為了簡便起見，在當前實施方案中，論述在完成燃料電池組31的預熱的同時完成起動。
在收到來自遙控操縱器單元3的涉及起動指令和起動完成時間的控制信號SR時，控制器13開始如圖2所示步驟S1之後的處理，起動完成時間是起動操作被完成的時間。特別地，控制器13向裝備在控制器13內部來計時的計時器TM設置由遙控操縱器單元3指定的起動完成時間，從而使得步驟S1之後的處理在相對於起動完成時間後溯預定時間間隔(例如幾十秒至幾分鐘)時開始，所述時間間隔是起動操作所需要的。
首先在步驟S1中，進行系統檢查，執行檢測電池23的SOC並辨別得出SOC是否超過下限閾值的操作，並且執行辨別得出形成充電控制部分11和燃料電池操作部分12的各部分是否正常操作的操作。在辨別燃料電池系統1是正常的情況下，處理進行到步驟S2。另外，如果做出燃料電池系統1不正常的辨別，中止當前操作。
在繼續的步驟S2中，控制器13執行起動操作方法選擇處理，從而根據起動操作相關的不同條件，例如溫度和時間來選擇起動燃料電池系統1的方法，並且處理進行到步驟S3。另外，在後面描述所述起動操作方法選擇處理的操作內容。
在相繼的步驟S3中，控制器13執行步驟S2中選擇的起動操作方法，以至於按照起動完成時間，典型地基本上在起動完成時間上來完成燃料電池系統1的起動，並且中止當前操作。另外，如果起動完成時間已經改變並且響應來自遙控操縱器單元3的控制信號SR在控制器13中設定，處理返回至步驟S2並再次執行起動操作方法的選擇。此外，在後面描述步驟S3中起動操作的操作內容。
另外，可以具有這樣的結構使得在這種起動控制操作中，通過使用結合在控制器13中的計時器，燃料電池系統1的起動按照用戶通常使用該運動物體的預定時間(例如在早晨8點的時間)來完成。
起動操作接下來，參照圖3來描述在上述起動控制操作期間步驟S3中執行的起動操作。
如圖3所示，在這種起動操作期間，首先在步驟S11中，控制器13執行完成判斷閾值設置處理來設定完成判斷的閾值(與燃料電池31狀態，例如溫度有關的值)，從而判斷得出燃料電池系統1的起動是否已經完成，並且處理進行至步驟S12。此處，操作控制器13，響應來自遙控操縱器單元3的控制信號SR按照用戶的命令設置用於起動處理的完成判斷閾值。另外，在後面描述所述完成判斷閾值設置處理的操作內容。
在繼續的步驟S12中，控制器13響應來自遙控操縱器單元3的控制信號SR，辨別得出命令內容，例如起動完成時間，即起動操作被完成的時間，是否已經改變，如果判斷結果是沒有改變，處理進行至步驟S13。也就是說，使用控制器13，在已經做出諸如起動操作被完成時間的命令內容中沒有改變的判斷後，控制充電控制部分11和燃料電池操作部分12，從而開始燃料電池系統1的起動操作。此處，「諸如起動操作被完成時間的命令內容的改變」典型地意指用戶提前或延遲了起動完成時間的改變時間。同時，如果判斷出例如起動完成時間的命令內容已經改變了，處理進行至步驟S18。
在相繼的步驟S13中，控制器13在於步驟S11中預設的完成判斷閾值和燃料電池系統1的當前狀態之間進行比較，從而執行判斷以得出燃料電池系統1的當前狀態是否處於完成判斷閾值，同時辨別得出是否有從遙控操縱器單元3發送的控制信號SR形式的用戶命令，以至於中斷燃料電池系統1的起動。當控制器13辨別得出沒有中斷燃料電池系統1起動的用戶命令，並且燃料電池系統1的當前狀態沒有發生處於完成判斷閾值的條件時，處理進行至步驟S12，從而允許繼續燃料電池系統1的起動操作。此外，如果控制器13辨別得出沒有中斷燃料電池系統1起動的用戶命令，並且燃料電池系統1的當前狀態處於完成判斷閾值時，那麼判斷出燃料電池系統1的起動操作已經完成，並且處理進行至步驟S14。相反，在存在中斷燃料電池系統1起動操作的用戶命令下，處理進行至步驟S16。
在隨後的步驟S14中，控制器13計數在步驟S13中判斷起動完成後消逝的時間，並且監控運動物體各部分的操作，從而監控發現運動物體的驅動是否在預定時間間隔(例如十五分鐘)內開始。如果判斷出在預定時間間隔內運動物體的驅動已經開始，處理進行至步驟S15，因此設置表示燃料電池系統1的起動操作被正常完成的正常結束標誌為「ON」，並且中止所述處理。相反，如果控制器13做出在從判斷出起動操作完成後消逝的時間開始預定時間間隔內運動物體的驅動沒有開始的判斷，處理進行至步驟S16。
另外，優選在起動已經完成後，計數消逝的時間，同時測量或估計燃料電池系統1的溫度，並且控制燃料電池系統1的各部分，以至於在需要時執行燃料電池系統1的預熱操作。另外，如果有外部電源2並且能夠將電能提供給外部電源2，控制器13實施燃料電池組31的正常操作，通過該操作產生電能並且供應給外部電源2。當然，如果用戶改變時間來延遲起動完成時間，可以安排使得燃料電池組31直至已經完成起動操作時產生的電能被供應給外部電源2。
此外，在步驟S13中止起動操作的判斷之後，或者在步驟S14判斷運動物體的驅動沒有開始之後的步驟S16中，控制器13控制燃料電池操作部分12，使之執行失敗中止操作，並且處理進行至步驟S17。所述失敗中止操作使燃料電池31不進行產生電能的操作，舉例來說，如果在起動操作期間使用燃燒器35，控制器13監控溫度傳感器(未顯示)的信號，並且證實燃燒器35的溫度保持在對燃燒器35等沒有妨礙的值下，因此進行控制，從而中斷鼓風機34的操作。
在接下來的步驟S17中，在控制器13操作時，將不正常結束標誌設置為「ON」並且中斷所述處理。
此外，在判斷出用戶命令請求的命令內容已經被改變的步驟S12之後的步驟S18中，控制器13辨別得出是否需要改變在步驟S2中預設的起動操作方法。此處，「用戶命令」意指改變時間來提前或延遲起動完成時間的請求，並且如果控制器13判斷出不需要改變起動操作方法，即當只延遲起動完成時間時，處理返回至步驟S11。當處理從步驟S18返回至步驟S11時，控制器13執行處理來根據用戶命令實行的改變而改變完成判斷閾值。相反，如果在步驟S18中判斷出需要改變起動操作方法，處理進行至步驟S19，並且控制器13設置操作改變標誌為「ON」，此時處理返回至步驟S2。
完成判斷閾值設置處理接著，參照圖4描述在上述起動操作期間步驟S11中執行的完成判斷閾值設置處理。另外，在下面完成判斷閾值設置處理的描述中，燃料電池系統1的溫度被典型地用作完成判斷閾值，並且描述冷卻劑輸送管道中安裝了冷卻劑傳感器(未顯示)的情況。另外，響應從遙控操縱器單元3發出的控制信號SR，設置在後面描述的時間閾值。
此處，提供有聚合物膜片的燃料電池組31通常在80℃附近的溫度下很可能表現出最大的電能產生能力，但是原則上可以在低於上述值的溫度下實施電能的產生。但是，如果燃料電池組31保持在低溫下，在氫氣和空氣之間發生反應活性的降低，並且電能產生的最大量及其效率降低，從而由於氫氣和空氣之間的反應能量組分，導致熱堵塞，該組分不能用於電能產生。
這意味著如果運動物體移動需要的電能小於產生電能的最大量，或者如果電能從電池23供應，從而使運動物體充分運動，那麼燃料電池組31可以在低於產生正常額定電能的溫度範圍的溫度下操作。也就是說，為了使燃料電池組31中產生的熱量不會通過安裝在冷卻劑流路中的散熱器(未顯示)被耗散，冷卻劑以旁路通過散熱器的方式循環，從而由於自產生的熱量能夠預熱燃料電池組31。因此，在燃料電池系統1的起動期間，可以通過使用在預熱後正常操作期間浪費掉的熱量來實現預熱。
此外，結合下面的情況在後面描述所述完成判斷閾值設置處理，該情況下燃料電池系統1被安裝在作為運動物體並主要用於日常往返工作的汽車上，而且在燃料電池組31僅被預熱至較低溫度的條件下開始驅動運動物體，就像載有少量乘客和少量行李的運動物體以行駛方式在平坦的城市道路中行駛的情況一樣。運動物體的這種行駛方式被儲存在控制器13中，作為行駛必需電能的歷史。具體地說，與大約從運動物體行駛開始至燃料電池組31熱堵塞實行的預熱結束時的時間間隔相關的行駛方式被儲存在控制器13中。另外，不用說沒有打算限制這種行駛方式。
如圖4所示，在所述完成判斷閾值設置處理期間，首先在步驟S21中，響應從遙控操縱器單元3發出的控制信號SR，控制器13執行判斷，得出起動操作方法是否被用戶改變。如果判斷出起動操作方法被改變，處理進行至步驟S24，並且如果判斷出起動操作方法沒有改變，處理進行至步驟S22。
在接下來的步驟S24中，因為用戶預料到在開始驅動運動物體後，立即需要增加電能的輸出，所以如果控制器13接收到來自遙控操縱器單元3的包含改變起動操作方法命令的控制信號SR，控制器13根據該命令，設置完成判斷溫度閾值為高溫度，並且中止所述處理。
相反，在判斷出不改變起動操作方法的步驟S21之後的步驟S22中，檢測電池23的SOC。如果發現檢測的SOC達到預定值(即30％的值)，處理進行至步驟S23，其中根據已經儲存的行駛方式，設置完成判斷溫度閾值至低溫，並且中止所述處理。這是因為如果需要電能超過在預熱過程中，尤其是在沒有充分預熱燃料電池組31時燃料電池組31產生的電能最大值，從電池23供應所需的電能，並且由燃料電池組31產生的電能自身被充入電池23中。相比之下，如果電池23的SOC沒有達到預定值，處理進行至設置完成判斷溫度閾值為增加值的步驟S24，此時中止所述處理。
起動操作方法選擇處理接下來，參照圖5來描述在上述起動控制操作期間，步驟S2中執行的起動操作方法選擇處理。
如圖5所示，在所述起動操作方法選擇處理期間，首先在步驟S31中，控制器13辨別得出是否有外部電源2將電能從外部電源2供應給電池23，並且如果發現了可用性，處理進行至步驟S32，而如果判斷出沒有發現可用性，處理進行至步驟S33。當發生這種情況時，同時控制器13辨別得出外部電源2和充電控制部分11是否通過電纜2a和連接器而彼此連接。
在下一步驟S32中，控制器13控制充電控制部分21，從而使得從外部電源2輸送的電能被充入電池23中，並且處理進行至步驟S33。當發生這種情況時，控制器13使起動控制操作中使用的SOC上限閾值設置為高於在運動物體行駛中使用的SOC上限閾值的值。舉例來說，通過這樣做，當運動物體已經開始行駛並且熱量被積累在燃料電池組31中，甚至在需要供應大於燃料電池組31在保持熱量積累在燃料電池組31中的條件下可以產生的最大電能的電能情況中，操作切換單元22，使得可以可靠地從電池23中向運動物體的驅動馬達供應電能。
在隨後的步驟S33中，控制器13辨別得出從當前時間至起動完成時間的剩餘時間(下文以相對於起動完成時間的剩餘時間來表示)是否小於預定的第一時間閾值，並且如果判斷出相對於起動完成時間的剩餘時間不小於所述第一時間閾值，處理進行至步驟S34；而如果判斷出相對於起動完成時間的剩餘時間小於所述第一時間閾值，處理進行至步驟S35。
在連續步驟S35中，控制器13辨別得出燃料電池系統1的溫度，典型地燃料電池組31的溫度是否低於第一溫度閾值，並且如果判斷出相關溫度不小於第一時間閾值，處理進行至步驟S34；而如果判斷出相關溫度低於第一溫度閾值，處理進行至步驟S36。當發生這種情況時，如果需要，控制器13可以向遙控操縱器單元3發送起動完成時間和相對於起動完成時間的剩餘時間。
在判斷出相對於燃料電池系統1的起動完成時間的剩餘時間小於第一時間閾值，並且同時燃料電池系統1的溫度低於第一溫度閾值之後的步驟S36中，控制器13選擇起動操作方法，引起燃燒器35產生高溫氣體，用於和加熱器39積累的熱量一起加熱冷卻劑。
相比之下，在判斷出相對於燃料電池系統1起動完成時間的剩餘時間不小於第一時間閾值之後，控制器13選擇其它的起動操作方法來使用加熱器39積累的熱量加熱冷卻劑，而不取決於燃燒器35的燃燒。另外，該步驟S34的操作內容在後面描述。
此處，儘管燃料電池組31能夠在或多或少低於燃料電池組31能夠操作產生額定電能的溫度範圍的低溫下產生電能，但是存在燃料電池系統1的周圍低於冰點，並且聚合物電解質膜中包含的溼氣被冷凍的情況，這就使燃料電池組31落入不能產生額定電能的狀態。在這種情況下，如果試圖使用從外部電源2輸送的電流容量低於電池23的電能，並且熱積累在加熱器39中，用來加熱冷卻劑，可能預熱燃料電池組31至預定溫度(幾十℃)需要一定時間。相反，因為燃燒器35的燃燒表現出顯著的熱值，所以使用這種燃燒加熱用來實行燃料電池組預熱的冷卻劑可以使預熱在短時間內完成。
因此，認為在相對於燃料電池系統1起動完成時間的剩餘時間短，並且燃料電池系統1的溫度保持在低水平下的情況下適當地選擇使用燃料的起動操作方法對於控制器13是適合的。
圖6A至6C是說明在所述起動操作方法選擇處理中使用的時間-溫度範圍特徵的圖。
更具體地說，圖6A表示如下情況在起動操作，例如在從燃料電池組31中釋放額定電能之前預熱燃料電池組1期間，時間-溫度範圍A相應於相對燃料電池系統1起動完成時間的剩餘時間短於第一時間閾值，並且燃料電池系統1的溫度低於第一溫度閾值時的狀態，並且在時間-溫度範圍A中，使用燃燒器35的燃燒熱來加熱冷卻劑，而在時間-溫度範圍A以外的時間溫度範圍B中，僅使用加熱器39中的熱來加熱冷卻劑。
此外，如果發現或者步驟S33中的判斷結果，或者步驟S35中的判斷結果為「YES」，也就是說，如果相對燃料電池系統1起動完成時間的剩餘時間短於預先設定的第一時間閾值，或者燃料電池系統1的溫度低於第一溫度閾值時，使用燃燒器35的燃燒熱來加熱冷卻劑，並且如圖6B所示，分別在兩種情況中設置時間閾值和溫度閾值，同時加寬使用燃燒器35的燃燒熱的時間-溫度範圍A，使得僅使用加熱器39的熱量的時間-溫度範圍B變窄。另外，如圖6C所示，試圖允許使燃料電池系統1的溫度關係以相對於起動完成時間的剩餘時間的方式被預先設置，以至於可以確定時間-溫度範圍，從而連續改變時間閾值和溫度閾值之間的關係。
接下來，參照圖7的流程圖來描述在不使用燃燒器35的燃燒熱的情況下控制器13在步驟S34中的工藝順序。
如圖7所示，如果發現步驟S33或步驟S35中的判斷為「NO」，也就是說，如果相對於燃料電池系統1起動完成時間的剩餘時間不短於預先設定的第一時間閾值，或者燃料電池系統1的溫度不低於第一溫度閾值時，開始步驟S41中的處理，辨別得出是否可以獲得外部電源2用於從外部電源2向預熱裝置供應電能。如果判斷出外部電源2是可獲得的，處理進行至步驟S42。相反，如果判斷出外部電源2是不可獲得的，處理進行至步驟S43。
在判斷可獲得外部電源2的步驟S41之後的步驟S42中，控制器13選擇起動操作方法，其中加熱器39使用外部電源2產生熱量。
相反，在判斷不可獲得外部電源2的步驟S41之後的步驟S43中，檢測電池23的SOC，使檢測的SOC與估計的起動電能比較，並且控制器13辨別得出即便估計的起動電能從電池23取出，殘餘電能是否也不會降至低於下限閾值的預定的SOC(30％)以下。
也就是說，如果在步驟S43中控制器13判斷出殘餘電能不會降至低於下限閾值的預定的SOC以下，處理進行至步驟S44，選擇控制切換單元22，使得加熱器39通過使用電池23而產生熱量的起動操作方法，並且中止所述處理。
相反，如果在步驟S43中控制器13判斷出殘餘電能降至低於下限閾值的預定的SOC以下，處理進行至步驟S45，選擇僅使用燃燒器35的燃燒熱來加熱冷卻劑的起動操作方法，並且中止所述處理。
此外，在圖5所示的起動操作方法選擇處理中，試圖選擇如果相對於燃料電池系統1起動完成時間的剩餘時間和燃料電池系統1的溫度小於各自的閾值，通過使用氫氣的燃燒熱來開始起動的起動操作方法，因而如果短於第一時間閾值的時間閾值和低於第一溫度閾值的溫度閾值被確定，並且相關的值降至該縮短的時間閾值和降低的溫度閾值以下，即，甚至是如果遙控操縱器單元3請求從低溫條件下快速完成起動，執行圖7所示的處理來選擇起動操作方法。通過這樣做，冷卻劑可以通過使用加熱器39利用外部電源2或電池23而產生的熱量，以及氫氣燃燒熱來加熱。
此外，儘管在圖7所示的起動操作方法選擇處理中，在快速的起動完成需要通過使用電能來加熱冷卻劑並且結合使用燃燒熱來加熱冷卻劑的情況下，來自外部電源2的電能在使用時優於來自電池23的電能，但是控制器13可以控制切換單元22，使得可以從中輸出更大電流的電池23的電能優先於外部電源2的電能而使用。
此處，如果做出使用氫氣燃燒熱來加熱冷卻劑的起動操作方法的選擇，控制器13控制冷卻劑泵37和氫氣閥33，從而調節分別用作熱介質的冷卻劑的流速和氫氣的燃料流速。也就是說，控制器13根據相對於燃料電池系統1起動完成時間的剩餘時間和燃料電池系統1的溫度來控制冷卻劑的排放流率和氫氣流速，從而燃料電池組31的溫度與在相對於起動完成時間的剩餘時間是短的情況下完成判斷閾值的溫度之間的差值越大，氫氣的流速和冷卻劑的流速應該越大。
另外，儘管為了增加燃燒器35中燃燒的氫氣的量，需要從鼓風機34中向燃燒器35供應大量的空氣，但是以冷卻劑流速FP表達的冷卻劑泵37的效率EP隨著流速增加至特定的流速而增加，並且取最大值MAX，如圖8所示。同時，如圖9所示，考慮到以空氣壓力比PA表示的空氣流速，鼓風機34還可能具有鼓風機34的效率EA增加的操作區，如同在鼓風機34的等值效率曲線中表示。鑑於存在效率EA、EP變高的操作區，控制器13將鼓風機34和冷卻劑泵37處於高效率的操作區劃為最優操作區，並且在這些操作區中可控地驅動這些組件。另外，因為鼓風機34和冷卻劑泵37的電能消耗隨著空氣流速和冷卻劑流速的增加而增加，所以在使用外部電源2驅動鼓風機34和冷卻劑泵37的操作中，控制器13根據從外部電源2可以獲得的電能來調節鼓風機34和冷卻劑泵37的效率。
(第二實施方案)接下來，參照圖10至14，詳細描述根據本發明第二實施方案的燃料電池系統及其相關方法。
圖10是說明當前實施方案的燃料電池系統100的結構、並且表明所述燃料電池系統和外部電源及遙控操縱器單元之間關係的方框圖。另外，當前實施方案的燃料電池操作部分120與第一實施方案中的不同，並且鑑於所述差異方面，與第一實施方案中相同的組件部分和操作用相同的參考數字表示，並且其描述以適當簡化的形式預定，或者省略。
燃料電池系統100的結構當前實施方案的燃料電池系統100包括燃料電池組31的燃料電池操作部分120，它具有重整例如汽油的燃料，形成富氫氣的重整氣體作為燃料氣體的重整器45。重整器45的預熱基本上按照與結合第一實施方案描述的燃料電池31的相似方式來進行，因此在參照本實施方案特有方面做出的具體解釋下，所述重整器45的預熱描述被適當簡化或者省略。另外，在本實施方案中，為了簡便起見，燃料電池31和重整器45被稱作電能產生元件。
更具體地說，在燃料電池系統100中，起動模式期間，用在壓力下從壓縮機41中輸送的空氣和通過燃料泵43從燃料罐42中抽出的燃料(汽油)供應起動燃燒器44，從而在起動燃燒器44中發生燃料的燃燒，形成高溫氣體。從起動燃燒器44中將高溫氣體加到重整器45中，從而預熱重整器45。此處，當在燃料電池系統100的起動中，壓縮機41和燃料泵43由控制器13控制。另外，燃料罐42、壓縮機41和起動燃燒器44形成重整器45的預熱裝置。
通過重整器45的高溫氣體通過旁路閥46被輸送到燃料電池組31或者廢氫氣燃燒器47中。當發生這種情況時，旁路閥46根據控制器13的控制被可控地打開或關閉，從而實行控制，使得從重整器45輸送的高溫氣體到達燃料電池組31，或者直接輸送到廢氫氣燃燒器47中。使用輸送到燃料電池組31中並通過燃料電池組31內部的高溫氣體使得燃料電池組31被預熱，並且高溫氣體被輸送到氫氣燃燒器47中。此處，燃料罐42、燃料泵43、壓縮機41和起動燃燒器44、重整器45和旁路閥46形成燃料電池31的預熱裝置。
此外，在起動期間，用來自空氣壓縮機41的空氣和來自燃料泵43的燃料供應廢氫氣燃燒器47。在通過旁路閥46或者來自燃料電池組31的高溫氣體、燃料和空氣的存在下，廢氫氣燃燒器47實行氧化反應(燃燒)。
另外，為了預熱燃料電池組31，安排燃料電池系統100，使得冷卻劑泵48、燃料電池組31、調節閥49、廢氫氣燃燒器47和加熱器50通過冷卻劑輸送導管連接，從而形成循環的冷卻劑的循環系統。在燃料電池系統100的起動期間，在控制器13的控制下調節冷卻劑泵48的排放流速，使得冷卻劑以調節的排放流速被輸送到燃料電池組31中，並且通過調節閥49，冷卻劑被輸送到氫氣燃燒器47或者加熱器50中。另外，隨著冷卻劑被在廢氫氣燃燒器47中，或者在加熱器50內部的熱交換器中加熱，並且再次通過冷卻劑泵48輸送到燃料電池組31中，燃料電池組31被預熱。此處，燃料罐42、燃料泵43、壓縮機41、廢氫氣燃燒器47、加熱器50、冷卻劑泵48和調節閥49形成燃料電池31的預熱裝置。另外，重整器45也被連接到所述循環系統中，並且用加熱的冷卻劑加熱來預熱。
此外，在燃料電池系統100正常操作期間，廢氫氣燃燒器47使得從燃料電池組31中排出的未消耗的可燃性氣體，例如氫氣被氧化，形成不活潑的氣體，排放到大氣中。
在所述燃料電池系統100中，重整器45通過燃料輸送管P1連接到燃料泵43上，並且還通過重整氣體輸送管P2連接到燃料電池組31中。在正常操作期間，重整器45重整來自燃料泵43的燃料，形成富氫氣的重整氣體，輸送到燃料電池組31中。當發生這種情況時，用例如汽油的烴系燃料、水和空氣供應重整器45，形成氫氣，並且為此，重整器45由實行反應的反應器構成，所述反應由下述用於蒸汽轉化反應或部分氫化反應的反應方程式來表達
此外，在運動物體，例如燃料電池供電的車輛中，很可能使用空氣作為部分氧化反應所需的氧氣。另外，重整器45可以採取使用實施表現出吸熱反應的蒸汽轉化反應並結合表現出放熱反應的部分氧化反應的反應系統的結構形式。在所述重整器45中的蒸汽轉化反應和部分氧化反應中，儘管例如辛烷(C8H16)的烴(CnHm)被用作重整原料，但是包含碳和氫以外其它組分的其它材料，例如甲醇CH3OH也可以用作原料。
此外，蒸汽轉化反應和部分氧化反應中形成的CO(一氧化碳)用作在下面方程式中表達的轉移反應的原料。
此處，對於不能通過轉移反應而完全還原的CO，重整器45可以具有帶催化劑的選擇性氧化反應器，來選擇性氧化CO，以至於為了防止CO不利地影響燃料電池組31內部的高聚物電解質膜，CO被轉化成二氧化碳。
由於重整器45的蒸汽轉化反應、部分氧化反應、轉移反應和選擇性氧化反應的能力，根據部分氧化反應、轉移反應和選擇性氧化反應，在重整器45中發生熱積累。也就是說，燃料電池系統100使得空氣以降低的流速供應到起動燃燒器44中，從而使所得帶有殘餘可燃性組分的高溫氣體被輸送到重整器45中，並且使得空氣被供應到形成重整器45的各個反應器中，從而引起在反應器中發生放熱反應，反應的熱量被用於預熱重整器45的各個反應器。因此，以低於燃料的流速向起動燃燒器44中供應空氣，從而使可燃性組分保留在高溫氣體中的燃燒術語稱作「富氣燃燒」。在此情況下，重整器45本身起著重整器45的預熱裝置的雙重作用，並且這種預熱裝置包括前面階段的組成部分，例如起動燃燒器44。
另外，當實行富氣燃燒時，可燃性組分，例如CO可能被包含在從重整器45中排放的用來預熱的高溫氣體中。因為所述CO使燃料電池組31的催化劑中毒，並且可能不利地影響燃料電池的性能，所以當進行富氣燃燒時，燃料電池系統100控制旁路閥46將從重整器45排出的氣體直接供應到廢氫氣燃燒器47中，並繞過燃料電池組31。另外，已經繞過燃料電池組31的可燃性氣體組分在廢氫氣燃燒器47中氧化，形成不活潑的氣體，接著排放出去。
此外，在此情況下，可以如下構築使得來自廢氫氣燃燒器47中的廢氣被通過輸送管道(未顯示)輸送到燃料電池組31中，從而用廢氣預熱燃料電池組31。在這種結構中，燃料電池組31的預熱裝置包括廢氫氣燃燒器47，其中還包括在前面階段中的其它組分部分，例如燃料泵43。
此外，起動燃燒器44可允許過量的空氣與燃料反應，產生基本上不活潑的高溫氣體，而幾乎沒有可燃性組分，從而可以用高溫氣體預熱重整器45。因此，以燃料的方式向起動燃燒器44中供應過量的空氣，從而產生不活潑高溫氣體的燃燒術語稱作「貧氣燃燒」。在此情況下，重整器45的預熱裝置包括起動燃燒器44，其中還包括在前面階段中的其它組分部分，例如燃料泵43。
燃料電池系統100的起動控制操作接下來，解釋按上述方式構建的本實施方案的燃料電池系統100的起動控制操作。
本實施方案起動控制操作的主要流程基本上與上面參照圖2至9描述的第一實施方案相似。但是，起動操作方法選擇處理和起動操作的細節具有在後面描述的不同方面。另外，本實施方案燃料電池系統100的起動控制操作基本上表示不僅預熱燃料電池組31而且預熱重整器45的操作，即預熱燃料電池系統1的電能產生元件的操作，並且在不僅燃料電池31而且重整器45的預熱，即電能產生元件的預熱已經完成時，在已經完成起動時做出評價。另外，燃料電池系統100的「預熱」基本上意指不僅燃料電池31而且重整器45的預熱，即電能產生元件的「預熱」。
起動操作中的完成判斷閾值設置處理參照圖11的流程圖，描述在本實施方案燃料電池系統100起動控制操作期間，起動操作中的完成判斷閾值設置處理。
如圖11所示，首先在步驟S51中，響應從遙控操縱器單元3發出的控制信號SR，控制器13執行判斷，得出用戶是否請求選擇完成判斷溫度閾值保持高的起動操作方法的命令，並且如果判斷出用戶請求這種命令，處理進行至步驟S24，其中設置完成判斷溫度閾值為高水平，因此中止當前處理。
相反，如果在步驟S51中判斷出用戶沒有請求完成判斷溫度閾值高的起動操作方法，處理進行至步驟S52，其中控制器13計算運動物體初始行駛階段所需的必要電能，並且處理進行至步驟S53。在此情況下，控制器13可以根據行駛所需的並已經先前儲存的電能歷史來計算必要的電能，另外，在行駛路線由導航系統51來設置的情況下，控制器13可以根據考慮到例如高速公路的坡度、路的種類和堵塞狀態而對行駛路線的預測來計算必要的電能。
在接下來的步驟S53中，控制器13執行在步驟S52中計算的行駛所需電能和預定電能閾值之間的數值比較，從而辨別得出行駛所需電能是否小於電能閾值。此處，設置電能閾值等於在燃料電池系統100被預熱並且可以獲得額定電能的情況下而所能輸出的電能最大值，或者接近於該值。此處，判斷出行駛所需電能小於所述電能閾值，處理進行至降低完成判斷溫度閾值的步驟S23，並且中止當前處理。另外，在判斷出行駛所需電能小於所述電能閾值的情況下，電池23不需要充入大量的電能，因此控制器13可以操作充電控制器21，使得降低從外部電源2充入電池23的電能。
相反，如果判斷出行駛所需電能不小於所述電能閾值，處理進行至步驟S22，其中檢測電池23的SOC，並且辨別得出所檢測的SOC是否達到預定值(即80％的值)，此時如果判斷出SOC沒有達到預定值，中止當前處理。另一方面，如果判斷SOC達到了預定值，處理進行至降低完成判斷溫度閾值的步驟S23，並且中止當前處理。
在所述操作期間，在沒有用戶命令的情況下降低完成判斷溫度閾值的原因是基於考慮到使用來自以小於額定電能的電能輸出驅動運動物體時，燃料電池組31和重整器45效率損失的熱量可以實現充分的預熱。
此外，在電池23的SOC超過預定值時將完成判斷溫度閾值設置為低水平的原因是基於考慮到在燃料電池系統100沒有被充分預熱並且不能產生額定電能輸出的時間間隔期間，從電池23向各部分供應的行駛電能不足，並且在所述時間間隔，使用自身的熱積累能充分預熱重整器45和燃料電池組31。
此外，可以想像當用戶在步驟S51中要求起動操作方法時，設置完成判斷溫度閾值為低的值，並且電池23用外部電源2充電的上限閾值被限制為低的值。通過這樣做，因為在電池23的充放電中損失很小，所以電池23的輸入和輸出電能被限制。
起動操作方法選擇處理接下來，主要參照圖12的流程圖，描述本實施方案起動控制操作期間的起動操作方法選擇處理。
如圖12所示，在步驟S31和步驟S32之後的步驟S61中，控制器13在相對於燃料電池系統100起動完成時間的剩餘時間及燃料電池系統100的溫度和參照第一實施方案的圖5提出的第一時間閾值和第一溫度閾值之間執行各自的比較，並且如果相對於燃料電池系統100起動完成時間的剩餘時間及燃料電池系統100的溫度都分別不小於所述第一時間閾值和第一溫度閾值，處理進行至步驟S34，其中選擇起動燃燒器44中沒有燃燒的起動操作方法。此處，燃料電池系統100的「溫度」分別意指燃料電池組31沒有被預熱時的燃料電池組31的「溫度」，以及重整器45沒有被預熱時的重整器45的「溫度」。
特別是在步驟S34中，如圖13所示，在步驟S43判斷出電池23的SOC是不足的，即小於預測的起動電能後，在步驟S65中，控制壓縮機41和燃料泵43，以至於實現貧氣燃燒，從而預熱燃料電池系統100。
另外，在步驟S42和步驟S44中，通過上述的起動電力線路，從切換單元22將電能供應給安裝在重整器45上的加熱器50』，從而直接加熱重整器45。
現在轉到圖12的流程圖，在步驟S61中，如果分別發現相對於燃料電池系統100起動完成時間的剩餘時間及燃料電池系統100的溫度都小於第一時間閾值和第一溫度閾值，在繼續的步驟S62中，相對於燃料電池系統100起動完成時間的剩餘時間及燃料電池系統100的溫度分別與短於第一時間閾值的第二時間閾值，以及低於第一溫度閾值的第二溫度閾值進行比較，並且如果發現兩者分別小於第二時間閾值和第二溫度閾值，處理進行至步驟S63；如果發現兩者分別不小於第二時間閾值和第二溫度閾值，處理進行至步驟S64。
在接著的步驟S64中，控制器13控制壓縮機41和燃料泵43，使得在起動燃燒器44中發生貧氣燃燒，從而從起動燃燒器44排出不活潑的高溫氣體，通過重整器45、燃料電池組31和廢氫氣燃燒器47。
同時，在步驟S63中，控制器13控制壓縮機41和燃料泵43，使得在起動燃燒器44中發生富氣燃燒。另外，可以採用可選的結構其中，相對於燃料電池系統100起動完成時間的剩餘時間及燃料電池系統100的溫度分別與短於第二時間閾值的第三時間閾值，以及低於第二溫度閾值的第三溫度閾值進行比較，從而如果發現兩者分別小於第三時間閾值和第三溫度閾值，在起動燃燒器44中實現富氣燃燒，並且使用加熱器50』實施預熱，從而使廢氫氣燃燒器47的催化劑被加熱至表現出活性的溫度。
此外，使用本實施方案的燃料電池系統100，在第一實施方案參照圖3描述的起動操作的步驟S16中的失敗中止操作期間，更具體說實施圖14所示的步驟。
也就是說，當判斷是否繼續、中斷和完成在第一實施方案參照圖3描述的起動操作的步驟S13中的起動操作時，在控制器13的操作下開始本實施方案的失敗中止操作，控制器13檢測從放置在燃料電池系統100內部或外部，例如在輸送導管中的特定物質的濃度傳感器中發出的信息，通過輸送導管連接燃料電池操作部分120的各部分，並且包括例如輸送導管P2，通過該導管重整氣體被供應到燃料電池組31中。此處，「特定物質」表示物質的一般名稱，這些物質不利地影響人體或燃料電池系統100的催化劑，例如一氧化碳、二氧化碳和氮氧化物，並且它們在控制器13中被預置。另外，在圖10中，配置檢測特定物質的特定物質濃度傳感器S，使之檢測從燃料電池組31、重整器45和預熱裝置中排放出的特定物質，並且所述傳感器典型地以內部結合在燃料電池系統100中的方式來表示。
接下來，在圖14所示的步驟S71中，根據來自特定物質濃度傳感器的信息判斷得出特定物質的濃度是否保持在不利地影響目標的預定水平上，並且如果判斷出該濃度達到預定水平，在隨後的步驟S73中，控制燃料電池操作部分120的各部分，中斷起動操作。
相反，如果判斷出所述濃度沒有達到預定水平，在隨後的步驟S72中，執行設置操作中斷標誌為「ON」的操作，該標誌表示在起動完成後的預定時間間隔內沒有運動物體的驅動狀態。因此，執行步驟S72能夠中斷由沒有運動物體驅動狀態引起的起動，從而與特定物質的檢測區分開。
另外，在步驟S73之後的步驟S74中，控制器13開始警告操作，其中表示特定物質被檢測的控制信號SR被輸送到遙控操縱器單元3，並且處理進行至步驟S75。所述警告操作包括在遙控操縱器單元3的顯示裝置上提供字符或圖像顯示的操作、通過遙控操縱器單元3的發聲裝置產生警報聲的操作，以及通過遙控操縱器單元3的振動裝置引起振動的操作；並且除此之外，還包括給用戶提供類似於運動物體發亮或閃光，或者用運動物體的喇叭報警等的警告。為了簡便起見，所述提供警告的裝置W以結合在遙控操縱器單元3中的方式代表性表示在圖10中。
在連續的步驟S75中，控制器13估計或測量遙控操縱器單元3與運動物體的距離，並且處理進行至步驟S76。在這種情況中，控制器13中可以結合GPS(全球定位系統)，並且安排從運動物體中發射多個具有不同強度的波，從而根據遙控操縱器單元3是否響應來進行估計。
在繼續的步驟S76中，控制器13根據在步驟S75中獲得的運動物體和遙控操縱器單元3之間的距離來改變警告的強度，並且處理進行至步驟S77。也就是說，在遙控操縱器單元3接近運動物體的時，通過加強警報的水平，用戶容易注意警報。另外，使用安裝在運動物體上檢測周圍障礙或行人的裝置可以使控制器13檢測到走近運動物體的人，從而為該人提供這種加強的警報。
在繼續的步驟S77中，控制器13再次從特定物質的濃度傳感器中獲得信息，判斷特定物質的濃度是否達到預定水平，並且如果判斷出檢測的濃度仍保持在預定水平，重複執行步驟S75之後的步驟，然而如果判斷出所檢測的濃度小於預定的水平，中斷步驟S78中的警告，並且中止所述處理。
總結上面詳細提出的各個實施方案的結構，首先，如第一實施方案的燃料電池系統所示，因為響應遙控操縱器單元3發出的控制信號SR，在起動完成時間至少完成燃料電池組31的預熱，從而可能提供從燃料電池組31獲取電流的情況，所以用戶能夠在遠離運動物體的位置預先命令起動完成時間，因而當用戶乘坐運動物體時，他能在適當時間完成起動操作。
另外，如第二實施方案的燃料電池系統所示，因為響應遙控操縱器單元3發出的控制信號SR，在起動完成時間完成燃料電池組31和重整器45的預熱，從而提供從燃料電池組31獲取電流的情況，所以用戶能夠在遠離運動物體的位置預先命令起動完成時間，因而當用戶乘坐運動物體時，能夠在適當的時間完成起動操作。
此外，在各個實施方案中，因為使用控制器13的計時器，使燃料電池組31和重整器45的起動在用戶每次使用運動物體的預定時間完成，所以可以在適合用戶的時間完成起動操作。
此外，尤其是在第二實施方案中，由於當相對於起動完成時間的剩餘時間短於比第一時間閾值短的第二時間閾值，並且燃料電池組31和重整器45的溫度低於比第一溫度閾值低的第二溫度閾值時，能夠實施富氣燃燒，然而當相對於起動完成時間的剩餘時間長於第二時間閾值，並且燃料電池組31和重整器45的溫度高於第二溫度閾值時，能夠實施貧氣燃燒，所以可以改變燃料的燃燒模式。
另外，在各個實施方案中，起動完成時間和/或相對於起動完成時間的剩餘時間被傳送到遙控操縱器單元3中，相對於起動完成時間的剩餘時間被顯示在遙控操縱器單元3上，從而能夠確定實際起動完成時間。另外，在從遙控操縱器單元3接收到根據顯示在遙控操縱器單元3上相對於起動完成時間的剩餘時間而需要改變起動完成時間的控制信號時，在所述改變的起動完成時間下完成起動，因此可以在更適合於用戶的時間完成起動操作。
另外，在各個實施方案中，使用所述燃料電池系統，因為根據燃料電池組31和重整器45的相關條件選擇不同的起動操作方法，可以預熱燃料電池組31和重整器45，也就是說，根據運動物體的周圍環境，以及燃料電池組31和重整器45的狀態，可以選擇相對於起動完成時間的剩餘時間、燃料電池組31及重整器45的溫度和電池23的SOC，以及適當的起動操作方法，從而能夠在起動完成時間下可靠地完成起動。
另外，在各個實施方案中，如果相對於起動完成時間的剩餘時間短於第一時間閾值，並且燃料電池組31和重整器45的溫度低於第一溫度閾值，因為使用燃燒器35、起動燃燒器44和廢氫氣燃燒器47的燃燒熱可以執行預熱，所以可以在適當的時間完成預熱，甚至在由遙控操縱器單元3設置的起動完成時間之前，需要短的時間來快速起動的時候也可以完成預熱。
此外，在各個實施方案中，因為根據相對於起動完成時間的剩餘時間和燃料電池組31及重整器45的溫度，可以調節供應給燃燒器35、起動燃燒器44和廢氫氣燃燒器47氫氣流速，並且可以調節冷卻劑的流速，所以在相對於起動完成時間的剩餘時間更長時，可以限制冷卻劑泵37，48、鼓風機34和壓縮機41消耗的電能，從而最小化起動期間的電能消耗。
另外，在各個實施方案中，因為鼓風機34、壓縮機41和冷卻劑泵37，48在流速小於燃料電池組31和重整器45預熱所需的最大氣體流速，並保持高效率的操作區中被驅動，所以當相對於起動完成時間的剩餘時間長時，可以改善起動操作期間的操作效率。
另外，在各個實施方案中，作為燃料電池組31和重整器45的起動相關條件，判斷得到是否能從外部電源2獲得電能，以及是否選擇不同的預熱操作，可以通過在需要時使用外部電源2的電能來選擇適當的起動操作方法。
另外，在各個實施方案中，在發現可以獲得外部電源2的情況下，因為外部電源2優先電池23供應電能，所以即便在起動完成時間前的預定時間長的情況下，可以避免消耗運動物體的燃料和電池23的電能。
此外，在各個實施方案中，在發現可以獲得外部電源2的情況下，因為在預熱前從外部電源2放出的電能被充入電池23中，所以可以選擇適當的起動操作方法，使用充電控制部分11的電池23。
此外，在各個實施方案中，由於從外部電源2釋放的電能被充入電池23中，使預熱前電池23的SOC高於運動物體正常行駛條件的SOC，以至於開始驅動運動物體後的充電狀態被增加至高於運動物體正常行駛條件下的充電狀態，所以甚至就在起動變短之後，燃料電池組31產生電能輸出時，也可以從電池23供應電能。
另外，在各個實施方案中，由於電能能夠從電池23供應到各部分，從而驅動運動物體，所以可以使用燃料電池組31在沒有完全預熱的條件下實行的電能產生中所導致的熱積累來預熱燃料電池組31和重整器45，從而能夠高效地實現預熱。
另外，在各個實施方案中，如果電池23的SOC高於運動物體正常行駛條件期間出現的SOC，因為改變起動完成判斷閾值，其中判斷燃料電池組31和重整器45的預熱被完成，並且發現實現了起動完成，使得可以在早期判斷起動完成，所以通過使用電池23可以滿足快速起動的需求。
另外，在各個實施方案中，如果相對於起動完成時間的剩餘時間是短的，因為從電池23供應電能，直至電池23具有高於運動物體正常行駛條件期間SOC下限閾值的預定SOC，所以可以滿足更快起動完成的需求。
另外，在各個實施方案中，在可以使用外部電源2的情況下，電能從外部電源2供應給加熱器39，50來實現預熱，因而可以限制氫氣的消耗。
此外，在各個實施方案中，在相對於起動完成時間的剩餘時間是短的，並且燃料電池組31和重整器45的溫度是低的情況下，因為通過使用加熱器39，50中的熱積累和燃燒熱可以實現預熱，所以可以滿足更快起動完成的需求。
此外，在各個實施方案中，作為涉及燃料電池組31和重整器45起動的條件，判斷已經儲存的行駛所需電能的歷史，以選擇不同的起動操作方法，因而如果行駛所需電能對於開始行駛後的預定時間間隔是小的，在燃料電池組31由於不足的預熱條件而不能輸出額定電能的狀態下，開始操作燃料電池組31，使得燃料電池組31的自身熱積累被用來預熱燃料電池組31，從而能夠選擇適當起動操作方法來用於高效預熱。
另外，在各個實施方案中，因為根據運動物體的行駛路線，就在燃料電池組31和重整器45被預熱並且開始起動後，對於預定的時間間隔計算行駛所需電能，並且選擇不同的起動操作方法，所以在就行駛路線而言，行駛所需電能是小的情況下，可以在下述條件下開始操作燃料電池組31其中，燃料電池組31保持在不充分預熱條件下，並且不能產生額定電能，以至於燃料電池組31可以通過使用燃料電池組31自身的熱積累來預熱，因此可以選擇適當的起動操作方法來高效預熱。
另外，在各個實施方案中，在行駛所需電能小於預定電能閾值的情況下，因為從外部電源2供應給電池23的電能被降低，所以在下述狀態下開始操作燃料電池組31其中燃料電池組31保持在不充分預熱的條件下，並且仍保持在不能產生額定電能的條件下，因而通過使用燃料電池組31自身的熱積累可以預熱燃料電池組31，從而可以選擇適當的起動操作方法來高效預熱，同時在向電池23充電至較低值時降低SOC上限閾值，以至於限制外部電源2的消耗，從而抑制由電池23充放電引起的電能損失，並阻止電池23降級。
另外，在各個實施方案中，在行駛所需電能小於預定電能閾值的情況下，因為改變起動完成判斷閾值，其中判斷出完成了燃料電池組31和重整器45的預熱被認為起動完成，使得可以在早期判斷起動完成，所以可以在更寬的範圍下選擇起動操作方法，其中使用自身的熱積累來實行燃料電池組31的部分預熱。
此外，在各個實施方案中，如果在起動完成後沒有開始行駛運動物體，或者如果在完成起動前，從遙控操縱器單元3輸入控制信號來延遲起動操作時間，因為執行操作來繼續燃料電池組31和重整器45的預熱，所以可以遵守以下情況其中延長運動物體的驅動開始程序，並且甚至在起動操作已經完成後，還不開始驅動運動物體。
此外，在各個實施方案中，如果在起動完成後沒有開始行駛運動物體，或者如果在完成起動前，從遙控操縱器單元3輸入控制信號來延遲起動操作時間，因為燃料電池組31產生的部分電能被供應給外部電源2，所以操作燃料電池組31，使得燃料電池組31和重整器45的溫度保持在適當的溫度下，同時使電能被有效地使用，例如銷售所得的電能。
另外，在各個實施方案中，如果在起動完成後沒有開始行駛運動物體，停止燃料電池組31的電能產生，並且限制了電能消耗的浪費。
另外，在各個實施方案中，因為響應從遙控操縱器單元3輸送的控制信號，執行控制，命令直接起動操作方法，即便在沒有設置行駛路線下，計劃在不同於正常路線的行駛路線上行駛，舉例來說，也可能在開始行駛後，由於其自身的熱積累命令燃料電池組31預熱。
另外，如同在第二實施方案中代表性地具體所示，如果檢測到特定物質，中斷起動操作，因此可以滿足檢測由於某些原因發生的不利影響燃料電池系統和用戶的特定物質的情況。
此外，在此情況下，因為執行操作，驅動運動物體發光，為用戶提供可以從外部識別的警告，所以可以為用戶提供不接近運動物體周圍的警告。
此外，在此情況下，因為表示檢測到特定物質的控制控制信號被傳送到遙控操縱器單元3，從而提供警告，所以可以給遠離運動物體的用戶提供警告，從而催促遠離運動物體的用戶採取適當措施。另外，在這種方式下，因為遙控操縱器單元3提供警告，同時提供檢測到特定物質的顯示，所以用戶可以知曉檢測的特定物質，同時能夠提供信息，例如特定物質檢測水平的下降。另外，在遙控操縱器單元3接收到表示檢測到特定物質的控制信號時，驅動振動裝置和發聲裝置提供警告的情況下，即便用戶在不能視覺檢查的情況下執行遙控操縱器單元3時，也能給用戶提供可靠的警告。另外，因為運動物體和遙控操縱器單元3之間的距離變近，並且以增加的強度來加強檢測到特定物質的警告，如果用戶處於遠離運動物體而不會受特定物質不利影響的位置上，警告以低的水平提供，因而當用戶靠近運動物體時，可以可靠地給用戶提供警告。
順便提及，當結合運動物體的電源包括燃料電池組31的示例情況，已經描述了上面各個實施方案時，當然要指出本發明並不局限於這種示例情況，並且本發明可以應用於使用以富氫氣體作為燃料的內燃機作為電源，並且起動重整系統，重整烴燃料來產生富氫氣體的情況。
此外，儘管結合與燃料電池本身分開安裝重整器的結構，已經描述了第二實施方案，但是採取使重整器以整體結構結合入燃料電池中，從而迫使這些組分被同時預熱的結構形式當然也是可接受的。
另外，儘管結合在包括重整器系統的情況下，使用例如汽油的烴材料作為重整材料的實例，已經描述了第二實施方案，但是當然可以理解本發明並沒有局限於所述實例，並且可以應用於從包含氫的化合物，例如十氫萘(C10H18)和硼氫化鈉(NaBH4)的化學反應中獲得氫氣，並且預熱至適當預定溫度下的系統。
此外，儘管參照本發明系統被應用於用作運動物體的汽車的情況，已經描述了各個實施方案，但是本發明可以應用於兩輪車輛、輪船或者飛機，並且應當指出本發明可以應用於使用以富氫氣體的燃料供電的內燃機作為輔助電源的情況。
另外，儘管參照加熱冷卻劑來實現燃料電池組31預熱的情況，已經描述了各個實施方案，但是本發明沒有局限於這種情況，並且可以採取使用電能通過結合在其中的電加熱線來預熱燃料電池組31的另一種預熱操作。
2002年11月7日申請的日本專利申請TOKUGAN 2002-323765的全部內容引入本文作參考。
儘管參考本發明的特定實施方案，在上面已經描述了本發明，但是本發明並不局限於上述實施方案。根據所述教導，本領域技術人員可以對上述實施方案做出修改和變化。本發明的範圍參照下面的權利要求來定義。
工業應用性如上所述，根據本發明的燃料電池系統，因為響應遙控操縱器單元發出的控制信號，燃料電池的預熱至少在起動完成時間處完成，從而提供可以從燃料電池中獲得電流的狀態，因而用戶能夠在遠離運動物體的位置預先命令起動完成時間，並且預熱操作能夠優選地在用戶進入運動物體時完成，所以本發明具有廣泛的應用範圍，包括提供有所述燃料電池系統的燃料電池驅動汽車。
權利要求
1.一種適於安裝在運動物體上的燃料電池系統，所述燃料電池系統包括包括向其供應燃料氣體和氧化氣體以產生電能的燃料電池的電能產生元件；能夠實現電能產生元件預熱的預熱裝置；以及控制器，響應從外部遙控操縱器單元發送的控制信號的接收，並命令一個起動完成時間，在該時間處通過電能產生元件的預熱來完成燃料電池系統的起動，控制預熱裝置，使得電能產生元件能夠按照起動完成時間完成預熱。
2.根據權利要求1的燃料電池系統，其中控制器提供有計時器，並且起動完成時間使用計時器來設置。
3.根據權利要求1的燃料電池系統，其中控制器向遙控操縱器單元傳送信號，該信號迫使起動完成時間和相對於起動完成時間的剩餘時間至少之一顯示在遙控操縱器單元上，並控制預熱裝置，從而響應從遙控操縱器單元發送的改變起動完成時間的控制信號來實現電能產生元件的預熱。
4.根據權利要求1的燃料電池系統，其中控制器控制預熱裝置，從而根據燃料電池系統起動相關的條件來選擇多種不同預熱操作中的至少一種。
5.根據權利要求4的燃料電池系統，其中控制器分別比較與相對於起動完成時間的剩餘時間相關的條件，以及與電能產生元件的溫度相關的條件，控制預熱裝置，從而選擇多種預熱操作中的至少一種。
6.根據權利要求5的燃料電池系統，其中預熱裝置提供有燃燒用來驅動運動物體的運動物體燃料並加熱熱交換介質的燃燒器，將運動物體燃料供應給燃燒器的燃料供應系統，以及使經燃燒器加熱的熱交換介質循環至電能產生元件的熱交換介質循環系統；並且其中在相對於起動完成時間的剩餘時間短於第一時間閾值，並且電能產生元件的溫度低於第一溫度閾值的情況下，控制器控制燃料供應系統和燃燒器，使得運動物體燃料被燃燒，從而使通過熱交換介質循環系統加熱的熱交換介質被供應給電能產生元件。
7.根據權利要求6的燃料電池系統，其中響應相對於起動完成時間的剩餘時間和電能產生元件的溫度，控制器控制燃料供應系統來調節供應給燃燒器的運動物體燃料的流速，並且控制熱交換介質循環系統來調節供應給電能產生元件的熱交換介質的流速。
8.根據權利要求6的燃料電池系統，進一步包含向燃燒器供應包括氧氣的含氧氣體的含氧氣體供應系統，其中，在相對於起動完成時間的剩餘時間短於比第一時間閾值短的第二時間閾值，並且電能產生元件的溫度低於比第一溫度閾值低的第二溫度閾值的情況下，控制器控制含氧氣體供應系統，以根據從燃料供應系統供應給燃燒器的運動物體燃料的供應速率，降低含氧氣體的供應速率；但是在相對於起動完成時間的剩餘時間等於或長於第二時間閾值，並且電能產生元件的溫度等於或高於第二溫度閾值的情況下，控制器控制含氧氣體供應系統，以根據從燃料供應系統供應給燃燒器的運動物體燃料的供應速率，增加含氧氣體的供應速率。
9.根據權利要求8的燃料電池系統，其中控制器執行控制，從而考慮從流速獲得的操作效率和含氧氣體供應系統的含氧氣體壓力比，操作含氧氣體供應系統。
10.根據權利要求4的燃料電池系統，其中預熱裝置提供有電池和電能切換單元，電能切換單元在從電池向預熱裝置供應的電能和從外部電源向預熱裝置供應的電能之間轉換，其中作為燃料電池系統的起動相關的條件，控制器做出是否可以獲得從外部電源向預熱裝置供應電能的外部電源的判斷，並控制預熱裝置，從而選擇多種預熱操作中的至少一種。
11.根據權利要求10的燃料電池系統，其中在可以獲得從外部電源向預熱裝置供應電能的外部電源的情況中，控制器控制電能切換單元，使得外部電源優先電池來向預熱裝置供應電能。
12.根據權利要求4的燃料電池系統，其中預熱裝置提供有電池和電能切換單元，電能切換單元在從電池向預熱裝置供應的電能和從外部電源向預熱裝置供應的電能之間轉換，燃料電池系統進一步包含充電控制器，使得在可以獲得從外部電源向電池供應電能的外部電源的情況下，允許從外部電源供應的電能對電池充電。
13.根據權利要求12的燃料電池系統，其中控制器通過充電控制器操作，從而使得來自外部電源的電能對電池充電，使得在通過預熱裝置完成預熱之前，電池的充電狀態高於運動物體正常行駛條件期間的電池充電狀態，並且開始驅動運動物體時的電池充電狀態高於運動物體正常行駛條件期間的電池充電狀態。
14.根據權利要求13的燃料電池系統，其中在電池的充電狀態高於運動物體正常行駛條件期間電池充電狀態的情況中，控制器改變起動完成判斷閾值至縮短的用於判斷燃料電池系統起動完成的時間周期的值，通過該閾值做出判斷，從而在完成電能產生元件的預熱的同時完成燃料電池系統的起動。
15.根據權利要求10的燃料電池系統，其中在可以獲得從外部電源向預熱裝置供應電能的外部電源、並且相對於起動完成時間的剩餘時間等於或長於第一時間閾值的情況中，控制器控制電能切換單元，使得在高於運動物體正常行駛條件期間電池充電狀態下限閾值的充電狀態範圍下，從電池向預熱裝置供應電能。
16.根據權利要求11的燃料電池系統，其中預熱裝置提供有使用通過電能切換單元供應的電能加熱的加熱器，並且其中在可以獲得從外部電源向預熱裝置供應電能的外部電源的情況下，電能切換單元使得從外部電源供應的電能被供應給加熱器。
17.根據權利要求8的燃料電池系統，其中預熱裝置提供有電池和電能切換單元以及加熱器，電能切換單元在從電池向預熱裝置供應的電能和從外部電源向預熱裝置供應的電能之間轉換，加熱器使用通過電能切換單元供應的電能而加熱，並且其中在相對於起動完成時間的剩餘時間短於比第二時間閾值短的第三時間閾值，並且電能產生元件的溫度低於比第二溫度閾值低的第三溫度閾值的情況下，控制器控制電能切換單元，使得通過加熱器來實行預熱，並且控制燃燒器，使得燃燒運動物體燃料來實現預熱。
18.根據權利要求4的燃料電池系統，其中在通過電能產生元件的預熱而起動之後，控制器儲存運動物體的行駛所需電能的歷史，並且將所述歷史看作與燃料電池系統起動有關的條件，控制預熱裝置，從而選擇多種預熱操作中的至少一種。
19.根據權利要求4的燃料電池系統，進一步包含設置運動物體運動路線的運動路線設置部分；其中，基於將運動路線設置部分設置的運動路線作為與燃料電池系統起動有關的條件，在通過電能產生元件的預熱而起動之後，控制器計算運動物體行駛所需電能，並控制預熱裝置來選擇多種預熱操作中的至少一種。
20.根據權利要求1的燃料電池系統，進一步包括電池；及充電控制器，它在可以獲得從外部電源向預熱裝置供應電能的外部電源的情況下，使得從外部電源供應的電能被充入電池中，其中在運動物體行駛所需電能低於預定電能閾值的情況下，控制器通過充電控制器操作，從而降低從外部電源充入電池的電能。
21.根據權利要求1的燃料電池系統，其中在運動物體行駛所需電能低於預定電能閾值的情況下，控制器改變起動完成判斷閾值至縮短的用於判斷燃料電池系統起動完成的時間周期的值，通過該閾值做出判斷，從而在完成電能產生元件的預熱的同時完成燃料電池系統的起動。
22.根據權利要求1的燃料電池系統，其中甚至在通過電能產生元件的預熱而已經完成燃料電池系統的起動後，在運動物體沒有開始行駛的情況下，控制器控制預熱裝置繼續預熱電能產生元件。
23.根據權利要求1的燃料電池系統，其中在燃料電池系統的起動完成之前，在控制器被輸入來自遙控操縱器單元用以延長起動完成時間的控制信號的情況中，控制器控制預熱裝置以繼續預熱電能產生元件。
24.根據權利要求1的燃料電池系統，其中甚至在通過電能產生元件的預熱已經完成燃料電池系統的起動後，在運動物體沒有開始行駛的情況下，控制器允許從電能產生元件產生的部分電能被供應給外部電源。
25.根據權利要求1的燃料電池系統，其中在燃料電池系統的起動完成之前，在控制器被輸入來自遙控操縱器單元用以延長起動完成時間的控制信號的情況中，控制器允許從電能產生元件產生的部分電能被供應給外部電源。
26.根據權利要求1的燃料電池系統，其中甚至在通過電能產生元件的預熱已經完成燃料電池系統的起動後，在運動物體沒有開始行駛的情況下，控制器中斷電能產生元件的電能產生。
27.根據權利要求1的燃料電池系統，其中控制器控制預熱裝置，該控制響應從遙控操縱器單元發出的控制信號，命令任何一種預熱操作，從而在遙控操縱器單元命令的預熱操作中實行電能產生元件的預熱。
28.根據權利要求1的燃料電池系統，其中在檢測到預先設置從燃料電池系統排出的特定物質的情況下，控制器控制預熱裝置以中斷電能產生元件的預熱。
29.根據權利要求28的燃料電池系統，其中在檢測到特定物質的情況下，控制器提供可以從運動物體外面識別的警告。
30.根據權利要求29的燃料電池系統，其中在檢測到特定物質的情況下，控制器向遙控操縱器單元傳送表示檢測到特定物質的控制信號，使得遙控操縱器單元提供警告。
31.根據權利要求30的燃料電池系統，其中在檢測到特定物質的情況下，可以通過遙控操縱器單元使用視覺、觸覺和聽覺至少一種識別表示檢測到特定物質的信息。
32.根據權利要求31的燃料電池系統，其中在檢測到特定物質的情況下，控制器驅動發聲裝置以提供警告。
33.根據權利要求29的燃料電池系統，其中當運動物體和遙控操縱器單元彼此距離更近時，控制器加強警告。
34.根據權利要求1的燃料電池系統，其中電能產生元件包括重整原料以形成燃料氣體的重整器。
35.根據權利要求28的燃料電池系統，其中電能產生元件包括重整原料形成燃料氣體的重整器，並且其中，從燃料電池、重整器和預熱裝置至少一個中排出特定物質。
36.一種適於安裝在運動物體上的燃料電池系統，所述燃料電池系統包括包括向其供應燃料氣體和氧化氣體以產生電能的燃料電池的電能產生元件；能夠實現電能產生元件預熱的預熱裝置；以及控制裝置，響應從外部遙控操縱器單元發送的控制信號的接收，命令起動完成命令時間，在該時間處通過電能產生元件的預熱來完成燃料電池系統的起動，以控制預熱裝置，使得電能產生元件按照起動完成時間完成預熱。
37.一種控制燃料電池系統的方法，所述燃料電池系統提供有包括向其供應燃料氣體和氧化氣體以產生電能的燃料電池的電能產生元件和實現電能產生元件預熱的預熱裝置；所述方法包括控制預熱裝置，響應從外部遙控操縱器單元發送的控制信號的接收，命令起動完成命令時間，在該時間處通過電能產生元件的預熱來完成燃料電池系統的起動，從而使得電能產生元件按照起動完成時間完成預熱。
全文摘要
一種適合安裝在運動物體(V)上的燃料電池系統(1，100)，提供有包括向其供應燃料氣體和氧化氣體以產生電能的燃料電池(31)的電能產生元件(31，45)，能夠實現電能產生元件預熱的預熱裝置(21至23，32至39，41至50』)，以及控制器(13)，控制器響應從外部遙控操縱器單元(3)發送的控制信號的接收，命令起動完成命令時間，在該時間處通過電能產生元件的預熱燃料電池系統的起動將完成，控制預熱裝置，使得至少電能產生元件按照起動完成時間的預熱完成。
文檔編號B60L11/18GK1692518SQ200380100340
公開日2005年11月2日 申請日期2003年10月1日 優先權日2002年11月7日
發明者中路義晴 申請人:日產自動車株式會社