至400V。这种在车辆总线35上的升高的电压在正常的操作模式下驱动牵引马达34和空气压缩机36。此外，附加车辆总线负载3V还使用350V至400V之间的电压。第二 DC/DC转换器54还可用作降压转换器，并将车辆总线35上的电压逐步降低到适合于存储在电池44上并驱动电池总线负载42'的电压。
[0045]在冷启动模式下，控制器32控制接触器18断开，从而允许燃料电池堆12将电力施加到电感器20、二极管22和IGBT 24。IGBT 24向燃料电池堆12提供热，以加热燃料电池堆12。在这种情况下，IGBT 24提供足够的电力(或足够的电压电平)，以激活第一 DC/DC转换器52。第一 DC/DC转换器52可具有在125V-150V之间的最小电压运行范围。在这种情况下，IGBT 24向第一 DC/DC转换器52提供足以提供最小量的电压的电流，以使得第一DC/DC转换器52能够进行操作。第一 DC/DC转换器52随后可升高来自燃料电池堆12的电压，以驱动牵引马达34和空气压缩机36，从而允许驾驶员有执行车辆启动的能力。第二DC/DC转换器54随后可基于车辆总线35上的电压而运行。换言之，第二 DC/DC转换器54由车辆总线35上保持不变的电压驱动并且车辆总线35上的电压从第一 DC/DC转换器52的输出被提供，同时第一 DC/DC转换器52接收至少125V的电压或一些其它最小电压。
[0046]图4是描绘与燃料电池堆12有关的各种电学特性(例如，沿y轴)的图示70，所述各种电学特性是来自燃料电池堆12的输出电流(例如，沿X轴)的函数。图示70示出了总体上与燃料电池堆12的端子处的电压对应的第一波形72。图示70还示出了总体上与传送到车辆13的功率对应的第二波形74，所述功率是通过将燃料电池堆12的电压乘以燃料电池堆12的输出电流而计算的。图示70还示出了总体上与向燃料电池堆12内部提供的热量对应的第三波形76。
[0047]总体上如在82处所示，第一波形72示出了燃料电池堆12处于开路电压(OCV)(例如，250V)，IGBT处于0%占空比。第二波形74示出了当第一波形72的电压降低时，随着输出电流增加，传送到车辆13的功率增加。在这种情况下，IGBT 24增加其占空比(导致输出电流增加)，并且还使得燃料电池堆12处的电压下降。当IGBT处于100%占空比时，输出电流处于最大值(例如，大约770A)，但是燃料电池堆12处的电压已经下降到0V。
[0048]总体上如84处所示，这一状态指示将随着燃料电池堆12变热而增加的燃料电池堆12的最大可用功率(例如，可从燃料电池堆12传送到负载16的最大功率)。在第二波形74中，传送到车辆的功率在大约675A处达到峰值，然后，传送的功率下降。总体上如86处所示，当IGBT 24处于100%占空比时，传送的功率下降到零。图示70上穿过X轴上的675A的垂直线90与当IGBT 24处于特定的X占空比并且传送到车辆13的功率处于其峰值或最大占空比时相对应。对于如第二波形74所展现的传送到车辆13的相同功率，与通过将IGBT 24的占空比从0%调制到X(例如，在垂直线90的左侧操作燃料电池堆12)相比，通过将IGBT 24的占空比从X调制到100% (例如，在垂直线90的右侧操作燃料电池堆12)，燃料电池堆将产生更多的热，如第三波形76所展现。
[0049]图5描绘了具有用于以高电压实施方式加热燃料电池堆、燃料电池系统或燃料电池512的第四设备的车辆。第四设备总体上包括燃料电池512、压缩机536、电力转换器或转换器514，其中，电力转换器或转换器514可包括升压转换器、降压转换器、降压-升压转换器，并且可被配置为单向或双向操作。转换器514可被用于在冻结启动或冷启动期间将燃料电池512的电压升高到正常的燃料电池堆操作电压，所述正常的燃料电池堆操作电压可以是车辆正常操作电压。第四设备总体上还包括将燃料电池512与转换器514连接的热通道502，热通道502还可被连接到压缩机536。通常，第四设备由控制器532 (未示出)控制，控制器532可基于燃料电池512的特定模式控制接触器518断开或闭合。例如，在冷启动模式下(例如，车辆13在外部温度低于5°C时启动)，接触器518断开，并且燃料电池512驱动电感器520、二极管522、开关器件524和电阻加热元件500，其中，接触器518可以常开接触器或常闭接触器。在这种情况下，当开关器件524闭合时，开关器件524(例如，IGBT、BJT、MOSFET或继电器)通过所述开关器件524响应于从燃料电池512产生的电力而产生热。由所述开关器件524产生的热可以用热通道502被热连接到燃料电池堆512，以帮助加热所述电池堆512。如果所述电池堆是冷的，则期望施加负载，以按照限定的电压从燃料电池堆512汲取电流，使得燃料电池反应的放热特性被用于自加热燃料电池堆512。标准转换器的负载针对自加热可能并不理想，并且增加的负载可期望应用于燃料电池堆512，以保持针对由燃料电池堆512消耗的燃料的有效使用的电流汲取的化学计量，从而产生热。在操作燃料电池堆512期间，产生电流的化学反应是放热反应，这使得燃料电池堆512进行自加热，因此来自燃料电池堆512的电流需求的增加导致增加了在燃料电池堆512内放热产生的热。
[0050]电阻加热元件500可由金属、复合材料、陶瓷(PTC)或其它合适的材料构造。电阻加热元件500可以调整大小(S卩，具有电阻和电流传送能力)以加载燃料电池，使得其降低燃料电池电压。当所述电压降低时，由燃料电池512的每克H2产生更多的热。电阻加热元件500的好处在于，当从燃料电池吸收能量时，电阻加热元件可产生热，产生的热可与燃料电池单元512热连接以提供额外的热。电阻加热元件500可被连接到热通道502，使得产生的热经由热连接从电阻加热元件500传送到燃料电池512。热连接(例如，湿式冷却剂管)可在IGBT 524和电阻加热元件500附近传送流动的冷却剂，使得冷却剂从那里被加热。热通道可在燃料电池512附近延伸，在燃料电池512附近，加热的冷却剂用于加热燃料电池512。此外，转换器514驱动包括牵引或推进马达534、压缩机536、车辆总线负载538的负载。转换器还可驱动可用于升高或降低电压的二次电力转换器540，以与二次电池544和连接到电池544的电池车辆负载542进行接口连接。应该认识到，负载包括任意数量的使车辆能够行使和/或运行的车辆相关装置。在冷启动模式下，可通过调制IGBT 524来降低或升高来自燃料电池512的电压，以提供足够的电力来驱动至少部分负载，从而使得在燃料电池512的冷启动期间的车辆启动状态成为可能。
[0051]图6描绘了用于加热燃料电池堆的第五设备。第五设备是转换器600，更为具体地说，是具有加热元件602的升压转换器。例如，加热元件602可以连接在电感器620和二极管622之间(如所示出的)。在这一示例中，可使用开关604选择性地接合该加热元件。当开关604断开时，来自电感器的电流流经产生热的加热元件602，其中，产生的热可被热引导到燃料电池。当开关604闭合时，加热元件602被短接，并且总体上电流不流经加热元件602，使得热不从加热元件602产生。加热元件602被示出连接在电感器620和开关器件606之间，但是也可以连接在开关器件606和二极管622之间，使得当开关器件606闭合时，电感器620连接在转换器的输入端608之间，同时电阻加热元件602和二极管622连接在转换器的输出端610之间。加热元件602还跨越转换器的输入端608布置，使得开关604和加热元件602串联，或者跨越转换器的输出端610布置，使得开关604和加热元件602串联。
[0052]图7描绘了用于加热燃料电池堆的第六设备。第六设备是转换器700，更为具体地说，是具有加热元件702的降压转换器。例如，加热元件702可连接在电感器720和转换器输出端710之间(如所示出的)。在