專利名稱：燃料電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有燃料電池、能對來自所述燃料電池的電力進(jìn)行蓄電的蓄電裝置、以及由所述燃料電池和所述蓄電裝置中的至少一者供給電力的負(fù)載的燃料電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，為了抑制燃料電池車輛等所利用的燃料電池的劣化，提出了一種避免氧化還原電位來使燃料電池發(fā)電的燃料電池系統(tǒng)(日本特開2011-015580號(以下，稱為“JP2011-015580A”))。在JP2011-015580A的燃料電池系統(tǒng)中，在發(fā)電要求功率(P*)(要求負(fù)載)小于規(guī)定的閾值(Pthr)的情況下，停止燃料電池的氣體供應(yīng)而 進(jìn)入發(fā)電中止模式。在發(fā)電中止模式中，將燃料電池的電壓設(shè)定為低于開路端電壓的電壓，并發(fā)電產(chǎn)生微弱電流，由此謀求既防止燃料電池的劣化，又提高車輛的效率(說明書摘要、第
段、圖2以及圖4)。發(fā)電中止模式中的剩余電力被充電給電池(74)。該電池作為剩余電力的貯藏源、再生制動時的再生能量貯藏源、伴隨燃料電池車輛的加速或減速的負(fù)載變動時的能量緩沖器來發(fā)揮功能(第
段)。如上所述，在JP2011-015580A中，在發(fā)電停止模式的剩余電力被蓄電到電池后，在車輛的加速時被使用。由此，由于電池的充放電的頻度增加，會產(chǎn)生伴隨充放電的電力損失，從而存在燃料電池系統(tǒng)的輸出效率下降的風(fēng)險。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明考慮到這樣的課題而提出，其目的在于，提供能既抑制燃料電池的劣化，又提高燃料電池系統(tǒng)整體的輸出效率的燃料電池系統(tǒng)。本發(fā)明所涉及的燃料電池系統(tǒng)具備燃料電池；蓄電裝置，其對來自所述燃料電池的電力進(jìn)行蓄電；負(fù)載，其由所述燃料電池和所述蓄電裝置中的至少一者供應(yīng)電力 ’轉(zhuǎn)換器，其調(diào)整所述燃料電池的電壓；控制裝置，其基于所述負(fù)載所需的電力，對所述燃料電池和所述蓄電裝置向所述負(fù)載供應(yīng)的電力進(jìn)行控制；和反應(yīng)氣體供應(yīng)裝置，其對所述燃料電池供應(yīng)反應(yīng)氣體，其中，所述控制裝置在判定為所述燃料電池的怠速發(fā)電抑制模式的條件成立的情況下，將所述燃料電池的電壓設(shè)定為鉬的氧化還原進(jìn)行電壓范圍外的規(guī)定電壓值，并控制所述反應(yīng)氣體供應(yīng)裝置來使空氣的供應(yīng)量變化，使得所述燃料電池進(jìn)行跟隨所述負(fù)載所需的電力而變化的輸出。根據(jù)本發(fā)明，由于在使燃料電池以鉬的氧化還原進(jìn)行電壓范圍外的電壓而成為恒壓的同時，使燃料電池的輸出電流跟隨負(fù)載而變化，因此在燃料電池的怠速發(fā)電抑制模式時不僅能防止燃料的劣化還能抑制不需要的發(fā)電。因此，能減少蓄電裝置中的充放電損失，從而能提高燃料電池系統(tǒng)中的輸出效率。能將所述規(guī)定電壓值設(shè)為比所述氧化還原進(jìn)行電壓范圍高或低的值。在所述蓄電裝置的蓄電量為目標(biāo)蓄電量以下的情況下，可以直到所述蓄電量達(dá)到所述目標(biāo)蓄電量為止都將所述燃料電池的電壓設(shè)定為所述規(guī)定電壓值，并將所述燃料電池的內(nèi)部的氣體狀態(tài)維持成充足的狀態(tài)。根據(jù)上述構(gòu)成，由于將燃料電池的電壓以偏離鉬的氧化還原進(jìn)行電壓范圍的值來設(shè)定為規(guī)定電壓值，因此能防止燃料電池的劣化。此外，由于將燃料電池的內(nèi)部的氣體狀態(tài)維持成充足的狀態(tài)，因此燃料電池的發(fā)電量得以增加，并通過將剩余部分的電力充電到蓄電裝置，能將蓄電裝置的蓄電量維持成目標(biāo)蓄電量。所述燃料電池系統(tǒng)搭載于車輛，所述負(fù)載包含能再生(電力)的電動機(jī)以及輔助設(shè)備，所述控制裝置在判定為怠速發(fā)電抑制模式的條件成立的情況下，可以將所述燃料電池的電壓設(shè)定為所述規(guī)定電壓值，并控制所述反應(yīng)氣體供應(yīng)裝置來使空氣的供應(yīng)量變化，使得所述燃料電池進(jìn)行跟隨所述輔助設(shè)備所需的電力而變化的輸出。在所述車輛的速度或所述電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為規(guī)定的閾值以下的情況下，所述控制裝置可以將所述燃料電池的電壓設(shè)定為所述規(guī)定電壓值，并控制所述反應(yīng)氣體供應(yīng)裝置來使空氣的供應(yīng)量變化，使得所述燃料電池進(jìn)行跟隨所述輔助設(shè)備所需的電力而變化的輸出。本發(fā)明所涉及的燃料電池系統(tǒng)具備燃料電池；蓄電裝置，其對來自所述燃料電 池的電力進(jìn)行蓄電；負(fù)載，其由所述燃料電池和所述蓄電裝置中的至少一者供應(yīng)電力 ’轉(zhuǎn)換器，其調(diào)整所述燃料電池的電壓；控制裝置，其基于所述負(fù)載所需的電力，對所述燃料電池和所述蓄電裝置向所述負(fù)載供應(yīng)的電力進(jìn)行控制；和反應(yīng)氣體供應(yīng)裝置，其對所述燃料電池供應(yīng)反應(yīng)氣體，其中，所述控制裝置執(zhí)行通常模式和怠速發(fā)電抑制模式，所述通常模式是調(diào)整所述燃料電池的電壓并控制從所述燃料電池向負(fù)載供應(yīng)的電力的模式，所述怠速發(fā)電抑制模式是在所述燃料電池系統(tǒng)的低負(fù)載運轉(zhuǎn)時限制所述燃料電池的發(fā)電的模式，在所述怠速發(fā)電抑制模式中，將所述燃料電池的電壓設(shè)定為鉬的氧化還原進(jìn)行電壓范圍外的規(guī)定電壓值，并進(jìn)行用于限制所述反應(yīng)氣體的供應(yīng)量的低效率發(fā)電，在伴隨所述負(fù)載所需的電力的增加而從所述怠速發(fā)電抑制模式向所述通常模式轉(zhuǎn)移時，不僅使針對所述燃料電池的反應(yīng)氣體的供應(yīng)量跟隨所述負(fù)載所需的電力的增加而增加，還使設(shè)定成所述規(guī)定電壓值的所述燃料電池的電壓跟隨所述負(fù)載所需的電力的增加而從所述規(guī)定電壓值下降。根據(jù)本發(fā)明，能使燃料電池從怠速狀態(tài)迅速轉(zhuǎn)移到通常狀態(tài)。即，一般地，在反應(yīng)氣體的濃度恒定的情況下要使燃料電池的發(fā)電電力增加，需要降低燃料電池的輸出電壓，并使燃料電池的輸出電流增加。另外，在燃料電池的輸出電壓相同以及輸出電流相同的情況下，通過提高反應(yīng)氣體的濃度，能使燃料電池的發(fā)電電力增加。根據(jù)本發(fā)明，在從怠速發(fā)電抑制模式向通常模式轉(zhuǎn)移時，不僅使反應(yīng)氣體的供應(yīng)量跟隨負(fù)載所需的電力的增加而增力口，還使燃料電池的電壓跟隨負(fù)載所需的電力的增加而下降。由此，由于不僅能對應(yīng)于負(fù)載所需的電力的增加來提高反應(yīng)氣體的濃度，還能使燃料電池的輸出電壓下降，因此能使燃料電池迅速地從怠速狀態(tài)轉(zhuǎn)移到通常狀態(tài)(在此，將反應(yīng)氣體的供應(yīng)量增加和燃料電池的電壓下降作為一系列的流程進(jìn)行即可，并不一定需同時進(jìn)行)。另外，在從怠速發(fā)電抑制模式向通常模式轉(zhuǎn)移時，使燃料電池的電壓從規(guī)定電壓值下降。在將該規(guī)定電壓值設(shè)定為比鉬的氧化還原進(jìn)行電壓范圍低的值的情況下，在從怠速發(fā)電抑制模式向通常模式轉(zhuǎn)移時，燃料電池的電壓不會通過氧化還原進(jìn)行電壓范圍。因此，在此情況下，能防止伴隨燃料電池的電壓通過氧化還原進(jìn)行電壓范圍時的燃料電池的劣化?？梢栽趶乃龅∷侔l(fā)電抑制模式向所述通常模式轉(zhuǎn)移時，抑制所述燃料電池的電壓變化。若燃料電池的輸出電壓急劇變化，則燃料電池有時會劣化，但由于根據(jù)上述構(gòu)成，能抑制輸出電壓急劇的變動，因此能抑制燃料電池的劣化。可以在伴隨所述負(fù)載的增加而從所述怠速發(fā)電抑制模式向所述通常模式轉(zhuǎn)移前，使背壓閥向關(guān)閉方向移動。通過使背壓閥向關(guān)閉方向移動，燃料電池的陰極流路中的空氣的壓力將上升，單位體積流量下的氧濃度(體積濃度)會變高。因此，能迅速地進(jìn)行從怠速狀態(tài)向通常狀態(tài)的恢復(fù)。本發(fā)明所涉及的車輛以搭載上述的燃料電池系統(tǒng)為特征。由此，能實現(xiàn)高耐久性且高效率的車輛。配合附圖并根據(jù)下面的優(yōu)選實施方式的例子，上述目的以及其他目的、特征和優(yōu)點將更加明確。


圖I是搭載了本發(fā)明的第I實施方式所涉及的燃料電池系統(tǒng)的燃料電池車輛的概 略整體構(gòu)成圖。圖2是所述燃料電池車輛的電力系統(tǒng)的框圖。圖3是所述第I實施方式中的燃料電池組件(unit)的概略構(gòu)成圖。圖4是表示所述第I實施方式中的DC/DC轉(zhuǎn)換器的細(xì)節(jié)的圖。圖5是表示電子控制裝置(ECT)中的基本的控制的流程圖。圖6是用于計算系統(tǒng)負(fù)載的流程圖。圖7是表示當(dāng)前的電動機(jī)轉(zhuǎn)速和電動機(jī)預(yù)計消耗電力之間的關(guān)系的圖。圖8是表示電池的S0C、充放電系數(shù)以及平均再生電力的關(guān)系的圖。圖9是表示構(gòu)成燃料電池的燃料電池單位電池(cell)的電位和單位電池的劣化量的關(guān)系的圖。圖10是表示在燃料電池單位電池的電位的變動速度不同的情況下的氧化的進(jìn)行和還原的進(jìn)行的樣子的例子的循環(huán)伏安(cyclic voltammetry)圖。圖11是所述第I實施方式中的多個電力供應(yīng)模式的說明圖。圖12是在所述第I實施方式中，所述ECU進(jìn)行所述燃料電池系統(tǒng)的能量管理的流程圖。圖13是表示陰極計量比和單位電池電流的關(guān)系的圖。圖14是第2通常模式的流程圖。圖15是表示目標(biāo)FC電流和目標(biāo)氧濃度的關(guān)系的圖。圖16是表示目標(biāo)氧濃度及目標(biāo)FC電流和目標(biāo)空氣泵轉(zhuǎn)速及目標(biāo)水泵轉(zhuǎn)速的關(guān)系的圖。圖17是表示目標(biāo)氧濃度及目標(biāo)FC電流和目標(biāo)背壓閥開度的關(guān)系的圖。圖18是表不目標(biāo)FC電流和空氣流量的關(guān)系的圖。圖19是表示循環(huán)閥的開度和循環(huán)氣體流量的關(guān)系的圖。圖20是第2怠速(idle)發(fā)電抑制模式的流程圖。圖21是電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制的流程圖。圖22是在使用了所述第I實施方式以及比較例所涉及的各種控制的情況下的時序圖的例子。
圖23是在第2實施方式中，所述ECU進(jìn)行所述燃料電池系統(tǒng)的能量管理的流程圖。圖24是在使用了所述第2實施方式所涉及的各種控制的情況下的時序圖的例子。圖25是表示所述第I實施方式所涉及的燃料電池系統(tǒng)的第I變形例的概略構(gòu)成的框圖。圖26是表示所述第I實施方式所涉及的燃料電池系統(tǒng)的第2變形例的概略構(gòu)成的框圖。圖27是表示所述第I實施方式所涉及的燃料電池系統(tǒng)的第3變形例的概略構(gòu)成的框圖。
具體實施方式
A.第I實施方式I.整體的構(gòu)成的說明[1-1.整體構(gòu)成]圖I是搭載了本發(fā)明的第I實施方式所涉及的燃料電池系統(tǒng)12 (以下，稱為“FC系統(tǒng)12”。)的燃料電池車輛10 (以下，稱為“FC車輛10”。)的概略整體構(gòu)成圖。圖2是FC車輛10的電力系統(tǒng)的框圖。如圖I以及圖2所示，F(xiàn)C車輛10除了具有FC系統(tǒng)12之外，還具有行駛用的電動機(jī)14、以及逆變器16。FC系統(tǒng)12具有燃料電池組件18 (以下，稱為“FC組件18”。)、高電壓蓄電池20 (以下，還稱為“蓄電池20”。)(蓄電裝置)、DC/DC轉(zhuǎn)換器22、以及電子控制裝置24(以下，稱為 “ECU24”)。[1-2.驅(qū)動系統(tǒng)]電動機(jī)14基于從FC組件18以及蓄電池20供應(yīng)的電力來生成驅(qū)動力，并使用該驅(qū)動力通過變速器26使車輪28旋轉(zhuǎn)。另外，電動機(jī)14將通過進(jìn)行再生而生成的電力(再生電力Preg) (W)輸出到蓄電池20等(參照圖2)。將逆變器16設(shè)為3相橋型的構(gòu)成，進(jìn)行直流/交流變換，并將直流變換成3相的交流來供應(yīng)給電動機(jī)14，另一方面，將伴隨再生動作的交流/直流變換后的直流通過DC/DC轉(zhuǎn)換器22供應(yīng)到蓄電池20等。此外，將電動機(jī)14和逆變器16合起來稱為負(fù)載30。在負(fù)載30中還能包含后述的空氣泵60、水泵80、空氣調(diào)節(jié)器90等構(gòu)成要素。[1-3. FC 系統(tǒng)](1-3-1.整體構(gòu)成)圖3是FC組件18的概略構(gòu)成圖。FC組件18具備燃料電池堆40 (以下，稱為“FC堆40”或“FC40”。)、對FC堆40的陽極供排氫(燃料氣體)的陽極系統(tǒng)、對FC堆40的陰極供排包含氧的空氣(氧化劑氣體)的陰極系統(tǒng)、使用于冷卻FC堆40的冷卻水(冷媒)進(jìn)行循環(huán)的冷卻系統(tǒng)、以及單位電池電壓監(jiān)視器42。(1-3-2. FC 堆 40)FC堆40例如具有將由陽極電極和陰極電極從兩側(cè)包夾固體高分子電解質(zhì)膜而形成的燃料電池單位電池(以下，稱為“FC單位電池”)進(jìn)行層疊的構(gòu)造。
(1-3-3.陽極系統(tǒng))陽極系統(tǒng)具備氫罐44、調(diào)節(jié)器46、噴射器48以及放氣閥50。氫罐44用于容納作為燃料氣體的氫，并經(jīng)由配管44a、調(diào)節(jié)器46、配管46a、噴射器48以及配管48a與陽極流路52的入口連接。由此，氫罐44的氫能經(jīng)由配管44a等供應(yīng)到陽極流路52。此外，在配管42a上設(shè)置有阻斷閥(未圖示)，在FC堆40的發(fā)電時，由E⑶24將該阻斷閥設(shè)為打開。調(diào)節(jié)器46將所導(dǎo)入的氫的壓力調(diào)整為規(guī)定值并排出。即，調(diào)節(jié)器46對應(yīng)于經(jīng)由配管46b而輸入的陰極側(cè)的空氣的壓力(先導(dǎo)壓力)，來控制下游側(cè)的壓力(陽極側(cè)的氫的壓力)。因此，陽極側(cè)的氫的壓力與陰極側(cè)的空氣的壓力聯(lián)動，如后所述，在使要使氧濃度變化的空氣泵60的轉(zhuǎn)速等變化時，則陽極側(cè)的氫的壓力也變化。噴射器48通過使來自氫罐44的氫由噴嘴噴射來產(chǎn)生負(fù)壓，通過該負(fù)壓能吸取配管48b的陽極廢氣。陽極流路52的出口經(jīng)由配管48b與噴射器48的吸氣口連接。然后，使從陽極流 路52排放的陽極廢氣通過配管48b而再次導(dǎo)入到噴射器48，由此陽極廢氣(氫)得以循環(huán)。此外，陽極廢氣中包含有在陽極的電極反應(yīng)中未被消耗的氫、以及水蒸氣。另外，在配管48b設(shè)置有對陽極廢氣中所含的水分(凝集水(液體))、水蒸氣(氣體))進(jìn)行分離/回收的氣液分離器(未圖示)。配管48b的一部分經(jīng)由配管50a、放氣閥50以及配管50b而與設(shè)于(后述的)配管64b的稀釋箱54 (未圖示)連接。在判定為FC堆40的發(fā)電不穩(wěn)定的情況下，放氣閥50基于來自ECU24的指令在規(guī)定時間內(nèi)成為打開。稀釋器54用陰極廢氣來稀釋來自放氣閥50的陽極廢氣中的氫。(1-3-4.陰極系統(tǒng))陰極系統(tǒng)具備空氣泵60、加濕器62、背壓閥64、循環(huán)閥66、流量傳感器68、70、溫
度傳感器72。空氣泵60壓縮外部氣體(空氣)并送入陰極側(cè)，其吸氣口經(jīng)由配管60a與車外(外部)連通?？諝獗?0的排出口經(jīng)由配管60b、加濕器62以及配管62a與陰極流路74的入口連接。若空氣泵60依照E⑶24的指令而工作，則空氣泵60經(jīng)由配管60a將車外的空氣吸入并壓縮，并通過配管60b等將該壓縮后的空氣壓送到陰極流路74。加濕器62具備具有水分透過性的多個中空絲膜62e。并且，加濕器62經(jīng)由中空絲膜62e，在流向陰極流路74的空氣與從陰極流路74排放的濕度大的陰極廢氣之間進(jìn)行水分交換，對流向陰極流路74的空氣進(jìn)行加濕。在陰極流路74的出口側(cè)配置有配管62b、加濕器62、配管64a、背壓閥64以及配管64b。從陰極流路74排放的陰極廢氣(氧化劑廢氣)通過配管62b等被排放到車外。此夕卜，在配管64b設(shè)置有上述的稀釋箱54。背壓閥64例如以蝴蝶閥構(gòu)成，通過用E⑶24來控制其開度，由此來控制陰極流路74中的空氣的壓力。更具體地說，若背壓閥64的開度變小，則陰極流路74中的空氣的壓力就上升，每體積流量下的氧濃度(體積濃度)變高。反之，若背壓閥64的開度變大，則陰極流路74中的空氣的壓力就下降，每體積流量下的氧濃度(體積濃度)變低。配管64b經(jīng)由配管66a、循環(huán)閥66以及配管66b與配管60a連接。由此，排放氣體(陰極廢氣)的一部分作為循環(huán)氣體而通過配管66a、循環(huán)閥66以及配管66b被供應(yīng)給配管60a，與來自車外的新空氣合流，被空氣泵60吸入。循環(huán)閥66例如以蝴蝶閥構(gòu)成，通過用E⑶24控制其開度來控制循環(huán)氣體的流量。流量傳感器68被安裝在配管60b，檢測流向陰極流路74的空氣的流量(g/s)，并將其輸出給ECU24。流量傳感器70被安裝在配管66b，檢測流向配管60a的循環(huán)氣體的流量Qc (g/s)，并將其輸出給ECU24。溫度傳感器72被安裝在配管64a，檢測陰極廢氣的溫度，并將其輸出給E⑶24。在此，由于循環(huán)氣體的溫度大致等于陰極廢氣的溫度，因此能基于溫度傳感器72進(jìn)行檢測的陰極廢氣的溫度來探測循環(huán)氣體的溫度。(1-3-5.冷卻系統(tǒng))
冷卻系統(tǒng)具備水泵80以及散熱器82 (radiator)。水泵80用于使冷卻水(冷媒)循環(huán)，其排出口依次經(jīng)由配管80a、冷媒流路84、配管82a、散熱器82以及配管82b與水泵80的吸入口連接。若依照E⑶24的指令使水泵80工作，則冷卻水在冷媒流路84和散熱器82之間循環(huán)，來冷卻FC堆40。(1-3-6.單位電池電壓監(jiān)視器)單位電池電壓監(jiān)視器42是用于檢測構(gòu)成FC堆40的多個每單個單位電池的單位電池電壓Vcell的設(shè)備，具備監(jiān)視器主體、以及連接監(jiān)視器主體和各單個單位電池的束線。監(jiān)視器主體以規(guī)定周期掃描全部的單個單位電池，檢測各單個單位電池的電位電池電壓Vce 11，并算出平均單位電池電壓以及最低單位電池電壓。然后，將平均單位電池電壓以及最低單位電池電壓輸出到E⑶24。(1-3-7.電力系統(tǒng))如圖2所示，來自FC40的電力(以下，稱為“FC電力Pfc”。)除了供應(yīng)到逆變器16及電動機(jī)14 (供電時)和DC/DC轉(zhuǎn)換器22及高電壓蓄電池20 (充電時)，還供應(yīng)到所述空氣泵60、所述水泵80、所述空氣調(diào)節(jié)器90、降壓轉(zhuǎn)換器92 (降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器)、低電壓蓄電池94、附屬部件96以及E⑶24。此外，如圖I所示，在FC組件18 (FC40)與逆變器16及DC/DC轉(zhuǎn)換器22之間配置有逆流防止二極管98。另外，F(xiàn)C40的發(fā)電電壓(以下，稱為“FC電壓Vfc”。)由電壓傳感器100 (圖4)檢測，F(xiàn)C40的發(fā)電電流(以下，稱為“FC電流Ifc”。)由電流傳感器102檢測，且均輸出到ECU24。[1-4.高電壓蓄電池20]蓄電池20是包含多個電池單位電池的蓄電裝置(儲能裝置)，例如能利用鋰離子二次電池、鎳氫二次電池或蓄電器等。在第I實施方式中利用了鋰離子二次電池。蓄電池20的輸出電壓(以下，稱為“蓄電池電壓Vbat”。) (V)由電壓傳感器104(圖2)檢測，蓄電池20的輸出電流(以下，稱為“蓄電池電流Ibat”。) (A)由電流傳感器106檢測，且分別輸出到E⑶24。E⑶24基于電池電壓Vbat和蓄電池電流Ibat來算出蓄電池20的剩余容量(以下，稱為 “SOC”。) (%)0[1-5. DC/DC 轉(zhuǎn)換器 22]DC/DC轉(zhuǎn)換器22對來自FC組件18的FC電力Pfc、從蓄電池20供應(yīng)的電力(以下，稱為“蓄電池電力Pbat”。) (W)、以及來自電動機(jī)14的再生電力Preg的供應(yīng)目的地進(jìn)行控制。
圖4示出了第I實施方式中的DC/DC轉(zhuǎn)換器22的細(xì)節(jié)。如圖4所示，DC/DC轉(zhuǎn)換器22的一端與蓄電池20的某一次側(cè)IS連接，另一端與作為負(fù)載30和FC40之間的連接點的二次側(cè)2S連接。DC/DC轉(zhuǎn)換器22是將一次側(cè)IS的電壓(一次電壓VI) (V)升壓到二次側(cè)2S的電壓(二次電壓V2) (V) (VI ( V2)、且將二次電壓V2降壓到一 次電壓Vl的升降壓型加斬波型的電壓變換裝置。如圖4所示，DC/DC轉(zhuǎn)換器22由在一次側(cè)IS和二次側(cè)2S之間所配置的相臂UA、電抗器(reactor) 110構(gòu)成。相臂UA由上臂元件(上臂開關(guān)元件112和二極管114)和下臂元件(下臂開關(guān)元件116和二極管118)構(gòu)成。對上臂開關(guān)元件112和下臂開關(guān)元件116例如分別采用MOSFET或IGBT等。電抗器110被插入到相臂UA的中點(公共連接點)和蓄電池20的正極之間，具有在由DC/DC轉(zhuǎn)換器22在一次電壓Vl和二次電壓V2之間變換電壓之際放出以及蓄積能
量的作用。上臂開關(guān)元件112通過從E⑶24輸出的柵極驅(qū)動信號(驅(qū)動電壓)UH的高電平而接通，下臂開關(guān)元件116通過柵極驅(qū)動信號(驅(qū)動電壓)UL的高電平而接通。此外，E⑶24使用與一次側(cè)的平滑電容器122并聯(lián)設(shè)置的電壓傳感器120來檢測一次電壓VI，并使用電流傳感器124來檢測一次側(cè)的電流(一次電流II) (A)。另外，ECU24使用與二次側(cè)的平滑電容器128并聯(lián)設(shè)置的電壓傳感器126來檢測二次電壓V2，并使用電流傳感器130來檢測二次側(cè)的電流(二次電流12) (A)。[1-6.ECU24]E⑶24經(jīng)由通信線140(圖I等)來對電動機(jī)14、逆變器16、FC組件18、蓄電池20以及DC/DC轉(zhuǎn)換器22進(jìn)行控制。在該控制時，執(zhí)行存儲器(ROM)中所容納的程序，另外，使用單位電池電壓監(jiān)視器42、流量傳感器68、70、溫度傳感器72、電壓傳感器100、104、120、126、電流傳感器102、106、124、130等各種傳感器的檢測值。在此處的各種傳感器中，除了上述傳感器以外，還包括開度傳感器150及電動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器152 (圖I)。開度傳感器150檢測加速器踏板156的開度θ p (度)。轉(zhuǎn)速傳感器152檢測電動機(jī)14的轉(zhuǎn)速Nm (rpm)。E⑶24使用轉(zhuǎn)速Nm來檢測FC車輛10的車速V (km/h)。進(jìn)而，在ECU24連接有主開關(guān)158(以下，稱為“主SW158”。)。主SW158用于切換從FC組件18以及蓄電池20向電動機(jī)14的電力供應(yīng)的可否，能由用戶操作。E⑶24包含微型計算機(jī)，根據(jù)需要，具有定時器、A/D變換器、D/A變換器等輸入輸出接口。此外，E⑶24不僅能由I個E⑶構(gòu)成，還能由針對電動機(jī)14、FC組件18、蓄電池20以及轉(zhuǎn)換器22的每一個的多個E⑶構(gòu)成。E⑶24從除了基于FC堆40的狀態(tài)、蓄電池20的狀態(tài)、以及電動機(jī)14的狀態(tài)之外還基于來自各種開關(guān)以及各種傳感器的輸入(負(fù)載要求)而決定的作為FC車輛10整體而由FC系統(tǒng)12所要求的負(fù)載，針對應(yīng)該由FC堆40負(fù)擔(dān)的負(fù)載、應(yīng)該由蓄電池20負(fù)擔(dān)的負(fù)載、應(yīng)該由再生電源(電動機(jī)14)負(fù)擔(dān)的負(fù)載的分配比率(分擔(dān))進(jìn)行協(xié)調(diào)的同時來進(jìn)行決定，并對電動機(jī)14、逆變器16、FC組件18、蓄電池20以及DC/DC轉(zhuǎn)換器22送出指令。2.第I實施方式的控制
接下來，說明E⑶24中的控制。[2-1.基本控制]圖5表示E⑶24中的基本的控制的流程圖。在步驟SI中，E⑶24判定主SWl58是否接通。在主SW158未接通的情況下(SI :否)，重復(fù)步驟SI。在主SW158接通的情況下(SI :是)，前進(jìn)到步驟S2。在步驟S2中，E⑶24計算FC系統(tǒng)12所要求的負(fù)載(系統(tǒng)負(fù)載Psys) (W)。在步驟S3中，E⑶24進(jìn)行FC系統(tǒng)12的能量管理。此處的能量管理是為了既抑制FC堆40的劣化，又使FC系統(tǒng)12整體的輸出效率化。在步驟S4中，ECU24進(jìn)行FC堆40的周邊設(shè)備，即空氣泵60、背壓閥64、循環(huán)閥66以及水泵80的控制(FC發(fā)電控制)。在步驟S5中，ECU24進(jìn)行電動機(jī)14的轉(zhuǎn)矩控制。在步驟S6中，E⑶24判定主SW158是否斷開。在主SW158未斷開的情況下(S6 否)，返回到步驟S2。在主SW158斷開的情況下(S6 :是)，結(jié)束本次的處理。[2-2.系統(tǒng)負(fù)載Psys的計算]圖6示出了計算系統(tǒng)負(fù)載Psys的流程圖。在步驟Sll中，E⑶24從開度傳感器150讀取加速器踏板156的開度θ p。在步驟S12中，E⑶24從轉(zhuǎn)速傳感器152讀取電動機(jī)14的轉(zhuǎn)速Nm (rpm)。在步驟S13中，E⑶24基于開度θ p和轉(zhuǎn)速Nm來算出電動機(jī)14的預(yù)計消耗電力Pm(W)。具體而言,在圖7所示的圖中，按每個開度Θ P來預(yù)先存儲轉(zhuǎn)速Nm和預(yù)計消耗電力Pm的關(guān)系。例如，在開度θρ是Θ pi時，利用特性160。同樣，在開度θρ是ΘΡ2、ΘΡ3、Θρ4、ΘΡ5、ΘΡ6時，分別利用特性162、164、166、168、170。然后，在基于開度θ ρ而確定了表示轉(zhuǎn)速Nm和預(yù)計消耗電力Pm的關(guān)系的特性之后，確定與轉(zhuǎn)速Nm相應(yīng)的預(yù)計消耗電力Pm。在步驟S14中，ECU24從各輔助設(shè)備讀取當(dāng)前的動作狀況。此處的輔助設(shè)備例如包括包含水泵80以及空氣調(diào)節(jié)器90的高電壓系的輔助設(shè)備、包含低電壓蓄電池94、附屬部件96以及ECU24的低電壓系的輔助設(shè)備。例如，若是空氣泵60，則讀取其轉(zhuǎn)速(以下，稱為“空氣泵轉(zhuǎn)速Nap”或“轉(zhuǎn)速Nap”)(rpm)。若是水泵80，則讀取其轉(zhuǎn)速(以下，稱為“水泵轉(zhuǎn)速Nwp”或“轉(zhuǎn)速Nwp”。)(rpm)。若是空氣調(diào)節(jié)器90，則讀取其輸出設(shè)定。在步驟S15中，ECU24根據(jù)各輔助設(shè)備的當(dāng)前的動作狀況來算出輔助設(shè)備的消耗電力Pa(W)。在步驟S16中，ECU24算出充放電系數(shù)a。充放電系數(shù)α是與預(yù)計消耗電力Pm和輔助設(shè)備的消耗電力Pa之和(假定系統(tǒng)負(fù)載)相乘的系數(shù)，是根據(jù)蓄電池20的SOC和電動機(jī)14的再生電力Preg的平均值(以下，稱為“平均再生電力Pregave”。)而設(shè)定的。平均再生電力Pregave是在規(guī)定期間內(nèi)所得到的再生電力Preg的平均值。圖8是表示S0C、充放電系數(shù)α以及平均再生電力Pregave的關(guān)系的圖。在圖8的例子中，將目標(biāo)SOC設(shè)定為50%，當(dāng)SOC超過50%時(處于充分的充電狀態(tài)時)，將充放電系數(shù)α設(shè)為小于I。由此，通過對假定系統(tǒng)負(fù)載I乘以小于I的乘數(shù)來減小系統(tǒng)負(fù)載Psys，從而能消耗蓄電池20多余的S0C。另外，當(dāng)SOC小于50%時(需要充電時)，將充放電系數(shù)α設(shè)為大于I。由此，通過對假定系統(tǒng)負(fù)載I乘以大于I的乘數(shù)來增大系統(tǒng)負(fù)載Psys，從而能補充SOC的不足部分。此外，如8所示，在SOC處于50%附近時，設(shè)置有將充放電系數(shù)α設(shè)為I的非敏感帶。
另外,在圖8的例子中，根據(jù)平均再生電力Pregave來切換SOC和充放電系數(shù)α的關(guān)系。即，如圖8所示，在平均再生電力Pregave低的情況下(處于難以得到再生電力Preg的環(huán)境時)，對于預(yù)計不怎么能得到再生電力Preg的部分，在SOC超過50 %的范圍內(nèi)，相對增大充放電系數(shù)α，在SOC小于50%的范圍內(nèi)，使充放電系數(shù)α從I遠(yuǎn)離。另一方面,在平均再生電力Pregave高的情況下(處于易以得到再生電力Preg的環(huán)境時)，對于預(yù)計能多得到再生電力Preg的部分，在SOC超過50%的范圍內(nèi)，相對減小充放電系數(shù)α，在SOC小于50%的范圍內(nèi)使充放電系數(shù)α向I靠近。此外，可以將目標(biāo)SOC設(shè)定為50%以外的值。另外，圖8的圖例如能使用實測值、仿真值?；氐綀D6，在步驟S17中，E⑶24將電動機(jī)14的預(yù)計消耗電力Pm和輔助設(shè)備的消耗電力Pa之和(假定系統(tǒng)負(fù)載)乘上充放電系數(shù)α，來算出FC車輛10整體的預(yù)計消耗電力(S卩，系統(tǒng)負(fù)載Psys)。[2-3.能量管理]
如上所述，在第I實施方式中的能量管理中，目的在于既抑制FC堆40的劣化，又使FC系統(tǒng)12整體的輸出效率化。(2-3-1.前提事項)圖9示出了構(gòu)成FC堆40的FC單位電池的電位(單位電池電位Vcell) (V)和單位電池的劣化量D之間的關(guān)系的一例。S卩，圖9中的曲線180表示單位電池電壓Vcell和劣化量D之間的關(guān)系。在圖9中，小于電位vl (例如，O. 5V)的區(qū)域(以下，稱為“鉬凝集增加區(qū)域R1”或“凝集增加區(qū)域R1”。)中，針對FC單位電池中所含的鉬(氧化鉬)激烈地進(jìn)行還原反應(yīng)，鉬過度地凝集。從電位vl起到電位ν2(例如，0.8ν)為止是穩(wěn)定地進(jìn)行還原反應(yīng)的區(qū)域(以下，稱為“鉬還原區(qū)域R2”或“還原區(qū)域R2”。)。從電位v2起到電位v3(例如,0. 9v)為止是對鉬進(jìn)行氧化還原反應(yīng)的區(qū)域(以下，稱為“鉬氧化還原進(jìn)行區(qū)域R3”或“氧化還原區(qū)域R3”。)。從電位v3起到電位v4(例如，O. 95v)為止是針對鉬穩(wěn)定地進(jìn)行氧化反應(yīng)的區(qū)域(以下，稱為“鉬氧化穩(wěn)定區(qū)域R4”或“氧化區(qū)域R4”。)。從電位v4起到OCV(開路電壓)為止是單位電池中所含的碳的氧化進(jìn)行的區(qū)域(以下，稱為“碳氧化區(qū)域R5”。)。如上所述，在圖9中，若單位電池電壓Vcell位于鉬還原區(qū)域R2或鉬氧化穩(wěn)定區(qū)域R4，則與相鄰區(qū)域比較，F(xiàn)C單位電池的劣化的進(jìn)行程度小。另一方面，若單位電池電壓Vcell位于鉬凝集增加區(qū)域R1、鉬氧化還原進(jìn)行區(qū)域R3、或碳氧化區(qū)域R5，則與相鄰區(qū)域比較，F(xiàn)C單位電池的劣化的進(jìn)行程度大。此外，盡管在圖9中，按照唯一確定的方式來標(biāo)記了曲線180，但實際上曲線180根據(jù)每單位時間的單位電池電壓Vcell的變動量(變動速度Acell) (V/sec)而變化。圖10是表示在變動速度Acell不同的情況下的氧化的進(jìn)行和還原的進(jìn)行的樣子的例子的循環(huán)伏安圖。在圖10中，曲線190表示變動速度Acell高的情況，曲線192表示變動速度Acell低的情況。從圖10可知，由于氧化或還原的進(jìn)行程度根據(jù)變動速度Acell而不同，因此不必唯一地確定各電位vl v4。另外,各電位vl v4能根據(jù)FC單位電池的個體差而變化。因此，優(yōu)選將電位vl v4設(shè)定為使理論值、仿真值或?qū)崪y值反映了誤差量的電位。
另外，F(xiàn)C單位電池的電流-電壓(IV)特性與一般的燃料電池單位電池同樣，單位電池電流Icell⑷隨單位電池電壓Vcell下降而增加(參照圖11)。此外，F(xiàn)C堆40的發(fā)電電壓(FC電壓Vfc)是將單位電池電壓Vcell乘上FC堆40內(nèi)的串聯(lián)連接數(shù)Nfc而得到的電壓。串聯(lián)連接數(shù)Nfc是在FC堆40內(nèi)所串聯(lián)連接的FC單位電池的數(shù)量，以下，僅稱為“單位電池數(shù)”。在上述基礎(chǔ)上，第I實施方式中，在由DC/DC轉(zhuǎn)換器22進(jìn)行電壓變換動作時，將FC堆40的目標(biāo)電壓(目標(biāo)FC電壓Vfctgt) (V)主要設(shè)定在鉬還原區(qū)域R2內(nèi)，且根據(jù)需要設(shè)定在鉬氧化穩(wěn)定區(qū)域R4內(nèi)(具體例使用圖12等來進(jìn)行說明。)。通過進(jìn)行這樣的目標(biāo)FC電壓Vfctgt的切換，能極力縮短FC電壓Vfc位于區(qū)域R1、R3、R5 (特別地，鉬氧化還原進(jìn)行區(qū)域R3)內(nèi)的時間，能防止FC堆40的劣化。此外，在上述處理中，存在FC堆40的供應(yīng)電力(FC電力Pfc)與系統(tǒng)負(fù)載Psys不相等的情況。關(guān)于該點，在FC電力Pfc低于系統(tǒng)負(fù)載Psys的情況下，其不足部分從蓄電池20供應(yīng)。另外，在FC電力Pfc超過系統(tǒng)負(fù)載Psys的情況下，其剩余部分充電到蓄電池20。 此外，盡管在圖9中，將電位vl v4確定為具體的數(shù)值，但這是為了進(jìn)行后述的控制，該數(shù)值充其量只是考慮控制的方便而決定的。換言之，從曲線180還可知，由于劣化量D連續(xù)變化，因此能根據(jù)控制的規(guī)格來適當(dāng)設(shè)定電位vl v4。然而,鉬還原區(qū)域R2包含曲線180的極小值(第I極小值Vlmi I)。在鉬氧化還原進(jìn)行區(qū)域R3中，包含曲線180的極大值(極大值Vlmx)。鉬氧化穩(wěn)定區(qū)域R4包含曲線180的另一極小值(第2極小值Vlmi2)。(2-3-2.用于能量管理的電力供應(yīng)模式)圖11是第I實施方式中的多個電力供應(yīng)模式的說明圖。在第I實施方式中，作為用于能量管理的電力供應(yīng)的控制方法(電力供應(yīng)模式)，使用4種控制方法(電力控制模式)。即，在第I實施方式中，切換使用在通常行駛(并非怠速發(fā)電抑制模式的行駛)中使用的第I通常模式以及第2通常模式、以及在FC40的怠速發(fā)電抑制模式中使用的第I怠速發(fā)電抑制模式以及第2怠速發(fā)電抑制模式。怠速發(fā)電抑制模式指的是在主開關(guān)158 (圖I)為接通的狀態(tài)下FC40停止積極的發(fā)電。在此所謂的積極的發(fā)電是指基于來自ECU24的指令而進(jìn)行的FC40的發(fā)電，不包含基于剩余氣體的發(fā)電。例如，在怠速發(fā)電抑制模式中，能以低于通常發(fā)電時的下限發(fā)電量(發(fā)電量的控制范圍的下限值)的發(fā)電量來發(fā)電或停止發(fā)電。第I通常模式主要用于系統(tǒng)負(fù)載Psys相對高的時段，通過以使目標(biāo)氧濃度Cotgt恒定(或者，將氧維持成充足的狀態(tài))的狀態(tài)來調(diào)整目標(biāo)FC電壓Vfctgt，從而控制FC電流Ifc0由此，基本上能通過FC電力Pfc來保證對系統(tǒng)負(fù)載Psys的供應(yīng)。第2通常模式主要用于系統(tǒng)負(fù)載Psys相對低的時段，通過將目標(biāo)單位電池電壓Vcelltgt (=目標(biāo)FC電壓Vfctgt/單位電池數(shù))固定為被設(shè)定為低于氧化還原區(qū)域R3的電位以下的基準(zhǔn)電位(在第I實施方式中，電位v2( = O. 8V))且使目標(biāo)氧濃度Cotgt可變，來使FC電流Ifc可變。由此，基本上能通過FC電力Pfc來保證對系統(tǒng)負(fù)載Psys的供應(yīng)(細(xì)節(jié)將后述)。FC電力Pfc的不足部分從蓄電池20補充。第I怠速發(fā)電抑制模式主要用于在怠速發(fā)電抑制模式時需要蓄電池充電的情況，將目標(biāo)單位電池電壓Vcelltgt (=目標(biāo)FC電壓Vfctgt/單位電池數(shù))固定為氧化還原區(qū)域R3以上的電位(在第I實施方式中，電位v3( = 0.9V))，使FC電流Ifc恒定。FC電力Pfc的不足部分從蓄電池20補充，F(xiàn)C電力Pfc的剩余部分對蓄電池20充電。第2怠速發(fā)電控制模式主要用于在怠速發(fā)電抑制模式時不需要蓄電池20的充電的情況，通過將目標(biāo)單位電池電壓Vcelltgt (=目標(biāo)FC電壓Vfctgt/單位電池數(shù))固定為氧化還原區(qū)域R3以上的電位(在第I實施方式中，電位v3( = O. 9V))且使目標(biāo)氧濃度Cotgt可變，來使FC電流Ifc可變。由此，基本上能使FC電力Pfc跟隨系統(tǒng)負(fù)載Psys而變化(細(xì)節(jié)將后述)。FC電力Pfc的不足部分從蓄電池20補充，F(xiàn)C電力Pfc的剩余部分對蓄電池20充電。(2-3-3.能量管理的整體流程)圖12示出了在第I實施方式中，E⑶24進(jìn)行FC系統(tǒng)12的能量管理(圖5的S3)的流程圖。在步驟S21中，ECU24判定是否選擇怠速發(fā)電抑制模式。具體而言，作為怠速發(fā)電抑制模式的條件，ECU24判定是否車速V為閾值THVl以下且系統(tǒng)負(fù)載Psys為閾值THPsysl以下。
·
閾值THVl是用于判定是否要執(zhí)行怠速發(fā)電抑制模式的閾值(例如，O< THVl ( 20km/s的范圍中任意的值)。閾值THPsysl是用于判定是否為由系統(tǒng)負(fù)載Psys選擇怠速發(fā)電抑制模式那么小的閾值。在車速V并非閾值THVl以下或者系統(tǒng)負(fù)載Psys并非閾值THPsysl以下的情況下(S21 :否)，前進(jìn)到步驟S22。在步驟S22中，E⑶24判定系統(tǒng)負(fù)載Psys是否超過用于判定高負(fù)載的閾值THPsys2。在系統(tǒng)負(fù)載Psys超過閾值THPsys2的情況下(S22 :是)，在步驟S23中，ECU24執(zhí)行第I通常模式(電壓可變/電流可變控制)。在步驟S22中，在系統(tǒng)負(fù)載Psys為閾值THPsys2以下的情況下(S22 :否)，在步驟S24中，E⑶24執(zhí)行第2通常模式(電壓恒定/電流可變控制)。在步驟S21中車速V為閾值THVl以下且系統(tǒng)負(fù)載Psys為閾值THPsysl以下的情況下(S21 :是)，在步驟S25中，E⑶24判定蓄電池20的SOC是否為用于判定蓄電池20是否需要充電的閾值THSOCl以下。在SOC為閾值THSOCl以下的情況下(S25:是)，在步驟S26中，ECU24選擇第I怠速發(fā)電抑制模式(電壓恒定/電流恒定控制)。在SOC并非閾值THSOCl以下的情況下(S25 :否)，在步驟S27中，ECU24執(zhí)行第2怠速發(fā)電抑制模式(電壓恒定/電流可變控制)。(2-3-4.第I通常模式)如上所述，第I通常模式主要用于系統(tǒng)負(fù)載Psys相對高的時段，通過以使目標(biāo)氧濃度Cotgt恒定(或者，將氧維持成充足的狀態(tài))的狀態(tài)來調(diào)整目標(biāo)FC電壓Vfctgt，從而控制FC電流Ifc。S卩，如圖11所示，在第I通常模式中，F(xiàn)C40的電流-電壓特性(IV特性)使用通常的曲線(圖11中，由實線表示的曲線)。與通常的燃料電池同樣，F(xiàn)C40的IV特性是，隨著單位電池電壓Vcell (FC電壓Vfc)變低，單位電池電流Icell (FC電流Ifc)變大。因此，在第I通常模式中，根據(jù)系統(tǒng)負(fù)載Psys來算出目標(biāo)FC電流Ifctgt，進(jìn)而算出與目標(biāo)FC電流Ifctgt對應(yīng)的目標(biāo)FC電壓Vfctgt。然后，ECU24控制DC/DC轉(zhuǎn)換器22以使得FC電壓Vfc成為目標(biāo)FC電壓Vfctgt。即，通過由DC/DC轉(zhuǎn)換器22使一次電壓Vl升壓以使二次電壓V2成為目標(biāo)FC電壓Vfctgt，來控制FC電壓Vfc，并控制FC電流Ifc。在通過由DC/DC轉(zhuǎn)換器22使一次電壓Vl升壓以使二次電壓V2成為目標(biāo)FC電壓Vfctgt這點上，第2通常模式、第I怠速發(fā)電抑制模式以及第2怠速發(fā)電抑制模式也相同。此外，氧處于充足的狀態(tài)是指，例如如圖13所示，即使使陰極計量比上升，單位電池電流Icell也大致恒定，意味著成為實質(zhì)上飽和的狀態(tài)的通常計量比以上的區(qū)域中的氧。在氫處于充足的狀態(tài)的情況也同樣。此外，陰極計量比是指，對陰極流路74供應(yīng)的空氣的流量/通過FC40的發(fā)電而消耗的空氣的流量，與陰極流路74中的氧濃度近似。另外，陰極計量比的調(diào)整例如通過氧濃度的控制來進(jìn)行。根據(jù)以上那樣的第I通常模式，即使系統(tǒng)負(fù)載Psys為高負(fù)載，基本上也能由FC電力Pfc負(fù)擔(dān)全部的系統(tǒng)負(fù)載Psys。(2-3-5.第2通常模式)如上所述，第2通常模式主要用于系統(tǒng)負(fù)載Psys相對低的時段，通過將目標(biāo)單位 電池電壓Vcelltgt (=目標(biāo)FC電壓Vfctgt/單位電池數(shù))固定為被設(shè)定為低于氧化還原區(qū)域R3的電位以下的基準(zhǔn)電位(在第I實施方式中，電位v2( = O. 8V))且使目標(biāo)氧濃度Cotgt可變,來使FC電流Ifc可變。S卩，如圖11所示，在第2通常模式中，通過以使單位電池電壓Vcell保持恒定的狀態(tài)來降低目標(biāo)氧濃度Cotgt，從而降低氧濃度Co。如圖13所示，若陰極計量比(氧濃度Co)下降，則電流Icell(FC電流Ifc)也下降。因此，通過以使單位電池電壓Vcell保持恒定的狀態(tài)來使目標(biāo)氧濃度Cotgt增減，能控制單位電池電流Icell(FC電流Ifc)以及FC電力Pfc。此外，F(xiàn)C電力Pfc的不足部分從蓄電池20補充。圖14示出了第2通常模式的流程圖。在步驟S31中，E⑶24通過調(diào)整DC/DC轉(zhuǎn)換器22的升壓率，從而將目標(biāo)FC電壓Vfctgt固定為被設(shè)定為低于氧化還原區(qū)域R3的電位以下的基準(zhǔn)電位(在第I實施方式中，電位v2( = O. 8V)) X單位電池數(shù)。在步驟S32中，ECU24算出與系統(tǒng)負(fù)載Psys對應(yīng)的目標(biāo)FC電流Ifctgt。在步驟S33中，E⑶24以目標(biāo)FC電壓Vfctgt是基準(zhǔn)電位為前提，算出與目標(biāo)FC電流Ifctgt對應(yīng)的目標(biāo)氧濃度Cotgt (參照圖11以及圖15)。此外，圖15表示在FC電壓Vfc是基準(zhǔn)電位時的目標(biāo)FC電流Ifctgt與目標(biāo)氧濃度Cotgt之間的關(guān)系。在步驟S34中，E⑶24根據(jù)目標(biāo)氧濃度Cotgt來算出以及發(fā)送對各部的指令值。在此所算出的指令值包含空氣泵60的轉(zhuǎn)速(空氣泵轉(zhuǎn)速Nap)、水泵80的轉(zhuǎn)速(水泵的轉(zhuǎn)速Nwp)、背壓閥64的開度(以下，稱為“背壓閥開度0bp”或“開度0bp”。)以及循環(huán)閥66的開度(以下，稱為“循環(huán)閥開度0C”或“開度0C”。)。S卩，如圖16以及圖17所示，根據(jù)目標(biāo)氧濃度Cotgt (或者目標(biāo)FC電流Ifctgt)來設(shè)定目標(biāo)空氣泵轉(zhuǎn)速Naptgt、目標(biāo)水泵轉(zhuǎn)速Nwptgt以及目標(biāo)背壓閥開度Qbptgt。另外，將循環(huán)閥66的目標(biāo)開度Θ ctgt設(shè)定為初始值(例如，循環(huán)氣體成為零的開度)。在步驟S35中，E⑶24判定基于FC40的發(fā)電是否穩(wěn)定。作為該判定，在從單位電池電壓監(jiān)視器42輸入的最低單位電池電壓比從平均單位電池電壓中減去規(guī)定電壓而得到的電壓低的情況下(最低單位電池電壓< (平均單位電池電壓-規(guī)定電壓))，ECU24判定為FC40的發(fā)電處于不穩(wěn)定的狀態(tài)。此外，所述規(guī)定電壓例如能使用實驗值、仿真值等。在發(fā)電穩(wěn)定的情況下(S35 :是)，結(jié)束本次的處理。在發(fā)電不穩(wěn)定的情況下(S35 否)，在步驟S36中，E⑶24在經(jīng)由流量傳感器70監(jiān)視循環(huán)氣體的流量Qc (g/s)的同時增大循環(huán)閥66的開度Θ c，使流量Qc增加一級(參照圖18)。此外，適當(dāng)?shù)卦O(shè)定各級的循環(huán)氣體的增加量，圖18例示了在將循環(huán)閥66設(shè)為全開的情況下，流量Qc成為第4級的增加，成為最大流量的情況。然而，若循環(huán)閥66的開度Θ c增加，則在吸入到空氣泵60的吸入氣體中，循環(huán)氣體的比率會增加。即，針對吸入氣體，在新空氣(從車外吸入的空氣)與循環(huán)氣體的比率中，按照循環(huán)氣體的比率增加的方式來變化。因此，對全部的單個單位電池的分配能力得以提高。在此，循環(huán)氣體(陰極廢氣)的氧濃度相對于新空氣的氧濃度低。因此，在循環(huán)閥66的開度Ge的控制前后，在空氣泵60的轉(zhuǎn)速Nap以及背壓閥64的開度Θ bp相同的情況下，在陰極流路74中流通的氣體的氧濃度將下降。為此，在步驟S36中，優(yōu)選與循環(huán)氣體的流量Qc的增加聯(lián)動，來執(zhí)行空氣泵60的轉(zhuǎn)速Nap的增加以及背壓閥64的開度Θ bp的減少中的至少一者，以使得維持在步驟S33中所算出的目標(biāo)氧濃度Cotgt。例如，優(yōu)選在增加循環(huán)氣體的流量Qc的情況下使空氣泵60的轉(zhuǎn)速Nap增加，增加新空氣的流量。然后，由于若按這種方式，則流向陰極流路74的氣體(新空氣和循環(huán)氣體 的混合氣體)整體的流量得以增加，因此，對全部單個單位電池的氧分配能力進(jìn)一步得以提高，F(xiàn)C40的發(fā)電性能變得易于恢復(fù)。如此，一邊維持目標(biāo)氧濃度Cotgt，一邊使循環(huán)氣體與新空氣合流，因此在陰極流路74中流通的氣體的體積流量(L/S)得以增加。由此，既維持目標(biāo)氧濃度Cotgt又增加了體積流量的氣體變得易于在FC40內(nèi)復(fù)雜地形成的整個陰極流路74中流動。因此，同樣易于對各單個單位電池供應(yīng)所述氣體，從而易于消除FC40的發(fā)電的不穩(wěn)定。另外，也容易去除在MEA (膜電極接合體)的表面或包圍陰極流路74的壁面上附著的水滴(凝集水等)。在步驟S37中，E⑶24判定經(jīng)由流量傳感器70而檢測出的循環(huán)氣體的流量Qc是否為上限值以上。將成為判定基準(zhǔn)的上限值設(shè)定為使循環(huán)閥66的開度Θ c成為全開的值。在此情況下，即使循環(huán)閥開度Θ c相同，在空氣泵60的轉(zhuǎn)速Nap增加時，由流量傳感器70檢測出的循環(huán)氣體的流量Qc也會增加，因此，將所述上限值設(shè)定為與空氣泵轉(zhuǎn)速Nap建立關(guān)聯(lián)，也就是，若空氣泵60的轉(zhuǎn)速Nap越大，則所述上限值越大。在判定為循環(huán)氣體的流量Qc并非上限值以上的情況下(S37 :否)，返回到步驟S35。在判定為循環(huán)氣體的流量Qc為上限值以上的情況下(S37 :是)，前進(jìn)到步驟S38。在此，盡管在步驟S36、S37中，基于由流量傳感器70直接檢測出的循環(huán)氣體的流量Qc來執(zhí)行了處理，但也可以基于循環(huán)閥開度Θ c來執(zhí)行處理。S卩，可以在步驟S36中，設(shè)為將循環(huán)閥開度Θ c在打開方向上增加一級(例如，30° )的構(gòu)成，在步驟S37中，設(shè)為在循環(huán)閥66全開的情況下(S37 :是)前進(jìn)到步驟S38的構(gòu)成。另外，在此情況下，還能基于循環(huán)閥66的開度Θ C、循環(huán)氣體的溫度、圖19的圖來算出循環(huán)氣體的流量Qc (g/s)。如圖19所示，由于隨循環(huán)氣體的溫度變高，其密度變小，因此成為流量Qc (g/s)變小的關(guān)系。在步驟S38中，E⑶24與步驟S35同樣，判定發(fā)電是否穩(wěn)定。在發(fā)電穩(wěn)定的情況下(S38 :是)，結(jié)束本次的處理。在發(fā)電不穩(wěn)定的情況下(S38 :否)，在步驟S39中，ECU24使目標(biāo)氧濃度Cotgt增加一級(接近通常的濃度)。具體而言,將空氣泵60的轉(zhuǎn)速Nap的增加以及背壓閥64的開度Θ bp的減少中的至少一者進(jìn)行一級。在步驟S40中，E⑶24判定目標(biāo)氧濃度Cotgt是否為通常的IV特性下的目標(biāo)氧濃度(通常氧濃度Conml)以下。在目標(biāo)氧濃度Cotgt是通常氧濃度Conml以下的情況下(S40 :是)，回到步驟S38。在目標(biāo)氧濃度Cotgt并非通常氧濃度Conml以下的情況下(S40 否)，在步驟S41中，E⑶24停止FC組件18。即，E⑶24停止對FC40的氫以及空氣的供應(yīng)，并停止FC40的發(fā)電。然后，E⑶24使未圖示的警告燈點亮，對駕駛者通知FC40處于異常狀態(tài)。此外，ECU24從蓄電池20對電動機(jī)14供應(yīng)電力，來使FC車輛10的行駛持續(xù)。根據(jù)上述的第2通常模式，在系統(tǒng)負(fù)載Psys是相對低的負(fù)載的情況下，通過以使FC電壓Vfc為恒定的狀態(tài)來調(diào)整氧濃度Co (陰極計量比)，基本上能通過FC電力Pfc來保證對全部的系統(tǒng)負(fù)載Psys的供應(yīng)。(2-3-6.第I怠速發(fā)電抑制模式)如上所述，第I怠速發(fā)電抑制模式主要用于在怠速發(fā)電抑制模式時需要進(jìn)行蓄電池20充電的情況,將目標(biāo)單位電池電壓Vcelltgt(=目標(biāo)FC電壓Vfctgt/單位電池數(shù))固定為氧化還原區(qū)域R3外的電位(在第I實施方式中，電位v3 ( = O. 9V))，使FC電流Ifc恒 定。FC電力Pfc的不足部分從蓄電池20補充，F(xiàn)C電力Pfc的剩余部分對蓄電池20充電。將目標(biāo)氧濃度Cotgt固定(或者，將氧維持為充足的狀態(tài))為通常氧濃度Conml。S卩，如圖11所示，在第I怠速發(fā)電抑制模式中，以使FC40的電流-電壓特性(IV特性)為通常的特性(圖11中，由實線表示的特性)的狀態(tài)來將單位電池電壓Vcell固定為電位v3 ( = O. 9V)(將FC電壓Vfc設(shè)為電位v3 X單位電池數(shù))。由于使FC40的電流-電壓特性(IV特性)為通常的特性，因此E⑶24將通常氧濃度Conml設(shè)定為目標(biāo)氧濃度Cotgt，并根據(jù)該目標(biāo)氧濃度Cotgt來設(shè)定空氣泵60的轉(zhuǎn)速Nap、水泵80的轉(zhuǎn)速Nwp、背壓閥64的開度Qbp以及循環(huán)閥66的開度0C。另外，由于將單位電池電壓Vcell固定為電位v3，因此E⑶24使用DC/DC轉(zhuǎn)換器22來升壓二次電壓V2，以使得FC電壓Vfc成為電位v3 X單位電池數(shù)。根據(jù)以上的第I怠速發(fā)電抑制模式，在選擇了怠速發(fā)電抑制模式的情況下，能既抑制FC電力Pfc且抑制劣化，又在對蓄電池20充電的同時使FC40為待機(jī)狀態(tài)。(2-3-7.第2怠速發(fā)電抑制模式)如上所述，第2怠速發(fā)電控制模式主要用于在怠速發(fā)電抑制模式時不需要進(jìn)行蓄電池20的充電的情況,通過將目標(biāo)單位電池電壓Vcelltgt (=目標(biāo)FC電壓Vfctgt/單位電池數(shù))固定為氧化還原區(qū)域R3以上的電位(在第I實施方式中，電位v3( = O. 9V))且使目標(biāo)氧濃度Cotgt可變，來使FC電流Ifc可變。由此，基本上能使FC電力Pfc跟隨系統(tǒng)負(fù)載Psys而變化。FC電力Pfc的不足部分從蓄電池20補充，F(xiàn)C電力Pfc的剩余部分對蓄電池20充電。S卩，如圖11所示，在第2怠速發(fā)電抑制模式中，通過以使單位電池電壓Vcel I保持恒定的狀態(tài)來降低目標(biāo)氧濃度Cotgt，從而降低氧濃度Co。如圖13所示，若氧濃度Co (計量比)下降，則單位電池電流IcelKFC電流Ifc)也下降。因此，通過以使單位電池電壓Vcell保持恒定的狀態(tài)來調(diào)整目標(biāo)氧濃度Cotgt，能控制單位電池電流Icell (FC電流Ifc)以及FC電力Pfc。此外，F(xiàn)C電力Pfc的不足部分從蓄電池20補充。圖20示出了第2怠速發(fā)電抑制模式的流程圖。在步驟S51中，E⑶24通過調(diào)整DC/DC轉(zhuǎn)換器22的升壓率，來將目標(biāo)FC電壓Vfctgt固定為以氧化還原區(qū)域R3以上所設(shè)定的第2基準(zhǔn)電位(在第I實施方式中，電位v3( = 0. 9V))X單位電池數(shù)。步驟S52 S61與圖14的步驟S32 S41同樣。根據(jù)以上的第2怠速發(fā)電抑制模式，在選擇了怠速發(fā)電抑制模式的情況下，能既抑制FC電力Pfc且抑制劣化，又使FC40為待機(jī)狀態(tài)。[2-4. FC 發(fā)電控制]如上所述，作為FC發(fā)電控制(圖5的S4)，E⑶24控制FC堆40的周邊設(shè)備，即空氣泵60、背壓閥64、循環(huán)閥66以及水泵80。具體而言，E⑶24使用在能量管理(圖5的S3)中算出的這些設(shè)備的指令值(例如，圖14的S34)來控制這些設(shè)備。[2-5.電動機(jī)14的轉(zhuǎn)矩控制]圖21示出了電動機(jī)14的轉(zhuǎn)矩控制的流程圖。在步驟S71中，ECU24從轉(zhuǎn)速傳感器152讀取電動機(jī)轉(zhuǎn)速Nm。在步驟S72中，E⑶24從開度傳感器150讀取加速器踏板156的開度θρ。在步驟S73中，E⑶24基于電動機(jī)轉(zhuǎn)速Nm和開度θ ρ來算出電動機(jī)14的假定目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Ttgt_P (N ·ι )。具體而言，在未圖示的存儲單元中預(yù)先存儲將轉(zhuǎn)速Nm和開度θρ和假定目標(biāo)轉(zhuǎn)矩竹8、？建立了關(guān)聯(lián)的圖，并基于該圖、以及轉(zhuǎn)速Nm和開度θ ρ，來算出假定目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Ttgt_P。在步驟S74中，E⑶24算出與能從FC系統(tǒng)12向電動機(jī)14供應(yīng)的電力的極限值(極限供應(yīng)電力Ps_lim) (W)相等的電動機(jī)14的極限輸出(電動機(jī)極限輸出(W)。具體而言，極限供應(yīng)電力Ps_lim以及電動機(jī)極限輸出Pm_lim是從來自FC堆40的FC電力Pfc與能從蓄電池20供應(yīng)的電力的極限值(極限輸出Pbat_lim) (W)之和中減去輔助設(shè)備的消耗電力 Pa 而得到的值(Pm_lim = Ps_lim — Pfc+Pbat_lim-Pa)。在步驟S75中，E⑶24算出電動機(jī)14的轉(zhuǎn)矩限制值Tlim(N · m)。具體而言，將電動機(jī)極限輸出除以車速V而得到的值設(shè)為轉(zhuǎn)矩限制值Tlim (Tlim — Pm_lim/V)。另一方面，在步驟S74中，E⑶24在判定為電動機(jī)14處于再生中的情況下，算出極限供應(yīng)再生電力Ps_reglim。極限供應(yīng)再生電力Ps_reglim是從能對蓄電池20充電的電力的極限值(極限充電Pbat_chglim)與來自FC40的FC電力Pfc之和中減去輔助設(shè)備的消耗電力Pa而得到的值(Pm_reglim = Pbat_chglim+Pfc_Pa)。在處于再生中的情況下,在步驟S75中，E⑶24算出電動機(jī)14的再生轉(zhuǎn)矩限制值Treglim(N -m)。具體而言，將極限供應(yīng)再生電力Ps_reglim除以車速Vs而得到的值設(shè)為轉(zhuǎn)矩限制值Tlim (Tlim — Ps_reglim/Vs)。在步驟S76中，E⑶24算出目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Ttgt (N · m)。具體而言，E⑶24將對假定目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Ttgt_p施加了基于轉(zhuǎn)矩限制值Tlim的限制而得到的值設(shè)為目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Ttgt。例如，在假定目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Ttgt_p為轉(zhuǎn)矩限制值Tlim以下的情況下(Ttgt_p ( Tlim)，將假定目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Ttgt_p直接設(shè)為目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Ttgt (Ttgt — Ttgt_p)。另一方面,在假定目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Ttgt_P超過轉(zhuǎn)矩限制值Tlim的情況下(Ttgt_p > Tlim)，將轉(zhuǎn)矩限制值Tlim設(shè)為目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Ttgt(Ttgt — Tlim)。然后，使用算出的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Ttgt來控制電動機(jī)14。3.各種控制的例子圖22示出了在使用第I實施方式所涉及的各種控制和比較例所涉及的各種控制的情況下的時序圖的例子。在圖22中，實線所示的控制是第I實施方式所涉及的控制，虛線所示的控制是比較例所涉及的控制，點劃線所示的控制是在第I實施方式和比較例中的公共事項。該比較例使用JP2011-015580A的控制。在時間點tl，由于車速V為閾值THVl以下且系統(tǒng)負(fù)載Psys為閾值THPsysl以下(圖12的S21 :是)，而且SOC為閾值THSOCl以上(S25:否)，因此在第I實施方式中，選擇第2怠速發(fā)電抑制模式(S27)。因此，將單位電池電壓Vcell固定為電位v3，單位電池電流Icell成為恒定(將FC電位Vfc固定為電位v3X單位電池數(shù)，F(xiàn)C電流Ifc成為恒定。)。另一方面，在比較例中，由于將電位v3X單位電池數(shù)和OCVX單位電池數(shù)進(jìn)行重復(fù)，因此基于單位電池電壓Vcell通過OCV等的理由，劣化量D變多。由于在時間點t2車速V超過閾值THVl (圖12的S21 :否)，因此E⑶24結(jié)束第2怠速發(fā)電抑制模式。4.第I實施方式的效果
如以上說明那樣，根據(jù)第I實施方式的第2怠速發(fā)電抑制模式，由于在以高于鉬的氧化還原區(qū)域R3的電位v3X單位電池數(shù)來使FC電壓Vfc恒定的同時，使FC電流Ifc跟隨系統(tǒng)負(fù)載Psys而變化，因此在FC40的怠速發(fā)電抑制模式時不僅能防止FC40的劣化，還能抑制不需要的發(fā)電。因此，能減少蓄電池20中的充放電損失，從而能提高FC系統(tǒng)12中的輸出效率。在第I實施方式中，在蓄電池20的SOC為閾值THSOCl以下的情況下(圖12的S25 :是)，直到SOC到達(dá)閾值THSOCl為止都將FC電位Vfc設(shè)定為電位v3X單位電池數(shù)，且將FC40內(nèi)部的氣體狀態(tài)維持為充足的狀態(tài)(S26)。根據(jù)上述構(gòu)成，由于將FC電位Vfc設(shè)定為電位v3X單位電池數(shù)，因此能防止FC40的劣化。此外，由于將FC40內(nèi)部的氣體狀態(tài)維持為充足的狀態(tài)，因此FC電力Pfc得以增加，通過將剩余部分的電力充電到蓄電池20，能將SOC維持為閾值THSOCl。在第I實施方式中，將FC系統(tǒng)12搭載于FC車輛10。由此，能使FC車輛10耐久性高且實現(xiàn)高效率。B.第2實施方式第2實施方式的硬件構(gòu)成基本上與第I實施方式相同。以下，針對同一構(gòu)成要素使用同一參考標(biāo)號。在第2實施方式中，由ECU24進(jìn)行的FC系統(tǒng)12的能量管理的方法與第I實施方式不同。I. FC系統(tǒng)12的能量管理圖23示出了在第2實施方式中由E⑶24進(jìn)行FC系統(tǒng)12的能量管理(圖5的S3)的流程圖。與圖12的步驟S21同樣，在步驟S81中，ECU24判定是否選擇怠速發(fā)電抑制模式。具體而言，作為怠速發(fā)電抑制模式的條件，ECU24判定是否滿足車速V為閾值THVl以下且系統(tǒng)負(fù)載Psys為閾值THPsysl以下。在車速V并非閾值THVl以下的情況下或者系統(tǒng)負(fù)載Psys并非閾值THPsysl以下的情況下(S81 :否)，前進(jìn)到步驟S82。在步驟S82中，E⑶24判定怠速發(fā)電抑制標(biāo)志(在圖23中，表示為“標(biāo)志”)是否為I。怠速發(fā)電抑制標(biāo)志表示FC系統(tǒng)12是否處于怠速狀態(tài)或者是剛從怠速狀態(tài)恢復(fù)到通常狀態(tài)后不久。在怠速發(fā)電抑制標(biāo)志是O的情況下，表示FC系統(tǒng)12不處于怠速狀態(tài)且也不是剛從怠速狀態(tài)恢復(fù)到通常狀態(tài)后不久。在怠速發(fā)電抑制標(biāo)志是I的情況下，表示FC系統(tǒng)12處于怠速狀態(tài)或者是剛從怠速狀態(tài)恢復(fù)到通常狀態(tài)后不久。
在步驟S82中，在怠速發(fā)電抑制標(biāo)志不是I的情況下(S82 :否)，前進(jìn)到步驟S85。在怠速發(fā)電抑制標(biāo)志是I的情況下(S82 :是)，在步驟S83中，ECU24以規(guī)定時間Tl使反饋增益(以下，稱為“F/B增益”。)下降。F/B增益是用于二次電壓V2的反饋控制的值。即，在第2實施方式中，與第I實施方式同樣，由DC/DC轉(zhuǎn)換器22來升壓一次電壓Vl以使得二次電壓V2成為目標(biāo)FC電壓Vfctgt0此時，為了減小二次電壓V2與目標(biāo)FC電壓Vfctgt(目標(biāo)二次電壓V2)之間的誤差Λ V2，使用反饋控制。更具體地說，進(jìn)行使用了該誤差A(yù)V2的比例/積分/微分控制(PID控制)。然后，基于PID控制后的誤差A(yù)V2，來決定DC/DC轉(zhuǎn)換器22的占空比。在上述PID控制的比例項中使用的是所述F/B增益。因此，若F/B增益大，則其后的二次電壓V2的變化量變大，若F/B增益小，則其后的二次電壓V2的變化量變小。另外，對應(yīng)于FC40從怠速狀態(tài)向通常狀態(tài)轉(zhuǎn)移的過渡期來設(shè)定規(guī)定時間Tl。SP， 在該過渡期，誤差A(yù)V2處于變大的趨勢。在此，若將F/B增益保持其大小，則FC電壓Vfc的變動變大。一般而言，若FC電壓Vfc的變化劇烈，則FC40的劣化容易加劇。為此，在第2實施方式中，在從怠速狀態(tài)向通常狀態(tài)轉(zhuǎn)移的過渡期使F/B增益下降來避免那樣的不良狀況。在接下來的步驟S84中，E⑶24使背壓閥開度Θ bp減少來使背壓閥64向關(guān)閉方向移動。由此，陰極流路74中的空氣的壓力將上升，每體積流量下的氧濃度Co (體積濃度)變高。因此，能迅速地進(jìn)行從怠速狀態(tài)向通常狀態(tài)的恢復(fù)。步驟S85、S86、S88 與圖 12 的步驟 S22、S23、S24 相同。SP，在步驟 S85 中，ECU24判定系統(tǒng)負(fù)載Psys是否超過用于判定高負(fù)載的閾值THPsys2。在系統(tǒng)負(fù)載Psys超過閾值THPsys2的情況下(S85 :是)，在步驟S86中，E⑶24執(zhí)行第I通常模式(電壓可變/電流可變控制)。在產(chǎn)生了 FC系統(tǒng)12從怠速狀態(tài)向通常狀態(tài)轉(zhuǎn)移的過渡期的情況下，若在步驟S86中選擇第I通常模式，則能判斷為該過渡期已結(jié)束。為此，若在步驟S86中選擇第I通常模式，則在步驟S87中，ECU24將怠速發(fā)電抑制標(biāo)志設(shè)定為O。如上所述，在怠速發(fā)電抑制標(biāo)志為I時(S82 :是)，進(jìn)行F/B增益的下降(S83)和背壓閥開度Θ bp的減少(S84)。因此，若將怠速發(fā)電抑制標(biāo)志從I變更為0，則表示FC40從怠速狀態(tài)恢復(fù)到了通常狀態(tài)。在步驟S85中，在系統(tǒng)負(fù)載Psys為閾值THPsys2以下的情況下(S85 :否)，在步驟S88中，E⑶24執(zhí)行第2通常模式(電壓恒定/電流可變控制)。在產(chǎn)生了 FC系統(tǒng)40從怠速狀態(tài)向通常狀態(tài)轉(zhuǎn)移的過渡期的情況下，即使在步驟S88中選擇第2通常模式，也是以低負(fù)載狀態(tài)來使用第2通常模式，因此能判斷為該過渡期還未結(jié)束。因此與選擇第I通常模式的情況不同，即使在步驟S88中選擇第2通常模式，仍將怠速發(fā)電抑制標(biāo)志保持為I。BP,在步驟S88中選擇第2通常模式的情況下，不進(jìn)行步驟S87那樣的處理。回到步驟S81，在選擇怠速發(fā)電抑制模式的情況下，即，在車速V為閾值THVl以下且系統(tǒng)負(fù)載Psys為閾值THPsysl以下的情況下(S81 :是)，能判斷為FC40進(jìn)入了怠速狀態(tài)或正持續(xù)著怠速狀態(tài)。為此，在步驟S89中，ECU24將怠速發(fā)電抑制標(biāo)志設(shè)定為I。步驟S90 S92與圖12的步驟S25 S27同樣。2.各種控制的例子
圖24示出了在使用第2實施方式所涉及的各種控制的情況下的時序圖的例子。在圖24中，“空氣壓”表示陰極側(cè)的流路中的空氣壓(例如，陰極流路74中的空氣壓)。能通過關(guān)閉背壓閥64(減小背壓閥開度0bp)來提高該空氣壓。另外，盡管未圖示，但設(shè)為電池SOC超過了閾值THSOCl。從時間點til起到時間點tl2為止，車速V為閾值THVl以下且系統(tǒng)負(fù)載Psys為閾值THPsysl以下(圖23的S81:是)。另外，如上所述，電池SOC超過了閾值THSOCl (S90 :否)。因此，選擇第2怠速發(fā)電抑制模式(S92)。由此，將目標(biāo)FC電壓Vfctgt固定為電位v3( = O. 9V) X單位電池數(shù)，并使FC電流Ifc根據(jù)目標(biāo)氧濃度Cotgt而可變。然而，在圖24中，從時間點til起到時間點tl2為止由于系統(tǒng)負(fù)載Psys恒定，因此FC電流Ifc也成為恒定。在時間點tl2，通過踩下加速器踏板156而使系統(tǒng)負(fù)載Psys開始上升。FC電流Ifc、車速V、空氣泵轉(zhuǎn)速Nap以及空氣壓隨之開始上升。
在時間點tl3，由于車速超過閾值THVl且系統(tǒng)負(fù)載Psys超過閾值THPsysl (圖23的S81 :否)，且緊接著第2怠速發(fā)電抑制模式后，因此怠速發(fā)電抑制標(biāo)志成為I (S89、S82 是)。為此，E⑶24以規(guī)定時間Tl使F/B增益下降(S83)。由此，由于減小在用于決定DC/DC轉(zhuǎn)換器22的占空比的PID控制中所使用的比例項(P項)，因此能控制二次電壓V2以及FC電壓Vfc的變動。在圖24中，規(guī)定時間Tl與從時間點tl3起到時間點tl5為止的期間對應(yīng)。另外，在時間點tl3，減少背壓閥開度0bp(S84)。因此，空氣壓急劇上升。進(jìn)而，在時間點tl3，由于系統(tǒng)負(fù)載Psys未超過閾值THPsys2(S85 :否)，因此選擇第2通常模式(S88)。因此，將目標(biāo)FC電壓Vfctgt固定為電位v2( = O. 8V) X單位電池數(shù)，將FC電流Ifc設(shè)為根據(jù)目標(biāo)氧濃度Cotgt而可變。到達(dá)時間點tl4時，系統(tǒng)負(fù)載Psys超過閾值THPsys2 (S85 :是)，選擇第I通常模式(S86)。因此，以目標(biāo)氧濃度Cotgt恒定的狀態(tài)來使目標(biāo)FC電壓Vfc以及FC電流Ifc可變。另外，由于怠速發(fā)電抑制標(biāo)志從I切換到O (S87)，因此，結(jié)束電壓恒定/電流可變控制(第2通常模式、第I怠速發(fā)電抑制模式或第2怠速發(fā)電抑制模式)。另外，從時間點tl4起到時間點tl6為止，伴隨著系統(tǒng)負(fù)載Psys的變化，F(xiàn)C電壓Vfc以及FC電流Ifc兩者變化。3.第2實施方式的效果如以上說明所述，根據(jù)第2實施方式，能使FC40迅速地從怠速狀態(tài)轉(zhuǎn)移到通常狀態(tài)。即，一般而言，在氧濃度Co恒定的情況下要使FC電力Pfc增加，需要降低FC電壓Vfc且使FC電流Ifc增加。另外，在FC電壓Vfc以及FC電流Ifc相同的情況下，能通過提高氧濃度Co來使FC電力Pfc增加。根據(jù)第2實施方式，在從第I或第2怠速發(fā)電抑制模式向第I或第2通常模式轉(zhuǎn)移時，不僅使氧濃度Co跟隨系統(tǒng)負(fù)載Psys的增加而增加,還使FC電壓Vfc跟隨系統(tǒng)負(fù)載Psys的增加而下降。因此，由于能配合系統(tǒng)負(fù)載Psys的增加來提高氧濃度Co，使FC電壓Vfc下降，因此能使FC40迅速地從怠速狀態(tài)轉(zhuǎn)移到通常狀態(tài)。在第2實施方式中，通過在從第I或第2怠速發(fā)電抑制模式向第I或第2通常模式轉(zhuǎn)移時使F/B增益下降(S83)，來抑制FC電壓Vfc的變化。若使FC電壓Vfc急劇變化，則FC40有時會劣化，但根據(jù)第2實施方式，由于能抑制FC電壓Vfc急劇變動，因此能抑制FC40的劣化。
在第2實施方式中，從第I或第2怠速發(fā)電抑制模式向第I或第2通常模式轉(zhuǎn)移時，使背壓閥64向關(guān)閉方向移動(S84)。通過使背壓閥64向關(guān)閉方向移動，陰極流路74中的空氣的壓力得以上升，每體積流量下的氧濃度Co (體積濃度)變高。因此，能迅速地進(jìn)行從怠速狀態(tài)向通常狀態(tài)的恢復(fù)。C.變形例此外，本發(fā)明不限于上述各實施方式，能基于本說明書的記載內(nèi)容來采取各種的構(gòu)成。例如，能采用以下的構(gòu)成。I.搭載對象盡管在上述各實施方式中，將FC系統(tǒng)12搭載于FC車輛10，但不限于此，也可以搭載于其他對象。例如，還能將FC系統(tǒng)12利用于船舶或飛機(jī)等移動體?；蛘撸€可以將FC系統(tǒng)12應(yīng)用于機(jī)器人、制造裝置、家庭用電力系統(tǒng)或家電制品。
2. FC系統(tǒng)12的構(gòu)成 盡管在上述各實施方式中，設(shè)為將FC40和高電壓蓄電池20并聯(lián)配置、且在蓄電池20的近前配置DC/DC轉(zhuǎn)換器22的構(gòu)成，但不限于此。例如，如圖25所示，還可以是將FC40和蓄電池20并聯(lián)配置、且在FC40的近前配置升壓式、降壓式或升降壓式的DC/DC轉(zhuǎn)換器22a的構(gòu)成。或者，如圖26所示，可以是將FC40和蓄電池20并聯(lián)配置、且在FC40的近前配置DC/DC轉(zhuǎn)換器22a、在蓄電池20的近前配置DC/DC轉(zhuǎn)換器22的構(gòu)成?；蛘?，如圖27所示，可以是將FC40和蓄電池20并聯(lián)配置、且在蓄電池20和電動機(jī)14之間配置DC/DC轉(zhuǎn)換器22的構(gòu)成。3.計量比盡管在上述各實施方式中，作為調(diào)整計量比的機(jī)構(gòu)或方法，使用了調(diào)整目標(biāo)氧濃度Cotgt的機(jī)構(gòu)或方法，但不限于此，還能調(diào)整目標(biāo)氫濃度。另外，還能代替目標(biāo)濃度而使用目標(biāo)流量，或者使用目標(biāo)濃度和目標(biāo)流量兩者。盡管在上述各實施方式中，例示了具備供應(yīng)含氧空氣的空氣泵60的構(gòu)成，但也可以取而代之或者在其基礎(chǔ)上，構(gòu)成為具備供應(yīng)氫的氫泵。盡管在上述各實施方式中，例示了具備使陰極廢氣與新空氣合流的合流流路(配管66a、66b)、以及循環(huán)泵66的構(gòu)成，但也可以取而代之或者在其基礎(chǔ)上，使陽極側(cè)也同樣地構(gòu)成。例如，可以在配管48b設(shè)置循環(huán)泵，通過該循環(huán)泵來控制與新的氫合流的陽極廢氣的流量。4.電力供應(yīng)模式盡管在上述各實施方式中，將第I怠速發(fā)電抑制模式以及第2怠速發(fā)電抑制模式中的目標(biāo)FC電壓Vfctgt設(shè)為了電位v3 ( = O. 9V) X單位電池數(shù)，但只要將此處的目標(biāo)FC電壓Vfctgt設(shè)定為使單位電池電壓Vcell成為還原區(qū)域R2或氧化區(qū)域R4內(nèi)的值即可。例如，可以將第I怠速發(fā)電抑制模式以及第2怠速發(fā)電抑制模式中的一者或兩者的目標(biāo)FC電壓Vfctgt設(shè)為電位v2( = O. 8V) X單位電池數(shù)。在此情況下,在從第I或第2怠速發(fā)電抑制模式向第I或第2通常模式轉(zhuǎn)移時，F(xiàn)C電壓Vfc不會通過氧化還原區(qū)域R3。因此，能防止伴隨FC電壓Vfc通過氧化還原區(qū)域R3所帶來的FC40的劣化。在上述第2實施方式中，通過在從第I或第2怠速發(fā)電抑制模式向第I或第2通常模式轉(zhuǎn)移時使F/B增益下降來抑制了 FC電壓Vfc的變化，但抑制FC電壓Vfc的變化的方法不限于此。例如，在E⑶24中，可以通過限制目標(biāo)FC電壓Vfctgt (或者目標(biāo)二次電壓 V2tgt)的變化量來抑制FC電壓Vfc的變化。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池系統(tǒng)(12)，具備 燃料電池(40)； 蓄電裝置(20)，其對來自 所述燃料電池(40)的電力進(jìn)行蓄電； 負(fù)載(30)，其由所述燃料電池(40)和所述蓄電裝置(20)中的至少一者供應(yīng)電力； 轉(zhuǎn)換器(22)，其調(diào)整所述燃料電池(40)的電壓； 控制裝置(24)，其基于所述負(fù)載(30)所需的電力，對所述燃料電池(40)和所述蓄電裝置(20)向所述負(fù)載(30)供應(yīng)的電力進(jìn)行控制；和 反應(yīng)氣體供應(yīng)裝置(44、60、64、66)，其對所述燃料電池(40)供應(yīng)反應(yīng)氣體， 所述燃料電池系統(tǒng)(12)的特征在于， 所述控制裝置(24)在判定為所述燃料電池(40)的怠速發(fā)電抑制模式的條件成立的情況下，將所述燃料電池(40)的電壓設(shè)定為鉬的氧化還原進(jìn)行電壓范圍外的規(guī)定電壓值，并控制所述反應(yīng)氣體供應(yīng)裝置(44、60、64、66)來使空氣的供應(yīng)量變化，使得所述燃料電池(40)進(jìn)行跟隨所述負(fù)載(30)所需的電力而變化的輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的燃料電池系統(tǒng)(12)，其特征在于， 所述規(guī)定電壓值是高于所述氧化還原進(jìn)行電壓范圍的值。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的燃料電池系統(tǒng)(12)，其特征在于， 在所述蓄電裝置(20)的蓄電量為目標(biāo)蓄電量以下的情況下，直到所述蓄電量達(dá)到所述目標(biāo)蓄電量為止將所述燃料電池(40)的電壓設(shè)定為所述規(guī)定電壓值，并將所述燃料電池(40)的內(nèi)部的氣體狀態(tài)維持成充足的狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的燃料電池系統(tǒng)(12)，其特征在于， 所述燃料電池系統(tǒng)(12)搭載于車輛(10)， 所述負(fù)載包含能再生的電動機(jī)(14)以及輔助設(shè)備(16、60、80、90)， 所述控制裝置(24)在判定為所述怠速發(fā)電抑制模式的條件成立的情況下，將所述燃料電池(40)的電壓設(shè)定為所述規(guī)定電壓值，并控制所述反應(yīng)氣體供應(yīng)裝置(44、60、64、66)來使空氣的供應(yīng)量變化，使得所述燃料電池(40)進(jìn)行跟隨所述輔助設(shè)備(16、60、80、90)所需的電力而變化的輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料電池系統(tǒng)(12)，其特征在于， 在所述車輛(10)的速度或所述電動機(jī)(14)的轉(zhuǎn)速為規(guī)定的閾值以下的情況下，所述控制裝置(24)將所述燃料電池(40)的電壓設(shè)定為所述規(guī)定電壓值，并控制所述反應(yīng)氣體供應(yīng)裝置(44、60、64、66)來使空氣的供應(yīng)量變化，使得所述燃料電池(40)進(jìn)行跟隨所述輔助設(shè)備(16、60、80、90)所需的電力而變化的輸出。
6.一種燃料電池系統(tǒng)(12)，具備 燃料電池(40)； 蓄電裝置(20)，其對來自所述燃料電池(40)的電力進(jìn)行蓄電； 負(fù)載(30)，其由所述燃料電池(40)和所述蓄電裝置(20)中的至少一者供應(yīng)電力； 轉(zhuǎn)換器(22)，其調(diào)整所述燃料電池(40)的電壓； 控制裝置(24)，其基于所述負(fù)載(30)所需的電力，對所述燃料電池(40)和所述蓄電裝置(20)向所述負(fù)載(30)供應(yīng)的電力進(jìn)行控制；和 反應(yīng)氣體供應(yīng)裝置(44、60、64、66)，其對所述燃料電池(40)供應(yīng)反應(yīng)氣體，所述燃料電池系統(tǒng)(12)的特征在于， 所述控制裝置(24)執(zhí)行通常模式和怠速發(fā)電抑制模式，所述通常模式是調(diào)整所述燃料電池(40)的電壓并控制從所述燃料電池(40)向負(fù)載(30)供應(yīng)的電力的模式，所述怠速發(fā)電抑制模式是在所述燃料電池系統(tǒng)(12)的低負(fù)載運轉(zhuǎn)時限制所述燃料電池(40)的發(fā)電的模式， 在所述怠速發(fā)電抑制模式中，將所述燃料電池(40)的電壓設(shè)定為鉬的氧化還原進(jìn)行電壓范圍外的規(guī)定電壓值，并進(jìn)行限制所述反應(yīng)氣體的供應(yīng)量的低效率發(fā)電， 在伴隨所述負(fù)載(30)所需的電力的增加而從所述怠速發(fā)電抑制模式向所述通常模式轉(zhuǎn)移時，不僅使針對所述燃料電池(40)的反應(yīng)氣體的供應(yīng)量跟隨所述負(fù)載(30)所需的電力的增加而增加，還使設(shè)定成所述規(guī)定電壓值的所述燃料電池(40)的電壓跟隨所述負(fù)載(30)所需的電力的增加而從所述規(guī)定電壓值下降。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的燃料電池系統(tǒng)(12)，其特征在于， 在從所述怠速發(fā)電抑制模式向所述通常模式轉(zhuǎn)移時，抑制所述燃料電池(40)的電壓變化。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的燃料電池系統(tǒng)(12)，其特征在于， 在伴隨所述負(fù)載(30)的增加而從所述怠速發(fā)電抑制模式向所述通常模式轉(zhuǎn)移前，使背壓閥(64)向關(guān)閉方向移動。
全文摘要
本發(fā)明提供一種燃料電池系統(tǒng)。在FC車輛(10)的FC系統(tǒng)(12)中，控制裝置(24)在判定為FC(40)的怠速發(fā)電抑制模式的條件成立的情況下，將FC(40)的電壓設(shè)定為鉑的氧化還原進(jìn)行電壓范圍(R3)外的規(guī)定電壓值，并控制反應(yīng)氣體供應(yīng)裝置(44、60、64、66)來使空氣的供應(yīng)量變化，使得FC(40)進(jìn)行跟隨負(fù)載(30)所需的電力而變化的輸出。
文檔編號H01M8/04GK102774291SQ20121013591
公開日2012年11月14日 申請日期2012年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月12日
發(fā)明者五十嵐大士, 佐伯響, 數(shù)野修一 申請人:本田技研工業(yè)株式會社