燃料电池系统的制作方法

燃料电池系统的制作方法
【专利摘要】燃料电池系统具备电动机、燃料电池堆、燃料供给装置以及对包括燃料电池堆和燃料供给装置的发电设备进行控制的控制器，控制器具备：堆输出响应要求运算部，其运算对燃料电池堆要求的堆输出响应要求；怠速停止中堆电压设定部，其对作为执行怠速停止中的堆电压而设定的怠速停止中堆设定电压的下限值进行设定，使得上述堆输出响应要求越大则怠速停止中堆设定电压的下限值越高，上述堆输出响应要求越小则怠速停止中堆设定电压的下限值越低；以及怠速停止中堆电压恢复操作部，其当执行怠速停止中实际堆电压小于怠速停止中堆设定电压的下限值时执行恢复操作。
【专利说明】燃料电池系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃料电池系统的怠速停止中的堆电压控制。
【背景技术】
[0002]在利用由燃料电池系统发出的电力来行驶的车辆等中，在负载比较低的行驶状态下等，有时会进行中止燃料电池的发电的所谓的怠速停止。在怠速停止中，停止对正极(cathode)供给空气，而残留在正极内的氧通过与透到正极来的氢发生反应而被消耗，堆总电压渐渐下降。
[0003]怠速停止在电池组(battery)充电量低于规定阈值的情况下、在由于加速要求等而负载增大的情况下结束。但是，从重新开始供给燃料到能够取出电流为止需要时间。另夕卜，就电动机的特性来说，即使是相同的加速操作，也是车速越高，加速时所要求的电力响应性能越高。而且，电池组可输出电力是由电池组的充电状态、温度、劣化状态等决定的。
[0004]因此，在从怠速停止恢复时，若以与加速要求的大小相应的输出来对驱动用的电动机进行驱动，则存在以下担忧:要从电池组供给以燃料电池的发电量不足够的部分的电力，其结果导致电池组的过放电。另一方面，若限制电动机的输出，则会导致运转性能(driveability)的下降。
[0005]因此，在日本JP4182732中，在估计出要求电力的增大的情况下，在从怠速停止恢复之前重新开始氢或者空气的供给。另外，在怠速停止中堆电压变为规定电压以下的情况下，也重新开始氢或者空气的供给。通过这些控制，来避免从怠速停止恢复时的发电延迟。

【发明内容】

[0006]然而，在日本JP4182732的方法中，会基于换挡操作、制动关闭(brake-off)、或者由导航系统对上坡的检测等而推测为之后可能会踏下加速踏板，从而重新开始燃料供给。而且，如上所述，从重新开始供给燃料到堆电压恢复为止需要时间。因而，根据要求电力的大小不同，有时会无法避免电池组的过放电、运转性能的下降。
[0007]因而，本发明的目的在于在本发明中提供一种当从怠速停止恢复时能够可靠地避免电池组的过放电、运转性能的下降的燃料电池系统。
[0008]为了达到上述目的，本发明的燃料电池系统具备:驱动部，其利用电力的供给来使移动体行驶；燃料电池堆，其向驱动部供给用于行驶的电力；燃料供给装置，其供给燃料电池堆的发电所需的燃料；以及控制器，其对包括燃料电池堆和燃料供给装置的发电设备进行控制。而且，控制器具备堆输出响应要求运算部，该堆输出响应要求运算部运算对燃料电池堆要求的电力响应，即堆输出响应要求。另外，具备怠速停止中堆电压设定部，该怠速停止中堆电压设定部对作为执行怠速停止中的堆电压而设定的怠速停止中堆设定电压的下限值进行设定，使得堆输出响应要求越大则怠速停止中堆设定电压的下限值越高，堆输出响应要求越小则怠速停止中堆设定电压的下限值越低。并且，具备怠速停止中堆电压恢复操作部，该怠速停止中堆电压恢复操作部当在执行怠速停止中燃料电池堆的实际电压小于怠速停止中堆设定电压的下限值时执行供给燃料气体或者空气的恢复操作。
[0009]本发明的详情以及其它特征和优点在说明书的之后的记载中说明，并且在附图中示出。
【专利附图】

【附图说明】
[0010]图1是应用第一实施方式的车辆用的电力供给系统的结构图。
[0011]图2是表示燃料电池系统的一例的图。
[0012]图3是表示控制器所执行的第一实施方式所涉及的控制例程的流程图。
[0013]图4是表示车速与堆输出响应要求的关系的对应表的一例。
[0014]图5是表不电动机扭矩和电动机输出与车速的关系的图。
[0015]图6是表示怠速停止时堆电压与堆输出响应要求的关系的对应表的一例。
[0016]图7是表示为了判定是否驱动压缩机而由控制器执行的子例程的流程图。
[0017]图8是执行第一实施方式所涉及的控制例程的情况下的时序图。
[0018]图9是表示控制器所执行的第二实施方式所涉及的控制例程的流程图。
[0019]图10是用于计算电池组可输出电力的运算模块的一例。
[0020]图11是表不堆输出响应要求与电池组可输出电力的关系的对应表的一例。
[0021]图12是执行第二实施方式所涉及的控制例程的情况下的时序图。
[0022]图13是表示控制器所执行的第三实施方式所涉及的控制例程的流程图。
[0023]图14是表示发电设备输出响应要求性能与堆冷却水温的关系的对应表的一例。
[0024]图15是用于说明堆劣化系数的图。
[0025]图16是表示发电设备输出响应要求性能与堆劣化系数的关系的对应表的一例。
[0026]图17是表不发电设备输出响应要求性能与堆内部电阻的关系的对应表的一例。
[0027]图18是表示发电设备输出响应要求性能与怠速停止持续时间的关系的对应表的一例。
[0028]图19是表不发电设备输出响应要求性能与大气压的关系的对应表的一例。
[0029]图20是表不堆输出响应要求与发电设备输出响应性能的关系的对应表的一例。
[0030]图21是表示控制器所执行的第四实施方式所涉及的控制例程的流程图。
[0031]图22是表不堆输出响应要求与辅机消耗电力的关系的对应表的一例。
【具体实施方式】
[0032](第一实施方式)
[0033]图1是应用本发明的第一实施方式的车辆用的电力供给系统的结构图。图2是表示燃料电池系统的一例的图。
[0034]电力供给系统具备燃料电池堆1、作为负载的电动机2、电池组3、辅机类6以及电力管理器(Power Manager)5，该电力管理器5对该燃料电池堆1、电动机2、电池组3以及辅机类6之间的电压进行调整。
[0035]燃料电池堆I是直流电源，具有层叠多个单电池的构造，该单电池如图2所示那样以负极(anode) IA和正极IB夹持电解质膜1C。此外，在图2中仅示出了单电池。
[0036]从氢供给通路25对负极IA供给作为燃料的氢气。从空气供给通路26对正极IB供给作为氧化剂气体的空气。
[0037]氢供给通路25中安装有压力调整阀22。由此，氢罐20内的高压氢在降为规定压力之后供给到负极1A。此外，压力调整阀22仅记载有一个，但是也可以串联配置多个阀，阶段性地降低压力。负极IA的出口侧处具备净化阀24，该净化阀24将没有被负极IA消耗的燃料气体放出。
[0038]空气通过压缩机21从空气供给通路26供给到正极IB。正极IB的出口侧处设置有空气压力调整阀23。由此来控制正极压力。
[0039]电池组3是直流电源，例如由锂离子电池构成。
[0040]电动机2经由逆变器4来与燃料电池堆I和电池组3连接，利用从燃料电池I或者电池组3供给的电力来驱动车轮11。
[0041]辅机类6除了压缩机21以外，还包括刮水器等与行驶有关的电装备、音响、车载导航、空气调节器等设备。
[0042]电力管理器5构成为包括DC/DC转换器。而且，从燃料电池堆I取出电力，将该电力供给到电动机2或者电池组3。此外，有时会由于内部元件过热等而对能够通过电力管理器5的电力施加限制。在这种情况下，会对从燃料电池堆1、电池组3供给到电动机2和辅机类6的电力施加限制。此外，在下面的说明中，有时将燃料电池堆1、电力管理器5以及压缩机21等包括在内称为发电设备(Power Plant)。
[0043]上述的电力供给系统的各结构是由控制器7来控制的。检测车速的车速传感器
8、检测燃料电池堆I的电压的堆电压传感器9以及检测电池组3的蓄电量的电池组传感器10的各检测值被输入到控制器7。此外，控制器7由具备中央运算装置(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)以及输入输出接口(I/O接口)的微计算机构成。也能够以多个微计算机来构成控制器7。
[0044]控制器7在例如低负载行驶时那样要求电力低的情况下，执行所谓的怠速停止，即暂时停止燃料电池堆I的发电，仅以电池组3的电力来驱动电动机2、辅机类6等。
[0045]在怠速停止中，停止对正极供给空气，而残留在正极内的氧通过与透到正极来的氢发生反应而被消耗，堆总电压渐渐下降。
[0046]怠速停止在电池组充电量低于规定阈值的情况下、在由于加速要求等而负载增大的情况下结束。但是，从燃料电池堆I重新开始供给燃料到变为能够取出电流的状态为止需要时间。另外，即使是相同的加速操作，也是车速越高，加速时所要求的电力响应性能即所要求的堆发电响应性越高。另一方面，电池组3的可输出电力是由电池组3的充电状态、温度、劣化状态等决定的。
[0047]因此，在从怠速停止恢复时，当以与加速要求的大小相应的输出来对驱动用的电动机2进行驱动时存在以下担忧:燃料电池堆I的发电量不足的部分的电力要从电池组3供给，其结果导致电池组3的过放电。另一方面，当为了防止电池组3的过放电而限制加速时的电动机2的输出时，会导致运转性能的下降。
[0048]因此，在从怠速停止恢复时，为了避免电池组3的过放电、运转性能的下降，控制器7执行下面的控制例程。
[0049]图3是表示控制器7在怠速停止中执行的控制例程的流程图。在本控制例程中进行控制，使得在从怠速停止恢复的情况下对燃料电池堆I要求的输出响应性越高则怠速停止中的燃料电池堆I的堆电压下限值越高。而且，若在怠速停止中实际堆电压变为堆电压下限值以下，则控制器7作为恢复操作向正极IB供给空气。下面，按各步骤来说明控制例程的详情。
[0050]在步骤SlOO中，控制器7读取车速传感器8的检测值和堆电压传感器9的检测值。
[0051]在步骤SllO中，控制器7基于车速来运算堆输出响应要求。使用车速是由于，在加速踏板踏下量相同的情况下，高车速的情况要求高的堆输出响应。
[0052]因此，预先制作如图4所示那样的表示车速与堆输出响应要求的关系的对应表，搜索该对应表。图4的纵轴为堆输出响应要求[kW/sec]，横轴为车速[km/h]。车速从零到Vl为止时，堆输出响应要求与车速的增大成正比地增高，当超过车速Vl时为固定值。该车速Vl是在表示电动机扭矩和电动机输出与车速的关系的图5中电动机扭矩开始下降而电动机输出达到上限的车速。
[0053]在步骤S120中，控制器7使用图6所示的对应表来运算怠速停止中堆设定电压的下限值。图6的纵轴为怠速停止中堆电压[V]，横轴为堆输出响应要求[kW/sec]。
[0054]堆输出响应要求越高则怠速停止时堆电压的下限值越大。但是，关于其绝对值，根据驱动电动机2、辅机类6等所需的电力等、车辆的规格不同而绝对值不同。此外，怠速停止中堆电压的上限值是能够避免高电位劣化的上限值。基于这种对应表，来求出与步骤SllO中计算出的堆输出响应要求对应的怠速停止时堆电压的上限值和下限值。
[0055]在步骤S130中，为了判定是否驱动压缩机21，控制器7执行图7所示的子例程。
[0056]在步骤S700中，控制器7判定实际堆电压是否为怠速停止中堆电压的下限值以下。若为下限值以下则执行步骤S710的处理，若大于下限值则执行步骤S720的处理。
[0057]在步骤S710中，控制器7驱动压缩机21来向正极IB供给空气。由此，解除正极IB的氧不足。此外，空气供给不一定要连续地进行，也可以间歇地供给。
[0058]在步骤S720中，控制器7判定当前是否正在供给空气。若正在供给空气则执行步骤S730的处理，若不是正在供给空气则结束本子例程。
[0059]在步骤S730中，控制器7判定是否为空气供给完成时刻。例如预先设定压缩机21的驱动时间、或者要对正极IB投入的空气量，空气供给完成时刻为达到其设定值的时刻。另外，实际堆电压达到上限值的情况也设为空气供给完成时刻。
[0060]若是空气供给完成时刻，则执行步骤S740的处理，否则结束本子例程。
[0061]在步骤S740中，控制器7为了停止空气供给而停止压缩机21。
[0062]说明执行了上述控制例程的情况下的作用、效果。
[0063]图8是在怠速停止中执行图3的控制例程的情况下的有关车速、堆电压以及压缩机流量的时序图。此外，压缩机流量是在压缩机21中通过的空气量。
[0064]在时刻tl之前，车速固定为零。因而，怠速停止中堆设定电压下限值也是固定的。另外，实际堆电压随着时间经过而下降，但是由于大于怠速停止时堆设定电压下限值，因此压缩机21不工作，压缩机流量为零。
[0065]当在时刻tl车速开始上升时，怠速停止时堆设定电压下限值也上升。然后，当在时刻t2实际堆电压与怠速停止时堆设定电压下限值一致时，压缩机21工作而压缩机流量增加。由此，实际堆电压上升，变得大于怠速停止中堆设定电压下限值。
[0066]在经过时刻t2之后，当车速开始下降时，怠速停止中堆设定电压下限值也下降。实际堆电压由于压缩机21正在工作而继续上升。
[0067]当在时刻t4由于压缩机21达到预先设定的工作时间而停止时，之后，随着正极IB内的氧量的下降，实际堆电压也下降。
[0068]这样，怠速停止中的车速越高则控制器7将怠速停止时堆设定电压下限值设定得越高。而且，控制器7进行控制，使得实际堆电压不低于怠速停止中堆设定电压下限值。由此，确保从怠速停止恢复时的堆发电响应性。
[0069]另外，即使将怠速停止中堆设定电压下限值固定为时刻tl下的值，实际堆电压在时刻t2以后也会继续下降。因而，不能避免上述的电池组3的过放电、运转性能的下降。另一方面，当将怠速停止中堆设定电压下限值固定为如时刻t2、t3时的值那样与高车速对应的值时，结果是压缩机21的工作频度增加。由此，会导致消耗电力的增大所引起的燃烧消耗率的恶化、声振性能的恶化。
[0070]与之相对，在本控制例程中，根据车速来设定怠速停止时堆设定电压下限值，因此能够避免燃烧消耗率的恶化、声振性能的恶化。
[0071]此外，在压缩机21的工作时间达到预先设定的时间之前，若实际堆电压上升到怠速停止中堆设定电压上限值，则也将压缩机21停止。
[0072]如以上所说明的那样，根据第一实施方式可以得到下面的效果。
[0073]控制器7运算堆输出响应要求，对怠速停止中堆设定电压进行设定，使得上限值为能够避免高电位劣化的值，且堆输出响应要求越大则下限值越高，堆输出响应要求越小则下限值越低。而且，若在执行怠速停止中燃料电池堆I的实际电压变得小于怠速停止中堆设定电压下限值则执行恢复操作。由此，堆输出响应要求大的情况下，也就是说对燃料电池堆I要求的响应性越高则从怠速停止恢复时的堆电压越高。其结果，能够提高堆电力响应性。另外，由于根据实际堆电压来实施恢复操作，因此能够抑制辅机类6等的不必要的工作。其结果，能够防止燃烧消耗率、声振性能的下降。
[0074]车速越高则控制器7计算出越高的堆输出响应要求。由此，能够计算出可靠地反映了燃料电池堆I所要求的响应性的堆输出响应要求。
[0075](第二实施方式)
[0076]第二实施方式的系统的结构基本与第一实施方式相同。但是不同点在于，控制器7除了读取电池组蓄电量以外还读取电池组温度和电池组劣化系数来作为电池组3的状态量。电池组温度由电池组温度传感器检测。电池组劣化系数由控制器7计算。电池组劣化系数是指基于随着充电次数累加而劣化这样的电池组特性的系数，劣化越严重则该值越大。电池组劣化系数的计算例如如下:累加充电次数，以充电次数来搜索预先制作出的表示充电次数与劣化度的关系的对应表。当然，也可以用其它公知的手法来进行该计算。
[0077]另外，控制器7在怠速停止中执行的控制例程的堆输出响应要求的运算内容与第一实施方式不同。在本实施方式中，根据电池组的状态量来运算堆输出响应要求。在根据驾驶者的加速踏板踏下量来进行加速的情况下，根据加速踏板踏下量来设定对电动机2要求的输出、过渡响应性。在这种情况下，即使对电动机2的要求输出相同，也是电池组可输出电力越小则对燃料电池堆I要求的过渡响应性越大。因此，根据电池组的状态量来运算堆输出响应要求。
[0078]图9是表示控制器7在怠速停止中执行的控制例程的流程图。在第一实施方式中，基于车速来计算堆输出响应要求，但是在第二实施方式中不同点在于，基于电池组可输出电力来计算。下面，按步骤来说明。
[0079]在步骤S200中，控制器7读取实际堆电压。
[0080]在步骤S210中，控制器7读取电池组蓄电量、电池组温度以及电池组劣化系数。
[0081]在步骤S220中，控制器7运算电池组可输出电力。图10表示用于计算电池组可输出电力的运算模块的一例。
[0082]首先，使用电池组蓄电量和电池组温度并且基于电池组输出上限对应表来求出电池组输出上限。如图10所示，电池组蓄电量越多则电池组输出上限越高。另外，在电池组蓄电量相同的情况下，电池组温度越高则电池组输出上限也越高。
[0083]接着，使用电池组劣化系数并且基于电池组劣化输出校正值对应表来求出电池组劣化输出校正值。如图10所示，电池组劣化系数越大则电池组劣化输出校正值越小。
[0084]然后，将用电池组劣化输出校正值对电池组输出上限进行校正所得的值设为电池组可输出电力。
[0085]在步骤S230中，控制器7运算堆输出响应要求。在此，使用如图11所示那样表示堆输出响应要求与电池组可输出电力的关系的对应表。如图11所示，电池组可输出电力越大则堆输出响应要求越低。这是由于，如果电池组可输出电力变大，则以从电池组3供给的电力就能够供应加速时所需的电力。
[0086]步骤S240、步骤S250分别为与图3的步骤S120和步骤S130相同的处理，因此省略说明。
[0087]图12是在怠速停止中执行本控制例程的情况下的有关车速、电池组蓄电量、电池组可输出电力、堆电压以及压缩机流量的时序图。车速到时刻t3为止为固定，从时刻t3起下降。
[0088]随着怠速停止执行时间的经过，电池组蓄电量下降。随之电池组可输出电力也下降。而且，随着电池组可输出电力的下降，怠速停止中堆设定电压下限值上升。
[0089]另外，实际堆电压也随着怠速停止执行时间的经过而下降。当在时刻tl实际堆电压下降到怠速停止中堆设定电压下限值时，压缩机21工作，实际堆电压转为上升。压缩机21在时刻t2由于经过预先设定的工作时间而停止。
[0090]在时刻tl到时刻t3的期间，电池组蓄电量也继续下降。随之电池组可输出电力也继续下降。而且，怠速停止中堆设定电压下限值继续上升。
[0091]当在时刻t3以后车速开始下降时，由于电力再生而电池组蓄电量转为增加。由此电池组可输出电力也开始增大，因此怠速停止中堆设定电压下限值开始下降。因此，在压缩机21的停止后虽然实际堆电压继续下降，但是压缩机21不再工作。
[0092]这样，进行控制使得电池组可输出电力越低则怠速停止中堆设定电压下限值越高，通过这样的控制，也能够与第一实施方式同样地，确保从怠速停止恢复时的堆发电响应性，从而实现防止电池组3的过放电以及防止运转性能的下降。
[0093]此外，在上述说明中，使用电池组蓄电量、电池组温度以及电池组劣化信息这三个因子来运算电池组可输出电力，但是也可以使用其中的任一个或任两个来进行运算。
[0094]如以上所说明的那样，根据第二实施方式，除了得到与第一实施方式相同的效果以外，还可以得到下面的效果。[0095]电池组可输出电力越低则控制器7计算出越高的堆输出响应要求。由此，能够设定与对发电设备要求的过渡响应性相应的堆输出响应要求。
[0096](第三实施方式)
[0097]第三实施方式的系统的结构基本与第一实施方式相同。但是，控制器7对堆输出响应要求的运算内容与第一实施方式不同。在本实施方式中，根据包括燃料电池堆1、电力管理器5以及压缩机21等的发电设备的响应时间常数来运算堆输出响应要求。此外，与第一实施方式和第二实施方式同样度，堆输出响应要求越高则控制器7计算出越高的怠速停止中堆设定电压下限值。另外，在下面的说明中将发电设备的响应时间常数称为发电设备输出响应性能。
[0098]发电设备输出响应性能越下降则电动机2的输出达到根据驾驶者的加速踏板操作量而定的目标输出为止的时间越长。因此，发电设备输出响应性能越低则控制器7计算出越高的堆输出响应性能要求。由此，发电设备输出响应性能越低则将怠速停止中堆设定电压下限值设定得越高。其结果，即使发电设备输出响应性能下降，也能够确保从怠速停止恢复时的电动机2的响应性。
[0099]另外，发电设备输出响应性能变低的原因既有燃料电池堆I引起的，也有燃料电池堆I以外因素引起的。作为燃料电池堆I引起的原因，第一可以列举出堆冷却水温度。堆冷却水温越低则燃料电池堆I的输出响应性能越低。因而，如图14所示，堆冷却水温变得越低则发电设备输出响应性能也越低。
[0100]作为第二原因，可以列举出燃料电池堆I的劣化。如图15所示，当燃料电池堆I劣化时，即使是相同的堆电流，堆电压也会变低。这是由于内部电阻基于时效劣化而变化。若将这种劣化的程度设为堆劣化系数，则如图16所示，燃料电池堆I越劣化而堆劣化系数越大，发电设备输出响应性越下降。
[0101]作为第三原因，可以列举出燃料电池堆I的内部电阻(HFR)。如图17所示，HFR越大则发电设备输出响应性能越下降。
[0102]作为第四原因，可以列举出怠速停止时间。在怠速停止中，正极IB内的氧通过与浸透到正极IB来的氢发生反应而被消耗。因此，怠速停止中间越长，燃料电池堆I和流路内的氮浓度越高。而且，氮浓度越高，供给氢和空气的情况下的堆发电响应性能越下降。因而，如图18所示，怠速停止时间越长则发电设备输出响应性能越下降。
[0103]另一方面，作为燃料电池堆I以外引起的原因，第一可以列举出大气压。大气压越低则压缩机21的喷出量越下降，因此其结果是燃料电池堆I的输出响应性能越下降。因此，如图19所示，大气压越低则发电设备输出响应性能越下降。
[0104]作为燃料电池堆I以外引起的第二原因，可以列举出对发电设备的输出限制。例如，当由于内部元件过热而对能够通过电力管理器5的电力施加限制时，从燃料电池堆I或者电池组3供给到电动机2的电力受限，发电设备输出响应性能下降。另外，在对压缩机21的喷出量施加限制的情况下也同样。
[0105]接着，具体说明控制器7在怠速停止中执行的控制例程。
[0106]图13是表示控制器7在怠速停止中执行的第三实施方式的第一实施例所涉及的控制例程的流程图。
[0107]在步骤S300中，控制器7读取堆电压。[0108]在步骤S310中，控制器7读取堆冷却水温度。堆冷却水温度由未图示的冷却水温传感器来检测。
[0109]在步骤S320中，控制器7运算发电设备输出响应性能。具体地说，使用步骤S310中读取出的堆冷却水温来搜索图14所示的对应表。上述的步骤S310和步骤S320与检测发电设备的输出响应性能的单元相当。
[0110]在步骤S330中，控制器7运算堆输出响应要求。具体地说，使用步骤S320中计算出的发电设备输出响应性能来搜索图20所示的堆输出响应要求对应表。如图20所示，发电设备输出响应性能越低则堆输出响应要求越高。
[0111]步骤S340、步骤S350分别与图3的步骤S120、步骤S130相同，因此省略说明。
[0112]这样，发电设备输出响应性能越低则堆输出响应要求越高，其结果是怠速停止中堆设定电压下限值越高。即，通过将怠速停止中堆设定电压下限值提高发电设备输出响应性能下降的量，能够确保从怠速停止恢复时的电动机2对驾驶者的要求的响应性。
[0113]作为第三实施方式的第二实施例，也可以在图13的步骤S310中计算堆劣化系数，在步骤S320中使用堆劣化系数来搜索图16所示的对应表，以求出发电设备输出响应性能。
[0114]如下那样计算堆劣化系数。首先，将燃料电池堆I为新品时的堆电流与堆电压的关系存储为基准状态。另一方面，在燃料电池堆I发电时读取堆电流和堆电压。然后，将用基准状态的堆电压与最近读取出的堆电压之差除以基准状态的堆电压所得的值作为堆劣化系数。此外，堆劣化系数并不限定于此，只要是表示燃料电池堆I的劣化度的指标即可。例如，也可以基于新品时的内部电阻和当前的内部电阻来设定堆劣化系数。
[0115]作为第三实施方式的第三实施例，也可以在图13的步骤S310中读取HFR，在步骤S320中搜索图17所示的对应表来求出发电设备输出响应性能。
[0116]作为第三实施方式的第三实施例，也可以在图13的步骤S310中读取怠速停止持续时间，在步骤S320中搜索图18所示的对应表来求出发电设备输出响应性能。在这种情况下，由控制器7来计算怠速停止持续时间。
[0117]作为第三实施方式的第四实施例，也可以在图13的步骤S310中读取大气压，在步骤S320中搜索图19所示的对应表来求出发电设备输出响应性能。在这种情况下，由未图示大气压传感器来检测大气压。
[0118]作为第三实施方式的第五实施例，也可以在图13的步骤S310中判定是否对发电设备施加输出限制，在施加输出限制的情况下在步骤S320中设定输出限制时用的发电设备输出响应要求。在这种情况下，将输出限制时用的发电设备输出要求设定为比没有输出限制时高。
[0119]根据上述的第二实施例-第五实施例，也与第一实施例同样地，能够确保从怠速停止恢复时的电动机2对驾驶者的要求的响应性。
[0120]如以上所说明的那样，根据第三实施方式，除了得到与第一实施方式相同的效果以外，还可以得到下面的效果。
[0121]发电设备的输出响应性能越低则控制器7计算出越高的堆输出响应要求。其结果，设定更高的怠速停止中堆设定电压下限值，将怠速停止中的堆电压控制为更高。由此，在发电设备的输出响应性能下降的情况下，也能够在从怠速停止恢复而进行加速的情况下等避免电池组的过放电。[0122](第四实施方式)
[0123]第四实施方式的系统的结构基本与第一实施方式相同。但是，控制器7对堆输出响应要求的运算内容与第一实施方式不同。在本实施方式中，根据辅机类6的消耗电力(以下称为辅机消耗电力)来运算堆输出响应要求。此外，与第一实施方式和第二实施方式同样地，堆输出响应要求越高则控制器7计算出越高的怠速停止中堆设定电压下限值。
[0124]在根据驾驶者的加速踏板踏下量来进行加速的情况下，无论例如空气调节器这样的辅机类6的工作状态如何都根据加速踏板踏下量来设定对电动机2的要求输出。但是，即使对电动机2的要求输出相同，也是辅机消耗电力越大则对燃料电池堆I要求的过渡响应性越大。
[0125]因此，辅机消耗电力越大则控制器7计算出越高的堆输出响应要求。由此，辅机消耗电力越大则怠速停止中堆设定电压下限值越高，其结果是能够确保燃料电池堆I的输出响应性能。
[0126]图21是表示控制器7在怠速停止中执行的控制例程的流程图。
[0127]在步骤S400中，控制器7读取堆电压。
[0128]在步骤S410中，控制器7运算辅机消耗电力。例如，基于空气调节器的规格来预先求出在使空气调节器工作的情况下设想的消耗电力，在空调开关接通的情况下使用该消耗电力。另外，也可以基于燃料电池堆I的输出电力、电池组3的输入输出电力以及电动机2和逆变器4的消耗电力来求出剩余的电力，将其作为辅机消耗电力。本步骤与辅机消耗电力检测单元相当。
[0129]在步骤S420中，控制器7使用辅机消耗电力来搜索图22所示的对应表，由此计算出堆输出响应要求。图22是表示辅机消耗电力与堆输出响应要求的关系的对应表。辅机消耗电力越大，堆输出响应要求越高。
[0130]步骤S430、步骤S440分别与图3的步骤S120、步骤S130相同，因此省略说明。
[0131]根据本控制例程，辅机消耗电力越大则计算出越高的堆输出响应要求，其结果是怠速停止中堆设定电压下限值变高。即，辅机消耗电力越大，将怠速停止中的堆电压控制为越闻。
[0132]由此，在从怠速停止恢复等时，无论辅机消耗电力的大小如何，都能够确保堆发电响应性。
[0133]如以上所说明的那样，根据第四实施方式，除了得到与第一实施方式相同的效果以外，还可以得到下面的效果。
[0134]辅机消耗电力越大则控制器7计算出越高的堆输出响应要求。通过在计算堆输出响应要求时考虑辅机消耗电力，能够计算出更相应于车辆状况的堆输出响应要求。其结果，能够更高精度地避免从怠速停止恢复而进行加速等时电池组过放电。
[0135]以上，说明了本发明的实施方式，但是上述实施方式不过是示出了本发明的应用例的一部分，其宗旨并不在于将本发明的技术范围限定于上述实施方式的具体结构。
[0136]本申请主张2011年5月18日向日本专利局申请的特愿2011-111267号的优先权，通过参照将该申请的全部内容引入本说明书中。
【权利要求】
1.一种燃料电池系统，具备: 驱动部，其利用电力的供给来使移动体行驶； 燃料电池堆，其向上述驱动部供给用于行驶的电力； 燃料供给装置，其供给上述燃料电池堆的发电所需的燃料；以及 控制器，其对包括上述燃料电池堆和燃料供给装置的发电设备进行控制， 该燃料电池系统的特征在于， 上述控制器具备:堆输出响应要求运算部，其运算对燃料电池堆要求的电力响应，即堆输出响应要求；怠速停止中堆电压设定部，其对作为执行怠速停止中的堆电压而设定的怠速停止中堆设定电压的下限值进行设定，使得上述堆输出响应要求越大则上述怠速停止中堆设定电压的下限值越高，上述堆输出响应要求越小则上述怠速停止中堆设定电压的下限值越低；以及 怠速停止中堆电压恢复操作部，其当在执行怠速停止中上述燃料电池堆的实际电压小于上述怠速停止中堆设定电压的下限值时执行供给燃料气体或者空气的恢复操作。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于， 还具备检测车速的车速检测单元， 车速越高则上述堆输出响应要求运算部计算出的堆输出响应要求越高。
3.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于， 还具备检测电池组可输出电力的电池组可输出电力检测单元， 上述电池组可输出电力越低则上述堆输出响应要求运算部计算出的堆输出响应要求越闻。
4.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于， 还具备检测上述发电设备的输出响应性能的单元， 上述发电设备的输出响应性能越低则上述堆输出响应要求运算部计算出的堆输出响应要求越高。
5.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于， 还具备检测辅机类所消耗的电力的辅机消耗电力检测单元， 上述辅机消耗电力越大则上述堆输出响应要求运算部计算出的堆输出响应要求越高。
【文档编号】H01M8/00GK103563146SQ201280024305
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2012年4月5日 优先权日:2011年5月18日
【发明者】熊田光德, 牧野真一, 浅井祥朋 申请人:日产自动车株式会社