本发明涉及将燃料电池的发电电力向二次电池输出的燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法。
背景技术：
在美国专利申请公开第2014/0113162号说明书中公开了一种具备固体氧化物型燃料电池的燃料电池系统，该固体氧化物型燃料电池接收燃料的供给，并且根据负载进行发电。
技术实现要素：
如上所述的燃料电池系统例如还能够用作如下的系统：对用于向马达等负载供给电力的二次电池充入燃料电池的发电电力，以确保二次电池的输出。
在这种系统中，在从停止状态起使燃料电池启动或增加燃料电池的发电电力的情况下，必须将燃料电池的温度提高至适于发电的工作温度，因此需要与用于发电的燃料不同的用于使燃料电池升温的燃料。
因此，在燃料电池的启动时或者发电电力的增量时，无益于二次电池的充电的燃料的消耗量增加，因此进行燃料电池的启动、发电电力的增量的次数越多，燃料电池系统的燃烧消耗率越劣化。
本发明是着眼于这种问题而完成的。本发明的目的在于提供一种在确保二次电池的输出并且抑制燃烧消耗率的劣化的燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法。
根据本发明的某个方式，向燃料电池供给燃料和氧化剂并将所述燃料电池的发电电力输出到二次电池的燃料电池系统的控制方法包括：充电量获取步骤，获取所述二次电池的充电量；以及发电控制步骤，在所述二次电池的充电量为规定的值以下时，从停止了所述燃料电池的发电的状态起使所述燃料电池启动或者增加所述燃料电池的发电电力。而且，燃料电池系统的控制方法还包括：燃料剩余量获取步骤，获取能够向所述燃料电池供给的燃料的剩余量；以及设定步骤，在所述燃料的剩余量变少时，将所述规定的值设定为比所述燃料的剩余量多时的该值小的值。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的燃料电池系统的主要结构的框图。
图2是表示本实施方式的燃料电池系统的启动方法的一例的流程图。
图3是例示本实施方式的燃料电池的发电控制处理的内容的流程图。
图4是例示本发明的第二实施方式的燃料电池的发电控制处理的内容的流程图。
图5是表示本实施方式的蓄电池的充电量与燃料电池的发电电力的关系的说明图。
图6是表示根据行驶负载历史记录来设定用于限定燃料电池堆的启动定时的fc启动阈值的设定方法的一例的说明图。
图7是表示与蓄电池的充电量相应的燃料电池的发电电力的变化的时序图。
图8是表示与蓄电池的充电量相应的燃料剩余量的变化的时序图。
图9是表示根据蓄电池余量来设定为了蓄电池保护而决定的偏置值的设定方法的一例的说明图。
图10是表示计算蓄电池余量的计算方法的一例的说明图。
图11是例示本发明的第三实施方式的蓄电池的充电量与燃料电池的发电电力的关系的说明图。
图12是表示燃料电池的燃烧消耗率优先运转和蓄电池保护运转的能量效率的说明图。
图13是表示根据行驶负载历史记录来设定燃烧消耗率优先运转区间的设定方法的一例的图。
图14是例示本实施方式的燃料电池的发电控制处理的内容的流程图。
图15是表示计算用于设定偏置值的蓄电池余量的计算方法的一例的说明图。
图16是表示本发明的第四实施方式的燃料电池系统的主要结构的框图。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的实施方式。
(第一实施方式)
图1是表示本发明的第一实施方式的燃料电池系统10的主要结构的框图。
燃料电池系统10是根据蓄电池9的充电状态使燃料电池堆1发电的蓄电池辅助系统。本实施方式的燃料电池系统10是向搭载于车辆的负载装置8或者蓄电池9供给发电电力的燃料电池系统。
负载装置8是与蓄电池9和燃料电池系统10连接的电负载。负载装置8包括电负载变化的驱动马达81。在本实施方式的负载装置8中，除了包括驱动马达81以外，还包括未图示的室内空调、车辆辅机等。
驱动马达81是驱动车辆的动力源。驱动马达81能够在车辆的制动时产生再生电力，并使该再生电力充入蓄电池9。
蓄电池9是对驱动马达81供给电力的电源，例如通过锂离子蓄电池、铅蓄电池等来实现。蓄电池9被充入驱动马达81的再生电力，被充入从燃料电池系统10输出的电力。在本实施方式中，蓄电池9的额定输出比燃料电池堆1的额定输出大。即，蓄电池9是针对负载装置8的主电源，燃料电池堆1是针对负载装置8的副电源。
在蓄电池9中设置有充电量传感器61，该充电量传感器61检测表示蓄电池9中蓄积的电力的充电量(剩余量)。本实施方式的充电量传感器61检测蓄电池9的soc(stateofcharge：电荷状态)来作为蓄电池9的充电量并将其检测值输出到控制部6。蓄电池9的充电量越大，蓄电池9的soc越大。以下将蓄电池9的soc称为“蓄电池soc”。
燃料电池系统10具备向燃料电池堆1供给阳极气体(燃料气体)的燃料供给装置2和向燃料电池堆1供给阴极气体(氧化剂气体)的氧化剂供给装置3。另外，燃料电池系统10具备排气装置4，该排气装置4将从燃料电池堆1排出的阳极废气(燃料废气)和阴极废气(氧化剂废气)排出到外部。排气装置4包括阳极气体排出通路29、阴极气体排出通路39、排气燃烧器40以及排气通路41。燃料电池系统10还具备电力转换装置5和控制部6，其中，该电力转换装置5从燃料电池堆1取出电力并供给到负载装置8和蓄电池9的至少一方，该控制部6控制燃料电池系统整体的动作。
燃料电池堆1是固体氧化物型燃料电池(sofc：solidoxidefuelcell)。燃料电池堆1是层叠多个电池单体而得到的，该多个电池单体是利用阳极(燃料极)和阴极(空气极)夹持由陶瓷等固体氧化物形成的电解质层而构成的。
由燃料供给装置2向燃料电池堆1的阳极供给重整后的阳极气体，由氧化剂供给装置3向燃料电池堆1的阴极供给包含氧的空气来作为阴极气体。在燃料电池堆1中，使阳极气体中包含的氢与阴极气体中包含的氧发生反应来进行发电，并且向大气排出反应后生成的阳极废气和阴极废气。
形成于燃料电池堆1的阳极侧的歧管上连接有构成流通阳极气体的通路的阳极气体供给通路22以及阳极气体排出通路29，阴极侧的歧管上连接有构成流通阴极气体的通路的阴极气体供给通路33以及阴极气体排出通路39。
阳极气体供给通路22是向燃料电池堆1供给阳极气体的路径，阳极气体排出通路29是将来自燃料电池堆1的阳极废气导入排气燃烧器40的路径。另外，阴极气体供给通路33是向燃料电池堆1供给阴极气体的路径，阴极气体排出通路39是将来自燃料电池堆1的阴极废气导入排气燃烧器40的路径。
燃料供给装置2包括燃料罐20、泵21、阳极气体供给通路22、燃料供给阀23、蒸发器24、热交换器25以及重整器26。
燃料罐20用于蓄积包含燃料的液体。在燃料罐20中蓄积有例如包含由乙醇和水混合而成的液体的重整用燃料。在燃料罐20中设置有燃料量传感器62。燃料量传感器62检测燃料罐20中蓄积的重整用燃料的剩余量。燃料量传感器62的检测值被输出到控制部6。
泵21抽吸重整用燃料并将重整用燃料以固定的压力供给到燃料供给装置2。
阳极气体供给通路22是将泵21与燃料电池堆1之间进行连接的通路。在阳极气体供给通路22中设置有燃料供给阀23、蒸发器24、热交换器25以及重整器26。
燃料供给阀23将从泵21供给的重整用燃料供给到喷射喷嘴来使该重整用燃料从喷射喷嘴向蒸发器24喷射。
蒸发器24利用从排气燃烧器40排出的废气的热使重整用燃料气化。
热交换器25被排气燃烧器40供给热来进一步进行加热，以使气化后的重整用燃料在重整器26中进行重整。
重整器26通过催化反应将重整用燃料重整为包含氢的阳极气体并供给到燃料电池堆1的阳极。在重整器26中进行利用水蒸气重整燃料的水蒸气重整，在水蒸气重整中需要的水蒸气不足那样的状况下，进行利用空气代替水蒸气来一边使燃烧燃料一边进行重整的局部氧化重整。
氧化剂供给装置3具备过滤器30、空气吸入通路31、压缩机32、阴极气体供给通路33、阴极流量控制阀34、构成加热装置的热交换器351、扩散燃烧器352以及催化剂燃烧器353。
过滤器30用于去除外界空气的异物并将该外界空气导入燃料电池系统10的内部。
空气吸入通路31是使由过滤器30去除异物后的空气通到压缩机32的通路。空气吸入通路31的一端连接于过滤器30，并且另一端连接于压缩机32的吸入口。
压缩机32是向燃料电池堆1供给阴极气体的致动器。本实施方式的压缩机32经由过滤器30取入外界空气并将空气供给到燃料电池堆1等。
在阴极气体供给通路33中安装有真空解除阀36。当阴极气体供给通路33内的压力超过固定值时，打开阴极气体供给通路33来避免对压缩机32施加固定以上的负载。
阴极流量控制阀34是控制向燃料电池堆1供给的阴极气体的流量的控制阀。例如，阴极流量控制阀34由电磁阀构成。阴极流量控制阀34的开度能够阶段性地变更，该阴极流量控制阀34的开度被控制部6控制。
热交换器351利用从排气燃烧器40排出的废气的热对燃烧气体用的空气或者阴极气体用的空气进行加热。
扩散燃烧器352在燃料电池系统10启动时被供给由热交换器351加热后的空气和在从分支通路222供给的并且被电加热器242加热后的加热用燃料并使二者混合。然后，利用附属于扩散燃烧器352的点火装置对空气与加热用燃料的混合物进行点火，来形成催化剂燃烧器353用的预热燃烧器。在启动完成后将从热交换器351供给的空气供给到催化剂燃烧器353。
催化剂燃烧器353在燃料电池系统10启动时利用催化剂和预热燃烧器生成高温的燃烧气体。在催化剂燃烧器353中，经由分支通路331供给燃烧气体用的空气，另外从分支通路223供给加热用燃料，空气和加热用燃料以接触催化剂的状态混合。然后，利用预热燃烧器对空气与加热用燃料的混合物进行点火，由此生成大量的燃烧气体。该燃烧气体不含有氧而以非活性气体为主要成分。然后，燃烧气体被供给到燃料电池堆1的阴极来对燃料电池堆1进行加热。此外，启动完成后，燃烧气体的生成结束，通过热交换器351、扩散燃烧器352的空气作为阴极气体被供给到燃料电池堆1。
排气装置4包括阳极气体排出通路29、阴极气体排出通路39、排气燃烧器40以及排气通路41。
在阳极气体排出通路29中安装有切断阀28。切断阀28在燃料电池系统10停止时封闭。由此，能够防止阴极废气等经由阳极气体排出通路29逆流到燃料电池堆1的阳极，因此能够避免阳极的劣化。
排气燃烧器40通过在将阳极废气与阴极废气混合之后使该混合气体进行催化剂燃烧来生成以二氧化碳、水为主要成分的废气(燃烧后气体)，并且将通过催化剂燃烧产生的热传递到热交换器25。排气燃烧器40将废气排出到排气通路41。
排气通路41是将来自排气燃烧器40的废气排出到外界空气的通路。排气通路41通过蒸发器24连接于未图示的消音器(日文：マフラ)。由此，蒸发器24被来自排气燃烧器40的废气加热。
电力转换装置5包括dc-dc转换器51，该dc-dc转换器51从燃料电池系统10向负载装置8和蓄电池9的至少一方输出燃料电池堆1的发电电力。
dc-dc转换器51是从燃料电池堆1取出发电电力的电力转换器。dc-dc转换器51在使燃料电池堆1的输出电压升压之后向驱动马达81和蓄电池9中的至少一方供给发电电力。燃料电池堆1连接于dc-dc转换器51的初级侧端子，驱动马达81和蓄电池9连接于次级侧端子。
另外，在燃料电池系统10中具备：分支通路221、222以及223，各分支通路221、222以及223从阳极气体供给通路22分支并向排气燃烧器40、扩散燃烧器352以及催化剂燃烧器353各燃烧器通入加热用燃料，以对燃料电池堆1进行加热；以及分支通路331，其从阴极气体供给通路33分支并向催化剂燃烧器353通入空气。
在分支通路221、222以及223中分别具备控制阀231、232以及233，在分支通路331中具备控制阀341。
控制阀341在燃料电池堆1启动时向催化剂燃烧器353供给固定量的空气，在启动完成时封闭分支通路331。
控制阀231、232以及233在燃料电池系统10启动时分别打开分支通路221、222、223来使加热用燃料流通，在启动完成时分别封闭分支通路221、222、223。另一方面，燃料供给阀23在燃料电池系统10启动时封闭了阳极气体供给通路22，但在启动完成时打开阳极气体供给通路22以使重整用燃料流通。
另外，来自分支通路221的加热用燃料在被电加热器241加热后被供给到燃料电池系统10启动时的排气燃烧器40，与通过燃料电池堆1来的空气混合并通过催化反应使排气燃烧器40发热。由此，被热交换器25加热后的重整用燃料被供给到重整器26，因此在重整器26中被重整后的阳极气体的温度升高，燃料电池堆1被加温。
控制部6由微计算机、微处理器、包括cpu的通用的电子电路及周边设备构成，通过执行特定的程序来执行用于控制燃料电池系统10的处理。
控制部6接收来自充电量传感器61、燃料量传感器62等各种传感器的输出信号，根据这些接收信号来控制燃料供给装置2、氧化剂供给装置3、排气装置4以及电力转换装置5的工作状态。
用于向控制部6输出针对燃料电池系统10的启动指令信号或者停止指令信号的操作部101连接于控制部6。操作部101包括未图示的ev(electricvehicle：电动汽车)钥匙，当由乘员对ev钥匙进行开启操作时，向控制部6输出启动指令信号，当对ev钥匙进行关闭操作时，向控制部6输出停止指令信号。
控制部6在从操作部101接收到启动指令信号的情况下执行使燃料电池系统10启动的启动控制，在启动控制完成后实施使燃料电池堆1根据蓄电池9的充电状态来进行发电的发电运转。
例如，在蓄电池9的充电量为规定的阈值以下的情况下，控制部6向燃料电池堆1供给阳极气体和阴极气体来使燃料电池堆1发电，并将其发电电力供给到负载装置8或者蓄电池9。另一方面，在蓄电池9的充电量大于规定的阈值的情况下，控制部6使燃料电池堆1的发电暂时停止。
另外，控制部在从操作部101接收到停止指令信号的情况下，执行使燃料电池系统10的动作停止的停止控制。
图2是表示与本实施方式的燃料电池系统10的启动控制有关的处理过程例的流程图。
当开始进行燃料电池系统10的启动控制时，在步骤s900中，控制部6执行发电控制处理，该发电控制处理决定切换燃料电池堆1的工作状态的切换定时。作为燃料电池堆1的切换定时，能够列举使燃料电池堆1从停止状态起启动并发电的发电定时、使燃料电池堆1的发电电力增加的电力增量定时、使燃料电池堆1的发电停止的停止定时等。
在本实施方式中，控制部6设定fc启动阈值以及fc停止阈值，该fc启动阈值用于限定燃料电池堆1的启动定时，该fc停止阈值用于限定使燃料电池堆1的发电停止的停止定时。此外，参照图3后文叙述步骤s900的发电控制处理。
在步骤s100中，控制部6判断蓄电池9的充电量是否为fc启动阈值以下。而且，在蓄电池9的充电量大于fc启动阈值的情况下，在蓄电池9的充电量达到fc启动阈值之前控制部6使燃料电池堆1的启动进行待机，。另一方面，在蓄电池9的充电量变小至fc启动阈值的情况下，控制部6进入步骤s101的处理。
在步骤s101中，当蓄电池9的充电量变小至fc启动阈值时，控制部6使压缩机32启动，来使阴极流量控制阀34、控制阀341以及控制阀342分别以固定的开度打开。由此，向扩散燃烧器352和催化剂燃烧器353供给空气(燃烧用气体)。
在步骤s102中，控制部6使泵21和扩散燃烧器352(点火装置)启动，并且打开控制阀231至233。由此，加热用燃料被供给到扩散燃烧器352、催化剂燃烧器353以及排气燃烧器40各燃烧器。然后，在扩散燃烧器352中形成预热燃烧器，利用该预热燃烧器在催化剂燃烧器353中生成燃烧气体，燃烧气体通过燃料电池堆1来对燃料电池堆1进行加热。进而，通过燃料电池堆1的燃烧气体到达排气燃烧器40，通过与加热用燃料进行的催化剂燃烧来对排气燃烧器40进行加热并对热交换器25进行加热。另外，利用来自排气燃烧器40的排气对蒸发器24和热交换器351进行加热。
在步骤s103中，控制部6判定燃料电池堆1的温度是否达到发电所需的工作温度。在此，作为燃料电池堆1的温度的判定方法，例如如果由温度传感器检测到的燃烧气体的温度超过固定值则判定为燃料电池堆1达到工作温度即可。
此外，原本也需要判断蒸发器24、热交换器25以及重整器26是否达到用于良好地对重整用燃料进行重整的适当的温度，但在它们达到适当的温度的时间比燃料电池堆1的温度达到工作温度所需的时间短的情况下，不需要进行上述判断。
在步骤s104中，控制部6在判断为燃料电池堆1的温度达到工作温度的情况下，使扩散燃烧器352停止，将控制阀231、232、233以及341各控制阀封闭，打开燃料供给阀23。
由此，燃料罐20中蓄积的重整用燃料经由蒸发器24、热交换器25、重整器26而成为阳极气体，该阳极气体被供给到燃料电池堆1的阳极。另一方面，从阴极流量控制阀34继续供给空气，并且该空气在热交换器351中被加热后作为阴极气体被供给到燃料电池堆1。然后，在燃料电池堆1中，阳极气体与阴极气体开始发生电化学反应，由此开始发电，本实施方式的与启动控制有关的一系列的处理过程结束。
此外，在本实施方式中，对在执行步骤s101至s103的启动控制之前执行步骤s900和s100的处理的例子进行了说明，但也可以在执行步骤s101至s103的启动控制之后执行步骤s900和s100的处理，或者也可以并行地执行这些步骤。
接着，简单地说明燃料电池堆1的发电运转中的燃料电池系统10的动作。
在燃料电池系统10的发电运转中，首先，从燃料罐20供给的重整用燃料被蒸发器24气化，气化了的重整用燃料被热交换器25加热。然后，被加热了的重整用燃料在重整器26中被重整为阳极气体，该阳极气体被供给到燃料电池堆1的阳极。另一方面，作为阴极气体的空气被热交换器351升温，通过扩散燃烧器352、催化剂燃烧器353被供给到燃料电池堆1的阴极。
在被供给了阳极气体和阴极气体的燃料电池堆1中通过电化学反应产生电力来向dc-dc转换器51供给电力，并且在电化学反应中使用后的阳极废气和阴极废气被导入排气燃烧器40。然后，阳极废气、阴极废气以混合的状态燃烧而成为排气，该排气对蒸发器24和热交换器351进行加热。
图3是表示在本实施方式的步骤s900中执行的发电控制处理的一例的流程图。
在步骤s901中，控制部6获取蓄电池9的充电量。本实施方式的控制部6从充电量传感器61获取蓄电池soc。此外，在蓄电池9中配置用于检测自身的电压的电压传感器，控制部6也可以基于电压传感器的检测值并按照规定的对应关系、运算式等来运算蓄电池soc或者充电量。
在步骤s902中，控制部6获取能够向燃料电池堆1供给的燃料的剩余量。本实施方式的控制部6从燃料量传感器62获取重整用燃料的剩余量，来作为燃料电池堆1的燃料剩余量。此外，控制部6也可以对燃料电池堆1的发电量、燃料供给阀23的燃料喷射量等进行时间积分来计算燃料的剩余量。
在步骤s903中，在燃料的剩余量变少时，控制部6将与蓄电池soc有关的fc启动阈值设定为比燃料的剩余量多时的该值小的值。例如，在由驱动马达81请求的请求电力急剧增加时，考虑燃料电池系统10启动时间等来设定fc启动阈值，使得避免因伴随燃料电池堆1的响应延迟引起的发电不足而导致蓄电池9的充电量缺乏。
由此，能够减少在重复进行蓄电池9向驱动马达81的放电以及利用驱动马达81的再生电力或燃料电池堆1的发电电力向蓄电池9的充电的状况下蓄电池soc跨越fc启动阈值的次数。因此，能够减少在燃料电池系统10的运转中伴随燃料电池堆1的启动引起的加热用燃料的消耗量。
这样，能够抑制对燃料电池堆1的发电而言无益的加热用燃料的消耗，因此能够在蓄电池9的输出(充电量)不足的可能性提高的时间点启动燃料电池堆1来对蓄电池9可靠地充入发电电力。因而，能够确保蓄电池9的输出并且抑制燃料电池系统10的燃烧消耗率的劣化。
例如，在步骤s903中，也可以是，燃料的剩余量越少，控制部6将fc启动阈值变更为越小的值。由此，燃料的剩余量越多，fc启动阈值越大，因此能够避免以下情形：在燃料大量残留的状态下，蓄电池9的充电量不足，无法获得驱动马达81的请求动力。另一方面，燃料的剩余量越少，fc启动阈值越小，因此能够抑制对燃料电池堆1的发电而言无益的燃料的消耗。
这样，燃料的剩余量越少，将fc启动阈值变更为越小的值，由此能够与蓄电池9的充电量的消耗相比而优先促进燃料电池堆1的燃料的消耗，并且能够抑制燃料电池系统10的燃烧消耗率的降低。
另外，在与燃料电池堆1的启动所需的加热用燃料的消耗量相比而言燃料的剩余量少时，控制部6也可以将fc启动阈值例如设定为零来禁止燃料电池堆1的启动。由此，能够抑制对蓄电池9的充电而言无益的燃料电池堆1的无用的启动。
之后，控制部6将作为燃料电池堆1的发电电力的目标值的目标发电电力设定为规定的电力值，以避免蓄电池9的充电量的缺失。既可以通过实验等预先求出规定的电力值，也可以根据驱动马达81的请求电力的急剧增加来将规定的电力值变更为大的值。
当步骤s903的处理结束时，返回到图2示出的处理过程并进入步骤s100的处理，在蓄电池soc为fc启动阈值以下的情况下，执行燃料电池系统10的启动控制。
如上所述，根据本发明的第一实施方式，燃料电池系统10的控制方法包括：充电量获取步骤s901，获取蓄电池9的充电量；以及发电控制步骤s100至s103，在蓄电池9的充电量为fc启动阈值(规定的值)以下的情况下，使燃料电池堆1从停止状态起启动。该燃料电池系统10将包含燃料的阳极气体和包含氧化剂的阴极气体供给到燃料电池堆1来使燃料电池堆1发电，并将该发电电力输出到蓄电池9。
而且，该控制方法包括：燃料量获取步骤s902，获取能够向燃料电池堆1供给的燃料的剩余量；以及设定步骤s903，在燃料的剩余量变少时，将fc启动阈值设定为比燃料的剩余量多时的该值小的值。
这样，在燃料的剩余量多时，通过增大fc启动阈值来与蓄电池9的充电量的消耗相比而优先促进燃料的消耗，因此能够抑制在燃料大量残留的状态下蓄电池9的充电量缺乏这样的情形。
并且，在燃料的剩余量变少时减小fc启动阈值，由此伴随蓄电池9的重复充放电引起的燃料电池堆1的启动次数减少，因此能够减少对燃料电池堆1的发电而言无益的加热用燃料的消耗量。另外，只要在蓄电池9的充电量缺乏的可能性变高时就启动燃料电池堆1来对蓄电池9充入燃料电池堆1的发电电力，因此能够抑制蓄电池9的充电量缺乏。
因而，根据本实施方式，能够确保蓄电池9的输出并且抑制燃料电池系统10的燃烧消耗率的降低。
此外，为了确保蓄电池9的输出，考虑使燃料电池堆1的额定电力本身增大，但在该情况下，燃料电池堆1的制造成本增加，并且布局性降低。因此，通过如本实施方式那样在燃料的剩余量变少时减小fc启动阈值，能够确保蓄电池9的输出并抑制燃料电池系统的燃烧消耗率劣化，并且能够抑制燃料电池堆1的制造成本和布局的增加。
(第二实施方式)
图4是表示本发明的第二实施方式的发电控制处理的一例的流程图。本实施方式的燃料电池系统的结构与图1示出的结构相同，因此以下对同一结构标注同一附图标记来进行说明。
在步骤s911中，控制部6从充电量传感器61获取蓄电池soc。
在步骤s912中，控制部6从燃料量传感器62获取燃料的剩余量，基于该燃料的剩余量并按照规定的运算式推断氢的剩余量hrest。即，控制部6获取氢的剩余量hrest来作为能够向燃料电池堆1供给的燃料的剩余量。
在步骤s913中，控制部6获取表示负载装置8的消耗电力值的车辆消耗电力。控制部6将获取到的该车辆消耗电力的值记录到按时间序列示出过去获取到的车辆消耗电力的历史记录信息，并利用该历史记录信息计算行驶负载历史记录p_vehicle。车辆消耗电力包含驱动马达81的请求电力(或者实际的消耗电力)，因此加速踏板的踏入量越大，车辆消耗电力越大。
本实施方式的控制部6计算在规定的期间内获取到的多个车辆消耗电力的移动平均值来作为行驶负载历史记录p_vehicle。此外，行驶负载历史记录p_vehicle并不限于移动平均值，既可以是与在规定的期间内获取到的多个车辆消耗电力有关的中央值、最频值、最大值等代表值，或者也可以是根据散布度来校正代表值而得到的值。
在步骤s914中，控制部6计算表示在燃料电池堆1的启动期间t_startup内从蓄电池9放电的电力量的fc启动期间的蓄电池放电量s_startup。在此所说的fc启动期间的蓄电池放电量s_startup表示蓄电池9的fc启动期间的放电电力量相对于额定容量的比例，用百分率表示。
将作为燃料电池堆1的辅机的fc辅机的消耗电力加上车辆消耗电力来求出蓄电池9的放电电力，通过将该放电电力乘以fc启动期间t_startup来计算fc启动期间的蓄电池放电量s_startup。
在本实施方式中，控制部6如下式(1)那样基于行驶负载历史记录p_vehicle和fc辅机电力p_fm来计算fc启动期间的蓄电池放电量s_startup。fc辅机电力p_fm是由燃料电池堆1的辅机消耗的电力，作为fc辅机，能够列举泵21、压缩机32、控制阀231至233、341、342等。
[数1]
如上式那样，能够通过对蓄电池9的额定容量x_batt乘以fc启动期间的蓄电池放电量s_startup来表示在fc启动期间t_startup从蓄电池9放电的电力量w[kwh]。然后，对将连接于蓄电池9的负载的总消耗电力(p_vehicle+p_fm)乘以fc启动期间t_startup得到的消耗电力量考虑到蓄电池9的充放电效率e_batt，由此求出在fc启动期间t_startup从蓄电池9放电的电力量w[kwh]。
此外，蓄电池9的额定容量x_batt是能够对蓄电池9充电的电力量的上限值。连接于蓄电池9的负载的总消耗电力(p_vehicle+p_fm)是行驶负载历史记录p_vehicle与fc辅机电力p_fm的和。蓄电池9的充放电效率e_batt是考虑了由蓄电池9的内阻导致的电力损耗而得到的值，用百分率表示。fc启动期间t_startup是通过实验等求出的值，其单位是秒。
而且，通过将上式展开，能够如式(1)那样导出fc启动期间的蓄电池放电量s_startup。
[数2]
这样，在计算fc启动阈值soc_rate时，通过考虑fc启动期间的蓄电池放电量s_startup，能够抑制在燃料电池堆1的启动中蓄电池9的充电量缺乏。
在步骤s915中，控制部6如下式(2)那样基于燃料电池堆1的燃料剩余量hrest来计算燃料电池堆1的额定发电的发电期间、即fc额定发电期间t_rate。
[数3]
如上式那样，对将启动后的燃料剩余量(hrest-hstartup)乘以燃料的发热量(120000)得到的发电电力量考虑到燃料电池堆1的发电效率e_rate，由此求出在fc额定发电期间t_rate内燃料电池堆1能够以额定电力p_rate发电的电力量w[kwh]。
此外，通过从燃料剩余量hrest减去燃料电池堆1的启动所需的加热用燃料的消耗量hstartup来求出启动后的燃料剩余量(hrest-hstartup)。加热用燃料的消耗量hstartup是通过实验等求出的值。燃料电池堆1的发电效率e_rate是燃料电池堆1以额定电力p_rate发电时的发电效率。另外，fc额定发电期间t_rate的单位是秒。
而且，通过将上式展开，能够如式(2)那样导出fc额定发电期间t_rate。
[数4]
在计算fc额定发电期间t_rate时，考虑在燃料电池堆1启动时所需的加热用燃料的消耗量hstartup，由此能够抑制对蓄电池9的充电无益的燃料电池堆1的启动，另外，能够抑制在燃料电池堆1的燃料残留的状态下蓄电池9的充电量缺乏。此外，根据式(2)的关系获知，燃料剩余量hrest越少，fc额定发电期间t_rate越短。
在步骤s916中，控制部6如下式(3)那样基于车辆的行驶负载历史记录p_vehicle来计算fc额定发电期间t_rate内的蓄电池放电量s_assist。
[数5]
如上式那样，通过对蓄电池9的放电电力(p_vehicle-p_rate)乘以fc额定发电期间t_rate来求出在fc额定发电期间t_rate内从蓄电池9放电的电力量w[kwh]。通过从行驶负载历史记录p_vehicle减去用于辅助蓄电池9的燃料电池堆1的额定电力p_rate来求出fc额定发电期间t_rate内的蓄电池9的放电电力(p_vehicle-p_rate)。
而且，通过将上式展开，能够如式(3)那样导出fc额定发电期间的蓄电池放电量s_assist。
[数6]
通过计算fc额定发电期间的蓄电池放电量s_assist，能够抑制在燃料电池堆1的发电中蓄电池9的充电量缺乏。此外，如式(2)所示，燃料剩余量hrest越少，fc额定发电期间t_rate越短，因此，燃料剩余量hrest越少，fc额定发电期间的蓄电池放电量s_assist越小。
在步骤s917中，控制部6设定偏置值soc_offset，以抑制燃料电池堆1的燃料残留的状态下的蓄电池9的充电量的缺乏。偏置值soc_offset表示在消耗了所有燃料剩余量时要预先确保蓄电池9的输出的蓄电池soc的值。此外，参照图9和图10后文叙述偏置值soc_offset的设定方法。
在步骤s918中，控制部6对用于限定燃料电池堆1的启动定时的fc启动阈值进行计算。设定该fc启动阈值，使得避免在燃料罐20内的燃料全部消耗之前蓄电池9的充电量缺乏。
本实施方式的控制部6如下式(4)所示那样利用偏置值soc_offset、fc额定发电期间的蓄电池放电量s_assist以及fc启动期间的蓄电池放电量s_startup来计算fc启动阈值soc_rate。
[数7]
soc_rate＝min(soc_reg，soc_offset+s_assist+s_startup)…(4)
在计算fc启动阈值soc_rate时，通过考虑fc启动期间的蓄电池放电量s_startup来将fc启动阈值soc_rate校正得大，因此能够避免在燃料电池堆1的启动中蓄电池9的充电量缺乏这样的情形。
另外，如式(2)和式(3)所示，燃料剩余量hrest越少则fc额定发电期间的蓄电池放电量s_assist越小，因此燃料剩余量hrest越少则式(4)的fc启动阈值soc_rate越小。即，燃料剩余量hrest越少则越抑制燃料电池堆1的启动，燃料剩余量hrest越多则越将燃料电池堆1的启动定时提前。
式(4)中的fc停止阈值soc_reg是用于限定燃料电池堆1的停止定时的蓄电池soc。fc停止阈值soc_reg是通过实验等求出的值，被设定为比fc启动阈值soc_rate大的值。由此，对fc停止阈值soc_reg和fc启动阈值soc_rate设置滞后，因此能够使燃料电池堆1的启动和停止时的动作稳定。
在步骤s919中，控制部6在判断为蓄电池soc达到fc启动阈值soc_rate的情况下，将燃料电池堆1的目标发电电力设定为额定电力值p_rate，从而结束本实施方式的与发电控制处理有关的一系列的处理过程。之后，为了执行燃料电池系统10的启动控制，控制部6返回到图2示出的处理过程并进入步骤s100的处理。
由此，控制部6在通过启动扩散燃烧器352、催化剂燃烧器353等将燃料电池堆1的温度提高至额定发电所需的工作温度之后，向燃料电池堆1供给额定发电所需的阴极气体和阳极气体的各流量。
这样，fc启动阈值soc_rate被设定为至少比偏置值soc_offset大的值，燃料剩余量hrest越多，fc启动阈值soc_rate被设定为越大的值。由此，燃料电池堆1的启动定时提前，因此能够促进燃料的消耗并确保蓄电池9的充电量。因而，能够避免在燃料大量残留的状态下蓄电池9的充电量缺乏这样的情形。
而且，在消耗所有燃料剩余量hrest的时间点的蓄电池soc不小于偏置值soc_offset的范围内，燃料剩余量hrest越减少，fc启动阈值soc_rate被设定为越小的值。由此，能够确保蓄电池9的充电量并且减少燃料电池堆1的启动次数。
另外，行驶负载历史记录p_vehicle越大，fc启动阈值soc_rate被设定为越大的值。由此，燃料电池堆1被提前启动，因此能够避免在燃料电池堆1的燃料残留的状态下蓄电池9的充电量缺乏。
图5是表示本实施方式的设定燃料电池堆1的发电电力的设定方法的图。
在图5中，横轴表示蓄电池soc，纵轴表示燃料电池系统10的目标输出电力。燃料电池系统10的目标输出电力是从燃料电池系统10要向驱动马达81和蓄电池9的至少一方输出的燃料电池堆1的发电电力的目标值。
如在图4的步骤s917中所说明的那样，控制部6设定偏置值soc_offset，基于行驶负载历史记录p_vehicle计算fc额定发电期间的蓄电池放电量s_assist和fc启动期间的蓄电池放电量s_startup。而且，在图5中，由于将soc_offset、s_assist以及s_startup进行合计得到的值小于fc停止阈值soc_reg，因此控制部6将该合计值设定为fc启动阈值soc_rate。由此，在蓄电池soc降低至fc启动阈值soc_rate时，控制部6能够使燃料电池堆1启动来进行发电。
例如，在对ev钥匙进行开启操作后不久的蓄电池soc大于fc启动阈值soc_rate的情况下，燃料电池堆1维持停止状态。当通过车辆的驱动从蓄电池9向驱动马达81输出电力而使蓄电池soc降低且蓄电池soc降低至fc启动阈值soc_rate时，执行燃料电池系统10的启动控制。
在fc启动区间，仅启动泵21、压缩机32等fc辅机时燃料电池堆1的发电电力为零。因此，仅利用蓄电池9就能够供应对车辆消耗电力加上fc辅机的消耗电力得到的总的消耗电力。
在此，燃料电池系统10的目标输出电力被设定为燃料电池堆1的额定电力值p_rate。由此，控制部6启动扩散燃烧器352、催化剂燃烧器353、排气燃烧器40等，使得燃料电池堆1上升至能够进行额定发电的温度范围。与此同时，控制部6使燃料供给阀23、压缩机32等驱动，使得向燃料电池堆1供给额定发电所需的阳极气体流量和阴极气体流量。
在fc额定发电区间，为了辅助由蓄电池9向驱动马达81等进行的电力供给，将燃料电池系统10的目标输出电力设定为燃料电池堆1的额定电力p_rate。由此，控制部6如上所述那样调整燃料电池堆1的温度、阳极气体供给量以及阴极气体供给量，使得燃料电池堆1能够以额定电力p_rate发电。
例如，在行驶负载历史记录p_vehicle不变动而为固定的情况下，当燃料罐20中蓄积的燃料没有剩余量hrest时，蓄电池soc仅能够确保偏置值soc_offset。
或者，在燃料电池堆1启动后行驶负载历史记录p_vehicle减少的情况下，当没有燃料剩余量hrest时，蓄电池soc比偏置值soc_offset大。在行驶负载历史记录p_vehicle为零时，燃料电池堆1的所有发电电力被充入蓄电池9而使蓄电池soc增加。然后，在蓄电池soc超过fc停止阈值soc_reg时，控制部6使燃料电池堆1的发电停止。由此，能够抑制燃料电池堆1的无用的发电。
另一方面，在燃料电池堆1启动后行驶负载历史记录p_vehicle增大的情况下，当没有燃料剩余量hrest时，蓄电池soc小于偏置值soc_offset。因此，即使在行驶负载历史记录p_vehicle增大的情况下，也预先设定偏置值soc_offset，以避免在没有燃料剩余量时蓄电池9过放电。
这样，根据能够向燃料电池堆1供给的燃料的剩余量hrest来设定用于限定燃料电池堆1的启动定时的fc启动阈值soc_rate，由此即使在燃料被全部消耗时也能够确保保护蓄电池9所需的充电量。另外，使燃料电池堆1以额定电力p_rate发电，由此即使在燃料剩余量hrest变少时驱动马达81的消耗电力急剧增加的情况下，也能够确保驱动马达81的要求输出并且抑制因燃料电池堆1的响应延迟引起的蓄电池9的过放电。
图6是表示行驶负载历史记录p_vehicle与fc启动阈值soc_rate的关系的一例的图。
如图6所示，在行驶负载历史记录p_vehicle小于燃料电池堆1的额定电力p_rate的情况下，不需要燃料电池堆1的辅助，因此fc启动阈值soc_rate被设定为偏置值soc_offset。
另一方面，行驶负载历史记录p_vehicle相对于燃料电池堆1的额定电力p_rate越变大则蓄电池9的放电电力越变大，蓄电池9过放电的可能性越提高。因此，行驶负载历史记录p_vehicle相对于燃料电池堆1的额定电力p_rate越变大，控制部6越增大fc启动阈值soc_rate，以使用于辅助从蓄电池9向驱动马达81的电力供给的定时提前。
这样，驱动马达81的消耗电力越大，fc启动阈值soc_rate越大，因此燃料电池堆1的启动定时提前，能够避免在燃料电池堆1的发电中蓄电池9的充电量缺乏这样的情形。
图7是例示本实施方式的伴随蓄电池soc的变化引起的燃料电池系统10的输出的变化的时序图。
在图7中，利用实线表示蓄电池soc的变化，利用虚线表示燃料电池系统10的输出电力的变化。
首先，在时刻t0中，仅利用蓄电池9向驱动马达81等负载装置供给电力。因此，蓄电池soc逐渐降低。
在时刻t1，蓄电池soc达到fc启动阈值soc_rate，因此开始进行燃料电池堆1的启动控制。此时，在燃料电池系统10中，为了使泵21、压缩机32驱动，需要fc辅机电力p_fm。在此，利用蓄电池9供应fc辅机电力p_fm，因此在fc启动期间t_startup，蓄电池soc的降低速度变大，蓄电池soc降低与fc启动期间的蓄电池放电量s_startup相应的量。
在时刻t2，燃料电池堆1的温度达到额定发电所需的工作温度，因此开始进行燃料电池堆1的额定电力p_rate的发电。由此，不仅从蓄电池9还从燃料电池堆1向负载装置8供给电力，因此蓄电池9的放电电力减少。因此，在fc额定发电期间t_rate，蓄电池soc的降低速度变小，蓄电池soc降低与fc额定发电期间的蓄电池放电量s_assist相应的量。
在时刻t3，燃料罐20中蓄积的燃料的剩余量完全消耗，燃料电池堆1的发电停止，蓄电池soc仅能够确保偏置值soc_offset。因此，能够避免在燃料电池堆1的发电中蓄电池9的电力不足而降低驱动马达81的输出，或者避免蓄电池9过放电。
这样，对fc启动阈值soc_rate考虑fc启动期间的蓄电池放电量s_startup，由此在燃料电池堆1的燃料剩余量全部消耗的时间点t3，能够使蓄电池9的充电量适当地确保偏置值soc_offset。另外，通过使燃料电池堆1以额定电力p_rate发电，能够促进燃料电池堆1的燃料消耗，并且抑制蓄电池9的充电量的降低。
图8是在燃料电池系统10的启动完成后根据蓄电池soc实施了燃料电池堆1的发电运转时的时序图。
在此，设想了以下实施方式：在燃料电池堆1的启动完成后、即燃料电池堆1的温度上升至能够进行额定发电的工作温度之后，判断所获取到的蓄电池soc是否为fc启动阈值soc_rate以下。在该实施方式中，不需要使用加热用燃料，因此fc启动期间的蓄电池放电量s_startup被设定为0(零)。
在图8中，利用实线表示蓄电池soc的变化，利用虚线表示燃料剩余量hrest的变化。
在时刻t10，仅利用蓄电池9向驱动马达81等负载装置8供给电力。因此，蓄电池soc逐渐降低。
在时刻t11，蓄电池soc达到fc启动阈值soc_rate，因此开始进行燃料电池堆1的额定电力p_rate的发电。由此，燃料剩余量hrest随着时间的经过逐渐减少。此外，如上所述，燃料电池堆1的温度提高至能够进行额定发电的工作温度，因此省略燃料电池堆1的启动控制的执行。
由于燃料电池堆1开始发电，不仅从蓄电池9还从燃料电池堆1向驱动马达81供给电力，因此蓄电池9的放电电力降低。因此，蓄电池soc的降低速度变小。
在时刻t12，燃料剩余量hrest为0，燃料电池堆1的发电停止。此时，蓄电池soc确保了偏置值soc_offset。因此，能够避免在燃料电池堆1的发电中蓄电池soc不足而使向驱动马达81供给的电力急剧减少这样的情形。
这样，在蓄电池soc降低至fc启动阈值soc_rate时，使燃料电池堆1的发电电力从0大幅地增大至额定电力。即，在燃料剩余量hrest相对于蓄电池soc的比例变大时，为了使该比例变小，阶梯状地增加燃料电池堆1的发电电力并减少燃料剩余量hrest。
由此，能够避免在燃料电池堆1的燃料残留的状态下蓄电池9的充电量缺乏这样的情形。因而，能够有效利用燃料电池堆1的发电电力来确保蓄电池9的充电量，以避免驱动马达81的输出急剧降低。
图9是表示对用于确保蓄电池9的输出的偏置值soc_offset进行设定的设定方法的一例的说明图。
在图9中，横轴示出表示行驶负载历史记录p_vehicle与作为蓄电池9的输出电力的上限值的上限输出的差的蓄电池余量margin，纵轴表示偏置值soc_offset。
如图9所示，蓄电池余量margin越大，在燃料剩余量消耗前蓄电池9的充电量缺乏的可能性越低，因此减小偏置值soc_offset。
本实施方式的控制部6在从第一余量m1到第二余量m2的区间内，根据蓄电池余量margin的大小使偏置值soc_offset在从下限值soc_offset_l到上限值soc_offset_h的范围内变化。
第一余量m1是行驶负载历史记录p_vehicle增大至车辆额定电力p_vehicl_rate时的蓄电池余量。车辆额定电力p_vehicl_rate是负载装置8的消耗电力为最大时的车辆消耗电力。此外，参照下图来后文叙述第一余量m1的计算方法。
第二余量m2是通过实验等求出的值，例如，被设定为行驶负载历史记录p_vehicle成为对车辆额定电力乘以系数“0.7”得到的值时的蓄电池余量。
这样，在蓄电池余量margin变大时，控制部6使fc启动阈值soc_rate相比于蓄电池余量margin小时变小。由此，能够确保蓄电池9的充电量并且减少燃料电池堆1的额定发电的机会来提高燃烧消耗率。
图10是表示对图9示出的蓄电池余量margin进行计算的计算方法的一例的说明图。
图10的(a)是表示蓄电池上限输出与蓄电池soc的关系的输出特性图。图10的(b)是表示第一余量m1的计算方法的说明图。
如图10的(b)所示，第一余量m1被设定为从蓄电池soc为偏置值soc_offset时的蓄电池上限输出减去车辆额定电力而得到的值。另外，从蓄电池soc为偏置值soc_offset时的蓄电池上限输出减去行驶负载历史记录p_vehicle来计算图9示出的蓄电池余量mragin。
此外，如图10的(a)所示，蓄电池上限输出根据蓄电池soc而变化，因此，考虑蓄电池9的输出特性等决定图9示出的偏置值的下限值soc_offset_l。
在此，从蓄电池soc为偏置值soc_offset时的蓄电池上限输出减去行驶负载历史记录p_vehicle来计算出蓄电池余量mragin，但也可以将当前时间点的蓄电池soc的蓄电池上限输出与车辆消耗电力的差用作蓄电池余量mragin。
这样，控制部6考虑蓄电池9的输出特性来计算蓄电池余量margin，该蓄电池余量margin越大，越减小偏置值soc_offset。由此，能够抑制以下情况：尽管蓄电池soc足够大也进行燃料电池堆1的发电，从而无用地消耗燃料剩余量hrest。因而，能够提高燃料电池堆1的燃烧消耗率。
此外，在本实施方式中，在蓄电池soc降低至fc启动阈值soc_rate的情况下，将燃料电池堆1的目标发电电力设定为额定电力p_rate，但也可以将燃料电池堆1的目标发电电力设定为比额定电力p_rate小的规定的电力。即使在这种情况下，也能够在消耗了燃料剩余量之后确保蓄电池9的充电量。
根据本发明的第二实施方式，在图4示出的步骤s900的发电控制处理中，如式(2)至式(4)所示那样，燃料剩余量hrest越少，控制部6将fc启动阈值soc_rate变更为越小的值。
由此，能够抑制伴随蓄电池9的充放电引起的燃料电池堆1的启动次数，能够减少对燃料电池堆1的发电而言无益的加热用燃料的消耗量h_startup。因而，能够确保蓄电池9的充电量并且改善燃料电池系统10的燃烧消耗率。
另外，根据本实施方式，在步骤s900的发电控制处理中，如图8所示，相比于蓄电池soc大时，在蓄电池soc变小时控制部6将燃料电池堆1的目标发电电力从0设定为规定的电力值来设定得高。由此，能够抑制在燃料电池堆1的燃料残留的状态下蓄电池9的充电量不足这样的情形。
被设定为目标发电电力的规定的电力值优选设定为燃料电池堆1的额定电力值p_rate。由此，辅助蓄电池9的燃料电池堆1的发电电力最大，因此即使在负载装置8的消耗电力急剧增加的情况下也不易发生蓄电池9的过放电。因而，能够迅速地减少燃料电池堆1的燃料的剩余量，并且更加可靠地确保蓄电池9的输出。
并且，根据本实施方式，如图7所示，在蓄电池soc为fc启动阈值soc_rate以下的情况下，控制部6阶梯状地增加燃料电池堆1的目标发电电力，使得燃料剩余量hrest相对于蓄电池soc的比例变小。
由此，与蓄电池9的充电量相比而优先减少燃料电池堆1的燃料剩余量hrest，因此能够抑制在燃料残留的状态下蓄电池9的充电量不足这样的情形。
并且，根据本实施方式，如图5所示，在蓄电池soc比特定的fc停止阈值soc_reg大的情况下，控制部6使燃料电池堆1的发电停止。而且，控制部6将fc停止阈值soc_reg设定为比fc启动阈值soc_rate大的值。
由此，能够减少使燃料电池堆1的发电停止的次数，因此随着该次数的减少还能够减少启动燃料电池堆1的次数。因此，能够抑制对蓄电池9的充电无益的加热用燃料的消耗，因此能够改善燃料电池系统10的燃烧消耗。另外，如图5所示那样设置滞后，因此不易重复发生燃料电池堆1的启动和停止，因此能够使燃料电池堆1的动作稳定。
另外，根据本实施方式，如图4所示，控制部6在步骤s913中计算表示由负载装置8消耗的电力的变动历史记录的行驶负载历史记录p_vehicle。然后，控制部6利用该行驶负载历史记录p_vehicle在步骤s914中计算fc启动期间的蓄电池放电量s_startup，并且在步骤s916中计算fc额定发电期间的蓄电池放电量s_assist。控制部6利用这些计算结果在步骤s918中计算fc启动阈值soc_rate。
即，控制部6根据连接于蓄电池9的负载装置8的变动历史记录来校正fc启动阈值soc_rate。由此，能够根据从蓄电池9向负载装置8的放电电力的增加量来使燃料电池堆1的启动定时提前，因此能够促进燃料电池堆1的燃料消耗，并且更加可靠地避免蓄电池9的充电量缺乏。
例如，如图6所示，表示负载装置8的消耗电力的移动平均值的行驶负载历史记录p_vehicle越大，控制部6使fc启动阈值soc_rate越大。
由此，行驶负载历史记录p_vehicle越大，燃料电池堆1的启动定时越提前，因此能够抑制减少燃料的剩余量而使蓄电池9的充电量减少。另外，通过利用负载装置8的消耗电力的移动平均值，能够避免伴随负载装置的消耗电力在短期间内变动而使fc启动阈值soc_rate频繁地变动。因而，能够抑制重复进行燃料电池堆1的启动和停止这样的情形。
另外，根据本实施方式，控制部6在步骤s915中利用在燃料电池堆1的启动期间内向扩散燃烧器352、催化剂燃烧器353、排气燃烧器40供给的加热用燃料的消耗量hstartup来计算fc额定发电期间t_rate。然后，控制部6在步骤s916中计算fc额定发电期间t_rate的蓄电池放电量s_assist，利用该计算结果在步骤s918中计算fc启动阈值soc_rate。
即，控制部6利用燃料电池堆1的启动所需的加热用燃料的消耗量hstartup将fc启动阈值soc_rate校正得小。由此，能够抑制燃料电池堆1的启动定时延迟，进而抑制启动本身，因此能够抑制对蓄电池9的充电无益的燃料电池堆1的启动。
另外，根据本实施方式，控制部6在步骤s915中基于燃料剩余量hrest求出燃料电池堆1以额定电力p_rate发电的fc额定发电期间t_rate，在步骤s916中在fc额定发电期间t_rate根据负载装置8的消耗电力计算蓄电池放电量s_assist。然后，控制部6在步骤s918中将fc额定发电期间的蓄电池放电量s_assist加上偏置值soc_offset来计算fc启动阈值soc_rate。
这样，使燃料电池堆1以额定电力发电，由此即使在车辆消耗电力急剧增加的情况下也能够最大限度地辅助从蓄电池9向负载装置8的电力供给，因此能够抑制蓄电池9的充电量的缺乏。并且，通过对fc启动阈值soc_rate考虑到偏置值soc_offset，燃料电池堆1的启动定时提前，因此能够促进燃料消耗并更加可靠地确保蓄电池9的输出。
另外，根据本实施方式，如图9所示，表示蓄电池上限电力与车辆消耗电力的差的蓄电池余量margin越大，控制部6将偏置值soc_offset设定为越小的值。
即，在蓄电池9的输出有富余时，蓄电池9的充电量不易缺乏，因此使偏置值soc_offset减小，由此能够抑制使开始进行燃料电池堆1的发电的定时过于提前。因而，能够抑制燃料电池堆1的效率差的燃料消耗，因此能够提高燃料电池系统10的燃烧消耗率。
此外，在本实施方式中，对为了优先确保蓄电池9的充电量而使燃料电池堆1以额定电力发电的例子进行了说明，但燃料电池堆1的发电电力越大，燃料电池系统10的能量效率越降低。因此，期望在确保蓄电池9的电力的同时将燃料电池堆1的发电电力抑制得较低。因此，在接下来的实施方式中，除了具备基于燃料电池堆1的额定发电进行的蓄电池保护运转模式以外，还具备使燃料电池系统10的燃烧消耗率提高的燃烧消耗率优先运转模式。
(第三实施方式)
图11是表示本发明的第三实施方式的燃料电池系统10的目标输出电力与蓄电池9的充电量的关系的说明图。
如图11所示，在本实施方式中设定蓄电池保护运转和燃烧消耗率优先运转这两个运转的运转区间。
蓄电池保护运转区间是与图5示出的从蓄电池soc的下限值到阈值soc_rate的燃料电池堆1的运转区间相同的区间。在蓄电池保护运转区间中，控制部6将燃料电池堆1的发电电力设定为额定电力p_rate，以优先确保蓄电池9的充电量。此外，为了使燃料电池堆1以额定电力p_rate发电，需要将燃料电池堆1的温度维持在可发电的温度范围内的上限侧。
燃烧消耗率优先运转区间s_fit被设定为比作为蓄电池保护运转区间的下限值的运转切换阈值soc_rate高的蓄电池soc区域。在燃烧消耗率优先运转区间s_fit中，控制部6将燃料电池堆1的目标发电电力设定为比额定电力值p_rate低的高效率电力值p_eco，以使燃料电池堆1的燃烧消耗率提高。此外，高效率电力值p_eco被设定为在将燃料电池堆1的温度维持在可发电的温度范围的下限侧的状态下燃料电池堆1的能量效率最高的电力值。
这样，除了设定蓄电池保护运转区间以外还设定燃烧消耗率优先运转区间s_fit，由此能够减少燃料电池堆1的启动次数，因此能够削减在启动控制中使用的加热用燃料的消耗量。另外，能够减少燃料电池堆1的发电运转中的能量效率差的蓄电池保护运转的次数，因此能够提高系统整体的能量效率，能够提高燃烧消耗率。
图12是与蓄电池保护运转和燃烧消耗率优先运转的能量效率有关的概念图。在此，横轴表示燃料电池堆1的发电电力，纵轴表示燃料电池堆1的能量效率。
在燃烧消耗率优先运转中，控制部6使燃料电池堆1发电，使得将燃料电池堆1的温度维持为可发电的温度范围的下限侧温度、例如650℃，且成为燃料电池堆1的能量效率变得最高的高效率电力值p_eco。即，控制部6向燃料电池堆1供给以高效率电力值p_eco发电所需的阳极气体和阴极气体的各流量。与此同时，控制部6操作dc-dc转换器51，将燃料电池堆1的电压提高至使从燃料电池堆1向蓄电池9取出的电力成为高效率电力值p_eco的电压值。
在蓄电池保护运转中，控制部6使燃料电池堆1发电，使得将燃料电池堆1的温度维持为可发电的温度范围的上限侧温度、例如750℃，发电电力成为与燃料电池堆1的下限电压对应的额定电力值p_rate。即，控制部6向燃料电池堆1供给以额定电力值p_rate发电所需要的阳极气体和阴极气体的各流量。并且，控制部6操作dc-dc转换器51，将燃料电池堆1的电压降低至使从燃料电池堆1向蓄电池9取出的电力成为额定电力值p_rate的电压值。
这样，在蓄电池soc大于运转切换阈值soc_rate时，控制部6在燃料电池堆1的可发电的温度范围内降低燃料电池堆1的温度，并且将燃料电池堆1的发电电力设定得低。另一方面，在蓄电池soc小于运转切换阈值soc_rate时，控制部6在燃料电池堆1的可发电的温度范围内利用加热用燃料提高燃料电池堆1的温度，并且将燃料电池堆1的发电电力设定得高。
图13是表示设定燃烧消耗率优先运转区间s_fit的设定方法的一例的说明图。在此，横轴表示行驶负载历史记录p_vehicle，纵轴表示燃烧消耗率优先运转区间s_fit。
如图13所示，行驶负载历史记录p_vehicle越变大，通过燃料电池堆1的发电来辅助蓄电池9的输出的必要性越高，燃烧消耗率优先运转区间s_fit越增大。
具体地说，在从高效率电力p_eco到车辆额定电力p_vehicl_rate的区间内，控制部6使燃烧消耗率优先运转区间s_fit根据行驶负载历史记录p_vehicle的大小来在从下限值s_fit_l到上限值s_fit_h的范围内变化。
这样，在作为负载装置8的消耗电力的车辆消耗电力变大时，控制部6使燃烧消耗率优先运转区间s_fit相比于车辆消耗电力小时增大。由此，燃料电池堆1的发电效率改善，因此从燃料电池堆1向蓄电池9的充电量增加，并且能够提高燃料电池系统10的燃烧消耗率。
图14是表示在本实施方式的步骤s900中执行的发电控制处理的一例的流程图。
本实施方式的发电控制处理具备步骤s934、s935、s937至s942的处理来代替图4示出的步骤s914、s915、s917至s920的处理。关于其它处理，由于与图4示出的处理相同，因此标注同一附图并省略说明。
在步骤s934中，与步骤s914的处理同样地，控制部6按照式(1)计算fc启动期间的蓄电池放电量s_startup。
本实施方式的fc启动期间t_startup是将从燃料电池堆1的停止状态向燃烧消耗率优先运转转变所需的启动期间与从燃烧消耗率优先运转向蓄电池保护运转转变所需的暖机期间进行累计而得到的值。具体地说，启动期间是将燃料电池堆1的温度提高至实施燃烧消耗率优先运转所需的温度所花费的时间，暖机期间是将燃料电池堆1的温度从燃烧消耗率优先运转的温度状态提高至实施蓄电池保护运转所需的温度所花费的时间。
在步骤s935中，与步骤915的处理同样地，控制部6按照式(2)计算fc额定发电期间t_rate。
本实施方式的加热用燃料的消耗量hstartup被设定为将启动用燃料的消耗量与暖机用燃料的消耗量相加而得到的值，其中，该启动用燃料的消耗量是将燃料电池堆1的温度提高至燃烧消耗率优先运转的工作温度所需要的消耗量，该暖机用燃料的消耗量是从燃烧消耗率优先运转的温度状态起直到蓄电池保护运转的工作温度为止对燃料电池堆1进行暖机所需要的消耗量。
接着，在步骤s937中，控制部6如图9所示那样根据蓄电池余量margin的大小来设定用于确保蓄电池9的输出的偏置值soc_offset。
如图15所示，对从蓄电池上限输出减去车辆额定电力得到的值加上高效率电力p_eco来求出本实施方式的第一余量m1。另外，对从蓄电池soc达到偏置值的上限值soc_offset_h时的蓄电池上限输出减去行驶负载历史记录p_vehicle得到的值加上高效率电力p_eco来求出蓄电池余量marign。
在步骤s938中，与步骤s918的处理同样地，控制部6按照式(4)设定用于对从燃烧消耗率优先运转向蓄电池保护运转切换的切换定时进行限定的运转切换阈值soc_rate。
在步骤s939中，控制部6如图13所示那样根据行驶负载历史记录p_vehicle的大小来设定燃烧消耗率优先运转区间s_fit。
在步骤s940中，控制部6如下式(5)那样计算用于限定燃料电池堆1的启动定时的fc启动阈值soc_eco。
[数8]
soc_eco＝min(soc_reg，soc_rate+s_fit)…(5)
在步骤s941中，控制部6将蓄电池soc降低至fc启动阈值soc_eco时的目标发电电力设定为高效率电力值p_eco，将蓄电池soc降低至运转切换阈值soc_rate时的目标发电电力设定为额定电力值p_rate。然后，当步骤s941的处理结束时，控制部6执行图2示出的步骤s100至s104的启动控制。
由此，在蓄电池soc为fc启动阈值soc_eco的情况下，控制部6使燃料电池堆1的温度上升至可发电的温度范围的下限侧，并且向燃料电池堆1供给以高效率电力p_eco发电所需的阴极气体和阳极气体的各流量。
而且，在蓄电池soc为运转切换阈值soc_rate以下的情况下，控制部6使燃料电池堆1的温度上升至可发电的温度范围的上限侧，并且向燃料电池堆1供给以额定电力p_rate发电所需的阴极气体和阳极气体的各流量。
根据本发明的第三实施方式，在蓄电池soc(充电量)为fc启动阈值(第一阈值)soc_eco时，控制部6实施燃烧消耗率优先运转。即，在蓄电池soc变小至fc启动阈值soc_eco的情况下，控制部6使燃料电池堆1启动并使燃料电池堆1以比额定电力p_rate低的高效率电力p_eco发电。由此，燃料电池堆1的能量效率改善，因此能够提高燃料电池系统10的燃烧消耗率。
而且，在蓄电池soc为比fc启动阈值soc_eco小的运转切换阈值(第二阈值)soc_rate以下的情况下，控制部6将燃料电池堆1的运转状态从燃烧消耗率优先运转切换为蓄电池保护运转。即，在蓄电池soc变小至运转切换阈值soc_rate的情况下，控制部6如图12所示那样提高燃料电池堆1的温度来增大燃料电池堆1的发电电力。由此，能够促进燃料的剩余量的消耗并确保蓄电池9的充电量。
如果假设蓄电池9的充电量比燃料的剩余量先耗尽，则蓄电池9的上限输出比燃料电池堆1的额定电力p_rate大，因此无法充分地向驱动马达81进行电力供给，担心蓄电池9的放电电力过大而降低输出性能。另外，由于将燃料电池堆1的发电电力充入蓄电池9要花费时间，因此直到车辆能够行驶为止需要时间。
与此相对地，通过如图11所示那样设置蓄电池保护运转区间，能够在燃料剩余量消耗后确保蓄电池9的充电量，因此能够抑制蓄电池9的性能劣化并抑制驾驶性能的降低。
另外，根据本实施方式，控制部6在步骤s935中利用燃料电池堆1的启动和暖机所需要的加热用燃料的消耗量hstartup计算fc额定发电期间t_rate。基于该fc额定发电期间t_rate计算运转切换阈值soc_rate和fc启动阈值soc_eco。
因而，从燃烧消耗率优先运转向蓄电池保护运转切换的运转切换定时和启动定时被校正，能够以避免蓄电池9的充电量不足的方式可靠地启动燃料电池堆1并切换为蓄电池保护运转。
另外，根据本实施方式，如图13所示，行驶负载历史记录p_vehicle越大，燃烧消耗率优先运转区间s_fit越大。即，连接于蓄电池9的负载装置8的消耗电力越大，越扩宽从fc启动阈值soc_eco到运转切换阈值soc_rate的区间。
由此，燃料电池堆1的启动定时提前，在燃料电池堆1的能量效率高的状态下发电的期间变长，因此能够增加从燃料电池堆1向蓄电池9供给的电力供给量，并且能够提高燃料电池系统10的燃烧消耗率。
此外，在本实施方式中，对根据蓄电池soc的大小在两个运转点使燃料电池堆1发电的例子进行了说明，但并不限于此。例如，控制部6也可以设定三个以上的燃料电池堆1的运转点并进行如下控制：蓄电池soc越小，越使燃料电池堆1的发电电力阶段性地变低。即使这样，也能够与第二实施方式相比改善燃料电池堆1的能量效率。
(第四实施方式)
图16是表示具备高分子电解质型燃料电池的燃料电池系统11的结构的一例的结构图。
燃料电池系统11向负载装置8a所具备的驱动马达81和用于辅助燃料电池堆1的电力的辅助蓄电池9a供给电力。
燃料电池系统11具备层叠多个高分子电解质型燃料电池而得到的燃料电池堆1a、燃料供给装置2a、氧化剂供给装置3a、电力转换装置5a以及基于驱动马达81的请求电力来控制向燃料电池堆1a供给的阳极气体和阴极气体的供给流量的控制部6a。
燃料供给装置2a具备以高压收容阳极气体的高压罐20a、阳极气体供给通路22a、调整阳极气体的压力的阳极调压阀23a、排出阳极废气的净化阀24a以及阳极气体排出通路29a。
氧化剂供给装置3a具备过滤器30a、压缩机32a、阴极气体供给通路33a、调整阴极气体的压力的阴极调压阀34a以及阴极气体排出通路39a。电力转换装置5a具备向负载装置8a或者辅助蓄电池9a供给燃料电池系统11的发电电力的dc-dc转换器51。
在这种燃料电池系统11中，控制部6a也从充电量传感器61获取蓄电池soc，并如图2的步骤s100所示那样在蓄电池soc为fc启动阈值以下的情况下使燃料电池堆1启动。然后，控制部6a从燃料量传感器62获取能够向燃料电池堆1a供给的燃料的剩余量，如图3的步骤s903所示那样，在燃料剩余量变少时，将fc启动阈值设定为比燃料剩余量多时的该值小的值。
根据本发明的第四实施方式，能够与第一至第三实施方式同样地抑制燃料电池堆1的启动，因此能够抑制对蓄电池9的充电无益的加热用燃料的消耗。因而，能够确保蓄电池9的输出并且提高燃料电池系统10的燃烧消耗率。
如上所述，在各实施方式中，在对于二次电池的充电量而言燃料的剩余量少时抑制燃料电池的启动，因此能够抑制无用的燃料的消耗。与此相对地，在对于燃料的剩余量而言二次电池的充电量易于不足的状况下，燃料电池的发电电力增大，因此能够弥补二次电池的充电量的不足。因此，不易于引起蓄电池的过放电，因此能够抑制蓄电池的性能劣化这样的情形。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但上述实施方式只不过示出了本发明的适用例的一部分，宗旨并非将本发明的技术范围限定于上述实施方式的具体结构。
例如，控制部6在燃料电池堆1的启动控制中执行了图2示出的步骤s900的发电控制处理，但也可以在燃料电池堆1的发电运转中或停止控制中等执行图2示出的步骤s900的发电控制处理。或者，控制部6也可以在从燃料电池系统10的启动到停止为止的期间内始终更新阈值soc_rate和soc_eco。通过这样也能够获得与上述实施方式相同的作用效果。
此外，上述各实施方式能够适当组合。
本申请主张2015年12月25日向日本专利局申请的特愿2015-254162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。