燃料电池系统、燃料电池车辆以及燃料电池系统的控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及安装在车辆中的燃料电池系统、燃料电池车辆以及燃料电池系统的控制方法。
【背景技术】
[0002]安装在车辆中，根据加速器下压量来计算需要由燃料电池产生的电力，且控制供应到燃料电池的氧的量和氢的量，以使得由燃料电池产生的电力对应于需要产生的电力的燃料电池系统是已知的(日本专利申请公开第2006-312907号)。当需要由燃料电池产生的电力在车辆的加速期间增加时，此燃料电池系统增加将氧供应到燃料电池的空气压缩机的旋转速度。
【发明内容】
[0003]然而，作为响应，空气压缩机由于惯性而延迟，且发生延迟直到压缩机的旋转速度达到所需的旋转速度为止，即使需要产生的电力由于加速器下压量等的迅速增大而迅速增加时也是如此。这阻碍将加速所需的充足电力供应到车辆的驱动电动机，且接着相对于加速器下压量的加速感可能降低。当车辆的突然加速重复时，电力从二次电池到驱动电动机的供应重复，且二次电池的蓄电量(SOC)减少。接着，加速感的降低可能继续。
[0004]当由燃料电池产生的电力如上所述在车辆的加速等期间由于空气压缩机的延迟的响应而迟滞于需要产生的电力时，供应到驱动电动机的电力在此后在所产生的电力急剧增加时迅速增加。这可导致暂时突然加速(转矩冲击)的发生。
[0005]根据本发明的第一方面，提供一种安装在车辆中的燃料电池系统。此燃料电池系统包括:燃料电池，将电力供应到驱动车辆的电动机;栗，将氧供应到燃料电池;加速器位置检测单元，检测车辆的加速器下压量；以及控制单元，基于加速器下压量来计算需要由燃料电池产生的电力以及栗的驱动所需的电力，且基于驱动所需的电力来控制栗。控制单元计算驱动所需的电力，以使得当所计算的需要产生的电力增加时，驱动所需的电力的增加速率超过需要产生的电力的增加速率。根据此方面，当需要产生的电力增加时，驱动所需的电力以比需要产生的电力高的增加速率增加，且因此即使在压缩机的所需氧的供应迟滞于驱动所需的电力时，所产生的电力也不可能降低到需要产生的电力以下。因此，当需要产生的电力在车辆的加速等期间迅速增加时，因驱动电动机所需的电力的供应的故障所致的加速感的降低可减小。
[0006]在上文所述的方面中，控制单元可通过以下方式来校正驱动所需的电力的值:将用于补偿因车辆的车重和车辆的滚动阻力所致的、相对于加速器下压量的电动机的旋转速度迟滞且通过使用预先设置为分别相当于车重和滚动阻力的值的值来计算的电力添加到基于加速器下压量来计算的驱动所需的电力。根据此配置，补偿因车重和滚动阻力所致的电动机的旋转速度的迟滞的电力与驱动所需的电力相加，且因此，在车辆的加速期间，相对于加速器下压量的加速感的降低可受到抑制。[0007 ]根据上文所述的方面的燃料电池系统可还包括将电力供应到电动机的二次电池，且控制单元可通过以下方式来校正驱动所需的电力的值:将用于二次电池的充电的且通过使用根据二次电池的温度和蓄电量而设置的充电电力的上限值来计算的电力添加到基于加速器下压量来计算的驱动所需的电力。根据此配置，用于二次电池的充电的电力与驱动所需的电力相加，且因此，因燃料电池车辆的加速的重复所致的二次电池的蓄电量(SOC)的减少可受到抑制，且加速感可被允许持续一段延长的时间。
[0008]在上文所述的方面中，控制单元可校正需要产生的电力的值，以使得在需要产生的电力与燃料电池实际产生的电力之间的差等于或大于第一阈值且实际产生的电力等于或小于第二阈值的状况下，差相对于基于加速器下压量来计算的需要产生的电力而减小。根据此配置，需要产生的电力与所产生的电力之间的差的增加受到抑制，即使在所产生的电力在车辆的加速期间迟滞于需要产生的电力时也是如此，且因此，供应到牵引电动机的电力的迅速增加受到抑制，即使所产生的电力此后急剧增加也是如此。因此，车辆的加速期间的转矩冲击可受到抑制。
[0009]根据本发明的第二方面，提供一种安装在车辆中的燃料电池系统的控制方法，该燃料电池系统具有将电力供应到驱动车辆的电动机的燃料电池以及将氧供应到燃料电池的栗，该控制方法包括:检测车辆的加速器下压量;基于加速器下压量来计算需要由燃料电池产生的电力以及栗的驱动所需的电力，且基于驱动所需的电力来控制栗；以及计算驱动所需的电力，以使得当所计算的需要产生的电力增加时，驱动所需的电力的增加速率超过需要产生的电力的增加速率。根据此方面，与第一方面的效果类似的效果可得以实现。
[0010]本发明可按各种方面来进行。举例来说，本发明可采取如下形式:安装了燃料电池的车辆、安装在车辆中的燃料电池系统的控制方法、执行此控制方法的控制装置、执行此控制方法的计算机程序、记录了此计算机程序的记录介质等。
【附图说明】
[0011]将在下文参照附图来描述本发明的示例性实施例的特征、优点和技术与工业意义，其中相似数字表示相似元件，且其中:
[0012]图1是燃料电池车辆的示意图，其中根据第一实施例的燃料电池系统安装在该燃料电池车辆中；
[0013]图2是用于示出控制装置的配置的图式；
[0014]图3是说明根据第一实施例的燃料电池车辆的状态的示例的时序图；
[0015]图4是说明根据比较示例I的燃料电池车辆的状态的示例的时序图；
[0016]图5是说明根据第二实施例的燃料电池车辆的状态的示例的时序图；
[0017]图6是说明校正处理的初始条件和停止条件的示例的时序图；
[0018]图7是说明根据第三实施例的燃料电池车辆的状态的示例的时序图；
[0019]图8是说明根据第四实施例的燃料电池车辆的状态的示例的时序图；
[0020]图9是说明根据比较示例2的燃料电池车辆的状态的示例的时序图；
[0021 ]图10是说明根据第五实施例的燃料电池车辆的状态的时序图；
[0022]图11是说明根据第五实施例的计数值与速率值之间的关系的示例的说明图；
[0023]图12是说明根据第六实施例的差与计数递增量之间的关系的说明图；以及
[0024]图13是说明根据第七实施例的燃料电池车辆的状态的时序图。
【具体实施方式】
[0025]图1是说明燃料电池车辆10的配置的示意图，其中根据第一实施例的燃料电池系统100安装在燃料电池车辆10中。燃料电池车辆10具备燃料电池110、FC升压转换器120、电力控制单元(PCU) 130、牵引电动机136、空气压缩机(ACP) 138、车辆速度检测单元139、二次电池140、S0C检测单元142、FC辅助机械150、控制装置180、加速器位置检测单元190以及车轮WL。当牵引电动机136由从燃料电池110和二次电池140供应的电力驱动时，燃料电池车辆1行进。除(例如)牵引电动机136和车轮WL外的上文所述的燃料电池车辆1的功能单元构成燃料电池系统100。
[0026]燃料电池110是通过接收氢和氧的供应作为反应气体而产生电力的固体聚合物型燃料电池。燃料电池110不限于固体聚合物型燃料电池。除固体聚合物型燃料电池之外的各种类型的燃料电池可用作燃料电池110。燃料电池110经由FC升压转换器120而连接到高压直流布线DCH，且经由高压直流布线DCH而连接到PCU 130中所包括的电动机驱动器132和ACP驱动器137TC升压转换器120将燃料电池110的输出电压VFC升压到可由电动机驱动器132和ACP驱动器137使用的高压VH。
[0027]三相逆变器电路构成电动机驱动器132。电动机驱动器132连接到牵引电动机136。电动机驱动器132将经由FC升压转换器120而供应的燃料电池110的输出电力和经由直流/直流转换器134而供应的二次电池140的输出电力转换为三相交流电力，且将该三相交流电力供应到牵引电动机136。具备三相线圈的同步电动机构成牵弓I电动机136。牵引电动机136经由齿轮等而驱动车轮WL ο在燃料电池车辆1的制动期间，牵引电动机136还充当通过再生燃料电池车辆10的动能而产生再生电力的发电机。车辆速度检测单元139检测燃料电池车辆1的车速Svikl [ km/h ]，且将检测的结果传输到控制装置180。
[0028]直流/直流转换器134响应于来自控制装置180的驱动信号而调整高压直流布线DCH的电压电平，且切换二次电池140的充电/放电状态。在牵引电动机136中产生再生电力的状况下，此再生电力由电动机驱动器132转换为直流电力，且二次电池140经由直流/直流转换器134以该直流电力充电。
[0029]三相逆变器电路构成ACP驱动器137ACP驱动器137连接到ACP 138ACP驱动器137将经由FC升压转换器120而供应的燃料电池110的输出电力和经由直流/直流转换器134而供应的二次电池140的输出电力转换为三相交流电力，且将该三相交流电力供应到ACP138。具备三相线圈的同步电动机构成ACP 138oACP 138响应于电力的供应而驱动电动机，且将用于发电的氧(空气)供应到燃料电池110。
[0030]二次电池140是能够存储电能且重复充放电的蓄电装置。二次电池140被配置成(例如)锂离子电池。除锂离子电池外的各种类型的电池(例如，铅蓄电池、镍镉电池和镍氢电池)也可用作二次电池140。二次电池140经由低压直流布线DCL而连接到