专利名称：燃料电池车辆的制作方法
技术领域：
本发明涉及具备燃料电池和从所述燃料电池接受电力提供的负载的燃料电池车辆。
背景技术：
关于燃料电池车辆，提出了关于燃料电池的怠速(idle)停止的技术{JP特开2001-307758 号(以下称为 “ JP 2001-307758A”)}。在 JP2001-307758A 中，课题在于减少燃料电池的发电浪费，实现具有燃料电池和2次电池的系统整体的效率提高(摘要)。为了解决该课题，在JP2001-307758A中，根据驱动要求功率的大小，决定包括燃料电池20及·其周边装置的燃料电池设备群的运转以及停止。在该驱动要求功率是由阈值功率Xps以下的低负载区域的燃料电池发电运转所得到的情况下，使燃料电池设备群停止，单独利用2次电池30通过其剩余容量Q使电动机32旋转，以驱动要求功率来驱动车辆(摘要、图5、第
段)。如上述那样，在JP2001-307758A中，在要求负载为低负载的情况下，使燃料电池设备群停止，通过来自2次电池30的电力，驱动车辆。因此，在停止了燃料电池设备群的情况下，可以理解为燃料电池的输出电压变为开路电压(OCV)或者其附近值。在燃料电池的输出电压为OCV或者其附近值的情况下，燃料电池的劣化量变得比较大(参照本申请的图11)。图11示出构成燃料电池堆的燃料电池单位电池(cell)的电位(单位电池电压Vcell) [V]与燃料电池单位电池的劣化量D的关系的一例。S卩，图11中的曲线200表示单位电池电压Vcell与劣化量D的关系。在图11 中，电位 vl、v2、v3、v4 例如是 O. 5V、0. 8V、0. 9V、0. 95V。在低于电位 vl 的区域(以下称为“凝集增加区域R1”)中，对于燃料电池单位电池中包含的钼(氧化钼)剧烈地进行还原反应，钼过度地凝集。从电位vl到电位v2(例如，O. 8V)是稳定地进行还原反应的区域(以下称为“还原区域R2”)。从电位v2到电位v3 (例如，O. 9V)是针对钼进行氧化还原反应的区域(以下称为“氧化还原区域R3”)。从电位v3到电位v4(例如，0.95V)是针对钼稳定地进行氧化反应的区域(以下称为“氧化区域R4”)。从电位v4到OCV(开路电压)是进行单位电池中包含的碳的氧化的区域(以下称为“碳氧化区域R5”)。另外，在图11中，进行了唯一地规定曲线200的表述，但实际上，曲线200根据每单位时间的单位电池电压Vcell的变动量(变动速度Acell) [V/sec]而变化。其中，还原区域R2包括曲线200的极小值(第I极小值Vlmi I)。在氧化还原进行区域R3中包括曲线200的极大值(极大值Vlmx)。氧化稳定区域R4包括曲线200的另一极小值(第2极小值Vlmi2)。根据图11，劣化量D随着从第2极小值Vlmi2向OCV而增加。因此，在JP2001-307758A中，使燃料电池设备群停止，燃料电池的输出电压变为OCV或者其附近值时，虽然能够提高燃料电池的发电效率，但是燃料电池的劣化量D变大。
发明内容
本发明考虑了这种课题而做，目的在于提供一种能够提高燃料电池的发电效率的同时抑制燃料电池的劣化的燃料电池车辆。本发明所涉及的燃料电池车辆，具备燃料电池；转换器，其控制所述燃料电池的输出电压；负载，其从所述燃料电池接受电力提供；和控制装置，其根据所述负载的负载量来设定所述燃料电池的目标输出，并且将与所述目标输出相应的所述燃料电池的目标电压指示给所述转换器，其中，所述控制装置，在所述负载量为规定值以下时，进行以比通常运转时的所述燃料电池的下限电流低的极低电流进行发电的极低电流控制，并且在所述极低电流控制时，设定与所述极低电流对应的所述转换器的目标输出电压的上下限值，进行控制使得所述燃料电池的输出电压处于所述上下限值内。根据本发明，能够提高燃料电池的发电效率，同时能够抑制燃料电池的劣化。·S卩，作为燃料电池的特性，在输出电压为开路电压(OCV)或者其附近值的情况下，其劣化量变高(参照图11)。根据本发明，在负载的负载量为规定值以下的情况下，进行以比通常运转时的燃料电池的下限电流低的极低电流进行发电的极低电流控制，所述极低电流控制时，设定与所述极低电流对应的转换器的目标电压的上下限值，进行控制使得燃料电池的输出电压处于所述上下限值内。因此，在极低电流控制时，若将该上下限值设定为低于OCV的值，则能够抑制燃料电池的劣化量。此外，作为燃料电池的特性，在OCV附近的低电流域中，相对于燃料电池的输出电流的变化，燃料电池的输出电压的变化较大。根据本发明，在OCV附近的低电流域中，通过设定与极低电流对应的转换器的目标输出电压的上下限值，能够高精度地输出所述极低电流。因此，能够高精度地抑制燃料电池的电压上升，能够防止燃料电池的劣化。还可以设定与所述极低电流对应的所述燃料电池的目标电流，根据所述燃料电池的目标电流与输出电流之差，补正所述转换器的目标输出电压。据此，能够使燃料电池的输出电流进一步高精度地收敛于极低电流。还可以检测所述燃料电池的电流-电压特性的变化，基于所述电流-电压特性的变化使所述上下限值变化。据此，能够与燃料电池的电流-电压特性的变化无关地，稳定地输出极低电流。还可以是所述燃料电池车辆还具备蓄电装置，所述负载包括行驶电动机，所述燃料电池能够向所述行驶电动机以及所述蓄电装置提供电力，所述蓄电装置能够向所述行驶电动机提供电力，并且能够以来自所述行驶电动机的再生电力进行充电。据此，能够将极低电流控制时的来自燃料电池的剩余电力充电到蓄电装置中。因此，在极低电流控制时，能够抑制燃料电池的劣化，同时能够提高燃料电池和蓄电装置整体的发电效率。根据与附图协作进行的如下优选实施方式例的说明，上述目的以及其他目的、特征以及优点会变得更加清楚。
图I是本发明的一实施方式所涉及的燃料电池车辆的概略构成图。
图2是表示所述实施方式中的DC/DC转换器的详细情况的图。图3是电子控制装置(EOT)中的基本控制的流程图。图4是所述E⑶计算所述DC/DC转换器的2次电压V2的目标值(目标2次电压)的功能模块图。图5是表示燃料电池的劣化状态与所述目标2次电压的上限值以及下限值的关系的图。图6是表示所述E⑶计算所述目标2次电压的流程图。图7是表示通常时的下限电流与极低电流控制时的基准电流的关系的图。图8是表示极低电流控制时的基准电流与FC电压以及目标2次电压的上下限值·
图9是表示所述实施方式所涉及的电力系统的第I变形例的概略构成的框图。图10是表示所述实施方式所涉及的电力系统的第2变形例的概略构成的框图。图11是表示构成燃料电池的燃料电池单位电池的电位与燃料电池单位电池的劣化量的关系的一例的图。
具体实施例方式I.整体构成的说明[1-1.整体构成]图I是本发明的一实施方式所涉及的燃料电池车辆10(以下称为“FC车辆10”或者“车辆10”)的概略构成图。FC车辆10具有车辆电源系统12 (以下称为“电源系统12”)、行驶用电动机14和逆变器16。电源系统12具有燃料电池组件(unit) 18(以下称为“FC组件18”)、蓄电池(battery) 20、DC/DC转换器22和电子控制装置24 (以下称为“ECU24”)。[1-2.驱动系统]电动机14基于从FC组件18以及蓄电池20提供的电力产生驱动力，由该驱动力通过变速器26使车轮28旋转。此外，电动机14将通过再生而产生的电力(再生电力Preg)[W]输出给蓄电池20。再生电力Preg也可以对辅助设备群(包括后述的气泵36以及水泵68)输出。逆变器16具有3相全桥型的构成，进行直流/交流变换，将直流变换为3相的交流后提供给电动机14，另一方面，将伴随再生动作的交流/直流变换后的直流通过DC/DC转换器22提供给蓄电池20等。另外，将电动机14和逆变器16统称为负载30。但是,对于负载30,也可以包括后述的气泵36、水泵68等的构成要素。[1-3. FC 组件 18]FC组件18的燃料电池堆32 (以下称为“FC堆32”或者“FC32”)例如具有层叠了用阳极电极和阴极电极从两侧夹着固体高分子电解质膜而形成的燃料电池单位电池(以下称为“FC单位电池”或者“单电池”)的构造。在FC堆32中，通过路径38、40连接氢罐34和气泵36，从氢罐34提供作为一方反应气体的氢气(燃料气体)，从气泵36提供作为另一方反应气体的压缩空气(氧化剂气体)。通过从氢罐34以及气泵36向FC堆32提供的氢气和空气在FC堆32内发生电化学反应从而进行发电,发电电力(以下称为“FC电力Pfc ”)[W]提供给电动机14和蓄电池20。FC堆32的发电电压(以下称为“FC电压Vfc”)[V]通过电压传感器42来检测，FC堆32的发电电流(以下称为“FC电流Ifc”或者“检测FC电流Ifc”)[A]通过电流传感器44来检测，并分别输出给E⑶24。此外，构成FC堆32的各FC单位电池的发电电压(以下称为“单位电池电压Vcell”)[V]通过电压传感器46来检测，并输出给ECU24。在连结氢罐34和FC堆32的路径38上设置有调节器50。在该调节器50上，连结有从连结气泵36和FC堆32的路径40分支的路径52，提供来自气泵36的压缩空气。调节器50根据所提供的压缩空气的压力来使阀的开度发生变化，调整提供给FC堆32的氢气的流量。在设置于FC堆32的出口侧的氢气用的路径54以及空气用的路径56上，设置有用于将出口侧的氢气排出到外部的放气阀58和用于调整空气的压力的背压阀60。此外，设·置有用于连结氢气用的入口侧的路径38和出口侧的路径54的路径62。从FC堆32排出的氢气经由该路径62返回到FC堆32的入口侧。在出口侧的路径54、56上，设置压力传感器64、66，其检测值(压力值)分别输出给E⑶24。进而，设置有用于冷却FC堆32的水泵68。[1-4.蓄电池 20]蓄电池20是包括多个蓄电池单位电池的蓄电装置(能量储存器)，例如，可以利用锂离子2次电池、镍氢电池或者蓄电器等。在本实施方式中利用锂离子2次电池。蓄电池20的输出电压(以下称为“蓄电池电压Vbat”)[V]通过电压传感器70来检测，蓄电池20的输出电流(以下称为“蓄电池电流Ibat”)[A]通过电流传感器72来检测，并且分别输出给E⑶24。另外，E⑶24基于来自电压传感器70的蓄电池电压Vbat、和来自电流传感器72的蓄电池电流Ibat，计算蓄电池20的剩余容量(以下称为“S0C”)[% ]。[1-5. DC/DC 转换器 22]DC/DC转换器22控制来自FC组件18的FC电力PfC、从蓄电池20提供的电力(以下称为“蓄电池电力Pbat”)[W]、和来自电动机14的再生电力Preg的提供目的地。在图2中示出了本实施方式中的DC/DC转换器22的详细情况。如图2所示，DC/DC转换器22的一方连接于有蓄电池20的I次侧1S,另一方连接于作为负载30和FC堆32的连接点的2次侧2S。DC/DC转换器22是将I次侧IS的电压(I次电压VI) [V]升压为2次侧2S的电压(2次电压V2) [V] (VI ( V2)，并且将2次电压V2降压为I次电压Vl的升降压型且斩波型的电压变换装置。如图2所示，DC/DC转换器22由配置在I次侧IS与2次侧2S之间的相臂UA、和电抗器80构成。相臂UA由上臂元件(上臂开关元件82和二极管84)和下臂元件(下臂开关元件86和二极管88)构成。对于上臂开关元件82和下臂开关元件86，例如采用MOSFET或者IGBT。电抗器80插入在相臂UA的中点(共同连接点)与蓄电池20的正极之间，具有通过DC/DC转换器22在I次电压Vl和2次电压V2之间变换电压时，放出以及蓄积能量的作用。上臂开关元件82通过从E⑶24输出的栅极驱动信号(驱动电压)UH的高电平而被导通，下臂开关元件86通过栅极的驱动信号(驱动电压)UL的高电平而被导通。另外，E⑶24通过与I次侧的平滑电容器92并联设置的电压传感器90来检测I次电压VI，通过电流传感器94来检测I次侧的电流(I次电流II) [A]。此外，E⑶24通过与2次侧的平滑电容器98并联设置的电压传感器96来检测2次电压V2，通过电流传感器100来检测2次侧的电流(2次电流12) [A]。此外，在FC32与负载30 (逆变器16)以及DC/DC转换器22之间，配置了逆流防止二极管102。[1-6.ECU24]E⑶24经由通信线78 (图I)控制电动机14、逆变器16、FC组件18、蓄电池20以及DC/DC转换器22。在进行该控制时，执行存储器(ROM)中所存储的程序，并且使用电压传感器42、46、70、90、96、电流传感器44、72、94、100、压力传感器64、66等各种传感器的检测值。·这里的各种传感器，包括开度传感器110以及转速传感器112(图I)。开度传感器110检测加速器踏板116的开度(以下称为“加速器开度Θ ”或者“开度Θ ”)[度]。转速传感器112检测电动机14的转速(以下称为“电动机转速Nm”或者“转速Nm”) [rpm]。进而，E⑶24与主开关118 (以下称为“主SW118”)连接。主SW118用于切换能够从FC组件18以及蓄电池20向电动机14提供电力，能够由用户来操作。E⑶24包括微型计算机，根据需要而具有计时器、A/D转换器、D/A转换器等的输入输出接口。另外，E⑶24也可以不仅由一个E⑶构成，而由与电动机14、FC组件18、蓄电池20以及DC/DC转换器22相应的多个E⑶构成。E⑶24，除了 FC堆32的状态、蓄电池20的状态以及电动机14的状态之外，还根据基于来自各种开关以及各种传感器的输入(负载要求)而决定的作为FC车辆10整体而对电源系统12要求的负载，一边调停FC堆32要负担的负载、蓄电池20要负担的负载、和再生电源(电动机14)要负担的负载的配分(分担)一边进行决定，并且对电动机14、逆变器16、FC组件18、蓄电池20以及DC/DC转换器22发送指令。2.本实施方式的控制下面，对E⑶24中的控制进行说明。[2-1.基本控制]在图3中示出了 E⑶24中的基本控制的流程图。在步骤SI中，E⑶24判断主SWl 18是否为导通。在主SW118没有导通的情况下(SI :否)，反复步骤SI。在主SW118导通的情况下(SI :是)，进入步骤S2。在步骤S2中，ECU24计算对电源系统12要求的负载(以下称为“系统负载Ls ”)[W]。在步骤S3中，E⑶24进行电源系统12的能量管理。这里所说的能量管理，主要是计算FC32的发电量(FC电力Pfc)以及蓄电池20的输出(蓄电池输出Pbat)的处理，为了一边抑制FC堆32的劣化，一边提高电源系统12整体的输出效率。具体而言，E⑶24根据在步骤S2算出的系统负载Ls，一边调停FC32要负担的燃料电池分担负载(要求输出)Lfc、蓄电池20要负担的蓄电池分担负载(要求输出)LbatJP再生电源(电动机14)要负担的再生电源分担负载Lreg的配分(分担)一边进行决定。在步骤S4中，E⑶24根据在步骤S3求出的燃料电池分担负载Lfc等，进行FC堆32的周边设备，S卩，气泵36、放气阀58、背压阀60以及水泵68的控制(FC发电控制)。在步骤S5中，ECU24根据来自转速传感器112的电动机转速Nm和来自开度传感器110的加速器踏板116的开度Θ等，进行电动机14的转矩控制。在步骤S6中，E⑶24判断主SWl 18是否截止。在主SWl 18没有截止的情况下(S6 否)，返回到步骤S2。在主SW118截止的情况下(S6 :是)，结束本次处理。[2-2. FC32 的输出控制]在本实施方式中，设定与由步骤S3的能量管理求出的燃料电池分担负载Lfc相应的FC电流IFC的目标值(以下称为“目标FC电流Ifctgt”)。而且，为了实现目标FC电流Ifctgt，控制DC/DC转换器22的2次电压V2。更具体而言，根据FC32的特性，FC电压Vfc基本上变得与DC/DC转换器22的2次电压V2相等。因此，通过由DC/DC转换器22调整2次电压V2，可以控制FC电压Vfc。此·在本实施方式中，使用2次电压V2的目标值(以下称为“目标2次电压V2tgt”)来控制FC电压Vfc以及FC电流Ifc。(2-2-1.目标2次电压V2tgt的计算概要)图4是E⑶24计算DC/DC转换器22的目标2次电压V2tgt的功能模块图。如图4所示，ECU24具有电流-电压变换部130、电流反馈部132 (以下称为“电流FB部132”)、加法器134、2次电压上下限值设定部136、极低电流控制选择开关138 (以下称为“选择开关138”)和上下限限制器140。电流-电压变换部130将目标FC电流Ifctgt变换为第I假定目标2次电压V2tgt_tl。即，预先制作表示目标FC电流Ifctgt与第I假定目标2次电压V2tgt_tl的关系(IV)特性的图，使用该图来设定第I假定目标2次电压V2tgt_tl。换言之，第I假定目标2次电压V2tgt_tl是基于IV特性由目标FC电流Ifctgt直接求出的目标2次电压V2rgt。电流FB部132根据目标FC电流Ifctgt与检测FC电流Ifc之差Δ Ifc,计算2次电压V2的反馈项(以下称为“2次电压FB值V2fb”)。具体而言，针对差Λ Ifc进行PID (比例·积分·微分)控制来计算2次电压FB值V2fb。加法器134将来自电流-电压变换部130的第I假定目标2次电压V2tgt_tl和来自电流FB部132的2次电压FB值V2fb相加，计算第2假定目标2次电压V2tgt_t2。换言之，第2假定目标2次电压V2tgt_t2是对第I假定目标2次电压V2tgt_t2进行了基于差Λ Ifc的反馈控制的目标2次电压V2tgt。2次电压上下限值设定部136设定目标2次电压V2tgt的上限值(以下称为“上限值V2up”或者“上限电压V2up”)以及目标2次电压V2tgt的下限值(以下称为“下限值V21ow”或者“下限电压V21ow”)。在本实施方式中，设定通常时的上限电压V2up以及下限电压V21ow、和极低电流控制时的上限电压V2up和下限电压V21ow。通常时的上限电压V2up，例如被设定为高于OCV的值。此外，通常时的下限电压V21ow，被设定为FC32的最低电压(最低FC电压)，即，作为目标2次电压V2tgt能够设定的最小值。此外，极低电流控制是在系统负载Ls为低负载的情况下，以比通常时的2次电流12的下限值(以下称为“下限值Inmllow”或者“下限电流Inmllow”)低的极低电流(以下称为“极低电流Ivlow”)进行发电的控制。在本实施方式中，极低电流Ivlow，例如被控制在极低电流控制时的基准电流Ivlowref加减α的范围内(使用图7以及图8，后述)。所谓系统负载Ls为低负载的情况，例如系统负载Ls为表示是低负载的低负载判断阈值THLsl (以下也称为“阈值THLsl”)以下的情况，或者车速V [km/h]为表示是低负载的低负载判断阈值THVl (以下也称为“阈值THV1”)以下的情况。另外，ECU24基于电动机转速Nm来计算车速V。此外，极低电流控制时的上限电压V2up以及下限电压V21ow根据FC32的劣化状态来进行设定。具体而言，使用图5所示的图，根据FC32的劣化状态来设定上限电压V2up以及下限电压V21ow。在图5的图中，FC32的劣化状态越发展(图5中，越向右前进)，根据IV特性的变化，将上限电压V2up以及下限电压V21ow设定得低。另外，这里所说的FC32的劣化状态是由E⑶24来判断的，在本实施方式中，例如，使用FC32的工作时间。对于FC32的工作时间，E⑶24对FC32的使用次数进行计数，并且更新记录于未图示的非易失性存储器中。或者，也可以代替FC32的工作时间，而基于FC电压Vfc和FC电流Ifc的实际测量值来确定IV特性。对于上限电压V2up以及下限电压V21ow·的设定，后面进行详细叙述。极低电流控制选择开关138在没有极低电流控制要求时(图4中，用“否”来表示)，输出通常的上限电压V2up以及下限电压V21ow。此外，在存在极低电流控制要求时(图4中，用“是”来表示)，输出极低电流控制用的上限电压V2up以及下限电压V21ow。另外，极低电流控制要求由E⑶24根据系统负载Ls来生成。S卩，E⑶24在系统负载Ls为表示是低负载的所述低负载判断阈值THLsl以下时，输出极低电流控制要求，在系统负载Ls不在阈值THLsl以下时，不输出极低电流控制要求。上下限限制器140对来自加法器134的第2假定目标2次电压V2tgt_t2施加基于来自选择开关138的上限电压V2up以及下限电压V21ow的限制。具体而言，在第2假定目标2次电压V2tgt_t2为下限电压V21ow以上、上限电压V2up以下的情况下(V21ow彡V2tgt_t2 ( V2up)，将第2假定目标2次电压V2tgt_t2直接作为目标2次电压V2tgt而输出。目标2次电压V2tgt在计算DC/DC转换器22的驱动占空比(duty)时使用。此外，在第2假定目标2次电压V2tgt_t2超过上限电压V2up时(V2tgt_t2 >V2up)，上下限限制器140将上限电压V2up作为目标2次电压V2tgt而输出。在第2假定目标2次电压V2tgt_t2小于下限电压V21ow时(V2tgt_t2 < V21ow)，将下限电压V21ow作为目标2次电压V2tgt而输出。据此，能够将目标2次电压V2tgt收于上限电压V2up和下限电压V21ow之间的范围内，将FC电流Ifc收于极低电流控制时的目标电流域内。从上下限限制器140输出的目标2次电压V2tgt，在E⑶24的其他运算模块(未图示)中，用于计算DC/DC转换器22的驱动占空比。(2-2-2.计算目标2次电压V2tgt的流程)图6是E⑶24计算目标2次电压V2tgt的流程图。在步骤Sll中，E⑶24 (电流-电压变换部130)根据目标FC电流Ifctgt来计算第I假定目标2次电压V2tgt_tl。S卩，将在FC32的IV特性中与目标FC电流Ifctgt对应的FC电压Vfc设定为第I假定目标2次电压V2tgt_tl。在步骤S12中，ECU24(电流FB部132)计算2次电压FB值V2fb。具体而言，通过对目标FC电流Ifctgt与检测FC电流IFC的差Λ Ifc进行PID控制，来求出2次电压FB值V2fb。
在步骤S13中，ECU24(加法器134)计算第2假定目标2次电压V2tgt_t2。具体而言，作为由步骤S11求出的第I假定目标2次电压V2tgt_t I与2次电压FB值V2fb之和，来求出第2假定目标2次电压V2tgt_t2。在步骤S14中，E⑶24(上下限值设定部136)计算极低电流控制时的目标2次电压V2tgt的上限值V2up以及下限值V21ow。如上述那样，使用图5的图来求出极低电流控制时的上限值V2up以及下限值V21ow。在步骤S15中，E⑶24 (选择开关138)判断是否存在极低电流控制要求。在没有极低电流控制要求的情况下(S15 :否)，在步骤S16中，ECU24(选择开关138)使用通常时的上限值V2up以及下限值V21ow。在存在极低电流控制要求的情况下(S15 :是)，在步骤S17中，E⑶24 (选择开关138)使用极低电流控制时的上限值V2up以及下限值V21ow。在步骤S18中，E⑶24 (上下限限制器140)判断第2假定目标2次电压V2tgt_t2是否超过上限值V2up。在第2假定目标2次电压V2tgt_t2超过上限值V2up的情况下·(S18 :是)，在步骤S19中，E⑶24 (上下限限制器140)将上限值V2up设定为目标2次电压V2tgt。在第2假定目标2次电压V2tgt_t2为上限值V2up以下的情况下(S18 :否)，进入步骤S20。在步骤S20中，E⑶24 (上下限限制器140)判断第2假定目标2次电压V2tgt_t2是否低于下限值V21ow。在第2假定目标2次电压V2tgt_t2低于下限值V21ow的情况下(S20 :是)，在步骤S21中，E⑶24 (上下限限制器140)将下限值V21ow设定为目标2次电压V2tgt。在第2假定目标2次电压V2tgt_t2为下限值V21ow以上的情况下620:否)，在步骤S22中，E⑶24 (上下限限制器140)将第2假定目标2次电压V2tgt_t2直接设定为目标2次电压V2tgt。(2-2-3.极低电流控制)在图7中，示出通常时的下限电流Inmllow与极低电流控制时的基准电流Ivlowref的关系。在图8中，示出极低电流控制时的基准电流Ivlowref与FC电压Vfc以及目标2次电压V2tgt的上限值V2up和下限值V21ow的关系，以及FC32的初始状态下的电流-电压(IV)特性与FC32劣化之后的IV特性的关系。基准电流Ivlowref是极低电流控制时的极低电流Ivlow的目标范围(目标电流域)的中心值。如图8所示，在极低电流控制时，以基准电流Ivlowref为中心加减α的电流域被设定为目标电流域Rlow。值α是用于规定极低电流控制时的目标电流域Rvlow的值。此外，在初始状态的IV特性中，上限电压V2upl与目标电流域Rlow的下限电流对应，下限电压V21owl与目标电流域Rvlow的上限电流对应。此外，若FC32的劣化发展，则相对于FC电流Ifc的FC电压Vfc下降。因此，在劣化后的IV特性中，上限电压V2up2与目标电流域Rvlow的下限电流对应,下限电压V21ow2与目标电流域Rvlow的上限电流对应。在本实施方式中，事先将上述那样的IV特性的变化作为图5的图而存储，并使用该图。3.本实施方式的效果如以上说明的那样，根据本实施方式，能够提高FC32或者电源系统12整体的发电效率，同时能够抑制FC32的劣化。
S卩，作为FC32的特性，在FC电压Vfc为OCV或者其附近值的情况下，其劣化量D变高(图11)。根据本实施方式，在系统负载Ls为阈值THLsl以下的情况下，进行以比通常时的FC32的下限电流低的极低电流Ivlow进行发电的极低电流控制，在所述极低电流控制时，设定与极低电流IVI ow对应的目标2次电压V21 gt的上限值V2up以及下限值V21 ow (图6的S17)，进行控制使得FC电压Vfc在上限值V2up以及下限值V21ow之间。因此，在极低电流控制时，通过将上限值V2up以及下限值V21ow设定为低于OCV的值，能够抑制FC32的劣化量D。此外，作为FC32的特性，在OCV附近的低电流域中，相对于FC电流Ifc的变化，FC电压Vfc的变化较大(参照图7)。根据本实施方式，在OCV附近的低电流域中，通过设定与极低电流Ivlow对应的目标2次电压V2tgt的上限值V2up以及下限值V21ow,能够高精度地输出极低电流Ivlow。因此，能够高精度地抑制FC电压Vfc的上升，能够防止FC32的劣化。在本实施方式中，设定与极低电流Ivlow对应的目标FC电流Ifctgt,并且根据目·标FC电流Ifctgt与FC电流Ifc之差Λ Ifc来补正目标2次电压V2tgt (参照图4的电流FB部132)。据此，能够使FC电流Ifc进一步高精度地收敛于极低电流Ivlow。在本实施方式中，根据FC32的劣化状态的变化来改变目标2次电压V2tgt的上限值V2up以及下限值V21ow(图5)。据此，能够与FC32的IV特性的变化无关地，稳定地输出极低电流Ivlow。在本实施方式中，FC32能够向电动机14以及蓄电池20提供电力，蓄电池20能够向电动机14提供电力，同时能够以来自电动机14的再生电力Preg进行充电。据此，可以将极低电流控制时来自FC32的剩余电力充电到蓄电池20中。因此，在极低电流控制时，能够抑制FC32的劣化，同时提高FC32和蓄电池20整体的发电效率。4.变形例另外，本发明不局限于上述实施方式，当然可以根据该说明书的记载内容，采用各种构成。例如，可以采用以下的构成。[4-1.应用对象]在上述实施方式中，示出了将电源系统12应用于FC车辆10的例子，但是不局限于此，也可以将电源系统12应用于其他对象。例如，还可以应用于电动辅助自行车、船舶、航空器等移动体。或者，也可以将电源系统12应用于家庭用电力系统。[4-2.电源系统12的构成]在上述实施方式中，采用了并联地配置FC32和蓄电池20，并且在蓄电池20近前配置DC/DC转换器22的构成，但是不局限于此。例如，如图9所示，也可以采用并联地配置FC32和蓄电池20，并且将升压式、降压式或者升降压式的DC/DC转换器150配置在FC32近前的构成。或者，如图10所示，也可以是并联地配置FC32和蓄电池20，并且在FC32近前配置DC/DC转换器150，在蓄电池20近前配置DC/DC转换器22的构成。在上述实施方式中，示出了将FC电力Pfc输出给电动机14和蓄电池20的构成，但是不局限于此。例如，也可以将FC电力Pfc输出给电动机14、蓄电池20以及辅助设备群(包括气泵36以及水泵68等)。或者，也可以将FC电力Pfc仅输出给电动机14。或者，也可以将FC电力Pfc仅输出给所述辅助设备群。
[4-3.极低电流控制]在上述实施方式中，根据是否存在极低电流控制要求，来判断是否进行极低电流控制(图6的S15)。此外，根据系统负载Ls是否为阈值THLsl以下，来判断是否生成极低电流控制要求。但是，只要是否进行极低电流控制的判断是根据系统负载Ls或者电动机14的负载来进行判断，则不局限于此。例如，也可以根据加速器开度Θ是否为表示要求减速或者要求维持停止状态的阈值以下，来判断是否进行极低电流控制。在上述实施方式中，在极低电流控制中，设定了单一的基准电流Ivlowref以及目标电流域Rvlow，但是不局限于此。例如，也可以在处于极低电流控制的车速V以下，根据车速V来改变基准电流Ivlowref以及目标电流域Rvlow。在上述实施方式中，基于目标FC电流Ifctgt与检测FC电流Ifc之差Λ Ifc来计算2次电压FB值V2fb，并且使用2次电压FB值V2fb来计算目标2次电压V2tgt (参照图4)。但是，也可以采用不计算2次电压FB值V2fb的构成。
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在上述实施方式中，根据FC32的劣化状态来设定目标2次电压V2tgt (第2假定目标2次电压V2tgt_t2的上限值V2up以及下限值V21ow，但是只要使FC32的IV特性变化，则也可以基于其他因素来设定上限电压V2up以及下限电压V21ow。作为这种因素，例如，可以使用FC32的干燥状态。在该情况下，可以设置FC32的湿度传感器，使用其检测值来判断干燥状态。
权利要求
1.一种燃料电池车辆(10),具备 燃料电池(32)； 转换器(22)，其控制所述燃料电池(32)的输出电压； 负载(30)，其从所述燃料电池(32)接受电力提供；和 控制装置(24)，其根据所述负载(30)的负载量来设定所述燃料电池(32)的目标输出，并且将与所述目标输出相应的所述燃料电池(32)的目标电压指示给所述转换器(22)， 其中，所述控制装置(24)，在所述负载量为规定值以下时，进行以低于通常运转时的所述燃料电池(32)的下限电流的极低电流进行发电的极低电流控制，并且在所述极低电流控制时，设定与所述极低电流对应的所述转换器(22)的目标输出电压的上下限值，进行控制使得所述燃料电池(32)的输出电压处于所述上下限值内。
2.根据权利要求I所述的燃料电池车辆(10)，其特征在于， 设定与所述极低电流对应的所述燃料电池(32)的目标电流，并且根据所述燃料电池(32)的目标电流与输出电流的差，来补正所述转换器(22)的目标输出电压。
3.根据权利要求I或2所述的燃料电池车辆(10)，其特征在于， 检测所述燃料电池(32)的电流-电压特性的变化，并且根据所述电流-电压特性的变化来改变所述上下限值。
4.根据权利要求I或2所述的燃料电池车辆(10)，其特征在于， 所述燃料电池车辆(10)还具备蓄电装置(20)， 所述负载(30)包括行驶电动机(14)， 所述燃料电池(32)能够向所述行驶电动机(14)以及所述蓄电装置(20)提供电力，所述蓄电装置(20)能够向所述行驶电动机(14)提供电力，并且能够以来自所述行驶电动机(14)的再生电力进行充电。
全文摘要
本发明提供一种燃料电池车辆。FC车辆(10)的控制装置(24)在负载(30)的负载量为规定值以下时，进行以低于通常运转时的FC(32)的下限电流的极低电流进行发电的极低电流控制，所述极低电流控制时，设定与所述极低电流对应的转换器(22)的目标输出电压的上下限值，进行控制使得FC(32)的输出电压处于所述上下限值内。
文档编号B60L11/18GK102785584SQ201210140610
公开日2012年11月21日 申请日期2012年5月8日 优先权日2011年5月18日
发明者松本裕嗣, 渡边和典, 白坂卓也 申请人:本田技研工业株式会社