專利名稱：燃料電池車輛的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及防止通過(guò)氧化劑氣體以及燃料氣體的兩反應(yīng)氣體的電化學(xué)反應(yīng)而發(fā)電的燃料電池的劣化、并提高了再生時(shí)的系統(tǒng)效率的燃料電池車輛。
背景技術(shù)：
燃料電池例如具備以陰極電極和陽(yáng)極電極來(lái)對(duì)全氟磺酸的薄膜中浸潰有水的固體高分子電解質(zhì)膜進(jìn)行夾持而成的電解質(zhì)膜/電極構(gòu)造體(MEA)。陰極電極以及陽(yáng)極電極具有由碳紙等構(gòu)成的氣體擴(kuò)散層、以及表面擔(dān)負(fù)有鉬合金(白金合金)等觸媒(下面也稱作Pt觸媒)粒子的碳粒子被均勻地涂敷在所述氣體擴(kuò)散層的表面而形成的電極觸媒層。電極觸媒層在固體高分子電解質(zhì)膜的兩面形成。作為用于抑制燃料電池的劣化的技術(shù)，提出了特開(kāi)2007-005038號(hào)公報(bào)(下面稱作JP2007-005038A)。在該JP2007-005038A所提出的技術(shù)中，以避開(kāi)使所述Pt觸媒產(chǎn)生燒結(jié)現(xiàn)象(Pt觸媒的凝聚)的氧化還原電位的方式來(lái)使燃料電池發(fā)電。但是，在燃料電池車輛中，在車輛的減速時(shí)等會(huì)產(chǎn)生再生電力，而為了提高系統(tǒng)效率，優(yōu)選將該再生電力充電至蓄電池中。在JP2007-005038A中進(jìn)行了如下公開(kāi)即使加速器開(kāi)度提高，到蓄電池的SOC值低于第I充電閾值(SOC值的下限目標(biāo)值)為止，也都將燃料電池單體電池的輸出電壓限制在0. 7V程度地從蓄電池供應(yīng)電力，若探測(cè)到SOC值低于第I充電閾值，則通過(guò)提高燃料電池的發(fā)電電力來(lái)使所述輸出電壓從0. 7V程度降下，并對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，即使加速器開(kāi)度下降，其后也都持續(xù)對(duì)燃料電池的發(fā)電電力進(jìn)行了提高的狀態(tài)來(lái)對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，直到SOC值超過(guò)第2充電閾值(S0C值上限目標(biāo)值)為止。如此，通過(guò)將燃料電池的輸出電壓限制在氧化還原電位以下的電位，能抑制燃料電池的劣化，但由于即使加速器開(kāi)度下降，換言之在能進(jìn)行再生電力的回收時(shí)，也持續(xù)著對(duì)燃料電池的發(fā)電電力進(jìn)行了提高的狀態(tài)，因此會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)效率惡化這樣的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明考慮這樣的課題而提出，目的在于提供一種在抑制燃料電池的劣化的同時(shí)，提高再生電力的回收效率，結(jié)果能提高系統(tǒng)效率的燃料電池車輛。本發(fā)明所涉及的燃料電池車輛具備燃料電池，其被供應(yīng)含氧的第I氣體和含氫的第2氣體，通過(guò)觸媒促進(jìn)反應(yīng)來(lái)發(fā)電；氣體供應(yīng)部，其對(duì)所述燃料電池供應(yīng)所述第I氣體以及所述第2氣體中的至少一者；電壓調(diào)整部，其調(diào)整所述燃料電池的輸出電壓；驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，其作為由所述燃料電池的輸出電力驅(qū)動(dòng)的負(fù)載；和蓄電裝置，其積蓄來(lái)自所述驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的再生發(fā)電所產(chǎn)生的電力，所述燃料電池車輛的特征在于，所述燃料電池車輛具有控制部，其控制所述燃料電池、所述氣體供應(yīng)部、所述電壓調(diào)整部、所述驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、以及所述蓄電裝置，所述控制部在所述驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的再生發(fā)電時(shí)，在由所述電壓調(diào)整部將所述燃料電池的電壓固定為所述燃料電池的氧化還原進(jìn)行電壓范圍外的規(guī)定電壓的狀態(tài)下，通過(guò)所述氣體供應(yīng)部使所述氧濃度或氫濃度降低，來(lái)使所述燃料電池的輸出電力減少。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)對(duì)將燃料電池的電壓固定為氧化還原進(jìn)行電壓范圍外的規(guī)定電壓的狀態(tài)進(jìn)行維持來(lái)抑制燃料電池的劣化、同時(shí)回收再生電力時(shí)，通過(guò)用氣體供應(yīng)部使氧濃度或氫濃度降低來(lái)使燃料電池的輸出電力減少，從而降低從燃料電池至蓄電裝置的作為充電用途而供應(yīng)的發(fā)電電力(瞬間發(fā)電電力)，由此能良好地回收再生電力。因此，能抑制燃料電池的劣化，提高再生電力的回收效率，其結(jié)果是，能提高系統(tǒng)效率。在此情況下，將所述燃料電池的所述氧化還原進(jìn)行電壓范圍外的所述規(guī)定電壓設(shè)為超過(guò)所述氧化還原進(jìn)行電壓范圍的上限電壓的電壓，從而再生時(shí)的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的輸出電壓成為高電壓，在維持劣化抑制的同時(shí)進(jìn)一步提高了再生效率。另外，將所述燃料電池的所述氧化還原進(jìn)行電壓范圍外的所述規(guī)定電壓設(shè)為超過(guò)所述氧化還原進(jìn)行電壓范圍的所述上限電壓的所述電壓中的、所述燃料電池的劣化量少的電壓，由此能使劣化的抑制最大化(使劣化的進(jìn)行最小化)。另外，所述控制部在判斷為由所述溫度傳感器檢測(cè)出的所述燃料電池的溫度為閾值溫度以下的溫度時(shí)，將所述燃料電池的所述氧化還原進(jìn)行電壓外的所述規(guī)定電壓設(shè)為低于所述氧化還原進(jìn)行電壓范圍的下限電壓的電壓，從而燃料電池中的熱損失增加，這部分能對(duì)燃料電池進(jìn)行預(yù)熱。為了進(jìn)一步提高預(yù)熱的效果，優(yōu)選地，所述控制部在判斷為所述燃料電池的溫度為閾值溫度以下的溫度時(shí)，通過(guò)冷卻部來(lái)使冷媒的流量降低。根據(jù)本發(fā)明，在驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的再生發(fā)電時(shí)將燃料電池的電壓固定為氧化還原進(jìn)行范圍外的規(guī)定電壓的狀態(tài)下，使氧濃度或氫濃度降低來(lái)減少燃料電池的輸出電力，因此在抑制燃料電池的劣化的同時(shí)提高了再生電力的回收效率，其結(jié)果是，能提高系統(tǒng)效率(例如，包含提高燃料電池車輛的燃油效率)。能根據(jù)參照附圖來(lái)說(shuō)明的以下的實(shí)施方式的說(shuō)明來(lái)容易地了解上述目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)。


圖1是搭載了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)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是所述實(shí)施方式中的燃料電池組件的概略構(gòu)成圖。圖4是表示所述實(shí)施方式中的DC/DC轉(zhuǎn)換器的細(xì)節(jié)的電路圖。圖5是電子控制裝置(ECT)中的基本的控制(主例程)的流程圖。圖6是計(jì)算系統(tǒng)負(fù)載的流程圖。圖7是表示當(dāng)前的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和電動(dòng)機(jī)預(yù)計(jì)功耗的關(guān)系的圖。圖8是表示構(gòu)成燃料電池的燃料電池單體電池的電位和單體電池的劣化量的關(guān)系的一例的圖。圖9是表示燃料電池單體電池的電位的變動(dòng)速度不同的情況下的氧化的進(jìn)行和還原的進(jìn)行的樣子的示例的循環(huán)伏安圖。圖10是燃料電池的通常的電流/電壓特性的說(shuō)明圖。
圖11是表示陰極化學(xué)計(jì)量比和單體電池電流的關(guān)系的圖。圖12是供燃料電池的能量管理以及發(fā)電控制所涉及的基本控制模式的說(shuō)明用的流程圖。圖13是燃料電池中的多個(gè)電力供應(yīng)模式(基本控制模式等)的說(shuō)明圖。圖14是表示蓄電池的SOC值和充放電系數(shù)的關(guān)系的圖。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)FC電流和目標(biāo)空氣泵轉(zhuǎn)速以及目標(biāo)水泵轉(zhuǎn)速的關(guān)系的圖。圖17是表示目標(biāo)FC電流和目標(biāo)背壓閥開(kāi)度的關(guān)系的圖。圖18是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制的流程圖。圖19是表示燃料電池的發(fā)電電力和發(fā)電效率的關(guān)系的圖。圖20是供以圖12的基本控制模式為前提的能量管理以及發(fā)電控制的說(shuō)明用的流程圖(其I)。圖21是供以圖12的基本控制模式為前提的能量管理以及發(fā)電控制的說(shuō)明用的流程圖(其2)。圖22是電動(dòng)機(jī)效率相對(duì)于電動(dòng)機(jī)電壓的對(duì)應(yīng)說(shuō)明圖。圖23是充電效率相對(duì)于充電電流的對(duì)應(yīng)說(shuō)明圖。圖24是比較第I實(shí)施例和基本控制等所涉及的技術(shù)來(lái)進(jìn)行說(shuō)明的時(shí)序圖。圖25是表示蓄電池可充電電力相對(duì)于蓄電池溫度的對(duì)應(yīng)說(shuō)明圖。圖26是低溫下再生時(shí)等的電力供應(yīng)模式的說(shuō)明圖。圖27是冷媒流量相對(duì)于燃料電池堆溫度的對(duì)應(yīng)說(shuō)明圖。圖28是比較第2實(shí)施例和比較例的技術(shù)來(lái)進(jìn)行說(shuō)明的時(shí)序圖。圖29是第3實(shí)施例中的燃料電池組件的概略構(gòu)成30是表示循環(huán)閥的閥開(kāi)度與陰極流路中的氧濃度的關(guān)系的圖。圖31是表示燃料電池系統(tǒng)的第I變形例的概略構(gòu)成的框圖。圖32是表示燃料電池系統(tǒng)的第2變形例的概略構(gòu)成的框圖。圖33是表示燃料電池系統(tǒng)的第3變形例的概略構(gòu)成的框圖。
具體實(shí)施例方式圖1是搭載了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式所涉及的燃料電池系統(tǒng)12(下面稱作“FC系統(tǒng)12”)的燃料電池車輛10 (下面稱作“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1以及圖2所示，F(xiàn)C車輛10除了 FC系統(tǒng)12以外，還具有行駛用電動(dòng)機(jī)14 (驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī))、逆變器(雙向的直流/交流變換器)16。FC系統(tǒng)12具有燃料電池組件18 (下面稱作“FC組件18”)、高壓蓄電池20 (下面稱作“蓄電池20”)(蓄電裝置)、DC/DC轉(zhuǎn)換器22(電壓調(diào)整部)、和電子控制裝置24(下面稱作“ECU24”)(控制部)。電動(dòng)機(jī)14基于FC組件18以及蓄電池20所供應(yīng)的電力來(lái)生成驅(qū)動(dòng)力，該驅(qū)動(dòng)力通過(guò)了變速箱26來(lái)使車輪28旋轉(zhuǎn)。另外，電動(dòng)機(jī)14將通過(guò)進(jìn)行再生而生成的電力(再生電力Preg) [W]輸出給蓄電池20等(參照?qǐng)D2)。逆變器16 {也稱作PDU (Power Drive Unit)}構(gòu)成為三相全橋型，進(jìn)行直流/交流變換，將直流變換成三相的交流并供應(yīng)給電動(dòng)機(jī)14，另一方面，伴隨著電動(dòng)機(jī)14的再生動(dòng)作的交流/直流變換后的直流通過(guò)DC/DC轉(zhuǎn)換器22而供應(yīng)給蓄電池20等。另外，將電動(dòng)機(jī)14和逆變器16合起來(lái)稱作負(fù)載30 (在與后述的輔助設(shè)備負(fù)載31區(qū)分的情況下也稱作主負(fù)載30)。主負(fù)載30和輔助設(shè)備負(fù)載31合起來(lái)稱作負(fù)載33 (也稱作總負(fù)載33)。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 (下面稱作“FC堆40”或“FC40”)、對(duì)FC堆40的陽(yáng)極供排氫(燃料氣體)的陽(yáng)極系統(tǒng)54、對(duì)FC堆40的陰極供排含氧的空氣(氧化劑氣體)的陰極系統(tǒng)56、用于使冷卻FC堆40的冷卻水(冷媒)循環(huán)的冷卻系統(tǒng)58、以及單體電池電壓監(jiān)視器42。FC堆40例如具有層疊燃料電池單體電池(下面稱作“FC單體電池”)的構(gòu)造，其中燃料電池單體電池通過(guò)以陽(yáng)極電極和陰極電極來(lái)從兩側(cè)夾持固體高分子電解質(zhì)膜而形成。陽(yáng)極系統(tǒng)54具有氫罐44、調(diào)節(jié)器46、噴射器48以及凈化閥50。氫罐44用于收納作為燃料氣體的氫，介由配管44a、調(diào)節(jié)器46、配管46a、噴射器48以及配管48a而與FC40的陽(yáng)極流路52的入口連接。由此，能介由配管44a等將氫罐44中的氫供應(yīng)給陽(yáng)極流路52。另外，在配管44a設(shè)有阻斷閥(未圖示)，在FC堆40的發(fā)電時(shí)，通過(guò)E⑶24來(lái)打開(kāi)該阻斷閥。調(diào)節(jié)器46將所導(dǎo)入的氫的壓力調(diào)整為規(guī)定值后再排出。即，調(diào)節(jié)器46按照介由配管46b而輸入的陰極側(cè)的空氣的壓力(先導(dǎo)壓力)，來(lái)控制下游側(cè)的壓力(陽(yáng)極側(cè)的氫的壓力)。因此，陽(yáng)極側(cè)的氫的壓力與陰極側(cè)的空氣的壓力聯(lián)動(dòng)，如后述那樣，若為了改變氧濃度而改變空氣泵60的轉(zhuǎn)速等，則陽(yáng)極側(cè)的氫的壓力也改變。噴射器48用噴嘴來(lái)噴射來(lái)自氫罐44的氫，從而使負(fù)壓產(chǎn)生，能通過(guò)該負(fù)壓來(lái)吸引配管48b的陽(yáng)極廢氣。陽(yáng)極流路52的出口介由配管48b而與噴射器48的吸氣口連接。并且，從陽(yáng)極流路52排出的陽(yáng)極廢氣通過(guò)配管48b而被再度導(dǎo)入噴射器48，從而陽(yáng)極廢氣(氫)得以循環(huán)。另外，陽(yáng)極廢氣包含在陽(yáng)極中的電極反應(yīng)中未被消耗掉的氫以及水蒸氣。另外，在配管48b，設(shè)有分離、回收包含在陽(yáng)極廢氣中的水分{凝聚水(液體)、水蒸氣(氣體)}的氣液分離器(未圖不)。配管48b的一部分介由配管50a、凈化閥50以及配管50b而與設(shè)于配管64c的稀釋器(未圖示)連接。在判定為FC堆40的發(fā)電不穩(wěn)定的情況下，基于來(lái)自ECU24的指令來(lái)打開(kāi)凈化閥50規(guī)定時(shí)間。所述稀釋器用陰極廢氣來(lái)稀釋來(lái)自凈化閥50的陽(yáng)極廢氣中的氫，并排出到大氣中。陰極系統(tǒng)56具有空氣泵60、加濕器62以及背壓閥64?？諝獗?0是用于將外部氣體(空氣)壓縮后送入陰極側(cè)的構(gòu)成，其吸氣口介由配管60a而與車外(外部、外部氣體)連通?？諝獗?0的噴出口介由配管60b、加濕器62以及配管62a而與陰極流路74的入口連接?？諝獗?0按照E⑶24的指令而工作時(shí)，空氣泵60介由配管60a吸入車外的空氣并壓縮，且將該壓縮后的空氣通過(guò)配管60b等而壓送至FC40的陰極流路74。
加濕器62具備具有水分透過(guò)性的多個(gè)中空絲膜62e。并且，加濕器62介由中空絲膜62e在朝向陰極流路74的空氣和從陰極流路74排出的濕潤(rùn)的陰極廢氣之間進(jìn)行水分交換，對(duì)朝向陰極流路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、配管64b以及配管64c。從陰極流路74排出的陰極廢氣(氧化劑廢氣)通過(guò)配管62b等，從配管64c排出到車外(大氣)。背壓閥64例如由蝴蝶閥構(gòu)成，通過(guò)E⑶24來(lái)控制其開(kāi)度，由此控制陰極流路74中的空氣的壓力。更具體地，若背壓閥64的開(kāi)度變小，則陰極流路74中的空氣的壓力上升，單位體積流量的氧濃度(體積濃度)變高。反之，若背壓閥64的開(kāi)度變大，則陰極流路74中的空氣的壓力下降，單位體積流量的氧濃度(體積濃度)變低。溫度傳感器72安裝在配管64a，對(duì)陰極廢氣的溫度進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果輸出給ECU24。冷卻系統(tǒng)58具有水泵80以及散熱器(radiator) 82。水泵80使冷卻水(冷媒)循環(huán)，其噴出口依次介由配管80a、FC40的冷媒流路84、配管82a、散熱器82、配管82b而與水泵80的吸入口連接。水泵80按照E⑶24的指令而工作時(shí)，冷卻水在冷媒流路84和散熱器82之間循環(huán)，從而冷卻FC堆40。單體電池電壓監(jiān)視器42是對(duì)構(gòu)成FC堆40的多個(gè)單體電池的每一個(gè)的單體電池電壓Vcell進(jìn)行檢測(cè)的測(cè)量設(shè)備，具備監(jiān)視器主體、連接監(jiān)視器主體和各單體電池的線束。監(jiān)視器主體以規(guī)定周期對(duì)全部單體電池進(jìn)行掃描，檢測(cè)各單體電池的單體電池電壓Vcell，算出平均單體電池電壓以及最低單體電池電壓。然后，將平均單體電池電壓以及最低單體電池電壓輸出給E⑶24。如圖2所示，來(lái)自FC堆40的電力(下稱作“FC電力Pfc”)除了供應(yīng)給逆變器16以及電動(dòng)機(jī)14 (供電時(shí))，并通過(guò)DC/DC轉(zhuǎn)換器22供應(yīng)給高電壓蓄電池20 (充電時(shí))，還供應(yīng)給所述空氣泵60、水泵80、空氣調(diào)節(jié)器90、步進(jìn)降壓轉(zhuǎn)換器92 (降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器)、低電壓蓄電池94、附件96以及E⑶24。另外，在FC堆40和逆變器16以及DC/DC轉(zhuǎn)換器22之間配置有逆流防止二極管98。另外，通過(guò)電壓傳感器100(圖4)來(lái)檢測(cè)FC堆40的發(fā)電電壓(下面稱作“FC電壓Vfc”)，通過(guò)電流傳感器102來(lái)檢測(cè)FC堆40的發(fā)電電流Ifc (下面稱作“FC電流Ifc”)，將它們的檢測(cè)結(jié)果都輸出給ECU24。蓄電池20是包含多個(gè)蓄電池單體電池的蓄電裝置(儲(chǔ)能器)，例如，能利用鋰離子二次電池等。也可以利用電容器。在本實(shí)施方式中，利用鋰離子二次電池。通過(guò)電壓傳感器120來(lái)檢測(cè)蓄電池20的輸出電壓(下面稱作“蓄電池電壓Vbat或一次電壓VI”) [V]，通過(guò)電流傳感器124檢測(cè)蓄電池20的輸出電流(下面稱作“蓄電池電流Ibat或一次電流II”)[A]，并將它們的檢測(cè)結(jié)果分別輸出給E⑶24。進(jìn)一步地，通過(guò)SOC傳感器104(圖2)檢測(cè)蓄電池20的剩余容量(下面稱作“S0C”)[% ]，并將檢測(cè)結(jié)果輸出給ECU24。DC/DC轉(zhuǎn)換器22使來(lái)自FC組件18的FC電力Pfc、從蓄電池20供應(yīng)的電力(下面稱作“蓄電池電力Pbat”)[W]、來(lái)自電動(dòng)機(jī)14的再生電力Preg的供應(yīng)目的地在ECU24的控制下進(jìn)行控制。在圖4中，示出了本實(shí)施方式的DC/DC轉(zhuǎn)換器22的一例。如圖4所示，DC/DC轉(zhuǎn)換器22—方與蓄電池20的某一次側(cè)IS連接，另一方與負(fù)載33和FC堆40的連接點(diǎn)即二次側(cè)2S連接。DC/DC轉(zhuǎn)換器22基本上是將一次側(cè)IS的電壓(一次電壓Vl = Vbat) [V]升壓至二次側(cè)2S的電壓(二次電壓V2) [V] (VI ( V2)、且將二次電壓V2降壓至一次電壓Vl (VI =Vbat)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由配置于一次側(cè)IS和二次側(cè)2S之間的相臂UA、和電抗器110構(gòu)成。相臂UA由作為高側(cè)臂的上臂元件(上臂開(kāi)關(guān)元件112和二極管114)和作為低側(cè)臂的下臂元件(下臂開(kāi)關(guān)元件116和二極管118)構(gòu)成。在上臂開(kāi)關(guān)元件112和下臂開(kāi)關(guān)元件116中，分別例如采用MOSFET或IGBT等。電抗器110被插入在相臂UA的中點(diǎn)(公共連接點(diǎn))和蓄電池20的正極之間，通過(guò)DC/DC轉(zhuǎn)換器22來(lái)在一次電壓Vl和二次電壓V2之間變換電壓時(shí)，具有積蓄以及放出能
量的作用。上臂開(kāi)關(guān)元件112通過(guò)從E⑶24輸出的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)(驅(qū)動(dòng)電壓)UH的高電平而接通，下臂開(kāi)關(guān)元件116通過(guò)柵極的驅(qū)動(dòng)信號(hào)(驅(qū)動(dòng)電壓)UL的高電平而接通。另外，E⑶24通過(guò)與一次側(cè)IS的平滑電容器122并聯(lián)設(shè)置的電壓傳感器120來(lái)檢測(cè)一次電壓Vl [V]，通過(guò)電流傳感器124來(lái)檢測(cè)一次側(cè)的電流(一次電流II) [A]。另外，E⑶24通過(guò)與二次側(cè)2S的平滑電容器128并聯(lián)設(shè)置的電壓傳感器126來(lái)檢測(cè)二次電壓V2[V]，通過(guò)電流傳感器130來(lái)檢測(cè)二次側(cè)2S的電流(二次側(cè)電流12) [A]。在DC/DC轉(zhuǎn)換器22的升壓時(shí)，在第I定時(shí)，柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)UL成為高電平且柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)UH成為低電平，在電抗器110中積蓄來(lái)自蓄電池20的能量(從蓄電池的正側(cè)起到電抗器110、下臂開(kāi)關(guān)元件116、以及蓄電池20的負(fù)側(cè)為止的電流路徑)。在第2定時(shí)，柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)UL成為低電平且柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)UH成為低電平，積蓄在電抗器110中的能量通過(guò)二極管114而被供應(yīng)到二次側(cè)2S(從蓄電池20的正側(cè)起到電抗器110、二極管114、二次側(cè)2S的正側(cè)、負(fù)載33等、二次側(cè)2S的負(fù)側(cè)、蓄電池20的負(fù)側(cè)的電流路徑)。以后，反復(fù)升壓時(shí)的上述的第I定時(shí)和第2定時(shí)。在DC/DC轉(zhuǎn)換器22的降壓時(shí)，在第I定時(shí)，柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)UH成為高電平且柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)UL成為低電平，在電抗器110中積蓄來(lái)自二次側(cè)2S(FC堆40或者電動(dòng)機(jī)14再生中的負(fù)載33)的能量，并將該能量對(duì)蓄電池20進(jìn)行充電。在第2定時(shí)，柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)UH成為低電平且柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)UL成為低電平，在電抗器110中積蓄的能量被供應(yīng)給二極管118、蓄電池20，來(lái)對(duì)蓄電池20進(jìn)行充電。另外，根據(jù)圖2可知，再生電力Preg也能供應(yīng)給空氣泵60等的輔助設(shè)備負(fù)載31。后面，反復(fù)降壓時(shí)的上述的第I定時(shí)和第2定時(shí)。DC/DC轉(zhuǎn)換器22除了作為上述斬波型進(jìn)行動(dòng)作以外，還能作為直接型進(jìn)行動(dòng)作。在作為直接型進(jìn)行動(dòng)作的情況下，柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)UH在占空比100[% ]下成為高電平，且柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)UL在占空比0[% ]下成為低電平，在蓄電池20進(jìn)行放電時(shí)，從一次側(cè)IS通過(guò)二極管114向二次側(cè)2S供應(yīng)電流(例如從蓄電池20向負(fù)載33供應(yīng)電力)，在對(duì)蓄電池20進(jìn)行充電的情況下，從二次側(cè)2S通過(guò)上臂開(kāi)關(guān)元件112向蓄電池20供應(yīng)電流(例如從電動(dòng)機(jī)14向蓄電池20供應(yīng)再生電力Preg)。E⑶24介由通信線140(圖1等)來(lái)控制電動(dòng)機(jī)14、逆變器16、FC組件18、輔助設(shè)備負(fù)載31、蓄電池20以及DC/DC轉(zhuǎn)換器22等。在進(jìn)行該控制時(shí)，執(zhí)行存儲(chǔ)器(ROM)中所容納的程序，另外，使用單體電池電壓監(jiān)視器42、流量傳感器68、溫度傳感器72、電壓傳感器100、120、126、電流傳感器102、124、130、SOC傳感器104等的各種傳感器的檢測(cè)值。在此的各種傳感器除了上述的傳感器以外，還包含開(kāi)度傳感器150、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器152以及車速傳感器154 (圖1)。開(kāi)度傳感器150檢測(cè)加速器踏板156的踩下角度即開(kāi)度(加速器開(kāi)度)9 P [度]。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器152檢測(cè)電動(dòng)機(jī)14的轉(zhuǎn)速NmQrpm]。車速傳感器154檢測(cè)FC車輛10的車速Vs [km/h]。進(jìn)而，在E⑶24連接有主開(kāi)關(guān)158 (下面稱作“主SW158” )。主SW158是切換能否從FC組件18以及蓄電池20向電動(dòng)機(jī)14供應(yīng)電力的開(kāi)關(guān)(與引擎車輛的點(diǎn)火開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān))，能由用戶操作。E⑶24包括微機(jī)，根據(jù)需要，具有計(jì)時(shí)器、A/D變換器、D/A變換器等的輸入輸出接口。另外，E⑶24還能不是僅由I個(gè)E⑶構(gòu)成，而是由電動(dòng)機(jī)14、FC組件18、蓄電池20以及DC/DC轉(zhuǎn)換器22的每一個(gè)中的多個(gè)E⑶構(gòu)成。E⑶24從不僅基于FC堆40的狀態(tài)、蓄電池20的狀態(tài)以及電動(dòng)機(jī)14的狀態(tài)還基于來(lái)自各種開(kāi)關(guān)以及各種傳感器的輸入(負(fù)載請(qǐng)求)而決定的作為FC車輛10整體對(duì)FC系統(tǒng)12請(qǐng)求的負(fù)載中，對(duì)要由FC堆40負(fù)擔(dān)的負(fù)載、要由蓄電池20負(fù)擔(dān)的負(fù)載、要由再生電源(電動(dòng)機(jī)14)負(fù)擔(dān)的負(fù)載的配比(分擔(dān))一邊進(jìn)行協(xié)調(diào)一邊予以決定，并向電動(dòng)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。[基本的控制動(dòng)作的說(shuō)明]接下來(lái)，說(shuō)明E⑶24中的基本控制。以該基本控制為前提來(lái)在后面敘述第I 第3實(shí)施例。在圖5中示出E⑶24中的基本控制(主例程)的流程圖。在步驟SI中，E⑶24判定主SW158是否為接通。在主SW158不為接通的情況下(S1:否)，反復(fù)步驟SI。在主SW158為接通的情況下(S1:是)，前進(jìn)到步驟S2。在步驟S2中，E⑶24計(jì)算對(duì)FC系統(tǒng)12請(qǐng)求的負(fù)載(稱作系統(tǒng)負(fù)載Psys或系統(tǒng)請(qǐng)求負(fù)載Psys) [W]。在步驟S3中，E⑶24基于計(jì)算出的系統(tǒng)負(fù)載Psys來(lái)進(jìn)行FC系統(tǒng)12的能量管理。在此所說(shuō)的能量管理謀求能抑制FC堆40的劣化，并提高FC系統(tǒng)12整體的輸出的效率(系統(tǒng)效率)。在步驟S4中，E⑶24基于能量管理處理結(jié)果來(lái)進(jìn)行FC堆40的周邊設(shè)備即空氣泵60、背壓閥64以及水泵80的控制(FC發(fā)電控制)。進(jìn)而，在步驟S5中，E⑶24進(jìn)行電動(dòng)機(jī)14的轉(zhuǎn)矩控制。在步驟S6中，E⑶24判定主SW158是否為斷開(kāi)。在主SW158不為斷開(kāi)的情況下(S6 :否)，返回步驟S2。在主SW158為斷開(kāi)的情況下(S6 :是)，結(jié)束本次的處理。在圖6中示出了計(jì)算步驟S2的系統(tǒng)負(fù)載Psys的流程圖。在步驟Sll中，E⑶24從開(kāi)度傳感器150讀取加速器踏板156的開(kāi)度0 p。在步驟S12中，E⑶24從電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器152讀取電動(dòng)機(jī)14的轉(zhuǎn)速Nm[rpm]。在步驟S13中，E⑶24基于開(kāi)度0 p和轉(zhuǎn)速Nm來(lái)算出電動(dòng)機(jī)14的預(yù)計(jì)功耗Pm[W]。具體地，在圖7所示的當(dāng)前的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速NmQrpm]和電動(dòng)機(jī)預(yù)計(jì)功耗Pm[W]的映射圖(特性)中，按每個(gè)開(kāi)度Qp來(lái)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)速Nm和預(yù)計(jì)功耗Pm的關(guān)系。例如，在開(kāi)度0p為0pl時(shí)，使用特性180。同樣地，在開(kāi)度0p為0p2、0p3、0p4、0p5、0p6時(shí)，分別使用特性182、184、186、188、190。然后，在基于開(kāi)度0 P而特定了表示轉(zhuǎn)速Nm和預(yù)計(jì)功耗Pm的關(guān)系的特性的基礎(chǔ)上，特定與轉(zhuǎn)速Nm相應(yīng)的預(yù)計(jì)功耗Pm。另外，在供電側(cè)的加速中，預(yù)計(jì)功耗Pm成為正的值，在再生側(cè)的減速中，預(yù)計(jì)功耗Pm成為負(fù)的值，即預(yù)計(jì)再生電力。在步驟S14中，E⑶24從各輔助設(shè)備負(fù)載31讀取當(dāng)前的動(dòng)作狀況。在此的輔助設(shè)備負(fù)載31中，例如如圖2所示，包括包含空氣泵60、水泵80以及空氣調(diào)節(jié)器90在內(nèi)的高電壓系統(tǒng)的輔助設(shè)備；和包括低電壓蓄電池94、附件96以及ECU24在內(nèi)的低電壓系統(tǒng)的輔助設(shè)備。例如，若是空氣泵60以及水泵80，則分別讀取轉(zhuǎn)速Nap、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按照各輔助設(shè)備的當(dāng)前的動(dòng)作狀況來(lái)算出輔助設(shè)備的功耗Pa[ff]。在步驟S16中，E⑶24求取電動(dòng)機(jī)14的預(yù)計(jì)功耗Pm和輔助設(shè)備的功耗Pa之和(暫定系統(tǒng)負(fù)載Pm+Pa),算出在FC車輛10整體的預(yù)計(jì)功耗、即系統(tǒng)負(fù)載Psys (Psys = Pm+Pa, 也標(biāo)記為Psys — Pm+Pa)。如上所述，在本實(shí)施方式的能量管理中，謀求抑制FC堆40的劣化，并提高FC系統(tǒng)12整體的輸出的效率。圖8表示構(gòu)成FC堆40的FC單體電池的電壓(單體電池電壓Vcell) [V]和單體電池的劣化量D的關(guān)系的一例。S卩，圖8中的曲線(特性)142表示單體電池電壓Vcell和劣化量D的關(guān)系。在圖8中，在低于電位vl (例如0. 5V)的區(qū)域(下面稱作“鉬凝聚增加區(qū)域R1”或“凝聚增加區(qū)域R1”)中，針對(duì)包含在FC單體電池中的鉬(氧化鉬)，劇烈地進(jìn)行還原反應(yīng)，鉬過(guò)度地凝聚。電位vl至電位v2 (例如0. 8V)，是穩(wěn)定地進(jìn)行還原反應(yīng)的區(qū)域(下面稱作“鉬還原穩(wěn)定區(qū)域R2”、或“還原穩(wěn)定區(qū)域R2”或“觸媒還原穩(wěn)定電壓范圍內(nèi)R2”)。 電壓V2至電壓v3 (例如0. 9V)是對(duì)于鉬而言進(jìn)行氧化還原反應(yīng)的區(qū)域(下面稱作“鉬氧化還原進(jìn)行區(qū)域R3”或“氧化還原進(jìn)行區(qū)域R3”)。電壓v3到電壓v4 (例如0. 95V)是對(duì)于鉬而言穩(wěn)定地進(jìn)行氧化還原的區(qū)域(下面稱作“鉬氧化穩(wěn)定區(qū)域R4”或“氧化穩(wěn)定區(qū)域R4”)。電壓v4至0CV(開(kāi)路電壓)，是包含于FC單體電池中的碳的氧化進(jìn)行的區(qū)域(下面稱作“碳氧化進(jìn)行區(qū)域R5”)。如上所述可知，在圖8中，若單體電池電壓Vcell處于鉬還原穩(wěn)定區(qū)域R2或鉬氧化穩(wěn)定區(qū)域R4，則FC單體電池的劣化的進(jìn)行程度較小。另一方面，若單體電池電壓Vcell處于鉬凝聚增加區(qū)域R1、鉬氧化還原進(jìn)行區(qū)域R3或碳氧化進(jìn)行區(qū)域R5)，則FC單體電池的劣化的進(jìn)行程度較大。另外，在圖8中，按照唯一確定曲線(特性)142的方式來(lái)標(biāo)記，但實(shí)際上曲線(特性)142按照每單位時(shí)間的單體電池電壓Vcell的變動(dòng)量(變動(dòng)速度Acell) [V/sec]而變化。圖9是表示變動(dòng)速度Acell不同的情況下的氧化的進(jìn)行和還原的進(jìn)行的樣子的示例的循環(huán)伏安圖。在圖9中，實(shí)線的曲線(特性)170表示變動(dòng)速度Ace 11較高的情況，虛線的曲線(特性)172表示變動(dòng)速度Acell較低的情況。如從圖9所知那樣，由于根據(jù)變動(dòng)速度Acell不同而氧化或還原的進(jìn)行程度不同，因此并不一定能唯一地特定各電壓vl v4。另外，由于FC單體電池的個(gè)體差，各電壓vl v4也會(huì)發(fā)生變化。因此，電壓vl v4優(yōu)選設(shè)定為已使誤差部分反映在理論值、模擬值或?qū)崪y(cè)值中的值。
另外，與一般的燃料電池單體電池相同，F(xiàn)C單體電池的電流/電壓特性(IV特性)也如圖10中“通?！彼镜腎V特性(也稱作通常IV特性)162所示那樣，單體電池電壓Vcell越降低，單體電池電流Icell [A]就越增加。此外，F(xiàn)C堆40的發(fā)電電壓(FC電壓Vfc)是將單體電池電壓Vcell與FC堆40內(nèi)的串聯(lián)連接數(shù)Nfc相乘后得到的值。串聯(lián)連接數(shù)Nfc是在FC堆40內(nèi)串聯(lián)連接的FC單體電池的數(shù)量，下面還簡(jiǎn)稱為“單體電池?cái)?shù)”。在圖10的通常IV特性162中，是將陰極化學(xué)計(jì)量比(h氧濃度)設(shè)為通常的化學(xué)計(jì)量比(通常化學(xué)計(jì)量比)以上的氧豐潤(rùn)的狀態(tài)時(shí)所得到的特性。換言之，將氧濃度設(shè)為通常的氧濃度以上的氧濃度。另外，用陰極化學(xué)計(jì)量比=“供應(yīng)給陰極電極的空氣流量/通過(guò)發(fā)電而消耗的空氣流量”來(lái)表示。在本實(shí)施方式中，還將陰極化學(xué)計(jì)量比簡(jiǎn)稱為化學(xué)計(jì)量比。氧豐潤(rùn)的狀態(tài)是指，如圖11所示，即使陰極化學(xué)計(jì)量比氧濃度)上升，單體電池電流(單體電池輸出的電流)Icell也大致恒定，意味著成為飽和的狀態(tài)的通常的化學(xué)計(jì)量比以上的區(qū)域中的氧。關(guān)于氫也相同。S卩，用陽(yáng)極化學(xué)計(jì)量比氫濃度)=(供應(yīng)給陽(yáng)極電極的氫流量)/ (通過(guò)發(fā)電而消耗的氫流量)來(lái)表示?！そ酉聛?lái)，參照?qǐng)D12的流程圖來(lái)說(shuō)明步驟S3以及步驟S4的能量管理以及FC發(fā)電控制中、基本控制(基本能量管理、發(fā)電控制)。在步驟S21中，E⑶24算出蓄電池20的充放電系數(shù)a，通過(guò)將算出的充放電系數(shù)a與在步驟S16算出的系統(tǒng)負(fù)載Psys相乘來(lái)算出目標(biāo)FC電力Pfctgt (Pfctgt — Psys X a )。在此，基于從SOC傳感器104輸入的當(dāng)前的SOC值、以及圖14的特性(映射圖)，來(lái)算出充放電系數(shù)a。圖14的特性163例如能使用實(shí)測(cè)值、模擬值，并被預(yù)先存儲(chǔ)在ECU24中。另外，在此，例示了蓄電池20的目標(biāo)S0C(目標(biāo)蓄電量)為50[%]的情況，但并不局限于此。在本實(shí)施方式中，如圖14所示，在SOC值小于50[% ]的需要充電的區(qū)域中，將充放電系數(shù)a設(shè)定為從“I”增大的傾向，以使FC堆40的發(fā)電過(guò)剩，將該過(guò)剩電力對(duì)蓄電池20進(jìn)行充電。另一方面，在SOC值大于50[% ]的充電狀態(tài)充分的區(qū)域中，將充放電系數(shù)a設(shè)定為從“I”減小的傾向，以使得FC堆40的發(fā)電不足，用蓄電池20的放電來(lái)供給該不足電力。在此，為了方便理解以下的說(shuō)明，設(shè)充放電系數(shù)a為a = I來(lái)進(jìn)行說(shuō)明(Pfctgt=Psys)。接下來(lái)，在步驟S22中，E⑶24判定在步驟S21算出的目標(biāo)發(fā)電電力(目標(biāo)FC電力)Pfctgt是否為閾值電力Pthp以上(Pfctgt = Psys彡P(guān)thp)。在此，閾值電力Pthp是通過(guò)將“判斷為觸媒未劣化的單體電池電壓(0. 8V、切換電壓、規(guī)定電壓)”、“構(gòu)成FC堆40的單體電池?cái)?shù)Nfc”、和“FC堆40的通常的IV特性162 (參照?qǐng)D10)中電壓為0. 8V的情況下的電流值Icell”相乘而得到的下面的式(I)所示的固定值。另外，在圖10中，目標(biāo)電力Pfctgt的軸并非線性，這一點(diǎn)需要留意。Pthp = 0. 8[V] XNfcX Icellp (I)在目標(biāo)FC電力Pfctgt為閾值電力Pthp以上的情況下(步驟S22 :是)，在步驟S23中，為了得到目標(biāo)FC電力Pfctgt，執(zhí)行電壓可變/電流可變控制(模式A控制)。
該模式A控制主要是在目標(biāo)FC電力Pfctgt相對(duì)較高時(shí)使用的控制，在將目標(biāo)氧濃度Cotgt維持在通常(包含使氧豐潤(rùn)的狀態(tài))的狀態(tài)下，通過(guò)用DC/DC轉(zhuǎn)換器22調(diào)整目標(biāo)FC電壓Vfctgt來(lái)控制FC電流Ifc。S卩，如圖13所示，在目標(biāo)FC電力Pfctgt為閾值電力Pthp以上而執(zhí)行的模式A的控制中，使用FC堆40的通常IV特性162 (與圖10所示的相同)。在模式A控制中，按照目標(biāo)FC電力Pfctgt來(lái)算出目標(biāo)FC電流Ifctgt,進(jìn)而算出與目標(biāo)FC電流Ifctgt對(duì)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達(dá)到目標(biāo)FC電壓Vfctgt0 S卩，通過(guò)DC/DC轉(zhuǎn)換器22對(duì)一次電壓Vl進(jìn)行升壓以使得二次電壓V2達(dá)到目標(biāo)FC電壓Vfctgt，來(lái)控制FC電壓Vfc，從而控制FC電流Ifc。根據(jù)以上那樣的模式A控制，即使目標(biāo)FC電力Pfctgt是閾值電力Pthp以上的高 負(fù)載，也能通過(guò)按照目標(biāo)FC電力Pfctgt，用DC/DC轉(zhuǎn)換器22來(lái)使二次電壓V2 (FC電壓Vfc)沿著通常IV特性162變化，而基本上通過(guò)FC電力Pfc來(lái)供給系統(tǒng)負(fù)載Psys。另一方面，在步驟S22的判定中，在目標(biāo)FC電力Pfctgt小于閾值電力Pthp的情況下(步驟S22 :否)，在步驟S24中，判定在步驟S21算出的目標(biāo)FC電力Pfctgt是否小于閾值電力Pthq(Pfctgt < Pthq)。在此,例如與單體電池電壓Vcell為Vcell = 0. 9[V]對(duì)應(yīng)地來(lái)決定閾值電力Pthq，因此，將閾值電力Pthq設(shè)定為比閾值電力Pthp低的值(Pthq< Pthp，參照?qǐng)D 13)。在步驟S24的判定為否定的情況下，即，目標(biāo)FC電力Pfctgt小于閾值電力Pthp、且為閾值電力Pthq以上的情況下(步驟S24 :否、Pthq ( Pfctgt < Pthp)，在步驟S25中，執(zhí)行電壓固定/化學(xué)計(jì)量比可變/電流可變控制(模式B控制)。另外，模式B的電壓固定/化學(xué)計(jì)量比可變/電流可變控制在后述的模式C控制、模式D控制以及模式E控制中也同樣地執(zhí)行，但相對(duì)于上述的模式A控制的電壓可變/電流可變控制，在電壓固定/電流可變控制這一點(diǎn)是共通的，因此也稱作CCVC (Constant Voltage Variable Current ;恒壓變流)控制。 該模式B控制主要是在系統(tǒng)負(fù)載Psys相對(duì)中等程度時(shí)使用的控制，通過(guò)將目標(biāo)單體電池電壓Vcelltgt (=目標(biāo)FC電壓Vfctgt/單體電池?cái)?shù)Nfc)固定為被設(shè)定為比氧化還原進(jìn)行區(qū)域R3低的電壓以下的基準(zhǔn)電壓{在本實(shí)施方式中，電壓v2( = 0. 8V)}，并通過(guò)使目標(biāo)氧濃度Cotgt可變,來(lái)使FC電流Ifc可變。即如圖13所示，在模式B控制中，在閾值電力Pthq Pthp的范圍中將單體電池電壓Vcell保持為恒定(Vcell = v2)的狀態(tài)下，通過(guò)降低目標(biāo)氧濃度Cotgt來(lái)降低氧濃度Co。如圖11所示，若陰極化學(xué)計(jì)量比氧濃度CO)降低，則單體電池電流IcelKFC電流Ifc)也降低。因此，通過(guò)在將單體電池電壓Vcell保持為恒定的狀態(tài)(Vcell=v2 = 0. 8V)下來(lái)增減目標(biāo)氧濃度Cotgt,能控制單體電池電流Icell (FC電流Ifc)以及FC電力Pfc。另外，F(xiàn)C電力Pfc的不足部分，能從蓄電池20支援。在此情況下，ECU24通過(guò)調(diào)整DC/DC轉(zhuǎn)換器22的升壓率，將目標(biāo)FC電壓Vfctgt固定為被設(shè)定為在比氧化還原進(jìn)行區(qū)域R3低的電壓以下的基準(zhǔn)電壓{在本實(shí)施方式中電壓v2( = 0. 8)},進(jìn)而算出與目標(biāo)FC電力Pfctgt對(duì)應(yīng)的目標(biāo)FC電流Ifctgt。另外，以目標(biāo)FC電壓Vfctgt是基準(zhǔn)電壓為前提，算出與目標(biāo)FC電流Ifctgt對(duì)應(yīng)的目標(biāo)氧濃度Cotgt (參照?qǐng)D11以及圖15)。另外，圖15示出FC電壓Vfc為基準(zhǔn)電壓v2時(shí)的目標(biāo)FC電流Ifctgt和目標(biāo)氧濃度Cotgt的關(guān)系。在此，E⑶24按照目標(biāo)氧濃度Cotgt來(lái)算出以及發(fā)送要發(fā)往各部的指令值。在此算出的指令值中包含空氣泵60的轉(zhuǎn)速(下面稱作“空氣泵轉(zhuǎn)速Nap”或“轉(zhuǎn)速Nap”)、水泵80的轉(zhuǎn)速(下面稱作“水泵轉(zhuǎn)速Nwp”或“轉(zhuǎn)速Nwp”)、以及背壓閥64的開(kāi)度(下面稱作“背壓閥開(kāi)度9 bp”或“開(kāi)度0bp”)。S卩，如圖16 以及圖17所示，按照目標(biāo)氧濃度Cotgt來(lái)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(kāi)度Qbptgt。如以上那樣，執(zhí)行步驟S25的模式B控制。接下來(lái)，在步驟S26中，EUC24判定FC堆40進(jìn)行的發(fā)電是否穩(wěn)定。作為該判定，EUC24在從單體電池電壓監(jiān)視器42輸入的最低單體電池電壓比從平均單體電池電壓中減去規(guī)定電壓而得到的電壓低的情況下{最低單體電池電壓<(平均單體電池電壓-規(guī)定電壓)}，判定為FC堆40的發(fā)電不穩(wěn)定。另外，所述規(guī)定電壓例如能使用實(shí)驗(yàn)值、模擬值等。在發(fā)電為穩(wěn)定的情況下(S26:是)，結(jié)束本次的處理。在發(fā)電不穩(wěn)定的情況下(S26 :否)，在步驟S27中，E⑶24將目標(biāo)氧濃度Cotgt增加一個(gè)級(jí)別(接近通常的濃度)。具體地，進(jìn)行一個(gè)級(jí)別的使空氣泵60的轉(zhuǎn)速的增加以及背壓閥64的開(kāi)度0 bp的減少中的至少一者。在步驟S28中，E⑶24判定目標(biāo)氧濃度Cotgt是否小于通常的IV特性中的目標(biāo)氧濃度(通常氧濃度Conml)。在目標(biāo)氧濃度Cotgt小于通常氧濃度Conml的情況下(S28 是)，返回至步驟S26。在目標(biāo)氧濃度Cotgt并非小于通常氧濃度Comml的情況下(S28 :否)，在步驟S29中，EUC24停止FC組件18。S卩，ECU24停止向FC堆40供應(yīng)氫以及空氣，停止FC堆40的發(fā)電。然后，E⑶24點(diǎn)亮未圖示的警告燈，向駕駛者通知FC堆40異常。另夕卜，ECU24從蓄電池20向電動(dòng)機(jī)14供應(yīng)電力，使FC車輛10的行駛繼續(xù)。在上述的步驟S24的判定中目標(biāo)FC電力Pfctgt小于閾值電力Pthq的情況下(步驟S24 :是)，在步驟S30中進(jìn)行模式C控制。如圖13所示，模式C控制主要在目標(biāo)FC電力Pfctgt相對(duì)較低時(shí)使用，將目標(biāo)單體電池電壓Vcelltgt(=目標(biāo)FC電壓Vfctgt/單體電池?cái)?shù))固定為氧化還原進(jìn)行區(qū)域R3外的電壓{在本實(shí)施方式中為電壓v3 ( = 0. 9V)}，來(lái)使FC電流Ifc可變。FC電力Pfc的不足部分從蓄電池20支援，F(xiàn)C電力Pfc的過(guò)剩部分充電到蓄電池20中。在模式C控制中，如圖13所示，通過(guò)在將單體電池電壓Vcell保持為恒定(Vcell=v3)的狀態(tài)下降低目標(biāo)氧濃度Cotgt來(lái)降低氧濃度Co。如圖11所示，若陰極化學(xué)計(jì)量比氧濃度CO)降低，則單體電池電流Icell(FC電流Ifc)也降低。因此，通過(guò)在將單體電池電壓Vcell保持為的恒定的狀態(tài)(Vcell = v3 = 0. 9V)下增減目標(biāo)氧濃度Cotgt,能控制單體電池電流Icell ( = FC電流Ifc)以及FC電力Pfc。另外，F(xiàn)C電力Pfc的不足部分從蓄電池20支援。因而，在模式C控制中，執(zhí)行與上述的步驟S25的模式B控制相同的控制處理，以及步驟S26 S29的發(fā)電穩(wěn)定性所涉及的處理。如以上那樣，執(zhí)行步驟S3以及S4的能量管理以及FC發(fā)電控制的基本控制。接下來(lái)，在圖18中示出步驟S5的處理所涉及的電動(dòng)機(jī)14的轉(zhuǎn)矩控制的流程圖。在步驟S41中，E⑶24從車速傳感器154讀取車速Vs。在步驟S42中，E⑶24從開(kāi)度傳感器150讀取加速器踏板156的開(kāi)度0 p。在步驟S43中，E⑶24基于車速Vs和開(kāi)度0 p來(lái)算出電動(dòng)機(jī)的暫定目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Ttgt_p[N *m] o具體地,在未圖示的存儲(chǔ)部中存儲(chǔ)將車速Vs、開(kāi)度0 p和暫定目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Ttgt_p關(guān)聯(lián)對(duì)應(yīng)的映射圖，基于該映射圖、車速Vs以及開(kāi)度0p來(lái)算出暫定目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Ttgt_p。在步驟S44中，E⑶24判定電動(dòng)機(jī)14是否處于再生中，在不處于再生中的情況下，算出與能從FC系統(tǒng)12供應(yīng)給電動(dòng)機(jī)14的電力的極限值(極限供應(yīng)電力Ps_lim) [W]相等·的電動(dòng)機(jī)14的極限輸出(電動(dòng)機(jī)極限輸出Pm_lim) [W]。具體地，極限供應(yīng)電力Ps_lim以及電動(dòng)機(jī)極限輸出Pm_lim是從來(lái)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)備的功耗Pa后得到的值=Ps_lim — Pf c+Pbat_lim-Pa)。在步驟S45中，E⑶24算出電動(dòng)機(jī)14的轉(zhuǎn)矩限制值 m]。具體地，將電動(dòng)機(jī)極限輸出除以車速Vs后得到的值作為轉(zhuǎn)矩限制值Tlim (Tlim — Pm_lim/Vs)。另一方面，在步驟S44中，E⑶24在判定為電動(dòng)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)再生電力是從能對(duì)蓄電池20充電的電力的極限值(極限充電Pbat_chglim)與來(lái)自FC堆40的FC電力Pfc之和中減去輔助設(shè)備的功耗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S45中，E⑶24算出電動(dòng)機(jī)14的再生轉(zhuǎn)矩限制值Treglim[N -m]。具體地，將極限供應(yīng)再生電力Ps_reglim除以車速Vs而得到的值作為轉(zhuǎn)矩限制值Him(Tlim — Ps_reglim/Vs)。在步驟S46中，E⑶24算出目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Ttgt [N m]。具體地，E⑶24將對(duì)暫定目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Ttgt_p施加了轉(zhuǎn)矩限制值Him的限制后的值作為目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Ttgt。例如，在暫定目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Ttgt_p為轉(zhuǎn)矩限制值Him以下的情況下(Ttgt_p ( Tlim)，將暫定目標(biāo)轉(zhuǎn)矩
接作為目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Ttgt (Ttgt — Ttgt_p)。另一方面,在暫定目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Ttgt_p超過(guò)轉(zhuǎn)矩限制值Him的情況下(Ttgt_p > Tlim)，將轉(zhuǎn)矩限制值Him作為目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Ttgt (Ttgt — Him)。然后，使用算出的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Ttgt來(lái)控制電動(dòng)機(jī)14。在圖19中示出上述電力供應(yīng)模式所涉及的模式A控制、模式B控制、模式C控制、FC電力Pfc、FC堆40的發(fā)電效率的關(guān)系。如圖19所示，在模式A控制中，基本上用FC電力Pfc來(lái)供給系統(tǒng)負(fù)載Psys的全部，且FC堆40的發(fā)電效率維持得較高。在v2電壓固定/低氧化學(xué)計(jì)量比可變控制的模式B控制中，基本上通過(guò)FC電力Pfc來(lái)供給系統(tǒng)負(fù)載Psys的全部，來(lái)抑制蓄電池20的充放電的頻度，能提高FC系統(tǒng)12整體的輸出效率。在模式C控制中，通過(guò)FC電力Pfc和蓄電池Pbat來(lái)供給系統(tǒng)負(fù)載Psys。接下來(lái)，參照?qǐng)D20以及圖21的流程圖來(lái)說(shuō)明以上述的基本控制模式(模式A、B、C控制)為前提的第I以及第2實(shí)施例的能量管理/發(fā)電控制。[第I實(shí)施例]在步驟S61中，判定FC堆41的溫度Tfc是否為低溫(低溫判斷閾值溫度Hth為5 [°C ]以下、或10[°C]以下)。FC堆40的溫度Tfc能用冷媒的出口溫度(圖3中，配管82a中流過(guò)的冷媒的溫度)、FC堆40的陰極廢氣的出口溫度(圖3中，配管62b中流過(guò)的陰極廢氣的溫度)、或FC堆40的陽(yáng)極廢氣的出口溫度(圖3中，配管48b中流過(guò)的陽(yáng)極廢氣的溫度)來(lái)代替。在該第I實(shí)施例以及接下來(lái)要說(shuō)明的第2實(shí)施例中，將檢測(cè)陰極廢氣的溫度的溫度傳感器72所測(cè)量的溫度設(shè)為FC堆40的溫度Tfc。在FC堆40的溫度Tfc不為低溫的情況下(Tfc > Hth)，在步驟S62中，判定電動(dòng)機(jī)14是否處于再生中。在此，在電動(dòng)機(jī)14處于再生中的情況下(步驟S62 :是)，執(zhí)行后面敘述細(xì)節(jié)的步驟S63中的電動(dòng)機(jī)E控制(CVVC控制)。在電動(dòng)機(jī)14不處于再生中的情況下(步驟S62 否)，在步驟S64中，實(shí)施參照?qǐng)D12的流程圖而說(shuō)明的基本控制。在此，對(duì)采用步驟S63的模式E控制的意義進(jìn)行說(shuō)明。上述基本控制中，除了模式A控制(不是CVVC控制的通?？刂?以外，在模式B以及模式C控制(都是CVVC控制)中，通過(guò)DC/DC轉(zhuǎn)換器22將FC堆40的電壓固定為氧化還原進(jìn)行區(qū)域R3外的電壓v2 = 0. 8V或v3 = 0. 9V，使化學(xué)計(jì)量比小于通?；瘜W(xué)計(jì)量比的低氧化學(xué)計(jì)量比可變，來(lái)控制電流Ifc，進(jìn)一步控制FC電力Pfc。另外，在上述基本控制模式(模式A、B、C)的動(dòng)作中，例如，在圖1所示的FC車輛10的車速Vs進(jìn)行減速的減速行駛時(shí)，電動(dòng)機(jī)14作為發(fā)電機(jī)進(jìn)行動(dòng)作，在電動(dòng)機(jī)14的三相的各線圈產(chǎn)生的電流(再生電流)通過(guò)逆變器16而流入DC/DC轉(zhuǎn)換器22的二次側(cè)2S。此時(shí)，二次側(cè)2S的電壓(二次電壓)V2通過(guò)E⑶24而由DC/DC轉(zhuǎn)換器22進(jìn)行設(shè)定控制。另外，能通過(guò)由ECU24檢測(cè)在電動(dòng)機(jī)14的各相流動(dòng)的電流的方向來(lái)檢測(cè)是再生電流還是供電電流。電動(dòng)機(jī)14利用無(wú)電刷電動(dòng)機(jī)即永久磁鐵同步電動(dòng)機(jī)，再生電力Preg的大小基本由磁場(chǎng)強(qiáng)度和電動(dòng)機(jī)14的轉(zhuǎn)速來(lái)決定。電動(dòng)機(jī)14的相間電壓(稱作電動(dòng)機(jī)電壓Vm)由于成為二次電壓V2(Vm = V2)，因此通過(guò)DC/DC轉(zhuǎn)換器22將二次電壓v2設(shè)定得越高，再生電流的值就會(huì)成為越小的值，這一
點(diǎn)要留意。圖22示出再生時(shí)的電動(dòng)機(jī)14的效率(稱作電動(dòng)機(jī)效率Mn [% ])的特性164。特性164中，電動(dòng)機(jī)電壓Vm越高，則再生電流的值就越小，因此銅損耗以及鐵損耗變小，示出了電動(dòng)機(jī)效率Mn [% ]提高。再生電流的過(guò)剩部分介由DC/DC22而充電到蓄電池20中。圖23表示蓄電池20的充電效率B n的特性166。特性166中，充電電流Ichg[A]越大，蓄電池20的內(nèi)部電阻所產(chǎn)生的損耗就與充電電流Ichg的平方成正比地變得越大，示出了充電效率Bn降低。因此，在步驟S62中，在判定為電動(dòng)機(jī)14處于再生中的情況下，即FC堆40處于非低溫狀態(tài)的再生中的情況下(步驟S62 :是)，在步驟S63中，由DC/DC轉(zhuǎn)換器22將FC堆40的單體電池電壓Vcell固定為圖8的氧化穩(wěn)定區(qū)域R4中的劣化量D最少的電壓Vlmi2(例如Vlmi = 0. 95[V])，且執(zhí)行使化學(xué)計(jì)量比下降至比通?；瘜W(xué)計(jì)量比要低來(lái)進(jìn)行發(fā)電的模式E控制(CVVC控制)(也可以執(zhí)行圖13的固定為Vcell = v3的模式C控制)以使得FC堆40的輸出電流即FC電流Ifc減少再生電流的量。如此，在非低溫時(shí)的再生中，通過(guò)提高FC堆40的FC電壓Vfc來(lái)提高電動(dòng)機(jī)14的電動(dòng)機(jī)電壓Vm，從而提高電動(dòng)機(jī)效率Mn。由此,能使再生電力Preg的能量的損失較少，并能降低化學(xué)計(jì)量比來(lái)防止增加再生電流量的充電電流，因此，這部分能用來(lái)提高蓄電池的充電效率B n。
另外，根據(jù)圖8可知，關(guān)于單體電池電壓Vcell為高電壓的氧化穩(wěn)定區(qū)域R4中的低氧化學(xué)計(jì)量比可變/固定電壓發(fā)電控制即模式E控制，從劣化量D的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選Vcell = Vlmi2，但從效率的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選更高的單體電池電壓Vcell即Vcell = v4。因此，電壓固定/化學(xué)計(jì)量比可變電流控制(CVVC控制)的模式E控制是將單體電池電壓Vcell固定為電壓v3 v4之間的任意的值(v3 < Vcell ^ v4)而進(jìn)行的控制。圖24是表示在時(shí)間點(diǎn)til判定為處于再生中的情況下的時(shí)序圖。圖24中，在根據(jù)Vfc[V/cell] = Vcell [V]而在下面描繪的時(shí)序圖中,粗的虛線表示基于基本控制的變化特性，粗的實(shí)線表示該第I實(shí)施例的變化特性。由于在時(shí)間點(diǎn)til車速Vs開(kāi)始減速時(shí)成為再生狀態(tài)，因此在FC電壓Vfc[V/cell]從0.8[V/cell]上升到0. 95[V/cell]的同時(shí)，化學(xué)計(jì)量比也從0. 95 [V]的通常化學(xué)計(jì)量比(圖10的通常IV特性162上的點(diǎn))變?yōu)槭笷C電流Ifc從FC電流Ifch變至FC電流Ifcl的低化學(xué)計(jì)量比。可知，電動(dòng)機(jī)效率Mn以及充電效率Bn均得以提高。另外，在時(shí)間點(diǎn)til tl2的程度的過(guò)渡控制中，系統(tǒng)負(fù)載Psys的值穩(wěn)定，時(shí)間點(diǎn) tl2以后，在均勾減速中，系統(tǒng)負(fù)載Psys為負(fù)(再生中)，成為恒定值。[第I實(shí)施方式的總結(jié)]如以上說(shuō)明那樣，第I實(shí)施例所涉及的燃料電池車輛10具有被供應(yīng)含氧的第I氣體和含氫的第2氣體，通過(guò)觸媒促進(jìn)反應(yīng)來(lái)發(fā)電的FC堆40 ;對(duì)該FC堆40供應(yīng)所述第I氣體以及所述第2氣體中的至少一者的氣體供應(yīng)部{燃料氣體供應(yīng)部(氫罐44)、氧化劑氣體供應(yīng)部(空氣泵60)};調(diào)整FC堆40的FC電壓Vfc的DC/DC轉(zhuǎn)換器22 (電壓調(diào)整部);作為通過(guò)FC堆40的輸出電力來(lái)驅(qū)動(dòng)的負(fù)載的電動(dòng)機(jī)14 (驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī));積蓄來(lái)自電動(dòng)機(jī)14的再生發(fā)電所產(chǎn)生的電力的蓄電池20 (蓄電裝置)；和對(duì)FC堆40、所述氣體供應(yīng)部、DC/DC轉(zhuǎn)換器22、電動(dòng)機(jī)14以及蓄電池20進(jìn)行控制的E⑶24 (控制部)。在電動(dòng)機(jī)14的再生發(fā)電時(shí)，在由DC/DC轉(zhuǎn)換器22將FC堆40的FC電壓Vfc固定在(例如固定為vfc = v3或Vfc = Vlmi2)FC堆40的氧化還原進(jìn)行電壓范圍)氧化還原進(jìn)行區(qū)域R3)外的規(guī)定電壓(v3 v4的穩(wěn)定區(qū)域R4內(nèi)的電壓)內(nèi)的狀態(tài)下，ECU24通過(guò)所述氣體供應(yīng)部使所述氧濃度或氫濃度降低，來(lái)使FC堆40的FC電力Pfc減少。如此，在由DC/DC轉(zhuǎn)換器22將FC堆40的電壓固定在FC堆40的氧化還原進(jìn)行電壓范圍(氧化還原進(jìn)行區(qū)域R3)外的狀態(tài)下，通過(guò)氣體供應(yīng)部使氧濃度或氫濃度降低來(lái)使FC堆40的輸出電力減少，從而抑制FC堆40的劣化(參照?qǐng)D8)，在抑制了劣化的狀態(tài)下，將由再生發(fā)電所產(chǎn)生的再生電力Preg回收到蓄電池20，因此能有效地回收使FC堆40的輸出電力減少了的量的再生電力Preg。因此，能在抑制FC堆40的劣化的同時(shí)提高再生電力Preg的回收效率(再生效率)，其結(jié)果是，能提高系統(tǒng)效率。另外，能降低氧或氫的供應(yīng)量。能使燃料電池車輛的氫的使用量變少，所謂的燃油效率(例如，每單位氫量的行駛距離)得以提聞。另外，在此情況下，通過(guò)將FC堆40的氧化還原進(jìn)行電壓范圍(氧化還原進(jìn)行區(qū)域R3)外的規(guī)定電壓設(shè)為比氧化還原進(jìn)行電壓范圍的上限電壓v3高且比碳氧化進(jìn)行區(qū)域R5的下限電壓v4低的規(guī)定電壓(v3 v4)，從而使再生時(shí)的電動(dòng)機(jī)14的電動(dòng)機(jī)電壓Vm成為高電壓，維持了劣化抑制并進(jìn)一步提高了再生效率。另外，通過(guò)將FC堆40的氧化還原進(jìn)行電壓范圍(氧化還原進(jìn)行區(qū)域R3)外的所述規(guī)定電壓設(shè)為超過(guò)氧化還原進(jìn)行電壓范圍(氧化還原進(jìn)行區(qū)域R3)的上限電壓v3的高電壓(v3 < Vcell < v4)中的、FC堆40的劣化量D少的電壓Vlmi2 (參照?qǐng)D8)，能使劣化的抑制最大化(使劣化的進(jìn)行最小化)。[第2實(shí)施例]另一方面，在步驟S61中，在判定為FC堆40的溫度Tfc為低溫(Tfc ( Tlth)的情況下(步驟S61 :是)，在步驟S65中，判定電動(dòng)機(jī)14是否處于再生中。在不處于再生中的情況下，執(zhí)行步驟S64的基本控制。在處于再生中的情況下，即處于FC堆40的溫度Tfc為低溫(Tfc彡Tlth)的再生中，在步驟S66中，參照?qǐng)D25的蓄電池可充電電力Pbchg相對(duì)于蓄電池溫度Tbat的特性168，根據(jù)蓄電池溫度Tbat來(lái)算出蓄電池可充電電力Pbchg。
接下來(lái)，在步驟S67中，通過(guò)下面的(2)式來(lái)算出電動(dòng)機(jī)14的所需再生電力Preg。Preg = kXTqregXNmXM 打…(2)在此，k是系數(shù),Tqreg是所需再生轉(zhuǎn)矩,Nm是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速,Mn是再生時(shí)的電動(dòng)機(jī)效率。接下來(lái)，在步驟S68中，通過(guò)下面的(3)式來(lái)算出FC堆40的低溫再生中的目標(biāo)發(fā)電電力Pfctgtlt。換言之，算出完全取回電動(dòng)機(jī)14的再生電力Preg(全部回收)時(shí)的發(fā)電電力。Pfctgtlt = Pbchg-Preg+Pa... (3)在此,Pbchg是在步驟S66算出的蓄電池可充電電力,Preg是在步驟S67算出的所需再生電力，Pa是空氣泵60等的輔助設(shè)備的功耗。接下來(lái)，在步驟S69中，執(zhí)行上述的CVVC控制即電壓固定/化學(xué)計(jì)量比可變/電流可變控制、即相當(dāng)于模式B控制的模式B'控制。如圖26所示，在模式B'控制中，將目標(biāo)單體電池電壓(Vcelltgt(=目標(biāo)FC電壓Vfctgt/單體電池?cái)?shù)Nfc)固定為被設(shè)定為比氧化還原進(jìn)行區(qū)域R3低的電壓以下的基準(zhǔn)電壓{在本實(shí)施方式中，電壓v2( = 0. 8V)},并通過(guò)使目標(biāo)氧濃度Cotgt可變來(lái)使FC電流Ifc可變。通過(guò)模式B'控制，F(xiàn)C堆40對(duì)目標(biāo)氧濃度Cotgt進(jìn)行反饋控制以使從供電中(模式A控制)變?yōu)榈蜏卦偕械哪繕?biāo)發(fā)電電力Pfctgtlt，F(xiàn)C電流Ifc減少，F(xiàn)C堆40的發(fā)電電力減少。雖然FC堆40的發(fā)電電力減少，但由于目標(biāo)單體電池電壓設(shè)定為了 Vcelltgt =v2 = 0. 8V這樣比較低的值，因此，F(xiàn)C堆40的損失變大，這部分能促進(jìn)FC堆40的預(yù)熱。接下來(lái)，基于圖21的流程圖，按照FC堆40是否為低溫以及FC堆40是否處于電壓固定/化學(xué)計(jì)量比可變/電流可變控制中(CVVC控制中)，來(lái)決定用于對(duì)FC堆40的堆溫度Tfc進(jìn)行調(diào)整的冷卻系統(tǒng)58的冷媒流量Qcm[L/min]。在本第2實(shí)施例中，冷媒流量Qcm基本上基于下面的式(I) (3)的條件來(lái)決定。(I)決定冷媒流量Qcm[L/min]的水泵80的轉(zhuǎn)速Nwp [rpm]由空氣泵60的轉(zhuǎn)速Nap[rpm]來(lái)決定(參照?qǐng)D16)。例如，若增加空氣泵60的轉(zhuǎn)速Nap [rpm]，則反應(yīng)得到促進(jìn)，F(xiàn)C堆40成為升溫方向，因此水泵80的轉(zhuǎn)速Nwp [rpm]增加。(2)在FC堆40的溫度Tfc低于低溫判斷閾值溫度Hth時(shí)(低溫時(shí))，抑制冷媒流量Qcm來(lái)促進(jìn)FC堆40的升溫。
(3)電壓固定/化學(xué)計(jì)量比可變/電流可變控制中(CVVC控制中)，與通常控制中比較，由于在相同的FC電流Ifc的值的前提下將FC電壓Vfc設(shè)定得更低，因此FC堆40的損失增加，會(huì)產(chǎn)生更多的熱，故增加冷媒流量Qcm來(lái)防止FC堆40的升溫。于是，在圖21的步驟S71中，與步驟S61相同，判定FC堆40的溫度Tfc是否為低溫(低溫判斷閾值溫度Tlth為5[°C ]以下、或10[°C ]以下Tfc ( Tlth)。在判定為FC堆40的溫度Tfc不為低溫的情況下(步驟S71 :否，Tfc > Hth)，在步驟S72中，判定是否處于電壓固定/化學(xué)計(jì)量比可變/電流可變控制中(CVVC控制中)。在處于非低溫(Tfc > Tlth)的電壓固定/化學(xué)計(jì)量比可變/電流可變控制中(CVVC控制中)的情況下，在步驟S73中，將冷媒流量Qcm設(shè)定為圖27的冷媒流量映射圖(冷媒流量表)192中的冷媒流量Qcm最大的狀態(tài)STl的冷媒流量Qcm。在步驟S72的判定中，在不處于電壓固定/化學(xué)計(jì)量比可變/電流可變控制中 (CVVC控制中)的情況下，S卩，處于非低溫(Tfc > nth)的通常發(fā)電中的情況下，在步驟S74中，將冷媒流量Qcm設(shè)定為圖27的冷媒流量映射圖(冷媒流量表)192中的冷媒流量Qcm第2大的狀態(tài)ST2的冷媒流量Qcm。另一方面，在步驟S71的中，在判定為FC堆40的溫度Tfc是低溫的情況下(步驟S71 :是，TfcS nth)，在步驟S75中，判定是否處于電壓固定/化學(xué)計(jì)量比可變/電流可變控制中(CVVC控制中)。在是低溫(Tfc彡nth)、處于電壓固定/化學(xué)計(jì)量比可變/電流可變控制中(CVVC控制中)的情況下，在步驟S76中，將冷媒流量Qcm設(shè)定為圖27的冷媒流量映射圖(冷媒流量表)192中的冷媒流量Qcm第2小的狀態(tài)ST3的冷媒流量Qcm。在步驟S75的判定中，在不處于電壓固定/化學(xué)計(jì)量比可變/電流可變控制中(CVVC控制中)的情況下，即在雖然是低溫(TfcSTlth)但卻是通常發(fā)電的情況下，在步驟S77中，將冷媒流量Qcm設(shè)定為圖27的冷媒流量映射圖(冷媒流量表)192中的冷媒流量Qcm最小的狀態(tài)ST4的冷媒流量Qcm。[第2實(shí)施例的總結(jié)]在上述的第2實(shí)施方式中，E⑶24在步驟S61中判定為FC堆40的溫度Tfc為閾值溫度Hth以下的低溫時(shí)，為了完全取回(全部回收)再生電力Preg，在步驟S66 S69中將FC堆40的目標(biāo)FC電壓Vfctgt固定為FC堆40的氧化還原進(jìn)行電壓范圍外的下限電壓v2以下的電壓(在第2實(shí)施例中，固定為v2)，來(lái)設(shè)為電壓固定/化學(xué)計(jì)量比可變/電流可變控制(CVVC控制)，而為了固定為下限電壓v2，F(xiàn)C堆40中的熱損失會(huì)增加，這部分能促進(jìn)FC堆的預(yù)熱。為了進(jìn)一步提高預(yù)熱的效果，優(yōu)選地，E⑶24在步驟S71中，在FC堆40的溫度Tfc為低溫判斷閾值溫度nth以下的低溫時(shí)，在進(jìn)行電壓固定/化學(xué)計(jì)量比可變/電流可變控制(CVVC控制)時(shí)，使冷媒流量Qcm降低至狀態(tài)ST3。圖28示出在時(shí)間點(diǎn)t21判定為處于低溫下再生中的情況下的時(shí)序圖。另外，在圖28中，在冷媒流量Qcm[L/min]之下描繪的時(shí)序圖中，粗的虛線表示比較例的變化特性，粗的實(shí)線表示本第2實(shí)施例的變化特性。在時(shí)間點(diǎn)t21車速Vs開(kāi)始減速時(shí)成為再生狀態(tài)。由于在包含時(shí)間點(diǎn)t21的全時(shí)域中判定為FC堆40的溫度Tfc為低溫判斷閾值溫度Tlth以下，因此，在時(shí)間點(diǎn)t21以后，將FC堆40的目標(biāo)FC電壓Vfctgt固定為氧化還原進(jìn)行電壓范圍外的下限電壓v2，進(jìn)行電壓固定/化學(xué)計(jì)量比可變/電流可變控制(CVVC控制)，使熱損失產(chǎn)生并使FC電力Pfc降低，并將再生電力Preg作為蓄電池可充電電力Pbchg來(lái)進(jìn)行充電。另外，在時(shí)間點(diǎn)t21以后，使冷媒流量Qcm降低至狀態(tài)ST3。因此，在時(shí)間點(diǎn)t21以后的低溫下再生中，能使FC堆40的溫度Tfc上升。[第3實(shí)施例]圖29表示第3實(shí)施例所涉及的FC組件18的概略構(gòu)成。在本第3實(shí)施例所涉及的FC組件18中，在陰極系統(tǒng)56a中除了包含空氣泵60、加濕器62以及背壓閥64以外，還包含循環(huán)閥(陰極循環(huán)閥)66。在此情況下，在背壓閥64的輸出側(cè)的配管64b和空氣取入口(輸入側(cè))的配管·60a之間連接有配管66a、循環(huán)閥66以及配管66b。由此，排出氣體(陰極廢氣)的一部分作為循環(huán)氣體通過(guò)配管66a、循環(huán)閥66以及配管66b而被供應(yīng)給配管60a，與來(lái)自車外的新的空氣匯合，被吸入到空氣泵60中。循環(huán)閥66例如由蝴蝶閥構(gòu)成，通過(guò)E⑶24來(lái)控制其開(kāi)度(下面稱作“循環(huán)閥開(kāi)度9c”或“開(kāi)度0 C”，由此控制循環(huán)氣體的流量。流量傳感器70安裝于配管66b，檢測(cè)朝向配管60a的循環(huán)氣體的流量Qc [g/s]，并將檢測(cè)結(jié)果輸出給ECU24。如圖30的特性167所示，能使得排出氣體所流通的循環(huán)閥66的循環(huán)閥開(kāi)度0 c越大，則陰極流路74中的氧濃度Co越降低。于是，在本第3實(shí)施例中，在電動(dòng)機(jī)14的再生發(fā)電時(shí)，在由DC/DC轉(zhuǎn)換器22將FC堆40的FC電壓Vfc固定在FC堆40的氧化還原進(jìn)行電壓范圍(氧化還原進(jìn)行區(qū)域R3)外的規(guī)定電壓(v3 v4的氧化穩(wěn)定區(qū)域R4內(nèi)的電壓)內(nèi)(例如固定為Vfc = v3或Vfc =Vlmi2)的狀態(tài)下，E⑶24在使目標(biāo)氧濃度Cotgt可變時(shí)，通過(guò)僅使循環(huán)閥66的開(kāi)度0 c可變，來(lái)使FC電流Ifc可變。如此，在由DC/DC轉(zhuǎn)換器22將FC堆40的電壓固定在FC堆40的氧化還原進(jìn)行電壓范圍(氧化還原進(jìn)行區(qū)域R3)外的狀態(tài)下，使循環(huán)閥66的開(kāi)度0 c可變，來(lái)使FC堆40的輸出電力減少，由此抑制FC堆40的劣化(參照?qǐng)D8)，由于在抑制了劣化的狀態(tài)下將由再生發(fā)電所產(chǎn)生的再生電力Preg回收到蓄電池20，因此，能有效地回收使FC堆40的輸出電力減少的量的再生電力Preg。因而，能在抑制FC堆40的劣化的同時(shí)，提升再生電力Preg的回收效率(再生效率)，其結(jié)果是，能提高系統(tǒng)效率。在此情況下，也通過(guò)將FC堆40的氧化還原進(jìn)行電壓范圍(氧化還原進(jìn)行區(qū)域R3)外的規(guī)定電壓設(shè)為高于氧化還原進(jìn)行電壓范圍的上限電壓v3且低于碳氧化進(jìn)行區(qū)域R5的下限電壓v4的規(guī)定電壓(v3 v4)的高電壓，使再生時(shí)的電動(dòng)機(jī)14的電動(dòng)機(jī)電壓Vm成為高電壓，在維持了劣化抑制的同時(shí)進(jìn)一步提高了再生效率。另外，通過(guò)將FC堆40的氧化還原進(jìn)行電壓范圍(氧化還原進(jìn)行區(qū)域R3)外的所述規(guī)定電壓設(shè)為超過(guò)氧化還原進(jìn)行電壓范圍(氧化還原進(jìn)行區(qū)域R3)的上限電壓v3的高電壓(v3 < Vcell < v4)中的FC堆40的劣化量D少的電壓Vlmi2 (參照?qǐng)D8)，能使劣化的抑制最大化(使劣化的進(jìn)行最小化)。S卩，在第3實(shí)施例中，在進(jìn)行再生控制時(shí)，如第I實(shí)施例那樣，不改變空氣泵60的轉(zhuǎn)速Nap或背壓閥64的開(kāi)度0 bp,而是僅使循環(huán)閥66的開(kāi)度0 c可變來(lái)使FC電流Ifc可變，因此能得到控制簡(jiǎn)單這樣的優(yōu)點(diǎn)。[變形例]另外，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，能基于本說(shuō)明書(shū)的記載內(nèi)容來(lái)采用各種構(gòu)成，這是毫無(wú)疑義的。例如，能采用以下的構(gòu)成。 盡管在上述實(shí)施方式中將FC系統(tǒng)12搭載于車輛10，但并不限于此，也可以搭載于其它的對(duì)象。例如，還能在船舶、航空器等移動(dòng)體中使用FC系統(tǒng)12。或者，也可以在家庭用的電力系統(tǒng)中應(yīng)用FC系統(tǒng)12。盡管在上述實(shí)施方式中構(gòu)成為FC堆40和蓄電池20并聯(lián)配置，在蓄電池20的跟前配置DC/DC轉(zhuǎn)換器22，但并不限于此。例如，也可以如圖31所示，構(gòu)成為并聯(lián)配置FC40和蓄電池20，將升壓式、降壓式、或升降壓式的DC/DC轉(zhuǎn)換器22配置在FC40堆的跟前?；蛘撸部梢匀鐖D32所示，構(gòu)成為將FC堆40和蓄電池20并聯(lián)配置，在FC堆40的跟前配置DC/DC轉(zhuǎn)換器160，在蓄電池20的跟前配置DC/DC轉(zhuǎn)換器22?；蛘撸部梢匀鐖D33所示，構(gòu)成為將FC堆40和蓄電池20串聯(lián)配置，在蓄電池20和電動(dòng)機(jī)14之間配置DC/DC轉(zhuǎn)換器22。盡管在上述實(shí)施方式中，作為調(diào)整化學(xué)計(jì)量比的部分或方法，使用了調(diào)整目標(biāo)氧濃度Cotgt的部分或方法，但并不限于此，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、或者目標(biāo)濃度及目標(biāo)流量?jī)烧?。盡管在上述實(shí)施方式中例示了具備供應(yīng)含氧的空氣的空氣泵60的構(gòu)成，但也可以取而代之或在此基礎(chǔ)上，設(shè)為具備供應(yīng)氫的氫泵的構(gòu)成。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池車輛，具備 燃料電池(40)，其被供應(yīng)含氧的第I氣體和含氫的第2氣體，通過(guò)觸媒促進(jìn)反應(yīng)來(lái)發(fā)電； 氣體供應(yīng)部(44、60)，其對(duì)所述燃料電池(40)供應(yīng)所述第I氣體以及所述第2氣體中的至少一者； 電壓調(diào)整部(22)，其調(diào)整所述燃料電池(40)的輸出電壓； 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)(14),其作為由所述燃料電池(40)的輸出電力驅(qū)動(dòng)的負(fù)載；和 蓄電裝置(20)，其積蓄由來(lái)自所述驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)(14)的再生發(fā)電所產(chǎn)生的電力， 所述燃料電池車輛的特征在于， 所述燃料電池車輛(10)具有控制部(24)，其控制所述燃料電池(40)、所述氣體供應(yīng)部(44、60)、所述電壓調(diào)整部(22)、所述驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)(14)、以及所述蓄電裝置(20)， 所述控制部(24)在所述驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)(14)的再生發(fā)電時(shí)，在由所述電壓調(diào)整部(22)將所述燃料電池(40)的電壓固定為所述燃料電池(40)的氧化還原進(jìn)行電壓范圍外的規(guī)定電壓的狀態(tài)下，通過(guò)所述氣體供應(yīng)部(44、60)使所述氧濃度或氫濃度降低，來(lái)使所述燃料電池(40)的輸出電力減少。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池車輛，其特征在于， 將所述燃料電池(40)的所述氧化還原進(jìn)行電壓范圍外的所述規(guī)定電壓設(shè)為超過(guò)所述氧化還原進(jìn)行電壓范圍的上限電壓的電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池車輛，其特征在于， 將所述燃料電池(40)的所述氧化還原進(jìn)行電壓范圍外的所述規(guī)定電壓設(shè)為超過(guò)所述氧化還原進(jìn)行電壓范圍的所述上限電壓的所述電壓中的、所述燃料電池(40)的劣化量少的電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池車輛，其特征在于， 所述燃料電池車輛還具有溫度傳感器(72)，其檢測(cè)所述燃料電池(40)的溫度， 所述控制部(24)在判斷為由所述溫度傳感器(72)檢測(cè)出的所述燃料電池(40)的溫度為閾值溫度以下的溫度時(shí)，將所述燃料電池(40)的所述氧化還原進(jìn)行電壓范圍外的所述規(guī)定電壓設(shè)為低于所述氧化還原進(jìn)行電壓范圍的下限電壓的電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料電池車輛，其特征在于， 所述燃料電池車輛還具有冷卻部(58)，其通過(guò)冷媒來(lái)冷卻所述燃料電池(40)， 所述控制部(24)在判斷為由所述溫度傳感器(72)檢測(cè)出的所述燃料電池(40)的溫度為閾值溫度以下的溫度時(shí)，通過(guò)所述冷卻部(58)來(lái)使所述冷媒的流量降低。
全文摘要
本發(fā)明提供一種燃料電池車輛(10)。在由DC/DC轉(zhuǎn)換器(22)將燃料電池(40)的電壓固定在燃料電池(40)的氧化還原進(jìn)行電壓范圍外的狀態(tài)下，以由氣體供應(yīng)部(44、60)使氧濃度或氫濃度降低從而使燃料電池(40)的輸出電力減少的狀態(tài)，來(lái)將由再生發(fā)電產(chǎn)生的再生電力回收至蓄電池(20)，因此能有效地回收使燃料電池(40)的輸出電力減少的量的再生電力。
文檔編號(hào)H01M8/04GK102991368SQ201210325640
公開(kāi)日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月9日
發(fā)明者數(shù)野修一, 渡邊和典, 佐伯響, 白坂卓也, 五十嵐大士 申請(qǐng)人:本田技研工業(yè)株式會(huì)社