CN102405150B - 燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

一种燃料电池系统，在与使氧化剂气体供给部的供给气体量在规定期间内从0增加到规定气体流量而氧化剂气体供给部所需要的最低电力相比，二次电池的可输出电力量较小时，调整供给气体流量，以使氧化剂气体供给部供给比用于实现目标电流值的目标燃料电池需要气体流量大的过剩气体流量，并控制流量调整阀以使旁通流量成为过剩气体流量和目标燃料电池需要气体流量之差的气体流量。

Description

燃料电池系统

技术领域

本发明涉及燃料电池的废热的利用。 

背景技术

提出有在低温环境下起动燃料电池时，通过进行与通常运转相比以低效率使燃料电池发电的运转(以下称为「低效率运转」)而使燃料电池的热损失(废热)增加，利用废热对燃料电池进行预热的技术。并且，还提出有在相对于与燃料电池连接的负载从燃料电池供给电力的状态下执行低效率运转的技术。例如提出有在搭载燃料电池的电动车辆中，起动即刻之后开始低效率运转，在燃料电池到达规定温度时刻开始车辆行驶，以后，一边行驶一边对燃料电池进行预热直到到达预热结束温度的技术。 

发明内容

发明要解决的课题 

但是，向负载供给电力的同时执行低效率运转时的燃料电池的输出响应性以及发热响应性的提高还存在改善的余地。 

本发明的目的在于，在从燃料电池向负载供给电力的同时进行低效率运转进行时，提高燃料电池的输出响应性以及发热响应性。 

解决课题的手段 

本发明是为了解决上述的课题的至少一部分而做出，能够作为以下的实施方式或适用例而实现。 

[适用例1] 

一种燃料电池系统，包括：燃料电池；与上述燃料电池连接的二次电池；氧化剂气体供给部，由从上述二次电池供给的电力驱动，将用于上述燃料电池的发电的氧化剂气体向上述燃料电池供给；供给气体流量调整部，对由上述氧化剂气体供给部供给的上述氧化剂气体的供给量即供给气体流量进行调整；氧化剂气体供给路，将上述氧化剂气体供给部与上述燃料电池连通；阴极侧废气排出路，将上述燃料电池的阴极侧废气排出；旁通流路，将上述氧化剂气体供给路和上述阴极侧废气排出路连接；流量调整阀，对从上述氧化剂气体供给部供给的上述氧化剂气体中的、从上述氧化剂气体供给路朝向上述燃料电池的氧化剂气体的流量即燃料电池需要气体流量与从上述氧化剂气体供给路朝向上述旁通流路的氧化剂气体的流量即旁通流量之间的流量比进行调整；可输出电力量取得部，取得上述二次电池的可输出电力量；和运转控制部，根据对上述燃料电池的要求输出以及要求发热量决定上述燃料电池的目标电流值以及目标电压值，并且通过控制上述流量调整阀而调整上述燃料电池需要气体流量以及上述旁通流量来执行低效率运转，所述低效率运转是指上述燃料电池在与处于上述燃料电池的电流-电压特性曲线上时相比发电效率较低的工作点进行运转，与为了使上述供给气体流量在规定期间内从0增加到规定气体流量而上述氧化剂气体供给部所需要的最低电力相比上述可输出电力量较小时，上述供给气体流量调整部调整上述供给气体流量，以使上述氧化剂气体供给部供给比目标燃料电池需要气体流量大的气体流量即过剩气体流量，所述目标燃料电池需要气体流量是为了实现上述目标电流值而应向上述燃料电池供给的上述燃料电池需要气体流量，上述运转控制部控制上述流量调整阀以使上述旁通流量成为上述过剩气体流量和上述目标燃料电池需要气体流量之差的气体流量。 

适用例1的燃料电池系统中，与在为了使供给气体流量在规定期间内从0增加到规定气体流量而氧化剂气体供给部所需要的最低电力相比，二次电池的可输出电力量较小时，调整供给气体流量，以使氧化剂气体供给部供给过剩气体流量，因此即使在与燃料电池连接的负 载变大而需要使燃料电池需要气体流量增加且二次电池的可输出电力量较小的情况下，由于氧化剂气体供给部预先供给过剩气体流量，因此也能够通过使旁通流量减少而抑制氧化剂气体的供给响应性的劣化。因此，即使在由燃料电池向负载供给电力的同时进行低效率运转时负载增加的情况下，也能够提高燃料电池组的输出响应性以及发热响应性。 

[适用例2]在适用例1所述的燃料电池系统中，上述供给气体流量调整部以上述可输出电力量越小使上述过剩气体流量越大的方式调整上述供给气体流量。 

通过这样的构成，即使在由于二次电池的可输出电力量较小、通过由二次电池供给的电力而氧化剂气体供给部能够供给的供给气体流量较少时，由于氧化剂气体供给部供给更多的过剩气体流量，因此，在与燃料电池连接的负载变大、燃料电池需要气体流量增加时，能够抑制氧化剂气体的供给响应性的劣化。 

[适用例3]在适用例1或者适用例2所述的燃料电池系统中，上述过剩气体流量是根据上述可输出电力量值而预先决定的上述供给气体流量，是使上述供给气体流量在上述规定期间内增加到上述规定气体流量而预先需要的上述供给气体流量。 

通过这样的构成，即使在二次电池的可输出电力量较小时，也能够使供给气体流量在规定期间内增加到规定气体流量。因此，即使在二次电池的可输出电力量较小时，也能够维持规定的响应性作为氧化剂气体供给部的氧化剂气体的供给响应性。 

[适用例4]在适用例1至适用例3的任意一项所述的燃料电池系统中，上述运转控制部根据由上述燃料电池的电容成分引起的电流值对根据上述要求输出以及上述要求发热量决定的上述目标电流值进行校 止。 

通过这样的构成，能够以消除燃料电池的目标电压值变化时产生的燃料电池的电容成分所导致的变动能量的方式决定目标电流值。因此，能够准确地控制燃料电池在目标的工作点运转。因此，能够提高燃料电池组的输出响应性以及发热响应性。 

[适用例5]在适用例1至适用例4的任意一项所述的燃料电池系统中，还具有取得上述燃料电池起动时的上述燃料电池内的剩余水量的剩余水量取得部，上述剩余水量越多，上述运转控制部将结束温度设定得越高，所述结束温度是使上述低效率运转结束的温度。 

通过这样的构成，由于起动时的燃料电池内的剩余水量越多，将结束温度设定得越高，因此，能够在低效率运转中使给予燃料电池自身的热量变得更多。因此，即使是剩余水量较多的状况，也能够使水成为水蒸气从燃料电池容易地排出。 

[适用例6]在适用例1至适用例5的任意一项所述的燃料电池系统中，还具有取得上述燃料电池的温度即燃料电池温度的温度取得部，上述燃料电池起动时的上述燃料电池温度越低，上述运转控制部将结束温度设定得越高，所述结束温度是使上述低效率运转结束的温度。 

一般来说，起动时的燃料电池温度越低燃料电池内残留的水越多。通过适用例6的构成，起动时的燃料电池温度越低将结束温度设定得越高，因此，能够在低效率运转中使给予燃料电池自身的热量变得更多。因此，即使是剩余水量较多的状况，也能够使水成为水蒸气从燃料电池容易地排出。 

[适用例7]在适用例1至适用例6的任意一项所述的燃料电池系统中，还具有：决定上述要求发热量的要求发热量决定部；和取得上述燃料电池的温度即燃料电池温度的温度取得部，上述运转控制部执行上述低效率运转直到上述燃料电池温度到达结束温度为止，所述结束温度是使上述低效率运转结束的温度，上述要求发热量至少包括用于使上述燃料电池升温的发热量即升温要求发热量，在上述燃料电池温度处于能够判定上述车辆为可行驶状态的规定温度以上且低于上述结束温度时，上述燃料电池温度越高，上述要求发热量决定部将上述升温要求发热量决定得越低。 

通过这样的构成，燃料电池温度越高，越能够延迟燃料电池的温度的上升速度。因此，能够抑制超过低效率运转的结束温度而使燃料电池升温，因此，能够抑制无谓的低效率运转的执行，能够使反应气体的燃耗提高。 

[适用例8]在适用例7所述的燃料电池系统中，上述燃料电池系统搭载于具有加速器的车辆，上述燃料电池系统还具有：取得上述车辆的速度的速度取得部；和取得上述加速器的开度的加速器开度取得部，在上述燃料电池温度为上述规定温度以上且低于上述结束温度时，上述要求发热量决定部将上述升温要求发热量决定为与上述车辆的速度相应的上限值和与上述加速器的开度相应的上限值中的至少一个上限值以下，上述车辆的速度越高，与上述车辆的速度相应的上限值越被设定为大的值，上述加速器的开度越大，与上述加速器的开度相应的上限值越被设定为大的值。 

一般来说，伴随氧化剂气体供给部的驱动的噪音、振动，在车辆的速度越低时，在加速器的开度越大时，越强烈地给予乘员以不适感。因此，通过这样的构成，要求发热量被限制为与车辆的速度相应的上限值和与加速器开度相应的上限值中的至少一个上限值以下，因此，能够抑制给予乘员以伴随氧化剂气体供给部的驱动的噪音、振动所导致的不适感。 

[适用例9]在适用例1至适用例8的任意一项所述的燃料电池系统中，上述燃料电池系统搭载于车辆，上述燃料电池系统还具有取得对上述车辆的减速要求的减速要求取得部，在存在上述减速要求时，上述供给气体流量调整部以调整上述供给气体流量时的变化量为规定量以下的方式调整上述供给气体流量。 

通过这样的构成，在存在减速要求时，能够使供给气体流量的变化量在规定量以下，因此，能够与作出减速要求无关地、抑制与伴随供给气体流量的变化的氧化剂气体供给部的驱动相伴的噪音、振动变大而给予乘员较强的不适感。 

附图说明

图1是表示作为本发明的一实施例的燃料电池系统的概略构成的说明图。 

图2是示意地表示图1所示的空气化学计量比映射63b的设定内容的一例的说明图。 

图3是示意地表示图1所示的不足空气量映射63e的设定内容的一例的说明图。 

图4是表示本实施例的空气供给量控制处理的顺序的流程图。 

图5是表示目标工作点决定处理的顺序的流程图。 

图6是示意地表示浓度过电压的求解方法的说明图。 

图7是表示进行本实施例的空气供给量控制处理时设定的空气压缩机的供给空气量的一例的说明图。 

图8是表示第2实施例的目标工作点决定处理的顺序的流程图。 

图9是表示第3实施例的燃料电池系统的概略构成的说明图。 

图10是表示第3实施例的要求发热量决定处理的顺序的流程图。 

图11是示意地表示图9所示的第1发热量限制映射以及第2发热量限制映射的设定内容的一例的说明图。 

图12是示意地表示图9所示的预热目标温度映射63i的设定内容的一例的说明图。 

图13是示意地表示图9所示的FC需要发热量映射63h的设定内容的一例的说明图。 

图14是表示第4实施例的FC需要空气量决定处理的顺序的说明图。 

图15是表示变形例1的不足空气量映射的设定内容的例的说明图。 

具体实施方式

第1实施例： 

A1.系统构成： 

图1是表示作为本发明的一实施例的燃料电池系统的概略构成的说明图。在本实施例中，燃料电池系统100作为用于供给驱动用电源的系统，搭载于电动车辆而使用。燃料电池系统100包括燃料电池组10、氢气供给路51、阳极废气排出路52、氢气旁通路53、空气供给路54、阴极废气排出路55、空气旁通路56、氢罐31、切断阀42、氢气供给阀43、净化阀46、循环泵47、空气压缩机32、调压阀45、旁通阀44、温度传感器16、DC-DC转换器210、二次电池220、SOC计算单元221、控制组件60。 

燃料电池组10具有层叠的多个单电池20。单电池20具有阳极侧隔板21、具有电解质膜的MEA(膜电极组件Membrane Electrode Assembly)22、阴极侧隔板23，具有将MEA22由阳极侧隔板21和阴极侧隔板23夹持而成的构成。 

氢气供给路51将氢罐31和燃料电池组10连通，是用于将从氢罐31供给的氢气引导到燃料电池组10的流路。阳极废气排出路52是用于将来自燃料电池组10的阳极废气(剩余氢气)排出的流路。氢气旁通路53将阳极废气排出路52和氢气供给路51连通，是用于使从燃料电池组10排出的氢气(未用于反应的氢气)返回氢气供给路51的流路。 

空气供给路54将空气压缩机32和燃料电池组10连通，是用于将从空气压缩机32供给的压缩空气向燃料电池组10引导的流路。阴极废气排出路55是用于将来自燃料电池组10的阴极的阴极废气排出的流路。阴极废气中，在通常运转时包括在燃料电池组10中未用于电化学反应的剩余空气、通过燃料电池组10的电化学反应生成的水，在低效率运转时，除了这些剩余空气以及生成水之外，还包括在低效率运转时在阴极通过下述式1所示的化学反应而产生的氢(以下，称为「泵氢」)。在本实施例中，「低效率运转」是指与通常运转(燃料电池组10在I-V特性曲线上的工作点下运转的状态)相比使发电效率降低的运转。 

数学式1 

2H⁺+2e^-→H₂…(1) 

空气旁通路56将空气供给路54和阴极废气排出路55连通，是用于将通过空气压缩机32供给的空气不经由燃料电池组10而向阴极废气排出路55供给的流路。 

氢罐31贮存高压氢气。切断阀42配置在氢罐31的未图示的氢气排出口，进行氢气的供给以及停止。氢气供给阀43配置在氢气供给路51，通过调整阀开度来调整向燃料电池组10供给的氢气的压力及流量。净化阀46是用于将阳极废气从阳极废气排出路52向大气放出的阀。循环泵47是用于在旁通路53内使氢气从阳极废气排出路52向氢气供给路51流通的泵。 

空气压缩机32配置在空气供给路54，对从外部取入的空气进行加压，向燃料电池组10供给。空气压缩机32例如能够使用叶片旋转而进行压缩的离心式的压缩机、动叶片(转子)旋转而进行压缩的轴流式压缩机。空气压缩机32的驱动电力从燃料电池组10供给。调压阀45是用于对燃料电池组10侧的压力(背压)进行调整的阀。旁通阀44是用于在空气旁通路56中对从空气供给路54向阴极废气排出路55流通的空气量进行调整的阀。温度传感器16配置在阴极废气排出路55上的燃料电池组10附近。本实施例中采用通过温度传感器16检测的温度作为燃料电池组10的温度以及二次电池220的温度。 

DC-DC转换器210将二次电池220以及燃料电池组10连接，对由二次电池220供给的直流电压升压，经由未图示的逆变器而向负载输出。在本实施例中负载是指电动车辆的驱动用马达200，空气压缩机32、循环泵47等的辅机。并且，DC-DC转换器210将通过燃料电池组10的发电得到的电力降压而向二次电池220充电。二次电池220例如能够采用镍镉蓄电池、镍氢蓄电池、锂二次电池等。SOC计算单元221计算二次电池220的充电电力量(SOC：State Of Charge)。 

控制组件60与空气压缩机32、DC-DC转换器210、各阀42～47电连接，并控制这些各要素。并且，控制组件60与温度传感器16以及SOC计算单元221电连接，接收来自这些各要素的测定值以及计算值。 

控制组件60具有CPU(Central Processing Unit)61，RAM(Random Access Memory)62和ROM(Read Only Memory)63。在ROM63中存储用于控制燃料电池系统100的未图示的控制程序，CPU61利用RAM62而执行该控制程序，从而作为运转控制部61、燃料电池(FC)需要空气量决定部61b、供给空气量决定部61c、阀控制部61d、可输出电力量取得部61e起作用。 

运转控制部61a通过控制向燃料电池组10供给的反应气体(空气以及氢气)的量，以及燃料电池组10的电压，控制燃料电池组10的输出(发电量)以及发热量。空气量的控制通过空气压缩机32的转速调整来实现。氢气流量的控制通过经由阀控制部61d调整氢气供给阀43的开度来实现。燃料电池组10的电力控制经由DC-DC转换器210进行。并且，运转控制部61a根据未图示的加速器的开度以及车速来计算对燃料电池组10的要求输出值。 

ROM63中预先存储转速映射63a、空气化学计量比映射63b、阀开度映射63c、可输出电力量映射63d、不足空气量映射63e。转速映射63a是将空气压缩机32的叶片的转速和空气压缩机32的供给空气量建立对应而成的映射，通过预先试验等求出而设定。 

图2是示意地表示图1所示的空气化学计量比映射63b的设定内容的一例的说明图。在图2中，横轴表示空气化学计量比，纵轴表示浓度过电压。燃料电池系统100中作为低效率运转，采用通过抑制向燃料电池组10供给的空气量而产生浓度过电压，从而使燃料电池组10的废热量增加的公知的方法。此低效率运转时的空气化学计量比和浓度过电压之间的关系能够预先通过实验等求出。空气化学计量比是指实际向燃料电池组10供给的空气量相对于构成燃料电池组10的各单电池20在I-V特性曲线上的工作点下运转所需的理论上的空气量的比率。如图2所示，空气化学计量比越高(即，供给空气量越多)，浓度过电压越小，空气化学计量比在0.9～1.1的范围内急剧地降低。 

图1所示的阀开度映射63c是将空气量与旁通阀44以及调压阀45的阀开度建立对应而成的映射。旁通阀44的开度越大则空气旁通路56的空气量越大，并且，调压阀45的开度越大则空气供给路54的空气量以及阴极废气排出路55的空气量越大。因此，燃料电池系统100中预先通过试验求出旁通阀44以及调压阀45的开度和各空气量之间的关系存储在ROM63中。可输出电力量映射63d是将二次电池220的充电电力量(SOC)及二次电池220的温度与二次电池220的可输出的最大电力量建立对应而成的映射。二次电池220的SOC越大则可输出电力量越大，并且，二次电池220的温度越高则输出可能电力量越大。 因此，能够预先通过试验求出二次电池220的SOC以及二次电池220的温度与可输出电力量之间的关系，并作为可输出电力量映射63d存储于ROM63中。 

图3是示意地表示图1所示的不足空气量映射63e的设定内容的一例的说明图。在图3中，横轴表示二次电池220的可输出电力量，纵轴表示通过空气压缩机32供给的空气量的不足部分。 

在低温环境下，二次电池220的可输出电力量较低，因此可能不能将用于满足规定的空气供给响应性的电力向空气压缩机32供给。本实施例中作为规定的空气响应性，设定在一秒期间上升到作为最大空气供给量的3700Nl(Normal litter：公升)/min)的响应性。此时，最大响应性为在向燃料电池组10完全不供给空气的状态下，从加速器空转状态(加速器开度为0％的状态)过渡到加速器最大踩下的状态(加速器开度100％的状态)时，在一秒期间从0Nl/min上升到作为最大空气供给量的3700Nl/min)的响应性。在为了满足此最大响应性而空气压缩机32的驱动所需的电力例如为50kW的情况下，由SOC以及二次电池220的温度决定的二次电池220的可输出电力量为40kW的话，不能实现最大空气供给响应性。但是，在二次电池220的可输出电力量为50kW以上时，能够满足此最大响应性。因此，在燃料电池系统100中预先通过试验等求出二次电池220的可输出电力量，在不向燃料电池组10供给空气的状态下为了满足规定的空气供给响应性而不足的空气供给量(Nl/min)，设定作为不足空气量映射63e。 

如图3所示，不足空气量映射63e中，二次电池220的可输出电力量越大，作为不足空气量越被设定为小的值。二次电池220的可输出电力量为50kW以上时，不足空气量为0。即意味着，如果可输出电力量至少为50kW则在从空气压缩机32不供给空气的状态下，即使加速器开度为100％时，一秒期间也能够上升到作为最大空气供给量的3700Nl/min)。并且，二次电池220的可输出电力量为0kW时的不足 的空气量为3700Nl/min。这表示二次电池220的可输出电力量位0kW时，不足的空气量为3700Nl/min。 

在此，已经由空气压缩机32供给空气时，即使二次电池220的可输出电力量较少时，也能够满足规定的空气供给响应性。例如，由于已经由空气压缩机32供给空气，在加速器开度为100％时，1秒间应该上升的空气供给量如果为1000Nl/min，即便二次电池220的可输出电力量不到50kW，也可能满足规定的空气供给响应性(1秒以内空气供给量上升到3700Nl/min)。此例中，3700Nl/min与权利要求中的规定气体流量，1秒间与权利要求中的规定的期间分别相当。规定的空气供给响应性不限于1秒以内空气供给量上升到3700Nl/min，能够设定为任意的期间内增加到任意的流量的任意的空气供给响应性。 

燃料电池系统100中，除了上述的各构成要素，还具有用于通过冷却介质冷却燃料电池组10的机构(例如，冷却介质循环路、散热器等)。并且，燃料电池系统100具有利用通过燃料电池组10升温的冷却介质对客室进行加温的未图示的暖气机构。 

燃料电池系统100中，起动时在燃料电池组10的温度低于0℃时开始低效率运转，对燃料电池组10进行预热。 

搭载燃料电池系统100的电动车辆中为了保证行驶稳定性，在燃料电池组10的温度低于0℃时设定为不能行驶的状态，通过低效率运转使燃料电池组10的温度升温而变成0℃以上时设定为能够行驶的状态。因此，为了在燃料电池组10的温度低于0℃时使电动车辆成为能够在短期间内行驶的状态，执行低效率运转以使输出响应性(直到能够满足要求输出电力输出性能或满足要求输出的期间的长短)降低而得到较多的发热量。燃料电池系统100中燃料电池组10的温度上升而到达0℃的话，通过低效率运转继续执行，并且，执行后述的空气供给量控制处理，能够提高燃料电池组10的输出响应性以及发热响应性。 在本实施例「发热响应性」是指能够满足要求发热量的性能，或存在发热要求后直到满足要求发热量的期间的长短。 

上述的空气压缩机32与权利要求中的氧化剂气体供给部相当。并且，旁通阀44以及调压阀45与权利要求中的流量调整阀相当，SOC计算单元221与权利要求中的可输出电力量取得部相当，温度传感器16与权利要求中的温度取得部相当。并且，运转控制部61a与权利要求中的供给气体流量调整部、运转控制部、剩余水量取得部、要求发热量决定部、速度取得部、加速器开度取得部以及减速要求取得部相当。 

A2.空气供给量控制处理： 

通过起动时的低效率运转，燃料电池组10的温度上升达到0℃，电动车辆变成可行驶状态，在燃料电池系统100执行空气供给量控制处理。 

图4是表示本实施例的空气供给量控制处理的顺序的流程图。运转控制部61a根据未图示的加速器的开度以及电动车辆的速度，决定驱动用马达200、辅机的要求输出值(步骤S105)。运转控制部61a决定要求发热量(步骤S110)。本实施例中作为低效率运转时的要求发热量，预先设定从燃料电池组10的最大产生能量中去掉辅机损失(向辅机的供给电力量)所得到的值(以下，称为「最大发热量」)，运转控制部61a设定该最大发热量作为要求发热量。运转控制部61a决定燃料电池组10的目标工作点(步骤S115)。 

图5是表示目标工作点决定处理的顺序的流程图。运转控制部61a根据下述式2计算目标工作点的电流值(目标电流值)Iref的(步骤S205)。式2中，“Pfc”表示要求输出值。并且，「Ploss」表示要求发热量，“Vl”表示单位单电池的理论电动势，「n」表示构成燃料电池组10的单电池20的数目。 

数学式2 

$\mathrm{Iref}=\frac{\mathrm{Pfc}+\mathrm{Ploss}}{\mathrm{Vl}*n}\·\·\·\left(2\right)$

接着，运转控制部61根据下述式3计算目标工作点的电压值(目标电压值)Vref(步骤S210)。式3的Pfc以及Ifef与式2相同。 

数学式3 

$\mathrm{Vref}=\frac{\mathrm{Pfc}}{\mathrm{Iref}}\·\·\·\left(3\right)$

图4所示，目标工作点决定后，运转控制部61a根据浓度过电压并参照空气化学计量比映射63b而决定空气化学计量比(步骤S120)。 

图6是示意地表示浓度过电压的求解方法的说明图。在图6中，横轴表示燃料电池组10的电流值，纵轴表示燃料电池组10的电压值。在图6中，曲线Lc表示燃料电池组10的I-V特性曲线(电流-电压特性曲线)。并且，曲线Lq表示某一要求发热量的等发热量曲线，曲线Lp表示某一要求输出的等输出曲线。 

图6所示的工作点P2是满足要求输出(曲线Lp)和要求发热量(曲线Lq)的工作点，是在上述步骤S115设定的目标工作点。工作点P1是燃料电池组10的I-V特性曲线上的工作点，是满足目标电流值Iref的工作点。浓度过电压作为该工作点P1的电压V0与目标工作点P2的电压Vref之差而求出。运转控制部61a能够根据这样求出的浓度过电压，参照图2所示的空气化学计量比映射63b求出空气化学计量比。 

运转控制部61a控制FC需要空气量决定部61b、根据下述式4决定燃料电池组10所需的空气量(FC需要空气量)(步骤S125)。在式4中，常数「n」表示构成燃料电池组10的单电池20的数量。并且， 常数「22.4」是用于将空气量(摩尔)换算成体积(升)的系数，常数「60」是用于将分换算成秒的系数，常数「96500」是法拉第常数，常数「0.21」是空气中的氧含有率。作为式4的空气化学计量比，使用步骤S120中决定的化学计量比。 

数学式4 

运转控制部61a，根据由计算单元221接收的充电电力量(SOC)，由温度传感器16接收的温度(二次电池220的温度)参照可输出电力量映射63d而决定二次电池220的可输出电力量(步骤S130)。 

运转控制部61a根据通过步骤S130决定的可输出电力量，参照不足空气量映射63e，决定不足空气量Alc(步骤S135)。 

运转控制部61a对通过步骤S125决定的FC需要空气量Afc和通过步骤S135决定的不足空气量Alc进行比较，判定FC需要空气量Afc是否比不足空气量Alc少(步骤S140)。 

FC需要空气量Afc为不足空气量以上时(步骤S140：NO(否))，运转控制部61a控制供给空气量决定部610，作为空气压缩机32的供给空气量Aac(以下，仅称为「供给空气量Aac」)设定为与FC需要空气量Afc相同的量(步骤S145)。 

在步骤S145中，设定供给空气量Aac后，运转控制部61a根据空气旁通路56的空气量(旁通空气量Abp)、FC需要空气量Afc控制阀控制部61d而调整旁通阀44以及调压阀45(步骤160)。此步骤S160的处理在后述的步骤S155之后也执行，但是在步骤S145之后执行步骤S160时，旁通空气量Abp设定为0，旁通阀44的开度调整为0％。作为旁通阀44的开度求出燃料电池组10的泵氢的产生量以及泵氢稀释所需的空气量，也可以设定旁通阀44的开度以使此稀释用的空气量在空气旁通路56流通。此时，将FC需要空气量Afc和稀释用的空气量相加而得到的空气量被设定作为供给空气量Aac。 

运转控制部61a根据通过步骤S145设定的供给空气量Aac、参照转速映射63a决定空气压缩机32的转速，控制空气压缩机32以变成决定的转速(步骤S165)。通过步骤S165的处理，向燃料电池组10供给FC需要空气量Afc，但是此FC需要空气量Afc比基于二次电池220的可输出电力量的不足空气量多。因此，其后，即使在加速器开度变为100％，FC需要空气量Afc设定为3700Nl/min时，通过使二次电池220的输出上升，所述FC需要空气量Afc也能够在1秒以内达成。 

在上述的步骤S140中，判定为FC需要空气量Afc比不足空气量Alc少，运转控制部61a设定步骤S135中决定的不足空气量Alc作为供给空气量Aac(步骤S150)。此时，由空气压缩机32供给的供给空气量Aac比FC需要空气量Afc多。因此，运转控制部61a设定不足空气量Alc和FC需要空气量Afc之差的空气量作为旁通空气量Abp(步骤S155)。之后，运转控制部61a执行上述的步骤S160、S165。能够求出泵氢的稀释所需要的空气量，将该空气量加到步骤S155中求出的旁通空气量Abp上而设定旁通空气量Abp。此时，供给空气量Aac设定为将不足空气量Alc和稀释用的空气量相加而得到的空气量。 

通过步骤S150～S165的执行，FC需要空气量Afc比不足空气量Alc少时，空气压缩机32供给不足空气量Alc、向燃料电池组10供给FC需要空气量Afc、向空气旁通路56供给不足空气量Alc和FC需要空气量Afc之差的空气量。因此，之后，即使加速器开度为100％，FC需要空气量Afc设定为3700Nl/min时，通过使旁通空气量Abp为0并将与旁通空气量Abp相当的空气量加到FC需要空气量Afc上，能够通过供给空气量Aac弥补由二次电池220的可输出电力量决定的不足空气量Alc。因此，能够实现规定的空气供给响应性。 

图7是表示进行本实施例的空气供给量控制处理时设定的空气压缩机的供给空气量的一例的说明图。图7中，横轴表示二次电池220的可输出电力量，纵轴表示空气压缩机32的供给空气量。图3所示的不足空气量映射63e，为了方便说明，在图7用虚线表示。 

例如，二次电池220的可输出电力量为30kW，用于实现目标工作点的FC需要空气量为4000Nl/min(工作点u2)时，此FC需要空气量比该可输出电力量(30kW)的不足空气量(3000Nl/min)多。因此，此时，通过设定FC需要空气量即4000Nl/min作为供给空气量Aac，之后，即便加速器开度为100％，FC需要空气量Afc设定为3700Nl/min时，也能够在1秒以内使FC需要空气量Afc为3700Nl/min，能够满足规定的响应性。 

与此相对，例如，二次电池220的可输出电力量为30kW，用于实现目标工作点的FC需要空气量为1500Nl/min(工作点u1)时，此FC需要空气量比该可输出电力量(30kW)的不足空气量(3000Nl/min)少。但是，通过空气供给量控制处理，在供给空气量Aac成为不足空气量(3000Nl/min)的工作点u0使空气压缩机32工作，因此，即使在加速器开度为100％，FC需要空气量Afc设定为3700Nl/min，也能够在1秒以内使FC需要空气量Afc为3700Nl/min，能够满足规定的空气供给响应性。 

如以上说明，本实施例的燃料电池系统100中，FC需要空气量Afc比不足空气量Alc少时，设定不足空气量Alc作为空气压缩机32的供给空气量，向空气旁通路56供给不足空气量Alc和FC需要空气量Afc之差的气体流量。因此，之后，即使加速器开度为100％时，也能够满足燃料电池系统100中设定的规定的空气供给响应性。因此，能够提高燃料电池组10的输出响应性以及发热响应性。从燃料电池组10相对于驱动用马达200进行电力供给的同时进行低效率运转时，能 够根据加速器开度使负载变大，FC需要空气量Afc急剧地增减。但是，通过本实施例的构成，即使在低温环境下二次电池220的可输出电力量较小时，也能够实现与负载的急增相应的FC需要空气量Afc的急增，能够提高输出响应性以及发热响应性。 

此外，向空气旁通路56供给不足空气量Alc和FC需要空气量Afc之差的气体流量，因此，能够设定满足空气供给响应性最低限的空气供给量作为空气压缩机32的空气供给量。因此，作为空气压缩机32的空气供给量不设定剩余的量，因此，能够抑制无谓的电力消黄。 

并且，作为不足空气量映射，对于每个二次电池220的可输出电力量设定不足空气量，因此，与一律设定不足空气量时相比，能够准确地决定不足空气量。因此，在FC需要空气量Afc比不足空气量Alc少时，作为空气压缩机32的空气供给量不设定剩余的量，因此，能够抑制无谓的电力消費。 

并且，FC需要空气量Afc为不足空气量Alc以上时，作为空气压缩机32的供给空气量Aac设定FC需要空气量Afc。此时，之后即使加速器开度变成100％时，也能够满足燃料电池系统100中设定的规定的空气供给响应性。此外，步骤S150、S155的处理也能够省略。因此，与不管不足空气量Alc的多少一律执行步骤S150、S155的构成相比，能够使处理简单化。 

B.第2实施例： 

图8是表示第2实施例的目标工作点决定处理的顺序流程图。第2实施例的燃料电池系统，在决定目标工作点的处理中，在追加执行步骤S215以及S220的点上与图1与所示的燃料电池系统100不同，其他的构成与第1实施例相同。 

一般来说，燃料电池组10具有由电解质溶液和催化剂担持体之间 的界面的双电荷层所引起的静电容量，催化剂的氧化还原反应所导致的表观上的静电容量构成电容容量(静电容量)。由于此燃料电池组10的电容成分，燃料电池组10的输出(电力量)以及发热量会产生误差。具体而言，为了使燃料电池组10在新的目标工作点运转而使燃料电池组10的电压急剧地上升时，燃料电池组10通过电容成分吸收能量。因此，燃料电池组10能够在与新的目标工作点不同的工作点工作。另一方面，使燃料电池组10的电压急剧地下降时，燃料电池组10通过电容成分放出能量。此时，燃料电池组10也能够在与新的目标工作点不同的工作点工作。这样，在与目标工作点不同的工作点工作时，燃料电池组10的输出响应性以及发热响应性恶化。因此，通过考虑本实施例中燃料电池组10的电容成分而设定目标工作点，使燃料电池组10的输出响应性以及发热响应性提高。 

具体而言，如图8所示，在步骤S205、S210中，决定目标电流值Iref以及目标电压值Vref后，运转控制部61a通过下述式5计算出伴随电压变动的燃料电池组10的电容成分所引起的变动能量(步骤S215)。在式5中，Cfc表示燃料电池组10的电容成分(静电容量)。并且Vorg表示当前的工作点的电压值，ΔT表示作为从当前的工作点的电压变化到目标工作点的电压所需要的期间(电压控制响应性)而预先在燃料电池系统100设定的期间，例如可以设定「1秒」。 

数学式5 

$\mathrm{Pfcc}=\frac{1}{2}\mathrm{Cfc}*({\mathrm{Vref}}^2-{\mathrm{Vorg}}^2)/\mathrm{\ΔT}\·\·\·\left(5\right)$

运转控制部61根据在步骤S215决定的变动能量Pfcc通过下述式6对目标电流值Iref进行校正，决定校正后的目标电流值Iref’(步骤S220)。在式6中，Ifef和Vorg与式5相同。 

数学式6 

${\mathrm{Iref}}^{\′}=\mathrm{Iref}+\frac{\mathrm{Pfcc}}{\mathrm{Vorg}}\·\·\·\left(6\right)$

例如，在使电压上升时，通过燃料电池组10的电容成分吸收能量。因此，通过预先作为目标电流值设定为比当初的目标工作点的电流值高的值，能够输出与吸收的能量相当的能量那样多的电力，消除吸收的能量(变动能量)。式6的右边第2项是指用于消除此变动能量的电流值。通过以上的目标工作点决定处理，作为新的目标工作点，决定电压值Vref、电流值Iref的工作点。 

具有以上的构成的第2实施例的燃料电池系统，具有与第1实施例的燃料电池系统100相同的效果。此外，以消除使电压变化时产生的燃料电池组10的电容成分(静电容量)所导致的变动能量的方式决定目标电流值。因此，燃料电池组10的电容成分引起的能量变动即使产生，也能够使燃料电池组10在当初的目标工作点工作，能够提高燃料电池组10的输出响应性以及发热响应性。 

C.第3实施例： 

图9是表示第3实施例的燃料电池系统的概略构成的说明图。第3实施例的燃料电池系统100a，在预先在ROM63存储第1发热量限制映射63f、第2发热量限制映射63g、FC需要发热量映射63h和预热目标温度映射63i的点上与图1所示的燃料电池系统100不同，其他的构成与第1实施例相同。各映射63f～63i的详细情况后述。 

第1实施例中预先设定燃料电池组10的最大发热量作为低效率运转时的要求发热量，但是本实施例中根据燃料电池组10的温度、燃料电池组10的可输出电力量来决定要求发热量。 

图10是表示第3实施例的要求发热量决定处理的顺序的流程图。 第3实施例中图10所示的要求发热量决定处理作为图4所示的步骤S110而执行。 

运转控制部61a根据来自温度传感器16的测定值，判定燃料电池组10的温度是否低于0℃(步骤S305)，低于0℃时作为要求发热量，与第1实施例同样地设定燃料电池组10的最大发热量(步骤S310)。这样，在燃料电池组10的温度低于0℃时设定最大发热量作为要求发热量，是为了能够在短期间升温到0℃以上，从而能够在短期间使电动车辆成为可能行驶的状态。 

在步骤S305中，判定燃料电池组10的温度在0℃以上时，运转控制部61a判定燃料电池组10的可输出电力量是否到达规定的输出值(电力量)，(步骤S315)。此步骤S315的规定的输出值(阈值)作为能实现作为燃料电池组10的输出响应性而必须进行最低限保证的响应性的输出而被决定。具体而言，例如，燃料电池组10的最大输出能够设定为(例如100kW)的一半的值(例如50kW)。可输出电力量能够由当前的工作点的电流值以及电压值求出。 

在步骤S315中，判定为燃料电池组10的可输出电力量比规定值小时(步骤S315：YES(是))，运转控制部61a根据由未图示的车速传感器得到的车速并参照第1发热量限制映射63f决定发热量上限值(步骤S320)。运转控制部61a根据由未图示的加速器开度传感器得到的加速器开度并参照第2发热量限制映射63g来决定发热量上限值(步骤S325)。 

图11是示意地表示图9所示的第1发热量限制映射以及第2发热量限制映射的设定内容的一例的说明图。在图11中，上段表示第1发热量限制映射63f，下段表示第2发热量限制映射63g。在图11的上段中，横轴表示车速，纵轴表示发热量。在图11的下段中，横轴表示加速器开度，纵轴表示发热量。 

第1发热量限制映射63f将燃料电池系统100所搭载的电动车辆的车速与要求发热量的上限值建立对应。例如，如图11上段所示，车速为V1时要求发热量的上限值设定为a10。因此，根据第1发热量限制映射63f，车速为V1时将要求发热量限制在a10以下。 

如图11上段所示，第1发热量限制映射63f中，设定成在车速超过规定的速度V2之前，随着车速的上升，要求发热量的上限值也上升。并且，车速比规定的速度V2高时要求发热量的上限值为一定。 

这样，决定要求发热量的上限值基于以下的理由。发热要求较高时较为提高浓度过电压，因此上述式1的反应较多发生。其结果，燃料电池组10的泵氢量增加，稀释该泵氢所需的空气量增加。此时，空气压缩机32的转速增加，因此，噪音以及振动变大，给予乘员较大不适感。但是，车速较高时道路噪音等的伴随行驶的噪音以及振动比较大，因此，伴随空气压缩机32的转速增加的噪音以及振动对于乘员来说相对感觉较小。因此，车速越低，使发热量的上限值越低，由此，抑制低速行驶时的噪音以及振动的产生，通过在车速较高时设定较高上限值，提高发热响应性。在规定的车速V2以上使要求发热量的上限值一定的原因在于，在一定程度的速度以上，与道路噪音等的伴随行驶的噪音以及振动相比，伴随空气压缩机32的转速增加的噪音以及振动变得较大。 

如图11下段所示的第2发热量限制映射63g将燃料电池系统100搭载的电动车辆的加速器开度与要求发热量的上限值建立对应。例如，如图11下段所示，加速器开度为D1时将要求发热量的上限值设定为a20。因此，根据第2发热量限制映射63g，加速器开度为D1时要求发热量被限制在a20以下。 

如图11下段所示，第2发热量限制映射63g中，和第1发热量限 制映射63f同样地，设定成在加速器开度超过规定的开度D2之前，随着加速器开度增加，要求发热量的上限值也上升。并且，加速器开度比规定的开度D2高时要求发热量的上限值为一定。 

这样，决定要求发热量的上限值是基于以下的理由。加速器开度较大时乘员想要获得较大的加速度。因此，此时，伴随空气压缩机32的转速增加的噪音以及振动即使变大，由于是伴随加速度的上升的噪音以及振动的增加，因此，乘员几乎感觉不到不适感。另一方面，加速器开度较小时乘员打算获得较小的加速度(即，维持当前的速度或者减速)。此时，空气压缩机32的噪音以及振动如果较大，则乘员感觉到较强的不适感。因此，加速器开度越小则使发热量的上限值越低，从而能够抑制低速行驶时的噪音以及振动的产生，通过在车速较高时设定较高的上限值，来提高发热响应性。在规定的加速器开度D2以上使要求发热量为一定，是因为在一定程度的加速度以上，伴随空气压缩机32的转速增加噪音以及振动变得非常大，因此可能给予乘员不适感。 

在图10所示的步骤S325中，决定基于加速器开度的要求发热量的上限值后，运转控制部61a对基于车速的要求发热量的上限值和基于加速器开度的要求发热量的上限值进行比较，决定较小的上限值，将该决定的上限值和最大发热量中较小的发热量决定为要求发热量(步骤S330)。因此，最大发热量比基于车速的要求发热量的上限值以及基于加速器开度的要求发热量的上限值任何一个小时，最大发热量被决定为要求发热量。另一方面，最大发热量比基于车速的要求发热量的上限值以及基于加速器开度的要求发热量的上限值的至少一个大时，这些上限值的任意一个较小的值被设定为要求发热量。 

这样，执行步骤S315～3330的理由在于，由于燃料电池组10处于还不能输出能够实现必须进行最低限保证的响应性的状态，因而想要早期使燃料电池组10升温而使燃料电池组10的输出上升的要求， 与由于电动车辆处于能够行驶的状态而希望尽量不给予乘员以不适感的要求不能同时满足。 

燃料电池组10的温度上升，燃料电池组10的可输出电力量到达规定的输出值(电力量)时(步骤S315：NO)，运转控制部61a根据起动时的燃料电池组10的温度(以下，也称为「起动时温度」)、起动时的燃料电池组10内存在的水的量(含水量)，并参照预热目标温度映射63i来决定燃料电池组10的预热目标温度(预热结束温度)(步骤S335)。 

图12是示意地表示图9所示的预热目标温度映射63i的设定内容的一例的说明图。在图12中，横轴表示起动时温度，纵轴表示预热目标温度。预热目标温度映射63i是将起动时温度和预热目标温度与起动时的燃料电池组10内的含水量相应地建立对应而成的映射。在图12中，通过曲线Ll1表示起动时的燃料电池组10内的含水量较少时的设定值，并且，通过曲线Lm1表示燃料电池组10的含水量为中程度时的设定值，通过曲线Lh1表示燃料电池组10的含水量较多时的设定值。 

如各曲线Ll1、Lm1、Lh1所示，起动时温度低于0℃时，起动时温度越低，预热目标温度越设定为较高温度。这基于以下的理由。起动时温度越低，饱和水蒸气量越小，因此，燃料电池组10内含有的液体水的量越多。因此，起动时温度越低，预热目标温度越设定为较高温度，由此，能够将燃料电池组10预热到较高温度，容易将燃料电池组10内的水作为水蒸气排出。排出燃料电池组10内的水的目的在于提高各单电池20的气体扩散性等。 

并且，起动时温度相同时，燃料电池组10内的含水量越多，预热目标温度越被设定为较高温度，这也与上述的起动时温度越低越设定较高的预热目标温度为相同的理由。 

燃料电池组10内的含水量例如预先通过试验等求出燃料电池组10的阻抗和含水量之间的对应关系而设定映射，在执行步骤S335时，能够测定燃料电池组10的阻抗，根据该阻抗的值并参照映射来决定含水量。一般来说，含水量较少时阻抗变大，含水量较多时阻抗变小。并且，例如，能够从上次运转时的各种记录求出。具体而言，由上次运转时的电流值的记录，求出电化学反应所带来的生成水的量，由上次运转时的FC供给空气量Afc、燃料电池组10的温度、燃料电池组10的空气压力(调压阀45的燃料电池组10侧的压力)求出生成水的排出量，通过从生成水量中减去排出量，还能够求出燃料电池组10的含水量。 

如图12所示，起动时的温度在0℃以上时，与燃料电池组10内的含水量的多少无关地，设定相同的预热目标温度。 

设定预热目标温度后，运转控制部61a判定燃料电池组10的温度是否低于步骤S335中决定的预热目标温度(步骤S340)。在燃料电池组10的温度未到达预热目标温度时(步骤S340：YES)，运转控制部61a根据当前的燃料电池组10的温度、起动时的燃料电池组10内的含水量，并参照FC需要发热量映射63h来决定使燃料电池组10升温所需的发热量(以下，称为「FC需要发热量」)(步骤S345)。 

图13是示意地表示图9所示的FC需要发热量映射63h的设定内容的一例的说明图。在图13中，横轴表示燃料电池组10的温度，纵轴表示FC需要发热量。FC需要发热量映射63h是将燃料电池组10的温度和FC需要发热量根据起动时的燃料电池组10内的含水量建立对应而成的映射。在图13中，通过曲线Ll2表示起动时的燃料电池组10内的含水量较少时的设定值。并且，通过曲线Lm2表示燃料电池组10的含水量为中程度时的设定值，通过曲线Lh2表示燃料电池组10的含水量比较多时的设定值。 

如3个曲线Ll2、Lm2、Lh2所示，燃料电池组10的温度为相同的温度时，起动时的燃料电池组10内的含水量越多，作为FC需要发热量越设定较大的发热量。这是为了使FC需要发热量较多，容易将较多的水形成水蒸气而排出。并且，如各曲线Ll2、Lm2、Lh2所示，燃料电池组10的温度越高，FC需要发热量设定越小。这是因为，燃料电池组10的温度越高，通过减缓燃料电池组10的升温速度来抑制超过预热结束温度而使燃料电池组10升温。通过抑制超过预热结束温度的燃料电池组的升温能够抑制无谓的低效率运转，因此，反应气体的燃耗能够得以改善。 

运转控制部61a将通过步骤S345决定的FC需要发热量与暖气要求发热量相加而决定要求发热量(步骤S350)。燃料电池系统100中，燃料电池组10的可输出电力量变成规定的输出值(电力量)以上时，向未图示的暖气机构供给燃料电池组10的废热而响应于暖气要求。因此，在存在暖气要求时将满足此暖气要求的量的暖气要求发热量与用于燃料电池组10的升温的发热量(FC需要发热量)相加得到的热量决定为要求发热量(步骤S350)。在不存在暖气要求时决定FC需要发热量作为要求发热量。 

在上述的步骤S340中，判定为燃料电池组10的温度为预热目标温度以上时(步骤S340：NO)，运转控制部61a将暖气要求发热量与维持燃料电池组10的温度所需的发热量(以下，称为「FC温度维持发热量」)相加所得的热量，决定为要求发热量(步骤S355)。 

维持FC温度的发热量预先对于每个预热目标温度进行设定，该设定值可以通过从ROM63读出而获得。除了预热目标温度，也可以将与外部气温、客室温度相应的热量设定为FC温度维持发热量。暖气要求发热量与上述的步骤S350的暖气要求发热量相同。 

具有以上的构成的第3实施例的燃料电池系统100a具有与第1实 施例的燃料电池系统100同样的效果。此外，在电动车辆变成可行使状态，燃料电池组10的输出达到能够实现作为燃料电池组10的输出响应性必须进行最低限保证的响应性的输出之前的期间，以伴随空气压缩机32的转速增加的噪音及振动不会给予乘员以不适感的程度，将较大的发热量设定为要求发热量。因此能够同时实现较为提高燃料电池组10的升温速度的要求和不会给予乘员以噪音及振动所导致的不适感的要求。 

并且，作为预热目标温度(预热结束温度)，起动时温度越低，并且，起动时的燃料电池组10内的含水量越多，越设定为较高温度，因此能够增多通过低效率运转给予燃料电池组10自身的热量。因此，即使在燃料电池组10内存在的水较多的状况下，也能够使这些水形成水蒸气而从燃料电池组10排出。 

并且，作为FC需要发热量，起动时的燃料电池组10内的含水量越多，越设定大的发热量，因此，即使在燃料电池组10内存在的水较多的状况下，也能够使水形成为水蒸气而从燃料电池组10排出。并且，燃料电池组10的温度越高，作为FC需要发热量越设定较小的发热量，因此，能够减缓燃料电池组10的温度的上升速度。因此，能够抑制超过预热结束温度而使燃料电池组10升温，因此，能够抑制执行无谓的低效率运转，能够改善反应气体的燃耗。这样，根据第3实施例的燃料电池系统100a，除了提高燃料电池组10的输出响应性以及发热响应性的课题之外，还能够解决不会给予乘员以低效率运转时的噪音以及振动引起的不适感的课题。进而，能够解决抑制起动时在燃料电池组10内残存的水所导致的气体扩散性的降低的课题。 

D.第4实施例： 

图14是表示第4实施例的FC需要空气量决定处理的顺序的说明图。图14所示的FC需要空气量Afc决定处理作为图4所示的步骤S125而执行。第4实施例的燃料电池系统在决定FC需要空气量Afc时执行 图14所示的FC需要空气量决定处理这一点，与第1实施例的燃料电池系统100不同，其他的构成与第1实施例相同。 

运转控制部61a根据通过图4所示的步骤S115决定的目标电流值Iref以及通过步骤S120决定的空气化学计量比，使用上述式4计算出FC需要空气量Afc(步骤S405)。 

运转控制部61a判定是否正存在减速要求(步骤S410)。此判定例如可以在目标输出值(目标电流值Iref×目标电压值Vref)比当前的输出值(当前的电压值Vorg×当前的电流值Iorg)小时判定为存在减速要求。并且，例如，可以在加速器开度变小时，或者通过制动器被踩下来判断是否存在减速要求。 

判定为存在减速要求时(步骤S415：YES)，运转控制部61a判断通过步骤S405计算的FC需要空气量Afc与当前的FC供给空气量Afc_org之差的空气量是否大于规定值Afc_c(步骤S415)。判定为差分空气量比规定值Afc_c多时，运转控制部61a在当前的FC供给空气量Afc_org上加上规定值Afc_c，决定校正后的FC需要空气量Afc′(步骤S420)。因此，执行步骤S415以及S420的结果，在存在减速要求时，FC需要空气量Afc的增加量被限制在规定量Afc_c以下。 

这样，存在减速要求时FC需要空气量Afc的增加量被限制在规定量Afc_c是基于以下的理由。即使电动车辆减速而要求输出降低，由于为了燃料电池组10的升温而要求发热量也不降低，因此，电流值的减少量较小。此时，为了满足要求输出和要求发热量而增加浓度过电压，其结果，泵氢的产生量增加，因此稀释用的空气量需要增加，空气压缩机32的转速增加，噪音以及振动可能变大。此时，与想要使电动车辆减速无关地，噪音以及振动变大，给予乘员以较强的不适感。因此，第4实施例的燃料电池系统中存在减速要求时，通过将FC需要空气量Afc的增加量限制在规定量Afc_c以下，能够抑制伴随空气压缩机32 的转速增加的噪音以及振动的增加，抑制给予乘员以不适感。规定值Afc_c可以预先通过实验等求出乘员不会感觉到不适感的程度的空气量而设定。 

在上述的步骤S410中判定为不存在减速要求时，以及在上述的步骤S415中判定为差分空气量在规定值Afc_c以下时，结束FC需要空气量决定处理，在步骤S405计算的空气量设定为FC需要空气量Afc。 

具有以上的构成的第4实施例的燃料电池系统具有与第1实施例的燃料电池系统100同样的效果。此外，存在减速要求的情况下，能够将FC需要空气量的增加量抑制在规定值Afc_c以下，因此，能够防止与电动车辆希望进行减速无关地给予乘员以空气压缩机32的噪音以及振动变大所导致的不适感。这样，根据第4实施例的燃料电池系统，除了实现燃料电池组10的输出响应性以及发热响应性的提高的课题外，还能够解决不会给予乘员在具有电动车辆的减速要求时的噪音以及振动引起的不适感的课题。 

E.变形例： 

上述各实施例的构成要素中的、独立权利要求中所规定的要素以外的要素是付加的要素，可以适宜省略。并且，此发明不限于上述的实施例、实施方式，因此，在不脱离其要旨的范围内能够以各种实施方式进行实施，例如可以进行如下的变形。 

E1.变形例1： 

第1～3实施例中，FC需要空气量Afc比不足空气量Alc小时，供给空气量Aac设定为不足空气量Alc，也可以代替不足空气量Alc将与不足空气量Alc不同的空气量设定为FC需要空气量Afc。此时，作为不足空气量映射，可以利用与图3所示的不足空气量映射63e不同的映射。 

图15是表示变形例1的不足空气量映射的设定内容的例的说明图。在图15中，横轴以及纵轴与图3的横轴以及纵轴相同。在图15中，表示变形例1的第1不足空气量映射63x、第2不足空气量映射63y以及第3不足空气量映射63z。图3所示的第1实施例的不足空气量映射63e用虚线表示。 

第1不足空气量映射63x中，在二次电池220的可输出电力量为50kW以下时，设定比第1实施例的不足空气量映射63e多出规定量的空气量作为不足空气量。因此，在图4所示的步骤S 150设定的空气压缩机32的供给空气量Aac比在第1实施例设定的空气量多。通过这样的构成，能够使供给空气量Aac比不足空气量Alc多。因此，能够可靠地实现规定的响应性。 

第2不足空气量映射63y中，在二次电池220的可输出电力量在50kW以下时，均设定3700Nl/min作为不足空气量。在此构成中，在步骤S150设定的空气压缩机32的供给空气量Aac也变为在第1实施例设定的空气量以上。通过这样的构成，二次电池220的可输出电力量为50kW以下时，能够与二次电池220的可输出电力量无关地使供给空气量Aac为一定，因此，处理能够变得简单。 

第3不足空气量映射63z中，在二次电池220的可输出电力量为50kW以下时，设定比第1实施例的不足空气量映射63e少的空气量作为不足空气量。通过这样的构成，在FC需要空气量Afc比不足空气量Alc少时，也能够设定比FC需要空气量Afc多的空气量作为空气压缩机32的供给空气量Aac。因此，虽然不能够实现规定的空气供给响应性，但是与设定FC需要空气量Afc作为空气压缩机32的供给空气量Aac的构成相比，能够提高空气供给响应性。因此，能够提高燃料电池组10的输出响应性以及发热响应性。 

即，一般来说，二次电池220的可输出电力在50kW以下时(在 规定期间内使供给气体流量从0增加到规定气体流量而空气压缩机32所需要的最低电力以下时)，将比为了实现目标电流值Iref而应向燃料电池组10供给的空气量(FC需要空气量Afc)多的气体流量设定为空气压缩机32的供给空气量Aac的任意的构成，可以在本发明的燃料电池系统中采用。 

E2.变形例2： 

第3实施例中，在燃料电池组10的温度比0℃高且燃料电池组10的可输出电力量比规定的输出值小时，设定基于车速的发热量上限值以及基于加速器开度的发热量上限值，要求发热量限制在这些上限值以下，但是本发明不限于此。也可以省略步骤S320以及S325中的任意一个步骤，使用另一个上限值来限制要求发热量。并且，例如，也可以省略步骤S315～S330，在燃料电池组10的温度变成0℃以上时执行步骤S335～S355。在此构成中，可以根据燃料电池组10内的含水量决定要求发热量，因此，能够容易地将燃料电池组10内残存的水排出。 

并且，也可以省略步骤S335～S355的处理，在燃料电池组10的温度为0℃以上且预热目标温度以下时执行步骤S315～S330。在此构成中，能够根据车速以及加速器开度限制发热量的上限值。因此，能够不给予乘员以噪音振动的不适感 

E3.变形例3： 

各实施例中，为了控制FC需要空气量Afc和旁通空气量Abp之间的流量比，使用旁通阀44以及调压阀45，但是也能够仅以一方来进行控制。在该构成中为了控制流量比而使用的一个阀与权利要求中的流量调整阀相当。即，一般来说，用于对从氧化剂气体供给部供给的氧化剂气体中的、从氧化剂气体供给路向燃料电池的氧化剂气体的流量、和从氧化剂气体供给路向旁通流路的氧化剂气体的流量之间的流量比进行调整的流量调整阀，可以在本发明的燃料电池系统中采用。 

E4.变形例4： 

各实施例中，燃料电池系统搭载在电动车辆上而使用，但是取而代之，也可以适用于混合动力汽车、船舶、机器人等的各种移动体。并且，燃料电池组10作为定置型电源使用，燃料电池系统也能够适用于大楼、一般住宅等的建筑物的暖气系统。 

E5.变形例5： 

各实施例中作为氧化剂气体使用空气，但是代替空气也能够适用含氧的任意的气体作为氧化剂气体。 

变形例6： 

在上述实施例中，能够将通过软件实现的构成的一部分置换成硬件。并且，与此相反地，也能够将通过硬件实现的一部分置换成软件。 

附图标记说明 

10…燃料电池组 

16…温度传感器 

20…单电池 

21…阳极侧隔板 

22…MEA 

23…阴极侧隔板 

31…氢罐 

32…空气压缩机 

42…切断阀 

43…氢气供给阀 

44…旁通阀 

45…调压阀 

46…净化阀 

47…循环泵 

51…氢气供给路 

52…阳极废气排出路 

53…氢气旁通路 

54…空气供给路 

55…阴极废气排出路 

56…空气旁通路 

60…控制组件 

61…CPU 

62…RAM 

63…ROM 

61a…运转控制部 

61b…FC需要空气量决定部 

61c…供给空气量决定部 

61d…阀控制部 

61e…可输出电力量取得部 

63a…转速映射 

63b…空气化学计量比映射 

63c…阀开度映射 

63d…可输出电力量映射 

63e…不足空气量映射 

63f…第1发热量限制映射 

63g…第2发热量限制映射 

63i…预热目标温度映射 

63h…FC需要发热量映射 

63x…第1不足空气量映射 

63y…第2不足空气量映射 

63z…第3不足空气量映射 

100、100a…燃料电池系统 

200…驱动用马达 

210…DC-DC转换器 

220…二次电池 

221…SOC计算单元 

Afc…需要空气量 

Alc…不足空气量 

Abp…旁通空气量 

Claims (9)

1.一种燃料电池系统，包括：

燃料电池；

与上述燃料电池连接的二次电池；

氧化剂气体供给部，由从上述二次电池供给的电力驱动，将用于上述燃料电池的发电的氧化剂气体向上述燃料电池供给；

供给气体流量调整部，对由上述氧化剂气体供给部供给的上述氧化剂气体的供给量即供给气体流量进行调整；

氧化剂气体供给路，将上述氧化剂气体供给部与上述燃料电池连通；

阴极侧废气排出路，将上述燃料电池的阴极侧废气排出；

旁通流路，将上述氧化剂气体供给路和上述阴极侧废气排出路连接；

流量调整阀，对从上述氧化剂气体供给部供给的上述氧化剂气体中的、从上述氧化剂气体供给路朝向上述燃料电池的氧化剂气体的流量即燃料电池需要气体流量与从上述氧化剂气体供给路朝向上述旁通流路的氧化剂气体的流量即旁通流量之间的流量比进行调整；

可输出电力量取得部，取得上述二次电池的可输出电力量；和

运转控制部，根据对上述燃料电池的要求输出以及要求发热量决定上述燃料电池的目标电流值以及目标电压值，并且通过控制上述流量调整阀而调整上述燃料电池需要气体流量以及上述旁通流量来执行低效率运转，所述低效率运转是指上述燃料电池在与处于上述燃料电池的电流-电压特性曲线上时相比发电效率较低的工作点进行运转，

与为了使上述供给气体流量在规定期间内从0增加到规定气体流量而上述氧化剂气体供给部所需要的最低电力相比上述可输出电力量小时，上述供给气体流量调整部调整上述供给气体流量，以使上述氧化剂气体供给部供给比目标燃料电池需要气体流量大的气体流量即过剩气体流量，所述目标燃料电池需要气体流量是为了实现上述目标电流值而应向上述燃料电池供给的上述燃料电池需要气体流量，

上述运转控制部控制上述流量调整阀以使上述旁通流量成为上述过剩气体流量和上述目标燃料电池需要气体流量之差的气体流量。

2.如权利要求1所述的燃料电池系统，

上述供给气体流量调整部以上述可输出电力量越小使上述过剩气体流量越大的方式调整上述供给气体流量。

3.如权利要求1所述的燃料电池系统，

上述过剩气体流量是根据上述可输出电力量而预先决定的上述供给气体流量，是使上述供给气体流量在上述规定期间内增加到上述规定气体流量而预先需要的上述供给气体流量。

4.如权利要求1所述的燃料电池系统，

上述运转控制部根据由上述燃料电池的电容成分引起的电流值对根据上述要求输出以及上述要求发热量决定的上述目标电流值进行校正。

5.如权利要求1所述的燃料电池系统，

还具有取得上述燃料电池起动时的上述燃料电池内的剩余水量的剩余水量取得部，

上述剩余水量越多，上述运转控制部将结束温度设定得越高，所述结束温度是使上述低效率运转结束的温度。

6.如权利要求1所述的燃料电池系统，还具有取得上述燃料电池的温度即燃料电池温度的温度取得部，

上述燃料电池起动时的上述燃料电池温度越低，上述运转控制部将结束温度设定得越高，所述结束温度是使上述低效率运转结束的温度。

7.如权利要求1所述的燃料电池系统，还具有：

决定上述要求发热量的要求发热量决定部；和

取得上述燃料电池的温度即燃料电池温度的温度取得部，

上述运转控制部执行上述低效率运转直到上述燃料电池温度到达结束温度为止，所述结束温度是使上述低效率运转结束的温度，

上述要求发热量至少包括用于使上述燃料电池升温的发热量即升温要求发热量，

在上述燃料电池温度处于能够判定车辆为可行驶状态的规定温度以上且低于上述结束温度时，上述燃料电池温度越高，上述要求发热量决定部将上述升温要求发热量决定得越低。

8.如权利要求7所述的燃料电池系统，

上述燃料电池系统搭载于具有加速器的车辆，

上述燃料电池系统还具有：

取得上述车辆的速度的速度取得部；和

取得上述加速器的开度的加速器开度取得部，

在上述燃料电池温度为上述规定温度以上且低于上述结束温度时，上述要求发热量决定部将上述升温要求发热量决定为与上述车辆的速度相应的上限值和与上述加速器的开度相应的上限值中的至少一个上限值以下，

上述车辆的速度越高，与上述车辆的速度相应的上限值越被设定为大的值，

上述加速器的开度越大，与上述加速器的开度相应的上限值越被设定为大的值。

9.如权利要求1所述的燃料电池系统，

上述燃料电池系统搭载于车辆，

上述燃料电池系统还具有取得对上述车辆的减速要求的减速要求取得部，

在存在上述减速要求时，上述供给气体流量调整部以调整上述供给气体流量时的变化量为规定量以下的方式调整上述供给气体流量。

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