CN102780016A - 燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种燃料电池系统，燃料电池系统(12)的气体供给控制机构(24)在判定为FC(40)的温度在规定温度以下的情况下，将FC电压固定于比氧化还原进行电压范围低且劣化量相对少的电压区域的电压值，并且使供应给FC(40)的气体量以追随于负载(30)所要求的电力的方式变动。

Description

燃料电池系统
技术领域
本发明涉及一种具备燃料电池以及由所述燃料电池所输出的电力驱动的负载的燃料电池系统。
背景技术
目前，提出一种进行在燃料电池车辆等上利用的燃料电池的暖机的技术(美国专利申请公开第二010/0047630号(以下称为“US 2010/0047630A1”。)。在US 2010/0047630A1中，将燃料电池(FC)的输出电压设定为负载动力源的最低驱动电压以上(摘要)。更具体地说，根据FC的温度判断暖机的必要性(图4的S2)，在需要暖机时(S2：是)，确认电动机输出的要求(S3)。若没有电动机输出的要求(S3：否)，则进行使FC的输出电压相对降低的第一低效率运转(S4，图3)。若存在电动机输出的要求(S3：是)，则进行使FC的输出电压相对升高的第二低效率运转(S5，图3)。
第一低效率运转是在没有来自牵引电动机(M3)的输出要求的情况下采用，第二低效率运转是在有来自牵引电动机的输出要求的情况下采用(段落[0044])。在第一低效率运转中，FC的输出电压被设定为小于牵引电动机的最低驱动电压(Vlim)(段落[0045])。在第二低效率运转中，算出与FC要求输出相应的FC电流，对应于算出的FC电流使空气计量比(air stoichiometric ratio)变化。此时，FC的输出电压在所述最低驱动电压下变一定(图5，段落[0046])。
如上所述，在US 2010/0047630A1中，是着眼于FC的暖机的迅速性这一观点的内容，但并没有研究FC的劣化抑制。
发明内容
本发明是考虑这样的问题而提出的，其目的在于，提供一种在抑制燃料电池的劣化的同时，有效促进燃料电池的暖机，且能够抑制燃料电池的剩余电力或不足电力的产生的燃料电池系统。
本发明的燃料电池系统，其具备：
燃料电池，其具有催化剂，通过所述催化剂使氧或者氢进行反应，由此进行发电；
气体供给机构，其将所述氧及所述氢的至少一方供应给所述燃料电池；
电压控制机构，其控制所述燃料电池的发电电压；以及
负载，其由所述燃料电池输出的电力驱动，
其特征在于，
燃料电池系统还具有气体供给控制机构，该气体供给控制机构控制所述气体供给机构，使得在通过控制所述电压控制机构而将所述燃料电池的实际电压固定于所述催化剂进行氧化还原反应的氧化还原进行电压范围外的规定电压的状态下，所述氧及所述氢的至少一方的浓度追随于所述负载所要求的要求电力，
所述气体供给控制机构在判定为所述燃料电池的温度在规定温度以下的情况下，将所述燃料电池的电压固定于比所述氧化还原进行电压范围低、且劣化量相对少的电压区域的电压值，并且使供应给所述燃料电池的气体量以追随于所述负载所要求的电力的方式变动。
根据本发明，由于燃料电池的实际电压被固定于氧化还原进行电压范围外的规定电压，所以可以防止催化剂的氧化反应及还原反应同时期频繁反复进行，防止燃料电池的劣化。尤其，由于燃料电池的实际电压被固定于燃料电池的劣化量相对少的电压区域的电压值，所以可以进一步减少劣化量。此外，控制氧及氢的至少一方的浓度以追随于负载所要求的要求电力，燃料电池输出负载的要求电力，因此，可以抑制燃料电池的剩余电力或不足电力的产生。
在所述燃料电池的发电稳定性受损的情况下，也可以在低于所述氧化还原进行电压范围的范围内提高所述燃料电池的电压。在燃料电池的发电稳定性受损的情况下，通过使燃料电池的发电电压上升，可以降低发电电流，并且由于氧及氢的至少一方的计量比提高，所以可以维持发电稳定性。
所述燃料电池系统，可以向电动机供应电力，当所述规定电压设定在最低电动机驱动电压以下的情况下进行所述燃料电池的暖机时，在所述燃料电池可正常工作之前，将所述发电电压固定于所述规定电压而进行暖机，当所述燃料电池可正常工作时，将所述发电电压设为所述最低电动机驱动电压以上且低于所述氧化还原进行电压范围的值而进行暖机。由此，可以兼顾迅速的暖机与燃料电池系统的工作。
所述燃料电池系统例如可搭载在车辆上。由此，可以实现耐久性高且具有良好起步性的车辆。
从参照附图进行的下面的适当的实施方式例子的说明中，上述目的及其他目的、特征及优点会更明确。
附图说明
图1是搭载有本发明的一实施方式的燃料电池系统的燃料电池车辆的概略整体构成图。
图2是所述燃料电池车辆的电力系统的框图。
图3是所述实施方式中的燃料电池单元的概略构成图。
图4是表示所述实施方式中的DC/DC转换器的详细情况的图。
图5是电子控制装置(ECU)的基本控制的流程图。
图6是计算系统负载的流程图。
图7是表示当前的电动机转速与电动机预想消耗电力之间的关系的图。
图8是表示蓄电池的SOC、充放电系数及平均再生电力的关系的图。
图9是表示构成燃料电池的燃料电池单电池的电位与单电池的劣化量之间的关系的一例的图。
图10是表示燃料电池单电池的电位的变动速度不同的情况下的、氧化的进行与还原的进行的样子的例子的循环伏安图。
图11是所述实施方式中的多个电力供给模式的说明图。
图12是所述ECU进行所述燃料电池系统的能量管理的流程图。
图13是暖机模式的流程图。
图14是表示通过暖机使得冷却水的水温上升的样子的一例子的图。
图15是表示空气计量比与单电池电流之间的关系的图。
图16是第二通常模式的流程图。
图17是表示目标FC电流与目标氧浓度的关系的图。
图18是表示目标氧浓度及目标FC电流与目标气泵转速及目标水泵转速之间的关系的图。
图19是表示目标氧浓度及目标FC电流与目标背压阀开度之间的关系的图。
图20是表示目标FC电流与空气流量之间的关系的图。
图21是表示循环阀的开度与循环气体流量之间的关系的图。
图22是电动机的转矩控制的流程图。
图23是使用所述实施方式的各种控制时的时间图的例子。
图24是表示所述实施方式的燃料电池系统的第一变形例的概略构成的框图。
图25是表示所述实施方式的燃料电池系统的第二变形例的概略构成的框图。
图26是表示所述实施方式的燃料电池系统的第三变形例的概略构成的框图。
图27是表示所述实施方式的燃料电池系统的第四变形例的概略构成的框图。
具体实施方式
1.整体构成的说明
[1-1.整体构成]
图1是搭载了本发明的一实施方式的燃料电池系统12(以下称为“FC系统12”。)的燃料电池车辆10(以下称为“FC车辆10”。)的概略整体构成图。图2是FC车辆10的电力系统的框图。如图1及图2所示，FC车辆10除了FC系统12外，还具有行驶用的电动机14与变换器(inverter)16。
FC系统12具有燃料电池单元18(以下称为“FC单元18”。)、高电压蓄电池20(以下也称为“蓄电池20”。)(蓄电装置)、DC/DC转换器(converter)22、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单元18及蓄电池20供给的电力生成驱动力，并通过该驱动力通过传动装置26使车轮28旋转。另外，电动机14将通过进行再生而生成的电力(再生电力Preg)[W]输出给蓄电池20等(参照图2)。
变换器16为3相全桥型的结构，进行直流/交流转换，将直流转换为3相的交流并向电动机14供给，另一方面，将伴随再生动作的交流/直流转换后的直流通过DC/DC转换器22供应给蓄电池20等。
需要说明的是，将电动机14和变换器16一起称为负载30。负载30也可包括后述的气泵60、水泵80、空调90等构成要素。
[1-3.FC系统]
(1-3-1.整体构成)
图3是FC单元18的概略构成图。FC单元18具备：燃料电池堆40(以下称为“FC堆40”或者“FC40”。)；相对于FC堆40的阳极进行氢(燃料气体)的给排的阳极系统；相对于FC堆40的阴极进行含氧空气(氧化剂气体)的给排的阴极系统；使冷却FC堆40的冷却水(制冷剂)循环的冷却系统；以及单电池电压监视器42。
(1-3-2.FC堆40)
FC堆40例如具有将由阳极电极和阴极电极从两侧夹入固体高分子电解质膜而形成的燃料电池单电池(以下称为“FC单电池”。)层叠的构造。
(1-3-3.阳极系统)
阳极系统具有氢罐44、调节器46、喷射器48及常闭型的放泄阀50。氢罐44收容有作为燃料气体的氢，且通过配管44a、调节器46、配管46a、喷射器48及配管48a连接于阳极流路52的入口。由此，氢罐44的氢可通过配管44a等向阳极流路52供给。需要说明的是，在配管44a上设有截断阀(未图示)，在FC堆40发电时，该截断阀由ECU24控制打开。
调节器46将导入的氢的压力调整为规定值并排出。即，调节器46对应于经配管46b输入的阴极侧的空气的压力(导引压力)，控制下游侧的压力(阳极侧的氢的压力)。因此，阳极侧的氢的压力与阴极侧的空气的压力连动，如后所述，若为使氧浓度变化而使气泵60的转速等变化，则阳极侧的氢的压力也变化。
喷射器48通过由喷嘴喷射来自氢罐44的氢而产生负压，通过该负压，能够吸引配管48b的阳极废气(anode offgas)。
阳极流路52的出口经配管48b与喷射器48的吸气口连接。而且，从阳极流路52排出的阳极废气通过配管48b被再次导入喷射器48，由此阳极废气(氢)进行循环。
需要说明的是，阳极废气包括通过在阳极的电极反应而未被消耗的氢及水蒸气。另外，在配管48b上设有将阳极废气中所包含的水分{冷凝水(液体)、水蒸气(气体)}分离、回收的气液分离器(未图示)。
配管48b的一部分经配管50a、放泄阀50及配管50b与在后述的配管64b上设置的稀释器(未图示)连接。放泄阀50在判定为FC堆40的发电不稳定的情况下，基于来自ECU24的指令，以规定时间打开。所述稀释器用阴极废气稀释来自放泄阀50的阳极废气中的氢。
(1-3-4.阴极系统)
阴极系统具有：气泵60、加湿器62、常开型的背压阀64、常开型的循环阀66、流量传感器68、70及温度传感器72。
气泵60对外部气体(空气)进行压缩并将其送入阴极侧，其吸气口经配管60a与车外(外部)连通。气泵60的喷出口经配管60b、加湿器62及配管62a与阴极流路74的入口连接。当气泵60按照ECU24的指令动作时，气泵60经配管60a对车外的空气进行吸气并压缩，该被压缩的空气通过配管60b等被压送向阴极流路74。
加湿器62具备具有水分透过性的多个中空丝膜62e。而且，加湿器62通过中空丝膜62e使朝向阴极流路74的空气与从阴极流路74排出的多湿的阴极废气之间进行水分交换，对朝向阴极流路74的空气进行加湿。
在阴极流路74的出口侧配置有配管62b、加湿器62、配管64a、背压阀64及配管64b。从阴极流路74排出的阴极废气(氧化剂废气)通过配管62b等被排出到车外。需要说明的是，在配管64b设有所述的稀释器(未图示)。
背压阀64例如由蝶形阀构成，通过由ECU24控制其开度，从而控制在阴极流路74的空气的压力。更具体地说，当背压阀64的开度变小时，在阴极流路74的空气的压力上升，每体积流量中的氧浓度(体积浓度)变高。相反，当背压阀64的开度变大时，在阴极流路74的空气的压力下降，每体积流量中的氧浓度(体积浓度)变低。
所述稀释器的下游侧的配管64b经配管66a、循环阀66及配管66b与配管60a连接。由此，排气气体(阴极废气)的一部分作为循环气体通过配管66a、循环阀66及配管66b被供应给配管60a，与来自车外的新空气合流，被气泵60吸气。
循环阀66例如由蝶形阀构成，通过由ECU24控制其开度，从而控制循环气体的流量。
流量传感器68安装在配管60b上，检测朝向阴极流路74的空气的流量[g/s]并向ECU24输出。流量传感器70安装在配管66b上，检测朝向配管60a的循环气体的流量Qc[g/s]并向ECU24输出。
温度传感器72安装在配管64a上，检测阴极废气的温度并向ECU24输出。在此，循环气体的温度由于与阴极废气的温度大致相等，所以可以基于温度传感器72检测的阴极废气的温度，来探测循环气体的温度。
(1-3-5.冷却系统)
冷却系统具有水泵80、散热器82(散热器)及温度传感器86。水泵80用于使冷却水(制冷剂)循环，其喷出口顺次经配管80a、制冷剂流路84、配管82a、散热器82及配管82b而与水泵80的吸入口连接。当水泵80按照ECU24的指令动作时，冷却水在制冷剂流路84与散热器82之间循环，对FC堆40进行冷却。温度传感器86检测冷却水的温度Tw[℃]并向ECU24输出。
(1-3-6.单电池电压监视器)
单电池电压监视器42是检测构成FC堆40的每个单电池的单电池电压Vcell的机器，并具备监视器主体以及对监视器主体和各单电池进行连接的配线。监视器主体以规定周期对所有的单电池进行扫描，检测各单电池的单电池电压Vcell，算出平均单电池电压及最低单电池电压。而且，将平均单电池电压及最低单电池电压向ECU24输出。
(1-3-7.电力系统)
如图2所示，来自FC40的电力(以下称为“FC电力Pfc”。)除了供应给变换器16及电动机14(牵引(供电)时)和DC/DC转换器22及高电压蓄电池20(充电时)，还供应给所述气泵60、所述水泵80、空调90、降压转换器(ダウンバ一タ)92、低电压蓄电池94、附件96及ECU24。需要说明的是，如图1所示，在FC单元18(FC40)与变换器16及DC/DC转换器22之间配置有逆流防止二级管98。另外，FC40的发电电压(以下称为“FC电压Vfc”。)由电压传感器100(图4)检测，FC40的发电电流(以下称为“FC电流Ifc”。)由电流传感器102检测，且都向ECU24输出。
[1-4.高电压蓄电池20]
蓄电池20是包括多个蓄电池单电池的蓄电装置(能量存储器)，例如可利用锂离子二次电池、镍氢二次电池或者电容器等。在本实施方式中利用锂离子二次电池。蓄电池20的输出电压(以下称为“蓄电池电压Vbat”。)[V]由未图示的电压传感器检测，蓄电池20的输出电流(以下称为“蓄电池电流Ibat”。)[A]由未图示的电流传感器检测，并分别向ECU24输出。进而，蓄电池20的残留容量(以下称为“SOC”。)[％]由SOC传感器104(图2)检测，并被输出向ECU24。
[1-5.DC/DC转换器22]
DC/DC转换器22对来自FC单元18的FC电力Pfc、从蓄电池20供给的电力(以下称为“蓄电池电力Pbat”。)[W]、来自电动机14的再生电力Preg的供给目的地进行控制。
图4表示本实施方式中的DC/DC转换器22的详细情况。如图4所示，DC/DC转换器22一方与具有蓄电池20的1次侧1S连接，另一方与作为负载30和FC40的连接点的2次侧2S连接。
DC/DC转换器22是一种将1次侧1S的电压(1次电压V1)[V]升压为2次侧2S的电压(2次电压V2)[V](V1≤V2)，并且将2次电压V2降压为1次电压V1的升降压型且断路器型的电压转换装置。
如图4所示，DC/DC转换器22由配置于1次侧1S与2次侧2S之间的相臂UA以及电抗器110构成。
相臂UA由上臂元件(上臂开关元件112和二级管114)与下臂元件(下臂开关元件116和二级管118)构成。上臂开关元件112与下臂开关元件116分别例如采用MOSFET或者IGBT等。
电抗器110被插入在相臂UA的中点(共通连接点)与蓄电池20的正极之间，在通过DC/DC转换器22在1次电压V1和2次电压V2之间转换电压之际，具有将能量放出及蓄积的作用。
上臂开关元件112在从ECU24输出的栅极驱动信号(驱动电压)UH的高电平(high level)的作用下被接通，下臂开关元件116在栅极的驱动信号(驱动电压)UL的高电平的作用下被接通。
需要说明的是，ECU24通过与1次侧的平滑电容器122并列设置的电压传感器120检测1次电压V1，通过电流传感器124检测1次侧的电流(1次电流I1)[A]。另外，ECU24通过与2次侧的平滑电容器128并列设置的电压传感器126检测2次电压V2，通过电流传感器130检测2次侧的电流(2次电流I2)[A]。
[1-6.ECU24]
ECU24通过通信线140(图1等)控制电动机14、变换器16、FC单元18、蓄电池20及DC/DC转换器22。在相应控制时，执行存储器(ROM)中存储的程序，另外，使用单电池电压监视器42，流量传感器68、70，温度传感器72、86，电压传感器100、120、126，电流传感器102、124、130及SOC传感器104等各种传感器的检测值。
此处的各种传感器除了上述传感器外，还包括开度传感器150、电动机转速传感器152及车速传感器154(图1)。开度传感器150检测加速踏板156的开度θp[度]。转速传感器152检测电动机14的转速Nm[rpm]。车速传感器154检测FC车辆10的车速V[km/h]。进而，在ECU24上连接主开关158(以下称为“主SW158”。)。主SW158是对能否从FC单元18及蓄电池20向电动机14供电进行切换的开关，可由用户操作。
ECU24包括微机，根据需要，具有计时器、A/D转换器、D/A转换器等输入输出接口。需要说明的是，ECU24并不是仅由一个ECU构成，也可以由电动机14、FC单元18、蓄电池20及DC/DC转换器22各多个ECU构成。
ECU24除了根据FC堆40的状态、蓄电池20的状态及电动机14的状态外，还根据基于来自各种开关及各种传感器的输入(负载要求)而决定的作为FC车辆10整体对FC系统12所要求的负载，来对FC堆40应负担的负载、蓄电池20应负担的负载及再生电源(电动机14)应负担的负载的配比(分担)进行调停并决定，向电动机14、变换器16、FC单元18、蓄电池20及DC/DC转换器22送出指令。
2.本实施方式的控制
下面对ECU24的控制进行说明。
[2-1.基本控制]
图5表示ECU24的基本的控制的流程图。在步骤S1中，ECU24判定主SW158是否接通。在主SW158未接通的情况下(S1：否)，重复步骤S1。在主SW158接通的情况下(S1：是)，进入步骤S2。在步骤S2中，ECU24计算FC系统12所要求的负载(系统负载Psys)[W]。
在步骤S3中，ECU24进行FC系统12的能量管理。在此所称的能量管理是在抑制FC堆40的劣化的同时，实现使FC系统12整体的输出高效化。
在步骤S4中，ECU24进行FC堆40的周边设备，即气泵60、背压阀64、循环阀66及水泵80的控制(FC发电控制)。在步骤S5中，ECU24进行电动机14的转矩控制。
在步骤S6中，ECU24判定主SW158是否断开。在主SW158未断开的情况下(S6：否)，回到步骤S2。在主SW158断开的情况下(S6：是)，结束本次处理。
[2-2.系统负载Psys的计算]
在图6中表示计算系统负载Psys的流程图。在步骤S11中，ECU24从开度传感器150读取加速踏板156的开度θp。在步骤S12中，ECU24从转速传感器152读取电动机14的转速Nm[rpm]。
在步骤S13中，ECU24基于开度θp和转速Nm算出电动机14的预想消耗电力Pm[W]。具体地说，在图7所示的位图中，对每个开度θp预先存储转速Nm和预想消耗电力Pm的关系。例如，在开度θp为θp1时，使用特性160。同样，在开度θp为θp2、θp3、θp4、θp5、θp6时，分别使用特性162、164、166、168、170。而且，在基于开度θp确定了表示转速Nm与预想消耗电力Pm的关系的特性后，确定与转速Nm相应的预想消耗电力Pm。
在步骤S14中，ECU24从各辅机读取当前的动作状况。此处的辅机例如包括：包含气泵60、水泵80及空调90在内的高电压系统的辅机或包含低电压蓄电池94、附件96及ECU24在内的低电压系统的辅机。例如，若是气泵60，则读取其转速(以下称为“气泵转速Nap”或者“转速Nap”。)[rpm]。若是水泵80，则读取其转速(以下称为“水泵转速Nwp”或者“转速Nwp”。)[rpm]。若是空调90，则读取其输出设定。
在步骤S15中，ECU24对应于各辅机的当前的动作状况而算出辅机的消耗电力Pa[W]。在步骤S16中，ECU24算出充放电系数α。充放电系数α是在预想消耗电力Pm与辅机的消耗电力Pa之和(假系统负载)上相乘的系数，且对应于蓄电池20的SOC与电动机14的再生电力Preg的平均值(以下称为“平均再生电力Pregave”。)而设定。平均再生电力Pregave是在规定期间内得到的再生电力Preg的平均值。
图8是表示SOC、充放电系数α及平均再生电力Pregave的关系的位图。在图8的例中，将目标SOC设定为50％，当SOC超过50％时(处于充分的充电状态时)，充放电系数α小于1。由此，通过在假系统负载上乘以不到1的乘数，从而可减小系统负载Psys，可消耗蓄电池20的多余的SOC。另外，当SOC低于50时(需要充电时)，使充放电系数α大于1。由此，通过在假系统负载上乘以超过1的乘数，从而增大系统负载Psys，能够弥补SOC的不足部分。
另外，在图8的例中，对应于平均再生电力Pregave而切换SOC和充放电系数α的关系。即，如图8所示，在平均再生电力Pregave低的情况下(处于难以得到再生电力Preg的环境时)，以几乎没有把再生电力Preg估计在内的量，在SOC超过50％的范围内增大充放电系数α，在SOC低于50％的范围内使充放电系数α成为接近于1的值。另一方面，在平均再生电力Pregave高的情况下(处于容易得到再生电力Preg的环境时)，以更多把再生电力Preg估计在内的量，在SOC超过50％的范围内减小充放电系数α，在SOC低于50％的范围内使充放电系数α远远地远离1。需要说明的是，目标SOC可以设定为50％以外的值。另外，在图8的位图中，例如可使用实测值、模拟值。
回到图6，在步骤S17中，ECU24在电动机14的预想消耗电力Pm与辅机的消耗电力Pa之和(假系统负载)上乘以充放电系数α，算出在FC车辆10整体的预想消耗电力(即，系统负载Psys)。
[2-3.能量管理]
如上所述，在本实施方式的能量管理中，实现抑制FC堆40的劣化，同时使FC系统12整体的输出高效化。
(2-3-1.前提事项)
图9表示构成FC堆40的FC单电池的电位(单电池电压Vcell)[V]与单电池的劣化量D之间的关系的一例。即，图9中的曲线180表示单电池电压Vcell和劣化量D的关系。
在图9中，在低于电位v1(例如，0.5V)的区域(以下称为“白金凝集增加区域R1”或者“凝集增加区域R1”。)，对于FC单电池所含有的白金(氧化白金)而言还原反应激烈进行，白金过度凝集。从电位v1到电位v2(例如，0.8V)，是还原反应稳定进行的区域(以下称为“白金还原区域R2”或者“还原区域R2”。)。
从电位v2到电位v 3(例如，0.9V)是对于白金而言氧化还原反应进行的区域(以下称为“白金氧化还原进行区域R3”或者“氧化还原区域R3”。)。从电位v3到电位v4(例如，0.95V)，是对于白金而言氧化反应稳定进行的区域(以下称为“白金氧化稳定区域R4”或者“氧化区域R4”。)。从电位v4到OCV(开回路电压)，是单电池所含的碳的氧化进行的区域(以下称为“碳氧化区域R5”。)。
如上所述，在图9中，若单电池电压Vcell处于白金还原区域R2或者白金氧化稳定区域R4，则与相邻的区域相比，FC单电池的劣化的进行程度小。另一方面，若单电池电压Vcell处于白金凝集增加区域R1、白金氧化还原进行区域R3、或者碳氧化区域R5，则与相邻的区域相比，FC单电池的劣化的进行程度大。
需要说明的是，在图9中，将曲线180画成唯一确定的表记，但实际上，曲线180对应于每单位时间的单电池电压Vcell的变动量(变动速度Acell)[V/sec]而进行变化。
图10是表示变动速度Acell不同的情况下的氧化的进行与还原的进行的样子的例子的循环伏安图。在图10中，曲线190表示变动速度Acell高的情况，曲线192表示变动速度Acell低的情况。从图10可知，由于对应于变动速度Acell，氧化或者还原的进行程度不同，因此，各电位v1～v4不一定被唯一确定。另外，各电位v1～v4也会由于FC单电池的个体差而可能变化。因此，电位v1～v4优选作为在理论值、模拟值或者实测值上反映了误差量的值来进行设定。
另外，FC单电池的电流-电压(IV)特性与一般的燃料电池单电池同样，单电池电压Vcell越降低，单电池电流Icell[A]越增加(参照图11)。此外，FC堆40的发电电压(FC电压Vfc)是在单电池电压Vcell上乘以FC堆40内的串联连接数Nfc后的值。串联连接数Nfc是在FC堆40内被串联连接的FC单电池的数量，以下，也简单称为“单电池数”。
综上，在本实施方式中，在DC/DC转换器22进行电压转换动作之际，主要将FC堆40的目标电压(目标FC电压Vfctgt)[V]设定在白金还原区域R2内，同时根据需要，将其设定在白金氧化稳定区域R4内(具体例使用图12等进行说明。)。通过进行这样的目标FC电压Vfctgt的切换，从而能够尽量缩短FC电压Vfc在区域R1、R3、R5(尤其在白金氧化还原进行区域R3)内的时间，防止FC堆40的劣化。
需要说明的是，在上述的处理中，存在FC堆40的供给电力(FC电力Pfc)与系统负载Psys变得不相等的情况。关于这一点，在FC电力Pfc低于系统负载Psys的情况下，该不足量由蓄电池20供给。另外，在FC电力Pfc超过系统负载Psys的情况下，其剩余量给蓄电池20充电。
需要说明的是，在图9中，虽然将电位v1～v4作为具体的数值加以确定，但这只是为了进行后述的控制，该数值说到底只不过是考虑控制的方便性而决定的。换言之，从曲线180也可知，由于劣化量D连续变化，所以可以对应于控制的规格，对电位v1～v4进行适当设定。
但是，白金还原区域R2包括曲线180的极小值(第一极小值Vlmi1)。第一极小值Vlmi1例如是0.65V。在白金氧化还原进行区域R3，包括曲线180的极大值(极大值Vlmx)。白金氧化稳定区域R4包括曲线180的其他的极小值(第二极小值Vlmi2)。
(2-3-2.在能量管理中采用的电力供给模式)
图11是本实施方式的多个电力供给模式的说明图。在本实施方式中，作为在能量管理中采用的电力供给的控制方法(电力供给模式)，大致分成采用两种控制方法(电力控制模式)。即，在本实施方式中，为在FC40的暖机时采用的暖机模式以及在通常时(暖机时以外)采用的通常模式。进而，通常模式还分为：目标FC电压Vfctgt及FC电流Ifc都可变的电压可变电流可变控制(第一通常模式)；以及目标FC电压Vfctgt一定、FC电流Ifc可变的电压固定电流可变控制(第二通常模式)。
如上所述，暖机模式是在FC40的暖机时采用的模式，一边将目标FC电压Vfctgt设定于还原区域R2的第一极小值Vlmi1，一边进行暖机。由此，可以在降低FC40的劣化量D的同时进行暖机。需要说明的是，在本实施方式中，电动机14的最低驱动电压(以下称为“最低电动机驱动电压Vmotmin”。)比第一极小值Vlmi1高，但最低电动机驱动电压Vmotmin也可以低于第一极小值Vlmi1。在该情况下，在暖机模式中，也将目标FC电压Vfctgt设定为第一极小值Vlmi1。
第一通常模式(电压可变电流可变控制)主要是在系统负载Psys相对高时采用，是在将目标氧浓度Cotgt(空气计量比)固定(或将氧维持在富足的状态)的状态下，通过调整目标FC电压Vfctgt从而控制FC电流Ifc。由此，基本上，可通过FC电力Pfc维持系统负载Psys。
第二通常模式(电压固定电流可变控制)主要是在系统负载Psys相对低时采用，通过将目标单电池电压Vcelltgt(＝目标FC电压Vfctgt/单电池数)固定于在低于氧化还原区域R3的电位以下设定的基准电位{在本实施方式中，电位v2(＝0.8V)}，并且使目标氧浓度Cotgt(空气计量比)可变，由此使FC电流Ifc可变。由此，基本上可通过FC电力Pfc维持系统负载Psys(详细情况后述。)。FC电力Pfc的不足部分从蓄电池20辅助。
(2-3-3.能量管理的整体流程)
图12表示ECU24进行FC系统12的能量管理(图5的S3)的流程图。在步骤S21中，ECU24判定是否需要FC40的暖机。具体地说，判定温度传感器86检测的冷却水的温度Tw是否在判定要否暖机的阈值THTw1以下。在温度Tw在阈值THTw1以下、需要暖机的情况下(S21：是)，在步骤S22中，ECU24执行暖机模式。在温度Tw不在阈值THTw1以下、不需要暖机的情况下(S21：否)，在步骤S23中，执行通常模式。
(2-3-4.暖机模式)
图13表示暖机模式的流程图。在步骤S31中，ECU24判定FC40是否被暖机以致车辆10可行驶的程度。具体地说，判定冷却水的温度Tw是否在阈值THTw2以上。温度Tw实质上表示FC40的温度。在温度Tw在阈值THTw2以上、车辆10可行驶的情况下(S31：是)，进入步骤S32。
在步骤S32中，ECU24许可车辆10的行驶(电动机14的驱动)。即，对应于加速踏板156的开度θp来控制电动机14的输出。在步骤S33中，ECU24开始暖机模式并判定这一次是否是最初的步骤S33。在本次不是最初的步骤S33的情况下(S33：否)，进入步骤S38。在本次是最初的步骤S33的情况下(S33：是)，在步骤S34中，ECU24将最低电动机驱动电压Vmotmin作为目标FC电压Vfctgt进行设定。步骤S34之后进入步骤S38。
回到步骤S31，在温度Tw不在阈值THTw2以上、车辆10不能行驶的情况下(S31：否)，进入步骤S35。
在步骤S35中，ECU24不允许车辆10的行驶(电动机14的驱动)。即，即便操作加速踏板156，也不使电动机14动作。在步骤S36中，ECU24开始暖机模式并判定本次是否是最初的步骤S36。在本次不是最初的步骤S36的情况下(S36：否)，进入步骤S38。在本次是最初的步骤S36的情况下(S36：是)，在步骤S37中，ECU24将第一极小值Vlmi1和单电池数之积作为目标FC电压Vfctgt进行设定。步骤S37之后进入步骤S38。
在步骤S38中，ECU24对应于在图6的步骤S17算出的系统负载Psys而算出目标FC电流Ifctgt。在步骤S39中，ECU24对应于目标FC电压Vfctgt及目标FC电流Ifctgt来调整空气计量比Rs(在此为目标氧浓度Cotgt)。即，在目标FC电压Vfctgt被固定于第一极小值Vlmi×单电池数量的状态下，算出实现目标FC电流Ifctgt的空气计量比Rs。在该算出中，可以预先做出目标FC电压Vfctgt及目标FC电流Ifctgt与空气计量比Rs之间的关系的位图，使用该位图来求出。
在步骤S40中，ECU24判定电流传感器102检测的FC电流Ifc是否在目标FC电流Ifctgt以上。在FC电流Ifc不在目标FC电流Ifctgt以上的情况下(S40：否)，回到步骤S39，进一步提高空气计量比Rs。在FC电流Ifc在目标FC电流Ifctgt以上的情况下(S40：是)，在步骤S41中，ECU24判定FC40的发电是否稳定。作为该判定，在从单电池电压监视器42输入的最低单电池电压比从平均单电池电压减去规定电压之后的电压低的情况下{最低单电池电压＜(平均单电池电压-规定电压)}，ECU24判定FC40的发电不稳定。需要说明的是，所述规定电压例如可以采用实验值、模拟值等。
在FC40的发电稳定的情况下(S41：是)，在步骤S42中，ECU24判定FC40的暖机是否结束。具体地说，判定冷却水的温度Tw是否超过所述阈值THTw1。在温度Tw在阈值THTw1以下、暖机未结束的情况下(S42：否)，回到步骤S31。在温度Tw超过阈值THTw1、暖机结束的情况下(S42：是)，结束本次处理。
回到步骤S41，在FC40的发电不稳定的情况下(S41：否)，在步骤S43中，ECU24判定目标FC电压Vfctgt是否在暖机模式下的最大允许值Vfctgtmax以上。当目标FC电压Vfctgt小于最大允许值Vfctgtmax的情况下(S43：否)，在步骤S44中，ECU24使目标FC电压Vfctgt增加一级，回到步骤S38。当目标FC电压Vfctgt在最大允许值Vfctgtmax以上的情况下(S43：是)，在步骤S45中，ECU24停止FC单元18。即，ECU24停止向FC40的氢及空气的供给，停止FC40的发电。而且，ECU24点亮未图示的警告灯，向驾驶员通知FC40有异常。需要说明的是，ECU24从蓄电池20向电动机14供给电力，继续FC车辆10的行驶。
根据图13的流程图，冷却水的温度Tw例如图14那样上升。即，在温度Tw小于阈值THTw2的情况下，将第一极小值Vlmi1×单电池数量(在发电不稳定的情况下，为更高的电压值)作为目标FC电压Vfctgt，进行FC40的暖机。当温度Tw在阈值THTw2以上阈值THTw1以下的情况下，将最低电动机驱动电压Vmotmin(在发电不稳定的情况下，为更高的电压值)作为目标FC电压Vfctgt，进行FC40的暖机。在温度Tw超过阈值THTw1的情况下，结束暖机。
(2-3-5.通常模式)
在图12的步骤S23内公开通常模式的流程图。在步骤S51中，ECU24判定在步骤S2计算的系统负载Psys是否在用于判定高负载的阈值THPsys1以上。当系统负载Psys在阈值THPsys1以上的情况下(S51：是)，在步骤S52中，ECU24执行第一通常模式(电压可变电流可变控制)。
在步骤S51中，当系统负载Psys不在阈值THPsys1以上的情况下(S51：否)，在步骤S53中，ECU24执行第二通常模式(电压固定电流可变控制)。
(2-3-6.第一通常模式)
如上所述，第一通常模式主要是在系统负载Psys相对高时采用，即，在将目标氧浓度Cotgt(空气计量比Rs)固定(或将氧维持在富足的状态下)了的状态下，通过调整目标FC电压Vfctgt来控制FC电流Ifc。
即，如图11所示，在第一通常模式中，使用FC40的电流-电压特性(IV特性)为通常的模式(图11中，以实线表示的模式)。与通常的燃料电池同样，FC40的IV特性在单电池电压Vcell(FC电压Vfc)变得越低时，单电池电流Icell(FC电流Ifc)变得越大。因此，在第一通常模式中，对应于系统负载Psys而算出目标FC电流Ifctgt，进而算出与目标FC电流Ifctgt对应的目标FC电压Vfctgt。而且，ECU24控制DC/DC转换器22，使得FC电压Vfc成为目标FC电压Vfctgt。即，通过由DC/DC转换器22将1次电压V1升压，使得2次电压V2成为目标FC电压Vfctgt，由此控制FC电压Vfc，控制FC电流Ifc。
需要说明的是，所谓氧处于富足的状态是指：例如图15所示，成为即便使空气计量比Rs上升，单电池电流Icell也大致一定，实质上饱和的状态的通常计量比以上的区域中的氧。氢富足的情况下也同样。需要说明的是，空气计量比Rs的调整例如通过氧浓度的控制来进行。
根据以上这样的第一通常模式，即便系统负载Psys为高负载，也基本上可以通过FC电力Pfc维持所有系统负载Psys运转。
(2-3-7.第二通常模式)
如上所述，第二通常模式主要在系统负载Psys相对低时采用，其通过将目标单电池电压Vcelltgt(＝目标FC电压Vfctgt/单电池数量)固定于在低于氧化还原区域R3的电位以下设定的基准电位{在本实施方式中，电位v2(＝0.8V)}，并且使目标氧浓度Cotgt可变，由此使FC电流Ifc可变。
即，如图11所示，在第二通常模式中，在将单电池电压Vcell保持为一定的状态下，通过降低目标氧浓度Cotgt(空气计量比Rs)，来降低氧浓度Co。如图15所示，当空气计量比Rs(氧浓度Co)降低时，单电池电流Icell(FC电流Ifc)也降低。因此，通过在将单电池电压Vcell保持为一定的状态下使目标氧浓度Cotgt增减，从而可以控制单电池电流Icell(FC电流Ifc)及FC电力Pfc。需要说明的是，FC电力Pfc的不足部分从蓄电池20辅助。
图16表示第二通常模式的流程图。在步骤S61中，ECU24通过调整DC/DC转换器22的升压率，从而将目标FC电压Vfctgt固定于在低于氧化还原区域R3的电位以下设定的基准电位{在本实施方式中，电位v2(＝0.8V)}。在步骤S62中，ECU24算出与系统负载Psys对应的目标FC电流Ifctgt。
在步骤S63中，ECU24以目标FC电压Vfctgt为基准电位这一情况为前提，算出与目标FC电流Ifctgt对应的目标氧浓度Cotgt(参照图11及图17)。需要说明的是，图17表示FC电压Vfc为基准电位时的目标FC电流Ifctgt与目标氧浓度Cotgt之间的关系。
在步骤S64中，ECU24对应于目标氧浓度Cotgt，算出及发送对各部分的指令值。在此，算出的指令值包括：气泵60的转速(气泵转速Nap)、水泵80的转速(水泵转速Nwp)、背压阀64的开度(以下称为“背压阀开度θbp”或者“开度θbp”。)及循环阀66的开度(以下称为“循环阀开度θc”或者“开度θc”。)。
即，如图18及图19所示，对应于目标氧浓度Cotgt设定目标气泵转速Naptgt、目标水泵转速Nwptgt及目标背压阀开度θbptgt。另外，循环阀66的目标开度θctg t被设定为初始值(例如，循环气体成为零的开度)。
在步骤S65中，ECU24判定FC40的发电是否稳定。作为该判定，在从单电池电压监视器42输入的最低单电池电压比从平均单电池电压减去规定电压之后的电压低的情况下{最低单电池电压＜(平均单电池电压-规定电压)}，ECU24判定FC40的发电不稳定。需要说明的是，所述规定电压例如可采用实验值、模拟值等。
在发电稳定的情况下(S65：是)，结束本次的处理。在发电不稳定的情况下(S65：否)，在步骤S66中，ECU24通过流量传感器70监视循环气体的流量Qc[g/s]，并同时增大循环阀66的开度θc，使流量Qc增加一级(参照图20)。需要说明的是，在图20中，在将循环阀66全开的情况下，例示流量Qc为第四级的增加，成为最大流量的情况。
但是，若循环阀66的开度θc增加，则在被气泵60吸气的吸气气体中，循环气体的比例增加。即，对于吸气气体而言，在新空气(从车外吸入的空气)与循环气体的比例中，以循环气体的比例增加的方式进行变化。因此，氧对全部单电池的分配能力提高。在此，循环气体(阴极废气)的氧浓度相对于新空气的氧浓度而言低。因此，在循环阀66的开度θc的控制前后，在气泵60的转速Nap及背压阀64的开度θbp相同的情况下，在阴极流路74流通的气体的氧浓度下降。
因此，在步骤S66中，优选与循环气体的流量Qc的增加连动，执行气泵60的转速Nap的增加及背压阀64的开度θbp的减少中的至少一方，以维持在步骤S63算出的目标氧浓度Cotgt。
例如，在增加循环气体的流量Qc的情况下，优选使气泵60的转速Nap增加，增加新空气的流量。而且，若这样做，则由于朝向阴极流路74的气体(新空气与循环气体的混合气体)整体的流量增加，因此，氧对全部单电池的分配能力进一步提高，FC40的发电性能容易恢复。
如此，由于在维持目标氧浓度Cotgt的同时，使循环气体与新空气合流，因此，在阴极流路74流通的气体的体积流量[L/s]增加。由此，目标氧浓度Cotgt得到维持且同时体积流量增加了的气体容易遍布于在FC40内复杂形成的阴极流路74整体。因此，所述气体同样容易供应给各单电池，容易消除FC40的发电的不稳定。另外，在MEA(膜电极接合体)的表面或包围阴极流路74的壁面上附着的水滴(冷凝水等)也容易被除去。
在步骤S67中，ECU24判定经流量传感器70检测的循环气体的流量Qc是否是上限值以上。成为判定基准的上限值被设定成循环阀66的开度θc为全开的值。
在该情况下，即使循环阀开度θc相同，若气泵60的转速Nap增加，则由流量传感器70检测的循环气体的流量Qc也增加，因此所述上限值与气泵转速Nap建立关联，即，当气泵60的转速Nap变大时，优选设定成使所述上限值变大。
在判定为循环气体的流量Qc不是上限值以上的情况下(S67：否)，回到步骤S65。在判定为循环气体的流量Qc为上限值以上的情况下(S67：是)，进入步骤S68。
在此，在步骤S66、S67中，虽然基于流量传感器70直接检测的循环气体的流量Qc执行处理，但也可以基于循环阀开度θc来执行处理。即，也可以在步骤S66中，构成为使循环阀开度θc向打开方向增加一级(例如30°)，在步骤S67中，在循环阀66为全开的情况下(S67：是)，进入步骤S68。
另外，在该情况下，根据循环阀66的开度θc、循环气体的温度、图21的位图，还可以算出循环气体的流量Qc[g/s]。如图21所示，随着循环气体的温度变高，其密度变小，因此成为流量Qc[g/s]变小的关系。
在步骤S68中，ECU24与步骤S65同样，判定发电是否稳定。在发电稳定的情况下(S68：是)，结束本次处理。在发电不稳定的情况下(S68：否)，在步骤S69中，ECU24使目标氧浓度Cotgt增加一级(接近通常的浓度)。具体地说，使气泵60的转速Nap的增加及背压阀64的开度θbp的减少的至少一方进行一级。
在步骤S70中，ECU24判定目标氧浓度Cotgt是否在通常的IV特性的目标氧浓度(通常氧浓度Conml)以下。当目标氧浓度Cotgt在通常氧浓度Conml以下的情况下(S70：是)，回到步骤S68。当目标氧浓度Cotgt不在通常氧浓度Conml以下的情况下(S70：否)，在步骤S71中，ECU24停止FC单元18。即，ECU24停止向FC40供给氢及空气，停止FC40的发电。而且，ECU24使未图示的警告灯点亮，向驾驶员通知FC40存在异常。需要说明的是，ECU24从蓄电池20向电动机14供应电力，使FC车辆10继续行驶。
根据以上的第二通常模式，在系统负载Psys相对低时，使单电池电压Vcell从电位v2降低，基本上可以由FC电力Pfc维持所有系统负载Psys的运转。
[2-4.FC发电控制]
如上所述，作为FC发电控制(图5的S4)，ECU24控制FC堆40的周边设备，即气泵60、背压阀64、循环阀66及水泵80。具体地说，ECU24使用在能量管理(图5的S3)算出的这些设备的指令值(例如，图16的S64)来控制这些设备。
[2-5.电动机14的转矩控制]
图22表示电动机14的转矩控制的流程图。在步骤S81中，ECU24从车速传感器154读取车速V。在步骤S82中，ECU24从开度传感器150读取加速踏板156的开度θp。
在步骤S83中，ECU24基于车速V和开度θp算出电动机14的假目标转矩Ttgt_p[N·m]。具体地说，在未图示的存储机构中预先存储将车速V、开度θp和假目标转矩Ttgt_p建立关联的位图，根据该位图和车速V及开度θp算出假目标转矩Ttgt_p。
在步骤S84中，ECU24算出与从FC系统12可向电动机14供给的电力的界限值(界限供给电力Ps_lim)[W]相等的电动机14的界限输出(电动机界限输出Pm_lim)[W]。具体地说，界限供给电力Ps_lim及电动机界限输出Pm_lim是从来自FC堆40的FC电力Pfc与可从蓄电池20供给的电力的界限值(界限输出Pbat_lim)[W]之和中减去辅机的消耗电力Pa之后的值(Pm_lim＝Ps_lim←Pfc+Pbat_lim-Pa)。
在步骤S85中，ECU24算出电动机14的转矩限制值Tlim[N·m]。具体地说，将电动机界限输出Pm_lim除以车速V之后的值作为转矩限制值Tlim(Tlim←Pm_lim/V)。
在步骤S86中，ECU24算出目标转矩Ttgt[N·m]。具体地说，ECU24将相对于假目标转矩Ttgt_p加上基于转矩限制值Tlim的制限之后的转矩作为目标转矩Ttgt。例如，当假目标转矩Ttgt_p在转矩限制值Tlim以下的情况下(Ttgt_p≤Tlim)，将假目标转矩Ttgt_p原封不动地设为目标转矩Ttgt(Ttgt←Ttgt_p)。另一方面，当假目标转矩Ttgt_p超过转矩限制值Tlim的情况下(Ttgt_p＞Tlim)，设转矩限制值Tlim为目标转矩Ttgt(Ttgt←Tlim)。
然后，使用算出的目标转矩Ttgt来控制电动机14。
3.各种控制的例子
图23表示使用本实施方式的各种控制的情况下的时间图的例子。从时点t1到时点t5，由于冷却水的温度Tw在阈值THTw1以下，所以选择暖机模式，从时点t5之后到时点t6，由于冷却水的温度Tw超过阈值THTw1，所以选择通常模式。
从时点t1到时点t3，由于基于FC40的发电不稳定(图13的S41：否)，所以使目标FC电压Vfctgt呈阶段性上升(S44)。从时点t3之后到时点t4，基于FC40的发电稳定(图13的S41：是)，使目标FC电压Vfctgt一定。
在时点t4，当冷却水的温度Tw到达阈值THTw2时，车辆10可以行驶(S31：是)，目标FC电压Vfctgt被设定为最低电动机驱动电压Vmotmin(S34)。
在时点t5，当冷却水的温度Tw到达阈值THTw1时，结束FC40的暖机(S42：是)，转到通常模式。
4.本实施方式的效果
如以上说明，根据本实施方式，在暖机模式及第二通常模式中，由于FC电压Vfc被固定于氧化还原区域R3外的第一极小值Vlmi1等，所以可以防止催化剂的氧化反应及还原反应同时期频繁反复进行，防止FC40的劣化。尤其，由于FC电压Vfc被固定于劣化量D相对少的还原区域R2的电位Vlmi1(及之后在图13的步骤S44被设定的值)，因此，能够进一步减少劣化量D。此外，在暖机模式及第二通常模式中，进行控制使得空气计量比Rs(目标氧浓度Cotgt)追随于系统负载Psys，FC40输出系统负载Psys的要求电力，因此，可以抑制FC40的剩余电力或不足电力的产生。
在本实施方式中，在FC40的发电稳定性受损的情况下(图13的S41：否)，将目标FC电压Vfctgt在低于氧化还原区域R3的范围(还原区域R2)内提高目标FC电压Vfctgt(FC电压Vfc)(S44)。在FC40的发电稳定性受损的情况下，通过使FC电压Vfc上升，可以降低Ifc，并且空气计量比Rs提高，因此，可以维持发电稳定性。
在本实施方式中，第一极小值Vlmi被设定在最低电动机驱动电压Vmotmin以下，在FC系统12(FC40)可正常工作前，将FC电压Vfc固定于第一极小值Vlmi(或者使FC40稳定的电压)来进行暖机，当FC系统12(FC40)可正常工作时，使FC电压Vfc在最低电动机驱动电压Vmotmin下进行暖机。由此，能够兼顾迅速的暖机与FC系统12的工作。
在本实施方式中，FC系统12搭载在车辆10上。由此，可实现一种耐久性高且具有良好起步性的车辆10。
5.变形例
需要说明的是，本发明不限于上述实施方式，基于该说明书的记载内容，当然可采用各种构成。例如，可采用以下构成。
[5-1.搭载对象]
在上述实施方式中，将FC系统12搭载在FC车辆10上，但不限于此，也可以搭载在其他对象上。例如，也可以将FC系统12用于船舶或航空器等移动体。或者也可以将FC系统12适用于家庭用电力系统。
[5-2.FC系统12的构成]
在上述实施方式中，并联配置FC40和高电压蓄电池20，在蓄电池20的跟前配置DC/DC转换器22，但不限于此。例如，如图24所示，也可以是并联配置FC40和蓄电池20，将升压式、降压式或者升降压式的DC/DC转换器22配置在FC40的跟前的构成。或者，如图25所示，也可以是并联配置FC40和蓄电池20，在FC40的跟前配置升压式、降压式或者升降压式的DC/DC转换器200，在蓄电池20的跟前配置DC/DC转换器22的构成。或者，如图26所示，也可以是串联配置FC40和蓄电池20，在蓄电池20和电动机14之间配置DC/DC转换器22的构成。或者，如图27所示，也可以是并联配置FC40和蓄电池20，在电动机14的跟前配置DC/DC转换器200，在蓄电池20的跟前配置DC/DC转换器22的构成。在图27的构成中，通过蓄电池20跟前的DC/DC转换器22控制FC40的输出，通过电动机14的跟前的DC/DC转换器200控制向电动机14的输入电压。由此，在暖机模式执行时，即使是使车辆10行驶的情况下，也可以将目标FC电压Vfctgt设定为小于最低电动机驱动电压Vmotmin的值。
[5-3.计量比]
在上述实施方式中，作为调整计量比的手段或者方法，使用的是调整目标氧浓度Cotgt，但不限于此，也可以调整目标氢浓度。另外，也可以取代目标浓度，使用目标流量或者目标浓度与目标流量这双方。
在上述实施方式中，例示了具备供应含氧空气的气泵60的构成，但也可以取而代之或者此外是还具备供给氢的氢泵的构成。
在上述实施方式中，例示了具备使阴极废气与新空气合流的合流流路(配管66a、66b)及循环阀66的构成，但也可以取而代之或者此外阳极侧也是同样构成。例如，可以在配管48b设置循环阀，通过该循环阀，控制与新氢合流的阳极废气的流量。
[5-4.电力供给模式]
在上述实施方式中，作为是否进行暖机模式的判定基准，采用的是冷却水的温度Tw，但只要是能够推测FC40的温度，就不限于此。例如，除了冷却水的温度Tw外，或者取而代之，还可以使用车辆10的外部气体温度、燃料气体的温度及氧化剂气体的温度的至少一种。
在上述实施方式中，说明了第一极小值Vlmi1比最低电动机驱动电压Vmotmin低的情况(参照)图9，但不限于此，在最低电动机驱动电压Vmotmin比第一极小值Vlmi低的情况下也可以采用。在该情况下，例如在暖机模式中，不管车辆10可否行驶，作为目标FC电压Vfctgt，首先设定为第一极小值Vlmi1，在得到FC40的稳定性之前，可使目标FC电压Vfctgt增加。
在上述实施方式中，将暖机时的当初的目标FC电压Vfctg设定为第一极小值Vlmi1，但取而代之，也可以设定其周边区域(例如，0.6～0.7V)的任意值。
在上述实施方式中，在暖机模式下将冷却水的温度Tw小于阈值THTw2的情况下的最初目标FC电压Vfctgt设定为第一极小值Vlmi1×单电池数量，但不限于此。例如，也可以设定为还原区域R2中的第一极小值Vlmi1×单电池数量周围的其他的电位。
[5-5.其他]
在上述实施方式中，虽然在FC40的暖机时使用暖机模式的处理，但也可以在通常时使用。即，在通常行驶时，还可以将目标FC电压Vfctgt在第一极小值Vlmi1(或者比起高的、FC40的发电稳定的电压)下固定，对应于系统负载Psys来调整空气计量比Rs(目标氧浓度Cotgt)。

Claims (4)

1.一种燃料电池系统(12)，其具备：
燃料电池(40)，其具有催化剂，通过所述催化剂使氧或者氢进行反应，由此进行发电；
气体供给机构(44、60)，其将所述氧及所述氢的至少一方供应给所述燃料电池(40)；
电压控制机构(22)，其控制所述燃料电池(40)的发电电压；以及负载(30)，其由所述燃料电池(40)输出的电力驱动，
其特征在于，
燃料电池系统(12)还具有气体供给控制机构(24)，该气体供给控制机构(24)控制所述气体供给机构(44、60)，使得在通过控制所述电压控制机构(22)而将所述燃料电池(40)的实际电压固定于所述催化剂进行氧化还原反应的氧化还原进行电压范围外的规定电压的状态下，所述氧及所述氢的至少一方的浓度追随于所述负载(30)所要求的要求电力，
所述气体供给控制机构(24)在判定为所述燃料电池(40)的温度在规定温度以下的情况下，将所述燃料电池(40)的电压固定于比所述氧化还原进行电压范围低、且劣化量相对少的电压区域的电压值，并且使供应给所述燃料电池(40)的气体量以追随于所述负载所要求的电力的方式变动。
2.如权利要求1所述的燃料电池系统(12)，其特征在于，
在所述燃料电池(40)的发电稳定性受损的情况下，在低于所述氧化还原进行电压范围的范围内提高所述燃料电池(40)的电压。
3.如权利要求1或2所述的燃料电池系统(12)，其特征在于，
所述燃料电池系统(12)向电动机(14)供应电力，
当所述规定电压设定在最低电动机驱动电压以下的情况下进行所述燃料电池(40)的暖机时，在所述燃料电池(40)可正常工作之前，将所述发电电压固定于所述规定电压而进行暖机，当所述燃料电池(40)可正常工作时，将所述发电电压设为所述最低电动机驱动电压以上且低于所述氧化还原进行电压范围的值而进行暖机。
4.如权利要求1或2所述的燃料电池系统(12)，其特征在于，
所述燃料电池系统(12)搭载在车辆(10)上。
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