CN102991368A

CN102991368A - 燃料电池车辆

Info

Publication number: CN102991368A
Application number: CN2012103256400A
Authority: CN
Inventors: 数野修一; 渡边和典; 佐伯响; 白坂卓也; 五十岚大士
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2011-09-09
Filing date: 2012-09-05
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2032-09-05
Also published as: DE102012215944A1; DE102012215944B4; CN102991368B

Abstract

本发明提供一种燃料电池车辆(10)。在由DC/DC转换器(22)将燃料电池(40)的电压固定在燃料电池(40)的氧化还原进行电压范围外的状态下，以由气体供应部(44、60)使氧浓度或氢浓度降低从而使燃料电池(40)的输出电力减少的状态，来将由再生发电产生的再生电力回收至蓄电池(20)，因此能有效地回收使燃料电池(40)的输出电力减少的量的再生电力。

Description

燃料电池车辆

技术领域

本发明涉及防止通过氧化剂气体以及燃料气体的两反应气体的电化学反应而发电的燃料电池的劣化、并提高了再生时的系统效率的燃料电池车辆。

背景技术

燃料电池例如具备以阴极电极和阳极电极来对全氟磺酸的薄膜中浸渍有水的固体高分子电解质膜进行夹持而成的电解质膜/电极构造体(MEA)。阴极电极以及阳极电极具有：由碳纸等构成的气体扩散层、以及表面担负有铂合金(白金合金)等触媒(下面也称作Pt触媒)粒子的碳粒子被均匀地涂敷在所述气体扩散层的表面而形成的电极触媒层。电极触媒层在固体高分子电解质膜的两面形成。

作为用于抑制燃料电池的劣化的技术，提出了特开2007-005038号公报(下面称作JP2007-005038A)。在该JP2007-005038A所提出的技术中，以避开使所述Pt触媒产生烧结现象(Pt触媒的凝聚)的氧化还原电位的方式来使燃料电池发电。

但是，在燃料电池车辆中，在车辆的减速时等会产生再生电力，而为了提高系统效率，优选将该再生电力充电至蓄电池中。

在JP2007-005038A中进行了如下公开：即使加速器开度提高，到蓄电池的SOC值低于第1充电阈值(SOC值的下限目标值)为止，也都将燃料电池单体电池的输出电压限制在0.7V程度地从蓄电池供应电力，若探测到SOC值低于第1充电阈值，则通过提高燃料电池的发电电力来使所述输出电压从0.7V程度降下，并对蓄电池进行充电，即使加速器开度下降，其后也都持续对燃料电池的发电电力进行了提高的状态来对蓄电池进行充电，直到SOC值超过第2充电阈值(SOC值上限目标值)为止。

如此，通过将燃料电池的输出电压限制在氧化还原电位以下的电位，能抑制燃料电池的劣化，但由于即使加速器开度下降，换言之在能进行再生电力的回收时，也持续着对燃料电池的发电电力进行了提高的状态，因此会产生系统效率恶化这样的问题。

发明内容

本发明考虑这样的课题而提出，目的在于提供一种在抑制燃料电池的劣化的同时，提高再生电力的回收效率，结果能提高系统效率的燃料电池车辆。

本发明所涉及的燃料电池车辆具备：燃料电池，其被供应含氧的第1气体和含氢的第2气体，通过触媒促进反应来发电；气体供应部，其对所述燃料电池供应所述第1气体以及所述第2气体中的至少一者；电压调整部，其调整所述燃料电池的输出电压；驱动电动机，其作为由所述燃料电池的输出电力驱动的负载；和蓄电装置，其积蓄来自所述驱动电动机的再生发电所产生的电力，所述燃料电池车辆的特征在于，所述燃料电池车辆具有：控制部，其控制所述燃料电池、所述气体供应部、所述电压调整部、所述驱动电动机、以及所述蓄电装置，所述控制部在所述驱动电动机的再生发电时，在由所述电压调整部将所述燃料电池的电压固定为所述燃料电池的氧化还原进行电压范围外的规定电压的状态下，通过所述气体供应部使所述氧浓度或氢浓度降低，来使所述燃料电池的输出电力减少。

根据本发明，通过对将燃料电池的电压固定为氧化还原进行电压范围外的规定电压的状态进行维持来抑制燃料电池的劣化、同时回收再生电力时，通过用气体供应部使氧浓度或氢浓度降低来使燃料电池的输出电力减少，从而降低从燃料电池至蓄电装置的作为充电用途而供应的发电电力(瞬间发电电力)，由此能良好地回收再生电力。因此，能抑制燃料电池的劣化，提高再生电力的回收效率，其结果是，能提高系统效率。

在此情况下，将所述燃料电池的所述氧化还原进行电压范围外的所述规定电压设为超过所述氧化还原进行电压范围的上限电压的电压，从而再生时的驱动电动机的输出电压成为高电压，在维持劣化抑制的同时进一步提高了再生效率。

另外，将所述燃料电池的所述氧化还原进行电压范围外的所述规定电压设为超过所述氧化还原进行电压范围的所述上限电压的所述电压中的、所述燃料电池的劣化量少的电压，由此能使劣化的抑制最大化(使劣化的进行最小化)。

另外，所述控制部在判断为由所述温度传感器检测出的所述燃料电池的温度为阈值温度以下的温度时，将所述燃料电池的所述氧化还原进行电压外的所述规定电压设为低于所述氧化还原进行电压范围的下限电压的电压，从而燃料电池中的热损失增加，这部分能对燃料电池进行预热。

为了进一步提高预热的效果，优选地，所述控制部在判断为所述燃料电池的温度为阈值温度以下的温度时，通过冷却部来使冷媒的流量降低。

根据本发明，在驱动电动机的再生发电时将燃料电池的电压固定为氧化还原进行范围外的规定电压的状态下，使氧浓度或氢浓度降低来减少燃料电池的输出电力，因此在抑制燃料电池的劣化的同时提高了再生电力的回收效率，其结果是，能提高系统效率(例如，包含提高燃料电池车辆的燃油效率)。

能根据参照附图来说明的以下的实施方式的说明来容易地了解上述目的、特征以及优点。

附图说明

图1是搭载了本发明的一个实施方式所涉及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组件的概略构成图。

图4是表示所述实施方式中的DC/DC转换器的细节的电路图。

图5是电子控制装置(ECU)中的基本的控制(主例程)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和电动机预计功耗的关系的图。

图8是表示构成燃料电池的燃料电池单体电池的电位和单体电池的劣化量的关系的一例的图。

图9是表示燃料电池单体电池的电位的变动速度不同的情况下的氧化的进行和还原的进行的样子的示例的循环伏安图。

图10是燃料电池的通常的电流/电压特性的说明图。

图11是表示阴极化学计量比和单体电池电流的关系的图。

图12是供燃料电池的能量管理以及发电控制所涉及的基本控制模式的说明用的流程图。

图13是燃料电池中的多个电力供应模式(基本控制模式等)的说明图。

图14是表示蓄电池的SOC值和充放电系数的关系的图。

图15是表示目标FC电流和目标氧浓度的关系的图。

图16是表示目标FC电流和目标空气泵转速以及目标水泵转速的关系的图。

图17是表示目标FC电流和目标背压阀开度的关系的图。

图18是电动机的转矩控制的流程图。

图19是表示燃料电池的发电电力和发电效率的关系的图。

图20是供以图12的基本控制模式为前提的能量管理以及发电控制的说明用的流程图(其1)。

图21是供以图12的基本控制模式为前提的能量管理以及发电控制的说明用的流程图(其2)。

图22是电动机效率相对于电动机电压的对应说明图。

图23是充电效率相对于充电电流的对应说明图。

图24是比较第1实施例和基本控制等所涉及的技术来进行说明的时序图。

图25是表示蓄电池可充电电力相对于蓄电池温度的对应说明图。

图26是低温下再生时等的电力供应模式的说明图。

图27是冷媒流量相对于燃料电池堆温度的对应说明图。

图28是比较第2实施例和比较例的技术来进行说明的时序图。

图29是第3实施例中的燃料电池组件的概略构成图

图30是表示循环阀的阀开度与阴极流路中的氧浓度的关系的图。

图31是表示燃料电池系统的第1变形例的概略构成的框图。

图32是表示燃料电池系统的第2变形例的概略构成的框图。

图33是表示燃料电池系统的第3变形例的概略构成的框图。

具体实施方式

图1是搭载了本发明的一个实施方式所涉及的燃料电池系统12(下面称作“FC系统12”)的燃料电池车辆10(下面称作“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以及图2所示，FC车辆10除了FC系统12以外，还具有行驶用电动机14(驱动电动机)、逆变器(双向的直流/交流变换器)16。

FC系统12具有：燃料电池组件18(下面称作“FC组件18”)、高压蓄电池20(下面称作“蓄电池20”)(蓄电装置)、DC/DC转换器22(电压调整部)、和电子控制装置24(下面称作“ECU24”)(控制部)。

电动机14基于FC组件18以及蓄电池20所供应的电力来生成驱动力，该驱动力通过了变速箱26来使车轮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)。

逆变器16{也称作PDU(Power Drive Unit)}构成为三相全桥型，进行直流/交流变换，将直流变换成三相的交流并供应给电动机14，另一方面，伴随着电动机14的再生动作的交流/直流变换后的直流通过DC/DC转换器22而供应给蓄电池20等。

另外，将电动机14和逆变器16合起来称作负载30(在与后述的辅助设备负载31区分的情况下也称作主负载30)。主负载30和辅助设备负载31合起来称作负载33(也称作总负载33)。

图3是FC组件18的概略构成图。FC组件18具备：燃料电池堆40(下面称作“FC堆40”或“FC40”)、对FC堆40的阳极供排氢(燃料气体)的阳极系统54、对FC堆40的阴极供排含氧的空气(氧化剂气体)的阴极系统56、用于使冷却FC堆40的冷却水(冷媒)循环的冷却系统58、以及单体电池电压监视器42。

FC堆40例如具有层叠燃料电池单体电池(下面称作“FC单体电池”)的构造，其中燃料电池单体电池通过以阳极电极和阴极电极来从两侧夹持固体高分子电解质膜而形成。

阳极系统54具有：氢罐44、调节器46、喷射器48以及净化阀50。氢罐44用于收纳作为燃料气体的氢，介由配管44a、调节器46、配管46a、喷射器48以及配管48a而与FC40的阳极流路52的入口连接。由此，能介由配管44a等将氢罐44中的氢供应给阳极流路52。另外，在配管44a设有阻断阀(未图示)，在FC堆40的发电时，通过ECU24来打开该阻断阀。

调节器46将所导入的氢的压力调整为规定值后再排出。即，调节器46按照介由配管46b而输入的阴极侧的空气的压力(先导压力)，来控制下游侧的压力(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联动，如后述那样，若为了改变氧浓度而改变空气泵60的转速等，则阳极侧的氢的压力也改变。

喷射器48用喷嘴来喷射来自氢罐44的氢，从而使负压产生，能通过该负压来吸引配管48b的阳极废气。

阳极流路52的出口介由配管48b而与喷射器48的吸气口连接。并且，从阳极流路52排出的阳极废气通过配管48b而被再度导入喷射器48，从而阳极废气(氢)得以循环。

另外，阳极废气包含在阳极中的电极反应中未被消耗掉的氢以及水蒸气。另外，在配管48b，设有分离、回收包含在阳极废气中的水分{凝聚水(液体)、水蒸气(气体)}的气液分离器(未图示)。

配管48b的一部分介由配管50a、净化阀50以及配管50b而与设于配管64c的稀释器(未图示)连接。在判定为FC堆40的发电不稳定的情况下，基于来自ECU24的指令来打开净化阀50规定时间。所述稀释器用阴极废气来稀释来自净化阀50的阳极废气中的氢，并排出到大气中。

阴极系统56具有空气泵60、加湿器62以及背压阀64。

空气泵60是用于将外部气体(空气)压缩后送入阴极侧的构成，其吸气口介由配管60a而与车外(外部、外部气体)连通。空气泵60的喷出口介由配管60b、加湿器62以及配管62a而与阴极流路74的入口连接。空气泵60按照ECU24的指令而工作时，空气泵60介由配管60a吸入车外的空气并压缩，且将该压缩后的空气通过配管60b等而压送至FC40的阴极流路74。

加湿器62具备具有水分透过性的多个中空丝膜62e。并且，加湿器62介由中空丝膜62e在朝向阴极流路74的空气和从阴极流路74排出的湿润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、配管64b以及配管64c。从阴极流路74排出的阴极废气(氧化剂废气)通过配管62b等，从配管64c排出到车外(大气)。

背压阀64例如由蝴蝶阀构成，通过ECU24来控制其开度，由此控制阴极流路74中的空气的压力。更具体地，若背压阀64的开度变小，则阴极流路74中的空气的压力上升，单位体积流量的氧浓度(体积浓度)变高。反之，若背压阀64的开度变大，则阴极流路74中的空气的压力下降，单位体积流量的氧浓度(体积浓度)变低。

温度传感器72安装在配管64a，对阴极废气的温度进行检测，并将检测结果输出给ECU24。

冷却系统58具有水泵80以及散热器(radiator)82。水泵80使冷却水(冷媒)循环，其喷出口依次介由配管80a、FC40的冷媒流路84、配管82a、散热器82、配管82b而与水泵80的吸入口连接。水泵80按照ECU24的指令而工作时，冷却水在冷媒流路84和散热器82之间循环，从而冷却FC堆40。

单体电池电压监视器42是对构成FC堆40的多个单体电池的每一个的单体电池电压Vcell进行检测的测量设备，具备：监视器主体、连接监视器主体和各单体电池的线束。监视器主体以规定周期对全部单体电池进行扫描，检测各单体电池的单体电池电压Vcell，算出平均单体电池电压以及最低单体电池电压。然后，将平均单体电池电压以及最低单体电池电压输出给ECU24。

如图2所示，来自FC堆40的电力(下称作“FC电力Pfc”)除了供应给逆变器16以及电动机14(供电时)，并通过DC/DC转换器22供应给高电压蓄电池20(充电时)，还供应给所述空气泵60、水泵80、空气调节器90、步进降压转换器92(降压型DC-DC转换器)、低电压蓄电池94、附件96以及ECU24。另外，在FC堆40和逆变器16以及DC/DC转换器22之间配置有逆流防止二极管98。另外，通过电压传感器100(图4)来检测FC堆40的发电电压(下面称作“FC电压Vfc”)，通过电流传感器102来检测FC堆40的发电电流Ifc(下面称作“FC电流Ifc”)，将它们的检测结果都输出给ECU24。

蓄电池20是包含多个蓄电池单体电池的蓄电装置(储能器)，例如，能利用锂离子二次电池等。也可以利用电容器。在本实施方式中，利用锂离子二次电池。通过电压传感器120来检测蓄电池20的输出电压(下面称作“蓄电池电压Vbat或一次电压V1”)[V]，通过电流传感器124检测蓄电池20的输出电流(下面称作“蓄电池电流Ibat或一次电流I1”)[A]，并将它们的检测结果分别输出给ECU24。进一步地，通过SOC传感器104(图2)检测蓄电池20的剩余容量(下面称作“SOC”)[％]，并将检测结果输出给ECU24。

DC/DC转换器22使来自FC组件18的FC电力Pfc、从蓄电池20供应的电力(下面称作“蓄电池电力Pbat”)[W]、来自电动机14的再生电力Preg的供应目的地在ECU24的控制下进行控制。

在图4中，示出了本实施方式的DC/DC转换器22的一例。如图4所示，DC/DC转换器22一方与蓄电池20的某一次侧1S连接，另一方与负载33和FC堆40的连接点即二次侧2S连接。

DC/DC转换器22基本上是将一次侧1S的电压(一次电压V1＝Vbat)[V]升压至二次侧2S的电压(二次电压V2)[V](V1≤V2)、且将二次电压V2降压至一次电压V1(V1＝Vbat)的升降压型加斩波型的电压变换装置。

如图4所示，DC/DC转换器22由配置于一次侧1S和二次侧2S之间的相臂UA、和电抗器110构成。

相臂UA由作为高侧臂的上臂元件(上臂开关元件112和二极管114)和作为低侧臂的下臂元件(下臂开关元件116和二极管118)构成。在上臂开关元件112和下臂开关元件116中，分别例如采用MOSFET或IGBT等。

电抗器110被插入在相臂UA的中点(公共连接点)和蓄电池20的正极之间，通过DC/DC转换器22来在一次电压V1和二次电压V2之间变换电压时，具有积蓄以及放出能量的作用。

上臂开关元件112通过从ECU24输出的栅极驱动信号(驱动电压)UH的高电平而接通，下臂开关元件116通过栅极的驱动信号(驱动电压)UL的高电平而接通。

另外，ECU24通过与一次侧1S的平滑电容器122并联设置的电压传感器120来检测一次电压V1[V]，通过电流传感器124来检测一次侧的电流(一次电流I1)[A]。另外，ECU24通过与二次侧2S的平滑电容器128并联设置的电压传感器126来检测二次电压V2[V]，通过电流传感器130来检测二次侧2S的电流(二次侧电流I2)[A]。

在DC/DC转换器22的升压时，在第1定时，栅极驱动信号UL成为高电平且栅极驱动信号UH成为低电平，在电抗器110中积蓄来自蓄电池20的能量(从蓄电池的正侧起到电抗器110、下臂开关元件116、以及蓄电池20的负侧为止的电流路径)。在第2定时，栅极驱动信号UL成为低电平且栅极驱动信号UH成为低电平，积蓄在电抗器110中的能量通过二极管114而被供应到二次侧2S(从蓄电池20的正侧起到电抗器110、二极管114、二次侧2S的正侧、负载33等、二次侧2S的负侧、蓄电池20的负侧的电流路径)。以后，反复升压时的上述的第1定时和第2定时。

在DC/DC转换器22的降压时，在第1定时，栅极驱动信号UH成为高电平且栅极驱动信号UL成为低电平，在电抗器110中积蓄来自二次侧2S(FC堆40或者电动机14再生中的负载33)的能量，并将该能量对蓄电池20进行充电。在第2定时，栅极驱动信号UH成为低电平且栅极驱动信号UL成为低电平，在电抗器110中积蓄的能量被供应给二极管118、蓄电池20，来对蓄电池20进行充电。另外，根据图2可知，再生电力Preg也能供应给空气泵60等的辅助设备负载31。后面，反复降压时的上述的第1定时和第2定时。

DC/DC转换器22除了作为上述斩波型进行动作以外，还能作为直接型进行动作。在作为直接型进行动作的情况下，栅极驱动信号UH在占空比100[％]下成为高电平，且栅极驱动信号UL在占空比0[％]下成为低电平，在蓄电池20进行放电时，从一次侧1S通过二极管114向二次侧2S供应电流(例如从蓄电池20向负载33供应电力)，在对蓄电池20进行充电的情况下，从二次侧2S通过上臂开关元件112向蓄电池20供应电流(例如从电动机14向蓄电池20供应再生电力Preg)。

ECU24介由通信线140(图1等)来控制电动机14、逆变器16、FC组件18、辅助设备负载31、蓄电池20以及DC/DC转换器22等。在进行该控制时，执行存储器(ROM)中所容纳的程序，另外，使用单体电池电压监视器42、流量传感器68、温度传感器72、电压传感器100、120、126、电流传感器102、124、130、SOC传感器104等的各种传感器的检测值。

在此的各种传感器除了上述的传感器以外，还包含开度传感器150、电动机转速传感器152以及车速传感器154(图1)。开度传感器150检测加速器踏板156的踩下角度即开度(加速器开度)θp[度]。电动机转速传感器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Vs[km/h]。进而，在ECU24连接有主开关158(下面称作“主SW158”)。主SW158是切换能否从FC组件18以及蓄电池20向电动机14供应电力的开关(与引擎车辆的点火开关对应的开关)，能由用户操作。

ECU24包括微机，根据需要，具有计时器、A/D变换器、D/A变换器等的输入输出接口。另外，ECU24还能不是仅由1个ECU构成，而是由电动机14、FC组件18、蓄电池20以及DC/DC转换器22的每一个中的多个ECU构成。

ECU24从不仅基于FC堆40的状态、蓄电池20的状态以及电动机14的状态还基于来自各种开关以及各种传感器的输入(负载请求)而决定的作为FC车辆10整体对FC系统12请求的负载中，对要由FC堆40负担的负载、要由蓄电池20负担的负载、要由再生电源(电动机14)负担的负载的配比(分担)一边进行协调一边予以决定，并向电动机14、逆变器16、FC组件18、蓄电池20以及DC/DC转换器22送出指令。

[基本的控制动作的说明]

接下来，说明ECU24中的基本控制。以该基本控制为前提来在后面叙述第1～第3实施例。

在图5中示出ECU24中的基本控制(主例程)的流程图。在步骤S1中，ECU24判定主SW158是否为接通。在主SW158不为接通的情况下(S1：否)，反复步骤S1。在主SW158为接通的情况下(S1：是)，前进到步骤S2。在步骤S2中，ECU24计算对FC系统12请求的负载(称作系统负载Psys或系统请求负载Psys)[W]。

在步骤S3中，ECU24基于计算出的系统负载Psys来进行FC系统12的能量管理。在此所说的能量管理谋求能抑制FC堆40的劣化，并提高FC系统12整体的输出的效率(系统效率)。

在步骤S4中，ECU24基于能量管理处理结果来进行FC堆40的周边设备即空气泵60、背压阀64以及水泵80的控制(FC发电控制)。进而，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是否为断开。在主SW158不为断开的情况下(S6：否)，返回步骤S2。在主SW158为断开的情况下(S6：是)，结束本次的处理。

在图6中示出了计算步骤S2的系统负载Psys的流程图。在步骤S11中，ECU24从开度传感器150读取加速器踏板156的开度θp。在步骤S12中，ECU24从电动机转速传感器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来算出电动机14的预计功耗Pm[W]。具体地，在图7所示的当前的电动机转速Nm[rpm]和电动机预计功耗Pm[W]的映射图(特性)中，按每个开度θp来存储转速Nm和预计功耗Pm的关系。例如，在开度θp为θp1时，使用特性180。同样地，在开度θp为θp2、θp3、θp4、θp5、θp6时，分别使用特性182、184、186、188、190。然后，在基于开度θp而特定了表示转速Nm和预计功耗Pm的关系的特性的基础上，特定与转速Nm相应的预计功耗Pm。另外，在供电侧的加速中，预计功耗Pm成为正的值，在再生侧的减速中，预计功耗Pm成为负的值，即预计再生电力。

在步骤S14中，ECU24从各辅助设备负载31读取当前的动作状况。在此的辅助设备负载31中，例如如图2所示，包括：包含空气泵60、水泵80以及空气调节器90在内的高电压系统的辅助设备；和包括低电压蓄电池94、附件96以及ECU24在内的低电压系统的辅助设备。例如，若是空气泵60以及水泵80，则分别读取转速Nap、Nwp[rpm]。若是空气调节器90，则读取其输出设定。

在步骤S15中，ECU24按照各辅助设备的当前的动作状况来算出辅助设备的功耗Pa[W]。

在步骤S16中，ECU24求取电动机14的预计功耗Pm和辅助设备的功耗Pa之和(暂定系统负载Pm+Pa)，算出在FC车辆10整体的预计功耗、即系统负载Psys(Psys＝Pm+Pa，也标记为Psys←Pm+Pa)。

如上所述，在本实施方式的能量管理中，谋求抑制FC堆40的劣化，并提高FC系统12整体的输出的效率。

图8表示构成FC堆40的FC单体电池的电压(单体电池电压Vcell)[V]和单体电池的劣化量D的关系的一例。即，图8中的曲线(特性)142表示单体电池电压Vcell和劣化量D的关系。

在图8中，在低于电位v1(例如0.5V)的区域(下面称作“铂凝聚增加区域R1”或“凝聚增加区域R1”)中，针对包含在FC单体电池中的铂(氧化铂)，剧烈地进行还原反应，铂过度地凝聚。电位v1至电位v2(例如0.8V)，是稳定地进行还原反应的区域(下面称作“铂还原稳定区域R2”、或“还原稳定区域R2”或“触媒还原稳定电压范围内R2”)。

电压v2至电压v3(例如0.9V)是对于铂而言进行氧化还原反应的区域(下面称作“铂氧化还原进行区域R3”或“氧化还原进行区域R3”)。电压v3到电压v4(例如0.95V)是对于铂而言稳定地进行氧化还原的区域(下面称作“铂氧化稳定区域R4”或“氧化稳定区域R4”)。电压v4至OCV(开路电压)，是包含于FC单体电池中的碳的氧化进行的区域(下面称作“碳氧化进行区域R5”)。

如上所述可知，在图8中，若单体电池电压Vcell处于铂还原稳定区域R2或铂氧化稳定区域R4，则FC单体电池的劣化的进行程度较小。另一方面，若单体电池电压Vcell处于铂凝聚增加区域R1、铂氧化还原进行区域R3或碳氧化进行区域R5)，则FC单体电池的劣化的进行程度较大。

另外，在图8中，按照唯一确定曲线(特性)142的方式来标记，但实际上曲线(特性)142按照每单位时间的单体电池电压Vcell的变动量(变动速度Acell)[V/sec]而变化。

图9是表示变动速度Acell不同的情况下的氧化的进行和还原的进行的样子的示例的循环伏安图。在图9中，实线的曲线(特性)170表示变动速度Acell较高的情况，虚线的曲线(特性)172表示变动速度Acell较低的情况。如从图9所知那样，由于根据变动速度Acell不同而氧化或还原的进行程度不同，因此并不一定能唯一地特定各电压v1～v4。另外，由于FC单体电池的个体差，各电压v1～v4也会发生变化。因此，电压v1～v4优选设定为已使误差部分反映在理论值、模拟值或实测值中的值。

另外，与一般的燃料电池单体电池相同，FC单体电池的电流/电压特性(IV特性)也如图10中“通常”所示的IV特性(也称作通常IV特性)162所示那样，单体电池电压Vcell越降低，单体电池电流Icell[A]就越增加。此外，FC堆40的发电电压(FC电压Vfc)是将单体电池电压Vcell与FC堆40内的串联连接数Nfc相乘后得到的值。串联连接数Nfc是在FC堆40内串联连接的FC单体电池的数量，下面还简称为“单体电池数”。在图10的通常IV特性162中，是将阴极化学计量比

设为通常的化学计量比(通常化学计量比)以上的氧丰润的状态时所得到的特性。换言之，将氧浓度设为通常的氧浓度以上的氧浓度。另外，用阴极化学计量比＝“供应给阴极电极的空气流量/通过发电而消耗的空气流量”来表示。在本实施方式中，还将阴极化学计量比简称为化学计量比。氧丰润的状态是指，如图11所示，即使阴极化学计量比

上升，单体电池电流(单体电池输出的电流)Icell也大致恒定，意味着成为饱和的状态的通常的化学计量比以上的区域中的氧。

关于氢也相同。即，用

来表示。

接下来，参照图12的流程图来说明步骤S3以及步骤S4的能量管理以及FC发电控制中、基本控制(基本能量管理、发电控制)。

在步骤S21中，ECU24算出蓄电池20的充放电系数α，通过将算出的充放电系数α与在步骤S16算出的系统负载Psys相乘来算出目标FC电力Pfctgt(Pfctgt←Psys×α)。

在此，基于从SOC传感器104输入的当前的SOC值、以及图14的特性(映射图)，来算出充放电系数α。图14的特性163例如能使用实测值、模拟值，并被预先存储在ECU24中。另外，在此，例示了蓄电池20的目标SOC(目标蓄电量)为50[％]的情况，但并不局限于此。

在本实施方式中，如图14所示，在SOC值小于50[％]的需要充电的区域中，将充放电系数α设定为从“1”增大的倾向，以使FC堆40的发电过剩，将该过剩电力对蓄电池20进行充电。另一方面，在SOC值大于50[％]的充电状态充分的区域中，将充放电系数α设定为从“1”减小的倾向，以使得FC堆40的发电不足，用蓄电池20的放电来供给该不足电力。

在此，为了方便理解以下的说明，设充放电系数α为α＝1来进行说明(Pfctgt＝Psys)。

接下来，在步骤S22中，ECU24判定在步骤S21算出的目标发电电力(目标FC电力)Pfctgt是否为阈值电力Pthp以上(Pfctgt＝Psys≥Pthp)。

在此，阈值电力Pthp是通过将“判断为触媒未劣化的单体电池电压(0.8V、切换电压、规定电压)”、“构成FC堆40的单体电池数Nfc”、和“FC堆40的通常的IV特性162(参照图10)中电压为0.8V的情况下的电流值Icell”相乘而得到的下面的式(1)所示的固定值。另外，在图10中，目标电力Pfctgt的轴并非线性，这一点需要留意。

Pthp＝0.8[V]×Nfc×Icellp (1)

在目标FC电力Pfctgt为阈值电力Pthp以上的情况下(步骤S22：是)，在步骤S23中，为了得到目标FC电力Pfctgt，执行电压可变/电流可变控制(模式A控制)。

该模式A控制主要是在目标FC电力Pfctgt相对较高时使用的控制，在将目标氧浓度Cotgt维持在通常(包含使氧丰润的状态)的状态下，通过用DC/DC转换器22调整目标FC电压Vfctgt来控制FC电流Ifc。

即，如图13所示，在目标FC电力Pfctgt为阈值电力Pthp以上而执行的模式A的控制中，使用FC堆40的通常IV特性162(与图10所示的相同)。在模式A控制中，按照目标FC电力Pfctgt来算出目标FC电流Ifctgt，进而算出与目标FC电流Ifctgt对应的目标FC电压Vfctgt。然后，ECU24控制DC/DC转换器22，以使得FC电压Vfc达到目标FC电压Vfctgt。即，通过DC/DC转换器22对一次电压V1进行升压以使得二次电压V2达到目标FC电压Vfctgt，来控制FC电压Vfc，从而控制FC电流Ifc。

根据以上那样的模式A控制，即使目标FC电力Pfctgt是阈值电力Pthp以上的高负载，也能通过按照目标FC电力Pfctgt，用DC/DC转换器22来使二次电压V2(FC电压Vfc)沿着通常IV特性162变化，而基本上通过FC电力Pfc来供给系统负载Psys。

另一方面，在步骤S22的判定中，在目标FC电力Pfctgt小于阈值电力Pthp的情况下(步骤S22：否)，在步骤S24中，判定在步骤S21算出的目标FC电力Pfctgt是否小于阈值电力Pthq(Pfctgt＜Pthq)。在此，例如与单体电池电压Vcell为Vcell＝0.9[V]对应地来决定阈值电力Pthq，因此，将阈值电力Pthq设定为比阈值电力Pthp低的值(Pthq＜Pthp，参照图13)。

在步骤S24的判定为否定的情况下，即，目标FC电力Pfctgt小于阈值电力Pthp、且为阈值电力Pthq以上的情况下(步骤S24：否、Pthq≤Pfctgt＜Pthp)，在步骤S25中，执行电压固定/化学计量比可变/电流可变控制(模式B控制)。另外，模式B的电压固定/化学计量比可变/电流可变控制在后述的模式C控制、模式D控制以及模式E控制中也同样地执行，但相对于上述的模式A控制的电压可变/电流可变控制，在电压固定/电流可变控制这一点是共通的，因此也称作CCVC(Constant VoltageVariable Current；恒压变流)控制。

该模式B控制主要是在系统负载Psys相对中等程度时使用的控制，通过将目标单体电池电压Vcelltgt(＝目标FC电压Vfctgt/单体电池数Nfc)固定为被设定为比氧化还原进行区域R3低的电压以下的基准电压{在本实施方式中，电压v2(＝0.8V)}，并通过使目标氧浓度Cotgt可变，来使FC电流Ifc可变。

即如图13所示，在模式B控制中，在阈值电力Pthq～Pthp的范围中将单体电池电压Vcell保持为恒定(Vcell＝v2)的状态下，通过降低目标氧浓度Cotgt来降低氧浓度Co。

如图11所示，若阴极化学计量比降低，则单体电池电流Icell(FC电流Ifc)也降低。因此，通过在将单体电池电压Vcell保持为恒定的状态(Vcell＝v2＝0.8V)下来增减目标氧浓度Cotgt，能控制单体电池电流Icell(FC电流Ifc)以及FC电力Pfc。另外，FC电力Pfc的不足部分，能从蓄电池20支援。

在此情况下，ECU24通过调整DC/DC转换器22的升压率，将目标FC电压Vfctgt固定为被设定为在比氧化还原进行区域R3低的电压以下的基准电压{在本实施方式中电压v2(＝0.8)}，进而算出与目标FC电力Pfctgt对应的目标FC电流Ifctgt。另外，以目标FC电压Vfctgt是基准电压为前提，算出与目标FC电流Ifctgt对应的目标氧浓度Cotgt(参照图11以及图15)。另外，图15示出FC电压Vfc为基准电压v2时的目标FC电流Ifctgt和目标氧浓度Cotgt的关系。

在此，ECU24按照目标氧浓度Cotgt来算出以及发送要发往各部的指令值。在此算出的指令值中包含：空气泵60的转速(下面称作“空气泵转速Nap”或“转速Nap”)、水泵80的转速(下面称作“水泵转速Nwp”或“转速Nwp”)、以及背压阀64的开度(下面称作“背压阀开度θbp”或“开度θbp”)。

即，如图16以及图17所示，按照目标氧浓度Cotgt来设定目标空气泵转速Naptgt、目标水泵转速Nwptgt以及目标背压阀开度θbptgt。

如以上那样，执行步骤S25的模式B控制。

接下来，在步骤S26中，EUC24判定FC堆40进行的发电是否稳定。作为该判定，EUC24在从单体电池电压监视器42输入的最低单体电池电压比从平均单体电池电压中减去规定电压而得到的电压低的情况下{最低单体电池电压＜(平均单体电池电压-规定电压)}，判定为FC堆40的发电不稳定。另外，所述规定电压例如能使用实验值、模拟值等。

在发电为稳定的情况下(S26：是)，结束本次的处理。在发电不稳定的情况下(S26：否)，在步骤S27中，ECU24将目标氧浓度Cotgt增加一个级别(接近通常的浓度)。具体地，进行一个级别的使空气泵60的转速的增加以及背压阀64的开度θbp的减少中的至少一者。

在步骤S28中，ECU24判定目标氧浓度Cotgt是否小于通常的IV特性中的目标氧浓度(通常氧浓度Conml)。在目标氧浓度Cotgt小于通常氧浓度Conml的情况下(S28：是)，返回至步骤S26。在目标氧浓度Cotgt并非小于通常氧浓度Comml的情况下(S28：否)，在步骤S29中，EUC24停止FC组件18。即，ECU24停止向FC堆40供应氢以及空气，停止FC堆40的发电。然后，ECU24点亮未图示的警告灯，向驾驶者通知FC堆40异常。另外，ECU24从蓄电池20向电动机14供应电力，使FC车辆10的行驶继续。

在上述的步骤S24的判定中目标FC电力Pfctgt小于阈值电力Pthq的情况下(步骤S24：是)，在步骤S30中进行模式C控制。如图13所示，模式C控制主要在目标FC电力Pfctgt相对较低时使用，将目标单体电池电压Vcelltgt(＝目标FC电压Vfctgt/单体电池数)固定为氧化还原进行区域R3外的电压{在本实施方式中为电压v3(＝0.9V)}，来使FC电流Ifc可变。FC电力Pfc的不足部分从蓄电池20支援，FC电力Pfc的过剩部分充电到蓄电池20中。

在模式C控制中，如图13所示，通过在将单体电池电压Vcell保持为恒定(Vcell＝v3)的状态下降低目标氧浓度Cotgt来降低氧浓度Co。

如图11所示，若阴极化学计量比

降低，则单体电池电流Icell(FC电流Ifc)也降低。因此，通过在将单体电池电压Vcell保持为的恒定的状态(Vcell＝v3＝0.9V)下增减目标氧浓度Cotgt，能控制单体电池电流Icell(＝FC电流Ifc)以及FC电力Pfc。另外，FC电力Pfc的不足部分从蓄电池20支援。因而，在模式C控制中，执行与上述的步骤S25的模式B控制相同的控制处理，以及步骤S26～S29的发电稳定性所涉及的处理。

如以上那样，执行步骤S3以及S4的能量管理以及FC发电控制的基本控制。

接下来，在图18中示出步骤S5的处理所涉及的电动机14的转矩控制的流程图。在步骤S41中，ECU24从车速传感器154读取车速Vs。在步骤S42中，ECU24从开度传感器150读取加速器踏板156的开度θp。

在步骤S43中，ECU24基于车速Vs和开度θp来算出电动机的暂定目标转矩Ttgt_p[N·m]。具体地，在未图示的存储部中存储将车速Vs、开度θp和暂定目标转矩Ttgt_p关联对应的映射图，基于该映射图、车速Vs以及开度θp来算出暂定目标转矩Ttgt_p。

在步骤S44中，ECU24判定电动机14是否处于再生中，在不处于再生中的情况下，算出与能从FC系统12供应给电动机14的电力的极限值(极限供应电力Ps_lim)[W]相等的电动机14的极限输出(电动机极限输出Pm_lim)[W]。具体地，极限供应电力Ps_lim以及电动机极限输出Pm_lim是从来自FC堆40的FC电力Pfc与能从蓄电池20供应的电力的极限值(极限输出Pbat_lim)[W]之和中减去辅助设备的功耗Pa后得到的值(Pm_lim＝Ps_lim←Pfc+Pbat_lim-Pa)。

在步骤S45中，ECU24算出电动机14的转矩限制值Tlim[N·m]。具体地，将电动机极限输出Pm_lim除以车速Vs后得到的值作为转矩限制值Tlim(Tlim←Pm_lim/Vs)。

另一方面，在步骤S44中，ECU24在判定为电动机14处于再生中的情况下，算出极限供应再生电力Ps_reglim。极限供应再生电力是从能对蓄电池20充电的电力的极限值(极限充电Pbat_chglim)与来自FC堆40的FC电力Pfc之和中减去辅助设备的功耗Pa而得到的值(Pm_reglim＝Pbat_chglim+Pfc-Pa)。在处于再生中的情况下，在步骤S45中，ECU24算出电动机14的再生转矩限制值Treglim[N·m]。具体地，将极限供应再生电力Ps_reglim除以车速Vs而得到的值作为转矩限制值Tlim(Tlim←Ps_reglim/Vs)。

在步骤S46中，ECU24算出目标转矩Ttgt[N·m]。具体地，ECU24将对暂定目标转矩Ttgt_p施加了转矩限制值Tlim的限制后的值作为目标转矩Ttgt。例如，在暂定目标转矩Ttgt_p为转矩限制值Tlim以下的情况下(Ttgt_p≤Tlim)，将暂定目标转矩Ttgt_p直接作为目标转矩Ttgt(Ttgt←Ttgt_p)。另一方面，在暂定目标转矩Ttgt_p超过转矩限制值Tlim的情况下(Ttgt_p＞Tlim)，将转矩限制值Tlim作为目标转矩Ttgt(Ttgt←Tlim)。然后，使用算出的目标转矩Ttgt来控制电动机14。

在图19中示出上述电力供应模式所涉及的模式A控制、模式B控制、模式C控制、FC电力Pfc、FC堆40的发电效率的关系。如图19所示，在模式A控制中，基本上用FC电力Pfc来供给系统负载Psys的全部，且FC堆40的发电效率维持得较高。在v2电压固定/低氧化学计量比可变控制的模式B控制中，基本上通过FC电力Pfc来供给系统负载Psys的全部，来抑制蓄电池20的充放电的频度，能提高FC系统12整体的输出效率。在模式C控制中，通过FC电力Pfc和蓄电池Pbat来供给系统负载Psys。

接下来，参照图20以及图21的流程图来说明以上述的基本控制模式(模式A、B、C控制)为前提的第1以及第2实施例的能量管理/发电控制。

[第1实施例]

在步骤S61中，判定FC堆41的温度Tfc是否为低温(低温判断阈值温度Tlth为5[℃]以下、或10[℃]以下)。FC堆40的温度Tfc能用冷媒的出口温度(图3中，配管82a中流过的冷媒的温度)、FC堆40的阴极废气的出口温度(图3中，配管62b中流过的阴极废气的温度)、或FC堆40的阳极废气的出口温度(图3中，配管48b中流过的阳极废气的温度)来代替。在该第1实施例以及接下来要说明的第2实施例中，将检测阴极废气的温度的温度传感器72所测量的温度设为FC堆40的温度Tfc。

在FC堆40的温度Tfc不为低温的情况下(Tfc＞Tlth)，在步骤S62中，判定电动机14是否处于再生中。

在此，在电动机14处于再生中的情况下(步骤S62：是)，执行后面叙述细节的步骤S63中的电动机E控制(CVVC控制)。在电动机14不处于再生中的情况下(步骤S62：否)，在步骤S64中，实施参照图12的流程图而说明的基本控制。

在此，对采用步骤S63的模式E控制的意义进行说明。上述基本控制中，除了模式A控制(不是CVVC控制的通常控制)以外，在模式B以及模式C控制(都是CVVC控制)中，通过DC/DC转换器22将FC堆40的电压固定为氧化还原进行区域R3外的电压v2＝0.8V或v3＝0.9V，使化学计量比小于通常化学计量比的低氧化学计量比可变，来控制电流Ifc，进一步控制FC电力Pfc。

另外，在上述基本控制模式(模式A、B、C)的动作中，例如，在图1所示的FC车辆10的车速Vs进行减速的减速行驶时，电动机14作为发电机进行动作，在电动机14的三相的各线圈产生的电流(再生电流)通过逆变器16而流入DC/DC转换器22的二次侧2S。

此时，二次侧2S的电压(二次电压)V2通过ECU24而由DC/DC转换器22进行设定控制。另外，能通过由ECU24检测在电动机14的各相流动的电流的方向来检测是再生电流还是供电电流。

电动机14利用无电刷电动机即永久磁铁同步电动机，再生电力Preg的大小基本由磁场强度和电动机14的转速来决定。

电动机14的相间电压(称作电动机电压Vm)由于成为二次电压V2(Vm＝V2)，因此通过DC/DC转换器22将二次电压v2设定得越高，再生电流的值就会成为越小的值，这一点要留意。

图22示出再生时的电动机14的效率(称作电动机效率Mη[％])的特性164。特性164中，电动机电压Vm越高，则再生电流的值就越小，因此铜损耗以及铁损耗变小，示出了电动机效率Mη[％]提高。

再生电流的过剩部分介由DC/DC22而充电到蓄电池20中。

图23表示蓄电池20的充电效率Bη的特性166。特性166中，充电电流Ichg[A]越大，蓄电池20的内部电阻所产生的损耗就与充电电流Ichg的平方成正比地变得越大，示出了充电效率Bη降低。

因此，在步骤S62中，在判定为电动机14处于再生中的情况下，即FC堆40处于非低温状态的再生中的情况下(步骤S62：是)，在步骤S63中，由DC/DC转换器22将FC堆40的单体电池电压Vcell固定为图8的氧化稳定区域R4中的劣化量D最少的电压Vlmi2(例如Vlmi＝0.95[V])，且执行使化学计量比下降至比通常化学计量比要低来进行发电的模式E控制(CVVC控制)(也可以执行图13的固定为Vcell＝v3的模式C控制)以使得FC堆40的输出电流即FC电流Ifc减少再生电流的量。

如此，在非低温时的再生中，通过提高FC堆40的FC电压Vfc来提高电动机14的电动机电压Vm，从而提高电动机效率Mη。由此，能使再生电力Preg的能量的损失较少，并能降低化学计量比来防止增加再生电流量的充电电流，因此，这部分能用来提高蓄电池的充电效率Bη。

另外，根据图8可知，关于单体电池电压Vcell为高电压的氧化稳定区域R4中的低氧化学计量比可变/固定电压发电控制即模式E控制，从劣化量D的观点出发，优选Vcell＝Vlmi2，但从效率的观点出发，优选更高的单体电池电压Vcell即Vcell＝v4。因此，电压固定/化学计量比可变电流控制(CVVC控制)的模式E控制是将单体电池电压Vcell固定为电压v3～v4之间的任意的值(v3＜Vcell≤v4)而进行的控制。

图24是表示在时间点t11判定为处于再生中的情况下的时序图。图24中，在根据Vfc[V/cell]＝Vcell[V]而在下面描绘的时序图中，粗的虚线表示基于基本控制的变化特性，粗的实线表示该第1实施例的变化特性。

由于在时间点t11车速Vs开始减速时成为再生状态，因此在FC电压Vfc[V/cell]从0.8[V/cell]上升到0.95[V/cell]的同时，化学计量比也从0.95[V]的通常化学计量比(图10的通常IV特性162上的点)变为使FC电流Ifc从FC电流Ifch变至FC电流Ifc1的低化学计量比。可知，电动机效率Mη以及充电效率Bη均得以提高。

另外，在时间点t11～t12的程度的过渡控制中，系统负载Psys的值稳定，时间点t12以后，在均匀减速中，系统负载Psys为负(再生中)，成为恒定值。

[第1实施方式的总结]

如以上说明那样，第1实施例所涉及的燃料电池车辆10具有：被供应含氧的第1气体和含氢的第2气体，通过触媒促进反应来发电的FC堆40；对该FC堆40供应所述第1气体以及所述第2气体中的至少一者的气体供应部{燃料气体供应部(氢罐44)、氧化剂气体供应部(空气泵60)}；调整FC堆40的FC电压Vfc的DC/DC转换器22(电压调整部)；作为通过FC堆40的输出电力来驱动的负载的电动机14(驱动电动机)；积蓄来自电动机14的再生发电所产生的电力的蓄电池20(蓄电装置)；和对FC堆40、所述气体供应部、DC/DC转换器22、电动机14以及蓄电池20进行控制的ECU24(控制部)。

在电动机14的再生发电时，在由DC/DC转换器22将FC堆40的FC电压Vfc固定在(例如固定为vfc＝v3或Vfc＝Vlmi2)FC堆40的氧化还原进行电压范围)氧化还原进行区域R3)外的规定电压(v3～v4的稳定区域R4内的电压)内的状态下，ECU24通过所述气体供应部使所述氧浓度或氢浓度降低，来使FC堆40的FC电力Pfc减少。

如此，在由DC/DC转换器22将FC堆40的电压固定在FC堆40的氧化还原进行电压范围(氧化还原进行区域R3)外的状态下，通过气体供应部使氧浓度或氢浓度降低来使FC堆40的输出电力减少，从而抑制FC堆40的劣化(参照图8)，在抑制了劣化的状态下，将由再生发电所产生的再生电力Preg回收到蓄电池20，因此能有效地回收使FC堆40的输出电力减少了的量的再生电力Preg。因此，能在抑制FC堆40的劣化的同时提高再生电力Preg的回收效率(再生效率)，其结果是，能提高系统效率。另外，能降低氧或氢的供应量。能使燃料电池车辆的氢的使用量变少，所谓的燃油效率(例如，每单位氢量的行驶距离)得以提高。

另外，在此情况下，通过将FC堆40的氧化还原进行电压范围(氧化还原进行区域R3)外的规定电压设为比氧化还原进行电压范围的上限电压v3高且比碳氧化进行区域R5的下限电压v4低的规定电压(v3～v4)，从而使再生时的电动机14的电动机电压Vm成为高电压，维持了劣化抑制并进一步提高了再生效率。

另外，通过将FC堆40的氧化还原进行电压范围(氧化还原进行区域R3)外的所述规定电压设为超过氧化还原进行电压范围(氧化还原进行区域R3)的上限电压v3的高电压(v3＜Vcell＜v4)中的、FC堆40的劣化量D少的电压Vlmi2(参照图8)，能使劣化的抑制最大化(使劣化的进行最小化)。

[第2实施例]

另一方面，在步骤S61中，在判定为FC堆40的温度Tfc为低温(Tfc≤Tlth)的情况下(步骤S61：是)，在步骤S65中，判定电动机14是否处于再生中。

在不处于再生中的情况下，执行步骤S64的基本控制。在处于再生中的情况下，即处于FC堆40的温度Tfc为低温(Tfc≤Tlth)的再生中，在步骤S66中，参照图25的蓄电池可充电电力Pbchg相对于蓄电池温度Tbat的特性168，根据蓄电池温度Tbat来算出蓄电池可充电电力Pbchg。

接下来，在步骤S67中，通过下面的(2)式来算出电动机14的所需再生电力Preg。

Preg＝k×Tqreg×Nm×Mη…(2)

在此，k是系数，Tqreg是所需再生转矩，Nm是电动机转速，Mη是再生时的电动机效率。

接下来，在步骤S68中，通过下面的(3)式来算出FC堆40的低温再生中的目标发电电力Pfctgtlt。换言之，算出完全取回电动机14的再生电力Preg(全部回收)时的发电电力。

Pfctgtlt＝Pbchg-Preg+Pa…(3)

在此，Pbchg是在步骤S66算出的蓄电池可充电电力，Preg是在步骤S67算出的所需再生电力，Pa是空气泵60等的辅助设备的功耗。

接下来，在步骤S69中，执行上述的CVVC控制即电压固定/化学计量比可变/电流可变控制、即相当于模式B控制的模式B′控制。

如图26所示，在模式B′控制中，将目标单体电池电压(Vcelltgt(＝目标FC电压Vfctgt/单体电池数Nfc)固定为被设定为比氧化还原进行区域R3低的电压以下的基准电压{在本实施方式中，电压v2(＝0.8V)}，并通过使目标氧浓度Cotgt可变来使FC电流Ifc可变。

通过模式B′控制，FC堆40对目标氧浓度Cotgt进行反馈控制以使从供电中(模式A控制)变为低温再生中的目标发电电力Pfctgtlt，FC电流Ifc减少，FC堆40的发电电力减少。虽然FC堆40的发电电力减少，但由于目标单体电池电压设定为了Vcelltgt＝v2＝0.8V这样比较低的值，因此，FC堆40的损失变大，这部分能促进FC堆40的预热。

接下来，基于图21的流程图，按照FC堆40是否为低温以及FC堆40是否处于电压固定/化学计量比可变/电流可变控制中(CVVC控制中)，来决定用于对FC堆40的堆温度Tfc进行调整的冷却系统58的冷媒流量Qcm[L/min]。

在本第2实施例中，冷媒流量Qcm基本上基于下面的式(1)～(3)的条件来决定。

(1)决定冷媒流量Qcm[L/min]的水泵80的转速Nwp[rpm]由空气泵60的转速Nap[rpm]来决定(参照图16)。例如，若增加空气泵60的转速Nap[rpm]，则反应得到促进，FC堆40成为升温方向，因此水泵80的转速Nwp[rpm]增加。

(2)在FC堆40的温度Tfc低于低温判断阈值温度Tlth时(低温时)，抑制冷媒流量Qcm来促进FC堆40的升温。

(3)电压固定/化学计量比可变/电流可变控制中(CVVC控制中)，与通常控制中比较，由于在相同的FC电流Ifc的值的前提下将FC电压Vfc设定得更低，因此FC堆40的损失增加，会产生更多的热，故增加冷媒流量Qcm来防止FC堆40的升温。

于是，在图21的步骤S71中，与步骤S61相同，判定FC堆40的温度Tfc是否为低温(低温判断阈值温度Tlth为5[℃]以下、或10[℃]以下：Tfc≤Tlth)。

在判定为FC堆40的温度Tfc不为低温的情况下(步骤S71：否，Tfc＞Tlth)，在步骤S72中，判定是否处于电压固定/化学计量比可变/电流可变控制中(CVVC控制中)。

在处于非低温(Tfc＞Tlth)的电压固定/化学计量比可变/电流可变控制中(CVVC控制中)的情况下，在步骤S73中，将冷媒流量Qcm设定为图27的冷媒流量映射图(冷媒流量表)192中的冷媒流量Qcm最大的状态ST1的冷媒流量Qcm。

在步骤S72的判定中，在不处于电压固定/化学计量比可变/电流可变控制中(CVVC控制中)的情况下，即，处于非低温(Tfc＞Tlth)的通常发电中的情况下，在步骤S74中，将冷媒流量Qcm设定为图27的冷媒流量映射图(冷媒流量表)192中的冷媒流量Qcm第2大的状态ST2的冷媒流量Qcm。

另一方面，在步骤S71的中，在判定为FC堆40的温度Tfc是低温的情况下(步骤S71：是，Tfc≤Tlth)，在步骤S75中，判定是否处于电压固定/化学计量比可变/电流可变控制中(CVVC控制中)。

在是低温(Tfc≤Tlth)、处于电压固定/化学计量比可变/电流可变控制中(CVVC控制中)的情况下，在步骤S76中，将冷媒流量Qcm设定为图27的冷媒流量映射图(冷媒流量表)192中的冷媒流量Qcm第2小的状态ST3的冷媒流量Qcm。

在步骤S75的判定中，在不处于电压固定/化学计量比可变/电流可变控制中(CVVC控制中)的情况下，即在虽然是低温(Tfc≤Tlth)但却是通常发电的情况下，在步骤S77中，将冷媒流量Qcm设定为图27的冷媒流量映射图(冷媒流量表)192中的冷媒流量Qcm最小的状态ST4的冷媒流量Qcm。

[第2实施例的总结]

在上述的第2实施方式中，ECU24在步骤S61中判定为FC堆40的温度Tfc为阈值温度Tlth以下的低温时，为了完全取回(全部回收)再生电力Preg，在步骤S66～S69中将FC堆40的目标FC电压Vfctgt固定为FC堆40的氧化还原进行电压范围外的下限电压v2以下的电压(在第2实施例中，固定为v2)，来设为电压固定/化学计量比可变/电流可变控制(CVVC控制)，而为了固定为下限电压v2，FC堆40中的热损失会增加，这部分能促进FC堆的预热。

为了进一步提高预热的效果，优选地，ECU24在步骤S71中，在FC堆40的温度Tfc为低温判断阈值温度Tlth以下的低温时，在进行电压固定/化学计量比可变/电流可变控制(CVVC控制)时，使冷媒流量Qcm降低至状态ST3。

图28示出在时间点t21判定为处于低温下再生中的情况下的时序图。

另外，在图28中，在冷媒流量Qcm[L/min]之下描绘的时序图中，粗的虚线表示比较例的变化特性，粗的实线表示本第2实施例的变化特性。

在时间点t21车速Vs开始减速时成为再生状态。由于在包含时间点t21的全时域中判定为FC堆40的温度Tfc为低温判断阈值温度Tlth以下，因此，在时间点t21以后，将FC堆40的目标FC电压Vfctgt固定为氧化还原进行电压范围外的下限电压v2，进行电压固定/化学计量比可变/电流可变控制(CVVC控制)，使热损失产生并使FC电力Pfc降低，并将再生电力Preg作为蓄电池可充电电力Pbchg来进行充电。

另外，在时间点t21以后，使冷媒流量Qcm降低至状态ST3。

因此，在时间点t21以后的低温下再生中，能使FC堆40的温度Tfc上升。

[第3实施例]

图29表示第3实施例所涉及的FC组件18的概略构成。在本第3实施例所涉及的FC组件18中，在阴极系统56a中除了包含空气泵60、加湿器62以及背压阀64以外，还包含循环阀(阴极循环阀)66。

在此情况下，在背压阀64的输出侧的配管64b和空气取入口(输入侧)的配管60a之间连接有配管66a、循环阀66以及配管66b。由此，排出气体(阴极废气)的一部分作为循环气体通过配管66a、循环阀66以及配管66b而被供应给配管60a，与来自车外的新的空气汇合，被吸入到空气泵60中。

循环阀66例如由蝴蝶阀构成，通过ECU24来控制其开度(下面称作“循环阀开度θc”或“开度θc”，由此控制循环气体的流量。流量传感器70安装于配管66b，检测朝向配管60a的循环气体的流量Qc[g/s]，并将检测结果输出给ECU24。

如图30的特性167所示，能使得：排出气体所流通的循环阀66的循环阀开度θc越大，则阴极流路74中的氧浓度Co越降低。

于是，在本第3实施例中，在电动机14的再生发电时，在由DC/DC转换器22将FC堆40的FC电压Vfc固定在FC堆40的氧化还原进行电压范围(氧化还原进行区域R3)外的规定电压(v3～v4的氧化稳定区域R4内的电压)内(例如固定为Vfc＝v3或Vfc＝Vlmi2)的状态下，ECU24在使目标氧浓度Cotgt可变时，通过仅使循环阀66的开度θc可变，来使FC电流Ifc可变。

如此，在由DC/DC转换器22将FC堆40的电压固定在FC堆40的氧化还原进行电压范围(氧化还原进行区域R3)外的状态下，使循环阀66的开度θc可变，来使FC堆40的输出电力减少，由此抑制FC堆40的劣化(参照图8)，由于在抑制了劣化的状态下将由再生发电所产生的再生电力Preg回收到蓄电池20，因此，能有效地回收使FC堆40的输出电力减少的量的再生电力Preg。因而，能在抑制FC堆40的劣化的同时，提升再生电力Preg的回收效率(再生效率)，其结果是，能提高系统效率。

在此情况下，也通过将FC堆40的氧化还原进行电压范围(氧化还原进行区域R3)外的规定电压设为高于氧化还原进行电压范围的上限电压v3且低于碳氧化进行区域R5的下限电压v4的规定电压(v3～v4)的高电压，使再生时的电动机14的电动机电压Vm成为高电压，在维持了劣化抑制的同时进一步提高了再生效率。

另外，通过将FC堆40的氧化还原进行电压范围(氧化还原进行区域R3)外的所述规定电压设为超过氧化还原进行电压范围(氧化还原进行区域R3)的上限电压v3的高电压(v3＜Vcell＜v4)中的FC堆40的劣化量D少的电压Vlmi2(参照图8)，能使劣化的抑制最大化(使劣化的进行最小化)。

即，在第3实施例中，在进行再生控制时，如第1实施例那样，不改变空气泵60的转速Nap或背压阀64的开度θbp，而是仅使循环阀66的开度θc可变来使FC电流Ifc可变，因此能得到控制简单这样的优点。

[变形例]

另外，本发明并不限于上述实施方式，能基于本说明书的记载内容来采用各种构成，这是毫无疑义的。例如，能采用以下的构成。

尽管在上述实施方式中将FC系统12搭载于车辆10，但并不限于此，也可以搭载于其它的对象。例如，还能在船舶、航空器等移动体中使用FC系统12。或者，也可以在家庭用的电力系统中应用FC系统12。

尽管在上述实施方式中构成为FC堆40和蓄电池20并联配置，在蓄电池20的跟前配置DC/DC转换器22，但并不限于此。例如，也可以如图31所示，构成为并联配置FC40和蓄电池20，将升压式、降压式、或升降压式的DC/DC转换器22配置在FC40堆的跟前。或者，也可以如图32所示，构成为将FC堆40和蓄电池20并联配置，在FC堆40的跟前配置DC/DC转换器160，在蓄电池20的跟前配置DC/DC转换器22。或者，也可以如图33所示，构成为将FC堆40和蓄电池20串联配置，在蓄电池20和电动机14之间配置DC/DC转换器22。

尽管在上述实施方式中，作为调整化学计量比的部分或方法，使用了调整目标氧浓度Cotgt的部分或方法，但并不限于此，还能调整目标氢浓度。另外，还能代替目标浓度而使用目标流量、或者目标浓度及目标流量两者。

尽管在上述实施方式中例示了具备供应含氧的空气的空气泵60的构成，但也可以取而代之或在此基础上，设为具备供应氢的氢泵的构成。

Claims

1.一种燃料电池车辆，具备：

燃料电池(40)，其被供应含氧的第1气体和含氢的第2气体，通过触媒促进反应来发电；

气体供应部(44、60)，其对所述燃料电池(40)供应所述第1气体以及所述第2气体中的至少一者；

电压调整部(22)，其调整所述燃料电池(40)的输出电压；

驱动电动机(14)，其作为由所述燃料电池(40)的输出电力驱动的负载；和

蓄电装置(20)，其积蓄由来自所述驱动电动机(14)的再生发电所产生的电力，

所述燃料电池车辆的特征在于，

所述燃料电池车辆(10)具有：控制部(24)，其控制所述燃料电池(40)、所述气体供应部(44、60)、所述电压调整部(22)、所述驱动电动机(14)、以及所述蓄电装置(20)，

所述控制部(24)在所述驱动电动机(14)的再生发电时，在由所述电压调整部(22)将所述燃料电池(40)的电压固定为所述燃料电池(40)的氧化还原进行电压范围外的规定电压的状态下，通过所述气体供应部(44、60)使所述氧浓度或氢浓度降低，来使所述燃料电池(40)的输出电力减少。

2.根据权利要求1所述的燃料电池车辆，其特征在于，

将所述燃料电池(40)的所述氧化还原进行电压范围外的所述规定电压设为超过所述氧化还原进行电压范围的上限电压的电压。

3.根据权利要求2所述的燃料电池车辆，其特征在于，

将所述燃料电池(40)的所述氧化还原进行电压范围外的所述规定电压设为超过所述氧化还原进行电压范围的所述上限电压的所述电压中的、所述燃料电池(40)的劣化量少的电压。

4.根据权利要求1所述的燃料电池车辆，其特征在于，

所述燃料电池车辆还具有：温度传感器(72)，其检测所述燃料电池(40)的温度，

所述控制部(24)在判断为由所述温度传感器(72)检测出的所述燃料电池(40)的温度为阈值温度以下的温度时，将所述燃料电池(40)的所述氧化还原进行电压范围外的所述规定电压设为低于所述氧化还原进行电压范围的下限电压的电压。

5.根据权利要求4所述的燃料电池车辆，其特征在于，

所述燃料电池车辆还具有：冷却部(58)，其通过冷媒来冷却所述燃料电池(40)，

所述控制部(24)在判断为由所述温度传感器(72)检测出的所述燃料电池(40)的温度为阈值温度以下的温度时，通过所述冷却部(58)来使所述冷媒的流量降低。