CN102991369A - 燃料电池车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供燃料电池车辆(10)。由于ECU(24)在电动机(14)的再生发电时，一边将DC/DC转换器(22)控制为直接连接状态，并通过气体提供部(44、60)来降低氧浓度或氢浓度，来降低燃料电池(40)的发电功率{Pfc(FC电流Ifc)}，一边对蓄电池(20)进行蓄电，因此，在燃料电池(40)的发电时，不用开放连接器就能回收再生功率。

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个反应气体的电化学反应而发电的燃料电池的劣化、并高效率的回收驱动电动机的再生功率，提高了所述燃料电池的发电效率的燃料电池车辆。
背景技术
燃料电池例如具备用阴极电极和阳极电极夹持在全氟磺酸的薄膜中浸渍有水的固体高分子电解质膜而形成的电解质膜/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、和在表面载有白金合金等的触媒(下面也称作Pt触媒)粒子而形成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中提出的技术中，避免使所述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，在车辆的减速时等产生再生功率，为了提高系统效率，优选将该再生功率充电到蓄电池中。
在JP2007-005038A中进行了如下公开：即使加速器开度提高，直到蓄电池的SOC值低于第1充电阈值(SOC值的下限目标值)为止，也都将燃料电池单元的输出电压限制在0.7V程度来从蓄电池提供功率，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功率来使所述输出电压从0.7V程度起下降，来对蓄电池进行充电，即使加速器开度下降，之后直到SOC值超过第2充电阈值(SOC值上限目标值)为止，也都持续提高了燃料电池的发电功率的状态，对蓄电池进行充电。
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，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功率的回收时，也持续提高了燃料电池的发电功率的状态，会产生系统的效率恶化的问题。
在特开2006-073506号公报(下面称作JP2006-073506A)中公开了如下燃料电池车辆：根据燃料电池的功率、和通过DC/DC转换器将蓄电装置的电压升压到所述燃料电池的电压为止的功率来驱动车辆驱动用电动机。
在JP2006-073506A所公开的燃料电池车辆中，在再生功率的回收时，开闭所述燃料电池和所述车辆用驱动电动机的电连接的连接器被断开，并将所述DC/DC转换器控制为直接连接状态(未经转换的状态)，所述再生功率介由直接连接状态的DC/DC转换器而充电(回收)到所述蓄电装置中。由此，再生时，能使DC/DC转换器的转换损失大致为零地进行高效率的再生功率的回收。
但是，在所述燃料电池的发电中，断开所述连接器，从该连接器的耐久性的观点、以及断开时产生噪声的观点出发，并不优选。
发明内容
本发明考虑到这样的课题而提出，目的在于提供一种燃料电池车辆，在燃料电池的发电时，能不用断开连接器来高效率地回收再生功率。
本发明所涉及的燃料电池车辆，具备：燃料电池，其被提供含氧的第1气体和含氢的第2气体，通过触媒促进反应来发电；气体提供部，其对所述燃料电池提供所述第1气体以及所述第2气体的至少一者；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功率所驱动的负载；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功率，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、所述气体提供部、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，一边将所述电压调整部控制为直接连接状态，并通过所述气体提供部使氧浓度或氢浓度降低来降低所述燃料电池的输出功率，一边对所述蓄电装置进行蓄电。
根据本发明，由于在所述驱动电动机的再生发电时，一边将所述电压调整部控制为直接连接状态，并通过所述气体提供部使氧浓度或氢浓度降低来降低所述燃料电池的输出功率，一边对所述蓄电装置进行蓄电，因此能如特开2006-073506号公报那样，在燃料电池的发电时不用开放连接器，能高效率地回收再生功率。
这种情况下，所述控制部在使所述燃料电池的输出功率降低时，通过使其降低至所述燃料电池的高效率发电区域，能更有效率地回收再生功率。
另外，所述控制部在所述驱动电动机的再生发电时，在所述蓄电装置的电压为所述燃料电池的氧化还原进行电压范围的下限电压以下的值时，一边将所述电压调整部控制为所述直接连接状态，并通过所述气体提供部降低所述氧浓度或氢浓度来降低所述燃料电池的输出功率，一边对所述蓄电装置进行蓄电，由此能防止所述燃料电池的劣化，并高效率地回收所述再生功率。
另外，所述控制部在所述驱动电动机的再生发电时，在将所述电压调整部控制为所述直接连接状态时，判定所述驱动电动机的再生转矩是否为超过了阈值转矩的转矩，在判定为不是超过了所述阈值转矩的转矩的情况下，一边将所述电压调整部控制为所述直接连接状态，并通过所述气体提供部降低所述氧浓度或氢浓度来降低所述燃料电池的输出功率，一边对所述蓄电装置进行蓄电，由此，即使在再生转矩比较小的情况下，也能高效率且确实地将再生功率回收到所述蓄电装置。
进而，所述控制部在判定为所述再生转矩为超过了所述阈值转矩的转矩的情况下，不将所述电压调整部控制为所述直接连接状态，一边通过所述电压调整部将所述燃料电池的电压控制为所述燃料电池的氧化还原进行电压范围的上限电压以上的值，并通过所述气体提供部降低所述氧浓度或氢浓度来降低所述燃料电池的输出功率，一边对所述蓄电装置进行蓄电，由此，在再生转矩比较大的情况下，也能不使所述燃料电池劣化地将再生转矩所涉及的较大的再生功率高效率回收到所述蓄电装置中。
根据本发明，在燃料电池的发电时不用开放所述燃料电池和所述驱动电动机之间的连接器就能将蓄电装置和由燃料电池驱动的驱动电动机的再生发电时的再生功率高效率地回收到所述蓄电装置中。
根据与添加的附图协同的下面的适当的实施方式的说明，能更明确上述的目的以及其它的目的、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功率系统的框图。
图3是所述实施方式中的燃料电池构件的概略构成图。
图4是表示所述实施方式中的DC/DC转换器的详细的电路图。
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想消耗功率的关系的图。
图8是表示构成燃料电池的燃料电池单元的电位和单元的劣化量的关系的一例的图。
图9是表示燃料电池单元的电位的变动速度不同的情况下的氧化进行和还原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元电流的关系的图。
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功率提供模式(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是供实施例的动作说明用的流程图。
图20是实施例所涉及的功率提供模式的说明图。
图21是表示燃料电池的发电功率和净效率(net efficient)的关系的图。
图22是基于直接连接状态下的再生功率和FC功率的蓄电池的充电电流路径的说明图。
图23是供实施例的动作说明用的时序图。
图24是实施例的变形例中的燃料电池构件的概略构成图。
图25是表示循环阀的阀开度和阴极流路中的氧浓度的关系的图。
图26表示燃料电池系统的其它的变形例的概略构成的框图。
图27是表示燃料电池系统的再其它的变形例的概略构成的框图。
图28是表示燃料电池系统的再其它的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”)的概略整体构成图。图2是FC车辆10的功率系统的框图。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：燃料电池构件18(下面称作“FC构件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构件18以及蓄电池20所提供的功率来生成驱动力，该驱动力通过了变速箱26来使车轮28旋转。另外，电动机14将进行再生而生成的功率(再生功率Preg)[W]通过逆变器16(也称作PDU(PowerDrive Unit))以及DC/DC转换器22输出给蓄电池20等(参照图2)。
逆变器16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提供给电动机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而提供给蓄电池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(也称作综合负载33)。
图3是FC构件18的概略构成图。FC构件18具备：燃料电池堆40下面称作“FC堆40”或“FC40”)、对FC堆40的阳极给排氢(燃料气体)的阳极系统54、对FC堆40的阴极给排含氧的空气(氧化剂气体)的阴极系统56、用于冷却FC堆40的使冷却水(冷媒)循环的冷却系统58、和单元电压监视器42。
FC堆40例如具有层叠燃料电池单元(下面称作“FC单元”)的构造，其中燃料电池单元通过用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(第2气体提供部)、喷射器48以及净化阀50。氢罐44是收纳作为燃料气体的氢的构成，介由配管44a、调节器46、配管46a、喷射器48以及配管48a而与阳极流路52的入口连接。由此，能介由配管44a等将氢罐44中的氢提供给阳极流路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(第1气体提供部)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)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而与后述的设于配管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的指令来使净化阀50打开规定时间。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，该吸气口介由配管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的指令而启动后，空气泵60介由配管60a吸入车外的空气并压缩，通过配管60b等将该被压缩的空气压送到阴极流路74。
加湿器62具备具有水分透过性的多个中空丝膜62e。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(大气中)。
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，若减小背压阀64的开度，则阴极流路74中的空气的压力上升，每体积流量的氧浓度(体积浓度)提高。反之，若增大背压阀64的开度，则阴极流路74中的空气的压力下降，每体积流量的氧浓度(体积浓度)降低。
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的指令而启动后，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。
单元电压监视器42是对构成FC堆40的多个单电池单元的每个单元电压Vcell进行检测的测定设备，具备：监视器主体、连接监视器主体和各单电池单元的线束。监视器主体以规定周期对全部单电池单元进行扫描，检测各单电池单元的单元电压Vcell，算出平均单元电压以及最低单元电压。然后，将平均单元电压以及最低单元电压输出给ECU24。
如图2所示，来自FC堆40的功率(下称作“FC功率Pfc”)除了提供给给逆变器16以及电动机14(动力行驶时)，并通过DC/DC转换器22提供给高电压蓄电池20(充电时)，还提供给所述空气泵60、水泵80、空气调节器90、降压变换器(降压型DC-DC转换器)92、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(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元的蓄电装置(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构件18的FC功率Pfc、从蓄电池20提供的功率(下面称作“蓄电池功率Pbat”)[W]、来自电动机14的再生功率Preg的提供目的地在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]升压到二次侧2S的电压(二次电压V2)[V](V1≤V2)，并将二次电压V2降压到一次电压V1(V1＝Vbat)的升降压型且为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，具有存储以及放出能量的作用。
上臂开关元件112根据从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根据栅极的驱动信号(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而被提供到二次侧2S(从蓄电池20的正侧到电抗器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，反复进行升压时的上述的第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以及(或者)电动机24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中积蓄的能量被提供给二极管118、蓄电池20，来对蓄电池20进行充电。另外，如根据图2可知那样，再生功率Preg也能提供给空气泵60等的辅助设备负载31。后面，反复进行降压时的上述的第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，还能作为直接连接型进行动作。在作为直接连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提供电流(例如从蓄电池20向负载33提供功率)，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提供电流(例如从电动机14向蓄电池20提供再生功率Preg)。
ECU24介由通信线140(图1等)来控制电动机14、逆变器16、FC构件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，使用单元电压监视器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、kmph]。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构件18以及蓄电池20向电动机14提供功率的开关(与引擎车辆的点火开关对应的开关)，能由用户操作。
ECU24包含个人计算机，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不是仅由1个ECU构成，能由电动机14、FC构件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除了根据FC堆40的状态、蓄电池20的状态以及电动机14的状态之外，还根据基于来自各种开关以及各种传感器的输入(负载请求)而决定的作为FC车辆10整体而对FC系统12所请求的负载，来对FC堆40要负担的负载、蓄电池20要负担的负载、再生电源(电动机14)要负担的负载的分配(分担)一边进行调停一边予以决定，向电动机14、逆变器16、FC构件18、蓄电池20以及DC/DC转换器22送出指令。
另外，在图4所示的FC堆40的正极侧、即二极管98的阳极侧的黑点所示的位置配置有正极侧的连接器CTR1，并在FC堆40的负极侧的黑点所示的位置配置有负极侧连接器CTR2。连接器CTR1、CTR2在燃料电池车辆10的启动时(发电开始时)，在主SW158接通(闭合)后接通(闭合)，在燃料电池车辆10的停止时(发电结束时)，在主SW158断开(开放)后断开(开放)。也可以是主SW158兼用作连接器CTR1、CTR2的构成。
[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所请求的负载(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是否为截止。在主SW158不为截止的情况下(S6：否)，返回步骤S2。在主SW158为截止的情况下(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的预想消耗功率Pm[W]。具体地，在图7所示的当前的电动机转速Nm[rpm]和电动机预想消耗功率Pm[W]的映射图(特性)中，按每个开度θp来存储转速Nm和预想消耗功率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和预想消耗功率Pm的关系的特性的基础上，特定与转速Nm相应的预想消耗功率Pm。另外，在动力行驶侧的加速中，预想消耗功率Pm成为正的值，在再生侧的减速中，预想消耗功率Pm成为负的值，即预想再生功率。
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消耗功率Pa[W]。
在步骤S16中，ECU24求取电动机14的预想消耗功率Pm和辅助设备的消耗功率Pa之和(暂定系统负载Pm+Pa)，算出在FC车辆10整体的预想消耗功率、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单元的电压(单元电压Vcell)[V]和单元的劣化量D的关系的一例。即，图8中的曲线(特性)142表示单元电压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“白金凝聚增加区域R1”或“凝聚增加区域R1”)中，关于包含在FC单元中的白金(氧化铂)，剧烈地进行还原反应，白金过度地凝聚。电位v1到电位v2(例如0.8V)，是稳定地进行还原反应的区域(下面称作“白金还原稳定区域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到电压v3(例如0.9V)是对于白金而言进行氧化还原反应的区域(下面称作“白金氧化还原进行区域R3”或“氧化还原进行区域R3”)。电压v3到电压v4(例如0.95V)是对于白金而言稳定地进行氧化还原的区域(下面称作“白金氧化稳定区域R4”或“氧化稳定区域R4”)。电压v4到OCV(开路电压)，是包含于FC单元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，若单元电压Vcell处于白金还原稳定区域R2或白金氧化稳定区域R4，则FC单元的劣化的进行程度较小。另一方面，若单元电压Vcell处于白金凝聚增加区域R1、白金氧化还原进行区域R3或碳氧化进行区域R5)，则FC单元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按照每单位时间中的单元电压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进行和还原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单元的个体差，各电压v1～v4也会发生变化。因此，电压v1～v4优选设定为将误差部分反映到理论值、模拟值或实测值中的值。
另外，与一般的燃料电池单元相同，FC单元的电流/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，是单元电压Vcell越降低，单元电流Icell[A]就越增加。此外，FC堆40的发电电压(FC电压Vfc)是将单元电压Vcell与串联连接数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单元的数量，下面也会仅称作“单元数”。
在图10的通常IV特性162中，阴极化学计量比是在通常的化学计量比(通常化学计量比)以上的氧在丰润状态时得到的特性。换言之，氧浓度为通常的氧浓度以上的氧浓度。另外，用阴极化学计量比＝“提供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，阴极化学计量比也被仅称作化学计量比。
例外，氧处于丰润的状态例如如图11所示，即使阴极化学计量比
Figure BDA00002101338800141
Figure BDA00002101338800142
上升，单元电流(单电池单元输出的电流)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，用阳极化学计量比＝(提供给阳极电极的氢流量)/(通过发电而消耗的氢流量)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相乘来算出目标功率Pfctgt(Pfctgt←Psys×α)。
在此，基于从SOC传感器104输入的当前的SOC值和图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，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，但并不限定于此。
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，将该过剩功率对蓄电池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的放电来供应该不足功率。
在此，为了下面的说明的理解的方便，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算出的目标发电功率Pfctgt是否为阈值功率Pthp以上(Pfctgt≥Pthp)。
在此，阈值功率Pthp是通过将“判断为触媒未劣化的单元电压(0.8V、切换电压、规定电压)”、“构成FC堆40的单电池单元数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，目标功率Pfctgt的轴并非线性，这一点需要留意。
Pthp＝0.8[V]×Nfc×Icellp    (1)
在目标发电功率Pfctgt为阈值功率Pthp以上的情况下(步骤S22：是)，在步骤S23中，为了得到目标FC功率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功率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功率Pfctgt为阈值功率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功率Pfctgt来算出目标FC电流Ifctgt，进而算出与目标FC电流Ifcttgt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成为目标FC电压Vfctgt。即，通过DC/DC转换器22来对一次电压V1进行升压以使得二次电压V2成为目标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功率Pfctgt是阈值功率Pthp以上的高负载，也能通过按照目标FC功率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，而基本通过FC功率Pfc来供应系统负载Psys。
另一方面，在步骤S22的判定中，在目标FC功率Pfctgt不足阈值功率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功率Pfctgt是否不足阈值功率Pthq(Pfctgt＜Pthq)。在此，由于阈值功率Pthq例如与单元电压Vcell为Vcell＝0.9[V]对应而决定，因此，将阈值功率Pghq设定为比阈值功率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功率Pfctgt不足阈值功率Pthp，且为阈值功率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/电流可变控制与后述的模式C控制、以及模式E控制相同地执行，但由于相对于上述的模式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 Voltage Variable Current)控制。在后述的模式D控制中，执行电压可变(但是由于是直接连接控制，因此FC电压Vfc追随蓄电池电压Vbat，但没有其变动的程度)/化学计量比可变/电流可变控制。
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，通过将目标单元电压Vcelltgt(＝目标FC电压Vfctgt/单元数Nfc)固定在比氧化还原进行区域R3低的电压以下设定的基准电压{在本实施方式中为电压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，在阈值功率Pghq～Pthp的范围中，在将单元电压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
Figure BDA00002101338800161
降低，则单元电流Icell(FC电流Ifc)也降低。因此，通过在将单元电压Vcell保持为恒定的状态(Vcell＝v2＝0.8V)下，来增减目标氧浓度Cotgt，能控制单元电流Icell(FC电流Ifc)以及FC功率Pfc。另外，FC功率Pfc的不足部分，能从蓄电池20支援。
这种情况下，ECU24通过调整DC/DC转换器22的升压率，将目标FC电压Vfctgt固定于在比氧化还原进行区域R3低的电压以下所设定的基准电压{在本实施方式中电压v2(＝0.8)}，进而算出与目标FC功率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来算出并发送给各部的指令值。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FC40进行的发电是否稳定。作为该判定，EUC24在从单元电压监视器42输入的最低单元电压比从平均单元电压减去规定电压而得到的电压低的情况下{最低单元电压＜(平均单元电压-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的减少的至少一方。
在步骤S28中，ECU24判定目标氧浓度Cotgt是否不足通常的IV特性中的目标氧浓度(通常氧浓度Conml)。在目标氧浓度Cotgt不足通常氧浓度Conml的情况下(S28：是)，返回步骤S26。在目标氧浓度Cotgt并非不足通常氧浓度Comml的情况下(S28：否)，在步骤S29中，EUC24停止FC构件18。即，ECU24停止向FC堆40提供氢以及空气，停止FC堆40的发电。然后，ECU24点亮未图示的警告灯，向运行者通知FC堆40异常。另外，ECU24从蓄电池20向电动机14提供功率，使FC车辆10的行驶继续。
在上述的步骤S24的判定中，目标FC功率Pfctgt不足阈值功率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功率Pfctgt相对较低时使用，将目标单元电压Vcelltgt(＝目标FC电压Vfctgt/单元数)固定在氧化还原进行区域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功率Pfc的不足部分从蓄电池20支援，FC功率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，通过在将单元电压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
Figure BDA00002101338800171
降低，则单元电流Icell(FC电流Ifc)也降低。因此，通过在将单元电压Vcell保持为恒定的状态(Vcell＝v3＝0.9V)下，增减目标氧浓度Cotgt，能控制单元电流Icell(＝FC电流Ifc)以及FC功率Pfc。另外，FC功率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，在未图示的存储单元中存储将车速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。
在步骤中，判定电动机1S44ECU244是否为再生中，在不是再生中的情况下，算出与能从FC系统12提供给电动机14的功率的极限值(极限提供功率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，极限提供功率Ps_lim以及电动机极限输出Pm_lim是从来自FC堆40的FC功率Pfc和能从蓄电池20提供的功率的极限值(极限输出Pbat_lim)[W]之和中减去辅助设备31的消耗功率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为再生中的情况下，算出极限提供再生功率Ps_reglim。极限提供再生功率Ps_reglim是从能对蓄电池20充电的功率的极限值(极限充电Pbat_chglim)和来自FC堆40的FC功率Pfc之和中减去辅助设备31的消耗功率Pa而得到的值(Pm_reglim＝Pbat_chglim+Pfc-Pa)。在是再生中的情况下，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，将极限提供再生功率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将在暂定目标转矩Ttgt_p上加上了转矩限制值Tlim的限制的值作为目标转矩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。
接下来，参照图19的流程图来说明以上述的基本控制模式(模式A、B、C控制)为前提的实施例的能量管理、发电控制所涉及的蓄电池20的充电处理。
[实施例]
在步骤S61中，ECU24判定是否是目标转矩Ttgt成为负的电动机14在再生中(也称作再生发电中或再生发电时)。在不是再生中的情况下(步骤S61：否)，在步骤S62中，实施上述的基本控制模式。
在电动机14为再生中的情况下(步骤S61：是)，在步骤S63中，判定蓄电池电压Vbat是否为氧化还原进行区域R3的下限电压即电压v2与串联连接数Nfc相乘得到的规定电压(阈值电压)值以下的值(Vbat≤v2×Nfc)。
若Vbat≤v2×Nfc(步骤S63：否)，则由于在蓄电池电压Vbat为超过阈值电压值v2×Nfc的电压的情况下，蓄电池20被充分充电，成为SOC值高的状态，因此，再生功率Preg被辅助设备负载31等消耗。
在步骤S63的判定为肯定的情况下(步骤S63：是)，进行步骤S64以后的基于蓄电池20的再生功率Preg以及FC功率(发电功率)Pfc的充电处理。
在步骤S64中，判定负的值的目标转矩Ttgt的绝对值(称作再生转矩Treg)是否超过再生转矩阈值Tregth。另外，再生转矩Treg意味着用电动机14发电所产生的功率(再生功率)来对蓄电池20进行供电，从而通过电动机14来对车轮28进行再生制动的转矩。
在再生转矩Treg超过阈值Tregth的情况下，由于再生功率Preg较大，因此为了提高该再生功率Preg的回收效率，在步骤S65中，控制DC/DC转换器22的二次电压V2，来将FC堆40的目标发电功率Pfctgt降低到与Vcell＝0.9[V]对应的阈值功率Pthq(参照图13)以下。
在该实施例中，ECU24在步骤S65中，进行图20所示的模式E控制(CVVC控制)。
即，通过DC/DC转换器22将FC堆40的单元电压Vcell固定在图8的氧化稳定区域R4中的劣化量D最少的电压Vlmi2(例如Vlmi2＝0.95[V])，并执行使化学计量比低于通常化学计量比来发电的模式E控制(也可以执行固定为Vcell＝v3的模式C控制)，以使得FC堆40的输出电流即FC电流Ifc减少再生电流份。
在模式E控制中，目标发电电压Vfctgt固定在Vfctgt←0.95V×Nfc，通过使目标氧浓度Cotgt可变，来使FC电流Ifc可变。
如此，由于能降低化学计量比来减少FC堆40带来的充电电流，因此，能提高对蓄电池20的再生功率Preg的充电的回收效率，减少能量损失。
另外，从图8可知，在单元电压Vcell成为高电压的氧化稳定区域R4的、低氧化学计量比可变/固定电压发电控制的模式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，优选更高的单元电压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控制进行将单元电压Vcell固定在电压v3～v4之间的任意的值(v3＜Vcell≤v4)的控制即可。
另外，实际上，在步骤S66中，判定蓄电池20的SOC值是否为目标SOCth(是规定值，例如SOCth＝50[％])以上。在是低于目标SOCth的值的情况下(步骤S66：否)，在步骤S67中，将FC堆40的目标发电功率Pfctgt设定在净效率Netη[％]成为峰值(最大值、顶点)的发电功率(发电量)Pfcηq[kW](参照图21)来进行发电。
图21示出相对于发电功率Pfc的净效率Netη[％]的特性302、304、306。若将投入的氢能量设为Herg、将FC堆40的发电功率设为Pfc(Pfc＝Ifc×Vfc)、将辅助设备负载31的消耗功率设为Pa、将DC/DC转换器22的开关损失设为Pswloss、将蓄电池的充电损失设为Pbloss，则特性302、304、306的各净效率Netη[％]中，在特性302中，Netη＝{100×(Pfc-Pa-Pswloss-Pbloss)/Herg}，在特性304中，Netη＝{100×(Pfc-Pa-Pswloss)/Herg}，在特性306中，Netη＝{100×(Pfc-Pa)/Herg}，在发电功率Pfcηq下都成为最大值(峰值)。
在步骤S66的判定中，在蓄电池20的SOC值为目标SOCth以上的情况下，在步骤S68中，将FC堆40的目标发电功率Pfctgt设定为图21中的比净效率Netη[％]成为峰值(最大值、顶点)的发电功率(发电量)Pfcηq[kW]小的区域中的发电功率Pfcηp，来进行发电。
另一方面，在上述的步骤S64的判定中，在目标转矩Ttgt的绝对值(称作再生转矩Treg)为再生转矩阈值Tregth以下的情况下(步骤S64：否)，为了更有效率地回收再生功率，在步骤S69中，将DC/DC转换器22控制为直接连接状态。
为了将DC/DC转换器22控制为直接连接状态，使栅极驱动信号UL成为低电平来断开下臂开关元件116，并使栅极驱动信号UH成为高电平来接通上臂开关元件112。同时，在步骤S69中，以图20的阴影区域所示的模式D控制来使FC堆40动作。在模式D控制中，若目标发电电压Vfctgt成为Vfctgt←Vbat，则成为直接连接状态。通过使单元电压Vcell成为v1≤Vcell≤v2，来使目标氧浓度Cotgt可变，能使FC电流Ifc可变，以图22所示的电流的路径，通过再生功率Preg以及FC功率Pfc来对蓄电池20进行充电。
在步骤S69的直接连接状态下，与步骤S66、S67、S68说明的相同，在步骤S70中，判定蓄电池20的SOC值是否为目标SOCth、例如50[％]以上。在是低于目标SOCth的值的情况下(步骤S70：否)，在步骤S71中，将FC堆40的目标发电功率Pfctgt设定为其净效率Netη[％]成为峰值(最大值、顶点)的发电功率(发电量)Pfcηq[kW](参照图21)来进行发电。
另一方面，在步骤S70的判定中，在蓄电池20的SOC值为目标SOCth以上的情况下，在步骤S72将FC堆40的目标发电功率Pfctgt设定为小于其净效率Netη[％]成为峰值(最大值、顶点)的发电功率(发电量)Pfcηq[kW]的区域中的发电功率Pfcηp来进行发电。
图23示出说明在时间点t11判定为是再生中的情况下的步骤S69的处理的时序图。
由于在时间点t11若车速Vs开始减速，则成为再生状态，因此为了限制FC堆40的发电，降低空气泵转速Nap。由此，FC电压Vfc上升，从而FC电流Ifc减少，步骤S63的判定(Vbat＜v2×Nfc＝Vfc)成为肯定。在时间点t12，直接连接标记成为有效(ON)状态，如图22所示，由于成为上臂开关元件112继续接通状态的状态(DC/DC转换器22为直接连接状态)，因此，时间点t12以后，FC电压Vfc追随蓄电池电压Vbat。另外，由于在再生中对蓄电池20充电，因此蓄电池电Vbat在时间点t12以后慢慢增加。
另外，通过成为直接连接状态，DC/DC转换器22的开关损失Pswloss成为大致零值。DC/DC22的损失降低到“上臂开关元件112的接通电压×在上臂开关元件112中从二次侧2S流向一次侧1S的电流”。另外，从时间点t12起，以其净效率Netη成为峰值的发电功率Pfcηq对FC堆40进行发电控制(步骤S71)。
在时间点t11～t13程度为止的过渡控制中，系统负载Psys的值稳定，在时间点t13以后的等减速中，系统负载Psys为负(再生中)，成为恒定值。
[实施例的汇总]
如以上说明那样，实施例所涉及的燃料电池车辆10具有：被提供含氧的第1气体和含氢的第2气体且通过触媒促进反应来进行发电的FC堆40；对该FC堆40提供所述第1气体以及所述第2气体的至少一方的气体提供部{燃料气体提供部(调节器46)、氧化剂气体提供部(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的输出功率(发电功率)Pfc来驱动的负载的电动机14(驱动电动机)；积蓄来自电动机14的再生发电产生的功率的蓄电池20(蓄电装置)；和控制FC堆40、所述气体提供部、DC/DC转换器22、电动机14以及蓄电池20的ECU24(控制部)。
ECU24在电动机14的再生发电时，将DC/DC转换器22控制成直接连接状态，并通过所述气体提供部降低所述氧浓度或氢浓度，来降低FC堆40的输出功率Pfc(FC电流Ifc)(步骤S69)，来对蓄电池20进行蓄电。
如此，在电动机14的再生发电时，由于将DC/DC转换器22控制为直接连接状态，并通过所述气体提供部降低所述氧浓度或氢浓度来降低FC堆40的输出功率Pfc，来蓄电池20进行蓄电(充电)，因此，如特开2006-073506号公报所示那样，在FC堆40发电时不用开放连接器CTR1、CTR2就能高效率地回收再生功率。由此，确保了连接器CTR1、CTR2的耐久性，并且不用再担心伴随连接器CTR1、CTR2的开放而产生的噪声。
ECU24在使FC堆40的输出功率(发电功率)Pfc降低时，使其降低到其净效率Netη成为峰值(最大)的高效率区域(图21的Pfcηq附近)，由此能以更高的效率来回收再生功率Preg。
另外，在电动机14的再生发电时，ECU24在蓄电池电压Vbat为FC堆40的氧化还原进行区域R3的下限电压v2以下的值(Vbat≤v2×Nfc、步骤S63：是)时，将DC/DC转换器22控制为直接连接状态，并按照通过所述气体提供部使所述氧浓度或氢浓度降低，来降低FC堆40的输出功率Pfc，从而对蓄电池20进行蓄电的方式进行控制，因此，能防止FC堆40的劣化，并能高效率地回收再生功率Preg。
另外，在电动机14的再生发电时，ECU24在将DC/DC转换器22控制为直接连接状态时，判定再生功率Ttgt是否为超过阈值转矩Tregth的高转矩(步骤S64)，在是未超过阈值转矩的转矩时(步骤S64：否)，通过按照一边将DC/DC转换器22控制为直接连接状态并通过所述气体提供部降低所述氧浓度或氢浓度来降低FC堆40的输出功率Pfc，一边对蓄电池20进行蓄电的方式进行控制，即使在再生转矩Ttgt较小的情况下，也能高效率且确实地将再生功率Preg回收到蓄电池20。
进而，在判定为再生转矩Ttgt为超过了阈值转矩Tregth的高转矩的情况下(步骤S64：是)，不将DC/DC转换器22控制为直接连接状态，通过DC/DC转换器22将FC堆40的FC电压Vfc控制为FC堆40的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以上的值，并按照通过所述气体提供部降低所述氧浓度或氢浓度来降低FC堆40的输出功率Pfc，来对蓄电池20进行充电的方式进行控制，因此，即使在再生功率Ttgt较大的情况下，也能不使FC堆40劣化地将该再生转矩Ttgt所涉及的较大的再生功率高效率地回收到蓄电池20中。
[实施例的变形例]
图24示出实施例的变形例所涉及的FC构件18的概略构成。在该变形例所涉及的FC构件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。
这种情况下，在背压阀64的输出侧的配管64b和空气取入口侧(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被提供给配管60a，和来自车外的新的空气汇合，被空气泵60吸入。
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安装在配管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25的特性167所示，能使排出气体所流通的循环阀开度θc越大，则阴极流路74中的氧浓度Co也就越降低。
因此，在该变形例中，在电动机14的再生发电时，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为止的氧化稳定区域R4内的电压)内通过DC/DC转换器22来固定FC堆40的FC电压Vfc(例如固定为Vfc＝v3或Vfc＝Vlmi2的模式E控制)的状态下，或者在使DC/DC转换器22为直接连接状态下(模式D控制、Vfctgt←Vbat)，ECU24在使目标氧浓度Cotgt可变时，通过使循环阀66的开度θc可变，来使FC电流Ifc可变。
如此，通过在FC堆40的氧化还原进行电压范围(氧化还原进行区域R3)外通过DC/DC转换器22来固定FC堆40的电压的状态或DC/DC转换器22的直接连接状态下，使循环阀66的开度θc可变，来使FC堆40的输出功率减少，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，将由再生发电产生的再生功率Preg回收到蓄电池20，因此，能有效地回收使FC堆40的输出功率减少的份的再生功率Preg。因而，能一边抑制FC堆40的劣化，一边提升再生功率Preg的回收效率(再生效率)。
即，在该变形例中，在进行再生控制时，如实施例那样，不用改变空气泵60的转速和背压阀64的开度，通过仅使循环阀66的开度θc可变就能使FC电流Ifc可变，因此能得到控制简便的优点。
另外，本发明并不限于上述实施例以及实施例的变形例，当然能根据本说明书的记载内容来采用各种构成。例如，能采用以下的构成。
FC系统12搭载在车辆10中，但并不限于此，也可以搭载在在其它的对象上。例如，还能在船舶、航空器等的移动体中使用FC系统12。或者，也可以在家庭用功率系统中应用FC系统12。
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26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的跟前。或者，也可以如图27所示，构成为将FC40和蓄电池20并联配置，在FC40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28所示，构成为将FC40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。
作为调整化学计量比的部件或方法，使用调整目标氧浓度Cotgt的部件或方法，但并不限于此，还能调整目标氢浓度。另外，也可以代替目标浓度，使用目标流量、或目标浓度和目标流量两者。

Claims (5)

1.一种燃料电池车辆(10)，具备：
燃料电池(40)，其被提供含氧的第1气体和含氢的第2气体，通过触媒促进反应来发电；
气体提供部(44、60)，其对所述燃料电池(40)提供所述第1气体以及所述第2气体的至少一者；
电压调整部(22)，其调整所述燃料电池的输出电压；
驱动电动机(14)，其作为由所述燃料电池(40)的输出功率所驱动的负载；和
蓄电装置(20)，其积蓄来自所述驱动电动机(14)的再生发电所产生的功率，
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(24)，其控制所述燃料电池(40)、所述气体提供部(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，一边将所述电压调整部(22)控制为直接连接状态，并通过所述气体提供部(44、60)使氧浓度或氢浓度降低来降低所述燃料电池(40)的输出功率，一边对所述蓄电装置(20)进行蓄电。
2.根据权利要求1所述的燃料电池车辆，其特征在于，
所述控制部(24)在使所述燃料电池(40)的输出功率降低时，使所述燃料电池(40)的输出功率降低到所述燃料电池(40)的高效率发电区域为止。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池车辆，其特征在于，
所述控制部(24)在所述驱动电动机(14)的再生发电时，且在所述蓄电装置(20)的电压为所述燃料电池(40)的氧化还原进行电压范围的下限电压以下的值时，一边将所述电压调整部(22)控制为所述直接连接状态，并通过所述气体提供部(44、60)降低所述氧浓度或氢浓度来降低所述燃料电池(40)的输出功率，一边对所述蓄电装置(20)进行蓄电。
4.根据权利要求3所述的燃料电池车辆，其特征在于，
所述控制部(24)在所述驱动电动机(14)的再生发电时，且在将所述电压调整部(22)控制为所述直接连接状态时，判定所述驱动电动机(14)的再生转矩是否为超过了阈值转矩的转矩，在判定为不是超过了所述阈值转矩的转矩的情况下，一边将所述电压调整部(22)控制为所述直接连接状态，并通过所述气体提供部(44、60)降低所述氧浓度或氢浓度来降低所述燃料电池(40)的输出功率，一边对所述蓄电装置(20)进行蓄电。
5.根据权利要求4所述的燃料电池车辆，其特征在于，
所述控制部(24)在判定为所述再生转矩为超过了所述阈值转矩的转矩的情况下，不将所述电压调整部(22)控制为所述直接连接状态，一边通过所述电压调整部(22)将所述燃料电池(40)的电压控制为所述燃料电池(40)的氧化还原进行电压范围的上限电压以上的值，并通过所述气体提供部(44、60)降低所述氧浓度或氢浓度来降低所述燃料电池(40)的输出功率，一边对所述蓄电装置(20)进行蓄电。
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