CN103843182B

CN103843182B - 燃料电池系统的控制装置

Info

Publication number: CN103843182B
Application number: CN201280048618.4A
Authority: CN
Inventors: 熊田光德; 浅井祥朋
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2011-10-03
Filing date: 2012-09-19
Publication date: 2016-11-23
Anticipated expiration: 2032-09-19
Also published as: JP5842923B2; EP2765638B1; US20140248551A1; CN103843182A; JPWO2013051394A1; US9401519B2; WO2013051394A1; EP2765638A1; EP2765638A4

Abstract

一种燃料电池系统，其通过蓄电池和燃料电池向外部负载供给电力，该燃料电池系统具有：氧化剂供给机，其向燃料电池供给氧化剂；氧化剂通路，其与燃料电池连接设置，使从氧化剂供给机供给的氧化剂流过；旁通通路，其从与燃料电池相比更靠近上游的氧化剂通路分支，使由氧化剂供给机供给的氧化剂的一部分绕过燃料电池而流动；旁通阀，其设置在旁通通路中，对流过旁通通路的氧化剂流量进行调整；氧化剂流量控制部，其通过氧化剂供给机供给与燃料电池的要求发电量相对应的氧化剂流量；以及声振模式用氧化剂流量控制部，其通过氧化剂供给机供给恒定量的氧化剂流量，该燃料电池系统的控制装置包含旁通阀控制部，其在通过声振模式用氧化剂流量控制部控制氧化剂供给机时，对应于燃料电池的要求而控制旁通阀。

Description

燃料电池系统的控制装置

技术领域

本发明涉及一种用于控制燃料电池系统的装置。

背景技术

在燃料电池系统中，必须对应于燃料电池的发电量供给空气，但发电要求因电池的SOC控制等而容易变动，容易从将空气供给至燃料电池堆的压缩机发出周期性的变动声。上述变动声，特别是在背景噪声低的车辆停止中等容易被乘员感知。乘员会感到上述变动声刺耳而产生不适感。

对此，在JP2006－179331A中，利用冷却器风扇等发出的不规则的噪声进行遮盖，使乘员难以感知。

作为其他相关联的文献，有JP3895263B。

发明内容

但是，上述方法在冷却器风扇没有被驱动的状态下无法实施。另一方面，可以使压缩机流量恒定，但与其相对应，会供给燃料电池堆的发电所不需要的空气，例如有可能产生变得过干燥的问题。

因此，本发明就是着眼于上述问题点而提出的。本发明的目的在于提供一种燃料电池系统的控制装置，其使乘员难以感知压缩机的动作声。

本发明的一个方式的燃料电池系统的控制装置通过蓄电池和燃料电池向外部负载供给电力。并且，该燃料电池系统具有：氧化剂供给机，其向所述燃料电池供给氧化剂；氧化剂通路，其与所述燃料电池连接设置，并流过从所述氧化剂供给机供给的氧化剂；旁通通路，其从与所述燃料电池相比更靠近上游的氧化剂通路分支，使由所述氧化剂供给机供给的氧化剂的一部分以绕过燃料电池的方式流动；旁通阀，其设置在所述旁通通路中，对流过旁通通路的氧化剂流量进行调整；氧化剂流量控制部，其通过所述氧化剂供给机供给与所述燃料电池的要求发电量相对应的氧化剂流量；以及声振模式用氧化剂流量控制部，其通过所述氧化剂供给机供给恒定量的氧化剂流量。并且，该燃料电池系统的控制装置包含旁通阀控制部，其在所述声振模式用氧化剂流量控制部控制所述氧化剂供给机时，对应于所述燃料电池的要求而控制所述旁通阀。

下面，参照附图，对本发明的实施方式、本发明的优点进行详细说明。

附图说明

图1是表示使用本发明所涉及的燃料电池系统的控制装置的基本系统的图。

图2是电池的充电率SOC和燃料电池堆的发电电力的相互关系图。

图3是说明实施方式的解决课题的图。

图4是本发明所涉及的燃料电池系统的控制装置的控制器所执行的控制流程图。

图5是将对供给至燃料电池堆的空气量进行运算的功能以框图表示的图。

图6是表示判定运转模式的子程序的图。

图7是表示通常模式运转的子程序的图。

图8是将对通常模式运转中的排放空气量进行运算的功能以框图进行表示的图。

图9是表示声振模式运转的子程序的图。

图10是将对声振模式运转中的排放空气量进行运算的功能以框图进行表示的图。

图11是说明第1实施方式的通常模式运转中的动作的图。

图12是说明第1实施方式的声振模式运转中的动作的图。

图13是说明第1实施方式的声振模式运转中的动作的时序图。

图14是表示本发明所涉及的燃料电池系统的第2实施方式的运转模式判定子程序的图。

图15是表示本发明所涉及的燃料电池系统的第3实施方式的声振模式运转子程序的图。

图16是对通常模式运转中的压缩机21的运转方法进行说明的图。

图17是在声振模式运转中，对不控制阴极调压阀的情况下的问题点进行说明的图。

图18是在声振模式运转中，对第3实施方式的作用效果进行说明的图。

图19是表示本发明所涉及的燃料电池系统的第4实施方式的运转模式判定子程序的图。

图20是表示本发明所涉及的燃料电池系统的第5实施方式的运转模式判定子程序的图。

图21是表示本发明所涉及的燃料电池系统的第6实施方式的声振模式子程序的图。

图22是将运算富余发电电力的功能以框图进行表示的图。

图23是将对压缩机供给的空气的增加量进行运算的功能以框图进行表示的图。

图24是说明第6实施方式的作用效果的图。

具体实施方式

（第1实施方式）

首先，参照图1，对使用本发明所涉及的燃料电池系统的控制装置的基本系统进行说明。

作为燃料电池堆10，一边将电解质膜维持为适度的湿润状态，一边供给反应气体（氧气O₂、氢气H₂）而进行发电。为了实现上述过程，燃料电池堆10与阴极流路20、阳极流路30、冷却水循环流路40连接。此外，燃料电池堆10的发电电流通过电流传感器101检测。燃料电池堆10的发电电压通过电压传感器102检测。

包含供给至燃料电池堆10的氧气O₂在内的空气作为阴极气体而在阴极流路20中流动。在阴极流路20中设置压缩机21、WRD（Water Recovery Device）22、阴极调压阀23。另外，在阴极流路20上并联设置排放流路200。排放流路200从压缩机21下游且WRD22上游的阴极流路20分支，并与阴极调压阀23下游的阴极流路20合流。由于形成上述结构，因此，通过压缩机21送风的空气的一部分流向排放流路200而绕过燃料电池堆10。在排放流路200中设置排放阀210。此外，排放流路200相当于权利要求的旁通通路。排放阀210相当于权利要求的旁通阀。

压缩机21在本实施方式中例如是离心式的涡轮压缩机。压缩机21配置在燃料电池堆10或WRD22上游的阴极流路20中。压缩机21通过电动机M驱动。压缩机21调整流过阴极流路20的阴极气体的流量。阴极气体的流量通过压缩机21的转速进行调整。

WRD22将导入至燃料电池堆10的空气加湿。WRD22包含：被加湿部，其使成为加湿对象的气体流过；以及加湿部，其使成为加湿源的含水气体流过。在被加湿部中流过由压缩机21导入的空气。在加湿部中流过在燃料电池堆10中流通而含有水的气体。

阴极调压阀23设置在燃料电池堆10下游的阴极流路20中。阴极调压阀23对流过阴极流路20的阴极气体的压力进行调整。阴极气体的压力通过阴极调压阀23的开度进行调整。

流过压缩机21上游的阴极流路20的阴极气体的压力P1由阴极压力传感器201检测。该阴极压力传感器201设置在压缩机21上游。

流过阴极流路20的阴极气体的流量Q由阴极流量传感器202检测。该阴极流量传感器202设置在压缩机21下游、且WRD22上游。

流过阴极流路20的阴极气体的压力由阴极压力传感器203检测。该阴极压力传感器203也设置在压缩机21下游、且WRD22上游。并且，在图1中，阴极压力传感器203位于阴极流量传感器202的下游位置处。

排放阀210设置在排放流路200中。排放阀210对流过排放流路200的阴极气体的流量进行调整。阴极气体的流量通过排放阀210的开度进行调整。

供给至燃料电池堆10的氢气H₂作为阳极气体而在阳极流路30中流动。在阳极流路30中设置储气瓶31、阳极调压阀32、排气阀33。

在储气瓶31中以高压状态贮藏有氢气H₂。储气瓶31设置在阳极流路30的最上游。

阳极调压阀32设置在储气瓶31的下游。阳极调压阀32对从储气瓶31新供给至阳极流路30的阳极气体的压力进行调整。阳极气体的压力通过阳极调压阀32的开度进行调整。

排气阀33设置在燃料电池堆10的下游。如果打开排气阀34，则阳极气体被排出。

流过阳极流路30的阳极气体的压力由阳极压力传感器301检测。该阳极压力传感器301设置在阳极调压阀32下游、且燃料电池堆10上游。

在冷却水循环流路40中流过供给至燃料电池堆10的冷却水。在冷却水循环流路40中设置冷却器41、三位阀42、水泵43。另外，在冷却水循环流路40上并联设置旁通流路400。旁通流路400从冷却器41上游的冷却水循环流路40分支，并与冷却器41下游的冷却水循环流路40合流。因此，流过旁通流路400的冷却水绕过冷却器41。

冷却器41对冷却水进行冷却。在冷却器41中设置有冷却风扇410。

三位阀42位于旁通流路400和冷却水循环流路40的合流部分处。三位阀42对应于开度，对流过冷却器侧的流路的冷却水的流量、和流过旁通流路的冷却水的流量进行调整。由此，对冷却水的温度进行调整。

水泵43位于三位阀42的下游。水泵43将流过三位阀42的冷却水输送至燃料电池堆10。

流过冷却水循环流路40的冷却水的温度由水温传感器401检测。该水温传感器401设置在旁通流路400分支部分的上游处。

控制器输入电流传感器101、电压传感器102、阴极压力传感器201、阴极流量传感器202、阴极压力传感器203、阳极压力传感器301、水温传感器401的信号。并且，输出信号，对压缩机21、阴极调压阀23、排放阀210、阳极调压阀32、排气阀33、三位阀42、水泵43的动作进行控制。

通过上述结构，燃料电池堆10维持适当的温度，并且，一边将电解质膜维持适度的湿润状态，一边供给发电所需的反应气体（氧气O₂、氢气H₂）以确保反应气体不会不足，能够稳定地发电。通过燃料电池堆10发电的电力经由DC/DC变换器11而供给至行驶电动机12、电池13、负载14。

发明人正在开发下述系统，其使用燃料电池堆10的发电电力和/或电池13的电力，驱动行驶电动机12和负载14。为了不缩短电池13的寿命，优选将电池充电率SOC管理为规定值。然而，在过度运转状态下，由于电力消耗大，因此，电池充电率SOC容易变动。另外，即使在稳定运转状态下，根据燃料电池堆的发电电力的变动和辅助机构负载的变动，电池充电率SOC也容易变动。另外，原本电池充电率SOC通过电流传感器值的累计而进行计算，但为了去除误差而适当地进行重置。由此，误差被去除，并且，电池充电率SOC有可能变动。抑制上述电池充电率SOC的变动，而将电池充电率SOC管理为规定值是重要的。

因此，如图2所示，在电池充电率SOC大于管理值时，减小燃料电池堆10的发电电力。由此，电池13进行放电。其结果，电池充电率SOC接近管理值。在电池充电率SOC小于管理值时，增大燃料电池堆10的发电电力。由此，电池13进行充电。其结果，电池充电率SOC接近管理值。

图3是说明本实施方式的解决课题的图。

如上所述，通过根据电池充电率SOC大于或小于规定值（管理值）而调整燃料电池堆10的发电电力，将电池充电率SOC管理为规定值（管理值）。

但是，在调整燃料电池堆10的发电电力时，当前，如图3所示，采用抑制从压缩机供给的流量，使流过阴极流路20的空气的流量变动的方式。此时，压缩机21的转速变动。

在停车中等，压缩机21的声音变动，乘员会感到刺耳而产生不适感。

因此，在本实施方式中，在使得压缩机21的转速不变动的同时，调整燃料电池堆10的发电电力。

以下，对具体的方法进行说明。

图4是本发明所涉及的燃料电池系统的控制装置的控制器所执行的控制流程图。此外，控制器每隔微小时间（例如10毫秒）重复执行该流程。

在步骤S1中，控制器运算供给至燃料电池堆10的空气量。具体内容在后面进行叙述。

在步骤S2中，控制器判定运转模式。具体内容在后面进行叙述。

在步骤S3中，控制器判定运转模式是否为声振模式。如果不是声振模式，则控制器转入步骤S4进行处理，如果是声振模式，则转入步骤S5进行处理。

在步骤S4中，控制器执行通常模式。具体内容在后面进行叙述。

在步骤S5中，控制器执行声振模式。具体内容在后面进行叙述。

图5是将对供给至燃料电池堆的空气量进行运算的功能以框图进行表示的图。

此外，在以下的框图中示出的各模块，是将控制器的各功能作为虚拟单元示出，不表示各模块是物理存在的。

模块B101基于换档档位、加速器踏板操作量及车速，运算行驶电力。具体来说，从预先准备的多个对应图中选择与当前的换档档位相对应的对应图。并且，在该对应图中应用加速器操踏板作量及车速，运算用于使电动机输出行驶时所需扭矩的行驶电力（=电动机为满足驾驶员的要求所需的电力）。

模块B102对用于将电池充电率SOC管理为管理值的发电电力进行运算。

模块B103将由模块B101运算出的行驶电力以及由模块B102运算出的发电电力相加，求出燃料电池应发电的目标发电电力。此外，所谓电池的发电电力，在电池充电时设定为正值，在放电时设定为负值。在需要电池进行充电时，由于利用燃料电池堆的发电电力进行充电，因此，燃料电池必须考虑向电池的充电量而增大发电电力。另一方面，在需要电池进行放电时，由于通过电池提供向电动机供给的电力的一部分，因此，减小燃料电池的发电电力。

模块B104基于由模块B103运算出的目标发电电力，运算供给至燃料电池堆10的空气量。

如上所述，执行流程图的步骤S1中的处理。

图6是表示判定运转模式的子程序的图。

在步骤S21中，控制器判定压缩机21的声压水平是否大于背景噪声的声压水平。此外，声压水平只要安装例如麦克风而进行检测即可。另外，只要在例如车辆停止中、且燃料电池为怠速状态（向电动机供给的电力为0，仅向辅助机构及电池进行电力供给的状态）下进行本步骤的判定即可。如果判定结果为否，则控制器转入步骤S22进行处理，如果判定结果为是，则转入步骤S23进行处理。

在步骤S22中，控制器判定为通常模式。

在步骤S23中，控制器判定为声振模式。

图7是表示通常模式运转的子程序的图。

在步骤S41中，控制器运算与向燃料电池要求的发电电力相对应的空气量。另一方面，将该空气量和压缩机21应最低限流的流量进行比较。作为该流量，可以举出用于避免压缩机21的喘振的流量（例如，在压缩机流量为低流量时，如果电池堆的压力高则会产生喘振，因此，设定不会产生喘振的最低限的流量）。并且，将与发电电力相对应的空气流量和压缩机应最低限流的流量相比较，如果与发电电力相对应的空气流量大，则压缩机21供给与发电电力相对应的空气流量。另一方面，在压缩机21应最低限流的流量大的情况下，压缩机21供给该流量。

在步骤S42中，控制器运算在排放流路200中流动的空气量。在压缩机21供给与燃料电池的发电电力相对应的流量的情况下，排放的流量为0。但是，在压缩机21供给应最低限流的流量时，大于燃料电池所需流量的流量将会供给至燃料电池。从燃料电池堆的角度看，由于供给了不需要的流量，因此，例如产生导致燃料电池的湿润状态变干燥等问题。此外，由于发电量由外部负载的负载决定，因此，产生不需要的空气不会使电力产生波动。因此，为了防止不需要的空气供给至燃料电池，将排放阀开阀以仅将发电所需的空气量供给至燃料电池堆。在本步骤中，运算此时流过排放阀的流量。具体内容在后面进行叙述。

在步骤S43中，控制器调整排放阀210的开度，以使得在排放流路200中流过步骤S42中运算出的空气量。

模块B421从压缩机21的下限流量减去供给至燃料电池堆10的空气量。如果压缩机21的供给流量过小，则可能产生喘振。所谓压缩机21的下限流量，是指不会发生上述情况的最低流量。如果供给至燃料电池堆10的空气量多于压缩机21的下限流量，则模块B421输出负值。如果供给至燃料电池堆10的空气量减少而低于压缩机21的下限流量，则模块B421输出正值。

模块B422在模块B421的输出结果为正值的情况下直接输出，在为负值的情况下输出零。此外，负值的情况是指在压缩机21供给燃料电池堆的发电所需的空气的状况下，排放阀210只要完全关闭即可的状况。即，作为排放阀，必须运算不使空气流过的值，由于该值为零，因此负值的情况置为零。另一方面，正值的情况是指压缩机21流过多于燃料电池堆所需的流量的状况。此时，排放阀210通过使正值的流量直接流向排放流路200，从而将发电所需的流量供给至燃料电池堆。

下面，对模块B423、B424、B425进行说明。

在上述中，说明了将用于避免压缩机21自身的喘振的最低流量设定为压缩机21的流量的情况下的排放流量的运算。下面，对向压缩机21设定用于对燃料电池的排出气体进行稀释的流量的情况下的排放流量的运算进行说明。

首先，对稀释进行说明。

阴极侧的氮气会经由作为发电区域的离子交换膜向燃料电池堆的阳极侧透过。为了在阳极侧稳定地发电而必须维持高浓度的氢气，因此，要定期地或者检测氮气浓度，将氮气与氢气一起排出。由此，必须将阳极内的氢气浓度维持为高浓度。

另一方面，如果进行排出，则会将氢气与氮气一起向燃料电池堆的外部排出，为了将该氢气浓度抑制为小于或等于规定浓度，在本实施方式中，将氢气的尾气与氧气的尾气混合而进行稀释。

通常，在发电电力大的情况下，通过供给燃料电池堆的发电所需的空气流量，而供给稀释所需的流量，因此，压缩机21供给与发电电力相对应的空气量。

但是，在发电电力小的情况下，相对于从燃料电池堆排出的氢气，有时仅靠发电所需的空气流量而无法成为小于或等于期望的氢气浓度。因此，压缩机21供给稀释所需的流量。

在流过稀释所需的流量时，相对于燃料电池堆的发电所需的流量，通过排放阀210使不需要的流量流向排放流路200这点与上述相同。

首先，模块B423从供给至燃料电池堆10的空气量减去被发电消耗的流量。由此，输出在燃料电池堆10中未被发电消耗而排出的空气量。

模块B424从稀释要求空气量，减去在燃料电池堆10中未被发电消耗而排出的空气量。如果排气阀33打开，则阳极气体H₂排出。为了稀释该阳极气体H₂所需的空气量是稀释要求空气量。如果在燃料电池堆10中未被发电消耗而排出的空气量多于稀释要求空气量，则模块B424输出负值。如果在燃料电池堆10中未被发电消耗而排出的空气量少于稀释要求空气量，则模块B424输出正值。

模块B425在模块B424的输出结果为正值的情况下直接输出，在为负值的情况下输出零。

模块B426将模块B422的输出和模块B425的输出进行比较，将大者作为排放空气量而输出。

在本实施方式中，压缩机21的供给量对应于燃料电池的发电而变化。特别是在燃料电池的怠速运转时，如果通过SOC控制，燃料电池要求的发电电力变化，则压缩机21的转速对应于该变化而变化，因此，在背景噪声小的状况下有可能给驾驶员带来不适感。此外，即使在压缩机21流过自身的最低流量和稀释流量时，在根据SOC要求，导致基于燃料电池的发电要求的空气流量变大的情况下，同样地有可能导致压缩机21的转速发生变动。

因此，在下述中，对在背景噪声小时，用于防止压缩机21的转速对应于SOC的要求而变动的控制逻辑进行说明。

图9是表示声振模式运转的子程序的图。

在步骤S51中，控制器从压缩机21供给声振模式空气量（恒定值）。该值在声振模式中，优选是与基于发电要求而设定的最大的空气量相比更大的值。如果设定为上述的值，则能够完全地防止基于SOC要求而引起的压缩机21的转速发生变动。

另外，在声振模式中，由于压缩机21供给比基于燃料电池堆的发电要求的流量多的流量，因此，对于燃料电池堆的发电来说不需要的空气通过排放阀210而流向排放流路200。

首先，在步骤S52中，控制器运算流向排放流路200的空气量。具体内容在后面进行叙述。

在步骤S53中，控制器调整排放阀210的开度，以使得在排放流路200中流过步骤S52中运算出的空气量。

模块B521从压缩机21的下限流量减去供给至燃料电池堆10的空气量。此外，模块B521基本上和模块B421相同。

模块B522在模块B521的输出结果为正值的情况下直接输出，在为负值的情况下输出零。此外，模块B522基本上和模块B422相同。

模块B523从供给至燃料电池堆10的空气量减去被发电消耗的流量。此外，模块B523基本上和模块B423相同。

模块B524从稀释要求空气量减去在燃料电池堆10中没有被发电消耗而排出的空气量。此外，模块B524基本上和模块B424相同。

模块B525在模块B524的输出结果为正值的情况下直接输出，在为负值的情况下输出零。此外，模块B525基本上和模块B425相同。

模块B526从声振模式空气量减去与燃料电池堆10要求的发电电力相对应的空气量。在压缩机21供给声振模式的空气量的状况下，希望仅向燃料电池堆供给发电所需的空气。如上所述对向排放流路200供给用于实现上述目的的空气量进行运算。此外，在声振模式运转中，由于声振模式空气量多于供给至燃料电池堆10的空气量，因此，模块B526输出正值。

通常，由于模块B526的输出结果为正值，因此，模块B527直接进行输出。但是，由于假设因计算机的运算上出现某些异常，导致基于发电要求的流量大于声振模式空气量的情况，因此，模块B526对此进行应对。如果从模块B526输出负值，则模块B527进行输出零的处理。

模块B528将模块B522的输出、模块B525的输出、模块B527的输出进行比较，将最大者作为排放空气量输出。

图11是说明第1实施方式的通常模式运转中的动作的图。

在通常模式运转中，从压缩机供给与对燃料电池的发电要求相对应的空气量。但是，如果供给流量过小，则可能产生喘振。因此，即使在如图11的发电减少时这样供给流量少时，也要供给压缩机21的下限流量值的空气，并使超过对燃料电池堆的目标发电电力进行发电所需的流量（FC电池堆供给空气量）的剩余的空气流向排放流路。

在发电增加时，从压缩机供给比发电减少时更多的空气量。

如上所述，在通常模式运转中，压缩机21的流量对应于运转状态而变动。

图12是说明第1实施方式的声振模式运转中的动作的图。

在声振模式运转中，从压缩机21供给声振模式空气量。该声振模式空气量无论在发电减少时、还是发电增加时，均为恒定值。

并且，使超过对燃料电池堆的目标发电电力进行发电所需的流量（FC电池堆供给空气量）的剩余的空气流向排放流路。即，供给至燃料电池堆的空气量通过排放空气量的多少而进行调整。

图13是说明第1实施方式的声振模式运转中的动作的时序图。

如上述所示，在燃料电池堆中，通过根据电池充电率SOC比规定值（管理值）大或小而调整燃料电池堆10的发电电力，从而将电池充电率SOC管理为规定值（管理值）。

并且，在本实施方式中，从压缩机21供给恒定量的声振模式空气量。即，将压缩机21的转速维持为恒定。并且，通过调整排放空气量，对供给至燃料电池堆的空气量进行调整。

在调整燃料电池堆10的发电电力时，压缩机21的转速变动，乘员感到刺耳而产生不适感。

对此，在本实施方式中，由于将压缩机21的转速维持为恒定，因此，压缩机21的动作声不会变动，不会使乘员感到不适感。

此外，在本实施方式中，仅在压缩机21的声压水平大于背景噪声的声压水平时，进行声振模式运转，将压缩机21的转速维持为更高的恒定速度。

如果压缩机21的声压水平小于背景噪声的声压水平，则即使压缩机21的声音变动，也感觉不到。但是，如果压缩机21的声压水平大于背景噪声的声压水平，则会感觉到压缩机21的声音变动。

如果将压缩机21的转速维持为更高的恒定速度，则与其相应，会不必要地消耗电力。

因此，在本实施方式中，通过限定声振模式的运转情况，能够尽可能地避免不必要的电力消耗。

（第2实施方式）

此外，以下，对实现和上述相同功能的部分标注相同的标号，适当地省略重复说明。

在第1实施方式中，通过例如由麦克风检测出的声压水平，直接判定压缩机21的声压水平是否比背景噪声的声压水平大或小。但是，在上述方法中，必须使用麦克风，会使成本增加。在本实施方式中，基于运转状态，推定（间接地判定）压缩机21的声压水平是否比背景噪声的声压水平大或小。具体地如下所述。

在步骤S211中，控制器判定车辆是否处于停止中。控制器在判定结果为否的情况下转入步骤S212进行处理，在判定结果为是的情况下转入步骤S23进行处理。

在步骤S212中，控制器判定换档档位是否为P档位或N档位。控制器在判定结果为否的情况下转入步骤S213进行处理，在判定结果为是的情况下转入步骤S23进行处理。

在步骤S213中，控制器判定车辆是否处于低速行驶中。此外，所谓低速行驶，是指与背景噪声的声压水平小于压缩机21的声压水平的情况下的速度相比，以更低的速度行驶。是否处于低速行驶中的阈值预先通过实验等进行设定。控制器在判定结果为否的情况下转入步骤S214进行处理，在判定结果为是的情况下转入步骤S23进行处理。

在步骤S214中，控制器判定是否处于静音模式。此外，静音模式通过驾驶员的开关操作等进行设定。控制器在判定结果为否的情况下转入步骤S215进行处理，在判定结果为是的情况下转入步骤S23进行处理。

在步骤S215中，控制器判定燃料电池堆10是否处于低发电状态。此外，所谓低发电状态，是指与背景噪声的声压水平小于压缩机21的声压水平的情况下的发电量相比更低的发电量的状态。是否处于低发电状态的阈值预先通过实验等进行设定。控制器在判定结果为否的情况下转入步骤S22进行处理，在判定结果为是的情况下转入步骤S23进行处理。

在步骤S22中，控制器判定为通常模式。

在步骤S23中，控制器判定为声振模式。

根据本实施方式，在处于背景噪声的声压水平小于压缩机21的声压水平的运转情况时，推定出背景噪声的声压水平小于压缩机21的声压水平。由此，即使不使用麦克风，也能够推定出（间接地判定）压缩机21的声压水平是否大于背景噪声的声压水平。因此，能够将成本抑制为低价。

（第3实施方式）

步骤S51至S53由于和第1实施方式相同，因此，省略说明。

在步骤S54中，控制器判定压缩机21是否可能产生喘振。该判定基于压缩机21供给的空气量、压缩机21的压力比（压缩机21的出口压力P2相对于入口压力P1的比（P2/P1））而进行判定。控制器在判定结果为否的情况下转入步骤S55进行处理，在判定结果为是的情况下转入步骤S56进行处理。

在步骤S55中，控制器判定燃料电池的电解质膜的正反面的压差是否未超过膜耐压差。阴极侧的压力通过从阴极压力传感器203的检测值减去阴极气体流过WRD22而损失的损失值而进行运算。阳极侧的压力通过阳极压力传感器301检测。此外，在燃料电池的电解质膜的正反面的压差超过膜耐压差的情况下，通常考虑阴极侧成为高压的情况、和阳极侧成为高压的情况。但是，在本实施方式中，由于为声振模式（与通常模式相比，增加来自压缩机21的空气供给量的模式），因此，是阴极侧成为高压的情况。控制器在判定结果为否的情况下暂时退出处理，在判定结果为是的情况下转入步骤S56进行处理。

在步骤S56中，控制器增加阴极调压阀23的开度。

图16是对通常模式运转中的压缩机21的运转方法进行说明的图。图16的横轴是空气流量，纵轴是压力比（压缩机21的出口压力P2相对于入口压力P1的比（P2/P1））。

在本实施方式中，例如在怠速运转中背景噪声的声压水平小时，进行声振模式运转，但以下考虑假设在怠速运转中也进行通常模式运转的情况。

在怠速运转中，由燃料电池堆10的发电电力要求的压缩机21的运转点为A。即，压缩机21的流量最好为Q_A。但是，运转点A由于处于与喘振线相比更靠近上方的喘振区域中，因此，压缩机21可能产生喘振。因此，将流量设为Q_B，在运转点B使压缩机21运转。但是，在该状态下，剩余的空气会被供给至燃料电池堆10。因此，将（Q_B－Q_A）排放。

在发电增加时，由燃料电池堆10的发电电力要求的压缩机21的运转点为C。即，压缩机21的流量最好为Q_C。但是，运转点C由于处于与喘振线相比更靠近上方的喘振区域中，因此，压缩机21可能产生喘振。因此，将流量设为Q_D，在运转点D使压缩机21运转。但是，在该状态下，剩余的空气会被供给至燃料电池堆10。因此，将（Q_D－Q_C）排放。

如上所述，在通常模式中，将压缩机21的流量从Q_B调整为Q_D，并且，将超过发电所需流量的流量排放。

下面，考虑背景噪声的声压水平小而进行声振模式运转的情况。

此外，在本实施方式中，在压缩机21可能产生喘振时（步骤S54为是），增加压缩机21的流量，并且，增大阴极调压阀23的开度（步骤S56），但以下考虑假设不调整阴极调压阀23的开度的情况。

在声振模式中，从压缩机21供给声振模式空气量Q_E。但是，在怠速运转中，燃料电池堆10的发电电力要求的流量为Q_A。因此，在怠速运转中，从压缩机21供给声振模式空气量Q_E，并将（Q_E－Q_A）排放。

下面，考虑发电量增加，而向燃料电池堆10供给流量Q_C的情况。此外，Q_C=Q_A+ΔQ。此时，从压缩机21供给的空气量仍然为声振模式空气量Q_E，并将（Q_E－Q_C）排放。

在此，如果不调整阴极调压阀23的开度，则由于供给至燃料电池堆10的空气量增多ΔQ的量，导致压缩机21的出口压力P2变高，可能无法避免喘振。另外，如果压缩机21的出口压力P2变高，则燃料电池的电解质膜的阴极侧成为高压。其结果，电解质膜的正反面的压差有可能超过膜耐压差。

如上述所示，在发电量增加，而向燃料电池堆10供给流量Q_C的情况下，如果不采取任何对策，则用于供给至燃料电池堆10的空气量增多ΔQ的量，导致压缩机21的出口压力P2变高，可能无法避免喘振。

因此，在本实施方式中，通过增大阴极调压阀23的开度，防止压缩机21的出口压力P2变高，在运转点E0使压缩机21运转。并且，将剩余的空气量（Q_F－Q_C）排放。由此，能够避免压缩机21的喘振。

此外，如果阴极调压阀23的开度过大，则如C1所示，压缩机21的出口压力P2可能过低。在此情况下，燃料电池的电解质膜的阴极侧成为低压。其结果，电解质膜的正反面的压差有可能超过膜耐压差。调整阴极调压阀23的开度以不会成为上述情况。由此，能够保护电解质膜。

（第4实施方式）

在步骤S221中，控制器判定当前排放阀210是否打开。控制器在判定结果为否的情况下转入步骤S22进行处理，在判定结果为是的情况下转入步骤S23进行处理。

在步骤S22中，控制器判定为通常模式。

在步骤S23中，控制器判定为声振模式。

如果排放阀210打开，则压缩机21供给超过当前燃料电池堆10发电所需空气量的空气量，并且，将剩余的空气排放。在上述情况下，能够供给超过声振模式空气量的空气量。因此，即使不使压缩机21进行不必要的动作，也能够供给声振模式空气量。另外，即使不超过声振模式空气量，由于具有排放量，因此，与排放阀210关闭的情况相比，能够少量地供给声振模式空气量。因此，通过本实施方式，能够避免压缩机21进行不必要的动作而浪费电力。

（第5实施方式）

在步骤S231中，控制器判定是否需要超过燃料电池堆10的发电所需空气量的稀释空气量。在判定结果为否的情况下转入步骤S232进行处理，在判定结果为是的情况下转入步骤S23进行处理。

在步骤S232中，控制器判定是否处于过渡运转所具有的排放增加运转中。在过渡运转中，由于燃料电池堆10的发电可能急剧增加，因此，有时预先使压缩机21过度地运转而使排放增加。控制器判定是否处于上述运转状态。在判定结果为否的情况下转入步骤S233进行处理，在判定结果为是的情况下转入步骤S23进行处理。

在步骤S233中，控制器判定是否处于避免喘振运转中。所谓避免喘振运转，是指为了避免喘振而使压缩机21过度地运转并将排放增加的运转。在判定结果为否的情况下转入步骤S234进行处理，在判定结果为是的情况下转入步骤S23进行处理。

在步骤S234中，控制器判定燃料电池堆10是否是刚启动后。在刚启动后，使阳极压力成为高压，并且连续地执行排气。因此，在上述时期，为了稀释排出的氢气，使排放量增加。为了使排放量增加，压缩机21供给超过燃料电池堆10的发电所需空气量的空气量。控制器判定是否处于上述运转状态。在判定结果为否的情况下转入步骤S22进行处理，在判定结果为是的情况下转入步骤S23进行处理。

在步骤S22中，控制器判定为通常模式。

在步骤S23中，控制器判定为声振模式。

在本实施方式中，在压缩机21供给超过当前燃料电池堆10发电所需空气量的空气量，并且，将剩余的空气排放的情况下，进行声振模式运转。在上述情况下，能够供给超过声振模式空气量的空气量。因此，即使不使压缩机21进行不必要的动作，也能够供给声振模式空气量。另外，即使不超过声振模式空气量，由于具有排放量，因此，仅通过少量的增加，即可供给声振模式空气量。因此，通过本实施方式，能够避免压缩机21进行不必要的动作而浪费电力。

（第6实施方式）

步骤S51、S52由于和第1实施方式相同，因此，省略说明。

在步骤S521中，控制器运算富余发电电力。所谓富余发电电力，是指在从压缩机21供给的空气没有被排放，而全部供给至燃料电池堆10时，由燃料电池堆10发电产生的电力。具体的运算方法在后面进行叙述。

在步骤S522中，控制器判定富余发电电力是否小于目标发电电力。此外，目标发电电力例如如图5所示进行运算。控制器在判定结果为否的情况下转入步骤S53进行处理，在判定结果为是的情况下转入步骤S523进行处理。

在步骤S523中，控制器增加压缩机21的流量以使富余发电电力超过目标发电电力。具体的运算方法在后面进行叙述。

图22是将运算富余发电电力的功能以框图进行表示的图。

模块B5211将实际供给至燃料电池堆的空气量和排放空气量相加。

模块B5212将该空气量应用在预先设定的对应图中而求出富余发电电力。

模块B5231基于目标发电电力而运算供给至燃料电池堆10的空气量。

模块B5232从由模块B5231运算出的空气量减去实际从压缩机21供给的空气量，而运算空气的增加量。

图24是说明第6实施方式的作用效果的图。

在本实施方式中，在目标发电电力增加时，使从压缩机供给的空气量增加。由此，即使例如电池充电率SOC降低等而目标发电电力增加，燃料电池堆10也能够适当地发电。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但上述实施方式只不过示出了本发明的应用例的一部分，不能将本发明的技术范围限定为上述实施方式的具体结构。

例如，在声振模式中，供给恒定的空气量（声振模式空气量）以使压缩机的动作声不变动。但是，如果该恒定的空气量（声振模式空气量）过大，则即使压缩机的动作声不变动，乘员也可能会感到刺耳而产生不适感。因此，可以在不感觉到上述不适感的范围内使压缩机动作。这点如第6实施方式所示，可以设定上限值，以使得即使在中途增加从压缩机供给的空气量的情况下，也不会产生不适感。

另外，上述实施方式能够进行适当组合。

本申请基于2011年10月3日向日本特许厅申请的特愿2011－219298而主张优先权，上述申请的全部内容通过参照而引入至本说明书。

Claims

1.一种燃料电池系统的控制装置，该燃料电池系统通过蓄电池和燃料电池向外部负载供给电力，

该燃料电池系统具有：

氧化剂供给机，其向所述燃料电池供给氧化剂；

氧化剂通路，其与所述燃料电池连接设置，使从所述氧化剂供给机供给的氧化剂流过；

旁通通路，其从与所述燃料电池相比更靠近上游的氧化剂通路分支，使由所述氧化剂供给机供给的氧化剂的一部分绕过燃料电池而流动；

旁通阀，其设置在所述旁通通路中，对流过旁通通路的氧化剂流量进行调整；

氧化剂流量控制部，其通过所述氧化剂供给机供给与所述燃料电池的要求发电量相对应的氧化剂流量；以及

声振模式用氧化剂流量控制部，其在所述氧化剂供给机的动作声的声压水平大于背景噪声的声压水平时通过所述氧化剂供给机供给恒定量的氧化剂流量，

该燃料电池系统的控制装置包含旁通阀控制部，其在所述声振模式用氧化剂流量控制部控制所述氧化剂供给机时，对应于所述燃料电池的要求而控制所述旁通阀。

2.根据权利要求1所述的燃料电池系统的控制装置，其中，

所述声振模式用氧化剂流量控制部，在车辆停止中、车辆低速行驶中、换档档位为P档位、换档档位为N档位、静音模式或燃料电池为低发电状态时，控制所述氧化剂供给机以供给恒定量的氧化剂流量。

3.根据权利要求1所述的燃料电池系统的控制装置，其还具有：

调压阀，其对流过所述氧化剂通路的氧化剂的压力进行调整；

喘振判定部，其判定所述氧化剂供给机是否可能产生喘振；以及

调压阀控制部，其在可能产生喘振时，增大所述调压阀的开度。

4.根据权利要求1所述的燃料电池系统的控制装置，其还具有：

压差判定部，其对供给至燃料电池的氧化剂及氢气的压差是否超过燃料电池的膜耐压差进行判定；以及

调压阀控制部，其在所述压差超过膜耐压差时，增大所述调压阀的开度。

5.根据权利要求1所述的燃料电池系统的控制装置，其中，

所述声振模式用氧化剂流量控制部，在所述旁通阀打开时，控制所述氧化剂供给机以供给恒定量的氧化剂流量。

6.根据权利要求1所述的燃料电池系统的控制装置，其中，

所述声振模式用氧化剂流量控制部，在用于稀释废氢气的氧化剂量比发电所要求的氧化剂量多而增加流过旁通通路的氧化剂流量的运转中、以避免喘振的方式进行运转时、或刚启动后时，控制所述氧化剂供给机以供给恒定量的氧化剂流量。

7.根据权利要求1所述的燃料电池系统的控制装置，其中，

还包含富余运算部，其对从所述氧化剂供给机供给恒定量的氧化剂流量时的富余发电电力进行运算，

所述声振模式用氧化剂流量控制部，在燃料电池的目标发电电力超过所述富余发电电力时，控制所述氧化剂供给机以增加氧化剂的供给量。

8.根据权利要求1所述的燃料电池系统的控制装置，其中，

所述声振模式用氧化剂流量控制部，控制所述氧化剂供给机以不会超过规定的转速。