CN105144451A - 燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法 - Google Patents

燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法 Download PDF

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Abstract

燃料电池系统具备：辅机，其连接于燃料电池；暖机时电力控制单元，其在燃料电池暖机时调整向辅机供给的供给电力来控制燃料电池的发电电力；以及IV特性估计单元，其在燃料电池的暖机中使向辅机供给的供给电力暂时变小，并基于此时的至少两组电流值和电压值来估计燃料电池的IV特性。

Description

燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法
技术领域
本发明涉及一种燃料电池系统和燃料电池系统的控制方法。
背景技术
作为以往的燃料电池系统，在日本JP2000-357526A中公开了以下的燃料电池系统：基于一边改变燃料电池的输出电流一边检测得到的输出电压，来估计燃料电池的电流电压特性(IV特性)。
发明内容
在燃料电池系统启动后，通过以燃料电池的发电电力驱动辅机来使燃料电池暖机，在燃料电池的IV特性变为期望的IV特性后发出车辆的行驶允许。因此，正在研究以下技术：从燃料电池的暖机中起估计IV特性，在估计出的IV特性变为期望的IV特性的时间点发出车辆的行驶允许，由此尽可能早地发出车辆的行驶允许。
然而，为了确保IV特性的估计精度，需要基于以固定以上的电流幅度改变燃料电池的输出电流时的输出电压来估计IV特性。因此，当在因燃料电池内的水、冰的影响而发电不稳定的暖机中使燃料电池的输出电流急剧上升电流幅度的量以高精度地估计IV特性时，存在由于该急剧的电流变化而发生电压下降的担忧。
另一方面，当为了防止这种电压下降而想要基于使燃料电池的输出电流慢慢上升时的输出电压估计IV特性时，存在以下担忧：由于在燃料电池的暖机中IV特性时时刻刻发生变化，因此导致想要估计的IV特性在输出电流的上升过程中变化，从而无法确保估计精度。
本发明是着眼于这种问题而完成的，其目的在于抑制电压下降的发生并确保IV特性的估计精度。
根据本发明的某个方式，提供一种向燃料电池供给负极气体和正极气体来使该燃料电池发电的燃料电池系统。而且，该燃料电池系统具备：辅机，其连接于燃料电池；暖机时电力控制单元，其在燃料电池暖机时调整向辅机供给的供给电力来控制燃料电池的发电电力；以及IV特性估计单元，其在燃料电池的暖机中使向辅机供给的供给电力暂时变小，并基于此时的至少两组电流值和电压值来估计燃料电池的IV特性。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的燃料电池系统的概要图。
图2是表示燃料电池堆的温度与燃料电池堆的电流电压特性的关系的图。
图3是说明燃料电池系统启动时的燃料电池堆的IV特性的估计方法的图。
图4是说明一边使输出电流下降一边获取数据的理由的图。
图5是本发明的一个实施方式的设定目标输出电流的控制框图。
图6是表示根据图5的控制框图控制的输出电流和发电电力的动作的时序图。
图7是说明本发明的一个实施方式的IV特性估计控制的流程图。
图8是说明过渡时IV特性估计处理的流程图。
图9是说明稳定时IV特性估计处理的流程图。
具体实施方式
下面，参照附图等来说明本发明的各实施方式。
燃料电池通过用负极(anode)电极(燃料极)和正极(cathode)电极(氧化剂极)将电解质膜夹在中间并向负极电极供给含氢的负极气体(燃料气体)、向正极电极供给含氧的正极气体(氧化剂气体)来进行发电。在负极电极和正极电极这两个电极处进行的电极反应如下。
负极电极：2H2→4H++4e-…(1)
正极电极：4H++4e-+O2→2H2O…(2)
通过该(1)、(2)的电极反应，燃料电池产生1伏特左右的电动势。
在将燃料电池用作汽车用动力源的情况下，由于要求的电力大，因此作为将数百块的燃料电池层叠所得的燃料电池堆来使用。然后，构成向燃料电池堆供给负极气体和正极气体的燃料电池系统，取出用于驱动车辆的电力。
图1是本发明的一个实施方式的燃料电池系统100的概要图。
燃料电池系统100具备燃料电池堆1、正极气体供排装置2、负极气体供排装置3、电力系统4以及控制器5。
燃料电池堆1是层叠数百块燃料电池而得的，接受负极气体和正极气体的供给，来发出驱动车辆所需的电力。燃料电池堆1具备负极电极侧输出端子11和正极电极侧输出端子12作为取出电力的端子。
正极气体供排装置2是向燃料电池堆1供给正极气体、并且将从燃料电池堆1排出的正极排气排出到外部大气的装置。正极气体供排装置2具备正极气体供给通路21、过滤器22、正极压缩机23、正极气体排出通路24以及正极压力调整阀25。
正极气体供给通路21是流通向燃料电池堆1供给的正极气体的通路。正极气体供给通路21的一端连接于过滤器22，另一端连接于燃料电池堆1的正极气体入口孔。
过滤器22将取入到正极气体供给通路21的正极气体中的异物去除。
正极压缩机23设置于正极气体供给通路21。正极压缩机23经由过滤器22将作为正极气体的空气(外部大气)取入到正极气体供给通路21，供给到燃料电池堆1。
正极气体排出通路24是流通从燃料电池堆1排出的正极排气的通路。正极气体排出通路24的一端连接于燃料电池堆1的正极气体出口孔，另一端为开口端。
正极压力调节阀25设置于正极气体排出通路22。正极压力调节阀25由控制器5来将其开度控制为任意的开度，将供给到燃料电池堆1的正极气体的压力调节为期望的压力。
负极气体供排装置3是向燃料电池堆1供给负极气体、并且将从燃料电池堆1排出的负极排气排出到正极气体排出通路24的装置。负极气体供排装置3具备高压罐31、负极气体供给通路32、压力调节阀33、负极气体排出通路34以及放气阀35。
高压罐31将要向燃料电池堆1供给的负极气体保持为高压状态来贮存。
负极气体供给通路32是用于将从高压罐31排出的负极气体供给到燃料电池堆1的通路。负极气体供给通路32的一端连接于高压罐31，另一端连接于燃料电池堆1的负极气体入口孔。
压力调节阀33设置于负极气体供给通路32。压力调节阀33由控制器5来控制开闭，将从高压罐31流出到负极气体供给通路32的负极气体的压力调节为期望的压力。
负极气体排出通路34是流通从燃料电池堆1排出的负极排气的通路。负极气体排出通路34的一端连接于燃料电池堆1的负极气体出口孔，另一端连接于正极气体排出通路24。
放气阀35设置于负极气体排出通路34。放气阀35由控制器5来控制开闭，对从负极气体排出通路34排出到正极气体排出通路24的负极排气的流量进行控制。
电力系统4具备电流传感器41、电压传感器42、行驶马达43、逆变器44、蓄电池45以及DC/DC转换器46。
电流传感器41检测从燃料电池堆1取出的电流(以下称为“输出电流”。)。
电压传感器42检测负极电极侧输出端子11与正极电极侧输出端子12之间的端子间电压(以下称为“输出电压”。)。
行驶马达43是在转子埋设永磁体并且在定子缠绕定子线圈的三相交流同步马达。行驶马达43具有作为电动机的功能和作为发电机的功能，该作为电动机的功能是从燃料电池堆1和蓄电池45接受电力的供给来进行旋转驱动，该作为发电机的功能是在使转子因外力而进行旋转的车辆减速时使定子线圈的两端产生电动势。
逆变器44例如由IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor：绝缘栅双极型晶体管)等多个半导体开关构成。逆变器44的半导体开关由控制器5来控制开闭，由此将直流电力转换为交流电力，或者将交流电力转换为直流电力。在使行驶马达43作为电动机而发挥功能时，逆变器44将燃料电池堆1的发电电力与蓄电池45的输出电力的合成直流电力转换为三相交流电力来供给到行驶马达43。另一方面，在使行驶马达43作为发电机而发挥功能时，逆变器44将行驶马达43的再生电力(三相交流电力)转换为直流电力来供给到蓄电池45。
蓄电池45被充入燃料电池堆1的发电电力(输出电流×输出电压)的剩余部分和行驶马达43的再生电力。充入蓄电池45的电力根据需要被供给到正极压缩机23等辅机类以及行驶马达43。
DC/DC转换器46是使燃料电池堆1的输出电压升降的双向性的电压转换机。通过利用DC/DC转换器46对燃料电池堆1的输出电压进行控制，来控制燃料电池堆1的输出电流，进而控制发电电力。
控制器5由具备中央运算装置(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)以及输入输出接口(I/O接口)的微型计算机构成。除了来自上述的电流传感器41、电压传感器42的信号以外，来自加速踏板行程传感器51、SOC(StateOfCharge：充电率)传感器52、蓄电池温度传感器53等控制燃料电池系统100所需的各种传感器的信号也被输入到控制器5，其中，该加速踏板行程传感器51检测加速踏板的踏下量(以下称为“加速操作量”。)，该SOC传感器52检测蓄电池45的充电量，该蓄电池温度传感器53检测蓄电池45的温度。
图2是表示燃料电池堆1的温度与燃料电池堆1的电流电压特性(以下称为“IV特性”。)的关系的图。在图2中，以实线示出的IV特性是燃料电池堆1的暖机完成后的IV特性(以下称为“基准IV特性”。)。
如图2所示，燃料电池堆1的IV特性根据燃料电池堆1的温度而变化，燃料电池堆1的温度越低，则从燃料电池取出相同电流值的输出电流时的输出电压越低。即，燃料电池堆1的温度越低时，燃料电池堆1的发电效率下降得越多。
若在燃料电池堆1的发电效率下降的状态下允许车辆行驶，则存在以下担忧：当在行驶时行驶马达43的要求电力变大而燃料电池堆1的输出电流增加时，燃料电池堆1的输出电压低于最低电压。在此，最低电压是预先通过实验等而设定的电压值，是当燃料电池堆1的输出电压低于最低电压时无法再驱动行驶马达43的电压值。
因而，在燃料电池系统100启动后，需要在对燃料电池堆1进行暖机的同时，确认与燃料电池堆1的温度上升相应地时时刻刻变化的IV特性已变为即使驱动行驶马达43、燃料电池堆1的输出电压也不会低于最低电压的IV特性，来发出车辆的行驶允许。以图2来说，需要确认已变为燃料电池堆1的输出电流成为行驶允许电流时的输出电压不低于最低电压的IV特性，来发出车辆的行驶允许。行驶允许电流是将在驱动行驶马达43来使车辆起步或行驶的情况下设想的输出电流的最低值与规定的余量相加所得的值，是预先通过实验等而设定的值。
然而，在未发出行驶允许的暖机时能够通电的电气部件限于除行驶马达43以外的正极压缩机23、对冷却燃料电池堆1的冷却水进行加热的加热器等辅机和蓄电池45。也就是说，在未发出行驶允许的暖机时，无法从燃料电池堆1取出辅机和蓄电池45所能流通的电流以上的输出电流。
因而，未发出行驶允许的暖机时的输出电流的最大值(以下“行驶允许前最大电流”)为将辅机所能流通的电流(以下称为“辅机消耗电流”。)与蓄电池45所能流通的电流(以下称为“充电电流”。)相加所得的值，而该行驶允许前最大电流为小于行驶允许电流的值。
因此，在未发出行驶允许的暖机时，无法从燃料电池堆1取出行驶允许电流，因此无法实际判定从燃料电池堆1取出行驶允许电流时的输出电压是否低于最低电压。
因此，在本实施方式中，在燃料电池系统100启动后，在对燃料电池堆1进行暖机的同时估计燃料电池堆1的IV特性，在估计出的IV特性变为即使驱动行驶马达43、燃料电池堆1的输出电压也不会低于最低电压的IV特性的时间点，发出车辆的行驶允许。
图3是说明燃料电池系统100启动时的燃料电池堆1的IV特性的估计方法的图。在图3中，实线表示基准IV特性。虚线表示未发出行驶允许的暖机中的某个时间点的实际的IV特性(以下称为“实际IV特性”。)。
在未发出行驶允许的暖机时，仅能够使输出电流增大到行驶允许前最大电流。因此，无法实际检测行驶允许前最大电流以上的区域中的实际IV特性。
在此，实验证明：基准IV特性上的电压(以下称为“基准电压”。)Vb与实际IV特性上的电压(即，由电压传感器检测出的实际输出电压)Vr之间的电压差ΔV是如以下的(3)式所示那样随着输出电流I的增加而单调递增的一次函数。
ΔV＝A×I+B…(3)
因而，只要使输出电流在到行驶允许前最大电流为止的区间内变动、并基于至少任意两点的实际输出电流Ir所对应的基准电压Vb和实际输出电压Vr求出电压差ΔV，就能够计算出(3)式的斜率A和截距B。只要能够计算出斜率A和截距B，就能够计算出行驶允许前最大电流以上的区域的任意的输出电流下的电压差ΔV。因此，通过从基准电压Vb减去电压差ΔV，能够如图3中点划线所示的那样描绘出行驶允许前最大电流以上的区域中的实际IV特性。
此外，如图3所示，在输出电流变为IV估计下限电流之前，因活化极化引起的压降大，与输出电流的变动相对的输出电压的变动相对较大，因此近似精度下降。因此，在本实施方式中，使输出电流在IV估计下限电流至行驶允许前最大电流之间(以下称为“数据获取区域”。)以固定量以上的振幅变动，来获取数据获取区域内的至少两个点以上的输出电流值所对应的基准电压和实际输出电压的数据，通过迭代最小二乘法来计算(3)式的斜率A和截距B。
在此，在使输出电流在数据获取区域内变动来获取此时的基准电压和实际输出电压的数据的情况下，考虑了一边使输出电流增加一边获取数据的方法和一边使输出电流下降一边获取数据的方法。在本实施方式中，基于以下的理由，一边使输出电流下降一边获取数据。
图4是说明一边使输出电流下降一边获取数据的理由的图。图4的(A)是表示燃料电池系统100启动时的燃料电池堆1的实际IV特性的推移、基于一边使输出电流增加一边获取得到的数据而估计出的IV特性(点划线)、以及基于一边使输出电流下降一边获取得到的数据而估计出的IV特性(虚线)的图。图4的(B)是与输出电流相应地示出基准IV特性与实际IV特性及估计出的IV特性之间的电压差的图。
在燃料电池堆1的暖机中，在使输出电流以固定量以上的振幅变动来获取数据的期间内，IV特性也朝向基准IV特性逐渐恢复。因而，如图4的(A)所示那样，数据获取开始时的实际IV特性与数据获取结束时的实际IV特性相比，数据获取结束时的IV特性为优于数据获取开始时的IV特性的IV特性。
这样一来，当如图4的(B)中点划线所示的那样、基于一边使输出电流在数据获取区域内增加一边在任意的输出电流值时获取得到的数据(基准电压和实际输出电压)来计算(3)式的斜率A和截距B时，计算出的斜率A会变得小于基准电压与数据获取结束时的实际IV特性上的电压之间的电压差ΔV的一次函数的斜率。
因此，如图4的(A)中点划线所示那样，基于一边使输出电流在数据获取区域内增加一边获取得到的数据而估计出的IV特性会变为优于数据获取结束时的实际IV特性的IV特性。若基于优于实际的IV特性的IV特性来发出行驶允许，则存在以下担忧：在输出电流因车辆行驶而增加时，输出电压低于驱动车辆行驶用的马达所需的最低电压。
与此相对，当如图4的(B)中虚线所示的那样、基于一边使输出电流在数据获取区域内下降一边在任意的输出电流值时获取得到的数据来计算(3)式的斜率A和截距B时，计算出的斜率A大于基准电压与数据获取结束时的实际IV特性上的电压之间的电压差ΔV的一次函数的斜率。
因此，如图4的(B)中点划线所示那样，基于一边使输出电流在数据获取区域内下降一边获取得到的数据而估计出的IV特性为差于数据获取结束时的实际IV特性的IV特性。如果基于差于实际的IV特性的IV特性来发出行驶允许，则即使输出电流因车辆行驶而增加，也不存在输出电压低于最低电压的担忧。
另外，为了确保IV特性的估计精度，需要基于使燃料电池的输出电流以固定量以上的电流幅度变化时的数据来估计IV特性。因此，当在因燃料电池内的水、冰的影响而发电不稳定的暖机中使燃料电池的输出电流急剧上升规定的电流幅度的量以高精度地估计IV特性时，存在由于该急剧的电流变化而发生电压下降的担忧。
另一方面，当为了防止这种电压下降而想要基于使燃料电池的输出电流慢慢上升时的输出电压估计IV特性时，存在以下担忧：由于在燃料电池的暖机中IV特性时时刻刻发生变化，因此想要估计的IV特性在输出电流的上升过程中不断变化，从而无法确保估计精度。
对于此情况，如果基于一边使输出电流在数据获取区域内下降一边获取得到的数据来估计IV特性，则不会如使输出电流增加时那样燃料电池堆内的水、冰因发电而增加，因此能够抑制由此发生电压下降。
而且，由于无须担心发生电压下降，因此输出电流的变化速度也能够比输出电流增加的情况快。因此，可以使获取IV特性所需的数据的期间内的IV特性的变化小，因此能够确保IV特性的估计精度。
因此，在本实施方式中，基于一边使输出电流下降一边获取得到的数据来估计IV特性。
这样，为了在未发出行驶允许的暖机中估计IV特性，需要将输出电流控制为IV特性估计用的目标输出电流，以使输出电流在IV估计下限电流至行驶允许前最大电流之间以固定量以上的振幅下降。
图5是本实施方式的设定目标输出电流的控制框图。
目标辅机消耗电力计算部61计算要使正极压缩机23等各辅机消耗的电力的目标值(以下称为“目标辅机消耗电力”。)。在未发出行驶允许的暖机中，目标辅机消耗电力被设定为规定的暖机时目标消耗电力。在本实施方式中，将暖机时目标消耗电力设定为使各辅机的消耗电力最大时的电力。
目标辅机消耗电力和目标行驶马达供给电力被输入到达到目标发电电力计算部62。达到目标发电电力计算部62计算将目标辅机消耗电力与目标行驶马达供给电力相加所得的值来作为达到目标发电电力。加速踏板操作量越大则该目标行驶马达供给电力越大，在未发出行驶允许的暖机中，该目标行驶马达供给电力与加速踏板操作量无关而为零。
达到目标发电电力和实际发电电力(实际输出电流×实际输出电压)被输入到基本目标输出电流计算部63。基本目标输出电流计算部63基于达到目标发电电力与实际发电电力的偏差来计算使实际发电电力朝向达到目标发电电力变化时的发电电力的目标值来作为基本目标发电电力。另外，计算使发电电力为基本目标发电电力所要求的输出电流的目标值来作为基本目标输出电流。
蓄电池充电量和蓄电池温度被输入到可充放电电力计算部64。可充放电电力计算部64基于蓄电池充电量和蓄电池温度来计算能够对蓄电池45充入的电力(以下“可充电电力”)和能够从蓄电池45取出的电力(以下称为“可放电电力”。)。
基本目标发电电力、可充电电力以及可放电电力被输入到IV估计用目标电流计算部65。IV估计用目标电流计算部65基于这些输入值来计算估计IV特性时的输出电流的目标值(以下称为“IV估计用目标电流”。)，并且输出IV估计实施标志的ON/OFF(开启/关闭)信号。在燃料电池系统启动时，IV估计实施标志被设定为OFF。关于IV估计用目标电流计算部65的详细内容，参照图6至图9来在后面叙述。
IV估计用目标电流和基本目标输出电流被输入到目标输出电流计算部66。如果IV估计实施标志为ON，则目标输出电流计算部66计算IV估计用目标输出电流来作为目标输出电流。另一方面，如果IV估计实施标志为OFF，则目标输出电流计算部66计算基本目标输出电流来作为目标输出电流。
图6是表示根据图5的控制框图控制的输出电流和发电电力的动作的时序图。
在图6的(B)中，虚线A表示基本目标发电电力。虚线B表示将基本目标发电电力与可充电电力相加所得的电力(以下称为“上限发电电力”。)。虚线C表示从基本目标发电电力减去可放电电力所得的电力(以下称为“下限发电电力”。)。
此外，点划线D是燃料电池系统启动后的未发出行驶允许的暖机时的达到目标发电电力、即暖机时目标消耗电力。点划线E是将达到目标发电电力与可充电电力相加所得的电力，是辅机消耗电力上升到达到目标发电电力后的上限发电电力(以下称为“稳定时上限发电电力”。)。点划线F是从达到目标发电电力减去可放电电力所得的电力，是辅机消耗电力上升到达到目标发电电力后的下限发电电力(以下称为“稳定时下限发电电力”。)。
在图6的(A)中，虚线A表示基本目标输出电流。虚线B表示使发电电力为上限发电电力所要求的输出电流(以下称为“上限输出电流”。)Ic1。虚线C表示使发电电力为下限发电电力所要求的输出电流(以下称为“下限输出电流”。)Ic2。在未发出行驶允许的暖机中，能够使输出电流在下限输出电流Ic2至上限输出电流Ic1之间变动。
此外，点划线D是使发电电力为稳定时上限发电电力所要求的输出电流、即行驶允许前最大电流。点划线E是使发电电力为稳定时下限发电电力所要求的输出电流(以下称为“稳定时下限电流”。)It1。点划线F是IV估计下限电流Ic3。
当启动了燃料电池系统100时，如图6的(B)所示，暖机时目标消耗电力被设定为达到目标输出电力，用于使发电电力为暖机时目标消耗电力的目标值被设定为基本目标发电电力。
其结果，在燃料电池系统100启动时，IV估计实施标志被设定为OFF，因此基本目标输出电流被设定为目标输出电流，如图6的(A)所示，进行控制使得输出电流为基本目标输出电流。
当在时刻t0燃料电池堆1的输出电流达到稳定时下限电流It1、在时刻t1上限输出电流Ic1与稳定时下限电流It1之差为在估计IV特性时确保规定的精度所需的规定的电流振幅ΔIt以上时，IV估计实施标志被设定为ON。然后，时刻t1的上限输出电流(以下称为“负荷提高时目标电流”。)It2被设定为IV估计用目标电流。
其结果，IV估计用目标电流被设定为目标输出电流，如图6的(A)所示，进行控制使得输出电流为负荷提高时目标电流It2。
当在时刻t2输出电流达到负荷提高时目标电流It2时，从该时间点起直到经过规定时间之前，输出电流被维持为负荷提高时目标电流It2。
当在时刻t3从时刻t2起的经过时间达到规定时间时，稳定时下限电流It1被设定为IV估计用目标电流，使输出电流以规定的变化率变化到稳定时下限电流It1。而且，在使输出电流以规定的变化率变化到稳定时下限电流It1的期间内，获取多个与任意的输出电流值对应的基准电压和实际输出电压的数据。
当在时刻t4输出电流下降到稳定时下限电流It1时，基于所获取到的参数来估计IV特性。然后，将IV估计实施标志设定为OFF，再次进行控制使得输出电流为基本目标输出电流。
图7是说明本实施方式的IV特性估计控制的流程图。
在步骤S1中，控制器5计算稳定时下限电流It1。具体地说，从未发出行驶允许的暖机时的达到目标发电电力(暖机时目标消耗电力)减去可放电电力来计算稳定时下限发电电力。然后，计算使发电电力为稳定时下限发电电力所要求的输出电流来作为稳定时下限电流It1。
在步骤S2中，控制器5判定上限输出电流Ic1与稳定时下限电流It1之差是否为在估计IV特性时确保规定的精度所需的电流振幅ΔIt以上。控制器5反复进行本处理直到上限输出电流Ic1与稳定时下限电流It1之差为电流振幅ΔIt以上为止，如果上限输出电流Ic1与稳定时下限电流It1之差为电流振幅ΔIt以上则进行步骤S3的处理。
在步骤S3中，控制器5实施过渡时IV特性估计处理。过渡时IV特性估计处理是在启动燃料电池系统100后进行的第一次IV特性估计处理，是在辅机消耗电力达到暖机时目标消耗电力之前的过渡时实施的IV特性估计处理。关于过渡时IV特性估计处理的详情，参照图8来在后面叙述。
在步骤S4中，控制器5判定是否已通过过渡时IV特性估计处理估计出IV特性。控制器5如果估计出IV特性则进行步骤S5的处理，否则进行步骤S8的处理。
在步骤S5中，控制器5基于通过过渡时IV特性估计处理估计出的IV特性，来判定从燃料电池堆1取出行驶允许电流时的输出电压是否低于最低电压。如果从燃料电池堆1取出行驶允许电流时的输出电压不低于最低电压，则控制器5进行步骤S6的处理。另一方面，如果从燃料电池堆1取出行驶允许电流时的输出电压低于最低电压，则控制器5进行步骤S7的处理。
在步骤S6中，控制器5发出车辆的行驶允许。
在步骤S7中，控制器5将从实施过渡时IV特性估计处理起到实施后述的稳定时IV特性估计处理为止的间隔期间tint设定为零。
在步骤S8中，控制器5实施稳定时IV特性估计处理。稳定时IV特性估计处理是在实施了过渡时IV特性估计处理之后进行的第二次以后的IV特性估计处理，是基本在辅机消耗电力达到暖机时目标消耗电力之后的稳定时实施的IV特性估计处理。关于稳定时IV特性估计处理的详情，参照图8来在后面叙述。
在步骤S9中，控制器5基于通过稳定时IV特性估计处理估计出的IV特性，来判定从燃料电池堆1取出行驶允许电流时的输出电压是否低于最低电压。如果从燃料电池堆1取出行驶允许电流时的输出电压不低于最低电压，则控制器5进行步骤S6的处理。另一方面，如果从燃料电池堆1取出行驶允许电流时的输出电压低于最低电压，则控制器5进行步骤S10的处理。
在步骤S10中，控制器5将间隔期间tint设定为可变值tm1。可变值tm1被设定为：通过稳定时IV特性估计处理估计出的IV特性越接近基准IV特性、即IV特性越恢复，则该可变值tm1越短。
图8是说明过渡时IV特性估计处理的流程图。
在步骤S31中，控制器5将IV估计实施标志设定为ON。
在步骤S32中，控制器5将上限输出电流Ic1与稳定时下限电流It1之差为规定的电流振幅ΔIt以上时的上限输出电流(以下称为“负荷提高时目标电流”。)It2和当前的上限输出电流Ic1中的较小一方设定为IV估计用目标电流。在该步骤中，基本上是将负荷提高时目标电流It2被设定为IV估计用目标电流，但是像这样将负荷提高时目标电流It2和当前的上限输出电流Ic1中的较小一方设定为IV估计用目标电流是基于以下的理由。即，为了在通过后述的步骤S33将输出电流保持为IV估计用目标电流时防止以下情况：当异常地负荷提高时目标电流It2变得大于当前的上限输出电流Ic1时，充电电流过多而蓄电池45劣化。
在步骤S33中，控制器5判定从输出电流达到通过步骤S32设定的IV估计用目标电流起是否经过了规定时间。如果从输出电流达到IV估计用目标电流起尚未经过规定时间，则控制器5进行步骤S34的处理，如果经过了规定时间则控制器5进行步骤S37的处理。
在步骤S34中，控制器5实施电压下降判定。具体地说，判定在将输出电流保持为IV估计用目标电流时输出电压是否小于规定的电压下降判定值。如果输出电压小于规定的电压下降判定值，则控制器5进行步骤S35的处理以中止过渡时IV特性估计处理。另一方面，如果输出电压为规定的电压下降判定值以上，则返回到步骤S32的处理。
在步骤S35中，控制器5将IV估计实施标志设定为OFF并中止过渡时IV特性估计处理。然后，将基本目标输出电流设定为目标输出电流来将输出电流控制为基本目标输出电流。
在步骤S36中，控制器5将间隔期间tint设定为规定的固定值tm2。固定值tm2是大于前述的可变值tm1的值。
在步骤S37中，控制器5判定从当前的输出电流(＝通过步骤S32设定的IV估计用目标电流)Ir减去电流振幅ΔIt所得的值是否为下限输出电流Ic2和IV估计下限电流Ic3以上。如果从当前的输出电流Ir减去电流振幅ΔIt所得的值为下限输出电流Ic2和IV估计下限电流Ic3以上，则控制器5进行步骤S38的处理。另一方面，如果从当前的输出电流Ir减去电流振幅ΔIt所得的值小于下限输出电流Ic2和IV估计下限电流Ic3，则控制器5进行步骤S43的处理以中止过渡时IV特性估计处理。
在步骤S38中，控制器5将从当前的输出电流Ir减去电流振幅ΔIt所得的值和下限输出电流Ic2中的较大一方设定为IV估计用目标电流，使输出电流以规定的变化率朝向IV估计用目标电流下降。
在步骤S39中，控制器5在使输出电流下降的期间内获取基准电压和实际输出电压的数据。
在步骤S40中，控制器5判定输出电流是否下降到通过步骤S38设定的IV估计用目标电流。如果输出电流下降到IV估计用目标电流，则控制器5进行步骤S41的处理，否则返回到步骤S39的处理来获取上述的三个参数。
在步骤S41中，控制器5结束基准电压和实际输出电压的数据的获取，基于获取到的数据来估计IV特性。
在步骤S42中，控制器5将IV估计实施标志设定为OFF，将基本目标输出电流设定为目标输出电流来将输出电流控制为基本目标输出电流。
在步骤S43中，控制器5将IV估计实施标志设定为OFF来中止过渡时IV特性估计处理。然后，将基本目标输出电流设定为目标输出电流来将输出电流控制为基本目标输出电流。
在步骤S44中，控制器5将间隔期间tint设定为零。
图9是说明稳定时IV特性估计处理的流程图。
在步骤S81中，控制器5判定从设定间隔期间tint起的经过时间是否大于所设定的间隔期间tint。控制器5反复进行本处理直到经过间隔期间tint为止，如果经过间隔期间tint则进行步骤S82的处理。
在步骤S82中，控制器5判定上限输出电流Ic1与下限输出电流Ic2及IV估计下限电流Ic3中的较大一方之差是否为电流振幅ΔIt以上。如果上限输出电流Ic1与下限输出电流Ic2及IV估计下限电流Ic3中的较大一方之差为电流振幅ΔIt以上，则控制器5进行步骤S83的处理，否则继续进行本处理直到该差为电流振幅ΔIt以上为止。
在步骤S83中，控制器5将IV估计实施标志设定为ON。
在步骤S84中，控制器5将上限输出电流Ic1与下限输出电流Ic2及IV估计下限电流Ic3中的较大一方之差为电流振幅ΔIt以上时的上限输出电流Ic1以及当前的上限输出电流Ic1中的较小一方设定为负荷提高时的IV估计用目标电流。
在步骤S85中，控制器5判定从输出电流达到通过步骤S84设定的负荷提高时的IV估计用目标电流起是否经过了规定时间。如果从输出电流达到负荷提高时的IV估计用目标电流起尚未经过规定时间，则控制器5进行步骤S86的处理，如果经过了规定时间则进行步骤S89的处理。
在步骤S86中，控制器5实施电压下降判定。具体地说，判定在将输出电流保持为负荷提高时的IV估计用目标电流时输出电压是否小于规定的电压下降判定值。如果输出电压小于规定的电压下降判定值，则控制器5进行步骤S87的处理以在经过规定的间隔期间后再次实施稳定时IV特性估计处理。另一方面，如果输出电压为规定的电压下降判定值以上，则返回到步骤S84的处理。
在步骤S87中，控制器5将IV估计实施标志设定为OFF，将基本目标输出电流设定为目标输出电流来将输出电流控制为基本目标输出电流。
在步骤S88中，控制器5将间隔期间tint设定为规定的固定值tm2，之后返回到步骤S81来在经过所设定的间隔期间后再次开始IV特性的估计处理。
在步骤S89中，控制器5判定从当前的输出电流Ir减去电流振幅ΔIt所得的值是否为下限输出电流Ic2和IV估计下限电流Ic3以上。如果从当前的输出电流Ir减去规定的电流振幅ΔIt所得的值为下限输出电流Ic2和IV估计下限电流Ic3以上，则控制器5进行步骤S90的处理。另一方面，如果从当前的输出电流Ir减去规定的电流振幅ΔIt所得的值小于下限输出电流Ic2和IV估计下限电流Ic3，则控制器5进行步骤S95的处理。
在步骤S90中，控制器5将从当前的输出电流Ir减去电流振幅ΔIt所得的值和下限输出电流Ic2中的较大一方设定为负荷降低时的IV估计用目标电流，使输出电流以规定的变化率朝向负荷降低时的IV估计用目标电流下降。
在步骤S91中，控制器5在使输出电流下降的期间内获取基准电压和实际输出电压的数据。
在步骤S92中，控制器5判定输出电流是否下降到通过步骤S89设定的负荷降低时的IV估计用目标电流。如果输出电流下降到负荷降低时的IV估计用目标电流，则控制器5进行步骤S93的处理，否则返回到步骤91的处理来获取数据。
在步骤S93中，控制器5结束基准电压和实际输出电压的数据的获取来估计IV特性。
在步骤S94中，控制器5将IV估计实施标志设定为OFF，将基本目标输出电流设定为目标输出电流来将输出电流控制为基本目标输出电流。
在步骤S95中，控制器5将IV估计实施标志设定为OFF。然后，将基本目标输出电流设定为目标输出电流来将输出电流控制为基本目标输出电流，返回到步骤S82来再次开始IV特性的估计处理。
根据以上说明的本实施方式，基于一边使燃料电池堆1的输出电流下降一边在任意的输出电流值时获取得到的数据(基准电压和实际输出电压)来估计燃料电池堆1的IV特性。
因此，不会如使燃料电池堆1的输出电流增加来估计IV特性的情况那样水、冰急剧增加，因此能够抑制由此发生的电压下降。另外，由于发生电压下降的担心减少，因此能够使电流快速地下降。因此，可以使获取IV估计所需的数据的期间内的IV特性的变化小，能够确保IV特性的估计精度。
另外，基于一边使燃料电池堆1的输出电流下降一边获取得到的数据而估计出的IV特性为差于数据获取结束时的实际IV特性的IV特性。通过基于差于实际的IV特性的IV特性来发出行驶允许，即使输出电流因车辆行驶而增加，也能够抑制输出电压低于最低电压。
另外，根据本实施方式，在燃料电池堆1的暖机中，基本上将发电电力的目标值设定为暖机时目标消耗电力，使正极压缩机21等各辅机的消耗电力最大，由此在积极利用自身发热的状态下使燃料电池堆1发电，从而促进暖机。而且，在估计IV特性时，在通过将燃料电池堆1的发电电力的一部分供给到蓄电池45来使发电电力大于暖机时目标消耗电力从而使输出电流增加后，使输出电流下降，基于使输出电流下降时获取到的数据来估计燃料电池堆1的IV特性。
为了促进燃料电池堆1的暖机，期望的是，使各辅机的消耗电力最大，来在积极利用自身发热的状态下使燃料电池堆1发电。然而，当为了估计IV特性而减少各辅机的消耗电力(向各辅机供给的供给电力)来使输出电流下降时，自身发热量下降，因此暖机性能恶化。
因此，如本实施方式那样，保持使各辅机的消耗电力最大的状态，向蓄电池45供给燃料电池堆1的发电电力来提高输出电流，之后使输出电流下降，由此能够在抑制暖机性能的恶化的同时估计IV特性。
另外，根据本实施方式，在启动燃料电池系统100之后，从辅机消耗电力达到暖机时目标消耗电力之前的过渡时起实施IV特性的估计。
由此，与从辅机消耗电力达到暖机时目标消耗电力后的稳定时起进行IV特性的估计的情况相比，能够更早地估计IV特性。
另外，在想要在这种过渡时一边使输出电流下降一边获取规定的数据来估计IV特性的情况下，存在以下担忧：在使输出电流下降的期间内，随着辅机消耗电力的上升，下限输出电流也逐渐上升，因此无法确保规定的电流振幅ΔIt，IV特性的精度下降。
与此相对，在本实施方式中，计算稳定时下限电流It1、即能够在辅机消耗电力达到暖机时目标消耗电力后的稳定时取得的输出电流的最低值，以该稳定时下限电流It1为基准，在能够确保规定的电流振幅ΔIt时实施IV估计。稳定时下限电流It1也能够称之为过渡时的下限输出电流的最大值。因而，通过以稳定时下限电流It1为基准来在能够确保规定的电流振幅ΔIt时实施IV估计，能够可靠地使输出电流下降电流振幅ΔIt的量，因此能够确保IV特性的精度。
这样，根据本实施方式，在过渡时也能够确保IV特性的精度。因此，能够在暖机中IV特性急剧地恢复的情况下等尽早地发出车辆的行驶允许。
另外，根据本实施方式，根据蓄电池充电量等蓄电池的状态来计算上限输出电流Ic1和稳定时下限电流It1，因此能够防止蓄电池45的过充电和过放电，从而能够防止蓄电池45的劣化。
以上，说明了本发明的实施方式，但是上述实施方式不过示出了本发明的应用例的一部分，其宗旨并不是将本发明的保护范围限定于上述实施方式的具体结构。
例如，在上述实施方式中，为了确认能够可靠地取得电流振幅ΔIt，在上限输出电流Ic1与稳定时下限电流It1之差为规定的电流振幅ΔIt以上时，将输出电流控制为负荷提高时目标电流It2来开始IV估计，但是只要是在判定为输出电流已达到稳定时下限电流It1之后，就可以使输出电流上升来开始IV估计。由此也能够得到与上述实施方式相同的效果。
本申请基于2013年4月16日向日本专利局申请的特愿2013-85941号要求优先权，通过参照将该申请的全部内容引入本说明书中。

Claims (5)

1.一种燃料电池系统，向燃料电池供给负极气体和正极气体来使该燃料电池发电，该燃料电池系统具备：
辅机，其连接于上述燃料电池；
暖机时电力控制单元，其在上述燃料电池暖机时调整向上述辅机供给的供给电力来控制上述燃料电池的发电电力；以及
电流电压特性估计单元，其在上述燃料电池的暖机中使向上述辅机供给的供给电力暂时变小，并基于此时的至少两组电流值和电压值来估计上述燃料电池的电流电压特性。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
上述辅机是贮存上述燃料电池的剩余电力的蓄电池以及在上述燃料电池发电时被驱动的电气部件，
在由上述暖机时电力控制单元调整上述电气部件的消耗电力来控制上述燃料电池的发电电力使得上述燃料电池的输出电流为规定的暖机时目标输出电流的暖机中，上述电流电压特性估计单元在通过向上述蓄电池供给电力来提高上述燃料电池的输出电流之后使输出电流下降，基于使输出电流下降时的至少两组电流值和电压值来估计上述燃料电池的电流电压特性。
3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，
在使上述燃料电池的输出电流向上述暖机时目标输出电流逐渐上升的过渡时，在上限输出电流与稳定时下限输出电流之差为规定值以上时，上述电流电压特性估计单元开始向上述蓄电池供给电力来提高上述燃料电池的输出电流，其中，该上限输出电流是将上述燃料电池的输出电流与上述蓄电池的可充电电流相加而得到的，该稳定时下限输出电流是从上述暖机时目标输出电流减去上述蓄电池的可放电电流而得到的。
4.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，
在使上述燃料电池的输出电流向上述暖机时目标输出电流逐渐上升的过渡时，在上述燃料电池的输出电流为稳定时下限输出电流以上时，上述电流电压特性估计单元开始向上述蓄电池供给电力来提高上述燃料电池的输出电流，其中，该稳定时下限输出电流是从上述暖机时目标输出电流减去上述蓄电池的可放电电流而得到的。
5.一种燃料电池系统的控制方法，该燃料电池系统向燃料电池供给负极气体和正极气体来使该燃料电池发电，具备连接于上述燃料电池的辅机，该燃料电池系统的控制方法包括以下步骤：
暖机时电力控制步骤，在上述燃料电池暖机时，调整向上述辅机供给的供给电力来控制上述燃料电池的发电电力；以及
电流电压特性估计步骤，在上述燃料电池的暖机中，使向上述辅机供给的供给电力暂时变小，并基于此时的至少两组电流值和电压值来估计上述燃料电池的电流电压特性。
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