CN105594044B - 燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

一种将阳极气体以及阴极气体供应给燃料电池而发电的燃料电池系统，包括：连接线，连接燃料电池和电负载；转换器，连接到连接线以及蓄电池，调整连接线的电压；目标输出电流计算部件，根据电负载的负载，计算燃料电池的目标输出电流；转换器控制部件，根据目标输出电流，实施转换器的开关控制；以及流量控制部件，根据目标输出电流，对供应给燃料电池的阴极气体的流量进行控制，目标输出电流计算部件基于燃料电池的发电电力、和用于保证燃料电池以及电负载的性能的连接线的最低保证电压，对目标输出电流设定上限。

Description

燃料电池系统

技术领域

本发明涉及燃料电池系统。

背景技术

作为现有的燃料电池系统，有如下的燃料电池系统：对经由逆变器将燃料电池和驱动电动机进行电连接的连接线，经由升降压转换器而并联连接了蓄电池。(参照JP2010-257928A)。

发明内容

现在正在开发的燃料电池系统中，成为如下系统结构：将燃料电池和驱动电动机通过连接线而连接，且对该连接线，经由转换器而连接蓄电池。在这样的系统结构中，燃料电池的输出电压和驱动电动机的施加电压成为同电位。

此外，成为如下控制结构：将基于驱动电动机等的电负载的状态而计算出的燃料电池的目标发电电力，根据燃料电池的IV特性而转换为目标输出电流。并且，成为如下控制结构：以输出电流成为目标输出电流的方式，对转换器进行开关控制而控制连接线的电压(连接线电压)，且实施基于目标输出电流而控制阴极气体供给量的空气系统的控制。

在此，在保证燃料电池或驱动电动机的性能或动作的基础上，对连接线电压设定有最低值(最低保证电压)。并且，在上述的系统结构中，调整连接线电压的功能由与上述的空气系统的控制部不同的控制系统的转换器负责。因此，考虑作为在转换器的控制系统中附加用于守住该最低保证电压的功能的控制结构。

然而，若作为这样的控制结构，则虽然根据基于转换器的连接线电压的控制而守住最低保证电压，但连接线电压被限制为不会成为小于最低保证电压这样的信息无法反映到空气系统的控制，想到会产生以下的问题。

在如上述的燃料电池系统中，若限制将连接线电压降低至小于上述最低保证电压，则即使根据空气系统的控制而增加了阴极气体供给量，也无法将燃料电池的输出电流增加一定以上，燃料电池的输出电流无法达到目标输出电流。然而，由于空气系统的控制与转换器的控制是单独的，被控制为连接线电压不会成为小于最低保证电压这样的信息无法反映到空气系统的控制，基于在连接线电压达到最低保证电压之前设定的目标输出电流，继续阴极气体的供给。其结果，导致将必要以上的阴极气体供应给燃料电池，产生燃料电池的电解质膜变得过于干燥而导致的发电不良。

本发明是着眼于这样的问题而完成的，其目的在于，提供一种能够守住最低保证电压、且能够将与实际的输出电流对应的适当的流量的阴极气体供应给燃料电池的燃料电池系统。

根据本发明的某一方式，提供一种将阳极气体以及阴极气体供应给燃料电池而发电的燃料电池系统。并且，该燃料电池系统包括：连接线，连接燃料电池和电负载；转换器，连接到连接线以及蓄电池，调整连接线的电压。并且，燃料电池系统根据电负载的负载，计算燃料电池的目标输出电流，根据目标输出电流，实施转换器的开关控制，且对供应给燃料电池的阴极气体的流量进行控制。此时，燃料电池系统基于燃料电池的发电电力、和用于保证燃料电池以及电负载的性能的连接线的最低保证电压，对目标输出电流设定上限。

根据这个方式，基于燃料电池的发电电力和连接线的最低保证电压，将连接线的电压不会低于最低保证电压的输出电流值设定为目标输出电流的上限。并且，基于设定了该上限的目标输出电流，通过开关控制而调整连接线的电压，且对供应给燃料电池的阴极气体的流量进行控制。

由此，由于能够设定对于连接线的电压不会低于最低保证电压的转换器的目标输出电流，还能够基于该目标输出电流而控制阴极气体的流量，所以能够守住最低保证电压，且能够将与实际的输出电流对应的适当的流量的阴极气体供应给燃料电池。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的燃料电池系统的概略图。

图2是说明本发明的第一实施方式的控制程序的内容的框图。

图3是表示燃料电池堆的发电电力和输出电流的关系的PI特性图。

图4是基于检测堆温度而运算最低保证电压的表格。

图5是说明目标输出电流运算部的细节的框图。

图6是将到达目标输出电流急剧地增加时的连接线电压的变化在实施了低通滤波器处理的情况下和没有实施的情况下进行比较的图。

图7是说明本发明的第二实施方式的控制程序的发电电力运算部的细节的框图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。

(第一实施方式)

燃料电池组(cell)通过由阳极电极(燃料极)和阴极电极(氧化剂极)来夹持电解质膜，通过在阳极电极中供给含氢的阳极气体(燃料气体)、在阴极电极中供给含氧的阴极气体(氧化剂气体)而发电。在阳极电极以及阴极电极这两个电极中进行的电极反应如以下所述。

阳极电极：2H₂→4H⁺+4e^-…(1)

阴极电极：4H⁺+4e^-+O₂→2H₂O…(2)

通过该(1)、(2)的电极反应，燃料电池组产生1伏特左右的电动势。

在将这样的燃料电池组用作汽车用动力源的情况下，由于被请求的电力大，所以作为将几百块燃料电池组进行了层叠的燃料电池堆而使用。并且，构成对燃料电池堆供给阳极气体以及阴极气体的燃料电池系统，取出车辆驱动用的电力。

图1是本发明的第一实施方式的燃料电池系统1的概略图。

燃料电池系统1作为进行发电的发电系统2，具备作为燃料电池的燃料电池堆20、阴极气体供排装置21、阳极气体供排装置22、堆冷却装置23。

燃料电池堆20是将多个燃料电池组进行了层叠的电池堆，接受阴极气体以及阳极气体的供给而发出车辆的驱动所需的电力。

阴极气体供排装置21是对燃料电池堆20供给阴极气体，且将从燃料电池堆20排出的阴极废气向外部空气排出的装置。阴极气体供排装置21具备阴极气体供给通路211、压缩机212、阴极气体排出通路213、阴极调压阀214。

阴极气体供给通路211是供应给燃料电池堆20的阴极气体流过的通路。阴极气体供给通路211的一端与外部空气连通，另一端连接到燃料电池堆20的阴极气体入口孔。

压缩机212设置在阴极气体供给通路211中。压缩机212将作为阴极气体的空气(外部空气)取入阴极气体供给通路211，并将该空气供应给燃料电池堆20。

阴极气体排出通路213是从燃料电池堆20排出的阴极废气流过的通路。阴极气体排出通路213的一端连接到燃料电池堆20的阴极气体出口孔，另一端成为开口端。

阴极调压阀214设置在阴极气体排出通路213中。阴极调压阀214将要对燃料电池堆20供应的阴极气体的压力调节为期望的压力。阴极调压阀214是能够连续地或者阶段性地调节开度的电磁阀。阴极调压阀214的开度通过控制器而被控制。

阳极气体供排装置22是对燃料电池堆20供给阳极气体，且将从燃料电池堆20排出的阳极废气向阴极气体排出通路213排出的装置。阳极气体供排装置22具备高压罐221、阳极气体供给通路222、阳极调压阀223、阳极气体排出通路224、净化阀225。

高压罐221将要对燃料电池堆20供应的阳极气体保持高压状态而储藏。

阳极气体供给通路222是用于将阳极气体从高压罐221对燃料电池堆20供给的通路。阳极气体供给通路222的一端连接到高压罐221，另一端连接到燃料电池堆20的阳极气体入口孔。

阳极调压阀223设置在阳极气体供给通路222中。阳极调压阀223将从高压罐221排出的阳极气体调节为期望的压力而供应给燃料电池堆20。阳极调压阀223是能够连续地或者阶段性地调节开度的电磁阀。阳极调压阀223的开度通过控制器8而被控制。

阳极气体排出通路224是从燃料电池堆20排出的阳极废气流过的通路。阳极气体排出通路224的一端连接到燃料电池堆20的阳极气体出口孔，另一端连接到阴极气体排出通路213。另外，阳极废气是未被使用于电极反应的剩余的阳极气体、和从燃料电池堆20内的阴极气体流路向阳极气体流路交叉泄漏的杂质气体的混合气体。杂质气体是在空气中包含的氮或伴随着发电的水蒸汽等。

净化阀225设置在阳极气体排出通路224中。净化阀225通过控制器8而被进行开闭控制，控制从阳极气体排出通路224向阴极气体排出通路224排出的阳极废气的流量。

堆冷却装置23是通过冷却水而冷却燃料电池堆20，将燃料电池堆20保持为适合发电的温度(例如，60℃)的装置。堆冷却装置23具备冷却水循环通路231、散热器232、旁路通路233、三通阀234、循环泵235、加热器236、水温传感器80。

冷却水循环通路231是用于冷却燃料电池堆20的冷却水循环的通路。

散热器232设置在冷却水循环通路231中。散热器232冷却从燃料电池堆20排出的冷却水。

旁路通路233的一端连接到冷却水循环通路231，另一端连接到三通阀234，使得能够绕开散热器232而使冷却水循环。

三通阀234设置在比散热器232位于下游侧的冷却水循环通路231中。三通阀234根据冷却水的温度而切换冷却水的循环路径。具体而言，三通阀234在冷却水的温度相对高时，冷却水的循环路径切换成从燃料电池堆20排出的冷却水经由散热器232再次供应给燃料电池堆20。相反地，在冷却水的温度相对低时，冷却水的循环路径切换成从燃料电池堆20排出的冷却水不经由散热器232而流过旁路通路233再次供应给燃料电池堆20。

循环泵235设置在比三通阀234位于下游侧的冷却水循环通路231中，使冷却水循环。

加热器236设置在旁路通路233中。加热器236在燃料电池堆20的预热时被通电而使冷却水的温度上升。

水温传感器80检测从燃料电池堆20排出的冷却水的温度。在本实施方式中，将在水温传感器80中检测到的冷却水的温度(以下，称为“检测堆温度”)代用为燃料电池堆20的温度。

燃料电池系统1作为与发电系统2连结的电力系统3，具备驱动部4、电源管理器5、强电蓄电池6、辅机部7。将这些结构元素通过作为连接线的堆侧连接线31以及蓄电池侧线32而连接，从而构成电力系统3。

堆侧连接线31连接燃料电池堆20的输出端子、和驱动部4以及电源管理器5的一次端子5a。在堆侧连接线31中，设置有电流传感器81、堆侧电压传感器82、堆截止器33、逆流防止二极管34。

电流传感器81检测从燃料电池堆20取出的电流值(以下，称为“输出电流”)。以下，将电流传感器81的检测值称为“检测输出电流”。

堆侧电压传感器82检测燃料电池堆20的正极侧的输出端子和负极侧的输出端子之间的电压(燃料电池堆20的输出电压)、即堆侧连接线31间的电压(以下，称为“连接线电压”)。以下，将堆侧电压传感器82的检测值、即堆侧连接线31的检测电压称为“检测连接线电压”。

堆截止器33是用于将发电系统2从电力系统3机械地切断的接点式的切换器。

逆流防止二极管34防止电流从电力系统3侧向燃料电池堆20逆流。

蓄电池侧线32连接强电蓄电池6的输出端子、和辅机部7以及电源管理器5的二次端子5b。在蓄电池侧线32中，设置有蓄电池侧电压传感器83和蓄电池截止器35。

蓄电池侧电压传感器83检测强电蓄电池6的正极侧的输出端子和负极侧的输出端子之间的电压、即蓄电池侧线32间的电压(以下，称为“蓄电池电压”)。

蓄电池截止器35是用于将强电蓄电池6从电力系统3机械地切断的接点式的切换器。

驱动部4是连接到燃料电池堆20且经由电源管理器5连接到强电蓄电池6的电负载，具备驱动电动机41和驱动逆变器42。

驱动电动机41是在转子中埋设永久磁铁、且在定子上卷绕定子线圈的三相交流同步电动机。驱动电动机41中，旋转轴与车辆的驱动轴43连结，且具有作为从燃料电池堆20以及强电蓄电池6接受电力的供给而旋转驱动的电动机的功能、作为在转子通过外力而被动旋转的车辆的减速时在定子线圈的两端产生电动势的发电机的功能。

驱动逆变器42的输入端子连接到堆侧连接线31，输出端子连接到驱动电动机41。驱动逆变器42由例如IGBT(绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor))等的多个开关元件构成。驱动逆变器42的开关元件通过控制器8而被进行开闭控制，由此，直流电力转换为交流电力或者交流电力转换为直流电力。驱动逆变器42在使驱动电动机41作为电动机发挥功能时，将燃料电池堆20的发电电力和强电蓄电池6的输出电力的合成直流电力转换为三相交流电力而供应给驱动电动机41。另一方面，在使驱动电动机41作为发电机发挥功能时，将驱动电动机41的再生电力(三相交流电力)转换为直流电力而供应给强电蓄电池6。

电源管理器5是将连接线电压和蓄电池电压中的至少一方进行升压或者降压的转换器，一次端子5a连接到堆侧连接线31，二次端子5b连接到蓄电池侧线32。通过由电源管理器5来控制连接线电压，燃料电池堆20的发电电力(连接线电压×输出电流)被控制，且强电蓄电池6的充放电被控制。在本实施方式中，作为电源管理器5而使用双向升压电路(升降压转换器)。电源管理器5虽然是三相结构的多相转换器，但在这里为了方便，只示出一相的结构。

电源管理器5具备电抗器(reactor)51、堆侧电容器52、蓄电池侧电容器53、开关元件54a～54d、二极管55a～55d、电流传感器84。

开关元件54a～54d由例如IGBT(绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor))构成。开关元件54a～54d通过控制器8而被进行开关控制。通过开关控制，堆侧电容器52的电压以及蓄电池侧电容器53的电压中的至少一方进行升压或者降压。

对开关元件54a～54d分别并联连接了二极管55a～55d。二极管55a～55d配置成二极管55a～55d的正向相对于流过开关元件的电流的朝向成为反向。

在开关元件54a～54d的控制端子中，输入用于通过控制器8而执行开关控制的PWM信号(脉宽调制(Pulse Width Modulation))。通过变更PWM信号的占空比，能够使流过电抗器51的电流增减。

电流传感器84检测通过电源管理器5的电流。

以下，作为电源管理器5的动作的一例，简单说明基于从强电蓄电池63向驱动部46的升压动作的、放电时的开关元件54a～54d的控制。

首先，在开关元件54a～54d的每一个为非导通(OFF)状态时，开关元件54b和开关元件54c都被控制为导通(ON)状态。由此，电源管理器5的电流路径被设定为电流从开关元件54c经由电抗器51流向开关元件54b的路径，励磁电流从蓄电池侧电容器53供应给电抗器51。即，激发能量从蓄电池侧电容器53储存到电抗器51。

通过在该状态下开关元件54b被控制为非导通状态，从而通过流过电抗器51的励磁电流而开关元件54c以及二极管55a都导通。由此，电源管理器5的电流路径被切换为电流从开关元件54c经由电抗器51流向二极管55a的路径，流过电抗器51的励磁电流供应给堆侧电容器52。即，储存在电抗器51中的激发能量释放到堆侧电容器52。

这样，强电蓄电池6的电力经由堆侧电容器52供应给驱动部4。

接着，简单说明基于从燃料电池堆20向强电蓄电池6的升压动作的、充电时的开关元件54a～54d的控制。

首先，在开关元件54a～54d的每一个为非导通状态时，开关元件54a和开关元件54d都被控制为导通状态。由此，电源管理器5的电流路径被设定为电流从开关元件54a经由电抗器51流向开关元件54d的路径，励磁电流从堆侧电容器52供应给电抗器51。即，激发能量从堆侧电容器52储存到电抗器51。

通过在该状态下开关元件54d被控制为非导通状态，从而通过流过电抗器51的励磁电流而开关元件54a以及二极管55c都导通。由此，电源管理器5的电流路径被切换为电流从开关元件54a经由电抗器51流向二极管55c的路径，流过电抗器51的励磁电流供应给蓄电池侧电容器53。即，储存在电抗器51中的激发能量释放到蓄电池侧电容器53。

这样，燃料电池堆20的发电电力经由堆侧电容器53供应给强电蓄电池6。

强电蓄电池6是能够充放电的二次电池，且输出端子连接到蓄电池侧线32。强电蓄电池6对燃料电池堆20的发电电力以及驱动电动机41的再生电力进行充电。被充到强电蓄电池6的电力根据需要而供应给驱动部4以及辅机部7。在本实施方式中，使用输出电压为300[V]左右的锂离子电池作为强电蓄电池6。

辅机部7是连接到强电蓄电池6且经由电源管理器5连接到燃料电池堆20的电负载。辅机部7具备压缩机电动机71、压缩机逆变器72、降压转换器73、弱电蓄电池74、辅机75、弱电线76。

压缩机电动机71是用于驱动压缩机212的三相交流同步电动机。

压缩机逆变器72的输入端子连接到蓄电池侧线32，输出端子连接到压缩机电动机71。压缩机逆变器72由例如IGBT(绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor))等的多个开关元件构成。压缩机逆变器72的开关元件通过控制器8而被进行开关控制。通过该开关控制，压缩机逆变器72将直流电力转换为交流电力而供应给压缩机电动机71。

降压转换器73的一次端子连接到蓄电池侧线32，二次端子连接到弱电线76。降压转换器73通过控制器8被控制而将在蓄电池侧电容器53中产生的电压降压至弱电蓄电池74的电压电平，并对连接到弱电线76的辅机75供给电力。

弱电蓄电池74是能够充放电的二次电池，且输出端子连接到弱电线76。弱电蓄电池74储存用于在燃料电池堆20中不进行发电的燃料电池系统1的起动处理时或停止处理时对辅机75供给的电力。在本实施方式中，使用输出电压为14[V]左右的铅蓄电池作为弱电蓄电池74。

辅机75是在燃料电池系统1的运转时使用的各种电力设备，例如是前述的阴极调压阀214等的阀类或照明设备等。辅机75连接到弱电线76。

弱电线76连接弱电蓄电池74的输出端子和降压转换器73的二次端子以及辅机75。

控制器8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。在控制器8中，除了被输入来自前述的传感器类80～84的信号之外，还被输入来自检测油门踏板的踩踏量(以下，称为“加速器操作量”)的加速器行程传感器85、检测强电蓄电池6的充电率(SOC；State Of Charge)的SOC传感器86等的用于使燃料电池系统1运转所需的各种传感器类的信号。

图2是说明控制器8实施的本实施方式的控制程序的内容的框图。

控制器8具备目标发电电力运算部10、电力电流转换部11、最低保证电压运算部12、前次值输出部13、发电电力运算部14、作为目标输出电流计算部件的目标输出电流运算部15、作为转换器控制部件的电源管理器控制部16、作为流量控制部件的气体控制部17。

目标发电电力运算部10根据驱动电动机41、压缩机电动机71以及辅机75等的电负载的运转状态、强电蓄电池6的充电率，运算燃料电池堆20的发电电力的目标值(以下，称为“目标发电电力”)。

具体而言，目标发电电力运算部10根据电负载而计算目标发电电力，使得电负载的负载越高则目标发电电力越大。并且，对根据电负载而计算出的目标发电电力进行校正，使得在强电蓄电池6的充电率低且有强电蓄电池6的充电请求时，目标发电电力增大充电请求量。另一方面，对根据电负载而计算出的目标发电电力进行校正，使得在强电蓄电池6的充电率高且有强电蓄电池6的放电请求时，目标发电电力减小放电请求量。

这样，目标发电电力运算部10基本上根据电负载而计算目标发电电力，且根据需要对所计算的目标发电电力进行校正。

在电力电流转换部11中，输入目标发电电力和检测堆温度。电力电流转换部11参照表示燃料电池堆20的发电电力和输出电流的关系的图3的PI特性图，计算用于发出目标发电电力所需的输出电流的目标值(以下，称为“基本目标输出电流”)。另外，如图3的PI特性图所示，检测堆温度越高则用于发出目标发电电力所需的基本目标输出电流越小。这是因为如下原因：检测堆温度从例如外界温度朝向适合发电的温度(例如，60℃)变得越高则燃料电池堆20的发电效率变得越高。

在最低保证电压运算部12中，输入检测堆温度。最低保证电压运算部12参照图4的表格，基于检测堆温度而运算最低保证电压。这里，最低保证电压是指能够保证燃料电池堆20以及驱动电动机41的动作或性能的连接线电压的最低值。即，最低保证电压是在将燃料电池系统1运转的基础上应守住的连接线电压的最低值。

在前次值输出部13中，输入在目标输出电流运算部15中运算出的目标输出电流。前次值输出部13存储被输入的目标输出电流，在下次运算时，输出该输入的目标输出电流作为目标输出电流前次值。

在发电电力运算部14中，输入检测连接线电压和目标输出电流前次值。发电电力运算部14对检测连接线电压乘以目标输出电流前次值而运算燃料电池堆20的发电电力。

这样，在本实施方式中，不把将检测连接线电压和检测输出电流相乘的电力作为燃料电池堆20的发电电力，而是把将检测连接线电压和目标输出电流前次值相乘的电力作为燃料电池堆20的发电电力。

在目标输出电流运算部15中，输入基本目标输出电流、最低保证电压、检测连接线电压以及发电电力。目标输出电流运算部15基于这些输入值，运算目标输出电流。关于目标输出电流运算部15的细节，参照图6在后面叙述。

在电源管理器控制部16中，输入检测输出电流和目标输出电流。电源管理器控制部16例如使用PI控制等的反馈控制而计算目标连接线电压，使得检测输出电流和目标输出电流的偏差成为零。并且，对开关元件54a～54d进行开关控制，使得堆侧电容器52的电压(检测连接线电压)成为目标连接线电压。这样，电源管理器控制部16根据目标输出电流而实施开关控制。

在气体控制部17中，输入目标输出电流。气体控制部17基于目标输出电流，运算阴极气体流量以及阴极气体压力的目标值，并基于该运算结果而控制阴极压缩机212以及阴极调压阀214。目标输出电流越高，则阴极气体流量以及阴极气体压力的目标值基本上越大。此外，气体控制部17基于目标输出电流，运算阳极气体压力的目标值，并基于该运算结果而控制阳极调压阀223。

图5是说明目标输出电流运算部15的细节的框图。

目标输出电流运算部15具备除法部151、电压偏差运算部152、上限电流设定部153、到达目标输出电流设定部154、延迟处理部155。

除法部151通过将发电电力除以最低保证电压，运算在连接线电压为最低保证电压时用于发出发电电力量的电力所需的输出电流值。若输出电流大于该输出电流值，则连接线电压低于最低保证电压。

电压偏差运算部152从检测连接线电压减去最低保证电压，运算电压偏差。

在上限电流设定部153中，输入通过除法部151而运算出的输出电流值、预先设定的固定值、电压偏差。上限电流设定部153在电压偏差为预定偏差以下时，将通过除法部151而运算出的输出电流值设定为输出电流的上限值(以下，称为“上限电流”)。另一方面，上限电流设定部153在电压偏差大于预定偏差时，将固定值设定为上限电流。作为固定值，例如使用根据燃料电池堆20的性能而决定的输出电流的最大值以上的值以及根据燃料电池堆20的输出电流流过的逆流防止二极管34或堆侧连接线31等的热性限制等而决定的输出电流的最大值等中的最小的值。

这样，上限电流设定部153在电压偏差大于预定偏差时不限制输出电流的上限，在电压偏差为预定偏差以下时、即检测连接线电压降低至最低保证电压附近时限制输出电流的上限。这样，通过在确认检测连接线电压降低至最低保证电压附近的情况之后对输出电流设定上限，防止了输出电流无意地被限制。

在到达目标输出电流设定部154中，输入上限电流和基本目标输出电流。到达目标输出电流设定部154比较上限电流以及基本目标输出电流的大小，将较小的一方设定为到达目标输出电流。

在延迟处理部155中，输入到达目标输出电流。延迟处理部155输出通过低通滤波器而去除了到达目标输出电流的高频分量的电流作为目标输出电流。即，目标输出电流是用于将输出电流具有预定的时间延迟而向到达目标输出电流进行控制的目标值。

参照图6说明将这样通过低通滤波器而去除了到达目标输出电流的高频分量的电流作为目标输出电流的理由。

图6是在到达目标输出电流变化的过渡时，将到达目标输出电流的变化量大且到达目标输出电流急剧增加时的连接线电压的变化在通过延迟处理部155实施了低通滤波器处理的情况下(实线)和没有实施的情况下(虚线)进行了比较的图。

一般，在上升沿快的信号中包括较多高频分量。因此，在到达目标输出电流急剧增加的情况下，若不实施低通滤波器处理，则输出电流向到达目标输出电流急剧变化，所以流过包括较多高频分量的电流。并且，包括较多高频分量的电流通过燃料电池堆20的电双层电容器。

因此，在到达目标输出电流急剧增加时，输出电流过渡性地流过比到达目标输出电流多的电流，如图6所示，存在连接线电压低于最低保证电压的顾虑。除此之外，由于基于检测连接线电压而运算上限电流，所以在不考虑从目标输出电流到检测连接线电压的响应延迟时，同样存在连接线电压低于最低保证电压的顾虑。

相对于此，若对到达目标输出电流实施低通滤波器处理而去除高频分量，则能够使输出电流向到达目标输出电流缓慢地变化，所以如图6所示，能够抑制连接线电压低于最低保证电压。为了去除通过燃料电池堆20的电双层电容器的高频的电流，低通滤波器优选考虑燃料电池堆20的电双层电容器而进行设定。进一步，优选考虑从目标输出电流到检测连接线电压的响应延迟而进行设定。

以上说明的本实施方式的燃料电池系统1包括：堆侧连接线31，连接燃料电池堆20和作为电负载的驱动部4；以及电源管理器5，一次端子5a连接到堆侧连接线31，二次端子5b连接到强电蓄电池6，且调整堆侧连接线31的电压(连接线电压)。并且，燃料电池系统1根据电负载的负载而计算燃料电池堆20的目标输出电流，根据目标输出电流而实施电源管理器5的开关控制，且控制对燃料电池堆20供给的阴极气体的流量。

此时，本实施方式的燃料电池系统1基于燃料电池堆20的发电电力、和用于保证燃料电池堆20以及电负载的性能的堆侧连接线31的最低保证电压，对燃料电池堆20的目标输出电流设定上限。

这样在本实施方式中，基于燃料电池堆20的发电电力和堆侧连接线31的最低保证电压，在堆侧连接线31的电压为最低保证电压时，将用于发出发电电力量的电力所需的输出电流值设定为目标输出电流的上限。并且，基于该设定了上限的目标输出电流，通过电源管理器5的开关控制而调整堆侧连接线31的电压，且控制对燃料电池堆20供给的阴极气体的流量。

由此，由于能够设定对于堆侧连接线31的电压不会低于最低保证电压的电源管理器5的目标输出电流，还基于该目标输出电流而控制阴极气体的流量，所以能够守住最低保证电压，且能够将与实际的输出电流对应的适当的流量的阴极气体供应给燃料电池。

此外，本实施方式的燃料电池系统1在从堆侧连接线31的电压减去最低保证电压所得的电压偏差为预定偏差以下时，对燃料电池堆20的目标输出电流设定上限。

这样，通过在确认堆侧连接线31的电压降低至最低保证电压附近的情况之后对输出电流设定上限，防止了输出电流无意地被限制。

此外，本实施方式的燃料电池系统1对目标输出电流实施低通滤波器处理，去除目标输出电流的高频分量。

由此，即使是在目标输出电流急剧增加的情况下，也能够将输出电流向目标输出电流缓慢地变化，所以能够抑制堆侧连接线31的电压低于最低保证电压。

此外，本实施方式的燃料电池系统1不是基于检测连接线电压和检测输出电流而计算燃料电池堆20的发电电力，而是基于检测连接线电压和目标输出电流而计算燃料电池堆20的发电电力。具体而言，将对检测连接线电压乘以作为目标输出电流的一例的目标输出电流前次值所得的电力作为燃料电池堆20的发电电力。

在通过电源管理器5而将检测连接线电压控制为目标连接线电压的情况下，电源管理器5对开关元件54a～54d进行开关控制，使得如前述那样堆侧电容器52的电压成为目标连接线电压。

具体而言，电源管理器5在堆侧电容器52的电压成为目标连接线电压时，通过开关控制而切换流过电抗器51的励磁电流的流向，重复对于堆侧电容器52的激发能量的供给、释放，从而将堆侧电容器52的电压维持目标连接线电压。

这里，为了通过开关控制而切换流过电抗器51的励磁电流的流向，例如需要从开关元件54b、54c接通、开关元件54a、54d断开的状态切换为开关元件54b、54c断开、开关元件54a、54d接通的状态。在切换该接通/断开时，若开关元件54a、54b或者开关元件54c、54d同时成为接通状态则成为短路。因此，在本实施方式中，为了防止短路，在设置开关元件54a～54d的全部暂时断开的死区时间之后进行接通/断开的切换。

因此，由于直到通过开关控制而切换流过电抗器51的励磁电流的流向为止产生延迟，所以存在检测输出电流相对于目标输出电流产生振荡(hunting)的顾虑。因此，若使用相对于发电电力变动的灵敏度大的检测输出电流而计算发电电力，则直到基于该发电电力而计算出的上限电流为止都产生振荡，存在连接线电压低于最低保证电压的顾虑。

因此，在本实施方式中，使用目标输出电流而计算发电电力。由此，由于基于发电电力而计算出的上限电流不会振荡，所以能够抑制连接线电压低于最低保证电压。

(第二实施方式)

接着，说明本发明的第二实施方式的控制程序的内容。本实施方式的控制程序中，发电电力运算部14的内容与第一实施方式不同。以下，将该不同点为中心进行说明。另外，对于起到与前述的第一实施方式同样的功能的部分，使用相同的标号并适当省略重复的说明。

图7是说明本实施方式的控制程序的发电电力运算部14的细节的框图。

在前述的第一实施方式中，把将目标输出电流前次值和检测堆电压相乘的电力作为发电电力。

相对于此，在本实施方式中，在第二延迟处理部141中，对目标输出电流前次值实施考虑了在通过电源管理器5将连接线电压控制为目标连接线电压时的电源管理器5的响应速度的低通滤波器处理。即，第二延迟处理部141输出与在通过电源管理器5将连接线电压控制为目标连接线电压时的实际的输出电流值的变化对应的电流值。

并且，在最大值选择部142中，选择目标输出电流前次值和第二延迟处理部141的输出值中的较大的一方，在发电电力输出部143中，输出对最大值选择部142的选择值乘以了检测堆电压所得的电力作为发电电力。以下，说明这样做的理由。

在目标输出电流降低的下降过渡时，目标输出电流前次值比能够通过电源管理器5而实际降低的输出电流值还要小。此时，若基于目标输出电流前次值而计算发电电力，则导致在发电电力运算部14中运算出的发电电力比实际的发电电力还要小。其结果，基于在发电电力运算部14中运算的发电电力而计算出的上限电流也变低，过度地限制输出电流。

相对于此，在本实施方式中，通过如上所述那样构成发电电力运算部14，能够基于与实际的输出电流值的变化对应的电流值而计算发电电力。因此，由于能够抑制在发电电力运算部14中运算出的发电电力比实际的发电电力还要小，所以能够抑制输出电流被过度地限制。

以上说明的本实施方式的燃料电池系统1基于对所述目标输出电流实施了低通滤波器处理的值和对该值进一步实施了考虑了电源管理器5的响应性的低通滤波器处理的值中的较大一方、和检测连接线电压，计算燃料电池堆20的发电电力。

由此，能够抑制在下降过渡时，在发电电力运算部14中运算的发电电力比实际的发电电力还要小。因此，能够抑制基于在发电电力运算部14中运算的发电电力而计算出的上限电流被设定为低于必要以上。

以上，说明了本发明的实施方式，但上述实施方式只不过是表示了本发明的应用例的一部分，不是将本发明的技术范围限定为上述实施方式的具体结构的宗旨。

例如，在上述的各实施方式中，对发电电力运算部14输入了目标输出电流前次值，但这是目标输出电流的一例，并不限定于前次值。此外，也可以将最低保证电压作为至少能够保证燃料电池堆20以及驱动电动机41中的任一方的动作或性能的电压值。

本申请主张基于2013年10月9日在日本特许厅申请的特愿2013-212132的优先权，该申请的全部内容通过参照而引入到本说明书中。

Claims (4)

1.一种燃料电池系统，将阳极气体以及阴极气体供应给燃料电池而发电，所述燃料电池系统包括：

连接线，连接所述燃料电池和电负载；

转换器，连接到所述连接线以及蓄电池，调整所述连接线的电压；

目标输出电流计算部件，根据所述电负载的负载，计算所述燃料电池的目标输出电流；

转换器控制部件，根据所述目标输出电流，实施所述转换器的开关控制；

流量控制部件，根据所述目标输出电流，对供应给所述燃料电池的阴极气体的流量进行控制；以及

发电电力计算部件，基于由所述目标输出电流计算部件计算出的所述目标输出电流的前次值和所述连接线的检测电压，计算所述燃料电池的发电电力，

所述目标输出电流计算部件基于由所述发电电力计算部件算出的燃料电池的发电电力、和用于保证所述燃料电池以及所述电负载的性能的所述连接线的最低保证电压，对所述目标输出电流设定上限。

2.如权利要求1所述的燃料电池系统，

所述目标输出电流计算部件对所述目标输出电流实施低通滤波器处理。

3.如权利要求1或权利要求2所述的燃料电池系统，

所述发电电力计算部件基于对所述目标输出电流实施了低通滤波器处理的值和对该值进一步实施了考虑所述转换器的响应性的低通滤波器处理的值中的较大一方、和所述连接线的检测电压，计算所述燃料电池的发电电力。

4.如权利要求1或权利要求2所述的燃料电池系统，

所述目标输出电流计算部件在从所述连接线的电压减去所述最低保证电压所得的电压偏差为预定偏差以下时，对所述目标输出电流设定上限。