CN106374123B - 燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃料电池系统，其包括燃料电池和控制单元，上述控制单元被构成为基于对上述燃料电池的输出要求来设定上述燃料电池的目标电流值，在上述燃料电池的输出电流值位于上述燃料电池的低电流域内、并且上述目标电流值超过设定在上述燃料电池的高电流域内的电流阈值的情况下，基于上述低电流域中的上述燃料电池的输出电压值预测为会在上述高电流域中产生上述燃料电池的电压下降，在预测为会产生电压下降的情况下，将目标电流值重新设定为比所设定的上述目标电流值小的电流值，将上述燃料电池的输出电流变更为上述重新设定的目标电流值。

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
在燃料电池中存在产生燃料电池内的水分堵塞电极内的细孔、隔板的流路的液泛(flooding)的情况。有燃料电池处于液泛状态的情况、在高电流域产生陡峭的电压降而燃料电池的输出降低的情况。作为抑制这样的电压降的产生的技术，例如公知有一种使阳极(cathode)气体增量而促进来自燃料电池的排水进来消除液泛的技术(例如参照日本特开2013－196782号公报)。另外，公知有一种推断与马达的运转状态对应的燃料电池的电压的降低程度，并根据电压的降低程度限制马达的输出，从而抑制电压降的产生的技术(例如参照日本特开2006－345651号公报)。
然而，在通过阳极气体的增量来消除液泛的技术中，从有阳极气体的增量要求起到液泛被消除为止需要规定的时间。因此，例如若在液泛状态下对燃料电池有输出增大要求，则有可能在液泛被消除之前燃料电池的运转状态移至高电流域而产生电压降，导致燃料电池的输出降低。
另外，在推断电压的降低程度来限制马达的输出的技术中，基于实际测量出的当前时刻下的燃料电池的输出电压值，来推断当前时刻下的电压的降低程度。因此，当例如燃料电池的运转状态在短期间从低电流域移至高电流域的情况下，存在电压的降低程度的推断无法与燃料电池的运转状态的迁移对应，电压的降低程度超过应该限制的程度而在高电流域产生电压降的可能性。该情况下，有可能基于之后推断出的电压的降低程度而控制为电压恢复到下降前的状态。在这样的情况下，燃料电池的输出的收敛性有可能降低。
发明内容
本发明提供一种抑制了燃料电池的输出的降低和输出的收敛性的降低的燃料电池系统。
本发明提供包括燃料电池和控制单元的燃料电池系统，上述控制单元构成为基于对上述燃料电池的输出要求来设定上述燃料电池的目标电流值，在上述燃料电池的输出电流值位于上述燃料电池的低电流域内、且上述目标电流值超过设定在上述燃料电池的高电流域内的电流阈值的情况下，基于上述低电流域中的上述燃料电池的输出电压值预测为会在上述高电流域中产生上述燃料电池的电压下降，在预测为会产生电压下降的情况下，将目标电流值重新设定为比所设定的上述目标电流值小的电流值，将上述燃料电池的输出电流变更为上述重新设定的目标电流值。
低电流域中的燃料电池的输出电压值与燃料电池的湿润状态相关，湿润状态与电流域的电压下降的产生相关。因此，能够基于低电流域中的燃料电池的输出电压值，预先预测高电流域中的电压下降的产生。因此，在被预测为会产生电压下降的情况下，由于目标电流值被重新设定为小的电流值，所以可抑制电压下降的产生而抑制燃料电池的输出的降低。另外，由于预先预测高电流域中的电压下降的产生而能够将电压下降的产生防患于未然，所以即便是燃料电池的运转状态在短期间从低电流域移至高电流域的情况下，也可抑制燃料电池的输出的收敛性的降低。
所述控制单元也可以在上述低电流域中的规定的电流值下的上述燃料电池的输出电压值超过电压阈值的情况下，预测为会产生上述电压下降。由此，能够通过简易的方法预测电压下降。
所述燃料电池系统也可以具备存储有上述电流阈值以及电压阈值的存储部，上述燃料电池系统推断上述燃料电池的电流‐电压特性，基于推断出的上述电流‐电压特性判定上述燃料电池的性能是否已降低，在判定为上述燃料电池的性能已降低的情况下，基于推断出的上述电流‐电压特性更新存储于上述存储部的上述电流阈值以及电压阈值的至少一方。由此，与燃料电池的随时间经过的性能降低对应，可抑制燃料电池的输出的降低以及输出的收敛性的降低。
能够提供一种抑制了燃料电池的输出的降低和输出的收敛性的降低的燃料电池系统。
附图说明
参照附图可以清楚本发明的特征、效果，其中，
图1是表示燃料电池系统的构成的说明图。
图2是用于对燃料电池的电流‐电压特性进行说明的曲线图。
图3是表示电流‐电压特性曲线的映射。
图4是表示电压下降抑制控制的一个例子的流程图。
图5是表示电流‐电压特性曲线和等输出曲线的映射。
图6是表示电流‐输出特性曲线的映射。
图7是表示目标电流值重新设定处理的一个例子的流程图。
图8是表示更新控制的一个例子的流程图。
图9是表示随着燃料电池的发电性能的降低的电流‐电压特性曲线的变化的映射。
图10是表示随着燃料电池的发电性能的降低的电流‐电压特性曲线的变化的映射。
具体实施方式
图1是表示燃料电池系统10的构成的说明图。该实施例是将燃料电池系统应用于车辆的例子。如图1所示，燃料电池系统10包括燃料电池堆(以下，称为燃料电池)20、氧化剂气体配管系统30、燃料气体配管系统40、电力系统50、以及控制单元60。燃料电池20接受氧化剂气体和燃料气体的供给来进行发电。氧化剂气体配管系统30将作为氧化剂气体的包括氧的空气供给至燃料电池20。燃料气体配管系统40将作为燃料气体的氢气供给至燃料电池20。电力系统50对系统的电力进行充放电。控制单元60统一控制整个系统。
燃料电池20是固体高分子电解质型，具备层叠了多个单电池(cell)的电池组结构。燃料电池20的单电池在由电解质构成的离子交换膜的一个面具有阳极(空气极)，在另一个面具有阴极(燃料极)。在包括阳极和阴极的电极中，例如以多孔质的碳原料作为基底，使用铂Pt为催化剂(电极催化剂)。在阳极的表面配置有阳极侧的气体扩散层，同样在阴极的表面也配置有阴极侧的气体扩散层。并且，以从两侧夹住阳极侧以及阴极侧的气体扩散层的方式设置有一对隔板。燃料气体被供给至一方的隔板的燃料气体流路，氧化剂气体被供给至另一方的隔板的氧化剂气体流路，从而燃料电池20产生电力。
对燃料电池20安装有分别检测输出电流以及电压的电流传感器2a以及电压传感器2b、检测燃料电池20的温度的温度传感器2c。
氧化剂气体配管系统30具有空气压缩机31、氧化剂气体供给路径32、加湿模块33、阳极废气流路34、以及驱动空气压缩机31的马达M1。
空气压缩机31被马达M1驱动，压缩从大气吸入的包括氧的空气(氧化剂气体)并供给至燃料电池20的阳极。对马达M1安装有检测其转速的转速检测传感器3a。氧化剂气体供给路径32将从空气压缩机31供给的氧导向燃料电池20的阳极。阳极废气从燃料电池20的阳极经由阳极废气流路34被排出。
加湿模块33在氧化剂气体供给路径32流动的低湿润状态的氧化剂气体与在阳极废气流路34流动的高湿润状态的阳极废气之间进行水分交换，适度地加湿供给至燃料电池20的氧化剂气体。阳极废气流路34将阳极废气向系统外排出，在阳极出口附近配设有背压调整阀A1。从燃料电池20排出的氧化剂气体的压力、即阳极背压被背压调整阀A1调压。在阳极废气流路34中的燃料电池20与背压调整阀A1之间安装有检测阳极背压的压力传感器3b。
燃料气体配管系统40具有燃料气体供给源41、燃料气体供给路径42、燃料气体循环路径43、阴极废气流路44、氢循环泵45、气液分离器46、以及用于驱动氢循环泵45的马达M2。
燃料气体供给源41是向燃料电池20供给作为燃料气体的氢气的罐。燃料气体供给路径42将从燃料气体供给源41释放出的燃料气体导向燃料电池20的阴极，从上游侧依次配设有罐阀H1、氢供给阀H2、FC入口阀H3。这些阀是向燃料电池20供给、切断燃料气体的电磁阀。
燃料气体循环路径43使未反应燃料气体向燃料电池20回流，从上游侧依次配设有气液分离器46、氢循环泵45、以及未图示的止回阀。从燃料电池20排出的未反应燃料气体被氢循环泵45适度地加压，导向燃料气体供给路径42。从燃料气体供给路径42向燃料气体循环路径43的燃料气体的逆流被止回阀抑制。阴极废气流路44将包括从燃料电池20排出的氢废气的阴极废气、存积于气液分离器46内的水向系统外排出，在该阴极废气流路44配设有排气排水阀H5。
电力系统50具备高压DC/DC转换器51、电池52、牵引(traction)逆变器53、辅机逆变器54、牵引马达M3、以及辅机马达M4。
高压DC/DC转换器51能够调整来自电池52的直流电压并输出至牵引逆变器53侧，能够调整来自燃料电池20的直流电压或者被牵引逆变器53转换成直流的来自牵引马达M3的电压并输出至电池52。通过高压DC/DC转换器51控制燃料电池20的输出电压。
电池52是能够充放电的二次电池，能够进行剩余电力的充电、辅助的电力供给。由燃料电池20发出的直流电力的一部分被高压DC/DC转换器51升降压，并充电到电池52。对电池52安装有检测其充电状态的SOC传感器5a。
牵引逆变器53、辅机逆变器54分别将从燃料电池20或者电池52输出的直流电力转换成三相交流电力并向牵引马达M3以及辅机马达M4供给。牵引马达M3驱动车轮71以及72。在牵引马达M3安装有检测其转速的转速检测传感器5b。辅机马达M4是用于驱动各种辅机类的马达，是对马达M1以及M2的通称。
控制单元60包括CPU、ROM、以及RAM，根据被输入的各传感器信号，统一控制该系统的各部。具体而言，控制单元60基于从检测加速踏板80的转动的加速踏板传感器81、SOC传感器5a、转速检测传感器5b送出的各传感器信号，判定对燃料电池20的输出要求的有无，计算目标输出值。控制单元60基于后述的电流‐输出曲线(IP曲线)，设定燃料电池20的目标电流值。详细内容将在后面描述。
控制单元60从低电流域到高电流域控制燃料电池20以输出该目标电流值。控制单元60控制牵引逆变器53以及辅机逆变器54的输出脉冲，来控制牵引马达M3以及辅机马达M4等。
这里，燃料电池20根据湿润状态，有可能在高电流域中由于气体扩散电阻的增大而电压下降从而无法输出所希望的要求输出。在本实施例中，控制单元60执行抑制燃料电池20的电压下降的电压下降抑制控制。另外，控制单元60执行考虑了燃料电池20的随时间经过的性能降低的更新控制。这些控制通过由CPU、ROM、以及RAM功能性实现的设定部、输出控制部、预测部、重新设定部、存储部、特性推断部、判定部、以及更新部执行。在对这些控制进行说明之前，对燃料电池20的电流‐电压特性(IV特性)和高电流域中的电压下降进行说明。
图2是用于对燃料电池20的IV特性进行说明的曲线图。燃料电池20的输出电压随着输出电流增大而降低。燃料电池20的输出电压降低的主要因素是活性化过电压、电阻过电压、以及浓度过电压。活性化过电压是因阳极电极中的氧的还原时所消耗的活性化能量引起的电压的降低量。电阻过电压是因燃料电池20内的电解质膜、催化剂层、气体扩散层、隔板、以及集电板的内部电阻引起的电压的降低量。浓度过电压是由于因供给至燃料电池20的单电池的水分以及单电池内的生成水造成的气体扩散电阻的增大而引起的电压的降低量。以下，将因活性化过电压、电阻过电压、浓度过电压引起的电压下降分别称为第一电压下降、第二电压下降、第三电压下降。
活性化过电压、电阻过电压、以及浓度过电压分别在燃料电池20的输出电流的低电流域、中电流域、以及高电流域中增大。低电流域是受到活性化过电压、电阻过电压、以及浓度过电压中的活性化过电压的影响最大而电压降低的区域。中电流域是受到电阻过电压的影响最大而电压降低的区域。高电流域是受到浓度过电压的影响最大而电压降低的区域。例如低电流域是燃料电池20能够输出电流的整个电流域中的前半的大约4分之1的区域。高电流域是整个电流域中的后半的大约4分之1的区域。中电流域是整个电流域中的除了低电流域以及高电流域以外的整个电流域的大约2分之1的区域。如图2所示，电压值在高电流域最小。其中，燃料电池20能够输出电流的整个电流域因燃料电池20的发电性能的降低而被缩小。详细内容将在后面描述。
接下来，对燃料电池20的电压下降进行说明。图3是表示电流‐电压特性曲线(IV曲线)的映射。图3示出了多条IV曲线C～C2。IV曲线C～C2是表示与燃料电池20的湿润状态对应的燃料电池20的电流‐电压特性(IV特性)的线。图3的映射预先通过实验计算出并存储于ROM。此外，图3中仅示出IV曲线C～C2，但也可以在ROM存储多个除此以外的IV曲线。
IV曲线C是即使在燃料电池20的电解质膜的湿润状态是湿润良好且从低电流域移至高电流域的情况下，在高电流域也不产生由于浓度过电压的增大而引起的电压下降(第三电压下降)的理想的IV曲线。湿润良好是电解质膜适度地湿润而质子移动阻力较小、并且不产生液泛等的状态。IV曲线C1是在燃料电池20内的水分量较多的高湿润状态下从低电流域移至高电流域的情况下电压下降的情况的IV曲线。IV曲线C2是在燃料电池20内的水分量更多的过加湿状态下从低电流域移至高电流域的情况下，在高电流域电压大幅下降的情况的IV曲线。
如图3所示，在低电流域中，与IV曲线C相比，IV曲线C1以及C2的电压值较大。可认为该理由是因为燃料电池20内的水分量越多，则向阳极的铂催化剂的中毒量越少，对还原反应有效的铂表面积越增加，活性化过电压越小，输出电压越增大。另一方面，在高电流域中，与IV曲线C相比，IV曲线C1以及C2的电压值较低。其理由如下所述。这是因为若在燃料电池20内的水分量较多的状态下运转状态移至高电流域，则需要更多的电气化学反应，向燃料电池20内供给许多反应气体。另一方面，由于电极内的细孔、隔板的流路的一部分被水堵塞，所以会产生反应气体的扩散、反应被阻碍的液泛，浓度过电压增大而产生电压下降。尤其在高湿润或者过加湿状态下燃料电池20的运转状态在短期间从低电流域移至高电流域的情况下，有可能在促进从燃料电池20排水之前燃料电池20的运转状态移至高电流域而产生第三电压下降。另外，在以制造成本的降低为目的而减少了作为电极催化剂的铂的使用量的情况下，成为铂有效面积由于液泛而降低从而容易产生第三电压下降的状况。如以上所述，燃料电池20内的水分量越多，则低电流域中的电压值越高，高电流域中的第三电压下降越容易产生。换言之，低电流域的电压值与燃料电池20的湿润状态相关，湿润状态与高电流域中的电压下降的大小相关。
接下来，对这样的抑制高电流域中的电压下降的电压下降抑制控制进行说明。图4是表示控制单元60执行的电压下降抑制控制的一个例子的流程图。图5是表示电流‐电压特性曲线和等输出曲线D1以及D2的映射。图6是表示电流‐输出特性曲线的映射。其中，图6所示的IP曲线E～E2表示燃料电池20的运转状态分别按照IV曲线C～C2迁移的情况下的燃料电池20的输出电流与输出电力的关系。图5以及图6示出的映射预先通过实验计算出并存储于ROM。此外，图6中仅示出了IP曲线E～E2，但也可以在ROM存储多个除此以外的IP曲线。另外，这些IP曲线与IV曲线相关联地存储于ROM。
电压下降抑制控制每隔规定时间被反复执行。首先，控制单元60基于来自电流传感器2a的输出值来判定是否燃料电池20的输出电流值位于低电流域内并且小于电流基准值IKL(步骤S1)。电流基准值IKL是位于低电流域内的规定的电流值，被设定为比燃料电池20的怠速运转状态下的输出电流值ID大的值。在是肯定判定的情况下，控制单元60判定是否有对燃料电池20的输出增大要求(步骤S2)。在步骤S1以及S2的任意一个为否定判定的情况下，控制单元60结束本控制。
当在步骤S2中为肯定判定的情况下，控制单元60设定与对燃料电池20要求的目标输出值对应的目标电流值(步骤S3)。具体而言，设定与图6所示的IP曲线E上的目标输出值对应的目标电流值。其中，IP曲线E与在高电流域中不产生液泛的理想的IV曲线C对应。在图6中，例示了在目标输出值P1的情况下，目标电流值成为IP曲线E上的目标电流值IA的情况。
控制单元60开始燃料电池20的输出的增大，以使燃料电池20的输出电流值到达目标电流值(步骤S4)。接下来，控制单元60判定目标电流值是否超过电流阈值IKH(步骤S5)。电流阈值IKH存储于控制单元60的ROM且被设定在高电流域内。在否定判定的情况下，控制单元60结束本控制。图5例示了目标电流值IA超过电流阈值IKH的情况。其中，在燃料电池20的输出电流值位于低电流域内的状态下目标电流值被设定在高电流域内的情况是指例如在怠速运转状态下从加速踏板80被踩下开始在数秒以内燃料电池20的运转状态移至高电流域的情况。即，是从怠速运转状态突然加速的情况。
当在步骤S5中为肯定判定的情况下，控制单元60获取燃料电池20在低电流域中的输出电压值(步骤S6)。具体而言，获取由电流传感器2a检测出的输出电流值到达了在低电流域内设定的电流基准值IKL的情况下的燃料电池20的输出电压值作为低电流域中的输出电压值。由于如上所述，从目标电流值被设定起开始输出增大，所以从设定目标电流值起在短期间内获取低电流域中的输出电压值。在图5中，例示出获取低电流域中的输出电压值V1的情况、和获取大于输出电压值V1的输出电压值V2的情况。这里，由于如上所述，低电流域中的输出电压值是实测值，所以不限定如图5所示输出电压值V1以及V2分别位于IV曲线C1以及C2上，存在近似的情况。
接下来，控制单元60基于获取到的低电流域中的输出电压值，预测在高电流域中是否产生因浓度过电压的增大引起的电压下降(第三电压下降)(步骤S7)。具体而言，在获取到的输出电压值小于电压阈值VK的情况下，推断为湿润状态良好或者湿润度较低，预测为在高电流域中不产生由于浓度过电压的增大而引起的电压下降。在获取到的输出电压值超过电压阈值VK的情况下，推断为湿润度较高，事先预测为在高电流域中产生第三电压下降。这是因为如上所述，认为低电流域中的输出电压值越高，则燃料电池20内的水分量越多，在高电流域中电压下降容易变大。另外，通过这样使用了低电流域中的输出电压值和电压阈值VK的简易方法，能够预先预测第三电压下降的产生。电压阈值VK被设定在低电流域内且预先存储于ROM。电压阈值VK基于IV曲线C规定，是电流基准值IKL下的IV曲线C上的电压值，但也可以是比该电压值稍高的值。这样，可基于与比怠速运转状态中的输出电流值ID高的低电流域内的电流值对应的输出电压值预测第三电压下降的产生。其理由在于，即便是在怠速运转状态下湿润状态不同的情况，输出电压值的差也较小，预测的精度有可能降低。另外，是因为通过基于低电流域中的输出电压值预测第三电压下降的产生，能够在燃料电池20的输出电流值至少到达高电流域之前，早期地预测第三电压下降的产生。
当在步骤S7中预测为会产生高电流域中的第三电压下降的情况下，控制单元60执行将目标电流值重新设定为比所设定的目标电流值小的电流值的目标电流值重新设定处理(步骤S8)。这样，通过电压下降的产生被预先预测，并将目标电流值重新设定为小于目标电流值的电流值，使得第三电压下降的产生被防患于未然。因此，燃料电池20的输出的降低也被抑制。另外，即使是燃料电池20的运转状态在短期间从低电流域移至高电流域的情况，也可抑制燃料电池20的输出的收敛性的降低。
此外，在步骤S7中，根据获取到的输出电压值是否超过电压阈值VK，来预测第三电压下降的产生，但并不局限于此。例如，也可以在低电流域内的每单位电流增加的输出电压值的降低率小于规定的阈值的情况下，预测为会产生第三电压下降。另外，也可以当在低电流域内，第一规定的电流值与大于第一规定的电流值的第二规定的电流值之间的输出电压值的最大值与最小值之差小于规定的阈值的情况下，预测为会产生第三电压下降。也可以当在低电流域内，在第三规定的电流值与大于第三规定的电流值的第四规定的电流值之间以输出电流值对输出电压值进行积分而得到的值大于规定的阈值的情况下，预测为会产生第三电压下降。
在上述的电压下降抑制控制中，步骤S3的处理是基于对燃料电池20的输出要求来设定燃料电池20的目标电流值的设定部执行的处理的一个例子。步骤S4的处理是根据目标电流值将燃料电池20的输出电流值从低电流域控制到高电流域的输出控制部执行的处理的一个例子。步骤S7的处理是在燃料电池20的输出电流值位于低电流域内，并且目标电流值超过被设定在高电流域内的电流阈值的情况下，基于低电流域中的燃料电池20的输出电压值预测为在高电流域产生燃料电池20的第三电压下降的预测部执行的处理的一个例子。步骤S8的处理是在预测为产生第三电压下降的情况下，将目标电流值重新设定为小于所设定的目标电流值的电流值的重新设定部执行的处理的一个例子。
接下来，对目标电流值重新设定处理进行说明。图7是表示目标电流值重新设定处理的一个例子的流程图。控制单元60基于获取到的燃料电池20的低电流域中的输出电压值，将存储于ROM的多个IV曲线中的一个确定为当前时刻下的IV特性(步骤S11)。具体而言，确定多个IV曲线中的与获取到的燃料电池20在低电流域中的输出电压值近似的IV曲线。图5中例示出在获取到输出电压值V1的情况下确定IV曲线C1，在获取到输出电压值V2的情况下确定IV曲线C2的情况。
接下来，控制单元60判定在确定出的IV曲线上是否有与目标输出值相同的同输出动作点(步骤S12)。在肯定判定的情况下，控制单元60将目标电流值重新设定为同输出动作点处的电流值(步骤S13)。由此，能够抑制第三电压下降并且确保燃料电池20的输出。图5示出IV曲线C1和通过IV曲线C上的目标电流值IA的等输出曲线D1相切的例子。例如，若在步骤S11中确定出IV曲线C1，则判定为在IV曲线C1上有与目标输出值相同的同输出动作点，目标电流值IA被重新设定为IV曲线C1上的同输出动作点处的电流值I1。由于电流值I1小于初始设定的目标电流值IA，所以能够抑制第三电压下降并且确保燃料电池20的输出。图6中示出目标电流值被重新设定为与目标输出值P1对应的IP曲线E1上的目标电流值I1的例子。其中，在确定出的IV曲线上有两个同输出动作点的情况下，控制单元60将目标电流值重新设定为两个同输出动作点中的电流值较小的一方。由此，能够早期使燃料电池20的输出电流值到达目标电流值。
当在步骤S12中为否定判定的情况下，控制单元60将目标电流值重新设定为确定出的IV曲线上的输出为最大的最大输出动作点处的电流值(步骤S14)。由此，能够抑制第三电压下降并且将燃料电池20的输出降低抑制为最小限度。图5示出不使IV曲线C2和等输出曲线D1相切，而与输出比等输出曲线D1小的等输出曲线D2相切的例子。例如，若在步骤S11中确定出IV曲线C2，则判断为在IV曲线C2上没有同输出动作点，目标电流值IA被重新设定为等输出曲线D2通过的IV曲线C2上的最大输出动作点处的电流值I2。由于电流值I2小于初始设定的目标电流值IA，所以能够抑制第三电压下降并且将燃料电池20的输出降低抑制为最小限度。图6示出目标电流值被重新设定为比最初的目标输出值P1低但与IP曲线E2上的最大输出值P2对应的电流值I2的例子。通过确保IP曲线E2上的最大输出，将燃料电池20的输出降低抑制为最低限度。
其中，如图6所示，在被要求目标输出值P1不进行上述的重新设定而基于IP曲线E设定了目标电流值，燃料电池20的实际的输出按照IP曲线E1迁移的情况下，燃料电池20的实际的输出值成为与IP曲线E1上的目标电流值IA对应的目标输出值P1′，从目标输出值P1大幅降低。同样，在燃料电池20的实际的输出按照IP曲线E2迁移的情况下，燃料电池20的实际的输出值也成为被限制在后述的设计上的下限电压值的输出值，从目标输出值P1大幅降低。
此外，并不局限于将目标电流值重新设定为同输出动作点处的电流值、确定出的IV曲线上的最大输出动作点处的电流值的情况。只要将目标电流值重新设定为小于当初的目标电流值的电流值即可。例如，既可以将目标电流值重新设定为与电流阈值IKH相同的电流值，也可以重新设定为小于目标电流值的电流值。另外，也可以将目标电流值重新设定为从中电流域的中心到高电流域之间的电流值。这是因为即便在该情况下，也能够抑制高电流域中的第三电压下降，是因为与产生了第三电压下降的情况相比，可能存在能够确保燃料电池20的输出的情况。另外，电流阈值IKH也可以设定为高电流域内的最小电流值。
然而，燃料电池20因持续的使用而存在例如催化剂、电解质膜随时间变化，燃料电池20的输出电压降低的情况。在性能降低后，在燃料电池20的全部的运转状态下，IV特性、IP特性降低。这样，若在性能降低后也基于上述的电压阈值VK以及电流阈值IKH来预测燃料电池20的第三电压下降的产生，则由于电压阈值VK以及电流阈值IKH不与性能降低后的燃料电池20对应，所以存在预测精度降低的可能性。鉴于此，控制单元60执行对包括电压阈值VK以及电流阈值IKH的燃料电池20的性能信息进行更新的更新控制。
接下来，对更新燃料电池20的性能信息的更新控制进行说明。图8是表示了更新控制的一个例子的流程图。图9、图10是表示了伴随燃料电池20的发电性能的降低的IV曲线的变化的映射。图9中示出与IV曲线C对应的性能降低后的IV曲线Ca、Cb、以及Cc。图10中示出与IV曲线C1对应的性能降低后的IV曲线C1a、C1b、以及C1c。其中，图9中示出由IV曲线C～Cc的各个规定的电压阈值VK、VKa、VKb、以及VKc。与电压阈值VK同样，电压阈值VKa、VKb、以及VKc既可以分别是IV曲线Ca～Cc上的电压值，也可以是比该电压值稍高的值。图9以及图10示出的映射预先通过实验计算并存储于ROM。
更新控制每隔规定时间被反复执行。首先，控制单元60判定是否是检测燃料电池20的性能降低的时机(步骤S21)。在否定判定的情况下，控制单元60结束本控制。在肯定判定的情况下，控制单元60检测燃料电池20的多个输出电流值和与多个输出电流值分别对应的多个输出电压值(步骤S22)。控制单元60基于检测结果来推断燃料电池20的IV特性(步骤S23)。控制单元60通过比较推断出的IV特性和预先存储于ROM的IV特性，来判定燃料电池20的性能是否降低(步骤S24)。在否定判定的情况下，控制单元60结束本控制。
当在步骤S24中为肯定判定的情况下，控制单元60根据燃料电池20的性能的降低程度，将存储于ROM的性能降低前的性能信息更新为性能降低后的性能信息(步骤S25)。性能降低前的性能信息以及性能降低后的性能信息预先通过实验计算并存储于ROM。性能信息包括IV曲线、IP曲线、等输出曲线、电流阈值、以及电压阈值。按照性能的每个降低程度的性能信息被存储于ROM。IV曲线、IP曲线、等输出曲线、电流阈值、以及电压阈值相互相关联。
例如，基于检测出的多个输出电流值以及输出电压值，来推断燃料电池20在高电流域不产生液泛的情况下的IV特性。在性能不降低的情况下推断出的IV特性与预先存储于ROM的IV曲线C大致相同。在性能降低的情况下，推断出的IV特性与图9的映射的IV曲线Ca～Cc的某一个近似。例如在推断出的IV特性最近似于IV曲线Ca的情况下，将存储于ROM的IV曲线C更新为IV曲线Ca。与该更新同时，将IV曲线C1、电压阈值VK分别更新为与IV曲线Ca相关联的IV曲线C1a、电压阈值VKa。另外，虽然图9中未示出，但将电流阈值IKH更新为与IV曲线Ca相关联的电流阈值。将其他的IV曲线、IP曲线、以及等输出曲线分别更新为与IV曲线Ca相关联的其他的IV曲线、IP曲线、以及等输出曲线。其中，伴随性能降低，电压阈值VK以及电流阈值IKH均被更新为较小的值。
如以上那样更新性能降低后的性能信息，基于该性能信息执行上述的电压下降抑制控制。因此，在性能降低后也能够适当地抑制电压下降。详细而言，通过更新IV曲线、电压阈值、以及电流阈值，在性能降低后也能够高精度地预测电压下降的产生而抑制电压下降。并且，通过更新等输出曲线，能够抑制在性能降低后也抑制了电压下降时的燃料电池20的输出降低。
此外，在上述实施例中，电压阈值VK以及电流阈值IKH双方伴随性能降低被更新，但也可以仅更新一方而不更新另一方。例如，可以在随着性能降低的燃料电池20在低电流域中的电压的降低程度较小、在高电流域中的电压的降低程度较大的情况下，仅更新电流阈值IKH。
在上述的更新控制中，步骤S23的处理是推断燃料电池20的电流‐电压特性的特性推断部执行的处理的一个例子。步骤S24的处理是基于推断出的电流‐电压特性来判定燃料电池20的性能是否降低的判定部执行的处理的一个例子。步骤S25的处理是在判定为燃料电池20的性能降低的情况下，基于推断出的电流‐电压特性来更新存储于ROM的电流阈值以及电压阈值的至少一方的更新部执行的处理的一个例子。
此外，如图9以及图10所示，燃料电池20的运转被允许的运转允许区域由设计上的上限电流值UI以及下限电压值LV规定。该上限电流值UI以及下限电压值LV是考虑确保燃料电池系统10侧的正常动作而规定的，不是燃料电池20理论上能够输出的最大电流值以及最低电压值。例如，在运转允许区域内，燃料电池20的最大电流值如图9的IV曲线C那样，性能降低前是上限电流值UI，在即使如IV曲线Ca那样性能降低后当性能降低的程度较小的情况下也是上限电流值UI。然而，在如IV曲线Cb以及Cc那样性能进一步降低之后，燃料电池20的最大电流值小于上限电流值UI，此时的电压值为下限电压值LV。这里，IV曲线C～Cc示出如上述那样在高电流域不产生浓度过电压的增大的理想IV曲线，是在各性能状态下高电流域中的电压值最高的IV曲线。因此，在本实施例中，燃料电池20能够输出电流的“整个电流域”是指电流值从零到上限电流值UI和燃料电池20能够输出的最大电流值中的较小一方的区间。在本实施例中，根据这样定义的整个电流域，定义低电流域、中电流域、以及高电流域。
以上对本发明的优选实施方式进行了详细描述，但本发明并不局限于这样的特定的实施方式，能够进行各种变形、变更。

Claims (8)

1.一种燃料电池系统，具备燃料电池和控制单元，
上述控制单元构成为：
基于对上述燃料电池的输出要求来设定上述燃料电池的目标电流值，
在上述燃料电池的输出电流值位于上述燃料电池的低电流域内、并且上述目标电流值超过设定在上述燃料电池的高电流域内的电流阈值的情况下，基于上述低电流域中的上述燃料电池的输出电压值预测为会在上述高电流域中产生上述燃料电池的电压下降，
在预测为会产生电压下降的情况下，将目标电流值重新设定为比所设定的上述目标电流值小的电流值，
将上述燃料电池的输出电流变更为上述重新设定的目标电流值。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，
在上述低电流域中的规定的电流值下的上述燃料电池的输出电压值超过电压阈值的情况下，上述控制单元预测为会产生上述电压下降。
3.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，
在上述低电流域内的每单位电流增加的上述燃料电池的输出电压值的降低率小于规定的阈值的情况下，上述控制单元预测为会产生上述电压下降。
4.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，
当在上述低电流域内，第一规定的电流值与大于第一规定的电流值的第二规定的电流值之间的上述燃料电池的输出电压值的最大值与最小值之差小于规定的阈值的情况下，上述控制单元预测为会产生上述电压下降。
5.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，
当在上述低电流域内，在第三规定的电流值与大于第三规定的电流值的第四规定的电流值之间以输出电流值对上述燃料电池的输出电压值进行积分而得到的值大于规定的阈值的情况下，上述控制单元预测为会产生上述电压下降。
6.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中，
上述控制单元包括存储有上述电流阈值以及电压阈值的存储部，
上述控制单元构成为推断上述燃料电池的电流‐电压特性，基于推断出的上述电流‐电压特性来判定上述燃料电池的性能是否已降低，在判定为上述燃料电池的性能已降低的情况下，基于推断出的上述电流‐电压特性更新存储于上述存储部的上述电流阈值以及电压阈值的至少一方。
7.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，
上述电压下降是因浓度过电压引起的电压下降。
8.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，
上述燃料电池的输出电流值位于上述燃料电池的低电流域内、且上述目标电流值超过在上述燃料电池的高电流域内设定的电流阈值的情况是从怠速运转状态突然加速的情况。
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