CN108140859A - 燃料电池车辆控制方法以及燃料电池车辆控制装置 - Google Patents

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Abstract

一种燃料电池车辆控制方法，由燃料电池车辆来执行，该燃料电池车辆具有：燃料电池；空气供给装置，其向该燃料电池供给空气；驱动马达，其利用来自燃料电池的电力来驱动燃料电池车辆；以及变速器，其设置于该驱动马达与驱动轮之间的动力传递路径，该燃料电池车辆控制方法根据燃料电池的要求发电电力来改变输出电流，根据该输出电流的变化来调节所述空气供给装置供给空气的供给流量，其中，在由变速器进行的变速处于升档的惯性阶段的情况下，与燃料电池的要求发电电力的下降相应地使输出电流减少，将空气的供给流量控制为惯性阶段供给流量，该惯性阶段供给流量比与输出电流的减少相应的空气的供给流量大。

Description

燃料电池车辆控制方法以及燃料电池车辆控制装置
技术领域
本发明涉及一种燃料电池车辆控制方法以及燃料电池车辆控制装置。
背景技术
在JP2008-154387A中，作为以往的车辆的控制装置而记载了以下的控制装置：具备燃料电池、马达以及变速器，在变速器升档时减小向马达供给的电力量，由此使马达转矩下降到比驾驶员所要求的转矩低。在该控制装置中，根据升档时的马达的要求电力来调节燃料电池的输出。
发明内容
在上述以往的车辆的控制装置中，在升档时与燃料电池的输出的下降相应地调节向堆供给的空气量。然而，向燃料电池供给空气的压缩机等空气系统的响应性低，即使与升档时的燃料电池的输出电力目标值的下降相应地使堆供给流量目标值下降，实际上到压缩机的输出下降从而堆供给流量下降为止也会产生延迟。由此，造成变速时间的长时间化。
本发明是着眼于这种问题而完成的，其目的在于提供一种能够抑制升档时的变速时间的长时间化的燃料电池车辆控制方法以及控制装置。
根据本发明的某个方式，提供一种由燃料电池车辆执行的燃料电池车辆控制方法，该燃料电池车辆具有：燃料电池；空气供给装置，其向该燃料电池供给空气；驱动马达，其利用来自所述燃料电池的电力来驱动燃料电池车辆；以及变速器，其设置于该驱动马达与驱动轮之间的动力传递路径。另外，在该燃料电池车辆控制方法中，根据燃料电池的要求发电电力来改变输出电流，根据该输出电流的变化来调节空气供给装置供给空气的供给流量。而且，在该燃料电池车辆控制方法中，在由变速器进行的变速处于升档的惯性阶段的情况下，使输出电流与燃料电池的发电电力的下降要求相应地减少，将空气的供给流量控制为惯性阶段供给流量，该惯性阶段供给流量比与输出电流的减少相应的空气的供给流量大。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式所涉及的车辆的概要结构图。
图2是说明将变速器的变速级从1速变更为2速的升档变速的时序图。
图3是用于示出马达转速与马达转矩之间的关系的图。
图4是说明本实施方式所涉及的燃料电池车辆的控制的流程图。
图5是说明马达转矩基本值计算处理的详情的流程图。
图6是计算要求驱动力的图表。
图7是说明可吸收电力计算处理的详情的流程图。
图8是说明马达转矩下限值计算处理的详情的流程图。
图9是计算马达转矩下限值的图表。
图10是说明发电电力的基本目标值计算处理的流程图。
图11是说明堆供给流量的基本目标值计算处理的流程图。
图12是说明升档要求判定处理的流程图。
图13是变速图表。
图14是说明非惯性阶段中的输出电力和堆供给流量的控制的流程图。
图15是示出了判断在变速时是否使发电电力下降的流程的框图。
图16是说明惯性阶段中的输出电力和堆供给流量的控制的流程图。
图17是表示车速与发电电力的惯性阶段目标值之间的关系的图表。
图18是表示车速与变速前后的马达转速的速度差之间的关系的图。
图19是说明惯性阶段中的堆供给流量、输出电流目标值的变化的时序图。
图20是说明本发明的第二实施方式所涉及的HFR控制的流程图。
图21是示出了判断是否对HFR基准目标值进行校正的流程的框图。
图22是示出了HFR校正处理的流程的框图。
图23是表示本实施方式所涉及的HFR值的变化的一例的时序图。
图24是示出了本发明的第三实施方式所涉及的HFR校正处理的流程的框图。
图25是说明本发明的第四实施方式所涉及的转矩阶段输出电力上升处理的流程的流程图。
图26是说明计算可容许发电电力上限的方法的框图。
图27是表示进行转矩阶段输出电力上升处理的情况下的要求发电电力与HFR值之间的关系的时序图的一例。
具体实施方式
下面，参照附图等来说明本发明的实施方式。
(第一实施方式)
燃料电池10通过用阳极(anode)电极(燃料极)和阴极(cathode)电极(氧化剂极)将电解质膜夹在中间并向阳极电极供给含氢的阳极气体(燃料气体)、向阴极电极供给含氧的阴极气体(空气)来进行发电。在阳极电极和阴极电极这两个电极处进行的电极反应如下。
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10产生1伏特左右的电动势。
在将燃料电池10用作车辆用电力源的情况下，由于要求的电力大，因此作为层叠数百块燃料电池而成的燃料电池堆110来使用。然后，构成向燃料电池堆110供给阳极气体和阴极气体的燃料电池系统100，取出用于驱动车辆的电力。
图1是本发明的第一实施方式所涉及的车辆1的概要结构图。
车辆1具备燃料电池系统100、驱动系统200以及控制器300。
燃料电池系统100具备燃料电池堆110、阴极气体供排装置120、阳极气体供排装置130、电流传感器140、电压传感器150、蓄电池160、DC/DC转换器170以及车辆辅机180。
燃料电池堆110是层叠多块燃料电池10而成的，接受阳极气体和阴极气体的供给，来发出驱动车辆1所需的电力。燃料电池堆110具备阳极电极侧输出端子11和阴极电极侧输出端子12作为取出电力的端子。
阴极气体供排装置120向燃料电池堆110供给阴极气体(空气)，并且将从燃料电池堆110排出的阴极排气排出到外部大气。阴极气体供排装置120具备：阴极气体供给通路121、阴极气体排出通路122、过滤器123、压缩机124、水分回收装置(Water RecoveryDevice；以下也记载为“WRD”)125、阴极压力调节阀126、旁路通路127、旁路阀128、第一气流传感器301、第二气流传感器302以及阴极压力传感器303。
阴极气体供给通路121是流通向燃料电池堆110供给的空气的通路。阴极气体供给通路121一端连接于过滤器123，另一端连接于燃料电池堆110的阴极气体入口孔。
阴极气体排出通路122是流通从燃料电池堆110排出的阴极排气的通路。阴极气体排出通路122一端连接于燃料电池堆110的阴极气体出口孔，另一端为开口端。阴极排气是电极反应中未被使用的氧、阴极气体中含有的氮以及通过电极反应而产生的水蒸气等的混合气体。
过滤器123将取入到阴极气体供给通路121的空气中的异物去除。
压缩机124设置于阴极气体供给通路121。压缩机124经由过滤器123将空气取入到阴极气体供给通路121，供给到燃料电池堆110。此外，压缩机124的输出由控制器300来控制。
WRD 125与阴极气体供给通路121及阴极气体排出通路122分别连接，回收流过阴极气体排出通路122的阴极排气中的水分，利用所回收的该水分来加湿流过阴极气体供给通路121的空气。此外，也能够在压缩机124与WRD 125之间的阴极气体供给通路121上设置用于冷却空气的中冷器。
阴极压力调节阀126设置于比WRD 125更靠下游的阴极气体排出通路122。阴极压力调节阀126由控制器300来控制开闭，将向燃料电池堆110供给的空气的压力调节为期望的压力。此外，也可以不设置阴极压力调节阀126，而设置孔(Orifice)等节流件。
旁路通路127是为了能够根据需要将从压缩机124喷出的空气的一部分不经由燃料电池堆110地直接排出到阴极气体排出通路122而设置的通路。旁路通路127一端连接于压缩机124与WRD 125之间的阴极气体供给通路121，另一端连接于比阴极压力调节阀126更靠下游的阴极气体排出通路122。
旁路阀128设置于旁路通路127。旁路阀128由控制器300来控制开闭，对流过旁路通路127的空气的流量(以下也记载为“旁路流量”)进行调节。
第一气流传感器301设置于比压缩机124更靠上游的阴极气体供给通路121。第一气流传感器301对向压缩机124供给的空气的流量(以下也记载为“压缩机供给流量”)进行检测。
第二气流传感器302设置于比与旁路通路127连接的连接部更靠下游的阴极气体供给通路121。第二气流传感器302对从压缩机124喷出的空气中的向燃料电池堆110供给的空气的流量(以下也记载为“堆供给流量”)进行检测。此外，堆供给流量是从压缩机供给流量减去旁路流量所得到的流量。
阴极压力传感器303设置于WRD 125的阴极气体入口侧附近的阴极气体供给通路121。阴极压力传感器303对WRD 125的阴极气体入口侧附近的空气的压力进行检测。换言之，对向燃料电池堆110供给的空气的压力(以下也记载为空气压力)进行检测。
阳极气体供排装置130向燃料电池堆110供给阳极气体，并且将从燃料电池堆110排出的阳极排气排出到阴极气体排出通路122。阳极气体供排装置130具备高压罐131、阳极气体供给通路132、阳极压力调节阀133、阳极压力传感器304、阳极气体排出通路134、缓冲罐135、放气通路136以及放气阀137。
高压罐131将要向燃料电池堆110供给的阳极气体(氢)保持为高压状态来贮存。
阳极气体供给通路132是用于将从高压罐131排出的阳极气体供给到燃料电池堆110的通路。阳极气体供给通路132一端连接于高压罐131，另一端连接于燃料电池堆110的阳极气体入口孔。
阳极压力调节阀133设置于阳极气体供给通路132。阳极压力调节阀133由控制器300来控制开闭，将向燃料电池堆110供给的阳极气体的压力调节为期望的压力。
阳极压力传感器304设置于比阳极压力调节阀133更靠下游的阳极气体供给通路132，对向燃料电池堆110供给的阳极气体的压力(以下也记载为“阳极压力”)进行检测。在本实施方式中，将该阳极压力作为从燃料电池堆110到缓冲罐135的阳极系统内的压力来使用。
阳极气体排出通路134一端连接于燃料电池堆110的阳极气体出口孔，另一端连接于缓冲罐135。电极反应中未被使用的剩余的阳极气体与在燃料电池内从阴极侧向阳极侧透过来的包括氮、水分(生成水、水蒸气)等的惰性气体的混合气体(以下也记载为“阳极排气”)被排出到阳极气体排出通路134。
缓冲罐135暂时蓄积经阳极气体排出通路134流过来的阳极排气。积存在缓冲罐135中的阳极排气在放气阀137打开时通过放气通路136排出到阴极气体排出通路122。
放气通路136一端连接于阳极气体排出通路134，另一端连接于阴极气体排出通路122。
放气阀137设置于放气通路136。放气阀137由控制器300来控制开闭，对从阳极气体排出通路134排出到阴极气体排出通路122的阳极排气的流量(以下也记载为“放气流量”)进行控制。
经由阳极气体排出通路134排出到阴极气体排出通路122的阳极排气在阴极气体排出通路122内与阴极排气相混合后排出到燃料电池系统100的外部。阳极排气中含有电极反应中未被使用的剩余的氢，因此通过与阴极排气混合后排出到燃料电池系统100的外部，使得该排出气体中的氢浓度为预先决定的规定浓度以下。
电流传感器140对从燃料电池堆110取出并向蓄电池160、驱动马达210以及压缩机124等车辆辅机180供给的电流(以下也记载为“输出电流”)进行检测。
电压传感器150对阳极电极侧输出端子11与阴极电极侧输出端子12之间的端子间电压(以下也记载为“输出电压”)进行检测。电压传感器150对构成燃料电池堆110的每块燃料电池10的电压(以下也记载为“单电池电压”)进行检测，检测出燃料电池10的总电压来作为输出电压。此外，也可以对每多块燃料电池10的电压(单电池组电压)进行检测。
蓄电池160是能够充放电的二次电池。对蓄电池160充入燃料电池堆110的发电电力(输出电流×输出电压)的剩余部分和驱动马达210的再生电力。根据需要将充入蓄电池160中的电力供给到车辆辅机180和驱动马达210。
DC/DC转换器170是包括多个开关元件和电抗器的、使燃料电池堆110的输出电压升降的双向性的直流电压变换机。通过利用DC/DC转换器170对燃料电池堆110的输出电压进行控制，来控制燃料电池堆110的输出电流进而控制发电电力，并且控制蓄电池160的充放电。
车辆辅机180是压缩机124等在运转车辆1时进行驱动的除驱动马达210以外的电气设备。
驱动系统200具备驱动马达210、逆变器220以及变速器230。
驱动马达210是用于驱动车辆1的驱动源。驱动马达210是在转子埋设永磁体并将定子线圈缠绕于定子而成的三相交流同步电动机。驱动马达210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110和蓄电池160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转子因外力而旋转的车辆1减速时使定子线圈的两端产生电动势。
逆变器220例如由IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)等多个开关元件构成。逆变器220的开关元件由控制器300来控制开闭，由此将直流电力变换为交流电力，或者将交流电力变换为直流电力。在使驱动马达210作为电动机而发挥功能时，逆变器220将燃料电池堆110的发电电力与蓄电池160的输出电力的合成直流电力变换为三相交流电力后供给到驱动马达210。另一方面，在使驱动马达210作为发电机而发挥功能时，逆变器220将驱动马达210的再生电力(三相交流电力)变换为直流电力后供给到蓄电池160。
变速器230是前进2级的自动变速器，与驱动马达210的输出轴连接。变速器230的输出轴经由差动齿轮240来与驱动轮250的驱动轴连接。变速器230改变驱动马达210的输出轴的转速((以下也记载为“马达转速”)后将该转速传递到驱动轴。
湿润状态检测装置270基于电流传感器140对输出电流的检测值以及电压传感器150对输出电压的检测值来获取燃料电池堆110的高频带(例如，数十KHz以上)的内部阻抗值(HFR值)。然后，湿润状态检测装置270基于表示该检测出的HFR值与燃料电池的电解质膜的湿润度之间的关系的图表来检测构成燃料电池堆110的燃料电池单电池的电解质膜的湿润状态。在该图表中，HFR值与电解质膜的湿润度具有以下关系：随着HFR值变大，电解质膜的湿润度变小。
控制器300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。在本实施方式中，控制器300作为供给空气量流量设定装置而发挥功能。
来自电流传感器140、电压传感器150、第二气流传感器302、检测与燃料电池堆110的负荷相当的加速踏板的踏下量(以下也记载为“油门踏下量”)的加速行程传感器310、检测马达转速(＝变速器的输入转速)的第一转速传感器311、检测变速器230的输出转速的第二转速传感器312等各种传感器的信号被输入到控制器300。
控制器300基于驱动马达210的要求电力、车辆辅机180的要求电力、蓄电池160的充放电要求来计算发电电力的目标值。
另外，控制器300对压缩机124和旁路阀128进行反馈控制，使得同时满足堆要求和稀释要求。在此所说的堆要求是指以下的要求：在使发电电力为目标值时，考虑氧分压的确保、电解质膜的HFR等，在最合适的状态下使燃料电池堆110发电。稀释要求是指以下的要求：使排出到燃料电池系统100的外部的排出气体中的氢浓度为规定浓度以下。
并且，控制器300在压缩机124的控制中使用第一气流传感器301的检测值(压缩机供给流量的检测值)，在旁路阀128的控制中使用第二气流传感器302的检测值(堆供给流量的检测值)。
另外，控制器300基于车辆1的运转状态来变更变速器230的变速级。
图2是说明将变速器230的变速级从1速变更为2速的升档变速的时序图。
如图2所示，升档变速是经转矩阶段和惯性阶段而完成的。转矩阶段是在升档的进展中途发生的变速阶段之一，是马达转速不变化而变速器230的输出轴的转矩(以下也记载为“变速器输出转矩”)变化的变速阶段。惯性阶段是在升档的进展中途发生的变速阶段之一，是指由于驱动系统的惯性发生变化而马达转速发生变化的变速阶段。具体地说，在升档的场景下，马达转速从变速前的转速N1下降到1速的变速比Rlow与2速的变速比Rhigh之比乘以转速N1所得到的转速N2(N2＝N1×Rhigh/Rlow)。
在时刻t1，当开始升档变速而变为转矩阶段时，使变速器230的1速侧的离合器分离，并且开始2速侧的离合器的接合。由此，马达转速相对于变速前的马达转速N1不发生变化，变速器输出转矩逐渐下降。即，变速器输出转矩从变速前的马达转矩T1乘以1速的变速比Rlow所得到的转矩值(T1×Rlow)向变速前的马达转矩T1乘以2速的变速比Rhigh所得到的转矩值(T1×Rhigh)下降。
在时刻t2，当变速器输出转矩下降到马达转矩T1乘以2速的变速比Rhigh所得到的转矩值(T1×Rhigh)时，转变为惯性阶段。在惯性阶段，一边通过变速器230进行所谓的滑动控制，一边使马达转速从N1下降为N2。此时，使马达转矩暂时下降，以抑制由于与驱动系统转速变化相伴的惯性转矩而变速器输出转矩增加的情况。另外，在惯性阶段结束时，需要使马达转矩从变速前的马达转矩T1增加到变速后的目标马达转矩T2，以避免在变速前后产生因转矩级差引起的冲击。即，需要使马达转矩增加到目标马达转矩T2，使得变速后的变速器输出转矩(T2×Rhigh)与变速前的变速器输出转矩(T1×Rlow)一致。
图3示出了马达转速与马达转矩之间的关系，马达转速为N2时的马达转矩T2比马达转速为N1时的马达转矩T1高。因而，为了使马达转矩增加到目标马达转矩T2，需要使马达转速下降。在此，为了缩短变速时间，使马达转速迅速从变速前的马达转速N1下降到与目标马达转矩T2对应的马达转速N2来缩短惯性阶段的期间是有效的。
因此，在本实施方式中，如图2所示，当在时刻t2转变为惯性阶段时，暂时将驱动马达210从动力运转切换为再生运转。由此，使马达转速迅速从变速前的马达转速N1下降到与目标马达转矩T2对应的马达转速N2。
在时刻t3，在马达转速下降到N2的定时使驱动马达210恢复为动力运转后输出马达转矩T2，结束惯性阶段。
这样，在本实施方式中，在升档的惯性阶段中，为了缩短变速时间而将驱动马达210暂时从动力运转切换为再生运转。
另外，燃料电池堆110的发电电力通常被作为燃料电池堆110的负载的驱动马达210、车辆辅机180所消耗，并且被输出到同样为负载的蓄电池160。但是，当转变为惯性阶段时，驱动马达210暂时被切换为再生运转以使马达转速下降。因而，岂止不再存在驱动马达210的消耗电力，反而成为发电的状态，因此要求发电电力下降。因此，在惯性阶段，使发电电力(输出电力)下降来避免供给电力过剩。
即，在以往，当向升档的惯性阶段转变时，使发电电力下降，使得从即将转变为惯性阶段时的发电电力向在惯性阶段中设定的发电电力的目标值接近。而且，与该发电电力的下降相应地通过DC/DC转换器170来进行输出电压的调节，使由蓄电池160、车辆辅机180从燃料电池堆110取出的电流即输出电流下降。并且，在以往，进行压缩机124的输出限制、旁路阀128的开度的增加，以使堆供给流量与该输出电流的下降相应地减少。
然而，压缩机124、旁路阀128等空气系统的响应延迟大，从向它们提供指令到堆供给流量实际下降为止产生时间滞后。因此，与空气系统的响应延迟相应地，花费规定时间来进行输出电流的下降。另外，在惯性阶段的结束阶段使发电电力恢复(增加)的情况下，相反地使输出电流增加，因此需要进行使压缩机124的输出与输出电流的增加相应地上升等的空气系统的控制。然而，在该情况下，由于响应延迟的问题，也需要花费规定时间地进行输出电流的增加。因而，存在以下问题：在向惯性阶段转变时和惯性阶段结束时，变速时间变长。
对此，本发明人们发现了能够防止上述变速时间的长期化的燃料电池车辆控制方法。下面，说明该燃料电池车辆控制方法。
图4是说明本实施方式所涉及的燃料电池车辆的控制的流程图。控制器300以规定的运算周期重复执行该例程。
在步骤S10中，控制器300基于马达转速、将马达转速除以变速器230的输出轴的转速(以下也记载为“输出转速”)所得到的变速器230的实际变速比以及预先存储在ROM中的车轮直径及差动齿轮240的减速比，来运算车速。此外，也能够基于变速器230的输出转速、车轮直径以及减速比来计算车速。
在步骤S20中，控制器300实施马达转矩基本计算处理。马达转矩基本计算处理是用于基于与驾驶员要求相当的油门踏下量(驱动马达210的负荷)来计算驾驶员所要求的马达转矩的目标值(以下也记载为“马达转矩基本值”)的处理。换言之，马达转矩基本值是使车辆1的驱动力为驾驶员所要求的驱动力(以下也记载为“要求驱动力”)所需的马达转矩的目标值。
图5是说明马达转矩基本值计算处理的详情的流程图。
在步骤S21中，控制器300参照图6所示的要求驱动力图表，基于油门踏下量和车速来计算要求驱动力。
在步骤S22中，控制器300通过用在步骤S21中计算出的要求驱动力除以变速器230的实际变速比来计算马达转矩基本值。
返回到图4，在步骤S30中，控制器300实施可吸收电力计算处理。
图7是说明可吸收电力计算处理的详情的流程图。
在步骤S31中，控制器300读入预先设定的蓄电池160的可接受电力。可接受电力是蓄电池160每单位时间能够接受的电力、即能够充电的电力的上限值。此外，也可以将相对于上限值而言有余裕的值作为可接受电力。
在步骤S32中，控制器300计算当前工作中的车辆辅机180的消耗电力(以下也记载为“辅机消耗电力”)。换言之，辅机消耗电力是能够被压缩机124等车辆辅机180吸收的电力。
在步骤S33中，控制器300计算步骤S31的蓄电池160的可接受电力与在步骤S32中计算出的车辆辅机180的消耗电力之和来作为可吸收电力。换言之，可吸收电力是能够被蓄电池160和车辆辅机180吸收的电力的最大值。
在本实施方式中，根据需要将蓄电池160和车辆辅机180总称为“电力吸收元件400”。此外，也能够仅将蓄电池160作为电力吸收元件400。
在步骤S34中，控制器300判定在步骤S33中计算出的可吸收电力是否为预先决定的转换器通过电力上限值以下。
在此，转换器通过电力上限值是指从防止DC/DC转换器170的劣化的观点出发决定的规定的上限值。即，在利用电力吸收元件400来吸收发电电力时，当通过DC/DC转换器170的电力(以下也记载为“转换器通过电力”)变大时，通过作为DC/DC转换器170的结构部件的电抗器的电流也变大，存在流通额定以上的电流的可能性。当像这样向电抗器流通额定电流以上的电流时，存在电抗器劣化进而DC/DC转换器170劣化的担忧。因此，对转换器通过电力设置了上述的上限值。
因而，在可吸收电力为转换器通过电力上限值以下时，尽管能够利用电力吸收元件400将可吸收电力全部吸收，也需要将要利用电力吸收元件400吸收的电力限制为转换器通过电力上限值。
因此，如果可吸收电力为转换器通过电力上限值以下，则控制器300进入步骤S35，将在步骤S33中计算出的可吸收电力直接设为最终的可吸收电力。另一方面，如果可吸收电力大于转换器通过电力上限值，则进入步骤S36，将转换器通过电力上限值设为最终的可吸收电力。
返回到图4，在步骤S40中，控制器300实施马达转矩下限值计算处理。马达转矩下限值计算处理是用于计算升档的惯性阶段中的马达转矩的下限值(以下也记载为“马达转矩下限值”)的处理。
图8是说明马达转矩下限值计算处理的详情的流程图。
在步骤S41中，控制器300基于由电流传感器140检测出的输出电流和由电压传感器150检测出的输出电压来计算燃料电池堆110的发电电力。
在步骤S42中，控制器300计算出从发电电力减去可吸收电力所得到的电力来作为“剩余电力”。该剩余电力被计算为正的值时是燃料电池堆110发出了电力吸收元件400吸收不完的剩余的电力之时，需要利用驱动马达210来消耗所计算出的剩余电力。另一方面，该剩余电力被计算为负的值时，能够利用驱动马达210再生该负的量。
在步骤S43中，控制器300参照图9所示的马达转矩下限值图表，基于剩余电力和马达转速来计算马达转矩下限值。此外，在计算马达转矩下限值时未必需要马达转速，也可以仅根据剩余电力来计算马达转矩下限值。换言之，马达转矩下限值是为了在升档的惯性阶段中不对蓄电池160充入可接受电力以上的电力而设定的马达转矩的下限值。
返回到图4，在步骤S50中，控制器300实施发电电力的基本目标值计算处理。
图10是说明发电电力的基本目标值的计算处理的流程图。
在步骤S51中，控制器300计算在将马达转矩控制为马达转矩基本值时由驱动马达210消耗的电力。例如能够预先设定使马达转矩基本值与驱动马达210的消耗电力相对应的表等，基于马达转矩基本值来计算该电力。
在步骤S52中，控制器300基于由未图示的SOC传感器检测出的蓄电池充电量来计算蓄电池充放电电力。此外，在蓄电池充电量大于规定的阈值的情况下，计算出负的电力值来作为蓄电池充放电电力，以从蓄电池160放出电力。
在步骤S53中，控制器300计算在步骤S51中计算出的电力、在步骤S52中计算出的蓄电池充放电电力以及辅机消耗电力的总和，来作为发电电力的基本目标值。即，控制器300基于与燃料电池堆110连接的负载的状态来计算发电电力的基本目标值。
返回到图4，在步骤S60中，控制器300基于在步骤S50中计算出的发电电力的基本目标值来计算堆供给流量的基本目标值。
图11是说明堆供给流量的基本目标值的计算处理的流程图。
在步骤S61中，控制器300将在步骤S50中计算出的发电电力的基本目标值变换为输出电流的基本目标值。
在步骤S62中，控制器300根据在步骤S61中求出的输出电流的基本目标值来计算堆供给流量的基本目标值。具体地说，例如使用表示输出电流与堆供给流量之间的关系的规定的图表，来根据输出电流的基本目标值计算出堆供给流量的基本目标值。
返回到图4，在步骤S70中，控制器300实施升档要求判定处理。升档要求判定处理是用于判定是否存在变速器230的升档要求的处理。
图12是说明升档要求判定处理的详情的流程图。
在步骤S71中，控制器300判定变速器230的变速级是否为1速。如果变速级为1速，则控制器300进行步骤S72的处理，如果变速级为2速，则控制器300进行步骤S75的处理。
在步骤S72中，控制器300判定是否禁止变速器230的升档变速。具体地说，如果可吸收电力小于规定值则控制器300禁止升档变速。另一方面，如果可吸收电力为规定值以上则控制器300允许升档变速。
控制器300在禁止升档变速时进行步骤S75的处理，在允许升档变速时进行步骤S73的处理。
在步骤S73中，控制器300参照图13的变速图表，基于表示车辆1的运转状态的油门踏下量和车速来判定是否存在源自驾驶员的升档要求。如果图13的变速图表上根据油门踏下量和车速而决定的动作点位于2速区域，则控制器300判定为存在升档要求。如果存在源自驾驶员的升档要求，则控制器300进行步骤S74的处理，否则进行步骤S75的处理。
在步骤S74中，控制器300将升档变速中标志设定为1。升档变速中标志是在升档变速中被设定为1的标志。即，在升档变速中标志被设定为1的情况下，处于当前的变速级为1速、且升档变速未被禁止、且存在升档要求的状态，因此能够判断为处于升档变速中。
在步骤S75中，控制器300将升档变速中标志设定为0。在该情况下，能够判断为未处于升档变速中。
返回到图4，在步骤S80中，控制器300判定是否处于升档变速中。具体地说，判定在步骤S70的升档要求判定处理中设定的升档变速中标志是否为1。当判定为未处于升档变速中(升档变速中标志＝0)时，控制器300进行步骤S90的处理。另一方面，当判定为处于升档变速中(升档变速中标志＝1)时，控制器300进行步骤S100的处理。
在步骤S90中，控制器300进行非惯性阶段中的电力控制和流量控制。
图14是说明非惯性阶段中的输出电力控制和堆供给流量控制的详情的流程图。
在步骤S121中，控制器300对逆变器220进行控制来控制向驱动马达210供给的电力，使得马达转矩为在图4所示的步骤S20中计算出的马达转矩基本值。即，对由驱动马达210取出的电流进行控制。
在步骤S122中，控制器300将发电电力控制为基本目标值。具体地说，对输出电流进行调节，使得输出电流取在步骤S61中计算出的输出电流的基本目标值。
在步骤S123中，控制器300进行控制使得堆供给流量取在图11所示的步骤S62中计算出的堆供给流量的基本目标值。
具体地说，控制器300基于在步骤S61中计算出的输出电流的基本目标值来计算空气压力的基本目标值，同样基于输出电流的基本目标值来计算压缩机供给流量的基本目标值。然后，控制器300对阴极压力调节阀126的开度、旁路阀128的开度以及压缩机124的转矩进行控制，使得阴极压力传感器303对空气压力的检测值、第一气流传感器301对压缩机供给流量的检测值以及第二气流传感器302对堆供给流量的检测值分别取空气压力的基本目标值、压缩机供给流量的基本目标值以及堆供给流量的基本目标值。
返回到图4，当在上述步骤S80中判定为处于升档变速中时，在步骤S100中，控制器300判定该升档变速是否处于惯性阶段。
具体地说，如果将马达转速除以变速器230的输出转速所得到的实际变速比小于升档前的变速比(＝1速的变速比)，则控制器300判定为处于升档的惯性阶段，如果实际变速比为升档前的变速比以上，则控制器300判定为不处于惯性阶段。然后，控制器300在判定为处于惯性阶段时，进行步骤S110的处理。另一方面，控制器300在判定为未处于惯性阶段的情况下，进行之前说明的步骤S90的处理，结束本例程。
在步骤S110中，控制器300进行是否使发电电力下降的判定。在此，在本实施方式中，在升档变速的惯性阶段中，如在上述图2中所说明的那样，驱动马达210从动力运转切换为再生运转，由此存在燃料电池堆110的发电电力剩余(要求发电电力下降)的情况，在该情况下需要使发电电力目标值下降。另一方面，也可以是，例如在蓄电池160的充电量有余裕、能够对蓄电池160充足供给燃料电池堆110的发电电力的情况下，即使在惯性阶段中也不限制燃料电池堆110的发电量。
因而，在本实施方式中，基于在惯性阶段中是否使燃料电池堆110的发电电力目标值下降，能够如后所述那样获知以后的控制模式。说明是否使该燃料电池堆110的发电电力目标值下降的判断。
图15是示出了判断在变速时是否使发电电力下降的流程的框图。此外，以后说明的各框图所示的块的功能由控制器300来实现。如图所示，该块具有变速车速计算块B101、转速差计算块B102、目标变速时间计算块B103、惯性阶段再生电力最大值计算块B104、实质可吸收电力计算块B105以及变速时发电电力下降判断块B106。
首先，由加速行程传感器310检测出的油门踏下量被输入到变速车速计算块B101。变速车速计算块B101存储有图13所示的变速图表，基于该变速图表，根据所检测出的油门踏下量来求出变速时的车速(以下也记载为“变速车速”)。具体地说，变速车速是所检测出的油门踏下量与变换线的交点处的车速，该变换线是图13所示的1速区域与2速区域的边界。
而且，由变速车速计算块B101计算出的变速车速被输入到转速差计算块B102。转速差计算块B102基于预先准备的变速车速-转速差图表，根据计算出的变速车速来计算1速与2速之间的驱动马达210的转速之差(以下也记载为“马达转速差”)。图18中示出了该图表的一例。如参照图18可以理解的那样，通过决定变速车速，能够求出1速的马达转速与2速的马达转速之差。变速车速越大，则转速差也越大。
另一方面，蓄电池160的可接受电力被输入到目标变速时间计算块B103。目标变速时间计算块B103基于预先准备的表示蓄电池可接受电力与目标变速时间之间的关系的图表，根据蓄电池160的可接受电力来计算目标变速时间。此外，蓄电池160的可接受电力越大，则目标变速时间越小。
而且，由转速差计算块B102计算出的马达转速差和由目标变速时间计算块B103计算出的目标变速时间被输入到惯性阶段再生电力最大值计算块B104。惯性阶段再生电力最大值计算块B104基于预先准备的图表，根据马达转速差、目标变速时间以及预先设定的推转矩值来计算惯性阶段中的再生电力的最大值(以下也记载为“惯性阶段再生电力最大值”)。
在此，因上述的马达转速差而产生的能量被再生能量和离合器的摩擦能量所吸收，因此能够再生的总电力是从马达转速差减去离合器的摩擦所引起的热能消耗量来决定的。因而，马达转速差越大，则再生电力的最大值越大。另一方面，当目标变速时间变长时，由于变速动作中的离合器的摩擦而消耗的热能增加，因此再生电力的最大值变小。并且，当推转矩变大时，因离合器的摩擦造成的热能增大，因此再生电力的最大值变小。
并且，由惯性阶段再生电力最大值计算块B104计算出的惯性阶段再生电力最大值以及在上述图7的步骤S33中计算出的可吸收电力被输入到实质可吸收电力计算块B105。然后，实质可吸收电力计算块B105通过从该可吸收电力减去惯性阶段再生电力最大值来计算实质上能够吸收的实质可吸收电力。
由实质可吸收电力计算块B105计算出的实质可吸收电力以及根据燃料电池堆110的输出电压和输出电流的检测值而决定的输出电力被输入到变速时发电电力下降判断块B106。变速时发电电力下降判断块B106将该实质可吸收电力与输出电力进行比较。然后，变速时发电电力下降判断块B106在输出电压大于实质可吸收电力的情况下，判断为需要发电电力的下降，在输出电压为实质可吸收电力以下的情况下，判断为不需要发电电力的下降。而且，在输出电压大于实质可吸收电力的情况下，进行图4中的步骤S90的处理，结束本例程。另一方面，在输出电压为实质可吸收电力以下的情况下，进入步骤S120的处理。
在步骤S120中，控制器300判定变速进展程度是否小于规定值。具体地说，判定马达转速除以变速器230的输出转速所得到的实际变速比是否变为比稍大于升档后的变速比(＝2速的变速比)的规定阈值小。
在此，马达转速除以变速器230的输出转速所得到的实际变速比表示惯性阶段的进展程度。因而，如果实际减速比从升档前的变速比下降到升档后的变速比附近，则能够判定为惯性阶段已结束。而且，当像这样判定为惯性阶段结束时，进行步骤S90的处理，结束本例程。
另一方面，控制器300当判定为变速进展程度小于规定值、即处于惯性阶段中时，进行步骤S130的处理。
在此，在本实施方式中控制器300使堆供给流量的目标值为惯性阶段用的目标值(以下也记载为“惯性阶段堆供给流量目标值”)，并且使发电电力从基本目标值下降到惯性阶段用的目标值(以下也记载为“惯性阶段电力目标值”)。下面，说明该控制器300的控制的详情。
图16是说明惯性阶段中的电力/流量控制的详情的流程图。
在步骤S131中，控制器300计算升档的惯性阶段中的马达转矩的目标值(以下也记载为“惯性阶段马达转矩目标值”)。具体地说，将为了使马达转速下降而预先存储在ROM中的规定的目标再生转矩以及马达转矩下限值中的较大一方计算为马达转矩目标值。
在步骤S132中，控制器300通过逆变器220来实施用于使驱动马达210的转速下降的变速用电力控制，将马达转矩控制为在步骤S131中计算出的惯性阶段马达转矩目标值。
在步骤S133中，控制器300参照图17所示的表，基于车速来计算发电电力的惯性阶段目标值，将发电电力控制为惯性阶段目标值。此外，如根据图17能够理解的那样，发电电力的惯性阶段目标值被设定成车速越高则值越小。
这是由于，在此，随着车速变高，变速前后的马达转速的速度差变大(参照图15的块B102)。而且，随着车速变高而马达转速的变速前后的马达转速的速度差变大，惯性阶段中的马达转速的下降幅度变大。因而，随着车速变高，惯性阶段中的驱动马达210的再生量也变多，需要使发电电力变低，因此发电电力的惯性阶段目标值被设定成车速越高则值越小。此外，也能够无论车速如何都将发电电力的惯性阶段目标值设定为零。
然后，发电电力的惯性阶段目标值取比发电电力的基本目标值低的值。另外，在本实施方式中，根据发电电力的惯性阶段目标值，参照燃料电池堆110的IV特性来求出并设定输出电流的目标值(以下也记载为“惯性阶段电流目标值”)。
在步骤S134中，控制器300计算升档的惯性阶段中的堆供给流量的目标值(以下也记载为“惯性阶段堆供给流量目标值”)。
在本实施方式中，能够在既不会使HFR值变得过高、即不会使构成燃料电池堆110的燃料电池10的电解质膜变得过干燥、也不会与输出电流的减少相应地大幅下降的范围内任意地设定该惯性阶段堆供给流量目标值。
然而，在本实施方式中，最优选的是，将惯性阶段堆供给流量目标值设为与即将转变为惯性阶段时的堆供给流量目标值、即堆供给流量的基本目标值相同的值。
在步骤S135中，控制器300进行控制使得堆供给流量取在步骤S134中计算出的惯性阶段堆供给流量目标值。
具体地说，首先，控制器300基于在上述步骤S133中计算出的惯性阶段电流目标值来计算惯性阶段中的空气压力的目标值(以下也记载为“惯性阶段空气压力目标值”)。
并且，控制器300基于惯性阶段电流目标值来计算惯性阶段中的压缩机供给流量的目标值(以下也记载为“惯性阶段压缩机流量目标值”)。
然后，控制器300对阴极压力调节阀126的开度、旁路阀128以及压缩机124的转矩进行控制，使得阴极压力传感器303对空气压力的检测值、第一气流传感器301对压缩机供给流量的检测值以及第二气流传感器302对堆供给流量的检测值分别取惯性阶段空气压力目标值、惯性阶段压缩机流量目标值以及惯性阶段堆供给流量目标值。
此外，在如上所述那样将惯性阶段堆供给流量目标值设定为与即将转变为惯性阶段时的堆供给流量目标值、即堆供给流量的基本目标值相同的情况下，不需要对阴极压力调节阀126的开度、旁路阀128以及压缩机124的转矩的控制状态进行变更。因而，在该情况下，即使在惯性阶段，也能够省略与堆供给流量的变更有关的包括压缩机124在内的空气系统的控制，能够可靠地防止该空气系统的响应延迟的影响。
以上对已说明的本实施方式所涉及的燃料电池车辆控制方法的作用进行说明。
图19是说明本实施方式所涉及的燃料电池车辆控制方法中的惯性阶段中的动作的一例的时序图。此外，在图中，为了参考而以虚线示出了以往的控制。另外，在图19中，说明将惯性阶段堆供给流量目标值设定为与即将转变为惯性阶段时的堆供给流量目标值、即堆供给流量的基本目标值相同的情况，即，说明在惯性阶段中不变更压缩机供给流量、堆供给流量的情况。
如图19的(A)所示，在惯性阶段转变时刻t2，从转矩阶段转变为惯性阶段。如已经说明过的那样，当转变为惯性阶段时，蓄电池160、车辆辅机180以及驱动马达210所能够吸收的电力下降，因此要求的发电电力下降。因而，如图19的(E)所示，使燃料电池堆110的输出电力下降到惯性阶段电力目标值。在惯性阶段的期间、即从惯性阶段转变时刻t2到惯性阶段结束时刻t3的期间内维持该输出电力的下降。
并且，在本实施方式中，如已经说明过的那样，通过DC/DC转换器170来进行输出电压的调节，使输出电流在惯性阶段转变时刻t2下降到惯性阶段电流目标值(参照图19的(D))，以使输出电力接近惯性阶段电力目标值。此外，在惯性阶段期间t2～t3维持该惯性阶段电流目标值。
在此，如图19的(D)和图19的(E)中虚线所示的那样，在以往的控制中，不是在惯性阶段转变时刻t2使输出电流瞬间减少，而是花费规定时间Δt2地减少。并且，在惯性阶段结束时刻t3，也不是使输出电流瞬间恢复，而是花费规定时间Δt3地恢复。
像这样以往在向惯性阶段转变时或惯性阶段结束时花费规定时间地改变输出电流的原因是：考虑到包括压缩机124在内的空气系统的响应延迟。
即，这是由于，包括压缩机124在内的空气系统的响应速度比电力/电流控制的响应速度低，因此即使在惯性阶段转变时刻t2和惯性阶段结束时刻t3提供改变压缩机124的输出的指令，实际上到堆供给流量变化为止也会产生时间滞后。因而，输出电流也与该时间滞后Δt2、Δt3相应地花费规定时间Δt2、Δt3地变更。然而，当像这样花费规定时间地变更输出电流时，惯性阶段会长时间化(在图的例子中至少延长了时间Δt3的量)，其结果是成为升档过程中的变速时间长时间化的因素。
因此，在本实施方式中，将在惯性阶段t2～t3被当作堆供给流量的目标值的惯性阶段堆供给流量目标值设为与即将变为惯性阶段转变时刻t2时的目标值、即堆供给流量基本目标值相同的值。即，在惯性阶段t2～t3不变更堆供给流量的目标值，不对会带来响应延迟的空气系统的控制方式进行变更。由此，能够防止在惯性阶段t2～t3受到空气系统的响应延迟的影响。
在此基础上，在本实施方式中，如图19的(E)的实线所示，通过使输出电流急速地减少，来在规定时间内大致瞬间地变更与要求输出电力相应的输出电力的目标值。因而，能够不设置上述时间滞后Δt2和Δt3地变更输出电流，因此能够缩短惯性阶段期间，防止变速时间的长期化。
根据以上说明的本实施方式所涉及的燃料电池车辆1的控制方法，能够得到以下的效果。
本实施方式所涉及的燃料电池车辆控制方法由燃料电池车辆1执行，该燃料电池车辆1具有：作为燃料电池的燃料电池堆110；作为空气供给装置的压缩机124，其向该燃料电池堆110供给空气；驱动马达210，其利用来自燃料电池堆110的电力来驱动燃料电池车辆1；以及变速器230，其设置于该驱动马达210与驱动轮250之间的动力传递路径。在该燃料电池车辆控制方法中，根据燃料电池堆110的要求发电电力(要求输出电力)来改变输出电流，根据输出电流的变化来调节压缩机124供给空气的供给流量。而且，在由变速器230进行的变速处于升档的惯性阶段的情况下，使输出电流与燃料电池堆110的要求发电电力的下降相应地减少(图19的(D))，将空气的供给流量控制为惯性阶段供给流量，该惯性阶段供给流量比与输出电流的减少相应的空气的供给流量(图19的(C)的虚线)大(图16的步骤S135和图19的(C))。
即，在本实施方式中，在升档的惯性阶段中，即使在由于能够向驱动马达210等供给的电力减少等因素而发生燃料电池堆110的要求发电电力的下降从而要使输出电流减少的情况下，也不以根据该输出电流的减少而决定的供给流量(参照图19的(C))来向燃料电池堆110供给空气，而是以大于该供给流量的惯性阶段供给流量来向燃料电池堆110供给空气。因而，不再如以往那样要求与惯性阶段中的输出电流的减少相应的堆供给流量的大幅减少，因此能够抑制因空气系统的响应延迟而导致的变速时间的长期化。
此外，本来如果以比根据输出电流的减少而决定的供给流量大的供给流量来供给空气，则可能会成为燃料电池10内的电解质膜的干燥、过电压的因素，但是在本实施方式中，不过是在作为比较短的期间的升档的惯性阶段中使供给流量增加，因此能够极力抑制电解质膜的干燥、过电压的产生频度。
并且，在本实施方式中，以与即将转变为惯性阶段时的供给空气流量的目标值相同的目标值(惯性阶段堆供给流量目标值)来控制惯性阶段供给流量(图19的(C))。由此，能够省略惯性阶段中的压缩机124的输出调节等空气系统的控制，因此能够更可靠地排除压缩机124的响应延迟的影响。
此外，在本实施方式所涉及的燃料电池车辆控制方法中，如上所述，能够省略惯性阶段中的压缩机124的输出调节等空气系统的控制，因此在改变输出电流时不再需要考虑空气系统的控制。因而，在本实施方式中，能够与惯性阶段转变时t1和惯性阶段结束时t2相应地在规定时间以内(大致瞬时)改变输出电流(参照图19的(D))。由此，能够大致瞬间地进行燃料电池堆110的输出电流的下降、恢复，因此有助于缩短变速时间。
另外，在本实施方式中，在燃料电池堆110的输出电力大于从能够向驱动马达210以外的燃料电池堆110的负载(蓄电池160、车辆辅机180)供给的电力减去驱动马达210的再生电力的最大值所得到的实质可吸收电力的情况下，判断为发生了燃料电池堆110的要求发电电力的下降，使输出电流减少(图4的步骤S110和图15的块B106)。
此外，也可以在步骤S100的是否处于惯性阶段的判定之前，进行上述步骤S110中的是否使发电电力下降的判定。
(第二实施方式)
接着，说明本发明的第二实施方式。本实施方式除了第一实施方式所涉及的处理以外，还在预测出变速要转变为升档或者判断为处于升档过程中的情况下进行使燃料电池10的电解质膜的HFR增加的HFR校正处理。此外，在下面示出的各实施方式中，对于实现与前述的第一实施方式同样的功能的部分，使用相同的标记并适当省略重复的说明。
在此，在第一实施方式中，在惯性阶段中，将上述惯性阶段供给流量目标值设定为堆供给流量的目标值。因而，在该情况下，考虑到以下可能性：向燃料电池堆110供给的空气剩余，构成燃料电池堆110的燃料电池10的电解质膜变得过干燥。因此，在本实施方式中，在预测出变速要转变为升档、或者判断为处于升档过程中的情况下，执行能够抑制该电解质膜的过干燥的控制。
图20是说明本实施方式所涉及的HFR控制的流程图。此外，与第一实施方式中的图4所示的处理并行地或独立地进行本处理。
如图所示，在步骤S210中，控制器300进行HFR基准目标值的计算处理。具体地说，首先，通过与已经说明的在步骤S50(图10)中进行的方法同样的方法来计算发电电力的基本目标值。然后，如后述的图22的HFR基准目标值计算块B201所示的那样，将根据该发电电力的基本目标值并例如使用预先准备的表示发电电力与HFR之间的关系的图表而求出的HFR设为HFR基准目标值。
在步骤S220中，控制器300进行是否校正HFR基准目标值的判定。
图21是示出判断是否校正HFR基准目标值的流程的框图。如图所示，本实施方式中的是否校正HFR基准目标值的判断与在第一实施方式的图15中说明的判断在变速时是否使发电电力下降的流程相同。因而，省略构成该块的各块B101～B106的说明。
因而，在本实施方式中，控制器300在燃料电池堆110的输出电压大于基于车辆辅机180所消耗的电力和蓄电池160能够接受的电力的实质可吸收电力的情况下，预测出要转变为升档或判断为处于升档过程中，判断为需要HFR基准目标值的校正，在输出电压为实质可吸收电力以下的情况下，判断为未预测出向升档的转变，判断为不需要HFR基准目标值的校正。
然后，如果判断为需要HFR基准目标值的校正，则进入图20的步骤S230的HFR基准目标值校正处理。另一方面，如果判断为不需要上述HFR基准目标值的校正，则进入步骤S240，HFR的目标值被维持为HFR基准目标值，结束处理。下面，说明步骤230的HFR基准目标值校正处理的内容。
图22是示出HFR基准目标值的校正的流程的框图。该块具有HFR基准目标值计算块B201、车速偏差计算块B202、HFR相减校正值计算块B203以及校正后HFR目标值计算块B204。
燃料电池堆110的输出电压被输入到HFR基准目标值计算块B201。另外，HFR基准目标值计算块B201基于预先决定的表示发电电力与HFR之间的关系的图表，根据燃料电池堆110的输出电压来计算HFR基准目标值。此外，一般来说需要随着输出电压变高来使电解质膜进一步湿润，因此在该发电电力-HFR图表中，随着输出电压变高，HFR基准目标值变低。
另一方面，由图15的变速车速计算块B101计算出的变速车速以及根据由加速行程传感器310检测出的油门踏下量而决定的当前的车速被输入到车速偏差计算块B202。车速偏差计算块B202从变速车速减去当前的车速来计算为车速偏差。
由车速偏差计算块B202计算出的车速偏差被输入到HFR相减校正值计算块B203。然后，HFR相减校正值计算块B203基于预先决定的表示车速偏差与HFR相减校正值之间的关系的校正值图表，根据车速偏差来计算HFR相减校正值。
在此，车速偏差是变速车速与当前的车速之差，因此如果该车速偏差的值相对小，则能够判断为当前的车速与变速车速相近、向升档变速的转变近。另一方面，如果车速偏差的值相对大，则能够判断为向升档变速的转变尚远。并且，在车速偏差实质上为0的情况下，能够判断为当前的状态是升档过程中。
因而，在上述校正值图表中，在车速偏差为相对小的值而向升档的转变近或处于升档过程中的情况下，计算出的HFR相减校正值为相对大的值，以使电解质膜进一步湿润。特别是，在车速偏差为0的情况下HFR相减校正值取最大值。
另一方面，在车速偏差为相对大的值而能够判断为向升档的转变尚早的情况下，使电解质膜立即湿润的必要性低。因而，在该情况下，为了不大幅变更HFR基准目标值，HFR相减校正值被计算为相对小的值。特别是，在车速偏差为大到一定以上的值的情况下，HFR相减校正值为0。
而且，由HFR基准目标值计算块B201计算出的HFR基准目标值以及由HFR相减校正值计算块B203计算出的HFR相减校正值被输入到校正后HFR目标值计算块B204。校正后HFR目标值计算块B204从HFR基准目标值减去HFR相减校正值来计算为校正后HFR目标值。
因而，本实施方式中，如上所述，在燃料电池堆110的输出电压大于实质可吸收电力、预测出要转变为升档或者判断为处于升档过程中从而判断为需要HFR基准目标值的校正的情况下，基于比HFR基准目标值低的湿润侧的校正后HFR目标值来控制电解质膜的HFR值。由此，即使在如上所述那样在升档的惯性阶段中产生堆供给流量剩余的状态，也能够有效地防止电解质膜的过干燥。
图23是表示本实施方式所涉及的HFR值的变化的一例的时序图。在图23中，设想以下的情况：在转变为转矩阶段之前的时刻t0预测出要转变为升档，设定了上述校正后HFR目标值。
如图所示，在设定校正后HFR目标值的时刻t0，由于要转变，HFR值减少，在转变为转矩阶段的时刻t1的阶段，HFR值取校正后HFR目标值。因而，在转变为惯性阶段的时刻t2，成为HFR值比HFR基准目标值低(进一步湿润)的状态。由此，即使在惯性阶段中的时刻t2～t3堆供给流量剩余而以使HFR值上升的方式起作用，也能够如图所示那样避免HFR值超过HFR基准目标值，能够防止电解质膜的过干燥。
根据以上说明的本实施方式所涉及的燃料电池车辆1的控制方法，能够得到以下的效果。
在本实施方式所涉及的燃料电池车辆控制方法中，在预测出由变速器230进行的变速要转变为升档、或者判断为处于升档过程中的情况下，进行使燃料电池堆110的电解质膜的HFR值减少的HFR校正处理(图22)。
由此，即使由于将惯性阶段供给流量目标值设定为堆供给流量的目标值而在惯性阶段中产生堆供给流量剩余的状态，也能够有效地防止电解质膜的过干燥。
并且，在本实施方式所涉及的燃料电池车辆控制方法中，在燃料电池堆110的输出电力大于从能够向除驱动马达210以外的燃料电池堆110的负载(蓄电池160、车辆辅机180)供给的电力减去驱动马达210的再生电力的最大值所得到的实质可吸收电力的情况下，预测出要转变为升档或者判断为处于升档过程中，执行HFR校正处理(图21)。由此，能够配合在惯性阶段中堆供给流量剩余而担忧过干燥的场景来执行HFR校正处理。
此外，在上述实施方式中，在燃料电池堆110的输出电力大于实质可吸收电力的情况下，预测出要转变为升档或者判断为处于升档过程中。然而，预测出要转变为升档或者判断为处于升档的方法不限于此，例如也可以是，在上述车速偏差为规定值以下的情况下，预测出要转变为升档或者判断为处于升档过程中。
(第三实施方式)
下面说明本发明的第三实施方式。在本实施方式中，进行与第二实施方式不同的HFR校正处理。此外，本实施方式的该计算方法以外的结构与第二实施方式相同。因而，对于实现与第二实施方式同样的功能的部分，使用相同的标记并适当省略重复的说明。
在本实施方式中，在HFR校正处理中，随着作为燃料电池车辆1的车速与变速车速之差的车速偏差变小，使电解质膜的HFR值进一步减少。
图24是示出了本发明的第三实施方式所涉及的计算校正后HFR目标值的流程的框图。该块具有HFR基准目标值计算块B201、车速偏差计算块B202、目标变速时间计算块B301、HFR相减校正值计算块B302以及校正后HFR目标值计算块B204。
HFR基准目标值计算块B201与第二实施方式同样地基于燃料电池堆110的输出电压来计算HFR基准目标值。车速偏差计算块B202也与第二实施方式同样地从速车速减去当前的车速来计算为车速偏差。
目标变速时间计算块B301具有与在第一实施方式中图15中说明的目标变速时间计算块B103同样的功能，根据蓄电池160的可接受电力来计算目标变速时间。
而且，由车速偏差计算块B202计算出的车速偏差以及由目标变速时间计算块B301计算出的目标变速时间被输入到本实施方式所涉及的HFR相减校正值计算块B302。
HFR相减校正值计算块B302基于预先准备的图表，根据车速偏差和目标变速时间来计算HFR相减校正值。
在此，在本实施方式中，当车速偏差相对小时，能够判断为向升档的转变相近或者处于升档过程中。因而，在上述图表中，随着车速偏差变小，使HFR相减校正值变大，以使得电解质膜进一步湿润。另一方面，当目标变速时间变长时，在惯性阶段中堆供给流量剩余的状态有可能持续得长。因而，随着目标变速时间变长，使HFR相减校正值变大，以使得电解质膜进一步湿润。
校正后HFR目标值计算块B204与第二实施方式同样地从HFR基准目标值减去HFR相减校正值来计算为校正后HFR目标值。
根据以上说明的本实施方式所涉及的燃料电池车辆1的控制方法，能够得到以下的效果。
在本实施方式中，在HFR校正处理(图24)中，将燃料电池车辆1的车速与作为车辆变速时的车速而决定的变速车速进行比较(车速偏差计算块B202)，随着燃料电池车辆1的车速与变速车速之差变小，使电解质膜的HFR值进一步减少。
通过像这样随着车速与变速车速之差(车速偏差)变小来使电解质膜的HFR值进一步减少(使电解质膜进一步湿润)，在向升档的转变近的情况下，能够更可靠地使电解质膜湿润。
并且，在本实施方式中，随着变速中的目标变速时间变长，使HFR值进一步减少。由此，在向升档的转变近的情况下，能够进一步可靠地执行电解质膜的湿润。
(第四实施方式)
下面，说明本发明的第四实施方式。在本实施方式中，以第二实施方式或第三实施方式的结构为前提，在升档过程中的转矩阶段中进行以下控制：使燃料电池堆110的发电电力高于转矩阶段中的发电电力的基本目标值，使输出电力增加。此外，对于实现与第二实施方式或第三实施方式同样的功能的部分，使用相同的标记并适当省略重复的说明。
图25是说明本实施方式所涉及的转矩阶段输出电力上升处理的流程的流程图。
在步骤S410中，进行HFR目标值计算处理。在该HFR目标值计算处理中，与第二实施方式、第三实施方式同样地计算HFR基准目标值或校正后HFR目标值，设定为HFR的目标值。
在步骤S420中，进行发电电力基本值目标值计算处理。通过与在图10中说明的方法同样的方法来进行该发电电力基本值目标值计算处理。
在步骤S430中，判定当前的状态是否为升档的转矩阶段。具体地说，例如通过在第一实施方式所涉及的图4的步骤S80中说明的方法来判断是否处于升档变速中。然后，在判断为处于升档变速中的情况下，例如如果马达转速除以变速器230的输出转速所得到的实际变速比与升档前的变速比(＝1速的变速比)实质上相同，则判定为处于转矩阶段，如果不同则判断为未处于转矩阶段。
当判定为未处于升档的转矩阶段中时，进入步骤S440，将发电电力的目标值设定为在步骤S420中计算出的发电电力基本值目标值，结束本例程。另一方面，在判定为处于升档的转矩阶段中的情况下，进入步骤S450。
在步骤S450中，判定HFR检测值是否高于在步骤S410中计算出的HFR目标值。在判定为检测出的HFR低于HFR目标值(即，电解质膜与要求相比处于湿润侧)的情况下，进行上述步骤S440的处理。即，在该情况下，电解质膜充分湿润，判断为不需要使发电电力上升。
另一方面，在判定为HFR检测值高于在步骤S410中计算出的HFR目标值(即，电解质膜与要求相比处于干燥侧)的情况下，进行步骤S460的处理。
在步骤S460中，发电电力的目标值被设定为高于发电电力基本值目标值的可容许发电电力上限。即，进行提高燃料电池堆110的发电电力的处理。
图26是表示计算可容许发电电力上限的方法的框图。如图所示，可容许发电电力上限被设定为驱动马达210的消耗电力、车辆辅机180的消耗电力、及蓄电池160的可接受电力的总和与燃料电池堆110的最大输出电力中的较低一方的值。即，可容许发电电力上限是考虑了驱动马达210、车辆辅机180以及蓄电池160所能够吸收的电力的限制、并且意图从燃料电池堆110输出尽可能大的电力而设定的值。
通过像这样将可容许发电电力上限设定成从燃料电池堆110输出尽可能大的电力，即使在处于升档的转矩阶段中而电解质膜干燥的情况下，也能够使构成燃料电池堆110的燃料电池10内的生成水增加来使电解质膜进一步湿润。因而，即使在惯性阶段中堆供给流量变为剩余状态，也能够更有效地防止电解质膜的过干燥。
图27是表示在本实施方式中进行转矩阶段输出电力上升处理的情况下的要求发电电力与HFR值之间的关系的时序图的一例。此外，在图中，为了明确作用效果，以虚线示出了不进行转矩阶段输出电力上升处理的情况下的要求发电电力和HFR值。
在图27中，在转变为转矩阶段的时刻t1之前，基于发电电力基本目标值来进行燃料电池堆110的发电，此时在因该发电而产生的生成水的影响下，HFR值逐渐下降。然后，在转矩阶段转变时刻t1，上述可容许发电电力上限被设定为发电电力的目标值。由此，从转矩阶段转变时刻t1起HFR值的减少量增加，在惯性阶段转变时刻t2，与不进行转矩阶段输出电力上升处理的情况(参照虚线)相比HFR值变得更低。因而，即使在惯性阶段中的时刻t2～t3堆供给流量剩余而HFR值上升，也能够避免HFR值超过HFR基准目标值，能够防止电解质膜的过干燥。
根据以上说明的本实施方式所涉及的燃料电池车辆1的控制方法，能够得到以下的效果。
根据本实施方式所涉及的燃料电池车辆控制方法，将升档的转矩阶段中的发电电力的目标值设定为作为所容许的上限的值的可容许发电电力上限。
由此，在转矩阶段中燃料电池堆11的输出电力增加，随着该输出电力的增加，进一步促进燃料电池10内的反应而生成水增加，其结果是能够使电解质膜进一步湿润。因而，即使在惯性阶段堆供给流量变为剩余状态，也能够更有效地防止燃料电池10的电解质膜的过干燥。
另外，根据本实施方式所涉及的燃料电池车辆控制方法，在燃料电池堆110的HFR值低于该HFR值的基准目标值的情况下，将可容许发电电力上限设定为发电电力的目标值。由此，能够配合担忧过干燥的场景来设定可容许发电电力上限，能够更可靠地防止燃料电池10的电解质膜的过干燥。
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，在上述第一实施方式～第四实施方式中，以下面的情况为中心来进行说明：以与即将转变为惯性阶段时的供给空气流量的目标值(堆流量基本目标值)相同的目标值来控制惯性阶段供给流量。然而，如果是空气系统的响应延迟的影响小、不会给升档的变速时间带来大的延迟的程度，则也可以将惯性阶段供给流量目标值从堆流量基本目标值变更为其它值。
上述第一实施方式～第四实施方式能够任意地组合。

Claims (9)

1.一种燃料电池车辆控制方法，由燃料电池车辆来执行，该燃料电池车辆具有：燃料电池；空气供给装置，其向该燃料电池供给空气；驱动马达，其利用来自所述燃料电池的电力来驱动燃料电池车辆；以及变速器，其设置于该驱动马达与驱动轮之间的动力传递路径，在所述燃料电池车辆控制方法中，
根据所述燃料电池的要求发电电力来改变输出电流，根据该输出电流的变化来调节所述空气供给装置供给空气的供给流量，
其中，在由所述变速器进行的变速处于升档的惯性阶段的情况下，使输出电流与所述燃料电池的要求发电电力的下降相应地减少，
将所述空气的供给流量控制为惯性阶段供给流量，该惯性阶段供给流量比与所述输出电流的减少相应的空气的供给流量大。
2.根据权利要求1所述的燃料电池车辆控制方法，其特征在于，
利用与即将转变为所述惯性阶段时的供给空气流量的目标值相同的目标值来控制所述惯性阶段供给流量。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池车辆控制方法，其特征在于，
在预测出由所述变速器进行的变速要转变为升档、或者判断为由所述变速器进行的变速处于升档过程中的情况下，进行使所述燃料电池的电解质膜的内部阻抗值即HFR值减少的HFR校正处理。
4.根据权利要求3所述的燃料电池车辆控制方法，其特征在于，
在所述HFR校正处理中，
将所述燃料电池车辆的车速与被决定为车辆变速时的车速的变速车速进行比较，
使所述电解质膜的HFR值随着所述燃料电池车辆的车速与所述变速车速之差变小而减少。
5.根据权利要求3或4所述的燃料电池车辆控制方法，其特征在于，
使所述HFR值随着由所述变速器进行变速时的目标变速时间变长而进一步减少。
6.根据权利要求3～5中的任一项所述的燃料电池车辆控制方法，其特征在于，
在所述燃料电池的输出电力大于实质可吸收电力的情况下，预测出要转变为所述升档或者判断为处于所述升档过程中，来执行所述HFR校正处理，其中，该实质可吸收电力是从能够向除所述驱动马达以外的所述燃料电池的负载供给的电力减去所述驱动马达的再生电力的最大值而得到的。
7.根据权利要求3～6中的任一项所述的燃料电池车辆控制方法，其特征在于，
将所述升档的转矩阶段中的发电电力的目标值设定为可容许发电电力上限，该可容许发电电力上限是所容许的上限的值。
8.根据权利要求7所述的燃料电池车辆控制方法，其特征在于，
在所述燃料电池的HFR值低于该HFR值的基准目标值的情况下，将所述可容许发电电力上限设定为所述发电电力的目标值。
9.一种燃料电池车辆控制系统，具有：
燃料电池；
压缩机，其向该燃料电池供给空气；
驱动马达，其使用来自所述燃料电池的输出电力来驱动燃料电池车辆；
变速器，其设置于该驱动马达与驱动轮之间的动力传递路径；
输出电流调节装置，其根据所述燃料电池的要求发电电力来改变输出电流；以及
供给空气量调节装置，其根据该输出电流的变化来调节所述空气供给装置供给空气的供给流量，
其中，在由所述变速器进行的变速处于升档的惯性阶段的情况下，所述输出电流调节装置使输出电流与所述燃料电池的要求发电电力的下降相应地减少，
所述供给空气量调节装置具备供给空气量流量设定装置，该供给空气量流量设定装置将所述空气的供给流量控制为惯性阶段供给流量，该惯性阶段供给流量比与所述输出电流的减少相应的空气的供给流量大。
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