CN109860666A - 燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

提供了一种燃料电池系统。包括在燃料电池系统中的控制单元被配置成在辅助机器电力消耗的执行期间执行有关电动发电机的所需输出是否具有正值的预测以及有关燃料电池的电压是否小于目标电压的判定；并且控制单元被配置成当预测和判定中的至少一者的结果是否定的时在辅助机器电力消耗的执行期间将旁路阀设置成第一开度；并且控制单元被配置成当预测和判定两者的结果均是肯定的时在辅助机器电力消耗的执行期间将旁路阀设置成小于第一开度的第二开度。

Description

燃料电池系统

技术领域

本公开内容涉及用于消耗额外的再生电力的辅助机器电力消耗(auxiliarymachine power consumption)。

背景技术

通常，安装在车辆中的燃料电池系统被配置成利用来自移动式电动发电机(traveling motor generator)的再生电力对二次电池进行充电。此处，当将全部再生电力分配给对二次电池的充电时，取决于二次电池的状态可能在二次电池中存在问题。日本未审查专利申请公布No.2017-135860(JP2017-135860A)公开了在这种情况下额外的再生电力主要在空气压缩机中被消耗。

发明内容

JP 2017-135860 A没有公开接近辅助机器电力消耗结束时的控制或现象。JP2017-135860 A也没有公开在辅助机器电力消耗执行期间的压缩空气流。

当辅助机器电力消耗在空气压缩机中执行时，生成压缩空气。当将全部压缩空气供应至不正在执行电力生成的燃料电池时，燃料电池的干燥进行并且其电压过度增加，由此电池可能损坏。因此，优选的是至少一些压缩空气不流入燃料电池中而是排入空气。

另一方面，在电动发电机的所需输出(required output)变成正值的时间点处，不生成再生电力，并且因此有必要停止辅助机器电力消耗并且向电动发电机提供电力。

然而，当在执行辅助机器电力消耗期间压缩空气未流入燃料电池中的情况下，燃料电池的电压在电动发电机的所需输出变成正值的时间点处可能过度低。当燃料电池的电压过度低时，生成的电力具有较小的值。为了增加燃料电池的电压，有必要向空气压缩机提供电力。然而，由于生成的电力较小，因此不能向空气压缩机供应必需的电力。因此，燃料电池的电压增加缓慢并且电动发电机的所需电力不能得到供应。

当生成的电力小于所需电力时，可以使用来自二次电池的电力。然而，为了保持二次电池的SOC，优选的是尽可能避免来自二次电池的电力供应。

考虑到以上提及的情况，本公开内容提供一种燃料电池系统，其能够保护燃料电池和二次电池，并且同时使得在辅助机器电力消耗结束之后生成的电力接近所需电力。

根据本公开内容的一个方面，提供了一种燃料电池系统，该燃料电池系统包括：燃料电池；二次电池；电动发电机，其被配置成利用再生电力来对二次电池充电，电动发电机是利用来自燃料电池和二次电池中的至少一者的电力来驱动的；空气压缩机，其被配置成生成压缩空气，空气压缩机是利用来自燃料电池和再生电力中的至少一者的电力来驱动的；供应通道，其被配置成将压缩空气供应给燃料电池；排放通道，其被配置成将压缩空气从燃料电池排出；旁路通道，其被配置成连接供应通道和排放通道；旁路阀，其被设置在旁路通道中；以及控制单元，其被配置成：在燃料电池不生成电力并且再生电力被生成的情况下满足二次电池的充电受限这样的必要条件时，执行将再生电力的至少一部分供应给空气压缩机的辅助机器电力消耗，其中，控制单元被配置成：在辅助机器电力消耗的执行期间，执行有关电动发电机的所需输出是否具有正值的预测以及有关燃料电池的电压是否小于目标电压的判定；控制单元被配置成：在所述预测和所述判定中的至少一者的结果是否定的情况下，在辅助机器电力消耗的执行期间将旁路阀设置成第一开度；并且该控制单元被配置成：在所述预测和所述判定两者的结果均是肯定的情况下，在辅助机器电力消耗的执行期间将旁路阀设置成小于第一开度的第二开度。

根据这种配置，与其中在执行辅助机器电力消耗期间将旁路阀固定至第一开度的情况相比，当旁路阀被设置成第二开度时，供应至燃料电池的压缩空气的流动速率增加，并且因此在电动发电机的所需输出变成正值的时间点处，燃料电池的电压将很有可能是接近目标电压的值。因此，在电动发电机的所需输出变成正值的时间点之后，将很有可能呈现接近所需输出的输出。当由燃料电池呈现接近所需输出的输出时，通过燃料电池中电力的生成来补充向电动发电机和空气压缩机供应的大部分电力。当所述预测和所述判定中的至少一者的结果是否定的时，旁路阀被设置成第一开度，并且因此与其中旁路阀固定至第二开度的情况相比，可以抑制燃料电池的干燥的进行或者燃料电池的电势的增加。

在本方面，控制单元可以被配置成使用输入至用于操纵电动发电机的所需输出的用户接口的操作的量来用于所述预测。根据这种配置，当燃料电池系统被安装在运输机器中时，可以合适地执行预测。

在本方面，目标电压可以具有固定值。根据这种配置，用于判定的计算负荷减少。

在本方面，控制单元可以被配置成在预测到所需输出具有正值的情况下确定所需输出的预测值；控制单元可以被配置成在预测值是第一正值的情况下将目标电压设置成第一电压值；并且控制单元可以被配置成在预测值是大于第一正值的第二正值的情况下将目标电压设置成高于第一电压值的第二电压值。根据这种配置，可以通过合适地设置目标电压来更合适地选择旁路阀的开度。

在本方面，燃料电池系统可以被安装在运输机器中，并且控制单元可以被配置成使用路线信息来用于所述预测。根据这种配置，当燃料电池系统被安装在运输机器中时，可以合适地执行预测。

在本方面，第一开度可以是最大开度。根据这种配置，因为旁路通道的通道阻力减小，所以即使压缩空气能够流入燃料电池中，也可以降低流入燃料电池中的压缩空气的流动速率。

在本方面，第二开度可以是阀关闭状态下的开度。根据这种配置，可以有效增加流入燃料电池中的压缩空气的流动速率。

在本方面，燃料电池系统还可以包括：入口阀，其被设置在供应通道中并且位于供应通道与旁路通道的接合处和燃料电池之间；以及出口阀，其被设置在排放通道中并且位于排放通道与旁路通道的接合处和燃料电池之间，并且控制单元可以被配置成：在辅助机器电力消耗的执行期间，在旁路阀被设置成第一开度的情况下，将入口阀和出口阀中的至少一者设置成阀关闭状态。根据这种配置，在所述预测和所述判定中的至少一者的结果是否定的情况下，可以将流入燃料电池中的压缩空气的流动速率设置成几乎为零。此外，还可以抑制燃料电池的干燥的进行或燃料电池的电势的增加。

在本方面，燃料电池系统还可以包括：出口阀，其被设置在排放通道中并且位于排放通道与旁路通道的接合处和燃料电池之间。控制单元可以被配置成：在辅助机器电力消耗的执行期间，在旁路阀被设置成第一开度的情况下，将出口阀设置成阀关闭状态；并且控制单元可以被配置成：在辅助机器电力消耗的执行期间，在旁路阀被设置成第二开度的情况下，将出口阀设置成阀打开状态。根据这种配置，可以容易地实现允许或禁止压缩空气流入燃料电池中。

本公开内容可以以除了以上描述的形式之外的各种形式来呈现。例如，本发明可以以其中安装有燃料电池系统的运输机器、阀设置方法、用于实现方法的程序、其中存储有程序的非暂态存储介质等的形式来呈现。

附图说明

本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术意义和工业意义将参照附图在下面进行描述，其中，相同的附图标记表示相同的要素，并且其中：

图1是示意性地示出了燃料电池系统的电气系统的配置的图；

图2是示出了判定是否执行辅助机器电力消耗的等效逻辑电路的框图；

图3是示出了辅助机器电力消耗的图；

图4是示意性地示出了在执行辅助机器电力消耗期间以及执行辅助机器电力消耗之前和之后的变化的曲线图；

图5是示意性地示出了在执行辅助机器电力消耗期间以及执行辅助机器电力消耗之前和之后的变化的曲线图；

图6是示出了管道系统设置处理的流程图；

图7是示出了目标电压与所需输出的预测值之间的关系的曲线图；

图8是示出了根据第二实施方式的管道系统设置处理的流程图；以及

图9是示出了根据第三实施方式的管道系统设置处理的流程图。

具体实施方式

将描述本发明的第一实施方式。图1是示意性地示出了燃料电池系统10的电气系统的配置的图。燃料电池系统10被安装在包括路线信息输出装置390和加速器踏板395的车辆1中。在该实施方式中没有使用路线信息输出装置390，因此稍后将对其进行描述。

燃料电池系统10包括：燃料电池(fuel cell)100、FC升压转换器110、电池转换器120、M/G逆变器130、M/G 140、ACP逆变器160、空气压缩机(air compressor)170、二次电池200、FC辅助机器逆变器230、氢泵240、空气调节压缩机245、冷却剂泵250、检测单元260、控制单元300、加速器踏板传感器310、制动器踏板传感器320和车辆速度传感器330。

在该实施方式中，空气压缩机170、氢泵240和冷却剂泵250一起被称为辅助机器。在该实施方式中，空气调节压缩机245连接至FC辅助机器逆变器230但是未包括在辅助机器内。

燃料电池100是响应于燃料气体和氧化剂气体的供应来生成电力的固体聚合物类型的燃料电池。

FC升压转换器110是将燃料电池100的输出电压升高至能够被用于M/G 140的高电压的DC/DC转换器。M/G逆变器130将DC电压转换成AC电压并且将AC电压供应至M/G 140。M/G140具有驱动车轮的电动机的功能和生成再生电力的发电机的功能。

ACP逆变器160将升高的DC电压转换成AC电压并且将AC电压供应至空气压缩机170。电池转换器120是双向DC/DC转换器。也就是说，电池转换器120降低燃料电池100的电压并且将降低的电压供应至二次电池200或FC辅助机器逆变器230；或者电池转换器120升高二次电池200的电压并且将升高的电压供应至M/G逆变器130和ACP逆变器160。

二次电池200用作M/G 140、氢泵240、冷却剂泵250等的电源。利用来自燃料电池100的电力或者来自M/G 140的再生电力对二次电池200进行充电。该实施方式中的二次电池200是锂离子二次电池。

FC辅助机器逆变器230将DC电压转换成AC电压并且将AC电压供应至氢泵240、空气调节压缩机245和冷却剂泵250。

检测单元260包括电池传感器261和温度传感器262。电池传感器261获取二次电池200的电流、电压和SOC。温度传感器262获取二次电池200的电池温度。SOC表示二次电池200中剩余电力的量与二次电池200中充满电的电力的量的比率，其中，SOC的实际使用范围的上限值被设置为100％并且其下限值被设置为0％。

检测单元260能够使用获取的电流、SOC和电池温度的值以及输入电流值来检测二次电池200的电池负荷。输入电流值是当二次电池200充电时输入至二次电池200的电流值。随着SOC、温度和输入电流中的任何一者的值增加，电池负荷增加。

检测单元260能够使用获取的SOC和电池温度的值来确定二次电池200的充电电力的阈值。

控制单元300由包括中央处理单元(CPU)和主存储装置的电子控制单元(ECU)构成。检测加速器踏板395的下压量的加速器踏板传感器310、检测制动器踏板(未示出)的下压量的制动器踏板传感器320和检测车辆速度的车辆速度传感器330连接至控制单元300。加速器踏板395是操作M/G 140的所需输出的用户接口。加速器踏板395的下压量也被称为加速器踏板395的操作量。

控制单元300基于来自各种传感器的检测信号来控制燃料电池系统10中的单元的操作。在图1中，从控制单元300到一些电路的信号路径用虚线画出。

控制单元300执行利用由M/G 140生成的再生电力对二次电池200进行充电的充电处理。控制单元300基于所需制动力来确定再生电力的需求值(在下文被称为所需再生电力)。基于车辆速度、加速器踏板395的下压量和制动器踏板的下压量来计算所需制动力。具有负值的所需输出被称为所需再生电力，并且所需再生电力可以被改写为所需输出。

当二次电池200的充电受限时，控制单元300尽可能有效地使用再生电力。具体地，当空气调节压缩机245需要电力时，将再生电力供应至空气调节压缩机245。

另一方面，当不向空气调节压缩机245供应电力时，控制单元300将再生电力供应至辅助机器。当向空气调节压缩机245供应电力而再生电力过量时，控制单元300向辅助机器供应该过量的电力。

向辅助机器供应的电力没有被有效使用而最终被丢弃至空气。以这种方式丢弃再生电力被称为辅助机器电力消耗(auxiliary machine power consumption)。表达“电力的丢弃”除了包括不执行二次电池200的充电的含义之外还包括向辅助机器提供电力而由燃料电池100生成的电量为零的含义。当再生电力过量时，燃料电池100的所需输出大致为零并且因此生成的电力也为零。

图2是示出了判定在再生时是否存在辅助机器电力消耗请求的等效逻辑电路400的框图。等效逻辑电路400包括两输入“与”元件410、两输入“与”元件420和两输入“与”元件430以及三输入“或”元件440。在本文中使用的标记如下：

(1)制动请求标记Frq是基于加速器踏板395的下压量和制动器踏板的下压量或者基于下压量的变化率当判定制动是必需的时被设置为1并且当判定制动不是必需的时被设置为0的标记。

(2)车辆速度判定标记Fv是当车辆速度V等于或高于预定车辆速度阈值Vth时被设置为1并且当车辆速度V低于车辆速度阈值Vth时被设置为0的标记。

(3)SOC判定标记Fs是当二次电池200的SOC等于或大于预定SOC阈值SOCt时被设置为1并且当SOC小于SOC阈值SOCt时被设置为0的标记。当二次电池200的SOC等于或大于阈值SOCt时，二次电池200接近充满电的状态。SOC阈值SOCt是当二次电池200的SOC等于或大于阈值SOCt时用来避免充电的阈值。

(4)充电电力判定标记Fwa是当二次电池200的充电电力Win等于或大于预定第一Win阈值Wa时被设置为1并且当充电电力Win小于第一Win阈值Wa时被设置为0的标记。当充电电力Win等于或大于阈值Wa时，用于满足所需制动力的再生电力的量较大。第一Win阈值Wa是用于当充电电力Win等于或大于阈值Wa时增加再生电力的阈值。

(5)电池负荷判定标记Fd是当二次电池200的电池负荷L等于或大于预定负荷阈值Lb时被设置为1并且当电池负荷L小于负荷阈值Lb时被设置为0的标记。负荷阈值Lb可以被设置成使得电池负荷判定标记Fd从0升至1的时间早于充电电力判定标记Fwa从0升至1的时间。

(6)充电电力判定标记Fwb是当二次电池200的充电电力Win等于或大于预定第二Win阈值Wb时被设置为1并且当充电电力Win小于第二Win阈值Wb时被设置为0的标记。当充电电力Win小于阈值Wb时，用于满足所需制动力的再生电力的量较小。第二Win阈值Wb是用于当充电电力Win小于阈值Wb时减小再生电力的阈值。第二Win阈值Wb小于第一Win阈值Wa。这两个Win阈值Wa和Wb可以取决于二次电池200的SOC和电池温度来设置。在这种情况下，Win阈值Wa和Wb可以被设置成随着SOC增加而减小，并且Win阈值Wa和Wb可以被设置成随着电池温度增加而减小。

制动请求标记Frq和车辆速度判定标记Fv被输入至双输入“与”元件410。电池负荷判定标记Fd和充电电力判定标记Fwb被输入至双输入“与”元件430。SOC判定标记Fs、充电电力判定标记Fwa和双输入“与”元件430的输出Q430被输入至三输入“或”元件440。双输入“与”元件410的输出Q410和三输入“或”元件440的输出Q440被输入至双输入“与”元件420。双输入“与”元件420的输出Q420是指示是否存在辅助机器电力消耗请求的值。

在该实施方式中，例如，当同时满足制动请求标记Frq为1、车辆速度判定标记Fv为1、电池负荷判定标记Fd为1和充电电力判定标记Fwb为1这四个条件时，双输入“与”元件410的输出Q410(＝1)和三输入“或”元件440的输出Q440(＝1)被输入至双输入“与”元件420，其中，双输入“与”元件430的输出Q430(＝1)被输入至三输入“或”元件440。因此，双输入“与”元件420的输出Q420是指示辅助机器电力消耗请求的值(＝1)。

如以上所描述的，用于使指示辅助机器电力消耗请求的值为1的必要条件是输出Q440为1。当输出Q440为1时，它指的是其中二次电池200充电受限的状态。

图3是示出了用于辅助机器电力消耗的配置的图。燃料电池系统10还包括管道系统500、后冷却器251、辐射器252和风扇253。后冷却器也被称为中间冷却器。管道系统500包括供应通道510、入口分流阀520、压力控制阀530、排放通道540、旁路通道550和旁路阀560。

当执行辅助机器电力消耗时，控制单元300向空气压缩机170供应大部分再生电力。这是因为空气压缩机170比作为其他辅助机器的氢泵240和冷却剂泵250具有更大的电力消耗并且可以容易地被用作再生电力的供应目的地。当向空气压缩机170供应电力时，生成压缩空气(在下文中被简称为空气)。当执行辅助机器电力消耗时，再生电力的一部分被供应至冷却剂泵250，以便冷却空气。

供应至空气压缩机170的大多数电力被转换成空气的内能和动能。内能中的一部分经由后冷却器251和辐射器252被丢弃于大气。其他能量经由排放通道540连同空气被丢弃于大气。

当执行辅助机器电力消耗时，控制单元300关闭压力控制阀530并且打开旁路阀560使得开度被最大化。该开度被定义为第一开度。在以下描述中，阀的这种开关状态被称为“管道系统500的第一状态”或者简称为“第一状态”。在第一状态下，从空气压缩机170供应的空气未被供应给燃料电池100并且经由旁路通道550被排放至大气。在该实施方式中，在第一状态下，入口分流阀520打开，在其他示例中，在第一状态下，入口分流阀520可以关闭。

另一方面，当向燃料电池100供应空气时，控制单元300打开入口分流阀520和压力控制阀530并且关闭旁路阀560。用于实现这种阀关闭状态的开度被定义为第二开度。第二开度小于第一开度。在以下描述中，阀的这种开关状态被定义为第二状态。通常，执行第二状态的设置以用于通过燃料电池100生成电力。

在第一状态和第二状态中的任一者下，空气由后冷却器251冷却。后冷却器251使用通过冷却剂泵250循环的冷却剂来呈现冷却功能。冷却剂通过经过辐射器252来被冷却。风扇253通过向辐射器252供应风来促进冷却剂的冷却。

控制单元300向冷却剂泵250和风扇253发送驱动信号，以便实现空气的冷却。向风扇253供应来自未示出的低电压电源(具体地，铅蓄电池)的电力。冷却剂还在燃料电池100中循环以冷却燃料电池100。

图4和图5是示意性地示出了其中在执行辅助机器电力消耗期间以及执行辅助机器电力消耗之前和之后各种参数变化的状态的曲线图。在图4和图5中，由虚线指示对比示例。

图5所示的目标电压Vtgt2未在第一实施方式中使用，而在第二实施方式中使用。如以上所描述的，在执行辅助机器电力消耗期间，再生电力也被供应至冷却剂泵250，但是冷却剂泵250的电力消耗小并且因此在以下描述中将忽略向冷却剂泵250的电力供应。

通过曲线图中的纵轴表示的所需输出(W)当其具有正值时表示M/G140的所需输出，并且当其具有负值时表示所需再生电力。在该实施方式中，假定没有误差地实现M/G140的输出和所需再生电力。指示所需输出的对比示例的虚线表示实际输出，而非所需输出。在对比示例中，所需输出与该实施方式中的值是相同值。

通过曲线图中的纵轴表示的标记表示指示辅助机器电力消耗请求的输出Q420的值。ACP功率(W)表示供应至空气压缩机170的电力。FC电压是由燃料电池100生成的电压。FC电流是由燃料电池100生成的电流。FC空气流动速率(NL/min)是流入燃料电池100中的空气的流动速率。

通过FC电压曲线图表示的高电势回避电压Vmax表示为了避免燃料电池100的损毁而设置的上限值。

在附图所示的曲线图中，在时间t1之前加速器踏板395被压下。因此，执行在燃料电池100中生成电力并且将所生成的电力供应至M/G 140和空气压缩机170。在时间t1之前，阀开关状态被设置为第二状态，以便执行电力的生成。因此，空气流入燃料电池100中。当旁路阀560和压力控制阀530的开度为零时，这指的是阀关闭状态。

在时间t1处，加速器踏板395的下压量快速减小并且下压量最终变成零。因此，所需输出在时间t1处开始减小。如此，ACP功率、FC电压和FC电流都开始减小。

附图所示的曲线图例示了如下情况：假定车辆在时间t1处开始沿着斜坡向下行驶并且然后最终以恒定速度沿着斜坡向下行驶。因此，在时间t1之后的时间处，所需输出变成负值并且最终变得恒定。所需输出变成零的时间是时间t2。

在附图所示的曲线图中，当所需输出具有负值时，标记被设置为1；并且当所需输出具有正值时，标记设置为0。因此，辅助机器电力消耗在时间t2处开始。

当辅助机器电力消耗开始时，再生电力被供应至空气压缩机170。管道系统500被设置为第一状态。压力控制阀530在稍晚于标记被设置为1的时间关闭。这是因为当旁路阀560和压力控制阀530两者均具有用于关闭阀的时段时，空气的目的地在该时段中消失，并且因此出于安全起见提供了时间差。在第一状态下，FC空气流动速率为零。

FC电流随着供应至M/G 140和空气压缩机170的电力的减小而减小，并且被控制成使得FC电流在供应的电力变成零的时间t2处变成零。FC电压随着FC空气流动速率在时间t1之后的减小而缓慢减小。

图6是示出了管道系统设置处理的流程图。控制单元300存储用于执行管道系统设置处理的程序。当请求辅助机器电力消耗时，控制单元300首先设置第一状态并且然后开始管道系统设置处理。当对辅助机器电力消耗的请求结束时，控制单元300结束管道系统设置处理。

首先，控制单元300计算所需输出的预测值(S710)。在S710中，当预测到等于或小于零的所需输出时，只是所需输出等于或小于零并且不预测其具体数值。另一方面，当预测到所需输出是正值时，预测具体数值。

在该实施方式中，基于加速器踏板395的下压量(在下文中，下压量指的是加速器踏板395的下压量)来计算预测值。当下压量为零时，所需输出被预测成等于或小于零。当下压量大于零时，所需输出被预测成是正值或者根据与车辆速度等的关系被预测成等于或小于零。

然后，控制单元300判定所需输出的预测值是否为正(S720)。当所需输出的预测值等于或小于零(在S710中的“否”)时，控制单元300设置第一状态(S750)。也就是说，连续正常执行辅助机器电力消耗。此后，处理返回至S710。

在附图所示的曲线图中，下压量为零直到时间t3。因此，从辅助机器电力消耗开始的时间t2到时间t3，S720的判定结果是“否”并且保持第一状态。

在附图所示的曲线图中，加速器踏板在时间t3处被压下。因此，控制单元300将正值的所需输出计算为在t3时刻的预测值(S710)。在图4中，所需输出Ptgt被示出为所计算的所需输出。相对于下压量的变化，所需输出的变化延迟。这是为了避免快速加速。如以上所描述的所需输出Ptgt的判定被表示为预测的原因是，在下压量已经确定的时间点处的所需输出Ptgt是未来的所需输出。

当在S710中将正值的所需输出计算为预测值时，控制单元300判定S720的判定结果为“是”并且然后执行S730。在S730中，控制单元300确定目标电压Vtgt1。

图7是示意性地示出了目标电压Vtgt1与所需输出Ptgt的预测值之间的关系的曲线图。实线表示该实施方式并且虚线表示另一示例。该实施方式中的目标电压Vtgt1被确定为随着所需输出Ptgt的预测值的增加而单调增加。

例如，如图7所示，当所需输出具有第一正值P1时，目标电压被设置成第一电压值V1。当所需输出具有大于第一正值P1的第二正值P2时，目标电压被设置成高于第一电压值V1的第二电压值V2。

在附图所示的另一个示例中，所需输出的预测值与目标电压之间的关系在以这种方式取两点时与该实施方式中相同。然而，在另一个示例中，存在尽管所需输出的预测值增加但是目标电压Vtgt1未变化的部分。也就是说，在另一个示例中的目标电压Vtgt1与所需输出Ptgt的预测值之间的关系在广泛意义上是单调增加的。

然后，控制单元300判定FC电压是否低于目标电压Vtgt1(S740)。当FC电压等于或高于目标电压Vtgt1(S740中的“否”)时，控制单元在S750中设置第一状态。

另一方面，当FC电压低于目标电压Vtgt1(S740中的“是”)时，控制单元在S760中设置第二状态。

在附图所示的曲线图中，由于FC电压在时间t3的时间点处低于目标电压Vtgt1，因此S760在时间t3处被执行。因此，空气在时间t3处开始快速流入燃料电池100中。因此，开始FC电压的增加。此处，FC空气流动速率紧接在时间t3之后达到峰值并且然后随着ACP功率的减小而缓慢减小。APC功率减小的原因是，所需输出变成零并且因此再生电力减小。

在时间t4处，所需输出变成零。因此，标记变成0并且辅助机器电力消耗结束。当辅助机器电力消耗结束时，控制单元300结束管道系统设置处理。

在附图所示的曲线图中，在时间t4处，FC电压达到目标电压Vtgt1。即使供应至空气压缩机170的电力在时间t4处立即变成零，FC空气流动速率由于惯性也没有立即变成零。因此，FC电流能够从时间t4增加。

因此，燃料电池100能够生成用于实现所需输出的电力。用于实现所需输出的电力是等于或大于至少供应至M/G 140的电力和供应至空气压缩机170的电力的总和的电力。因此，在该实施方式中，可以在辅助机器电力消耗结束之后不使用来自二次电池200的电力的供应的情况下来实现所需输出。

下面将描述对比示例。对比示例与该实施方式相同之处在于没有执行来自二次电池的电力的供应。另一方面，对比示例与该实施方式不同之处在于没有执行管道系统设置处理。因此，在执行辅助机器电力消耗期间保持第一状态。在附图所示的曲线图中，从时间t2到时间t4保持第一状态，并且在时间t4之后设置第二状态。

因此，在对比示例中，在时间t3之后FC电压连续减小。在时间t4处，FC电压过低并且因此FC电流不能增加。因此，由燃料电池110生成的电力小于用于实现所需输出的电力。也就是说，因为增加FC电压对于增加生成的电力是必需的，所以向空气压缩机170供应少量生成的电力。因此，供应至M/G 140的电力远小于所需电力。

因为紧接在时间t4之后供应至空气压缩机170的电力很小，所以FC空气流动速率仅缓慢增加，并且FC电压也仅缓慢增加。因此，从时间t4到时间t5，生成的电力小于所需电力。

根据以上已经描述的该实施方式，可以在不执行来自二次电池200的电力的供应的情况下紧接在辅助机器电力消耗结束之后实现所需输出。因此，可以保持二次电池200的SOC并且抑制由SOC的变化造成的二次电池200的劣化。

如以上所描述的，为何可以在不执行来自二次电池200的电力的供应的情况下紧接在辅助机器电力消耗结束之后实现所需输出有两个原因。第一原因是丢弃的部分能量在相关领域中以FC电压的增加的形式被有效使用。第二原因是使用了当在执行辅助机器电力消耗期间加速器踏板被压下时从加速器踏板被压下的时间点起的短时间内所需输出具有负值，以及直到基于下压量计算的所需输出是实际所需时存在时间余量的事实。

在该实施方式中，因为采用了锂离子二次电池，所以二次电池200的最大输出被限制为低值，以便抑制二次电池200的劣化。因此，可以避免由燃料电池100生成的电力小于所需输出的状态的优点大大有助于驾驶性能。

在该实施方式中，通过组合S710中的所需输出的预测和S730中的电压的确定，使其中设置了第二状态的频率最小化。因此，可以阻止FC电压达到高电势回避电压Vmax或者阻止燃料电池100的干燥的进行。

下面将描述第二实施方式。在第二实施方式中，将主要描述与第一实施方式的差异，将不会特别描述的点与第一实施方式中的相同。

图8是示出了根据第二实施方式的管道系统设置处理的流程图。首先，控制单元300判定FC电压是否低于目标电压Vtgt2(S705)。目标电压Vtgt2是固定值。如图5所示，目标电压Vtgt2被提前确定为小于高电势回避电压Vmax的值。

当FC电压等于或高于目标电压Vtgt2时(S705中的“否”)，控制单元300设置第一状态(S750)。

另一方面，当FC电压低于目标电压Vtgt2时(S705中的“是”)，如在第一实施方式中描述的，控制单元300执行S710和S720。当S720的判定结果为“否”时，控制单元300设置第一状态。当S720的判定结果为“是”时，控制单元300设置第二状态。

根据以上已经描述的该实施方式，不是必须执行用于改变目标电压的计算。

下面将描述第三实施方式。在第三实施方式中，将主要描述与第一实施方式的不同，将不会特别描述的点与第一实施方式中的相同。

图9是示出了根据第三实施方式的管道系统设置处理的流程图。除了执行S715而不是第一实施方式中的S710之外，第三实施方式与第一实施方式相同。

在S715中，控制单元300基于路线信息来计算所需输出的预测值。控制单元300从路线信息输出装置390获取路线信息。路线信息输出装置390使用GNSS获取当前位置并且输出关于安排的行驶路线的路线信息。

路线信息包括能够影响所需输出的信息。例如，能够影响所需输出的信息是道路倾斜度或者弯曲道路的曲率半径。控制单元300通过组合这样的信息来计算所需输出。在第三实施方式中，计算所需输出未考虑下压量。在另一实施方式中，计算所需输出可以考虑下压量。

例如，当车辆在从下坡倾斜度向上坡倾斜度快速变化的路上行驶时，控制单元300在倾斜度从下坡倾斜度变化到上坡倾斜度之前预测到所需输出从负值变化到正值。

替选地，例如，当高速公路是曲线的并且然后直线延伸时，在曲线结束之前预测到所需输出从负值向正值转变。根据该实施方式，可以更合适地执行预测。

本公开内容不限于以上提及的实施方式并且能够在不脱离其主旨的情况下以各种配置呈现。例如，可以对与“发明内容”中描述的各方面中的技术特征相对应的实施方式中的技术特征适当进行更换或组合，以便解决以上提及的问题中的一些或全部或者达到以上提及的有利效果中的一些或全部。除非在本说明书中它们被描述为是必需的，否则可以适当地删除技术特征。例如，例示了下面的实施方式。

旁路阀560的第一开度可以不是最大开度，而可以是例如略小于最大开度的开度。

旁路阀560的第二开度可以不是最小开度，即阀关闭状态下的开度，而可以是例如可以通过少量空气的开度。

当旁路阀560被设置为第一开度时，入口分流阀520和压力控制阀530中的一者可以被设置为其中空气能够穿过的状态。此处，入口分流阀520和压力控制阀530中的至少一者的开度可以被设置的较小，并且因此FC空气流动速率可以被设置为较小的值。

二次电池200的类型不限于锂离子二次电池，而可以是镍氢二次电池或者全固态电池，并且未被特别地限制。

在所需输出变成正值的时间点(实施方式中时间t4)之后，可以执行来自二次电池200的电力的供应。甚至当采用已经被改进使得输出不必限于实际使用范围的二次电池时，随着来自二次电池的电力的供应进一步被抑制，能够保持SOC的优点被进一步改善，并且因此来自二次电池200的电力的供应可以尽可能地被抑制。

可以改变判定二次电池200的充电是否受限的方法。例如，可以仅使用SOC判定标记Fs来确定输出Q440的值。

当执行辅助机器电力消耗时，可以向空气压缩机170和冷却剂泵250提供一部分再生电力并且其他再生电力可以被有效使用。有效使用包括：例如，对空气冷却压缩机245的供应和对二次电池200的充电。

当执行辅助机器电力消耗时，可以将所有再生电力供应至空气压缩机170。在这种情况下，冷却剂泵250不必被驱动。

电动发电机可以被配置成由分开的本体实现电动机功能和发电机功能。

车辆可以是联网汽车。联网汽车是具有安装在其中的通信装置并且能通过与云进行通信来被服务的车辆。在联网汽车的情况下，可以通过通信从外部获取路线信息。车辆可以是自动控制车辆速度的自动驾驶车辆。

燃料电池系统10可以安装在除车辆之外的运输机器中。例如，燃料电池系统可以安装在地铁或船中。

燃料电池系统10可以被用作除运输机器之外的机器的电源。燃料电池系统可以被用作其中安装了再生制动器的施工设备或电梯的电源。

在以上提及的实施方式中，在软件中实施的功能和处理中的一些或全部可以在硬件中实施。在硬件中实施的功能和处理中的一些或全部可以在软件中实施。例如，各种电路例如集成电路、分立电路或其中组合了这样的电路的电路模块可以被用作硬件。

Claims (9)

1.一种燃料电池系统，其特征在于包括：

燃料电池；

二次电池；

电动发电机，其被配置成利用再生电力来对所述二次电池充电，所述电动发电机是利用来自所述燃料电池和所述二次电池中的至少一者的电力来驱动的；

空气压缩机，其被配置成生成压缩空气，所述空气压缩机是利用来自所述燃料电池和所述再生电力中的至少一者的电力来驱动的；

供应通道，其被配置成将所述压缩空气供应给所述燃料电池；

排放通道，其被配置成将所述压缩空气从所述燃料电池排出；

旁路通道，其被配置成连接所述供应通道和所述排放通道；

旁路阀，其被设置在所述旁路通道中；以及

控制单元，其被配置成：在所述燃料电池不生成电力并且所述再生电力被生成的情况下满足所述二次电池的充电受限这样的必要条件时，执行将所述再生电力的至少一部分供应给所述空气压缩机的辅助机器电力消耗，

其中，所述控制单元被配置成：在所述辅助机器电力消耗的执行期间，执行有关所述电动发电机的所需输出是否具有正值的预测以及有关所述燃料电池的电压是否小于目标电压的判定，

其中，所述控制单元被配置成：在所述预测和所述判定中的至少一者的结果是否定的情况下，在所述辅助机器电力消耗的执行期间将所述旁路阀设置成第一开度，以及

其中，所述控制单元被配置成：在所述预测和所述判定两者的结果均是肯定的情况下，在所述辅助机器电力消耗的执行期间将所述旁路阀设置成小于所述第一开度的第二开度。

2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述控制单元被配置成使用输入至用于操纵所述电动发电机的所需输出的用户接口的操作的量来用于所述预测。

3.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其特征在于，所述目标电压具有固定值。

4.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其特征在于，所述控制单元被配置成在预测到所述所需输出具有正值的情况下确定所述所需输出的预测值，

其中，所述控制单元被配置成：在所述预测值是第一正值的情况下，将所述目标电压设置成第一电压值，以及

其中，所述控制单元被配置成：在所述预测值是大于所述第一正值的第二正值的情况下，将所述目标电压设置成高于所述第一电压值的第二电压值。

5.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于，所述燃料电池系统被安装在运输机器中，以及

其中，所述控制单元被配置成使用路线信息来用于所述预测。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，所述第一开度是最大开度。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的燃料电池系统，其特征在于，所述第二开度是阀关闭状态下的开度。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的燃料电池系统，其特征在于还包括：

入口阀，其被设置在所述供应通道中并且位于所述供应通道与所述旁路通道的接合处和所述燃料电池之间；以及

出口阀，其被设置在所述排放通道中并且位于所述排放通道与所述旁路通道的接合处和所述燃料电池之间，

其中，所述控制单元被配置成：在所述辅助机器电力消耗的执行期间，在所述旁路阀被设置成所述第一开度的情况下，将所述入口阀和所述出口阀中的至少一者设置成阀关闭状态。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的燃料电池系统，其特征在于还包括出口阀，所述出口阀被设置在所述排放通道中并且位于所述排放通道与所述旁路通道的接合处和所述燃料电池之间，

其中，所述控制单元被配置成：在所述辅助机器电力消耗的执行期间，在所述旁路阀被设置成所述第一开度的情况下，将所述出口阀设置成阀关闭状态，以及

其中，所述控制单元被配置成：在所述辅助机器电力消耗的执行期间，在所述旁路阀被设置成所述第二开度的情况下，将所述出口阀设置成阀打开状态。