CN110190301B - 燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃料电池系统，抑制二次电池的放电过多状态持续并抑制燃料电池系统整体的输出电力相对于要求电力不足。燃料电池系统供给由负载要求的要求电力，具备：电源电路，形成为能够执行从燃料电池及二次电池向负载的电力供给、和从燃料电池向二次电池的充电；判定值取得部，监视二次电池的充放电状态而取得对二次电池中的电解液的离子浓度的偏倾程度进行判定的判定值；和控制部，根据判定值来控制电源电路，在判定值成为预先设定的阈值以上的情况下，控制部限制二次电池的放电，在判定值成为阈值以上的情况下、且要求电力减少时，控制部限制燃料电池的输出电力的减少而将输出电力中的与被限制了减少的量相应的电力的至少一部分充电给二次电池。

Description

燃料电池系统
本申请基于2018年2月22日提出的申请号为2018-29773的日本专利申请主张优先权，并将其公开的全部内容通过参照而并入本申请。
技术领域
本发明涉及燃料电池系统。
背景技术
在燃料电池系统中，存在一种从燃料电池以及二次电池输出电力以便将由负载要求的要求电力供给至负载的燃料电池系统(参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开2010-244980号公报
当在这样的燃料电池系统中来自负载的要求电力以高的状态持续的情况下，存在二次电池成为放电过多状态的状况。在放电过多状态下，会在二次电池中的电解液中产生离子浓度的偏倾。公知为若这样的放电过多状态持续，则会产生二次电池的电池性能的劣化。在上述那样的燃料电池系统中，若为了抑制二次电池的电池性能的劣化而在二次电池成为放电过多状态的情况下限制从二次电池的放电，则有可能产生输出电力相对于来自负载的要求电力而不足这一问题。为了解决这样的问题，在燃料电池系统中，期望一种既能抑制二次电池的放电过多状态持续又能抑制燃料电池系统整体的输出电力相对于要求电力不足的技术。
发明内容
本发明是为了解决上述的课题而完成的，其能够作为以下的方式来实现。
(1)根据本发明的一个方式，提供一种燃料电池系统。该燃料电池系统供给由负载要求的要求电力，上述燃料电池系统具备：电源电路，包括燃料电池和二次电池，并形成为能够执行从上述燃料电池以及上述二次电池向上述负载的电力供给、和从上述燃料电池向上述二次电池的充电；判定值取得部，监视上述二次电池的充放电状态而取得对上述二次电池中的电解液的离子浓度的偏倾程度进行判定的判定值；以及控制部，根据上述判定值来控制上述电源电路，在上述判定值成为预先设定的阈值以上的情况下，上述控制部限制上述二次电池的放电，在上述判定值成为上述阈值以上的情况、且上述要求电力减少时，上述控制部限制上述燃料电池的输出电力的减少而将上述输出电力中的与被限制了减少的量相应的电力的至少一部分充电给上述二次电池。根据这样的方式，由于在判定值成为阈值以上的情况下、即在二次电池为放电过多状态的情况下，能够通过来自燃料电池的输出电力对二次电池进行充电，所以能够抑制放电过多状态在二次电池中持续。另外，由于向二次电池充电的电力由燃料电池的输出电力中的与被限制了减少的量相应的电力供给，所以能够抑制燃料电池系统整体的输出电力相对于要求电力相对的不足。
(2)在上述方式中，上述燃料电池系统可以搭载于车辆来使用，上述燃料电池系统还具备基于车辆的位置信息以及地图信息来设定行驶预定路径的路径设定部，当预测为在上述行驶预定路径上上述判定值成为上述阈值以上的情况、且上述要求电力减少时，上述控制部限制上述输出电力的减少而将上述输出电力中的与被限制了减少的量相应的电力的至少一部分充电给上述二次电池。根据这样的方式，当预测为在行驶预定路径上判定值成为阈值以上的情况下，能够预先将来自燃料电池的输出电力充电给二次电池。因此，能够抑制在行驶预定路径行驶过程中二次电池成为放电过多状态，能够预先抑制二次电池的放电因放电过多状态而被限制。
(3)在上述方式中，可以还具备制冷剂循环系统，该制冷剂循环系统具有对上述燃料电池的制冷剂进行冷却的散热器，当预测为在上述行驶预定路径上上述判定值成为上述阈值以上的情况下，上述控制部对上述制冷剂循环系统进行控制以使上述燃料电池的温度降低。根据这样的方式，当预测为在行驶预定路径上判定值成为阈值以上的情况下，通过控制制冷剂循环系统而使燃料电池的温度预先降低，从而能够抑制与燃料电池的输出电力的减少的限制相伴的燃料电池的温度上升。
(4)在上述方式中，上述控制部可以通过取得上述行驶预定路径上的上坡路的信息，来预测上述判定值成为上述阈值以上这一情况。由于车辆在上坡路行驶，使得判定值成为阈值以上的可能性变高。因此，根据上述那样的方式，由于能够抑制判定值成为阈值以上，所以能够高精度地抑制二次电池成为放电过多状态。
(5)在上述方式中，上述路径设定部可以具备存储部，该存储部对记录有过去上述车辆行驶而上述判定值成为上述阈值以上的区间的行驶历史记录进行存储，上述控制部基于上述位置信息、上述地图信息以及上述行驶历史记录，来预测在上述行驶预定路径上上述判定值成为上述阈值以上这一情况。由于车辆在记录于行驶历史记录的区间行驶，使得判定值成为阈值以上的可能性变高。因此，根据上述那样的方式，由于能够抑制判定值成为阈值以上，所以能够高精度地抑制二次电池成为放电过多状态。
本发明也能够通过燃料电池系统以外的各种方式来实现。例如，能够通过搭载有燃料电池系统的移动体、燃料电池系统的控制方法、用于实施上述控制方法的计算机程序、存储该计算机程序的存储介质等方式来实现。
附图说明
图1是表示第1实施方式的燃料电池系统的结构的说明图。
图2是表示制冷剂循环系统的结构的说明图。
图3是表示放电限制恢复处理的流程。
图4是表示燃料电池以及二次电池的输出电力的变动的说明图。
图5是表示燃料电池以及二次电池的输出电力的变动的说明图。
图6是表示第2实施方式的燃料电池系统的结构的说明图。
图7是表示放电限制抑制处理的流程。
图8是表示放电限制抑制处理的流程。
图9是表示与制冷剂温度的变动相对的燃料电池的输出电力的变动的说明图。
图10是表示第4实施方式的燃料电池系统的结构的说明图。
图11是日本特开2017-129409号公报的图4。
图12是日本特开2017-129409号公报的图5。
图13是日本特开2017-129409号公报的图6。
附图标记的说明
10…燃料电池系统；10a…燃料电池系统；10b…燃料电池系统；100…燃料电池；110…制冷剂循环系统；112a…上游侧配管；112b…下游侧配管；114…散热器；116…制冷剂循环用泵；118a…上游侧温度传感器；118b…下游侧温度传感器；120…燃料电池转换器；130…二次电池；135…判定值取得部；140…二次电池转换器；150…逆变器；160…控制部；170…路径设定部；172…位置信息检测部；174…地图信息储存部；176…存储部；200…驱动马达；300…主ECU。
具体实施方式
A.第1实施方式：
A1.装置结构：
图1是表示第1实施方式的燃料电池系统10的结构的说明图。燃料电池系统10被作为由驱动马达200驱动的车辆的电源而使用。燃料电池系统10具备燃料电池100、制冷剂循环系统110、燃料电池转换器120、二次电池130、判定值取得部135、二次电池转换器140、逆变器150、以及控制部160。另外，燃料电池系统10具备直流导线W1、直流导线W2、直流导线W3、直流导线W4、以及交流导线W5。
燃料电池100是接受氢气以及氧的供给并通过氢与氧的电化学反应而进行发电的固体高分子型燃料电池。作为燃料电池100，并不限定于固体高分子型燃料电池，能够采用各种类型的燃料电池。作为燃料电池100，可以代替固体高分子型燃料电池而例如采用固体氧化物型燃料电池。燃料电池100经由直流导线W1与燃料电池转换器120电连接。
图2是表示制冷剂循环系统110的结构的说明图。制冷剂循环系统110是使对燃料电池100进行冷却的制冷剂循环的系统。制冷剂循环系统110具有上游侧配管112a、下游侧配管112b、散热器114、制冷剂循环用泵116、上游侧温度传感器118a、以及下游侧温度传感器118b。
上游侧配管112a以及下游侧配管112b是供用于对燃料电池100进行冷却的制冷剂循环的制冷剂用配管。上游侧配管112a将散热器114的入口与燃料电池100的未图示的制冷剂用排出用歧管的出口连接。下游侧配管112b将散热器114的出口与燃料电池100的未图示的制冷剂用供给用歧管的入口连接。
散热器114通过使制冷剂与外部空气之间进行热交换来将制冷剂冷却。制冷剂循环用泵116设置于下游侧配管112b的中途，将在散热器114中冷却了的制冷剂向燃料电池100送出。上游侧温度传感器118a以及下游侧温度传感器118b分别设置于上游侧配管112a以及下游侧配管112b。
回到图1，燃料电池转换器120是升压型的转换器装置，进行将燃料电池100的输出电压升压至目标的电压的升压动作。燃料电池转换器120经由直流导线W2与逆变器150电连接。
二次电池130与燃料电池100一同作为燃料电池系统10的电力源发挥功能。二次电池130由锂离子电池构成。二次电池130也可以是铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池等其他种类的电池。二次电池130经由直流导线W3与二次电池转换器140电连接。二次电池130能够被从燃料电池100供给的电力充电。
判定值取得部135对二次电池130的充放电状态进行监视，取得对二次电池130中的电解液中的离子浓度的偏倾程度进行判定的判定值。换言之，判定值是对二次电池130的放电过多的程度进行评价的值。判定值取得部135将所取得的判定值向控制部160发送。
这里，对放电过多状态进行说明。放电过多状态是指在某一期间内二次电池130的充放电中的放电与充电相比多于预先决定的程度，从而电解液中的离子浓度在负极侧高、在正极侧低的状态。公知为若持续这样的放电过多状态，则会产生二次电池的电池性能的劣化。
在本实施方式中，判定值是将从二次电池130的初始状态起定期地取得的评价值累计而成的累计值。对于这里所说的评价值而言，使用对伴随时间的经过的离子浓度的偏倾的减少程度进行推断所得的推断值和对伴随二次电池130的充放电的离子浓度的偏倾的增加程度进行推断所得的推断值来计算。这样的评价值以及累计值的具体的计算方法例如可以使用日本特开2017-129409号公报所记载的方法。此外，判定放电过多状态的方法并不限定于使用对评价值进行累计而得到的累计值的方法，只要是能够推断电解液中的离子浓度的偏倾的方法，则也可以是其他的方法。
二次电池转换器140是升降型的转换器装置。二次电池转换器140经由直流导线W4与直流导线W2电连接。直流导线W2将燃料电池转换器120与逆变器150连接。二次电池转换器140对逆变器150的输入电压亦即直流导线W2中的电压进行调整，控制二次电池130的充放电。
在来自燃料电池转换器120的输出电力相对于目标输出电力不足的情况下，二次电池转换器140使二次电池130放电。另一方面，当在驱动马达200中产生再生电力的情况下，二次电池转换器140使该再生电力向二次电池130蓄电。
逆变器150将从燃料电池100以及二次电池130经由直流导线W2以直流的方式供给的电力转换为三相交流的电力。逆变器150经由交流导线W5与驱动马达200电连接，将三相交流电力向驱动马达200供给。另外，逆变器150将在驱动马达200中产生的再生电力转换为直流电力而向直流导线W2输出。驱动马达200是将从逆变器150供给的三相交流电力转换为旋转动力的电动机。
控制部160接收从燃料电池系统10所具备的各种传感器输出的信号，并且控制电源电路。这里所说的电源电路是包括燃料电池100、制冷剂循环系统110、燃料电池转换器120、二次电池130、二次电池转换器140、以及逆变器150的电路。控制部160根据负载的要求电力而从燃料电池100与二次电池130向负载供给电力。负载例如包括驱动马达200、作为车辆运转时等使用的各种电力设备的照明设备、空调设备、液压泵等。要求电力由车辆所具备的主ECU300根据驾驶员的操作、车速来决定。而且，将所决定的要求电力通知给控制部160。
在从判定值取得部135送来的判定值为预先设定的阈值以上的情况下，控制部160为了抑制二次电池130的电池性能的劣化而限制二次电池130的放电。这里，预先设定的阈值是若为该阈值以上则视为二次电池130是放电过多状态的值。在本实施方式中，由于若作为判定值的累计值是正值，则视为二次电池130是放电过多状态，所以阈值为0。
在判定值成为预先设定的阈值以上的情况下、并且要求电力减少时，控制部160限制燃料电池100的输出电力的减少而将燃料电池100的输出电力中的与被限制了减少的量相应的电力充电给二次电池130。在图3以及图4中对该处理进行详细的说明。
控制部160通过执行包含对该放电过多状态进行判定的处理的后述的放电限制恢复处理，来抑制二次电池130的放电过多状态持续，并且抑制燃料电池系统10整体的输出电力相对于要求电力的不足。
A2.放电限制恢复处理：
图3是表示控制部160所执行的放电限制恢复处理的流程。放电限制恢复处理是通过使处于放电过多状态的二次电池130恢复从而恢复二次电池130的放电限制的处理。放电限制恢复处理在搭载有燃料电池系统10的车辆所具备的未图示的点火开关从接通到断开为止的期间被持续执行。
若开始放电限制恢复处理，则控制部160判定从判定值取得部135发送来的判定值是否为阈值以上(步骤S110)。当判定为判定值不是阈值以上的情况下(步骤S110：否)，控制部160返回至步骤S110。
当判定为判定值是阈值以上的情况下(步骤S110：是)，控制部160判定来自负载的要求电力是否减少(步骤S120)。当判定为来自负载的要求电力未减少的情况下(步骤S120：否)，控制部160返回至步骤S110。
在判定为来自负载的要求电力减少的情况下(步骤S120：是)，控制部160限制与要求电力的减少对应的燃料电池100的输出电力的减少，并且将燃料电池100的输出电力中的与被限制了减少的量相应的全部电力充电给二次电池130(步骤S130)。在本实施方式中，对与要求电力的减少对应的燃料电池100的输出电力的减少进行限制是指根据要求电力的减少来维持即将开始减少之前的燃料电池100的输出电力量。此外，针对燃料电池100的输出电力的减少的限制，在本实施方式的燃料电池系统10中，通过维持即将开始减少之前的输出电力量来将输出电力量限制为完全不减少，但对于限制的程度可以适当地变更设定。控制部160通过控制朝向燃料电池100的氢以及氧的供给、二次电池转换器140等，来执行步骤S130的处理。之后，控制部160返回至步骤S110。
图4是表示燃料电池系统10中的、与要求电力的变动相对的燃料电池100的输出电力以及二次电池130的输出电力的变动的说明图。图4中的各图表的横轴表示时间。在图4中，上段的图表表示要求电力的变动，中段的图表表示燃料电池100的输出电力的变动，下段的图表表示二次电池130的输出电力的变动。图4的下段的图表中的电压V0表示0V。
对图4中示出的各线进行说明。虚线VP1表示负载的要求电力的量。实线RP1表示相对于请求而实际从燃料电池系统10输出的输出电力的量。实线RP2表示燃料电池100的输出电力的量。虚线VP3表示二次电池130相对于要求电力应当输出的电力的量。实线RP3表示二次电池130实际输出的电力的量。在后面将对单点划线PP2进行叙述。
在从时刻t0到时刻t1的期间，通过燃料电池100以及二次电池130输出电力，对于要求电力充足地供给电力。由于在该期间二次电池130未被充电而持续放电，所以二次电池130向放电过多状态接近。
在时刻t1，因判定值变为阈值以上从而二次电池130成为放电过多状态，因此控制部160开始限制从二次电池130的放电。
在从时刻t1到时刻t2的期间，二次电池130应当输出虚线VP3所示的电力的量来响应于要求电力，但由于放电被控制部160限制，所以只能输出实线RP3所示的电力的量。因此，尽管负载要求了虚线VP1所示的电力的量，但燃料电池系统10实际上只以实线RP1所示的电力的量输出电力。
从时刻t2开始要求电力减少。例如，在车辆的加速器开度减少了的情况下，要求电力减少。如上述那样，由于在时刻t2判定值为阈值以上(步骤S110：是)，并且要求电力减少(步骤S120：是)，所以执行步骤S130，从而如实线RP2所示，燃料电池100的输出电力的减少被限制，维持根据要求电力的减少而即将开始减少之前的燃料电池100的输出电力量。此外，单点划线PP2表示要求电力减少时未限制燃料电池的输出电力的减少的情况下的输出电力。
在时刻t2到时刻t3的期间，当燃料电池100的输出电力的减少被限制时，控制部160通过控制二次电池转换器140，来将燃料电池100的输出电力中的与被限制了减少的量相应的全部电力充电给二次电池130。低于电压V0的实线RP3表示二次电池130正被充电的状态。由于因被充电燃料电池100的输出电力的一部分而判定值变得比阈值小，所以二次电池130从放电过多状态这一状态恢复。
二次电池130的充电所使用的电力量可以是燃料电池100的输出电力中的与被限制了减少的量相应的电力量的全部，也可以是一部分。如上述那样，在本实施方式中，二次电池130的充电所使用的燃料电池100的输出电力的量是燃料电池100的输出电力中的与被限制了减少的量相应的全部电力量。在图4中，该电力量相当于时刻t2到时刻t3的期间内的作为实线RP2与单点划线PP2的差量的电力Wd。因此，在燃料电池系统10中，能够确保燃料电池100对于要求电力响应的输出电力的量，同时能够抑制二次电池130的放电过多状态持续。
在时刻t2到时刻t3的期间，若要求电力从减少转为增加，则控制部160通过控制二次电池转换器140，来将二次电池130从被充电的状态切换为进行放电的状态。
在时刻t3到时刻t4的期间，燃料电池100以及二次电池130对于要求电力充足地供给电力。
在时刻t4，由于因判定值变成阈值以上而二次电池130再次成为放电过多状态，所以控制部160开始限制从二次电池130的放电。
图5是表示比较例1的燃料电池系统中的、与要求电力的变动相对的燃料电池的输出电力以及二次电池的输出电力的变动的说明图。除了要求电力减少时未限制燃料电池的输出电力的减少这一点之外，比较例1与第1实施方式的燃料电池系统10的结构相同。即，在比较例1中，当要求电力减少时，不进行二次电池的充电。以下，将比较例1的燃料电池系统称为比较例1。图5中的各图表的横轴表示时间。在图5中，上段的图表表示要求电力的变动，中段的图表表示燃料电池的输出电力的变动，下段的图表表示二次电池的输出电力的变动。此外，图5中的虚线VP1以及虚线VP3与图3的虚线VP1以及虚线VP3相同。另外，图5中的时刻t1～时刻t4也与图3的时刻t1～时刻t4相同。
对图5中所示的实线CP1、实线CP2以及实线CP3进行说明。在比较例1中，实线CP1表示对于要求电力实际响应的输出电力的量。实线CP2表示比较例1中的燃料电池的输出电力的量。实线CP3表示比较例1中的二次电池所输出的电力的量。
在时刻t2到时刻t3的期间，在比较例1中，如实线CP2所示那样，在要求电力减少时不限制燃料电池的输出电力的减少。换言之，与要求电力的减少对应地使燃料电池的输出减少。
在时刻t2到时刻t3的期间，在比较例1中，如实线CP3所示，二次电池未被充电。因此，二次电池无法从放电过多状态恢复。
在时刻t2到时刻t3的期间，若要求电力从减少转为增加，则比较例1的控制部通过控制二次电池转换器，从而欲增加来自二次电池的输出电力的量。但是，由于二次电池未从放电过多状态恢复所以被限制放电，因此如实线CP3所示，无法对于要求电力充分地进行响应。另外，除此之外，如实线CP3所示，随着放电过多状态的加剧，二次电池的放电限制变得更加严格。因此，如实线CP1所示，对于要求电力实际响应的输出电力的量也不断减少。
如图5所示，在比较例1中，与第1实施方式的燃料电池系统10相比，能够对于来自负载的要求充足地供给电力的时间段很短。另一方面，在第1实施方式的燃料电池系统10中，由于作为使二次电池130从放电过多状态恢复的积极的处理，进行了针对二次电池130的来自燃料电池100的充电，所以可增长能够对于来自负载的要求充足地供给电力的时间段。
根据以上说明的第1实施方式，由于在判定值变为阈值以上的情况、即二次电池130为放电过多状态的情况下，能够利用来自燃料电池的输出电力对二次电池进行充电，所以能够抑制在二次电池130中放电过多状态持续这一情况。另外，由于向二次电池130充电的电力由燃料电池100的输出电力中的与被限制了减少的量相应的电力供给，所以能够抑制燃料电池系统10整体的输出电力相对于要求电力的不足。
B.第2实施方式：
B1.装置结构：
图6是表示第2实施方式的燃料电池系统10a的结构的说明图。燃料电池系统10a在具备路径设定部170这一点上，与第1实施方式的燃料电池系统10不同。燃料电池系统10a与第1实施方式的燃料电池系统10相同，被作为由驱动马达200驱动的车辆的电源而使用。
路径设定部170是通过搭载有燃料电池系统10a的车辆的乘员室所具备的显示器、扬声器来执行路径显示、声音引导的所谓汽车导航系统。路径设定部170基于车辆的位置信息以及地图信息来设定行驶预定路径。路径设定部170具有位置信息检测部172和地图信息储存部174。
位置信息检测部172对搭载有燃料电池系统10a的车辆的位置信息进行检测。例如，位置信息检测部172可以利用GNSS(全球测位卫星系统)来检测车辆的位置信息。地图信息储存部174储存地图信息。地图信息中例如包含地图所应当表现的各种地上物。地上物例如对应于建造物、道路等人工建造的物体、山、川、草、木等自然物。另外，地图信息的构成要素的相关信息包含与构成要素有关而应当作为地图信息来记录的各种信息。例如，在地上物为建造物的情况下，相当于与建造物的形状、宽度、进深、高度、和所面对的道路的阶梯差、入口的位置、占地形状、占地宽度、占地进深、住所、地号、居住者等有关的信息。另外，在地上物为道路的情况下，相当于道路的形状、宽度、长度、高度、名称、种类(国道、县道、地方道路)、车道数、中央分离带的有无、人行道的有无、信号灯的有无、侧边沟槽等。
第2实施方式的控制部160除了图3中说明的放电限制恢复处理之外，还执行后述的放电限制抑制处理。在本实施方式中，通过执行该处理，在预测为判定值成为阈值以上的情况下，通过预先将来自燃料电池100的输出电力充电给二次电池130，能够抑制二次电池130成为放电过多状态。
B2.放电限制抑制处理：
图7是表示第2实施方式中的放电限制抑制处理的流程。放电限制抑制处理在搭载有燃料电池系统10a的车辆所具备的未图示的点火开关从接通到断开未被的期间被连续执行。
若开始放电限制抑制处理，则控制部160判定是否预测为在路径设定部170所设定的行驶预定路径上判定值成为阈值以上(步骤S210)。使用由位置信息检测部172检测到的车辆的位置信息和从地图信息储存部174得到的地图信息来进行该判定。
在本实施方式中，是否预测为在行驶预定路径上判定值成为阈值以上的判定基于在行驶预定路径上是否存在上坡路的判定来进行。
上坡路是具有相对于水平距离100m上升5m以上的坡度的道路，并且是长度为100m以上的道路。换言之，在行驶预定路径上存在上坡路是指：预测为在该上坡路上判定值成为阈值以上而二次电池130成为放电过多状态。
在未预测为判定值成为阈值以上的情况下、即判定为不存在上坡路的情况下(步骤S210：否)，控制部160返回至步骤S210。
在预测为判定值成为阈值以上的情况下、即判定为存在上坡路的情况下(步骤S210：是)，控制部160进行与在图3中说明过的放电限制恢复处理的步骤S120以及步骤S130相同的处理。
根据以上说明的第2实施方式，当预测为在行驶预定路径上判定值成为阈值以上的情况下，能够预先将来自燃料电池100的输出电力充电给二次电池130。因此，能够抑制在行驶预定路径的行驶中二次电池130成为放电过多状态，能够预先抑制二次电池130的放电因放电过多状态而被限制。
C.第3实施方式：
C1.装置结构：
第3实施方式的燃料电池系统的结构与第2实施方式的燃料电池系统10a的结构相同。另外，第3实施方式的燃料电池系统也被作为由驱动马达200驱动的车辆的电源而使用。第3实施方式的燃料电池系统进行与第2实施方式的燃料电池系统10a不同的放电限制抑制处理。另外，在第3实施方式的燃料电池系统中，燃料电池100被设定为：若上游侧温度传感器118a检测出的制冷剂的温度成为高温HT，则实施输出限制。高温HT是反映了被视为发电效率变差的燃料电池100的温度的制冷剂的温度。
C2.放电限制抑制处理：
图8是表示第3实施方式中的放电限制抑制处理的流程。第3实施方式中执行的放电限制抑制处理是在图7所说明的放电限制抑制处理的步骤S210与步骤S120之间增加了步骤S315的处理。在预测为判定值成为阈值以上的情况下(步骤S210：是)，控制部160降低作为散热器114将冷却水冷却时的指标的目标温度的设定(步骤S315)。控制部160通过将设定从作为初始设定的目标温度的第1目标温度Wt1变更为温度比第1目标温度Wt1低的第2目标温度Wt2来降低目标温度的设定。在上次的放电限制抑制处理中目标温度已经被变更设定为第2目标温度Wt2的情况下，在步骤S315中，将目标温度的设定维持为第2目标温度Wt2。
图9是表示车辆正在上坡路行驶时的与制冷剂温度的变动相对的燃料电池的输出电力的变动的说明图。图9中的各图表的横轴表示时间。在图9中，上段的图表表示车辆位置的海拔的变动，中段的图表表示制冷剂温度的变动，下段的图表表示燃料电池的输出电力的变动。
对图9中示出的各线进行说明。双点划线TL1以及双点划线FP1表示比较例2的燃料电池系统中的制冷剂温度的变动以及燃料电池的输出电力的变动。以下，将比较例2的燃料电池系统称为比较例2。对于比较例2而言，除了即使当预测为在行驶预定路径上判定值成为阈值以上的情况、即判定为存在上坡路的情况下，也不变更目标温度的设定而维持第1目标温度Wt1这一点之外，与第3实施方式的燃料电池系统的结构相同。实线TL2以及实线FP2表示第3实施方式的燃料电池系统中的制冷剂温度的变动以及燃料电池100的输出电力的变动。其中，在图9中，双点划线TL1以及双点划线FP1除了从实线TL2以及实线FP2分支的部分以外，与实线TL2以及实线FP2重叠。
搭载有第3实施方式的燃料电池系统的车辆以及搭载有比较例2的车辆均在时刻t0到时刻t1的期间，在平坦的道路上行驶，海拔无变化。在时刻t1到时刻t4的期间，各车辆在上坡路行驶，海拔逐渐上升。
为了便于说明，首先对搭载有比较例2的车辆进行说明。在车辆开始上坡路的行驶的时刻t1以前，制冷剂温度成为第1目标温度Wt1。若车辆在时刻t1开始上坡路的行驶，则由于从负载要求的要求电力增加，所以如与实线FP2重叠的双点划线FP1所示，从燃料电池输出的电力上升为高电力HV。另外，随着燃料电池的输出电力上升，制冷剂温度也如双点划线TL1所示，从第1目标温度Wt1开始上升。
在时刻t1到时刻t2的期间，由于车辆持续上坡路的行驶，所以如与实线FP2重叠的双点划线FP1所示，从燃料电池输出的电力维持为高电力HV。另外，如双点划线TL1所示，也持续制冷剂温度的上升。
若制冷剂温度在时刻t2成为高温HT，则对燃料电池100实施放电限制。被实施了放电限制的燃料电池100的输出电力在时刻t2到时刻t3的期间，如双点划线FP1所示那样降低。
若车辆在时刻t4结束上坡路的行驶，则如与实线FP2重叠的双点划线FP1所示，燃料电池100的输出电力减少。另外，随着燃料电池100的输出电力减少，制冷剂温度也如与实线TL2重叠的双点划线TL1所示那样开始减少。之后，制冷剂温度返回至第1目标温度Wt1。
接下来，对搭载有第3实施方式的燃料电池系统的车辆进行说明。在第3实施方式的燃料电池系统中，当预测为在行驶预定路径上判定值成为阈值以上的情况下、即判定为存在上坡路的情况下，控制制冷剂循环系统110以使燃料电池100的温度降低。更具体而言，控制部160对制冷剂循环系统110进行控制，将目标温度的设定从第1目标温度Wt1变更为第2目标温度Wt2而使制冷剂温度降低。因此，在车辆开始上坡路的行驶的时刻t1以前，制冷剂温度成为比第1目标温度Wt1低的第2目标温度Wt2。
若车辆在时刻t1开始上坡路的行驶，则由于在时刻t1到时刻t2的期间，车辆持续上坡路的行驶，所以如实线FP2所示，与比较例2相同，从燃料电池100输出的电力被维持为高电力HV。另一方面，关于制冷剂温度，由于在时刻t1以前成为第2目标温度Wt2，所以如实线TL2所示，从比第1目标温度Wt1低的温度开始上升。因此，在第3实施方式的燃料电池系统中，与比较例2不同，制冷剂温度在时刻t2不成为高温HT。这样，制冷剂温度成为高温HT的时刻比在比较例2中制冷剂温度成为高温HT的时刻t2晚。因此，在时刻t2到时刻t3的期间，从燃料电池100输出的电力也如实线FP2所示，被维持为高电力HV。
在时刻t3，制冷剂温度如实线TL2所示那样成为高温HT。若制冷剂温度在时刻t3成为高温HT，则对燃料电池100实施放电限制。被实施了放电限制的燃料电池100在时刻t3到时刻t4的期间，如实线FP2所示那样使输出电力降低。
由于在时刻t4以后，与比较例2的情况相同，因此省略说明。但是，在第3实施方式的燃料电池系统中，由于在判定为存在上坡路之后，若结束上坡路的行驶，则使目标温度的设定从第2目标温度Wt2返回至第1目标温度Wt1，所以在时刻t4以后，制冷剂温度返回至第1目标温度Wt1。
在第3实施方式的燃料电池系统中，由于当预测为在行驶预定路径上判定值成为阈值以上的情况下、并且要求电力减少时，限制燃料电池100的输出电力的减少而将输出电力的一部分充电给二次电池130，所以与具备输出电力的减少未被限制的燃料电池的燃料电池系统相比，处于燃料电池100的作功量容易增加的状况。因此，与具备输出电力的减少未被限制的燃料电池的燃料电池系统相比，处于燃料电池的温度上升容易提前的趋势。但是，在第3实施方式的燃料电池系统中，当预测为在行驶预定路径上判定值成为阈值以上的情况下，通过控制制冷剂循环系统110而预先降低燃料电池100的温度，由此能够抑制与燃料电池100的输出电力的减少的限制相伴的燃料电池的温度上升。
D.第4实施方式：
D1.装置结构：
图10是表示第4实施方式的燃料电池系统10b的结构的说明图。燃料电池系统10b在路径设定部170具有存储部176这一点上，与图6所示的第2实施方式的燃料电池系统10a不同。燃料电池系统10b与燃料电池系统10a相同，被作为由驱动马达200驱动的车辆的电源而使用。
存储部176对搭载有燃料电池系统10b的车辆的行驶历史记录进行记录。在行驶历史记录中，记录有过去车辆行驶而判定值为阈值以上的注意区间。
对于第4实施方式所执行的放电限制抑制处理而言，除了步骤S210中的是否预测为判定值成为阈值以上的判定是基于在行驶预定路径上是否存在注意区间的判定而进行的点之外，与图7中说明过的第2实施方式的放电限制抑制处理相同。
由于车辆在记录于行驶历史记录的注意区间行驶，使得二次电池成为放电过多状态的可能性很高。根据以上说明的第4实施方式，能够高精度地抑制二次电池成为放电过多状态。
E.其他的实施方式：
在第2实施方式中，燃料电池系统10a具备位置信息检测部172以及地图信息储存部174，基于位置信息检测部172所检测的位置信息以及储存于地图信息储存部174的地图信息，控制部160执行放电限制抑制处理，但本发明并不限定于此。例如，在燃料电池系统仅具备位置信息检测部172的方式中，也可以接收储存于服务器的地图信息，基于该地图信息以及位置信息检测部172所检测的位置信息，由控制部160执行放电限制抑制处理。另外，也可以构成为接收到燃料电池系统中的位置信息检测部172所检测到的位置信息的服务器基于储存于服务器的地图信息来检测上坡路的信息，并且燃料电池系统的控制部160基于从服务器接收到上坡路的信息这一情况，来执行放电限制抑制处理。
在第2实施方式以及第4实施方式中，燃料电池系统具备路径设定部170，但本发明并不限定于此。例如，路径设定部170也可以装备于搭载了燃料电池系统的车辆侧。在这样的方式的情况下，控制部也可以基于从车辆侧向燃料电池系统的控制部发送来的位置信息、地图信息以及行驶历史记录，对电源电路进行控制。
本发明并不限定于上述的实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内以各种结构来实现。例如，为了解决上述课题的一部分或全部、或者为了实现上述效果的一部分或全部，与发明内容栏所记载的各方式中的技术特征对应的实施方式中的技术特征能够适当地替换、组合。另外，只要该技术特征不是作为本说明书中必要的内容而说明，则能够适当地删除。
在上述的说明中，作为评价值以及累计值的具体的计算方法，例示了日本特开2017-129409号公报所记载的方法。以下，转载日本特开2017-129409号公报中提及了评价值以及累计值的计算方法的记载位置。以下，本说明书第15页最后一段至最后一页最后一段对应于日本特开2017-129409号公报的段落编号0033～0045。另外，在本说明书第15页最后一段至最后一页最后一段中提及的图4、图5以及图6作为本申请说明书的图11、图12以及图13而公开。
接下来，对高速劣化的变动量的推断方法进行说明。电池控制器30从二次电池100的初始状态起，与上述的蓄电量变化比例dQ/dV的计算独立地定期评价高速状态而取得评价值D(N)，并将其存储于RAM33。而且，电池控制器30对所取得的评价值D(N)进行累计而取得累计值E，并基于累计值E来推断到该时刻为止的高速劣化的变动量。评价值D(N)是对伴随离子浓度的偏倾而产生的二次电池100的输入输出性能的降低程度进行评价的值，基于在二次电池100流动的电流值来计算。
首先，对评价值D(N)进行说明。电池控制器30每隔规定的循环时间Δt反复取得表示高速状态的程度的评价值D(N)。电池控制器30在本次的循环时间内的评价值D(N)的计算时，计算上次的评价值D(N-1)、从上次起的评价值的减少量D(-)、以及从上次起的评价值的增加量D(+)，并且通过以下的式1来计算本次的评价值D(N)。
D(N)＝D(N-1)-D(-)+D(+)…式1
其中，作为高速劣化的评价值D(N)的初始值的D(0)例如为0。
评价值的减少量D(-)是对从计算出上次的评价值D(N-1)时起到经过1次循环时间Δt为止的期间中的离子浓度的偏倾的减少程度进行推断的值。随着时间的经过，离子浓度的偏倾因离子的扩散而减少某一程度。电池控制器30例如基于以下的式2来计算评价值的减少量D(-)。
D(-)＝A×Δt×D(N-1)…式2
其中，式2中的“A”是遗忘系数，是与二次电池100的电解液中的离子的扩散速度有关的系数。遗忘系数A基于二次电池100的SOC和二次电池100的温度而决定。为了决定遗忘系数A，电池控制器30在评价值D(N)的计算时取得二次电池100的温度和SOC。
电池控制器30通过二次电池100的放电实验等，例如如图4所示，取得与温度和SOC对应的遗忘系数A的关系映射并将其存储于ROM31。而且，电池控制器30基于关系映射来决定遗忘系数A。如图4所示，若二次电池100的温度相同，则SOC越高，遗忘系数A就越大。另外，若二次电池100的SOC相同，则温度越高，遗忘系数A就越大。其中，遗忘系数A在满足以下的式3的条件的范围内被设定。
0＜A×Δt＜1…式3
由式2和式3可知，“A×Δt”的值越接近1，则评价值的减少量D(-)越大。换言之，遗忘系数A越大或者循环时间Δt越长，则评价值的减少量D(-)越大。此外，减少量D(-)的计算方法并不限定于式2所示的方法，只要是能够确定因时间的经过引起的离子浓度的偏倾的减少程度的方法即可。
另外，评价值的增加量D(+)是对在从计算出上次的评价值D(N-1)时起到经过1次循环时间Δt为止的期间中伴随充电或者放电的离子浓度的偏倾的增加程度进行推断的值。电池控制器30例如基于以下的式4来计算评价值的增加量D(+)。
D(+)＝I×Δt×(B/C)…式4
在式4中，“I”表示电流值，“B”表示电流系数，“C”表示极限值。电流值I是基于电流检测单元50的输出信号而取得且包含电流的朝向的值。即，在使二次电池100放电时，电流值I是正值，在对二次电池100充电时，电流值I是负值。电流系数B是预先存储于ROM31的系数。电池控制器30从ROM31读出电流系数B来进行使用。
另外，极限值C是基于二次电池100的SOC和二次电池100的温度而决定的值。电池控制器30通过二次电池100的放电实验等，例如如图5所示那样取得与温度和SOC对应的极限值C的关系映射并将其存储于ROM31。而且，电池控制器30基于关系映射来计算极限值C。
由式4可知，在二次电池100正放电的情况下D(+)为正值，在二次电池100正充电的情况下D(+)为负值。这是因为在二次电池100的充电时与放电时，离子浓度的偏倾的发展是逆向的。而且，电流值I的绝对值越大或者循环时间Δt越长，则评价值的增加量D(+)的绝对值越大。此外，增加量D(+)的计算方法并不限定于式4所示的方法，只要是能够确定由充电或者放电引起的离子浓度的偏倾的增加程度的方法即可。
而且，如式1所示，电池控制器30使用上次的评价值D(N-1)、通过式2计算出的评价值的减少量D(-)、以及通过式4计算出的评价值的增加量D(+)，来计算本次的评价值D(N)。并且，电池控制器30将计算出的评价值D(N)存储于RAM33。通过将评价值D(N)存储于RAM33，电池控制器30能够监视评价值D(N)的变化。
并且，电池控制器30基于评价值D(N)来计算累计值E。具体而言，例如如图6所示，通过将评价值D(N)中的作为超过预先决定的目标值的范围Dt(+)～Dt(-)的部分的De(N)例如基于以下的式5进行累计来取得此时刻下的累计值E。其中，Dt(+)与Dt(-)是绝对值相等且符号不同的数值。
E＝a×ΣDe(N-1)+De(N)…式5
其中，
在D(N)＞Dt(+)＞0中，De(N)＝D(N)-Dt(+)
在D(N)＜Dt(-)＜0中，De(N)＝D(N)-Dt(-)
在Dt(-)≤D(N)≤Dt(+)中，De(N)＝0
这里，a是考虑了高速劣化的缓和的修正系数，0＜a＜1。
此外，电池控制器30例如每当计算评价值D(N)时都计算累计值E，并将计算出的累计值E存储于RAM33。或者，电池控制器30在规定的时刻，将之后的评价值D(N)累计至到上次为止的累计值E并将其存储于RAM33。由此，累计值E例如能够成为从初始状态累计的表示高速劣化的程度的数值。累计值E是判定值的一个例子。此外，累计值E的计算方法并不限定于式5所示那样的对评价值D(N)进行累计的方法，只要是能够确定当前的高速劣化的程度的方法即可。

Claims (5)

1.一种燃料电池系统，供给由负载要求的要求电力，其中，具备：
电源电路，包括燃料电池和二次电池，并形成为能够执行从所述燃料电池以及所述二次电池向所述负载的电力供给、和从所述燃料电池向所述二次电池的充电；
判定值取得部，监视所述二次电池的充放电状态而取得对所述二次电池中的电解液的离子浓度的偏倾程度进行判定的判定值；以及
控制部，根据所述判定值来控制所述电源电路，
在所述判定值成为预先设定的阈值以上的情况下，所述控制部限制所述二次电池的放电，
在所述判定值成为所述阈值以上的情况下、且所述要求电力减少时，所述控制部限制所述燃料电池的输出电力的减少而将所述输出电力中的与被限制了减少的量相应的电力的至少一部分充电给所述二次电池。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，
所述燃料电池系统被搭载于车辆来使用，
所述燃料电池系统还具备基于车辆的位置信息以及地图信息来设定行驶预定路径的路径设定部，
当预测为在所述行驶预定路径上所述判定值成为所述阈值以上的情况下、且所述要求电力减少时，所述控制部限制所述输出电力的减少而将所述输出电力中的与被限制了减少的量相应的电力的至少一部分充电给所述二次电池。
3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中，
所述燃料电池系统还具备制冷剂循环系统，该制冷剂循环系统具有对所述燃料电池的制冷剂进行冷却的散热器，
当预测为在所述行驶预定路径上所述判定值成为所述阈值以上的情况下，所述控制部控制所述制冷剂循环系统以使所述燃料电池的温度降低。
4.根据权利要求2或3所述的燃料电池系统，其中，
所述控制部通过取得所述行驶预定路径上的上坡路的信息，来预测所述判定值成为所述阈值以上这一情况。
5.根据权利要求2或3所述的燃料电池系统，其中，
所述路径设定部具备存储部，该存储部对记录有过去所述车辆行驶而所述判定值成为所述阈值以上的区间的行驶历史记录进行存储，
所述控制部基于所述位置信息、所述地图信息以及所述行驶历史记录，来预测在所述行驶预定路径上所述判定值成为所述阈值以上这一情况。
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