CN110239371B - 燃料电池系统及控制方法、具备燃料电池系统的车辆 - Google Patents

Abstract

一种抑制对供给电力的增加请求的响应产生延迟的燃料电池系统及控制方法、具备燃料电池系统的车辆。燃料电池系统具备：请求检测部，检测来自外部负载的输出请求；燃料电池，将接受反应气体的供给而发电产生的电力输出至外部负载；二次电池，将充电的电力输出至外部负载；控制部，执行第一控制，其中，控制燃料电池的输出电力和二次电池的输出电力，使得在供给至外部负载的电力中二次电池的输出电力占根据输出请求而预先决定的比例，当第一控制的执行中由请求检测部检测出满足预先决定的条件输出请求的增加的情况下，切换为控制为二次电池的输出电力比第一控制时降低的第二控制，预先决定的条件是第一控制中可预计二次电池的输出电力达到极限值。

Description

燃料电池系统及控制方法、具备燃料电池系统的车辆

技术领域

本发明涉及燃料电池系统、具备燃料电池系统的车辆、以及燃料电池系统的控制方法。

背景技术

燃料电池系统使用来自燃料电池的输出电力、和来自二次电池的输出电力来输出从外部负载请求的电力。例如，在下述的专利文献1的燃料电池系统中，控制来自燃料电池的输出电力、和来自二次电池的输出电力的分配，使得燃料电池系统的系统效率变高。

专利文献1：日本特开2006－196221号公报

二次电池能够输出的电力的极限值通常根据即时的温度、充电状态而变动。在上述那样的使用二次电池的输出电力的燃料电池系统中，为了获得系统效率，也有时使二次电池输出那样的极限值的电力。在二次电池输出那样的接近极限值的电力时，若从外部负载请求的电力增加，则由于无法依靠二次电池的输出电力的增加获得辅助，因此只能通过燃料电池的输出电力的增大，应对该请求电力的增大。然而，此时，起因于使向燃料电池的反应气体的供给量增大所花费的时间等，与通过二次电池的输出电力辅助时相比，对请求电力的响应时间有可能延迟。这样，在燃料电池系统中，存在如下的课题：若二次电池的输出电力达到极限值，则对于供给至外部负载的供给电力的进一步增加请求，与获得二次电池的输出电力的辅助时相比，响应有可能延迟。

发明内容

本发明是为了解决上述的课题而完成的，能够作为以下的方式来实现。

[1]第一方式作为将与输出请求对应的电力供给至外部负载的燃料电池系统而被提供。该燃料电池系统具备：请求检测部，检测上述输出请求；燃料电池，将接受反应气体的供给而发电产生的电力输出至上述外部负载；二次电池，将被充电的电力输出至上述外部负载；以及控制部，(i)执行第一控制，在第一控制中，控制上述燃料电池的输出电力和上述二次电池的输出电力，使得在供给至上述外部负载的电力中上述二次电池的输出电力占据根据上述输出请求而预先决定的比例，(ii)，在上述第一控制的执行中由上述请求检测部检测出满足预先决定的条件的上述输出请求的情况下，切换为第二控制，在第二控制中，设定上述燃料电池的输出电力的目标值，使得上述二次电池的输出电力比上述第一控制时降低，其中，上述预先决定的条件是在上述第一控制中可预计上述二次电池的输出电力达到极限值。

根据该方式的燃料电池系统，通过第一控制，能够除了利用燃料电池的输出电力之外还利用二次电池的输出电力而以较高的效率运转燃料电池系统。而且，在第一控制中检测出二次电池的输出电力有可能达到无法继续上升的极限值那样的输出请求的增加的情况下，通过切换为第二控制，能够预先使二次电池的负载减少。因此，之后，即使从外部负载请求供给电力的进一步的增加，也抑制二次电池的输出电力达到极限值，抑制在供给电力增加时，陷入不能够使用二次电池的输出电力的状态。因而，能够抑制对向外部负载的供给电力的增加请求的响应由于二次电池的输出电力达到极限值而相比得到二次电池的输出电力的辅助时出现延迟。

[2]在上述方式的燃料电池系统中也可以，在上述第一控制的执行中，作为满足上述预先决定的条件的上述输出请求，当由上述请求检测部检测出如下情况的至少一方时，上述控制部切换为上述第二控制，即：(a)与上述输出请求对应的电力大于预先决定的第一阈值的上述输出请求；以及(b)与上述输出请求对应的电力的每个单位时间的增加量大于预先决定的第二阈值的上述输出请求的变化。

根据该方式的燃料电池系统，在第一控制中，能够检测二次电池的输出电力有可能达到极限值的输出请求的增加。

[3]在上述方式的燃料电池系统中也可以，上述控制部在上述第二控制中控制为上述二次电池的输出电力降低到0。

根据该方式的燃料电池系统，在第二控制中较大地减少二次电池的负担。因此，即使在二次电池的电池容量较小的情况下，也能够有效地抑制二次电池的输出电力达到其极限值。

[4]在上述方式的燃料电池系统中也可以，上述控制部在上述燃料电池的运转中根据上述二次电池的状态来决定上述二次电池的输出电力的上限值，在上述第一控制中控制为上述二次电池的输出电力不超过上述上限值。

根据该方式的燃料电池系统，在第一控制中，能够决定上限值，使得二次电池的输出电力不达到该极限值。因而，能够使二次电池保持对输出极限有富余的状态，能够抑制无法应对供给至外部负载的供给电力的急剧的增加请求等。

[5]上述方式的燃料电池系统也可以还具备检测上述二次电池的温度的温度检测部，上述控制部根据上述温度检测部的计测值来决定上述上限值。

根据该方式的燃料电池系统，能够抑制二次电池的输出电力的极限值由于二次电池的温度状态而降低，陷入二次电池在该极限值附近输出的状态。因此，当有供给电力的增加请求时，能够有效地抑制无法以二次电池的输出电力应对。

[6]上述方式的燃料电池系统也可以还具备检测上述二次电池的充电状态的充电状态检测部，上述控制部根据上述二次电池的上述充电状态来决定上述上限值。

根据该方式的燃料电池系统，即使二次电池的充电量降低，二次电池的极限值降低，也能够抑制陷入二次电池在其极限值附近输出的状态。因此，在进行供给电力的增加请求时，能够有效地抑制无法以二次电池的输出电力应对。

[7]上述方式的燃料电池系统也可以，还具备：空气压缩机，向上述燃料电池供给压缩空气作为上述反应气体；以及辅机逆变器，对向上述空气压缩机供给的电力进行控制，上述控制部经由上述辅机逆变器来控制上述空气压缩机的转速，上述空气压缩机的转速越大，则越增大上述上限值的值。

根据该方式的燃料电池系统，可预见在使燃料电池的输出电力增加时由空气压缩机消耗的电力较小，如此能够缓解第一控制中的对二次电池的输出电力的限制。因而，能够抑制在第一控制中过度地限制二次电池的输出电力，系统效率降低。

[8]第二方式以车辆的形式提供。也可以，该方式的车辆具备上述记载的燃料电池系统，上述外部负载包括产生上述车辆的驱动力的马达，上述请求检测部包括接受驾驶员对上述车辆的加速请求的加速器。

根据该方式的车辆，能够抑制由于二次电池在当前时刻下输出性能的极限导致对于向马达供给的电力的增加请求的响应延迟。因而，能够抑制马达中的扭矩的产生相对于驾驶员的操作延迟，使驾驶员产生不快感。

[9]第三方式以使用燃料电池的输出电力和二次电池的输出电力将与输出请求对应的电力供给至外部负载的燃料电池系统的控制方法的形式提供。该方式的控制方法具备：执行第一控制的步骤，在第一控制中根据上述输出请求来控制上述燃料电池的输出电力和上述二次电池的输出电力，使得供给至上述外部负载的电力中上述二次电池的输出电力占据根据上述输出请求而预先决定的比例；在上述第一控制的执行中，当检测出满足预先决定的条件的上述输出请求的增加时，切换为第二控制，在第二控制中，设定上述燃料电池的输出电力的目标值，使得上述二次电池的输出电力比上述第一控制时降低的步骤，其中，上述预先决定的条件是可预计上述二次电池的输出电力达到极限值。

根据该方式的控制方法，当在第一控制中二次电池的输出电力有可能达到极限值的情况下，能够通过第二控制预先使二次电池的负担减少。因而，能够抑制二次电池的输出电力达到极限值而无法获得二次电池的输出电力的辅助，抑制对于供给至外部负载的供给电力的增加请求的响应比获得二次电池的输出电力的辅助时出现延迟。

上述的本发明的各方式具有的多个构成要素并不是全部必需的，为了解决上述的课题的一部分或者全部，或为了实现本说明书中所记载的效果的一部分或者全部，而能够适当地对上述多个构成的一部分，进行其变更、删除、与新的其它的构成要素的更换、限定内容的一部分删除。另外，为了解决上述的课题的一部分或者全部，或者，为了实现本说明书中所记载的效果的一部分或者全部，将上述的本发明的一个方式所包含的技术特征的一部分或者全部与上述的本发明的其它方式所包含的技术特征的一部分或者全部组合，也能够成为本发明的独立的一个方式。

本发明也能够以燃料电池系统、具备燃料电池系统的车辆、以及燃料电池系统的控制方法以外的各种方式实现。例如能够以控制燃料电池系统的控制装置、控制二次电池的输出的方法、二次电池的控制装置、实现前述的控制方法的计算机程序、记录有该计算机程序的非临时的记录介质等方式实现。

附图说明

图1是表示第一实施方式的燃料电池系统的结构的示意框图。

图2是表示第一实施方式的燃料电池系统中的运转控制的流程的说明图。

图3是表示第一控制中的请求电力和二次电池的输出电力的关系的一个例子的说明图。

图4是表示二次电池的输出电力的时间变化的一个例子的说明图。

图5是表示在比较例的运转控制中产生供给电力的响应延迟的例子的说明图。

图6是表示第二实施方式的燃料电池系统的结构的示意框图。

图7是表示第二实施方式的燃料电池系统中的运转控制的流程的说明图。

图8是用于说明二次电池的输出电力的上限值的说明图。

图9是表示第三实施方式的燃料电池系统的结构的示意框图。

图10是表示用于求取推断电力的映射的一个例子的说明图。

符号说明

10A…燃料电池系统；10B…燃料电池系统；10C…燃料电池系统；11…请求检测部；15…控制部；20…燃料电池；30…二次电池；35…二次电池状态检测部；36…温度检测部；37…SOC检测部；40…反应气体供给部；41…空气压缩机；42…辅机逆变器；51…第一转换器；53…逆变器；55…第二转换器；100…车辆；AP…加速器踏板；L1…第一配线；L2…第二配线；L3…第三配线；MT…马达；OL…外部负载；MP…映射。

具体实施方式

1.第一实施方式：

图1是表示第一实施方式中的燃料电池系统10A的结构的示意框图。燃料电池系统10A将与输出请求对应的电力供给至外部负载OL。在第一实施方式中，燃料电池系统10A搭载在通过马达MT产生的驱动力而行驶的车辆100上。马达MT是燃料电池系统10A供给电力的外部负载OL之一。在第一实施方式中，马达MT由三相交流马达构成。燃料电池系统10A具备请求检测部11、控制部15、燃料电池20和二次电池30。

请求检测部11接受对燃料电池系统10A的输出请求。在第一实施方式中，请求检测部11包括接受来自驾驶员的对车辆100的加速请求的加速器踏板AP。表示驾驶员的操作量的加速器踏板AP的开度，作为对燃料电池系统10A的输出请求从请求检测部11输入到控制部15。

请求检测部11除了与驾驶员的操作对应的输出请求之外，还可以接受来自自动控制车辆100的行驶的车辆100的控制单元的输出请求，并输入至控制部15。另外，请求检测部11也可以接受搭载在车辆100上的电装部件、辅机类中所消耗的电力请求，作为来自外部负载OL的对燃料电池系统10A的输出请求，并输入至控制部15。此外，外部负载OL不包括燃料电池系统10A的辅机类。

控制部15控制燃料电池系统10A。控制部15在后述的运转控制中，根据从请求检测部11输入的输出请求来控制燃料电池20的输出电力、和二次电池30的输出电力。控制部15由分别发挥的功能不同的多个电子控制单元(ECU：Electronic Control Unit)构成。ECU例如由具备一个或者多个处理器和主存储装置的计算机构成。ECU也可以由具有各种功能的多个电子电路构成。

燃料电池20接受作为反应气体的燃料气体以及氧化剂气体的供给来进行发电。在第一实施方式中，燃料电池20由固体高分子型燃料电池构成。作为燃料电池20，并不限于固体高分子型燃料电池，可以采用各种类型的燃料电池。作为燃料电池20，例如也可以采用固体氧化物型燃料电池来代替固体高分子型燃料电池。

燃料电池系统10A具备反应气体供给部，该反应气体供给部在控制部15的控制下向燃料电池20供给反应气体(图示省略)。在第一实施方式中，有关反应气体供给部的结构的详细的说明省略。

二次电池30例如由锂离子电池构成。二次电池30在控制部15的控制下输出充好电的电力。控制部15通过马达MT中产生的再生电力、燃料电池20中进行发电所产生的电力来对二次电池30进行充电。

燃料电池系统10A将燃料电池20的输出电力和二次电池30的输出电力供给至包括搭载在车辆100上的马达MT的外部负载OL以及燃料电池系统10A的辅机类。优选燃料电池系统10A具备第一转换器51、逆变器53和第二转换器55，作为用于控制燃料电池20和二次电池30的输出电力的构成要素。

第一转换器51经由第一配线L1与燃料电池20连接。另外，第一转换器51经由第二配线L2与逆变器53连接。逆变器53与马达MT连接。第二转换器55与第二配线L2连接。另外，第二转换器55经由第三配线L3与二次电池30连接。

第一转换器51由升压转换器构成。第一转换器51对经由第一配线L1输入的燃料电池20的输出电压进行升压并输出给第二配线L2。控制部15对第一转换器51的占空比进行控制来控制第二配线L2的电压。

逆变器53将经由第二配线L2输入的直流电流转换为三相交流并输出至马达MT。控制部15通过逆变器53来控制供给至马达MT的三相交流的频率以及电压，控制马达MT的转速以及由马达MT产生的扭矩。

第二转换器55由升降压转换器构成。控制部15在将充电到二次电池30的电力输出至马达MT时，使第二转换器55对第三配线L3的电压进行升压并向第二配线L2输出。控制部15在对二次电池30进行充电时，使第二转换器55对第二配线L2的电压进行降压并向第三配线L3输出。

图2是表示控制部15执行的燃料电池系统10A的运转控制的流程的说明图。控制部15在车辆100的行驶中反复执行该运转控制的流程。

在步骤S10中，控制部15经由请求检测部11接受对燃料电池系统10A的输出请求。控制部15针对输出请求计算燃料电池系统10A应输出的目标值、即请求电力。

步骤S20是用于切换后述的第一控制和第二控制的判定处理。在步骤S20中，控制部15对于接受到的输出请求，判定是否是满足预先决定的条件的输出请求，该预先决定的条件是在通过第一控制控制时，可预计二次电池30的输出电力达到后述的极限值。在第一实施方式中，判定是否是满足以下的第一条件和第二条件的至少一方的输出请求。

第一条件是与输出请求对应的请求电力的大小为预先决定的第一阈值以上的输出请求。第一条件也可以设为是加速器踏板的开度为预先决定的阈值以上的输出请求。第二条件是每单位时间的请求电力的增加量为预先决定的第二阈值以上的输出请求。第二条件也可以设为是每单位时间的加速器踏板的开度的增加量为预先决定的阈值以上的输出请求。

当第一条件和第二条件都不满足时，控制部15执行步骤S30的第一控制。换句话说，控制部15在请求电力的大小小于预先决定的第一阈值、且每单位时间的请求电力的增加量小于预先决定的第二阈值时，执行步骤S30的第一控制。

另一方面，当满足第一条件和第二条件的至少一方时，控制部15执行步骤S40的第二控制。换句话说，控制部15在请求电力的大小为预先决定的第一阈值以上时，或者，每单位时间的请求电力的增加量为预先决定的第二阈值以上时的至少一方的情况下，执行步骤S40的第二控制。

这样，在燃料电池系统10A中，例如在车辆100的行驶刚刚开始的低速的状况等请求电力从0开始增加的运转初期，执行步骤S30的第一控制。而且，当在第一控制的执行中，进行了请求电力超过阈值那样的加速操作的情况下或进行了请求电力的每单位时间的增加量超过阈值那样的迅速的加速操作的情况下，从第一控制切换为步骤S40的第二控制。

在步骤S30的第一控制中，控制部15根据由请求检测部11检测出的输出请求来控制燃料电池20的输出电力和二次电池30的输出电力。控制部15参照预先决定的映射来决定针对请求电力的燃料电池20的输出电力的目标值。而且，为了能够输出该目标值的电力，而例如调整反应气体的供给量等来控制燃料电池20的发电。

在第一控制中，燃料电池20的输出电力的目标值被决定为在步骤S10中所计算出的请求电力以下的值。与请求电力和燃料电池20的输出电力的目标值的差值相当的电力由二次电池30的输出电力补偿。另外，在第一控制中，由于反应气体对燃料电池20的供给延迟等导致实际的燃料电池20的输出电力达不到其目标值，低于该电力也由二次电池30的输出电力补偿。

在第一控制中，为了提高燃料电池系统10A的系统效率，期望控制燃料电池系统10A，使得供给至外部负载OL的电力中二次电池30的输出电力所占的比例成为根据输出请求而预先决定的值。“燃料电池系统10A的系统效率”相当于燃料电池系统10A的输出电力量相对于燃料电池系统10A中的燃料气体的消耗量的比例。用于决定上述的燃料电池20的输出电力的目标值的映射预先设定为可得出相对于请求电力低上述比例的二次电池30的输出电力大小的值的燃料电池20的输出电力的目标值。

图3是表示第一控制中的请求电力Wr和二次电池30的输出电力Wb的关系的一个例子的说明图。在图3的例子中，在请求电力Wr为wi以下时，决定燃料电池20的输出电力的目标值，使得二次电池30的输出电力为0。而且，在请求电力Wr大于wi时，决定燃料电池20的输出电力的目标值，使得请求电力Wr越大则二次电池30的输出电力Wb越增加。

但是，二次电池30的输出电力Wb在达到极限值Wout后，即使请求电力Wr增加也不会超过极限值Wout。极限值Wout是二次电池30能够在当前时刻物理输出的电力的最大值，是根据当前的二次电池30的状态而变动的值。极限值Wout例如根据二次电池30的当前的温度、二次电池30的当前的充电余量等而变动。

此外，如上述那样，步骤S20中的判定条件被预先决定为在如下的时刻得以满足，即：在输出请求是在第一控制中可预计二次电池30的输出电力Wb达到极限值Wout的输出请求之时。如果这样决定条件，则能够在第一控制中，在二次电池30的输出电力Wb达到极限值Wout前，从第一控制切换为以下说明的第二控制。因此，抑制二次电池30的输出电力Wb达到极限值Wout，并能够抑制陷入无法获得来自二次电池30的输出电力的状况。

在步骤S40的第二控制中，控制部15控制燃料电池20的输出电力和二次电池30的输出电力，使得二次电池30的输出电力比第一控制时降低。在第一实施方式中，控制部15控制为二次电池30的输出电力降低到0。控制部15将燃料电池20的输出电力的目标值设定为与对燃料电池系统10A的请求电力相等的值。

在第二控制中，不管请求输出的大小或系统效率如何，都向着相比第一控制时降低二次电池30的输出负载、以形成保留二次电池30的余力的状态的方向进行控制。因此，即使在随后有进一步增加请求电力指令的情况下，也会抑制二次电池30的输出电力达到极限值，从而得不到二次电池30的输出电力的辅助。

控制部15在从第一控制切换为第二控制后，在变成请求电力小于步骤S20中的第一条件中的阈值、且请求电力的每单位时间的增加量小于第二条件中的阈值的状态时，从第二控制再次切换为第一控制。该情况下，在第二控制中二次电池30的负载降低的期间，二次电池30被充电以提高二次电池30的极限值Wout。因此，抑制在从第二控制切换后的第一控制中，陷入二次电池30的输出电力Wb达到极限值Wout那样的状态。

图4是表示从第一控制切换为第二控制时的二次电池30的输出电力Wb的时间变化的一个例子的说明图。在图4中，用实线示出请求电力Wr的时间变化的图表，用点划线示出针对请求电力Wr的时间变化的二次电池30的输出电力Wb的时间变化的图表。

在图4的例子中，在时刻t0开始燃料电池系统10A的运转控制后，到时刻t1为止，执行第一控制，随着请求电力Wr逐渐增加，二次电池30的输出电力Wb也增加。而且，在时刻t1，请求电力Wr达到与步骤S20中的判定条件的阈值相当的w1，切换为第二控制。

在第二控制中，控制部15将燃料电池20的输出电力的目标值设定为请求电力Wr。由此，如时刻t1～t2的期间所示，在直至燃料电池20的实际的输出电力达到作为目标电力的请求电力Wr为止的期间，二次电池30的输出电力Wb朝向0逐渐降低，二次电池30的负载降低。之后，请求电力Wr为比w1大的w2的状态继续，在继续第二控制的期间，二次电池30的输出电力Wb一直维持0，向外部负载OL的供给电力由燃料电池20的输出电力供给。

在时刻t3～t4，若请求电力Wr进一步从w2增加为w3，则控制部15将燃料电池20的输出电力的目标值设定为当前的请求电力Wr即w3。在时刻t3之后，由于目标供给量的反应气体到达燃料电池20以前的延迟时间、与燃料电池20的发电控制有关的辅机类的响应延迟等，存在燃料电池20的输出电力达到目标值即w3所用的时间产生延迟的情况。即使在这样的情况下，如时刻t3～t4所示，通过二次电池30的输出电力Wb来补偿燃料电池20的输出电力的目标值和实际的燃料电池20的输出电力的差值。因而，燃料电池系统10A能够与在第一控制中二次电池30的输出电力没有达到极限值的状态时相同地对输出请求的增加进行响应。

这样，根据第一实施方式的燃料电池系统10A，在第一控制中，当二次电池30的输出电力有可能达到极限值Wout的情况下，从第一控制切换为第二控制，向在二次电池30中保留余力的方向控制。因此，能够抑制成为得不到来自二次电池30的输出电力Wb的辅助的状态，抑制燃料电池系统10A对输出请求的响应比获得来自二次电池30的输出电力Wb的辅助时出现延迟。因而，抑制在车辆100的驾驶员进行加速操作时，由于无法获得二次电池30对输出电力的辅助，所以马达MT的扭矩的产生延迟的事态。由此，抑制驾驶员受到因请求扭矩与实际的扭矩的差而产生的、所谓扭矩冲击。

参照图5，对作为针对第一实施方式的运转控制的比较例的运转控制进行说明。图5是表示在比较例的运转控制中产生对供给电力的增加请求的响应延迟的例子的说明图。在图5中，与图4同样地，用实线示出请求电力Wr的时间变化的图表，用点划线示出相对于请求电力Wr的时间变化的二次电池30的输出电力Wb的时间变化的图表。另外，在图5中，用虚线示出时刻t2以后的燃料电池系统10A的实际的输出电力Wact的时间变化的图表。

在该比较例中，不进行向第二控制的切换，不管请求电力Wr的大小如何，都继续执行与第一控制同样的控制。因此，在请求电力Wr增大到w1的时刻t1，二次电池30的输出电力Wb达到极限值Wout。不管之后的请求电力Wr如何增加，二次电池30的输出电力Wb都一直维持极限值Wout。

在时刻t2～t3，进行了请求电力Wr从w1增加到w2的输出请求。在该比较例的运转控制中，由于二次电池30的输出电力Wb达到极限值Wout，所以无法获得二次电池30对输出的辅助。因此，请求电力Wr的增加量通过使燃料电池20的输出电力增大而进行对应。然而，在使燃料电池20的输出电力增大的情况下，有时产生上述那样的响应延迟。此时，在比较例的运转控制中，燃料电池系统10A的实际的输出电力Wact的增加相对于请求电力Wr的增加延迟，与获得二次电池30的输出电力的辅助时相比，供给电力的响应产生延迟。因此，相对于车辆100的驾驶员的加速操作，马达MT的扭矩产生比获得二次电池30的输出电力的辅助的通常的运转时慢，驾驶员有可能受到上述的扭矩冲击。

如以上那样，根据在第一实施方式的燃料电池系统10A以及燃料电池系统10A的运转控制中所实现的控制方法，在进行二次电池30的输出电力有可能达到极限值的输出请求的情况下，进行从有效地利用二次电池30的输出电力的第一控制向保留二次电池30的余力的第二控制的切换。因此，抑制二次电池30的输出电力Wb达到极限值Wout，能够抑制未得到二次电池30的输出电力Wb的辅助，相对于向外部负载OL供给的供给电力的增加请求的响应出现延迟。

在第一实施方式中，在请求电力Wr的大小为预先决定的阈值以上时，从第一控制切换为第二控制。由此，在第一控制中，在请求电力Wr变成较大的高负载的状态，二次电池30的输出电力Wb达到极限值Wout前，能够预先切换为第二控制。另外，在第一实施方式中，在每单位时间的请求电力Wr的增加量为预先决定的阈值以上时，从第一控制切换为第二控制。由此，当由于请求电力Wr的迅速的增大导致二次电池30的负载增加且二次电池30的输出电力Wb达到极限值Wout的可能性变高的情况下，能够预先切换为第二控制。此外，在第一实施方式中，在请求电力Wr的大小为预先决定的阈值以上时、以及每单位时间的请求电力Wr的增加量为预先决定的阈值以上时，使用从第一控制切换为第二控制的两个判定条件。因此，能够进一步抑制燃料电池系统10A陷入二次电池30的输出电力Wb达到极限值Wout那样的运转状态。

在第一实施方式中，在第二控制中，在燃料电池20的输出电力达到目标值的状态下，二次电池30的输出电力Wb变为0，将二次电池30的负载减少为最小限度。根据该结构，在作为二次电池30而采用电池容量较小的类型的二次电池的情况下，尤其能够有效地抑制二次电池30的输出电力Wb达到极限值Wout。除此以外，根据第一实施方式的燃料电池系统10A以及在燃料电池系统10A的运转控制中所实现的控制方法，还能够起到第一实施方式中所说明的各种作用效果。

2.第二实施方式：

图6是表示第二实施方式中的燃料电池系统10B的结构的示意框图。第二实施方式的燃料电池系统10B除了在具备用于监视二次电池30的当前的状态的二次电池状态检测部35这个点以外，基本与第一实施方式的燃料电池系统10A的结构相同。二次电池状态检测部35对二次电池30的当前的状态进行监视，并将表示二次电池30的当前的状态的信息输出至控制部15。二次电池状态检测部35具备温度检测部36和SOC检测部37。

温度检测部36检测二次电池30的当前的温度，并输出至控制部15。温度检测部36例如由内置在二次电池30中的温度传感器构成。SOC检测部37检测二次电池30的当前的充电状态(SOC；State Of Charge)，并发送至控制部15。SOC意味蓄电余量相对于二次电池30的蓄电容量的比率。SOC例如能够通过对蓄电电流以及放电电流进行累计来求出。也可以基于二次电池电解液比重和二次电池电压来求出SOC。

图7是表示在第二实施方式的燃料电池系统10B中控制部15执行的运转控制的流程的说明图。第二实施方式的运转控制除了追加步骤S5的处理的点、和第一控制中的二次电池30的输出电力Wb的控制不同的点以外，基本与图2所示的第一实施方式的运转控制相同。

在步骤S5中，控制部15在燃料电池20的运转中决定二次电池30的输出电力Wb的上限值Wlim。在第二实施方式中，控制部15根据由二次电池状态检测部35检测出的信息来决定上限值Wlim。控制部15使用预先准备的映射，根据二次电池30的当前的温度的计测值、和二次电池30的当前的SOC的计测值来决定上限值Wlim。在该映射中设定有针对二次电池30的当前的温度和二次电池30的当前的SOC的组合，唯一地规定上限值Wlim的关系。

上限值Wlim在步骤30A的第一控制中使用。在第二实施方式的第一控制中，控制部15控制为即使请求电力Wr增加，二次电池30的输出电力Wb也不会超过上限值Wlim。在第二实施方式的第一控制中，对于其它方面，执行与第一实施方式中所说明的相同的控制。

参照图8，对二次电池30的输出电力Wb的上限值Wlim进行说明。图8是表示第二实施方式的第一控制中的请求电力Wr和二次电池30的输出电力Wb的关系的一个例子的说明图。

上限值Wlim是低于第一实施方式中所说明的二次电池30的当前可输出的电力的极限值Wout的值。如第一实施方式所说明那样，极限值Wout根据二次电池30的当前温度和二次电池30的当前SOC而变动。步骤S5中所使用的上述的映射被设定为获得比根据二次电池30的当前的温度和二次电池30的当前的SOC所求出的当前的极限值Wout低ΔD的值的上限值Wlim。

ΔD可以是基于实验等而预先决定的值，优选是至少在使燃料电池20的输出电力增加时与由辅机类消耗的电力相当的值。ΔD可以设为在使燃料电池20的输出电力以预先决定的电压范围增加时辅机类所消耗的电力的平均值。此外，此处的“辅机类”至少包括后述的第三实施方式中所说明的用于氧化剂气体的供给的空气压缩机。

根据第二实施方式的运转控制，在第一控制中，控制为二次电池30的输出电力Wb不超过根据二次电池30的当前的温度或者当前的SOC所变更的上限值Wlim。因此，在第一控制中，抑制二次电池30的输出电力Wb达到根据二次电池30的状态而变动的极限值Wout。另外，根据第二实施方式的运转控制，能够在二次电池30具有当前的极限值Wout和上限值Wlim的差即ΔD大小的余力的状态下，从第一控制切换为第二控制。因此，即使在二次电池30的输出电力Wb接近上限值Wlim的状态下切换为第二控制，也能够从二次电池30输出为使燃料电池20的输出电力增加而由辅机类消耗的电力。因而，能够抑制燃料电池20对辅机类的供给电力不足导致无法增加燃料电池20的输出电力使得对输出请求的响应出现延迟。

如以上那样，根据第二实施方式的燃料电池系统10B，如下情况得到抑制，即：在刚切换为第二控制后得不到来自二次电池30的输出电力Wb，导致向辅机类供给的电力不足，从而无法增加燃料电池20的输出电力。因而，抑制对来自外部负载OL的供给电力的增加请求的响应出现延迟。此外，根据第二实施方式的燃料电池系统10B及其运转控制中所实现的控制方法，除了在第二实施方式中所说明的作用效果之外，还能够起到与第一实施方式中所说明的相同的各种作用效果。

3.第三实施方式：

图9是表示第三实施方式中的燃料电池系统10C的结构的示意框图。在图9中图示出图1以及图6中省略图示的反应气体供给部40。第三实施方式的燃料电池系统10C的结构实际与第二实施方式的燃料电池系统10B的结构相同。

反应气体供给部40在控制部15的控制下向燃料电池20供给反应气体。反应气体供给部40将外部空气所包含的氧作为氧化剂气体而供给至燃料电池20。反应气体供给部40具备空气压缩机41和辅机逆变器42。空气压缩机41将吸入外部空气而压缩的压缩空气送出到燃料电池20。空气压缩机41由驱动马达(图示省略)驱动，该驱动马达由三相交流马达构成。

辅机逆变器42将直流电流转换为三相交流，并供给至空气压缩机41的驱动马达。辅机逆变器42与连接到马达MT的逆变器53并联连接到第二配线L2。控制部15对从辅机逆变器42向空气压缩机41的驱动马达供给的电力进行控制，以控制空气压缩机41的转速，调整供给至燃料电池20的空气的压力或流量。反应气体供给部40例如还具备调压阀等，作为用于氧化剂气体的供给的构成要素(图示以及详细的说明省略)。

反应气体供给部40还供给氢作为燃料气体。反应气体供给部40例如具备储藏氢的高压罐、控制氢的流动的开闭阀、调整氢的压力的调压阀、调整氢的流量的喷射器、使氢循环的泵等，作为用于供给氢的构成要素。在本说明书中，为了方便起见，省略这些构成要素的图示以及详细的说明。

在第三实施方式的燃料电池系统10C中控制部15执行的运转控制除了在步骤S5的处理中的设定二次电池30的输出电力Wb的上限值Wlim的方法不同的这一点以外，基本与图7所示的第二实施方式的运转控制相同。

在第三实施方式中，在步骤S5中，控制部15首先使用预先准备的映射，基于由二次电池状态检测部35检测出的信息来求出二次电池30的当前时刻的输出电力的极限值Wout。在该映射中设定有针对二次电池30的当前的温度和二次电池30的当前的SOC的组合，唯一地决定极限值Wout的关系。控制部15接下来使用以下说明的映射MP，根据空气压缩机41的当前的转速来求出为使燃料电池20的输出电力从当前的值增加所需的推断电力。

图10是表示控制部15求出推断电力P而使用的映射MP的一个例子的说明图。在映射MP中设定有空气压缩机41的转速AR越大则输出的推断电力P的值越小的关系。在该映射MP的例子中，空气压缩机41的转速AR越大，则推断电力P的值成反比例地减少。

通常，在为了燃料电池20的发电控制而被消耗的电力中，空气压缩机41的消耗电力所占的比例较大。另外，在提高燃料电池20的输出电力时，增加空气压缩机41的转速。而且，增加转速前的空气压缩机41的转速越大，则在增加空气压缩机41的转速时所消耗的电力越小。因此，获得图10所示那样的、空气压缩机41的转速AR越大则推断电力P的值越小的关系。

控制部15将从当前的极限值Wout减去推断电力P所得的值设定为上限值Wlim。空气压缩机41的转速越大则上限值Wlim被设定为越大的值。控制部15与在第二实施方式中所说明的同样地，在步骤S30A的第一控制中，控制为二次电池30的输出电力Wb不超过上限值Wlim。根据这样的运转控制，当可预计切换为第二控制并使燃料电池20的输出电力增加时的空气压缩机41中的消耗电力的增加量较小时，使得第一控制中的对二次电池30的输出电力Wb的限制得到缓解。

根据第三实施方式的燃料电池系统10C，在从第一控制切换为第二控制时适当的上限值Wlim被设定，以对应于为了增加燃料电池20的输出电力而消耗的电力。因此，能够抑制第一控制中二次电池30的输出电力Wb被过度限制致使系统效率降低、燃料电池系统10C对输出请求的响应出现延迟。此外，根据第三实施方式的燃料电池系统10C以及在其运转控制中所实现的控制方法，除了在第三实施方式中所说明的作用效果之外，还能够起到与在上述第一实施方式以及第二实施方式中所说明的相同的各种作用效果。

4.其它实施方式：

在上述的各实施方式中所说明的各种结构例如可以如以下那样改变。以下说明的其它实施方式均与上述的各实施方式同样地被列为用于实施发明的方式的一个例子。

4－1.其它实施方式1：

判定从第一控制向第二控制的切换的步骤S20中的判定条件并不限于使用在上述的各实施方式中所说明的第一条件和第二条件这两方的条件。作为步骤S20中的判定条件，也可以仅使用上述的第一条件和第二条件中的一方。另外，步骤S20的判定条件例如可以规定为在有比预先决定的期间长地持续请求预先决定的值以上的供给电力时，从第一控制切换为第二控制。或者，也可以规定为在二次电池30的充电量低于预先决定的阈值时，在检测出请求供给电力的增加的输出请求时，从第一控制切换为第二控制。

4－2.其它实施方式2：

在上述的各实施方式的第二控制中，可以采用不使二次电池30的输出电力Wb降低到0的结构。在第二控制中，通过执行使二次电池30的输出电力Wb比从第一控制切换时降低的控制，从而与第一控制时相比，二次电池30的负载减少，所以能够获得在上述的各实施方式中所说明的效果。

4－3.其它实施方式3：

在上述的第二实施方式以及第三实施方式中，通过二次电池状态检测部35来检测二次电池30的当前的温度和二次电池30的当前的SOC。与此相对，也可以采用通过二次电池状态检测部35仅检测二次电池30的当前的温度的结构。此时，根据二次电池30的当前的温度来变更上限值Wlim。另外，也可以采用通过二次电池状态检测部35来仅检测二次电池30的当前的SOC的结构。此时，根据二次电池30的当前的SOC来变更上限值Wlim。二次电池状态检测部35也可以检测表示二次电池30的当前的温度和当前的SOC以外的二次电池30的状态的信息，并发送给控制部15。二次电池状态检测部35例如可以检测当前的二次电池30的电压并发送给控制部15。此时，可以根据当前的二次电池30的电压来变更上限值Wlim。

4－4.其它实施方式4：

在上述的各实施方式中，燃料电池系统10A～10C也可以针对车辆100以外的船舶等移动体、建筑物等设施，用作电力的供给源。

4－5.其它实施方式5：

在上述实施方式中，通过映射所实现的结构也可以通过能够获得与映射同等的输出结果的函数式、运算式来实现。用于获得那样的输出结果的硬件并不限于计算机，能够通过各种电子电路、运算装置来实现。在上述实施方式中，通过软件来实现的功能以及处理的一部分或者全部也可以通过硬件来实现。另外，通过硬件来实现的功能以及处理的一部分或者全部也可以通过软件来实现。作为硬件，例如能够使用集成电路、分立电路、或者组合那些电路而成的电路模块等各种电路。

本发明并不限于上述的实施方式、实施例、变形例，能够在不脱离其主旨的范围中以各种结构实现。例如，与发明内容的栏中所记载的各方式中的技术特征对应的实施方式、实施例、变形例中的技术特征可以适当地进行更换、组合，以解决上述的课题的一部分或者全部，或实现上述的效果的一部分或者全部。另外，该技术特征并不限于在本说明书中说明为不是必需的，只要该技术特征在本说明书中没有说明为是必需的，则可以适当地删除。

Claims (7)

1.一种燃料电池系统，是将与输出请求对应的电力供给至外部负载的燃料电池系统，其中，具备：

请求检测部，其检测上述输出请求；

燃料电池，其将接受反应气体的供给而发电产生的电力输出至上述外部负载；

二次电池，其将被充电的电力输出至上述外部负载；以及

控制部，其(i)执行第一控制，在第一控制中，控制上述燃料电池的输出电力和上述二次电池的输出电力，使得在供给至上述外部负载的电力中上述二次电池的输出电力占据根据上述输出请求而预先决定的比例，并且(ii)上述控制部当在上述第一控制的执行中由上述请求检测部检测出满足预先决定的条件的上述输出请求的情况下，切换为第二控制，在第二控制中，设定上述燃料电池的输出电力的目标值，使得上述二次电池的输出电力比上述第一控制时低，

其中，上述预先决定的条件是在上述第一控制中可预计上述二次电池的输出电力达到极限值，

上述控制部在上述燃料电池的运转中根据上述二次电池的状态来决定上述二次电池的输出电力的上限值，在上述第一控制中控制为上述二次电池的输出电力不超过上述上限值，

上述的燃料电池系统还具备：

空气压缩机，其向上述燃料电池供给压缩空气作为上述反应气体；以及

辅机逆变器，对向上述空气压缩机供给的电力进行控制，

上述控制部经由上述辅机逆变器来控制上述空气压缩机的转速，上述空气压缩机的转速越大，则越增大上述上限值的值。

2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，

在上述第一控制的执行中，作为满足上述预先决定的条件的上述输出请求，当由上述请求检测部检测出如下情况的至少一方时，上述控制部切换为上述第二控制，即：

(a)与上述输出请求对应的电力大于预先决定的第一阈值的上述输出请求；以及

(b)与上述输出请求对应的电力的每个单位时间的增加量大于预先决定的第二阈值的上述输出请求的变化。

3.根据权利要求1或者权利要求2所述的燃料电池系统，其中，

上述控制部在上述第二控制中控制为上述二次电池的输出电力降低到0。

4.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，

还具备检测上述二次电池的温度的温度检测部，

上述控制部根据上述温度检测部的计测值来决定上述上限值。

5.根据权利要求1或者权利要求4所述的燃料电池系统，其中，

还具备检测上述二次电池的充电状态的充电状态检测部，

上述控制部根据上述二次电池的上述充电状态来决定上述上限值。

6.一种车辆，其中，

具备权利要求1～权利要求5中的任意一项所述的燃料电池系统，

上述外部负载包括产生上述车辆的驱动力的马达，

上述请求检测部包括接受驾驶员对上述车辆的加速请求的加速器。

7.一种控制方法，是使用燃料电池的输出电力和二次电池的输出电力将与输出请求对应的电力供给至外部负载的燃料电池系统的控制方法，其中，具备：

执行第一控制的步骤，在第一控制中根据上述输出请求来控制上述燃料电池的输出电力和上述二次电池的输出电力，使得供给至上述外部负载的电力中上述二次电池的输出电力占据根据上述输出请求而预先决定的比例；

在上述第一控制的执行中，当检测出满足预先决定的条件的上述输出请求的增加时，切换为第二控制的步骤，在第二控制中，设定上述燃料电池的输出电力的目标值，使得上述二次电池的输出电力比上述第一控制时低，其中，上述预先决定的条件是可预计上述二次电池的输出电力达到极限值，

在上述燃料电池的运转中根据上述二次电池的状态来决定上述二次电池的输出电力的上限值，在上述第一控制中控制为上述二次电池的输出电力不超过上述上限值，

上述的燃料电池系统具有：向上述燃料电池供给压缩空气作为反应气体的空气压缩机；以及对向上述空气压缩机供给的电力进行控制的辅机逆变器，

经由上述辅机逆变器来控制上述空气压缩机的转速，上述空气压缩机的转速越大，则越增大上述上限值的值。

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