CN113696792B - 燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供燃料电池系统，能够缩短直至获得车辆的允许行驶为止的时间。该燃料电池系统被搭载于在车辆启动时即便燃料电池不能发电也能够利用二次电池的电力进行行驶的车辆，其特征在于，具有上述燃料电池、上述二次电池以及控制部，在上述燃料电池的发电预处理时且存在来自上述燃料电池的利用上述二次电池的输出使上述车辆行驶的行驶请求时，上述控制部计算上述二次电池的放电允许能量，并根据该放电允许能量计算从上述车辆的行驶请求起至允许行驶为止所需的允许行驶延迟请求时间、且计量从上述车辆的行驶请求起的经过时间亦即允许行驶延迟时间，在上述允许行驶延迟请求时间的值小于上述允许行驶延迟时间的值时，上述控制部允许上述车辆的行驶。

Description

燃料电池系统
技术领域
本公开涉及燃料电池系统。
背景技术
燃料电池(FC)是在层叠了多个单电池(以下，存在称为单元的情况)而成的燃料电池组(以下，存在简称为电池组的情况)中通过作为燃料气体的氢(H2)与作为氧化剂气体的氧(O2)的电化学反应来取出电能的发电装置。其中，以下也存在不特别区分燃料气体、氧化剂气体而简称为“反应气体”或“气体”的情况。
该燃料电池的单电池通常由膜电极接合体(MEA：Membrane Electrode Assembly)与根据需要而夹持该膜电极接合体的两面的2张隔膜构成。
膜电极接合体具备在具有质子(H+)传导性的固体高分子型电解质膜(以下，亦简称为“电解质膜”)的两面分别依次形成了催化剂层以及气体扩散层的构造。因此，存在将膜电极接合体称为膜电极气体扩散层接合体(MEGA)的情况。
隔膜通常具有在与气体扩散层接触的面形成有作为反应气体的流路的槽的构造。此外，该隔膜还作为发出的电力的集电体发挥功能。
在燃料电池的燃料极(阳极)中，从气体流路以及气体扩散层供给的氢因催化剂层的催化剂作用而质子化，并通过电解质膜向氧化剂极(阴极)移动。同时生成的电子通过外部电路进行做功，向阴极移动。供给至阴极的氧在阴极上与质子以及电子反应，生成水。
生成的水对电解质膜赋予适度的湿度，多余的水透过气体扩散层而被向系统外排出。
关于车载于燃料电池车辆(以下存在记载为车辆的情况)而使用的燃料电池系统进行了各种研究。
例如在专利文献1中公开了一种在燃料电池车辆启动时即便燃料电池不能发电、若电池的SOC为规定值以上则也利用电池的电力来进行马达行驶的燃料电池车辆。
另外，在专利文献2中公开了一种在燃料电池的起动中仅利用充电至二次电池的电力来开始车辆行驶的燃料电池车辆的控制方法。
另外，在专利文献3中公开了一种当在燃料电池起动时为低温时的情况下停止循环泵的驱动的燃料电池系统。
另外，在专利文献4中公开了一种根据电池SOC余量与FC起动所需的SOC的差量来判断可否进行电池行驶启动的燃料电池系统。
专利文献1：日本特开2001－266917号公报
专利文献2：日本特开2005－073475号公报
专利文献3：日本特开2007－220425号公报
专利文献4：日本特开2011－239639号公报
若使允许在燃料电池的起动中仅利用充电至二次电池的电力使车辆行驶的二次电池的SOC的规定值恒定，则无法有效地灵活利用二次电池的电力，存在直至获得车辆的允许行驶为止要花费时间的问题。
例如，即便在SOC稍微不满足规定值的情况下，也存在仅利用二次电池进行车辆的行驶的电力。然而，当在二次电池的SOC不满足规定值的情况下以直至能够实现燃料电池的发电为止无法获得车辆的允许行驶的方式控制燃料电池系统时，存在直至获得车辆的允许行驶为止花费时间这一问题。
发明内容
本公开是鉴于上述实际情况而完成的，其主要目的在于，提供一种能够将直至获得车辆的允许行驶为止的时间缩短的燃料电池系统。
在本公开中，提供一种燃料电池系统，被搭载于当车辆启动时即便燃料电池不能发电也能够利用二次电池的电力进行行驶的车辆，其特征在于，具有上述燃料电池、上述二次电池以及控制部，
在上述燃料电池的发电预处理时且存在来自上述燃料电池的利用上述二次电池的输出使上述车辆行驶的行驶请求时，上述控制部计算上述二次电池的放电允许能量，并根据该放电允许能量计算从上述车辆的行驶请求起至允许行驶为止所需的允许行驶延迟请求时间，且计量从上述车辆的行驶请求起的经过时间亦即允许行驶延迟时间，
在上述允许行驶延迟请求时间的值小于上述允许行驶延迟时间的值时，上述控制部允许上述车辆的行驶。
在本公开中，在上述燃料电池的发电预处理时且上述车辆利用上述二次电池的电力行驶时，在直至上述燃料电池能够发电为止所需的燃料电池起动请求时间内，上述控制部可以限制上述车辆所消耗的车辆请求能量。
在本公开中，上述车辆启动时可以是上述车辆的冰点下启动时。
在本公开中，可以还具有循环用泵，该循环用泵使从上述燃料电池的燃料极排出的燃料废气循环并返回至上述燃料电池，
在上述车辆利用上述二次电池的电力的行驶中且上述燃料电池起动请求时间内，当上述二次电池的电力为规定的第1阈值以下且上述车辆的上述车辆请求能量为规定的第2阈值以上时，上述控制部可以停止上述循环用泵的驱动。
根据本公开的燃料电池系统，能够缩短直至获得车辆的允许行驶为止的时间。
附图说明
图1是表示本公开的燃料电池系统的控制方法的一个例子的流程图。
图2是表示本公开的燃料电池系统的控制方法的另一个例子的流程图。
图3是表示从允许利用二次电池的电力使车辆行驶至FC发电预处理完成(FC起动完成)而燃料电池开始了发电之后为止的时间与电力的关系的一个例子的图。
图4是表示本公开的燃料电池系统的控制方法的又一个例子的流程图。
图5是表示本公开的燃料电池系统的一个例子的简要结构图。
具体实施方式
在本公开中，提供一种燃料电池系统，被搭载于当车辆启动时即便燃料电池不能发电也能够利用二次电池的电力进行行驶的车辆，其特征在于，具有上述燃料电池、上述二次电池以及控制部，
在上述燃料电池的发电预处理时且存在来自上述燃料电池的利用上述二次电池的输出的上述车辆的行驶请求时，上述控制部计算上述二次电池的放电允许能量，并根据该放电允许能量来计算从上述车辆的行驶请求至允许行驶为止所需的允许行驶延迟请求时间且计量从上述车辆的行驶请求起的经过时间亦即允许行驶延迟时间，
在上述允许行驶延迟请求时间的值小于上述允许行驶延迟时间的值时，上述控制部允许上述车辆的行驶。
在燃料电池车辆启动时，出于保护部件的观点，特别是在冰点下启动时，存在启动时间延迟的情况。此时，在二次电池的电力、二次电池的SOC、二次电池的能量余量等充裕的情况下，能够仅利用二次电池使车辆行驶，因而能够使车辆的允许行驶(Ready ON判定)提前。在现有技术中，根据二次电池的SOC是否为规定的阈值以上来进行车辆的允许行驶的判定。然而，在SOC不足规定的阈值的情况下，通常需要使车辆的允许行驶延迟至燃料电池能够发电为止，存在车辆的适销性降低的情况。
在燃料电池堆的至少1个单电池因结冰而局部堵塞的情况下，若燃料电池堆的启动时的氢浓度较低(氮气浓度较高)，则用尽单电池内部的氢，存在产生缺氢引起的单电池的电压的降低而导致燃料电池堆破损的情况。
因此，主要在冰点下预先提高堆内的各燃料极的氢浓度(阳极的从氮气想氢的置换处理)，即便假设至少1个单电池结冰，也能够实施发电预处理(暖机处理)，即防止单电池内的氢完全缺乏至燃料电池堆内的温度上升并超过冰点为止。该发电预处理需要时间，因而燃料电池堆的发电开始延迟。
在本公开中，在燃料电池的发电预处理时，根据二次电池的SOC以及二次电池的劣化状态等来计算车辆的仅利用二次电池的可行驶时间，并根据车辆的仅利用二次电池的可行驶时间与至能够实现燃料电池的发电为止所需的燃料电池起动请求时间的差量来计算至进行车辆的允许行驶为止所需的允许行驶延迟请求时间，从而能够将二次电池的SOC不足引起的存在车辆的行驶请求之后至进行车辆的允许行驶为止的允许行驶延迟时间最小化。
根据本公开，考虑根据二次电池的SOC以及二次电池的劣化状态等计算的二次电池的放电允许能量与车辆的请求能量等来决定进行车辆的允许行驶的时机，从而在二次电池的放电允许能量较高的情况下能够利用充电至二次电池的能量，能够缩短存在车辆的行驶请求之后至进行车辆的允许行驶为止的时间。
本公开不仅在燃料电池的通常启动时、在燃料电池的冰点下启动时也能够获得较高的效果。
本公开的燃料电池系统至少具有燃料电池、二次电池以及控制部。
本公开的燃料电池系统能够搭载于车辆的启动时即便燃料电池不能发电也能够利用二次电池的电力行驶的车辆来使用。
本公开的燃料电池系统通常搭载于驱动源为电动机(马达)的燃料电池车辆来使用。
电动机不特别限定，可以是以往公知的驱动马达。
燃料电池可以是层叠了多个燃料电池的单电池的层叠体亦即燃料电池组。
单电池的层叠数并不特别限定，例如可以是2个～几百个，也可以是2～200个。
燃料电池组可以在单电池的层叠方向的两端具备端板。
燃料电池的单电池具备至少包括氧化剂极、电解质膜以及燃料极的膜电极接合体，可以根据需要具备夹持该膜电极接合体的两面的2张隔膜。
隔膜可以在与气体扩散层接触的面具有反应气体流路。另外，隔膜可以在与和气体扩散层接触的面相反一侧的面具有用于将燃料电池的温度保证为一定的制冷剂流路。
隔膜可以具有用于使反应气体以及制冷剂沿单电池的层叠方向流通的供给孔以及排出孔。
供给孔可举出燃料气体供给孔、氧化剂气体供给孔以及制冷剂供给孔等。
排出孔可举出燃料气体排出孔、氧化剂气体排出孔以及制冷剂排出孔等。
隔膜也可以是不透气的导电性部件等。作为导电性部件，例如可以是压缩碳而形成为不透气的致密质碳、以及冲压成形后的金属(例如铁、铝以及不锈钢等)板等。另外，隔膜可以具备集电功能。
燃料电池组可以具备连通了各供给孔的入口歧管、以及连通了各排出孔的出口歧管等歧管。
入口歧管可举出阳极入口歧管、阴极入口歧管以及制冷剂入口歧管等。
出口歧管可举出阳极出口歧管、阴极出口歧管以及制冷剂出口歧管等。
氧化剂极包括氧化剂极催化剂层以及气体扩散层。
燃料极包括燃料极催化剂层以及气体扩散层。
氧化剂极催化剂层以及燃料极催化剂层例如可以具备促进电化学反应的催化剂金属、具有质子传导性的电解质、以及具有电子传导性的碳粒子等。
作为催化剂金属，例如能够使用铂(Pt)、以及由Pt与其他金属构成的合金(例如混合了钴以及镍等的Pt合金)等。
作为电解质，可以是氟类树脂等。作为氟类树脂，例如可以使用Nafion溶液等。
上述催化剂金属被担载于碳粒子上，在各催化剂层中，担载了催化剂金属的碳粒子(催化剂粒子)与电解质可以混合存在。
用于担载催化剂金属的碳粒子(担载用碳粒子)例如一般可以使用通过对市售的碳粒子(碳粉末)进行加热处理来提高自身的防水性的防水化碳粒子等。
气体扩散层可以是具有透气性的导电性部件等。
作为导电性部件，例如可举出碳布以及碳纸等碳多孔体、和金属网以及发泡金属等金属多孔体等。
电解质膜可以是固体高分子电解质膜。作为固体高分子电解质膜，例如可举出包含有水分的全氟磺酸的薄膜等氟类电解质膜以及烃类电解质膜等。作为电解质膜，例如可以是Nafion膜(杜邦公司制)等。
燃料电池系统可以具有向燃料电池的电极供给反应气体的反应气体供给部。
反应气体供给部向燃料电池组供给反应气体。
反应气体是包括燃料气体以及氧化剂气体的概念。
作为反应气体供给部，可举出燃料气体供给部以及氧化剂气体供给部等，燃料电池系统可以具有这些供给部中的任一方，也可以具备这些供给部的两方。
燃料电池系统可以具有向燃料电池的燃料极供给燃料气体的燃料气体供给部。
燃料气体是主要含有氢的气体，例如可以是氢气。
作为燃料气体供给部，例如可举出燃料箱等，具体而言，可举出液体氢罐、压缩氢罐等。
燃料电池系统可以具备燃料气体供给流路。
燃料气体供给流路将燃料电池与燃料气体供给部连接，能够实现燃料气体从燃料气体供给部向燃料电池的燃料极的供给。
燃料电池系统可以具备循环流路。
循环流路能够回收从燃料电池的燃料极排出的燃料废气，并将其作为循环气体返回至燃料电池的燃料极。
燃料废气包含在燃料极中保持未反应的状态通过的燃料气体、在氧化剂极中生成的生成水到达燃料极的水分、以及可以在扫气时供给至燃料极的氧化剂气体等。
燃料电池系统可以根据需要而在循环流路上具备调整循环气体的流量的氢泵等循环用泵、以及引射器(ejector)等。
循环用泵可以与控制部电连接，通过由控制部控制循环用泵的驱动的通/断以及转速等，来调整循环气体的流量。
引射器例如被配置于燃料气体供给流路与循环流路的合流部，将包含燃料气体与循环气体的混合气体供给至燃料电池的燃料极。作为引射器，能够采用以往公知的引射器。
在循环流路可以设置有用于减少燃料废气中的水分的气液分离器。而且，可以具备因气液分离器而从循环流路分支的排水流路以及在该排水流路上装备的排水阀。
在气液分离器中，从燃料废气中分离出的水分可以通过在从循环流路分支的排水流路设置的排水阀的开放来排出。
排水阀与控制部电连接，可以通过由控制部控制排水阀的开闭来调整液态水的排水量。
燃料电池系统可以具备燃料废气排出部。
燃料废气排出部能够将燃料废气排出至外部(系统外)。其中，外部可以是燃料电池系统的外部，也可以是车辆的外部。
燃料废气排出部可以具备燃料废气排出阀，根据需要，可以还具备燃料废气排出流路。
燃料废气排出阀与控制部电连接，可以通过利用控制部控制燃料废气排出阀的开闭来调整燃料废气的排出流量。
燃料废气排出流路例如可以从循环流路分支，在燃料废气中的氢浓度过低的情况下，能够将该燃料废气排出至外部。
燃料电池系统可以具备氧化剂气体供给部、氧化剂气体供给流路以及氧化剂气体排出流路。
氧化剂气体供给部至少向燃料电池的氧化剂极供给氧化剂气体。
作为氧化剂气体供给部，例如能够使用空气压缩机等。空气压缩机根据来自控制部的控制信号被驱动，将氧化剂气体导入至燃料电池的阴极侧(氧化剂极、阴极入口歧管等)。
氧化剂气体供给流路将氧化剂气体供给部与燃料电池连接，能够实现氧化剂气体从氧化剂气体供给部向燃料电池的氧化剂极的供给。
氧化剂气体是含氧气体，可以是空气、干燥空气以及纯氧等。
氧化剂气体排出流路能够实现氧化剂气体从燃料电池的氧化剂极的排出。
在氧化剂气体排出流路可以设置有氧化剂气体压力调整阀。
氧化剂气体压力调整阀与控制部电连接，通过利用控制部将氧化剂气体压力调整阀开阀来将反应完毕的阴极废气从氧化剂气体排出流路排出。另外，通过调整氧化剂气体压力调整阀的开度，能够调整供给至氧化剂极的氧化剂气体压力(阴极压力)。
在氧化剂气体供给流路可以配置有中冷器。中冷器与制冷剂循环流路连接，与制冷剂之间进行热交换，对从氧化剂气体供给部排出的氧化剂气体进行冷却。另外，当存在燃料电池的暖机(发电预处理)请求时，利用被氧化剂气体供给部压缩而温度变高了的氧化剂气体的热使制冷剂升温。
燃料电池系统可以具备旁通流路，该旁通流路在中冷器的下游侧从氧化剂气体供给流路分支，绕过燃料电池而与氧化剂气体排出流路连接。在该旁通流路配置有控制旁通流路的开通状态的旁通阀。旁通阀与控制部电连接，例如在驱动马达的再生发电时二次电池的充电容量没有富余量的状况下，当驱动氧化剂气体供给部而消耗二次电池的电力的情况下，被控制部开阀。由此，氧化剂气体不会被输送至燃料电池，而被向氧化剂气体排出流路排出。
另外，燃料气体供给流路与氧化剂气体供给流路可以经由合流流路连接。在合流流路可以设置有扫气阀。
扫气阀与控制部电连接，通过利用控制部将扫气阀开阀，可以使氧化剂气体供给部的氧化剂气体作为扫气气体流入至燃料气体供给流路内。
扫气所使用的扫气气体可以是反应气体，反应气体可以是燃料气体，也可以是氧化剂气体，还可以是包含上述两方气体的混合反应气体。
燃料电池系统可以具备制冷剂供给部以及制冷剂循环流路作为燃料电池的冷却系统。
制冷剂循环流路与设置于燃料电池的制冷剂供给孔以及制冷剂排出孔连通，使从制冷剂供给部供给的制冷剂在燃料电池内外循环，能够实现燃料电池的冷却。
制冷剂供给部例如可举出冷却水泵等。
在制冷剂循环流路可以设置有对冷却水的热进行散热的散热器。
作为冷却水(制冷剂)，为了防止低温时的结冰，例如能够使用乙二醇与水的混合溶液。
燃料电池系统可以具备二次电池。
二次电池(电池)只要能够充放电即可，例如可举出镍氢二次电池以及锂离子二次电池等以往公知的二次电池。另外，二次电池可以包括双电层电容器等蓄电元件。二次电池可以是串联连接有多个的结构。二次电池向马达等电动机以及空气压缩机等氧化剂气体供给部等供给电力。二次电池可以构成为可从车辆的外部的电源例如家庭用电源充电。二次电池可以被燃料电池的输出充电。
燃料电池系统可以具备将电池作为电源的辅机。
作为辅机，例如可举出车辆的照明设备等。
另外，在本公开的燃料电池系统可以设置有检测二次电池的剩余容量的充电状态传感器。充电状态传感器检测二次电池的充电状态值(SOC)。充电状态传感器可以与控制部连接。控制部可以构成为能够根据充电状态传感器的输出来检测二次电池的充电状态值。
控制部可以控制二次电池的充电状态值的管理以及二次电池的充放电。
充电状态值(SOC：State of Charge)表示二次电池的充电容量相对于满充电容量的比例，满充电容量为SOC100％。
控制部控制反应气体的气体流量。
控制部可以经由输入输出接口与气液分离器、排水阀、燃料废气排出阀、氧化剂气体压力调整阀、扫气阀、燃料气体供给部、氧化剂气体供给部、旁通阀、二次电池以及循环用泵等连接。另外，控制部可以与可搭载于车辆的点火开关电连接。
控制部是在物理上具有例如CPU(中央运算处理装置)等运算处理装置、存储由CPU处理的控制程序以及控制数据等的ROM(只读存储器)和主要作为用于控制处理的各种工作区域而使用的RAM(随机访问存储器)等存储装置、以及输入输出接口的部件。另外，控制部例如可以是ECU(发动机控制单元)等控制装置。
1.第1实施方式
根据本公开的第1实施方式，通过基于二次电池的SOC、劣化状态等计算二次电池的放电允许能量，并使允许行驶延迟时间延长，来避免车辆的行驶性能降低。
图1是表示本公开的燃料电池系统的控制方法的一个例子的流程图。此外，本公开并不必仅限定于本典型例。
在燃料电池的发电预处理时且存在来自燃料电池的利用二次电池的输出使车辆行驶的行驶请求时，控制部计算二次电池的放电允许能量，并根据该放电允许能量计算从车辆的行驶请求至允许行驶为止所需的允许行驶延迟请求时间、且计量从车辆的行驶请求起的经过时间亦即允许行驶延迟时间，在允许行驶延迟请求时间的值小于允许行驶延迟时间的值时，允许车辆的行驶。
例如，控制部对燃料电池启动时的温度、燃料电池系统内的部件的结冰的有无、该部件的故障的有无等进行确认，当控制部判断为在规定时间以内能够从燃料电池进行一定以上的输出的情况下，可以进行来自燃料电池的利用二次电池的输出使车辆行驶的行驶请求。这是因为若在利用二次电池的车辆的行驶后无法保证燃料电池的输出，则存在车辆的行驶性能降低的可能性。因此，当在规定时间以内无法从燃料电池实现一定以上的输出的情况下，不进行来自燃料电池的利用二次电池的输出使车辆行驶的行驶请求。
对于燃料电池的温度而言，例如可以在燃料电池系统内设置温度传感器并使用该温度传感器来测定燃料电池的温度。温度传感器与控制部电连接，控制部可以检测从温度传感器输出的温度。燃料电池的温度可以是冷却水的温度。
对于部件的结冰的有无而言，例如可以在燃料电池系统内设置温度传感器并使用该温度传感器来测定部件的温度，若该温度为冰点下以下，则判定为部件结冰。
对于部件的故障的有无而言，例如可以在燃料电池系统内设置电阻传感器来测定部件的电阻，若该电阻为规定值以上，则判定为部件的故障。
控制部计算二次电池的放电允许能量。
可以根据二次电池的SOC以及二次电池的劣化状态等并考虑车辆的请求能量等来适当地设定二次电池的放电允许能量(可放电能量)。
除了上述之外，也可以考虑二次电池不过放电那样的二次电池的SOC的下限值来设定二次电池的放电允许能量。
二次电池的放电允许能量(kJ)例如可以根据以下的式(A)来计算。
式(A)：二次电池的放电允许能量＝(车辆启动时的二次电池SOC－利用二次电池的车辆行驶完成时的二次电池的目标SOC)÷100×二次电池的理论满充电能量(kJ)×二次电池的劣化系数
利用二次电池的车辆行驶完成时的二次电池的目标SOC是指从燃料电池的发电预处理开始起仅利用二次电池的电力使车辆行驶的情况下的、燃料电池的发电预处理完成时刻的二次电池的SOC。
例如，能够考虑二次电池的总充放电次数等并根据当前的二次电池的实测满充电能量相对于二次电池的理论满充电能量之比来计算二次电池的劣化系数。
控制部根据二次电池的放电允许能量来计算从车辆的行驶请求至允许行驶为止所需的允许行驶延迟请求时间。
允许行驶延迟请求时间(Ready延迟时间)例如可以根据以下的式(B)来计算。
式(B)：允许行驶延迟请求时间(sec)＝(利用二次电池的车辆行驶请求时间(sec)×利用二次电池的车辆行驶使用功率(kW)－二次电池的放电允许能量(kJ))÷利用二次电池的车辆行驶使用功率(kW)
这里，例如能够考虑在车辆行驶中使用的驱动马达的消耗功率、空调机器(空调等)的消耗功率、辅机的消耗功率等来估算利用二次电池的车辆行驶使用功率(kW)。
控制部计量从车辆的行驶请求起的经过时间亦即允许行驶延迟时间。
对于允许行驶延迟时间而言，例如可以在燃料电池系统内设置时间计量器并使用该时间计量器来测定从车辆的行驶请求起的经过时间。时间计量器可以与控制部电连接，控制部检测从时间计量器输出的允许行驶延迟时间。
在允许行驶延迟请求时间的值小于允许行驶延迟时间的值时，控制部允许车辆的行驶。当允许行驶延迟请求时间的值例如为10秒的情况下，在允许行驶延迟时间的值超过10秒的时刻，允许车辆的行驶。换言之，控制部不允许车辆的行驶直至允许行驶延迟时间经过10秒为止。即，在允许行驶延迟请求时间的值为10秒的情况下，控制部在10秒钟内强制地不允许车辆的行驶而使车辆待机。由此，当在燃料电池的发电预处理中仅利用二次电池的电力使车辆行驶的期间，能够抑制成为二次电池的电力不足而车辆停止这一情况。
2.第2实施方式
由于直至燃料电池能够发电为止(直至燃料电池起动为止)花费规定的时间，所以在二次电池的可放电功率大的情况下，直至燃料电池的发电开始为止，二次电池的能量消耗变多，因二次电池的SOC枯竭使得二次电池的输出降低，存在最终用于利用二次电池使车辆行驶的电力不足的可能性。
另一方面，为了不抑制直至燃料电池的发电开始为止的二次电池的输出、且用于车辆的行驶的电力不会不足，需要使从存在车辆的行驶请求起至允许行驶为止的时间延迟，车辆的商品价值会降低。另外，由于二次电池的可放电功率越高，则需要使进行允许行驶所需要的二次电池的SOC的设定值越高，所以车辆的商品价值进一步降低。这是因为由于功率(kW)×时间(sec)＝能量(kJ)，所以在功率大的情况下与功率小的情况下消耗相同的时间功率(time power)时，功率大的情况下的消耗能量较大。
根据本公开，通过抑制直至燃料电池的发电开始为止的二次电池的输出而抑制二次电池的能量消耗，来在直至燃料电池的发电开始为止的期间，持续确保一定以上的二次电池的输出。
图2是表示本公开的燃料电池系统的控制方法的另一个例子的流程图。
在燃料电池的发电预处理时且车辆利用二次电池的电力行驶时，在直至燃料电池能够发电为止所需的燃料电池起动请求时间内，控制部限制车辆所消耗的车辆请求能量。
另一方面，在经过燃料电池起动请求时间后，控制部不限制车辆请求能量而结束控制。
图3是表示从允许利用二次电池的电力使车辆行驶起至燃料电池的发电预处理完成(FC起动完成)而燃料电池开始发电之后为止的时间与电力的关系的一个例子的图。
如图3所示，直至FC起动完成为止，可以限制车辆驱动电力、空调电力等，由此限制车辆行驶能量、空调消耗能量等车辆请求能量。
设定在燃料电池的发电预处理时且车辆利用二次电池的电力行驶时从车辆请求的能量(车辆请求能量)的上限，确保直至燃料电池的发电预处理完成(燃料电池的发电开始)为止的车辆仅利用二次电池的电力的行驶时间。
由于直至燃料电池能够发电为止所需的燃料电池起动请求时间根据燃料电池的温度、燃料电池的大小、电池组所包括的单电池的个数等而不同，所以可以预先通过实验等来测定燃料电池起动请求时间，并使控制部存储燃料电池起动请求时间。
关于车辆请求能量，可举出用于车辆行驶的驱动马达的消耗能量、空调机器的消耗能量、辅机的消耗能量等。
关于车辆请求能量的限制，从抑制二次电池的SOC在燃料电池能够发电之前枯竭而导致车辆停止的观点考虑，例如可以将车辆请求能量的上限值设定为使二次电池在燃料电池能够发电之前所消耗的能量为二次电池的放电允许能量以下。具体而言，可举出通过降低车辆的行驶速度的上限、限制空调的设定温度的上下限值等来使车辆行驶中的二次电池的消耗能量降低等。
3.第3实施方式
当在燃料电池的发电预处理中且利用二次电池的电力的车辆行驶中因某些因素而导致二次电池的输出降低至一定值以下的情况下，燃料电池保持原状继续发电预处理，若燃料电池无法发电，则车辆的行驶性能降低，存在车辆无法行驶的可能性。
根据本公开，当在燃料电池的发电预处理中且利用二次电池的电力的车辆行驶中因某些因素而导致二次电池的输出降低至规定的第1阈值以下且还存在行驶请求、车辆请求能量为规定的第2阈值以上的情况下，停止循环泵的驱动而在中途结束燃料电池的发电预处理(例如从氮气向氢的置换处理)，使燃料电池的发电提前。该情况下，为了抑制燃料电池成为发电不良(负电压)，为了确保燃料电池的所希望的输出，停止循环泵的驱动并开始燃料电池的发电，确保燃料电池的启动性。
在因某些因素而导致燃料极中的从氮气等惰性气体向氢等燃料气体的置换处理(阳极燃料气体浓度上升处理)无法进行、或直至该置换处理完成为止花费比既定的时间多的时间的情况下，可以出于使燃料电池的启动性、特别是冰点下启动性提高的目的来进行循环泵无循环运转，该循环泵无循环运转是指停止循环泵的驱动来进行燃料电池的发电。
具体而言，循环泵无循环运转意味着不使从燃料电池的燃料极排出的燃料废气循环而将其排出至系统外，仅利用来自燃料气体供给部的燃料气体使燃料电池发电。因此，用于实施循环泵无循环运转的燃料电池系统实际上具备燃料气体供给部和燃料废气排出部。
通过燃料电池的循环泵无循环运转，由于即便假设至少1个单电池内结冰，在该单电池内也难以发生氮气浓度的上升，所以能够向该单电池内持续供给所需量的燃料气体。但是，作为不旋转循环泵引起的冲突，燃料极的燃料气体流速降低。因此，难以向至少1个单电池内部的窄孔以及距电池组的阳极入口歧管远的位置的单电池等供给燃料气体，在燃料电池内产生局部的燃料气体不足部位，存在燃料电池劣化的情况，因而可以将循环泵无循环运转的执行频度设定为最小化。
图4是表示本公开的燃料电池系统的控制方法的又一个例子的流程图。
本公开的燃料电池系统还具有循环用泵，该循环用泵使从燃料电池的燃料极排出的燃料废气循环而返回至燃料电池，在车辆利用二次电池的电力的行驶中且燃料电池起动请求时间内，当二次电池的电力为规定的第1阈值以下且车辆的车辆请求能量为规定的第2阈值以上时，控制部停止循环用泵的驱动。
另一方面，在经过燃料电池起动请求时间后，当二次电池的电力小于规定的第1阈值或者车辆请求能量小于规定的第2阈值的情况下，控制部不停止循环用泵的驱动，结束控制。
第1阈值只要是车辆不会无法行驶的二次电池的电力(输出)即可，没有特别限定，例如可以是在即将给车辆的行驶带来妨碍之前的二次电池的电力，能够根据车辆的行驶性能等来适当地设定。
第2阈值例如可以为二次电池的允许行驶能量以下以便车辆不会无法行驶，能够根据车辆的行驶性能等适当地设定。
图5是表示本公开的燃料电池系统的一个例子的简要结构图。此外，本公开的燃料电池系统并不限定于本典型例。
图5所示的燃料电池系统100具备燃料电池11、循环流路12、气液分离器20、排水流路21、排水阀22、燃料气体供给部30、燃料气体供给流路31、氧化剂气体供给部40、氧化剂气体供给流路41、氧化剂气体排出流路42、控制部50、合流流路51、扫气阀52以及循环用泵60，虽未图示，但还具备二次电池。
气液分离器20、排水阀22、燃料气体供给部30、氧化剂气体供给部40、扫气阀52、循环用泵60、以及未图示的二次电池分别与控制部50电连接，由控制部50进行控制。
附图标记说明：
11…燃料电池；12…循环流路；20…气液分离器；21…排水流路；22…排水阀；30…燃料气体供给部；31…燃料气体供给流路；40…氧化剂气体供给部；41…氧化剂气体供给流路；42…氧化剂气体排出流路；50…控制部；51…合流流路；52…扫气阀；60…循环用泵；100…燃料电池系统。

Claims (3)

1.一种燃料电池系统，被搭载于当车辆启动时即便燃料电池不能发电也能够利用二次电池的电力进行行驶的车辆，其特征在于，
具有所述燃料电池、所述二次电池、控制部以及循环用泵，该循环用泵使从所述燃料电池的燃料极排出的燃料废气循环并返回至所述燃料电池，
在所述燃料电池的发电预处理时且存在来自所述燃料电池的利用所述二次电池的输出使所述车辆行驶的行驶请求时，所述控制部计算所述二次电池的放电允许能量，并根据该放电允许能量计算从所述车辆的行驶请求起至允许行驶为止所需的允许行驶延迟请求时间、且计量从所述车辆的行驶请求起的经过时间亦即允许行驶延迟时间，
在所述允许行驶延迟请求时间的值小于所述允许行驶延迟时间的值时，所述控制部允许所述车辆的行驶，
在所述车辆利用所述二次电池的电力的行驶中且直至所述燃料电池能够发电为止所需的燃料电池起动请求时间内，当所述二次电池的电力为规定的第1阈值以下且所述车辆所消耗的车辆请求能量为规定的第2阈值以上时，所述控制部停止所述循环用泵的驱动。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，
在所述燃料电池的发电预处理时且所述车辆利用所述二次电池的电力行驶时，在直至所述燃料电池能够发电为止所需的所述燃料电池起动请求时间内，所述控制部限制所述车辆所消耗的所述车辆请求能量。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其中，
所述车辆启动时是所述车辆的冰点下启动时。
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