CN113745604A - 燃料电池系统及其控制方法、非暂时性存储介质 - Google Patents

燃料电池系统及其控制方法、非暂时性存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供燃料电池系统及其控制方法、非暂时性存储介质。燃料电池系统具备：燃料电池；目标动作点决定部，根据暖机时请求电力量与暖机时请求发热量来决定暖机目标动作点；运转控制部；以及故障状态确定部，对消耗由燃料电池发出的发电电力来工作的电力消耗装置是否发生故障进行确定，若确定出电力消耗装置的故障，则目标动作点决定部将满足降低了暖机时请求电力量所得的故障时请求电力量与降低了暖机时请求发热量所得的故障时请求发热量的动作点决定为故障时目标动作点。

Description

燃料电池系统及其控制方法、非暂时性存储介质
技术领域
本公开涉及燃料电池系统、燃料电池系统的控制方法以及非暂时性存储介质。
背景技术
以往，在燃料电池系统中，提出了一种在检测到燃料电池的温度为低温的情况下执行使发电部位迅速升温的暖机运转这一方案。例如在国际公开第2010/150337中公开了如下内容：当燃料电池系统在冰点下启动时执行暖机运转，该暖机运转是指通过一边使循环泵旋转一边以比常温下的启动时低的空气化学计量比进行发电来使燃料电池组低效率运转、使废热量增大。通过这样的暖机运转而产生的电力被辅机类消耗或者被蓄存于二次电池。作为辅机类，例如可设想在燃料电池系统中使用的反应气体供给用的泵、燃料电池系统被搭载于车辆的结构中的车辆的空调用的加热器等。
然而，如果在执行上述的那样的暖机运转时辅机类发生故障，则存在二次电池成为过充电的担忧。另外，若为了避免该过充电而使对于燃料电池组的请求电力量降低，则使空气化学计量比过度降低。若这样使空气化学计量比过度降低，则燃料电池在相对于空气化学计量比的变化的输出电压的变化大的动作区域中动作，存在燃料电池的输出电压以及输出电流不稳定这一问题。因此，期望在能够消耗通过暖机运转而产生的电力的装置发生了故障的状况下能够抑制燃料电池的输出电压以及输出电流变得不稳定的技术。
发明内容
本公开能够作为以下的方式而实现。
(1)根据本公开的一个方式，提供一种燃料电池系统。该燃料电池系统具备：燃料电池，接受空气与燃料气体的供给来进行发电；目标动作点决定部，在满足用于开始暖机运转的预先决定的条件的情况下，根据暖机时请求电力量与暖机时请求发热量来决定暖机目标动作点，该暖机目标动作点是由输出电压与输出电流规定的上述燃料电池在暖机运转时的动作点的目标；运转控制部，通过控制上述输出电压与上述输出电流中的至少一方来使上述燃料电池在上述暖机目标动作点运转；以及故障状态确定部，对消耗由上述燃料电池发出的发电电力来工作的电力消耗装置是否发生故障进行确定，若确定了上述电力消耗装置的故障，则上述目标动作点决定部将满足降低了上述暖机时请求电力量所得的故障时请求电力量和降低了上述暖机时请求发热量所得的故障时请求发热量的动作点决定为故障时目标动作点。
根据该方式的燃料电池系统，由于若确定了电力消耗装置的故障，则将满足降低了暖机时请求电力量所得的故障时请求电力量和降低了暖机时请求发热量所得的故障时请求发热量的动作点决定为故障时目标动作点，所以与将维持暖机时请求发热量不变而降低了暖机时请求电力量所得的动作点决定为新的暖机目标动作点、并以成为该暖机目标动作点的方式使燃料电池运转的结构相比，能够抑制使空气化学计量比过度减少。因此，不必使燃料电池在相对于输出电压的空气化学计量比灵敏度更大的动作点动作，能够提高故障时目标动作点的稳定性、即能够提高将输出电压以及输出电流维持为暖机目标动作点的值的容易度。因此，在能够消耗通过暖机运转而产生的电力的电力消耗装置发生故障的状况下，能够抑制燃料电池的输出电压以及输出电流变得不稳定。
(2)在上述方式的燃料电池系统中，上述故障时目标动作点的电压值是包括在未确定出上述电力消耗装置的故障的状况下满足上述条件的情况下所决定的上述暖机目标动作点的电压值的被预先决定的电压范围内的电压值，上述电压范围是在使上述燃料电池在上述故障时目标动作点动作的状态下改变了空气化学计量比的情况下的上述输出电压的变化相对于上述空气化学计量比的单位量的变化的比例成为预先决定的阈值比例以下的电压值的范围。
根据该方式的燃料电池系统，由于故障时目标动作点的电压值是包括在未确定出电力消耗装置的故障的状况下满足用于开始暖机运转的预先决定的条件的情况下所决定的暖机目标动作点的电压值的被预先决定的电压范围内的电压值，上述被预先决定的电压范围是在使燃料电池在故障时目标动作点动作的状态下改变了空气化学计量比的情况下的输出电压的变化相对于空气化学计量比的单位量的变化的比例成为预先决定的阈值比例以下的电压值的范围，所以与将具有比上述预先决定的电压范围低的电压值的动作点决定为目标动作点的结构相比，能够提高故障时目标动作点的稳定性、即能够提高将电压以及电流维持为目标动作点的值的容易度。因此，在能够消耗通过暖机运转而产生的电力的电力消耗装置发生故障的状况下，能够抑制燃料电池的电压以及电流变得不稳定。
(3)在上述方式的燃料电池系统中，上述燃料气体可以是氢气，上述电压范围的下限电压值是在使上述燃料电池在上述故障时目标动作点动作的情况下在上述燃料电池的阴极产生的氢气量成为预先决定的阈值量以下的电压值。
根据该方式的燃料电池系统，由于被预先决定的电压范围的下限电压值是在使燃料电池在故障目标动作点动作的情况下在燃料电池的阴极产生的氢气量成为预先决定的阈值量以下的电压值，所以当在电力消耗装置发生故障状况下执行暖机运转时，能够将从燃料电池排出的氢气的浓度抑制得低。
(4)在上述方式的燃料电池系统中，可以具备能够蓄积上述发电电力的锂离子二次电池，上述电压范围的下限电压值是在使上述燃料电池在上述故障时目标动作点动作且将上述发电电力供给至上述锂离子二次电池的情况下上述锂离子二次电池的阴极中的锂金属的析出量成为规定量以下的电压值。
根据该方式的燃料电池系统，由于预先决定的电压范围的下限电压值是在使燃料电池在故障目标动作点动作且将发电电力供给至锂离子二次电池的情况下锂离子二次电池的阴极中的锂金属的析出量成为规定量以下的电压值，所以当在电力消耗装置发生故障的状况下执行暖机运转时，能够将锂离子二次电池的阴极中的锂金属的析出量抑制得低而抑制上述的二次电池的劣化。
(5)在上述方式的燃料电池系统中，可以对上述暖机时请求发热量预先设定有预先决定的允许偏离范围，上述电压范围的上限电压值是上述燃料电池的发热量实现上述允许偏离范围的下限值的电压值。
根据该方式的燃料电池系统，由于预先决定的电压范围的上限电压值是燃料电池的发热量实现预先决定的允许偏离范围的下限值的电压值，所以能够抑制燃料电池的发热量低于预先决定的允许偏离范围的下限值，能够抑制直到暖机完成为止的时间成为规定时间以上。因此，能够提高用户的便利性，并且能够抑制燃料电池中的空气的流路被在暖机运转中产生的生成水填埋。
(6)在上述方式的燃料电池系统中，可以在上述暖机运转开始后，若上述燃料电池的温度达到预先决定的暖机完成温度，则上述运转控制部结束上述暖机运转，上述燃料电池系统还具备在确定为上述电力消耗装置发生故障的情况下限制上述暖机时请求电力量的增减直至上述暖机运转结束为止的增减限制部。
根据该方式的燃料电池系统，由于在确定为电力消耗装置发生故障的情况下限制暖机时请求电力量的增减直至暖机运转结束为止，所以在暖机运转中能够限制伴随着暖机时请求电力的增减的动作点的变化。因此，能够抑制电压以及电流在燃料电池的启动时变得不稳定。
(7)在上述方式的燃料电池系统中，上述燃料电池系统可以被搭载于移动体，并向上述移动体中的驱动装置供给电力，在确定为上述电力消耗装置发生故障的情况下，上述增减限制部通过限制向上述驱动装置的电力供给直至上述暖机运转的结束为止，来限制上述暖机时请求电力量的增减。
根据该方式的燃料电池系统，由于在确定为电力消耗装置发生故障的情况下，增减限制部限制向驱动装置的电力供给直至暖机运转结束为止，由此限制暖机时请求电力量的增减，所以能够更可靠地限制暖机时请求电力量的增减。这是因为若限制向驱动装置的电力供给，则移动体的驱动被限制，由此能够限制与驱动状况对应的暖机时请求电力量的增减。
(8)在上述方式的燃料电池系统中，上述燃料电池系统可以被搭载于具有至少包括驻车与前进的多个变速挡的车辆，并向上述车辆的牵引马达供给电力，上述燃料电池系统还具备测定上述输出电压的电压传感器，在所选择的上述变速挡为驻车的情况下，当上述电压传感器的测定电压大于预先决定的阈值电压的情况下，上述运转控制部执行实际电压控制处理，该实际电压控制处理是至少调整上述空气化学计量比以使由上述电压传感器测定的测定电压接近上述故障时目标动作点的电压值的处理。
根据该方式的燃料电池系统，由于在所选择的变速挡为驻车的情况下，当电压传感器的测定电压大于预先决定的阈值电压的情况下，执行至少调整空气化学计量比以使由电压传感器测定的测定电压接近故障时目标动作点的电压值的实际电压控制处理，所以能够抑制燃料电池的电压与故障时目标动作点的电压值的偏离过度变大。在电压传感器的测定电压大于预先决定的阈值电压的情况下，在燃料电池或者空气向燃料电池的供给路径中残存有空气的可能性很高。若在这样的情况下基于空气的流量控制动作点，则实际的电压值因使用了残存的空气的发电而与预定的电压值偏离，燃料电池的电压与故障时目标动作点的电压值的偏离可能过度变大。然而，根据上述方式的燃料电池系统，由于基于测定电压来控制动作点，所以能够起到上述效果。
(9)在上述方式的燃料电池系统中，在所选择的上述变速挡不为驻车的情况下，当上述故障时目标动作点的电压值与上述测定电压的差量电压大于预先决定的阈值电压差的情况下，上述运转控制部可以执行上述实际电压控制处理。
根据该方式的燃料电池系统，由于在所选择的变速挡不为驻车的情况下，当故障时目标动作点的电压值与测定电压的差量电压大于预先决定的阈值电压差的情况下，执行实际电压控制处理，所以能够抑制燃料电池的电压与故障时目标动作点的电压值的偏离过度变大。在所选择的变速挡不为驻车的情况下，车辆为能够移动(运转)的状况，存在暖机时请求电力量大幅增减而导致实际的电压值从预定的电压值大幅偏离的担忧。然而，根据上述方式的燃料电池系统，由于在这样的情况下执行实际电压控制处理，并基于测定电压来控制动作点，所以能够抑制燃料电池的电压与故障时目标动作点的电压值的偏离过度变大。
本公开还能够以与燃料电池系统不同的各种方式实现。例如，能够以燃料电池系统的控制装置、搭载燃料电池系统的车辆、决定目标动作点的方法、燃料电池系统的控制方法、用于实现这些装置、方法的计算机程序、存储该计算机程序的存储介质等方式实现。
附图说明
以下，参照附图对本发明的示例性实施例的特征、优点、技术及工业重要性进行说明，附图中相同的附图标记表示相同的构成要素，其中：
图1是表示本实施方式中的燃料电池系统的结构的简图。
图2是表示燃料电池系统的详细结构的简图。
图3是表示燃料电池系统的电气结构的示意图。
图4是表示在燃料电池系统中执行的动作点控制处理的步骤的流程图。
图5是表示在燃料电池系统中执行的动作点控制处理的步骤的流程图。
图6是表示因加热器故障的有无引起的燃料电池组的动作点的不同的说明图。
图7是在比较例中表示因加热器故障的有无引起的燃料电池组的动作点的不同的说明图。
图8是表示与空气化学计量比的变化对应的燃料电池组的电压(FC电压)的变化的说明图。
图9是表示作为第2实施方式的燃料电池系统的简要结构的说明图。
图10是表示第2实施方式中的准备完毕(Ready)允许控制处理的步骤的流程图。
具体实施方式
A.第1实施方式：
A1.系统构成：
图1是表示本实施方式中的燃料电池系统10的结构的简图。本实施方式的燃料电池系统10被搭载于具有包括驻车以及前进的多个变速挡的车辆而使用。燃料电池系统10根据来自车辆所具备的包括未图示的牵引马达的负载(后述的负载200)的请求来进行发电，另外，还为了外部供电而发电并供给电力。燃料电池系统10具备燃料电池组20、氧化气体供排系统30、燃料气体供排系统50以及制冷剂循环系统70。
燃料电池组20具备多个单电池21和一对端子(End terminal)22、23。多个单电池21分别具有板状的外观形状，被沿厚度方向亦即层叠方向SD层叠。单电池21是即便为单体也能够发电的发电构件。单电池21接受作为反应气体的氧化气体以及燃料气体的供给，并通过它们的电化学反应来进行发电。在本实施方式中，单电池21构成为固体高分子型燃料电池。另外，在本实施方式中，使用空气作为氧化气体，使用氢气作为燃料气体。燃料电池组20亦被简称为“燃料电池”。
单电池21具备膜电极接合体，该膜电极接合体在由具有离子传导性的高分子树脂膜构成的电解质膜的两面配置有作为担载了催化剂的电极的阳极以及阴极。单电池21还具备夹着膜电极接合体的2张隔板。省略了膜电极接合体以及隔板的图示。在各单电池21的外周端部设置有形成歧管Mfa、Mfb的开口部(省略图示)，该歧管Mfa、Mfb用于供反应气体、通过了膜电极接合体的发电部的反应废气流通。歧管Mfa、Mfb与膜电极接合体的发电部分支连接。歧管Mfa与阴极连接，歧管Mfb与阳极连接。另外，在各单电池21的外周端部设置有形成歧管Mfc的开口部(省略图示)，该歧管Mfc用于供制冷剂流通。歧管Mfc与在邻接的隔板彼此之间形成的制冷剂流路连接。
一对端子22、23被配置于多个单电池21的层叠方向SD上的两端部。在第1端子22形成有用于形成歧管Mfa、Mfb、Mfc的贯通孔亦即开口部25。另一方面，在第2端子23未形成这样的开口部25。在燃料电池组20中，燃料气体、氧化气体以及制冷剂被从第1端子22侧供给至燃料电池组20并被排出。
氧化气体供排系统30具有氧化气体供给功能、氧化气体排出功能以及氧化气体旁通功能。氧化气体供给功能是向单电池21的阴极供给作为氧化气体的空气的功能。氧化气体排出功能是将包括从单电池21的阴极排出的氧化气体、惰性气体以及废水的排出气体(亦称为“阴极废气”)排出至外部的功能。此外，存在阴极废气还包括在后述的阴极产生的燃料气体(氢气)的情况。氧化气体旁通功能是将被供给的包括氧化气体的空气的一部分不经由单电池21而排出至外部的功能。
燃料气体供排系统50具有燃料气体供给功能、燃料气体排出功能以及燃料气体循环功能。燃料气体供给功能是向单电池21的阳极供给燃料气体的功能。燃料气体排出功能是将包括从单电池21的阳极排出的燃料气体、惰性气体、废水的排出气体(亦称为“阳极废气”)排出至外部的功能。燃料气体循环功能是使阳极废气在燃料电池系统10内循环的功能。
制冷剂循环系统70具有使制冷剂在燃料电池组20循环来调节燃料电池组20的温度的功能。作为制冷剂，例如可使用乙二醇等不冻液、水等液体。
图2是表示燃料电池系统10的详细结构的简图。燃料电池系统10除了具有上述的燃料电池组20、氧化气体供排系统30、燃料气体供排系统50、制冷剂循环系统70之外还具有控制装置60。控制装置60控制燃料电池系统10的动作。控制装置60的详细情况将后述。
氧化气体供排系统30具备氧化气体供给系统30A和氧化气体排出系统30B。氧化气体供给系统30A向燃料电池组20的阴极供给作为氧化气体的空气。氧化气体供给系统30A具有阴极供给配管302、外部空气温度传感器38、空气净化器31、空气压缩机33、中冷器35以及入口阀36。
阴极供给配管302与燃料电池组20的阴极的入口连接，构成空气对于燃料电池组20的阴极的供给流路。外部空气温度传感器38测量被空气净化器31获取的空气的温度作为外部空气温度。外部空气温度传感器38的测量结果被发送至控制装置60。空气净化器31在阴极供给配管302中被设置于比空气压缩机33靠上游侧的位置，将向燃料电池组20供给的空气中的异物除去。
空气压缩机33被设置于比燃料电池组20靠上游侧的阴极供给配管302，将压缩为与来自控制装置60的指令对应的压力的空气向阴极送出。在本实施方式中，空气压缩机33由涡轮压缩机构成。
中冷器35在阴极供给配管302中被设置于比空气压缩机33靠下游侧的位置。中冷器35对被空气压缩机33压缩而成为高温的空气进行冷却。入口阀36对燃料电池组20的阴极入口侧的空气的压力进行调整。入口阀36由被控制装置60控制开度的电磁阀或电动阀构成。入口阀36也可以由当流入了预先决定的压力的空气时以机械方式打开的开闭阀构成。
氧化气体排出系统30B将阴极废气排出至燃料电池车辆的外部。氧化气体排出系统30B具有排出气体配管306和旁通配管308。
排出气体配管306与燃料电池组20的阴极的出口连接，构成阴极废气的排出流路。排出气体配管306具有将包括阴极废气的燃料电池组20的排出气体排出至大气中的功能。从排出气体配管306排出至大气中的排出气体除了包括阴极废气之外还包括阳极废气、从旁通配管308流出的空气。在排出气体配管306的下游侧端部设置有用于降低排出气体的排气声的消声器310。
在排出气体配管306设置有出口阀37。出口阀37在排出气体配管306中被配置于比连接有旁通配管308的地点靠上游侧的位置。出口阀37由电磁阀或电动阀构成。出口阀37通过被控制装置60调整开度来调整燃料电池组20的阴极的背压。
旁通配管308不经由燃料电池组20地将阴极供给配管302与排出气体配管306连接。在旁通配管308设置有旁通阀39。旁通阀39由电磁阀或电动阀构成。在旁通阀39被打开的情况下，在阴极供给配管302中流动的空气的一部分通过旁通配管308而向排出气体配管306流入。控制装置60通过调整旁通阀39的开度来调整流入至旁通配管308的空气的流量。
燃料气体供排系统50具备燃料气体供给系统50A、燃料气体循环系统50B以及燃料气体排出系统50C。
燃料气体供给系统50A向燃料电池组20的阳极供给燃料气体。燃料气体供给系统50A具备阳极供给配管501、燃料气体罐51、开闭阀52、调节器53以及喷射器54。
阳极供给配管501被连接至作为燃料气体的供给源的燃料气体罐51和燃料电池组20的阳极的入口，构成燃料气体对于燃料电池组20的阳极的供给流路。燃料气体罐51例如储藏有高压的氢气。开闭阀52在阳极供给配管501中被设置于燃料气体罐51的近前。开闭阀52在开阀状态下使燃料气体罐51的燃料气体向下游侧流通。调节器53在阳极供给配管501中设置于开闭阀52的下游侧。调节器53通过控制装置60的控制来调整比喷射器54靠上游侧的燃料气体的压力。
喷射器54在阳极供给配管501中设置于调节器53的下游侧。喷射器54配置于阳极供给配管501中的比后述的阳极循环配管502的合流地点靠上游侧的位置。喷射器54是根据由控制装置60设定的驱动周期或开阀时间来以电磁方式进行驱动的开闭阀。控制装置60通过控制喷射器54来调整供给至燃料电池组20的燃料气体的供给量。
燃料气体循环系统50B在使从燃料电池组20的阳极排出的阳极废气分离出液体成分之后循环至阳极供给配管501。燃料气体循环系统50B具有阳极循环配管502、气液分离器57以及循环泵55。
阳极循环配管502被连接至燃料电池组20的阳极出口和阳极供给配管501，构成将从阳极排出的阳极废气向阳极供给配管501引导的燃料气体的循环路。气液分离器57设置于阳极循环配管502，从阳极废气分离包括水蒸气的液体成分，并以液态水的状态进行存积。循环泵55在阳极循环配管502中设置于气液分离器57的下游侧。循环泵55将流入至气液分离器57的燃料废气向阳极供给配管501送出。
燃料气体排出系统50C将阳极废气、存积于气液分离器57的液态水向排出气体配管306排出。燃料气体排出系统50C具有阳极排出配管504和排气排水阀58。阳极排出配管504被连接至气液分离器57的排出口和排出气体配管306，构成将从气液分离器57的排出口排出的废水和在气液分离器57内通过的阳极废气的一部分从燃料气体供排系统50排出的排气排水路。排气排水阀58设置于阳极排出配管504，对阳极排出配管504进行开闭。作为排气排水阀58，例如可使用隔膜阀。在燃料电池系统10发电时，控制装置60在预先决定的时机对于排气排水阀58进行开阀指示。若排气排水阀58被打开，则存积于气液分离器57的水分与阳极废气通过排出气体配管306被向大气中排出。
制冷剂循环系统70具备制冷剂循环路79、制冷剂循环泵74、散热器71、散热器风扇72以及FC温度传感器73。
制冷剂循环路79具有制冷剂供给路79A和制冷剂排出路79B。制冷剂供给路79A是用于向燃料电池组20供给制冷剂的管。制冷剂排出路79B是用于从燃料电池组20排出制冷剂的管。制冷剂循环泵74将制冷剂供给路79A的制冷剂向燃料电池组20送出。散热器71被散热器风扇72输送风来进行散热，从而对在内部流通的制冷剂进行冷却。FC温度传感器73设置于燃料电池组20中的冷却介质的排出口附近，对在制冷剂循环路79流动的冷却介质的温度进行测定。在燃料电池系统10中，该冷却介质的温度被作为燃料电池组20的温度(以下，称为“FC温度”)使用。
控制装置60亦被称为ECU(Eletcronic Controller Unit)，构成为具备CPU61和存储器62的计算机。CPU61通过读出存储于存储器62的控制程序并执行来作为目标动作点决定部611、运转控制部612、故障状态确定部613发挥功能。
目标动作点决定部611决定燃料电池组20的暖机目标动作点。在本实施方式中，燃料电池组20的暖机目标动作点是指由燃料电池组20的输出电压以及输出电流规定的动作点中的作为目标的暖机目标动作点。在满足了用于开始暖机运转的预先决定的条件的情况下，目标动作点决定部611根据对于燃料电池组20的暖机时请求电力量与暖机时请求发热量来决定目标动作点。
运转控制部612通过控制燃料电池组20的输出电压与输出电流中的至少一方来以燃料电池组20的动作点成为故障时目标动作点的方式控制燃料电池组20的运转。在本实施方式中，对空气化学计量比进行调整等来实现燃料电池组20的输出电压的控制。另外，如后述那样通过FC转换器95来实现燃料电池组20的输出电流的控制。
故障状态确定部613对预先决定的辅机是否发生故障进行确定。在本实施方式中，后述的加热器81属于“预先决定的辅机”。在本实施方式中，当对于加热器81进行了供电的情况下的由测定车厢内的温度的未图示的温度传感器检测的温度的时间变化不是规定温度以上的变化的情况下，故障状态确定部613确定为加热器81发生了故障，在上述时间变化为规定温度以上的变化的情况下，故障状态确定部613确定为加热器81未发生故障。
图3是表示燃料电池系统10的电气结构的示意图。燃料电池系统10具备FC转换器95、DC/AC逆变器98、电压传感器91、电流传感器92、二次电池96、蓄电池转换器97、加热器81以及辅机用逆变器82。
为了测量燃料电池组20的电压而使用电压传感器91。电压传感器91与燃料电池组20的全部的单电池21分别连接，将全部的单电池21分别作为对象来测量电压。电压传感器91将其测量结果发送至控制装置60。通过将由电压传感器91测量出的全部的单电池21的测量电压合计来测量燃料电池组20的总电压(以下，亦称为“FC电压”)。此外，燃料电池系统10也可以具有测量燃料电池组20的两端的电压的电压传感器来代替电压传感器91。该情况下，测量出的两端的电压值成为燃料电池组20的总电压(输出电压)。电流传感器92测量燃料电池组20的输出电流值，并发送至控制装置60。
FC转换器95由DC/DC转换器构成，作为对燃料电池组20的电流(以下，亦简称为“FC电流”)进行控制的电路发挥功能。FC转换器95基于从控制装置60发送的电流指令值来控制FC电流。电流指令值是表示燃料电池组20的输出电流的目标值的值，由控制装置60设定。
DC/AC逆变器98与燃料电池组20和负载200连接。负载200包括作为驱动力源的未图示的牵引马达、空气压缩机33等辅机类。DC/AC逆变器98将从燃料电池组20、二次电池96输出的直流电力向交流电力转换，并供给至负载200。另外，在负载200所包括的行驶马达中产生了再生电力的情况下，DC/AC逆变器98将该再生电力转换为直流电力。被DC/AC逆变器98转换为直流电力的再生电力经由蓄电池转换器97被蓄电至二次电池96。
二次电池96与燃料电池组20一同作为燃料电池系统10的电力源发挥功能。二次电池96被由燃料电池组20产生的电力、上述的再生电力充电。在本实施方式中，二次电池96由能够蓄积发电电力的锂离子二次电池构成。因此，二次电池96具有充放电量的允许范围在冰点下明显变窄的温度特性。蓄电池转换器97由DC/DC转换器构成，根据控制装置60的指示来控制二次电池96的充放电。
加热器81作为车辆所具有的车厢用的空调装置的一部分发挥功能，被用于加热空调用的冷却介质。加热器81与将二次电池96和蓄电池转换器97连接的电力配线连接。经由二次电池96或者蓄电池转换器97从燃料电池组20向加热器81供给电力。该加热器81还作为在后述的暖机运转时消耗由燃料电池组20产生的发电电力来进行工作的装置发挥功能。
与加热器81同样，辅机用逆变器82与将二次电池96和蓄电池转换器97连接的电力配线连接。辅机用逆变器82将直流转换为三相交流并向循环泵55以及制冷剂循环泵74供给电力。
在具备上述结构的燃料电池系统10中，当在低温环境下的启动时，例如当在FC温度为冰点下的状态下启动燃料电池组20的情况下，执行暖机运转。暖机运转是通过使空气化学计量比与通常运转时相比减少来使燃料电池组20以低效率发电而使废热量增大的运转。通过上述废热能够使燃料电池组20的温度迅速上升，能够在各单电池21中消除伴随着结冰的空气流路的堵塞。其中，“空气化学计量比”是指实际的供给阴极气体量相对于为了获得燃料电池组20的规定发电量所需的阴极气体量的比率。
在燃料电池系统10中，通过执行后述的动作点控制处理，由此即便是加热器81在暖机运转时发生了故障的情况，也能够抑制暖机运转时的动作点(输出电压以及输出电流)变得不稳定。“动作点不稳定”是指燃料电池组20的电压以及电流在短时间的期间频繁变化和在短时间的期间大幅度变化规定值以上中的至少一方成立的状态。
A2.动作点控制处理：
图4以及图5是表示在燃料电池系统10中执行的动作点控制处理的步骤的流程图。动作点控制处理是指决定燃料电池组20的目标动作点并以动作点成为该目标动作点的方式进行控制的处理。若进行了对于车辆的起动操作并指示了燃料电池系统10的运转开始，则执行动作点控制处理。
故障状态确定部613对加热器81是否正常进行判定(步骤S10)。在判定为加热器81正常的情况下(步骤S10：是)，目标动作点决定部611将燃料电池组20的功率指令值(以下，亦称为“FC功率指令值”)设定为请求功率(步骤S15)。“FC功率指令值”是指对于燃料电池组20指示的发电量。“请求功率”是指从在车辆中消耗电力的装置及其控制装置请求的电力量的合计值。控制装置60具有确定来自循环泵55、制冷剂循环泵74、加热器81等辅机类、负载200的请求发电量并求和来计算请求功率的未图示的功能部。在步骤S15中，意味着将对于燃料电池组20指示的发电量设定为辅机类、负载200等的合计请求发电量。
另一方面，当在步骤S10中判定为加热器81不正常的情况下(步骤S10：否)，目标动作点决定部611将FC功率指令值设定为从请求功率减去加热器81的消耗电力量所得的值(步骤S20)。
目标动作点决定部611求出燃料电池组20的电压目标值B(步骤S25)。电压目标值B相当于加热器81发生故障的状态的电压目标值。目标动作点决定部611将在上述步骤S20中求出的燃料电池组20的FC功率指令值与发热量请求值应用至下述式(1)来计算电压目标值B。其中，对发热量请求值而言，若是暖机运转时则是指为了使燃料电池组20升温所需的发热量的请求值。控制装置60具有求出暖机运转时的发热量请求值的功能部。该功能部例如能够使用由外部空气温度传感器38检测的外部空气温度、FC温度(由FC温度传感器73检测的冷却介质温度)来求出发热量请求值。下述式(1)中的“理论电动势”例如为1.23V等固定值，被预先存储于存储器62。
电压目标值B＝功率指令值/{(功率指令值+发热量请求值)/(理论电动势×单电池片数)}···(1)
目标动作点决定部611求出燃料电池组20的电压目标值A(步骤S30)。电压目标值A相当于加热器81未发生故障的状态的电压目标值。目标动作点决定部611将在上述步骤S15中求出的燃料电池组20的功率指令值亦即“请求功率”和发热量请求值应用至下述式(2)来计算电压目标值A。其中，发热量请求量以及理论电动势与上述式(1)相同。
电压目标值A＝请求功率/{(请求功率+发热量请求值)/(理论电动势×单电池片数)}···(2)
目标动作点决定部611对燃料电池组20的电压目标值A是否大于电压目标值B进行判定(步骤S35)。在判定为燃料电池组20的电压目标值A大于电压目标值B的情况下(步骤S35：是)，目标动作点决定部611将“电压目标值A”设定为燃料电池组20的电压目标值(以下，称为“FC电压目标值”)(步骤S40)。“FC电压目标值”是指目标动作点的电压值。另一方面，在判定为燃料电池组20的电压目标值A不大于电压目标值B的情况下(步骤S35：否)，目标动作点决定部611将“电压目标值B”设定为FC电压目标值(步骤S45)。
目标动作点决定部611求出燃料电池组20的电流目标值(以下，称为“FC电流目标值”)(步骤S50)。“FC电流目标值”是指目标动作点的电流值。目标动作点决定部611将FC功率指令值与FC目标电压值应用至下述式(3)来计算FC电流目标值。
FC电流目标值＝FC功率指令值/FC电压目标值···(3)
图6是表示因加热器81故障的有无引起的燃料电池组20的动作点的不同的说明图。在图6中，横轴表示FC电流值(A)，纵轴表示FC电压值(V)。在图6中，示出2条等功率曲线Lp1、Lp2和3条等发热量曲线Lq1、Lq2、Lq3。2条等功率曲线Lp1、Lp2中的等功率曲线Lp1表示了比等功率曲线Lp2大的功率(发电量)。例如，等功率曲线Lp1相当于未产生加热器81的故障的状态下的FC功率指令值，等功率曲线Lp2相当于产生了加热器81的故障的状态下的FC功率指令值。3条等发热量曲线Lq1、Lq2、Lq3依次表示从多到少的发热量。
在未产生加热器81的故障的状态下，当请求发热量为等发热量曲线Lq1所示的发热量的情况下，通过步骤S10～S50将图6所示的动作点E1决定为目标动作点。与此相对，在产生了加热器81的故障的状态下，将产生了加热器81的故障的状态下的FC功率指令值的等功率曲线Lp2上的、与动作点E1相同的FC目标电压的动作点E2决定为目标动作点。该动作点E2可以称为满足相对于动作点E1(在未产生加热器81的故障的状态下决定的目标动作点)降低了请求电力量所得的电力量亦即故障时请求电力量和降低了请求发热量所得的发热量亦即故障时请求发热量的动作点。一边与在图7的比较例中决定的目标动作点进行比较一边对将这样的动作点E2设定为目标动作点的效果进行说明。其中，动作点E1相当于本公开中的“在未确定电力消耗装置的故障的状况下决定的暖机目标动作点”，动作点E2相当于本公开中的“故障时目标动作点”。“故障时目标动作点”在图6中相当于满足对降低了暖机时请求电力量所得的故障时请求电力量进行表示的等功率曲线Lp2和对降低了暖机时请求发热量所得的故障时请求发热量进行表示的等发热量曲线Lq2的动作点E2。
图7是在比较例中表示因加热器81的故障的有无引起的燃料电池组20的动作点的不同的说明图。由于图7的纵轴以及横轴与图6的纵轴以及横轴相同，所以省略其详细的说明。在比较例中，目标动作点被决定为均满足请求功率与请求发热量的动作点。因此，如图7所示，在未产生加热器81的故障的情况下，与图6同样将目标动作点设定为动作点E1。与此相对，在产生了加热器81的故障的情况下，在比较例中，将目标动作点设定为等功率曲线Lp2与等发热量曲线Lq1的交点的动作点E3。该动作点E3的FC电压目标值低于上述的动作点E2的FC电压目标值。因此，若以成为该目标动作点的方式调整供给至燃料电池组20的空气量，则特别在暖机运转执行中且空气化学计量比低的状态下，成为向燃料电池组20的供给空气量极其少的状态。若供给空气量这样极其少，则在燃料电池组20的阴极中产生的泵送氢(Pumping hydrogen)的量增大，存在从排出气体配管306向外部排出的气体中的氢气的浓度增大这一问题。“泵送氢”是指在阳极中离子化了的氢气通过经由电解质膜向阴极移动并与电子再次结合而产生的氢气。除此之外，若向燃料电池组20的供给空气量变得极其少，则燃料电池组20的动作点(输出电压以及输出电流)不稳定，还存在燃料电池组20的控制变得不容易这一问题。使用图8对该问题进行说明。
图8是表示与空气化学计量比的变化对应的燃料电池组20的电压(FC电压)的变化的说明图。在图8中，横轴表示空气化学计量比，纵轴表示FC电压。在图8中，示出了表示空气化学计量比与FC电压的关系的3条曲线I1、I2、I3。对这3条曲线I1～I3而言，燃料电池组20的输出电流值彼此不同。具体而言，输出电流值按照曲线I1、曲线I2、曲线I3的顺序逐渐变大。即，曲线I1的输出电流值最小，曲线I3的输出电流值最大。
在所有的曲线I1～I3中，FC电压的变化相对于空气化学计量比的变化的比例(以下，亦简称为“变化比例”)均随着空气化学计量比变大而变小。换言之，该变化比例亦可以称为“改变了空气化学计量比的情况下的燃料电池组20的输出电压的变化相对于单位量的变化的比例”。在变化比例小的情况下，即便实际的空气化学计量比偏离目标值，实际的输出电压与目标值的偏离量也比较小。与此相对，在变化比例大的情况下，当实际的空气化学计量比偏离目标值的情况下，实际的输出电压与目标值的偏离量比较大。换言之，相对于FC电压的空气化学计量比灵敏度变大。因此，动作点的维持变困难，电力收支劣化。“电力收支劣化”是指无法供给所需的电力、发出无法消耗的程度的电力。若发出无法消耗的程度的电力，则存在产生向二次电池96的过充电的担忧。而且，该情况下，在二次电池96的阴极中析出锂金属，存在使二次电池96的劣化加速的担忧。
这里，图8中的点Po1是与图6以及图7所示的动作点E1对应的点。同样，图8中的点Po2是与图6所示的动作点E2对应的点，图8中的点Po3是与图7所示的动作点E3对应的点。而且，对于这3个点Po1～Po3处的变化比例(斜率)而言，在点Po1处最小，在点Po2处第2小，在点Po3处最大。因此，根据本实施方式，与比较例相比能够减小变化比例，能够使动作点(电压以及电流)的稳定性(维持性)提高、使燃料电池组20的控制容易。
若上述的步骤S50结束，则如图5所示，执行步骤S55。在步骤S55中，运转控制部612对所选择的变速挡是否为驻车(P)进行判定。在本实施方式中，运转控制部612通过对被搭载于车辆的控制变速挡的ECU询问当前所选择的变速挡，来执行步骤S55。
在判定为所选择的变速挡是驻车(P)的情况下(步骤S55：是)，处理进入至步骤S60。若判定为所选择的变速挡不是驻车的情况下(步骤S55：否)，处理进入至步骤S65。在变速挡是驻车的情况下，车辆停止，与驾驶员的操作相伴的燃料电池组20的动作点的变动很少。
在步骤S60中，运转控制部612对由电压传感器91测定出的测定电压亦即FC电压值(以下，称为“FC电压测定值”)是否大于阈值电压进行判定。预先通过实验等求出步骤S60的阈值电压并将其设定为与残存于燃料电池组20、阴极供给配管302的内部的氧量为规定量以上的情况对应的输出电压。另外，预先通过实验等求出该残存的氧量的“规定量”并将其设定为与在降低了空气化学计量比的状况下残存氧量为零的情况相比输出电压的偏离成为规定电压值以上的氧量。当在燃料电池组20、阴极供给配管302的内部残存有氧的情况下，即便使阴极反应气体的供给量降低，发电量也不比未残存有氧的情况降低，FC电压不降低。
在判定为FC电压测定值大于阈值电压的情况下(步骤S60：是)，运转控制部612执行实际电压控制处理(步骤S70)。实际电压控制是以FC电压测定值接近FC目标电压值的方式调整空气化学计量比的控制。其中，此时利用FC转换器95从燃料电池组20引出的电流值(FC电流指令值)通过下述式(4)计算。
FC电流指令值＝(FC电流目标值×FC电压目标值)/FC电压测定值···(4)
例如，在FC电压测定值小于FC目标电压值的情况下，以它们的差量越大则空气化学计量比越大的方式增大空气压缩机33的转速、减小旁通阀39的开度来调整。通过进行这样的实际电压控制，从而即便在燃料电池组20、阴极供给配管302的内部存在残存氧的情况下，也与后述的通常控制不同不基于空气化学计量比进行控制，因而例如在开始将空气化学计量比缩小的暖机运转的情况下，能够将期望的FC电压目标值与实际的FC电压值的偏离抑制得小。在步骤S70结束后，处理返回至步骤S10。
在上述的步骤S60中，当判定为FC电压测定值不大于阈值电压的情况下(步骤S60：否)，运转控制部612执行通常控制(步骤S75)。通常控制是指将FC电流目标值与FC电压目标值应用至下述式(5)来求出FC电流指令值，并以成为与该FC电流指令值对应的空气化学计量比的方式调整空气压缩机33的转速、旁通阀39的开度。
FC电流指令值＝(FC电流目标值×FC电压目标值)/FC电压目标值···(5)
这里，在存储器62中预先存储有预先设定了与空气化学计量比对应的空气压缩机33的转速、旁通阀39的开度的映射，在步骤S75中，运转控制部612参照该映射来决定空气压缩机33的转速、旁通阀39的开度。在该映射中，以在燃料电池组20以及阴极供给配管302的内部不存在残存氧的前提下，将空气化学计量比与空气压缩机33的转速以及旁通阀39的开度建立对应。因此，在燃料电池组20的输出电压为阈值电压以下的情况下，通过进行利用了上述映射的控制，能够将期望的FC电压目标值与实际的输出电压值的偏离抑制得小。在步骤S75结束后，处理返回至步骤S10。
在上述的步骤S55中，当判定为所选择的变速挡不是驻车(P)的情况下(步骤S55：否)，运转控制部612对FC电压目标值与由电压传感器91测定出的电压(FC电压测定值)的电压差是否大于阈值电压差进行判定(步骤S65)。在判定为差量电压大于阈值电压差的情况下(步骤S65：是)，执行上述的步骤S70。在所选择的变速挡不是驻车的情况下，例如在是前进(D)的情况下，动作点可能根据驾驶员的操作而大幅且频繁地变动。因此，电力收支劣化，可能发生对二次电池96的过充电。鉴于此，该情况下，以至少输出电压值不大幅度偏离FC电压目标值的方式进行实际电压控制。
与此相对，在判定为差量电压不大于阈值电压差的情况下(步骤S65：否)，执行上述的步骤S75，执行通常控制。
根据以上说明的第1实施方式中的燃料电池系统10，将加热器81发生故障的状态下的暖机运转时的目标动作点决定为满足降低了暖机时请求电力量所得的故障时请求电力量和降低了暖机时请求发热量所得的故障时请求发热量的动作点。因此，与将维持暖机时请求发热量不变而降低了暖机时请求电力量所得的动作点决定为新的暖机目标动作点、并以成为该暖机目标动作点的方式使燃料电池运转的结构(比较例)相比，能够抑制使空气化学计量比过度减少。因此，不必使燃料电池在相对于输出电压的空气化学计量比灵敏度更大的动作点动作，能够提高故障时目标动作点下的稳定性、即能够提高将输出电压以及输出电流维持为暖机目标动作点的值的容易度。因此，在能够消耗通过暖机运转而产生的电力的电力消耗装置发生了故障的状况下，能够抑制燃料电池的输出电压以及输出电流变得不稳定。
另外，由于在所选择的变速挡为驻车状态且FC电压测定值大于预先决定的阈值电压的情况、和所选择的变速挡不是驻车(是前进状态)且FC电压目标值与FC电压测定值的电压差大于预先决定的阈值电压差的情况下，执行实际电压控制，所以能够抑制燃料电池组20的输出电压与FC电压目标值的偏离过度变大。
另外，由于在所选择的变速挡为驻车状态且FC电压测定值不大于预先决定的阈值电压的情况、和选所择的变速挡不是驻车(是前进)且FC电压目标值与FC电压测定值的电压差不大于预先决定的阈值电压差的情况下，执行通常控制，所以能够高精度地使动作点接近目标动作点。
B.第2实施方式：
B1.系统构成：
图9是表示作为第2实施方式的燃料电池系统10a的简要结构的说明图。第2实施方式的燃料电池系统10a在CPU61还作为增减限制部614执行的点上与第1实施方式的燃料电池系统10不同。由于第2实施方式的燃料电池系统10a中的其他结构与第1实施方式的燃料电池系统10相同，因而对相同的结构标注相同的附图标记，并省略其详细的说明。
增减限制部614限制针对燃料电池组20的请求功率(请求电力量)的增减。更具体而言，本实施方式的增减限制部614通过限制针对负载200的电力供给来限制请求功率的增减。通过限制针对负载200的电力供给，来限制负载200的驱动即未图示的牵引马达的驱动，限制车辆的动作(运转)。由此，能够限制伴随着车辆的动作的请求功率的增减。针对负载200的电力供给的限制能够通过在DC/AC逆变器98中切断向负载200的电力供给来实现。在本实施方式中，在车辆中将允许从燃料电池组20对负载200供给电力的状态设定为“准备完毕”，设置有表示是否为该准备完毕状态的用户界面。作为该用户界面，例如可举出仪表板的规定灯、显示部等。驾驶员通过观察该规定灯的点亮、显示部中的“准备完毕”的字符串的显示而知晓车辆为准备完毕状态、即成为能够实现车辆的运转的状态。在FC温度高于冰点而不执行暖机运转的状况下的启动时，当FC温度为规定温度(以下，称为“准备完毕就绪温度(Ready-on temperature)”)以上的情况下，准备完毕状态被允许。在本实施方式中，准备完毕就绪温度被设定为启动时的FC温度越低则越高的温度。另一方面，在FC温度为冰点以下而执行暖机运转的情况下，执行后述的准备完毕允许控制处理，通过该处理来决定准备完毕状态的允许与否。其中，在第2实施方式的燃料电池系统10a中，与第1实施方式的燃料电池系统10同样地执行动作点控制处理。
B2.准备完毕允许控制处理：
图10是表示第2实施方式中的准备完毕允许控制处理的步骤的流程图。准备完毕允许控制处理是用于控制是否允许车辆中的准备完毕状态的处理。在暖机运转开始后，执行准备完毕允许控制处理。
故障状态确定部613对加热器81是否正常进行判定(步骤S100)。由于该步骤S100与上述的动作点控制处理的步骤S10相同，所以省略其详细的步骤的说明。
在判定为加热器81正常的情况下(步骤S100：是)，运转控制部612对FC温度是否达到准备完毕就绪温度进行判定(步骤S105)。在判定为FC温度未达到准备完毕就绪温度的情况下(步骤S105：否)，处理返回至步骤S100。另一方面，在判定为FC温度达到准备完毕就绪温度的情况下(步骤S105：是)，运转控制部612使准备完毕允许的标志有效(步骤S115)。在步骤S115之后，处理返回至步骤S100。因此，该情况下，伴随着准备完毕允许的标志变为有效，可成为准备完毕状态。另外，增减限制部614停止针对负载200的电力供给的限制。另外，在用户界面中显示准备完毕状态，驾驶员知晓成为了准备完毕状态。然后，若驾驶员进行将变速挡变更为前进(D)并踩踏加速踏板等操作，则可从燃料电池组20向负载200供给电力。
在步骤S100中，当判定为加热器81不正常的情况下(步骤S100：否)，运转控制部612对FC温度是否达到了暖机完成温度进行判定(步骤S110)。暖机完成温度是高于准备完毕就绪温度的温度。例如，准备完毕就绪温度为0℃，相对于此，暖机完成温度为65℃。在判定为FC温度未达到暖机完成温度的情况下(步骤S110：否)，处理返回至步骤S100。因而，该情况下，不执行步骤S115。因此，准备完毕允许的标志不变为有效，增减限制部614进行对负载200的电力供给的限制。与此相对，在判定为FC温度达到了暖机完成温度的情况下(步骤S110：是)，暖机运转结束，执行上述的步骤S115，将准备完毕允许标志设定为有效。
根据以上说明的第2实施方式的燃料电池系统10a，起到与第1实施方式的燃料电池系统10同样的效果。除此之外，在加热器81发生故障的情况下，能够限制请求功率的增减直至FC温度达到比准备完毕就绪温度高的暖机完成温度为止。因此，能够限制动作点的变化，能够抑制启动时的电压以及电流变得不稳定。除此之外，在加热器81发生故障时，能够使直至成为准备完毕状态为止的时间比加热器81正常时长而给驾驶员带来不适感。因此，能够使驾驶员意识到产生了某些异常，例如能够带来向车辆的经销商、修理厂等联系异常的契机。
C.其他实施方式：
(C1)在各实施方式的燃料电池系统10、10中，产生了加热器81的故障的情况下的目标动作点(故障时目标动作点、动作点E2)是通过动作点控制处理相对于加热器81正常的情况下的动作点(动作点E1)维持电压不变并变更为不同的等功率曲线(除去了加热器81的消耗电力所得的合计请求功率的等功率曲线)上的点的动作点，但本公开并不限定此。也可以是除去了加热器81的消耗电力所得的请求功率的等功率曲线上的动作点，且是具有包括加热器81正常的情况下的动作点(例如动作点E1)的电压值的电压范围内的电压值的动作点。此时，预先决定的电压范围可以是满足下述条件I～条件V中的至少1个的电压范围。
(条件I)作为决定电压范围的上限值的条件，是如下的条件：若为上述上限值以下的电压，则抑制燃料电池组20的废热量的减少，不发生直至暖机完成为止的时间比规定时间长而导致便利性过度降低这一情况。
(条件II)作为决定电压范围的上限值的条件，是如下的条件：若为上述上限值以下的电压，则不发生直至暖机完成为止的时间比规定时间长而导致在各单电池21中催化剂层的空隙被在暖机运转中产生的生成水填埋规定比例以上这一情况。
(条件III)作为决定电压范围的上限值的条件，是如下的条件：在相对于请求发热量预先设定了规定的允许偏离范围的结构中，将燃料电池组20的废热量(发热量)实现上述规定的允许偏离范围的下限值的电压值作为电压范围的上限电压值。
(条件IV)作为决定电压范围的下限值的条件，是如下的条件：若为上述下限电压值以上的电压，则由于不过度缩小空气化学计量比，所以将在阴极产生的泵送氢气量被抑制为预先决定的阈值量以下，将排出至外部的氢气浓度抑制为规定浓度以下。
(条件V)作为决定电压范围的上限以及下限值的条件，是如下的条件：在以使燃料电池组20在故障时目标动作点动作的方式实现了阴极反应气体的流量的情况下，从该流量改变了阴极反应气体的流量的情况下的燃料电池组20的输出电压的变化相对于单位量的变化的比例(变化比例)为规定的阈值比例以下。
通过满足上述条件I，能够抑制燃料电池组20的输出电压以及输出电流在加热器81发生故障的状况下变得不稳定，并抑制伴随着直至暖机完成为止的时间变长这一情况的便利性的降低。
由于通过满足上述条件II，能够在各单电池21中抑制催化剂层的空隙被在暖机运转中产生的生成水填埋规定比例以上，所以能够抑制发生所谓的溢流而导致燃料电池组20的发电量降低。
通过满足上述条件III，能够抑制燃料电池组20的废热量(发热量)低于规定的允许偏离范围的下限值，能够抑制直至暖机完成为止的时间成为规定时间以上。
通过满足上述条件IV，可减少在阴极中产生的泵送氢量，将排出至外部的氢气浓度抑制为规定浓度以下。
通过满足上述条件V，能够将变化比例收敛到规定范围，能够抑制电力收支劣化。因此，在向二次电池96充电时以超过限制的电压进行充电，在阴极中析出的锂金属的析出量为规定量以下，能够抑制析出量多于规定量这一情况。
其中，图7所示的比较例的动作点E3的电压值成为从满足上述条件I～V的任一个电压范围脱离的电压值。换言之，在比较例中，均不满足上述条件I～V的任一条件。例如，动作点E3是在以使燃料电池组20在动作点E3动作的方式实现了阴极反应气体的流量的情况下从该流量改变了阴极反应气体的流量的情况下的燃料电池组20的输出电压的变化相对于单位量的变化的比例(变化比例)大于阈值比例那样的动作点。因此，产生直至暖机完成为止的时间过度变长、催化剂层的空隙被在暖机运转中产生的生成水填埋规定比例以上、无法降低在阴极中产生的泵送氢量、在阴极中析出的锂金属的量多于规定量等问题。与此相对，根据各实施方式以及本实施方式，能够抑制这些问题产生。
(C2)在各实施方式中，故障状态确定部613确定是否发生故障的“被预先决定的辅机”是加热器81，在动作点控制处理以及准备完毕允许控制处理中对上述加热器81是否正常进行了判定，但本公开并不限定于此。“被预先决定的辅机”可以是代替加热器81或者在加热器81的基础上具有循环泵55、制冷剂循环泵74等能够消耗通过燃料电池组20的发电而产生的电力的任意的装置。另外，可以在动作点控制处理以及准备完毕允许控制处理中对上述装置是否正常进行判定。在上述结构中，也起到与各实施方式同样的效果。
(C3)在第2实施方式中，增减限制部614通过限制对负载200的电力供给来限制请求功率的增减，但本公开并不限定于此。在计算出请求功率的结果是请求功率的变化量为规定的变动阈值以上的情况下，可以以使请求功率(请求功率指令值)的变动成为该变动阈值的方式修正请求功率。
(C4)第2实施方式的燃料电池系统10a与第1实施方式的燃料电池系统10同样地执行了动作点控制处理，但也可以不执行动作点控制处理。在上述结构中，也通过执行准备完毕允许控制处理，而能够在加热器81发生故障的情况下使准备完毕允许从无效的状态至有效的状态为止需要长时间，能够抑制其间的动作点(电压以及电流)的变动。另外，能够向驾驶员通知发生了某些异常。
(C5)在各实施方式的动作点控制处理中，可以省略步骤S55以及S65。在该结构中，即便在选择了任一变速挡的状态下，当由电压传感器91测定出的电压大于阈值电压的情况下，也执行实际电压控制(步骤S70)。因此，在该结构中，也能够抑制燃料电池组20的输出电压与FC电压目标值的偏离过度变大。
(C6)各实施方式中的燃料电池系统10、10的结构只不过是一个例子，能够实现各种变更。例如，燃料电池系统10、10可以代替车辆而被搭载于船舶、航空器等任意的移动体并向移动体中的驱动装置供给电力来使用。另外，也可以作为固定型电源而被使用。另外，构成燃料电池组20的各单电池21是固体高分子型燃料电池用的单电池，但也可以构成为磷酸型燃料电池、熔融碳酸盐型燃料电池、固体氧化物型燃料电池等各种燃料电池用的单电池。
(C7)在各实施方式中，可以将通过硬件实现的结构的一部分置换为软件，也可以反过来将通过软件实现的结构的一部分置换为硬件。例如，也可以通过集成电路、分立电路或者组合这些电路的模块来实现控制装置60的至少一部分的功能部。另外，在本公开的功能的一部分或者全部由软件实现的情况下，该软件(计算机程序)能够以被储存于计算机可读取的记录介质的形式提供。“计算机可读取的记录介质”并不局限于软盘、CD－ROM那样的便携式的记录介质，还包括各种RAM、ROM等计算机内的内部存储装置、硬盘等被固定于计算机的外部存储装置。即，“计算机可读取的记录介质”具有包括能够非暂时地固定数据包的任意记录介质的广泛含义。
本公开并不局限于上述的实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够以各种结构实现。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或者全部，与发明内容一栏记载的各方式中的技术特征对应的实施方式的技术特征能够适当地进行替换、组合。另外，只要该技术特征在本说明书中未被说明为是必需的，就能够适当地删除。

Claims (11)

1.一种燃料电池系统，其中，具备：
燃料电池，接受空气与燃料气体的供给来进行发电；
目标动作点决定部，在满足用于开始暖机运转的预先决定的条件的情况下，根据暖机时请求电力量与暖机时请求发热量来决定暖机目标动作点，该暖机目标动作点是由输出电压与输出电流规定的所述燃料电池在暖机运转时的动作点的目标；
运转控制部，通过控制所述输出电压与所述输出电流中的至少一方来使所述燃料电池在所述暖机目标动作点运转；以及
故障状态确定部，对消耗由所述燃料电池发出的发电电力来工作的电力消耗装置是否发生故障进行确定，
若确定出所述电力消耗装置的故障，则所述目标动作点决定部将满足降低了所述暖机时请求电力量所得的故障时请求电力量与降低了所述暖机时请求发热量所得的故障时请求发热量的动作点决定为故障时目标动作点。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，
所述故障时目标动作点的电压值是包括在未确定出所述电力消耗装置的故障的状况下满足所述条件的情况下所决定的所述暖机目标动作点的电压值的被预先决定的电压范围内的电压值，
所述电压范围是在使所述燃料电池在所述故障时目标动作点动作的状态下改变了空气化学计量比的情况下的所述输出电压的变化相对于所述空气化学计量比的单位量的变化的比例成为预先决定的阈值比例以下的电压值的范围。
3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中，
所述燃料气体是氢气，
所述电压范围的下限电压值是在使所述燃料电池在所述故障时目标动作点动作的情况下在所述燃料电池的阴极产生的氢气量成为预先决定的阈值量以下的电压值。
4.根据权利要求2或3所述的燃料电池系统，其中，
具备能够蓄积所述发电电力的锂离子二次电池，
所述电压范围的下限电压值是在使所述燃料电池在所述故障时目标动作点动作且将所述发电电力供给至所述锂离子二次电池的情况下所述锂离子二次电池的阴极中的锂金属的析出量成为规定量以下的电压值。
5.根据权利要求2～4中任一项所述的燃料电池系统，其中，
对所述暖机时请求发热量预先设定有被预先决定的允许偏离范围，
所述电压范围的上限电压值是所述燃料电池的发热量实现所述允许偏离范围的下限值的电压值。
6.根据权利要求2～5中任一项所述的燃料电池系统，其中，
在所述暖机运转开始后，若所述燃料电池的温度达到预先决定的暖机完成温度，则所述运转控制部结束所述暖机运转，
所述燃料电池系统还具备在所述故障状态确定部确定为所述电力消耗装置发生故障的情况下限制所述暖机时请求电力量的增减直至所述暖机运转结束为止的增减限制部。
7.根据权利要求6所述的燃料电池系统，其中，
所述燃料电池系统被搭载于移动体，并向所述移动体中的驱动装置供给电力，
在所述故障状态确定部确定为所述电力消耗装置发生故障的情况下，所述增减限制部通过限制向所述驱动装置的电力供给直至所述暖机运转结束为止，来限制所述暖机时请求电力量的增减。
8.根据权利要求2～7中任一项所述的燃料电池系统，其中，
所述燃料电池系统被搭载于具有至少包括驻车与前进的多个变速挡的车辆，并向所述车辆的牵引马达供给电力，
所述燃料电池系统还具备测定所述输出电压的电压传感器，
在所选择的所述变速挡为驻车的情况下，当所述电压传感器的测定电压大于预先决定的阈值电压的情况下，所述运转控制部执行至少调整所述空气化学计量比以使由所述电压传感器测定的测定电压接近所述故障时目标动作点的电压值的实际电压控制处理。
9.根据权利要求8所述的燃料电池系统，其中，
在所选择的所述变速挡不为驻车的情况下，当所述故障时目标动作点的电压值与所述测定电压的差量电压大于预先决定的阈值电压差的情况下，所述运转控制部执行所述实际电压控制处理。
10.一种燃料电池系统的控制方法，该燃料电池系统包括接受空气与燃料气体的供给来进行发电的燃料电池，其中，所述燃料电池系统的控制方法具备：
在满足用于开始暖机运转的预先决定的条件的情况下，根据暖机时请求电力量与暖机时请求发热量来决定暖机目标动作点的工序，其中，所述暖机目标动作点是由输出电压与输出电流规定的所述燃料电池在暖机运转时的动作点的目标；
通过控制所述输出电压与所述输出电流中的至少一方来使所述燃料电池在所述暖机目标动作点运转的工序；
对消耗由所述燃料电池发出的发电电力来工作的电力消耗装置是否发生故障进行确定的工序；以及
若确定出所述电力消耗装置的故障，则将满足降低了所述暖机时请求电力量所得的故障时请求电力量与降低了所述暖机时请求发热量所得的故障时请求发热量的动作点决定为故障时目标动作点的工序。
11.一种非暂时性存储介质，储存为了对包括接受空气与燃料气体的供给来进行发电的燃料电池的燃料电池系统进行控制而能够由一个或者多个处理器执行、并且使所述一个或者多个处理器执行以下的功能的指令：
在满足用于开始暖机运转的预先决定的条件的情况下，根据暖机时请求电力量与暖机时请求发热量来决定暖机目标动作点的功能，其中，所述暖机目标动作点是由输出电压与输出电流规定的所述燃料电池在暖机运转时的动作点的目标；
通过控制所述输出电压与所述输出电流中的至少一方来使所述燃料电池在所述暖机目标动作点运转的功能；
对消耗由所述燃料电池发出的发电电力来工作的电力消耗装置是否发生故障进行确定的功能；以及
若确定出所述电力消耗装置的故障，则将满足降低了所述暖机时请求电力量所得的故障时请求电力量与降低了所述暖机时请求发热量所得的故障时请求发热量的动作点决定为故障时目标动作点的功能。
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