CN114962268A - 燃料电池系统、控制装置以及移动体 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及燃料电池系统、控制装置以及移动体。本发明的燃料电池系统是移动体用的燃料电池系统，其具有燃料电池、氧化剂气体供给系统以及控制部，上述氧化剂气体供给系统具备空气压缩机，上述空气压缩机具备转子、空气轴承以及壳体，上述控制部具备计测上述移动体的移动速度的移动速度探测部、和预测施加于上述移动体的加速度的加速度探测部，上述控制部判定上述加速度探测部预测到的加速度是否为规定的加速度阈值以上，在判定为上述加速度探测部预测到的加速度为上述加速度阈值以上的情况下，以上述空气压缩机的转速变为规定的第1转速以上的方式控制上述空气压缩机的转速。

Description

燃料电池系统、控制装置以及移动体
技术领域
本公开涉及燃料电池系统、控制装置以及移动体。
背景技术
燃料电池是在一个单电池或者将多个单电池(以下，存在记载为单元的情况)层叠而成的燃料电池组(以下，存在仅记载为电池堆的情况)中通过氢等燃料气体与氧等氧化剂气体的电化学反应而取出电能量的发电装置。此外，实际向燃料电池供给的燃料气体以及氧化剂气体多数情况是与无助于氧化·还原的气体的混合物。特别是氧化剂气体多数情况是包含氧的空气。
此外，以下，也存在不特别地区分而将燃料气体、氧化剂气体简称为“反应气体”或者“气体”的情况。另外，存在将单电池和层叠单电池而成的燃料电池组都称为燃料电池的情况。该燃料电池的单电池通常具备膜电极接合体(MEA：Membrane Electrode Assembly)。膜电极接合体具有在固体高分子型电解质膜(以下，也简称为“电解质膜”)的两面分别依次形成有催化剂层和气体扩散层(GDL、以下存在仅记载为扩散层的情况)的构造。因此，膜电极接合体存在被称为膜电极气体扩散层接合体(MEGA)的情况。单电池根据需要具有夹持该膜电极气体扩散层接合体的两面的两片隔离件。隔离件通常具有在与气体扩散层触碰的面形成有作为反应气体的流路的槽的构造。此外，该隔离件具有电子传导性，也作为发电的电气的集电体发挥功能。
在燃料电池的燃料极(阳极)，作为从气体流路和气体扩散层供给的燃料气体的氢(H2)通过催化剂层的催化剂作用而质子化，通过电解质膜并向氧化剂极(阴极)移动。同时生成的电子通过外部电路而做功，并向阴极移动。作为向阴极供给的氧化剂气体的氧(O2)在阴极的催化剂层与质子及电子反应而生成水。生成的水对电解质膜给予适度的湿度，多余的水透过气体扩散层，并被向系统外排出。
对搭载于燃料电池车辆(以下存在记载为车辆的情况)等移动体来使用的燃料电池系统进行了各种研究。例如在日本特开2007-299691中公开有燃料电池系统，该燃料电池系统为了减小最小转速下的空气压缩机中的消耗电力，在要求电力较小时，使用容量较小的空气压缩机，在要求电力较大时，使用容量较大的空气压缩机。
在日本特开2020-149778中公开有车辆，该车辆具备控制压缩机的动作的控制装置，压缩机具有空气轴承，控制装置与燃料电池是否在发电中无关地使压缩机驱动。
在国际公开2013/157488中公开有燃料电池系统，该燃料电池系统具备在处于能够通过空气轴承轴支承旋转轴的最小转速速度区域的情况下、在实际流量多于目标流量的情况下经由压力调整机构提高空气压力的机构、和调整加湿器与加湿器旁通路的流动的比例的氧化剂流动调整机构，根据向燃料电池的要求电流值来设定目标流量和目标压力，在实际流量多于目标流量时，在设定好的目标压力上加上规定值来设定新的目标压力。
在从燃料电池系统向燃料电池的要求输出为规定值以下的情况下，氧化剂气体的向燃料电池的需要量降低，因此一般使作为氧化剂气体的供给装置的空气压缩机(ACP)的马达转速降低。为了实现构成空气压缩机的马达的小型化、高耐久化、高输出高效率化，在马达部采用空气轴承(air bearing)的动向增加。在使用了空气轴承的空气压缩机中，由于是通过使转子(旋转体)旋转而在转子与壳体之间产生空气流并使转子上浮的机构，因此即使是向燃料电池的要求输出较小的情况，也需要用于使转子上浮的恒定以上的转速(最小转速)。另一方面，在使用了空气轴承的空气压缩机中，使空气轴承上浮所需的电力较大，因此在向燃料电池的要求输出较小的情况下，为了改善燃料效率，存在降低空气压缩机的转速这一需求。
在上述日本特开2007-299691中需要具备大小两个空气压缩机，在车辆的有限的搭载空间内是不利的要素。因此，可以考虑采取在一个空气压缩机中根据要求输出来控制转速的方法。但是，在设定转速这一方面，除了消耗电力以外，对于驾驶中的车辆前后左右方向上的G(在本公开中是指加速度。)，也需要考虑以比最小转速大的值设置使加速度G衰减的余量转速，以避免转子与壳体触碰。在具备空气轴承的空气压缩机中，没有结合根据来自外部的加速度G来切换转速的思想。另外，在结合该思想时，在施加了来自外部的加速度G后来不及进行转速切换，因此例如当在转速较小时施加加速度G而需要增大转速时，不能使加速度G衰减，而转子与壳体触碰，存在导致空气压缩机的损伤的担忧。
发明内容
本公开提供一种能够使空气压缩机的耐久性提高的燃料电池系统。
本公开的一个形态提供移动体用的燃料电池系统。上述燃料电池系统具有：燃料电池；氧化剂气体供给系统，构成为向上述燃料电池供给氧化剂气体；以及控制部。上述氧化剂气体供给系统具备空气压缩机，上述空气压缩机具备转子、空气轴承以及壳体。上述控制部具备构成为计测上述移动体的移动速度的移动速度探测部。上述控制部具备构成为预测施加于上述移动体的加速度G的加速度探测部。上述控制部构成为：判定上述加速度探测部预测到的加速度是否为规定的加速度阈值以上，在判定为上述加速度探测部预测到的加速度G为上述加速度阈值以上的情况下，以上述空气压缩机的转速变为规定的第1转速以上的方式控制上述空气压缩机的转速。
也可以构成为：在本公开的燃料电池系统的基础上，上述控制部判定上述空气压缩机的转速是否为规定的第2转速以上且不足上述第1转速，在判定为上述空气压缩机的转速为上述第2转速以上且不足上述第1转速的情况下，判定上述加速度探测部预测到的加速度是否为上述加速度阈值以上，在判定为上述加速度探测部预测到的加速度为上述加速度阈值以上的情况下，以上述空气压缩机的转速变为上述第1转速以上的方式控制上述空气压缩机的转速，在判定为上述加速度探测部预测到的加速度G不足上述加速度阈值的情况下，以上述空气压缩机的转速变为上述第2转速的方式控制上述空气压缩机的转速。
也可以构成为：在本公开的燃料电池系统的基础上，上述控制部判定上述移动速度探测部计测出的上述移动体的移动速度是否不足规定的第1移动速度，在判定为上述移动速度为上述第1移动速度以上的情况下，以上述空气压缩机的转速变为上述第1转速以上的方式控制上述空气压缩机的转速，在判定为上述移动速度不足上述第1移动速度的情况下，判定上述加速度探测部预测到的加速度G是否为上述加速度阈值以上，在判定为上述加速度探测部预测到的加速度为上述加速度阈值以上的情况下，以上述空气压缩机的转速变为上述第1转速以上的方式控制上述空气压缩机的转速。
也可以构成为：在本公开的燃料电池系统的基础上，在判定为上述加速度探测部预测到的加速度不足上述加速度阈值的情况下，上述控制部判定上述移动速度是否为比上述第1移动速度小的规定的第2移动速度以上，在判定为上述移动速度为上述第2移动速度以上的情况下，以上述空气压缩机的转速变为比上述第1转速小的规定的第3转速的方式控制上述空气压缩机的转速，在判定为上述移动速度不足上述第2移动速度的情况下，以上述空气压缩机的转速变为比上述第3转速小的规定的第2转速的方式控制上述空气压缩机的转速。
也可以构成为：在本公开的燃料电池系统的基础上，上述第2转速是上述移动体停止时所需的上述空气压缩机的最小转速。
也可以构成为：在本公开的燃料电池系统的基础上，上述第3转速是上述移动体的移动速度为上述第2移动速度以上并且不足上述第1移动速度时所需的上述空气压缩机的转速。
本公开的另一形态提供燃料电池系统的控制装置，该燃料电池系统构成为包括燃料电池、和具有空气压缩机并向上述燃料电池供给氧化剂气体的氧化剂气体供给系统，并搭载于移动体。该控制装置具备：移动速度探测部，构成为计测上述移动体的移动速度；和加速度探测部，构成为预测施加于上述移动体的加速度。上述控制装置构成为：判定上述加速度探测部预测到的加速度是否为规定的加速度阈值以上，在判定为上述加速度探测部预测到的加速度为上述加速度阈值以上的情况下，以上述空气压缩机的转速变为规定的第1转速以上的方式控制上述空气压缩机的转速。
本公开的另一形态提供具备上述燃料电池系统的移动体。
本公开的另一形态提供具备上述控制装置的移动体。
根据本公开的燃料电池系统，能够使空气压缩机的耐久性提高。
以下参考附图，对本发明的示例性实施例的特征、优点、以及技术和工业意义进行描述，在附图中，相同的附图标记表示相同的元件
附图说明
图1是表示本公开的燃料电池系统的一个例子的简要结构图。
图2是表示本公开的燃料电池系统的控制的一个例子的流程图。
图3是表示本公开的燃料电池系统的控制的另一个例子的流程图。
图4是表示本公开的燃料电池系统的控制的另一个例子的流程图。
具体实施方式
本公开的燃料电池系统是移动体用的燃料电池系统，其特征在于，上述燃料电池系统具有燃料电池、向上述燃料电池供给氧化剂气体的氧化剂气体供给系统、以及控制部，上述氧化剂气体供给系统具备空气压缩机，上述空气压缩机具备转子、空气轴承以及壳体，上述控制部具备计测上述移动体的移动速度的移动速度探测部，上述控制部具备预测施加于上述移动体的加速度G的加速度探测部，上述控制部判定上述加速度探测部预测到的加速度G是否为规定的加速度阈值G1以上，在判定为上述加速度探测部预测到的加速度G为上述加速度阈值G1以上的情况下，上述控制部以上述空气压缩机的转速变为规定的第1转速R1以上的方式控制上述空气压缩机的转速。
对于空气压缩机而言，移动体的移动时(移动速度为0km/hr以外时)的怠速转速例如是2万～3万转，移动体的停止时的转速(就位转速)例如是1万～2万转，在其间存在转速的余量。除了流量传感器、压力传感器、温度传感器、大气压传感器等的传感器误差、控制误差之外，该转速的余量是为了相对于来自外部的加速度G保持空气轴承负载量并防止由伴随着加速度G的衰减量不足的转子与壳体的接触引起的破损而存在的。作为产生加速度G的必要条件，在移动体为车辆的情况下，有坏路·波状路、路面干扰、轻碰撞、高速碰撞等。对于高速碰撞，当在燃料电池存在实际碰撞的损害的情况下，成为部件更换的讨论的对象。另一方面，在车辆的停止时(移动速度0km/hr时)，从必要条件中除去坏路·波状路、路面干扰。因此，当在车辆的停止时(移动速度0km/hr时)发生轻碰撞(例如25G以下)的情况下，需要防止由伴随着G的衰减量不足的转子与壳体的接触引起的空气压缩机的破损。
但是，在现有技术中，通过车辆ECU所具备的G传感器探测轻碰撞，其后，使空气压缩机的转速从车辆停止时的转速上升至车辆的移动时的怠速转速。因此，在轻碰撞探测后，因通信延迟、空气压缩机的响应性(从指令到响应的时间差)的问题而不能防止空气轴承负载量的不足。这是因为轻碰撞探测对空气压缩机的影响为数10msec级，而通信速度、空气压缩机的响应速度为100msec级，检测到轻碰撞后再进行应对，来不及防止空气压缩机的破损。另外，若增大空气轴承负载量，则车辆移动时的空气压缩机的最小转速降低，而在车辆停止时不能进一步降低空气压缩机的转速，从而移动体的燃料效率变差。
本公开的燃料电池系统使用加速度探测部来预测移动体的轻碰撞，若判断要发生轻碰撞，则使空气压缩机的转速从停止时的转速上升至移动时的转速。由此，能够确保用于空气压缩机的转子与壳体不会触碰的、通过空气轴承吸收由加速度G的影响产生的力所需的转速。因此，本公开的燃料电池系统能够在一个空气压缩机中考虑对燃料电池的要求输出和来自外部的加速度G，从而能够改善移动体的燃料效率、并且抑制由伴随着空气轴承的负载量不足的转子与壳体的接触引起的空气压缩机的破损的产生。另外，本公开的燃料电池系统不伴有追加部件就能够改善移动体的燃料效率，并且能够减少由空气压缩机引起的噪声、振动。
图1是表示本公开的燃料电池系统的一个例子的简要结构图。图1所示的燃料电池系统100具备燃料电池10、空气压缩机20、氧化剂气体供给流路21、氧化剂废气排出流路22、氧化剂气体压力调整阀23以及控制部50。此外，在图1中，仅图示氧化剂气体供给系统，省略其他的燃料气体系统、冷却系统等的图示。控制部50与空气压缩机20及氧化剂气体压力调整阀23电连接，并控制这些的驱动。
本公开的燃料电池系统是移动体用。作为移动体，只要是搭载燃料电池并以燃料电池的电力驱动的移动体，就不特别地限定。作为移动体，例如能够举出燃料电池车辆等车辆、无人驾驶飞机等飞行体、船舶、铁道、工程机械等。移动体也可以具备本公开的燃料电池系统。
本公开的燃料电池系统具有燃料电池、氧化剂气体供给系统、控制部。
燃料电池也可以仅具有一个单电池，也可以是作为将多个单电池层叠而成的层叠体的燃料电池组。单电池的层叠数并不特别地限定，例如可以是2～数百个，也可以是2～300个。燃料电池组也可以在单电池的层叠方向的两端具备端板。
燃料电池的单电池至少具备膜电极气体扩散层接合体。膜电极气体扩散层接合体依次具有阳极侧气体扩散层、阳极催化剂层、电解质膜、阴极催化剂层以及阴极侧气体扩散层。
阴极(氧化剂极)包括阴极催化剂层和阴极侧气体扩散层。阳极(燃料极)包括阳极催化剂层和阳极侧气体扩散层。将阴极催化剂层和阳极催化剂层统称为催化剂层。催化剂层例如也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载体等。作为催化剂金属，例如能够使用铂(Pt)、和由Pt与其他的金属构成的合金(例如混合了钴和镍等的Pt合金)等。作为电解质，也可以是氟类树脂等。作为氟类树脂，例如也可以使用全氟磺酸溶液等。上述催化剂金属担载于载体上，在各催化剂层，担载有催化剂金属的载体(催化剂担载载体)与电解质也可以混合存在。用于担载催化剂金属的载体例如能够举出一般出售的碳等碳材料等。
将阴极侧气体扩散层和阳极侧气体扩散层统称为气体扩散层。气体扩散层也可以是具有透气性的导电性部件等。作为导电性部件，例如能够举出碳布和碳纸等碳多孔体、和金属网及发泡金属等金属多孔体等。
电解质膜也可以是固体高分子电解质膜。作为固体高分子电解质膜，例如能够举出包含水分的全氟磺酸的薄膜等氟类电解质膜、和烃类电解质膜等。作为电解质膜，例如也可以是全氟磺酸膜(杜邦公司制)等。
单电池也可以根据需要具备夹持膜电极气体扩散层接合体的两面的两片隔离件。两片隔离件的一方是阳极侧隔离件，另一方是阴极侧隔离件。在本公开中，将阳极侧隔离件和阴极侧隔离件统称为隔离件。隔离件也可以具有用于使反应气体和制冷剂向单电池的层叠方向流通的供给孔和排出孔。作为制冷剂，为了防止低温时的冻结，例如能够使用乙二醇与水的混合溶液。供给孔能够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。排出孔能够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。隔离件可以具有一个以上的燃料气体供给孔，可以具有一个以上的氧化剂气体供给孔，可以具有一个以上的制冷剂供给孔，可以具有一个以上的燃料气体排出孔，可以具有一个以上的氧化剂气体排出孔，也可以具有一个以上的制冷剂排出孔。
隔离件也可以在与气体扩散层触碰的面具有反应气体流路。另外，隔离件也可以在与和气体扩散层触碰的面相反的一侧的面具有用于将燃料电池的温度保持恒定的制冷剂流路。在隔离件为阳极侧隔离件的情况下，可以具有一个以上的燃料气体供给孔，可以具有一个以上的氧化剂气体供给孔，可以具有一个以上的制冷剂供给孔，可以具有一个以上的燃料气体排出孔，可以具有一个以上的氧化剂气体排出孔，也可以具有一个以上的制冷剂排出孔，阳极侧隔离件可以在与阳极侧气体扩散层触碰的面具有使燃料气体从燃料气体供给孔向燃料气体排出孔流动的燃料气体流路，也可以在与和阳极侧气体扩散层触碰的面相反的一侧的面具有使制冷剂从制冷剂供给孔向制冷剂排出孔流动的制冷剂流路。
在隔离件是阴极侧隔离件的情况下，可以具有一个以上的燃料气体供给孔，可以具有一个以上的氧化剂气体供给孔，可以具有一个以上的制冷剂供给孔，可以具有一个以上的燃料气体排出孔，可以具有一个以上的氧化剂气体排出孔，也可以具有一个以上的制冷剂排出孔，阴极侧隔离件可以在与阴极侧气体扩散层触碰的面具有使氧化剂气体从氧化剂气体供给孔向氧化剂气体排出孔流动的氧化剂气体流路，也可以在与和阴极侧气体扩散层触碰的面相反的一侧的面具有使制冷剂从制冷剂供给孔向制冷剂排出孔流动的制冷剂流路。隔离件也可以是不透气的导电性部件等。作为导电性部件，例如也可以是将碳压缩而成为不透气的致密质碳、和冲压成型的金属(例如，铁、铝以及不锈钢等)板等。另外，隔离件也可以具备集电功能。
燃料电池组也可以具有各供给孔连通的入口歧管、和各排出孔连通的出口歧管等歧管。入口歧管能够举出阳极入口歧管、阴极入口歧管以及制冷剂入口歧管等。出口歧管能够举出阳极出口歧管、阴极出口歧管以及制冷剂出口歧管等。
在本公开中，将燃料气体和氧化剂气体统称为反应气体。向阳极供给的反应气体是燃料气体，向阴极供给的反应气体是氧化剂气体。燃料气体是主要含有氢的气体，也可以是氢。氧化剂气体也可以是氧、空气、干燥空气等。
氧化剂气体供给系统向燃料电池供给氧化剂气体。具体而言，氧化剂气体供给系统向燃料电池的阴极供给氧化剂气体。氧化剂气体供给系统具备空气压缩机。空气压缩机具备转子、空气轴承以及壳体。空气压缩机与控制部电连接。空气压缩机根据来自控制部的控制信号来控制其转子的转速。
氧化剂气体供给系统也可以具备氧化剂气体供给流路。氧化剂气体供给流路将空气压缩机与燃料电池的氧化剂气体入口连接。氧化剂气体供给流路使氧化剂气体从空气压缩机向燃料电池的阴极的供给成为可能。氧化剂气体入口也可以是氧化剂气体供给孔、阴极入口歧管等。
氧化剂气体供给系统也可以具备氧化剂废气排出流路。氧化剂废气排出流路与燃料电池的氧化剂气体出口连接。氧化剂废气排出流路使作为从燃料电池的阴极排出的氧化剂气体的氧化剂废气向外部的排出成为可能。氧化剂气体出口也可以是氧化剂气体排出孔、阴极出口歧管等。也可以在氧化剂废气排出流路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，通过控制部将氧化剂气体压力调整阀开阀，由此将作为反应完毕的氧化剂气体的氧化剂废气从氧化剂废气排出流路向外部排出。另外，也可以通过调整氧化剂气体压力调整阀的开度来调整向阴极供给的氧化剂气体压力(阴极压力)。
氧化剂气体供给系统也可以具备从氧化剂气体供给流路分支并绕过燃料电池来与氧化剂废气排出流路连接的旁通流路。也可以在旁通流路配置有旁通阀。旁通阀与控制部电连接，通过控制部将旁通阀开阀，由此在不需要氧化剂气体向燃料电池的供给的情况下，能够绕过燃料电池来将氧化剂气体从氧化剂废气排出流路向外部排出。
氧化剂气体供给系统也可以具备压力传感器。压力传感器检测氧化剂气体供给系统内的压力。压力传感器与控制部电连接。控制部也可以根据由压力传感器检测到的压力来推断空气压缩机的转速。压力传感器也可以配置于氧化剂气体供给流路的比空气压缩机靠下游的位置。压力传感器能够采用以往公知的压力计等。
氧化剂气体供给系统也可以具备温度传感器。温度传感器检测燃料电池的温度。燃料电池的温度也可以是在燃料电池中流动的制冷剂的温度。温度传感器与控制部电连接。控制部也可以根据由温度传感器检测到的燃料电池的温度来推断空气压缩机的转速。温度传感器也可以配置于氧化剂气体供给流路的比空气压缩机靠下游的位置。温度传感器能够采用以往公知的温度计等。
氧化剂气体供给系统也可以具备流量传感器。流量传感器检测氧化剂气体供给系统内的氧化剂气体的流量。流量传感器与控制部电连接。控制部也可以根据由流量传感器检测到的氧化剂气体的流量来推断空气压缩机的转速。流量传感器也可以配置于氧化剂气体供给流路的比空气压缩机靠上游的位置。流量传感器能够采用以往公知的流量计等。
作为燃料电池的燃料气体系统，燃料电池系统可以具备燃料气体供给部，可以具备燃料气体供给流路，也可以具备燃料废气排出流路。燃料气体供给部将燃料气体向燃料电池供给。具体而言，燃料气体供给部将燃料气体向燃料电池的阳极供给。作为燃料气体供给部，例如能够举出燃料箱等，具体而言能够举出液体氢罐、压缩氢罐等。燃料气体供给部与控制部电连接。燃料气体供给部也可以根据来自控制部的控制信号来控制燃料气体供给部的主截止阀的开闭，由此控制燃料气体的供给的ON/OFF。燃料气体供给流路将燃料电池的燃料气体入口与燃料气体供给部连接。燃料气体供给流路使燃料气体向燃料电池的阳极的供给成为可能。燃料气体入口也可以是燃料气体供给孔、阳极入口歧管等。燃料废气排出流路也可以与燃料电池的燃料气体出口连接。
燃料废气排出流路将作为从燃料电池的阳极排出的燃料气体的燃料废气向外部排出。燃料气体出口也可以是燃料气体排出孔、阳极出口歧管等。也可以在燃料废气排出流路具备燃料废气排出阀(排气排水阀)。燃料废气排出阀使将燃料废气和水分等向外部(系统外)排出成为可能。此外，外部可以是燃料电池系统的外部，也可以是移动体的外部。也可以构成为：燃料废气排出阀与控制部电连接，通过控制部控制燃料废气排出阀的开闭，由此调整燃料废气向外部的排出流量。另外，也可以通过调整燃料废气排出阀的开度来调整向阳极供给的燃料气体压力(阳极压力)。燃料废气也可以包括在阳极未反应而直接通过的燃料气体、和在阴极生成的生成水到达阳极的水分等，存在包括在催化剂层和电解质膜等生成的腐蚀物质、和也可以在扫气时向阳极供给的氧化剂气体等的情况。
作为燃料电池的冷却系统，燃料电池系统可以具备制冷剂供给部，也可以具备制冷剂循环流路。制冷剂循环流路与设置于燃料电池的制冷剂供给孔及制冷剂排出孔连通，使将从制冷剂供给部供给的制冷剂在燃料电池内外循环成为可能。制冷剂供给部与控制部电连接。根据来自控制部的控制信号来驱动制冷剂供给部。制冷剂供给部被控制部控制从制冷剂供给部向燃料电池供给的制冷剂的流量。由此，也可以控制燃料电池的温度。制冷剂供给部例如能够举出冷却水泵等。也可以在制冷剂循环流路设置有将冷却水的热散热的散热器。也可以在制冷剂循环流路设置有储存制冷剂的储备罐。
燃料电池系统也可以具备二次电池。二次电池(电池)只要能够充放电即可，例如能够举出镍氢二次电池、和锂离子二次电池等以往公知的二次电池。另外，二次电池也可以包括双电层电容器等蓄电元件。二次电池也可以是将多个串联连接而成的结构。二次电池向空气压缩机等供给电力。二次电池例如也可以从家庭用电源等移动体的外部的电源进行充电。也可以通过燃料电池的输出来对二次电池进行充电。二次电池的充放电也可以被控制部控制。
控制部在物理上例如具有CPU(中央运算处理装置)等运算处理装置、存储由CPU处理的控制程序和控制数据等的ROM(只读存储器)、主要作为用于控制处理的各种作业区域使用的RAM(随机存储器)等存储装置、以及输入输出接口。另外，控制部例如也可以是电子控制单元(ECU：Electronic Control Unit)等控制装置。控制部也可以与点火开关电连接，该点火开关也可以搭载于车辆等移动体。即使切断点火开关，控制部也可以通过外部电源来动作。
控制部具备计测移动体的移动速度的移动速度探测部。移动速度探测部能够采用以往公知的速度计等。在移动体为车辆的情况下，也可以将加速器开度视为移动速度，移动速度探测部也可以是加速器开度探测部。加速器开度探测部能够采用以往公知的加速器开度传感器等。
控制部具备预测施加于移动体的加速度G的加速度探测部。加速度探测部例如可以采用用于角传感器、间隙传感器等的超声波传感器、毫米波传感器、照相机以及3D-LIDAR等，也可以组合这些传感器来使用。作为加速度探测部，从降低成本的观点出发，也可以是超声波传感器或者照相机。
图2是表示本公开的燃料电池系统的控制的一个例子的流程图。加速度探测部预测加速度G。加速度G的预测可以在燃料电池系统启动时、具体而言、在移动体的点火开关的ON(IG-ON)时、移动体的移动时等始终进行，也可以每隔规定的时间反复进行。控制部判定加速度探测部预测到的加速度G是否为规定的加速度阈值G1以上。在判定为加速度探测部预测到的加速度G为加速度阈值G1以上的情况下，控制部以空气压缩机的转速变为规定的第1转速R1以上的方式控制空气压缩机的转速。其后，可以结束控制，也可以再度从最初反复控制。在第一次的控制后进行第二次以后的控制的时机并不特别地限定，可以一直反复，也可以每隔规定的时间反复。
加速度阈值G1也可以是预测到轻碰撞的值。作为轻碰撞，例如，也可以是25m/s2以下的加速度G。在移动体为车辆的情况下，加速度阈值G1也可以是在车辆的行驶中预测为通过坏路、波状路的值、预测为受到路面干扰的值、以及预测到轻碰撞的值等。此外，这些值也可以作为预先产生加速度G的必要条件而使与各情况对应的加速度阈值G1作为数据群存储于控制部。
第1转速R1也可以是移动体未停止时、即移动体的移动速度不是0时所需的空气压缩机的转速。第1转速R1也可以是移动体的移动速度为规定的慢行速度以上时所需的空气压缩机的转速。第1转速R1也可以是移动体的移动速度超过规定的慢行速度时所需的空气压缩机的转速。第1转速R1也可以是移动体通常运转时所需的空气压缩机的转速。第1转速R1也可以是移动体进行比通常运转速度快的高速运转时所需的空气压缩机的转速。慢行速度是移动体能够立即停止那样的速度，例如，可以是10km/h以下，也可以是5km/h以下。移动体通常运转时的移动速度也可以是超过规定的慢行速度的速度。移动体进行比通常运转速度快的高速运转时例如也可以是在移动体为车辆的情况下在高速道路行驶的情况等。在移动体是车辆的情况下，移动体进行高速运转时的移动速度例如可以是80km/h以上，也可以是100km/h以上。另外，也可以预先准备表示为了避免转子与壳体触碰而使加速度G衰减所需的空气压缩机的转速、与加速度G的关系的数据群，并根据该数据群来设定第1转速R1。
对于图2所示的控制而言，例如，当在移动体预测到来自外部的轻碰撞的情况下，以在轻碰撞前使空气压缩机的转速变为移动体的移动时所需的转速以上的方式使空气压缩机的转速增大，由此使在轻碰撞时施加的加速度G充分地衰减，从而能够抑制空气压缩机的破损的产生。
图3是表示本公开的燃料电池系统的控制的另一个例子的流程图。控制部判定空气压缩机的转速是否为规定的第2转速R2以上并且不足第1转速R1。在判定为空气压缩机的转速为第2转速R2以上并且不足第1转速R1的情况下，即在判定为空气压缩机的转速为第1转速R1以上的情况下，控制部也可以结束控制。在控制部判定为空气压缩机的转速为第2转速R2以上并且不足第1转速R1的情况下，加速度探测部预测加速度G。控制部判定加速度探测部预测到的加速度G是否为加速度阈值G1以上。在判定为加速度探测部预测到的加速度G为加速度阈值G1以上的情况下，控制部以空气压缩机的转速变为第1转速R1以上的方式控制空气压缩机的转速。另一方面，在判定为加速度探测部预测到的加速度G不足加速度阈值G1的情况下，控制部以空气压缩机的转速变为第2转速R2的方式控制空气压缩机的转速。其后，可以结束控制，也可以再度从最初反复控制。在第一次的控制后进行第二次以后的控制的时机并不特别地限定，可以一直反复，也可以每隔规定的时间反复。
第2转速R2也可以是移动体停止时所需的空气压缩机的最小转速。在该情况下，第1转速R1也可以是移动体未停止时所需的空气压缩机的最小转速。移动体停止时所需的空气压缩机的最小转速根据空气压缩机的性能适当地设定即可，可以是1万转以上，也可以是2万转以上。移动体未停止时所需的空气压缩机的最小转速根据空气压缩机的性能适当地设定即可，只要是比移动体停止时所需的空气压缩机的最小转速大的转速，就不特别地限定，可以是3万转以上，也可以是4万转以上。
对于图3所示的控制而言，例如，在移动体停止、或者能够近似为停止的情况下，当在移动体预测到来自外部的轻碰撞的情况下，在移动体的停止时的空气压缩机的转速以上并且不足移动体的移动时的空气压缩机的转速的状态下，在轻碰撞时不能使加速度G充分地衰减，存在转子与壳体接触而空气压缩机破损的可能性。因此，在预测到来自外部的轻碰撞的情况下，以在轻碰撞前使空气压缩机的转速变为移动体的移动时所需的空气压缩机的转速以上的方式使空气压缩机的转速增大，由此使在轻碰撞时施加的加速度G充分地衰减，从而能够抑制空气压缩机的破损的产生。另一方面，在未预测到来自外部的轻碰撞的情况下，从使燃料电池的燃料效率良好的观点出发，控制为移动体的停止时所需的空气压缩机的最小转速。此外，在移动体为车辆的情况下，能够近似为移动体停止的情况例如能够举出将齿轮设定为驻车档的情况等。
作为轻碰撞的事例，能够举出当本车辆在停车场怠速停止的状态(车速为0km/hr但IG-on的状态)下对象车辆假设以30km/hr与本车辆轻碰撞的情况等。在该情况下，若因通信延迟而将使转速从本车辆的停止时的空气压缩机的最小转速增大至本车辆的移动时的空气压缩机的最小转速为止的时间假定为100msec，则在与其他车辆的距离变为0.83m以下前预测到要与其他车辆碰撞，若使空气压缩机的转速增大，则能够在碰撞的瞬间使空气压缩机的转速增大至移动时的空气压缩机的最小转速以上。
图4是表示本公开的燃料电池系统的控制的另一个例子的流程图。移动速度探测部在规定的时机计测移动体的移动速度。移动速度探测部计测移动体的移动速度的时机并不特别地限定，可以每隔规定的时间计测，也可以一直计测。控制部判定移动速度探测部计测出的移动体的移动速度是否不足规定的第1移动速度V1。在判定为移动速度为第1移动速度V1以上的情况下，控制部以空气压缩机的转速变为第1转速R1以上的方式控制空气压缩机的转速。另一方面，在控制部判定为移动速度不足第1移动速度V1的情况下，加速度探测部预测加速度G。控制部判定加速度探测部预测到的加速度G是否为加速度阈值G1以上。在判定为加速度探测部预测到的加速度G为加速度阈值G1以上的情况下，控制部以空气压缩机的转速变为第1转速R1以上的方式控制空气压缩机的转速。另一方面，在判定为加速度探测部预测到的加速度G不足加速度阈值G1的情况下，控制部判定移动速度是否为比第1移动速度V1小的规定的第2移动速度V2以上。在判定为移动速度为第2移动速度V2以上的情况下，控制部以空气压缩机的转速变为比第1转速R1小的规定的第3转速R3的方式控制空气压缩机的转速。在判定为移动速度不足第2移动速度V2的情况下，控制部以空气压缩机的转速变为比第3转速R3小的规定的第2转速R2的方式控制空气压缩机的转速。其后，可以结束控制，也可以再度从最初反复控制。在第一次的控制后进行第二次以后的控制的时机并不特别地限定，可以一直反复，也可以每隔规定的时间反复。
这里，第3转速R3也可以是移动体的移动速度为第2移动速度V2以上并且不足第1移动速度V1时所需的空气压缩机的转速。在设定第3转速R3的情况下，第1转速R1也可以是移动体的移动速度为第1移动速度V1以上时所需的空气压缩机的转速。在设定第3转速R3的情况下，第2转速R2也可以是移动体的移动速度不足第2移动速度V2时所需的空气压缩机的转速。即转速由小到大依次是第2转速R2、第3转速R3、第1转速R1(R2＜R3＜R1)。
第1移动速度V1例如也可以是移动体以规定的慢行速度慢行运转时的移动速度。在该情况下，第2移动速度V2也可以是移动体未停止时的移动速度以上并且不足慢行速度。在该情况下，第1转速R1也可以是移动体慢行运转时所需的空气压缩机的转速。在该情况下，第3转速R3也可以是移动体为未停止时的移动速度以上并且不足慢行速度时所需的空气压缩机的转速。在该情况下，第2转速R2也可以是移动体停止时所需的空气压缩机的最小转速。
第1移动速度V1例如也可以是移动体通常运转时的移动速度。在该情况下，第2移动速度V2可以是移动体未停止时的移动速度以上并且不足移动体通常运转时的移动速度，也可以是移动体的移动速度的规定的慢行速度以上并且不足移动体通常运转时的移动速度。在该情况下，第1转速R1也可以是移动体通常运转时所需的空气压缩机的转速。在该情况下，第3转速R3可以是移动体为未停止时的移动速度以上并且不足移动体通常运转时的移动速度时所需的空气压缩机的转速，也可以是移动体的移动速度为规定的慢行速度以上并且不足移动体通常运转时的移动速度时所需的空气压缩机的转速。在该情况下，第2转速R2也可以是移动体停止时所需的空气压缩机的最小转速。
第1移动速度V1例如也可以是移动体进行比通常运转速度快的高速运转时的移动速度。在该情况下，第2移动速度V2可以是移动体未停止时的移动速度以上并且不足移动体高速运转时的移动速度，也可以是移动体的移动速度的规定的慢行速度以上并且不足移动体高速运转时的移动速度。在该情况下，第1转速R1也可以是移动体高速运转时所需的空气压缩机的转速。在该情况下，第3转速R3可以是移动体为未停止时的移动速度以上并且不足移动体高速运转时的移动速度时所需的空气压缩机的转速，也可以是移动体的移动速度为规定的慢行速度以上并且不足移动体高速运转时的移动速度时所需的空气压缩机的转速。在该情况下，第2转速R2也可以是移动体停止时所需的空气压缩机的最小转速。
对于图4所示的控制而言，例如，在移动体为车辆的情况下，在预测为在车辆的行驶中通过坏路、波状路的情况、预测为受到路面干扰的情况、以及预测到轻碰撞的情况下等，能够根据车辆的移动速度控制空气压缩机的转速，并且能够抑制由空气压缩机的转速不足造成的空气压缩机的破损的产生。具体而言，在预测为在车辆的行驶中通过坏路、波状路的情况、预测为受到路面干扰的情况、以及预测到轻碰撞的情况下，控制为作为使加速度G衰减所需的转速的第1转速R1来抑制空气压缩机的损伤的产生。在未预测到这些情况的行驶时，控制为作为在行驶时所需的最小转速的第3转速R3来使车辆的燃料效率提高。在未预测到这些情况的车辆的停止时，控制为第2转速R2来使车辆的燃料效率提高。
加速度探测部中的坏路、波状路以及路面干扰等的有无的预测例如也可以基于将路面信息、车道信息、道路施工预定等与GPS、3D地图组合而成的路面预测信息来进行。作为路面干扰，例如能够举出行驶时的路面间隙等。例如也可以构成为：在下坡路的行驶的情况下，若在下坡路中没有路面间隙，则判定为预测到的加速度G不足加速度阈值G1，在进入至下坡路前使空气压缩机的转速从第1转速R1减少至第3转速R3，从而减小空气压缩机的消耗电力。另一方面，当在下坡路中存在路面间隙的情况下，判定为伴随着越过路面间隙的预测加速度G为加速度阈值G1以上，在进入至下坡路前使空气压缩机的转速从第3转速R3增大至第1转速R1，由此能够抑制空气压缩机的破损的产生。
根据以上所述，若是本公开的燃料电池系统，则无论是在移动体的移动中还是在停止中，都能够使用一个空气压缩机来使移动体的燃料效率变得良好，并且能够使空气压缩机的耐久性提高。

Claims (14)

1.一种燃料电池系统，是移动体用的燃料电池系统，其特征在于，
该燃料电池系统具有：
燃料电池；
氧化剂气体供给系统，构成为向所述燃料电池供给氧化剂气体；以及
控制部，
其中，
所述氧化剂气体供给系统具备空气压缩机，
所述空气压缩机具备转子、空气轴承以及壳体，
所述控制部具备构成为计测所述移动体的移动速度的移动速度探测部、和构成为预测施加于所述移动体的加速度的加速度探测部，
所述控制部构成为：
判定所述加速度探测部预测到的加速度是否为规定的加速度阈值以上，
在判定为所述加速度探测部预测到的加速度为所述加速度阈值以上的情况下，以所述空气压缩机的转速变为规定的第1转速以上的方式控制所述空气压缩机的转速。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述控制部构成为：
判定所述空气压缩机的转速是否为规定的第2转速以上且不足所述第1转速，
在判定为所述空气压缩机的转速为所述第2转速以上且不足所述第1转速的情况下，判定所述加速度探测部预测到的加速度是否为所述加速度阈值以上，
在判定为所述加速度探测部预测到的加速度为所述加速度阈值以上的情况下，以所述空气压缩机的转速变为所述第1转速以上的方式控制所述空气压缩机的转速，
在判定为所述加速度探测部预测到的加速度不足所述加速度阈值的情况下，以所述空气压缩机的转速变为所述第2转速的方式控制所述空气压缩机的转速。
3.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述控制部构成为：
判定所述移动速度探测部计测出的所述移动体的移动速度是否不足规定的第1移动速度，
在判定为所述移动速度为所述第1移动速度以上的情况下，以所述空气压缩机的转速变为所述第1转速以上的方式控制所述空气压缩机的转速，
在判定为所述移动速度不足所述第1移动速度的情况下，判定所述加速度探测部预测到的加速度是否为所述加速度阈值以上，
在判定为所述加速度探测部预测到的加速度为所述加速度阈值以上的情况下，以所述空气压缩机的转速变为所述第1转速以上的方式控制所述空气压缩机的转速。
4.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述控制部构成为：
在判定为所述加速度探测部预测到的加速度不足所述加速度阈值的情况下，判定所述移动速度是否为比第1移动速度小的规定的第2移动速度以上，
在判定为所述移动速度为所述第2移动速度以上的情况下，以所述空气压缩机的转速变为比所述第1转速小的规定的第3转速的方式控制所述空气压缩机的转速，
在判定为所述移动速度不足所述第2移动速度的情况下，以所述空气压缩机的转速变为比所述第3转速小的规定的第2转速的方式控制所述空气压缩机的转速。
5.根据权利要求2或4所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述第2转速是所述移动体停止时所需的所述空气压缩机的最小转速。
6.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述第3转速是所述移动体的移动速度为所述第2移动速度以上并且不足所述第1移动速度时所需的所述空气压缩机的转速。
7.一种控制装置，是燃料电池系统的控制装置，该燃料电池系统构成为搭载于移动体，并包括燃料电池、和具有空气压缩机并向所述燃料电池供给氧化剂气体的氧化剂气体供给系统，其特征在于，
该控制装置具备：
移动速度探测部，构成为计测所述移动体的移动速度；和
加速度探测部，构成为预测施加于所述移动体的加速度，
其中，
所述控制装置构成为：
判定所述加速度探测部预测到的加速度是否为规定的加速度阈值以上，
在判定为所述加速度探测部预测到的加速度为所述加速度阈值以上的情况下，以所述空气压缩机的转速变为规定的第1转速以上的方式控制所述空气压缩机的转速。
8.根据权利要求7所述的控制装置，其特征在于，
所述控制装置构成为：
判定所述空气压缩机的转速是否为规定的第2转速以上且不足所述第1转速，
在判定为所述空气压缩机的转速为所述第2转速以上且不足所述第1转速的情况下，判定所述加速度探测部预测到的加速度是否为所述加速度阈值以上，
在判定为所述加速度探测部预测到的加速度为所述加速度阈值以上的情况下，以所述空气压缩机的转速变为所述第1转速以上的方式控制所述空气压缩机的转速，
在判定为所述加速度探测部预测到的加速度不足所述加速度阈值的情况下，以所述空气压缩机的转速变为所述第2转速的方式控制所述空气压缩机的转速。
9.根据权利要求7所述的控制装置，其特征在于，
所述控制装置构成为：
判定所述移动速度探测部计测出的所述移动体的移动速度是否不足规定的第1移动速度，
在判定为所述移动速度为所述第1移动速度以上的情况下，以所述空气压缩机的转速变为所述第1转速以上的方式控制所述空气压缩机的转速，
在判定为所述移动速度不足所述第1移动速度的情况下，判定所述加速度探测部预测到的加速度是否为所述加速度阈值以上，
在判定为所述加速度探测部预测到的加速度为所述加速度阈值以上的情况下，以所述空气压缩机的转速变为所述第1转速以上的方式控制所述空气压缩机的转速。
10.根据权利要求7所述的控制装置，其特征在于，
所述控制装置构成为：
在判定为所述加速度探测部预测到的加速度不足所述加速度阈值的情况下，判定所述移动速度是否为比第1移动速度小的规定的第2移动速度以上，
在判定为所述移动速度为所述第2移动速度以上的情况下，以所述空气压缩机的转速变为比所述第1转速小的规定的第3转速的方式控制所述空气压缩机的转速，
在判定为所述移动速度不足所述第2移动速度的情况下，以所述空气压缩机的转速变为比所述第3转速小的规定的第2转速的方式控制所述空气压缩机的转速。
11.根据权利要求8或10所述的控制装置，其特征在于，
所述第2转速是所述移动体停止时所需的所述空气压缩机的最小转速。
12.根据权利要求10所述的控制装置，其特征在于，
所述第3转速是所述移动体的移动速度为所述第2移动速度以上并且不足所述第1移动速度时所需的所述空气压缩机的转速。
13.一种移动体，其特征在于，
该移动体具备权利要求1～6中任一项所述的燃料电池系统。
14.一种移动体，其特征在于，
该移动体具备权利要求7～12中任一项所述的控制装置。
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