CN116830327A - 燃料电池系统和燃料电池车辆 - Google Patents

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CN116830327A CN202280014041.9A CN202280014041A CN116830327A CN 116830327 A CN116830327 A CN 116830327A CN 202280014041 A CN202280014041 A CN 202280014041A CN 116830327 A CN116830327 A CN 116830327A
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富本尚也
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Abstract

一种燃料电池系统(21)，具备通过基于蓄电装置(25)的充电状态切换燃料电池(22)的发电状态来控制燃料电池(22)的发电电力的控制装置(40)。发电状态包含：使燃料电池(22)发出第1发电电力的第1发电状态；使燃料电池(22)发出比第1发电电力大的第2发电电力的第2发电状态；以及使燃料电池(22)发出比第2发电电力大的第3发电电力的第3发电状态。控制装置(40)从检测出的燃料电池(22)的发电电力算出表示燃料电池(22)的发电的实绩的电力基准值，基于电力基准值来更新第2发电电力。

Description

燃料电池系统和燃料电池车辆
技术领域
本公开涉及燃料电池系统和燃料电池车辆。
背景技术
一般的燃料电池系统具备燃料电池、蓄电装置以及控制装置。燃料电池向负载供应电力。蓄电装置在燃料电池发电的电力产生了多余的情况下充入多余部分的电力，或者在燃料电池发电的电力不足的情况下放出不足部分的电力。蓄电装置另外也具有充入从负载输出的再生电力的功能。控制装置根据负载的请求电力和蓄电装置的充电率等各种参数，控制以燃料电池的发电状态为首的燃料电池系统的动作。
专利文献1公开了根据蓄电装置的充电率使燃料电池的发电状态转变，以使得燃料电池的发电电力阶段性地变化。
专利文献2公开了在蓄电装置有可能因再生电力而变为过充电状态的情况下，通过驱动与燃料电池的发电相关的辅机(负载)来消耗从燃料电池供应的电力。
专利文献3公开了在从燃料电池流到负载的电流持续规定时间以上且为规定电流以上的情况下，使燃料电池的发电电力比当前的发电电力增大。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2018-73722号公报
专利文献2：日本特开2015-144503号公报
专利文献3：日本专利第6765936号公报
发明内容
发明要解决的问题
在对比文件1中，当使燃料电池的发电状态转变时燃料电池的发电电力会发生变动，这成为燃料电池劣化的一个因素。
在对比文件2中，当为了抑制蓄电装置变为过充电状态而使与燃料电池的发电直接相关的辅机强制性地驱动时，有可能燃料电池的输出变为高电位而燃料电池劣化。
在对比文件3中，在从由燃料电池流到负载的电流变为规定电流以上到该状态持续规定时间为止的期间，蓄电装置有可能变为过放电状态。蓄电装置的过放电导致蓄电装置的劣化。
因而，需要合适地控制燃料电池系统，以使得能抑制包含燃料电池和蓄电装置的燃料电池系统的劣化。
用于解决问题的方案
在本公开的第1方案中，提供一种燃料电池系统，其具备：燃料电池，其构成为向负载供应电力；蓄电装置，其与所述负载并联连接；充电状态检测部，其构成为检测所述蓄电装置的充电状态；发电电力检测部，其构成为检测所述燃料电池的发电电力；以及控制装置，其构成为通过基于由所述充电状态检测部检测出的所述蓄电装置的充电状态切换所述燃料电池的发电状态来控制所述燃料电池的发电电力。所述发电状态包含：使所述燃料电池发出第1发电电力的第1发电状态；使所述燃料电池发出比所述第1发电电力大的第2发电电力的第2发电状态；以及使所述燃料电池发出比所述第2发电电力大的第3发电电力的第3发电状态。所述控制装置包含：电力基准值算出部，其构成为从由所述发电电力检测部检测出的所述发电电力算出表示所述燃料电池的发电的实绩的电力基准值；以及更新部，其构成为基于所述电力基准值来更新所述第2发电电力。
在本公开的第2方案中，提供一种搭载于燃料电池车辆的燃料电池系统。所述燃料电池系统具备：燃料电池；蓄电装置，其连接到所述燃料电池与搭载于所述燃料电池车辆的负载之间的电力线；多个辅机，其构成为由从所述燃料电池供应的电力驱动；以及控制装置，其构成为控制所述燃料电池的发电和所述辅机的动作。所述多个辅机包含：第1辅机，其与所述燃料电池的发电直接相关；以及第2辅机，其与所述燃料电池的发电不直接相关。所述控制装置构成为在从所述燃料电池车辆供应到该燃料电池系统的再生电力为规定电力以上的情况下、并且所述燃料电池车辆的加速度为规定加速度以下的情况下，使所述燃料电池的发电停止，并且使所述第2辅机驱动。
在本公开的第3方案中，提供一种燃料电池车辆，其具备：燃料电池；负载；蓄电装置，其连接到所述燃料电池与所述负载之间的电力线；以及行驶控制部，其构成为控制燃料电池车辆的行驶。所述行驶控制部构成为基于从该燃料电池车辆向所述蓄电装置请求的请求电力、该燃料电池车辆的速度、该燃料电池车辆的加速器操作量以及该燃料电池车辆的加速度，对该燃料电池车辆行驶在上坡路进行判断。所述行驶控制部还构成为当判断为该燃料电池车辆行驶在上坡路时，使所述燃料电池的发电电力比当前的发电电力增大。
在本公开的第4方案中，提供一种搭载于燃料电池车辆的燃料电池系统。所述燃料电池系统具备：燃料电池；蓄电装置，其连接到所述燃料电池与搭载于所述燃料电池车辆的负载之间的电力线；以及控制装置，其构成为控制所述燃料电池的发电。所述控制装置构成为基于从所述燃料电池车辆向所述蓄电装置请求的请求电力、所述燃料电池车辆的速度、所述燃料电池车辆的加速器操作量以及所述燃料电池车辆的加速度，对所述燃料电池车辆行驶在上坡路进行判断。所述控制装置还构成为当判断为所述燃料电池车辆行驶在上坡路时，使所述燃料电池的发电电力比当前的发电电力增大。
附图说明
图1是具备第1实施方式的燃料电池系统的燃料电池车辆的概要构成图。
图2是DC/DC转换器的电路图。
图3是发电状态的状态转变图。
图4是示出中发电电力设定处理的流程图。
图5是示出中发电电力的值和燃料电池的发电状态转变的次数相对于燃料电池的发电时间的关系的一个例子的图。
图6是示出第2实施方式的燃料电池系统的一个例子的图。
图7是示出从燃料电池输出的电流与电压的关系的一个例子的图。
图8是示出下坡标志切换处理的一个例子的流程图。
图9是示出发电控制处理的一个例子的流程图。
图10是示出第3实施方式的燃料电池车辆的一个例子的图。
图11是用于说明燃料电池的发电控制的图。
图12是示出行驶控制部的动作的一个例子的流程图。
图13是示出控制装置的动作的一个例子的流程图。
具体实施方式
第1实施方式
以下，说明第1实施方式的燃料电池系统。
如图1所示，燃料电池车辆10具备氢罐11、阀门12、压缩机13、车辆负载15以及燃料电池单元20。燃料电池车辆10可以是乘用车，也可以是工业车辆。在一个例子中，燃料电池车辆10是工业车辆。作为工业车辆，例如，能够列举叉车和拖车。或者，氢罐11、阀门12、压缩机13以及燃料电池单元20也可以构成向所连接的负载供应电力的固定型发电机。
燃料电池单元20具备辅机14和燃料电池系统21。燃料电池系统21具备燃料电池22、电压传感器23、电流传感器24、DC/DC转换器30、蓄电装置25、充电状态检测部26以及控制装置40。
氢罐11贮存有氢气。从氢罐11排出的氢气向燃料电池22供应。
阀门12是用于调整从氢罐11向燃料电池22供应的氢气的供应量的构件。阀门12是根据驱动周期和/或开阀时间而阀体电磁地驱动的电磁驱动式的开闭阀。氢气向燃料电池22的供应量能通过控制阀门12的驱动周期和/或开阀时间来调整。
压缩机13是由电动马达驱动的电动压缩机。压缩机13向燃料电池22供应空气。空气向燃料电池22的供应量能通过如下方式来调整：通过控制向电动马达的施加电压而对电动马达的旋转速度进行控制。
燃料电池22是包含相互串联连接的多个燃料电池单体(cell)的燃料电池堆(stack)。燃料电池单体例如是固体高分子型燃料电池。燃料电池22通过燃料气体与氧化剂气体的电化学反应进行发电。在一个例子中，将氢气用作燃料气体，将空气中的氧用作氧化剂气体进行发电。燃料电池22使用从氢罐11供应的氢气和从压缩机13供应的氧进行发电。
电压传感器23测定燃料电池22的电压。电压传感器23的测定结果被控制装置40取得。
电流传感器24测定燃料电池22的电流。电流传感器24的测定结果被控制装置40取得。
DC/DC转换器30连接到燃料电池22。DC/DC转换器30将燃料电池22所发出的直流电力进行升压并输出。
如图2所示，DC/DC转换器30具备：正极配线Lp；负极配线Ln；6个开关元件Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6；6个二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6；3个电抗器31、32、33；以及电容(condenser)C。
第1开关元件Q1与第2开关元件Q2相互串联连接。第3开关元件Q3与第4开关元件Q4相互串联连接。第5开关元件Q5与第6开关元件Q6相互串联连接。第1开关元件Q1、第3开关元件Q3以及第5开关元件Q5连接到正极配线Lp。第2开关元件Q2、第4开关元件Q4以及第6开关元件Q6连接到负极配线Ln。第1开关元件Q1、第3开关元件Q3以及第5开关元件Q5构成了上臂。第2开关元件Q2、第4开关元件Q4以及第6开关元件Q6构成了下臂。作为开关元件Q1～Q6，例如使用MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)。作为开关元件Q1～Q6，也可以使用IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor：绝缘栅双极晶体管)。
二极管D1～D6各自与对应的开关元件Q1～Q6并联连接。二极管D1～D6各自是对应的开关元件Q1～Q6的寄生二极管。与构成上臂的开关元件Q1、Q3、Q5并联连接的二极管D1、D3、D5的阴极连接到正极配线Lp。与构成上臂的开关元件Q1、Q3、Q5并联连接的二极管D1、D3、D5的阳极各自连接到相互串联连接的2个开关元件Q1～Q6的中点。与构成下臂的开关元件Q2、Q4、Q6并联连接的二极管D2、D4、D6的阴极各自连接到相互串联连接的2个开关元件Q1～Q6的中点。与构成下臂的开关元件Q2、Q4、Q6并联连接的二极管D2、D4、D6的阳极连接到负极配线Ln。
在构成上臂的开关元件Q1、Q3、Q5与构成下臂的开关元件Q2、Q4、Q6的中点各连接有1个电抗器31、32、33。电抗器31、32、33连接到燃料电池22。
电容C连接到正极配线Lp和负极配线Ln。
在上述的DC/DC转换器30中，通过开关元件Q1～Q6的开关动作进行升压。DC/DC转换器30例如输出蓄电装置25的电压带的直流电压。
如图1所示，辅机14连接到DC/DC转换器30。辅机14是燃料电池单元20所包含的电气部件，并且是由燃料电池22所发出的电力驱动的电气部件。
车辆负载15连接到DC/DC转换器30。车辆负载15是燃料电池车辆10所包含的电气部件中的上述辅机14以外的电气部件，并且包含由燃料电池22所发出的电力驱动的电气部件。车辆负载15包含使燃料电池车辆10行驶的行驶用马达和驱动行驶用马达的逆变器等。在燃料电池车辆10是工业车辆的情况下，车辆负载15进一步能包含货物装卸马达和用于驱动货物装卸马达的逆变器。车辆负载15能将由马达等产生的再生电力向燃料电池系统21供应。辅机14和车辆负载15是负载。燃料电池22经由DC/DC转换器30向负载供应电力。在以下的说明中，适当将辅机14和车辆负载15统称为负载。
蓄电装置25连接到燃料电池22与负载之间的电力线。蓄电装置25还与负载并联连接。蓄电装置25只要能充放电即可，可以使用任意的装置。作为蓄电装置25，例如，能够列举二次电池、以及锂离子电容器等电容器(capacitor)。一般地，电容器的容量比较小，充放电特性优异。通过由电容器构成蓄电装置25，能够使燃料电池系统21的充放电特性比较高。在燃料电池22的发电电力超过负载的请求电力的情况下，多余的电力被充入到蓄电装置25。在燃料电池22的发电电力低于负载的请求电力的情况下，从蓄电装置25放出不足部分的电力。燃料电池22的发电电力也可以说是燃料电池22的输出电力。
充电状态检测部26检测蓄电装置25的充电状态。作为充电状态，例如，能够列举蓄电装置25的充电率、蓄电装置25的剩余容量以及蓄电装置25的开路电压。在一个例子中，充电状态检测部26检测蓄电装置25的充电率。充电状态检测部26包含传感器和从传感器的检测结果来推定充电状态的推定部。传感器包含电流传感器和电压传感器中的至少一方。推定部通过对蓄电装置25的充放电电流进行累计的电流累计法、使用蓄电装置25的开路电压与蓄电装置25的充电率的相关的方法、或者它们的组合，来推定蓄电装置25的充电率。开路电压也可以从闭路电压来推定。
控制装置40具备处理器41和存储部42。处理器41是由微型计算机等构成的控制部。作为处理器41，例如能够列举CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)、GPU(Graphics Processing Unit：图形处理单元)以及DSP(Digital Signal Processor：数字信号处理器)。存储部42包含RAM(Random access memory：随机存取存储器)、ROM(ReadOnly Memory：只读存储器)以及可重写的非易失性存储器。作为非易失性存储器，例如能够列举EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory：电可擦可编程只读存储器)和闪存。存储部42保存有构成为使处理器执行处理的程序代码或指令。存储部42、即计算机可读介质包含通用或专用的计算机能够访问的任何能利用的介质。控制装置40也可以由ASIC(Application Specific Integrated Circuit：专用集成电路)、FPGA(Field Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)等硬件电路构成。作为处理电路的控制装置40能包含按照计算机程序进行动作的1个以上的处理器、ASIC或FPGA等1个以上的硬件电路、或者它们的组合。
控制装置40控制燃料电池22的发电电力。燃料电池22的发电电力根据供应到燃料电池22的氢气的量和供应到燃料电池22的氧的量而变化。控制装置40通过控制阀门12来控制氢气向燃料电池22的供应量。控制装置40通过控制压缩机13来控制氧向燃料电池22的供应量。
控制装置40控制DC/DC转换器30。控制装置40控制开关元件Q1～Q6，以使得从燃料电池22输出与负载的请求电力相应的电力。在燃料电池22的发电中燃料电池22的电压变得低于蓄电装置25的电压。在一个例子中，在燃料电池22的发电停止时燃料电池22的电压变得高于蓄电装置25的电压。控制装置40通过在燃料电池22的发电中使开关元件Q1～Q6进行开关动作来进行升压。控制装置40在燃料电池22的发电停止时不进行开关元件Q1～Q6的开关动作。在该情况下，电流从成为构成上臂的开关元件Q1、Q3、Q5的寄生二极管的二极管D1、D3、D5流到蓄电装置25。能够由二极管D1、D3、D5对燃料电池22的电压进行降压并且进行蓄电装置25的充电。
如图3所示，控制装置40根据蓄电装置25的充电率，阶段性地切换燃料电池22的发电状态。在一个例子中，燃料电池22的发电状态包含发电停止状态ST1、低发电状态ST2、中发电状态ST3以及高发电状态ST4。发电停止状态ST1、低发电状态ST2、中发电状态ST3以及高发电状态ST4是分别对应有燃料电池22的发电电力[kW]。控制装置40通过切换发电状态来控制燃料电池22的发电电力。此外，与发电状态相对应的发电电力是发电电力的目标值。控制装置40进行控制，以使得燃料电池22的发电电力追随目标值。
发电停止状态ST1是指不进行燃料电池22的发电的状态。发电停止状态ST1下的发电电力为0[kW]。
低发电状态ST2是指进行燃料电池22的发电的状态。将低发电状态ST2下的燃料电池22的发电电力设为低发电电力。低发电电力例如为3[kW]。低发电状态ST2是第1发电状态。低发电电力是第1发电电力。
中发电状态ST3是指使燃料电池22的发电电力比低发电状态ST2大的状态。将中发电状态ST3下的燃料电池22的发电电力设为中发电电力。中发电电力是根据燃料电池22的使用状况而变化的变动值。中发电状态ST3是第2发电状态。中发电电力是第2发电电力。
高发电状态ST4是指使燃料电池22发出燃料电池车辆10以最大负载动作时的负载的请求电力的状态。将高发电状态ST4下的燃料电池22的发电电力设为高发电电力。高发电电力例如为12[kW]。高发电状态ST4是第3发电状态。高发电电力是第3发电电力。
在燃料电池22为发电停止状态ST1时，当蓄电装置25的充电率变为发电开始阈值VD以下的情况下，控制装置40使燃料电池22转变为低发电状态ST2。发电开始阈值VD例如为50[％]。
在燃料电池22为低发电状态ST2时，当蓄电装置25的充电率变为中发电切换阈值VM以下的情况下，控制装置40使燃料电池22转变为中发电状态ST3。中发电切换阈值VM例如为45[％]。
在燃料电池22为中发电状态ST3时，当蓄电装置25的充电率变为高发电切换阈值VH以下的情况下，控制装置40使燃料电池22转变为高发电状态ST4。高发电切换阈值VH例如为30[％]。
在燃料电池22为高发电状态ST4时，当蓄电装置25的充电率变为中发电切换阈值VM以上的情况下，控制装置40使燃料电池22转变为中发电状态ST3。
在燃料电池22为中发电状态ST3时，当蓄电装置25的充电率变为低发电切换阈值VL以上的情况下，控制装置40使燃料电池22转变为低发电状态ST2。低发电切换阈值VL例如为60[％]。
在燃料电池22为低发电状态ST2时，当蓄电装置25的充电率变为发电停止阈值VS以上的情况下，控制装置40使燃料电池22转变为发电停止状态ST1。发电停止阈值VS例如为70[％]。
控制装置40进行中发电电力设定处理。中发电电力设定处理是用于设定中发电电力的处理。中发电电力设定处理在燃料电池车辆10为启动状态的情况下，以规定的控制周期重复进行。启动状态是指燃料电池车辆10能行驶的状态。启动状态也称为钥匙接通(key-on)状态。
如图4所示，在步骤S1中，控制装置40判定燃料电池22是否在发电中。燃料电池22是否在发电中能够根据燃料电池22的发电状态来判定。如果燃料电池22为发电停止状态ST1，则控制装置40判定为燃料电池22不在发电中。如果燃料电池22为低发电状态ST2、中发电状态ST3或高发电状态ST4，则控制装置40判定为燃料电池22在发电中。在步骤S1的判定结果为肯定的情况下，控制装置40进行步骤S2的处理。在步骤S1的判定结果为否定的情况下，控制装置40进行步骤S6的处理。
在步骤S2中，控制装置40将燃料电池22的发电电力的值保存到存储部42。详细地说，控制装置40从电流传感器24的检测结果和电压传感器23的检测结果算出燃料电池22的发电电力。然后，控制装置40将发电电力的值保存到存储部42。电流传感器24和电压传感器23是检测燃料电池22的发电电力的发电电力检测部。
接下来，在步骤S3中，控制装置40判定计数器是否已期满。控制装置40对进行了步骤S2的处理的次数进行计数。控制装置40在进行了步骤S2的处理的次数达到预先设定的次数时，判定为计数器已期满。即，控制装置40在将燃料电池22的发电电力的值保存到存储部42的次数达到预先决定的次数时判定为计数器已期满。在步骤S3的判定结果为否定的情况下，控制装置40返回到步骤S2的处理。在步骤S3的判定结果为肯定的情况下，控制装置40进行步骤S4的处理。可以说控制装置40进行步骤S2的处理直到计数器期满为止。
接下来，在步骤S4中，控制装置40算出电力基准值[kW]。电力基准值是表示燃料电池22的发电的实绩的值。在一个例子中，作为电力基准值，采用燃料电池22的发电电力的平均值。控制装置40算出通过步骤S2和步骤S3的处理保存到存储部42的燃料电池22的发电电力的平均值。控制装置40将该平均值设定为电力基准值。进行步骤S4的处理的控制装置40作为电力基准值算出部发挥功能。
接下来，在步骤S5中，控制装置40对中发电电力进行更新。控制装置40求出电力基准值与初始值之差，进行使该差除以预先决定的规定时间[h]的除法运算。规定时间也称为基准时间。控制装置40通过将由该除法运算得到的值与初始值相加来算出中发电电力。即，控制装置40从以下的式(1)算出中发电电力。
中发电电力＝初始值+(电力基准值-初始值)/规定时间…(1)
初始值是在首次进行步骤S5的处理时预先决定的设定值。首次进行步骤S5的处理时也可以说是尚未进行中发电电力的更新的状态。设定值能在低发电电力与高发电电力之间的范围内设定为任意的值。初始值是在第2次以后进行步骤S5的处理时以前次的控制周期算出的中发电电力的值。即，初始值是指中发电电力的当前值。
作为规定时间，能够采用任意的值。作为规定时间，例如设定为能够按1周的期间算出与负载的使用状况相应的中发电电力这样的值。例如，若设想燃料电池车辆10在1周之中工作5天、每天工作了8小时的情况，则规定时间为40[h]。
如从式(1)能够掌握的那样，中发电电力随着燃料电池22进行发电的时间的经过，逐渐接近在规定时间的期间得到的电力基准值的平均值。即，中发电电力能够视为在最近的规定时间的期间燃料电池22所发出的发电电力的平均值。控制装置40将由式(1)算出的值设定为新的中发电电力，结束中发电电力设定处理。进行步骤S5的处理的控制装置40作为更新部发挥功能。中发电电力设定在低发电电力与高发电电力之间。中发电电力可以说是大于低发电电力、小于高发电电力的电力。
在步骤S6中，控制装置40将中发电电力设为前次值。即，控制装置40维持以前次的控制周期算出的中发电电力。
此外，中发电电力的值被存储于存储部42的非易失性存储器，以使得即使燃料电池车辆10处于钥匙断开(key-off)状态，该值也被保持。
说明第1实施方式的作用。
燃料电池22的使用状况根据燃料电池车辆10的使用状况而变化。燃料电池22的使用状况按每个顾客而不同。例如，燃料电池22的使用状况根据燃料电池车辆10的操作者对燃料电池车辆10的操作方法的差异、燃料电池车辆10被使用的环境、有无繁忙期、繁忙期的时期等要素而不同。换言之，合适的中发电电力按每个顾客而不同。合适的中发电电力是指从中发电状态ST3向与中发电状态ST3不同的发电状态的转变少的电力。
在第1实施方式中，是基于表示燃料电池22的发电的实绩的电力基准值来更新中发电电力。由此，会设定与燃料电池22的使用状况相应的中发电电力。能够抑制燃料电池22的发电电力不足或过剩。假如是将中发电电力设为5[kW]的固定值而负载平均需要4[kW]的电力的情况，则1[kW]的电力会被充入到蓄电装置25。由于蓄电装置25的充电率上升，中发电状态ST3转变为低发电状态ST2。假如是将中发电电力设为5[kW]的固定值而负载平均需要6[kW]的电力的情况，则会从蓄电装置25放出1[kW]的电力。由于蓄电装置25的充电率下降，中发电状态ST3转变为高发电状态ST4。相对于此，当基于电力基准值来设定中发电电力时，与将中发电电力设为固定值的情况相比，能够抑制蓄电装置25的充放电。燃料电池22的发电状态根据蓄电装置25的充电率而转变，因此能够通过减少蓄电装置25的充电率的变动来减少发电状态转变的次数。
图5中示出了燃料电池22的发电状态转变的次数和中发电电力相对于燃料电池22进行发电的发电时间的关系的一个例子。在图5所示的例子中，将式(1)的初始值为设定值的时刻、即燃料电池22的发电的实绩尚未反映到中发电电力的时刻设为0。如从图5能够掌握的那样，每当经过燃料电池22进行发电的时间时，中发电电力会被更新。每当经过燃料电池22进行发电的时间时，燃料电池22的发电的实绩会不断被积累，并会设定反映了负载的使用状况的趋势的中发电电力。当经过了规定时间时，会设定充分反映了负载的使用状况的中发电电力。由于中发电电力不断被更新，所以燃料电池22的发电状态转变的次数也不断减少。
另外，燃料电池22具有发电电力越大则电流越大、发电电力越大则电压越低的特性。燃料电池22的理论电压是1.23[V]，燃料电池22的电压越偏离理论电压，则燃料电池22的损失越大。理论电压是指能够将氢气所具有的化学能全部转换为电能的情况下得到的电压。当燃料电池22的发电电力变大，燃料电池22的电压变低时，燃料电池22的电压与理论电压的差变大，燃料电池22的损失增加。在图5所示的例子中，中发电电力逐渐下降。这样，通过设定基于燃料电池22的发电的实绩的中发电电力，能够抑制燃料电池22的发电电力过高。由此，能够降低燃料电池22的损失。
说明第1实施方式的效果。
(1)中发电电力基于电力基准值来设定。由于蓄电装置25的充电率的变化少，因此燃料电池22不易从中发电状态ST3转变为低发电状态ST2或从中发电状态ST3转变为高发电状态ST4。能够抑制由发电状态转变引起的燃料电池22的发电电力的变动，能够抑制燃料电池22的劣化。
(2)控制装置40求出电力基准值与初始值之差，将该差除以预先决定的规定时间。控制装置40通过将由此得到的值与初始值相加来算出新的中发电电力。中发电电力根据燃料电池22的发电的实绩而逐渐减小或逐渐增大。即使在燃料电池22的发电电力暂时过大或暂时过小的情况下，也能够在抑制该影响的同时算出与发电的实绩相应的中发电电力。
另外，与将在规定时间的期间得到的燃料电池22的发电电力保存到存储部42，算出在规定时间的期间得到的发电电力的平均值作为中发电电力的情况相比，存储到存储部42的数据量变少。因此，能够抑制存储部42的容量变大。
(3)由于燃料电池22的发电状态不易从中发电状态ST3转变，因此燃料电池22的发电电力不易变动。在使燃料电池22的发电电力变动的情况下，需要控制压缩机13和阀门12来调整氢气的供应量和氧的供应量。此时，压缩机13的驱动力以及阀门12的驱动周期和/或开阀时间发生变化，因此成为使燃料电池车辆10的静音性下降的原因。通过使燃料电池22的发电电力不易变动，能够提高燃料电池车辆10的静音性。
第1实施方式能够如下变更来实施。第1实施方式和以下的变形例能够在技术上不矛盾的范围内相互组合来实施。
○控制装置40也可以将低发电电力的值作为变动值来控制。在该情况下，低发电电力的值根据中发电电力的值而变更。例如，控制装置40也可以将低发电电力的值控制为中发电电力的值的1/2。
另外，控制装置40也可以对低发电电力的值设定下限值和上限值，使低发电电力的值在下限值与上限值之间的范围内变动。下限值和上限值的值是任意的。下限值例如可以是电压转换极限值的下限。上限值例如可以是电压转换极限值的上限。
电压转换极限值的上限是燃料电池22的电压成为能输入到DC/DC转换器30的最低电压时的发电电力。对DC/DC转换器30决定有输入电压的允许范围。通过如上所述设定电压转换极限值的上限，能够抑制输入到DC/DC转换器30的电压低于允许范围的下限值。
电压转换极限值的下限是燃料电池22的电压与蓄电装置25的电压一致的电压。当燃料电池22的电压超过蓄电装置25的电压时，会进行使用二极管D1、D3、D5的降压。当进行了使用二极管D1、D3、D5的降压时，由于该降压而产生损失。通过如上所述设定电压转换极限值的下限，能够抑制通过二极管D1、D3、D5进行降压，能够抑制由降压引起的损失。
控制装置40也可以对中发电电力的值设定下限值和上限值。中发电电力的下限值和中发电电力的上限值能够任意地设定。也可以使用电压转换极限值的下限作为中发电电力的下限值，也可以使用电压转换极限值的上限作为电压转换极限值的上限值。
○中发电电力只要是与电力基准值相应的值即可，也可以通过与式(1)不同的方法算出。例如，中发电电力也可以是规定时间内的发电电力的移动平均。控制装置40以规定的周期取得电力基准值，并将其保存到存储部42。控制装置40将在规定时间的期间得到的电力基准值的总和除以取得电力基准值的次数。控制装置40可以将由此得到的值设定为中发电电力。
○电力基准值也可以是通过步骤S2和步骤S3的处理保存到存储部42的燃料电池22的发电电力的中央值。控制装置40也可以在1次的控制周期内仅取得1次燃料电池22的发电电力，并将该发电电力作为电力基准值。电力基准值也可以是在规定时间的期间得到的发电电力的移动平均。即，电力基准值只要是表示燃料电池22的发电的实绩的值即可，可以是任意的值。
○发电状态只要包含发电电力不同的3个状态即可。例如，也可以省略第1实施方式的低发电状态ST2，使发电状态在发电停止状态ST1、中发电状态ST3以及高发电状态ST4这3个状态间转变。在该情况下，发电停止状态ST1是第1发电状态，中发电状态ST3是第2发电状态，高发电状态ST4是第3发电状态。
发电状态也可以包含发电电力不同的5个以上的状态。在该情况下，与燃料电池22的发电电力的平均值对应的状态是第2发电状态。发电电力比第2发电状态低1个级别的状态是第1发电状态。发电电力比第2发电状态高1个级别的状态是第3发电状态。
○燃料电池22的发电电力也可以通过将向车辆负载15供应的电力除以“1-辅机损失的比率”的值来算出。在该情况下，电流传感器24和电压传感器23设置为能够测定向车辆负载15供应的电力。辅机损失包含由DC/DC转换器30产生的损失和由辅机14消耗的电力。
第2实施方式
接下来，说明第2实施方式的详细内容。对于与第1实施方式同样或对应的构件，标注与第1实施方式相同的附图标记，并且适当省略其说明。
图6是示出第2实施方式的燃料电池系统21的一个例子的图。
图6所示的燃料电池系统21搭载于叉车等工业车辆或汽车等燃料电池车辆10，向车辆负载15等供应电力。
另外，燃料电池系统21具备：燃料电池22、氢罐11、氢罐阀101、喷射器102、气液分离机103、氢循环泵104、排气排水阀105、压缩机13、空气调压阀106、空气截止阀107、散热器108、风扇109、水泵110、中间冷却器111、DC/DC转换器30、蓄电装置25以及控制装置40。
氢罐阀101、喷射器102、氢循环泵104、排气排水阀105、压缩机13、空气调压阀106、空气截止阀107、风扇109以及水泵110是消耗从燃料电池22、换言之从DC/DC转换器30供应的电力的辅机14。用于驱动氢循环泵104、压缩机13、风扇109以及水泵110的马达的旋转速度越增加，则从燃料电池22供应的电力的消耗量越增加。压缩机13和喷射器102等辅机14是与燃料电池22的发电直接相关的第1辅机。氢循环泵104、风扇109以及水泵110等辅机14是与燃料电池22的发电不直接相关的第2辅机。即，换句话来说，与燃料电池22的发电直接相关的第1辅机能够说是向燃料电池22供应反应气体(燃料气体和氧化剂气体)的辅机。换句话来说，与燃料电池22的发电不直接相关的第2辅机能够说是不向燃料电池22供应反应气体的辅机。
贮存于氢罐11的燃料气体经由氢罐阀101和喷射器102被供应到燃料电池22。
氢罐阀101对供应到燃料电池22的燃料气体进行减压。
喷射器102对供应到燃料电池22的燃料气体的流量进行调整。
气液分离机103将从燃料电池22排出的燃料气体与液态水分离。
氢循环泵104将由气液分离机103分离出的燃料气体再次供应到燃料电池22。
排气排水阀105将由气液分离机103分离出的液态水排出到外部。
压缩机13将氧化剂气体压缩并经由中间冷却器111和空气截止阀107供应到燃料电池22。
中间冷却器111使氧化剂气体与流到中间冷却器111的冷却水等制冷剂进行热交换。
空气截止阀107将供应到燃料电池22的氧化剂气体切断。
空气调压阀106对供应到燃料电池22的氧化剂气体的压力和/或流量进行调整。
散热器108使通过燃料电池22的发热而被加热的制冷剂与外部气体进行热交换。
风扇109使散热器108的散热量上升。燃料电池系统21具备将散热器108的输入与输出连接的旁通流路112。能够将从燃料电池22输出的制冷剂不经由散热器108而通过旁通流路112供应到水泵110。因此，即使增加用于驱动风扇109的马达的旋转速度而使散热器108的散热量上升，也能够抑制制冷剂变为过冷却(overcool)状态。
水泵110将由散热器108冷却后的制冷剂经由中间冷却器111供应到燃料电池22。
DC/DC转换器30设置在燃料电池22的后级，将从燃料电池22输出的电力供应到蓄电装置25。从DC/DC转换器30输出的电力中的除了由辅机14消耗的电力以外的剩余的电力能被供应到蓄电装置25。
蓄电装置25设置于DC/DC转换器30与负载14、15之间。蓄电装置25连接到燃料电池22与负载14、15之间的电力线。蓄电装置25还与负载14、15并联连接。蓄电装置25向车辆负载15、氢循环泵104、压缩机13、风扇109以及水泵110等辅机14供应电力。
控制装置40在通常发电控制时，使氢罐阀101、喷射器102、氢循环泵104、排气排水阀105、压缩机13、空气调压阀106、空气截止阀107、风扇109以及水泵110等各种辅机14分别驱动，以使得在燃料电池22中发电的电力成为目标电力Pt。例如，控制装置40在燃料电池22的发电开始时，在接通用于使各种辅机14分别驱动的马达的电源后，输出表示各马达的目标旋转速度的指令值。
另外，控制装置40在通常发电控制时，根据蓄电装置25的充电量(充电状态)，使目标电力Pt变化。此外，充电量例如是作为蓄电装置25的剩余容量相对于满充电容量的比例的充电率[％]、或者蓄电装置25中没有流动电流时的蓄电装置25的电压[V]。
另外，控制装置40也可以构成为根据蓄电装置25的充电量，阶段性地使目标电力Pt变化。例如，定义具有“充电率SOC1＜充电率SOC2＜充电率SOC3＜充电率SOC4＜充电率SOC5＜充电率SOC6”的关系的多个级别的充电率和具有“目标电力Pt1＜目标电力Pt2”的关系的2个级别的目标电力Pt。在该情况下，控制装置40在蓄电装置25的充电率在充电率SOC3～充电率SOC5的范围内减少的情况下，设定目标电力Pt1作为目标电力Pt。控制装置40在蓄电装置25的充电率在充电率SOC1～充电率SOC3的范围内减少的情况下，设定目标电力Pt2作为目标电力Pt。控制装置40在蓄电装置25的充电率在充电率SOC2～充电率SOC4的范围内增加的情况下，设定目标电力Pt2作为目标电力Pt。控制装置40在蓄电装置25的充电率在充电率SOC4～充电率SOC6的范围内增加的情况下，设定目标电力Pt1作为目标电力Pt。
图7以2维坐标示出从燃料电池22输出的电流与电压的关系的一个例子。在图7中，横轴表示电流[A]，纵轴表示电压[V]。实线表示从燃料电池22输出的电流与电压的对应关系。
如图7所示，从燃料电池22输出的电流越小，则从燃料电池22输出的电压越大。当从燃料电池22输出的电压变得比较高时，电化学反应所需要的催化剂会被离子化。在该情况下，在从燃料电池22输出的电压下次变得比较小时，被离子化的催化剂的晶体变大。因此，催化剂的粒径增大并且催化剂整体的总表面积下降，由此燃料电池22有可能劣化。
因此，在第2实施方式中，控制装置40在燃料电池22的输出电压变为规定电压(判定电压)Vc以上时，通过使DC/DC转换器30强制性地驱动，来使从燃料电池22流到DC/DC转换器30的电流增加，使从燃料电池22输出的电压下降。由此，在燃料电池车辆10因等待信号等暂时停止而从燃料电池系统21流到车辆负载15的电流变得比较小的怠速时，能够抑制从燃料电池22输出的电压变得比较大。因此，能够抑制燃料电池22劣化。
当燃料电池车辆10行驶在下坡路时，从燃料电池车辆10(即，车辆负载15)供应到燃料电池系统21的再生电力变得比较大。另外，当燃料电池车辆10行驶在下坡路时，通过由驾驶员操作燃料电池车辆10的加速器以使得燃料电池车辆10的速度恒定，燃料电池车辆10的加速度会变得比较小。
因此，在从燃料电池车辆10供应到燃料电池系统21的再生电力比较大的情况下、并且燃料电池车辆10的加速度比较小的情况下，燃料电池车辆10行驶在下坡路的可能性高。
在燃料电池车辆10行驶在下坡路的情况下，有如下担忧：由于在比较长的期间从燃料电池车辆10向燃料电池系统21供应再生电力，从而蓄电装置25变为过充电状态的可能性变高。
因此，在第2实施方式中，控制装置40在从燃料电池车辆10供应到燃料电池系统21的再生电力为规定电力(判定电压)以上的情况下、并且燃料电池车辆10的加速度为规定加速度(判定加速度)以下的情况下，即，在燃料电池车辆10行驶在下坡路的可能性高、蓄电装置25有可能变为过充电状态的情况下，使燃料电池22的发电停止，并且使与燃料电池22的发电不直接相关的第2辅机强制性地驱动，以使得燃料电池22的输出电压不会变得比较高。
此外，控制装置40求出从燃料电池车辆10输出到燃料电池系统21的电压与从燃料电池车辆10流到燃料电池系统21的电流的相乘结果作为从燃料电池车辆10供应到燃料电池系统21的再生电力。另外，控制装置40从搭载于燃料电池车辆10的行驶控制部(未图示)接收燃料电池车辆10的速度[km/h]，求出每单位时间的燃料电池车辆10的速度的变化量作为燃料电池车辆10的加速度。燃料电池车辆10的速度例如能从“(行驶马达的旋转速度×轮胎外径×圆周率)/(齿轮比×减速比)”求出。或者，控制装置40从行驶控制部接收由加速度传感器求出的燃料电池车辆10的加速度。
这样，控制装置40在燃料电池车辆10行驶在下坡路的可能性高、蓄电装置25有可能变为过充电状态的情况下，使燃料电池22的发电停止，并且使与燃料电池22的发电不直接相关的第2辅机驱动。由此，即使为了不使蓄电装置25变为过充电状态而由第2辅机消耗了从燃料电池22供应的电力，也能够抑制燃料电池22的输出变为高电位。因此，能够抑制燃料电池22劣化。即，能够抑制蓄电装置25变为过充电状态，并且抑制燃料电池22劣化。
此外，在从燃料电池车辆10供应到燃料电池系统21的再生电力比较小的情况下，蓄电装置25不易变为过充电状态。在该情况下，不需要使燃料电池22的发电停止或使第2辅机驱动，因此，控制装置40继续进行通常发电控制。
另外，在从燃料电池车辆10供应到燃料电池系统21的再生电力比较大但燃料电池车辆10的加速度比较大的状况下，很可能是行驶在平坦的道路上时的燃料电池车辆10进行了减速时再生电力暂时变得比较大。在这样的情况下，不需要使燃料电池22的发电停止或使第2辅机驱动，因此，控制装置40继续进行通常发电控制。
另外，控制装置40在再生电力为规定电力以上的情况下、并且燃料电池车辆10的加速度为规定加速度以下的情况下，使计数器值递增。控制装置40在再生电力小于规定电力的情况下、或者燃料电池车辆10的加速度大于规定加速度的情况下，使计数器值递减。控制装置40在计数器值变为阈值C1th(第1阈值)以上时，判断为燃料电池车辆10行驶在下坡路并将下坡标志设定为开启。控制装置40在下坡标志变为开启时，使燃料电池22的发电停止，并且使与燃料电池22的发电不直接相关的第2辅机驱动。即，控制装置40在计数器值的递增和递减的结果是计数器值变为了阈值C1th以上时，使燃料电池22的发电停止，并且使与燃料电池22的发电不直接相关的第2辅机驱动。
由此，能够抑制起因于再生电力或燃料电池车辆10的加速度变动而频繁地重复燃料电池22的发电停止和发电恢复。燃料电池22的发电停止与发电恢复的频繁重复会给燃料电池车辆10的行驶带来影响，使燃料电池车辆10的驾驶员产生不适感。通过抑制这样的频繁重复，能够抑制驾驶员对燃料电池车辆10的行驶感到不适感。
控制装置40也可以构成为在计数器值变为比阈值C1th小的阈值C2th(第2阈值)以上时，进行使与燃料电池22的发电不直接相关的第2辅机驱动的准备。
由此，与在计数器值变为阈值C1th以上之前不进行使第2辅机驱动的准备的情况相比，能够在计数器值变为阈值C1th以上之后，立刻使第2辅机驱动而使第2辅机消耗从燃料电池22供应的电力。因此，能够进一步抑制蓄电装置25变为过充电状态。
控制装置40也可以构成为在再生电力为规定电力以上的情况下、并且燃料电池车辆10的加速度为规定加速度以下的情况下，在使燃料电池22的发电停止后，使多个第2辅机中的与蓄电装置25的充电量相应的1个以上的第2辅机驱动。例如，控制装置40也可以构成为使与蓄电装置25的充电量相应的数量的第2辅机驱动。或者，控制装置40也可以构成在消耗电力不同的多个第2辅机中，根据蓄电装置25的充电量，选择应该驱动的1个以上的第2辅机。
在此假设，控制装置40在燃料电池22的发电停止时，进行下述1)～4)中的任意1个动作控制作为辅机的动作控制。
1)将用于驱动水泵110的马达的旋转速度设为最大旋转速度。
2)将用于驱动水泵110和氢循环泵104的马达的旋转速度设为最大旋转速度。
3)将用于驱动水泵110、氢循环泵104以及风扇109的马达的旋转速度设为最大旋转速度。
4)将用于驱动水泵110、氢循环泵104以及风扇109的马达的旋转速度设为最大旋转速度，并且增加用于驱动压缩机13的马达的旋转速度，而且增加用于避免高电位的规定电压Vc。
在进行上述4)的动作控制的情况下，从燃料电池22供应的电力的消耗量最大。在进行上述3)的动作控制的情况下，从燃料电池22供应的电力的消耗量第二大。在进行上述2)的动作控制的情况下，从燃料电池22供应的电力的消耗量第三大。在进行上述1)的动作控制的情况下，从燃料电池22供应的电力的消耗量最小。另外，在进行上述1)的动作控制的情况下，对燃料电池22的劣化的影响度最低。在进行上述2)的动作控制的情况下，对燃料电池22的劣化的影响度第二低。在进行上述3)的动作控制的情况下，对燃料电池22的劣化的影响度第三低。在进行上述4)的动作控制的情况下，对燃料电池22的劣化的影响度第四低。另外，关于蓄电装置25的充电量，设定具有“阈值S1th＜阈值S2th＜阈值S3th＜阈值S4th”的关系的多个级别的阈值。
在该情况下，控制装置40在再生电力为规定电力以上的情况下、并且燃料电池车辆10的加速度为规定加速度以下的情况下，使燃料电池22的发电停止。并且，控制装置40在蓄电装置25的充电量为阈值S1th以上的情况下，进行上述1)的动作控制，在蓄电装置25的充电量为阈值S2th以上的情况下，进行上述2)的动作控制，在蓄电装置25的充电量为阈值S3th以上的情况下，进行上述3)的动作控制，在蓄电装置25的充电量为阈值S4th以上的情况下，进行上述4)的动作控制。
在燃料电池22的发电停止时，当蓄电装置25的充电量为阈值S1th以上的情况下，会由控制装置40进行上述1)的动作控制。因此，能够在使对燃料电池22的劣化的影响度最低的同时消耗蓄电装置25的电力。在燃料电池22的发电停止时，当蓄电装置25的充电量为阈值S2th以上的情况下，会由控制装置40进行上述2)的动作控制。因此，能够在使对燃料电池22的劣化的影响度比较低的同时消耗蓄电装置25的电力。在燃料电池22的发电停止时，当蓄电装置25的充电量为阈值S3th以上的情况下，会由控制装置40进行上述3)的动作控制。因此，能够在使蓄电装置25的电力的消耗量比较大的同时抑制对燃料电池22的劣化的影响度。在燃料电池22的发电停止时，当蓄电装置25的充电量为阈值S4th以上的情况下，会由控制装置40进行上述4)的动作控制。因此，能够在使蓄电装置25的电力的消耗量最大的同时抑制对燃料电池22的劣化的影响度。
这样，在燃料电池车辆10行驶在下坡路的可能性高、蓄电装置25有可能变为过充电状态的情况下，能够根据蓄电装置25的充电量合适地进行辅机的动作控制。因此，能够抑制蓄电装置25变为过充电状态，并且抑制燃料电池22的劣化。
图8是示出下坡标志切换处理时的控制装置40的动作的一个例子的流程图。此外，图8所示的处理按每个规定定时或按每个固定周期重复执行。
首先，控制装置40在从燃料电池车辆10供应到燃料电池系统21的再生电力为规定电力以上的情况下、并且燃料电池车辆10的加速度为规定加速度以下的情况下(步骤S11：是)，使计数器的计数器值递增(步骤S12)。
接下来，控制装置40在计数器值为阈值C2th(第2阈值)以上的情况下(步骤S13：是)，准备各种辅机的驱动(步骤S14)。
接下来，控制装置40在计数器值为阈值C1th(第1阈值)以上的情况下(步骤S15：是)，将计数器值设为与阈值C1th相同的值，开启下坡标志(步骤S16)，结束下坡标志切换处理。
另一方面，控制装置40在从燃料电池车辆10供应到燃料电池系统21的再生电力小于规定电力的情况下、或者燃料电池车辆10的加速度大于规定加速度的情况下(步骤S11：否)，使计数器的计数器值递减(步骤S17)。
接下来，控制装置40在计数器值为零以下的情况下(步骤S18：是)，将计数器值设为零并且关闭下坡标志(步骤S19)，结束下坡标志切换处理。
另外，控制装置40在计数器值小于阈值C2th的情况下(步骤S13：否)、或者计数器值小于阈值C1th的情况下(步骤S15：否)、或者计数器值大于零的情况下(步骤S18：否)，结束下坡标志切换处理。
图9是示出发电控制处理时的控制装置40的动作的一个例子的流程图。
首先，控制装置40在下坡标志为关闭的情况下(步骤S21：否)，进行通常发电控制(步骤S22)。
另一方面，控制装置40在下坡标志为开启的情况下(步骤S21：是)，使燃料电池22的发电停止(步骤S23)。
接下来，控制装置40在蓄电装置25的充电量变为阈值S1th以上时(步骤S24：是)，输出指令值，以使得用于驱动水泵110的马达的旋转速度变为最大旋转速度(步骤S25)。
接下来，控制装置40在蓄电装置25的充电量变为阈值S2th以上时(步骤S26：是)，输出指令值，以使得用于驱动氢循环泵104的马达的旋转速度变为最大旋转速度(步骤S27)。此外，控制装置40在步骤S27中继续输出使得用于驱动水泵110的马达的旋转速度成为最大旋转速度的指令值。
接下来，控制装置40在蓄电装置25的充电量变为阈值S3th以上时(步骤S28：是)，输出指令值，以使得用于驱动风扇109的马达的旋转速度变为最大旋转速度(步骤S29)。此外，控制装置40在步骤S29中，继续输出使得用于分别驱动水泵110和氢循环泵104的马达的旋转速度成为最大旋转速度的指令值。
然后，控制装置40在蓄电装置25的充电量变为阈值S4th以上时(步骤S30：是)，增加用于驱动压缩机13的马达的旋转速度，并且使避免高电位的规定电压Vc增加(步骤S31)。此外，控制装置40在步骤S31中，继续输出指令值，以使得用于分别驱动水泵110、氢循环泵104以及风扇109的马达的旋转速度成为最大旋转速度。
第3实施方式
接下来，说明第3实施方式的详细内容。对于与第1实施方式同样或对应的构件，标注与第1实施方式相同的附图标记，并且适当省略其说明。
图10是示出第3实施方式的燃料电池车辆10的一个例子的图。
图10所示的燃料电池车辆10是叉车等工业车辆或汽车等车辆，具备车辆负载15、燃料电池系统21、加速器操作量检测部202以及行驶控制部203。
燃料电池系统21具备燃料电池22、氢罐11、喷射器102、压缩机13、DC/DC转换器30、蓄电装置25以及控制装置40。此外，燃料电池系统21不限于图10所示的构成。
贮存于氢罐11的燃料气体经由喷射器102被供应到燃料电池22。
喷射器102对供应到燃料电池22的燃料气体的流量进行调整。
压缩机13将氧化剂气体压缩并供应到燃料电池22。
DC/DC转换器30设置于燃料电池22的后级，将从燃料电池22输出的电力供应到蓄电装置25。此外，从DC/DC转换器30输出的电力中的除了由压缩机13等辅机14消耗的电力以外的剩余的电力能供应到蓄电装置25。
蓄电装置25设置于DC/DC转换器30与负载14、15之间。蓄电装置25连接到燃料电池22与负载14、15之间的电力线。蓄电装置25还与负载14、15并联连接。蓄电装置25向车辆负载15、压缩机13等辅机14供应电力。
控制装置40的存储部42存储后述的规定请求电力、规定速度、规定加速器操作量以及规定加速度等。规定请求电力、规定速度、规定加速器操作量以及规定加速度分别也称为判定请求电力、判定速度、判定加速器操作量以及判定加速度。
控制装置40在通常发电控制时，控制喷射器102和压缩机13等的动作，以使得由燃料电池22发电的电力成为目标电力Pt。
另外，控制装置40在通常发电控制时，根据蓄电装置25的充电量(充电状态)，使目标电力Pt变化。此外，充电量例如是作为蓄电装置25的剩余容量相对于满充电容量的比例的充电率[％]、或者蓄电装置25中没有流动电流时的蓄电装置25的开路电压[V]。
另外，控制装置40也可以构成为根据蓄电装置25的充电量，阶段性地使目标电力Pt变化。
图11是用于说明燃料电池22的发电控制的图。定义有具有“第1充电量＜第2充电量＜第3充电量＜第4充电量＜第5充电量＜第6充电量＜第7充电量”的关系的多个级别的充电量。另外，定义具有“第1发电电力＜第2发电电力＜第3发电电力＜最大发电电力”的多个级别的发电电力。第1发电电力与第2发电电力之差、第2发电电力与第3发电电力之差、第3发电电力与最大发电电力之差可以是固定值，也可以是任意的值。
控制装置40在蓄电装置25的充电量变得比第6充电量小时，使目标电力Pt从零变化为第1发电电力。控制装置40在蓄电装置25的充电量变得比第4充电量小时，使目标电力Pt从第1发电电力变化为第2发电电力。控制装置40在蓄电装置25的充电量变得比第2充电量小时，使目标电力Pt从第2发电电力变化为第3发电电力。控制装置40在蓄电装置25的充电量变得比第1充电量小时，使目标电力Pt从第3发电电力变化为最大发电电力。控制装置40在蓄电装置25的充电量变得比第3充电量大时，使目标电力Pt从最大发电电力或第3发电电力变化为第2发电电力。控制装置40在蓄电装置25的充电量变得比第5充电量大时，使目标电力Pt从第2发电电力变化为第1发电电力。控制装置40在蓄电装置25的充电量变得比第7充电量大时，使目标电力Pt从第1发电电力变化为零。
图10所示的加速器操作量检测部202由连接到加速踏板的电位计等构成。加速器操作量检测部202检测作为驾驶员对加速踏板的操作量的加速器操作量O，将该检测出的加速器操作量O发送到行驶控制部203。
行驶控制部203由微型计算机等构成。行驶控制部203能具有与控制装置40同样的构成。行驶控制部203通过控制车辆负载15的动作，来控制燃料电池车辆10的行驶、货物装卸等。
另外，行驶控制部203求出向蓄电装置25请求的请求电力Pr(为了驱动车辆负载15所需要的电力)。例如，行驶控制部203求出蓄电装置25的输出电压与从蓄电装置25流到车辆负载15的电流的相乘值或根据车辆负载15的动作控制而预计的车辆负载15的消耗电力作为请求电力Pr。
另外，行驶控制部203求出燃料电池车辆10的速度V[m/s]和加速度A[m/s2]。例如，行驶控制部203从“(行驶马达的旋转速度[rpm]×轮胎外径[m]×圆周率)/(齿轮比×减速比)”的计算结果求出速度V。另外，行驶控制部203从每1秒钟的速度V的变化量求出加速度A。行驶控制部203也可以构成为基于搭载于燃料电池车辆10的加速度传感器、连接到行驶用马达的转矩传感器的输出值，求出加速度A。
行驶控制部203基于请求电力Pr、速度V、加速器操作量O以及加速度A，判断燃料电池车辆10是否行驶在上坡路、即燃料电池车辆10是否正在具有坡度的坡路上爬升。
一般地，存在如下趋势：上坡路的坡度[％]越大，则由行驶用马达消耗的电力越大。特别是，在燃料电池车辆10是工业车辆的情况下，燃料电池车辆10的重量变得比较大，因此存在如下趋势：上坡路的坡度越大，则由行驶用马达消耗的电力进一步越大。另外，存在如下趋势：上坡路的坡度越大，则燃料电池车辆10的速度越小。另外，在燃料电池车辆10行驶在上坡路的情况下，与行驶在平坦道路的情况相比，燃料电池车辆10的速度变小，因此由于想要保持为与平坦道路相同的速度的驾驶员的心理，加速踏板的操作量有变得比较大的趋势。另外，在燃料电池车辆10行驶在上坡路的情况下，燃料电池车辆10的速度易于成为恒定速度，因此燃料电池车辆10的加速度有变得比较小的趋势。即，在燃料电池车辆10行驶在上坡路时，请求电力Pr和加速器操作量O变得比较大，并且速度V和加速度A变得比较小。
因此，行驶控制部203在请求电力Pr为规定请求电力以上、并且速度V为规定速度以下、并且加速器操作量O为规定加速器操作量以上、并且加速度A为规定加速度以下的情况下，判断为燃料电池车辆10行驶在上坡路。另外，行驶控制部203在请求电力Pr小于规定请求电力的情况下、或者速度V大于规定速度的情况下、或者加速器操作量O小于规定加速器操作量的情况下、或者加速度A大于规定加速度的情况下，判断为燃料电池车辆10不是行驶在上坡路。规定加速器操作量不限于100％(加速器操作量最大)，在根据实验/经验求出推定为在上坡路行驶时驾驶员实际能够取得的操作量的基础上来设定。
行驶控制部203在判断为燃料电池车辆10行驶在上坡路的情况下，将该情况通过上坡标志传递到燃料电池系统21的控制装置40，从而使燃料电池22的发电电力比当前的发电电力增大。
图12是示出上坡标志切换处理时的行驶控制部203的动作的一个例子的流程图。此外，图12所示的上坡标志切换处理按每个规定定时或按每个固定周期重复执行。
首先，行驶控制部203在请求电力Pr为规定请求电力以上、并且速度V为规定速度以下、并且加速器操作量O为规定加速器操作量以上、并且加速度A为规定加速度以下的情况下(步骤S41：是)，使计数器的计数器值递增(步骤S42)。
接下来，行驶控制部203在计数器值为阈值以上的情况下(步骤S43：是)，将计数器值设为与阈值相同的值，并且开启上坡标志(步骤S44)，结束上坡标志切换处理。行驶控制部203也可以在上坡标志变为开启时，判断为燃料电池车辆10行驶在上坡路。由此，能够抑制由于请求电力Pr、速度V、加速器操作量O或加速度A变动而频繁地对燃料电池车辆10行驶在上坡路进行判断。当频繁地对燃料电池车辆10行驶在上坡路进行判断时，这会给燃料电池车辆10的行驶带来影响，使燃料电池车辆10的驾驶员产生不适感。通过抑制这样的频繁判断，能够抑制驾驶员对燃料电池车辆10的行驶感到不适感。
另一方面，行驶控制部203在请求电力Pr小于规定请求电力的情况下、或者速度V大于规定速度的情况下、或者加速器操作量O小于规定加速器操作量的情况下、或者加速度A大于规定加速度的情况下(步骤S41：否)，使计数器的计数器值递减(步骤S45)。
接下来，行驶控制部203在计数器值为零以下的情况下(步骤S46：是)，将计数器值设为零并且关闭上坡标志(步骤S47)，结束上坡标志切换处理。此外，行驶控制部203也可以在上坡标志变为关闭时，判断为燃料电池车辆10不是行驶在上坡路。由此，能够抑制由于请求电力Pr、速度V、加速器操作量O或加速度A变动而频繁地对燃料电池车辆10不是行驶在上坡路进行判断。当频繁地对燃料电池车辆10不是行驶在上坡路进行判断时，这会给燃料电池车辆10的行驶带来影响，使燃料电池车辆10的驾驶员产生不适感。通过抑制这样的频繁判断，能够抑制驾驶员对燃料电池车辆10的行驶感到不适感。
另外，行驶控制部203在计数器值小于阈值的情况下(步骤S43：否)、或者计数器值大于零的情况下(步骤S46：否)，结束上坡标志切换处理。
图13是示出控制装置40的动作的一个例子的流程图。
首先，控制装置40在上坡标志为关闭的情况下(步骤S51：否)，进行通常发电控制(步骤S52)。例如，如图11所示，控制装置40根据蓄电装置25的充电量阶段性地切换目标电力作为通常发电控制。
另一方面，控制装置40在上坡标志为开启的情况下(步骤S51：是)，将目标电力设定为最大发电电力(步骤S53)。此外，控制装置40也可以构成为在使燃料电池22的发电电力增大到最大发电电力时，使燃料电池22的发电电力逐渐增大到最大发电电力。具体地说，在使目标电力Pt比当前的发电电力增大时，也可以对发电电力的变化量设置上限值。由此，能够抑制从燃料电池22向辅机14施加的电力急剧地增大。
接下来，控制装置40在上坡标志继续为开启状态(步骤S54：是)但蓄电装置25的充电量小于上限充电量的情况下(步骤S55：否)，将目标电力继续设定为最大发电电力(步骤S53)。控制装置40还在上坡标志从开启状态切换为关闭状态(步骤S54：否)但蓄电装置25的充电量小于下限充电量的情况下(步骤S56：否)，将目标电力继续设定为最大发电电力(步骤S53)。例如，假设上限充电量是图11所示的第7充电量，下限充电量是图11所示的第3充电量。在该情况下，控制装置40在上坡标志继续为开启状态(步骤S54：是)但蓄电装置25的充电量小于第7充电量的情况下(步骤S55：否)，将目标电力继续设定为最大发电电力(步骤S53)。控制装置40还在上坡标志从开启状态切换为关闭状态(步骤S54：否)但蓄电装置25的充电量小于第3充电量的情况下(步骤S56：否)，将目标电力继续设定为最大发电电力(步骤S53)。由此，即使在燃料电池车辆10继续行驶在上坡路而蓄电装置25易于变为过放电状态的状况下，在燃料电池车辆10行驶在上坡路的期间，也能够将蓄电装置25持续充电到蓄电装置25的充电量变为上限充电量为止。因此，能够抑制蓄电装置25变为过放电状态。
另外，控制装置40在上坡标志继续为开启状态的情况下(步骤S54：是)，当蓄电装置25的充电量变为上限充电量以上时(步骤S55：是)，将目标电力设为零而使燃料电池22的发电停止(步骤S57)。
另一方面，控制装置40在上坡标志从开启状态切换为关闭状态后(步骤S54：否)，当蓄电装置25的充电量变为下限充电量以上时(步骤S56：是)，将目标电力设定为中发电电力(步骤S58)，之后，转移到通常发电控制(步骤S52)。例如，假设中发电电力是图11所示的第2发电电力。在该情况下，控制装置40在上坡标志从开启状态切换为关闭状态后(步骤S54：否)，当蓄电装置25的充电量变为下限充电量以上时(步骤S56：是)，将目标电力设定为第2发电电力(步骤S58)，之后，转移到通常发电控制(步骤S52)。由此，在燃料电池车辆10在上坡路行驶后燃料电池车辆10行驶在平坦道路的状态下，目标电力被设定为中发电电力。因此，能够易于从上坡判断时的发电电力控制转移到通常发电电力控制。
这样，在第3实施方式中，行驶控制部203构成为当使用请求电力Pr、速度V、加速器操作量O以及加速度A判断为燃料电池车辆10行驶在上坡路时，使燃料电池22的发电电力比当前的发电电力增大。由此，不需要等待至从燃料电池系统21流到车辆负载15的电流成为规定电流以上的状态持续规定时间。因此，即使在蓄电装置25的剩余容量比较小的情况下也能够使蓄电装置25的剩余容量急剧地增加，因而，能够抑制蓄电装置25变为过放电状态。
另外，在第3实施方式中，行驶控制部203构成为使用请求电力Pr、速度V、加速器操作量O以及加速度A这4个参数来判断燃料电池车辆10是否行驶在上坡路。由此，与使用请求电力Pr、速度V、加速器操作量O以及加速度A这4个参数中的至少3个参数来判断燃料电池车辆10是否行驶在上坡路的情况相比，能够提高对燃料电池车辆10是否行驶在上坡路进行判断的精度。另外，能够由现有的传感器等检测请求电力Pr、速度V、加速器操作量O以及加速度A这4个参数，因此不需要新设置坡度检测传感器等。因而，能够抑制燃料电池车辆10的制造成本增大。
另外，在第3实施方式中，行驶控制部203构成为当判断为燃料电池车辆10行驶在上坡路时，使燃料电池22的发电电力比当前的发电电力增大。由此，在燃料电池车辆10行驶在上坡路时或在燃料电池车辆10在上坡路行驶后，能够确保蓄电装置25的电压比较高。因此，能够使从蓄电装置25流到各种辅机14的电流比较小，能够降低蓄电装置25的损失。
另外，在第3实施方式中，行驶控制部203具有在判断为燃料电池车辆10不是行驶在上坡路的情况下在从零到最大发电电力之间根据蓄电装置25的充电量使燃料电池22的发电电力变化的发电控制系统、以及在判断为燃料电池车辆10行驶在上坡路的情况下优先使燃料电池22的发电电力增大到最大发电电力的发电控制系统这2个发电控制系统。这样，在具有2个发电控制系统的构成中，与仅具有1个发电控制系统(例如，根据蓄电装置25的充电量使燃料电池22的发电电力变化的发电控制系统)的情况相比，能够将燃料电池22的发电控制最佳化。
在上述第3实施方式中，也可以构成为代替行驶控制部203而控制装置40进行燃料电池车辆10是否行驶在上坡路的判断。在这样构成的情况下，控制装置40接收从行驶控制部203定期地发送的请求电力Pr、速度V、加速器操作量O以及加速度A，使用该接收到的请求电力Pr、速度V、加速器操作量O以及加速度A来判断燃料电池车辆10是否行驶在上坡路。
即使这样构成，也不需要等待至从燃料电池系统21流到车辆负载15的电流成为规定电流以上的状态持续规定时间。因此，即使在蓄电装置25的剩余容量比较小的情况下也能够使蓄电装置25的剩余容量急剧地增加，能够抑制蓄电装置25变为过放电状态。
在上述第1～第3各实施方式中，DC/DC转换器30也可以变更为任意的构成。DC/DC转换器30可以是绝缘型，也可以是非绝缘型。
在上述第1～第3各实施方式中，控制燃料电池22的发电电力的装置与控制DC/DC转换器30的装置也可以是不同的装置。即，控制装置40也可以是由多个装置构成的单元。
也可以将上述第1～第3实施方式中的至少2个以上的实施方式进行组合。

Claims (13)

1.一种燃料电池系统，其特征在于，具备：
燃料电池，其构成为向负载供应电力；
蓄电装置，其与所述负载并联连接；
充电状态检测部，其构成为检测所述蓄电装置的充电状态；
发电电力检测部，其构成为检测所述燃料电池的发电电力；以及
控制装置，其构成为通过基于由所述充电状态检测部检测出的所述蓄电装置的充电状态切换所述燃料电池的发电状态来控制所述燃料电池的发电电力，
所述发电状态包含：使所述燃料电池发出第1发电电力的第1发电状态；使所述燃料电池发出比所述第1发电电力大的第2发电电力的第2发电状态；以及使所述燃料电池发出比所述第2发电电力大的第3发电电力的第3发电状态，
所述控制装置包含：
电力基准值算出部，其构成为从由所述发电电力检测部检测出的所述发电电力算出表示所述燃料电池的发电的实绩的电力基准值；以及
更新部，其构成为基于所述电力基准值来更新所述第2发电电力。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，
所述更新部构成为算出所述电力基准值与所述第2发电电力的当前值之差，
将通过使所述差除以规定时间得到的值与所述第2发电电力的当前值相加，
将通过所述相加得到的值设定为新的所述第2发电电力。
3.一种燃料电池系统，搭载于燃料电池车辆，其特征在于，具备：
燃料电池；
蓄电装置，其连接到所述燃料电池与搭载于所述燃料电池车辆的负载之间的电力线；
多个辅机，其构成为由从所述燃料电池供应的电力驱动；以及
控制装置，其构成为控制所述燃料电池的发电和所述辅机的动作，
所述多个辅机包含：第1辅机，其与所述燃料电池的发电直接相关；以及第2辅机，其与所述燃料电池的发电不直接相关，
所述控制装置构成为在从所述燃料电池车辆供应到该燃料电池系统的再生电力为规定电力以上的情况下、并且所述燃料电池车辆的加速度为规定加速度以下的情况下，使所述燃料电池的发电停止，并且使所述第2辅机驱动。
4.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其中，
所述第2辅机包含多个第2辅机，
所述控制装置构成为在所述再生电力为所述规定电力以上的情况下、并且所述加速度为所述规定加速度以下的情况下，在使所述燃料电池的发电停止后，使所述多个第2辅机中的与所述蓄电装置的充电量相应的1个以上的所述第2辅机驱动。
5.根据权利要求3或权利要求4所述的燃料电池系统，其中，
所述控制装置构成为在所述再生电力为所述规定电力以上的情况下、并且所述加速度为所述规定加速度以下的情况下，使计数器值递增，
在所述再生电力小于所述规定电力的情况下、或者所述加速度大于所述规定加速度的情况下，使所述计数器值递减，
当所述计数器值变为第1阈值以上时，使所述燃料电池的发电停止，并且使所述第2辅机驱动。
6.根据权利要求5所述的燃料电池系统，其中，
所述控制装置构成为当所述计数器值变为比所述第1阈值小的第2阈值以上时，进行使所述第2辅机驱动的准备。
7.根据权利要求3至6中的任意一项所述的燃料电池系统，其中，
所述蓄电装置是电容器。
8.一种燃料电池车辆，其特征在于，具备：
燃料电池；
负载；
蓄电装置，其连接到所述燃料电池与所述负载之间的电力线；以及
行驶控制部，其构成为控制燃料电池车辆的行驶，
所述行驶控制部构成为基于从该燃料电池车辆向所述蓄电装置请求的请求电力、该燃料电池车辆的速度、该燃料电池车辆的加速器操作量以及该燃料电池车辆的加速度，对该燃料电池车辆行驶在上坡路进行判断，
当判断为该燃料电池车辆行驶在上坡路时，使所述燃料电池的发电电力比当前的发电电力增大。
9.根据权利要求8所述的燃料电池车辆，其中，
所述行驶控制部构成为在所述请求电力为规定电力以上的情况下、并且所述速度为规定速度以下的情况下、并且所述加速器操作量为规定加速器操作量以上的情况下、并且所述加速度为规定加速度以下的情况下，使计数器值递增，
在所述请求电力小于所述规定电力的情况下、或者所述速度大于所述规定速度的情况下、或者所述加速器操作量小于所述规定加速器操作量的情况下、或者所述加速度大于所述规定加速度的情况下，使所述计数器值递减，
当所述计数器值变为阈值以上时，判断为该燃料电池车辆行驶在上坡路。
10.根据权利要求9所述的燃料电池车辆，其中，
所述行驶控制部构成为当所述计数器值变为零以下时，判断为该燃料电池车辆不是行驶在上坡路。
11.根据权利要求8至10中的任意一项所述的燃料电池车辆，其中，
所述行驶控制部构成为在判断为该燃料电池车辆不是行驶在上坡路的情况下，根据所述蓄电装置的充电量，使所述燃料电池的发电电力在从零到最大发电电力之间变化，
当判断为该燃料电池车辆行驶在上坡路时，使所述燃料电池的发电电力增大到所述最大发电电力。
12.根据权利要求11所述的燃料电池车辆，其中，
所述行驶控制部构成为当判断为该燃料电池车辆行驶在上坡路时，使所述燃料电池的发电电力逐渐增大到所述最大发电电力。
13.一种燃料电池系统，搭载于燃料电池车辆，其特征在于，具备：
燃料电池；
蓄电装置，其连接到所述燃料电池与搭载于所述燃料电池车辆的负载之间的电力线；以及
控制装置，其构成为控制所述燃料电池的发电，
所述控制装置构成为基于从所述燃料电池车辆向所述蓄电装置请求的请求电力、所述燃料电池车辆的速度、所述燃料电池车辆的加速器操作量以及所述燃料电池车辆的加速度，对所述燃料电池车辆行驶在上坡路进行判断，
当判断为所述燃料电池车辆行驶在上坡路时，使所述燃料电池的发电电力比当前的发电电力增大。
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