燃料电池系统的制作方法
【专利摘要】本燃料电池系统在与要求电力对应的要求电压达到构成燃料电池的催化剂的铂的氧化还原电位即边界电压的情况下，进行将向燃料电池指示的FC指示电压保持为边界电压的跨越回避控制，并通过二次电池来吸收要求电压与FC指示电压之间的背离量。
【专利说明】燃料电池系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及燃料电池系统。
【背景技术】
[0002]燃料电池通常具有利用设有原料供给用的流路的隔板夹着膜-电极接合体(MEA)的结构作为I个单位的所谓单电池，所述膜-电极接合体(MEA)将电解质膜的一方的面上的燃料极催化剂层和另一方的面上的氧化剂极催化剂层隔着电解质膜相对设置，在夹持电解质膜的各催化剂层的外侧还设有扩散层。在通常的燃料电池系统中，使用将该单电池层叠多个而得到所希望的电力的电池组，向各催化剂层供给氢、氧等的原料(以下，也称为原料气体或反应气体)而进行发电。
[0003]在燃料电池的发电时，向燃料极供给的燃料气体为氢，向氧化剂极供给的氧化剂气体为空气时，在燃料极，由氢产生氢离子和电子。电子从外部端子通过外部电路而到达氧化剂极。在氧化剂极中，供给的空气中的氧和通过了电解质膜的氢离子借助通过外部电路而到达氧化剂极的电子，来生成水。如此在燃料极及氧化剂极产生电化学反应，作为电池发?车功能。
[0004]然而，在燃料电池系统中从燃料电池取出的输出不固定的情况较多。燃料电池根据从燃料电池取出的输出而电压发生变化，当从燃料电池取出的输出增大时，燃料电池的电压下降。在电压下降时，若在氧化剂极的催化剂的表面形成的氧化覆膜被还原，则燃料电池的电压再次升高的情况下(从燃料电池取出的输出减小的情况下)，催化剂的金属成分(例如，碳载持的钼等)溶出。
[0005]对此，在下述专利文献I中，提出了以抑制在燃料电池的输出发生变化时发生的钼等催化剂的溶出为目的的燃料电池系统。下述专利文献I公开的燃料电池系统从燃料电池和二次电池向电动机供给电力，且具备基于二次电池的SOC来限制燃料电池的输出的输出控制单元。在二次电池的SOC比10%大的情况下，通过输出控制单元，以避免燃料电池的电压低于规定电压的方式限制燃料电池的输出。根据该燃料电池系统，能够抑制与燃料电池的电压变化引起的氧化剂极的催化剂(例如钼等)的溶出相伴的劣化。
[0006]在先技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:日本特开2007-220323号公报
【发明内容】
[0009]发明要解决的课题
[0010]在上述的专利文献I记载的燃料电池系统中，对燃料电池的输出进行限制时的电力不足部分从作为能量充放电单元的二次电池供给。具体而言，如该文献的段落0031记载那样，在运转的初期阶段，以从二次电池向电动机的电力的供给为主体，减小从燃料电池向电动机供给的电力。这种情况下，为了避免燃料电池的电压低于规定电压(0.8V)而将燃料电池的输出控制成为规定输出以下，将燃料电池的电压、尤其是氧化剂极的电位维持为高的状态。这种情况下，电动机所需的剩余的电力从二次电池供给。通过将燃料电池的电压维持得较高，能够提高氧化剂极的电位，对形成在氧化剂极的钼的表面上的氧化覆膜的还原进行抑制，然后即使在燃料电池的电压升高的情况下也能够抑制钼的溶出。
[0011]然而，在专利文献I中，检测二次电池的蓄电量，判断检测到的蓄电量相对于使二次电池为满充电的状态的蓄电量是否成为10%以下。并且，在二次电池的蓄电量成为10%以下时，以燃料电池为主体而向电动机供给电力。即，解除燃料电池的输出限制，根据电动机所需的电力来控制燃料电池的输出。
[0012]在上述专利文献I公开的燃料电池系统中，为了抑制作为催化剂的钼的溶出，从一开始就利用来自二次电池的电力，因此，即使在本来相对于要求输出而燃料电池的供给输出存在富余而能够维持比规定电压高的状态的情况下，也优先使用来自二次电池的电力。其结果是，在二次电池的蓄电量为10%以下的状态时，在跨规定电压而上下波动的负载要求频繁存在的情况下，利用二次电池无法支援，燃料电池的电压跨规定电压而上下波动的跨越变动容易发生。当燃料电池的电压频繁发生跨越变动时，钼的溶出及析出反复进行，钼凝集在催化剂载持体的周围，因此造成催化剂活性的下降、耐久性的下降。
[0013]因此，在上述专利文献I记载的燃料电池系统中，二次电池的蓄电量在较早的阶段减少至无法支援燃料电池的输出的程度，因此存在在需要抑制燃料电池的电压变动时无法准确地接受二次电池的支援这样的应解决的课题。
[0014]本发明鉴于这样的课题而作出，其目的在于提供一种具备燃料电池和二次电池的燃料电池系统，其能够极力减少施加于二次电池的负载，能够在适当的时机进行用于防止燃料电池的催化剂溶出的支援。
[0015]用于解决课题的方案
[0016]为了解决上述课题，本发明的燃料电池系统涉及一种燃料电池系统，具备:燃料电池，包括隔着电解质膜配置且分别具有催化剂的燃料极及氧化剂极；二次电池，能够进行充电及放电；负载，与燃料电池及二次电池电连接；及输出供给部，调整从燃料电池供给的电力、电压或电流及从二次电池供给的电力、电压或电流而供给与负载所需要的要求电力、要求电压及要求电流中的任一个对应的电力、电压或电流。在要求电力、要求电压及要求电流中的任一个达到燃料电池的催化剂的氧化还原电力、氧化还原电压或氧化还原电流即边界电力、边界电压或边界电流的情况下，输出供给部进行将向燃料电池指示的FC指示电力、FC指示电压或FC指示电流保持为边界电力、边界电压或边界电流的跨越回避控制,通过从二次电池的放电或二次电池中的蓄电来吸收要求电力与FC指示电力之间的背离量、要求电压与FC指示电压之间的背离量、或要求电流与FC指示电流之间的背离量。
[0017]根据本发明，在满足要求电力达到边界电力，或要求电压达到边界电压，或要求电流达到边界电流中的至少任一个条件时，输出供给部进行将向燃料电池指示的FC指示电力保持为边界电力，或将FC指示电压保持为边界电压,或将FC指示电流保持为边界电流中的至少任一个的跨越回避控制，因此能够抑制FC指示电力、FC指示电压、或FC指示电流跨燃料电池的催化剂的氧化还原电力、氧化还原电压、或氧化还原电流的情况。催化剂的溶出在电力比氧化还原电力高，或电压比氧化还原电压高，或电流比氧化还原电流高时发生，催化剂的析出在电力比氧化还原电力低，或电压比氧化还原电压低时发生，因此以避免跨越氧化还原电力、氧化还原电压、或氧化还原电流的方式进行控制，由此能够抑制催化剂的溶出、析出引起的凝结(凝縮)。
[0018]而且，在本发明中，当要求电压到达边界电压时，进行将FC指示电压保持为边界电压的跨越回避控制，因此例如若在从开路电压(OCV:0pen Circuit Voltage)到边界电压之间维持要求电压，则能够按照要求电压来设定FC指示电压，不会浪费地使用二次电池的电力。当要求电压从高电压侧达到边界电压时，将FC指示电压保持为边界电压，剩余的电力向二次电池供给，由此能够吸收要求电压与FC指示电压之间的背离量。另一方面，当要求电压从低电压侧达到边界电压时，将FC指示电压保持在边界电压，不足的电力从二次电池供给，由此能够吸收要求电压与FC指示电压之间的背离量。需要说明的是，要求电压与边界电压的关系也可以置换成电力或电流而进行控制。具体而言，在要求电力到达与边界电压对应的边界电力时，或与要求电力对应的要求电流到达与边界电压对应的边界电流时，进行跨越回避控制。
[0019]另外，在本发明的燃料电池系统中，优选的是，在跨越回避控制的执行中，输出供给部设定使要求电力在时间上延迟了的假想要求电力、使要求电压在时间上延迟了的假想要求电压、或者使要求电流延迟了的假想要求电流，在与假想要求电力、假想要求电压或假想要求电流对应的电力、电压或电流达到边界电力、边界电压或边界电流时，解除跨越回避控制。
[0020]如上所述，在本发明中，当要求电压(要求电力或要求电流)到达边界电压(边界电力或边界电流)时，执行将FC指示电压(FC指示电力或FC指示电流)保持为边界电压(边界电力或边界电流)的跨越回避控制。该跨越回避控制通过二次电池来吸收要求电压(要求电力或要求电流)与FC指示电压(FC指示电力或FC指示电流)之间的背离量，因此即使在持续满足跨越回避控制的开始条件的情况下，也会产生从二次电池的容量的观点出发解除跨越回避控制的情况。因此，在该优选的方案中，设定使要求电压在时间上延迟的假想要求电压(或使要求电力在时间上延迟的假想要求电力或使要求电流在时间上延迟的假想要求电流)，在该假想要求电压(或假想要求电力或假想要求电流)达到边界电压的时机，解除跨越回避控制。通过如此构成，即使在要求电压(要求电力或要求电流)以短的时间间隔隔着边界电压(边界电力或边界电流)往来的情况下，也能够避免FC指示电压(FC指示电力或FC指示电流)的过度的追随。具体而言，例如，即使要求电压(要求电力或要求电流)从高电压侧(高电力侧或高电流侧)跨越边界电压(边界电力或边界电流)，在几乎不空出时间而再次返回高电压侧(高电力侧或高电流侧)的情况下，在假想要求电压(假想要求电力或假想要求电流)达到边界电压(边界电力或边界电流)的时机，将跨越回避控制解除，由此也能够执行FC指示电压(FC指示电力或FC指示电流)不跨越边界电压(边界电力或边界电流)的控制。
[0021]另外，在本发明的燃料电池系统中，优选的是，在跨越回避控制的执行中，在二次电池的放电余力或充电余力超过预先设定的余力阈值的情况下，输出供给部解除跨越回避控制。
[0022]如上述那样在本发明中，即使在持续满足跨越回避控制的开始条件的情况下，也会产生从二次电池的容量的观点出发将跨越回避控制解除的情况。在该优选的方案中，在二次电池的放电余力或充电余力超过了预先设定的余力阈值的情况下，将跨越回避控制解除，由此能够执行不对二次电池施加过度的负载而抑制催化剂的溶出的控制。
[0023]另外，在本发明的燃料电池系统中，优选的是，输出供给部对应于要求电力、要求电压或要求电流的变动速度而使余力阈值变动。
[0024]在该优选的方案中，通过将要求电力、要求电压或要求电流的变动速度反映到余力阈值的设定值中，能够更准确地抑制给二次电池施加过度的负载的情况。
[0025]另外，在本发明的燃料电池系统中，优选的是，在跨越回避控制的执行中，在要求电力、要求电压或要求电流的变动速度或变动幅度超过变动阈值的情况下，输出供给部解除跨越回避控制。
[0026]在该优选的方案中，在要求电力、要求电压、或要求电流的变动速度或变动幅度超过变动阈值的情况下，将跨越回避控制解除，因此例如在存在急剧的要求电力的增加的情况下，能够确保准确地追随该急剧的要求电力、要求电压或要求电流的变化的输出，能够抑制将该燃料电池系统使用于车辆的驱动时的驾驶性能的恶化。
[0027]发明效果
[0028]根据本发明，能够提供一种燃料电池系统，其能够极力减少施加于二次电池的负载，并能够在适当的时机进行用于防止燃料电池的催化剂溶出的支援。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1是表示本发明的实施方式的燃料电池系统的结构的概略结构图。
[0030]图2是表示图1所示的燃料电池系统的动作例的流程图。
[0031]图3是表示使图1所示的燃料电池系统按照图2所示的流程图进行动作时的燃料电池的电压的动作的一例的坐标图。
【具体实施方式】
[0032]以下，参照附图，说明本发明的实施方式。为了容易理解说明，在各附图中，对于同一结构要素，尽量标注同一标号，省略重复的说明。
[0033]首先，参照图1，说明本发明的实施方式的搭载于燃料电池车辆的燃料电池系统FS0图1是表示作为燃料电池车辆的车载电源系统发挥功能的燃料电池系统FS的系统结构的图。燃料电池系统FS是搭载于燃料电池机动车(FCHV) I的系统，对车轮2进行驱动。
[0034]燃料电池系统FS具备燃料电池FC、空气压缩机ACP、高压氢罐FS1、FC升压转换器DCa、蓄电池升压转换器DCb、二次电池BTa、牵引逆变器TIV、驱动电动机DMa、控制器E⑶。
[0035]燃料电池FC构成作为将多个单电池(具备阳极、阴极及电解质的单一的电池(发电体))直列层叠而成的固体高分子电解质型的电池组。在燃料电池FC中，在通常的运转中，在阳极发生(I)式的氧化反应，在阴极发生(2)式的还原反应。作为燃料电池FC整体而发生⑶式的起电反应。
[0036]H2 — 2H++2e- (I)
[0037](l/2)02+2H++2e-— H2O (2)
[0038]H2+(1/2) O2 — H2O (3)
[0039]从高压氢罐FCl向燃料电池FC供给的燃料气体在燃料电池FC的内部有助于起电反应，作为废气而从燃料电池FC排出。
[0040]高压氢罐FSl贮藏高压(例如，35MPa?70MPa)的氢气。
[0041]空气压缩机ACP工作而吸入的空气向燃料电池FC供给，在燃料电池FC的内部有助于起电反应，作为废气而从燃料电池FC排出。
[0042]FC升压转换器DCa对燃料电池FC发电的直流电力进行升压而向牵引逆变器TIV供给。通过基于该FC升压转换器DCa的电压转换控制，来控制燃料电池FC的运转点(输出端子电压、输出电流)。
[0043]蓄电池升压转换器DCb具有:对从二次电池BTa供给的直流电力进行升压而向牵弓I逆变器Tiv输出的功能；对燃料电池FC发电的直流电力、通过再生制动而由驱动电动机DMa回收的再生电力进行降压并向二次电池BTa充电的功能。通过蓄电池升压转换器DCb的这些功能，来控制二次电池BTa的充放电。
[0044]二次电池BTa作为剩余电力的贮藏源、再生制动时的再生能量贮藏源、与燃料电池车辆的加速或减速相伴的负载变动时的能量缓冲器发挥功能。作为二次电池BTa，优选例如镍-镉蓄电池、镍-氢蓄电池、锂二次电池等二次电池。
[0045]牵引逆变器TIV连接于驱动电动机DMa。牵引逆变器TIV例如是以脉冲宽度调制方式来驱动的PWM逆变器。牵引逆变器TIV按照来自控制器ECU的控制指令，将从燃料电池FC或二次电池BTa输出的直流电压转换成三相交流电压，对驱动电动机DMa的旋转转矩进行控制。驱动电动机DMa是例如三相交流电动机，构成燃料电池车辆的动力源。
[0046]该燃料电池系统FS具备作为统括的控制单元的控制器ECU。控制器ECU是具备CPU、ROM、RAM及输入输出接口的计算机系统，对燃料电池系统FS的各部进行控制。例如，当控制器ECU接收从点火装置开关输出的起动信号IG时，使燃料电池系统FS的运转开始。然后，控制器ECU基于从油门传感器21输出的油门开度信号ACC、从车速传感器输出的车速信号VC等，求出燃料电池系统FS整体的要求电力。燃料电池系统FS整体的要求电力是车辆行驶电力与辅机电力的合计值。
[0047]在此，辅机电力包含由车载辅机类(加湿器、空气压缩机、氢泵及冷却水循环泵等)消耗的电力、由车辆行驶所需的装置(变速器、车轮控制装置、转向装置及悬架装置等)消耗的电力、由配置在乘员空间内的装置(空调装置、照明器具及音响等)消耗的电力等。
[0048]并且，控制器E⑶决定燃料电池FC与二次电池BTa的各自的输出电力的分配。控制器ECU以使燃料电池FC的发电量与目标电力一致的方式对各部进行控制，并控制FC升压转换器DCa，来控制燃料电池FC的运转点(输出端子电压、输出电流)。
[0049]而且，控制器E⑶为了得到与油门开度对应的目标转矩，例如，将U相、V相及W相的各交流电压指令值作为开关指令向牵引逆变器TIV输出，对驱动电动机DMa的输出转矩及转速进行控制。
[0050]接着，参照图2，说明本实施方式的燃料电池系统FS的运转控制例。图2是表示图1所示的燃料电池系统FS的动作例的流程图。需要说明的是，在以下的说明中，在未特别明示动作的主体的情况下，设为燃料电池系统FS的控制器ECU(输出供给部)进行的处理。
[0051]在步骤SOl中，判断向燃料电池FC指示的FC指示电压是否达到了边界电压。该FC指示电压对应于作为负载的驱动电动机DMa、空气压缩机ACP等所需要的要求电力。如上所述，对于负载所需要的要求电力，虽然一边调整燃料电池FC发电的电力及二次电池BTa供给的电力一边供给，但在运转初期阶段的步骤SOl中仅使用从燃料电池FC供给的电力。
[0052]本实施方式的边界电压是指构成燃料电池FC的催化剂的钼的氧化还原电位。因此，所谓向燃料电池FC指示的FC指示电压达到边界电压的情况，存在FC指示电压从比边界电压高的电压下降而达到边界电压的情况和FC指示电压从比边界电压低的电压上升而达到边界电压的情况。
[0053]在步骤SOl中，在向燃料电池FC指示的FC指示电压未达到边界电压的情况下反复进行判断，在向燃料电池FC指示的FC指示电压达到边界电压的情况下进入步骤S02的处理。
[0054]在步骤S02中，判断是否能够通过二次电池Bta进行支援。本实施方式的燃料电池系统FS为了极力避免向燃料电池FC指示的FC指示电压跨越边界电压，而抑制跨越次数的变动。因此，在向燃料电池FC指示的FC指示电压达到边界电压时,在FC指示电压从比边界电压高的电压下降的情况下，从二次电池BTa供给电力(放电)，在FC指示电压从比边界电压低的电压上升的情况下，通过二次电池BTa来吸收剩余电力(蓄电)。在步骤S02中，判断向燃料电池FC指示的FC指示电压的变动曲线(上升侧还是下降侧)，对应于此而判断是否存在二次电池BTa的蓄电余力或放电余力。
[0055]在步骤S02中，若能够通过二次电池Bta进行支援，则进入步骤S03的处理，若不能通过二次电池Bta进行支援，则进入步骤S06的处理。
[0056]在步骤S03中，将向燃料电池FC指示的FC指示电压保持为边界电压，通过利用二次电池BTa进行支援来执行跨越回避控制。具体而言，利用二次电池BTa来吸收向负载供给的供给电压所对应的整体的要求电压与向燃料电池FC指示的FC指示电压之间的背离量，由此执行跨越回避控制。
[0057]在步骤S04中，在步骤S03的跨越回避控制的执行中，判断是否应解除跨越回避控制。该判断中，存在基于二次电池BTa的状态的判断和基于FC指示电压的变动的判断。
[0058]二次电池BTa的SOC在进行监视，因此能够判断是二次电池BTa能够进一步蓄电的状态，还是二次电池BTa能够进一步放电的状态。在上述的跨越回避控制中，尽管需要利用二次电池BTa来吸收剩余电力，但如果二次电池BTa的蓄电余力消失，就可能发生二次电池BTa的劣化，因此判断为应解除跨越回避控制。
[0059]在FC指示电压从边界电压离开的情况下，即，在FC指示电压从比边界电压高的电压达到边界电压，FC指示电压暂且保持于边界电压之后，FC指示电压上升的情况下，或者FC指示电压从比边界电压低的电压达到边界电压，FC指示电压暂且保持于边界电压之后，FC指示电压下降的情况下，跨越边界电压的可能性减少，因此判断为应解除跨越回避控制。
[0060]在步骤S04中，在判断为不应解除跨越回避控制时，使步骤S03的处理继续，在判断为应解除跨越回避控制时，进入步骤S05的处理。
[0061]在步骤S05中，解除跨越回避控制，向通常控制进行收敛处理。例如，若跨越回避控制中保持为边界电压的FC指示电压与通常控制时的FC指示电压之间的背离大，则使FC指示电压逐渐收敛于通常控制中的FC指示电压。另一方面，若跨越回避控制中保持为边界电压的FC指示电压与通常控制时的FC指示电压之间的背离小，则也优选使FC指示电压直接收敛于通常控制中的FC指示电压。
[0062]在步骤S06中，基于要求电压来算出FC指示电压，并基于该FC指示电压来执行通常控制。
[0063]接着，关于按照参照图2说明的流程图使本实施方式的燃料电池系统FS运转时的FC指示电压的动作，参照图3进行说明。图3是表示使图1所示的燃料电池系统按照图2所示的流程图动作时的燃料电池的电压的动作的一例的坐标图。
[0064]在图3中，纵轴取为相对于燃料电池FC的FC指示电压，横轴取为时间。线LI表示相对于燃料电池FC的FC指示电压，线L2表示与要求电压对应的假想的线，线L3表示对线L2施加了时间上的延迟处理的假想的线。
[0065]在燃料电池燃料电池系统FS的起动初期(时刻O?tl)，以避免FC指示电压成为开路电压(OCV)的方式进行高电位回避控制。因此，FC指示电压保持为上限电压VL。当表示要求电压的线L2比上限电压VL下降时，以避免FC指示电压也成为线L2的方式进行控制。当表示FC指示电压的线LI达到边界电压VO时(时刻t2) ,FC指示电压保持为边界电压VO (时刻t2?t3)。
[0066]在参照图2说明的流程中，在二次电池BTa的支援极限到来时或FC指示电压从边界电压VO离开时，虽然将跨越回避控制解除，但是作为其判断手法的一例，也优选使要求电压在时间上延迟而进行判断。在图3中，线L3是使线L2在时间上延迟的假想的线。若使线L3相对于线L2的延迟程度适合于该燃料电池系统FS的特性，则能够预先检测二次电池BTa的支援极限，或者在要求电压低于边界电压VO之后而要求电压立即上升时，对其进行检测。在本实施方式中，在时刻t3，线L3低于边界电压VO，因此在该时刻t3，将跨越回避控制解除。然后，在时刻t4，向基于要求电压的通常控制转移。
[0067]当经过时刻t4后，FC指示电压上升。FC指示电压上升且达到边界电压VO时(时刻t5)，FC指示电压保持为边界电压V0，跨越回避控制再次开始(时刻t5?t6)。而且，在时刻t6，线L3超过边界电压V0，因此在该时刻t6，将跨越回避控制解除。
[0068]如上所述，在本实施方式中，与要求电力对应的要求电压达到在构成燃料电池FC的催化剂的金属的表面上形成的氧化覆膜被还原的低电压状态与构成燃料电池FC的催化剂的金属被氧化而形成氧化覆膜的高电压状态的边界即边界电压VO时，进行将向燃料电池FC指示的FC指示电压保持为边界电压VO的跨越回避控制，通过二次电池BTa来吸收要求电压与FC指不电压之间的背尚量。
[0069]根据本实施方式，当要求电压达到边界电压VO时，作为输出供给部的控制器进行将向燃料电池FC指示的FC指示电压保持为边界电压VO的跨越回避控制，因此能够抑制FC指示电压跨越构成燃料电池FC的催化剂的钼的氧化还原电位的情况。催化剂的溶出在电位比氧化还原电位高时发生，催化剂的析出在电位比氧化还原电位低时发生，因此以避免跨越氧化还原电位的方式进行控制，由此能够抑制催化剂的溶出、析出引起的凝结。
[0070]此外，在本实施方式中，当要求电压到达边界电压时，进行将FC指示电压保持为边界电压VO的跨越回避控制，因此例如若在从开路电压(OCV:0pen Circuit Voltage)到边界电压VO之间维持要求电压，则能够按照要求电压那样设定FC指示电压，不会浪费地使用二次电池BTa的电力。在要求电压从高电压侧达到边界电压VO时将FC指示电压保持为边界电压V0，剩余的电力向二次电池BTa供给，由此能够吸收要求电压与FC指示电压之间的背离量。另一方面，当要求电压从低电压侧达到边界电压VO时，将FC指示电压保持在边界电压V0，不足的电力从二次电池BTa供给，由此能够吸收要求电压与FC指示电压之间的背离量。
[0071]另外，在本实施方式中，在跨越回避控制的执行中，设定使要求电压L2在时间上延迟的假想要求电压L3，在该假想要求电压L3达到边界电压VO时，将跨越回避控制解除(参照图3及其说明)。该控制也可以基于与假想要求电压L3对应的假想要求电流或假想要求电压进行，使用假想要求电力是更优选的方案。
[0072]如上述那样在本实施方式中，当要求电压到达边界电压VO时，执行将FC指示电压保持为边界电压VO的跨越回避控制。该跨越回避控制是通过二次电池来吸收要求电压与FC指示电压之间的背离量的控制，因此即使在持续满足跨越回避控制的开始条件的情况下，也可能会产生从二次电池BTa的容量的观点出发将跨越回避控制解除的情况。因此，设定使要求电压在时间上延迟的假想要求电压(图3的线L3)，在该假想要求电压达到边界电压VO的时机，将跨越回避控制解除。通过如此构成，即使在要求电压以短时间间隔隔着边界电压VO往来的情况下，也能够避免FC指示电压的过度的追随。具体而言，例如，即使要求电压从高电压侧跨越边界电压V0，在几乎不空出时间而再次返回高电压侧时，在假想要求电压达到边界电压VO的时机将跨越回避控制解除，由此能够执行FC指示电压不跨越边界电压VO的控制。
[0073]另外，在本实施方式中，在跨越回避控制的执行中，在二次电池BTa的放电余力或充电余力超过了预先设定的余力阈值的情况下，将跨越回避控制解除(参照图2中的步骤S04及其说明)。
[0074]如上述那样，在本实施方式中，即使在持续满足跨越回避控制的开始条件的情况下，也会产生从二次电池BTa的容量的观点出发将跨越回避控制解除的情况。因此，在二次电池BTa的放电余力或充电余力超过了预先设定的余力阈值的情况下将跨越回避控制解除，由此能够执行不向二次电池BTa施加过度的负载而抑制催化剂的溶出的控制。
[0075]而且，在本实施方式中，也优选对应于要求电力的变动速度来使余力阈值变动。在该优选的方案中，通过将要求电力的变动速度反映到余力阈值的设定值中，能够更准确地抑制向二次电池BTa施加过度的负载的情况。
[0076]另外，在本实施方式中，在跨越回避控制的执行中，也优选在要求电力的变动速度或变动幅度超过了变动阈值的情况下将跨越回避控制解除。在该优选的方案中，在超过了要求电力的变动速度或变动阈值的情况下将跨越回避控制解除，因此例如存在急剧的要求电力的增加时，能够确保准确地追随于该急剧的要求电力的变化的输出，能够抑制将该燃料电池系统FS使用于车辆的驱动时的驾驶性能的恶化。
[0077]需要说明的是，在本实施方式中，虽然示出了基于要求电压、FC指示电压、边界电压、假想要求电压等进行控制的例子，但是也可以且优选基于电力或电流进行控制。这种情况下，可以选择通过要求电力、FC指示电力、边界电力、假想要求电力等的电力系统进行控制、或者通过要求电流、FC指示电流、边界电流、假想要求电流等的电流系统进行控制、或者将电压系统、电力系统、电流系统组合进行控制中的任一个。
[0078]标号说明
[0079]FS:燃料电池系统
[0080]FC:燃料电池
[0081]FSl:高压氢罐
[0082]ACP:空气压缩机
[0083]DCa:FC升压转换器
[0084]TIV:牵引逆变器
[0085]DCb:蓄电池升压转换器
[0086]DMa:驱动电动机
[0087]BTa: 二次电池
【权利要求】
1.一种燃料电池系统，其特征在于，具备: 燃料电池，包括隔着电解质膜配置且分别具有催化剂的燃料极及氧化剂极； 二次电池，能够进行充电及放电； 负载，与所述燃料电池及所述二次电池电连接；及 输出供给部，调整从所述燃料电池供给的电力、电压或电流及从所述二次电池供给的电力、电压或电流而供给与所述负载所需要的要求电力、要求电压及要求电流中的任一个对应的电力、电压或电流， 在所述要求电力、所述要求电压及所述要求电流中的任一个达到所述燃料电池的催化剂的氧化还原电力、氧化还原电压或氧化还原电流即边界电力、边界电压或边界电流的情况下，所述输出供给部进行将向所述燃料电池指示的FC指示电力、FC指示电压或FC指示电流保持为所述边界电力、所述边界电压或所述边界电流的跨越回避控制，通过从所述二次电池的放电或所述二次电池中的蓄电来吸收所述要求电力与所述FC指示电力之间的背离量、所述要求电压与所述FC指示电压之间的背离量、或所述要求电流与所述FC指示电流之间的背尚量。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于， 在所述跨越回避控制的执行中，所述输出供给部设定使所述要求电力在时间上延迟了的假想要求电力、使所述要求电压在时间上延迟了的假想要求电压、或使所述要求电流延迟了的假想要求电流，在与所述假想要求电力、所述假想要求电压或所述假想要求电流对应的电力、电压或电流达到所述边界电力、所述边界电压或所述边界电流时，解除所述跨越回避控制。
3.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于， 在所述跨越回避控制的执行中，所述二次电池的放电余力或充电余力超过预先设定的余力阈值的情况下，所述输出供给部解除所述跨越回避控制。
4.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其特征在于， 所述输出供给部对应于所述要求电力、所述要求电压或所述要求电流的变动速度而使所述余力阈值变动。
5.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于， 在所述跨越回避控制的执行中，所述要求电力、所述要求电压或所述要求电流的变动速度或变动幅度超过变动阈值的情况下，所述输出供给部解除所述跨越回避控制。
【文档编号】H01M8/04GK104272511SQ201280073063
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2012年5月7日 优先权日:2012年5月7日
【发明者】挂布裕史, 水野秀昭, 马屋原健司, 长沼良明, 户井田政史 申请人:丰田自动车株式会社