專利名稱：燃料電池車輛的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具備燃料電池和從所述燃料電池接受電力提供的負載的燃料電池車輛。
背景技術：
關于燃料電池車輛，提出了關于燃料電池的怠速(idle)停止的技術{JP特開2001-307758 號(以下稱為 “ JP 2001-307758A”)}。在 JP2001-307758A 中，課題在于減少燃料電池的發(fā)電浪費，實現(xiàn)具有燃料電池和2次電池的系統(tǒng)整體的效率提高(摘要)。為了解決該課題，在JP2001-307758A中，根據(jù)驅動要求功率的大小，決定包括燃料電池20及·其周邊裝置的燃料電池設備群的運轉以及停止。在該驅動要求功率是由閾值功率Xps以下的低負載區(qū)域的燃料電池發(fā)電運轉所得到的情況下，使燃料電池設備群停止，單獨利用2次電池30通過其剩余容量Q使電動機32旋轉，以驅動要求功率來驅動車輛(摘要、圖5、第
段)。如上述那樣，在JP2001-307758A中，在要求負載為低負載的情況下，使燃料電池設備群停止，通過來自2次電池30的電力，驅動車輛。因此，在停止了燃料電池設備群的情況下，可以理解為燃料電池的輸出電壓變?yōu)殚_路電壓(OCV)或者其附近值。在燃料電池的輸出電壓為OCV或者其附近值的情況下，燃料電池的劣化量變得比較大(參照本申請的圖11)。圖11示出構成燃料電池堆的燃料電池單位電池(cell)的電位(單位電池電壓Vcell) [V]與燃料電池單位電池的劣化量D的關系的一例。S卩，圖11中的曲線200表示單位電池電壓Vcell與劣化量D的關系。在圖11 中，電位 vl、v2、v3、v4 例如是 O. 5V、0. 8V、0. 9V、0. 95V。在低于電位 vl 的區(qū)域(以下稱為“凝集增加區(qū)域R1”)中，對于燃料電池單位電池中包含的鉬(氧化鉬)劇烈地進行還原反應，鉬過度地凝集。從電位vl到電位v2(例如，O. 8V)是穩(wěn)定地進行還原反應的區(qū)域(以下稱為“還原區(qū)域R2”)。從電位v2到電位v3 (例如，O. 9V)是針對鉬進行氧化還原反應的區(qū)域(以下稱為“氧化還原區(qū)域R3”)。從電位v3到電位v4(例如，0.95V)是針對鉬穩(wěn)定地進行氧化反應的區(qū)域(以下稱為“氧化區(qū)域R4”)。從電位v4到OCV(開路電壓)是進行單位電池中包含的碳的氧化的區(qū)域(以下稱為“碳氧化區(qū)域R5”)。另外，在圖11中，進行了唯一地規(guī)定曲線200的表述，但實際上，曲線200根據(jù)每單位時間的單位電池電壓Vcell的變動量(變動速度Acell) [V/sec]而變化。其中，還原區(qū)域R2包括曲線200的極小值(第I極小值Vlmi I)。在氧化還原進行區(qū)域R3中包括曲線200的極大值(極大值Vlmx)。氧化穩(wěn)定區(qū)域R4包括曲線200的另一極小值(第2極小值Vlmi2)。根據(jù)圖11，劣化量D隨著從第2極小值Vlmi2向OCV而增加。因此，在JP2001-307758A中，使燃料電池設備群停止，燃料電池的輸出電壓變?yōu)镺CV或者其附近值時，雖然能夠提高燃料電池的發(fā)電效率，但是燃料電池的劣化量D變大。

發(fā)明內容
本發(fā)明考慮了這種課題而做，目的在于提供一種能夠提高燃料電池的發(fā)電效率的同時抑制燃料電池的劣化的燃料電池車輛。本發(fā)明所涉及的燃料電池車輛，具備燃料電池；轉換器，其控制所述燃料電池的輸出電壓；負載，其從所述燃料電池接受電力提供；和控制裝置，其根據(jù)所述負載的負載量來設定所述燃料電池的目標輸出，并且將與所述目標輸出相應的所述燃料電池的目標電壓指示給所述轉換器，其中，所述控制裝置，在所述負載量為規(guī)定值以下時，進行以比通常運轉時的所述燃料電池的下限電流低的極低電流進行發(fā)電的極低電流控制，并且在所述極低電流控制時，設定與所述極低電流對應的所述轉換器的目標輸出電壓的上下限值，進行控制使得所述燃料電池的輸出電壓處于所述上下限值內。根據(jù)本發(fā)明，能夠提高燃料電池的發(fā)電效率，同時能夠抑制燃料電池的劣化?！卩，作為燃料電池的特性，在輸出電壓為開路電壓(OCV)或者其附近值的情況下，其劣化量變高(參照圖11)。根據(jù)本發(fā)明，在負載的負載量為規(guī)定值以下的情況下，進行以比通常運轉時的燃料電池的下限電流低的極低電流進行發(fā)電的極低電流控制，所述極低電流控制時，設定與所述極低電流對應的轉換器的目標電壓的上下限值，進行控制使得燃料電池的輸出電壓處于所述上下限值內。因此，在極低電流控制時，若將該上下限值設定為低于OCV的值，則能夠抑制燃料電池的劣化量。此外，作為燃料電池的特性，在OCV附近的低電流域中，相對于燃料電池的輸出電流的變化，燃料電池的輸出電壓的變化較大。根據(jù)本發(fā)明，在OCV附近的低電流域中，通過設定與極低電流對應的轉換器的目標輸出電壓的上下限值，能夠高精度地輸出所述極低電流。因此，能夠高精度地抑制燃料電池的電壓上升，能夠防止燃料電池的劣化。還可以設定與所述極低電流對應的所述燃料電池的目標電流，根據(jù)所述燃料電池的目標電流與輸出電流之差，補正所述轉換器的目標輸出電壓。據(jù)此，能夠使燃料電池的輸出電流進一步高精度地收斂于極低電流。還可以檢測所述燃料電池的電流-電壓特性的變化，基于所述電流-電壓特性的變化使所述上下限值變化。據(jù)此，能夠與燃料電池的電流-電壓特性的變化無關地，穩(wěn)定地輸出極低電流。還可以是所述燃料電池車輛還具備蓄電裝置，所述負載包括行駛電動機，所述燃料電池能夠向所述行駛電動機以及所述蓄電裝置提供電力，所述蓄電裝置能夠向所述行駛電動機提供電力，并且能夠以來自所述行駛電動機的再生電力進行充電。據(jù)此，能夠將極低電流控制時的來自燃料電池的剩余電力充電到蓄電裝置中。因此，在極低電流控制時，能夠抑制燃料電池的劣化，同時能夠提高燃料電池和蓄電裝置整體的發(fā)電效率。根據(jù)與附圖協(xié)作進行的如下優(yōu)選實施方式例的說明，上述目的以及其他目的、特征以及優(yōu)點會變得更加清楚。


圖I是本發(fā)明的一實施方式所涉及的燃料電池車輛的概略構成圖。
圖2是表示所述實施方式中的DC/DC轉換器的詳細情況的圖。圖3是電子控制裝置(EOT)中的基本控制的流程圖。圖4是所述E⑶計算所述DC/DC轉換器的2次電壓V2的目標值(目標2次電壓)的功能模塊圖。圖5是表示燃料電池的劣化狀態(tài)與所述目標2次電壓的上限值以及下限值的關系的圖。圖6是表示所述E⑶計算所述目標2次電壓的流程圖。圖7是表示通常時的下限電流與極低電流控制時的基準電流的關系的圖。圖8是表示極低電流控制時的基準電流與FC電壓以及目標2次電壓的上下限值·
圖9是表示所述實施方式所涉及的電力系統(tǒng)的第I變形例的概略構成的框圖。圖10是表示所述實施方式所涉及的電力系統(tǒng)的第2變形例的概略構成的框圖。圖11是表示構成燃料電池的燃料電池單位電池的電位與燃料電池單位電池的劣化量的關系的一例的圖。
具體實施例方式I.整體構成的說明[1-1.整體構成]圖I是本發(fā)明的一實施方式所涉及的燃料電池車輛10(以下稱為“FC車輛10”或者“車輛10”)的概略構成圖。FC車輛10具有車輛電源系統(tǒng)12 (以下稱為“電源系統(tǒng)12”)、行駛用電動機14和逆變器16。電源系統(tǒng)12具有燃料電池組件(unit) 18(以下稱為“FC組件18”)、蓄電池(battery) 20、DC/DC轉換器22和電子控制裝置24 (以下稱為“ECU24”)。[1-2.驅動系統(tǒng)]電動機14基于從FC組件18以及蓄電池20提供的電力產生驅動力，由該驅動力通過變速器26使車輪28旋轉。此外，電動機14將通過再生而產生的電力(再生電力Preg)[W]輸出給蓄電池20。再生電力Preg也可以對輔助設備群(包括后述的氣泵36以及水泵68)輸出。逆變器16具有3相全橋型的構成，進行直流/交流變換，將直流變換為3相的交流后提供給電動機14，另一方面，將伴隨再生動作的交流/直流變換后的直流通過DC/DC轉換器22提供給蓄電池20等。另外，將電動機14和逆變器16統(tǒng)稱為負載30。但是,對于負載30,也可以包括后述的氣泵36、水泵68等的構成要素。[1-3. FC 組件 18]FC組件18的燃料電池堆32 (以下稱為“FC堆32”或者“FC32”)例如具有層疊了用陽極電極和陰極電極從兩側夾著固體高分子電解質膜而形成的燃料電池單位電池(以下稱為“FC單位電池”或者“單電池”)的構造。在FC堆32中，通過路徑38、40連接氫罐34和氣泵36，從氫罐34提供作為一方反應氣體的氫氣(燃料氣體)，從氣泵36提供作為另一方反應氣體的壓縮空氣(氧化劑氣體)。通過從氫罐34以及氣泵36向FC堆32提供的氫氣和空氣在FC堆32內發(fā)生電化學反應從而進行發(fā)電,發(fā)電電力(以下稱為“FC電力Pfc ”)[W]提供給電動機14和蓄電池20。FC堆32的發(fā)電電壓(以下稱為“FC電壓Vfc”)[V]通過電壓傳感器42來檢測，F(xiàn)C堆32的發(fā)電電流(以下稱為“FC電流Ifc”或者“檢測FC電流Ifc”)[A]通過電流傳感器44來檢測，并分別輸出給E⑶24。此外，構成FC堆32的各FC單位電池的發(fā)電電壓(以下稱為“單位電池電壓Vcell”)[V]通過電壓傳感器46來檢測，并輸出給ECU24。在連結氫罐34和FC堆32的路徑38上設置有調節(jié)器50。在該調節(jié)器50上，連結有從連結氣泵36和FC堆32的路徑40分支的路徑52，提供來自氣泵36的壓縮空氣。調節(jié)器50根據(jù)所提供的壓縮空氣的壓力來使閥的開度發(fā)生變化，調整提供給FC堆32的氫氣的流量。在設置于FC堆32的出口側的氫氣用的路徑54以及空氣用的路徑56上，設置有用于將出口側的氫氣排出到外部的放氣閥58和用于調整空氣的壓力的背壓閥60。此外，設·置有用于連結氫氣用的入口側的路徑38和出口側的路徑54的路徑62。從FC堆32排出的氫氣經由該路徑62返回到FC堆32的入口側。在出口側的路徑54、56上，設置壓力傳感器64、66，其檢測值(壓力值)分別輸出給E⑶24。進而，設置有用于冷卻FC堆32的水泵68。[1-4.蓄電池 20]蓄電池20是包括多個蓄電池單位電池的蓄電裝置(能量儲存器)，例如，可以利用鋰離子2次電池、鎳氫電池或者蓄電器等。在本實施方式中利用鋰離子2次電池。蓄電池20的輸出電壓(以下稱為“蓄電池電壓Vbat”)[V]通過電壓傳感器70來檢測，蓄電池20的輸出電流(以下稱為“蓄電池電流Ibat”)[A]通過電流傳感器72來檢測，并且分別輸出給E⑶24。另外，E⑶24基于來自電壓傳感器70的蓄電池電壓Vbat、和來自電流傳感器72的蓄電池電流Ibat，計算蓄電池20的剩余容量(以下稱為“S0C”)[% ]。[1-5. DC/DC 轉換器 22]DC/DC轉換器22控制來自FC組件18的FC電力PfC、從蓄電池20提供的電力(以下稱為“蓄電池電力Pbat”)[W]、和來自電動機14的再生電力Preg的提供目的地。在圖2中示出了本實施方式中的DC/DC轉換器22的詳細情況。如圖2所示，DC/DC轉換器22的一方連接于有蓄電池20的I次側1S,另一方連接于作為負載30和FC堆32的連接點的2次側2S。DC/DC轉換器22是將I次側IS的電壓(I次電壓VI) [V]升壓為2次側2S的電壓(2次電壓V2) [V] (VI ( V2)，并且將2次電壓V2降壓為I次電壓Vl的升降壓型且斬波型的電壓變換裝置。如圖2所示，DC/DC轉換器22由配置在I次側IS與2次側2S之間的相臂UA、和電抗器80構成。相臂UA由上臂元件(上臂開關元件82和二極管84)和下臂元件(下臂開關元件86和二極管88)構成。對于上臂開關元件82和下臂開關元件86，例如采用MOSFET或者IGBT。電抗器80插入在相臂UA的中點(共同連接點)與蓄電池20的正極之間，具有通過DC/DC轉換器22在I次電壓Vl和2次電壓V2之間變換電壓時，放出以及蓄積能量的作用。上臂開關元件82通過從E⑶24輸出的柵極驅動信號(驅動電壓)UH的高電平而被導通，下臂開關元件86通過柵極的驅動信號(驅動電壓)UL的高電平而被導通。另外，E⑶24通過與I次側的平滑電容器92并聯(lián)設置的電壓傳感器90來檢測I次電壓VI，通過電流傳感器94來檢測I次側的電流(I次電流II) [A]。此外，E⑶24通過與2次側的平滑電容器98并聯(lián)設置的電壓傳感器96來檢測2次電壓V2，通過電流傳感器100來檢測2次側的電流(2次電流12) [A]。此外，在FC32與負載30 (逆變器16)以及DC/DC轉換器22之間，配置了逆流防止二極管102。[1-6.ECU24]E⑶24經由通信線78 (圖I)控制電動機14、逆變器16、FC組件18、蓄電池20以及DC/DC轉換器22。在進行該控制時，執(zhí)行存儲器(ROM)中所存儲的程序，并且使用電壓傳感器42、46、70、90、96、電流傳感器44、72、94、100、壓力傳感器64、66等各種傳感器的檢測值。·這里的各種傳感器，包括開度傳感器110以及轉速傳感器112(圖I)。開度傳感器110檢測加速器踏板116的開度(以下稱為“加速器開度Θ ”或者“開度Θ ”)[度]。轉速傳感器112檢測電動機14的轉速(以下稱為“電動機轉速Nm”或者“轉速Nm”) [rpm]。進而，E⑶24與主開關118 (以下稱為“主SW118”)連接。主SW118用于切換能夠從FC組件18以及蓄電池20向電動機14提供電力，能夠由用戶來操作。E⑶24包括微型計算機，根據(jù)需要而具有計時器、A/D轉換器、D/A轉換器等的輸入輸出接口。另外，E⑶24也可以不僅由一個E⑶構成，而由與電動機14、FC組件18、蓄電池20以及DC/DC轉換器22相應的多個E⑶構成。E⑶24，除了 FC堆32的狀態(tài)、蓄電池20的狀態(tài)以及電動機14的狀態(tài)之外，還根據(jù)基于來自各種開關以及各種傳感器的輸入(負載要求)而決定的作為FC車輛10整體而對電源系統(tǒng)12要求的負載，一邊調停FC堆32要負擔的負載、蓄電池20要負擔的負載、和再生電源(電動機14)要負擔的負載的配分(分擔)一邊進行決定，并且對電動機14、逆變器16、FC組件18、蓄電池20以及DC/DC轉換器22發(fā)送指令。2.本實施方式的控制下面，對E⑶24中的控制進行說明。[2-1.基本控制]在圖3中示出了 E⑶24中的基本控制的流程圖。在步驟SI中，E⑶24判斷主SWl 18是否為導通。在主SW118沒有導通的情況下(SI :否)，反復步驟SI。在主SW118導通的情況下(SI :是)，進入步驟S2。在步驟S2中，ECU24計算對電源系統(tǒng)12要求的負載(以下稱為“系統(tǒng)負載Ls ”)[W]。在步驟S3中，E⑶24進行電源系統(tǒng)12的能量管理。這里所說的能量管理，主要是計算FC32的發(fā)電量(FC電力Pfc)以及蓄電池20的輸出(蓄電池輸出Pbat)的處理，為了一邊抑制FC堆32的劣化，一邊提高電源系統(tǒng)12整體的輸出效率。具體而言，E⑶24根據(jù)在步驟S2算出的系統(tǒng)負載Ls，一邊調停FC32要負擔的燃料電池分擔負載(要求輸出)Lfc、蓄電池20要負擔的蓄電池分擔負載(要求輸出)LbatJP再生電源(電動機14)要負擔的再生電源分擔負載Lreg的配分(分擔)一邊進行決定。在步驟S4中，E⑶24根據(jù)在步驟S3求出的燃料電池分擔負載Lfc等，進行FC堆32的周邊設備，S卩，氣泵36、放氣閥58、背壓閥60以及水泵68的控制(FC發(fā)電控制)。在步驟S5中，ECU24根據(jù)來自轉速傳感器112的電動機轉速Nm和來自開度傳感器110的加速器踏板116的開度Θ等，進行電動機14的轉矩控制。在步驟S6中，E⑶24判斷主SWl 18是否截止。在主SWl 18沒有截止的情況下(S6 否)，返回到步驟S2。在主SW118截止的情況下(S6 :是)，結束本次處理。[2-2. FC32 的輸出控制]在本實施方式中，設定與由步驟S3的能量管理求出的燃料電池分擔負載Lfc相應的FC電流IFC的目標值(以下稱為“目標FC電流Ifctgt”)。而且，為了實現(xiàn)目標FC電流Ifctgt，控制DC/DC轉換器22的2次電壓V2。更具體而言，根據(jù)FC32的特性，F(xiàn)C電壓Vfc基本上變得與DC/DC轉換器22的2次電壓V2相等。因此，通過由DC/DC轉換器22調整2次電壓V2，可以控制FC電壓Vfc。此·在本實施方式中，使用2次電壓V2的目標值(以下稱為“目標2次電壓V2tgt”)來控制FC電壓Vfc以及FC電流Ifc。(2-2-1.目標2次電壓V2tgt的計算概要)圖4是E⑶24計算DC/DC轉換器22的目標2次電壓V2tgt的功能模塊圖。如圖4所示，ECU24具有電流-電壓變換部130、電流反饋部132 (以下稱為“電流FB部132”)、加法器134、2次電壓上下限值設定部136、極低電流控制選擇開關138 (以下稱為“選擇開關138”)和上下限限制器140。電流-電壓變換部130將目標FC電流Ifctgt變換為第I假定目標2次電壓V2tgt_tl。即，預先制作表示目標FC電流Ifctgt與第I假定目標2次電壓V2tgt_tl的關系(IV)特性的圖，使用該圖來設定第I假定目標2次電壓V2tgt_tl。換言之，第I假定目標2次電壓V2tgt_tl是基于IV特性由目標FC電流Ifctgt直接求出的目標2次電壓V2rgt。電流FB部132根據(jù)目標FC電流Ifctgt與檢測FC電流Ifc之差Δ Ifc,計算2次電壓V2的反饋項(以下稱為“2次電壓FB值V2fb”)。具體而言，針對差Λ Ifc進行PID (比例·積分·微分)控制來計算2次電壓FB值V2fb。加法器134將來自電流-電壓變換部130的第I假定目標2次電壓V2tgt_tl和來自電流FB部132的2次電壓FB值V2fb相加，計算第2假定目標2次電壓V2tgt_t2。換言之，第2假定目標2次電壓V2tgt_t2是對第I假定目標2次電壓V2tgt_t2進行了基于差Λ Ifc的反饋控制的目標2次電壓V2tgt。2次電壓上下限值設定部136設定目標2次電壓V2tgt的上限值(以下稱為“上限值V2up”或者“上限電壓V2up”)以及目標2次電壓V2tgt的下限值(以下稱為“下限值V21ow”或者“下限電壓V21ow”)。在本實施方式中，設定通常時的上限電壓V2up以及下限電壓V21ow、和極低電流控制時的上限電壓V2up和下限電壓V21ow。通常時的上限電壓V2up，例如被設定為高于OCV的值。此外，通常時的下限電壓V21ow，被設定為FC32的最低電壓(最低FC電壓)，即，作為目標2次電壓V2tgt能夠設定的最小值。此外，極低電流控制是在系統(tǒng)負載Ls為低負載的情況下，以比通常時的2次電流12的下限值(以下稱為“下限值Inmllow”或者“下限電流Inmllow”)低的極低電流(以下稱為“極低電流Ivlow”)進行發(fā)電的控制。在本實施方式中，極低電流Ivlow，例如被控制在極低電流控制時的基準電流Ivlowref加減α的范圍內(使用圖7以及圖8，后述)。所謂系統(tǒng)負載Ls為低負載的情況，例如系統(tǒng)負載Ls為表示是低負載的低負載判斷閾值THLsl (以下也稱為“閾值THLsl”)以下的情況，或者車速V [km/h]為表示是低負載的低負載判斷閾值THVl (以下也稱為“閾值THV1”)以下的情況。另外，ECU24基于電動機轉速Nm來計算車速V。此外，極低電流控制時的上限電壓V2up以及下限電壓V21ow根據(jù)FC32的劣化狀態(tài)來進行設定。具體而言，使用圖5所示的圖，根據(jù)FC32的劣化狀態(tài)來設定上限電壓V2up以及下限電壓V21ow。在圖5的圖中，F(xiàn)C32的劣化狀態(tài)越發(fā)展(圖5中，越向右前進)，根據(jù)IV特性的變化，將上限電壓V2up以及下限電壓V21ow設定得低。另外，這里所說的FC32的劣化狀態(tài)是由E⑶24來判斷的，在本實施方式中，例如，使用FC32的工作時間。對于FC32的工作時間，E⑶24對FC32的使用次數(shù)進行計數(shù)，并且更新記錄于未圖示的非易失性存儲器中?；蛘撸部梢源鍲C32的工作時間，而基于FC電壓Vfc和FC電流Ifc的實際測量值來確定IV特性。對于上限電壓V2up以及下限電壓V21ow·的設定，后面進行詳細敘述。極低電流控制選擇開關138在沒有極低電流控制要求時(圖4中，用“否”來表示)，輸出通常的上限電壓V2up以及下限電壓V21ow。此外，在存在極低電流控制要求時(圖4中，用“是”來表示)，輸出極低電流控制用的上限電壓V2up以及下限電壓V21ow。另外，極低電流控制要求由E⑶24根據(jù)系統(tǒng)負載Ls來生成。S卩，E⑶24在系統(tǒng)負載Ls為表示是低負載的所述低負載判斷閾值THLsl以下時，輸出極低電流控制要求，在系統(tǒng)負載Ls不在閾值THLsl以下時，不輸出極低電流控制要求。上下限限制器140對來自加法器134的第2假定目標2次電壓V2tgt_t2施加基于來自選擇開關138的上限電壓V2up以及下限電壓V21ow的限制。具體而言，在第2假定目標2次電壓V2tgt_t2為下限電壓V21ow以上、上限電壓V2up以下的情況下(V21ow彡V2tgt_t2 ( V2up)，將第2假定目標2次電壓V2tgt_t2直接作為目標2次電壓V2tgt而輸出。目標2次電壓V2tgt在計算DC/DC轉換器22的驅動占空比(duty)時使用。此外，在第2假定目標2次電壓V2tgt_t2超過上限電壓V2up時(V2tgt_t2 >V2up)，上下限限制器140將上限電壓V2up作為目標2次電壓V2tgt而輸出。在第2假定目標2次電壓V2tgt_t2小于下限電壓V21ow時(V2tgt_t2 < V21ow)，將下限電壓V21ow作為目標2次電壓V2tgt而輸出。據(jù)此，能夠將目標2次電壓V2tgt收于上限電壓V2up和下限電壓V21ow之間的范圍內，將FC電流Ifc收于極低電流控制時的目標電流域內。從上下限限制器140輸出的目標2次電壓V2tgt，在E⑶24的其他運算模塊(未圖示)中，用于計算DC/DC轉換器22的驅動占空比。(2-2-2.計算目標2次電壓V2tgt的流程)圖6是E⑶24計算目標2次電壓V2tgt的流程圖。在步驟Sll中，E⑶24 (電流-電壓變換部130)根據(jù)目標FC電流Ifctgt來計算第I假定目標2次電壓V2tgt_tl。S卩，將在FC32的IV特性中與目標FC電流Ifctgt對應的FC電壓Vfc設定為第I假定目標2次電壓V2tgt_tl。在步驟S12中，ECU24(電流FB部132)計算2次電壓FB值V2fb。具體而言，通過對目標FC電流Ifctgt與檢測FC電流IFC的差Λ Ifc進行PID控制，來求出2次電壓FB值V2fb。
在步驟S13中，ECU24(加法器134)計算第2假定目標2次電壓V2tgt_t2。具體而言，作為由步驟S11求出的第I假定目標2次電壓V2tgt_t I與2次電壓FB值V2fb之和，來求出第2假定目標2次電壓V2tgt_t2。在步驟S14中，E⑶24(上下限值設定部136)計算極低電流控制時的目標2次電壓V2tgt的上限值V2up以及下限值V21ow。如上述那樣，使用圖5的圖來求出極低電流控制時的上限值V2up以及下限值V21ow。在步驟S15中，E⑶24 (選擇開關138)判斷是否存在極低電流控制要求。在沒有極低電流控制要求的情況下(S15 :否)，在步驟S16中，ECU24(選擇開關138)使用通常時的上限值V2up以及下限值V21ow。在存在極低電流控制要求的情況下(S15 :是)，在步驟S17中，E⑶24 (選擇開關138)使用極低電流控制時的上限值V2up以及下限值V21ow。在步驟S18中，E⑶24 (上下限限制器140)判斷第2假定目標2次電壓V2tgt_t2是否超過上限值V2up。在第2假定目標2次電壓V2tgt_t2超過上限值V2up的情況下·(S18 :是)，在步驟S19中，E⑶24 (上下限限制器140)將上限值V2up設定為目標2次電壓V2tgt。在第2假定目標2次電壓V2tgt_t2為上限值V2up以下的情況下(S18 :否)，進入步驟S20。在步驟S20中，E⑶24 (上下限限制器140)判斷第2假定目標2次電壓V2tgt_t2是否低于下限值V21ow。在第2假定目標2次電壓V2tgt_t2低于下限值V21ow的情況下(S20 :是)，在步驟S21中，E⑶24 (上下限限制器140)將下限值V21ow設定為目標2次電壓V2tgt。在第2假定目標2次電壓V2tgt_t2為下限值V21ow以上的情況下620:否)，在步驟S22中，E⑶24 (上下限限制器140)將第2假定目標2次電壓V2tgt_t2直接設定為目標2次電壓V2tgt。(2-2-3.極低電流控制)在圖7中，示出通常時的下限電流Inmllow與極低電流控制時的基準電流Ivlowref的關系。在圖8中，示出極低電流控制時的基準電流Ivlowref與FC電壓Vfc以及目標2次電壓V2tgt的上限值V2up和下限值V21ow的關系，以及FC32的初始狀態(tài)下的電流-電壓(IV)特性與FC32劣化之后的IV特性的關系?；鶞孰娏鱅vlowref是極低電流控制時的極低電流Ivlow的目標范圍(目標電流域)的中心值。如圖8所示，在極低電流控制時，以基準電流Ivlowref為中心加減α的電流域被設定為目標電流域Rlow。值α是用于規(guī)定極低電流控制時的目標電流域Rvlow的值。此外，在初始狀態(tài)的IV特性中，上限電壓V2upl與目標電流域Rlow的下限電流對應，下限電壓V21owl與目標電流域Rvlow的上限電流對應。此外，若FC32的劣化發(fā)展，則相對于FC電流Ifc的FC電壓Vfc下降。因此，在劣化后的IV特性中，上限電壓V2up2與目標電流域Rvlow的下限電流對應,下限電壓V21ow2與目標電流域Rvlow的上限電流對應。在本實施方式中，事先將上述那樣的IV特性的變化作為圖5的圖而存儲，并使用該圖。3.本實施方式的效果如以上說明的那樣，根據(jù)本實施方式，能夠提高FC32或者電源系統(tǒng)12整體的發(fā)電效率，同時能夠抑制FC32的劣化。
S卩，作為FC32的特性，在FC電壓Vfc為OCV或者其附近值的情況下，其劣化量D變高(圖11)。根據(jù)本實施方式，在系統(tǒng)負載Ls為閾值THLsl以下的情況下，進行以比通常時的FC32的下限電流低的極低電流Ivlow進行發(fā)電的極低電流控制，在所述極低電流控制時，設定與極低電流IVI ow對應的目標2次電壓V21 gt的上限值V2up以及下限值V21 ow (圖6的S17)，進行控制使得FC電壓Vfc在上限值V2up以及下限值V21ow之間。因此，在極低電流控制時，通過將上限值V2up以及下限值V21ow設定為低于OCV的值，能夠抑制FC32的劣化量D。此外，作為FC32的特性，在OCV附近的低電流域中，相對于FC電流Ifc的變化，F(xiàn)C電壓Vfc的變化較大(參照圖7)。根據(jù)本實施方式，在OCV附近的低電流域中，通過設定與極低電流Ivlow對應的目標2次電壓V2tgt的上限值V2up以及下限值V21ow,能夠高精度地輸出極低電流Ivlow。因此，能夠高精度地抑制FC電壓Vfc的上升，能夠防止FC32的劣化。在本實施方式中，設定與極低電流Ivlow對應的目標FC電流Ifctgt,并且根據(jù)目·標FC電流Ifctgt與FC電流Ifc之差Λ Ifc來補正目標2次電壓V2tgt (參照圖4的電流FB部132)。據(jù)此，能夠使FC電流Ifc進一步高精度地收斂于極低電流Ivlow。在本實施方式中，根據(jù)FC32的劣化狀態(tài)的變化來改變目標2次電壓V2tgt的上限值V2up以及下限值V21ow(圖5)。據(jù)此，能夠與FC32的IV特性的變化無關地，穩(wěn)定地輸出極低電流Ivlow。在本實施方式中，F(xiàn)C32能夠向電動機14以及蓄電池20提供電力，蓄電池20能夠向電動機14提供電力，同時能夠以來自電動機14的再生電力Preg進行充電。據(jù)此，可以將極低電流控制時來自FC32的剩余電力充電到蓄電池20中。因此，在極低電流控制時，能夠抑制FC32的劣化，同時提高FC32和蓄電池20整體的發(fā)電效率。4.變形例另外，本發(fā)明不局限于上述實施方式，當然可以根據(jù)該說明書的記載內容，采用各種構成。例如，可以采用以下的構成。[4-1.應用對象]在上述實施方式中，示出了將電源系統(tǒng)12應用于FC車輛10的例子，但是不局限于此，也可以將電源系統(tǒng)12應用于其他對象。例如，還可以應用于電動輔助自行車、船舶、航空器等移動體?；蛘?，也可以將電源系統(tǒng)12應用于家庭用電力系統(tǒng)。[4-2.電源系統(tǒng)12的構成]在上述實施方式中，采用了并聯(lián)地配置FC32和蓄電池20，并且在蓄電池20近前配置DC/DC轉換器22的構成，但是不局限于此。例如，如圖9所示，也可以采用并聯(lián)地配置FC32和蓄電池20，并且將升壓式、降壓式或者升降壓式的DC/DC轉換器150配置在FC32近前的構成。或者，如圖10所示，也可以是并聯(lián)地配置FC32和蓄電池20，并且在FC32近前配置DC/DC轉換器150，在蓄電池20近前配置DC/DC轉換器22的構成。在上述實施方式中，示出了將FC電力Pfc輸出給電動機14和蓄電池20的構成，但是不局限于此。例如，也可以將FC電力Pfc輸出給電動機14、蓄電池20以及輔助設備群(包括氣泵36以及水泵68等)?；蛘撸部梢詫C電力Pfc僅輸出給電動機14?；蛘撸部梢詫C電力Pfc僅輸出給所述輔助設備群。
[4-3.極低電流控制]在上述實施方式中，根據(jù)是否存在極低電流控制要求，來判斷是否進行極低電流控制(圖6的S15)。此外，根據(jù)系統(tǒng)負載Ls是否為閾值THLsl以下，來判斷是否生成極低電流控制要求。但是，只要是否進行極低電流控制的判斷是根據(jù)系統(tǒng)負載Ls或者電動機14的負載來進行判斷，則不局限于此。例如，也可以根據(jù)加速器開度Θ是否為表示要求減速或者要求維持停止狀態(tài)的閾值以下，來判斷是否進行極低電流控制。在上述實施方式中，在極低電流控制中，設定了單一的基準電流Ivlowref以及目標電流域Rvlow，但是不局限于此。例如，也可以在處于極低電流控制的車速V以下，根據(jù)車速V來改變基準電流Ivlowref以及目標電流域Rvlow。在上述實施方式中，基于目標FC電流Ifctgt與檢測FC電流Ifc之差Λ Ifc來計算2次電壓FB值V2fb，并且使用2次電壓FB值V2fb來計算目標2次電壓V2tgt (參照圖4)。但是，也可以采用不計算2次電壓FB值V2fb的構成。
·
在上述實施方式中，根據(jù)FC32的劣化狀態(tài)來設定目標2次電壓V2tgt (第2假定目標2次電壓V2tgt_t2的上限值V2up以及下限值V21ow，但是只要使FC32的IV特性變化，則也可以基于其他因素來設定上限電壓V2up以及下限電壓V21ow。作為這種因素，例如，可以使用FC32的干燥狀態(tài)。在該情況下，可以設置FC32的濕度傳感器，使用其檢測值來判斷干燥狀態(tài)。
權利要求
1.一種燃料電池車輛(10),具備 燃料電池(32)； 轉換器(22)，其控制所述燃料電池(32)的輸出電壓； 負載(30)，其從所述燃料電池(32)接受電力提供；和 控制裝置(24)，其根據(jù)所述負載(30)的負載量來設定所述燃料電池(32)的目標輸出，并且將與所述目標輸出相應的所述燃料電池(32)的目標電壓指示給所述轉換器(22)， 其中，所述控制裝置(24)，在所述負載量為規(guī)定值以下時，進行以低于通常運轉時的所述燃料電池(32)的下限電流的極低電流進行發(fā)電的極低電流控制，并且在所述極低電流控制時，設定與所述極低電流對應的所述轉換器(22)的目標輸出電壓的上下限值，進行控制使得所述燃料電池(32)的輸出電壓處于所述上下限值內。
2.根據(jù)權利要求I所述的燃料電池車輛(10)，其特征在于， 設定與所述極低電流對應的所述燃料電池(32)的目標電流，并且根據(jù)所述燃料電池(32)的目標電流與輸出電流的差，來補正所述轉換器(22)的目標輸出電壓。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的燃料電池車輛(10)，其特征在于， 檢測所述燃料電池(32)的電流-電壓特性的變化，并且根據(jù)所述電流-電壓特性的變化來改變所述上下限值。
4.根據(jù)權利要求I或2所述的燃料電池車輛(10)，其特征在于， 所述燃料電池車輛(10)還具備蓄電裝置(20)， 所述負載(30)包括行駛電動機(14)， 所述燃料電池(32)能夠向所述行駛電動機(14)以及所述蓄電裝置(20)提供電力，所述蓄電裝置(20)能夠向所述行駛電動機(14)提供電力，并且能夠以來自所述行駛電動機(14)的再生電力進行充電。
全文摘要
本發(fā)明提供一種燃料電池車輛。FC車輛(10)的控制裝置(24)在負載(30)的負載量為規(guī)定值以下時，進行以低于通常運轉時的FC(32)的下限電流的極低電流進行發(fā)電的極低電流控制，所述極低電流控制時，設定與所述極低電流對應的轉換器(22)的目標輸出電壓的上下限值，進行控制使得FC(32)的輸出電壓處于所述上下限值內。
文檔編號B60L11/18GK102785584SQ201210140610
公開日2012年11月21日 申請日期2012年5月8日 優(yōu)先權日2011年5月18日
發(fā)明者松本裕嗣, 渡邊和典, 白坂卓也 申請人:本田技研工業(yè)株式會社