CN105609823A - 燃料电池***及其控制方法、以及燃料电池车辆 - Google Patents

燃料电池***及其控制方法、以及燃料电池车辆 Download PDF

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Abstract

本发明涉及燃料电池***及其控制方法、以及燃料电池车辆，目的在于抑制燃料电池车辆的减速时的转矩冲击的产生。搭载于车辆的燃料电池***具备：燃料电池，向车辆的驱动电动机供给电力；泵，将氧向燃料电池供给；油门位置检测部，检测油门踏入量；及控制部，基于油门踏入量而算出燃料电池的发电要求电力及泵的驱动要求电力，控制部在满足了作为发电要求电力急减的条件而预先设定的条件的情况下，以使减少速度比发电要求电力的减少速度快的方式算出驱动要求电力，对于算出的所驱动要求电力设定下限值，在驱动要求电力低于下限值的情况下，对泵执行与下限值对应的驱动。

Description

燃料电池***及其控制方法、以及燃料电池车辆
本申请主张基于在2014年11月14日提出申请的申请编号2014-231342号的日本专利申请的优先权，并将其公开的全部通过参照而援引于本申请。
技术领域
本发明涉及搭载于车辆的燃料电池***、燃料电池车辆、以及控制方法。
背景技术
以往，在搭载于车辆的燃料电池***中，已知根据油门踏入量来算出燃料电池的发电要求电力，并以使燃料电池的发电电力与发电要求电力一致的方式控制向燃料电池供给的氧量及氢量(JP2011-15580A)。该燃料电池***在如车辆的减速时那样燃料电池的发电要求电力减少时，使向燃料电池供给氧的空气压缩器的驱动要求电力减少。
发明内容
然而，空气压缩器由于惯性而响应延迟，因此例如在由于油门踏入量的急减等而发电要求电力急减的情况下，即使驱动要求电力成为0，也向燃料电池供给氧直至压缩器停止为止。由此，存在产生燃料电池的枯竭的问题和产生剩余发电而燃油经济性恶化并且产生二次电池的过充电的问题。因此，本发明者们发现了通过在发电要求电力急减时，进行使压缩器的驱动要求电力的减少速度比发电要求电力的减少速度快的控制，能够解决该问题。然而，根据该控制，驱动要求电力比发电要求电力先成为0，因此燃料电池在压缩器停止后由于氧的缺乏而无法发电，存在无法产生与发电要求电力对应的发电电力的可能性。这种情况下，燃料电池***无法向车辆的驱动电动机供给所需的电力，驱动电动机的转矩急减，存在产生所谓转矩冲击的问题。
本发明为了解决上述的课题而作出，可以作为以下的方式来实现。
(1)根据本发明的一方式，提供一种搭载于车辆的燃料电池***。该燃料电池***具备：燃料电池，向驱动所述车辆的电动机供给电力；泵，将氧向所述燃料电池供给；油门位置检测部，检测所述车辆的油门踏入量；及控制部，基于所述油门踏入量而算出所述燃料电池的发电要求电力及所述泵的驱动要求电力，所述控制部在满足了作为算出的所述发电要求电力急减的条件而预先设定的条件的情况下，以使减少速度比算出的所述发电要求电力的减少速度快的方式算出所述驱动要求电力，并且对于算出的所述驱动要求电力设定下限值，在算出的所述驱动要求电力低于所述下限值的情况下，对所述泵执行与所述下限值对应的驱动。根据该结构，在发电要求电力急减时，驱动要求电力比发电要求电力的减少速度快地减少，因此能抑制向燃料电池供给不必要的氧。由此，能够减少燃料电池的枯竭的产生及剩余发电引起的燃油经济性的恶化。而且，在算出的驱动要求电力低于下限值的情况下，对泵执行与驱动要求电力的下限值对应的驱动，因此能够抑制氧的缺乏引起的燃料电池的发电停止状态的产生。由此，例如，能够减少车辆的减速时的转矩冲击的产生。
(2)在上述方式的燃料电池***中，可以的是，所述预先设定的条件是所述油门踏入量的减少速度为第一阈值以上。根据该结构，能够容易地检测发电要求电力急减的状态。
(3)上述方式的燃料电池***可以还具备：二次电池，能够向所述电动机供给电力；车速检测部，检测所述车辆的车速；及SOC检测部，检测所述二次电池的温度及蓄电量，所述控制部基于所述二次电池的温度及蓄电量中的至少一方而算出所述二次电池的容许输出上限值，所述预先设定的条件是所述油门踏入量的减少速度为第二阈值以上，且所述车速为第三阈值以下，且所述容许输出上限值为第四阈值以下。根据该结构，能够容易地检测发电要求电力急减的状态，并且能够仅在从二次电池向电动机能够供给的电力小而容易产生转矩冲击的状况下设定驱动要求电力的下限值。
(4)上述方式的燃料电池***可以还具备：二次电池，能够向所述电动机供给电力；及SOC检测部，检测所述二次电池的温度及蓄电量，所述控制部基于所述二次电池的温度及蓄电量中的至少一方而算出所述二次电池的容许输出上限值，基于所述容许输出上限值及所述燃料电池的发电要求电力而算出所述驱动要求电力的所述下限值。根据该结构，能够根据从二次电池向电动机能够供给的电力的大小来变更驱动要求电力的下限值。由此，能够进一步抑制氧的缺乏引起的燃料电池的发电停止状态的产生。而且，能够根据燃料电池的发电要求电力的大小来变更驱动要求电力的下限值。由此，在对泵执行与下限值对应的驱动时，能够抑制向燃料电池的氧的过供给的状态的产生。
需要说明的是，本发明能够以各种方式实现，例如，能够以搭载有燃料电池的车辆、搭载于车辆的燃料电池***的控制方法、执行该控制方法的控制装置、实现该控制方法的计算机程序、记录有该计算机程序的记录介质等方式实现。
附图说明
图1是搭载有第一实施方式的燃料电池***的燃料电池车辆的概略图。
图2是用于说明控制装置的结构的图。
图3是用于说明驱动要求电力下限值设定控制的流程图。
图4是例示了第一实施方式的燃料电池车辆的状态的时间图。
图5是例示了比较例的燃料电池车辆的状态的时间图。
图6是例示了第二实施方式的燃料电池车辆的状态的时间图。
图7是例示了第三实施方式的Wout与PLRQ的关系的说明图。
图8是例示了第三实施方式的燃料电池车辆的状态的时间图。
具体实施方式
A.第一实施方式：
图1是表示搭载有第一实施方式的燃料电池***100的燃料电池车辆10的结构的概略图。燃料电池车辆10具备燃料电池110、FC升压转换器120、功率控制单元(PCU)130、牵引电动机136、空气压缩器(ACP)138、车速检测部139、二次电池140、SOC检测部142、FC辅机150、控制装置180、油门位置检测部190、车轮WL。燃料电池车辆10通过从燃料电池110及二次电池140供给的电力来驱动牵引电动机136而行驶。燃料电池***100例如由上述的燃料电池车辆10的功能部中的除了牵引电动机136、车轮WL之外的功能部构成。
燃料电池110是接受作为反应气体的氢和氧的供给而发电的固体高分子型燃料电池。需要说明的是，作为燃料电池110，并不局限于固体高分子型燃料电池，也可以采用其他的各种类型的燃料电池。燃料电池110经由FC升压转换器120而与高压直流配线DCH连接，经由高压直流配线DCH而与PCU130包含的电动机驱动器132及ACP驱动器137连接。FC升压转换器120将燃料电池110的输出电压VFC升压成电动机驱动器132及ACP驱动器137能够利用的高压电压VH。
电动机驱动器132由三相逆变器电路构成，且与牵引电动机136连接。电动机驱动器132将经由FC升压转换器120供给的燃料电池110的输出电力、及经由DC/DC转换器134供给的二次电池140的输出电力转换成三相交流电力，向牵引电动机136供给。牵引电动机136由具备三相线圈的同步电动机构成，经由齿轮等对车轮WL进行驱动。而且，牵引电动机136在燃料电池车辆10的制动时，作为使燃料电池车辆10的运动能量再生而产生再生电力的发电机起作用。车速检测部139检测燃料电池车辆10的车速SVHCL[km/h]，向控制装置180发送。
DC/DC转换器134根据来自控制装置180的驱动信号来调整高压直流配线DCH的电压等级，对二次电池140的充电/放电的状态进行切换。需要说明的是，在牵引电动机136中产生再生电力的情况下，该再生电力由电动机驱动器132转换成直流电力，并经由DC/DC转换器134向二次电池140充电。
ACP驱动器137由三相逆变器电路构成，且与ACP138连接。ACP驱动器137将经由FC升压转换器120供给的燃料电池110的输出电力、及经由DC/DC转换器134供给的二次电池140的输出电力转换成三相交流电力向ACP138供给。ACP138由具备三相线圈的同步电动机构成，根据供给的电力而使电动机驱动，将使用于发电的氧(空气)向燃料电池110供给。“ACP138”相当于“泵”。
二次电池140是蓄积电力能量且能够反复进行充电和放电的蓄电装置，例如，可以由锂离子电池构成。需要说明的是，作为二次电池140，也可以是铅蓄电池、镍铬电池、镍氢电池等其他的种类的电池。二次电池140经由低压直流配线DCL而与PCU130包含的DC/DC转换器134连接，而且，经由DC/DC转换器134而与高压直流配线DCH连接。
SOC检测部142检测二次电池140的蓄电量(StateofCharge：SOC)，并向控制装置180发送。需要说明的是，在本说明书中，“蓄电量(SOC)”是指二次电池140的当前的充电剩余量相对于最大的充电容量的比率。SOC检测部142检测二次电池140的温度Tba、输出电压V、输出电流I，并基于上述的检测值，检测蓄电量(SOC)。需要说明的是，本实施方式的SOC检测部142也将二次电池140的温度Tba向控制装置180发送。
FC辅机150与低压直流配线DCL连接，由从燃料电池110或二次电池140供给的电力来驱动。FC辅机150是向燃料电池110供给反应气体的燃料泵、及向燃料电池110供给制冷剂的制冷剂泵等的燃料电池110的发电用的辅机类。油门位置检测部190检测驾驶者对油门的踏入量(油门踏入量DACC)[％]，并向控制装置180发送。
控制装置180由具备中央处理装置和主存储装置的微型计算机构成。控制装置180当检测到驾驶者的油门操作等操作时，根据其操作内容，来控制燃料电池110的发电、二次电池140的充放电。控制装置180生成与油门踏入量DACC对应的驱动信号并向电动机驱动器132和DC/DC转换器134分别发送。电动机驱动器132根据控制装置180的驱动信号，对交流电压的脉冲宽度进行调整等，使牵引电动机136进行与油门踏入量DACC对应的旋转驱动。控制装置180具备二次电池辅助控制映射，该二次电池辅助控制映射示出了二次电池140负担的电力相对于为了使牵引电动机136进行与油门踏入量DACC对应的旋转驱动所需的电力PT/M的比例(二次电池辅助率)与二次电池140的温度及蓄电量(SOC)之间的关系，使用该映射来决定二次电池辅助率。“控制装置180”相当于“控制部”。
图2是用于说明控制装置180的结构的图。控制装置180包括PM-ECU181、FC-ECU182、FDC-ECU183、MG-ECU184这4个ECU(ElectronicControlUnit)。PM-ECU181取得燃料电池车辆10的油门踏入量DACC，对其他的ECU发出为了以与油门踏入量DACC对应的转速驱动牵引电动机136所需的各种要求或指令。FC-ECU182对燃料电池110及FC辅机150进行控制，当从PM-ECU181接收到后述的要求信号SREQ时，将与燃料电池110的发电能力或特性对应的回答信号SRES向PM-ECU181发出。FDC-ECU183对FC升压转换器120进行控制，当从PM-ECU181接收到后述的功率指令PCOM时，将与功率指令PCOM对应的电力从燃料电池110向牵引电动机136及ACP138供给。MG-ECU184对电动机驱动器132、ACP驱动器137及DC/DC转换器134进行控制，当从PM-ECU181接收到后述的转矩指令TCOM时，使牵引电动机136及ACP138产生与转矩指令TCOM对应的转矩。4个ECU的具体的动作的一例在以下进行说明。
PM-ECU181在油门踏板被驾驶者踏入时，接收通过油门位置检测部190检测到的油门踏入量DACC。PM-ECU181当接收到油门踏入量DACC时，算出与油门踏入量DACC对应的牵引电动机136的必要的转矩量即油门要求转矩TACC[N·m]。油门要求转矩TACC例如能够根据表示DACC与TACC的关系的运算式来算出。PM-ECU181还根据油门要求转矩TACC来算出驾驶要求转矩TMOD[N·m]。驾驶要求转矩TMOD在油门要求转矩TACC的变化量ΔTACC[N·m/s]为阈值(限率器(ratelimiter))ΔTth1以上的情况下，以对变化量ΔTACC进行率处理(rateprocessing)(平滑处理)而使变化量ΔTACC减少的方式算出。当对应于油门要求转矩TACC来控制燃料电池车辆10的加减速时，加减速变得陡急而舒适性下降，因此设定驾驶要求转矩TMOD。PM-ECU181将包含算出的驾驶要求转矩TMOD的转矩指令TCOM向MG-ECU184发出。MG-ECU184当接收到包含驾驶要求转矩TMOD的转矩指令TCOM时，以产生与驾驶要求转矩TMOD对应的输出转矩的方式控制牵引电动机136。将牵引电动机136实际产生的转矩也称为执行转矩TACT。
PM-ECU181根据算出的驾驶要求转矩TMOD来算出车辆要求电力PVHCL[W]。车辆要求电力PVHCL是为了使燃料电池车辆10成为与驾驶要求转矩TMOD对应的运转状态所需的电力，是燃料电池110的发电要求电力。车辆要求电力PVHCL根据下述的式(1)算出。
PVHCL＝PT/M+PAUX+PCHG···(1)
在此，PT/M是牵引电动机136的驱动要求电力[W]，PAUX是FC辅机150和ACP138的驱动要求电力[W]，PCHG是对二次电池140进行充放电的电力[W]。PT/M例如根据表示牵引电动机136的转速及要求转矩与PT/M的关系的电动机特性能够算出。PAUX例如根据表示FC辅机150、ACP138包含的电动机的转速、要求转矩与PAUX的关系的电动机特性能够算出。PCHG例如根据二次电池140的SOC充放电特性及温度充放电特性能够算出。SOC充放电特性是将二次电池140的蓄电量(SOC)与输入(充电)电力Pin的容许输入上限值Win及输出(放电)电力Pout的容许输出上限值Wout建立了对应的映射。温度充放电特性是将二次电池140的温度Tba与输入电力的容许输入上限值Win及输出电力的容许输出上限值Wout建立了对应的映射。PM-ECU181可以采用根据从SOC检测部142取得的蓄电量(SOC)和SOC充放电特性而确定的容许输入上限值Win、和根据从SOC检测部142取得的温度Tba和温度充放电特性而确定的容许输入上限值Win中的小的一方作为PCHG。PM-ECU181将包含算出的车辆要求电力PVHCL的要求信号SREQ向FC-ECU182发出。该“车辆要求电力PVHCL”相当于“燃料电池的发电要求电力”。
FC-ECU182当接收到包含车辆要求电力PVHCL的要求信号SREQ时，进行车辆要求电力PVHCL是否超过燃料电池110的容许电力PALW[W]的判定。容许电力PALW是当前的燃料电池110能够发电的电力的上限值，可以根据表示燃料电池110的当前的状态的各种参数来算出。表示燃料电池110的当前的状态的参数例如包括燃料电池110的温度、ACP138取入的外部空气的量、贮藏向燃料电池110供给的氢的氢罐内的氢的剩余量、燃料电池110的阳极压力及阴极压力等。FC-ECU182根据表示这些参数与容许电力PALW的对应关系的映射能够算出容许电力PALW。FC-ECU182若车辆要求电力PVHCL未超过容许电力PALW，则将包含与车辆要求电力PVHCL对应的电流值I[A]及电压值V[V]的回答信号SRES向PM-ECU181发出。与车辆要求电力PVHCL对应的电流值I及电压值V根据燃料电池110的电力-电流特性(P-I特性)、电流-电压特性(I-V特性)能够算出。FC-ECU182若车辆要求电力PVHCL超过容许电力PALW，则将包含与容许电力PALW对应的电流值I及电压值V的回答信号SRES向PM-ECU181发出。
PM-ECU181当接收到包含与车辆要求电力PVHCL或容许电力PALW对应的电流值I及电压值V的回答信号SRES时，将接收到的电流值I及电压值V作为功率指令PCOM向FDC-ECU183发出。FDC-ECU183当接收到功率指令PCOM时，以使燃料电池110输出与功率指令PCOM对应的电流值I及电压值V的方式控制FC升压转换器120。将燃料电池110实际输出的电力也称为FC发电电力PFC。
另一方面，PM-ECU181根据油门要求转矩TACC算出ACP驱动要求电力PRQ[W]。ACP驱动要求电力PRQ是为了使ACP138成为与油门要求转矩TACC对应的驱动状态所需的电力，例如，根据表示TACC与PRQ的关系的运算式能够算出。PM-ECU181将包含算出的ACP驱动要求电力PRQ的要求信号SREQ向FC-ECU182发出。该“ACP驱动要求电力PRQ”相当于“驱动要求电力”。
FC-ECU182当接收到包含ACP驱动要求电力PRQ的要求信号SREQ时，算出与ACP驱动要求电力PRQ对应的ACP138的转速(必要转速)RRQ[rpm]。必要转速RRQ例如通过以下的方法能够算出。首先，根据ACP驱动要求电力PRQ的值、燃料电池110的P-I特性、I-V特性，算出用于产生ACP驱动要求电力PRQ的燃料电池110的电流值I。并且，根据与算出的电流值I对应的电荷量、及发电时的电气化学反应式，算出用于产生ACP驱动要求电力PRQ的氧量。并且，根据算出的氧量、及空气的成分比率，算出用于产生ACP驱动要求电力PRQ的空气量，根据算出的空气量来算出ACP138的必要转速RRQ。FC-ECU182将包含算出的必要转速RRQ的回答信号SRES向PM-ECU181发出。
PM-ECU181当接收到包含必要转速RRQ的回答信号SRES时，根据必要转速RRQ来算出ACP要求转矩TACP[N·m]。PM-ECU181将包含算出的ACP要求转矩TACP的转矩指令TCOM向MG-ECU184发出。MG-ECU184当接收到包含ACP要求转矩TACP的转矩指令TCOM时，以产生与ACP要求转矩TACP对应的输出转矩的方式控制ACP138。
如上所述，本实施方式的PM-ECU181根据驾驶要求转矩TMOD算出车辆要求电力PVHCL，并根据油门要求转矩TACC算出ACP驱动要求电力PRQ。根据该结构，在算出的车辆要求电力PVHCL即燃料电池110的发电要求电力急减时，能够使ACP驱动要求电力PRQ的减少速度比发电要求电力(车辆要求电力PVHCL)的减少速度快。由此，能够抑制车辆要求电力PVHCL的急减时的燃料电池110的枯竭的产生、剩余发电引起的燃油经济性的恶化。具体而言，ACP138由于惯性而响应延迟，在车辆要求电力PVHCL急减的情况下，即使ACP驱动要求电力PRQ成为0，也向燃料电池110供给氧直至ACP138停止。由于该多余的氧的供给而产生燃料电池110的枯竭或剩余发电。另一方面，通过使ACP驱动要求电力PRQ的减少速度比车辆要求电力PVHCL的减少速度快，使相对于ACP驱动要求电力PRQ而ACP138延迟供给的氧量在该时刻接近于车辆要求电力PVHCL所需的空气量。由此，能抑制车辆要求电力PVHCL成为0后的不必要的氧的供给，能够抑制燃料电池110的枯竭、剩余发电的产生。本实施方式的PM-ECU181还在车辆要求电力PVHCL急减时，执行用于对于算出的ACP驱动要求电力PRQ设定作为保护值的下限值PLRQ的控制(驱动要求电力下限值设定控制)。
图3是用于说明驱动要求电力下限值设定控制的流程图。PM-ECU181首先进行车辆要求电力PVHCL是否急减的判定(步骤S110)。车辆要求电力PVHCL是否急减的判定通过是否满足作为车辆要求电力PVHCL急减的条件而预先设定的条件来判定。在此，作为预先设定的条件，设定油门踏入量DACC的减少速度即每单位时间的减少幅度|ΔDACC|(0>ΔDACC[％/s])成为阈值ΔDth(例如，5[％/s])以上(|ΔDACC|≥ΔDth)。作为该“预先设定的条件”，能够设定认为车辆要求电力PVHCL急减的任意的条件。例如，作为该条件，也可以设定油门要求转矩TACC的每单位时间的减少幅度|ΔTACC|成为阈值ΔTth2以上。该“阈值ΔDth”相当于“第一阈值”。
在油门踏入量DACC的每单位时间的减少幅度|ΔDACC|比阈值ΔDth小的情况下(|ΔDACC|<ΔDth)，车辆要求电力PVHCL未急减(步骤S110：否)，因此PM-ECU181不进行下限值PLRQ的设定。这种情况下，PM-ECU181作为通常的运转状态，根据油门要求转矩TACC来算出ACP驱动要求电力PRQ(步骤S120)，将包含算出的ACP驱动要求电力PRQ的要求信号SREQ向FC-ECU182发出(步骤S130)。
另一方面，在油门踏入量DACC的每单位时间的减少幅度|ΔDACC|ΔDACC为阈值ΔDth以上的情况下(|ΔDACC|≥ΔDth)，车辆要求电力PVHCL急减(步骤S110：是)，因此PM-ECU181在进行了下限值PLRQ的设定的基础上，进行ACP驱动要求电力PRQ的算出(步骤S140)。作为下限值PLRQ，可以是预先设定的固定值，也可以是根据燃料电池***100或二次电池140的状态而变化的变动值。例如，下限值PLRQ可以使用表示二次电池140的输出电力Pout的容许输出上限值Wout与下限值PLRQ的关系的运算式来算出。PM-ECU181进行根据油门要求转矩TACC算出的ACP驱动要求电力PRQ是否低于设定的下限值PLRQ的判定(步骤S150)。
在根据油门要求转矩TACC算出的ACP驱动要求电力PRQ低于设定的下限值PLRQ的情况下，PM-ECU181将下限值PLRQ设定作为ACP驱动要求电力PRQ的值(步骤S160)。即，避免从PM-ECU181输出的ACP驱动要求电力PRQ低于下限值PLRQ。并且，PM-ECU181将包含值成为下限值PLRQ的ACP驱动要求电力PRQ的要求信号SREQ向FC-ECU182发出(步骤S130)。PM-ECU181将包含与下限值PLRQ对应的必要转速RRQ的转矩指令TCOM向MG-ECU184发出，MG-ECU184以产生与下限值PLRQ对应的输出转矩的方式控制ACP138。另一方面，在根据油门要求转矩TACC算出的ACP驱动要求电力PRQ未低于设定的下限值PLRQ的情况下，将包含算出的ACP驱动要求电力PRQ的要求信号SREQ向FC-ECU182发出(步骤S130)。
图4是例示了本实施方式的燃料电池车辆10的状态的时间图。在图4中，例示出了油门踏入量DACC、油门要求转矩TACC、驾驶要求转矩TMOD、执行转矩TACT、车辆要求电力PVHCL、FC发电电力PFC、ACP驱动要求电力PRQ的时序变化。而且，在图4中例示出了下限值PLRQ。在此，说明了在T1时刻驾驶者开始油门断开，在T3时刻油门完全成为断开的情况。而且，说明了在T1～T3期间，油门踏入量DACC的减少幅度|ΔDACC|成为阈值ΔDth以上(|ΔDACC|≥ΔDth)的情况。而且，说明了在T2时刻，根据油门要求转矩TACC算出的ACP驱动要求电力PRQ的值低于下限值PLRQ的情况。
油门要求转矩TACC与油门踏入量DACC对应，因此从T1时刻开始减少，在T3时刻成为0。驾驶要求转矩TMOD相对于油门要求转矩TACC被进行了率处理，因此与油门要求转矩TACC相比平缓减少。车辆要求电力PVHCL、FC发电电力PFC及执行转矩TACT与驾驶要求转矩TMOD对应，因此同样地在T1～T4期间平缓减少。ACP驱动要求电力PRQ与油门要求转矩TACC对应，因此在T1～T3期间减少。ACP驱动要求电力PRQ在T2时刻以后，值成为下限值PLRQ。即，在T2时刻以后，ACP138继续与ACP驱动要求电力PRQ的下限值PLRQ对应的驱动。
图5是例示了比较例的燃料电池车辆的状态的时间图。图5与图4同样地例示出了油门踏入量DACC、油门要求转矩TACC、驾驶要求转矩TMOD、执行转矩TACT、车辆要求电力PVHCL、FC发电电力PFC、ACP驱动要求电力PRQ的时序变化。而且，图5例示出了二次电池140的输出电力Pout的时序变化及输出电力Pout的容许输出上限值Wout。在此的容许输出上限值Wout是根据从SOC检测部142取得的蓄电量(SOC)和SOC充放电特性而确定的容许输出上限值Wout与根据从SOC检测部142取得的温度Tba和温度充放电特性而确定的容许输出上限值Wout中的小的一方。
比较例的燃料电池车辆除了不进行驱动要求电力下限值设定控制的点以外，与本实施方式的燃料电池车辆10相同。在此，与图4一样，说明了在T1时刻驾驶者开始油门断开，在T3时刻油门完全成为断开的情况。通过驾驶者的油门断开，油门要求转矩TACC、驾驶要求转矩TMOD及车辆要求电力PVHCL与本实施方式同样地减少。
另一方面，ACP驱动要求电力PRQ未设定下限值PLRQ，因此在T1～T3期间减少，在T3时刻成为0。当ACP驱动要求电力PRQ成为0时，ACP138停止而不再向燃料电池110供给氧(空气)，因此由于氧的缺乏(空气缺乏)而发电停止，FC发电电力PFC成为0。在相对于车辆要求电力PVHCL而FC发电电力PFC不足的情况下，以对不足部分进行辅助的方式将二次电池140的输出电力Pout向牵引电动机136供给。然而，在高速道路运转时等二次电池140的蓄电量(SOC)下降的情况、二次电池140为低温的情况下，容许输出上限值Wout下降而无法充分地对不足部分进行辅助。这种情况下，产生牵引电动机136的执行转矩TACT急减而加速度急剧下降的状态(转矩冲击)。另一方面，如上所述，根据进行驱动要求电力下限值设定控制的本实施方式的燃料电池车辆10，即使在T3时刻以后，对于燃料电池110也能够进行空气(氧)的供给，燃料电池110能够继续发电。由此，能够抑制空气缺乏引起的转矩冲击的产生。
根据以上说明的本实施方式的燃料电池车辆10，在发电要求电力(车辆要求电力PVHCL)急减时，ACP驱动要求电力PRQ比发电要求电力的减少速度快地减少，因此能够抑制燃料电池110的枯竭的产生及剩余发电引起的燃油经济性的恶化。而且，在根据油门要求转矩TACC算出的ACP驱动要求电力PRQ低于下限值PLRQ的情况下，使ACP138执行与下限值PLRQ对应的驱动，因此能够抑制氧的缺乏引起的燃料电池110的发电停止状态的产生。
B.第二实施方式：
图6是例示了第二实施方式的燃料电池车辆10A的状态的时间图。图6例示出了油门踏入量DACC、车速SVHCL、二次电池140的输出电力Pout的容许输出上限值Wout、驱动要求电力下限值设定控制的执行标志的接通/断开的时序变化。第二实施方式的燃料电池车辆10A除了驱动要求电力下限值设定控制(图3)的步骤S110中的“预先设定的条件”的内容不同的点以外，与第一实施方式的燃料电池车辆10相同。第二实施方式的燃料电池车辆10A作为“预先设定的条件”，设定了油门踏入量DACC的每单位时间的减少幅度|ΔDACC|(0>ΔDACC)成为阈值ΔDth2(例如，5[％/s])以上，且燃料电池车辆10A的车速SVHCL成为阈值Sth(例如，60[km/h])以下，且二次电池140的输出电力Pout的容许输出上限值Wout成为阈值Wth[W]以下。容许输出上限值Wout与第一实施方式同样是根据SOC充放电特性而确定的容许输出上限值Wout和根据温度充放电特性而确定的容许输出上限值Wout中的小的一方。该“阈值ΔDth2”相当于“第二阈值”，“阈值Sth”相当于“第三阈值”，“阈值Wth”相当于“第四阈值”。
在如此构成的情况下，仅在从二次电池140向牵引电动机136能够供给的输出电力Pout小而辅助容易变得不充分的状况下，即转矩冲击容易产生的状况下，设定ACP驱动要求电力PRQ的下限值PLRQ。另一方面，在从二次电池140向牵引电动机136能够供给的输出电力Pout充分的情况下，转矩冲击难以产生，因此不设定ACP驱动要求电力PRQ的下限值PLRQ。由此，能够抑制不必要的ACP驱动要求电力PRQ的下限值PLRQ的设定。
C.第三实施方式：
图7是例示了第三实施方式的二次电池140的输出电力Pout的容许输出上限值Wout与ACP驱动要求电力PRQ的下限值PLRQ的关系的说明图。第三实施方式的燃料电池车辆10B除了下限值PLRQ的设定方法不同的点以外，与第一实施方式的燃料电池车辆10相同。第三实施方式的下限值PLRQ构成为与容许输出上限值Wout及车辆要求电力PVHCL的值对应的变动值。第三实施方式的容许输出上限值Wout与第一实施方式同样是根据SOC充放电特性而确定的容许输出上限值Wout和根据温度充放电特性而确定的容许输出上限值Wout中的小的一方。第三实施方式的PM-ECU181具备与图7对应的映射。关于第三实施方式的PM-ECU181算出下限值PLRQ的方法，以下进行说明。
图8是例示了第三实施方式的燃料电池车辆10B的状态的时间图。图8例示出了车辆要求电力PVHCL、ACP驱动要求电力PRQ的时序变化。图8示出了ACP驱动要求电力PRQ的下限值PLRQ。第三实施方式的PM-ECU181在驱动要求电力下限值设定控制(图3)的步骤S140中，算出下限值PLRQ。具体而言，PM-ECU181根据从SOC检测部142取得的蓄电量(SOC)、SOC充放电特性、从SOC检测部142取得的温度Tba、及温度充放电特性来算出容许输出上限值Wout，根据容许输出上限值Wout和图7的映射来算出下限值PLRQ。并且，PM-ECU181判定算出的下限值PLRQ是否超过车辆要求电力PVHCL，在未超过的情况下，进行根据图7的映射算出的下限值PLRQ与ACP驱动要求电力PRQ的比较(图3的步骤S150)。另一方面，PM-ECU181在算出的下限值PLRQ超过车辆要求电力PVHCL的情况下，将车辆要求电力PVHCL的值设定作为下限值PLRQ。即，车辆要求电力PVHCL的值成为下限值PLRQ的上限值(保护值)。
在如此构成的情况下，能够根据从二次电池140向牵引电动机136能够供给的输出电力Pout的大小，来变更ACP驱动要求电力PRQ的下限值PLRQ。由此，能够进一步抑制氧的缺乏引起的燃料电池110的发电停止状态的产生。而且，能够根据燃料电池110的车辆要求电力PVHCL的大小，来变更下限值PLRQ。由此，在使ACP138执行与下限值PLRQ对应的驱动时，能够抑制产生向燃料电池110的氧的过供给的状态。
D.变形例：
需要说明的是，本发明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方式实施。例如，在上述实施方式中，控制装置180可以通过软件实现上述的功能及处理的一部分或全部。而且，这些功能及处理的一部分或全部也可以通过硬件实现。作为硬件，例如，可以使用集成电路、分立电路、或者将这些电路组合的电路模块等各种电路(circuitry)。而且，也可以进行如下的变形。
D-1.变形例1：
在第一～三实施方式中，二次电池140的输出电力Pout的容许输出上限值Wout设为根据SOC充放电特性而确定的容许输出上限值Wout和根据温度充放电特性而确定的容许输出上限值Wout中的小的一方。然而，容许输出上限值Wout也可以是根据SOC充放电特性而确定的容许输出上限值Wout和根据温度充放电特性而确定的容许输出上限值Wout中的大的一方。即，容许输出上限值Wout可以仅根据SOC充放电特性和温度充放电特性中的任一方来算出。
D-2.变形例2：
第一～三实施方式的燃料电池110通过空气压缩器(ACP)138供给氧，但是向燃料电池110供给氧的手段也可以是空气压缩器以外的泵。而且，在第一～三实施方式中，ACP驱动要求电力PRQ是为了使ACP138成为与油门要求转矩TACC对应的驱动状态所需的电力。然而，ACP驱动要求电力PRQ也可以包含阀的驱动电力等ACP138的驱动电力以外的电力。
标号说明
10…燃料电池车辆
100…燃料电池***
110…燃料电池
120…FC升压转换器
130…功率控制单元
132…电动机驱动器
136…牵引电动机
138…空气压缩器
139…车速检测部
140…二次电池
142…SOC检测部
150…FC辅机
180…控制装置
190…油门位置检测部
WL…车轮

Claims (9)

1.一种燃料电池***，搭载于车辆，具备：
燃料电池，向驱动所述车辆的电动机供给电力；
泵，将氧向所述燃料电池供给；
油门位置检测部，检测所述车辆的油门踏入量；及
控制部，基于所述油门踏入量而算出所述燃料电池的发电要求电力及所述泵的驱动要求电力，
所述控制部在满足了作为算出的所述发电要求电力急减的条件而预先设定的条件的情况下，以使减少速度比算出的所述发电要求电力的减少速度快的方式算出所述驱动要求电力，并且对于算出的所述驱动要求电力设定下限值，在算出的所述驱动要求电力低于所述下限值的情况下，对所述泵执行与所述下限值对应的驱动。
2.根据权利要求1所述的燃料电池***，其中，
所述预先设定的条件是所述油门踏入量的减少速度为第一阈值以上。
3.根据权利要求1所述的燃料电池***，其中，
所述燃料电池***还具备：
二次电池，能够向所述电动机供给电力；
车速检测部，检测所述车辆的车速；及
SOC检测部，检测所述二次电池的温度及蓄电量，
所述控制部基于所述二次电池的温度及蓄电量中的至少一方而算出所述二次电池的容许输出上限值，
所述预先设定的条件是所述油门踏入量的减少速度为第二阈值以上，且所述车速为第三阈值以下，且所述容许输出上限值为第四阈值以下。
4.根据权利要求1～权利要求3中任一项所述的燃料电池***，其中，
所述燃料电池***还具备：
二次电池，能够向所述电动机供给电力；及
SOC检测部，检测所述二次电池的温度及蓄电量，
所述控制部基于所述二次电池的温度及蓄电量中的至少一方而算出所述二次电池的容许输出上限值，基于所述容许输出上限值及所述燃料电池的发电要求电力而算出所述驱动要求电力的所述下限值。
5.一种车辆，具备：
权利要求1～权利要求4中任一项所述的燃料电池***；及
通过从所述燃料电池***供给的电力来驱动所述车辆的电动机。
6.一种控制方法，是搭载于车辆的燃料电池***的控制方法，其中，
所述燃料电池***包括：
燃料电池，向驱动所述车辆的电动机供给电力；及
泵，将氧向所述燃料电池供给，
所述控制方法为如下方法：
检测所述车辆的油门踏入量，基于所述油门踏入量而算出所述燃料电池的发电要求电力及所述泵的驱动要求电力，
在满足了作为算出的所述发电要求电力急减的条件而预先设定的条件的情况下，以使减少速度比算出的所述发电要求电力的减少速度快的方式算出所述驱动要求电力，并且对于算出的所述驱动要求电力设定下限值，在算出的所述驱动要求电力低于所述下限值的情况下，对所述泵执行与所述下限值对应的驱动。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其中，
所述预先设定的条件是所述油门踏入量的减少速度为第一阈值以上。
8.根据权利要求6所述的控制方法，其中，
所述燃料电池***还包括能够向所述电动机供给电力的二次电池，
在所述控制方法中，检测所述二次电池的温度及蓄电量，基于所述温度及所述蓄电量中的至少一方而算出所述二次电池的容许输出上限值，
所述预先设定的条件是所述油门踏入量的减少速度为第二阈值以上，且所述车辆的车速为第三阈值以下，且所述容许输出上限值为第四阈值以下。
9.根据权利要求6～权利要求8中任一项所述的控制方法，其中，
所述燃料电池***还包括能够向所述电动机供给电力的二次电池，
在所述控制方法中，检测所述二次电池的温度及蓄电量，基于所述温度及所述蓄电量中的至少一方而算出所述二次电池的容许输出上限值，基于所述容许输出上限值及所述燃料电池的发电要求电力而算出所述驱动要求电力的所述下限值。
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