CN111055698A - 燃料电池车辆以及燃料电池车辆的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃料电池车辆以及燃料电池车辆的控制方法，来提高在二次电池的充电中使用的电力的供给的效率，使作为燃料电池车辆的燃料利用率提高。在燃料电池车辆中，至少在能够由再生电力对蓄电装置的充电的期间，当温度传感器检测出的蓄电装置的温度为比预先决定的第一温度低的第二温度的情况下，将下限值设定为比在第一温度下设定的下限值高的值，来进行残存容量的控制，在被输入了燃料电池***的停止指示时，进行使蓄电装置的上述残存容量增加的残存容量增加处理。

Description

燃料电池车辆以及燃料电池车辆的控制方法
技术领域
本发明涉及燃料电池车辆以及燃料电池车辆的控制方法。
背景技术
在燃料电池车辆启动时，一般在燃料电池开始发电时执行各种处理。例如，公知有如下结构：在低温条件下启动时，通过燃料电池***所具备的各部的阀来控制供气体流动的路径并开始气体的供给，在抑制结冰的同时开始燃料电池的发电(例如参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开2017-168369号公报
然而，在燃料电池开始发电之前，当在燃料电池车辆中执行某些处理的情况下，无法使用燃料电池发出的电力，另外，也无法利用伴随着车辆行驶而产生的再生电力。因而，为了燃料电池开始发电之前的处理，需要使用从二次电池供给的电力。因此，要求提高这样的二次电池的充电所使用的电力的供给的效率、使作为燃料电池车辆的燃料利用率提高。
发明内容
本发明能够实现为以下的方式。
(1)根据本发明的一个方式，提供一种燃料电池车辆。该燃料电池车辆具备：燃料电池***，具备燃料电池与燃料电池辅机；驱动马达，驱动上述燃料电池车辆；蓄电装置，被使用上述燃料电池发出的电力和由上述驱动马达产生的再生电力进行充电，并且蓄存用于向上述驱动马达供给的电力；残存容量监视器，对上述蓄电装置中的残存容量进行检测；温度传感器，对上述蓄电装置的温度进行检测；以及电力控制部，将上述蓄电装置的残存容量控制为预先决定的下限值以上，同时控制上述燃料电池***的驱动状态，至少在能够由上述再生电力对上述蓄电装置进行充电的期间，当上述温度传感器检测出的上述蓄电装置的温度为比预先决定的第一温度低的第二温度的情况下，上述电力控制部将上述下限值设定为比在上述第一温度下设定的上述下限值高的值，来进行上述残存容量的控制，当被输入了上述燃料电池***的停止指示时，上述电力控制部进行使上述蓄电装置的上述残存容量增加的残存容量增加处理。
根据该方式的燃料电池车辆，能够将更多的再生电力蓄存于蓄电装置，在被输入了停止指示时，能够使蓄电装置中的残存容量增加，并且能够抑制使用了燃料电池的蓄电装置的充电量。因此，能够提高在蓄电装置的充电中使用的电力供给的效率，使作为燃料电池车辆的燃料利用率提高。
(2)在上述方式的燃料电池车辆中，可以在从被输入了上述燃料电池***的启动指示时起直至在该启动指示之后被输入上述燃料电池***的停止指示为止的期间，当上述温度传感器检测出的上述蓄电装置的温度为比预先决定的第一温度低的第二温度的情况下，上述电力控制部将上述下限值设定为比在上述第一温度下设定的上述下限值高的值，来进行上述残存容量的控制。根据该方式的燃料电池车辆，无论是否能够利用再生电力，在从被输入燃料电池***的启动指示直至被输入停止指示为止的期间，当蓄电装置的温度为比第一温度低的第二温度时，均能够确保更多的残存容量。
(3)在上述方式的燃料电池车辆中，当在被输入了上述燃料电池***的停止指示时上述残存容量监视器检测出的上述残存容量小于预先设定的基准值的情况下，上述电力控制部可以使上述燃料电池进行对上述蓄电装置的充电，当在上述停止指示的输入时上述残存容量为上述基准值以上的情况下，上述电力控制部伴随着上述燃料电池辅机的驱动进行在上述燃料电池***停止时被执行的结束处理，而不进行上述蓄电装置的充电。根据该方式的燃料电池车辆，由于当在停止指示的输入时蓄电装置的残存容量为基准值以上的情况下，不进行燃料电池对蓄电装置的充电，所以能够抑制因燃料电池对蓄电装置的充电引起的燃料利用率的降低。
(4)在上述方式的燃料电池车辆中，上述基准值可以是残存容量以上的值，该残存容量是在上述停止指示的输入后直至在冰点下输入用于使上述燃料电池***启动的下次的启动指示而上述燃料电池开始发电为止的期间、上述蓄电装置为了供给上述燃料电池***为了由上述燃料电池***执行的处理所需的电力而需要的容量。根据该方式的燃料电池车辆，即便在冰点下进行下次的燃料电池***的启动的情况下，也能够在燃料电池***停止时确保燃料电池***的启动所需的电力。
(5)在上述方式的燃料电池车辆中，上述下限值可以为上述基准值以上的值。根据该方式的燃料电池车辆，能够更多地使用驱动马达所产生的再生电力来确保蓄电装置的残存容量。因此，能够在燃料电池***的停止时减少蓄电装置的充电量，能够提高燃料电池车辆中的燃料利用率提高的效果。
本发明能够以各种方式实现，例如能够以燃料电池车辆的控制方法、实现该控制方法的计算机程序、记录了该计算机程序的非临时性记录介质等方式来实现。
附图说明
图1是表示燃料电池车辆的简要结构的说明图。
图2是表示能够由燃料电池车辆执行的处理的概要的说明图。
图3是表示停车时扫气处理例程的流程图。
图4是表示停止时处理例程的流程图。
图5是表示二次电池的温度与残存容量的下限值的关系的说明图。
图6是表示二次电池的温度与充电允许电力Win的关系的说明图。
图7是表示二次电池的温度与残存容量的下限值的关系的说明图。
附图标记说明：
20…燃料电池车辆；22…车身；30…燃料电池***；100…燃料电池；102…电压传感器；103…电流传感器；104…DC/DC转换器；105…温度传感器；110…氢罐；120…氢气供给部；121…氢供给流路；122…循环流路；123…氢放出流路；124…开闭阀；125…减压阀；126…喷射器；127…循环泵；129…开闭阀；130…压缩机；140…空气供给部；141…第一空气流路；142…空气放出流路；143…调压阀；144…分流阀；145…第二空气流路；146…第三空气流路；170…驱动马达；172…二次电池；173…残存容量监视器；174…DC/DC转换器；175…温度传感器；178…配线；180…加速器开度传感器；200…控制部；210…燃料电池控制部；220…残存容量控制部。
具体实施方式
A.第一实施方式：
(A－1)燃料电池车辆的整体结构：
图1是表示作为本发明所涉及的第一实施方式的燃料电池车辆20的简要结构的框图。燃料电池车辆20在车身22搭载有：驱动马达170，产生车辆的驱动力；燃料电池***30，具备燃料电池100；二次电池172，能够供给用于驱动燃料电池车辆20的电力；以及控制部200。在燃料电池车辆20中，能够由燃料电池100以及二次电池172分别单独或从燃料电池100以及二次电池172双方同时对于包括驱动马达170的负载供给电力。燃料电池100与包括驱动马达170的负载之间经由DC/DC转换器104以及配线178连接，二次电池172与包括驱动马达170的负载之间经由DC/DC转换器174以及配线178连接。DC/DC转换器104与DC/DC转换器174相对于配线178并联连接。
燃料电池***30除了具备燃料电池100之外，还具备包括氢罐110的氢气供给部120和包括压缩机130的空气供给部140。另外，燃料电池***30还具备未图示的制冷剂循环部，该制冷剂循环部使用于将燃料电池100的温度保持在规定范围的制冷剂在燃料电池100内流通。装备于氢气供给部120、空气供给部140以及制冷剂循环部并伴随着燃料电池100的发电而被驱动的各部亦称为燃料电池辅机。
燃料电池100具有层叠了多个单电池的电池组结构。本实施方式的燃料电池100是固体高分子型燃料电池，但也可以使用其他种类的燃料电池。在构成燃料电池100的各单电池中，中间隔着电解质膜而在阳极侧形成有供燃料气体亦即氢流动的流路(以后，亦称为阳极侧流路)，并在阴极侧形成有供氧化气体亦即空气流动的流路(以后，亦称为阴极侧流路)。在将燃料电池100与DC/DC转换器104连接的配线178设置有：电压传感器102，检测燃料电池100的输出电压；和电流传感器103，检测燃料电池100的输出电流。
在燃料电池100设置有能够测定燃料电池100的温度的温度传感器105。温度传感器105例如被设置于上述制冷剂的流路，能够成为对在燃料电池100内循环之后从燃料电池100排出的制冷剂的温度进行检测的温度传感器。或者，作为温度传感器105，也可以使用直接检测燃料电池100的内部温度的传感器。
氢气供给部120所具备的氢罐110是对含有氢的燃料气体进行储藏的装置。具体而言，例如能够成为储藏高压的氢气的罐或内部具备氢吸留合金并通过使氢吸留合金吸留氢来吸留氢的罐。氢气供给部120具备：氢供给流路121，从氢罐110到达燃料电池100；循环流路122，使未消耗的氢气(阳极废气)循环至氢供给流路121；以及氢放出流路123，用于向大气放出阳极废气。在氢气供给部120中，储藏于氢罐110的氢气经过氢供给流路121的开闭阀124的流路开闭和减压阀125中的减压而从设置于减压阀125的下游的喷射器126供给至燃料电池100的阳极侧流路。在循环流路122循环的氢的压力由循环泵127调节。喷射器126以及循环泵127的驱动量由控制部200根据燃料电池100应该输出的目标电力进行调节。
其中，在循环流路122流动的氢气的一部分经过从循环流路122分支的氢放出流路123的开闭阀129的开闭调整而在规定的时机向大气放出。由此，能够将在循环流路122内循环的氢气中的氢以外的杂质(水蒸气、氮气等)排出至流路外，能够抑制向燃料电池100供给的氢气中的杂质浓度的上升。此外，在氢放出流路123从循环流路122分支的部位设置有未图示的气液分离器，用于从在循环流路122内循环的氢气除去水分。上述的开闭阀124的开闭的时机由控制部200调节。
空气供给部140将含有氧的氧化气体(在本实施方式中为空气)向燃料电池100供给。空气供给部140除了具备压缩机130之外，还具备第一空气流路141、第二空气流路145、第三空气流路146、分流阀144、空气放出流路142以及调压阀143。第一空气流路141是供压缩机130获取到的所有空气流动的流路。第二空气流路145以及第三空气流路146被设置为从第一空气流路141分支。分流阀144设置于第一空气流路141分支为第二空气流路145以及第三空气流路146的部位，通过变更该分流阀144的开阀状态，能够变更从第一空气流路141向第二空气流路145或者第三空气流路146流动的空气的分配比例。第二空气流路145的一部分在燃料电池100内形成阴极侧流路。第三空气流路146是不经由燃料电池100地引导空气的旁通流路。第二空气流路145与第三空气流路146汇合而成为空气放出流路142。调压阀143是在第二空气流路145中设置于比阴极侧流路靠下游侧、且比与第三空气流路146的汇合位置靠上游侧的节流阀。通过调节调压阀143的开度，能够变更燃料电池100中的阴极侧流路的背压。空气放出流路142是用于将通过了第二空气流路145的空气(阴极废气)与通过了第三空气流路146的空气一同向大气放出的流路。在空气放出流路142连接着已述的氢放出流路123，经由氢放出流路123放出的氢在向大气放出之前被在空气放出流路142流动的空气稀释。压缩机130的驱动量、调压阀143的开度以及分流阀144的开阀状态由控制部200调节。
二次电池172例如能够由锂离子电池、镍氢电池构成。二次电池172只要是能够进行充放电的蓄电装置即可。这样的蓄电装置除了能够由二次电池构成之外，例如还能够形成为电容器。在二次电池172设置有残存容量监视器173以及温度传感器175。残存容量监视器173检测二次电池172的残存容量等动作状态。二次电池172的残存容量是表示二次电池172被充了何种程度电的指标。残存容量监视器173例如只要通过将二次电池172中的充电以及放电的电流值与时间相乘来推断残存容量即可。或者，也可以使用二次电池172的电压来导出残存容量。残存容量监视器173将表示残存容量的信号输出至控制部200。温度传感器175检测二次电池172的温度，并将检测信号输出至控制部200。此外，温度传感器175除了直接检测二次电池172的温度之外，例如也可以根据外部空气温度、和基于二次电池172中的充放电量的发热量来推断二次电池172的温度。
DC/DC转换器104具有接收控制部200的控制信号来变更燃料电池100的输出状态的功能。具体而言，DC/DC转换器104从燃料电池100朝向上述负载取出电流以及电压，通过DC/DC转换器104中的开关控制来控制从燃料电池100取出的电流以及电压。另外，在将燃料电池100发出的电力向驱动马达170等负载供给时，DC/DC转换器104将燃料电池100的输出电压升压为能够由上述负载利用的电压。
DC/DC转换器174具有对二次电池172的充放电进行控制的充放电控制功能，接受控制部200的控制信号来控制二次电池172的充放电。除此之外，DC/DC转换器174通过在控制部200的控制下设定输出侧的目标电压，来进行二次电池172的蓄电电力的引出与向驱动马达170的电压施加，将电力引出状态与施加于驱动马达170的电压等级调整为可变。此外，当在二次电池172中不需要进行充放电时，DC/DC转换器174切断二次电池172与配线178的连接。
控制部200由具备执行逻辑运算的CPU、ROM、RAM等的所谓微机构成。除了氢气供给部120、空气供给部140所具备的已述传感器以外，控制部200还从加速器开度传感器180、挡位传感器、车速传感器以及外部空气温度传感器等各种传感器取得检测信号，进行与燃料电池车辆20相关的各种控制。例如，控制部200基于加速器开度传感器180的检测信号等来求出驱动马达170所要求的要求输出的大小，以从燃料电池100和二次电池172的至少一方获得与要求输出对应的电力的方式向各部输出驱动信号。具体而言，在从燃料电池100获得电力的情况下，对来自氢气供给部120、空气供给部140的气体供给量进行控制以便从燃料电池100获得所希望的电力。另外，控制部200以从燃料电池100和二次电池172的至少一方对于驱动马达170等负载供给所希望的电力的方式控制DC/DC转换器104、174。控制部200亦被称为电力控制部。其中，在图1中示出了表示控制部200所执行的功能的一部分的功能模块。具体而言，控制部200至少具备燃料电池控制部210以及残存容量控制部220作为功能模块。这些功能模块的动作将稍后详细进行说明。
在图1中，通过控制部200控制燃料电池车辆20整体，但也可以为不同的结构。例如，控制部200可以由与燃料电池***30的动作相关的控制部、与燃料电池车辆20的行驶相关的控制部、进行与行驶无关的车辆辅机的控制的控制部等多个控制部构成，并在这些多个控制部间交换所需的信息。
(A-2)能够由燃料电池车辆执行的处理：
图2是表示能够由燃料电池车辆20执行的处理的概要的说明图。在燃料电池车辆20设置有未图示的起动开关，该起动开关用于供使用者进行与燃料电池***30的启动以及停止相关的指示。在图2中，将在起动开关中输入了用于使燃料电池***30启动的启动指示的时机表达为“接通”，将输入了用于使燃料电池***30停止的停止指示的时机表达为“断开”。在下文中，基于图2依次对能够由燃料电池车辆20执行的各处理的内容进行说明。
若从起动开关输入了启动指示，则燃料电池***30的控制部200执行“启动处理”。在图2中，将执行“启动处理”的期间表示为(a)。“启动处理”是从启动指示的输入起直到在燃料电池100中开始发电为止的期间执行的处理。如后述那样，在燃料电池***30的停止中，阳极侧流路内的氢浓度逐渐降低。因此，“启动处理”包括用于提高燃料电池100中的阳极侧流路内的氢浓度的处理(以下，亦称为“氢浓度上升处理”)和用于开始燃料电池100的发电的处理(以下，亦称为“发电开始处理”)。
若在燃料电池***30中被输入启动指示，则作为“氢浓度上升处理”，控制部200将开闭阀124开阀、驱动循环泵127并在规定的时机将喷射器126以及开闭阀129开阀。由此，从氢罐110向阳极侧流路供给高浓度的氢气，阳极侧流路内的气体的至少一部分被置换为高浓度的氢气而使阳极侧流路内的氢浓度提高。另外，在“氢浓度上升处理”中，控制部200驱动压缩机130，并且切换分流阀144来使在第一空气流路141流动的所有空气流动至第三空气流路146。由此，经由氢放出流路123从燃料电池***30排出的氢被空气稀释。
上述“氢浓度上升处理”是特别在冰点下那样的低温启动时用于确保燃料电池100的启动的处理。在燃料电池100的发电开始时，可考虑在阳极侧流路内滞留有液态水的情况。或者，若开始燃料电池100的发电并伴随着发电而产生液态水，则存在这样的液态水移动并滞留在阳极侧流路的可能性。在冰点下启动时，存在这样的液态水在阳极侧流路内结冰的可能性。当在燃料电池100中充分进行发电反应的情况下，即便产生上述结冰，结冰的水也被伴随着发电而产生的热立即溶化，能够从结冰状态恢复。然而，例如若发电反应因氢浓度不足而不充分、导致热的产生不足，则无法从结冰状态恢复，妨碍阳极侧流路中的氢的流动，存在产生氢不足的单电池(以下，称为缺氢电池)的可能性。若产生缺氢电池，则存在给燃料电池100整体的启动带来障碍的可能性。在本实施方式中，通过进行“氢浓度上升处理”来提高阳极侧流路内的氢浓度，由此在燃料电池***30的启动时，即便开始发生结冰也会抑制氢不足，抑制了缺氢电池的产生。“氢浓度上升处理”可以仅在启动指示的输入在冰点下的温度条件下完成的情况下进行。这样一来，在不发生结冰的温度条件下，能够抑制伴随着“氢浓度上升处理”的氢消耗。另外，在燃料电池***30中，当从停止燃料电池***30起对之后直至被输入启动指示为止的经过时间进行测定，且经过时间超过了预先决定的基准时间的情况下，可以进行“氢浓度上升处理”。这样一来，在阳极侧流路内的氢浓度足够高时，能够抑制用于“氢浓度上升处理”的氢消耗。
若“氢浓度上升处理”结束，则控制部200通过“发电开始处理”来开始燃料电池100的发电，结束“启动处理”。在“发电开始处理”中，紧接着“氢浓度上升处理”进行氢向阳极侧流路的供给。另外，控制部200切换分流阀144而开始空气向阴极侧流路的供给。另外，在“发电开始处理”中，将燃料电池100与驱动马达170等负载连接，能够实现向各负载的电力供给。
上述“启动处理”由于是执行至燃料电池100开始发电为止的处理，所以是消耗蓄存于二次电池172的电力的处理。“氢浓度上升处理”以及“发电开始处理”中的燃料电池辅机的驱动量、驱动时间被预先设定。因此，能够预先计算“氢浓度上升处理”以及“发电开始处理”所需的电力。因而，为了执行“启动处理”所需的电力能够预先计算。
若“启动处理”结束而在燃料电池***30中开始燃料电池100的发电，则燃料电池车辆20成为能够行驶的状态。在图2中，将燃料电池车辆20成为能够行驶的可行驶期间表示为(b)。在该可行驶期间，如上述那样，进行将燃料电池100与二次电池172中的至少一方作为驱动用电源使用的行驶。此时，在燃料电池车辆20的控制部200中，以二次电池172的残存容量成为预先决定的下限值以上的方式控制燃料电池***30以及驱动马达170的驱动状态。这样的可行驶期间中的二次电池172的残存容量的控制由控制部200中的残存容量控制部220执行(参照图1)。稍后将对可行驶期间中的二次电池172的残存容量的控制详细地进行说明。
然后，若在起动开关中输入了用于使燃料电池***30停止的停止指示，则燃料电池***30的控制部200根据需要执行通过燃料电池100对二次电池172充电的“充电处理”。在图2中，将执行“充电处理”的期间表示为(c)。该“充电处理”是在从被输入停止指示起直至在该停止指示后再次被输入启动指示而开始燃料电池100的发电为止的期间用于在二次电池172中确保为了执行由燃料电池***30执行的各种处理所需的电力的处理。当被输入了上述停止指示时，在二次电池172的残存容量不足以通过二次电池172供应上述所需的电力的情况下，控制部200在上述各种处理执行之前执行“充电处理”，来确保上述所需的电力。“充电处理”亦被称为“残存容量增加处理”。稍后将对“充电处理”所涉及的具体动作详细地进行说明。
若“充电处理”结束，则燃料电池***30的控制部200执行“结束处理”。在图2中，将执行“结束处理”的期间表示为(d)。“结束处理”包括“停止时扫气处理”与“***停止处理”。“停止时扫气处理”是用于在燃料电池100的发电停止时对阳极侧流路与阴极侧流路双方利用各自的反应气体(燃料气体或者氧化气体)进行扫气而除去流路内的水分的处理。“***停止处理”是停止燃料电池***30的处理。上述的“充电处理”与“结束处理”由控制燃料电池***30的驱动状态的燃料电池控制部210执行(参照图1)。
在“停止时扫气处理”中，控制部200针对阳极侧流路，将开闭阀124以及喷射器126开阀，并且驱动循环泵127，进而在规定的时机将开闭阀129开阀。另外，针对阴极侧流路，将分流阀144的切换状态维持为向阴极侧流路供给空气，并驱动压缩机130。由此，能够利用作为燃料气体的氢对阳极侧流路进行扫气，并且利用作为氧化气体的空气对阴极侧流路进行扫气。在燃料电池100的发电停止时，由于燃料电池100的温度成为比较高的温度(例如60℃左右)，所以通过如上述那样使用反应气体进行扫气，能够除去燃料气体的流路内的水分以及氧化气体的流路内的水分。“停止时扫气处理”中的扫气的时间越长，则能够越提高从气体流路除去水分的程度。通过从反应气体的流路除去水分，能够在抑制燃料电池***30的停止中液态水滞留在反应气体流路内、以及滞留的液态水结冰。为了抑制发电停止后的反应气体流路内的液态水的滞留以及结冰，外部空气温度越低，则“停止时扫气处理”可以进行得越长。此外，在“停止时扫气处理”中，由于向阳极侧流路供给氢，向阴极侧流路供给空气，所以在燃料电池100中进行发电。然而，由于伴随着“停止时扫气处理”而被燃料电池辅机等消耗的电力超过发电量，所以“停止时扫气处理”是消耗蓄存于二次电池172的电力的处理。
在“停止时扫气处理”之后执行的“***停止处理”中，控制部200将氢供给流路121的开闭阀124、喷射器126所具备的开闭阀以及氢放出流路123的开闭阀129闭阀。由此，从包括阳极侧流路的喷射器126起至开闭阀129为止的流路(在下文中，存在这样的流路整体也被称为阳极侧流路的情况)被密封，而成为封入了氢气的状态。另外，控制部200停止压缩机130并且将调压阀143闭阀。由此，从包括阴极侧流路的压缩机130至调压阀143为止的流路(在下文中，存在这样的流路整体也被称为阴极侧流路的情况)被密封，而成为封入了空气的状态。若如上述那样进行流路的密封，则在燃料电池100中，使用被封入至阳极侧流路的氢与被封入至阴极侧流路的空气中的氧来进行发电。由于封入至阳极侧流路的氢相对于封入至阴极侧流路的空气中的氧是过量的，所以若阴极侧流路内的氧被消耗，则燃料电池100的发电停止。其结果是，封入至阴极侧流路内的气体的大部分为氮气。若根据电压传感器102的检测值检测到上述发电的停止，则控制部200截断燃料电池100与二次电池172、燃料电池辅机等负载之间的连接而停止燃料电池***30。由于“***停止处理”中的发电量微小，所以“***停止处理”是消耗蓄存于二次电池172的电力的处理。
“停止时扫气处理”以及“***停止处理”中的燃料电池辅机的驱动量、驱动时间被预先设定。因此，“停止时扫气处理”以及“***停止处理”所需的电力能够预先计算。从而，为了执行“结束处理”所需的电力能够预先计算。
若停止燃料电池100的发电而停止燃料电池***30，则在燃料电池100中，气体在阳极侧流路与阴极侧流路之间经由电解质膜交叉泄漏。由此，阳极侧流路内的气体与阴极侧流路内的气体的组成逐渐接近，阳极侧流路内的氢浓度逐渐降低。
在燃料电池***30的停止中，存在控制部200执行“停车时扫气处理”的情况。在图2中，将执行“停车时扫气处理”的期间表示为(e)。在燃料电池***30的停止时为了抑制液态水在阳极侧流路内结冰而执行“停车时扫气处理”。在本实施方式的燃料电池***30中，***停止时并非全部的功能完全停止，控制部200的一部分的功能等继续起作用，进行燃料电池100的温度的监视，并根据需要而进行阳极侧流路的扫气作为“停车时扫气处理”。
图3是表示在本实施方式的控制部200中执行的停车时扫气处理例程的流程图。在“结束处理”结束、燃料电池***30停止之后在控制部200中执行本例程。
若本例程起动，则控制部200从温度传感器105取得燃料电池100的温度(步骤S100)。然后，控制部200对所取得的燃料电池100的温度是否为作为预先决定的基准的燃料电池温度(以下，称为基准FC温度)以下进行判断(步骤S110)。基准FC温度是作为表示是接近冰点但比冰点高的低温状态的温度而预先设定的温度。基准FC温度例如能够设定为5～10℃。控制部200重复执行步骤S100以及步骤S110的处理直至判断为燃料电池100的温度为基准FC温度以下。若在步骤S110中判定为燃料电池100的温度为基准FC温度以下(步骤S110：是)，则控制部200执行“停车时扫气处理”(步骤S120)，结束本例程。
在“停车时扫气处理”中，控制部200暂时起动燃料电池***30，进行使用了氢罐110内的氢的阳极侧流路的扫气。具体而言，控制部200将开闭阀124以及喷射器126开阀，驱动循环泵127并在规定的时机将开闭阀129开阀，由此使用氢罐110内的氢来对阳极侧流路进行扫气。此时，控制部200驱动压缩机130，切换分流阀144而使在第一空气流路141流动的所有空气流动至第三空气流路146。由此，经由氢放出流路123从燃料电池***30排出的氢被稀释。
存在随着燃料电池100的温度降低，被密封在燃料电池100内的流路的气体中的水蒸气冷凝而成为液态水的情况。通过执行“停车时扫气处理”，即便在阳极侧流路内液态水冷凝的情况下，也能够在该液态水降温至结冰的温度之前从阳极侧流路除去液态水，能够抑制阳极侧流路内的结冰的产生。“停车时扫气处理”中的燃料电池辅机的驱动量、驱动时间被预先设定。因此，“停车时扫气处理”所需的电力能够预先计算。
在燃料电池***30中，此后若从起动开关输入了启动指示，则再次执行“启动处理”。
(A－3)***停止时的动作：
在下文中，对从起动开关输入了停止指示时的动作进一步详细地进行说明。
图4是表示由本实施方式的控制部200执行的停止时处理例程的流程图。在燃料电池***30的运转中在控制部200执行本例程。若起动本例程，则控制部200对是否从起动开关输入了停止指示进行判断(步骤S200)。控制部200重复步骤S200的判断，直至从起动开关输入停止指示为止。
若在步骤S200中判断为输入了停止指示(步骤S200：是)，则控制部200从残存容量监视器173取得二次电池172的残存容量(SOC)(步骤S210)。然后，将所取得的SOC与预先决定的基准值进行比较(步骤S220)。
步骤S220中使用的基准值被决定为在从被输入停止指示起直至在该停止指示之后被输入启动指示而开始燃料电池100的发电为止的期间，二次电池172能够供给为了由燃料电池***30执行的处理所需的电力的残存容量。具体而言，上述所需的电力是为了执行上述的“结束处理”、“停车时扫气处理”以及“启动处理”所需的电力。
如上述那样，通过预先决定执行“结束处理”、“停车时扫气处理”以及“启动处理”时的条件，能够知晓为了执行上述3个处理所需的电力，能够预先决定用于供应该电力的基准值。在燃料电池***30的停止中，若燃料电池100不成为规定的低温状态则不执行“停车时扫气处理”，但在***停止时通常难以预料***停止中的温度。因此，上述基准值被决定为执行“停车时扫气处理”的情况下的值。另外，“启动处理”中的“氢浓度上升处理”可以仅在启动指示的输入在冰点下的温度条件下完成了的情况下进行，但通常难以预料下次启动***时的温度。因此，上述基准值被决定为在“启动处理”中执行“氢浓度上升处理”的情况下的值。即，上述基准值被决定为二次电池172能够供给在从被输入停止指示起直至在该停止指示之后被输入启动指示而开始燃料电池100的发电为止的期间所需的电力、且至少在启动指示的输入时成为冰点下的温度条件的情况下所需的电力的残存容量以上的值。
在步骤S220中，若判定为所取得的SOC小于基准值(步骤S220：是)，则控制部200执行上述的“充电处理”(步骤S230)。而且，重复步骤S210～步骤S230的处理，使用燃料电池100对二次电池172进行充电直至在步骤S220中判定为SOC为基准值以上为止。
若在步骤S220中判定为所取得的SOC为基准值以上(步骤S220：否)，则控制部200执行上述的“结束处理”(步骤S240)，结束本例程。
(A－4)车辆行驶时的残存容量的控制：
在本实施方式的燃料电池车辆20中，如上述那样，在可行驶期间(图2的(b))中，通过控制部200控制为二次电池172的残存容量(SOC)成为预先决定的下限值以上。例如，在燃料电池车辆20中的负载要求大、燃料电池100与二次电池172双方作为驱动电力源使用的情况下，二次电池172的SOC逐渐降低。在这样的情况下，若二次电池172的SOC降低至预先决定的下限值，则控制部200限制燃料电池车辆20的输出而停止二次电池172的利用，并且进行使用燃料电池100的二次电池172的充电，来实现SOC的恢复。或者，在低负载时等仅将二次电池172作为电源使用时，若二次电池172的SOC降低至上述下限值，则开始燃料电池100的发电而从燃料电池100向负载进行电力供给，并且使用燃料电池100来进行二次电池172的充电。这样一来，在可行驶期间，将二次电池172的SOC维持为上述下限值以上。
对于二次电池172而言，由于一般若SOC过度减少，则在二次电池172中引发不期望的劣化，所以决定了用于二次电池172的保护的SOC的最低值(SOCmin)。通过将上述的下限值设定为该最低值(SOCmin)以上，能够抑制二次电池172中的不期望的劣化。在本实施方式中，下限值在比上述最低值(SOCmin)大的范围内根据二次电池172的温度而设定。
图5是表示本实施方式的燃料电池车辆20中的二次电池172的温度与在可行驶期间中针对二次电池172设定的SOC的下限值的关系的说明图。在图5中，横轴表示二次电池172的温度，纵轴表示二次电池172的SOC的下限值。如图5所示，在二次电池172的温度为温度t1以上时，SOC的下限值被设定为最低值(SOCmin)。该温度t1亦称为第一温度。另外，在二次电池172的温度为温度t2以下时，SOC的下限值被设定为比最低值(SOCmin)大的值亦即值α。该温度t2亦称为第二温度。而且，在二次电池172的温度为t2～t1之间的情况下，SOC的下限值被设定为二次电池172的温度越高则越从值α向最低值(SOCmin)变小。这样，在本实施方式中，在二次电池172的温度为比第一温度t1低的第二温度t2的情况下，将下限值设定为比在第一温度t1下设定的下限值高的值，来进行残存容量的控制。本实施方式的控制部200在控制部200所具备的存储部内将图5所示的关系存储为映射。而且，控制部200参照该映射，在可行驶期间中根据二次电池172的温度来控制燃料电池***30的运转状态以使二次电池172的SOC成为图5所示的下限值以上。
在图5中，还示出了“充电处理”的需要与否判断所使用的上述的基准值的大小。另外，在图5中，将基准值与最低值(SOCmin)之差表示为ΔSOC。如上所述，在可行驶期间，根据二次电池172的温度将二次电池172的SOC控制成为图5所示的下限值以上。而且，在此后被输入停止指示而执行的“充电处理”中，进行二次电池172的充电直至二次电池172的SOC成为基准值以上为止。因此，可行驶期间中的二次电池172的温度越低，则此后的“充电处理”中的二次电池172的充电量的最大值越小。
图6是表示二次电池172的温度与二次电池172的充电允许电力Win的关系的说明图。充电允许电力Win是二次电池172的充电电力的上限，且是表示二次电池172的充电性能的值。充电允许电力Win越大，则表示充电性能越高，能够实现越快的充电。如图6所示，充电允许电力Win受到二次电池172的温度的影响较强。图6所示的图表是一个例子，在二次电池172为锂离子电池的情况下充电允许电力Win中的二次电池172的温度的影响特别显著。不过，即便是其他种类的二次电池，也展现同样的趋势。
在本实施方式中，将与二次电池172的温度上升相伴的充电允许电力Win的上升的程度比较小且充电允许电力Win相对小的温度范围(图6的范围(I))和与二次电池172的温度上升相伴的充电允许电力Win的上升的程度较大的温度范围(图6的范围(II))的边界的温度作为上述的第二温度t2。另外，将与二次电池172的温度上升相伴的充电允许电力Win的上升的程度较大的温度范围(II)中的、比充电允许电力Win的大小达到最大的温度稍低的温度作为上述的第一温度t1。而且，如图5所示，在二次电池172的温度为t2以下时，将SOC的下限值设定为比最低值(SOCmin)大的值亦即值α，在二次电池172的温度为t1以上时，将SOC的下限值设定为最低值(SOCmin)，在t1～t2的温度范围中，将SOC的下限值设定为二次电池172的温度越高则越小。由此，在二次电池172的温度比较低、二次电池172的充电性能低时，能够抑制输入停止指示后的使用了燃料电池100的二次电池172的充电量。
根据如以上那样构成的本实施方式的燃料电池车辆20，能够在***停止时在二次电池172中准备在燃料电池***30中开始燃料电池100的发电之前执行的处理所需的电力。而且，在从被输入了启动指示时起直至被输入停止指示为止的期间，当二次电池172的温度比较低时，能够将更多的再生电力蓄存于二次电池172，可抑制在停止指示的输入后使用燃料电池100对二次电池172进行充电的充电量。因此，能够提高在二次电池172的充电中使用的电力供给的效率，使燃料电池车辆20整体的燃料利用率(每单位氢量的行驶距离)提高。
在本实施方式的燃料电池车辆20中，为了无障碍执行低温启动，在停止指示的输入后直至在冰点下被输入下次的启动指示而开始燃料电池的发电为止的期间，对二次电池172进行充电以便二次电池172能够供给为了由燃料电池***30执行的处理所需的电力。而且，在可行驶期间中，当二次电池172的温度为比第一温度(例如温度t1)低的第二温度(例如温度t2)的情况下，将下限值设定为比在第一温度t1下设定的下限值高的值，来进行上述残存容量的控制。因此，当在停止指示之后进行“充电处理”的情况下，在因二次电池172的温度较低而导致充电允许电力Win较小且“充电处理”需要比较长的时间的情况下，能够将应该充电的最大量抑制得小。当在燃料电池车辆20行驶时对二次电池172进行充电的情况下，通过利用再生电力能够使燃料利用率提高。与此相对，当在“充电处理”中对二次电池172进行充电的情况下，由于通过燃料电池100对二次电池172进行充电，所以燃料利用率降低。如上述那样，通过在二次电池172的温度较低且充电允许电力Win较小时，抑制在“充电处理”中应该充电的量，能够抑制因使用燃料电池100对二次电池172进行充电引起的燃料利用率的降低。在二次电池172的温度较高且充电允许电力Win较大时，由于能够更快对二次电池172进行充电，所以能够抑制因使用燃料电池100的二次电池172的充电引起的燃料利用率的降低。
根据本实施方式，如上述那样，在二次电池172的温度较低的情况下(例如，在小于温度t2的情况下)，能够抑制停止指示的输入后的燃料电池100的发电量。因此，在停止指示的输入后，能够降低伴随着燃料电池100的发电而经由燃料电池100的空气放出流路142排出的水的量。其结果是，能够抑制尽管进行了停止指示但使用者因发电引起的生成水被放出而受到的违和感。
B.第二实施方式：
第二实施方式的燃料电池车辆20具有与第一实施方式的燃料电池车辆20同样的结构，如图2所示，与第一实施例同样地进行启动处理、可行驶期间中的SOC控制、充电处理、结束处理以及停车时扫气处理。第二实施例的燃料电池车辆20与第一实施方式的不同点在于：在可行驶期间进行SOC控制时的SOC的下限值的设定的方式。
图7是将第二实施方式的燃料电池车辆20中的二次电池172的温度与在可行驶期间进行二次电池172的SOC控制时所设定的SOC的下限值的关系与图5同样地表示的说明图。如图7所示，在第二实施方式中，当二次电池172的温度小于第二温度t2的情况下，将SOC的下限值设定为在***停止时充电处理的需要与否的判断所使用的上述的基准值。因此，在二次电池172的温度小于第二温度t2的情况下，能够将更多的再生电力蓄存于二次电池172。而且，在燃料电池***30的停止时不需要执行“充电处理”，在二次电池172的充电需要比较长时间的低温条件下，不需要为了二次电池172的充电而使用燃料电池100。因此，能够进一步增加使燃料电池车辆20整体的燃料利用率提高的效果。在第二实施方式中，如图7所示那样将SOC的下限值设定为上述基准值，但也可以形成为不同的结构，只要SOC的下限值为上述基准值以上的值，就能够获得同样的效果。
此外，在第二实施方式中，在二次电池172的温度小于第二温度t2的情况下，当在可行驶期间进行SOC控制时，将SOC的下限值设定为比第一实施方式高的值。因此，在车辆的行驶中，使用由驱动马达170产生的再生电力的二次电池172的充电量变得更少。存在再生电力的利用变少会导致燃料电池车辆20整体的燃料利用率降低的可能性。然而，在二次电池172的温度小于第二温度t2的低温条件下，通过二次电池172的充电允许电力Win小，使得对二次电池172进行充电时的充电速度变慢。因此，即便在使用再生电力对二次电池172进行充电的情况下，也成为再生电力的利用效率被抑制的状态。因此，可认为通过将可行驶期间中的SOC的下限值设定得更高，使得再生电力的利用减少的影响很小。
C.其他实施方式：
(C1)在上述各实施方式中，若在燃料电池***30的停止中燃料电池100的温度成为基准FC温度以下，则执行“停车时扫气处理”，但也可以形成为不同的结构。例如，也可以当更长地进行“结束处理”的“停止时扫气处理”，在***停止时将燃料电池100内的反应气体的流路内的水分更充分地除去的情况下，即便在燃料电池***30的停止中燃料电池100的温度降低，也不进行“停车时扫气处理”。此时，在***停止时的“充电处理”中应该确保的基准值只要设定为不包括“停车时扫气处理”所需的电力即可。
(C2)在上述各实施方式中，在可行驶期间整体中根据二次电池172的温度如图5或图7所示那样控制二次电池172的SOC的下限值，但也可以形成为不同的结构。可通过在二次电池172的充电中使用再生电力来获得使二次电池172的充电所使用的电力的供给的效率提高的效果。因此，只要至少在能够通过再生电力实现对二次电池172的充电的期间，进行上述的基于二次电池172的温度的SOC的下限值的控制即可。
(C3)在上述各实施方式中，当被输入了停止指示时，在二次电池172的SOC小于基准值的情况下进行二次电池172的充电，在SOC为基准值以上的情况下进行“结束处理”而不对二次电池172进行充电，但也可以形成为不同的结构。例如，也可以在被输入了停止指示时，即便二次电池172的SOC为基准值以上也进行少量的充电。在被输入了停止指示时，通过在至少二次电池172的SOC小于基准值的情况下进行上述的“充电处理”，能够获得与实施例同样的效果。
(C4)在上述各实施方式中，将在***停止时充电处理需要与否的判断所使用的二次电池172的SOC的基准值设定为二次电池172能够供应为了从***停止起直至此后的低温启动时为止被执行的处理所需的全部电力的值，但也可以形成为不同的结构。例如，若燃料电池车辆20搭载了太阳能发电装置等其他电力供给装置，则即便将上述SOC的基准值设定得更小，也能够确保***停止后至低温启动为止所需的电力。
本发明并不局限于上述的实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内以各种结构来实现。例如，为了解决上述课题的一部分或全部或者为了实现上述效果的一部分或全部，与发明内容一栏所记载的各方式中的技术特征对应的实施方式的技术特征能够适当地进行替换、组合。另外，只要该技术特征在本说明书中未被说明为必需的技术特征，则能够适当地删除。

Claims (6)

1.一种燃料电池车辆，其中，具备：
燃料电池***，具备燃料电池和燃料电池辅机；
驱动马达，驱动所述燃料电池车辆；
蓄电装置，被使用所述燃料电池发出的电力和由所述驱动马达产生的再生电力进行充电，并且蓄存用于向所述驱动马达供给的电力；
残存容量监视器，对所述蓄电装置中的残存容量进行检测；
温度传感器，对所述蓄电装置的温度进行检测；以及
电力控制部，将所述蓄电装置的残存容量控制为预先决定的下限值以上，同时控制所述燃料电池***的驱动状态，
至少在能够由所述再生电力对所述蓄电装置充电的期间，当所述温度传感器检测出的所述蓄电装置的温度为比预先决定的第一温度低的第二温度的情况下，所述电力控制部将所述下限值设定为比在所述第一温度下设定的所述下限值高的值，来进行所述残存容量的控制，
在被输入了所述燃料电池***的停止指示时，所述电力控制部进行使所述蓄电装置的所述残存容量增加的残存容量增加处理。
2.根据权利要求1所述的燃料电池车辆，其中，
在从被输入了所述燃料电池***的启动指示时起直至在该启动指示之后被输入所述燃料电池***的停止指示为止的期间，当所述温度传感器检测出的所述蓄电装置的温度为比所述第一温度低的所述第二温度的情况下，所述电力控制部将所述下限值设定为比在所述第一温度下设定的所述下限值高的值，来进行所述残存容量的控制。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池车辆，其中，
当在被输入了所述燃料电池***的停止指示时所述残存容量监视器检测出的所述残存容量小于预先设定的基准值的情况下，所述电力控制部使所述燃料电池对所述蓄电装置进行充电，
当在所述停止指示的输入时所述残存容量为所述基准值以上的情况下，所述电力控制部伴随着所述燃料电池辅机的驱动进行在所述燃料电池***的停止时被执行的结束处理，而不进行所述蓄电装置的充电。
4.根据权利要求3所述的燃料电池车辆，其中，
所述基准值是所需残存容量以上的值，该所需残存容量是在所述停止指示的输入后直至在冰点下输入用于使所述燃料电池***启动的下次的启动指示而所述燃料电池开始发电为止的期间、所述蓄电装置为了供给所述燃料电池***为了由所述燃料电池***执行的处理所需的电力而需要的容量。
5.根据权利要求3或4所述的燃料电池车辆，其中，
所述下限值为所述基准值以上的值。
6.一种燃料电池车辆的控制方法，其中，
所述燃料电池车辆具备：
燃料电池***，具备燃料电池和燃料电池辅机；
驱动马达，驱动所述燃料电池车辆；
蓄电装置，被使用所述燃料电池发出的电力和由所述驱动马达产生的再生电力进行充电，并且蓄存用于向所述驱动马达供给的电力；
残存容量监视器，检测所述蓄电装置中的残存容量；以及
温度传感器，检测所述蓄电装置的温度，
上述燃料电池车辆的控制方法包括：
至少在能够由所述再生电力对所述蓄电装置充电的期间，当要将所述蓄电装置的残存容量控制成为预先决定的下限值以上时，在所述温度传感器检测出的所述蓄电装置的温度为比预先决定的第一温度低的第二温度的情况下，将所述下限值设定为比在所述第一温度下设定的所述下限值高的值，来进行所述残存容量的控制，
在被输入了所述燃料电池***的停止指示时，进行使所述蓄电装置的所述残存容量增加的残存容量增加处理。
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