專利名稱：燃料電池系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及搭載于車輛的燃料電池系統(tǒng)，尤其是涉及從燃料電池和蓄電池向驅(qū)動車輛的電動機供給電力的混合動力型的燃料電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在搭載于車輛的燃料電池系統(tǒng)中，具備用于從燃料電池及蓄電裝置向電動機供給電力的逆變器。例如，在日本特開2005-348530號公報中公開了一種除了逆變器之外還具備兩個DC-DC轉(zhuǎn)換器的燃料電池系統(tǒng)。它們是對燃料電池的輸出電壓進行控制并向逆變器供給電力的第一 DC-DC轉(zhuǎn)換器、及對逆變器的輸入電壓進行控制并供給蓄電裝置的電力的第二 DC-DC轉(zhuǎn)換器(專利文獻1)。根據(jù)專利文獻1記載的發(fā)明，控制第一 DC-DC轉(zhuǎn)換器，而將燃料電池的輸出電壓值設(shè)定在蓄電裝置的電路電壓的最大值與最小值之間的范圍內(nèi)，由此減少電壓轉(zhuǎn)換動作的執(zhí)行頻度，由此能夠抑制電力損失的增大(段落0012)。另外，關(guān)于逆變器的電力轉(zhuǎn)換控制，在專利文獻1中記載了基于駕駛員對油門踏板的踏下操作量等的油門開度的信號來算出轉(zhuǎn)矩指令，將該轉(zhuǎn)矩指令向逆變器輸入，從而向電動機的各相輸出用于產(chǎn)生要求的轉(zhuǎn)矩的各相電流(段落0023)。專利文獻1 日本特開2005-348530號公報

發(fā)明內(nèi)容
然而，在電動機的驅(qū)動電壓較低時，電動機能夠產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩存在上限。如專利文獻 1那樣，基于油門開度而算出轉(zhuǎn)矩指令，即使對電動機指示該轉(zhuǎn)矩指令，在驅(qū)動電壓較低時， 也不能以轉(zhuǎn)矩指令那樣的轉(zhuǎn)矩進行驅(qū)動。并且，由電動機消耗的功率成為與實際產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的功率。在此，在燃料電池系統(tǒng)中，與基于油門開度來算出轉(zhuǎn)矩指令的情況并行地，以輸出彌補對應(yīng)于該轉(zhuǎn)矩指令而增加的電動機的要求功率的發(fā)電功率的方式算出對燃料電池的發(fā)電要求功率。例如，在上述專利文獻1所記載的燃料電池系統(tǒng)中，無論電動機是否能夠以轉(zhuǎn)矩指令那樣的轉(zhuǎn)矩進行驅(qū)動，燃料電池都發(fā)出假定以轉(zhuǎn)矩指令那樣的轉(zhuǎn)矩進行驅(qū)動時的電力。然而，如上所述，在電動機不能以轉(zhuǎn)矩指令那樣的轉(zhuǎn)矩進行驅(qū)動時，與按照轉(zhuǎn)矩指令驅(qū)動電動機的情況相比，實際被電動機所消耗的功率減少，因此收支的平衡崩潰，燃料電池的發(fā)電功率產(chǎn)生剩余。此種發(fā)電功率的剩余量會引起蓄電裝置的過充電，會導(dǎo)致蓄電裝置的破損、損害電力分配的平衡。因此，為了解決上述問題點，在本發(fā)明的優(yōu)選的方式中，提供一種即使在電動機的驅(qū)動電壓低且可產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩存在限制的情況下，也通過適當(dāng)?shù)乜刂齐娏κ罩Ф軌蛞种七^剩的電力引起的不良情況的產(chǎn)生的燃料電池系統(tǒng)及其控制方法。解決上述課題的燃料電池系統(tǒng)的一方式具備燃料電池；以能夠供給來自所述燃料電池的發(fā)電功率的方式連接的電動機；及運算所述燃料電池的發(fā)電要求功率來控制所述燃料電池的控制裝置，所述控制裝置基于根據(jù)輸出要求所運算的輸出要求轉(zhuǎn)矩和對應(yīng)于所述電動機的驅(qū)動電壓所運算的、所述電動機能夠產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩上限值來運算所述電動機要求轉(zhuǎn)矩，所述控制裝置基于所述電動機要求轉(zhuǎn)矩來運算所述發(fā)電要求功率。解決上述課題的燃料電池系統(tǒng)的另一方式具備燃料電池和以能夠供給所述燃料電池的發(fā)電功率的方式連接的電動機，所述燃料電池系統(tǒng)具備基于輸出要求來運算輸出要求轉(zhuǎn)矩的輸出要求轉(zhuǎn)矩運算單元；基于所述電動機的驅(qū)動電壓來運算所述電動機能夠產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩上限值的轉(zhuǎn)矩上限值運算單元；基于所述輸出要求轉(zhuǎn)矩和所述轉(zhuǎn)矩上限值來運算電動機要求轉(zhuǎn)矩的電動機要求轉(zhuǎn)矩運算單元；基于所述電動機要求轉(zhuǎn)矩來運算所述電動機要求功率的電動機要求功率運算單元；及基于所述電動機要求功率來運算燃料電池的發(fā)電要求功率的發(fā)電要求功率運算單元。解決上述課題的燃料電池系統(tǒng)的控制方法的一方式中，該燃料電池系統(tǒng)具備燃料電池和以能夠供給所述燃料電池的發(fā)電功率的方式連接的電動機，所述燃料電池系統(tǒng)的控制方法的特征在于，具備基于輸出要求來運算輸出要求轉(zhuǎn)矩的步驟；基于所述電動機的驅(qū)動電壓來運算轉(zhuǎn)矩上限值的步驟；基于所述輸出要求轉(zhuǎn)矩和所述轉(zhuǎn)矩上限值來運算所述電動機要求轉(zhuǎn)矩的步驟；及基于所述電動機要求轉(zhuǎn)矩來運算燃料電池的發(fā)電要求功率的步馬聚ο在電動機中，與驅(qū)動電壓相對應(yīng)，尤其是驅(qū)動電壓較低時，能夠產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩存在極限(上限)。由電動機所消耗的功率根據(jù)以該轉(zhuǎn)矩上限值驅(qū)動時的轉(zhuǎn)速來決定。根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，基于所輸入的輸出要求來運算輸出要求轉(zhuǎn)矩時，基于電動機的驅(qū)動電壓來運算轉(zhuǎn)矩上限值，以不超過該轉(zhuǎn)矩上限值的方式運算電動機要求轉(zhuǎn)矩。并且，燃料電池的發(fā)電要求功率基于以該轉(zhuǎn)矩上限值進行了上限處理的電動機要求轉(zhuǎn)矩來運算。因此，即使在輸入了要求轉(zhuǎn)矩上限值以上的轉(zhuǎn)矩的輸出要求時，也在僅以轉(zhuǎn)矩上限值驅(qū)動電動機的狀況下， 運算與以轉(zhuǎn)矩上限值驅(qū)動的電動機所能夠消耗的功率相符的發(fā)電要求功率。由此，能夠避免由于發(fā)出電動機無法消耗盡的過剩的功率而產(chǎn)生不良的情況。本發(fā)明能夠根據(jù)需要選擇性地附加以下的要素。(1)所述輸出要求轉(zhuǎn)矩也可以基于油門開度和所述電動機的轉(zhuǎn)速來運算。在本發(fā)明中，“輸出要求”是對燃料電池系統(tǒng)的輸入值，但將燃料電池系統(tǒng)搭載于移動體(例如汽車)時，該“輸出要求”成為油門(加速踏板)開度。由此，這種情況的輸出要求轉(zhuǎn)矩基于油門開度和電動機的轉(zhuǎn)速來運算。(2)也可以具備與所述電動機連接的逆變器，基于所述逆變器的輸入電壓和所述電動機的轉(zhuǎn)速來運算所述轉(zhuǎn)矩上限值作為所述電動機能夠產(chǎn)生的上限值。在具備向電動機供給電力的、電力轉(zhuǎn)換裝置即逆變器的系統(tǒng)中，電動機的驅(qū)動電壓是與逆變器的輸入電壓對應(yīng)而決定的電壓，例如三相交流電壓。由此，此種系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)矩上限值基于逆變器的輸入電壓和電動機的轉(zhuǎn)速來運算。(3)也可以構(gòu)成為所述轉(zhuǎn)矩上限值基于所述逆變器的輸入電壓的電壓控制響應(yīng)特性來運算。在具備向電動機供給電力的逆變器的系統(tǒng)中，電動機的驅(qū)動電壓對應(yīng)于逆變器的輸入電壓，逆變器的輸入電壓基于轉(zhuǎn)換器等的輸入電壓的設(shè)定單元的控制特性來決定。 例如，從指示逆變器的輸入電壓的變更到逆變器的輸入電壓變化成指令那樣的值為止發(fā)生延遲，即，出現(xiàn)電壓控制響應(yīng)的延遲。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)矩上限值基于該逆變器的輸入電壓的電壓控制響應(yīng)特性來運算，因此即使在逆變器的輸入電壓的控制發(fā)生延遲的期間中，也運算沒有過剩與不足的燃料電池的發(fā)電要求功率。(4)所述電動機要求轉(zhuǎn)矩如下所述進行運算在所述輸出要求轉(zhuǎn)矩為所述轉(zhuǎn)矩上限值以下時為所述輸出要求轉(zhuǎn)矩，在所述輸出要求轉(zhuǎn)矩超過所述轉(zhuǎn)矩上限值時為所述轉(zhuǎn)矩上限值。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，在輸出四級轉(zhuǎn)矩超過了轉(zhuǎn)矩上限值時，執(zhí)行輸出轉(zhuǎn)矩上限值的上限處理。(5)所述發(fā)電要求功率優(yōu)選將所述電動機要求功率和所述電動機以外的負載裝置的要求功率總計來運算。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，由于也包含電動機以外的負載裝置的要求功率來運算發(fā)電要求功率，因此在此種負載裝置的要求功率較大時、負載裝置較多而總計的要求功率變大時，能夠決定基于準確的收支運算的燃料電池的發(fā)電要求功率。需要說明的是，包括上述選項，作為用于解決上述課題的燃料電池系統(tǒng)的具體的方式，可以考慮如下的方式。(1) 一種燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，具備與電動機連接的逆變器；連接在燃料電池與所述逆變器之間且設(shè)定所述燃料電池的輸出電壓的第一轉(zhuǎn)換器；連接在蓄電裝置與所述逆變器之間且設(shè)定所述逆變器的輸入電壓的第二轉(zhuǎn)換器；控制所述第一轉(zhuǎn)換器及所述第二轉(zhuǎn)換器的控制裝置，所述控制裝置基于油門開度和所述電動機的轉(zhuǎn)速來運算輸出要求轉(zhuǎn)矩，所述控制裝置基于所述逆變器的輸入電壓和所述電動機的轉(zhuǎn)速來運算所述電動機能夠產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩上限值，所述控制裝置對所述輸出要求轉(zhuǎn)矩和所述轉(zhuǎn)矩上限值進行比較，在所述輸出要求轉(zhuǎn)矩為所述轉(zhuǎn)矩上限值以下時運算所述輸出要求轉(zhuǎn)矩作為電動機要求轉(zhuǎn)矩， 在所述輸出要求轉(zhuǎn)矩超過所述轉(zhuǎn)矩上限值時，運算所述轉(zhuǎn)矩上限值作為所述電動機要求轉(zhuǎn)矩，所述控制裝置基于所運算的所述電動機要求轉(zhuǎn)矩和所述電動機的轉(zhuǎn)速來運算電動機要求功率，所述控制裝置基于所述電動機要求功率和負載裝置的要求功率來運算所述燃料電池的發(fā)電要求功率。(2) 一種燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，具備與電動機連接的逆變器；連接在燃料電池與所述逆變器之間且設(shè)定所述燃料電池的輸出電壓的第一轉(zhuǎn)換器；連接在蓄電裝置與所述逆變器之間且設(shè)定所述逆變器的輸入電壓的第二轉(zhuǎn)換器；及控制所述第一轉(zhuǎn)換器及所述第二轉(zhuǎn)換器的控制裝置，所述控制裝置基于油門開度和所述電動機的轉(zhuǎn)速來運算輸出要求轉(zhuǎn)矩，所述控制裝置基于所述逆變器的輸入電壓、所述電動機的轉(zhuǎn)速、所述逆變器的輸入電壓的電壓控制響應(yīng)特性來運算所述電動機能夠產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩上限值，所述控制裝置對所述輸出要求轉(zhuǎn)矩和所述轉(zhuǎn)矩上限值進行比較，在所述輸出要求轉(zhuǎn)矩為所述轉(zhuǎn)矩上限值以下時運算所述輸出要求轉(zhuǎn)矩作為電動機要求轉(zhuǎn)矩，在所述輸出要求轉(zhuǎn)矩超過所述轉(zhuǎn)矩上限值時運算所述轉(zhuǎn)矩上限值作為所述電動機要求轉(zhuǎn)矩，所述控制裝置基于所運算的所述電動機要求轉(zhuǎn)矩和所述電動機的轉(zhuǎn)速來運算電動機要求功率，所述控制裝置基于所述電動機要求功率和負載裝置的要求功率來運算所述燃料電池的發(fā)電要求功率。發(fā)明效果根據(jù)上述發(fā)明，以不超過可產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩上限值的方式運算電動機要求轉(zhuǎn)矩，并運算發(fā)電要求功率，因此能夠避免由于發(fā)出未被電動機消耗盡的過剩的功率而產(chǎn)生不良的情況。


圖1是實施方式的FCHV系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖2是本實施方式1的執(zhí)行燃料電池系統(tǒng)控制的功能框圖。圖3是與通常的逆變器4的輸入電壓Vinv下的油門開度對應(yīng)的轉(zhuǎn)速N-輸出要求轉(zhuǎn)矩TA。。的特性圖。圖4是與相對低的逆變器14的輸入電壓Vinv下的油門開度對應(yīng)的轉(zhuǎn)速N-輸出要求轉(zhuǎn)矩Ta。。的特性圖。圖5是與逆變器14的輸入電壓Vinv對應(yīng)的轉(zhuǎn)速N-電動機要求轉(zhuǎn)矩Tkeq的特性圖。圖6是本實施方式1的燃料電池系統(tǒng)的控制流程圖。圖7是本實施方式2的執(zhí)行燃料電池系統(tǒng)控制的功能框圖。圖8是說明油門開度Acc、逆變器輸入電壓Vinv及電動機要求轉(zhuǎn)矩Tkeq的響應(yīng)特性的時序圖。圖9是本實施方式2的燃料電池系統(tǒng)的控制流程圖。
具體實施例方式接下來，參照

用于實施本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式。在以下的附圖的記載中，利用相同或類似的標號來表示相同或類似的部分。但是， 附圖是示意性的圖。因此，具體的特性等應(yīng)對照以下的說明進行判斷。另外，當(dāng)然在附圖相互之間包含特性互不相同的部分。另外，在以下的實施方式中，記載了要利用一個控制裝置進行全部的處理的情況，但也包括多個控制部協(xié)作來實現(xiàn)本發(fā)明的控制處理的情況。(實施方式1)本實施方式1涉及基于根據(jù)逆變器的輸入電壓決定的轉(zhuǎn)矩上限值來對電動機要求轉(zhuǎn)矩設(shè)置上限的方式。(系統(tǒng)結(jié)構(gòu))圖1是本實施方式1的搭載于車輛的燃料電池系統(tǒng)100的框圖。此種車輛是混合動力型燃料電池車(FCHV :￡uel Cell Hybrid Vehicle) 燃料電池系統(tǒng)100構(gòu)成為包括燃料電池10、第一轉(zhuǎn)換器11、第二轉(zhuǎn)換器12、蓄電池 13、逆變器14、電動機15、輔機逆變器18、高電壓輔機19及控制裝置20。燃料電池10是將多個單元電池串聯(lián)層疊而構(gòu)成的發(fā)電單元。單元電池具有利用隔板將膜/電極接合體(MEA=Membrane Electrode Assembly)夾入的結(jié)構(gòu)，膜/電極接合體具有利用陽極及陰極將高分子電解質(zhì)膜等離子交換膜夾入的結(jié)構(gòu)。陽極是在多孔質(zhì)支承層上設(shè)置陽極用催化劑層而成，陰極是在多孔質(zhì)支承層上設(shè)置陰極用催化劑層而成。經(jīng)由隔板，從未圖示的燃料氣體供給系統(tǒng)將燃料氣體(例如氫氣)向各單元電池的陽極供給。 經(jīng)由隔板，從未圖示的氧化氣體供給系統(tǒng)將氧化氣體(例如空氣)向各單元電池的陰極供給。在隔板形成有冷卻液的流路，且從未圖示的冷卻液供給系統(tǒng)供給冷卻液。在燃料電池 10中，在陽極發(fā)生(1)式的氧化反應(yīng)，在陰極發(fā)生(2)式的還原反應(yīng)，作為燃料電池10整體，發(fā)生⑶式的起電反應(yīng)。H2 — 2H++2e: · · (1)
(1/2) 02+2H++2e" — H2O. · · (2)H2+(1/2) O2 — H2O. ·· (3)通過將多個單元電池串聯(lián)連接，而燃料電池10將輸出電壓Vrc向輸出端子輸出。 燃料電池10具有規(guī)定的電流-電壓輸出特性，對應(yīng)于輸出電壓Vrc的變化，而輸出電流及輸出電力發(fā)生變化。第一轉(zhuǎn)換器11是電壓轉(zhuǎn)換器，具備作為DC-DC轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)。第一轉(zhuǎn)換器11在使用三相運轉(zhuǎn)方式時，例如具備三相橋式轉(zhuǎn)換器等電路結(jié)構(gòu)。三相橋式轉(zhuǎn)換器具備由電抗器、整流用的二極管、IGBTansulated Gate Bipolar Transistor 絕緣柵雙極晶體管)等構(gòu)成的開關(guān)元件。通過將這些元件組合，而形成將輸入的直流電壓暫時轉(zhuǎn)換成交流的類似于逆變器的電路部分和對該交流再次進行整流而轉(zhuǎn)換成不同的直流電壓的部分。需要說明的是，第一轉(zhuǎn)換器11的電路結(jié)構(gòu)不受上述的限制，而可以采用能夠控制燃料電池10的輸出電壓Vrc的所有結(jié)構(gòu)。第一轉(zhuǎn)換器11在一次側(cè)連接有燃料電池10的輸出端子，在二次側(cè)連接有逆變器 14的輸入端子。第一轉(zhuǎn)換器11構(gòu)成為按照來自控制裝置20的命令CVrc，來控制一次側(cè)的端子電壓(燃料電池10的輸出電壓Vrc)。即，通過該第一轉(zhuǎn)換器11，將燃料電池10的輸出電壓^控制成與目標輸出對應(yīng)的電壓(S卩，目標輸出電壓VF。)。另外，第一轉(zhuǎn)換器11以使燃料電池10的輸出電壓Vrc與逆變器14的輸入電壓Vinv匹配的方式來轉(zhuǎn)換電壓。蓄電池13是蓄電裝置，作為燃料電池10所發(fā)電的電力中的剩余電力的儲藏源、再生制動時的再生能量儲藏源、與燃料電池車輛的加速或減速相伴的負載變動時的能量緩沖器而發(fā)揮作用。作為蓄電池13，利用例如鎳/鎘蓄電池、鎳/氫蓄電池、鋰二次電池等二次電池。蓄電池13的輸出端子電壓Vbat成為第二轉(zhuǎn)換器12的輸入電壓。第二轉(zhuǎn)換器12是電壓轉(zhuǎn)換器，具備與第一轉(zhuǎn)換器11同樣的作為DC-DC轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)。第二轉(zhuǎn)換器12在一次側(cè)連接有蓄電池13的輸出端子，在二次側(cè)連接有逆變器14的輸入端子。第二轉(zhuǎn)換器12構(gòu)成為按照來自控制裝置20的命令Cvinv來控制二次側(cè)的端子電壓(逆變器14的輸入電壓Vinv)。例如，在電動機15的要求電力發(fā)生急劇變化時(以下，假定為增加了的情況)，第二轉(zhuǎn)換器12直至達到所設(shè)定的目標輸入電壓(要求電壓)為止對逆變器14的輸入電壓Vinv進行控制。需要說明的是，第二轉(zhuǎn)換器12的電路結(jié)構(gòu)可以采用能夠控制逆變器14的輸入電壓Vinv的所有結(jié)構(gòu)。逆變器14是電力轉(zhuǎn)換器，構(gòu)成為將向輸入端子供給的直流輸入電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓而向電動機15供給。逆變器14的電路結(jié)構(gòu)例如具備以脈沖寬度調(diào)制方式來驅(qū)動的PWM 逆變器電路。逆變器14構(gòu)成為將與第二轉(zhuǎn)換器12所控制的輸入電壓Vinv對應(yīng)的三相交流電壓向電動機15供給。另外，構(gòu)成為將當(dāng)前時點下輸出的驅(qū)動電壓(逆變器輸出電壓)Vd 作為驅(qū)動電壓信號Svd向控制裝置20輸出。電動機15是車輛行駛用的牽引電動機，在供給驅(qū)動電力時對本車輛施加推進力， 在減速時產(chǎn)生再生電力。差動器16是減速裝置，構(gòu)成為以規(guī)定的比率對電動機15的高速旋轉(zhuǎn)進行減速，使設(shè)有輪胎17的軸旋轉(zhuǎn)。在軸上設(shè)有未圖示的車輪速度傳感器等，能夠檢測車輛的車速。轉(zhuǎn)速傳感器23檢測電動機15的轉(zhuǎn)速而將轉(zhuǎn)速信號、向控制裝置20輸出。輔機逆變器18是電力轉(zhuǎn)換器，構(gòu)成為將向輸入端子供給的直流電流轉(zhuǎn)換成交流電流而向高電壓輔機19供給。輔機逆變器18的電路結(jié)構(gòu)與上述逆變器14相同。輔機逆變器18構(gòu)成為將與第二轉(zhuǎn)換器12所控制的輸入電壓Vinv對應(yīng)的三相交流電壓向高電壓輔機19供給。需要說明的是，高電壓輔機19是用于使本燃料電池系統(tǒng)100發(fā)揮功能的未圖示的加濕器、空氣壓縮機、氫泵及冷卻液泵等的總稱。控制裝置20是控制燃料電池系統(tǒng)100的計算機系統(tǒng)，例如具備CPU、RAM、ROM等。 控制裝置20從油門開度傳感器21輸入與油門開度Acc對應(yīng)的油門開度信號SA。。。另外，輸入來自傳感器組22的各種信號，實施控制所需的各種運算。作為傳感器組22，包括檢測燃料電池10的輸出電流的電流傳感器；檢測輸出電壓的電壓傳感器；檢測燃料電池10的冷卻液溫度的溫度傳感器；檢測空氣壓縮機、氫泵及冷卻液泵等的轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速傳感器等。另夕卜，控制裝置20輸入來自檢測電動機15的轉(zhuǎn)速N的轉(zhuǎn)速傳感器23的轉(zhuǎn)速信號、?？刂蒲b置20參照這些信號控制系統(tǒng)整體。進行簡要說明時，基于油門開度Acc及電動機轉(zhuǎn)速N來運算輸出要求轉(zhuǎn)矩Ta。。，接著運算電動機要求轉(zhuǎn)矩TKEQ。然后，基于電動機要求轉(zhuǎn)矩Tkeq和電動機轉(zhuǎn)速N來運算電動機要求功率PM，基于電動機要求功率Pm和高電壓輔機功率Paux來運算發(fā)電要求功率PF。。然后，根據(jù)燃料電池10的電流-電壓(I-V)特性來運算為了輸出發(fā)電要求功率PrcK需的燃料電池10的輸出電壓VF。。根據(jù)需要，控制裝置 20決定燃料電池10和蓄電池13的各自的輸出電力的分配。并且，為了得到求出的燃料電池10的要求電力，而向第一轉(zhuǎn)換器11輸出命令Cvrc，控制燃料電池10的輸出電壓vrc。另夕卜，為了取出求得的蓄電池13的要求電力，而向第二轉(zhuǎn)換器12輸出命令Cvinv，控制逆變器 14的輸入電壓Vinv。逆變器14的輸入電壓Vinv對應(yīng)于向電動機15施加的電動機要求轉(zhuǎn)矩 T
1EEQ0(功能塊)圖2表示在本實施方式1中通過控制裝置20而功能性地實現(xiàn)的、用于控制燃料電池系統(tǒng)100的功能框圖。控制裝置20定期或不定期地調(diào)出執(zhí)行本發(fā)明的控制處理(參照圖6)的程序，從而功能性地實現(xiàn)這些功能塊。需要說明的是，圖2所示的功能塊是便于區(qū)分功能的結(jié)構(gòu)，未必非要如圖2那樣進行功能分離。只要是能夠基于圖2所列舉的輸入控制燃料電池10的輸出電壓Vrc的結(jié)構(gòu)， 也可以具備與圖2不同的功能塊。如圖2所示，控制裝置20構(gòu)成為具備輸出要求轉(zhuǎn)矩運算單元201、轉(zhuǎn)矩上限值運算單元202、電動機要求轉(zhuǎn)矩運算單元203、電動機要求功率運算單元204及發(fā)電要求功率運算單元205作為功能塊。輸出要求轉(zhuǎn)矩運算單元201是基于從油門開度信號取得的油門開度Acc及從轉(zhuǎn)速信號、取得的電動機15的轉(zhuǎn)速N來運算輸出要求轉(zhuǎn)矩TA。。的功能塊。該輸出要求轉(zhuǎn)矩鑒于油門開度Acc，是本來所要求的電動機15的要求轉(zhuǎn)矩TKEQ。圖3表示通常的逆變器輸入電壓Vinv下的、與油門開度對應(yīng)的轉(zhuǎn)速N-輸出要求轉(zhuǎn)矩TA。。的特性圖。作為電動機中的一般的特性，如圖3所示，當(dāng)電動機的轉(zhuǎn)速確定時，對應(yīng)于轉(zhuǎn)速而能夠產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩基于規(guī)定的轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性(以下稱為“N-T特性”)來確定。此種 N-T特性在逆變器的輸入電壓Vinv (即對應(yīng)于電動機的驅(qū)動電壓Vd)充分高時(Vinv = V0) 妥當(dāng)。輸出要求的大小，例如，油門開度變化時，該N-T特性也變化。 在圖3所示的例子中，例示了油門開度Acc為開度a時的N-T特性TAee (a)、油門開度Acc為開度b時的N-T特性Tacc(b)及油門開度Acc為開度c時的N-T特性Tacc(C)。如圖3所示，在電動機15的轉(zhuǎn)速N為Nreq的情況下，當(dāng)油門開度Acc為開度a時，根據(jù)N-T 特性TA。。(a)，能夠算出輸出要求轉(zhuǎn)矩TA。。作為Tna。當(dāng)油門開度Acc為開度b時，根據(jù)N-T 特性TA。。(b)，能夠算出輸出要求轉(zhuǎn)矩TA。。作為Tnb。當(dāng)油門開度Acc為開度c時，根據(jù)N-T 特性TArc(c)，能夠算出輸出要求轉(zhuǎn)矩Tacc作為Tnc。輸出要求轉(zhuǎn)矩運算單元201以數(shù)據(jù)表的方式或關(guān)系式的方式存儲圖3所示的N-T特性，并利用在輸出要求轉(zhuǎn)矩TA。。的運算中。在本實施方式1中，在鑒于逆變器14的輸入電壓Vinv即第二轉(zhuǎn)換器12的輸出要求電壓而電動機15不可能產(chǎn)生本來要求的轉(zhuǎn)矩Tkeq時，對應(yīng)于此而限制燃料電池10的發(fā)電量。進行該處理的功能塊是如下說明的轉(zhuǎn)矩上限值運算單元202及電動機要求轉(zhuǎn)矩運算單元203。轉(zhuǎn)矩上限值運算單元202是基于逆變器14的輸入電壓Vinv來運算電動機15可產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩上限值Tum的功能塊。圖4表示相對低的逆變器輸入電壓Vinv下的與油門開度對應(yīng)的轉(zhuǎn)速N-輸出要求轉(zhuǎn)矩TA。。的特性圖。與逆變器14的輸入電壓(即對應(yīng)于電動機的驅(qū)動電壓Vd)充分高的圖3的情況不同，在逆變器14的輸入電壓Vinv相對低(Vinv = V1(<V0))的區(qū)域中，不可能按照圖3所示的N-T特性那樣產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。如圖4所示，雖然對應(yīng)于電動機的轉(zhuǎn)速N而能夠產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩成為確定的N-T特性，但這表示在該逆變器14的輸入電壓Vinv下能夠產(chǎn)生的電動機15的轉(zhuǎn)矩T的最大值。此種規(guī)定了轉(zhuǎn)矩的上限的轉(zhuǎn)矩上限值Tum在輸出要求的大小例如油門開度發(fā)生變化時，對應(yīng)于油門開度而變化。圖4所示的N-T特性對應(yīng)于逆變器14 的輸入電壓Vinv進行變化，因此優(yōu)選對應(yīng)于輸入電壓Vinv而預(yù)先準備多種N-T特性。在圖4所示的例子中，例示了油門開度Acc為開度a時的轉(zhuǎn)矩上限值特性Tum(a)、 油門開度Acc為開度b時的轉(zhuǎn)矩上限值特性TUM(b)、及油門開度Acc為開度c時的轉(zhuǎn)矩上限值特性Tum(C)。如圖4所示，在電動機15的轉(zhuǎn)速N為Nreq的情況下，當(dāng)油門開度Acc為開度a時，根據(jù)轉(zhuǎn)矩上限值特性TUM(a)，能夠算出轉(zhuǎn)矩上限值Tum作為Tla。當(dāng)油門開度Acc 為開度b時，根據(jù)轉(zhuǎn)矩上限值特性Tum(b)，能夠算出轉(zhuǎn)矩上限值Tum作為Tib。當(dāng)油門開度 Acc為開度c時，根據(jù)轉(zhuǎn)矩上限值特性Tum(C)，能夠算出轉(zhuǎn)矩上限值Tum作為Tic。轉(zhuǎn)矩上限值運算單元202以數(shù)據(jù)表的方式或關(guān)系式的方式來存儲圖4所示的轉(zhuǎn)矩上限值特性，并利用在轉(zhuǎn)矩上限值Tum的運算中。電動機要求轉(zhuǎn)矩運算單元203是基于運算出的輸出要求轉(zhuǎn)矩Tacc和轉(zhuǎn)矩上限值 Tlim來運算電動機要求轉(zhuǎn)矩Tkeq的功能塊。具體而言，電動機要求轉(zhuǎn)矩運算單元203在輸出要求轉(zhuǎn)矩Ta。。為轉(zhuǎn)矩上限值Tum以下時算出輸出要求轉(zhuǎn)矩Ta。。作為電動機要求轉(zhuǎn)矩Tkeq(= Tacc)。另外，在輸出要求轉(zhuǎn)矩TA。。超過轉(zhuǎn)矩上限值Tum時，算出轉(zhuǎn)矩上限值Tum作為電動機要求轉(zhuǎn)矩TKEQ( = TUM)。利用轉(zhuǎn)矩上限值Tum對輸出要求轉(zhuǎn)矩Ta。。進行上限處理。電動機要求功率運算單元204是基于電動機要求轉(zhuǎn)矩Tkeq來運算電動機要求功率的功能塊。電動機要求功率Pm成為將電動機要求轉(zhuǎn)矩Tkeq乘以轉(zhuǎn)速N而得到的值(PM = NXTEEQ)。發(fā)電要求功率運算單元205是基于電動機要求功率Pm來運算燃料電池的發(fā)電要求功率Prc的功能塊。發(fā)電要求功率Prc除了運算出的電動機要求功率Pm之外還將電動機以外的負載裝置的要求功率總計而運算。具體而言，算出將高電壓輔機19中所需要的高電壓輔機功率Paux與電動機要求功率Pm總計而得到的值作為發(fā)電要求功率Prc。
在以上的處理中，輸出要求轉(zhuǎn)矩運算單元201基于圖3所示的N-T特性而決定輸出要求轉(zhuǎn)矩TArc，轉(zhuǎn)矩上限值運算單元202基于圖4所示的N-T特性而決定轉(zhuǎn)矩上限值TUM。 并且，電動機要求轉(zhuǎn)矩運算單元203將兩者進行比較，來決定電動機要求轉(zhuǎn)矩TKEQ。這些處理也能夠從圖5所示的、按照各油門開度Acc決定的、與逆變器14的輸入電壓Vinv對應(yīng)的轉(zhuǎn)速N-電動機要求轉(zhuǎn)矩Tkeq的N-T特性來理解。當(dāng)油門開度Acc確定時，圖5所示的、與逆變器14的輸入電壓Vinv對應(yīng)的轉(zhuǎn)速N-電動機要求轉(zhuǎn)矩Tkeq的N-T特性也確定。在圖5中，例示了逆變器輸入電壓Vinv為Va時的電動機要求轉(zhuǎn)矩特性tv(Va)、逆變器輸入電壓Vinv為Vb時的電動機要求轉(zhuǎn)矩特性tv(Vb)、及逆變器輸入電壓Vinv為Vc時的電動機要求轉(zhuǎn)矩特性tv (Vc)。如圖5所示，在電動機15的轉(zhuǎn)速N為Nreq的情況下，當(dāng)驅(qū)動電壓為Va時，能夠根據(jù)電動機要求轉(zhuǎn)矩特性tv (Va)，算出電動機要求轉(zhuǎn)矩Tkeq作為Tra。當(dāng)驅(qū)動電壓為Vb時，能夠根據(jù)電動機要求轉(zhuǎn)矩特性tv (Vb)，算出電動機要求轉(zhuǎn)矩Tkeq作為Trb。當(dāng)驅(qū)動電壓為Vc時，能夠根據(jù)電動機要求轉(zhuǎn)矩特性tv (Vc)， 算出電動機要求轉(zhuǎn)矩Tkeq作為Trc。在此，如圖5所示，在逆變器輸入電壓Vinv為Va的情況下，假定為沒有基于轉(zhuǎn)矩上限值Tum的限制時，基于圖3所示的N-T特性，決定Tacc作為電動機要求轉(zhuǎn)矩TKEQ。然而，現(xiàn)實情況是電動機15中存在圖4所示的轉(zhuǎn)矩上限特性。因此，在逆變器輸入電壓Vinv為Va 時，決定由轉(zhuǎn)矩上限值Tum限制的Tra作為電動機要求轉(zhuǎn)矩TKEQ。假定與沒有轉(zhuǎn)矩限制時的電動機要求轉(zhuǎn)矩和含有轉(zhuǎn)矩限制而決定的電動機要求轉(zhuǎn)矩Tra的差分△ T ( = TACC-Tra) 所對應(yīng)的功率ΔΡ( = NreqX Δ Τ)是未進行轉(zhuǎn)矩限制的情況產(chǎn)生的剩余的發(fā)電功率。根據(jù)本發(fā)明，通過適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)矩限制處理，來禁止電力收支上剩余的功率ΔΡ的發(fā)電，由此成功地抑制剩余電力的產(chǎn)生。需要說明的是，通過利用圖5的與逆變器14的輸入電壓Vinv對應(yīng)的轉(zhuǎn)速N-電動機要求轉(zhuǎn)矩Tkeq的N-T特性，而能夠簡化輸出要求轉(zhuǎn)矩運算單元201、轉(zhuǎn)矩上限值運算單元 202及電動機要求轉(zhuǎn)矩運算單元203的處理。例如，預(yù)先按照油門開度Acc來測定圖5那樣的N-T特性，并以數(shù)據(jù)表的方式或關(guān)系式的方式來存儲該特性。然后，將油門開度Acc、電動機15的轉(zhuǎn)速N及逆變器14的輸入電壓Vinv作為輸入值，參照該數(shù)據(jù)表或關(guān)系式來特定電動機要求轉(zhuǎn)矩Tkeq。通過此種處理，通過一次的數(shù)據(jù)表或關(guān)系式的參照就能夠決定對應(yīng)于轉(zhuǎn)矩上限值Tum而被限制的電動機要求轉(zhuǎn)矩TKEQ。(動作)接著，參照圖6的流程圖，說明通過上述功能塊實現(xiàn)的本實施方式1的燃料電池系統(tǒng)100的控制處理。以下的控制處理成為定期或不定期地反復(fù)執(zhí)行的一套處理。例如，在本實施方式中，對于每規(guī)定的控制周期Tint，在控制裝置20內(nèi)調(diào)出(調(diào)用)執(zhí)行圖6所示的控制處理的程序。在步驟SlO中，控制裝置20判定是否為每控制周期Tint訪問的控制時間。判定的結(jié)果是控制時間已到來時(是)，向步驟Sll移動，圖2所示的輸出要求轉(zhuǎn)矩運算單元201 從油門開度傳感器21讀入油門開度信號Sa。。，并從轉(zhuǎn)速傳感器23讀入轉(zhuǎn)速信號、。并且， 基于油門開度信號SA。。所示的油門開度Acc和轉(zhuǎn)速信號Sn所示的電動機轉(zhuǎn)速N，來運算輸出要求轉(zhuǎn)矩TA。。。即，參照表示圖3所示的N-T特性的數(shù)據(jù)表或關(guān)系式，來特定與油門開度 Acc對應(yīng)的轉(zhuǎn)速N-輸出要求轉(zhuǎn)矩特性TA。。(Acc)，并根據(jù)該N-T特性來運算與電動機轉(zhuǎn)速N對應(yīng)的輸出要求轉(zhuǎn)矩TArc。接著，向步驟S12移動，圖2所示的轉(zhuǎn)矩上限值運算單元202取得當(dāng)前時點下的逆變器14的輸入電壓VINV。并且，參照取得的與逆變器輸入電壓Vinv對應(yīng)的、表示圖4所示的 N-T特性的數(shù)據(jù)表或關(guān)系式。并且，特定與油門開度Acc對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩上限值特性Tum(Acc), 并根據(jù)該N-T特性來運算與電動機轉(zhuǎn)速N對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩上限值TUM。接著，在步驟S13中，圖2所示的電動機要求轉(zhuǎn)矩運算單元203對運算出的輸出要求轉(zhuǎn)矩TA。。與轉(zhuǎn)矩上限值Tum進行比較。比較的結(jié)果是輸出要求轉(zhuǎn)矩TA。。為轉(zhuǎn)矩上限值Tum 以下時(是)，向步驟S14移動，電動機要求轉(zhuǎn)矩運算單元203算出輸出要求轉(zhuǎn)矩TA。。作為電動機要求轉(zhuǎn)矩TKEQ( = Tacc)。另一方面，上述比較的結(jié)果是輸出要求轉(zhuǎn)矩Tacc超過轉(zhuǎn)矩上限值Tum時(否)，向步驟S15移動，電動機要求轉(zhuǎn)矩運算單元203算出轉(zhuǎn)矩上限值Tum作為電動機要求轉(zhuǎn)矩Tkeq ( = Tlim)。接著，向步驟S16移動，圖2所示的電動機要求功率運算單元204基于電動機要求轉(zhuǎn)矩Tkeq來運算電動機要求功率。具體而言，運算將電動機要求轉(zhuǎn)矩Tkeq與轉(zhuǎn)速N相乘而得到的值作為電動機要求功率PM( = NXTeeq)。接著，向步驟S17移動，發(fā)電要求功率運算單元205基于電動機要求功率Pm來運算燃料電池的發(fā)電要求功率prc。具體而言，發(fā)電要求功率Prc算出將運算出的電動機要求功率Pm和在高電壓輔機19中所需的高電壓輔機功率Paux總計而得到的值作為發(fā)電要求功
率 Pfco需要說明的是，在步驟SlO中，判斷為不是控制時間時(否)，不執(zhí)行該控制處理而結(jié)束。然后，控制裝置20基于燃料電池10的I-V特性來決定用于向燃料電池10輸出發(fā)電要求功率的輸出電壓Vrc，并將用于控制成該輸出電壓Vrc的命令Cvrc向第一轉(zhuǎn)換器11輸出。通過該處理，而從燃料電池10輸出與發(fā)電要求功率Prc對應(yīng)的沒有過剩與不足的發(fā)電功率。該發(fā)電功率與進行了轉(zhuǎn)矩的上限處理的電動機15所消耗的電力相等，因此抑制產(chǎn)生過剩的電力的情況。(本實施方式1的優(yōu)點)根據(jù)本實施方式1，具有以下的優(yōu)點。(1)根據(jù)本實施方式1，在基于輸入的輸出要求即油門開度來運算輸出要求轉(zhuǎn)矩 Tacc時，基于逆變器輸入電壓Vinv來運算轉(zhuǎn)矩上限值Tum，并以不超過該轉(zhuǎn)矩上限值Tum的方式運算電動機要求轉(zhuǎn)矩TArc。并且，基于利用該轉(zhuǎn)矩上限值Tum進行了上限處理的電動機要求轉(zhuǎn)矩Tkeq來運算燃料電池10的發(fā)電要求功率Prc。因此，即使油門開度Acc要求轉(zhuǎn)矩上限值Tum以上的轉(zhuǎn)矩，也僅能將電動機15驅(qū)動至轉(zhuǎn)矩上限值Tum為止，在該狀況下，運算與利用轉(zhuǎn)矩上限值Tum驅(qū)動的電動機15所能夠消耗的功率相符的發(fā)電要求功率Prc。由此，能夠避免由于發(fā)出電動機15無法消耗盡的過剩的功率而產(chǎn)生的不良情況。(2)根據(jù)本實施方式1，構(gòu)成為基于油門開度Acc和電動機15的轉(zhuǎn)速N來運算輸出要求轉(zhuǎn)矩TArc，因此適合于在車輛上搭載的燃料電池系統(tǒng)100。(3)根據(jù)本實施方式1，由于構(gòu)成為與逆變器輸入電壓Vinv、電動機轉(zhuǎn)速N及油門開度Acc對應(yīng)地存儲轉(zhuǎn)矩上限值Tum，因此能夠決定適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)矩上限值TUM。(4)根據(jù)本實施方式1，在輸出要求轉(zhuǎn)矩Ta。。超過轉(zhuǎn)矩上限值Tum時，以轉(zhuǎn)矩上限值Tlim成為電動機要求轉(zhuǎn)矩Tkeq的方式進行運算，因此能夠使電動機要求轉(zhuǎn)矩Tkeq適合于電動機15實際產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。(5)根據(jù)本實施方式1，由于將電動機要求功率Pm與高電壓輔機19所消耗的高電壓輔機功率Paux相加來決定發(fā)電要求功率Prc，因此能夠運算出反映了適當(dāng)?shù)碾娏κ罩У陌l(fā)電要求功率Prc。(實施方式2)本實施方式2涉及考慮了逆變器14中的電壓控制響應(yīng)特性的燃料電池系統(tǒng)100 的控制方法。在本實施方式2中，關(guān)于燃料電池系統(tǒng)100的結(jié)構(gòu)，與基于圖1說明的上述實施方式1相同，因此使用相同標號，省略其說明。圖7表示在本實施方式2中通過控制裝置20而功能性地實現(xiàn)的用于控制燃料電池10的功能框圖。控制裝置20定期或不定期地調(diào)出執(zhí)行本發(fā)明的控制處理(參照圖9) 的程序，從而功能性地實現(xiàn)這些功能塊。需要說明的是，圖7所示的功能塊是便于區(qū)分功能的結(jié)構(gòu)，不必非要如圖7那樣進行功能分離。只要是能夠基于圖7所列舉的輸入而控制燃料電池10的輸出電壓Vrc的結(jié)構(gòu)，也可以具備與圖7不同的功能塊。如圖7所示，控制裝置20構(gòu)成為具備輸出要求轉(zhuǎn)矩運算單元201、轉(zhuǎn)矩上限值運算單元202、電動機要求轉(zhuǎn)矩運算單元203、電動機要求功率運算單元204、發(fā)電要求功率運算單元205及加法運算單元206作為功能塊。關(guān)于輸出要求轉(zhuǎn)矩運算單元201、轉(zhuǎn)矩上限值運算單元202、電動機要求轉(zhuǎn)矩運算單元203、電動機要求功率運算單元204及發(fā)電要求功率運算單元205，與上述實施方式1中的說明相同，因此省略其說明。尤其是在本實施方式2中，在具備加法運算單元206這一點上與上述實施方式1 不同。該加法運算單元206是將逆變器14的輸入電壓Vinv與根據(jù)第二轉(zhuǎn)換器12的電壓控制響應(yīng)特性而導(dǎo)出的電壓偏置量Δν相加的功能塊。即，特征在于向轉(zhuǎn)矩上限值運算單元 202輸入逆變器輸入電壓Vinv與失調(diào)電壓Δ V的加法運算值( = Vinv+Δ V)的點。以下，基于圖8來說明將基于第二轉(zhuǎn)換器12的電壓控制響應(yīng)特性的失調(diào)電壓△ V與逆變器輸入電壓Vinv相加的技術(shù)性意義。圖8表示說明油門開度Acc、逆變器輸入電壓Vinv及電動機要求轉(zhuǎn)矩Tkeq的響應(yīng)特性的時序圖。圖8表示與燃料電池系統(tǒng)100的控制相關(guān)的控制周期Tint按照時刻tl、t2、 t3這樣的順序到來時的控制特性。到時刻tl為止，輸入Accl作為油門開度Acc。對應(yīng)于此，從第二轉(zhuǎn)換器12輸入 VinvI作為逆變器輸入電壓Vinv，并輸出TkeqI作為電動機要求轉(zhuǎn)矩Tkeq。當(dāng)前，在時刻t2，踏下油門，油門開度Acc從Accl變化為Acc2。如上述實施方式 1中說明所示，當(dāng)油門開度Acc變化時，圖7所示的輸出要求轉(zhuǎn)矩運算單元201使輸出要求轉(zhuǎn)矩TA。。變化，電動機要求轉(zhuǎn)矩運算單元203使電動機要求轉(zhuǎn)矩Tkeq變化。在此，作為現(xiàn)實的裝置的第二轉(zhuǎn)換器12在從被指示輸出所要求的逆變器輸入電壓Vinv的指令值即命令Cvinv開始到將該指令值反映至輸出電壓為止產(chǎn)生與規(guī)定的輸出響應(yīng)特性對應(yīng)的控制延遲。例如，在圖8所示的例子中，接受到油門開度Acc從Accl變化成 Acc2的情況，而在時刻t2對第二轉(zhuǎn)換器12指示使逆變器輸入電壓Vinv從VinvI變化成Vinv2的命令CVINV。接受到該命令的第二轉(zhuǎn)換器12使該輸出電壓從時刻t2開始變化。該輸出電壓的響應(yīng)特性例如是線形的變化。在此，第二轉(zhuǎn)換器12的輸出響應(yīng)特性VtlU)以時刻t2為起點時，例如能夠以式(4)這樣的關(guān)系式來近似。V0(t) = Δν · t/Tint+VINVl... (4)式(4)所示的輸出響應(yīng)特性V。(t)是經(jīng)過了控制周期Tint時電壓變化了 AV的響應(yīng)特性。即，每當(dāng)經(jīng)過與控制周期Tint相當(dāng)?shù)臅r間時，逆變器14的輸入電壓上升Δν。 并且，當(dāng)?shù)竭_所要求的逆變器輸入電壓即Vinv2時，逆變器14的輸入電壓Vinv成為一定值
(V!Nv2) ο由于上述那樣的輸出響應(yīng)特性存在于第二轉(zhuǎn)換器12，因此即使對應(yīng)于油門開度 Acc的變化而發(fā)送使第二轉(zhuǎn)換器12的要求輸出電壓(=Vinv)變化的命令Cvinv,逆變器14 的輸入電壓也不會立即產(chǎn)生變化。由此，為了運算轉(zhuǎn)矩上限值Tum而向圖7的轉(zhuǎn)矩上限值運算單元202輸入的逆變器輸入電壓Vinv與緊前的控制時間的逆變器14的輸入電壓Vinv相比未變化。即，如圖8所示，在時刻t2，向轉(zhuǎn)矩上限值運算單元202輸入的逆變器14的輸入電壓大致保持為VinvI ( = V0 (t2))。在此，由于上述第二轉(zhuǎn)換器12的輸出響應(yīng)特性V。(t)、燃料電池10的發(fā)電響應(yīng)特性產(chǎn)生的延遲，而在時刻t2由控制裝置20算出的發(fā)電要求功率Prc實際上被反映的時間是時刻t3的時間。由此，在時刻t2應(yīng)運算的發(fā)電要求功率Prc必須基于在時刻t3的時點假定的轉(zhuǎn)矩上限值Tum來運算。因此，為了在時刻t3求出正確的轉(zhuǎn)矩上限值Tum，而在時刻t3 輸入的逆變器14的輸入電壓(=V0(t3) = VinvI+Δ V)必須在時刻t2的時點向轉(zhuǎn)矩上限值運算單元202輸入。因此，在本實施方式2中，通過圖7的加法運算單元206，將根據(jù)第二轉(zhuǎn)換器12的響應(yīng)特性VtlU)而推測為經(jīng)過了控制周期Tint后產(chǎn)生的失調(diào)電壓Δ V預(yù)先與逆變器14的輸入電壓Vinv進行加法運算，然后向轉(zhuǎn)矩上限值運算單元202輸入。向轉(zhuǎn)矩上限值運算單元202輸入的電壓對應(yīng)于式(5)的V1 (t)。V1 (t) = V0 (t) + Δ V... (5)在未執(zhí)行此種處理時，由電動機要求轉(zhuǎn)矩運算單元203運算的電動機要求轉(zhuǎn)矩 Tkeq如圖8的TtlU)所示進行變化。該方面在本實施方式2中如上所述，基于推測為經(jīng)過控制周期Tint后產(chǎn)生的輸出電壓的偏置量Δ V,來運算電動機要求轉(zhuǎn)矩Tkeq，因此作為運算值，如圖8的！^⑴所示成為運算電動機要求轉(zhuǎn)矩Tkeq的情況。需要說明的是，Ta。。是假定為未發(fā)生因輸出響應(yīng)特性引起的延遲時的電動機要求轉(zhuǎn)矩Τ·。接著，參照圖9的流程圖，說明通過上述功能塊實現(xiàn)的本實施方式2的燃料電池系統(tǒng)100的控制處理。以下的控制處理是定期或不定期地反復(fù)執(zhí)行的一套處理。例如，在本實施方式中，對于每規(guī)定的控制周期Tint，在控制裝置20內(nèi)調(diào)出(調(diào)用)執(zhí)行圖9所示的控制處理的程序。在步驟S20中，控制裝置20判定是否為每控制周期Tint訪問的控制時間。判定的結(jié)果是控制時間已到來時(是)，圖7所示的輸出要求轉(zhuǎn)矩運算單元201向步驟S21移動， 與圖6的步驟Sll同樣地，基于油門開度信號Sa。。表示的油門開度Acc和轉(zhuǎn)速信號、表示的電動機轉(zhuǎn)速N，來運算輸出要求轉(zhuǎn)矩TArc。接著，向步驟S22移動，圖7所示的加法運算單元206輸入逆變器14的輸入電壓VINV。另外，輸入根據(jù)預(yù)先測定的第二轉(zhuǎn)換器12等的輸出響應(yīng)特性VO (t)(參照式G))所決定的失調(diào)電壓Δ V。并且，向轉(zhuǎn)矩上限值運算單元202輸出將檢測到的逆變器14的輸入電壓Vinv和所推測的失調(diào)電壓△ V相加所得到的電壓值。接著，向步驟S23移動，圖7所示的轉(zhuǎn)矩上限值運算單元202與圖6的步驟S12同樣地，參照圖4所示的表示N-T特性的數(shù)據(jù)表或關(guān)系式。并且，特定與油門開度Acc對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩上限值特性Tum(Acc)，根據(jù)該N-T特性來運算與電動機轉(zhuǎn)速N對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩上限值TUM。 此時，所參照的N-T特性是逆變器輸入電壓為Vinv+AV時的N-T特性。接著，在步驟S24中，圖7所示的電動機要求轉(zhuǎn)矩運算單元203與圖6的步驟S13 同樣地，對運算出的輸出要求轉(zhuǎn)矩Tacc和轉(zhuǎn)矩上限值Tum進行比較。比較的結(jié)果是輸出要求轉(zhuǎn)矩Tacc為轉(zhuǎn)矩上限值Tum以下時(是)，向步驟S25移動，電動機要求轉(zhuǎn)矩運算單元203 算出輸出要求轉(zhuǎn)矩ΤΑ。。作為電動機要求轉(zhuǎn)矩Tkeq ( = Tacc)。另一方面，上述比較的結(jié)果是輸出要求轉(zhuǎn)矩ΤΑ。。超過轉(zhuǎn)矩上限值Tum時(否)，向步驟S^移動，電動機要求轉(zhuǎn)矩運算單元 203算出轉(zhuǎn)矩上限值Tum作為電動機要求轉(zhuǎn)矩Tkeq( = TUM)。接著，向步驟S27移動，圖7所示的電動機要求功率運算單元204與圖6的步驟 S16同樣地，基于電動機要求轉(zhuǎn)矩Tkeq來運算電動機要求功率。接著，向步驟S28移動，圖7所示的發(fā)電要求功率運算單元205與圖6的步驟S17 同樣地，基于電動機要求功率Pm來運算燃料電池的發(fā)電要求功率Prc。需要說明的是，在步驟S20中，判斷為不是控制時間時(否)，不執(zhí)行該控制處理而結(jié)束。然后，控制裝置20基于燃料電池10的I-V特性來決定用于使發(fā)電要求功率向燃料電池10輸出的輸出電壓VF。，并將用于控制成該輸出電壓Vrc的命令Cvrc向第一轉(zhuǎn)換器11 輸出。以上，根據(jù)本實施方式2，即使在第二轉(zhuǎn)換器12等發(fā)生因輸出響應(yīng)特性引起的延遲時，也從燃料電池10輸出與發(fā)電要求功率Prc對應(yīng)的沒有過剩與不足的發(fā)電功率。該發(fā)電功率與進行了轉(zhuǎn)矩的上限處理的電動機15所消耗的電力相等，因此抑制產(chǎn)生過剩的電力的情況。(變形例)本發(fā)明并未限定為上述實施方式，在不違反本發(fā)明的宗旨的范圍內(nèi)，能夠適當(dāng)變形來適用。例如，在上述實施方式中，在具備第一轉(zhuǎn)換器11、第二轉(zhuǎn)換器12及逆變器14的燃料電池系統(tǒng)100中適用了本發(fā)明，但并未限定于此。也可以對于具備一個或三個以上DC-DC 轉(zhuǎn)換器的燃料電池系統(tǒng)適用本發(fā)明。另外，電動機15能夠進行直流驅(qū)動，對于不需要逆變器14的燃料電池系統(tǒng)也能夠適用本發(fā)明。在此種燃料電池系統(tǒng)中，只要取代逆變器的輸入電壓而檢測并利用電動機15 的輸入電壓即可。另外，電動機15未必是車輛行駛用的電動機。只要是在對應(yīng)于驅(qū)動電壓而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩中存在上限那樣的電動機就能夠適用本發(fā)明。另外，在上述實施方式中，作為輸出要求，輸入了油門(加速踏板)開度Acc，但并未限定于此。例如，在載置型的燃料電池系統(tǒng)中，有時不存在與油門相當(dāng)?shù)牟僮鲉卧?。在此種系統(tǒng)中，只要是利用油門以外的與輸出要求相關(guān)的信息的結(jié)構(gòu)即可。工業(yè)實用性本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)及其控制方法并不局限于車輛，也可以搭載并適用于其他的移動體。作為此種移動體，可以適用于火車、船舶、航空器、潛水艇等。另外，并不局限于車輛那樣的移動體，也可以適用于定置型電源系統(tǒng)、便攜型電源系統(tǒng)。標號說明10…燃料電池，11···第一轉(zhuǎn)換器，12…第二轉(zhuǎn)換器，13…蓄電池，14…逆變器，15... 電動機，16…差動器，17…輪胎，18…輔機逆變器，19…高電壓輔機，20…控制裝置，21…油門開度傳感器，22···傳感器組，23···轉(zhuǎn)速傳感器，100···燃料電池系統(tǒng)，201···輸出要求轉(zhuǎn)矩運算單元，202…轉(zhuǎn)矩上限值運算單元，203···電動機要求轉(zhuǎn)矩運算單元，204···電動機要求功率運算單元，205…發(fā)電要求功率運算單元，206…加法運算單元，Acc…油門開度，N…電動機轉(zhuǎn)速，Paux…高電壓輔機功率，Prc…發(fā)電要求功率，Pm…電動機要求功率，Sa。?！烷T開度信號，、…轉(zhuǎn)速信號，Svd…驅(qū)動電壓信號，T···轉(zhuǎn)矩，TArc···輸出要求轉(zhuǎn)矩，Tint···控制周期， Tum…轉(zhuǎn)矩上限值，Tkeq…電動機要求轉(zhuǎn)矩，Vbat…輸出電壓，Vd…驅(qū)動電壓，Vd2…驅(qū)動電壓， Vfc…輸出電壓，Vrc…目標輸出電壓，Vinv…逆變器14的輸入電壓，Δ V···失調(diào)電壓
權(quán)利要求
1.一種燃料電池系統(tǒng)，具備 燃料電池；以能夠供給來自所述燃料電池的發(fā)電功率的方式連接的電動機；及運算所述燃料電池的發(fā)電要求功率來控制所述燃料電池的控制裝置， 所述控制裝置基于根據(jù)輸出要求所運算的輸出要求轉(zhuǎn)矩和對應(yīng)于所述電動機的驅(qū)動電壓所運算的、所述電動機能夠產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩上限值來運算所述電動機要求轉(zhuǎn)矩， 所述控制裝置基于所述電動機要求轉(zhuǎn)矩來運算所述發(fā)電要求功率。
2.一種燃料電池系統(tǒng)，具備燃料電池和以能夠供給所述燃料電池的發(fā)電功率的方式連接的電動機，所述燃料電池系統(tǒng)具備基于輸出要求來運算輸出要求轉(zhuǎn)矩的輸出要求轉(zhuǎn)矩運算單元； 基于所述電動機的驅(qū)動電壓來運算所述電動機能夠產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩上限值的轉(zhuǎn)矩上限值運算單元；基于所述輸出要求轉(zhuǎn)矩和所述轉(zhuǎn)矩上限值來運算電動機要求轉(zhuǎn)矩的電動機要求轉(zhuǎn)矩運算單元；基于所述電動機要求轉(zhuǎn)矩來運算所述電動機要求功率的電動機要求功率運算單元；及基于所述電動機要求功率來運算燃料電池的發(fā)電要求功率的發(fā)電要求功率運算單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃料電池系統(tǒng)，其中， 所述輸出要求轉(zhuǎn)矩基于油門開度和所述電動機的轉(zhuǎn)速來運算。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，其中， 具備與所述電動機連接的逆變器，基于所述逆變器的輸入電壓和所述電動機的轉(zhuǎn)速來運算所述轉(zhuǎn)矩上限值作為所述電動機能夠產(chǎn)生的上限值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述轉(zhuǎn)矩上限值基于所述逆變器的輸入電壓的電壓控制響應(yīng)特性來運算。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，其中， 所述電動機要求轉(zhuǎn)矩如下所述進行運算在所述輸出要求轉(zhuǎn)矩為所述轉(zhuǎn)矩上限值以下時為所述輸出要求轉(zhuǎn)矩， 在所述輸出要求轉(zhuǎn)矩超過所述轉(zhuǎn)矩上限值時為所述轉(zhuǎn)矩上限值。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述發(fā)電要求功率將所述電動機要求功率和所述電動機以外的負載裝置的要求功率總計來運算。
8.一種燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，具備 與電動機連接的逆變器；連接在燃料電池與所述逆變器之間且設(shè)定所述燃料電池的輸出電壓的第一轉(zhuǎn)換器； 連接在蓄電裝置與所述逆變器之間且設(shè)定所述逆變器的輸入電壓的第二轉(zhuǎn)換器； 控制所述第一轉(zhuǎn)換器及所述第二轉(zhuǎn)換器的控制裝置， 所述控制裝置基于油門開度和所述電動機的轉(zhuǎn)速來運算輸出要求轉(zhuǎn)矩， 所述控制裝置基于所述逆變器的輸入電壓和所述電動機的轉(zhuǎn)速來運算所述電動機能夠產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩上限值，所述控制裝置對所述輸出要求轉(zhuǎn)矩和所述轉(zhuǎn)矩上限值進行比較，在所述輸出要求轉(zhuǎn)矩為所述轉(zhuǎn)矩上限值以下時運算所述輸出要求轉(zhuǎn)矩作為電動機要求轉(zhuǎn)矩，在所述輸出要求轉(zhuǎn)矩超過所述轉(zhuǎn)矩上限值時，運算所述轉(zhuǎn)矩上限值作為所述電動機要求轉(zhuǎn)矩，所述控制裝置基于所運算的所述電動機要求轉(zhuǎn)矩和所述電動機的轉(zhuǎn)速來運算電動機要求功率，所述控制裝置基于所述電動機要求功率和負載裝置的要求功率來運算所述燃料電池的發(fā)電要求功率。
9.一種燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，具備 與電動機連接的逆變器；連接在燃料電池與所述逆變器之間且設(shè)定所述燃料電池的輸出電壓的第一轉(zhuǎn)換器； 連接在蓄電裝置與所述逆變器之間且設(shè)定所述逆變器的輸入電壓的第二轉(zhuǎn)換器；及控制所述第一轉(zhuǎn)換器及所述第二轉(zhuǎn)換器的控制裝置， 所述控制裝置基于油門開度和所述電動機的轉(zhuǎn)速來運算輸出要求轉(zhuǎn)矩， 所述控制裝置基于所述逆變器的輸入電壓、所述電動機的轉(zhuǎn)速、所述逆變器的輸入電壓的電壓控制響應(yīng)特性來運算所述電動機能夠產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩上限值，所述控制裝置對所述輸出要求轉(zhuǎn)矩和所述轉(zhuǎn)矩上限值進行比較，在所述輸出要求轉(zhuǎn)矩為所述轉(zhuǎn)矩上限值以下時運算所述輸出要求轉(zhuǎn)矩作為電動機要求轉(zhuǎn)矩，在所述輸出要求轉(zhuǎn)矩超過所述轉(zhuǎn)矩上限值時運算所述轉(zhuǎn)矩上限值作為所述電動機要求轉(zhuǎn)矩，所述控制裝置基于所運算的所述電動機要求轉(zhuǎn)矩和所述電動機的轉(zhuǎn)速來運算電動機要求功率，所述控制裝置基于所述電動機要求功率和負載裝置的要求功率來運算所述燃料電池的發(fā)電要求功率。
10.一種燃料電池系統(tǒng)的控制方法，該燃料電池系統(tǒng)具備燃料電池和以能夠供給所述燃料電池的發(fā)電功率的方式連接的電動機，所述燃料電池系統(tǒng)的控制方法的特征在于，具備基于輸出要求來運算輸出要求轉(zhuǎn)矩的步驟；運算對應(yīng)于所述電動機的驅(qū)動電壓所運算的、所述電動機能夠產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩上限值的步驟；基于所述輸出要求轉(zhuǎn)矩和所述轉(zhuǎn)矩上限值來運算所述電動機要求轉(zhuǎn)矩的步驟；及基于所述電動機要求轉(zhuǎn)矩來運算燃料電池的發(fā)電要求功率的步驟。
全文摘要
提供一種即使在電動機的驅(qū)動電壓低且可產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩存在限制的情況下，也能夠抑制過剩的電力引起的不良情況的燃料電池系統(tǒng)及其控制方法。在具備燃料電池和電動機的燃料電池系統(tǒng)中，具備基于輸出要求來運算輸出要求轉(zhuǎn)矩TACC的輸出要求轉(zhuǎn)矩運算單元(201)；基于電動機的驅(qū)動電壓Vd來運算電動機能夠產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩上限值TLIM的轉(zhuǎn)矩上限值運算單元(202)；基于輸出要求轉(zhuǎn)矩TACC和轉(zhuǎn)矩上限值TLIM來運算電動機要求轉(zhuǎn)矩TREQ的電動機要求轉(zhuǎn)矩運算單元(203)；基于電動機要求轉(zhuǎn)矩TREQ來運算電動機要求功率PM的電動機要求功率運算單元(204)；及基于電動機要求功率PM來運算燃料電池的發(fā)電要求功率PFC的發(fā)電要求功率運算單元(205)。
文檔編號B60L11/18GK102470767SQ20098016037
公開日2012年5月23日 申請日期2009年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月9日
發(fā)明者馬屋原健司 申請人:豐田自動車株式會社