車載電源系統(tǒng)發(fā)揮功能的結(jié)構(gòu)，具備:接受反應氣體(燃料氣體、氧化氣體)的供給而發(fā)電的燃料電池組20;用于將作為氧化氣體的空氣向燃料電池組20供給的氧化氣體供給系統(tǒng)30 ;用于將作為燃料氣體的氫氣向燃料電池組20供給的燃料氣體供給系統(tǒng)40 ;用于對電力的充放電進行控制的電力系統(tǒng)50 ;用于對燃料電池組20進行冷卻的冷卻系統(tǒng)60 ;以及對系統(tǒng)整體進行控制的控制器(ECU)700
[0049]燃料電池組20是將多個單電池串聯(lián)地層疊而成的固體高分子電解質(zhì)型單電池組。在燃料電池組20中，在陽極處產(chǎn)生(I)式的氧化反應，在陰極處產(chǎn)生(2)式的還原反應。作為燃料電池組20整體而產(chǎn)生(3)式的起電反應。
[0050]H2—2H++2e …(I)
[0051 ] (1/2) 0z+2H++2e -H2O- (2)
[0052]H2+(1/2) O2一 H 20…(3)
[0053]在燃料電池組20安裝有用于檢測燃料電池組20的輸出電壓的電壓傳感器71、用于檢測發(fā)電電流的電流傳感器72、以及用于檢測單電池電壓的單電池電壓傳感器73。
[0054]氧化氣體供給系統(tǒng)30具有向燃料電池組20的陰極供給的氧化氣體所流動的氧化氣體通路34和從燃料電池組20排出的氧化廢氣所流動的氧化廢氣通路36。在氧化氣體通路34設有經(jīng)由過濾器31從大氣中取入氧化氣體的空氣壓縮器32、用于對向燃料電池組20的陰極供給的氧化氣體進行加濕的加濕器33以及用于調(diào)整氧化氣體供給量的節(jié)流閥35。在氧化廢氣通路36設有用于調(diào)整氧化氣體供給壓的背壓調(diào)整閥37和用于在氧化氣體(干氣體)與氧化廢氣(濕氣體)之間進行水分交換的加濕器33。
[0055]燃料氣體供給系統(tǒng)40具有:燃料氣體供給源41 ;從燃料氣體供給源41向燃料電池組20的陽極供給的燃料氣體所流動的燃料氣體通路45 ;用于使從燃料電池組20排出的燃料廢氣向燃料氣體通路45返回的循環(huán)通路46 ;將循環(huán)通路46內(nèi)的燃料廢氣向燃料氣體通路45進行壓力輸送的循環(huán)栗47 ;以及與循環(huán)通路46分支連接的排氣排水通路48。
[0056]燃料氣體供給源41例如由高壓氫罐和/或儲氫合金等構(gòu)成，積存高壓(例如，35MPa至70MPa)的氫氣。當打開截止閥42時，燃料氣體從燃料氣體供給源41向燃料氣體通路45流出。燃料氣體通過調(diào)節(jié)器43和/或噴射器44減壓至例如200kPa左右，向燃料電池組20供給。
[0057]需要說明的是，燃料氣體供給源41可以包括由烴系的燃料生成富氫的改性氣體的改性器和將由該改性器生成的改性氣體蓄壓成高壓狀態(tài)的高壓氣體罐。
[0058]調(diào)節(jié)器43是將其上游側(cè)壓力(一次壓)調(diào)壓成預先設定的二次壓的裝置，例如由對一次壓進行減壓的機械式的減壓閥等構(gòu)成。機械式的減壓閥具有背壓室和調(diào)壓室分隔隔膜而形成的框體，且具有通過背壓室內(nèi)的背壓在調(diào)壓室內(nèi)將一次壓減壓成規(guī)定的壓力而形成為二次壓的結(jié)構(gòu)。
[0059]噴射器44是利用電磁驅(qū)動力直接以規(guī)定的驅(qū)動周期對閥芯進行驅(qū)動而從閥座隔離，從而能夠調(diào)整氣體流量和/或氣體壓的電磁驅(qū)動式的開閉閥。噴射器44具備:噴嘴體，具備具有噴射燃料氣體等氣體燃料的噴射孔的閥座，并將該氣體燃料供給引導至噴射孔；閥芯，被收容保持成相對于該噴嘴體能夠沿軸線方向(氣體流動方向)移動且對噴射孔進行開閉。
[0060]在排氣排水通路48配設有排氣排水閥49。排氣排水閥49按照來自控制器70的指令而工作，由此將循環(huán)通路46內(nèi)的含有雜質(zhì)的燃料廢氣和水分向外部排出。通過排氣排水閥49的開閥，循環(huán)通路46內(nèi)的燃料廢氣中的雜質(zhì)的濃度下降，能夠提高在循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)的燃料廢氣中的氫濃度。
[0061]經(jīng)由排氣排水閥49排出的燃料廢氣與在氧化廢氣通路36中流動的氧化廢氣混合，由稀釋器(未圖示)稀釋。循環(huán)栗47將循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的燃料廢氣通過電動機驅(qū)動向燃料電池組20循環(huán)供給。
[0062]電力系統(tǒng)50具備燃料電池組用的轉(zhuǎn)換器(FDC) 51a、蓄電池用的轉(zhuǎn)換器(BDC) 51b、蓄電池52、牽引逆變器53、牽引電動機54及輔機類55。FDC51a承擔對燃料電池組20的輸出電壓進行控制的作用，將向一次側(cè)(輸入側(cè):燃料電池組20側(cè))輸入的輸出電壓轉(zhuǎn)換(升壓或降壓)成與一次側(cè)不同的電壓值而向二次側(cè)(輸出側(cè):逆變器53側(cè))輸出，而且反之，將向二次側(cè)輸入的電壓轉(zhuǎn)換成與二次側(cè)不同的電壓而向一次側(cè)輸出的雙方向的電壓轉(zhuǎn)換裝置。通過基于該FDC51a的電壓轉(zhuǎn)換控制，來控制燃料電池組20的動作點(I，V)。
[0063]BDC51b承擔對逆變器53的輸入電壓進行控制的作用，具有例如與FDC51a同樣的電路結(jié)構(gòu)。需要說明的是，BDC51b的電路結(jié)構(gòu)不是局限于上述的主旨，可以采用能夠進行逆變器53的輸入電壓的控制的所有結(jié)構(gòu)。
[0064]蓄電池52作為剩余電力的貯藏源、再生制動時的再生能量貯藏源以及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發(fā)揮功能。作為蓄電池52，優(yōu)選例如鎳鎘蓄電池、鎳氫蓄電池、鋰二次電池等二次電池。
[0065]牽引逆變器53例如是以脈沖寬度調(diào)制方式驅(qū)動的PffM逆變器，按照來自控制器70的控制指令，將從燃料電池組20或蓄電池52輸出的直流電壓轉(zhuǎn)換成三相交流電壓，對牽引電動機54的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩進行控制。牽引電動機54是用于對車輪56L、56R進行驅(qū)動的電動機(例如三相交流電動機)，構(gòu)成燃料電池車輛的動力源。
[0066]輔機類55是在燃料電池系統(tǒng)10內(nèi)的各部配置的各電動機(例如栗類等動力源)和/或用于對這些電動機進行驅(qū)動的逆變器類、以及各種車載輔機類(例如，空氣壓縮器、噴射器、冷卻水循環(huán)栗、散熱器等)的總稱。
[0067]冷卻系統(tǒng)60具備用于使在燃料電池組20內(nèi)部循環(huán)的制冷劑流動的制冷劑通路61、62、63、64、用于壓力輸送制冷劑的循環(huán)栗65、用于在制冷劑與外氣之間進行熱交換的散熱器66、用于切換制冷劑的循環(huán)路徑的三通閥67、及用于檢測燃料電池組20的溫度的溫度傳感器74。在預熱運轉(zhuǎn)完成后的通常運轉(zhuǎn)時，以使從燃料電池組20流出的制冷劑在制冷劑通路61、64中流動而由散熱器66冷卻之后，在制冷劑通路63中流動而再次流入燃料電池組20的方式對三通閥67進行開閉控制。另一方面，在系統(tǒng)剛起動之后的預熱運轉(zhuǎn)時，以從燃料電池組20流出的制冷劑在制冷劑通路61、62、63中流動而再次流入燃料電池組20的方式對三通閥67進行開閉控制。
[0068]控制器70是具備CPU、R0M、RAM及輸入輸出接口等的計算機系統(tǒng)，作為用于對燃料電池系統(tǒng)10的各部分(氧化氣體供給系統(tǒng)30、燃料氣體供給系統(tǒng)40、電力系統(tǒng)50及冷卻系統(tǒng)60)進行控制的控制單元發(fā)揮功能。例如，控制器70在接收到從點火開關輸出的起動信號IG時，開始燃料電池系統(tǒng)10的運轉(zhuǎn)，以從加速器傳感器輸出的加速器開度信號ACC和/或從車速傳感器輸出的車速信號VC等為基礎來求出系統(tǒng)整體的要求電力。
[0069]系統(tǒng)整體的要求電力是車輛行駛電力與輔機電力的合計值。輔機電力包含由車載輔機類(加濕器、空氣壓縮器、氫栗及冷卻水循環(huán)栗等)消耗的電力、由車輛行駛所需的裝置(變速器、車輪控制裝置、轉(zhuǎn)向裝置及懸架裝置等)消耗的電力、配設在乘員空間內(nèi)的裝置(空調(diào)裝置、照明器具及音頻設備等)消耗的電力等。
[0070]并且，控制器70決定燃料電池組20和蓄電池52各自的輸出電力的分配，運算發(fā)電指令值，并以使燃料電池組20的發(fā)電量滿足要求發(fā)電量Preq的方式控制氧化氣體供給系統(tǒng)30及燃料氣體供給系統(tǒng)40。而且，控制器70對FDC51a等進行控制而對燃料電池組20的動作點進行控制?？刂破?0以得到與加速器開度對應的目標車速的方式，例如，作為開關指令，將U相、V相及W相的各交流電壓指令值向牽引逆變器53輸出，對牽引電動機54的輸出轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速進行控制。以下，說明本實施方式的特征之一的預熱運轉(zhuǎn)時的燃料電池組20的動作點的決定工藝的概要。
[0071]A-2.動作
[0072]<預熱運轉(zhuǎn)時的動作點的決定工藝的概要>
[0073]圖2是表示由控制器70執(zhí)行的預熱運轉(zhuǎn)時的動作點的決定工藝的流程圖，圖3?圖6是表示燃料電池系統(tǒng)的預熱運轉(zhuǎn)時的運轉(zhuǎn)動作點的變化的概念圖。在圖3中，LI表示燃料電池的等功率線，L2表示燃料電池的等Q線。
[0074]控制器(決定部)70在決定了圖3所示的要求發(fā)電量Preq(等功率線LI)和要求發(fā)熱量Qreq(等Q線L2)之后，基于決定的要求發(fā)電量Preq和要求發(fā)熱量Qreq，決定燃料電池組20的電流目標值Itgt (步驟SI)。在此，關于要求發(fā)熱量Qreq及要求發(fā)電量Preq的決定方法詳細敘述的話，控制器70基于從溫度傳感器74輸出的表示燃料電池組