燃料电池的发电控制装置以及发电控制方法

摘要

本发明的燃料电池(1)的发电控制装置(3)的特征在于，具备：目标发电电力运算部(31)，其根据连接在燃料电池(1)上的电负载装置的负载状态来计算上述燃料电池(1)的目标发电电力；目标发电电流运算部(34)，其根据上述目标发电电力来计算从上述燃料电池(1)取出的目标发电电流；电流变化速度限制值运算部(35)，其根据与上述燃料电池(1)的运转温度有关的运转状态参数来计算对上述目标发电电流的变化速度的限制值；以及电流限制部(37)，其对上述目标发电电流进行限制，使得上述目标发电电流的上述变化速度不超过上述电流变化速度限制值运算部(35)算出的上述限制值。

权利要求

1.一种燃料电池的发电控制装置，其特征在于，具备：

目标发电电力运算部，其根据连接在燃料电池上的电负载装置的负载状态来计算上述燃料电池的目标发电电力；

目标发电电流运算部，其根据上述目标发电电力来计算从上述燃料电池取出的目标发电电流；

电流变化速度限制值运算部，其根据与上述燃料电池的运转温度有关的温度的检测值来计算对上述目标发电电流的变化速度的限制值；以及电流限制部，其对上述目标发电电流进行限制，使得上述目标发电电流的上述变化速度不超过上述电流变化速度限制值运算部算出的上述限制值，其中，上述电流变化速度限制值运算部基于与上述燃料电池的上述运转温度有关的上述温度的检测值来计算上述目标发电电流的上升变化速度的限制值，随着与上述燃料电池的上述运转温度有关的上述温度的检测值上升，上述电流变化速度限制值运算部算出的上述目标发电电流的上述上升变化速度的上述限制值被放宽。

2.根据权利要求1所述的燃料电池的发电控制装置，其特征在于，还具备：实际发电电力运算部，其根据上述燃料电池的发电电流的检测值以及发电电压的检测值来计算上述燃料电池的实际发电电力；以及电流上限值运算部，其计算上述目标发电电流的上限值，

上述目标发电电流运算部根据上述电流限制部的输出以及上述目标发电电力与上述实际发电电力之间的偏差来计算上述目标发电电流，以使上述目标发电电力与上述实际发电电力一致，其中，上述电流限制部根据由上述电流变化速度限制值运算部计算出的上述限制值以及由上述电流上限值运算部计算出的上述上限值，来对由上述目标发电电流运算部计算出的上述目标发电电流施加限制，输出施加限制后的上述目标发电电流。

3.根据权利要求2所述的燃料电池的发电控制装置，其特征在于，上述目标发电电流运算部具有：

目标发电电力增加量运算部，其根据上述目标发电电力与上述实际发电电力之间的上述偏差，计算到规定时间点为止的实际发电电力的目标发电电力增加量；以及过渡响应模型增加量运算部，其根据上述电流限制部的上述输出以及发电电力的过渡响应模型，计算到上述规定时间点为止的过渡响应模型增加量，该目标发电电流运算部计算上述目标发电电流，以使上述目标发电电力增加量与上述过渡响应模型增加量一致。

4.根据权利要求1所述的燃料电池的发电控制装置，其特征在于，还具备：电流上限值运算部，其计算上述目标发电电流的上限值；以及

电力变动抑制部，其使上述电流限制部的输出通过低通滤波器，该低通滤波器将上述燃料电池在高频区中具有的峰增益抑制到规定值，其中，上述电流限制部根据由上述电流变化速度限制值运算部计算出的上述限制值以及由上述电流上限值运算部计算出的上述上限值，来对由上述目标发电电流运算部计算出的上述目标发电电流施加限制，输出施加限制后的上述目标发电电流。

5.根据权利要求2所述的燃料电池的发电控制装置，其特征在于，上述电负载装置的上述负载状态是与负载有关的负载参数的检测值，上述电流变化速度限制值运算部计算上述目标发电电流的下降变化速度的限制值，使得不会因为根据上述负载参数的上述检测值算出的目标发电电力所具有的振动成分而导致上述目标发电电力与上述实际发电电力偏离规定值以上。

6.根据权利要求2所述的燃料电池的发电控制装置，其特征在于，还具备目标发电电压运算部，该目标发电电压运算部根据上述目标发电电流来计算上述燃料电池的目标发电电压，使得上述燃料电池的上述发电电压不低于规定下限值，其中，上述电流上限值运算部根据将从到规定时间前为止的实际发电电力中选择的值除以上述发电电压的上述规定下限值而求出的值，来计算上述目标发电电流的上限值，上述电流限制部对上述目标发电电流进行限制，使得上述目标发电电流的最大值不超过上述电流上限值运算部算出的上述上限值。

7.根据权利要求1所述的燃料电池的发电控制装置，其特征在于，根据与上述燃料电池的上述运转温度有关的上述温度的检测值来判断起动时上述燃料电池的发电状态，在判断为上述发电状态有可能降低的情况下由上述电流限制部实施对上述目标发电电流的限制。

8.一种燃料电池的发电控制方法，其特征在于，

根据连接在燃料电池上的电负载装置的负载状态来计算上述燃料电池的目标发电电力；

根据上述目标发电电力来计算从上述燃料电池取出的目标发电电流；

以如下的方式进行限制：使针对规定的要求负载决定的低温起动时的目标发电电流值小于暖机运转时针对上述要求负载决定的目标发电电流值来进行发电；以及计算上述目标发电电流的上限值，其中，对上述目标发电电流进行限制，使得上述目标发电电流的最大值不超过算出的上述上限值。

9.一种燃料电池的发电控制装置，其特征在于，具备：

目标发电电力运算部，其根据连接在燃料电池上的电负载装置的负载状态来计算上述燃料电池的目标发电电力；

目标发电电流运算部，其根据上述目标发电电力来计算从上述燃料电池取出的目标发电电流；

电流限制部，其以如下的方式进行限制：使针对规定的要求负载决定的低温起动时的目标发电电流值小于暖机运转时针对上述要求负载决定的目标发电电流值来进行发电；以及电流上限值运算部，其计算上述目标发电电流的上限值，

上述电流限制部对上述目标发电电流进行限制，使得上述目标发电电流的最大值不超过上述电流上限值运算部算出的上述上限值。

10.一种燃料电池的发电控制方法，其特征在于，包括以下步骤：根据连接在燃料电池上的电负载装置的负载状态来计算上述燃料电池的目标发电电力；

根据上述目标发电电力来计算从上述燃料电池取出的目标发电电流；

根据与上述燃料电池的运转温度有关的温度的检测值来计算对上述目标发电电流的变化速度的限制值；以及对上述目标发电电流进行限制，使得上述目标发电电流的上述变化速度不会超过上述计算得到的上述限制值；

其中，基于与上述燃料电池的上述运转温度有关的上述温度的检测值来计算上述目标发电电流的上升变化速度的限制值，随着与上述燃料电池的上述运转温度有关的温度的检测值上升，上述计算得到的上述目标发电电流的上述上升变化速度的上述限制值被放宽。

说明书

燃料电池的发电控制装置以及发电控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种通过燃料气体以及氧化剂气体的供给来进行发电的燃料电池的发电控制装置以及发电控制方法。

背景技术

[0002] 以往，作为燃料电池的发电控制装置，已知下述专利文献1所记载的装置。在该专利文献1所记载的发电控制装置中，考虑由于过渡状态下的气体供给不足等引起的燃料电池的响应延迟，将从燃料电池取出的电流的变化速度限制为燃料电池所能够追踪的速度，由此抑制燃料电池的发电效率降低。

[0003] 专利文献1：日本特开平5-151983号公报

发明内容

[0004] 发明要解决的问题

[0005] 另外，作为燃料电池的发电效率降低的主要因素，除了气体供给不足之外，还会想到下面的因素等：当在低温环境下短时间内急剧地从燃料电池取出电流时，例如在正极催化剂层的孔内产生积水，氧扩散性能降低。然而，在专利文献1所记载的燃料电池的发电控制装置中，没有考虑到这种低温环境下的发电效率降低，因此有可能会在低温环境下从燃料电池取出电流时的过渡状态下导致发电效率的大幅降低。

[0006] 本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，根据与燃料电池的运转温度有关的运转状态参数来限制从燃料电池取出的目标发电电流的变化速度。

[0007] 用于解决问题的方案

[0008] 本发明的第一方式所涉及的燃料电池的发电控制装置的特征在于，具备：目标发电电力运算部，其根据连接在燃料电池上的电负载装置的负载状态来计算上述燃料电池的目标发电电力；目标发电电流运算部，其根据上述目标发电电力来计算从上述燃料电池取出的目标发电电流；电流变化速度限制值运算部，其根据与上述燃料电池的运转温度有关的运转状态参数来计算对上述目标发电电流的变化速度的限制值；以及电流限制部，其对上述目标发电电流进行限制，使得上述目标发电电流的上述变化速度不超过上述电流变化速度限制值运算部算出的上述限制值。

[0009] 本发明的第二方式所涉及的燃料电池的发电控制方法的特征在于，根据与燃料电池的运转温度有关的运转状态参数来限制从燃料电池取出的目标发电电流的变化速度。

[0010] 本发明的第三方式所涉及的燃料电池的发电控制装置的特征在于，具备：目标发电电力运算部，其根据连接在燃料电池上的电负载装置的负载状态来计算上述燃料电池的目标发电电力；目标发电电流运算部，其根据上述目标发电电力来计算从上述燃料电池取出的目标发电电流；以及电流限制部，其以如下的方式进行限制：使针对规定要求负载决定的低温起动时的目标发电电流值小于暖机时针对上述要求负载决定的目标发电电流值来进行发电。

[0011] 本发明的第四方式所涉及的燃料电池的发电控制方法的特征在于，包括以下内容：根据连接在燃料电池上的电负载装置的负载状态来计算上述燃料电池的目标发电电力；根据上述目标发电电力来计算从上述燃料电池取出的目标发电电流；根据与上述燃料电池的运转温度有关的运转状态参数来计算对上述目标发电电流的变化速度的限制值；以及对上述目标发电电流进行限制，使得上述目标发电电流的上述变化速度不会超过上述计算得到的上述限制值。

[0012] 本发明的第五方式所涉及的燃料电池的发电控制装置的特征在于，具备：目标发电电力运算单元，其根据连接在燃料电池上的电负载装置的负载状态来计算上述燃料电池的目标发电电力；目标发电电流运算单元，其根据上述目标发电电力来计算从上述燃料电池取出的目标发电电流；电流变化速度限制运算单元，其根据与上述燃料电池的运转温度有关的运转状态参数来计算对上述目标发电电流的变化速度的限制值；以及电流限制单元，其对上述目标发电电流进行限制，使得上述目标发电电流的上述变化速度不会超过上述电流变化速度限制值运算单元算出的上述限制值。

[0013] 发明的效果

[0014] 根据本发明，能够在考虑燃料电池内部的温度上升带来的积水消除状况的同时对目标发电电流的变化速度施加限制，因此即使在低温环境下使燃料电池发电也能够防止过渡状态下的发电效率大幅降低。

附图说明

[0015] 图1是表示本发明的实施方式所涉及的燃料电池系统的结构的图。

[0016] 图2是表示仅限制从燃料电池堆叠体取出的目标发电电流的最大值的情况下实际发电电力对目标发电电力的追踪结果的以往的时间图。

[0017] 图3是表示控制器实施了应用本发明的发电控制处理的情况下实际发电电力对目标发电电力的追踪结果的时间图。

[0018] 图4是表示由控制器实施的发电控制处理的流程的流程图。

[0019] 图5是表示用于实现可行驶时的发电控制即通常发电控制的控制器的功能结构的框图。

[0020] 图6是表示通常发电控制的概要的流程图。

[0021] 图7是表示图6的步骤S201中的目标发电电力运算处理的详情的流程图。

[0022] 图8是表示用于根据加速操作量和车辆速度来计算要求发电电力的映射数据的图。

[0023] 图9是表示图6的步骤S202中的实际发电电力运算处理的详情的流程图。

[0024] 图10是表示图6的步骤S203中的气体供给控制的详情的流程图。

[0025] 图11是表示用于根据目标发电电力和燃料电池堆叠体的运转温度来计算气体指令电流的映射数据的图。

[0026] 图12是表示用于根据气体指令电流算出目标气体压力的表数据的图。

[0027] 图13是表示用于根据气体指令电流算出目标空气流量的表数据的图。

[0028] 图14是表示用于根据目标空气流量和目标气体压力算出压缩机指令转速的映射数据的图。

[0029] 图15是表示图6的步骤S204中的电流变化速度限制值运算处理的详情的流程图。

[0030] 图16是表示用于根据燃料电池堆叠体的运转温度算出电流变化上升变化速度的限制值的表数据的图。

[0031] 图17是表示图6的步骤S205中的最大电流限制运算处理的详情的流程图。

[0032] 图18是表示图6的步骤S206中的目标发电电流运算处理的详情的流程图。

[0033] 图19是说明目标发电电力增加量的运算方法的一例的图。

[0034] 图20是表示用于根据限制后目标发电电流算出正常估计电力的表数据的图。

[0035] 图21是说明校正后目标发电电力的运算方法的一例的图。

[0036] 图22是表示用于根据校正后目标发电电力算出目标发电电流的表数据的图。

[0037] 图23是表示图6的步骤S207中的电流限制处理的详情的流程图。

[0038] 图24是表示图6的步骤S208中的电力变动抑制处理的详情的流程图。

[0039] 图25是说明低通滤波器的特性的图。

[0040] 图26是表示图6的步骤S209中的目标发电电压运算处理的详情的流程图。

具体实施方式

[0041] 下面，参照附图来详细说明本发明的具体实施方式。

[0042] 图1是表示本实施方式所涉及的燃料电池系统100的结构的图。该燃料电池系统100例如作为电力供给源被装载在混合动力型电动汽车上，用于对混合动力型电动汽车的驱动马达(燃料电池系统100外部)、辅机(燃料电池系统100内部)等电负载装置提供电力，其具备堆叠多个燃料电池单体而构成的燃料电池堆叠体1。

[0043] 构成燃料电池堆叠体1的各燃料电池单体例如是通过以隔板夹持膜电极接合体而构成的，在该膜电极接合体中，接受燃料气体的供给的燃料极(负极)和接受氧化剂气体的供给的氧化剂极(正极)隔着固体高分子电解质膜相对配置。在构成该燃料电池堆叠体1的各燃料电池单体的隔板中，在负极侧设置有流动燃料气体的燃料气体流路，在正极侧设置有流动氧化剂气体的氧化剂气体流路。然后，含有氢的燃料气体被提供至各燃料电池单体的负极侧，含有氧的氧化剂气体(空气)被提供至各燃料电池单体的正极侧，由此燃料电池堆叠体1通过下面的式(1)和式(2)所示的电化学反应进行发电。

[0044] 负极(燃料极)：H2→2H++2e- …(1)

[0045] 正极(氧化剂极)：2H++2e-+(1/2)O2→H2O …(2)

[0046] 本实施方式所涉及的燃料电池系统100除了进行发电的燃料电池堆叠体1以外，还具备：氢气供给系统，其用于对燃料电池堆叠体1提供燃料气体(下面，设使用纯氢气作为燃料气体)；空气供给系统，其用于对燃料电池堆叠体1提供作为氧化剂气体的空气；冷却系统，其用于冷却燃料电池堆叠体1；电力控制装置2，其控制从燃料电池堆叠体1的电力取出；以及控制器3(发电控制装置)，其统一控制该燃料电池系统100中的动作。

[0047] 氢气供给系统具备：氢气罐4，其贮存作为燃料气体的氢气；氢气压力控制阀5，其对从氢气罐4提供的氢气的压力进行调整；喷射器(Ejector)6，其将从氢气罐4提供的氢气与再循环的氢气进行混合；氢气循环流路7，其使没有被燃料电池堆叠体1消耗的氢气再循环；氢气净化阀8，其排出在燃料电池堆叠体1的反应中不使用的杂质；罐温度传感器9，其检测氢气罐4内的温度；罐压力传感器10，其检测氢气罐4内的压力；氢气入口温度传感器11，其检测燃料电池堆叠体1的负极入口处的氢气温度；以及氢气入口压力传感器12，其检测燃料电池堆叠体1的负极入口处的氢气压力。

[0048] 在该氢气供给系统中，氢气罐4中贮存有氢气，由罐温度传感器9和罐压力传感器10来分别测量该氢气罐4内的温度和压力。通过氢气压力控制阀5对从氢气罐4取出的高压氢气的压力进行控制并将该高压氢气提供至喷射器6，在喷射器6中与经过氢气循环流路7的氢气进行混合。然后，在喷射器6中混合后的氢气被提供至燃料电池堆叠体1的负极。在此，由氢气入口温度传感器11和氢气入口压力传感器12分别检测燃料电池堆叠体
1的负极入口处的氢气温度和压力，并发送到控制器3。然后，根据由氢气入口压力传感器
12测量出的压力来在控制器3中进行对于氢气压力控制阀5的控制。另外，由于氢气净化阀8通常是闭合的，所以从燃料电池堆叠体1排出的氢气流入到氢气循环流路7中。但是，在燃料电池堆叠体1内发生溢水(Flooding：液泛)的情况下、或者要降低燃料电池堆叠体
1的运转压力的情况下等，开放氢气净化阀8来将存在于氢气循环流路7和燃料电池堆叠体
1内的氢气排出。在此，燃料电池堆叠体1的运转压力是可变的。即，可根据从燃料电池堆叠体1取出的输出、温度来适当设定气体压力。

[0049] 空气供给系统具备：压缩机13，其对作为氧化气体的空气加压来将其送出；空气流量传感器14，其检测从压缩机13送出的空气的流量；空气供给流路15，其将从压缩机13送出的空气提供至燃料电池堆叠体1的正极；空气入口压力传感器16，其检测燃料电池堆叠体1的正极入口处的空气压力；排空气流路17，其将空气从燃料电池堆叠体1的正极排出；以及空气压力控制阀18，其对燃料电池堆叠体1中的空气压力进行控制。

[0050] 在该空气供给系统中，压缩机13从外部吸入空气，对吸入的空气加压来将其送出。从压缩机13送出的空气在经由空气流量传感器14进行计量之后被送到空气供给流路15，从而被提供至燃料电池堆叠体1的正极。此时，由空气入口压力传感器16检测燃料电池堆叠体1的正极入口处的空气压力，根据检测到的压力来在控制器3中对空气压力控制阀18的开度进行控制。

[0051] 冷却系统具备：冷却液循环泵19，其使用于冷却燃料电池堆叠体1的冷却液进行循环；冷却液温度传感器20，其检测从燃料电池堆叠体1排出的冷却液的温度；以及热交换器21，其对循环的冷却液进行散热来将其冷却。

[0052] 在该冷却系统中，用于冷却燃料电池堆叠体1的冷却液通过冷却液循环泵19来进行循环，吸收燃料电池堆叠体1的热量而变暖的冷却液在经由冷却液温度传感器20测量温度之后被送到热交换器21，在热交换器21中散热而被冷却。

[0053] 电力控制装置2是升压降压型的DC/DC转换器。电力控制装置2配置于燃料电池堆叠体1与驱动马达等系统外部的电负载装置之间，控制从燃料电池堆叠体1的电力取出。在该DC/DC转换器中，在升压转换和降压转换时分别进行动作的开关元件是不同的，能够根据施加给开关元件的控制信号的占空比使该DC/DC转换器输出所期望的电压。因而，在升压时控制开关元件使得将输入电压以上的电压输出，在降压时控制开关元件使得将输入电压以下的电压输出。

[0054] 另外，燃料电池系统100中设置有检测燃料电池堆叠体1的发电电流的电流传感器22和检测燃料电池堆叠体1的发电电压的电压传感器23，该电流传感器22和电压传感器23的检测值被输出到控制器3。

[0055] 控制器3，例如由具有中央运算单元(CPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)以及输出输入接口(I/O接口)的微计算机构成，通过执行规定的控制程序来统一控制燃料电池系统100的动作。具体地说，控制器3接收来自上述燃料电池系统100内部的所有传感器的输出，通过对驱动压缩机13、氢气净化阀8等各种辅机的驱动器输出驱动信号来控制燃料电池系统100的动作。另外，该控制器3通过在后面要详细叙述的发电控制处理，来控制由DC/DC转换器构成的电力控制装置2的动作，不会导致发电效率的大幅降低，燃料电池堆叠体1的实际发电电力能够高精确度地追踪目标发电电力。即，对该控制器3(发电控制装置)应用本发明。此外，该控制器3也能够由多个微计算机构成，也可以构成为除了执行后述的发电控制处理的控制以外还执行多个控制的装置。

[0056] 在此，说明在如上那样构成的本实施方式的燃料电池系统100中，由控制器3实施后述的发电控制处理的情况下的燃料电池堆叠体1的实际发电电力对目标发电电力的追踪结果(图3的(a)、图3的(b))。在此，与仅限制从燃料电池堆叠体1取出的目标发电电流的最大值的情况(图2的(a)、图2的(b))进行对比来进行说明。

[0057] 在仅限制从燃料电池堆叠体1取出的目标发电电流的最大值的情况下，在低温环境下从燃料电池堆叠体1取出发电电流时，如图2的(b)所示，有时在过渡状态下燃料电池堆叠体1的发电电压会急剧降低。然后，随着该过渡状态下的发电电压的急剧降低，从燃料电池堆叠体1取出的实际发电电压如图2的(a)所示那样与目标发电电力大幅偏离。

[0058] 与此相对，在由控制器3实施后述的发电控制处理的情况下，在低温环境下(也包括零下)从燃料电池堆叠体1取出发电电流时，如图3的(b)所示，能够抑制过渡状态下的燃料电池堆叠体1的发电电压降低。这是由于考虑到了例如在正极催化剂层的孔内发生积水的状况下氧扩散性能降低的影响、以及利用从燃料电池堆叠体1取出的发电电流而通过燃料电池内部的温度上升消除积水问题的状况来限制从燃料电池堆叠体1取出的目标发电电流的变化速度(上升变化速度)。另外，在将目标发电电流的变化速度维持在极限值附近的基础上，能够使实际发电电力对目标发电电力进行追踪，因此能够实现与燃料电池堆叠体1的运转温度相应的最短的电力响应性。

[0059] 接着，参照图4的流程图来说明应用了本发明的控制器3的发电控制处理。由控制器3在规定时间周期(例如10ms周期)内执行该图4的流程图所示的一系列处理。

[0060] 当图4的流程开始时控制器3首先在步骤S101中检测燃料电池堆叠体1的运转温度。在此，作为燃料电池堆叠体1的运转温度，使用与燃料电池堆叠体1的运转温度有关的运转状态参数、例如吸收燃料电池堆叠体1热量的冷却液的温度。即，控制器3输入冷却液温度传感器20的温度检测值，将该冷却液温度传感器20的温度检测值用作燃料电池堆叠体1的运转温度。

[0061] 接着，在步骤S102中，燃料电池堆叠体1判断是否处于可行驶的发电状态。在此，在步骤S101中检测出的燃料电池堆叠体1的运转温度大于等于T1、且暖机(warm up)完成标志为“1”的情况下，判断为燃料电池堆叠体1处于可行驶的发电状态并转移到步骤S103。另一方面，在上述条件不成立的情况下，判断为燃料电池堆叠体1不处于可行驶的发电状态并转移到步骤S104。此外，暖机完成标志是表示不需要实施后述的步骤S105的处理的标志。另外，例如考虑步骤S101中使用的冷却液温度传感器20和燃料电池堆叠体1的位置误差，将温度阈值T1设定为燃料电池堆叠体1有可能会冻结的温度。

[0062] 在步骤S103中，实施可行驶时的发电控制即通常发电控制。该通常发电控制的具体控制内容在后面详细叙述。

[0063] 另一方面，在步骤S104中，将暖机完成标志设定为“0”，并且，为了判断是否实施暖机运转而将暖机运转实施标志设定为“1”。

[0064] 接着，在步骤S105中，实施用于使燃料电池堆叠体1处于可行驶的发电状态的暖机运转。此处的暖机运转例如是利用通过使燃料电池堆叠体1发电而产生的自热来提升燃料电池堆叠体1的温度的运转。

[0065] 接着，在步骤S106中，判断是否结束暖机运转。在此，例如，如果在步骤S101中检测出的燃料电池堆叠体1的运转温度大于等于T2，则判断为燃料电池堆叠体1变成了可行驶的发电状态，从而使暖机运转结束。然后，在下面的步骤S107中将暖机完成标志设定为“1”，结束发电控制的处理。另一方面，当在步骤S101中检测出的燃料电池堆叠体1的运转温度未达到T2时，使暖机运转继续，结束发电控制的处理。在此，温度阈值T2例如被设定为在考虑步骤S101中所使用的冷却液温度传感器20与燃料电池堆叠体1的位置误差以及暖机运转过程中所产生的膜中生成积水造成的发电状态的变化的同时能够判断为燃料电池堆叠体1为可行驶的发电状态的温度、或者是不会使在此之后的燃料电池堆叠体1需要再次进入暖机运转的状态的温度。

[0066] 接着，进一步详细说明图4的流程图中的步骤S103的通常发电控制。

[0067] 图5是表示用于实现通常发电控制的控制器3的功能结构的框图。该通常发电控制是根据连接在燃料电池堆叠体1上的电负载装置的负载状态进行的控制，下面，例如考虑在混合动力型电动汽车上装载燃料电池系统的情况来说明通常发电控制的一例。

[0068] 如图5所示，作为用于实现通常发电控制的功能结构，控制器3具备：目标发电电力运算部31、实际发电电力运算部32、气体供给控制部33、目标发电电流运算部34、电流变化速度限制值运算部35、最大电流限制运算部36(电流上限值运算部)、电流限制部37、电力变动抑制部38、目标发电电压运算部39以及发电电压控制部40。

[0069] 目标发电电力运算部31根据基于驱动器的要求进行驱动的驱动马达的负载参数等来计算燃料电池堆叠体1的目标发电电力。

[0070] 实际发电电力运算部32根据电流传感器22的电流检测值和电压传感器23的电压检测值来计算由电力控制装置2从燃料电池堆叠体1取出的实际发电电力。

[0071] 气体供给控制部33根据由目标发电电力运算部31算出的目标发电电力来控制对燃料电池堆叠体1的氢气以及空气的供给。

[0072] 目标发电电流运算部34根据目标发电电力运算部31算出的目标发电电力、实际发电电力运算部32算出的实际发电电力以及电流限制部37的输出来算出目标发电电流即由电力控制装置2从燃料电池堆叠体1取出的电流的目标值，使得实际发电电力能够高精确度地追踪目标发电电力。

[0073] 电流变化速度限制值运算部35算出目标发电电流的上升变化速度的限制值以及目标发电电力流的下降变化速度的限制值，作为对目标发电电流的变化速度的限制值。

[0074] 最大电流限制运算部36算出目标发电电流的上限值(最大电流限制)。

[0075] 电流限制部37根据电流变化速度限制值运算部35算出的电流变化速度的限制值以及最大电流限制运算部36算出的最大电流限制值，对目标发电电流运算部34算出的目标发电电流施加限制，并输出施加限制后的目标发电电流。

[0076] 电力变动抑制部38对作为电流限制部37的输出的限制后目标发电电流进行低通滤波处理，以使因为燃料电池堆叠体1的膜中生成积水等的影响而导致的IV特性(电流-电压特性)瞬间发生变动这种情况不会助长实际发电电力的振动。

[0077] 目标发电电压运算部39将经电力变动抑制部38进行了低通滤波处理后的目标发电电流转换为由电力控制装置2控制的目标发电电压。

[0078] 发电电压控制部40根据目标发电电压运算部39算出的目标发电电压来控制电力控制装置2的动作。

[0079] 如上那样构成的控制器3例如按照图6的流程图所示的过程来实施通常发电控制。

[0080] 即，首先在步骤S201中，由目标发电电力运算部31算出燃料电池堆叠体1的目标发电电力。

[0081] 接着，在步骤S202中，由实际发电电力运算部32算出燃料电池堆叠体1的实际发电电力。

[0082] 接着，在步骤S203中，由气体供给控制部33根据步骤S201中算出的目标发电电力来实施对燃料电池堆叠体1的氢气以及空气的供给控制。

[0083] 接着，在步骤S204中，由电流变化速度限制值运算部35算出目标发电电流的上升变化速度的限制值以及目标发电电流的下降变化速度的限制值。

[0084] 接着，在步骤S205中，最大电流限制运算部36根据步骤S202中算出的实际发电电力来算出目标发电电流的上限值(最大电流限制)。

[0085] 接着，在步骤S206中，由目标发电电流运算部34算出燃料电池堆叠体1的目标发电电流。

[0086] 接着，在步骤S207中，由电流限制部37根据步骤S204中算出的目标发电电流的上升变化速度的限制值和目标发电电流的下降变化速度的限制值以及步骤S205中算出的目标发电电流的上限值(最大电流限制)，对步骤S206中算出的目标发电电流施加限制。

[0087] 接着，在步骤S208中，由电力变动抑制部38对在步骤S207中施加了限制后的目标发电电流实施低通滤波处理。

[0088] 接着，在步骤S209中，由目标发电电压运算部39将在步骤S208中进行了低通滤波处理后的目标发电电流转换为目标发电电压。

[0089] 接着，在步骤S210中，由发电电压控制部40控制电力控制装置2的动作以实现步骤S209中求出的目标发电电压，由此结束通常发电控制的处理。

[0090] 图7是表示图6的步骤S201的目标发电电力运算部31的处理详情的流程图。

[0091] 目标发电电力运算部31首先在步骤S301中根据在车辆上设置的加速传感器的输出来检测驱动器的加速操作量，在步骤S302中根据在车辆上设置的车速传感器的输出来检测车辆的速度。

[0092] 接着，在步骤S303中，根据步骤S301中检测出的加速操作量和步骤S302中检测出的车辆速度，使用图8所示的映射数据来计算提供至驱动马达的电力目标值(目标驱动马达电力)。

[0093] 接着，在步骤S304中，算出燃料电池系统100内的辅机实际消耗的电力(实际辅机消耗电力)。该实际辅机消耗电力是检测用于进行燃料电池堆叠体1的发电的各辅机的电压和电流并将它们相乘而计算出的辅机消耗电力，或者，如果是冷却液泵19以及压缩机13等则该实际辅机消耗电力是检测转速和转矩并将它们相乘后求出运算值再将这些值加上损耗电力而计算出的。该损耗电力是将转速和转矩输入到损耗映射数据中而估计出的。

[0094] 接着，在步骤S305中，将步骤S303中算出的目标驱动马达电力和步骤S304中算出的实际辅机消耗电力相加，算出燃料电池堆叠体1所发出的电力的目标值即目标发电电力。由此，目标发电电力运算部31的处理结束。

[0095] 图9是表示图6的步骤S202的实际发电电力运算部32的处理详情的流程图。

[0096] 实际发电电力运算部32首先在步骤S401中根据电流传感器22的输出检测燃料电池堆叠体1的发电电流，在步骤S402中根据电压传感器23的输出检测燃料电池堆叠体1的发电电压。

[0097] 接着，在步骤S403中，将步骤S401中检测出的燃料电池堆叠体1的发电电流与步骤S402中检测出的燃料电池堆叠体1的发电电压相乘，算出燃料电池堆叠体1的实际发电电力。由此，实际发电电力运算部32的处理结束。

[0098] 图10是表示图6的步骤S203的气体供给控制部33的处理详情的流程图。

[0099] 气体供给控制部33首先在步骤S501中根据暖机运转实施标志是否变为“1”来判断是否处于暖机运转过程。然后，如果暖机运转实施标志为“1”即处于暖机运转过程，则在步骤S502中使用例如如图11所示的映射数据来计算决定气体压力、气体流量时的气体指令电流。在此使用的映射数据被设计成：利用试验数据等掌握例如IV特性的温度灵敏度、以及由于暖机运转过程中燃料电池堆叠体1产生的膜中生成积水等的影响而导致的平常状态下的IV特性降低，使得气体指令电流不低于由电力控制装置2取出的发电电流。

[0100] 另一方面，在暖机运转实施标志为“0”即未实施暖机运转的情况下，在步骤S503中，与步骤S502同样地使用映射数据计算气体指令电流。在此使用的映射数据不包括由于暖机运转过程中燃料电池堆叠体1产生的膜中生成积水等的影响而导致的平常状态下的IV特性降低量，而根据试验等的测量值来设计。

[0101] 接着，在步骤S504中，算出目标气体压力。该目标气体压力是基于步骤S502或步骤S503算出的气体指令电流并使用图12所示的表数据而计算出的。该表数据例如是考虑了燃料电池堆叠体1的发电效率等而设定的。

[0102] 接着，在步骤S505中，进行氢气的压力控制。该氢气的压力控制是指通过根据步骤S504中算出的目标气体压力来操作氢气压力控制阀5从而控制负极的氢气压力。此时，通过基于由氢气入口压力传感器12检测出的燃料电池堆叠体1的氢气压力与目标气体压力之间的偏差的反馈控制来决定氢气压力控制阀5的指令开度，由此执行氢气压力控制阀5的操作。此外，该反馈控制也能够利用PI控制、模型规范型控制等众所周知的其它方法构成。另外，在此算出的氢气压力控制阀5的指令开度是由控制器3指示给氢气压力控制阀
5的驱动电路的，按照指令开度驱动该氢气压力控制阀5。

[0103] 接着，在步骤S506中，进行空气的流量控制。该空气的流量控制例如是如下那样进行的。首先，根据步骤S502或步骤S503中算出的气体指令电流，使用图13所示的表数据算出目标空气流量。该表数据被设定成在燃料电池堆叠体1的内部不会引起局部的空气供给不足的空气利用率。接着，算出目标空气流量，根据该目标空气流量和目标气体压力并使用图14所示的映射数据来算出压缩机指令转速。还有，该映射数据是根据压缩机13的转速和对应于压力比的空气流量的特性而设定的。另外，在此算出的压缩机指令转速是由控制器3指示给压缩机驱动电路的，该驱动电路按照指令转速对压缩机13进行驱动。

[0104] 接着，在步骤S507中，进行空气的压力控制。该空气的压力控制是指通过根据步骤S504中算出的目标气体压力操作空气压力控制阀18来控制空气压力。通过基于由空气入口压力传感器16检测出的燃料电池堆叠体1的空气压力与目标气体压力之间的偏差的反馈控制来决定空气压力控制阀18的指令开度，由此执行空气压力控制阀18的操作。此外，该反馈控制也能够利用PI控制、模型规范型控制等众所周知的其它方法构成。另外，在此算出的空气压力控制阀18的指令开度是由控制器3指示给空气压力控制阀18的驱动电路的，按照指令开放度该空气压力控制阀18被驱动。由此，气体供给控制部33的处理结束。

[0105] 图15是表示图6的步骤S204的电流变化速度限制值运算部35的处理详情的流程图。

[0106] 电流变化速度限制值运算部35首先在步骤S601中根据暖机运转实施标志是否为“1”来判断是否处于暖机运转过程。然后，如果暖机运转实施标志为“1”即处于暖机运转过程，则在步骤S602中算出实施暖机运转后从燃料电池堆叠体1取出的目标发电电流的上升变化速度的限制值。在此，根据图4中步骤S101中检测出的燃料电池堆叠体1的运转温度，使用图16的表数据算出目标发电电流的上升变化速度的限制值。即，随着燃料电池堆叠体1的运转温度上升而算出较高的值作为目标发电电流的上升变化速度的限制值。即，上升速度限制值被放宽。该表数据是基于防止暖机运转后的过渡状态下的发电效率大幅降低的观点而设计的。具体地说，例如基于理论设计来设定与暖机运转过程中产生的正极催化剂层的积水量以及由电力控制装置2从燃料电池堆叠体1取出的发电电流的变化速度相对应的燃料电池堆叠体1内部的温度上升时的积水消除状况。另外，也可以使用除了燃料电池堆叠体1的运转温度以外还添加了暖机运转过程中由电力控制装置2取出的目标发电电流、或者实际发电电流的累计值等的映射数据。

[0107] 另一方面，在暖机运转实施标志为“0”即未实施暖机运转的情况下，在步骤S603中，设定一个固定值作为不实施暖机运转用的目标发电电流的上升变化速度的限制值。以如下的方式对该固定值进行设定：基于驱动马达电力等所要求的过渡响应性等，实际发电电力与目标发电电力不会大幅偏离。

[0108] 接着，在步骤S604中，算出目标发电电流的下降变化速度的限制值。在此，在图6的步骤S201中求出的目标发电电力由于运算中使用的负载参数的测量振动等而发生变动的情况下，为了使实际发电电力不会与目标发电电力产生正常偏差即为了使目标发电电力与实际发电电力不会偏离规定值以上，而对目标发电电流的下降变化速度设定限制值。该下降变化速度的限制值例如被设定为将步骤S602或步骤S603中算出的上升变化速度的限制值乘以-1得到的值。除此以外，也可以基于试验数据调整燃料电池堆叠体1的IV特性和目标发电电流的上升变化速度限制的关系，在此基础上进行设定使得目标发电电力与实际发电电力不会产生规定值以上的正常偏差。由此，电流变化速度限制值运算部35的处理结束。

[0109] 图17是表示图6的步骤S205的最大电流限制运算部36的处理详情的流程图。该最大电流限制运算部36的处理的详情如后述，是为了限制目标发电电力以使得燃料电池堆叠体1的发电电压不小于规定的下限值这种情况相对应地对目标发电电流的最大值进行限定。

[0110] 最大电流限制运算部36首先在步骤S701中，存储到规定时间前为止的全部实际发电电力(图6的步骤S202中算出的实际发电电力)。在此，作为规定时间，例如考虑实际发电电力的运算中使用的电流传感器22、电压传感器23在正常状态下的测量振动以及干扰振动等，来设定包括最后周期的振动要素的一周期以上的时间。

[0111] 接着，在步骤S702中，从在步骤S701存储到规定时间前为止的实际发电电力中选择用于运算目标发电电流的上限值(最大电流限制)的实际发电电力(最大电流运算用电力)。在此，在未利用发电电压控制部40对目标发电电压的下限值进行限制的情况下，在抑制超过需要地限制目标发电电流的最大电流的观点上，选择所存储的实际发电电力中的最大值作为最大电流运算用电力。

[0112] 接着，在步骤S703中，设定一个固定值作为发电电压的下限值。关于此处的固定值，基于以下的观点来设定下限电压：通过防止燃料电池堆叠体1的单体电压极性反转来防止劣化，以及防止由于与燃料电池堆叠体1连接的驱动马达等电负载装置的电源电压降低而导致的动作不良。另外，也可以根据燃料电池堆叠体1的运转温度或者暖机运转的实施状态等，将发电电压的下限值设定为可变。通过设定为可变，在燃料电池堆叠体1的IV特性较高的情况下能够将发电电压的下限值设定得更低，因此能够提升发电电力的最大值。

[0113] 接着，在步骤S704中，通过使步骤S702中选择的最大电流运算用电力除以步骤S703中求出的发电电压的下限值，来算出从燃料电池堆叠体1取出的目标发电电流的上限值(最大电流限制)。此外，也可以根据图6的步骤S209中算出的目标发电电压与使用电压传感器23检测出的实际发电电压的关系，将该步骤S702中的目标发电电流的上限值(最大电流限制)的运算在有效、无效之间进行切换。在这种情况下，通过根据目标发电电压与实际发电电压的关系在无需限制目标发电电流的最大值的情形下使运算无效，能够防止由于基于控制器3与电力控制装置2之间的通信延迟而产生的运算延迟等导致的超过需要地限制目标发电电流的情况。由此，最大电流限制运算部36的处理结束。

[0114] 图18是表示图6的步骤S206的目标发电电流运算部34的处理详情的流程图。

[0115] 目标发电电流运算部34首先在步骤S801中，为了使步骤S202中算出的实际发电电力与图6的步骤S201中算出的目标发电电力一致，由目标发电电力增加量运算部34A算出目标发电电力增加量，该目标发电电力增加量决定使实际发电电力相对于目标发电电力在规定时间点增加多大。在此，使用图19来说明将与燃料电池堆叠体1连接的电负载装置即驱动马达的动特性视作时间常数A的一次延迟特性的情况下的目标发电电力增加量的运算方法。

[0116] 由于将驱动马达的动特性视作一次延迟特性，在规定时间点[k+H]的目标发电电力增加量能够根据目标发电电力与实际发电电力之间的偏差而通过下述式(3)算出。

[0117] 目标发电电力增加量[k+H]＝(目标发电电力[k]-实际发电电力H
[k])×(1-exp(-控制周期/时间常数A)) …(3)

[0118] 但是，k是当前的运算时刻，H是控制周期的步数。

[0119] 此处的决定规定时间点的参数的H以1作为下限，并设定为下限值的整数倍。此外，在不将驱动马达的动特性视作一次的情况下，也可以使用高于一次的次数的函数来算出目标发电电力增加量。另外，在本实施方式中，以10ms为周期执行流程图，因此控制周期进行秒换算成为0.01。

[0120] 接着，在步骤S802中，将电流限制部37的输出即限制后目标发电电流作为输入，根据正常状态的IV特性，算出将限制后目标发电电力转换为电力的正常估计电力。在此，根据图20的表数据来算出正常估计电力。该表数据是考虑到了在燃料电池堆叠体1的正常状态的IV特性中的制造偏差等的上限的IV特性而通过理论设计和试验测量而设计的。这样，通过设定上限特性，形成实际发电电力难以过高而超过目标发电电力的响应，从而能够相对于驱动器的加速要求协调地运作驱动马达。另外，也可以使用计算式或者进一步添加了燃料电池堆叠体1的IV特性的运转温度灵敏度的映射数据，而不使用表数据。

[0121] 接着，在步骤S803中，将步骤S802中算出的正常估计电力作为输入，使用估计发电电力的过渡响应而得到的过渡响应模型来算出过渡状态下的发电电力的估计值即动态估计电力。在此，过渡响应模型是指用于表现将控制器3的电流限制部37的输出即限制后目标发电电流作为输入，将实际发电电力运算部32的输出即实际发电电力作为输出的动特性的模型。在此，使用下述式(4)算出将该动特性视作时间常数B的一次延迟特性的情况下的动态估计电力。

[0122] 动态估计电力[k]＝(1-exp(-控制周期/时间常数B))×正常发电电力[k-1]+(exp(-控制周期/时间常数B))×动态发电电力[k-1] …(4)

[0123] 此外，在不将过渡响应模型视作一次的情况下，也可以使用高于一次的高次函数来算出动态估计电力。

[0124] 接着，在步骤S804中，使用步骤S801中算出的目标发电电力增加量和步骤S803中算出的动态估计电力，来算出为了使实际发电电力与目标发电电力一致而进行了校正的校正后目标发电电力。使用图21来说明此处的详细的运算方法。首先，能够将规定时间点[k+H]的动态估计电力的增加量即过渡响应模型增加量(由过渡响应模型增加量运算部34B运算得到)表示为下述式(5)。

[0125] 过渡响应模型增加量[k+H]＝动态估计电力[k+H]-动态估计电力[k] …(5)[0126] 并且，当使用上述的发电电力的过渡响应模型来置换上述式(5)时，能够表示为下述式(6)。

[0127] 过渡响应模型增加量[k+H]＝动态估计电力[k]×exp(-控制周期/时间常数B)H+H校正后目标发电电力×(1-exp(-控制周期/时间常数B))-动态估计电力[k] …(6)[0128] 算出校正后目标发电电力，使得利用上述式(6)求出的过渡响应模型增加量与步骤S801中算出的目标发电电力增加量等价(一致)。

[0129] 接着，在步骤S805中，将步骤S804中算出的校正后目标发电电力作为输入，根据正常状态的IV特性，算出转换为电流的目标发电电流。在此，根据图22的表数据算出目标发电电流。该表数据是根据与步骤S802中使用的表数据的IV特性相同的IV特性设定的。结果，得到在目标发电电力与实际发电电力之间不产生正常偏差的目标发电电流。由此，目标发电电流运算部34的处理结束。

[0130] 图23是表示图6的步骤S207的电流限制部37的处理详情的流程图。

[0131] 电流限制部37首先在步骤S901中，如下述式(7)和下述式(8)所示那样，根据本次的运算时刻[k]与前一次[k-1]的偏差以及图6的步骤S204中算出的上升变化速度的限制值来对图6的步骤S206中算出的目标发电电流进行限制。

[0132] 在目标发电电流[k]-目标发电电流[k-1]＞上升变化速度的限制值[k]的情况下，

[0133] 目标发电电流TA1[k]＝目标发电电流[k-1]+上升变化速度的限制值[k] …(7)

[0134] 在目标发电电流[k]-目标发电电流[k-1]≤上升变化速度的限制值[k]的情况下，

[0135] 目标发电电流TA1[k]＝目标发电电流[k] …(8)

[0136] 接着，在步骤S902中，如下述式(9)和下述式(10)所示那样，根据本次的运算时刻[k]与前一次[k-1]的偏差以及图6的步骤S204中算出的下降变化速度的限制值来对步骤S901中算出的目标发电电流TA1进行限制。

[0137] 在目标发电电流TA1[k]-目标发电电流TA1[k-1]＜下降变化速度的限制值[k]的情况下，

[0138] 目标发电电流TA2[k]＝目标发电电流TA1[k-1]+下降变化速度的限制值[k] …(9)

[0139] 在目标发电电流TA1[k]-目标发电电流TA2[k-1]≥下降变化速度的限制值[k]的情况下，

[0140] 目标发电电流TA2[k]＝目标发电电流TA1[k] …(10)

[0141] 接着，在步骤S903中，根据图6的步骤S205中算出的目标发电电流的上限值(最大电流限制)，如下述式(11)和下述式(12)所示那样对步骤S902中算出的目标发电电流TA2进行限制。

[0142] 在目标发电电流TA2[k]＞最大电流限制[k]的情况下，

[0143] 目标发电电流TA3[k]＝最大电流限制[k] …(11)

[0144] 在目标发电电流TA2[k]≤最大电流限制[k]的情况下，

[0145] 目标发电电流TA3[k]＝目标发电电流TA2[k] …(12)

[0146] 由此，电流限制部37的处理结束。

[0147] 图24是表示图6的步骤S208的电力变动抑制部38的处理的详情的流程图。

[0148] 电力变动抑制部38首先在步骤S1001中将电流限制部37的输出即限制后目标发电电流作为输入，根据正常状态的IV特性，算出将限制后目标发电电力转换为电力而得到的正常估计电力。在此，使用与图18的步骤S802中使用的正常状态的IV特性相同的表数据(图20)。

[0149] 接着，在步骤S1002中，使步骤S1001中算出的正常估计电力通过低通滤波器。使用图25来说明此处使用的低通滤波器的特性。首先，该低通滤波器在频率区域F1下的增益特性被设定为足够低。换言之，该低通滤波器在频率区域F1(高频区域)中将燃料电池所具有的峰增益抑制到规定值。在此，频率区域F1是由燃料电池堆叠体1的膜中生成积水的瞬间变化导致的发电电力变动会根据图6的步骤S205中的目标发电电流的运算而变大的频率区域。例如，通过试验来确认低温环境下的正常状态中的实际发电电力的变动成分的频带，将频率区域F1设定为该频带。接着，使频率区域F2包括满足与燃料电池堆叠体1连接的驱动马达的过渡要求的频率区域。由此，能够相对于驱动器的加速要求协调地运作驱动马达。

[0150] 接着，在步骤S1003中，根据正常状态的IV特性，将在步骤S1002中进行了低通滤波处理的正常估计电力转换为电流(目标发电电流)。在此，使用与图18的步骤S805中使用的正常状态的IV特性相同的表数据(图22)。如上所述，电力变动抑制部38将电流限制部37的输出即限制后目标发电电流转换为电力，然后使其通过低通滤波器。因此，能够基于在步骤S1002中设定得到的低通滤波来估计由目标发电电流运算部34算出目标发电电流时所使用的发电电力的过渡响应模型，也可以得到能够提高过渡响应模型的估计精确度的效果。由此，电力变动抑制部38的处理结束。

[0151] 图26是表示图6的步骤S209的目标发电电压运算部39的处理详情的流程图。

[0152] 目标发电电压运算部39首先在步骤S1101中，设定由电力控制装置2控制的目标发电电压的发电电压的下限值。在此，使用与图6的步骤S205的算出最大电流限制的过程中所使用的发电电压下限值相同的值。

[0153] 接着，在步骤S1102中，算出目标发电电压，该目标发电电压使电流传感器22检测出的实际发电电流追踪经电力变动抑制部38进行了低通滤波处理后的目标发电电流。在此，例如进行基于目标发电电流与实际发电电流的偏差的反馈控制来决定目标发电电压。此外，该反馈控制也能够利用PI控制、模型规范型控制等众所周知的其它方法构成。此外，此时，对目标发电电压施加限制使其不小于步骤S1101中设定的下限值。由此，目标发电电压运算部39的处理结束。

[0154] 以上，如举出具体例来详细说明的那样，在本实施方式的燃料电池系统100中，通过由应用了本发明的控制器3进行发电控制，可得到以下的效果。

[0155] 作为燃料电池堆叠体1的低温环境下的特性，当在短时间内急剧地从燃料电池堆叠体1取出电流时，会产生过渡状态下的发电效率大幅降低。认为这是例如由于正极催化剂层的孔内发生积水的状况下的氧扩散性降低等。在此，在本实施方式的燃料电池系统100中，控制器3根据与燃料电池堆叠体1的运转温度有关的运转状态参数(例如，冷却液温度传感器20的温度检测值)算出从燃料电池堆叠体1取出的目标发电电流的变化速度的限制值，对目标发电电流施加限制以使目标发电电流的变化速度不超过该限制值。因而，能够在考虑由于燃料电池堆叠体1内部的温度上升带来的积水消除状况的同时进行控制，使得不会过于急剧地从燃料电池堆叠体1取出电流，从而在低温环境下使燃料电池堆叠体1发电的情况下也能够在防止过渡状态下的发电效率大幅降低的同时使实际发电电力高精确度地追踪目标发电电力。

[0156] 另外，从燃料电池堆叠体1取出电流时的过渡状态下的发电效率降低量随着燃料电池堆叠体1的运转温度增高而变小。认为这例如是由于燃料电池堆叠体1内部的温度上升而消除了正极催化剂层的积水。在此，在本实施方式的燃料电池系统100中，控制器3按照与燃料电池堆叠体1的运转温度有关的温度检测值(例如冷却液温度传感器20的温度检测值)上升，将目标发电电流的上升变化速度的限制值设定为较高的值，因此能够在不导致发电效率的大幅降低的范围内实现最快的过渡性能，同时使实际发电电力高精确度地追踪目标发电电力。

[0157] 另外，由于低温发电时的生成水冻结、积水等而在正常状态下IV性能降低，即使保持目标发电电流的上升变化速度限制也有可能在实际发电电力与目标发电电力之前产生正常偏差。另外，该IV性能降低根据燃料电池单体之间的配流偏差、放置状况等而不同，基于这一点进行估计是较为困难的。在此，在本实施方式的燃料电池系统100中，控制器3根据对电流变化速度施加限制后的目标发电电流来算出目标发电电流以使目标发电电力与实际发电电力的偏差消失，因此能够在考虑低温环境下使燃料电池堆叠体1发电的情况下的IV性能的降低的同时适当地算出目标发电电流，能够不产生由IV性能降低引起的正常偏差地使实际发电电力高精确度地追踪目标发电电力。

[0158] 另外，在实施使实际发电电力追踪目标发电电力的反馈控制并限制目标发电电流的变化速度的情况下，在具有以PI控制为首的积分器的反馈控制中，不能适当地进行限制目标发电电流的变化速度时的积分器的运算，而无法在短时间内使实际发电电力追踪目标发电电力的变化。或者，实际发电电力有可能过高而超过目标发电电力。当产生超高时，例如在具有二次电池的系统中，与燃料电池堆叠体1连接的驱动马达等电负载装置的实际发电电力与目标发电电力大幅偏离而在二次电池内部流通过电流，甚至可能会达到保护模式。另外，如果不设置积分器，则实际发电电力与目标发电电力之间会产生正常偏差，因此在低温环境下有可能会妨碍基于发电的自热的迅速的温度上升。在此，在本实施方式的燃料电池系统100中，控制器3根据目标发电电力与实际发电电力偏差算出应使实际发电电力上升的规定时间点的目标发电电力增加量，将对电流变化速度施加了限制之后的目标发电电力作为输入，使用发电电力的过渡响应模型，由此算出规定时间点的过渡响应模型增加量与目标发电电力增加量一致(等价)的目标发电电流，因此在对电流变化速度进行限制的情况下也能够连续地算出目标发电电流。其结果是，在目标发电电流的上升变化速度受到限制的情况下，也能够使实际发电电力在受限的变化速度附近对目标发电电力进行追踪以及抑制实际发电电力过高，从而使其一致。

[0159] 另外，在低温环境下的发电时等，IV特性可能会由于瞬间的催化剂层内的积水状况的变化而瞬间发生变动，其结果是有可能会助长实际发电电力的振动。在此，在本实施方式的燃料电池系统100中，控制器3设定将瞬间的催化剂层的积水状况的变化所导致的实际发电电力变动的高频成分去除的低通滤波器，来对限制了电流变化速度后的目标发电电流实施低通滤波处理，因此能够有效抑制实际发电电力的振动，另外，由于能够根据所设定的低通滤波来设定发电电力的过渡响应模型，因此相对于实际发电电力的过渡响应，可提高发电电力的过渡响应模型的精确度。其结果是，在产生了瞬间的实际发电电力的变动的情况下，也能够在将实际发电电力的过高量抑制为最小限度的基础上使其追踪实际发电电力。

[0160] 另外，当根据电负载装置的负载参数检测值高精确度地算出目标发电电力时，还要加上测量噪声等所导致的振动成分，其结果是，在实际发电电力追踪目标发电电力附近的情形下，有可能在目标发电电力与实际发电电力之间产生偏差。在此，在本实施方式的燃料电池系统100中，控制器3在考虑目标发电电流的上升变化速度的限制的基础上，设定下降变化速度的限制值以使目标发电电力与实际发电电力不会偏离规定值以上，从而不仅限制目标发电电力的上升速度也限制下降速度，因此在由于实际发电电力的测量噪声等给目标发电电力加上振动成分的情况下，也能够使实际发电电力无正常偏差地追踪目标发电电力。

[0161] 另外，如上所述，燃料电池堆叠体1的IV性能有时会由于低温环境下的生成水冻结、生成水积水等而降低。该IV性能降低根据燃料电池单体之间的配流偏差、放置状况等也不同，基于这一点进行估计是较为困难的。因此，即使限制了目标发电电流的上升变化速度，也有可能变为所连接的电负载装置不正常工作的电压，或者有可能产生燃料电池单体电压极性反转所导致的劣化。在此，在本实施方式的燃料电池系统100中，控制器3算出燃料电池堆叠体1的发电电压不小于规定的下限值的目标发电电压，因此不会成为所连接的电负载装置不正常工作的电压，或者能够保持不产生燃料电池单体电压极性反转所导致的劣化的下限电压。另外，为了避免由于实际发电电力的振动成分而超过需要地限制目标发电电流，根据使从到规定时间前为止的实际发电电力中选择的值除以目标发电电压的下限值而得到的值算出目标发电电流的上限值(最大电流限制)，来对目标发电电流的最大值进行限制。因而，针对目标发电电力的变化，在限制发电电压时也能够在短时间内进行追踪。其结果是，能够在防止燃料电池单体电压的极性反转所导致的劣化，或者在防止电压低于损害连接于燃料电池堆叠体1的电负载装置的动作的电压的范围内，使实际发电电力高精确度地追踪目标发电电力。

[0162] 另外，如果燃料电池堆叠体1经历低温环境下发电状态低下的状态，则与未经历的情况相比，有发电效率降低的情况显著出现的倾向。认为这是例如由于存在低温时的低排水性能中发电并因此正极催化剂层的孔内容易贮存积水等的影响。在此，在本实施方式的燃料电池系统100中，判断起动时的燃料电池堆叠体1的发电状态，仅在判断为发电状态可能降低的情况下由电流限制部37实施目标发电电流的限制，因此能够在过渡状态下的发电效率降低未显著发生的情形下，在更短的时间内，使实际发电电力高精确度地追踪目标发电电力。

[0163] 以上，详细说明了作为本发明的实施方式的燃料电池系统，但是以上的实施方式例示地表示了本发明的一个应用例，并不意味着本发明的技术范围限定于以上的实施方式中说明的内容。即，本发明的技术范围不限于以上的实施方式中公开的具体技术事项，也包括基于该公开能够容易地导出的各种变形、变更、替代技术等。

[0164] 日本专利申请2008-283149(申请日2008年11月4日)的全部内容被引用至此，保护本申请免于误译、漏记的影响。

[0165] 以上，利用实施方式记载了本发明的内容，但是本发明并不限定于这些记载，本领域技术人员当然明白能够进行各种变形和改良。

[0166] 产业上的可利用性

[0167] 根据本发明，能够在考虑燃料电池内部的温度上升带来的积水消除状况的同时对目标发电电流的变化速度施加限制，因此即使在低温环境下使燃料电池发电也能够防止过渡状态下的发电效率大幅降低。