具体实施方式

A.第1实施方式：

A1.燃料电池系统的结构

图1是表示作为本发明的一个实施方式的燃料电池系统100的简要结构图。燃料电池系统100被装备于车辆200。如图1所示，燃料电池系统100具备作为向负载的电力供给源的燃料电池10以及二次电池50、燃料电池用转换器20(以下，亦称为“FDC20”)、FC继电器电路30、包括二次电池用转换器45(以下，亦称为“BDC45”)的功率控制单元40(以下，亦称为“PCU40”)、控制装置60、二次电池用继电器电路70、辅机90、辅机电池91、辅机逆变器28、空调器29、以及作为负载的空气压缩机MG1及驱动马达MG2。

燃料电池10是使作为反应气体的氢与氧反应来进行发电的电池。搭载了燃料电池系统100的车辆200具有存积有作为反应气体的氢(燃料气体)的未图示的氢罐，从氢罐向燃料电池10供给氢。通过空气压缩机MG1的向一个方向的旋转来压缩大气中的空气，将包含作为反应气体的氧(氧化气体)的空气从空气压缩机MG1向燃料电池10供给。本实施方式中的空气压缩机MG1是涡轮式空气压缩机。在本实施方式的空气压缩机MG1中，通过使油循环来实现轴承等构成部件的冷却。在其他实施方式中，空气压缩机MG1并不局限于涡轮式，也可以是罗茨式。

FDC20将燃料电池10的输出电压升压至空气压缩机MG1以及驱动马达MG2的驱动电压。在FDC20与燃料电池10之间装备有检测燃料电池10的输出电压的电压传感器12。FC继电器电路30切换将FDC20与PCU40电连接的连接状态和将FDC20与PCU40电气切断的切断状态。FC继电器电路30被配置于FDC20与PCU40之间。

驱动马达MG2是被从燃料电池10、二次电池50供给的电力驱动的马达，与空气压缩机MG1并联连接。驱动马达MG2作为马达或者发电机进行动作。驱动马达MG2在作为马达动作的情况下，使用从燃料电池10、二次电池50供给的电力来驱动车辆200的驱动轮。驱动马达MG2在为了获得制动力而作为发电机进行动作的情况下，产生再生电力。

辅机90消耗由燃料电池10发出的电力。辅机90包括氢泵25、冷却水泵26、辅机逆变器23、24以及水加热加热器27。氢泵25使从燃料电池10排出的氢废气回流至燃料电池10。冷却水泵26使燃料电池10所使用的冷却水循环。辅机逆变器23、24将直流转换为三相交流并供给至氢泵25与冷却水泵26，进行驱动控制。

二次电池50输出用于驱动空气压缩机MG1以及驱动马达MG2的电力。二次电池50例如可使用锂离子电池、镍氢电池等。二次电池50能够被充电由燃料电池10发出的电力、来自驱动马达MG2的再生电力。二次电池用继电器电路70切换将二次电池50与PCU40电连接的连接状态和将二次电池50与PCU40电气切断的切断状态。来自二次电池50的输出电压由与二次电池用继电器电路70连接的电压传感器44检测。

辅机电池91作为车辆的低电压辅机的电源被使用。辅机电池91经由DC/DC转换器92电连接在二次电池用继电器电路70与BDC45之间。辅机电池91被供给由DC/DC转换器92降压后的电力。

PCU40基于从控制装置60发送的控制信号来控制向空气压缩机MG1以及驱动马达MG2供电的电力。PCU40具有电容器41、逆变器48以及BDC45。

逆变器48与作为负载的空气压缩机MG1及驱动马达MG2连接。在驱动马达MG2作为马达进行动作的情况下，逆变器48将从燃料电池10、二次电池50供给的直流电力转换为三相交流电。在驱动马达MG2作为发电机进行动作的情况下，逆变器48将从驱动马达MG2输出的作为再生电力的三相交流电转换为直流电力。

BDC45是能够升降压的转换器，将来自FDC20的输出电压降压为用于二次电池50的充电，将来自二次电池50的输出电压升压至空气压缩机MG1以及驱动马达MG2的驱动电压。在本实施方式中，当通过后述的故障检测部62检测到BDC45的动作产生故障的情况下，BDC45使BDC45的输入侧与输出侧直接电连结，切换成虽然能够通电但升压动作以及降压动作被限制的导通状态。在导通状态下，BDC45与逆变器48之间的电压成为二次电池50的电压。

在本实施方式中，燃料电池系统100还具备加速踏板传感器101、制动踏板传感器102、挡位传感器103、车速传感器104、旋转传感器105以及电流传感器106。加速踏板传感器101检测车辆200的加速踏板201的踩踏量。制动踏板传感器102检测车辆200的制动踏板202的踩踏量。踩踏量也能够被称为“开度”。挡位传感器103检测车辆200的换挡装置203的挡位。挡位包括表示操作者对车辆200的前进请求的位置、表示后退请求的位置。车速传感器104根据车辆200的驱动轴的旋转速度来检测车速。车速传感器104在车辆200向前进方向行进的情况下输出正的车速，在车辆200向后退方向行进的情况下输出负的车速。旋转传感器105检测空气压缩机MG1的旋转方向。在本实施方式中，旋转传感器105是检测空气压缩机MG1的转速的解析器。电流传感器106检测在空气压缩机MG1中流动的电流值。

控制装置60构成为具备CPU、存储器以及输入输出接口的ECU。控制装置60的CPU通过将存储于存储器的程序展开并执行来作为控制部61、故障检测部62、第1状态判定部63以及反转检测部64发挥功能。控制装置60被输入上述的各传感器的测定值。

故障检测部62检测BDC45的动作的故障。BDC45的动作的故障表示在燃料电池系统100中难以正常进行基于BDC45的升压或降压的任一方的动作的状态。例如，在根据电压传感器42、44的测定值检测到BDC45的过电压的情况下或在装备于BDC45的未图示的温度传感器检测到预先决定的基准温度以上的过热状态的情况下，故障检测部62能够检测到BDC45的故障。

第1状态判定部63对车辆200的状态是否处于第1状态进行判定。第1状态是车辆200的实际的行驶方向亦即实际行驶方向与根据驱动马达MG2的旋转方向而设想的请求行驶方向不一致的状态。详细内容将后述，但在本实施方式中，第1状态判定部63使用加速踏板传感器101、挡位传感器103以及车速传感器104的输入结果，来对是否处于第1状态进行判定。

反转检测部64使用来自设置于空气压缩机MG1的旋转传感器105的输入结果，来检测空气压缩机MG1的旋转方向。在空气压缩机MG1向与对燃料电池10供给氧的一个方向相反的方向旋转的情况下，反转检测部64检测为空气压缩机MG1正在反转。

控制部61根据从上述的各传感器输入的信号，来控制燃料电池系统100内的各部的动作。例如，控制部61控制逆变器48来使驱动马达MG2实现通过来自燃料电池10与二次电池50的至少一方的电力产生驱动力的功能和作为产生再生电力的发电机的功能。另外，在检测到BDC45的故障的情况下，控制部61进行停止从燃料电池10经由FDC30的向负载的电力供给、使BDC45处于导通状态来从二次电池50向驱动马达MG2供给电力的跛行行驶(limphome)控制。

A2.关于第1状态

存在车辆200在上坡路上因制动踏板202的踩踏而停止、想要通过加速踏板201的踩踏从换挡装置203的挡位为前进请求的状态前进的情况。有时在车辆200的操作者从制动踏板202切换踩踏至加速踏板201之前车辆200向后方下滑而车速为负。若在产生了下滑的状态下踩踏加速踏板201，则对驱动马达MG2的请求转矩为正，驱动马达MG2进行正转，但由于车速为负，所以相当于四象限运转中的反转再生，驱动马达MG2能够进行再生。该状态是车辆200的实际的行驶方向亦即实际行驶方向与根据驱动马达MG2的旋转方向而设想的请求行驶方向不一致的状态。

同样，存在车辆200在下坡路上因制动踏板202的踩踏而停止、想要通过加速踏板201的踩踏来从换挡装置203的挡位为后退请求的状态进行后退的情况。有时在车辆200的操作者从制动踏板202切换踩踏至加速踏板201之前车辆200向前方下滑而车速为正。若在产生了下滑的状态下踩踏加速踏板201，则对驱动马达MG2的请求转矩为负，驱动马达MG2反转，但由于车速为正，所以相当于四象限运转中的正转再生，驱动马达MG2能够进行再生。该状态也是车辆200的实际行驶方向与请求行驶方向不一致的状态。其中，“车辆200下滑”是指在坡道上车辆200向与被请求的行驶方向相反的方向行驶。

在车速为负、挡位传感器103检测到前进请求、加速踏板201被踩踏的情况下，或者在车速为正、挡位传感器103检测到后退请求、加速踏板201被踩踏的情况下，第1状态判定部63判定为车辆200处于第1状态。第1状态是车速传感器104所表示的车辆200的实际行驶方向与挡位传感器103所表示的请求行驶方向不同的状态，且是加速踏板201被踩踏、能够判断为想要向两个方向一致的状态转移的状态。第1状态还是若存在再生电力的充电对象、消耗对象则驱动马达MG2能够进行再生的状态。

控制部61在上述的跛行行驶控制中根据车辆200是否处于第1状态来使燃料电池系统100的控制不同。

A3.跛行行驶控制

图2是表示第1实施方式中的跛行行驶控制的工序的图。在由故障检测部62检测到BDC45的故障的情况下，通过控制部61反复执行跛行行驶控制。在跛行行驶控制中，第1状态判定部63对车辆200是否处于第1状态依次进行判定。

在步骤S10中，控制部61停止燃料电池10的发电来使从燃料电池10向负载的电力供给停止，并使BDC45的输入侧与输出侧导通。之所以使来自燃料电池10的电力供给停止是因为无法通过BDC45将从燃料电池10向空气压缩机MG1供给的电力中的多余的电力降压来充电至二次电池50。通过使来自燃料电池10的电力供给停止，能够抑制电容器41因无法向二次电池50输出的多余电力而发生故障。其中，在因进行了图2所示的工序而来自燃料电池10的电力的供给已经停止且BDC45的输入侧与输出侧导通的情况下，控制部61跳过步骤S10的处理。

在步骤S20中，当车辆200的状态不处于第1状态的情况下(步骤S20，否)，控制部61在步骤S30中禁止驱动马达MG2的再生，使处理返回至步骤S20。

在车辆200处于第1状态的情况下(步骤S20：是)，在步骤S40中，控制部61首先使用来自二次电池50的输出来向空气压缩机MG1通电无功电流。基于能够向空气压缩机MG1通电的电流值、坡道起步时被请求的制动力，预先通过实验、模拟来求出无功电流值。

在步骤S50中，反转检测部64使用来自设置于空气压缩机MG1的旋转传感器105的输入结果来检测空气压缩机MG1的旋转方向。为了通过来自二次电池50的输出暂时向空气压缩机MG1流动无功电流来对在空气压缩机MG1中是否产生反转进行确认而进行步骤S40以及步骤S50。通电了无功电流的情况下的空气压缩机MG1的旋转可能因构成空气压缩机MG1的部件的组装误差等而产生。

在空气压缩机MG1的转速为零的情况下，或在空气压缩机MG1正向将氧输送至燃料电池10的方向旋转的情况下(步骤S50：否)，控制部61将处理推进至步骤S60，停止来自二次电池50的电力供给，且允许驱动马达MG2的再生。在步骤S60中，控制部61使用来自设置于空气压缩机MG1的电流传感器106的输入结果，从驱动马达MG2输出与在步骤S40中通电的无功电流对应的转矩。控制部61向空气压缩机MG1通电驱动马达MG2的再生电力量的无功电流来使驱动马达MG2的再生电力消耗。这样一来，通过基于再生的制动力来抑制坡道起步时的下滑，车辆200向请求行驶方向行驶。

在步骤S90中，当车辆200处于第1状态的情况下(步骤S90：是)，控制部61使处理返回至步骤S60。步骤S90为否定判定的情况是车辆200的坡道起步结束的状态。在不处于第1状态的情况下(步骤S90：否)，控制部61结束本处理例程。

另一方面，在步骤S50中，当检测到空气压缩机MG1为反转的情况下(步骤S50：是)，控制部61将处理推进至步骤S70，停止无功电流向空气压缩机MG1的通电，禁止以后的无功电流的通电。其中，当在步骤S70中禁止了无功电流的通电的情况下，在车辆200结束本次的坡道起步之后即便再次变为第1状态，控制部61也不执行步骤S40以后的处理，不进行基于无功电流向空气压缩机MG1的通电引起的、驱动马达MG2的再生电力的消耗。此外，当在步骤S70中禁止了无功电流的通电的情况下，例如也可以由装备于车辆200的未图示的制动控制装置对各车轮进行制动，执行暂时保持坡道上的制动功能的坡起辅助控制。这样一来，可抑制坡道起步时的下滑，车辆200向请求行驶方向行驶。

根据该方式，在二次电池用转换器45故障时的跛行行驶控制中，当车辆200处于第1状态的情况下，通过向空气压缩机MG1通电无功电流来消耗驱动马达MG2的再生电力，获得基于再生的制动力来抑制车辆200的后退，能够使车辆200向请求行驶方向行驶。另外，由于在检测到空气压缩机MG1的反转的情况下，不进行检测到反转时以后的无功电流的通电，所以能够抑制除了二次电池用转换器45的故障以外空气压缩机MG1也发生故障的所谓的二次故障。空气压缩机MG1的故障例如能够举出空气压缩机MG1所具备的轴承进行反转而引起的轴承的故障。

B.第2实施方式

图3是表示第2实施方式中的跛行行驶控制的工序的图。在第2实施方式中，与第1实施方式的不同点在于：在第1实施方式的图2中的步骤S60与步骤S90之间具备步骤S80、步骤S82、步骤S84以及步骤S86的处理。由于第2实施方式的燃料电池系统100以及车辆200的结构、跛行行驶控制中的其他工序同样，所以省略说明。

当在步骤S60中向空气压缩机MG1通电了无功电流之后，在步骤S80中，控制部61对从开始向空气压缩机MG1通电无功电流起的连续通电时间是否为预先决定的第1时间T1以上进行判断。连续通电时间例如是从在步骤S40中通电无功电流起的经过时间。使用无功电流的通电时间、空气压缩机MG1的温度、以及能够抑制空气压缩机MG1的性能劣化的温度范围的关系，预先通过实验、模拟来求出第1时间T1。第1时间T1例如可以为5秒。

在连续通电时间小于第1时间T1的情况下(步骤S80：否)，控制部61将处理推进至步骤S90。

在连续通电时间为第1时间T1以上的情况下(步骤S80：是)，在步骤S82中，控制部61停止向空气压缩机MG1的无功电流的通电。步骤S80为否定判定的情况例如是加速踏板201的踩踏量与在坡道起步时设想的踩踏量相比极少的情况。此外，在无功电流的通电停止的期间，控制部61可以使搭载于车辆200的未图示的显示装置、声音装置等报告催促踩踏制动踏板202的信息。或者，在无功电流停止的期间，装备在车辆200的未图示的制动控制装置可以对各车轮进行制动，暂时保持坡道上的制动功能。

在步骤S84中，控制部61对从停止无功电流的通电起的时间(连续停止时间)是否为预先决定的第2时间T2以上进行判断。使用连续通电时间为第1时间T1以上之后的无功电流的通电停止时间、空气压缩机MG1的温度、以及能够抑制空气压缩机MG1的性能劣化的温度范围的关系，预先通过实验、模拟来求出第2时间T2。第2时间T2例如为10秒以上或15秒以上的时间。

在连续停止时间小于第2时间T2的情况下(步骤S84：否)，控制部61使处理返回至步骤S82，继续无功电流的通电停止。在连续停止时间为第2时间T2以上的情况下(步骤S84：是)，控制部61将处理推进至步骤S86来重新开始无功电流的通电，再次执行步骤S60以后的处理。

根据该方式，由于能够抑制空气压缩机MG1的过热，所以能够抑制除了二次电池用转换器45的故障以外空气压缩机MG1也因过热而发生二次故障这一情况。

C.其他实施方式

在上述实施方式中，控制部61通过来自二次电池50的输出来向空气压缩机MG1暂时通电无功电流，在步骤S50(图2、图3)中，从反转检测部64取得空气压缩机MG1是否反转，在空气压缩机MG1反转的情况下，禁止以后的无功电流的通电。也可以取而代之，控制部61在步骤S60中通过再生电力向空气压缩机MG1通电无功电流之后，也从反转检测部64依次取得空气压缩机MG1是否反转，在空气压缩机MG1反转的情况下，禁止反转时以后的无功电流的通电(步骤S50、步骤S70)。

在上述实施方式中，第1状态判定部63根据加速踏板传感器101、挡位传感器103以及车速传感器104的检测结果来对是否处于第1状态进行判定。与此相对，例如在根据装备于车辆200的未图示的加速度传感器、测量车辆200的位置的位置传感器检测为车辆200处于坡道且检测到处于产生四象限运转中的再生的状态的情况下，第1状态判定部63可以判定成处于第1状态。例如，在车辆200的当前位置为坡道、驱动马达MG2的输出转矩为正、驱动马达MG2的每规定时间的旋转速度为负的情况下，第1状态判定部63可以判定为车辆200处于第1状态。

本公开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结构实现。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者全部，与发明内容一栏记载的各方式中的技术特征对应的实施方式、其他实施方式中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成必须的技术特征，则能够适当地删除。