燃料電池電電混動(dòng)是通過(guò)控制燃料電池、二次電池、控制單元以及電機(jī)等部件的協(xié)同作用，快速響應(yīng)車輛不同工況下的功率需求。其中二次電池在電電混動(dòng)過(guò)程中起到了至關(guān)重要的作用，不僅能夠提升動(dòng)力輸出響應(yīng)速度，還能大大提高能量利用率。

然而在車輛實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，不可避免地會(huì)出現(xiàn)一些造成二次電池功率輸出不足的情況，如二次電池SOC（即荷電狀態(tài)，反映電池的剩余容量）過(guò)低、低溫、二次電池故障等。而燃料電池功率調(diào)節(jié)速度較慢，在燃料電池功率不能及時(shí)響應(yīng)整車功率需求的情況下，二次電池為整車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和燃料電池輔助設(shè)備（如氫氣泵、空壓機(jī)、水泵、加熱器等）提供電能。因此，若二次電池輸出功率不足，則會(huì)在整車加速過(guò)程等功率需求較大的情況下，不能向燃料電池系統(tǒng)輔助設(shè)備提供充足電力，導(dǎo)致空壓機(jī)轉(zhuǎn)速難以迅速提升并向燃料電池提供充足的氧化劑氣體，最終使得燃料電池?zé)o法迅速響應(yīng)整車的高功率需求。在這種情況下，駕駛員會(huì)明顯感到車輛的加速性能下降，影響駕駛體驗(yàn)。

為了解決上述問(wèn)題，豐田提供了至少兩種解決思路，其中一種解決思路是提高怠速工況下的燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)輸出功率，即讓燃料電池怠速工況下的功率輸出高于維持該工況下系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)所需的功率，并將多余的電力消耗或儲(chǔ)存，然后在控制系統(tǒng)接收到加速指令時(shí)，將這部分多余的電力用于加速工況下的系統(tǒng)需求，這樣就可以在二次電池不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，快速響應(yīng)車輛的加速請(qǐng)求（JP2017085694A，JP2018074901A）；另一種解決思路是通過(guò)直接提高燃料電池空氣系統(tǒng)的加速響應(yīng)速度，來(lái)提升燃料電池電力輸出的響應(yīng)速度，從而解決車輛的動(dòng)力響應(yīng)速度（JP2018074901A）。

基于上述第一種解決思路，豐田在專利中至少提到了2種解決方案，第一是將燃料電池怠速過(guò)程中的功率輸出提高并用于輔助設(shè)備消耗，并在加速啟動(dòng)時(shí)將上述功率輸出轉(zhuǎn)移為車輛的實(shí)時(shí)動(dòng)力需求，以此來(lái)提高加速時(shí)的功率輸出（JP2017085694A）。第二是將燃料電池怠速過(guò)程的功率輸出提高并存儲(chǔ)到指定電容中，從而提高加速時(shí)的功率輸出（JP2018074901A）。

其中，JP2017085694A的解決方案具體為：在判斷電池故障后，斷開二次電池和動(dòng)力系統(tǒng)之間的連接，并在怠速工況下，使得車輛燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)輔助設(shè)備以高于怠速需求的功率Pg1運(yùn)轉(zhuǎn)，并將燃料電池輸出的功率Pg1全部用于輔助設(shè)備的功率消耗Pa1，當(dāng)接收到加速信息時(shí)，燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)減少輔助設(shè)備的功率消耗至Pa2，這樣就能夠直接為驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出（Pa1-Pa2）的功率，使得驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率需求得到快速響應(yīng)，從而消除蓄電池故障帶來(lái)的動(dòng)力系統(tǒng)響應(yīng)延遲問(wèn)題。

圖1怠速狀態(tài)下的燃料電池功率輸出分布圖

圖2加速工況下的燃料電池功率輸出分布圖

JP2017085694A還指出不同功率與控制系統(tǒng)接收指令值（油門大?。┐笾碌膶?duì)應(yīng)關(guān)系（參見圖3）：燃料電池功率輸出為Pa，驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需功率輸出為Pm，在指令值M處于0-M1代表上述控制過(guò)程的怠速工況，此時(shí)燃料電池的電力輸出對(duì)應(yīng)Pa1，當(dāng)指令值大于M1的加速工況時(shí)，燃料電池輸出功率隨著M增大而增大；驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需電力輸出Pm在M<Th時(shí)被設(shè)置為0，M>Th時(shí)，Pm隨著M的增大而增大。M1對(duì)應(yīng)的Pa1大于維持空轉(zhuǎn)輔助設(shè)備所需最小功率Pamin，且小于輔助設(shè)備可消耗最大功率Pamax。

圖3指令值M（加速踏板的踩下量）與功率供需關(guān)系示意圖

此外，JP2018074901A中提到了在二次電池SOC低或者低溫情況下，不能在加速工況下保障空壓機(jī)的加速功率，燃料電池的功率提升會(huì)延遲，驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)力響應(yīng)也會(huì)變慢，還可能會(huì)影響二次電池的使用壽命。JP2018074901A通過(guò)在燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)中設(shè)置電容器來(lái)存儲(chǔ)燃料電池怠速階段輸出的多余的電力。參考附圖4，在檢測(cè)到二次電池供電無(wú)法維持空壓機(jī)加速工況所需功率最低需求時(shí)，利用燃料電池發(fā)電將電容器保持在增壓狀態(tài)（如650v）；收到加速指令后，利用電容器提供的電力輸出來(lái)保證空壓機(jī)的加速運(yùn)轉(zhuǎn)，確保動(dòng)力響應(yīng)速度。

圖4JP2018074901A系統(tǒng)關(guān)系拓?fù)鋱D

JP2018074901A中還提到了解決加速響應(yīng)問(wèn)題的第二個(gè)解決思路，就是將怠速工況下的空壓機(jī)轉(zhuǎn)速保持在高響應(yīng)狀態(tài)，并通過(guò)對(duì)空壓機(jī)旁通閥的控制來(lái)提高空氣系統(tǒng)在加速過(guò)程中的響應(yīng)速度，從而提高車輛動(dòng)力響應(yīng)速度。參見圖5，在檢測(cè)到二次電池供電無(wú)法維持空壓機(jī)加速工況所需功率最低需求時(shí)，利用燃料電池對(duì)空壓機(jī)供電，并將燃料電池空氣閥門Va、Vb、Vc全部打開，保證空壓機(jī)MG1的轉(zhuǎn)速與要求車輛加速時(shí)所需轉(zhuǎn)速大致相同，當(dāng)收到加速請(qǐng)求時(shí)，控制系統(tǒng)通過(guò)關(guān)閉旁通閥Vc或減小旁通閥Vc的開度來(lái)調(diào)節(jié)供應(yīng)到燃料電池的空氣量，這樣既可以保證加速階段空壓機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，增加燃料電池的發(fā)電量，保障動(dòng)力響應(yīng)速度。

圖5燃料電池空氣循環(huán)系統(tǒng)