燃料電池電電混動是通過控制燃料電池、二次電池、控制單元以及電機等部件的協(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過程中起到了至關(guān)重要的作用，不僅能夠提升動力輸出響應(yīng)速度，還能大大提高能量利用率。

然而在車輛實際運轉(zhuǎn)過程中，不可避免地會出現(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響應(yīng)整車功率需求的情況下，二次電池為整車的驅(qū)動系統(tǒng)和燃料電池輔助設(shè)備（如氫氣泵、空壓機、水泵、加熱器等）提供電能。因此，若二次電池輸出功率不足，則會在整車加速過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，駕駛員會明顯感到車輛的加速性能下降，影響駕駛體驗。

為了解決上述問題，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)運轉(zhuǎn)所需的功率，并將多余的電力消耗或儲存，然后在控制系統(tǒng)接收到加速指令時，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轉(zhuǎn)的情況下，快速響應(yīng)車輛的加速請求（JP2017085694A，JP2018074901A）；另一種解決思路是通過直接提高燃料電池空氣系統(tǒng)的加速響應(yīng)速度，來提升燃料電池電力輸出的響應(yīng)速度，從而解決車輛的動力響應(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，并在加速啟動時將上述功率輸出轉(zhuǎn)移為車輛的實時動力需求，以此來提高加速時的功率輸出（JP2017085694A）。第二是將燃料電池怠速過程的功率輸出提高并存儲到指定電容中，從而提高加速時的功率輸出（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力系統(tǒng)輔助設(shè)備以高于怠速需求的功率Pg1運轉(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，燃料電池動力系統(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)動電機輸出（Pa1-Pa2）的功率，使得驅(qū)動電機的功率需求得到快速響應(yīng)，從而消除蓄電池故障帶來的動力系統(tǒng)響應(yīng)延遲問題。

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（油門大小）大致的對應(yīng)關(guān)系（參見圖3）：燃料電池功率輸出為Pa，驅(qū)動電機所需功率輸出為Pm，在指令值M處于0-M1代表上述控制過程的怠速工況，此時燃料電池的電力輸出對應(yīng)Pa1，當(dāng)指令值大于M1的加速工況時，燃料電池輸出功率隨著M增大而增大；驅(qū)動電機所需電力輸出Pm在M<Th時被設(shè)置為0，M>Th時，Pm隨著M的增大而增大。M1對應(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的加速功率，燃料電池的功率提升會延遲，驅(qū)動電機動力響應(yīng)也會變慢，還可能會影響二次電池的使用壽命。JP2018074901A通過在燃料電池動力系統(tǒng)中設(shè)置電容器來存儲燃料電池怠速階段輸出的多余的電力。參考附圖4，在檢測到二次電池供電無法維持空壓機加速工況所需功率最低需求時，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保證空壓機的加速運轉(zhuǎn)，確保動力響應(yīng)速度。

圖4JP2018074901A系統(tǒng)關(guān)系拓撲圖

JP2018074901A中還提到了解決加速響應(yīng)問題的第二個解決思路，就是將怠速工況下的空壓機轉(zhuǎn)速保持在高響應(yīng)狀態(tài)，并通過對空壓機旁通閥的控制來提高空氣系統(tǒng)在加速過程中的響應(yīng)速度，從而提高車輛動力響應(yīng)速度。參見圖5，在檢測到二次電池供電無法維持空壓機加速工況所需功率最低需求時，利用燃料電池對空壓機供電，并將燃料電池空氣閥門Va、Vb、Vc全部打開，保證空壓機MG1的轉(zhuǎn)速與要求車輛加速時所需轉(zhuǎn)速大致相同，當(dāng)收到加速請求時，控制系統(tǒng)通過關(guān)閉旁通閥Vc或減小旁通閥Vc的開度來調(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的正常運轉(zhuǎn)，增加燃料電池的發(fā)電量，保障動力響應(yīng)速度。

圖5燃料電池空氣循環(huán)系統(tǒng)