(57)【要約】【課題】昇圧コンバータを用いて燃料電池の出力電圧を昇圧する動作を実行できなくなるときに、昇圧コンバータよりも電流の流れ方向の下流に接続される部品において、大電流が流れることに起因する過熱を抑える。【解決手段】燃料電池システムは、燃料電池と、燃料電池と負荷との間に接続されて燃料電池の出力電圧を昇圧させる昇圧コンバータと、制御部と、を備える。制御部は、昇圧コンバータを用いて出力電圧を昇圧する第１運転状態においては、昇圧コンバータに含まれる第１部品の温度が第１制限温度以上であるときに燃料電池の出力を制限し、昇圧コンバータによる出力電圧の昇圧を行なわない第２運転状態においては、昇圧コンバータよりも電流の流れの下流側において昇圧コンバータに電気的に接続される第２部品の温度が第２制限温度以上であるときに、燃料電池の出力を制限する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に対して電力供給する燃料電池システムであって、
燃料電池と、
前記燃料電池と前記負荷との間に接続されて、前記燃料電池の出力電圧を昇圧させる昇圧コンバータと、
前記燃料電池の出力制御を行なう制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記昇圧コンバータを用いて前記出力電圧を昇圧する第１運転状態においては、前記昇圧コンバータに含まれる第１部品の温度が、前記第１部品の耐熱温度に応じて予め定められた第１制限温度以上であるときに、前記燃料電池の出力を制限し、
前記昇圧コンバータによる前記出力電圧の昇圧を行なうことなく前記燃料電池から前記昇圧コンバータを介して前記負荷に電力供給させる第２運転状態においては、前記昇圧コンバータよりも電流の流れの下流側において前記昇圧コンバータに電気的に接続される第２部品の温度が、前記第２部品の耐熱温度に応じて予め定められた第２制限温度以上であるときに、前記燃料電池の出力を制限する
燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池を備える燃料電池システムとして、燃料電池が出力した電圧を、負荷への供給に先立って昇圧する昇圧コンバータを備えるシステムが知られている。特許文献１では、このような用途に用いる昇圧コンバータとして、リアクトルを有するコンバート部を複数備える昇圧コンバータを用い、リアクトルに温度センサとしてのサーミスタを設け、リアクトルの温度が制限開始温度となった時点で燃料電池を出力制限して、リアクトルが過熱状態になることを抑える構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１２／１６４６５８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載のように昇圧コンバータを備える燃料電池システムでは、昇圧コンバータを用いて燃料電池の出力電圧を昇圧する動作を実行できなくなる不具合が生じる場合がある。そこで、本願発明者等は、このような不具合が生じた場合に、昇圧コンバータにおける昇圧を行なうことなく昇圧コンバータ内に燃料電池の出力電流を流して、負荷に対する電力供給を継続可能にする構成について検討した。そして、このようにして燃料電池からの電力供給を続行すると、リアクトル等の昇圧コンバータ内の部品ではなく、昇圧コンバータよりも電流の流れ方向の下流に接続される部品が、通常時よりも大電流が流れることに起因して過熱状態となり得るという新たな課題を見出した。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
本発明の一形態によれば、負荷に対して電力供給する燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池と前記負荷との間に接続されて、前記燃料電池の出力電圧を昇圧させる昇圧コンバータと、前記燃料電池の出力制御を行なう制御部と、を備え、前記制御部は、前記昇圧コンバータを用いて前記出力電圧を昇圧する第１運転状態においては、前記昇圧コンバータに含まれる第１部品の温度が、前記第１部品の耐熱温度に応じて予め定められた第１制限温度以上であるときに、前記燃料電池の出力電力を制限し、前記昇圧コンバータによる前記出力電圧の昇圧を行なうことなく前記燃料電池から前記昇圧コンバータを介して前記負荷に電力供給させる第２運転状態においては、前記昇圧コンバータよりも電流の流れの下流側において前記昇圧コンバータに電気的に接続される第２部品の温度が、前記第２部品の耐熱温度に応じて予め定められた第２制限温度以上であるときに、前記燃料電池の出力電力を制限する。
この形態の燃料電池システムによれば、昇圧コンバータによる出力電圧の昇圧を行なうことなく燃料電池から昇圧コンバータを介して負荷に電力供給させる第２運転状態においては、昇圧コンバータよりも電流の流れの下流側において昇圧コンバータに電気的に接続される第２部品の温度が第２制限温度以上になると、燃料電池の出力電力を制限する。そのため、第２運転状態において、第２部品に大電流が流れることに起因して第２部品が過熱状態になることを抑えることができる。
本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池システムの制御方法や、燃料電池システムを搭載する車両等の態様で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】燃料電池車両の概略構成を示す説明図である。
【図２】燃料電池出力制御処理ルーチンを表わすフローチャートである。
【図３】第２部品温度推定処理ルーチンを表わすフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
Ａ．システムの全体構成：
図１は、本発明の一実施形態としての燃料電池システム１５を搭載する燃料電池車両１００の概略構成を示す説明図である。本実施形態の燃料電池システム１５は、燃料電池車両１００の駆動モータ４０を含む負荷に対して電力を供給する電源装置である。燃料電池システム１５は、車両の駆動用電源以外の用途に用いてもよい。燃料電池システム１５は、燃料電池１０と、燃料電池コンバータ（以下、ＦＤＣと略して示すこともある）２０と、二次電池５０と、二次電池コンバータ６０と、インバータ３０と、制御部７０と、を備える。
【０００９】
燃料電池１０は、単セルを複数積層したスタック構造を有しており、反応ガス、具体的には、燃料ガスとしての水素ガスと、酸化ガスとしての空気との供給を受けて発電する。本実施形態では、燃料電池１０は固体高分子形燃料電池としているが、固体酸化物形燃料電池等、他種の燃料電池を用いてもよい。燃料電池１０は、第１直流導線ＤＣＣ１を介して、燃料電池コンバータ２０の入力端子に接続されている。
【００１０】
燃料電池コンバータ２０は、制御部７０の指令に応じて、燃料電池１０から入力された電圧を、目標電圧、すなわち、駆動モータ４０の要求トルクに応じた目標電圧まで昇圧して出力する。燃料電池コンバータ２０は、複数の駆動相を有する多相昇圧ＤＣ−ＤＣコンバータによって構成されている。燃料電池コンバータ２０の出力端子は、第２直流導線ＤＣＣ２を介してインバータ３０の直流端子に接続されている。燃料電池コンバータ２０は、「昇圧コンバータ」とも呼ぶ。
【００１１】
燃料電池コンバータ２０は、互いに並列に接続された４つの電圧変換回路２１ａ〜２１ｄ）を備える。これらの電圧変換回路２１ａ〜２１ｄの各々は、リアクトル２２と、出力用のダイオード２４と、スイッチング素子を構成するトランジスタ２３と、を備える。本実施形態において、各リアクトル２２は、いずれも鉄心リアクトルであるが、空芯リアクトルであってもよい。トランジスタ２３は、ｎｐｎタイプのトランジスタであり、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）や、電力用ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタ、電力用バイポーラトランジスタなどによって構成される。燃料電池コンバータ２０では、スイッチング素子を構成するトランジスタ２３のオンオフ時間によるデューティー比制御を行なうことにより、各電圧変換回路２１ａ〜２１ｄを流れる電流値を制御している。
【００１２】
さらに、燃料電池コンバータ２０は、リアクトル２２の温度を検出するための温度検出部２５を備える。温度検出部２５は、サーミスタ等の温度センサにより構成することができる。温度検出部２５は、燃料電池コンバータ２０が備える各リアクトル２２の温度の状態を把握可能であればよく、例えば、電圧変換回路２１ａ〜２１ｄが備える全てのリアクトル２２に対して温度センサを設けて、温度検出部２５を構成してもよい。あるいは、温度検出部２５を構成する温度センサは、燃料電池コンバータ２０が備える一部のリアクトル２２に対して設けてもよい。例えば、各リアクトル２２間の温度差が比較的小さいときには、いずれか一つのリアクトル２２に対して温度センサを設けてもよい。図１では、温度検出部２５として、電圧変換回路２１ａのリアクトル２２の温度を検出する温度センサが示されている。本実施形態では、燃料電池コンバータ２０は４つの電圧変換回路２１ａ〜２１ｄを備えることとしたが、燃料電池コンバータ２０が備える電圧変換回路の数は、１または４以外の複数であってもよい。
【００１３】
二次電池５０は、本実施形態では、燃料電池１０の補助電源として機能する。二次電池５０は、例えば充電および放電が可能なリチウムイオン電池や、ニッケル水素電池で構成することができる。二次電池５０は、第３直流導線ＤＣＣ３を介して二次電池コンバータ６０の入力端子に接続されている。
【００１４】
二次電池コンバータ６０は、燃料電池コンバータ２０と同様な構成を有する昇圧型コンバータである。二次電池コンバータ６０の出力端子は、第４直流導線ＤＣＣ４を介して、第２直流導線ＤＣＣ２に接続されている。二次電池コンバータ６０は、制御部７０の指令に応じて、燃料電池コンバータ２０と協働して、インバータ３０の入力電圧（第２直流導線ＤＣＣ２における電圧）を調整する。また、二次電池コンバータ６０は、二次電池５０の充電および放電を制御する。具体的には、二次電池コンバータ６０は、第２直流導線ＤＣＣ２の電圧レベルを可変に調整し、二次電池５０の充電および放電の状態を切り替える。二次電池コンバータ６０は、二次電池５０から放電させるときには、二次電池５０の出力電圧を、インバータ３０で利用可能な電圧に昇圧する。また、二次電池５０を充電するときには、第２直流導線ＤＣＣ２における電圧を、二次電池５０に充電可能な電圧に降圧する。これにより、燃料電池１０からの出力電力あるいは、駆動モータ４０の回生電力によって、二次電池５０が充電される。
【００１５】
インバータ３０は、駆動モータ４０に接続されており、駆動モータ４０のドライバとして機能する。駆動モータ４０は、ギア等を介して車輪を駆動する。インバータ３０は、制御部７０からの指令に応じて、燃料電池１０および二次電池５０から第２直流導線ＤＣＣ２を介して供給される直流電力を三相交流の電力に変換して駆動モータ４０に供給する。また、インバータ３０は、駆動モータ４０において発生する回生電力を直流電力に変換して第２直流導線ＤＣＣ２に出力する。
【００１６】
駆動モータ４０は、三相コイルを備える同期モータによって構成されている。駆動モータ４０は、交流導線を介してインバータ３０の交流端子に接続されており、供給された電力に応じたトルクで車輪を駆動する。なお、燃料電池車両１００においては、燃料電池１０からの電力供給を受ける負荷として、駆動モータ４０以外にも、車両補機を含む種々の補機が存在する。以下では、理解を容易にするために、燃料電池１０のから電力供給を受ける負荷を駆動モータ４０で代表して説明する。
【００１７】
制御部７０は、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、およびＲＯＭを備えるマイクロコンピュータによって構成されている。制御部７０は、燃料電池１０の出力制御を行なうと共に、燃料電池車両１００の各部の制御を行なう。制御部７０は、燃料電池車両１００の各部に設けられたセンサからの出力信号を取得し、さらに、アクセル開度や車速等の車両の運転に関する情報を取得する。そして、制御部７０は、燃料電池車両１００における発電や走行に係る各部に駆動信号を出力する。具体的には、燃料電池コンバータ２０、二次電池コンバータ６０、インバータ３０、および、燃料電池１０の発電や燃料電池車両１００の走行等に関わる補機等に駆動信号を出力する。なお、上記した機能を果たす制御部は、単一の制御部として構成される必要はない。例えば、燃料電池システム１５の動作に係る制御部や、燃料電池車両１００の走行に係る制御部や、走行に関わらない車両補機の制御を行なう制御部など、複数の制御部を備えることとし、これら複数の制御部間で、必要な情報をやり取りすることとしてもよい。
【００１８】
本実施形態の燃料電池システム１５において、第１直流導線ＤＣＣ１には、第１電圧センサ８１が接続されている。また、第２直流導線ＤＣＣ２には、燃料電池コンバータ２０側から順に第２電圧センサ８２およびコンデンサ８３が接続されており、さらに、コンデンサ８３とインバータ３０との間には、リレー８４が設けられている。第１電圧センサ８１は、燃料電池コンバータ２０における入力側の電圧、すなわち、燃料電池１０の出力電圧を検出し、第２電圧センサ８２は、燃料電池コンバータ２０における出力側の電圧を検出する。燃料電池コンバータ２０において燃料電池１０の出力電圧を目標電圧に昇圧する際には、第１電圧センサ８１および第２電圧センサ８２の検出信号を用いたフィードバック制御が行なわれる。さらに、第２直流導線ＤＣＣ２には、電流センサ８５が設けられており、リレー８４を流れる電流値を測定可能となっている。
【００１９】
Ｂ．燃料電池の出力制限：
既述したように、燃料電池コンバータ２０は、燃料電池１０の出力電力を駆動モータ４０に供給するのに先立って、燃料電池１０の出力電圧を昇圧させる。燃料電池システム１５において、燃料電池コンバータ２０を用いて燃料電池１０の出力電圧を昇圧させる通常の運転制御を実行する運転モードを、「ＦＤＣ昇圧モード」と呼ぶ。また、ＦＤＣ昇圧モードが実行されている燃料電池システム１５の運転状態を、「第１運転状態」とも呼ぶ。また、燃料電池コンバータ２０に含まれる部品であって、第１運転状態のとき、すなわち、燃料電池コンバータ２０を用いて燃料電池１０の出力電圧を昇圧させる制御を行なう際に、過熱の問題が生じ得る部品を、「第１部品」とも呼ぶ。本実施形態では、第１部品はリアクトル２２である。本実施形態では、燃料電池コンバータ２０を用いて燃料電池１０の出力電圧を昇圧させる第１運転状態において、リアクトル２２が予め定めた高温状態になると、燃料電池１０の出力を制限してリアクトル２２の温度上昇を抑える制御を行なっている。
【００２０】
また、燃料電池システム１５においては、上記のような燃料電池コンバータ２０による昇圧の動作を正常に行なうことが困難になる不具合が生じ得る。本実施形態では、このような不具合が生じたときに、直ちに燃料電池１０の発電を停止するのではなく、燃料電池コンバータ２０における昇圧を行なうことなく燃料電池コンバータ２０に燃料電池１０の出力電流を流して、駆動モータ４０に対する燃料電池１０からの電力供給を継続可能にしている。燃料電池システム１５において、燃料電池コンバータ２０による燃料電池１０の出力電圧の昇圧を行なうことなく燃料電池から燃料電池コンバータ２０を介して負荷に電力供給するための運転制御を実行する運転モードを、「ＦＤＣスルーモード」と呼ぶ。また、ＦＤＣスルーモードが実行されている燃料電池システム１５の運転状態を、「第２運転状態」とも呼ぶ。また、燃料電池コンバータ２０よりも電流の流れの下流側において燃料電池コンバータ２０に電気的に接続される部品であって、燃料電池コンバータ２０における昇圧を行なうことなく燃料電池コンバータ２０に燃料電池１０の出力電流を流す際に過熱の問題が生じ得る部品を、「第２部品」とも呼ぶ。本実施形態では、第２部品はリレー８４である。本実施形態では、燃料電池１０の出力電圧を昇圧することなく燃料電池１０から負荷へと電力供給を行なう第２運転状態において、リレー８４が予め定めた高温状態になると、燃料電池１０の出力を制限してリレー８４の温度上昇を抑える制御を行なっている。
【００２１】
以下では、燃料電池システム１５が第１運転状態であるとき、および、第２運転状態であるときに、上記第１部品あるいは第２部品が過熱状態となることを抑えるために、燃料電池システム１５で実行される燃料電池１０の出力制限の動作について説明する。
【００２２】
図２は、制御部７０のＣＰＵにおいて実行される燃料電池出力制御処理ルーチンを表わすフローチャートである。本ルーチンは、燃料電池車両１００を走行可能にするために燃料電池システム１５を始動させる指示が入力されたとき、例えば、運転者によって燃料電池車両１００のスタートスイッチ（図示せず）が押されたときに、起動されて繰り返し実行される。
【００２３】
本ルーチンが起動されると、制御部７０のＣＰＵは、燃料電池コンバータ２０による昇圧が可能な状態であるか否か、すなわち、燃料電池コンバータ２０による昇圧の動作を正常に行なうことが困難になる不具合が発生しているか否かを判断する（ステップＳ１００）。
【００２４】
第２運転状態において、燃料電池コンバータ２０による昇圧の動作を正常に行なうことが困難になる不具合としては、例えば、燃料電池１０の出力電圧を昇圧する動作を行なう回路を構成する部品に発生する不具合を挙げることができる。具体的には、トランジスタ２３等の燃料電池コンバータ２０の構成部品に発生する不具合を挙げることができる。このような不具合の発生は、燃料電池コンバータ２０で過電流が検出されることや、燃料電池コンバータ２０で短絡が検出されることや、燃料電池コンバータ２０に設けた温度センサにおいて、予め定められた基準温度以上の過熱状態が検出されることにより、判断することができる。あるいは、第１電圧センサ８１および第２電圧センサ８２のうちの少なくとも一方で不具合が検出されるときにも、上記昇圧の動作を正常に行なうことができないと判断される。第１電圧センサ８１および第２電圧センサ８２に関しては、例えば、これらの電圧センサの検出値が、予め定めた正常範囲から外れる値となったときに、不具合が発生したと判断することができる。
【００２５】
また、燃料電池コンバータ２０による昇圧の動作を正常に行なうことが困難になる不具合には、燃料電池コンバータ２０とは異なる部位の不具合も含まれる。例えば、燃料電池システム１５全体の回路構成において、電力供給のバランスを正常に保つことができなくなる不具合が発生した場合が含まれる。具体的には、本実施形態では、二次電池５０や二次電池コンバータ６０において不具合が発生したときにも、ステップＳ１００において、燃料電池コンバータ２０による昇圧ができないと判断される。二次電池５０における不具合の発生は、例えば、二次電池５０において正常に充電や放電が行なわれなくなることにより判断することができる。
【００２６】
ステップＳ１００において、燃料電池コンバータ２０による昇圧が可能であると判断すると（ステップＳ１００：ＹＥＳ）、制御部７０のＣＰＵは、燃料電池システム１５をＦＤＣ昇圧モードとする運転制御を開始する（ステップＳ１１０）。これにより、燃料電池システム１５は、第１運転状態になる。ＦＤＣ昇圧制御モードでは、制御部７０のＣＰＵは、アクセル開度や車速を用いて導出される負荷要求に応じて、駆動モータ４０の駆動状態と燃料電池１０の目標発電量とを設定する。そして、燃料電池１０の出力電流が、設定された燃料電池１０の目標発電量に応じた電流値となるように、燃料電池コンバータ２０を駆動制御する。また、駆動モータ４０が、設定された上記駆動状態となるようにインバータ３０を制御すると共に、上記負荷要求に応じた発電が可能となる量の反応ガスが燃料電池１０に供給されるように、燃料電池１０に反応ガスを供給するための燃料電池補機を駆動する。
【００２７】
ステップＳ１１０においてＦＤＣ昇圧モードによる制御を開始すると、制御部７０のＣＰＵは、燃料電池コンバータ２０が備える温度検出部２５から、第１部品であるリアクトル２２の温度を取得する（ステップＳ１２０）。このとき、温度検出部２５が、各々のリアクトル２２に設けた温度センサによって構成される場合には、ステップＳ１２０では、例えば、各温度センサが検出した各リアクトル２２の温度のうちの最も高い温度を、リアクトル２２の温度として取得すればよい。
【００２８】
ステップＳ１２０で第１部品温度を取得すると、制御部７０のＣＰＵは、取得した第１部品温度と、第１部品の耐熱温度に応じて予め定められた第１制限温度ＴＲ１とを比較する（ステップＳ１３０）。ステップＳ１３０において、第１部品温度が第１制限温度ＴＲ１以上であると判断すると（ステップＳ１３０：ＹＥＳ）、制御部７０のＣＰＵは、燃料電池１０の出力電力を制限する制御を行なって（ステップＳ１４０）、本ルーチンを終了する。本実施形態では、ステップＳ１４０における燃料電池１０の出力電力の制限は、燃料電池コンバータ２０を制御することによって、燃料電池１０の出力電流を、予め定めた制限電流値以下に制限することにより実行される。ステップＳ１４０で燃料電池１０の出力電流を制限することにより、各リアクトル２２を流れる電流が少なくなり、各リアクトル２２の温度上昇が抑えられる。これにより、燃料電池システム１５では、燃料電池１０の出力が制限されたＦＤＣ昇圧モードによる制御が行なわれて、第１運転状態が維持される。
【００２９】
ステップＳ１３０において、第１部品温度が第１制限温度ＴＲ１未満であると判断すると（ステップＳ１３０：ＮＯ）、制御部７０のＣＰＵは、燃料電池１０の出力制限を行なうことなく（ステップＳ１５０）、本ルーチンを終了する。これにより燃料電池システム１５は、出力制限を行なうことなくＦＤＣ昇圧モードによる制御が行なわれて、第１運転状態が維持される。
【００３０】
ステップＳ１００において、燃料電池コンバータ２０による昇圧ができない状態であると判断すると（ステップＳ１００：ＮＯ）、制御部７０のＣＰＵは、燃料電池システム１５をＦＤＣスルーモードとする運転制御を開始する（ステップＳ１６０）。具体的には、燃料電池コンバータ２０の各電圧変換回路２１ａ〜２１ｄが備えるトランジスタ２３のスイッチングをオフにして、燃料電池コンバータ２０内に燃料電池１０の出力電流を流す。ＦＤＣスルーモードでは、昇圧を行なうことなく燃料電池１０の出力電力をそのまま駆動モータ４０に供給することにより、燃料電池車両１００の走行が可能になる。ＦＤＣスルーモードの開始時には、制御部７０のＣＰＵは、まず、通常運転時と同様に、アクセル開度や車速を用いて導出される負荷要求に応じて、駆動モータ４０の駆動状態と燃料電池１０の目標発電量とを設定する。そして、駆動モータ４０が、設定された上記駆動状態となるようにインバータ３０を制御すると共に、上記負荷要求に応じた発電が可能となる量の反応ガスが燃料電池１０に供給されるように、燃料電池１０に反応ガスを供給するための燃料電池補機を駆動する。
【００３１】
ステップＳ１６０においてＦＤＣスルーモードを開始すると、制御部７０のＣＰＵは、第２部品であるリレー８４の温度を取得する（ステップＳ１７０）。本実施形態では、ステップＳ１７０で取得するリレー８４の温度は、推定値を用いている。以下では、リレー８４の温度を推定する動作について説明する。
【００３２】
図３は、制御部７０のＣＰＵにおいて実行される第２部品温度推定処理ルーチンを表わすフローチャートである。本ルーチンは、ステップＳ１６０においてＦＤＣスルーモードの制御が最初に開始されたときに起動されて、第２部品温度推定処理ルーチンと並行して実行される。
【００３３】
本ルーチンが起動されると、制御部７０のＣＰＵは、まず、第２部品温度の初期値、すなわち、リレー８４の温度の初期値を設定する（ステップＳ２００）。ステップＳ２００で設定する第２部品温度の初期値としては、例えば、ＦＤＣスルーモードを開始する際に想定されるリレー８４の温度の最大値を用いることができる。ＦＤＣスルーモードを開始する際に想定されるリレー８４の温度の最大値は、例えば、燃料電池システム１５の使用が予定される環境温度（外気温）の想定される最大値とすることができる。
【００３４】
ステップＳ２００で第２部品温度の初期値を設定すると、制御部７０のＣＰＵは、第２部品であるリレー８４における発熱量ＣＶを導出する（ステップＳ２１０）。本実施形態では、第２部品温度推定処理ルーチンが起動されると、後述するステップＳ２４０において燃料電池システム１５を停止する判断がされるまで、ステップＳ２１０からステップＳ２３０による第２部品温度を推定する動作を繰り返す。ステップＳ２１０では、第２部品温度推定処理ルーチンが起動された後の初回の実行時においては、第２部品温度推定処理ルーチンが起動されてからの、リレー８４の発熱量ＣＶを算出する。そして、その後に繰り返し実行されるステップＳ２１０では、第２部品温度を推定する最新の動作を行なった後の、リレー８４の発熱量ＣＶを算出する。リレー８４における発熱量ＣＶは、ジュールの法則に基づいて、リレー８４を通過した電流の大きさと、リレー８４の抵抗値と、を用いて算出することができる。リレー８４を通過した電流の大きさとしては、電流センサ８５の検出値を用いることができる。リレー８４の抵抗値としては、例えば、設計上、リレー８４に許容されている抵抗値の最大値を用いることができる。
【００３５】
また、制御部７０のＣＰＵは、第２部品であるリレー８４における放熱量ＨＲを算出する（ステップＳ２２０）。放熱量ＨＲの算出も、発熱量ＣＶの算出と同様に、第２部品温度推定処理ルーチンが起動された後の初回の実行時においては、第２部品温度推定処理ルーチンが起動されてからの、リレー８４の放熱量ＨＲを算出する。そして、その後に繰り返し実行されるステップＳ２２０では、第２部品温度を推定する最新の動作を行なった後の、リレー８４の放熱量ＨＲを算出する。
【００３６】
リレー８４における放熱量ＨＲは、現在のリレー８４の温度を温度Ｔ１、現在のリレー８４の雰囲気温度を温度Ｔ２とすると、（温度Ｔ１−温度Ｔ２）に対して、放熱特性値である第１係数を乗じることにより、算出することができる。現在のリレー８４の温度Ｔ１は、第２部品温度推定処理ルーチンが起動された後に最初にステップＳ２２０を実行する際には、ステップＳ２００で設定された第２部品温度の初期値が用いられる。そして、その後に繰り返し実行されるステップＳ２２０では、推定された最新のリレー８４の温度が用いられる。現在のリレー８４の雰囲気温度Ｔ２としては、例えば、現在のリレー８４の雰囲気温度Ｔ２の想定される最大値を用いればよい。具体的には、リレー８４が燃料電池１０と共にケース内に収容されている場合には、現在のリレー８４の雰囲気温度Ｔ２として、燃料電池１０の温度を用いることができる。燃料電池１０の温度は、燃料電池１０内を流れて燃料電池１０から排出される冷媒の温度を用いることができる。あるいは、リレー８４が燃料電池１０から離間している場合には、現在のリレー８４の雰囲気温度Ｔ２は、例えば、燃料電池システム１５の使用が予定される環境温度（外気温）の想定される最大値とすることができる。放熱特性値である第１係数は、リレー８４の表面積や、リレー８４における熱伝達率や、空気における熱伝達率や、（温度Ｔ１−温度Ｔ２）によって定まる。このような第１係数は、例えば、実験あるいはシミュレーションにより予め設定して、（温度Ｔ１−温度Ｔ２）に応じたマップとして制御部７０に記憶しておけばよい。
【００３７】
ステップＳ２１０における発熱量ＣＶの算出と、ステップＳ２２０における放熱量ＨＲの算出を行なうと、制御部７０のＣＰＵは、これらの値を用いて、第２部品であるリレー８４の温度を推定する（ステップＳ２３０）。リレー８４の温度は、発熱量ＣＶおよび放熱量ＨＲを用いて求められるリレー８４の温度変化量を、リレー８４の現在温度に加算することにより算出することができる。上記リレー８４の温度変化量は、（発熱量ＣＶ−放熱量ＨＲ）に対して、リレー８４の比熱や質量を含むリレー８４の物性によって定まる第２係数を乗じることにより、算出することができる。上記第２係数は、実験により、あるいはシミュレーションにより、予め設定して制御部７０に記憶しておけばよい。
【００３８】
ステップＳ２３０で第２部品温度を推定すると、制御部７０のＣＰＵは、燃料電池システム１５において、システム停止が指示されたか否かを判断する（ステップＳ２４０）。ステップＳ２４０では、例えば、運転者によって燃料電池車両１００のスタートスイッチ（図示せず）がオフにされたときに、システム停止が指示されたと判断される。
【００３９】
ステップＳ２４０において、システム停止が指示されていないと判断すると（ステップＳ２４０：ＮＯ）、制御部７０のＣＰＵは、ステップＳ２１０に戻り、第２部品温度を推定する動作を繰り返す。ステップＳ２４０において、システム停止が指示されたと判断すると（ステップＳ２４０：ＹＥＳ）、制御部７０のＣＰＵは、本ルーチンを終了する。
【００４０】
図２に戻り、燃料電池出力制限処理ルーチンのステップＳ１７０では、第２部品温度推定処理ルーチンにおいて推定された第２部品温度の最新の値を取得する。
【００４１】
ステップＳ１７０で第２部品温度を取得すると、制御部７０のＣＰＵは、取得した第２部品温度と、第２部品の耐熱温度に応じて予め定められた第２制限温度ＴＲ２とを比較する（ステップＳ１８０）。ステップＳ１８０において、第２部品温度が第２制限温度ＴＲ２以上であると判断すると（ステップＳ１８０：ＹＥＳ）、制御部７０のＣＰＵは、燃料電池１０の出力電力を制限する制御を行なって（ステップＳ１９０）、本ルーチンを終了する。ステップＳ１９０において燃料電池１０の出力電力を制限する際には、制御部７０のＣＰＵは、制限後の出力電力を燃料電池１０の目標発電量に設定し、駆動モータ４０の駆動状態が制限後の出力電力に対応する状態となるようにインバータ３０を制御すると共に、上記目標発電量を発電可能となる量の反応ガスが燃料電池１０に供給されるように、燃料電池１０に反応ガスを供給するための燃料電池補機を駆動する。ステップＳ１９０で燃料電池１０の出力電流値を制限することにより、リレー８４を流れる電流が少なくなり、リレー８４の温度上昇が抑えられる。これにより、燃料電池システム１５では、燃料電池１０の出力が制限されたＦＤＣスルーモードによる制御が行なわれて、燃料電池システム１５は第２運転状態となる。
【００４２】
なお、ステップＳ１９０における出力電力の制限の程度、例えば燃料電池１０の出力電力の上限値は、ステップＳ１４０における出力電力の制限の程度と、同じであってもよく、異なっていてもよい。ステップＳ１４０に関しては、制限後のリアクトル２２における電流値および電圧値が、リアクトル２２に連続的に通電する際の電流の定格値および電圧の定格値を超えないように、制限値を設定すればよい。また、ステップＳ１９０に関しては、制限後のリレー８４における電流値および電圧値が、リレー８４に連続的に通電する際の電流の定格値および電圧の定格値を超えないように、制限値を設定すればよい。
【００４３】
ステップＳ１８０において、第２部品温度が第２制限温度ＴＲ２未満であると判断すると（ステップＳ１８０：ＮＯ）、制御部７０のＣＰＵは、燃料電池１０の出力制限を行なうことなく（ステップＳ１５０）、本ルーチンを終了する。これにより燃料電池システム１５は、出力制限を行なうことなく、ＦＤＣスルーモードによる制御が行なわれて、燃料電池システム１５は第２運転状態となる。
【００４４】
以上のように構成された本実施形態の燃料電池システム１５によれば、燃料電池コンバータ２０を用いて燃料電池１０の出力電圧を昇圧する動作を実行できなくなる不具合が生じて、燃料電池システム１５をＦＤＣスルーモードとする運転制御を行なう際に、燃料電池コンバータ２０よりも電流の流れ方向の下流に接続される第２部品であるリレー８４の温度が第２制限温度ＴＲ２以上になると、燃料電池１０の出力電力を制限する。そのため、ＦＤＣスルーモードによる制御が実行される第２運転状態において、リレー８４に大電流が流れることに起因してリレー８４が過熱状態になることを抑えることができる。
【００４５】
ここで、ＦＤＣスルーモードが開始される前、すなわち、ステップＳ１００において燃料電池コンバータ２０による昇圧ができない状態であると判断される前に、実行されているＦＤＣ昇圧モードでは、燃料電池１０の出力電圧が、燃料電池コンバータ２０によって昇圧される。これに対して、ＦＤＣスルーモードでは、燃料電池コンバータ２０による昇圧が行なわれないため、リレー８４を流れる電流値は、例えば燃料電池１０の出力電力が同じであれば、ＦＤＣ昇圧モードを実行する際に比べて、より大きくなる。リレー８４の発熱量ＣＶは、ジュールの法則から理解されるように、電流値の二乗に比例する。そのため、ＦＤＣスルーモードは、ＦＤＣ昇圧モードに比べて、リレー８４の温度が上昇しやすい運転モードであるといえる。本実施形態によれば、通常のＦＤＣ昇圧モードにおいては、流れる電流が比較的少ないことにより過熱の問題が生じ難い第２部品であるリレー８４において、不具合の発生によりＦＤＣスルーモードによる運転制御が行なわれる際に、リレー８４が過熱状態になることを抑えることができる。
【００４６】
また、本実施形態によれば、ＦＤＣ昇圧モードによる運転制御を行なう際には、ＦＤＣ昇圧モードにおいて過熱の問題が生じ得る第１部品であるリアクトル２２の温度が第１制限温度ＴＲ１以上になると、燃料電池１０の出力電力を制限する。そのため、ＦＤＣ昇圧モードにおいて、リアクトル２２に大電流が流れることに起因してリアクトル２２が過熱状態になることを抑えることができる。
【００４７】
また、本実施形態によれば、ステップＳ１７０において取得する第２部品温度として、リレー８４の温度の推定値を用いている。そのため、リレー８４の温度を取得するために、温度センサ等を設ける必要がなく、システム構成を簡素化することができる。
【００４８】
さらに、本実施形態では、第２部品温度推定処理ルーチンにおいてリレー８４の温度を推定する際に、ステップＳ２００で設定するリレー８４の温度の初期値として、既述したように、ＦＤＣスルーモードを開始する際に想定されるリレー８４の温度の最大値を用いている。また、ステップＳ２１０でリレー８４の発熱量ＣＶを算出する際には、リレー８４の抵抗値として、設計上、リレー８４に許容されている抵抗値の最大値を用いている。また、ステップＳ２２０でリレー８４の放熱量ＨＲを算出する際に、現在のリレー８４の雰囲気温度Ｔ２として、現在の燃料電池１０の温度や、燃料電池システム１５の使用が予定される環境温度（外気温）の想定される最大値など、現在のリレー８４の雰囲気温度Ｔ２の最大値と考えられる温度を用いている。すなわち、本実施形態では、リレー８４が最も高温になる状況に基づいて、リレー８４の温度を推定している。そのため、このようにして推定したリレー８４の温度を用いてステップＳ１８０において出力制限の要否を判断することにより、ＦＤＣスルーモードにおいて、より確実に、リレー８４が過熱状態となることを抑えることができる。
【００４９】
なお、ＦＤＣスルーモード開始後のステップＳ２００で設定するリレー８４の温度の初期値は、上記のように想定されるリレー８４の温度の最大値を用いる他、燃料電池システム１５を始動してからのリレー８４における発熱量ＣＶと放熱量ＨＲとを積算することにより導出してもよい。すなわち、図３に示す第２部品温度推定処理ルーチンのように、リレー８４における発熱量ＣＶと放熱量ＨＲとを用いてリレー８４の温度を推定する動作を、燃料電池システム１５が始動された後に継続的に繰り返し行ない、ＦＤＣスルーモード開始時におけるリレー８４の温度の推定値の最新の値を、ステップＳ２００におけるリレー８４の温度の初期値としてもよい。この場合には、燃料電池システム１５の始動後に最初にリレー８４の温度を推定する際に用いる初期値としては、例えば、燃料電池システム１５を始動するときの環境温度（外気温）とすることができる。
【００５０】
本実施形態では、ステップＳ１２０において、第１部品温度として、リアクトル２２の温度の実測値を取得しており、ステップＳ１７０において、第２部品温度として、リレー８４の温度の推定値を取得しているが、異なる構成としてもよい。例えば、ステップＳ１２０で取得するリアクトル２２の温度は推定値としてもよい。あるいは、ステップＳ１７０で取得するリレー８４の温度は、実測値としてもよい。
【００５１】
Ｃ．他の実施形態：
上記実施形態では、第１部品はリアクトル２２としており、第２部品はリレー８４としているが、異なる構成としてもよい。第１部品は、燃料電池コンバータ２０に含まれる部品であって、ＦＤＣ昇圧モードにおいて過熱の問題が生じ得る部品であればよく、例えば、ＦＤＣ昇圧モードにおいて、耐熱温度に対して過剰に温度上昇する可能性が最も高い部品とすればよい。第２部品は、燃料電池コンバータ２０よりも電流の流れの下流側において燃料電池コンバータ２０に電気的に接続される部品であって、ＦＤＣスルーモードにおいて過熱の問題が生じ得る部品であればよく、例えば、ＦＤＣスルーモードにおいて、耐熱温度に対して過剰に温度上昇する可能性が最も高い部品とすればよい。第２部品は、例えば、第２直流導線ＤＣＣ２を構成する部品（例えば、ワイヤーハーネス）とすることができる。
【００５２】
本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１０…燃料電池、１５…燃料電池システム、２０…燃料電池コンバータ、２１ａ〜２１ｄ…電圧変換回路、２２…リアクトル、２３…トランジスタ、２４…ダイオード、２５…温度検出部、３０…インバータ、４０…駆動モータ、５０…二次電池、６０…二次電池コンバータ、７０…制御部、８１…第１電圧センサ、８２…第２電圧センサ、８３…コンデンサ、８４…リレー、８５…電流センサ、１００…燃料電池車両
【図１】
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【図２】
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【図３】
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