(57)【要約】【課題】コンバータの入力電圧及び燃料電池の出力端子電圧について急峻な変動が要求される場合であっても、安定なコンバータ制御を実現する。【解決手段】コントローラ１６０は、燃料電池１１０に対する要求電力の変化率が設定された閾値を超えたと判断すると、コンバータ安定化処理を実行する。コントローラ１６０は、まず、インバータ１３０の入力電圧Ｖｉｎが、設定された目標入力電圧Ｖｔｉｎとなるまでバッテリコンバータ１８０を制御する。そして、コントローラ１６０は、インバータ１３０の入力電圧Ｖｉｎが目標入力電圧Ｖｔｉｎに到達した後に、燃料電池１１０の出力端子電圧Ｖｆｃが、設定された目標出力端子電圧ＶｔｆｃとなるまでＦＣコンバータ１４０を制御する。【選択図】図１
2010113896.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に対して並列に接続された燃料電池及び蓄電装置と、
前記負荷に接続されたインバータと、
前記燃料電池と前記インバータとの間に設けられ、前記燃料電池の端子電圧を制御する第１の電圧変換装置と、
前記蓄電装置と前記インバータとの間に設けられ、前記インバータの入力電圧を制御する第２の電圧変換装置と、
前記各電圧変換装置の動作を制御する制御手段とを備えた燃料電池システムであって、
前記燃料電池の出力電力を増大させる場合には、
前記制御手段は、前記インバータの入力電圧が設定要求電圧に到達するまで前記第２の電圧変換装置の動作を制御した後、前記燃料電池の端子電圧が前記出力電力に応じた出力要求電圧となるように前記第１の電圧変換装置の動作を制御することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池に要求される出力電力の変化率が、設定された閾値を超えた場合に、
前記制御手段は、前記インバータの入力電圧が設定要求電圧に到達するまで前記第２の電圧変換装置の動作を制御した後、前記燃料電池の端子電圧が前記出力電力に応じた出力要求電圧となるように前記第１の電圧変換装置の動作を制御することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記第１の電圧変換装置の出力側、入力側の電圧の変化率の和が、設定された閾値を超えた場合に、
前記制御手段は、前記インバータの入力電圧が設定要求電圧に到達するまで前記第２の電圧変換装置の動作を制御した後、前記燃料電池の端子電圧が前記出力電力に応じた出力要求電圧となるように前記第１の電圧変換装置の動作を制御することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
負荷に対して並列に接続された燃料電池及び蓄電装置と、
前記負荷に接続されたインバータと、
前記燃料電池と前記インバータとの間に設けられ、前記燃料電池の端子電圧を制御する第１の電圧変換装置と、
前記蓄電装置と前記インバータとの間に設けられ、前記インバータの入力電圧を制御する第２の電圧変換装置と、
前記各電圧変換装置の動作を制御する制御手段とを備えた燃料電池システムであって、
前記燃料電池の出力電力を減少させる場合には、
前記制御手段は、前記燃料電池の端子電圧が前記出力電力に応じた出力要求電圧まで前記第１の電圧変換装置の動作を制御した後、前記インバータの入力電圧が設定要求電圧となるように前記第２の電圧変換装置の動作を制御することを特徴と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し、特に、動力源として燃料電池とバッテリとを備えたハイブリッド型の燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等に搭載される燃料電池システムにおいては、燃料電池の発電能力を超える急な負荷の変化等に対応するため、動力源として燃料電池とバッテリとを備えたハイブリッド型の燃料電池システムが種々提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。
【０００３】
図７は、自動車に搭載されたイブリッド型の燃料電池システム（以下、ＦＣＨＶシステム）を例示した図である。ＦＣＨＶシステム１００は、燃料電池１１０とバッテリ１２０が負荷１３０に対して並列に接続されるとともに、負荷１３０には燃料電池１１０またはバッテリ１２０から供給される直流電力を交流電力に変換するインバータ１４０が接続されている。また、燃料電池１１０とインバータ１３０との間に設けられたＤＣ／ＤＣコンバータ（以下、ＦＣコンバータ）１５０は、燃料電池１１０の端子電圧（出力電圧）Ｖｆｃを制御するとともに、インバータ１３０の入力電圧Ｖｉｎを制御する。
【０００４】
コントローラ１６０は、アクセルセンサなどのセンサ群１７０から供給される検出信号（例えばアクセル開度を示す検出信号など）をもとに、負荷１３０の要求電力を算出するとともに、算出した要求電力に基づいてインバータ１４０を制御することにより、要求電力に相当する電力がインバータ１４０を介して負荷１３０に供給される。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１２０５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記ＦＣＨＶシステム１００において、コントローラ１６０は負荷１３０の要求電力を算出すると、目標とすべきインバータ１３０の入力電圧（以下、目標入力電圧）Ｖｔｉｎを決定するとともに、目標とすべき燃料電池１１０の出力端子電圧（以下、目標出力端子電圧）Ｖｔｆｃを決定する。
【０００７】
ここで、図８は、負荷１３０の要求電力に変動があった場合のインバータ１４０の入力電圧Ｖｉｎと燃料電池１１０の出力端子電圧Ｖｆｃの関係を例示した図である。なお、図８では、インバータ１３０の入力電圧Ｖｉｎの変化を実線で示し、燃料電池１１０の出力端子電圧Ｖｆｃの変化を点線で示す。
【０００８】
例えば、運転手がアクセルペダルを踏み込むなどして負荷１３０の要求電力が急激に増加すると、インバータ１４０の目標入力電圧Ｖｔｉｎは高電圧側に移行する一方（図８の矢印α参照）、燃料電池１１０の目標出力端子電圧Ｖｔｆｃは低電圧側に移行する（図８の矢印β参照）。
【０００９】
この結果、インバータ１３０の入力電圧Ｖｉｎは、ＦＣコンバータ１４０により、設定された高電圧側の目標入力電圧Ｖｔｉｎ（図８の△参照）に向けて急峻に昇圧されるとともに、燃料電池１１０の出力端子電圧Ｖｆｃは、ＦＣコンバータ１４０により、設定された目標出力端子電圧（図８の▲参照）に向けて急峻に降圧されることとなるが、このようなインバータ１３０の入力電圧Ｖｉｎと燃料電池１１０の出力端子電圧Ｖｆｃの急峻な変動は、ＦＣコンバータ１４０に対して制御限界（制御可能な応答周波数範囲での動作）を越える動作が要求されることとなり、制御破綻をきたしてしまうという問題が懸念されていた。
【００１０】
本発明は、以上説明した事情を鑑みてなされたものであり、インバータの入力電圧及び燃料電池の出力端子電圧について急峻な変動が要求される場合であっても、安定なコンバータ制御を実現することが可能な燃料電池システム等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明に係る燃料電池システムは、負荷に対して並列に接続された燃料電池及び蓄電装置と、前記負荷に接続されたインバータと、前記燃料電池と前記インバータとの間に設けられ、前記燃料電池の端子電圧を制御する第１の電圧変換装置と、前記蓄電装置と前記インバータとの間に設けられ、前記インバータの入力電圧を制御する第２の電圧変換装置と、前記各電圧変換装置の動作を制御する制御手段とを備えた燃料電池システムであって、前記燃料電池の出力電力を増大させる場合には、前記制御手段は、前記インバータの入力電圧が設定要求電圧に到達するまで前記第２の電圧変換装置の動作を制御した後、前記燃料電池の端子電圧が前記出力電力に応じた出力要求電圧となるように前記第１の電圧変換装置の動作を制御することを特徴とする。
【００１２】
かかる構成によれば、燃料電池の出力電力を増大させる場合には、インバータの入力電圧を第２の電圧変換装置で制御した後に（図８のα参照）、燃料電池の出力端子電圧を第１の電圧変換装置で制御する（図８のβ参照）。かかる制御により、第１の電圧変換装置に対して制御限界（制御可能な応答周波数範囲での動作）を越えるような動作は要求されることなく、制御破綻をきたしてしまうという従来の問題を未然に防止することができ、安定なコンバータ制御を実現することが可能となる。
【００１３】
ここで、上記構成にあっては、前記燃料電池に要求される出力電力の変化率が、設定された閾値を超えた場合に、前記制御手段は、前記インバータの入力電圧が設定要求電圧に到達するまで前記第２の電圧変換装置の動作を制御した後、前記燃料電池の端子電圧が前記出力電力に応じた出力要求電圧となるように前記第１の電圧変換装置の動作を制御する態様が好ましい。
【００１４】
また、上記構成にあっては、前記第１の電圧変換装置の出力側、入力側の電圧の変化率の和が、設定された閾値を超えた場合に、前記制御手段は、前記インバータの入力電圧が設定要求電圧に到達するまで前記第２の電圧変換装置の動作を制御した後、前記燃料電池の端子電圧が前記出力電力に応じた出力要求電圧となるように前記第１の電圧変換装置の動作を制御する態様も好ましい。
【００１５】
また、本発明に係る燃料電池システムは、負荷に対して並列に接続された燃料電池及び蓄電装置と、前記負荷に接続されたインバータと、前記燃料電池と前記インバータとの間に設けられ、前記燃料電池の端子電圧を制御する第１の電圧変換装置と、前記蓄電装置と前記インバータとの間に設けられ、前記インバータの入力電圧を制御する第２の電圧変換装置と、前記各電圧変換装置の動作を制御する制御手段とを備えた燃料電池システムであって、前記燃料電池の出力電力を減少させる場合には、前記制御手段は、前記燃料電池の端子電圧が前記出力電力に応じた出力要求電圧まで前記第１の電圧変換装置の動作を制御した後、前記インバータの入力電圧が設定要求電圧となるように前記第２の電圧変換装置の動作を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、インバータの入力電圧及び燃料電池の出力端子電圧について急峻な変動が要求される場合であっても、安定なコンバータ制御を実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
Ａ．本実施形態
以下、各図を参照しながら本発明に係わる実施形態について説明する。
図１は本実施形態に係る車両に搭載されたＦＣＨＶシステムの構成を示す。なお、以下の説明では車両の一例として燃料電池自動車（ＦＣＨＶ；Fuel Cell Hybrid Vehicle）を想定するが、電気自動車などにも適用可能である。また、車両のみならず各種移動体（例えば、船舶や飛行機、ロボットなど）や定置型電源、さらには携帯型の燃料電池システムにも適用可能である。また、説明の理解を容易にするために、図７に対応する部分については同一符号を付している。
【００１８】
（システム構成）
図１は、本発明の実施形態に係るＦＣＨＶシステム１００のシステム全体図である。
本実施形態に係るＦＣＨＶシステム１００は、特に、バッテリ１２０とインバータ１４０の間にＤＣ／ＤＣコンバータ（以下、バッテリコンバータ）１８０が設けられている点に特徴がある。
【００１９】
燃料電池１１０は、複数の単位セルを直列に積層してなる固体高分子電解質型セルスタックである。燃料電池１１０には、燃料電池スタック１１０の出力端子電圧Ｖｆｃを検出するための電圧センサ、及び出力電流（ＦＣ電流）を検出するための電流センサ（いずれも図示略）が取り付けられている。燃料電池１１０においては、アノード極において（１）式の酸化反応が生じ、カソード極において（２）式の還元反応が生じ、燃料電池１１０全体としては（３）式の起電反応が生じる。
【００２０】
Ｈ2 → ２Ｈ+＋２ｅ- …（１）
（１／２）Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ- → Ｈ2Ｏ …（２）
Ｈ2＋（１／２）Ｏ2 → Ｈ2Ｏ …（３）
【００２１】
単位セルは、高分子電解質膜等を燃料極及び空気極の二つの電極で狭み込んだＭＥＡを燃料ガスと酸化ガスとを供給するためのセパレータで挟み込んだ構造を有している。アノード極はアノード極用触媒層を多孔質支持層上に設けてあり、カソード極はカソード極用触媒層を多孔質支持層上に設けてある。
【００２２】
燃料電池１１０には、燃料ガスをアノード極に供給する系統、酸化ガスをカソード極に供給する系統、及び冷却液を提供する系統（いずれも図示略）が設けられており、コントローラ１６０からの制御信号に応じて、燃料ガスの供給量や酸化ガスの供給量を制御することにより、所望の電力を発電することが可能となっている。
【００２３】
ＦＣコンバータ（第１の電圧変換装置）１５０は、燃料電池１１０の出力端子電圧Ｖｆｃを制御する役割を担っており、一次側（入力側：燃料電池１１０側）に入力されたＦＣ出力端子電圧Ｖｆｃを、一次側と異なる電圧値に変換（昇圧または降圧）して二次側（出力側：インバータ１４０側）に出力し、また逆に、二次側に入力された電圧を、二次側と異なる電圧に変換して一次側に出力する双方向の電圧変換装置である。このＦＣコンバータ１５０により、燃料電池１１０の出力端子電圧Ｖｆｃが目標出力に応じた電圧（すなわち、目標出力端子電圧ｖｆｃ）となるように制御する。
【００２４】
このＦＣコンバータ１５０は、例えば昇圧コンバータであり、三相運転方式を取っている。具体的な回路方式としてはＵ相１５１、Ｖ相１５２、Ｗ相１５３によって構成された三相ブリッジ形コンバータとしての回路構成を備えている。三相ブリッジ形コンバータの回路構成は、入力された直流電圧を一旦交流に変換するインバータ類似の回路部分とその交流を再び整流して、異なる直流電圧に変換する部分とが組み合わされている。
【００２５】
図２は、ＦＣコンバータ１５０の１相分の回路を抜き出した負荷駆動回路の構成図である。なお、以下の説明では、ＦＣコンバータ１５０に入力される昇圧前の電圧を入力電圧Ｖｉｎと呼び、ＦＣコンバータ１５０から出力される昇圧後の電圧を出力電圧Ｖｏｕｔと呼ぶ。
【００２６】
図２に示すように、ＦＣコンバータ１５０（１相分）は、リアクトルＬ１と、整流用のダイオードＤ１と、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などからなるスイッチング素子ＳＷ１とを備えている。リアクトルＬ１は、その一端が燃料電池１１０の出力端（図示略）に接続され、他端がスイッチング素子ＳＷ１のコレクタに接続されている。ここで、リアクトルＬ１に流れる電流は、各相のリアクトル電流を検知する電流センサＩ１〜Ｉ３（図１参照）によって検知される。スイッチング素子ＳＷ１は、インバータ１４０の電源ラインとアースラインの間に接続されている。具体的には、スイッチング素子ＳＷ１のコレクタが電源ラインに接続され、エミッタがアースラインに接続されている。かかる構成において、まず、スイッチＳＷ１をＯＮにすると、燃料電池１１０→インダクタＬ１→スイッチＳＷ１へと電流が流れ、このときインダクタＬ１が直流励磁されて磁気エネルギーが蓄積される。
【００２７】
続いてスイッチＳＷ１をＯＦＦにすると、インダクタＬ１に蓄積された磁気エネルギーによる誘導電圧が燃料電池１１０のＦＣ電圧（入力電圧Ｖｉｎ）に重畳され、入力電圧Ｖｉｎよりも高い作動電圧（出力電圧Ｖｏｕｔ）がインダクタＬ１から出力されるとともに、ダイオードＤ１を介して出力電流が出力される。コントローラ１６０は、このスイッチＳＷ１のＯＮ／ＯＦＦのデューティー比（後述）を適宜変更することで、所望の出力電圧Ｖｏｕｔを得る。なお、当該ＦＣコンバータ１５０の入力電流（すなわち、燃料電池１１０の出力電流）は、電流センサ（図示略）により検知され、ＦＣコンバータ１５０の入力電圧（すなわち、燃料電池１１０の出力電圧）は、電圧センサ（図示略）により検知される。
【００２８】
図１に戻り、バッテリ（蓄電装置）１２０は、負荷１３０に対して燃料電池１１０と並列に接続されており、余剰電力の貯蔵源、回生制動時の回生エネルギー貯蔵源、燃料電池車両の加速又は減速に伴う負荷変動時のエネルギーバッファとして機能する。バッテリ１３０としては、例えば、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素蓄電池、リチウム二次電池等の二次電池が利用される。
【００２９】
バッテリコンバータ（第２の電圧変換装置）１８０は、インバータ１４０の入力電圧Ｖｉｎを制御する役割を担っており、例えばＦＣコンバータ１５０と同様の回路構成を有している。本実施形態では、負荷１３０の要求電力が急激に変化した場合（以下では、増加した場合を想定）、まず、インバータ１３０の入力電圧Ｖｉｎが、設定された目標入力電圧Ｖｔｉｎ（図８の△参照）となるまでバッテリコンバータ１８０を制御する。そして、インバータ１３０の入力電圧Ｖｉｎが目標入力電圧Ｖｔｉｎに到達した後に、燃料電池１１０の出力端子電圧Ｖｆｃが、設定された目標出力端子電圧ＶｔｆｃとなるまでＦＣコンバータ１４０を制御する。このように、燃料電池１１０に対する要求電力が急激に増加した場合には、インバータ１３０の入力電圧Ｖｉｎをバッテリコンバータ１８０で制御した後に、燃料電池１１０の出力端子電圧ＶｆｃをＦＣコンバータ１４０で制御することで、安定なコンバータ制御を実現することが可能となる（詳細な動作は後述）。なお、バッテリコンバータ１８０の回路構成は、上記に限る趣旨ではなく、インバータ１４０の入力電圧Ｖｉｎの制御が可能なあらゆる構成を採用することができる。
【００３０】
インバータ１４０は、例えばパルス幅変調方式で駆動されるＰＷＭインバータであり、コントローラ１６０からの制御指令に従って、燃料電池１１０またはバッテリ１２０から出力される直流電力を三相交流電力に変換して、トラクションモータ１３１の回転トルクを制御する。
【００３１】
トラクションモータ１３１は、本車両の主動力となるものであり、減速時には回生電力を発生するようにもなっている。ディファレンシャル１３２は減速装置であり、トラクションモータ１３１の高速回転を所定の回転数に減速し、タイヤ１３３が設けられたシャフトを回転させる。シャフトには図示せぬ車輪速センサ等が設けられ、これにより当該車両の車速等が検知される。なお、本実施形態では、燃料電池１１０から供給される電力を受けて動作可能な全ての機器（トラクションモータ１３１、ディファレンシャル１３２を含む）を負荷１３０と総称する。
【００３２】
コントローラ１６０は、ＦＣＨＶシステム１００の制御用のコンピュータシステムであり、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備えている。コントローラ１６０は、センサ群１７０から供給される各種の信号（例えば、アクセル開度をあらわす信号や車速をあらわす信号、燃料電池１１０の出力電流や出力端子電圧をあらわす信号など）を入力して、負荷１３０の要求電力（すなわち、システム全体の要求電力）を求める。
【００３３】
負荷１３０の要求電力は、例えば車両走行電力と補機電力との合計値である。補機電力には車載補機類（加湿器、エアコンプレッサ、水素ポンプ、及び冷却水循環ポンプ等）で消費される電力、車両走行に必要な装置（変速機、車輪制御装置、操舵装置、及び懸架装置等）で消費される電力、乗員空間内に配設される装置（空調装置、照明器具、及びオーディオ等）で消費される電力などが含まれる。
【００３４】
そして、コントローラ（制御装置）１６０は、燃料電池１１０とバッテリ１２０とのそれぞれの出力電力の配分を決定し、発電指令値を演算する。コントローラ１６０は、燃料電池１１０及びバッテリ１２０に対する要求電力を求めると、これらの要求電力が得られるようにＦＣコンバータ１５０及びバッテリコンバータ１８０の動作を制御する。そして、コントローラ１６０は、アクセル開度に応じた目標トルクが得られるように、インバータ１４０に対し、例えばスイッチング指令としてＵ相、Ｖ相、及びＷ相の各交流電圧指令値を出力し、トラクションモータ１３１の出力トルク、及び回転数を制御する。
【００３５】
さらに、コントローラ１６０は、燃料電池１１０に対する要求電力が所定条件を満たす場合（ここでは、要求電力が急激に増加した場合）には、安定なコンバータ制御を実現するべく、まず、インバータ１３０の入力電圧Ｖｉｎが、設定された目標入力電圧（設定要求電圧）Ｖｔｉｎ（図８の△参照）となるまでバッテリコンバータ１８０を制御する。そして、インバータ１３０の入力電圧Ｖｉｎが目標入力電圧Ｖｔｉｎに到達した後に、燃料電池１１０の出力端子電圧Ｖｆｃが、設定された目標出力端子電圧（出力要求で夏）ＶｔｆｃとなるまでＦＣコンバータ１４０を制御する処理（以下、コンバータ安定化処理）を実施する。
【００３６】
ここで、上述した所定条件は任意に設定・変更可能であり、例えば燃料電池１１０に対する要求電力の変化率が設定された閾値を超えた場合（第1条件）や、ＦＣコンバータ１５０の入力側、出力側の電圧の変化率の和が、設定された閾値を超えた場合（第2条件）に、コンバータ安定化処理を実行するようにしても良い。なお、設定される各閾値は、予め実験などによって求め、メモリ（図示略）などに格納しておけば良い。また、閾値については、固定値としても良いが運転条件やユーザの操作などに応じて適宜設定・変更可能としても良い。以下、所定条件として第1条件を採用した場合を例に説明する。
【００３７】
（動作）
図３は、ＦＣＨＶシステム１００における処理動作を示すフローチャートである。
コントローラ１６０は、センサ群１７０から供給される各種の信号（例えば、アクセル開度をあらわす信号や車速をあらわす信号、燃料電池１１０の出力電流や出力端子電圧をあらわす信号など）を入力して、負荷１３０の要求電力を算出する（ステップＳ１）。コントローラ１６０は、燃料電池１１０とバッテリ１２０とのそれぞれの出力電力の配分を決定し、発電指令値を演算し、燃料電池１１０に対する要求電力を求める（ステップＳ２）。そして、コントローラ１６０は、燃料電池１１０に対する要求電力が所定条件を満たすか否かを判断する（ステップＳ３）。上述したように、本実施形態では、所定条件として第１条件（すなわち、燃料電池１１０に対する要求電力の変化率が設定された閾値を超えたか否か）が設定されているため、コントローラ１６０は、燃料電池１１０に対する要求電力の変化率が設定された閾値を超えたか否かを判断する。
【００３８】
コントローラ１６０は、燃料電池１１０に対する要求電力の変化率が設定された閾値を超えていないと判断した場合には（ステップＳ１０３；ＮＯ）、ステップＳ１０４に進み、通常運転処理を実行する。一方、運転手がアクセルペダルを踏み込むなどして燃料電池１１０に対する要求電力が急激に増加すると、コントローラ１６０は、燃料電池１１０に対する要求電力の変化率が設定された閾値を超えたと判断し（ステップＳ１０３；ＹＥＳ）、コンバータ安定化処理を実行する（ステップＳ１０５）。
【００３９】
＜通常運転処理＞
ステップＳ１０４に移行すると、コントローラ１６０は、燃料電池１１０の発電量が目標電力（すなわち、燃料電池１１０の発電指令値）に一致するように、酸化ガス及び燃料ガスの供給を制御する。
更に、コントローラ１６０は、ＦＣコンバータ１５０を制御して、燃料電池１１０の出力端子電圧Ｖｆｃを調整することにより、燃料電池１１０の運転ポイント（出力電流、出力電圧）を制御する。なお、通常運転処理時の燃料電池１１０の出力電圧は、例えば１．０Ｖ/セル〜０．６Ｖ/セルの範囲の挙動を示す。コントローラ１６０は、アクセル開度に応じた目標トルクが得られるように、例えば、スイッチング指令として、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の各交流電圧指令値をインバータ１４０に出力し、トラクションモータ１３１の出力トルク、及び回転数を制御する。
【００４０】
＜コンバータ安定化処理＞
ステップＳ１０５に移行すると、コントローラ１６０は、図４に示すコンバータ安定化処理フローを実行する。詳述すると、コントローラ１６０は、まず、インバータ１３０の入力電圧Ｖｉｎが、設定された目標入力電圧Ｖｔｉｎ（図８の△参照）となるまでバッテリコンバータ１８０を制御する（ステップＳ２０１）。そして、コントローラ１６０は、インバータ１３０の入力電圧Ｖｉｎが目標入力電圧Ｖｔｉｎに到達した後に、燃料電池１１０の出力端子電圧Ｖｆｃが、設定された目標出力端子電圧ＶｔｆｃとなるまでＦＣコンバータ１４０を制御し（ステップＳ２０２）、処理を終了する。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態によれば、燃料電池１１０に対する要求電力が所定条件を満たすか否か（例えば燃料電池１１０の要求電力の変化率が設定された閾値を超えたか否か）を判断し、満たしていると判断した場合にはインバータ１３０の入力電圧Ｖｉｎをバッテリコンバータ１８０で制御した後に、燃料電池１１０の出力端子電圧ＶｆｃをＦＣコンバータ１４０で制御する。かかる制御により、ＦＣコンバータ１４０に対して制御限界（制御可能な応答周波数範囲での動作）を越えるような動作は要求されることなく、制御破綻をきたしてしまうという従来の問題を未然に防止することができ、安定なコンバータ制御を実現することが可能となる。
【００４２】
Ｂ．変形例
（１）上述した本実施形態では、燃料電池１１０の要求電力の変化率が設定された閾値を超える例として、燃料電池１１０に対する要求電力が急激に増大する場合（すなわち、要求電力変化率が正の場合）を例に説明したが、燃料電池１１０に対する要求電力が急激に減少する場合（すなわち、要求電力変化率が負の場合）にも同様に適用可能である。
【００４３】
図５は、変形例に係るコンバータ安定化処理を示すフローチャートである。
運転手がブレーキペダルを踏み込むなどして燃料電池１１０に対する要求電力が急激に減少すると、コントローラ１６０は、図５に示すコンバータ安定化処理を実行する。詳述すると、コントローラ１６０は、まず、燃料電池１１０の出力端子電圧Ｖｆｃを、設定された目標出力端子電圧（出力要求電圧）ＶｔｆｃとなるまでＦＣコンバータ１４０を制御する（ステップＳ３０１）。そして、コントローラ１６０は、燃料電池１１０の出力端子電圧Ｖｆｃが目標入力電圧Ｖｔｉｎに到達した後に、インバータ１３０の入力電圧Ｖｉｎが、設定された目標入力電圧（設定要求電圧）Ｖｔｉｎとなるまでバッテリコンバータ１８０を制御し（ステップＳ３０２）、処理を終了する。
【００４４】
かかる制御により、ＦＣコンバータ１４０に対して制御限界（制御可能な応答周波数範囲での動作）を越えるような動作は要求されることなく、制御破綻をきたしてしまうという従来の問題を未然に防止することができ、安定なコンバータ制御を実現することが可能となる。
【００４５】
また、上述した本実施形態では、燃料電池１１０の出力電流−出力電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）について、特に言及しなかったが、燃料電池１１０のＩ−Ｖ特性は運転状況などに応じて異なる。
図６は、酸化ガス及び燃料ガスの供給量（ガス流量）と燃料電池１１０のＩ−Ｖ特性の関係を例示した図であり、図６ではガス流量が小さい方から順に、Ｉ−Ｖ特性Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４を示している。
【００４６】
コントローラ１６０は、図６に示すような特性マップをメモリ（図示略）に格納しており、コンバータ安定化処理を実行する場合には、まず、流量計など利用して当該時点でのガス流量を把握する。そして、コントローラ１６０は、把握したガス流量に対応するＩ−Ｖ特性（例えば、Ｉ−Ｖ特性Ｆ２など）をメモリから読み出し、読み出したＩ−Ｖ特性を利用して目標とすべき運転動作点（出力電流，出力電圧）を求める。この後の動作については本実施形態と同様に説明することができるため、説明を割愛する。このように、燃料電池１１０のＩ−Ｖ特性を複数種類用意し、運転状況に応じたＩ−Ｖ特性を利用して運転動作点を決定するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本実施形態に係るＦＣＨＶシステムのシステム構成図である。
【図２】本実施形態に係るＦＣコンバータの１相分の単相回路の構成を例示した図である。
【図３】本実施形態に係るＦＣＨＶシステムの動作を示すフローチャートである。
【図４】本実施形態に係るコンバータ安定化処理を示すフローチャートである。
【図５】変形例に係るコンバータ安定化処理を示すフローチャートである。
【図６】変形例に係るガス流量と燃料電池のＩ−Ｖ特性の関係を例示した図である。
【図７】従来のＦＣＨＶシステムのシステム構成図である。
【図８】負荷の要求電力に変動があった場合のインバータの入力電圧と燃料電池の出力端子電圧の関係を例示した図である。
【符号の説明】
【００４８】
１００・・・ＦＣＨＶシステム、１１０・・・燃料電池、１２０・・・バッテリ、１３０・・・負荷、１４０・・・インバータ、１５０・・・ＦＣコンバータ、１６０・・・コントローラ、１７０・・・センサ群、１８０・・・バッテリコンバータ。
【図１】
2010113896.tif 000003
【図２】
2010113896.tif 000004
【図３】
2010113896.tif 000005
【図４】
2010113896.tif 000006
【図５】
2010113896.tif 000007
【図６】
2010113896.tif 000008
【図７】
2010113896.tif 000009
【図８】
2010113896.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成22年1月13日(2010.1.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に対して並列に接続された燃料電池及び蓄電装置と、
前記負荷に接続されたインバータと、
前記燃料電池と前記インバータとの間に設けられ、前記燃料電池の端子電圧を制御する
第１の電圧変換装置と、
前記蓄電装置と前記インバータとの間に設けられ、前記インバータの入力電圧を制御す
る第２の電圧変換装置と、
前記各電圧変換装置の動作を制御する制御手段とを備えた燃料電池システムであって、
前記燃料電池の出力電力を増大させる場合には、
前記制御手段は、前記第2の電圧変換装置によって前記インバータの入力電圧を設定要求電圧に到達するまで昇圧させた後、前記第1の電圧変換装置によって前記燃料電池の端子電圧を前記燃料電池の出力要求電圧まで降圧させる一連の動作を行い、
前記第1の電圧変換装置による前記燃料電池の端子電圧の降圧動作は、制御可能な応答周波範囲での動作であることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池に要求される出力電力の変化率が閾値を超えた場合に、前記制御手段は、前記一連の動作を行い、
前記閾値は、前記第1の電圧変換装置による前記燃料電池の端子電圧の降圧動作が、制御可能な応答周波範囲で動作可能に設定されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記第１の電圧変換装置の出力側、入力側の電圧の変化率の和が閾値を超えた場合に、
前記制御手段は、前記一連の動作を行い、
前記閾値は、前記第1の電圧変換装置による前記燃料電池の端子電圧の降圧動作が、制御可能な応答周波範囲で動作可能に設定されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
負荷に対して並列に接続された燃料電池及び蓄電装置と、
前記負荷に接続されたインバータと、
前記燃料電池と前記インバータとの間に設けられ、前記燃料電池の端子電圧を制御する
第１の電圧変換装置と、
前記蓄電装置と前記インバータとの間に設けられ、前記インバータの入力電圧を制御す
る第２の電圧変換装置と、
前記各電圧変換装置の動作を制御する制御手段とを備えた燃料電池システムであって、
前記燃料電池の出力電力を減少させる場合には、
前記制御手段は、前記第1の電圧変換装置によって前記燃料電池の端子電圧を前記燃料電池の出力要求電圧まで昇圧させた後、前記第2の電圧変換装置によって前記インバータの入力電圧を設定電圧まで降圧させる一連の動作を行い、
前記第1の電圧変換装置による前記燃料電池の端子電圧の昇圧動作は、制御可能な応答周波範囲での動作であることを特徴とする燃料電池システム。