(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素を含む第１ガスと水素を含む第２ガスが供給され、触媒によって反応が促進されて発電する燃料電池と、
前記燃料電池に、前記第１ガス及び前記第２ガスの少なくとも一方を供給するガス供給ポンプと、
前記燃料電池の出力電圧を調整する電圧調整手段と、
前記燃料電池の出力電力により駆動される負荷としての駆動モータと、
前記駆動モータからの回生発電による電力を蓄電する蓄電装置と、
を備えた燃料電池車両において、
前記燃料電池、前記ガス供給ポンプ、前記電圧調整手段、前記駆動モータ、及び前記蓄電装置を制御する制御手段を有し、
前記制御手段は、
前記駆動モータの回生発電時に前記燃料電池の電圧を、前記電圧調整手段により酸化還元進行電圧範囲外の所定電圧に固定した状態で前記ガス供給ポンプの回転数を低下させることにより前記酸素又は水素の濃度を低下させて前記燃料電池の出力電力を減少させる
ことを特徴とする燃料電池車両。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池車両において、
前記燃料電池の前記酸化還元進行電圧範囲外の前記所定電圧は、前記酸化還元進行電圧範囲の上限電圧を上回る電圧とする
ことを特徴とする燃料電池車両。
【請求項３】
請求項２記載の燃料電池車両において、
前記燃料電池の前記酸化還元進行電圧範囲外の前記所定電圧は、前記酸化還元進行電圧範囲の前記上限電圧を上回る前記電圧中、前記燃料電池の劣化量が少ない電圧とする
ことを特徴とする燃料電池車両。
【請求項４】
請求項１記載の燃料電池車両において、
さらに、前記燃料電池の温度を検出する温度センサを有し、
前記制御手段は、
前記温度センサにより検出される前記燃料電池の温度が閾値温度以下の温度であると判断したとき、前記燃料電池の前記酸化還元進行電圧範囲外の前記所定電圧を、前記酸化還元進行電圧範囲の下限電圧を下回る電圧にする
ことを特徴とする燃料電池車両。
【請求項５】
請求項４記載の燃料電池車両において、
さらに、前記燃料電池を冷媒により冷却する冷却手段を有し、
前記制御手段は、
前記温度センサにより検出される前記燃料電池の温度が閾値温度以下の温度であると判断したとき、
前記冷却手段を通じて前記冷媒の流量を低下させる
ことを特徴とする燃料電池車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、酸化剤ガス及び燃料ガスの両反応ガスの電気化学反応により発電する燃料電池の劣化を防止し、且つ回生時におけるシステム効率を向上させる燃料電池車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜をカソード電極とアノード電極とで挟持した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を備える。カソード電極及びアノード電極は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金等の触媒（以下、Ｐｔ触媒ともいう。）粒子が表面に担持されたカーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成された電極触媒層とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜の両面に形成される。
【０００３】
燃料電池の劣化を抑制するための技術が、特許文献１に提案されている。この特許文献１に提案された技術では、前記Ｐｔ触媒がシンタリング現象（Ｐｔ触媒の凝集）を発生する酸化還元電位を回避して燃料電池を発電させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−５０３８号公報（［００４１］、図１１等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、燃料電池車両においては、車両の減速時等に回生電力が発生するが、この回生電力は、システム効率を向上させるためにバッテリに充電することが好ましい。
【０００６】
特許文献１には、アクセル開度が上がっても、バッテリのＳＯＣ値が第１充電閾値（ＳＯＣ値下限目標値）を下回るまで燃料電池セルの出力電圧を０．７Ｖ程度に制限してバッテリから電力を供給するようにし、ＳＯＣ値が第１充電閾値を下回ったことを検知すると、燃料電池の発電電力を上げることで前記出力電圧を０．７Ｖ程度から下げてバッテリに充電し、アクセル開度が下がっても、その後、ＳＯＣ値が第２充電閾値（ＳＯＣ値上限目標値）を上回るまで燃料電池の発電電力を上げた状態を継続しバッテリに充電することが開示されている。
【０００７】
このように、燃料電池の出力電圧を酸化還元電位以下の電位に制限することで、燃料電池の劣化を抑制することができるが、アクセル開度が下がっても、換言すれば、回生電力の回収が可能なときに、燃料電池の発電電力を上げた状態を継続しているので、システム効率が悪化するという問題が発生する。
【０００８】
この発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、燃料電池の劣化を抑制しながら、回生電力の回収効率を上げ、結果としてシステム効率を上げることを可能とする燃料電池車両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】
【０００９】
この発明に係る燃料電池車両は、酸素を含む第１ガスと水素を含む第２ガスが供給され、触媒によって反応が促進されて発電する燃料電池と、前記燃料電池に、前記第１ガス及び前記第２ガスの少なくとも一方を供給するガス供給手段と、前記燃料電池の出力電圧を調整する電圧調整手段と、前記燃料電池の出力電力により駆動される負荷としての駆動モータと、前記駆動モータからの回生発電による電力を蓄電する蓄電装置と、を備えた燃料電池車両において、前記燃料電池、前記ガス供給手段、前記電圧調整手段、前記駆動モータ、及び前記蓄電装置を制御する制御手段を有し、前記制御手段は、前記駆動モータの回生発電時に前記燃料電池の酸化還元進行電圧範囲外の所定電圧で前記電圧調整手段により前記燃料電池の電圧を固定した状態で前記ガス供給手段により前記酸素又は水素濃度を低下させて前記燃料電池の出力電力を減少させることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、燃料電池の電圧を酸化還元進行電圧範囲外の所定電圧に固定した状態を維持することで燃料電池の劣化を抑制しながら、回生電力を回収する際には、ガス供給手段により酸素濃度又は水素濃度を低下させて燃料電池の出力電力を減少させることで燃料電池から蓄電装置に充電用として供給される発電電力（瞬間発電電力）を下げることで回生電力を良好に回収できる。よって、燃料電池の劣化を抑制しながら、回生電力の回収効率を上げ、結果として、システム効率を上げることができる。
【００１１】
この場合、前記燃料電池の前記酸化還元進行電圧範囲外の前記所定電圧は、前記酸化還元進行電圧範囲の上限電圧を上回る電圧とすることで、回生時における駆動モータの出力電圧が高電圧となり、劣化抑制が維持されつつ回生効率がより向上する。
【００１２】
なお、前記燃料電池の前記酸化還元進行電圧範囲外の前記所定電圧は、前記酸化還元進行電圧範囲の前記上限電圧を上回る前記電圧中、前記燃料電池の劣化量が少ない電圧とすることで、劣化の抑制を最大（劣化の進行を最小）にすることができる。
【００１３】
また、前記制御手段は、前記燃料電池の温度が閾値温度以下の温度であると判断したとき、前記燃料電池の前記酸化還元進行電圧範囲外の前記所定電圧を、前記酸化還元進行電圧範囲の下限電圧を下回る電圧にすることで、燃料電池での熱損失が増加し、その分燃料電池を暖機することができる。
【００１４】
暖機の効果をより高めるために、前記制御手段は、前記燃料電池の温度が前記閾値温度以下の温度であると判断したとき、冷却手段を通じて冷媒の流量を低下させることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、駆動モータの回生発電時に、酸化還元進行電圧範囲外の所定電圧に燃料電池の電圧を固定した状態で、酸素濃度又は水素濃度を低下させて燃料電池の出力電力を減少するようにしたので、燃料電池の劣化を抑制しながら回生電力の回収効率を上がり、結果としてシステム効率（例えば、燃料電池車両の燃費の向上等を含む。）を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の一実施形態に係る燃料電池システムを搭載した燃料電池車両の概略全体構成図である。
【図２】前記燃料電池車両の電力系のブロック図である。
【図３】前記実施形態における燃料電池ユニットの概略構成図である。
【図４】前記実施形態におけるＤＣ／ＤＣコンバータの詳細を示す回路図である。
【図５】電子制御装置（ＥＣＵ）における基本的な制御（メインルーチン）のフローチャートである。
【図６】システム負荷を計算するフローチャートである。
【図７】現在のモータ回転数とモータ予想消費電力との関係を示す図である。
【図８】燃料電池を構成する燃料電池セルの電圧とセルの劣化量との関係の一例を示す図である。
【図９】燃料電池セルの電圧の変動速度が異なる場合の酸化の進行と還元の進行の様子の例を示すサイクリックボルタンメトリ図である。
【図１０】燃料電池の通常の電流電圧特性の説明図である。
【図１１】カソードストイキ比とセル電流との関係を示す図である。
【図１２】燃料電池のエネルギマネジメント及び発電制御に係る基本制御モードの説明に供されるフローチャートである。
【図１３】燃料電池における複数の電力供給モード（基本制御モード等）の説明図である。
【図１４】バッテリのＳＯＣ値と充放電係数の関係を示す図である。
【図１５】目標ＦＣ電流と目標酸素濃度との関係を示す図である。
【図１６】目標ＦＣ電流と目標エアポンプ回転数及び目標ウォータポンプ回転数との関係を示す図である。
【図１７】目標ＦＣ電流と目標背圧弁開度との関係を示す図である。
【図１８】モータのトルク制御のフローチャートである。
【図１９】燃料電池の発電電力と発電効率との関係を示す図である。
【図２０】図１２の基本制御モードを前提とするエネルギマネジメント及び発電制御の説明に供されるフローチャート（その１）である。
【図２１】図１２の基本制御モードを前提とするエネルギマネジメント及び発電制御の説明に供されるフローチャート（その２）である。
【図２２】モータ電圧に対するモータ効率の対応説明図である。
【図２３】充電電流に対する充電効率の対応説明図である。
【図２４】第１実施例と基本制御等に係る技術とを比較して説明するタイムチャートである。
【図２５】バッテリ温度に対するバッテリ充電可能電力を示す対応説明図である。
【図２６】低温下回生時等における電力供給モードの説明図である。
【図２７】燃料電池スタック温度に対する冷媒流量の対応説明図である。
【図２８】第２実施例と比較例に係る技術とを比較して説明するタイムチャートである。
【図２９】第３実施例における燃料電池ユニットの概略構成図である。
【図３０】循環弁の弁開度とカソード流路における酸素濃度の関係を示す図である。
【図３１】燃料電池システムの第１変形例の概略構成を示すブロック図である。
【図３２】燃料電池システムの第２変形例の概略構成を示すブロック図である。
【図３３】燃料電池システムの第３変形例の概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、この発明の一実施形態に係る燃料電池システム１２（以下「ＦＣシステム１２」という。）を搭載した燃料電池車両１０（以下「ＦＣ車両１０」という。）の概略全体構成図である。図２は、ＦＣ車両１０の電力系のブロック図である。図１及び図２に示すように、ＦＣ車両１０は、ＦＣシステム１２に加え、走行用のモータ１４（駆動モータ）と、インバータ（双方向の直流／交流変換器）１６とを有する。
【００１８】
ＦＣシステム１２は、燃料電池ユニット１８（以下「ＦＣユニット１８」という。）と、高電圧バッテリ２０（以下「バッテリ２０」ともいう。）（蓄電装置）と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２（電圧調整手段）と、電子制御装置２４（以下「ＥＣＵ２４」という。）と、を有する。
【００１９】
モータ１４は、ＦＣユニット１８及びバッテリ２０から供給される電力に基づいて駆動力を生成し、当該駆動力によりトランスミッション２６を通じて車輪２８を回転させる。また、モータ１４は、回生を行うことで生成した電力（回生電力Ｐｒｅｇ）［Ｗ］をバッテリ２０等に出力する（図２参照）。
【００２０】
インバータ１６｛ＰＤＵ（Ｐｏｗｅｒ  Ｄｒｉｖｅ  Ｕｎｉｔ）ともいう。｝は、３相フルブリッジ型の構成とされて、直流／交流変換を行い、直流を３相の交流に変換してモータ１４に供給する一方、モータ１４の回生動作に伴う交流／直流変換後の直流をＤＣ／ＤＣコンバータ２２を通じてバッテリ２０等に供給する。
【００２１】
なお、モータ１４とインバータ１６を併せて負荷３０（後記する補機負荷３１と区別する場合には、主負荷３０ともいう。）という。主負荷３０と補機負荷３１とを合わせて、負荷３３（総合負荷３３ともいう。）という。
【００２２】
図３は、ＦＣユニット１８の概略構成図である。ＦＣユニット１８は、燃料電池スタック４０（以下「ＦＣスタック４０」又は「ＦＣ４０」という。）と、ＦＣスタック４０のアノードに対して水素（燃料ガス）を給排するアノード系５４と、ＦＣスタック４０のカソードに対して酸素を含む空気（酸化剤ガス）を給排するカソード系５６と、ＦＣスタック４０を冷却する冷却水（冷媒）を循環させる冷却系５８と、セル電圧モニタ４２とを備える。
【００２３】
ＦＣスタック４０は、例えば、固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで両側から挟み込んで形成された燃料電池セル（以下「ＦＣセル」という。）を積層した構造を有する。
【００２４】
アノード系５４は、水素タンク４４、レギュレータ４６、エゼクタ４８及びパージ弁５０を有する。水素タンク４４は、燃料ガスとしての水素を収容するものであり、配管４４ａ、レギュレータ４６、配管４６ａ、エゼクタ４８、配管４８ａを介して、アノード流路５２の入口に接続されている。これにより、水素タンク４４の水素を、配管４４ａ等を介してアノード流路５２に供給可能である。なお、配管４４ａには、遮断弁（図示せず）が設けられており、ＦＣスタック４０の発電の際、当該遮断弁は、ＥＣＵ２４により開弁される。
【００２５】
レギュレータ４６は、導入される水素の圧力を所定値に調整して排出する。すなわち、レギュレータ４６は、配管４６ｂを介して入力されるカソード側の空気の圧力（パイロット圧）に応じて、下流側の圧力（アノード側の水素の圧力）を制御する。従って、アノード側の水素の圧力は、カソード側の空気の圧力に連動し、後記するように、酸素濃度を変化させるべくエアポンプ６０の回転数等を変化させると、アノード側の水素の圧力も変化する。
【００２６】
エゼクタ４８は、水素タンク４４からの水素をノズルで噴射することで負圧を発生させ、この負圧によって配管４８ｂのアノードオフガスを吸引することができる。
【００２７】
アノード流路５２の出口は、配管４８ｂを介して、エゼクタ４８の吸気口に接続されている。そして、アノード流路５２から排出されたアノードオフガスは、配管４８ｂを通って、エゼクタ４８に再度導入されることでアノードオフガス（水素）が循環する。
【００２８】
なお、アノードオフガスは、アノードにおける電極反応で消費されなかった水素、及び、水蒸気を含んでいる。また、配管４８ｂには、アノードオフガスに含まれる水分｛凝縮水（液体）、水蒸気（気体）｝を分離・回収する気液分離器（図示せず）が設けられている。
【００２９】
配管４８ｂの一部は、配管５０ａ、パージ弁５０、配管５０ｂを介して、配管６４ｃに設けられた希釈器（図示せず）に接続されている。パージ弁５０は、ＦＣスタック４０の発電が安定していないと判定された場合、ＥＣＵ２４からの指令に基づき所定時間、開弁される。前記希釈器は、パージ弁５０からのアノードオフガス中の水素を、カソードオフガスで希釈して大気に排出する。
【００３０】
カソード系５６は、エアポンプ６０、加湿器６２、及び背圧弁６４を有する。
【００３１】
エアポンプ６０は、外気（空気）を圧縮してカソード側に送り込むものであり、その吸気口は、配管６０ａを介して車外（外部、外気）と連通している。エアポンプ６０の吐出口は、配管６０ｂ、加湿器６２及び配管６２ａを介して、カソード流路７４の入口に接続されている。エアポンプ６０がＥＣＵ２４の指令に従って作動すると、エアポンプ６０は、配管６０ａを介して車外の空気を吸気して圧縮し、この圧縮された空気が配管６０ｂ等を通ってカソード流路７４に圧送される。
【００３２】
加湿器６２は、水分透過性を有する複数の中空糸膜６２ｅを備えている。そして、加湿器６２は、中空糸膜６２ｅを介して、カソード流路７４に向かう空気とカソード流路７４から排出された多湿のカソードオフガスとを水分交換させ、カソード流路７４に向かう空気を加湿する。
【００３３】
カソード流路７４の出口側には、配管６２ｂ、加湿器６２、配管６４ａ、背圧弁６４、配管６４ｂ及び配管６４ｃが配置されている。カソード流路７４から排出されたカソードオフガス（酸化剤オフガス）は、配管６２ｂ等を通って、配管６４ｃから車外（大気）に排出される。
【００３４】
背圧弁６４は、例えば、バタフライ弁で構成され、その開度がＥＣＵ２４により制御されることで、カソード流路７４における空気の圧力を制御する。より具体的には、背圧弁６４の開度が小さくなると、カソード流路７４における空気の圧力が上昇し、体積流量当たりにおける酸素濃度（体積濃度）が高くなる。逆に、背圧弁６４の開度が大きくなると、カソード流路７４における空気の圧力が下降し、体積流量当たりにおける酸素濃度（体積濃度）が低くなる。
【００３５】
温度センサ７２は、配管６４ａに取り付けられ、カソードオフガスの温度を検出してＥＣＵ２４に出力する。
【００３６】
冷却系５８は、ウォータポンプ８０及びラジエータ８２（放熱器）を有する。ウォータポンプ８０は、冷却水（冷媒）を循環させるものであり、その吐出口は、配管８０ａ、冷媒流路８４、配管８２ａ、ラジエータ８２、配管８２ｂを順に介して、ウォータポンプ８０の吸込口に接続されている。ＥＣＵ２４の指令に従ってウォータポンプ８０が作動すると、冷却水が冷媒流路８４とラジエータ８２との間で循環し、ＦＣスタック４０を冷却する。
【００３７】
セル電圧モニタ４２は、ＦＣスタック４０を構成する複数の単セル毎のセル電圧Ｖｃｅｌｌを検出する測定機器であり、モニタ本体と、モニタ本体と各単セルとを接続するワイヤハーネスとを備える。モニタ本体は、所定周期で全ての単セルをスキャニングし、各単セルのセル電圧Ｖｃｅｌｌを検出し、平均セル電圧及び最低電圧を算出する。そして、平均セル電圧及び最低セル電圧をＥＣＵ２４に出力する。
【００３８】
図２に示すように、ＦＣスタック４０からの電力（以下「ＦＣ電力Ｐｆｃ」という。）は、インバータ１６及びモータ１４（力行時）に供給されるとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２を通じて高電圧バッテリ２０（充電時）に供給され、さらに、エアポンプ６０、ウォータポンプ８０、エアコンディショナ９０、ダウンバータ９２（降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ）、低電圧バッテリ９４、アクセサリ９６及びＥＣＵ２４に供給される。なお、ＦＣスタック４０とインバータ１６及びＤＣ／ＤＣコンバータ２２との間には、逆流防止ダイオード９８が配置されている。また、ＦＣスタック４０の発電電圧（以下「ＦＣ電圧Ｖｆｃ」という。）は、電圧センサ１００（図４）により検出され、ＦＣスタック４０の発電電流Ｉｆｃ（以下「ＦＣ電流Ｉｆｃ」という。）は、電流センサ１０２により検出され、いずれもＥＣＵ２４に出力される。
【００３９】
バッテリ２０は、複数のバッテリセルを含む蓄電装置（エネルギストレージ）であり、例えば、リチウムイオン２次電池等を利用することができる。キャパシタを利用してもよい。本実施形態ではリチウムイオン２次電池を利用している。バッテリ２０の出力電圧（以下「バッテリ電圧Ｖｂａｔ又は１次電圧Ｖ１」という。）［Ｖ］は、電圧センサ１２０により検出され、バッテリ２０の出力電流（以下「バッテリ電流Ｉｂａｔ又は１次電流Ｉ１」という。）［Ａ］は、電流センサ１２４により検出され、それぞれＥＣＵ２４に出力される。さらに、バッテリ２０の残容量（以下「ＳＯＣ」という。）［％］は、ＳＯＣセンサ１０４（図２）により検出され、ＥＣＵ２４に出力される。
【００４０】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、ＦＣユニット１８からのＦＣ電力Ｐｆｃと、バッテリ２０から供給された電力（以下「バッテリ電力Ｐｂａｔ」という。）［Ｗ］と、モータ１４からの回生電力Ｐｒｅｇの供給先をＥＣＵ２４の制御下に制御する。
【００４１】
図４には、この実施形態におけるＤＣ／ＤＣコンバータ２２の一例が示されている。図４に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、一方がバッテリ２０のある１次側１Ｓに接続され、他方が負荷３３とＦＣスタック４０との接続点である２次側２Ｓに接続されている。
【００４２】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、１次側１Ｓの電圧（１次電圧Ｖ１＝Ｖｂａｔ）［Ｖ］を２次側２Ｓの電圧（２次電圧Ｖ２）［Ｖ］（Ｖ１≦Ｖ２）に昇圧するとともに、２次電圧Ｖ２を１次電圧Ｖ１（Ｖ１＝Ｖｂａｔ）に降圧する昇降圧型且つチョッパ型の電圧変換装置である。
【００４３】
図４に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、１次側１Ｓと２次側２Ｓとの間に配される相アームＵＡと、リアクトル１１０とから構成される。
【００４４】
相アームＵＡは、ハイサイドアームとしての上アーム素子（上アームスイッチング素子１１２とダイオード１１４）とローサイドアームとしての下アーム素子（下アームスイッチング素子１１６とダイオード１１８）とで構成される。上アームスイッチング素子１１２と下アームスイッチング素子１１６には、それぞれ例えば、ＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴ等が採用される。
【００４５】
リアクトル１１０は、相アームＵＡの中点（共通接続点）とバッテリ２０の正極との間に挿入され、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２により１次電圧Ｖ１と２次電圧Ｖ２との間で電圧を変換する際に、エネルギを放出及び蓄積する作用を有する。
【００４６】
上アームスイッチング素子１１２は、ＥＣＵ２４から出力されるゲート駆動信号（駆動電圧）ＵＨのハイレベルによりオンにされ、下アームスイッチング素子１１６は、ゲート駆動信号（駆動電圧）ＵＬのハイレベルによりオンにされる。
【００４７】
なお、ＥＣＵ２４は、１次側１Ｓの平滑コンデンサ１２２に並列に設けられた電圧センサ１２０により１次電圧Ｖ１を検出し、電流センサ１２４により１次側１Ｓの電流（１次電流Ｉ１）［Ａ］を検出する。また、ＥＣＵ２４は、２次側２Ｓの平滑コンデンサ１２８に並列に設けられた電圧センサ１２６により２次電圧Ｖ２を検出し、電流センサ１３０により２次側２Ｓの電流（２次電流Ｉ２）［Ａ］を検出する。
【００４８】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の昇圧時には、第１のタイミングで、ゲート駆動信号ＵＬがハイレベル及びゲート駆動信号ＵＨがローレベルにされ、リアクトル１１０にバッテリ２０からエネルギが蓄積される（バッテリ２０の正側からリアクトル１１０、下アームスイッチング素子１１６、及びバッテリ２０の負側に至る電流路）。第２のタイミングで、ゲート駆動信号ＵＬがローレベル及びゲート駆動信号ＵＨがローレベルにされ、リアクトル１１０に蓄積されたエネルギがダイオード１１４を通じて２次側２Ｓに供給される（バッテリ２０の正側からリアクトル１１０、ダイオード１１４、２次側２Ｓの正側、負荷３３等、２次側２Ｓの負側、バッテリ２０の負側の電流路）。以降、昇圧時の第１のタイミングと第２のタイミングが繰り返される。
【００４９】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の降圧時には、第１のタイミングで、ゲート駆動信号ＵＨがハイレベル及びゲート駆動信号ＵＬがローレベルにされ、リアクトル１１０に２次側２Ｓ（ＦＣスタック４０又はモータ１４が回生中の負荷３３）からエネルギが蓄積されるとともにバッテリ２０に充電される。第２のタイミングで、ゲート駆動信号ＵＨがローレベル及びゲート駆動信号ＵＬがローレベルにされ、リアクトル１１０に蓄積されたエネルギがダイオード１１８、リアクトル１１０を通じてバッテリ２０に供給され、バッテリ２０が充電される。なお、回生電力Ｐｒｅｇは、図２から分かるように、エアポンプ６０等の補機負荷３１にも供給可能である。以降、降圧時の第１のタイミングと第２のタイミングが繰り返される。
【００５０】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、上述したチョッパ型として動作する他、直結型として動作することもできる。直結型として動作する場合、ゲート駆動信号ＵＨがハイレベルにされるとともにゲート駆動信号ＵＬがローレベルとされ、バッテリ２０が放電する際には、１次側１Ｓからダイオード１１４を通じて２次側２Ｓに電流が供給され（例えば、バッテリ２０から負荷３３に電力が供給され）、バッテリ２０が充電される場合には、２次側２Ｓから上アームスイッチング素子１１２を通じてバッテリ２０に電流が供給される（例えば、モータ１４からバッテリ２０に回生電力Ｐｒｅｇが供給される）。
【００５１】
ＥＣＵ２４は、通信線１４０（図１等）を介して、モータ１４、インバータ１６、ＦＣユニット１８、補機負荷３１、バッテリ２０及びＤＣ／ＤＣコンバータ２２等を制御する。当該制御に際しては、メモリ（ＲＯＭ）に格納されたプログラムを実行し、また、セル電圧モニタ４２、流量センサ６８、温度センサ７２、電圧センサ１００、１２０、１２６、電流センサ１０２、１２４、１３０、ＳＯＣセンサ１０４等の各種センサの検出値を用いる。
【００５２】
ここでの各種センサには、上記センサに加え、開度センサ１５０、モータ回転数センサ１５２及び車速センサ１５４（図１）が含まれる。開度センサ１５０は、アクセルペダル１５６の踏み角度である開度（アクセル開度）θｐ［度］を検出する。モータ回転数センサ１５２は、モータ１４の回転数Ｎｍ［ｒｐｍ］を検出する。車速センサ１５４は、ＦＣ車両１０の車速Ｖｓ［ｋｍ／ｈ］を検出する。さらに、ＥＣＵ２４には、メインスイッチ１５８（以下「メインＳＷ１５８」という。）が接続される。メインＳＷ１５８は、ＦＣユニット１８及びバッテリ２０からモータ１４への電力供給の可否を切り替えるものであり、ユーザにより操作可能なスイッチ（エンジン車両のイグニッションスイッチに対応するスイッチ）である。
【００５３】
ＥＣＵ２４は、マイクロコンピュータを含み、必要に応じて、タイマ、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等の入出力インタフェースを有する。なお、ＥＣＵ２４は、１つのＥＣＵのみからなるのではなく、モータ１４、ＦＣユニット１８、バッテリ２０及びＤＣ／ＤＣコンバータ２２毎の複数のＥＣＵから構成することもできる。
【００５４】
ＥＣＵ２４は、ＦＣスタック４０の状態、バッテリ２０の状態、及びモータ１４の状態の他、各種スイッチ及び各種センサからの入力（負荷要求）に基づき決定したＦＣ車両１０全体としてＦＣシステム１２に要求される負荷から、ＦＣスタック４０が負担すべき負荷と、バッテリ２０が負担すべき負荷と、回生電源（モータ１４）が負担すべき負荷の配分（分担）を調停しながら決定し、モータ１４、インバータ１６、ＦＣユニット１８、バッテリ２０及びＤＣ／ＤＣコンバータ２２に指令を送出する。
【００５５】
［基本的な制御動作の説明］
次に、ＥＣＵ２４における基本制御の動作について説明する。この基本制御を前提として、第１〜第３実施例を後述する。
【００５６】
図５には、ＥＣＵ２４における基本的な制御（メインルーチン）のフローチャートが示されている。ステップＳ１において、ＥＣＵ２４は、メインＳＷ１５８がオンであるかどうかを判定する。メインＳＷ１５８がオンでない場合（Ｓ１：ＮＯ）、ステップＳ１を繰り返す。メインＳＷ１５８がオンである場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、ステップＳ２に進む。ステップＳ２において、ＥＣＵ２４は、ＦＣシステム１２に要求される負荷（システム負荷Ｐｓｙｓ又はシステム要求負荷Ｐｓｙｓという。）［Ｗ］を計算する。
【００５７】
ステップＳ３において、ＥＣＵ２４は、計算されたシステム負荷Ｐｓｙｓに基づきＦＣシステム１２のエネルギマネジメントを行う。ここにいうエネルギマネジメントは、ＦＣスタック４０の劣化を抑制しつつ、ＦＣシステム１２全体の出力の効率（システム効率）を向上することを企図している。
【００５８】
ステップＳ４において、ＥＣＵ２４は、エネルギマネジメント処理結果に基づき、ＦＣスタック４０の周辺機器、すなわち、エアポンプ６０、背圧弁６４、及びウォータポンプ８０の制御（ＦＣ発電制御）を行う。さらに、ステップＳ５において、ＥＣＵ２４は、モータ１４のトルク制御を行う。
【００５９】
ステップＳ６において、ＥＣＵ２４は、メインＳＷ１５８がオフであるかどうかを判定する。メインＳＷ１５８がオフでない場合（Ｓ６：ＮＯ）、ステップＳ２に戻る。メインＳＷ１５８がオフである場合（Ｓ６：ＹＥＳ）、今回の処理を終了する。
【００６０】
図６には、ステップＳ２のシステム負荷Ｐｓｙｓを計算するフローチャートが示されている。ステップＳ１１において、ＥＣＵ２４は、開度センサ１５０からアクセルペダル１５６の開度θｐを読み込む。ステップＳ１２において、ＥＣＵ２４は、モータ回転数センサ１５２からモータ１４の回転数Ｎｍ［ｒｐｍ］を読み込む。
【００６１】
ステップＳ１３において、ＥＣＵ２４は、開度θｐと回転数Ｎｍに基づいてモータ１４の予想消費電力Ｐｍ［Ｗ］を算出する。具体的には、図７に示す現在のモータ回転数Ｎｍ［ｒｐｍ］とモータ予想消費電力Ｐｍ［Ｗ］とのマップ（特性）において、開度θｐ毎に回転数Ｎｍと予想消費電力Ｐｍの関係を記憶しておく。例えば、開度θｐがθｐ１であるとき、特性１８０を用いる。同様に、開度θｐがθｐ２、θｐ３、θｐ４、θｐ５、θｐ６であるとき、それぞれ特性１８２、１８４、１８６、１８８、１９０を用いる。そして、開度θｐに基づいて回転数Ｎｍと予想消費電力Ｐｍとの関係を示す特性を特定した上で、回転数Ｎｍに応じた予想消費電力Ｐｍを特定する。なお、力行側の加速中は、正の値、回生側の減速中は、予想消費電力Ｐｍは負の値、すなわち予想回生電力となる。
【００６２】
ステップＳ１４において、ＥＣＵ２４は、各補機負荷３１から現在の動作状況を読み込む。ここでの補機負荷３１には、例えば、図２に示すように、エアポンプ６０、ウォータポンプ８０及びエアコンディショナ９０を含む高電圧系の補機や、低電圧バッテリ９４、アクセサリ９６及びＥＣＵ２４を含む低電圧系の補機が含まれる。例えば、エアポンプ６０及びウォータポンプ８０であれば、回転数Ｎａｐ、Ｎｗｐ［ｒｐｍ］を読み込む。エアコンディショナ９０であれば、その出力設定を読み込む。
【００６３】
ステップＳ１５において、ＥＣＵ２４は、各補機の現在の動作状況に応じて補機の消費電力Ｐａ［Ｗ］を算出する。
【００６４】
ステップＳ１６において、ＥＣＵ２４は、モータ１４の予想消費電力Ｐｍと補機の消費電力Ｐａの和（仮システム負荷Ｐｍ＋Ｐａ）を求め、ＦＣ車両１０全体での予想消費電力、すなわち、システム負荷Ｐｓｙｓ（Ｐｓｙｓ＝Ｐｍ＋Ｐａ、Ｐｓｙｓ←Ｐｍ＋Ｐａとも表記する。）を算出する。
【００６５】
上記のように、本実施形態におけるエネルギマネジメントでは、ＦＣスタック４０の劣化を抑制しつつ、ＦＣシステム１２全体の出力の効率向上を図ることを企図している。
【００６６】
図８は、ＦＣスタック４０を構成するＦＣセルの電圧（セル電圧Ｖｃｅｌｌ）［Ｖ］とセルの劣化量Ｄとの関係の一例を示している。すなわち、図８中の曲線（特性）１４２は、セル電圧Ｖｃｅｌｌと劣化量Ｄとの関係を示す。
【００６７】
図８において、電圧ｖ１（例えば、０．５Ｖ）を下回る領域（以下「白金凝集増加領域Ｒ１」又は「凝集増加領域Ｒ１」という。）では、ＦＣセルに含まれる白金（酸化白金）について還元反応が激しく進行し、白金が過度に凝集する。電圧ｖ１から電圧ｖ２（例えば、０．８Ｖ）までは、還元反応が安定的に進行する領域（以下「白金還元安定領域Ｒ２」又は「還元安定領域Ｒ２」という。）である。
【００６８】
電圧ｖ２から電圧ｖ３（例えば、０．９Ｖ）までは、白金について酸化還元反応が進行する領域（以下「白金酸化還元進行領域Ｒ３」、又は「酸化還元進行領域Ｒ３」という。）である。電圧ｖ３から電圧ｖ４（例えば、０．９５Ｖ）までは、白金について酸化反応が安定的に進行する領域（以下「白金酸化安定領域Ｒ４」又は「酸化安定領域Ｒ４」という。）である。電圧ｖ４からＯＣＶ（開回路電圧）までは、ＦＣセルに含まれるカーボンの酸化が進行する領域（以下「カーボン酸化進行領域Ｒ５」という。）である。
【００６９】
上記のように、図８では、セル電圧Ｖｃｅｌｌが白金還元安定領域Ｒ２又は白金酸化安定領域Ｒ４にあれば、ＦＣセルの劣化の進行度合が小さい。一方、セル電圧Ｖｃｅｌｌが白金凝集増加領域Ｒ１、白金酸化還元進行領域Ｒ３、又はカーボン酸化進行領域Ｒ５にあれば、ＦＣセルの劣化の進行度合が大きい。
【００７０】
なお、図８では、曲線（特性）１４２を一義的に定まるような表記としているが、実際は、単位時間当たりにおけるセル電圧Ｖｃｅｌｌの変動量（変動速度Ａｃｅｌｌ）［Ｖ／ｓｅｃ］に応じて曲線（特性）１４２は変化する。
【００７１】
図９は、変動速度Ａｃｅｌｌが異なる場合の酸化の進行と還元の進行の様子の例を示すサイクリックボルタンメトリ図である。図９において、実線の曲線（特性）１７０は、変動速度Ａｃｅｌｌが高い場合を示し、破線の曲線（特性）１７２は、変動速度Ａｃｅｌｌが低い場合を示す。図９からわかるように、変動速度Ａｃｅｌｌに応じて酸化又は還元の進行度合が異なるため、必ずしも各電圧ｖ１〜ｖ４は一義的に特定されない。また、ＦＣセルの個体差によっても各電圧ｖ１〜ｖ４は変化し得る。このため、電圧ｖ１〜ｖ４は、理論値、シミュレーション値又は実測値に誤差分を反映させたものとして設定することが好ましい。
【００７２】
また、ＦＣセルの電流・電圧特性（ＩＶ特性）は、一般的な燃料電池セルと同様、図１０に「通常」と示すＩＶ特性（通常ＩＶ特性ともいう。）１６２に示すように、セル電圧Ｖｃｅｌｌが下がるほど、セル電流Ｉｃｅｌｌ［Ａ］が増加する。加えて、ＦＣスタック４０の発電電圧（ＦＣ電圧Ｖｆｃ）は、セル電圧ＶｃｅｌｌにＦＣスタック４０内の直列接続数Ｎｆｃを乗算したものである。直列接続数Ｎｆｃは、ＦＣスタック４０内で直列に接続されるＦＣセルの数であり、以下、単に「セル数」ともいう。
【００７３】
図１０の通常ＩＶ特性１６２では、カソードストイキ比（≒酸素濃度）は通常のストイキ比（通常ストイキ比）以上の酸素が豊潤な状態とされているときに得られる特性である。換言すれば酸素濃度は、通常の酸素濃度以上の酸素濃度とされる。なお、カソードストイキ比＝カソード電極に供給されるエア流量／発電により消費されたエア流量、で表される。この実施形態において、カソードストイキ比を単にストイキ比ともいう。
【００７４】
酸素が豊潤な状態とは、図１１に示すように、カソードストイキ比（≒酸素濃度）を上昇させても、セル電流（単セルの出力する電流）Ｉｃｅｌｌが略一定となり、飽和した状態となる通常ストイキ比以上の領域における酸素を意味する。
【００７５】
水素についても同様である。すなわち、アノードストイキ比（≒水素濃度）＝アノード電極に供給される水素流量／発電により消費された水素流量、で表される。
【００７６】
次に、図１２のフローチャートを参照して、ステップＳ３及びステップＳ４のエネルギマネジメント及びＦＣ発電制御中、基本制御（基本エネルギマネジメント・発電制御）について説明する。
【００７７】
ステップＳ２１において、ＥＣＵ２４は、バッテリ２０の充放電係数αを算出し、算出した充放電係数αをステップＳ１６で算出したシステム負荷Ｐｓｙｓに乗算することで目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔを算出する（Ｐｆｃｔｇｔ←Ｐｓｙｓ×α）。
【００７８】
ここで、充放電係数αは、ＳＯＣセンサ１０４から入力される現在のＳＯＣ値と、図１４の特性（マップ）１６３とに基づいて算出される。図１４の特性１６３は、例えば、実測値、シミュレーション値を用いることができ、ＥＣＵ２４に予め記憶されている。また、ここでは、バッテリ２０の目標ＳＯＣ（目標蓄電量）を５０［％］とした場合を例示するが、これに限定されることはない。図１４に示すように、ＳＯＣ値が５０［％］よりも小さい充電を要する領域では、ＦＣスタック４０の発電を余剰とさせ、その余剰電力がバッテリ２０に充電されるように、充放電係数αが「１」よりも大きくなる傾向となっている。一方、ＳＯＣ値が５０［％］よりも大きい充電状態が十分な領域では、ＦＣスタック４０の発電を不足させ、その不足電力を補うようにバッテリ２０が放電するように、充放電係数αが「１」よりも小さくなる傾向となっている。
【００７９】
なお、ここでは、以下の説明の理解の便宜のために、充放電係数αはα＝１として説明する（Ｐｆｃｔｇｔ＝Ｐｓｙｓ）。
【００８０】
次いで、ステップＳ２２において、ＥＣＵ２４は、ステップＳ２１で算出した目標発電電力（目標ＦＣ電力）Ｐｆｃｔｇｔが閾値電力Ｐｔｈｐ以上であるかどうかを判定する（Ｐｆｃｔｇｔ＝Ｐｓｙｓ≧Ｐｔｈｐ）。
【００８１】
ここで、閾値電力Ｐｔｈｐは、「触媒が劣化しないと判断されるセル電圧（０．８Ｖ、切替電圧、所定電圧）」と、「ＦＣスタック４０を構成する単セル数Ｎｆｃ」と、「ＦＣスタック４０の通常のＩＶ特性１６２（図１０参照）においてセル電圧を０．８Ｖとした場合における電流値Ｉｃｅｌｌｐ」とを乗算することで与えられる次の（１）式に示す固定値である。なお、図１０において、目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔの軸は線形ではない点に留意する。
Ｐｔｈｐ＝０．８［Ｖ］×Ｎｆｃ×Ｉｃｅｌｌｐ                    （１）
【００８２】
目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔが閾値電力Ｐｔｈｐ以上である場合には（ステップＳ２２：ＹＥＳ）、ステップＳ２３において、目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔを得るべく、電圧可変・電流可変制御（モードＡ制御）を実行する。
【００８３】
このモードＡ制御は、主として、目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔが相対的に高いときに用いられるものであり、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを通常（酸素を豊潤な状態を含む。）に維持した状態で、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを調整することによりＦＣ電流Ｉｆｃを制御する。
【００８４】
すなわち、図１３に示すように、目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔが閾値電力Ｐｔｈｐ以上で実行されるモードＡ制御では、ＦＣスタック４０の通常ＩＶ特性１６２（図１０で示したものと同じ。）を用いる。モードＡ制御では、目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔに応じて目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔを算出し、さらに目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔに対応する目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを算出する。そして、ＦＣ電圧Ｖｆｃが目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔとなるように、ＥＣＵ２４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２を制御する。すなわち、２次電圧Ｖ２が目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔとなるように１次電圧Ｖ１をＤＣ／ＤＣコンバータ２２により昇圧することで、ＦＣ電圧Ｖｆｃを制御してＦＣ電流Ｉｆｃを制御する。
【００８５】
以上のようなモードＡ制御によれば、目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔが閾値電力Ｐｔｈｐ以上の高負荷であっても、目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔに応じて２次電圧Ｖ２（ＦＣ電圧Ｖｆｃ）を、通常ＩＶ特性１６２に沿うようにＤＣ／ＤＣコンバータ２２で変化させることで、基本的に、システム負荷ＰｓｙｓをＦＣ電力Ｐｆｃにより賄うことができる。
【００８６】
一方、ステップＳ２２の判定において、目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔが閾値電力Ｐｔｈｐ未満である場合には（ステップＳ２２：ＮＯ）、ステップＳ２４において、ステップＳ２４で算出した目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔが閾値電力Ｐｔｈｑ未満（Ｐｆｃｔｇｔ＜Ｐｔｈｑ）であるか否かを判定する。ここで、閾値電力Ｐｔｈｑを、例えば、セル電圧ＶｃｅｌｌがＶｃｅｌｌ＝０．９［Ｖ］に対応して決定されるので、閾値電力Ｐｔｈｑは、閾値電力Ｐｔｈｐより低い値に設定される（Ｐｔｈｑ＜Ｐｔｈｐ。図１３参照）。
【００８７】
ステップＳ２４の判定が否定的となる場合、すなわち、目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔが閾値電力Ｐｔｈｐ未満であって、且つ閾値電力Ｐｔｈｑ以上である場合には（ステップＳ２４：ＮＯ、Ｐｔｈｑ≦Ｐｆｃｔｇｔ＜Ｐｔｈｐ）、ステップＳ２５において、電圧固定・ストイキ比可変電流可変制御（モードＢ制御）を実行する。なお、モードＢ制御の電圧固定・ストイキ比可変電流可変制御は、後述するモードＣ制御、モードＤ制御、及びモードＥ制御でも同様に行われるが、上述したモードＡ制御の電圧可変・電流可変制御に対しては、電圧固定・ストイキ比可変電流可変制御という点で共通しているので、ＣＶＶＣ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）制御ともいう。
【００８８】
このモードＢ制御は、主として、システム負荷Ｐｓｙｓが相対的に中くらいのときに用いられるものであり、目標セル電圧Ｖｃｅｌｌｔｇｔ（＝目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔ／セル数Ｎｆｃ）を、酸化還元進行領域Ｒ３よりも低い電圧以下で設定された基準電圧｛本実施形態では、電圧ｖ２（＝０．８Ｖ）｝に固定すると共に、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを可変とすることにより、ＦＣ電流Ｉｆｃを可変とする。
【００８９】
すなわち、図１３に示すように、モードＢ制御では、閾値電力Ｐｔｈｑ〜Ｐｔｈｐの範囲において、セル電圧Ｖｃｅｌｌを一定（Ｖｃｅｌｌ＝ｖ２）に保った状態で目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを下げていくことで酸素濃度Ｃｏを下げる。
【００９０】
図１１に示したように、カソードストイキ比（≒酸素濃度Ｃｏ）が低下するとセル電流Ｉｃｅｌｌ（ＦＣ電流Ｉｆｃ）も低下する。このため、セル電圧Ｖｃｅｌｌを一定に保った状態（Ｖｃｅｌｌ＝ｖ２＝０．８Ｖ）で目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを増減させることで、セル電流Ｉｃｅｌｌ（ＦＣ電流Ｉｆｃ）及びＦＣ電力Ｐｆｃを制御することが可能となる。なお、ＦＣ電力Ｐｆｃの不足分は、バッテリ２０からアシストする。
【００９１】
この場合、ＥＣＵ２４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の昇圧率を調整することにより、酸化還元進行領域Ｒ３よりも低い電圧以下で設定された基準電圧｛本実施形態では、電圧ｖ２（＝０．８Ｖ）｝に目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを固定し、さらに、目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔに対応する目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔを算出する。また、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔが基準電圧であることを前提として、目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔに対応する目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを算出する（図１１及び図１５参照）。なお、図１５は、ＦＣ電圧Ｖｆｃが基準電圧であるときの目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔと目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔとの関係を示す。
【００９２】
ここで、ＥＣＵ２４は、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔに応じて各部への指令値を算出及び送信する。ここで算出される指令値には、エアポンプ６０の回転数（以下「エアポンプ回転数Ｎａｐ」又は「回転数Ｎａｐ」という。）、ウォータポンプ８０の回転数（以下「ウォータポンプ回転数Ｎｗｐ」又は「回転数Ｎｗｐ」という。）、及び背圧弁６４の開度（以下「背圧弁開度θｂｐ」又は「開度θｂｐ」という。）が含まれる。
【００９３】
すなわち、図１６及び図１７に示すように、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔに応じて目標エアポンプ回転数Ｎａｐｔｇｔ、目標ウォータポンプ回転数Ｎｗｐｔｇｔ及び目標背圧弁開度θｂｐｔｇｔが設定される。
【００９４】
以上のようにして、ステップＳ２５のモードＢ制御が実行される。
【００９５】
次いで、ステップＳ２６において、ＥＣＵ２４は、ＦＣスタック４０による発電が安定しているか否かを判定する。当該判定として、ＥＣＵ２４は、セル電圧モニタ４２から入力される最低セル電圧が、平均セル電圧から所定電圧を減算した電圧よりも低い場合｛最低セル電圧＜（平均セル電圧−所定電圧）｝、ＦＣスタック４０の発電が不安定であると判定する。なお、前記所定電圧は、例えば、実験値、シミュレーション値等を用いることができる。
【００９６】
発電が安定している場合（Ｓ２６：ＹＥＳ）、今回の処理を終える。発電が安定していない場合（Ｓ２６：ＮＯ）、ステップＳ２７において、ＥＣＵ２４は、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを１段増加させる（通常の濃度に近づける）。具体的には、エアポンプ６０の回転数Ｎａｐの増加及び背圧弁６４の開度θｂｐの減少の少なくとも一方を１段階行う。
【００９７】
ステップＳ２８において、ＥＣＵ２４は、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔが通常のＩＶ特性における目標酸素濃度（通常酸素濃度Ｃｏｎｍｌ）未満であるか否かを判定する。目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔが通常酸素濃度Ｃｏｎｍｌ未満である場合（Ｓ２８：ＹＥＳ）、ステップＳ２６に戻る。目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔが通常酸素濃度Ｃｏｎｍｌ未満でない場合（Ｓ２８：ＮＯ）、ステップＳ２９において、ＥＣＵ２４は、ＦＣユニット１８を停止する。すなわち、ＥＣＵ２４は、ＦＣスタック４０への水素及び空気の供給を停止し、ＦＣスタック４０の発電を停止する。そして、ＥＣＵ２４は、図示しない警告ランプを点灯させ、運転者にＦＣスタック４０が異常であることを通知する。なお、ＥＣＵ２４は、バッテリ２０からモータ１４に電力を供給し、ＦＣ車両１０の走行は継続させる。
【００９８】
上述したステップＳ２４の判定において、目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔが閾値電力Ｐｔｈｑ未満である場合（ステップＳ２４：ＹＥＳ）、ステップＳ３０でモードＣ制御を行う。図１３に示すように、モードＣ制御は、主として、目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔが相対的に低いときに用いられるものであり、目標セル電圧Ｖｃｅｌｌｔｇｔ（＝目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔ／セル数）を、酸化還元進行領域Ｒ３外の電圧｛本実施形態では、電圧ｖ３（＝０．９Ｖ）｝に固定し、ＦＣ電流Ｉｆｃを可変とする。ＦＣ電力Ｐｆｃの不足分は、バッテリ２０からアシストし、ＦＣ電力Ｐｆｃの余剰分は、バッテリ２０に充電する。
【００９９】
モードＣ制御では、図１３に示すように、セル電圧Ｖｃｅｌｌを一定（Ｖｃｅｌｌ＝ｖ３）に保った状態で目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを下げていくことで酸素濃度Ｃｏを下げる。
【０１００】
図１１に示したように、カソードストイキ比（≒酸素濃度Ｃｏ）が低下するとセル電流Ｉｃｅｌｌ（ＦＣ電流Ｉｆｃ）も低下する。このため、セル電圧Ｖｃｅｌｌを一定に保った状態（Ｖｃｅｌｌ＝ｖ３＝０．９Ｖ）で目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを増減させることで、セル電流Ｉｃｅｌｌ（ＦＣ電流Ｉｆｃ）及びＦＣ電力Ｐｆｃを制御することが可能となる。なお、ＦＣ電力Ｐｆｃの不足分は、バッテリ２０からアシストする。よって、モードＣ制御では、上述したステップＳ２５のモードＢ制御と同様な制御処理、及びステップＳ２６〜Ｓ２９の発電安定性に係る処理を実行する。
【０１０１】
以上のようにして、ステップＳ３及びＳ４のエネルギマネジメント及びＦＣ発電制御の基本制御が実行される。
【０１０２】
次に、図１８には、ステップＳ５の処理に係るモータ１４のトルク制御のフローチャートが示されている。ステップＳ４１において、ＥＣＵ２４は、車速センサ１５４から車速Ｖｓを読み込む。ステップＳ４２において、ＥＣＵ２４は、開度センサ１５０からアクセルペダル１５６の開度θｐを読み込む。
【０１０３】
ステップＳ４３において、ＥＣＵ２４は、車速Ｖｓと開度θｐに基づいてモータ１４の仮目標トルクＴｔｇｔ＿ｐ［Ｎ・ｍ］を算出する。具体的には、図示しない記憶手段に車速Ｖｓと開度θｐと仮目標トルクＴｔｇｔ＿ｐを関連付けたマップを記憶しておき、当該マップと、車速Ｖｓ及び開度θｐとに基づいて仮目標トルクＴｔｇｔ＿ｐを算出する。
【０１０４】
ステップＳ４４において、ＥＣＵ２４は、モータ１４が回生中であるか否かを判定し、回生中でない場合には、ＦＣシステム１２からモータ１４に供給可能な電力の限界値（限界供給電力Ｐｓ＿ｌｉｍ）［Ｗ］に等しいモータ１４の限界出力（モータ限界出力Ｐｍ＿ｌｉｍ）［Ｗ］を算出する。具体的には、限界供給電力Ｐｓ＿ｌｉｍ及びモータ限界出力Ｐｍ＿ｌｉｍは、ＦＣスタック４０からのＦＣ電力Ｐｆｃとバッテリ２０から供給可能な電力の限界値（限界出力Ｐｂａｔ＿ｌｉｍ）［Ｗ］との和から補機の消費電力Ｐａを引いたものである（Ｐｍ＿ｌｉｍ＝Ｐｓ＿ｌｉｍ←Ｐｆｃ＋Ｐｂａｔ＿ｌｉｍ−Ｐａ）。
【０１０５】
ステップＳ４５において、ＥＣＵ２４は、モータ１４のトルク制限値Ｔｌｉｍ［Ｎ・ｍ］を算出する。具体的には、モータ限界出力Ｐｍ＿ｌｉｍを車速Ｖｓで除したものをトルク制限値Ｔｌｉｍとする（Ｔｌｉｍ←Ｐｍ＿ｌｉｍ／Ｖｓ）。
【０１０６】
一方、ステップＳ４４において、ＥＣＵ２４は、モータ１４が回生中であると判定した場合には、限界供給回生電力Ｐｓ＿ｒｅｇｌｉｍを算出する。限界供給回生電力Ｐｓ＿ｒｅｇｌｉｍは、バッテリ２０に充電可能な電力の限界値（限界充電Ｐｂａｔ＿ｃｈｇｌｉｍ）とＦＣスタック４０からのＦＣ電力Ｐｆｃとの和から補機の消費電力Ｐａを引いたものである（Ｐｓ＿ｒｅｇｌｉｍ＝Ｐｂａｔ＿ｃｈｇｌｉｍ＋Ｐｆｃ−Ｐａ）。回生中である場合、ステップＳ４５において、ＥＣＵ２４は、モータ１４の回生トルク制限値Ｔｒｅｇｌｉｍ［Ｎ・ｍ］を算出する。具体的には、限界供給回生電力Ｐｓ＿ｒｅｇｌｉｍを車速Ｖｓで除したものをトルク制限値Ｔｌｉｍとする（Ｔｌｉｍ←Ｐｓ＿ｒｅｇｌｉｍ／Ｖｓ）。
【０１０７】
ステップＳ４６において、ＥＣＵ２４は、目標トルクＴｔｇｔ［Ｎ・ｍ］を算出する。具体的には、ＥＣＵ２４は、仮目標トルクＴｔｇｔ＿ｐに対してトルク制限値Ｔｌｉｍによる制限を加えたものを目標トルクＴｔｇｔとする。例えば、仮目標トルクＴｔｇｔ＿ｐがトルク制限値Ｔｌｉｍ以下である場合（Ｔｔｇｔ＿ｐ≦Ｔｌｉｍ）、仮目標トルクＴｔｇｔ＿ｐをそのまま目標トルクＴｔｇｔとする（Ｔｔｇｔ←Ｔｔｇｔ＿ｐ）。一方、仮目標トルクＴｔｇｔ＿ｐがトルク制限値Ｔｌｉｍを超える場合（Ｔｔｇｔ＿ｐ＞Ｔｌｉｍ）、トルク制限値Ｔｌｉｍを目標トルクＴｔｇｔとする（Ｔｔｇｔ←Ｔｌｉｍ）。そして、算出した目標トルクＴｔｇｔを用いてモータ１４を制御する。
【０１０８】
図１９には、上述した電力供給モードに係わるモードＡ制御、モードＢ制御、モードＣ制御と、ＦＣ電力Ｐｆｃと、ＦＣスタック４０の発電効率との関係が示されている。図１９からわかるように、モードＡ制御では、基本的に、システム負荷Ｐｓｙｓの全てをＦＣ電力Ｐｆｃで賄いつつ、ＦＣスタック４０の発電効率を高く維持することができる。ｖ２電圧固定低酸素ストイキ比可変制御のモードＢ制御では、基本的に、システム負荷Ｐｓｙｓの全てをＦＣ電力Ｐｆｃで賄うことで、バッテリ２０の充放電の頻度を抑え、ＦＣシステム１２全体での出力効率を高くすることが可能である。モードＣ制御では、ＦＣ電力Ｐｆｃとバッテリ電力Ｐｂａｔによりシステム負荷Ｐｓｙｓを賄う。
【０１０９】
次に、上述した基本制御モード（モードＡ、Ｂ、Ｃ制御）を前提とする第１及び第２実施例のエネルギマネジメント・発電制御について、図２０及び図２１のフローチャートを参照して説明する。
【０１１０】
［第１実施例］
ステップＳ６１において、ＦＣスタック４０の温度Ｔｆｃが低温（低温判断閾値温度Ｔｌｔｈが５［℃］以下、又は１０［℃］以下）であるか否かが判定される。ＦＣスタック４０の温度Ｔｆｃは、冷媒の出口温度（図３中、配管８２ａ中を流れる冷媒の温度）、ＦＣスタック４０のカソードオフガスの出口温度（図３中、配管６２ｂを流れるカソードオフガスの温度）、又はＦＣスタック４０のアノードオフガスの出口温度（図３中、配管４８ｂを流れるアノードオフガスの温度）で代替することができる。この第１実施例及び次に説明する第２実施例では、カソードオフガスの温度を検出する温度センサ７２で測定される温度をＦＣスタック４０の温度Ｔｆｃであるとしている。
【０１１１】
ＦＣスタック４０の温度Ｔｆｃが低温でない場合には（Ｔｆｃ＞Ｔｌｔｈ）、ステップＳ６２において、モータ１４が回生中であるか否かが判定される。
【０１１２】
ここで、モータ１４が回生中である場合には（ステップＳ６２：ＹＥＳ）、詳細を後述するステップＳ６３でのモードＥ制御（ＣＶＶＣ制御）を実行する。モータ１４が回生中でない場合には（ステップＳ６２：ＮＯ）、ステップＳ６４において、図１２のフローチャートを参照して説明した基本制御を実施する。
【０１１３】
ここで、ステップＳ６３のモードＥ制御を採用する意義について説明する。上述した基本制御中、モードＡ制御（ＣＶＶＣ制御ではない通常制御）を除く、モードＢ及びモードＣ制御（それぞれＣＶＶＣ制御）では、酸化還元進行領域Ｒ３外の電圧ｖ２＝０．８Ｖ又はｖ３＝０．９ＶにＦＣスタック４０の電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ２２により固定し、ストイキ比を通常ストイキ比よりストイキ比が小さくなる低酸素ストイキ比可変としてＦＣ電流Ｉｆｃ、ひいてはＦＣ電力Ｐｆｃを制御するようにしている。
【０１１４】
また、上記基本制御モード（モードＡ、Ｂ、Ｃ）での動作中に、例えば、図１に示すＦＣ車両１０の車速Ｖｓが減速する減速走行時には、モータ１４が発電機として動作し、モータ１４の３相の各コイルで発生した電流（回生電流）がインバータ１６を通じてＤＣ／ＤＣコンバータ２２の２次側２Ｓに流れ込む。
【０１１５】
このとき、２次側２Ｓの電圧（２次電圧）Ｖ２は、ＥＣＵ２４を通じてＤＣ／ＤＣコンバータ２２により設定制御されている。なお、回生電流であるか力行電流であるかは、ＥＣＵ２４が、モータ１４の各相に流れる電流の向きを検出することにより検出することができる。
【０１１６】
モータ１４は、ブラシレスモータである永久磁石同期電動機を利用しており、回生電力Ｐｒｅｇの大きさは、基本的には、磁界の強さとモータ１４の回転数により決定される。
【０１１７】
モータ１４の相間電圧（モータ電圧Ｖｍという。）は、２次電圧Ｖ２となるので（Ｖｍ＝Ｖ２）、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２により２次電圧Ｖ２を高く設定する程、回生電流の値が小さい値になる点に留意する。
【０１１８】
図２２は、回生時のモータ１４の効率（モータ効率Ｍη［％］という。）の特性１６４を示している。特性１６４は、モータ電圧Ｖｍが高くなるほど回生電流の値が小さくなるので銅損及び鉄損が小さくなり、モータ効率Ｍη［％］が高くなることを示している。
【０１１９】
回生電流の余剰分は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２を介してバッテリ２０に充電される。
【０１２０】
図２３は、バッテリ２０の充電効率Ｂηの特性１６６を示している。特性１６６は、充電電流Ｉｃｈｇ［Ａ］が大きくなるほど、バッテリ２０の内部抵抗で発生する損失が、充電電流Ｉｃｈｇの２乗に比例して大きくなるので、充電効率Ｂηが低下することを示している。
【０１２１】
そこで、ステップ６２において、モータ１４が回生中であると判定された場合すなわちＦＣスタック４０が低温状態ではない回生中の場合（ステップＳ６２：ＹＥＳ）、ステップＳ６３において、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２によりＦＣスタック４０のセル電圧Ｖｃｅｌｌを、図８の酸化安定領域Ｒ４中の劣化量Ｄの最も少ない電圧Ｖｌｍｉ２（例えば、Ｖｌｍｉ＝０．９５［Ｖ］）に固定するとともに、回生電流分、ＦＣスタック４０の出力電流であるＦＣ電流Ｉｆｃが少なくなるように、ストイキ比を通常ストイキ比よりも下げて発電させるモードＥ制御（ＣＶＶＣ制御）を実行する（図１３のＶｃｅｌｌ＝ｖ３に固定するモードＣ制御を実行してもよい。）。
【０１２２】
このように、非低温時の回生中は、ＦＣスタック４０のＦＣ電圧Ｖｆｃを上げることでモータ１４のモータ電圧Ｖｍを上げ、モータ効率Ｍηを向上させる。これにより回生電力Ｐｒｅｇのエネルギの損失が少なくできるとともに、ストイキ比を下げて回生電流分充電電流が増加することを防止するので、その分、バッテリ２０の充電効率Ｂηを向上させることができる。
【０１２３】
なお、セル電圧Ｖｃｅｌｌが高電圧となる酸化安定領域Ｒ４での低酸素ストイキ比可変固定電圧発電制御であるモードＥ制御は、図８から分かるように、劣化量Ｄの観点からはＶｃｅｌｌ＝Ｖｌｍｉ２が好ましいが、効率の観点からは、より高いセル電圧ＶｃｅｌｌであるＶｃｅｌｌ＝ｖ４が好ましい。したがって、電圧固定ストイキ比可変電流制御（ＣＶＶＣ制御）のモードＥ制御は、セル電圧Ｖｃｅｌｌを電圧ｖ３〜ｖ４の間のいずれかの値に固定して（ｖ３＜Ｖｃｅｌｌ≦ｖ４）行う制御とする。
【０１２４】
図２４は、時点ｔ１１で回生中と判定された場合のタイムチャートを示している。なお、図２４中、Ｖｆｃ［Ｖ／ｃｅｌｌ］＝Ｖｃｅｌｌ［Ｖ］より下に描いたタイムチャートにおいて、太い破線で示したものは基本制御による変化特性を示し、太い実線で示したものは、この第１実施例よる変化特性を示している。
【０１２５】
時点ｔ１１で車速Ｖｓが減速を開始すると回生状態となるので、ＦＣ電圧Ｖｆｃ［Ｖ／ｃｅｌｌ］を０．８［Ｖ／ｃｅｌｌ］から０．９５［Ｖ／ｃｅｌｌ］に上げると同時に、ストイキ比を０．９５［Ｖ］の通常ストイキ比（図１０の通常ＩＶ特性１６２上の点）からＦＣ電流ＩｆｃがＦＣ電流ＩｆｃｈからＦＣ電流Ｉｆｃｌになる低ストイキ比としている。モータ効率Ｍη及び充電効率Ｂηともに向上することが分かる。
【０１２６】
なお、時点ｔ１１〜ｔ１２程度までの過渡制御中にシステム負荷Ｐｓｙｓの値が安定し、時点ｔ１２以降、等減速中は、システム負荷Ｐｓｙｓが負（回生中）で一定値となる。
【０１２７】
［第１実施例のまとめ］
以上説明したように、第１実施例に係る燃料電池車両１０は、酸素を含む第１ガスと水素を含む第２ガスが供給され、触媒によって反応が促進されて発電するＦＣスタック４０と、このＦＣスタック４０に、前記第１ガス及び前記第２ガスの少なくとも一方を供給するガス供給手段｛燃料ガス供給手段（水素タンク４４）、酸化剤ガス供給手段（エアポンプ６０）｝と、ＦＣスタック４０のＦＣ電圧Ｖｆｃを調整するＤＣ／ＤＣコンバータ２２（電圧調整手段）と、ＦＣスタック４０の出力電力により駆動される負荷としてのモータ１４（駆動モータ）と、モータ１４からの回生発電による電力を蓄電するバッテリ２０（蓄電装置）と、ＦＣスタック４０、前記ガス供給手段、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２、モータ１４、及びバッテリ２０を制御するＥＣＵ２４（制御手段）と、を有する。
【０１２８】
ＥＣＵ２４は、モータ１４の回生発電時にＦＣスタック４０の酸化還元進行電圧範囲（酸化還元進行領域Ｒ３）外の所定電圧（ｖ３〜ｖ４までの酸化安定領域Ｒ４内の電圧）内でＤＣ／ＤＣコンバータ２２によりＦＣスタック４０のＦＣ電圧Ｖｆｃを固定（たとえば、Ｖｆｃ＝ｖ３やＶｆｃ＝Ｖｌｍｉ２に固定）した状態で、前記ガス供給手段により前記酸素又は水素濃度を低下させてＦＣスタック４０のＦＣ電力Ｐｆｃを減少させるようにしている。
【０１２９】
このように、ＦＣスタック４０の酸化還元進行電圧範囲（酸化還元進行領域Ｒ３）外でＦＣスタック４０の電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ２２により固定した状態でガス供給手段により酸素濃度又は水素濃度を低下させてＦＣスタック４０の出力電力を減少させることでＦＣスタック４０の劣化を抑制し（図８参照）、劣化を抑制した状態で、回生発電により発生した回生電力Ｐｒｅｇをバッテリ２０に回収するようにしたので、ＦＣスタック４０の出力電力を減少させた分、回生電力Ｐｒｅｇを有効に回収することができる。よって、ＦＣスタック４０の劣化を抑制しながら、回生電力Ｐｒｅｇの回収効率（回生効率）を上げ、結果として、システム効率を上げることができる。また、酸素又は水素の供給量を低減することができる。燃料電池車両の水素の使用量を少なくすることができ、いわゆる燃費（例えば、単位水素量当たりの走行距離）が向上する。
【０１３０】
この場合、ＦＣスタック４０の酸化還元進行電圧範囲（酸化還元進行領域Ｒ３）外の所定電圧は、酸化還元進行電圧範囲の上限電圧ｖ３より高くカーボン酸化進行領域Ｒ５の下限電圧ｖ４よりも低い所定電圧（ｖ３〜ｖ４）の高電圧とすることで、回生時におけるモータ１４のモータ電圧Ｖｍが高電圧となり、劣化抑制が維持されつつ回生効率がより向上する。
【０１３１】
なお、ＦＣスタック４０の酸化還元進行電圧範囲（酸化還元進行領域Ｒ３）外の前記所定電圧は、酸化還元進行電圧範囲（酸化還元進行領域Ｒ３）の上限電圧ｖ３を上回る高電圧（ｖ３＜Ｖｃｅｌｌ＜ｖ４）中、ＦＣスタック４０の劣化量Ｄが少ない電圧Ｖｌｍｉ２（図８参照）とすることで、劣化の抑制を最大（劣化の進行を最小）にすることができる。
【０１３２】
［第２実施例］
一方、ステップＳ６１において、ＦＣスタック４０の温度Ｔｆｃが低温（Ｔｆｃ≦Ｔｌｔｈ）であると判定された場合（ステップＳ６１：ＹＥＳ）、ステップＳ６５において、モータ１４が回生中であるか否かが判定される。
【０１３３】
回生中でない場合には、ステップＳ６４の基本制御が実行される。回生中である場合、すなわちＦＣスタック４０の温度Ｔｆｃが低温である（Ｔｆｃ≦Ｔｌｔｈ）回生中には、ステップ６６において、図２５のバッテリ温度Ｔｂａｔに対するバッテリ充電可能電力Ｐｂｃｈｇの特性１６８を参照して、バッテリ温度Ｔｂａｔからバッテリ充電可能電力Ｐｂｃｈｇを算出する。
【０１３４】
次いで、ステップＳ６７において、モータ１４の要求回生電力Ｐｒｅｇを次の（２）式により算出する。
Ｐｒｅｇ＝ｋ×Ｔｑｒｅｇ×Ｎｍ×Ｍη                        …（２）
【０１３５】
ここで、ｋは係数、Ｔｑｒｅｇは要求回生トルク、Ｎｍはモータ回転数、Ｍηは回生時のモータ効率である。
【０１３６】
次に、ステップＳ６８において、ＦＣスタック４０の低温回生中の目標発電電力Ｐｆｃｔｇｔｌｔを次の（３）式により算出する。換言すれば、モータ１４の回生電力Ｐｒｅｇを取りきる（全て回収する）発電電力を算出する。
Ｐｆｃｔｇｔｌｔ＝Ｐｂｃｈｇ−Ｐｒｅｇ＋Ｐａ                …（３）
【０１３７】
ここで、Ｐｂｃｈｇは、ステップＳ６６で算出したバッテリ充電可能電力、Ｐｒｅｇは、ステップＳ６７で算出した要求回生電力、Ｐａは、エアポンプ６０等の補機の消費電力である。
【０１３８】
次いで、ステップＳ６９において、上述したＣＶＶＣ制御である電圧固定・ストイキ比可変電流可変制御であるモードＢ制御に準じたモードＢ´制御を実行する。
【０１３９】
図２６に示すように、このモードＢ´制御では、目標セル電圧Ｖｃｅｌｌｔｇｔ（＝目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔ／セル数Ｎｆｃ）を、酸化還元進行領域Ｒ３よりも低い電圧以下で設定された基準電圧｛本実施形態では、電圧ｖ２（＝０．８Ｖ）｝に固定すると共に、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを可変とすることにより、ＦＣ電流Ｉｆｃを可変とする。
【０１４０】
モードＢ´制御により、ＦＣスタック４０は、力行中（モードＡ制御）から低温回生中の目標発電電力Ｐｆｃｔｇｔｌｔとなるように、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔがフィードバック制御され、ＦＣ電流Ｉｆｃが減少され、ＦＣスタック４０の発電電力が減少される。ＦＣスタック４０の発電電力は減少するが、目標セル電圧Ｖｃｅｌｌｔｇｔ＝ｖ２＝０．８Ｖと低い値に設定しているので、ＦＣスタック４０の損失が大きくなり、その分、ＦＣスタック４０の暖機が促進される。
【０１４１】
次に、図２１のフローチャートに基づき、ＦＣスタック４０が低温であるか否か及びＦＣスタック４０が電圧固定・ストイキ比可変電流可変制御中（ＣＶＶＣ制御中）であるか否かに応じてＦＣスタック４０のスタック温度Ｔｆｃを調整する冷却系５８の冷媒流量Ｑｃｍ［Ｌ／ｍｉｎ］を決定する。
【０１４２】
この第２実施例において、冷媒流量Ｑｃｍは、基本的に次の（１）〜（３）の条件に基づき決定される。
【０１４３】
（１）冷媒流量Ｑｃｍ［Ｌ／ｍｉｎ］を決定するウォータポンプ８０の回転数Ｎｗｐ［ｒｐｍ］は、エアポンプ６０の回転数Ｎａｐ［ｒｐｍ］で決定される（図１６参照）。例えば、エアポンプ６０の回転数Ｎａｐ［ｒｐｍ］が増加すると反応が促進されてＦＣスタック４０が昇温方向となるのでウォータポンプ８０の回転数Ｎｗｐ［ｒｐｍ］が増加される。
【０１４４】
（２）ＦＣスタック４０の温度Ｔｆｃが低温判断閾値温度Ｔｌｔｈより低いとき（低温時）には、冷媒流量Ｑｃｍを抑制してＦＣスタック４０の昇温を促進する。
【０１４５】
（３）電圧固定・ストイキ比可変電流可変制御中（ＣＶＶＣ制御中）は、通常制御中に比較して、同一のＦＣ電流Ｉｆｃの値では、ＦＣ電圧Ｖｆｃが低く設定されることからＦＣスタック４０の損失が増加し熱の発生が大きくなるので、冷媒流量Ｑｃｍを増加してＦＣスタック４０の昇温を防止する。
【０１４６】
そこで、図２１のステップＳ７１において、ステップＳ６１と同様に、ＦＣスタック４０の温度Ｔｆｃが低温（低温判断閾値温度Ｔｌｔｈが５［℃］以下、又は１０［℃］以下：Ｔｆｃ≦Ｔｌｔｈ）であるか否かが判定される。
【０１４７】
ＦＣスタック４０の温度Ｔｆｃが低温ではないと判定された場合には（ステップＳ７１：ＮＯ、Ｔｆｃ＞Ｔｌｔｈ）、ステップＳ７２において、電圧固定・ストイキ比可変電流可変制御中（ＣＶＶＣ制御中）であるか否かが判定される。
【０１４８】
低温ではない（Ｔｆｃ＞Ｔｌｔｈ）電圧固定・ストイキ比可変電流可変制御中（ＣＶＶＣ制御中）である場合、ステップＳ７３において、冷媒流量Ｑｃｍは、図２７の冷媒流量マップ（冷媒流量表）１９２中、冷媒流量Ｑｃｍの最も大きい状態ＳＴ１の冷媒流量Ｑｃｍに設定する。
【０１４９】
ステップＳ７２の判定において、電圧固定・ストイキ比可変電流可変制御中（ＣＶＶＣ制御中）でなかった場合、すなわち、低温ではない（Ｔｆｃ＞Ｔｌｔｈ）通常発電中である場合、ステップＳ７４において、冷媒流量Ｑｃｍは、図２７の冷媒流量マップ（冷媒流量表）１９２中、冷媒流量Ｑｃｍが２番目に大きい状態ＳＴ２の冷媒流量Ｑｃｍに設定する。
【０１５０】
一方、ステップＳ７１において、ＦＣスタック４０の温度Ｔｆｃが低温であると判定された場合には（ステップＳ７１：ＹＥＳ、Ｔｆｃ≦Ｔｌｔｈ）、ステップＳ７５において、電圧固定・ストイキ比可変電流可変制御中（ＣＶＶＣ制御中）であるか否かが判定される。
【０１５１】
低温であり（Ｔｆｃ≦Ｔｌｔｈ）電圧固定・ストイキ比可変電流可変制御中（ＣＶＶＣ制御中）である場合、ステップＳ７６において、冷媒流量Ｑｃｍは、図２７の冷媒流量マップ（冷媒流量表）１９２中、冷媒流量Ｑｃｍが２番目に小さい状態ＳＴ３の冷媒流量Ｑｃｍに設定する。
【０１５２】
ステップＳ７５の判定において、電圧固定・ストイキ比可変電流可変制御中（ＣＶＶＣ制御中）でなかった場合、すなわち、低温である（Ｔｆｃ≦Ｔｌｔｈ）が通常発電中である場合、ステップＳ７７において、冷媒流量Ｑｃｍは、図２７の冷媒流量マップ（冷媒流量表）１９２中、冷媒流量Ｑｃｍが最も小さい状態ＳＴ４の冷媒流量Ｑｃｍに設定する。
【０１５３】
［第２実施例のまとめ］
上述した第２実施例では、ＥＣＵ２４は、ステップＳ６１において、ＦＣスタック４０の温度Ｔｆｃが閾値温度Ｔｌｔｈ以下である低温時に、回生電力Ｐｒｅｇを取りきる（全て回収する）ためにステップＳ６６〜Ｓ６９でＦＣスタック４０の目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを、ＦＣスタック４０の酸化還元進行電圧範囲外の下限電圧ｖ２以下の電圧に固定（第２実施例では、ｖ２に固定）して電圧固定・ストイキ比可変電流可変制御（ＣＶＶＣ制御）とするが、下限電圧ｖ２に固定するために、ＦＣスタック４０での熱損失が増加し、その分、ＦＣスタック４０の暖機を促進することができる。
【０１５４】
暖機の効果をより高めるために、ＥＣＵ２４は、ステップＳ７１において、ＦＣスタック４０の温度Ｔｆｃが低温判断閾値温度Ｔｌｔｈ以下である低温時に、電圧固定・トイキ比可変電流可変制御（ＣＶＶＣ制御）を行う際には、冷媒流量Ｑｃｍを状態ＳＴ３まで低下させることが好ましい。
【０１５５】
図２８は、時点ｔ２１で低温下回生中と判定された場合のタイムチャートを示している。
【０１５６】
なお、図２８中、冷媒流量Ｑｃｍ［Ｌ／ｍｉｎ］より下に描いたタイムチャートにおいて、太い破線で示したものは比較例による変化特性を示し、太い実線で示したものは、この第２実施例よる変化特性を示している。
【０１５７】
時点ｔ２１で車速Ｖｓが減速を開始すると回生状態となる。時点ｔ２１を含め全時間領域で、ＦＣスタック４０の温度Ｔｆｃが低温判断閾値温度Ｔｌｔｈ以下と判定されているので、時点ｔ２１以降、ＦＣスタック４０の目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔが酸化還元進行電圧範囲外の下限電圧ｖ２に固定し、電圧固定・ストイキ比可変電流可変制御（ＣＶＶＣ制御）を行い熱損失を発生させつつＦＣ電力Ｐｆｃを低下させて、回生電力Ｐｒｅｇをバッテリ充電可能電力Ｐｂｃｈｇとして充電する。
【０１５８】
また、時点ｔ２１以降、冷媒流量Ｑｃｍを状態ＳＴ３まで低下させている。
【０１５９】
よって、時点ｔ２１以降の低温下回生中には、ＦＣスタック４０の温度Ｔｆｃを上昇させることができる。
【０１６０】
［第３実施例］
図２９は、第３実施例に係るＦＣユニット１８の概略構成を示している。この第３実施例に係るＦＣユニット１８において、カソード系５６ａに、エアポンプ６０、加湿器６２、及び背圧弁６４の他、循環弁（カソード循環弁）６６が含まれる。
【０１６１】
この場合、背圧弁６４の出力側の配管６４ｂと空気取入口側（入力側）の配管６０ａとの間に、配管６６ａ、循環弁６６、及び配管６６ｂが接続されている。これにより、排気ガス（カソードオフガス）の一部が循環ガスとして、配管６６ａ、循環弁６６及び配管６６ｂを通って、配管６０ａに供給され、車外からの新規空気に合流し、エアポンプ６０に吸気される。
【０１６２】
循環弁６６は、例えば、バタフライ弁で構成され、その開度（以下「循環弁開度θｃ」又は「開度θｃ」という。）がＥＣＵ２４によって制御されることで循環ガスの流量が制御される。流量センサ７０は、配管６６ｂに取り付けられ、配管６０ａに向かう循環ガスの流量Ｑｃ［ｇ／ｓ］を検出してＥＣＵ２４に出力する。
【０１６３】
図３０の特性１６７に示すように、排気ガスが通流する循環弁６６の循環弁開度θｃを大きくすればするほど、カソード流路７４中の酸素濃度Ｃｏを低下させることができる。
【０１６４】
そこで、この第３実施例では、ＥＣＵ２４は、モータ１４の回生発電時にＦＣスタック４０の酸化還元進行電圧範囲（酸化還元進行領域Ｒ３）外の所定電圧（ｖ３〜ｖ４までの酸化安定領域Ｒ４内の電圧）内でＤＣ／ＤＣコンバータ２２によりＦＣスタック４０のＦＣ電圧Ｖｆｃを固定（たとえば、Ｖｆｃ＝ｖ３やＶｆｃ＝Ｖｌｍｉ２に固定）した状態で、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを可変する際に、循環弁６６の開度θｃのみを可変することでＦＣ電流Ｉｆｃを可変とする。
【０１６５】
このように、ＦＣスタック４０の酸化還元進行電圧範囲（酸化還元進行領域Ｒ３）外でＦＣスタック４０の電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ２２により固定した状態で循環弁６６の開度θｃを可変することでＦＣスタック４０の出力電力を減少させ、これによりＦＣスタック４０の劣化を抑制し（図８参照）、劣化を抑制した状態で、回生発電により発生した回生電力Ｐｒｅｇをバッテリ２０に回収するようにしたので、ＦＣスタック４０の出力電力を減少させた分、回生電力Ｐｒｅｇを有効に回収することができる。よって、ＦＣスタック４０の劣化を抑制しながら、回生電力Ｐｒｅｇの回収効率（回生効率）を上げ、結果として、システム効率を上げることができる。
【０１６６】
この場合においても、ＦＣスタック４０の酸化還元進行電圧範囲（酸化還元進行領域Ｒ３）外の所定電圧は、酸化還元進行電圧範囲の上限電圧ｖ３より高くカーボン酸化進行領域Ｒ５の下限電圧ｖ４よりも低い所定電圧（ｖ３〜ｖ４）の高電圧とすることで、回生時におけるモータ１４のモータ電圧Ｖｍが高電圧となり、劣化抑制が維持されつつ回生効率がより向上する。
【０１６７】
なお、ＦＣスタック４０の酸化還元進行電圧範囲（酸化還元進行領域Ｒ３）外の前記所定電圧は、酸化還元進行電圧範囲（酸化還元進行領域Ｒ３）の上限電圧ｖ３を上回る高電圧（ｖ３＜Ｖｃｅｌｌ＜ｖ４）中、ＦＣスタック４０の劣化量Ｄが少ない電圧Ｖｌｍｉ２（図８参照）とすることで、劣化の抑制を最大（劣化の進行を最小）にすることができる。
【０１６８】
すなわち、第３実施例では、回生制御を行う際に、第１実施例のように、エアポンプ６０の回転数Ｎａｐや背圧弁６４の開度θｂｐを変えることなく、循環弁６６の開度θｃのみを可変することでＦＣ電流Ｉｆｃを可変するようにしたので、制御が簡便になるという利点が得られる。
【０１６９】
［変形例］
なお、この発明は、上記実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。例えば、以下の構成を採用することができる。
【０１７０】
上記実施形態では、ＦＣシステム１２をＦＣ車両１０に搭載したが、これに限らず、別の対象に搭載してもよい。例えば、ＦＣシステム１２を船舶や航空機等の移動体に用いることもできる。或いは、ＦＣシステム１２を家庭用電力システムに適用してもよい。
【０１７１】
上記実施形態では、ＦＣスタック４０と高電圧バッテリ２０を並列に配置し、バッテリ２０の手前にＤＣ／ＤＣコンバータ２２を配置する構成としたが、これに限らない。例えば、図３１に示すように、ＦＣスタック４０とバッテリ２０を並列に配置し、昇圧式、降圧式又は昇降圧式のＤＣ／ＤＣコンバータ２２をＦＣスタック４０の手前に配置する構成であってもよい。あるいは、図３２に示すように、ＦＣスタック４０とバッテリ２０を並列に配置し、ＦＣスタック４０の手前にＤＣ／ＤＣコンバータ１６０を、バッテリ２０の手前にＤＣ／ＤＣコンバータ２２を配置する構成であってもよい。あるいは、図３３に示すように、ＦＣスタック４０とバッテリ２０を直列に配置し、バッテリ２０とモータ１４の間にＤＣ／ＤＣコンバータ２２を配置する構成であってもよい。
【０１７２】
上記実施形態では、ストイキ比を調整する手段又は方法として、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを調整するものを用いたが、これに限らず、目標水素濃度を調整することも可能である。また、目標濃度の代わりに、目標流量又は目標濃度と目標流量の両方を用いることもできる。
【０１７３】
上記実施形態では、酸素を含む空気を供給するエアポンプ６０を備える構成を例示したが、これに代えて又は加えて、水素を供給する水素ポンプを備える構成としてもよい。
【符号の説明】
【０１７４】
１０…燃料電池車両                      １２…燃料電池システム
１４…駆動モータ                        １６…インバータ
１８…燃料電池ユニット                  ２０…高電圧バッテリ（蓄電装置）
２２…ＤＣ／ＤＣコンバータ（電圧調整手段）
２４…ＥＣＵ（電子制御装置）            ３３…負荷
４０…ＦＣ                              ４４…水素タンク
６０…エアポンプ                        ８０…ウォータポンプ
９０…エアコンディショナ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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