(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒を有し、前記触媒で酸素又は水素を反応させることで発電する燃料電池と、
前記酸素及び前記水素の少なくとも一方を前記燃料電池に供給するガス供給手段と、
前記燃料電池の発電電圧を制御する電圧制御手段と、
前記燃料電池が出力する電力により駆動する負荷と
を備えた燃料電池システムであって、さらに、
前記電圧制御手段を制御することで前記燃料電池の実電圧を前記触媒の酸化還元反応が進行する酸化還元進行電圧範囲外の所定電圧に固定した状態で、前記酸素及び前記水素の少なくとも一方の濃度が前記負荷の要求する要求電力に追従するようにガス量及びガス濃度の少なくとも一方を制御するガス供給制御手段を有し、
前記ガス供給制御手段は、前記燃料電池の温度が所定温度以下であると判定した場合、前記燃料電池の電圧を、前記酸化還元進行電圧範囲より低く、相対的に劣化量が少ない電圧領域の電圧値に固定すると共に、前記燃料電池に供給するガス量及びガス濃度の少なくとも一方を前記負荷が要求する電力に追従させるように変動させ、
前記燃料電池システムは、車両に搭載され、前記車両内のモータに電力を供給し、
前記所定温度は、前記燃料電池の暖機を行うか否かを判定する暖機判定温度閾値であり、
さらに、前記燃料電池システムを搭載した車両の走行を許可するか否かを判定する走行許可判定温度閾値を設定し、
前記燃料電池の温度が前記走行許可判定温度閾値を下回る場合、最低モータ駆動電圧を下回る値に前記発電電圧を固定して暖機を行い、
前記燃料電池の温度が前記走行許可判定温度閾値を上回り且つ前記暖機判定温度閾値を下回る場合、前記発電電圧を前記最低モータ駆動電圧以上であって前記酸化還元進行電圧範囲より低い値にして暖機を行い、
前記燃料電池の温度が前記走行許可判定温度閾値を下回る状態から前記暖機判定温度閾値に到達するまでの間、前記ガス供給制御手段は、前記発電電圧を、前記酸化還元進行電圧範囲より低く、相対的に劣化量が少ない電圧領域の電圧値に固定すると共に、前記燃料電池に供給するガス量及びガス濃度の少なくとも一方を前記負荷が要求する電力に追従させるように変動させ、
前記燃料電池の温度が前記走行許可判定温度閾値を下回る場合、前記燃料電池を構成するセルの劣化量が前記最低モータ駆動電圧よりも低い還元領域において極小値となるセル電圧にセル数を乗じた電圧値に前記燃料電池の電圧を固定して暖機を行う
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池システムにおいて、
平均セル電圧と最低セル電圧との差が所定値以上となり前記燃料電池の発電安定性が損なわれた場合、前記酸化還元進行電圧範囲より低い範囲内で前記燃料電池の電圧を上げることで前記燃料電池の出力電流を下げてエアストイキ比を上げる
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１又は２記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池の温度が前記走行許可判定温度閾値を上回り且つ前記暖機判定温度閾値を下回る場合、前記発電電圧を前記最低モータ駆動電圧に固定して暖機を行い、
前記暖機が終了した又は不要である場合、前記負荷が要求する電力が相対的に高い時に用いる第１通常モードと、前記負荷が要求する電力が相対的に低い時に用いる第２通常モードとを切り替えて用い、
前記第１通常モードでは、前記燃料電池に供給するガス量及びガス濃度の少なくとも一方を固定すると共に、前記発電電圧を、前記酸化還元進行電圧範囲より低く、相対的に劣化量が少ない電圧領域の電圧値以下で変動させることで、前記負荷が要求する電力に追従させるように変動させ、
前記第２通常モードでは、前記発電電圧を、前記酸化還元進行電圧範囲より低く、相対的に劣化量が少ない電圧領域の電圧値に固定すると共に、前記燃料電池に供給するガス量及びガス濃度の少なくとも一方を前記負荷が要求する電力に追従させるように変動させる
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】
この発明は、燃料電池と、前記燃料電池が出力する電力により駆動する負荷とを備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池車両等に利用される燃料電池の暖機を行う技術が提案されている（特許文献１）。特許文献１では、燃料電池（ＦＣ）の出力電圧を負荷動力源の最低駆動電圧以上に設定する（要約）。より具体的には、ＦＣの温度に基づいて暖機の必要性を判断し（図４のＳ２）、暖機が必要である場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、モータ出力の要求を確認する（Ｓ３）。モータ出力の要求がなければ（Ｓ３：ＮＯ）、ＦＣの出力電圧を相対的に低くする第１の低効率運転を行う（Ｓ４、図３）。モータ出力の要求があれば（Ｓ３：ＹＥＳ）、ＦＣの出力電圧を相対的に高くする第２の低効率運転を行う（Ｓ５、図３）。
【０００３】
第１の低効率運転は、トラクションモータ（Ｍ３）からの出力要求がない場合に用いられ、第２の低効率運転は、トラクションモータからの出力要求がある場合に用いられる（１０頁３〜１０行目）。第１の低効率運転では、ＦＣの出力電圧は、トラクションモータの最低駆動電圧（Ｖｌｉｍ）未満に設定される（１０頁１４〜１６行目）。第２の低効率運転では、ＦＣ要求出力に応じたＦＣ電流を算出し、算出したＦＣ電流に応じてエアストイキ比を変化させる。この際、ＦＣの出力電圧は前記最低駆動電圧で一定とする（図５、１０頁２１〜２６行目）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００８／０４７６０３号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように、特許文献１では、ＦＣの暖機の迅速性という観点に着目した内容となっているが、ＦＣの劣化抑制は検討されていない。
【０００６】
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つつ燃料電池の暖機を効果的に促進し、且つ燃料電池の余剰電力や不足電力の発生を抑制することが可能な燃料電池システム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】
【０００７】
この発明に係る燃料電池システムは、触媒を有し、前記触媒で酸素又は水素を反応させることで発電する燃料電池と、前記酸素及び前記水素の少なくとも一方を前記燃料電池に供給するガス供給手段と、前記燃料電池の発電電圧を制御する電圧制御手段と、前記燃料電池が出力する電力により駆動する負荷とを備えたものであって、さらに、前記電圧制御手段を制御することで前記燃料電池の実電圧を前記触媒の酸化還元反応が進行する酸化還元進行電圧範囲外の所定電圧に固定した状態で、前記酸素及び前記水素の少なくとも一方の濃度が前記負荷の要求する要求電力に追従するようにガス量及びガス濃度の少なくとも一方を制御するガス供給制御手段を有し、前記ガス供給制御手段は、前記燃料電池の温度が所定温度以下であると判定した場合、前記燃料電池の電圧を、前記酸化還元進行電圧範囲より低く、相対的に劣化量が少ない電圧領域の電圧値に固定すると共に、前記燃料電池に供給するガス量及びガス濃度の少なくとも一方を前記負荷が要求する電力に追従させるように変動させることを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、燃料電池の実電圧が酸化還元進行電圧範囲外の所定電圧に固定されるため、触媒の酸化反応及び還元反応が同時期に頻繁に繰り返されることが防止されて燃料電池の劣化を防ぐことができる。特に、燃料電池の実電圧が、燃料電池の劣化量が相対的に少ない電圧領域の電圧値に固定されるため、劣化量をより少なくすることが可能となる。加えて、酸素及び水素の少なくとも一方の濃度が負荷の要求する要求電力に追従するように制御されて燃料電池が負荷の要求電力を出力するため、燃料電池の余剰電力や不足電力の発生を抑制することが可能となる。
【０００９】
平均セル電圧と最低セル電圧との差が所定値以上となり前記燃料電池の発電安定性が損なわれた場合、前記酸化還元進行電圧範囲より低い範囲内で前記燃料電池の電圧を上げることで前記燃料電池の出力電流を下げてエアストイキ比を上げてもよい。燃料電池の発電安定性が損なわれた場合、燃料電池の発電電圧を上昇させることで発電電流を低減できると共に、酸素及び水素の少なくとも一方のストイキ比が上がるため、発電安定性を維持することが可能となる。
【００１０】
前記燃料電池システムは、モータに電力を供給し、前記所定温度は、前記燃料電池の暖機を行うか否かを判定する暖機判定温度閾値であり、さらに、前記燃料電池システムを搭載した車両の走行を許可するか否かを判定する走行許可判定温度閾値を設定し、前記燃料電池の温度が前記走行許可判定温度閾値を下回る場合、最低モータ駆動電圧を下回る値に前記発電電圧を固定して暖機を行い、前記燃料電池の温度が前記走行許可判定温度閾値を上回り且つ前記暖機判定温度閾値を下回る場合、前記発電電圧を前記最低モータ駆動電圧以上であって前記酸化還元進行電圧範囲より低い値にして暖機を行ってもよい。これにより、迅速な暖機と燃料電池システムの稼動を両立することが可能となる。
前記燃料電池の温度が前記走行許可判定温度閾値を下回る状態から前記暖機判定温度閾値に到達するまでの間、前記ガス供給制御手段は、前記発電電圧を、前記酸化還元進行電圧範囲より低く、相対的に劣化量が少ない電圧領域の電圧値に固定すると共に、前記燃料電池に供給するガス量及びガス濃度の少なくとも一方を前記負荷が要求する電力に追従させるように変動させてもよい。
【００１１】
前記燃料電池システムは、例えば、車両に搭載することができる。これにより、耐久性が高く且つ良好な始動性を有する車両を実現することが可能となる。
前記燃料電池の温度が前記走行許可判定温度閾値を下回る場合、前記燃料電池を構成するセルの劣化量が前記最低モータ駆動電圧よりも低い還元領域において極小値となるセル電圧にセル数を乗じた電圧値に前記燃料電池の電圧を固定して暖機を行ってもよい。
前記燃料電池の温度が前記走行許可判定温度閾値を上回り且つ前記暖機判定温度閾値を下回る場合、前記発電電圧を前記最低モータ駆動電圧に固定して暖機を行い、前記暖機が終了した又は不要である場合、前記負荷が要求する電力が相対的に高い時に用いる第１通常モードと、前記負荷が要求する電力が相対的に低い時に用いる第２通常モードとを切り替えて用い、前記第１通常モードでは、前記燃料電池に供給するガス量及びガス濃度の少なくとも一方を固定すると共に、前記発電電圧を、前記酸化還元進行電圧範囲より低く、相対的に劣化量が少ない電圧領域の電圧値以下で変動させることで、前記負荷が要求する電力に追従させるように変動させ、前記第２通常モードでは、前記発電電圧を、前記酸化還元進行電圧範囲より低く、相対的に劣化量が少ない電圧領域の電圧値に固定すると共に、前記燃料電池に供給するガス量及びガス濃度の少なくとも一方を前記負荷が要求する電力に追従させるように変動させてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、燃料電池の実電圧が酸化還元進行電圧範囲外の所定電圧に固定されるため、触媒の酸化反応及び還元反応が同時期に頻繁に繰り返されることが防止されて燃料電池の劣化を防ぐことができる。特に、燃料電池の実電圧が、燃料電池の劣化量が相対的に少ない電圧領域の電圧値に固定されるため、劣化量をより少なくすることが可能となる。加えて、酸素及び水素の少なくとも一方の濃度が負荷の要求する要求電力に追従するように制御されて燃料電池が負荷の要求電力を出力するため、燃料電池の余剰電力や不足電力の発生を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【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図である。
【図５】電子制御装置（ＥＣＵ）における基本的な制御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】バッテリのＳＯＣ、充放電係数及び平均回生電力の関係を示す図である。
【図９】燃料電池を構成する燃料電池セルの電位とセルの劣化量との関係の一例を示す図である。
【図１０】燃料電池セルの電位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１１】前記実施形態における複数の電力供給モードの説明図である。
【図１２】前記ＥＣＵが、前記燃料電池システムのエネルギマネジメントを行うフローチャートである。
【図１３】暖機モードのフローチャートである。
【図１４】暖機により冷却水の水温が上昇する様子の一例を示す図である。
【図１５】エアストイキ比とセル電流との関係を示す図である。
【図１６】第２通常モードのフローチャートである。
【図１７】目標ＦＣ電流と目標酸素濃度との関係を示す図である。
【図１８】目標酸素濃度及び目標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１９】目標酸素濃度及び目標ＦＣ電流と目標背圧弁開度との関係を示す図である。
【図２０】目標ＦＣ電流と空気流量との関係を示す図である。
【図２１】循環弁の開度と循環ガス流量との関係を示す図である。
【図２２】モータのトルク制御のフローチャートである。
【図２３】前記実施形態に係る各種制御を用いた場合のタイムチャートの例である。
【図２４】前記実施形態に係る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２５】前記実施形態に係る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２６】前記実施形態に係る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。
【図２７】前記実施形態に係る燃料電池システムの第４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】
【００１４】
１．全体的な構成の説明
［１−１．全体構成］
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と、インバータ１６とを有する。
【００１５】
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と、電子制御装置２４（以下「ＥＣＵ２４」という。）とを有する。
【００１６】
［１−２．駆動系］
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）。
【００１７】
インバータ１６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、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。
【００１８】
なお、モータ１４とインバータ１６を併せて負荷３０という。負荷３０には、後述するエアポンプ６０、ウォータポンプ８０、エアコンディショナ９０等の構成要素を含めることもできる。
【００１９】
［１−３．ＦＣ系］
（１−３−１．全体構成）
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と、セル電圧モニタ４２とを備える。
【００２０】
（１−３−２．ＦＣスタック４０）
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。
【００２１】
（１−３−３．アノード系）
アノード系は、水素タンク４４、レギュレータ４６、エゼクタ４８及びノーマルクローズ型のパージ弁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のものであり、配管４４ａ、レギュレータ４６、配管４６ａ、エゼクタ４８及び配管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の水素は、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により開とされる。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
配管４８ｂの一部は、配管５０ａ、パージ弁５０及び配管５０ｂを介して、後記する配管６４ｂ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、開となる。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する。
【００２７】
（１−３−４．カソード系）
カソード系は、エアポンプ６０、加湿器６２、ノーマルオープン型の背圧弁６４と、ノーマルオープン型の循環弁６６、流量センサ６８、７０及び温度センサ７２を有する。
【００２８】
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）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。
【００２９】
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の間で水分交換させ、カソード流路７４に向かう空気を加湿する。
【００３０】
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及び配管６４ｂ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、車外に排出される。なお、配管６４ｂには、前記した希釈器（図示しない）が設けられている。
【００３１】
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によって制御されることで、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。
【００３２】
前記希釈器の下流側の配管６４ｂは、配管６６ａ、循環弁６６及び配管６６ｂを介して、配管６０ａに接続されている。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。
【００３３】
循環弁６６は、例えば、バタフライ弁で構成され、その開度がＥＣＵ２４によって制御されることで循環ガスの流量を制御する。
【００３４】
流量センサ６８は、配管６０ｂに取り付けられ、カソード流路７４に向かう空気の流量［ｇ／ｓ］を検出してＥＣＵ２４に出力する。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。
【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。ここで、循環ガスの温度は、カソードオフガスの温度と略等しいため、温度センサ７２の検出するカソードオフガスの温度に基づいて、循環ガスの温度を検知することができる。
【００３６】
（１−３−５．冷却系）
冷却系は、ウォータポンプ８０、ラジエータ８２（放熱器）及び温度センサ８６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及び配管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。温度センサ８６は、冷却水の温度Ｔｗ［℃］を検出してＥＣＵ２４に出力する。
【００３７】
（１−３−６．セル電圧モニタ）
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セル電圧を算出する。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】
（１−３−７．電力系）
図２に示すように、ＦＣ４０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）とＤＣ／ＤＣコンバータ２２及び高電圧バッテリ２０（充電時）とに加え、前記エアポンプ６０、前記ウォータポンプ８０、エアコンディショナ９０、ダウンバータ９２、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、図１に示すように、ＦＣユニット１８（ＦＣ４０）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、ＦＣ４０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、ＦＣ４０の発電電流（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】
［１−４．高電圧バッテリ２０］
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次電池又はキャパシタ等を利用することができる。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」という。）［Ｖ］は、図示しない電圧センサにより検出され、バッテリ２０の出力電流（以下「バッテリ電流Ｉｂａｔ」という。）［Ａ］は、図示しない電流センサにより検出され、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】
［１−５．ＤＣ／ＤＣコンバータ２２］
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との供給先を制御する。
【００４１】
図４には、本実施形態におけるＤＣ／ＤＣコンバータ２２の詳細が示されている。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３０とＦＣ４０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）［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、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、ゲートの駆動信号（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次側の電流（１次電流Ｉ１）［Ａ］を検出する。また、ＥＣＵ２４は、２次側の平滑コンデンサ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次側の電流（２次電流Ｉ２）［Ａ］を検出する。
【００４８】
［１−６．ＥＣＵ２４］
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、バッテリ２０及びＤＣ／ＤＣコンバータ２２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、７０、温度センサ７２、８６、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。
【００４９】
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の開度θｐ［度］を検出する。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Ｖ［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である。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
２．本実施形態の制御
次に、ＥＣＵ２４における制御について説明する。
【００５３】
［２−１．基本制御］
図５には、ＥＣＵ２４における基本的な制御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）［Ｗ］を計算する。
【００５４】
ステップＳ３において、ＥＣＵ２４は、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全体の出力を効率化することを企図している。
【００５５】
ステップＳ４において、ＥＣＵ２４は、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、循環弁６６及びウォータポンプ８０の制御（ＦＣ発電制御）を行う。ステップＳ５において、ＥＣＵ２４は、モータ１４のトルク制御を行う。
【００５６】
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。
【００５７】
［２−２．システム負荷Ｐｓｙｓの計算］
図６には、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、回転数センサ１５２からモータ１４の回転数Ｎｍ［ｒｐｍ］を読み込む。
【００５８】
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に示すマップにおいて、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１２０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１２２、１２４、１２６、１２８、１３０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。
【００５９】
ステップＳ１４において、ＥＣＵ２４は、各補機から現在の動作状況を読み込む。ここでの補機には、例えば、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。
【００６０】
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。ステップＳ１６において、ＥＣＵ２４は、充放電係数αを算出する。充放電係数αは、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）に乗算する係数であり、バッテリ２０のＳＯＣとモータ１４の回生電力Ｐｒｅｇの平均値（以下「平均回生電力Ｐｒｅｇａｖｅ」という。）とに応じて設定される。平均回生電力Ｐｒｅｇａｖｅは、所定期間内に得られた回生電力Ｐｒｅｇの平均値である。
【００６１】
図８は、ＳＯＣ、充放電係数α及び平均回生電力Ｐｒｅｇａｖｅの関係を示すマップである。図８の例では、目標ＳＯＣを５０％に設定しており、ＳＯＣが５０％を上回るとき（十分な充電状態にあるとき）、充放電係数αが１未満とされる。これにより、仮システム負荷に１未満の乗数を掛けることでシステム負荷Ｐｓｙｓを小さくし、バッテリ２０の余分なＳＯＣを消費することが可能となる。また、ＳＯＣが５０を下回るとき（充電を要するとき）、充放電係数αを１より大きくする。これにより、仮システム負荷に１を超える乗数を掛けることでシステム負荷Ｐｓｙｓを大きくし、ＳＯＣの不足分を補うことが可能となる。
【００６２】
また、図８の例では、平均回生電力Ｐｒｅｇａｖｅに応じてＳＯＣと充放電係数αの関係を切り替える。すなわち、図８に示すように、平均回生電力Ｐｒｅｇａｖｅが低い場合（回生電力Ｐｒｅｇが得難い環境にあるとき）、回生電力Ｐｒｅｇをあまり見込めない分、ＳＯＣが５０％を上回る範囲では充放電係数αを大きくし、ＳＯＣが５０％を下回る範囲では充放電係数αを１に近い値とする。一方、平均回生電力Ｐｒｅｇａｖｅが高い場合（回生電力Ｐｒｅｇを得易い環境にあるとき）、回生電力Ｐｒｅｇをより多く見込める分、ＳＯＣが５０％を上回る範囲では充放電係数αを小さくし、ＳＯＣが５０％を下回る範囲では充放電係数αを１から大きく遠ざける。なお、目標ＳＯＣは、５０％以外の値に設定してもよい。また、図８のマップは、例えば、実測値、シミュレーション値を用いることができる。
【００６３】
図６に戻り、ステップＳ１７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）に充放電係数αを乗算して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）を算出する。
【００６４】
［２−３．エネルギマネジメント］
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全体の出力を効率化することを企図している。
【００６５】
（２−３−１．前提事項）
図９は、ＦＣスタック４０を構成するＦＣセルの電位（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９中の曲線２００は、セル電圧Ｖｃｅｌｌと劣化量Ｄとの関係を示す。
【００６６】
図９において、電位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。電位ｖ１から電位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「白金還元領域Ｒ２」又は「還元領域Ｒ２」という。）である。
【００６７】
電位ｖ２から電位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「酸化還元領域Ｒ３」という。）である。電位ｖ３から電位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「酸化領域Ｒ４」という。）である。電位ｖ４からＯＣＶ（開回路電圧）までは、セルに含まれるカーボンの酸化が進行する領域（以下「カーボン酸化領域Ｒ５」という。）である。
【００６８】
上記のように、図９では、セル電圧Ｖｃｅｌｌが白金還元領域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、又はカーボン酸化領域Ｒ５にあれば、ＦＣセルの劣化の進行度合が大きい。
【００６９】
なお、図９では、曲線２００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２００は変化する。
【００７０】
図１０には、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１０において、曲線１７０は、変動速度Ａｃｅｌｌが高い場合を示し、曲線１７２は、変動速度Ａｃｅｌｌが低い場合を示す。図１０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、必ずしも各電位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位ｖ１〜ｖ４は変化し得る。このため、電位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。
【００７１】
また、ＦＣセルの電流−電圧（ＩＶ）特性は、一般的な燃料電池セルと同様、セル電圧Ｖｃｅｌｌが下がるほど、セル電流Ｉｃｅｌｌ［Ａ］が増加する（図１１参照）。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。
【００７２】
以上を踏まえ、本実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２が、電圧変換動作を行っている際、ＦＣスタック４０の目標電圧（目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔ）［Ｖ］を、主として、白金還元領域Ｒ２内に設定しつつ、必要に応じて白金酸化安定領域Ｒ４内に設定する（具体例は、図１２等を用いて説明する。）。このような目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔの切替えを行うことにより、ＦＣ電圧Ｖｆｃが、領域Ｒ１、Ｒ３、Ｒ５（特に、白金酸化還元進行領域Ｒ３）内にある時間を極力短縮し、ＦＣスタック４０の劣化を防止することができる。
【００７３】
なお、上記の処理では、ＦＣスタック４０の供給電力（ＦＣ電力Ｐｆｃ）と、システム負荷Ｐｓｙｓが等しくならない場合が存在する。この点、ＦＣ電力Ｐｆｃがシステム負荷Ｐｓｙｓを下回っている場合、その不足分は、バッテリ２０から供給する。また、ＦＣ電力Ｐｆｃがシステム負荷Ｐｓｙｓを上回っている場合、その余剰分は、バッテリ２０に充電する。
【００７４】
なお、図９では、電位ｖ１〜ｖ４を具体的な数値として特定したが、これは、後述する制御を行うためであり、当該数値は、あくまで制御の便宜を考慮して決定するものである。換言すると、曲線２００からもわかるように、劣化量Ｄは連続的に変化するため、制御の仕様に応じて、電位ｖ１〜ｖ４は、適宜設定することができる。
【００７５】
但し、白金還元領域Ｒ２は、曲線２００の極小値（第１極小値Ｖｌｍｉ１）を含む。第１極小値Ｖｌｍｉ１は、例えば、０．６５Ｖである。白金酸化還元進行領域Ｒ３では、曲線２００の極大値（極大値Ｖｌｍｘ）を含む。白金酸化安定領域Ｒ４は、曲線２００の別の極小値（第２極小値Ｖｌｍｉ２）を含む。
【００７６】
（２−３−２．エネルギマネジメントで用いる電力供給モード）
図１１は、本実施形態における複数の電力供給モードの説明図である。本実施形態では、エネルギマネジメントで用いる電力供給の制御方法（電力供給モード）として、大きく分けて２つの制御方法（電力制御モード）を用いる。すなわち、本実施形態では、ＦＣ４０の暖機時に用いる暖機モードと、通常時（暖機時以外）に用いる通常モードである。さらに、通常モードは、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔ及びＦＣ電流Ｉｆｃがいずれも可変である電圧可変・電流可変制御（第１通常モード）と、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔが一定でありＦＣ電流Ｉｆｃが可変である電圧固定・電流可変制御（第２通常モード）とに分かれる。
【００７７】
上記のように、暖機モードは、ＦＣ４０の暖機時に用いるものであり、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを還元領域Ｒ２の第１極小値Ｖｌｍｉ１に設定しながら暖機を行う。これにより、ＦＣ４０の劣化量Ｄを低くしつつ、暖機を行うことができる。なお、本実施形態では、モータ１４の最低駆動電圧（以下「最低モータ駆動電圧Ｖｍｏｔｍｉｎ」という。）は第１極小値Ｖｌｍｉ１よりも高いが、最低モータ駆動電圧Ｖｍｏｔｍｉｎが第１極小値Ｖｌｍｉ１よりも低くてもよい。この場合も、暖機モードでは、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを第１極小値Ｖｌｍｉ１に設定する。
【００７８】
第１通常モード（電圧可変・電流可変制御）は、主として、システム負荷Ｐｓｙｓ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（エアストイキ比）を固定（或いは、酸素を豊潤な状態に維持）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。これにより、基本的に、ＦＣ電力Ｐｆｃによりシステム負荷Ｐｓｙｓをまかなうことが可能となる。
【００７９】
第２通常モード（電圧固定・電流可変制御）は、主として、システム負荷Ｐｓｙｓ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、酸化還元領域Ｒ３よりも低い電位以下で設定された基準電位｛本実施形態では、電位ｖ２（＝０．８Ｖ）｝に固定すると共に、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔ（エアストイキ比）を可変とすることにより、ＦＣ電流Ｉｆｃを可変とする。これにより、基本的に、ＦＣ電力Ｐｆｃによりシステム負荷Ｐｓｙｓをまかなうことが可能となる（詳細は後述する。）。ＦＣ電力Ｐｆｃの不足分は、バッテリ２０からアシストする。
【００８０】
（２−３−３．エネルギマネジメントの全体フロー）
図１２には、ＥＣＵ２４が、ＦＣシステム１２のエネルギマネジメント（図５のＳ３）を行うフローチャートが示されている。ステップＳ２１において、ＥＣＵ２４は、ＦＣ４０の暖機が必要であるか否かを判定する。具体的には、温度センサ８６が検出した冷却水の温度Ｔｗが、暖機の要否を判定する閾値ＴＨＴｗ１以下であるか否かを判定する。温度Ｔｗが閾値ＴＨＴｗ１以下であり、暖機を要する場合（Ｓ２１：ＹＥＳ）、ステップＳ２２において、ＥＣＵ２４は、暖機モードを実行する。温度Ｔｗが閾値ＴＨＴｗ１以下でなく、暖機を要さない場合（Ｓ２１：ＮＯ）、ステップＳ２３において、通常モードを実行する。
【００８１】
（２−３−４．暖機モード）
図１３には、暖機モードのフローチャートが示されている。ステップＳ３１において、ＥＣＵ２４は、車両１０が走行可能なほどにＦＣ４０が暖機されているか否かを判定する。具体的には、冷却水の温度Ｔｗが閾値ＴＨＴｗ２以上であるか否かを判定する。温度Ｔｗは、実質的にＦＣ４０の温度を示す。温度Ｔｗが閾値ＴＨＴｗ２以上であり、車両１０が走行可能である場合（Ｓ３１：ＹＥＳ）、ステップＳ３２に進む。
【００８２】
ステップＳ３２において、ＥＣＵ２４は、車両１０の走行（モータ１４の駆動）を許可する。すなわち、アクセルペダル１５６の開度θｐに応じてモータ１４の出力を制御する。ステップＳ３３において、ＥＣＵ２４は、暖機モードを開始して今回が初めてのステップＳ３３であるか否かを判定する。今回が初めてのステップＳ３３でない場合（Ｓ３３：ＮＯ）、ステップＳ３８に進む。今回が初めてのステップＳ３３である場合（Ｓ３３：ＹＥＳ）、ステップＳ３４において、ＥＣＵ２４は、最低モータ駆動電圧Ｖｍｏｔｍｉｎを目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔとして設定する。ステップＳ３４の後はステップＳ３８に進む。
【００８３】
ステップＳ３１に戻り、温度Ｔｗが閾値ＴＨＴｗ２以上でなく、車両１０が走行可能でない場合（Ｓ３１：ＮＯ）、ステップＳ３５に進む。
【００８４】
ステップＳ３５において、ＥＣＵ２４は、車両１０の走行（モータ１４の駆動）を許可しない。すなわち、アクセルペダル１５６が操作されてもモータ１４を作動させない。ステップＳ３６において、ＥＣＵ２４は、暖機モードを開始して今回が初めてのステップＳ３６であるか否かを判定する。今回が初めてのステップＳ３６でない場合（Ｓ３６：ＮＯ）、ステップＳ３８に進む。今回が初めてのステップＳ３６である場合（Ｓ３６：ＹＥＳ）、ステップＳ３７において、ＥＣＵ２４は、第１極小値Ｖｌｍｉ１とセル数の積を目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔとして設定する。ステップＳ３７の後はステップＳ３８に進む。
【００８５】
ステップＳ３８において、ＥＣＵ２４は、図６のステップＳ１７で算出したシステム負荷Ｐｓｙｓに応じて目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔを算出する。ステップＳ３９において、ＥＣＵ２４は、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔ及び目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔに応じてエアストイキ比Ｒｓ（ここでは、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔ）を調整する。すなわち、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔが第１極小値Ｖｌｍｉ×セル数に固定された状態で、目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔを実現するエアストイキ比Ｒｓを算出する。当該算出は、予め目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔ及び目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔとエアストイキ比Ｒｓとの関係のマップを作成しておき、当該マップを用いて求めることができる。
【００８６】
ステップＳ４０において、ＥＣＵ２４は、電流センサ１０２が検出したＦＣ電流Ｉｆｃが目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔ以上であるか否かを判定する。ＦＣ電流Ｉｆｃが目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔ以上でない場合（Ｓ４０：ＮＯ）、ステップＳ３９に戻り、さらにエアストイキ比Ｒｓを上げる。ＦＣ電流Ｉｆｃが目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔ以上である場合（Ｓ４０：ＹＥＳ）、ステップＳ４１において、ＥＣＵ２４は、ＦＣ４０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）｝、ＦＣ４０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。
【００８７】
ＦＣ４０による発電が安定している場合（Ｓ４１：ＹＥＳ）、ステップＳ４２において、ＥＣＵ２４は、ＦＣ４０の暖機が終了したか否かを判定する。具体的には、冷却水の温度Ｔｗが前記閾値ＴＨＴｗ１を上回るか否かを判定する。温度Ｔｗが閾値ＴＨＴｗ１以下であり、暖機が終了していない場合（Ｓ４２：ＮＯ）、ステップＳ３１に戻る。温度Ｔｗが閾値ＴＨＴｗ１を上回り、暖機が終了した場合（Ｓ４２：ＹＥＳ）、今回の処理を終える。
【００８８】
ステップＳ４１に戻り、ＦＣ４０による発電が安定していない場合（Ｓ４１：ＮＯ）、ステップＳ４３において、ＥＣＵ２４は、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔが、暖機モードにおける最大許容値Ｖｆｃｔｇｔｍａｘ以上であるか否かを判定する。目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔが最大許容値Ｖｆｃｔｇｔｍａｘ未満である場合（Ｓ４３：ＮＯ）、ステップＳ４４において、ＥＣＵ２４は、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを一段階増加させ、ステップＳ３８に戻る。目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔが最大許容値Ｖｆｃｔｇｔｍａｘ以上である場合（Ｓ４３：ＹＥＳ）、ステップＳ４５において、ＥＣＵ２４は、ＦＣユニット１８を停止する。すなわち、ＥＣＵ２４は、ＦＣ４０への水素及び空気の供給を停止し、ＦＣ４０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ＦＣ４０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。
【００８９】
図１３のフローチャートによれば、冷却水の温度Ｔｗは、例えば、図１４のように上昇する。すなわち、温度Ｔｗが閾値ＴＨＴｗ２未満である場合、第１極小値Ｖｌｍｉ１×セル数（発電が安定しない場合、より高い電圧値）を目標ＦＣ電圧ＶｆｃｔｇｔとしてＦＣ４０の暖機が行われる。温度Ｔｗが閾値ＴＨＴｗ２以上閾値ＴＨＴｗ１以下である場合、最低モータ駆動電圧Ｖｍｏｔｍｉｎ（発電が安定しない場合、より高い電圧値）を目標ＦＣ電圧ＶｆｃｔｇｔとしてＦＣ４０の暖機が行われる。温度Ｔｗが閾値ＴＨＴｗ１を上回る場合、暖機を終了する。
【００９０】
（２−３−５．通常モード）
図１２のステップＳ２３内には、通常モードのフローチャートが示されている。ステップＳ５１において、ＥＣＵ２４は、ステップＳ２で計算したシステム負荷Ｐｓｙｓが、高負荷を判定するための閾値ＴＨＰｓｙｓ１以上であるか否かを判定する。システム負荷Ｐｓｙｓが閾値ＴＨＰｓｙｓ１以上である場合（Ｓ５１：ＹＥＳ）、ステップＳ５２において、ＥＣＵ２４は、第１通常モード（電圧可変・電流可変制御）を実行する。
【００９１】
ステップＳ５１において、システム負荷Ｐｓｙｓが閾値ＴＨＰｓｙｓ１以上でない場合（Ｓ５１：ＮＯ）、ステップＳ５３において、ＥＣＵ２４は、第２通常モード（電圧固定・電流可変制御）を実行する。
【００９２】
（２−３−６．第１通常モード）
上記のように、第１通常モードは、主として、システム負荷Ｐｓｙｓ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（エアストイキ比Ｒｓ）を固定（或いは、酸素を豊潤な状態に維持）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。
【００９３】
すなわち、図１１に示すように、第１通常モードでは、ＦＣ４０の電流−電圧特性（ＩＶ特性）が通常のもの（図１１中、実線で表されるもの）を用いる。通常の燃料電池と同様、ＦＣ４０のＩＶ特性は、セル電圧Ｖｃｅｌｌ（ＦＣ電圧Ｖｆｃ）が低くなるほど、セル電流Ｉｃｅｌｌ（ＦＣ電流Ｉｆｃ）が大きくなる。このため、第１通常モードでは、システム負荷Ｐｓｙｓ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。
【００９４】
なお、酸素が豊潤な状態にあるとは、例えば、図１５に示すように、エアストイキ比Ｒｓを上昇させても、セル電流Ｉｃｅｌｌが略一定となり、実質的に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。水素が豊潤であるという場合も、同様である。なお、エアストイキ比Ｒｓの調整は、例えば、酸素濃度の制御により行う。
【００９５】
以上のような第１通常モードによれば、システム負荷Ｐｓｙｓが高負荷であっても、基本的にシステム負荷Ｐｓｙｓの全てをＦＣ電力Ｐｆｃによりまかなうことが可能となる。
【００９６】
（２−３−７．第２通常モード）
上記のように、第２通常モードは、主として、システム負荷Ｐｓｙｓ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、酸化還元領域Ｒ３よりも低い電位以下で設定された基準電位｛本実施形態では、電位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。
【００９７】
すなわち、図１１に示すように、第２通常モードでは、セル電圧Ｖｃｅｌｌを一定に保った状態で目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔ（エアストイキ比Ｒｓ）を下げていくことで酸素濃度Ｃｏを下げる。図１５に示すように、エアストイキ比Ｒｓ（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。
【００９８】
図１６には、第２通常モードのフローチャートが示されている。ステップＳ６１において、ＥＣＵ２４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の昇圧率を調整することにより、酸化還元領域Ｒ３よりも低い電位以下で設定された基準電位｛本実施形態では、電位ｖ２（＝０．８Ｖ）｝に目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを固定する。ステップＳ６２において、ＥＣＵ２４は、システム負荷Ｐｓｙｓに対応する目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔを算出する。
【００９９】
ステップＳ６３において、ＥＣＵ２４は、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔが基準電位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１７参照）。なお、図１７は、ＦＣ電圧Ｖｆｃが基準電位であるときの目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔと目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔとの関係を示す。
【０１００】
ステップＳ６４において、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。）、背圧弁６４の開度（以下「背圧弁開度θｂｐ」又は「開度θｂｐ」という。）及び循環弁６６の開度（以下「循環弁開度θｃ」又は「開度θｃ」という。）が含まれる。
【０１０１】
すなわち、図１８及び図１９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。また、循環弁６６の目標開度θｃｔｇｔは、初期値（例えば、循環ガスがゼロとなる開度）に設定される。
【０１０２】
ステップＳ６５において、ＥＣＵ２４は、ＦＣ４０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）｝、ＦＣ４０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。
【０１０３】
発電が安定している場合（Ｓ６５：ＹＥＳ）、今回の処理を終える。発電が安定していない場合（Ｓ６５：ＮＯ）、ステップＳ６６において、ＥＣＵ２４は、流量センサ７０を介して循環ガスの流量Ｑｃ［ｇ／ｓ］を監視しながら、循環弁６６の開度θｃを大きくし、流量Ｑｃを一段階増加する（図２０参照）。なお、図２０では、循環弁６６を全開とした場合、流量Ｑｃが４段階目の増加となり、最大流量となる場合を例示している。
【０１０４】
但し、循環弁６６の開度θｃが増加すると、エアポンプ６０に吸気される吸気ガスにおいて、循環ガスの割合が増加する。すなわち、吸気ガスについて、新規空気（車外から吸気される空気）と、循環ガスとの割合において、循環ガスの割合が増加するように変化する。従って、全単セルへの酸素の分配能力が向上する。ここで、循環ガス（カソードオフガス）の酸素濃度は、新規空気の酸素濃度に対して低い。このため、循環弁６６の開度θｃの制御前後において、エアポンプ６０の回転数Ｎａｐ及び背圧弁６４の開度θｂｐが同一である場合、カソード流路７４を通流するガスの酸素濃度が低下することになる。
【０１０５】
そこで、ステップＳ６６では、ステップＳ６３で算出した目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔが維持されるように、循環ガスの流量Ｑｃの増加に連動して、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実行することが好ましい。
【０１０６】
例えば、循環ガスの流量Ｑｃを増加した場合、エアポンプ６０の回転数Ｎａｐを増加させ、新規空気の流量を増加することが好ましい。そして、このようにすれば、カソード流路７４に向かうガス（新規空気と循環ガスとの混合ガス）全体の流量が増加するので、全単セルへの酸素の分配能力がさらに向上し、ＦＣ４０の発電性能が回復し易くなる。
【０１０７】
このようにして、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを維持しつつ、循環ガスを新規空気に合流させるので、カソード流路７４を通流するガスの体積流量［Ｌ／ｓ］が増加する。これにより、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔが維持されつつ体積流量の増加したガスが、ＦＣ４０内で複雑に形成されたカソード流路７４全体に行き渡り易くなる。したがって、各単セルに前記ガスが同様に供給され易くなり、ＦＣ４０の発電の不安定が解消され易くなる。また、ＭＥＡ（膜電極接合体）の表面やカソード流路７４を囲む壁面に付着する水滴（凝縮水等）も除去され易くなる。
【０１０８】
ステップＳ６７において、ＥＣＵ２４は、流量センサ７０を介して検出される循環ガスの流量Ｑｃが上限値以上であるか否か判定する。判定基準となる上限値は、循環弁６６の開度θｃが全開となる値に設定される。
【０１０９】
この場合において、循環弁開度θｃが同一であっても、エアポンプ６０の回転数Ｎａｐが増加すると、流量センサ７０で検出される循環ガスの流量Ｑｃが増加するので、前記上限値は、エアポンプ回転数Ｎａｐに関連付けて、つまり、エアポンプ６０の回転数Ｎａｐが大きくなると、前記上限値が大きくなるように設定されることが好ましい。
【０１１０】
循環ガスの流量Ｑｃが上限値以上でないと判定した場合（Ｓ６７：ＮＯ）、ステップＳ６５に戻る。循環ガスの流量Ｑｃが上限値以上であると判定した場合（Ｓ６７：ＹＥＳ）、ステップＳ６８に進む。
【０１１１】
ここで、ステップＳ６６、Ｓ６７では、流量センサ７０が直接検出する循環ガスの流量Ｑｃに基づいて処理を実行したが、循環弁開度θｃに基づいて処理を実行してもよい。すなわち、ステップＳ６６において、循環弁開度θｃを開方向に一段階（例えば３０°）にて増加する構成とし、ステップＳ６７において、循環弁６６が全開である場合（Ｓ６７：ＹＥＳ）、ステップＳ６８に進む構成としてもよい。
【０１１２】
また、この場合において、循環弁６６の開度θｃと、循環ガスの温度と、図２１のマップとに基づいて、循環ガスの流量Ｑｃ［ｇ／ｓ］を算出することもできる。図２１に示すように、循環ガスの温度が高くなるにつれて、その密度が小さくなるので、流量Ｑｃ［ｇ／ｓ］が小さくなる関係となっている。
【０１１３】
ステップＳ６８において、ＥＣＵ２４は、ステップＳ６５と同様に、発電が安定しているか否かを判定する。発電が安定している場合（Ｓ６８：ＹＥＳ）、今回の処理を終える。発電が安定していない場合（Ｓ６８：ＮＯ）、ステップＳ６９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。
【０１１４】
ステップＳ７０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）以下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以下である場合（Ｓ７０：ＹＥＳ）、ステップＳ６８に戻る。目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔが通常酸素濃度Ｃｏｎｍｌ以下でない場合（Ｓ７０：ＮＯ）、ステップＳ７１において、ＥＣＵ２４は、ＦＣユニット１８を停止する。すなわち、ＥＣＵ２４は、ＦＣ４０への水素及び空気の供給を停止し、ＦＣ４０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ＦＣ４０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。
【０１１５】
以上のような第２通常モードによれば、システム負荷Ｐｓｙｓが相対的に低いときに、セル電圧Ｖｃｅｌｌを電位ｖ２から下げることになり、基本的にシステム負荷Ｐｓｙｓの全てをＦＣ電力Ｐｆｃによりまかなうことが可能となる。
【０１１６】
［２−４．ＦＣ発電制御］
上記のように、ＦＣ発電制御（図５のＳ４）として、ＥＣＵ２４は、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、循環弁６６及びウォータポンプ８０を制御する。具体的には、ＥＣＵ２４は、エネルギマネジメント（図５のＳ３）で算出したこれらの機器の指令値（例えば、図１６のＳ６４）を用いてこれらの機器を制御する。
【０１１７】
［２−５．モータ１４のトルク制御］
図２２には、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Ｓ８１において、ＥＣＵ２４は、車速センサ１５４から車速Ｖを読み込む。ステップＳ８２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。
【０１１８】
ステップＳ８３において、ＥＣＵ２４は、車速Ｖ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Ｖ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Ｖ及び開度θｐとに基づいて仮目標トルクＴｔｇｔ＿ｐを算出する。
【０１１９】
ステップＳ８４において、ＥＣＵ２４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）。
【０１２０】
ステップＳ８５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Ｖで除したものをトルク制限値Ｔｌｉｍとする（Ｔｌｉｍ←Ｐｍ＿ｌｉｍ／Ｖ）。
【０１２１】
ステップＳ８６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）。
【０１２２】
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。
【０１２３】
３．各種制御の例
図２３には、本実施形態に係る各種制御を用いた場合のタイムチャートの例が示されている。時点ｔ１から時点ｔ５までは、冷却水の温度Ｔｗが閾値ＴＨＴｗ１以下であるため、暖機モードが選択され、時点ｔ５の直後から時点ｔ６までは、冷却水の温度Ｔｗが閾値ＴＨＴｗを上回るため、通常モードが選択される。
【０１２４】
時点ｔ１から時点ｔ３まで、ＦＣ４０による発電が安定しなかったため（図１３のＳ４１：ＮＯ）、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを段階的に上昇させる（Ｓ４３）。時点ｔ３の直後から時点ｔ４までは、ＦＣ４０による発電が安定し（図１３のＳ４１：ＹＥＳ）、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを一定にする。
【０１２５】
時点ｔ４において、冷却水の温度Ｔｗが閾値ＴＨＴｗ２に到達すると車両１０が走行可能となり（Ｓ３１：ＹＥＳ）、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔは、最低モータ駆動電圧Ｖｍｏｔｍｉｎに設定される（Ｓ３４）。
【０１２６】
時点ｔ５において、冷却水の温度Ｔｗが閾値ＴＨＴｗ１に到達すると、ＦＣ４０の暖機を終了し（Ｓ４２：ＹＥＳ）、通常モードに移行する。
【０１２７】
４．本実施形態の効果
以上説明したように、本実施形態によれば、暖機モード及び第２通常モードにおいて、ＦＣ電圧Ｖｆｃが酸化還元領域Ｒ３外の第１極小値Ｖｌｍｉ１等に固定されるため、触媒の酸化反応及び還元反応が同時期に頻繁に繰り返されることが防止されてＦＣ４０の劣化を防ぐことができる。特に、ＦＣ電圧Ｖｆｃが、相対的に劣化量Ｄが少ない還元領域Ｒ２の電位Ｖｌｍｉ１（及びその後に図１３のステップＳ４４で設定される値）に固定されるため、劣化量Ｄをより少なくすることが可能となる。加えて、暖機モード及び第２通常モードでは、エアストイキ比Ｒｓ（目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔ）がシステム負荷Ｐｓｙｓに追従するように制御されてＦＣ４０がシステム負荷Ｐｓｙｓの要求電力を出力するため、ＦＣ４０の余剰電力や不足電力の発生を抑制することが可能となる。
【０１２８】
本実施形態では、ＦＣ４０の発電安定性が損なわれた場合（図１３のＳ４１：ＮＯ）、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを酸化還元領域Ｒ３より低い範囲（還元領域Ｒ２）内で目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔ（ＦＣ電圧Ｖｆｃ）を上げる（Ｓ４４）。ＦＣ４０の発電安定性が損なわれた場合、ＦＣ電圧Ｖｆｃを上昇させることでＩｆｃを低減できると共に、エアストイキ比Ｒｓが上がるため、発電安定性を維持することが可能となる。
【０１２９】
本実施形態において、第１極小値Ｖｌｍｉが最低モータ駆動電圧Ｖｍｏｔｍｉｎ以下で設定され、ＦＣシステム１２（ＦＣ４０）が正常稼動可能となるまでＦＣ電圧Ｖｆｃを第１極小値Ｖｌｍｉ（又はＦＣ４０を安定させる電圧）に固定して暖機を行い、ＦＣシステム１２（ＦＣ４０）が正常稼動可能となると、ＦＣ電圧Ｖｆｃを最低モータ駆動電圧Ｖｍｏｔｍｉｎで暖機を行う。これにより、迅速な暖機とＦＣシステム１２の稼動を両立することが可能となる。
【０１３０】
本実施形態において、ＦＣシステム１２は、車両１０に搭載される。これにより、耐久性が高く且つ良好な始動性を有する車両１０を実現することが可能となる。
【０１３１】
５．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。
【０１３２】
［５−１．搭載対象］
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。
【０１３３】
［５−２．ＦＣシステム１２の構成］
上記実施形態では、ＦＣ４０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２４に示すように、ＦＣ４０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ＦＣ４０の手前に配置する構成であってもよい。或いは、図２５に示すように、ＦＣ４０とバッテリ２０を並列に配置し、ＦＣ４０の手前に昇圧式、降圧式又は昇降圧式の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。或いは、図２６に示すように、ＦＣ４０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。或いは、図２７に示すように、ＦＣ４０とバッテリ２０を並列に配置し、モータ１４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。図２７の構成では、バッテリ２０手前のＤＣ／ＤＣコンバータ２２によりＦＣ４０の出力を制御し、モータ１４の手前のＤＣ／ＤＣコンバータ１６０によりモータ１４への入力電圧を制御する。これにより、暖機モードの実行時に、車両１０を走行させる場合であっても、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを最低モータ駆動電圧Ｖｍｏｔｍｉｎ未満の値に設定することが可能となる。
【０１３４】
［５−３．ストイキ比］
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
上記実施形態では、カソードオフガスを新規空気に合流させる合流流路（配管６６ａ、６６ｂ）と、循環弁６６とを備える構成を例示したが、これに代えて又は加えて、アノード側も同様に構成してもよい。例えば、配管４８ｂに循環弁を設け、この循環弁により、新規水素に合流するアノードオフガスの流量を制御してもよい。
【０１３７】
［５−４．電力供給モード］
上記実施形態では、暖機モードを行うか否かの判定基準として冷却水の温度Ｔｗを用いたが、ＦＣ４０の温度を推定できるものであれば、これに限らない。例えば、冷却水の温度Ｔｗに加え又はこれに代えて、車両１０の外気温、燃料ガスの温度及び酸化剤ガスの温度の少なくとも１つを用いてもよい。
【０１３８】
上記実施形態では、第１極小値Ｖｌｍｉ１が最低モータ駆動電圧Ｖｍｏｔｍｉｎよりも低い場合を説明したが（図９参照）、これに限らず、最低モータ駆動電圧Ｖｍｏｔｍｉｎが第１極小値Ｖｌｍｉよりも低い場合にも用いることができる。この場合、例えば、暖機モードでは、車両１０の走行の可否にかかわらず、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔとしてまず第１極小値Ｖｌｍｉ１に設定し、ＦＣ４０の安定性が得られるまで目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを増加させることができる。
【０１３９】
上記実施形態では、暖機時の当初の目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇを第１極小値Ｖｌｍｉ１に設定したが、これに代えて、その周辺の領域（例えば、０．６〜０．７Ｖ）のいずれかの値を設定してもよい。
【０１４０】
上記実施形態では、暖機モードにおいて冷却水の温度Ｔｗが閾値ＴＨＴｗ２未満である場合の最初の目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを第１極小値Ｖｌｍｉ１×セル数に設定したが、これに限らない。例えば、還元領域Ｒ２における第１極小値Ｖｌｍｉ１×セル数周囲のその他の電位に設定してもよい。
【０１４１】
［５−５．その他］
上記実施形態では、暖機モードの処理をＦＣ４０の暖機時に用いたが、通常時に用いてもよい。すなわち、通常走行時において、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを第１極小値Ｖｌｍｉ１（又はそれより高くＦＣ４０による発電が安定する電圧）で固定し、システム負荷Ｐｓｙｓに応じてエアストイキ比Ｒｓ（目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔ）を調整することもできる。
【符号の説明】
【０１４２】
１０…燃料電池車両                      １２…燃料電池システム
１４…走行モータ（負荷）                １６…インバータ（負荷）
２２…ＤＣ／ＤＣコンバータ（電圧制御手段）
２４…ＥＣＵ（ガス供給制御手段）        ３０…負荷
４０…燃料電池スタック                  ４４…水素タンク（ガス供給手段）
６０…エアポンプ（ガス供給手段、負荷）  ８０…ウォータポンプ（負荷）
９０…エアコンディショナ（負荷）
【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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