(57)【要約】  燃料電池（１０）、燃料電池と高電圧系との間に接続され燃料電池の出力上限電圧を設定するコンバーター（１１）を備える燃料電池システムにおいて、間欠運転モードにおいて、燃料電池への燃料ガスの供給を停止する燃料ガス供給停止手段（２０１）、燃料電池に発電可能量以上の燃料ガスが残留しているかを判断する残留燃料ガス量判断手段（２０２）、燃料電池に発電可能量以上の燃料ガスが残留していると判断される場合には、燃料電池の出力上限電圧が、燃料電池の劣化を回避可能な第１電圧Ｖ１になるよう、コンバーターを駆動するコンバーター駆動手段（２０３）、および燃料電池に発電可能量以上の前記燃料ガスが残留していないと判断された場合には、コンバーターを停止するコンバーター停止手段（２０４）を備える。
2011004489.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、
前記燃料電池と高電圧系との間に接続され、前記燃料電池の出力上限電圧を設定するコンバーターと、
前記燃料電池および前記コンバーターを制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、間欠運転モードにおいて、
前記燃料電池に発電可能量以上の燃料ガスが残留していると判断される場合には、前記コンバーターの停止を禁止する、
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池に前記発電可能量以上の燃料ガスが残留していると判断される場合には、前記燃料電池の前記出力上限電圧が、前記燃料電池の劣化を回避可能な第１の電圧になるよう、前記コンバーターを制御する、
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料電池の出力電圧が予め定めたしきい値電圧以上である場合には、前記発電可能量以上の燃料ガスが残留していると判断する、
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料ガスの圧力が予め定めたしきい値圧力以上である場合には、前記発電可能量以上の燃料ガスが残留していると判断する、
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料電池に前記発電可能量以上の燃料ガスが残留していないと判断された場合には、前記コンバーターを停止する、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記燃料電池の前記出力電圧が前記燃料ガスを供給するしきい値電圧に達した場合には、
最初に前記コンバーターを駆動させて、次いで前記燃料ガスを供給する、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記燃料電池の前記出力上限電圧が、前記燃料電池の劣化を回避可能な第２の電圧になるように、前記コンバーターを制御させる、
請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
負荷装置に接続されたインバーターと、
燃料電池と前記インバーターとの間に接続され、前記燃料電池の出力上限電圧を設定する第１コンバーターと、
蓄電装置と前記インバーターとの間に接続され、前記インバーターの入力電圧を設定する第２コンバーターと、
前記第１コンバーターおよび前記第２コンバーターを制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、間欠運転モードにおいて、
前記燃料電池に発電可能量以上の燃料ガスが残留していると判断される場合には、前記第１コンバーターの停止を禁止する、
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項９】
燃料電池と、前記燃料電池と高電圧系との間に接続され前記燃料電池の出力上限電圧を設定するコンバーターと、を備える燃料電池システムであって、
間欠運転モードにおいて、前記燃料電池への燃料ガスの供給を停止する燃料ガス供給停止手段と、
前記燃料電池に発電可能量以上の燃料ガスが残留しているかを判断する残留燃料ガス量判断手段と、
前記燃料電池に前記発電可能量以上の前記燃料ガスが残留していると判断される場合には、前記燃料電池の前記出力上限電圧が、前記燃料電池の劣化を回避可能な第１の電圧になるよう、前記コンバーターを駆動するコンバーター駆動手段と、
前記燃料電池に前記発電可能量以上の前記燃料ガスが残留していないと判断された場合には、前記コンバーターを停止するコンバーター停止手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１０】
前記燃料電池の前記出力電圧が前記燃料ガスを供給するしきい値電圧に達した場合に、最初に前記コンバーターを駆動させて、次いで前記燃料ガスを供給する間欠運転制御手段をさらに備える、
請求項９に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
燃料電池と、前記燃料電池と高電圧系との間に接続され前記燃料電池の出力上限電圧を設定するコンバーターと、を備える燃料電池システムの制御方法であって、
間欠運転モードにおいて、前記燃料電池への燃料ガスの供給を停止するステップと、
前記燃料電池に発電可能量以上の燃料ガスが残留しているかを判断するステップと、
前記燃料電池に前記発電可能量以上の前記燃料ガスが残留していると判断される場合には、前記燃料電池の前記出力上限電圧が、前記燃料電池の劣化を回避可能な第１の電圧になるよう、前記コンバーターを駆動するステップと、
前記燃料電池に前記発電可能量以上の前記燃料ガスが残留していないと判断された場合には、前記コンバーターを停止するステップと、
を備えることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項１２】
前記燃料電池の前記出力電圧が前記燃料ガスを供給するしきい値電圧に達した場合に、最初に前記コンバーターを駆動させるステップと、
前記コンバーターの駆動後に前記燃料ガスを供給するステップと、をさらに備える、
請求項１１に記載の燃料電池システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は車両等に搭載される燃料電池システムに係り、特に、燃料電池の発電を停止する際に有効な消費電力削減技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載される燃料電池システムとして、複数のＤＣ−ＤＣコンバーターを備えるシステムが開発されている。例えば、特開２００７−２０９１６１号公報には、蓄電装置とインバーターとの間に配置される第１ＤＣ−ＤＣコンバーターと、燃料電池とインバーターとの間に配置される第２ＤＣ−ＤＣコンバーターと、を備える燃料電池システムが開示されている。【０００３】
このシステムでは、目標モーター出力が所定のしきい値よりも大きい場合には、第１ＤＣ−ＤＣコンバーターの駆動を停止させ、第２ＤＣ−ＤＣコンバーターを電気的な直結状態に設定して、出力が大きい燃料電池の出力電力を蓄電装置の出力電力よりも優先的にモーターに供給するように構成されている。また、目標モーター出力がしきい値よりも小さい場合には、第１ＤＣ−ＤＣコンバーターを動作させ蓄電装置からアシスト電力を供給させ、第２ＤＣ−ＤＣコンバーターを電気的な直結状態としていた。このような構成により、車両の走行性能が低下してしまうことを防止し、効率のよい電力変換を可能としていた（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２０９１６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に係る発明のように、第１ＤＣ−ＤＣコンバーターの駆動を停止すると不都合を生じる場合があることが判明した。これは、第１ＤＣ−ＤＣコンバーターの駆動を停止させた時に、ある程度の量の燃料ガスが燃料電池の内部に残留しているような場合である。【０００６】
第１ＤＣ−ＤＣコンバーターは燃料電池の出力電圧の上限を制御している。この第１ＤＣ−ＤＣコンバーターの駆動が停止すると、燃料電池の出力電圧には制限が無くなる。もしも、第１ＤＣ−ＤＣコンバーターの駆動が停止された時に、燃料電池の内部に発電可能な量の燃料ガスが残留していると、燃料電池の出力電圧は制限されることなく上昇する。第１ＤＣ−ＤＣコンバーターが、駆動停止時に電気的な直結状態になる場合には、高電圧系であるインバーターの入力電圧にまで、燃料電池の出力電圧が上昇しうる。【０００７】
ところが、燃料電池の出力電圧には、電解質膜の劣化を防止する等の理由から出力電圧の上限（以下「高電位回避電圧」という。）が規定されている。燃料電池に発電可能な量の燃料ガスが残留している状態で第１ＤＣ−ＤＣコンバーターの駆動を停止すると、出力電圧がこの高電位回避電圧を超えて上昇してしまう可能性があるのである。【０００８】
そこで、上記問題点を解決するために、本願発明の好ましい態様の一つでは、燃料電池の劣化を抑制しながら、消費電力を削減ることが可能な燃料電池システムおよびその制御方法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】
上記課題を解決する燃料電池システムの一態様は、燃料電池と、前記燃料電池と高電圧系との間に接続され、前記燃料電池の出力上限電圧を設定するコンバーターと、前記燃料電池および前記コンバーターを制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、間欠運転モードにおいて、前記燃料電池に発電可能量以上の燃料ガスが残留していると判断される場合には、前記コンバーターの停止を禁止することを特徴とする。【００１０】
上記課題を解決する燃料電池システムの他の態様は、負荷装置に接続されたインバーターと、燃料電池と前記インバーターとの間に接続され、前記燃料電池の出力上限電圧を設定する第１コンバーターと、蓄電装置と前記インバーターとの間に接続され、前記インバーターの入力電圧を設定する第２コンバーターと、前記第１コンバーターおよび前記第２コンバーターを制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、間欠運転モードにおいて、前記燃料電池に発電可能量以上の燃料ガスが残留していると判断される場合には、前記第１コンバーターの停止を禁止することを特徴とする。【００１１】
上記課題を解決する燃料電池システムのさらに他の態様は、燃料電池と、前記燃料電池と高電圧系との間に接続され前記燃料電池の出力上限電圧を設定するコンバーターと、を備える燃料電池システムであって、間欠運転モードにおいて、前記燃料電池への燃料ガスの供給を停止する燃料ガス供給停止手段と、前記燃料電池に発電可能量以上の燃料ガスが残留しているかを判断する残留燃料ガス量判断手段と、前記燃料電池に前記発電可能量以上の前記燃料ガスが残留していると判断される場合には、前記燃料電池の前記出力上限電圧が、前記燃料電池の劣化を回避可能な第１の電圧になるよう、前記コンバーターを駆動するコンバーター駆動手段と、前記燃料電池に前記発電可能量以上の前記燃料ガスが残留していないと判断された場合には、前記コンバーターを停止するコンバーター停止手段と、を備えることを特徴とする。【００１２】
上記課題を解決する燃料電池システムの制御方法の一態様は、燃料電池と、前記燃料電池と高電圧系との間に接続され前記燃料電池の出力上限電圧を設定するコンバーターと、を備える燃料電池システムの制御方法であって、間欠運転モードにおいて、前記燃料電池への燃料ガスの供給を停止するステップと、前記燃料電池に発電可能量以上の燃料ガスが残留しているかを判断するステップと、前記燃料電池に前記発電可能量以上の前記燃料ガスが残留していると判断される場合には、前記燃料電池の前記出力上限電圧が、前記燃料電池の劣化を回避可能な第１の電圧になるよう、前記コンバーターを制御するステップと、前記燃料電池に前記発電可能量以上の前記燃料ガスが残留していないと判断された場合には、前記コンバーターを停止するステップと、を備えることを特徴とする。【００１３】
燃料電池が間欠運転モードである場合、燃料電池の発電が停止され、燃料電池への燃料ガスの供給が基本的には停止される。燃料ガスの供給が停止しても、燃料電池の内部には燃料ガスが残留していることがある。もしも、この残留している燃料ガスの量が発電可能な量以上である場合に出力上限電圧の制限を解除すると、残留している燃料ガスにより燃料電池の出力電力が上昇し、高電位回避電圧を超えてしまう。この点、本願発明によれば、発電可能量以上の燃料ガスが残留している場合にはコンバーターが停止されることがないため、出力上限電圧による上限設定が有効であり、出力電圧が高電位回避電圧に達することを予防可能である。【００１４】
本発明は、所望により以下のような要素を選択的に付加することが可能である。
（１）前記燃料電池に前記発電可能量以上の燃料ガスが残留していると判断される場合には、前記燃料電池の前記出力上限電圧が、前記燃料電池の劣化を回避可能な第１の電圧になるよう、前記コンバーターを制御することは好ましい。かかる構成によれば、発電可能量以上の燃料ガスが残留している間は燃料電池の出力電圧が第１の電圧を上限として制限されるので、燃料電池の劣化を回避することが可能である。【００１５】
（２）前記燃料電池の出力電圧が予め定めたしきい値電圧以上である場合には、前記発電可能量以上の燃料ガスが残留していると判断することは好ましい。燃料ガスが不足すると燃料電池の出力電圧が低下する。よって、燃料電池の出力電圧を燃料ガス残留の有無を判断するためのしきい値電圧と比較すれば、燃料ガスの残留状態を正しく判定することができる。【００１６】
（３）前記燃料ガスの圧力が予め定めたしきい値圧力以上である場合には、前記発電可能量以上の燃料ガスが残留していると判断することは好ましい。燃料ガスが減少すれば燃料ガスの圧力が減少する。よって、燃料ガスの圧力を燃料ガス残留の有無を判断するためのしきい値圧力と比較すれば、燃料ガスの残留状態を正しく判定することができる。【００１７】
（４）前記燃料電池に前記発電可能量以上の燃料ガスが残留していないと判断された場合には、前記コンバーターを停止することは好ましい。燃料ガスが残留していなければ、出力上限電圧の制限を解除しても燃料電池の出力電圧が上昇することはない。よって、燃料ガスが残留していないと判断された場合にコンバーターを停止することで、出力電圧上昇という不都合を予防しながら、消費電圧を低減することが可能である。【００１８】
（５）前記燃料電池の前記出力電圧が前記燃料ガスを供給するしきい値電圧に達した場合には、最初に前記コンバーターを駆動させて、次いで前記燃料ガスを供給することは好ましい。間欠運転モードであっても、燃料電池の出力電圧が低下し過ぎると、燃料電池に不都合を生じるため、出力電圧が下がった場合には燃料ガスを適量供給する必要がある。かかる構成によれば、燃料ガスを供給する場合に、先にコンバーターを駆動させるので、燃料ガスの供給で出力電圧が上昇し始めた時には既に出力上限電圧による上限設定が有効であるため、出力電圧が高電位回避電圧に達することを予防可能である。【００１９】
（６）前記燃料電池の前記出力上限電圧が、前記燃料電池の劣化を回避可能な第２の電圧になるように、前記コンバーターを制御させることは好ましい。先にコンバーターを駆動させる際、出力上限電圧が第２の電圧に設定されているので、出力電圧が高電位回避電圧に達することを予防可能である。
【発明の効果】
【００２０】
かかる発明によれば、コンバーターを停止する際の燃料電池の出力電圧上昇が回避されるので、燃料電池の劣化を抑制しながら、消費電力を削減ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施形態に係るＦＣＨＶシステムのシステム構成図。
【図２】本実施形態に係る燃料電池システムの電力制御を実行する機能ブロック図。
【図３】本発明を適用した場合の第１コンバーターへの指令値である出力上限電圧Ｖfc_MAXと実際の燃料電池１０の出力電圧Ｖfcの変化を示す経過図。
【図４】本発明を適用しない場合の第１コンバーターの指令値である出力上限電圧Ｖfc_MAXと実際の燃料電池１０の出力電圧Ｖfcの変化を示す経過図。
【図５】本発明を適用した場合の燃料電池１０の出力上限電圧Ｖfc_MAX、出力電圧Ｖfc、および燃料ガス量の変化を示す経過図。
【図６】本発明を適用しない場合の燃料電池１０の出力上限電圧Ｖfc_MAX、出力電圧Ｖfc、および燃料ガス量の変化を示す経過図。
【図７】本実施形態における間欠運転モードの開始段階処理を示す制御フローチャート。
【図８】本実施形態における間欠運転モードの中途段階の燃料ガス供給処理を示す制御フローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
次に本発明を実施するための好適な実施形態を、図面を参照しながら説明する。
以下の図面の記載は模式的なものである。したがって、具体的な変化特性等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの特性が異なる部分が含まれていることは勿論である。また、以下の実施形態では、一つの制御装置で総ての処理をするように記載されているが、複数の制御部が協働して本発明に係る制御処理を完遂する場合をも含んでいる。
【００２３】
（定義）
以下のとおり、本明細書で使用する語句を定義する。
「間欠運転モード」：システムの完全停止以外に燃料電池の発電を一時適に停止する運転モードをいう。負荷が少ない等の理由で、燃料電池から直接電力を供給する必要が無い状態で実行される。燃料電池を構成する単位セルの電圧が下がり過ぎて単位セルに悪影響を及ぼすことを防止するための一時的発電は断続的に実行される。
【００２４】
「高電圧系」：燃料電池用コンバーター（以下で説明する第１コンバーター１１）の二次側の系をいう。燃料電池用コンバーターの昇圧処理により、通常、燃料電池の出力電圧よりも高い電圧が供給されている系である。但し、高電圧系である二次側の電圧が、燃料電池が接続される一次側の系より電圧が常に高いことを意味しない。
【００２５】
「燃料ガス」：水素ガスおよび酸化ガス（空気）の双方またはいずれか一方をいう。
「発電可能量」：その量の燃料ガスが燃料電池内部に残留していれば、出力電圧を上げることが可能な程度の量をいう。具体的には、燃料電池のセルに悪影響を与える開放電圧ＯＣＶに出力電圧Ｖfcが達することが可能な程度の燃料ガスの量をいう。
【００２６】
（実施形態）
本実施形態は、間欠運転モードにおいて、燃料電池に発電可能量以上の燃料ガスが残留していると判断される場合には、コンバーターの停止を禁止するモードである。
【００２７】
（システム構成）
図１は、本実施形態１に係る、車両に搭載される燃料電池システム１００のブロック図である。このような車両は、ハイブリッド形燃料電池車（ＦＣＨＶ：Fuel Cell Hybrid Vehicle）である。
【００２８】
燃料電池システム１００は、燃料電池１０、第１コンバーター１１、第２コンバーター１２、バッテリー１３、インバーター１４、モーター１５、補機インバーター１８、高電圧補機１９、および制御装置２０等を備えて構成されている。
【００２９】
燃料電池１０は、複数の単位セルを直列に積層して構成される発電手段である。単位セルは、膜・電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）を、セパレータで挟み込んだ構造を有している。膜・電極接合体は、高分子電解質膜等のイオン交換膜をアノード極およびカソード極で狭み込んだ構造を備える。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。各単位セルのアノード極には、セパレータを介して、図示しない水素ガス供給系から水素ガスが供給されるようになっている。各単位セルのカソード極には、セパレータを介して、図示しない酸化ガス供給系から酸化ガス（本実施形態では、空気）が供給されるようになっている。セパレータには、冷却液の流路が形成されており、図示しない冷却液供給系から、冷却液が供給されるようになっている。燃料電池１０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１０全体としては（３）式の起電反応が生じる。
【００３０】
Ｈ2 → ２Ｈ+＋２ｅ- …（１）
（１／２）Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ- → Ｈ2Ｏ …（２）
Ｈ2＋（１／２）Ｏ2 → Ｈ2Ｏ …（３）
複数の単位セルが直列接続されることにより、燃料電池１０は出力端子に出力電圧Ｖfcを出力するようになっている。燃料電池１０は、所定の電流−電圧出力特性（Ｉ−Ｖ特性）を有しており、出力電圧Ｖfcの変化に対応して、出力電流および出力電力が変化するようになっている。
【００３１】
燃料電池１０の内部、例えば燃料電池１０の水素ガス供給系の出入口である供給口または排出口には、圧力センサー２１が設けられている。圧力センサー２１は、上記供給口および排出口に設けられた図示しない遮断弁により水素ガスの供給が遮断された場合に、燃料電池１０内部の水素ガス供給系の圧力を検出して圧力検出信号ＳＰを出力するようになっている。また、燃料電池１０を構成する単位セルには、セルモニター２２が設けられている。セルモニター２２は、単位セルの電圧を検出してセル電圧検出信号ＳＶを出力するようになっている。
【００３２】
第１コンバーター１１は、本発明に係る電圧変換器であり、ＤＣ−ＤＣコンバーターとしての構成を備えている。第１コンバーター１１は、三相運転方式が用いられている場合には、例えば三相ブリッジ形コンバーター等の回路構成を備えている。三相ブリッジ形コンバーターは、リアクトル、整流用のダイオード、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等からなるスイッチング素子を備えている。これらの素子を組み合わせることにより、入力された直流電圧を一旦交流に変換するインバーター類似の回路部分と、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形成される。なお、第１コンバーター１１の回路構成は、上記に限る趣旨ではなく、燃料電池１０の出力電圧Ｖfcの制御が可能なあらゆる構成を採用することができる。
【００３３】
第１コンバーター１１は、一次側に燃料電池１０の出力端子が接続され、二次側にインバーター１４の入力端子が接続されている。二次側は本実施形態における高電圧系に相当する。制御装置２０からの一次側の出力上限電圧Ｖfc_MAXを指令するコマンドＣＶｆｃに従って、燃料電池１０の端子電圧、すなわち出力端子電圧Ｖfcの上限電圧を規定するように構成されている。従って、第１コンバーター１１が動作している場合には、燃料電池１０の出力電圧Ｖfcは設定された出力上限電圧Ｖfc_MAX以上には上昇しないようになっている。第１コンバーター１１は、燃料電池１０の出力電圧Ｖfcを電圧変換（昇圧）して、二次側の高電圧系の電圧を規定するインバーター１４の入力電圧Ｖinvに整合させるように動作する。また、第１コンバーター１１は、制御装置２０からの駆動／停止を指令するコマンドＣＶｆｃに従って、起動および動作停止をする。具体的に、第１コンバーター１１は、制御装置２０から動作を停止するコマンドＣＶｆｃを受けた場合には、内部のスイッチング素子の一部をオン状態にして、一次側と二次側とが電気的に直結された状態となるように構成されている。また第１コンバーター１１は、制御装置２０から駆動を指令するコマンドＣＶｆｃを受けた場合には、一次側の燃料電池１０の出力電圧Ｖfcが、前回設定されていた出力上限電圧Ｖfc_MAX以下となるように制御する。
【００３４】
バッテリー１３は、蓄電装置であり、燃料電池１０で発電された電力のうち、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また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。バッテリー１３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。バッテリー１３の出力端子電圧ＶＢＡＴが、第２コンバーター１２の入力電圧となる。
【００３５】
第２コンバーター１２は、電圧変換器であり、第１コンバーター１１と同様のＤＣ−ＤＣコンバーターとしての構成を備えている。第２コンバーター１２は、一次側にバッテリー１３の出力端子が接続され、二次側にインバーター１４の入力端子が接続されている。第２コンバーター１２は、制御装置２０からのコマンドＣＶinvに従って、二次側の端子電圧（インバーター１４の入力電圧Ｖinv）を制御するように構成されている。例えば、モーター１５の要求電力が変化した場合、第２コンバーター１２は、設定された目標入力電圧となるまでインバーター１４の入力電圧Ｖinvを変化させる。また、第１コンバーター１１は、燃料電池１０の出力電圧Ｖfcを制御する。なお、第２コンバーター１２の回路構成は、インバーター１４の入力電圧Ｖinvの制御が可能なあらゆる構成を採用することができる。
【００３６】
インバーター１４は、電力変換器であり、入力端子に供給される直流電流を交流電流に変換してモーター１５に供給するように構成されている。インバーター１４の回路構成は、例えば、パルス幅変調方式で駆動されるＰＷＭインバーター回路を備えている。インバーター１４は、所定の駆動電圧Ｖｄ（実効値）を有する三相交流電力をモーター１５に供給するように構成されている。
【００３７】
モーター１５は、車両走行用のトラクションモータであり、駆動電力が供給される場合には本車両に推進力を与え、減速された場合には回生電力を発生するようになっている。ディファレンシャル１６は、減速装置であり、モーター１５の高速回転を所定の比率で減速し、タイヤ１７が設けられたシャフトを回転させるように構成されている。モーター１５には、回転数センサ２４が設けられている。回転数センサ２４は、モーター１５の回転数を検出して回転数信号ＳＮを制御装置２０に出力するようになっている。
【００３８】
補機インバーター１８は、電力変換器であり、入力端子に供給される直流電流を交流電流に変換して高電圧補機１９に供給するように構成されている。補機インバーター１８の回路構成は、上記インバーター１４と同じである。なお、高電圧補機１９は、本燃料電池システム１００を機能させるための、図示しない加湿器、エアーコンプレッサー、水素ポンプ、及び冷却液ポンプ等の総称である。
【００３９】
制御装置２０は、燃料電池システム１００を制御する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。制御装置２０は、圧力センサ２１からの圧力検出信号ＳＰを入力して、水素ガスの圧力を検出する。また制御装置２０は、セルモニター２２からの電圧検出信号ＳＶを入力して、各単位セルの電圧値を計測可能なっている。また、制御装置２０は、回転数センサ２３からの回転数信号ＳＮを入力して、モーター１５の回転数Ｎを演算可能になっている。その他、制御装置２０は、センサ群２２からの各種信号を入力し、制御に必要な各種演算を実施するようになっている。なお、センサ群２２としては、図示しないアクセル（ガスペダル）開度を示すアクセル開度センサ、燃料電池１０の出力電流を検出する電流センサ、燃料電池１０の出力電圧Ｖfcを検出する電圧センサ、燃料電池１０の冷却液温度を検出する温度センサ、エアーコンプレッサーや水素ポンプ、及び冷却液ポンプ等の回転数を検出する回転数センサ等を含む。
【００４０】
制御装置２０は、これらの信号を参照して、システム全体を制御する。例えば、制御装置２０は、以下のような制御を行うがこれに限られない。
【００４１】
（１）図示しないイグニッションスイッチからのスイッチ信号を入力して、燃料電池システム１０を始動させたり停止させたりすること；
（２）図示しないアクセル開度、シフトポジションの検出信号、回転数センサ２４からの回転数検出信号ＳＮを取り込んで、必要な電力供給量であるシステム要求電力等の制御パラメーターを演算すること；
（３）圧力センサ２１からの圧力検出信号ＳＰを取り込んで、図示しない水素ガス供給系への水素ガス供給量が適正な量となるよう、図示しないエアーコンプレッサーの回転数を制御すること；
（４）図示しない酸化オフガス排出路に排出される酸化オフガス量が適切になるように、制御すること；
（５）水素ガス供給路および酸化ガス供給路の各所に設けられた各種圧力センサの圧力相対値に基づき、水素ガス供給路に供給される水素ガス供給量が適切な量となるように、図示しない元弁の開度やイジェクタの圧力を調整すること；
（６）水素ガス供給系の循環経路に循環する水素オフガス量が適切な量となるように、図示しない水素ポンプの回転数を制御したり図示しないパージ弁の開度を制御したりすること；
（７）運転モードに応じて、各種弁の開閉を制御すること；
（８）冷却液温度の相対値に基づき冷却液の循環量を演算し、図示しない冷却系に設けられた冷却液ポンプの回転数を制御すること；
（９）電圧センサにより検出された燃料電池１０の出力電圧Ｖfc、電流センサにより検出された出力電流Ｉfcに基づき、燃料電池１０の含水量を推測演算し、車両停止時等の掃気量を制御すること；および
（１０）第１コンバーター１１、第２コンバーター１２等の電力系を構成する装置を制御すること。
【００４２】
特に、電力系に対する制御として、制御装置２０は次のような処理を行う。
まず、通常運転モードでは、制御装置２０は、アクセル（ガスペダル）開度およびモーター回転数Ｎに基づいてモーター要求トルクを演算する。次いで、モーター要求トルクとモーター回転数Ｎとに基づいてモーター要求パワーを演算する。次いで、モーター要求パワーおよび高電圧補機要求パワーに基づいて発電要求パワーを演算する。そして、発電要求パワーを出力させるために必要な燃料電池１０の出力電圧Ｖfcを、燃料電池１０の電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性から演算する。必要に応じて、制御装置２０は、燃料電池１０とバッテリー１３とのそれぞれの出力電力の配分を決定する。そして、求められた出力電圧Ｖfcを燃料電池１０に対する出力上限電圧Ｖfc_MAXとするためのコマンドＣＶｆｃを第１コンバーター１１に出力する。また、求められたバッテリー１３の要求電力が取り出せるように、第２コンバーター１２にコマンドＣＶｉｎｖを出力して、インバーター１４の入力電圧Ｖinv、すなわち高電圧系の電圧を制御する。
【００４３】
一方、間欠運転モードでは、制御装置２０は本発明に係る制御処理を実行する。具体的に、間欠運転モードにおいて、燃料電池１０に発電可能量以上の燃料ガス（本実施形態では、水素ガスとする）が残留していると判断される場合には、制御装置２０は第１コンバーター１１の停止を禁止するように動作する点に特徴がある。以下、さらに詳しく機能と動作について説明する。
【００４４】
（機能ブロック）
図２に、本実施形態１の制御装置２０により機能的に実現される、燃料電池システム１００の機能ブロック図を示す。これらの機能ブロックは、間欠運転モードにおいて、定期的にまたは不定期に、本発明に係る制御処理（図７および図８参照）を実行するプログラムを制御装置２０が呼び出すことにより、機能的に実現される。
【００４５】
なお、図２に示す機能ブロックは便宜上機能を区分けした構成であり、必ずしも図２のとおりに機能分離していることを要しない。図２に列記した入力に基づいて第１コンバーター１１の起動／停止、および、燃料電池１０の出力上限電圧Ｖfc_MAXを指令可能な構成であれば、図２とは異なる機能ブロックで同様の機能を実現してもよい。
【００４６】
図２に示すように、機能ブロックとして、制御装置２０は、燃料ガス供給停止手段２０１、残留燃料ガス量判断手段２０２、コンバーター駆動手段２０３、コンバーター停止手段２０４、および間欠運転制御手段２０５を備える。
【００４７】
燃料ガス供給停止手段２０１は、間欠運転モードにおいて、燃料電池１０への燃料ガスの供給を停止する機能ブロックである。ここでいう燃料ガスは、水素ガスおよび酸化ガスである。例えば、燃料ガス供給停止手段２０１は、燃料電池１０への水素ガス供給口に設けられた遮断弁（図示せず）、および、酸化ガス供給口に設けられた遮断弁（図示せず）を閉じる。
【００４８】
残留燃料ガス量判断手段２０２は、燃料電池１０に発電可能量以上の燃料ガスが残留しているかを判断する機能ブロックである。ここにいう燃料ガスは、本実施形態では水素ガスとする。但し、酸化ガスで同様の処理を行ってもよい。また水素ガスおよび酸化ガスの双方で同様の処理を行ってもよい。燃料電池１０に残留している燃料ガス量が発電可能量であるか否かについての判断は、例えば、以下の方法に基づいて実施する。
【００４９】
（１）検出電圧を利用して判断する場合、燃料電池１０は、燃料電池１０の出力電圧（セル電圧）Ｖfcが予め定めたしきい値電圧Ｖｔｈ１以上である場合には、発電可能量以上の燃料ガスが残留していると判断することが可能である。燃料ガスが不足すると燃料電池１０の出力電圧Ｖfcが低下する。残留する燃料ガス量は燃料電池１０の出力電圧Ｖfcと相関関係がある。よって、燃料電池１０の出力電圧Ｖfcを燃料ガス残留の有無を判断するためのしきい値電圧Ｖｔｈ１と比較すれば、燃料ガスの残留状態を正しく判定することができる。なお、検出する電圧は、セルモニター２２で検出される１つまたは複数の単位セルの電圧であってもよいし、積層された単位セル全体の電圧、すなわち、燃料電池１０の出力端子で検出される出力電圧Ｖfcであってもよい。
【００５０】
（２）検出圧力を利用して判断する場合、燃料電池１０は、燃料ガスの圧力Ｐfcが予め定めたしきい値圧力Ｐｔｈ以上である場合には、発電可能量以上の燃料ガスが残留していると判断することは好ましい。燃料ガスが減少すれば燃料電池１０の内部における燃料ガスの圧力が減少する。燃料ガスの圧力は残留する燃料ガス量と直接的に相関する。よって、燃料ガスの圧力Ｐを燃料ガス残留の有無を判断するためのしきい値圧力Ｐｔｈと比較すれば、燃料ガスの残留状態を正しく判定することができる。なお、本実施形態では、水素ガス供給系の水素ガス圧力を検出するが、酸化ガス供給系の酸化ガス圧力を検出するよう構成してもよい。
【００５１】
コンバーター駆動手段２０３は、燃料電池１０に発電可能量以上の燃料ガスが残留していると判断される場合には、燃料電池１０の出力上限電圧Ｖfc_MAXが、燃料電池１０の劣化を回避可能な第１電圧Ｖ１になるよう、第１コンバーター１１を駆動する機能ブロックである。
【００５２】
燃料電池１０は、第１コンバーター１１の駆動による出力上限電圧Ｖfc_MAXの制限が無いと、出力電圧Ｖfcが最大、開放電圧ＯＣＶまで上昇しうる。しかし、開放電圧ＯＣＶまで出力電圧Ｖfcを上昇させてしまうと、燃料電池１０の単位セルの電解質膜を劣化させる等の悪影響を及ぼす。よって、燃料電池１０の出力電圧Ｖfcは、悪影響を及ぼす電圧まで上昇することがないように、開放電圧ＯＣＶから余裕をとった所定の電圧（これを「高電位回避電圧」という。）Ｖｈ_LIM以下に制御すべきである。
【００５３】
ところが、間欠運転モードでは、基本的には、第１コンバーター１１を停止させる必要がある。第１コンバーター１１の駆動が停止されると、本実施形態では、一次側と二次側とが電気的に直結される。第１コンバーター１１の一次側と二次側とが直結されると、第１コンバーター１１の一次側電圧が、二次側電圧、すなわちインバーター１４の入力電圧Ｖinvまで上昇しうる。インバーター１４の入力電圧Ｖinvは、第２コンバーター１２により制御される高電圧系の電圧であり、高電位回避電圧はもとより、燃料電池１０の開放電圧ＯＣＶより高い場合もありうる。よって、燃料電池１０に発電可能量以上の燃料ガスが残留している場合には、出力電圧Ｖfcが高電位回避電圧以上に上昇することを防止しなければならない。そこで、コンバーター駆動手段２０３は、燃料電池１０に発電可能量以上の燃料ガスが残留している場合には、燃料電池１０の出力上限電圧Ｖfc_MAXを燃料電池１０の劣化を回避可能な第１電圧Ｖ１になるよう制御するのである。第１電圧Ｖ１は、少なくとも高電位回避電圧Ｖｈ_LIMと同じかそれ以下であることを要する。
【００５４】
コンバーター停止手段２０４は、燃料電池１０に発電可能量以上の燃料ガスが残留していないと判断された場合には、第１コンバーター１１を停止する機能ブロックである。燃料電池１０の内部に残留する燃料ガスが発電可能量より少なくなれば、出力電圧Ｖfcの出力上限電圧による上限値制限を解除しても、燃料電池１０の出力電圧Ｖfcが上昇することはない。よって、燃料電池１０内部に燃料ガスが残留していないと判断された場合には、コンバーター停止手段２０４は、第１コンバーター１１を停止する。第１コンバーター１１を停止させるために、コンバーター停止手段２０４は、第１コンバーター１１に駆動を停止するためのコマンドＣFC_OFFを出力する。動作の停止と同時に、第１コンバーター１１の一次側と二次側とは直結状態となり、一次側の電圧は二次側のインバーター１４の入力電圧Ｖinvにまで上昇しうるようになる。しかし、この時までに燃料ガスが枯渇しているので、燃料電池１０の出力電圧Ｖfcが上昇することはない。
【００５５】
なお、燃料電池１０に発電可能量以上の燃料ガスが存在しているか否かは、予め定めたしきい値を用いて判定することが可能である。燃料電池１０の出力電圧Ｖfc（セル電圧）で判定する場合には、出力電圧Ｖfcが所定のしきい値電圧Ｖｔｈ１以下となったか否かで判定する。燃料電池１０の燃料ガス圧力で判定する場合には、燃料ガスの圧力Ｐfcが所定のしきい値圧力Ｐｔｈ以下となったか否かで判定する。
【００５６】
上記コンバーター駆動手段２０３およびコンバーター停止手段２０４による機能を図３および図４を参照してさらに説明する。
通常運転モードでは、適正な発電電力を得るため、第１コンバーター１１の出力上限電圧Ｖfc_MAXが所定電圧Ｖ０に維持されているものとする。この第１コンバーター１１の上限設定により、燃料電池１０の出力電圧Ｖfcも所定電圧Ｖ０で推移する。
【００５７】
間欠運転モードに入った場合、上述したように、基本的には第１コンバーター１１を停止させる必要がある。例えば、図４に示すように、間欠運転モードに入ったことを示す間欠運転フラグがオン状態になったら、直ちに第１コンバーター１１の駆動状態をオン状態からオフ状態、すなわち停止状態にしてもよいはずである。第１コンバーター１１が停止状態となると、図４に示すように、第１コンバーター１１の一次側の電圧は二次側の電圧、つまりインバーター１４の入力電圧Ｖinvまで上昇しうる。ところが、間欠運転モードに入った直後は、未だ若干量の燃料ガスが残留している。このため、第１コンバーター１１を停止させた直後、残留している燃料ガスにより発電が行われ、燃料電池１０の実際の出力電圧Ｖfcは、図４に示すように、一気に第１コンバーター１１の二次側電圧であるインバーター１４の入力電圧Ｖinvまで上昇する。しかし第１コンバーター１１の二次側電圧は、燃料電池１０の高電位回避電圧Ｖｈ_LIMより高い場合がある。このため、燃料電池１０の出力電圧Ｖfcは、回避電圧Ｖｈ_LIMを超えてしまう。発電により燃料ガスが消費されると次第に出力電圧Ｖfcは低下してくる。それでもなお、図４の斜線で領域Ｂと示す領域において、燃料電池１０に悪影響を与えるような出力電圧Ｖfcが発生してしまう。
【００５８】
これに対し、図３に示すように、本実施形態では、燃料電池１０に発電可能量以上の燃料ガスが残留していると判断される場合には、コンバーター駆動手段２０３が、第１コンバーター１１を停止させる前に、燃料電池１０の出力上限電圧Ｖfc_MAXが燃料電池１０の劣化を回避可能な第１電圧Ｖ１になるよう制御する。
【００５９】
具体的には、図３に示すように、間欠運転モードに入って間欠運転フラグがオンになっても、直ぐには第１コンバーター１１を停止させない。代わりに、燃料電池１０の出力上限電圧Ｖfc_MAXを第１電圧Ｖ１にするようなコマンドＣＶｆｃ_Ｖ１を第１コンバーター１１に出力する。このため、間欠運転モードに入って燃料ガスの供給が停止しても燃料ガスが十分残っている間は、第１電圧Ｖ１以上に燃料電池１０の出力電圧Ｖfcが上昇することがない。燃料電池１０内部に残留している燃料ガスが消費され、発電可能量を下回ると、出力電圧Ｖfcは第１電圧Ｖ１以下に下がり出す。
【００６０】
そして図３に示すように、燃料電池１０の出力電圧Ｖfcが上述した所定のしきい値電圧Ｖｔｈ１以下（しきい値圧力Ｐｔｈ以下でも可）に下がった場合、コンバーター停止手段２０４は第１コンバーター１１を停止させるのである。
【００６１】
なお、通常運転モードから間欠運転モードに入る際に、燃料電池１０の出力上限電圧Ｖfc_MAXが大きく変化する場合には、出力上限電圧Ｖfc_MAXが緩やかに変化するよう処理（以下「レート処理」という。）を適用してもよい。図３では、出力上限電圧Ｖfc_MAXを、通常運転モードにおける所定電圧Ｖ０から間欠運転モードにおける第１電圧Ｖ１に変化させる若干の期間（領域Ａ）、レート処理を適用している。レート処理を行うことにより、急激な出力電力の増加により燃料電池１０にダメージを与えることを抑制可能である。レート処理は、出力上限電圧Ｖfc_MAXの変化率が一定値以下（または一定値）になるように制限することで実行可能である。
【００６２】
間欠運転制御手段２０５は、燃料電池１０の出力電圧Ｖfcが燃料ガスを供給すべきしきい値電圧Ｖｔｈ２に達した場合に、最初に第１コンバーター１１を駆動させて、次いで燃料ガスを供給する機能ブロックである。燃料電池１０の出力電圧Ｖfcが下がりすぎると、単位セルの電解質膜にダメージを与えることがある。そこで、燃料ガスを供給すべき電圧としてしきい値電圧Ｖｔｈ２を設定し、このしきい値電圧Ｖｔｈ２にまで出力電圧Ｖfcが低下したら、若干量の燃料ガスを供給するのである。なお、しきい値電圧Ｖｔｈ２に代えて、このしきい値電圧Ｖｔｈ２に達した時に残留している燃料ガスの圧力をしきい値圧力として用いてもよい。また、燃料ガスは、例えば、燃料電池１０の酸化ガス供給系の図示しない遮断弁を開放後、コンプレッサーを若干時間駆動する等の処理により供給が可能である。
【００６３】
ここで、間欠運転制御手段２０５は、第１コンバーター１１を駆動させる際に燃料電池１０の出力上限電圧Ｖfc_MAXを、燃料電池１０の劣化を回避可能な第２電圧Ｖ２になるように制御する。上記燃料ガスの供給は、燃料電池１０に発電を行わせる程度の燃料ガスを供給するものであるため、燃料ガスを供給した途端に燃料電池１０の出力電圧Ｖfcが上昇する。この電圧が高電位回避電圧Ｖｈ_LIM以上になってしまったのでは、燃料電池１０に悪影響を及ぼす。そこで、間欠運転制御手段２０５は、先に第１コンバーター１１を駆動させる際、出力上限電圧Ｖfc_MAXを第２電圧Ｖ２に設定する。この第２電圧Ｖ２は、高電位回避電圧Ｖｈ_LIM以下に設定しておくことになる。
【００６４】
上記間欠運転制御手段２０５の機能を図５および図６を参照してさらに説明する。
図６に示すように、時間の経過とともに、燃料ガスが消費されていき、時刻ｔ２おいて、燃料ガスを供給すべきしきい値Ｖｔｈ２に達したとする。燃料ガスの供給量はゼロのままである。このとき、図６に示すように、第１コンバーター１１を停止させたまま燃料ガスを若干量ｑだけ供給したとする。すると、この燃料ガスの量ｑは発電可能量を超えているため、燃料電池１０の出力電圧Ｖfcは急激に上昇する。このとき、第１コンバーター１１は停止状態、すなわち、一次側と二次側とが電気的に直結されており、二次側のインバーター１４の入力電圧Ｖinvまで出力電圧Ｖfcが上昇しうる状態になっている。このため、燃料電池１０の出力電圧Ｖfcは二次側の電圧Ｖinvまで上昇してしまう。この二次側の電圧Ｖinvが燃料電池１０の高電位回避電圧Ｖｈ_LIMより大きかったとすれば、燃料電池１０の電解質に好ましくない電圧が発生してしまうことになる。
【００６５】
そこで、本実施形態の間欠運転制御手段２０５は、図５に示すように、燃料ガスの供給に先立って第１コンバーター１１の駆動状態をオンにする。すなわち、時刻ｔ２に出力電圧Ｖfcがしきい値電圧Ｖｔｈ２に達したら、まず、間欠運転制御手段２０５は、第１コンバーター１１の駆動を開始させるコマンドＣFC_ONを出力する。同時に、燃料電池１０の出力電圧Ｖfcを出力上限電圧Ｖfc_MAXとして第２電圧Ｖ２に設定するコマンドＣＶｆｃ＿Ｖ２を出力する。そして、第１コンバーター１１の一次側の出力上限電圧Ｖfc_MAXが実際に第２電圧Ｖ２となった後の時刻ｔ３において、初めて燃料ガスを若干量ｑだけ供給するよう制御する。燃料ガスが供給される時点では、既に出力上限電圧Ｖfc_MAXの制限が有効になっているので、燃料ガスが供給されても出力電圧Ｖfcは高電位回避電圧Ｖｈ_LIM以下の第２電圧Ｖ２に維持されるのである。
【００６６】
燃料電池１０の出力電圧Ｖfcをある程度の高さに戻すに足りる燃料ガスが供給された期間Ｔ経過後の時刻ｔ４に、再び燃料ガスの供給が停止される。その後は、図３に示したように、残留する燃料ガス量が発電可能量以下となるまで第１コンバーター１１を駆動させ、その後停止させる。
【００６７】
（動作）
次に、図７および図８のフローチャートを参照しながら、上記機能ブロックで実現される本実施形態１の燃料電池システム１００の制御処理を説明する。以下の制御処理は、定期的にまたは不定期に繰り返し実行される処理となっている。例えば、本実施形態では、所定の制御周期毎に、図７および図８に示すような制御処理を実行するソフトウェアプログラムが呼び出される（コールされる）ものとする。
【００６８】
まず運転モードが間欠運転モードに切り替わると、図２の燃料ガス供給停止手段２０１は、間欠運転フラグをオンにし、燃料ガスの供給を停止する。燃料ガスの供給が停止すると、燃料電池１０の内部に残留している燃料ガスが徐々に消費されていく。
【００６９】
図７の各ステップは、図２の残留燃料ガス判断手段２０２、コンバーター駆動手段２０３、およびコンバーター停止手段２０４で実施される処理を示している。図７のステップＳ１０において、制御装置２０は、運転モードが間欠運転モードであることを示す間欠運転フラグがオンになっており、かつ、燃料ガスが発電可能量以下であることを示す燃料欠乏判定フラグがオフになっているか、を判定する。
【００７０】
間欠運転フラグがオンでない状態（ＮＯ）は、通常運転モードであり、当該処理とは無関係であるため、当該処理から復帰する。
【００７１】
間欠運転フラグがオンである場合において、燃料欠乏判定フラグがオフであるとき（ＹＥＳ）は、未だ発電可能量以上の燃料ガスが残留していることを示している。間欠運転モードに入った直後は、当然燃料ガスが豊富に残留しており、燃料欠乏判定フラグはオフである。そこで、ステップＳ１１に移行し、コンバーター駆動手段２０３は、コマンドＣＶｆｃ＿Ｖ１を出力し、第１コンバーター１１の一次側電圧、すなわち出力上限電圧Ｖfc_MAXを第１電圧Ｖ１に設定する。
【００７２】
次いでステップＳ１２に移行し、残留燃料ガス量判断手段２０２は、燃料電池１０の出力電圧Ｖfcが、燃料ガスが発電可能量以下であるかを判定する燃料欠乏判定しきい値Ｖｔｈ１以下であるかを判定する。判定の結果、燃料電池１０の出力電圧Ｖfcが燃料欠乏判定しきい値Ｖｔｈ１以下ではないと判定された場合（ＮＯ）、燃料ガスの残量が多いことを意味している。そこで、ステップＳ１５に移行し、コンバーター駆動手段２０３は、燃料ガスが発電可能量以下であることを示す燃料欠乏判定フラグｆ１をオフにする。次いでステップＳ１６に移行し、コンバーター駆動手段２０３は、コマンドＣFC_ONおよびＣＶｆｃ＿Ｖ１を出力し、第１コンバーター１１を駆動させ、かつ、出力上限電圧Ｖfc_MAXを第１電圧Ｖ１に設定する。この状態で引き続き燃料ガスの消費が継続される。間欠運転モードに入って２回目以降にこの処理が実行される場合、残留する燃料ガス量が発電可能量以上である限り、ステップＳ１５およびＳ１６が実行される。
【００７３】
一方、ステップＳ１２において、判定の結果、燃料電池１０の出力電圧Ｖfcが燃料欠乏判定しきい値Ｖｔｈ１以下となったと判定された場合（ＹＥＳ）、燃料ガスの残量が発電可能量以下となったことを意味している。そこで、ステップＳ１３に移行し、コンバーター停止手段２０４は、燃料欠乏判定フラグｆ１をオンにする。次いでステップＳ１４に移行し、コンバーター停止手段２０４は、コマンドＣFC_OFFを出力し、第１コンバーター１１を停止させる。
【００７４】
ステップＳ１６およびステップＳ１４が終了したら、一旦処理から復帰する。
【００７５】
図８の各ステップは、図２の間欠運転制御手段２０５で実施される処理を示している。図８のステップＳ２０において、間欠運転フラグがオンであるか否かが判定される。判定の結果、間欠フラグがオンである場合（ＹＥＳ）、ステップＳ２１に移行し、間欠運転制御手段２０５は、燃料電池１０の出力電圧Ｖfcが最低限必要な燃料ガス供給の判定しきい値Ｖｔｈ２以上であるか否かを判定する。判定の結果、燃料ガス供給判定しきい値Ｖｔｈ２に達していない場合（ＮＯ）、燃料電池１０に悪影響を及ぼす程度には燃料ガスの残留量が下がっていないことを意味するので、一旦復帰する。
【００７６】
ステップＳ２１の判定の結果、燃料ガス供給判定しきい値Ｖｔｈ２以下であると判定された場合（ＹＥＳ）、燃料電池１０に悪影響を及ぼす程度には燃料ガスの残留量が下がっていることを意味する。そこでステップＳ２２に移行し、間欠運転制御手段２０５は、まずコマンドＣFC_ONを出力して、第１コンバーター１１の起動を指令する。次いでステップＳ２２に移行し、間欠運転制御手段２０５は、コマンドＣＶｆｃ＿Ｖ２を出力して、第１コンバーター１１の出力上限電圧Ｖfc_MAXを劣化防止電圧である第２電圧Ｖ２に設定する。次いで、ステップＳ２４に移行し、間欠運転制御手段２０５は、第１コンバーター１１の出力上限電圧Ｖfc_MAXが確実に第２電圧Ｖ２に達したか否かを判定する。判定の結果、第１コンバーター１１の出力上限電圧Ｖｆfc_MAXが第２電圧Ｖ２に達したことが確認されたら（ＹＥＳ）、ステップＳ２５に移行し、間欠運転制御手段２０５は、燃料ガスの供給を開始する。判定の結果、第１コンバーター１１の出力上限電圧Ｖfc_MAXが第２電圧Ｖ２に達していない場合には（ＮＯ）、第１コンバーター１１の出力上限電圧Ｖfc_MAXに第２電圧Ｖ２が反映されるまで松ため、一旦処理から復帰する。
【００７７】
（本実施形態１における利点）
本実施形態１によれば、以下のような利点を有する。
（１）本実施形態によれば、発電可能量以上の燃料ガスが残留している場合には第１コンバーター１１の停止が禁止されるので、出力上限電圧Ｖfc_MAXによる燃料電池１０の出力電圧Ｖfcの上限設定が有効である。よって、燃料電池１０に悪影響が及ぼされることを予防可能である。
【００７８】
（２）本実施形態によれば、発電可能量以上の燃料ガスが残留していると判定された場合には燃料電池１０の出力電圧Ｖfcが高電位回避電圧Ｖｈ_LIM以下の第１電圧Ｖ１を上限として制限されるので、燃料電池の劣化を回避することが可能である。
【００７９】
（３）本実施形態によれば、燃料電池１０の出力電圧Ｖfcが予め定めたしきい値電圧Ｖｔｈ１以上である場合には、発電可能量以上の燃料ガスが残留していると判断するので、燃料ガスの残留状態を正しく判定することができる。
【００８０】
（４）本実施形態によれば、燃料ガスの圧力が予め定めたしきい値圧力Ｐｔｈ以上である場合には、発電可能量以上の燃料ガスが残留していると判断することも可能である。よって、燃料ガスの残留状態を正しく判定することができる。
【００８１】
（５）本実施形態によれば、燃料電池１０に発電可能量以上の燃料ガスが残留していないと判断された場合に初めて第１コンバーター１１を停止させるので、出力電圧上昇という不都合を予防しながら、消費電圧を効果的に低減することが可能である。
【００８２】
（６）本実施形態によれば、燃料電池１０の出力電圧Ｖfcが燃料ガスを供給するためのしきい値電圧Ｖｔｈ２に達した場合には、最初に第１コンバーター１１を駆動させて、次いで燃料ガスを供給する。よって、燃料ガスの供給で出力電圧が上昇し始めた時には既に出力上限電圧Ｖfc_MAXによる燃料電池１０の出力電圧Ｖfcの上限設定が有効であるため、出力電圧Ｖfcが高電位回避電圧Ｖｈ_LIMに達することを予防可能である。
【００８３】
（７）本実施形態によれば、燃料ガスを供給するに先立って第１コンバーター１１を駆動させる際、出力上限電圧Ｖfc_MAXを第２電圧Ｖ２に設定するので、出力電圧Ｖfcが高電位回避電圧Ｖｈ_LIMに達することを予防可能である。
【００８４】
（変形例）
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨に反しない範囲において、適宜変形して適用することが可能である。
例えば、上記実施形態では、第１コンバーター１１、第２コンバーター１２、およびインバーター１４を備える燃料電池システム１００に本発明を適用したが、このような構成に限定されることはない。ＤＣ−ＤＣコンバーターが１つのみのシステム、または、３つ以上備えるような燃料電池システムにおいても、本発明を適用することが可能である。
【００８５】
また、上記実施形態では、水素ガスの残留量を測定していたが、酸化ガス量を測定してもよい。また水素ガスの残留量と酸化ガスの残留量を共に測定してもよい。
【００８６】
また、上記実施形態では、燃料ガスが欠乏状態となった時に供給する燃料ガスを酸化ガスとしていたが、水素ガスを供給してもよい。また、酸化ガスと水素ガスとを共に供給してもよい。
【産業上の利用の可能性】
【００８７】
本発明の燃料電池システムおよびその制御方法は、車両に限らず、他の移動体に搭載して適用可能である。そのような移動体として、列車、船舶、航空機、潜水艇等に適用可能である。また、車両のような移動体に限らず、定置型電源システム、携帯型電源システムにも適用可能である。
【符号の説明】
【００８８】
１０…燃料電池、１１…第１コンバーター、１２…第２コンバーター、１３…バッテリー、１４…インバーター、１５…モーター、１６…ディファレンシャル、１７…タイヤ、１８…補機インバーター、１９…高電圧補機、２０…制御装置、２１…圧力センサー、２２…セルモニター、２３…各種センサ群、２４…回転数センサ、１００…燃料電池システム、２０１…燃料ガス供給停止手段、２０２…残留燃料ガス量判断手段、２０３…コンバーター駆動手段、２０４…コンバーター停止手段、２０５…間欠運転制御手段、Ｎ…モーター回転数、ＳＮ…回転数信号、ＳＰ…圧力検出信号、ＳＶ…電圧検出信号、Ｖfc…燃料電池１０の出力電圧、Ｖinv…インバーター１４の入力電圧、Ｖfc_MAX…第１コンバーター１１の出力上限電圧、Ｖｈ＿LIM…高電位回避電圧、ＯＣＶ…開放電圧、ＣＶｆｃ…第１コンバーター１１用の制御コマンド、ＣＶｉｎｖ…第２コンバーター１２用の駆動制御コマンド
【図１】
2011004489.tif 000003
【図２】
2011004489.tif 000004
【図３】
2011004489.tif 000005
【図４】
2011004489.tif 000006
【図５】
2011004489.tif 000007
【図６】
2011004489.tif 000008
【図７】
2011004489.tif 000009
【図８】
2011004489.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成22年2月18日(2010.2.18)
【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】
燃料電池と、
前記燃料電池と高電圧系との間に接続され、前記燃料電池の出力上限電圧を設定するコンバーターと、
前記燃料電池および前記コンバーターを制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、燃料電池の発電を一時的に停止する運転モードにおいて、前記燃料電池に発電可能量以上の燃料ガスが残留していると判断される場合には、前記コンバーターの一時停止を禁止する、
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池に前記発電可能量以上の燃料ガスが残留していると判断される場合には、前記燃料電池の前記出力上限電圧が、前記燃料電池の劣化を回避可能な第１の電圧になるよう、前記コンバーターを制御する、
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料電池の出力電圧が予め定めたしきい値電圧以上である場合には、前記発電可能量以上の燃料ガスが残留していると判断する、
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料ガスの圧力が予め定めたしきい値圧力以上である場合には、前記発電可能量以上の燃料ガスが残留していると判断する、
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料電池に前記発電可能量以上の燃料ガスが残留していないと判断された場合には、前記コンバーターを一時停止する、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記燃料電池の前記出力電圧が前記燃料ガスを供給するしきい値電圧に達した場合には、最初に前記コンバーターを駆動させて、次いで前記燃料ガスを供給する、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記燃料電池の前記出力上限電圧が、前記燃料電池の劣化を回避可能な第２の電圧になるように、前記コンバーターを制御させる、
請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
負荷装置に接続されたインバーターと、
燃料電池と前記インバーターとの間に接続され、前記燃料電池の出力上限電圧を設定する第１コンバーターと、
蓄電装置と前記インバーターとの間に接続され、前記インバーターの入力電圧を設定する第２コンバーターと、
前記第１コンバーターおよび前記第２コンバーターを制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、燃料電池の発電を一時的に停止する運転モードにおいて、前記燃料電池に発電可能量以上の燃料ガスが残留していると判断される場合には、前記第１コンバーターの一時停止を禁止する、
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項９】
燃料電池と、前記燃料電池と高電圧系との間に接続され前記燃料電池の出力上限電圧を設定するコンバーターと、を備える燃料電池システムであって、
燃料電池の発電を一時的に停止する運転モードにおいて、前記燃料電池への燃料ガスの供給を停止する燃料ガス供給停止手段と、
前記燃料電池に発電可能量以上の燃料ガスが残留しているかを判断する残留燃料ガス量判断手段と、
前記燃料電池に前記発電可能量以上の前記燃料ガスが残留していると判断される場合には、前記燃料電池の前記出力上限電圧が、前記燃料電池の劣化を回避可能な第１の電圧になるよう、前記コンバーターを駆動するコンバーター駆動手段と、
前記燃料電池に前記発電可能量以上の前記燃料ガスが残留していないと判断された場合には、前記コンバーターを一時停止するコンバーター停止手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１０】
前記燃料電池の前記出力電圧が前記燃料ガスを供給するしきい値電圧に達した場合に、最初に前記コンバーターを駆動させて、次いで前記燃料ガスを供給する間欠運転制御手段をさらに備える、
請求項９に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
燃料電池と、前記燃料電池と高電圧系との間に接続され前記燃料電池の出力上限電圧を設定するコンバーターと、を備える燃料電池システムの制御方法であって、
燃料電池の発電を一時的に停止する運転モードにおいて、前記燃料電池への燃料ガスの供給を停止するステップと、
前記燃料電池に発電可能量以上の燃料ガスが残留しているかを判断するステップと、
前記燃料電池に前記発電可能量以上の前記燃料ガスが残留していると判断される場合には、前記燃料電池の前記出力上限電圧が、前記燃料電池の劣化を回避可能な第１の電圧になるよう、前記コンバーターを駆動するステップと、
前記燃料電池に前記発電可能量以上の前記燃料ガスが残留していないと判断された場合には、前記コンバーターを一時停止するステップと、
を備えることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項１２】
前記燃料電池の前記出力電圧が前記燃料ガスを供給するしきい値電圧に達した場合に、最初に前記コンバーターを駆動させるステップと、
前記コンバーターの駆動後に前記燃料ガスを供給するステップと、をさらに備える、
請求項１１に記載の燃料電池システムの制御方法。
【国際調査報告】
2011004489.tif 000011
2011004489.tif 000012
2011004489.tif 000013
2011004489.tif 000014