(57)【要約】【課題】本発明の少なくとも一つの実施形態は、二次電池の充電を主に行うレンジエクステンダー用燃料電池を備えた電動車両の燃料電池システムであって、走行状態に応じて燃料電池の空気極への空気供給手段及び空気供給量を制御して燃料電池の出力を制御し、燃料電池の運転効率を向上させること。【解決手段】燃料電池３の空気極９へ空気を供給する空気供給手段１１は、エアコンプレッサ１９から空気を供給するエアコンプレッサ空気供給部２１と、走行風を導入する走行風供給部２３とを有し、車速に基づいて、エアコンプレッサ空気供給部２１と走行風供給部２３とを切替え、さらにエアコンプレッサ空気供給部による空気供給量及び走行風供給部による空気供給量を電動車両の走行状態に基づいて制御して燃料電池の出力を制御する制御装置１７を備えることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と前記燃料電池で発生される電力を充電する二次電池とを備え、前記二次電池の電力によって主に駆動される電動車両の燃料電池システムであって、
前記燃料電池の空気極に酸素を供給する空気供給手段と、
前記燃料電池の燃料極に水素を供給する水素供給手段と、を備え、
前記空気供給手段は、エアコンプレッサから空気を供給するエアコンプレッサ空気供給部と走行風を導入する走行風供給部とを有しこれら供給部から空気が導入可能に構成され、
前記電動車両の車速に基づいて、前記エアコンプレッサ空気供給部と前記走行風供給部とを切替え、さらに前記エアコンプレッサ空気供給部による空気供給量及び前記走行風供給部による空気供給量を走行状態に基づいて制御して燃料電池の出力を制御する制御装置を備えることを特徴とする電動車両の燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御装置は、前記電動車両の車速が第１車速以上のときに前記走行風供給部からの供給に切替えて前記燃料電池の出力を制御する空気供給切替制御部を有することを特徴とする請求項１に記載の電動車両の燃料電池システム。
【請求項３】
前記制御装置は、前記走行風供給部からの供給時に、走行風の吸込口の開度を電動車両の走行状態に基づいて制御して走行風の吸気量を制御する走行風吸気制御部を有することを特徴とする請求項２に記載の電動車両の燃料電池システム。
【請求項４】
前記走行風吸気制御部は、前記電動車両が減速のときには、前記走行風の吸気量を増大させるように吸込口の開度を増大させ、前記電動車両が加速のときに、前記走行風の吸気量を減少させるように吸込口の開度を減少させることを特徴とする請求項３に記載の電動車両の燃料電池システム。
【請求項５】
前記制御装置は、前記電動車両の車速が前記第１車速未満であって前記二次電池のＳＯＣが所定の燃料電池稼動ＳＯＣに低下したときに前記エアコンプレッサ空気供給部からの供給量を制御して前記燃料電池の出力を制御するエアコンプレッサ給気制御部を有することを特徴とする請求項２に記載の電動車両の燃料電池システム。
【請求項６】
前記エアコンプレッサ給気制御部は、前記第１車速より小さい第２車速以上のときに前記エアコンプレッサを高出力運転に制御し、前記第２車速未満のときに前記エアコンプレッサを高効率運転に制御することを特徴とする請求項５に記載の電動車両の燃料電池システム。
【請求項７】
前記制御装置は、前記二次電池のＳＯＣが所定の燃料電池稼動ＳＯＣに低下したときに前記エアコンプレッサ給気制御部による供給空気によって、前記燃料電池を稼動させると共に、前記二次電池からの出力を停止して前記燃料電池から前記二次電池に充電を開始し、前記前記二次電池のＳＯＣが所定の燃料電池停止ＳＯＣに達するまで充電せしめることを特徴とする請求項５又は６に記載の電動車両の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電動車両用の燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車の航続距離が長くなると、二次電池（駆動用バッテリ）容量も増大するため、充電時間の短縮化が求められることが予測される。この充電時間の短縮化は、急速充電の充電出力を大きくする必要があるため、車載する二次電池の劣化が加速される。
【０００３】
一方、燃料電池車に搭載される燃料電池は、一般的に、駆動電源用のために搭載されるため、加速や登坂運転が必要な高出力域については、燃料電池システムの運転効率が低下する。従って、二次電池の劣化、及び燃料電池システムの運転効率の低下を改善することが要望されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、燃料電池とバッテリの劣化抑制を両立させることを課題として、バッテリのＳＯＣの増減に伴い当該燃料電池の間欠閾値（燃料電池を運転するタイミング）を可変とし、ＳＯＣの状態に応じて電力分配方法（燃料電池出力を車両の走行負荷と二次バッテリとに配分する方法）を変更し、ＳＯＣが増加した場合には間欠閾値をバッテリの電力Ｗoutの上限値まで引き上げることが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１８２００７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の特許文献１においては、二次電池のＳＯＣの状態に応じて、燃料電池の間欠閾値、及び電力分配方法を制御して、燃料電池の間欠閾値やバッテリ放電量を初期から高い状態に保つ必要が無いため、燃料電池の効率的な運転が可能になることが示されるが、燃料電池車両の車速を制御パラメータとすることは示されていない。
【０００７】
また、特許文献１は、車両の走行負荷を燃料電池による電力によって主に賄い、燃料電池の余剰エネルギーを二次電池で吸収するシステムとなっているため、また、車両要求電力に対して燃料電池のみでは不足する分を二次電池が補うシステムとなっているため、前述のように加速や登坂の運転時に必要な高出力域において、燃料電池システムの運転効率の低下が顕著に現れる。
【０００８】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一つの実施形態は、二次電池の充電を主に行うレンジエクステンダー用燃料電池を備えた電動車両の燃料電池システムであって、走行状態に応じて燃料電池の空気極への空気供給手段及び空気供給量を制御して燃料電池の出力を制御し、燃料電池の運転効率を向上させることができる電動車両用の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】
【０００９】
（１）前述した目的を達成するために発明されたものであって、本発明の少なくとも一つの実施形態は、燃料電池と前記燃料電池で発生される電力を充電する二次電池とを備え、前記二次電池の電力によって主に駆動される電動車両の燃料電池システムであって、前記燃料電池の空気極に酸素を供給する空気供給手段と、前記燃料電池の燃料極に水素を供給する水素供給手段と、を備え、前記空気供給手段は、エアコンプレッサから空気を供給するエアコンプレッサ空気供給部と走行風を導入する走行風供給部とを有しこれら供給部から空気が導入可能に構成され、前記電動車両の車速に基づいて、前記エアコンプレッサ空気供給部と前記走行風供給部とを切替え、さらに前記エアコンプレッサ空気供給部による空気供給量及び前記走行風供給部による空気供給量を走行状態に基づいて制御して燃料電池の出力を制御する制御装置を備えることを特徴とする。
【００１０】
上記構成（１）によれば、制御装置によって、電動車両の車速に基づいて、エアコンプレッサ空気供給部と走行風供給部とが切替えられ、さらにエアコンプレッサ空気供給部による空気供給量及び走行風供給部による空気供給量が電動車両の走行状態に基づいて制御され、燃料電池の出力が制御される。
【００１１】
従って、制御装置によって、燃料電池の高出力域において電気的損失が大きいエアコンプレッサの稼動状態を最小限に抑え、さらにエアコンプレッサを効率よい運転状態で運転することが可能になるため、燃料電池の運転効率（システム効率）を増加することができる。
【００１２】
（２）また、幾つかの実施形態では、前記制御装置は、前記電動車両の車速が第１車速以上のときに前記走行風供給部からの供給に切替えて前記燃料電池の出力を制御する空気供給切替制御部を有することを特徴とする。
【００１３】
上記構成（２）によれば、空気供給切替制御部によって、電動車両の車速が第１車速以上のときに走行風供給部からの供給に切替えて燃料電池の出力を制御するので、高速域において、補機損失が大きいエアコンプレッサの稼動する必要がないため、燃料電池のシステム効率を増加することができる。
【００１４】
二次電池の充電に特化したレンジエクステンダー用燃料電池を搭載した電動車両においては、駆動モータは二次電池出力で駆動されるため、車速が高いときにおいては、走行風を利用した自然吸気による燃料電池の発電が可能になる。このとき、燃料電池の出力は二次電池出力のアシスト機能として発電を行う。
【００１５】
（３）また、幾つかの実施形態では、前記制御装置は、前記走行風供給部からの供給時に、走行風の吸込口の開度を電動車両の走行状態に基づいて制御して走行風の吸気量を制御する走行風吸気制御部を有することを特徴とする。
【００１６】
上記構成（３）によれば、走行風吸気制御部によって、走行風供給部からの供給時に、走行風の吸込口の開度を走行状態に応じて制御することによって、走行状態に応じて燃料電池の出力が制御できる。また、吸込口の開度を大きくすると走行抵抗が増大するため、走行状態に応じて開度を制御することで走行抵抗を抑制することが可能になる。
【００１７】
（４）また、幾つかの実施形態では、前記走行風吸気制御部は、前記電動車両が減速のときには、前記走行風の吸気量を増大させるように吸込口の開度を増大させ、前記電動車両が加速のときに、前記走行風の吸気量を減少させるように吸込口の開度を減少させることを特徴とする。
【００１８】
上記構成（４）によれば、減速のときには、開度を増大して走行風の吸気量を増大させて、燃料電池の発電量を増大して二次電池への充電を行う。
一方、加速時には、開度を小さくして、走行抵抗を小さくすることで車両の加速性を向上させることができる。
【００１９】
（５）また、幾つかの実施形態では、前記制御装置は、前記電動車両の車速が前記第１車速未満であって前記二次電池のＳＯＣが所定の燃料電池稼動ＳＯＣに低下したときに前記エアコンプレッサ空気供給部からの供給量を制御して前記燃料電池の出力を制御するエアコンプレッサ給気制御部を有することを特徴とする。
【００２０】
上記構成（５）によれば、電動車両の車速が第１車速未満であって二次電池のＳＯＣが所定の燃料電池稼動ＳＯＣに低下したときには、エアコンプレッサ給気制御部によって、エアコンプレッサ空気供給部からの供給量が制御されて燃料電池の出力が制御されて、二次電池に充電される。これによって、二次電池のＳＯＣを増加させることができる。
【００２１】
（６）また、幾つかの実施形態では、前記エアコンプレッサ給気制御部は、前記第１車速より小さい第２車速以上のときに前記エアコンプレッサを高出力運転に制御し、前記第２車速未満のときに前記エアコンプレッサを高効率運転に制御することを特徴とする。
【００２２】
上記構成（６）によれば、第１車速より小さい第２車速以上のときにエアコンプレッサを高出力運転に制御し、第２車速未満のときにエアコンプレッサを高効率運転に制御することで、エアコンプレッサの高効率運転を積極的に行って、燃料電池の高効率運転を行うことができる。
なお、高効率運転とは、エアコンプレッサの回転数が最も効率のよい回転数で運転される状態をいい、高出力運転とは、エアコンプレッサの回転数が効率より出力を重視した回転数で運転される状態をいう。
【００２３】
（７）また、幾つかの実施形態では、前記制御装置は、前記二次電池のＳＯＣが所定の燃料電池稼動ＳＯＣに低下したときに前記エアコンプレッサ給気制御部による供給空気によって、前記燃料電池を稼動させると共に、前記二次電池からの出力を停止して前記燃料電池から前記二次電池に充電を開始し、前記前記二次電池のＳＯＣが所定の燃料電池停止ＳＯＣに達するまで充電せしめることを特徴とする。
【００２４】
上記構成（７）によれば、エアコンプレッサ給気制御によって燃料電池の高効率運転を積極的に行って、二次電池のＳＯＣを所定の燃料電池停止ＳＯＣまで増加させることができる。
また、所定の範囲に二次電池のＳＯＣを保持できるため、二次電池の劣化抑制も可能になる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、二次電池の充電を主に行うレンジエクステンダー用燃料電池を備えた電動車両の燃料電池システムであって、走行状態に応じて燃料電池の空気極への空気供給手段及び空気供給量を制御して燃料電池の出力を制御し、燃料電池の運転効率を向上させると共に所定の範囲にＳＯＣを保持し、二次電池の劣化抑制をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態に係る電動車両の燃料電池システムの全体構成概要図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係る電動車両の燃料電池システムの全体構成概要図である。
【図３】図２の他の実施形態に係る電動車両の燃料電池システムの制御装置の制御フローチャートである。
【図４】図２の他の実施形態に係る電動車両の燃料電池システムの制御装置の制御フローチャートである。
【図５】図２の他の実施形態に係る電動車両の燃料電池システムの制御装置の制御フローチャートである。
【図６】図２の他の実施形態に係る電動車両の燃料電池システムの制御装置の制御タイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれらに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２８】
本発明の一実施形態に係る電動車両の燃料電池システム１について、全体構成を、図１を参照して説明する。
図１は、全体構成概要図であり、電動車両は、水素及び酸素の供給を受けて発電を行う燃料電池（ＦＣ：Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）３と、燃料電池３で発生される電力を充電する二次電池（駆動用バッテリ）５と、二次電池５の電力によって駆動される駆動モータ７とを備えている。そして、燃料電池３は、所謂レンジエクステンダー用の燃料電池として用いられている。
【００２９】
すなわち、燃料電池３の発電電力は、二次電池５の充電に特化し、駆動モータ７は、主に二次電池５の電力によって駆動されるように構成されている。ただし、二次電池５のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ、充電状態）が低下してＦＣ駆動ＳＯＣであるＳＯＣ１まで低下すると、二次電池５からの出力を停止して、ＦＣ出力で二次電池５を充電するとともに駆動モータ７を駆動して電動車両を走行させる場合がある。このような制御については後述する。
【００３０】
図１に示すように、電動車両の燃料電池システム１は、主に、燃料電池３の空気極９に酸素を供給する空気供給手段１１と、燃料電池３の燃料極１３に燃料の水素を供給する水素供給手段１５と、燃料電池３の発電状態において、空気供給手段１１を制御して燃料電池３の出力を制御する制御装置１７と、を備えている。
【００３１】
また、空気供給手段１１は、エアコンプレッサ１９から空気を供給するエアコンプレッサ空気供給部２１と走行風を導入する走行風供給部２３とを有しこれら供給部から空気が導入可能に構成されている。
【００３２】
燃料電池３は、固体高分子電解質膜を挟んで空気極と燃料極とを対設した構造を有する発電セルをセパレータで挟持して、これを複数積層して構成されている。
また、複数の発電セルの各空気極側の触媒層に酸素である空気が供給され、各燃料極側の触媒層に燃料ガスの水素ガスが供給されるようになっている。そして、燃料極に水素ガスを供給するとともに空気極に酸素を含む空気を供給することで、水素と酸素とを化学反応させて電極間に発生する起電力として電気エネルギーを取り出す。
【００３３】
図１においては、複数の発電セルの各空気極をまとめて便宜的に空気極９として示し、複数の発電セルの各燃料極をまとめて便宜的に燃料極１３として示している。
そして、燃料電池３には、空気極９に空気を供給する空気供給管２５が接続され、燃料極１３には、水素ガスを供給する水素供給管２７が接続されている。
【００３４】
空気供給管２５の上流側は、空気供給管２５ａと空気供給管２５ｂとが設けられ、空気供給管２５ａの上流端部分には、図示しないフィルタを介して外気が導入されるエアコンプレッサ１９が設けられている。エアコンプレッサ１９は、制御装置１７によって、作動（回転速度）が制御されて、空気極９へ供給される空気が所定の圧力または流量になるように制御される。エアコンプレッサ１９の下流側にはエアコンプレッサ１９からの加圧空気を冷却するインタークーラ２９が設けられている。
【００３５】
また、空気供給管２５ａと空気供給管２５ｂとの接続部には、切換弁３１が設けられて、空気供給管２５ａからの空気供給と空気供給管２５ｂからの空気供給が切り替えられるようになっている。
以上の空気供給管２５ａ、切換弁３１、エアコンプレッサ１９、及びインタークーラ２９を備えて空気供給手段１１のエアコンプレッサ空気供給部２１が構成されている。
【００３６】
また、空気供給管２５ｂの上流端部分には、図示しないフィルタを介して走行風の自然吸気を取り入れる走行風吸込口を有する走行風吸込部３３が設けられている。この走行風吸込口は、走行風の自然吸気を取り入れやすいように車両の前方に向かって開口が設置され、さらに、その開口の開度が可変制御されるようになっている。
以上の空気供給管２５ｂ、切換弁３１、及び走行風吸込部３３を備えて空気供給手段１１の走行風供給部２３が構成されている。
【００３７】
水素供給管２７の上流側には、燃料ガスである水素を高圧状態で貯蔵する高圧水素タンク３５が設けられている。高圧水素タンク３５の下流側には元弁３７が設けられ、元弁３７の開閉によって水素ガスの供給が制御される。元弁３７の下流側には、減圧弁３９が設けられ高圧水素タンク３５からの水素ガスが所定圧力に減圧されて燃料極１３に供給されるようになっている。
以上の高圧水素タンク３５、水素供給管２７、元弁３７、及び減圧弁３９を備えて水素供給手段１５が構成されている。
【００３８】
燃料電池３の空気極９及び燃料極１３にそれぞれ供給された空気及び水素ガスは、それぞれ一部が消費され、未使用の空気及び水素ガスは、空気排出管４１及び水素排出管４３を介して外部（大気）に排出されるようになっている。
【００３９】
また、水素排出管４３と水素供給管２７を接続するように水素循環流路４５が設けられている。水素循環流路４５には排出水素を水素供給管２７に戻すように流す水素循環ポンプ４７が設けられている。これによって、水素を再循環させて燃料を効率よく利用できるようになっている。
【００４０】
また、図１に示すように、燃料電池３によって発電された電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４９を介して、二次電池５の充電用に所定電圧に変換されて二次電池５に充電されるようになっている。また、二次電池５からの電力または燃料電池３からの電力はインバータ５１を介して所定の交流電力に変換されて駆動モータ７に供給されて駆動輪を駆動するようになっている。
【００４１】
次に、制御装置１７について説明する。
制御装置１７は、電動車両の車速に基づいて、エアコンプレッサ空気供給部２１と走行風供給部２３とを切替え、さらに電動車両の走行状態に基づいてエアコンプレッサ空気供給部２１による空気供給量、及び走行風供給部２３による空気供給量を制御して、燃料電池３の出力を制御するように構成されている。
【００４２】
また、制御装置１７には、図示しない信号入力部、信号出力部、記憶部、演算部等が設けられている。そして、信号入力部には、二次電池５の充電状態を検出する充電状態検出手段５３からのＳＯＣの信号、二次電池５の充電電流を検出する電流センサ５５からの信号が入力される。
【００４３】
その他、駆動モータ７の出力として車速を検出する車速センサ５７からの車速信号、燃料電池３の出力電圧を検出する電圧センサ５９からの信号がそれぞれ入力されている。
【００４４】
以上の一実施形態によれば、制御装置１７によって、電動車両の車速に基づいて、エアコンプレッサ空気供給部２１と走行風供給部２３とが切替えられ、さらに走行状態、例えば車速に基づいてエアコンプレッサ空気供給部２１による空気供給量、及び走行風供給部２３による空気供給量が制御されて、燃料電池３の出力が制御されるので、燃料電池の高出力域において電気的損失が大きいエアコンプレッサの稼動を最小限に制限する制御や、エアコンプレッサを効率よい運転状態で運転することが可能になる。その結果、燃料電池のシステム効率を増加することができるとともに燃料電池３の劣化も抑制できる。
【００４５】
次に、図２に他の実施形態を示す。
図２に示すように、図１の実施形態に対して、制御装置１７に空気供給切替制御部６１、走行風吸気制御部６３、エアコンプレッサ給気制御部６５を備えている。
【００４６】
空気供給切替制御部６１は、電動車両の車速（Ｖ）が走行風ＦＣ発電開始車速（Ｖ１）（第１車速）以上のときに走行風供給部２３からの供給に切替えて燃料電池３の出力を制御する機能を有する。
【００４７】
走行風吸気制御部６３は、走行風供給部２３からの供給時に、走行風の吸込口の開度を走行状態に基づいて制御する機能を有する。
例えば、走行風吸気制御部６３によって、走行風供給部２３からの供給時に、走行風の吸込口の開度を走行状態、例えば、車速に応じて開度を制御することによって、車速に応じた燃料電池の出力に制御される。
【００４８】
すなわち、走行風吸込部３３に設けられた吸込口は、車両前方に向かって開口しており、この開口の開度を大きくすると走行抵抗が増大するため、走行風吸気制御部６３は、電動車両が減速のときには、走行風の吸気量を増大させるように吸込口の開度を増大させて走行抵抗を増大させ、また、電動車両が加速のときに、走行風の吸気量を減少させるように吸込口の開度を減少させる。
また、減速時には吸気量が増大するため燃料電池の発電電力も増大するため、減速時に二次電池５に充電するように制御される。
【００４９】
エアコンプレッサ給気制御部６５は、電動車両の車速が走行風ＦＣ発電開始車速（Ｖ１）（第１車速）未満であって、二次電池５のＳＯＣが所定の燃料電池稼動ＳＯＣに低下したときに、エアコンプレッサ空気供給部２１からの供給を開始するとともに、供給量を制御する機能を有している。
【００５０】
さらに、このエアコンプレッサ給気制御部６５は、走行風ＦＣ発電開始車速（Ｖ１）より小さいエアコンプレッサ高出力ＦＣ発電可動開始車速（Ｖ２）（第２車速）以上のときにエアコンプレッサを高出力運転に制御し、エアコンプレッサ高出力ＦＣ発電可動開始車速（Ｖ２）未満のときにエアコンプレッサ１９を高効率運転に制御する。
【００５１】
以上の構成を有する制御装置１７の制御について、図３〜５の制御フローチャート、及び図６の制御タイムチャートを参照して説明する。
【００５２】
図３の制御フローチャートおいて、まずステップＳ１で、電動車両の車速を車速センサ５７によって検知する。ステップＳ２では、検知した車速（Ｖ）が、走行風ＦＣ発電開始車速（Ｖ１）以上かを判定する（Ｖ≧Ｖ１）。
【００５３】
ステップＳ２での判定がＹｅｓの場合には、ステップＳ３に進んで、ステップＳ３では走行風吸気制御によってＦＣ出力が制御される（図６のタイムチャートの時間帯（２）参照）。
また、ステップＳ２での判定がＮｏの場合には、ステップＳ４に進んで、ステップＳ４では、エアコンプレッサ給気制御によってＦＣ出力が制御される（図６のタイムチャートの時間帯（３）参照）。
【００５４】
次に、図６のフローチャートを参照して、走行風吸気制御について説明する。
まず、ステップＳ１１で走行風吸気制御が開始すると、ステップＳ１２で、車速（Ｖ）が走行風ＦＣ発電開始車速（Ｖ１）以上での減速中かを判定する。減速中（長い坂道）の場合はステップＳ１２がＹｅｓとなって、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１３では減速時吸気開度に制御される（図６のタイムチャートの時間帯（２）の期間ｂ参照）。
【００５５】
すなわち、走行風吸気制御部６３によって、減速時には走行風の吸気量を増大させるように吸込口の開度を増大させて走行抵抗を増大させるとともに、減速時には吸気量が増大するため燃料電池の発電電力も増大する。このため、減速時に二次電池５に充電するように制御される。
【００５６】
そして、ステップＳ１４で、二次電池５のＳＯＣを充電状態検出手段５３によって検知して、次のステップＳ１５で、その検知したＳＯＣの値に応じた二次電池劣化抑制電流を超えないように制限して充電を行う（図６（Ａ）のタイムチャートの時間帯（２）の期間ｂ参照）。このように、二次電池５への充電電流値に上限値を設けることで、充電に伴う二次電池５の劣化を抑制している。
【００５７】
次のステップＳ１６で、ステップＳ１２で、車速（Ｖ）が走行風ＦＣ発電開始車速（Ｖ１）未満に低下したかを判定する。低下していなければＮｏとなってステップＳ１２に戻って繰り返す。
車速（Ｖ）が走行風ＦＣ発電開始車速（Ｖ１）未満に低下していれば、Ｙｅｓとなって終了する。
【００５８】
一方、ステップＳ１２で、車速（Ｖ）が走行風ＦＣ発電開始車速（Ｖ１）以上での減速中でない場合には、ＮｏとなってステップＳ１７に進む、このステップＳ１７に進む場合は、加速中か一定速度での走行中である。ステップＳ１７では、通常時吸気開度に制御される（図６のタイムチャートの時間帯（２）の期間ａ参照）。
【００５９】
通常時吸気開度は、例えば、定常走行が高車速になるに従って、吸気口の開度を増加させて燃料電池の出力を増大するように制御される。
また、吸込口の開度を大きくすると走行抵抗が増大するため、加速のときには走行風の吸気量を減少させるように吸込口の開度を減少させて走行抵抗を低減する。
【００６０】
そして、次のステップＳ１６で、次のステップＳ１６で、ステップＳ１２で、車速（Ｖ）が走行風ＦＣ発電開始車速（Ｖ１）未満に低下したかを判定する。低下していなければＮｏとなってステップＳ１２に戻って繰り返す。
車速（Ｖ）が走行風ＦＣ発電開始車速（Ｖ１）未満に低下していれば、Ｙｅｓとなって終了する。
【００６１】
次に、図６のフローチャートを参照して、エアコンプレッサ給気制御について説明する。
まず、ステップＳ２１でエアコンプレッサ給気制御が開始すると、ステップＳ２２で、二次電池５のＳＯＣを充電状態検出手段５３によって検知して、次のステップＳ２３で、その検知したＳＯＣが、ＦＣ稼動ＳＯＣ以下かを判定する（ＳＯＣ≦ＳＯＣ１）。
【００６２】
ステップＳ２３の判定がＹｅｓの場合には、ステップＳ２４に進み、Ｎｏの場合にはステップＳ２７に進む。ステップＳ２７では、ＦＣを非稼動状態とされる（図６のタイムチャートの時間帯（１）参照）。ステップＳ２４では、車速（Ｖ）が、エアコンプレッサ高出力ＦＣ発電稼動開始車速（Ｖ２）以上かを判定する（Ｖ≧Ｖ２）。ステップＳ２４の判定がＹｅｓの場合には、ステップＳ２５に進みＦＣ高出力運転が実行され（図６のタイムチャートの時間帯（３）の期間ｄ参照）、Ｎｏの場合にはステップＳ２８に進んでＦＣ高効率運転（図６のタイムチャートの時間帯（３）の期間ｃ間参照）が実行される。
【００６３】
なお、高効率運転とは、エアコンプレッサ１９の回転数が最も効率のよい回転数で運転される状態をいい、高出力運転とは、エアコンプレッサ１９の回転数が効率よりも出力を重視した回転数で運転される状態をいう。
【００６４】
そして、ステップＳ２５、及びステップＳ２８の次に、ステップＳ２６で、二次電池５のＳＯＣがＦＣ停止ＳＯＣ以上かを判定する（ＳＯＣ≧ＳＯＣ２）。ステップＳ２６の判定が、Ｙｅｓの場合には終了し、Ｎｏの場合にはステップＳ２４に進んでステップＳ２４から繰り返される。
【００６５】
図６のタイムチャートは、横軸に時間経過を示し、縦軸は次の図６（Ａ）から（Ｉ）である。
図６（Ａ）は、二次電池５の充電電流の変化を示す。減速時の走行風吸気制御によるＦＣ出力による二次電池５の充電時には二次電池劣化抑制充電電流に制限される（時間帯（２）の期間ｂ）。また、エアコンプレッサ給気制御によるＦＣ出力による二次電池５の充電時には二次電池劣化抑制充電電流上限値量に制限されることか示されている。
【００６６】
図６（Ｂ）は、ＦＣシステム効率を示す。すなわち、燃料電池３の発電効率と空気供給系統の補機効率を合わせたシステム効率を示す。走行風を用いている場合には、高効率状態であり、また、エアコンプレッサ１９の稼動時においても、高出力運転時以外は高効率運転が行われることが示されている。
【００６７】
図６（Ｃ）は、エアコンプレッサ１９の稼動状態を示す。エアコンプレッサは時間帯（３）で稼動することが示されている。
【００６８】
図６（Ｄ）は、走行風吸気量（吸込口の開度）を示す。すなわち、走行風吸気制御時における走行風の吸込口の開度の制御状態を示す。時間帯（２）の期間ａは通常吸気量（開度小）であり、期間ｂは減速時吸気量（開度大）であることを示す。
【００６９】
図６（Ｅ）は、走行風利用の状態を示す。走行風吸気制御時の時間帯（２）で利用されることが示される。
【００７０】
図６（Ｆ）は、ＦＣ出力の出力状態を示す。走行風吸気制御時の時間帯（２）では走行風によりＦＣ発電量が出力され、そのうち期間ｂの減速時の走行では、期間ａの通常時の走行大きい電力が出力されることが示される。
【００７１】
また、エアコンプレッサ給気制御時の時間帯（３）では、期間ｃではエアコンプレッサ１９は高効率で運転されて高効率ＦＣ発電が出力され、期間ｄではエアコンプレッサ１９は高出力で運転されて高出力ＦＣ発電が出力される。
【００７２】
また、この時間帯（３）のとき、ＦＣ出力は、二次電池５への充電用として用いられるとともに、駆動モータ７に出力されて走行用としても供給される。時間帯（３）における斜線部分は、このＦＣ出力によって二次電池５が充電される充電量を示し、残りの部分が駆動モータ７に供給されて走行用として用いられることを示す。
【００７３】
図６（Ｇ）は、ＥＶ出力状態を示す。すなわち、二次電池５の出力状態を示し、電動車両の車速と対応している。時間帯（３）の期間では、二次電池５からの出力が停止される。この停止の間で、上記図６（Ｆ）で説明したようにＦＣ出力によって二次電池５が充電されるとともに、ＦＣ出力で走行される。
【００７４】
図６（Ｈ）は、二次電池５のＳＯＣの変化状態を示す。時間帯（３）は、ＳＯＣがＦＣ稼動ＳＯＣ（ＳＯＣ１）に低下したときに開始され、ＦＣ停止ＳＯＣ（ＳＯＣ２）に達したときに終了することが示される。
【００７５】
図６（Ｉ）は、電動車両の車速の変化状態の一例を示す。車速センサ５７からの出力状態を示す。時間帯（２）は、車速が走行風ＦＣ発電稼動開始車速（Ｖ１）以上になったときに開始され、この車速（Ｖ１）未満に低下したときに終了する。また、時間帯（２）の期間ｂでは減速状態を示している。
また、時間帯（３）における期間ｄは、エアコンプレッサ高出力ＦＣ発電稼動開始車速（Ｖ２）以上のときに、高出力運転になることを示している。
【００７６】
以上の他の実施形態によれば、空気供給切替制御部６１の制御によって、電動車両の車速が走行風ＦＣ発電稼動開始車速（Ｖ１）のときに走行風供給部からの供給に切替えて燃料電池の出力を制御するので、高速域において、補機損失が大きいエアコンプレッサの稼動する必要がないため、燃料電池のシステム効率を増加することができる。
【００７７】
また、走行風吸気制御部６３によって、走行風供給部からの供給時に、走行風の吸込口の開度を走行状態に応じて制御することによって、走行状態に応じて燃料電池の出力が制御され、減速のときには、開度を増大して走行風の吸気量を増大させて、燃料電池の発電量を増大して二次電池への充電を行う。
一方、加速時には、開度を小さくして、走行抵抗を小さくすることで車両の加速性を向上させることができる。
【００７８】
また、エアコンプレッサ給気制御部６５によって、車速が走行風ＦＣ発電稼動開始車速（Ｖ１）未満であってＳＯＣがＦＣ稼動ＳＯＣ（ＳＯＣ１）以下に低下したときにはエアコンプレッサ空気供給部２１からの供給に切り替えられて燃料電池３の出力を制御する。
そして、二次電池５に充電され二次電池５のＳＯＣを増加させ、ＳＯＣがＦＣ停止ＳＯＣ（ＳＯＣ２）まで増加したとき燃料電池３の発電が停止させる。これによって、所定の範囲に二次電池のＳＯＣを保持できるため、二次電池の劣化抑制も可能になる。
【００７９】
また、エアコンプレッサ給気制御部６５は、エアコンプレッサ高出力ＦＣ発電稼動開始車速（Ｖ２）以上のときにエアコンプレッサ１９を高出力運転に制御し、エアコンプレッサ高出力ＦＣ発電稼動開始車速（Ｖ２）未満のときにエアコンプレッサ１９を高効率運転に制御することで、エアコンプレッサ１９の高効率運転を積極的に行って、燃料電池３の高効率運転を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、二次電池の充電を主に行うレンジエクステンダー用燃料電池を備えた電動車両の燃料電池システムであって、走行状態に応じて燃料電池の空気極への空気供給手段及び空気供給量を制御して燃料電池の出力を制御し、燃料電池の運転効率を向上させることができるので、電動車両用の燃料電池システムへの利用に適している。
【符号の説明】
【００８１】
１  燃料電池システム
３  燃料電池
５  二次電池
７  駆動モータ
９  空気極
１１  空気供給手段
１３  燃料極
１５  水素供給手段
１７  制御装置
１９  エアコンプレッサ
２１  エアコンプレッサ空気供給部
２３  走行風供給部
２５、２５ａ、２５ｂ  空気供給管
２７  水素供給管
３３  走行風吸込部
３５  高圧水素タンク
５３  充電状態検出手段
５５  電流センサ
５７  車速センサ
５９  電圧センサ
６１  空気供給切替制御部
６３  走行風吸気制御部
６５  エアコンプレッサ給気制御部
【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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