(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、
前記燃料電池からの電力を蓄電する蓄電装置と、
前記燃料電池又は前記蓄電装置の少なくとも一方から電力を供給される負荷と、
前記燃料電池の電圧を調整するコンバータと、
前記負荷が必要とする電力に基づいて前記燃料電池の目標電圧を設定し、前記燃料電池の実電圧を前記目標電圧と等しくするように前記コンバータを制御することにより、前記燃料電池と前記蓄電装置が前記負荷へ供給する電力を制御する制御装置と、
前記燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給装置と
を備えた燃料電池システムであって、
前記制御装置は、
前記燃料電池の目標電圧が、白金の酸化還元進行電圧範囲より低い第１電圧以下のとき、前記燃料電池の実電圧を前記コンバータの出力電圧で調整して前記目標電圧に追従させる第１モードと、
低負荷条件が成立し且つ前記蓄電装置が充電を必要とする所定の条件が成立するとき、又は前記低負荷条件が不成立であり且つ高負荷条件が不成立であるとき、前記実電圧を前記コンバータの出力電圧で調整して前記第１電圧に維持すると共に、前記反応ガス供給装置を制御し、前記燃料電池への反応ガス供給量を調整して前記燃料電池の電流−電圧特性を変化させ、前記負荷が必要とする電力を前記燃料電池が出力するようにする第２モードと、
前記低負荷条件が成立し且つ前記蓄電装置が充電を必要とする前記所定の条件が不成立であるとき、前記実電圧を前記コンバータの出力電圧で調整し前記白金の酸化還元進行電圧範囲外で設定される第２電圧に維持すると共に、前記燃料電池内部のガスを豊潤な状態に維持する第３モードと
を切替制御する
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、
前記第２電圧は、前記酸化還元進行電圧範囲より高い値に設定される
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、
前記負荷は、回生可能なモータを含み、
前記制御装置は、前記モータの回生エネルギが所定値以下である場合に前記第３モードに切り替える
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池システムは、車両に搭載される
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
燃料電池と、
前記燃料電池からの電力を蓄電する蓄電装置と、
前記燃料電池又は前記蓄電装置の少なくとも一方から電力を供給される負荷と、
前記燃料電池の電圧を調整するコンバータと、
前記負荷が必要とする電力に基づいて前記燃料電池の目標電圧を設定し、前記燃料電池の実電圧を前記目標電圧と等しくするように前記コンバータを制御することにより、前記燃料電池と前記蓄電装置が前記負荷へ供給する電力を制御する制御装置と、
前記燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給装置と
を備えた燃料電池システムであって、
前記制御装置は、
低負荷条件が成立し且つ前記蓄電装置が充電を必要とする所定の条件が成立するとき、又は前記低負荷条件が不成立であり且つ高負荷条件が不成立であるとき、前記実電圧を前記コンバータの出力電圧で調整して白金の酸化還元進行電圧範囲より低い第１電圧に維持すると共に、前記反応ガス供給装置を制御し、前記燃料電池への反応ガス供給量を調整して前記燃料電池の電流−電圧特性を変化させ、前記負荷が必要とする電力を前記燃料電池が出力するようにする第２モードと、
前記低負荷条件が成立し且つ前記蓄電装置が充電を必要とする前記所定の条件が不成立であるとき、前記実電圧を前記コンバータの出力電圧で調整し前記白金の酸化還元進行電圧範囲外で設定される第２電圧に維持すると共に、前記燃料電池内部のガスを豊潤な状態に維持する第３モードと
を切替制御する
ことを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池と、前記燃料電池からの電力を蓄電可能な蓄電装置と、前記燃料電池又は前記蓄電装置の少なくとも一方から電力を供給される負荷とを有する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劣化を抑制するために、酸化還元電位を回避して燃料電池を発電する燃料電池システムが提案されている（特許文献１）。特許文献１の燃料電池システムでは、システム要求電力（Ｗｒｅｑ）が徐々に上がっていく場合であっても、燃料電池の出力電圧（Ｖｆｃ）を酸化還元電位（Ｖｏｘｐｔ）で一度制限し、制限した電圧に相当する電力をバッテリで補うように制御する。その後、アクセル開度が下がるなどして燃料電池の発電が必要なくなったとしても、燃料電池の出力電圧を酸化還元電位以下で維持して発電を継続し、バッテリの残容量が所定値を超えるまで発電を継続する（要約）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７―００５０３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように、特許文献１の制御では、燃料電池の出力電圧を酸化還元電位以下に維持するが、酸化還元電位を回避し続けるためには、走行モータ等の負荷が要求する電力に対して、燃料電池の出力電力を大きくする必要がある。それらの場合、燃料電池の余剰電力をバッテリに充電することになる。このため、酸化還元電位を回避し続けるためには、バッテリの充放電の頻度が多くなる。バッテリの充放電の頻度が多くなると、充放電に伴う電力損失が大きくなり、燃料電池システム全体での出力効率が低下してしまう。
【０００５】
また、特許文献１の制御では、一定速度での走行が比較的長い時間継続することが多い高速道路での走行（相対的に中負荷での走行）や、発進と停止を比較的頻繁に繰り返す市街地での走行（相対的に低負荷での走行）についての燃料電池システム全体での出力効率が何ら検討されていない。
【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、燃料電池スタックの劣化を抑制しつつ、燃料電池システム全体での出力効率を向上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、燃料電池と、前記燃料電池からの電力を蓄電する蓄電装置と、前記燃料電池又は前記蓄電装置の少なくとも一方から電力を供給される負荷と、前記燃料電池の電圧を調整するコンバータと、前記負荷が必要とする電力に基づいて前記燃料電池の目標電圧を設定し、前記燃料電池の実電圧を前記目標電圧と等しくするように前記コンバータを制御することにより、前記燃料電池と前記蓄電装置が前記負荷へ供給する電力を制御する制御装置と、前記燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給装置とを備えたものであって、前記制御装置は、前記燃料電池の目標電圧が、白金の酸化還元進行電圧範囲より低い第１電圧以下のとき、前記燃料電池の実電圧を前記コンバータの出力電圧で調整して前記目標電圧に追従させる第１モードと、低負荷条件が成立し且つ前記蓄電装置が充電を必要とする所定の条件が成立するとき、又は前記低負荷条件が不成立であり且つ高負荷条件が不成立であるとき、前記実電圧を前記コンバータの出力電圧で調整して前記第１電圧に維持すると共に、前記反応ガス供給装置を制御し、前記燃料電池への反応ガス供給量を調整して前記燃料電池の電流−電圧特性を変化させ、前記負荷が必要とする電力を前記燃料電池が出力するようにする第２モードと、前記低負荷条件が成立し且つ前記蓄電装置が充電を必要とする前記所定の条件が不成立であるとき、前記実電圧を前記コンバータの出力電圧で調整し前記白金の酸化還元進行電圧範囲外で設定される第２電圧に維持すると共に、前記燃料電池内部のガスを豊潤な状態に維持する第３モードとを切替制御することを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、燃料電池の劣化を抑制しつつ、燃料電池システム全体での効率化を図ることが可能となる。
【０００９】
すなわち、主として、相対的に高負荷で用いることが可能な第１モードでは、燃料電池の目標電圧が白金の酸化還元進行電圧範囲より低くされるため、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。加えて、燃料電池の実電圧をコンバータの出力電圧で調整して目標燃料電池電圧に追従させることで燃料電池システムの要求負荷に対応可能となるため、燃料電池の出力を効率化することが可能となる。
【００１０】
また、主として、相対的に中負荷で用いることが可能な第２モードでは、燃料電池の実電圧が第１電圧（すなわち、前記酸化還元進行電圧範囲より低い値）に維持されるため、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。加えて、燃料電池への反応ガス供給量を調整して燃料電池の電流−電圧特性を変化させ、負荷が必要とする電力を前記燃料電池が出力するため、蓄電装置における放電及び充電の量及び頻度を低減することで蓄電装置における電力損失を減少させることが可能となる。
【００１１】
さらに、主として、相対的に低負荷で用いることが可能な第３モードでは、燃料電池の実電圧が第２電圧（すなわち、前記酸化還元進行電圧範囲外）に維持されるため、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。加えて、燃料電池内部のガスが豊潤な状態に維持されるため、燃料電池からの出力を低く抑えつつ、電力の不足分を蓄電装置から補うことが可能となる。相対的に低負荷の場合、蓄電装置における放電及び充電による電力損失は小さくなることから、燃料電池システム全体での電力効率を高めることが可能となる。
【００１２】
以上より、この発明によれば、燃料電池の劣化を抑制しつつ、燃料電池システム全体での効率化を図ることが可能となる。
【００１３】
前記第２電圧は、例えば、前記酸化還元進行電圧範囲より高い値に設定することができる。一般的な燃料電池の電流−電圧特性によれば、燃料電池の実電圧が高いほど、燃料電池の出力電流が小さくなる。上記構成によれば、第２電圧が酸化還元進行電圧範囲より高くされるため、第２電圧が酸化還元進行電圧範囲より低い場合と比べて、燃料電池の出力電流は小さくなる。従って、第３モードにおける不要な発電を防止して燃料電池システム全体の効率を向上することが可能となる。
【００１４】
前記負荷は、回生可能なモータを含み、前記制御装置は、前記モータの回生エネルギが所定値以下である場合に前記第３モードに切り替えてもよい。これにより、例えば、蓄電装置の残容量に応じて蓄電装置の放電量を調整することが可能となる。例えば、前記所定値として、蓄電装置の残容量が過多であることを示す値を設定した場合、第３モードに切り替えられることにより、蓄電装置からの放電量が多くなる。従って、蓄電装置の放電量を管理し易くなり、回生電力をより有効に活用することが可能となる。換言すると、残容量の収支性を向上することが可能となる。
【００１５】
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、耐久性が高く且つ高効率な車両を実現することが可能となる。
【００１６】
この発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池からの電力を蓄電する蓄電装置と、前記燃料電池又は前記蓄電装置の少なくとも一方から電力を供給される負荷と、前記燃料電池の電圧を調整するコンバータと、前記負荷が必要とする電力に基づいて前記燃料電池の目標電圧を設定し、前記燃料電池の実電圧を前記目標電圧と等しくするように前記コンバータを制御することにより、前記燃料電池と前記蓄電装置が前記負荷へ供給する電力を制御する制御装置と、前記燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給装置とを備えたものであって、前記制御装置は、低負荷条件が成立し且つ前記蓄電装置が充電を必要とする所定の条件が成立するとき、又は前記低負荷条件が不成立であり且つ高負荷条件が不成立であるとき、前記実電圧を前記コンバータの出力電圧で調整して白金の酸化還元進行電圧範囲より低い第１電圧に維持すると共に、前記反応ガス供給装置を制御し、前記燃料電池への反応ガス供給量を調整して前記燃料電池の電流−電圧特性を変化させ、前記負荷が必要とする電力を前記燃料電池が出力するようにする第２モードと、前記低負荷条件が成立し且つ前記蓄電装置が充電を必要とする前記所定の条件が不成立であるとき、前記実電圧を前記コンバータの出力電圧で調整し前記白金の酸化還元進行電圧範囲外で設定される第２電圧に維持すると共に、前記燃料電池内部のガスを豊潤な状態に維持する第３モードとを切替制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、燃料電池の劣化を抑制しつつ、燃料電池システム全体での効率化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【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】エアストイキ比とセル電流との関係を示す図である。
【図１４】第２モードのフローチャートである。
【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１７】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１８】目標ＦＣ電流と空気流量との関係を示す図である。
【図１９】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２０】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２１】モータのトルク制御のフローチャートである。
【図２２】前記実施形態及び比較例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２３】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２４】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２５】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。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
［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）。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
［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。
【００２５】
（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。
【００２６】
（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、ノーマルクローズ型の遮断弁（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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
（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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
（１−３−５．冷却系）
冷却系は、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。
【００４２】
（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。
【００４３】
（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。
【００４４】
［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。
【００４５】
［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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
［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、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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
［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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
［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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
［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。
【００７０】
（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１６０は、セル電圧Ｖｃｅｌｌと劣化量Ｄとの関係を示す。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
なお、図９では、曲線１６０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１６０は変化する。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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１６０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。
【００８０】
但し、白金還元領域Ｒ２は、曲線１６０の極小値（第１極小値Ｖｌｍｉ１）を含む。白金酸化還元進行領域Ｒ３では、曲線１６０の極大値（極大値Ｖｌｍｘ）を含む。白金酸化安定領域Ｒ４は、曲線１６０の別の極小値（第２極小値Ｖｌｍｉ２）を含む。
【００８１】
（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、３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、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モード）と、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔが一定でありＦＣ電流Ｉｆｃが一定である電圧固定・電流固定制御（第３モード）とを切り替えて用いる。
【００８２】
第１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。
【００８３】
第２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）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。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。
【００８４】
第３モード（電圧固定・電流固定制御）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外の電位｛本実施形態では、電位ｖ３（＝０．９Ｖ）｝に固定し、ＦＣ電流Ｉｆｃを一定とする。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。
【００８５】
（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、ステップＳ２で計算したシステム負荷Ｐｓｙｓの平均値（以下「平均システム負荷Ｐｓｙｓａｖｅ」という。）が、低負荷を判定するための閾値Ｐｓｙｓａｖｅ１以下であるか否かを判定する。
【００８６】
平均システム負荷Ｐｓｙｓａｖｅが閾値Ｐｓｙｓａｖｅ１以下でない場合（Ｓ２１：ＮＯ）、ステップＳ２２において、ＥＣＵ２４は、モータ１４からの平均回生エネルギ（平均回生電力Ｐｒｅｇａｖｅ）が閾値Ｐｒｅｇａｖｅ１以下であるか否かを判定する。上記のように、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ことを示し、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ことを示す。
【００８７】
平均回生電力Ｐｒｅｇａｖｅが閾値Ｐｒｅｇａｖｅ１以下でない場合（Ｓ２２：ＮＯ）、ステップＳ２３において、ＥＣＵ２４は、システム負荷Ｐｓｙｓが、高負荷を判定するための閾値Ｐｓｙｓ１以上であるか否かを判定する。システム負荷Ｐｓｙｓが閾値Ｐｓｙｓ１以上である場合（Ｓ２３：ＹＥＳ）、ステップＳ２４において、ＥＣＵ２４は、電圧可変・電流可変制御（第１モード）を実行する。
【００８８】
ステップＳ２３において、システム負荷Ｐｓｙｓが閾値Ｐｓｙｓ１以上でない場合（Ｓ２３：ＮＯ）、ステップＳ２６において、ＥＣＵ２４は、電圧固定・電流可変制御（第２モード）を実行する。
【００８９】
ステップＳ２１において平均システム負荷Ｐｓｙｓａｖｅが閾値Ｐｓｙｓａｖｅ１以下である場合（Ｓ２１：ＹＥＳ）又はステップＳ２２において平均回生電力Ｐｒｅｇａｖｅが閾値Ｐｒｅｇａｖｅ１以下である場合（Ｓ２２：ＹＥＳ）、ステップＳ２５において、ＥＣＵ２４は、バッテリ２０のＳＯＣが、バッテリ２０に充電が必要であるか否かを判定する閾値ＳＯＣ１以下であるか否かを判定する。ＳＯＣが閾値ＳＯＣ１以下である場合（Ｓ２５：ＹＥＳ）、ステップＳ２６において、ＥＣＵ２４は、電圧固定・電流可変制御（第２モード）を選択する。ＳＯＣが閾値ＳＯＣ１以上でない場合（Ｓ２５：ＮＯ）、ステップＳ２７において、ＥＣＵ２４は、電圧固定・電流固定制御（第３モード）を実行する。
【００９０】
（２−３−４．第１モード）
上記のように、第１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。
【００９１】
すなわち、図１１に示すように、第１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。
【００９２】
なお、酸素が豊潤な状態にあるとは、例えば、図１３に示すように、エアストイキ比を上昇させても、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、エアストイキ比の調整は、例えば、酸素濃度の制御により行う。
【００９３】
以上のような第１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。
【００９４】
（２−３−５．第２モード）
上記のように、第２モードは、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）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。
【００９５】
すなわち、図１１に示すように、第２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を下げていくことで酸素濃度Ｃｏを下げる。図１３に示すように、エアストイキ比（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。
【００９６】
図１４には、第２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、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Ｓ３２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。
【００９７】
ステップＳ３３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１５参照）。なお、図１５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。
【００９８】
ステップＳ３４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。
【００９９】
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。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。
【０１００】
ステップＳ３５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。
【０１０１】
発電が安定している場合（Ｓ３５：ＹＥＳ）、今回の処理を終える。発電が安定していない場合（Ｓ３５：ＮＯ）、ステップＳ３６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１８参照）。なお、図１８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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
そこで、ステップＳ３６では、ステップＳ３３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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
ステップＳ３７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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
循環ガスの流量Ｑｃが上限値以上でないと判定した場合（Ｓ３７：ＮＯ）、ステップＳ３５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（Ｓ３７：ＹＥＳ）、ステップＳ３８に進む。
【０１０９】
ここで、ステップＳ３６、Ｓ３７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Ｓ３６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Ｓ３７において、循環弁６６が全開である場合（Ｓ３７：ＹＥＳ）、ステップＳ３８に進む構成としてもよい。
【０１１０】
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１９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１９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。
【０１１１】
ステップＳ３８において、ＥＣＵ２４は、ステップＳ３５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（Ｓ３８：ＹＥＳ）、今回の処理を終える。発電が安定していない場合（Ｓ３８：ＮＯ）、ステップＳ３９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。
【０１１２】
ステップＳ４０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（Ｓ４０：ＹＥＳ）、ステップＳ３８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（Ｓ４０：ＮＯ）、ステップＳ４１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。
【０１１３】
以上のような第２モードによれば、システム負荷Ｐｓｙｓが中負荷である場合に、セル電圧Ｖｃｅｌｌを一定にした状態で、酸素濃度Ｃｏ（エアストイキ比）を調整することにより、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。
【０１１４】
（２−３−６．第３モード）
上記のように、第３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外の電位｛本実施形態では、電位ｖ３（＝０．９Ｖ）｝に固定し、ＦＣ電流Ｉｆｃを一定とする。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。目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔは、通常酸素濃度Ｃｏｎｍｌに固定（或いは、酸素を豊潤な状態に維持）される。
【０１１５】
すなわち、図１１に示すように、第３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）とした状態で、セル電圧Ｖｃｅｌｌを電位ｖ３に固定する（ＦＣ電圧Ｖｆｃを電位ｖ３×セル数とする。）。ＦＣ４０の電流−電圧特性（ＩＶ特性）が通常のものとするため、ＥＣＵ２４は、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔとして通常酸素濃度Ｃｏｎｍｌを設定し、この目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔに応じてエアポンプ６０の回転数Ｎａｐ、ウォータポンプ８０の回転数Ｎｗｐ、背圧弁６４の開度θｂｐ及び循環弁６６の開度θｃを設定する。また、セル電圧Ｖｃｅｌｌを電位ｖ３に固定するため、ＥＣＵ２４は、ＦＣ電圧Ｖｆｃが電位ｖ３×セル数となるように、２次電圧Ｖ２をＤＣ／ＤＣコンバータ２２により昇圧する。
【０１１６】
以上のような第３モードによれば、システム負荷Ｐｓｙｓが低負荷である場合、システム負荷ＰｓｙｓをＦＣ電力Ｐｆｃとバッテリ電力Ｐｂａｔによりまかなうことが可能となる。
【０１１７】
（２−３−７．ＦＣシステム１２全体の効率）
図２０には、本実施形態における各電力供給モードと、ＦＣ電力Ｐｆｃと、ＦＣ４０の発電効率との関係が示されている。図２０からわかるように、第１モードでは、基本的に、システム負荷Ｐｓｙｓの全てをＦＣ電力Ｐｆｃでまかないつつ、ＦＣ４０の発電効率を高く維持することができる。第２モードでは、ＦＣ４０の発電効率は低くなるものの、基本的に、システム負荷Ｐｓｙｓの全てをＦＣ電力Ｐｆｃでまかなうことで、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。第３モードでは、ＦＣ電力Ｐｆｃとバッテリ電力Ｐｂａｔによりシステム負荷Ｐｓｙｓをまかなうものの、ＦＣ４０の発電効率を高く維持することが可能となる。
【０１１８】
［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１４のＳ３４）を用いてこれらの機器を制御する。
【０１１９】
［２−５．モータ１４のトルク制御］
図２１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Ｓ５１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Ｓ５２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。
【０１２０】
ステップＳ５３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。
【０１２１】
ステップＳ５４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）。
【０１２２】
ステップＳ５５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）。
【０１２３】
ステップＳ５６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）。
【０１２４】
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。
【０１２５】
３．各種制御の例
図２２には、本実施形態に係る各種制御と比較例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。図２２において実線で示されるものが本実施形態に係るものであり、破線で示されるものが比較例に係るものである。当該比較例は、第１モードと第２モードのみを用いる（図１１参照）。
【０１２６】
時点ｔ１から時点ｔ２までは、平均システム負荷Ｐｓｙｓａｖｅが閾値Ｐｓｙｓａｖｅ１以下であり（図１２のＳ２１：ＹＥＳ）、ＳＯＣが閾値ＳＯＣ１以下でないため（Ｓ２５：ＮＯ）、本実施形態では、第３モードが選択される（Ｓ２７）。このため、セル電圧Ｖｃｅｌｌは電位ｖ２に固定され、セル電流Ｉｃｅｌｌは一定となる。一方、比較例では、時点ｔ１から時点ｔ２まで第２モードが選択される。このため、セル電圧Ｖｃｅｌｌは、電位ｖ３に固定され、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔの調整により、目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔは可変となる。これに伴って、エアポンプ６０における消費電力の指令値（指定消費電力Ｐａｐｃｍｄ）（目標エアポンプ目標回転数Ｎａｐｔｇｔと比例する。）も目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔに追従する。このため、比較例と比較して本実施形態の制御は、ＦＣシステム１２全体の出力効率を高くすることができる。
【０１２７】
時点ｔ２から時点ｔ３までは、平均システム負荷Ｐｓｙｓａｖｅが閾値Ｐｓｙｓａｖｅ１を上回り（図１２のＳ２１：ＮＯ）、平均回生電力Ｐｒｅｇａｖｅが閾値Ｐｒｅｇ１を上回り（Ｓ２２：ＮＯ）、且つシステム負荷Ｐｓｙｓが閾値Ｐｓｙｓ１以下となる（Ｓ２３：ＮＯ）ため、本実施形態及び比較例とも第２モードとなる。
【０１２８】
時点ｔ３の後は、平均システム負荷Ｐｓｙｓａｖｅが閾値Ｐｓｙｓａｖｅ１を上回り（図１２のＳ２１：ＮＯ）、平均回生電力Ｐｒｅｇａｖｅが閾値Ｐｒｅｇａｖｅ１を上回り（Ｓ２２：ＮＯ）且つシステム負荷Ｐｓｙｓが閾値Ｐｓｙｓ１を上回る（Ｓ２３：ＹＥＳ）ため、本実施形態及び比較例とも第１モードとなる。
【０１２９】
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、ＦＣ４０の劣化を抑制しつつ、ＦＣシステム１２全体での効率化を図ることが可能となる。
【０１３０】
すなわち、相対的に高負荷で用いることが可能な第１モードでは、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔが酸化還元領域Ｒ３より低い電位Ｖ２に設定されるため、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。加えて、ＦＣ電圧ＶｆｃをＤＣ／ＤＣコンバータ２２の出力電圧（２次電圧Ｖ２）で調整して目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔに追従させることでシステム負荷Ｐｓｙｓに対応可能となるため、ＦＣ４０の出力を効率化することが可能となる。
【０１３１】
また、相対的に中負荷で用いることが可能な第２モードでは、ＦＣ電圧Ｖｆｃが電位ｖ２（すなわち、酸化還元領域Ｒ３より低い値）に維持されるため、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。加えて、ＦＣ４０への反応ガス供給量を調整してＦＣ４０のＩＶ特性を変化させ、システム負荷ＰｓｙｓをＦＣ４０が出力するため、バッテリ２０における放電及び充電の量及び頻度を低減することでバッテリ２０における電力損失を減少させることが可能となる。
【０１３２】
さらに、相対的に低負荷で用いることが可能な第３モードでは、ＦＣ電圧Ｖｆｃが電位ｖ３（すなわち、酸化還元領域Ｒ３外）に維持されるため、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。加えて、ＦＣ４０内部のガスが豊潤な状態に維持されるため、ＦＣ４０からの出力を低く抑えつつ、電力の不足分をバッテリ２０から補うことが可能となる。相対的に低負荷の場合、バッテリ２０における放電及び充電による電力損失は小さくなることから、ＦＣシステム１２全体での電力効率を高めることが可能となる。
【０１３３】
以上より、この発明によれば、ＦＣ４０の劣化を抑制しつつ、ＦＣシステム４０全体での効率化を図ることが可能となる。
【０１３４】
本実施形態では、第３モードで用いられる目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔは、酸化還元領域Ｒ３より高い電位ｖ３に設定される。一般的な燃料電池のＩＶ特性によれば、ＦＣ電圧Ｖｆｃが高いほど、ＦＣ電流Ｉｆｃが小さくなる。上記構成によれば、第３モードでは電位ｖ３が用いられるため、電位ｖ２以下である場合と比べて、ＦＣ電流Ｉｆｃは小さくなる。従って、第３モードにおける不要な発電を防止してＦＣシステム１２全体の効率を向上することが可能となる。
【０１３５】
本実施形態において、ＥＣＵ２４は、平均回生電力Ｐｒｅｇａｖｅが閾値Ｐｒｅｇａｖｅ１以下である場合（図１２のＳ２２：ＹＥＳ）に第３モードに切り替える。これにより、例えば、ＳＯＣに応じてバッテリ２０の放電量を調整することが可能となる。例えば、閾値Ｐｒｅｇａｖｅとして、ＳＯＣが過多であることを示す値を設定した場合、第３モードに切り替えられることにより、バッテリ２０からの放電量が多くなる。従って、バッテリ２０の放電量を管理し易くなり、回生電力Ｐｒｅｇをより有効に活用することが可能となる。換言すると、ＳＯＣの収支性を向上することが可能となる。
【０１３６】
本実施形態において、ＦＣシステム１２は、ＦＣ車両１０に搭載される。これにより、耐久性が高く且つ高効率なＦＣ車両１０を実現することが可能となる。
【０１３７】
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。
【０１３８】
［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。
【０１３９】
［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２３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２４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２５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。
【０１４０】
［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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
［５−４．電力供給モード］
上記実施形態では、第２モードにおける目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを電位ｖ２（＝０．８Ｖ）×セル数に設定したが、これに限らない。第２モードにおける目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを、例えば、還元領域Ｒ２のその他の電位に設定してもよい。また、第３モードにおける目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを電位ｖ３×セル数に設定したが、これに限らない。例えば、還元領域Ｒ２又は酸化領域Ｒ４のその他の電位に設定することもできる。
【０１４４】
上記実施形態では、第１モード、第２モード及び第３モードの３つの電力供給モードを用いたが、これに限らず、第２モード及び第３モードのみを用いる構成も可能である。この場合、例えば、第１モードを用いていた条件については、第２モードで対応する。従って、図１２のフローチャートであれば、ステップＳ２５〜Ｓ２７のみを用いる。
【符号の説明】
【０１４５】
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）
１８…燃料電池ユニット（反応ガス供給部）２０…高電圧バッテリ（蓄電装置）        ２２…ＤＣ／ＤＣコンバータ              ２４…ＥＣＵ（制御装置）
３０…負荷                              ４０…ＦＣ
６０…エアポンプ（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】
0005651528.tif 000004
【図４】
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【図５】
0005651528.tif 000006
【図６】
0005651528.tif 000007
【図７】
0005651528.tif 000008
【図８】
0005651528.tif 000009
【図９】
0005651528.tif 000010
【図１０】
0005651528.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0005651528.tif 000014
【図１４】
0005651528.tif 000015
【図１５】
0005651528.tif 000016
【図１６】
0005651528.tif 000017
【図１７】
0005651528.tif 000018
【図１８】
0005651528.tif 000019
【図１９】
0005651528.tif 000020
【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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