(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両負荷に電気的に接続される燃料電池スタックと、
前記車両負荷と並列に前記燃料電池スタックに電気的に接続される蓄電装置と、
前記蓄電装置の充電率を検出する充電率検出手段と、
前記充電率検出手段が検出する前記蓄電装置の前記充電率に基づいて前記燃料電池スタックの出力状態を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記燃料電池スタックの出力状態を、
出力値が所定の中出力値である第一出力状態と、
出力値が前記中出力値よりも高い所定の高出力値である第二出力状態と、
出力値が前記中出力値よりも低い所定の低出力値である第三出力状態とに切替えることができ、
前記燃料電池スタックの出力状態が前記第一出力状態である時には、
前記蓄電装置の前記充電率が所定の高出力切替閾値ＶＨを下回った場合に前記燃料電池スタックの出力状態を前記第一出力状態から前記第二出力状態に切り替え、
前記蓄電装置の前記充電率が、前記高出力切替閾値ＶＨよりも高い所定の出力低減閾値ＶＬを上回った場合に前記燃料電池スタックの出力状態を前記第一出力状態から前記第三出力状態に切り替え、
前記燃料電池スタックの出力状態が前記第二出力状態である時には、
前記蓄電装置の前記充電率が、前記高出力切替閾値ＶＨ及び前記出力低減閾値ＶＬに基づいて定められる中出力切替閾値ＶＭを上回った場合に前記燃料電池スタックの出力状態を前記第二出力状態から前記第一出力状態に切り替え、
前記中出力切替閾値ＶＭは、
【数１】
0006485871.tif 000010
によって定められる燃料電池システム。
【請求項２】
車両負荷に電気的に接続される燃料電池スタックと、
前記車両負荷と並列に前記燃料電池スタックに電気的に接続される蓄電装置と、
前記蓄電装置の充電率を検出することができる充電率検出手段と、
前記充電率検出手段が検出する前記蓄電装置の前記充電率に基づいて前記燃料電池スタックの発電の出力状態を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記燃料電池スタックの出力状態を、
出力値が所定の中出力値である第一出力状態と、
出力値が前記中出力値よりも高い所定の高出力値である第二出力状態と、
出力値が前記中出力値よりも低い所定の低出力値である第三出力状態とに切替えることができ、
前記燃料電池スタックの出力状態が前記第一出力状態である時には、
前記蓄電装置の前記充電率が所定の高出力切替閾値ＶＨを下回った場合に前記燃料電池スタックの出力状態を前記第一出力状態から前記第二出力状態に切り替え、
前記蓄電装置の前記充電率が、前記高出力切替閾値ＶＨよりも高い所定の出力低減閾値ＶＬを上回った場合に前記燃料電池スタックの出力状態を前記第一出力状態から前記第三出力状態に切り替え、
前記燃料電池スタックの出力状態が前記第三出力状態である時には、
前記蓄電装置の前記充電率が、前記高出力切替閾値ＶＨ及び前記出力低減閾値ＶＬに基づいて定められる中出力切替閾値ＶＭを下回った場合に前記燃料電池スタックの出力状態を前記第三出力状態から前記第一出力状態に切り替え、
前記中出力切替閾値ＶＭは、
【数２】
0006485871.tif 000011
によって定められる燃料電池システム。
【請求項３】
前記制御手段は、前記燃料電池スタックの出力状態が前記第三出力状態である時には、
前記蓄電装置の前記充電率が、前記中出力切替閾値ＶＭを下回った場合に前記燃料電池スタックの出力状態を前記第三出力状態から前記第一出力状態に切り替える請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記スタックの前記第三出力状態は、前記低出力値が０［Ｋｗ］よりも高い値をとる低出力状態と、前記低出力値が０［Ｋｗ］の値をとる発電停止状態とを含み、
前記制御手段は、
前記蓄電装置の前記充電率に基づいて、前記燃料電池スタックの出力状態を、前記第一出力状態と、前記第二出力状態と、前記低出力状態と、前記発電停止状態とに切替えることができ、
前記燃料電池スタックの出力状態が前記低出力状態である時、前記蓄電装置の前記充電率が前記中出力切替閾値ＶＭを下回った場合に前記燃料電池スタックの出力状態を前記低出力状態から前記第一出力状態に切り替える請求項２又は３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記スタックの前記第三出力状態は、前記低出力値が０［Ｋｗ］の値をとる発電停止状態である請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記高出力切替閾値ＶＨは、３０％である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記出力低減閾値ＶＬは、６０％である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両に搭載される燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、電気自動車に搭載される電源装置が記載されている。この電源装置は、燃料電池と、燃料電池が出力した電力が蓄電される二次電池とが組み合わされたハイブリッド式の電源装置である。そして、電源装置の燃料電池出力制御手段は、検出された二次電池の充電残量に応じて、燃料電池による電力の出力を適宜変化させ、二次電池を効率よく充電する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２４０２１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方、発電電力の変動は燃料電池の劣化の原因となるため、燃料電池の耐久性を確保する観点からは燃料電池の出力の大きさはなるべく変動しない方が望ましい。しかしながら、特許文献１の電源装置では、燃料電池の出力を変動させる際にこのような燃料電池の劣化の防止については考慮がされていないため、燃料電池の出力が頻繁に変化して燃料電池の寿命が短くなってしまう可能性がある。
【０００５】
この発明は、このような問題を解決するためになされ、燃料電池スタックから蓄電装置に効率的に充電を行うことができるとともに、燃料電池スタックの劣化を防止することができる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】
【０００６】
上記の課題を解決するために、この発明に係る燃料電池システムは、車両負荷に電気的に接続される燃料電池スタックと、車両負荷と並列に燃料電池スタックに電気的に接続される蓄電装置と、蓄電装置の充電率を検出する電圧検出手段と、充電率検出手段が検出する蓄電装置の充電率に基づいて燃料電池スタックの出力状態を制御する制御手段とを備え、制御手段は、燃料電池スタックの出力状態を、出力値が所定の中出力値である第一出力状態と、出力値が中出力値よりも高い所定の高出力値である第二出力状態と、出力値が中出力値よりも低い所定の低出力値である第三出力状態とに切替えることができ、燃料電池スタックの出力状態が第一出力状態である時には、蓄電装置の充電率が所定の高出力切替閾値ＶＨを下回った場合に燃料電池スタックの出力状態を第一出力状態から第二出力状態に切り替え、蓄電装置の充電率が、高出力切替閾値ＶＨよりも高い所定の出力低減閾値ＶＬを上回った場合に燃料電池スタックの出力状態を第一出力状態から第三出力状態に切り替え、燃料電池スタックの出力状態が第二出力状態である時には、蓄電装置の充電率が、高出力切替閾値ＶＨ及び出力低減閾値ＶＬに基づいて定められる中出力切替閾値ＶＭを上回った場合に燃料電池スタックの出力状態を第二出力状態から第一出力状態に切り替え、中出力切替閾値ＶＭは、
【数１】
0006485871.tif 000002
によって定められる。
【０００７】
この発明に係る燃料電池システムは、車両負荷に電気的に接続される燃料電池スタックと、車両負荷と並列に燃料電池スタックに電気的に接続される蓄電装置と、蓄電装置の充電率を検出することができる電圧検出手段と、充電率検出手段が検出する蓄電装置の充電率に基づいて燃料電池スタックの発電の出力状態を制御する制御手段とを備え、制御手段は、燃料電池スタックの出力状態を、出力値が所定の中出力値である第一出力状態と、出力値が中出力値よりも高い所定の高出力値である第二出力状態と、出力値が中出力値よりも低い所定の低出力値である第三出力状態とに切替えることができ、燃料電池スタックの出力状態が第一出力状態である時には、蓄電装置の充電率が所定の高出力切替閾値ＶＨを下回った場合に燃料電池スタックの出力状態を第一出力状態から第二出力状態に切り替え、蓄電装置の充電率が、高出力切替閾値ＶＨよりも高い所定の出力低減閾値ＶＬを上回った場合に燃料電池スタックの出力状態を第一出力状態から第三出力状態に切り替え、燃料電池スタックの出力状態が第三出力状態である時には、蓄電装置の充電率が、高出力切替閾値ＶＨ及び出力低減閾値ＶＬに基づいて定められる中出力切替閾値ＶＭを下回った場合に燃料電池スタックの出力状態を第三出力状態から第一出力状態に切り替え、中出力切替閾値ＶＭは、
【数２】
0006485871.tif 000003
によって定められてもよい。
【０００８】
また、制御手段は、燃料電池スタックの出力状態が第三出力状態である時には、蓄電装置の充電率が、中出力切替閾値ＶＭを下回った場合に燃料電池スタックの出力状態を第三出力状態から第一出力状態に切り替えてもよい。
【０００９】
さらに、スタックの第三出力状態は、低出力値が０［Ｋｗ］よりも高い値をとる低出力状態と、低出力値が０［Ｋｗ］の値をとる発電停止状態とを含み、制御手段は、蓄電装置の充電率に基づいて、燃料電池スタックの出力状態を、第一出力状態と、第二出力状態と、低出力状態と、発電停止状態とに切替えることができ、燃料電池スタックの出力状態が低出力状態である時、蓄電装置の充電率が中出力切替閾値ＶＭを下回った場合に燃料電池スタックの出力状態を低出力状態から第一出力状態に切り替えてもよい。
【００１０】
またさらに、スタックの第三出力状態は、低出力値が０［Ｋｗ］の値をとる発電停止状態であってもよい。
また、高出力切替閾値ＶＨは、３０％であってもよい。
また、出力低減閾値ＶＬは、６０％であってもよい。
【発明の効果】
【００１１】
この発明に係る燃料電池システムによれば、燃料電池スタックから蓄電装置に効率的に充電を行うことができるとともに、燃料電池の劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１に係る燃料電池システムを模式的に示す図である。
【図２】図１に示す燃料電池システムにおける蓄電装置の充電率と燃料電池の出力状態の切り替えとの関係を模式的に示す図である。
【図３】図１に示す燃料電池システムと比較するための他の例に係る燃料電池システムの蓄電装置の充電率と燃料電池の出力状態の切り替えとの関係を模式的に示す図である。
【図４】図１に示す燃料電池システムと比較するための他の例に係る燃料電池システムの蓄電装置の充電率と燃料電池の出力状態の切り替えとの関係を模式的に示す図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係る燃料電池システムにおける蓄電装置の充電率と燃料電池の出力状態の切り替えとの関係を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る燃料電池システム１００の構成を図１に示す。
燃料電池システム１００は、複数のセル（図示せず）を有する燃料電池スタック１と、燃料電池スタック１に水素ガスを供給可能な水素タンク２と、燃料電池スタック１に酸素を含む空気を供給可能なコンプレッサ３とを備えている。燃料電池スタック１と水素タンク２との間には、燃料電池スタック１の各セルに供給される水素ガス量を調整するための電磁弁４が設けられる。
【００１４】
さらに、燃料電池スタック１には、ＤＣ／ＤＣコンバータ５が接続される。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ５には車両負荷２０が接続される。すなわち、燃料電池スタック１にはＤＣ／ＤＣコンバータ５を介して車両負荷２０が接続されている。またさらに、ＤＣ／ＤＣコンバータ５には、車両負荷２０と並列にキャパシタ６が接続されている。キャパシタ６には、電圧推定器７が取付けられる。ここで、電圧推定器７は、キャパシタ６に入出力される電流を積算することによってキャパシタ６の充電量を求め、その充電量に基づいてキャパシタ６の開回路電圧（ＯＣＶ）を推定することができる。また、コンプレッサ３、電磁弁４及び電圧推定器７には、マイクロコンピュータによって構成されるＥＣＵ８が電気的に接続される。
なお、車両負荷２０は、具体的には産業車両の荷役装置を駆動するための荷役モータや、車軸を駆動するための走行モータ等である。
また、キャパシタ６は蓄電装置を構成する。また、コンプレッサ３、電磁弁４及びＥＣＵ８は制御手段を構成する。またさらに、ＥＣＵ８は電圧推定器７によって推定されるキャパシタ６の開回路電圧に基いてキャパシタ６の充電率（ＳＯＣ）を算出することができるため、ＥＣＵ８及び電圧推定器７は充電率検出手段を構成する。
【００１５】
次に、燃料電池システム１００の動作について説明する。
まず、水素タンク２から水素が、コンプレッサ３から空気が、各々、燃料電池スタック１に供給される。そして、燃料電池スタック１の各々のセルでは、水素タンク２から供給される水素とコンプレッサ３から供給される空気中の酸素とが化学反応を起こし電気エネルギーが生成され、発電が行われる。ここで、ＥＣＵ８は電磁弁４の開閉を制御して、水素タンク２から燃料電池スタック１に供給される水素の量を調整する。また同時に、ＥＣＵ８は、コンプレッサ３を制御して燃料電池スタック１に供給される空気の量を調整する。これによって、ＥＣＵ８は、電圧推定器７によって推定されるキャパシタ６の開回路電圧、すなわちキャパシタ６の充電率に基づいて燃料電池スタック１に供給される空気中の酸素及び水素の量を調整し、燃料電池スタック１の発電電力ＰＧを制御する。
【００１６】
また、燃料電池スタック１で発電された直流電流は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５によって所定の電圧まで降圧された後、車両負荷２０に出力される。そして、燃料電池スタック１の発電電力ＰＧが車両負荷２０の要求電力ＰＷを上回る場合には、余剰の電力がキャパシタ６に充電される。さらに、燃料電池スタック１の発電電力ＰＧが車両負荷２０の要求電力ＰＷを下回る場合には、不足分の電力がキャパシタ６から放電される。
【００１７】
図２〜４を参照して、ＥＣＵ８による燃料電池スタック１の発電電力ＰＧの制御について詳細に説明する。
燃料電池スタック１の発電の出力状態には、図２に示すように、発電停止状態と、低出力状態と、中出力状態と、高出力状態との４段階の状態がある。
発電停止状態とは、燃料電池スタック１において発電が行われておらず、発電電力ＰＧ＝０［Ｋｗ］である状態をいう。
また、低出力状態とは、セルの劣化を伴うことなく発電可能である最低値の発電電力ＰＧ＝３［Ｋｗ］を、燃料電池スタック１が出力している状態をいう。そして、この時の発電電力ＰＧ＝３［Ｋｗ］を低出力とする。
さらに、高出力状態とは、車両が最大負荷で動作する際に車両負荷２０の要求電力ＰＷの最大値としての発電電力ＰＧ＝１２［Ｋｗ］を、燃料電池スタック１が出力している状態をいう。そして、この時の発電電力ＰＧ＝１２［Ｋｗ］を高出力とする。
またさらに、中出力状態とは、低出力状態時の発電の電力値と高出力状態時の発電の電力値との間の所定値である発電電力ＰＧ＝６［Ｋｗ］を、燃料電池スタック１が出力している状態をいう。そして、この時の発電電力ＰＧ＝６［Ｋｗ］を中出力とする。ここで、中出力状態における燃料電池スタック１の中出力である発電電力ＰＧは、通常の使用条件において車両が動作する際の車両負荷２０の要求電力ＰＷのほぼ平均的な値に設定される。
ここで、燃料電池スタック１の中出力状態は第一出力状態を構成する。また、高出力状態は第二出力状態を構成する。また、低出力状態及び発電停止状態は第三出力状態を構成する。
なお、低出力状態、高出力状態及び中出力状態における発電電力ＰＧの値は、この実施の形態における具体的な値には限定されない。
【００１８】
図２に示すように、ＥＣＵ８はキャパシタ６の充電率に応じて、燃料電池スタック１の発電の出力状態を適宜切り替える。
具体的には、まず、燃料電池スタック１が発電停止状態にある時、キャパシタ６の充電率が発電開始閾値ＶＤ＝５０［％］を下回った場合は、燃料電池スタック１は発電を開始して、出力状態は発電停止状態から低出力状態に移行する（切替段階Ｓ１）。
次に、燃料電池スタック１が低出力状態にある時、キャパシタ６の充電率が中出力切替閾値ＶＭであるＶＭ１＝４５［％］を下回った場合は、燃料電池スタック１の発電の出力状態は低出力状態から中出力状態に移行する（切替段階Ｓ２）。
さらに次に、燃料電池スタック１が中出力状態にある時、キャパシタ６の充電率が高出力切替閾値ＶＨが３０［％］を下回った場合は、燃料電池スタック１の発電の出力状態は中出力状態から高出力状態に移行する（切替段階Ｓ３）。なお、高出力切替閾値ＶＨは、車両が最も厳しい条件で使用された際に燃料電池システム１００を保護するために最低限必要なキャパシタ６の充電率として設定される。
【００１９】
一方、燃料電池スタック１が高出力状態にある時、キャパシタ６の充電率が中出力切替閾値ＶＭであるＶＭ１＝４５［％］を上回った場合は、燃料電池スタック１の発電の出力状態は高出力状態から中出力状態に移行する（切替段階Ｓ４）。
次に、燃料電池スタック１が中出力状態にある時、キャパシタ６の充電率が出力低減閾値ＶＬ＝６０［％］を上回った場合は、燃料電池スタック１の発電の出力状態は中出力状態から低出力状態に移行する（切替段階Ｓ５）。
さらに次に、燃料電池スタック１が低出力状態にある時、キャパシタ６の充電率が発電停止閾値ＶＳ＝７０［％］を上回った場合は、燃料電池スタック１は発電を停止して、出力状態は低出力状態から発電停止状態に移行する（切替段階Ｓ６）。なお、発電停止閾値ＶＳは、キャパシタ６が過充電状態となるのを防止するための最高限度の充電率として設定され、残りの充電率の３０［％］分は、キャパシタ６が回生エネルギーを受け取るために必要な余剰分として確保されている。
【００２０】
ここで、この実施の形態の燃料電池システム１００において、中出力切替閾値ＶＭ１は、
【数３】
0006485871.tif 000004
として定められている。すなわち、中出力切替閾値ＶＭ１＝４５［％］は、高出力切替閾値ＶＨ＝３０［％］と出力低減閾値ＶＬ＝６０［％］との中間の値に設定されている。
これにより、燃料電池スタック１の発電の出力状態が中出力状態から高出力状態に移行する際（切替段階Ｓ３）、キャパシタ６の充電率は中出力切替閾値ＶＭ１＝４５［％］から高出力切替閾値ＶＨ＝３０［％］に至るまでの１５％分の範囲で変動することができる。また一方で、燃料電池スタック１の発電の出力状態が中出力状態から低出力状態に移行する際（切替段階Ｓ５）、キャパシタ６の充電率は中出力切替閾値ＶＭ１＝４５［％］から出力低減閾値ＶＬ＝６０［％］に至るまでの１５％分の範囲で変動することができる。
すなわち、キャパシタ６の充電率が１５％分の範囲で変動する間、燃料電池スタック１は中出力状態を保って安定して発電を行うことができる。
【００２１】
次に、図３に示す他の例に係る燃料電池システムの燃料電池スタックの出力状態の切り替えを説明するとともに、図２に示す燃料電池システム１００との比較を行う。
図３に示す他の例に係る燃料電池システムでは、燃料電池スタックの出力状態が高出力状態から中出力状態に移行する際（切替段階Ｓ４）の中出力切替閾値ＶＭがＶＭ２＝４０［％］として設定されている。すなわち、図３に示す他の例に係る燃料電池システムでは、中出力切替閾値ＶＭ２＝４０［％］と高出力切替閾値ＶＨ＝３０［％］とがより近い値にある。従って、このような場合、燃料電池スタックの出力状態が高出力状態から中出力状態に移行した（切替段階Ｓ４）後に車両負荷の要求する電力が高くなると、すぐにキャパシタの充電率は３０［％］を下回り、再び出力状態が高出力状態に切り替わってしまう（切替段階Ｓ３）。従って、車両負荷が要求する電力の増減に対して、燃料電池スタックの出力状態は中出力状態と高出力状態との間で頻繁に切り替えが行われる（切替段階Ｓ３，Ｓ４）。
【００２２】
また、図４に示す他の例に係る燃料電池システムの燃料電池スタックの出力状態の切り替えを説明するとともに、図２に示す燃料電池システム１００との比較を行う。
図４に示す燃料電池システムの燃料電池スタックの出力状態の切り替えでは、高出力状態から中出力状態に移行する際の中出力切替閾値ＶＭがＶＭ３＝５０［％］として設定されている（切替段階Ｓ４）。すなわち、図４に示す他の例に係る燃料電池システムでは、中出力切替閾値ＶＭ３＝５０［％］と出力低減閾値ＶＬ＝６０［％］とがより近い値にある。従って、このような場合、燃料電池スタックの出力状態が高出力状態から中出力状態に移行した後に、車両負荷の要求する電力が低い状態にあったり、又は回生によってキャパシタが充電されたりするとすぐにキャパシタの充電率は６０［％］を上回る。従って、燃料電池スタックの出力状態は、高出力状態から中出力状態への切り替え、及び中出力状態から低出力状態への切り替えがより短時間で行われる。
【００２３】
また、図４に示す燃料電池スタックの出力状態の切り替えでは、低出力状態から中出力状態に移行する際の中出力切替閾値ＶＭがＶＭ２＝４０［％］として設定されている（切替段階Ｓ２）。すなわち、低出力状態から中出力状態に移行する際の中出力切替閾値ＶＭ２＝４０［％］と高出力切替閾値ＶＨ＝３０［％］とは、互いにより近い値にある。従ってこのような場合、燃料電池スタックの出力状態が低出力状態から中出力状態に移行した後に、車両負荷の要求する電力が高くなると、すぐにキャパシタの充電率は高出力切替閾値ＶＨ＝３０［％］を下回る。従って、燃料電池スタックの出力状態は、低出力状態から中出力状態への切り替え、及び中出力状態から高出力状態への切り替えがより短時間で行われる。
【００２４】
なお、図示はしないが、低出力状態から中出力状態に移行する（切替段階Ｓ２）際の中出力切替閾値ＶＭが、ＶＭ１＝４５［％］よりも出力低減閾値ＶＬ＝６０［％］に近い値に設定された場合も同様に、中出力状態と低出力状態との間で頻繁に切り替えが行われる（切替段階Ｓ２，Ｓ５）。
【００２５】
以上より、この実施の形態１に係る燃料電池システム１００では、キャパシタ６の充電率に応じて燃料電池スタック１の出力状態が切り替えられることで、燃料電池スタック１からキャパシタ６への効率のよい充電が可能となっている。そしてさらに、燃料電池スタック１の出力状態を切り替える際の中出力切替閾値ＶＭは、高出力切替閾値ＶＨ＝３０［％］及び出力低減閾値ＶＬ＝６０［％］との関係において、
【数４】
0006485871.tif 000005
によって定められるＶＭ１＝４５［％］に設定される。これにより、燃料電池スタック１の出力状態の切り替えが、図３又は４に示す燃料電池システムのように頻繁に行われることが防止され、燃料電池スタック１が中出力状態で一定して発電を続ける時間が長くなる。従って、燃料電池システム１００を長期間使用した場合であっても、燃料電池スタック１のセルの劣化を防止することができる。
【００２６】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る燃料電池システム２００の構成を図５に示す。なお、燃料電池システム２００の構成は、図１に示す実施の形態１に係る燃料電池システム１００の構成と同様である。
燃料電池システム２００の燃料電池スタック１の発電の出力状態には、図５に示すように、発電停止状態と、中出力状態と、高出力状態との３段階の状態がある。各々の出力状態は、実施の形態１の燃料電池システム１００における発電停止状態、中出力状態及び高出力状態と同様である。
なお、この実施の形態において、発電停止状態が第三出力状態を構成する。
【００２７】
ＥＣＵ８はキャパシタ６の充電率に応じて、燃料電池スタック１の発電の出力状態を適宜切り替える。
具体的には、まず、燃料電池スタック１が発電停止状態にある時、キャパシタ６の充電率が中出力切替閾値ＶＭとしてのＶＭ４＝５０［％］を下回った場合は、燃料電池スタック１は発電を開始し、出力状態は発電停止状態から中出力状態に移行する（切替段階Ｓ１’）。
次に、燃料電池スタック１が中出力状態にある時、キャパシタ６の充電率が高出力切替閾値ＶＨ＝３０［％］を下回った場合は、燃料電池スタック１の発電の出力状態は中出力状態から高出力状態に移行する（切替段階Ｓ２’）。
【００２８】
一方、燃料電池スタック１が高出力状態にある時、キャパシタ６の充電率が中出力切替閾値ＶＭであるＶＭ４＝５０［％］を上回った場合は、燃料電池スタック１の発電の出力状態は高出力状態から中出力状態に移行する（切替段階Ｓ３’）。
次に、燃料電池スタック１が中出力状態にある時、キャパシタ６の充電率が出力低減閾値ＶＬ＝７０［％］を上回った場合は、燃料電池スタック１は発電を停止し、出力状態は中出力状態から発電停止状態に移行する（切替段階Ｓ４’）。なお、燃料電池システム２００における出力低減閾値ＶＬ＝７０［％］は、燃料電池システム１００の発電停止閾値ＶＳと同一の値であり、キャパシタ６が過充電状態となるのを防止するための最高限度の充電率として設定されている。
【００２９】
ここで、この実施の形態の燃料電池システム１００において、中出力切替閾値ＶＭ４は、燃料電池システム１００の中出力切替閾値ＶＭ１と同様に、
【数５】
0006485871.tif 000006
として定められている。すなわち、中出力切替閾値ＶＭ４＝５０［％］は、高出力切替閾値ＶＨ＝３０［％］と出力低減閾値ＶＬ＝７０［％］との中間の値に設定されている。
これにより、燃料電池スタック１の発電の出力状態が中出力状態から高出力状態に移行する際（切替段階Ｓ２’）、キャパシタ６の充電率は中出力切替閾値ＶＭ４＝５０［％］から高出力切替閾値ＶＨ＝３０［％］に至るまでの２０％分の範囲で変動することができる。また一方で、燃料電池スタック１の発電の出力状態が中出力状態から発電停止状態に移行する際（切替段階Ｓ４’）、キャパシタ６の充電率は中出力切替閾値ＶＭ４＝５０［％］から出力低減閾値ＶＬ＝７０［％］に至るまでの２０％分の範囲で変動することができる。
【００３０】
ここで、もし中出力切替閾値ＶＭが高出力切替閾値ＶＨ＝３０［％］により近い値に設定された場合は、発電停止状態から中出力状態への切り替え（切替段階Ｓ１’）、及び中出力状態から高出力状態への切り替え（切替段階Ｓ２’）がより短時間で行われる。さらに、中出力状態と高出力状態との間で燃料電池スタックの出力状態の切り替えが頻繁に行われるようになる（切替段階Ｓ２’，Ｓ３’）。
また、中出力切替閾値ＶＭが出力低減閾値ＶＬ＝７０［％］により近い値に設定された場合も、燃料電池スタックの出力状態は中出力状態と発電停止状態との間で頻繁に切り替えが行われるようになる（切替段階Ｓ１’，Ｓ４’）。そしてさらに、高出力状態から中出力状態への切り替え（切替段階Ｓ３’）、及び中出力状態から発電停止状態への切り替え（切替段階Ｓ４’）がより短時間で行われるようになる。
【００３１】
以上より、この実施の形態２に係る燃料電池システム２００では、燃料電池システム１００と同様に、燃料電池スタック１からキャパシタ６への効率のよい充電が可能となる。そしてさらに、燃料電池スタック１の出力状態を切り替える際の中出力切替閾値ＶＭは、高出力切替閾値ＶＨ＝３０［％］及び出力低減閾値ＶＬ＝６０［％］との関係において、
【数６】
0006485871.tif 000007
によって定められるＶＭ４＝５０［％］に設定される。これにより、燃料電池スタック１の出力状態の切り替えが頻繁に行われることが防止されるため、燃料電池スタック１のセルの劣化を防止することができる。
【００３２】
なお、実施の形態１又は２の燃料電池システム１００又は２００において、高出力状態から中出力状態に移行する際の中出力切替閾値ＶＭのみを
【数７】
0006485871.tif 000008
として設定してもよい。
また、低出力状態又は発電停止状態から中出力状態に移行する際の中出力切替閾値ＶＭのみを、
【数８】
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として設定してもよい。
【００３３】
また、実施の形態１又は２の燃料電池システム１００又は２００に用いられる蓄電装置は、キャパシタ６に限定されず、例えばリチウムイオン電池であってもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１  燃料電池スタック、３  コンプレッサ（制御手段）、４  電磁弁（制御手段）、６  キャパシタ（蓄電装置）、７  電圧推定器（充電率検出手段）、８  ＥＣＵ（制御手段、充電率検出手段）、２０  車両負荷、１００，２００  燃料電池システム。
【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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