(57)【要約】【課題】補機類の消費電力変動時の最大電圧を低下させ、各種部品の耐電圧性を下げることでコストの低減を図ることができる燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池システムは、起動時には、コントローラ１１の制御のもとに、燃料電池スタック１と駆動モータ２１とを接続又は遮断するリレー２４ａを遮断すると共に、燃料電池スタック１から駆動モータ２１までの間における直流電圧を制御する高圧用ＤＣ／ＤＣコンバータ２７への指令電圧を、燃料電池スタック１の開放電圧よりも小さな値として補機類２２を作動させ、その後高圧用ＤＣ／ＤＣコンバータ２７への指令電圧を、燃料電池スタック１の開放電圧近辺に制御してから、リレー２４ａを接続する。これにより、燃料電池システムは、起動時には、高圧用ＤＣ／ＤＣコンバータ２７への指令電圧を低く設定することができ、その結果、各種部品の耐電圧性を下げてコストの低減を図ることができる。【選択図】      図２
2004193063.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと空気とを用いて発電する燃料電池スタックを起動するに際して補機類を駆動し、前記燃料電池スタックにて発電した電力を負荷に供給する燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池スタックから前記負荷までの間における直流電圧を制御する電圧変換手段と、
前記電圧変換手段を介して前記燃料電池スタックと並列に前記負荷及び前記補機類に接続される二次電池と、
前記燃料電池スタックと前記電圧変換手段の接続部との間に設けられ、前記燃料電池スタックと前記負荷とを接続又は遮断するリレー手段と、
前記リレー手段と前記接続部との間に設けられ、前記負荷から前記燃料電池スタックへの電流の流入を防止するダイオードと、
起動時には、前記リレー手段を遮断するとともに、前記電圧変換手段への指令電圧を、前記燃料電池スタックの開放電圧よりも小さな値として前記補機類を作動させ、その後前記電圧変換手段への指令電圧を、前記燃料電池スタックの開放電圧近辺に制御してから、前記リレー手段を接続させる制御手段と
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記二次電池の電力変動を検出する電力変動検出手段を更に備え、
前記制御手段は、前記電力変動検出手段によって前記二次電池の電力変動が所定値以内であると判定した場合に、前記電圧変換手段への指令電圧を、前記燃料電池スタックの開放電圧近辺に制御することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記補機類よりも低い電圧で作動する弱電補機類と、
前記二次電池よりも低い電圧の弱電用二次電池と、
前記燃料電池スタックにて発電した電力の直流電圧を降圧し、前記弱電補機類及び前記弱電二次電池に供給する降圧用電圧変換手段とを備え、
前記制御手段は、起動時には、前記降圧用電圧変換手段の動作を停止させ、前記弱電補機類への電力供給を前記弱電用二次電池からのみとすること
を特徴とする請求項１又は請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記制御手段は、前記リレー手段の接続後には、前記電圧変換手段の出力電圧が前記燃料電池スタックの出力電圧よりも小さくなるように、指令電圧を変化させることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば燃料電池車両に搭載されて、当該燃料電池車両の駆動力を発生させるための電力を発電させる燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、燃料電池の燃料極（水素極）に水素を多量に含む燃料ガスを供給するとともに、空気極に空気を供給し、電解質膜を介してこれら水素と酸素とを電気化学的に反応させて発電電力を得る燃料電池システムが知られている。このような燃料電池システムは、例えば車両の動力源等としての実用化に大きな期待が寄せられており、現在、実用化に向けての研究開発が盛んに行われている。
【０００３】
このような燃料電池システムは、通常、ＤＣ／ＤＣ（Direct Current to Direct Current）コンバータを設け、燃料電池スタックの電力供給先に電力を供給するために、二次電池が発生する電力の直流電圧を燃料電池スタックが発生する電力の直流電圧に昇圧する一方で、二次電池を充電するために、燃料電池スタックが発生する電力の直流電圧を二次電池が発生する電力の直流電圧に降圧することが行われている。
【０００４】
このような燃料電池システムとしては、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して燃料電池スタックに対して二次電池を並列に接続するとともに、燃料電池スタックとＤＣ／ＤＣコンバータとをダイオードを介して接続した技術が提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
この燃料電池システムは、ＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧動作時の出力電圧の目標値を、燃料電池スタックの開放電圧の値からダイオードのオン電圧の値を差し引いた値よりも小さく、且つ、燃料電池スタックの起動に必要な電力を全て燃料電池スタックから供給した場合の平衡時の燃料電池スタックの出力電圧よりも大きい値に設定するものである。
【０００６】
このように、この燃料電池システムは、燃料電池スタックと負荷との接続をダイオードを介して行うことにより、簡略な制御であるにもかかわらず、燃料電池スタックと負荷との接続時におけるＤＣ／ＤＣコンバータとの電圧不一致による過電流の発生を防止することができる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−２２９９４３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した特許文献１に記載された燃料電池システムにおいては、起動時には、ダイオードの作用によって燃料電池スタックからの電力の取り出しを抑制するので、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧の目標値を燃料電池スタックの開放電圧付近の高い電圧に設定する必要がある。
【０００９】
また、この燃料電池システムにおいては、起動時に燃料電池スタックからの電力取り出しを完全に抑制しようとするならば、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧の目標値を燃料電池スタックの開放電圧以上の高い電圧に設定する必要がある。したがって、燃料電池システムにおいては、補機類の作動が、このような高い電圧を用いて開始されることになる。
【００１０】
しかしながら、従来の燃料電池システムにおいては、補機類の作動開始時であって消費電力が安定しない間に、補機類の消費電力変動に対するＤＣ／ＤＣコンバータの応答遅れに起因する僅かな誤差により、電圧が大きく変動し、燃料電池スタックの開放電圧を大きく超えてしまうという事態を招来するおそれがあった。
【００１１】
したがって、従来の燃料電池システムにおいては、燃料電池スタックの開放電圧を大きく超える電圧に対する耐性を高くするために、例えばダイオードをはじめとする各種部品に高い耐電圧性が要求され、高いコストを要するという問題があった。
【００１２】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、補機類の消費電力変動時の最大電圧を低下させて、各種部品の耐電圧性を下げることができ、コストの低減を図ることができる燃料電池システムを提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明では、起動時には、制御手段の制御により、燃料電池スタックと負荷とを遮断するようにリレー手段を動作させると共に、燃料電池スタックから負荷までの間における直流電圧を制御する電圧変換手段への指令電圧を、燃料電池スタックの開放電圧よりも小さな値として補機類を作動させ、その後電圧変換手段への指令電圧を、燃料電池スタックの開放電圧近辺に制御してから、リレー手段を接続することで、上述の課題を解決する。
【００１４】
【発明の効果】
本発明に係る燃料電池システムによれば、起動時には、電圧変換手段への指令電圧を低く設定することにより、補機類の消費電力変動時の最大電圧を低下させることができ、結果として、各種部品の耐電圧性を下げることができ、コストの低減を図ることができる。
【００１５】
また、この本発明に係る燃料電池システムによれば、電圧変換手段への指令電圧を、燃料電池スタックの開放電圧近辺に制御してから、燃料電池スタックと負荷との間でのリレー接続を行うことにより、急激に燃料電池スタックからの電力取り出しが開始されることはなく、燃料電池スタックと負荷との接続をダイオードを介して行うことが可能となる。これにより、燃料電池スタックからの電力取り出しを開始することが可能となる。したがって、本発明に係る燃料電池システムによれば、簡略な制御であるにもかかわらず、燃料電池スタックと負荷との接続時における電圧変換手段との電圧不一致による過電流の発生を防止することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
［燃料電池システムの構成］
本発明は、例えば図１や図２に示すように構成された燃料電池システムに適用される。この燃料電池システムは、例えば車両に搭載され、当該車両の駆動源となる電力を発生させるものである。
【００１８】
この燃料電池システムは、図１に示すように、発電反応を発生させるための水素を多量に含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとが供給されることによって発電する燃料電池スタック１を備える。この燃料電池スタック１は、固体高分子電解質膜を挟んで、酸化剤ガスが供給される空気極１ａと燃料ガスが供給される水素極１ｂとを対設した燃料電池セル構造体をセパレータで挟持し、セル構造体を複数積層することによって構成されている。すなわち、この燃料電池スタック１による発電は、水素極１ｂにて水素が電子を放出してイオン化し、生成された水素イオン（Ｈ＋）が高分子電解質膜を通過して空気極１ａに到達し、この水素イオンが空気極１ａにて酸素と結合して水（Ｈ２Ｏ）を生成することによって行われる。
【００１９】
また、燃料電池システムは、各部の動作を制御して燃料電池スタック１の発電反応を制御するコントローラ１１を備える。このコントローラ１１は、例えば図示しないＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶部に、燃料電池システムを起動して負荷に対して電力供給を行う一連の処理手順を記述した燃料電池起動プログラムを格納し、当該燃料電池起動プログラムを図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）等によって実行することにより、後述の各部を制御する。
【００２０】
この燃料電池システムにおいて、酸化剤ガスとしての空気は、例えばコンプレッサモータによって駆動されて外気を取り込むエアコンプレッサといった空気供給系２から圧送されることで、燃料電池スタック１に供給される。このとき、コントローラ１１は、外部からの燃料電池スタック１の発電要求に応じて、空気供給系２におけるエアコンプレッサの駆動量を制御し、空気流量及び空気圧力を制御する。そして、空気は、燃料電池スタック１の発電反応に使用され、余剰分が燃料電池スタック１から排出される。
【００２１】
また、燃料電池システムにおいては、空気極１ａからの排気用の配管上に空気調圧弁４が備えられる。コントローラ１１は、空気極１ａの入り口付近に設けられた圧力センサ３からのセンサ信号を読み込み、この値に応じて、空気極１ａにおける空気圧力を発電要求に応じた圧力とするように、空気調圧弁４の開度を制御する。
【００２２】
一方、燃料ガスは、例えば高圧水素貯蔵タンク等の水素供給系５に蓄積され、コントローラ１１の制御のもとに、水素調圧弁６によって圧力調整されて燃料電池スタック１に供給される。このとき、コントローラ１１は、水素極１ｂの入り口付近に設けられた圧力センサ８からのセンサ信号を読み込み、この値に応じて、水素極１ｂにおける水素圧力を発電要求に応じた圧力とするように、水素調圧弁６の開度を制御し、燃料ガス流量及び燃料ガス圧力を制御する。そして、燃料ガスは、空気と共に燃料電池スタック１の発電反応に使用され、余剰分が燃料電池スタック１から排出される。
【００２３】
また、燃料電池システムにおいては、水素極１ｂからの排気用の配管上に、パージ弁９が備えられる。水素極１ｂから排出された燃料ガスは、通常、パージ弁９が閉じられていることにより、パージ弁９の上流に接続された還流用配管１０を介して、水素調圧弁６の下流側に設けられたイジェクタ７に供給され、ここで水素貯蔵タンク２からの燃料ガスと合流されて再度燃料電池スタック１に供給される。これは、セル電圧の安定化を図る目的で水素のストイキ比（供給流量／消費流量）を１以上とするために、消費しきれなかった燃料ガスを再度水素極１ｂに供給するためである。コントローラ１１は、例えば不純物による燃料電池スタック１の水つまり等に起因したセル電圧の低下を検知すると、パージ弁９を開放し、水素と共に水分を排出させる。
【００２４】
つぎに、このようなガス系を構成する燃料電池システムの電気系の構成について説明する。
【００２５】
燃料電池システムは、図２に示すように、駆動モータ２１を駆動するに際して、補機類２２及び弱電補機類２３を駆動し、燃料電池スタック１に発電反応をさせ、燃料電池スタック１にて発電した電力をリレーボックス２４及びインバータ２５を介して駆動モータ２１に供給する。
【００２６】
補機類２２は、燃料電池スタック１の発電や車両の運転に必要な各種機器であり、例えば上述した空気供給系２におけるコンプレッサモータ等が含まれる。この補機類２２は、燃料電池スタック１および高電圧用バッテリ２６から高圧用ＤＣ／ＤＣコンバータ２７を介して供給される電力により駆動される。
【００２７】
高電圧用バッテリ２６は、燃料電池スタック１によって発電された余剰電力及び燃料電池車両が減速する際の駆動モータ２１による回生電力を蓄積するために設けられる。また、高電圧用バッテリ２６は、駆動モータ２１で消費される走行電力や補機類２２等によって消費される補機電力を賄うのに十分な発電が燃料電池スタック１によって行われなかった場合には、放電して駆動モータ２１や補機類２２等に給電し、不足電力を補う。
【００２８】
高圧用ＤＣ／ＤＣコンバータ２７は、燃料電池スタック１の電力供給先に電力を供給するために、高電圧用バッテリ２６が発生する電力の直流電圧を燃料電池スタック１が発生する電力の直流電圧に昇圧する一方で、高電圧用バッテリ２６を充電するために、燃料電池スタック１が発生する電力の直流電圧を高電圧用バッテリ２６が発生する電力の直流電圧に降圧するものである。このとき、高圧用ＤＣ／ＤＣコンバータ２７は、スタック用ＤＣ／ＤＣコンバータ２４からインバータ２５までの間における電圧がコントローラ１１から与えられた指令電圧となるように、電圧センサ２８の値に基づいて高電圧用バッテリ２６に対する充電又は放電を行うことにより、電圧を制御する。
【００２９】
ここで、この高圧用ＤＣ／ＤＣコンバータ２７の動作を具体的に説明するために、燃料電池スタック１の電流対電圧（電力）特性を表すと、例えば図３に示すような傾向が得られる。すなわち、燃料電池１の電圧は、図３中の曲線ａに示すように、燃料電池スタック１の電流が増加するのにともない、所定の開放電圧Ｖ０から急激に下降した後、略一定の値をとり、所定の電流値以上になるとさらに急激に下降する、といった特性を有する。また、燃料電池１の電力は、図３中の曲線ｂに示すように、燃料電池スタック１の電流が増加するのにともない、単調に増加するといった特性を有する。したがって、図３から、燃料電池システムにおいては、例えば燃料電池スタック１から２０ｋＷの電力を出力させたい場合には、コントローラ１１の制御のもとに、高圧用ＤＣ／ＤＣコンバータ２７に対して３００Ｖを指示すればよいことがわかる。このとき、駆動モータ２１の消費電力が３０ｋＷであった場合には、高圧用ＤＣ／ＤＣコンバータ２７は、スタック用ＤＣ／ＤＣコンバータ２４からインバータ２５までの間における電圧を３００Ｖにするため、コントローラ１１の制御のもとに、高電圧用バッテリ２６に対して１０ｋＷの電力を放電するように制御することになる。
【００３０】
リレーボックス２４は、燃料電池スタック１から駆動モータ２１への電力供給ラインに接続されている。このリレーボックス２４には、コントローラ１１の制御のもとにオン／オフ動作することによって燃料電池スタック１と駆動モータ２１とを接続又は遮断するリレー２４ａが設けられる。また、このリレーボックス２４には、駆動モータ２１から燃料電池スタック１への電流の流入を防止するために、ダイオード２４ｂが、リレー２４ａと高圧用ＤＣ／ＤＣコンバータ２７の接続部との間に位置して一体に設けられる。
【００３１】
インバータ２５は、燃料電池スタック１から供給される直流電力を交流に変換し、変換して得られた電力を駆動モータ２１に供給することにより、駆動モータ２１の制御を行う。このとき、インバータ２５は、駆動モータ２１がコントローラ１１から与えられる指令トルクを発生するように、駆動モータ２１を制御する。また、インバータ２５には、後述するように、高圧用ＤＣ／ＤＣコンバータ２７の応答と補機類２２の消費電力変動との誤差を吸収するために、例えばコンデンサ２５ａが内部に設けられる。
【００３２】
電圧センサ２８は、リレーボックス２４からインバータ２５までの間における電圧を測定する。この電圧センサ２８によって測定された電圧値は、上述したように、高圧用ＤＣ／ＤＣコンバータ２７による電圧変換のために行われる高電圧用バッテリ２６の制御に用いられる。
【００３３】
弱電補機類２３は、例えば１４Ｖ系といった弱電の補機類からなり、スタック用高圧用ＤＣ／ＤＣコンバータ２７とインバータ２５との間に、低電圧用ＤＣ／ＤＣコンバータ２９を介して接続される。
【００３４】
低電圧用ＤＣ／ＤＣコンバータ２９は、低電圧用バッテリ３０を充電するために、燃料電池スタック１が発生する電力の直流電圧を低電圧用バッテリ３０が発生する電力の直流電圧に降圧するものであり、コントローラ１１の制御のもとに、例えば２００Ｖといった強電を１４Ｖに変換し、降圧した電力を弱電補機類２３及び低電圧用バッテリ３０に供給する。
【００３５】
低電圧用バッテリ３０は、例えば１４Ｖ系といった弱電用の二次電池であり、弱電補機類２３と低電圧用ＤＣ／ＤＣコンバータ２９との間に接続される。低電圧用バッテリ３０は、弱電補機類２３によって消費される補機電力を賄うのに十分な発電が燃料電池スタック１によって行われなかった場合には、放電して弱電補機類２３に給電し、不足電力を補う。
【００３６】
このような各部を備える燃料電池システムは、以下に示す動作を行うことにより、高圧用ＤＣ／ＤＣコンバータ２７への指令電圧を制御する。
【００３７】
［燃料電池システムの起動制御処理］
つぎに、上述した燃料電池システムを起動させるに際して、コントローラ１１により実行する起動制御処理について図４を参照して説明する。
【００３８】
コントローラ１１では、図４に示すように、図示しない開始スイッチがオン状態にされると、ステップＳ１において、リレーボックス２４におけるリレー２４ａをオフ状態として燃料電池スタック１と駆動モータ２１とを遮断した状態で、高圧用ＤＣ／ＤＣコンバータ２７の起動を開始する。このとき、コントローラ１１は、高圧用ＤＣ／ＤＣコンバータ２７への指令電圧として、燃料電池スタック１の開放電圧よりも小さく、且つ、補機類２２における各補機の作動可能な下限電圧よりは大きい値を指令する。
【００３９】
続いて、ステップＳ２においては、コントローラ１１により、高圧用ＤＣ／ＤＣコンバータ２７の起動が完了したか否かを判定する。この判定は、例えば、ステップＳ１にて指令した電圧と、電圧センサ２８によって測定された実電圧との差分が、所定値以内であるか否かに基づいて行われる。コントローラ１１は、高圧用ＤＣ／ＤＣコンバータ２７の起動が完了していないと判定した場合には、高圧用ＤＣ／ＤＣコンバータ２７の起動が完了したと判定するまでステップＳ２の処理を繰り返す。
【００４０】
一方、コントローラ１１は、ステップＳ２にて高圧用ＤＣ／ＤＣコンバータ２７の起動が完了したものと判定した場合には、ステップＳ３へと処理を移行し、燃料電池スタック１の発電に必要な補機類２２の作動を開始する。具体的には、燃料電池システムにおいては、例えば、燃料電池スタック１に空気を供給するコンプレッサモータや、燃料電池スタック１に冷却水を循環させるための水ポンプ等の作動が開始される。
【００４１】
続いて、ステップＳ４においては、コントローラ１１により、ステップＳ３における補機類２２の作動開始から、例えば数秒乃至数十秒といった所定時間だけ経過したか否かを判定する。この所定時間は、補機類２２が運転を開始して消費電力が十分に安定する時間を予め測定しておき、この時間を設定するのが望ましい。コントローラ１１は、補機類２２の作動開始から所定時間だけ経過していないと判定した場合には、所定時間だけ経過したと判定するまでステップＳ４の処理を繰り返す。
【００４２】
一方、コントローラ１１は、ステップＳ４にて補機類２２の作動開始から所定時間だけ経過したと判定した場合には、ステップＳ５へと処理を移行し、燃料電池スタック１の電圧、すなわち、開放電圧が、所定値以上であるか否かを判定する。コントローラ１１は、燃料電池スタック１の電圧が所定値よりも小さいと判定した場合には、所定値以上であると判定するまでステップＳ５の処理を繰り返す。
【００４３】
コントローラ１１は、ステップＳ５にて燃料電池スタック１の電圧が所定値以上であると判定した場合には、ステップＳ６においては、高圧用ＤＣ／ＤＣコンバータ２７への指令電圧を、燃料電池スタック１の開放電圧近辺、すなわち、ステップＳ５における所定値＋αに相当する電圧値まで上昇させる。
【００４４】
続いて、テップＳ７においては、コントローラ１１により、ステップＳ６にて指令した指令電圧（所定値＋α）と、電圧センサ２８によって測定された実電圧との差分である偏差が、所定偏差以内であるか否かを判定する。コントローラ１１は、偏差が所定偏差よりも大きいと判定した場合には、所定偏差以内であると判定するまでステップＳ７の処理を繰り返す。
【００４５】
そして、コントローラ１１は、ステップＳ７にて偏差が所定偏差以内であるものと判定した場合には、ステップＳ８においては、リレー２４ａをオン状態とし、燃料電池スタック１と駆動モータ２１とを接続する。
【００４６】
燃料電池システムは、このような一連の工程を経ることにより、起動を完了する。
【００４７】
燃料電池システムは、このようにしてリレー２４ａがオン状態とされた後には、コントローラ１１の制御のもとに、高圧用ＤＣ／ＤＣコンバータ２７の出力電圧が燃料電池スタック１の出力電圧よりも小さくなるように、高圧用ＤＣ／ＤＣコンバータ２７への指令電圧を徐々に変化させていく。したがって、燃料電池システムは、ダイオード２４ｂの作用により、燃料電池スタック１から駆動モータ２１への電力供給を滑らかに開始することができる。
【００４８】
ここで、燃料電池システムにおいては、ステップＳ５にてコントローラ１１による高圧用ＤＣ／ＤＣコンバータ２７への指令電圧を燃料電池スタック１の開放電圧近辺まで上昇させる前に、コントローラ１１の制御のもとに、降圧専用の低電圧用ＤＣ／ＤＣコンバータ２９の動作を停止させ、その後、ステップＳ８にてリレー２４ａをオン状態とするまでの間は、弱電補機類２３の電力を、低電圧用バッテリ３０のみから供給するようにする。
【００４９】
これにより、燃料電池システムは、リレーボックス２４からインバータ２５までの間における各部によって構成される強電系にかかる電力変動を抑制することができ、結果として、リレーボックス２４からインバータ２５までの間における最大電圧を低下させることができる。
【００５０】
なお、燃料電池システムにおいては、ステップＳ４においては、補機類２２の消費電力の安定の是非を、補機類２２の作動開始からの経過時間を用いて推定しているが、補機類２２の消費電力の安定の是非を推定する手法としては、例えば、所定の電力変動検出手段により、高電圧用バッテリ２６の電圧及び電流から電力を演算し、その電力の変動が所定値以内であるものと判定した場合にステップＳ５へと処理を移行する、といった手法を用いることもできる。
【００５１】
燃料電池システムにおいては、この手法を用いることにより、より正確に補機類２２の消費電力が安定した旨を検出することができることから、安定した旨が検出されれば直ちに以後の工程へと処理を移行することができ、起動時間を必要最小限とすることができる。
【００５２】
［実施形態の効果］
上述した燃料電池システムにおいては、図５（ａ）に補機類２２の消費電力の時間変化を示すように、起動時には、補機類２２の消費電力が安定せずに大きく変動する。なお、ここでは、補機類２２として、エアコンプレッサと水ポンプとを取り上げ、エアコンプレッサの消費電力特性を曲線ａで示し、水ポンプの消費電力特性を曲線ｂで示している。これらの特性から、燃料電池システムにおいては、高圧用ＤＣ／ＤＣコンバータ２７の起動時刻をＴ１とし、水素の供給が開始される時刻をＴ２とすると、時刻Ｔ２の直後から、エアコンプレッサ及び水ポンプともに、消費電力が大きく変動する。ここで、燃料電池システムにおいては、上述したように、補機類２２の消費電力変動に対する高圧用ＤＣ／ＤＣコンバータ２７の応答遅れに起因する僅かな誤差を吸収するための対策としては、通常は、インバータ２５の内部に設けられたコンデンサ２５ａのみとなる。
【００５３】
したがって、図５（ｂ）の曲線ｃに本発明との比較例としての電圧の時間変化を示すように、補機類２２の消費電力変動に対する高圧用ＤＣ／ＤＣコンバータ２７の応答遅れに起因する僅かな誤差により、高圧用ＤＣ／ＤＣコンバータ２７からインバータ２５までの間における電圧が大きく変動することになる。
【００５４】
なお、この比較例は、図５（ｂ）中の電圧レベルｄに示すように、起動時に、コントローラ１１による高圧用ＤＣ／ＤＣコンバータ２７への指令電圧を、図５（ｂ）中の曲線ｅで示す燃料電池スタック１の開放電圧よりも高い電圧に設定した場合である。
【００５５】
このように、比較例においては、本来の作動電圧が高いことから、変動によって燃料電池スタック１の開放電圧を大きく超えてしまう場合も生じる。したがって、比較例においては、燃料電池スタック１の開放電圧を大きく超える電圧にも耐え得るために、例えばリレー２４ａやダイオード２４ｂをはじめとする各種部品に高い耐電圧性が要求され、必然的にコストが高くなることになる。
【００５６】
これに対して、上述の燃料電池システムにおいては、図５（ｂ）中の曲線ｆに示すように、起動開始から補機類２２の消費電力が安定するまでの間は、コントローラ１１により、高圧用ＤＣ／ＤＣコンバータ２７への指令電圧を低く設定する。
【００５７】
これにより、燃料電池システムにおいては、補機類２２の消費電力変動時のリレーボックス２４からインバータ２５までの間における電圧が、図５（ｂ）中の曲線ｇに示すように推移させることになり、この電圧が変動したとしても、その最大電圧を低下させることができる。この結果、燃料電池システムにおいては、例えばリレー２４ａやダイオード２４ｂをはじめとする各種部品の耐電圧性を、燃料電池スタック１の開放電圧程度にまで下げることができ、コストの低減を図ることができる。
【００５８】
また、上述の燃料電池システムにおいては、補機類２２の消費電力が安定するまでの間、コントローラ１１による高圧用ＤＣ／ＤＣコンバータ２７への指令電圧を低く設定した後には、コントローラ１１による高圧用ＤＣ／ＤＣコンバータ２７への指令電圧を、燃料電池スタック１の開放電圧近辺に制御してから、燃料電池スタック１と駆動モータ２１との間でリレー接続を行う。すなわち、燃料電池システムにおいては、図４中のステップＳ５及びステップＳ６にて述べた所定値（図５（ｂ）中の電圧レベルｈ）の近辺電圧である所定値＋α（図５（ｂ）中の電圧レベルｉ）まで上昇させ、その後の時刻Ｔ３で、燃料電池スタック１と駆動モータ２１との間でリレー接続を行う。
【００５９】
したがって、燃料電池システムにおいては、急激に燃料電池スタック１からの電力取り出しが開始されることはなく、燃料電池スタック１と駆動モータ２１との接続をダイオード２４ｂを介して行うことにより、燃料電池スタック１からの電力取り出しを開始することが可能となり、簡略な制御であるにもかかわらず、燃料電池スタック１と駆動モータ２１との接続時における高圧用ＤＣ／ＤＣコンバータ２７との電圧不一致による過電流の発生を防止することができる。
【００６０】
さらに、燃料電池システムにおいては、補機類２２の消費電力の安定の是非を、高電圧用バッテリ２６の電力変動に基づいて行うこともでき、この場合には、より正確に補機類２２の消費電力が安定した旨を検出することができるので、起動時間を短縮化することができる。
【００６１】
さらにまた、燃料電池システムにおいては、リレー２４ａをオン状態とするまでの間は、弱電補機類２３の電力を、低電圧用バッテリ３０のみから供給することにより、リレーボックス２４からインバータ２５までの間における各部によって構成される強電系にかかる電力変動を抑制することができ、結果として、スタック用高圧用ＤＣ／ＤＣコンバータ２７からインバータ２５までの間における最大電圧を低下させることができる。
【００６２】
また、燃料電池システムにおいては、スタック用高圧用ＤＣ／ＤＣコンバータ２７におけるリレー２４ａがオン状態とされた後には、コントローラ１１の制御のもとに、高圧用ＤＣ／ＤＣコンバータ２７の出力電圧が燃料電池スタック１の出力電圧よりも小さくなるように、指令電圧を徐々に変化させていくことにより、ダイオード２４ｂの作用によって燃料電池スタック１から駆動モータ２１への電力供給を滑らかに開始することができる。
【００６３】
なお、上述の実施形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外の形態であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態として示す燃料電池システムのガス系の構成を示すブロック図である。
【図２】同燃料電池システムの電気系の構成を示すブロック図である。
【図３】同燃料電池システムにおける燃料電池スタックの電流対電圧（電力）特性例を表す図である。
【図４】同燃料電池システムにおけるＤＣ／ＤＣコンバータへの指令電圧を制御する際の一連の工程を示すフローチャートである。
【図５】同燃料電池システムにおける補機類の消費電力の時間変化と、電圧の時間変化とを示す図である。
【符号の説明】
１  燃料電池スタック
１ａ  空気極
１ｂ  水素極
２  空気供給系
３  圧力センサ
４  空気調圧弁
５  水素供給系
６  水素調圧弁
７  イジェクタ
８  圧力センサ
９  パージ弁
１０  還流用配管
１１  コントローラ
２１  駆動モータ
２２  補機類
２３  弱電補機類
２４  リレーボックス
２４ａ  リレー
２４ｂ  ダイオード
２５  インバータ
２５ａ  コンデンサ
２６  高電圧用バッテリ
２７  高圧用ＤＣ／ＤＣコンバータ
２８  電圧センサ
２９  低電圧用ＤＣ／ＤＣコンバータ
３０  低電圧用バッテリ
【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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