(57)【要約】【課題】回生ブレーキの効きを長期にわたって維持し、燃料電池の安定した出力状態を確保することができる。【解決手段】燃料電池３０を搭載した車両は、走行用モータ３６において生成した回生エネルギをキャパシタ３２に蓄電する動作と回生エネルギを利用して反応ガスをエアコンプレッサ２８により圧縮してアキュムレータ２４に蓄圧する動作とを制御する。したがって、回生エネルギをキャパシタ３２に蓄電したりガス圧縮に利用したりできるので回生ブレーキの効きを長期にわたって維持することができる。また、圧縮ガスを燃料電池３０に供給することにより燃料電池３０での電気化学反応が促進され、ガス欠等のおそれがなく安定した出力状態を確保することができる。【選択図】        図１
2004192826.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と電気エネルギを蓄える蓄電手段との少なくとも一方から負荷に対して電力を供給する燃料電池システムであって、
前記反応ガスを圧縮するガス圧縮手段と、
前記ガス圧縮手段によって圧縮されたガスを前記燃料電池に供給可能な状態で蓄える蓄圧手段と、
前記負荷において生成した回生エネルギを前記蓄電手段に蓄電する動作と前記回生エネルギを利用して前記反応ガスを前記ガス圧縮手段により圧縮して前記蓄圧手段に蓄圧する動作とを制御する回生制御手段と
を備えた燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池への前記反応ガスの供給量の時間変化割合が予め定められた増大領域に入るか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段により前記増大領域に入ると判定されたときには前記蓄圧手段に蓄えられたガスを前記燃料電池へ供給するガス供給制御手段と
を備えた燃料電池システム。
【請求項３】
前記回生制御手段は、前記回生エネルギを利用して前記反応ガスを前記ガス圧縮手段により圧縮して前記蓄圧手段に蓄圧する動作よりも、前記回生エネルギを前記蓄電手段に蓄電する動作を優先して行う
請求項１又は２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記回生制御手段は、前記回生エネルギを利用して前記反応ガスを前記ガス圧縮手段により圧縮して前記蓄圧手段に蓄圧する動作と、前記回生エネルギを前記蓄電手段に蓄電する動作とを並行させる
請求項１又は２記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記蓄電手段と前記燃料電池と前記負荷とが並列接続されている請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記蓄電手段と前記燃料電池との接続の遮断・非遮断を行う遮断手段と、
前記蓄電手段の電圧が予め定められた前記燃料電池の運転許容電圧を外れたときに前記遮断手段により前記蓄電手段と前記燃料電池との接続を遮断する遮断制御手段と
を備えた燃料電池システム。
【請求項６】
前記蓄電手段と前記燃料電池と前記負荷とが並列接続されている請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記蓄電手段と前記燃料電池との接続の遮断・非遮断を行う遮断手段と、
前記遮断手段により前記燃料電池と前記蓄電手段との接続が遮断され前記蓄電手段のみから前記負荷に電力が供給されている場合に前記蓄電手段の電圧が予め定められた低電圧領域に入ったとき、前記遮断手段により前記蓄電手段と前記燃料電池との接続を非遮断にして前記燃料電池から前記負荷に電力を供給すると共に前記蓄圧手段から圧縮された前記反応ガスを前記燃料電池に供給する遮断制御手段と
を備えた燃料電池システム。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の燃料電池システムであって、
前記遮断手段により前記燃料電池と前記蓄電手段との接続が遮断されているときには前記燃料電池の運転を停止し、前記燃料電池と前記蓄電手段との接続が遮断されていないときには前記燃料電池の運転を行う燃料電池運転制御手段
を備えた燃料電池システム。
【請求項８】
前記蓄電手段はキャパシタである
請求項１〜７のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の燃料電池システムを搭載した車両であって、前記負荷は走行用モータである
燃料電池システム搭載車両。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池システム及び燃料電池システム搭載車両に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
従来より、例えば特許文献１では、燃料電池システムとして燃料電池と電気二重層キャパシタ（以下、キャパシタ）とを負荷に対して並列に接続した状態で利用する電源装置が提案されているが、キャパシタがその定格容量付近まで既に充電されている場合には生成した回生エネルギを十分にキャパシタに蓄えることができず、回生ブレーキの効きを長期にわたって維持することができなかった。また、反応ガスを過剰に必要とするときに対応できずガス不足となり、燃料電池の電圧が低下して安定した出力状態を確保できないという問題があった。また、例えば特許文献２では、回生エネルギを利用して燃料電池に供給する反応ガスをガス圧としてガスタンクに蓄圧する燃料電池システム搭載車両が提案されているが、ガスタンクが定格容量付近まで既に蓄圧されている場合には生成した回生エネルギを利用して反応ガスを十分にガスタンクに蓄圧することができず、回生ブレーキの利きを長期にわたって維持することができないという問題があった。なお、特許文献２において補助二次電池の記述があるが、反応ガス圧縮システムの起動に使用されており、回生エネルギを蓄えるために使用されていない。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２１６８１８
【特許文献２】
特開平６−２０３８４６
【０００４】
本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、回生ブレーキの効きを長期にわたって維持することができる燃料電池システム及び燃料電池システム搭載車両を提供することを目的の一つとする。また、燃料電池が安定した出力状態を確保することができる燃料電池システム及び燃料電池システム搭載車両を提供することを目的の一つとする。
【０００５】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の目的の少なくとも一部を達成するため、本発明の第１は、反応ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と電気エネルギを蓄える蓄電手段との少なくとも一方から負荷に対して電力を供給する燃料電池システムであって、
前記反応ガスを圧縮するガス圧縮手段と、
前記ガス圧縮手段によって圧縮されたガスを前記燃料電池に供給可能な状態で蓄える蓄圧手段と、
前記負荷において生成した回生エネルギを前記蓄電手段に蓄電する動作と前記回生エネルギを利用して前記反応ガスを前記ガス圧縮手段により圧縮して前記蓄圧手段に蓄圧する動作とを制御する回生制御手段と
を備えたものである。
【０００６】
この燃料電池システムでは、負荷において生成した回生エネルギを蓄電手段に蓄電する動作と回生エネルギを利用して反応ガスをガス圧縮手段により圧縮して蓄圧手段に蓄圧する動作とを制御する。したがって、回生エネルギを蓄電手段に蓄電したりガス圧縮に利用したりできるので回生ブレーキの効きを長期にわたって維持することができる。また、圧縮ガスを燃料電池に供給することにより燃料電池での電気化学反応が促進され、ガス欠等のおそれがなく安定した出力状態を確保することができる。
【０００７】
ここで、反応ガスとしては燃料ガスと酸化ガスとがあり、ガス圧縮手段は燃料ガスを圧縮してもよいし酸化ガスを圧縮してもよいし両方のガスを圧縮してもよく、蓄圧手段はガス圧縮手段が燃料ガスを圧縮する場合には圧縮した燃料ガスを蓄え、酸化ガスを圧縮する場合には圧縮した酸化ガスを蓄え、両方のガスを圧縮する場合には圧縮した各ガスを個別に蓄えるようにしてもよい。
【０００８】
本発明の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池への前記反応ガスの供給量の時間変化割合が予め定められた増大領域に入るか否かを判定する判定手段と、前記判定手段により前記増大領域に入ると判定されたときには前記蓄圧手段に蓄えられたガスを前記燃料電池へ供給するガス供給制御手段とを備えていてもよい。こうすれば、反応ガスの供給量の時間変化割合が急に増大したときに蓄圧した反応ガスを燃料電池に供給することでガス欠を防ぐことができ、燃料電池から電力を負荷に安定して供給することができる。
【０００９】
本発明の燃料電池システムにおいて、前記回生制御手段は、前記回生エネルギを利用して前記反応ガスを前記ガス圧縮手段により圧縮して前記蓄圧手段に蓄圧する動作よりも、前記回生エネルギを前記蓄電手段に蓄電する動作を優先して行ってもよい。こうすれば、回生エネルギが優先的に蓄電手段に蓄電され負荷に供給されるので、燃費向上に役立つ。
【００１０】
本発明の燃料電池システムにおいて、前記回生制御手段は、前記回生エネルギを利用して前記反応ガスを前記ガス圧縮手段により圧縮して前記蓄圧手段に蓄圧する動作と、前記回生エネルギを前記蓄電手段に蓄電する動作とを並行させてもよい。こうすれば、回生エネルギが蓄電手段に蓄電され負荷に供給されるので燃費向上に役立つし、燃料電池の反応ガスの供給量が急に増大したときに備えて反応ガスを蓄圧しておくこともできる。
【００１１】
前記蓄電手段と前記燃料電池と前記負荷とが並列接続された燃料電池システムは、前記蓄電手段と前記燃料電池との接続の遮断・非遮断を行う遮断手段と、前記蓄電手段の電圧が予め定められた前記燃料電池の運転許容電圧を外れたときに前記遮断手段により前記蓄電手段と前記燃料電池との接続を遮断する遮断制御手段とを備えていてもよい。こうすれば、運転許容電圧を外れたときには燃料電池を蓄電手段から切り離すことにより燃料電池の保護や燃費の低下防止を図ることができる。例えば、運転許容電圧の範囲よりも高電圧の場合には燃料電池の開放電圧を超える電圧が燃料電池の両電極間にかかるおそれがあるため蓄電手段から切り離し、運転許容電圧の範囲よりも低電圧の場合には燃料電池に過剰な電気化学反応が要求されるため蓄電手段から切り離す、といった具合である。
【００１２】
前記蓄電手段と前記燃料電池と前記負荷とが並列接続された燃料電池システムは、前記蓄電手段と前記燃料電池との接続の遮断・非遮断を行う遮断手段と、前記遮断手段により前記燃料電池と前記蓄電手段との接続が遮断され前記蓄電手段のみから前記負荷に電力が供給されている場合に前記蓄電手段の電圧が予め定められた低電圧領域に入ったとき、前記遮断手段により前記蓄電手段と前記燃料電池との接続を非遮断にして前記燃料電池から前記負荷に電力を供給すると共に前記蓄圧手段から圧縮された前記反応ガスを前記燃料電池に供給する遮断制御手段とを備えていてもよい。蓄電手段と燃料電池との接続を非遮断にしたとき、蓄電手段の電圧に対して燃料電池の反応ガスの供給量が不足すると、燃料電池の電圧もさらに低下することになるが、蓄圧した反応ガスを燃料電池に供給することによりガス不足を回避でき、ガス不足による燃料電池の電圧低下を防ぐことができる。したがって、蓄電手段と燃料電池とを接続しても燃料電池から電力を負荷に安定して供給することができる。なお、遮断制御手段は、遮断手段により蓄電手段と燃料電池との接続を非遮断にして燃料電池から負荷に電力を供給するとき、燃料電池への反応ガスの供給量の時間変化割合が所定の増大領域に入るときに蓄圧手段から圧縮された反応ガスを燃料電池に供給するように制御してもよい。
【００１３】
遮断手段と遮断制御手段を備えた燃料電池システムは、前記遮断手段により前記燃料電池と前記蓄電手段との接続が遮断されているときには前記燃料電池の運転を停止し、前記燃料電池と前記蓄電手段との接続が遮断されていないときには前記燃料電池の運転を行う燃料電池運転制御手段を備えていてもよい。こうすれば、燃料電池の稼働に必要となる補機の電力を節約でき、燃料電池システム全体のエネルギの効率を向上することができる。
【００１４】
本発明の燃料電池システムにおいて、前記蓄電手段はキャパシタであってもよい。２次電池に比べてキャパシタの方が充放電の効率が優れているが、２次電池とキャパシタとの体格が同じであっても２次電池に比べてキャパシタの定格容量は小さいことがあり、そのようなときにはキャパシタの定格容量を超える回生エネルギをガス圧縮手段により反応ガスを圧縮して蓄圧手段に蓄圧する必要性が高い。
【００１５】
本発明の第２は、上述した燃料電池システムを搭載した車両であって、前記負荷は走行用モータである燃料電池システム搭載車両である。この燃料電池システム搭載車両によれば、上述した燃料電池システムと同様な効果が得られる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明形態の燃料電池システムを表す説明図である。
【００１７】
燃料電池システム２０は、水素高圧タンク２２から供給される燃料ガスとしての水素ガスとエアコンプレッサ２８又はアキュムレータ２４から供給される空気中の酸素とにより発電する燃料電池３０と、燃料電池３０に遮断器５６を介して並列に接続されたキャパシタ３２と、直流電力を走行用モータ３６の駆動に適した交流電力に変換するインバータ３４と、システム全体および車両の走行をコントロールするコントローラ７０とを備える。このように燃料電池システム２０では、燃料電池３０とキャパシタ３２と走行用モータ３６とは並列に接続されており、燃料電池３０から走行用モータ３６に電力を供給したりキャパシタ３２から走行用モータ３６に電力を供給したりできるように接続されている。また、燃料電池システム２０は、エアコンプレッサ２８と燃料電池３０とを連通する状態と、エアコンプレッサ２８とアキュムレータ２４とを連通する状態と、アキュムレータ２４と燃料電池３０とを連通する状態という３つのいずれかの状態に切り替える切替バルブ５０を備えている。この切替バルブ５０により、エアコンプレッサ２８と燃料電池３０とを連通した状態では、エアコンプレッサ２８から燃料電池３０に空気を圧送することができ、エアコンプレッサ２８とアキュムレータ２４とを連通した状態ではエアコンプレッサ２８からアキュムレータ２４に空気を圧送することができ、アキュムレータ２４と燃料電池３０とを連通した状態では、アキュムレータ２４から燃料電池３０に空気を圧送することができる。なお、燃料電池３０から未反応のまま排出された水素は再び燃料電池３０に供給するガス循環ポンプ２６により循環されている。
【００１８】
燃料電池３０は、図示しないが、電解質膜とこの電解質膜に狭持されたアノード電極およびカソード電極からなる単セルとセル間の隔壁をなすセパレータとが複数積層した燃料電池スタックにより構成されており、セパレータに形成されたガス流路を通じてアノード電極に供給された水素ガスとカソード電極に供給された空気による電気化学反応により水の発生を伴って発電する。なお、燃料電池３０には、図示しないが、冷却媒体（例えば、冷却水）が循環可能な循環路が形成されており、この循環路内の冷却媒体の循環により燃料電池３０内の温度が適温（例えば、６５℃〜８５℃）に保持されるようになっている。
【００１９】
燃料電池３０から排出される排出ガス（酸素系）には、排出ガスの流量を調節する図示しない流量調節弁が取り付けられており、この流量調節弁のアクチュエータを駆動して排出ガスの流量を調節することにより燃料電池３０内を調圧できるようになっている。
【００２０】
走行用モータ３６は、例えば、電動機として機能するとともに発電機として機能する周知の同期発電電動機として構成されており、その回転軸にはディファレンシャルギヤ１４を介して車輪１２に接続された出力軸３９が連結されている。したがって、走行用モータ３６から出力された動力はディファレンシャルギヤ１４を介して車輪１２に伝達され、車両の推進力が得られる。
【００２１】
図１に示した記号▲１▼は、インバータ９２の出力端子とエアコンプレッサ２８の入力端子とが接続されていることを表している。エアコンプレッサ２８の内蔵モータへの交流電力は、燃料電池３０又はキャパシタ３２からの直流電流および直流電圧をエアコンプレッサ２８の駆動に適した交流電力に変換するインバータ９２により供給される。なお、切替バルブ５０、遮断器５６等の補機への直流電力は、燃料電池３０又はキャパシタ３２からの直流電流および直流電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ５４により調整し、調整した直流電力を蓄電する２次電池６０により供給される。
【００２２】
コントローラ７０は、燃料電池システム２０のコントロールと燃料電池システム２０を搭載する自動車の走行のためのコントロールとを兼ねるものとしてＣＰＵ７２を中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、処理プログラム等が記憶されたＲＯＭ７４と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ７６と、図示しない入出力ポートとを備える。このコントローラ７０には、キャパシタ３２とインバータ３４との間に並列に取り付けられた電圧センサ５２からの電源電圧Ｖｐ、シフトレバー８１のポジションを検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジション、アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度ＡＰ、ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキ開度ＢＰ、車両の走行速度を検出する車速センサ８８からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。また、コントローラ７０からは、ガス循環ポンプ２６への駆動信号や、エアコンプレッサ２８への駆動信号、インバータ３４，９２へのスイッチング信号、ＤＣ／ＤＣコンバータ５４への直流電力変換信号、遮断器５６への開閉信号、切替バルブ５０への切替信号等が出力ポートを介して出力されている。
【００２３】
ＲＯＭ７４は、処理プログラムの他に、アクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度ＡＰとブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキ開度ＢＰと車速センサ８８からの車速Ｖと要求動力Ｐｏとの関係を求めたマップや、アクセル開度ＡＰとブレーキ開度ＢＰと車速Ｖとの関係から走行用モータ３６を駆動制御する走行状態か回生制御する走行状態かを判定するための動作点などを記憶している。そして、ＲＯＭ７４は、燃料電池３０の出力電力と反応ガス供給量との関係を定めたマップも記憶している。
【００２４】
コントローラ７０は、燃料電池３０からの電力供給により走行用モータ３６を駆動する場合には、アクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度ＡＰと車速センサ８８からの車速Ｖとに基づいて出力軸３９に要求される要求動力ＰｏをＲＯＭ７４のマップから導出し、その要求動力Ｐｏに基づいて燃料電池３０の電流−電圧特性から燃料電池３０の電流値を求め、その電流値に見合った燃料電池３０の反応ガス供給量をＲＯＭ７４のマップから導出することにより、燃料電池３０への反応ガス供給量を制御する。
【００２５】
次に、本実施形態の燃料電池システム２０の動作について説明する。図２は、燃料電池システム２０のメイン制御のフローチャートであり、この処理は数ｍｓｅｃごとに読み出され、繰り返し実行される。また、図３は、キャパシタ３２の時間経過に伴う電力の蓄電遷移を表す説明図である。
【００２６】
このメイン制御の処理が実行されると、コントローラ７０のＣＰＵ７２は、アクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度ＡＰとブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキ開度ＢＰと車速センサ８８からの車速Ｖとを読み込み（ステップＳ１００）、読み込んだアクセル開度ＡＰとブレーキ開度ＢＰと車速Ｖから駆動制御するか回生制御するか判定し（ステップＳ１１０）、回生制御する場合（例えば、ブレーキペダル８５が踏み込まれてブレーキ開度ＢＰが所定開度を超えたときや下り傾斜走行時のようにアクセルペダル開度ＡＰがゼロで車速Ｖが所定速度を超えたとき）は、遮断器５６によりキャパシタ３２と燃料電池３０との接続を遮断し（ステップＳ１２０）、走行用モータ３６を発電状態として電圧センサ５２により測定した電源電圧（キャパシタ３２の電圧）Ｖｐが所定の上限電圧Ｖｍａｘより小さいか否かを判定する（ステップＳ１３０）。Ｖｐが所定の上限電圧Ｖｍａｘより小さいときには、この処理を終える。ここで、Ｖｐが上限電圧Ｖｍａｘより小さいときには（図３の斜線領域参照）、遮断器５６により燃料電池３０とキャパシタ３２との接続を遮断しているので走行用モータ３６から生成した電力がキャパシタ３２に蓄電される。一方、ステップＳ１３０で電源電圧Ｖｐが所定電圧Ｖｍａｘ以上のときには、エアコンプレッサ２８への駆動信号をＯＮにしエアコンプレッサ２８を稼働させ、切替バルブ５０によりエアコンプレッサ２８とアキュムレータ２４とを連通した状態に切り替え（ステップＳ１４０）、走行用モータ３６から生成した電力をエアコンプレッサ２８に供給しアキュムレータ２４に空気を蓄圧し（ステップＳ１５０）、この処理を終える。一方、ステップＳ１１０で走行用モータ３６を駆動制御する走行状態であると判定したときは、ステップＳ１００で読み込んだアクセル開度ＡＰと車速Ｖに基づいて要求電力Ｐｏを算出して走行用モータ３６を駆動するルーチンへ処理が移り（ステップＳ１６０）、その処理が終了後、このメイン制御の処理を終える。
【００２７】
続いて、キャパシタ３２に蓄電された電気エネルギを用いて車両の走行用モータ３６を駆動制御する場合について説明する。この制御は、メイン制御の走行用モータ３６の駆動制御（ステップＳ１６０）の一つとして実行されるものであり、ここでは説明の便宜上、遮断器５６により燃料電池３０との接続が遮断され、キャパシタ３２に蓄電された電気エネルギのみを用いて走行しているという前提のもとに説明する。
【００２８】
図４はそのときのモータ駆動制御ルーチンを表すフローチャートである。このルーチンが実行されると、コントローラ７０のＣＰＵ７２は、電圧センサ５２により検出された電源電圧（キャパシタ３２の電圧）Ｖｐを読み込み（ステップＳ２００）、この電源電圧Ｖｐが所定の下限電圧Ｖｍｉｎより大きいか否かを判定する（ステップＳ２１０）。図５は、燃料電池３０と非接続のキャパシタ３２の出力電圧が時間経過に伴って変化する様子を表すグラフである。ステップＳ２１０で電源電圧ＶｐがＶｍｉｎより大きいときには、遮断器５６により燃料電池３０とキャパシタ３２との接続を遮断したままキャパシタ３２に蓄電された電気エネルギのみを用いて走行用モータ３６の駆動制御を行い（ステップＳ２７０）、本ルーチンを終了する。
【００２９】
一方、ステップＳ２１０で電源電圧ＶｐがＶｍｉｎ以下のときには、遮断器５６により燃料電池３０とキャパシタ３２との接続を非遮断とする（ステップＳ２２０）。図６は、燃料電池３０の電流−電圧特性を表すグラフである。電源電圧Ｖｐのキャパシタ３２と接続された燃料電池３０は、電源電圧Ｖｐに対応する電流を出力するように要求されることになる。このため、コントローラ７０は、その電流に見合った電気化学反応が起きるような反応ガス供給量（水素供給量Ｑｈ及びエア供給量Ｑａ）をＲＯＭ７４に記憶したマップから読み出しＲＡＭ７６の所定領域に記憶する（ステップＳ２３０）。ここで、前回に比べて今回の水素供給量Ｑｈが急激に増大したとしても水素は水素高圧タンク２２から供給されることから迅速に対応できるが、エア供給量Ｑａが急激に増大したときにはエアコンプレッサ２８の体格が車載の都合上あまり大きくとっていないため迅速に対応できない。このため、コントローラ７０は、前回のエア供給量Ｑａと今回のエア供給量Ｑａとの差ΔＱａを求め、ΔＱａが閾値Ｃを越えたか否かつまりエアコンプレッサ２８の能力では迅速に対応できないほど前回に比べて今回のエア供給量Ｑａが急激に増大したか否かを判定する（ステップＳ２４０）。なお、本ルーチンはメイン制御の走行用モータ３６の駆動制御（ステップＳ１６０）の一つとして実行され、前回と今回との時間間隔は数ｍｓｅｃであることから、ΔＱａは時間変化割合に相当する。そして、ステップＳ２４０でΔＱａが閾値Ｃを越えたときには、エアコンプレッサ２８の能力では迅速に対応できないことから切替バルブ５０を燃料電池３０とアキュムレータ２４とを連通する状態に切り替えて（ステップＳ２５０）、本ルーチンを終了する。その後のモータ駆動制御は本ルーチンではなく、燃料電池３０を運転しながら走行用モータ３６を制御するルーチン（図示せず）が実行されることになるが、暫くの間、燃料電池３０のカソード電極にはアキュムレータ２４からエアが圧送され、その後適当なタイミングで（例えば、所定時間経過後やエアコンプレッサ２８が今回のエアガス供給量Ｑａに相当する回転数になったとき）切替バルブ５０を燃料電池３０とエアコンプレッサ２８とを連通する状態に切り替えて燃料電池３０のカソード電極にエアコンプレッサ２８からエアを圧送するようにする。
【００３０】
一方、ステップＳ２４０でΔＱａが閾値Ｃを越えていないときには、エアコンプレッサ２８の能力で迅速に対応できることから切替バルブ５０を燃料電池３０とエアコンプレッサ２８とを連通する状態に切り替えて（ステップＳ２６０）、本ルーチンを終了する。なお、本ルーチンを実行するにあたり、遮断器５６によりキャパシタ３２と燃料電池３０との接続が遮断され、キャパシタ３２に蓄電された電気エネルギのみを用いて走行しているときを前提にしたが、そのときには燃料電池３０の補機（エアコンプレッサ２８を含む）は運転が休止されており、遮断器５６によりキャパシタ３２と燃料電池３０とが接続されるときにこれらの補機の運転が再開される。したがって、運転が再開された直後には概ねΔＱａは閾値Ｃを越えることになる。
【００３１】
以上説明した本実施形態によれば、走行用モータ３６において生成した回生エネルギをキャパシタ３２に蓄電する動作とこの回生エネルギを利用して反応ガスをエアコンプレッサ２８により圧縮してアキュムレータ２４に蓄圧する動作とを制御することで、回生エネルギをキャパシタ３２に蓄電したりガス圧縮してアキュムレータ２４に蓄圧したりできるので回生ブレーキの効きを長期にわたって維持することができる。また、アキュムレータ２４に蓄圧した圧縮ガスを燃料電池３０に供給することにより、燃料電池３０での電気化学反応が促進され、ガス欠等のおそれがなく安定した出力状態を確保することができる。
【００３２】
また、回生エネルギが優先的にキャパシタ３２に蓄電されるので、燃費向上に役立つ。
【００３３】
更に、燃料電池３０とキャパシタ３２との接続を非遮断にしたとき、キャパシタ３２の電圧に対して燃料電池３０のエア供給量が不足すると、燃料電池の電圧もさらに低下することになるが、アキュムレータ２４に蓄圧したエアを燃料電池３０に供給することによりガス不足を回避でき、ガス不足による燃料電池３０の電圧低下を防ぐことができる。
【００３４】
更にまた、遮断器５６により燃料電池３０とキャパシタ３２との接続を遮断状態から非遮断状態にして燃料電池３０から走行用モータ３６へ電力を供給する際に燃料電池３０へのエア供給量の時間変化割合ΔＱａが閾値Ｃを越えたときつまりエアコンプレッサ２８の能力を超えたときには、アキュムレータ２４に蓄圧したエアを燃料電池３０に供給するため、ガス不足を回避することができる。なお、燃料電池３０の電力を走行用モータ３６に供給している場合であっても、アクセル開度ＡＰが急激に増大したときにはエア供給量Ｑａが急激に増大してΔＱａが閾値Ｃを越えることがあるため、そのときには同様にアキュムレータ２４に蓄圧したエアを燃料電池３０に供給してガス不足を回避することができる。
【００３５】
そしてまた、コントローラ７０は、遮断器５６により燃料電池３０とキャパシタ３２との接続が遮断されているときには燃料電池３０の補機の運転を休止し、燃料電池３０とキャパシタ３２との接続が遮断されていないときには燃料電池３０の補機の運転を行うという間欠運転を実施するため、燃料電池３０の稼働に必要となる補機の電力を節約でき、燃料電池システム全体のエネルギ効率を向上することができる。
【００３６】
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
【００３７】
上述した実施形態では、走行用モータ３６において生成した回生エネルギを優先的にキャパシタ３２に蓄電するように制御しているが、回生エネルギを利用して反応ガスをエアコンプレッサ２８により圧縮してアキュムレータ２４に蓄圧する動作と、回生エネルギをキャパシタ３２に蓄電する動作とを並行させてもよい。こうすれば、回生エネルギがキャパシタ３２に蓄電され走行用モータ３６に供給されるので燃費向上に役立つし、燃料電池３０の反応ガスの供給量が急に増大したときに備えて反応ガスを蓄圧しておくこともできる。
【００３８】
また、上述した実施形態では、燃料電池３０の運転許容電圧を予め設定しておき、燃料電池３０の電圧が運転許容電圧を外れたときに燃料電池３０とキャパシタ３２との接続を遮断することにより燃料電池３０の保護や燃費の低下防止を図ってもよい。図７は、燃料電池の運転許容電圧を設定したときの出力電流と出力電圧との関係を表す説明図である。図７に示すように、運転許容電圧の範囲よりも高電圧の場合には燃費が悪化したり燃料電池３０の開放電圧を超える電圧が燃料電池の両電極間にかかるおそれがあるためキャパシタ３２から切り離し、運転許容電圧の範囲よりも低電圧の場合には燃料電池３０に過剰な電気化学反応が要求されるためキャパシタ３２から切り離す。これにより燃料電池３０を保護することができる。
【００３９】
更に、上述した実施形態では、水素高圧タンク２２を採用することにより水素の供給量Ｑｈが急激に増大したとしても迅速に対応できるようにしたが、水素供給量Ｑｈが急激に増大したときに迅速に対応できない構成を採用した場合には、水素蓄圧用アキュムレータと水素供給ポンプと燃料電池３０のアノード電極とを三方切替バルブを介して接続し、回生エネルギを利用して水素供給ポンプにより水素蓄圧用アキュムレータに圧縮水素を蓄えるようにし、水素供給量の時間変化割合ΔＱｈが閾値を越えたときには水素蓄圧用アキュムレータの圧縮水素を燃料電池３０のアノード電極に供給してガス不足を回避してもよい。
【００４０】
更にまた、上述した実施形態では、燃料電池システム２０は間欠運転したが、間欠運転せずに連続運転してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料電池を搭載した車両を表す説明図である。
【図２】メイン制御の処理を表すフローチャートである。
【図３】キャパシタの時間経過に伴う電力の蓄電遷移を表す説明図である。
【図４】駆動制御の処理を表すフローチャートである。
【図５】キャパシタの出力電圧を表す説明図である。
【図６】燃料電池の出力電流と出力電圧とを表す説明図である。
【図７】運転許容電圧を表す説明図である。
【符号の説明】
１２  車輪、１４  ディファレンシャルギヤ、２０  燃料電池システム、２２水素高圧タンク、２４  アキュムレータ、２６  ポンプ、２８  エアコンプレッサ、３０  燃料電池、３２  キャパシタ  ３４  インバータ、３６  モータ、３９  出力軸、５０  切替バルブ、５２  電圧センサ、５４  ＤＣ／ＤＣコンバータ、５６  遮断器、６０  ２次電池、７０  コントローラ、７２  ＣＰＵ、７４  ＲＯＭ、７６  ＲＡＭ、８１  シフトレバー、８２  シフトポジションセンサ、８３  アクセルペダル、８４  アクセルペダルポジションセンサ、８５  ブレーキペダル、８６  ブレーキペダルポジションセンサ、８８  車速センサ、９２  インバータ。
【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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【図７】
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