(57)【要約】【課題】燃料電池を備える電源装置において、電源装置全体のエネルギ効率が低下するのを防止する技術を提供する。【解決手段】電源装置１５では、キャパシタ電圧が第１の基準電圧よりも大きいときには、燃料電池システム２２の燃料ガス供給装置、酸素含有ガス供給装置など燃料電池６０の補機４０を停止する。キャパシタ電圧が第２の基準電圧より小さくなると、燃料電池システム２２を運転して燃料電池６０から電力を得る。キャパシタ電圧が第１の基準電圧を越える前に、キャパシタ電圧がより低い段階で、補機４０の運転状態を、定常運転から待機運転に移行してもよい。また、キャパシタ電圧が第２の基準電圧を下回った後、キャパシタ電圧がより低い段階で、補機４０の運転状態を待機運転としてもよい。その後、補機４０を定常運転する。補機４０が、停止または待機運転されるときにはキャパシタ２４から電力を得る。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の負荷に電力を供給する配線に対して並列に接続された燃料電池およびキャパシタを備える電源装置の運転方法であって、
（ａ）前記キャパシタの電圧を検出する工程と、
（ｂ）前記燃料電池による発電のために運転される補助装置が運転されている状態において、前記キャパシタの電圧が第１の基準電圧に達したときに、前記補助装置の運転を停止する工程と、を備える電源装置の運転方法。
【請求項２】
請求項１記載の電源装置の運転方法であって、さらに、
（ｃ）前記補助装置の運転が停止されている状態において、前記キャパシタの電圧が前記第１の基準電圧よりも小さな値を有する第２の基準電圧まで下降したときに、前記補助装置の運転を開始する工程を備える、電源装置の運転方法。
【請求項３】
請求項２記載の電源装置の運転方法であって、
前記第１および第２の基準電圧は、前記燃料電池の開放電圧近傍の所定の電圧である、運転方法。
【請求項４】
請求項２記載の電源装置の運転方法であって、さらに、
（ｄ）前記燃料電池が前記配線に接続されている状態において、前記キャパシタの電圧が、前記第１の基準電圧以下の値を有する第３の基準電圧に達したときに、前記燃料電池の前記配線に対する接続を開放する工程と、
（ｅ）前記燃料電池の前記配線に対する接続が開放されている状態において、前記キャパシタの電圧が、前記第２の基準電圧以下の値を有する第４の基準電圧まで下降したときに、前記燃料電池を前記配線に対して再接続する工程と、を備える電源装置の運転方法。
【請求項５】
請求項４記載の電源装置の運転方法であって、
前記第３の基準電圧は、前記第１の基準電圧よりも低く前記第４の基準電圧以上の値を有し、
前記運転方法は、さらに、
（ｆ）前記キャパシタの電圧が、前記第３の基準電圧を上回った後、前記第１の基準電圧を上回るか、または第４の基準電圧を下回るまでは、前記補助装置の運転状態を、前記キャパシタの電圧が前記第３の基準電圧より低いときの前記補助装置の運転状態よりも消費電力の低い運転状態とする工程を備える、電源装置の運転方法。
【請求項６】
請求項４記載の電源装置の運転方法であって、
前記第４の基準電圧は、前記第２の基準電圧よりも低い値を有し、
前記運転方法は、さらに、
（ｆ）前記キャパシタの電圧が前記第２の基準電圧を下回った後、前記第４の基準電圧を下回るかまたは前記第１の基準電圧を上回るまでは、前記補助装置の運転状態を、前記第４の基準電圧を下回った後の前記補助装置の運転状態よりも消費電力の低い運転状態とする工程と、を備える電源装置の運転方法。
【請求項７】
請求項１記載の電源装置の運転方法であって、
前記補助装置は、前記燃料電池に燃料ガスを供給するための装置を含む、運転方法。
【請求項８】
所定の負荷に電力を供給する電源装置であって、
前記負荷に電力を供給する配線に対して並列に接続される燃料電池システムおよびキャパシタと、
前記キャパシタの電圧を検出する電圧計と、
前記燃料電池システムの運転を制御する制御部と、を備える電源装置であって、
前記燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池による発電のために運転される補助装置と、を備え、
前記制御部は、前記補助装置が運転されている状態において、前記キャパシタの電圧が第１の基準電圧に達したときに、前記補助装置の運転を停止する指示を出力する、電源装置。
【請求項９】
請求項８記載の電源装置であって、
前記制御部は、前記補助装置の運転が停止されている状態において、前記キャパシタの電圧が前記第１の基準電圧よりも小さな値を有する第２の基準電圧まで下降したときに、前記補助装置の運転を開始する電源装置。
【請求項１０】
請求項９記載の電源装置であって、
前記第１および第２の基準電圧は、前記燃料電池の開放電圧近傍の所定の電圧である、電源装置。
【請求項１１】
請求項９記載の電源装置であって、さらに、
前記燃料電池と前記配線との間の接続を入り切りするスイッチを備え、
前記制御部は、
前記燃料電池が前記配線に接続されている状態において、前記キャパシタの電圧が、前記第１の基準電圧以下の値を有する第３の基準電圧に達したときに、前記スイッチを開状態とする指示を出力し、
前記燃料電池の前記配線に対する接続が開放されている状態において、前記キャパシタの電圧が、前記第２の基準電圧以下の値を有する第４の基準電圧まで下降したときに、前記スイッチを閉状態とする指示を出力する、電源装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の電源装置であって、
前記第３の基準電圧は、前記第１の基準電圧よりも低く前記第４の基準電圧以上の値を有し、
前記制御部は、前記キャパシタの電圧が、前記第３の基準電圧を上回った後、前記第１の基準電圧を上回るか、または第４の基準電圧を下回るまでは、前記補助装置の運転状態を、前記キャパシタの電圧が前記第３の基準電圧より低いときの前記補助装置の運転状態よりも消費電力の低い運転状態とする、電源装置。
【請求項１３】
請求項１１記載の電源装置であって、
前記第４の基準電圧は、前記第２の基準電圧よりも低い値を有し、
前記制御部は、前記キャパシタの電圧が前記第２の基準電圧を下回った後、前記第４の基準電圧を下回るかまたは前記第１の基準電圧を上回るまでは、前記補助装置の運転状態を、前記第４の基準電圧を下回った後の前記補助装置の運転状態よりも消費電力の低い運転状態とする、電源装置。
【請求項１４】
請求項８記載の電源装置であって、
前記補助装置は、前記燃料電池に燃料ガスを供給するための装置を含む、運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃料電池とキャパシタとを備える電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池を備える電源装置の利用方法としては、例えば、電気自動車の駆動用電源として用いる方法が提案されている。燃料電池が発電する電力を、電気自動車の駆動モータに供給することで、車両の駆動力を得ることができる。特開平８−１９１１５号公報では、このような電源装置として、燃料電池に加えてキャパシタを備えるものが開示されている。この電源装置は、大負荷時には、キャパシタから、または燃料電池とキャパシタの両方からエネルギーを供給する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
燃料電池を備える燃料電池システムは、燃料電池の出力特性によって、低出力時には燃料電池システム全体のエネルギ効率が大きく低下するという性質を有している。すなわち、燃料電池を運転する際には、燃料供給に関わる各種ポンプなどが所定の電力を消費するが、発電量が小さいときほど、発電量に対するこのような電力消費量の割合が大きくなる。そのため、低出力時には燃料電池システムのエネルギ効率が低下する。そこで、燃料電池を備える電源装置においては、燃料電池システムの効率が低下する低出力時においても、システム全体のエネルギ効率を充分に確保する構成が望まれていた。
【０００４】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池を備える電源装置において、燃料電池システムのエネルギ効率が低下するのに起因して電源装置全体のエネルギ効率が低下するのを防止する技術を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記目的を達成するために、本発明は、所定の負荷に電力を供給する以下のような電源装置において、所定の処理を行う。この電源装置は、負荷に電力を供給する配線に対して並列に接続される燃料電池システムおよびキャパシタと、キャパシタの電圧を検出する電圧計と、燃料電池システムの運転を制御する制御部と、を備える。燃料電池システムは、燃料電池と、燃料電池による発電のために運転される補助装置と、備える。
【０００６】
上記のような電源装置において、キャパシタの電圧を検出する。燃料電池による発電のために運転される補助装置が運転されている状態において、キャパシタの電圧が第１の基準電圧に達したときに、補助装置の運転を停止する。このような態様とすれば、燃料電池による発電の効率が低い領域において、燃料電池に代えてキャパシタから電力を供給して、燃料電池の補助装置による電力消費を低減することができる。
【０００７】
また、補助装置の運転が停止されている状態において、キャパシタの電圧が第１の基準電圧よりも小さな値を有する第２の基準電圧まで下降したときに、補助装置の運転を開始することが好ましい。このような態様とすれば、負荷の大きさが変動する場合にも、効率的に電力を供給することができる。なお、第２の基準電圧の値を第１の基準電圧の値と等しくすることもできる。
【０００８】
なお、第１および第２の基準電圧は、燃料電池の開放電圧近傍の所定の電圧であることが好ましい。このような態様とすれば、キャパシタに十分に電荷が蓄積されているときに、燃料電池による発電を停止してキャパシタから電力を供給することができる。
【０００９】
また、燃料電池が配線に接続されている状態において、キャパシタの電圧が、第１の基準電圧以下の値を有する第３の基準電圧に達したときに、燃料電池の配線に対する接続を開放することが好ましい。そして、燃料電池の配線に対する接続が開放されている状態において、キャパシタの電圧が、第２の基準電圧以下の値を有する第４の基準電圧まで下降したときに、燃料電池を配線に対して再接続することが好ましい。このような態様とすれば、燃料電池による発電の効率が悪い領域では、燃料電池を回路から切り離して、キャパシタから電力を供給することができる。なお、第３の基準電圧の値は第１の基準電圧の値と等しくすることもできる。そして、第４の基準電圧の値は第２の基準電圧の値と等しくすることもできる。
【００１０】
なお、第３の基準電圧を、第１の基準電圧よりも低く第４の基準電圧以上の値とし、以下のような処理を行うこともできる。すなわち、キャパシタの電圧が、第３の基準電圧を上回った後、第１の基準電圧を上回るか、または第４の基準電圧を下回るまでは、補助装置の運転状態を、キャパシタの電圧が第３の基準電圧より低いときの補助装置の運転状態よりも消費電力の低い運転状態とする。このような態様とすれば、キャパシタ電圧が第３の基準電圧を上回った後、下降に転じて、燃料電池が再び配線に接続された場合にも、速やかに燃料電池から必要なだけの電力を供給することができる。なお、第３の基準電圧の値は第４の基準電圧の値と等しくすることもできる。
【００１１】
また、第４の基準電圧を、第２の基準電圧よりも低く第３の基準電圧以下の値とし、以下のような処理を行うこともできる。すなわち、キャパシタの電圧が第２の基準電圧を下回った後、第４の基準電圧を下回るかまたは第１の基準電圧を上回るまでは、補助装置の運転状態を、第４の基準電圧を下回った後の補助装置の運転状態よりも消費電力の低い運転状態とする。このような態様とすれば、燃料電池が再び配線に接続された場合にも、速やかに燃料電池から必要なだけの電力を供給することができる。なお、第４の基準電圧の値は第３の基準電圧の値と等しくすることもできる。
【００１２】
補助装置は、たとえば、燃料電池に燃料ガスを供給するための装置とすることができる。また、補助装置は、燃料電池に酸素含有ガスを供給するための装置であってもよい。
【００１３】
本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、電源装置の運転方法や、電源装置を備える電気自動車などの形態で実現することが可能である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．装置の全体構成：
Ｂ．燃料電池、二次電池、キャパシタの動作：
Ｂ１．燃料電池の運転：
Ｂ２．二次電池の充放電：
Ｂ３．キャパシタの充放電：
Ｃ．定常運転モードと間欠運転モード：
Ｃ１．定常運転モードと間欠運転モードの切り換え：
Ｃ２．補機の停止：
Ｄ．変形例：
Ｄ１．変形例１：
Ｄ２．変形例２：
Ｄ３．変形例３：
Ｄ４．変形例４：
Ｄ５．変形例５：
Ｄ６．変形例６：
【００１５】
Ａ．装置の全体構成：
図１は、本発明の第１実施例である電気自動車１０の構成の概略を表わすブロック図である。電気自動車１０は、電源装置１５を備えており、電源装置１５から電力を供給される負荷として、高圧補機４０と、駆動インバータ３０を介して電源装置１５に接続される駆動モータ３２とを備えている。これら電源装置１５と負荷との間には、配線５０が設けられており、この配線５０を介して、電源装置１５と負荷との間で電力がやり取りされる。
【００１６】
電源装置１５は、燃料電池システム２２と、キャパシタ２４と、２次電池２６とを備えている。燃料電池システム２２は、後述するように発電の本体である燃料電池を備えている。この燃料電池システム２２が備える燃料電池とキャパシタ２４とは、上記配線５０に対して並列に接続されている。この配線５０には、燃料電池へ電流が逆流するのを防止するためのダイオード４２がさらに設けられている。さらに、配線５０には、この配線５０に対する燃料電池の接続状態を入り切りするスイッチ２０が設けられている。また、配線５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２８に接続しており、このＤＣ／ＤＣコンバータ２８を介して、２次電池２６は配線５０に接続している。また、このような電源装置１５における電圧を測定するために、配線５０には、電圧計５２がさらに設けられている。
【００１７】
図２は、燃料電池システム２２の構成の概略を表わす説明図である。燃料電池システム２２は、燃料電池６０と、燃料ガス供給部６１と、ブロワ６４と、水素循環ポンプ６７と、を備えている。本実施例では、燃料電池６０として、固体高分子型燃料電池を用いた。燃料ガス供給部６１は、内部に水素を貯蔵し、水素ガスを燃料ガスとして燃料電池６０に供給する装置である。燃料ガス供給部６１は、例えば、バルブ６１ｂを備える水素ボンベとすることができる。あるいは、水素吸蔵合金を内部に有する水素タンクを備えることとし、上記水素吸蔵合金に水素を吸蔵させることによって水素を貯蔵することとしてもよい。このような燃料ガス供給部６１が貯蔵する水素ガスは、水素ガス供給路６２を介して燃料電池６０のアノードに供給され、電気化学反応に供される。電気化学反応で利用されなかった残りの水素ガスは、水素ガス排出路６３に排出される。水素ガス排出路６３は、水素ガス供給路６２に接続している。水素ガス排出路６３には水素循環ポンプ６７が設けられている。残余の水素ガスは水素循環ポンプ６７によって水素ガス供給路６２に送られ、再び電気化学反応に供される。また、ブロワ６４が取り込んだ圧縮空気は、酸化ガス供給路６５によって、酸化ガスとして燃料電池６０のカソードに供給される。燃料電池６０から排出されるカソード排ガスは、カソード排ガス路６６に導かれて外部に排出される。なお、燃料電池システム２２において、水素ガスあるいは空気を加湿する加湿器を、水素ガス供給路６２や酸化ガス供給路６５にさらに設けることとしても良い。
【００１８】
図１の２次電池２６としては、鉛蓄電池や、ニッケル−カドミウム蓄電池、ニッケル−水素蓄電池、リチウム２次電池など種々の２次電池を用いることができる。この２次電池２６は、燃料電池システム２２の始動時に、燃料電池システム２２の各部を駆動するための電力を供給したり、燃料電池システム２２の暖機運転が完了するまでの間、各負荷に対して電力を供給する。また、燃料電池６０が定常状態で発電を行なうときにも、負荷が所定の値よりも大きくなる場合には、２次電池２６によって電力を補う。
【００１９】
また、２次電池２６には、２次電池２６の残存容量（ＳＯＣ）を検出するための残存容量モニタ２７が併設されている。本実施例では、残存容量モニタ２７は、２次電池２６における充電・放電の電流値と時間とを積算するＳＯＣメータとして構成されている。あるいは、残存容量モニタ２７は、ＳＯＣメータの代わりに電圧センサによって構成することとしてもよい。２次電池２６は、その残存容量が少なくなるにつれて電圧値が低下するという性質を有しているため、電圧を測定することによって２次電池２６の残存容量を検出することができる。
【００２０】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２８は、目標電圧値を設定することによって、燃料電池６０からの出力電圧を調節し、燃料電池６０の発電量を制御する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２８は、２次電池２６と配線５０との接続状態を制御するスイッチとしての役割も果たしており、２次電池２６において充放電を行なう必要のないときには、２次電池２６と配線５０との接続を開放する。
【００２１】
電源装置１５から電力の供給を受ける負荷の一つである駆動モータ３２は、同期モータであって、回転磁界を形成するための三相コイルを備えている。この駆動モータ３２は、駆動インバータ３０を介して配線５０に接続し、電源装置１５から電力の供給を受ける。駆動インバータ３０は、上記モータの各相に対応してスイッチング素子としてのトランジスタを備えるトランジスタインバータである。駆動モータ３２の出力軸３６は、減速ギヤ３４を介して車両駆動軸３８に接続している。減速ギヤ３４は、駆動モータ３２が出力する動力を、その回転数を調節した上で車両駆動軸３８に伝える。
【００２２】
また、他の負荷である高圧補機４０は、燃料電池６０による発電を行なうために用いる補機類のことである。これらの高圧補機４０は、電源装置１５から供給される電力を、３００Ｖ以上の電圧のまま利用する装置である。高圧補機４０としては、例えば、燃料電池６０に空気を供給するためのブロワ６４や、水素ガス排出路６３と水素ガス供給路６２との間で水素ガスを循環させるための水素循環ポンプ６７が挙げられる（図２参照）。さらに、燃料電池６０を冷却するために、燃料電池６０内部に冷却水を循環させるための冷却ポンプ（図示せず）も、高圧補機４０に含まれる。これらの装置は、燃料電池システム２２に含まれる装置であるが、図１においては、電源装置１５の外側に、高圧補機４０として示した。
【００２３】
また、電気自動車１０は、制御部４８をさらに備えている。制御部４８は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、詳しくは、予め設定された制御プログラムに従って所定の演算などを実行するＣＰＵと、ＣＰＵで各種演算処理を実行するのに必要な制御プログラムや制御データ等が予め格納されたＲＯＭと、同じくＣＰＵで各種演算処理をするのに必要な各種データが一時的に読み書きされるＲＡＭと、各種の信号を入出力する入出力ポート等を備える。この制御部４８は、既述した電圧計５２による検出信号や、残存容量モニタ２７が出力する信号、あるいは、車両の運転に関して入力される指示信号を取得する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２８，スイッチ２０，燃料電池システム２２、駆動インバータ３０、高圧補機４０などに駆動信号を出力する。
【００２４】
Ｂ．燃料電池、二次電池、キャパシタの動作：
Ｂ１．燃料電池の運転：
電気自動車１０の運転時には、制御部４８が、車両における車速やアクセル開度に基づいて、所望の走行状態を実現するために必要な電力を算出する。電気自動車１０が、燃料電池によって必要なエネルギーを得る「定常運転モード」にあるときには、制御部４８は、上記必要な電力に加えて、高圧補機４０が要求する電力や、２次電池２６の残存容量にさらに基づいて、燃料電池６０が出力すべき電力を算出する。以下で、燃料電池、二次電池、キャパシタの動作について説明する。
【００２５】
図３は、燃料電池６０における出力電流と、出力電圧あるいは出力電力との関係を示すグラフである。図３に示すように、燃料電池６０から出力すべき電力ＰＦＣが定まれば、燃料電池６０の出力電力の特性を表す曲線より、そのときの燃料電池６０の出力電流の大きさＩＦＣが定まる。出力電流ＩＦＣが定まれば、燃料電池６０の電流−電圧の特性を表す曲線（以下、この曲線を燃料電池の「特性曲線」と呼ぶことがある。）より、そのときの燃料電池６０の出力電圧ＶＦＣが定まる。このようにして求めた出力電圧ＶＦＣを、制御部４８が目標電圧としてＤＣ／ＤＣコンバータ２８に対して指令することによって、燃料電池６０の発電量が所望量となるように制御される。
【００２６】
図４は、燃料電池のブロワの運転状態を定めるフローチャートである。燃料電池システム２２には、図２に示すように、ブロワ６４や水素循環ポンプ６７などの高圧補機４０が含まれる。制御部４８は、上述のようにして燃料電池６０の出力電流、出力電圧を定め、それらの値に基づいて、ブロワ６４や水素循環ポンプ６７などの、燃料電池による発電のために運転される高圧補機４０の運転状態を定める。たとえば、ブロワ６４に対する指示は、以下のように行われる。まず、図４のステップＳ１０で、制御部４８は、出力電流ＩＦＣを流すのに燃料電池６０が必要とする空気量を計算する。そして、ステップＳ２０で、燃料電池６０が必要とする空気量を供給するのに必要な、ブロワ６４の回転数を計算する。そして、ステップＳ３０で、ブロワ６４の回転数指令値をブロワ６４に対して出力する。水素循環ポンプ６７などの他の補機類に対する指令値も、同様に、燃料電池６０の出力電流ＩＦＣ、出力電圧ＶＦＣに基づいて計算され、出力される。
【００２７】
なお、図３に示したような、燃料電池６０の出力電流に対する出力電圧の値、あるいは出力電力の値は、燃料電池６０の内部温度によって変化する。したがって、上記のように燃料電池６０の出力電圧（目標電圧）ＶＦＣを定めるときには、燃料電池６０の内部温度をさらに考慮することが望ましい。
【００２８】
Ｂ２．二次電池の充放電：
本実施例の電気自動車１０では、負荷の大きさが所定の値以上であって、２次電池２６の残存容量が充分に大きい場合には、２次電池２６からも負荷に対して電力が供給される。このような場合には、制御部４８は、２次電池２６からも電力が供給されることを考慮して、燃料電池６０が出力すべき電力を決定し、ＤＣ／ＤＣコンバータ２８における目標電圧を設定する。図３に示すように、燃料電池６０の出力電圧は、負荷が大きく出力電流が大きいほど低くなる。また、２次電池２６は、残存容量が大きいほど、その出力電圧が高くなるという性質を有している。そのため、負荷の大きさが所定の値以上であって、２次電池２６の残存容量が充分に大きい場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２８における目標電圧、すなわち、燃料電池６０の出力電圧は、２次電池２６の出力電圧よりも低い値となる。これによって、燃料電池６０からだけでなく、２次電池２６からも高圧補機４０あるいは駆動モータ３２に対して電力が供給されるようになる。
【００２９】
これに対して、２次電池２６の残存容量が所定の値以下になると、２次電池２６を充電する必要が生じる。このとき、負荷の大きさがある程度小さく、燃料電池６０の出力に余裕がある場合には、燃料電池６０によって２次電池２６の充電が行なわれる。２次電池２６の充電を行なう場合には、負荷に対して供給すべき電力に加えて、この２次電池２６を充電するための電力が得られるように、燃料電池６０が出力すべき電力、すなわち燃料電池６０の運転状態が決定される（図３参照）。２次電池２６は、残存容量が少ないほど、その出力電圧が低くなるという性質を有している。そのため、２次電池２６の残存容量が所定の値以下の場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２８において設定される目標電圧、すなわち燃料電池６０の出力電圧は、２次電池２６の出力電圧よりも高い値となる。これによって、燃料電池６０は、高圧補機４０あるいは駆動モータ３２に対して電力が供給するだけでなく、２次電池２６の充電を行なうようになる。
【００３０】
Ｂ３．キャパシタの充放電：
また、本実施例の電気自動車１０では、キャパシタ２４も充放電を繰り返す。キャパシタ２４は、これに残存する電荷量と出力電圧とが１対１に対応しており、残存する電荷量が多いときほど出力電圧が高く、少ないときほど出力電圧が低くなる。キャパシタ２４は、図１に示すように、配線５０に対して燃料電池６０と並列に接続されている。そのため、燃料電池６０の発電時に負荷の大きさが変動して配線５０における電圧（電圧計５２によって測定可能である）が変動すると、キャパシタ２４の電荷量は、配線５０の電圧に応じて変化する。配線５０の電圧が上昇するときには、キャパシタ２４は、燃料電池６０から電力の供給を受け、キャパシタ電圧が配線５０の電圧に等しくなるまで残存電荷量を増す。また、配線５０の電圧が低下するときには、キャパシタ２４は、燃料電池６０と共に負荷に対して電力を供給し、キャパシタ電圧が配線５０の電圧に等しくなるまで残存電荷量を減らす。すなわち、キャパシタ２４は、配線５０の電圧に応じて充放電を行なう。
【００３１】
電気自動車１０では、制動時（車両の走行時に運転者がブレーキを踏み込む動作を行なったとき）には、駆動モータ３２を発電機として用いることによって、車軸の有する運動エネルギを電気エネルギに変換し、これを回収する。本実施例では、このような回生において電力として回収されるエネルギは、キャパシタ２４によって吸収される。キャパシタ２４は、上記２次電池２６に比べてパワー密度の高い蓄電手段であり、充放電効率も高い蓄電手段である。すなわち、短時間のうちに充放電可能な電力量が多い。したがって、キャパシタ２４を用いることで、車両の運転者がブレーキを踏み込むような短い制動時間に回生運転モードを実行する際に、回生によって生じた電力を効率よく回収することができる。
【００３２】
電気自動車１０において、駆動モータ３２が発電し回生が行われると、駆動モータ３２側から駆動インバータ３０を介して配線５０に対して電力が供給される。本実施例では、このような回生時に駆動モータ３２から配線５０に対して電力が供給されるときの電圧（以下、説明を簡単にするために「駆動モータ３２からの出力電圧Ｖｇ」という）は、駆動モータの回転数や加速度の大きさによって変動するが、定常運転モード時に燃料電池６０から電力が供給される際の配線５０の電圧の上限よりも高くなりうるように設定されている。
【００３３】
図３に示すように、燃料電池６０の出力電圧は、負荷が大きく出力電流が大きいほど低くなる。よって、燃料電池６０から電力が供給される際の配線５０の電圧の上限は、燃料電池６０の開放電圧ＯＣＶである。燃料電池６０の「開放電圧」とは、燃料電池６０を回路から切り離した状態での、燃料電池６０の端子間電圧である。スイッチ２０がＯＮであり、燃料電池６０とキャパシタ２４が並列に接続されているときには、キャパシタ２４の端子間電圧は燃料電池６０の出力電圧と等しくなっている。よって、燃料電池６０から電力が供給される際には、キャパシタ２４の端子間電圧は、最大でも開放電圧ＯＣＶである。
【００３４】
これに対して、駆動モータ３２からの出力電圧Ｖｇは、前述のように燃料電池６０の開放電圧ＯＣＶよりも高い値を取りうる。よって、制御部４８が、駆動モータ３２からの出力電圧Ｖｇを、キャパシタ２４の端子間電圧よりも高く設定することで、駆動モータ３２が発電した回生エネルギーはキャパシタ２４に蓄えられる。その結果、キャパシタ２４の端子間電圧が燃料電池の開放電圧ＯＣＶを上回ることもある。回路５０には、ダイオード４２が設けられているので、キャパシタ２４の端子間電圧が燃料電池の開放電圧ＯＣＶを上回っても、キャパシタ２４から燃料電池システム２２に向けて電流が流れることはない。
【００３５】
Ｃ．定常運転モードと間欠運転モード：
Ｃ１．定常運転モードと間欠運転モードの切り換え：
図５は、燃料電池６０の出力の大きさと、エネルギ効率との関係を表わす説明図である。図５（Ａ）は、燃料電池６０の効率および燃料電池の補機類が要する動力と、燃料電池６０の出力との関係を示す。図５（Ａ）に示すように、燃料電池６０の出力が大きくなるほど、燃料電池６０単体での発電効率は次第に低下する。一方で、燃料電池６０の出力が小さくなっても、燃料電池の補機類を駆動するために消費する動力は、それに比例して小さくなるわけではない。したがって、燃料電池６０の出力が小さくなると、燃料電池６０の出力に対する燃料電池の補機類が消費する動力は相対的に大きくなる。
【００３６】
図５（Ｂ）は、燃料電池６０の出力と、燃料電池システム２２全体の効率との関係を示す。図５（Ａ）に示した燃料電池６０単体の効率と燃料電池の補機類の消費する動力に基づいて、燃料電池システム２２全体の効率を求めると、図５（Ｂ）に示すようになる。すなわち、システム効率は、燃料電池６０の出力が所定の値のときに最も高くなり、燃料電池６０の出力が小さいときには、燃料電池システム２２全体のエネルギ効率が低くなる。例えば出力がＰ０以下の領域では、図５に示すように、システム効率Ｅ０は、最大効率の６割程度と極端に低くなる。
【００３７】
本実施例の電気自動車１０では、燃料電池システム２２全体の効率が悪くなる低負荷時には、燃料電池システム２２を回路５０から切り離し、燃料電池６０によるモータ３２への電力の供給を停止する。これにより、システム全体のエネルギ効率が低下するのを防止する。燃料電池システム２２が回路に接続され、燃料電池６０が負荷の大きさに応じた電力をモータ３２に供給するような運転状態を、「定常運転モード」と呼ぶ。これに対して、キャパシタ２４によってモータ３２に電力が供給され、燃料電池６０は負荷の大きさに応じた電力をモータ３２に供給しない運転状態を「間欠運転モード」と呼ぶ。
【００３８】
図６は、電気自動車１０の運転モードの切換え手順を表わすフローチャートである。本ルーチンは、定常運転モードにおいて開始される。定常運転モードにおいては、燃料電池６０の高圧補機４０は、負荷に応じて燃料電池６０がモータ３２に電力を供給できるように、運転される。このような運転を、高圧補機４０の「定常運転」と呼ぶ。本ルーチンが実行されると、制御部４８は、まず、電圧計５２が検出する配線５０の電圧値ＶＣを読み込む（ステップＳ１１０）。そして、この電圧値ＶＣと、あらかじめ定めた所定の基準電圧値Ｖ２とを比較する（ステップＳ１２０）。
【００３９】
基準電圧値Ｖ２とは、定常運転モードから間欠運転モードに切り替えるか否かの判断を行なうための基準として、予め制御部４８内に記憶されているものである。配線５０の電圧値ＶＣが基準電圧値Ｖ２よりも小さい場合に、燃料電池システム２２全体のエネルギ効率が許容できる程度となるように、基準電圧値Ｖ２は定められる。基準電圧値Ｖ２は燃料電池６０の開放電圧ＯＣＶよりもある程度低い値に設定される。図３に示すように、燃料電池６０の電圧は、開放電圧ＯＣＶより低い値しかとりえず、また、図３および図５（Ａ），図５（Ｂ）に示すように、燃料電池６０の電圧が高く出力電力が低い状態では、燃料電池システム２２全体のエネルギ効率が低くなるためである。基準電圧値Ｖ２が、特許請求の範囲にいう「第３の基準電圧」である。基準電圧値Ｖ２は、たとえば、燃料電池の開放電圧の８０〜９０％の値とすることができる。
【００４０】
ステップＳ１２０において、配線５０の電圧値ＶＣが基準電圧値Ｖ２よりも小さいと判断され、ステップＳ１２０の判定結果がＮｏとなるときには、ステップＳ１１０に戻る。すなわち、定常運転モードが維持される。その後、配線５０の電圧値ＶＣが基準電圧値Ｖ２以上となるまで、ステップＳ１１０およびステップＳ１２０の動作が繰り返される。この間、電気自動車１０は、定常運転モードを維持する。
【００４１】
ステップＳ１２０において、配線５０の電圧値ＶＣが基準電圧値Ｖ２以上であると判断され、ステップＳ１２０の判定結果がＹｅｓとされると、制御部４８は、スイッチ２０に駆動信号を出力してこれを開状態とする（ステップＳ１３０）。このようにスイッチ２０を開状態とすると、燃料電池６０の回路５０に対する接続が開放されるため（図１参照）、燃料電池６０からモータ３２への電力の供給は停止される。モータ３２へは、キャパシタ２４から電力が供給されるようになり、電気自動車１０は、間欠運転モードに移行する。燃料電池６０の高圧補機４０は、ステップＳ１３０以降では、一定の低出力で運転される。この間欠運転モードにおける一定の低出力での高圧補機４０の運転を「待機運転」と呼ぶ。「待機運転」とは、各補機の単位時間当たりの消費電力が「定常運転」における最低の単位時間当たりの消費電力よりも小さくなるような、補機の運転状態である。一方、キャパシタ２４は、既述したようにパワー密度が高く、充放電効率も高い。このため、キャパシタ２４は、スイッチ２０が開状態とされたときに、速やかに負荷が要求する電力を出力することができる。
【００４２】
間欠運転モードに移行すると、制御部４８は、再び電圧計５２が検出する配線５０の電圧値ＶＣの読み込みを行なう（ステップＳ１４０）。次に、読み込んだ電圧値ＶＣと、基準電圧値Ｖ１とを比較する（ステップＳ１５０）。ここで、基準電圧値Ｖ１とは、間欠運転モードから通常運転モードに切り替えるか否かの判断を行なうための基準として、予め制御部４８内に記憶されているものである。基準電圧値Ｖ１は、既述した基準電圧値Ｖ２の近傍の値であるが基準電圧値Ｖ２よりも低い値として設定されている。基準電圧値Ｖ１は、基準電圧値Ｖ２の近傍の値であるため、配線５０の電圧値ＶＣが基準電圧値Ｖ１以下である場合には、燃料電池システム２２全体のエネルギ効率は許容できる程度となる。なお、基準電圧値Ｖ２は、基準電圧値Ｖ２の８０％以上１００％未満の値とすることができる。この基準電圧値Ｖ１は、基準電圧値Ｖ２の９０％以上であることが好ましく、さらに、基準電圧値Ｖ２の９５％以上であることが好ましい。基準電圧値Ｖ１が、特許請求の範囲にいう「第４の基準電圧」である。
【００４３】
ステップＳ１５０において、配線５０の電圧値ＶＣが基準電圧値Ｖ１よりも大きいと判断され、ステップＳ１５０の判定結果がＮｏとなるときには、処理は、燃料電池の補機停止ルーチンであるステップＳ１６０を経て、ステップＳ１４０に戻る。そして、配線５０の電圧値ＶＣが基準電圧値Ｖ１以下になるまで、ステップＳ１４０〜Ｓ１６０の動作が繰り返される。すなわち、配線５０の電圧値ＶＣが基準電圧値Ｖ１よりも大きいときには、「間欠運転モード」が維持される。その間、制御部４８は、燃料電池６０の高圧補機４０について待機運転を行うか、または後述するように高圧補機４０の運転を停止する。
【００４４】
配線５０の電圧値ＶＣが基準電圧値Ｖ１よりも大きいときに燃料電池システム２２で電力の供給を行うこととすると、前述のように、出力電力に対する高圧補機４０の消費電力の割合が大きくなるので、電気自動車１０全体として効率が低くなる。このため、本実施例においては、ＶＣが基準電圧値Ｖ１よりも大きいときには、燃料電池６０を回路５０から切り離し、キャパシタ２４からモータ３２に電力を供給する。そして、燃料電池６０の高圧補機４０については、待機運転するかまたは運転を停止することとして、電気自動車１０全体の効率を高く維持するものである。
【００４５】
ステップＳ１５０において、配線５０の電圧値ＶＣが基準電圧値Ｖ１以下であると判断され、ステップＳ１５０の判定結果がＹｅｓとなると、制御部４８は、スイッチ２０に駆動信号を出力してこれを閉状態とし（ステップＳ１７０）、燃料電池システム２２を、負荷に応じてモータ３２に電力を供給するように運転する。すなわち、燃料電池６０の高圧補機４０の運転を定常運転に切り換える。ステップＳ１７０の処理によって、燃料電池６０によるモータ３２への電力の供給が再開される。そして、電気自動車１０は定常運転モードに移行する。その後、制御部４８は、処理を終了する。
【００４６】
図７は、定常運転モードと間欠運転モードとが交互に切り替わるときの、燃料電池６０の出力電圧およびキャパシタ２４の電圧を示す説明図である。ステップＳ１３０においてスイッチ２０を開状態とし、定常運転モードから間欠運転モードに切り替わったときを、図７に「ＯＦＦ」と記載して示す。そして、ステップＳ１７０においてスイッチ２０を閉状態とし、間欠運転モードから定常運転モードに切り替わったときを、図７に「ＯＮ」と記載して示す。
【００４７】
たとえば、グラフ中の状態ｐ１において、電気自動車１０は間欠運転モードから定常運転モードに移行している。定常運転モードにおいては、燃料電池システム２２とキャパシタ２４は並列に接続されるので、図７においても、キャパシタ電圧と燃料電池の電圧とは一致している。その後、状態ｐ２を経て、状態ｐ３において電気自動車１０は定常運転モードから間欠運転モードに移行している。
【００４８】
間欠運転モードにおいては、燃料電池システム２２が回路５０から切り離される。そして、制御部４８は、燃料電池システム２２を待機運転する。このため、間欠運転モードにおいては、キャパシタ電圧が電気自動車の運転状態に応じて変化するのに対して、燃料電池６０の電圧は、待機運転による一定電圧となる。待機運転は低出力の運転であるため、間欠運転モードにおいては、燃料電池６０の端子間電圧はＯＣＶ近辺の値となる。図７において、燃料電池６０の端子間電圧を一点鎖線で示す。状態ｐ３以降、間欠運転モードで運転された電気自動車１０は、その後、状態ｐ４を経て、状態ｐ５で再び定常運転モードに移行している。
【００４９】
間欠運転モードにおいては、キャパシタ２４がモータ３２に電力を供給するので、時間の経過とともにキャパシタ電圧は低下するはずである。しかし、図７中、間欠運転モードにおいてもキャパシタ電圧が上昇している場合がある。これは、そのときに回生が行われているためである。回生が行われる結果、状態ｐ４近傍において、キャパシタ電圧は、燃料電池の開放電圧ＯＣＶを超える値となっている。
【００５０】
一方、定常運転モードにおいては、燃料電池６０が電力を供給しているため、燃料電池６０の出力電圧の指令値が燃料電池６０およびキャパシタ２４の電圧となる。よって、図３に示した燃料電池の特性より、燃料電池６０が比較的多くの電力を供給する場合は、燃料電池６０およびキャパシタ２４の電圧は低くなり、燃料電池６０が比較的少ない電力を供給する場合は、燃料電池６０およびキャパシタ２４の電圧は高くなる。ただし、定常運転モードにおいても回生が行われるため、電圧計５２によって測定されるキャパシタ２４の電圧は、回生によって上昇することがある。
【００５１】
なお、間欠運転モード時には、上記のようにキャパシタ２４から負荷に対して電力を供給するだけでなく、さらに２次電池からも負荷に対して電力を供給することとしても良い。間欠運転モードとすべき低負荷状態が長く続くときや、２次電池２６の残存容量が充分に多いときには、キャパシタ２４に加えて、さらに２次電池２６を用いることとしてもよい。
【００５２】
Ｃ２．補機の停止：
図８は、補機停止ルーチンＳ１６０の内容を示すフローチャートである。補機停止ルーチンＳ１６０では、状況に応じて、燃料電池６０による発電を行なうために用いる高圧補機４０の運転を停止する処理が行われる。補機停止ルーチンにおいては、制御部４８は、まず、ステップＳ２１０で、高圧補機４０が待機運転されているか否かを判定する。高圧補機４０が待機運転中であり、ステップＳ２１０の判定結果がＹｅｓとなった場合は、次に、ステップＳ２２０で、配線５０の電圧値ＶＣが基準電圧値Ｖ０１よりも大きいか否かが判定される。
【００５３】
基準電圧値Ｖ０１は、燃料電池６０の開放電圧ＯＣＶの近傍の値である。基準電圧値Ｖ０１は、燃料電池６０の高圧補機４０を停止するか否かの判断を行なうための基準として、予め制御部４８内に記憶されている。基準電圧値Ｖ０１は、以下のような条件を満たすように設定される。すなわち、配線５０の電圧値ＶＣが基準電圧値Ｖ０１よりも大きく燃料電池６０の高圧補機４０が停止されている状態から、電圧値ＶＣが基準電圧値Ｖ０１を下回り、電気自動車１０が定常運転モードに移行しても、燃料電池６０の高圧補機４０が定常状態に移行し指定された電力を供給できる状態になるまでの間、電気自動車１０の運転に支障が出ないようにキャパシタ２４が電力を供給できるだけの値に、基準電圧値Ｖ０１は設定される。基準電圧値Ｖ０１が、特許請求の範囲にいう「第１の基準電圧」である。
【００５４】
基準電圧値Ｖ０１は、たとえば燃料電池６０の開放電圧ＯＣＶ近傍の値とすることができる。「燃料電池６０の開放電圧ＯＣＶ近傍の値」とは、燃料電池６０の開放電圧ＯＣＶ近傍の値の８０％以上１２０％未満の値を意味する。この基準電圧値Ｖ０１は、基準電圧値Ｖ２の９０％以上１１０％未満であることが好ましく、さらに、基準電圧値Ｖ２の９５％以上１０５％未満であることが好ましい。
【００５５】
ステップＳ２２０において、電圧値ＶＣが基準電圧値Ｖ０１よりも大きく、ステップＳ２２０の判定結果がＹｅｓである場合には、ステップＳ２３０で高圧補機４０の運転が停止される。電圧値ＶＣが基準電圧値Ｖ０１以下であり、ステップＳ２２０の判定結果がＮｏである場合には、ステップＳ２４０で高圧補機４０の待機運転が継続される。
【００５６】
一方、ステップＳ２１０において高圧補機４０が待機運転されておらず、ステップＳ２１０の判定結果がＮｏとなった場合は、次に、ステップＳ２５０で、配線５０の電圧値ＶＣが基準電圧値Ｖ０２未満であるか否かが判定される。
【００５７】
基準電圧値Ｖ０２は、燃料電池６０の開放電圧ＯＣＶの近傍の値である。基準電圧値Ｖ０２は、燃料電池６０の高圧補機４０の運転を再開するか否かの判断を行なうための基準として、予め制御部４８内に記憶されている。基準電圧値Ｖ０２は、以下の条件を満たすように設定される。すなわち、配線５０の電圧値ＶＣが基準電圧値Ｖ０２よりも大きく燃料電池６０の高圧補機４０が停止されている状態から、電圧値ＶＣが基準電圧値Ｖ０２を下回り、電気自動車１０が定常運転モードに移行しても、燃料電池６０の高圧補機４０が定常状態に移行し指定された電力を供給できる状態になるまでの間、電気自動車１０の運転に支障が出ないようにキャパシタ２４が電力を供給できるだけの値に、基準電圧値Ｖ０２は設定される。基準電圧値Ｖ０２は、燃料電池６０の開放電圧ＯＣＶ近傍の値であって、基準電圧値Ｖ０１以下の値とすることが好ましい。基準電圧値Ｖ０２が、特許請求の範囲にいう「第２の基準電圧」である。
【００５８】
電圧値ＶＣが基準電圧値Ｖ０２以上であり、ステップＳ２５０の判定結果がＮｏである場合には、ステップＳ２６０で高圧補機４０の停止が維持される。電圧値ＶＣが基準電圧値Ｖ０２より低く、ステップＳ２５０の判定結果がＹｅｓである場合には、ステップＳ２７０で高圧補機４０の待機運転が再開される。
【００５９】
キャパシタ２４の端子間電圧がＯＣＶより高いときには、キャパシタ２４の端子間電圧は燃料電池６０の電圧よりも高くなる（図３参照）。よって、キャパシタ２４の端子間電圧がＯＣＶより高いときには、スイッチ２０の状態によらず、燃料電池６０からモータ３２には電力は供給されない。よって、燃料電池６０の高圧補機４０を停止するか否か、高圧補機４０の待機運転を再開するか否かの判断を行なうための基準である基準電圧値Ｖ０１、Ｖ０２を、燃料電池６０の開放電圧ＯＣＶ近傍の値とすれば、燃料電池６０がモータ３２に電力を供給しない状態のときに、高圧補機４０を停止するという制御を行うことができる。
【００６０】
図９は、図７における状態ｐ３から状態ｐ５までの間欠運転モードの区間を拡大して示した図である。図９の状態ｐ３においては、電気自動車１０は間欠運転モードに移行した直後である。基準電圧値Ｖ２は、ＯＣＶよりも低い値に設定されているので、このとき、燃料電池６０の高圧補機４０は、定常運転から待機運転に移行して、待機運転を行っている（図６のステップＳ１３０参照）。したがって、ステップＳ２１０の判定結果は、Ｙｅｓとなる。また、図９の状態ｐ３においては、電圧はＶ０１よりも低いため、ステップＳ２２０における判定結果はＮｏとなり、ステップＳ２４０において高圧補機４０の待機運転は継続される。
【００６１】
図９においては、状態ｐ３から時間の経過とともに電圧ＶＣが上昇しているが、状態ｐ６に至るまでは、電圧ＶＣはＶ０１を超えていない。したがって、運転状態が状態ｐ３から状態ｐ６にある間の区間Ｐｒ１においては、補機停止ルーチンＳ１６０内においては、ステップＳ２１０，Ｓ２２０，Ｓ２４０の処理が行われ、高圧補機４０は待機運転される。電気自動車１０の運転状態が図９の状態ｐ６を超えると、電圧ＶＣがＶ０１を超えるので、ステップＳ２２０の判定結果はＹｅｓとなる。その結果、ステップＳ２３０において高圧補機４０の運転が停止される。
【００６２】
図９においては、状態ｐ３から時間の経過とともにキャパシタ電圧ＶＣが上昇しているが、電圧ＶＣが減少していった場合には、キャパシタ電圧ＶＣが基準電圧値Ｖ１を下回った時点でステップＳ１５０（図６参照）の判定結果がＹｅｓとなる。そして、ステップＳ１７０で、高圧補機４０は定常運転を開始される。すなわち、ステップＳ１３０で開始された高圧補機４０の待機運転は、キャパシタ電圧ＶＣが基準電圧値Ｖ１を下回り、ステップＳ１７０で定常運転が開始されることで終了するか（図６参照）、または、キャパシタ電圧ＶＣが基準電圧値Ｖ０１を上回り、ステップＳ２３０（図８参照）で運転を停止されることで終了する。
【００６３】
ステップＳ２３０で高圧補機４０の運転が停止されると、その後は、ステップＳ２１０の判定結果はＮｏとなり、ステップＳ２５０で、配線５０の電圧値ＶＣが基準電圧値Ｖ０２未満であるか否かが判定される。状態ｐ６以降、電圧ＶＣの値は上昇したり下降したりしているが、状態ｐ７に至るまでは、Ｖ０２よりも高い値を保っている。したがって、運転状態が状態ｐ６から状態ｐ７にある間の区間Ｐｒ２においては、高圧補機４０の運転は停止される。電気自動車１０の運転状態が図９の状態ｐ７を超えると、電圧ＶＣがＶ０２を下回るので、ステップＳ２５０の判定結果はＹｅｓとなる。その結果、ステップＳ２７０において高圧補機４０の待機運転が再開される。その後、運転状態が状態ｐ５に至ると、電気自動車１０は、定常運転モードに移行する（図７参照）。その結果、燃料電池６０の高圧補機４０も、定常運転される。すなわち、運転状態が状態ｐ７から状態ｐ５にある間の区間Ｐｒ３においては、区間Ｐｒ１と同様、間欠運転モード中にあって燃料電池６０の高圧補機４０は待機運転される。
【００６４】
図９においては、状態ｐ７から時間の経過とともにキャパシタ電圧ＶＣが下降しているが、電圧ＶＣが上昇していった場合には、キャパシタ電圧ＶＣが基準電圧値Ｖ０１を上回った時点でステップＳ２２０（図８参照）の判定結果がＹｅｓとなる。そして、ステップＳ２３０で、高圧補機４０の運転が停止される。すなわち、ステップＳ２７０で開始された高圧補機４０の待機運転は、キャパシタ電圧ＶＣが基準電圧値Ｖ１を下回り、ステップＳ１７０で定常運転が開始されることで終了するか（図６参照）、または、キャパシタ電圧ＶＣが基準電圧値Ｖ０１を上回り、ステップＳ２３０（図８参照）で運転を停止されることで終了する。
【００６５】
第１実施例においては、キャパシタ電圧ＶＣが基準電圧値Ｖ２を超えてから基準電圧値Ｖ１を下回るまでの間、間欠運転モードによる運転が行われ、燃料電池６０によるモータ３２への負荷に応じた電力の供給は行われない。そして、間欠運転モード中は、燃料電池６０の高圧補機４０が待機運転され（図９の区間Ｐｒ１，Ｐｒ３）、または高圧補機４０の運転が停止される（図９の区間Ｐｒ２）。したがって、モータ３２が低出力で運転されるときにも燃料電池６０によって負荷に応じた発電が行われる場合に比べて、電気自動車１０全体の効率を高くすることができる。
【００６６】
また、キャパシタ電圧ＶＣが基準電圧値Ｖ０２を下回ると定常運転モードへの以降に先立って高圧補機４０が待機運転されるので（図９の区間Ｐｒ３）、定常運転モードに移行した直後も、燃料電池システム２２の発電量の時間遅れが少ない。さらに、キャパシタ電圧ＶＣが基準電圧値Ｖ０１を上回るまでは、間欠運転モードにおいても高圧補機４０が待機運転される（図９の区間Ｐｒ１）。このため、電気自動車１０が間欠運転モードに移行した後、すぐにキャパシタ電圧が下がって再度、定常運転モードに移行しても、燃料電池システム２２の発電量の時間遅れが少ない。
【００６７】
また、第１実施例においては、高圧補機４０の運転再開の判定基準となる基準電圧値Ｖ０２が、高圧補機４０の運転停止の判定基準となる基準電圧値Ｖ０１よりも低い値に設定されている。このため、キャパシタ電圧ＶＣが微小変動を繰り返しても、その変動範囲がＶ０１とＶ０２の間にある限り、高圧補機４０の運転停止と再開が頻繁に繰り返されることがない。
【００６８】
また、第１実施例においては、間欠運転モードへの移行の判定基準となる基準電圧値Ｖ１が、定常運転モードへの移行の判定基準となる基準電圧値Ｖ２よりも低い値に設定されている。このため、キャパシタ電圧ＶＣが微小変動を繰り返しても、その変動範囲がＶ１とＶ２の間にある限り、定常運転モードと間欠運転モードとが頻繁に繰り返されることがない。
【００６９】
また、第１実施例においては、Ｖ０１＞Ｖ２、Ｖ０２＞Ｖ１の関係が成立している。このため、高圧補機４０を停止している状態の前後に、待機運転を行うことができる。
【００７０】
さらに、第１実施例においては、基準電圧値Ｖ０１とＶ０２が、燃料電池の開放電圧ＯＣＶ近傍の値に設定されている。このため、高圧補機４０の運転を再開してから、電気自動車１０が燃料電池６０から電力を得る定常運転モードに移行するまでの間、キャパシタ２４に蓄えられたエネルギーで、十分、電気自動車１０を運転することができる。
【００７１】
Ｄ．変形例：
この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００７２】
Ｄ１．変形例１：
図１０は、間欠運転モード中のキャパシタ電圧ＶＣの変化を示した図である。図１０に示す態様は、図８に示す処理において、基準電圧値Ｖ０１と基準電圧値Ｖ０２をともに同じ値Ｖ０１２とした場合の態様である。図１０に示す態様においては、配線５０の電圧値ＶＣが基準電圧値Ｖ０１２よりも大きいときに、燃料電池６０の高圧補機４０の運転を停止し、電圧値ＶＣが基準電圧値Ｖ０１２よりも低くなったときに、燃料電池６０の高圧補機４０の待機運転を再開する。その結果、間欠運転モード中において、区間Ｐｒ４と区間Ｐｒ６においては高圧補機４０は待機運転され、区間Ｐｒ５においては、高圧補機４０は停止される。このような態様としても、電気自動車１０全体の効率を高くすることができる。
【００７３】
上記実施例では、配線５０の電圧値ＶＣが基準電圧値Ｖ０１よりも大きいときに、燃料電池６０の高圧補機４０の運転を停止し、電圧値ＶＣが基準電圧値Ｖ０２よりも低くなったときに、燃料電池６０の高圧補機４０の待機運転を再開していた。しかし、これら二つの基準電圧値は、図１０に示す態様のように、同じ値Ｖ０１２であってもよい。また、基準電圧値Ｖ０１、Ｖ０２は、いずれも燃料電池６０の開放電圧ＯＣＶよりも高い値であったが、高圧補機４０の待機運転を行うか、高圧補機４０を停止するかの判断の基準となる電圧は、図１０に示す態様のように、燃料電池６０の開放電圧ＯＣＶよりも低い値であってもよい。
【００７４】
Ｄ２．変形例２：
図１１は、間欠運転モード中のキャパシタ電圧ＶＣの変化を示した図である。図１１に示す態様においては、高圧補機４０の運転を停止すべきか否かを判断するための電圧値Ｖ０１（図８のステップＳ２２０参照）が、定常運転モードから間欠運転モードに移行すべきか否かの判断の基準値である基準電圧値Ｖ２（図６のステップＳ１２０参照）と等しい。そして、高圧補機４０の運転を再開すべきか否かを判断するための電圧値Ｖ０２（図８のステップＳ２５０参照）が、間欠運転モードから定常運転モードに移行すべきか否かの判断の基準値である基準電圧値Ｖ１（図６のステップＳ１５０参照）と等しい。その結果、高圧補機４０の運転を停止する前の待機運転、および運転再開時の待機運転は行われない。
【００７５】
上記のような態様とする結果、区間Ｐｒ７で示す間欠運転モード中において、高圧補機４０は停止される。このような態様としても、電気自動車１０全体の効率を高くすることができる。なお、間欠運転モードから定常運転モード平行した直後は、水素ガスや圧縮空気が制御部４８が計算した量だけ燃料電池６０に送られない可能性もある（図２参照）。しかし、キャパシタ２４の容量を十分に大きく取っておけば、その間の電力は、キャパシタ２４から供給されうる。
【００７６】
Ｄ３．変形例３：
上記の実施例では、所定の条件下で高圧補機４０を停止し、または待機運転することで、電気自動車１０全体としての効率を高めていた。そして、高圧補機４０の例として、酸素含有ガスである圧縮空気を燃料電池６０に送るブロワ６４（図２参照）、燃料ガスである水素を燃料電池６０に送る水素循環ポンプ６７（図２参照）、燃料電池６０内部に冷却水を循環させるための冷却ポンプ（図示せず）などを示した。しかし、所定の条件下で運転を停止し、または待機運転を行う補助装置はこれらに限られるものではない。たとえば、燃料電池を運転する際に使用される各バルブやセンサなど、高圧機器以外の機器について、運転を停止等することとしてもよい。すなわち、燃料電池による発電のために運転される補助装置を、所定の条件下で停止したり、待機運転することで、電気自動車１０全体としての効率を高めることができる。
【００７７】
Ｄ４．変形例４：
図６に示した間欠運転判断処理ルーチンにおいては、運転状態を、定常運転モードから間欠運転モードに変更するかどうかの判断は、配線５０の電圧に基づいて行なったが、異なる値に基づくこととても良い。既述したように、配線５０の電圧に基づくこととすれば、所望のタイミングで正確に切り替えを行なうことができるが、燃料電池６０の出力は、負荷要求に応じて増減するため、負荷の大きさに基づいて判断しても良い。あるいは、燃料電池６０の出力電流値に基づいて、定常運転モードから間欠運転モードへの切り替えの判断をしても良い。燃料電池システム２２のエネルギ効率が望ましくない程度に低下する状態となるときに、間欠運転モードが実行されればよい。
【００７８】
Ｄ５．変形例５：
また、第１実施例では、配線５０に対する燃料電池６０の接続を入り切りするスイッチ２０は、燃料電池６０の２つの端子のそれぞれに対して設けたが、どちらか一方だけにスイッチを設けることとしても良い。間欠運転モードにおいて、燃料電池６０からの出力を、停止させることができればよい。
【００７９】
Ｄ６．変形例６：
既述した実施例では、燃料電池システム２２は、燃料ガスとして水素ガスを用いることとした。これに対して、燃料ガスとして、改質ガスを用いる構成も可能である。このような場合には、図２に示した燃料電池システム２２において、燃料ガス供給部６１として、水素を貯蔵する装置に代えて、改質ガスを生成する装置を備えることとすればよい。具体的には、改質反応に供する改質燃料および水を貯蔵するタンクや、改質触媒を備える改質器、さらに、改質ガス中の一酸化炭素濃度を低減するための反応を促進する触媒を備える反応部などを備えることとすればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】電気自動車１０の構成の概略を表わすブロック図である。
【図２】燃料電池システム２２の構成の概略を表わす説明図である。
【図３】燃料電池６０における出力電流と、出力電圧あるいは出力電力との関係を示す説明図である。
【図４】燃料電池のブロワの運転状態を定めるフローチャートである。
【図５】燃料電池６０の出力の大きさと、エネルギ効率との関係を表わす説明図である。
【図６】運転モードの切り換えルーチンを表わすフローチャートである。
【図７】定常運転モードと間欠運転モードとが交互に切り替わるときの、燃料電池６０の出力電圧およびキャパシタ２４の電圧を示す説明図である。
【図８】補機停止ルーチンＳ１６０の内容を示すフローチャートである。
【図９】図７における状態ｐ３から状態ｐ５までの間欠運転モードの区間を拡大して示した図である。
【図１０】間欠運転モード中のキャパシタ電圧ＶＣの変化を示した図である。
【図１１】間欠運転モード中のキャパシタ電圧ＶＣの変化を示した図である。
【符号の説明】
１０…電気自動車
１５…電源装置
２０…スイッチ
２２…燃料電池システム
２４…キャパシタ
２７…残存容量モニタ
２８…ＤＣ／ＤＣコンバータ
３０…駆動インバータ
３２…駆動モータ
３４…減速ギヤ
３６…出力軸
３８…車両駆動軸
４０…高圧補機
４２…ダイオード
４８…制御部
５０…回路（配線）
５２…電圧計
６０…燃料電池
６１…燃料ガス供給部
６１ｂ…バルブ
６２…水素ガス供給路
６３…水素ガス排出路
６４…ブロワ
６５…酸化ガス供給路
６６…カソード排ガス路
６７…水素循環ポンプ
Ｅ０…出力がＰ０のときの燃料電池のシステム効率
Ｖ０…出力がＰ０のときの燃料電池の電流
ＩＦＣ…出力電流
ＯＣＶ…開放電圧
Ｐ０…燃料電池の出力
ＰＦＣ…電力
Ｐｒ１〜Ｐｒ７…区間
Ｓ１６０…補機停止ルーチン
Ｖ０…出力がＰ０のときの燃料電池の電圧
ＶＣ…キャパシタ電圧
ＶＦＣ…出力電圧
ｐ１〜ｐ７…キャパシタの状態
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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