(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に対して電力を供給可能な燃料電池及び蓄電装置と、
前記燃料電池及び前記蓄電装置の動作を制御する制御装置と
を備える電力供給システムであって、
前記制御装置は、前記電力供給システム全体の要求電力である要求システム電力について、前記燃料電池が担う燃料電池分担電力と、前記蓄電装置が担う蓄電装置分担電力とを割り振る際、前記蓄電装置から前記負荷に至るまでの電力供給経路における電力効率が第１所定値以上となるように前記蓄電装置分担電力を設定すると共に、前記要求システム電力から前記蓄電装置分担電力を差し引いた差分の電力を前記燃料電池分担電力として設定し、
前記電力効率は、前記蓄電装置が放電する際の放電効率である
ことを特徴とする電力供給システム。
【請求項２】
請求項１に記載の電力供給システムにおいて、
前記電力供給システムは、前記蓄電装置と前記負荷との間に接続されると共に、前記蓄電装置の出力電圧を変圧する電圧変換器を備え、
前記制御装置は、前記蓄電装置及び前記電圧変換器の組み合わせによる電力効率が前記第１所定値以上となるように前記蓄電装置分担電力を設定する
ことを特徴とする電力供給システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電力供給システムにおいて、
前記制御装置は、
前記燃料電池の発電効率が第２所定値以下となるか否かを判定するための前記燃料電池の発電電力である電力上限値を設定し、
前記燃料電池分担電力が前記電力上限値を上回る場合、前記電力上限値を前記燃料電池分担電力として設定すると共に、前記要求システム電力から前記電力上限値を差し引いた差分の電力を前記蓄電装置分担電力として設定する
ことを特徴とする電力供給システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力供給システムにおいて、
前記制御装置は、
前記燃料電池の発電効率が第３所定値以下となるか否かを判定するための前記燃料電池の発電電力である電力下限値を設定し、
前記燃料電池分担電力が前記電力下限値を下回る場合、前記電力下限値を前記燃料電池分担電力として設定すると共に、前記要求システム電力から前記電力下限値を差し引いた差分の電力を前記蓄電装置分担電力として設定する
ことを特徴とする電力供給システム。
【請求項５】
請求項４に記載の電力供給システムにおいて、
前記蓄電装置の残容量が残容量閾値を下回る場合、前記制御装置は、前記燃料電池の前記発電効率が最大値となる前記燃料電池の発電電力である最大効率電力以下の値に前記電力下限値を設定し、
前記残容量が前記残容量閾値を上回る場合、前記制御装置は、前記最大効率電力よりも大きい値に前記電力下限値を設定する
ことを特徴とする電力供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池及び蓄電装置を備える電力供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、燃料電池の出力特性が変化したときにも、燃料電池の発電効率を高く維持する技術を提供することを目的としている（［０００５］、要約）。当該目的を達成するため、特許文献１（要約）では、燃料電池システム２２が備える燃料電池の出力電力（ＦＣ許容電力）は、供給ガス量に基づき、記憶した出力特性を参照して決定する。２次電池２６が出力すべき電力は、負荷要求に基づく要求電力と、上記ＦＣ許容電力との差として求められる。ここで、２次電池２６が上記電力を出力するときの電圧を変動させた値を、ＤＣ／ＤＣコンバータ２８の電圧指令とし、負荷要求に応じた電力を駆動モータ３２が消費するように駆動インバータ３０を駆動する。その結果、燃料電池の出力電力は、ＦＣ許容電力の近傍で変動する。このときの燃料電池の出力電流及び電圧を測定して、新たに出力特性を取得する。その後、同じガスに対しては、新たに取得した出力特性に基づいて、ＦＣ許容電力を決定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２７２６７９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では、２次電池２６が出力すべき電力は、負荷要求に基づく要求電力と、ＦＣ許容電力との差として求められる（要約）。このため、特許文献１では、２次電池２６（蓄電装置）側の事情が考慮されておらず、電力供給システム全体におけるエネルギ効率又は電力効率の観点からすれば、未だ改善の余地がある。
【０００５】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、全体としてのエネルギ効率又は電力効率を向上することが可能な電力供給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】
本発明に係る電力供給システムは、
負荷に対して電力を供給可能な燃料電池及び蓄電装置と、
前記燃料電池及び前記蓄電装置の動作を制御する制御装置と
を備えるものであって、
前記制御装置は、前記電力供給システム全体の要求電力である要求システム電力について、前記燃料電池が担う燃料電池分担電力と、前記蓄電装置が担う蓄電装置分担電力とを割り振る際、前記蓄電装置から前記負荷に至るまでの電力供給経路における電力効率が第１所定値以上となるように前記蓄電装置分担電力を設定すると共に、前記要求システム電力から前記蓄電装置分担電力を差し引いた差分の電力を前記燃料電池分担電力として設定し、
前記電力効率は、前記蓄電装置が放電する際の放電効率である
ことを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、蓄電装置から前記負荷に至るまでの電力供給経路における電力効率が第１所定値以上となるように蓄電装置分担電力を設定すると共に、要求システム電力から蓄電装置分担電力を差し引いた差分の電力を燃料電池分担電力として設定する。これにより、蓄電装置から前記負荷に至るまでの電力供給経路における電力効率が、電力供給システム全体の電力効率に対する影響度が大きい場合、電力供給システム全体の電力効率又はエネルギ効率を向上することが可能となる。
【０００８】
前記電力供給システムは、前記蓄電装置と前記負荷との間に接続されると共に、前記蓄電装置の出力電圧を変圧する電圧変換器を備えてもよい。前記制御装置は、前記蓄電装置及び前記電圧変換器の組み合わせによる電力効率が前記第１所定値以上となるように前記蓄電装置分担電力を設定してもよい。これにより、蓄電装置と電圧変換器の組み合わせによる電力効率が、電力供給システム全体の電力効率に対する影響度が大きい場合、電力供給システム全体の電力効率又はエネルギ効率を向上することが可能となる。
【０００９】
前記制御装置は、前記燃料電池の発電効率が第２所定値以下となるか否かを判定するための前記燃料電池の発電電力である電力上限値を設定してもよい。また、前記制御装置は、前記燃料電池分担電力が前記電力上限値を上回る場合、前記電力上限値を前記燃料電池分担電力として設定すると共に、前記要求システム電力から前記電力上限値を差し引いた差分の電力を前記蓄電装置分担電力として設定してもよい。
【００１０】
これにより、燃料電池の発電電力が電力上限値を上回る場合には、蓄電装置及び第２電圧変換器の組み合わせによる電力効率に加え、燃料電池側の効率も考慮することで、電力供給システム全体の電力効率又はエネルギ効率をさらに向上することが可能となる。
【００１１】
前記制御装置は、前記燃料電池の発電効率が第３所定値以下となるか否かを判定するための前記燃料電池の発電電力である電力下限値を設定してもよい。また、前記燃料電池分担電力が前記電力下限値を下回る場合、前記電力下限値を前記燃料電池分担電力として設定すると共に、前記要求システム電力から前記電力下限値を差し引いた差分の電力を前記蓄電装置分担電力として設定してもよい。
【００１２】
これにより、燃料電池の発電電力が電力下限値を下回る場合には、蓄電装置及び第２電圧変換器の組み合わせによる電力効率に加え、燃料電池側の効率も考慮することで、電力供給システム全体の電力効率又はエネルギ効率をさらに向上することが可能となる。
【００１３】
前記蓄電装置の残容量が残容量閾値を下回る場合、前記制御装置は、前記燃料電池の前記発電効率が最大値となる前記燃料電池の発電電力である最大効率電力以下の値に前記電力下限値を設定してもよい。また、前記残容量が前記残容量閾値を上回る場合、前記制御装置は、前記最大効率電力よりも大きい値に前記電力下限値を設定してもよい。これにより、残容量が残容量閾値を上回って蓄電装置が充電過多となり得る場合、燃料電池の発電効率を低下させることで、蓄電装置を保護すると共に、電力供給システム全体での余剰電力を少なくすることが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、全体としてのエネルギ効率又は電力効率を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電力供給システムとしての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】第１実施形態におけるＦＣコンバータの構成例を示す模式的回路図である。
【図３】第１実施形態におけるバッテリコンバータの構成例を示す模式的回路図である。
【図４】第１実施形態におけるシステム電力制御のフローチャートである。
【図５】第１実施形態における仮目標ＢＡＴ電力の算出方法（図４のＳ５）を説明するための図である。
【図６】第１実施形態における目標ＦＣ電力の上限値及び下限値の設定方法（図４のＳ７）を説明するための図である。
【図７】第１実施形態のシステム電力制御を用いた場合のシステム負荷、ＦＣ電力、ＢＡＴ電力及びバッテリＳＯＣの例を示すタイムチャートである。
【図８】第２実施形態におけるシステム電力制御のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
Ａ．第１実施形態
＜Ａ−１．構成＞
［Ａ−１−１．全体構成］
図１は、本発明の第１実施形態に係る電力供給システムとしての燃料電池システム１２（以下「ＦＣシステム１２」又は「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」又は「車両１０」という。）の概略全体構成図である。ＦＣ車両１０は、ＦＣシステム１２に加え、走行モータ１４（以下「モータ１４」という。）と、インバータ１６とを有する。
【００１７】
ＦＣシステム１２は、燃料電池ユニット２０（以下「ＦＣユニット２０」という。）と、高電圧バッテリ２２（以下「バッテリ２２」ともいう。）と、ＦＣコンバータ２４と、バッテリコンバータ２６と、補機２８と、電子制御装置３０（以下「ＥＣＵ３０」という。）とを有する。
【００１８】
［Ａ−１−２．駆動系］
本実施形態のモータ１４は、３相交流ブラシレス式である。モータ１４は、ＦＣユニット２０及びバッテリ２２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３２を通じて車輪３４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２２等に出力する。モータ１４の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の電流は、電流センサ３６ｕ、３６ｖ、３６ｗにより検出される。或いは、３相のうち２相のみ電流を検出し、これらの電流から残りの１相の電流を検出してもよい。
【００１９】
インバータ１６は、３相フルブリッジ型の構成を有し、直流−交流変換を行う。より具体的には、インバータ１６は、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バッテリコンバータ２６を通じてバッテリ２２等に供給する。なお、モータ１４とインバータ１６を併せて負荷４０という。
【００２０】
［Ａ−１−３．ＦＣユニット２０］
ＦＣユニット２０は、燃料電池スタック５０（以下「ＦＣスタック５０」、「燃料電池５０」又は「ＦＣ５０」という。）と、その周辺部品とを備える。ＦＣスタック５０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を積層した構造を有する。前記周辺部品には、ＦＣスタック５０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５０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が含まれる。なお、図１に示すように、ＦＣユニット２０（ＦＣ５０）とインバータ１６の間においてＦＣコンバータ２４と並列に、逆流防止ダイオード５２が配置されている。
【００２１】
ＦＣ５０の出力電圧（以下「ＦＣ電圧Ｖｆｃ」という。）は、電圧センサ５４により検出される。ＦＣ５０の出力電流（以下「ＦＣ電流Ｉｆｃ」という。）は、電流センサ５６により検出される。
【００２２】
第１実施形態のＦＣ５０が出力可能な電圧範囲の上限値は、モータ１４の要求電圧Ｖｍｏｔ＿ｒｅｑ（以下「要求モータ電圧Ｖｍｏｔ＿ｒｅｑ」という。）の範囲の下限値よりも低い値に設定される。或いは、ＦＣ５０が出力可能な電圧範囲の上限値は、要求モータ電圧Ｖｍｏｔ＿ｒｅｑの範囲の下限値よりも高く且つ上限値よりも低い値に設定されてもよい。
【００２３】
［Ａ−１−４．高電圧バッテリ２２］
バッテリ２２（蓄電装置）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、ニッケル水素２次電池等を利用することができる。バッテリ２２の代わりに、キャパシタ等の蓄電装置を用いてもよい。バッテリ２２の入出力電圧（以下「バッテリ電圧Ｖｂａｔ」又は「ＢＡＴ電圧Ｖｂａｔ」という。）［Ｖ］は、電圧センサ６０により検出される。バッテリ２２の入出力電流（以下「バッテリ電流Ｉｂａｔ」又は「ＢＡＴ電流Ｉｂａｔ」という。）［Ａ］は、電流センサ６２により検出される。ＥＣＵ３０は、バッテリ電圧Ｖｂａｔとバッテリ電流Ｉｂａｔとに基づいて、バッテリ２２の残容量（ＳＯＣ）［％］を算出する。
【００２４】
第１実施形態のバッテリ２２が出力可能な電圧範囲の上限値は、要求モータ電圧Ｖｍｏｔ＿ｒｅｑの範囲の下限値よりも低い値に設定される。或いは、バッテリ２２が出力可能な電圧範囲の上限値は、要求モータ電圧Ｖｍｏｔ＿ｒｅｑの範囲の下限値よりも高く且つ上限値よりも低い値に設定されてもよい。
【００２５】
［Ａ−１−５．ＦＣコンバータ２４］
ＦＣコンバータ２４（第１電圧変換器）は、ＦＣ５０の出力電圧（ＦＣ電圧Ｖｆｃ）を昇圧してインバータ１６に供給する昇圧チョッパ型の電圧変換装置（ＤＣ／ＤＣコンバータ）である。ＦＣコンバータ２４は、ＦＣ５０とインバータ１６との間に配置される。換言すると、ＦＣコンバータ２４は、一方がＦＣ５０のある１次側１Ｓｆに接続され、他方がバッテリ２２と負荷４０との接続点である２次側２Ｓに接続されている。以下では、ＦＣコンバータ２４を、コンバータ２４、昇圧コンバータ２４又はＦＣ−ＶＣＵ２４ともいう。ＦＣ−ＶＣＵ２４は、ＦＣ５０用電圧制御ユニットの意味である。
【００２６】
図２は、第１実施形態におけるＦＣコンバータ２４の構成例を示す模式的回路図である。ＦＣ−ＶＣＵ２４は、インダクタ７０、スイッチング素子７２、ダイオード７４及び平滑コンデンサ７６を備える。ＦＣ−ＶＣＵ２４は、ＥＣＵ３０を通じてスイッチング素子７２がスイッチング（デューティ制御）されることでＦＣ電圧Ｖｆｃを昇圧する。昇圧された電圧は、インバータ１６の入力端電圧（以下「インバータ入力端電圧Ｖｉｎｖ」又は「入力端電圧Ｖｉｎｖ」という。）となる。インバータ入力端電圧Ｖｉｎｖは、電圧センサ７８（図１）により検出される。また、ＦＣ−ＶＣＵ２４の出口端電流（以下「出口端電流Ｉｆｃｖｃｕ」という。）は、電流センサ８０により検出される。
【００２７】
第１実施形態のスイッチング素子７２（第１スイッチング素子）は、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）からなる。スイッチング素子７２を構成するＩＧＢＴは、例えばシリコン製である。
【００２８】
スイッチング素子７２がオフ状態（開状態）に維持されると、ＦＣ５０からの電力（以下「ＦＣ電力Ｐｆｃ」という。）は、ダイオード５２を有する配線又はインダクタ７０及びダイオード７４を有する配線を通じて昇圧なしに供給可能となる。以下では、昇圧なしにＦＣ電力Ｐｆｃを供給させる状態を「直結状態」といい、直結状態を実現するための動作を「直結動作」という。
【００２９】
直結状態では、ＦＣ−ＶＣＵ２４による昇圧が行われないため、インバータ入力端電圧Ｖｉｎｖは、ＦＣ電圧Ｖｆｃと等しくなる。より正確には、直結状態では、入力端電圧Ｖｉｎｖは、ＦＣ電圧Ｖｆｃからダイオード５２、７４による電圧降下分を引いた値となるが、以下では、入力端電圧ＶｉｎｖがＦＣ電圧Ｖｆｃと実質的に等しいものとして説明をする。
【００３０】
ＦＣ−ＶＣＵ２４を直結状態とするのは、例えば、バッテリＳＯＣが第１ＳＯＣ閾値ＴＨｓｏｃ１よりも低く、ＦＣ５０のみからモータ１４に電力を供給する場合である。或いは、要求モータ電圧Ｖｍｏｔ＿ｒｅｑがＦＣ電圧Ｖｆｃよりも低く、ＦＣ−ＶＣＵ２４による昇圧を要さない場合である。或いは、ＦＣ５０から大電流を出力したい場合（車両１０の急加速時等）に直結状態としてもよい。すなわち、ＦＣ５０の電流−電圧特性では、ＦＣ電圧Ｖｆｃが低いほど大きなＦＣ電流Ｉｆｃが流れる。このため、ＢＡＴ−ＶＣＵ２６の昇圧率を低く抑えた状態でＦＣ−ＶＣＵ２４を直結状態とすることで、比較的大きなＦＣ電流Ｉｆｃを出力するためにＦＣ−ＶＣＵ２４を直結状態としてもよい。或いは、モータ１４の回生時にＦＣ−ＶＣＵ２４を直結とすることもできる。
【００３１】
なお、ダイオード７４は、ダイオード５２と同じように、直結用且つ逆流防止用として動作するので、ダイオード５２を省略してもよい。
【００３２】
［Ａ−１−６．バッテリコンバータ２６］
バッテリコンバータ２６（第２電圧変換器）は、昇圧チョッパ型の電圧変換装置（ＤＣ／ＤＣコンバータ）である。すなわち、バッテリコンバータ２６は、バッテリ２２の出力電圧（バッテリ電圧Ｖｂａｔ）を昇圧して又は直結状態でインバータ１６に供給する。また、バッテリコンバータ２６は、モータ１４の回生電圧（以下「回生電圧Ｖｒｅｇ」という。）又はＦＣ電圧Ｖｆｃとしてのインバータ入力端電圧Ｖｉｎｖを直結状態でバッテリ２２に供給することが可能である。
【００３３】
図１に示すように、バッテリコンバータ２６は、バッテリ２２とインバータ１６との間に配置される。換言すると、バッテリコンバータ２６は、一方がバッテリ２２のある１次側１Ｓｂに接続され、他方がＦＣ５０と負荷４０との接続点である２次側２Ｓに接続されている。以下では、バッテリコンバータ２６を、コンバータ２６、ＢＡＴコンバータ２６、昇圧コンバータ２６又はＢＡＴ−ＶＣＵ２６ともいう。ＢＡＴ−ＶＣＵ２６は、バッテリ２２用電圧制御ユニットの意味である。
【００３４】
図３は、第１実施形態におけるバッテリコンバータ２６の構成例を示す模式的回路図である。ＢＡＴ−ＶＣＵ２６は、インダクタ９０と、スイッチング素子９２、９４と、スイッチング素子９２、９４にそれぞれ並列に接続されるダイオード９６、９８と、平滑コンデンサ１００、１０２とを備える。
【００３５】
第１実施形態のスイッチング素子９２、９４（第２スイッチング素子）は、例えばスイッチング素子７２と同じＩＧＢＴからなる。或いは、スイッチング素子９２、９４をスイッチング素子７２と異なる種類のスイッチング素子から構成してもよい。
【００３６】
昇圧時（バッテリ２２を用いた力行時）には、ＥＣＵ３０により、スイッチング素子９４がオフ状態とされ、スイッチング素子９２がスイッチング（デューティ制御）されることでバッテリ電圧Ｖｂａｔを昇圧する。昇圧された電圧は、インバータ入力端電圧Ｖｉｎｖとなる。
【００３７】
回生時には、ＥＣＵ３０により、スイッチング素子９２がオフ状態とされ、スイッチング素子９４がオン状態とされることでインバータ入力端電圧Ｖｉｎｖをそのままバッテリ２２に供給する。換言すると、バッテリ電圧Ｖｂａｔ（バッテリ２２への入力電圧）は、インバータ入力端電圧Ｖｉｎｖとなる。
【００３８】
上記のように、インバータ入力端電圧Ｖｉｎｖは、電圧センサ７８（図１）により検出される。また、ＢＡＴ−ＶＣＵ２６の出口端電流（以下「出口端電流Ｉｂａｔｖｃｕ」という。）は、電流センサ１０４により検出される。
【００３９】
ＢＡＴ−ＶＣＵ２６においても、ＦＣ−ＶＣＵ２４と同様の直結状態を実現することが可能であり、ＢＡＴ−ＶＣＵ２６は、直結動作又は直結処理を行うことができる。
【００４０】
本実施形態では、ＥＣＵ３０によりＦＣ−ＶＣＵ２４及びＢＡＴ−ＶＣＵ２６を制御することにより、ＦＣユニット２０からのＦＣ電力Ｐｆｃと、バッテリ２２から供給される電力（以下「バッテリ電力Ｐｂａｔ」又は「ＢＡＴ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。
【００４１】
［Ａ−１−７．補機２８］
補機２８としては、例えば、エアポンプ、ウォータポンプ、エアコンディショナ、降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ、低電圧バッテリ、アクセサリ、ラジエータファン及びＥＣＵ３０の少なくとも１つを含むことができる。
【００４２】
前記エアポンプは、ＦＣ５０にエアを供給する。前記ウォータポンプは、ＦＣ５０を冷却する冷媒としての水を循環させる。前記エアコンディショナは、車両１０内の気温等を調整する。前記降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータは、昇圧コンバータ２６（ＢＡＴ−ＶＣＵ２６）の１次側１Ｓｂにおける電圧を降圧して前記低電圧バッテリ、前記アクセサリ、前記ラジエータファン及びＥＣＵ３０に供給する。前記低電圧バッテリは、低電圧機器を作動させるためのバッテリ（例えば、１２Ｖバッテリ）である。前記アクセサリは、オーディオ機器、ナビゲーション装置等の機器を含む。前記ラジエータファンは、前記ウォータポンプにより循環させる冷媒をラジエータにおいて冷却させるためのファンである。
【００４３】
補機２８のうち前記エアポンプ、前記ウォータポンプ及び前記ラジエータファンは、ＦＣユニット２０にも含まれる。
【００４４】
［Ａ−１−８．ＥＣＵ３０］
ＥＣＵ３０は、通信線１０６（図１）を介して、モータ１４、インバータ１６、ＦＣユニット２０、バッテリ２２、コンバータ２４、２６及び補機２８を制御する。当該制御に際しては、ＥＣＵ３０は、図示しない記憶部に記憶されたプログラムを実行する。また、ＥＣＵ３０は、電圧センサ５４、６０、７８、電流センサ３６ｕ、３６ｖ、３６ｗ、５６、６２、８０、１０４等の各種センサの検出値を用いる。
【００４５】
ここでの各種センサには、上記センサに加え、開度センサ１１０及びモータ回転数センサ１１２（図１）が含まれる。開度センサ１１０は、アクセルペダル１１４の開度θｐ（以下「アクセルペダル開度θｐ」ともいう。）［度］を検出する。モータ回転数センサ１１２は、モータ１４の回転数（以下「モータ回転数Ｎｍｏｔ」又は「回転数Ｎｍｏｔ」という。）［ｒｐｍ］を検出する。ＥＣＵ３０は、回転数Ｎｍｏｔを用いてＦＣ車両１０の車速Ｖ［ｋｍ／ｈ］を検出する。さらに、ＥＣＵ３０には、メインスイッチ１１６（以下「メインＳＷ１１６」という。）が接続される。メインＳＷ１１６は、ＦＣユニット２０及びバッテリ２２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。
【００４６】
ＥＣＵ３０は、マイクロコンピュータを含み、必要に応じて、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、ＥＣＵ３０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２０、バッテリ２２、昇圧コンバータ２４、２６及び補機２８毎の複数のＥＣＵから構成することもできる。
【００４７】
ＥＣＵ３０は、ＦＣスタック５０の状態、バッテリ２２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）に基づいて、ＦＣ車両１０全体としてＦＣシステム１２に要求される負荷Ｐｓｙｓ（以下「システム負荷Ｐｓｙｓ」という。）を決定する。そして、ＥＣＵ３０は、ＦＣスタック５０が負担すべき負荷と、バッテリ２２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する。さらに、ＥＣＵ３０は、モータ１４、インバータ１６、ＦＣユニット２０、バッテリ２２及びコンバータ２４、２６に指令を送出する。ＥＣＵ３０における基本的な制御は、例えば特許文献１又は特開２０１４−１６６１０３号公報に記載されているものを用いることができる。
【００４８】
＜Ａ−２．第１実施形態の制御＞
次に、第１実施形態におけるＦＣ５０及びバッテリ２２の出力を制御するシステム電力制御について説明する。それ以外の各種制御は、例えば特許文献１又は特開２０１４−１６６１０３号公報に記載されているものを用いることができる。
【００４９】
［Ａ−２−１．システム電力制御の全体的な流れ］
図４は、第１実施形態におけるシステム電力制御のフローチャートである。ステップＳ１において、ＥＣＵ３０は、アクセルペダル開度θｐに基づいてモータ１４の要求駆動力Ｆｒｅｑを算出する。ステップＳ２において、ＥＣＵ３０は、要求駆動力Ｆｒｅｑから要求インバータ端電力Ｐｉｎｖ＿ｒｅｑを算出する。要求インバータ端電力Ｐｉｎｖ＿ｒｅｑは、モータ１４の予想消費電力を示す。なお、要求インバータ端電力Ｐｉｎｖ＿ｒｅｑの算出に際しては、特開２０１４−１６６１０３号公報の図５のフローチャートのように、モータ回転数Ｎｍｏｔを用いることも可能である。
【００５０】
ステップＳ３において、ＥＣＵ３０は、補機２８の消費電力Ｐａ（以下「補機電力Ｐａ」ともいう。）を算出する。
【００５１】
ステップＳ４において、ＥＣＵ３０は、要求インバータ端電力Ｐｉｎｖ＿ｒｅｑ及び補機電力Ｐａを加算してシステム負荷Ｐｓｙｓを算出する。システム負荷Ｐｓｙｓは、ＦＣ車両１０全体での予想消費電力を示す。
【００５２】
ステップＳ５において、ＥＣＵ３０は、システム負荷Ｐｓｙｓ及びバッテリ２２のＳＯＣ（ＢＡＴ  ＳＯＣ）に基づいて仮目標ＢＡＴ電力Ｐｂａｔ＿ｔａｒ＿ｐを算出する。仮目標ＢＡＴ電力Ｐｂａｔ＿ｔａｒ＿ｐは、目標ＢＡＴ電力Ｐｂａｔ＿ｔａｒの暫定値であり、最終的な目標ＢＡＴ電力Ｐｂａｔ＿ｔａｒは、ステップＳ９で算出する。仮目標ＢＡＴ電力Ｐｂａｔ＿ｔａｒ＿ｐの算出方法については、図５を参照して後述する。
【００５３】
ステップＳ６において、ＥＣＵ３０は、システム負荷Ｐｓｙｓから仮目標ＢＡＴ電力Ｐｂａｔ＿ｔａｒ＿ｐを引いて仮目標ＦＣ電力Ｐｆｃ＿ｔａｒ＿ｐを算出する。仮目標ＦＣ電力Ｐｆｃ＿ｔａｒ＿ｐは、目標ＦＣ電力Ｐｆｃ＿ｔａｒの暫定値であり、最終的な目標ＦＣ電力Ｐｆｃ＿ｔａｒは、ステップＳ８で算出する。
【００５４】
ステップＳ７において、ＥＣＵ３０は、目標ＦＣ電力Ｐｆｃ＿ｔａｒの上限値Ｐｆｃ＿ｍａｘ及び下限値Ｐｆｃ＿ｍｉｎを設定する。上限値Ｐｆｃ＿ｍａｘは、最終的な目標ＦＣ電力Ｐｆｃ＿ｔａｒが取り得る上限値であり、下限値Ｐｆｃ＿ｍｉｎは、最終的な目標ＦＣ電力Ｐｆｃ＿ｔａｒが取り得る下限値である。本実施形態では、２種類の下限値Ｐｆｃ＿ｍｉｎ（第１下限値Ｐｆｃ＿ｍｉｎ１及び第２下限値Ｐｆｃ＿ｍｉｎ２）を用いる。上限値Ｐｆｃ＿ｍａｘ及び下限値Ｐｆｃ＿ｍｉｎの設定方法については、図６を参照して後述する。
【００５５】
ステップＳ８において、仮目標ＦＣ電力Ｐｆｃ＿ｔａｒ＿ｐ、上限値Ｐｆｃ＿ｍａｘ及び下限値Ｐｆｃ＿ｍｉｎを用いて目標ＦＣ電力Ｐｆｃ＿ｔａｒを算出する。すなわち、仮目標ＦＣ電力Ｐｆｃ＿ｔａｒ＿ｐが上限値Ｐｆｃ＿ｍａｘを上回る場合、ＥＣＵ３０は、上限値Ｐｆｃ＿ｍａｘを目標ＦＣ電力Ｐｆｃ＿ｔａｒとして設定する。仮目標ＦＣ電力Ｐｆｃ＿ｔａｒ＿ｐが下限値Ｐｆｃ＿ｍｉｎを下回る場合、ＥＣＵ３０は、下限値Ｐｆｃ＿ｍｉｎを目標ＦＣ電力Ｐｆｃ＿ｔａｒとして設定する。仮目標ＦＣ電力Ｐｆｃ＿ｔａｒ＿ｐが下限値Ｐｆｃ＿ｍｉｎ以上且つ上限値Ｐｆｃ＿ｍａｘ以下である場合、ＥＣＵ３０は、仮目標ＦＣ電力Ｐｆｃ＿ｔａｒ＿ｐを目標ＦＣ電力Ｐｆｃ＿ｔａｒとして設定する。
【００５６】
ステップＳ９において、ＥＣＵ３０は、システム負荷Ｐｓｙｓから目標ＦＣ電力Ｐｆｃ＿ｔａｒを引いて目標ＢＡＴ電力Ｐｂａｔ＿ｔａｒを算出する。なお、第１実施形態では、下限値Ｐｆｃ＿ｍｉｎの利用等により、目標ＢＡＴ電力Ｐｂａｔ＿ｔａｒが負となる場合がある。
【００５７】
［Ａ−２−２．仮目標ＢＡＴ電力Ｐｂａｔ＿ｔａｒ＿ｐの算出（図４のＳ５）］
図５は、第１実施形態における仮目標ＢＡＴ電力Ｐｂａｔ＿ｔａｒ＿ｐの算出方法（図４のＳ５）を説明するための図である。図５において、横軸はＢＡＴ電力Ｐｂａｔである。縦軸は、ＢＡＴ効率ηｂａｔ、ＢＡＴ−ＶＣＵ効率ηｂｖ及びＢＡＴ側合計効率ηｂａｔ＿ｔｏｔａｌを示す。ＢＡＴ効率ηｂａｔ、ＢＡＴ−ＶＣＵ効率ηｂｖ及びＢＡＴ側合計効率ηｂａｔ＿ｔｏｔａｌについては後述する。
【００５８】
上記のように、仮目標ＢＡＴ電力Ｐｂａｔ＿ｔａｒ＿ｐの算出は、システム負荷Ｐｓｙｓ及びバッテリ２２のＳＯＣに基づいて行う。具体的には、ＳＯＣが第１ＳＯＣ閾値ＴＨｓｏｃ１を下回る場合、バッテリ２２の充電を行うため、仮目標ＢＡＴ電力Ｐｂａｔ＿ｔａｒ＿ｐを比較的小さい正の固定値、負の固定値又はゼロに設定する。或いは、仮目標ＢＡＴ電力Ｐｂａｔ＿ｔａｒ＿ｐを負の固定値又はゼロに設定してもよい。ＳＯＣが第１ＳＯＣ閾値ＴＨｓｏｃ１を下回らない場合、ＢＡＴ効率ηｂａｔ及びＢＡＴ−ＶＣＵ効率ηｂｖを組み合わせた合計効率ηｂａｔ＿ｔｏｔａｌ（以下「ＢＡＴ側合計効率ηｂａｔ＿ｔｏｔａｌ」という。）を考慮して、仮目標ＢＡＴ電力Ｐｂａｔ＿ｔａｒ＿ｐを設定する。
【００５９】
ＢＡＴ効率ηｂａｔは、どれだけエネルギ損失（熱への変換等）を少なくしてバッテリ２２が放電することができるかを示す指標（バッテリ２２の放電効率）である。ＢＡＴ効率ηｂａｔは、バッテリ２２に蓄積されるエネルギと、バッテリ２２が放電するエネルギとの比率により算出される。図５に示すように、ＢＡＴ効率ηｂａｔは、ＢＡＴ電力Ｐｂａｔに応じて変化する。
【００６０】
ＢＡＴ−ＶＣＵ効率ηｂｖは、ＢＡＴ−ＶＣＵ２６が変圧（ここでは昇圧）を行う際、どれだけ電力損失（熱への変換等）を少なくして放電することができるかを示す指標である。ＢＡＴ−ＶＣＵ効率ηｂｖは、ＢＡＴ−ＶＣＵ２６への入力電力と、ＢＡＴ−ＶＣＵ２６からの出力電力との比率により算出される。図５に示すように、ＢＡＴ−ＶＣＵ効率ηｂｖは、ＢＡＴ電力Ｐｂａｔに応じて変化する。
【００６１】
合計効率ηｂａｔ＿ｔｏｔａｌは、ＢＡＴ効率ηｂａｔ及びＢＡＴ−ＶＣＵ効率ηｂｖの両方を組み合わせたものである。図５では、シミュレーションで測定された複数の合計効率ηｂａｔ＿ｔｏｔａｌの値をプロットしている。図５からわかるように、ＢＡＴ電力Ｐｂａｔがゼロから所定値（以下「最大効率電力Ｐｂａｔ＿ηｍａｘ」という。）まで合計効率ηｂａｔ＿ｔｏｔａｌが徐々に増加する。また、最大効率電力Ｐｂａｔ＿ηｍａｘよりもＢＡＴ電力Ｐｂａｔが増加していくと、合計効率ηｂａｔ＿ｔｏｔａｌは徐々に減少する。
【００６２】
そこで、本実施形態では、ＢＡＴ電力Ｐｂａｔが所定範囲（以下「ＢＡＴ動作領域Ｒｐｂａｔ＿ηｔａｒ」という。）の中でバッテリ２２が放電するように、仮目標ＢＡＴ電力Ｐｂａｔ＿ｔａｒ＿ｐを設定する。すなわち、ＢＡＴ動作領域Ｒｐｂａｔ＿ηｔａｒの上限値Ｐｂａｔ＿ｍａｘ及び下限値Ｐｂａｔ＿ｍｉｎは、合計効率ηｂａｔ＿ｔｏｔａｌが第１所定値ＴＨηｂａｔ＿ｔｏｔａｌ以上となる値に設定される。本実施形態では特に、ＢＡＴ電力Ｐｂａｔが最大効率電力Ｐｂａｔ＿ηｍａｘとなるように制御する。
【００６３】
具体的には、システム負荷ＰｓｙｓがＢＡＴ動作領域Ｒｐｂａｔ＿ηｔａｒの下限値Ｐｂａｔ＿ｍｉｎを下回る場合、仮目標ＢＡＴ電力Ｐｂａｔ＿ｔａｒ＿ｐをゼロとする。また、システム負荷Ｐｓｙｓが下限値Ｐｂａｔ＿ｍｉｎを上回り且つ最大効率電力Ｐｂａｔ＿ηｍａｘを下回る場合、システム負荷Ｐｓｙｓを仮目標ＢＡＴ電力Ｐｂａｔ＿ｔａｒ＿ｐとする。システム負荷Ｐｓｙｓが最大効率電力Ｐｂａｔ＿ηｍａｘを上回る場合、システム負荷Ｐｓｙｓが上限値Ｐｂａｔ＿ｍａｘを上回るか否かにかかわらず、最大効率電力Ｐｂａｔ＿ηｍａｘを仮目標ＢＡＴ電力Ｐｂａｔ＿ｔａｒ＿ｐとする。
【００６４】
或いは、システム負荷Ｐｓｙｓが最大効率電力Ｐｂａｔ＿ηｍａｘを上回り且つ上限値Ｐｂａｔ＿ｍａｘ以下である場合、システム負荷Ｐｓｙｓを仮目標ＢＡＴ電力Ｐｂａｔ＿ｔａｒ＿ｐとしてもよい。加えて、システム負荷Ｐｓｙｓが上限値Ｐｂａｔ＿ｍａｘを上回る場合、上限値Ｐｂａｔ＿ｍａｘを仮目標ＢＡＴ電力Ｐｂａｔ＿ｔａｒ＿ｐとしてもよい。
【００６５】
［Ａ−２−３．目標ＦＣ電力Ｐｆｃ＿ｔａｒの上限値Ｐｆｃ＿ｍａｘ及び下限値Ｐｆｃ＿ｍｉｎの設定（図４のＳ７）］
（Ａ−２−３−１．前提）
図６は、第１実施形態における目標ＦＣ電力Ｐｆｃ＿ｔａｒの上限値Ｐｆｃ＿ｍａｘ及び下限値Ｐｆｃ＿ｍｉｎの設定方法（図４のＳ７）を説明するための図である。図６では、ＦＣ電力Ｐｆｃ及びＦＣ発電効率ηｆｃの関係を示す特性と、システム負荷Ｐｓｙｓ及びＦＣ電力発生頻度Ｆｐｆｃの関係を示す特性とが示されている。
【００６６】
（Ａ−２−３−２．ＦＣ発電効率ηｆｃ）
ＦＣ発電効率ηｆｃは、どれだけエネルギ損失（熱への変換等）を少なくしてＦＣ５０が発電することができるかを示す指標である。ＦＣ発電効率ηｆｃは、ＦＣ５０に投入されるエネルギ（燃料ガス／酸化剤ガスの量）と、ＦＣ５０が発電するエネルギ（ＦＣ電力Ｐｆｃ）との比率により算出される。
【００６７】
図６に示すように、ＦＣ発電効率ηｆｃは、ＦＣ電力Ｐｆｃに応じて変化する。すなわち、ＦＣ電力Ｐｆｃがゼロから所定値（以下「最大効率電力Ｐｆｃ＿ηｍａｘ」という。）までＦＣ発電効率ηｆｃが徐々に増加する。また、最大効率電力Ｐｆｃ＿ηｍａｘよりもＦＣ電力Ｐｆｃが増加していくと、ＦＣ発電効率ηｆｃは徐々に減少する。
【００６８】
（Ａ−２−３−３．ＦＣ電力発生頻度Ｆｐｆｃ）
ＦＣ電力発生頻度Ｆｐｆｃ（以下「発生頻度Ｆｐｆｃ」ともいう。）は、シミュレーションにより又は実際に車両１０を走行させた場合におけるＦＣ電力Ｐｆｃの頻度を正規化した値（正規分布としての値）である。図６の例では、ＦＣ電力Ｐｆｃが所定値（以下「平均値Ｐｆｃ＿ａｖｅ」という。）のとき発生頻度Ｆｐｆｃが最大となる。
【００６９】
（Ａ−２−３−４．仮目標ＦＣ電力Ｐｆｃ＿ｔａｒ＿ｐの上限値Ｐｆｃ＿ｍａｘ及び下限値Ｐｆｃ＿ｍｉｎ）
本実施形態では、ＦＣ発電効率ηｆｃが最大となるＦＣ電力Ｐｆｃ（最大効率電力Ｐｆｃ＿ηｍａｘ）を第１下限値Ｐｆｃ＿ｍｉｎ１とする。或いは、最大効率電力Ｐｆｃ＿ηｍａｘの近傍の値を第１下限値Ｐｆｃ＿ｍｉｎ１としてもよい。
【００７０】
また、発生頻度Ｆｐｆｃの平均値Ｐｆｃ＿ａｖｅを中心として一定の範囲の上限値を上限値Ｐｆｃ＿ｍａｘとし、前記一定の範囲の下限値を第２下限値Ｐｆｃ＿ｍｉｎ２とする（Ｐｆｃ＿ｍａｘ−Ｐｆｃ＿ａｖｅ＝Ｐｆｃ＿ａｖｅ−Ｐｆｃ＿ｍｉｎ２）。これにより、上限値Ｐｆｃ＿ｍａｘは、ＦＣ発電効率ηｆｃが発電効率閾値ＴＨｐｆｃ＿η（第２所定値）以下となるか否かを判定することができる。
【００７１】
通常の場合（より具体的には、ＢＡＴ  ＳＯＣが第２ＳＯＣ閾値ＴＨｓｏｃ２以上である場合）、ＥＣＵ３０は、第１下限値Ｐｆｃ＿ｍｉｎ１を用いる。一方、ＢＡＴ  ＳＯＣが第２ＳＯＣ閾値ＴＨｓｏｃ２以上でない場合、バッテリ２２の過充電を避けるため、第２下限値Ｐｆｃ＿ｍｉｎ２を用いる。
【００７２】
このため、第１下限値Ｐｆｃ＿ｍｉｎ１を用いる場合、第１下限値Ｐｆｃ＿ｍｉｎ１と上限値Ｐｆｃ＿ｍａｘとの間がＦＣ５０の発電領域Ｒｐｆｃ（以下「ＦＣ発電領域Ｒｐｆｃ」ともいう。）となる。第２下限値Ｐｆｃ＿ｍｉｎ２を用いる場合、第２下限値Ｐｆｃ＿ｍｉｎ２と上限値Ｐｆｃ＿ｍａｘとの間がＦＣ発電領域Ｒｐｆｃとなる。
【００７３】
図４のステップＳ８で説明したように、本実施形態では、仮目標ＦＣ電力Ｐｆｃ＿ｔａｒ＿ｐが上限値Ｐｆｃ＿ｍａｘを上回る場合、上限値Ｐｆｃ＿ｍａｘを目標ＦＣ電力Ｐｆｃ＿ｔａｒとする。この場合、システム負荷Ｐｓｙｓと上限値Ｐｆｃ＿ｍａｘの差は、バッテリ２２が放電することとなる（図６のＢＡＴ放電領域Ｒｂａｔ＿ｄ参照）。同様に、仮目標ＦＣ電力Ｐｆｃ＿ｔａｒ＿ｐが下限値Ｐｆｃ＿ｍｉｎを下回る場合、下限値Ｐｆｃ＿ｍｉｎを目標ＦＣ電力Ｐｆｃ＿ｔａｒとする。この場合、下限値Ｐｆｃ＿ｍｉｎとシステム負荷Ｐｓｙｓの差は、バッテリ２２が充電することとなる（図６のＢＡＴ充電領域Ｒｂａｔ＿ｃ参照）。
【００７４】
［Ａ−２−４．目標ＦＣ電力Ｐｆｃ＿ｔａｒ及び目標ＢＡＴ電力Ｐｂａｔ＿ｔａｒの利用］
図４のフローチャートにより、目標ＦＣ電力Ｐｆｃ＿ｔａｒ及び目標ＢＡＴ電力Ｐｂａｔ＿ｔａｒが算出されると、ＥＣＵ３０は、目標ＦＣ電力Ｐｆｃ＿ｔａｒ及び目標ＢＡＴ電力Ｐｂａｔ＿ｔａｒを用いてシステム１２の各部を制御する。
【００７５】
具体的には、ＥＣＵ３０は、ＦＣ５０の実際の発電電力（ＦＣ電力Ｐｆｃ）が目標ＦＣ電力Ｐｆｃ＿ｔａｒと一致するようにＦＣコンバータ２４の昇圧率を制御する。また、ＥＣＵ３０は、バッテリ２２の実際の出入力電力Ｐｂａｔが目標ＢＡＴ電力Ｐｂａｔ＿ｔａｒと一致するようにバッテリコンバータ２６の昇圧率を制御する。なお、目標ＢＡＴ電力Ｐｂａｔ＿ｔａｒが負の値である場合、ＥＣＵ３０は、スイッチング素子９４のオン状態を継続してＢＡＴ−ＶＣＵ２６を直結状態とする。
【００７６】
［Ａ−２−５．システム電力制御の例］
図７は、第１実施形態のシステム電力制御を用いた場合のシステム負荷Ｐｓｙｓ、ＦＣ電力Ｐｆｃ、ＢＡＴ電力Ｐｂａｔ及びバッテリＳＯＣの例を示すタイムチャートである。図７の時点ｔ１において、システム負荷Ｐｓｙｓが急上昇すると、これに伴ってＦＣ電力Ｐｆｃ及びＢＡＴ電力Ｐｂａｔが急上昇する。換言すると、ＦＣ電力Ｐｆｃは、上限値Ｐｆｃ＿ｍａｘ（図６）まで増加し（図４のＳ８）、ＢＡＴ電力Ｐｂａｔは、システム負荷Ｐｓｙｓと上限値Ｐｆｃ＿ｍａｘの差を補う値となる（Ｓ９）。
【００７７】
時点ｔ２において、システム負荷Ｐｓｙｓが、ＦＣ電力Ｐｆｃの上限値Ｐｆｃ＿ｍａｘとＢＡＴ電力Ｐｂａｔの最大効率電力Ｐｂａｔ＿ηｍａｘの合計値まで低下する。時点ｔ２から時点ｔ３までシステム負荷Ｐｓｙｓは低下する。この際、ＢＡＴ電力Ｐｂａｔは最大効率電力Ｐｂａｔ＿ηｍａｘ（図５）を維持する一方（図４のＳ５、Ｓ９）、ＦＣ電力Ｐｆｃは、システム負荷Ｐｓｙｓと最大効率電力Ｐｂａｔ＿ηｍａｘの差に応じて変化する（Ｓ６、Ｓ８）。
【００７８】
時点ｔ３において、システム負荷ＰｓｙｓがＢＡＴ電力Ｐｂａｔの最大効率電力Ｐｂａｔ＿ηｍａｘまで減少する。この際、ＦＣ電力Ｐｆｃはゼロとなる。時点ｔ３〜ｔ４においてシステム負荷Ｐｓｙｓがさらに減少すると、ＢＡＴ電力Ｐｂａｔはシステム負荷Ｐｓｙｓに伴って低下する。
【００７９】
時点ｔ４〜ｔ５の間は、システム負荷Ｐｓｙｓがゼロ以下である。この際、ＦＣ電力Ｐｆｃはゼロである。また、ＢＡＴ電力Ｐｂａｔは、システム負荷Ｐｓｙｓに応じて変化する。なお、システム負荷Ｐｓｙｓが負の値であるとき、バッテリ２２が充電されている。
【００８０】
時点ｔ５においてシステム負荷Ｐｓｙｓがゼロから増加を始めると、これに伴ってＢＡＴ電力Ｐｂａｔが増加する。そして、時点ｔ６においてシステム負荷Ｐｓｙｓ及びＢＡＴ電力Ｐｂａｔが最大効率電力Ｐｂａｔ＿ηｍａｘに到達する。そこで、時点ｔ６以降、システム負荷Ｐｓｙｓと最大効率電力Ｐｂａｔ＿ηｍａｘの差に応じてＦＣ電力Ｐｆｃが変化する。
【００８１】
＜Ａ−３．第１実施形態の効果＞
以上説明したように、第１実施形態によれば、バッテリ２２（蓄電装置）から負荷４０に至るまでの電力供給経路（図１）におけるＢＡＴ側合計効率ηｂａｔ＿ｔｏｔａｌ（電力効率）が最大値となるように（第１所定値以上となるように）仮目標ＢＡＴ電力Ｐｂａｔ＿ｔａｒ＿ｐ（蓄電装置分担電力）を設定する（図４のＳ５、図５、図７）。また、システム負荷Ｐｓｙｓ（要求システム電力）から仮目標ＢＡＴ電力Ｐｂａｔ＿ｔａｒ＿ｐを差し引いた差分の電力を仮目標ＦＣ電力Ｐｆｃ＿ｔａｒ＿ｐ（燃料電池分担電力）として設定する（図４のＳ６、図６、図７）。これにより、ＢＡＴ側合計効率ηｂａｔ＿ｔｏｔａｌが、システム１２全体の電力効率に対する影響度が大きい場合、システム１２全体の電力効率又はエネルギ効率を向上することが可能となる。
【００８２】
第１実施形態において、ＦＣシステム１２（電力供給システム）は、バッテリ２２（蓄電装置）と負荷４０との間に接続されると共に、バッテリ電圧Ｖｂａｔを変圧するＢＡＴ−ＶＣＵ２６（電圧変換器）を備える（図１）。ＥＣＵ３０（制御装置）は、バッテリ２２及びＢＡＴ−ＶＣＵ２６の組み合わせによるＢＡＴ側合計効率ηｂａｔ＿ｔｏｔａｌ（電力効率）が最大値となるように（第１所定値以上となるように）仮目標ＢＡＴ電力Ｐｂａｔ＿ｔａｒ＿ｐ（蓄電装置分担電力）を設定する（図４のＳ５、図５、図７）。これにより、バッテリ２２とＢＡＴ−ＶＣＵ２６の組み合わせによるＢＡＴ側合計効率ηｂａｔ＿ｔｏｔａｌが、システム１２全体の電力効率に対する影響度が大きい場合、システム１２全体の電力効率又はエネルギ効率を向上することが可能となる。
【００８３】
第１実施形態において、ＥＣＵ３０（制御装置）は、ＦＣ発電効率ηｆｃが発電効率閾値ＴＨｐｆｃ＿η（第２所定値）以下となるか否かを判定するためのＦＣ電力Ｐｆｃである上限値Ｐｆｃ＿ｍａｘ（電力上限値）を設定する（図４のＳ７、図６）。また、ＥＣＵ３０は、仮目標ＦＣ電力Ｐｆｃ＿ｔａｒ＿ｐ（燃料電池分担電力）が上限値Ｐｆｃ＿ｍａｘを上回る場合、上限値Ｐｆｃ＿ｍａｘを目標ＦＣ電力Ｐｆｃ＿ｔａｒとして設定する（図４のＳ８）。加えて、ＥＣＵ３０は、システム負荷Ｐｓｙｓ（要求システム電力）から上限値Ｐｆｃ＿ｍａｘを差し引いた差分の電力を目標ＢＡＴ電力Ｐｂａｔ＿ｔａｒとして設定する（図４のＳ９）。
【００８４】
これにより、仮目標ＦＣ電力Ｐｆｃ＿ｔａｒ＿ｐが上限値Ｐｆｃ＿ｍａｘを上回る場合には、ＢＡＴ側合計効率ηｂａｔ＿ｔｏｔａｌに加え、ＦＣ５０側の効率（ＦＣ発電効率ηｆｃ）も考慮することで、電力供給システム１２全体の電力効率又はエネルギ効率をさらに向上することが可能となる。
【００８５】
第１実施形態において、ＥＣＵ３０（制御装置）は、ＦＣ発電効率ηｆｃが最大効率電力Ｐｆｃ＿ηｍａｘ（第３所定値）以下となるか否かを判定するためのＦＣ電力Ｐｆｃである下限値Ｐｆｃ＿ｍｉｎ（電力下限値）を設定する（図４のＳ７、図６）。また、ＥＣＵ３０は、仮目標ＦＣ電力Ｐｆｃ＿ｔａｒ＿ｐ（燃料電池分担電力）が下限値Ｐｆｃ＿ｍｉｎを下回る場合、下限値Ｐｆｃ＿ｍｉｎを目標ＦＣ電力Ｐｆｃ＿ｔａｒとして設定する（図４のＳ８）。加えて、ＥＣＵ３０は、システム負荷Ｐｓｙｓ（要求システム電力）から下限値Ｐｆｃ＿ｍｉｎを差し引いた差分の電力を目標ＢＡＴ電力Ｐｂａｔ＿ｔａｒとして設定する（図４のＳ９）。
【００８６】
これにより、仮目標ＦＣ電力Ｐｆｃ＿ｔａｒ＿ｐが下限値Ｐｆｃ＿ｍｉｎを下回る場合には、ＢＡＴ側合計効率ηｂａｔ＿ｔｏｔａｌに加え、ＦＣ５０側の効率（ＦＣ発電効率ηｆｃ）も考慮することで、電力供給システム１２全体の電力効率又はエネルギ効率をさらに向上することが可能となる。
【００８７】
第１実施形態において、バッテリ２２（蓄電装置）のＳＯＣが第２ＳＯＣ閾値ＴＨｓｏｃ２（残容量閾値）を下回る場合、ＥＣＵ３０（制御装置）は、ＦＣ効率ηｆｃが最大値となる最大効率電力Ｐｆｃ＿ηｍａｘ以下の値に電力下限値Ｐｆｃ＿ｍｉｎ（Ｐｆｃ＿ｍｉｎ１）を設定する（図４のＳ７、図６）。また、ＳＯＣが第２ＳＯＣ閾値ＴＨｓｏｃ２を上回る場合、ＥＣＵ３０は、最大効率電力Ｐｆｃ＿ηｍａｘよりも大きい値に電力下限値Ｐｆｃ＿ｍｉｎ（Ｐｆｃ＿ｍｉｎ２）を設定する（図４のＳ７、図６）。換言すると、ＦＣ発電効率ηｆｃが最大値とならないようにＦＣ発電領域Ｒｐｆｃの下限値Ｐｆｃ＿ｍｉｎを増加させる。これにより、ＳＯＣが第２ＳＯＣ閾値ＴＨｓｏｃ２を上回ってバッテリ２２が充電過多となり得る場合、ＦＣ効率ηｆｃを低下させることで、バッテリ２２を保護すると共に、システム１２全体での余剰電力を少なくすることが可能となる。
【００８８】
Ｂ．第２実施形態
＜Ｂ−１．構成＞
第２実施形態のハードウェアの構成は、基本的に第１実施形態と同じである。但し、第２実施形態のバッテリ２２の利用電圧範囲Ｒｖｂａｔ（以下「ＢＡＴ電圧範囲Ｒｖｂａｔ」ともいう。）の上限値Ｖｂａｔ＿ｍａｘは、要求モータ電圧Ｖｍｏｔ＿ｒｅｑの範囲の下限値Ｖｍｏｔ＿ｒｅｑ＿ｍｉｎよりも高い値に設定される。これは、ＢＡＴ−ＶＣＵ２６が直結状態でもバッテリ電圧Ｖｂａｔが要求モータ電圧Ｖｍｏｔ＿ｒｅｑ以上となるようにするためである。このため、第１実施形態よりも頻繁にＢＡＴ−ＶＣＵ２６の直結状態を利用することができる。さらに、ＢＡＴ電圧範囲Ｒｖｂａｔの下限値Ｖｂａｔ＿ｍｉｎは、ＦＣ５０の利用電圧範囲Ｒｖｆｃ（以下「ＦＣ電圧範囲Ｒｖｆｃ」ともいう。）の上限値Ｖｆｃ＿ｍａｘよりも高い。
【００８９】
また、第２実施形態のＦＣ−ＶＣＵ２４のスイッチング素子７２（図２）は、通過電力Ｐｆｖが同じである場合、ＢＡＴ−ＶＣＵ２６のスイッチング素子９２、９４（図３）よりも電力変換効率が高い（換言すると、電力損失が少ない。）。このため、ＢＡＴ−ＶＣＵ２６の直結状態の利用頻度を上げることと組み合わせることで、ＦＣシステム１２全体の電力効率を向上することが可能となる。
【００９０】
第２実施形態のスイッチング素子７２（第１スイッチング素子）は、例えばＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）からなる。スイッチング素子７２を構成するＭＯＳＦＥＴは、例えばＳｉＣ（シリコン・カーバイド）製である。また、第２実施形態のスイッチング素子９２、９４（第２スイッチング素子）は、例えばＩＧＢＴからなる。スイッチング素子９２、９４を構成するＩＧＢＴは、例えばシリコン製である。
【００９１】
＜Ｂ−２．第２実施形態の制御＞
次に、第２実施形態におけるＦＣ５０及びバッテリ２２の出力を制御するシステム電力制御について説明する。図８は、第２実施形態におけるシステム電力制御のフローチャートである。ステップＳ２１〜Ｓ２４は、図４のステップＳ１〜Ｓ４と同様である。
【００９２】
ステップＳ２５において、ＥＣＵ３０は、ＦＣ−ＶＣＵ２４が昇圧中であるか否かを判定する。ＦＣ−ＶＣＵ２４が昇圧中である場合（Ｓ２５：ＹＥＳ）、ステップＳ２６において、ＥＣＵ３０は、ＢＡＴ−ＶＣＵ２６が昇圧中であるか否かを判定する。ＢＡＴ−ＶＣＵ２６が昇圧中である場合（Ｓ２６：ＹＥＳ）、ステップＳ２７において、ＥＣＵ３０は、図４のステップＳ５〜Ｓ９と同様の処理を実行する。
【００９３】
ＢＡＴ−ＶＣＵ２６が昇圧中でない場合（Ｓ２６：ＮＯ）、ＢＡＴ−ＶＣＵ２６のみが直結状態である。この場合、ステップＳ２８において、ＥＣＵ３０は、システム負荷ＰｓｙｓからＢＡＴ電力Ｐｂａｔを引いた値を目標ＦＣ電力Ｐｆｃ＿ｔａｒとする。
【００９４】
ステップＳ２５に戻り、ＦＣ−ＶＣＵ２４が昇圧中でない場合（Ｓ２５：ＮＯ）、ステップＳ２９において、ＥＣＵ３０は、ＢＡＴ−ＶＣＵ２６が昇圧中であるか否かを判定する。ＢＡＴ−ＶＣＵ２６が昇圧中である場合（Ｓ２９：ＹＥＳ）、ＦＣ−ＶＣＵ２４のみが直結状態である。この場合、ステップＳ３０において、ＥＣＵ３０は、システム負荷ＰｓｙｓからＦＣ電力Ｐｆｃを引いた値を目標ＢＡＴ電力Ｐｂａｔ＿ｔａｒとする。
【００９５】
ステップＳ２９においてＢＡＴ−ＶＣＵ２６が昇圧中でない場合（Ｓ２９：ＮＯ）、ＦＣ−ＶＣＵ２４及びＢＡＴ−ＶＣＵ２６の両方が直結状態である。このような状態が生じ得るのは、モータ１４が停止状態又は回生状態にあり、システム負荷Ｐｓｙｓが非常に小さい場合である。この場合、ＥＣＵ３０は、ＦＣ５０の発電を制限する。補機電力Ｐａは、回生電力Ｐｒｅｇ又はＢＡＴ電力Ｐｂａｔにより賄われる。
【００９６】
＜Ｂ−３．第２実施形態の効果＞
上記のような第２実施形態によれば、第１実施形態の効果に加え又はこれに代えて、以下の効果を奏することができる。
【００９７】
すなわち、第２実施形態によれば、ＦＣ−ＶＣＵ２４及びＢＡＴ−ＶＣＵ２６が直結状態及び昇圧動作を切り替える構成においても、目標ＦＣ電力Ｐｆｃ＿ｔａｒ及び目標ＢＡＴ電力Ｐｂａｔ＿ｔａｒを好適に設定することが可能となる。
【００９８】
Ｃ．変形例
なお、本発明は、上記各実施形態に限らず、本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。
【００９９】
＜Ｃ−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（図１）。しかしながら、例えば、システム負荷Ｐｓｙｓから目標ＢＡＴ電力Ｐｂａｔ＿ｔａｒ（又は仮目標ＢＡＴ電力Ｐｂａｔ＿ｔａｒ＿ｐ）を差し引いた差分の電力を目標ＦＣ電力Ｐｆｃ＿ｔａｒ（又は仮目標ＦＣ電力Ｐｆｃ＿ｔａｒ＿ｐ）として設定する観点からすれば、これに限らない。例えば、ＦＣシステム１２を船舶や航空機等の移動物体に用いることもできる。或いは、ＦＣシステム１２を、ロボット、製造装置、家庭用電力システム又は家電製品に適用してもよい。
【０１００】
＜Ｃ−２．ＦＣシステム１２の構成＞
上記各実施形態では、ＦＣ５０の手前に昇圧コンバータ２４を配置した（図１）。しかしながら、例えば、システム負荷Ｐｓｙｓから目標ＢＡＴ電力Ｐｂａｔ＿ｔａｒ等を差し引いた差分の電力を目標ＦＣ電力Ｐｆｃ＿ｔａｒ等として設定する観点からすれば、これに限らない。例えば、昇圧コンバータ２４の代わりに、ＦＣ電圧Ｖｆｃを昇圧及び降圧可能な昇降圧コンバータ又はＦＣ電圧Ｖｆｃを降圧可能な降圧コンバータを配置することも可能である。
【０１０１】
上記各実施形態では、バッテリ２２の手前に昇圧コンバータ２６を配置した（図１）。しかしながら、例えば、システム負荷Ｐｓｙｓから目標ＢＡＴ電力Ｐｂａｔ＿ｔａｒ等を差し引いた差分の電力を目標ＦＣ電力Ｐｆｃ＿ｔａｒ等として設定する観点からすれば、これに限らない。例えば、昇圧コンバータ２６の代わりに、ＢＡＴ電圧Ｖｂａｔを昇圧すると共に回生電圧Ｖｒｅｇ又はＦＣ電圧Ｖｆｃを降圧する昇降圧コンバータを用いることもできる。或いは、ＢＡＴ電圧Ｖｂａｔを昇圧すると共に回生電圧Ｖｒｅｇ又はＦＣ電圧Ｖｆｃを昇圧する昇圧コンバータを用いることもできる。
【０１０２】
また、ＦＣ５０の手前の昇圧コンバータ２４又はバッテリ２２の手前の昇圧コンバータ２６の一方を省略することも可能である。例えばバッテリ２２の手前の昇圧コンバータ２６を省略した場合、ＢＡＴ効率ηｂａｔが所定値以上となるように、例えば、仮目標ＢＡＴ電力Ｐｂａｔ＿ｔａｒ＿ｐ（蓄電装置分担電力）を０〜α（Ｗ）の範囲に設定すればよい。
【０１０３】
上記各実施形態では、モータ１４を交流式とした（図１）。しかしながら、例えば、システム負荷Ｐｓｙｓから目標ＢＡＴ電力Ｐｂａｔ＿ｔａｒ等を差し引いた差分の電力を目標ＦＣ電力Ｐｆｃ＿ｔａｒ等として設定する観点からすれば、これに限らない。例えば、モータ１４は、直流式とすることも可能である。この場合、インバータ１６を省略することが可能である。
【０１０４】
上記各実施形態では、モータ１４をＦＣ車両１０の走行用又は駆動用とした（図１）。しかしながら、例えば、システム負荷Ｐｓｙｓから目標ＢＡＴ電力Ｐｂａｔ＿ｔａｒ等を差し引いた差分の電力を目標ＦＣ電力Ｐｆｃ＿ｔａｒ等として設定する観点からすれば、これに限らない。例えば、モータ１４を車載機器（例えば、電動パワーステアリング、エアコンプレッサ、エアコンディショナ）用に用いてもよい。
【０１０５】
＜Ｃ−３．ＦＣシステム１２の制御＞
［Ｃ−３−１．システム負荷Ｐｓｙｓ］
第１実施形態では、要求インバータ端電力Ｐｉｎｖ＿ｒｅｑ及び補機電力Ｐａに基づいてシステム負荷Ｐｓｙｓを算出した（図４のＳ４）。しかしながら、システム負荷Ｐｓｙｓは、要求インバータ端電力Ｐｉｎｖ＿ｒｅｑ及び補機電力Ｐａの一方のみから算出することも可能である。或いは、ＦＣシステム１２を車両１０以外の構成に適用する場合、システム負荷Ｐｓｙｓ（要求システム電力）はその他の負荷から構成することも可能である。
【０１０６】
［Ｃ−３−２．目標ＢＡＴ電力Ｐｂａｔ＿ｔａｒ］
第１実施形態では、システム負荷Ｐｓｙｓが最大効率電力Ｐｂａｔ＿ηｍａｘを上回る場合、仮目標ＢＡＴ電力Ｐｂａｔ＿ｔａｒ＿ｐとして最大効率電力Ｐｂａｔ＿ηｍａｘ（ＢＡＴ側合計効率ηｂａｔ＿ｔｏｔａｌに対応するＢＡＴ電力Ｐｂａｔ）を設定した（図４のＳ５）。しかしながら、合計効率ηｂａｔ＿ｔｏｔａｌが第１所定値ＴＨηｂａｔ＿ｔｏｔａｌ以上となるように目標ＢＡＴ電力Ｐｂａｔ＿ｔａｒを設定する観点からすれば、これに限らない。例えば、システム負荷ＰｓｙｓがＢＡＴ動作領域Ｒｐｂａｔ＿ηｔａｒ内にある場合、システム負荷Ｐｓｙｓをそのまま仮目標ＢＡＴ電力Ｐｂａｔ＿ｔａｒ＿ｐとすることも可能である。第２実施形態（図８のＳ２７）も同様である。
【０１０７】
［Ｃ−３−３．目標ＦＣ電力Ｐｆｃ＿ｔａｒの上限値Ｐｆｃ＿ｍａｘ及び下限値Ｐｆｃ＿ｍｉｎ］
第１実施形態では、上限値Ｐｆｃ＿ｍａｘ及び下限値Ｐｆｃ＿ｍｉｎを用いて目標ＦＣ電力Ｐｆｃ＿ｔａｒを算出した上で（図４のＳ８）、システム負荷Ｐｓｙｓと目標ＦＣ電力Ｐｆｃ＿ｔａｒの差を目標ＢＡＴ電力Ｐｂａｔ＿ｔａｒで補うこととした（Ｓ９）。しかしながら、例えば、システム負荷Ｐｓｙｓから目標ＢＡＴ電力Ｐｂａｔ＿ｔａｒ等を差し引いた差分の電力を目標ＦＣ電力Ｐｆｃ＿ｔａｒ等として設定する観点からすれば、上限値Ｐｆｃ＿ｍａｘ及び下限値Ｐｆｃ＿ｍｉｎの一方又は両方を省略することも可能である。第２実施形態（図８のＳ２７）も同様である。
【０１０８】
第１実施形態では、ＦＣ電力発生頻度Ｆｐｆｃを用いて上限値Ｐｆｃ＿ｍａｘ及び第２下限値Ｐｆｃ＿ｍｉｎ２を設定した（図６）。また、第１実施形態では、ＦＣ発電効率ηｆｃを用いて第１下限値Ｐｆｃ＿ｍｉｎ１を設定した（図６）。しかしながら、ＦＣ５０の特性（ＦＣ発電効率ηｆｃ等）を考慮して目標ＦＣ電力Ｐｆｃ＿ｔａｒに制限をかける観点からすれば、これに限らない。例えば、ＦＣ５０の劣化度合いがＦＣ電圧Ｖｆｃに応じて変化することを考慮して、ＦＣ電圧Ｖｆｃに基づいて目標ＦＣ電力Ｐｆｃ＿ｔａｒに制限をかけること（すなわち、ＦＣ電圧Ｖｆｃに基づいて上限値Ｐｆｃ＿ｍａｘ及び下限値Ｐｆｃ＿ｍｉｎの両方又は一方を設定すること）も可能である。第２実施形態（図８のＳ２７）も同様である。
【符号の説明】
【０１０９】
１２…ＦＣシステム（電力供給システム）  ２２…高電圧バッテリ（蓄電装置）
２４…ＦＣコンバータ
２６…バッテリコンバータ（電圧変換器）
３０…ＥＣＵ（制御装置）                ４０…負荷
５０…燃料電池
Ｐｂａｔ＿ｔａｒ…目標ＢＡＴ電力（蓄電装置分担電力）
Ｐｆｃ＿ｔａｒ…目標ＦＣ電力（燃料電池分担電力）
Ｐｆｃ＿ｍａｘ…上限値（電力上限値）
Ｐｆｃ＿ηｍａｘ…最大効率電力（第３所定値）
Ｐｓｙｓ…システム負荷（要求システム電力）
Ｐｆｃ＿ｍｉｎ、Ｐｆｃ＿ｍｉｎ１、Ｐｆｃ＿ｍｉｎ２…下限値（電力下限値）
ＴＨｐｆｃ＿η…発電効率閾値（第２所定値）
ＴＨｓｏｃ２…第２ＳＯＣ閾値（残容量閾値）
ＴＨηｂａｔ＿ｔｏｔａｌ…第１所定値
Ｖｂａｔ…バッテリ電圧（蓄電装置の出力電圧）
Ｖｆｃ…ＦＣ電圧（燃料電池の出力電圧）
ηｂａｔ＿ｔｏｔａｌ…ＢＡＴ側電力効率（電力効率）
【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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