(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回生時又は回生が予想されるときに、燃料電池の出力電圧を酸化還元進行電圧範囲外の電圧値に固定すると共に、蓄電装置の残容量に基づき、前記燃料電池へ供給する反応ガスの量を変化させる回生時電圧固定制御を実行し、
前記回生時電圧固定制御では、
搭載対象の移動体の降坂に伴う回生であるか否かを判定し、
降坂に伴う回生であると判定した場合、降坂に伴う回生でないと判定した場合と比べて、前記燃料電池へ供給する前記反応ガスの量を低下させる燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池システムにおいて、
前記降坂に伴う回生であると判定した場合、前記燃料電池の出力電圧を前記酸化還元進行電圧範囲よりも高い電圧値に設定し、
前記降坂に伴う回生でないと判定した場合、前記燃料電池の出力電圧を、前記蓄電装置の残容量に応じて、前記酸化還元進行電圧範囲よりも低い値又は高い値に設定する
ことを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池及び蓄電装置を備え、電力回生が可能な燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池車両等に利用される燃料電池の劣化を抑制するために、酸化還元電位を回避して燃料電池を発電する燃料電池システムが提案されている（特許文献１）。特許文献１の燃料電池システムでは、システム要求電力Ｗｒｅｑが徐々に上がっていく場合であっても、燃料電池の出力電圧Ｖｆｃを酸化還元電位Ｖｏｘｐｔで一度制限し、制限した電圧に相当する電力をバッテリで補うように制御する。その後、アクセル開度が下がる等して燃料電池の発電が必要なくなったとしても、燃料電池の出力電圧を酸化還元電位以下で維持して発電を継続し、バッテリの残容量が所定値を超えるまで発電を継続する（要約）。
【０００３】
また、回生電力の有効な回収を目指した燃料電池システムが開発されている（特許文献２）。特許文献２では、燃料電池とバッテリとを併用して走行モータへ電力を供給する電力系統において、走行モータからの回生電力を最大限に回収できる燃料電池システムを提供することを課題としている（要約）。このため、特許文献２の燃料電池システム２０では、回生電力が高くなるにつれて燃料電池１の出力可能範囲の下限値の基準値を低下させ、当該出力可能範囲内で燃料電池１の出力電力を制御する（請求項１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−００５０３８号公報
【特許文献２】特開２００９−２９５５１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように、特許文献１の制御では、燃料電池の出力電圧を酸化還元電位Ｖｏｘｐｔ以下に維持するが、酸化還元電位Ｖｏｘｐｔを回避し続けるためには、走行モータ等の負荷が要求する電力に対して、燃料電池の出力電力を大きくする必要がある。その場合、燃料電池の余剰電力をバッテリに充電することになる。このため、酸化還元電位Ｖｏｘｐｔを回避し続けるためには、バッテリの充放電の頻度が多くなる。バッテリの充放電の頻度が多くなると、充放電に伴う電力損失が大きくなり、燃料電池システム全体での出力効率が低下してしまう。なお、本発明者が確認したところでは、酸化還元反応が発生する電位は一定の幅が存在する。以下では、酸化還元反応が発生する電圧範囲を「酸化還元進行電圧範囲」という。
【０００６】
また、特許文献２の制御では、回生電力の大きさに応じて燃料電池１の出力可能範囲の下限値の基準値を低下させるが、当該出力可能範囲の下限値の基準値を低下させることにより、燃料電池１の出力電圧が増加し、触媒（白金）の酸化反応又は還元反応が過度に進行して燃料電池１の劣化を促進するおそれがある。さらに、回生電力の回収を優先して燃料電池１の発電電力を低下させ過ぎると、予想より低い回生電力しか得られなかった場合にバッテリの残容量が過度に低くなることも考えられる。
【０００７】
この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、燃料電池の劣化を抑制しつつ、回生電力を有効に回収することが可能な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】
【０００８】
この発明に係る燃料電池システムは、回生時又は回生が予想されるときに、燃料電池の出力電圧を酸化還元進行電圧範囲外の電圧値に固定すると共に、蓄電装置の残容量に基づき、前記燃料電池へ供給する反応ガスの量を変化させる回生時電圧固定制御を実行し、前記回生時電圧固定制御では、搭載対象の移動体の降坂に伴う回生であるか否かを判定し、降坂に伴う回生であると判定した場合、降坂に伴う回生でないと判定した場合と比べて、前記燃料電池へ供給する前記反応ガスの量を低下させることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、燃料電池の劣化を抑制しつつ、回生電力を有効に回収することが可能となる。
【００１０】
すなわち、この発明によれば、回生時又は回生が予想されるときには、燃料電池の出力電圧を酸化還元進行電圧範囲外の電圧値に設定する。従って、燃料電池の劣化を抑制することが可能となる。
【００１１】
また、この発明では、回生時又は回生が予想されるときに、蓄電装置の残容量（ＳＯＣ）に基づき、燃料電池へ供給する反応ガスの量を変化させる。さらに、降坂に伴う回生であると判定した場合、降坂に伴う回生でないと判定した場合（例えば、平坦路での減速による回生である場合）と比べて、燃料電池へ供給する反応ガスの量を低下させる。このため、蓄電装置のＳＯＣが同じであっても、降坂に伴う回生である場合の方が、降坂に伴う回生でない場合と比べて、燃料電池の発電量が低くなる。
【００１２】
一般に、平坦路での減速による回生と比べて、降坂に伴う回生の方が長い時間継続する可能性が高い。降坂に伴う回生とは、例えば、降坂中に車速を維持若しくは減速するため又は加速度の増加を緩やかにするために制動力を働かせること（モータ回転数を減少させることを含む。）に伴う回生を意味する。また、降坂中は、移動体の位置エネルギを回生エネルギに変換できるため、回生電力が大きくなり易いと考えられる。従って、降坂に伴う回生である場合、蓄電装置に対してより多くの充電を行うことが可能となる。ここで、走行モータ、回生用モータ等の回生発電源とは別に燃料電池が発電を行っていると、その分、蓄電装置に回生電力が充電され難くなり、回生電力の回収効率が低下してしまうおそれがある。この発明によれば、降坂に伴う回生である場合、燃料電池への反応ガスの供給量を低下させ、燃料電池の発電量を減少させる。従って、降坂時の回生電力をより多く蓄電装置に充電することが可能となる。
【００１３】
また、蓄電装置のＳＯＣに目標値又は目標範囲を設定し、ＳＯＣが目標値と等しくなるように又はＳＯＣが目標範囲内に入るように蓄電装置の充放電を制御する場合、燃料電池の出力を維持したままでは、例えば、降坂時の回生電力により蓄電装置を過充電するおそれがある。このような場合、蓄電装置の充放電の回数が増え、充放電に伴う電力損失が発生することにより、結果として、回生効率を低下させることとなる。この発明によれば、降坂に伴う回生である場合、燃料電池への反応ガスの供給量を低下させ、燃料電池の発電量を減少させる。このため、燃料電池の発電電力に代わって蓄電装置に充電される回生電力が増えることで、蓄電装置の残容量を目標値に近づけ易くなる又は目標範囲内に維持し易くなる。従って、回生効率を向上させることが可能となる。
【００１４】
前記降坂に伴う回生であると判定した場合、前記燃料電池の出力電圧を前記酸化還元進行電圧範囲よりも高い電圧値に設定し、前記降坂に伴う回生でないと判定した場合、前記燃料電池の出力電圧を、前記蓄電装置の残容量に応じて、前記酸化還元進行電圧範囲よりも低い値又は高い値に設定してもよい。
【００１５】
一般に、通常発電時のストイキ比で燃料電池に反応ガスが供給されている場合、燃料電池の出力電圧が低いほど燃料電池の出力が高くなる。また、上述のように、降坂に伴う回生の場合、燃料電池の出力を抑制した方が、回生電力を有効活用することが可能となる。さらに、上記構成によれば、降坂に伴う回生である場合、燃料電池の出力電圧をより高く設定することで燃料電池の出力を相対的に低くし、降坂に伴う回生でない場合、燃料電池の出力電圧をより低く設定可能とすることで燃料電池の出力を相対的に高くすることが可能となる。従って、降坂に伴う回生時には燃料電池への反応ガスの供給量を低下させることとあいまって、反応ガスの供給量に応じた的確な発電をすることが可能となる。その結果、燃料電池システムの発電効率を向上させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、燃料電池の劣化を抑制しつつ、回生電力を有効に回収することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明の一実施形態に係る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】前記燃料電池車両の電力系のブロック図である。
【図３】前記実施形態における燃料電池ユニットの概略構成図である。
【図４】前記実施形態におけるＤＣ／ＤＣコンバータの詳細を示す図である。
【図５】電子制御装置（ＥＣＵ）における基本的な制御のフローチャートである。
【図６】システム負荷を計算するフローチャートである。
【図７】現在のモータ回転数とモータ予想消費電力との関係を示す図である。
【図８】燃料電池を構成する燃料電池セルの電位とセルの劣化量との関係の一例を示す図である。
【図９】燃料電池セルの電位の変動速度が異なる場合の酸化の進行と還元の進行の様子の例を示すサイクリックボルタンメトリ図である。
【図１０】前記実施形態における燃料電池の発電制御の説明図である。
【図１１】前記ＥＣＵが、前記燃料電池車両のエネルギマネジメントを行うフローチャートである。
【図１２】回生時におけるバッテリＳＯＣと目標ＦＣ電力との関係を示す図である。
【図１３】カソードストイキ比とセル電流との関係を示す図である。
【図１４】電圧固定・電流可変制御のフローチャートである。
【図１５】前記電圧固定・電流可変制御における目標ＦＣ電流と目標酸素濃度との関係を示す図である。
【図１６】前記電圧固定・電流可変制御における目標酸素濃度及び目標ＦＣ電流と目標エアポンプ回転数及び目標ウォータポンプ回転数との関係を示す図である。
【図１７】前記電圧固定・電流可変制御における目標酸素濃度及び目標ＦＣ電流と目標背圧弁開度との関係を示す図である。
【図１８】前記電圧固定・電流可変制御における目標ＦＣ電流と空気流量との関係を示す図である。
【図１９】前記電圧固定・電流可変制御における循環弁の開度と循環ガス流量との関係を示す図である。
【図２０】モータのトルク制御のフローチャートである。
【図２１】通常回生時における前記実施形態に係る各種制御を用いた場合のタイムチャートの例である。
【図２２】降坂回生時における前記実施形態に係る各種制御を用いた場合のタイムチャートの例である。
【図２３】前記実施形態に係る燃料電池車両の第１変形例の概略構成を示すブロック図である。
【図２４】前記実施形態に係る燃料電池車両の第２変形例の概略構成を示すブロック図である。
【図２５】前記実施形態に係る燃料電池車両の第３変形例の概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
１．全体的な構成の説明
［１−１．全体構成］
図１は、この発明の一実施形態に係る燃料電池システム１２（以下「ＦＣ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。図２は、ＦＣ車両１０の電力系のブロック図である。図１及び図２に示すように、ＦＣ車両１０は、ＦＣシステム１２に加え、走行用のモータ１４と、インバータ１６とを有する。
【００１９】
ＦＣシステム１２は、燃料電池ユニット１８（以下「ＦＣユニット１８」という。）と、高電圧バッテリ２０（以下「バッテリ２０」ともいう。）（蓄電装置）と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２と、電子制御装置２４（以下「ＥＣＵ２４」という。）とを有する。
【００２０】
［１−２．駆動系］
モータ１４は、ＦＣユニット１８及びバッテリ２０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２６を通じて車輪２８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２０等に出力する（図２参照）。
【００２１】
インバータ１６は、３相ブリッジ型の構成とされて、直流／交流変換を行い、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ＤＣ／ＤＣコンバータ２２を通じてバッテリ２０等に供給する。
【００２２】
なお、モータ１４とインバータ１６を併せて負荷３０という。負荷３０には、後述するエアポンプ６０、ウォータポンプ８０、エアコンディショナ９０等の構成要素を含めることもできる。
【００２３】
［１−３．ＦＣ系］
（１−３−１．全体構成）
図３は、ＦＣユニット１８の概略構成図である。ＦＣユニット１８は、燃料電池スタック４０（以下「ＦＣスタック４０」又は「ＦＣ４０」という。）と、ＦＣスタック４０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４０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、ＦＣスタック４０を冷却する冷却系と、セル電圧モニタ４２とを備える。
【００２４】
（１−３−２．ＦＣスタック４０）
ＦＣスタック４０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（以下「ＦＣセル」という。）を積層した構造を有する。
【００２５】
（１−３−３．アノード系）
アノード系は、水素タンク４４、レギュレータ４６、エゼクタ４８及びパージ弁５０を有する。水素タンク４４は、燃料ガスとしての水素を収容するものであり、配管４４ａ、レギュレータ４６、配管４６ａ、エゼクタ４８及び配管４８ａを介して、アノード流路５２の入口に接続されている。これにより、水素タンク４４の水素は、配管４４ａ等を介してアノード流路５２に供給可能である。なお、配管４４ａには、遮断弁（図示せず）が設けられており、ＦＣスタック４０の発電の際、当該遮断弁は、ＥＣＵ２４により開とされる。
【００２６】
レギュレータ４６は、導入される水素の圧力を所定値に調整して排出する。すなわち、レギュレータ４６は、配管４６ｂを介して入力されるカソード側の空気の圧力（パイロット圧）に応じて、下流側の圧力（アノード側の水素の圧力）を制御する。従って、アノード側の水素の圧力は、カソード側の空気の圧力に連動し、後記するように、酸素濃度を変化させるべくエアポンプ６０の回転数等を変化させると、アノード側の水素の圧力も変化する。
【００２７】
エゼクタ４８は、水素タンク４４からの水素をノズルで噴射することで負圧を発生させ、この負圧によって配管４８ｂのアノードオフガスを吸引する。
【００２８】
アノード流路５２の出口は、配管４８ｂを介して、エゼクタ４８の吸気口に接続されている。そして、アノード流路５２から排出されたアノードオフガスは、配管４８ｂを通って、エゼクタ４８に再度導入されることでアノードオフガス（水素）が循環する。
【００２９】
なお、アノードオフガスは、アノードにおける電極反応で消費されなかった水素及び水蒸気を含んでいる。また、配管４８ｂには、アノードオフガスに含まれる水分｛凝縮水（液体）、水蒸気（気体）｝を分離・回収する気液分離器（図示せず）が設けられている。
【００３０】
配管４８ｂの一部は、配管５０ａ、パージ弁５０及び配管５０ｂを介して、後記する配管６４ｂに設けられた希釈ボックス５４に接続されている。パージ弁５０は、ＦＣスタック４０の発電が安定していないと判定された場合、ＥＣＵ２４からの指令に基づき所定時間、開となる。希釈ボックス５４は、パージ弁５０からのアノードオフガス中の水素を、カソードオフガスで希釈する。
【００３１】
（１−３−４．カソード系）
カソード系は、エアポンプ６０、加湿器６２、背圧弁６４、循環弁６６、流量センサ６８、７０及び温度センサ７２を有する。
【００３２】
エアポンプ６０は、外気（空気）を圧縮してカソード側に送り込むものであり、その吸気口は、配管６０ａを介して車外（外部）と連通している。エアポンプ６０の吐出口は、配管６０ｂ、加湿器６２及び配管６２ａを介して、カソード流路７４の入口に接続されている。エアポンプ６０がＥＣＵ２４の指令に従って作動すると、エアポンプ６０は、配管６０ａを介して車外の空気を吸気して圧縮し、この圧縮された空気が配管６０ｂ等を通ってカソード流路７４に圧送される。
【００３３】
加湿器６２は、水分透過性を有する複数の中空糸膜６２ｅを備えている。そして、加湿器６２は、中空糸膜６２ｅを介して、カソード流路７４に向かう空気とカソード流路７４から排出された多湿のカソードオフガスとの間で水分交換させ、カソード流路７４に向かう空気を加湿する。
【００３４】
カソード流路７４の出口側には、配管６２ｂ、加湿器６２、配管６４ａ、背圧弁６４及び配管６４ｂが配置されている。カソード流路７４から排出されたカソードオフガス（酸化剤オフガス）は、配管６２ｂ等を通って、車外に排出される。
【００３５】
背圧弁６４は、例えば、バタフライ弁で構成され、その開度がＥＣＵ２４によって制御されることで、カソード流路７４における空気の圧力を制御する。より具体的には、背圧弁６４の開度が小さくなると、カソード流路７４における空気の圧力が上昇し、体積流量当たりにおける酸素濃度（体積濃度）が高くなる。逆に、背圧弁６４の開度が大きくなると、カソード流路７４における空気の圧力が下降し、体積流量当たりにおける酸素濃度（体積濃度）が低くなる。
【００３６】
配管６４ｂは、配管６６ａ、循環弁６６及び配管６６ｂを介して、エアポンプ６０の上流側の配管６０ａに接続されている。これにより、排気ガス（カソードオフガス）の一部が、循環ガスとして、配管６６ａ、循環弁６６及び配管６６ｂを通って、配管６０ａに供給され、車外からの新規空気に合流し、エアポンプ６０に吸気される。
【００３７】
循環弁６６は、例えば、バタフライ弁で構成され、その開度がＥＣＵ２４によって制御されることで循環ガスの流量を制御する。
【００３８】
流量センサ６８は、配管６０ｂに取り付けられ、カソード流路７４に向かう空気の流量［ｇ／ｓ］を検出してＥＣＵ２４に出力する。流量センサ７０は、配管６６ｂに取り付けられ、配管６０ａに向かう循環ガスの流量Ｑｃ［ｇ／ｓ］を検出してＥＣＵ２４に出力する。
【００３９】
温度センサ７２は、配管６４ａに取り付けられ、カソードオフガスの温度を検出してＥＣＵ２４に出力する。ここで、循環ガスの温度は、カソードオフガスの温度と略等しいため、温度センサ７２の検出するカソードオフガスの温度に基づいて、循環ガスの温度を検知することができる。
【００４０】
（１−３−５．冷却系）
冷却系は、ウォータポンプ８０及び図示しないラジエータ、ラジエータファン等を有する。ウォータポンプ８０は、ＦＣ４０内に冷却水（冷媒）を循環させることでＦＣ４０を冷却する。ＦＣ４０を冷却して温度が上昇した冷却水は、前記ラジエータファンによる送風を受ける前記ラジエータで放熱される。
【００４１】
（１−３−６．セル電圧モニタ４２）
セル電圧モニタ４２は、ＦＣスタック４０を構成する複数の単セル毎のセル電圧Ｖｃｅｌｌを検出する機器であり、モニタ本体と、モニタ本体と各単セルとを接続するワイヤハーネスとを備える。モニタ本体は、所定周期で全ての単セルをスキャニングし、各単セルのセル電圧Ｖｃｅｌｌを検出し、平均セル電圧及び最低セル電圧を算出する。そして、平均セル電圧及び最低セル電圧をＥＣＵ２４に出力する。
【００４２】
（１−３−７．電力系）
図２に示すように、ＦＣ４０からの電力（以下「ＦＣ電力Ｐｆｃ」という。）は、インバータ１６及びモータ１４（力行時）とＤＣ／ＤＣコンバータ２２及び高電圧バッテリ２０（充電時）とに加え、前記エアポンプ６０、前記ウォータポンプ８０、前記エアコンディショナ９０、ダウンバータ９２（降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ）、低電圧バッテリ９４、アクセサリ９６及びＥＣＵ２４に供給される。なお、図１に示すように、ＦＣユニット１８（ＦＣ４０）とインバータ１６及びＤＣ／ＤＣコンバータ２２との間には、逆流防止ダイオード９８が配置されている。また、ＦＣ４０の発電電圧（以下「ＦＣ電圧Ｖｆｃ」という。）は、電圧センサ１００（図４）により検出され、ＦＣ４０の発電電流（以下「ＦＣ電流Ｉｆｃ」という。）は、電流センサ１０２により検出され、いずれもＥＣＵ２４に出力される。
【００４３】
［１−４．高電圧バッテリ２０］
バッテリ２０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、ニッケル水素二次電池又はキャパシタ等を利用することができる。本実施形態ではリチウムイオン２次電池を利用している。バッテリ２０の出力電圧（以下「バッテリ電圧Ｖｂａｔ」という。）［Ｖ］は、電圧センサ１０４（図２）により検出され、バッテリ２０の出力電流（以下「バッテリ電流Ｉｂａｔ」という。）［Ａ］は、電流センサ１０６により検出され、それぞれＥＣＵ２４に出力される。ＥＣＵ２４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２０の残容量（以下「ＳＯＣ」という。）［％］を算出する。
【００４４】
［１−５．ＤＣ／ＤＣコンバータ２２］
ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、ＦＣユニット１８からのＦＣ電力Ｐｆｃと、バッテリ２０から供給された電力（以下「バッテリ電力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。
【００４５】
図４には、本実施形態におけるＤＣ／ＤＣコンバータ２２の詳細が示されている。図４に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、一方がバッテリ２０のある１次側１Ｓに接続され、他方が負荷３０とＦＣ４０との接続点である２次側２Ｓに接続されている。
【００４６】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、１次側１Ｓの電圧（１次電圧Ｖ１）［Ｖ］を２次側２Ｓの電圧（２次電圧Ｖ２）［Ｖ］（Ｖ１≦Ｖ２）に昇圧するとともに、２次電圧Ｖ２を１次電圧Ｖ１に降圧する昇降圧型且つチョッパ型の電圧変換装置である。
【００４７】
図４に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、１次側１Ｓと２次側２Ｓとの間に配される相アームＵＡと、リアクトル１１０とから構成される。
【００４８】
相アームＵＡは、上アーム素子（上アームスイッチング素子１１２と逆並列ダイオード１１４）と下アーム素子（下アームスイッチング素子１１６と逆並列ダイオード１１８）とで構成される。上アームスイッチング素子１１２と下アームスイッチング素子１１６には、それぞれ例えば、ＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴ等が採用される。
【００４９】
リアクトル１１０は、相アームＵＡの中点（共通接続点）とバッテリ２０の正極との間に挿入され、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２により１次電圧Ｖ１と２次電圧Ｖ２との間で電圧を変換する際に、エネルギを蓄積及び放出する作用を有する。
【００５０】
上アームスイッチング素子１１２は、ＥＣＵ２４から出力されるゲート駆動信号（駆動電圧）ＵＨのハイレベルによりオンにされ、下アームスイッチング素子１１６は、ゲートの駆動信号（駆動電圧）ＵＬのハイレベルによりオンにされる。
【００５１】
なお、ＥＣＵ２４は、１次側の平滑コンデンサ１２２に並列に設けられた電圧センサ１２０により１次電圧Ｖ１を検出し、電流センサ１２４により１次側の電流（１次電流Ｉ１）［Ａ］を検出する。また、ＥＣＵ２４は、２次側の平滑コンデンサ１２８に並列に設けられた電圧センサ１２６により２次電圧Ｖ２を検出し、電流センサ１３０により２次側の電流（２次電流Ｉ２）［Ａ］を検出する。
【００５２】
［１−６．ＥＣＵ２４］
ＥＣＵ２４は、通信線１４０（図１等）を介して、モータ１４、インバータ１６、ＦＣユニット１８、バッテリ２０及びＤＣ／ＤＣコンバータ２２を制御する。当該制御に際しては、メモリ（ＲＯＭ）に格納されたプログラムを実行し、また、セル電圧モニタ４２、流量センサ６８、７０、温度センサ７２、電圧センサ１００、１０４、１２０、１２６、電流センサ１０２、１０６、１２４、１３０等の各種センサの検出値を用いる。
【００５３】
ここでの各種センサには、上記センサに加え、第１開度センサ１５０、第２開度センサ１５１、モータ回転数センサ１５２及び傾斜センサ１５３（図１）が含まれる。第１開度センサ１５０は、アクセルペダル１５４の開度θｐ［度］を検出する。第２開度センサ１５１は、ブレーキペダル１５５の開度θｂ［度］を検出する。回転数センサ１５２は、モータ１４の回転数（以下「モータ回転数Ｎｍ」又は「回転数Ｎｍ」という。）［ｒｐｍ］を検出する。ＥＣＵ２４は、回転数Ｎｍを用いてＦＣ車両１０の車速Ｖ［ｋｍ／ｈ］を検出する。傾斜センサ１５３は、車両１０の傾斜Ａ［°］を検出する。さらに、ＥＣＵ２４には、メインスイッチ１５８（以下「メインＳＷ１５８」という。）が接続される。メインＳＷ１５８は、ＦＣユニット１８及びバッテリ２０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。
【００５４】
ＥＣＵ２４は、マイクロコンピュータを含み、必要に応じて、タイマ、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、ＥＣＵ２４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１８、バッテリ２０及びＤＣ／ＤＣコンバータ２２毎の複数のＥＣＵから構成することもできる。
【００５５】
ＥＣＵ２４は、ＦＣスタック４０の状態、バッテリ２０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）に基づき決定したＦＣ車両１０全体としてＦＣシステム１２に要求される負荷から、ＦＣスタック４０が負担すべき負荷と、バッテリ２０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し、モータ１４、インバータ１６、ＦＣユニット１８、バッテリ２０及びＤＣ／ＤＣコンバータ２２に指令を送出する。
【００５６】
２．本実施形態の制御
次に、ＥＣＵ２４における制御について説明する。
【００５７】
［２−１．基本制御］
図５には、ＥＣＵ２４における基本的な制御のフローチャートが示されている。ステップＳ１において、ＥＣＵ２４は、メインＳＷ１５８がオンであるかどうかを判定する。メインＳＷ１５８がオンでない場合（Ｓ１：ＮＯ）、ステップＳ１を繰り返す。メインＳＷ１５８がオンである場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、ステップＳ２に進む。ステップＳ２において、ＥＣＵ２４は、ＦＣシステム１２に要求される負荷（システム負荷Ｐｓｙｓ）［Ｗ］を計算する。
【００５８】
ステップＳ３において、ＥＣＵ２４は、ＦＣシステム１２のエネルギマネジメントを行う。ここにいうエネルギマネジメントは、主として、ＦＣ４０の発電量（ＦＣ電力Ｐｆｃ）及びバッテリ２０の出力（バッテリ電力Ｐｂａｔ）を算出する処理であり、ＦＣスタック４０の劣化を抑制しつつ、ＦＣシステム１２全体の出力を効率化することを企図している。
【００５９】
ステップＳ４において、ＥＣＵ２４は、ＦＣスタック４０の周辺機器、すなわち、エアポンプ６０、背圧弁６４、循環弁６６及びウォータポンプ８０の制御（ＦＣ発電制御）を行う。ステップＳ５において、ＥＣＵ２４は、モータ１４のトルク制御を行う。
【００６０】
ステップＳ６において、ＥＣＵ２４は、メインＳＷ１５８がオフであるかどうかを判定する。メインＳＷ１５８がオフでない場合（Ｓ６：ＮＯ）、ステップＳ２に戻る。メインＳＷ１５８がオフである場合（Ｓ６：ＹＥＳ）、今回の処理を終了する。
【００６１】
［２−２．システム負荷Ｐｓｙｓの計算］
図６には、システム負荷Ｐｓｙｓを計算するフローチャートが示されている。ステップＳ１１において、ＥＣＵ２４は、開度センサ１５０からアクセルペダル１５６の開度θｐを読み込む。ステップＳ１２において、ＥＣＵ２４は、回転数センサ１５２からモータ１４の回転数Ｎｍを読み込む。
【００６２】
ステップＳ１３において、ＥＣＵ２４は、開度θｐと回転数Ｎｍに基づいてモータ１４の予想消費電力Ｐｍ［Ｗ］を算出する。具体的には、図７に示すマップにおいて、開度θｐ毎に回転数Ｎｍと予想消費電力Ｐｍの関係を記憶しておく。例えば、開度θｐがθｐ１であるとき、特性１６０を用いる。同様に、開度θｐがθｐ２、θｐ３、θｐ４、θｐ５、θｐ６であるとき、それぞれ特性１６２、１６４、１６６、１６８、１７０を用いる。そして、開度θｐに基づいて回転数Ｎｍと予想消費電力Ｐｍとの関係を示す特性を特定した上で、回転数Ｎｍに応じた予想消費電力Ｐｍを特定する。
【００６３】
ステップＳ１４において、ＥＣＵ２４は、各補機から現在の動作状況を読み込む。ここでの補機には、例えば、エアポンプ６０、ウォータポンプ８０及びエアコンディショナ９０を含む高電圧系の補機や、低電圧バッテリ９４、アクセサリ９６及びＥＣＵ２４を含む低電圧系の補機が含まれる。例えば、エアポンプ６０及びウォータポンプ８０であれば、回転数Ｎａｐ、Ｎｗｐ［ｒｐｍ］を読み込む。エアコンディショナ９０であれば、その出力設定を読み込む。
【００６４】
ステップＳ１５において、ＥＣＵ２４は、各補機の現在の動作状況に応じて補機の消費電力Ｐａ［Ｗ］を算出する。ステップＳ１６において、ＥＣＵ２４は、モータ１４の予想消費電力Ｐｍと補機の消費電力Ｐａの和をＦＣ車両１０全体での予想消費電力（すなわち、システム負荷Ｐｓｙｓ）として算出する。
【００６５】
［２−３．エネルギマネジメント］
上記のように、本実施形態におけるエネルギマネジメントでは、ＦＣスタック４０の劣化を抑制しつつ、ＦＣシステム１２全体の出力を効率化することを企図している。
【００６６】
（２−３−１．前提事項）
図８は、ＦＣスタック４０を構成するＦＣセルの電位（セル電圧Ｖｃｅｌｌ）［Ｖ］とセルの劣化量Ｄとの関係の一例を示している。すなわち、図８中の曲線１８０は、セル電圧Ｖｃｅｌｌと劣化量Ｄとの関係を示す。
【００６７】
図８において、電位ｖ１（例えば、０．５Ｖ）を下回る領域（以下「白金凝集増加領域Ｒ１」又は「凝集増加領域Ｒ１」という。）では、ＦＣセルに含まれる白金（酸化白金）について還元反応が激しく進行し、白金が過度に凝集する。電位ｖ１から電位ｖ２（例えば、０．８Ｖ）までは、還元反応が安定的に進行する領域（以下「白金還元領域Ｒ２」又は「還元領域Ｒ２」という。）である。
【００６８】
電位ｖ２から電位ｖ３（例えば、０．９Ｖ）までは、白金について酸化還元反応が進行する領域（以下「白金酸化還元進行領域Ｒ３」又は「酸化還元領域Ｒ３」という。）である。電位ｖ３から電位ｖ４（例えば、０．９５Ｖ）までは、白金について酸化反応が安定的に進行する領域（以下「白金酸化安定領域Ｒ４」又は「酸化領域Ｒ４」という。）である。電位ｖ４からＯＣＶ（開回路電圧）までは、セルに含まれるカーボンの酸化が進行する領域（以下「カーボン酸化領域Ｒ５」という。）である。
【００６９】
上記のように、図８では、セル電圧Ｖｃｅｌｌが白金還元領域Ｒ２又は白金酸化安定領域Ｒ４にあれば、隣り合う領域と比較してＦＣセルの劣化の進行度合が小さい。一方、セル電圧Ｖｃｅｌｌが白金凝集増加領域Ｒ１、白金酸化還元進行領域Ｒ３、又はカーボン酸化領域Ｒ５にあれば、隣り合う領域と比較してＦＣセルの劣化の進行度合が大きい。
【００７０】
なお、図８では、曲線１８０を一義的に定まるような表記としているが、実際は、単位時間当たりにおけるセル電圧Ｖｃｅｌｌの変動量（変動速度Ａｃｅｌｌ）［Ｖ／ｓｅｃ］に応じて曲線１８０は変化する。
【００７１】
図９には、変動速度Ａｃｅｌｌが異なる場合の酸化の進行と還元の進行の様子の例を示すサイクリックボルタンメトリ図である。図９において、曲線１９０は、変動速度Ａｃｅｌｌが高い場合を示し、曲線１９２は、変動速度Ａｃｅｌｌが低い場合を示す。図９からわかるように、変動速度Ａｃｅｌｌに応じて酸化又は還元の進行度合が異なるため、必ずしも各電位ｖ１〜ｖ４は一義的に特定されない。また、ＦＣセルの個体差によっても各電位ｖ１〜ｖ４は変化し得る。このため、電位ｖ１〜ｖ４は、理論値、シミュレーション値又は実測値に誤差分を反映させたものとして設定することが好ましい。
【００７２】
また、ＦＣセルの電流−電圧（ＩＶ）特性は、一般的な燃料電池セルと同様、セル電圧Ｖｃｅｌｌが下がるほど、セル電流Ｉｃｅｌｌ［Ａ］が増加する（図１０参照）。加えて、ＦＣスタック４０の発電電圧（ＦＣ電圧Ｖｆｃ）は、セル電圧ＶｃｅｌｌにＦＣスタック４０内の直列接続数Ｎｆｃを乗算したものである。直列接続数Ｎｆｃは、ＦＣスタック４０内で直列に接続されるＦＣセルの数であり、以下、単に「セル数」ともいう。
【００７３】
以上を踏まえ、本実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２が、電圧変換動作を行っている際、ＦＣスタック４０の目標電圧（目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔ）［Ｖ］を、主として、白金還元領域Ｒ２内に設定しつつ、必要に応じて白金酸化安定領域Ｒ４内に設定する（具体例は、図１０等を用いて説明する。）。このような目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔの切替えを行うことにより、ＦＣ電圧Ｖｆｃが、領域Ｒ１、Ｒ３、Ｒ５（特に、白金酸化還元進行領域Ｒ３）内にある時間を極力短縮し、ＦＣスタック４０の劣化を防止することができる。
【００７４】
なお、上記の処理では、ＦＣスタック４０の供給電力（ＦＣ電力Ｐｆｃ）と、システム負荷Ｐｓｙｓが等しくならない場合が存在する。この点、ＦＣ電力Ｐｆｃがシステム負荷Ｐｓｙｓを下回っている場合、その不足分は、バッテリ２０から供給する。また、ＦＣ電力Ｐｆｃがシステム負荷Ｐｓｙｓを上回っている場合、その余剰分は、バッテリ２０に充電する。
【００７５】
なお、図８では、電位ｖ１〜ｖ４を具体的な数値として特定したが、これは、後述する制御を行うためであり、当該数値は、あくまで制御の便宜を考慮して決定するものである。換言すると、曲線１８０からもわかるように、劣化量Ｄは連続的に変化するため、制御の仕様に応じて、電位ｖ１〜ｖ４は、適宜設定することができる。
【００７６】
但し、白金還元領域Ｒ２は、曲線１８０の極小値（第１極小値Ｖｌｍｉ１）を含む。白金酸化還元進行領域Ｒ３では、曲線１８０の極大値（極大値Ｖｌｍｘ）を含む。白金酸化安定領域Ｒ４は、曲線１８０の別の極小値（第２極小値Ｖｌｍｉ２）を含む。
【００７７】
（２−３−２．エネルギマネジメントで用いるＦＣ４０の発電制御）
図１０は、本実施形態におけるＦＣ４０の発電制御の説明図である。本実施形態では、エネルギマネジメントで用いる発電制御（電力供給の制御方法）として、主として、２種類の発電制御を用いる。すなわち、本実施形態では、エネルギマネジメントで用いる発電制御として、電圧可変・電流可変制御（電圧可変・出力可変制御）と電圧固定・電流可変制御（電圧固定・出力可変制御）とを切り替えて用いる。電圧可変・電流可変制御は、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔ及びＦＣ電流Ｉｆｃ（ＦＣ電力Ｐｆｃ）がいずれも可変である制御である。電圧固定・電流可変制御は、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔが一定でありＦＣ電流Ｉｆｃ（ＦＣ電力Ｐｆｃ）が可変である制御である。
【００７８】
電圧可変・電流可変制御は、主として、システム負荷Ｐｓｙｓが相対的に高いときに用いられるものであり、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを固定（或いは、酸素を豊潤な状態に維持）した状態で、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを調整することによりＦＣ電流Ｉｆｃを制御する。これにより、基本的に、ＦＣ電力Ｐｆｃによりシステム負荷Ｐｓｙｓをまかなうことが可能となる。
【００７９】
電圧固定・電流可変制御は、主として、システム負荷Ｐｓｙｓが相対的に低いとき又は回生時に用いられるものであり、目標セル電圧Ｖｃｅｌｌｔｇｔ（＝目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔ／セル数）を、酸化還元領域Ｒ３外に設定された基準電位｛本実施形態では、電位ｖ２（＝０．８Ｖ）又は電位ｖ３（＝０．９Ｖ）｝に固定すると共に、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを可変とすることにより、ＦＣ電流Ｉｆｃを可変とする（但し、一部例外がある。）。これにより、基本的に、ＦＣ電力Ｐｆｃによりシステム負荷Ｐｓｙｓをまかなうことが可能となる（詳細は後述する。）。ＦＣ電力Ｐｆｃの不足分は、バッテリ２０からアシストする。
【００８０】
（２−３−３．エネルギマネジメントの全体フロー）
図１１には、ＥＣＵ２４が、ＦＣシステム１２のエネルギマネジメント（図５のＳ３）を行うフローチャートが示されている。ステップＳ２１において、ＥＣＵ２４は、モータ１４（又は車両１０）が回生中であるか否かを判定する。当該判定は、例えば、電流センサ（例えば、電流センサ１２４又は電流センサ１３０）により電流の向き（例えば、モータ１４に向かう方向に電流が流れているか又はモータ１４から出る方向に電流が流れているか）を判定することにより行うことができる。或いは、モータ回転数Ｎｍの単位時間当たりの変化量（つまり、モータ回転数Ｎｍの増減）により判定することもできる。或いは、図示しないフットブレーキの操作量に応じて回生中であるか否かを判定してもよい。
【００８１】
モータ１４が回生中でない場合（Ｎ２１：ＮＯ）、ステップＳ２２において、ＥＣＵ２４は、通常のエネルギマネジメント制御を行う。通常のエネルギマネジメント制御は、システム負荷Ｐｓｙｓに応じて前記電圧可変・電流可変制御又は前記電圧固定・電流可変制御を用いる。
【００８２】
モータ１４が回生中である場合（Ｓ２１：ＹＥＳ）、ステップＳ２３において、ＥＣＵ２４は、車両１０が降坂中であるか否かを判定する。ここでの「降坂」は、車両１０が下り坂を走行していることを意味する。降坂中であるか否かは、例えば、傾斜センサ１５３が検出した車両１０の傾斜Ａにより判定することができる。或いは、降坂中は、アクセルペダル１５６の開度θｐが小さいにもかかわらず、車速Ｖが高くなることに基づき、開度θｐと車速Ｖとの関係から降坂中であるか否かを判定してもよい。或いは、降坂中は、ブレーキペダル１５５が操作されているにもかかわらず、車両１０の減速度が小さくなることに基づき、ブレーキペダル１５５の開度θｂと車速Ｖとの関係から降坂中であるか否かを判定することもできる。或いは、モータ１４によるブレーキ（いわゆるエンジンブレーキのようにモータ１４を機能させるブレーキ）の作動状況により降坂中であるか否かを判定してもよい。
【００８３】
車両１０が降坂中でない場合（Ｓ２３：ＮＯ）、車両１０は、降坂をしない状態（例えば、平坦路を走行中にブレーキペダル１５５が操作されて又はＥＣＵ２４による自動ブレーキにより減速している状態）で回生をしている（以下、この状態での回生を「通常回生」という。）。この場合、ステップＳ２４において、ＥＣＵ２４は、バッテリ２０のＳＯＣに応じて通常回生時用の目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔを設定する。
【００８４】
図１２は、回生時におけるバッテリ２０のＳＯＣと目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔとの関係を示す図である。図１２に示すように、通常回生時には、下限設定値ＳＯＣｌｏｗから上限設定値ＳＯＣｕｐの間において、ＳＯＣが高くなるほど目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔを低くする。
【００８５】
ステップＳ２３において、車両１０が降坂中である場合（Ｓ２３：ＹＥＳ）、車両１０が降坂している状態でモータ１４が回生している。この場合、ステップＳ２５において、ＥＣＵ２４は、バッテリ２０のＳＯＣに応じて降坂回生時用の目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔを設定する。具体的には、図１２に示すように、降坂回生時には、ＳＯＣが下限設定値ＳＯＣｌｏｗ周辺にあるとき目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔが急減し、それより大きいＳＯＣでは、目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔを最低値Ｐｆｃｍｉｎ（例えば、ゼロ）とする。
【００８６】
ステップＳ２６において、ＥＣＵ２４は、ステップＳ２４又はステップＳ２５で設定した目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔが閾値ＴＨＰ１以下であるか否かを判定する。閾値ＴＨＰ１は、モータ１４の回生電力Ｐｒｅｇに対応する目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔが相対的に低い値であるか否かを判定するためのものであり、例えば、酸素濃度Ｃｏが通常である場合においてＦＣ電圧Ｖｆｃが電位ｖ２（＝０．８Ｖ）×セル数であるときのＦＣ電力Ｐｆｃに対応する（図１０の点Ａ参照）。
【００８７】
目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔが閾値ＴＨＰ１以下でない場合（Ｓ２６：ＮＯ）、目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔは、相対的に低い回生電力Ｐｒｅｇに対応している。この場合、上述したステップＳ２２に進む。目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔが閾値ＴＨＰ１以下である場合（Ｓ２６：ＹＥＳ）、目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔは、相対的に低くない回生電力Ｐｒｅｇに対応している。この場合、ステップＳ２７に進む。
【００８８】
ステップＳ２７において、ＥＣＵ２４は、ステップＳ２４又はステップＳ２５で設定した目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔが閾値ＴＨＰ２以下であるか否かを判定する。閾値ＴＨＰ２は、モータ１４の回生電力Ｐｒｅｇに対応する目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔが相対的に中くらいの値であるか否かを判定するためのものであり、例えば、酸素濃度Ｃｏが通常である場合においてＦＣ電圧Ｖｆｃが電位ｖ３（＝０．９Ｖ）×セル数であるときのＦＣ電力Ｐｆｃに対応する（図１０の点Ｃ参照）。
【００８９】
目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔが閾値ＴＨＰ２以下でない場合（Ｓ２７：ＮＯ）、目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔは、閾値ＴＨＰ２より大きく閾値ＴＨＰ１以下であり（ＴＨＰ２＜Ｐｆｃｔｇｔ≦ＴＨＰ１）、相対的に中くらいの回生電力Ｐｒｅｇに対応している。この場合、ステップＳ２８に進む。
【００９０】
ステップＳ２８において、ＥＣＵ２４は、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを０．８Ｖ×セル数に固定して電圧固定・電流可変制御を行う。すなわち、図１０において、セル電流Ｉｃｅｌｌが点Ａと点Ｂの間で変化するように酸素濃度Ｃｏを制御する。
【００９１】
目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔが閾値ＴＨＰ２以下である場合（Ｓ２７：ＹＥＳ）、目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔは、相対的に高い回生電力Ｐｒｅｇに対応している。この場合、ステップＳ２９において、ＥＣＵ２４は、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを０．９Ｖ×セル数に固定して電圧固定・電流可変制御を行う。すなわち、図１０において、セル電流Ｉｃｅｌｌが点Ｃと点Ｄの間で変化するように酸素濃度Ｃｏを制御する。なお、目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔがゼロである場合、エアポンプ６０を停止させ、ＦＣ４０の積極的な発電（残留ガスによる発電を除くもの）を停止する。
【００９２】
なお、一般的な燃料電池の特性として、出力電圧を急激に変化させると、燃料電池の劣化が進行する。特に、燃料電池が低出力であるとき（出力電圧が高いとき）にその傾向が顕著である。そこで、図１１のフローチャートにおいて、モータ１４が回生を開始する際、ＦＣ電圧Ｖｆｃを急激に変化することを避けるため、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔの単位時間当たり（又は演算周期毎）の変化量を制限する処理（以下「レートリミット処理」という。）を行うことが好ましい。目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔは、目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔ及び目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔと相関関係があるため、レートリミット処理は、目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔ及び目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔに対して行ってもよい。
【００９３】
（２−３−４．電圧可変・電流可変制御）
上記のように、電圧可変・電流可変制御は、主として、システム負荷Ｐｓｙｓが相対的に高いときに用いられるものであり、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを固定（或いは、酸素を豊潤な状態に維持）した状態で、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを調整することによりＦＣ電流Ｉｆｃを制御する。
【００９４】
すなわち、図１０に示すように、電圧可変・電流可変制御では、ＦＣ４０の電流−電圧特性（ＩＶ特性）が通常のもの（図１０中、実線で表されるもの）を用いる。通常の燃料電池と同様、ＦＣ４０のＩＶ特性は、セル電圧Ｖｃｅｌｌ（ＦＣ電圧Ｖｆｃ）が低くなるほど、セル電流Ｉｃｅｌｌ（ＦＣ電流Ｉｆｃ）が大きくなる。このため、電圧可変・電流可変制御では、システム負荷Ｐｓｙｓに応じて目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔを算出し、さらに目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔに対応する目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを算出する。そして、ＦＣ電圧Ｖｆｃが目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔとなるように、ＥＣＵ２４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２を制御する。すなわち、２次電圧Ｖ２が目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔとなるように１次電圧Ｖ１をＤＣ／ＤＣコンバータ２２により昇圧することで、ＦＣ電圧Ｖｆｃを制御してＦＣ電流Ｉｆｃを制御する。
【００９５】
なお、酸素が豊潤な状態にあるとは、例えば、図１３に示すように、カソードストイキ比を上昇させても、セル電流Ｉｃｅｌｌが略一定となり、実質的に飽和した状態となる通常ストイキ比以上の領域における酸素を意味する。水素が豊潤であるという場合も、同様である。なお、カソードストイキ比とは、カソード流路７４に供給するエアの流量／ＦＣ４０の発電により消費されたエアの流量であり、カソード流路７４における酸素濃度Ｃｏに近似する。また、カソードストイキ比の調整は、例えば、酸素濃度Ｃｏの制御により行う。
【００９６】
以上のような電圧可変・電流可変制御によれば、システム負荷Ｐｓｙｓが高負荷であっても、基本的にシステム負荷Ｐｓｙｓの全てをＦＣ電力Ｐｆｃによりまかなうことが可能となる。
【００９７】
（２−３−５．電圧固定・電流可変制御）
上記のように、電圧固定・電流可変制御は、主として、システム負荷Ｐｓｙｓが低負荷のとき又は回生時に用いられるものであり、目標セル電圧Ｖｃｅｌｌｔｇｔ（＝目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔ／セル数）を、酸化還元領域Ｒ３外に設定された基準電位｛本実施形態では、電位ｖ２（＝０．８Ｖ）又は電位ｖ３（＝０．９Ｖ）｝に固定すると共に、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを可変とすることにより、ＦＣ電流Ｉｆｃを可変とする。
【００９８】
すなわち、図１０に示すように、電圧固定・電流可変制御では、セル電圧Ｖｃｅｌｌを一定に保った状態で目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを下げていくことで酸素濃度Ｃｏを下げる。図１３に示すように、カソードストイキ比（酸素濃度Ｃｏ）が低下するとセル電流Ｉｃｅｌｌ（ＦＣ電流Ｉｆｃ）も低下する。このため、セル電圧Ｖｃｅｌｌを一定に保った状態で目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを増減させることで、セル電流Ｉｃｅｌｌ（ＦＣ電流Ｉｆｃ）及びＦＣ電力Ｐｆｃを制御することが可能となる。なお、ＦＣ電力Ｐｆｃの不足分は、バッテリ２０からアシストする。
【００９９】
図１４には、電圧固定・電流可変制御（図１１のＳ２８、Ｓ２９）のフローチャートが示されている。ステップＳ３１において、ＥＣＵ２４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の昇圧率を調整することにより、酸化還元領域Ｒ３外の電位に設定された基準電位｛本実施形態では、電位ｖ２（＝０．８Ｖ）×セル数又は電位ｖ３（＝０．９Ｖ）×セル数｝に目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを固定する（図１１のＳ２８、Ｓ２９参照）。ステップＳ３２において、ＥＣＵ２４は、システム負荷Ｐｓｙｓに対応する目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔを算出する。
【０１００】
ステップＳ３３において、ＥＣＵ２４は、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔが基準電位であることを前提として、目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔに対応する目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを算出する（図１０及び図１５参照）。なお、図１５は、ＦＣ電圧Ｖｆｃが基準電位であるときの目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔと目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔとの関係を示す。
【０１０１】
ステップＳ３４において、ＥＣＵ２４は、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔに応じて各部への指令値を算出及び送信する。ここで算出される指令値には、エアポンプ６０の回転数（以下「エアポンプ回転数Ｎａｐ」又は「回転数Ｎａｐ」という。）、ウォータポンプ８０の回転数（以下「ウォータポンプ回転数Ｎｗｐ」又は「回転数Ｎｗｐ」という。）、背圧弁６４の開度（以下「背圧弁開度θｂｐ」又は「開度θｂｐ」という。）及び循環弁６６の開度（以下「循環弁開度θｃ」又は「開度θｃ」という。）が含まれる。
【０１０２】
すなわち、図１６及び図１７に示すように、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔ（又は目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔ）に応じて目標エアポンプ回転数Ｎａｐｔｇｔ、目標ウォータポンプ回転数Ｎｗｐｔｇｔ及び目標背圧弁開度θｂｐｔｇｔが設定される。また、循環弁６６の目標開度θｃｔｇｔは、初期値（例えば、循環ガスがゼロとなる開度）に設定される。
【０１０３】
ステップＳ３５において、ＥＣＵ２４は、ＦＣ４０による発電が安定しているか否かを判定する。当該判定として、ＥＣＵ２４は、セル電圧モニタ４２から入力される最低セル電圧が、平均セル電圧から所定電圧を減算した電圧よりも低い場合｛最低セル電圧＜（平均セル電圧−所定電圧）｝、ＦＣ４０の発電が不安定であると判定する。なお、前記所定電圧は、例えば、実験値、シミュレーション値等を用いることができる。
【０１０４】
発電が安定している場合（Ｓ３５：ＹＥＳ）、今回の処理を終える。発電が安定していない場合（Ｓ３５：ＮＯ）、ステップＳ３６において、ＥＣＵ２４は、流量センサ７０を介して循環ガスの流量Ｑｃ［ｇ／ｓ］を監視しながら、循環弁６６の開度θｃを大きくし、流量Ｑｃを一段階増加する（図１８参照）。なお、図１８では、循環弁６６を全開とした場合、流量Ｑｃが４段階目の増加となり、最大流量となる場合を例示している。
【０１０５】
但し、循環弁６６の開度θｃが増加すると、エアポンプ６０に吸気される吸気ガスにおいて、循環ガスの割合が増加する。すなわち、吸気ガスについて、新規空気（車外から吸気される空気）と、循環ガスとの割合において、循環ガスの割合が増加するように変化する。従って、全単セルへの酸素の分配能力が向上する。ここで、循環ガス（カソードオフガス）の酸素濃度Ｃｏは、新規空気の酸素濃度Ｃｏに対して低い。このため、循環弁６６の開度θｃの制御前後において、エアポンプ６０の回転数Ｎａｐ及び背圧弁６４の開度θｂｐが同一である場合、カソード流路７４を通流するガスの酸素濃度Ｃｏが低下することになる。
【０１０６】
そこで、ステップＳ３６では、ステップＳ３３で算出した目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔが維持されるように、循環ガスの流量Ｑｃの増加に連動して、エアポンプ６０の回転数Ｎａｐの増加及び背圧弁６４の開度θｂｐの減少の少なくとも一方を実行することが好ましい。
【０１０７】
例えば、循環ガスの流量Ｑｃを増加した場合、エアポンプ６０の回転数Ｎａｐを増加させ、新規空気の流量を増加することが好ましい。そして、このようにすれば、カソード流路７４に向かうガス（新規空気と循環ガスとの混合ガス）全体の流量が増加するので、全単セルへの酸素の分配能力がさらに向上し、ＦＣ４０の発電性能が回復し易くなる。
【０１０８】
このようにして、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを維持しつつ、循環ガスを新規空気に合流させるので、カソード流路７４を通流するガスの体積流量［Ｌ／ｓ］が増加する。これにより、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔが維持されつつ体積流量の増加したガスが、ＦＣ４０内で複雑に形成されたカソード流路７４全体に行き渡り易くなる。したがって、各単セルに前記ガスが同様に供給され易くなり、ＦＣ４０の発電の不安定が解消され易くなる。また、ＭＥＡ（膜電極接合体）の表面やカソード流路７４を囲む壁面に付着する水滴（凝縮水等）も除去され易くなる。
【０１０９】
ステップＳ３７において、ＥＣＵ２４は、流量センサ７０を介して検出される循環ガスの流量Ｑｃが上限値以上であるか否か判定する。判定基準となる上限値は、循環弁６６の開度θｃが全開となる値に設定される。
【０１１０】
この場合において、循環弁開度θｃが同一であっても、エアポンプ６０の回転数Ｎａｐが増加すると、流量センサ７０で検出される循環ガスの流量Ｑｃが増加するので、前記上限値は、エアポンプ回転数Ｎａｐに関連付けて、つまり、エアポンプ６０の回転数Ｎａｐが大きくなると、前記上限値が大きくなるように設定されることが好ましい。
【０１１１】
循環ガスの流量Ｑｃが上限値以上でないと判定した場合（Ｓ３７：ＮＯ）、ステップＳ３５に戻る。循環ガスの流量Ｑｃが上限値以上であると判定した場合（Ｓ３７：ＹＥＳ）、ステップＳ３８に進む。
【０１１２】
ここで、ステップＳ３６、Ｓ３７では、流量センサ７０が直接検出する循環ガスの流量Ｑｃに基づいて処理を実行したが、循環弁開度θｃに基づいて処理を実行してもよい。すなわち、ステップＳ３６において、循環弁開度θｃを開方向に一段階（例えば３０°）にて増加する構成とし、ステップＳ３７において、循環弁６６が全開である場合（Ｓ３７：ＹＥＳ）、ステップＳ３８に進む構成としてもよい。
【０１１３】
また、この場合において、循環弁６６の開度θｃと、循環ガスの温度と、図１９のマップとに基づいて、循環ガスの流量Ｑｃ［ｇ／ｓ］を算出することもできる。図１９に示すように、循環ガスの温度が高くなるにつれて、その密度が小さくなるので、流量Ｑｃ［ｇ／ｓ］が小さくなる関係となっている。
【０１１４】
ステップＳ３８において、ＥＣＵ２４は、ステップＳ３５と同様に、発電が安定しているか否かを判定する。発電が安定している場合（Ｓ３８：ＹＥＳ）、今回の処理を終える。発電が安定していない場合（Ｓ３８：ＮＯ）、ステップＳ３９において、ＥＣＵ２４は、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを１段増加させる（通常の濃度に近づける）。具体的には、エアポンプ６０の回転数Ｎａｐの増加及び背圧弁６４の開度θｂｐの減少の少なくとも一方を１段階行う。
【０１１５】
ステップＳ４０において、ＥＣＵ２４は、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔが通常のＩＶ特性における目標酸素濃度（通常酸素濃度Ｃｏｎｍｌ）以下であるか否かを判定する。目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔが通常酸素濃度Ｃｏｎｍｌ以下である場合（Ｓ４０：ＹＥＳ）、ステップＳ３８に戻る。目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔが通常酸素濃度Ｃｏｎｍｌ以下でない場合（Ｓ４０：ＮＯ）、ステップＳ４１において、ＥＣＵ２４は、ＦＣユニット１８を停止する。すなわち、ＥＣＵ２４は、ＦＣ４０への水素及び空気の供給を停止し、ＦＣ４０の発電を停止する。そして、ＥＣＵ２４は、図示しない警告ランプを点灯させ、運転者にＦＣ４０が異常であることを通知する。なお、ＥＣＵ２４は、バッテリ２０からモータ１４に電力を供給し、ＦＣ車両１０の走行は継続させる。
【０１１６】
以上のような電圧固定・電流可変制御によれば、システム負荷Ｐｓｙｓが低負荷又は回生時である場合に、セル電圧Ｖｃｅｌｌを一定にした状態で、酸素濃度Ｃｏ（カソードストイキ比）を調整することにより、基本的にシステム負荷Ｐｓｙｓの全てをＦＣ電力Ｐｆｃによりまかなうことが可能となる。
【０１１７】
［２−４．ＦＣ発電制御］
上記のように、ＦＣ発電制御（図５のＳ４）として、ＥＣＵ２４は、ＦＣスタック４０の周辺機器、すなわち、エアポンプ６０、背圧弁６４、循環弁６６及びウォータポンプ８０を制御する。具体的には、ＥＣＵ２４は、エネルギマネジメント（図５のＳ３）で算出したこれらの機器の指令値（例えば、図１４のＳ３４）を用いてこれらの機器を制御する。
【０１１８】
［２−５．モータ１４のトルク制御］
図２０には、モータ１４のトルク制御のフローチャートが示されている。ステップＳ５１において、ＥＣＵ２４は、回転数センサ１５２からモータ回転数Ｎｍを読み込む。ステップＳ５２において、ＥＣＵ２４は、第１開度センサ１５０からアクセルペダル１５４の開度θｐを読み込む。
【０１１９】
ステップＳ５３において、ＥＣＵ２４は、モータ回転数Ｎｍと開度θｐに基づいてモータ１４の仮目標トルクＴｔｇｔ＿ｐ［Ｎ・ｍ］を算出する。具体的には、図示しない記憶手段に回転数Ｎｍと開度θｐと仮目標トルクＴｔｇｔ＿ｐを関連付けたマップを記憶しておき、当該マップと、回転数Ｎｍ及び開度θｐとに基づいて仮目標トルクＴｔｇｔ＿ｐを算出する。
【０１２０】
ステップＳ５４において、ＥＣＵ２４は、ＦＣシステム１２からモータ１４に供給可能な電力の限界値（限界供給電力Ｐｓ＿ｌｉｍ）［Ｗ］に等しいモータ１４の限界出力（モータ限界出力Ｐｍ＿ｌｉｍ）［Ｗ］を算出する。具体的には、限界供給電力Ｐｓ＿ｌｉｍ及びモータ限界出力Ｐｍ＿ｌｉｍは、ＦＣスタック４０からのＦＣ電力Ｐｆｃとバッテリ２０から供給可能な電力の限界値（限界出力Ｐｂａｔ＿ｌｉｍ）［Ｗ］との和から補機の消費電力Ｐａを引いたものである（Ｐｍ＿ｌｉｍ＝Ｐｓ＿ｌｉｍ←Ｐｆｃ＋Ｐｂａｔ＿ｌｉｍ−Ｐａ）。
【０１２１】
ステップＳ５５において、ＥＣＵ２４は、モータ１４のトルク制限値Ｔｌｉｍ［Ｎ・ｍ］を算出する。具体的には、モータ限界出力Ｐｍ＿ｌｉｍを車速Ｖで除したものをトルク制限値Ｔｌｉｍとする（Ｔｌｉｍ←Ｐｍ＿ｌｉｍ／Ｖ）。
【０１２２】
一方、ステップＳ５４において、ＥＣＵ２４は、モータ１４が回生中であると判定した場合には、限界供給回生電力Ｐｓ＿ｒｅｇｌｉｍを算出する。限界供給回生電力Ｐｓ＿ｒｅｇｌｉｍは、バッテリ２０に充電可能な電力の限界値（限界充電Ｐｂａｔ＿ｃｈｇｌｉｍ）とＦＣスタック４０からのＦＣ電力Ｐｆｃとの和から補機の消費電力Ｐａを引いたものである（Ｐｍ＿ｒｅｇｌｉｍ＝Ｐｂａｔ＿ｃｈｇｌｉｍ＋Ｐｆｃ−Ｐａ）。回生中である場合、ステップＳ５５において、ＥＣＵ２４は、モータ１４の回生トルク制限値Ｔｒｅｇｌｉｍ［Ｎ・ｍ］を算出する。具体的には、限界供給回生電力Ｐｓ＿ｒｅｇｌｉｍを車速Ｖｓで除したものをトルク制限値Ｔｌｉｍとする（Ｔｌｉｍ←Ｐｓ＿ｒｅｇｌｉｍ／Ｖｓ）。
【０１２３】
ステップＳ５６において、ＥＣＵ２４は、目標トルクＴｔｇｔ［Ｎ・ｍ］を算出する。具体的には、ＥＣＵ２４は、仮目標トルクＴｔｇｔ＿ｐに対してトルク制限値Ｔｌｉｍによる制限を加えたものを目標トルクＴｔｇｔとする。例えば、仮目標トルクＴｔｇｔ＿ｐがトルク制限値Ｔｌｉｍ以下である場合（Ｔｔｇｔ＿ｐ≦Ｔｌｉｍ）、仮目標トルクＴｔｇｔ＿ｐをそのまま目標トルクＴｔｇｔとする（Ｔｔｇｔ←Ｔｔｇｔ＿ｐ）。一方、仮目標トルクＴｔｇｔ＿ｐがトルク制限値Ｔｌｉｍを超える場合（Ｔｔｇｔ＿ｐ＞Ｔｌｉｍ）、トルク制限値Ｔｌｉｍを目標トルクＴｔｇｔとする（Ｔｔｇｔ←Ｔｌｉｍ）。
【０１２４】
そして、算出した目標トルクＴｔｇｔを用いてモータ１４を制御する。
【０１２５】
３．各種制御の例
図２１には、通常回生時における本実施形態に係る各種制御を用いた場合のタイムチャートの例が示されている。図２１中の「勾配」は、車両１０が走行している道路の勾配を意味している（図２２も同じである。）。また、図２１中の「モータ電力Ｐｍｏｔ」は、モータ１４の駆動時（車両１０の力行時）におけるモータ１４の消費電力と、モータ１４の回生時（車両１０の回生時）におけるモータ１４の回生電力Ｐｒｅｇを合わせたものである（図２２も同じである。）。
【０１２６】
時点ｔ１より前は、車両１０が停止している。このため、車速Ｖがゼロであり、モータ電力Ｐｍｏｔ、バッテリＳＯＣ、ＦＣ電圧Ｖｆｃ及びＦＣ電流Ｉｆｃは一定である。なお、時点ｔ１より前のＦＣ電圧ＶｆｃはＯＣＶに設定される。また、図２１では、車両１０は、常に平坦路（勾配０％）にある。
【０１２７】
時点ｔ１になると車両１０が走行を開始する。時点ｔ１の後、時点ｔ２付近まで、車速Ｖ、モータ電力Ｐｍｏｔ及びＦＣ電流Ｉｆｃが徐々に上がっていくと共に、バッテリＳＯＣが徐々に下がっていく。また、ＦＣ電圧Ｖｆｃは、ＯＣＶから０．８Ｖ×セル数まで低下した後、電圧可変・電圧可変制御を実行する（但し、前述のようにレートリミット制御を行うことが好ましい。）。
【０１２８】
時点ｔ２直前になると、例えば、ブレーキペダル１５５の操作により車両１０が減速を開始する。そして、時点ｔ２の前後でモータ電力Ｐｍｏｔが正から負に切り替わり、モータ１４が駆動状態から回生状態に移行する。これに伴い、ＦＣ電圧Ｖｆｃは、０．８Ｖ×セル数に固定される（図１１のＳ２８参照）。そして、モータ１４からの回生電力Ｐｒｅｇがバッテリ２０に充電され始める。
【０１２９】
時点２から時点ｔ３までは、モータ１４が回生状態（通常回生状態）にある。時点ｔ３になると、車両１０が停止し、車速Ｖ及びモータ電力Ｐｍｏｔがゼロになる。
【０１３０】
図２２には、降坂回生時における本実施形態に係る各種制御を用いた場合のタイムチャートの例が示されている。時点ｔ１１より前は、勾配が０％より大きく、車両１０は上り坂を走行している。これに伴い、バッテリＳＯＣ及びＦＣ電圧Ｖｆｃが減少する一方、ＦＣ電流Ｉｆｃは増加している。
【０１３１】
時点ｔ１１の直前から勾配が徐々に下がり始め、時点ｔ１１において勾配がゼロになり、その後、負の値になる。すなわち、時点ｔ１１の前後において、車両１０は、上り坂から下り坂に移行する。これに伴って、モータ電力Ｐｍｏｔも正から負に移行し、モータ１４は、駆動状態から回生状態に移行する。また、モータ１４の回生に伴い、回生電力Ｐｒｅｇは、バッテリ２０に充電されるため、時点ｔ１２以降はＳＯＣが徐々に増加していく。さらに、時点ｔ１１からＦＣ電圧Ｖｆｃが増加し、時点ｔ１２でＦＣ電圧Ｖｆｃは、０．８Ｖ×セル数に設定される（図１１のＳ２８）。加えて、時点ｔ１１からＦＣ電流Ｉｆｃが急激に減少し始める。
【０１３２】
図示していないが時点ｔ１２から時点ｔ１３までは目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔが閾値ＴＨＰ２を上回り閾値ＴＨＰ１以下となり（Ｓ２６：ＹＥＳ→Ｓ２７：ＮＯ）、ＦＣ電圧Ｖｆｃを０．８Ｖ×セル数に一定とする（Ｓ２８）。
【０１３３】
時点ｔ１３になると、目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔが閾値ＴＨＰ２以下となり（Ｓ２６：ＹＥＳ→Ｓ２７：ＹＥＳ）、ＦＣ電圧Ｖｆｃを０．９Ｖ×セル数に一定とする（Ｓ２９）。
【０１３４】
時点ｔ１１から減少していたＦＣ電流Ｉｆｃは、時点ｔ１４においてゼロになる。このようにＦＣ電流Ｉｆｃを減少させることにより、バッテリ２０は、モータ１４の回生電力Ｐｒｅｇを効率的に回収（充電）することが可能となる。
【０１３５】
時点ｔ１５から道路の勾配が徐々に増加し、時点ｔ１６において０％（平坦路）になる。また、時点ｔ１５から車速Ｖ及びモータ電力Ｐｍｏｔが徐々に減少し、時点ｔ１６においてゼロになる。
【０１３６】
なお、図１１のフローチャート及び図１２の特性図によれば、モータ１４の降坂回生中は、目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔを最低値Ｐｆｃｍｉｎとし、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを０．９Ｖ×セル数に固定することとしている。しかしながら、図２２のタイムチャートでは、降坂回生中（ｔ１１〜ｔ１６）のうち時点ｔ１１から時点ｔ１３までは、ＦＣ電圧Ｖｆｃが０．９Ｖ×セル数とはなっていない。これは、上記のようにＦＣ電圧Ｖｆｃの急激な変化を避けるためにレートリミット制御を行ったためである。
【０１３７】
４．本実施形態の効果
以上説明したように、本実施形態によれば、ＦＣ４０の劣化を抑制しつつ、回生電力Ｐｒｅｇを有効に回収することが可能となる。
【０１３８】
すなわち、本実施形態によれば、回生時には、ＦＣ電圧Ｖｆｃを酸化還元領域Ｒ３外の電圧値（０．８Ｖ×セル数又は０．９Ｖ×セル数）に設定する。従って、ＦＣ４０の劣化を抑制することが可能となる。
【０１３９】
また、本実施形態では、回生時に、バッテリＳＯＣに基づき目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔを設定し（図１２）、目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔ（目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔ）に応じて目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを変化させる（図１１のＳ２８、Ｓ２９）。さらに、降坂回生時と判定した場合、通常回生時と判定した場合（例えば、平坦路での減速による回生である場合）と比べて、目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔを低く設定することにより、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを低下させる。このため、バッテリＳＯＣが同じであっても、降坂回生時の方が、通常回生時と比べて、ＦＣ電力Ｐｆｃが低くなる。
【０１４０】
一般に、平坦路での減速による回生と比べて、降坂に伴う回生の方が長い時間継続する可能性が高く、また、車両１０の位置エネルギを回生エネルギに変換できるため、回生電力Ｐｒｅｇが大きくなり易いと考えられる。従って、降坂に伴う回生である場合、バッテリ２０に対してより多くの充電を行うことが可能となる。ここで、モータ１４とは別にＦＣ４０が発電を行っていると、その分、バッテリ２０に回生電力Ｐｒｅｇが充電され難くなり、回生電力Ｐｒｅｇの回収効率が低下してしまうおそれがある。本実施形態によれば、降坂に伴う回生である場合、目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔ及び目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを低下させ、ＦＣ電力Ｐｆｃを減少させる。従って、降坂時の回生電力Ｐｒｅｇをより多くバッテリ２０に充電することが可能となる。
【０１４１】
また、バッテリＳＯＣに目標値ＳＯＣｔｇｔを設定し、ＳＯＣが目標値ＳＯＣｔｇｔと等しくなるようにバッテリ２０の充放電を制御する場合、ＦＣ４０の出力を維持したままでは、例えば、降坂時の回生電力Ｐｒｅｇによりバッテリ２０を過充電するおそれがある。このような場合、バッテリ２０の充放電の回数が増え、充放電に伴う電力損失が発生することにより、結果として、回生効率を低下させることとなる。本実施形態によれば、降坂に伴う回生である場合、目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔ及び目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを低下させ、ＦＣ電力Ｐｆｃを減少させる。このため、ＦＣ電力Ｐｆｃに代わってバッテリ２０に充電される回生電力Ｐｒｅｇが増えることで、バッテリＳＯＣを目標値ＳＯＣｔｇｔに近づけ易くなる。従って、回生効率を向上させることが可能となる。
【０１４２】
本実施形態では、降坂回生時であると判定した場合、ＦＣ電圧Ｖｆｃを酸化還元領域Ｒ３よりも高い電圧値（０．９×セル数）に設定し、通常回生時であると判定した場合、ＦＣ電圧Ｖｆｃを、バッテリＳＯＣに応じて、酸化還元領域Ｒ３よりも低い値（０．８Ｖ×セル数）又は高い値（０．９Ｖ×セル数）に設定する（図１１のＳ２８、Ｓ２９及び図１２参照）。
【０１４３】
一般に、通常発電時のストイキ比でＦＣ４０に反応ガスが供給されている場合、ＦＣ電圧Ｖｆｃが低いほどＦＣ４０の出力が高くなる。また、上述のように、降坂回生時の場合、ＦＣ４０の出力を抑制した方が、回生電力Ｐｒｅｇを有効活用することが可能となる。さらに、本実施形態によれば、降坂回生時の場合、ＦＣ電圧Ｖｆｃをより高く設定することでＦＣ４０の出力を相対的に低くし、通常回生時の場合、ＦＣ電圧Ｖｆｃをより低く設定可能とすることでＦＣ４０の出力を相対的に高くすることが可能となる。従って、降坂回生時には目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを低下させることとあいまって、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔに応じた的確な発電をすることが可能となる。その結果、燃料電池システム１２の発電効率を向上させることが可能となる。
【０１４４】
５．変形例
なお、この発明は、上記実施形態に限らず、この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。
【０１４５】
［５−１．搭載対象］
上記実施形態では、ＦＣシステム１２をＦＣ車両１０に搭載したが、これに限らず、降坂時に回生可能な別の対象に搭載してもよい。例えば、ＦＣシステム１２を、電車、電動自転車等の移動体に用いることもできる。また、回生電力Ｐｒｅｇを得ることができる複数の場面に分けて、より多くの回生電力Ｐｒｅｇを得ることができる場面とその他の場面とで、図１１のステップＳ２８、Ｓ２９のような処理を行うことも可能である。そのような場面としては、例えば、エレベータの降下時とその他の制動力作動時、クレーンの降下時とその他の制動力作動時を挙げることができる。
【０１４６】
［５−２．ＦＣシステム１２の構成］
上記実施形態では、ＦＣ４０と高電圧バッテリ２０を並列に配置し、バッテリ２０の手前にＤＣ／ＤＣコンバータ２２を配置する構成としたが、これに限らない。例えば、図２３に示すように、ＦＣ４０とバッテリ２０を並列に配置し、昇圧式、降圧式又は昇降圧式のＤＣ／ＤＣコンバータ２２をＦＣ４０の手前に配置する構成であってもよい。或いは、図２４に示すように、ＦＣ４０とバッテリ２０を並列に配置し、ＦＣ４０の手前に昇圧式、降圧式又は昇降圧式のＤＣ／ＤＣコンバータ２２ａを、バッテリ２０の手前にＤＣ／ＤＣコンバータ２２を配置する構成であってもよい。或いは、図２５に示すように、ＦＣ４０とバッテリ２０を直列に配置し、バッテリ２０とモータ１４の間にＤＣ／ＤＣコンバータ２２を配置する構成であってもよい。
【０１４７】
上記実施形態では、走行用のモータ１４からの回生電力Ｐｒｅｇをバッテリ２０に充電する構成としたが、回生発電源からの回生電力を蓄電装置に充電するものであれば、これに限らない。例えば、走行モータ１４の代わりに回生専用のモータを用いることもできる。
【０１４８】
［５−３．ストイキ比］
上記実施形態では、ストイキ比を調整する手段又は方法として、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを調整するものを用いたが、これに限らず、目標水素濃度を調整することも可能である。また、目標濃度の代わりに、目標流量又は目標濃度と目標流量の両方を用いることもできる。
【０１４９】
上記実施形態では、酸素を含む空気を供給するエアポンプ６０を備える構成を例示したが、これに代えて又は加えて、水素を供給する水素ポンプを備える構成としてもよい。
【０１５０】
［５−４．ＦＣ４０の発電制御］
上記実施形態では、ＦＣ４０の発電制御として、電圧可変・電流可変制御と電圧固定・電流可変制御を用いたが、少なくとも電圧固定・電流可変制御さえ用いれば、本発明を適用可能である。
【０１５１】
上記実施形態では、電圧固定・電流可変制御における目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを電位ｖ２（＝０．８Ｖ）×セル数又は電位ｖ３（＝０．９Ｖ）×セル数に設定したが、これに限らない。電圧固定・電流可変制御における目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを、例えば、還元領域Ｒ２内又は酸化領域Ｒ４内のその他の電位に設定してもよい。特に、モータ１４の特性上、回生電力Ｐｒｅｇをバッテリ２０に充電し易い電圧（回生効率が高い電圧）がある場合、当該電圧又はその近傍に電圧固定・電流可変制御における目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを設定してもよい。また、必ずしも固定値とする必要はなく、所定パターンにより又はランダムに目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを変化させることも可能である。
【０１５２】
上記実施形態では、電圧固定・電流可変制御において酸素濃度Ｃｏを制御するために、循環弁開度θｃ、エアポンプ回転数Ｎａｐ及び背圧弁開度θｂｐを可変としたが、酸素濃度Ｃｏを制御できるものであれば、これに限らない。例えば、エアポンプ回転数Ｎａｐは一定とし、循環弁開度θｃを可変とすることもできる。これにより、エアポンプ６０の出力音が一定となるため、当該出力音が可変となることにより乗員に与える違和感を防止することが可能となる。
【０１５３】
上記実施形態（図１１のＳ２１）では、モータ１４（又は車両１０）が回生中であるか否かを判定したが、必ずしも回生中であることを判定する必要はなく、短い時間の後に回生が予測されるときであってもよい。回生の予測には、例えば、ナビゲーション装置の地図情報、外部（例えば、道路脇の光ビーコン又は無線通信によって通信可能な基地局若しくはサーバ）からの情報を用いることができる。
【符号の説明】
【０１５４】
１０…燃料電池車両（搭載対象の移動体）  １２…燃料電池システム
１４…走行モータ                        ２０…高電圧バッテリ（蓄電装置）  
２４…ＥＣＵ（制御手段）                ４０…燃料電池スタック
【図１】
0005335047.tif 000002
【図２】
0005335047.tif 000003
【図３】
0005335047.tif 000004
【図４】
0005335047.tif 000005
【図５】
0005335047.tif 000006
【図６】
0005335047.tif 000007
【図７】
0005335047.tif 000008
【図８】
0005335047.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0005335047.tif 000011
【図１１】
0005335047.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
0005335047.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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