(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力によって駆動する移動体に搭載される燃料電池システムにおいて、
燃料極に供給される燃料ガスと、酸化剤極に供給される酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池の燃料極に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、
前記燃料電池の酸化剤極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、
前記燃料電池の発電において得られた電力を取り出すとともに、当該取り出した電力を移動体に供給する電力取出手段と、
自己に蓄えられた電力を前記移動体に供給可能な蓄電手段と、
前記移動体の速度、前記移動体への加速要求量、および、前記蓄電手段の状態に基づいて、前記燃料電池の発電電力の目標値である目標発電電力を決定し、当該決定された目標発電電力に基づいて、前記燃料ガス供給手段、前記酸化剤ガス供給手段、および、前記電力取出手段の稼働状態を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、切り替え可能な制御モードとして、
単一の目標発電電力を決定した上で、当該目標発電電力に基づいて、前記燃料ガス供給手段および前記酸化剤ガス供給手段の稼働状態と、前記電力取出手段の稼働状態とを統合的に制御する統合制御モードと、
互いに異なる目標発電電力を決定した上で、一方の目標発電電力に基づいて前記燃料ガス供給手段および前記酸化剤ガス供給手段の稼働状態を、他方の目標発電電力に基づいて前記電力取出手段の稼働状態を個別的に制御する個別制御モードとを有し、
前記燃料電池システムは、切替可能な運転モードとして、前記移動体への電力供給を前記燃料電池によって発電された電力から行う通常発電モードと、前記燃料電池の発電を休止して前記移動体への電力供給を前記蓄電手段に蓄えられた電力から行う発電休止モードとを有し、前記移動体の速度、前記移動体への加速要求量、および、前記蓄電手段の状態に基づいて、前記運転モードを切り替えるモード切替手段を有し、
前記制御手段は、前記運転モードが通常発電モードの場合、前記統合制御モードを使用し、前記運転モードが発電休止モードから通常発電モードに切り替わるシーンにおいて前記個別制御モードを使用し、その後、前記個別制御モードから前記統合制御モードに移行することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御手段は、前記個別制御モードにおいて、前記燃料ガス供給手段および前記酸化剤ガス供給手段の稼働状態を先行して制御し、前記モード切替手段において運転モードが発電休止モードから通常発電モードに切り替わることを判断した場合に、前記電力取出手段の稼働状態の制御を開始することを特徴とする請求項１に記載された燃料電池システム。
【請求項３】
前記制御手段は、目標発電電力に対する前記燃料ガス供給手段の稼働状態、目標発電電力に対する前記酸化剤ガス供給手段の稼働状態、および、目標発電電力に対する前記電力取出手段の稼働状態を、前記統合制御モードと前記個別制御モードとでそれぞれ対応する演算にて行う請求項１又は２に記載された燃料電池システム。
【請求項４】
前記制御手段は、前記個別制御モードにおいて、前記電力取出手段の稼働状態よりも前記燃料ガス供給手段および前記酸化剤ガス供給手段の稼働状態の方が早い応答性となるように目標発電電力のそれぞれを決定することを特徴とする請求項３に記載された燃料電池システム。
【請求項５】
前記制御手段は、前記個別制御モードにおいて、目標発電電力に基づいて決定される前記燃料ガス供給手段の稼働状態を、システムに許容される耐圧の範囲を上限として、燃料ガスの供給量が増加するように補正することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載された燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御手段は、前記個別制御モードにおいて、目標発電電力に基づいて決定される前記燃料ガス供給手段の稼働状態を、システムに許容される最大稼働状態を上限として、燃料ガスの供給量が増加するように補正することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載された燃料電池システム。
【請求項７】
前記制御手段は、前記個別制御モードにおいて、目標発電電力に基づいて決定される前記酸化剤ガス供給手段の稼働状態を、システムに許容される耐圧の範囲を上限として、酸化剤ガスの供給量が増加するように補正することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載された燃料電池システム。
【請求項８】
前記制御手段は、前記個別制御モードにおいて、目標発電電力に基づいて決定される前記酸化剤ガス供給手段の稼働状態を、システムに許容される最大稼働状態を上限として、酸化剤ガスの供給量が増加するように補正することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載された燃料電池システム。
【請求項９】
前記制御手段は、前記個別制御モードにおいて、前記蓄電手段における蓄電可能電力が大きい程、燃料ガスの供給量が増加するように、目標発電電力に基づいて決定される前記燃料ガス供給手段の稼働状態を補正するとともに、酸化剤ガスの供給量が増加するように、目標発電電力に基づいて決定される前記酸化剤ガス供給手段の稼働状態を補正することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載された燃料電池システム。
【請求項１０】
前記制御手段は、前記個別制御モードにおいて、前記燃料ガス供給手段の稼働状態または前記酸化剤ガス供給手段の稼働状態が判定稼働状態以上に大きくなった場合には、前記電力取出手段の稼働状態の制御を開始する請求項１から９のいずれか一項に記載された燃料電池システム。
【請求項１１】
前記制御手段は、前記個別制御モードにおいて、前記蓄電手段からの持ち出される電力の変化率が判定変化率以下となっている場合には、目標発電電力に基づいて決定される前記燃料ガス供給手段の稼働状態を燃料ガスの供給量が増加するように補正するとともに、目標発電電力に基づいて決定される前記酸化剤ガス供給手段の稼働状態を酸化剤ガスの供給量が増加するように補正することを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載された燃料電池システム。
【請求項１２】
前記燃料電池の酸化剤極に供給される酸化剤ガスを遮断する酸化剤ガス遮断手段をさらに有し、
前記制御手段は、前記個別制御モードにおいて、前記酸化剤ガス供給手段の稼働状態の制御を開始してから、前記電力取出手段の稼働状態の制御を開始するまでの期間、前記酸化剤ガス遮断手段によって酸化剤ガスを遮断することを特徴とする請求項２に記載された燃料電池システム。
【請求項１３】
前記制御手段は、前記酸化剤ガス供給手段の稼働状態および前記燃料ガス供給手段の稼働状態の制御を開始した後は、前記電力取出手段の稼働状態の制御を開始するまでに前記移動体への加速要求量が減少した場合であっても、前記酸化剤ガス供給手段の稼働状態および前記燃料ガス供給手段の稼働状態を低減させないで維持することを特徴とする請求項２に記載された燃料電池システム。
【請求項１４】
前記モード切替手段は、前記発電休止モード中において、前記酸化剤ガス供給手段の稼働状態または前記燃料ガス供給手段の稼働状態が、判定稼働状態以上になった場合には、前記運転モードを発電休止モードから通常発電モードに切り替えることを特徴とする請求項１に記載された燃料電池システム。
【請求項１５】
電力によって駆動する移動体に搭載される燃料電池システムにおいて、
燃料極に供給される燃料ガスと、酸化剤極に供給される酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池の燃料極に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、
前記燃料電池の酸化剤極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、
前記燃料電池の発電において得られた電力を取り出すとともに、当該取り出した電力を移動体に供給する電力取出手段と、
自己に蓄えられた電力を前記移動体に供給可能な蓄電手段と、
切替可能な運転モードとして、前記移動体への電力供給を前記燃料電池によって発電された電力から行う通常発電モードと、前記燃料電池の発電を休止して前記移動体への電力供給を前記蓄電手段に蓄えられた電力から行う発電休止モードとを有し、前記移動体の速度、前記移動体への加速要求量、および、前記蓄電手段の状態に基づいて、前記運転モードを切り替えるモード切替手段と、
前記移動体の速度、前記移動体への加速要求量、および、前記蓄電手段の状態に基づいて、前記燃料電池の発電電力の目標値である目標発電電力を決定し、当該決定された目標発電電力に基づいて、前記燃料ガス供給手段、前記酸化剤ガス供給手段、および、前記電力取出手段の稼働状態を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、切り替え可能な制御モードとして、
単一の目標発電電力を決定した上で、当該目標発電電力に基づいて、前記燃料ガス供給手段および前記酸化剤ガス供給手段の稼働状態と、前記電力取出手段の稼働状態とを統合的に制御する統合制御モードと、
互いに異なる目標発電電力を決定した上で、一方の目標発電電力に基づいて前記燃料ガス供給手段および前記酸化剤ガス供給手段の稼働状態を、他方の目標発電電力に基づいて前記電力取出手段の稼働状態を個別的に制御する個別制御モードとを有しており、
前記運転モードが通常発電モードの場合には、前記統合制御モードを使用するとともに、前記運転モードが発電休止モードから通常発電モードに切り替わるシーンにおいて前記個別制御モードを使用することにより、前記電力取出手段による電力の取り出しよりも先行して、前記燃料ガス供給手段による燃料ガスの供給および前記酸化剤ガス供給手段による酸化剤ガスの供給を行う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】
本発明は、電力によって駆動する移動体に搭載される燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、燃料極に燃料ガス（例えば、水素）が供給されるとともに、酸化剤極に酸化剤ガス（例えば、空気）が供給されることにより、これらのガスを電気化学的に反応させて発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムが知られている。この燃料電池システムは、例えば、移動体（具体的には、車両）に搭載されており、燃料電池において発電された電力を駆動用モータに供給することにより、システムからの電力供給を受けて駆動する。また、このようなシステムでは、燃料電池からの電力不足を補うために蓄電手段も組み込まれている。
【０００３】
燃料電池システムでは、通常、移動体への電力供給を燃料電池によって発電された電力から行う通常発電モードにて運転を行っている。ただし、燃費向上の観点から、所定の判定条件を具備した場合には、燃料電池による発電を休止して、移動体への電力供給を蓄電手段に蓄えられた電力から行う発電休止モードにて運転が行われる。
【特許文献１】特開２００３−３０３６０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、燃料電池を運転する場合には、燃料電池の発電電力の目標値である目標発電電力を決定し、この決定された目標発電電力に基づいて、燃料ガスや酸化剤ガスといったガス供給手段の稼働状態と、電力取出手段の稼働状態とをそれぞれ決定している。このケースでは、発電休止モードから通常発電モードに移行するといったように、発電を休止している状態から燃料電池を起動した場合には、電力取出手段の応答性と比較してガス供給手段に応答性に遅れが生じる可能性がある。そのため、ガスの供給量が不足している状態で取出電流が過大に設定されるといった事態が生じ、発電電力の応答性に遅れが生じる可能性がある。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、発電電力の応答性の向上を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、制御手段が、切り替え可能な制御モードとして、統合制御モードと、個別制御モードとを有している。ここで、統合制御モードは、単一の目標発電電力を決定した上で、この目標発電電力に基づいて、燃料ガス供給手段および酸化剤ガス供給手段の稼働状態と、電力取出手段の稼働状態とを統合的に制御する。一方、個別制御モードは、互いに異なる目標発電電力を決定した上で、個々の目標発電電力に基づいて、燃料ガス供給手段および酸化剤ガス供給手段の稼働状態と、電力取出手段の稼働状態とを個別的に制御する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、制御モードとして個別制御モードを使用した場合には、燃料ガス供給手段および酸化剤ガス供給手段の稼働状態と、電力取出手段の稼働状態とを個別に制御することができる。そのため、燃料ガスおよび酸化剤ガスを含むガス供給と、電流取出とを個別に制御することができるので、電流取出に対してガス供給が不足するといった事態を抑制することができ、発電電力の応答性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる燃料電池システムの全体構成を示すブロック図である。燃料電池システムは、例えば、移動体である車両に搭載されており、この車両は燃料電池システムから供給される電力によって駆動する。
【０００９】
燃料電池システムは、固体高分子電解質膜を挟んで酸化剤極と燃料極とを対設した燃料電池構造体をセパレータで挟持して、これを複数積層して構成される燃料電池スタック（燃料電池）１を備える。この燃料電池スタック１は、個々の燃料極に燃料ガスが供給されるとともに、個々の酸化剤極に酸化剤ガスが供給されることにより、これらのガスを電気化学的に反応させて発電電力を発生する。本実施形態では、燃料ガスとして水素を、酸化剤ガスとして酸素を用いるケースについて説明する。
【００１０】
燃料電池システムには、燃料電池スタック１に水素を供給するための水素系と、燃料電池スタック１に空気を供給するための空気系と、燃料電池スタック１を冷却するための冷却系とが備えられている。
【００１１】
水素系において、燃料ガスである水素は、燃料タンク１０（例えば、高圧水素ボンベ）に貯蔵されており、この燃料タンク１０から水素供給流路Ｌ１を介して燃料電池スタック１に供給される。具体的には、燃料タンク１０の下流には燃料タンク元バルブ１１が設けられており、この燃料タンク元バルブ１１が開状態となると、燃料タンク１０からの高圧水素ガスは、その下流に設けられた減圧バルブ１２によって機械的に所定の圧力まで減圧される。減圧された水素ガスは、減圧バルブ１２よりも下流に設けられた水素調圧バルブ１３によってさらに減圧された後に、燃料電池スタック１に供給される。
【００１２】
燃料極からの排出ガス（未使用の水素を含むガス）は、燃料電池スタック１から水素循環流路Ｌ２に排出される。この水素循環流路Ｌ２は、他方の端部が水素調圧バルブ１３よりも下流側の水素供給流路Ｌ１に接続されており、水素循環流路Ｌ２には、例えば、水素循環ポンプ１４といった水素循環手段が設けられている。この水素循環ポンプ１４を駆動することにより、燃料極からの排出ガスは、水素循環流路Ｌ２を通り水素供給流路Ｌ１（すなわち、燃料極における水素の供給側）に循環される。
【００１３】
ここで、水素調圧バルブ１３および水素循環ポンプ１４は、燃料電池スタック１の燃料極に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段として機能しており、その稼働状態は、後述するコントローラ４０によって制御される。なお、本実施形態では、一例として、水素調圧バルブ１３の稼働状態、すなわち、その開度を制御することにより、水素の供給量を変更する手法について説明する。
【００１４】
ところで、酸化剤ガスとして空気を用いるケースでは、空気中の不純物が酸化剤極から燃料極に透過するため、燃料極を含む水素循環流路Ｌ２内での不純物が増加し、水素分圧が減少する傾向となる。ここで、不純物は、燃料ガスである水素以外の非燃料ガス成分であり、代表的には窒素を挙げることができる（以下、本実施形態では、便宜上、窒素を不純物として説明を行う）。窒素量が多くなりすぎると、燃料電池スタック１からの出力が低下したり、水素循環ポンプ１４によって水素を循環させることができなくなったりする。そのため、燃料極を含む水素循環流路Ｌ２内の窒素量を管理する必要がある。そこで、水素循環流路Ｌ２には、これを流れるガスを外部に排出する排出流路Ｌ３が設けられている。この排出流路Ｌ３には、パージバルブ１５が設けられており、このパージバルブ１５の開き量を調整することにより、排出流路Ｌ３を介して外部に排出される窒素量を調整することができる。また、排出流路Ｌ３には、水素希釈装置１６が設けられており、窒素を排出する際に同時に排出される水素は、この水素希釈装置１６によって、車外へ放出する前に空気と混ぜ合わされて希釈される。パージバルブ１５は、その開き量がコントローラ４０によって適宜制御される。これにより、燃料極および水素循環流路Ｌ２内に存在する窒素量が、発電性能および循環性能を維持できるように管理される。
【００１５】
空気系において、酸化剤ガスである空気は、例えば、大気がコンプレッサ２０によって取り込まれるとともに加圧され、加圧された空気は、空気供給流路Ｌ４を介して燃料電池スタック１に供給される。この空気供給流路Ｌ４には、加湿装置（図示せず）が設けられており、燃料電池スタック１に供給される空気は、燃料電池スタック１の発電性能を低下させない程度に加湿される。燃料電池スタック１からの排出ガス（酸素が消費された空気）は、空気排出流路Ｌ５を介して外部に排出される。この空気排出流路Ｌ５には、空気調圧バルブ２１が設けられている。
【００１６】
ここで、コンプレッサ２０および空気調圧バルブ２１は、燃料電池スタック１の酸化剤極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段として機能しており、その稼働状態は、コントローラ４０によって制御される。なお、本実施形態では、一例として、コンプレッサ２０の稼働状態、すなわち、その回転数を制御することにより、空気の供給量を変更する手法について説明する。
【００１７】
冷却系は、燃料電池スタック１を冷却する冷却水が循環する閉ループ状の冷却流路Ｌ６を有しており、この冷却流路Ｌ６には、冷却水を循環させる冷却水循環ポンプ３１が設けられている。この冷却水循環ポンプ３１を動作させることにより、冷却流路Ｌ６内の冷却水が循環する。また、冷却流路Ｌ６には、ラジエータ３２と、このラジエータ３２を送風するファン３３が設けられている。燃料電池スタック１の冷却によって温度が上昇した冷却水は、冷却流路Ｌ６を経由して、ラジエータ３２に流れ、ラジエータ３２によって冷却される。冷却された冷却水は、燃料電池スタック１に供給される。冷却流路Ｌ６は、燃料電池スタック１内においてその流路が細かく分岐しており、これにより、燃料電池スタック１は、その内部が全体に亘って冷却されるようになっている。冷却水循環ポンプ３１およびファン３３の駆動量は、燃料電池スタック１から排出される冷却水温度に基づいて、コントローラ４０によって制御される。
【００１８】
燃料電池スタック１には、パワーマネージャ（電力取出手段）２が接続されている。このパワーマネージャ２は、コントローラ４０によって制御され、燃料電池スタック１から電力を取り出して、この取り出した電力を、車両を駆動する電動モータ３に供給する。
【００１９】
パワーマネージャ２および電動モータ３には、二次電池（蓄電手段）４が接続されており、この二次電池４は、次に示すような機能を担っている。第１に、燃料電池スタック１で発電を行うために動作させる種々の補機（例えば、水素循環ポンプ１４やコンプレッサ２０）に対して、それを駆動するために必要な電力を供給する。第２に、システムに要求される電力（要求電力）に対し、燃料電池スタック１における発電電力が不足する場合、不足分の電力を電動モータ３に供給する。第３に、燃料電池スタック１の発電電力が要求電力に対して余剰となった場合、余剰分の電力を蓄電し、また、電動モータ３の回生電力を蓄電する。
【００２０】
コントローラ４０は、システム全体を制御する機能を担っており、制御プログラムに従ってシステムの各部を制御することにより、燃料電池スタック１の運転状態を制御する。コントローラ４０としては、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェースを主体に構成されたマイクロコンピュータを用いることができる。このコントローラ４０は、システムの状態に基づいて、各種の演算を行い、この演算結果を制御出力として各種のアクチュエータ（図示せず）に出力し、水素調圧バルブ１３、水素循環ポンプ１４、パージバルブ１５、コンプレッサ２０、空気調圧バルブ２１、冷却水循環ポンプ３１、ファン３３、パワーマネージャ２といった種々の要素を制御する。また、コントローラ４０には、システムの状態を検出するために、各種のセンサなどの信号が制御入力として入力されている。
【００２１】
水素圧力センサ１７は、燃料電池スタック１の燃料極に供給される水素圧力を検出するセンサである。空気圧力センサ２２は、燃料電池スタック１の酸化剤極に供給される空気圧力を検出するセンサである。空気流量センサ２３は、燃料電池スタック１の酸化剤極に供給される空気流量を検出するセンサである。冷却水温度センサ３４は、燃料電池スタック１から排出される冷却水温度を検出するセンサである。電圧センサ６は、燃料電池スタック１における電圧、具体的には、最小の発電要素である単セル毎に、或いは、隣接する複数の単セルのセット毎に、その電圧をそれぞれ検出する。車速センサ７は、車両の車輪速または電動モータ３の回転数などから車両の車速を検出するセンサである。アクセル開度センサ８は、ドライバによるアクセルペダルの操作量（アクセル操作量）を検出し、これをドライバの加速要求量として検出するセンサである。
【００２２】
また、コントローラ４０には、電動モータ３から、自身で消費する電力が送信されており、また、バッテリコントローラ５から、二次電池４の蓄電残量および二次電池４が出力可能電力を含むバッテリ情報が送信されている。さらに、コンプレッサ２０からは、自身で消費する電力がコントローラ４０に送信され、パワーマネージャ２からは、電力取出制御を行うために、燃料電池スタック１から取り出す電流である取出電流が送信されている。
【００２３】
図２は、コントローラ４０の構成を機能的に示すブロック図である。コントローラ４０は、これを機能的に捉えた場合、制御手段として機能する統合制御部４１、ガス供給系制御部４２、取出電流系制御部４３および動作決定部４４と、モード切替部（モード切替手段）４５とを有している。コントローラ４０は、その機能を実行するために、車速センサ７によって検出される車速Ｖｃ、アクセル開度センサ８によって検出されるアクセル操作量Ａｃ、バッテリコントローラ５から送信されるバッテリ情報Ｂｉを参照する。また、コントローラ４０は、各制御部４１〜４３における演算結果の情報（以下「統合演算情報」という）Ｖic、および、燃料電池スタック１に関する種々の検出値（以下「スタック検出情報」という）Ｄfcも参照する。ここで、スタック検出情報Ｄfcは、水素圧力センサ１７による水素圧力、空気圧力センサ２２による空気圧力、空気流量センサ２３による空気流量、冷却水温度センサ３４による冷却水温度、電圧センサ６による電圧などである。
【００２４】
統合制御部４１は、単一の目標発電電力Ｐstを決定した上で、この目標発電電力Ｐstに基づいて、燃料電池スタック１に対するガス供給、および、燃料電池スタック１からの電流取出を統合的に制御する。この統合制御部４１は、発電電力決定部４１ａと、取出電流決定部４１ｂと、弁開度決定部４１ｃと、回転数決定部４１ｄとで構成されている。
【００２５】
発電電力決定部４１ａは、車速Ｖｃ、アクセル操作量Ａｃ、バッテリ情報Ｂｉに基づいて、燃料電池スタック１において発電する電力の目標値である目標発電電力Ｐstを決定する。取出電流決定部４１ｂは、目標発電電力Ｐstに基づいて、燃料電池スタック１から取り出す電流の目標値である目標取出電流Ａｔを決定する。弁開度決定部４１ｃは、目標発電電力Ｐstに基づいて、燃料電池スタック１に対する水素の目標供給量（流量）および目標圧力を決定し、これに基づいて、水素調圧バルブ１３の開度の目標値である目標開度Ｏhtを決定する。回転数決定部４１ｄは、目標発電電力Ｐstに基づいて、燃料電池スタック１に対する空気の目標供給量（流量）および目標圧力を決定し、これに基づいて、コンプレッサ２０の回転数の目標値である目標回転数Ｒatを決定する。
【００２６】
ガス供給系制御部４２は、燃料電池スタック１に対するガス供給のみを個別的に制御する。このガス供給系制御部４２は、発電電力決定部４２ａと、弁開度決定部４２ｂと、回転数決定部４２ｃとで構成されている。
【００２７】
発電電力決定部４２ａは、車速Ｖｃ、アクセル操作量Ａｃ、バッテリ情報Ｂｉに基づいて、第１の目標発電電力Ｐ1tを決定する。弁開度決定部４２ｂは、第１の目標発電電力Ｐ1tに基づいて、燃料電池スタック１に対する水素の目標供給量（流量）および目標圧力を決定し、これに基づいて、水素調圧バルブ１３の目標開度Ｏhtを決定する。回転数決定部４１ｄは、第１の目標発電電力Ｐ1tに基づいて、燃料電池スタック１に対する空気の目標供給量（流量）および目標圧力を決定し、これに基づいて、コンプレッサ２０の目標回転数Ｒatを決定する。
【００２８】
取出電流系制御部４３は、燃料電池スタック１からの電流取出のみを個別的に制御する機能を担っている。この取出電流系制御部４３は、発電電力決定部４３ａと、取出電流決定部４３ｂとで構成されている。
【００２９】
発電電力決定部４２ａは、車速Ｖｃ、アクセル操作量Ａｃ、バッテリ情報Ｂｉに基づいて、第２の目標発電電力Ｐ2tを決定する。取出電流決定部４１ｂは、第２の目標発電電力Ｐ2tに基づいて、燃料電池スタック１からの目標取出電流Ａｔを決定する。
【００３０】
動作決定部４４は、アクセル操作量Ａｃ、車速Ｖｃ、バッテリ情報Ｂｉ、統合演算情報Ｖic、および、スタック検出情報Ｄfcに基づいて、統合制御部４１を使用して制御を行う状況であるのか、すなわち、統合制御モードを使用する状況であるのか、それとも、ガス供給系制御部４２および取出電流系制御部４３をそれぞれ使用して制御を行う状況であるのか、すなわち、個別制御モードを使用する状況であるのか決定する（制御モードの決定）。また、動作決定部４４は、個別制御モードを使用する状況である場合には、ガス供給系制御部４２と、取出電流系制御部４３とを使用するタイミングをそれぞれ決定する。動作決定部４４は、後述する運転モードが通常発電モードの場合には、統合制御モードを使用し、運転モードが発電休止モードから通常発電モードに切り替わるシーンにおいて個別制御モードを使用し、その後、個別制御モードから前記統合制御モードへ移行する。
【００３１】
モード切替部４５は、アクセル操作量Ａｃ、車速Ｖｃ、バッテリ情報Ｂｉに基づいて、燃料電池スタック１の運転モードを、通常発電モードと発電休止モードとで切り替える。通常発電モードは、車両（具体的には、電動モータ３）への電力供給を燃料電池スタック１によって発電された電力から行うモードであり、一方、発電休止モードは、燃料電池スタック１の発電を休止して車両への電力供給を二次電池４に蓄えられた電力から行うモードである。モード切替部４５は、通常時は、運転モードとして通常発電モードを選択しており、反応ガス（空気および水素）を供給して、要求電力に応じた発電を燃料電池スタック１において行う。モード切替部４５は、発電休止を許可した場合に、運転モードを通常発電モードから発電休止モードに切り替える。モード切替部４５は、運転モードを発電休止モードに設定した場合には、反応ガス（空気および水素）の供給を停止して、燃料電池スタック１による発電を休止する。
【００３２】
図３は、本発明の実施形態にかかる運転モードの設定処理の手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、所定周期で呼び出され、コントローラ４０、具体的には、モード切替部４５を主体に実行される。
【００３３】
まず、ステップ１０（Ｓ１０）において、アクセル操作量Ａｃが、判定アクセル操作量Ａｃth以下であるか否かが判定される。この判定アクセル操作量Ａｃthは、ドライバがアクセルペダルを踏み込んでいるのか、それとも踏み込んでいないのかを判定するための値であり、実験やシミュレーションを通じてその最適値が予め設定されている（例えば、Ａｃth＝０）。このステップ１０において肯定判定された場合、すなわち、アクセル操作量Ａｃが判定アクセル操作量Ａｃth以下である場合には（Ａｃ≦Ａｃth）、ステップ１１（Ｓ１１）に進む。一方、ステップ１０において否定判定された場合、すなわち、アクセル操作量Ａｃが判定アクセル操作量Ａｃthよりも大きい場合には（Ａｃ＞Ａｃth）、ステップ１３（Ｓ１３）に進む。
【００３４】
ステップ１１において、車速Ｖｃが判定車速Ｖｃth以下であるか否かが判断される。この判定車速Ｖｃthは、燃料電池スタック１の発電を停止しても差し支えない程度に車速が低下しているか否かを判定するための値であり、実験やシミュレーションを通じてその最適値が予め設定されている（例えば、Ｖｃth＝２０ｋｍ／ｈ）。このステップ１１において肯定判定された場合、すなわち、車速Ｖｃが車速判定値Ｖｃth以下である場合には（Ｖｃ≦Ｖｃth）、ステップ１２（Ｓ１２）に進む。一方、ステップ１１において否定判定された場合、すなわち、車速Ｖｃが車速判定値Ｖｃthよりも大きい場合には（Ｖｃ＞Ｖｃth）、ステップ１３に進む。
【００３５】
ステップ１２において、バッテリ情報Ｂｉに基づいて、二次電池４の残量（バッテリ残量）が充分に存在するか否かが判定される。具体的には、燃料電池スタック１の発電を１分以上継続して停止するために必要な蓄電残量、かつ、出力可能電力が所定の電力閾値以上であるか否かが判断される。このステップ１２において肯定判定された場合、すなわち、バッテリ残量が充分に存在する場合には、後述するステップ１５（Ｓ１５）に進む。一方、ステップ１２において否定判定された場合、すなわち、バッテリ残量が充分に存在しない場合には、ステップ１３に進む。
【００３６】
ステップ１３において、モード切替部４５は、アクセル操作量Ａｃ、車速Ｖｃおよびバッテリ残量のいずれかのパラメータが判定条件を具備していないことを条件として、運転モードを通常発電モードに設定する。
【００３７】
ステップ１４（Ｓ１４）において、動作決定部４４は、アクセル操作量Ａｃ、車速Ｖｃおよびバッテリ残量のいずれかのパラメータがモード切替部４５における判定条件を具備していないことを条件として、制御モードとして統合制御モードを開始（継続）する。すなわち、このステップ１４の処理以降は、燃料電池スタック１に対するガス供給および燃料電池スタック１からの電流取出は統合制御部４１によって制御される。
【００３８】
これに対して、ステップ１５において、モード切替部４５は、アクセル操作量Ａｃ、車速Ｖｃおよびバッテリ残量のすべてのパラメータが判定条件を具備していることを条件として、燃料電池スタック１による発電停止を許可する（発電停止許可）。
【００３９】
ステップ１６（Ｓ１６）において、動作決定部４４は、アクセル操作量Ａｃ、車速Ｖｃおよびバッテリ残量のすべてのパラメータがモード切替部４５における判定条件を具備していることを条件として、制御モードとして個別制御モードを開始する。すなわち、このステップ１４の処理以降は、燃料電池スタック１に対するガス供給はガス供給系制御部４２によって制御され、燃料電池スタック１からの電流取出は取出電流系制御部４３によって制御される。
【００４０】
ステップ１７（Ｓ１７）において、モード切替部４５は、運転モードを発電休止モードに設定する。
【００４１】
以下、統合制御モードについて説明する。図４は、統合制御モードの処理概念を示す説明図である。発電電力決定部４１ａは、バッテリ情報Ｂｉである二次電池４の出力可能電力と、アクセル操作量Ａｃと、車速Ｖｃとに基づいて、電動モータ３の目標トルクを計算し、この目標トルクと、電動モータ３の実回転数とに基づいて、燃料電池スタック１における目標発電電力Ｐstを決定する。
【００４２】
具体的には、ある車重、形状の車両が所定車速で走行している状態において、運転者がアクセルペダルを踏み込んだと仮定し、そのケースにおいて所望とする車速の変化率（加速度）と運転者が感じる加速感とを予め設計しておくことにより、アクセル操作量Ａｃと、車速Ｖｃとに基づいて、電動モータ３の目標トルクを計算することができる。電動モータ３の目標トルクと、電動モータ３の実回転数に基づいて、電動モータ３の予想消費電力、すなわち、目標発電電力が計算できる。
【００４３】
ここで、燃料電池スタック１の応答性を考慮しないで電動モータ３の目標トルクを決定した場合には、燃料電池スタック１の応答遅れにより、二次電池４からの出力電力が増大してしまう可能性がある。この場合、過放電が発生し、二次電池４を劣化させることにもなりかねない。よって、図４（ｃ）に示すように、加速力を実現するために必要な電力Ｐｗ（実線）を前提として、燃料電池スタック１の応答性、二次電池４の出力可能電力（ハッチング領域）を考慮して、電動モータ３の目標トルクを決定し、これにより、燃料電池の目標発電電力Ｐstを決定する。
【００４４】
図５は、統合制御部４１における取出電流決定部４１ｂ、弁開度決定部４１ｃおよび回転数決定部４１ｄの演算処理を示す説明図である。弁開度決定部４１ｃは、目標発電電力にＰstに基づいて、この目標発電電力Ｐstを発電するために必要な燃料電池スタック１への水素供給量および燃料電池スタック１における水素圧力を決定する。そして、この水素供給量および水素圧力に基づいて、これを実現するために必要な水素調圧バルブ１３の目標開度Ｏhtが決定される。回転数決定部４１ｄは、目標発電電力にＰstに基づいて、この目標発電電力Ｐstを発電するために必要な燃料電池スタック１への空気供給量および燃料電池スタック１における空気圧力を決定する。そして、この空気供給量および空気圧力に基づいて、これを実現するために必要なコンプレッサ２０の目標回転数Ｒatが決定される。取出電流決定部４１ｂは、目標発電電力Ｐstに基づいて、パワーマネージャ２の目標取出電流Ａｔを決定する。これらの制御パラメータ、すなわち、水素調圧バルブ１３の目標開度Ｏht、コンプレッサ２０の目標回転数Ｒatおよびパワーマネージャ２の目標取出電流Ａｔが決定されると、水素調圧バルブ１３、コンプレッサ２０およびパワーマネージャ２が制御パラメータに従って制御され、燃料電池スタック１への水素および空気の供給と、燃料電池スタック１から電流取出が行われる。
【００４５】
以下、個別制御モードについて説明する。図６は、第１の実施形態にかかる個別制御モードの処理手順を示すフローチャートである。図７は、第１および第２の目標発電電力Ｐ1t，Ｐ2tの説明図である。図６のフローチャートに示す処理は、運転モードとしての発電休止モードの開始にともない、コントローラ４０、具体的には、動作決定部４４を主体に実行される。
【００４６】
まず、ステップ２０（Ｓ２０）において、動作決定部４４は、アクセル操作量Ａｃに基づいて、アクセルペダルの操作量が増加したか否かを判定する。このステップ２０において肯定判定された場合、すなわち、アクセルペダルの操作量が増加した場合には、ステップ２１（Ｓ２１）に進む。一方、ステップ２０において否定判定された場合、すなわち、アクセルペダルの操作量が増加していない場合には、所定時間後に同様の判定を行う。
【００４７】
ステップ２１において、動作決定部４４は、ガス供給系制御部４２に対して、燃料電池スタック１へのガス供給に関する演算処理を開始させる。これにともない、ガス供給系制御部４２の発電電力決定部４２ａは、バッテリ情報Ｂｉである二次電池４の出力可能電力と、アクセル操作量Ａｃと、車速Ｖｃとに基づいて、電動モータ３の目標トルクを計算し、この目標トルクと、電動モータ３の実回転数とに基づいて、第１の目標発電電力Ｐ1tを決定する。
【００４８】
個別制御モード時には、運転モードとして発電休止モードが開始されている。そのため、アクセル操作に応じて、燃料電池スタック１による発電を開始させたとしても、その応答には遅れが生じてしまう。そこで、二次電池４の蓄電量が多く、かつ、出力可能電力が高い場合に、発電休止モードを行うことにより、発電休止モードであっても、加速時と同じ応答性を確保しつつ、発電を停止することにより、燃費性能を上げることが可能となる。
【００４９】
しかしながら、発電休止モードを前提として二次電池４の出力可能電力が高いこと、および、燃料電池スタック１の応答性を考慮して、燃料電池スタック１の目標発電電力を演算した場合には、コンプレッサ２０、水素調圧バルブ１３の稼働開始が遅れてしまう。そのため、発電電力の応答性は、統合制御部４１におけるそれと変わらなくなる。そこで、発電電力決定部４２ａは、発電休止モードを前提とした二次電池４の出力可能電力の増加分は考慮せずに、目標発電電力を決定し、これを第１の目標発電電力Ｐ1tとする。換言すれば、ガス供給系制御部４２の発電電力決定部４２ａは、統合制御部４１の発電電力決定部４１ａよりも早い応答性となるように、すなわち、統合制御モードよりも個別制御モードの方が早い応答性となるように第１の目標発電電力Ｐ1tを決定する。
【００５０】
ガス供給系制御部４２において、弁開度決定部４２ｂは、統合制御部４１の弁開度決定部４１ｃと同様に、第１の目標発電電力にＰ1tに基づいて、この第１の目標発電電力Ｐ1tを発電するために必要な燃料電池スタック１への水素供給量および燃料電池スタック１における水素圧力を決定する。そして、この水素供給量および水素圧力に基づいて、これを実現するために必要な水素調圧バルブ１３の目標開度Ｏhtが決定される。また、回転数決定部４２ｃは、統合制御部４１の回転数決定部４１ｄと同様に、第１の目標発電電力にＰ1tに基づいて、この第１の目標発電電力Ｐ1tを発電するために必要な燃料電池スタック１への空気供給量および燃料電池スタック１における空気圧力を決定する。そして、この空気供給量および空気圧力に基づいて、これを実現するために必要なコンプレッサ２０の目標回転数Ｒatが決定される。これらの制御パラメータ、すなわち、水素調圧バルブ１３の目標開度Ｏhtおよびコンプレッサ２０の目標回転数Ｒatが決定されると、水素調圧バルブ１３、コンプレッサ２０が制御パラメータに従って制御され、燃料電池スタック１への水素および空気の供給が行われる。
【００５１】
ステップ２２（Ｓ２２）において、動作決定部４４は、アクセル操作量Ａｃに基づいて、アクセルペダルの操作量が減少したか否かを判定する。このステップ２２において肯定判定された場合、すなわち、アクセルペダルの操作量が減少した場合には、ステップ２３（Ｓ２３）に進む。一方、ステップ２２において否定判定された場合、すなわち、アクセルペダルの操作量が減少していない場合には、ステップ２４（Ｓ２４）に進む。
【００５２】
ステップ２３（Ｓ２３）において、動作決定部４４は、ガス供給系制御部４２に対して、燃料電池スタック１へのガス供給に関する演算処理を停止させる。これにともない、ガス供給系制御部４２（具体的には、弁開度決定部４２ｂおよび回転数決定部４２ｃ）は、燃料電池スタック１への水素および空気の供給を停止するよう、水素調圧バルブ１３の目標開度Ｏhtおよびコンプレッサ２０の目標回転数Ｒatを設定した上で、ステップ２０の処理に進む。
【００５３】
ステップ２４（Ｓ２４）において、動作決定部４４は、ガス供給系制御部４２における第１の目標発電電力Ｐ1tが判定電力Ｐ1th以下であるか否かを判断する。この判定電力Ｐ1thは、発電休止モードから通常発電モードへの切り替えを判断するための電力判定値であり、実験やシミュレーションを通じてその最適値が予め設定されている。このステップ２４において肯定判定された場合、すなわち、第１の目標発電電力Ｐ1tが判定電力Ｐ1th以下である場合には、ステップ２５（Ｓ２５）に進む。一方、ステップ２４において否定判定された場合、すなわち、第１の目標発電電力Ｐ1tが判定電力Ｐ1thよりも大きい場合には、後述するステップ２７（Ｓ２７）に進む。
【００５４】
ステップ２５において、動作決定部４４は、車速Ｖｃが判定車速Ｖｃth以下であるか否かを判定する。この判定は、モード切替部４５によって実行される、図３のステップ１１に示す処理と同様である。このステップ２５において肯定判定された場合、すなわち、車速Ｖｃが車速判定値Ｖｃth以下である場合には（Ｖｃ≦Ｖｃth）、ステップ２６（Ｓ２６）に進む。一方、ステップ２５において否定判定された場合、すなわち、車速Ｖｃが車速判定値Ｖｃthよりも大きい場合には（Ｖｃ＞Ｖｃth）、ステップ２７に進む。
【００５５】
ステップ２６において、動作決定部４４は、バッテリ情報Ｂｉに基づいて、二次電池４の残量（バッテリ残量）が充分に存在するか否かを判定する。この判定は、モード切替部４５によって実行される、図３のステップ１２に示す処理と同様である。このステップ２６において肯定判定された場合、すなわち、バッテリ残量が充分に存在する場合には、上述したステップ２２に進む。一方、ステップ２６において否定判定された場合、すなわち、バッテリ残量が充分に存在しない場合には、ステップ２７に進む。
【００５６】
ステップ２７において、動作決定部４４は、第１の目標発電電力Ｐ1t、車速Ｖｃおよびバッテリ残量のいずれかのパラメータが判定条件を具備していない場合には、電力が不足する状態になった、すなわち、モード切替部４５において運転モードが発電休止モードから通常発電モードへ切り替わったと判断して、取出電流系制御部４３に対して、燃料電池スタック１からの取出電流に関する演算処理を開始させる。これにともない、取出電流系制御部４３において、発電電力決定部４３ａは、統合制御部４１の発電電力決定部４１ａと同様の観点から、バッテリ情報Ｂｉである二次電池４の出力可能電力と、アクセル操作量Ａｃと、車速Ｖｃとに基づいて、電動モータ３の目標トルクを計算し、この目標トルクと、電動モータ３の実回転数とに基づいて、第２の目標発電電力Ｐ2tを決定する。ただし、この第２の目標発電電力Ｐ2tは、統合制御部４１の発電電力決定部４１ａによって決定される目標発電電力Ｐstよりも発電応答性が早く設定されている。
【００５７】
ステップ２８（Ｓ２８）において、動作決定部４４は、制御モードを個別制御モードから統合制御モードへ切り替え可能か否かを判定する。具体的には、動作決定部４４は、統合演算情報Ｖicおよびスタック検出情報Ｄfcを参照し、統合制御部４１において演算されている目標取出電流Ａｔ、水素の目標圧力、空気の目標流量および目標圧力が、実際の検出値に近づいたか否かを判定する。このステップ２８において肯定判定された場合には、ステップ２９（Ｓ２９）に進む。一方、ステップ２８において否定判定された場合には、所定時間後に同様の判定を行う。
【００５８】
ステップ２９（Ｓ２９）において、動作決定部４４は、制御モードとして個別制御モードから統合制御モードへ移行する。具体的には、動作決定部４４は、制御の主体を、ガス供給系制御部４２および取出電流系制御部４３から統合制御部４１に一括で切り替える。ただし、動作決定部４４は、ガス供給系制御部４２と取出電流系制御部４３とを個別で統合制御部４１に個別に切り替えてもよい。
【００５９】
このように本実施形態によれば、コントローラ４０は、統合制御部４１、ガス供給系制御部４２、取出電流系制御部４３および動作決定部４４を備えることにより、統合制御モードと、個別制御モードとを切り替え可能な制御モードとして実行することができる。制御モードとして個別制御モードを使用した場合には、燃料ガス供給手段（本実施形態では、水素調圧バルブ１３）および酸化剤ガス供給手段（本実施形態では、コンプレッサ２０）を含むガス供給手段の稼働状態と、電力取出手段（本実施形態では、パワーマネージャ２）の稼働状態とを個別に制御することができる。そのため、水素および空気を含むガス供給と、電流取出とを個別に制御することができるので、電流取出に対してガス供給が不足するといった事態を抑制することができ、発電電力の応答性の向上を図ることができる。また、ガス供給と電流取出とを個別的に制御するのみであるので、部品の大型化やコストアップをともなうことなく、燃料電池スタック１の発電電力の応答性の向上を図ることができる。さらに、個別制御モードに加えて、統合制御モードも使用しているので、個別制御モードを使用する以外は統合制御モードを使用することにより、ガス供給と電流取出とを演算するための目標発電電力の演算を共用することができる。これにより、演算負荷の増加を抑制することができる。
【００６０】
また、本実施形態によれば、コントローラ４０は、モード切替部４５を備えている。コントローラ４０は、運転モードが通常発電モードの場合には、統合制御モードを使用し、運転モードが発電休止モードから通常発電モードに切り替わるシーンにおいて個別制御モードを使用し、その後、個別制御モードから統合制御モードに移行する。発電休止モードでは、燃料電池スタック１の発電が休止されているため、発電要求があった場合には、発電再開に時間がかかり、通常発電モード時と比較して発電応答性が悪くなるという問題がある。この点、本実施形態によれば、運転モードが発電休止モードから通常発電モードに切り替わるシーンにおいて個別制御モードを使用することで、ガス供給と、電流取出とを個別に制御することができる。そのため、電流取出に対してガス供給が不足するといった事態を抑制することができ、発電電力の応答性の向上を図ることができる。
【００６１】
また、本実施形態では、個別制御モードにおいて、ガス供給手段の稼働状態が先行して制御され、運転モードが発電休止モードから通常発電モードに切り替わることを判断した場合に、電力取出手段の稼働状態の制御が開始される。これにより、運転モードが通常発電モードに切り替わる前からガス供給を行うことができる。これにより、電流取出に先立ってガス供給を行うことができるので、電流取出に対してガス供給が不足し、応答性が悪化するといった事態を抑制することができる。
【００６２】
また、本実施形態において、コントローラ４０は、目標発電電力に対する燃料ガス供給手段の稼働状態、目標発電電力に対する酸化剤ガス供給手段の稼働状態、および、目標発電電力に対する電力取出手段の稼働状態を、統合制御モードと個別制御モードとでそれぞれ対応する演算にて行う。これにより、統合制御モードと個別制御モードとにおいて、個々の稼働状態に関する演算を共通化することができる。これにより、演算負荷の増加を抑制することができる。
【００６３】
また、本実施形態において、コントローラ４０は、個別制御モードにおいて、電力取出手段の稼働状態よりもガス供給手段稼働状態の方が早い応答性となるように目標発電電力をそれぞれ決定する。これにより、電流取出に先立ってガス供給を行うことができるので、電流取出に対してガス供給が不足し、発電電力の応答性が悪化するといった事態を抑制することができる。
【００６４】
（第２の実施形態）
図８は、第２の実施形態にかかるガス供給系制御部４２の弁開度決定部４２ｂおよび回転数決定部４２ｃの演算処理を示す説明図である。第２の実施形態に係る燃料電池システムが、第１の実施形態のそれと相違する点は、ガス供給系制御部４２における処理内容である。なお、上述した実施形態と重複する説明は省略することとし、以下相違点を中心に説明を行う。
【００６５】
具体的には、ガス供給系制御部４２において、弁開度決定部４２ｂは、以下の通り水素調圧バルブ１３の目標開度を決定する。弁開度決定部４２ｂは、発電電力決定部４２ａにおいて決定される第１の目標発電電力Ｐ1tに基づいて、必要な水素供給量および水素圧力を決定し、これに基づいて水素調圧バルブ１３の目標開度Ｏhtを演算する。ここで、第１の目標発電電力Ｐ1tが小さいケースでは、水素の目標圧力が小さい値として演算され、これに応じた目標開度Ｏhtが算出される。この際、演算された目標開度Ｏhtから、供給される水素量を演算し、この水素量が供給されたことによる水素系内の圧力上昇値を演算する。この演算結果が、電解質膜にかかる圧力の耐圧値、或いは、水素系内圧力と大気圧との差圧の耐圧値より小さい場合には、耐圧値の範囲内で供給量が増加するように目標開度Ｏhtを補正し、補正目標開度Ｏhtaを算出する。この補正目標開度Ｏhtaを用いることにより、水素供給量をより増加させることができる。ここで、耐圧値が大きい場合には、水素調圧バルブ１３の全開開度の上限範囲内で目標開度Ｏhtを補正することができる。なお、目標開度Ｏhtを演算する際に、耐圧値を使って演算することにしてもよい。
【００６６】
また、ガス供給系制御部４２において、回転数決定部４２ｃも、弁開度決定部４２ｂと同様に、第１の目標発電電力Ｐ1tに基づいて算出されるコンプレッサ２０の目標回転数Ｒatを補正し、補正目標回転数Ｒataを算出する。この補正目標回転数Ｒataを用いることにより、空気供給量をより増加させることができる。なお、補正手法の詳細については、弁開度決定部４２ｂと同様であり、その説明は省略する。また、耐圧値が大きい場合には、コンプレッサ２０の最大回転数の上限範囲内で目標回転数Ｒatを補正することができる。
【００６７】
そして、この補正目標開度Ｏhtaおよび補正目標回転数Ｒatに基づいて、水素調圧バルブ１３、コンプレッサ２０が制御され、燃料電池スタック１への水素および空気の供給が行われる。
【００６８】
このように本実施形態において、コントローラ４０は、個別制御モードにおいて、目標発電電力Ｐ1tに基づいて決定される燃料ガス供給手段（本実施形態では、水素調圧バルブ１３）の稼働状態を、システムに許容される耐圧の範囲を上限として、水素の供給量が増加するように補正している。これにより、水素供給量を多く設定することができるので、発電電力の応答性の向上を図ることができる。なお、このような作用・効果は、酸化剤ガス供給手段（本実施形態では、コンプレッサ２０）についても同様に適用することができる。この場合、空気供給量を多く設定することができるので、発電電力の応答性の向上を図ることができる。
【００６９】
また、コントローラ４０は、個別制御モードにおいて、目標発電電力Ｐ1tに基づいて決定される燃料ガス供給手段の稼働状態を、システムに許容される最大稼働状態を上限として、燃料ガスの供給量が増加するように補正してもよい。これにより、水素供給量を多く設定することができるので、発電電力の応答性の向上を図ることができる。なお、このような作用・効果は、酸化剤ガス供給手段（本実施形態では、コンプレッサ２０）についても同様に適用することができる。この場合、空気供給量を多く設定することができるので、発電電力の応答性の向上を図ることができる。
【００７０】
（第３の実施形態）
図９は、第３の実施形態にかかる個別制御モードの処理手順を示すフローチャートである。第３の実施形態にかかる燃料電池システムが、第１または第２の実施形態のそれと相違する点は、個別制御モードの処理内容である。なお、上述した実施形態と重複する説明は省略することとし、以下相違点を中心に説明を行う。
【００７１】
ステップ２１において、動作決定部４４が、ガス供給系制御部４２に対して燃料電池スタック１へのガス供給に関する演算処理を開始させると、ガス供給系制御部４２の演算処理に応じて、燃料電池スタック１には水素および空気の供給が行われる。ただし、ステップ２４から２６の全てにおいて肯定判定された場合、すなわち、発電休止モードを継続する場合には、水素および空気の供給は継続されるが、燃料電池スタック１から電流が取り出されないという燃費の悪い状態が継続される。そこで、ステップ３１（Ｓ３１）において、動作決定部４４は、ガス供給系制御部４２において演算される水素および空気の供給量が、燃費の悪化を判定する判定値以上であるか否かを判定する。このステップ３１において肯定判定された場合には、ステップ３２（Ｓ３２）に進む。一方、ステップ３２において否定判定された場合には、ステップ３２の処理をスキップして、ステップ２２に進む。
【００７２】
ステップ３２において、動作決定部４４は、取出電流系制御部４３に対して、目標取出電流Ａｔを固定値に設定させる。この目標取出電流Ａｔを大きく設定できるときほど、水素および空気の供給量を大きく設定することができる。この際に取り出された電力は、主に二次電池４へ蓄える必要がある。そのため、図１０に示すように、水素調圧バルブ１３の目標開度Ｏht、および、コンプレッサ２０の目標回転数Ｒatは、バッテリ情報Ｂｉである蓄電残量に基づいて補正される。そして、この補正目標開度Ｏhtaおよび補正目標回転数Ｒatに基づいて、水素調圧バルブ１３、コンプレッサ２０が制御され、燃料電池スタック１への水素および空気の供給が行われる。
【００７３】
一方、ステップ２３に続くステップ３０（Ｓ３０）において、動作決定部４４は、取出電流系制御部４３に対して、目標取出電流Ａｔの設定を解除させ、燃料電池スタック１から電流の取り出しを停止する。
【００７４】
このように本実施形態において、コントローラ４０は、個別制御モードにおいて、二次電池４における蓄電可能電力が大きい程、ガス供給手段の稼働状態を、燃料ガスの供給量が増加するように、および、酸化剤ガスの供給量が増加するように補正する。かかる構成によれば、ガス供給量を増加させることができるので、取出電流に対してガス供給が不足し、応答性が悪化するといった事態を抑制することができるとともに、二次電池４への蓄電可能電力に応じて、ガス供給量を増加させることができるので、発電した電力を有効に二次電池４に回収することができるので、燃費の悪化を抑制することができる。
【００７５】
また、ガス供給手段の稼働状態が判定状態以上に大きくなった場合に、電力取出手段の稼働状態を決定することにより、発電した電力を有効に二次電池４に回収することができるので、燃費の悪化を抑制することができる。
【００７６】
（第４の実施形態）
図１１は、第４の実施形態にかかる個別制御モードの処理手順を示すフローチャートである。第４の実施形態にかかる燃料電池システムが、第１から第３の実施形態のそれと相違する点は、個別制御モードの処理内容である。なお、上述した実施形態と重複する説明は省略することとし、以下相違点を中心に説明を行う。本実施形態では、上述したステップ２０，２４の処理が省略されるとともに、当該ステップ２０の処理タイミングに、ステップ３３（Ｓ３３）の処理が追加されている。
【００７７】
ステップ３３において、ガス供給系制御部４２の発電電力決定部４２ａは、バッテリ情報Ｂｉである二次電池４の出力可能電力と、アクセル操作量Ａｃと、車速Ｖｃとに基づいて、電動モータ３の目標トルクを計算し、この目標トルクと、電動モータ３の実回転数とに基づいて、第１の目標発電電力Ｐ1tを決定する。そして、発電電力決定部４２ａは、第１の目標発電電力Ｐ1tが判定電力Ｐ1th以上であるか否かを判断する。このステップ３３において肯定判定された場合、すなわち、第１の目標発電電力Ｐ1tが判定電力Ｐ1th以上の場合には（Ｐ1t≧Ｐ1th）、ステップ２１（Ｓ２１）に進む。一方、ステップ３３において否定判定された場合、すなわち、第１の目標発電電力Ｐ1tが判定電力Ｐ1thより小さい場合には（Ｐ1t＜Ｐ1th）、所定時間後に同様の判定を行う。
【００７８】
ステップ２１では、動作決定部４４が、ガス供給系制御部４２に対して、燃料電池スタック１へのガス供給に関する演算処理を開始させる。この前提として、ガス供給系制御部４２の発電電力決定部４２ａは、アクセル操作量Ａｃが増加したタイミングから、第１の目標発電電力Ｐ1tが判定電力Ｐ1th以上となるタイミングまでの期間において、二次電池４からの持ち出された電力の変化率を計算しておく。
【００７９】
図１２に示すように、車両停止中などといった低車速からの加速のシーンでは、電動モータ３の回転数が小さいため、演算される第１の目標発電電力Ｐ1tの変化率が遅くなってしまう。そのため、第１の目標発電電力Ｐ1tと第２の目標発電電力Ｐ2tとが、同じ大きさ、同じ変化率になってしまう可能性があり、燃料電池スタック１の電圧が低下し、発電電圧が低下する可能性がある。そこで、このような事態の発生を抑制する必要性から、発電電力決定部４２ａは、上述の如く電力の変化率を計算しておき、この変化率が所定値以下になってしまう場合には、第１の目標発電電力Ｐ1tを計算値よりも大きな値に補正する。これにより、水素および空気の供給量を増加させる。変化率との比較対象となる所定値は、空気および水素の供給変化率、および、補正量に対し、発電電流を取り出すタイミングや変化率を変えて、燃料電池の電圧が低下しないことを目安に実験やシミュレーションを通じて設定される。
【００８０】
このように本実施形態において、コントローラ４０は、個別制御モードにおいて、二次電池４からの持ち出される電力の変化率が判定閾値以下となっている場合には、目標発電電力に基づいて決定されるガス供給手段の稼働状態をガスの供給量が増加するように補正する。かかる構成によれば、ガス供給系の目標発電電力（第１の目標発電電力Ｐ1t）と、電流取出系の目標発電電力（第２の目標発電電力Ｐ2t）とが、同じ大きさ、同じ変化率になってしまうという事態を抑制することができるので、燃料電池スタック１の電圧が低下し、発電電圧が低下するといった事態を抑制することができる。
【００８１】
（第５の実施形態）
図１３は、第５の実施形態にかかる燃料電池システムの全体構成を示すブロック図である。第５の実施形態にかかる燃料電池システムが、第１から第４の実施形態のそれと相違する点は、空気系に空気供給遮断弁（酸化剤ガス遮断手段）２４を備える点である。なお、上述した実施形態と重複する説明は省略することとし、以下相違点を中心に説明を行う。
【００８２】
同図に示すように、燃料供給流路L４のコンプレッサ２０の下流には、空気供給遮断弁２４が設けられている。この空気供給遮断弁２４を開状態から閉状態に切り替えることにより、燃料電池スタック１へ供給される空気を遮断することができる。空気供給遮断弁２４の開閉状態は、コントローラ４０、具体的には、ガス供給系制御部４２によって制御される。
【００８３】
図１４は、第５の実施形態にかかる個別制御モードの処理手順を示すフローチャートである。本実施形態では、空気供給遮断弁２４の制御に関するステップ３４，３５の処理が追加されている。
【００８４】
具体的には、ステップ２０の肯定判定に続くステップ３４（Ｓ３４）において、動作決定部４４は、ガス供給系制御部４２に対して、空気供給遮断弁２４の閉弁指示を出力する。この指示にともない、ガス供給系制御部４２は、空気供給遮断弁２４を開状態から閉状態に切り替える。そして、上述したステップ２１に進む。
【００８５】
また、ステップ２４〜２６のいずれか一つのステップの否定判定に続くステップ３５（Ｓ３５）において、動作決定部４４は、ガス供給系制御部４２に対して、空気供給遮断弁２４の開弁指示を出力する。この指示にともない、ガス供給系制御部４２は、空気供給遮断弁２４を閉状態から開状態に切り替える。そして、上述したステップ２７に進む。
【００８６】
このように本実施形態において、コントローラ４０は、酸化剤ガス供給手段の稼働状態の制御を開始してから、電力取出手段の稼働状態の制御を開始するまでの期間、空気供給遮断弁２４によって酸化剤ガスを遮断する。かかる構成によれば、ガス供給を先行して行っている状況において、燃料電池スタック１の電圧が開放端電圧になることが抑制されるので、燃料電池スタック１の劣化を抑制することができる。また、発電開始時には、コンプレッサ２０の回転数を高い値に設定することが可能となるので、発電電力の応答性の向上をさらに図ることができる。
【００８７】
（第６の実施形態）
図１５は、第６の実施形態にかかる個別制御モードの処理手順を示すフローチャートである。第６の実施形態にかかる燃料電池システムが、第１から第５の実施形態のそれと相違する点は、個別制御モードの処理内容である。なお、上述した実施形態と重複する説明は省略することとし、以下相違点を中心に説明を行う。
【００８８】
本実施形態では、ステップ２２の肯定判定に続くステップ３６（Ｓ３６）において、動作決定部４４は、アクセルペダルの操作量が減少したタイミングから所定時間が経過したか否かを判定する。ステップ３６において肯定判定された場合には、ステップ２３に進む。一方、ステップ３６において否定判定された場合には、ステップ２０に戻る。このステップ３６における判定は、ステップ２３の処理に進むまでの待ち時間を設定する機能を担っており、その所定時間は、実験やシミュレーションを通じてその最適値が予め設定されている。
【００８９】
このように本実施形態によれば、コントローラ４０は、
ガス供給手段の稼働状態の制御を開始した後は、電力取出手段の稼働状態の制御を開始するまでに、移動体への加速要求量が減少した場合であっても、決定した稼働状態を減少させないで維持する。かかる構成によれば、加速要求量が一時的に減少した場合であっても、ガス供給が継続して維持されるので、燃費の悪化を抑制することができる。
【００９０】
（第７の実施形態）
図１６は、第７の実施形態にかかる運転モードの設定処理の手順を示すフローチャートである。第７の実施形態にかかる燃料電池システムが、第１から第６の実施形態のそれと相違する点は、運転モードの設定処理の処理内容である。なお、上述した実施形態と重複する説明は省略することとし、以下相違点を中心に説明を行う。
【００９１】
具体的には、ステップ１７に続くステップ１８（Ｓ１８）において、モード切替部４５は、統合制御部４１に対して、目標発電電力Ｐstおよびコンプレッサ２０の目標回転数Ｒatの演算を指示する。これにともない、統合制御部４１において、発電電力決定部４１ａは、目標発電電力Ｐstを演算し、回転数決定部４１ｄは、目標発電電力Ｐstに基づいて、コンプレッサ２０の目標回転数Ｒatを演算する。
【００９２】
ステップ１９（Ｓ１９）において、モード切替部４５は、コンプレッサ２０の目標回転数Ｒatが判定回転数Ｒatth以上であるか否かを判定する。この判定回転数Ｒatthは、運転モードが発電休止モードから通常発電モードに切り替わることにより、コンプレッサ２０の回転数が停止状態から上昇した場合にドライバに与える違和感を評価することにより設定されている。ステップ１９において肯定判定された場合には、ステップ１３に進む。一方、ステップ１９において否定判定された場合には、所定時間後に同様の判定を行う。
【００９３】
このように本実施形態において、コントローラ４０は、発電休止モード中において、ガス供給手段の稼働状態が、判定稼働状態以上になった場合には、運転モードを発電休止モードから通常発電モードに切り替える。かかる構成によれば、ガス供給手段に極端な稼働状態の差が生じるまえに、運転モードが発電休止モードから通常発電モードに切り替えられるので、運転モードの切り替えにともなって過大な動作音が発生するといった事態を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】第１の実施形態にかかる燃料電池システムの全体構成を示すブロック図
【図２】コントローラ４０の構成を機能的に示すブロック図
【図３】運転モードの設定処理の手順を示すフローチャート
【図４】統合制御モードの処理概念を示す説明図
【図５】統合制御部４１における取出電流決定部４１ｂ、弁開度決定部４１ｃおよび回転数決定部４１ｄの演算処理を示す説明図
【図６】第１の実施形態にかかる個別制御モードの処理手順を示すフローチャート
【図７】第１および第２の目標発電電力Ｐ1t，Ｐ2tの説明図
【図８】第２の実施形態にかかるガス供給系制御部４２の弁開度決定部４２ｂおよび回転数決定部４２ｃの演算処理を示す説明図
【図９】第３の実施形態にかかる個別制御モードの処理手順を示すフローチャート
【図１０】第３の実施形態にかかるガス供給系制御部４２の弁開度決定部４２ｂおよび回転数決定部４２ｃの演算処理を示す説明図
【図１１】第４の実施形態にかかる個別制御モードの処理手順を示すフローチャート
【図１２】第１および第２の目標発電電力Ｐ1t，Ｐ2tの説明図
【図１３】第５の実施形態にかかる燃料電池システムの全体構成を示すブロック図
【図１４】第５の実施形態にかかる個別制御モードの処理手順を示すフローチャート
【図１５】第６の実施形態にかかる個別制御モードの処理手順を示すフローチャート
【図１６】第７の実施形態にかかる運転モードの設定処理の手順を示すフローチャート
【符号の説明】
【００９５】
１…燃料電池スタック
２…パワーマネージャ
３…電動モータ
４…二次電池
５…バッテリコントローラ
６…電圧センサ
７…車速センサ
８…アクセル開度センサ
１０…燃料タンク
１１…燃料タンク元バルブ
１２…減圧バルブ
１３…水素調圧バルブ
１４…水素循環ポンプ
１５…パージバルブ
１６…水素希釈装置
１７…水素圧力センサ
２０…コンプレッサ
２１…空気調圧バルブ
２２…空気圧力センサ
２３…空気流量センサ
２４…空気供給遮断弁
３１…冷却水循環ポンプ
３２…ラジエータ
３３…ファン
３４…冷却水温度センサ
４０…コントローラ
４１…統合制御部
４１ａ…発電電力決定部
４１ｂ…取出電流決定部
４１ｃ…弁開度決定部
４１ｄ…回転数決定部
４２…ガス供給系制御部
４２ａ…発電電力決定部
４２ｂ…弁開度決定部
４２ｃ…回転数決定部
４３…取出電流系制御部
４３ａ…発電電力決定部
４３ｂ…取出電流決定部
４４…動作決定部
４５…モード切替部
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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