(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、
前記燃料電池の出力電圧をその開放端電圧よりも低い高電位回避電圧を上限として高電位回避制御する制御手段と、
前記燃料電池の出力電力と出力電圧との関係を示すマップデータを参照し、前記燃料電池の出力電圧が前記高電位回避電圧に一致するときに前記燃料電池から出力される電力を第一のシステム要求電力として前記マップデータから読み取り、前記第一のシステム要求電力と、負荷要求から算出される第二のシステム要求電力とのうち大きい方のシステム要求電力を前記燃料電池に対するシステム要求電力として演算するシステム要求電力演算手段と、
を備える燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記第二のシステム要求電力は、車両の走行電力要求値、補機の消費電力値及び蓄電装置の充放電要求値の加算値として算出される、燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池が発電した電力の一部を蓄電する蓄電装置と、
前記蓄電装置の充電量が目標値に一致するように前記蓄電装置の充放電をフィードバック制御する充放電制御手段と、を更に備え、
前記蓄電装置の充電量が所定値以下であること、前記燃料電池を電力源として搭載する車両が回生制動中でないこと、前記燃料電池の燃料ガス供給系の配管ガス圧力に基づくガス漏れ判定中でないことの条件が全て満たされる場合に前記高電位回避制御が許可され、
前記充放電制御手段は、前記高電位回避制御が許可されていることを条件として、前記フィードバック制御を禁止する、燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池の出力電圧を開放端電圧よりも低い高電位回避電圧を上限として運転制御する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池スタックは、燃料を電気化学プロセスによって酸化させることにより、酸化反応に伴って放出されるエネルギーを電気エネルギーに直接変換する発電システムである。燃料電池スタックは、水素イオンを選択的に輸送するための高分子電解質膜の両側面を多孔質材料から成る一対の電極によって挟持してなる膜−電極アッセンブリを有する。一対の電極のそれぞれは、白金系の金属触媒を担持するカーボン粉末を主成分とし、高分子電解質膜に接する触媒層と、触媒層の表面に形成され、通気性と電子導電性とを併せ持つガス拡散層とを有する。
【０００３】
燃料電池システムを電力源として搭載する燃料電池車両では、発電効率のよい高出力領域では、燃料電池スタックを発電させて、燃料電池スタックと二次電池の両方又は燃料電池スタックのみからトラクションモータに電力を供給する一方、発電効率の悪い低出力領域では、燃料電池スタックの発電を一時休止し、二次電池のみからトラクションモータに電力を供給する運転制御を行っている。このように、燃料電池システムの発電効率の低い低負荷領域において、燃料電池スタックの運転を一時休止することを間欠運転と称する。燃料電池システムの発電効率が低下する低負荷領域では、間欠運転を実施することで、燃料電池スタックをエネルギー変換効率の高い範囲内で運転させることが可能となり、燃料電池システム全体の効率を高めることができる。
【０００４】
特開２００７−１０９５６９号公報は、間欠運転を実施する燃料電池システムについて言及している。同公報に開示されている燃料電池システムは、発電休止状態に移行した燃料電池スタックのセル電圧が所定値を下回ったときに、エアコンプレッサを再び駆動させて、燃料電池スタックに酸素ガスを補給し、燃料電池スタックのカソード極における酸素不足を解消してセル電圧を回復させ、発電要求に対する応答遅れを改善している。このとき、酸素ガスが過剰に供給されることに起因してセル電圧が過度に上昇し、燃料電池スタックの劣化が促進される虞がある。これは、膜−電極アッセンブリの触媒層に含まれる白金触媒が高電位環境下において、イオン化して溶出するためである。このような不都合を回避するため、同公報は、セル電圧が所定の上限電圧（以下、高電位回避電圧と称する。）を超えないように発電制御する方法（以下、高電位回避制御と称する。）についても言及している。
【特許文献１】特開２００７−１０９５６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、車両走行中の場合などのように、燃料電池スタックに負荷要求がある場合にも高電位回避制御を実施する場合には、高電位回避電圧から算出されるシステム要求パワーと、負荷要求から算出されるシステム要求パワーとは必ずしも一致しないので、負荷要求から算出されるシステム要求パワーに基づいて電池運転を制御すると、燃料ガスの供給不足などを引き起こす虞がある。この点について、図５乃至図６を参照しながら説明する。
【０００６】
図５は燃料電池スタックのＩ−Ｖ特性（電流対電圧特性）曲線を示しており、Ａは負荷要求から算出される運転ポイント、Ｂは高電位回避電圧から算出される運転ポイントである。また、ＩA及びＶAは負荷要求から算出される電流指令値及び電圧指令値である。ＩB及びＶBは高電位回避電圧から算出される電流指令値及び電圧指令値である。制御指令値は運転ポイントＡであるにも関わらず、実際の運転ポイントは運転ポイントＢとなるので、図５に示すように、ＩA＜ＩBの場合では、燃料ガスの供給不足が生じ、発電が不安定となる。
【０００７】
図６は燃料電池スタックのＩ−Ｐ特性（電流対電力特性）曲線を示しており、Ａは負荷要求から算出される運転ポイント、Ｂは高電位回避電圧から算出される運転ポイントである。また、ＩA及びＰAは負荷要求から算出される電流指令値及び電力指令値である。ＩB及びＰBは高電位回避電圧から算出される電流指令値及び電力指令値である。制御指令値は運転ポイントＡであるにも関わらず、実際の運転ポイントは運転ポイントＢとなるので、図６に示すように、ＰA＜ＰBの場合では、制御指令値よりも余剰に発電された電力が二次電池に充電されてしまう結果、二次電池の過充電を引き起こす虞がある。
【０００８】
そこで、本発明は、上記の問題点に鑑み、高電位回避運転中に適切な発電制御を実施できる燃料電池システムを提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、本発明に係わる燃料電池システムは、反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、燃料電池の出力電圧をその開放端電圧よりも低い高電位回避電圧を上限として高電位回避制御する制御手段と、燃料電池の出力電力と出力電圧との関係を示すマップデータを参照し、燃料電池の出力電圧が高電位回避電圧に一致するときに燃料電池から出力される電力を第一のシステム要求電力としてマップデータから読み取り、第一のシステム要求電力と、負荷要求から算出される第二のシステム要求電力とのうち大きい方のシステム要求電力を燃料電池に対するシステム要求電力として演算するシステム要求電力演算手段とを備える。
【００１０】
燃料電池の出力電圧が高電位回避電圧に一致するときに燃料電池から出力される電力を加味した上で、燃料電池に対するシステム要求電力を算出するので、高電位回避運転中に適切な発電制御を実施することができる。
【００１１】
ここで、負荷要求から算出されるシステム要求電力は、車両の走行電力要求値、補機の消費電力値、及び蓄電装置の充放電要求値の加算値として算出される。
【００１２】
本発明の好適な形態において、燃料電池システムは、燃料電池が発電した電力の一部を蓄電する蓄電装置と、蓄電装置の充電量が目標値に一致するように蓄電装置の充放電をフィードバック制御する充放電制御手段とを更に備える。例えば、蓄電装置の充電量が所定値以下であること、燃料電池を電力源として搭載する車両が回生制動中でないこと、燃料電池の燃料ガス供給系の配管ガス圧力に基づくガス漏れ判定中でないことの条件が全て満たされる場合に高電位回避制御が許可される。充放電制御手段は、高電位回避制御が許可されていることを条件として、フィードバック制御を禁止する。
【００１３】
高電位回避運転を実施しているときには、蓄電装置の要求電力を超えて電力が蓄電装置に充電されてしまい、フィードバック制御の積分項が誤積分される虞がある。このような場合には、フィードバック制御を禁止することで、積分項の誤積分を回避し、フィードバック制御の破綻を回避できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、高電位回避運転中に適切な発電制御を実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、各図を参照しながら本発明に係わる実施形態について説明する。
図１は燃料電池車両の車載電源システムとして機能する燃料電池システム１０のシステム構成を示す。
【００１６】
燃料電池システム１０は、燃料電池車両に搭載される車載電源システムとして機能するものであり、反応ガス（燃料ガス、酸化ガス）の供給を受けて発電する燃料電池スタック２０と、酸化ガスとしての空気を燃料電池スタック２０に供給するための酸化ガス供給系３０と、燃料ガスとしての水素ガスを燃料電池スタック２０に供給するための燃料ガス供給系４０と、電力の充放電を制御するための電力系５０と、システム全体を統括制御するコントローラ６０とを備えている。
【００１７】
燃料電池スタック２０は、多数のセルを直列に積層してなる固体高分子電解質型セルスタックである。燃料電池スタック２０では、アノード極において（１）式の酸化反応が生じ、カソード極において（２）式の還元反応が生じる。燃料電池スタック２０全体としては（３）式の起電反応が生じる。
【００１８】
Ｈ2 → ２Ｈ+＋２ｅ- …（１）
（１／２）Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ- → Ｈ2Ｏ …（２）
Ｈ2＋（１／２）Ｏ2 → Ｈ2Ｏ …（３）
【００１９】
燃料電池スタック２０には、燃料電池スタック２０の出力電圧（ＦＣ電圧）を検出するための電圧センサ７１、出力電流（ＦＣ電流）を検出するための電流センサ７２が取り付けられている。
【００２０】
酸化ガス供給系３０は、燃料電池スタック２０のカソード極に供給される酸化ガスが流れる酸化ガス通路３３と、燃料電池スタック２０から排出される酸化オフガスが流れる酸化オフガス通路３４とを有している。酸化ガス通路３３には、フィルタ３１を介して大気中から酸化ガスを取り込むエアコンプレッサ３２と、エアコンプレッサ３２により加圧される酸化ガスを加湿するための加湿器３５と、燃料電池スタック２０への酸化ガス供給を遮断するための遮断弁Ａ１とが設けられている。酸化オフガス通路３４には、燃料電池スタック２０からの酸化オフガス排出を遮断するための遮断弁Ａ２と、酸化ガス供給圧を調整するための背圧調整弁Ａ３と、酸化ガス（ドライガス）と酸化オフガス（ウェットガス）との間で水分交換するための加湿器１５とが設けられている。
【００２１】
燃料ガス供給系４０は、燃料ガス供給源４１と、燃料ガス供給源４１から燃料電池スタック２０のアノード極に供給される燃料ガスが流れる燃料ガス通路４３と、燃料電池スタック２０から排出される燃料オフガスを燃料ガス通路４３に帰還させるための循環通路４４と、循環通路４４内の燃料オフガスを燃料ガス通路４３に圧送する循環ポンプ４５と、循環通路４４に分岐接続される排気排水通路４６とを有している。
【００２２】
燃料ガス供給源４１は、例えば、高圧水素タンクや水素吸蔵合金などで構成され、高圧（例えば、３５ＭＰａ乃至７０ＭＰａ）の水素ガスを貯留する。遮断弁Ｈ１を開くと、燃料ガス供給源４１から燃料ガス通路４３に燃料ガスが流出する。燃料ガスは、レギュレータＨ２やインジェクタ４２により、例えば、２００ｋＰａ程度まで減圧されて、燃料電池スタック２０に供給される。
【００２３】
尚、燃料ガス供給源４１は、炭化水素系の燃料から水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、この改質器で生成した改質ガスを高圧状態にして蓄圧する高圧ガスタンクとから構成してもよい。
【００２４】
燃料ガス通路４３には、燃料ガス供給源４１からの燃料ガスの供給を遮断又は許容するための遮断弁Ｈ１と、燃料ガスの圧力を調整するレギュレータＨ２と、燃料電池スタック２０への燃料ガス供給量を制御するインジェクタ４２と、燃料電池スタック２０への燃料ガス供給を遮断するための遮断弁Ｈ３と、圧力センサ７４とが設けられている。
【００２５】
レギュレータＨ２は、その上流側圧力（一次圧）を、予め設定した二次圧に調圧する装置であり、例えば、一次圧を減圧する機械式の減圧弁などで構成される。機械式の減圧弁は、背圧室と調圧室とがダイアフラムを隔てて形成された筺体を有し、背圧室内の背圧により調圧室内で一次圧を所定の圧力に減圧して二次圧とする構成を有する。インジェクタ４２の上流側にレギュレータＨ２を配置することにより、インジェクタ４２の上流側圧力を効果的に低減させることができる。このため、インジェクタ４２の機械的構造（弁体、筺体、流路、駆動装置等）の設計自由度を高めることができる。また、インジェクタ４２の上流側圧力を低減させることができるので、インジェクタ４２の上流側圧力と下流側圧力との差圧の増大に起因してインジェクタ４２の弁体が移動し難くなることを抑制することができる。従って、インジェクタ４２の下流側圧力の可変調圧幅を広げることができるとともに、インジェクタ４２の応答性の低下を抑制することができる。
【００２６】
インジェクタ４２は、弁体を電磁駆動力で直接的に所定の駆動周期で駆動して弁座から離隔させることによりガス流量やガス圧を調整することが可能な電磁駆動式の開閉弁である。インジェクタ４２は、燃料ガス等の気体燃料を噴射する噴射孔を有する弁座を備えるとともに、その気体燃料を噴射孔まで供給案内するノズルボディと、このノズルボディに対して軸線方向（気体流れ方向）に移動可能に収容保持され噴射孔を開閉する弁体とを備えている。
【００２７】
本実施形態においては、インジェクタ４２の弁体は電磁駆動装置であるソレノイドにより駆動され、このソレノイドに給電されるパルス状励磁電流のオン・オフにより、噴射孔の開口面積を２段階に切り替えることができる。コントローラ６０から出力される制御信号によってインジェクタ４２のガス噴射時間及びガス噴射時期が制御されることにより、燃料ガスの流量及び圧力が高精度に制御される。インジェクタ４２は、弁（弁体及び弁座）を電磁駆動力で直接開閉駆動するものであり、その駆動周期が高応答の領域まで制御可能であるため、高い応答性を有する。インジェクタ４２は、その下流に要求されるガス流量を供給するために、インジェクタ４２のガス流路に設けられた弁体の開口面積（開度）及び開放時間の少なくとも一方を変更することにより、下流側に供給されるガス流量（又は水素モル濃度）を調整する。
【００２８】
循環通路４４には、燃料電池スタック２０からの燃料オフガス排出を遮断するための遮断弁Ｈ４と、循環通路４４から分岐する排気排水通路４６とが接続されている。排気排水通路４６には、排気排水弁Ｈ５が配設されている。排気排水弁Ｈ５は、コントローラ６０からの指令によって作動することにより、循環通路４４内の不純物を含む燃料オフガスと水分とを外部に排出する。排気排水弁Ｈ５の開弁により、循環通路４４内の燃料オフガス中の不純物の濃度が下がり、循環系内を循環する燃料オフガス中の水素濃度を上げることができる。
【００２９】
排気排水弁Ｈ５を介して排出される燃料オフガスは、酸化オフガス通路３４を流れる酸化オフガスと混合され、希釈器（図示せず）によって希釈される。循環ポンプ４５は、循環系内の燃料オフガスをモータ駆動により燃料電池スタック２０に循環供給する。
【００３０】
電力系５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１、バッテリ５２、トラクションインバータ５３、トラクションモータ５４、及び補機類５５を備えている。燃料電池システム１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１とトラクションインバータ５３とが並列に燃料電池スタック２０に接続するパラレルハイブリッドシステムとして構成されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ５１は、バッテリ５２から供給される直流電圧を昇圧してトラクションインバータ５３に出力する機能と、燃料電池スタック２０が発電した直流電力、又は回生制動によりトラクションモータ５４が回収した回生電力を降圧してバッテリ５２に充電する機能とを有する。ＤＣ／ＤＣコンバータ５１のこれらの機能により、バッテリ５２の充放電が制御される。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１による電圧変換制御により、燃料電池スタック２０の運転ポイント（出力電圧、出力電流）が制御される。
【００３１】
バッテリ５２は、余剰電力の貯蔵源、回生制動時の回生エネルギー貯蔵源、燃料電池車両の加速又は減速に伴う負荷変動時のエネルギーバッファとして機能する。バッテリ５２としては、例えば、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素蓄電池、リチウム二次電池等の二次電池が好適である。バッテリ５２には、ＳＯＣ（State of charge）を検出するためのＳＯＣセンサが取り付けられている。
【００３２】
トラクションインバータ５３は、例えば、パルス幅変調方式で駆動されるＰＷＭインバータであり、コントローラ６０からの制御指令に従って、燃料電池スタック２０又はバッテリ５２から出力される直流電圧を三相交流電圧に変換して、トラクションモータ５４の回転トルクを制御する。トラクションモータ５４は、例えば、三相交流モータであり、燃料電池車両の動力源を構成する。
【００３３】
補機類５５は、燃料電池システム１０内の各部に配置されている各モータ（例えば、ポンプ類などの動力源）や、これらのモータを駆動するためのインバータ類、更には各種の車載補機類（例えば、エアコンプレッサ、インジェクタ、冷却水循環ポンプ、ラジエータなど）を総称するものである。
【００３４】
コントローラ６０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び入出力インタフェースを備えるコンピュータシステムであり、燃料電池システム１０の各部を制御する。例えば、コントローラ６０は、イグニッションスイッチから出力される起動信号ＩＧを受信すると、燃料電池システム１０の運転を開始し、アクセルセンサから出力されるアクセル開度信号ＡＣＣや、車速センサから出力される車速信号ＶＣなどを基に、車両走行電力や補機消費電力を算出する。そして、コントローラ６０は、車両走行電力と補機消費電力との合計値から算出されるシステム要求パワーと、高電位回避電圧から算出されるシステム要求パワーとのうち大きい方を燃料電池スタック２０に対するシステム要求パワーとして発電制御する。システム要求パワーの演算の詳細については、後述する。
【００３５】
ここで、補機電力には、車載補機類（加湿器、エアコンプレッサ、水素ポンプ、及び冷却水循環ポンプ等）で消費される電力、車両走行に必要な装置（変速機、車輪制御装置、操舵装置、及び懸架装置等）で消費される電力、乗員空間内に配設される装置（空調装置、照明器具、及びオーディオ等）で消費される電力などが含まれる。
【００３６】
そして、コントローラ６０は、燃料電池スタック２０とバッテリ５２とのそれぞれの出力電力の配分を決定し、燃料電池スタック２０の発電量が目標電力に一致するように、酸化ガス供給系３０及び燃料ガス供給系４０を制御するとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１を制御して、燃料電池スタック２０の出力電圧を調整することにより、燃料電池スタック２０の運転ポイント（出力電圧、出力電流）を制御する。更に、コントローラ６０は、アクセル開度に応じた目標トルクが得られるように、例えば、スイッチング指令として、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の各交流電圧指令値をトラクションインバータ５３に出力し、トラクションモータ５４の出力トルク、及び回転数を制御する。
【００３７】
図２は燃料電池スタック２０を構成するセル２１の分解斜視図である。
セル２１は、高分子電解質膜２２と、アノード極２３と、カソード極２４と、セパレータ２６，２７とから構成されている。アノード極２３及びカソード極２４は、高分子電解質膜２２を両側から挟んでサンドイッチ構造を成す拡散電極である。ガス不透過の導電性部材から構成されるセパレータ２６，２７は、このサンドイッチ構造をさらに両側から挟みつつ、アノード極２３及びカソード極２４との間にそれぞれ燃料ガス及び酸化ガスの流路を形成する。セパレータ２６には、断面凹状のリブ２６ａが形成されている。リブ２６ａにアノード極２３が当接することで、リブ２６ａの開口部は閉塞され、燃料ガス流路が形成される。セパレータ２７には、断面凹状のリブ２７ａが形成されている。リブ２７ａにカソード極２４が当接することで、リブ２７ａの開口部は閉塞され、酸化ガス流路が形成される。
【００３８】
アノード極２３は、白金系の金属触媒（Ｐｔ，Ｐｔ−Ｆｅ，Ｐｔ−Ｃｒ，Ｐｔ−Ｎｉ，Ｐｔ−Ｒｕなど）を担持するカーボン粉末を主成分とし、高分子電解質膜２２に接する触媒層２３ａと、触媒層２３ａの表面に形成され、通気性と電子導電性とを併せ持つガス拡散層２３ｂとを有する。同様に、カソード極２４は、触媒層２４ａとガス拡散層２４ｂとを有する。より詳細には、触媒層２３ａ，２４ａは、白金、又は白金と他の金属からなる合金を担持したカーボン粉を適当な有機溶媒に分散させ、電解質溶液を適量添加してペースト化し、高分子電解質膜２２上にスクリーン印刷したものである。ガス拡散層２３ｂ、２４ｂは、炭素繊維から成る糸で織成したカーボンクロス、カーボンペーパー、又はカーボンフェルトにより形成されている。高分子電解質膜２２は、固体高分子材料、例えば、フッ素系樹脂により形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気伝導性を発揮する。高分子電解質膜２２、アノード極２３、及びカソード極２４によって膜−電極アッセンブリ２５が形成される。
【００３９】
次に、高電位回避制御の実行条件及び禁止条件について説明する。
高電位回避制御の実行条件として、例えば、（Ａ１）バッテリ５２のＳＯＣがＳＯＣ１（例えば７０％）以下であること、（Ｂ１）車両が回生制動中でないこと、（Ｃ１）燃料ガス供給系３０の配管圧力（圧力センサ７４の検出値）に基づくガス漏れ検出の判定中でないことの条件が全て満たされていることを挙げることができる。一方、高電位回避制御の禁止条件として、例えば、（Ａ２）バッテリ５２のＳＯＣがＳＯＣ２（例えば７５％）以上であること、（Ｂ２）車両が回生制動中であること、（Ｃ２）燃料ガス供給系３０の配管圧力に基づくガス漏れ検出の判定中であることの何れかの条件が満たされていることを挙げることができる。
【００４０】
高電位回避制御の実行条件が満たされると、燃料電池スタック２０の出力電圧は、その開放端電圧よりも低い高電位回避電圧（使用上限電圧）以下に制限される。高電位回避電圧としては、燃料電池スタック２０の触媒層２３ａ，２４ａに含まれている白金触媒が溶出しない程度の電圧範囲であるという条件を満たす電圧であることが好ましく、更にはその条件に加えて、燃料電池スタック２０への反応ガス供給を停止した状態で燃料電池スタック２０の出力電圧を高電位回避電圧に維持したときに、燃料電池スタック２０が発電する電力を補機類５５によって消費できる程度の電圧範囲であるという条件を満たす電圧であることが好ましい。燃料電池スタック２０では、特に低密度電流運転時やアイドル運転時のようなカソード極２４の電位が高く保持されるような場合に、触媒層２４ａの白金触媒が溶出する可能性がある。高電位回避電圧は、バッテリ５２のＳＯＣや補機類５５の消費電力などに応じて可変する可変制御値としてもよい。
【００４１】
一方、高電位回避制御の禁止条件が満たされると、燃料電池スタック２０の出力電圧はその開放端電圧まで昇圧することが許可される。
【００４２】
尚、上記の説明では、バッテリ５２のＳＯＣを基準に高電位回避制御機能のオン／オフ切り替えをするための判定条件を設定する例を示したが、バッテリ５２の充電能力を基準に高電位回避制御機能のオン／オフ切り替えをするための判定条件を設定してもよい。例えば、バッテリ５２の充電能力がＷｉｎ１（例えば−４ｋＷ）以下になると、高電位回避制御機能をオフからオンに切り替え、バッテリ５２の充電能力がＷｉｎ２（例えば−２ｋＷ）以上になると、高電位回避制御機能をオンからオフに切り替えてもよい。但し、高電位回避制御機能をオン／オフ切り替えするための判定条件は、必ずしもヒステリシス特性を有している必要はない。また、高電位回避制御の実行条件として、上記の（Ａ１）〜（Ｃ１）を他の条件に変更してもよく、或いは更に条件を追加してもよい。高電位回避制御の禁止条件として、上記の（Ａ２）〜（Ｃ２）を他の条件に変更してもよく、或いは更に条件を追加してもよい。
【００４３】
次に燃料電池スタック２０に対するシステム要求パワーの演算方法について説明する。
図３は、システム要求パワー演算機能８０を示すブロック図である。コントローラ６０は、システム要求パワー演算手段として機能し、システム要求パワー演算機能８０は、コントローラ６０内のＣＰＵ演算機能により実現される。システム要求パワー演算機能８０は、車両の走行電力要求値（トラクションモータ５４の駆動電力）、補機類５５の消費電力値、及びバッテリの５２の充放電要求値を加算器８１に入力し、その合計値であるシステム要求パワーＰAを算出する。システム要求パワーＰAは、負荷要求から算出される電力指令値である。システム要求パワー演算機能８０は、Ｖ−Ｐ特性マップ８２を参照し、高電位回避目標電圧からシステム要求パワーＰBを算出する。システム要求パワーＰBは、高電位回避電圧から算出される電力指令値である。ここで、Ｖ−Ｐ特性マップ８２は、燃料電池スタック２０の電圧対電力特性を推定する手段であり、コントローラ６０内のＲＯＭにマップデータとして格納されている。最大値関数８３は、ＰA及びＰBを比較し、両者のうち大きい方を燃料電池スタック２０に対するシステム要求パワーとして出力する。コントローラ６０は、このようにして最終的に算出されたシステム要求パワーを基に、実動作点（動作電流、動作電圧）を決定し、更に、実動作点に対応する発電指令値を求め、酸化ガス供給系３０、燃料ガス供給系４０、及び電力系５０を制御する。
【００４４】
コントローラ６０は、燃料電池スタック２０に対するシステム要求パワーを演算する過程において、負荷要求から算出されるシステム要求パワーＰAだけでなく、高電位回避電圧から算出されるシステム要求パワーＰBを加味しているので、燃料不足に陥ることなく、安定した発電を実施できる。また、発電量を適切に制御できるので、バッテリ５２の過充電を防止できる。
【００４５】
次に、高電位回避制御とバッテリパワー制御との関係について説明する。
コントローラ６０は、バッテリ５２に蓄電されているバッテリパワーが充放電目標値に追従できるようにフィードバック制御によって、バッテリパワーの充放電を制御する充放電制御手段として機能する。より詳細には、コントローラ６０は、ＳＯＣセンサ７３によって検出されるバッテリパワーと充放電目標値との偏差（ｅ）に比例ゲイン（ＫP）を乗じることにより比例型フィードバック補正値（比例項：Ｐ＝ＫP×ｅ）を算出するとともに、偏差（ｅ）の時間積分値（∫（ｅ）ｄｔ）に積分ゲイン（ＫI）を乗じることにより積分型フィードバック補正値（積分項：Ｉ＝ＫI×∫（ｅ）ｄｔ）を算出し、上記の比例項と積分項とを加算した値をフィードバック補正値として算出する。コントローラ６０は、このようにして算出したフィードバック補正値を基に、バッテリパワーと充放電目標値とが一致するように、バッテリ５２の充放電を制御する。コントローラ６０は、偏差（ｅ）に基づいて、所定の演算周期毎に比例項と積分項とを更新演算し、フィードバック補正値を逐次更新する。
【００４６】
ここで、高電位回避制御では、システム要求パワーＰAとは無関係に燃料電池スタック２０の出力電圧を高電位回避電圧以下に引き下げるため、トラクションモータ５４や補機類５５で消費し切れない電力がバッテリ５２に充電される。このとき、充放電目標値を超えてバッテリ５２が過充電されるので、積分項が誤積分されてしまい、フィードバック制御が破綻する可能性がある。コントローラ６０は、図４に示すように、高電位回避制御が許可されていることを条件として、フィードバック制御を禁止する一方で、高電位回避制御が禁止されていることを条件として、フィードバック制御を許可することで、上記のような不都合を回避している。
【００４７】
尚、上述の実施形態では、燃料電池システム１０を車載電源システムとして用いる利用形態を例示したが、燃料電池システム１０の利用形態は、この例に限られるものではない。例えば、燃料電池システム１０を燃料電池車両以外の移動体（ロボット、船舶、航空機等）の電力源として搭載してもよい。また、本実施形態に係わる燃料電池システム１０を住宅やビル等の発電設備（定置用発電システム）として用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本実施形態に係わる燃料電池システムのシステム構成図である。
【図２】燃料電池スタックを構成するセルの分解斜視図である。
【図３】システム要求パワー演算機能のブロック図である。
【図４】高電位回避制御の許可／禁止を示すフラグと、フィードバック制御の許可／禁止を示すフラグとの関係を示す図である。
【図５】燃料電池のＩ−Ｖ特性図である。
【図６】燃料電池のＩ−Ｐ特性図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０…燃料電池システム  ２０…燃料電池スタック  ３０…酸化ガス供給系  ４０…燃料ガス供給系  ５０…電力系  ６０…コントローラ
【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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