(57)【要約】【課題】燃料電池及び蓄電装置の双方に対して暖機を行わせることが可能となる燃料電池車両を提供する。【解決手段】ＥＣＵは、ＦＣ車両の低温起動時に、ＦＣスタックとバッテリとを直結させて、ＤＣ／ＤＣコンバータによる電圧変換動作を停止させ、この直結状態において暖機モードを実行する。この暖機モードにおいて、ＥＣＵは、バッテリの残容量（ＳＯＣ）の大きさに基づいてエアポンプからＦＣスタックに供給される空気の供給量を変化させることにより、ＦＣスタック及びバッテリの暖機を行わせる。ＦＣスタック及びバッテリの暖機が完了した場合、ＥＣＵは、ＦＣスタックとバッテリとの直結状態を解除して、ＤＣ／ＤＣコンバータによるＦＣ電圧の調整を開始させる。【選択図】図２５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動モータに電力を供給する燃料電池と該燃料電池の出力をアシストする蓄電装置とが前記駆動モータに対して並列に接続された燃料電池車両において、
前記燃料電池での発電に必要なガスを該燃料電池に供給するガス供給手段と、
前記蓄電装置と前記駆動モータとを接続することにより、前記燃料電池に対して並列に接続され、前記燃料電池の出力電圧を調整する電圧調整手段と、
前記ガス供給手段及び前記電圧調整手段を制御する制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、
前記燃料電池車両の起動時に、前記電圧調整手段により前記出力電圧を暖機時の電圧に調整した状態で、前記蓄電装置の残容量が第１所定値以上である場合、前記ガス供給手段から前記燃料電池に供給されるガス供給量を前記蓄電装置からの出力が優先されるように変化させ、前記残容量が前記第１所定値よりも低い第２所定値以下である場合、前記ガス供給手段から前記燃料電池に供給されるガス供給量を前記燃料電池からの出力が優先されるように変化させる暖機制御を行い、
前記暖機制御による前記燃料電池及び前記蓄電装置の暖機が完了すれば、該暖機制御を解除する
ことを特徴とする燃料電池車両。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池車両において、
前記制御手段は、
前記電圧調整手段を用いて、前記燃料電池と前記蓄電装置とを直結させるか、あるいは、前記燃料電池の出力電圧を前記蓄電装置の電圧よりも低電圧に調整することで前記暖機制御を行い、
前記燃料電池及び前記蓄電装置の暖機が完了すれば、前記燃料電池と前記蓄電装置との直結状態を解除して、前記出力電圧の調整を開始させるか、あるいは、前記出力電圧の低電圧への調整を解除して、前記蓄電装置の電圧よりも高い電圧での前記出力電圧の調整を開始させることで前記暖機制御を解除する
ことを特徴とする燃料電池車両。
【請求項３】
請求項２記載の燃料電池車両において、
前記暖機制御では、
前記残容量が前記第２所定値以下に低下した場合、前記ガス供給量を増加させることにより、前記燃料電池の出力電流を増加させると共に、前記蓄電装置の出力電流を低下させ、
前記残容量が前記第１所定値以上に高くなった場合、前記ガス供給量を減少させることにより、前記燃料電池の出力電流を低下させると共に、前記蓄電装置の出力電流を増加させる
ことを特徴とする燃料電池車両。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池車両において、
前記燃料電池からの電力供給により駆動される前記駆動モータを含む負荷の要求電力が所定値以下である場合、前記制御手段は、前記暖機制御を禁止する
ことを特徴とする燃料電池車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、駆動モータに電力を供給する燃料電池と該燃料電池の出力をアシストする蓄電装置とが前記駆動モータに対して並列に接続された燃料電池車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池から供給される電力により駆動モータを作動させる燃料電池車両に関し、前記燃料電池車両での低温起動時に、前記燃料電池の暖機を行わせることが特許文献１に開示されている。特許文献１には、燃料電池の暖機が必要となった場合に、Ｉ−Ｖ特性（Ｉ：電流、Ｖ：電圧）における発電効率の低い動作点で前記燃料電池を発電させることにより、電力損失に起因した前記燃料電池の昇温によって、該燃料電池の暖機を行うことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００８／０４７６０３号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、燃料電池車両には、駆動モータに対して燃料電池と該燃料電池の出力をアシストする蓄電装置とが並列に接続されている。しかしながら、特許文献１の技術では、燃料電池車両の低温起動時に燃料電池の暖機しか行っていないため、蓄電装置の暖機も併せて行わなければ、前記燃料電池車両の本来の性能を十分に発揮させることができない。
【０００５】
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、燃料電池車両の低温起動時に、燃料電池及び蓄電装置の双方に対して暖機を行わせることが可能となる燃料電池車両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】
この発明に係る燃料電池車両は、
駆動モータに電力を供給する燃料電池と該燃料電池の出力をアシストする蓄電装置とが前記駆動モータに対して並列に接続された燃料電池車両において、
前記燃料電池での発電に必要なガスを該燃料電池に供給するガス供給手段と、前記蓄電装置と前記駆動モータとを接続することにより前記燃料電池に対して並列に接続され且つ前記燃料電池の出力電圧を調整する電圧調整手段と、前記ガス供給手段及び前記電圧調整手段を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、
前記燃料電池車両の起動時に、前記電圧調整手段により前記出力電圧を暖機時の電圧に調整した状態で、前記蓄電装置の残容量が第１所定値以上である場合、前記ガス供給手段から前記燃料電池に供給されるガス供給量を前記蓄電装置からの出力が優先されるように変化させ、前記残容量が前記第１所定値よりも低い第２所定値以下である場合、前記ガス供給手段から前記燃料電池に供給されるガス供給量を前記燃料電池からの出力が優先されるように変化させる暖機制御を行い、
前記暖機制御による前記燃料電池及び前記蓄電装置の暖機が完了すれば、該暖機制御を解除することを特徴としている。
【０００７】
この発明によれば、前記電圧調整手段によって前記燃料電池の出力電圧を前記暖機時の電圧に調整した後に、前記残容量の大きさに基づいて前記ガス供給量を変化させながら、前記燃料電池及び前記蓄電装置の暖機を行わせるようにしている。
【０００８】
具体的に、この発明では、前記燃料電池車両の起動時に、前記燃料電池の出力電圧を、該燃料電池車両の通常の運転時における出力電圧よりも低電圧（前記暖機時の電圧）に調整する。
【０００９】
そして、前記暖機制御では、前記出力電圧が前記暖機時の電圧に調整された状態において、前記残容量が前記第１所定値以上である場合には、前記蓄電装置からの出力を優先させるように前記ガス供給量を変化させることにより、前記蓄電装置による前記燃料電池のアシストを増大させ、一方で、前記残容量が前記第２所定値以下である場合には、前記燃料電池からの出力を優先させるように前記ガス供給量を変化させることにより、前記蓄電装置による前記燃料電池のアシストを抑制する。
【００１０】
従って、前記燃料電池は、前記電圧調整手段によって出力電圧が前記暖機時の電圧に調整された状態で低効率な発電を行うことになるため、暖機を迅速に行って、速やかに昇温することができる。すなわち、低効率な発電を行えば、前記燃料電池の電力損失が増大し、該電力損失が熱に変換されるためである。
【００１１】
また、前記暖機中に前記燃料電池から前記駆動モータに供給される電力は、ガス供給量の減少に起因して低下するため、前記駆動モータの要求電力に対する前記燃料電池の負担分が相対的に減少すると共に、前記燃料電池をアシストする前記蓄電装置の負担分が相対的に増加する。
【００１２】
そこで、前記蓄電装置から供給される電力を増加させることにより（前記蓄電装置の放電量を大きくすることにより）、前記蓄電装置では、放電に起因した暖機を行うことができる。
【００１３】
このように、前記電圧調整手段によって前記出力電圧を前記暖機時の電圧に調整し、低効率な発電を行うことにより前記燃料電池の暖機を迅速に行い、一方で、前記蓄電装置では、放電によって暖機を迅速に行うことができる。これにより、前記燃料電池と前記蓄電装置との双方に対する暖機を効果的に行うことができる。
【００１４】
そして、前記燃料電池及び前記蓄電装置の暖機が完了すると、前記電圧調整手段による前記出力電圧の前記暖機時の電圧への調整が解除され、前記通常の運転時における前記出力電圧の調整が開始されることで、前記暖機制御が解除される。
【００１５】
このように、この発明によれば、前記燃料電池及び前記蓄電装置の双方に対して暖機を行わせることが可能になるので、前記暖機の完了後には、前記燃料電池車両の本来の性能を十分に発揮させることができる。
【００１６】
また、前記制御手段は、前記電圧調整手段を用いて、前記燃料電池と前記蓄電装置とを直結させることで前記暖機制御を行い、前記燃料電池及び前記蓄電装置の暖機が完了すれば、前記燃料電池と前記蓄電装置との直結状態を解除して、前記出力電圧の調整を開始させることで前記暖機制御を解除することが好ましい。
【００１７】
このように、前記電圧調整手段を暖機時に直結状態にすることにより、前記電圧調整手段で発生する損失を低減することができる。
【００１８】
また、前記暖機制御では、前記残容量が前記第２所定値以下に低下した場合、前記ガス供給量を増加させることにより、前記燃料電池の出力電流を増加させると共に、前記蓄電装置の出力電流を低下させ、前記残容量が前記第１所定値以上に高くなった場合、前記ガス供給量を減少させることにより、前記燃料電池の出力電流を低下させると共に、前記蓄電装置の出力電流を増加させればよい。
【００１９】
従って、前記制御手段は、前記残容量が前記第２所定値以下に低下した場合には、前記燃料電池から供給される電力を増大させて、前記蓄電装置による前記燃料電池のアシストを抑制するように制御し、一方で、前記残容量が前記第１所定値以上に高くなった場合には、前記燃料電池から供給される電力を減少させて、前記蓄電装置による前記燃料電池のアシストを増大させるように制御することになる。この結果、前記燃料電池及び前記蓄電装置の昇温性能を向上させることができるので、前記燃料電池車両の起動性能を向上させることができる。
【００２０】
また、前記燃料電池からの電力供給により駆動される前記駆動モータを含む負荷の要求電力が所定値以下である場合、前記制御手段は、前記暖機制御を禁止することが好ましい。これにより、前記燃料電池車両を迅速に起動させる必要がないときは、積極的な暖機を行わないため、無駄な電力消費を抑制することができる。
【００２１】
なお、上記の説明では、前記電圧調整手段によって前記燃料電池の出力電圧を前記蓄電装置の出力電圧まで降圧することで直結状態にする場合について説明した。すなわち、前記燃料電池の出力電圧を前記蓄電装置の出力電圧よりも低く設定することができないような電圧調整手段であれば、前記燃料電池と前記蓄電装置とを直結状態にした後に、前記燃料電池及び前記蓄電装置の双方に対する暖機を行わせることになる。
【００２２】
この発明は、この構成に限定されることはなく、前記電圧調整手段が前記燃料電池の出力電圧を前記蓄電装置の出力電圧よりも低電圧に設定できるように構成されていれば、前記燃料電池車両の起動時に、前記電圧調整手段によって前記燃料電池の出力電圧を前記蓄電装置の出力電圧よりも低電圧に設定した状態で、前記燃料電池及び前記蓄電装置の双方に対して暖機を行わせ、暖機完了後には、低電圧の状態を解除して、前記電圧調整手段による前記燃料電池の出力電圧の調整を開始させればよい。
【発明の効果】
【００２３】
この発明によれば、燃料電池及び蓄電装置の双方に対して暖機を行わせることが可能になるので、前記暖機の完了後には、燃料電池車両の本来の性能を十分に発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の一実施形態に係る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及び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】燃料電池の通常の電流−電圧特性の説明図である。
【図１１】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１２】セル電圧と燃料電池の放熱量との関係を示す図である。
【図１３】前記実施形態における複数の電力供給モードの説明図である。
【図１４】バッテリアシスト優先制御及びＦＣ発電優先制御におけるバッテリの出力と燃料電池の出力との関係を示す説明図である。
【図１５】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１６】暖機モード（モードＤ制御）のフローチャートである。
【図１７】目標ＦＣ電流と目標酸素濃度との関係を示す図である。
【図１８】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１９】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２０】目標ＦＣ電流と空気流量との関係を示す図である。
【図２１】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２２】通常制御（モードＡ制御〜モードＣ制御）のフローチャートである。
【図２３】モータのトルク制御のフローチャートである。
【図２４】この実施形態での電圧、電流、電力、温度及びＳＯＣの時間的変化を説明するタイムチャートである。
【図２５】この実施形態での電圧、電流、電力、ＳＯＣ及びエアポンプ回転数の時間的変化を説明するタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
［この実施形態の構成］
図１は、この発明の一実施形態に係る燃料電池車両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、燃料電池システム１２（以下「ＦＣシステム１２」という。）と、走行モータ１４（以下「モータ１４」という。）（駆動モータ）と、インバータ１６とを有する。
【００２６】
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（電圧調整手段）と、電子制御装置２４（以下「ＥＣＵ２４」という。）（制御手段）とを有する。
【００２７】
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）。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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４１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４３と、ＦＣスタック４０を冷却する冷却系４５と、セル電圧モニタ４２とを備える。
【００３１】
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。
【００３２】
アノード系４１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。
【００３３】
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（ガス供給手段）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。
【００３４】
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。
【００３５】
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が、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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
カソード系４３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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
冷却系４５は、ウォータポンプ８０、ラジエータ８２、ラジエータファン８４及び温度センサ８６等を有する。ウォータポンプ８０は、ＦＣスタック４０内に冷却水（冷媒）を循環させることでＦＣスタック４０を冷却する。ＦＣスタック４０を冷却して温度が上昇した冷却水は、ラジエータファン８４による送風を受けるラジエータ８２で放熱される。温度センサ８６は、冷却水の温度（以下「水温Ｔｗ」という。）を検出し、ＥＣＵ２４に出力する。
【００４８】
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。
【００４９】
図２に示すように、ＦＣスタック４０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、ＥＣＵ２４及びラジエータファン８４に供給される。なお、図１に示すように、ＦＣユニット１８（ＦＣスタック４０）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、ＦＣスタック４０の発電電圧（以下「ＦＣ電圧Ｖｆｃ」という。）は、電圧センサ１００（図４参照）により検出され、ＦＣスタック４０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。
【００５０】
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２次電池又はキャパシタ等を利用することができる。この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２参照）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、バッテリ２０の残容量（以下「ＳＯＣ」という。）［％］は、ＳＯＣセンサ１０８により検出され、バッテリ２０の温度（以下、「バッテリ温度Ｔｂａｔ」という。）は、温度センサ１０９により検出され、それぞれＥＣＵ２４に出力される。なお、ＥＣＵ２４は、バッテリ電圧Ｖｂａｔとバッテリ電流Ｉｂａｔとに基づいて、ＳＯＣ［％］を算出することが可能であり、この場合には、ＳＯＣセンサ１０８を省略してもよい。
【００５１】
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、ＥＣＵ２４の制御下に制御する。
【００５２】
図４には、この実施形態における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ＦＣスタック４０との接続点である２次側２Ｓに接続されている。
【００５３】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、１次側１Ｓの電圧（１次電圧Ｖ１＝Ｖｂａｔ）［Ｖ］を２次側２Ｓの電圧（２次電圧Ｖ２）［Ｖ］（Ｖ１≦Ｖ２）に昇圧すると共に、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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の昇圧時には、第１のタイミングで、ゲート駆動信号ＵＬがハイレベル及びゲート駆動信号ＵＨがローレベルにされ、リアクトル１１０にバッテリ２０からエネルギが蓄積される（バッテリ２０の正側からリアクトル１１０、下アームスイッチング素子１１６、及び、バッテリ２０の負側に至る電流路）。第２のタイミングで、ゲート駆動信号ＵＬがローレベル及びゲート駆動信号ＵＨがローレベルにされ、リアクトル１１０に蓄積されたエネルギがダイオード１１４を通じて２次側２Ｓに供給される（バッテリ２０の正側からリアクトル１１０、ダイオード１１４、２次側２Ｓの正側、負荷３０等、２次側２Ｓの負側、及び、バッテリ２０の負側の電流路）。以降、昇圧時の第１のタイミングと第２のタイミングが繰り返される。
【００６０】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の降圧時には、第１のタイミングで、ゲート駆動信号ＵＨがハイレベル及びゲート駆動信号ＵＬがローレベルにされ、リアクトル１１０に２次側２Ｓ（ＦＣスタック４０又はモータ１４が回生中の負荷３０）からエネルギが蓄積されると共にバッテリ２０に充電される。第２のタイミングで、ゲート駆動信号ＵＨがローレベル及びゲート駆動信号ＵＬがローレベルにされ、リアクトル１１０に蓄積されたエネルギがダイオード１１８、リアクトル１１０を通じてバッテリ２０に供給され、バッテリ２０が充電される。なお、回生電力は、図２から分かるように、エアポンプ６０等の補機にも供給可能である。以降、降圧時の第１のタイミングと第２のタイミングとが繰り返される。
【００６１】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、上述したチョッパ型として動作する他、直結型として動作することもできる。直結型として動作する場合、ゲート駆動信号ＵＨがハイレベルにされると共にゲート駆動信号ＵＬがローレベルとされ、バッテリ２０が放電する際には、１次側１Ｓからダイオード１１４を通じて２次側２Ｓに電流が供給され（例えば、バッテリ２０から負荷３０に電力が供給され）、バッテリ２０が充電される場合には、２次側２Ｓから上アームスイッチング素子１１２を通じてバッテリ２０に電流が供給される（例えば、モータ１４からバッテリ２０に回生電力が供給される）。
【００６２】
ＥＣＵ２４は、通信線１４０（図１及び図２参照）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、８６、１０９、電圧センサ１００、１０４、１２０、１２６、電流センサ１０２、１０６、１２４、１３０、及び、ＳＯＣセンサ１０８等の各種センサの検出値を用いる。
【００６３】
ここでの各種センサには、上記センサに加え、開度センサ１５０、モータ回転数センサ１５２及び外気温センサ１５４（図１参照）が含まれる。開度センサ１５０は、アクセルペダル１５６の開度θｐ［度］を検出する。モータ回転数センサ１５２は、モータ１４の回転数Ｎｍ［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。外気温センサ１５４は、車両１０の外気温（以下「外気温Ｔｅｘ」という。）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なスイッチ（エンジン車両のイグニッションスイッチに対応するスイッチ）である。
【００６４】
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。
【００６５】
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）が負担すべき負荷との配分（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。
【００６６】
［この実施形態の基本的な制御動作の説明］
次に、ＥＣＵ２４における制御について説明する。
【００６７】
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（図１参照）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。
【００６８】
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、ＦＣスタック４０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。なお、このステップＳ３において、ＥＣＵ２４は、後述するＦＣスタック４０とバッテリ２０との直結状態での暖機モード（モードＤ制御、暖機制御）におけるエネルギマネジメントも行う。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
［システム負荷の算出］
図６には、ＥＣＵ２４がシステム負荷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（図１参照）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、モータ回転数センサ１５２からモータ１４の回転数Ｎｍを読み込む。
【００７２】
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。
【００７３】
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、ＥＣＵ２４及びラジエータファン８４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。
【００７４】
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との和を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。
【００７５】
上記のように、この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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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と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。
【００８２】
また、ＦＣセルの電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性は、一般的な燃料電池セルと同様、図１０に「通常」と示すＩ−Ｖ特性２００（通常Ｉ−Ｖ特性２００ともいう。）に示すように、セル電圧Ｖｃｅｌｌが下がるほど、セル電流Ｉｃｅｌｌ［Ａ］が増加する。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（Ｖｆｃ＝Ｖｃｅｌｌ×Ｎｆｃ）。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。
【００８３】
以上を踏まえ、この実施形態では、（ＦＣ電圧Ｖｆｃに応じた）セル電圧Ｖｃｅｌｌが白金還元領域Ｒ２内、又は、白金酸化安定領域Ｒ４内に収まるように、ＥＣＵ２４がＦＣユニット１８及びＤＣ／ＤＣコンバータ２２を制御することにより、ＦＣ電圧Ｖｆｃが領域Ｒ１、Ｒ３、Ｒ５（特に、白金酸化還元進行領域Ｒ３）内にあることに起因したＦＣスタック４０の劣化を防止するようにしている。
【００８４】
具体的に、この実施形態では、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。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。
【００８５】
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と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。
【００８６】
また、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。
【００８７】
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。
【００８８】
さらに、図１０の通常Ｉ−Ｖ特性２００は、図１１に示すように、カソードストイキ比（≒酸素濃度Ｃｏ）が通常のストイキ比（通常ストイキ比）以上の酸素が豊潤な状態とされているときに得られる特性である。換言すれば、酸素濃度Ｃｏは、通常の酸素濃度以上の酸素濃度とされる。なお、カソードストイキ比は、（カソードストイキ比）＝（カソード電極に供給されるエア流量）／（発電により消費されたエア流量）で表される。この実施形態において、カソードストイキ比を単にストイキ比ともいう。
【００８９】
また、酸素が豊潤な状態とは、カソードストイキ比（≒酸素濃度Ｃｏ）を上昇させても、セル電流（単セルの出力する電流）Ｉｃｅｌｌが略一定となり、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。
【００９０】
水素についても同様である。すなわち、アノードストイキ比（≒水素濃度）は、（アノードストイキ比）＝（アノード電極に供給される水素流量）／（発電により消費された水素流量）で表される。
【００９１】
図１２は、セル電圧ＶｃｅｌｌとＦＣスタック４０（単位セル）の放熱量Ｈｆｃ［ｋＷ］との関係を示す図である。図１２に示すように、ＦＣスタック４０の放熱量Ｈｆｃは、セル電圧Ｖｃｅｌｌに依存し、セル電流Ｉｃｅｌｌには依存しない。従って、後述する暖機モード（モードＤ制御）において、ＦＣ電圧Ｖｆｃが一定であれば、放熱量Ｈｆｃも一定に維持することが可能となる一方で、直結状態に伴うＦＣ電圧Ｖｆｃの低下に起因して、放熱量Ｈｆｃを増大させることができる。すなわち、バッテリ電圧ＶｂａｔにまでＦＣ電圧Ｖｆｃを低下させて、ＦＣスタック４０とバッテリ２０とを直結状態にすることにより、ＦＣスタック４０で低効率な発電が行われると、後述する通常制御モード（モードＡ制御〜モードＣ制御）の場合と比較して、ＦＣスタック４０での電力損失が増大して放熱量Ｈｆｃが大きくなり、迅速に暖機をすることが可能となる。
【００９２】
［エネルギマネジメントで用いる電力供給制御及び電力供給モード］
図１３は、この実施形態における複数の電力供給モードの説明図である。この実施形態では、ＥＣＵ２４がエネルギマネジメントで用いる電力供給の制御方法（電力供給モード）として、下記の制御方法（電力供給モード）を用いる。
【００９３】
すなわち、この実施形態では、ＦＣ電圧Ｖｆｃ（に応じたセル電圧Ｖｃｅｌｌ）を白金還元領域Ｒ２内、又は、白金酸化安定領域Ｒ４内に収めながら、電力供給を行うべく、ＥＣＵ２４がエネルギマネジメントで用いる電力供給モード（動作モード）を、通常制御モード又は暖機モードに切り替えて用いる。
【００９４】
通常制御モードは、暖機モードではないＦＣ車両１０の通常の運転時において用いられるモードである。すなわち、通常制御モードには、（１）システム負荷Ｐｓｙｓに基づくＦＣ電圧の目標値（目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔ）に応じて、相対的に高い目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔに対して適用されるモードＡ制御（電圧可変・電流可変制御モード）、（２）相対的に中くらいの目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔであるため、ＦＣスタック４０が高電圧に晒される可能性がある場合に適用されるモードＢ制御（一方の電圧固定・電流可変制御モード）、（３）相対的に小さな目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔであるため、ＦＣスタック４０が高電圧に晒される可能性がある場合に適用されるモードＣ制御（他方の電圧固定・電流可変制御モード）、の３つの制御モードがある。従って、ＥＣＵ２４は、通常制御モードにおいては、目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔに応じて、適切なモードに切り替え、電力供給を制御する。
【００９５】
一方、暖機モードは、氷点下等の低温でのＦＣ車両１０の起動時に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２によりＦＣ電圧Ｖｆｃを降圧させて、ＦＣスタック４０とバッテリ２０とを直結させた状態（Ｖｆｃ≒Ｖｂａｔ）で、モードＢ制御及びモードＣ制御と同様の電圧固定・電流可変制御を行うことにより、ＦＣスタック４０とバッテリ２０との双方に対して暖機を行わせるための電力供給モード（モードＤ制御）である。すなわち、暖機モードでは、ＦＣ電圧Ｖｆｃを、通常の運転時における出力電圧よりも低電圧（暖機時の電圧）に設定した状態で、ＦＣスタック４０及びバッテリ２０の双方に対する暖機を行う。
【００９６】
なお、図１３では、一例として、電位ｖ２以下の白金還元領域Ｒ２内でモードＡ制御、モードＢ制御及びモードＤ制御を行い、電位ｖ３以上の白金酸化安定領域Ｒ４内でモードＣ制御を行うことにより、ＦＣ電圧Ｖｆｃに応じたセル電圧Ｖｃｅｌｌがｖ２〜ｖ３の白金酸化還元進行領域Ｒ３内に入らないようにしている。勿論、白金還元領域Ｒ２内でモードＡ制御〜モードＤ制御を行い、あるいは、白金酸化安定領域Ｒ４内でモードＡ制御〜モードＤ制御を行ってもよい。
【００９７】
また、図１３では、通常制御モードでＦＣ電圧Ｖｆｃがバッテリ電圧Ｖｂａｔよりも高いことから、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２によってＦＣ電圧Ｖｆｃをバッテリ電圧Ｖｂａｔ（暖機時の電圧）まで降圧させて直結状態とすることにより、モードＤ制御に移行させる場合について図示している。つまり、この実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２がＦＣ電圧Ｖｆｃをバッテリ電圧Ｖｂａｔよりも低電圧に設定することができないような構成であるため、ＦＣスタック４０とバッテリ２０とを直結状態にした後に、モードＤ制御の実施を可能としている。
【００９８】
但し、この実施形態は、上記の説明に限定されることはなく、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２がＦＣ電圧Ｖｆｃをバッテリ電圧Ｖｂａｔよりも低電圧に設定できるように構成されていれば、該ＤＣ／ＤＣコンバータ２２によってＦＣ電圧Ｖｆｃをバッテリ電圧Ｖｂａｔよりも低電圧（暖機時の電圧）に設定した状態で、モードＤ制御を行うことも可能である。
【００９９】
ここで、上述したモードＡ制御〜モードＤ制御について、より詳しく説明する。
【０１００】
モードＡ制御は、酸素濃度Ｃｏの目標値（目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔ）を通常（酸素を豊潤な状態を含む。）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。すなわち、図１３に示すように、目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔが閾値電力Ｐｔｈｐ以上で実行されるモードＡ制御では、ＦＣスタック４０の通常Ｉ−Ｖ特性２００（図１０に示す通常Ｉ−Ｖ特性２００と同じ特性）を用い、該Ｉ−Ｖ特性２００上でＦＣ電圧Ｖｆｃ及びＦＣ電流Ｉｆｃを変化させる（制御する）。
【０１０１】
具体的に、モードＡ制御において、ＥＣＵ２４は、先ず、システム負荷Ｐｓｙｓに基づくＦＣ電力Ｐｆｃの目標値（目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔ）に応じたＦＣ電流Ｉｆｃの目標値（目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔ）を算出する。次に、ＥＣＵ２４は、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、ＥＣＵ２４は、ＦＣ電圧Ｖｆｃが目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔとなるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２を制御する。すなわち、モードＡ制御において、ＥＣＵ２４は、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により昇圧させることで、ＦＣ電圧Ｖｆｃを制御してＦＣ電流Ｉｆｃを制御する。
【０１０２】
従って、モードＡ制御によれば、目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔが閾値電力Ｐｔｈｐ以上の高負荷であっても、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２によって、通常Ｉ−Ｖ特性２００に沿うように、目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔに応じて２次電圧Ｖ２（ＦＣ電圧Ｖｆｃ）を変化させることができる。この場合、基本的に、システム負荷Ｐｓｙｓは、ＦＣ電力Ｐｆｃによりまかなわれる。
【０１０３】
なお、モードＡ制御は、図１３に示すように、通常Ｉ−Ｖ特性２００上、モードＢ制御が実行される電位ｖ２と、モードＤ制御が実行される電位との間の範囲内で実行される通常制御モード（電圧可変・電流可変制御モード）である。
【０１０４】
モードＢ制御は、目標セル電圧Ｖｃｅｌｌｔｇｔ（＝目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔ／セル数Ｎｆｃ）を、酸化還元進行領域Ｒ３よりも低い電圧以下で設定された基準電圧｛この実施形態では、電圧ｖ２（＝０．８Ｖ）｝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。すなわち、図１３に示すように、モードＢ制御では、閾値電力Ｐｔｈｑ〜Ｐｔｈｐの範囲内において、セル電圧Ｖｃｅｌｌを一定（Ｖｃｅｌｌ＝ｖ２）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。
【０１０５】
図１１に示したように、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。また、ＦＣスタック４０は、高電位状態に晒される時間が長くなるほど劣化が進んでしまう。そこで、モードＢ制御においては、セル電圧Ｖｃｅｌｌを一定に保った状態（Ｖｃｅｌｌ＝ｖ２＝０．８Ｖ）で目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを増減させることにより、セル電流Ｉｃｅｌｌ（ＦＣ電流Ｉｆｃ）及びＦＣ電力Ｐｆｃを制御して、ＦＣスタック４０の劣化を抑制することを可能としている。
【０１０６】
モードＣ制御は、目標セル電圧Ｖｃｅｌｌｔｇｔを、酸化還元進行領域Ｒ３外の電圧｛この実施形態では、電圧ｖ３（＝０．９Ｖ）｝に固定し、ＦＣ電流Ｉｆｃを可変とする。モードＣ制御においても、モードＢ制御と同様に、セル電圧Ｖｃｅｌｌを一定（Ｖｃｅｌｌ＝ｖ３）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。前述のように、カソードストイキ比が低下するとセル電流Ｉｃｅｌｌも低下するため、セル電圧Ｖｃｅｌｌを一定に保った状態（Ｖｃｅｌｌ＝ｖ３＝０．９Ｖ）で目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを増減させると、セル電流Ｉｃｅｌｌ及びＦＣ電力Ｐｆｃが制御され、ＦＣスタック４０の劣化を抑制することが可能となる。
【０１０７】
なお、上述の通常制御モード（モードＡ制御〜モードＣ制御）において、セル電流Ｉｃｅｌｌの低下によるＦＣ電力Ｐｆｃの減少によって、システム負荷Ｐｓｙｓに対するＦＣ電力Ｐｆｃの負担分が相対的に低下するような場合、ＦＣ電力Ｐｆｃの不足分は、バッテリ２０からアシストすればよい。また、システム負荷Ｐｓｙｓに対してＦＣ電力Ｐｆｃが大きい場合には、ＦＣ電力Ｐｆｃの余剰分をバッテリ２０に充電すればよい。
【０１０８】
モードＤ制御では、氷点下等の低温でのＦＣ車両１０の起動時に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２を直結型として動作させ、すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２での電圧変換動作を停止させてＦＣスタック４０とバッテリ２０とを直結状態（Ｖｆｃ≒Ｖｂａｔ）とし、その後、ＦＣ電圧Ｖｆｃとバッテリ電圧Ｖｂａｔとを略同一の電圧値に維持した状態で、前述のモードＢ制御及びモードＣ制御のように、目標セル電圧Ｖｃｅｌｌｔｇｔを、酸化還元進行領域Ｒ３外の電圧｛この実施形態では、電圧ｖ２（＝０．８Ｖ）以下の白金還元領域Ｒ２内の電圧｝に固定して、目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔ（ＦＣ電力Ｐｆｃ）及び目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを可変とする。
【０１０９】
つまり、モードＤ制御では、ＦＣ電圧Ｖｆｃをバッテリ電圧Ｖｂａｔにまで低下させて、ＦＣスタック４０とバッテリ２０とを直結状態にした後に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の電圧変換動作を停止しているため（ＦＣ電圧Ｖｆｃの制御を行わないため）、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔは、実際上、Ｖｆｃｔｇｔ＝Ｖｆｃ≒Ｖｂａｔとなる。また、セル電圧Ｖｃｅｌｌを一定に保った状態で目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを増減させると、セル電流Ｉｃｅｌｌは変化する。この結果、図１３に示すように、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを固定にして目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔを変化させると、図１１に示すように、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔが増減し、該目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔの増減に応じてＦＣ電流Ｉｆｃも変化する。そのため、モードＤ制御では、目標セル電圧Ｖｃｅｌｌｔｇｔ（＝目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔ／セル数Ｎｆｃ）を所望の電圧値に制御することはできないが、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを基本的に可変とすることにより、ＦＣ電流Ｉｆｃを変化させることになる。
【０１１０】
このように、モードＤ制御では、ＦＣ電圧Ｖｆｃをバッテリ電圧Ｖｂａｔにまで低下させて直結状態とし、酸素濃度Ｃｏを変化させる。この結果、ＦＣスタック４０で増大した電力損失が熱に変換され、この熱に起因した内部温度の上昇によりＦＣスタック４０の暖機を行うことができる。
【０１１１】
また、ＦＣスタック４０は、通常制御モードでの同じ電圧と比較して、負荷３０に供給されるＦＣ電力Ｐｆｃが低下し、システム負荷Ｐｓｙｓに対する電力の負担分を相対的に低下させることができる。
【０１１２】
すなわち、図１４に示すように、システム負荷Ｐｓｙｓに対してＦＣ電力Ｐｆｃが最低限の出力値（最低電力）Ｐｆｃ＿ｍｉｎである場合には、負荷３０から要求される電力（システム負荷Ｐｓｙｓ）と最低電力Ｐｆｃ＿ｍｉｎとの差分（バッテリ電力Ｐｂａｔ＝Ｐｓｙｓ−Ｐｆｃ＿ｍｉｎ）をバッテリ２０から出力させればよい。このようにすれば、バッテリ２０から負荷３０への電力供給（放電）に起因して該バッテリ２０の暖機を行うことができる。なお、モードＤ制御において、ＦＣスタック４０からの電力供給をアシストするように、バッテリ２０が負荷３０にバッテリ電力Ｐｂａｔを優先的に供給する制御を、以下、バッテリアシスト優先制御という。
【０１１３】
一方、バッテリ２０のＳＯＣが低下して、バッテリ２０から負荷３０にバッテリ電力Ｐｂａｔを供給することができない場合には、目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔを高く設定して、
目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを増大させればよい。これにより、酸素濃度Ｃｏが増大してセル電流Ｉｃｅｌｌが大きくなるため、図１４に示すように、負荷３０が要求するシステム負荷Ｐｓｙｓ以上のＦＣ電力ＰｆｃをＦＣスタック４０から出力することができる。この場合、バッテリ２０には、ＦＣスタック４０からの余剰分の電力が充電される。この結果、バッテリ２０は、ＦＣスタック４０からの電力供給（充電）に起因して暖機を行うことができる。モードＤ制御において、負荷３０への電力供給をＦＣ電力Ｐｆｃをまかなうような制御を、以下、ＦＣ発電優先制御という。
【０１１４】
なお、図１４において、システム負荷Ｐｓｙｓが０であっても、ＦＣスタック４０は、暖機が完了するまでは、ＳＯＣや、バッテリアシスト優先制御又はＦＣ発電優先制御の違いに関わり無く、最低電力Ｐｆｃ＿ｍｉｎを出力する。
【０１１５】
このように、暖機モード（モードＤ制御、暖機制御）では、バッテリ２０の残容量（ＳＯＣ）の収支を取りながら、ＦＣスタック４０及びバッテリ２０の双方に対する暖機を行うことができる。なお、モードＤ制御においては、ＥＣＵ２４は、実際上、ＳＯＣ［％］の値に基づき、ＦＣ発電優先制御を実行するか、あるいは、バッテリアシスト優先制御を実行するかを決定し、決定した制御に応じた適切な目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔを設定した後に、該目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔに基づく目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを決定し、決定した目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔに従って酸素濃度Ｃｏを調整することで、ＦＣ電流Ｉｆｃを変化させる。つまり、目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔの値に応じて、ＦＣ発電優先制御、又は、バッテリアシスト優先制御のいずれかに切り替わる。また、ＦＣ電流Ｉｆｃの変化に応じて、バッテリ電流Ｉｂａｔも変化させることができる。
【０１１６】
［エネルギマネジメントのフロー］
図１５は、ＥＣＵ２４が、ＦＣシステム１２のエネルギマネジメント（図５のＳ３）を行うためのフローチャートである。このフローチャートでは、バッテリ２０及びＦＣスタック４０に対する暖機の要否に応じて、前述した通常制御モード（モードＡ制御〜モードＣ制御）、又は、暖機モード｛モードＤ制御（バッテリアシスト優先制御、ＦＣ発電優先制御）｝が実行される。
【０１１７】
図１５のステップＳ２１において、ＥＣＵ２４は、負荷３０から要求される電力（図５のステップＳ２及び図６のフローチャートで算出されたシステム負荷Ｐｓｙｓ）が所定値以下であるか否かを判定する。具体的に、ＥＣＵ２４は、システム負荷Ｐｓｙｓが所定値としてのシステム負荷制限値Ｐｓｙｓｌｍｔ以下であるか否かを判定する。
【０１１８】
システム負荷Ｐｓｙｓがシステム負荷制限値Ｐｓｙｓｌｍｔ以下でない場合（Ｓ２１：ＮＯ）、ＥＣＵ２４は、次のステップＳ２２において、ＦＣユニット１８（ＦＣスタック４０）及びバッテリ２０を直結状態にしてＦＣユニット１８に対する暖機を行わせる必要があるか否かを判定する。
【０１１９】
具体的に、ＦＣユニット１８の暖機の必要性については、温度センサ８６からの水温Ｔｗが、暖機の必要性を判断するための閾値（以下「暖機判定閾値ＴＨＴｗ」又は「閾値ＴＨＴｗ」という。）以下であるか否かによって判定する。あるいは、外気温Ｔｅｘが所定の閾値ＴＨＴｅｘ以下であるか否かによって、ＦＣユニット１８の暖機の必要性を判定してもよい。なお、閾値ＴＨＴｗ、ＴＨＴｅｘは、例えば、０〜１０℃までのいずれかの値から選択することができる。
【０１２０】
ＦＣユニット１８に対する暖機が必要であると判定した場合（Ｓ２２：ＹＥＳ）、ＥＣＵ２４は、次のステップＳ２３において、ＦＣユニット１８及びバッテリ２０を直結状態とした際に、バッテリ２０に対しても併せて暖機を行わせる必要があるか否かを判定する。
【０１２１】
具体的に、バッテリ２０の暖機の必要性については、温度センサ１０９からのバッテリ温度Ｔｂａｔが、暖機の必要性を判断するための閾値（以下「暖機判定閾値ＴＨＴｂａｔ」又は「閾値ＴＨＴｂａｔ」という。）以下であるか否かによって判定する。あるいは、外気温Ｔｅｘが閾値ＴＨＴｅｘ以下であるか否かによって、バッテリ２０の暖機の必要性を判定してもよい。なお、閾値ＴＨＴｂａｔは、閾値ＴＨＴｗ、ＴＨＴｅｘと同様に、例えば、０〜１０℃までのいずれかの値から選択することができる。
【０１２２】
バッテリ２０に対する暖機も必要と判定した場合（Ｓ２３：ＹＥＳ）、次のステップＳ２４において、ＥＣＵ２４は、ＳＯＣ［％］が所定値に到達したか否かを判定する。この場合、前記所定値としては、バッテリアシスト優先制御を実行するか否かを決定するためのバッテリアシスト優先閾値（第１所定値）と、ＦＣ発電優先制御を実行するか否かを決定するためのＦＣ発電優先閾値（第２所定値）と、の２つの閾値が設定されている。ＥＣＵ２４は、ＳＯＣ［％］がバッテリアシスト優先閾値まで増加したか（到達したか）否かを判定し、あるいは、ＳＯＣ［％］がＦＣ発電優先閾値まで低下したか（到達したか）否かを判定する。なお、これらの２つの閾値は、ヒステリシスを持たせることで、互いに異なる値に設定している。
【０１２３】
ステップＳ２４において、ＥＣＵ２４は、ＳＯＣ［％］がバッテリアシスト優先閾値まで増加した場合（Ｓ２４：ＹＥＳ）、バッテリアシスト優先制御の実行を決定する。次のステップＳ２５において、ＥＣＵ２４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２を制御してＦＣスタック４０とバッテリ２０とを直結状態にした後に、システム負荷Ｐｓｙｓに対するＦＣ電力Ｐｆｃの不足分の電力｛例えば、ＦＣ電力Ｐｆｃが最低電力Ｐｆｃ＿ｍｉｎである場合には、（Ｐｓｙｓ−Ｐｆｃ＿ｍｉｎ）のバッテリ電力Ｐｂａｔ｝をバッテリ２０から出力させる（バッテリアシスト優先制御）。
【０１２４】
一方、ステップＳ２４において、ＥＣＵ２４は、ＳＯＣ［％］がＦＣ発電優先閾値まで低下している場合（Ｓ２４：ＮＯ）、ＦＣ発電優先制御の実行を決定する。次のステップＳ２６において、ＥＣＵ２４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２を制御してＦＣスタック４０とバッテリ２０とを直結状態にした後に、目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔを高く設定して、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを増大させる。これにより、酸素濃度Ｃｏが増大してセル電流Ｉｃｅｌｌが大きくなり、ＦＣスタック４０から負荷３０に供給されるＦＣ電力Ｐｆｃが増大して、システム負荷ＰｓｙｓをＦＣ電力Ｐｆｃでまかなうことができる（ＦＣ発電優先制御）。
【０１２５】
なお、ＦＣスタック４０から負荷３０に供給される電力に余剰分（Ｐｓｙｓ−Ｐｆｃ）があれば、余剰分の電力がバッテリ２０に充電されることは勿論であり、該バッテリ２０では、ＦＣスタック４０からの充電に起因した暖機が行われる。
【０１２６】
また、ステップＳ２５、Ｓ２６の処理は、同時に行われることはなく、ＥＣＵ２４は、ＳＯＣ［％］の値に応じて、適切なモードＤ制御（バッテリアシスト優先制御又はＦＣ発電優先制御）に切り替え、実行すればよい。
【０１２７】
さらに、ステップＳ２３において、バッテリ２０の暖機が不要であると判定した場合（Ｓ２３：ＮＯ）、ＥＣＵ２４は、ステップＳ２６のＦＣ発電優先制御を実行する。この場合、ＦＣスタック４０から負荷３０に供給される電力に余剰分が発生しないように、システム負荷ＰｓｙｓをＦＣ電力Ｐｆｃでまかなうようにすれば、バッテリ２０が充電されることはないので、該バッテリ２０の暖機を行わせないようにすることができる。
【０１２８】
さらにまた、ステップＳ２２において、ＦＣスタック４０の暖機が不要であると判定した場合（Ｓ２２：ＮＯ）、ステップＳ２７において、ＥＣＵ２４は、ステップＳ２３と同様に、バッテリ２０の暖機が必要であるか否かを判定する。バッテリ２０の暖機が必要と判定した場合（Ｓ２７：ＹＥＳ）、ＥＣＵ２４は、ステップＳ２５のバッテリアシスト優先制御を実行する。
【０１２９】
また、ステップＳ２１において、システム負荷Ｐｓｙｓがシステム負荷制限値Ｐｓｙｓｌｍｔ以下である場合（Ｓ２１：ＹＥＳ）、又は、ステップＳ２７において、バッテリ２０の暖機が不要である場合（且つＦＣスタック４０の暖機も不要である場合）（Ｓ２７：ＮＯ）、ＥＣＵ２４は、ステップＳ２８の通常制御（モードＡ制御〜モードＣ制御）を実行する。これにより、ＦＣスタック４０とバッテリ２０との直結状態が解除され、モードＤ制御の実行が禁止される。なお、通常制御では、システム負荷ＰｓｙｓをＦＣ電力Ｐｆｃでまかなうことができる。
【０１３０】
なお、前述のステップＳ２１では、システム負荷Ｐｓｙｓとシステム負荷制限値Ｐｓｙｓｌｍｔとの比較に基づく判定処理を行っているが、この判定処理に代えて、ユーザによるキースイッチのオンでＦＣスタック４０を通常通り起動させ、次に、ユーザがキースイッチのオン状態からパワースイッチを押したときに暖機モードを実行させるようにすることも可能である。
【０１３１】
［暖機モードにおけるＦＣの制御］
上記のように、暖機モード（モードＤ制御）は、ＦＣスタック４０の暖機時に用いられるものであり、ＦＣユニット１８及びバッテリ２０を直結状態にし、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを基本的に可変とすることにより、ＦＣ電流Ｉｆｃを可変とする。すなわち、図１１及び図１３に示すように、モードＤ制御では、理想的にはＦＣ電圧Ｖｆｃを一定に保った状態で目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを変化させることで酸素濃度Ｃｏを調整する。但し、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、電圧変換動作を停止しているため、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔ（＝目標セル電圧Ｖｃｅｌｌｔｇｔ×セル数Ｎｆｃ）は、実際上、ＦＣ電圧Ｖｆｃ及びバッテリ電圧Ｖｂａｔと同一値となる。
【０１３２】
具体的には、暖機モードでは、ＦＣ電圧Ｖｆｃ（又は目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔ）とバッテリ電圧Ｖｂａｔとが略同一の電圧値となっている状態で、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを変化させることで酸素濃度Ｃｏを調整する。
【０１３３】
ここで、上述したモードＤ制御（ステップＳ２５のバッテリアシスト優先制御、ステップＳ２６のＦＣ発電優先制御）の具体的な制御について、図１６〜図２１を参照しながら詳細に説明する。なお、前述のように、モードＤ制御では、目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔを変化させることにより、バッテリアシスト優先制御を実行するか、あるいは、ＦＣ発電優先制御を実行するかが決定される。
【０１３４】
図１６には、暖機モード（モードＤ制御）でのＦＣスタック４０に対する制御のフローチャートが示されている。
【０１３５】
ステップＳ４１において、ＥＣＵ２４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の電圧変換動作を停止させることにより、ＦＣユニット１８とバッテリ２０とを直結状態にして、ＦＣ電圧Ｖｆｃ（目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔ）をバッテリ電圧Ｖｂａｔに固定する。
【０１３６】
ステップＳ４２において、ＥＣＵ２４は、目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔを算出する。すなわち、暖機モード（モードＤ制御）では、ＦＣ出力可能電力Ｐｆｃｐ又はシステム負荷Ｐｓｙｓに相当する、バッテリアシスト優先制御又はＦＣ発電優先制御に応じた目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔを算出する。
【０１３７】
ステップＳ４３において、ＥＣＵ２４は、目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔに対応する目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを算出する（図１１及び図１７参照）。なお、図１７は、目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔと目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔとの関係の一例を示す。図１７のような関係は、ＦＣ電圧Ｖｆｃに応じて変化する。
【０１３８】
ステップＳ４４において、ＥＣＵ２４は、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔ（又は目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔ）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。
【０１３９】
すなわち、図１８及び図１９に示すように、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔ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。この場合、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを低下すれば、目標エアポンプ回転数Ｎａｐｔｇｔが低下し、この結果、カソード流路７４（図３参照）に供給されるエアの流量が低下する（ガス供給量が抑えられる）ことが容易に推察できる。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。
【０１４０】
ステップＳ４５において、ＥＣＵ２４は、ＦＣスタック４０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）｝、ＦＣスタック４０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。
【０１４１】
発電が安定している場合（Ｓ４５：ＹＥＳ）、今回の処理を終える。発電が安定していない場合（Ｓ４５：ＮＯ）、ステップＳ４６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２０参照）。なお、図２０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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
そこで、ステップＳ４６では、ステップＳ４３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。
【０１４４】
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、ＦＣスタック４０の発電性能が回復し易くなる。
【０１４５】
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、ＦＣスタック４０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、ＦＣスタック４０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。
【０１４６】
ステップＳ４７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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
循環ガスの流量Ｑｃが上限値以上でないと判定した場合（Ｓ４７：ＮＯ）、ステップＳ４５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（Ｓ４７：ＹＥＳ）、ステップＳ４８に進む。
【０１４９】
ここで、ステップＳ４６、Ｓ４７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Ｓ４６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Ｓ４７において、循環弁６６が全開である場合（Ｓ４７：ＹＥＳ）、ステップＳ４８に進む構成としてもよい。
【０１５０】
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２１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２１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。
【０１５１】
ステップＳ４８において、ＥＣＵ２４は、ステップＳ４５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（Ｓ４８：ＹＥＳ）、今回の処理を終える。発電が安定していない場合（Ｓ４８：ＮＯ）、ステップＳ４９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。
【０１５２】
ステップＳ５０において、ＥＣＵ２４は、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔが通常のＩ−Ｖ特性２００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（Ｓ５０：ＹＥＳ）、ステップＳ４８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（Ｓ５０：ＮＯ）、ステップＳ５１において、ＥＣＵ２４は、ＦＣユニット１８を停止する。すなわち、ＥＣＵ２４は、ＦＣスタック４０への水素及び空気の供給を停止し、ＦＣスタック４０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ＦＣスタック４０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。
【０１５３】
以上のような暖機モード（モードＤ制御）によれば、ＦＣユニット１８とバッテリ２０とを直結状態にした後に、酸素濃度Ｃｏ（カソードストイキ比）を調整して、カソード流路７４に供給されるエアの流量を増減させれば、ＦＣ電流Ｉｆｃを変化させることができる。また、システム負荷Ｐｓｙｓに対してＦＣスタック４０から負荷３０に供給される電力量（ＦＣ電力Ｐｆｃ）の大きさに対応して、バッテリ２０が充放電を行うことにより（バッテリアシスト優先制御又はＦＣ発電優先制御の適切な制御を実行することにより）、該バッテリ２０での暖機も行うことができる。
【０１５４】
［通常モード］
次に、図２２のフローチャートを参照して、図１５のステップＳ２８の通常制御モード（モードＡ制御〜モードＣ制御）について説明する。
【０１５５】
ステップＳ６１において、ＥＣＵ２４は、バッテリ２０の充放電係数αを算出し、算出した充放電係数αを図６のステップＳ１６で算出したシステム負荷Ｐｓｙｓに乗算することで目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔを算出する（Ｐｆｃｔｇｔ←Ｐｓｙｓ×α）。
【０１５６】
ここで、充放電係数αは、ＳＯＣセンサ１０８から入力される現在のＳＯＣ値と、ＥＣＵ２４に予め記憶された図示しないマップ（ＳＯＣと充放電係数との関係を示す特性）とに基づいて算出される。このマップは、例えば、実測値、シミュレーション値を用いることができる。なお、ここでは、以下の説明の理解の便宜のために、充放電係数αはα＝１として説明する（Ｐｆｃｔｇｔ＝Ｐｓｙｓ）。
【０１５７】
次いで、ステップＳ６２において、ＥＣＵ２４は、ステップＳ６１で算出した目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔが閾値電力Ｐｔｈｐ以上であるかどうかを判定する（Ｐｆｃｔｇｔ≧Ｐｔｈｐ）。
【０１５８】
ここで、閾値電力Ｐｔｈｐは、「触媒が劣化しないと判断されるセル電圧（０．８Ｖ、切替電圧、所定電圧）」と、「ＦＣスタック４０を構成するセル数Ｎｆｃ」と、「ＦＣスタック４０の通常のＩ−Ｖ特性２００（図１３参照）においてセル電圧を０．８Ｖとした場合における電流値Ｉｃｅｌｌｐ」とを乗算することで与えられる次の（１）式に示す固定値である。なお、図１３において、目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔの軸は線形ではない点に留意する。
Ｐｔｈｐ＝０．８［Ｖ］×Ｎｆｃ×Ｉｃｅｌｌｐ                      （１）
【０１５９】
目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔが閾値電力Ｐｔｈｐ以上である場合には（Ｓ６２：ＹＥＳ）、ステップＳ６３において、目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔを得るべく、電圧可変・電流可変制御（モードＡ制御）を実行する。
【０１６０】
一方、ステップＳ６２の判定において、目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔが閾値電力Ｐｔｈｐ未満である場合には（ステップＳ６２：ＮＯ）、ステップＳ６４において、ステップＳ６１で算出した目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔが閾値電力Ｐｔｈｑ未満（Ｐｆｃｔｇｔ＜Ｐｔｈｑ）であるか否かを判定する。ここで、閾値電力Ｐｔｈｑを、例えば、セル電圧ＶｃｅｌｌがＶｃｅｌｌ＝０．９［Ｖ］に対応して決定されるので、閾値電力Ｐｔｈｑは、閾値電力Ｐｔｈｐより低い値に設定される（Ｐｔｈｑ＜Ｐｔｈｐ。図１３参照）。
【０１６１】
ステップＳ６４の判定が否定的となる場合、すなわち、目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔが閾値電力Ｐｔｈｐ未満であって、且つ閾値電力Ｐｔｈｑ以上である場合には（Ｓ６４：ＮＯ、Ｐｔｈｑ≦Ｐｆｃｔｇｔ＜Ｐｔｈｐ）、ステップＳ６５において、電圧固定・電流可変制御（モードＢ制御）を実行する。
【０１６２】
モードＢ制御において、ＥＣＵ２４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の昇圧率を調整することにより、酸化還元進行領域Ｒ３よりも低い電圧以下で設定された基準電圧｛本実施形態では、電圧ｖ２（＝０．８Ｖ）｝に目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを固定し、さらに、目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔに対応する目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔを算出する。また、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔが基準電圧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１１及び図１７参照）。
【０１６３】
ここで、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、エアポンプ回転数Ｎａｐ、ウォータポンプ回転数Ｎｗｐ及び背圧弁開度θｂｐが含まれる。すなわち、ＥＣＵ２４は、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔ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を設定することにより、モードＢ制御を実行する。
【０１６４】
次いで、ステップＳ６６において、ＥＣＵ２４は、ＦＣスタック４０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）｝、ＦＣスタック４０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。
【０１６５】
発電が安定している場合（Ｓ６６：ＹＥＳ）、今回の処理を終える。発電が安定していない場合（Ｓ６６：ＮＯ）、ステップＳ６７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。
【０１６６】
ステップＳ６８において、ＥＣＵ２４は、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔが通常酸素濃度Ｃｏｎｍｌ未満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未満である場合（Ｓ６８：ＹＥＳ）、ステップＳ６６に戻る。目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔが通常酸素濃度Ｃｏｎｍｌ未満でない場合（Ｓ６８：ＮＯ）、ステップＳ６９において、ＥＣＵ２４は、ＦＣユニット１８を停止する。すなわち、ＥＣＵ２４は、ＦＣスタック４０への水素及び空気の供給を停止し、ＦＣスタック４０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ＦＣスタック４０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。
【０１６７】
上述したステップＳ６４の判定において、目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔが閾値電力Ｐｔｈｑ未満である場合（Ｓ６４：ＹＥＳ）、ステップＳ７０でモードＣ制御を行う。モードＣ制御では、図１３に示すように、セル電圧Ｖｃｅｌｌを一定（Ｖｃｅｌｌ＝ｖ３）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、セル電流Ｉｃｅｌｌ（ＦＣ電流Ｉｆｃ）及びＦＣ電力Ｐｆｃを制御する。よって、モードＣ制御においても、上述したステップＳ６５のモードＢ制御と同様な制御処理、及び、ステップＳ６６〜Ｓ６９の発電安定性に係る処理を実行する。
【０１６８】
なお、以上説明した通常制御モードでは、基本的にシステム負荷Ｐｓｙｓの全てをＦＣ電力Ｐｆｃによりまかなうが、ＦＣ電力Ｐｆｃが不足している場合には、不足分をバッテリ電力Ｐｂａｔでまかなえばよい。
【０１６９】
［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１６のＳ４４）を用いてこれらの機器を制御する。
【０１７０】
［モータ１４のトルク制御］
図２３には、モータ１４（図１及び図２参照）のトルク制御のフローチャートが示されている。このフローチャートは、例えば、前述の暖機モード（モードＤ制御）が完了した後に行われる通常モード（図１５のステップＳ２８及び図２２）において実行される。
【０１７１】
ステップＳ８１において、ＥＣＵ２４は、モータ回転数センサ１５２からモータ回転数Ｎｍを読み込む。ステップＳ８２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。
【０１７２】
ステップＳ８３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。
【０１７３】
ステップＳ８４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）。
【０１７４】
ステップＳ８５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）。
【０１７５】
一方、ステップＳ８４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（Ｐｓ＿ｒｅｇｌｉｍ＝Ｐｂａｔ＿ｃｈｇｌｉｍ＋Ｐｆｃ−Ｐａ）。回生中である場合、ステップＳ８５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）。
【０１７６】
ステップＳ８６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）。
【０１７７】
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。
【０１７８】
［暖機モード（モードＤ制御）の一例］
次に、上述した暖機モード（モードＤ制御）を説明するためのタイムチャートを図２４及び図２５に示す。図２４は、暖機モードの開始時の制御を図示したものであり、図２５は、暖機モードの開始から終了までの流れを図示したものである。なお、図２４中、「実施例」は、この実施形態のモードＤ制御を実行した場合を図示したものであり、「比較例」は、モードＤ制御が実行されない場合を図示したものである。
【０１７９】
図２４において、負荷３０は、時間経過に関わり無く、一定量のシステム負荷Ｐｓｙｓを要求している。
【０１８０】
暖機前の時間帯でもある時点ｔ０から時点ｔ１までは、モードＡ制御が実行される。
【０１８１】
時点ｔ１から、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２によって、ＦＣ電圧Ｖｆｃが低下し始め、時点ｔ３でＶｆｃ≒Ｖｂａｔとなり、ＦＣスタック４０とバッテリ２０とが直結状態に至る。この結果、時点ｔ３以降、実施例では、モードＤ制御が実行されることにより、低効率な発電が行われる。
【０１８２】
実施例において、ＦＣ電流Ｉｆｃは、ＦＣ電圧Ｖｆｃの低下に伴って、時点ｔ１から上昇し始め、モードＤ制御の実行が開始される時点ｔ３から時点ｔ４の時間帯で所定値を維持する。その後、ＦＣ電圧Ｖｆｃ及びバッテリ電圧Ｖｂａｔを所定値に維持した状態で、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを下げて酸素濃度Ｃｏを下げると、ＦＣ電流Ｉｆｃは、時点ｔ４で急激に低下し、時点ｔ４以降の時間帯で低下した電流値を維持する。一方、ＦＣ電力Ｐｆｃは、ＦＣ電圧Ｖｆｃ及びＦＣ電流Ｉｆｃの時間変化に伴って、時点ｔ１から時点ｔ３にかけて徐々に増大し、時点ｔ４で急激に低下して、時点ｔ４以降の時間帯において低下した電力値を維持する。
【０１８３】
これに対して、比較例では、上述したモードＤ制御が行われないため、時点ｔ４以降のＦＣ電流Ｉｆｃの低下は発生しない。
【０１８４】
また、実施例において、バッテリ電流Ｉｂａｔは、時点ｔ１から減少し始め、時点ｔ３から時点ｔ４の時間帯で所定値を維持した後、時点ｔ４で急増し、時点ｔ４以降の時間帯で急増した電流値を維持する。すなわち、時点ｔ４以降の時間帯において、負荷３０に対するＦＣスタック４０からの電力供給の不足をアシストするために、バッテリ２０は、不足分の電力（バッテリ電力Ｐｂａｔ）を負荷３０に供給する（バッテリアシスト優先制御）。この場合、バッテリ電圧Ｖｂａｔ及びバッテリ電流Ｉｂａｔの時間変化に伴って、バッテリ電力Ｐｂａｔは、時点ｔ１から時点ｔ３にかけて徐々に低下し、時点ｔ４で急激に増大して、時点ｔ４以降の時間帯において増大した電力値を維持する。これに対して、比較例では、時点ｔ４以降、バッテリ電流Ｉｂａｔの増大はなく、従って、バッテリ２０による不足分の電力のアシストは実行されない。
【０１８５】
この結果、ＦＣスタック４０の温度Ｔｆｃ（水温Ｔｗ）は、時点ｔ１から時間経過に伴って上昇する。実施例では、前述した低効率な発電が実行されるため、比較例と比べて、温度Ｔｆｃは目標温度に早く到達する。
【０１８６】
また、バッテリ２０の温度（バッテリ温度Ｔｂａｔ）は、実施例の場合、時点ｔ４から時間経過に伴って上昇する。これは、モードＤ制御の実行によってシステム負荷Ｐｓｙｓに対するＦＣ電力Ｐｆｃが不足し、その不足分をバッテリ２０からの出力（放電）によってまかなうため、該放電に起因してバッテリ２０の暖機が行われるためである。従って、不足分の電力のアシストを行わない比較例と比べて、実施例の場合には、バッテリ温度Ｔｂａｔを目標温度に速やかに到達することができる。
【０１８７】
なお、バッテリ２０のＳＯＣは、前述した不足分の電力のアシストを行うため、時点ｔ４以降、所定値（ＦＣ発電優先閾値）に向かって下降している。
【０１８８】
また、図２４では、バッテリアシスト優先制御について説明したが、ＦＣ発電優先制御を行った場合でも、システム負荷Ｐｓｙｓに対するＦＣ電力Ｐｆｃの余剰分の電力をバッテリ２０に充電することに起因して、バッテリ２０の暖機を行うことができるため、比較例と比べて、バッテリ温度Ｔｂａｔを速やかに目標温度に到達させることができる。
【０１８９】
次に、図２５のタイムチャートについて説明する。
【０１９０】
図２５においては、時点ｔ２１からモードＢ制御又はモードＣ制御（電圧固定・電流可変制御）を開始し、時点ｔ２２から時点ｔ２３にかけて、この電圧固定・電流可変制御を実行しつつ、ＦＣ電圧Ｖｆｃをバッテリ電圧Ｖｂａｔまで低下させ、Ｖｆｃ≒Ｖｂａｔとなった（直結状態となった）時点ｔ２３でＤＣ／ＤＣコンバータ２２による電圧変換動作を停止させて、暖機モード（モードＤ制御）に移行させる。暖機モードの実行によって、時点ｔ２６でＦＣスタック４０の暖機が先に完了し、時点ｔ２７でバッテリ２０の暖機が完了した後に、直結状態を解除して、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２による電圧変換動作を再開させる。すなわち、時点ｔ２３から時点ｔ２７までの時間帯が暖機モードであり、低効率な発電が実行される。また、時点ｔ２７において、暖機モードが解除され、通常制御モードに復帰する。
【０１９１】
この場合、ＦＣ電流Ｉｆｃは、時点ｔ２３から時点ｔ２７までのＦＣスタック４０の暖機中、バッテリアシスト優先制御又はＦＣ発電優先制御の実行に応じて増減し、時点ｔ２７以降は、直結状態の解除に伴って増大する。なお、バッテリアシスト優先制御では、ＦＣ電流Ｉｆｃは相対的に小さくなり、ＦＣ発電優先制御では、システム負荷ＰｓｙｓをＦＣ電力Ｐｆｃでまかなうために、ＦＣ電流Ｉｆｃは相対的に大きくなる。
【０１９２】
また、バッテリ電流Ｉｂａｔは、バッテリアシスト優先制御又はＦＣ発電優先制御の実行に応じて増減する。すなわち、バッテリアシスト優先制御では、システム負荷Ｐｓｙｓに対するＦＣ電力Ｉｆｃの不足分をアシストするためにバッテリ電流Ｉｂａｔが相対的に大きくなり、ＦＣ発電優先制御では、システム負荷ＰｓｙｓをＦＣ電力Ｐｆｃでまかなうので、バッテリ電流Ｉｂａｔは相対的に小さくなる。
【０１９３】
つまり、暖機モードにおいては、通常制御モードと比較して、システム負荷Ｐｓｙｓに対するバッテリ２０の負担分が相対的に増える場合がある。そのため、システム負荷Ｐｓｙｓが高いときには、バッテリ電力ＰｂａｔとＦＣ電力Ｐｆｃとでまかなう場合でも、バッテリ２０は、放電状態となり、バッテリ電流Ｉｂａｔが増大する。
【０１９４】
この場合、ＳＯＣが高いときには、バッテリ２０によるＦＣスタック４０のアシストを優先させて、主としてバッテリ電力Ｐｂａｔによりシステム負荷Ｐｓｙｓをまかなう（バッテリアシスト優先制御）。一方、ＳＯＣが低いときには、バッテリ２０によるＦＣスタック４０のアシストを抑制して、主としてＦＣ電力Ｐｆｃによりシステム負荷Ｐｓｙｓをまかなう（ＦＣ発電優先制御）。
【０１９５】
なお、図２５において、時点ｔ２２から時点ｔ２４まで、及び、時点ｔ２５から時点ｔ２７まではバッテリアシスト優先制御とし、時点ｔ２４から時点ｔ２５まではＦＣ発電優先制御としている。
【０１９６】
この場合、バッテリアシスト優先制御とするか、あるいは、ＦＣ発電優先制御とするかは、ＳＯＣに対して所定の閾値（バッテリアシスト優先閾値、ＦＣ発電優先閾値）に到達したか否かにより決定する。すなわち、ＳＯＣがＦＣ発電優先閾値以下である場合には、ＦＣ発電優先制御に移行する。また、ＦＣ発電優先制御中、ＳＯＣがバッテリアシスト優先閾値以上である場合には、バッテリアシスト優先制御に移行する。
【０１９７】
一方、エアポンプ６０の回転数Ｎａｐは、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔに応じて増減される。この場合、バッテリアシスト優先制御であれば、回転数Ｎａｐを低く抑えて、カソード流路７４に供給されるエアの流量を低下させることにより、ＦＣ電流Ｉｆｃを低下させ、一方で、ＦＣ発電優先制御であれば、回転数Ｎａｐを上げて、カソード流路７４に供給されるエアの流量を増大させることにより、ＦＣ電流Ｉｆｃを増加させればよい。なお、直結状態が解除された時点ｔ２７以降は、通常制御モードに従って所望の回転数Ｎａｐに設定される。
【０１９８】
［この実施形態の効果］
以上説明したように、この実施形態によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２によるＦＣ電圧Ｖｆｃの制御を停止させて、ＦＣスタック４０とバッテリ２０とを直結状態にした後に、ＳＯＣの大きさに基づいてエアポンプ６０からＦＣスタック４０への空気の供給量を変化させながら、ＦＣスタック４０及びバッテリ２０の暖機を行わせるようにしている。
【０１９９】
具体的に、この実施形態では、ＦＣ車両１０の起動時に、ＦＣ電圧ＶｆｃをＦＣ車両１０の通常運転時での電圧よりも低電圧（暖機時の電圧）に調整すべく、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２によりＦＣ電圧Ｖｆｃを低下させた後に、ＦＣスタック４０とバッテリ２０とをＶｆｃ≒Ｖｂａｔの直結状態に設定（固定）する。
【０２００】
そして、暖機モードにおいて、ＳＯＣがバッテリアシスト優先閾値以上である場合には、バッテリ２０からの出力を優先させるように空気の供給量を変化させることにより、バッテリ２０によるＦＣスタック４０のアシストを増大させるバッテリアシスト優先制御を行い、一方で、ＳＯＣがＦＣ発電優先閾値以下である場合には、ＦＣスタック４０からの出力を優先させるように空気の供給量を変化させることにより、バッテリ２０によるＦＣスタック４０のアシストを抑制するＦＣ発電優先制御を行う。
【０２０１】
従って、ＦＣスタック４０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２によってＦＣ電圧Ｖｆｃが暖機モードでの電圧（バッテリ電圧Ｖｂａｔ）に調整された状態で低効率な発電を行うことになるため、暖機を迅速に行って、速やかに昇温することができる。すなわち、低効率な発電を行えば、ＦＣスタック４０の電力損失が増大し、該電力損失が熱に変換されるためである。
【０２０２】
また、モータ１４に対してＦＣスタック４０とバッテリ２０とが並列に接続され、さらには、暖機中にＦＣスタック４０からモータ１４に供給される電力は、空気の供給量の低下に起因して低下するため、直結状態では、システム負荷Ｐｓｙｓに対するＦＣスタック４０の負担分が相対的に減少すると共に、ＦＣスタック４０をアシストするバッテリ２０の負担分が相対的に増加する。
【０２０３】
そこで、システム負荷Ｐｓｙｓが比較的大きい場合、バッテリ２０から供給されるバッテリ電力Ｐｂａｔを増加させることにより（バッテリ２０の放電量を大きくすることにより）、バッテリ２０では、放電に起因した暖機を行うことができる。一方、システム負荷Ｐｓｙｓが比較的小さく、ＦＣスタック４０から供給されるＦＣ電力Ｐｆｃでまかなえる場合、バッテリ２０は、ＦＣスタック４０から供給されるＦＣ電力Ｐｆｃの一部を充電し、該充電に起因した暖機を行うことができる。
【０２０４】
従って、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２によってＦＣスタック４０とバッテリ２０とを直結状態としたことによるＦＣスタック４０での低効率な発電により、ＦＣスタック４０で暖機が迅速に行われ、一方で、ＦＣスタック４０に対する空気の供給量を変化させることにより、バッテリ２０では、充放電によって暖機を迅速に行うことができる。これにより、ＦＣスタック４０とバッテリ２０との双方に対する暖機を効果的に行うことができる。
【０２０５】
そして、ＦＣスタック４０及びバッテリ２０の暖機が完了すると、ＦＣスタック４０とバッテリ２０との直結状態（ＤＣ／ＤＣコンバータ２２によるＦＣ電圧Ｖｆｃの暖機時の電圧への調整）が解除され、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２による通常運転時でのＦＣ電圧Ｖｆｃの調整が開始されることで、暖機モードが解除される。
【０２０６】
このように、この実施形態によれば、ＦＣスタック４０及びバッテリ２０の双方に対して暖機を行わせることが可能になり、さらに、暖機完了後には、バッテリ２０のＳＯＣが所定の範囲内に収まっているため、ＦＣ車両１０の本来の性能を迅速且つ十分に（１００％）発揮させることができる。
【０２０７】
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２が暖機時に直結状態になることで、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２で発生する損失を低減することができる。
【０２０８】
さらに、暖機モードにおいて、ＳＯＣがＦＣ発電優先閾値に低下した場合、エアの供給量を増加させることにより、ＦＣ電流Ｉｆｃを増加させると共に、バッテリ電流Ｉｂａｔを低下させ、ＦＣ発電優先閾値より高く設定されたバッテリアシスト優先閾値よりもＳＯＣが高くなった場合、エアの供給量を減少させることにより、ＦＣ電流Ｉｆｃを低下させると共に、バッテリ電流Ｉｂａｔを増加させればよい。
【０２０９】
従って、ＥＣＵ２４は、ＳＯＣがＦＣ発電優先閾値に低下した場合には、ＦＣスタック４０から供給される電力を増大させて、バッテリ２０によるＦＣスタック４０のアシストを抑制するように制御し（ＦＣ発電優先制御）、一方で、ＳＯＣがバッテリアシスト優先閾値よりも高くなった場合には、ＦＣスタック４０から供給される電力を減少させて、バッテリ２０によるＦＣスタック４０のアシストを増大させるように制御することになる（バッテリアシスト優先制御）。この結果、ＦＣスタック４０及びバッテリ２０の昇温性能を向上させることができるので、ＦＣ車両１０の起動性能を向上させることができる。
【０２１０】
また、この実施形態では、Ｐｓｙｓ≦Ｐｓｙｓｌｍｔであれば、暖機モードの実行が禁止される。これにより、ＦＣ車両１０を迅速に起動させる必要がないときには、積極的な暖機を行わないため、無駄な電力消費を抑制することができる。
【０２１１】
なお、この実施形態の説明では、ＦＣ電圧Ｖｆｃがバッテリ電圧Ｖｂａｔよりも高いため、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２によってＦＣ電圧Ｖｆｃをバッテリ電圧Ｖｂａｔまで降圧することで直結状態にすることについて説明した。すなわち、上記のＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、ＦＣ電圧Ｖｆｃをバッテリ電圧Ｖｂａｔよりも低く設定することができないような構成であり、ＦＣスタック４０とバッテリ２０とを直結状態にして、ＦＣスタック４０及びバッテリ２０の双方に対する暖機を行わせている。
【０２１２】
この実施形態は、上記の説明に限定されることはなく、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２がＦＣ電圧Ｖｆｃをバッテリ電圧Ｖｂａｔよりも低電圧に設定できるように構成されていれば、ＦＣ車両１０の起動時に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２によってＦＣ電圧Ｖｆｃをバッテリ電圧Ｖｂａｔよりも低電圧（暖機時の電圧）に設定した状態で、ＦＣスタック４０及びバッテリ２０の双方に対して暖機を行わせ、暖機完了後には、低電圧状態を解除して、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２による通常運転時でのＦＣ電圧Ｖｆｃの調整を開始させることも可能である。
【０２１３】
また、この実施形態では、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。
【０２１４】
さらに、この実施形態では、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。
【符号の説明】
【０２１５】
１０…燃料電池車両（ＦＣ車両）      １２…燃料電池システム（ＦＣシステム）
１４…走行モータ                    １８…燃料電池ユニット（ＦＣユニット）
２０…バッテリ                      ２２…ＤＣ／ＤＣコンバータ
２４…ＥＣＵ                        ３０…負荷
４０…燃料電池スタック（ＦＣスタック、ＦＣ）
６０…エアポンプ                    ８６、１０９…温度センサ
【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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【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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