(57)【要約】【課題】各種物理量についての制御同士が衝突する場合の制御方法を提供すること。【解決手段】発電電力が上限値を超えることを回避する電力制御と、発電電圧が下限値を下回ることを回避する電圧制御と、発電電流が上限値を超えることを回避する電流制御とを実現するための電流値の上限値であるＩmaxAを決定する。さらに、発電電圧が上限値を超えることを回避するための電流値の下限値であるＩminを決定する。ＩmaxAがＩminよりも小さい場合、電流値の目標値をＩmaxAに設定する（（ｄ），（ｅ），（ｆ））。【選択図】図８
2016095901.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池によって発電する燃料電池システムであって、
発電電力が上限値を超えることを回避する電力制御、発電電圧が下限値を下回ることを回避する電圧制御、及び発電電流が上限値を超えることを回避する電流制御の少なくとも１つを実行する第１制御、並びに発電電圧が上限値を超えることを回避する第２制御を実行する発電制御部と、
前記第１及び第２制御が衝突する場合、前記第１制御を前記第２制御よりも優先させることを前記発電制御部に指示する優先指示部と、
を備える燃料電池システム。
【請求項２】
前記発電制御部は、さらに、アノードとカソードとの少なくとも一方についてストイキ比が所定値を下回ることを回避する第３制御を実行し、
前記優先指示部は、前記第２及び第３制御が衝突する場合、前記発電制御部に前記第２制御を前記第３制御よりも優先させることを指示する
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
互いに通信する複数の制御装置を備え、
前記複数の制御装置は、前記電力制御と、前記電圧制御と、前記電流制御と、前記第２制御と、前記指示とを分担して実行する
請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記発電制御部は、前記電力制御と前記電圧制御と前記電流制御との少なくとも２つを前記第１制御として実行し、
前記発電制御部は、前記発電電力の上限値と前記発電電圧の下限値と前記発電電流の上限値とのうち前記第１制御に用いるものを、同一の物理量に統一する第１制御用統一部と、前記統一後の値のうち前記第１制御を実現する値を、前記第１制御における制限値として選択する選択部とを備える
請求項１から請求項３までの何れか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記発電制御部は、前記発電電圧の上限値を前記物理量に統一する第２制御用統一部を備え、
前記優先指示部は、前記第２制御用統一部によって統一された制限値と、前記選択部によって選択された制限値とが衝突する場合、前記第１及び第２制御が衝突すると判定する
請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記物理量は、電流である
請求項４又は請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
燃料電池による発電を制御する方法であって、
発電電力が上限値を超えることを回避する電力制御、発電電圧が下限値を下回ることを回避する電圧制御、及び発電電流が上限値を超えることを回避する電流制御の少なくとも１つを、発電電圧が上限値を超えることよりも優先する
燃料電池の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池による発電を制御するために、複数のＥＣＵを搭載する構成が知られている。これら複数のＥＣＵはそれぞれ、自身に分担された制御を実行するために、各種物理量の目標範囲を決定する（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１３９９７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記先行技術の場合、各ＥＣＵによって決定された目標範囲が両立せずに、制御同士が衝突する場合について充分に考慮されていなかった。このような課題は、複数のＥＣＵが分担して制御を実行する場合に限られず、それらの制御を１つのＥＣＵに集約した場合にも共通であった。本発明は、上記に鑑み、燃料電池の制御において各種物理量についての制御同士が衝突する場合の制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためのものであり、以下の形態として実現できる。
【０００６】
（１）本発明の一形態によれば、燃料電池によって発電する燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは；発電電力が上限値を超えることを回避する電力制御、発電電圧が下限値を下回ることを回避する電圧制御、及び発電電流が上限値を超えることを回避する電流制御の少なくとも１つを実行する第１制御、並びに発電電圧が上限値を超えることを回避する第２制御を実行する発電制御部と；前記第１及び第２制御が衝突する場合、前記第１制御を前記第２制御よりも優先させることを前記発電制御部に指示する優先指示部と、を備える。この形態によれば、第１及び第２制御が衝突する場合に、複雑な調停などを実行しなくても、制御内容を決定できる。さらに、第１制御を第２制御よりも優先させることによって、より回避すべき状況を回避できる。
【０００７】
（２）上記形態において、前記発電制御部は、さらに、アノードとカソードとの少なくとも一方についてストイキ比が所定値を下回ることを回避する第３制御を実行し；前記優先指示部は、前記第２及び第３制御が衝突する場合、前記発電制御部に前記第２制御を前記第３制御よりも優先させることを指示してもよい。この形態によれば、第２及び第３制御が衝突する場合に、複雑な調停などを実行しなくても、制御内容を決定できる。
【０００８】
（３）上記形態において、互いに通信する複数の制御装置を備え；前記複数の制御装置は、前記電力制御と、前記電圧制御と、前記電流制御と、前記第２制御と、前記指示とを分担して実行してもよい。この形態によれば、複数の制御装置が分担して制御する場合に、上記形態を適用できる。
【０００９】
（４）上記形態において、前記発電制御部は、前記電力制御と前記電圧制御と前記電流制御との少なくとも２つを前記第１制御として実行し；前記発電制御部は、前記発電電力の上限値と前記発電電圧の下限値と前記発電電流の上限値とのうち前記第１制御に用いるものを、同一の物理量に統一する第１制御用統一部と、前記統一後の値のうち前記第１制御を実現する値を、前記第１制御における制限値として選択する選択部とを備えてもよい。この形態によれば、第１制御を容易に実現できる。
【００１０】
（５）上記形態において、前記発電制御部は、前記発電電圧の上限値を前記物理量に統一する第２制御用統一部を備え；前記優先指示部は、前記第２制御用統一部によって統一された制限値と、前記選択部によって選択された制限値とが衝突する場合、前記第１及び第２制御が衝突すると判定してもよい。この形態によれば、第１及び第２制御が衝突することが容易に判定できる。
【００１１】
（６）上記形態において、前記物理量は、電流でもよい。この形態によれば、第１及び第２制御が衝突することが容易に判定できる。
【００１２】
本発明は、上記以外の種々の形態で実現できる。例えば、燃料電池の制御方法や、この方法を実現する制御装置、この方法を実現するためのコンピュータプログラム、このコンピュータプログラムを記憶した一時的でない記憶媒体等の形態で実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】燃料電池システムの構成を示す概略図。
【図２】燃料電池システムの電気的構成を示す概略図。
【図３】発電制御処理を示すフローチャート。
【図４】電流−電圧特性を示すグラフ。
【図５】上記グラフの拡大図。
【図６】上限電流値決定処理を示すフローチャート。
【図７】目標電流値補正処理を示すフローチャート。
【図８】優先規則の適用についてのテーブル。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、燃料電池システム１００の構成を示す概略図である。燃料電池システム１００は、燃料電池１０と、制御部２０と、カソードガス供給部３０と、カソードガス排出部４０と、アノードガス供給部５０と、アノードガス循環排出部６０と、冷媒供給部７０とを備える。
【００１５】
燃料電池１０は、反応ガスとして水素（アノードガス）と空気（カソードガス）との供給を受けて発電する固体高分子形燃料電池である。燃料電池１０は、複数（例えば４００）のセル１１が積層されたスタック構造を有する。各セル１１は、電解質膜の両面に電極を配置した発電体である膜電極接合体と、膜電極接合体を狭持する２枚のセパレータとを有する。
【００１６】
電解質膜は、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示す固体高分子薄膜によって構成される。電極は、カーボンによって構成される。電極の電解質膜側の面には、発電反応を促進させるための白金触媒が担持されている。各セル１１には、反応ガスや冷媒のためのマニホールド（図示せず）が設けられている。マニホールドの反応ガスは、各セル１１に設けられたガス流路を介して、各セル１１の発電領域に供給される。
【００１７】
制御部２０は、負荷２００からの発電要求を受け、その要求に応じて、以下に説明する燃料電池システム１００の各構成部を制御し、燃料電池１０による発電を実現する。
【００１８】
カソードガス供給部３０は、カソードガス配管３１と、エアコンプレッサ３２と、開閉弁３４とを備える。カソードガス配管３１は、燃料電池１０のカソード側に接続された配管である。エアコンプレッサ３２は、カソードガス配管３１を介して燃料電池１０と接続されており、外気を取り込んで圧縮した空気を、カソードガスとして燃料電池１０に供給する。制御部２０は、エアコンプレッサ３２を駆動することにより、燃料電池１０に対する空気の供給量を、負荷２００への電力供給と関連付けて、或いは、電力供給とは別に制御する。
【００１９】
開閉弁３４は、エアコンプレッサ３２と燃料電池１０との間に設けられており、カソードガス配管３１における供給空気の流れに応じて開閉する。具体的には、開閉弁３４は、通常、閉じた状態であり、エアコンプレッサ３２から所定の圧力を有する空気がカソードガス配管３１に供給されたときに開く。
【００２０】
カソードガス排出部４０は、カソード排ガス配管４１と、調圧弁４３とを備える。カソード排ガス配管４１は、燃料電池１０のカソード側に接続された配管であり、カソード排ガスを燃料電池システム１００の外部へと排出する。調圧弁４３は、カソード排ガス配管４１におけるカソード排ガスの圧力（燃料電池１０の背圧）を調整する。
【００２１】
アノードガス供給部５０は、アノードガス配管５１と、水素タンク５２と、開閉弁５３と、レギュレータ５４と、インジェクタ５５とを備える。水素タンク５２は、アノードガス配管５１を介して燃料電池１０のアノードと接続されており、タンク内に充填された水素を燃料電池１０に供給する。
【００２２】
開閉弁５３、レギュレータ５４、インジェクタ５５は、アノードガス配管５１に、この順序で上流側（つまり水素タンク５２に近い側）から設けられている。開閉弁５３は、制御部２０からの指令により開閉し、水素タンク５２からインジェクタ５５の上流側への水素の流入を制御する。レギュレータ５４は、インジェクタ５５の上流側における水素の圧力を調整するための減圧弁である。
【００２３】
インジェクタ５５は、制御部２０によって設定された駆動周期や開弁時間に応じて、弁体が電磁的に駆動する電磁駆動式の開閉弁である。制御部２０は、インジェクタ５５の駆動周期や開弁時間を制御することによって、燃料電池１０に供給される水素の量を制御する。
【００２４】
アノードガス循環排出部６０は、アノード排ガス配管６１と、気液分離部６２と、アノードガス循環配管６３と、水素循環用ポンプ６４と、アノード排水配管６５と、排水弁６６とを備える。アノード排ガス配管６１は、燃料電池１０のアノードの出口と気液分離部６２とを接続する配管であり、発電反応に用いられることのなかった未反応ガス（水素や窒素など）を含むアノード排ガスを気液分離部６２へと誘導する。
【００２５】
気液分離部６２は、アノードガス循環配管６３と、アノード排水配管６５とに接続されている。気液分離部６２は、アノード排ガスに含まれる気体成分と水分とを分離し、気体成分については、アノードガス循環配管６３へと誘導し、水分についてはアノード排水配管６５へと誘導する。
【００２６】
アノードガス循環配管６３は、アノードガス配管５１のインジェクタ５５より下流に接続されている。アノードガス循環配管６３には、水素循環用ポンプ６４が設けられており、この水素循環用ポンプ６４によって、気液分離部６２において分離された気体成分に含まれる水素は、アノードガス配管５１へと送り出される。このように、この燃料電池システム１００では、アノード排ガスに含まれる水素を循環させて、再び燃料電池１０に供給することにより、水素の利用効率を向上させている。
【００２７】
アノード排水配管６５は、気液分離部６２において分離された水分を燃料電池システム１００の外部へと排出するための配管である。排水弁６６は、アノード排水配管６５に設けられており、制御部２０からの指令に応じて開閉する。制御部２０は、燃料電池システム１００の運転中は、通常、排水弁６６を閉じておき、予め設定された所定の排水タイミングや、アノード排ガス中の不活性ガスの排出タイミングで排水弁６６を開く。
【００２８】
冷媒供給部７０は、冷媒用配管７１と、ラジエータ７２と、冷媒循環用ポンプ７３とを備える。冷媒用配管７１は、燃料電池１０に設けられた冷媒用の入口マニホールドと出口マニホールドとを連結する配管であり、燃料電池１０を冷却するための冷媒を循環させる。ラジエータ７２は、冷媒用配管７１に設けられており、冷媒用配管７１を流れる冷媒と外気との間で熱交換させることにより、冷媒を冷却する。
【００２９】
冷媒循環用ポンプ７３は、冷媒用配管７１において、ラジエータ７２より下流側（燃料電池１０の冷媒入口側）に設けられており、ラジエータ７２において冷却された冷媒を燃料電池１０に送り出す。
【００３０】
図２は、燃料電池システム１００の電気的構成を示す概略図である。燃料電池システム１００は、先述した制御部２０等に加え、二次電池８１と、ＦＤＣ８２と、ＤＣ／ＡＣインバータ８３と、ＢＤＣ８５と、セル電圧計測部９１と、電流計測部９２とを備える。制御部２０は、燃料電池ＥＣＵ２１と、ＦＤＣ−ＥＣＵ２２と、電力制御ＥＣＵ２３とを備える。燃料電池ＥＣＵ２１、ＦＤＣ−ＥＣＵ２２及び電力制御ＥＣＵ２３は互いに、バスを介し、ＣＡＮ等の通信プロトコルに従い通信する。
【００３１】
セル電圧計測部９１は、燃料電池１０の各セル１１と接続されており、各セル１１の電圧（セル電圧）を計測する。セル電圧計測部９１は、その計測結果を燃料電池ＥＣＵ２１に送信する。電流計測部９２は、燃料電池１０による発電電流の値を計測し、燃料電池ＥＣＵ２１及びＦＤＣ−ＥＣＵ２２に送信する。
【００３２】
電力制御ＥＣＵ２３は、負荷２００から要求電力値を取得し、燃料電池１０の運転に反映させる。燃料電池ＥＣＵ２１は、要求電力値と、セル電圧と、発電電流とに基づき、アノードガス及びカソードガスを制御する。具体的には、開閉弁５３、水素循環用ポンプ６４、排水弁６６等の動作を制御することでアノードガスの流量等を制御し、エアコンプレッサ３２の回転数などを制御することでカソードガスの流量等を制御する。
【００３３】
ＦＤＣ８２及びＢＤＣ８５は、ＤＣ／ＤＣコンバータである。ＦＤＣ８２は、ＦＤＣ−ＥＣＵ２２の制御に基づき、燃料電池１０による発電電流と発電電圧とを制御すると共に、発電電圧を変圧してＤＣ／ＡＣインバータ８３に供給する。さらに、ＦＤＣ８２は、発電電圧を測定してＦＤＣ−ＥＣＵ２２に送信する。ＢＤＣ８５は、制御部２０に含まれる他のＥＣＵ（図示無し）の制御に基づき二次電池８１の充放電を制御する。二次電池８１は、リチウムイオン電池で構成され、燃料電池１０の補助電源として機能する。
【００３４】
ＤＣ／ＡＣインバータ８３は、燃料電池１０と負荷２００とに接続されている。ＤＣ／ＡＣインバータ８３は、燃料電池１０と二次電池８１とから得られた直流電力を交流電力へと変換し、負荷２００に供給する。負荷２００において発生した回生電力は、ＤＣ／ＡＣインバータ８３によって直流電流に変換され、ＢＤＣ８５によって二次電池８１に充電される。
【００３５】
図３は、発電制御処理を示すフローチャートである。発電制御処理は、燃料電池ＥＣＵ２１とＦＤＣ−ＥＣＵ２２と電力制御ＥＣＵ２３とが協調して実行する処理であり、燃料電池１０による発電中、繰り返し実行される。図３と、後述する図６，図７とにおいては、上記３つのＥＣＵが分担して実行する各ステップが、一連のフローチャートとして示されている。
【００３６】
まず、電力制御ＥＣＵ２３が、負荷２００からの要求電力に基づき目標電力値Ｐtgtを決定する（ステップＳ３００）。次に、燃料電池ＥＣＵ２１が、目標電力値Ｐtgtに基づき目標電流値Ｉtgtを決定する（ステップＳ４００）。
【００３７】
図４は、燃料電池１０の電流−電圧特性を示すグラフである。つまり、このグラフは、１つのセル１１の電流−電圧特性を示すグラフの縦軸と横軸とに、燃料電池１０に含まれるセル１１の数を乗算したものに相当する。図５は、図４に示された領域５の拡大図である。電力（Ｗ）は、電流（Ａ）と電圧（Ｖ）との積として算出される。ステップＳ４００では、電流−電圧特性を示す曲線（以下「特性曲線」という）と、Ｖ＝Ｐtgt／Ｉとの交点（図示無し）における電流値を、目標電流値Ｉtgtとして決定する。
【００３８】
続いて、上限電流値決定処理を実行する（ステップＳ５００）。図６は、上限電流値決定処理を示すフローチャートである。まず、電力制御ＥＣＵ２３が、上限電力値Ｐmaxに基づき、第１上限電流値を決定する（ステップＳ５１０）。上限電力値Ｐmaxは、電力制御ＥＣＵ２３によって決定される変数である。上限電力値Ｐmaxの決定は、例えば、二次電池８１の保護を目的として実行される。二次電池８１は、大電力で充電されたり、過剰に充電されたりすると、劣化することがある。
【００３９】
ステップＳ５１０では、下記式（４）によって第１上限電流値Ｉmax1を決定する。下記のＰjは電力の実測値、Ｖjは電圧の実測値、Ｉtgtoldは直近の目標電流値を示す。
ΔＰ＝Ｐj−Ｐmax…（１）
ΔＩ＝−ΔＰ／Ｖj…（２）
Ｉmax1=Ｉtgtold＋ΔＩ…（３）
∴Ｉmax1=Ｉtgtold-｛(Ｐj-Ｐmax)/Ｖj｝…（４）
【００４０】
続いて、ＦＤＣ−ＥＣＵ２２が、下限電圧値Ｖminに基づき第２上限電流値を決定する（ステップＳ５２０）。下限電圧値Ｖminは、セル電圧の下限値を示す値であり、燃料電池ＥＣＵ２１によって決定される変数である。下限電圧値Ｖminの決定は、例えば、燃料電池１０の保護、及び発電効率の低下を防止することを目的として実行される。セル電圧が低過ぎると、燃料電池１０の温度が高くなり過ぎる場合がある。また、セル電圧が低過ぎると、セル電圧の降下に伴い発電電力が低下する作動領域に入り、発電効率が低下する場合がある。ステップＳ５２０では、下記式（８）によって第２上限電流値Ｉmax2を決定する。下記のＧ1は正のゲインを示す。
ΔＶ＝Ｖmin−Ｖj…（５）
ΔＩ＝−ΔＶ×Ｇ1…（６）
Ｉmax2=Ｉtgtold＋ΔＩ…（７）
∴Ｉmax2=Ｉtgtold−｛(Ｖmin−Ｖj)×Ｇ｝…（８）
【００４１】
次に、ＦＤＣ−ＥＣＵ２２が、定格電流Ｉｒを第３上限電流値Ｉmax3として取得する（ステップＳ５３０）。定格電流Ｉｒは、電流が流れる各部品を保護するために予め定められた固定値（例えば５００Ａ）であり、ＦＤＣ−ＥＣＵ２２に記憶されている。
【００４２】
続いて、ＦＤＣ−ＥＣＵ２２が、第１，第２，第３上限電流値Ｉmax1,Ｉmax2,Ｉmax3の中での最小値を、優先上限電流値ＩmaxAとして決定する（ステップＳ５４０）。電流値を優先上限電流値ＩmaxA以下に制御すれば、第１，第２及び第３上限電流値による制限は全て満たされる。つまり、発電電力が上限電力値Ｐmaxを超えないこと、発電電圧が下限電圧値Ｖminを下回らないこと、及び発電電流が定格電流Ｉｒを上回らないことを全て満たすことができる。
【００４３】
次に、燃料電池ＥＣＵ２１が、ストイキ比に基づき非優先上限電流値ＩmaxBを決定し（ステップＳ５５０）、上限電流値決定処理を終える。非優先上限電流値ＩmaxBは、燃料電池ＥＣＵ２１によって決定される変数である。発電電流が大きくなると、アノードガス及びカソードガスの必要な流量が増大する。しかし、アノードガス及びカソードガスの流量には上限がある。よって、発電電流が大きくなり過ぎると、ストイキ比が正常範囲を下回ってしまう。ステップＳ５５０では、このような事態を回避するため、ストイキ比が小さくなり過ぎないように、発電電流の上限値を決定する。この上限値は、図５に電流値Ｉｓとして示されている。
【００４４】
続いて、図３に示すように、ＦＤＣ−ＥＣＵ２２が、上限電圧値Ｖmaxに基づき下限電流値Ｉminを決定する（ステップＳ６００）。具体的には、次の（式）１２によって下限電流値Ｉminを決定する。上限電圧値Ｖmaxは、燃料電池ＥＣＵ２１によって決定される変数であり、例えば、セル１１の劣化を抑制するための値が採用される。下記のＧ2は正のゲインを示す。なお、Ｇ2は、G1と同じでも異なっていてもよい。
ΔＶ＝Ｖj−Ｖmax…（９）
ΔＩ＝ΔＶ×Ｇ2…（１０）
Ｉmin=Ｉtgtold＋ΔＩ…（１１）
∴Ｉmin=Ｉtgtold＋｛(Ｖj−Ｖmax)×Ｇ2｝…（１２）
【００４５】
次に、ＦＤＣ−ＥＣＵ２２が、目標電流値補正処理を実行する（ステップＳ７００）。図７は、目標電流値補正処理を示すフローチャートである。まず、目標電流値Ｉtgtが非優先上限電流値ＩmaxB以下であるかを判定する（ステップＳ７１０）。目標電流値Ｉtgtが非優先上限電流値ＩmaxBを超える場合（ステップＳ７１０、ＮＯ）、目標電流値Ｉtgtを、非優先上限電流値ＩmaxBと一致させるように補正する（ステップＳ７２０）。一方、目標電流値Ｉtgtが非優先上限電流値ＩmaxB以下である場合（ステップＳ７１０、ＹＥＳ）、ステップＳ７２０をスキップする。
【００４６】
続いて、目標電流値Ｉtgtが下限電流値Ｉmin以上であるかを判定する（ステップＳ７３０）。目標電流値Ｉtgtが下限電流値Ｉmin未満である場合（ステップＳ７３０、ＮＯ）、目標電流値Ｉtgtを、下限電流値Ｉminと一致させるように補正する（ステップＳ７４０）。一方、目標電流値Ｉtgtが下限電流値Ｉmin以上である場合（ステップＳ７３０、ＹＥＳ）、ステップＳ７４０をスキップする。
【００４７】
次に、目標電流値Ｉtgtが優先上限電流値ＩmaxA以下であるかを判定する（ステップＳ７５０）。目標電流値Ｉtgtが優先上限電流値ＩmaxAを超える場合（ステップＳ７５０、ＮＯ）、目標電流値Ｉtgtを、優先上限電流値ＩmaxAに一致させるように補正し（ステップＳ７６０）、目標電流値補正処理を終える。一方、目標電流値Ｉtgtが優先上限電流値ＩmaxA以下である場合（ステップＳ７５０、ＹＥＳ）、ステップＳ７６０をスキップして、目標電流値補正処理を終える。
【００４８】
最後に、図３に示すように、ＦＤＣ−ＥＣＵ２２がＦＤＣ８２を制御して、発電電流を目標電流値Ｉtgtに近づける（ステップＳ８００）。つまり、ステップＳ８００の段階における目標電流値Ｉtgtと、目標電流値Ｉtgtに対応する電圧値とを、燃料電池１０の作動点として採用する。
【００４９】
上記の発電制御処理によれば、発電電力と、発電電圧と、発電電流との制限について複雑な調停などをせずに、制御内容を決定できる。このように簡易に決定できるのは、制限値（上限値および下限値）を電流に統一して比較すること、さらには、制限値が衝突した場合に優先規則を適用するからである。この優先規則とは、目標電流値補正処理（図７）によって実現される内容を意味する。具体的には、最も優先されるのが優先上限電流値ＩmaxAを超えないこと（ステップＳ７５０，Ｓ７６０）、次に優先されるのが下限電流値Ｉminを下回らないこと（ステップＳ７３０，Ｓ７４０）、この２つの条件に劣後するのが非優先上限電流値ＩmaxBを超えないこと（ステップＳ７１０，Ｓ７２０）である。
【００５０】
例えば、特性曲線とＶ＝Ｐmax／Ｉ（図４，図５）との交点における電流値Ｉｐが優先上限電流値ＩmaxAと一致していること、特性曲線とＶ＝Ｖmaxとの交点における電流値Ｉvmaxが下限電流値Ｉminと一致していること、及び電流値Ｉｐが下限電流値Ｉminよりも大きいことを仮定する。この場合、発電電流が電流値Ｉvmax以上電流値Ｉｐ以下の範囲に収まるように制御されれば、優先上限電流値ＩmaxA、非優先上限電流値ＩmaxB、下限電流値Ｉminそれぞれについての要請を全て満たした制御が可能である。例えば目標電力値Ｐtgtに基づく目標電流値Ｉtgt（以下「当初目標電流値」という）が電流値Ｉvmax以上電流値Ｉｐ以下の範囲内であれば、当初電流目標値をそのまま目標電流値Ｉtgtとして決定することで、上記要請が全て満たされ、且つ要求電力値も満たされる。一方、当初目標電流値が電流値Ｉvmax未満であれば目標電流値Ｉtgtを電流値Ｉvmaxに一致させる補正をし、当初目標電流値が電流値Ｉｐを超えていれば目標電流値Ｉtgtを電流値Ｉｐに一致させる補正をすれば、上記要請が全て満たされる。つまり、このような場合については、制御同士の衝突が発生しないので、上記の優先規則は適用されない。そこで、どのような場合に優先規則が適用されるのかについて説明する。
【００５１】
図８は、優先規則の適用について説明するためのテーブルを示す。最小値、中間値および最大値は、発電制御処理において決定される優先上限電流値ＩmaxAと、非優先上限電流値ＩmaxBと、下限電流値Ｉminとの大小関係を示しており、図８に示された(a)〜(f)の６通りが考えられる。なお、中間値とは、最小値と最大値との平均値に限られず、最小値以上かつ最大値以下の範囲に属する値のことを意味する。
【００５２】
図８に示された下限値および上限値は、ステップＳ８００において目標電流値Ｉtgtが取り得る範囲を示す。図８に示された「適用された優先規則」とは、上記の大小関係から、下限値および上限値を決定する際に適用された優先規則を示している。
【００５３】
図８(a)は、図４，図５と共に例示した場合に該当する。この場合は、先述したように目標電流値Ｉtgtを下限電流値Ｉmin以上、優先上限電流値ＩmaxA以下に設定すればよいので、優先規則は適用されない。
【００５４】
図８(b)の場合も、目標電流値Ｉtgtを、下限電流値Ｉmin以上、非優先上限電流値ＩmaxB以下に設定すればよいので、優先規則は適用されない。
【００５５】
図８(c)の場合、下限電流値Ｉminが非優先上限電流値ＩmaxBよりも大きいので、この２つの要請は、両立させることはできず衝突する。そこで、目標電流値Ｉtgtを非優先上限電流値ＩmaxB以下に設定するという要請は、下限電流値Ｉmin以上に設定するという要請よりも優先度が低いので無視する。この結果、目標電流値Ｉtgtは、下限電流値Ｉmin以上、優先上限電流値ＩmaxA以下に設定される。
【００５６】
図８(d),(e)の場合、優先上限電流値ＩmaxAが下限電流値Ｉminよりも小さいので、この２つの要請は、両立させることはできず衝突する。そこで、目標電流値Ｉtgtを下限電流値Ｉmin以上に設定するという要請は、優先上限電流値ＩmaxA以下に設定するという要請よりも優先度が低いので無視する。但し、できるだけ目標電流値Ｉtgtを下限電流値Ｉminに近づけるために、目標電流値Ｉtgtを優先上限電流値ＩmaxAに一致させる。なお、図８(d),(e)の場合、目標電流値Ｉtgtを非優先上限電流値ＩmaxB以下に設定するという要請は満たされる。
【００５７】
図８(f)の場合、優先上限電流値ＩmaxAが下限電流値Ｉminよりも小さいので、目標電流値Ｉtgtを下限電流値Ｉmin以上に設定するという要請は無視して、目標電流値Ｉtgtを優先上限電流値ＩmaxA以下に設定する。一方で、下限電流値Ｉminが非優先上限電流値ＩmaxBよりも大きいので、目標電流値Ｉtgtを非優先上限電流値ＩmaxB以下に設定するという要請は無視して、目標電流値Ｉtgtをできるだけ大きな値に設定する。これらを総合して、目標電流値Ｉtgtを優先上限電流値ＩmaxAに一致させる。
【００５８】
目標電流値Ｉtgtを、図８(a)〜(f)として説明した下限値以上、上限値以下の範囲に設定することは、先述した目標電流値補正処理（図７）を実行することによって実現される。
【００５９】
以上に説明した実施形態によれば、優先上限電流値ＩmaxA、非優先上限電流値ＩmaxB、下限電流値Ｉminそれぞれについての要請を全て満たすことができない状況においても、応答性を悪化させることなく、適切な制御が可能となる。
【００６０】
本発明は、本明細書の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現できる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、先述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、先述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことができる。その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除できる。例えば、以下のものが例示される。
【００６１】
発電制御処理の分担は、どのように変更してもよい。発電制御処理の分担とは、発電制御処理の各ステップを、どのＥＣＵが実行するかの割り振りのことである。
【００６２】
発電制御処理の各ステップを実行する制御装置の数は、どのように変更してもよい。例えば、１つのＥＣＵが全てのステップを実行してもよいし、２つのＥＣＵ或いは４つ以上のＥＣＵが協調して実行してもよい。
【００６３】
上限電力値と下限電圧値と定格電流値との何れか１つ又は２つを考慮せずに、優先上限電流値を決定してもよい。或いは、所定値以上のストイキ比を確保するための電流値を、優先上限電流値の決定に加味してもよい。
【００６４】
非優先上限電流値を決定しなくてもよい。つまり、目標電流値の上限値は、所定値以上のストイキ比が確保できない値でもよい。
【００６５】
優先上限電流値、非優先上限電流値、下限電流値の決定に、他のパラメータを考慮してもよい。例えば、冷却水による冷却では燃料電池の温度上昇が抑制できない場合、発電電流を制限するために、燃料電池の温度を非優先上限電流値の決定に加味してもよい。
【００６６】
制限値を統一するための物理量は、電流でなくてもよい。例えば、電圧でも電力でもよい。
【００６７】
制限値は、同一の物理量に統一しなくてもよい。例えば、テーブルを利用する手法を用いてもよい。つまり、各種制限値と目標電力値とを代入すれば、補正後の目標電力値が出力されるテーブルを予め作成し、ＦＤＣ−ＥＣＵ２２に記憶させておけば、物理量の統一は不要になる。
【００６８】
２つの制御が衝突する場合、優先度が低い方の制御を無視するのではなく、妥協点を利用した制御を実行してもよい。例えば、優先上限電流値ＩmaxAが下限電流値Ｉminよりも小さい場合、目標電流値をＩmaxA以上Ｉmin以下の値に設定してもよい。この場合、優先度に応じた重み付けを実施してもよい。つまり、目標電流値を、優先度が低いＩminよりも、優先度が高いＩmaxAに近い値に設定してもよい。
【００６９】
優先規則の内容を変更してもよい。例えば、下限電流値を最も優先してもよい。或いは、所定値以上のストイキ比を確保するための上限電流値を、下限電流値よりも優先してもよい。
【００７０】
変数として説明した各種制限値（例えば、上限電力値、下限電圧値）は、予め決定された固定値でもよい。
【００７１】
Ｖ＝Ｐmax／Ｉの曲線と、特性曲線との交点における電流値を、第１上限電流値として決定してもよい。
Ｖ＝Ｖminと、特性曲線との交点における電流値を、第２上限電流値として決定してもよい。
Ｖ＝Ｖmaxと、特性曲線との交点における電流値を、下限電流値として決定してもよい。
【００７２】
対象となる燃料電池は、自動車用でなくてもよく、他の輸送用機器（二輪車、電車など）に搭載されるものや、据え置きのものでもよい。
【符号の説明】
【００７３】
１０…燃料電池
１１…発電体
２０…制御部
２１…燃料電池ＥＣＵ
２２…ＦＤＣ−ＥＣＵ
２３…電力制御ＥＣＵ
３０…カソードガス供給部
３１…カソードガス配管
３２…エアコンプレッサ
３４…開閉弁
４０…カソードガス排出部
４１…カソード排ガス配管
４３…調圧弁
５０…アノードガス供給部
５１…アノードガス配管
５２…水素タンク
５３…開閉弁
５４…レギュレータ
５５…インジェクタ
６０…アノードガス循環排出部
６１…アノード排ガス配管
６２…気液分離部
６３…アノードガス循環配管
６４…水素循環用ポンプ
６５…アノード排水配管
６６…排水弁
７０…冷媒供給部
７１…冷媒用配管
７２…ラジエータ
７３…冷媒循環用ポンプ
８１…二次電池
８２…ＦＤＣ
８５…ＢＤＣ
９１…セル電圧計測部
９２…電流計測部
１００…燃料電池システム
２００…負荷
【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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