(57)【要約】【課題】第１及び第２電圧変換装置を適切に制御し、より一層システム効率を向上させることを可能とする燃料電池システムの制御方法及び燃料電池自動車を提供する。【解決手段】ＦＣ電圧ＶｆｃとＢＡＴ電圧Ｖｂａｔとの電圧差｜Ｖｄｉｆ｜が所定範囲内｜Ｖｄｉｆ｜＜Ｖｔｈであって小さいときにはＳＵＣ２１（第１電圧変換装置）及びＳＵＤＣ２２（第２電圧変換装置）の直結を行うので、ＳＵＣ２１及びＳＵＤＣ２２の電圧変換損失が低減され、システム全体の効率を向上させることができる。【選択図】図５
2016095911.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池電圧を出力する燃料電池と、
蓄電装置電圧を出力する蓄電装置と、
インバータと前記インバータを通じて駆動されるモータとからなる負荷と、
前記燃料電池の前記燃料電池電圧を電圧変換し負荷端電圧として前記インバータの直流端側に印加する第１電圧変換装置と、
前記蓄電装置の前記蓄電装置電圧を電圧変換し前記負荷端電圧として前記インバータの前記直流端側に印加する第２電圧変換装置と、
を備える燃料電池システムの制御方法において、
前記燃料電池電圧及び前記蓄電装置電圧の電圧差を把握する電圧差把握工程と、
前記電圧差が前記第１及び第２電圧変換装置の電圧変換動作を停止可能な所定範囲内にある場合に、前記第１及び第２電圧変換装置の電圧変換動作を停止して、前記燃料電池及び前記蓄電装置を前記負荷に直結する電圧変換停止工程と、
を有することを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムの制御方法において、
前記燃料電池に対する発電電力指令値と実発電電力との差を発電電力乖離幅として把握する発電電力乖離幅把握工程をさらに有し、
前記電圧変換停止工程の開始後に、前記発電電力乖離幅が所定幅以上となった場合には、前記電圧変換停止工程を終了し、前記第１及び第２電圧変換装置の少なくとも一方の電圧変換動作を実行させる
ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の燃料電池システムの制御方法において、
前記電圧変換停止工程の開始を判定する電圧差の所定範囲は、前記蓄電装置の温度が低いほど小さくする
ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システムの制御方法において、
前記電圧変換停止工程の開始を判定する電圧差の所定範囲を、前記蓄電装置の許容充放電電力範囲が小さくなるほど小さくする
ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか１項に記載の燃料電池システムの制御方法において、
前記電圧変換停止工程を終了する際に、前記第１電圧変換装置の電圧変換動作を前記第２電圧変換装置の電圧変換動作に先立って再開する
ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池システムの制御方法において、
前記電圧変換停止工程を終了した後、前記蓄電装置の目標ＳＯＣを高くする
ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池システムの制御方法において、
前記電圧変換停止工程を終了した後、前記蓄電装置への充電量を増加させる
ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料電池システムの制御方法において、
前記燃料電池電圧及び前記蓄電装置電圧の前記電圧差が前記第１及び第２電圧変換装置の電圧変換動作を停止可能な所定範囲内にある場合に、前記第１及び第２電圧変換装置の電圧変換動作を停止して、前記燃料電池及び前記蓄電装置を前記負荷に直結する電圧変換停止工程では、
前記電圧差が前記第１及び第２電圧変換装置の電圧変換動作を停止可能な所定範囲に近づいたとき、
第１手法として、前記蓄電装置の目標ＳＯＣを可変して前記蓄電装置電圧を増減し、前記蓄電装置電圧と前記燃料電池電圧との前記電圧差を前記所定範囲内にさせる、
第２手法として、前記燃料電池の目標膜含水率を可変して前記燃料電池電圧を増減し、前記燃料電池電圧と前記蓄電装置電圧との前記電圧差を前記所定範囲内にさせる、
第３手法として、前記燃料電池の目標ストイキ比を可変して前記燃料電池電圧を増減し、前記燃料電池電圧と前記蓄電装置電圧との前記電圧差を前記所定範囲内にさせる、
のうち、少なくとも一手法にて前記蓄電装置電圧と前記燃料電池電圧との前記電圧差を前記所定範囲内まで狭めて、前記第１及び第２電圧変換装置の前記電圧変換動作を停止させる
ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項９】
請求項８に記載の燃料電池システムの制御方法において、
前記蓄電装置電圧と前記燃料電池電圧との前記電圧差を前記所定範囲まで狭める前記第１、第２、及び第３の手法の適用優先順位は、第１、第２、及び第３の手法の順とする
ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の燃料電池システムの制御方法を実施する燃料電池自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池及び蓄電装置からモータ等の負荷に電力を供給する燃料電池システムの制御方法、及び前記制御方法が実施される燃料電池自動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば特許文献１の図１に示されるように、モータと該モータを駆動するインバータとを含む負荷の前記インバータと燃料電池の出力端との間、及び前記インバータと蓄電装置の入出力端との間、にそれぞれ昇圧コンバータを設け、前記負荷（インバータと該インバータによる駆動されるモータ）を駆動するようにした燃料電池システムを搭載する燃料電池自動車が知られている。
【０００３】
特許文献１に係る技術では、前記負荷に所定の駆動力を発揮させるために該負荷に供給される電力の電圧であるモータ必要電圧と燃料電池の燃料電池電圧（発電電圧、出力電圧）との相関関係に基づいて、燃料電池電圧がモータ必要電圧より高い場合には、燃料電池側の昇圧コンバータによる電圧昇圧を行わないで直結させ、燃料電池側の昇圧コンバータのスイッチング損失を抑制するようにしている（特許文献１の［００１１］、［００１２］）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００９／０８４６５０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】
【０００５】
ところで、燃料電池とインバータとの間及び蓄電装置と前記インバータとの間にそれぞれ配される２つのコンバータ（第１及び第２電圧変換装置）を有する燃料電池システムでは、常に、システム効率を向上させることが望まれている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１には、前記燃料電池側のコンバータのスイッチング損失を抑制する技術については開示されているが、前記蓄電装置側のコンバータのスイッチング損失を低減する技術については開示されていなく、改良の余地がある。
【０００７】
この発明は、このような課題を考慮してなされたものであって、第１及び第２電圧変換装置を適切に制御し、より一層システム効率を向上させることを可能とする燃料電池システムの制御方法及び燃料電池自動車を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る燃料電池システムの制御方法は、燃料電池電圧を出力する燃料電池と、蓄電装置電圧を出力する蓄電装置と、インバータと前記インバータを通じて駆動されるモータとからなる負荷と、前記燃料電池の前記燃料電池電圧を電圧変換し負荷端電圧として前記インバータの直流端側に印加する第１電圧変換装置と、前記蓄電装置の前記蓄電装置電圧を電圧変換し前記負荷端電圧として前記インバータの前記直流端側に印加する第２電圧変換装置と、を備える燃料電池システムの制御方法において、前記燃料電池電圧及び前記蓄電装置電圧の電圧差を把握する電圧差把握工程と、前記電圧差が前記第１及び第２電圧変換装置の電圧変換動作を停止可能な所定範囲内にある場合に、前記第１及び第２電圧変換装置の電圧変換動作を停止して、前記燃料電池及び前記蓄電装置を前記負荷に直結する電圧変換停止工程と、を有する。
【０００９】
この発明によれば、燃料電池電圧と蓄電装置電圧との電圧差が所定範囲内であって小さいときには第１及び第２電圧変換装置の直結を行うので、第１及び第２電圧変換装置の電圧変換損失が低減され、システム全体の効率を向上させることができる。
【００１０】
この場合、前記燃料電池に対する発電電力指令値と実発電電力との差を発電電力乖離幅として把握する発電電力乖離幅把握工程をさらに有し、前記電圧変換停止工程の開始後に、前記発電電力乖離幅が所定幅以上となった場合には、前記電圧変換停止工程を終了し、前記第１及び第２電圧変換装置の少なくとも一方の電圧変換動作を実行させることが好ましい。
【００１１】
この発明によれば、燃料電池の制御性が悪化していることを検知して直結を解除するので、狙いの発電電力が得られず商品性が悪化してしまうことを抑制することができる。
【００１２】
なお、前記電圧変換停止工程の開始を判定する電圧差の所定範囲は、前記蓄電装置の温度が低いほど小さくすることが好ましい。また、前記電圧変換停止工程の開始を判定する電圧差の所定範囲を、前記蓄電装置の許容充放電電力範囲が小さくなるほど小さくしてもよい。
【００１３】
このように、蓄電装置のアシストが可能か否かを考慮して直結判定するので直結により狙いの制御性が得られずに商品性が悪化してしまうことを防止することができる。
【００１４】
また、前記電圧変換停止工程を終了する際に、前記第１電圧変換装置の電圧変換動作を前記第２電圧変換装置の電圧変換動作に先立って再開することが好ましい。この場合にも、燃料電池の制御性が悪化することを抑制することができ、燃料電池の耐久性が低下することを防止できる。
【００１５】
さらに、前記電圧変換停止工程を終了した後、前記蓄電装置の目標ＳＯＣを高くすることで蓄電装置電圧を高くできるので、燃料電池電圧を昇圧する第１電圧変換装置の昇圧状態を継続できる可能性が高くなり、両方昇圧状態となってシステム効率が悪化することを防止でき、結果として、蓄電装置電圧を昇圧する第１電圧変換装置の電圧変換動作を実行する頻度を低減することができる。
【００１６】
さらにまた、前記電圧変換停止工程を終了した後、前記蓄電装置への充電量を増加させることが好ましい。蓄電装置に強制的に充電することで蓄電装置電圧を高くできるので、蓄電装置電圧を昇圧する第２電圧変換装置の電圧変換動作を実行する頻度を低減することができる。
【００１７】
さらにまた、前記燃料電池電圧及び前記蓄電装置電圧の前記電圧差が前記第１及び第２電圧変換装置の電圧変換動作を停止可能な所定範囲内にある場合に、前記第１及び第２電圧変換装置の電圧変換動作を停止して、前記燃料電池及び前記蓄電装置を前記負荷に直結する電圧変換停止工程では、前記電圧差が前記第１及び第２電圧変換装置の電圧変換動作を停止可能な所定範囲に近づいたとき、第１手法として、前記蓄電装置の目標ＳＯＣを可変して前記蓄電装置電圧を増減し、前記蓄電装置電圧と前記燃料電池電圧との前記電圧差を前記所定範囲内にさせる、第２手法として、前記燃料電池の目標膜含水率を可変して前記燃料電池電圧を増減し、前記燃料電池電圧と前記蓄電装置電圧との前記電圧差を前記所定範囲内にさせる、第３手法として、前記燃料電池の目標ストイキ比を可変して前記燃料電池電圧を増減し、前記燃料電池電圧と前記蓄電装置電圧との前記電圧差を前記所定範囲内にさせる、のうち、少なくとも一手法にて前記蓄電装置電圧と前記燃料電池電圧との前記電圧差を前記所定範囲内まで狭めて、前記第１及び第２電圧変換装置の前記電圧変換動作を停止させることで、両方直結（同時直結）となる頻度をより高めてシステム効率をより向上させることができる。
【００１８】
この場合、前記蓄電装置電圧と前記燃料電池電圧との前記電圧差を前記所定範囲まで狭める前記第１、第２、及び第３の手法の適用優先順位は、第１、第２、及び第３の手法の順とすることが好ましい。蓄電装置の目標ＳＯＣの可変制御は、燃料電池の目標含水率制御及び目標ストイキ比可変制御に比較して簡便であり、目標含水率可変制御は目標ストイキ比可変制御に比較して燃料電池の発電効率の低下量が少ない。
【００１９】
上記の各発明は、燃料電池自動車で実施して好適である。
【発明の効果】
【００２０】
この発明によれば、燃料電池電圧と蓄電装置電圧との電圧差が所定範囲内であって小さいときには第１及び第２電圧変換装置の直結を行うので、第１及び第２電圧変換装置の電圧変換損失が低減され、システム全体の効率を向上させることができるという効果が達成される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の実施形態に係る２電源負荷駆動燃料電池システムとしての燃料電池システムが適用された燃料電池自動車の概略全体構成図である。
【図２】図１例の燃料電池自動車中、昇圧コンバータと昇降圧コンバータの一例の詳細構成を含む模式的回路図である。
【図３】スイッチング素子の例としての電力素子の説明図である。
【図４】燃料電池のＩＶ特性図である。
【図５】実施形態の動作説明に供されるタイミングチャートである。
【図６】実施形態の動作説明に供されるフローチャートである。
【図７】蓄電装置の充放電電力制限の温度特性図である。
【図８】変形例の２電圧の差を狭める手法を説明する表図である。
【図９】膜含水率及びストイキ比の増減に対するＩＶ特性の変化を説明する説明図である。
【図１０】変形例の動作説明に供されるタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、この発明に係る燃料電池システムの制御方法について、これを実施する燃料電池自動車との関係において好適な実施形態を挙げ添付の図面を参照しながら説明する。
【００２３】
図１は、この実施形態に係る燃料電池システム１２（以下、「ＦＣシステム１２」という。）が適用された燃料電池自動車１０（以下、「ＦＣ自動車１０」又は「車両１０」という。）の概略全体構成図である。
【００２４】
図２は、１次側１ｓｆと２次側２ｓ側との間に配置される燃料電池側コンバータであり電圧変換装置（昇圧器）としてのチョッパ方式の昇圧コンバータ２１（以下、ＳＵＣ２１という。ＳＵＣ：Ｓｔｅｐ  Ｕｐ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）、及び１次側１ｓｂと２次側２ｓ側との間に配置されるチョッパ方式の電圧変換装置（昇降圧器）としての昇降圧コンバータ２２（以下、ＳＵＤＣ２２という。ＳＵＤＣ：Ｓｔｅｐ  Ｕｐ／Ｄｏｗｎ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）の一例の詳細構成を含むＦＣ自動車１０の模式的回路図である。
【００２５】
図１及び図２に示すように、ＦＣ自動車１０は、ＦＣシステム１２と、車両走行用のモータ・ジェネレータである駆動モータ１４と、駆動モータ１４を駆動する負荷駆動回路としてのインバータ１６（以下、「ＩＮＶ１６」という。ＩＮＶ：Ｉｎｖｅｒｔｅｒ）と、を有する。
【００２６】
ＦＣシステム１２は、一方の１次側１ｓｆに配置される燃料電池１８（以下、「ＦＣ１８」という。）と、他方の１次側１ｓｂに配置される蓄電装置である高電圧バッテリ２０（以下「ＢＡＴ２０」という。）と、前記ＳＵＣ２１と、前記ＳＵＤＣ２２と、高電圧｛蓄電装置電圧（ＢＡＴ電圧）Ｖｂａｔ｝入力の燃料電池補機（以下、「ＦＣ補機」という。）３１と、高電圧入力の車室内空気調和装置である空調補機３２と、降圧器としてのチョッパ方式の降圧コンバータ２３（以下、「ＳＤＣ２３」という。ＳＤＣ：Ｓｔｅｐ  Ｄｏｗｎ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）と、制御装置としての電子制御装置２４（以下、「ＥＣＵ２４」という。ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）と、を有する。
【００２７】
ＦＣ１８の出力端がＳＵＣ２１の入力端（１次側１ｓｆ）に接続され、ＳＵＣ２１の出力端（２次側２ｓ）がＩＮＶ１６の直流端側とＳＵＤＣ２２の一端（昇圧端側）側に接続される。
【００２８】
ＢＡＴ２０の入出力端がＳＤＣ２３の入力側（１次側１ｓｂ）、ＳＵＤＣ２２の他端側（降圧端側）、及び高圧補機３５（ＦＣ補機３１、空調補機３２）に接続される。
【００２９】
ＳＤＣ２３の出力端側（２次側）には、電圧Ｖｂｂ＝＋１２Ｖ等の低圧バッテリ２９と、ＥＣＵ２４及びライト等の低圧補機３３が接続される。なお、低圧補機３３とＳＤＣ２３とＥＣＵ２４とを併せて低圧補機（低圧負荷）３３´という。
【００３０】
駆動モータ１４は、ＦＣ１８から供給されるＦＣ発電電力（ＦＣ電力）Ｐｆｃ（Ｐｆｃ＝Ｖｆｃ×Ｉｆｃ）とＢＡＴ２０から供給される蓄電電力であるＢＡＴ放電電力Ｐｂａｔｄ（Ｐｂａｔｄ＝Ｖｂａｔ×Ｉｂｄ）の合成電力値（Ｐｆｃ＋Ｐｂａｔｄ）がＩＮＶ１６を通じて供給されることで駆動力を生成し、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。
【００３１】
ＩＮＶ１６は、例えば３相フルブリッジ型の構成とされて、直流／交流変換を行い、ＦＣ１８からＳＵＣ２１を介してＦＣ電圧Ｖｆｃが昇圧された直流電圧である負荷端電圧Ｖｉｎｖを３相の交流電圧に変換して駆動モータ１４に供給する（力行時）。
【００３２】
ＩＮＶ１６は、また、ＢＡＴ２０からＳＵＤＣ２２を介してＢＡＴ電圧Ｖｂａｔが昇圧された直流電圧である前記負荷端電圧Ｖｉｎｖを３相の交流電圧に変換して駆動モータ１４に供給する（力行時）。
【００３３】
つまり、駆動モータ１４は、ＦＣ１８及び／又はＢＡＴ２０の電力により駆動される（力行時）。
【００３４】
この実施形態において、ＩＮＶ１６と駆動モータ１４とを合わせて負荷３０という。負荷には、負荷３０の他に、ＦＣ補機３１、空調補機３２等の高圧補機３５及び前記した低圧補機３３´が含まれる。
【００３５】
一方、駆動モータ１４の回生動作に伴う交流／直流変換後のＩＮＶ１６の入力端（直流端側）に発生する負荷端電圧（直流端側電圧）Ｖｉｎｖは、降圧コンバータとして動作するＳＵＤＣ２２を通じてＢＡＴ電圧Ｖｂａｔに降圧されてＢＡＴ２０に供給され、あるいはＳＵＤＣ２２が直結状態（スイッチング素子２２ｂ：オフ、スイッチング素子２２ｄ：オン）にされてＢＡＴ２０に供給され、ＢＡＴ２０を充電する。
【００３６】
また、ＢＡＴ２０には、ＦＣ１８による駆動モータ１４の駆動用の電力が余剰等になった場合に、その余剰等になった電力（余剰電力）が、昇圧状態のＳＵＣ２１又は直結状態のＳＵＣ２１を介し、降圧状態又は直結状態のＳＵＤＣ２２を通じて供給され、ＢＡＴ２０が充電される。前記余剰電力は、余剰の程度に応じて、高圧補機３５（ＦＣ補機３１、空調補機３２）、及び低圧補機３３´にも供給される。
【００３７】
ＦＣ補機３１は、ＦＣ１８のカソード流路（不図示）に対して流路入口から酸素を含む圧縮された空気（酸化剤ガス）を加湿器（ＨＵＭ）３９を介して供給するエアポンプ（Ａ／Ｐ）３１ａと、膜含水率計３１ｂと、ＦＣ１８の冷却流路（不図示）に対して冷却媒体（冷媒）を供給するウォータポンプ（不図示）とを備える。
【００３８】
さらに、ＦＣ１８の外部に、ＦＣ１８のアノード流路（不図示）に対して水素（燃料ガス）を供給する水素タンク３７と、前記加湿器３９とを備える。加湿器３９は、エアポンプ３１ａから供給される酸化剤ガスと前記カソード流路の流路出口から排出されるカソードオフガスとの間で水分と温度を交換して前記流路入口から前記カソード流路に供給する前記酸化剤ガスを加湿する中空糸膜部（不図示）を含む。なお、水素と酸化剤ガスをそれぞれ反応ガスという。
【００３９】
ＦＣ１８は、例えば、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。）を積層したスタック構造を有し、前記アノード流路を介して前記アノード電極に供給された水素含有ガスが、電極触媒上で水素イオン化され、前記電解質膜を介して前記カソード電極へと移動し、その移動の間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流電圧（ＦＣ電圧Ｖｆｃ）を発生する電気エネルギとして利用に供される。カソード電極には、前記カソード流路を介して前記酸化剤ガス（酸素含有ガス）が供給されているために、このカソード電極において、水素イオン、電子及び酸素ガスが反応して水が生成される。
【００４０】
水が生成されることで、前記電解質膜を湿潤な状態、すなわち膜含水率（膜湿度）Ｚｍを高い状態に保持することができ、前記反応を円滑に遂行することができる。なお、発電期間中、膜含水率Ｚｍを所定範囲に保持するため、加湿器３９は、前記中空糸膜部を通じて前記酸化剤ガスを加湿すると共に、加湿した前記酸化剤ガスと、Ａ／Ｐ３１ａから前記中空糸膜部をバイパスして供給される乾燥された前記酸化剤ガスとを混合して前記カソード電極に供給している。混合比を調整することで膜含水率Ｚｍを調整できる。
【００４１】
膜含水率Ｚｍは、該膜含水率Ｚｍと一意に対応する前記電解質膜のインピーダンスを測定する膜含水率計３１ｂによって計測される。膜含水率Ｚｍは、前記電解質膜の前記インピーダンスが所定値範囲内になるように前記加湿器３９のバイパス量等を制御することで管理・調整される。
【００４２】
ＢＡＴ２０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次電池等を利用することができる。蓄電装置としてキャパシタを利用することもできる。本実施形態ではリチウムイオン２次電池を利用している。ＢＡＴ２０は、ＢＡＴ電圧（バッテリ電圧）Ｖｂａｔ、ＢＡＴ電流（バッテリ電流）Ｉｂ（ＢＡＴ放電電流Ｉｂｄ、充電電流Ｉｂｃ）、ＢＡＴ温度（バッテリ温度）Ｔｂａｔ、及びＢＡＴ２０の残容量であるＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）がＥＣＵ２４により検出乃至管理される。
【００４３】
上記したように、ＦＣ１８のＦＣ電力Ｐｆｃは、ＦＣ電圧ＶｆｃがＳＵＣ２１を介して負荷端電圧Ｖｉｎｖに昇圧されＩＮＶ１６を通じて駆動モータ１４に供給される（力行時）と共に、ＦＣシステム１２の電力状況に応じて、ＦＣ１８からＳＵＣ２１及びＳＵＤＣ２２を通じて１次側１ｓｂの各機器（高圧補機３５、低圧補機３３´、ＢＡＴ２０）に分配される。
【００４４】
一方、ＢＡＴ２０のＢＡＴ放電電力Ｐｂａｔｄは、ＢＡＴ電圧ＶｂａｔがＳＵＤＣ２２を通じて負荷端電圧Ｖｉｎｖに昇圧され、ＩＮＶ１６を通じて駆動モータ１４に供給される（力行時）と共に、ＦＣシステム１２の電力状況に応じて１次側１ｓｂの各機器である高圧補機３５（ＦＣ補機３１、空調補機３２）、及び低圧補機３３´（ＳＤＣ２３、ＥＣＵ２４、低圧補機３３）に供給される。
【００４５】
ここで、ＳＵＣ２１、ＳＵＤＣ２２及びＳＤＣ２３は、種々の構成を採用できるが、公知のように、基本的には、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等のスイッチング素子と、ダイオードと、リアクトルと、コンデンサ（平滑コンデンサも含む）とから構成され、接続される負荷の要求電力に基づきＥＣＵ２４により前記スイッチング素子がオン・オフスイッチング制御（デューティ制御）される。
【００４６】
具体的には、図２に示すように、ＳＵＣ２１は、リアクトル（インダクタ）２１ａと、スイッチング素子２１ｂとダイオード２１ｃ（単方向電流通過素子、逆方向電流阻止素子）と、１次側１ｓｆ間に配置される平滑コンデンサＣ１ｆと、２次側２ｓ間に配置される平滑コンデンサＣ２ｆとから構成され、コンバータ制御器として機能するＥＣＵ２４を通じてスイッチング素子２１ｂがスイッチング状態（デューティ制御）とされることで、ＦＣ電圧Ｖｆｃを所定の負荷端電圧Ｖｉｎｖに昇圧する。
【００４７】
なお、デューティ（駆動デューティ）が０［％］とされて、スイッチング素子２１ｂがオフ状態（開状態）に維持されると、リアクトル２１ａとダイオード２１ｃを通じてＦＣ１８と負荷３０とが直結状態（ＦＣ直結状態又はＦＣＶＣＵ直結状態という。）とされ、ＦＣ電圧Ｖｆｃが負荷端電圧Ｖｉｎｖに直結される（Ｖｉｎｖ＝Ｖｆｃ−Ｖｄ≒Ｖｆｃ、Ｖｄ＜＜Ｖｆｃ、Ｖｄ：ダイオード２１ｃの順方向降下電圧）。ダイオード２１ｃは、昇圧用又は直結用且つ逆流防止用として動作する。従って、ＳＵＣ２１は、昇圧動作（力行時等）の他に逆流防止動作、直結動作（力行時等）を行う。
【００４８】
一方、ＳＵＤＣ２２は、図２に示すように、リアクトル２２ａと、スイッチング素子２２ｂ、２２ｄと、これらスイッチング素子２２ｂ、２２ｄにそれぞれ並列に接続されるダイオード２２ｃ、２２ｅと、１次側１ｓｂ間に配置される平滑コンデンサＣ１ｂと、２次側２ｓ間に配置される平滑コンデンサＣ２ｂとから構成される。
【００４９】
昇圧時には、ＥＣＵ２４により、スイッチング素子２２ｄがオフ状態とされ、スイッチング素子２２ｂがスイッチング（デューティ制御）されることでＢＡＴ電圧Ｖｂａｔ（蓄電装置電圧）が所定の負荷端電圧Ｖｉｎｖまで昇圧される（力行時）。
【００５０】
降圧時には、ＥＣＵ２４により、スイッチング素子２２ｂがオフ状態とされ、スイッチング素子２２ｄがスイッチング（デューティ制御）されることで、スイッチング素子２２ｄがオフ状態であるときにダイオード２２ｃがフライホイールダイオードとして機能し、負荷端電圧ＶｉｎｖがＢＡＴ２０のＢＡＴ電圧Ｖｂａｔまで降圧される（回生充電時及び／又はＦＣ１８による充電時）。
【００５１】
また、スイッチング素子２２ｂをデューティが０［％］でのオフ状態、スイッチング素子２２ｄをデューティが１００［％］でのオン状態とすることで、ＢＡＴ２０と負荷３０とが直結状態（ＢＡＴ直結状態又はＢＡＴＶＣＵ直結状態という。力行時、充電時、又は補機負荷等の駆動時）とされる。
【００５２】
ＢＡＴ直結状態においては、ＢＡＴ２０のＢＡＴ電圧Ｖｂａｔが負荷端電圧Ｖｉｎｖになる（Ｖｂａｔ≒Ｖｉｎｖ）。実際上、ＢＡＴ直結状態におけるＢＡＴ２０による力行時の負荷端電圧Ｖｉｎｖは、「Ｖｂａｔ−ダイオード２２ｅの順方向降下電圧」となり、充電時（回生充電時含む）の負荷端電圧Ｖｉｎｖは、「Ｖｂａｔ＝Ｖｉｎｖ−スイッチング素子２２ｄのオン電圧＝Ｖｂａｔ（スイッチング素子２２ｄのオン電圧を０［Ｖ］と仮定した場合。）」になる。
【００５３】
なお、図３に示すように、低電圧側と高電圧側との間に接続されるスイッチング素子２１ｂ、２２ｂ、２２ｄには、上述したＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴ等の電力素子が用いられる。
【００５４】
また、ＦＣシステム１２において、それぞれ図示はしないが、ＳＵＣ２１の直結時（ＦＣ１８の直結時と同意）、又はＳＵＤＣ２２の直結時（力行時）（ＢＡＴ２０の直結時と同意）におけるＳＵＣ２１又はＳＵＤＣ２２の直流電圧降下を低減するために、ＳＵＣ２１の１次側１ｓｆにアノード端子が接続され２次側２ｓにカソード端子が接続されたダイオード及び／又はＳＵＤＣ２２の１次側１ｓｂにアノード端子が接続され２次側２ｓにカソード端子が接続されたダイオードを設けてもよい。
【００５５】
ＦＣ１８は、図４のＩＶ（電流電圧）特性７０に示すように、ＦＣ電圧ＶｆｃがＦＣ開回路電圧Ｖｆｃｏｃｖより低下するに従い、ＦＣ電流Ｉｆｃが増加する公知の電流電圧（ＩＶ）特性７０を有する。すなわち、ＦＣ電圧Ｖｆｃが相対的に高いＦＣ電圧ＶｆｃｈであるときのＦＣ電流Ｉｆｃｌに比較して、ＦＣ電圧Ｖｆｃが相対的に低いＦＣ電圧ＶｆｃｌであるときのＦＣ電流Ｉｆｃｈが大きな電流になる。なお、ＦＣ電力Ｐｆｃは、ＦＣ電流Ｉｆｃが大きくなるほど（ＦＣ電圧Ｖｆｃが低くなるほど）大きくなる。
【００５６】
ＦＣ１８のＦＣ電圧Ｖｆｃは、ＳＵＣ２１の直結時においては、昇圧状態（スイッチング状態）にあるＳＵＤＣ２２の昇圧比（Ｖｉｎｖ／Ｖｂａｔ）又は降圧状態（スイッチング状態）にあるＳＵＤＣ２２の降圧比（Ｖｂａｔ／Ｖｉｎｖ）で決定される負荷端電圧Ｖｉｎｖ｛ＳＵＤＣ２２の指令電圧（目標電圧）になる。｝により制御され、ＦＣ電圧Ｖｆｃが決定されると、ＩＶ特性７０に沿ってＦＣ電流Ｉｆｃが制御（決定）される。
【００５７】
また、ＳＵＣ２１の昇圧時及びＳＵＤＣ２２の直結時においては、ＳＵＣ２１の１次側１ｓｆの電圧、すなわちＦＣ電圧ＶｆｃがＳＵＣ２１の指令電圧（目標電圧）とされ、ＩＶ特性７０に沿ってＦＣ電流Ｉｆｃが決定され、所望の負荷端電圧ＶｉｎｖとなるようにＳＵＣ２１の昇圧比（Ｖｉｎｖ／Ｖｆｃ）が決定される。
【００５８】
なお、この実施形態では、ＳＵＣ２１の昇圧時に、ＦＣ電圧Ｖｆｃが指令値（設定値、目標値）になるようにコンバータ制御器としてのＥＣＵ２４によりスイッチング素子２１ｂのデューティが調整されるフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御がなされているが、ＦＣ電圧ＶｆｃとＦＣ電流Ｉｆｃとの間にはＩＶ特性７０に基づく一意の関係があるのでＦＣ電流Ｉｆｃが指令値（設定値、目標値）になるようにＥＣＵ２４によりスイッチング素子２１ｂのデューティを調整するフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御をすることも可能である。
【００５９】
ＥＣＵ２４は、通信線６８（図２参照）を介して、駆動モータ１４、ＩＮＶ１６、ＦＣ１８、ＢＡＴ２０、ＳＵＣ２１、ＳＵＤＣ２２、ＳＤＣ２３、ＦＣ補機３１、空調補機３２、及び低圧補機３３´等の各部を制御する。当該制御に際しては、ＥＣＵ２４のメモリ（ＲＯＭ）に格納されたプログラムを実行し、また、各種センサ（膜含水率計３１ｂを含む図示しない電圧センサ、電流センサ、ＢＡＴ２０の温度センサ２０ａを含む温度センサ、圧力センサ、水素濃度センサ、各種回転数センサ、及びアクセルペダルの開度センサ等）の検出値及び各種スイッチ（空調スイッチやイグニッションスイッチ等）のオンオフ情報等を用いる。
【００６０】
ＥＣＵ２４は、マイクロコンピュータを含む計算機であり、ＣＰＵ（中央処理装置）、メモリであるＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭも含む。）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、その他、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等の入出力装置、計時部としてのタイマ等を有しており、ＣＰＵがＲＯＭに記録されているプログラムを読み出し実行することで各種機能実現部（機能実現手段）、例えば制御部、演算部、及び処理部等として機能する。なお、ＥＣＵ２４は、１つのＥＣＵのみから構成するのではなく、駆動モータ１４、ＦＣ１８とＦＣ補機３１、ＢＡＴ２０、ＳＵＣ２１とＳＵＤＣ２２とＳＤＣ２３毎の複数のＥＣＵで構成することもできる。
【００６１】
ＥＣＵ２４は、ＦＣ１８の状態、ＢＡＴ２０の状態及び駆動モータ１４の状態の他、各種スイッチ及び各種センサからの入力値に基づき決定したＦＣ自動車１０全体としてＦＣシステム１２に要求される負荷（負荷電力）から、ＦＣ１８が負担すべき負荷（負荷電力）と、ＢＡＴ２０が負担すべき負荷（負荷電力）と、回生電源（駆動モータ１４）が負担すべき負荷（負荷電力）の配分（分担）を調停しながら決定し、駆動モータ１４、ＩＮＶ１６、ＦＣ１８、ＢＡＴ２０、ＳＵＣ２１、ＳＵＤＣ２２及びＳＤＣ２３を制御する。すなわち、ＥＣＵ２４は、ＦＣ１８、ＢＡＴ２０、負荷３０、高圧補機３５及び低圧補機３３´を含めた燃料電池自動車１０全体のエネルギ管理（エネルギマネジメント）制御を行う。
【００６２】
この実施形態に係る燃料電池システム１２が適用されたＦＣ自動車１０は、基本的には、以上のように構成される。
【００６３】
次に、ＥＣＵ２４による制御処理例について、図５のタイミングチャート及び図６のフローチャートを参照して説明する。なお、図６に示すフローチャートに係るプログラムの実行主体は、ＥＣＵ２４のＣＰＵである。
【００６４】
ステップＳ１にて、ＥＣＵ２４は、ＦＣ電圧ＶｆｃとＢＡＴ電圧Ｖｂａｔの差の絶対値｜Ｖｆｃ−Ｖｂａｔ｜（以降、単に、電圧差｜Ｖｄｉｆ｜ともいう。）が、ＳＵＣ２１とＳＵＤＣ２２の同時直結状態を許容する閾値電圧（同時直結設定閾値電圧、又は同時直結許容閾値電圧という。）Ｖｔｈを下回る電圧値になっている（｜Ｖｆｃ−Ｖｂａｔ｜＝｜Ｖｄｉｆ｜＜Ｖｔｈ）か、否かを判定する。
【００６５】
なお、同時直結時には、ＦＣ電圧Ｖｆｃが、概ね、ＢＡＴ電圧Ｖｂａｔに張り付くので、電圧差｜Ｖｄｉｆ｜＝｜Ｖｆｃ−Ｖｂａｔ｜が、閾値電圧Ｖｔｈより大きい場合（ステップＳ１：ＮＯ）には、ＦＣ１８の制御性が悪化する可能性があることを考慮して同時直結状態にはしないで、ステップＳ２にて、通常制御｛ＳＵＣ２１及びＳＵＤＣ２２の一方が直結状態又は両方が昇圧状態等の電圧変換状態になる制御｝を行う。
【００６６】
この実施形態において、ステップＳ２による通常制御処理では、ＦＣ電圧Ｖｆｃが以下に説明する目標負荷端電圧Ｖｉｎｖｔａｒより高い電圧になっているので、インバータ１６の直流入力端に印加する負荷端電圧Ｖｉｎｖの目標電圧である目標負荷端電圧ＶｉｎｖｔａｒにＦＣ電圧Ｖｆｃを直結させている（ＳＵＣ２１：直結、ＳＵＤＣ２２：昇圧、時点ｔ０〜時点ｔ１の期間参照）。
【００６７】
なお、目標負荷端電圧Ｖｉｎｖｔａｒは、例えば、以下の手順にて設定される。
【００６８】
まず、ＥＣＵ２４は、各種スイッチ及び各種センサからの入力値［Ｖｆｃ、Ｉｆｃ、Ｖｂａｔ、Ｉｂ、Ｖｉｎｖ、Ｉ２（ＩＮＶ１６に対する入出力電流であり２次電流。図１、図２参照）、Ｉｍ（駆動モータ１４に流れるモータ電流、通常２相分、図２参照）、Ｎｍ（駆動モータ１４の回転数）、θｐ（図示しないアクセルペダルの操作量）、Ｔｂａｔ｛ＢＡＴ２０のバッテリ温度（ＢＡＴ温度）ＴＢａｔ｝等］を検出して、駆動モータ１４に対するモータ要求電力Ｐｍｒｅｑ［ｋＷ］を算出する。
【００６９】
より具体的には、アクセルペダルの操作量θｐに基づくモータ回転数Ｎｍ［ｒｐｍ］と必要トルクＴｒｅｑ［Ｎ・ｍ］とに基づき駆動モータ１４のモータ要求電力Ｐｍｒｅｑ[ｋＷ]を算出する。
【００７０】
ここで、モータ要求電力Ｐｍｒｅｑを実現するための最低電圧であるインバータ１６の負荷端電圧Ｖｉｎｖは、モータ要求電力Ｐｍｒｅｑに一意に対応するので、負荷端電圧Ｖｉｎｖを算出することができ、算出した負荷端電圧Ｖｉｎｖを目標負荷端電圧Ｖｉｎｖｔａｒに設定する。
【００７１】
このようにして、目標負荷端電圧Ｖｉｎｖｔａｒが、図６のフローチャートを実行する所定の周期毎に算出され設定される。
【００７２】
再び、図５において、時点ｔ０〜時点ｔ１の間で目標負荷端電圧Ｖｉｎｖｔａｒが徐々に低下し、直結しているＦＣ電圧Ｖｆｃが同時に徐々に低下する。ＦＣ電圧Ｖｆｃが徐々に低下しているので、ＦＣ電流Ｉｆｃが増加し、目標発電電力Ｐｆｃｔａｒ及び実発電電力である発電電力Ｐｆｃは徐々に増加する。
【００７３】
時点ｔ１にて、ＦＣ電圧ＶｆｃとＢＡＴ電圧Ｖｂａｔとの電圧差｜Ｖｄｉｆ｜＝｜Ｖｆｃ−Ｖｂａｔ｜が閾値電圧Ｖｔｈより小さい電圧になったときに、ステップＳ１の判定が肯定的（ステップＳ１：ＹＥＳ）になり、ステップＳ３にて、ＳＵＣ２１及びＳＵＤＣ２２の両方直結状態に遷移させる。すなわち、ステップＳ３にて、ＳＵＣ２１のスイッチング素子２１ｂのオフ状態を継続しつつ、ＳＵＤＣ２２のスイッチング素子２２ｂ及びスイッチング素子２２ｄをオフ状態にする同時直結状態に設定する。なお、同時直結時において、ＢＡＴ２０を充電する際には、スイッチング素子２２ｄはオン状態に切り替える。時点ｔ１以降、ＳＵＣ２１及びＳＵＤＣ２２の同時直結状態、すなわち両方直結状態になるので、ＳＵＣ２１及びＳＵＤＣ２２のスイッチング損失がゼロ値となり、システム効率が向上する。
【００７４】
ここで、同時直結時には、ＦＣ電圧Ｖｆｃが、概ね、ＢＡＴ電圧Ｖｂａｔに張り付くので、負荷３０の電力の変動による２次電流Ｉ２（図２参照）の変動をＢＡＴ２０が吸収できる（対応できる）範囲で同時直結動作を実施する必要がある。
【００７５】
図７は、ＢＡＴ２０の充放電電力制限（放電電力制限と充電電力制限）の温度特性を示している。ＢＡＴ２０からＢＡＴ放電電流Ｉｂｄを出力（放電）する際のバッテリ放電制限特性７４と、ＢＡＴ２０が充電電流Ｉｂｃを入力（充電）する際のバッテリ充電制限特性７６とは、常温Ｔｎｏｒｍ＝２５［℃］より低くなると、出力可能なＢＡＴ放電電流Ｉｂｄ及び入力可能な充電電流Ｉｂｃの制限がきつくなり、図７の左端側の氷点下数十度の温度では、ＢＡＴ２０が活性化されないために殆どゼロ値となる。また、常温Ｔｎｏｒｍより高い温度では、出力可能なＢＡＴ放電電流Ｉｂｄ及び入力可能な充電電流Ｉｂｃの制限が、許容放電電力Ｐａｄｍａｘ［ｋＷ］及び許容充電電力Ｐａｃｍａｘのそれぞれ大きな値で一定になる。
【００７６】
このＢＡＴ２０の電力制限の温度特性であるバッテリ放電制限特性７４とバッテリ充電制限特性７６とを考慮して、ステップＳ３にて、同時直結する際には、併せてＢＡＴ温度Ｔｂａｔが、常温Ｔｎｏｒｍより低い程、同時直結を許容する閾値電圧Ｖｔｈ（電圧幅）の電圧値を小さくし同時直結状態に遷移し難くして、制御性を確保することが好ましい。
【００７７】
次いで、ステップＳ４にて、ＥＣＵ２４は、目標ＦＣ電力ＰｆｃｔａｒとＦＣ電力Ｐｆｃの差の絶対値｜Ｐｆｃｔａｒ−Ｐｆｃ｜（以降、電力乖離幅｜Ｐｆｃｄｉｆ｜又は電力差｜Ｐｆｃｄｉｆ｜）が、ＳＵＣ２１とＳＵＤＣ２２の同時直結状態を解除する閾値電力（同時直結解除閾値電力）Ｐｆｃｔｈを下回る電力値になっている（｜Ｐｆｃｄｉｆ｜＝｜Ｐｆｃｔａｒ−Ｐｆｃ｜＜Ｐｆｃｔｈ）か、否かを判定する。
【００７８】
時点ｔ１〜時点ｔ２の間では、ステップＳ４の判定が否定的である（ステップＳ４：ＮＯ）ので、ステップＳ５にて同時直結状態を継続する（ステップＳ１：ＹＥＳ→ステップＳ３→ステップＳ４：ＮＯ→ステップＳ５）。
【００７９】
時点ｔ２にて、目標発電電力Ｐｆｃｔａｒが増加を開始して、目標発電電力Ｐｆｃｔａｒと発電電力Ｐｆｃとの乖離が開始され、時点ｔ３にて、目標発電電力Ｐｆｃｔａｒと発電電力Ｐｆｃの電力乖離幅｜Ｐｆｃｄｉｆ｜＝｜Ｐｆｃｔａｒ−Ｐｆｃ｜が閾値電力（所定幅）Ｐｆｃｔｈを上回る（｜Ｐｆｃｔａｒ−Ｐｆｃ｜＞Ｐｆｃｔｈ）大きい電力差になったときに、ステップＳ４の判定が肯定的（ステップＳ４：ＹＥＳ）になり、ステップＳ６にて、ＳＵＤＣ２２を直結状態に維持したままＳＵＣ２１を昇圧状態に遷移させることで同時直結状態を解除する。
【００８０】
なお、同時直結状態を解除するための閾値電力Ｐｆｃｔｈも、ＢＡＴ温度Ｔｂａｔが常温Ｔｎｏｒｍより低い温度である程、小さい電力値（電力乖離幅）に設定し、同時直結状態を解除し易くして、制御性を確保することが好ましい。
【００８１】
時点ｔ３以降、電力乖離幅｜Ｐｆｃｄｉｆ｜＝｜Ｐｆｃｔａｒ−Ｐｆｃ｜が閾値電力Ｐｆｃｔｈを上回る状態が継続されているか否かを判定するために、ステップＳ７にて、電力乖離幅｜Ｐｆｃｄｉｆ｜＝｜Ｐｆｃｔａｒ−Ｐｆｃ｜が閾値電力Ｐｆｃｔｈを上回っていて、且つ前回の制御処理時（前回のプログラム実行時）に、ＳＵＣ２１が昇圧状態であったか否かを判定する。前回の制御処理時（前回のプログラム実行時）には、ＳＵＣ２１が直結状態であったので、ステップＳ７の判定は否定的（ステップＳ７：ＮＯ）となり、ステップＳ８にて、ＳＵＤＣ２２の直結状態及びＳＵＣ２１の昇圧状態を維持する。
【００８２】
次の、制御処理時である時点ｔ４において、電力乖離幅｜Ｐｆｃｄｉｆ｜＝｜Ｐｆｃｔａｒ−Ｐｆｃ｜が閾値電力Ｐｆｃｔｈを上回る状態になっている場合、前回の制御処理時に、ＳＵＣ２１は昇圧状態であったので、ステップＳ７の判定が肯定的（ステップＳ７：ＹＥＳ）となり、この時点ｔ４に対応するステップＳ９にて、ＳＵＣ２１に加えてＳＵＤＣ２２も昇圧する同時昇圧状態にする。
【００８３】
この場合、ステップＳ９では、モータ要求電力Ｐｍｒｅｑが算出されている場合、負荷３０の要求に応えるべく、負荷端電圧Ｖｉｎｖを、図５に示すように、目標負荷端電圧Ｖｉｎｖｔａｒに設定するが、例えば、信号待ちでの停止中等、モータ要求電力Ｐｍｒｅｑが算出されていない場合には、負荷端電圧Ｖｉｎｖｔａｒを、ＦＣ電圧Ｖｆｃ及びＢＡＴ電圧Ｖｂａｔより高い適当な電圧値に設定する。その場合の負荷端電圧Ｖｉｎｖｔａｒの設定値としては、ＦＣ１８の制御性を維持できるようＦＣ電圧Ｖｆｃにマージン（余裕）を加えた値よりも高くすることが望ましい。
【００８４】
［変形例］
次に上記実施形態に係る燃料電池システム１２のＥＣＵ２４による制御処理の変形例について説明する。
【００８５】
上述した実施形態では、ＦＣ電圧ＶｆｃとＢＡＴ電圧Ｖｂａｔの差の絶対値である電圧差｜Ｖｄｉｆ｜＝｜Ｖｆｃ−Ｖｂａｔ｜が閾値電圧Ｖｔｈより小さい電圧になった（｜Ｖｆｃ−Ｖｂａｔ｜＜Ｖｔｈ）とき（ステップＳ１：ＹＥＳ）、ステップＳ３にて、ＳＵＣ２１及びＳＵＤＣ２２の両方直結状態（スイッチング素子２１ｂ、２２ｂ、２２ｄ：オフ。なお、ＢＡＴ２０への充電時は、スイッチング素子２２ｄ：オン。）に遷移させ、同時直結状態にすることで、ＳＵＣ２１及びＳＵＤＣ２２のスイッチング損失がゼロ値となり、システム効率が向上する。
【００８６】
そこで、この変形例では、システム効率をさらに向上させるために、同時直結状態の頻度及び又は同時直結状態の累積時間を上げるべく、ＦＣ電圧ＶｆｃとＢＡＴ電圧Ｖｂａｔの差の絶対値である電圧差｜Ｖｄｉｆ｜＝｜Ｖｆｃ−Ｖｂａｔ｜の時間変化が小さくなる傾向（後述する図１０の時点ｔ１０〜時点ｔ１１の間、あるいは時点ｔ１４〜時点ｔ１６の間）になっている場合、所定条件下で、ＦＣ電圧ＶｆｃとＢＡＴ電圧Ｖｂａｔの電圧差｜Ｖｄｉｆ｜を積極的に狭める手法について説明する。
【００８７】
この変形例の処理は、ステップＳ１の判定処理の前処理として実行される。すなわち、ＦＣ電圧ＶｆｃとＢＡＴ電圧Ｖｂａｔの電圧差｜Ｖｄｉｆ｜＝｜Ｖｆｃ−Ｖｂａｔ｜が、例えば、経時的に徐々に小さくなっている場合に、その電圧差｜Ｖｄｉｆ｜が、閾値電圧Ｖｔｈ（正の値を採る。）より所定電圧ΔＶｔｈ（正の値を採る。）だけ高い（大きい）電圧になった（｜Ｖｄｉｆ｜＝Ｖｔｈ＋ΔＶｔｈ）ときに、ＢＡＴ電圧Ｖｂａｔ及び又はＦＣ電圧Ｖｆｃを変化させて（調整して）、電圧差｜Ｖｄｉｆ｜を強制的に閾値電圧Ｖｔｈより小さい電圧にする（ステップＳ１：ＹＥＳ）処理である。なお、ＢＡＴ電圧Ｖｂａｔ及びＦＣ電圧Ｖｆｃのどちらかをもう一方に寄せていく際に、同時直結時の電圧が、モータ１４を駆動するのに必要な電圧（モータ駆動要求電圧）以上の高い電圧になっているようにすることが必要条件である。
【００８８】
図８は、ＦＣ電圧ＶｆｃとＢＡＴ電圧Ｖｂａｔの２電圧（各電圧）の状態と、各状態における２電圧の差を狭める手法、すなわち、電圧差｜Ｖｄｉｆ｜＝Ｖｔｈ＋ΔＶｔｈを強制的に閾値電圧Ｖｔｈより小さい電圧にする（｜Ｖｄｉｆ｜＜Ｖｔｈ）処理（ステップＳ１：ＹＥＳ）の第１手法、第２手法、及び第３手法を説明する表図である。
【００８９】
第１手法のＢＡＴ電圧Ｖｂａｔの可変に関して、目標ＳＯＣを増加（減少）させることでＢＡＴ２０が充電（放電）されＳＯＣが増加（減少）すれば、ＢＡＴ電圧Ｖｂａｔが上昇（下降）することは公知である。
【００９０】
第２手法のＦＣ１８の電解質膜の膜含水率Ｚｍの可変に関して、図９中、向かって左上側の特性図は、ＦＣ１８の膜含水率Ｚｍを増加（上げる）したときのＩＶ特性７０ｉｍと、膜含水率Ｚｍが通常時のＩＶ特性７０との関係を示している。膜含水率Ｚｍを上げることによって、反応膜である電解質膜付近に電気を通し易い水分子が沢山できることにより、電気を通し易くなり、結果、余分な抵抗値が減り、ＦＣ電圧Ｖｆｃが上がる。また、図９中、向かって左下側の特性図は、ＦＣ１８の膜含水率Ｚｍを減少（下げる）したときのＩＶ特性７０ｄｍと、膜含水率Ｚｍが通常時のＩＶ特性７０との関係を示している。
【００９１】
これらの関係から、第２手法として、目標膜含水率Ｚｍｔａｒを増加（減少）させることで膜含水率Ｚｍが増加（減少）すれば、同一のＦＣ電流（発電電流）Ｉｆｃ上でＦＣ電圧Ｖｆｃが上昇（下降）することが理解される。
【００９２】
第３手法のＦＣ１８の目標ストイキ比の可変に関して、図９中、向かって右側の上下の特性図は、水素又は酸化剤ガスのストイキ比（供給量÷消費量）を増加（上げる）したときのＩＶ特性７０ｉｓ又は減少（下げる）したときのＩＶ特性７０ｄｓと、ストイキ比が通常時のＩＶ特性７０との関係を示している。例えば、ストイキ比を上げることによって、反応ガスが電解質膜の隅々まで十分に行き渡るため、水素と酸素の十分な化学反応ができ、結果、発電時に余分な電圧降下が発生しなくなり、同一のＦＣ電流（発電電流）Ｉｆｃ上でＦＣ電圧Ｖｆｃが上がる。
【００９３】
これらの関係から、第３手法として、目標ストイキ比を減少（増加）させることでストイキ比が減少（増加）すれば、同一のＦＣ電流（発電電流）Ｉｆｃ上でＦＣ電圧Ｖｆｃが下降（上昇）することが理解される。
【００９４】
ここで、ＥＣＵ２４によるＢＡＴ２０の目標ＳＯＣの可変制御は、負荷要求に対し、ＢＡＴ２０の負担分を増減する制御上の処理をすればよく、ＦＣ１８の目標膜含水率Ｚｍｔａｒ制御及び目標ストイキ比可変制御に比較して簡便であり、目標膜含水率Ｚｍｔａｒ可変制御は目標ストイキ比可変制御に比較してＦＣ１８の発電効率の低下量が少ないことに留意する。
【００９５】
この留意点に基づき、第１〜第３の手法のうち、どの手法を採用するかの優先順位に関し、第１優先順位を目標ＳＯＣ可変制御、第２優先順位を目標膜含水率可変制御、第３優先順位を目標ストイキ比制御に設定する。
【００９６】
次に上記実施形態に係る燃料電池システム１２のＥＣＵ２４による制御処理の変形例の動作について図１０のタイミングチャートを参照して説明する。
【００９７】
なお、図１０のタイミングチャートは、理解の便宜のために、第３手法（目標ストイキ比可変）を例としている。また、ＳＵＣ２１及びＳＵＤＣ２２の少なくとも一方が直結状態になっているとき、及び両方が直結状態（同時直結状態）になっているとき、直結時のＢＡＴ電圧Ｖｂａｔ及びＦＣ電圧Ｖｆｃは、いずれも目標負荷端電圧Ｖｉｎｖｔａｒより高い電圧になっていることを前提としている。
【００９８】
図１０に示すように、目標ＳＯＣ［％］が、時点ｔ１０〜時点ｔ１３の間では増加され、時点ｔ１３〜時点ｔ１４の間では一定とされ、時点ｔ１４〜時点ｔ１８の間では減少され、時点ｔ１８以降は一定にされている遷移状態にて説明する。実際上、実ＳＯＣ［％］は、目標ＳＯＣ［％］に追従する。
【００９９】
時点ｔ１０〜時点ｔ１３の間では、ＢＡＴ電圧Ｖｂａｔが増加し、目標ＳＯＣも増加しているので、ＢＡＴ電力Ｐｂａｔ（ＢＡＴ充電電力Ｐａｃ）が増加する。
【０１００】
時点ｔ１１において、ＦＣ電圧ＶｆｃとＢＡＴ電圧Ｖｂａｔの電圧差｜Ｖｄｉｆ｜＝｜Ｖｆｃ−Ｖｂａｔ｜が、閾値電圧Ｖｔｈより所定電圧ΔＶｔｈだけ高い（大きい）電圧Ｖｔｈ＋ΔＶｔｈ（これを所定電圧Ｖｐという。）になった（｜Ｖｄｉｆ｜＝Ｖｔｈ＋ΔＶｔｈ＝Ｖｐ）ことを検出したときに、Ｖｆｃ＞Ｖｂａｔであることを考慮して、目標ストイキ比変化フラグＦｓｔａｒを、通常発電から低ストイキ比発電に切り替える。これにより時点ｔ１１からＦＣ電圧Ｖｆｃが急に低下して、ＢＡＴ電圧Ｖｂａｔに近づく。
【０１０１】
そして、上述したステップＳ１の判定（｜Ｖｄｉｆ｜＝｜Ｖｆｃ−Ｖｂａｔ｜＜Ｖｔｈ）が肯定的になった時点ｔ１２にて、同時直結判定がＯＦＦ状態（非成立状態）からＯＮ状態（成立状態）になると、その時点ｔ１２にて、ＳＵＤＣ２２のスイッチング動作を停止させ同時直結状態（ＳＵＣ２１：直結、ＳＵＤＣ２２：直結）にする。
【０１０２】
そして、同時直結状態になった時点ｔ１２にて、目標ストイキ比変化フラグＦｓｔａｒを、低ストイキ比発電から通常ストイキ比発電（通常発電と同意。）に切り替える。
【０１０３】
時点ｔ１３〜時点ｔ１４の間では、同時直結状態とされる。この間では、目標ＳＯＣが一定で、ＦＣ電圧Ｖｆｃに張り付いているＢＡＴ電圧Ｖｂａｔが減少しているので、ＢＡＴ電力Ｐｂａｔ（ＢＡＴ放電電力Ｐｂａｔｄ）が増加する。
【０１０４】
時点ｔ１４において、同時直結判定がＯＮ状態からＯＦＦ状態にされ、同時直結状態が解除されているが、この同時直結状態の解除判定条件は、例えば、図７を参照して説明したＢＡＴ２０の許容充放電電力範囲（許容放電電力Ｐａｄｍａｘもしくは許容充電電力Ｐａｃｍａｘ）が所定電力範囲以内（許容放電電力Ｐａｄｍａｘより小さい所定放電電力もしくは許容充電電力Ｐａｃｍａｘより小さい所定充電電力）となったことが判定された場合に設定すればよい。
【０１０５】
あるいは、同時直結状態の解除判定条件は、インバータ１６へのＦＣ１８又はＢＡＴ２０からの供給電圧である負荷端電圧Ｖｉｎｖ、この場合、ＦＣ電圧Ｖｆｃ又はＢＡＴ電圧Ｖｂａｔが、インバータ１６（負荷３０）の要求電圧（負荷駆動要求電圧）を下回る（あるいは下回りそうになる）ことが判定された場合とすればよい。
【０１０６】
時点ｔ１４において、ＦＣ電力Ｐｆｃが減少を開始し、目標ＳＯＣが低下を開始し、目標ＦＣ電力ＰｆｃｔａｒとＦＣ電力Ｐｆｃの差の絶対値である電力差｜Ｐｆｃｄｉｆ｜＝｜Ｐｆｃｔａｒ−Ｐｆｃ｜が、ＳＵＣ２１とＳＵＤＣ２２の同時直結状態を解除する閾値電力（同時直結解除閾値電力）Ｐｆｃｔｈを上回る電力値になると（ステップＳ４：ＹＥＳ）、ＳＵＣ２１の直結状態が解除されて昇圧状態となり（ステップＳ６）、時点ｔ１５にて、ＳＵＤＣ２２も昇圧状態になる両方昇圧状態（ステップＳ９）になる。
【０１０７】
このため、時点ｔ１４において、ＢＡＴ電圧Ｖｂａｔが、階段状に増加し、以降、時点ｔ１４〜時点ｔ１８の間では、目標ＳＯＣが減少し、ＢＡＴ電圧Ｖｂａｔが一定電圧になっているので、ＢＡＴ放電電流Ｉｂｄが減少する結果、ＢＡＴ電力Ｐｂａｔ（ＢＡＴ放電電力Ｐａｄ）が減少する。
【０１０８】
時点ｔ１６において、ＦＣ電圧ＶｆｃとＢＡＴ電圧Ｖｂａｔの電圧差｜Ｖｄｉｆ｜＝｜Ｖｆｃ−Ｖｂａｔ｜が、閾値電圧Ｖｔｈより所定電圧ΔＶｔｈだけ高い（大きい）電圧になった（Ｖｄｉｆ＝Ｖｔｈ＋ΔＶｔｈ＝Ｖｐ）ことを検出したときに、Ｖｆｃ＜Ｖｂａｔであることを考慮して、目標ストイキ比変化フラグＦｓｔａｒを、通常発電から高ストイキ比発電に切り替える。これにより時点ｔ１６からＦＣ電圧Ｖｆｃの上昇速度が上がり、ＦＣ電圧ＶｆｃがＢＡＴ電圧Ｖｂａｔに近づき、電圧差｜Ｖｄｉｆ｜＝｜Ｖｆｃ−Ｖｂａｔ｜が狭まる。
【０１０９】
そして、上述したステップＳ１の判定（｜Ｖｄｉｆ｜＝｜Ｖｆｃ−Ｖｂａｔ｜＜Ｖｔｈ）が肯定的になった時点ｔ１７にて、同時直結判定がＯＦＦ状態（非成立状態）からＯＮ状態（成立状態）になると、その時点ｔ１７にて、ＳＵＣ２１及びＳＵＤＣ２２のスイッチング動作を停止させ同時直結状態（ＳＵＣ２１：直結、ＳＵＤＣ２２：直結）にする。
【０１１０】
また、時点ｔ１７にて、時点ｔ１６から開始した高ストイキ比発電を終了させ、目標ストイキ比変化フラグＦｓｔａｒを、高ストイキ比発電から通常ストイキ比発電（通常発電と同意。）に切り替える。
【０１１１】
この変形例では、同時直結判定がＯＮの期間の長さが対策前よりも対策後の方が長くなっているので、換言すれば、ＢＡＴ電圧Ｖｂａｔを昇圧するＳＵＤＣ２２の電圧変換動作を実行する頻度を低減（図１０の対策前のＦＣ電圧Ｖｆｃｂの波形参照）しているので、その分システム効率が向上する。
【０１１２】
［実施形態のまとめ及びさらなる変形例］
以上説明したように、上述した実施形態に係るＦＣシステム１２は、ＦＣ電圧Ｖｆｃを出力するＦＣ１８と、ＢＡＴ電圧Ｖｂａｔを出力するＢＡＴ２０と、インバータ１６とインバータ１６を通じて駆動される駆動モータ１４とからなる負荷３０と、ＦＣ１８のＦＣ電圧Ｖｆｃを電圧変換（昇圧）し負荷端電圧Ｖｉｎｖとしてインバータ１６の直流端側に印加する第１電圧変換装置としてのＳＵＣ２１と、ＢＡＴ２０のＢＡＴ電圧Ｖｂａｔを電圧変換（昇圧）し負荷端電圧Ｖｉｎｖとしてインバータ１６の前記直流端側に印加する第２電圧変換装置としてのＳＵＤＣ２２と、を備えるＦＣシステム１２の制御方法において、ＦＣ電圧Ｖｆｃ及びＢＡＴ電圧Ｖｂａｔの電圧差｜Ｖｄｉｆ｜を把握する電圧差把握工程（ステップＳ１）と、電圧差｜Ｖｄｉｆ｜がＳＵＣ１１及びＳＵＤＣ２２の電圧変換動作を停止可能な所定範囲内（｜Ｖｄｉｆ｜＝｜Ｖｆｃ−Ｖｂａｔ｜＜Ｖｔｈ）にある場合に、ＳＵＣ２１及びＳＵＤＣ２２の電圧変換動作を停止して、ＦＣ１８及びＢＡＴ２０を負荷３０に直結する電圧変換停止工程（ステップＳ３）と、を有する。
【０１１３】
上述した実施形態によれば、ＦＣ電圧ＶｆｃとＢＡＴ電圧Ｖｂａｔとの電圧差｜Ｖｄｉｆ｜が所定範囲内｜Ｖｄｉｆ｜＜Ｖｔｈであって小さいときにはＳＵＣ２１及びＳＵＤＣ２２の直結（同時直結）を行うので、ＳＵＣ２１及びＳＵＤＣ２２の電圧変換損失が低減され、システム全体の効率を向上させることができる。
【０１１４】
この場合、ＦＣ１８に対する発電電力指令値Ｐｆｃｔａｒと実発電電力Ｐｆｃとの差｜Ｐｆｃｔａｒ−Ｐｆｃ｜を発電電力乖離幅として把握する発電電力乖離幅把握工程（ステップＳ４）をさらに有し、電圧変換停止工程（ステップＳ３）の開始後に、図５の時点ｔ３に示したように、発電電力乖離幅｜Ｐｆｃｔａｒ−Ｐｆｃ｜が所定幅Ｐｆｃｔｈより大きくなった場合には、電圧変換停止工程（ステップＳ３）を終了し、ＳＵＣ２１及びＳＵＤＣ２２の少なくとも一方の電圧変換動作を実行させる（ステップＳ６）。
【０１１５】
このように、ＦＣ１８の制御性が悪化していることを検知して直結を解除するので、狙いの発電電力Ｐｆｃが得られず商品性が悪化してしまうことを抑制することができる。
【０１１６】
なお、ＳＵＣ２１及びＳＵＤＣ２２の電圧変換停止工程（ステップＳ３）の開始を判定する電圧差｜Ｖｄｉｆ｜の所定範囲としての差電圧閾値電圧Ｖｔｈは、図７の充放電電力の温度特性図を参照して説明したように、ＢＡＴ２０の温度が低いほど小さくすること、又は、ＢＡＴ２０の許容充放電電力範囲（許容放電電力Ｐａｄｍａｘもしくは許容充電電力Ｐａｃｍａｘ）が小さくなるほど小さくすることが好ましい。これにより、ＢＡＴ２０のアシストが可能か否かを考慮して直結判定するので、直結により狙いの制御性が得られずに商品性が悪化してしまうことを防止することができる。
【０１１７】
また、ＳＵＣ２１及びＳＵＤＣ２２の電圧変換停止工程（ステップＳ３）を終了する際に、ＳＵＣ２１の電圧変換動作をＳＵＤＣ２２の電圧変換動作に先立って再開する（ステップＳ６、ステップＳ８）ことが好ましい。ＦＣ１８の制御性が悪化することを抑制することができ、ＦＣ１８の耐久性が低下することを防止できる。
【０１１８】
さらなる変形例として、ＳＵＣ２１及びＳＵＤＣ２２の電圧変換停止工程（ステップＳ３）を終了した後、ＢＡＴ２０の目標ＳＯＣを高くすることでＢＡＴ電圧Ｖｂａｔを高くできるので、ＦＣ電圧Ｖｆｃを昇圧するＳＵＣ２１の昇圧状態を継続できる可能性が高くなり、ＳＵＤＣ２２も昇圧状態になる両方昇圧状態となってシステム効率が悪化することを防止でき、結果として、ＢＡＴ電圧Ｖｂａｔを昇圧するＳＵＤＣ２２の電圧変換動作を実行する頻度を低減することができる。
【０１１９】
同様に、電圧変換停止工程（ステップＳ３）を終了した後、ＢＡＴ２０への充電量を強制的に増加させるようにしてもよく、ＢＡＴ２０に強制的に充電することでＢＡＴ電圧Ｖｂａｔを高くできるので、ＢＡＴ電圧Ｖｂａｔを昇圧するＳＵＤＣ２２の電圧変換動作を実行する頻度を低減することができる。
【０１２０】
また、ＦＣ電圧Ｖｆｃ及びＢＡＴ電圧Ｖｂａｔの電圧差（｜Ｖｄｉｆ｜＝｜Ｖｆｃ−Ｖｂａｔ｜）がＳＵＣ２１及びＳＵＤＣ２２の電圧変換動作を停止可能な所定範囲内（｜Ｖｄｉｆ｜＝｜Ｖｆｃ−Ｖｂａｔ｜＜Ｖｔｈ）にある場合に、ＳＵＣ２１及びＳＵＤＣ２２の電圧変換動作を停止して、ＦＣ１８及びＢＡＴ２０を負荷３０に直結する電圧変換停止工程（ステップＳ３）では、電圧差（｜Ｖｄｉｆ｜＝｜Ｖｆｃ−Ｖｂａｔ｜）がＳＵＣ２１及びＳＵＤＣ２２の電圧変換動作を停止可能な所定範囲（｜Ｖｄｉｆ｜＝｜Ｖｆｃ−Ｖｂａｔ｜＝Ｖｔｈ＋ΔＶｔｈ）に近づいたとき（図１０の時点ｔ１１、時点ｔ１６）、第１手法として、ＢＡＴ２０の目標ＳＯＣを可変してＢＡＴ電圧Ｖｂａｔを増減し、ＢＡＴ電圧ＶｂａｔとＦＣ電圧Ｖｆｃとの電圧差｜Ｖｄｉｆ｜を所定範囲内（｜Ｖｄｉｆ｜＜Ｖｔｈ）にさせる、第２手法として、ＦＣ１８の目標膜含水率Ｚｍｔａｒを可変してＦＣ電圧Ｖｆｃを増減し、ＦＣ電圧ＶｆｃとＢＡＴ電圧Ｖｂａｔとの電圧差｜Ｖｄｉｆ｜を所定範囲内（｜Ｖｄｉｆ｜＜Ｖｔｈ）にさせる、第３手法として、ＦＣ１８の目標ストイキ比を可変してＦＣ電圧Ｖｆｃを増減し、電圧差｜Ｖｄｉｆ｜を所定範囲内（｜Ｖｄｉｆ｜＜Ｖｔｈ）にさせる、のうち、少なくとも一手法にてＢＡＴ電圧ＶｂａｔとＦＣ電圧Ｖｆｃとの電圧差｜Ｖｄｉｆ｜を所定範囲内（｜Ｖｄｉｆ｜＜Ｖｔｈ）まで狭めて、ＳＵＣ２１及びＳＵＤＣ２２の前記電圧変換動作を停止させるようにしてもよい。この場合、両方直結となる頻度をより高めてシステム効率をより向上させることができる。
【０１２１】
なお、ＢＡＴ電圧ＶｂａｔとＦＣ電圧Ｖｆｃとの電圧差｜Ｖｄｉｆ｜を所定範囲内（｜Ｖｄｉｆ｜＜Ｖｔｈ）まで狭める前記第１、第２、及び第３の手法の適用優先順位は、第１、第２、及び第３の手法の順とする。ＢＡＴ２０の目標ＳＯＣの可変制御は、ＦＣ１８の目標含水率制御及び目標ストイキ比可変制御に比較して簡便であり、目標含水率可変制御は目標ストイキ比可変制御に比較してＦＣ１８の発電効率の低下量が少ない。
【０１２２】
また、この発明は、上記実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【符号の説明】
【０１２３】
１０…燃料電池自動車（ＦＣ自動車）
１２…燃料電池システム（ＦＣシステム）
１４…駆動モータ                １６…インバータ（ＩＮＶ）
１８…燃料電池（ＦＣ）          ２０…蓄電装置、高電圧バッテリ（ＢＡＴ）
２１…昇圧コンバータ（昇圧器、電圧変換装置、ＳＵＣ）
２２…昇降圧コンバータ（昇降圧器、電圧変換装置、ＳＵＤＣ）
２４…ＥＣＵ
【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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