JP5076928B2 - 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法に関する。

従来より、燃料極に燃料ガス（例えば、水素）が供給されるとともに、酸化剤極に酸化剤ガス（例えば、空気）が供給されることにより、これらのガスを電気化学的に反応させて発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムが知られている。この類の燃料電池システムでは、負荷に対する電力供給において、高負荷時や負荷変動時において燃料電池による電力の不足を補うべく、二次電池などの蓄電手段を備えていることがある。

例えば、特許文献１には、燃料電池に接続される第１電源ラインと蓄電手段に接続される第２電源ラインとの間で双方向に電圧変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータを有する燃料電池システムが開示されている。この燃料電池システムでは、インバータ、走行モータおよび第１電気補機（エアーコンプレッサ）は、第１電源ラインから電力供給を受け、第２電気補機としての電動エアコンモータ、ワイパモータおよびパワーウィンドモータ等は第２電源ラインから電力供給を受ける。
特開２００６−２８６３２０号公報

しかしながら、第２の電源ラインから電力供給を受ける電気補機へ、燃料電池から電力を供給する場合、または、第１の電源ラインから電力供給を受ける電気補機へ、蓄電手段から電力を供給する場合には、電力がＤＣ／ＤＣコンバータを通過するので、電力ロスが発生する事態が生じる虞がある。また、通過電力が増えることで、ＤＣ／ＤＣコンバータのサイズが大きくなってしまう可能性がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＤＣ／ＤＣコンバータの効率の向上ともに、ＤＣ／ＤＣコンバータの小型化を図ることである。

かかる課題を解決するために、本発明は、変換手段と、第１のスイッチ手段と、第２のスイッチ手段と、制御手段とを主体に構成されている。変換手段は、燃料電池または蓄電手段からの電流を電圧変換して出力する双方向性の変換手段である。第１のスイッチ手段は、蓄電手段と接続する第１の電源ラインから分岐する第１の電力供給ラインに設けられて、第２のスイッチ手段は、燃料電池と接続する第２の電源ラインにおいて負荷系ラインの分岐点と変換手段との間から分岐する第２の電力供給ラインに設けられる。制御手段は、変換手段の両側の電力、もしくは電流の大小の比較に基づいて、第１のスイッチ手段および第２のスイッチ手段を制御することにより、変換手段を通過する電力が小さくなるように、第１の電力供給ラインと第２の電力供給ラインの選択を行う。

本発明によれば、変換手段を通過する電力が小さくなるように、第１の電力供給ラインと第２の電力供給ラインとの間でラインの選択が行われる。これによりお、ＤＣ／ＤＣコンバータの通過電力を低減させることができるので、効率の向上ともに、ＤＣ／ＤＣコンバータの小型化を図ることができる。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。燃料電池システムは、例えば、移動体である車両に搭載されており、この車両は燃料電池システムから供給される電力によって駆動する。

燃料電池システムは、固体高分子電解質膜を挟んで燃料極と酸化剤極とを対設した燃料電池構造体をセパレータで挟持して、これを複数積層して構成される燃料電池スタック（燃料電池）１を備える。この燃料電池スタック１は、燃料極に燃料ガスが供給されるとともに、酸化剤極に酸化剤ガスが供給されることにより、これらの反応ガスを電気化学的に反応させて電力を発生する。本実施形態では、燃料ガスとして水素を、酸化剤ガスとして空気を用いるケースについて説明する。燃料電池システムには、燃料電池スタック１に水素を供給するための水素系（図示せず）とが備えられている。

燃料電池スタック１には、車両を駆動する駆動モータ２がインバータ３を介して接続されており、燃料電池スタック１からの電流は、インバータ３を介して駆動モータ２へ供給される。インバータ３は、後述する第２の電源ライン２１から分岐した負荷系ライン２４を介して燃料電池スタック１と電気的に接続されている。

燃料電池スタック１には、ＤＣ／ＤＣコンバータ（変換手段）４が接続されるとともに、このＤＣ／ＤＣコンバータ４を介してバッテリ（蓄電手段）５が接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ４とバッテリ５とは、第１の電源ライン２０によって電気的に接続されており、ＤＣ／ＤＣコンバータ４と燃料電池スタック１とは、第２の電源ライン２１によって電気的に接続されている。

燃料電池スタック１からの電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４を介してバッテリ５に供給されるとともに、燃料電池スタック１において発電を行うために動作させる種々の電気補機６（例えば、水素系における水素循環ポンプや空気系におけるコンプレッサなど）に供給される。電気補機６に電力を供給するライン（電力供給ライン）は、第１の電源ライン２０から分岐した第１の電力供給ライン２２、または、第２の電源ライン２１において負荷系ライン２４の分岐点とＤＣ／ＤＣコンバータ４との間から分岐する第２の電力供給ライン２３がある。

第１の電力供給ライン２２には、オンとオフとが切替可能な第１のスイッチ（第１のスイッチ手段）７が設けられ、一方、第２の電力供給ライン２３には、オンとオフとが切替可能な第２のスイッチ（第２のスイッチ手段）８が設けられる。これらのスイッチ７，８により、第１の電力供給ライン２２および第２の電力供給ライン２３のうちの一方の電力供給ラインが選択されるようになっている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、燃料電池スタック１からの電流、すなわち、第２の電源ライン２１からの入力する電流を電圧変換して第１の電源ライン２０に出力する。本実施形態において、ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、電流を双方向に流す双方向性のコンバータであり、バッテリ５からの電流、すなわち、第１の電源ライン２０からの電流を電圧変換して第２の電源ライン２１に出力することもできる。

バッテリ５は、電力を充電可能であるとともに、この充電した電力を放電可能な蓄電手段であり、次に示すような機能を担っている。まず、バッテリ５は、燃料電池スタック１とともに、電気補機６に対してそれを駆動するために必要な電力を供給する。また、システムに要求される電力（要求電力）に対して、燃料電池スタック１における発電電力が不足する場合、不足分の電力を駆動モータ２および電気補機６に供給する。さらに、燃料電池スタック１の発電電力が要求電力に対して余剰となった場合、余剰分の電力を蓄電し、また、駆動モータ２の回生電力を蓄電する。

制御部（制御手段）９は、システム全体を統合的に制御する機能を担っており、制御プログラムに従って動作することにより、システムの運転状態を制御する。制御部９としては、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェースを主体に構成されたマイクロコンピュータを用いることができる。この制御部９は、システムの状態に基づいて、各種の演算を行い、この演算結果を制御信号として各種のアクチュエータ（図示せず）に出力する。

本実施形態との関係において、制御部９は、第１のスイッチ７および第２のスイッチ８を制御することにより、第１の電力供給ライン２２と第２の電力供給ライン２３との間で電力供給ラインの選択を行う。具体的には、制御部９は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４を通過する電力が小さくなるように、第１の電力供給ライン２２と第２の電力供給ライン２３との切り替えを行う。また、制御部９は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４と通信することにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ４からの出力電圧を制御することができるとともに、バッテリ５と通信することにより、バッテリ５の電圧を特定することができる。

制御部９には、システムの状態を検出するために、各種センサ等からのセンサ信号が入力されている。第１の電力センサ（第１の電力検出手段）１０は、第１の電源ライン２０において第１の電力供給ライン２２の分岐点とバッテリ５との間の電力を第１の電力として検出する。第２の電力センサ（第２の電力検出手段）１１は、第２の電源ライン２１において第２の電力供給ライン２３の分岐点と負荷系ライン２４の分岐点との間の電力を第２の電力として検出する。また、スタック電圧センサ（図示せず）は、燃料電池スタック１の電圧を検出する。

図２は、本発明の第１の実施形態にかかる電力供給ラインの選択処理の手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、所定の周期で呼び出され、制御部９によって実行される。

まず、ステップ１（Ｓ１）において、電力供給ラインの切替判断が行われる。具体的には、制御部９は、第１の電力センサ１０から第１の電力Ｐbaを読み込むとともに、第２の電力センサ１１から第２の電力Ｐfcを読み込む。制御部９は、第１の電力Ｐbaが第２の電力Ｐfcよりも大きい場合には（Ｐfc＜Ｐba）、第１の電力供給ライン２２を介して電気補機６へ電力を供給することを決定し、一方、第１の電力Ｐbaが第２の電力Ｐfc以下の場合には（Ｐfc≧Ｐba）、第２の電力供給ライン２３を介して電気補機６へ電力を供給することを決定する。

ステップ２（Ｓ２）において、電力供給ラインを切り替えるか否かが判断される。制御部９は、ステップ１において決定された電力供給ラインと、第１および第２のスイッチ７，８によって設定される現在の電力供給ラインとを比較し、両者が対応しない場合には、電力供給ラインを切り替えると判断し、一方、両者が対応する場合には、電力供給ラインを切り替えないと判断する。電力供給ラインを切り替える場合には、ステップ２において肯定判定されるため、ステップ３（Ｓ３）に進み、電力供給ラインを切り替えない場合には、ステップ２において否定判定されるため、ステップ４（Ｓ４）に進む。

ステップ３において、ステップ１において決定された電力供給ラインに応じて、第１のスイッチ７および第２のスイッチ８が制御され、現在の電力供給ライン２２，２３から他方の電力供給ライン２２，２３へと切り替えが行われる。これに対して、ステップ４において、第１のスイッチ７および第２のスイッチ８の制御は行われず、電力供給ラインが維持される。

このように本実施形態によれば、第１の電力Ｐbaと第２の電力Ｐfcとに基づいて、具体的には、第１の電力Ｐbaと第２の電力Ｐfcとの大小関係に応じて、電力供給ラインが選択される。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の通過電力を低減させることができるので、効率の向上ともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の小型化を図ることができる。また、燃料電池スタック１の電圧が低いケースでは、ＤＣ／ＤＣコンバータを別途設けて電気補機を駆動することも考えられるが、本実施形態によればこのような追加的な構成を必要としないで済むというメリットがある。

なお、本実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の通過電力の大小関係に基づいて、電力供給ラインの切り替えを判断しているが、これに加え、駆動モータ２およびインバータ３や電気補機６の電力消費状況や効率を加味して、切り替えの判断を行ってもより。

また、第１および第２のスイッチは、ダイオードで構成してもよい。この場合、燃料電池スタック１の電圧がバッテリ５の電圧よりも高い場合、通常発電時は常に第２の電力供給ライン２３より電気補機６に電力が供給される。また、燃料電池スタック１の起動または停止時において燃料電池スタック１の電圧が低下した場合には、電力供給ラインを第１の電力供給ライン２２に切り替え、電気補機６に電力を供給することができる。これにより、電力センサ１０，１１を設ける必要もなく、また、複雑な制御ロジックを構築することなく、電力供給ラインの選択を行うことができる。

（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態にかかる燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。第２の実施形態にかかる燃料電池システムが、第１の実施形態のそれと相違する点は、電力供給ラインの切り替えを第１および第２の電源ライン２０，２１における電流に基づいて行う点にある。以下、第１の実施形態との相違点を中心に説明を行うこととし、重複する説明については省略する。

本実施形態では、第１の実施形態に示す第１および第２の電力センサ１０，１１は設けておらず、それらに代えて第１および第２の電流センサ（第１および第２の電流検出手段）１２，１３が設けられている。第１の電流センサ１２は、第１の電源ラインに２０おいて第１の電力供給ライン２２の分岐点とバッテリ５との間の電流を第１の電流として検出する。第２の電流センサ１３は、第２の電源ライン２１において第２の電力供給ライン２３の分岐点と負荷系ライン２４の分岐点との間の電流を第２の電流として検出する。第１および第２の電流センサ１２，１３からのセンサ信号は、制御部９に対して入力される。

また、本実施形態において、第１および第２のスイッチ７，８は、オンとオフとで制御可能であることと、さらに、電気補機６から燃料電池スタック１またはバッテリ５へ流れる電流を抑制する逆流抑制機能を備えている。このようなスイッチとしては、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ：Insulated Gate Bipolar Transistor）やＭＯＳＦＥＴ（metal oxide semiconductor field effect transistor）等の半導体スイッチングデバイスと直列にダイオードを挿入して構成したり、逆流を抑制するダイオード内蔵の半導体スイッチで構成することができる。また、機械式リレーと直列にダイオードを挿入して構成してもよいし、サイリスタで構成してもよい。

図４は、本発明の第２の実施形態にかかる電力供給ラインの選択処理の手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、所定の周期で呼び出され、制御部９によって実行される。

まず、ステップ１０（Ｓ１０）において、電力供給ラインの切替確認として、電力供給ラインの切り替えを行っている最中であるかが確認される。具体的な処理としては、制御部９は、切替フラグＦｃを読み込む。この切替フラグＦｃについては後述するが、切替フラグＦｃは、電力供給ラインが切替中である場合には「１」にセットされており、電力供給ラインが切替中でない場合には「０」にセットされている。

ステップ１１（Ｓ１１）において、切替フラグＦｃが「１」であるか否かが判断される。このステップ１１において肯定判定された場合、すなわち、切替フラグＦｃが「１」にセットされている場合には（Ｆｃ＝１）、ステップ１５（Ｓ１５）に進む。一方、ステップ１１において否定判定された場合、すなわち、切替フラグＦｃが「１」にセットされていない場合には（Ｆｃ≠１（Ｆｃ＝０））、ステップ１２（Ｓ１２）に進む。

ステップ１２において、電力供給ラインを切り替えるか否が判断される（電力供給ラインの切替判断）。ここで、図５は、ステップ１２の処理の詳細を示すフローチャートである。まず、制御部９は、第１の電流センサ１２から第１の電流Ｉbaを読み込むとともに、第２の電流センサ１３から第２の電流Ｉfcを読み込んだ上で、ステップ１２０において、第１の電流Ｉbaが第２の電流Ｉfcよりも大きいか否かを判断する。このステップ１２０において肯定判定された場合、すなわち、第１の電流Ｉbaが第２の電流Ｉfcよりも大きい場合には（Ｉfc＜Ｉba）、ステップ１２１（Ｓ１２１）に進む。一方、ステップ１２０において否定判定された場合、すなわち、第１の電流Ｉbaが第２の電流Ｉfcよりも大きくない場合には（Ｉfc≧Ｉba）、ステップ１２２（Ｓ１２２）に進む。

ステップ１２１において、現在の電流値に関する比較結果を表す第１の電流比較フラグＦａが「０」にセットされる。一方、ステップ１２２において、第１の電流比較フラグＦａが「１」にセットされる。

ステップ１２３（Ｓ１２３）において、従前のサイクルにおいて読み込んだ第１の電流Ｉbazと第２の電流Ｉfczとが比較され、第１の電流Ｉbazが第２の電流Ｉfczよりも大きいか否かが判断される。このステップ１２３において肯定判定された場合、すなわち、第１の電流Ｉbazが第２の電流Ｉfczよりも大きい場合には（Ｉfcz＜Ｉbaz）、ステップ１２４（Ｓ１２４）に進む。一方、ステップ１２３において否定判定された場合、すなわち、第１の電流Ｉbazが第２の電流Ｉfczよりも大きくない場合には（Ｉfcz≧Ｉbaz）、ステップ１２５（Ｓ１２５）に進む。

ステップ１２４において、従前の電流値に関する比較結果を表す第２の電流比較フラグＦｂが「０」にセットされる。一方、ステップ１２５において、第２の電流比較フラグＦｂが「１」にセットされる。

ステップ１２６（Ｓ１２６）において、第１の電流比較フラグＦａと第２の電流比較フラグＦｂとが対応するか否かが判断される。すなわち、ステップ１２６では、第１の電流Ｉbazと第２の電流Ｉfczとの大小関係が、従前のサイクルと今回のサイクルとで変化しているか否かが判断される。このステップ１２６において肯定判定された場合、すなわち、第１の電流比較フラグＦａと第２の電流比較フラグＦｂとが対応する場合には（Ｆａ＝０かつＦｂ＝０、または、Ｆａ＝１かつＦｂ＝１）、ステップ１２７（Ｓ１２７）に進む。一方、ステップ１２６において否定判定された場合、すなわち、第１の電流比較フラグＦａと第２の電流比較フラグＦｂとが対応しない場合には（Ｆａ＝０かつＦｂ＝１、または、Ｆａ＝１かつＦｂ＝０）、ステップ１２８（Ｓ１２８）に進む。

ステップ１２７において、電力供給ラインを維持すべく、切替フラグＦｃが「０」にセットされる。一方、ステップ１２８において、電力供給ラインの切り替えるべく、切替フラグＦｃが「１」にセットされる。

再び図４を参照するに、ステップ１３（Ｓ１３）において、切替フラグＦｃが「１」であるか否かが判断される。このステップ１３において肯定判定された場合、すなわち、切替フラグＦｃが「１」にセットされている場合には（Ｆｃ＝１）、ステップ１５（Ｓ１５）に進む。一方、ステップ１３において否定判定された場合、すなわち、切替フラグＦｃが「１」にセットされていない場合には（Ｆｃ≠１（Ｆｃ＝０））、ステップ１４（Ｓ１４）に進む。

ステップ１４において、第１および第２のスイッチ７，８によって設定される現在の電力供給ラインが維持される。ここで、図６は、ステップ１４の処理の詳細を示すフローチャートである。まず、ステップ１４０（Ｓ１４０）において、第１および第２の電流比較フラグＦａ，Ｆｂが読み込まれる。

ステップ１４１（Ｓ１４１）において、第１の電流比較フラグＦａが「０」であり、かつ、第２の電流比較フラグＦｂが「０」であるか否かが判断される。このステップ１４１において肯定判定された場合、すなわち、第１の電流比較フラグＦａが「０」で、かつ、第２の電流比較フラグＦｂが「０」である場合には、ステップ１４２（Ｓ１４２）に進む。一方、ステップ１４１において否定判定された場合、すなわち、第１の電流比較フラグＦａが「１」で、かつ、第２の電流比較フラグＦｂが「１」である場合には、ステップ１４３（Ｓ１４３）に進む。

ステップ１４２において、第１のスイッチ７がオンに、第２のスイッチ８がオフにそれぞれ制御される。これにより、第１の電力供給ライン２２が維持される。これに対して、ステップ１４３において、第１のスイッチ７がオフに、第２のスイッチ８がオンにそれぞれ制御される。これにより、第２の電力供給ライン２３が維持される。

再び図４を参照するに、ステップ１５において、第１のスイッチ７および第２のスイッチ８が制御され、第１および第２のスイッチ７，８によって設定される現在の電力供給ラインから他方の電力供給ラインへと切り替えが行われる。ここで、図７は、ステップ１５の処理の詳細を示すフローチャートである。まず、ステップ１５０（Ｓ１５０）において、第１および第２の電流比較フラグＦａ，Ｆｂが読み込まれる。

ステップ１５１（Ｓ１５１）において、第１の電流比較フラグＦａが「０」であり、かつ、第２の電流比較フラグＦｂが「１」であるか否かが判断される。このステップ１５１において肯定判定された場合、すなわち、第１の電流比較フラグＦａが「０」で、かつ、第２の電流比較フラグＦｂが「１」である場合には、ステップ１５２（Ｓ１５２）に進む。一方、ステップ１５１において否定判定された場合、すなわち、第１の電流比較フラグＦａが「１」で、かつ、第２の電流比較フラグＦｂが「０」である場合には、後述するステップ１６０（Ｓ１６０）に進む。

ステップ１５２において、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の電圧の指令値がバッテリ５の電圧Ｖbaに設定される。

ステップ１５３（Ｓ１５３）において、燃料電池スタック１の電圧Ｖfcがバッテリ５の電圧Ｖbaと対応するか否かが判断される。このステップ１５３において肯定判定された場合、すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の電圧Ｖfcがバッテリ５の電圧Ｖbaと対応する場合には（Ｖfc＝Ｖba）、ステップ１５４（Ｓ１５４）に進む。一方、ステップ１５３において否定判定された場合、すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の電圧Ｖfcがバッテリ５の電圧Ｖbaと対応しない場合には（Ｖfc≠Ｖba）、本ルーチンを抜ける。

ステップ１５４において、第１のスイッチ７がオンに制御される。そして、ステップ１５５（Ｓ１５５）において、第１のスイッチ７がオンされたタイミングを基準として、予め設定された待ち時間（所定時間）だけ経過したか否かが判断される。このステップ１５５において否定判定された場合には、ステップ１５６（Ｓ１５６）に進む。一方、ステップ１５５において肯定判定された場合には、ステップ１５７（Ｓ１５７）に進む。

ステップ１５６において、第２のスイッチ８がオンに制御され、その後本ルーチンを抜ける。一方、ステップ１５７において、第２のスイッチ８がオフに制御される。そして、ステップ１５８（Ｓ１５８）において、第１の電流比較フラグＦａが「０」にセットされ、続くステップ１５９（Ｓ１５９）において、切替フラグＦｃが「０」にセットされると、本ルーチンを抜ける。

ステップ１６０において、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の電圧の指令値がバッテリ５の電圧Ｖbaに設定される。

ステップ１６１（Ｓ１６１）において、燃料電池スタック１の電圧Ｖfcがバッテリ５の電圧Ｖbaと対応するか否かが判断される。このステップ１６１において肯定判定された場合、すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の電圧Ｖfcがバッテリ５の電圧Ｖbaと対応する場合には（Ｖfc＝Ｖba）、ステップ１６２（Ｓ１６２）に進む。一方、ステップ１６１において否定判定された場合、すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の電圧Ｖfcがバッテリ５の電圧Ｖbaと対応しない場合には（Ｖfc≠Ｖba）、本ルーチンを抜ける。

ステップ１６２において、第２のスイッチ８がオンに制御される。そして、ステップ１６３（Ｓ１６３）において、第２のスイッチ８がオンされたタイミングを基準として、予め設定された待ち時間（所定時間）だけ経過したか否かが判断される。このステップ１６３において否定判定された場合には、ステップ１６４（Ｓ１６４）に進む。一方、ステップ１６３において肯定判定された場合には、ステップ１６５（Ｓ１６５）に進む。

ステップ１６４において、第１のスイッチ７がオンに制御され、その後本ルーチンを抜ける。一方、ステップ１６５において、第１のスイッチ７がオフに制御される。そして、ステップ１６６（Ｓ１６６）において、第１の電流比較フラグＦａが「１」にセットされ、続くステップ１６７（Ｓ１６７）において、切替フラグＦｃが「０」にセットされると、本ルーチンを抜ける。

図８は、本実施形態における第１および第２の電流比較フラグＦａ，Ｆｂおよび切替フラグＦｃと、電力供給ラインとの関係を示す説明図である。また、図９，１０は、第１および第２の電流Ｉba，Ｉfc、燃料電池スタック１の電圧Ｖfc、バッテリ５の電圧Ｖba、第１および第２のスイッチ７，８（ＳＷ１，ＳＷ２）のオン・オフ状態、および、選択される電力供給ラインの経時的な推移を示す説明図である。この図９，１０において、（ａ）は、燃料電池スタック１の電圧Ｖfcがバッテリ５の電圧Ｖbaよりも小さいシーンの説明図であり、（ｂ）は、燃料電池スタック１の電圧Ｖfcがバッテリ５の電圧Ｖbaよりも大きいシーンの説明図である。

従前の処理サイクルおよび現在の処理サイクルにおいて第１の電流Ｉbaが第２の電流Ｉfcよりも大きいケースでは、第１および第２の電流比較フラグＦａ，Ｆｂおよび切替フラグＦｃがそれぞれ「０」にセットされている。このケースでは、第１の電力供給ライン２２が維持される。つぎに、現在の処理サイクルにおいて第１の電流Ｉbaが第２の電流Ｉfc以下となるケースでは、第１の電流比較フラグＦａが「１」に、第２の電流比較フラグＦｂが「０」にセットされるため、切替フラグＦｃが「１」セットされる。このケースでは、第１の電力供給ライン２２から第２の電力供給ライン２３へと電力供給ラインが切り替えられる。

また、従前の処理サイクルおよび現在の処理サイクルにおいて第１の電流Ｉbaが第２の電流Ｉfc以下のケースでは、第１および第２の電流比較フラグＦａ，Ｆｂが「１」に、切替フラグＦｃが「０」にセットされている。このケースでは、第２の電力供給ライン２３が維持される。そして、現在の処理サイクルにおいて第１の電流Ｉbaが第２の電流Ｉfcよりも大きいケースでは、第１の電流比較フラグＦａが「０」に、第２の電流比較フラグＦｂが「１」にセットされるため、切替フラグＦｃが「１」セットされる。このケースでは、第２の電力供給ライン２３から第１の電力供給ライン２２へと電力供給ラインが切り替えられる。

このように本実施形態によれば、第１の電流Ｉfcと第２の電流Ｉbaとに基づいて、具体的には、第１の電流Ｉfcと第２の電流Ｉbaとの大小関係に応じて、電力供給ラインが選択される。これにより、簡単な構成で、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の通過電力を低減させることができるので、効率の向上ともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の小型化を図ることができる。

また、本実施形態によれば、第１および第２のスイッチ７，８が、逆流抑制機能を備えている。そのため、電力供給ラインの切り替えを簡単に実現することができ、かつ、燃料電池スタック１とバッテリ５との電源短絡を抑制することができる。

また、本実施形態によれば、電力供給ラインを切り替える場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の電圧の指令値がバッテリ５の電圧Ｖbaに設定されることにより（ステップ１５２，１６０）、第１の電源ライン２０と第２の電源ライン２１との電圧が対応させられる。これにより、電気補機６の入力電圧の急変動を抑制することができ、突入電流による素子の破壊や劣化を抑制することができる。

また、本実施形態によれば、電力供給ラインの切り替えが完了するまでの期間は、第１の電源ライン２０と第２の電源ライン２１との電圧が対応させられている。これにより、電気補機６の入力電圧の急激な変動を抑制することができる。

なお、第１の電源ライン２０と第２の電源ライン２１との電圧を対応させる場合には、両者の値を厳密に一致させる必要なく、誤差等の影響を考慮して、両者の値が概ね一致していれば足りる。また、電圧を対応させる時間は、電力供給ラインの切り替えが完了するまでの時間である。したがって、電力供給ラインの切り替えが完了した場合には、通常通りの電圧の指令値に戻される。

また、本実施形態によれば、電力供給ラインを切り替えの際に、一方のスイッチ７，８をオンすることにより、第１のスイッチ７と第２のスイッチ８との双方をタイミング的にオーバーラップさせてオンした後に、他方のスイッチ７，８をオフする。すなわち、ステップ１５６，１６４に示すように、待ち時間の間だけ双方のスイッチ７，８がそれぞれオンされる。これにより、電気補機６の入力電圧が瞬断するのを抑制することができ、電気補機６を安定的に運転させることができる。特に、本実施形態によれば、第１および第２のスイッチ７，８が同時オンしていても、逆流抑制機能を備えているので、燃料電池スタック１とバッテリ５との電源短絡は抑制される。

また、本実施形態によれば、第１および第２のスイッチ７，８が同時にオンする期間を得るように、すなわち、オン指令を受けたスイッチ７，８がオンするのに必要な時間だけ待ち時間が設定されている（ステップ１５５，１６３）。これにより、電気補機６の入力電圧の瞬断を有効に抑制することができる。本実施形態によれば、初めにオフとなっているスイッチ７，８がオンされ、待ち時間が経過したのち、もう一方のスイッチ７，８がオフされる。

さらに、本実施形態によれば、電力供給ラインの切り替えを行っている最中は、電流の検出が行われない（ステップ１１）。これにより、電力供給ラインの切り替えによるハンチング等を抑制することができる。

なお、本実施形態によれば、第１の電流Ｉbaと第２の電流Ｉfcとの比較により切り替えを行っているが、電力供給ラインが頻繁に切り替わってしまうという事態を軽減するために、両者の比較の際にヒステリシスを設けるなどしてもよい。

（第３の実施形態）
図１１は、本発明の第３の実施形態にかかる燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図である。第３の実施形態にかかる燃料電池システムが、第２の実施形態のそれと相違する点は、電力供給ラインの切り替えを行う際の電流の検出ポイントである。以下、第２の実施形態との相違点を中心に説明を行うこととし、重複する説明については省略する。

本実施形態では、第２の実施形態に示す第１および第２の電流センサ１２，１３が設けられておらず、これらとは異なる第３から第５の電流センサ（第３から第５の電流検出手段）１４〜１６が設けられている。第３の電流センサ１４は、第１の電源ライン２０において第１の電力供給ライン２２の分岐点とＤＣ／ＤＣコンバータ４との間の電流を第３の電流として検出しており、ＤＣ／ＤＣコンバータ４からバッテリ５への向きを正の電流として検出する。第４の電流センサ１５は、第２の電源ライン２１において第２の電力供給ライン２３の分岐点とＤＣ／ＤＣコンバータ４との間の電流を第４の電流として検出しており、ＤＣ／ＤＣコンバータ４から燃料電池スタック１への向きを正の電流として検出する。第５の電流センサ１６は、電気補機６に入力する電流を第５の電流として検出する。第３から第５の電流センサ１４〜１６からのセンサ信号は、制御部９に対して入力される。また、本実施形態において、第１および第２のスイッチ７，８は、第２の実施形態と同様に、オンとオフとで制御可能であることと、さらに、電気補機６から燃料電池スタック１またはバッテリ５へ流れる電流を抑制する逆流抑制機能を備えている。

図１２は、本発明の第３の実施形態にかかる電力供給ラインの選択処理の手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、所定の周期で呼び出され、制御部９によって実行される。

まず、ステップ２０（Ｓ２０）において、電力供給ラインの切替確認として、電力供給ラインの切り替えを行っている最中であるかが確認が行われる。具体的な処理としては、制御部９は、切替フラグＦｈを読み込む。この切替フラグＦｈについては後述するが、切替フラグＦｈは、電力供給ラインが切替中である場合には「１」にセットされており、電力供給ラインが切替中でない場合には「０」にセットされている。

ステップ２１（Ｓ２１）において、切替フラグＦｈが「１」であるか否かが判断される。このステップ２１において肯定判定された場合、すなわち、切替フラグＦｈが「１」にセットされている場合には（Ｆｈ＝１）、ステップ２５（Ｓ２５）に進む。一方、ステップ２１において否定判定された場合、すなわち、切替フラグＦｈが「１」にセットされていない場合には（Ｆｈ≠１（Ｆｈ＝０））、ステップ２２（Ｓ２２）に進む。

ステップ２２において、電力供給ラインを切り替えるか否が判断される（電力供給ラインの切替判断）。ここで、図１３は、ステップ２２の処理の詳細を示すフローチャートである。まず、ステップ２２０（Ｓ２２０）において、電力供給ラインの状態確認が行われる。具体的には、制御部９は、ライン状態フラグＦｇを読み込む。ライン状態フラグＦｇについては後述するが、このライン状態フラグＦｇは、電力供給ラインとして第２の電力供給ライン２３が選択されている場合には「１」にセットされており、電力供給ラインとして第１の電力供給ライン２２が選択されている場合には「０」にセットされている。

ステップ２２１（Ｓ２２１）において、ライン状態フラグＦｇが「０」であるか否かが判断される。このステップ２２１において肯定判定された場合、すなわち、ライン状態フラグＦｇが「０」である場合には、ステップ２２２（Ｓ２２２）に進む。一方、ステップ２２１において否定判定された場合、すなわち、ライン状態フラグＦｇが「０」でない場合には、ステップ２２５（Ｓ２２５）に進む。

ステップ２２２において、以下に示す関係式が成立するか否かが判断される。
（数式１）
Ｉau／２＞Ｉba’
ここで、Ｉauは、第５の電流センサ１６において検出される第５の電流であり、Ｉba’は、第３の電流センサ１４において検出される第３の電流である。

数式１によれば、第５の電流Ｉauの半分の電流値よりも第３の電流Ｉba’が小さいか否かが判断される。すなわち、数式１に示す関係を満たしていれば、電気補機６への電力供給は、バッテリ５が支配的であるので、電力供給ラインは適正であると判断することができる。このステップ２２２において肯定判定された場合、すなわち、第５の電流Ｉauの半分の電流値よりも第３の電流Ｉba’が小さい場合には（Ｉau／２＞Ｉba’）、ステップ２２３（Ｓ２２３）に進む。一方、ステップ２２２において否定判定された場合、すなわち、第５の電流Ｉauの半分の電流値よりも第３の電流Ｉba’が小さくない場合には（Ｉau／２≦Ｉba’）、ステップ２２４（Ｓ２２４）に進む。

ステップ２２３において、電力供給ラインを維持すべく、切替フラグＦｈが「０」にセットされ、その後、本ルーチンを抜ける。一方、ステップ２２４において、電力供給ラインを切り替えるべく、切替フラグＦｈが「１」にセットされ、その後、本ルーチンを抜ける。

ステップ２２５において、以下に示す関係式が成立するか否かが判断される。
（数式２）
Ｉau／２＞Ｉfc’
ここで、Ｉfc’は、第４の電流センサ１５において検出される第４の電流である。

数式２によれば、第５の電流Ｉauの半分の電流値よりも第４の電流Ｉfc’が小さいか否かが判断される。すなわち、数式２に示す関係を満たしていれば、電気補機６への電力供給は、燃料電池スタック１が支配的であるので、電力供給ラインは適正であると判断することができる。このステップ２２５において肯定判定された場合、すなわち、第５の電流Ｉauの半分の電流値よりも第４の電流Ｉfc’が小さい場合には（Ｉau／２＞Ｉfc’）、ステップ２２６（Ｓ２２６）に進む。一方、ステップ２２５において否定判定された場合、すなわち、第５の電流Ｉauの半分の電流値よりも第４の電流Ｉfc’が小さくない場合には（Ｉau／２≦Ｉfc’）、ステップ２２７（Ｓ２２７）に進む。

ステップ２２６において、電力供給ラインを維持すべく、切替フラグＦｈが「０」にセットされ、その後、本ルーチンを抜ける。一方、ステップ２２７において、電力供給ラインを切り替えるべく、切替フラグＦｈが「１」にセットされ、その後、本ルーチンを抜ける。

再び図１２を参照するに、ステップ２３（Ｓ２３）において、ステップ２２において設定される切替フラグＦｈが「１」であるか否かが判断される。このステップ２３において肯定判定された場合、すなわち、切替フラグＦｈが「１」にセットされている場合には（Ｆｈ＝１）、ステップ２５（Ｓ２５）に進む。一方、ステップ２３において否定判定された場合、すなわち、切替フラグＦｈが「１」にセットされていない場合には（Ｆｈ≠１）、ステップ２４（Ｓ２４）に進む。

ステップ２４において、第１および第２のスイッチ７，８によって設定される現在の電力供給ラインが維持される。ここで、図１４は、ステップ２４の処理の詳細を示すフローチャートである。まず、ステップ２４０（Ｓ２４０）において、電力供給ラインの状態確認が行われる。具体的には、制御部９は、ライン状態フラグＦｇを読み込む。

ステップ２４１（Ｓ２４１）において、ライン状態フラグＦｇが「０」であるか否かが判断される。このステップ２４１において肯定判定された場合、すなわち、ライン状態フラグＦｇが「０」である場合には、ステップ２４２（Ｓ２４２）に進む。一方、ステップ２４１において否定判定された場合、すなわち、ライン状態フラグＦｇが「０」でない場合には、ステップ２４４（Ｓ２４４）に進む。

ステップ２４２において、第１のスイッチ７がオンに制御され、ステップ２４３（Ｓ２４３）において、第２のスイッチ８がオフに制御される。これにより、第１の電力供給ライン２２が維持される。これに対して、ステップ２４４において、第１のスイッチ７がオフに制御され、ステップ２４５（Ｓ２４５）において、第２のスイッチ８がオンに制御される。これにより、第２の電力供給ライン２３が維持される。

再び図１２を参照するに、ステップ２５において、第１のスイッチ７および第２のスイッチ８が制御され、第１および第２のスイッチ７，８によって設定される現在の電力供給ラインから他方の電力供給ラインへと切り替えが行われる。ここで、図１５は、ステップ２５の処理の詳細を示すフローチャートである。

ステップ２５０（Ｓ２５０）において、電力供給ラインの状態確認が行われる。具体的には、制御部９は、ライン状態フラグＦｇを読み込む。ステップ２５１（Ｓ２５１）において、ライン状態フラグＦｇが「０」であるか否かが判断される。このステップ２５１において肯定判定された場合、すなわち、ライン状態フラグＦｇが「０」である場合には、ステップ２５２（Ｓ２５２）に進む。一方、ステップ２５１において否定判定された場合、すなわち、ライン状態フラグＦｇが「０」でない場合には、ステップ２６０（Ｓ２６０）に進む。

ステップ２５２（Ｓ２５２）からステップ２５７（Ｓ２５７）の処理は、第２の実施形態に示すステップ１５２からステップ１５７の処理と同様であるため、その詳細な説明については省略する。そして、ステップ２５８（Ｓ２５８）において、ライン状態フラグＦｇが「１」にセットされる。ステップ２５９（Ｓ２５９）において、切替フラグＦｈが「０」にセットされ、本ルーチンを抜ける。

また、ステップ２６０（Ｓ２６０）からステップ２６５（Ｓ２６５）の処理は、第２の実施形態に示すステップ１６０からステップ１６５の処理と同様であるため、その詳細な説明については省略する。そして、ステップ２６６（Ｓ２６６）において、ライン状態フラグＦｇが「０」にセットされる。そして、ステップ２６７（Ｓ２６７）において、切替フラグＦｈが「０」にセットされ、本ルーチンを抜ける。

図１６および図１７は、第３から第５の電流Ｉba’，Ｉfc’，Ｉau、燃料電池スタック１の電圧Ｖfc、バッテリ５の電圧Ｖba、第１および第２のスイッチ７，８（ＳＷ１，ＳＷ２）のオン・オフ状態、および、選択される電力供給ラインの経時的な推移を示す説明図である。この図１６，１７において、（ａ）は、燃料電池スタック１の電圧Ｖfcがバッテリ５の電圧Ｖbaよりも小さいシーンの説明図であり、（ｂ）は、燃料電池スタック１の電圧Ｖfcがバッテリ５の電圧Ｖbaよりも大きいシーンの説明図である。また、一点鎖線で示す電流値は、第５の電流Ｉauの半分の電流値を示す。

従前の処理サイクルおよび現在の処理サイクルにおいて、第５の電流Ｉauの半分の電流値よりも第３の電流Ｉba’が小さいケースでは、第１の電力供給ライン２２が維持される。つぎに、現在の処理サイクルにおいて、第３の電流Ｉba’が第５の電流Ｉauの半分の電流値以上のケースでは、第１の電力供給ライン２２から第２の電力供給ライン２３へと電力供給ラインが切り替えられる。

また、従前の処理サイクルおよび現在の処理サイクルにおいて、第５の電流Ｉauの半分の電流値よりも第４の電流Ｉfc’が小さいケースでは、第２の電力供給ライン２３が維持される。そして、現在の処理サイクルにおいて、第４の電流Ｉfc’が第５の電流Ｉauの半分の電流値以上のケースでは、第２の電力供給ライン２３から第１の電力供給ライン２２へと電力供給ラインが切り替えられる。

このように本実施形態によれば、第３から第５の電流Ｉba’，Ｉfc’，Ｉauに基づいて、電力供給ラインが選択される。これにより、簡単な構成で、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の通過電力を低減させることができるので、効率の向上ともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の小型化を図ることができる。

また、本実施形態によれば、電力供給ラインの切り替えを行っている最中は、電流の検出が行われない（ステップ２１）。これにより、電力供給ラインの切り替えによるハンチング等を抑制することができる。

なお、本実施形態によれば、第２の実施形態と対応する構成・システム処理については、第１の実施形態と同様の効果を奏する。

（第４の実施形態）
図１８は、本発明の第４の実施形態にかかる電力供給ラインの選択処理の手順を示すフローチャートである。第４の実施形態にかかる燃料電池システムが、第１の実施形態のそれと相違する点は、電力供給ラインの切り替えを行う際の処理内容である。以下、第１の実施形態との相違点を中心に説明を行うこととし、重複する説明については省略する。

なお、本実施形態では、第２または第３の実施形態と同様に、第１および第２のスイッチ７，８は、オンとオフとで制御可能であることと、さらに、電気補機６から燃料電池スタック１またはバッテリ５へ流れる電流を抑制する逆流抑制機能を備えている。

まず、ステップ３０（Ｓ３０）において、電力供給ラインの切替確認として、電力供給ラインの切り替えを行っている最中であるかが確認される。具体的な処理としては、制御部９は、切替フラグＦｆを読み込む。この切替フラグＦｆについては後述するが、切替フラグＦｆは、電力供給ラインが切替中である場合には「１」にセットされており、電力供給ラインが切替中でない場合には「０」にセットされている。

ステップ３１（Ｓ３１）において、切替フラグＦｈが「１」であるか否かが判断される。このステップ３１において肯定判定された場合、すなわち、切替フラグＦｆが「１」にセットされている場合には（Ｆｆ＝１）、ステップ３５（Ｓ３５）に進む。一方、ステップ３１において否定判定された場合、すなわち、切替フラグＦｆが「１」にセットされていない場合には（Ｆｈ≠１（Ｆｈ＝０））、ステップ３２（Ｓ３２）に進む。

ステップ３２において、電力供給ラインを切り替えるか否が判断される（電力供給ラインの切替判断）。ここで、図１９は、ステップ３２の処理の詳細を示すフローチャートである。まず、ステップ３２０（Ｓ３２０）において、第１の電力センサ１０から第１の電力Ｐbaが読み込まれるとともに、第２の電力センサ１１から第２の電力Ｐfcが読み込まれる。

ステップ３２１（Ｓ３２１）において、第１の電力Ｐbaが第２の電力Ｐfcよりも大きいか否かが判断される。このステップ３２１において肯定判定された場合、すなわち、第１の電力Ｐbaが第２の電力Ｐfcよりも大きい場合には（Ｐfc＜Ｐba）、ステップ３２２（Ｓ３２２）に進む。一方、ステップ３２２において否定判定された場合、すなわち、第１の電力Ｐbaが第２の電力Ｐfcよりも大きくない場合には（Ｐfc≧Ｐba）、ステップ３２２（Ｓ３２２）に進む。

ステップ３２２において、現在の電力値に関する比較結果を表す第１の電力比較フラグＦｄが「０」にセットされる。一方、ステップ３２３において、第１の電力比較フラグＦｄが「１」にセットされる。

ステップ３２４（Ｓ３２４）において、従前のサイクルにおいて読み込んだ第１の電力Ｐbazと第２の電力Ｐfczとが比較され、第１の電力Ｐbazが第２の電力Ｐfczよりも大きいか否かが判断される。このステップ３２４において肯定判定された場合、すなわち、第１の電力Ｐbazが第２の電力Ｐfczよりも大きい場合には（Ｐfcz＜Ｐbaz）、ステップ３２５（Ｓ３２５）に進む。一方、ステップ３２４において否定判定された場合、すなわち、第１の電力Ｐbazが第２の電力Ｐfczよりも大きくない場合には（Ｐfcz≧Ｐbaz）、ステップ３２６（Ｓ３２６）に進む。

ステップ３２５において、従前の電力値に関する比較結果を表す第２の電力比較フラグＦｅが「０」にセットされる。一方、ステップ３２６において、第２の電力比較フラグＦｅが「１」にセットされる。

ステップ３２７において、第１の電力比較フラグＦｄと第２の電力比較フラグＦｅとが対応するか否かが判断される。このステップ３２７において肯定判定された場合、すなわち、第１の電力比較フラグＦｄと第２の電力比較フラグＦｅとが対応する場合には（Ｆｄ＝０かつＦｅ＝０、または、Ｆｄ＝１かつＦｅ＝１）、ステップ３２８（Ｓ３２８）に進む。一方、ステップ３２７において否定判定された場合、すなわち、第１の電力比較フラグＦｄと第２の電力比較フラグＦｅとが対応しない場合には（Ｆｄ＝０かつＦｅ＝１、または、Ｆｄ＝１かつＦｅ＝０）、ステップ３２９（Ｓ３２９）に進む。

ステップ３２８において、電力供給ラインを維持すべく、切替フラグＦｆが「０」にセットされる。一方、ステップ３２９において、電力供給ラインの切り替えるべく、切替フラグＦｆが「１」にセットされる。

再び図１８を参照するに、ステップ３３（Ｓ３３）において、切替フラグＦｆが「１」であるか否かが判断される。このステップ３３において肯定判定された場合、すなわち、切替フラグＦｆが「１」にセットされている場合には（Ｆｆ＝１）、ステップ３５（Ｓ３５）に進む。一方、ステップ３３において否定判定された場合、すなわち、切替フラグＦｆが「１」にセットされていない場合には（Ｆｃ≠１）、ステップ３４（Ｓ３４）に進む。

ステップ３４において、第１および第２のスイッチ７，８によって設定される現在の電力供給ラインが維持される。ここで、図２０は、ステップ３４の処理の詳細を示すフローチャートである。まず、ステップ３４０（Ｓ３４０）において、電力比較フラグＦｄ，Ｆｅが読み込まれる。

ステップ３４１（Ｓ３４１）において、第１の電力比較フラグＦｄが「０」であり、かつ、第１の電力比較フラグＦｄが「０」であるか否かが判断される。このステップ３４１において肯定判定された場合、すなわち、第１の電力比較フラグＦｄが「０」で、かつ、第２の電力比較フラグＦｅが「０」である場合には、ステップ３４２（Ｓ３４２）に進む。一方、ステップ３４１において否定判定された場合、すなわち、第１の電力比較フラグＦｄが「１」で、かつ、第２の電力比較フラグＦｅが「１」である場合には、ステップ３４３（Ｓ３４３）に進む。

ステップ３４２において、第１のスイッチ７がオンに、第２のスイッチ８がオフにそれぞれ制御される。これにより、第１の電力供給ライン２２が維持される。これに対して、ステップ３４３において、第１のスイッチ７がオフに、第２のスイッチ８がオンにそれぞれ制御される。これにより、第２の電力供給ライン２３が維持される。

再び図１８を参照するに、ステップ３５において、第１のスイッチ７および第２のスイッチ８が制御され、第１および第２のスイッチ７，８によって設定される現在の電力供給ラインから他方の電力供給ラインへと切り替えが行われる。ここで、図２１は、ステップ３５の処理の詳細を示すフローチャートである。まず、ステップ３５０（Ｓ３５０）において、電力比較フラグＦｄ，Ｆｅが読み込まれる。

ステップ３５１（Ｓ３５１）において、第１の電力比較フラグＦｄが「０」であり、かつ、第２の電力比較フラグＦｅが「１」であるか否かが判断される。このステップ３５１において肯定判定された場合、すなわち、第１の電力比較フラグＦｄが「０」で、かつ、第２の電力比較フラグＦｅが「１」である場合には、ステップ３５２（Ｓ３５２）に進む。一方、ステップ３５１において否定判定された場合、すなわち、第１の電力比較フラグＦｄが「１」で、かつ、第２の電力比較フラグＦｅが「０」である場合には、後述するステップ３６０（Ｓ３６０）に進む。

ステップ３５２（Ｓ３５２）からステップ３５７（Ｓ３５７）の処理は、第２の実施形態に示すステップ１５２からステップ１５７の処理と同様であるため、その詳細な説明については省略する。そして、ステップ３５８（Ｓ３５８）において、電力比較フラグＦｄが「０」にセットされる。ステップ３５９（Ｓ３５９）において、切替フラグＦｆが「０」にセットされ、本ルーチンを抜ける。

一方、ステップ３６０（Ｓ３６０）からステップ３６５（Ｓ３６５）の処理は、第２の実施形態に示すステップ１６０からステップ１６５の処理と同様であるため、その詳細な説明については省略する。そして、ステップ３６６（Ｓ３６６）において、電力比較フラグＦｄが「０」にセットされる。ステップ３６７（Ｓ３６７）において、切替フラグＦｆが「０」にセットされ、本ルーチンを抜ける。

図２２は、本実施形態における第１および第２の電力比較フラグＦｄ，Ｆｅおよび切替フラグＦｆと、電力供給ラインとの関係を示す説明図である。また、図２３，２４は、第１および第２の電力Ｐba，Ｐfc、燃料電池スタック１の電圧Ｖfc、バッテリ５の電圧Ｖba、第１および第２のスイッチ７，８（ＳＷ１，ＳＷ２）のオン・オフ状態、および、選択される電力供給ラインの経時的な推移を示す説明図である。この図２３，２４において、（ａ）は、燃料電池スタック１の電圧Ｖfcがバッテリ５の電圧Ｖbaよりも小さいシーンの説明図であり、（ｂ）は、燃料電池スタック１の電圧Ｖfcがバッテリ５の電圧Ｖbaよりも大きいシーンの説明図である。

従前の処理サイクルおよび現在の処理サイクルにおいて第１の電力Ｐbaが第２の電力Ｐfcよりも大きいケースでは、第１および第２の電力比較フラグＦｄ，Ｆｅおよび切替フラグＦｆがそれぞれ「０」にセットされている。このケースでは、第１の電力供給ライン２２が維持される。つぎに、現在の処理サイクルにおいて第１の電力Ｐbaが第２の電力Ｐfc以下となるケースでは、第１の電力比較フラグＦｄが「１」に、第２の電流比較フラグＦｂが「０」にセットされるため、切替フラグＦｆが「１」セットされる。このケースでは、第１の電力供給ライン２２から第２の電力供給ライン２３へと電力供給ラインが切り替えられる。

また、従前の処理サイクルおよび現在の処理サイクルにおいて第１の電力Ｐbaが第２の電力Ｐfc以下のケースでは、第１および第２の電力比較フラグＦｄ，Ｆｅが「１」に、切替フラグＦｃが「０」にセットされている。このケースでは、第２の電力供給ライン２３が維持される。そして、現在の処理サイクルにおいて第１の電流Ｐbaが第２の電力Ｐfcよりも大きいケースでは、第１の電力比較フラグＦｄが「０」に、第２の電流比較フラグＦｅが「１」にセットされるため、切替フラグＦｃが「１」セットされる。このケースでは、第２の電力供給ライン２３から第１の電力供給ライン２２へと電力供給ラインが切り替えられる。

このように本実施形態によれば、第１の電流Ｉfcと第２の電流Ｉbaとに基づいて、具体的には、第１の電流Ｉfcと第２の電流Ｉbaとの大小関係に応じて、電力供給ラインが選択される。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の通過電力を低減させることができるので、効率の向上ともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ４の小型化を図ることができる。

また、本実施形態によれば、電力供給ラインの切り替えを行っている最中は、電力の検出が行われない（ステップ３１）。これにより、電力供給ラインの切り替えによるハンチング等を抑制することができる。

なお、本実施形態によれば、第２の実施形態と対応する構成・システム処理については、第１の実施形態と同様の効果を奏する。また、電力の検出については、電流と電圧とを検出することにより、両者の積算値として電力を特定してもよい。

以上、本発明の実施形態にかかる燃料電池システムおよびその制御方法について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その発明の範囲内において種々の変形が可能である。

第１の実施形態にかかる燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図 第１の実施形態にかかる電力供給ラインの選択処理の手順を示すフローチャート 第２の実施形態にかかる燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図 第２の実施形態にかかる電力供給ラインの選択処理の手順を示すフローチャート ステップ１２の処理の詳細を示すフローチャート ステップ１４の処理の詳細を示すフローチャート ステップ１５の処理の詳細を示すフローチャート 第１および第２の電流比較フラグＦａ，Ｆｂおよび切替フラグＦｃと、電力供給ラインとの関係を示す説明図 第１および第２の電流Ｉba，Ｉfc、燃料電池スタック１の電圧Ｖfc、バッテリ５の電圧Ｖba、第１および第２のスイッチ７，８（ＳＷ１，ＳＷ２）のオン・オフ状態、および、選択される電力供給ラインの経時的な推移を示す説明図 第１および第２の電流Ｉba，Ｉfc、燃料電池スタック１の電圧Ｖfc、バッテリ５の電圧Ｖba、第１および第２のスイッチ７，８（ＳＷ１，ＳＷ２）のオン・オフ状態、および、選択される電力供給ラインの経時的な推移を示す説明図 第３の実施形態にかかる燃料電池システムの構成を模式的に示すブロック図 第３の実施形態にかかる電力供給ラインの選択処理の手順を示すフローチャート ステップ２２の処理の詳細を示すフローチャート ステップ２４の処理の詳細を示すフローチャート ステップ２５の処理の詳細を示すフローチャート 第３から第５の電流Ｉba’，Ｉfc’，Ｉau、燃料電池スタック１の電圧Ｖfc、バッテリ５の電圧Ｖba、第１および第２のスイッチ７，８（ＳＷ１，ＳＷ２）のオン・オフ状態、および、選択される電力供給ラインの経時的な推移を示す説明図 第３から第５の電流Ｉba’，Ｉfc’，Ｉau、燃料電池スタック１の電圧Ｖfc、バッテリ５の電圧Ｖba、第１および第２のスイッチ７，８（ＳＷ１，ＳＷ２）のオン・オフ状態、および、選択される電力供給ラインの経時的な推移を示す説明図 第４の実施形態にかかる電力供給ラインの選択処理の手順を示すフローチャート ステップ３２の処理の詳細を示すフローチャート ステップ３４の処理の詳細を示すフローチャート ステップ３５の処理の詳細を示すフローチャート 第１および第２の電力比較フラグＦｄ，Ｆｅおよび切替フラグＦｆと、電力供給ラインとの関係を示す説明図 第１および第２の電力Ｐba，Ｐfc、燃料電池スタック１の電圧Ｖfc、バッテリ５の電圧Ｖba、第１および第２のスイッチ７，８（ＳＷ１，ＳＷ２）のオン・オフ状態、および、選択される電力供給ラインの経時的な推移を示す説明図 第１および第２の電力Ｐba，Ｐfc、燃料電池スタック１の電圧Ｖfc、バッテリ５の電圧Ｖba、第１および第２のスイッチ７，８（ＳＷ１，ＳＷ２）のオン・オフ状態、および、選択される電力供給ラインの経時的な推移を示す説明図

符号の説明

１ 燃料電池スタック
２ 駆動モータ
３ インバータ
４ ＤＣ／ＤＣコンバータ
５ バッテリ
６ 電気補機
７ 第１のスイッチ
８ 第２のスイッチ
９ 制御部
１０ 第１の電力センサ
１１ 第２の電力センサ
１２ 第１の電流センサ
１３ 第２の電流センサ
１４ 第３の電流センサ
１５ 第４の電流センサ
１６ 第５の電流センサ
２０ 第１の電源ライン
２１ 第２の電源ライン
２２ 第１の電力供給ライン
２３ 第２の電力供給ライン

Claims (14)

1. 燃料極に燃料ガスが供給されるともに酸化剤極に酸化剤ガスが供給されることにより、燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電を行う燃料電池と、
   電力を充電可能であるとともに、当該充電した電力を放電可能な蓄電手段と、
   第１の電源ラインを介して前記蓄電手段と電気的に接続するとともに第２の電源ラインを介して前記燃料電池と電気的に接続しており、前記燃料電池または前記蓄電手段からの電流を電圧変換して出力する双方向性の変換手段と、
   前記第２の電源ラインから分岐しており、負荷に電力を供給するための負荷系ラインと、
   前記第１の電源ラインから分岐しており、システムに必要な電気補機に電力を供給するための第１の電力供給ラインと、
   前記第１の電力供給ラインに設けられて、オンとオフとが切替可能な第１のスイッチ手段と、
   前記第２の電源ラインにおいて前記負荷系ラインの分岐点と前記変換手段との間から分岐しており、前記電気補機に電力を供給するための第２の電力供給ラインと、
   前記第２の電力供給ラインに設けられて、オンとオフとが切替可能な第２のスイッチ手段と、
   前記双方向性の変換手段の両側の電力、もしくは電流の大小の比較に基づいて、前記第１のスイッチ手段および前記第２のスイッチ手段を制御することにより、前記変換手段を通過する電力が小さくなるように、前記第１の電力供給ラインと前記第２の電力供給ラインの選択を行う制御手段と
   を有することを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記第１の電源ラインにおいて前記第１の電力供給ラインの分岐点と前記蓄電手段との間の電力を第１の電力として検出する第１の電力検出手段と、
   前記第２の電源ラインにおいて前記第２の電力供給ラインの分岐点と前記負荷系ラインの分岐点との間の電力を第２の電力として検出する第２の電力検出手段とをさらに有し、
   前記制御手段は、前記第１の電力および前記第２の電力に基づいて、前記第１の電力供給ラインと前記第２の電力供給ラインとの間でラインの選択を行うことを特徴とする請求項１に記載された燃料電池システム。
3. 前記第１の電源ラインにおいて前記第１の電力供給ラインの分岐点と前記蓄電手段との間の電流を第１の電流として検出する第１の電流検出手段と、
   前記第２の電源ラインにおいて前記第２の電力供給ラインの分岐点と前記負荷系ラインの分岐点との間の電流を第２の電流として検出する第２の電流検出手段とをさらに有し、
   前記制御手段は、前記第１の電流および前記第２の電流に基づいて、前記第１の電力供給ラインと前記第２の電力供給ラインとの間でラインの選択を行うことを特徴とする請求項１に記載された燃料電池システム。
4. 前記第１の電源ラインにおいて前記第１の電力供給ラインの分岐点と前記変換手段との間の電流を第３の電流として検出する第３の電流検出手段と、
   前記第２の電源ラインにおいて前記第２の電力供給ラインの分岐点と前記変換手段との間の電流を第４の電流として検出する第４の電流検出手段と、
   前記電気補機に入力する電流を第５の電流として検出する第５の電流検出手段とをさらに有し、
   前記制御手段は、前記第３の電流、前記第４の電流および前記第５の電流に基づいて、前記第１の電力供給ラインと前記第２の電力供給ラインとの間でラインの選択を行うことを特徴とする請求項１に記載された燃料電池システム。
5. 前記第１のスイッチ手段は、前記蓄電手段側への電流の流れ抑制する逆流抑制機能を備えるとともに、
   前記第２のスイッチ手段は、前記燃料電池側への電流の流れを抑制する逆流抑制機能を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載された燃料電池システム。
6. 前記制御手段は、前記第１の電力供給ラインと前記第２の電力供給ラインとの間でラインの切り替えを行う場合、前記第１の電源ラインと前記第２の電源ラインとにおける電圧が対応するように前記変換手段を制御することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載された燃料電池システム。
7. 前記制御手段は、前記第１の電力供給ラインと前記第２の電力供給ラインとの間でラインの切り替えが完了するまでの期間、前記第１の電源ラインと前記第２の電源ラインとにおける電圧が対応するように、前記変換手段を制御することを特徴とする請求項６に記載された燃料電池システム。
8. 前記制御手段は、前記第１の電力供給ラインと前記第２の電力供給ラインとの間でラインの切り替えを行う場合、一方のスイッチ手段をオンすることにより、第１のスイッチ手段と第２のスイッチ手段との双方をタイミング的にオーバーラップさせてオンした後に、他方のスイッチ手段をオフすることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載された燃料電池システム。
9. 前記制御手段は、第１または第２のスイッチ手段がオンするのに必要な時間だけオーバーラップさせて、第１のスイッチ手段と第２のスイッチ手段との双方をオンすることを特徴とする請求項８に記載された燃料電池システム。
10. 前記第１の電力検出手段および前記第２の電力検出手段は、前記第１の電力供給ラインと前記第２の電力供給ラインとの間でラインの切り替えを行っている場合、電力の検出を行わないことを特徴とする請求項２に記載された燃料電池システム。
11. 前記第１の電流検出手段および前記第２の電流検出手段は、前記第１の電力供給ラインと前記第２の電力供給ラインとの間でラインの切り替えを行っている場合、電流の検出を行わないことを特徴とする請求項３に記載された燃料電池システム。
12. 前記第３の電流検出手段、前記第４の電流検出手段および第５の電流検出手段は、前記第１の電力供給ラインと前記第２の電力供給ラインとの間でラインの切り替えを行っている場合、電流の検出を行わないことを特徴とする請求項４に記載された燃料電池システム。
13. 前記第１のスイッチ手段および前記第２のスイッチ手段は、ダイオードで構成されることを特徴とする請求項１に記載された燃料電池システム。
14. 燃料極に燃料ガスが供給されるともに酸化剤極に酸化剤ガスが供給されることにより、燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電を行う燃料電池を備える燃料電池システムの制御方法において、
    第１の電源ラインを介して蓄電手段と電気的に接続するとともに第２の電源ラインを介して前記燃料電池と電気的に接続しており前記燃料電池または前記蓄電手段からの電流を電圧変換して出力する双方向性の変換手段の両側の電力、もしくは電流の大小の比較に基づいて、前記変換手段を通過する電力が小さくなるように、前記第１の電力供給ラインと前記第２の電力供給ラインのラインの選択を行う第１のステップと、
    前記第１のステップの選択結果に基づいて、前記第１の電源ラインから分岐してシステムに必要な電気補機に電力を供給するための第１の電力供給ラインであって、当該第１の電力供給ラインに設けられる第１のスイッチ手段のオンとオフとを切り替える第２のステップと、
    前記第１のステップの選択結果に基づいて、第２の電源ラインにおいて、負荷に電力を供給するための負荷系ラインの分岐点と変換手段との間から分岐して前記電気補機に電力を供給するための第２の電力供給ラインであって、当該第２の電力供給ラインに設けられる第２のスイッチ手段のオンとオフとを切り替える第３のステップと
    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。

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