JP6161338B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池の出力電圧を固定すると共に、反応ガスの供給量を調整することで燃料電池の出力電流を可変とする電圧固定・電流可変制御を行う燃料電池システムに関する。

特許文献１では、燃料電池の出力制御として４種類の制御、すなわち、通常時用の第１・第２通常モードと、アイドル発電抑制モード時用の第１・第２アイドル発電抑制モードが開示されている（図１１、図１２）。

これらの制御のうち第１アイドル発電抑制モードは、主として、アイドル発電抑制モード時においてバッテリ２２の充電を要する場合に用いられるものであり、目標セル電圧Ｖｃｅｌｌｔｇｔ（＝目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔ／セル数）を、酸化還元領域Ｒ３外の電位に固定し、ＦＣ電流Ｉｆｃを一定とする制御である（［０１１５］）。

また、第２アイドル発電抑制モードは、主として、アイドル発電抑制モード時においてバッテリ２２の充電を要さない場合に用いられるものであり、目標セル電圧Ｖｃｅｌｌｔｇｔ（＝目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔ／セル数）を、酸化還元領域Ｒ３以上の電位に固定すると共に、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを可変とすることにより、ＦＣ電流Ｉｆｃを可変とする制御である（［０１１８］）。

なお、上記にいうアイドル発電抑制モードは、メインスイッチ１５８がオンの状態においてＦＣ１６が積極的な発電を停止することを意味し、また、積極的な発電とは、ＥＣＵ３２からの指令に基づき行うＦＣ１６の発電を指し、残留ガスによる発電を含まないとされている（［００８２］）。

加えて、第１・第２アイドル発電抑制モードにおける目標セル電圧Ｖｃｅｌｌｔｇｔは、セル電圧Ｖｃｅｌｌが還元領域Ｒ２又は酸化領域Ｒ４内の値となるように設定すればよいとされている（［０１６４］）。

特開２０１２−２５２９９８号公報

上記のように、特許文献１では、燃料電池による積極的な発電を停止した状態（第１・第２アイドル発電抑制モード時）における目標セル電圧Ｖｃｅｌｌｔｇｔは、セル電圧Ｖｃｅｌｌが還元領域Ｒ２又は酸化領域Ｒ４内の値となるように設定すればよいとされている。すなわち、燃料電池又はそのセルの劣化を考慮して目標電圧が設定されている。このため、特許文献１では、車両又は燃料電池システム全体のエネルギ効率には着目されていない。

例えば、燃料電池の出力電圧をＤＣ／ＤＣコンバータで変圧して補機に供給している場合、アイドル時において燃料電池の出力電圧と補機への目標入力電圧との間に差が大きいと、ＤＣ／ＤＣコンバータでの電力損失が大きくなることが考えられる。しかしながら、特許文献１では、このような点について検討されていない。

上記のような話は、燃料電池車両に限るものでなく、また、アイドル時に限るものでもない。

本発明は上記のような課題を考慮してなされたものであり、全体としてのエネルギ効率を向上することが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。

本発明に係る燃料電池システムは、
走行モータである第１負荷と、
前記第１負荷に対して電力を供給する燃料電池と、
前記燃料電池に反応ガスを供給するガス供給装置と、
前記燃料電池と並列に接続されて前記第１負荷に電力を供給する蓄電装置と、
前記第１負荷と前記蓄電装置の間に配置された第１電圧変換装置と、
前記第１負荷と前記燃料電池の間又は前記第１負荷と前記蓄電装置の間に第２電圧変換装置を介して接続された補機である第２負荷と、
前記ガス供給装置、前記第１電圧変換装置及び前記第２電圧変換装置を制御する制御装置と
を備える燃料電池車両を含むものであって、
前記制御装置は、
前記第２負荷の消費電力が前記第１負荷の消費電力よりも大きいとき、
前記第１電圧変換装置により前記第２電圧変換装置への入力電圧を調整することにより、前記第２電圧変換装置への入力電圧を、前記第２電圧変換装置における電圧変換を不要にする一定値又は前記第２電圧変換装置における変圧率を抑制する一定値である第１エネルギ効率改善値にすると共に、
前記第１電圧変換装置により前記第２電圧変換装置への入力電圧を、一定値である前記第１エネルギ効率改善値に維持しながら、前記第１負荷及び前記第２負荷の要求電力の合計値に追従するように前記ガス供給装置により前記反応ガスの供給量を調整させる
ことを特徴とする。

本発明によれば、補機である第２負荷の消費電力が、走行モータである第１負荷の消費電力よりも大きいとき、第２電圧変換装置（第２負荷側の電圧変換装置）への入力電圧を調整して、第２電圧変換装置における電圧変換を不要にする又は第２電圧変換装置における変圧率を抑制する。これにより、第２電圧変換装置の損失を低下させることが可能となる。この際、第２電圧変換装置への入力電圧への調整を行っても、燃料電池からの供給電力を反応ガスの供給量で調整することにより第１負荷及び第２負荷に対して所望の電力供給を行うことが可能となる。

本発明に係る燃料電池システムは、
第１負荷と、
前記第１負荷に対して電力を供給する燃料電池と、
前記燃料電池に反応ガスを供給するガス供給装置と、
前記燃料電池と並列に接続されて前記第１負荷に電力を供給する蓄電装置と、
前記第１負荷と前記蓄電装置の間に配置された第１電圧変換装置と、
前記第１負荷と前記燃料電池の間又は前記第１負荷と前記蓄電装置の間に接続された第２負荷と、
前記第１負荷と前記燃料電池の間若しくは前記第１負荷と前記蓄電装置の間の配線と前記第２負荷とを結ぶ配線上に配置され又は前記第１負荷と前記燃料電池の間の配線上に配置された第２電圧変換装置と、
前記ガス供給装置、前記第１電圧変換装置及び前記第２電圧変換装置を制御する制御装置と
を備えるものであって、
前記制御装置は、
前記第２負荷の消費電力が前記第１負荷の消費電力よりも大きいとき、
前記第１電圧変換装置及び前記第２電圧変換装置の少なくとも一方により前記第２電圧変換装置への入力電圧を調整することにより、前記第２電圧変換装置への入力電圧を、前記第２電圧変換装置における電圧変換を不要にする一定値又は前記第２電圧変換装置における変圧率を抑制する一定値である第１エネルギ効率改善値にすると共に、
前記第１電圧変換装置により前記第２電圧変換装置への入力電圧を、一定値である前記第１エネルギ効率改善値に維持しながら、前記第１負荷及び前記第２負荷の要求電力の合計値に追従するように前記ガス供給装置により前記反応ガスの供給量を調整させる
ことを特徴とする。

本発明によれば、第２負荷の消費電力が第１負荷の消費電力よりも大きいとき、第２電圧変換装置における電圧変換を不要にする又は第２電圧変換装置における変圧率を抑制するように第２電圧変換装置への入力電圧を調整する。これにより、第２電圧変換装置の損失を低下させることが可能となる。この際、第２電圧変換装置への入力電圧への調整を行っても、燃料電池からの供給電力を反応ガスの供給量で調整することにより第１負荷及び第２負荷に対して所望の電力供給を行うことが可能となる。

前記制御装置は、前記第２負荷の消費電力が前記第１負荷の消費電力よりも大きいとき、前記第２電圧変換装置への入力電圧を、前記燃料電池を構成する各セルのセル電圧が酸化還元電位範囲外となる値に設定してもよい。これにより、第２電圧変換装置の損失低下を図りつつ、燃料電池の劣化を抑制することが可能となる。

前記第２負荷の消費電力が前記第１負荷の消費電力よりも大きいときは、前記燃料電池車両のアイドル時であってもよい。これにより、燃料電池車両のアイドル時におけるエネルギ効率を向上することが可能となる。

前記燃料電池システムは、前記第１負荷と前記燃料電池の間又は前記第１負荷と前記蓄電装置の間に接続された補機である第３負荷を備え、前記制御装置は、前記第３負荷の消費電力が前記第１負荷及び前記第２負荷の消費電力よりも大きいとき、前記第１電圧変換装置により前記第３負荷への入力電圧を調整することにより、前記第３負荷への入力電圧を、前記第１電圧変換装置における電圧変換を不要にする値又は前記第１電圧変換装置における変圧率を抑制する値である第２エネルギ効率改善値にすると共に、前記第１負荷、前記第２負荷及び前記第３負荷の要求電力の合計値に追従するように前記ガス供給装置により前記反応ガスの供給量を調整させてもよい。

上記によれば、第３負荷の消費電力が第１負荷及び第２負荷の消費電力よりも大きいとき、第１電圧変換装置における電圧変換を不要にする又は第１電圧変換装置における変圧率を抑制するように第３負荷への入力電圧を調整する。これにより、第１電圧変換装置の損失を低下させることが可能となる。この際、第３負荷への入力電圧への調整を行っても、燃料電池からの供給電力を反応ガスの供給量で調整することにより第１〜第３負荷に対して所望の電力供給を行うことが可能となる。

本発明によれば、燃料電池システム全体としてのエネルギ効率を向上することが可能となる。

本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムとしての燃料電池車両の概略全体構成図である。 第１実施形態における燃料電池スタックの出力制御に関する基本的なフローチャートである。 第１実施形態の第２モード（ＣＶＶＣ制御）において目標ＦＣ電圧を設定するフローチャートである。 第１実施形態に係る各種制御を用いた場合のタイムチャートの例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムとしての燃料電池車両の概略全体構成図である。 第２実施形態の第２モード（ＣＶＶＣ制御）において目標ＦＣ電圧を設定するフローチャートである。 第２実施形態に係る各種制御を用いた場合のタイムチャートの例を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る燃料電池システムとしての燃料電池車両の概略全体構成図である。 第３実施形態の第２モード（ＣＶＶＣ制御）において目標ＦＣ電圧を設定するフローチャートである。

Ａ．第１実施形態
１．全体的な構成の説明
［１−１．全体構成］
図１は、本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムとしての燃料電池車両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１に示すように、ＦＣ車両１０は、走行モータ１２と、インバータ１４と、燃料電池スタック１６と、エアポンプ２０を含むガス供給装置１８と、高電圧バッテリ２２（蓄電装置）と、バッテリ側電圧制御装置２４と、エアコンディショナ２６と、１２Ｖ系２８と、エアポンプ側電圧制御装置３０と、電子制御装置３２とを有する。

理解の容易化のため、以下では、走行モータ１２を「モータ１２」ともいい、燃料電池スタック１６を「ＦＣスタック１６」又は「ＦＣ１６」といい、エアポンプ２０を「Ａ／Ｐ２０」ともいう。また、高電圧バッテリ２２を「バッテリ２２」ともいい、バッテリ側電圧制御装置２４を「ＢＡＴ−ＶＣＵ２４」といい、エアコンディショナ２６を「Ａ／Ｃ２６」ともいう。さらに、エアポンプ側電圧制御装置３０を「Ａ／Ｐ−ＶＣＵ３０」といい、電子制御装置３２を「ＥＣＵ３２」という。

［１−２．駆動系］
モータ１２は、ＦＣ１６及びバッテリ２２から供給される電力に基づいて駆動力を生成し、当該駆動力により図示しないトランスミッションを通じて図示しない車輪を回転させる。また、モータ１２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２２等に出力する。

インバータ１４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１２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バッテリ２２等に供給する。

［１−３．ＦＣ系］
（１−３−１．ＦＣスタック１６）
ＦＣスタック１６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。

（１−３−２．ガス供給装置１８）
ガス供給装置１８は、ＦＣスタック１６に対して反応ガスを供給する。ガス供給装置１８は、ＦＣスタック１６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と、ＦＣスタック１６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と、ＦＣスタック１６を冷却する冷却系とを備える。

エアポンプ２０は、カソード系に含まれ、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、図示しない配管を介して車外（外部）と連通している。図１に示すように、Ａ／Ｐ２０は、ＦＣ１６とインバータ１４との間の配線１００に対してＡ／Ｐ−ＶＣＵ３０を介して接続されている。

ガス供給装置１８の具体的な構成としては、例えば、特許文献１に記載のもの（特許文献１の図３等参照）を用いることができる。

［１−４．高電圧バッテリ２２］
バッテリ２２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。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。

［１−５．ＢＡＴ−ＶＣＵ２４］
ＢＡＴ−ＶＣＵ２４は、ＦＣ１６からの電力（以下「ＦＣ電力Ｐｆｃ」又は「ＦＣ発電電力Ｐｆｃ」という。）と、バッテリ２２からの電力（以下「バッテリ電力Ｐｂａｔ」という。）［Ｗ］と、モータ１２からの回生電力Ｐｒｅｇとの供給先を制御する。

ＢＡＴ−ＶＣＵ２４は、両側で昇降圧を行う電圧変換装置である。すなわち、バッテリ２２側（以下「１次側」という。）の電圧（１次電圧Ｖ１）［Ｖ］をモータ１２側（以下「２次側」という。）の電圧（２次電圧Ｖ２）［Ｖ］に昇降圧すると共に、２次電圧Ｖ２を１次電圧Ｖ１に昇降圧する電圧変換装置である。要求仕様によっては、ＢＡＴ−ＶＣＵ２４は、両側で昇降圧を行う電圧変換装置でなくてもよい。

［１−６．エアコンディショナ２６］
Ａ／Ｃ２６は、車両１０の車室内の温度等を調節する。図１に示すように、Ａ／Ｃ２６は、バッテリ２２とＢＡＴ−ＶＣＵ２４との間の配線１０２に対して、１２Ｖ系２８と並列に接続されている。

［１−７．１２Ｖ系２８］
１２Ｖ系２８は、比較的低電圧で作動する機器等を含む系である。例えば、１２Ｖ系２８は、１２Ｖバッテリ、アクセサリ（オーディオ機器、ナビゲーション装置等）、ＥＣＵ３２等を含む。図１に示すように、１２Ｖ系２８は、バッテリ２２とＢＡＴ−ＶＣＵ２４との間の配線１０２に対して、Ａ／Ｃ２６と並列に接続されている。

なお、１２Ｖ系２８は、バッテリ２２の出力電圧（以下「バッテリ電圧Ｖｂａｔ」という。）等を受けるに当たり、図示しない降圧側の電圧変換装置を用いる。理解の容易化のため、第１実施形態では、当該電圧変換装置の影響を考慮しない。

［１−８．Ａ／Ｐ−ＶＣＵ３０］
Ａ／Ｐ−ＶＣＵ３０は、入力側（ＦＣ１６、ＢＡＴ−ＶＣＵ２４の側）から出力側（Ａ／Ｐ２０側）に向かって昇降圧を行う電圧変換装置である。図１に示すように、Ａ／Ｐ−ＶＣＵ３０は、ＦＣ１６とインバータ１４との間の配線１００に対して接続されている。要求仕様によっては、Ａ／Ｐ−ＶＣＵ３０は、入力側から出力側に向かって昇圧のみ又は降圧のみを行う電圧変換装置であってもよい。

［１−９．ＥＣＵ３２］
ＥＣＵ３２は、通信線１０４（図１等）を介して、モータ１２、インバータ１４、ＦＣ１６、ガス供給装置１８（エアポンプ２０を含む。）、バッテリ２２、ＢＡＴ−ＶＣＵ２４、エアコンディショナ２６、１２Ｖ系２８及びＡＰ−ＶＣＵ３０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、図示しない各種センサの検出値を用いる。

ＥＣＵ３２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、ＥＣＵ３２は、１つのＥＣＵのみからなるのではなく、各部毎の複数のＥＣＵから構成することもできる。

２．第１実施形態の制御
次に、ＥＣＵ３２における制御、特に、ＦＣスタック１６の出力制御について説明する。

［２−１．基本制御］
図２には、第１実施形態におけるＦＣスタック１６の出力制御に関する基本的なフローチャートが示されている。ステップＳ１において、ＥＣＵ３２は、ＦＣ車両１０（ＦＣシステム）が低負荷状態であるか否かを判定する。具体的には、ＦＣ車両１０（ＦＣシステム）全体の要求負荷（システム要求負荷Ｐｓｙｓ＿ｒｅｑ）が、低負荷を判定するための閾値（低負荷判定閾値）を下回るか否かを判定する。システム要求負荷Ｐｓｙｓ＿ｒｅｑは、特許文献１と同様に算出する（特許文献１の図６等参照）。

車両１０が低負荷状態でない場合（Ｓ１：ＮＯ）、ステップＳ２において、ＥＣＵ３２は、第１モードを実施する。第１モードは、ＦＣ１６の出力電圧（以下「ＦＣ電圧Ｖｆｃ」という。）と出力電流（以下「ＦＣ電流Ｉｆｃ」という。）の両方を可変とする電圧可変・電流可変制御である。第１モードは、主として、システム要求負荷Ｐｓｙｓ＿ｒｅｑが相対的に高いときに用いられるものであり、目標ガス濃度を固定（或いは、反応ガスを豊潤な状態に維持）した状態で、ＦＣ電圧Ｖｆｃの目標値（以下「目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒ」という。）を調整することによりＦＣ電流Ｉｆｃを制御する。

車両１０が低負荷状態である場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、ステップＳ３において、ＥＣＵ３２は、第２モードを実施する。第２モードは、ＦＣ電圧Ｖｆｃを固定しつつ、ＦＣ電流Ｉｆｃを可変とする電圧固定・電流可変（ＣＶＶＣ：Constant Voltage and Variable Current）制御である。第２モードは、主として、システム要求負荷Ｐｓｙｓ＿ｒｅｑが相対的に低いときに用いられるものであり、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒを固定すると共に、目標ガス濃度を可変とすることにより、ＦＣ電流Ｉｆｃを可変とする。

従って、第２モードにおけるＥＣＵ３２は、ＦＣ１６からの供給電力（ＦＣ電力Ｐｆｃ）を反応ガスの供給量を調整することにより第１負荷及び第２負荷に対して所望の電力供給を行う。第２モードにおける目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒの設定方法については、図３を参照して後述する。

［２−２．第２モードにおける目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒの設定］
図３は、第１実施形態の第２モードにおいて目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒを設定するフローチャートである。ステップＳ１１において、ＥＣＵ３２は、車両１０（ＦＣシステム）がアイドル中であるか否かを判定する。アイドル状態は、車両１０のメインスイッチ（図示せず）がオンの状態においてＦＣ１６が積極的な発電を停止することを意味する。また、積極的な発電とは、ＥＣＵ３２からの指令に基づき行うＦＣ１６の発電を指し、残留ガスによる発電を含まない。

例えば、モータ１２の負荷が所定の閾値（アイドル判定モータ負荷閾値）を下回る場合、アイドル状態と判定する。或いは、車両１０の車速Ｖ［ｋｍ／ｈ］が所定の閾値（アイドル判定車速閾値）を下回る場合、アイドル状態と判定してもよい。第１実施形態では、車両１０がアイドル状態であると、モータ１２の消費電力Ｐｍｏｔは、エアポンプ２０の消費電力Ｐａｐよりも小さくなる。このため、モータ１２の消費電力ＰｍｏｔとＡ／Ｐ消費電力Ｐａｐ（以下「Ａ／Ｐ消費電力Ｐａｐ」ともいう。）を比較してアイドル状態を判定してもよい。

車両１０がアイドル中である場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、ステップＳ１２において、ＥＣＵ３２は、エアコンディショナ２６の消費電力（以下「Ａ／Ｃ消費電力Ｐａｃ」ともいう。）と１２Ｖ系２８の消費電力（以下「１２Ｖ系消費電力Ｐ１２ｖ」ともいう。）の合計Ｐａｃ＋Ｐ１２ｖが、エアポンプ２０の消費電力Ｐａｐを上回るか否かを判定する。

このような判定を行うのは、補機としてのＡ／Ｐ２０は、ＦＣ１６とインバータ１４との間の配線１００に対して接続されているのに対し、補機としてのエアコンディショナ２６と１２Ｖ系２８がバッテリ２２とＢＡＴ−ＶＣＵ２４との間の配線１０２に接続されていることに基づく。

例えば、第１実施形態では、各ＶＣＵ２４、３０の電力損失（変換損失）を考慮して、システム全体における電圧を制御する。このため、Ａ／Ｐ−ＶＣＵ３０と対になるエアポンプ２０の消費電力Ｐａｐは、単独で比較対象となる。また、エアコンディショナ２６及び１２Ｖ系２８は、ＢＡＴ−ＶＣＵ２４と対応付けられるため（或いは各ＶＣＵを介さずにバッテリ２２から電力供給を受ける位置にいるため）、両者の消費電力Ｐ１２ｖ、Ｐａｃを合わせて比較する。

図３のステップＳ１２においてＡ／Ｃ消費電力Ｐａｃと１２Ｖ系消費電力Ｐ１２ｖの合計Ｐａｃ＋Ｐ１２ｖが、Ａ／Ｐ消費電力Ｐａｐを上回る場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、ステップＳ１３において、ＥＣＵ３２は、バッテリ２２の出力電圧（バッテリ電圧Ｖｂａｔ）が酸化還元領域外の値であるか否かを判定する。

酸化還元領域は、ＦＣスタック１６を構成する各セルのセル電圧が酸化還元電位の範囲内となる電圧範囲である。酸化還元電位の範囲の詳細は、特許文献１に記載されている（特許文献１の図９、図１０及びこれらの関連記載参照）。

バッテリ電圧Ｖｂａｔが酸化還元領域外の値である場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、ＦＣ電圧Ｖｆｃ又はセル電圧の観点からすれば、ＦＣ１６の劣化を抑制可能な状態である。そこで、ステップＳ１４において、ＥＣＵ３２は、バッテリ電圧Ｖｂａｔを目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒとして設定する。

これに伴い、ＥＣＵ３２は、ＢＡＴ−ＶＣＵ２４の変圧動作を停止させ、２次電圧Ｖ２（ＢＡＴ−ＶＣＵ２４を基準としてＦＣ１６側の電圧）をバッテリ電圧Ｖｂａｔに等しくさせる（直結処理）。すなわち、ＦＣ１６の特性上、ＦＣ電流Ｉｆｃは、ＦＣ電圧Ｖｆｃに応じて定まる。このため、ＢＡＴ−ＶＣＵ２４が電圧変換を行わずに１次側と２次側を電気的に接続させると、ＦＣ電圧Ｖｆｃは、２次電圧Ｖ２に追従する。従って、ＢＡＴ−ＶＣＵ２４が電圧変換を行わないことで、２次電圧Ｖ２及びＦＣ電圧Ｖｆｃは、バッテリ電圧Ｖｂａｔと略等しくなる。

また、Ａ／Ｐ−ＶＣＵ３０については、２次電圧Ｖ２（≒バッテリ電圧Ｖｂａｔ）をＡ／Ｐ２０の目標入力電圧Ｖａｐ＿ｔａｒに等しくなるように変圧させる。従って、エアポンプ２０は、バッテリ電力Ｐｂａｔ又はＦＣ電力Ｐｆｃにより動作可能となる。

一方、バッテリ電圧Ｖｂａｔが酸化還元領域外の値でない場合（Ｓ１３：ＮＯ）、ＦＣ電圧Ｖｆｃ又はセル電圧の観点からすれば、ＦＣ１６の劣化が進行し易い状態である。そこで、ステップＳ１５において、ＥＣＵ３２は、酸化還元領域外の値（例えば、０．９Ｖ×セル数）を目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒとして設定する。

酸化還元領域外の値を目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒとして設定した後、ＥＣＵ３２は、ＢＡＴ−ＶＣＵ２４を動作させて、ＦＣ電圧Ｖｆｃが目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒとなるようにバッテリ電圧Ｖｂａｔを変圧させる。すなわち、ＦＣ１６の特性上、ＦＣ電流Ｉｆｃは、ＦＣ電圧Ｖｆｃに応じて定まる。このため、ＥＣＵ３２は、ＢＡＴ−ＶＣＵ２４がバッテリ電圧Ｖｂａｔを変圧した後の２次電圧Ｖ２が目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒとなるように、ＢＡＴ−ＶＣＵ２４の変圧率を設定する。また、Ａ／Ｐ−ＶＣＵ３０については、２次電圧Ｖ２（＝バッテリ電圧Ｖｂａｔ×ＢＡＴ−ＶＣＵ２４の変圧率）をＡ／Ｐ２０の目標入力電圧Ｖａｐ＿ｔａｒに等しくなるように変圧させる。

図３のＳ１２に戻り、Ａ／Ｃ消費電力Ｐａｃと１２Ｖ系消費電力Ｐ１２ｖの合計Ｐａｃ＋Ｐ１２ｖが、Ａ／Ｐ消費電力Ｐａｐを上回らない場合（Ｓ１２：ＮＯ）、ステップＳ１６において、ＥＣＵ３２は、エアポンプ２０の要求入力電圧（以下「Ａ／Ｐ要求電圧Ｖａｐ＿ｒｅｑ」という。）が酸化還元領域外の値であるか否かを判定する。

Ａ／Ｐ要求電圧Ｖａｐ＿ｒｅｑが酸化還元領域外の値である場合（Ｓ１６：ＹＥＳ）、ＦＣ電圧Ｖｆｃ又はセル電圧の観点からすれば、ＦＣ１６の劣化を抑制可能な状態である。そこで、ステップＳ１７において、ＥＣＵ３２は、Ａ／Ｐ要求電圧Ｖａｐ＿ｒｅｑを目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒとして設定する。

これに伴い、ＥＣＵ３２は、ＢＡＴ−ＶＣＵ２４を動作させ、ＦＣ電圧Ｖｆｃが目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒとなるようにバッテリ電圧Ｖｂａｔを変圧させる。上記のように、ＦＣ１６の特性上、ＦＣ電流Ｉｆｃは、ＦＣ電圧Ｖｆｃに応じて定まる。このため、ＥＣＵ３２は、ＢＡＴ−ＶＣＵ２４がバッテリ電圧Ｖｂａｔを変圧した後の２次電圧Ｖ２が目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒとなるように、ＢＡＴ−ＶＣＵ２４の変圧率を設定する。

また、Ａ／Ｐ−ＶＣＵ３０については、Ａ／Ｐ−ＶＣＵ３０への入力電圧である２次電圧Ｖ２が、Ａ／Ｐ要求電圧Ｖａｐ＿ｒｅｑとなっているため、Ａ／Ｐ−ＶＣＵ３０における変圧の必要はない。そこで、ＥＣＵ３２は、Ａ／Ｐ−ＶＣＵ３０に対して電圧変換を行わずに入力側（ＦＣ１６及びバッテリ２２側）と出力側（エアポンプ２０側）を接続する処理（直結処理）を行うよう指示する。これにより、エアポンプ２０は、バッテリ電力Ｐｂａｔ又はＦＣ電力Ｐｆｃにより動作可能となる。

一方、Ａ／Ｐ要求電圧Ｖａｐ＿ｒｅｑが酸化還元領域外の値でない場合（Ｓ１６：ＮＯ）、ＦＣ電圧Ｖｆｃ又はセル電圧の観点からすれば、ＦＣ１６の劣化を進行し易い状態である。そこで、ステップＳ１８において、ＥＣＵ３２は、ステップＳ１５と同様、酸化還元領域外の値を目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒとして設定する。

なお、合計Ｐａｃ＋Ｐ１２ｖがＡ／Ｐ消費電力Ｐａｐよりも大きい場合に取り得る合計Ｐａｐ＋Ｐａｃ＋Ｐ１２ｖと、合計Ｐａｃ＋Ｐ１２ｖがＡ／Ｐ消費電力Ｐａｐを上回らない場合に取り得る合計Ｐａｐ＋Ｐａｃ＋Ｐ１２ｖの値との差が明らかである場合、ステップＳ１５、Ｓ１８における目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒの値を相違させてもよい。

ステップＳ１８において酸化還元領域外の値を目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒとして設定した後の処理は、ステップＳ１５と同様である。

ステップＳ１１に戻り、車両１０がアイドル中でない場合（Ｓ１１：ＮＯ）、ステップＳ１９において、ＥＣＵ３２は、酸化還元領域外の値であり且つＦＣ電力Ｐｆｃが大きくなる値（例えば、０．８Ｖ×セル数）を目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒとして設定する。

これに伴い、ＥＣＵ３２は、ＢＡＴ−ＶＣＵ２４を動作させ、ＦＣ電圧Ｖｆｃが目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒとなるようにバッテリ電圧Ｖｂａｔを変圧させる。具体的には、ＥＣＵ３２は、ＢＡＴ−ＶＣＵ２４がバッテリ電圧Ｖｂａｔを変圧した後の２次電圧Ｖ２が目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒとなるように、ＢＡＴ−ＶＣＵ２４の変圧率を設定する。また、Ａ／Ｐ−ＶＣＵ３０については、２次電圧Ｖ２（＝バッテリ電圧Ｖｂａｔ×ＢＡＴ−ＶＣＵ２４の変圧率）をＡ／Ｐ２０の目標入力電圧Ｖａｐ＿ｔａｒに等しくなるように変圧させる。

［２−３．各種制御の例］
図４には、第１実施形態に係る各種制御を用いた場合のタイムチャートの例が示されている。なお、図４のＦＣ発電電力Ｐｆｃは、補機の消費電力、すなわち、Ａ／Ｃ消費電力Ｐａｃ、１２Ｖ系消費電力Ｐ１２ｖ及びＡ／Ｐ消費電力Ｐａｐに対応するもののみを示し、モータ１２の消費電力Ｐｍｏｔに対応するものは含めていない。また、図４中のＶＣＵ合計損失Ｌｔｏｔａｌとは、ＢＡＴ−ＶＣＵ２４及びＡ／Ｐ−ＶＣＵ３０の電力損失（変換損失）の合計である。

さらに、図４において、ＶＣＵ合計損失Ｌｔｏｔａｌのうち実線は、第１実施形態に係る制御に対応し、破線は、比較例に係る制御に対応する。比較例に係る制御とは、例えば、特許文献１に開示された制御である。

時点ｔ１までは低負荷状態であり（図２のＳ１：ＹＥＳ）且つアイドル状態でない（図３のＳ１１：ＮＯ）。このため、ＥＣＵ３２は、酸化還元領域外の値であり且つＦＣ電力Ｐｆｃが大きくなる値（例えば、０．８Ｖ×セル数）を目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒとして設定する（Ｓ１９）。

時点ｔ１において、車両１０がアイドル状態になる（図３のＳ１１：ＹＥＳ）と共に、エアポンプ２０の出力（駆動量）が増加する。車両１０がアイドル状態になったことに伴い、ＥＣＵ３２は、Ａ／Ｃ消費電力Ｐａｃと１２Ｖ系消費電力Ｐ１２ｖの合計Ｐａｃ＋Ｐ１２ｖとＡ／Ｐ消費電力Ｐａｐを比較する（Ｓ１２）。時点ｔ１では、合計Ｐａｃ＋Ｐ１２ｖの方が、Ａ／Ｐ消費電力Ｐａｐよりも大きく（Ｓ１２：ＹＥＳ）、バッテリ電圧Ｖｂａｔが酸化還元領域外の値である（Ｓ１３：ＹＥＳ）。このため、ＥＣＵ３２は、バッテリ電圧Ｖｂａｔを目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒとして設定する（Ｓ１４）。

これにより、比較例と比較して第１実施形態の制御の方がＶＣＵ合計損失Ｌｔｏｔａｌが減少する。

時点ｔ２になると、エアポンプ２０の出力（駆動量）がさらに増加する。これに伴い、Ａ／Ｐ消費電力Ｐａｐ及びシステム要求負荷Ｐｓｙｓ＿ｒｅｑが増加したことに伴い、ＦＣ電力Ｐｆｃが増加する。また、時点ｔ２では、Ａ／Ｃ消費電力Ｐａｃと１２Ｖ系消費電力Ｐ１２ｖの合計Ｐａｃ＋Ｐ１２ｖの方が、Ａ／Ｐ消費電力Ｐａｐよりも小さくなる（Ｓ１２：ＮＯ）。加えて、Ａ／Ｐ要求電圧Ｖａｐ＿ｒｅｑが酸化還元領域外の値である（Ｓ１６：ＹＥＳ）。このため、ＥＣＵ３２は、Ａ／Ｐ要求電圧Ｖａｐ＿ｒｅｑを目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒとして設定する（Ｓ１７）。

３．第１実施形態の効果
以上説明したように、第１実施形態によれば、車両１０がアイドル中であり（図３のＳ１１：ＹＥＳ）、補機であるエアポンプ２０（第２負荷）の消費電力Ｐａｐが、走行モータ１２（第１負荷）の消費電力Ｐｍｏｔよりも大きいとき、Ａ／Ｐ−ＶＣＵ３０（第２電圧変換装置）への入力電圧である２次電圧Ｖ２を調整して、Ａ／Ｐ−ＶＣＵ３０における電圧変換を不要にする（Ｓ１７）又はＡ／Ｐ−ＶＣＵ３０における変圧率を抑制する（Ｓ１８）。これにより、Ａ／Ｐ−ＶＣＵ３０の損失を低下させることが可能となる。この際、Ａ／Ｐ−ＶＣＵ３０への入力電圧（２次電圧Ｖ２）への調整を行っても、ＦＣ１６からの供給電力（ＦＣ発電電力Ｐｆｃ）を反応ガスの供給量で調整することによりモータ１２及びエアポンプ２０に対して所望の電力供給を行うことが可能となる。

同様に、第１実施形態によれば、車両１０がアイドル中であり（図３のＳ１１：ＹＥＳ）、補機である１２Ｖ系２８（第３負荷）及びエアコンディショナ２６（第３負荷）の消費電力Ｐ１２ｖ、Ｐａｃの合計Ｐ１２ｖ＋Ｐａｃが、走行モータ１２（第１負荷）の消費電力Ｐｍｏｔ及びエアポンプ２０（第２負荷）の消費電力Ｐａｐよりも大きいとき（Ｓ１２：ＹＥＳ）、ＢＡＴ−ＶＣＵ２４（第１電圧変換装置）によりエアコンディショナ２６への入力電圧（以下「Ｖａｃ＿ｉｎ」という。）及び１２Ｖ系２８への入力電圧（以下「Ｖ１２ｖ＿ｉｎ」という。）をバッテリ電圧Ｖｂａｔとするように調整する。これにより、エアコンディショナ２６及び１２Ｖ系２８への入力電圧Ｖａｃ＿ｉｎ、Ｖ１２ｖ＿ｉｎを、ＢＡＴ−ＶＣＵ２４における電圧変換を不要にする値（Ｓ１４）又はＢＡＴ−ＶＣＵ２４における変圧率を抑制する値（Ｓ１５）とする。これにより、ＢＡＴ−ＶＣＵ２４の損失を低下させることが可能となる。この際、上記のような入力電圧Ｖａｃ＿ｉｎ、Ｖ１２ｖ＿ｉｎへの調整を行っても、ＦＣ１６からの供給電力（ＦＣ発電電力Ｐｆｃ）を反応ガスの供給量を調整することによりモータ１２、エアポンプ２０、エアコンディショナ２６及び１２Ｖ系２８に対して所望の電力供給を行うことが可能となる。

第１実施形態によれば、車両１０がアイドル中であり（図３のＳ１１：ＹＥＳ）、補機であるエアポンプ２０（第２負荷）の消費電力Ｐａｐが、走行モータ１２（第１負荷）の消費電力Ｐｍｏｔよりも大きいとき、ＥＣＵ３２（制御装置）は、Ａ／Ｐ２０及びＡ／Ｐ−ＶＣＵ３０への入力電圧Ｖａｐ＿ｉｎを、酸化還元領域外の値（ＦＣスタック１６を構成する各セルのセル電圧が酸化還元電位範囲外となる値）に設定する（図３のＳ１６〜Ｓ１８）。これにより、Ａ／Ｐ−ＶＣＵ３０の損失低下を図りつつ、ＦＣ１６の劣化を抑制することが可能となる。

第１実施形態では、図３のステップＳ１２〜Ｓ１８の処理を、ＦＣ車両１０のアイドル時に実施する（Ｓ１１：ＹＥＳ）。これにより、ＦＣ車両１０のアイドル時におけるエネルギ効率を向上することが可能となる。

Ｂ．第２実施形態
１．全体的な構成の説明（第１実施形態との相違）
［１−１．全体構成］
図５は、本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムとしての燃料電池車両１０Ａ（以下「ＦＣ車両１０Ａ」又は「車両１０Ａ」という。）の概略全体構成図である。第１実施形態と同様の構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。

第１実施形態では、エアコンディショナ２６及び１２Ｖ系２８がバッテリ２２とＢＡＴ−ＶＣＵ２４との間に接続されていた（図１参照）。これに対し、第２実施形態では、エアコンディショナ２６及び１２Ｖ系２８がモータ１２（インバータ１４）又はＦＣ１６とＢＡＴ−ＶＣＵ２４との間に接続される（図５参照）。

これに伴い、エアコンディショナ２６の手前には、エアコンディショナ側電圧制御装置３４（以下「Ａ／Ｃ−ＶＣＵ３４」ともいう。）が配置され、１２Ｖ系２８の手前には、１２Ｖ系側電圧制御装置３６（以下「１２Ｖ系−ＶＣＵ３６」ともいう。）が配置される。

［１−２．Ａ／Ｃ−ＶＣＵ３４］
Ａ／Ｃ−ＶＣＵ３４は、入力側（ＦＣ１６、ＢＡＴ−ＶＣＵ２４の側）から出力側（Ａ／Ｃ２６側）に向かって昇降圧を行う電圧変換装置である。図５に示すように、Ａ／Ｃ−ＶＣＵ３４は、モータ１２（インバータ１４）又はＦＣ１６とＢＡＴ−ＶＣＵ２４との間の配線１００に対して接続されている。要求仕様によっては、Ａ／Ｃ−ＶＣＵ３４は、入力側から出力側に向かって昇圧のみ又は降圧のみを行う電圧変換装置であってもよい。

［１−３．１２Ｖ系−ＶＣＵ３６］
１２Ｖ系−ＶＣＵ３６は、入力側（ＦＣ１６、ＢＡＴ−ＶＣＵ２４の側）から出力側（１２Ｖ系２８側）に向かって昇降圧を行う電圧変換装置である。１２Ｖ系−ＶＣＵ３６は、モータ１２（インバータ１４）又はＦＣ１６とＢＡＴ−ＶＣＵ２４との間の配線１００に対して接続されている。要求仕様によっては、１２Ｖ系−ＶＣＵ３６は、入力側から出力側に向かって昇圧のみ又は降圧のみを行う電圧変換装置であってもよい。

２．第２実施形態の制御
次に、ＥＣＵ３２における制御、特に、ＦＣスタック１６の出力制御について説明する。基本制御については、第１実施形態（図２）と同じである。

［２−１．第２モードにおける目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒの設定］
図６は、第２実施形態の第２モードにおいて目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒを設定するフローチャートである。ステップＳ２１において、ＥＣＵ３２は、車両１０Ａ（ＦＣシステム）がアイドル中であるか否かを判定する。具体的には、図３のＳ１１と同様である。

車両１０Ａがアイドル中である場合（Ｓ２１：ＹＥＳ）、ステップＳ２２において、ＥＣＵ３２は、各補機の消費電力を比較する。すなわち、ＥＣＵ３２は、Ａ／Ｐ消費電力Ｐａｐ、Ａ／Ｃ消費電力Ｐａｃ及び１２Ｖ系消費電力Ｐ１２ｖのうちいずれが最も大きいかを判定する。

このような判定を行うのは、補機としてのエアポンプ２０、エアコンディショナ２６及び１２Ｖ系２８がいずれもＦＣ１６又はモータ１２（インバータ１４）とＢＡＴ−ＶＣＵ２４との間の配線１００に接続されていることに基づく。

例えば、第２実施形態では、各ＶＣＵ２４、３０、３４、３６の電力損失（変換損失）を考慮して、システム全体における電圧を制御する。このため、Ａ／Ｐ−ＶＣＵ３０と対になるエアポンプ２０の消費電力Ｐａｐは、単独で比較対象となる。同様に、Ａ／Ｃ−ＶＣＵ３４と対になるエアコンディショナ２６の消費電力Ｐａｐは、単独で比較対象となる。同様に、１２Ｖ系−ＶＣＵ３６と対になる１２Ｖ系２８の消費電力Ｐ１２ｖは、単独で比較対象となる。

図６のステップＳ２２において１２Ｖ系消費電力Ｐ１２ｖが最も大きい場合（Ｓ２２：Ｐ１２ｖ＞Ｐａｐ、Ｐａｃ）、１２Ｖ系２８の制御電圧（以下「１２Ｖ系制御電圧Ｖ１２ｖ」という。）が酸化還元領域外の値であるか否かを判定する。その名の通り、１２Ｖ系制御電圧Ｖ１２ｖは、約１２Ｖである。

１２Ｖ系制御電圧Ｖ１２ｖが酸化還元領域外の値である場合（Ｓ２３：ＹＥＳ）、ステップＳ２４において、ＥＣＵ３２は、１２Ｖ系制御電圧Ｖ１２ｖを目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒとして設定する。これに伴い、ＥＣＵ３２は、ＢＡＴ−ＶＣＵ２４を動作させて、２次電圧Ｖ２を目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒと等しくさせる。また、１２Ｖ系−ＶＣＵ３６の変圧動作を停止させ、２次電圧Ｖ２を１２Ｖ系制御電圧Ｖ１２ｖに等しくさせる（直結処理）。また、Ａ／Ｐ−ＶＣＵ３０については、２次電圧Ｖ２（＝１２Ｖ系制御電圧Ｖ１２ｖ）をＡ／Ｐ２０の目標入力電圧Ｖａｐ＿ｔａｒに等しくなるように変圧させる。Ａ／Ｃ−ＶＣＵ３４については、２次電圧Ｖ２（＝１２Ｖ系制御電圧Ｖ１２ｖ）をＡ／Ｃ２６の目標入力電圧Ｖａｃ＿ｔａｒに等しくなるように変圧させる。

一方、１２Ｖ系制御電圧Ｖ１２ｖが酸化還元領域外の値でない場合（Ｓ２３：ＮＯ）、ステップＳ２５において、ＥＣＵ３２は、酸化還元領域外の値（例えば、０．９Ｖ×セル数）を目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒとして設定する。

酸化還元領域外の値を目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒとして設定した後、ＥＣＵ３２は、ＦＣ電圧Ｖｆｃが目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒとなるようにバッテリ電圧Ｖｂａｔを変圧させる。換言すると、ＦＣ１６の特性上、ＦＣ電流Ｉｆｃは、ＦＣ電圧Ｖｆｃに応じて定まる。このため、ＥＣＵ３２は、ＢＡＴ−ＶＣＵ２４によりバッテリ電圧Ｖｂａｔを変圧した後の２次電圧Ｖ２が目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒとなるように、ＢＡＴ−ＶＣＵ２４の変圧率を設定する。

また、１２Ｖ系−ＶＣＵ３６については、２次電圧Ｖ２（＝バッテリ電圧Ｖｂａｔ×ＢＡＴ−ＶＣＵ２４の変圧率）を１２Ｖ系２８の目標入力電圧Ｖ１２ｖ＿ｔａｒに等しくなるように変圧させる。Ａ／Ｐ−ＶＣＵ３０については、２次電圧Ｖ２（＝バッテリ電圧Ｖｂａｔ×ＢＡＴ−ＶＣＵ２４の変圧率）をＡ／Ｐ２０の目標入力電圧Ｖａｐ＿ｔａｒに等しくなるように変圧させる。Ａ／Ｃ−ＶＣＵ３４については、２次電圧Ｖ２（＝バッテリ電圧Ｖｂａｔ×ＢＡＴ−ＶＣＵ２４の変圧率）をＡ／Ｃ２６の目標入力電圧Ｖａｃ＿ｔａｒに等しくなるように変圧させる。

ステップＳ２２に戻り、Ａ／Ｃ消費電力Ｐａｃが最も大きい場合（Ｓ２２：Ｐａｃ＞Ｐ１２ｖ、Ｐａｐ）、エアコンディショナ２６の制御電圧（以下「Ａ／Ｃ制御電圧Ｖａｃ」という。）が酸化還元領域外の値であるか否かを判定する。

Ａ／Ｃ制御電圧Ｖａｃが酸化還元領域外の値である場合（Ｓ２６：ＹＥＳ）、ステップＳ２７において、ＥＣＵ３２は、Ａ／Ｃ制御電圧Ｖａｃを目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒとして設定する。これに伴い、ＥＣＵ３２は、ＢＡＴ−ＶＣＵ２４を動作させて、２次電圧Ｖ２を目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒと等しくさせる。

また、Ａ／Ｃ−ＶＣＵ３４の変圧動作を停止させ、２次電圧Ｖ２（＝Ａ／Ｃ制御電圧Ｖａｃ）をそのままＡ／Ｃ２６への入力電圧Ｖａｃ＿ｉｎとする（直結処理）。Ａ／Ｐ−ＶＣＵ３０については、２次電圧Ｖ２（＝Ａ／Ｃ制御電圧Ｖａｃ）をＡ／Ｐ２０の目標入力電圧Ｖａｐ＿ｔａｒに等しくなるように変圧させる。１２Ｖ系−ＶＣＵ３６については、２次電圧Ｖ２（＝Ａ／Ｃ制御電圧Ｖａｃ）を１２Ｖ系２８の目標入力電圧Ｖ１２ｖ＿ｔａｒに等しくなるように変圧させる。

一方、Ａ／Ｃ制御電圧Ｖａｃが酸化還元領域外の値でない場合（Ｓ２６：ＮＯ）、ＦＣ電圧Ｖｆｃ又はセル電圧の観点からすれば、ＦＣ１６の劣化を進行し易い状態である。そこで、ステップＳ２８において、ＥＣＵ３２は、ステップＳ２５と同様、酸化還元領域外の値を目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒとして設定する。

ステップＳ２８において酸化還元領域外の値を目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒとして設定した後の処理は、ステップＳ２５と同様である。

ステップＳ２２に戻り、Ａ／Ｐ消費電力Ｐａｐが最も大きい場合（Ｓ２２：Ｐａｐ＞Ｐ１２ｖ、Ｐａｃ）、ステップＳ２９に進む。ステップＳ２９〜Ｓ３１は、図３のステップＳ１６〜Ｓ１８と同様である。

ステップＳ２１に戻り、車両１０Ａがアイドル中でない場合（Ｓ２１：ＮＯ）、ステップＳ３２において、ＥＣＵ３２は、酸化還元領域外の値であり且つＦＣ電力Ｐｆｃが大きくなる値（例えば、０．８Ｖ×セル数）を目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒとして設定する。これに伴い、ＥＣＵ３２は、ＢＡＴ−ＶＣＵ２４を制御して、ＦＣ電圧Ｖｆｃが目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒとなるようにバッテリ電圧Ｖｂａｔを変圧させる。具体的には、ＥＣＵ３２は、ＢＡＴ−ＶＣＵ２４がバッテリ電圧Ｖｂａｔを変圧した後の２次電圧Ｖ２が目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒとなるように、ＢＡＴ−ＶＣＵ２４の変圧率を設定する。

また、Ａ／Ｐ−ＶＣＵ３０については、２次電圧Ｖ２（＝バッテリ電圧Ｖｂａｔ×ＢＡＴ−ＶＣＵ２４の変圧率）をＡ／Ｐ２０の目標入力電圧Ｖａｐ＿ｔａｒに等しくなるように変圧させる。また、Ａ／Ｃ−ＶＣＵ３４については、２次電圧Ｖ２（＝バッテリ電圧Ｖｂａｔ×ＢＡＴ−ＶＣＵ２４の変圧率）をＡ／Ｃ２６の目標入力電圧Ｖａｃ＿ｔａｒに等しくなるように変圧させる。１２Ｖ系−ＶＣＵ３６については、２次電圧Ｖ２（＝バッテリ電圧Ｖｂａｔ×ＢＡＴ−ＶＣＵ２４の変圧率）を１２Ｖ系２８の目標入力電圧Ｖ１２ｖ＿ｔａｒに等しくなるように変圧させる。

［２−２．各種制御の例］
図７には、第２実施形態に係る各種制御を用いた場合のタイムチャートの例が示されている。なお、図７では、全ての時間において車両１０Ａがアイドル状態（図６のＳ２１：ＹＥＳ）であるものとする。図７のＦＣ発電電力Ｐｆｃは、補機の消費電力、すなわち、Ａ／Ｃ消費電力Ｐａｃ、１２Ｖ系消費電力Ｐ１２ｖ及びＡ／Ｐ消費電力Ｐａｐに対応するもののみを示し、モータ１２の消費電力Ｐｍｏｔに対応するものは含めていない。また、図７中のＶＣＵ合計損失Ｌｔｏｔａｌとは、ＢＡＴ−ＶＣＵ２４、Ａ／Ｐ−ＶＣＵ３０、Ａ／Ｃ−ＶＣＵ３４及び１２Ｖ系−ＶＣＵ３６の電力損失の合計である。

さらに、図７において、ＶＣＵ合計損失Ｌｔｏｔａｌのうち実線は、第２実施形態に係る制御に対応し、破線は、比較例に係る制御に対応する。比較例に係る制御とは、例えば、特許文献１に開示された制御である。

時点ｔ１１までは低負荷状態であり（図２のＳ１：ＹＥＳ）且つアイドル状態である（図６のＳ２１：ＹＥＳ）。このため、ＥＣＵ３２は、Ａ／Ｃ消費電力Ｐａｃ、１２Ｖ系消費電力Ｐ１２ｖ及びＡ／Ｐ消費電力Ｐａｐを比較する（Ｓ２２）。時点ｔ１１より前は、１２Ｖ系消費電力Ｐ１２ｖが最も大きく（Ｓ２２：Ｐ１２ｖ＞Ｐａｐ、Ｐａｃ）、１２Ｖ系制御電圧Ｖ１２ｖが酸化還元領域外の値である（Ｓ２３：ＹＥＳ）。このため、ＥＣＵ３２は、１２Ｖ系制御電圧Ｖ１２ｖを目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒとして設定する（Ｓ２４）。

時点ｔ１１において、エアポンプ２０及びエアコンディショナ２６の出力（駆動量）が増加する。時点ｔ１１では、Ａ／Ｃ消費電力Ｐａｃが最も大きく（Ｓ２２：Ｐａｃ＞Ｐ１２ｖ、Ｐａｐ）、Ａ／Ｃ制御電圧Ｖａｃが酸化還元領域外の値である（Ｓ２６：ＹＥＳ）。このため、ＥＣＵ３２は、Ａ／Ｃ制御電圧Ｖａｃを目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒとして設定する（Ｓ２７）。

時点ｔ１２になると、エアポンプ２０の出力（駆動量）がさらに増加するが、最も大きい消費電力は、Ａ／Ｃ消費電力Ｐａｃのままである。

時点ｔ１３になると、エアコンディショナ２６の出力（駆動量）が減少する。これに伴い、Ａ／Ｐ消費電力Ｐａｐが最も大きくなる（Ｓ２２：Ｐａｐ＞Ｐ１２ｖ、Ｐａｃ）。また、時点ｔ１３において、Ａ／Ｐ要求電圧Ｖａｐ＿ｒｅｑは酸化還元領域外の値である（Ｓ２９：ＹＥＳ）。このため、ＥＣＵ３２は、Ａ／Ｐ要求電圧Ｖａｐ＿ｒｅｑを目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒとして設定する（Ｓ３０）。

３．第２実施形態の効果
以上のような第２実施形態によれば、第１実施形態の効果に加え又はこれに代えて、以下の効果を奏することが可能となる。

すなわち、第２実施形態によれば、車両１０Ａがアイドル中であり（図６のＳ２１：ＹＥＳ）、１２Ｖ系２８（第２負荷）の消費電力Ｐ１２ｖが最も大きいとき（図６のＳ２２：Ｐ１２ｖ＞Ｐａｐ、Ｐａｃ）、１２Ｖ系−ＶＣＵ３６（第２電圧変換装置）への入力電圧である２次電圧Ｖ２を調整して、１２Ｖ系−ＶＣＵ３６における電圧変換を不要にする（Ｓ２４）又は１２Ｖ系−ＶＣＵ３６における変圧率を抑制する（Ｓ２５）。これにより、１２Ｖ系−ＶＣＵ３６の損失を低下させることが可能となる。この際、１２Ｖ系−ＶＣＵ３６への入力電圧（２次電圧Ｖ２）の調整を行っても、ＦＣ１６からの供給電力（ＦＣ発電電力Ｐｆｃ）を反応ガスの供給量を調整することによりモータ１２、エアポンプ２０、エアコンディショナ２６及び１２Ｖ系２８に対して所望の電力供給を行うことが可能となる。

エアコンディショナ２６（第２負荷）の消費電力Ｐａｃが最も大きいとき（図６のＳ２２：Ｐａｃ＞Ｐ１２ｖ、Ｐａｐ）、及びエアポンプ２０（第２負荷）の消費電力Ｐａｐが最も大きいとき（Ｓ２２：Ｐａｐ＞Ｐ１２ｖ、Ｐａｃ）も同様である。

Ｃ．第３実施形態
１．全体的な構成の説明（第１実施形態との相違）
［１−１．全体構成］
図８は、本発明の第３実施形態に係る燃料電池システムとしての燃料電池車両１０Ｂ（以下「ＦＣ車両１０Ｂ」又は「車両１０Ｂ」という。）の概略全体構成図である。第１実施形態と同様の構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。

第３実施形態ではＦＣ用電圧制御装置３８（以下「ＦＣ−ＶＣＵ３８」という。）を有する。また、第１実施形態ではＡ／Ｐ−ＶＣＵ３０を有していたが、第３実施形態ではＡ／Ｐ−ＶＣＵ３０を有していない。

［１−２．ＦＣ−ＶＣＵ３８］
ＦＣ−ＶＣＵ３８は、入力側（ＦＣ１６側）から出力側（モータ１２、ＢＡＴ−ＶＣＵ２４の側）に向かって昇降圧を行う電圧変換装置である。図８に示すように、ＦＣ−ＶＣＵ３８は、モータ１２（インバータ１４）とＦＣ１６との間の配線１００上に配置されている。要求仕様によっては、ＦＣ−ＶＣＵ３８は、入力側から出力側に向かって昇圧のみ又は降圧のみを行う電圧変換装置であってもよい。

２．第３実施形態の制御
次に、ＥＣＵ３２における制御、特に、ＦＣスタック１６の出力制御について説明する。基本制御については、第１実施形態（図２）と同じである。

［２−１．第２モードにおける目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒの設定］
図９は、第３実施形態の第２モードにおいて目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒを設定するフローチャートである。ステップＳ４１において、ＥＣＵ３２は、車両１０Ｂ（ＦＣシステム）がアイドル中であるか否かを判定する。具体的には、図３のＳ１１と同様である。

車両１０Ｂがアイドル中である場合（Ｓ４１：ＹＥＳ）、ステップＳ４２において、ＥＣＵ３２は、Ａ／Ｃ消費電力Ｐａｃ及び１２Ｖ系消費電力Ｐ１２ｖの合計Ｐａｃ＋Ｐ１２ｖが、Ａ／Ｐ消費電力Ｐａｐを上回るか否かを判定する。このような判定を行う理由は、第１実施形態と同様である。

Ａ／Ｃ消費電力Ｐａｃと１２Ｖ系消費電力Ｐ１２ｖの合計Ｐａｃ＋Ｐ１２ｖが、Ａ／Ｐ消費電力Ｐａｐを上回る場合（Ｓ４２：ＹＥＳ）、ステップＳ４３において、ＥＣＵ３２は、バッテリ電圧Ｖｂａｔが酸化還元領域外の値であるか否かを判定する。

バッテリ電圧Ｖｂａｔが酸化還元領域外の値である場合（Ｓ４３：ＹＥＳ）、ＦＣ電圧Ｖｆｃ又はセル電圧の観点からすれば、ＦＣ１６の劣化を抑制可能な状態である。そこで、ステップＳ４５において、ＥＣＵ３２は、バッテリ電圧Ｖｂａｔを目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒとして設定する。これに伴い、ＥＣＵ３２は、ＢＡＴ−ＶＣＵ２４及びＦＣ−ＶＣＵ３８の変圧動作を停止させ、２次電圧Ｖ２をバッテリ電圧Ｖｂａｔに等しくさせる（直結処理）。

一方、バッテリ電圧Ｖｂａｔが酸化還元領域外の値でない場合（Ｓ４３：ＮＯ）、ＦＣ電圧Ｖｆｃ又はセル電圧の観点からすれば、ＦＣ１６の劣化を進行し易い状態である。そこで、ステップＳ４５において、ＥＣＵ３２は、酸化還元領域外の値（０．９Ｖ×セル数）を目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒとして設定する。

酸化還元領域外の値を目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒとして設定した後、ＥＣＵ３２は、ＦＣ電圧Ｖｆｃが目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒとなるようにＢＡＴ−ＶＣＵ２４又はＦＣ−ＶＣＵ３８を制御する。例えば、ＦＣ−ＶＣＵ３８を直結状態にしつつ、ＢＡＴ−ＶＣＵ２４を作動させてバッテリ電圧Ｖｂａｔを変圧させる。

図９のＳ４２に戻り、Ａ／Ｃ消費電力Ｐａｃと１２Ｖ系消費電力Ｐ１２ｖの合計Ｐａｃ＋Ｐ１２ｖが、Ａ／Ｐ消費電力Ｐａｐを上回らない場合（Ｓ４２：ＮＯ）、ステップＳ４６において、ＥＣＵ３２は、Ａ／Ｐ要求電圧Ｖａｐ＿ｒｅｑが酸化還元領域外の値であるか否かを判定する。

Ａ／Ｐ要求電圧Ｖａｐ＿ｒｅｑが酸化還元領域外の値である場合（Ｓ４６：ＹＥＳ）、ＦＣ電圧Ｖｆｃ又はセル電圧の観点からすれば、ＦＣ１６の劣化を抑制可能な状態である。そこで、ステップＳ４７において、ＥＣＵ３２は、Ａ／Ｐ要求電圧Ｖａｐ＿ｒｅｑを目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒとして設定する。これに伴い、ＥＣＵ３２は、ＦＣ−ＶＣＵ３８を直結状態にしつつ、ＢＡＴ−ＶＣＵ２４を作動させて、ＦＣ電圧Ｖｆｃが目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒとなるようにバッテリ電圧Ｖｂａｔを変圧させる。

一方、Ａ／Ｐ要求電圧Ｖａｐ＿ｒｅｑが酸化還元領域外の値でない場合（Ｓ４６：ＮＯ）、ＦＣ電圧Ｖｆｃ又はセル電圧の観点からすれば、ＦＣ１６の劣化を進行し易い状態である。そこで、ステップＳ４８において、ＥＣＵ３２は、ステップＳ４５と同様、酸化還元領域外の値を目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒとして設定する。ステップＳ４８において酸化還元領域外の値を目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒとして設定した後の処理は、ステップＳ４５と同様である。

ステップＳ４１に戻り、車両１０Ｂがアイドル中でない場合（Ｓ４１：ＮＯ）、ステップＳ４９に進む。ステップＳ４９は、図３のＳ１９と同様である。

３．第３実施形態の効果
以上のような第３実施形態によれば、第１実施形態の効果に加え又はこれに代えて、以下の効果を奏することが可能となる。

すなわち、第３実施形態によれば、車両１０Ｂがアイドル中であり（図９のＳ４１：ＹＥＳ）、エアポンプ２０（第２負荷）の消費電力Ｐａｐが、走行モータ１２（第１負荷）の消費電力Ｐｍｏｔよりも大きいとき、ＢＡＴ−ＶＣＵ２４（第１電圧変換装置）によりＦＣ−ＶＣＵ３８（第２電圧変換装置）への入力電圧であるＦＣ電圧Ｖｆｃを調整して、ＦＣ−ＶＣＵ３８における電圧変換を不要にする（Ｓ４７、Ｓ４８）。

これにより、ＦＣ−ＶＣＵ３８の損失を低下させることが可能となる。この際、ＢＡＴ−ＶＣＵ２４によりＦＣ−ＶＣＵ３８への入力電圧（ＦＣ電圧Ｖｆｃ）の調整を行っても、ＦＣ１６からの供給電力（ＦＣ発電電力Ｐｆｃ）を反応ガスの供給量を調整することによりモータ１２及びエアポンプ２０に対して所望の電力供給を行うことが可能となる。

同様に、第３実施形態によれば、車両１０Ｂがアイドル中であり（図９のＳ４１：ＹＥＳ）、エアコンディショナ２６（第３負荷）の消費電力Ｐａｃ及び１２Ｖ系２８（第３負荷）の消費電力Ｐ１２ｖの合計Ｐａｃ＋Ｐ１２ｖが、走行モータ１２（第１負荷）の消費電力Ｐｍｏｔ及びエアポンプ２０（第２負荷）の消費電力Ｐａｐよりも大きいとき（Ｓ４２：ＹＥＳ）、ＢＡＴ−ＶＣＵ２４（第１電圧変換装置）及びＦＣ−ＶＣＵ３８（第２電圧変換装置）によりエアコンディショナ２６及び１２Ｖ系２８への入力電圧Ｖａｃ＿ｉｎ、Ｖ１２ｖ＿ｉｎを調整する。これにより、エアコンディショナ２６及び１２Ｖ系２８への入力電圧Ｖａｃ＿ｉｎ、Ｖ１２ｖ＿ｉｎを、ＢＡＴ−ＶＣＵ２４及びＦＣ−ＶＣＵ３８における電圧変換を不要にする（Ｓ４４）又はＢＡＴ−ＶＣＵ２４及びＦＣ−ＶＣＵ３８における変圧率を抑制する（Ｓ４５）。

これにより、ＢＡＴ−ＶＣＵ２４及びＦＣ−ＶＣＵ３８の損失を低下させることが可能となる。この際、上記のような入力電圧Ｖａｃ＿ｉｎ、Ｖ１２ｖ＿ｉｎへの調整を行っても、ＦＣ１６からの供給電力（ＦＣ発電電力Ｐｆｃ）を反応ガスの供給量を調整することによりモータ１２、エアポンプ２０、エアコンディショナ２６及び１２Ｖ系２８に対して所望の電力供給を行うことが可能となる。

Ｄ．変形例
なお、本発明は、上記各実施形態に限らず、本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。例えば、以下の構成を採用することができる。

１．搭載対象
上記各実施形態では、ＦＣ車両１０、１０Ａ、１０ＢをＦＣシステムとして用いたが、これに限らず、ＦＣ車両１０、１０Ａ、１０Ｂ以外をＦＣシステムとして用いてもよい。例えば、船舶や航空機等の移動体をＦＣシステムとして用いることもできる。或いは、ロボット、製造装置、家庭用電力システム又は家電製品をＦＣシステムとして用いてもよい。

２．車両１０、１０Ａ、１０Ｂ（ＦＣシステム）の構成
上記各実施形態では、図１、図５、図８に示す構成要素を含ませたが、例えば、補機（エアポンプ２０、エアコンディショナ２６及び１２Ｖ系２８）の組合せや配置は任意に設定可能である。例えば、図１、図５、図８ではいずれもＡ／Ｐ２０を、ＢＡＴ−ＶＣＵ２４の２次側（配線１００）に接続させたが、１次側（配線１０２）に接続させてもよい。

上記各実施形態のガス供給装置１８は、酸素を含む空気を供給するエアポンプ２０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。

３．電力供給モード
上記各実施形態では、車両１０、１０Ａ、１０Ｂがアイドル中であることを条件として用いたが（図３のＳ１１、図６のＳ２１、図９のＳ４１）、いずれかのＶＣＵにおける電圧変換を不要とする又は変圧率を抑制する制御は、アイドル中以外の場面でも用いることが可能である。例えば、車両１０、１０Ａ、１０Ｂのクルーズ走行時、緩加速時又はクリープ走行時に上記制御を用いてもよい。

１０、１０Ａ、１０Ｂ…燃料電池車両（燃料電池システム）
１２…走行モータ（第１負荷） １６…燃料電池スタック（燃料電池）
１８…ガス供給装置 ２０…エアポンプ（第２負荷）
２２…高電圧バッテリ（蓄電装置） ２４…ＢＡＴ−ＶＣＵ（第１電圧変換装置）
２６…エアコンディショナ（第２負荷、第３負荷）
２８…１２Ｖ系（第２負荷、第３負荷） ３０…ＡＰ−ＶＣＵ（第２電圧変換装置）
３２…ＥＣＵ（制御装置） ３８…ＦＣ−ＶＣＵ（第２電圧変換装置）
Ｐｍｏｔ…モータ（第１負荷）の消費電力
Ｐａｐ…エアポンプ（第２負荷）の消費電力

Claims (5)

1. 走行モータである第１負荷と、
   前記第１負荷に対して電力を供給する燃料電池と、
   前記燃料電池に反応ガスを供給するガス供給装置と、
   前記燃料電池と並列に接続されて前記第１負荷に電力を供給する蓄電装置と、
   前記第１負荷と前記蓄電装置の間に配置された第１電圧変換装置と、
   前記第１負荷と前記燃料電池の間又は前記第１負荷と前記蓄電装置の間に第２電圧変換装置を介して接続された補機である第２負荷と、
   前記ガス供給装置、前記第１電圧変換装置及び前記第２電圧変換装置を制御する制御装置と
   を備える燃料電池車両を含む燃料電池システムであって、
   前記制御装置は、
   前記第２負荷の消費電力が前記第１負荷の消費電力よりも大きいとき、
   前記第１電圧変換装置により前記第２電圧変換装置への入力電圧を調整することにより、前記第２電圧変換装置への入力電圧を、前記第２電圧変換装置における電圧変換を不要にする一定値又は前記第２電圧変換装置における変圧率を抑制する一定値である第１エネルギ効率改善値にすると共に、
   前記第１電圧変換装置により前記第２電圧変換装置への入力電圧を、一定値である前記第１エネルギ効率改善値に維持しながら、前記第１負荷及び前記第２負荷の要求電力の合計値に追従するように前記ガス供給装置により前記反応ガスの供給量を調整させる
   ことを特徴とする燃料電池システム。
2. 第１負荷と、
   前記第１負荷に対して電力を供給する燃料電池と、
   前記燃料電池に反応ガスを供給するガス供給装置と、
   前記燃料電池と並列に接続されて前記第１負荷に電力を供給する蓄電装置と、
   前記第１負荷と前記蓄電装置の間に配置された第１電圧変換装置と、
   前記第１負荷と前記燃料電池の間又は前記第１負荷と前記蓄電装置の間に接続された第２負荷と、
   前記第１負荷と前記燃料電池の間若しくは前記第１負荷と前記蓄電装置の間の配線と前記第２負荷とを結ぶ配線上に配置され又は前記第１負荷と前記燃料電池の間の配線上に配置された第２電圧変換装置と、
   前記ガス供給装置、前記第１電圧変換装置及び前記第２電圧変換装置を制御する制御装置と
   を備える燃料電池システムであって、
   前記制御装置は、
   前記第２負荷の消費電力が前記第１負荷の消費電力よりも大きいとき、
   前記第１電圧変換装置及び前記第２電圧変換装置の少なくとも一方により前記第２電圧変換装置への入力電圧を調整することにより、前記第２電圧変換装置への入力電圧を、前記第２電圧変換装置における電圧変換を不要にする一定値又は前記第２電圧変換装置における変圧率を抑制する一定値である第１エネルギ効率改善値にすると共に、
   前記第１電圧変換装置により前記第２電圧変換装置への入力電圧を、一定値である前記第１エネルギ効率改善値に維持しながら、前記第１負荷及び前記第２負荷の要求電力の合計値に追従するように前記ガス供給装置により前記反応ガスの供給量を調整させる
   ことを特徴とする燃料電池システム。
3. 請求項１又は２記載の燃料電池システムにおいて、
   前記制御装置は、前記第２負荷の消費電力が前記第１負荷の消費電力よりも大きいとき、前記第２電圧変換装置への入力電圧を、前記燃料電池を構成する各セルのセル電圧が酸化還元電位範囲外となる値に設定する
   ことを特徴とする燃料電池システム。
4. 請求項１又は請求項１に従属する請求項３記載の燃料電池システムにおいて、
   前記第２負荷の消費電力が前記第１負荷の消費電力よりも大きいときは、前記燃料電池車両のアイドル時である
   ことを特徴とする燃料電池システム。
5. 請求項１又は請求項１に従属する請求項３若しくは４若しくは請求項１に従属する請求項３に従属する請求項４記載の燃料電池システムにおいて、
   前記燃料電池システムは、前記第１負荷と前記燃料電池の間又は前記第１負荷と前記蓄電装置の間に接続された補機である第３負荷を備え、
   前記制御装置は、
   前記第３負荷の消費電力が前記第１負荷及び前記第２負荷の消費電力よりも大きいとき、
   前記第１電圧変換装置により前記第３負荷への入力電圧を調整することにより、前記第３負荷への入力電圧を、前記第１電圧変換装置における電圧変換を不要にする値又は前記第１電圧変換装置における変圧率を抑制する値である第２エネルギ効率改善値にすると共に、
   前記第１負荷、前記第２負荷及び前記第３負荷の要求電力の合計値に追従するように前記ガス供給装置により前記反応ガスの供給量を調整させる
   ことを特徴とする燃料電池システム。

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