JP6186344B2 - 燃料電池システムの制御方法及び燃料電池自動車 - Google Patents

Description

この発明は、燃料電池と、蓄電装置と、１次側電圧としての蓄電装置電圧と２次側電圧としてのモータ駆動電圧との間で電圧変換を行う電圧変換装置と、前記蓄電装置電圧が印加されるエアポンプ駆動部を通じて駆動され前記燃料電池に酸化剤ガスを供給するエアポンプと、を有する燃料電池システムの制御方法及び該制御方法を実施する燃料電池自動車に関する。

従来から、例えば特許文献１の図１に示されるように、駆動モータを駆動する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、負荷（前記インバータと前記駆動モータ）を駆動するようにした燃料電池システムを搭載した燃料電池自動車が知られている。

特許文献１には、負荷に所定の駆動力を発揮させるために前記２電源（前記燃料電池及び前記蓄電装置）から前記負荷に供給するモータ駆動必要電圧と燃料電池電圧との相関関係に基づいて、前記燃料電池電圧が前記モータ駆動必要電圧より高い場合には、前記燃料電池側の前記昇圧コンバータによる昇圧を行わないで直結させ、前記燃料電池側の前記昇圧コンバータのスイッチング損失を低減するようにした技術が開示されている（特許文献１の［００１１］、［００１２］）。

国際公開第２００９／０８４６５０号パンフレット

ところで、前記燃料電池システムでは、常に、前記燃料電池システムの効率を向上させることが望まれている。

しかしながら、特許文献１には、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いので改良の余地がある。

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、燃料電池システムの効率をより一層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。

この発明に係る燃料電池システムは、酸化剤ガスと燃料ガスとを反応させて発電し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、モータ駆動部を通じて駆動されるモータと、１次側電圧としての前記蓄電装置電圧と、前記モータ駆動部に印加が必要な２次側電圧としてのモータ必要電圧との間で電圧変換を行う電圧変換装置と、前記蓄電装置電圧が印加されるエアポンプ駆動部を通じて駆動され前記酸化剤ガスを燃料電池に供給するエアポンプと、を有する燃料電池システムの制御方法であって、前記蓄電装置のＳＯＣ又は前記蓄電装置電圧を監視する監視工程と、前記監視工程にて、前記蓄電装置のＳＯＣが所定値以上又は前記蓄電装置電圧が前記エアポンプの駆動が可能な所定電圧以上になった場合、前記エアポンプの消費電力を前記蓄電装置の蓄電電力で略賄うと共に、前記モータの消費電力を前記燃料電池の発電電力で略賄うことで、前記蓄電装置と前記電圧変換装置との間の通流電流を略ゼロ値にする独立電力供給工程と、を備える。

この発明によれば、蓄電装置のＳＯＣが所定値以上又は蓄電装置電圧が所定電圧以上になった場合に、燃料電池でモータを、蓄電装置でエアポンプを、それぞれ独立に駆動するようにしたので、モータ駆動部の入力端と蓄電装置との間に配された電圧変換装置の通流電流を略ゼロ値（ゼロ値も含む）にでき、結果として、前記電圧変換装置での電力損失がゼロ値乃至略ゼロ値になることから、燃料電池システム全体でのシステム効率を一層向上できる。

この場合、前記監視工程の前工程に、前記燃料電池の目標発電電力に応じて前記エアポンプ駆動部に印加が必要なエアポンプ必要電圧を算出するエアポンプ必要電圧算出工程と、前記エアポンプ必要電圧を満足するように前記蓄電装置電圧を設定する蓄電装置電圧設定工程と、を備え、前記目標発電電力の一部により前記電圧変換装置を通じて前記蓄電装置を充電中に、前記蓄電装置電圧が前記エアポンプ必要電圧以上の前記所定電圧になった場合、前記独立電力供給工程を実施するようにすれば、独立電力供給工程の実施をより確実に行うことができる。

なお、前記蓄電装置電圧設定工程では、前記エアポンプ必要電圧が、前記エアポンプの最大回転数を確保することが可能なエアポンプ閾値電圧未満の電圧である場合には、前記エアポンプ閾値電圧以上の電圧となるように前記蓄電装置電圧を設定するようにすることが好ましい。

この発明によれば、エアポンプの最大回転数を賄えるエアポンプ閾値電圧に設定するので、ＦＣの目標発電量が増減した場合でもドライバビリティが損なわれることがない。

また、前記燃料電池システムは、前記燃料電池電圧を１次側電圧とし前記モータ必要電圧を２次側電圧とする他の電圧変換装置をさらに有し、前記独立電力供給工程では、前記モータ必要電圧と前記燃料電池電圧とを比較する電圧比較工程をさらに有し、前記電圧比較工程で前記モータ必要電圧よりも前記燃料電池電圧が高い電圧であると判定した場合には、前記他の電圧変換装置を直結状態に制御し前記燃料電池の発電電力を、前記直結状態の前記他の電圧変換装置及び前記モータ駆動部を通じて前記モータに供給し、前記モータ必要電圧よりも前記燃料電池電圧が低い電圧であると判定した場合には、前記燃料電池電圧を前記他の電圧変換装置で前記モータ必要電圧まで昇圧し、前記燃料電池の発電電力を、前記他の電圧変換装置及び前記モータ駆動部を通じて前記モータに供給するように構成することで、他の電圧変換装置の動作を適切に制御でき、燃料電池システム全体での効率を向上させることができる。

上記の各発明は、燃料電池自動車で実施して好適である。

この発明によれば、蓄電装置のＳＯＣが所定値以上又は蓄電装置電圧が所定電圧以上になった場合に、燃料電池でモータを、蓄電装置でエアポンプを、それぞれ独立に駆動するようにしたので、モータ駆動部の入力端と蓄電装置との間に配された電圧変換装置の通流電流を略ゼロ値（ゼロ値も含む。）にでき、結果として、前記電圧変換装置での電力損失がゼロ値乃至略ゼロ値になることから、燃料電池システム全体でのシステム効率を一層向上できるという効果が達成される。

この発明の実施形態に係る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。 燃料電池のＩＶ特性図である。 エアポンプ要求回転数と、エアポンプ必要電圧との関係を示す特性図である。 モータ要求電力と、モータ必要電圧との関係を示す特性図である。 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。 実施形態の動作説明に供されるフローチャートである。 独立電力供給工程での昇圧コンバータの制御説明に供されるフローチャートである。 燃料電池自動車の比較例の動作説明に供される概念図である。 図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃは、それぞれ、実施形態の動作を簡潔的に説明する概念図である。 図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃは、それぞれ、変形例の動作説明に供される概念図である。

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。

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。

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第１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蓄電装置側コンバータであり第２電圧変換装置（昇降圧器）としてのチョッパ方式の双方向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。

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（モータ駆動部）としてのインバータ１６（以下、「ＩＮＶ１６」という。ＩＮＶ：Ｉｎｖｅｒｔｅｒ）と、を有する。

ＦＣシステム１２は、基本的には、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、１次側電圧Ｖ１入力のエアポンプユニット４０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。

エアポンプユニット４０は、ＦＣ１８に空気を圧送するエアポンプ（Ａ／Ｐ）３１と、このエアポンプ３１のファンを回転させるエアポンプモータ２９と、エアポンプモータ２９を通じてエアポンプ３１を駆動するエアポンプ駆動部としてのエアポンプインバータ２３とから構成される。

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及びＳＵＤＣ２２の一端（昇圧端側）側に接続される。

ＳＵＤＣ２２の他端側（降圧端側）に、ＥＣＵ２４によりオンとオフ（クローズとオープン）が切り替えられるスイッチとしてのコンタクタ３３を介してエアポンプインバータ２３の直流端側と、ＢＡＴ２０の入出力端とが接続される。１次側電圧Ｖ１、すなわち蓄電装置電圧（ＢＡＴ電圧）Ｖｂａｔがエアポンプ駆動電圧Ｖａｐとしてエアポンプインバータ２３に印加される。

なお、ＢＡＴ２０の入出力端には、図示しない降圧コンバータを通じて、＋１２Ｖ等の低圧バッテリや、ＥＣＵ２４及びライト等の低圧補機が接続される。

駆動モータ１４は、一般的には、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。

後に詳述するように、この実施形態では、ＢＡＴ２０からＳＵＤＣ２２を通じてＩＮＶ１６に供給されるＢＡＴ放電電力Ｐｂａｔｄが、Ｐｂａｔｄ＝０［ｋＷ］となるように燃料電池システム１２を制御する独立電力供給工程を設けている。

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２次側電圧Ｖ２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）。

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。実際上、負荷には、負荷３０の他に、エアポンプユニット４０、図示しない空調装置、及び前記した低圧補機が含まれる。

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）の２次側２ｓに発生する２次側電圧（直流端側電圧）Ｖ２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。

また、ＢＡＴ２０には、ＢＡＴ２０の残容量であるＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）がＳＯＣ＝４０［％］程度（あるいは５０［％］程度）の下側残容量閾値ＳＯＣｔｈ１を下回った場合には、ＳＯＣがＳＯＣ＝５０［％］程度（あるいは６０［％］程度）の上側残容量閾値ＳＯＣｔｈ２になるまで、ＦＣ１８による駆動モータ１４の駆動用の電力の余剰電力が、ＳＵＣ２１及びＳＵＤＣ２２を通じて供給され、ＢＡＴ２０が充電される。

エアポンプ駆動部としてのエアポンプインバータ２３は、エアポンプ駆動電圧Ｖａｐを３相の交流電圧に変換して、エアポンプモータ２９を駆動する。エアポンプモータ２９の出力により駆動されるエアポンプ３１は、そのファンが回転されることにより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した空気（酸化剤ガス）を供給する。

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を備える。なお、水素と酸化剤ガスをそれぞれ反応ガスという。

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。

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）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。

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（放電電流Ｉｂｄ、充電電流Ｉｂｃ）、ＢＡＴ温度（バッテリ温度）、及びＢＡＴ２０の残容量であるＳＯＣがＥＣＵ２４により検出乃至管理される。

ＳＵＣ２１、及びＳＵＤＣ２２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。

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２次側電圧Ｖ２に昇圧する。

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２次側電圧Ｖ２に直結される（Ｖ２＝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。

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。

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２次側電圧Ｖ２まで昇圧される（力行時）。

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、２次側電圧Ｖ２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）。

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。

ＢＡＴ直結状態においては、ＢＡＴ２０のＢＡＴ電圧Ｖｂａｔが２次側電圧Ｖ２になる（Ｖｂａｔ≒Ｖ２）。実際上、ＢＡＴ直結状態におけるＢＡＴ２０による力行時の２次側電圧Ｖ２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２次側電圧Ｖ２は、「Ｖｂａｔ＝Ｖ２−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。

なお、スイッチング素子２１ｂ、２２ｂ、２２ｄには、図示しているＭＯＳＦＥＴの他、ＩＧＢＴ等の電力素子が用いられる。

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。

ＦＣ１８は、図３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。

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（Ｖ２／Ｖｂａｔ）又は降圧状態（スイッチング状態）にあるＳＵＤＣ２２の降圧比（Ｖｂａｔ／Ｖ２）で決定される２次側電圧Ｖ２｛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。

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２次側電圧Ｖ２となるようにＳＵＣ２１の昇圧比（Ｖ２／Ｖｆｃ）が決定される。

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。

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、エアポンプユニット４０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（図示しない電圧センサ、電流センサ、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。

ここで、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が前記ＲＯＭに記録されている前記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、複数のＥＣＵで構成することもできる。

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、エアポンプユニット４０、ＦＣ１８、ＢＡＴ２０、ＳＵＣ２１、及びＳＵＤＣ２２を制御する。すなわち、ＥＣＵ２４は、ＦＣ１８、ＢＡＴ２０、負荷３０、エアポンプユニット４０及び低圧補機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。

ここで、エアポンプユニット４０（エアポンプ３１）の特性について説明する。図４は、エアポンプ要求回転数Ｎａｐｒｅｑ［ｒｐｍ］とエアポンプ必要電圧Ｖａｐｄ［Ｖ］との関係を表す特性７４を示している。特性７４は、予め実験乃至シミュレーションにより求められＥＣＵ２４内の記憶装置に記憶されている。

エアポンプ必要電圧Ｖａｐｄが、エアポンプ閾値電圧Ｖａｐｔｈからエアポンプ上限電圧Ｖａｐｍａｘまでの電圧範囲（Ｖａｐｔｈ≦Ｖａｐｄ≦Ｖａｐｍａｘ）に設定されると、エアポンプユニット４０の性能保証範囲とされ、定格範囲（最小回転数Ｎａｐｍｉｎ〜最大回転数Ｎａｐｍａｘの間）でエアポンプ３１を使い切ることができる。エアポンプ必要電圧Ｖａｐｄが、エアポンプ閾値電圧Ｖａｐｔｈからエアポンプ下限電圧Ｖａｐｍｉｎの電圧範囲（Ｖａｐｍｉｎ≦Ｖａｐｄ≦Ｖａｐｔｈ）に設定されると、エアポンプユニット４０の動作保証範囲とされ、特性７４に沿った定格範囲（最小回転数Ｎａｐｍｉｎ〜最大回転数Ｎａｐｍａｘの間の所定回転数）にエアポンプ３１の回転数（エアポンプ回転数Ｎａｐ）が制限（性能が制約）される。

つまり、エアポンプ必要電圧Ｖａｐｄが、エアポンプ閾値電圧Ｖａｐｔｈ以下の電圧から動作保証最小回転数Ｎａｐｍｉｎに対応するエアポンプ下限電圧Ｖａｐｍｉｎまでの電圧では、動作保証範囲とされエアポンプ３１の性能が制約される。

エアポンプユニット４０（エアポンプ３１）は、エアポンプ上限電圧Ｖａｐｍａｘを上回る電圧が印加されると損傷し、エアポンプ下限電圧Ｖａｐｍｉｎを下回る電圧が印加されると制御が不能になる。

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。

ここで、燃料電池システム１２が適用されたＦＣ自動車１０のエネルギマネジメントの基本制御について説明する。

［エネルギマネジメントの基本制御］
ＥＣＵ２４は、図示しないイグニッションスイッチがオン状態であるとき、数ミリ秒乃至数十ミリ秒毎に、走行に必要なモータ必要電圧Ｖｍｄと、エアポンプ必要電圧Ｖａｐｄと、エアポンプ必要電圧Ｖａｐｄを満足するようにＢＡＴ電圧Ｖｂａｔと、を算出する。これらの算出工程は、それぞれ、モータ必要電圧算出工程、エアポンプ必要電圧算出工程、及びＢＡＴ電圧設定工程（蓄電装置電圧設定工程）であり、これらの算出工程を合わせて、走行基本制御工程という。

モータ必要電圧算出工程にて、モータ必要電圧Ｖｍｄを算出する場合、ＥＣＵ２４は、まず、図示しないアクセルペダルのアクセルペダル操作量θｐと車速Ｖｓ［ｋｍ／ｈ］に応じて、モータ回転数Ｎｍ［ｒｐｍ］に対する必要トルクＴｒｅｑ［Ｎ・ｍ］の特性・マップ（不図示）を参照してモータ要求電力Ｐｍｒｅｑ［ｋＷ］を算出する。

次に、図５に示す特性７２を参照して、モータ要求電力Ｐｍｒｅｑに比例するモータ必要電圧Ｖｍｄ［Ｖ］を算出する。モータ必要電圧Ｖｍｄは、モータ要求電力Ｐｍｒｅｑを実現するためのインバータ１６の直流端に印加されるＳＵＣ２１又はＳＵＤＣ２２の２次側電圧Ｖ２の最低必要電圧である。

次に、エアポンプ必要電圧算出工程にて、エアポンプ必要電圧Ｖａｐｄを算出する場合、ＥＣＵ２４は、まず、前記のモータ要求電力Ｐｍｒｅｑの他に、エアポンプユニット４０及び図示しない空調装置等の補機の要求電力を賄うＦＣ１８分としての目標発電電力（目標ＦＣ電力）Ｐｆｃｔａｒを算出すると共に、ＦＣ１８の目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔａｒの不足分（ＢＡＴ２０の放電電力）又は余剰分（ＢＡＴ２０の充電電力）をＢＡＴ電力Ｐｂａｔとして算出する。

次に、この目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔａｒを発電するのに必要なＦＣ１８に供給する目標エア流量を発生可能なエアポンプ要求回転数Ｎａｐｒｅｑを算出する。

この場合、水素流量は、基本的には、目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔａｒに対応して設定され、例えば、水素流量が増加すると水素タンク３７からレギュレータ（不図示）を通じて供給される水素の供給量が増加するように構成されている。

次いで、図４に示した特性７４を参照して、エアポンプ要求回転数Ｎａｐｒｅｑ［ｒｐｍ］を賄えるエアポンプ必要電圧Ｖａｐｄを算出する。

なお、エアポンプ必要電圧Ｖａｐｄは、エアポンプ要求回転数Ｎａｐｒｅｑに基づいて算出（決定）する他に、エアポンプ目標消費電力やエアポンプトルクに基づいて算出（決定）してもよい。

最後に、ＢＡＴ電圧設定工程にて、エアポンプ必要電圧Ｖａｐｄを満足するようにＢＡＴ電圧Ｖｂａｔを設定するが、この実施形態では、ＢＡＴ電圧Ｖｂａｔがエアポンプユニット４０（エアポンプ３１）の駆動電圧であるエアポンプ駆動電圧Ｖａｐと等しくなるようにＢＡＴ２０とエアポンプユニット４０（エアポンプ３１）が電気的に同電位に接続されているので、ＢＡＴ電圧Ｖｂａｔは、常時、エアポンプ駆動電圧Ｖａｐとして設定されるエアポンプ必要電圧Ｖａｐｄを上回る電圧になっているように予め設定され、さらに、エアポンプ必要電圧Ｖａｐｄの最低電圧が、エアポンプ３１のエアポンプ閾値電圧Ｖａｐｔｈを上回る電圧になっているように予め設定される。

そして、この実施形態において、モータ必要電圧Ｖｍｄを２次側電圧Ｖ２に設定する際、及びエアポンプ必要電圧Ｖａｐｄを満足するＢＡＴ電圧Ｖｂａｔの１次側電圧Ｖ１（Ｖ１＝Ｖｂａｔ）又はＢＡＴ２０のＳＯＣを設定する際に、ＳＵＣ２１の直結又は昇圧制御、ＳＵＤＣ２２の直結制御（１次側１ｓｂから２次側２ｓへの電力の流れ又は２次側２ｓから１次側１ｓへの電力の流れ）又は昇降圧制御｛ＢＡＴ電圧Ｖｂａｔのモータ必要電圧Ｖｍｄへの昇圧制御又は２次側電圧Ｖ２（ＦＣ電力Ｐｆｃによる電圧又は駆動モータ１４の回生電力による電圧。）のＢＡＴ電圧Ｖｂａｔへの降圧制御｝をシステムの電力効率（システム効率）をなるべく高めるように、つまり電力損失が少なくなるように制御しながら実施する。

このような［エネルギマネジメントの基本制御］を踏まえ、次に、図６のタイミングチャート及び図７のフローチャートを参照して、この実施形態に係るシステム効率の向上を目的とする［走行制御］の詳細について説明する。なお、図７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。

［走行制御］
図６において、縦軸は、上から順に、以下の項目を示している。

ＢＡＴ２０のＳＯＣ［％］の時間変化（上側残容量閾値ＳＯＣｔｈ２と下側残容量閾値ＳＯＣｔｈ１も表示。）。

コンタクタ３３のオンオフ状態（オン状態で閉、オフ状態で開）の時間変化。

目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔａｒ及びモータ要求電力Ｐｍｒｅｑの時間変化（０［ｋＷ］線も表示）。

電圧変化として、ＢＡＴ電圧Ｖｂａｔの時間変化（上側ＢＡＴ閾値電圧Ｖｂａｔｔｈ２と下側ＢＡＴ閾値電圧Ｖｂａｔｔｈ１も表示。）とエアポンプ必要電圧Ｖａｐｄの時間変化（エアポンプ閾値電圧Ｖａｐｔｈも表示。）。

ＢＡＴ電力Ｐｂａｔ（ＢＡＴ放電電力ＰｂａｔｄとＢＡＴ充電電力Ｐｂａｔｃ）の時間変化（０［ｋＷ］線も表示）。

なお、図６において、時点ｔ０〜時点ｔ６の期間でモータ要求電力Ｐｍｒｅｑが一定値となっているのは、ＦＣ自動車１０が、車速Ｖｓが一定の高速等のクルーズ走行中であることを意味している。また、図６において、実際のＦＣ電力Ｐｆｃが目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔａｒに追従しているものとしている。

図７のフローチャートの走行制御と同時に上述した走行基本制御工程がＥＣＵ２４により並列的に実行されている。

そこで、図７のフローチャートのステップＳ１にて、ＥＣＵ２４は、ＢＡＴ２０のＳＯＣが上側残容量閾値ＳＯＣｔｈ２に等しくなったか否かを判定する。

時点ｔ０〜時点ｔ１の期間では、ＢＡＴ２０への充電が遂行されて、ＢＡＴ２０のＳＯＣが徐々に増加している。時点ｔ１にてＳＯＣ＝ＳＯＣｔｈ２（ステップＳ１：ＹＥＳ）になった場合、独立電力供給の開始条件が満足される。このとき、ステップＳ２にて、コンタクタ３３をオフ状態にする（時点ｔ１）。これにより、時点ｔ１〜時点ｔ２の期間では、ステップＳ３にて、ＦＣ１８のＦＣ電力Ｐｆｃのみにより負荷３０、すなわちインバータ１６を通じて駆動モータ１４を駆動する（Ｐｆｃ＝Ｐｆｃｔａｒ≒Ｐｍｒｅｑ）。一方、ステップＳ４にて、ＢＡＴ２０のＢＡＴ電力Ｐｂａｔのみによりエアポンプユニット４０（エアポンプ３１）を駆動する（ＢＡＴ放電電力Ｐｂａｔｄがエアポンプ消費電力Ｐａｐに等しくなる。Ｐｂａｔｄ≒Ｐａｐ）。

このようにステップＳ３、Ｓ４にて、駆動モータ１４がＦＣ電力Ｐｆｃのみにより駆動され、エアポンプユニット４０（エアポンプ３１）がＢＡＴ電力Ｐｂａｔのみにより駆動され、それぞれ独立に電力が供給されて駆動される（独立電力供給工程という。）。この場合、ＳＵＤＣ２２の通流電流Ｉｓｕｄｃがゼロ値（０［Ａ］）になるので、ＳＵＤＣ２２の電力損失（電力消費）が略ゼロ値となりシステム効率が向上する。

換言すれば、エアポンプユニット４０（代表的にはエアポンプ３１）の消費電力（全消費電力）をＢＡＴ２０のＢＡＴ放電電力Ｐｂａｔｄ（蓄電電力）で賄うと共に、負荷３０（代表的には駆動モータ１４）の消費電力（全消費電力）をＦＣ１８のＦＣ電力Ｐｆｃで賄うように制御することで、ＢＡＴ２０とＳＵＤＣ２２との間の通流電流Ｉｓｕｄｃを略ゼロ値（ゼロ値を含む。）にすることができる。

従って、ステップＳ２にてコンタクタ３３をオフ状態に切り替える処理は、ステップＳ３、Ｓ４の処理の後工程に変更することができる。

ステップＳ４の処理後、ステップＳ１の判定が否定的（ステップＳ１：ＮＯ）になり、時点ｔ２までは、ステップＳ５の判定、すなわち、ＢＡＴ２０のＳＯＣが下側残容量閾値ＳＯＣｔｈ１より大きいか否かの判定が肯定的（ステップＳ５：ＹＥＳ）になる。

結果として、時点ｔ１〜時点ｔ２の期間では、ステップＳ１：ＮＯ→ステップＳ５：ＹＥＳ→ステップＳ２〜ステップＳ４→ステップＳ１：ＮＯ…の独立電力供給工程の処理が繰り返される。

この独立電力供給工程では、図８に示すように、ステップＳ２のコンタクタ３３のオフ処理後に、ステップＳ２ａにて、ＦＣ電圧Ｖｆｃがモータ必要電圧Ｖｍｄより高いか否かを比較し、ＦＣ電圧Ｖｆｃがモータ必要電圧Ｖｍｄより高い電圧であると判定した（Ｖｆｃ＞Ｖｍｄ、ステップＳ２ａ：ＹＥＳ）場合には、ステップＳ２ｂにて、スイッチング素子２１ｂをオフ状態に保持して、ＳＵＣ２１を直結状態に制御する。ＳＵＣ２１を直結状態に制御することによりスイッチング素子２１ｂのスイッチング損失が低減され、且つ、モータ必要電圧Ｖｍｄより高い電圧がインバータ１６の入力端に印加されることになるので、インバータ１６の通流電流が小さくなって通過損失も低減される結果、システム効率がさらに向上する。ステップＳ２ａの判定が否定的である（Ｖｆｃ≦Ｖｍｄ）場合には、ステップＳ２ｃにて、ＦＣ電圧Ｖｆｃをモータ必要電圧ＶｍｄまでＳＵＣ２１にて昇圧してインバータ１６を駆動する。

次いで、時点ｔ１〜時点ｔ２の期間でＢＡＴ２０の放電が進んで、ＳＯＣが低下し、ステップＳ５の判定が否定的（ステップＳ５：ＮＯ）になると、ステップＳ６にて、コンタクタ３３をオフ状態からオン状態にする（時点ｔ２）。

そして、ステップＳ７にて、すなわち、時点ｔ２〜時点ｔ５の期間にて、目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔａｒの波形に示すように、目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔａｒを、モータ要求電力Ｐｍｒｅｑ分の発電量（発電電力）に加えて、エアポンプ必要電力ＰａｐｄとＢＡＴ充電電力Ｐｂａｔｃ分の発電量（発電電力）を加えた発電量（発電電力）に増加して発電させる（Ｐｆｃｔａｒ＝Ｐｍｒｅｑ＋Ｐａｐｄ＋Ｐｂａｔｃ）。

ＦＣ１８の発電量（発電電力）は、急速には増加せず徐々に増加する特性を有しているので、時点ｔ２から時点ｔ３まで、エアポンプ必要電力Ｐａｐｄの一部がＢＡＴ放電電力Ｐｂａｔｄで賄われるので、その時点ｔ２から時点ｔ３までの遅延時間Ｔｄ後に、ＢＡＴ２０がＢＡＴ充電電力Ｐｂａｔｃにより充電が開始される。時点ｔ４にて、ＢＡＴ２０のＳＯＣが下側残容量閾値ＳＯＣｔｈ１まで回復すると、以降、時点ｔ５に向かって目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔａｒを漸減させる。

なお、時点ｔ４にて、ＢＡＴ２０のＳＯＣが下側残容量閾値ＳＯＣｔｈ１まで回復したときには、以降、時点ｔ５に向かって目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔａｒを漸減ではなく一定に保持するようにしてもよい。目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔａｒを一定に保持した場合には、その分早く、ＢＡＴ２０のＳＯＣが上側残容量閾値ＳＯＣｔｈ２に到達する。

ステップＳ７の処理後、ステップＳ８にて、ＢＡＴ２０のＳＯＣが上側残容量閾値ＳＯＣｔｈ２に等しくなったか否かが判定される。

このステップＳ８の判定が否定的（ステップＳ８：ＮＯ）である間、ステップＳ６、ステップＳ７、及びステップＳ８：ＮＯの処理が繰り返される。

時点ｔ５にて、ステップＳ８の判定が肯定的になる（ステップＳ８：ＹＥＳ）と、ステップＳ１の判定が当然に肯定的になり、ステップＳ２に進む。すなわち、時点ｔ１以降の処理が繰り返される。

［実施形態のまとめ及び変形例］
ここでは、図９の比較例の概念図、図１０Ａ〜図１０Ｃの実施形態の概念図、及び図１１Ａ〜図１１Ｃの変形例の概念図を参照して説明する。これら、図９、図１０Ａ〜図１０Ｃ、及び図１１Ａ〜図１１Ｃの各図において、矢線は、電力の流れを示している。

図９の比較例のＦＣシステム１２Ｒが適用されたＦＣ自動車１０Ｒにおいて、電力はＦＣ１８からＳＵＣ２１を介して駆動モータ１４に供給されると共に、ＦＣ１８からＳＵＣ２１、ＳＵＤＣ２２を介してエアポンプユニット４０を構成するエアポンプ３１に供給される。また、必要に応じてＢＡＴ２０に充電された電力がＳＵＤＣ２２を介して駆動モータ１４に供給される。この場合、ＳＵＤＣ２２には、常時、通流電流Ｉｓｕｄｃ（図１参照）が流れ、電力損失が累積される。それによって、システム効率が悪化する。

そこで、この実施形態では、ＢＡＴ２０のＳＯＣ又はＢＡＴ電圧Ｖｂａｔを監視する監視工程（ステップＳ１）と、前記監視工程にて、ＢＡＴ２０のＳＯＣがＳＯＣ＝ＳＯＣｔｈ２（所定値である上側残容量閾値）以上又はＢＡＴ電圧Ｖｂａｔがエアポンプ３１の駆動が可能な所定電圧（エアポンプ必要電圧Ｖａｐｄ以上の所定電圧である上側ＢＡＴ閾値電圧Ｖｂａｔｔｈ２）以上になった場合、図１０Ａに示すように、エアポンプユニット４０（代表的にはエアポンプ３１）の電力をＢＡＴ２０のＢＡＴ放電電力Ｐｂａｔｄ（蓄電装置の蓄電電力）で略賄うと共に、負荷３０（代表的には駆動モータ１４）の電力（モータ電力Ｐｍという。）をＦＣ１８のＦＣ電力Ｐｆｃ（発電電力）で略賄うことで、ＢＡＴ２０とＳＵＤＣ２２との間の通流電流Ｉｓｕｄｃを略ゼロ値にする独立電力供給工程（ステップＳ２、Ｓ３、Ｓ４）と、を備えている。

このように、ＢＡＴ２０のＳＯＣが上側残容量閾値ＳＯＣｔｈ２以上又はＢＡＴ電圧Ｖｂａｔが上側ＢＡＴ閾値電圧Ｖｂａｔｔｈ２以上になった場合に、ＦＣ１８で駆動モータ１４を、ＢＡＴ２０でエアポンプ３１を、それぞれ独立に駆動するようにしたので、モータ駆動部としてのＩＮＶ１６の入力端である２次側２ｓとＢＡＴ２０との間に配されたＳＵＤＣ２２の通流電流Ｉｓｕｄｃを略ゼロ値（ゼロ値も含む。）にでき、結果として、ＳＵＤＣ２２での電力損失がゼロ値乃至略ゼロ値になることから、ＦＣシステム１２全体でのシステム効率を一層向上できる。

さらに、この実施形態では、ＦＣ１８の目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔａｒに応じてエアポンプ駆動部としてのエアポンプインバータ２３及びエアポンプモータ２９に印加が必要なエアポンプ必要電圧Ｖａｐｄを算出するエアポンプ必要電圧算出工程と、エアポンプ必要電圧Ｖａｐｄを満足するようにＢＡＴ電圧Ｖｂａｔを設定するＢＡＴ電圧設定工程と、ＦＣ電力Ｐｆｃの一部によりＳＵＤＣ２２を通じてＢＡＴ２０を充電中に、ＢＡＴ電圧Ｖｂａｔがエアポンプ必要電圧Ｖａｐｄ以上の所定電圧である上側ＢＡＴ閾値電圧Ｖｂａｔｔｈ２となった場合、ＢＡＴ２０とＳＵＤＣ２２との間の通流電流Ｉｓｕｄｃをゼロ値（コンタクタ３３をオフ状態の開状態）にしてＢＡＴ２０の電力であるＢＡＴ放電電力Ｐｂａｔｄを、エアポンプ駆動部としてのエアポンプインバータ２３及びエアポンプモータ２９を通じてエアポンプ３１に供給すると共に、ＦＣ１８の目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔａｒを、モータ駆動部としてのＩＮＶ１６を通じて駆動モータ１４に供給する独立電力供給工程と、を備えるようになっている。

つまり、ＢＡＴ電圧Ｖｂａｔがエアポンプ必要電圧Ｖａｐｄ以上の所定電圧である上側ＢＡＴ閾値電圧Ｖｂａｔｔｈ２（ＢＡＴ２０のＳＯＣが、例えば、５０［％］になる上側残容量閾値ＳＯＣｔｈ２）になった場合に、図１０Ａに示すように、電力をＦＣ１８からＳＵＣ２１を介して駆動モータ１４に供給すると共に、ＢＡＴ２０からエアポンプ３１に供給する独立電力供給工程を設けたので、ＳＵＤＣ２２の通流電流Ｉｓｕｄｃがゼロ値となり、結果として、ＳＵＤＣ２２を通流電流Ｉｓｕｄｃが通過することによる電力損失をゼロ値にでき、ＦＣシステム１２全体でのシステム効率を向上できる。

なお、前記したＢＡＴ電圧設定工程では、エアポンプ必要電圧Ｖａｐｄが、エアポンプ３１の最大回転数Ｎａｐｍａｘを確保することが可能なエアポンプ閾値電圧Ｖａｐｔｈ未満の電圧である場合には、エアポンプ閾値電圧Ｖａｐｔｈ以上の電圧となるようにＢＡＴ電圧Ｖｂａｔを設定する（図６参照）。このようにエアポンプ３１の最大回転数Ｎａｐｍａｘを賄えるエアポンプ閾値電圧Ｖａｐｔｈに設定するので、目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔａｒが増減した場合でもドライバビリティが損なわれることがない。

前記独立電力供給工程では、図１０Ａに示した電力供給下に、図８のフローチャートに示すように、モータ必要電圧ＶｍｄとＦＣ電圧Ｖｆｃとを比較する電圧比較工程（ステップＳ２ａ）をさらに有することが好ましい。この電圧比較工程でモータ必要電圧ＶｍｄよりもＦＣ電圧Ｖｆｃが高い電圧であると判定した（ステップＳ２ａ：ＹＥＳ）場合には、ＳＵＣ２１を直結状態に制御しＦＣ１８のＦＣ電力Ｐｆｃを、前記直結状態のＳＵＣ２１及びインバータ１６を通じて駆動モータ１４に供給することで、ＳＵＣ２１を適切に制御でき、燃料電池システム１２全体での効率をさらに向上させることができる。

ＢＡＴ２０のＳＯＣが下側残容量閾値ＳＯＣｔｈ１を下回る状態となった（時点ｔ２）場合には、コンタクタ３３をオン状態（閉状態）にし、図１０Ｂに示すように、ＦＣ１８からの電力をＳＵＣ２１及びＩＮＶ１６を介して駆動モータ１４に供給すると共に、ＢＡＴ２０のＳＯＣが再び上側残容量閾値ＳＯＣｔｈ２となるように充電を開始する。ＦＣ１８のＦＣ電力Ｐｆｃ（＝目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔａｒ）は急激には立ち上がらないので、時点ｔ２〜時点ｔ３の期間では、ＦＣ電力Ｐｆｃの増加分とＢＡＴ２０からのＢＡＴ放電電力Ｐｂａｔｄの減少分がエアポンプ駆動電力Ｐａｐｄ分とされるように制御される。

時点ｔ３から、図１０Ｃに示すように、ＦＣ１８からの電力をＳＵＣ２１及びＩＮＶ１６を介して駆動モータ１４に供給すると共に、ＳＵＤＣ２２を介してエアポンプ３１に供給し、且つＢＡＴ２０を充電する。図１０Ｃの状態で、ＢＡＴ２０のＳＯＣが再び上側残容量閾値ＳＯＣｔｈ２となったとき（時点ｔ５）に、図１０Ａに示した独立電力供給工程を再び開始する。

［変形例１］
この発明は、モータ必要電圧Ｖｍｄより常時高いＦＣ電圧Ｖｆｃを出力できるＦＣ１８が採用できる場合、図１１Ａ〜図１１Ｃに示すように、ＳＵＣ２１を省略した燃料電池システム１２Ａを備える燃料電池自動車１０Ａに適用することができる。

図１１Ａ、図１１Ｂ、及び図１１Ｃの各動作は、図１０Ａ、図１０Ｂ、及び図１０Ｃの各動作と同様であるので各動作の説明は省略する。

［変形例２］
上述した実施形態（［変形例１］を含む。）では、独立電力供給工程にて、コンタクタ３３をオフ状態（開状態）としてＳＵＤＣ２２に通流電流Ｉｓｕｄｃが流れないように構成しているが、コンタクタ３３を用いることなく、ＳＵＤＣ２２を直接１次側１ｓｂのＢＡＴ２０及びエアポンプユニット４０に物理的・電気的に接続した構成であっても、時点ｔ１〜時点ｔ２の期間、時点ｔ５以降の期間では、ＳＵＤＣ２２を構成するスイッチング素子２２ｂ、２２ｄをオフ状態に制御して、１次側１ｓｂとＳＵＤＣ２２とを切り離すようにしてもよい。

［変形例３］
また、コンタクタ３３を用いることなく、ＳＵＤＣ２２を直接１次側１ｓｂのＢＡＴ２０及びエアポンプユニット４０に物理的・電気的に接続した構成であっても、負荷３０の実際の電力である前記したモータ電力Ｐｍを測定し、２次側２ｓにＦＣ１８からモータ電力Ｐｍと同一値のＦＣ電力Ｐｆｃが供給されるようにＦＣ電力Ｐｆｃをフィードバック制御するように制御してもよい。このように制御すれば、フィードバックの遅れにより、多少（ちょっとした分量）の通流電流Ｉｓｕｄｃが流れる場合（通流電流Ｉｓｕｄｃが略ゼロ）はあるが、回路理論上、ＳＵＤＣ２２に、通流電流Ｉｓｕｄｃが通過しなくなる。

なお、この発明は、上述の実施形態に限らず、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。

１０、１０Ａ…燃料電池自動車（ＦＣ自動車）
１２、１２Ａ…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）
２３…エアポンプインバータ ２４…ＥＣＵ
２９…エアポンプモータ ３１…エアポンプ
４０…エアポンプユニット

Claims (6)

1. 酸化剤ガスと燃料ガスとを反応させて発電し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、
   モータ駆動部を通じて駆動されるモータと、
   １次側電圧としての前記蓄電装置電圧と、前記モータ駆動部に印加が必要な２次側電圧としてのモータ必要電圧との間で電圧変換を行う電圧変換装置と、
   前記蓄電装置電圧が印加されるエアポンプ駆動部を通じて駆動され前記酸化剤ガスを燃料電池に供給するエアポンプと、
   を有する燃料電池システムの制御方法であって、
   前記蓄電装置のＳＯＣ又は前記蓄電装置電圧を監視する監視工程と、
   前記監視工程にて、走行制御時に、前記蓄電装置のＳＯＣが所定値以上又は前記蓄電装置電圧が前記エアポンプの駆動が可能な所定電圧以上になった場合、前記エアポンプの消費電力を前記蓄電装置の蓄電電力で略賄うと共に、前記モータの消費電力を前記燃料電池の発電電力で略賄うことで、前記蓄電装置と前記電圧変換装置との間の通流電流を略ゼロ値にする独立電力供給工程と、
   を備えることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
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、
   前記監視工程の前工程に、
   前記燃料電池の目標発電電力に応じて前記エアポンプ駆動部に印加が必要なエアポンプ必要電圧を算出するエアポンプ必要電圧算出工程と、
   前記エアポンプ必要電圧を満足するように前記蓄電装置電圧を設定する蓄電装置電圧設定工程と、を備え、
   前記目標発電電力の一部により前記電圧変換装置を通じて前記蓄電装置を充電中に、前記蓄電装置電圧が前記エアポンプ必要電圧以上の前記所定電圧になった場合、前記独立電力供給工程を実施する
   ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
3. 請求項２に記載の燃料電池システムの制御方法において、
   前記蓄電装置電圧設定工程では、
   前記エアポンプ必要電圧が、前記エアポンプの最大回転数を確保することが可能なエアポンプ閾値電圧未満の電圧である場合には、前記エアポンプ閾値電圧以上の電圧となるように前記蓄電装置電圧を設定する
   ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
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、
   前記燃料電池システムは、前記燃料電池電圧を１次側電圧とし前記モータ必要電圧を２次側電圧とする他の電圧変換装置をさらに有し、
   前記独立電力供給工程では、
   前記モータ必要電圧と前記燃料電池電圧とを比較する電圧比較工程をさらに有し、
   前記電圧比較工程で前記モータ必要電圧よりも前記燃料電池電圧が高い電圧であると判定した場合には、前記他の電圧変換装置を直結状態に制御し前記燃料電池の発電電力を、前記直結状態の前記他の電圧変換装置及び前記モータ駆動部を通じて前記モータに供給し、前記モータ必要電圧よりも前記燃料電池電圧が低い電圧であると判定した場合には、前記燃料電池電圧を前記他の電圧変換装置で前記モータ必要電圧まで昇圧し、前記燃料電池の発電電力を、前記他の電圧変換装置及び前記モータ駆動部を通じて前記モータに供給する
   ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
5. 請求項１〜４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、
   前記電圧変換装置の降圧端側に、前記エアポンプ駆動部の直流端側と、前記蓄電装置の入出力端とが接続される
   ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
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を実施する燃料電池自動車。

Images