JP6215811B2 - 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、燃料電池から直接又は電圧変換装置を介してモータ等の負荷及び／又は蓄電装置に電力を供給すると共に、放電又は充電が可能な前記蓄電装置から直接又は他の電圧変換装置を介して前記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。

従来から、例えば特許文献１の図１に示されるように、モータを駆動するインバータの直流入力端と燃料電池の出力端との間に燃料電池電圧（発電電圧）を昇圧するコンバータ（昇圧コンバータ）を設けた燃料電池システムが開示されている。

特許文献１に開示された燃料電池システムでは、前記昇圧コンバータを構成するリアクトルの温度を検出する温度センサ（サーミスタ）を設けている（特許文献１の［０００７］）。

特許文献１の燃料電池システムでは、前記温度センサにより検出した温度（検出温度）が前記リアクトルの耐熱温度から求められた前記昇圧コンバータの制限開始温度になった時点で、前記昇圧コンバータの出力の制限（出力制限）を開始するように構成されている（特許文献１の［０００７］）。

国際公開第２０１２／１６４６５８号パンフレット

しかしながら、前記リアクトルの温度が前記昇圧コンバータの前記制限開始温度になった時点で、前記昇圧コンバータの前記出力制限が開始されると、前記昇圧コンバータによって駆動されるモータの入力電力が急激に変動する結果、前記モータの出力が急激に変動し、結果として前記モータにより推進される車両の振動ショック（車両振動ショック）が発生してしまうという課題があり、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り、電圧変換装置の温度が出力を制限すべき温度閾値を上回った場合においても、負荷要求に対応できるようにした燃料電池システムの制御方法及び燃料電池システム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、発電電力を出力する燃料電池と、蓄電電力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、前記燃料電池の発電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、前記第１及び又は第２電圧変換装置の温度を検出する温度検出工程と、前記第１及び前記第２電圧変換装置で電圧変換を行う電圧変換工程中に、一方の電圧変換装置の温度が温度閾値を上回った場合に、前記温度閾値を上回った前記一方の前記電圧変換装置のデューティ比を徐々に低下させるデューティ比漸減工程と、前記デューティ比漸減工程の後に、前記一方の前記電圧変換装置を直結させる直結工程と、を有し、前記デューティ比漸減工程では、前記負荷の要求に対応する電力の出力を継続する。

この発明によれば、第１及び第２電圧変換装置のうち、一方の電圧変換装置の温度が温度閾値を上回った場合でも、負荷（インバータと駆動モータ）の要求に制限をかけずに対応できるので、例えば、車両の振動ショックの発生を回避して、商品性を向上させることができる。

また、この発明に係る燃料電池システムの制御方法は、発電電力を出力する燃料電池と、蓄電電力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、前記燃料電池の発電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、前記第１及び又は第２電圧変換装置の温度を検出する温度検出工程と、前記第１及び前記第２電圧変換装置で電圧変換を行う電圧変換工程中に、一方の電圧変換装置の温度が前記出力を制限すべき温度閾値を上回った場合に、前記一方の前記電圧変換装置の電圧変換動作を停止して直結させる直結工程と、を有し、前記直結工程では、前記負荷の要求に対応する電力の出力を継続する。

この発明によれば、第１及び第２電圧変換装置のうち、一方の電圧変換装置の温度が温度閾値を上回った場合でも、負荷（インバータと駆動モータ）の要求に制限をかけずに対応できるので、例えば、車両の振動ショックの発生を回避して、商品性を向上させることができる。

この場合、前記温度検出工程は、前記直結後も継続し、前記温度が前記温度閾値より高い上限温度を上回った場合には、直結させた前記一方の前記電圧変換装置の電力通過出力を絞ることが好ましい。

これにより、上限温度を上回った直結中の電圧変換装置を保護し、耐久性の低下を抑制することができる。

また、前記直結工程において、前記燃料電池の電圧と前記蓄電装置の電圧との電圧差を把握し、前記電圧差が所定値以下であると判定された場合には直結させないことが好ましい。

このように、燃料電池の制御性が悪化すると予測されるときには直結しないので、燃料電池の制御性の悪化を確実に抑制でき、燃料電池の耐久性が低下することを防止できる。

なお、前記直結工程において、直結させようとする燃料電池電圧又は直結させようとする蓄電装置電圧が、負荷駆動要求電圧より低い値である場合には、直結させることを禁止し、前記負荷駆動要求電圧を目標負荷端電圧として前記第１及び第２電圧変換装置の昇圧を継続することが好ましい。

このように、直結させようとする燃料電池又は蓄電装置の電圧が負荷駆動要求電圧を満たない場合には、第１及び第２電圧変換装置により負荷駆動要求電圧を満たすように昇圧を継続するので、商品性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、第１及び第２電圧変換装置のうち、一方の電圧変換装置の温度が温度閾値を上回った場合でも、負荷（インバータと駆動モータ）の要求に制限をかけずに対応できるので、燃料電池システム及び燃料電池自動車の商品性を向上させることが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。 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。 燃料電池のＩＶ特性図である。 第１実施例の動作説明に供されるタイミングチャートである。 第１実施例の動作説明に供されるフローチャートである。 モータ要求電力と、負荷端電圧としての駆動要求負荷端電圧との関係を示す特性図である。 第１実施例の変形例に係る蓄電装置の残容量に余裕がない場合の直結工程の説明に供されるタイミングチャートである。 第１実施例の他の変形例（図５のデューティ比漸減工程の開始時点で直結）の動作説明に供されるフローチャートである。 第１実施例の他の変形例（図５のデューティ比漸減工程の開始時点で直結）の動作説明に供されるタイミングチャートである。 第２実施例の動作説明に供されるフローチャートである。 第２実施例の動作説明に供されるタイミングチャートである。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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）。

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）。

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。

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。

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になった場合に、その余剰電力が、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。

ＦＣ補機３１は、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（不図示）と、ＦＣ１８のカソード流路（不図示）に対して酸素を含む圧縮された空気（酸化剤ガス）を供給するエアポンプ（不図示）と、ＦＣ１８の冷却流路に対して冷却媒体（冷媒）を供給するウォータポンプ（不図示）とを備える。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（膜湿度と同意。）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（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）がＥＣＵ２４により検出乃至管理される。

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。

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。

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。

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。

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。

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）が所定の負荷端電圧Ｖｉｎｖ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、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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

さらに、この実施形態において、ＳＵＣ２１の各部品中、ＳＵＣ２１の電力増加等に応じて最も耐熱温度に達し易い部品、ここではリアクトル２１ａにリアクトル温度Ｔｒ１を検出するサーミスタ等の温度センサ５１が付設されると共に、ＳＵＤＣ２２の各部品中、ＳＵＤＣ２２の電力増加等に応じて最も耐熱温度に達し易い部品、ここではリアクトル２２ａにリアクトル温度Ｔｒ２を検出するサーミスタ等の温度センサ５２が付設される。なお、最も耐熱温度に達し易い部品は、コスト等を考慮した設計時における部品の選択に依存するので、リアクトル２１ａ、２２ａ以外のダイオード２１ｃ、２２ｃ、２２ｅ、スイッチング素子２１ｂ、２２ｂ、２２ｄ、コンデンサＣ１ｆ、Ｃ２ｆ、Ｃ１ｂ、Ｃ２ｂになる場合もあり、この場合には、最も早く耐熱温度に達し易い部品に温度センサ５１、５２が付設される。

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、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（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。

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。

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。

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。

次に、ＥＣＵ２４による制御処理例について、第１実施例として、設計上、「Ｖｆｃ＞Ｖｂａｔ」となっている場合、第２実施例として、設計上、「Ｖｂａｔ＞Ｖｆｃ」となっている場合に分けて説明する。

［第１実施例：Ｖｆｃ＞Ｖｂａｔとなっている場合］
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のフローチャートの他、以下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。

図５において、縦軸の項目は、上側から順に、ＳＵＣ２１を構成するリアクトル２１ａのリアクトル温度Ｔｒ１［℃］、車速Ｖｓ［ｋｍ／ｈ］、各部電圧（効率要求負荷端電圧Ｖｉｎｖη、目標負荷端電圧Ｖｉｎｖｔａｒ、ＦＣ電圧Ｖｆｃ、ＢＡＴ電圧Ｖｂａｔ、駆動要求負荷端電圧Ｖｉｎｖｄ）、ＦＣ電力Ｐｆｃ、ＳＵＣ２１の駆動デューティ（ＦＣデューティ）Ｄｆｃ［％］、ＦＣ電力Ｐｆｃ（ＦＣ電圧Ｖｆｃ）を制御するコンバータ名（ＳＵＣ２１又はＳＵＤＣ２２）、及びＳＵＣ２１の昇圧フラグＦｓｕｃ（Ｆｓｕｃ＝１で昇圧、Ｆｓｕｃ＝０で直結）を示し、各波形はそれぞれの時間変化状態を示している。

なお、図５中、同一項目で、実線で示す波形は対策後（第１実施例）の波形、一点鎖線で示す波形は対策前（比較例）の波形を示している。対策後の波形を示す場合、符号の末尾に“ａ”を付け、対策前の波形を示す場合、符号の末尾に“ｂ”を付けている。

例えば、一点鎖線で示すリアクトル温度Ｔｒ１ｂ［℃］はリアクトル２１ａの対策前の温度推移、ＦＣ電力Ｐｆｃｂ［ｋＷ］は対策前のＦＣ電力Ｐｆｃの推移、昇圧フラグＦｓｕｃｂは、対策前のＳＵＣ２１の昇圧フラグＦｓｕｃの状態を示している。

なお、上記したように、昇圧フラグＦｓｕｃ＝１は、ＳＵＣ２１が昇圧状態であることを示し、昇圧フラグＦｓｕｃ＝０は、ＳＵＣ２１（ＦＣ１８）が直結状態であることを示している。

図５において、リアクトル上限温度Ｔｔｈ２は、この温度以上の温度が比較的に短い時間である所定時間以上継続するとリアクトル２１ａが故障する閾値温度を示し、リアクトル上限付近温度Ｔｔｈ１は、リアクトル上限温度Ｔｔｈ２より若干低い温度に設定した連続通電が可能な上限の閾値温度を示している。

図５の時点ｔ０〜時点ｔ５の全期間で、ＦＣ自動車１０は、車速Ｖｓ＝１２０［ｋｍ／ｈ］と高車速で走行している。つまり、ＩＮＶ１６及び駆動モータ１４からなる負荷３０は、高負荷状態になっている。

ステップＳ１にて、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、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）等｝を検出して、駆動モータ１４に対するモータ要求電力（モータ必要電力）Ｐｍｒｅｑ［ｋＷ］を算出する。

より具体的には、駆動モータ１４のモータ要求電力Ｐｍｒｅｑ[ｋＷ]が、アクセルペダルの操作量θｐに対応したモータ回転数Ｎｍ［ｒｐｍ］と必要トルクＴｒｅｑ［Ｎ・ｍ］とに基づき算出される。このとき、同時に、モータ回転数Ｎｍと必要トルクＴｒｅｑとからＦＣ自動車１０に対して予め取得され記憶装置に格納されている効率要求負荷端電圧Ｖｉｎｖη［Ｖ］の特性が参照されて算出される。駆動モータ１４が高効率となる効率要求負荷端電圧Ｖｉｎｖηは、駆動モータ１４の高負荷領域では低負荷領域に比較して高電圧になる特性になっている。

図７は、モータ要求電力Ｐｍｒｅｑと、このモータ要求電力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としての駆動要求負荷端電圧Ｖｉｎｖｄとの関係を表す特性７２を示している。特性７２は、予めＥＣＵ２４内の記憶装置に記憶されている。

駆動要求負荷端電圧Ｖｉｎｖｄは、効率要求負荷端電圧Ｖｉｎｖηより低い電圧になっている（Ｖｉｎｖｄ＜Ｖｉｎｖη）。

そこで、ステップＳ１にて、さらに、モータ要求電力Ｐｍｒｅｑに基づき図７の特性７２を参照し駆動要求負荷端電圧Ｖｉｎｖｄ［Ｖ］を算出する。

次いで、ステップＳ２にて、駆動要求負荷端電圧ＶｉｎｖｄよりＦＣ電圧Ｖｆｃが高い（Ｖｉｎｖｄ＜Ｖｆｃ）か、否かを判定し、低い（ステップＳ２：ＮＯ）場合には、他の制御を実施する。

ステップＳ２の判定にて、駆動要求負荷端電圧ＶｉｎｖｄがＦＣ電圧Ｖｆｃより低い（ステップＳ２：ＹＥＳ）場合、ステップＳ３にて、リアクトル２１ａの温度を検出する温度センサ５１によるリアクトル温度Ｔｒ１がリアクトル上限付近温度Ｔｔｈ１より高い（Ｔｒ１＞Ｔｔｈ１）か、否かを判定する。

時点ｔ０〜時点ｔ１の間では、リアクトル温度Ｔｒ１がリアクトル上限付近温度Ｔｔｈ１より低い（ステップＳ３：ＮＯ）ので、ステップＳ４にて、目標負荷端電圧Ｖｉｎｖｔａｒが効率要求負荷端電圧Ｖｉｎｖηに設定され（Ｖｉｎｖη←Ｖｉｎｖｔａｒ）、ステップＳ５にて、ＦＣ電力Ｐｆｃを制限しない（Ｐｆｃ非制限）で、ＳＵＣ２１の昇圧比がＶｉｎｖη／Ｖｆｃとなるように、スイッチング素子２１ｂのデューティ、すなわちＦＣデューティＤｆｃを設定し、通常の制御（通常のエネルギマネジメント制御という。）が実行される。

なお、時点ｔ０〜時点ｔ１の間では、ＢＡＴ電圧Ｖｂａｔが目標負荷端電圧Ｖｉｎｖｔａｒになるように、ＳＵＤＣ２２による昇圧制御が実施されるので、時点ｔ０〜時点ｔ１の間は、ＳＵＣ２１及びＳＵＤＣ２２とも電圧変換が実施される電圧変換工程（両方電圧変換工程）になっている。

時点ｔ０〜時点ｔ１の間では時点ｔ１まで、ステップＳ１→ステップＳ２：ＹＥＳ→ステップＳ３：ＮＯ→ステップＳ４→ステップＳ５の処理が繰り返される。

ＳＵＣ２１の温度がさらに上昇し、時点ｔ１にて、リアクトル２１ａのリアクトル温度Ｔｒ１がリアクトル上限付近温度Ｔｔｈ１を上回る（Ｔｒ１＞Ｔｔｈ１）ことが検出されると、ステップＳ３の判定が肯定的（ステップＳ３：ＹＥＳ）になる。

この場合、ステップＳ６にて、ＳＵＣ２１のＦＣデューティＤｆｃをＦＣデューティＤｆｃａ（時点ｔ１〜時点ｔ３間）に示すように徐々に低減させることで目標負荷端電圧Ｖｉｎｖｔａｒを徐々に低減させる。

徐々に低減させている間（Ｄｆｃ＞０［％］）にも、ＦＣ電力Ｐｆｃを制限しないで、ＳＵＣ２１の昇圧比がＶｉｎｖｔａｒ／Ｖｆｃとなるように、スイッチング素子２１ｂのデューティ、すなわちＦＣデューティＤｆｃａが設定されて通常の制御（通常のエネルギマネジメント制御）が実行される。

時点ｔ１から時点ｔ３まで、ステップＳ１→ステップＳ２：ＹＥＳ→ステップＳ３：ＹＥＳ→ステップＳ６→ステップＳ７：ＮＯ→ステップＳ５の処理が繰り返される。

この時点ｔ１〜時点ｔ３の間では、ＳＵＣ２１の温度上昇は、時点ｔ０〜時点ｔ１間の温度上昇に比較して、緩やかになる。

その理由は、時点ｔ１〜ｔ３の間でＳＵＣ２１を通過するＦＣ電流Ｉｆｃの値（平均電流値）は変化しないが、昇圧比（ＦＣデューティＤｆｃ）を徐々に低下させることで、リアクトル２１ａを通過するＦＣ電流Ｉｆｃの交流成分（振幅値）が徐々に小さくなるので、リアクトル２１ａの交流損失が低減されてリアクトル２１ａの温度上昇が緩和されることによる。ここで、ＦＣ電力Ｐｆｃは変化しないので、ＦＣ電圧Ｖｆｃは一定値に保持される。このように、時点ｔ１〜時点ｔ３の間では、ＦＣ１８から出力されるＦＣ電力Ｐｆｃは変化しないが、ＦＣデューティＤｆｃを漸減させることでリアクトル２１ａで発生する電力損失が徐々に低減されるので、デューティ比漸減工程と称する。

時点ｔ３にて、ＳＵＣ２１のＦＣデューティＤｆｃが０［％］（スイッチング素子２１ｂがオフ状態）になったときには、ステップＳ７の判定が肯定的（ステップＳ７：ＹＥＳ、Ｄｆｃ＝０［％］）となり、ステップＳ８にて、ＳＵＣ昇圧フラグＦｓｕｃをＦｓｕｃ＝１の状態からＦｓｕｃ＝０の状態に遷移させ、ＳＵＣ２１を直結状態（ＦＣ１８を直結状態）として、ＦＣ１８とインバータ１６の入力端とを直結させる。すなわち、ＦＣ１８のＦＣ電力Ｐｆｃが、リアクトル２１ａ、ダイオード２１ｃを通じて直流電力として負荷３０に供給される。時点ｔ３以降、目標負荷端電圧Ｖｉｎｖｔａｒ及びＦＣ電圧Ｖｆｃは、ＢＡＴ２０側のＳＵＤＣ２２によって制御されることになる。

時点ｔ３以降、ステップＳ９にて、リアクトル２１ａのリアクトル温度Ｔｒ１がリアクトル上限温度Ｔｔｈ２より高い（Ｔｒ１＞Ｔｔｈ２）か、否かを判定し、低い場合（ステップＳ９：ＮＯ）には、ステップＳ５のＦＣ電力Ｐｆｃを制限しない通常の制御が実行される（時点ｔ３〜時点ｔ４間）。

なお、時点ｔ１〜ｔ３の間では、ＢＡＴ電圧Ｖｂａｔを目標負荷端電圧Ｖｉｎｖｔａｒまで昇圧するＳＵＤＣ２２による昇圧制御が実施されているので、電圧変換工程（両方電圧変換工程）ではあるが、時点ｔ３からＳＵＣ２１（ＦＣ１８）のみが直結状態になり時点ｔ３以降を直結工程と称することを考慮して、時点ｔ１〜ｔ３の間のデューティ比漸減工程は、ＳＵＣ２１（ＦＣ１８）の前置直結工程と称してもよい。

時点ｔ３以降、時点ｔ４に至るまで、ステップＳ１→ステップＳ２：ＹＥＳ→ステップＳ３：ＹＥＳ→ステップＳ６→ステップＳ７：ＹＥＳ→ステップＳ８→ステップＳ９：ＮＯ→ステップＳ５の処理での直結工程が繰り返される。

ＳＵＣ２１の温度がさらに上昇して、時点ｔ４にて、リアクトル２１ａのリアクトル温度Ｔｒ１がリアクトル上限温度Ｔｔｈ２を上回る（Ｔｒ１＞Ｔｔｈ２）ことが検出されると、ステップＳ９の判定が肯定的（ステップＳ９：ＹＥＳ）になる。

この場合、リアクトル２１ａの温度を直ちに下げるために、直結状態になっているＳＵＣ２１のリアクトル２１ａを通過する電流であるＦＣ電流Ｉｆｃを低下させる必要があることを考慮し、ステップＳ１０にて、ＦＣ１８のＦＣ電力Ｐｆｃを絞る。このため、ＳＵＤＣ２２の昇圧比を増加させてＦＣ電圧Ｖｆｃを徐々に増加させるＦＣ電力Ｐｆｃの制限制御（時点ｔ４〜時点ｔ５：電流制限工程）を行う。図４に示したＩＶ特性７０において、ＦＣ電圧Ｖｆｃを増加させる程、ＦＣ電力Ｐｆｃが低下することに留意する。

なお、ステップＳ１０にて、ＦＣ電力Ｐｆｃを絞っているので、高負荷（Ｖｓ＝１２０［ｋｍ／ｈ］）要求を受け入れる場合には、ＢＡＴ２０のＳＯＣを参照し、余裕がある場合には、ＦＣ電力Ｐｆｃの不足分をＢＡＴ２０で補うように制御する。これにより、時点ｔ４〜時点ｔ５の間に示すように、ＢＡＴ電圧Ｖｂａｔの減少度合いが、時点ｔ４から大きくなる。

ただし、ステップＳ１０にて、ＦＣ電力Ｐｆｃを絞ったときに、ＢＡＴ２０のＳＯＣに余裕がない場合には、第１実施例の変形例の図８のタイミングチャートに示すように、時点ｔ４からＢＡＴ２０のＳＯＣを急減させることなく（ＢＡＴ電圧Ｖｂａｔを一点鎖線ではなく実線のように変化させるようにして）、駆動要求負荷端電圧Ｖｉｎｖｄを、減少させているＦＣ電力Ｐｆｃで賄える範囲で徐々に減少させるように制御してもよい。この場合、効率要求負荷端電圧Ｖｉｎｖηも駆動要求負荷端電圧Ｖｉｎｖｄと同様に減少する。また、車速Ｖｓも高車速である１２０［ｋｍ／ｈ］から徐々に低下することになる。

なお、上述した第１実施例（図５）及び第１実施例の変形例（図８）では、ステップＳ６（時点ｔ１〜時点ｔ３）にてＦＣデューティＤｆｃを徐々に低下させるように制御しているが、第１実施例の他の変形例を示す図９のフローチャート及び図１０のタイミングチャートに示すように、リアクトル温度Ｔｒ１がリアクトル上限付近温度Ｔｔｈ１を上回った（ステップＳ３：ＹＥＳ）場合に、ステップＳ６の処理（ＦＣデューティＤｆｃ及び目標負荷端電圧Ｖｉｎｖｔａｒの漸減処理）を省略し、ステップＳ７ａにて、ＦＣデューティＤｆｃを瞬時に０［％］にしてもよい。すなわち、図１０の時点ｔ１に示すように、図５のデューティ比漸減工程の開始時点ｔ１でＳＵＣ２１（ＦＣ１８）を直結状態（Ｄｆｃ＝Ｄｆｃａ＝０［％］）にしてもよい。

図１０に示すように、時点ｔ１〜時点ｔ４の間（直結工程）では、ＦＣ１８から出力されるＦＣ電力Ｐｆｃが、時点ｔ０〜時点ｔ１の間（電圧変換工程）と同じで変化していない。しかし、リアクトル２１ａの温度の上昇（温度上昇勾配）は、図１０中、ＳＵＣ２１が電圧変換（昇圧）されている時点ｔ０〜時点ｔ１の間のリアクトル温度Ｔｒ１ａの上昇（温度上昇勾配）に比較して、ＳＵＣ２１（ＦＣ１８）が直結されている時点ｔ１〜時点ｔ４の間のリアクトル温度Ｔｒ１ａの上昇（温度上昇勾配）が緩和される。

この場合、時点ｔ１以降、ＦＣ電圧Ｖｆｃは、ＳＵＤＣ２２により制御される。図１０に示す時点ｔ１〜時点ｔ４の直結工程（ステップＳ１→ステップＳ２：ＹＥＳ→ステップＳ７ａ→ステップＳ８→ステップＳ９（ＮＯ）→ステップＳ５）においても、ＦＣ電力Ｐｆｃは、ＦＣ電力Ｐｆｃａになり、対策前のようにＦＣ電力Ｐｆｃｂと絞る必要がなく、且つ直結にしているので、直結とされたＳＵＣ２１のリアクトル２１ａで消費される交流電力分をゼロ値まで低減させることができる。

［第２実施例：Ｖｂａｔ＞Ｖｆｃとなっている場合］
次に、第２実施例を、図１１のフローチャート及び図１２のタイミングチャートを参照して説明する。第２実施例の処理は、基本的には、第１実施例と同様であるので、第１実施例と異なる処理について簡潔に説明する。なお、図１１に示すフローチャートのステップ番号は、図６に示したステップ番号の処理と同一又は同様の処理に対し、１０の位に変更している。

この第２実施例では、ＢＡＴ２０のＢＡＴ電力Ｐｂａｔを制御するＳＵＤＣ２２を構成するリアクトル２２ａのリアクトル温度Ｔｒ２の温度変化を制御対象としている。

図１２において、縦軸の項目は、上側から順に、ＳＵＤＣ２２を構成するリアクトル２２ａのリアクトル温度Ｔｒ２［℃］、車速Ｖｓ［ｋｍ／ｈ］、各部電圧（効率要求負荷端電圧Ｖｉｎｖη、目標負荷端電圧Ｖｉｎｖｔａｒ、ＦＣ電圧Ｖｆｃ、ＢＡＴ電圧Ｖｂａｔ、駆動要求負荷端電圧Ｖｉｎｖｄ）、ＢＡＴ電力Ｐｂａｔ、ＳＵＤＣ２２の駆動デューティ（ＢＡＴデューティ）Ｄｂａｔ［％］、ＦＣ電力Ｐｆｃを制御するコンバータ名（ＳＵＣ２１又はＳＵＤＣ２２）、及びＳＵＤＣ２２の昇圧フラグＦｓｕｄｃ（Ｆｓｕｄｃ＝１で昇圧、Ｆｓｕｄｃ＝０で直結）の状態をそれぞれ示している。

なお、図１２例では、図５例と同様に、同一項目で、実線で示す波形は対策後（第２実施例）の波形、一点鎖線で示す波形は対策前（比較例）の波形を示している。なお、図５例と同様に、対策後の波形を示す場合、符号の末尾に“ａ”を付け、対策前の波形を示す場合、符号の末尾に“ｂ”を付けている。例えば、リアクトル温度Ｔｒ２ｂ［℃］は対策前のリアクトル２２ａの温度推移、ＢＡＴ電力Ｐｂａｔｂ［ｋＷ］は対策前のＢＡＴ電力Ｐｂａｔの推移、昇圧フラグＦｓｕｄｃｂは対策前のＳＵＤＣ２２の昇圧フラグＦｓｕｄｃの状態を示している。

なお、上記したように、昇圧フラグＦｓｕｄｃ＝１は、ＳＵＤＣ２２が昇圧状態であることを示し、昇圧フラグＦｓｕｄｃ＝０は、ＳＵＤＣ２２（ＢＡＴ２０）が直結状態であることを示している。

図１２において、リアクトル上限温度Ｔｔｈ２は、この温度以上の温度が比較的に短い時間である所定時間以上継続するとリアクトル２２ａが故障する閾値温度を示し、リアクトル上限付近温度Ｔｔｈ１は、リアクトル上限温度Ｔｔｈ２より若干低い温度に設定した連続通電が可能な上限の閾値温度を示している。ただし、リアクトル上限温度Ｔｔｈ２及びリアクトル上限付近温度Ｔｔｈ１は、理解の便宜のために、図５例と同一の符号を用いているが、実際の温度は、リアクトル２２ａの仕様に応じた温度に設定される。

図１２の時点ｔ１０〜時点ｔ１５の全期間で、ＦＣ自動車１０は、車速Ｖｓ＝１２０［ｋｍ／ｈ］と高車速で走行している。この場合、ＩＮＶ１６及び駆動モータ１４からなる負荷３０は、高負荷状態になっている。

ステップＳ１１〜ステップＳ２０の処理は、上述したステップＳ１〜ステップＳ１０の処理に対応しているので、要部を説明すると、ステップＳ１２の判定にて、駆動要求負荷端電圧ＶｉｎｖｄがＢＡＴ電圧Ｖｂａｔより低い（ステップＳ１２：ＹＥＳ）場合、ステップＳ１３にて、リアクトル２２ａの温度を検出する温度センサ５２によるリアクトル温度Ｔｒ２がリアクトル上限付近温度Ｔｔｈ１より高い（Ｔｒ２＞Ｔｔｈ１）ことが検出される（時点ｔ１１）と、ステップＳ１３の判定が肯定的（ステップＳ１３：ＹＥＳ）となる。

この場合、ステップＳ１６にて、ＳＵＤＣ２２のＢＡＴデューティＤｂａｔをＢＡＴデューティＤｂａｔａ（時点ｔ１１から時点ｔ１３の間）に示すように徐々に低減させて目標負荷端電圧Ｖｉｎｖｔａｒを徐々に低減させる。

この場合にも、ＢＡＴ電力Ｐｂａｔを制限しない（ステップＳ１５：Ｐｂａｔ非制限）で、ＳＵＤＣ２２の昇圧比がＶｉｎｖｔａｒ／Ｖｂａｔとなるように、スイッチング素子２２ｂのデューティ、すなわちＢＡＴデューティＤｂａｔａを設定して通常の制御（通常のエネルギマネジメント制御）を実行する。なお、昇圧時に、スイッチング素子２２ｄは、オフ状態に維持される。

時点ｔ１１から時点ｔ１３まで、ステップＳ１１→ステップＳ１２：ＹＥＳ→ステップＳ１３：ＹＥＳ→ステップＳ１６→ステップＳ１７：ＮＯ→ステップＳ１５の処理（デューティ比漸減工程）が繰り返される。

この時点ｔ１１〜時点ｔ１３の間では、ＳＵＤＣ２２（リアクトル２２ａ）のリアクトル温度Ｔｒ２ａの温度上昇は、時点ｔ１０〜時点ｔ１１間の温度上昇に比較して、緩やかになる。

その理由は、時点ｔ１１〜ｔ１３の間でＳＵＤＣ２２を通過するＢＡＴ電流Ｉｂｄの値（平均電流値）は変化しないが、昇圧比（ＢＡＴデューティＤｂａｔａ）を徐々に低下させることで、リアクトル２２ａを通過するＢＡＴ電流Ｉｂｄの交流成分（振幅値）が徐々に小さくなるので、リアクトル２２ａの交流損失が低減されることからリアクトル２２ａの温度上昇が緩和されることによる。従って、ＢＡＴ電力Ｐｂａｔは変化しないが、ＢＡＴ２０のＳＯＣは低下するので、ＢＡＴ電圧Ｖｂａｔが徐々に減少する。時点ｔ１１〜時点ｔ１３の間では、ＢＡＴ２０から出力されるＢＡＴ電力ＰｂａｔはＢＡＴ電力Ｐｂａｔａと変化しないが、ＢＡＴデューティＤｂａｔがＢＡＴデューティＤｂａｔａと徐々に低減されるので、時点ｔ１１〜時点ｔ１３の間をデューティ比漸減工程と称する。

時点ｔ１３において、ＳＵＤＣ２２のＢＡＴデューティＤｂａｔａが０［％］（スイッチング素子２２ｂもオフ状態）になったときには、ステップＳ１７の判定が肯定的（ステップＳ１７：ＹＥＳ、Ｄｂａｔａ＝０［％］）となり、ステップＳ１８にて、ＳＵＤＣ昇圧フラグＦｓｕｄｃをＦｓｕｄｃ＝１の状態からＦｓｕｄｃ＝０の状態に遷移させ、ＳＵＤＣ２２（ＢＡＴ２０）を直結状態として、ＢＡＴ２０とインバータ１６の入力端とを直結させる。すなわち、ＢＡＴ２０のＢＡＴ電力Ｐｂａｔが、リアクトル２２ａ、ダイオード２２ｅを通じて直流電力として負荷３０に供給される。時点ｔ１３以降、ＦＣ電圧Ｖｆｃは、ＳＵＣ２１によって制御されることになる。

時点ｔ１３以降、ステップＳ１９にて、リアクトル２２ａのリアクトル温度Ｔｒ２がリアクトル上限温度Ｔｔｈ２より高い（Ｔｒ２＞Ｔｔｈ２）か、否かを判定し、低い場合（ステップＳ１９：ＮＯ）には、ステップＳ１５のＢＡＴ電力Ｐｂａｔを制限しない（Ｐｂａｔ非制限）通常の制御が実行される（時点ｔ１３〜時点ｔ１４間の直結工程）。

時点ｔ１１〜ｔ１３の間では、ＦＣ電圧Ｖｆｃを目標負荷端電圧Ｖｉｎｖｔａｒまで昇圧するＳＵＣ２１による昇圧制御が実施されているので、電圧変換工程（両方電圧変換工程）ではあるが、時点ｔ１３からＳＵＤＣ２２（ＢＡＴ２０）のみが直結状態になり時点ｔ１３以降を直結工程と称することを考慮して、時点ｔ１１〜時点ｔ１３の間のデューティ比漸減工程は、ＳＵＤＣ２２（ＢＡＴ２０）の前置直結工程と称してもよい。

時点ｔ１３以降、ＳＵＤＣ２２の温度がさらに上昇して、時点ｔ１４にて、リアクトル２２ａのリアクトル温度Ｔｒ２がリアクトル上限温度Ｔｔｈ２を上回る（Ｔｒ２＞Ｔｔｈ２）ことが検出されると、ステップＳ１９の判定が肯定的（ステップＳ１９：ＹＥＳ）になる。

この場合、リアクトル２２ａの温度を直ちに下げるためには、直結状態になっているＳＵＤＣ２２のリアクトル２２ａを通過する電流であるＢＡＴ電流Ｉｂを低下させる必要があることを考慮し、ステップＳ２０にて、ＦＣ１８のＦＣ電力Ｐｆｃを増加させるためにＳＵＣ２１の昇圧比（Ｖｉｎｖ／Ｖｆｃ）を増加させてＦＣ電圧Ｖｆｃを低下させ、ＦＣ電力Ｐｆｃを増加させることで、そのステップＳ２０のＢＡＴ電力Ｐｂａｔの負担分を比較的急に低下させる負担分の制限制御（時点ｔ１４〜時点ｔ１５）を行う。つまり、時点ｔ１４以降の電流制限工程に示すように、ＳＵＣ２１の２次側電圧である目標負荷端電圧Ｖｉｎｖｔａｒが、直結しているＢＡＴ電圧Ｖｂａｔの低下に沿って低下するので、ＳＵＣ２１の昇圧比（Ｖｉｎｖｔａｒ／Ｖｆｃ）を比較的急に増加させると、結果として、ＳＵＣ２１の１次電圧であるＦＣ電圧Ｖｆｃが比較的急に低下しＦＣ電力Ｐｆｃが比較的急に増加するので、ＢＡＴ電力Ｐｂａｔの負担分が比較的急に軽減され、リアクトル２２ａを通過するＢＡＴ電流Ｉｂが比較的急に低下してリアクトル２２ａの温度を直ちに下げることができる。

なお、上述した第２実施例では、ステップＳ１６（時点ｔ１１〜時点ｔ１３）にてＢＡＴデューティＤｂａｔを徐々に低下させるように制御しているが、図９のフローチャート及び図１０のタイミングチャートを参照して説明したのと同様に、リアクトル温度Ｔｒ２がリアクトル上限付近温度Ｔｔｈ１を上回った（ステップＳ１３：ＹＥＳ）場合に、ステップＳ１６の処理（ＢＡＴデューティＤｂａｔの漸減処理）を省略し、ＢＡＴデューティＤｂａｔを瞬時に０［％］にしてもよい｛第２実施例の変形例：デューティ比漸減工程の開始時点ｔ１１でＳＵＤＣ２２（ＢＡＴ２０）を直結する直結工程の実施。｝。

［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電力Ｐｆｃを出力するＦＣ１８と、ＢＡＴ放電電力（蓄電電力）Ｐｂａｔｄ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モータ１４とからなる負荷３０と、ＦＣ１８の発電電圧であるＦＣ電圧Ｖｆｃを電圧変換し負荷端電圧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の蓄電装置電圧であるＢＡＴ電圧Ｖｂａｔを電圧変換し負荷端電圧Ｖｉｎｖとしてインバータ１６の直流端側に印加する第２電圧変換装置としてのＳＵＤＣ２２と、を備える燃料電池システム１２の制御方法において、ＳＵＣ２１及びＳＵＤＣ２２の温度Ｔｒ１、Ｔｒ２を温度センサ５１、５２で検出する温度検出工程（ステップＳ３、ステップＳ１３）と、ＳＵＣ２１及びＳＵＤＣ２２の電圧変換工程（時点ｔ０〜時点ｔ１、時点ｔ１０〜時点ｔ１１）中に、ＳＵＣ２１及びＳＵＤＣ２２のうち少なくとも一方の温度Ｔｒ１、Ｔｒ２が温度閾値としてのリアクトル上限付近温度Ｔｔｈ１を上回った（ステップＳ３、Ｓ１３：ＹＥＳ）場合に、リアクトル上限付近温度Ｔｔｈ１を上回った一方のＳＵＣ２１、ＳＵＤＣ２２のデューティ比であるＦＣデューティＤｆｃ、ＢＡＴデューティＤｂａｔを徐々に低下させる（時点ｔ１〜時点ｔ３、時点ｔ１１〜時点ｔ１３）デューティ比漸減工程（ステップＳ６、ステップＳ１６）と、前記デューティ比漸減工程後に、リアクトル上限付近温度Ｔｔｈ１を上回った一方のＳＵＣ２１、ＳＵＤＣ２２を直結させる直結工程（ステップＳ８、ステップＳ１８）と、を有する。

前記デューティ比漸減工程（ステップＳ６、ステップＳ１６）では、前記デューティを低下させている前記一方の前記電圧変換装置（ＳＵＣ２１又はＳＵＤＣ２２）の電力出力は絞らずに負荷３０（インバータ１６と駆動モータ１４）の要求（駆動要求負荷端電圧Ｖｉｎｖｄ）に対応する電力出力（時点ｔ１〜時点ｔ３間のＦＣ電力Ｐｆｃａ、時点ｔ１１〜時点ｔ１３間のＢＡＴ電力Ｐｂａｔａ）を継続するように制御している。

この実施形態によれば、温度閾値であるリアクトル上限付近温度Ｔｔｈ１を上回った場合でも、負荷３０の要求に制限をかけずに対応できるので、対策前のＦＣ電力Ｐｆｃｂ（時点ｔ１〜時点ｔ３の間の時点ｔ２）又は対策前のＢＡＴ電力Ｐｂａｔｂ（時点ｔ１１〜時点ｔ１３の間の時点ｔ１２）に示すように、リアクトル上限温度Ｔｔｈ２しか設けずに、そのリアクトル上限温度Ｔｔｈ２に達したらＦＣ電力Ｐｆｃｂ又はＢＡＴ電力Ｐｂａｔｂ（のＳＵＣ２１又はＳＵＤＣ２２の通過電力）を絞る技術（比較例：図５、図８、図１０の時点ｔ２以降、図１２の時点ｔ１２以降）に比較して、電力を絞るまでの期間を延ばす（時点ｔ２、ｔ１２であったのを時点ｔ４、ｔ１４まで延ばす）ことができるので、燃料電池自動車１０等の振動ショックの発生を回避しながら商品性を向上させることができる。

つまり、対策前（比較例）は、対策後（実施形態）に比較して、例えば、図５の波形図に示すように、リアクトル上限付近温度Ｔｔｈ１を閾値温度とする制限をかけていなかったこと等を原因として、リアクトル上限温度Ｔｔｈ２（Ｔｔｈ２＞Ｔｔｈ１）にかかった時点ｔ２において、直ちに、ＦＣ１８のＦＣ電力Ｐｆｃを絞るようにしていたので、ＳＵＣ２１の出力制限が開始され、モータ１４の入力電力が急激に変動する結果、モータ１４の出力が急激に変動し、結果としてモータ１４により推進される車両１０の振動ショック（車両振動ショック）が発生してしまうという課題があったが、この実施形態に係る技術により、この課題が解決された。

なお、図９及び図１０を参照して説明したように、時点ｔ０〜時点ｔ１の間の電圧変換工程中に、一方の電圧変換装置（ＳＵＣ２１及びＳＵＤＣ２２のどちらか、図９及び図１０例ではＳＵＣ２１）を構成するリアクトル２１ａのリアクトル温度Ｔｒ１が前記電力出力を制限すべきリアクトル上限付近温度Ｔｔｈ１を上回った場合に、ＳＵＣ２１及びＳＵＤＣ２２の一方の電圧変換動作を停止（図９及び図１０例ではＳＵＣ２１）して直結させる直結工程（図１０の時点ｔ１〜時点ｔ４の間、図９のステップＳ３：ＹＥＳ、ステップＳ７ａ、ステップＳ８）を有するように制御してもよい。この場合においても、前記直結工程では、直結させたＳＵＣ２１（又はＳＵＤＣ２２）の電力出力は絞らずに負荷３０の要求に対応する前記電力出力を継続する。従って、リアクトル温度Ｔｒ１がリアクトル上限付近温度Ｔｔｈ１を上回った場合でも負荷３０の要求に制限をかけずに対応できるので、商品性を向上させることができる。

ただし、温度検出工程は、前記直結（図５の時点ｔ３、図１０の時点ｔ１、図１２の時点ｔ１３）以降も継続し、リアクトル温度Ｔｒ１、Ｔｒ２がリアクトル上限付近温度Ｔｔｈ１より高いリアクトル上限温度Ｔｔｈ２を上回った場合には、直結させたＳＵＣ２１又はＳＵＤＣ２２の電力通過出力を絞る。これにより、リアクトル上限温度Ｔｔｈ２を上回った直結中のＳＵＣ２１又はＳＵＤＣ２２中のリアクトル２１ａ、２２ａを保護し、耐久性の低下を抑制することができる。

［変形例Ａ］
なお、図５の直結工程（時点ｔ３〜時点ｔ４）で直結させる（時点ｔ３）際には、又は図１０の直結工程（時点ｔ１〜時点ｔ４）で、直結させる（時点ｔ１）際には、ＦＣ電圧ＶｆｃとＢＡＴ電圧Ｖｂａｔの電圧差｜Ｖｆｃ−Ｖｂａｔ｜を把握し、電圧差｜Ｖｆｃ−Ｖｂａｔ｜が、ＦＣ１８の制御性を確保することができない程低い値の所定値ΔＶ以下である（｜Ｖｆｃ−Ｖｂａｔ｜≦ΔＶ）と判定された場合には直結させないようにすることが好ましい。

このように、ＦＣ電圧ＶｆｃをＳＵＣ２１又はＳＵＤＣ２２では制御できない程、換言すれば、ＳＵＣ２１又はＳＵＤＣ２２を正常スイッチング動作できない程、電圧差｜Ｖｆｃ−Ｖｂａｔ｜が低いときには、ＦＣ１８の制御性が悪化すると予測されるので直結しない。

このため、ＦＣ１８の制御性の悪化を確実に抑制でき、ＦＣ１８の耐久性が低下することを防止できる。この電圧差把握工程は、図５の時点ｔ１〜ｔ３のデューティ比漸減工程及び図１０の時点ｔ１〜ｔ４の直結工程と同時に実施される（図６のステップＳ６を実行する処理の繰り返し中、又は図９のステップＳ７ａを実行する処理の繰り返し中）。

［変形例Ｂ］
デューティ比漸減工程（例えば、図５の時点ｔ１〜時点ｔ３、図６のステップＳ７：ＮＯ→ステップＳ５）及び直結工程（例えば、図１０の時点ｔ１〜時点ｔ４、図１２の時点ｔ１３〜時点ｔ１４）において、直結させようとするＦＣ１８のＦＣ電圧Ｖｆｃ又は直結させようとするＢＡＴ２０のＢＡＴ電圧Ｖｂａｔが、駆動要求負荷端電圧（負荷駆動要求電圧）Ｖｉｎｖｄより低い値（Ｖｆｃ＜Ｖｉｎｖｄ又はＶｂａｔ＜Ｖｉｎｖｄ）である場合（不図示）には、直結させることを禁止し、駆動要求負荷端電圧Ｖｉｎｖｄを目標負荷端電圧ＶｉｎｖｔａｒとしてＳＵＣ２１又はＳＵＤＣ２２の昇圧を継続することが好ましい。

直結させようとするＦＣ１８又はＢＡＴ２０の電圧（ＦＣ電圧Ｖｆｃ又はＢＡＴ電圧Ｖｂａｔ）が駆動要求負荷端電圧Ｖｉｎｖｄを満たない場合には、ＳＵＣ２１及びＳＵＤＣ２２により駆動要求負荷端電圧Ｖｉｎｖｄを満たすように昇圧を継続することで、商品性を向上させることができる。

なお、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。

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

Claims (5)

1. 発電電力を出力する燃料電池と、
   蓄電電力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、
   前記燃料電池の発電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、
   前記第１及び又は第２電圧変換装置の温度を検出する温度検出工程と、
   前記第１及び前記第２電圧変換装置で電圧変換を行う電圧変換工程中に、一方の電圧変換装置の温度が温度閾値を上回った場合に、前記温度閾値を上回った前記一方の前記電圧変換装置のデューティ比を０パーセントに向かって徐々に低下させるデューティ比漸減工程と、
   前記デューティ比漸減工程によって、前記デューティ比が０パーセントになったときに前記一方の前記電圧変換装置を直結させる直結工程と、を有し、
   前記デューティ比漸減工程では、前記負荷の要求に対応する電力の出力を継続する
   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、
   前記温度検出工程は、前記直結後も継続し、前記温度が前記温度閾値より高い上限温度を上回った場合には、直結させた前記一方の前記電圧変換装置の電力通過出力を絞る
   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１に記載の燃料電池システムの制御方法において、
   前記直結工程において、前記燃料電池の電圧と前記蓄電装置の電圧との電圧差を把握し、前記電圧差が所定値以下であると判定された場合には直結させない
   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、
   前記直結工程において、直結させようとする燃料電池電圧又は直結させようとする蓄電装置電圧が、負荷駆動要求電圧より低い値である場合には、直結させることを禁止し、前記負荷駆動要求電圧を目標負荷端電圧として前記第１及び第２電圧変換装置の昇圧を継続する
   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を実施する燃料電池自動車。

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