JP6743774B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本開示は、燃料電池の制御に関する。

特許文献１は、２つの燃料電池ユニット（駆動機構）を搭載する自動車を開示している。特許文献１は、２つの燃料電池ユニットの一方に異常が発生した場合、正常な燃料電池ユニットの二次電池だけに回生電力が充電されることで、正常な燃料電池ユニットに含まれる二次電池のＳＯＣが大きくなり過ぎることを回避することを開示している。

特開２０１６−０５４６００号公報

複数の燃料電池ユニットによって燃料電池システムが構成されている場合、各々の燃料電池ユニットについて出力制限が掛かる場合がある。例えば、或る１つの燃料電池ユニットに含まれる二次電池のＳＯＣが下限値になった場合は、その二次電池からの放電はできないので、その燃料電池ユニットからの出力は、燃料電池の発電電力のみに制限される。

このように一部の燃料電池ユニットに出力制限が掛かっても、出力制限によって不足した電力を、正常な燃料電池ユニットによって補填することによって、或る程度は燃料電池システムの運転を維持できる。但し、このような補填を継続すると、正常な燃料電池ユニットに過度な負担が掛かる。このため、正常だった燃料電池ユニットにも出力制限が掛かり、燃料電池システムの運転に支障を来す可能性がある。このような可能性を考慮すると、正常な燃料電池ユニットによる補填を無制限に実施することは回避した方がよい。

正常な燃料電池ユニットによる補填を制限すれば、出力要求に応えることができない場合がある。このような事態が発生した原因は、元を正せば、一部の燃料電池ユニットの制御パラメータ（ＳＯＣ等）が悪化することを食い止めることができなかったことにある。

本開示は、上記を踏まえ、複数の燃料電池ユニットによって燃料電池システムが構成されている場合に、燃料電池ユニット間の制御パラメータの偏差の拡大を予防することを解決課題とする。

本開示の一形態は、負荷に給電するための二次電池と；前記二次電池のＳＯＣを測定し、且つ、前記二次電池の充放電を制御するコンバータと；前記コンバータに電気的に接続された燃料電池と；前記コンバータからＳＯＣの値を取得し、且つ、前記コンバータを制御する制御装置と；をそれぞれ含む第１及び第２燃料電池ユニットを備える燃料電池システムであって；前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置は、前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記二次電池のＳＯＣについて定められている制御目標を用いた制御を実行し；前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置は、前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記二次電池のＳＯＣについて定められている制御目標を用いた制御を実行し；前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記二次電池のＳＯＣが前記制御目標の最小値よりも小さい閾値に達した場合、前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置は、前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記二次電池のＳＯＣの放電を制限し、且つ、前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置は、前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記二次電池の放電を制限し；前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置、及び前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置によって用いられる前記二次電池のＳＯＣの制御目標は、数値範囲が少なくとも一部で重複している燃料電池システムである。この形態によれば、ＳＯＣの偏差の発生が予防される。

上記形態において、前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置は、前記燃料電池システムの起動時において、前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記燃料電池による発電電力を用いて前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記二次電池を、目標値に向けて充電する起動時充電処理を実行し；前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置は、前記燃料電池システムの起動時において、前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記燃料電池による発電電力を用いて前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記二次電池を、前記目標値に向けて充電する起動時充電処理を実行してもよい。この形態によれば、起動時におけるＳＯＣの目標値が共有されているので、前回の運転によって生じたＳＯＣの偏差が小さくなる。

上記形態において、前記第１燃料電池ユニットは、前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記燃料電池を冷却するための燃料電池用冷却機構を更に備え；前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置は、前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記燃料電池による発電電力を用いて、前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記二次電池の充電、及び前記負荷への給電を同時に実行する場合、前記燃料電池用冷却機構の冷却能力を向上させてもよい。この形態によれば、燃料電池による発電電力を用いて二次電池の充電、及び負荷への給電を同時に実行する場合に、燃料電池の温度が上昇することを抑制できる。

上記形態において、移動する機能を有する機械に搭載され；前記燃料電池用冷却機構は、前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記燃料電池を冷却するためのラジエータを更に備え；前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置は、前記二次電池の充電及び前記負荷への給電を同時に実行する場合、前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記燃料電池の発電電力を、雰囲気温度と前記機械の移動速度とから推定される前記ラジエータの冷却能力に基づき決定してもよい。この形態によれば、ラジエータの冷却能力に基づき適切に発熱量を制御することで、燃料電池の温度が高くなり過ぎるのを回避できる。

上記形態において、前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置は、前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記二次電池のＳＯＣから、前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記二次電池のＳＯＣを差し引いた値が基準値以上の場合、前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記燃料電池による発電電力を利用して、前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記二次電池を充電してもよい。この形態によれば、ＳＯＣの偏差を更に小さくすることができる。

本開示の他の形態は、負荷に給電するための二次電池と；前記二次電池の充放電を制御するコンバータと；前記コンバータに電気的に接続された燃料電池と；前記コンバータを制御する制御装置と；をそれぞれ含む第１及び第２燃料電池ユニットを備える燃料電池システムであって；前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置は、前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記二次電池の温度と、前記コンバータの温度とを対象に、各々について定められている制御目標を用いた制御を実行し；前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置は、前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記二次電池の温度と、前記コンバータの温度とを対象に、各々について定められている制御目標を用いた制御を実行し；前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記二次電池の温度が前記制御目標の最大値よりも高い第１閾値に達したことと、前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記コンバータの温度が前記制御目標の最大値よりも高い第２閾値に達したこととの少なくとも何れかが満たされる場合、前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置は、前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記二次電池のＳＯＣの放電を制限し、且つ、前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置は、前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記二次電池の放電を制限し；前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置、及び前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置によって用いられる前記二次電池の温度の制御目標と前記コンバータの温度の制御目標とのうち少なくとも１つについて、数値範囲が少なくとも一部で重複している燃料電池システムである。この形態によれば、二次電池とコンバータとの少なくとも一方の偏差の発生が予防される。

上記形態において、前記第１燃料電池ユニットは、前記コンバータを冷却する補機用冷却機構を更に備え；前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置は、前記二次電池を充電する場合、前記補機用冷却機構による冷却能力を向上させてもよい。この形態によれば、二次電池を充電する場合、コンバータの温度が上昇することを抑制できる。

上記形態において、前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置は、前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記コンバータの温度から、前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記コンバータの温度を差し引いた値が基準値以上の場合、前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記コンバータを冷却するための処理を実行してもよい。この形態によれば、コンバータの温度の偏差を更に小さくすることができる。

上記形態において、前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置は、前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記二次電池の温度から、前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記二次電池の温度を差し引いた値が基準値以上の場合、前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記二次電池を冷却するための処理を実行してもよい。この形態によれば、コンバータの温度の偏差を更に小さくすることができる。

本開示の他の形態は、燃料電池と；前記燃料電池の発電を制御する制御装置と；をそれぞれ含む第１及び第２燃料電池ユニットを備える燃料電池システムであって；前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置は、前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記燃料電池の温度を対象に、制御目標を用いた制御を実行し；前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置は、前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記燃料電池の温度を対象に、制御目標を用いた制御を実行し；前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置は、前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記燃料電池の温度が前記制御目標の最大値よりも大きい閾値に達した場合、前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記燃料電池の発電電力を制限し；前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置は、前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記燃料電池による発電電力が制限されている場合、前記制限によって不足する電力の少なくとも一部を、前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記燃料電池の発電電力によって補填し；前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置、及び前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置によって用いられる前記制御目標は、数値範囲が少なくとも一部で重複している燃料電池システムである。この形態によれば、燃料電池の温度に偏差が発生することが予防される。

上記形態において、前記第２燃料電池ユニットは、前記燃料電池を冷却する燃料電池用冷却機構を更に備え；前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置は、前記補填を実施する場合、前記燃料電池用冷却機構による冷却能力を向上させてもよい。この形態によれば、補填を実施する場合に、燃料電池の温度が上昇することを抑制できる。

上記形態において、移動する機能を有する機械に搭載され；前記燃料電池用冷却機構は、ラジエータを備え；前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置は、前記補填を実施する場合、前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記燃料電池の発電電力の上限を、雰囲気温度および前記機械の移動速度から推定される前記ラジエータの冷却能力に基づき決定してもよい。この形態によれば、ラジエータの冷却能力に基づき適切に発熱量を制御することで、燃料電池の温度が高くなり過ぎるのを回避できる。

上記形態において、前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置は、前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記燃料電池の温度から、前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記燃料電池の温度を差し引いた値が基準値以上である場合、前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記燃料電池を冷却するための処理を実行してもよい。この形態によれば、燃料電池の温度の偏差が更に小さくなる。

本開示の他の形態は、負荷に給電するための二次電池と；前記二次電池のＳＯＣを測定し、且つ、前記二次電池の充放電を制御するコンバータと；前記コンバータに電気的に接続された燃料電池と；前記コンバータからＳＯＣの値を取得し、且つ、前記コンバータと前記燃料電池とを制御する制御装置と；をそれぞれ含む第１及び第２燃料電池ユニットを備える燃料電池システムであって；前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置、及び前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置は、各々が属する前記燃料電池ユニットから出力される電力を制御するための制御パラメータの数値範囲を共有している燃料電池システムである。

燃料電池車の構成図。 第１燃料電池ユニットの概略構成を示すブロック図。 一方の制御装置に記憶された目標範囲セットを示す図。 他方の制御装置に記憶された目標範囲セットを示す図。 起動時充電処理を示すフローチャート。 充電時温度制御処理を示すフローチャート。 燃料電池の発電における発熱特性を示すグラフ。 ラジエータによる放熱特性値と、車速との関係を示すグラフ。 燃料電池の出力制限処理を示すフローチャート。 二次電池の出力制限処理を示すフローチャート。 ＳＯＣの偏差解消処理を示すフローチャート。 二次電池の温度の偏差解消処理を示すフローチャート。 ＦＣ温度の偏差解消処理を示すフローチャート。 ＢＤＣの温度の偏差解消処理を示すフローチャート。 エアコンプレッサの温度の偏差解消処理を示すフローチャート。 水素ポンプの温度の偏差解消処理を示すフローチャート。 燃料電池車の構成図。

実施形態１を説明する。図１は、燃料電池車１０を示す。燃料電池車１０は、トレーラ１９を牽引する貨物自動車である。燃料電池車１０は、燃料電池システム１５と、プロペラシャフト２５と、駆動モータ５１０と、駆動モータ５１０Ａと、レゾルバ５１１と、レゾルバ５１１Ａと、第１操作系９１０と、第２操作系９２０とを備える。燃料電池システム１５は、第１燃料電池ユニット２０と、第２燃料電池ユニット２０Ａとによって構成される。

第１操作系９１０及び第２操作系９２０は、運転者が運転のために操作する機器の総称である。第１操作系９１０は、第１燃料電池ユニット２０から給電される。第２操作系９２０は、第２燃料電池ユニット２０Ａから給電される。第１操作系９１０は、電動パワーステアリング装置９１１を含む。第２操作系９２０は、制動装置９２１を含む。電動パワーステアリング装置９１１及び制動装置９２１は何れも、電力を消費する。

第１燃料電池ユニット２０は、駆動モータ５１０に給電する。第２燃料電池ユニット２０Ａは、駆動モータ５１０Ａに給電する。駆動モータ５１０，５１０Ａによって発生したトルクは、１本のプロペラシャフト２５を介して、４つの後輪ＲＷに伝わる。レゾルバ５１１は、駆動モータ５１０の回転速度を測定する。レゾルバ５１１Ａは、駆動モータ５１０Ａの回転速度を測定する。

なお、駆動モータ５１０，５１０Ａは、１本のプロペラシャフト２５を回転させるように連結されているため、駆動モータ５１０，５１０Ａの回転数は同じになる。但し、駆動モータ５１０に供給される電力値と、駆動モータ５１０Ａに供給される電力値とが異なれば、発生するトルクは異なる。

図２は、第１燃料電池ユニット２０の概略構成を示すブロック図である。第１燃料電池ユニット２０は、燃料電池１００と、燃料ガス供給排出機構２００と、酸化剤ガス供給排出機構３００と、ＦＣ用冷却機構４００と、補機用冷却機構４９０と、電力充放電機構５００と、制御装置６００とを備える。

燃料電池１００は、固体高分子形燃料電池であり、積層方向ＳＤに沿って積層された複数の単セル１１０から成るセルスタックと、セルスタックの両端に配置されて総合電極として機能する一対の集電板１１１とを備える。

燃料ガス供給排出機構２００は、燃料電池１００への燃料ガスの供給および燃料電池１００からのアノードオフガスの排出を実施する。燃料ガス供給排出機構２００は、水素タンク２１０と、遮断弁２２０と、調圧弁２２１と、インジェクタ２２２と、気液分離器２５０と、水素ポンプ２４０と、水素ポンプ温度センサ２４１と、パージ弁２６０と、燃料ガス供給路２３１と、第１燃料ガス排出路２３２と、燃料ガス循環路２３３と、第２燃料ガス排出路２６２と、第１圧力センサ２７１と、第２圧力センサ２７２とを備える。

水素タンク２１０は、高圧水素を貯蔵する。遮断弁２２０は、水素タンク２１０における燃料ガスの供給口近傍に配置され、水素タンク２１０から水素ガスを供給しない場合、弁が閉じられる。

調圧弁２２１は、燃料ガス供給路２３１において遮断弁２２０の下流側且つインジェクタ２２２の上流側に配置されている。調圧弁２２１は、水素を減圧する。

インジェクタ２２２は、燃料ガス供給路２３１において調圧弁２２１の下流側に配置され、燃料電池１００に水素ガスを噴射する。インジェクタ２２２は、燃料電池１００への水素ガスの流量を調整する。

気液分離器２５０は、第１燃料ガス排出路２３２に配置され、燃料電池１００から排出されたアノードオフガスに含まれる水を分離して第２燃料ガス排出路２６２に排出すると共に、水が分離された後のガスを燃料ガス循環路２３３に排出する。

水素ポンプ２４０は、燃料ガス循環路２３３に配置され、気液分離器２５０から排出された燃料ガスを燃料ガス供給路２３１に供給する。水素ポンプ温度センサ２４１は、水素ポンプ２４０の温度を測定する。パージ弁２６０は、第２燃料ガス排出路２６２に配置され、開弁されることにより、気液分離器２５０によって分離された水の大気中への排出を許容する。

気液分離器２５０は、第１燃料ガス排出路２３２を介して燃料電池１００と通じている。気液分離器２５０は、パージ弁２６０が開かれると、第２燃料ガス排出路２６２を介して大気と通じる。パージ弁２６０が開かれると、気液分離器２５０内に溜まった水は、第２燃料ガス排出路２６２へと排出される。

第１圧力センサ２７１は、燃料ガス供給路２３１において、調圧弁２２１とインジェクタ２２２との間の圧力を測定する。第２圧力センサ２７２は、燃料ガス供給路２３１において、インジェクタ２２２と燃料電池１００との間の圧力を測定する。

酸化剤ガス供給排出機構３００は、燃料電池１００への酸化剤ガスの供給および燃料電池１００からのカソードオフガスの排出を実施する。酸化剤ガス供給排出機構３００は、エアクリーナ３１０と、エアコンプレッサ３２０と、エアコンプレッサ温度センサ３２１と、背圧弁３４０と、酸化剤ガス供給路３３１と、酸化剤ガス排出路３３２とを備える。

エアクリーナ３１０は、内部に備えるフィルタにより空気中の塵等の異物を捕集し、異物除去後の空気をエアコンプレッサ３２０に供給する。エアコンプレッサ３２０は、エアクリーナ３１０から供給される空気を圧縮して、酸化剤ガス供給路３３１に流入させる。エアコンプレッサ温度センサ３２１は、エアコンプレッサ３２０の温度を測定する。

背圧弁３４０は、酸化剤ガス排出路３３２に配置され、燃料電池１００におけるカソード排出側の圧力を調整する。酸化剤ガス排出路３３２は、第２燃料ガス排出路２６２と接続されている。酸化剤ガス排出路３３２を通って排出される水およびカソードオフガスは、第２燃料ガス排出路２６２を通って排出される水およびアノードオフガスと共に大気中へと排出される。

ＦＣ用冷却機構４００は、ラジエータ４１０と、冷媒排出路４４２と、冷媒供給路４４１と、ウォータポンプ４３０と、ＦＣ温度センサ４２０とを備える。ラジエータ４１０は、冷媒排出路４４２と冷媒供給路４４１とに接続されており、冷媒排出路４４２から流入する冷媒を、電動ファン４１１からの送風等により冷却してから冷媒供給路４４１へと排出する。

冷媒排出路４４２は、燃料電池１００内の冷媒排出マニホールドと接続され、冷媒供給路４４１は、燃料電池１００内の冷媒供給マニホールドに接続されている。従って、冷媒排出路４４２、ラジエータ４１０、冷媒供給路４４１、および燃料電池１００内のマニホールドにより、冷媒の循環路が形成されている。ＦＣ温度センサ４２０は、冷媒排出路４４２における燃料電池１００の近傍に配置されており、燃料電池１００から排出された冷媒の温度を測定する。ＦＣ温度センサ４２０による測定値を、ＦＣ温度という。ＦＣ温度は、燃料電池１００の温度と等しいと見なす。

電力充放電機構５００は、燃料電池１００及び／又は二次電池５５０から出力される電力を、負荷Ｌに供給する。負荷Ｌは、駆動モータ５１０と第１操作系９１０とを含む。

電力充放電機構５００は、インバータ５２０と、インバータ温度センサ５２１と、二次電池５５０と、二次電池温度センサ５５１と、ＢＤＣ５６０と、ＢＤＣ温度センサ５６１と、ＦＤＣ５９０とを備える。

二次電池５５０は、リチウムイオン二次電池であり、より詳細にはチタン酸リチウム二次電池である。二次電池温度センサ５５１は、二次電池５５０の温度を測定する。

インバータ５２０は、燃料電池１００及び二次電池５５０と並列に接続され、燃料電池１００及び／又は二次電池５５０から供給される直流電流を、交流電流に変換して負荷Ｌに供給する。

ＢＤＣ５６０は、ＤＣ／ＤＣコンバータである。ＢＤＣ５６０は、二次電池５５０の出力電圧を昇圧してインバータ５２０に供給する。ＢＤＣ５６０は、燃料電池１００の余剰発電力を蓄電するために、出力電圧を降圧して二次電池５５０に供給する。ＢＤＣ５６０は、二次電池５５０のＳＯＣを測定する。ＳＯＣは、State Of Chargeの頭字語である。制御装置６００は、ＳＯＣが０％ならないように、予め定められたＳＯＣの実使用範囲の下限値（閾値）を記憶しており、ＳＯＣがこの下限値を下回らないように制御する。ＢＤＣ温度センサ５６１は、ＢＤＣ５６０の温度を測定する。

本実施形態におけるＢＤＣ５６０は、出力電圧を降圧するための回路に加え、二次電池５５０に付属する制御装置およびセンサ類を含めた部品群の呼称である。

ＦＤＣ５９０は、ＤＣ／ＤＣコンバータである。ＦＤＣ５９０は、燃料電池１００による発電電流および発電電圧を制御する。燃料電池１００は、ＦＤＣ５９０を介して、ＢＤＣ５６０と電気的に接続されている。燃料電池１００は、ＦＤＣ５９０を介して、インバータ５２０と電気的に接続されている。

補機用冷却機構４９０は、ＦＣ用冷却機構４００と同様、ラジエータ及び電動ファンを備え、冷媒の循環を利用して補機類を冷却する。ここでいう補機類には、水素ポンプ２４０、エアコンプレッサ３２０、インバータ５２０及びＢＤＣ５６０が含まれる。さらに補機用冷却機構４９０は、負荷Ｌの一部を冷却する。負荷Ｌの一部とは、駆動モータ５１０のことである。本実施形態における補機用冷却機構４９０は、これらの冷却対象を、同一の循環路を流れる冷媒によって冷却する。

図３は、目標範囲セット６０２が記憶媒体６０１に記憶されている様子を示す。記憶媒体６０１は、制御装置６００に備えられている。目標範囲セット６０２とは、各パラメータの目標範囲の集合としての情報である。目標範囲セット６０２は、ＳＯＣ制御目標範囲、二次電池５５０の温度の制御目標範囲、ＦＣ温度の制御目標範囲、ＢＤＣ５６０の温度の制御目標範囲、水素ポンプ２４０の温度の制御目標範囲、エアコンプレッサの制御目標範囲を含む。各々の制御目標範囲は、最小値および最大値としての数値によって範囲が定められている。

これらの目標範囲は、各構成要素が適切に作動できる範囲である。各構成要素の作動を制限するトリガとなる上限値および下限値として閾値は、別途、定められている。目標となる値が範囲として定められているのは、ハンチングを防止するためである。

制御装置６００は、ＦＣ温度が制御目標範囲よりも高くならないように、外気温センサ４０及びＦＣ温度センサ４２０から測定値を受信し、ラジエータ４１０及び電動ファン４１１の動作をフィードバック制御する。外気温センサ４０は、図２に示すように、燃料電池車１０に１つ搭載される。制御装置６００は、ＦＣ温度が制御目標範囲よりも低い場合は、暖機運転を実施する。

制御装置６００は、水素ポンプ２４０、エアコンプレッサ３２０、インバータ５２０、ＢＤＣ５６０及び駆動モータ５１０の温度が各々の制御目標範囲よりも高くならないように、これら構成要素に取り付けられ温度センサから測定値を受信し、補機用冷却機構４９０の動作をフィードバック制御したり、発熱量を抑制したりする。発熱量の抑制は、水素ポンプ２４０、エアコンプレッサ３２０、駆動モータ５１０の場合は、回転数の抑制によって実現される。ＢＤＣ５６０の場合は、二次電池５５０の充放電を抑制することによって実現される。

制御装置６００は、水素ポンプ２４０、エアコンプレッサ３２０及び駆動モータ５１０の温度が各々の制御目標範囲よりも低い場合は、暖機運転を実施する。ＢＤＣ５６０の制御目標範囲の下限値は、特に定められていない。つまり、制御装置６００は、ＢＤＣ５６０の温度を上昇させるための処理を実行しない。ＢＤＣ５６０については、実使用条件において、温度が低すぎることによる不具合は想定されていないからである。

制御装置６００は、二次電池５５０の温度を、二次電池５５０の温度の制御目標範囲よりも高くならないように制御する。但し、二次電池５５０は、補機用冷却機構４９０による冷却対象ではない。このため、二次電池５５０の冷却は、自然放熱によって実現される。なお、他の形態においては、二次電池５５０の冷却を、補機用冷却機構４９０による水冷で実現してもよい。

制御装置６００は、二次電池５５０の温度を、二次電池５５０の温度の制御目標範囲よりも低くならないように制御する。具体的には、二次電池５５０の充放電を低電力で実施する。

制御装置６００は、二次電池５５０のＳＯＣを、ＢＤＣ５６０による測定値に基づき、ＳＯＣ制御目標範囲に収まるように制御する。つまり、制御装置６００は、ＳＯＣの値が大き過ぎる場合には放電を実施し、ＳＯＣの値が小さ過ぎる場合には充電を実施する。

ＳＯＣの値が大き過ぎる場合に放電を実施するのは、ＳＯＣの値が大き過ぎる状態を放置すると、回生電力が発生しても、充電することができなくなるためである。

一方、ＳＯＣの値が小さ過ぎる場合に充電を実施するのは、駆動モータ５１０，５１０Ａによる出力を大きな値に制御することができるように準備するためである。本実施形態においては、運転者がアクセルペダルを大きく踏み込んだ場合には、燃料電池１００，１００Ａによる発電電力と、二次電池５５０，５５０Ａから給電される電力とが同時に駆動モータ５１０，５１０Ａに供給される。このため、ＳＯＣが小さ過ぎると、二次電池５５０，５５０Ａからの放電量が不足して、駆動モータ５１０，５１０Ａの出力が要求出力を満たすことができなくなる。

充電を実施する場合には、駆動モータ５１０による回生電力を利用する場合と、燃料電池１００による発電電力を利用する場合とがある。駆動モータ５１０による回生電力は、燃料電池車１０の走行に依存するため、制御目標値に近づける制御には、主に燃料電池１００による発電電力を利用する。

第２燃料電池ユニット２０Ａの構成要素は、第１燃料電池ユニット２０の構成要素と同じである。原則として、第１燃料電池ユニット２０及び第２燃料電池ユニット２０Ａは、同一条件によって運転される。例えば、原則として、第１燃料電池ユニット２０によって駆動モータ５１０に供給される電力値、及び第２燃料電池ユニット２０Ａによって駆動モータ５１０Ａに供給される電力値は等しい。

第２燃料電池ユニット２０Ａの構成要素の符号は、末尾にＡが付される。末尾のＡを除けば、同じ構成要素には、同じ符号が付される。例えば、図２に示すように、第２燃料電池ユニット２０Ａは、制御装置６００Ａを備える。第２燃料電池ユニット２０Ａの他の構成要素を図示することは省略するが、明細書では、第２燃料電池ユニット２０Ａの構成要素を示すために末尾にＡを付した符号を用いる。

図４は、目標範囲セット６０２が記憶媒体６０１Ａに記憶されている様子を示す。記憶媒体６０１Ａは、制御装置６００Ａに備えられている。制御装置６００Ａに記憶された目標範囲セット６０２の内容は、制御装置６００に記憶された目標範囲セット６０２と同一である。つまり、何れのパラメータについても、制御目標範囲が完全に重複している。

制御装置６００，６００Ａが目標範囲セット６０２を共有しているため、各パラメータは、制御装置６００，６００Ａによって同じ目標に向けて制御される結果、近似する値になって偏差が小さくなる。

以下、ＳＯＣの値を、ＳＯＣ制御目標範囲に収めるための二次電池５５０の充電について説明する。

ＳＯＣの値は、燃料電池システム１５の起動直後において、既に偏差が発生している場合がある。このような偏差が発生する理由の一つは、第１操作系９１０と第２操作系９２０とで、消費電力が異なることである。

燃料電池システム１５の起動は、燃料電池車１０が駐車状態にある場合に、燃料電池車１０のパワースイッチが押されることを契機に開始される。運転者は、駐車状態にある燃料電池車１０の走行可能な状態に移行させる場合、パワースイッチを押す。運転者は、走行可能な状態の燃料電池車１０を駐車状態に移行させる場合にもパワースイッチを押す。燃料電池車１０が駐車状態にある場合、燃料電池システム１５は停止している。燃料電池システム１５の起動は、燃料電池１００，１００Ａの暖機運転など、燃料電池システム１５の動作を安定させるための一連の処理を含む。燃料電池システム１５の起動時とは、パワースイッチが押されてから、これら一連の処理が概ね完了するまでの期間のことを意味する。燃料電池システム１５の起動直後とは、燃料電池システム１５の起動が開始された直後のことを意味する。

第１操作系９１０と第２操作系９２０とで消費電力が異なることが原因でＳＯＣの偏差が発生する場合、再度、燃料電池システム１５を起動し、燃料電池車１０のトリップを再開すると、偏差が更に拡大する可能性がある。

そこで、制御装置６００，６００Ａは、各々、燃料電池システム１５の起動時に、図５に示す起動時充電処理を実行する。パワースイッチが押された後、起動時充電処理を終了するまで、駆動モータ５１０，５１０Ａへの給電よりも、二次電池５５０，５５０Ａの充電が優先される。例えば、アクセルペダルが踏まれた場合、駆動モータ５１０，５１０Ａに対する給電量を、アクセルペダルの踏み込み量に従って決定される本来の給電量よりも小さくしたり、ゼロにする。燃料電池車１０は、商用車であるため、このような仕様が採用されている。

以下、処理の実行主体として制御装置６００の場合で説明する。後述する他の処理についても、制御装置６００，６００Ａは、各々、同じ処理を実行する。これらの処理の説明においても、処理の実行主体として制御装置６００の場合で説明する。

制御装置６００は、まず、二次電池５５０のＳＯＣが、目標値未満であるかを判定する（Ｓ２１０）。ここでいう目標値は、目標範囲セット６０２に含まれるＳＯＣ制御目標範囲内の任意の値である。本実施形態における目標値は、ＳＯＣ制御目標範囲の最大値に一致している。

ＳＯＣが目標値未満の場合（Ｓ２１０，ＹＥＳ）、制御装置６００は、二次電池５５０を充電し（Ｓ２２０）、起動時充電処理を終える。Ｓ２２０における充電は、燃料電池１００による発電電力によって実現される。ＳＯＣが目標値以上の場合（Ｓ２１０，ＮＯ）、制御装置６００は、Ｓ２２０をスキップして起動時充電処理を終える。

制御装置６００，６００Ａは、起動時充電処理を終えた後、先述したように、ＳＯＣの値をＳＯＣ制御目標範囲に収めるための制御を実行する。

ＳＯＣ制御目標範囲に収めるための制御において、燃料電池１００による発電電力によって二次電池５５０を充電する場合、二次電池５５０が受入可能な最大の電力で充電を実施すると、ＦＣ温度が高くなり過ぎる場合がある。このため、制御装置６００は、二次電池５５０を充電する場合、燃料電池１００の冷却能力を加味して、燃料電池１００の発電を制御する。以下、この制御について詳しく説明する。

図６は、充電時温度制御処理を示すフローチャートである。制御装置６００は、燃料電池１００による発電電力によって二次電池５５０を充電することを開始したことを契機に、充電時温度制御処理を開始する。つまり、充電時温度制御処理は、ＦＣ温度等が上昇し始めること等をトリガとするのではなく、充電の開始をもってＦＣ温度等が上昇することが予測される状況になったと見なし、これをトリガとして開始される。

制御装置６００は、目標範囲セット６０２に含まれるＳＯＣの目標範囲内に収める制御を、燃料電池１００による発電電力を駆動モータ５１０に供給している場合においても実行する。つまり、燃料電池１００による発電電力による充電は、燃料電池１００による発電電力を駆動モータ５１０に供給していることのみを理由として禁止されることはない。このため、充電時温度制御処理は、燃料電池１００による発電電力が駆動モータ５１０及び二次電池５５０に供給されている場合、又は、二次電池５５０に供給されている場合に実行される。なお、本実施形態においては起動時充電処理の実行中については例外的に、充電時温度制御処理を実行しない。起動時は、ＦＣ温度が制御目標範囲よりも低い場合が多いからである。

制御装置６００は、まず、ＦＣ用冷却機構４００及び補機用冷却機構４９０による冷却能力を向上させる（Ｓ３１０）。具体的には、ＦＣ用冷却機構４００の場合、ウォータポンプ４３０及びラジエータ４１０の電動ファンの回転数を増大させる。補機用冷却機構４９０の場合も同様に、ウォータポンプ及びラジエータの電動ファンの回転数を増大させる。本実施形態におけるＳ３１０では、連続的に使用できる範囲内で、冷却能力を最大値に設定する。

ＦＣ用冷却機構４００による冷却能力を向上させるのは、充電のために発電電力を増大させることによって、燃料電池１００の発熱量が増大するからである。補機用冷却機構４９０よる冷却能力を向上させる理由は、充電に伴って、ＢＤＣ５６０、水素ポンプ２４０、エアコンプレッサ３２０の発熱量が増大するからである。

続いて、制御装置６００は、ＦＣ温度の取得（Ｓ３２０）、外気温の取得（Ｓ３３０）、車速の取得（Ｓ３４０）を経て、燃料電池１００の動作点を決定する（Ｓ３５０）。Ｓ３２０〜Ｓ３５０を説明するために、図７，図８について説明する。

図７は、燃料電池の発電における一般的な発熱特性を示すグラフである。燃料電池１００についても、この特性を有する。縦軸は、発熱量と発電電力との比（無次元数）を表す。以下、この比を、発熱比ＫＬと呼ぶ。横軸は、発電電力を表す。発電電力を増大させる場合、動作点を変更する。具体的には、発電電圧を低下させ、発電電流を増大させる。この場合、図７に示すように、発電電力が増大するに連れ、発熱比ＫＬも増大する。

図８は、ラジエータ４１０による放熱特性値ＫＦ（ｋＷ／℃）と、車速との関係を示すグラフである。放熱特性値ＫＦとは、冷媒と外気温との温度差に依存する放熱量を示すパラメータである。図８に示すように、車速がゼロであっても、電動ファン４１１の作動によって、放熱特性値ＫＦはゼロより大きい値になる。図８に示された値Ｈは、Ｓ３１０の実行によって得られる値である。

図８に示すように、車速が大きくなると、ラジエータ４１０に走行風が当たって放熱が促進されるので、放熱特性値ＫＦも大きくなる。

図７及び図８に示した内容を前提に、ラジエータ４１０による冷却能力Ｑｃを簡易的な式で表すと、次式になる。
Ｑｃ＝ＫＦ（Ｔｗ−Ｔａ）…（１）
Ｔａは外気温を示す。ＴｗはＦＣ温度を示す。

単純化すると、冷却能力Ｑｃが燃料電池１００の発熱量とが等しければ、ＦＣ温度は変化しない。そこで、冷却能力Ｑｃが燃料電池１００の発熱量と等しいと仮定すると、発熱比ＫＬの定義から次式が成立する。Ｑｆｃは、燃料電池１００による発電電力である。
Ｑｆｃ＝Ｑｃ／ＫＬ…（２）

連続して運転する条件として許容されるＦＣ温度をＴｗｍｘと表記すると、式（１）のＴｗをＴｗｍｘに置換した場合に、式（２）が成立すればよいことになる。そこで、ＴｗをＴｗｍｘに置換した式（１）を式（２）に代入すると、次式になる。
Ｐｆｃ＝ＫＦ（Ｔｗｍｘ−Ｔａ）／ＫＬ…（３）

Ｐｆｃは、燃料電池１００が連続的に出力できる発電電力Ｑｆｃを示す。上記のＰｆｃによって表される発電電力を、定格発電電力Ｐｆｃと呼ぶ。制御装置６００は、例えば二次電池５５０を充電する場合、定格発電電力Ｐｆｃを超えないように、外気温と車速とＦＣ温度との値を用いて、燃料電池１００の発電を制御する。制御装置６００は、車速を、レゾルバ５１１の測定結果から算出する。制御装置６００は、温度Ｔｗｍｘを、固定値として予め記憶している。上記したＳ３２０〜Ｓ３５０は、定格発電電力Ｐｆｃによる発電を実現するための処理である。

定格発電電力Ｐｆｃによる発電電力による充電によって、種々の走行シーンに応じて、燃料電池１００の発熱量を適切に制御できる。例えば、水平な道路を一定の速度で走行している場合、或いは、下り坂を駆動モータ５１０，５１０Ａによって発生するトルクがゼロの状態で走行している場合などは、燃料電池１００，１００Ａに対する要求出力が小さく、且つ、走行風による冷却効果が期待できる。このような場合には、定格発電電力Ｐｆｃが大きくなり、且つ、充電に配分できる電力が大きくなるので、短時間でＳＯＣを上昇させることができる。

Ｓ３５０の後、制御装置６００は、充電が完了したかを判定する（Ｓ３６０）。具体的には、ＳＯＣの値がＳＯＣ制御目標範囲に収まったかを判定する。充電が完了していない場合（Ｓ３６０，ＮＯ）、制御装置６００は、Ｓ３２０〜Ｓ３５０を繰り返す。充電が完了した場合（Ｓ３６０，ＹＥＳ）、制御装置６００は、ＦＣ用冷却機構４００による冷却能力を通常運転時の状態に戻し（Ｓ３７０）、充電時温度制御処理を終える。

充電時温度制御処理の実行によって、大きく加速する場合や、坂を上る場合などＳＯＣの放電が必要になるような高負荷の場合を除けば、殆どの場合において、燃料電池１００の発電電力による充電が可能になる。そこで、本実施形態においては、ＳＯＣの制御目標範囲の最小値を、ＳＯＣの実使用範囲の上限値に近い値に設定することで、頻繁に充電を実施する。これによって、ＦＣ温度が閾値に達しないようにすることと、ＳＯＣを高い値に維持することとの両立が可能になる。この結果、ＳＯＣの放電が必要になるような高負荷の場合に備えることができる。

なお、定格発電電力Ｐｆｃを超えないように発電することは、充電時温度制御処理の実行時に限られない。例えば、後述するように、他方の燃料電池ユニットによる発電電力が不足している場合に、その不足分を補填するときにも、定格発電電力Ｐｆｃを超えないことが条件として課される。

制御装置６００及び制御装置６００Ａは、図２に示すように、互いに通信できるように有線で接続されている。制御装置６００と制御装置６００Ａとの通信の目的は、一方の燃料電池ユニットにおいて、燃料電池の発電や、二次電池からの放電が正常に実行できず出力制限が実行されていることを、他方の燃料電池ユニットに属する制御装置に通知することである。

図９は、燃料電池の出力制限処理を示すフローチャートである。制御装置６００は、第１燃料電池ユニット２０の運転中、繰り返し、この処理を実行する。後述する他の処理についても、制御装置６００が、第１燃料電池ユニット２０の運転中、繰り返し実行することは同じである。

制御装置６００は、ＦＣ温度が閾値以上であるかを判定する（Ｓ４１０）。この閾値は、先述したように、制御目標範囲の最大値よりも更に大きい値である。制御目標範囲内に収めるための制御を実行していても、種々の要因によって、ＦＣ温度が制御目標範囲の最大値を上回り、さらには閾値に達することがある。このような現象については、他の温度についても同様である。

ＦＣ温度が閾値未満である場合（Ｓ４１０，ＮＯ）、制御装置６００は、エアコンプレッサ３２０の温度が閾値以上であるかを判定する（Ｓ４２０）。エアコンプレッサ３２０の温度が閾値未満である場合（Ｓ４２０，ＮＯ）、制御装置６００は、水素ポンプ２４０の温度が閾値以上であるかを判定する（Ｓ４３０）。

水素ポンプ２４０の温度が閾値未満である場合（Ｓ４３０，ＮＯ）、制御装置６００は、燃料電池１００による発電の制限状況を、制御装置６００Ａに通知する（Ｓ４５０）。制御装置６００は、Ｓ４１０，Ｓ４２０，Ｓ４３０の全てでＮＯと判定した場合、Ｓ４５０では、制限が実施されていない旨を通知する。

続いて、制御装置６００は、制御装置６００Ａから制限が実施されている旨の通知を受けたかを判定する（Ｓ４６０）。制限が実施されている旨の通知を受けていない場合（Ｓ４６０，ＮＯ）、制御装置６００は、Ｓ４１０から、当該処理を繰り返す。

制御装置６００は、Ｓ４１０，Ｓ４２０，Ｓ４３０の何れかでＹＥＳと判定した場合、燃料電池１００の発電電力を制限する（Ｓ４４０）。発電電力の制限とは、燃料電池１００に割り当てられた発電電力（以下、割当電力）よりも低い出力による発電を実施すること、又は発電を停止することである。割当電力とは、例えば二次電池５５０，５５０ＡのＳＯＣを維持する場合には、要求出力の半分の値である。二次電池５５０，５５０Ａの放電を実施する場合には、更に放電分の電力が差し引かれた値である。発電電力を制限すれば、図７と共に説明したように、燃料電池１００の発熱量が低下する。この結果、ＦＣ温度が低下しやすくなる。

発電電力を制限すれば、発電に必要なカソードガスの流量が低下する。このため、エアコンプレッサ３２０の回転数を低下させることになる。エアコンプレッサ３２０の温度は、エアコンプレッサ３２０の回転数が低下すれば、低下しやすくなる。

水素ポンプ２４０の温度についても、エアコンプレッサ３２０と同様、回転数の低下に伴い、低下しやすくなる。さらに、水素ポンプ２４０は、燃料電池１００を収容するケース（図示しない）に取り付けられているため、水素ポンプ２４０の温度は、ＦＣ温度に影響を受ける。このため、ＦＣ温度が低下すれば、水素ポンプ２４０の温度も低下しやすくなる。

続いて、制御装置６００は、Ｓ４５０を実行する。この場合、発電電力の制限が実施されている旨、及び、割当電力に対する不足分の電力値が通知される。

制御装置６００は、制御装置６００Ａから発電電力の制限が実施されている旨の通知を受けると（Ｓ４６０，ＹＥＳ）、不足分の電力を補填するために、燃料電池１００による発電電力を割当電力よりも大きくする。但し、定格発電電力Ｐｆｃを超えないことが条件として課される。

上記のように条件が課されるので、燃料電池１００の発電電力によっては不足分を補填しきれないことがある。本実施形態における巡航走行時においては、二次電池５５０，５５０ＡのＳＯＣを温存するので、上記の不足が発生した場合、要求出力を満足させることができなくなる。つまり、燃料電池システム１５からの出力が制限された状態になる。

図１０は、二次電池の出力制限処理を示すフローチャートである。制御装置６００は、二次電池５５０のＳＯＣが実使用範囲の下限値であるかを判定する（Ｓ５１０）。ＳＯＣが下限値である場合（Ｓ５１０，ＹＥＳ）、制御装置６００は、二次電池５５０の放電を禁止し（Ｓ５１５）、Ｓ５２０に進む。ＳＯＣが下限値よりも大きい場合（Ｓ５１０，ＮＯ）、制御装置６００は、Ｓ５１５をスキップして、Ｓ５２０に進む。

制御装置６００は、Ｓ５２０として、二次電池５５０の温度が閾値（第１閾値）以上かを判定する（Ｓ５２０）。二次電池５５０の温度が閾値未満である場合（Ｓ５２０，ＮＯ）、制御装置６００は、ＢＤＣ５６０の温度が閾値（第２閾値）以上かを判定する（Ｓ５３０）。

制御装置６００は、Ｓ５２０，Ｓ５３０の何れかでＹＥＳと判定した場合、二次電池５５０の充放電を禁止し（Ｓ５４０）、Ｓ５５０に進む。このように充放電を禁止するのは、充放電は二次電池５５０及びＢＤＣ５６０を発熱させるからである。

制御装置６００は、Ｓ５２０，Ｓ５３０の何れにおいてもＮＯと判定した場合、Ｓ５４０をスキップしてＳ５５０に進む。

制御装置６００は、Ｓ５５０として、二次電池５５０の放電の禁止状況を、制御装置６００Ａに通知する。制御装置６００は、Ｓ５１５とＳ５４０との少なくとも何れかを実行した場合、放電の禁止が実施されている旨を通知する。制御装置６００は、Ｓ５１５とＳ５４０との何れも実行しなかった場合、放電の禁止が実施されていない旨を通知する。

次に、制御装置６００は、制御装置６００Ａから二次電池５５０Ａの放電が禁止されている旨の通知を受けたかを判定する（Ｓ５６０）。放電が禁止されている旨の通知を受けた場合（Ｓ５６０，ＹＥＳ）、制御装置６００は、二次電池５５０の放電を禁止し（Ｓ５７０）、Ｓ５１０に戻る。放電が禁止されている旨の通知を受けていない場合（Ｓ５６０，ＮＯ）、制御装置６００は、Ｓ５７０をスキップして、Ｓ５１０に戻る。

このように、他方の燃料電池ユニットに同調して二次電池の放電を禁止するのは、二次電池のＳＯＣを維持するためである。

二次電池５５０Ａの放電が禁止されるに至ったということは、要求出力が大きい状態が継続している可能性が高い。なぜなら、先述したように巡航走行時においては原則として二次電池５５０，５５０Ａから放電しない一方、大きく加速する場合や、急な坂道を上る場合など、大きなトルクが要求される場合に、燃料電池１００，１００Ａによる発電電力と共に、二次電池５５０，５５０Ａから駆動モータ５１０，５１０Ａに対して給電するように、燃料電池車１０が設計されているからである。

このような状態で、本来、二次電池５５０Ａが供給を担当する電力を二次電池５５０からの放電で補填しようとすると、単純に考えて、二次電池５５０による放電量は２倍になる。このような大電力を供給すれば、二次電池５５０の充放電も短時間で禁止されるに至る可能性が高い。さらに、要求出力が大きい状態が継続している場合は、燃料電池１００，１００Ａなどの温度が、やがて閾値に至る可能性がある。

このような場合に備え、二次電池５５０の放電を禁止し、二次電池５５０のＳＯＣを温存しておけば、最低限の走行能力が確保される。

なお、実施形態１としてここまで説明した制御は、一部を除けば、第１燃料電池ユニット２０及び第２燃料電池ユニット２０Ａが各々、独立して実行する。ここでいう一部とは、燃料電池の出力制限処理におけるＳ４５０〜Ｓ４７０、及び、二次電池の出力制限処理におけるＳ５５０〜Ｓ５７０のことである。これらのステップは、第１燃料電池ユニット２０及び第２燃料電池ユニット２０Ａが１つの燃料電池システム１５として機能するため、協調して実行される。

上記の出力制限のためのステップを除けば、第１燃料電池ユニット２０及び第２燃料電池ユニット２０Ａは、１つの燃料電池ユニットによって燃料電池システムが構成される場合から設計を変更する必要が無い。このため、燃料電池車１０に燃料電池システムを２つ搭載するための設計は、簡潔に済ませることができる。

実施形態２を説明する。実施形態２の説明は、実施形態１と異なる点を主な対象とする。特に説明しない点については、実施形態１と同じである。

図９，図１０と共に説明した燃料電池システム１５の出力制限は、できるだけ未然に防止するのが好ましい。実施形態１においても、第１燃料電池ユニット２０及び第２燃料電池ユニット２０Ａが各々、同一の数値によって定められた目標範囲セット６０２を用いた制御を実行するため、上記出力制限が頻繁に実施されることは抑制されている。

実施形態２においては、さらに出力制限の頻度を低くするため、制御装置６００，６００Ａは、各種パラメータの偏差を積極的に解消するための処理を実行する。

図１１は、ＳＯＣの偏差解消処理を示すフローチャートである。制御装置６００は、ＳＯＣに偏差が発生しているかを判定する（Ｓ６１０）。ここでいう偏差の発生とは、第２燃料電池ユニット２０Ａに属する二次電池５５０ＡのＳＯＣから、第１燃料電池ユニット２０に属する二次電池５５０のＳＯＣを差し引いた差が、基準値以上であることを意味する。基準値は正値である。つまり、上記の差が基準値以上になるためには、二次電池５５０ＡのＳＯＣが、二次電池５５０のＳＯＣよりも大きいことが必要条件になる。

このため、二次電池５５０のＳＯＣから、二次電池５５０ＡのＳＯＣを差し引いた差が、基準値以上である場合、制御装置６００は、偏差が発生していないと判定する一方、制御装置６００Ａは、偏差が発生していると判定する。

制御装置６００は、二次電池５５０のＳＯＣの値を、ＢＤＣ５６０から取得する。制御装置６００は、二次電池５５０ＡのＳＯＣの値を、制御装置６００Ａから取得する。このように、制御装置６００が、第２燃料電池ユニット２０Ａの出力に関する制御パラメータを制御装置６００Ａから取得することについては、後述する温度の偏差解消処理においても同じである。

上記のように、ＳＯＣの差と基準値とを比較するのは、ＳＯＣの値が完全に一致していなくても近似値であれば、偏差は発生していないと判定するためである。このようにすることで、偏差を解消するための動作が高頻度で実施されることを防止する。

ＳＯＣに偏差が発生していない場合（Ｓ６１０，ＮＯ）、制御装置６００は、Ｓ６１０の判定を繰り返す。ＳＯＣに偏差が発生している場合（Ｓ６１０，ＹＥＳ）、制御装置６００は、燃料電池１００による発電電力を利用して、二次電池５５０の充電を実施し（Ｓ６２０）、Ｓ６１０の判定を再び実行する。制御装置６００は、Ｓ６２０の実行に際し、定格発電電力Ｐｆｃを超えないように、燃料電池１００の発電電力を制御する。

図１２は、二次電池の温度の偏差解消処理を示すフローチャートである。制御装置６００は、二次電池の温度に偏差が発生しているかを判定する（Ｓ７１０）。ここでいう偏差の発生とは、第１燃料電池ユニット２０に属する二次電池５５０の温度から、第２燃料電池ユニット２０Ａに属する二次電池５５０Ａの温度を差し引いた差が、基準値以上であることを意味する。基準値は正値である。つまり、上記の差が基準値以上になるためには、二次電池５５０の温度が、二次電池５５０Ａの温度よりも大きいことが必要条件になる。

このため、二次電池５５０Ａの温度から、二次電池５５０の温度を差し引いた差が、基準値以上である場合、制御装置６００は、偏差が発生していないと判定する一方、制御装置６００Ａは、偏差が発生していると判定する。なお、Ｓ７１０において用いられる基準値は、所定値ともいう。

後述する他の温度についての偏差解消処理についても、上記の偏差の発生についての考え方は同じであるので、他の温度についての偏差解消処理の説明では記載を省略する。

二次電池５５０の温度に偏差が発生していない場合（Ｓ７１０，ＮＯ）、制御装置６００は、Ｓ７１０の判定を繰り返す。二次電池５５０の温度に偏差が発生している場合（Ｓ７１０，ＹＥＳ）、制御装置６００は、二次電池５５０の充放電を禁止し（Ｓ７２０）、Ｓ７１０の判定を繰り返す。

図１３は、ＦＣ温度の偏差解消処理を示すフローチャートである。制御装置６００は、ＦＣ温度に偏差が発生しているかを判定する（Ｓ８１０）。ＦＣ温度に偏差が発生していない場合（Ｓ８１０，ＮＯ）、制御装置６００は、Ｓ８１０の判定を繰り返す。

ＦＣ温度に偏差が発生している場合（Ｓ８１０，ＹＥＳ）、制御装置６００は、ＦＣ用冷却機構４００による冷却能力を向上させる。具体的には、ウォータポンプ４３０及びラジエータ４１０の電動ファンの回転数を増大させる。

さらに、制御装置６００は、燃料電池１００による発電電力を制限する（Ｓ８３０）。Ｓ８３０は、ＦＤＣ５９０を用いて、燃料電池１００の発電電圧を上昇させることによって実現される。その後、Ｓ８１０から、当該処理を繰り返す。但し、制御装置６００は、Ｓ８１０においてＹＥＳと判定する度に、Ｓ８２０において、際限なく冷却を促進する訳ではなく、適切なフィードバック制御を実行する。Ｓ８３０についても同様である。

図１４は、ＢＤＣの温度の偏差解消処理を示すフローチャートである。制御装置６００は、ＢＤＣの温度に偏差が発生しているかを判定する（Ｓ９１０）。ＢＤＣの温度に偏差が発生していない場合（Ｓ９１０，ＮＯ）、Ｓ９１０の判定を繰り返す。

ＢＤＣの温度に偏差が発生している場合（Ｓ９１０，ＹＥＳ）、補機用冷却機構４９０に含まれるウォータポンプ及び電動ファンの回転数を増大させることによって、ＢＤＣ５６０の冷却を促進する（Ｓ９２０）。続いて、制御装置６００は、二次電池５５０の充放電を禁止する（Ｓ９３０）。その後、制御装置６００は、Ｓ９１０から、当該偏差解消処理を繰り返す。

図１５は、エアコンプレッサの温度の偏差解消処理を示すフローチャートである。制御装置６００は、エアコンプレッサの温度に偏差が発生しているかを判定する（Ｓ９４０）。エアコンプレッサの温度に偏差が発生していない場合（Ｓ９４０，ＮＯ）、制御装置６００は、Ｓ９４０から、当該偏差解消処理を繰り返す。

エアコンプレッサの温度に偏差が発生している場合（Ｓ９４０，ＹＥＳ）、制御装置６００は、補機用冷却機構４９０を利用して、エアコンプレッサ３２０の冷却を促進する（Ｓ９５０）。その後、制御装置６００は、Ｓ９４０から、当該偏差解消処理を繰り返す。

なお、エアコンプレッサ３２０の回転数を低下させると、要求されている発電電力のためのカソードガスの適切なストイキ比が維持できない場合がある。この場合、燃料電池１００による発電電力を低下させることになるので、第２燃料電池ユニット２０Ａによって不足分の電力を補填しようとすると、ＦＣ温度の偏差の拡大が発生するなどして、制御が発散し得る。このため、本実施形態においては、エアコンプレッサの温度の偏差解消のために、エアコンプレッサ３２０の回転数を低下させることは実施しない。

図１６は、水素ポンプの温度の偏差解消処理を示すフローチャートである。制御装置６００は、水素ポンプの温度に偏差が発生しているかを判定する（Ｓ９６０）。水素ポンプの温度に偏差が発生していない場合（Ｓ９６０，ＮＯ）、制御装置６００は、Ｓ９６０から、当該偏差解消処理を繰り返す。

水素ポンプの温度に偏差が発生している場合（Ｓ９６０，ＹＥＳ）、制御装置６００は、補機用冷却機構４９０を利用して、水素ポンプ２４０の冷却を促進する（Ｓ９７０）。続いて、制御装置６００は、水素ポンプ２４０の発熱を抑制するために、水素ポンプ２４０の回転数を低下させる（Ｓ９８０）。その後、制御装置６００は、Ｓ９６０から、当該偏差解消処理を繰り返す。

なお、水素ポンプ２４０の回転数を低下させても、水素タンク２１０に貯蔵された水素の供給量を増大させれば、要求されている発電電力のためのアノードガスのストイキ比を維持できる。

本開示は、本明細書の実施形態や実施例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現できる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例中の技術的特徴は、先述の課題の一部又は全部を解決するために、或いは、先述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせができる。その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除できる。例えば、以下のものが例示される。

制御装置６００に記憶される目標範囲セットと、制御装置６００Ａに記憶される目標範囲セットとに含まれる同じ制御パラメータの目標範囲としての数値範囲を比較した場合に、少なくとも一部で重複していればよい。ここでいう重複とは、重なり合う範囲が存在することを意味する。このため、目標範囲を決定する最大値と最小値との少なくとも何れかについて異なる値であることが許容される。

目標範囲を決定する最大値と最小値とが一致していてもよい。このような場合、目標範囲は、範囲を持たず、一点の数値になる。但し、本願ではこのような場合でも、目標範囲と呼ぶ。一点の数値による目標範囲の場合、少なくとも一部で重複することは、当該一点の数値が一致することを意味する。

上記のように目標範囲が少なくとも一部で重複するパラメータは、少なくとも１つあればよい。

二次電池のＳＯＣが下限値である場合を除けば、二次電池の充放電を禁止することに代えて、二次電池の充放電を制限してもよい。ここでいう充放電の制限とは、充放電する電力を通常の場合よりも小さな値にするという条件を課した上で、充放電を許可することを意味する。

ＳＯＣの偏差を解消するために、ＳＯＣが低い方の二次電池を充電することに加え、ＳＯＣが高い方の二次電池を放電してもよい。

温度の偏差を解消するために、温度が高い方の機器（例えば燃料電池）を冷却することに加え、温度が低い方の機器の温度を上昇させてもよい。

ＦＣ温度、エアコンプレッサの温度、水素ポンプの温度、ＢＤＣの温度の少なくとも何れかについて、温度センサを用いずに、推定によって取得してもよい。

燃料電池車としての貨物自動車は、トレーラを牽引するタイプでなくてもよい。例えば、フルトレーラでもよいし、ダンプカーでもよい。

燃料電池システムは、３つ以上の燃料電池ユニットを備えてもよい。

燃料電池システムを搭載する機械は、貨物自動車でなくてもよく、モータの駆動によって移動する機能を有する機械であればよい。例えば、建設機械、ロボット、自動車以外の輸送用機器などが挙げられる。ロボットは、地上を歩行するタイプや、地上を車輪で走行するタイプ、空を飛ぶタイプを含む。自動車以外の輸送用機器としては、電車、二輪車、ヘリコプターなどを含む。

燃料電池車は、コネクテッドカーでもよい。コネクテッドカーとは、通信機を搭載し、クラウドとの通信によってサービスを受けることができる自動車である。

図１７は、燃料電池車１０Ａを示す。燃料電池車１０Ａについて特に説明しない点は、燃料電池車１０と同じである。燃料電池車１０Ａは、乗用車である。燃料電池車１０Ａに搭載された燃料電池システム１５は、１つの燃料電池ユニット２０Ｂによって構成されている。燃料電池車１０Ａにおいては、燃料電池ユニット２０Ｂは、燃料電池システム１５そのものである。

実施形態１で説明したように、一部のステップを除けば、第１燃料電池ユニット２０及び第２燃料電池ユニット２０Ａは各々、独立して、同じ内容の制御を実行する。燃料電池車１０Ａに搭載された燃料電池ユニット２０Ｂは、上記一部のステップを除いて、実施形態１で説明した第１燃料電池ユニット２０及び第２燃料電池ユニット２０Ａの各々によって実行される制御を実行する。

例えば、燃料電池ユニット２０Ｂは、充電時温度制御処理を実行する。燃料電池ユニット２０Ｂによって実行される充電時温度制御処理は、次のような技術思想として捉えてもよい。

負荷に給電するための二次電池と、
前記負荷と前記二次電池との少なくとも何れかに給電するために発電する燃料電池と、
前記燃料電池を冷却するためのラジエータを含む燃料電池用冷却機構と、
前記燃料電池による発電と前記燃料電池用冷却機構とを制御する制御装置とを備え、
移動する機能を有する機械に搭載される燃料電池システムであって、
前記制御装置は、前記燃料電池による発電電力を用いて、前記二次電池の充電及び前記負荷への給電を同時に実行する場合、前記燃料電池の発電電力を、雰囲気温度と前記機械の移動速度とから推定される前記ラジエータの冷却能力に基づき決定する
燃料電池システム。

１０…燃料電池車
１０Ａ…燃料電池車
１５…燃料電池システム
１９…トレーラ
２０…第１燃料電池ユニット
２０Ａ…第２燃料電池ユニット
２０Ｂ…燃料電池ユニット
２５…プロペラシャフト
４０…外気温センサ
１００…燃料電池
１１０…単セル
１１１…集電板
２００…燃料ガス供給排出機構
２１０…水素タンク
２２０…遮断弁
２２１…調圧弁
２２２…インジェクタ
２３１…燃料ガス供給路
２３２…第１燃料ガス排出路
２３３…燃料ガス循環路
２４０…水素ポンプ
２４１…水素ポンプ温度センサ
２５０…気液分離器
２６０…パージ弁
２６２…第２燃料ガス排出路
２７１…第１圧力センサ
２７２…第２圧力センサ
３００…酸化剤ガス供給排出機構
３１０…エアクリーナ
３２０…エアコンプレッサ
３２１…エアコンプレッサ温度センサ
３３１…酸化剤ガス供給路
３３２…酸化剤ガス排出路
３４０…背圧弁
４００…ＦＣ用冷却機構
４１０…ラジエータ
４１１…電動ファン
４２０…ＦＣ温度センサ
４３０…ウォータポンプ
４４１…冷媒供給路
４４２…冷媒排出路
４９０…補機用冷却機構
５００…電力充放電機構
５１０…駆動モータ
５１０Ａ…駆動モータ
５１１…レゾルバ
５１１Ａ…レゾルバ
５２０…インバータ
５２１…インバータ温度センサ
５５０…二次電池
５５１…二次電池温度センサ
５６０…ＢＤＣ
５６１…ＢＤＣ温度センサ
５９０…ＦＤＣ
６００…制御装置
６００Ａ…制御装置
６０１…記憶媒体
６０１Ａ…記憶媒体
６０２…目標範囲セット
９１０…第１操作系
９１１…電動パワーステアリング装置
９２０…第２操作系
９２１…制動装置

Claims (13)

1. 負荷に給電するための二次電池と、
   前記二次電池のＳＯＣを測定し、且つ、前記二次電池の充放電を制御するコンバータと、
   前記コンバータに電気的に接続された燃料電池と、
   前記コンバータからＳＯＣの値を取得し、且つ、前記コンバータを制御する制御装置と、
   をそれぞれ含む第１及び第２燃料電池ユニットを備える燃料電池システムであって、
   前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置は、前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記二次電池のＳＯＣについて定められている制御目標を用いた制御を実行し、
   前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置は、前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記二次電池のＳＯＣについて定められている制御目標を用いた制御を実行し、
   前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記二次電池のＳＯＣが前記制御目標の最小値よりも小さい閾値に達した場合、前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置は、前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記二次電池のＳＯＣの放電を制限し、且つ、前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置は、前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記二次電池の放電を制限し、
   前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置、及び前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置によって用いられる前記二次電池のＳＯＣの制御目標は、数値範囲が少なくとも一部で重複している
   燃料電池システム。
2. 前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置は、前記燃料電池システムの起動時において、前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記燃料電池による発電電力を用いて前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記二次電池を、目標値に向けて充電する起動時充電処理を実行し、
   前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置は、前記燃料電池システムの起動時において、前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記燃料電池による発電電力を用いて前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記二次電池を、前記目標値に向けて充電する起動時充電処理を実行する
   請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記第１燃料電池ユニットは、前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記燃料電池を冷却するための燃料電池用冷却機構を更に備え、
   前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置は、前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記燃料電池による発電電力を用いて、前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記二次電池の充電、及び前記負荷への給電を同時に実行する場合、前記燃料電池用冷却機構の冷却能力を向上させる
   請求項１から請求項２までの何れか一項に記載の燃料電池システム。
4. 移動する機能を有する機械に搭載される請求項３に記載の燃料電池システムであって、
   前記燃料電池用冷却機構は、前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記燃料電池を冷却するためのラジエータを更に備え、
   前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置は、前記二次電池の充電及び前記負荷への給電を同時に実行する場合、前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記燃料電池の発電電力を、雰囲気温度と前記機械の移動速度とから推定される前記ラジエータの冷却能力に基づき決定する
   燃料電池システム。
5. 前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置は、前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記二次電池のＳＯＣから、前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記二次電池のＳＯＣを差し引いた値が基準値以上の場合、前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記燃料電池による発電電力を利用して、前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記二次電池を充電する
   請求項１から請求項４までの何れか一項に記載の燃料電池システム。
6. 負荷に給電するための二次電池と、
   前記二次電池の充放電を制御するコンバータと、
   前記コンバータに電気的に接続された燃料電池と、
   前記コンバータを制御する制御装置と、
   をそれぞれ含む第１及び第２燃料電池ユニットを備える燃料電池システムであって、
   前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置は、前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記二次電池の温度と、前記コンバータの温度とを対象に、各々について定められている制御目標を用いた制御を実行し、
   前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置は、前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記二次電池の温度と、前記コンバータの温度とを対象に、各々について定められている制御目標を用いた制御を実行し、
   前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記二次電池の温度が前記制御目標の最大値よりも高い第１閾値に達したことと、前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記コンバータの温度が前記制御目標の最大値よりも高い第２閾値に達したこととの少なくとも何れかが満たされる場合、前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置は、前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記二次電池のＳＯＣの放電を制限し、且つ、前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置は、前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記二次電池の放電を制限し、
   前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置、及び前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置によって用いられる前記二次電池の温度の制御目標と前記コンバータの温度の制御目標とのうち少なくとも１つについて、数値範囲が少なくとも一部で重複している
   燃料電池システム。
7. 前記第１燃料電池ユニットは、前記コンバータを冷却する補機用冷却機構を更に備え、
   前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置は、前記二次電池を充電する場合、前記補機用冷却機構による冷却能力を向上させる
   請求項６に記載の燃料電池システム。
8. 前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置は、前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記コンバータの温度から、前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記コンバータの温度を差し引いた値が基準値以上の場合、前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記コンバータを冷却するための処理を実行する
   請求項６から請求項７までの何れか一項に記載の燃料電池システム。
9. 前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置は、前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記二次電池の温度から、前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記二次電池の温度を差し引いた値が基準値以上の場合、前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記二次電池を冷却するための処理を実行する
   請求項６から請求項８までの何れか一項に記載の燃料電池システム。
10. 燃料電池と、
    前記燃料電池の発電を制御する制御装置と、
    をそれぞれ含む第１及び第２燃料電池ユニットを備える燃料電池システムであって、
    前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置は、前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記燃料電池の温度を対象に、制御目標を用いた制御を実行し、
    前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置は、前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記燃料電池の温度を対象に、制御目標を用いた制御を実行し、
    前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置は、前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記燃料電池の温度が前記制御目標の最大値よりも大きい閾値に達した場合、前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記燃料電池の発電電力を制限し、
    前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置は、前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記燃料電池による発電電力が制限されている場合、前記制限によって不足する電力の少なくとも一部を、前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記燃料電池の発電電力によって補填し、
    前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置、及び前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置によって用いられる前記制御目標は、数値範囲が少なくとも一部で重複している
    燃料電池システム。
11. 前記第２燃料電池ユニットは、前記燃料電池を冷却する燃料電池用冷却機構を更に備え、
    前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置は、前記補填を実施する場合、前記燃料電池用冷却機構による冷却能力を向上させる
    請求項１０に記載の燃料電池システム。
12. 移動する機能を有する機械に搭載される請求項１１に記載の燃料電池システムであって、
    前記燃料電池用冷却機構は、ラジエータを備え、
    前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置は、前記補填を実施する場合、前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記燃料電池の発電電力の上限を、雰囲気温度および前記機械の移動速度から推定される前記ラジエータの冷却能力に基づき決定する
    燃料電池システム。
13. 前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記制御装置は、前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記燃料電池の温度から、前記第２燃料電池ユニットに含まれる前記燃料電池の温度を差し引いた値が基準値以上である場合、前記第１燃料電池ユニットに含まれる前記燃料電池を冷却するための処理を実行する
    請求項１０から請求項１２までの何れか一項に記載の燃料電池システム。

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