JP7159929B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

従来、負荷要求に対応する電力を燃料電池から得られるように、燃料電池で発電すべき電力量を設定し、当該電力量を発電するように、燃料電池システムの各部を制御する燃料電池システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６－５９７０８号公報

しかしながら、負荷要求に対応する電力を燃料電池から得られるように燃料電池の発電を行なう場合には、負荷要求が変動するときに、負荷要求の変動に追従して燃料電池の発電量も変動し、燃料電池を構成する各部材等の劣化が進行し易くなる等の不都合を生じる可能性がある。そのため、このような不都合を抑える技術が望まれていた。

本発明は、以下の形態として実現することが可能である。
［形態１］
本開示の一形態によれば、負荷に電力供給する燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池が発電すべき目標電力を設定し、前記燃料電池が前記目標電力を発電するように前記燃料電池の発電制御を行なう制御部であって、前記負荷が前記燃料電池に対して要求する要求電力を用いて前記目標電力を設定する際に、新たに設定する目標電力と前回に設定した目標電力との差の平均が、予め定められた期間にわたって、新たに要求される要求電力と前回に要求された要求電力との差の平均よりも小さくなるように、前記要求電力の変動よりも、前記目標電力の変動を小さくする変動抑制処理を実行する制御部と、を備える。前記変動抑制処理は、（ａ）前記要求電力の変動に対してローパスフィルタを適用して前記目標電力を設定するローパスフィルタ処理、（ｂ）現時点よりも予め定めた基準期間を遡った時点から、前回前記目標電力を設定するまでの間に設定された各々の前記目標電力と、現時点の要求電力と、の代表値を算出して、前記代表値を前記目標電力に設定する平準化処理、（ｃ）前記目標電力の単位時間当たりの増加量に上限値を設定すると共に、単位時間当たりの減少量に下限値を設けて、前記目標電力を設定する変化速度規制処理、および、（ｄ）取り得る前記要求電力の範囲を複数の区分範囲に分割し、前記要求電力が同じ区分範囲に属するときには同じ目標電力が設定されるように、前記要求電力の増加に従って前記目標電力を段階的に増加させる段階化処理、のうちのいずれかの処理である。

（１）本発明の一形態によれば、負荷に電力供給する燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池が発電すべき目標電力を設定し、前記燃料電池が前記目標電力を発電するように前記燃料電池の発電制御を行なう制御部であって、前記負荷が前記燃料電池に対して要求する要求電力を用いて前記目標電力を設定する際に、前記要求電力の変動よりも、前記目標電力の変動を小さくする変動抑制処理を実行する制御部と、を備える。
この形態の燃料電池システムによれば、燃料電池に対する要求電力を用いて目標電力を設定する際に、要求電力の変動よりも目標電力の変動を小さくする変動抑制処理を実行するため、要求電力の変動に伴って燃料電池の発電量が変動することに起因する不都合を抑えることができる。
（２）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記変動抑制処理において前記要求電力の変動よりも前記目標電力の変動を小さくする程度を、前記燃料電池システムの運転状態に応じて抑える変動抑制制限部を備えることとしてもよい。この形態の燃料電池システムによれば、燃料電池システムの運転状態によって、変動抑制処理を実行することに起因する不都合が生じる場合には、このような不都合を抑えることができる。
（３）上記形態の燃料電池システムは、さらに、前記燃料電池が発電した電力を蓄電可能な蓄電装置を備え、前記変動抑制制限部は、前記蓄電装置の充電電力の上限である許容充電電力を前記運転状態として、前記許容充電電力が、前記燃料電池の最大発電電力を下回る場合に、前記要求電力の変動よりも前記目標電力の変動を小さくする程度を抑えることとしてもよい。この形態の燃料電池システムによれば、蓄電装置が過充電となることを抑え、過充電に起因する蓄電装置の劣化を抑えることができる。
（４）上記形態の燃料電池システムは、さらに、前記負荷に電力供給可能な蓄電装置を備え、前記変動抑制制限部は、前記蓄電装置の出力電力の上限である許容出力電力を前記運転状態として、前記許容出力電力が、前記負荷の最大消費電力を下回る場合に、前記要求電力の変動よりも前記目標電力の変動を小さくする程度を抑えることとしてもよい。この形態の燃料電池システムによれば、変動抑制処理を行なう際に、蓄電装置の残存容量が過剰に少なくなることを抑え、要求電力に対して燃料電池システムから供給される電力が不足することを抑えることができる。
（５）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池システムは、駆動用電源として燃料電池車両に搭載され、前記変動抑制制限部は、前記燃料電池車両の車速を前記運転状態として、前記車速が、予め定めた第１基準値以下の場合には、前記変動抑制処理において、前記要求電力の変動よりも前記目標電力の変動を小さくする程度を抑えることとしてもよい。この形態の燃料電池システムによれば、燃料電池車両の車速が第１基準値以下であって、燃料電池の発電に起因する騒音や振動が車両の使用者に違和感を与え易いときに、燃料電池の発電に起因する騒音や振動を抑えることができる。
（６）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池システムは、駆動用電源として燃料電池車両に搭載され、前記変動抑制制限部は、前記燃料電池車両の車速および前記燃料電池の出力状態の履歴を前記運転状態として、前記車速が、予め定めた第２基準値以下であって、且つ、前記燃料電池の出力状態の履歴が予め定めた高出力状態に該当する場合には、前記変動抑制処理において、前記要求電力の変動よりも前記目標電力の変動を小さくする程度を抑えることとしてもよい。この形態の燃料電池システムによれば、燃料電池車両の車速が第２基準値以下であるために、走行風を利用した燃料電池の冷却能が比較的小さく、且つ、燃料電池の出力状態の履歴が高出力状態であるために、燃料電池の発電に伴う発熱量が比較的大きくなるときに、燃料電池の過剰な発熱を抑えることが可能になる。
（７）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記変動抑制処理は、前記要求電力の変動に対してローパスフィルタを適用して前記目標電力を設定するローパスフィルタ処理であり、前記変動抑制制限部は、前記ローパスフィルタにおける時定数を小さくすることにより、前記要求電力の変動よりも前記目標電力の変動を小さくする程度を抑えることとしてもよい。この形態の燃料電池システムによれば、燃料電池システムの運転状態によって、変動抑制処理を実行することに起因する不都合が生じる場合であっても、ローパスフィルタ処理における時定数を小さくすることで、このような不都合を抑えることができる。
（８）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記変動抑制処理は、前記制御部において繰り返し実行され、現時点よりも予め定めた基準期間を遡った時点から、前回前記目標電力を設定するまでの間に設定された各々の目標電力と、現時点の要求電力と、の代表値を算出して、前記代表値を前記目標電力に設定する平準化処理であり、前記変動抑制制限部は、前記変動抑制処理において、前記基準期間を短く変更することにより、前記要求電力の変動よりも前記目標電力の変動を小さくする程度を抑えることとしてもよい。この形態の燃料電池システムによれば、燃料電池システムの運転状態によって、変動抑制処理を実行することに起因する不都合が生じる場合であっても、変動抑制処理における基準期間をより短く変更することにより、このような不都合を抑えることができる。
（９）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記変動抑制処理は、前記目標電力の単位時間当たりの増加量に上限値を設定すると共に、単位時間当たりの減少量に下限値を設けて、前記目標電力を設定する変化速度規制処理であり、前記変動抑制制限部は、前記変動抑制処理において、前記上限値を大きく変更すると共に、前記下限値を小さく変更することにより、前記要求電力の変動よりも前記目標電力の変動を小さくする程度を抑えることとしてもよい。この形態の燃料電池システムによれば、燃料電池システムの運転状態によって、変動抑制処理を実行することに起因する不都合が生じる場合であっても、変化速度規制処理における上限値を大きく変更すると共に、下限値を小さく変更することにより、このような不都合を抑えることができる。
（１０）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記変動抑制処理は、取り得る前記要求電力の範囲を複数の区分範囲に分割し、前記要求電力が同じ区分範囲に属するときには同じ目標電力が設定されるように、前記要求電力の増加に従って前記目標電力を段階的に増加させる段階化処理であり、前記変動抑制制限部は、前記変動抑制処理において、前記取り得る前記要求電力の範囲を分割する前記区分範囲の数を多くすることにより、前記要求電力の変動よりも前記目標電力の変動を小さくする程度を抑えることとしてもよい。この形態の燃料電池システムによれば、燃料電池システムの運転状態によって、変動抑制処理を実行することに起因する不都合が生じる場合であっても、段階化処理における区分範囲の数を多くすることにより、このような不都合を抑えることができる。
（１１）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記変動抑制処理は、（ａ）前記要求電力の変動に対してローパスフィルタを適用して前記目標電力を設定するローパスフィルタ処理、（ｂ）現時点よりも予め定めた基準期間を遡った時点から、前回前記目標電力を設定するまでの間に設定された各々の前記目標電力と、現時点の要求電力と、の代表値を算出して、前記代表値を前記目標電力に設定する平準化処理、（ｃ）前記標電力の単位時間当たりの増加量に上限値を設定すると共に、単位時間当たりの減少量に下限値を設けて、前記目標電力を設定する変化速度規制処理、および、（ｄ）取り得る前記要求電力の範囲を複数の区分範囲に分割し、前記要求電力が同じ区分範囲に属するときには同じ目標電力が設定されるように、前記要求電力の増加に従って前記目標電力を段階的に増加させる段階化処理、のうちのいずれかの処理であることとしてもよい。この形態の燃料電池システムによれば、ローパスフィルタ処理、平準化処理、変化速度規制処理、および、段階化処理、のうちのいずれかの処理によって、要求電力の変動よりも目標電力の変動を小さくすることができる。
本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池車両、燃料電池システムの制御方法、その制御方法を実現するコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した一時的でない記録媒体等の形態で実現することができる。

燃料電池車両の概略構成を表わすブロック図。 燃料電池出力制御処理ルーチンを表わすフローチャート。 要求電力および目標電力の経時的な変化を模式的に表わす説明図。 一次遅れのローパスフィルタの伝達関数を概念的に示す図。 燃料電池出力制御処理ルーチンを表わすフローチャート。 平準化処理を説明するための図。 燃料電池出力制御処理ルーチンを表わすフローチャート。 段階化処理を説明するための図。 燃料電池出力制御処理ルーチンを表わすフローチャート。 燃料電池出力制御処理ルーチンを表わすフローチャート。 燃料電池出力制御処理ルーチンを表わすフローチャート。 燃料電池出力制御処理ルーチンを表わすフローチャート。

Ａ．第１実施形態：
（Ａ－１）燃料電池車両の全体構成：
図１は、本発明の第１の実施形態としての燃料電池車両２０の概略構成を模式的に示す説明図である。燃料電池車両２０は、燃料電池システム３０と、電力回路６００と、駆動モータ１７０と、制御部２００と、を備える。燃料電池システム３０は、駆動用電源として燃料電池車両２０に搭載され、燃料電池１００と、燃料ガス供給系１２０と、酸化ガス供給系１４０と、排ガス系４００と、冷却系５００と、を備える。

燃料電池１００は、単セルが複数積層されたスタック構成を有している。本実施形態の燃料電池１００は、固体高分子形燃料電池であるが、固体酸化物形燃料電池等、他種の燃料電池を採用してもよい。燃料電池１００を構成する各単セルでは、電解質膜を間に介して、アノード側に燃料ガスが流れる流路（アノード側流路）が形成され、カソード側に酸化ガスが流れる流路（カソード側流路）が形成されている。また、燃料電池１００の内部には、燃料電池１００を冷却するための冷媒が流れる冷媒流路が形成されている。

燃料ガス供給系１２０は、燃料ガスタンク１１０と、水素供給流路１２１と、燃料ガス排出流路１２８と、循環流路１２２と、主止弁１２４と、レギュレータ１２５と、インジェクタ１２６と、気液分離器１２９と、循環ポンプ１２７と、を備える。燃料ガスタンク１１０は、燃料ガスとしての水素ガスが貯蔵される貯蔵装置であり、水素供給流路１２１を介して燃料電池１００に接続されている。燃料ガス供給系１２０において、燃料ガスタンク１１０に貯蔵された水素ガスは、主止弁１２４による水素供給流路１２１の流路開閉と、レギュレータ１２５での減圧と、インジェクタ１２６からの吐出を経て、燃料電池１００のアノード側流路に供給される。

燃料ガス排出流路１２８は、燃料電池１００から排出されるアノードオフガスが流れる流路である。循環流路１２２は、燃料ガス排出流路１２８と、水素供給流路１２１におけるインジェクタ１２６よりも下流側の部位とに接続されている。循環流路１２２を循環する水素の圧力は、循環ポンプ１２７によって調節される。燃料電池１００に供給される燃料ガス量は、インジェクタ１２６および循環ポンプ１２７の駆動量によって調節可能であり、これらは、制御部２００によって制御される。

燃料ガス排出流路１２８と循環流路１２２との接続部には、気液分離器１２９が設けられており、気液分離器１２９において、アノードオフガス中の水とガス（水素および窒素等）とが分離される。本実施形態では、気液分離器１２９と、後述する燃料ガス排出流路４３０に設けられたパージ弁４４０とを介して、循環流路１２２を含む流路内から、窒素や水蒸気を含む不純物が除去される。

酸化ガス供給系１４０は、コンプレッサ１３０と、酸化ガス供給流路１４１と、分流弁１４４と、を備える。本実施形態の燃料電池１００は、酸化ガスとして、空気を用いる。コンプレッサ１３０は、エアコンプレッサ用モータ１３５に駆動されて空気を圧縮し、酸化ガス供給流路１４１を介して、燃料電池１００のカソード側流路に空気を供給する。分流弁１４４は、酸化ガス供給流路１４１において、酸化ガス供給流路１４１に接続される後述する酸化ガスバイパス流路４５０との接続部に設けられる。

排ガス系４００は、排ガス流路４１０と、調圧弁４２０と、燃料ガス排出流路４３０と、パージ弁４４０と、酸化ガスバイパス流路４５０と、を備える。排ガス流路４１０は、燃料電池１００からカソードオフガスが排出される流路である。調圧弁４２０は、排ガス流路４１０に設けられており、燃料電池１００中の酸化ガスの圧力を調整する。燃料ガス排出流路４３０は、気液分離器１２９と、排ガス流路４１０とを接続している。燃料ガス排出流路４３０には、パージ弁４４０が設けられている。制御部２００は、アノードオフガス中の窒素濃度が高くなったとき、あるいは、気液分離器１２９中の水の量が多くなったときには、パージ弁４４０を開弁して、気液分離器１２９から水とガスとを排出する。これにより、既述したように流路内を循環する燃料ガス中の不純物の濃度が低減される。燃料ガス排出流路４３０は、調圧弁４２０よりも下流側の部位において排ガス流路４１０に接続されており、パージ弁４４０を介して排出されるアノードオフガス中の水素は、大気放出に先立ってカソードオフガスにより希釈される。

酸化ガスバイパス流路４５０は、酸化ガス供給流路１４１と、排ガス流路４１０とを接続する。酸化ガスバイパス流路４５０と酸化ガス供給流路１４１との接続部には、既述した分流弁１４４が設けられている。

冷却系５００は、冷媒供給流路５１０と、冷媒排出流路５１５と、冷媒ポンプ５２５と、ラジエータ５３０と、を備える。冷媒供給流路５１０は、燃料電池１００に冷媒を供給するための流路であり、冷媒供給流路５１０には、流路内を流れる冷媒流量を調節する冷媒ポンプ５２５が配置されている。冷媒排出流路５１５は、燃料電池１００から冷媒を排出するための流路である。冷媒排出流路５１５の下流部と冷媒供給流路５１０の上流部の間には、冷媒を冷却するためのラジエータ５３０が設けられている。ラジエータ５３０には、ラジエータファン５３５が設けられている。ラジエータ５３０は、ラジエータファン５３５から送られる風と、燃料電池車両２０の走行風とを利用して、冷媒を冷却する。

電力回路６００は、燃料電池システム３０の一部でもある燃料電池１００と、ＦＣ昇圧コンバータ６０５（ＦＤＣ６０５）と、インバータ６１０と、バッテリコンバータ６３０と、２次電池６５０と、を備える。電力回路６００には、駆動モータ１７０を含む種々の補機が接続されている。

ＦＣ昇圧コンバータ６０５は、燃料電池１００の出力電圧を駆動モータ１７０で利用可能な高電圧に昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータである。インバータ６１０は、ＦＣ昇圧コンバータ６０５で昇圧された直流電圧を交流電圧に変換して、駆動モータ１７０に供給する。駆動モータ１７０は、車両の車輪を駆動するモータであり、車両の減速時には回生して回生電力を発生させる。

バッテリコンバータ６３０は、ＦＣ昇圧コンバータ６０５で昇圧された電圧や駆動モータ１７０の回生運転で生じた電圧を降圧して２次電池６５０に供給し、あるいは、２次電池６５０の電圧を昇圧してインバータ６１０に供給する双方向のＤＣ／ＤＣコンバータである。２次電池６５０は、燃料電池１００が発電した電力や、駆動モータ１７０からの回生電力を蓄電可能であり、駆動モータ１７０を含む負荷に電力供給する電源として機能する。２次電池６５０は、例えばリチウムイオン電池やニッケル水素電池で構成することができる。２次電池６５０は、充放電可能な蓄電装置であればよい。このような蓄電装置は、２次電池により構成する他、たとえば、コンデンサとすることもできる。なお、２次電池６５０には、２次電池６５０の電圧、電流、および残存容量（ＳＯＣ）等の動作状態を検知するためのバッテリセンサ６５５が設けられている。

制御部２００は、マイクロコンピュータによって構成されており、ＣＰＵと、ＲＯＭと、ＲＡＭと、入出力ポートと、を有する。制御部２００は、燃料電池システム３０の発電制御を行なうと共に、電力回路６００を含む燃料電池車両２０全体の制御を行なう。制御部２００は、燃料電池車両２０の各部に設けられたセンサ（燃料電池システム３０の各部に設けたセンサ、アクセル開度センサ、シフトポジションセンサ、外気温センサ、および車速センサを含む）からの出力信号を取得する。そして、制御部２００は、燃料電池車両２０における発電や走行等に係る各部に駆動信号を出力する。なお、上記した機能を果たす制御部２００は、単一の制御部として構成される必要はない。例えば、燃料電池システム３０の動作に係る制御部や、燃料電池車両２０の走行に係る制御部や、走行に関わらない車両補機の制御を行なう制御部など、複数の制御部によって構成し、これら複数の制御部間で、必要な情報をやり取りすることとしても良い。

（Ａ－２）目標電力の制御：
図２は、燃料電池車両２０の制御部２００のＣＰＵで実行される燃料電池出力制御処理ルーチンを表わすフローチャートである。本ルーチンは、燃料電池車両２０を走行可能にするために燃料電池システム３０を始動させる指示が入力されたとき、具体的には、運転者によりスタートスイッチ（図示せず）が押されたときに起動され、停止の指示が入力されるまで(例えば、スタートスイッチがオフにされるまで）、繰り返し実行される。

本ルーチンが起動されると、制御部２００のＣＰＵは、アクセル開度センサおよび車速センサからアクセル開度および車速を取得する（ステップＳ１００）。そして、取得したアクセル開度および車速を用いて、燃料電池１００に対する要求電力を算出する（ステップＳ１１０）。その後、制御部２００のＣＰＵは、ステップＳ１１０で算出した要求電力を用いて、燃料電池１００が発電すべき目標電力を設定する（ステップＳ１２０）。このステップＳ１２０では、制御部２００のＣＰＵは、要求電力の変動よりも目標電力の変動を小さくする変動抑制処理を実行する。変動抑制処理については、後に詳しく説明する。

ステップＳ１２０で目標電力を設定すると、制御部２００のＣＰＵは、燃料電池１００が目標電力を発電するように発電制御を行なって、すなわち、目標電力を燃料電池１００が発電するための指示信号を各部に出力して（ステップＳ１３０）、本ルーチンを終了する。具体的には、燃料電池１００が目標電力１００を発電可能となる量の燃料ガスおよび酸化ガスが燃料電池１００に供給されるように、燃料ガス供給系１２０および酸化ガス供給系１４０の各部を制御する。また、制御部２００は、ＦＣ昇圧コンバータ６０５と、インバータ６１０と、バッテリコンバータ６３０と、を制御する。

図３は、要求電力および目標電力の経時的な変化の一例を模式的に表わす説明図である。図３では、要求電力Ｗiqを実線で示しており、目標電力Ｗmaを破線で示している。既述したように、目標電力Ｗmaは、要求電力Ｗiqを用いて設定される際に、変動抑制処理によって、要求電力Ｗiqの変動よりも目標電力Ｗmaの変動が小さくされている。そのため、目標電力Ｗmaは、要求電力Ｗiqよりも、緩やかに変動する。ここで、「要求電力Ｗiqの変動よりも目標電力Ｗmaの変動が小さい」とは、既述したように燃料電池出力制御処理ルーチンを繰り返し実行する際に、ステップＳ１２０で設定する目標電力と前回のステップＳ１２０で設定した目標電力との差の平均が、変動抑制処理を行なう期間にわたって、ステップＳ１１０で算出する要求電力と前回のステップＳ１１０で算出した要求電力との差の平均よりも、小さくなることをいう。

図３に示すように、要求電力Ｗiqが比較的大きい状態から比較的小さい状態に変化すると、要求電力Ｗiqよりも目標電力Ｗmaの方が大きくなって、燃料電池１００によって要求電力Ｗiqよりも過剰に発電された電力が、２次電池６５０に充電される場合がある。また、要求電力Ｗiqが比較的小さい状態から比較的大きい状態に変化すると、要求電力Ｗiqよりも目標電力Ｗmaの方が小さくなって、要求電力Ｗiqに対して燃料電池１００の発電電力では不足する電力が、２次電池６５０の放電により賄われる場合がある。以下では、変動抑制処理として採用し得る処理の例を説明する。

（Ａ－３）ローパスフィルタ処理：
図４は、一次遅れのローパスフィルタの伝達関数を概念的に示す図である。図４において、Τは時定数である。ローパスフィルタ処理において、時定数を大きくするほど、要求電力の変動よりも目標電力の変動を小さくする程度を高めることができる。時定数は、例えば、１０秒以上とすることができ、６０秒以上とすることが好ましく、１２０秒以上とすることがより好ましく、１８０秒以上とすることがさらに好ましい。また、時定数は、例えば、５００秒以下とすることができ、４００秒以下とすることが好ましい。本実施形態では、時定数を例えば３００秒としている。ローパスフィルタ処理としては、種々の態様のなまし処理が採用可能である。以下では、ローパスフィルタ処理の具体例について説明する。

図５は、変動抑制処理として要求電力Ｗiqの変動に対してローパスフィルタを適用して目標電力Ｗmaを設定するローパスフィルタ処理を行なう場合の、燃料電池出力制御処理ルーチンを、図２と同様にして示すフローチャートである。図５において、図２と共通する動作には同じステップ番号を付している。図５のステップＳ２２０が、変動抑制処理を伴うステップＳ１２０の動作に相当する。

図５では、変動抑制処理としてのローパスフィルタ処理の一例として、以下の（１）式を用いて目標電力Ｗma_ｎを算出する例を示す（ステップＳ２２０）。

Ｗma_ｎ ＝ αＷma_ｎ－１ ＋ （１－α）Ｗiq_ｎ … （１）
（ただし、０＜α＜１である。）

（１）式において、Ｗiq_ｎは、ステップＳ１１０で算出した要求電力Ｗiq_ｎである。Ｗma_ｎ－１は、後述するように、図５の燃料電池出力制御処理ルーチンを前回実施したときに、前回のステップＳ２２０において算出した目標電力Ｗma_ｎの値である。０＜α＜１の範囲の係数αの値が大きいほど、目標電力Ｗma_ｎにおいて要求電力Ｗiq_ｎの変動の影響を抑えて、要求電力の変動よりも目標電力の変動を小さくする程度を高めることができる。制御部２００のＣＰＵは、ステップＳ２２０で目標電力Ｗma_ｎを算出して、ステップＳ１３０で燃料電池システム３０の各部に指示信号を出力した後、ステップＳ２２０で算出した目標電力Ｗma_ｎを、Ｗma_ｎ－１として（ステップ２４０）、本ルーチンを終了する。

なお、図５に示す動作においては、αの値と、サンプリング周波数（図５のルーチンを実行する時間間隔）とによって、時定数を任意に設定することができ、αの値が大きいほど、また、上記ルーチンを実行する時間間隔が大きいほど、時定数が大きくなる。

（Ａ－４）平準化処理：
図６は、変動抑制処理の他の例として、平準化処理を説明するための図である。平準化処理においては、現時点である時点ｔｎよりも予め定めた基準期間ｔａを遡った時点ｔ１から現時点ｔｎまでの間に、図２に示す処理によって繰り返し設定された各々の目標電力Ｗmaの値と、現時点の要求電力Ｗiqt_ｎと、の代表値を、時点ｔｎにおける目標電力Ｗmat_ｎとして設定する。代表値としては、例えば、平均値、中央値、最頻値を用いることができる。以下では、代表値として平均値を用いる例を説明する。代表値として平均値を用いる場合、時点ｔｎにおける目標電力Ｗmat_ｎは、以下の（２）式で表わすことができる。（２）式は、時点ｔ１から現時点ｔｎまでの間に、目標電力Ｗmaを設定する動作を（ｎ－１）回行なう場合を示している。

Ｗmat_ｎ ＝ （Ｗmat_１＋Ｗmat_２＋・・＋Ｗmat_ｎ－１＋Ｗiqt_ｎ）／ｎ … （２）

なお、上記（２）式に示す平準化処理では、現時点ｔｎよりも基準期間ｔａを遡った時点ｔ１から、現時点ｔｎまで（前回目標電力Ｗmaを設定するまで）の間に設定された各々の目標電力Ｗmaの値と、現時点の要求電力Ｗiqt_ｎと、の代表値を、目標電力Ｗmat_ｎとして設定したが、異なる構成としてもよい。例えば、現時点ｔｎよりも予め定めた基準期間ｔａを遡った時点ｔ１から、現時点ｔｎまで（前回目標電力Ｗmaを設定するまで）の間に算出された各々の要求電力Ｗiqの値と、現時点の要求電力Ｗiqt_ｎと、の代表値を、目標電力Ｗmat_ｎとして設定してもよい。このようにして目標電力Ｗmat_ｎを求める際に、代表値として平均値を用いる場合の式を、以下に（３）式として示す。

Ｗmat_ｎ ＝ （Ｗiqt_１＋Ｗiqt_２＋・・＋Ｗiqt_ｎ－１＋Ｗiqt_ｎ）／ｎ … （３）

（Ａ－５）変化速度規制処理：
図７は、変動抑制処理の他の例として、変化速度規制処理を行なう場合の、燃料電池出力制御処理ルーチンを、図２と同様にして示すフローチャートである。図７において、図２と共通する動作には同じステップ番号を付している。図７のステップＳ３００～Ｓ３１０が、変動抑制処理を伴うステップＳ１２０の動作に相当する。

変動抑制処理として変化速度規制処理を実行する場合には、制御部２００のＣＰＵは、ステップＳ１１０で現在（時点ｔｎ）の要求電力Ｗiq_ｎを算出すると、要求電力Ｗiq_ｎと、前回のステップＳ１２０（後述するステップＳ３０４、Ｓ３０６、Ｓ３１０のいずれか）で目標電力Ｗma_ｎとして設定した目標電力Ｗma_ｎ－１と、の差と、０とを比較する（ステップＳ３００）。上記差が０以上である場合（ステップＳ３００：ＹＥＳ）、すなわち、要求電力Ｗiq_ｎが前回の目標電力Ｗma_ｎ－１よりも増加しているあるいは同じである場合には、制御部２００のＣＰＵは、要求電力Ｗiq_ｎと前回の目標電力Ｗma_ｎ－１との差の単位時間当たりの変化量（増加量）と、予め定めた目標電力の単位時間当たりの増加量の上限値Ｗａと、を比較する（ステップＳ３０２）。

要求電力Ｗiq_ｎと前回の目標電力Ｗma_ｎ－１との差の単位時間当たりの変化量が、上限値Ｗａを超える場合には（ステップＳ３０２：ＹＥＳ）、制御部２００のＣＰＵは、上限値Ｗａを、時点ｔｎにおける目標電力Ｗmaｎに設定する（ステップＳ３０４）。要求電力Ｗiq_ｎと前回の目標電力Ｗma_ｎ－１との差の単位時間当たりの変化量が、上限値Ｗａ以下である場合には（ステップＳ３０２：ＮＯ）、制御部２００のＣＰＵは、要求電力Ｗiq_ｎを、時点ｔｎにおける目標電力Ｗmaｎに設定する（ステップＳ３０６）。

ステップＳ３００において、要求電力Ｗiq_ｎと前回の目標電力Ｗma_ｎ－１との差が０未満である場合（ステップＳ３００：ＮＯ）、すなわち、要求電力Ｗiq_ｎが前回の目標電力Ｗma_ｎ－１よりも減少しているときには、制御部２００のＣＰＵは、要求電力Ｗiq_ｎと前回の目標電力Ｗma_ｎ－１との差の単位時間当たりの変化量（減少量）と、予め定めた目標電力の単位時間当たりの減少量の下限値Ｗｂとを、比較する（ステップＳ３０８）。要求電力Ｗiq_ｎと前回の目標電力Ｗma_ｎ－１との差の単位時間当たりの変化量が、下限値Ｗｂ以下である場合には（ステップＳ３０８：ＮＯ）、制御部２００のＣＰＵは、要求電力Ｗiq_ｎを、時点ｔｎにおける目標電力Ｗma_ｎに設定する（ステップＳ３０６）。要求電力Ｗiq_ｎと前回の目標電力Ｗma_ｎ－１との差の単位時間当たりの変化量が、下限値Ｗｂを超える場合には（ステップＳ３０８：ＹＥＳ）、制御部２００のＣＰＵは、下限値Ｗｂを、時点ｔｎにおける目標電力Ｗma_ｎに設定する（ステップＳ３１０）。

制御部２００のＣＰＵは、ステップＳ３０４、Ｓ３０６、Ｓ３１０のいずれかで目標電力Ｗma_ｎを設定して、ステップＳ１３０で燃料電池システム３０の各部に指示信号を出力した後、ステップＳ３０４、Ｓ３０６、Ｓ３１０のいずれかで設定した目標電力Ｗma_ｎを、Ｗma_ｎ－１として（ステップ３４０）、本ルーチンを終了する。

このようにすることで、要求電力Ｗiqが大きく変動する場合であっても、要求電力Ｗiq_ｎと前回の目標電力Ｗma_ｎ－１との差の単位時間当たりの変化量は、上限値Ｗａ以下および下限値Ｗｂ以上に維持される。そのため、要求電力Ｗiqが変動するときに、全体として、要求電力Ｗiqの変動よりも目標電力Ｗmaの変動が小さく抑えられる。

（Ａ－６）段階化処理：
図８は、変動抑制処理の他の例として、段階化処理を説明するための図である。段階化処理においては、取り得る要求電力Ｗiqの範囲を複数の区分範囲に分割し、要求電力Ｗiqが同じ区分範囲に属するときには同じ目標電力Ｗmaが設定されるように、要求電力Ｗiqの増加に従って目標電力Ｗmaが段階的に増加される。図８では、要求電力Ｗiqの区分範囲Ｄ_Ａ、Ｄ_Ｂ、Ｄ_Ｃ、Ｄ_Ｄにおいて、目標電力Ｗmaとして、Ｗ_ＤＡ、Ｗ_ＤＢ、Ｗ_ＤＣ、Ｗ_ＤＤがそれぞれ設定されることが示されている。要求電力Ｗiqと目標電力Ｗmaとの関係を示す図８のようなマップを予め制御部２００のメモリ内に記憶しておき、ステップＳ１２０では当該マップを参照して目標電力Ｗmaを設定すればよい。

このようにすることで、要求電力Ｗiqが変動する場合であっても、要求電力Ｗiqが同じ区分範囲内で変動するときには同じ目標電力Ｗmaが設定されるため、全体として、要求電力Ｗiqの変動よりも目標電力Ｗmaの変動が小さく抑えられる。なお、図８のマップにおいてヒステリシスを設けることで、ハンチングを抑制することができる。

本実施形態の燃料電池システム３０では、負荷要求に応じて燃料電池１００が発電するとき、具体的には、要求電力Ｗiqを用いて目標電力Ｗmaを設定する制御を行なうときには、継続的に、いずれかの変動抑制処理を実行する。ただし、何らかの条件下で負荷要求に関わらず燃料電池１００の発電を停止したり、要求電力Ｗiqを用いることなく燃料電池１００の目標電力Ｗmaを特定の値に設定するなど、変動抑制処理を実行しない運転モードをさらに有していてもよい。

以上のように構成された本実施形態の燃料電池システム３０によれば、燃料電池１００に対する要求電力Ｗiqを用いて目標電力Ｗmaを設定する際に、要求電力Ｗiqの変動よりも目標電力Ｗmaの変動を小さくする変動抑制処理が実行される。そのため、要求電力の変動に伴って燃料電池１００の発電量が変動することに起因する不都合を抑えることができる。燃料電池１００の発電量が変動することに起因する不都合としては、例えば、燃料電池１００の発電量の変動に伴って燃料電池１００の電極電位が変動することにより、電極が備える触媒が次第に劣化する不都合が挙げられる。また、燃料電池１００の各単セルが備える膜－電極接合体に用いられる高分子電解質や接着剤としての樹脂等が、燃料電池１００の発電量の変動に伴って湿潤化と乾燥とを繰り返すことにより次第に劣化する不都合が挙げられる。あるいは、燃料電池１００の発電量の変動に伴って、燃料電池１００に反応ガスを供給するためのポンプ等の補機類（例えば、図１に示す循環ポンプ１２７やコンプレッサ１３０、あるいは、冷媒ポンプ５２５やラジエータファン５３５など）の回転数が変動することにより、これらの補機類の耐久性が、次第に低下する不都合が挙げられる。本実施形態によれば、これらの不都合を抑えることができる。

Ｂ．第２実施形態：
（Ｂ－１）目標電力の制御：
図９は、本発明の第２実施形態としての燃料電池システム３０の制御部２００において、図２に示す第１実施形態の制御処理に代えて実行される燃料電池出力制御処理ルーチンを表わすフローチャートである。第２実施形態の燃料電池システム３０は、第１実施形態と同様の構成を備えている。図９では、図２と共通する工程には同じステップ番号を付した。

第２実施形態では、制御部２００のＣＰＵは、ステップＳ１１０で要求電力を算出した後、許容充電電力Ｗｉｎを取得する（ステップＳ４１２）。許容充電電力Ｗｉｎとは、２次電池６５０の充電電力の上限として定められている値であって、２次電池６５０の充電性能を示す値である。許容充電電力Ｗｉｎが大きいほど、充電性能が高いことを示し、より多くの電力を充電可能であることを示す。許容充電電力Ｗｉｎは、２次電池６５０の残存容量（ＳＯＣ）と２次電池６５０の温度とによって定まる値であり、許容充電電力Ｗｉｎと、２次電池６５０の残存容量および温度との関係が、燃料電池１００ごとに予め定められて、当該関係を示すマップが、予め制御部２００のメモリに記憶されている。制御部２００のＣＰＵは、ステップＳ４１２において、バッテリセンサ６５５から２次電池６５０の残存容量を取得すると共に、図示しない温度センサから２次電池６５０の温度を取得し、上記マップを参照することにより、許容充電電力Ｗｉｎを取得する。

ステップＳ４１２において許容充電電力Ｗｉｎを取得すると、制御部２００のＣＰＵは、許容充電電力Ｗｉｎと、燃料電池の最大発電電力（ＦＣ最大発電電力とも呼ぶ）とを比較する（ステップＳ４１４）。ＦＣ最大発電電力とは、燃料電池１００が発電できる電力の最大値であり、燃料電池１００ごとに予め定められて、制御部２００のメモリ内に記憶されている。なお、ステップＳ４１４で用いるＦＣ最大発電電力は、カタログ値のように予め定められた特定の値を用いることとしてもよく、あるいは、燃料電池１００の発電性能に影響を与える燃料電池温度等を考慮して、現在の燃料電池１００の状態に即して修正した値を用いてもよい。

ステップＳ４１４において、許容充電電力ＷｉｎがＦＣ最大発電電力以上であると判断すると（ステップＳ４１４：ＹＥＳ）、制御部２００のＣＰＵは、第１実施形態と同様の通常の変動抑制処理により、目標電力Ｗmaを設定する（ステップＳ１２０）。

ステップＳ４１４において、許容充電電力ＷｉｎがＦＣ最大発電電力未満であると判断すると（ステップＳ４１４：ＮＯ）、制御部２００のＣＰＵは、変動抑制処理を行なう際に要求電力の変動よりも目標電力の変動を小さくする程度を、許容充電電力ＷｉｎがＦＣ最大発電電力を上回る場合よりも抑える処理（以下、変動抑制制限処理とも呼ぶ）により、目標電力を設定する（ステップＳ４１６）。ステップＳ４１６では、要求電力の変動よりも目標電力の変動を小さくする程度を抑えることにより、ステップＳ１２０の変動抑制処理に比べて、目標電力および燃料電池１００の発電電力が要求電力に追従する程度が、より高まる。このとき、制御部２００のＣＰＵは、要求電力の変動よりも目標電力の変動を小さくする程度を、燃料電池システム３０の運転状態に応じて抑える「変動抑制制限部」として機能する。第２実施形態では、上記「燃料電池システム３０の運転状態」は、許容充電電力Ｗｉｎである。ステップＳ１２０あるいはステップＳ４１６において目標電力を設定すると、制御部２００のＣＰＵは、目標電力を発電するための指示信号を出力して（ステップＳ１３０）本ルーチンを終了する。以下では、ステップＳ４１６における変動抑制制限部による動作を、既述した変動抑制処理の例ごとに、具体的に説明する。

（Ｂ－２）変動抑制制限部の動作：
変動抑制処理がローパスフィルタ処理の場合には、ステップＳ４１６において、ローパスフィルタ処理の時定数を小さく変更することにより、要求電力の変動よりも目標電力の変動を小さくする程度を抑えればよい。

変動抑制処理が平準化処理の場合には、ステップＳ４１６において、図６に示した基準期間ｔａを、より短く変更すればよい。基準期間ｔａを短くすることは、目標電力を設定する際に平準化のために過去に遡る期間が、より短くなることを意味する。そのため、基準期間ｔａを短くすると、目標電力が要求電力に追従し易くなり、要求電力の変動よりも目標電力の変動を小さくする程度が抑えられる。

変動抑制処理が変化速度規制処理の場合には、ステップＳ４１６において、要求電力Ｗiq_ｎと前回の目標電力Ｗma_ｎ－１との差の単位時間当たりの変化量の上限値Ｗａを、大きく変更すると共に、上記差の単位時間当たりの変化量の下限値Ｗｂを、小さく変更すればよい。その結果、目標電力が要求電力に追従し易くなり、要求電力の変動よりも目標電力の変動を小さくする程度が抑えられる。

変動抑制処理が段階化処理の場合には、ステップＳ４１６において、図８に示した区分範囲の数を、より多くすればよい。制御部２００は、要求電力の増加に従って目標電力が段階的に増加する関係を示す図８のようなマップとして、区分範囲の数の異なる複数のマップを予め記憶しておき、ステップＳ４１６では、区分範囲の数がより多いマップに変更して、変動抑制処理を実行すればよい。区分範囲の数を多くすると、目標電力が要求電力に追従し易くなり、要求電力の変動よりも目標電力の変動を小さくする程度が抑えられる。

このような構成とすれば、２次電池６５０が過充電となることを抑え、過充電に起因する２次電池６５０の劣化を抑えることができる。許容充電電力ＷｉｎがＦＣ最大発電電力未満であるときに、仮に、変動抑制処理の結果として燃料電池１００がＦＣ最大発電電力にて発電すると共に、そのときの要求電力がほぼゼロになった場合すなわち、要求電力が極めて大きい状態が継続した後に要求電力が極めて小さい状態に急激に変化する場合には、燃料電池１００の発電電力が２次電池６５０の許容充電電力Ｗｉｎを超える可能性がある。燃料電池１００の発電電力が許容充電電力Ｗｉｎを超えると、２次電池６５０の過充電が生じ得る。上記は最悪条件を想定したものであり、許容充電電力ＷｉｎがＦＣ最大発電電力未満であるときに、要求電力の変動よりも目標電力の変動を小さくする程度を抑えて、目標電力が要求電力に追従する程度を高めることにより、上記過充電の発生を抑えることができる。本実施形態の制御は、過充電に起因する２次電池６５０の劣化の可能性が高まったときには、要求電力の変動に起因する燃料電池システム３０の各部の劣化等の抑制に優先して、２次電池６５０の過充電を抑える制御といえる。

なお、ステップＳ４１６において変動抑制を小さくする程度は、常に一律とするのではなく、許容充電電力ＷｉｎとＦＣ最大発電電力との差に応じて変更してもよい。すなわち、許容充電電力ＷｉｎよりもＦＣ最大発電電力の方が大きいほど、要求電力の変動よりも目標電力の変動を小さくする程度を、より抑えることとしてもよい。具体的には、例えば、許容充電電力ＷｉｎよりもＦＣ最大発電電力の方が大きいほど、ローパスフィルタ処理における時定数をより小さくしてもよい。また、許容充電電力ＷｉｎよりもＦＣ最大発電電力の方が大きいほど、平準化処理における基準期間ｔａをより短くしてもよい。また、許容充電電力ＷｉｎよりもＦＣ最大発電電力の方が大きいほど、変化速度規制処理における上限値Ｗａを大きくすると共に、下限値Ｗｂを小さくしてもよい。あるいは、許容充電電力ＷｉｎよりもＦＣ最大発電電力の方が大きいほど、段階化処理における区分範囲の数を多くしてもよい。その結果、許容充電電力ＷｉｎよりもＦＣ最大発電電力の方が大きいほど、変動抑制を小さくする程度を高めて、目標電力に対する要求電力の追従性を高めることができる。

Ｃ．第３実施形態：
図１０は、本発明の第３実施形態としての燃料電池システム３０の制御部２００において、図２に示す第１実施形態の制御処理に代えて実行される燃料電池出力制御処理ルーチンを表わすフローチャートである。第３実施形態の燃料電池システム３０は、第１実施形態と同様の構成を備えている。図１０では、図２と共通する工程には同じステップ番号を付した。

第３実施形態では、制御部２００のＣＰＵは、ステップＳ１１０で要求電力を算出した後、許容出力電力Ｗｏｕｔを取得する（ステップＳ５１２）。許容出力電力Ｗｏｕｔとは、２次電池６５０の出力電力の上限であって、２次電池６５０の放電性能を示す値である。許容出力電力Ｗｏｕｔが大きいほど、放電性能が高いことを示し、より多くの電力を出力可能であることを示す。許容出力電力Ｗｏｕｔは、２次電池６５０の残存容量（ＳＯＣ）と２次電池６５０の温度とによって定まる値であり、許容出力電力Ｗｏｕｔと、２次電池６５０の残存容量および温度との関係が、燃料電池１００ごとに予め定められて、当該関係を示すマップが、予め制御部２００のメモリに記憶されている。制御部２００のＣＰＵは、ステップＳ５１２において、バッテリセンサ６５５から２次電池６５０の残存容量を取得すると共に、図示しない温度センサから２次電池６５０の温度を取得し、上記マップを参照することにより、許容出力電力Ｗｏｕｔを取得する。

ステップＳ５１２において許容出力電力Ｗｏｕｔを取得すると、制御部２００のＣＰＵは、許容出力電力Ｗｏｕｔと、負荷における最大消費電力とを比較する（ステップＳ５１４）。負荷における最大消費電力は、燃料電池システム３０から電力を供給される負荷全体（例えば燃料電池車両２０全体）の消費電力の最大値とすることができる。ただし、燃料電池システム３０から電力供給される負荷のうちの最も大きな負荷は燃料電池車両２０の駆動モータ１７０であるため、上記負荷における最大消費電力は、駆動モータ１７０における消費電力の最大値としてもよい。あるいは、負荷における最大消費電力は、駆動モータ１７０の消費電力に加えて、さらに燃料電池補機や車両補機の消費電力を考慮して設定してもよい。負荷における最大消費電力は、予め定めて、制御部２００のメモリ内に記憶しておけばよい。

ステップＳ５１４において、許容出力電力Ｗｏｕｔが最大消費電力以上であると判断すると（ステップＳ５１４：ＹＥＳ）、制御部２００のＣＰＵは、第１実施形態と同様の通常の変動抑制処理により、目標電力を設定する（ステップＳ１２０）。

ステップＳ５１４において、許容出力電力Ｗｏｕｔが最大消費電力未満であると判断すると（ステップＳ５１４：ＮＯ）、制御部２００のＣＰＵは、変動抑制処理を行なう際に要求電力の変動よりも目標電力の変動を小さくする程度を、許容出力電力Ｗｏｕｔが最大消費電力を上回る場合よりも抑える変動抑制制限処理により、目標電力を設定する（ステップＳ５１６）。このステップＳ５１６の動作は、第２実施形態のステップＳ４１６の動作と同様に行なわれるため、詳しい説明は省略する。

ステップＳ５１６において、制御部２００のＣＰＵは、要求電力の変動よりも目標電力の変動を小さくする程度を、燃料電池システム３０の運転状態に応じて抑える「変動抑制制限部」として機能する。第３実施形態では、上記「燃料電池システム３０の運転状態」は、許容出力電力Ｗｏｕｔである。ステップＳ１２０あるいはステップＳ５１６において目標電力を設定すると、制御部２００のＣＰＵは、目標電力を発電するための指示信号を出力して（ステップＳ１３０）本ルーチンを終了する。

このような構成とすれば、燃料電池システム３０において、２次電池６５０の残存容量が過剰に少なくなることを抑えることができる。その結果、変動抑制処理を行なう際に、要求電力に対して燃料電池システム３０から供給される電力が不足することを抑え、燃料電池車両２０において、２次電池６５０の残存容量不足に起因するドライバビリティの悪化を抑えることができる。許容出力電力Ｗｏｕｔが最大消費電力未満であるときに、仮に、変動抑制処理の結果として燃料電池１００の出力がほぼゼロになると共に、そのときの負荷の要求電力が最大消費電力になった場合、すなわち、要求電力が極めて小さい状態が継続した後に要求電力が極めて大きい状態に急激に変化する場合には、負荷の最大消費電力のほぼ全量を、２次電池６５０から供給する必要が生じる可能性がある。しかしながら、２次電池６５０は許容出力電力Ｗｏｕｔを超えて出力することができないため、負荷、すなわち駆動モータ１７０は、要求する電力を供給されることができず、燃料電池車両２０のドライバビリティが悪化する可能性がある。上記は最悪条件を想定したものであり、許容出力電力Ｗｏｕｔが最大消費電力未満であるときに、要求電力の変動よりも目標電力の変動を小さくする程度を抑えて、目標電力が要求電力に追従する程度を高めることにより、２次電池６５０の残存容量が過剰に少なくなることを抑えることができる。その結果、２次電池６５０からの出力不足に起因するドライバビリティの悪化を抑えることができる。本実施形態の制御は、２次電池６５０の残存容量不足に起因するドライバビリティの悪化の可能性が高まったときには、要求電力の変動に起因する燃料電池システム３０の各部の劣化等の抑制に優先して、２次電池６５０の残存容量不足を抑える制御といえる。

なお、ステップＳ５１６において変動抑制を小さくする程度は、常に一律とするのではなく、許容出力電力Ｗｏｕｔと最大消費電力との差に応じて変更してもよい。すなわち、許容出力電力Ｗｏｕｔよりも最大消費電力の方が大きいほど、要求電力の変動よりも目標電力の変動を小さくする程度を、より抑えることとしてもよい。変動抑制処理において、要求電力の変動よりも目標電力の変動を小さくする程度を、より抑えるための具体的な動作は、第２実施形態で説明した動作と同様とすることができる。

Ｄ．第４実施形態：
図１１は、本発明の第４実施形態としての燃料電池システム３０の制御部２００において、図２に示す第１実施形態の制御処理に代えて実行される燃料電池出力制御処理ルーチンを表わすフローチャートである。第４実施形態の燃料電池システム３０は、第１実施形態と同様の構成を備えている。図１１では、図２と共通する工程には同じステップ番号を付した。

第４実施形態では、制御部２００のＣＰＵは、ステップＳ１１０で要求電力を算出した後、車速センサから燃料電池車両２０の車速を取得し（ステップＳ６１２）、取得した車速と、予め定めた第１基準値Ｖ_ａ１と、を比較する（ステップＳ６１４）。第１基準値Ｖ_ａ１は、燃料電池車両２０が停止状態あるいは停止状態に近い低速走行状態であることを示す基準値として予め設定されて、制御部２００のメモリ内に記憶されている。第１基準値Ｖ_ａ１は、例えば、１０ｋｍ／ｈとすることができる。

ステップＳ６１４において、車速が第１基準値Ｖ_ａ１を超えると判断すると（ステップＳ６１４：ＹＥＳ）、制御部２００のＣＰＵは、第１実施形態と同様の通常の変動抑制処理により、目標電力を設定する（ステップＳ１２０）。

ステップＳ６１４において、車速が第１基準値Ｖ_ａ１以下であると判断すると（ステップＳ６１４：ＮＯ）、制御部２００のＣＰＵは、変動抑制処理を行なう際に要求電力の変動よりも目標電力の変動を小さくする程度を、車速が第１基準値Ｖ_ａ１を超える場合よりも抑える変動抑制制限処理により、目標電力を設定する（ステップＳ６１６）。このステップＳ６１６の動作は、第２実施形態のステップＳ４１６の動作と同様に行なわれるため、詳しい説明は省略する。

ステップＳ６１６において、制御部２００のＣＰＵは、要求電力の変動よりも目標電力の変動を小さくする程度を、燃料電池システム３０の運転状態に応じて抑える「変動抑制制限部」として機能する。第４実施形態では、上記「燃料電池システム３０の運転状態」は、燃料電池車両２０の車速である。ステップＳ１２０あるいはステップＳ６１６において目標電力を設定すると、制御部２００のＣＰＵは、目標電力を発電するための指示信号を出力して（ステップＳ１３０）本ルーチンを終了する。

このような構成とすれば、燃料電池車両２０が停止状態あるいは停止状態に近い低速走行状態のときに、燃料電池１００が要求電力よりも多くの電力を発電する状態が継続されることを抑えることによって、発電に起因する騒音や振動が車両の使用者に違和感を与えることを抑えることができる。燃料電池車両２０が停止状態あるいは停止状態に近い低速走行状態のときには、一般に、燃料電池車両２０の各部の駆動状態が抑えられて、車両全体として騒音や振動が抑えられた状態となるため、燃料電池１００の発電に起因する騒音や振動が車両の使用者に違和感を与え易い。本実施形態の制御は、燃料電池車両２０が停止状態あるいは停止状態に近い低速走行状態のときには、要求電力の変動に起因する燃料電池システム３０の各部の劣化等の抑制に優先して、燃料電池車両２０の騒音や振動を抑える制御といえる。

本実施形態では、第１基準値Ｖ_ａ１を、燃料電池車両２０が停止状態あるいは停止状態に近い低速走行状態であることを示す基準値として設定したが、異なる構成としてもよい。燃料電池車両２０が比較的低速で走行するときには、一般に、燃料電池１００の発電に起因する騒音や振動が車両の使用者に違和感を与え易い。そのため、抑制したい騒音や振動の程度に応じて、第１基準値Ｖ_ａ１を適宜設定すればよい。

なお、ステップＳ６１６において変動抑制を小さくする程度は、常に一律とするのではなく、車速と第１基準値Ｖ_ａ１との差に応じて変更してもよい。すなわち、第１基準値Ｖ_ａ１よりも車速が小さいほど、要求電力の変動よりも目標電力の変動を小さくする程度を、より抑えることとしてもよい。変動抑制処理において、要求電力の変動よりも目標電力の変動を小さくする程度を、より抑えるための具体的な動作は、第２実施形態で説明した動作と同様とすることができる。

Ｅ．第５実施形態：
図１２は、本発明の第５実施形態としての燃料電池システム３０の制御部２００において、図２に示す第１実施形態の制御処理に代えて実行される燃料電池出力制御処理ルーチンを表わすフローチャートである。第５実施形態の燃料電池システム３０は、第１実施形態と同様の構成を備えている。図１２では、図２と共通する工程には同じステップ番号を付した。

第５実施形態では、制御部２００のＣＰＵは、ステップＳ１１０で要求電力を算出した後、車速センサから燃料電池車両２０の車速を取得する（ステップＳ７１２）。そして、取得した車速と、予め定めた第２基準値Ｖ_ａ２と、を比較すると共に、燃料電池１００の出力状態の履歴が、予め定めた高出力状態に該当するか否かを判断する（ステップＳ７１４）。

第２基準値Ｖ_ａ２は、燃料電池システム３０のラジエータ５３０において、走行風を利用した冷媒の冷却が十分に行なわれなくなる程度に車速が遅いことを示す基準として予め設定されて、制御部２００のメモリ内に記憶されている。第２基準値Ｖ_ａ２は、例えば、８０ｋｍ／ｈ以下に設定することができ、６０ｋｍ／ｈ以下に設定してもよい。第２基準値Ｖ_ａ２は、ラジエータファン５３５を用いたときのラジエータ５３０における冷却性能や、冷媒の熱容量や、後述する「高出力状態」で想定される燃料電池１００の発電量等に応じて、適宜設定すればよい。第５実施形態の第２基準値Ｖ_ａ２は、第４実施形態の第１基準値Ｖ_ａ１よりも大きな値として設定することができる。

ステップＳ７１４の判断で用いる「高出力状態」とは、ステップＳ１２０に示す通常の変動抑制処理を継続した場合に、ラジエータ５３０において走行風が利用できないと、燃料電池１００の温度が望ましくない程度に上昇する可能性のある程度に、燃料電池１００が高出力となっている状態である。このような「高出力状態」は、予め定めて制御部２００のメモリ内に記憶しておけばよい。上記高出力状態は、任意に設定可能であるが、例えば、現時点よりも予め定めた判定期間を遡った時点から現時点までの間の、燃料電池１００の出力の大きさによって、設定することができる。「高出力状態」は、一例として、例えば上記判定期間を３００秒として、現時点まで、３００秒以上、燃料電池１００の最大出力の８０％以上の出力にて発電が継続して行なわれている状態とすることができる。「高出力状態」に係る燃料電池１００の出力状態の判断は、燃料電池１００が発電した発電電力を用いてもよく、制御部２００によって設定された目標電力を用いてもよい。

ステップＳ７１４において、車速が第２基準値Ｖ_ａ２以下であり、且つ、燃料電池１００の出力状態が上記高出力状態に該当する、という基準を満たさないと判断すると（ステップＳ７１４：ＮＯ）、制御部２００のＣＰＵは、第１実施形態と同様の通常の変動抑制処理により、目標電力を設定する（ステップＳ１２０）。

ステップＳ７１４において、車速が第２基準値Ｖ_ａ２以下であり、且つ、燃料電池１００の出力状態が上記高出力状態に該当すると判断すると（ステップＳ７１４：ＹＥＳ）、制御部２００のＣＰＵは、変動抑制処理を行なう際に要求電力の変動よりも目標電力の変動を小さくする程度を、車速が第２基準値Ｖ_ａ２以下であり、且つ、燃料電池１００の出力状態が上記高出力状態に該当する、という基準を満たさない場合よりも抑える変動抑制制限処理により、目標電力を設定する（ステップＳ７１６）。このステップＳ７１６の動作は、第２実施形態のステップＳ４１６の動作と同様に行なわれるため、詳しい説明は省略する。

ステップＳ７１６において、制御部２００のＣＰＵは、要求電力の変動よりも目標電力の変動を小さくする程度を、燃料電池システム３０の運転状態に応じて抑える「変動抑制制限部」として機能する。第５実施形態では、上記「燃料電池システム３０の運転状態」は、燃料電池車両２０の車速、および、現時点までの判定期間における燃料電池１００の発電量である。ステップＳ１２０あるいはステップＳ７１６において目標電力を設定すると、制御部２００のＣＰＵは、目標電力を発電するための指示信号を出力して（ステップＳ１３０）本ルーチンを終了する。

このような構成とすれば、燃料電池車両２０の車速が第２基準値Ｖ_ａ２以下であるために、ラジエータ５３０における走行風を利用した冷却能が比較的小さく、且つ、燃料電池１００の出力状態の履歴が高出力状態であるために、燃料電池１００の発電に伴う発熱量が比較的大きくなるときに、燃料電池１００の過剰な発熱を抑えることが可能になる。すなわち、通常の変動抑制処理を行なう場合に比べて、目標電力が要求電力に追従する程度を高めることにより、例えば、高出力状態の燃料電池１００の要求電力が低下した時には、より速やかに、目標電力を低減することが可能になる。その結果、車速が第２基準値Ｖ_ａ２以下であっても、燃料電池１００の発電量が過剰であることに起因して、燃料電池１００の温度が望ましくない程度に上昇することを抑えることができる。本実施形態の制御は、走行風を利用した燃料電池１００の冷却が不十分となる可能性が高まったときには、要求電力の変動に起因する燃料電池システム３０の各部の劣化等の抑制に優先して、燃料電池１００の昇温を抑える制御といえる。

なお、ステップＳ７１６において変動抑制を小さくする程度は、常に一律とするのではなく、車速と第２基準値Ｖ_ａ２との差、あるいは、燃料電池１００の出力状態に応じて変更してもよい。すなわち、第２基準値Ｖ_ａ２よりも車速が小さいほど、および／または、燃料電池１００の出力状態の履歴が高出力であるほど、要求電力の変動よりも目標電力の変動を小さくする程度を、より抑えることとしてもよい。変動抑制処理において、要求電力の変動よりも目標電力の変動を小さくする程度を、より抑えるための具体的な動作は、第２実施形態で説明した動作と同様とすることができる。

Ｆ．他の実施形態：
（Ｆ１）上記各実施形態では、変動抑制処理を実行する際に、要求電力に対して過剰に発電された電力は２次電池６５０に充電されると共に、要求電力に対して不足する電力は２次電池６５０から供給される。そのため、燃料電池システム３０の停止時には、２次電池６５０の残存容量が過渡的に低下している場合がある。そのような場合には、燃料電池システム３０を次回起動して、変動抑制処理を実行する際に、２次電池６５０の残存容量が不足して、所望の変動抑制処理を実行し難くなる場合が生じ得る。そのため、燃料電池システム３０の停止時に、２次電池６５０の残存容量が予め定めた基準値を下回る場合には、システム停止の指示入力がされた後にも燃料電池１００の発電を継続し、２次電池６５０の残存容量を上記基準値以上に回復してから燃料電池システム３０を停止することが望ましい。

また、燃料電池システム３０を長期にわたって停止する場合には、例えば自然放電によって２次電池６５０の残存容量が次第に低下し、燃料電池システム３０を次回に起動したときに、２次電池６５０の残存容量が不足する場合が生じ得る。そのため、燃料電池システム３０の停止中には、例えば定期的に制御部２００を起動して２次電池６５０の残存容量を監視し、２次電池６５０の残存容量が予め定めた基準値を下回ったときに燃料電池システム３０を起動して燃料電池１００による２次電池６５０の充電を行ない、２次電池６５０の残存容量を、上記基準値以上に維持することが望ましい。

（Ｆ２）変動抑制処理としては、上記各実施形態で説明したように種々の処理を採用可能であるが、燃料電池システムで採用する変動抑制処理は、予め特定の処理を定めることとしてもよく、複数種類の変動抑制処理の中から選択できることとしてもよい。例えば、燃料電池車両において、いずれかの変動処理を採用する複数種類の運転モードを選択可能であるときに、いずれの運転モードを採用するのかを、燃料電池車両２０の使用者や車両整備士等が選択して設定できることとしてもよい。あるいは、制御部２００が、燃料電池車両２０の走行状態やエネルギ効率等に基づいて、最も有利と判断される運転モードを自動で選択して設定する構成も望ましい。

（Ｆ３）上記各実施形態では、燃料電池システム３０を車両の駆動用電源として用いたが、異なる構成としても良い。例えば、車両以外の移動体の駆動用電源としてもよく、また、燃料電池システム３０を、定置型電源として用いても良い。変動抑制処理を実行することにより、燃料電池の出力変動に起因する不都合を抑える同様の効果が得られる。このとき、燃料電池の目標電力が要求電力に対して不足する場合の不足電力は、燃料電池システムが備える蓄電装置から供給するのではなく、燃料電池システムの外部から供給してもよい。また、燃料電池の目標電力が要求電力に対して過剰となる場合の過剰電力は、燃料電池システムが備える蓄電装置の充電に用いるのではなく、燃料電池システムの外部に供給してもよい。

本発明は、上述の実施形態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することができる。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の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上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、組み合わせを行うことが可能である。また、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、削除することが可能である。

２０…燃料電池車両、３０…燃料電池システム、１００…燃料電池、１１０…燃料ガスタンク、１２０…燃料ガス供給系、１２１…水素供給流路、１２２…循環流路、１２４…主止弁、１２５…レギュレータ、１２６…インジェクタ、１２７…循環ポンプ、１２８…燃料ガス排出流路、１２９…気液分離器、１３０…コンプレッサ、１３５…エアコンプレッサ用モータ、１４０…酸化ガス供給系、１４１…酸化ガス供給流路、１４４…分流弁、１７０…駆動モータ、２００…制御部、４００…排ガス系、４１０…排ガス流路、４２０…調圧弁、４３０…燃料ガス排出流路、４４０…パージ弁、４５０…酸化ガスバイパス流路、５００…冷却系、５１０…冷媒供給流路、５１５…冷媒排出流路、５２５…冷媒ポンプ、５３０…ラジエータ、５３５…ラジエータファン、６００…電力回路、６０５…ＦＣ昇圧コンバータ、６１０…インバータ、６３０…バッテリコンバータ、６５０…２次電池、６５５…バッテリセンサ

Claims (6)

1. 負荷に電力供給する燃料電池システムであって、
   燃料電池と、
   前記燃料電池が発電すべき目標電力を設定し、前記燃料電池が前記目標電力を発電するように前記燃料電池の発電制御を行なう制御部であって、前記負荷が前記燃料電池に対して要求する要求電力を用いて前記目標電力を設定する際に、新たに設定する目標電力と前回に設定した目標電力との差の平均が、予め定められた期間にわたって、新たに要求される要求電力と前回に要求された要求電力との差の平均よりも小さくなるように、前記要求電力の変動よりも、前記目標電力の変動を小さくする変動抑制処理を実行する制御部と、を備え、
   前記変動抑制処理は、
   （ａ）前記要求電力の変動に対してローパスフィルタを適用して前記目標電力を設定するローパスフィルタ処理、
   （ｂ）現時点よりも予め定めた基準期間を遡った時点から、前回前記目標電力を設定するまでの間に設定された各々の前記目標電力と、現時点の要求電力と、の代表値を算出して、前記代表値を前記目標電力に設定する平準化処理、
   （ｃ）前記目標電力の単位時間当たりの増加量に上限値を設定すると共に、単位時間当たりの減少量に下限値を設けて、前記目標電力を設定する変化速度規制処理、および、
   （ｄ）取り得る前記要求電力の範囲を複数の区分範囲に分割し、前記要求電力が同じ区分範囲に属するときには同じ目標電力が設定されるように、前記要求電力の増加に従って前記目標電力を段階的に増加させる段階化処理、
   のうちのいずれかの処理である、
   燃料電池システム。
2. 請求項１に記載の燃料電池システムであって、
   前記制御部は、前記変動抑制処理において前記要求電力の変動よりも前記目標電力の変動を小さくする程度を、前記燃料電池システムの運転状態に応じて抑える変動抑制制限部を備える
   燃料電池システム。
3. 請求項２に記載の燃料電池システムであって、さらに、
   前記燃料電池が発電した電力を蓄電可能な蓄電装置を備え、
   前記変動抑制制限部は、前記蓄電装置の充電電力の上限である許容充電電力を前記運転状態として、前記許容充電電力が、前記燃料電池の最大発電電力を下回る場合に、前記要求電力の変動よりも前記目標電力の変動を小さくする程度を抑える
   燃料電池システム。
4. 請求項２に記載の燃料電池システムであって、さらに、
   前記負荷に電力供給可能な蓄電装置を備え、
   前記変動抑制制限部は、前記蓄電装置の出力電力の上限である許容出力電力を前記運転状態として、前記許容出力電力が、前記負荷の最大消費電力を下回る場合に、前記要求電力の変動よりも前記目標電力の変動を小さくする程度を抑える
   燃料電池システム。
5. 請求項２から請求項４までのいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、
   前記燃料電池システムは、駆動用電源として燃料電池車両に搭載され、
   前記変動抑制制限部は、前記燃料電池車両の車速を前記運転状態として、前記車速が、予め定めた第１基準値以下の場合には、前記変動抑制処理において、前記要求電力の変動よりも前記目標電力の変動を小さくする程度を抑える
   燃料電池システム。
6. 請求項２から請求項４までのいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、
   前記燃料電池システムは、駆動用電源として燃料電池車両に搭載され、
   前記変動抑制制限部は、前記燃料電池車両の車速および前記燃料電池の出力状態の履歴を前記運転状態として、前記車速が、予め定めた第２基準値以下であって、且つ、前記燃料電池の出力状態の履歴が予め定めた高出力状態に該当する場合には、前記変動抑制処理において、前記要求電力の変動よりも前記目標電力の変動を小さくする程度を抑える
   燃料電池システム。

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