JP2009295517A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池とバッテリとを併用して負荷へ電力を供給する燃料電池システムにおいて、低負荷時に燃料電池からバッテリへ必要以上の充電を行わないようにする燃料電池システムを提供する。
【解決手段】電力平均値算出部２４が、システム負荷のシステム消費電力を検出してシステム平均消費電力を求める。一方、ＳＯＣ算出部２１が高圧バッテリのＳＯＣ（残容量）を算出し、下限発電電力算出部２２が、ＳＯＣの値に基づいてＭＡＰを検索し、燃料電池の下限発電電力を算出する。下限出力制限部２５が、下限発電電力の上限値をシステム平均消費電力とする上限リミット処理を行い、燃料電池の発電電力下限値を決定する。これによって、燃料電池の出力電力を低下させることができる。その結果、燃料電池から高圧バッテリへ必要以上に充電させないようにすることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、燃料電池と二次電池とを併用して負荷に電力を供給する燃料電池システムに関する。

燃料電池（Fuel Cell：ＦＣ）と二次電池（以下、バッテリという）とを並列接続して負荷に電力を供給する電源システムは燃料電池ハイブリッドシステムとも呼ばれているが、以下の説明では燃料電池システムということにする。このような燃料電池システムにおいて、低負荷では燃料電池の発電効率が急激に低下するため、所定の低負荷領域では燃料電池の発電出力（以下、ＦＣ出力という）に下限リミットを設け、それ以下の領域では燃料電池を発電させないように設定されている。その下限リミットは、あらかじめ取得した燃料電池のＦＣ出力と発電効率との関係を示す発電効率特性から、発電効率が低下し始めるポイント（つまり、発電効率が最大となる燃料電池のＦＣ出力の値）に設定されている。したがって、燃料電池を発電させない低負荷領域においてはバッテリから負荷へ電力を供給している。また、バッテリのＳＯＣ（State Of Charge：残容量）が所定の値より低下したときには、燃料電池の発電電力を充電することによってバッテリのＳＯＣの確保を図っている。このようにして、燃料電池からの電力供給とバッテリからの電力供給との電力配分を適正に行うことにより、燃料電池システムとしての電力効率（以下、システム効率という）を高い状態に維持して燃料電池の運転を行うことができる。

また、燃料電池とバッテリとを併用して負荷（例えば、モータ）に電力を供給するとき、燃料電池からの出力系統とバッテリからの出力系統とを独立して（つまり、燃料電池とバッテリとを並列接続しないで）、１つの負荷（モータ）へ電力を供給する燃料電池システムも開示されている。この燃料電池システムの場合も、発電効率の高い領域で燃料電池を定常運転し、発電効率の低い領域ではバッテリから負荷（モータ）へ電力を供給することにより、燃料電池システムのシステム効率を高い状態に維持することができる（例えば、特許文献１参照）。また、特許文献１には、燃料電池を効率よく運転可能な出力範囲の上限値及び下限値として設定する旨の記載がある。
特開平０８−３３１７０５号公報

従来の燃料電池システムでは、前記したように燃料電池の発電出力の下限値（下限発電電力）を、予め取得しておいたシステムの発電効率から、その発電効率が低下し始める領域（例えば、発電効率が最大となる点）において設定している。つまり、システム発電効率が比較的良好な点を下限発電電力としている。しかしながら、発電効率が最大でも、低負荷走行時や回生電力が多いなどの理由で燃料電池システムの消費電力が少ない場合、燃料電池の出力電力は、ほとんどバッテリへまわされるため、結局バッテリが過充電状態となる。このため、バッテリの寿命を低下させる要因となる。このとき、余分な充電エネルギはバッテリから放電回路へ放電され、熱損失として消費されることになる。すなわち、燃料電池からバッテリへ充電しながら、そのバッテリから放電回路へ放電することは、発電電力で車両を直接走行させる場合に対して、バッテリの放電損失やＤＣ（Direct Current）／ＤＣコンバータと変圧器による変換損失などが発生するため、結果的に、燃料電池システムのシステム効率が悪化することになる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、燃料電池とバッテリとを併用して負荷へ電力を供給する電力系統において、低負荷時に燃料電池からバッテリへ必要以上の充電を行わないような燃料電池システムを提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、請求項１に係る発明の燃料電池システムは、燃料電池と、この燃料電池の出力電力により充電される蓄電装置と、燃料電池及び蓄電装置から供給される電力により、燃料電池システムの動作時において常時駆動するシステム負荷と、燃料電池の下限発電電力を決定する下限発電電力決定手段と、システム負荷の消費電力の所定期間に亘る平均値を算出してシステム平均消費電力を求める電力平均値算出手段と、下限発電電力決定手段が決定した下限発電電力が、電力平均値算出手段の求めたシステム平均消費電力以下になるように制限する下限出力制限手段と、を備え、下限出力決定手段が決定した下限発電電力以上で燃料電池の出力電力を制御する構成を採っている。

このような構成によれば、下限出力制限手段は、燃料電池の下限発電電力がシステム平均消費電力以下になるように制限しているので、燃料電池システムの低負荷運転時に不要に高い下限出力で発電することがなくなる。これによって、蓄電装置が充電過多となるおそれがなくなり、燃料電池システムのシステム効率を向上させることができる。

請求項２に係る発明の燃料電池システムは、前記発明の構成において、電力平均値算出手段は、システム負荷の消費電力をローパスフィルタに通過させた後にシステム平均消費電力を求めている。

これにより、定常時の安定したシステム負荷の消費電力によってシステム平均消費電力を求めることができるので、燃料電池の下限発電電力を安定したシステム平均消費電力以下に制限することが可能となる。

請求項３に係る発明の燃料電池システムは、前記各発明の構成に加えて、さらに、蓄電装置の残容量を検出する残容量検出手段を備え、下限発電電力決定手段は、残容量検出手段が検出した残容量に応じて、燃料電池の下限発電電力を変化させる構成を採っている。

このような構成によれば、蓄電装置の残容量（ＳＯＣ）を適切に維持するように下限発電電力を設定した後に、この下限発電電力をシステム平均消費電力以下に制限するため、不要に高い下限発電電力の防止を優先しつつ、蓄電装置の残容量に対応した下限発電電力を設定することができる。

請求項４に係る発明の燃料電池システムにおいては、下限発電電力決定手段は、燃料電池を駆動するための補機の消費電力を含めた燃料電池の発電効率が最大となる出力電力を下限発電電力としている。

このような構成によれば、発電効率がよい燃料電池の出力電力を下限発電電力として設定した後に、下限発電電力をシステム平均消費電力以下に制限しているため、不要に高い下限発電電力の防止を優先しつつ、燃料電池の発電効率がよい下限発電電力を設定することができる。

請求項５に係る発明の燃料電池システムは、前記各発明の構成に加えて、燃料電池システムの運転終了時におけるシステム負荷のシステム平均消費電力を記憶するシステム平均消費電力記憶手段を備え、下限出力制限手段は、燃料電池システムの運転再開時において、システム平均消費電力記憶手段に記憶されたシステム平均消費電力を初期値とする構成を採っている。

このような構成によれば、燃料電池システムを停止したときには、前回運転時のシステム平均消費電力を記憶しておくので、燃料電池システムを再起動したときには、記憶されているシステム平均消費電力を燃料電池の下限発電電力の上限値として設定することができる。これによって、燃料電池システムの再起動時において、不要に高い下限発電電力で運転が再開されるおそれがないので、蓄電装置が充電過多となるおそれはなくなり、燃料電池システムのシステム効率を向上させることができる。

本実施形態の燃料電池システムによれば、燃料電池の下限発電電力の上限リミットである上限値をシステム平均消費電力とすることにより、燃料電池の発電電力を減少させることができるので、低負荷時において燃料電池からバッテリへ必要以上の充電を行わないようにすることができる。これによって、蓄電装置の充電過多の防止や、燃料電池システムのシステム効率が悪化することを防止することができる。

本発明の燃料電池システムは、燃料電池の下限発電電力を発電効率の最大点に固定しないで、燃料電池の下限発電電力の上限値を燃料電池システムで常時消費される消費電力の平均値（以下、システム平均消費電力という）とすることにより、低い発電効率領域でも燃料電池を作動させ、必要以上にバッテリへ充電させないように構成されている。言い換えれば、燃料電池の下限発電電力の値を、燃料電池システムのシステム平均消費電力の値で上限することにより、バッテリへの過充電を防止するように構成されている。すなわち、燃料電池が、低負荷時においてシステム平均消費電力に相当する発電電力を出力すれば、燃料電池からバッテリへ必要以上の充電が行われなくなるため、燃料電池システムのシステム効率が向上する。以下、本発明の燃料電池システムにおける技術的手法について実施形態で詳細に説明する。

《実施形態》
図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。この燃料電池システムは、例えば、燃料電池１とバッテリ（高圧バッテリ２）とを電源として走行する電気自動車や船舶や航空機などに利用される。

図１に示すように、燃料電池システム２０は、燃料電池１、蓄電装置としての高圧バッテリ２、電力分配装置３、インバータなどで構成されるＰＤＵ（Power Drive Unit）４、電気負荷としての走行モータ５、走行モータ５の駆動力をタイヤ７に伝達するトランスミッション６、燃料電池システム２０全体の制御を行うＥＣＵ（Electronic Control Unit：制御手段）８、燃料電池１へ燃料ガスや酸化剤ガスを供給するガス供給装置９、ダウンコンバータ１０、エアコンディショナ（Ａ／Ｃ）１１、低圧バッテリ１２、及びカーラジオやナビゲータなどのアクセサリ１３等を有してなる。

この燃料電池システム２０の主要な電力系統は、燃料電池１と高圧バッテリ２とが電力分配装置３を介して並列に接続され、電力分配装置３から出力された直流電圧がＰＤＵ４によって三相交流電圧に変換されて走行モータ５を駆動するように構成されているところである。そして、走行モータ５の駆動力がトランスミッション６を介して駆動輪であるタイヤ７に伝達され、車両を走行させるように構成されている。なお、高圧バッテリ２は、リチウム−イオン電池やニッケル水素電池などの単位セルが組み合わされた組電池によって高圧電圧を発生する。

また、高圧バッテリ２の出力側は、ガス供給装置９、ダウンコンバータ１０、及びＡ／Ｃ１１などが接続されており、またダウンコンバータ１０によって高圧バッテリ２の高圧電圧（例えば、２５０Ｖ）を低圧電圧（例えば、１２Ｖ）に降圧して低圧バッテリ１２を充電すると共に、アクセサリ１３に低圧電圧を供給するように構成されている。

なお、ガス供給装置９、ダウンコンバータ１０、Ａ／Ｃ１１、アクセサリ１３、走行モータ５、ＰＤＵ４などをシステム負荷と記載することとする。

燃料電池１は、ガス供給装置９を構成するアノードガス供給装置から供給される燃料ガス（水素ガス）と、同様にガス供給装置９を構成するエアコンプレッサから供給される酸化剤ガス（酸素）との化学反応によって発電し、システム負荷に対し電力供給可能なものである。高圧バッテリ２は、燃料電池１と並列に接続され、電力分配器３を介して、燃料電池１から発電電力（ＦＣ出力）を受けることによって充電可能であると共に、システム負荷に対して電力供給可能なものである。

電力分配装置３は、ＥＣＵ８による出力電力の配分指令（配分割合）に基づいて、走行モータ５へ供給する燃料電池１と高圧バッテリ２との出力電力の配分を行う。したがって、電力分配装置３にはＤＣ／ＤＣコンバータが内蔵されているが特に図示はされていない。なお、請求項１に述べる下限発電電力以上で燃料電池１の出力電力を制御する手段は、このＥＣＵ８及び電力分配装置３によって実現される。

また、走行モータ５は、トランスミッション６を介して、タイヤ７を回転駆動させて車両を走行させる駆動力を発生させるものである。なお、車両の降坂中や減速中などにおいてはタイヤ７、トランスミッション６を介して走行モータ５が回転させられ、走行モータ５に回生電力が発生する。この回生電力はＰＤＵ４によって直流電圧に変換され、電力分配装置３を介して高圧バッテリ２に充電されるように構成されている。

ＥＣＵ８は、高圧バッテリ２から電流Ｉ、電圧Ｖ、温度Tempなどを検出して高圧バッテリ２のＳＯＣ（残容量）を計算し、そのＳＯＣの値に基づいて、電力分配装置３に対して燃料電池１の出力電力と高圧バッテリ２の出力電力の配分指令を行う。さらに、ＥＣＵ８は、燃料電池システム２０のシステム負荷で常時消費される消費電力（システム消費電力）を計算して、その平均値（システム平均消費電力）を求め、燃料電池１の下限発電電力の上限値をシステム平均消費電力の値とする動作を行う。すなわち、ＥＣＵ８は、燃料電池１の下限発電電力を、発電効率が最大点から低下するシステム平均消費電力の値まで減少させる動作を行う。

なお、ＥＣＵ８が、システム消費電力からシステム平均消費電力を求める方法は、システム負荷（ガス供給装置９、ダウンコンバータ１０、Ａ／Ｃ１１、アクセサリ１３、走行モータ５など）が常時消費するシステム消費電力の過去の所定期間の平均値によって求めている。

図２は、燃料電池の発電出力と発電効率との関係を示す発電効率特性図であり、横軸に燃料電池の発電出力（ＦＣ出力）を表わし、縦軸にシステムにおける発電効率を表わしている。図２に示すように、燃料電池は所定のＦＣ出力Ｐ２のときに最大発電効率となり、ＦＣ出力が増加するにしたがって発電効率が徐々に低下していく。また、最大発電効率となるＦＣ出力Ｐ２からＦＣ出力の値を減少させていくと急激に発電効率が低下する。通常は、最大発電効率となるＦＣ出力Ｐ２をＦＣ出力下限値（下限発電電力）とし、ＦＣ出力を増加させていき発電効率が所定の値まで低下したときのＦＣ出力Ｐ３をＦＣ出力の上限値（上限発電電力）としている。そして、燃料電池はＦＣ出力Ｐ２（ＦＣ出力の下限値）からＦＣ出力Ｐ３（ＦＣ出力の上限値）までの範囲で発電電力を発生させ、その範囲を超えた領域（つまり、ＦＣ出力Ｐ２以下の領域とＦＣ出力Ｐ３以上の領域）では、燃料電池の運転を停止している。

ところが、ＦＣ出力Ｐ２が燃料電池１の下限発電電力であると、たとえ、発電効率が良好でも、負荷容量が少ないとき（例えば、低負荷走行や、回生電力が多いとき、すなわちシステム消費電力が小さいとき）に、燃料電池１の出力電力のほとんどは、高圧バッテリ２へまわされるため高圧バッテリ２が過充電状態になってしまうおそれがある。

そこで、燃料電池１は、走行モータ５などが停止していても、燃料電池システム２０を運転継続させるための最小限のシステム負荷（ガス供給装置９、Ａ／Ｃ１１、及びアクセサリ１３など）へシステム消費電力を常時供給していることに着目し、本実施形態では、燃料電池１の下限発電電力の上限値をシステム消費電力の平均値（システム平均消費電力）としている。すなわち、燃料電池１の下限発電電力（ＦＣ出力下限値）の上限値を図２のＦＣ出力Ｐ１（システム平均消費電力）とすることにより、下限発電電力を最大発電効率における発電電力から低下させて、燃料電池１から必要以上に高圧バッテリ２へ充電させないようにしている。なお、システム平均消費電力は、システム負荷へ供給するシステム消費電力の過去の所定期間の平均値（例えば、移動平均）をとって求められている。

このようにして、本実施形態の燃料電池システム２０においては、燃料電池１の下限発電電力の上限値をシステム平均消費電力（ＦＣ出力Ｐ１）とすることにより、燃料電池１の下限発電電力がシステム平均消費電力以下になるように制限しているので、燃料電池システム２０の低負荷運転時に不要に高い下限出力で発電することがなくなる。これによって、蓄電装置が充電過多となるおそれがなくなり、燃料電池システムのシステム効率を向上させることができる。

次に、図１を参照しつつ、図３に沿って本実施形態に係るＥＣＵ８の説明をする。図３は、本実施形態に係る燃料電池システムにおけるＥＣＵの機能構成を示すブロック図である。図３において、本実施形態に係るＥＣＵ８の機能は、ＳＯＣ算出部２１、下限発電電力算出部２２、ＬＰＦ（Low Pass Filter）２３、電力平均値算出部２４、下限出力制限部２５、及びシステム平均消費電力記憶部２６などを有してなる。

ＳＯＣ算出部（残容量検出手段）２１は、燃料電池１の下限発電電力（ＦＣ出力下限値）の上限値を決定するために、高圧バッテリ２に設置してある各センサから電流Ｉ、電圧Ｖ、及び温度Tempなどを検出して、その高圧バッテリ２のＳＯＣ（残容量）の計算を行う。下限発電電力算出部（下限発電電力決定手段）２２は、ＳＯＣ算出部２１が算出したＳＯＣの値に基づいて、燃料電池１の下限発電電力（ＦＣ出力下限値）を決定する。

ＬＰＦ２３は、システム負荷より取得したシステム消費電力の過度変動分やノイズなどを除去するための平滑処理を行う。電力平均値算出部（電力平均値算出手段）２４は、ガス供給装置９、ダウンコンバータ１０、Ａ／Ｃ１１、アクセサリ１３、走行モータ５などのシステム負荷の消費電力（システム消費電力）の所定期間に亘る平均値を算出してシステム平均消費電力を求める。

下限出力制限部（下限出力制限手段）２５は、下限発電電力算出部２２が算出した下限発電電力が、電力平均値算出部２４の求めたシステム平均消費電力（上限値）以下になるよう、下限発電電力を制限する。言い換えると、下限出力制限部２５は、燃料電池１の下限発電電力の上限値をシステム平均消費電力とすることによって、低い燃料電池１の発電電力でも燃料電池１を作動させ、必要以上に高圧バッテリ２へ充電させないようにしている。具体的には、下限出力制限部２５は、下限発電電力がシステム平均消費電力（上限値）を超えると、下限発電電力の値をシステム平均消費電力とする。また、電力平均値算出部２４は、システム平均消費電力記憶部（システム平均消費電力記憶手段）２６に燃料電池システム２０の運転終了時におけるシステム負荷のシステム平均消費電力を記憶させる。

次に、図１及び図３を参照しつつ、図４に沿って本実施形態に係るＥＣＵ８の動作について説明する。図４は、図３に示すＥＣＵが燃料電池の発電電力下限値を求める処理の流れを示すフローチャートである。図４において、まず、電力平均値算出部２４が、ガス供給装置９、ダウンコンバータ１０、Ａ／Ｃ１１、アクセサリ１３、走行モータ５などのシステム負荷の消費電力（システム消費電力）を検出し（ステップＳ１）、このシステム消費電力の所定期間の平均値を算出することによって、システム平均消費電力を算出する（ステップＳ２）。なお、このシステム平均消費電力は、電力平均値算出部２４によってシステム平均消費電力記憶部２６に記憶され、次回の燃料電池１の起動時に発電電力下限値として利用してもよいが、この詳細な説明は後述する。

次に、ＳＯＣ算出部２１が、高圧バッテリ２に設置されている各センサから電流Ｉ、電圧Ｖ、及び温度Tempを検出して、高圧バッテリ２のＳＯＣ（残容量）を算出する（ステップＳ３）。そして、下限発電電力算出部２２が、ＳＯＣ算出部２１によって算出されたＳＯＣの値に基づいて図５に示すようなＭＡＰを検索し、燃料電池１における下限発電電力を算出する（ステップＳ４）。

図５は、高圧バッテリのＳＯＣに基づいて下限発電電力を求める特性図であり、横軸にＳＯＣを表わし、縦軸に下限発電電力補正値を表わしている。下限発電電力算出部２２は、算出したＳＯＣに対応する下限発電電力補正値を、図５に示す特性図（ＭＡＰ）を検索することによって取得する。そして、取得した下限発電電力補正値をＦＣ劣化発電電力に加算して下限発電電力を算出する。ここで、ＦＣ劣化発電電力は、燃料電池毎に定まる値であり、燃料電池が、これより低い電力を出力しようとすると、燃料電池を構成する部品から電子を供給しはじめることにより、燃料電池の劣化が生じはじめる出力電力である。つまり、ＳＯＣがＺの値を示したとき、下限発電電力補正値は、０であるので下限発電電力は、ＦＣ劣化発電電力と一致する。ＳＯＣがＺより小さい値を示したとき、下限発電電力算出部２２は、対応する下限発電電力補正値（＋の値）を加算して下限発電電力を算出する。また、ＳＯＣがＺより大きい値を示したとき、下限発電電力算出部２２は、対応する下限発電電力補正値（−の値）を加算して下限発電電力を算出する。なお、図５に示すＭＡＰは、ＥＣＵ８に設けられているＲＯＭ（Read Only Memory）等に記憶されている。

再び図４に戻って、下限出力制限部２５が、ステップＳ２で求めたシステム平均消費電力を、ステップＳ４で求めた下限発電電力の上限値とするように上限リミット処理を行う。言い換えると、下限出力制限部２５は、下限発電電力の上限値をシステム平均消費電力とする上限リミット処理を行い（ステップＳ５）、燃料電池１の発電電力の下限値を決定する。具体的には、下限出力制限部２５は、下限発電電力算出部２２が算出した下限発電電力が、電力平均値算出部２４によって算出されたシステム平均消費電力（上限値）より大きい値となっているか否かを判定する。そして、判定の結果、下限発電電力がシステム平均消費電力以下であれば、下限発電電力をそのままとし、下限発電電力がシステム平均消費電力より大きければ、下限発電電力の値をシステム平均消費電力の値とする。ＥＣＵ８は、ステップＳ１からステップＳ５の処理をイグニッションがＯＦＦになるまで繰り返す。

このようにして、ＥＣＵ８は、燃料電池１の下限発電電力の上限値をシステム平均消費電力とすることによって、燃料電池１の下限発電電力がシステム平均消費電力以下になるように制限しているので、燃料電池システム２０の低負荷運転時に不要に高い下限出力で発電することがなくなる。これによって、蓄電装置が充電過多となるおそれがなくなり、燃料電池システムのシステム効率を向上させることができる。これにより、低負荷時において、高圧バッテリ２へ必要以上の充電が行われないようになり、結果的に燃料電池システム２０のシステム効率を向上させることができる。

なお、ステップＳ４で述べたＳＯＣの値に基づいて下限発電電力を求める方法とは別に、前述の図２に示した燃料電池のＦＣ出力と発電効率との関係を示す発電効率特性図のように、発電効率が最大となるＦＣ出力の値（Ｐ２）を下限発電電力とする方法もある。また、この発電効率が最大となるＦＣ出力の値（Ｐ２）を基準として、ＳＯＣが高い値を示しているときは、下限発電電力をＳＯＣに応じて低くし、ＳＯＣが低い値を示しているときは、下限発電電力をＳＯＣに応じて高くするなどしてもよい。

また、システム平均消費電力記憶部２６に過去のシステム平均消費電力を記憶させておけば、次回の燃料電池１の起動時において、燃料電池１の下限発電電力の上限値をシステム平均消費電力記憶部２６に記憶されたシステム平均消費電力とすることができる。これによって、燃料電池の起動時においても蓄電装置（高圧バッテリ２）へ必要以上の過充電が行われるおそれがない。

以上説明したように、本実施形態の燃料電池システムによれば、燃料電池の下限発電電力をシステム平均消費電力で上限することで、燃料電池から必要以上に高圧バッテリへ充電させないようにすることができる。これによって、燃料電池システムを高効率制御してシステム効率を向上させることが可能となる。

《実験結果》
図６は、本発明の実施形態に係る燃料電池システムの実験結果による各種特性図であり、横軸に経過時間を表わし、縦軸に電力を表わしている。図６に示すように、燃料電池の駆動中にシステム負荷によって常時消費されるシステム消費電力は、特性（ａ）に示すように、観測した全時間中に亘って刻々と変動している。特性（ａ）に示すシステム消費電力の変動のうち、プラスの電力は燃料電池からガス供給装置やＡ／Ｃなどへ供給している電力であり、経過時間Ａ１〜Ａ２のところで現われている負の値の電力は燃料電池から高圧バッテリへ充電されている電力である。このような特性（ａ）のシステム消費電力の所定時間における平均値をとると、特性（ｂ）に示すようなシステム平均消費電力となる。前記したように、本実施形態では、このシステム平均消費電力が下限発電電力の上限値となる。

一方、燃料電池の下限発電電力は、太い実線の特性（ｃ）に示すように、観測開始から経過時間Ａ３までの時間に亘って、特性（ｂ）のシステム平均消費電力を下回っている。したがって、この期間（観測開始から経過時間Ａ３）においては、燃料電池の下限発電電力は上限リミットされていない。他方、経過時間Ａ３を超えると、上限リミットを施していない燃料電池の下限発電電力（ｃ’）は、システム平均消費電力（ｂ）を上まわるようになる。ここで、下限出力制限部２５（図３）が、燃料電池の下限発電電力をシステム平均消費電力（ｂ）に一致させる（（ｂ）＋（ｃ））ことで上限リミットされる。このようにして、燃料電池の下限発電電力上限値は、経過時間Ａ３以降システム平均消費電力（ｂ）と同じ値となる。このため、ＥＣＵ８は必要以上の燃料電池から高圧バッテリへの充電を抑えることができ、燃料電池システム８の効率を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。 燃料電池の発電出力と発電効率との関係を示す発電効率特性図である。 図１に示す燃料電池システムにおけるＥＣＵの機能構成を示すブロック図である。 図３に示すＥＣＵが燃料電池の発電電力下限値を求める処理の流れを示すフローチャートである。 高圧バッテリのＳＯＣに基づいて下限発電電力を求める特性図である。 本発明の実施形態に係る燃料電池システムの実験結果による各種特性図である。

符号の説明

１ 燃料電池
２ 高圧バッテリ（蓄電装置）
３ 電力分配装置（制御手段）
４ ＰＤＵ（Power Drive Unit）
５ 走行モータ
６ トランスミッション
７ タイヤ
８ ＥＣＵ（Electronic Control Unit）
９ ガス供給装置
１０ ダウンコンバータ
１１ Ａ／Ｃ
１２ 低圧バッテリ
１３ アクセサリ
２０ 燃料電池システム
２１ ＳＯＣ算出部
２２ 下限発電電力算出部
２３ ＬＰＦ（Low Pass Filter）
２４ 電力平均値算出部（電力平均値算出手段）
２５ 下限出力制限部（下限出力制限手段）
２６ システム平均消費電力記憶部（システム平均消費電力記憶手段）

Claims (5)

1. 燃料電池と、
   前記燃料電池の出力電力により充電される蓄電装置と、
   前記燃料電池及び前記蓄電装置から供給される電力により、燃料電池システムの動作時において常時駆動するシステム負荷と、
   前記燃料電池の下限発電電力を決定する下限発電電力決定手段と、
   前記システム負荷の消費電力の所定期間に亘る平均値を算出してシステム平均消費電力を求める電力平均値算出手段と、
   前記下限発電電力決定手段が決定した下限発電電力が、前記電力平均値算出手段の求めたシステム平均消費電力以下になるように制限する下限出力制限手段と、
   を備え、
   前記下限出力決定手段が決定した下限発電電力以上で前記燃料電池の出力電力を制御すること
   を特徴とする燃料電池システム。
2. 前記電力平均値算出手段は、前記システム負荷の消費電力をローパスフィルタに通過させた後に前記システム平均消費電力を求めること
   を特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記蓄電装置の残容量を検出する残容量検出手段を備え、
   前記下限発電電力決定手段は、前記残容量検出手段が検出した残容量に応じて、前記燃料電池の前記下限発電電力を変化させること
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システム。
4. 前記下限発電電力決定手段は、前記燃料電池を駆動するための補機の消費電力を含めた燃料電池の発電効率が最大となる出力電力を下限発電電力とすること
   を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
5. 前記燃料電池システムの運転終了時における前記システム負荷のシステム平均消費電力を記憶するシステム平均消費電力記憶手段を備え、
   前記下限出力制限手段は、前記燃料電池システムの運転再開時において、前記システム平均消費電力記憶手段に記憶されたシステム平均消費電力を初期値とすること
   を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。

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