JP2012239311A - 燃料電池車両 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池スタックの劣化を抑制しつつ、燃料電池システム全体での出力効率を向上することが可能な燃料電池車両を提供する。
【解決手段】燃料電池車両１０の燃料電池システム１２において、制御装置２４は、燃料電池の目標電圧を固定し目標電流を可変とする第２モード中に燃料電池車両１０が登坂状態及び加速状態の少なくとも一方である場合、反応ガスのストイキ比を上昇させる。これにより、走行モータ等の駆動源に供給される電力が増加し、駆動源の出力を大きくすることが可能となる。
【選択図】図１

Description

この発明は、燃料電池と、前記燃料電池からの電力を蓄電可能な蓄電装置と、前記燃料電池又は前記蓄電装置の少なくとも一方から電力を供給される負荷とを有する燃料電池車両に関する。

従来、燃料電池車両等に利用される燃料電池の劣化を抑制するために、酸化還元電位を回避して燃料電池を発電する燃料電池システムが提案されている（特許文献１）。特許文献１の燃料電池システムでは、システム要求電力（Ｗｒｅｑ）が徐々に上がっていく場合であっても、燃料電池の出力電圧（Ｖｆｃ）を酸化還元電位（Ｖｏｘｐｔ）で一度制限し、制限した電圧に相当する電力をバッテリで補うように制御する。その後、アクセル開度が下がるなどして燃料電池の発電が必要なくなったとしても、燃料電池の出力電圧を酸化還元電位以下で維持して発電を継続し、バッテリの残容量が所定値を超えるまで発電を継続する（要約）。

特開２００７―００５０３８号公報

上記のように、特許文献１の制御では、燃料電池の出力電圧を酸化還元電位以下に維持するが、酸化還元電位を回避し続けるためには、走行モータ等の負荷が要求する電力に対して、燃料電池の出力電力を大きくする必要がある。その場合、燃料電池の余剰電力をバッテリに充電することになる。このため、酸化還元電位を回避し続けるためには、バッテリの充放電の頻度が多くなる。バッテリの充放電の頻度が多くなると、充放電に伴う電力損失が大きくなり、燃料電池システム全体での出力効率が低下してしまう。

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、燃料電池スタックの劣化を抑制しつつ、燃料電池車両全体での出力効率を向上することが可能な燃料電池車両を提供することを目的とする。

この発明に係る燃料電池車両は、燃料電池と、前記燃料電池からの電力を蓄電する蓄電装置と、前記燃料電池又は前記蓄電装置の少なくとも一方から電力を供給される負荷と、前記燃料電池の電圧を調整するコンバータと、前記負荷が必要とする電力に基づいて前記燃料電池と前記蓄電装置が前記負荷へ供給する電力を制御する制御装置と、前記燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給装置とを備えたものであって、前記制御装置は、前記燃料電池の目標電圧が、白金の酸化還元進行電圧範囲より低い第１電圧以下のとき、前記燃料電池の実電圧をコンバータの出力電圧で調整して目標燃料電池電圧に追従させる第１モードと、前記目標電圧が前記第１電圧を超えるときに前記実電圧をコンバータの出力電圧で調整し前記第１電圧と等しい電圧に維持すると共に、前記反応ガス供給装置を制御し、前記燃料電池への反応ガス供給量を調整して前記燃料電池の電流−電圧特性を変化させ、前記負荷が必要とする電力を前記燃料電池が出力するようにする第２モードとを切替制御し、前記第２モード中に前記燃料電池車両が登坂状態及び加速状態の少なくとも一方であると判定した場合、前記反応ガスのストイキ比を上昇させることを特徴とする。

この発明によれば、燃料電池の劣化を抑制しつつ、燃料電池車両全体での効率化を図ることが可能となる。

すなわち、主として、相対的に高負荷で用いることが可能な第１モードでは、燃料電池の目標電圧が白金の酸化還元進行電圧範囲より低く設定されるため、触媒の酸化反応及び還元反応が同時期に頻繁に繰り返されることが防止されて燃料電池の劣化を防ぐことができる。加えて、燃料電池の実電圧をコンバータの出力電圧で調整して目標燃料電池電圧に追従させることで燃料電池システムの要求負荷に対応可能となるため、燃料電池の出力を効率化することが可能となる。

また、主として、相対的に低負荷で用いることが可能な第２モードでは、燃料電池の実電圧が第１電圧（すなわち、前記酸化還元進行電圧範囲より低い値）に維持されるため、触媒の酸化反応及び還元反応が同時期に頻繁に繰り返されることが防止されて燃料電池の劣化を防ぐことができる。加えて、燃料電池への反応ガス供給量を調整して燃料電池の電流−電圧特性を変化させ、負荷が必要とする電力を前記燃料電池が出力するため、蓄電装置における放電及び充電の量及び頻度を低減することで蓄電装置における電力損失を減少させることが可能となる。

以上より、この発明によれば、燃料電池の劣化を抑制しつつ、燃料電池システム全体での効率化を図ることが可能となる。

加えて、この発明によれば、第２モード中に燃料電池車両が高負荷状態であると判定した場合、反応ガスのストイキ比を上昇させる。これにより、燃料電池車両が高負荷状態である場合、第２モードにおいてストイキ比を上昇させるため、燃料電池は、より高出力となり、高負荷時のドライバビリティを維持することが可能となる。

前記制御装置は、前記第２モード中に前記燃料電池車両が加速状態及び登坂状態の少なくとも一方であると判定した場合、前記燃料電池の実電圧を、前記酸化還元進行電圧範囲外で設定される第２電圧に維持してもよい。これにより、高負荷状態でストイキ比を上昇させた場合であっても、燃料電池の実電圧が、白金の酸化還元進行電圧範囲内になることを防止し、燃料電池の劣化を抑制することが可能となる。なお、前記第２電圧は、前記第１電圧と同じ値としてもよい。

前記燃料電池車両が登坂しているとき、前記反応ガスのストイキ比を、前記第１モードにおけるストイキ比より上昇させてもよい。これにより、走行モータ等の駆動源に供給される電力が増加し、当該駆動源の出力を大きくすることが可能となる。従って、登坂時の出力が上昇し、ドライバビリティが向上する。

この発明によれば、燃料電池の劣化を抑制しつつ、燃料電池車両全体での効率化を図ることが可能となる。

この発明の一実施形態に係る燃料電池車両の概略全体構成図である。 前記燃料電池車両の電力系のブロック図である。 前記実施形態における燃料電池ユニットの概略構成図である。 前記実施形態におけるＤＣ／ＤＣコンバータの詳細を示す図である。 電子制御装置（ＥＣＵ）における基本的な制御のフローチャートである。 システム負荷を計算するフローチャートである。 現在のモータ回転数とモータ予想消費電力との関係を示す図である。 バッテリのＳＯＣ、充放電係数及び平均回生電力の関係を示す図である。 燃料電池を構成する燃料電池セルの電位とセルの劣化量との関係の一例を示す図である。 燃料電池セルの電位の変動速度が異なる場合の酸化の進行と還元の進行の様子の例を示すサイクリックボルタンメトリ図である。 前記実施形態における複数の電力供給モードの説明図である。 前記ＥＣＵが、前記燃料電池システムのエネルギマネジメントを行うフローチャートである。 登坂走行判定のフローチャートである。 加速判定のフローチャートである。 エアストイキ比とセル電流との関係を示す図である。 モータ電圧と高トルク回転時のモータ効率との関係を示す図である。 通常第２モードのフローチャートである。 目標ＦＣ電流と目標酸素濃度との関係を示す図である。 目標酸素濃度及び目標ＦＣ電流と目標エアポンプ回転数及び目標ウォータポンプ回転数との関係を示す図である。 目標酸素濃度及び目標ＦＣ電流と目標背圧弁開度との関係を示す図である。 目標ＦＣ電流と空気流量との関係を示す図である。 循環弁の開度と循環ガス流量との関係を示す図である。 燃料電池の発電電力と発電効率との関係を示す図である。 モータのトルク制御のフローチャートである。 前記実施形態に係る各種制御を用いた場合のタイムチャートの第１例である。 前記実施形態における各種制御を用いた場合のタイムチャートの第２例である。 前記実施形態における各種制御を用いた場合のタイムチャートの第３例である。 前記実施形態に係る燃料電池システムの第１変形例の概略構成を示すブロック図である。 前記実施形態に係る燃料電池システムの第２変形例の概略構成を示すブロック図である。 前記実施形態に係る燃料電池システムの第３変形例の概略構成を示すブロック図である。

１．全体的な構成の説明
［１−１．全体構成］
図１は、この発明の一実施形態に係る燃料電池車両１０（以下「ＦＣ車両１０」又は「車両１０」という。）の概略全体構成図である。図２は、ＦＣ車両１０の電力系のブロック図である。図１及び図２に示すように、ＦＣ車両１０は、燃料電池システム１２（以下「ＦＣシステム１２」という。）と、走行用のモータ１４と、インバータ１６とを有する。

ＦＣシステム１２は、燃料電池ユニット１８（以下「ＦＣユニット１８」という。）と、高電圧バッテリ２０（以下「バッテリ２０」ともいう。）（蓄電装置）と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２と、電子制御装置２４（以下「ＥＣＵ２４」という。）とを有する。

［１−２．駆動系］
モータ１４は、ＦＣユニット１８及びバッテリ２０から供給される電力に基づいて駆動力を生成し、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。また、モータ１４は、回生を行うことで生成した電力（回生電力Ｐｒｅｇ）［Ｗ］をバッテリ２０等に出力する（図２参照）。

インバータ１６は、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、直流を３相の交流に変換してモータ１４に供給する一方、回生動作に伴う交流／直流変換後の直流をＤＣ／ＤＣコンバータ２２を通じてバッテリ２０等に供給する。

なお、モータ１４とインバータ１６を併せて負荷３０という。負荷３０には、後述するエアポンプ６０、ウォータポンプ８０、エアコンディショナ９０等の構成要素を含めることもできる。

［１−３．ＦＣ系］
（１−３−１．全体構成）
図３は、ＦＣユニット１８の概略構成図である。ＦＣユニット１８は、燃料電池スタック４０（以下「ＦＣスタック４０」又は「ＦＣ４０」という。）と、ＦＣスタック４０のアノードに対して水素（燃料ガス）を給排するアノード系と、ＦＣスタック４０のカソードに対して酸素を含む空気（酸化剤ガス）を給排するカソード系と、ＦＣスタック４０を冷却する冷却水（冷媒）を循環させる冷却系と、セル電圧モニタ４２とを備える。

（１−３−２．ＦＣスタック４０）
ＦＣスタック４０は、例えば、固体高分子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。）を積層した構造を有する。

（１−３−３．アノード系）
アノード系は、水素タンク４４、レギュレータ４６、エゼクタ４８及びノーマルクローズ型のパージ弁５０を有する。水素タンク４４は、燃料ガスとしての水素を収容するものであり、配管４４ａ、レギュレータ４６、配管４６ａ、エゼクタ４８及び配管４８ａを介して、アノード流路５２の入口に接続されている。これにより、水素タンク４４の水素は、配管４４ａ等を介してアノード流路５２に供給可能である。なお、配管４４ａには、遮断弁（図示せず）が設けられており、ＦＣスタック４０の発電の際、当該遮断弁は、ＥＣＵ２４により開とされる。

レギュレータ４６は、導入される水素の圧力を所定値に調整して排出する。すなわち、レギュレータ４６は、配管４６ｂを介して入力されるカソード側の空気の圧力（パイロット圧）に応じて、下流側の圧力（アノード側の水素の圧力）を制御する。従って、アノード側の水素の圧力は、カソード側の空気の圧力に連動し、後記するように、酸素濃度を変化させるべくエアポンプ６０の回転数等を変化させると、アノード側の水素の圧力も変化する。

エゼクタ４８は、水素タンク４４からの水素をノズルで噴射することで負圧を発生させ、この負圧によって配管４８ｂのアノードオフガスを吸引することができる。

アノード流路５２の出口は、配管４８ｂを介して、エゼクタ４８の吸気口に接続されている。そして、アノード流路５２から排出されたアノードオフガスは、配管４８ｂを通って、エゼクタ４８に再度導入されることでアノードオフガス（水素）が循環する。

なお、アノードオフガスは、アノードにおける電極反応で消費されなかった水素、及び、水蒸気を含んでいる。また、配管４８ｂには、アノードオフガスに含まれる水分｛凝縮水（液体）、水蒸気（気体）｝を分離・回収する気液分離器（図示せず）が設けられている。

配管４８ｂの一部は、配管５０ａ、パージ弁５０及び配管５０ｂを介して、後記する配管６４ｂに設けられた希釈器（図示せず）に接続されている。パージ弁５０は、ＦＣスタック４０の発電が安定していないと判定された場合、ＥＣＵ２４からの指令に基づき所定時間、開となる。前記希釈器は、パージ弁５０からのアノードオフガス中の水素を、カソードオフガスで希釈する。

（１−３−４．カソード系）
カソード系は、エアポンプ６０、加湿器６２、ノーマルオープン型の背圧弁６４と、ノーマルオープン型の循環弁６６、流量センサ６８、７０及び温度センサ７２を有する。

エアポンプ６０は、外気（空気）を圧縮してカソード側に送り込むものであり、その吸気口は、配管６０ａを介して車外（外部）と連通している。エアポンプ６０の吐出口は、配管６０ｂ、加湿器６２及び配管６２ａを介して、カソード流路７４の入口に接続されている。エアポンプ６０がＥＣＵ２４の指令に従って作動すると、エアポンプ６０は、配管６０ａを介して車外の空気を吸気して圧縮し、この圧縮された空気が配管６０ｂ等を通ってカソード流路７４に圧送される。

加湿器６２は、水分透過性を有する複数の中空糸膜６２ｅを備えている。そして、加湿器６２は、中空糸膜６２ｅを介して、カソード流路７４に向かう空気とカソード流路７４から排出された多湿のカソードオフガスとの間で水分交換させ、カソード流路７４に向かう空気を加湿する。

カソード流路７４の出口側には、配管６２ｂ、加湿器６２、配管６４ａ、背圧弁６４及び配管６４ｂが配置されている。カソード流路７４から排出されたカソードオフガス（酸化剤オフガス）は、配管６２ｂ等を通って、車外に排出される。なお、配管６４ｂには、前記した希釈器（図示しない）が設けられている。

背圧弁６４は、例えば、バタフライ弁で構成され、その開度がＥＣＵ２４によって制御されることで、カソード流路７４における空気の圧力を制御する。より具体的には、背圧弁６４の開度が小さくなると、カソード流路７４における空気の圧力が上昇し、体積流量当たりにおける酸素濃度（体積濃度）が高くなる。逆に、背圧弁６４の開度が大きくなると、カソード流路７４における空気の圧力が下降し、体積流量当たりにおける酸素濃度（体積濃度）が低くなる。

前記希釈器の下流側の配管６４ｂは、配管６６ａ、循環弁６６及び配管６６ｂを介して、配管６０ａに接続されている。これにより、排気ガス（カソードオフガス）の一部が、循環ガスとして、配管６６ａ、循環弁６６及び配管６６ｂを通って、配管６０ａに供給され、車外からの新規空気に合流し、エアポンプ６０に吸気される。

循環弁６６は、例えば、バタフライ弁で構成され、その開度がＥＣＵ２４によって制御されることで循環ガスの流量を制御する。

流量センサ６８は、配管６０ｂに取り付けられ、カソード流路７４に向かう空気の流量［ｇ／ｓ］を検出してＥＣＵ２４に出力する。流量センサ７０は、配管６６ｂに取り付けられ、配管６０ａに向かう循環ガスの流量Ｑｃ［ｇ／ｓ］を検出してＥＣＵ２４に出力する。

温度センサ７２は、配管６４ａに取り付けられ、カソードオフガスの温度を検出してＥＣＵ２４に出力する。ここで、循環ガスの温度は、カソードオフガスの温度と略等しいため、温度センサ７２の検出するカソードオフガスの温度に基づいて、循環ガスの温度を検知することができる。

（１−３−５．冷却系）
冷却系は、ウォータポンプ８０及びラジエータ８２（放熱器）を有する。ウォータポンプ８０は、冷却水（冷媒）を循環させるものであり、その吐出口は、配管８０ａ、冷媒流路８４、配管８２ａ、ラジエータ８２及び配管８２ｂを順に介して、ウォータポンプ８０の吸込口に接続されている。ＥＣＵ２４の指令に従ってウォータポンプ８０が作動すると、冷却水が冷媒流路８４とラジエータ８２との間で循環し、ＦＣスタック４０を冷却する。

（１−３−６．セル電圧モニタ）
セル電圧モニタ４２は、ＦＣスタック４０を構成する複数の単セル毎のセル電圧Ｖｃｅｌｌを検出する機器であり、モニタ本体と、モニタ本体と各単セルとを接続するワイヤハーネスとを備える。モニタ本体は、所定周期で全ての単セルをスキャニングし、各単セルのセル電圧Ｖｃｅｌｌを検出し、平均セル電圧及び最低セル電圧を算出する。そして、平均セル電圧及び最低セル電圧をＥＣＵ２４に出力する。

（１−３−７．電力系）
図２に示すように、ＦＣ４０からの電力（以下「ＦＣ電力Ｐｆｃ」という。）は、インバータ１６及びモータ１４（力行時）とＤＣ／ＤＣコンバータ２２及び高電圧バッテリ２０（充電時）とに加え、前記エアポンプ６０、前記ウォータポンプ８０、エアコンディショナ９０、ダウンバータ９２、低電圧バッテリ９４、アクセサリ９６及びＥＣＵ２４に供給される。なお、図１に示すように、ＦＣユニット１８（ＦＣ４０）とインバータ１６及びＤＣ／ＤＣコンバータ２２との間には、逆流防止ダイオード９８が配置されている。また、ＦＣ４０の発電電圧（以下「ＦＣ電圧Ｖｆｃ」という。）は、電圧センサ１００（図４）により検出され、ＦＣ４０の発電電流（以下「ＦＣ電流Ｉｆｃ」という。）は、電流センサ１０２により検出され、いずれもＥＣＵ２４に出力される。

［１−４．高電圧バッテリ２０］
バッテリ２０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次電池又はキャパシタ等を利用することができる。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。バッテリ２０の出力電圧（以下「バッテリ電圧Ｖｂａｔ」という。）［Ｖ］は、図示しない電圧センサにより検出され、バッテリ２０の出力電流（以下「バッテリ電流Ｉｂａｔ」という。）［Ａ］は、図示しない電流センサにより検出され、それぞれＥＣＵ２４に出力される。さらに、バッテリ２０の残容量（以下「ＳＯＣ」という。）［％］は、ＳＯＣセンサ１０４（図２）により検出され、ＥＣＵ２４に出力される。

［１−５．ＤＣ／ＤＣコンバータ２２］
ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、ＦＣユニット１８からのＦＣ電力Ｐｆｃと、バッテリ２０から供給された電力（以下「バッテリ電力Ｐｂａｔ」という。）［Ｗ］と、モータ１４からの回生電力Ｐｒｅｇとの供給先を制御する。

図４には、本実施形態におけるＤＣ／ＤＣコンバータ２２の詳細が示されている。図４に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、一方がバッテリ２０のある１次側１Ｓに接続され、他方が負荷３０とＦＣ４０との接続点である２次側２Ｓに接続されている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、１次側１Ｓの電圧（１次電圧Ｖ１）［Ｖ］を２次側２Ｓの電圧（２次電圧Ｖ２）［Ｖ］（Ｖ１≦Ｖ２）に昇圧するとともに、２次電圧Ｖ２を１次電圧Ｖ１に降圧する昇降圧型且つチョッパ型の電圧変換装置である。

図４に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、１次側１Ｓと２次側２Ｓとの間に配される相アームＵＡと、リアクトル１１０とから構成される。

相アームＵＡは、上アーム素子（上アームスイッチング素子１１２とダイオード１１４）と下アーム素子（下アームスイッチング素子１１６とダイオード１１８）とで構成される。上アームスイッチング素子１１２と下アームスイッチング素子１１６には、それぞれ例えば、ＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴ等が採用される。

リアクトル１１０は、相アームＵＡの中点（共通接続点）とバッテリ２０の正極との間に挿入され、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２により１次電圧Ｖ１と２次電圧Ｖ２との間で電圧を変換する際に、エネルギを放出及び蓄積する作用を有する。

上アームスイッチング素子１１２は、ＥＣＵ２４から出力されるゲート駆動信号（駆動電圧）ＵＨのハイレベルによりオンにされ、下アームスイッチング素子１１６は、ゲートの駆動信号（駆動電圧）ＵＬのハイレベルによりオンにされる。

なお、ＥＣＵ２４は、１次側の平滑コンデンサ１２２に並列に設けられた電圧センサ１２０により１次電圧Ｖ１を検出し、電流センサ１２４により１次側の電流（１次電流Ｉ１）［Ａ］を検出する。また、ＥＣＵ２４は、２次側の平滑コンデンサ１２８に並列に設けられた電圧センサ１２６により２次電圧Ｖ２を検出し、電流センサ１３０により２次側の電流（２次電流Ｉ２）［Ａ］を検出する。

［１−６．ＥＣＵ２４］
ＥＣＵ２４は、通信線１４０（図１等）を介して、モータ１４、インバータ１６、ＦＣユニット１８、バッテリ２０及びＤＣ／ＤＣコンバータ２２を制御する。当該制御に際しては、メモリ（ＲＯＭ）に格納されたプログラムを実行し、また、セル電圧モニタ４２、流量センサ６８、７０、温度センサ７２、電圧センサ１００、１２０、１２６、電流センサ１０２、１２４、１３０、ＳＯＣセンサ１０４等の各種センサの検出値を用いる。

ここでの各種センサには、上記センサに加え、開度センサ１５０、モータ回転数センサ１５２及び車速センサ１５４（図１）が含まれる。開度センサ１５０は、アクセルペダル１５６の開度θｐ［度］を検出する。回転数センサ１５２は、モータ１４の回転数Ｎｍ［ｒｐｍ］を検出する。車速センサ１５４は、ＦＣ車両１０の車速Ｖ［ｋｍ／ｈ］を検出する。さらに、ＥＣＵ２４には、メインスイッチ１５８（以下「メインＳＷ１５８」という。）が接続される。メインＳＷ１５８は、ＦＣユニット１８及びバッテリ２０からモータ１４への電力供給の可否を切り替えるものであり、ユーザにより操作可能である。

ＥＣＵ２４は、マイクロコンピュータを含み、必要に応じて、タイマ、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等の入出力インタフェースを有する。なお、ＥＣＵ２４は、１つのＥＣＵのみからなるのではなく、モータ１４、ＦＣユニット１８、バッテリ２０及びＤＣ／ＤＣコンバータ２２毎の複数のＥＣＵから構成することもできる。

ＥＣＵ２４は、ＦＣスタック４０の状態、バッテリ２０の状態、及びモータ１４の状態の他、各種スイッチ及び各種センサからの入力（負荷要求）に基づき決定したＦＣ車両１０全体としてＦＣシステム１２に要求される負荷から、ＦＣスタック４０が負担すべき負荷と、バッテリ２０が負担すべき負荷と、回生電源（モータ１４）が負担すべき負荷の配分（分担）を調停しながら決定し、モータ１４、インバータ１６、ＦＣユニット１８、バッテリ２０及びＤＣ／ＤＣコンバータ２２に指令を送出する。

２．本実施形態の制御
次に、ＥＣＵ２４における制御について説明する。

［２−１．基本制御］
図５には、ＥＣＵ２４における基本的な制御のフローチャートが示されている。ステップＳ１において、ＥＣＵ２４は、メインＳＷ１５８がオンであるかどうかを判定する。メインＳＷ１５８がオンでない場合（Ｓ１：ＮＯ）、ステップＳ１を繰り返す。メインＳＷ１５８がオンである場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、ステップＳ２に進む。ステップＳ２において、ＥＣＵ２４は、ＦＣシステム１２に要求される負荷（システム負荷Ｐｓｙｓ）［Ｗ］を計算する。

ステップＳ３において、ＥＣＵ２４は、ＦＣシステム１２のエネルギマネジメントを行う。ここにいうエネルギマネジメントは、ＦＣスタック４０の劣化を抑制しつつ、ＦＣシステム１２全体の出力を効率化することを企図している。

ステップＳ４において、ＥＣＵ２４は、ＦＣスタック４０の周辺機器、すなわち、エアポンプ６０、背圧弁６４、循環弁６６及びウォータポンプ８０の制御（ＦＣ発電制御）を行う。ステップＳ５において、ＥＣＵ２４は、モータ１４のトルク制御を行う。

ステップＳ６において、ＥＣＵ２４は、メインＳＷ１５８がオフであるかどうかを判定する。メインＳＷ１５８がオフでない場合（Ｓ６：ＮＯ）、ステップＳ２に戻る。メインＳＷ１５８がオフである場合（Ｓ６：ＹＥＳ）、今回の処理を終了する。

［２−２．システム負荷Ｐｓｙｓの計算］
図６には、システム負荷Ｐｓｙｓを計算するフローチャートが示されている。ステップＳ１１において、ＥＣＵ２４は、開度センサ１５０からアクセルペダル１５６の開度θｐを読み込む。ステップＳ１２において、ＥＣＵ２４は、回転数センサ１５２からモータ１４の回転数Ｎｍ［ｒｐｍ］を読み込む。

ステップＳ１３において、ＥＣＵ２４は、開度θｐと回転数Ｎｍに基づいてモータ１４の予想消費電力Ｐｍ［Ｗ］を算出する。具体的には、図７に示すマップにおいて、開度θｐ毎に回転数Ｎｍと予想消費電力Ｐｍの関係を記憶しておく。例えば、開度θｐがθｐ１であるとき、特性１２０を用いる。同様に、開度θｐがθｐ２、θｐ３、θｐ４、θｐ５、θｐ６であるとき、それぞれ特性１２２、１２４、１２６、１２８、１３０を用いる。そして、開度θｐに基づいて回転数Ｎｍと予想消費電力Ｐｍとの関係を示す特性を特定した上で、回転数Ｎｍに応じた予想消費電力Ｐｍを特定する。

ステップＳ１４において、ＥＣＵ２４は、各補機から現在の動作状況を読み込む。ここでの補機には、例えば、エアポンプ６０、ウォータポンプ８０及びエアコンディショナ９０を含む高電圧系の補機や、低電圧バッテリ９４、アクセサリ９６及びＥＣＵ２４を含む低電圧系の補機が含まれる。例えば、エアポンプ６０及びウォータポンプ８０であれば、回転数Ｎａｐ、Ｎｗｐ［ｒｐｍ］を読み込む。エアコンディショナ９０であれば、その出力設定を読み込む。

ステップＳ１５において、ＥＣＵ２４は、各補機の現在の動作状況に応じて補機の消費電力Ｐａ［Ｗ］を算出する。ステップＳ１６において、ＥＣＵ２４は、充放電係数αを算出する。充放電係数αは、予想消費電力Ｐｍと補機の消費電力Ｐａの和（仮システム負荷）に乗算する係数であり、バッテリ２０のＳＯＣとモータ１４の回生電力Ｐｒｅｇの平均値（以下「平均回生電力Ｐｒｅｇａｖｅ」という。）とに応じて設定される。平均回生電力Ｐｒｅｇａｖｅは、所定期間内に得られた回生電力Ｐｒｅｇの平均値である。

図８は、ＳＯＣ、充放電係数α及び平均回生電力Ｐｒｅｇａｖｅの関係を示すマップである。図８の例では、目標ＳＯＣを５０％に設定しており、ＳＯＣが５０％を上回るとき（十分な充電状態にあるとき）、充放電係数αが１未満とされる。これにより、仮システム負荷に１未満の乗数を掛けることでシステム負荷Ｐｓｙｓを小さくし、バッテリ２０の余分なＳＯＣを消費することが可能となる。また、ＳＯＣが５０％を下回るとき（充電を要するとき）、充放電係数αを１より大きくする。これにより、仮システム負荷に１を超える乗数を掛けることでシステム負荷Ｐｓｙｓを大きくし、ＳＯＣの不足分を補うことが可能となる。

また、図８の例では、平均回生電力Ｐｒｅｇａｖｅに応じてＳＯＣと充放電係数αの関係を切り替える。すなわち、図８に示すように、平均回生電力Ｐｒｅｇａｖｅが低い場合（回生電力Ｐｒｅｇが得難い環境にあるとき）、回生電力Ｐｒｅｇをあまり見込めない分、ＳＯＣが５０％を上回る範囲では充放電係数αを大きくし、ＳＯＣが５０％を下回る範囲では充放電係数αを１に近い値とする。一方、平均回生電力Ｐｒｅｇａｖｅが高い場合（回生電力Ｐｒｅｇを得易い環境にあるとき）、回生電力Ｐｒｅｇをより多く見込める分、ＳＯＣが５０％を上回る範囲では充放電係数αを小さくし、ＳＯＣが５０％を下回る範囲では充放電係数αを１から大きく遠ざける。なお、目標ＳＯＣは、５０％以外の値に設定してもよい。また、図８のマップは、例えば、実測値、シミュレーション値を用いることができる。

図６に戻り、ステップＳ１７において、ＥＣＵ２４は、モータ１４の予想消費電力Ｐｍと補機の消費電力Ｐａの和（仮システム負荷）に充放電係数αを乗算してＦＣ車両１０全体での予想消費電力（すなわち、システム負荷Ｐｓｙｓ）を算出する。

［２−３．エネルギマネジメント］
上記のように、本実施形態におけるエネルギマネジメントでは、ＦＣスタック４０の劣化を抑制しつつ、ＦＣシステム１２全体の出力を効率化することを企図している。

（２−３−１．前提事項）
図９は、ＦＣスタック４０を構成するＦＣセルの電位（セル電圧Ｖｃｅｌｌ）［Ｖ］とセルの劣化量Ｄとの関係の一例を示している。すなわち、図９中の曲線１６０は、セル電圧Ｖｃｅｌｌと劣化量Ｄとの関係を示す。

図９において、電位ｖ１（例えば、０．５Ｖ）を下回る領域（以下「白金凝集増加領域Ｒ１」又は「凝集増加領域Ｒ１」という。）では、ＦＣセルに含まれる白金（酸化白金）について還元反応が激しく進行し、白金が過度に凝集する。電位ｖ１から電位ｖ２（例えば、０．８Ｖ）までは、還元反応が安定的に進行する領域（以下「白金還元領域Ｒ２」又は「還元領域Ｒ２」という。）である。

電位ｖ２から電位ｖ３（例えば、０．９Ｖ）までは、白金について酸化還元反応が進行する領域（以下「白金酸化還元進行領域Ｒ３」又は「酸化還元領域Ｒ３」という。）である。電位ｖ３から電位ｖ４（例えば、０．９５Ｖ）までは、白金について酸化反応が安定的に進行する領域（以下「白金酸化安定領域Ｒ４」又は「酸化領域Ｒ４」という。）である。電位ｖ４からＯＣＶ（開回路電圧）までは、セルに含まれるカーボンの酸化が進行する領域（以下「カーボン酸化領域Ｒ５」という。）である。

上記のように、図９では、セル電圧Ｖｃｅｌｌが白金還元領域Ｒ２又は白金酸化安定領域Ｒ４にあれば、ＦＣセルの劣化の進行度合が小さい。一方、セル電圧Ｖｃｅｌｌが白金凝集増加領域Ｒ１、白金酸化還元進行領域Ｒ３、又はカーボン酸化領域Ｒ５にあれば、ＦＣセルの劣化の進行度合が大きい。

なお、図９では、曲線１６０を一義的に定まるような表記としているが、実際は、単位時間当たりにおけるセル電圧Ｖｃｅｌｌの変動量（変動速度Ａｃｅｌｌ）［Ｖ／ｓｅｃ］に応じて曲線１６０は変化する。

図１０には、変動速度Ａｃｅｌｌが異なる場合の酸化の進行と還元の進行の様子の例を示すサイクリックボルタンメトリ図である。図１０において、曲線１７０は、変動速度Ａｃｅｌｌが高い場合を示し、曲線１７２は、変動速度Ａｃｅｌｌが低い場合を示す。図１０からわかるように、変動速度Ａｃｅｌｌに応じて酸化又は還元の進行度合が異なるため、必ずしも各電位ｖ１〜ｖ４は一義的に特定されない。また、ＦＣセルの個体差によっても各電位ｖ１〜ｖ４は変化し得る。このため、電位ｖ１〜ｖ４は、理論値、シミュレーション値又は実測値に誤差分を反映させたものとして設定することが好ましい。

また、ＦＣセルの電流−電圧（ＩＶ）特性は、一般的な燃料電池セルと同様、セル電圧Ｖｃｅｌｌが下がるほど、セル電流Ｉｃｅｌｌ［Ａ］が増加する（図１１参照）。加えて、ＦＣスタック４０の発電電圧（ＦＣ電圧Ｖｆｃ）は、セル電圧ＶｃｅｌｌにＦＣスタック４０内の直列接続数Ｎｆｃを乗算したものである。直列接続数Ｎｆｃは、ＦＣスタック４０内で直列に接続されるＦＣセルの数であり、以下、単に「セル数」ともいう。

以上を踏まえ、本実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２が、電圧変換動作を行っている際、ＦＣスタック４０の目標電圧（目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔ）［Ｖ］を、主として、白金還元領域Ｒ２内に設定しつつ、必要に応じて白金酸化安定領域Ｒ４内に設定する（具体例は、図１２等を用いて説明する。）。このような目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔの切替えを行うことにより、ＦＣ電圧Ｖｆｃが、領域Ｒ１、Ｒ３、Ｒ５（特に、白金酸化還元進行領域Ｒ３）内にある時間を極力短縮し、ＦＣスタック４０の劣化を防止することができる。

なお、上記の処理では、ＦＣスタック４０の供給電力（ＦＣ電力Ｐｆｃ）と、システム負荷Ｐｓｙｓが等しくならない場合が存在する。この点、ＦＣ電力Ｐｆｃがシステム負荷Ｐｓｙｓを下回っている場合、その不足分は、バッテリ２０から供給する。また、ＦＣ電力Ｐｆｃがシステム負荷Ｐｓｙｓを上回っている場合、その余剰分は、バッテリ２０に充電する。

なお、図９では、電位ｖ１〜ｖ４を具体的な数値として特定したが、これは、後述する制御を行うためであり、当該数値は、あくまで制御の便宜を考慮して決定するものである。換言すると、曲線１６０からもわかるように、劣化量Ｄは連続的に変化するため、制御の仕様に応じて、電位ｖ１〜ｖ４は、適宜設定することができる。

但し、白金還元領域Ｒ２は、曲線１６０の極小値（第１極小値Ｖｌｍｉ１）を含む。白金酸化還元進行領域Ｒ３では、曲線１６０の極大値（極大値Ｖｌｍｘ）を含む。白金酸化安定領域Ｒ４は、曲線１６０の別の極小値（第２極小値Ｖｌｍｉ２）を含む。

（２−３−２．エネルギマネジメントで用いる電力供給モード）
図１１は、本実施形態における複数の電力供給モードの説明図である。本実施形態では、エネルギマネジメントで用いる電力供給の制御方法（電力供給モード）として、２つの制御方法（電力制御モード）を用いる。すなわち、本実施形態では、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔ及びＦＣ電流Ｉｆｃがいずれも可変である電圧可変・電流可変制御（第１モード）と、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔが一定でありＦＣ電流Ｉｆｃが可変である電圧固定・電流可変制御（第２モード）とを切り替えて用いる。

第１モード（電圧可変・電流可変制御）は、主として、システム負荷Ｐｓｙｓが相対的に高いときに用いられるものであり、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを固定（或いは、酸素を豊潤な状態に維持）した状態で、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを調整することによりＦＣ電流Ｉｆｃを制御する。これにより、基本的に、ＦＣ電力Ｐｆｃによりシステム負荷Ｐｓｙｓをまかなうことが可能となる。第１モードは、通常走行時（登坂時以外の走行時）に用いる通常第１モードと、登坂時に用いる登坂時第１モードとに分けられる。

第２モード（電圧固定・電流可変制御）は、主として、システム負荷Ｐｓｙｓが相対的に低いときに用いられるものであり、目標セル電圧Ｖｃｅｌｌｔｇｔ（＝目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔ／セル数）を、酸化還元領域Ｒ３よりも低い電位以下で設定された基準電位｛本実施形態では、電位ｖ２（＝０．８Ｖ）｝に固定すると共に、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを可変とすることにより、ＦＣ電流Ｉｆｃを可変とする。これにより、基本的に、ＦＣ電力Ｐｆｃによりシステム負荷Ｐｓｙｓをまかなうことが可能となる（詳細は後述する。）。ＦＣ電力Ｐｆｃの不足分は、バッテリ２０からアシストする。第２モードは、通常走行時（登坂時及び加速時以外の走行時）に用いる通常第２モードと、登坂時又は加速時に用いる登坂／加速時第２モードとに分けられる。

（２−３−３．エネルギマネジメントの全体フロー）
図１２には、ＥＣＵ２４が、ＦＣシステム１２のエネルギマネジメント（図５のＳ３）を行うフローチャートが示されている。ステップＳ２１において、ＥＣＵ２４は、ステップＳ２で計算したシステム負荷Ｐｓｙｓが、高負荷を判定するための閾値ＴＨＰｓｙｓ１を上回るか否かを判定する。システム負荷Ｐｓｙｓが閾値ＴＨＰｓｙｓ１を上回る場合（Ｓ２１：ＹＥＳ）、ステップＳ２２において、ＥＣＵ２４は、車両１０が登坂中であるか否かを判定する登坂走行判定を行う。そして、車両１０が登坂中でない場合（Ｓ２３：ＮＯ）、ステップＳ２４において、ＥＣＵ２４は、通常第１モード（電圧可変・電流可変制御）を実行する。車両１０が登坂中である場合（Ｓ２３：ＹＥＳ）、ステップＳ２５において、ＥＣＵ２４は、登坂時第１モード（電圧可変・電流可変制御）を実行する。

ステップＳ２１においてシステム負荷Ｐｓｙｓが閾値ＴＨＰｓｙｓ１を上回らない場合（Ｓ２１：ＮＯ）、ステップＳ２６において、ステップＳ２２と同様の登坂走行判定を行う。続くステップＳ２７において、ＥＣＵ２４は、車両１０が加速中であるか否かを判定する加速判定を行う。車両１０が登坂中及び加速中のいずれでもない場合（Ｓ２８：ＮＯ）、ステップＳ２９において、ＥＣＵ２４は、通常第２モード（電圧固定・電流可変制御）を選択する。車両１０が登坂中又は加速中のいずれかである場合（Ｓ２８：ＹＥＳ）、ステップＳ３０において、ＥＣＵ２４は、登坂／加速時第２モード（電圧固定・電流可変制御）を実行する。

（２−３−４．登坂判定）
図１３は、登坂判定のフローチャートである。ステップＳ４１において、ＥＣＵ２４は、モータ１４のトルクＴｍの平均値（平均モータトルクＴｍａｖｅ）を算出し、平均モータトルクＴｍａｖｅが、車両１０が登坂中であるか否かを判定するための閾値ＴＨＴｍａｖｅ１以上であるか否かを判定する。

平均モータトルクＴｍａｖｅが閾値ＴＨＴｍａｖｅ１以上である場合（Ｓ４１：ＹＥＳ）、ステップＳ４２において、ＥＣＵ２４は、モータ１４の回転数Ｎｍの平均値（平均モータ回転数Ｎｍａｖｅ）を算出し、平均モータ回転数Ｎｍａｖｅが、車両１０が登坂中であるか否かを判定するための閾値ＴＨＮｍａｖｅ１以上であるか否かを判定する。

平均モータ回転数Ｎｍａｖｅが閾値ＴＨＮｍａｖｅ１以上である場合（Ｓ４２：ＹＥＳ）、ステップＳ４３において、ＥＣＵ２４は、車両１０が登坂中であるか否かを示す登坂フラグＦＬＧ１を、車両１０が登坂中であることを示す「１」に設定する。

平均モータトルクＴｍａｖｅが閾値ＴＨＴｍａｖｅ１以上でない場合（Ｓ４１：ＮＯ）又は平均モータ回転数Ｎｍａｖｅが閾値ＴＨＮｍａｖｅ１以上でない場合（Ｓ４２：ＮＯ）、ステップＳ４４において、ＥＣＵ２４は、前記加速フラグＦＬＧ１を、車両１０が登坂中でないことを示す「０」に設定する。

（２−３−５．加速判定）
図１４は、加速判定のフローチャートである。ステップＳ５１において、ＥＣＵ２４は、モータ１４の出力（モータ出力Ｐｍｏｔ）を算出し、モータ出力Ｐｍｏｔが、車両１０が加速中であるか否かを判定するための閾値ＴＨＰｍｏｔ１以上であるか否かを判定する。

モータ出力Ｐｍｏｔが閾値ＴＨＰｍｏｔ１以上である場合（Ｓ５１：ＹＥＳ）、ステップＳ５２において、ＥＣＵ２４は、アクセルペダル１５６の開度θｐが、車両１０が加速中であるか否かを判定するための閾値ＴＨθｐ１以上であるか否かを判定する。

開度θｐが閾値ＴＨθｐ１以上である場合（Ｓ５２：ＹＥＳ）、ステップＳ５３において、ＥＣＵ２４は、車両１０が加速中であるか否かを示す加速フラグＦＬＧ２を、車両１０が加速中であることを示す「１」に設定する。

モータ出力Ｐｍｏｔが閾値ＴＨＰｍｏｔ１以上でない場合（Ｓ５１：ＮＯ）又はアクセルペダル１５６の開度θｐが閾値ＴＨθｐ１以上でない場合（Ｓ５２：ＮＯ）、ステップＳ５４において、ＥＣＵ２４は、前記加速フラグＦＬＧ２を、車両１０が加速中でないことを示す「０」に設定する。

（２−３−６．第１モード）
上記のように、第１モードは、主として、システム負荷Ｐｓｙｓが相対的に高いときに用いられるものであり、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを固定（或いは、酸素を豊潤な状態に維持）した状態で、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを調整することによりＦＣ電流Ｉｆｃを制御する。第１モードは、車両１０が登坂通常走行時（登坂時以外の走行時）に用いる通常第１モードと、登坂時に用いる登坂時第１モードとに分けられる。

すなわち、図１１に示すように、通常第１モードでは、ＦＣ４０の電流−電圧特性（ＩＶ特性）が通常のもの（図１１中、実線で表されるもの）を用いる。登坂時第１モードでは、エアストイキ比を上昇させたＦＣ４０のＩＶ特性を用いる。

通常の燃料電池と同様、ＦＣ４０のＩＶ特性は、セル電圧Ｖｃｅｌｌ（ＦＣ電圧Ｖｆｃ）が低くなるほど、セル電流Ｉｃｅｌｌ（ＦＣ電流Ｉｆｃ）が大きくなる。このため、通常第１モード及び登坂時第１モードでは、システム負荷Ｐｓｙｓに応じて目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔを算出し、さらに目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔに対応する目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを算出する。そして、ＦＣ電圧Ｖｆｃが目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔとなるように、ＥＣＵ２４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２を制御する。すなわち、２次電圧Ｖ２が目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔとなるように１次電圧Ｖ１をＤＣ／ＤＣコンバータ２２により昇圧することで、ＦＣ電圧Ｖｆｃを制御してＦＣ電流Ｉｆｃを制御する。

なお、酸素が豊潤な状態にあるとは、例えば、図１５に示すように、エアストイキ比を上昇させても、セル電流Ｉｃｅｌｌが略一定となり、実質的に飽和した状態となる通常ストイキ比以上の領域における酸素を意味する。水素が豊潤であるという場合も、同様である。なお、エアストイキ比の調整は、例えば、酸素濃度の制御により行う。

以上のような第１モード（通常第１モード及び登坂時第１モード）によれば、システム負荷Ｐｓｙｓが相対的に高いときであっても、基本的にシステム負荷Ｐｓｙｓの全てをＦＣ電力Ｐｆｃによりまかなうことが可能となる。

特に、登坂時第１モードによれば、車両１０が登坂中であっても、システム負荷Ｐｓｙｓの全てをＦＣ電力Ｐｆｃによりまかなうことが可能となる。すなわち、登坂時第１モードでは、エアストイキ比を上昇させたＦＣ４０のＩＶ特性を用いるため、ＦＣ電圧Ｖｆｃが上昇する。ＦＣ電圧Ｖｆｃが上昇すると、インバータ１６がモータ１４を駆動する電圧（モータ電圧Ｖｍｏｔ）が上昇する。図１６に示すように、高トルク回転時のモータ効率は、モータ電圧Ｖｍｏｔの増加に比例して上昇する。これにより、車両１０が登坂中であっても、システム負荷Ｐｓｙｓの全てをＦＣ電力Ｐｆｃによりまかなうことが可能となると共に、より高出力とすることでドライバビリティを維持することが可能となる。

（２−３−７．第２モード）
上記のように、第２モードは、主として、システム負荷Ｐｓｙｓが相対的に低いときに用いられるものであり、目標セル電圧Ｖｃｅｌｌｔｇｔ（＝目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔ／セル数）を、酸化還元領域Ｒ３よりも低い電位以下で設定された基準電位｛本実施形態では、電位ｖ２（＝０．８Ｖ）｝に固定すると共に、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔ（エアストイキ比）を可変とすることにより、ＦＣ電流Ｉｆｃを可変とする。第２モードは、通常走行時（登坂時及び加速時以外の走行時）に用いる通常第２モードと、登坂時又は加速時に用いる登坂／加速時第２モードとに分けられる。

すなわち、図１１に示すように、通常第２モードでは、セル電圧Ｖｃｅｌｌを一定に保った状態で目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを下げていくことで酸素濃度Ｃｏを下げる。図１５に示すように、エアストイキ比（酸素濃度Ｃｏ）が低下するとセル電流Ｉｃｅｌｌ（ＦＣ電流Ｉｆｃ）も低下する。このため、セル電圧Ｖｃｅｌｌを一定に保った状態で目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを増減させることで、セル電流Ｉｃｅｌｌ（ＦＣ電流Ｉｆｃ）及びＦＣ電力Ｐｆｃを制御することが可能となる。なお、ＦＣ電力Ｐｆｃの不足分は、バッテリ２０からアシストする。

登坂／加速時第２モードでは、エアストイキ比を上昇させ、通常第１モードと同じレベルに戻す。従って、第２モードは、目標セル電圧Ｖｃｅｌｌｔｇｔ（目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔ）を固定すると共に、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを可変とすることにより、ＦＣ電流Ｉｆｃを可変とするモードではあるものの、登坂／加速時第２モードでは、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔが固定されるため、実質的に、目標セル電圧Ｖｃｅｌｌｔｇｔ（目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔ）及びＦＣ電流Ｉｆｃが一定となる。

図１７には、第２モード（通常時第２モード及び登坂／加速時第２モード）のフローチャートが示されている。ステップＳ６１において、ＥＣＵ２４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の昇圧率を調整することにより、酸化還元領域Ｒ３よりも低い電位以下で設定された基準電位｛本実施形態では、電位ｖ２（＝０．８Ｖ）｝に目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを固定する。ステップＳ６２において、ＥＣＵ２４は、システム負荷Ｐｓｙｓに対応する目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔを算出する。なお、登坂／加速時第２モードでは、ここでの目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔが一定となる。

ステップＳ６３において、ＥＣＵ２４は、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔが基準電位であることを前提として、目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔに対応する目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを算出する（図１１及び図１８参照）。なお、図１８は、ＦＣ電圧Ｖｆｃが基準電位であるときの目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔと目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔとの関係を示す。また、登坂／加速時第２モードでは、目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔが一定であるため、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔも一定となる。

ステップＳ６４において、ＥＣＵ２４は、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔに応じて各部への指令値を算出及び送信する。ここで算出される指令値には、エアポンプ６０の回転数（以下「エアポンプ回転数Ｎａｐ」又は「回転数Ｎａｐ」という。）、ウォータポンプ８０の回転数（以下「ウォータポンプ回転数Ｎｗｐ」又は「回転数Ｎｗｐ」という。）、背圧弁６４の開度（以下「背圧弁開度θｂｐ」又は「開度θｂｐ」という。）及び循環弁６６の開度（以下「循環弁開度θｃ」又は「開度θｃ」という。）が含まれる。

すなわち、図１９及び図２０に示すように、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔに応じて目標エアポンプ回転数Ｎａｐｔｇｔ、目標ウォータポンプ回転数Ｎｗｐｔｇｔ及び目標背圧弁開度θｂｐｔｇｔが設定される。また、循環弁６６の目標開度θｃｔｇｔは、初期値（例えば、循環ガスがゼロとなる開度）に設定される。

ステップＳ６５において、ＥＣＵ２４は、ＦＣ４０による発電が安定しているか否かを判定する。当該判定として、ＥＣＵ２４は、セル電圧モニタ４２から入力される最低セル電圧が、平均セル電圧から所定電圧を減算した電圧よりも低い場合｛最低セル電圧＜（平均セル電圧−所定電圧）｝、ＦＣ４０の発電が不安定であると判定する。なお、前記所定電圧は、例えば、実験値、シミュレーション値等を用いることができる。

発電が安定している場合（Ｓ６５：ＹＥＳ）、今回の処理を終える。発電が安定していない場合（Ｓ６５：ＮＯ）、ステップＳ６６において、ＥＣＵ２４は、流量センサ７０を介して循環ガスの流量Ｑｃ［ｇ／ｓ］を監視しながら、循環弁６６の開度θｃを大きくし、流量Ｑｃを一段階増加する（図２１参照）。なお、図２１では、循環弁６６を全開とした場合、流量Ｑｃが４段階目の増加となり、最大流量となる場合を例示している。

但し、循環弁６６の開度θｃが増加すると、エアポンプ６０に吸気される吸気ガスにおいて、循環ガスの割合が増加する。すなわち、吸気ガスについて、新規空気（車外から吸気される空気）と、循環ガスとの割合において、循環ガスの割合が増加するように変化する。従って、全単セルへの酸素の分配能力が向上する。ここで、循環ガス（カソードオフガス）の酸素濃度は、新規空気の酸素濃度に対して低い。このため、循環弁６６の開度θｃの制御前後において、エアポンプ６０の回転数Ｎａｐ及び背圧弁６４の開度θｂｐが同一である場合、カソード流路７４を通流するガスの酸素濃度が低下することになる。

そこで、ステップＳ６６では、ステップＳ６３で算出した目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔが維持されるように、循環ガスの流量Ｑｃの増加に連動して、エアポンプ６０の回転数Ｎａｐの増加及び背圧弁６４の開度θｂｐの減少の少なくとも一方を実行することが好ましい。

例えば、循環ガスの流量Ｑｃを増加した場合、エアポンプ６０の回転数Ｎａｐを増加させ、新規空気の流量を増加することが好ましい。そして、このようにすれば、カソード流路７４に向かうガス（新規空気と循環ガスとの混合ガス）全体の流量が増加するので、全単セルへの酸素の分配能力がさらに向上し、ＦＣ４０の発電性能が回復し易くなる。

このようにして、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを維持しつつ、循環ガスを新規空気に合流させるので、カソード流路７４を通流するガスの体積流量［Ｌ／ｓ］が増加する。これにより、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔが維持されつつ体積流量の増加したガスが、ＦＣ４０内で複雑に形成されたカソード流路７４全体に行き渡り易くなる。したがって、各単セルに前記ガスが同様に供給され易くなり、ＦＣ４０の発電の不安定が解消され易くなる。また、ＭＥＡ（膜電極接合体）の表面やカソード流路７４を囲む壁面に付着する水滴（凝縮水等）も除去され易くなる。

ステップＳ６７において、ＥＣＵ２４は、流量センサ７０を介して検出される循環ガスの流量Ｑｃが上限値以上であるか否か判定する。判定基準となる上限値は、循環弁６６の開度θｃが全開となる値に設定される。

この場合において、循環弁開度θｃが同一であっても、エアポンプ６０の回転数Ｎａｐが増加すると、流量センサ７０で検出される循環ガスの流量Ｑｃが増加するので、前記上限値は、エアポンプ回転数Ｎａｐに関連付けて、つまり、エアポンプ６０の回転数Ｎａｐが大きくなると、前記上限値が大きくなるように設定されることが好ましい。

循環ガスの流量Ｑｃが上限値以上でないと判定した場合（Ｓ６７：ＮＯ）、ステップＳ６５に戻る。循環ガスの流量Ｑｃが上限値以上であると判定した場合（Ｓ６７：ＹＥＳ）、ステップＳ６８に進む。

ここで、ステップＳ６６、Ｓ６７では、流量センサ７０が直接検出する循環ガスの流量Ｑｃに基づいて処理を実行したが、循環弁開度θｃに基づいて処理を実行してもよい。すなわち、ステップＳ６６において、循環弁開度θｃを開方向に一段階（例えば３０°）にて増加する構成とし、ステップＳ６７において、循環弁６６が全開である場合（Ｓ６７：ＹＥＳ）、ステップＳ６８に進む構成としてもよい。

また、この場合において、循環弁６６の開度θｃと、循環ガスの温度と、図２２のマップとに基づいて、循環ガスの流量Ｑｃ［ｇ／ｓ］を算出することもできる。図２２に示すように、循環ガスの温度が高くなるにつれて、その密度が小さくなるので、流量Ｑｃ［ｇ／ｓ］が小さくなる関係となっている。

ステップＳ６８において、ＥＣＵ２４は、ステップＳ６５と同様に、発電が安定しているか否かを判定する。発電が安定している場合（Ｓ６８：ＹＥＳ）、今回の処理を終える。発電が安定していない場合（Ｓ６８：ＮＯ）、ステップＳ６９において、ＥＣＵ２４は、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを１段増加させる（通常の濃度に近づける）。具体的には、エアポンプ６０の回転数Ｎａｐの増加及び背圧弁６４の開度θｂｐの減少の少なくとも一方を１段階行う。

ステップＳ７０において、ＥＣＵ２４は、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔが通常のＩＶ特性における目標酸素濃度（通常酸素濃度Ｃｏｎｍｌ）以下であるか否かを判定する。目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔが通常酸素濃度Ｃｏｎｍｌ以下である場合（Ｓ７０：ＹＥＳ）、ステップＳ６８に戻る。目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔが通常酸素濃度Ｃｏｎｍｌ以下でない場合（Ｓ７０：ＮＯ）、ステップＳ７１において、ＥＣＵ２４は、ＦＣユニット１８を停止する。すなわち、ＥＣＵ２４は、ＦＣ４０への水素及び空気の供給を停止し、ＦＣ４０の発電を停止する。そして、ＥＣＵ２４は、図示しない警告ランプを点灯させ、運転者にＦＣ４０が異常であることを通知する。なお、ＥＣＵ２４は、バッテリ２０からモータ１４に電力を供給し、ＦＣ車両１０の走行は継続させる。

以上のような第２モードによれば、通常第２モードを選択しているとき、システム負荷Ｐｓｙｓが相対的に低い場合に、セル電圧Ｖｃｅｌｌを電位ｖ２から下げることになり、基本的にシステム負荷Ｐｓｙｓの全てをＦＣ電力Ｐｆｃによりまかなうことが可能となる。また、登坂／加速時第２モードを選択しているとき、車両１０が登坂中又は加速中であっても、システム負荷Ｐｓｙｓの全てをＦＣ電力Ｐｆｃによりまかなうことが可能となると共に、より高出力とすることでドライバビリティを維持することが可能となる。

（２−３−８．ＦＣシステム１２全体の効率）
図２３には、本実施形態における各電力供給モードと、ＦＣ電力Ｐｆｃと、ＦＣ４０の発電効率との関係が示されている。図２３からわかるように、通常第１モードでは、基本的に、システム負荷Ｐｓｙｓの全てをＦＣ電力Ｐｆｃでまかないつつ、ＦＣ４０の発電効率を高く維持することができる。登坂時第１モードでは、基本的に、システム負荷Ｐｓｙｓの全てをＦＣ電力Ｐｆｃでまかなうことができるが、通常第１モードと比べてＦＣ４０の発電効率は落ちる。但し、上記のように、モータ効率は向上する。これは、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔ（エアストイキ比）が増加すると、ＦＣ４０の特性上、ＦＣ電圧Ｖｆｃが増加し、ＦＣ電流Ｉｆｃが減少するため、インバータ１６を通過する電流が減少するためである。従って、ＦＣ車両１０全体で見た場合、出力効率が高くなる場合がある。

通常第２モードでは、ＦＣ４０の発電効率は低くなるものの、基本的に、システム負荷Ｐｓｙｓの全てをＦＣ電力Ｐｆｃでまかなうことで、バッテリ２０の充放電の頻度を抑え、ＦＣシステム１２全体での出力効率を高くすることが可能である。登坂／加速時第２モードでは、ＦＣ４０が余剰電力を生成する分、車両１０全体での出力効率が低下するが、その一方、ＦＣ４０の発電効率が向上すると共に、上記のように、モータ効率が向上する。

［２−４．ＦＣ発電制御］
上記のように、ＦＣ発電制御（図５のＳ４）として、ＥＣＵ２４は、ＦＣスタック４０の周辺機器、すなわち、エアポンプ６０、背圧弁６４、循環弁６６及びウォータポンプ８０を制御する。具体的には、ＥＣＵ２４は、エネルギマネジメント（図５のＳ３）で算出したこれらの機器の指令値（例えば、図１７のＳ６４）を用いてこれらの機器を制御する。

［２−５．モータ１４のトルク制御］
図２４には、モータ１４のトルク制御のフローチャートが示されている。ステップＳ８１において、ＥＣＵ２４は、車速センサ１５４から車速Ｖを読み込む。ステップＳ８２において、ＥＣＵ２４は、開度センサ１５０からアクセルペダル１５６の開度θｐを読み込む。

ステップＳ８３において、ＥＣＵ２４は、車速Ｖと開度θｐに基づいてモータ１４の仮目標トルクＴｔｇｔ＿ｐ［Ｎ・ｍ］を算出する。具体的には、図示しない記憶手段に車速Ｖと開度θｐと仮目標トルクＴｔｇｔ＿ｐを関連付けたマップを記憶しておき、当該マップと、車速Ｖ及び開度θｐとに基づいて仮目標トルクＴｔｇｔ＿ｐを算出する。

ステップＳ８４において、ＥＣＵ２４は、ＦＣシステム１２からモータ１４に供給可能な電力の限界値（限界供給電力Ｐｓ＿ｌｉｍ）［Ｗ］に等しいモータ１４の限界出力（モータ限界出力Ｐｍ＿ｌｉｍ）［Ｗ］を算出する。具体的には、限界供給電力Ｐｓ＿ｌｉｍ及びモータ限界出力Ｐｍ＿ｌｉｍは、ＦＣスタック４０からのＦＣ電力Ｐｆｃとバッテリ２０から供給可能な電力の限界値（限界出力Ｐｂａｔ＿ｌｉｍ）［Ｗ］との和から補機の消費電力Ｐａを引いたものである（Ｐｍ＿ｌｉｍ＝Ｐｓ＿ｌｉｍ←Ｐｆｃ＋Ｐｂａｔ＿ｌｉｍ−Ｐａ）。

ステップＳ８５において、ＥＣＵ２４は、モータ１４のトルク制限値Ｔｌｉｍ［Ｎ・ｍ］を算出する。具体的には、モータ限界出力Ｐｍ＿ｌｉｍを車速Ｖで除したものをトルク制限値Ｔｌｉｍとする（Ｔｌｉｍ←Ｐｍ＿ｌｉｍ／Ｖ）。

ステップＳ８６において、ＥＣＵ２４は、目標トルクＴｔｇｔ［Ｎ・ｍ］を算出する。具体的には、ＥＣＵ２４は、仮目標トルクＴｔｇｔ＿ｐに対してトルク制限値Ｔｌｉｍによる制限を加えたものを目標トルクＴｔｇｔとする。例えば、仮目標トルクＴｔｇｔ＿ｐがトルク制限値Ｔｌｉｍ以下である場合（Ｔｔｇｔ＿ｐ≦Ｔｌｉｍ）、仮目標トルクＴｔｇｔ＿ｐをそのまま目標トルクＴｔｇｔとする（Ｔｔｇｔ←Ｔｔｇｔ＿ｐ）。一方、仮目標トルクＴｔｇｔ＿ｐがトルク制限値Ｔｌｉｍを超える場合（Ｔｔｇｔ＿ｐ＞Ｔｌｉｍ）、トルク制限値Ｔｌｉｍを目標トルクＴｔｇｔとする（Ｔｔｇｔ←Ｔｌｉｍ）。

そして、算出した目標トルクＴｔｇｔを用いてモータ１４を制御する。

３．各種制御の例
［３−１．登坂時の例］
図２５には、本実施形態に係る各種制御を用いた場合のタイムチャートの第１例（登坂時）が示されている。時点ｔ１から時点ｔ３まで、システム負荷Ｐｓｙｓが閾値ＴＨＰｓｙｓ１を上回るため（図１２のＳ２１：ＹＥＳ）、第１モードが選択される。また、時点ｔ１から時点ｔ２までは、平均モータ回転数Ｎｍａｖｅが閾値ＴＨＮｍａｖｅ１未満であるため（図１３のＳ４２：ＮＯ）、登坂中ではない（加速中でもないものとする）。このため、通常第１モードが実行されている。

時点ｔ２では、平均モータトルクＴｍａｖｅが閾値ＴＨＴｍａｖｅ以上（図１３のＳ４１：ＹＥＳ）且つ平均モータ回転数Ｎｍａｖｅが閾値ＴＨＮｍａｖｅ１以上であるため（Ｓ４２：ＹＥＳ）、ＥＣＵ２４は、車両１０が登坂中であると判定する（Ｓ４３）。このため、第１モードの中でも登坂時第１モードに移行し、エアストイキ比（ここでは、酸素濃度Ｃｏ）が通常よりも大きくされる（図１１）。これにより、セル電圧Ｖｃｅｌｌが上昇し、ＦＣ４０の発電効率が低下するが、モータ１４の効率は増加する。

図２６には、本実施形態に係る各種制御を用いた場合のタイムチャートの第２例（登坂時）が示されている。時点ｔ１１から時点ｔ１３までは、システム負荷Ｐｓｙｓが閾値ＴＨＰｓｙｓ１以下であるため（図１２のＳ２１：ＮＯ）、第２モードが選択される。また、同期間では、平均モータ回転数Ｎｍａｖｅが閾値ＴＨＮｍａｖｅ１未満であるため（図１３のＳ４２：ＮＯ）、登坂中ではない（加速中でもないものとする）。このため、通常第２モードが実行されている。

時点ｔ１２では、平均モータトルクＴｍａｖｅが閾値ＴＨＴｍａｖｅ以上（図１３のＳ４１：ＹＥＳ）且つ平均モータ回転数Ｎｍａｖｅが閾値ＴＨＮｍａｖｅ１以上であるため（Ｓ４２：ＹＥＳ）、ＥＣＵ２４は、車両１０が登坂中であると判定する（Ｓ４３）。このため、第２モードの中でも登坂／加速時第２モードに移行し、エアストイキ比（ここでは、酸素濃度Ｃｏ）を通常に戻す（図１１）。これにより、ＦＣ４０の発電効率を増加させ、その余剰分はバッテリ２０に充電する。

時点ｔ１３では、システム負荷Ｐｓｙｓが閾値ＴＨＰｓｙｓ１を上回ったため（図１２のＳ２１：ＹＥＳ）、第２モードから第１モードに移行する。加えて、平均モータトルクＴが閾値ＴＨＴｍａｖｅ１以上（図１３のＳ４１：ＹＥＳ）且つ平均モータ回転数Ｎｍａｖｅが閾値ＴＨＮｍａｖｅ１以上であるため（Ｓ４２：ＹＥＳ）、ＥＣＵ２４は、車両１０が登坂中であると判定する（Ｓ４３）。このため、第１モードの中でも登坂時第１モードに移行し、エアストイキ比（ここでは、酸素濃度Ｃｏ）が通常よりも大きくされる（図１１）。これにより、セル電圧Ｖｃｅｌｌが上昇し、ＦＣ４０の発電効率が低下するが、モータ１４の効率は増加する。

図２６の例では、通常第２モードと登坂時第１モードとの間に登坂／加速時第２モードを挟む。このため、通常第２モードから登坂時第１モードへの応答遅れ（登坂力の低下）が発生する場合、登坂／加速時第２モードを介することにより、当該応答遅れを補償してドライバビリティを向上することが可能となる。

［３−２．加速時の例］
図２７には、本実施形態に係る各種制御を用いた場合のタイムチャートの第３例（加速時）が示されている。図２７の例では、時点ｔ２１から時点ｔ２３まで第２モードが選択される。

時点ｔ２１から時点ｔ２２までは、モータ出力Ｐｍｏｔが閾値ＴＨＰｍｏｔ１未満である（図１４のＳ５１：ＮＯ）。このため、通常第２モードが実行されている。

時点ｔ２２では、モータ出力Ｐｍｏｔが閾値ＴＨＰｍｏｔ１以上（図１４のＳ５１：ＹＥＳ）且つアクセルペダル１５６の開度θｐが閾値ＴＨθｐ１以上となると（Ｓ５２：ＹＥＳ）、ＥＣＵ２４は、車両１０が加速中であると判定する（Ｓ５３）。このため、通常第２モードから登坂／加速時第２モードに移行し、エアストイキ比（ここでは、酸素濃度Ｃｏ）を通常に戻す（図１１）。これにより、ＦＣ４０の発電効率を増加させ、その余剰分はバッテリ２０に充電する。

時点ｔ２３では、システム負荷Ｐｓｙｓが閾値ＴＨＰｓｙｓ１を上回ったため（図１２のＳ２１：ＹＥＳ）、第２モードから第１モードに移行する。本実施形態の第１モードには、加速時用のモードがないため、ここでは、第１モードの中でも通常第１モードに移行し、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔと目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔを用いてＦＣ電力Ｐｆｃが制御される（図１１）。これにより、ＦＣ４０は高い出力及び高い発電効率で発電することが可能となる。

図２７の例では、通常第２モードと通常第１モードとの間に登坂／加速時第２モードを挟む。このため、通常第２モードから通常第１モードへの応答遅れ（加速力の低下）が発生する場合、登坂／加速時第２モードを介することにより、当該応答遅れを補償してドライバビリティを向上することが可能となる。

４．本実施形態の効果
以上説明したように、本実施形態によれば、ＦＣ４０の劣化を抑制しつつ、ＦＣ車両１０での効率化を図ることが可能となる。

すなわち、主として、システム負荷Ｐｓｙｓが相対的に高いときに用いることが可能な第１モードでは、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔが酸化還元領域Ｒ３より低い値に設定されるため、触媒の酸化反応及び還元反応が同時期に頻繁に繰り返されることが防止されてＦＣ４０の劣化を防ぐことができる。加えて、ＦＣ電圧ＶｆｃをＤＣ／ＤＣコンバータ２２の出力電圧（２次電圧Ｖ２）で調整して目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔに追従させることでシステム負荷Ｐｓｙｓに対応可能となるため、ＦＣ４０の出力を効率化することが可能となる。

また、主として、システム負荷Ｐｓｙｓが相対的に低いときに用いることが可能な第２モードでは、ＦＣ電圧Ｖｆｃが電位ｖ２（すなわち、酸化還元領域Ｒ３より低い値）に維持されるため、触媒の酸化反応及び還元反応が同時期に頻繁に繰り返されることが防止されてＦＣ４０の劣化を防ぐことができる。加えて、ＦＣ４０のエアストイキ比（目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔ）を調整してＦＣ４０のＩＶ特性を変化させ、システム負荷ＰｓｙｓをＦＣ４０が出力するため、バッテリ２０における放電及び充電の量及び頻度を低減することでバッテリ２０における電力損失を減少させることが可能となる。

以上より、本実施形態によれば、ＦＣ４０の劣化を抑制しつつ、ＦＣシステム４０全体での効率化を図ることが可能となる。

加えて、本実施形態によれば、第２モード中に車両１０が高負荷状態（登坂中又は加速中）であると判定した場合、エアストイキ比（目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔ）を上昇させる。これにより、車両１０が高負荷状態である場合、第２モードにおいてエアストイキ比を上昇させるため、ＦＣ４０は、より高出力となり、高負荷時のドライバビリティを維持することが可能となる。

本実施形態において、ＥＣＵ２４は、第２モード中に車両１０が加速状態又は登坂状態であると判定した場合、ＦＣ電圧Ｖｆｃを、酸化還元領域Ｒ３外の電位Ｖ２（＝０．８Ｖ）に維持する。これにより、高負荷状態でエアストイキ比を上昇させた場合であっても、ＦＣ電圧Ｖｆｃが、酸化還元領域Ｒ３内になることを防止し、ＦＣ４０の劣化を抑制することが可能となる。

本実施形態において、車両１０が登坂しているとき、エアストイキ比（目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔ）を、通常第１モードにおけるエアストイキ比より上昇させる（図１１参照）。これにより、モータ１４に供給される電力が増加し、モータ１４の出力を大きくすることが可能となる。従って、登坂時の出力が上昇し、ドライバビリティが向上する。

本実施形態において、ＦＣシステム１２は、ＦＣ車両１０に搭載される。これにより、耐久性が高く、高効率且つドライバビリティの高いＦＣ車両１０を実現することが可能となる。

５．変形例
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。例えば、以下の構成を採用することができる。

［５−１．搭載対象］
上記実施形態では、ＦＣシステム１２をＦＣ車両１０に搭載したが、これに限らず、別の対象に搭載してもよい。例えば、ＦＣシステム１２を船舶や航空機等の移動体に用いることもできる。或いは、ＦＣシステム１２を家庭用電力システムに適用してもよい。

［５−２．ＦＣシステム１２の構成］
上記実施形態では、ＦＣ４０と高電圧バッテリ２０を並列に配置し、バッテリ２０の手前にＤＣ／ＤＣコンバータ２２を配置する構成としたが、これに限らない。例えば、図２８に示すように、ＦＣ４０とバッテリ２０を並列に配置し、昇圧式、降圧式又は昇降圧式のＤＣ／ＤＣコンバータ２２をＦＣ４０の手前に配置する構成であってもよい。或いは、図２９に示すように、ＦＣ４０とバッテリ２０を並列に配置し、ＦＣ４０の手前に昇圧式、降圧式又は昇降圧式のＤＣ／ＤＣコンバータ１６０を、バッテリ２０の手前にＤＣ／ＤＣコンバータ２２を配置する構成であってもよい。或いは、図３０に示すように、ＦＣ４０とバッテリ２０を直列に配置し、バッテリ２０とモータ１４の間にＤＣ／ＤＣコンバータ２２を配置する構成であってもよい。

［５−３．ストイキ比］
上記実施形態では、ストイキ比を調整する手段又は方法として、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを調整するものを用いたが、これに限らず、目標水素濃度を調整することも可能である。また、目標濃度の代わりに、目標流量又は目標濃度と目標流量の両方を用いることもできる。

上記実施形態では、酸素を含む空気を供給するエアポンプ６０を備える構成を例示したが、これに代えて又は加えて、水素を供給する水素ポンプを備える構成としてもよい。

上記実施形態では、カソードオフガスを新規空気に合流させる合流流路（配管６６ａ、６６ｂ）と、循環弁６６とを備える構成を例示したが、これに代えて又は加えて、アノード側も同様に構成してもよい。例えば、配管４８ｂに循環弁を設け、この循環弁により、新規水素に合流するアノードオフガスの流量を制御してもよい。

［５−４．電力供給モード］
上記実施形態では、第１モードを登坂時（登坂時第１モード）とそれ以外（通常第１モード）に分けたが、モータ１４（駆動源）の高負荷状態で第１モードを切り替えるものであれば、これに限らない。例えば、第１モードに加速時（加速時第１モード又は登坂／加速時第１モード）を設けてもよい。或いは、平均モータトルクＴｍａｖｅが増大する場合、平均モータ回転数Ｎｍａｖｅが増大する場合、モータ出力Ｐｍｏｔが増大する場合又はアクセルペダル１５６の開度θｐが大きくなる場合のいずれか１つ又は複数についても第１モードを設けても良い。

上記実施形態では、第２モードを登坂時及び加速時（登坂／加速時第２モード）とそれ以外（通常第２モード）を分けたが、モータ１４（駆動源）の高負荷状態で第２モードを切り替えるものであれば、これに限らない。例えば、登坂時又は加速時の一方についてのみ第２モードを設けてもよい。或いは、平均モータトルクＴｍａｖｅが増大する場合、平均モータ回転数Ｎｍａｖｅが増大する場合、モータ出力Ｐｍｏｔが増大する場合又はアクセルペダル１５６の開度θｐが大きくなる場合のいずれか１つ又は複数についても第２モードを設けても良い。

上記実施形態では、登坂判定を平均モータトルクＴｍａｖｅと平均モータ回転数Ｎｍａｖｅの両方を用いたがいずれか一方のみでもよい。また、平均モータトルクＴｍａｖｅの代わりにモータ１４の平均電流又はＦＣ電流Ｉｆｃの平均値でもよい。さらに、平均モータ回転数Ｎｍａｖｅの代わりにモータ回転数の変化量、車速又は加速度でもよい。或いは、登坂判定は、図示しない勾配センサの出力を、登坂中であるか否かを判定するための閾値と比較して行ってもよい。或いは、登坂判定は、図示しないカーナビゲーション装置が記憶している道路情報（例えば、坂道、勾配及び標高の少なくとも１つの情報）を用いて行ってもよい。

上記実施形態では、加速判定をモータ出力Ｐｍｏｔとアクセルペダル１５６の開度θｐの両方を用いたが、いずれか一方のみでもよい。また、モータ出力Ｐｍｏｔの代わりにモータ１４への入力電流又はＦＣ４０の発電電流Ｉｆｃであってもよい。さらに、アクセルペダル１５６の開度θｐの代わりに所定時間における開度θｐの変化量でもよい。

上記実施形態では、第２モードにおける目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを電位ｖ２×セル数に設定したが、これに限らない。第２モードにおける目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを、例えば、還元領域Ｒ２又は酸化領域Ｒ４のその他の電位に設定してもよい。

１０…燃料電池車両 １２…燃料電池システム
１４…走行モータ（負荷） １６…インバータ（負荷）
１８…燃料電池ユニット（反応ガス供給部）
２０…高電圧バッテリ（蓄電装置） ２２…ＤＣ／ＤＣコンバータ
２４…ＥＣＵ（制御装置） ３０…負荷
４０…ＦＣ ６０…エアポンプ（負荷）
８０…ウォータポンプ（負荷） ９０…エアコンディショナ（負荷）

Claims (3)

1. 燃料電池と、
   前記燃料電池からの電力を蓄電する蓄電装置と、
   前記燃料電池又は前記蓄電装置の少なくとも一方から電力を供給される負荷と、
   前記燃料電池の電圧を調整するコンバータと、
   前記負荷が必要とする電力に基づいて前記燃料電池と前記蓄電装置が前記負荷へ供給する電力を制御する制御装置と、
   前記燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給装置と
   を備えた燃料電池車両であって、
   前記制御装置は、
   前記燃料電池の目標電圧が、白金の酸化還元進行電圧範囲より低い第１電圧以下のとき、前記燃料電池の実電圧をコンバータの出力電圧で調整して目標燃料電池電圧に追従させる第１モードと、
   前記目標電圧が前記第１電圧を超えるときに前記実電圧をコンバータの出力電圧で調整し前記第１電圧と等しい電圧に維持すると共に、前記反応ガス供給装置を制御し、前記燃料電池への反応ガス供給量を調整して前記燃料電池の電流−電圧特性を変化させ、前記負荷が必要とする電力を前記燃料電池が出力するようにする第２モードと
   を切替制御し、
   前記第２モード中に前記燃料電池車両が登坂状態及び加速状態の少なくとも一方であると判定した場合、前記反応ガスのストイキ比を上昇させる
   ことを特徴とする燃料電池車両。
2. 請求項１記載の燃料電池車両において、
   前記制御装置は、前記第２モード中に前記燃料電池車両が加速状態及び登坂状態の少なくとも一方であると判定した場合、前記燃料電池の実電圧を、前記酸化還元進行電圧範囲外で設定される第２電圧に維持する
   ことを特徴とする燃料電池車両。
3. 請求項１又は２記載の燃料電池車両において、
   前記燃料電池車両が登坂しているとき、前記反応ガスのストイキ比を、前記第１モードにおけるストイキ比より上昇させる
   ことを特徴とする燃料電池車両。

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