JP2014194850A - Fuel cell system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an FC system capable of suppressing a high-voltage at start-up and preventing degradation of an FC stack.SOLUTION: A controller 30 of an FC system 12 starts to supply power from an FC stack 50 by using a first stage target value when a voltage parameter of the FC stack 50 reaches a power supply start threshold value and controlling an output voltage of the FC stack 50. The controller 30 switches the power supply start threshold value and the first stage target value according to a residual state of a detected reaction gas.

Description

本発明は、燃料電池スタックの起動時処理を行う燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system that performs a startup process of a fuel cell stack.

特許文献１では、起動時に燃料電池の膜間差圧を抑制すると共に、起動時の燃料電池の過電圧を抑制して燃料電池の劣化を抑制し得る燃料電池システムを提供することを目的としている（要約、［０００８］）。この目的を達成するため、特許文献１の燃料電池システムは、起動時における水素及び空気の供給圧力を通常発電時よりも高い圧力に設定するガス供給制御部と、燃料電池１の電圧パラメータを検出する電圧センサ２１と、電圧センサ２１で検出した燃料電池１の電圧パラメータＶ１が所定の上限電圧よりも低い第１しきい値電圧Ｖ０ｍａｘに到達したときに、燃料電池１の出力の取出しを開始して、起動から通常発電開始までの期間は電圧パラメータＶ１が所定の上限電圧を超えないように制御する出力制御手段（出力取出し装置２０及びコントローラ３０の出力制御部）とを備える（要約）。   Patent Document 1 aims to provide a fuel cell system capable of suppressing the transmembrane pressure difference of the fuel cell at the start-up and suppressing the deterioration of the fuel cell by suppressing the overvoltage of the fuel cell at the start-up ( Summary, [0008]). In order to achieve this object, the fuel cell system of Patent Document 1 detects the voltage parameter of the fuel cell 1 and the gas supply control unit that sets the supply pressure of hydrogen and air at startup to a higher pressure than during normal power generation. And when the voltage parameter V1 of the fuel cell 1 detected by the voltage sensor 21 reaches the first threshold voltage V0max lower than the predetermined upper limit voltage, the output of the fuel cell 1 is started to be taken out. Thus, output control means (the output take-out device 20 and the output control unit of the controller 30) for controlling the voltage parameter V1 so as not to exceed a predetermined upper limit voltage during the period from the start to the normal power generation is provided (summary).

上記における電圧パラメータＶ１は、燃料電池１全体での総電圧、各サブスタック電圧の最大値、全てのセル電圧又はセル群電圧の最大値のいずれでもよいとされている（［００３５］）。   The voltage parameter V1 in the above may be any of the total voltage of the entire fuel cell 1, the maximum value of each substack voltage, the maximum value of all cell voltages or the cell group voltage ([0035]).

また、特許文献１の実施例２では、最大セル電圧が第１しきい値電圧Ｖ０ｍａｘに達し、且つ最小セル電圧が所定の下限電圧（第２しきい値電圧Ｖ０ｍｉｎ）を上回ったときに燃料電池１の出力の取り出しを開始する（［００７４］）。   In Example 2 of Patent Document 1, when the maximum cell voltage reaches the first threshold voltage V0max and the minimum cell voltage exceeds a predetermined lower limit voltage (second threshold voltage V0min), the fuel cell. The extraction of the output of 1 is started ([0074]).

特開２００７−０２６８９１号公報JP 2007-026891 A

上記のように、特許文献１では、燃料電池１の電圧パラメータＶ１が所定の上限電圧よりも低い第１しきい値電圧Ｖ０ｍａｘに到達したときに、燃料電池１の出力の取出しを開始して、起動から通常発電開始までの期間は電圧パラメータＶ１が所定の上限電圧を超えないように制御する。しかしながら、燃料電池１の劣化抑制の観点からすれば、特許文献１では、第１しきい値電圧Ｖ０ｍａｘ及びその後に用いる電圧パラメータＶ１の目標値について改善の余地がある。   As described above, in Patent Document 1, when the voltage parameter V1 of the fuel cell 1 reaches the first threshold voltage V0max that is lower than the predetermined upper limit voltage, the output of the fuel cell 1 is started to be taken out, Control is performed so that the voltage parameter V1 does not exceed a predetermined upper limit voltage during the period from the start to the start of normal power generation. However, from the viewpoint of suppressing deterioration of the fuel cell 1, in Patent Document 1, there is room for improvement with respect to the first threshold voltage V0max and the target value of the voltage parameter V1 used thereafter.

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、起動時において、燃料電池スタックの劣化を防止することが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of such problems, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of preventing deterioration of the fuel cell stack at the time of startup.

本発明に係る燃料電池システムは、複数のセルを含む燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに反応ガスを供給する反応ガス供給装置と、前記燃料電池スタックの発電エネルギを蓄える蓄電池と、前記燃料電池スタックの出力電圧を制御して前記燃料電池スタックの出力電力を制御する制御部とを備えるものであって、前記制御部は、前記燃料電池スタックの起動時処理を実行し、前記起動時処理において、前記制御部は、前記燃料電池スタック内における反応ガスの残存状態を検出し、前記反応ガス供給装置から前記燃料電池スタックへの前記反応ガスの供給を開始させ、前記燃料電池スタックからの電力供給を開始させる前記燃料電池スタックの電圧パラメータ閾値である電力供給開始閾値と、前記電力供給の開始時点における前記燃料電池スタックの目標電圧パラメータである第１段階目標値とを設定し、前記燃料電池スタックの電圧パラメータが前記電力供給開始閾値に到達すると前記第１段階目標値を用いて前記燃料電池スタックの出力電圧を制御して前記燃料電池スタックからの電力供給を開始させ、さらに、前記制御部は、検出した前記反応ガスの残存状態に応じて前記電力供給開始閾値及び前記第１段階目標値を切り替えることを特徴とする。   A fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell stack including a plurality of cells, a reaction gas supply device that supplies a reaction gas to the fuel cell stack, a storage battery that stores power generation energy of the fuel cell stack, and the fuel cell. A control unit that controls an output voltage of the fuel cell stack by controlling an output voltage of the stack, wherein the control unit executes a startup process of the fuel cell stack, and in the startup process The control unit detects a remaining state of the reaction gas in the fuel cell stack, starts supply of the reaction gas from the reaction gas supply device to the fuel cell stack, and supplies power from the fuel cell stack. A power supply start threshold which is a voltage parameter threshold of the fuel cell stack to start the power supply, and the power supply start time A first stage target value, which is a target voltage parameter of the fuel cell stack, and when the voltage parameter of the fuel cell stack reaches the power supply start threshold, the output of the fuel cell stack is output using the first stage target value. The voltage is controlled to start the power supply from the fuel cell stack, and the control unit switches the power supply start threshold and the first stage target value according to the detected remaining state of the reaction gas. It is characterized by.

本発明によれば、反応ガスの残存状態に応じて電力供給開始閾値（燃料電池スタックからの電力供給を開始させる燃料電池スタックの電圧パラメータ閾値）及び第１段階目標値（電力供給の開始時点における燃料電池スタックの目標電圧パラメータ）を切り替える。従って、反応ガスの残存状態を踏まえて電力供給開始閾値及び第１段階目標値を設定可能となり、燃料電池スタックの劣化を防止することが可能となる。   According to the present invention, the power supply start threshold (the voltage parameter threshold value of the fuel cell stack for starting the power supply from the fuel cell stack) and the first stage target value (at the start of power supply) according to the remaining state of the reaction gas. Change the target voltage parameter of the fuel cell stack. Therefore, it is possible to set the power supply start threshold and the first stage target value based on the remaining state of the reaction gas, and it is possible to prevent the deterioration of the fuel cell stack.

前記制御部は、前記第１段階目標値の後に用いる目標電圧パラメータである第２段階目標値を設定し、前記燃料電池スタックからの電力供給の開始後に所定の条件が満たされたか否かを判定し、前記所定の条件が満たされた場合、前記第１段階目標値から前記第２段階目標値に切り替えて前記燃料電池スタックの出力電圧を変化させて前記燃料電池スタックからの出力電力を変化させ、各セルの劣化が進む電圧範囲を劣化進行領域と定義し、前記反応ガスの供給開始から出力電圧の立ち上がりまでの電圧立ち上がり時間が短いセルを第１セルと定義し、前記電圧立ち上がり時間が長いセルを第２セルと定義するとき、前記所定の条件は、前記第２セルの前記電圧立ち上がり時間より長く且つ前記反応ガスの残存状態に基づいて算出される反応ガス供給時間が経過したこと、及び前記蓄電池の過充電判定パラメータが、過充電を判定するための過充電判定閾値を上回ったことの少なくとも一方としてもよい。   The control unit sets a second stage target value that is a target voltage parameter used after the first stage target value, and determines whether or not a predetermined condition is satisfied after the start of power supply from the fuel cell stack. When the predetermined condition is satisfied, the output voltage of the fuel cell stack is changed by changing the output voltage of the fuel cell stack by switching from the first stage target value to the second stage target value. The voltage range in which the deterioration of each cell progresses is defined as the deterioration progress region, the cell having a short voltage rise time from the start of supply of the reaction gas to the rise of the output voltage is defined as the first cell, and the voltage rise time is long. When the cell is defined as a second cell, the predetermined condition is a reaction that is longer than the voltage rise time of the second cell and is calculated based on the remaining state of the reaction gas. The scan supply time has elapsed, and the overcharge determination parameters of the storage battery may be at least one of which more than offset the overcharge determination threshold value for determining the overcharge.

これにより、反応ガス供給時間が経過した場合又は蓄電池が過充電の状態になりそうな場合には、燃料電池スタックの目標電圧パラメータを第１段階目標値から第２段階目標値に切り替えて燃料電池スタックの出力電力を変化させる。これにより、燃料電池スタックからの不要な電力供給の抑制、又は蓄電池の保護を図ることが可能となる。   As a result, when the reaction gas supply time has elapsed or the storage battery is likely to be overcharged, the target voltage parameter of the fuel cell stack is switched from the first stage target value to the second stage target value. Change the output power of the stack. This makes it possible to suppress unnecessary power supply from the fuel cell stack or to protect the storage battery.

前記第２段階目標値を、前記第１段階目標値よりも高い目標電圧パラメータに対応させ、前記所定の条件が満たされた場合、前記第１段階目標値から前記第２段階目標値に切り替えて前記燃料電池スタックの出力電圧を上昇させて前記燃料電池スタックからの出力電力を減少させ、前記第１段階目標値は、前記第２セルの出力電圧が立ち上がっていない状態において、前記第１セルの出力電圧が、前記劣化進行領域内の値である劣化進行電圧を下回る前記燃料電池スタックのスタック電圧値に対応して設定され、前記第２段階目標値は、前記第２セルの出力電圧が立ち上がった状態において、前記第１セルの出力電圧が前記劣化進行電圧を下回る前記スタック電圧値に対応して設定されてもよい。   The second stage target value is made to correspond to a target voltage parameter higher than the first stage target value, and when the predetermined condition is satisfied, the first stage target value is switched to the second stage target value. The output voltage from the fuel cell stack is decreased by increasing the output voltage of the fuel cell stack, and the first stage target value is determined when the output voltage of the second cell is not rising. The output voltage is set corresponding to the stack voltage value of the fuel cell stack that is lower than the deterioration progress voltage that is a value in the deterioration progress region, and the second stage target value is the rise of the output voltage of the second cell. In this state, the output voltage of the first cell may be set corresponding to the stack voltage value lower than the deterioration progress voltage.

これにより、第１段階目標値及び第２段階目標値のいずれについても第１セル（反応ガスの供給開始から出力電圧の立ち上がりまでの電圧立ち上がり時間が短いセル）の劣化防止を図ることが可能となる。   As a result, it is possible to prevent deterioration of the first cell (cell with a short voltage rise time from the start of supply of the reaction gas to the rise of the output voltage) for both the first-stage target value and the second-stage target value. Become.

前記第２段階目標値を、前記第１段階目標値よりも低い目標電圧パラメータに対応させ、前記所定の条件が満たされた場合、前記第１段階目標値から前記第２段階目標値に切り替えて前記燃料電池スタックの出力電圧を低下させて前記燃料電池スタックからの出力電力を増加させ、前記第１段階目標値は、前記第２セルの出力電圧が立ち上がっていない状態において、前記第２セルの出力電圧が、前記第２セルの前記出力電圧の立ち上がりの遅れを補償する前記燃料電池スタックのスタック電圧値に対応して設定され、前記第２段階目標値は、前記第２セルの出力電圧が立ち上がった状態において、前記第１セルの出力電圧が前記劣化進行電圧を下回る前記スタック電圧値に対応して設定され、前記所定の条件は、前記第２セルの前記電圧立ち上がり時間より長く且つ前記反応ガスの残存状態に基づいて算出される反応ガス供給時間が経過したこととしてもよい。   The second stage target value is made to correspond to a target voltage parameter lower than the first stage target value, and when the predetermined condition is satisfied, the first stage target value is switched to the second stage target value. The output voltage of the fuel cell stack is decreased to increase the output power from the fuel cell stack, and the first stage target value is determined when the output voltage of the second cell is not rising. An output voltage is set corresponding to a stack voltage value of the fuel cell stack that compensates for a rise delay of the output voltage of the second cell, and the second stage target value is determined by the output voltage of the second cell. In the rising state, the output voltage of the first cell is set corresponding to the stack voltage value that is lower than the deterioration progress voltage, and the predetermined condition is the voltage rise of the second cell. May be the reaction gas supply time calculated on the basis of the remaining state of long and the reaction gas than the rise time has elapsed.

これにより、第１段階目標値では第２セル（電圧反応ガスの供給開始から出力電圧の立ち上がりまでの電圧立ち上がり時間が長いセル）の劣化防止を図ることが可能となる。また、反応ガス供給時間が経過した場合には、燃料電池スタックの目標電圧パラメータを第１段階目標値から第２段階目標値に切り替えて燃料電池スタックの出力電力を増加させる。これにより、例えば、第１セルの出力電圧の立ち上がりが相対的に速い場合において、第２セルに加え、第１セル（反応ガスの供給開始から出力電圧の立ち上がりまでの電圧立ち上がり時間が短いセル）の劣化防止を図ることが可能となる。   This makes it possible to prevent deterioration of the second cell (the cell having a long voltage rise time from the start of supply of the voltage reaction gas to the rise of the output voltage) at the first stage target value. Further, when the reaction gas supply time has elapsed, the target voltage parameter of the fuel cell stack is switched from the first stage target value to the second stage target value to increase the output power of the fuel cell stack. Thereby, for example, in the case where the rise of the output voltage of the first cell is relatively fast, in addition to the second cell, the first cell (cell in which the voltage rise time from the start of supply of the reaction gas to the rise of the output voltage is short) It is possible to prevent the deterioration of the material.

前記制御部は、前記燃料電池スタックの出力電圧を制御する電圧変換手段を備え、前記電圧変換手段の変圧率を制御することにより、前記燃料電池スタックの出力電圧を制御してもよい。これにより、燃料電池スタックの出力電圧を簡易に制御することが可能となる。   The control unit may include voltage conversion means for controlling the output voltage of the fuel cell stack, and may control the output voltage of the fuel cell stack by controlling a transformation rate of the voltage conversion means. As a result, the output voltage of the fuel cell stack can be easily controlled.

前記燃料電池システムは、前記燃料電池スタックのスタック電圧を検出するスタック電圧検出部を備え、前記制御部は、前記スタック電圧が前記電力供給開始閾値に到達した場合、前記燃料電池スタックからの電力供給を開始させてもよい。これにより、スタック電圧を用いることで、セル電圧等を用いる場合と比較して、簡易な構成で電力供給の開始タイミングを判定することが可能となる。   The fuel cell system includes a stack voltage detection unit that detects a stack voltage of the fuel cell stack, and the control unit supplies power from the fuel cell stack when the stack voltage reaches the power supply start threshold. May be started. As a result, by using the stack voltage, it is possible to determine the power supply start timing with a simple configuration as compared with the case of using the cell voltage or the like.

前記燃料電池システムは、前記過充電判定パラメータとしての前記蓄電池の残容量を検出する残容量検出部を備え、前記制御部は、前記燃料電池スタックからの電力供給の開始後、前記残容量が前記過充電判定閾値を上回った場合、前記第１段階目標値から前記第２段階目標値に切り替えて前記燃料電池スタックの出力電圧を増加させて前記燃料電池スタックからの出力電力を減少させてもよい。これにより、蓄電池の残容量（ＳＯＣ）に基づいて制御することで、より確実に蓄電池の過充電を防ぐことが可能となる。   The fuel cell system includes a remaining capacity detection unit that detects a remaining capacity of the storage battery as the overcharge determination parameter, and the control unit detects that the remaining capacity is equal to the remaining capacity after the start of power supply from the fuel cell stack. When the overcharge determination threshold is exceeded, the output voltage of the fuel cell stack may be decreased by switching from the first stage target value to the second stage target value to increase the output voltage of the fuel cell stack. . Thereby, it becomes possible to prevent overcharge of a storage battery more reliably by controlling based on the remaining capacity (SOC) of the storage battery.

前記燃料電池システムは、前記複数のセルそれぞれの出力電圧であるセル電圧を検出するセル電圧検出部を備え、前記制御部は、前記電力供給開始閾値と比較する電圧パラメータとして、前記セル電圧の最大値である最大セル電圧を用い、さらに、前記制御部は、前記反応ガス供給時間が経過したか否かを、前記最大セル電圧がセル電圧閾値を上回るか否かに基づいて判定してもよい。上記によれば、最大セル電圧を用いて電力供給開始タイミング及び出力電力の制限タイミングを制御することが可能となる。これにより、各セルのセル電圧が劣化促進電圧以上となることをより確実に回避することが可能となる。   The fuel cell system includes a cell voltage detection unit that detects a cell voltage that is an output voltage of each of the plurality of cells, and the control unit uses the maximum cell voltage as a voltage parameter to be compared with the power supply start threshold. Further, the control unit may determine whether or not the reaction gas supply time has passed based on whether or not the maximum cell voltage exceeds a cell voltage threshold. . According to the above, it is possible to control the power supply start timing and the output power limit timing using the maximum cell voltage. Thereby, it becomes possible to avoid more reliably that the cell voltage of each cell becomes equal to or higher than the deterioration promoting voltage.

前記制御部は、前記過充電判定パラメータが、前記蓄電池の充電量が低いことを示す値であるとき、前記第２段階目標値を低下させ、前記過充電判定パラメータが、前記蓄電池の充電量が高いことを示す値であるとき、前記第２段階目標値を増加させてもよい。これにより、蓄電池の充電量に応じて柔軟に第２段階目標値を設定することが可能となる。   When the overcharge determination parameter is a value indicating that the charge amount of the storage battery is low, the control unit decreases the second stage target value, and the overcharge determination parameter indicates that the charge amount of the storage battery is When the value is high, the second stage target value may be increased. Thereby, it becomes possible to set a 2nd step target value flexibly according to the charge amount of a storage battery.

本発明によれば、起動時において、燃料電池スタックの劣化を防止することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to prevent deterioration of the fuel cell stack at the time of startup.

本発明の一実施形態に係る燃料電池システムを搭載した燃料電池車両の駆動系及び電力系を主として示す概略全体構成図である。1 is a schematic overall configuration diagram mainly showing a drive system and a power system of a fuel cell vehicle equipped with a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 前記実施形態における燃料電池ユニットのガス系を主として示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which mainly shows the gas type | system | group of the fuel cell unit in the said embodiment. 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。It is a figure which shows an example of the relationship between the electric potential of the fuel cell which comprises a fuel cell, and the amount of degradation of a cell. 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。It is a cyclic voltammetry figure which shows the example of the mode of progress of oxidation and the progress of reduction | restoration when the fluctuation speeds of the electric potential of a fuel cell differ. 燃料電池セル及び燃料電池スタックの電流−電圧特性の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the current-voltage characteristic of a fuel cell and a fuel cell stack. Ｈ2−Ｈ2起動時における複数のセルの反応の第１例を示す図である。It is a diagram showing the first example of the reaction of a plurality of cells in H 2 -H 2 startup. Ｈ2−Ｈ2起動時における複数のセルの反応の第２例を示す図である。It is a diagram showing a second example of the reaction of a plurality of cells in H 2 -H 2 startup. Ａｉｒ−Ａｉｒ起動時における複数のセルの反応の第１例を示す図である。It is a figure which shows the 1st example of reaction of the some cell at the time of Air-Air starting. Ａｉｒ−Ａｉｒ起動時における複数のセルの反応の第２例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd example of reaction of the some cell at the time of Air-Air starting. 反応ガスの複数の残存状態それぞれについて、燃料電池スタックからの電力供給なしの状態でのスタック電圧の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a stack voltage in the state without the electric power supply from a fuel cell stack about each of the some remaining state of a reactive gas. 前記燃料電池スタックの起動時制御のフローチャートである。3 is a flowchart of start-up control of the fuel cell stack. Ｈ2−Ｈ2起動時及びＡｉｒ−Ａｉｒ起動時それぞれについて図１１の制御を用いた場合における前記燃料電池スタックの出力電圧の例を示す図である。It is a diagram illustrating an example of the output voltage of the fuel cell stack in the case of using the control of the H 2 -H 2 starting and Air-Air startup for each FIG. 前記燃料電池スタックの起動時において前記燃料電池スタックから電力供給を行わせずに反応ガスを供給した場合のセル電圧の特性の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the characteristic of the cell voltage at the time of supplying reactive gas, without supplying electric power from the said fuel cell stack at the time of starting of the said fuel cell stack. 図１１の制御を用いた場合における前記燃料電池スタックの出力電圧及び出力電流並びに最大セル電圧、最小セル電圧及び平均セル電圧の例を示すタイムチャートである。12 is a time chart showing an example of an output voltage and an output current of the fuel cell stack, a maximum cell voltage, a minimum cell voltage, and an average cell voltage when the control of FIG. 11 is used.

１．全体的な構成の説明
［１−１．全体構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池システム１２を搭載した燃料電池車両１０（以下「ＦＣ車両１０」又は「車両１０」という。）の駆動系及び電力系を主として示す概略全体構成図である。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。）に加え、走行モータ１４（以下「モータ１４」という。）及びインバータ１６を有する。 1. Explanation of overall configuration [1-1. overall structure]
FIG. 1 is a schematic overall configuration mainly showing a drive system and a power system of a fuel cell vehicle 10 (hereinafter referred to as “FC vehicle 10” or “vehicle 10”) equipped with a fuel cell system 12 according to an embodiment of the present invention. FIG. The FC vehicle 10 includes a travel motor 14 (hereinafter referred to as “motor 14”) and an inverter 16 in addition to a fuel cell system 12 (hereinafter referred to as “FC system 12”).

ＦＣシステム１２は、燃料電池ユニット２０（以下「ＦＣユニット２０」という。）と、高電圧バッテリ２２（以下「バッテリ２２」ともいう。）（蓄電装置）と、昇圧コンバータ２４と、昇降圧コンバータ２６と、補機２８と、電子制御装置３０（以下「ＥＣＵ３０」という。）とを有する。   The FC system 12 includes a fuel cell unit 20 (hereinafter referred to as “FC unit 20”), a high voltage battery 22 (hereinafter also referred to as “battery 22”) (power storage device), a boost converter 24, and a step-up / down converter 26. And an auxiliary machine 28 and an electronic control unit 30 (hereinafter referred to as “ECU 30”).

上記にいう駆動系とは、車両１０を駆動する構成（主としてモータ１４）を指す。電力系とは、車両１０において電力を供給する構成（主としてＦＣシステム１２）を指す。後述するように、さらに、車両１０（又はＦＣシステム１２）は、燃料電池スタック５０に対して反応ガス（すなわち、燃料ガス及び酸化剤ガス）を供給するガス系と、燃料電池スタック５０を冷却する冷却系とを有する。   The drive system mentioned above refers to a configuration (mainly motor 14) that drives the vehicle 10. The power system refers to a configuration (mainly the FC system 12) that supplies power in the vehicle 10. As will be described later, the vehicle 10 (or the FC system 12) further cools the fuel cell stack 50 with a gas system that supplies a reaction gas (that is, a fuel gas and an oxidant gas) to the fuel cell stack 50. And a cooling system.

１つの構成要素が、複数の系に含まれることもある。例えば、モータ１４は、車両１０の駆動力を生成する点で駆動系に含まれると共に、回生電力を生成する点で電力系にも含まれる。複数の系に含まれる構成要素については、いずれかの系において詳細を説明する。   One component may be included in a plurality of systems. For example, the motor 14 is included in the drive system in that it generates the driving force of the vehicle 10, and is also included in the power system in that it generates regenerative power. Details of components included in a plurality of systems will be described in any of the systems.

［１−２．駆動系］
本実施形態のモータ１４は、３相交流ブラシレス式である。モータ１４は、ＦＣユニット２０及びバッテリ２２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３２を通じて車輪３４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２２等に出力する。モータ１４の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の電流は、電流センサ３６ｕ、３６ｖ、３６ｗにより検出される。或いは、３相のうち２相のみ電流を検出し、これらの電流から残りの１相の電流を検出してもよい。 [1-2. Drive system]
The motor 14 of this embodiment is a three-phase AC brushless type. The motor 14 generates a driving force based on the electric power supplied from the FC unit 20 and the battery 22, and rotates the wheels 34 through the transmission 32 by the driving force. Further, the motor 14 outputs electric power (regenerative power Preg) [W] generated by performing regeneration to the battery 22 or the like. The current of each phase (U phase, V phase, W phase) of the motor 14 is detected by current sensors 36u, 36v, 36w. Alternatively, only two phases of the three phases may be detected, and the remaining one-phase current may be detected from these currents.

インバータ１６は、３相ブリッジ型の構成を有し、直流−交流変換を行う。より具体的には、インバータ１６は、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昇降圧コンバータ２６を通じてバッテリ２２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４０という。   The inverter 16 has a three-phase bridge configuration and performs DC-AC conversion. More specifically, the inverter 16 converts direct current into three-phase alternating current and supplies it to the motor 14, while supplying direct current after alternating current-direct current conversion accompanying the regenerative operation to the battery 22 and the like through the step-up / down converter 26. . The motor 14 and the inverter 16 are collectively referred to as a load 40.

［１−３．電力系］
（１−３−１．ＦＣユニット２０）
ＦＣユニット２０は、燃料電池スタック５０（以下「ＦＣスタック５０」又は「ＦＣ５０」という。）と、その周辺部品とを備える。ＦＣスタック５０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を積層した構造を有する。 [1-3. Power system]
(1-3-1. FC unit 20)
The FC unit 20 includes a fuel cell stack 50 (hereinafter referred to as “FC stack 50” or “FC50”) and its peripheral components. The FC stack 50 has a structure in which, for example, fuel cells formed by sandwiching a solid polymer electrolyte membrane between an anode electrode and a cathode electrode from both sides are stacked.

前記周辺部品には、ＦＣスタック５０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５０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５０を冷却する冷却系と、セル電圧モニタ５２とが含まれる。後述するように、前記周辺部品の一部は、補機２８にも含まれる。なお、図１に示すように、ＦＣユニット２０（ＦＣ５０）とインバータ１６の間において昇圧コンバータ２４と並列に、逆流防止ダイオード５３が配置されている。   The peripheral parts include an anode system that supplies and discharges hydrogen (fuel gas) to and from the anode of the FC stack 50, and a cathode system that supplies and discharges air (oxidant gas) containing oxygen to the cathode of the FC stack 50. And a cooling system for cooling the FC stack 50 and a cell voltage monitor 52 are included. As will be described later, some of the peripheral parts are also included in the auxiliary machine 28. As shown in FIG. 1, a backflow prevention diode 53 is disposed in parallel with the boost converter 24 between the FC unit 20 (FC50) and the inverter 16.

セル電圧モニタ５２は、ＦＣスタック５０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、最大セル電圧Ｖｃｅｌｌ＿ｍａｘ、平均セル電圧Ｖｃｅｌｌ＿ａｖｅ及び最低セル電圧Ｖｃｅｌｌ＿ｍｉｎを算出する。そして、最大セル電圧Ｖｃｅｌｌ＿ｍａｘ、平均セル電圧Ｖｃｅｌｌ＿ａｖｅ及び最低セル電圧Ｖｃｅｌｌ＿ｍｉｎをＥＣＵ３０に出力する。   The cell voltage monitor 52 is a device that detects a cell voltage Vcell for each of a plurality of single cells constituting the FC stack 50, and includes a monitor main body and a wire harness that connects the monitor main body and each single cell. The monitor main body scans all the single cells at a predetermined period, detects the cell voltage Vcell of each single cell, and calculates the maximum cell voltage Vcell_max, the average cell voltage Vcell_ave, and the minimum cell voltage Vcell_min. Then, the maximum cell voltage Vcell_max, the average cell voltage Vcell_ave, and the minimum cell voltage Vcell_min are output to the ECU 30.

ＦＣ５０の出力電圧（以下「ＦＣ電圧Ｖｆｃ」又は「スタック電圧Ｖｆｃ」という。）は、電圧センサ５４により検出され、ＦＣ５０の出力電流（以下「ＦＣ電流Ｉｆｃ」又は「スタック電流Ｉｆｃ」という。）は、電流センサ５６により検出され、いずれもＥＣＵ３０に出力される。ＦＣ５０と昇圧コンバータ２４の間には、コンタクタ５８が配置される。   The output voltage of the FC 50 (hereinafter referred to as “FC voltage Vfc” or “stack voltage Vfc”) is detected by the voltage sensor 54, and the output current of the FC 50 (hereinafter referred to as “FC current Ifc” or “stack current Ifc”). Are detected by the current sensor 56 and both are output to the ECU 30. A contactor 58 is disposed between the FC 50 and the boost converter 24.

（１−３−２．高電圧バッテリ２２）
バッテリ２２は、複数のバッテリセルを含む蓄電装置（エネルギストレージ）であり、例えば、リチウムイオン２次電池、ニッケル水素２次電池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２２の出力電圧（以下「バッテリ電圧Ｖｂａｔ」という。）［Ｖ］は、電圧センサ６０により検出され、バッテリ２２の出力電流（以下「バッテリ電流Ｉｂａｔ」という。）［Ａ］は、電流センサ６２により検出され、それぞれＥＣＵ３０に出力される。ＥＣＵ３０は、バッテリ電圧Ｖｂａｔとバッテリ電流Ｉｂａｔとに基づいて、バッテリ２２の残容量（ＳＯＣ）［％］を算出する。換言すると、ＥＣＵ３０は、電圧センサ６０及び電流センサ６２と合わせて残容量検出部を構成する。 (1-3-2. High voltage battery 22)
The battery 22 is a power storage device (energy storage) including a plurality of battery cells. For example, a lithium ion secondary battery, a nickel hydride secondary battery, or a capacitor can be used. In this embodiment, a lithium ion secondary battery is used. The output voltage (hereinafter referred to as “battery voltage Vbat”) [V] of the battery 22 is detected by the voltage sensor 60, and the output current (hereinafter referred to as “battery current Ibat”) [A] of the battery 22 is detected by the current sensor 62. And output to the ECU 30, respectively. The ECU 30 calculates the remaining capacity (SOC) [%] of the battery 22 based on the battery voltage Vbat and the battery current Ibat. In other words, the ECU 30 constitutes a remaining capacity detection unit together with the voltage sensor 60 and the current sensor 62.

（１−３−３．昇圧コンバータ２４）
昇圧コンバータ２４は、ＦＣ５０の出力電圧（ＦＣ電圧Ｖｆｃ）を昇圧してインバータ１６に供給する昇圧型の電圧変換装置（ＤＣ／ＤＣコンバータ）である。昇圧コンバータ２４は、ＦＣ５０とインバータ１６との間に配置される。換言すると、昇圧コンバータ２４は、一方がＦＣ５０のある１次側１Ｓｆに接続され、他方がバッテリ２２と負荷４０との接続点である２次側２Ｓに接続されている。以下では、昇圧コンバータ２４を、ＦＣ５０側電圧制御ユニットの意味で「ＦＣ−ＶＣＵ２４」とも称する。 (1-3-3. Boost Converter 24)
The step-up converter 24 is a step-up voltage converter (DC / DC converter) that steps up the output voltage (FC voltage Vfc) of the FC 50 and supplies the boosted voltage to the inverter 16. Boost converter 24 is arranged between FC 50 and inverter 16. In other words, one of the boost converters 24 is connected to the primary side 1Sf having the FC 50, and the other is connected to the secondary side 2S that is a connection point between the battery 22 and the load 40. Hereinafter, the boost converter 24 is also referred to as “FC-VCU 24” in the meaning of the FC 50 side voltage control unit.

（１−３−４．昇降圧コンバータ２６）
昇降圧コンバータ２６は、昇降圧型の電圧変換装置（ＤＣ／ＤＣコンバータ）である。すなわち、昇降圧コンバータ２６は、バッテリ２２の出力電圧（バッテリ電圧Ｖｂａｔ）を昇圧してインバータ１６に供給すると共に、モータ１４の回生電圧（以下「回生電圧Ｖｒｅｇ」という。）又はＦＣ電圧Ｖｆｃとしてのインバータ入力端電圧Ｖｉｎｖを降圧してバッテリ２２に供給することが可能である。昇降圧コンバータ２６は、バッテリ２２とインバータ１６との間に配置される。換言すると、昇降圧コンバータ２６は、一方がバッテリ２２のある１次側１Ｓｂに接続され、他方がＦＣ５０と負荷４０との接続点である２次側２Ｓに接続されている。以下では、昇降圧コンバータ２６を、バッテリ２２側電圧制御ユニットの意味で「ＢＡＴ−ＶＣＵ２６」とも称する。 (1-3-4. Buck-boost converter 26)
The step-up / down converter 26 is a voltage step-up / step-down voltage converter (DC / DC converter). That is, the step-up / step-down converter 26 boosts the output voltage (battery voltage Vbat) of the battery 22 and supplies the boosted voltage to the inverter 16, and also serves as the regenerative voltage of the motor 14 (hereinafter referred to as "regenerative voltage Vreg") or the FC voltage Vfc. The inverter input terminal voltage Vinv can be stepped down and supplied to the battery 22. The step-up / down converter 26 is arranged between the battery 22 and the inverter 16. In other words, one of the buck-boost converters 26 is connected to the primary side 1Sb where the battery 22 is located, and the other is connected to the secondary side 2S which is a connection point between the FC 50 and the load 40. Hereinafter, the step-up / step-down converter 26 is also referred to as “BAT-VCU 26” in the sense of the battery 22 side voltage control unit.

上記のように、インバータ入力端電圧Ｖｉｎｖは、電圧センサ７８（図１）により検出される。また、ＢＡＴ−ＶＣＵ２６の出口端電流（以下「出口端電流Ｉｂａｔｖｃｕ」という。）は、電流センサ１０４により検出される。   As described above, the inverter input terminal voltage Vinv is detected by the voltage sensor 78 (FIG. 1). Further, the outlet end current of the BAT-VCU 26 (hereinafter referred to as “outlet end current Ibatvcu”) is detected by the current sensor 104.

本実施形態では、ＥＣＵ３０によりＦＣ−ＶＣＵ２４及びＢＡＴ−ＶＣＵ２６を制御することにより、ＦＣユニット２０からの電力（以下「ＦＣ電力Ｐｆｃ」という。）と、バッテリ２２から供給される電力（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。   In the present embodiment, the ECU 30 controls the FC-VCU 24 and the BAT-VCU 26 so that power from the FC unit 20 (hereinafter referred to as “FC power Pfc”) and power supplied from the battery 22 (hereinafter referred to as “battery power”). This is referred to as “Pbat”.) The supply destination of [W] and regenerative power Preg from the motor 14 is controlled.

（１−３−５．補機２８）
補機２８としては、例えば、エアポンプ１５０（図２）、ウォータポンプ１７０、ラジエータファン１７４、エアコンディショナ、降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ、低電圧バッテリ、アクセサリ及びＥＣＵ３０の少なくとも１つを含むことができる。 (1-3-5. Auxiliary machine 28)
The auxiliary machine 28 can include, for example, at least one of an air pump 150 (FIG. 2), a water pump 170, a radiator fan 174, an air conditioner, a step-down DC-DC converter, a low-voltage battery, an accessory, and an ECU 30. .

なお、前記降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータは、昇降圧コンバータ２６（ＢＡＴ−ＶＣＵ２６）の１次側１Ｓｂにおける電圧を降圧して前記低電圧バッテリ、前記アクセサリ、ラジエータファン１７４及びＥＣＵ３０に供給する。前記低電圧バッテリは、低電圧機器を作動させるためのバッテリ（例えば、１２Ｖバッテリ）である。前記アクセサリは、オーディオ機器、ナビゲーション装置等の機器を含む。   The step-down DC-DC converter steps down the voltage at the primary side 1Sb of the step-up / step-down converter 26 (BAT-VCU 26) and supplies it to the low-voltage battery, the accessory, the radiator fan 174, and the ECU 30. The low voltage battery is a battery (for example, a 12V battery) for operating a low voltage device. The accessories include devices such as audio devices and navigation devices.

（１−３−６．ＥＣＵ３０）
ＥＣＵ３０は、通信線１０６（図１）を介して、モータ１４、インバータ１６、ＦＣユニット２０、バッテリ２２、昇圧コンバータ２４、昇降圧コンバータ２６及び補機２８を制御する。当該制御に際しては、ＥＣＵ３０は、記憶部に記憶されたプログラムを実行する。また、ＥＣＵ３０は、電圧センサ５４、６０、７８、電流センサ３６ｕ、３６ｖ、３６ｗ、５６、６２、８０、１０４等の各種センサの検出値を用いる。 (1-3-6. ECU 30)
The ECU 30 controls the motor 14, the inverter 16, the FC unit 20, the battery 22, the boost converter 24, the step-up / down converter 26, and the auxiliary machine 28 via the communication line 106 (FIG. 1). In the control, the ECU 30 executes a program stored in the storage unit. Further, the ECU 30 uses detection values of various sensors such as voltage sensors 54, 60, 78, current sensors 36u, 36v, 36w, 56, 62, 80, 104 and the like.

ここでの各種センサには、上記センサに加え、開度センサ１１０及びモータ回転数センサ１１２（図１）が含まれる。開度センサ１１０は、アクセルペダル１１４の開度θｐ［度］を検出する。モータ回転数センサ１１２は、モータ１４の回転数（以下「モータ回転数Ｎｍｏｔ」又は「回転数Ｎｍｏｔ」という。）［ｒｐｍ］を検出する。ＥＣＵ３０は、回転数Ｎｍｏｔを用いてＦＣ車両１０の車速Ｖ［ｋｍ／ｈ］を検出する。さらに、ＥＣＵ３０には、メインスイッチ１１６（以下「メインＳＷ１１６」という。）が接続される。メインＳＷ１１６は、ＦＣユニット２０及びバッテリ２２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。   The various sensors here include an opening sensor 110 and a motor rotation speed sensor 112 (FIG. 1) in addition to the above sensors. The opening sensor 110 detects the opening θp [degree] of the accelerator pedal 114. The motor rotation speed sensor 112 detects the rotation speed of the motor 14 (hereinafter referred to as “motor rotation speed Nmot” or “rotation speed Nmot”) [rpm]. The ECU 30 detects the vehicle speed V [km / h] of the FC vehicle 10 using the rotation speed Nmot. Further, the ECU 30 is connected to a main switch 116 (hereinafter referred to as “main SW 116”). The main SW 116 switches whether power can be supplied from the FC unit 20 and the battery 22 to the motor 14, and can be operated by the user.

ＥＣＵ３０は、マイクロコンピュータを含み、必要に応じて、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、ＥＣＵ３０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２０、バッテリ２２、昇圧コンバータ２４、昇降圧コンバータ２６及び補機２８毎に複数のＥＣＵから構成することもできる。   The ECU 30 includes a microcomputer and has an input / output interface such as an A / D converter and a D / A converter as necessary. Note that the ECU 30 is not limited to a single ECU, but may be configured of a plurality of ECUs for each of the motor 14, the FC unit 20, the battery 22, the boost converter 24, the step-up / down converter 26, and the auxiliary machine 28.

ＥＣＵ３０は、ＦＣスタック５０の状態、バッテリ２２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５０が負担すべき負荷と、バッテリ２２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２０、バッテリ２２、昇圧コンバータ２４及び昇降圧コンバータ２６に指令を送出する。   The ECU 30 determines the load required for the FC system 12 as a whole of the FC vehicle 10 determined based on the input (load request) from various switches and various sensors in addition to the state of the FC stack 50, the state of the battery 22 and the state of the motor 14. Therefore, the load to be borne by the FC stack 50, the load to be borne by the battery 22, and the distribution (sharing) of the load to be borne by the regenerative power source (motor 14) are determined while arbitrating, and the motor 14, inverter 16, Commands are sent to the FC unit 20, the battery 22, the boost converter 24 and the step-up / down converter 26.

［１−４．ガス系］
（１−４−１．全体構成）
図２は、ＦＣユニット２０のガス系を主として示す概略構成図である。ＦＣユニット２０は、ＦＣスタック５０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５０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５０を冷却する冷却系とを備える。 [1-4. Gas system]
(1-4-1. Overall configuration)
FIG. 2 is a schematic configuration diagram mainly showing a gas system of the FC unit 20. The FC unit 20 includes an anode system that supplies and discharges hydrogen (fuel gas) to and from the anode of the FC stack 50, and a cathode system that supplies and discharges air (oxidant gas) containing oxygen to the cathode of the FC stack 50. And a cooling system for cooling the FC stack 50.

（１−４−２．アノード系）
アノード系は、水素タンク１２０、レギュレータ１２２、パージ弁１２８、圧力センサ１３２、濃度センサ１３４及び温度センサ１３６を有する。 (1-4-2. Anode system)
The anode system includes a hydrogen tank 120, a regulator 122, a purge valve 128, a pressure sensor 132, a concentration sensor 134, and a temperature sensor 136.

水素タンク１２０は、燃料ガスとしての水素を収容するものであり、配管１２０ａ、レギュレータ１２２及び配管１２２ａを介して、アノード流路１３８の入口に接続されている。これにより、水素タンク１２０の水素は、配管１２０ａ等を介してアノード流路１３８に供給可能である。なお、配管１２０ａには、遮断弁（図示せず）が設けられており、ＦＣスタック５０の発電の際、当該遮断弁は、ＥＣＵ３０により開とされる。   The hydrogen tank 120 stores hydrogen as a fuel gas, and is connected to the inlet of the anode flow path 138 via a pipe 120a, a regulator 122, and a pipe 122a. Thereby, the hydrogen in the hydrogen tank 120 can be supplied to the anode flow path 138 through the pipe 120a and the like. Note that a shutoff valve (not shown) is provided in the pipe 120a, and the shutoff valve is opened by the ECU 30 when the FC stack 50 generates power.

レギュレータ１２２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１２２は、配管１２２ｂ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１５０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。   The regulator 122 adjusts the pressure of the introduced hydrogen to a predetermined value and discharges it. That is, the regulator 122 controls the downstream pressure (anode hydrogen pressure) according to the cathode air pressure (pilot pressure) input via the pipe 122b. Accordingly, the hydrogen pressure on the anode side is linked to the air pressure on the cathode side. As will be described later, when the rotation speed of the air pump 150 is changed to change the oxygen concentration, the hydrogen pressure on the anode side also changes. To do.

配管１２８ａの一部は、パージ弁１２８及び配管１２８ｂを介して、後記する配管１５４ｂに設けられた希釈ボックス１４０に接続されている。パージ弁１２８は、ＦＣスタック５０の発電が安定していないと判定された場合、ＥＣＵ３０からの指令に基づき所定時間、開となる。希釈ボックス１４０は、パージ弁１２８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。   A part of the pipe 128a is connected to a dilution box 140 provided in a pipe 154b described later via a purge valve 128 and a pipe 128b. When it is determined that the power generation of the FC stack 50 is not stable, the purge valve 128 is opened for a predetermined time based on a command from the ECU 30. The dilution box 140 dilutes the hydrogen in the anode off gas from the purge valve 128 with the cathode off gas.

圧力センサ１３２は、配管１２２ａに取り付けられ、アノード流路１３８に向かう水素の圧力［Ｐａ］を検出してＥＣＵ３０に出力する。濃度センサ１３４は、配管１２２ａに取り付けられ、アノード流路１３８に向かう水素の濃度を検出してＥＣＵ３０に出力する。温度センサ１３６は、配管１２８ａに取り付けられアノードオフガスの温度［℃］を検出してＥＣＵ３０に出力する。   The pressure sensor 132 is attached to the pipe 122a, detects the hydrogen pressure [Pa] toward the anode flow path 138, and outputs the detected pressure to the ECU 30. The concentration sensor 134 is attached to the pipe 122a, detects the concentration of hydrogen toward the anode flow path 138, and outputs it to the ECU 30. The temperature sensor 136 is attached to the pipe 128a, detects the temperature [° C.] of the anode off gas, and outputs it to the ECU 30.

（１−４−３．カソード系）
カソード系は、エアポンプ１５０、加湿器１５２、背圧弁１５４、流量センサ１５８、濃度センサ１６２、圧力センサ１６４及び温度センサ１６６を有する。 (1-4-3. Cathode system)
The cathode system includes an air pump 150, a humidifier 152, a back pressure valve 154, a flow sensor 158, a concentration sensor 162, a pressure sensor 164, and a temperature sensor 166.

エアポンプ１５０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１５０ａを介して車外（外部）と連通している。エアポンプ１５０の吐出口は、配管１５０ｂ、加湿器１５２及び配管１５２ａを介して、カソード流路１６８の入口に接続されている。エアポンプ１５０がＥＣＵ３０の指令に従って作動すると、エアポンプ１５０は、配管１５０ａ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１５０ｂ等を通ってカソード流路１６８に圧送される。   The air pump 150 compresses the outside air (air) and sends it to the cathode side, and the intake port communicates with the outside of the vehicle (outside) via the pipe 150a. The discharge port of the air pump 150 is connected to the inlet of the cathode channel 168 through the pipe 150b, the humidifier 152, and the pipe 152a. When the air pump 150 operates in accordance with a command from the ECU 30, the air pump 150 sucks and compresses air outside the vehicle via the pipe 150a, and the compressed air is pumped to the cathode channel 168 through the pipe 150b and the like.

加湿器１５２は、水分透過性を有する複数の中空糸膜１５２ｅを備えている。そして、加湿器１５２は、中空糸膜１５２ｅを介して、カソード流路１６８に向かう空気とカソード流路１６８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１６８に向かう空気を加湿する。   The humidifier 152 includes a plurality of hollow fiber membranes 152e having moisture permeability. Then, the humidifier 152 exchanges moisture between the air toward the cathode channel 168 and the humid cathode offgas discharged from the cathode channel 168 via the hollow fiber membrane 152e, and the air toward the cathode channel 168. Humidify.

カソード流路１６８の出口側には、配管１５２ｂ、加湿器１５２、配管１５４ａ、背圧弁１５４及び配管１５４ｂが配置されている。カソード流路１６８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１５２ｂ等を通って、車外に排出される。   On the outlet side of the cathode channel 168, a pipe 152b, a humidifier 152, a pipe 154a, a back pressure valve 154, and a pipe 154b are arranged. Cathode off-gas (oxidant off-gas) discharged from the cathode channel 168 is discharged outside the vehicle through the pipe 152b and the like.

背圧弁１５４は、例えば、バタフライ弁で構成され、その開度がＥＣＵ３０によって制御されることで、カソード流路１６８における空気の圧力を制御する。より具体的には、背圧弁１５４の開度が小さくなると、カソード流路１６８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１５４の開度が大きくなると、カソード流路１６８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。   The back pressure valve 154 is constituted by, for example, a butterfly valve, and the air pressure in the cathode channel 168 is controlled by the opening degree of the back pressure valve 154 being controlled by the ECU 30. More specifically, as the opening of the back pressure valve 154 decreases, the pressure of air in the cathode channel 168 increases, and the oxygen concentration (volume concentration) per volume flow rate increases. Conversely, when the opening of the back pressure valve 154 increases, the air pressure in the cathode channel 168 decreases, and the oxygen concentration (volume concentration) per volume flow rate decreases.

流量センサ１５８は、配管１５０ｂに取り付けられ、カソード流路１６８に向かう空気の流量［ｇ／ｓ］を検出してＥＣＵ３０に出力する。   The flow rate sensor 158 is attached to the pipe 150b, detects the air flow rate [g / s] toward the cathode channel 168, and outputs it to the ECU 30.

濃度センサ１６２は、配管１５０ｂに取り付けられ、カソード流路１６８に向かう空気の酸素濃度を検出してＥＣＵ３０に出力する。圧力センサ１６４は、配管１５４ｂに取り付けられ、カソード流路１６８からのカソードオフガスの圧力［Ｐａ］を検出してＥＣＵ３０に出力する。   The concentration sensor 162 is attached to the pipe 150b, detects the oxygen concentration of the air toward the cathode flow path 168, and outputs it to the ECU 30. The pressure sensor 164 is attached to the pipe 154b, detects the cathode offgas pressure [Pa] from the cathode channel 168, and outputs it to the ECU 30.

温度センサ１６６は、配管１５４ａに取り付けられ、カソードオフガスの温度を検出してＥＣＵ３０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１６６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。   The temperature sensor 166 is attached to the pipe 154a, detects the temperature of the cathode off gas, and outputs it to the ECU 30. Here, since the temperature of the circulating gas is substantially equal to the temperature of the cathode offgas, the temperature of the circulating gas can be detected based on the temperature of the cathode offgas detected by the temperature sensor 166.

［１−５．冷却系］
冷却系は、ウォータポンプ１７０、ラジエータ１７２、ラジエータファン１７４及び温度センサ１７６等を有する。ウォータポンプ１７０は、ＦＣ５０内に冷却水（冷媒）を循環させることでＦＣ５０を冷却する。ＦＣ５０を冷却して温度が上昇した冷却水は、ラジエータファン１７４による送風を受けるラジエータ１７２で放熱される。温度センサ１７６は、冷却水の温度（以下「水温Ｔｗ」という。）を検出し、ＥＣＵ３０に出力する。 [1-5. Cooling system]
The cooling system includes a water pump 170, a radiator 172, a radiator fan 174, a temperature sensor 176, and the like. The water pump 170 cools the FC 50 by circulating cooling water (refrigerant) in the FC 50. The cooling water whose temperature has increased by cooling the FC 50 is radiated by the radiator 172 that receives the air blown by the radiator fan 174. The temperature sensor 176 detects the temperature of the cooling water (hereinafter referred to as “water temperature Tw”) and outputs it to the ECU 30.

２．本実施形態の制御
次に、ＥＣＵ３０における制御について説明する。ここでは、主として、ＦＣ５０の起動時における制御（起動時制御）に着目する。ＦＣ５０の起動時制御の具体的説明に入る前に前提となる事項を確認しておく。 2. Control of this Embodiment Next, the control in ECU30 is demonstrated. Here, the control at the time of start-up of FC50 (control at the time of start-up) is mainly focused. Before entering into a concrete explanation of the start-up control of the FC50, confirm the prerequisites.

［２−１．第１前提事項（セル電圧Ｖｃｅｌｌに応じた劣化）］
図３は、ＦＣスタック５０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３中の曲線１８０は、セル電圧Ｖｃｅｌｌと劣化量Ｄとの関係を示す。 [2-1. First premise (deterioration according to cell voltage Vcell)]
FIG. 3 shows an example of the relationship between the potential (cell voltage Vcell) [V] of the FC cells constituting the FC stack 50 and the amount of degradation D of the cells. That is, the curve 180 in FIG. 3 shows the relationship between the cell voltage Vcell and the deterioration amount D.

図３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。   In FIG. 3, in the region below potential v1 (for example, 0.5 V) (hereinafter referred to as “platinum aggregation increasing region R1” or “aggregation increasing region R1”), the reduction reaction of platinum (platinum oxide) contained in the FC cell. Proceeds violently and platinum aggregates excessively. The potential v1 to the potential v2 (for example, 0.8 V) is a region where the reduction reaction proceeds stably (hereinafter referred to as “platinum reduction region R2” or “reduction region R2”).

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。   The potential v2 to the potential v3 (for example, 0.9 V) is a region where the redox reaction proceeds with respect to platinum (hereinafter referred to as “platinum redox progress region R3” or “redox region R3”). The potential v3 to the potential v4 (for example, 0.95 V) is a region where the oxidation reaction of platinum proceeds stably (hereinafter referred to as “platinum oxidation stable region R4” or “oxidation region R4”). The potential v4 to OCV (open circuit voltage) is a region where the oxidation of carbon contained in the cell proceeds (hereinafter referred to as “carbon oxidation region R5”).

上記のように、図３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、隣り合う領域と比較して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、隣り合う領域と比較してＦＣセルの劣化の進行度合が大きい。   As described above, in FIG. 3, if the cell voltage Vcell is in the platinum reduction region R2 or the platinum oxidation stable region R4, the progress of deterioration of the FC cell is small as compared with the adjacent region. On the other hand, when the cell voltage Vcell is in the platinum aggregation increasing region R1, the platinum oxidation-reduction progress region R3, or the carbon oxidation region R5, the progress of deterioration of the FC cell is larger than that of the adjacent region.

なお、図３では、曲線１８０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１８０は変化する。   In FIG. 3, the curve 180 is uniquely defined, but in actuality, the curve 180 changes according to the fluctuation amount (fluctuation speed Acell) [V / sec] of the cell voltage Vcell per unit time. .

図４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４において、曲線１９０は、変動速度Ａｃｅｌｌが高い場合を示し、曲線１９２は、変動速度Ａｃｅｌｌが低い場合を示す。図４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。   FIG. 4 is a cyclic voltammetry diagram showing an example of the progress of oxidation and the progress of reduction when the fluctuation rates Acell are different. In FIG. 4, a curve 190 indicates a case where the fluctuation speed Acell is high, and a curve 192 indicates a case where the fluctuation speed Acell is low. As can be seen from FIG. 4, since the degree of progress of oxidation or reduction differs depending on the fluctuation speed Acell, the potentials v1 to v4 are not necessarily uniquely specified. In addition, the potentials v1 to v4 can change depending on individual differences of FC cells. For this reason, it is preferable to set the potentials v1 to v4 as those in which an error is reflected in the theoretical value, the simulation value, or the actual measurement value.

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５参照）。加えて、ＦＣスタック５０の発電電圧（ＦＣ電圧Ｖｆｃ）は、セル電圧ＶｃｅｌｌにＦＣスタック５０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５０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。   Further, in the current-voltage (IV) characteristics of the FC cell, the cell current Icell [A] increases as the cell voltage Vcell decreases, as in the case of a general fuel cell (see FIG. 5). In addition, the power generation voltage (FC voltage Vfc) of the FC stack 50 is obtained by multiplying the cell voltage Vcell by the number Nfc of serial connections in the FC stack 50. The serial connection number Nfc is the number of FC cells connected in series in the FC stack 50, and is also simply referred to as “cell number” hereinafter.

以上を踏まえ、本実施形態では、ＦＣ５０の起動時において、ＦＣスタック５０の目標電圧（目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒ）［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１１等を用いて説明する。）。このような目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒの切替えを行うことにより、ＦＣ電圧Ｖｆｃ及び各セル電圧Ｖｃｅｌｌ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５０の劣化を防止することができる。   Based on the above, in the present embodiment, when the FC 50 is started, the target voltage (target FC voltage Vfc_tar) [V] of the FC stack 50 is set mainly in the platinum reduction region R2, and platinum oxidation is performed as necessary. It is set within the stable region R4 (a specific example will be described with reference to FIG. 11). By switching the target FC voltage Vfc_tar in this way, the time during which the FC voltage Vfc and each cell voltage Vcell are within the regions R1, R3, and R5 (particularly, the platinum redox progress region R3) is shortened as much as possible. Deterioration of the stack 50 can be prevented.

なお、上記の処理では、ＦＣスタック５０の供給電力（ＦＣ電力Ｐｆｃ）と、ＦＣシステム１２全体の負荷（以下「システム負荷Ｐｓｙｓ」という。）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２２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２２に充電する。   In the above processing, there is a case where the supplied power (FC power Pfc) of the FC stack 50 and the load of the entire FC system 12 (hereinafter referred to as “system load Psys”) are not equal. In this regard, when the FC power Pfc is below the system load Psys, the shortage is supplied from the battery 22. Further, when the FC power Pfc exceeds the system load Psys, the surplus is charged in the battery 22.

なお、図３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１８０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。   In FIG. 3, the potentials v <b> 1 to v <b> 4 are specified as specific numerical values, but this is for performing control described later, and the numerical values are determined taking into account the convenience of control. In other words, as can be seen from the curve 180, the deterioration amount D changes continuously, so that the potentials v1 to v4 can be appropriately set according to the control specifications.

但し、白金還元領域Ｒ２は、曲線１８０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１８０の極大値（極大値Ｖｌｍｘ）を含む。白金酸化安定領域Ｒ４は、曲線１８０の別の極小値（第２極小値Ｖｌｍｉ２）を含む。   However, the platinum reduction region R2 includes the minimum value of the curve 180 (first minimum value Vlmi1). The platinum redox progression region R3 includes the maximum value (maximum value Vlmx) of the curve 180. The platinum oxidation stable region R4 includes another minimum value (second minimum value Vlmi2) of the curve 180.

［２−２．第２前提事項（ＦＣ５０による発電の終了後におけるアノード側及びカソード側におけるガスの残存状態）］
ＥＣＵ３０側でＦＣ５０における発電を停止させることを決定した場合であっても、ＦＣ５０内に反応ガス（水素及び酸素）が残存している間は、ＦＣ５０は発電を継続する。また、アノード側に残存している水素は、透過によりカソード側に移動する。ここにいう「ＦＣ５０内」には、アノード流路１３８及びカソード流路１６８のみならず、配管１２２ａ、１２８ａ、１５２ａ、１５２ｂ等を含む。 [2-2. Second premise (the remaining state of gas on the anode side and cathode side after the end of power generation by FC50)]
Even when the ECU 30 determines to stop the power generation in the FC 50, the FC 50 continues to generate power while the reaction gas (hydrogen and oxygen) remains in the FC 50. Further, the hydrogen remaining on the anode side moves to the cathode side by permeation. The “inside FC50” here includes not only the anode flow path 138 and the cathode flow path 168 but also piping 122a, 128a, 152a, 152b and the like.

従って、ＥＣＵ３０がＦＣ５０の発電を停止させるための処理を行った後、ＦＣ５０の発電を再開する場合、アノード側の水素濃度及びカソード側の酸素濃度は、状況に応じて種々の値を取り得る。   Therefore, when the ECU 30 restarts the power generation of the FC 50 after performing the process for stopping the power generation of the FC 50, the hydrogen concentration on the anode side and the oxygen concentration on the cathode side can take various values depending on the situation.

例えば、ＥＣＵ３０がＦＣ５０における発電を停止させるための処理を開始してから比較的短い時間しか経過していない場合、カソード側に移動した水素の残存量が比較的多い。このため、アノード側及びカソード側のいずれにも比較的高い濃度の水素が存在することとなる。以下では、この状態を「Ｈ2−Ｈ2状態」ともいう。また、「Ｈ2−Ｈ2状態」において発電を開始（再開の場合を含む。）することを「Ｈ2−Ｈ2起動」ともいう。 For example, when only a relatively short time has elapsed since the ECU 30 started processing for stopping power generation in the FC 50, the remaining amount of hydrogen moved to the cathode side is relatively large. For this reason, a relatively high concentration of hydrogen exists on both the anode side and the cathode side. Hereinafter, this state is also referred to as “H 2 -H 2 state”. In addition, starting power generation (including resumption) in the “H 2 -H 2 state” is also referred to as “H 2 -H 2 activation”.

一方、ＥＣＵ３０がＦＣ５０における発電を停止させるための処理を開始してから比較的長い時間が経過した場合、カソード側に移動した水素は、外部からの酸素と反応して消費される。このため、アノード側及びカソード側のいずれにおいても空気の濃度が比較的高くなる。以下では、この状態を「Ａｉｒ−Ａｉｒ状態」ともいう。また、「Ａｉｒ−Ａｉｒ状態」において発電を開始（再開の場合を含む。）することを「Ａｉｒ−Ａｉｒ起動」ともいう。   On the other hand, when a relatively long time has elapsed since the ECU 30 started the process for stopping the power generation in the FC 50, the hydrogen moved to the cathode side is consumed by reacting with oxygen from the outside. For this reason, the air concentration is relatively high on both the anode side and the cathode side. Hereinafter, this state is also referred to as an “air-air state”. In addition, starting power generation (including the case of resumption) in the “Air-Air state” is also referred to as “Air-Air activation”.

本実施形態では、反応ガスの残存状態が「Ｈ2−Ｈ2状態」及び「Ａｉｒ−Ａｉｒ状態」のいずれであるかを考慮して、ＦＣ５０の起動時処理を行う。なお、水素及び空気（酸素）の濃度は、常に変化し得るため、反応ガスの残存状態をさらに細分化して起動時制御を行うことも可能である。 In the present embodiment, the start-up process of the FC 50 is performed in consideration of whether the remaining state of the reaction gas is the “H 2 -H 2 state” or the “Air-Air state”. Since the concentrations of hydrogen and air (oxygen) can always change, it is possible to further subdivide the remaining state of the reaction gas and perform startup control.

［２−３．第３前提事項（反応ガスの不足に伴う劣化）］
図５に示すように、セル電流Ｉｃｅｌｌ（ＦＣ電流Ｉｆｃ）は、セル電圧Ｖｃｅｌｌ（ＦＣ電圧Ｖｆｃ）に応じて変化する。本実施形態では、ＦＣ−ＶＣＵ２４又はＢＡＴ−ＶＣＵ２６を用いてＦＣ電圧Ｖｆｃを制御することにより、セル電圧Ｖｃｅｌｌ及びセル電流Ｉｃｅｌｌを制御する。 [2-3. Third premise (deterioration due to lack of reaction gas)]
As shown in FIG. 5, the cell current Icell (FC current Ifc) changes according to the cell voltage Vcell (FC voltage Vfc). In the present embodiment, the cell voltage Vcell and the cell current Icell are controlled by controlling the FC voltage Vfc using the FC-VCU 24 or the BAT-VCU 26.

ＦＣ５０の起動時においては、各セルに対する反応ガス（水素及び酸素の少なくとも一方）の供給速度は、セル毎に変化し得る。すなわち、反応ガスの供給開始から出力電圧の立ち上がりまでの電圧立ち上がり時間Ｔｓが短いセル（以下「第１セル」という。）と、電圧立ち上がり時間Ｔｓが長いセル（以下「第２セル」という。）とが存在し得る。このため、ＦＣスタック５０全体としての電圧（ＦＣ電圧Ｖｆｃ）は、所望の値に到達していたとしても、電圧立ち上がり時間Ｔｓが長い（反応ガスの供給及び置換が遅い）第２セルには、反応ガスが十分に供給されていない場合があり得る。特に、起動時にはこの傾向が顕著に現れ得る。   When the FC 50 is activated, the supply rate of the reactive gas (at least one of hydrogen and oxygen) to each cell can vary from cell to cell. That is, a cell having a short voltage rise time Ts from the start of supply of the reaction gas to a rise of the output voltage (hereinafter referred to as “first cell”) and a cell having a long voltage rise time Ts (hereinafter referred to as “second cell”). And can exist. For this reason, even if the voltage (FC voltage Vfc) of the FC stack 50 as a whole reaches a desired value, the second cell has a long voltage rise time Ts (reaction gas supply and replacement is slow). There may be cases where the reaction gas is not sufficiently supplied. In particular, this tendency can be prominent at startup.

反応ガスが十分に供給されていない場合であっても、ＦＣ−ＶＣＵ２４又はＢＡＴ−ＶＣＵ２６を用いてＦＣ電圧Ｖｆｃを変化させると、第２セルは、セル電圧ＶｃｅｌｌをＦＣ電圧Ｖｆｃの変化に追従しようとする。その場合、第２セルには、十分な反応ガスが供給されていないため、第２セルは劣化が促進することとなる。   Even when the reaction gas is not sufficiently supplied, when the FC voltage Vfc is changed using the FC-VCU 24 or the BAT-VCU 26, the second cell follows the change of the FC voltage Vfc. And In that case, since sufficient reaction gas is not supplied to the second cell, the deterioration of the second cell is promoted.

図６及び図７は、Ｈ2−Ｈ2起動時における複数のセルの反応の第１例及び第２例を示す図である。より具体的には、図６及び図７は、「Ｈ2−Ｈ2状態」において、ＦＣ５０が電力供給を開始しない場合の第１セル及び第２セルそれぞれのセル電圧Ｖｃｅｌｌ及びセル電位Ｐｃｅｌｌと、ＦＣ５０が電力供給を行う場合の第１セル及び第２セルそれぞれのセル電圧Ｖｃｅｌｌ、セル電位Ｐｃｅｌｌ及びセル電流Ｉｃｅｌｌの第１例及び第２例を示す図である。なお、図６及び図７の上側は同じである。 6 and 7 are diagrams showing a first example and a second example of reactions of a plurality of cells when H 2 -H 2 is activated. More specifically, FIG. 6 and FIG. 7 show the cell voltage Vcell and cell potential Pcell of the first cell and the second cell, respectively, when the FC 50 does not start power supply in the “H 2 -H 2 state”. It is a figure which shows the 1st example and 2nd example of cell voltage Vcell, cell potential Pcell, and cell current Icell of each of the 1st cell and 2nd cell in case FC50 supplies electric power. Note that the upper side of FIGS. 6 and 7 is the same.

図６及び図７の上側に示すように、ＦＣ５０が電力供給を開始しない場合、第１セルは、ＥＣＵ３０による反応ガスの供給開始時点（時点ｔ１）と略同時に反応ガスが供給される。このため、第１セルのセル電圧Ｖｃｅｌｌ及びセル電位Ｐｃｅｌｌは、ＥＣＵ３０による反応ガスの供給開始直後に変化し、時点ｔ３において、セル電圧Ｖｃｅｌｌが閾値ＴＨｖｃｅｌｌに到達する。閾値ＴＨｖｃｅｌｌは、セルが所定の電力供給性能を発揮可能であることを判定する閾値である。   As shown in the upper side of FIGS. 6 and 7, when the FC 50 does not start supplying power, the first cell is supplied with the reaction gas substantially at the same time as the reaction gas supply start time (time point t <b> 1) by the ECU 30. For this reason, the cell voltage Vcell and the cell potential Pcell of the first cell change immediately after the start of the supply of the reaction gas by the ECU 30, and the cell voltage Vcell reaches the threshold value THvcell at time t3. The threshold value THvcell is a threshold value for determining that the cell can exhibit predetermined power supply performance.

一方、第２セルは、ＥＣＵ３０による反応ガスの供給開始（時点ｔ１）から所定時間（以下「遅延時間Ｔｄ１」という。）遅延した時点（時点ｔ２）に反応ガスが供給される。このため、第２セルのセル電圧Ｖｃｅｌｌ及びセル電位Ｐｃｅｌｌは、ＥＣＵ３０による反応ガスの供給開始から遅れて変化し、時点ｔ４において、セル電圧Ｖｃｅｌｌが閾値ＴＨｖｃｅｌｌに到達する。   On the other hand, the reaction gas is supplied to the second cell at a time (time t2) delayed by a predetermined time (hereinafter referred to as “delay time Td1”) from the start of supply of the reaction gas by the ECU 30 (time t1). For this reason, the cell voltage Vcell and the cell potential Pcell of the second cell change with a delay from the start of the supply of the reaction gas by the ECU 30, and the cell voltage Vcell reaches the threshold value THvcell at time t4.

また、図６において、第２セルに反応ガスの供給が開始される直前（時点ｔ２の直前）においてＦＣ５０が電力供給を開始する場合、第２セルの劣化が進むこととなる。   In FIG. 6, when the FC 50 starts to supply power immediately before the supply of the reaction gas to the second cell (immediately before the time t2), the deterioration of the second cell proceeds.

一方、図７において、第１セルのセル電圧Ｖｃｅｌｌが閾値ＴＨｖｃｅｌｌに到達した時点ｔ３においてＦＣ５０が電力供給を開始する場合、時点ｔ３では、第２セルに対する反応ガスの供給が既に開始されている。このため、第２セルの劣化を抑制することが可能となる。   On the other hand, in FIG. 7, when the FC 50 starts supplying power at time t3 when the cell voltage Vcell of the first cell reaches the threshold value THvcell, supply of the reactive gas to the second cell has already started at time t3. For this reason, it becomes possible to suppress degradation of the second cell.

図８及び図９は、Ａｉｒ−Ａｉｒ起動時における複数のセルの反応の第１例及び第２例を示す図である。より具体的には、図８及び図９は、「Ａｉｒ−Ａｉｒ状態」において、ＦＣ５０が電力供給を開始しない場合の第１セル及び第２セルそれぞれのセル電圧Ｖｃｅｌｌ及びセル電位Ｐｃｅｌｌと、ＦＣ５０が電力供給を行う場合の第１セル及び第２セルそれぞれのセル電圧Ｖｃｅｌｌ、セル電位Ｐｃｅｌｌ及びセル電流Ｉｃｅｌｌの第１例及び第２例を示す図である。図８及び図９の上側は同じである。図６の場合（Ｈ2−Ｈ2状態）と同様、図８の場合も第２セルの劣化が進むこととなる。 8 and 9 are diagrams showing a first example and a second example of reactions of a plurality of cells at the time of starting Air-Air. More specifically, FIGS. 8 and 9 show that in the “air-air state”, the cell voltage Vcell and cell potential Pcell of the first cell and the second cell when the FC50 does not start power supply, and the FC50 is It is a figure which shows the 1st example and 2nd example of cell voltage Vcell, cell potential Pcell, and cell current Icell of the 1st cell and 2nd cell in the case of supplying electric power, respectively. The upper side of FIGS. 8 and 9 is the same. As in the case of FIG. 6 (H 2 -H 2 state), the deterioration of the second cell also proceeds in the case of FIG.

すなわち、図８に示すように、ＦＣ５０が電力供給を開始しない場合、第１セルは、ＥＣＵ３０による反応ガスの供給開始時点（時点ｔ１１）と略同時に反応ガスが供給される。このため、第１セルのセル電圧Ｖｃｅｌｌ及びセル電位Ｐｃｅｌｌは、ＥＣＵ３０による反応ガスの供給開始直後に変化し、時点ｔ１２において、セル電圧Ｖｃｅｌｌが閾値ＴＨｖｃｅｌｌに到達する。   That is, as shown in FIG. 8, when the FC 50 does not start power supply, the first cell is supplied with the reaction gas substantially simultaneously with the reaction gas supply start time (time point t11) by the ECU 30. For this reason, the cell voltage Vcell and the cell potential Pcell of the first cell change immediately after the start of the supply of the reaction gas by the ECU 30, and the cell voltage Vcell reaches the threshold value THvcell at time t12.

一方、第２セルは、ＥＣＵ３０による反応ガスの供給開始から所定時間（以下「遅延時間Ｔｄ２」という。）遅延した時点（時点ｔ１３）に反応ガスが供給される。このため、第２セルのセル電圧Ｖｃｅｌｌ及びセル電位Ｐｃｅｌｌは、ＥＣＵ３０による反応ガスの供給開始から遅れて変化する。このため、第２セルのセル電圧Ｖｃｅｌｌ及びセル電位Ｐｃｅｌｌは、ＥＣＵ３０による反応ガスの供給開始（時点ｔ１１）から遅れて変化し、時点ｔ１４において、セル電圧Ｖｃｅｌｌが閾値ＴＨｖｃｅｌｌに到達する。   On the other hand, the reaction gas is supplied to the second cell at a time point (time point t13) delayed by a predetermined time (hereinafter referred to as “delay time Td2”) from the supply start of the reaction gas by the ECU 30. For this reason, the cell voltage Vcell and the cell potential Pcell of the second cell change with a delay from the start of the reaction gas supply by the ECU 30. For this reason, the cell voltage Vcell and the cell potential Pcell of the second cell change with a delay from the start of supply of the reaction gas by the ECU 30 (time point t11), and the cell voltage Vcell reaches the threshold value THvcell at time point t14.

また、図８において、ＦＣ５０が時点ｔ１２において電力供給を開始する場合、第１セルのセル電圧Ｖｃｅｌｌは既に閾値ＴＨｖｃｅｌｌに到達しているため、第１セルの劣化は進まない。一方、第２セルは、遅延時間Ｔｄ２が経過する前に時点ｔ１２が来るため、反応ガスが十分に供給される前に、セル電圧Ｖｃｅｌｌ及びセル電位Ｐｃｅｌｌが変化してしまう。その結果、第２セルの劣化が進むこととなる。   In FIG. 8, when the FC 50 starts supplying power at time t12, the cell voltage Vcell of the first cell has already reached the threshold value THvcell, and therefore the deterioration of the first cell does not proceed. On the other hand, since the time t12 comes before the delay time Td2 elapses in the second cell, the cell voltage Vcell and the cell potential Pcell change before the reaction gas is sufficiently supplied. As a result, the deterioration of the second cell proceeds.

一方、図９において、第２セルのセル電圧Ｖｃｅｌｌが閾値ＴＨｖｃｅｌｌに到達した時点ｔ１４においてＦＣ５０が電力供給を開始する場合、時点ｔ１４では、第２セルに対する反応ガスの供給が既に開始されている。このため、第２セルの劣化を抑制することが可能となる。   On the other hand, in FIG. 9, when the FC 50 starts supplying power at time t14 when the cell voltage Vcell of the second cell reaches the threshold value THvcell, supply of the reactive gas to the second cell has already started at time t14. For this reason, it becomes possible to suppress degradation of the second cell.

本実施形態では、上記のような遅延時間Ｔｄ１、Ｔｄ２（以下「遅延時間Ｔｄ」と総称する。）並びに第１セル及び第２セルの劣化を考慮した制御を行う。   In the present embodiment, control is performed in consideration of the delay times Td1 and Td2 (hereinafter collectively referred to as “delay time Td”) and the deterioration of the first cell and the second cell.

図１０は、反応ガスの複数の残存状態（「Ｈ2−Ｈ2状態」及び「Ａｉｒ−Ａｉｒ状態」）それぞれについて、ＦＣ５０からの電力供給なしの状態でのＦＣ電圧Ｖｆｃの一例を示す図である。図１０に示すように、「Ｈ2−Ｈ2状態」からの起動（Ｈ2−Ｈ2起動）よりも「Ａｉｒ−Ａｉｒ状態」からの起動（Ａｉｒ−Ａｉｒ起動）の方が、ＦＣ電圧Ｖｆｃの立ち上がりが速い。このため、Ｈ2−Ｈ2起動の場合と比較して、Ａｉｒ−Ａｉｒ起動の場合、第１セルのセル電圧Ｖｃｅｌｌの立ち上がりに合わせて第２セルの発電を開始させると、第２セルの劣化度合いが大きくなってしまう。 FIG. 10 is a diagram illustrating an example of the FC voltage Vfc in a state where no power is supplied from the FC 50 for each of a plurality of remaining states of the reaction gas (“H 2 -H 2 state” and “Air-Air state”). is there. As shown in FIG. 10, the FC voltage Vfc is more activated in the “Air-Air state” (Air-Air activation) than in the “H 2 -H 2 state” (H 2 -H 2 activation). The rise of is fast. For this reason, in the case of Air-Air startup, when the power generation of the second cell is started in accordance with the rise of the cell voltage Vcell of the first cell, compared to the case of H 2 -H 2 startup, the degradation of the second cell The degree will increase.

そこで、本実施形態では、Ａｉｒ−Ａｉｒ起動の場合、第１セルよりも第２セルの劣化防止を重視した制御を行う。但し、後述するように、第１セルの劣化防止を重視してもよい。   Therefore, in the present embodiment, in the case of Air-Air activation, control is performed with more emphasis on prevention of deterioration of the second cell than the first cell. However, as will be described later, importance may be placed on prevention of deterioration of the first cell.

［２−４．起動時制御］
（２−４−１．基本的な考え方）
次に、ＦＣ５０の起動時制御についての基本的な考え方について説明する。本実施形態では、Ｈ2−Ｈ2起動及びＡｉｒ−Ａｉｒ起動いずれの場合も、ＦＣ５０の起動時におけるＦＣ電圧Ｖｆｃの目標値（以下「ＦＣ目標電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒ」という。）を複数のガス充填状態それぞれについて２段階に分けて制御する。 [2-4. Start-up control]
(2-4-1. Basic concept)
Next, the basic concept regarding the start-up control of the FC 50 will be described. In the present embodiment, the target value of the FC voltage Vfc (hereinafter referred to as “FC target voltage Vfc_tar”) at the time of startup of the FC 50 is used for each of a plurality of gas filling states in both H 2 -H 2 startup and Air-Air startup. Is controlled in two stages.

Ｈ2−Ｈ2起動での第１段階でのＦＣ目標電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒ（以下「Ｈ2−Ｈ2起動時第１段階目標値Ｖｔａｒ１１」、「第１段階目標値Ｖｔａｒ１１」又は「目標値Ｖｔａｒ１１」という。）は、ＦＣ５０からの電力供給を開始した時点の値である（図１２及び図１３参照）。また、Ａｉｒ−Ａｉｒ起動での第１段階でのＦＣ目標電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒ（以下「Ａｉｒ−Ａｉｒ起動時第１段階目標値Ｖｔａｒ１２」、「第１段階目標値Ｖｔａｒ１２」又は「目標値Ｖｔａｒ１２」という。）は、ＦＣ５０からの電力供給を開始した時点の値である（図１２参照）。上記のように、ＦＣ５０からの電力供給の開始前は、ＦＣ−ＶＣＵ２４及びＢＡＴ−ＶＣＵ２６による制御を行わない。このため、反応ガスの供給によりＦＣ電圧Ｖｆｃが上昇するのを待つこととなる。 H 2 -H 2 start FC target voltage in the first stage at Vfc_tar (hereinafter "H 2 -H 2 startup first stage target value Vtar11", referred to as "first stage target value Vtar11" or "target Vtar11" .) Is a value at the time when power supply from the FC 50 is started (see FIGS. 12 and 13). Further, the FC target voltage Vfc_tar in the first stage at the start of Air-Air (hereinafter referred to as “first stage target value Vtar12 at the start of Air-Air”, “first stage target value Vtar12” or “target value Vtar12”). Is a value at the time when power supply from the FC 50 is started (see FIG. 12). As described above, control by the FC-VCU 24 and the BAT-VCU 26 is not performed before the start of power supply from the FC 50. For this reason, the supply of the reaction gas waits for the FC voltage Vfc to rise.

Ｈ2−Ｈ2起動での第１段階でのＦＣ目標電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒ（第１段階目標値Ｖｔａｒ１１）は、最大セル電圧Ｖｃｅｌｌ＿ｍａｘが酸化還元領域Ｒ３（図３）に入ることによるセルの劣化を抑制することを考慮して設定する。一方、Ａｉｒ−Ａｉｒ起動での第１段階でのＦＣ目標電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒ（第１段階目標値Ｖｔａｒ１２）は、第２セルの劣化を抑制することを考慮して設定する。なお、電力供給の開始後は、最大セル電圧Ｖｃｅｌｌを含む各セル電圧Ｖｃｅｌｌは、ＦＣ−ＶＣＵ２４又はＢＡＴ−ＶＣＵ２６により制御することができる。 The FC target voltage Vfc_tar (first stage target value Vtar11) in the first stage at the start of H 2 -H 2 suppresses cell deterioration caused by the maximum cell voltage Vcell_max entering the redox region R3 (FIG. 3). Set in consideration of this. On the other hand, the FC target voltage Vfc_tar (first stage target value Vtar12) in the first stage at the start of Air-Air is set in consideration of suppressing deterioration of the second cell. Note that after the start of power supply, each cell voltage Vcell including the maximum cell voltage Vcell can be controlled by the FC-VCU 24 or the BAT-VCU 26.

第２段階でのＦＣ目標電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒ（以下「第２段階目標値Ｖｔａｒ２」又は「目標値Ｖｔａｒ２」という。）は、Ｈ2−Ｈ2起動及びＡｉｒ−Ａｉｒ起動の場合で共通であり、ＦＣ５０からの電力供給を開始した後の値である（図１２及び図１３参照）。 The FC target voltage Vfc_tar in the second stage (hereinafter referred to as “second stage target value Vtar2” or “target value Vtar2”) is common in the case of H 2 -H 2 activation and Air-Air activation, and from FC 50 Is the value after starting the power supply (see FIGS. 12 and 13).

Ｈ2−Ｈ2起動の場合、第２段階目標値Ｖｔａｒ２は、第１段階目標値Ｖｔａｒ１１よりも高い値に設定される（図１２参照）。このため、ＦＣ電流Ｉｆｃは、第１段階目標値Ｖｔａｒ１１の場合よりも低くなる（図５参照）。一方、Ａｉｒ−Ａｉｒ起動の場合、第２段階目標値Ｖｔａｒ２は、第１段階目標値Ｖｔａｒ１２よりも低い値に設定される（図１２参照）。このため、ＦＣ電流Ｉｆｃは、第１段階目標値Ｖｔａｒ１２の場合よりも高くなる（図５参照）。第２段階目標値Ｖｔａｒ２は、第２セルに対する反応ガスの到達（電圧立ち上がり時間Ｔｓ）を考慮すると共に、バッテリＳＯＣを考慮して設定する。 In the case of H 2 -H 2 activation, the second stage target value Vtar2 is set to a value higher than the first stage target value Vtar11 (see FIG. 12). For this reason, the FC current Ifc is lower than the case of the first stage target value Vtar11 (see FIG. 5). On the other hand, in the case of Air-Air activation, the second stage target value Vtar2 is set to a value lower than the first stage target value Vtar12 (see FIG. 12). For this reason, the FC current Ifc becomes higher than the case of the first stage target value Vtar12 (see FIG. 5). The second stage target value Vtar2 is set in consideration of the arrival of the reaction gas to the second cell (voltage rise time Ts) and the battery SOC.

（２−４−２．具体的な流れ）
図１１は、ＦＣ５０の起動時制御のフローチャートである。図１１のフローチャートは、メインスイッチ１１６がオフからオンに切り替えられたことを契機として開始される。図１２は、Ｈ2−Ｈ2起動時及びＡｉｒ−Ａｉｒ起動時それぞれについて図１１の制御を用いた場合における前記燃料電池スタックの出力電圧の例を示す図である。 (2-4-2. Specific flow)
FIG. 11 is a flowchart of FC50 startup control. The flowchart of FIG. 11 is started when the main switch 116 is switched from OFF to ON. FIG. 12 is a diagram showing an example of the output voltage of the fuel cell stack when the control of FIG. 11 is used for each of H 2 -H 2 activation and Air-Air activation.

ステップＳ１において、ＥＣＵ３０は、反応ガスの残存状態を確認する。具体的には、ソーク時間ＴＳｏａｋ（ＦＣ５０の発電を停止させるための処理を開始してからの時間）を確認する。或いは、濃度センサ１３４が検出した水素濃度及び濃度センサ１６２が検出した酸素濃度の少なくとも一方に基づいて反応ガスの残存状態を確認することも可能である。或いは、水素濃度はアノード側圧力と対応関係があることから圧力センサ１３２が検出したアノード側圧力に基づいて反応ガスの残存状態を確認してもよい。   In step S1, the ECU 30 confirms the remaining state of the reaction gas. Specifically, the soak time TSoak (the time from the start of the process for stopping the power generation of the FC 50) is confirmed. Alternatively, the remaining state of the reaction gas can be confirmed based on at least one of the hydrogen concentration detected by the concentration sensor 134 and the oxygen concentration detected by the concentration sensor 162. Alternatively, since the hydrogen concentration has a corresponding relationship with the anode side pressure, the remaining state of the reaction gas may be confirmed based on the anode side pressure detected by the pressure sensor 132.

或いは、水素濃度及び酸素濃度は、ＦＣ電圧Ｖｆｃとある程度対応関係があることから、ＦＣ電圧Ｖｆｃを用いて反応ガスの残存状態を推定することも可能である。或いは、ＦＣ５０の発電状態はＦＣ５０の温度とある程度対応関係があると共に、ＦＣ５０の温度と冷媒温度とは対応関係があることから、温度センサ１７６が検出した冷媒温度（水温Ｔｗ）を用いて反応ガスの残存状態を推定してもよい。   Alternatively, since the hydrogen concentration and the oxygen concentration have a corresponding relationship with the FC voltage Vfc to some extent, it is possible to estimate the remaining state of the reaction gas using the FC voltage Vfc. Alternatively, the power generation state of the FC 50 has a corresponding relationship with the temperature of the FC 50 to some extent, and the temperature of the FC 50 and the refrigerant temperature have a corresponding relationship. Therefore, the reaction gas is detected using the refrigerant temperature (water temperature Tw) detected by the temperature sensor 176. The remaining state may be estimated.

ステップＳ２において、ＥＣＵ３０は、残存状態が「Ｈ2−Ｈ2状態」であるか否かを判定する。例えば、ソーク時間ＴＳｏａｋが、残存状態を判定するためのソーク時間閾値ＴＨｔｓｏａｋを下回るか否かを判定する。 In step S2, the ECU 30 determines whether or not the remaining state is the “H 2 -H 2 state”. For example, it is determined whether or not the soak time TSSoak is lower than a soak time threshold THtsak for determining the remaining state.

「Ｈ2−Ｈ2状態」である場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、ステップＳ３において、ＥＣＵ３０は、反応ガスの供給を開始する。 When the state is the “H 2 -H 2 state” (S2: YES), in step S3, the ECU 30 starts to supply the reaction gas.

ステップＳ４において、ＥＣＵ３０は、ＦＣ５０からの電力供給を開始するか否かを判定する。例えば、電圧センサ５４が検出したＦＣ電圧Ｖｆｃ（スタック電圧）が電力供給開始閾値ＴＨｐｓ１（以下「閾値ＴＨｐｓ１」ともいう。）以上であるか否かを判定する。閾値ＴＨｐｓ１は、ＦＣ５０からの電力供給を開始するか否かを判定するためＦＣ電圧Ｖｆｃの閾値である。閾値ＴＨｐｓ１としては、例えば、Ｈ2−Ｈ2起動時第１段階目標値Ｖｔａｒ１１又はその近傍値を設定することが可能である。閾値ＴＨｐｓ１の設定方法については、後述する。 In step S4, the ECU 30 determines whether or not to start power supply from the FC 50. For example, it is determined whether or not the FC voltage Vfc (stack voltage) detected by the voltage sensor 54 is equal to or higher than a power supply start threshold THps1 (hereinafter also referred to as “threshold THps1”). The threshold value THps1 is a threshold value of the FC voltage Vfc for determining whether or not to start power supply from the FC50. As the threshold value THps1, for example, it is possible to set the first stage target value Vtar11 at the time of H 2 -H 2 activation or a value in the vicinity thereof. A method for setting the threshold value THps1 will be described later.

電力供給を開始しない場合（Ｓ４：ＮＯ）、ステップＳ４を繰り返す。すなわち、ＦＣ５０を待機状態として電力供給を開始しない。   If the power supply is not started (S4: NO), step S4 is repeated. That is, power supply is not started with the FC 50 in a standby state.

電力供給を開始する場合（Ｓ４：ＹＥＳ）、ステップＳ５において、ＥＣＵ３０は、コンタクタ５８を閉にさせた上で、ＦＣ−ＶＣＵ２４又はＢＡＴ−ＶＣＵ２６を作動させる（図１２の時点ｔ２５参照）。その際、ＦＣ目標電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒを第１段階目標値Ｖｔａｒ１１に設定する。ステップＳ５の後は、ステップＳ１０に進む。   When power supply is started (S4: YES), in step S5, the ECU 30 closes the contactor 58 and then operates the FC-VCU 24 or the BAT-VCU 26 (see time t25 in FIG. 12). At this time, the FC target voltage Vfc_tar is set to the first stage target value Vtar11. After step S5, the process proceeds to step S10.

ステップＳ２に戻り、「Ｈ2−Ｈ2状態」でない場合（Ｓ２：ＮＯ）、すなわち、「Ａｉｒ−Ａｉｒ状態」である場合、ステップＳ６において、ＥＣＵ３０は、反応ガスの供給を開始する。具体的には、ステップＳ３と同様である。 Returning to step S2, if it is not in the “H 2 -H 2 state” (S2: NO), that is, if it is in the “Air-Air state”, in step S6, the ECU 30 starts to supply the reaction gas. Specifically, it is the same as step S3.

ステップＳ７において、ＥＣＵ３０は、ＦＣ５０からの電力供給開始の要否を判定するための第１条件が満たされるか否かを判定する。当該第１条件としては、例えば、電圧センサ５４が検出したＦＣ電圧Ｖｆｃが電力供給開始閾値ＴＨｐｓ２（以下「閾値ＴＨｐｓ２」ともいう。）以上であることを用いることができる。閾値ＴＨｐｓ２は、ＦＣ５０からの電力供給を開始するか否かを判定するためＦＣ電圧Ｖｆｃの閾値である。閾値ＴＨｐｓ２としては、例えば、Ａｉｒ−Ａｉｒ起動時第１段階目標値Ｖｔａｒ１２又はその近傍値を設定することが可能である。閾値ＴＨｐｓ２の設定方法については、後述する。   In step S7, the ECU 30 determines whether or not a first condition for determining whether or not it is necessary to start power supply from the FC 50 is satisfied. As the first condition, for example, it can be used that the FC voltage Vfc detected by the voltage sensor 54 is equal to or higher than a power supply start threshold THps2 (hereinafter also referred to as “threshold THps2”). The threshold value THps2 is a threshold value of the FC voltage Vfc for determining whether or not to start power supply from the FC50. As the threshold value THps2, for example, it is possible to set the first stage target value Vtar12 at the start of Air-Air or a value in the vicinity thereof. A method for setting the threshold value THps2 will be described later.

第１条件が満たされない場合（Ｓ７：ＮＯ）、ステップＳ７を繰り返す。すなわち、ＦＣ５０を待機状態として電力供給を開始しない。   If the first condition is not satisfied (S7: NO), step S7 is repeated. That is, power supply is not started with the FC 50 in a standby state.

第１条件が満たされる場合（Ｓ７：ＹＥＳ）（図１２の時点ｔ２２参照）、ステップＳ８において、ＥＣＵ３０は、ＦＣ５０からの電力供給開始の要否を判定するための第２条件が満たされるか否かを判定する。当該第２条件としては、例えば、所定時間Ｔ１が経過したか否かを判定する。所定時間Ｔ１は、「Ａｉｒ−Ａｉｒ状態」からの起動（Ａｉｒ−Ａｉｒ起動）時の開始待ち時間である（図１２も参照）。   When the first condition is satisfied (S7: YES) (see time t22 in FIG. 12), in step S8, the ECU 30 determines whether the second condition for determining whether or not to start power supply from the FC 50 is satisfied. Determine whether. As the second condition, for example, it is determined whether or not a predetermined time T1 has elapsed. The predetermined time T1 is a start waiting time at the time of activation from the “Air-Air state” (Air-Air activation) (see also FIG. 12).

図１０を参照して説明したように、「Ａｉｒ−Ａｉｒ状態」の場合、ＦＣ電圧Ｖｆｃは急激に立ち上がる。このため、閾値ＴＨｐｓ２が、この急激な立ち上がりの際のＦＣ電圧Ｖｆｃの範囲に含まれる場合、第２セルには反応ガスが十分に供給されていない可能性又は第２セルのセル電圧Ｖｃｅｌｌの立ち上がりが遅れている可能性がある。そこで、本実施形態では、ＦＣ電圧Ｖｆｃでの判断に加え、所定時間Ｔ１を用いることで電力供給開始の要否の判断の精度を向上させる。なお、ステップＳ８の判断を用いずに、ステップＳ７の判断のみを用いてもよい。或いは、ステップＳ７の判断を用いずに、ステップＳ８の判断のみを用いてもよい。   As described with reference to FIG. 10, in the “Air-Air state”, the FC voltage Vfc rises rapidly. For this reason, when the threshold THps2 is included in the range of the FC voltage Vfc at the time of this rapid rise, there is a possibility that the reaction gas is not sufficiently supplied to the second cell or the rise of the cell voltage Vcell of the second cell. May be late. Therefore, in this embodiment, in addition to the determination with the FC voltage Vfc, the accuracy of the determination as to whether or not it is necessary to start power supply is improved by using the predetermined time T1. Note that only the determination in step S7 may be used without using the determination in step S8. Alternatively, only the determination in step S8 may be used without using the determination in step S7.

第２条件が満たされない場合（Ｓ８：ＮＯ）、ステップＳ８を繰り返す。すなわち、ＦＣ５０を待機状態として電力供給を開始しない。   If the second condition is not satisfied (S8: NO), step S8 is repeated. That is, power supply is not started with the FC 50 in a standby state.

第２条件が満たされる場合（Ｓ８：ＹＥＳ）（図１２の時点ｔ２３参照）、ステップＳ９において、ＥＣＵ３０は、ＦＣ５０からの電力供給を開始させる。具体的には、ＥＣＵ３０は、コンタクタ５８を閉にさせた上で、ＦＣ−ＶＣＵ２４又はＢＡＴ−ＶＣＵ２６を作動させる。その際、ＦＣ目標電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒを第１段階目標値Ｖｔａｒ１２に設定する。ＦＣ５０の特性（第１セル及び第２セルの電圧立ち上がり時間Ｔｓ）等によっては、目標値Ｖｔａｒ１２を、ステップＳ５で用いる目標値Ｖｔａｒ１１と等しくしてもよい。ステップＳ９の後は、ステップＳ１０に進む。   When the second condition is satisfied (S8: YES) (see time t23 in FIG. 12), in step S9, the ECU 30 starts supplying power from the FC 50. Specifically, the ECU 30 operates the FC-VCU 24 or the BAT-VCU 26 after closing the contactor 58. At this time, the FC target voltage Vfc_tar is set to the first stage target value Vtar12. The target value Vtar12 may be made equal to the target value Vtar11 used in step S5 depending on the characteristics of the FC50 (the voltage rise time Ts of the first cell and the second cell). After step S9, the process proceeds to step S10.

ステップＳ５又はＳ９の後、ステップＳ１０において、ＥＣＵ３０は、所定時間Ｔ２（反応ガス供給時間）が経過したか否かを判定する。所定時間Ｔ２は、上述した遅延時間Ｔｄ１、Ｔｄ２を補償するために設定される時間である。例えば、所定時間Ｔ２は、遅延時間Ｔｄ１、Ｔｄ２のうち長いもの以上とすることができる。この場合、所定時間Ｔ２は、第２セルのセル電圧Ｖｃｅｌｌが閾値ＴＨｖｃｅｌｌに到達するのに必要な時間以上としてもよい。上記のような所定時間Ｔ２が経過すると、第２セルについても反応ガスが十分に供給され、セル電圧Ｖｃｅｌｌを閾値ＴＨｖｃｅｌｌまで上昇させることが可能となる。   After step S5 or S9, in step S10, the ECU 30 determines whether or not a predetermined time T2 (reaction gas supply time) has elapsed. The predetermined time T2 is a time set to compensate for the delay times Td1 and Td2 described above. For example, the predetermined time T2 can be longer than the delay times Td1 and Td2. In this case, the predetermined time T2 may be longer than the time necessary for the cell voltage Vcell of the second cell to reach the threshold value THvcell. When the predetermined time T2 as described above elapses, the reaction gas is sufficiently supplied also to the second cell, and the cell voltage Vcell can be raised to the threshold value THvcell.

なお、遅延時間Ｔｄ１、Ｔｄ２が互いに異なる場合、Ｈ2−Ｈ2起動の場合とＡｉｒ−Ａｉｒ起動の場合とで所定時間Ｔ２を異ならせてもよい。この場合、Ｈ2−Ｈ2起動の場合、所定時間Ｔ２は遅延時間Ｔｄ１以上とすることができる。また、Ａｉｒ−Ａｉｒ起動の場合、所定時間Ｔ２は遅延時間Ｔｄ２以上とすることができる。いずれの場合も、所定時間Ｔ２は、第２セルのセル電圧Ｖｃｅｌｌが閾値ＴＨｖｃｅｌｌに到達するのに必要な時間以上としてもよい。 Note that when the delay times Td1 and Td2 are different from each other, the predetermined time T2 may be different between the case of H 2 -H 2 activation and the case of Air-Air activation. In this case, in the case of H 2 -H 2 activation, the predetermined time T2 can be equal to or longer than the delay time Td1. In the case of Air-Air activation, the predetermined time T2 can be set to be equal to or longer than the delay time Td2. In any case, the predetermined time T2 may be longer than the time necessary for the cell voltage Vcell of the second cell to reach the threshold value THvcell.

所定時間Ｔ２が経過していない場合（Ｓ１０：ＮＯ）、ステップＳ１１において、ＥＣＵ３０は、バッテリＳＯＣが高いか否かを判定する。具体的には、ＥＣＵ３０は、バッテリＳＯＣが過充電判定閾値ＴＨｓｏｃ（以下、「閾値ＴＨｓｏｃ」ともいう。）以上であるか否かを判定する。閾値ＴＨｓｏｃは、バッテリ２２が過充電となっているか否かを判定する閾値である。なお、ステップＳ１１は、Ｈ2−Ｈ2起動の場合のみに行い、Ａｉｒ−Ａｉｒ起動の場合、ステップＳ１１を省略してもよい。 When the predetermined time T2 has not elapsed (S10: NO), in step S11, the ECU 30 determines whether or not the battery SOC is high. Specifically, ECU 30 determines whether or not battery SOC is equal to or higher than overcharge determination threshold value THsoc (hereinafter also referred to as “threshold value THsoc”). The threshold value THsoc is a threshold value for determining whether or not the battery 22 is overcharged. Note that step S11 may be performed only when H 2 -H 2 is activated, and step S11 may be omitted when Air-Air is activated.

バッテリＳＯＣが高くない場合（Ｓ１１：ＮＯ）、ステップＳ１０に戻る。すなわち、第１段階目標値Ｖｔａｒ１１又はＶｔａｒ１２をＦＣ目標電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒとしてＦＣ５０の発電を継続する。所定時間Ｔ２が経過した場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）（図１２の時点ｔ２４、ｔ２６参照）又はバッテリＳＯＣが高い場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、ステップＳ１２に進む。   If the battery SOC is not high (S11: NO), the process returns to step S10. That is, FC50 power generation is continued with the first stage target value Vtar11 or Vtar12 as the FC target voltage Vfc_tar. When the predetermined time T2 has elapsed (S10: YES) (see times t24 and t26 in FIG. 12) or when the battery SOC is high (S11: YES), the process proceeds to step S12.

ステップＳ１２において、ＥＣＵ３０は、第１段階目標値Ｖｔａｒ１１又はＶｔａｒ１２から第２段階目標値Ｖｔａｒ２にＦＣ目標電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒを切り替える。上記のように、Ｈ2−Ｈ2起動の場合、目標値Ｖｔａｒ２は、目標値Ｖｔａｒ１１よりも高い値である（図１２及び図１３参照）。従って、ＦＣ電圧Ｖｆｃが目標値Ｖｔａｒ２となるように制御すると、ＦＣ電流Ｉｆｃ及びＦＣ電力Ｐｆｃを抑制することとなる。一方、Ａｉｒ−Ａｉｒ起動の場合、目標値Ｖｔａｒ２は、目標値Ｖｔａｒ１２よりも低い値である（図１２参照）。従って、ＦＣ電圧Ｖｆｃが目標値Ｖｔａｒ２となるように制御すると、ＦＣ電流Ｉｆｃ及びＦＣ電力Ｐｆｃを増加することとなる。 In step S12, the ECU 30 switches the FC target voltage Vfc_tar from the first stage target value Vtar11 or Vtar12 to the second stage target value Vtar2. As described above, in the case of H 2 -H 2 activation, the target value Vtar 2 is higher than the target value Vtar 11 (see FIGS. 12 and 13). Therefore, when the FC voltage Vfc is controlled to be the target value Vtar2, the FC current Ifc and the FC power Pfc are suppressed. On the other hand, in the case of Air-Air activation, the target value Vtar2 is lower than the target value Vtar12 (see FIG. 12). Therefore, when the FC voltage Vfc is controlled to be the target value Vtar2, the FC current Ifc and the FC power Pfc are increased.

なお、ステップＳ１２で用いる第２段階目標値Ｖｔａｒ２は、バッテリ２２のＳＯＣに応じて可変としてもよい。すなわち、ＳＯＣが相対的に低いとき、第２段階目標値Ｖｔａｒ２を低下させ、ＳＯＣが相対的に高いとき（例えば、過充電に近い値であるとき）、第２段階目標値Ｖｔａｒ２を増加させることもできる。この場合、Ｈ2−Ｈ2起動では、第２段階目標値Ｖｔａｒ２が取り得る最大値を第１段階目標値Ｖｔａｒ１１よりも高い値とし、第２段階目標値Ｖｔａｒ２が取り得る最小値を第１段階目標値Ｖｔａｒ１１よりも低い値としてもよい。一方、Ａｉｒ−Ａｉｒ起動では、第２段階目標値Ｖｔａｒ２が取り得る最大値及び最小値をいずれも第１段階目標値Ｖｔａｒ１２よりも低い値としてもよい。このように、第２段階目標値Ｖｔａｒ２をＳＯＣに応じて可変とすることにより、ＳＯＣに応じて柔軟に第２段階目標値Ｖｔａｒ２を設定することが可能となる。 Note that the second stage target value Vtar2 used in step S12 may be variable according to the SOC of the battery 22. That is, when the SOC is relatively low, the second stage target value Vtar2 is decreased, and when the SOC is relatively high (for example, a value close to overcharge), the second stage target value Vtar2 is increased. You can also. In this case, in H 2 -H 2 activation, the maximum value that the second stage target value Vtar2 can take is set to a value higher than the first stage target value Vtar11, and the minimum value that the second stage target value Vtar2 can take is the first stage. The value may be lower than the target value Vtar11. On the other hand, in Air-Air activation, both the maximum value and the minimum value that can be taken by the second stage target value Vtar2 may be lower than the first stage target value Vtar12. Thus, by making the second stage target value Vtar2 variable according to the SOC, the second stage target value Vtar2 can be set flexibly according to the SOC.

ステップＳ１３において、ＥＣＵ３０は、ＦＣ５０の起動を完了するか否かを判定する。換言すると、通常発電を行うか否かを判定する。ＦＣ５０の起動を完了しない場合（Ｓ１３：ＮＯ）、ステップＳ１３を繰り返す。すなわち、第２段階目標値Ｖｔａｒ２をＦＣ目標電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒとしてＦＣ５０の発電を継続する。ＦＣ５０の起動を完了する場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、図１１の処理を終了し、通常発電に移行する。   In step S13, the ECU 30 determines whether or not the activation of the FC 50 is completed. In other words, it is determined whether or not normal power generation is performed. When the activation of FC50 is not completed (S13: NO), step S13 is repeated. That is, FC50 power generation is continued with the second stage target value Vtar2 as the FC target voltage Vfc_tar. When the activation of FC50 is completed (S13: YES), the process of FIG. 11 is terminated and the process proceeds to normal power generation.

（２−４−３．電力供給開始閾値ＴＨｐｓ１、ＴＨｐｓ２及び第１段階目標値Ｖｔａｒ１１、Ｖｔａｒ１２の設定）
次に、電力供給開始閾値ＴＨｐｓ１、ＴＨｐｓ２及び第１段階目標値Ｖｔａｒ１１、Ｖｔａｒ１２の設定方法について説明する。 (2-4-3. Setting of power supply start thresholds THps1, THps2 and first stage target values Vtar11, Vtar12)
Next, a method for setting the power supply start thresholds THps1 and THps2 and the first stage target values Vtar11 and Vtar12 will be described.

図１３は、ＦＣ５０の起動時（Ｈ2−Ｈ2起動時）においてＦＣ５０から電力供給を行わせずに反応ガス（燃料ガス及び酸化剤ガス）を供給した場合のセル電圧Ｖｃｅｌｌの特性の一例を示す図である。図１３には、最大セル電圧Ｖｃｅｌｌ＿ｍａｘ、平均セル電圧Ｖｃｅｌｌ＿ａｖｅ及び最小セル電圧Ｖｃｅｌｌ＿ｍｉｎが示される。さらに、図１３には、セル電圧ＶｃｅｌｌがＶｃ１以上のセル数Ｎｖｃ１、セル電圧ＶｃｅｌｌがＶｃ２以上のセル数Ｎｖｃ２及びセル電圧ＶｃｅｌｌがＶｃ３Ｖ以上のセル数Ｎｖｃ３が示される。図１３中のＮｔｏｔａｌは、ＦＣ５０におけるＦＣセルの総数を示す。 FIG. 13 shows an example of the characteristics of the cell voltage Vcell when the reaction gas (fuel gas and oxidant gas) is supplied without supplying power from the FC 50 when the FC 50 is started (when H 2 -H 2 is started). FIG. FIG. 13 shows the maximum cell voltage Vcell_max, the average cell voltage Vcell_ave, and the minimum cell voltage Vcell_min. Further, FIG. 13 shows the number of cells Nvc1 with a cell voltage Vcell of Vc1 or more, the number of cells Nvc2 with a cell voltage Vcell of Vc2 or more, and the number of cells Nvc3 with a cell voltage Vcell of Vc3V or more. Ntotal in FIG. 13 indicates the total number of FC cells in FC50.

ＦＣ５０からの電力供給の開始タイミングに関し、ＦＣ電圧Ｖｆｃを制御しない場合、ＦＣ電圧Ｖｆｃは、開放端電圧（ＯＣＶ）まで上昇してしまう。上記のように、ＦＣ電圧Ｖｆｃが酸化還元領域Ｒ３、酸化領域Ｒ４、カーボン酸化領域Ｒ５内の値になってしまうと、ＦＣ５０の劣化が進んでしまう。特にカーボン酸化領域Ｒ５では劣化が顕著である。そこで、ＦＣ電圧Ｖｆｃが高くなり過ぎないように制御する必要がある。本実施形態では、ＦＣ−ＶＣＵ２４又はＢＡＴ−ＶＣＵ２６を用いてＦＣ電圧Ｖｆｃを制御する。   When the FC voltage Vfc is not controlled with respect to the start timing of power supply from the FC 50, the FC voltage Vfc rises to the open circuit voltage (OCV). As described above, when the FC voltage Vfc becomes a value in the oxidation-reduction region R3, the oxidation region R4, and the carbon oxidation region R5, the FC50 is further deteriorated. In particular, the deterioration is remarkable in the carbon oxidation region R5. Therefore, it is necessary to control so that the FC voltage Vfc does not become too high. In the present embodiment, the FC voltage Vfc is controlled using the FC-VCU 24 or the BAT-VCU 26.

また、ＦＣ−ＶＣＵ２４又はＢＡＴ−ＶＣＵ２６によりＦＣ電圧Ｖｆｃを制御するためには、ＦＣ５０から電力を供給させる必要がある。この場合、セルに十分な反応ガス（燃料ガス又は酸化剤ガス）が行き届かない状態でＦＣ５０から電力供給をさせると、セル電圧Ｖｃｅｌｌが低い第２セルは、劣化が進んでしまう。   Further, in order to control the FC voltage Vfc by the FC-VCU 24 or the BAT-VCU 26, it is necessary to supply power from the FC 50. In this case, if power is supplied from the FC 50 in a state where sufficient reaction gas (fuel gas or oxidant gas) does not reach the cell, the second cell having a low cell voltage Vcell deteriorates.

図１３において、時点ｔ３１では、最大セル電圧Ｖｃｅｌｌ＿ｍａｘがＶｃ２直前まで到達し、最小セル電圧Ｖｃｅｌｌ＿ｍｉｎは、Ｖｃ４である。時点ｔ３１において、ＦＣ５０からの電力供給を開始すれば、最大セル電圧Ｖｃｅｌｌ＿ｍａｘのセルを含む全てのセルでＶｃ２を下回るように電圧制御が可能である。加えて、最大セル電圧Ｖｃｅｌｌ＿ｍａｘがＶｃ２に届かない状態で、最小セル電圧Ｖｃｅｌｌ＿ｍｉｎを比較的高くさせることが可能となる。換言すると、Ｖｃ２を上記閾値ＴＨｖｃｅｌｌとした場合、最小セル電圧Ｖｃｅｌｌ＿ｍｉｎのセルの劣化を相対的に抑制することが可能となる。   In FIG. 13, at time t31, the maximum cell voltage Vcell_max reaches just before Vc2, and the minimum cell voltage Vcell_min is Vc4. If power supply from the FC 50 is started at time t31, voltage control can be performed so that all the cells including the cell having the maximum cell voltage Vcell_max fall below Vc2. In addition, the minimum cell voltage Vcell_min can be made relatively high while the maximum cell voltage Vcell_max does not reach Vc2. In other words, when Vc2 is the threshold THvcell, it is possible to relatively suppress the deterioration of the cell having the minimum cell voltage Vcell_min.

そこで、本実施形態では、最大セル電圧Ｖｃｅｌｌ＿ｍａｘがＶｃ２［Ｖ］未満となるようにＦＣ電圧Ｖｆｃを制御することで、最大セル電圧Ｖｃｅｌｌ＿ｍａｘのセル及び最小セル電圧Ｖｃｅｌｌ＿ｍｉｎのセルのいずれも劣化を抑制する。   Therefore, in this embodiment, the FC voltage Vfc is controlled so that the maximum cell voltage Vcell_max is less than Vc2 [V], thereby suppressing deterioration of both the cell having the maximum cell voltage Vcell_max and the cell having the minimum cell voltage Vcell_min. .

なお、仮に平均セル電圧Ｖｃｅｌｌ＿ａｖｅがＶｃ２未満となるように電圧制御した場合、セル電圧ＶｃｅｌｌがＶｃ２以上となるセル数Ｎｖｃ２が、時点ｔ３２では全体の約１／３を超えてしまい、セルの劣化を防ぐという観点からは十分とはいえない。   Note that if voltage control is performed so that the average cell voltage Vcell_ave is less than Vc2, the number of cells Nvc2 at which the cell voltage Vcell is equal to or higher than Vc2 exceeds approximately 1/3 of the entire cell at time t32, resulting in cell degradation. It is not enough from the viewpoint of prevention.

また、図１３の特性は、あくまで一例であり、各セルの特性によっては異なる結果が生じ得ることに留意されたい。重要なのは、電力供給開始閾値ＴＨｐｓ１、ＴＨｐｓ２及び第１段階目標値Ｖｔａｒ１１は、最大セル電圧Ｖｃｅｌｌ＿ｍａｘのセルの劣化を抑制する観点及び各セル電圧Ｖｃｅｌｌのばらつきを考慮して設定する観点に着目して設定することである。   It should be noted that the characteristics shown in FIG. 13 are merely examples, and different results may occur depending on the characteristics of each cell. What is important is that the power supply start thresholds THps1 and THps2 and the first stage target value Vtar11 are set by paying attention to the viewpoint of suppressing the cell deterioration of the maximum cell voltage Vcell_max and the viewpoint of setting in consideration of the variation of each cell voltage Vcell. It is to be.

また、図１０に示したように、「Ａｉｒ−Ａｉｒ状態」では、ＦＣ電圧Ｖｆｃの立ち上がりが速いため、アノード側で水素が不足した状態の発電を行い易い。この点を考慮して、ＦＣ５０からの電力供給のタイミングを遅くするため、閾値ＴＨｐｓ１よりも閾値ＴＨｐｓ２を高く設定する。この場合、閾値ＴＨｐｓ２は、最大セル電圧Ｖｃｅｌｌ＿ｍａｘのセルの劣化を抑制する観点及び各セル電圧Ｖｃｅｌｌのばらつきを考慮して設定する観点の両方に着目して設定した値とする代わりに、第２セルのセル電圧Ｖｃｅｌｌが立ち上がりの遅れを補償するＦＣ電圧Ｖｆｃに対応して設定する。従って、第２セルの電圧立ち上がり時間Ｔｓに着目する場合、第２段階目標値Ｖｔａｒ２を第１段階目標値Ｖｔａｒ１２よりも低い値に設定することとなり得る。   Also, as shown in FIG. 10, in the “Air-Air state”, the FC voltage Vfc rises quickly, so that it is easy to generate power in a state where hydrogen is insufficient on the anode side. Considering this point, the threshold THps2 is set higher than the threshold THps1 in order to delay the timing of power supply from the FC 50. In this case, the threshold value THps2 is set to a value that is set by paying attention to both the viewpoint of suppressing cell deterioration of the maximum cell voltage Vcell_max and the viewpoint of setting in consideration of the variation of each cell voltage Vcell. The cell voltage Vcell is set in correspondence with the FC voltage Vfc that compensates for the delay in rising. Therefore, when focusing on the voltage rise time Ts of the second cell, the second stage target value Vtar2 can be set to a value lower than the first stage target value Vtar12.

（２−４−４．タイムチャートの例）
図１４は、「Ｈ2−Ｈ2状態」において図１１の制御を用いた場合におけるＦＣ電圧Ｖｆｃ、ＦＣ電流Ｉｆｃ、最大セル電圧Ｖｃｅｌｌ＿ｍａｘ、最小セル電圧Ｖｃｅｌｌ＿ｍｉｎ及び平均セル電圧Ｖｃｅｌｌ＿ａｖｅの例を示すタイムチャートである。本タイムチャートでは、電力供給開始閾値ＴＨｐｓ１と第１段階目標値Ｖｔａｒ１１とが等しい場合（ＴＨｐｓ１＝Ｖｔａｒ１１）を想定する。また、ＦＣ電圧Ｖｆｃとセル電圧Ｖｃｅｌｌでは縮尺が異なっていることに留意されたい。 (2-4-4. Time chart example)
FIG. 14 is a time chart showing an example of the FC voltage Vfc, the FC current Ifc, the maximum cell voltage Vcell_max, the minimum cell voltage Vcell_min, and the average cell voltage Vcell_ave when the control of FIG. 11 is used in the “H 2 -H 2 state”. It is. In this time chart, it is assumed that the power supply start threshold THps1 is equal to the first stage target value Vtar11 (THps1 = Vtar11). Note that the scale is different between the FC voltage Vfc and the cell voltage Vcell.

時点ｔ４１において、メインスイッチ１１６がオフからオンに切り替えられると、ＦＣ５０の起動制御（図１１）が開始される。これに伴い、ＦＣ電圧Ｖｆｃ、最大セル電圧Ｖｃｅｌｌ＿ｍａｘ及び平均セル電圧Ｖｃｅｌｌ＿ａｖｅが上昇していく。また、最小セル電圧Ｖｃｅｌｌ＿ｍｉｎは、遅延時間Ｔｄが経過した時点で立ち上がりを開始する。   At time t41, when the main switch 116 is switched from OFF to ON, FC50 start-up control (FIG. 11) is started. Accordingly, the FC voltage Vfc, the maximum cell voltage Vcell_max, and the average cell voltage Vcell_ave increase. The minimum cell voltage Vcell_min starts to rise when the delay time Td has elapsed.

時点ｔ４２において、ＦＣ電圧Ｖｆｃが電力供給開始閾値ＴＨｐｓ１（＝第１段階目標値Ｖｔａｒ１１）に到達すると、ＥＣＵ３０は、コンタクタ５８を閉とし、ＦＣ５０からの電力供給を開始させる。これに伴い、ＦＣ電流Ｉｆｃが増加する。また、この際のＦＣ目標電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒは、第１段階目標値Ｖｔａｒ１１である。   When the FC voltage Vfc reaches the power supply start threshold THps1 (= first stage target value Vtar11) at time t42, the ECU 30 closes the contactor 58 and starts supplying power from the FC50. Along with this, the FC current Ifc increases. Further, the FC target voltage Vfc_tar at this time is the first stage target value Vtar11.

時点ｔ４３において、所定時間Ｔ２が経過すると、ＥＣＵ３０は、第１段階目標値Ｖｔａｒ１１から第２段階目標値Ｖｔａｒ２へとＦＣ目標電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒを切り替える。これに伴い、各電圧パラメータ（ＦＣ電圧Ｖｆｃ、最大セル電圧Ｖｃｅｌｌ＿ｍａｘ、最小セル電圧Ｖｃｅｌｌ＿ｍｉｎ及び平均セル電圧Ｖｃｅｌｌ＿ａｖｅ）が増加する。また、ＦＣ５０の電流−電圧（ＩＶ）特性（図５）より、ＦＣ電流Ｉｆｃが低下する。   When the predetermined time T2 has elapsed at time t43, the ECU 30 switches the FC target voltage Vfc_tar from the first stage target value Vtar11 to the second stage target value Vtar2. Accordingly, each voltage parameter (FC voltage Vfc, maximum cell voltage Vcell_max, minimum cell voltage Vcell_min, and average cell voltage Vcell_ave) increases. Further, the FC current Ifc is reduced due to the current-voltage (IV) characteristics of the FC 50 (FIG. 5).

３．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、反応ガスの残存状態に応じて電力供給開始閾値ＴＨｐｓ１、ＴＨｐｓ２及び第１段階目標値Ｖｔａｒ１１、Ｖｔａｒ１２を切り替える（図１１）。従って、反応ガスの残存状態を踏まえて電力供給開始閾値ＴＨｐｓ１、ＴＨｐｓ２及び第１段階目標値Ｖｔａｒ１１、Ｖｔａｒ１２を設定可能となり、ＦＣスタック５０の劣化を防止することが可能となる。 3. Effects of the Present Embodiment As described above, according to the present embodiment, the power supply start thresholds THps1 and THps2 and the first stage target values Vtar11 and Vtar12 are switched according to the remaining state of the reaction gas (FIG. 11). Therefore, the power supply start thresholds THps1 and THps2 and the first stage target values Vtar11 and Vtar12 can be set based on the remaining state of the reaction gas, and the deterioration of the FC stack 50 can be prevented.

本実施形態では、ＥＣＵ３０（制御部）は、第１段階目標値Ｖｔａｒ１１、Ｖｔａｒ１２の後に用いる目標電圧パラメータである第２段階目標値Ｖｔａｒ２を設定し、ＦＣスタック５０からの電力供給の開始後に所定の条件が満たされたか否かを判定し（Ｓ１０、Ｓ１１）、所定の条件が満たされた場合、第１段階目標値Ｖｔａｒ１１、Ｖｔａｒ１２から第２段階目標値Ｖｔａｒ２に切り替えてＦＣ電圧Ｖｆｃを変化させてＦＣ電力Ｐｆｃを変化させ、各セルの劣化が進む電圧範囲を劣化進行領域と定義し、電圧立ち上がり時間Ｔｓが短いセルを第１セルと定義し、電圧立ち上がり時間Ｔｓが長いセルを第２セルと定義するとき、前記所定の条件は、第２セルの電圧立ち上がり時間Ｔｓより長く且つ反応ガスの残存状態に基づいて算出される反応ガス供給時間が経過したこと（Ｓ１０）、及びバッテリＳＯＣ（過充電判定パラメータ）が、過充電を判定するための過充電判定閾値ＴＨｓｏｃを上回ったこと（Ｓ１１）とする。   In the present embodiment, the ECU 30 (control unit) sets a second stage target value Vtar2 that is a target voltage parameter used after the first stage target values Vtar11 and Vtar12, and after the start of power supply from the FC stack 50, the ECU 30 (control unit) It is determined whether or not the condition is satisfied (S10, S11). When the predetermined condition is satisfied, the FC voltage Vfc is changed by switching from the first stage target value Vtar11 and Vtar12 to the second stage target value Vtar2. By changing the FC power Pfc, a voltage range in which the deterioration of each cell progresses is defined as a deterioration progress region, a cell having a short voltage rise time Ts is defined as a first cell, and a cell having a long voltage rise time Ts is defined as a second cell. When defining, the predetermined condition is calculated based on the remaining state of the reaction gas which is longer than the voltage rise time Ts of the second cell. The response gas supply time has elapsed (S10), and the battery SOC (overcharged judgment parameters), and it exceeds the overcharge determination threshold THsoc for determining the overcharge (S11).

これにより、所定時間Ｔ２（反応ガス供給時間）が経過した場合（図１１のＳ１０：ＹＥＳ）又はバッテリ２２（蓄電池）が過充電の状態になりそうな場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）には、ＦＣスタック５０のＦＣ目標電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒ（目標電圧パラメータ）を目標値Ｖｔａｒ１１から目標値Ｖｔａｒ２に切り替えてＦＣ５０の出力電力Ｐｆｃを変化させる。これにより、ＦＣ５０からの不要な電力供給の抑制、又はバッテリ２２の保護を図ることが可能となる。   Thereby, when the predetermined time T2 (reactive gas supply time) has elapsed (S10: YES in FIG. 11) or when the battery 22 (storage battery) is likely to be overcharged (S11: YES), the FC stack 50 FC target voltage Vfc_tar (target voltage parameter) is switched from the target value Vtar11 to the target value Vtar2, and the output power Pfc of the FC50 is changed. As a result, it is possible to suppress unnecessary power supply from the FC 50 or to protect the battery 22.

本実施形態では、Ｈ2−Ｈ2起動では、第２段階目標値Ｖｔａｒ２を、第１段階目標値Ｖｔａｒ１１よりも高い目標電圧パラメータに対応させ、所定の条件が満たされた場合、第１段階目標値Ｖｔａｒ１１から第２段階目標値Ｖｔａｒ２に切り替えてＦＣ電圧Ｖｆｃを上昇させてＦＣ電力Ｐｆｃを減少させ、第１段階目標値Ｖｔａｒ１１は、第２セルのセル電圧Ｖｃｅｌｌが立ち上がっていない状態において、第１セルのセル電圧Ｖｃｅｌｌが、劣化進行領域内の値である劣化進行電圧を下回るＦＣ電圧Ｖｆｃに対応して設定され、第２段階目標値Ｖｔａｒ２は、第２セルのセル電圧Ｖｃｅｌｌが立ち上がった状態において、第１セルのセル電圧Ｖｃｅｌｌが劣化進行電圧を下回るＦＣ電圧Ｖｆｃに対応して設定される。 In the present embodiment, in H 2 -H 2 activation, the second stage target value Vtar 2 is made to correspond to a target voltage parameter higher than the first stage target value Vtar 11, and the first stage target is satisfied when a predetermined condition is satisfied. The value Vtar11 is switched to the second stage target value Vtar2 to increase the FC voltage Vfc to decrease the FC power Pfc. The cell voltage Vcell of the cell is set corresponding to the FC voltage Vfc that is lower than the deterioration progress voltage that is a value in the deterioration progress region, and the second stage target value Vtar2 is in a state where the cell voltage Vcell of the second cell has risen. The cell voltage Vcell of the first cell is set corresponding to the FC voltage Vfc that is lower than the deterioration progress voltage.

これにより、Ｈ2−Ｈ2起動では、第１段階目標値Ｖｔａｒ１１及び第２段階目標値Ｖｔａｒ２のいずれについても第１セル（電圧立ち上がり時間Ｔｓが短いセル）の劣化防止を図ることが可能となる。 As a result, in H 2 -H 2 activation, it is possible to prevent deterioration of the first cell (cell with a short voltage rise time Ts) for both the first stage target value Vtar11 and the second stage target value Vtar2. .

本実施形態において、Ａｉｒ−Ａｉｒ起動では、第２段階目標値Ｖｔａｒ２を、第１段階目標値Ｖｔａｒ１２よりも低い目標電圧パラメータに対応させ、所定の条件が満たされた場合、第１段階目標値Ｖｔａｒ１２から第２段階目標値Ｖｔａｒ２に切り替えてＦＣ電圧Ｖｆｃを低下させてＦＣ電力Ｐｆｃを増加させ、第１段階目標値Ｖｔａｒ１２は、第２セルのセル電圧Ｖｃｅｌｌが立ち上がっていない状態において、第２セルのセル電圧Ｖｃｅｌｌが、第２セルのセル電圧Ｖｃｅｌｌの立ち上がりの遅れを補償するＦＣ電圧Ｖｆｃに対応して設定され、第２段階目標値Ｖｔａｒ２は、第２セルのセル電圧Ｖｃｅｌｌが立ち上がった状態において、第１セルのセル電圧Ｖｃｅｌｌが劣化進行電圧を下回るＦＣ電圧Ｖｆｃに対応して設定され、所定の条件は、第２セルの電圧立ち上がり時間Ｔｓより長く且つ反応ガスの残存状態に基づいて算出される反応ガス供給時間が経過したこととする。   In the present embodiment, in Air-Air activation, when the second stage target value Vtar2 corresponds to a target voltage parameter lower than the first stage target value Vtar12 and a predetermined condition is satisfied, the first stage target value Vtar12 is satisfied. Is switched to the second stage target value Vtar2 to decrease the FC voltage Vfc and increase the FC power Pfc, and the first stage target value Vtar12 is set to the second cell in the state where the cell voltage Vcell of the second cell is not rising. The cell voltage Vcell is set corresponding to the FC voltage Vfc that compensates for the rise delay of the cell voltage Vcell of the second cell, and the second stage target value Vtar2 is set in a state where the cell voltage Vcell of the second cell rises. The cell voltage Vcell of the first cell is set corresponding to the FC voltage Vfc below the deterioration progress voltage, Constant conditions, and the reaction gas supply time calculated on the basis of the remaining state of the longer and the reaction gas than the voltage rising time Ts of the second cell has elapsed.

これにより、Ａｉｒ−Ａｉｒ起動では、第１段階目標値Ｖｔａｒ１２では第２セル（電圧立ち上がり時間Ｔｓが長いセル）の劣化防止を図ることが可能となる。また、所定時間Ｔ２（反応ガス供給時間）が経過した場合（図１１のＳ１０：ＹＥＳ）には、ＦＣスタック５０のＦＣ目標電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒ（目標電圧パラメータ）を第１段階目標値Ｖｔａｒ１２から第２段階目標値Ｖｔａｒ２に切り替えてＦＣ５０のＦＣ電力Ｐｆｃを増加させる。これにより、例えば、第１セルのセル電圧Ｖｃｅｌｌの立ち上がりが相対的に速い場合において、第２セルに加え、第１セル（電圧立ち上がり時間Ｔｓが短いセル）の劣化防止を図ることが可能となる。   As a result, in Air-Air activation, it is possible to prevent deterioration of the second cell (cell with a long voltage rise time Ts) at the first stage target value Vtar12. When the predetermined time T2 (reactive gas supply time) has elapsed (S10 in FIG. 11: YES), the FC target voltage Vfc_tar (target voltage parameter) of the FC stack 50 is changed from the first stage target value Vtar12 to the second stage. The FC power Pfc of the FC 50 is increased by switching to the target value Vtar2. Thereby, for example, in the case where the rise of the cell voltage Vcell of the first cell is relatively fast, it is possible to prevent deterioration of the first cell (cell having a short voltage rise time Ts) in addition to the second cell. .

本実施形態において、ＦＣシステム１２は、ＦＣ−ＶＣＵ２４及びＢＡＴ−ＶＣＵ２６を備え、ＦＣ−ＶＣＵ２４又はＢＡＴ−ＶＣＵ２６の変圧率を制御することにより、ＦＣ電圧Ｖｆｃを制御する。これにより、ＦＣ電圧Ｖｆｃを簡易に制御することが可能となる。   In the present embodiment, the FC system 12 includes an FC-VCU 24 and a BAT-VCU 26, and controls the FC voltage Vfc by controlling the transformation rate of the FC-VCU 24 or the BAT-VCU 26. As a result, the FC voltage Vfc can be easily controlled.

本実施形態において、ＦＣシステム１２は、ＦＣ電圧Ｖｆｃ（スタック電圧）を検出する電圧センサ５４（スタック電圧検出部）を備え、ＥＣＵ３０（制御部）は、ＦＣ電圧Ｖｆｃが電力供給開始閾値ＴＨｐｓ１又はＴＨｐｓ２に到達した場合（図１１のＳ４：ＹＥＳ又はＳ７：ＹＥＳ）、ＦＣ５０からの電力供給を開始させる（Ｓ５又はＳ９）。スタック電圧としてのＦＣ電圧Ｖｆｃを用いることで、セル電圧Ｖｃｅｌｌを用いる場合と比較して、簡易な構成で電力供給の開始タイミングを判定することが可能となる。   In the present embodiment, the FC system 12 includes a voltage sensor 54 (stack voltage detection unit) that detects the FC voltage Vfc (stack voltage), and the ECU 30 (control unit) determines that the FC voltage Vfc is the power supply start threshold THps1 or THps2. (S4 in FIG. 11: YES or S7: YES), the power supply from the FC 50 is started (S5 or S9). By using the FC voltage Vfc as the stack voltage, it is possible to determine the power supply start timing with a simple configuration as compared with the case where the cell voltage Vcell is used.

本実施形態において、ＦＣシステム１２は、過充電判定パラメータとしてのバッテリＳＯＣを検出する残容量検出部（電圧センサ６０、電流センサ６２及びＥＣＵ３０）を備え、ＥＣＵ３０（制御部）は、ＦＣ５０からの電力供給の開始後、ＳＯＣが過充電判定閾値ＴＨｓｏｃを上回った場合（図１１のＳ１１：ＹＥＳ）、Ｈ2−Ｈ2起動時第１段階目標値Ｖｔａｒ１１から第２段階目標値Ｖｔａｒ２に切り替えてＦＣ電圧Ｖｆｃを増加させてＦＣ電流Ｉｆｃ及びＦＣ電力Ｐｆｃを減少させる。これにより、バッテリＳＯＣに基づいて制御することで、より確実にバッテリ２２の過充電を防ぐことが可能となる。 In the present embodiment, the FC system 12 includes a remaining capacity detection unit (voltage sensor 60, current sensor 62, and ECU 30) that detects the battery SOC as an overcharge determination parameter, and the ECU 30 (control unit) receives power from the FC 50. When the SOC exceeds the overcharge determination threshold THsoc after the start of supply (S11 in FIG. 11: YES), the FC voltage is switched from the first stage target value Vtar11 to the second stage target value Vtar2 at the time of H 2 -H 2 activation. Vfc is increased and FC current Ifc and FC power Pfc are decreased. Thereby, it becomes possible to prevent overcharge of the battery 22 more reliably by controlling based on the battery SOC.

４．変形例
なお、本発明は、上記実施形態に限らず、本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。 4). Modifications It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various configurations can be adopted based on the description of the present specification. For example, the following configuration can be adopted.

［４−１．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、例えば、ＦＣ５０の起動時に第１及び第２段階目標値Ｖｔａｒ１１、Ｖｔａｒ１２、Ｖｔａｒ２を用いる観点からすれば、ＦＣシステム１２を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、ロボット、製造装置、家庭用電力システム又は家電製品に適用してもよい。 [4-1. Installation target]
In the above embodiment, the FC system 12 is mounted on the FC vehicle 10. However, the present invention is not limited to this. For example, from the viewpoint of using the first and second stage target values Vtar11, Vtar12, and Vtar2 when starting the FC50, the FC system 12 may be mounted on another target. For example, the FC system 12 can be used for a moving body such as a ship or an aircraft. Alternatively, the FC system 12 may be applied to a robot, a manufacturing apparatus, a household power system, or a home appliance.

［４−２．ＦＣシステム１２の構成］
上記実施形態では、ＦＣ５０と高電圧バッテリ２２を並列に配置し、ＦＣ５０の手前に昇圧コンバータ２４を配置し、バッテリ２２の手前に昇降圧コンバータ２６を配置する構成としたが、これに限らない。例えば、バッテリ２２の手前に配置するＤＣ／ＤＣコンバータを昇降圧式ではなく、昇圧式としてもよい。或いは、ＦＣ５０と高電圧バッテリ２２を並列に配置し、ＦＣ−ＶＣＵ２４を用いず、ＢＡＴ−ＶＣＵ２６のみを用いる構成であってもよい。或いは、ＦＣ５０とＦＣ−ＶＣＵ２４のみを用い、バッテリ２２及びＢＡＴ−ＶＣＵ２６を用いない構成も可能である。 [4-2. Configuration of FC system 12]
In the above embodiment, the FC 50 and the high voltage battery 22 are arranged in parallel, the boost converter 24 is arranged in front of the FC 50, and the step-up / down converter 26 is arranged in front of the battery 22. However, the present invention is not limited to this. For example, the DC / DC converter disposed in front of the battery 22 may be a boost type instead of a buck-boost type. Alternatively, the FC 50 and the high voltage battery 22 may be arranged in parallel, and only the BAT-VCU 26 may be used without using the FC-VCU 24. Alternatively, a configuration using only the FC 50 and the FC-VCU 24 and not using the battery 22 and the BAT-VCU 26 is also possible.

上記実施形態では、モータ１４を交流式としたが、例えば、ＦＣ５０の起動時に第１及び第２段階目標値Ｖｔａｒ１１、Ｖｔａｒ１２、Ｖｔａｒ２を用いる利用する観点からすれば、モータ１４は、直流式とすることも可能である。この場合、インバータ１６を省略することも可能である。   In the above embodiment, the motor 14 is an AC type. For example, from the viewpoint of using the first and second stage target values Vtar11, Vtar12, and Vtar2 when the FC 50 is started up, the motor 14 is a DC type. It is also possible. In this case, the inverter 16 can be omitted.

上記実施形態では、モータ１４をＦＣ車両１０の走行用又は駆動用としたが、例えば、ＦＣ５０の起動時に第１及び第２段階目標値Ｖｔａｒ１１、Ｖｔａｒ１２、Ｖｔａｒ２を用いる観点からすれば、これに限らない。例えば、モータ１４を車載機器（例えば、電動パワーステアリング、エアコンプレッサ、エアコンディショナ）用に用いてもよい。   In the above embodiment, the motor 14 is used for driving or driving the FC vehicle 10. However, for example, from the viewpoint of using the first and second stage target values Vtar11, Vtar12, and Vtar2 when starting the FC50, the motor 14 is not limited thereto. Absent. For example, the motor 14 may be used for on-vehicle equipment (for example, electric power steering, air compressor, air conditioner).

［４−３．ＦＣシステム１２の制御］
上記実施形態では、電力供給開始閾値ＴＨｐｓ１、ＴＨｐｓ２並びに第１及び第２段階目標値Ｖｔａｒ１１、Ｖｔａｒ１２、Ｖｔａｒ２をＦＣ電圧Ｖｆｃの値とした。しかしながら、例えば、ＦＣ５０の起動時にＦＣ電圧Ｖｆｃを２段階に制御する観点からすれば、これらの値は、ＦＣ電圧Ｖｆｃ以外の電圧パラメータであってもよい。そのような電圧パラメータとしては、例えば、セル電圧Ｖｃｅｌｌ（最大セル電圧Ｖｃｅｌｌ＿ｍａｘ、最小セル電圧Ｖｃｅｌｌ＿ｍｉｎ及び平均セル電圧Ｖｃｅｌｌ＿ａｖｅを含む。）を用いることができる。 [4-3. Control of FC system 12]
In the above embodiment, the power supply start thresholds THps1 and THps2 and the first and second stage target values Vtar11, Vtar12, and Vtar2 are set as the values of the FC voltage Vfc. However, for example, from the viewpoint of controlling the FC voltage Vfc in two stages when the FC 50 is started up, these values may be voltage parameters other than the FC voltage Vfc. As such a voltage parameter, for example, a cell voltage Vcell (including a maximum cell voltage Vcell_max, a minimum cell voltage Vcell_min, and an average cell voltage Vcell_ave) can be used.

例えば、図１１のフローチャートにおいて、最大セル電圧Ｖｃｅｌｌ＿ｍａｘの値として、電力供給開始閾値ＴＨｐｓ１、ＴＨｐｓ２並びに第１及び第２段階目標値Ｖｔａｒ１１、Ｖｔａｒ１２、Ｖｔａｒ２を設定してもよい。   For example, in the flowchart of FIG. 11, the power supply start thresholds THps1 and THps2 and the first and second stage target values Vtar11, Vtar12, and Vtar2 may be set as the value of the maximum cell voltage Vcell_max.

そのような変形例に係るＦＣシステム１２は、複数のセルの出力電圧であるセル電圧Ｖｃｅｌｌを検出するセル電圧モニタ５２（セル電圧検出部）を備え、ＥＣＵ３０（制御部）は、電力供給開始閾値ＴＨｐｓ１、ＴＨｐｓ２と比較する電圧パラメータとして、最大セル電圧Ｖｃｅｌｌ＿ｍａｘを用い、さらに、ＥＣＵ３０は、所定時間Ｔ２（反応ガス供給時間）が経過したか否かを、最大セル電圧Ｖｃｅｌｌ＿ｍａｘが所定のセル電圧閾値（例えば、図１３の電圧Ｖｃ１、Ｖｃ２、Ｖｃ３のいずれか）を上回るか否かに基づいて判定し、電力供給開始閾値ＴＨｐｓ１、ＴＨｐｓ２は、反応ガスの残存状態に基づいて設定される。   The FC system 12 according to such a modification includes a cell voltage monitor 52 (cell voltage detection unit) that detects a cell voltage Vcell that is an output voltage of a plurality of cells, and the ECU 30 (control unit) has a power supply start threshold value. The maximum cell voltage Vcell_max is used as a voltage parameter to be compared with THps1 and THps2. Further, the ECU 30 determines whether or not the predetermined time T2 (reaction gas supply time) has elapsed, and the maximum cell voltage Vcell_max is a predetermined cell voltage threshold ( For example, the power supply start thresholds THps1 and THps2 are set based on the remaining state of the reaction gas, based on whether the voltage Vc1, Vc2, or Vc3 in FIG.

上記変形例によれば、最大セル電圧Ｖｃｅｌｌ＿ｍａｘを用いて電力供給開始タイミング及び出力電力の制限タイミングを制御することが可能となる。これにより、Ｈ2−Ｈ2起動時には、各セルのセル電圧Ｖｃｅｌｌが劣化進行電圧以上となることをより確実に回避することが可能となる。また、Ａｉｒ−Ａｉｒ起動時には、第２セルの劣化防止等をより確実に行うことが可能となる。 According to the modified example, it is possible to control the power supply start timing and the output power limit timing using the maximum cell voltage Vcell_max. As a result, it is possible to more reliably avoid the cell voltage Vcell of each cell being equal to or higher than the deterioration progress voltage when H 2 -H 2 is activated. In addition, when Air-Air is activated, it is possible to more reliably prevent the second cell from being deteriorated.

電力供給開始閾値ＴＨｐｓ１、ＴＨｐｓ２並びに第１及び第２段階目標値Ｖｔａｒ１１、Ｖｔａｒ１２、Ｖｔａｒ２について、複数種類の電圧パラメータを同時に用いることも可能である。   For the power supply start thresholds THps1 and THps2 and the first and second stage target values Vtar11, Vtar12, and Vtar2, a plurality of types of voltage parameters can be used simultaneously.

上記実施形態では、第１及び第２段階目標値Ｖｔａｒ１１、Ｖｔａｒ１２、Ｖｔａｒ２を用いることで、起動時におけるＦＣ目標電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒを２段階に変化させた。しかしながら、例えば、第１セル及び第２セルの電圧立ち上がり時間Ｔｓの相違に着目した制御の観点からすれば、起動時におけるＦＣ目標電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒを３段階以上で変化させてもよい。この場合、ＦＣ目標電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒ又は電圧パラメータの目標値を徐々に上げて行くことで、ＦＣ電流Ｉｆｃ及びＦＣ電力Ｐｆｃを徐々に低下させる。   In the above embodiment, the FC target voltage Vfc_tar at the time of start-up is changed in two stages by using the first and second stage target values Vtar11, Vtar12, and Vtar2. However, for example, from the viewpoint of control focusing on the difference in voltage rise time Ts between the first cell and the second cell, the FC target voltage Vfc_tar at the time of startup may be changed in three or more stages. In this case, the FC current Ifc and the FC power Pfc are gradually reduced by gradually increasing the FC target voltage Vfc_tar or the target value of the voltage parameter.

上記実施形態では、反応ガスの残存状態として、Ｈ2−Ｈ2状態とＡｉｒ−Ａｉｒ状態の２つを設定したが、アノード側及びカソード側における水素濃度及び酸素濃度に応じて３つ以上の残存状態を設定してもよい。 In the above-described embodiment, the remaining state of the reaction gas is set to the H 2 -H 2 state and the Air-Air state, but three or more remaining states are set depending on the hydrogen concentration and the oxygen concentration on the anode side and the cathode side. The state may be set.

上記実施形態では、第１段階目標値Ｖｔａｒ１１、Ｖｔａｒ１２から第２段階目標値Ｖｔａｒ２へと切り替える条件として、所定時間Ｔ２が経過したこと（図１１のＳ１０）及びバッテリＳＯＣが閾値ＴＨｓｏｃ以上となったこと（Ｓ１１）の両方を用いた。しかしながら、その他の観点（例えば、ＦＣ５０の起動時に第１及び第２段階目標値Ｖｔａｒ１１、Ｖｔａｒ１２、Ｖｔａｒ２を用いる観点）からすれば、いずれか一方のみを用いてもよい。   In the above embodiment, as conditions for switching from the first stage target values Vtar11 and Vtar12 to the second stage target value Vtar2, the predetermined time T2 has elapsed (S10 in FIG. 11) and the battery SOC has become equal to or greater than the threshold value THsoc. Both (S11) were used. However, from another point of view (for example, a point of view using the first and second stage target values Vtar11, Vtar12, and Vtar2 when the FC 50 is activated), only one of them may be used.

上記実施形態では、バッテリ２２が過充電状態にあるか否かをＳＯＣを用いて判定したが（図１１のＳ１１）、過充電を判定可能なパラメータであれば、ＳＯＣ以外の数値を用いてもよい。   In the above embodiment, whether or not the battery 22 is in the overcharge state is determined using the SOC (S11 in FIG. 11). However, any parameter other than the SOC can be used as long as it is a parameter that can determine overcharge. Good.

上記実施形態では、Ａｉｒ−Ａｉｒ状態の場合（図１１のＳ２：ＮＯ）において、ＦＣ５０からの電力供給を開始する条件として、ＦＣ電圧Ｖｆｃが電力供給開始閾値ＴＨｐｓ２以上となったこと（Ｓ７）及び所定時間Ｔ１が経過したこと（Ｓ８）の両方を用いた。しかしながら、その他の観点（例えば、ＦＣ５０の起動時に第１及び第２段階目標値Ｖｔａｒ１２、Ｖｔａｒ２を用いる観点）からすれば、いずれか一方のみを用いてもよい。   In the above embodiment, in the Air-Air state (S2 in FIG. 11: NO), as a condition for starting power supply from the FC 50, the FC voltage Vfc is equal to or higher than the power supply start threshold THps2 (S7) and Both that the predetermined time T1 has passed (S8) were used. However, from another point of view (for example, a point of view using the first and second stage target values Vtar12 and Vtar2 when the FC 50 is activated), only one of them may be used.

１２…燃料電池システム ２２…高電圧バッテリ（蓄電池）
２４…昇圧コンバータ（電圧変換手段） ２６…昇降圧コンバータ（電圧変換手段）
３０…ＥＣＵ（制御部、残容量検出部の一部）
５０…燃料電池スタック ５２…セル電圧モニタ（セル電圧検出部）
５４…電圧センサ（スタック電圧検出部） ６０…電圧センサ（残容量検出部の一部）
６２…電流センサ（残容量検出部の一部） Ｒ３…酸化還元領域
ＳＯＣ…残容量（過充電判定パラメータ） Ｔ２…所定時間（反応ガス供給時間）
ＴＨｐｓ１、ＴＨｐｓ２…電力供給開始閾値
ＴＨｓｏｃ…過充電判定閾値 Ｖｃｅｌｌ…セル電圧
Ｖｃｅｌｌ＿ｍａｘ…最大セル電圧
Ｖｆｃ…ＦＣ電圧（燃料電池スタックの出力電圧）
Ｖｔａｒ１１、Ｖｔａｒ１２…第１段階目標値
Ｖｔａｒ２…第２段階目標値 12 ... Fuel cell system 22 ... High voltage battery (storage battery)
24 ... Boost converter (voltage conversion means) 26 ... Buck-boost converter (voltage conversion means)
30 ... ECU (a part of the control unit and the remaining capacity detection unit)
50 ... Fuel cell stack 52 ... Cell voltage monitor (cell voltage detector)
54 ... Voltage sensor (stack voltage detector) 60 ... Voltage sensor (part of remaining capacity detector)
62 ... Current sensor (part of remaining capacity detector) R3 ... Redox region SOC ... Remaining capacity (overcharge determination parameter) T2 ... Predetermined time (reaction gas supply time)
THps1, THps2 ... Power supply start threshold THsoc ... Overcharge determination threshold Vcell ... Cell voltage Vcell_max ... Maximum cell voltage Vfc ... FC voltage (output voltage of fuel cell stack)
Vtar11, Vtar12 ... first stage target value Vtar2 ... second stage target value

Claims (8)

複数のセルを含む燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに反応ガスを供給する反応ガス供給装置と、
前記燃料電池スタックの発電エネルギを蓄える蓄電池と、
前記燃料電池スタックの出力電圧を制御して前記燃料電池スタックの出力電力を制御する制御部と
を備える燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記燃料電池スタックの起動時処理を実行し、
前記起動時処理において、前記制御部は、
前記燃料電池スタック内における反応ガスの残存状態を検出し、
前記反応ガス供給装置から前記燃料電池スタックへの前記反応ガスの供給を開始させ、
前記燃料電池スタックからの電力供給を開始させる前記燃料電池スタックの電圧パラメータ閾値である電力供給開始閾値と、前記電力供給の開始時点における前記燃料電池スタックの目標電圧パラメータである第１段階目標値とを設定し、
前記燃料電池スタックの電圧パラメータが前記電力供給開始閾値に到達すると前記第１段階目標値を用いて前記燃料電池スタックの出力電圧を制御して前記燃料電池スタックからの電力供給を開始させ、
さらに、前記制御部は、検出した前記反応ガスの残存状態に応じて前記電力供給開始閾値及び前記第１段階目標値を切り替える
ことを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell stack including a plurality of cells;
A reaction gas supply device for supplying a reaction gas to the fuel cell stack;
A storage battery for storing the power generation energy of the fuel cell stack;
A fuel cell system comprising: a control unit that controls an output voltage of the fuel cell stack by controlling an output voltage of the fuel cell stack;
The control unit executes startup processing of the fuel cell stack,
In the startup process, the control unit
Detecting the remaining state of the reaction gas in the fuel cell stack;
Starting the supply of the reaction gas from the reaction gas supply device to the fuel cell stack,
A power supply start threshold that is a voltage parameter threshold of the fuel cell stack for starting power supply from the fuel cell stack, and a first stage target value that is a target voltage parameter of the fuel cell stack at the time of starting the power supply; Set
When the voltage parameter of the fuel cell stack reaches the power supply start threshold, the output voltage of the fuel cell stack is controlled using the first stage target value to start power supply from the fuel cell stack,
Furthermore, the said control part switches the said electric power supply start threshold value and the said 1st step target value according to the remaining state of the detected reaction gas. The fuel cell system characterized by the above-mentioned. 請求項１記載の燃料電池システムにおいて、
前記制御部は、
前記第１段階目標値の後に用いる目標電圧パラメータである第２段階目標値を設定し、
前記燃料電池スタックからの電力供給の開始後に所定の条件が満たされたか否かを判定し、
前記所定の条件が満たされた場合、前記第１段階目標値から前記第２段階目標値に切り替えて前記燃料電池スタックの出力電圧を変化させて前記燃料電池スタックからの出力電力を変化させ、
各セルの劣化が進む電圧範囲を劣化進行領域と定義し、前記反応ガスの供給開始から出力電圧の立ち上がりまでの電圧立ち上がり時間が短いセルを第１セルと定義し、前記電圧立ち上がり時間が長いセルを第２セルと定義するとき、
前記所定の条件は、
前記第２セルの前記電圧立ち上がり時間より長く且つ前記反応ガスの残存状態に基づいて算出される反応ガス供給時間が経過したこと、及び
前記蓄電池の過充電判定パラメータが、過充電を判定するための過充電判定閾値を上回ったこと
の少なくとも一方であることを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, wherein
The controller is
Setting a second stage target value which is a target voltage parameter used after the first stage target value;
Determining whether a predetermined condition is satisfied after the start of power supply from the fuel cell stack;
When the predetermined condition is satisfied, the output voltage of the fuel cell stack is changed by changing the output voltage of the fuel cell stack by switching from the first stage target value to the second stage target value,
A voltage range in which the deterioration of each cell progresses is defined as a deterioration progress region, a cell having a short voltage rise time from the start of supply of the reaction gas to a rise of the output voltage is defined as a first cell, and the cell having a long voltage rise time Is defined as the second cell,
The predetermined condition is:
The reaction gas supply time calculated based on the remaining state of the reaction gas is longer than the voltage rise time of the second cell, and the overcharge determination parameter of the storage battery is for determining overcharge. A fuel cell system, wherein the fuel cell system is at least one of which exceeds an overcharge determination threshold. 請求項２記載の燃料電池システムにおいて、
前記第２段階目標値は、前記第１段階目標値よりも高い目標電圧パラメータに対応し、
前記所定の条件が満たされた場合、前記第１段階目標値から前記第２段階目標値に切り替えて前記燃料電池スタックの出力電圧を上昇させて前記燃料電池スタックからの出力電力を減少させ、
前記第１段階目標値は、前記第２セルの出力電圧が立ち上がっていない状態において、前記第１セルの出力電圧が、前記劣化進行領域内の値である劣化進行電圧を下回る前記燃料電池スタックのスタック電圧値に対応して設定され、
前記第２段階目標値は、前記第２セルの出力電圧が立ち上がった状態において、前記第１セルの出力電圧が前記劣化進行電圧を下回る前記スタック電圧値に対応して設定される
ことを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 2, wherein
The second stage target value corresponds to a target voltage parameter higher than the first stage target value;
When the predetermined condition is satisfied, switching from the first stage target value to the second stage target value to increase the output voltage of the fuel cell stack to reduce the output power from the fuel cell stack,
The first stage target value is a value of the fuel cell stack in which the output voltage of the first cell falls below a deterioration progress voltage that is a value in the deterioration progress region in a state where the output voltage of the second cell is not rising. It is set according to the stack voltage value,
The second stage target value is set corresponding to the stack voltage value in which the output voltage of the first cell is lower than the deterioration progress voltage in a state where the output voltage of the second cell rises. Fuel cell system. 請求項２記載の燃料電池システムにおいて
前記第２段階目標値は、前記第１段階目標値よりも低い目標電圧パラメータに対応し、
前記所定の条件が満たされた場合、前記第１段階目標値から前記第２段階目標値に切り替えて前記燃料電池スタックの出力電圧を低下させて前記燃料電池スタックからの出力電力を増加させ、
前記第１段階目標値は、前記第２セルの出力電圧が立ち上がっていない状態において、前記第２セルの出力電圧が、前記第２セルの前記出力電圧の立ち上がりの遅れを補償する前記燃料電池スタックのスタック電圧値に対応して設定され、
前記第２段階目標値は、前記第２セルの出力電圧が立ち上がった状態において、前記第１セルの出力電圧が、前記劣化進行領域内の値である劣化進行電圧を下回る前記スタック電圧値に対応して設定され、
前記所定の条件は、前記第２セルの前記電圧立ち上がり時間より長く且つ前記反応ガスの残存状態に基づいて算出される反応ガス供給時間が経過したことである
ことを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 2, wherein the second stage target value corresponds to a target voltage parameter lower than the first stage target value,
When the predetermined condition is satisfied, switching from the first stage target value to the second stage target value to reduce the output voltage of the fuel cell stack to increase the output power from the fuel cell stack,
The first stage target value is the fuel cell stack in which the output voltage of the second cell compensates for a delay in the rise of the output voltage of the second cell in a state where the output voltage of the second cell has not risen. Is set according to the stack voltage value of
The second stage target value corresponds to the stack voltage value in which the output voltage of the first cell falls below the deterioration progress voltage that is a value in the deterioration progress region in a state where the output voltage of the second cell rises. Is set as
The predetermined condition is that a reaction gas supply time calculated based on a remaining state of the reaction gas is longer than the voltage rise time of the second cell and the fuel cell system is characterized. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記制御部は、前記燃料電池スタックの出力電圧を制御する電圧変換手段を備え、
前記電圧変換手段の変圧率を制御することにより、前記燃料電池スタックの出力電圧を制御する
ことを特徴とする燃料電池システム。 In the fuel cell system according to any one of claims 1 to 4,
The control unit includes voltage conversion means for controlling the output voltage of the fuel cell stack,
The fuel cell system, wherein the output voltage of the fuel cell stack is controlled by controlling a transformation rate of the voltage conversion means. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池システムは、前記燃料電池スタックのスタック電圧を検出するスタック電圧検出部を備え、
前記制御部は、前記スタック電圧が前記電力供給開始閾値に到達した場合、前記燃料電池スタックからの電力供給を開始させる
ことを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5,
The fuel cell system includes a stack voltage detector that detects a stack voltage of the fuel cell stack,
The control unit starts power supply from the fuel cell stack when the stack voltage reaches the power supply start threshold. 請求項３又は請求項３に従属する請求項５若しくは６に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池システムは、前記過充電判定パラメータとしての前記蓄電池の残容量を検出する残容量検出部を備え、
前記制御部は、前記燃料電池スタックからの電力供給の開始後、前記残容量が前記過充電判定閾値を上回った場合、前記第１段階目標値から前記第２段階目標値に切り替えて前記燃料電池スタックの出力電圧を増加させて前記燃料電池スタックからの出力電力を減少させる
ことを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 5 or 6 dependent on claim 3 or claim 3,
The fuel cell system includes a remaining capacity detection unit that detects a remaining capacity of the storage battery as the overcharge determination parameter,
When the remaining capacity exceeds the overcharge determination threshold after the start of power supply from the fuel cell stack, the control unit switches the first stage target value to the second stage target value and switches the fuel cell. A fuel cell system characterized in that an output power from the fuel cell stack is decreased by increasing an output voltage of the stack. 請求項２又は請求項２に従属する請求項３〜６のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池システムは、前記複数のセルそれぞれの出力電圧であるセル電圧を検出するセル電圧検出部を備え、
前記制御部は、前記電力供給開始閾値と比較する電圧パラメータとして、前記セル電圧の最大値である最大セル電圧を用い、
さらに、前記制御部は、前記反応ガス供給時間が経過したか否かを、前記最大セル電圧がセル電圧閾値を上回るか否かに基づいて判定する
ことを特徴とする燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 3 to 6, which is dependent on claim 2 or claim 2,
The fuel cell system includes a cell voltage detector that detects a cell voltage that is an output voltage of each of the plurality of cells.
The control unit uses a maximum cell voltage that is a maximum value of the cell voltage as a voltage parameter to be compared with the power supply start threshold,
Furthermore, the said control part determines whether the said reactive gas supply time passed based on whether the said maximum cell voltage exceeds a cell voltage threshold value. The fuel cell system characterized by the above-mentioned.
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