JP2016115426A - 燃料電池システムの制御方法及び燃料電池自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】エアポンプ駆動電圧が不足して燃料電池の発電電力が目標発電電力から低下してしまうことを防止する燃料電池システムの制御方法及び燃料電池自動車を提供する。【解決手段】エアポンプ必要電圧Ｖａｐｄを満足するように、ＳＵＣ２１及びＳＵＤＣ２２の２次側電圧Ｖ２を設定するので、エアポンプ駆動電圧が不足してＦＣ１８のＦＣ電力Ｐｆｃが目標発電電力Ｐｆｃｔａｒから低下してしまうことが防止される。また、駆動モータ１４が低負荷状態である場合には、エアポンプ必要電圧Ｖａｐｄが２次側電圧Ｖ２に設定されるので、システム効率を向上させることができる。【選択図】図１

Description

この発明は、燃料電池と、蓄電装置と、１次側電圧としての蓄電装置電圧と２次側電圧としてのモータ駆動電圧との間で電圧変換を行う電圧変換装置と、前記２次側電圧により駆動され前記燃料電池に酸化剤ガスを供給するエアポンプと、を有する燃料電池システムの制御方法及び該制御方法を実施する燃料電池自動車に関する。

従来から、例えば特許文献１の図１に示されるように、１次側電圧としての蓄電装置電圧を２次側電圧としてのモータ駆動電圧に変換してモータ駆動部に印加する電圧変換装置を備える燃料電池システムが開示されている。

この特許文献１の燃料電池システムには、前記２次側電圧がエアポンプ駆動電圧としてエアポンプ駆動部にも印加され、前記エアポンプ駆動部を介して、エアポンプから燃料電池に酸化剤ガスを供給する技術が開示されている。

特開２００５−３４８５３０号公報

しかしながら、特許文献１に開示された燃料電池システムでは、エアポンプ駆動電圧の制御については何ら考慮がなされていないため、エアポンプ駆動電圧が不足し燃料電池の発電電力が目標発電電力よりも低下してしまう場合があるという課題がある。燃料電池の発電電力が目標発電電力よりも低下した場合には、モータの動力性能が低下し、燃料電池自動車のドライバビリティが悪化する。

また、燃料電池の負荷としてのモータが低負荷状態である場合に、モータ駆動電圧を優先してエアポンプ駆動電圧を決定した場合には、燃料電池システムの効率（システム効率という。）が悪化するという課題もある。

この発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、エアポンプ駆動電圧が不足して燃料電池の発電電力が目標発電電力よりも低下し、モータの動力性能が低下してしまうことを防止すると共に、負荷としてのモータが低負荷である場合にシステム効率を向上させることの可能な燃料電池システムの制御方法及び燃料電池自動車を提供することを目的とする。

この発明に係る燃料電池システムは、酸化剤ガスと燃料ガスとを反応させて発電し燃料電池電圧を出力する燃料電池と、蓄電装置電圧を出力する蓄電装置と、モータ駆動部を通じて駆動されるモータと、１次側電圧としての前記蓄電装置電圧と、前記モータ駆動部に印加される２次側電圧としてのモータ駆動電圧との間で電圧変換を行う電圧変換装置と、エアポンプ駆動部を通じて駆動されるエアポンプと、を有し、前記エアポンプは、前記２次側電圧が印加される前記エアポンプ駆動部を通じて駆動されると、前記酸化剤ガスを前記燃料電池に供給する燃料電池システムの制御方法であって、前記燃料電池の目標発電電力に応じて前記エアポンプ駆動部に印加が必要なエアポンプ必要電圧を設定するエアポンプ必要電圧設定工程と、前記エアポンプ必要電圧を満足するように、前記電圧変換装置の前記２次側電圧を設定する電圧変換装置電圧設定工程と、を備える。

この発明によれば、エアポンプ必要電圧を満足するように、電圧変換装置の２次側電圧を設定するので、エアポンプ駆動電圧が不足して燃料電池の発電電力が目標発電電力より低下し、モータの動力性能が低下してしまうことを防止できる。

この場合、前記モータの駆動要求に応じてモータ必要電圧を設定するモータ必要電圧設定工程と、前記モータ必要電圧と前記エアポンプ必要電圧とを比較する電圧比較工程と、をさらに有し、前記電圧変換装置電圧設定工程では、前記モータ必要電圧が前記エアポンプ必要電圧より高い電圧である場合には、前記モータ必要電圧を前記電圧変換装置の前記２次側電圧に設定し、前記モータ必要電圧が前記エアポンプ必要電圧より低い電圧である場合には、エアポンプ必要電圧を満足する範囲で、前記燃料電池電圧、前記蓄電装置電圧、及び前記エアポンプ必要電圧のうち、最も高い電圧を前記電圧変換装置の前記２次側電圧に設定することが好ましい。

このように、モータ必要電圧がエアポンプ必要電圧より高い電圧である場合には、モータ必要電圧を電圧変換装置の２次側電圧に設定することで、モータの動力性能を確保する一方、モータ必要電圧がエアポンプ必要電圧より低い電圧である場合には、モータ必要電圧ではなくエアポンプ必要電圧を満足する範囲で、前記電圧変換装置の２次側電圧、すなわちエアポンプ駆動電圧を設定するようにしたので、低負荷時（エアポンプ必要電圧＞モータ必要電圧）のシステム効率を向上させることができる。

また、前記燃料電池システムは、前記燃料電池電圧と前記２次側電圧との間で、昇圧状態又は直結状態に切り替えられる他の電圧変換装置をさらに備え、前記制御方法は、前記燃料電池システムから外部に給電を行う外部給電の有無を判定する外部給電有無判定工程をさらに有し、前記外部給電が行われると判定された場合に、外部給電電力に応じた前記燃料電池の発電電力を発電可能なエアポンプ必要電圧を算出するエアポンプ必要電圧算出工程と、をさらに有し、前記電圧変換装置電圧設定工程では、前記蓄電装置電圧と前記燃料電池電圧と前記エアポンプ必要電圧とのうち、最も高い電圧を前記２次側電圧に設定するようにしてもよい。

このように、モータの駆動が不要な外部給電時にエアポンプ必要電圧を電圧変換装置の２次側電圧に設定するようにしたので、燃料電池の発電電力により効率のよい外部給電を行うことができる。

なお、外部給電時には、電圧変換装置制御工程をさらに有し、前記電圧変換装置制御工程では、前記蓄電装置の電力収支がゼロ値となるように、前記電圧変換装置及び前記他の電圧変換装置の昇降圧状態と直結状態を制御するようにすることで、効率のよい外部給電を燃料電池の発電電力により連続して行うことができる。

上記の各発明は、燃料電池自動車で実施して好適である。

この発明によれば、エアポンプ必要電圧を満足するように、電圧変換装置の２次側電圧を設定するので、エアポンプ駆動電圧が不足して燃料電池の発電電力が目標発電電力より低下し、モータの動力性能が低下してしまうことを防止できる。

また、燃料電池の負荷としてのモータが低負荷状態である場合に、エアポンプ駆動電圧を優先して決定するので、低負荷時のシステム効率を向上させることができる。

この発明の実施形態に係る燃料電池システムが適用された燃料電池自動車の概略全体構成図である。 図１例の燃料電池自動車中、昇圧コンバータと昇降圧コンバータの一例の詳細構成を含む模式的回路図である。 燃料電池のＩＶ特性図である。 この実施形態の動作説明に供されるタイミングチャートである。 この実施形態の動作説明に供されるフローチャートである。 モータ要求電力と、モータ必要電圧との関係を示す特性図である。 エアポンプ要求回転数と、エアポンプ必要電圧との関係を示す特性図である。 この実施形態の変形例１の動作説明に供されるフローチャートである。 この実施形態の変形例２の動作説明に供されるフローチャートである。 この実施形態の変形例３の動作説明に供されるフローチャートである。 外部給電時の節電優先処理の詳細フローチャートである。 図１２Ａは、この実施形態の燃料電池システムが適用された燃料電池自動車の概念図、図１２Ｂは、他の実施形態の燃料電池システムが適用された燃料電池自動車の概念図である。

以下、この発明に係る燃料電池システムの制御方法について、これを実施する燃料電池自動車との関係において好適な実施形態を挙げ添付の図面を参照しながら説明する。

図１は、この実施形態に係る燃料電池システム１２（以下、「ＦＣシステム１２」という。）が適用された燃料電池自動車１０（以下、「ＦＣ自動車１０」又は「車両１０」という。）の概略全体構成図である。

図２は、１次側１ｓｆと２次側２ｓ側との間に配置される燃料電池側コンバータであり第１電圧変換装置（昇圧器）としてのチョッパ方式の昇圧コンバータ２１（以下、ＳＵＣ２１という。ＳＵＣ：Ｓｔｅｐ Ｕｐ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）、及び１次側１ｓｂと２次側２ｓ側との間に配置される蓄電装置側コンバータであり第２電圧変換装置（昇降圧器）としてのチョッパ方式の双方向の昇降圧コンバータ２２（以下、ＳＵＤＣ２２という。ＳＵＤＣ：Ｓｔｅｐ Ｕｐ／Ｄｏｗｎ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）の一例の詳細構成を含むＦＣ自動車１０の模式的回路図である。

図１及び図２に示すように、ＦＣ自動車１０は、ＦＣシステム１２と、車両走行用のモータ・ジェネレータである駆動モータ１４と、駆動モータ１４を駆動する負荷駆動回路（モータ駆動部）としてのインバータ１６（以下、「ＩＮＶ１６」という。ＩＮＶ：Ｉｎｖｅｒｔｅｒ）と、外部給電器３４と、を有する。

ＦＣシステム１２は、基本的には、一方の１次側１ｓｆに配置される燃料電池１８（以下、「ＦＣ１８」という。）と、他方の１次側１ｓｂに配置される蓄電装置である高電圧バッテリ２０（以下「ＢＡＴ２０」という。）と、前記ＳＵＣ２１と、前記ＳＵＤＣ２２と、高電圧（２次側電圧Ｖ２）入力のエアポンプユニット４０と、外部給電器３４と、制御装置としての電子制御装置２４（以下、「ＥＣＵ２４」という。ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）と、を有する。

エアポンプユニット４０は、ＦＣ１８に空気を圧送するエアポンプ（Ａ／Ｐ）３１と、エアポンプモータ２９と、エアポンプモータ２９を通じてエアポンプ３１を駆動するエアポンプ駆動部としてのエアポンプインバータ２３とから構成される。

外部給電器３４は、外部給電コネクタ３６が接続される外部給電駆動部としての外部給電インタフェース（外部給電Ｉ／Ｆ）３２と、図示しないイグニッションスイッチの走行可能位置（ドライブ位置）と択一的に切り替えられる外部給電位置でのみオン状態（閉状態）になる外部給電スイッチ３３とから構成される。外部給電スイッチ３３は、イグニッションスイッチの走行可能位置等ではオフ状態（開状態）になる。

ＦＣ自動車１０の駐車時等に外部給電コネクタ３６に外部負荷（Ｅｘｔｅｒｎａｌ Ｌｏａｄ）３５が給電コード（給電線）３９を通じて接続（装着）され、外部給電スイッチ３３がオン状態にされると、外部給電状態とされ、ＦＣ１８のＦＣ電力（発電電力）Ｐｆｃが、ＳＵＣ２１、ＳＵＤＣ２２、外部給電スイッチ３３、外部給電Ｉ／Ｆ３２、外部給電コネクタ３６、及び給電コード３９を通じて外部負荷３５に供給される。なお、外部負荷３５には、基本的に、外部給電Ｉ／Ｆ３２を通じて、ＦＣ電力Ｐｆｃのみが供給されるように設定される。結果として、ＢＡＴ電圧Ｖｂａｔが充放電のない開放回路電圧（Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ、ＯＣＶ電圧）に設定される。

外部給電Ｉ／Ｆ３２は、１次側電圧Ｖ１を外部給電電圧Ｖｅｘｔに変換する機能を有するが、外部負荷３５が家屋等である場合には、商用交流電圧に変換して供給する。なお、外部給電電圧Ｖｅｘｔは、外部給電Ｉ／Ｆ３２を、例えば降圧コンバータ｛ＳＤＣ（Ｓｔｅｐ Ｄｏｗｎ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）｝で構成して一定電圧の直流電圧で供給するようにし、前記家屋側にインバータ（直流電圧・商用交流電圧変換器）を設けて外部負荷３５に供給するように変更してもよい。なお、外部負荷３５の大きさは、コスト等の観点から、通常、駆動モータ１４等の負荷３０を含むＦＣ自動車１０の内部負荷の大きさに比較して、１／２〜１／１００程度内の大きさの低負荷に設定される。

ＦＣ１８の出力端がＳＵＣ２１の入力端（１次側１ｓｆ）に接続され、ＳＵＣ２１の出力端（２次側２ｓ）がＩＮＶ１６及びエアポンプインバータ２３（ＩＮＶ２３）の直流端側とＳＵＤＣ２２の一端（高圧端側）側に接続される。

ＳＵＤＣ２２の他端側（低圧端側）にＢＡＴ２０の入出力端が接続される。このＢＡＴ２０の入出力端には、図示しない降圧コンバータを通じて、＋１２Ｖ等の低圧バッテリや、ＥＣＵ２４及びライト等の低圧補機が接続される。

走行時に、駆動モータ１４は、ＦＣ１８から供給されるＦＣ発電電力（ＦＣ電力）Ｐｆｃ（Ｐｆｃ＝Ｖｆｃ×Ｉｆｃ）とＢＡＴ２０から供給される蓄電電力であるＢＡＴ放電電力Ｐｂａｔｄ（Ｐｂａｔｄ＝Ｖｂａｔ×Ｉｂｄ）の合成電力値（Ｐｆｃ＋Ｐｂａｔｄ）がＩＮＶ１６を通じて供給されることで駆動力を生成し、当該駆動力によりトランスミッション２６を通じて車輪２８を回転させる。

ＩＮＶ１６は、例えば３相フルブリッジ型の構成とされて、直流／交流変換を行い、ＦＣ１８からＳＵＣ２１を介してＦＣ電圧Ｖｆｃが昇圧された直流電圧である２次側電圧Ｖ２を３相の交流電圧に変換して駆動モータ１４に供給する（力行時）。

ＩＮＶ１６は、また、ＢＡＴ２０からＳＵＤＣ２２を介してＢＡＴ電圧Ｖｂａｔが昇圧された直流電圧である前記２次側電圧Ｖ２を３相の交流電圧に変換して駆動モータ１４に供給する（力行時）。

つまり、駆動モータ１４は、ＦＣ１８及び／又はＢＡＴ２０の電力により駆動される（力行時）。

この実施形態において、ＩＮＶ１６と駆動モータ１４とを合わせて負荷３０という。実際上、燃料電池システム１２の負荷には、負荷３０の他に、エアポンプユニット４０、図示しない空調装置、及び前記した低圧補機が含まれる。

一方、駆動モータ１４の回生動作に伴う交流／直流変換後のＩＮＶ１６の入力端（直流端側）の２次側２ｓに発生する２次側電圧（直流端側電圧）Ｖ２は、降圧コンバータとして動作するＳＵＤＣ２２を通じてＢＡＴ電圧Ｖｂａｔに降圧されてＢＡＴ２０に供給され、あるいはＳＵＤＣ２２が直結状態（スイッチング素子２２ｂ：オフ、スイッチング素子２２ｄ：オン）にされてＢＡＴ２０に供給され、ＢＡＴ２０を充電する。

また、ＢＡＴ２０には、ＦＣ１８による駆動モータ１４の駆動用のＦＣ電力Ｐｆｃが余剰になった場合に、その余剰電力が、昇圧状態のＳＵＣ２１又は直結状態のＳＵＣ２１を介し、降圧状態又は直結状態のＳＵＤＣ２２を通じて供給され、ＢＡＴ２０が充電される。

エアポンプ駆動部としてのエアポンプインバータ２３も、例えば３相フルブリッジ型の構成とされてエアポンプモータ２９を駆動する。エアポンプモータ２９の出力により駆動されるエアポンプ３１は、そのファンが回転されることによりＦＣ１８のカソード流路（不図示）に対して流路入口から酸素を含む圧縮した空気（酸化剤ガス）を供給する。

さらに、ＦＣ１８の外部に、ＦＣ１８のアノード流路（不図示）に対して水素（燃料ガス）を供給する水素タンク３７を備える。なお、水素と酸化剤ガスをそれぞれ反応ガスという。

ＦＣ１８は、例えば、電解質膜をアノード電極とカソード電極とで両側から挟み込んで形成された燃料電池セル（以下、「ＦＣセル」という。）を積層したスタック構造を有し、前記アノード流路を介して前記アノード電極に供給された水素含有ガスが、電極触媒上で水素イオン化され、前記電解質膜を介して前記カソード電極へと移動し、その移動の間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流電圧（ＦＣ電圧Ｖｆｃ）を発生する電気エネルギとして利用に供される。カソード電極には、前記カソード流路を介して前記酸化剤ガス（酸素含有ガス）が供給されているために、このカソード電極において、水素イオン、電子及び酸素ガスが反応して水が生成される。

水が生成されることで、前記電解質膜を湿潤な状態、すなわち膜含水率（膜湿度）を高い状態に保持することができ、前記反応を円滑に遂行することができる。

ＢＡＴ２０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次電池等を利用することができる。蓄電装置としてキャパシタを利用することもできる。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。ＢＡＴ２０は、ＢＡＴ電圧（バッテリ電圧）Ｖｂａｔ、ＢＡＴ電流（バッテリ電流）Ｉｂ（放電電流Ｉｂｄ、充電電流Ｉｂｃ）、ＢＡＴ温度（バッテリ温度）、及びＢＡＴ２０の残容量であるＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）がＥＣＵ２４により検出乃至管理される。

上記したように、走行時に、ＦＣ１８のＦＣ電力Ｐｆｃは、ＳＵＣ２１を介しＩＮＶ１６を通じて駆動モータ１４に供給されると共に、エアポンプインバータ２３、及びエアポンプモータ２９を通じてエアポンプ３１に供給される（力行時）。

上記したように、外部給電スイッチ３３がオン状態の外部給電中は、ＦＣ電力Ｐｆｃが、直結状態又は昇圧状態のＳＵＣ２１を通じ、降圧状態又は直結状態のＳＵＤＣ２２を通じて外部給電器３４に供給される。外部給電中は、ＦＣ電力Ｐｆｃのみが、ＳＵＣ２１、及びＳＵＤＣ２２を通じて外部給電Ｉ／Ｆ３２の入力端に供給されるように制御される。

一方、外部給電時ではない走行時や起動時には、ＢＡＴ２０のＢＡＴ放電電力Ｐｂａｔｄが、ＳＵＤＣ２２を介しＩＮＶ１６を通じて駆動モータ１４に供給される（力行時）と共に、ＦＣ自動車１０の起動時等にエアポンプユニット４０に供給される。

ここで、ＳＵＣ２１、及びＳＵＤＣ２２は、種々の構成を採用できるが、公知のように、基本的には、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等のスイッチング素子と、ダイオードと、リアクトルと、コンデンサ（平滑コンデンサも含む）とから構成され、接続される負荷の要求電力に基づきＥＣＵ２４により前記スイッチング素子がオン・オフスイッチング制御（デューティ制御）される。

具体的には、図２に示すように、ＳＵＣ２１は、リアクトル（インダクタ）２１ａと、スイッチング素子２１ｂとダイオード２１ｃ（単方向電流通過素子、逆方向電流阻止素子）と、１次側１ｓｆ間に配置される平滑コンデンサＣ１ｆと、２次側２ｓ間に配置される平滑コンデンサＣ２ｆとから構成され、コンバータ制御器として機能するＥＣＵ２４を通じてスイッチング素子２１ｂがスイッチング状態（デューティ制御）とされることで、ＦＣ電圧Ｖｆｃを所定の２次側電圧Ｖ２に昇圧する。

なお、デューティ（駆動デューティ）が０［％］とされて、スイッチング素子２１ｂがオフ状態（開状態）に維持されると、リアクトル２１ａとダイオード２１ｃを通じてＦＣ１８と負荷３０とが直結状態（ＦＣ直結状態又はＦＣＶＣＵ直結状態という。）とされ、ＦＣ電圧Ｖｆｃが２次側電圧Ｖ２に直結される（Ｖ２＝Ｖｆｃ−Ｖｄ≒Ｖｆｃ、Ｖｄ＜＜Ｖｆｃ、Ｖｄ：ダイオード２１ｃの順方向降下電圧）。ダイオード２１ｃは、昇圧用又は直結用且つ逆流防止用として動作する。従って、ＳＵＣ２１は、昇圧動作（力行時等）の他に逆流防止動作、直結動作（力行時等）を行う。

一方、ＳＵＤＣ２２は、図２に示すように、リアクトル２２ａと、スイッチング素子２２ｂ、２２ｄと、これらスイッチング素子２２ｂ、２２ｄにそれぞれ並列に接続されるダイオード２２ｃ、２２ｅと、１次側１ｓｂ間に配置される平滑コンデンサＣ１ｂと、２次側２ｓ間に配置される平滑コンデンサＣ２ｂとから構成される。

昇圧時には、ＥＣＵ２４により、スイッチング素子２２ｄがオフ状態とされ、スイッチング素子２２ｂがスイッチング（デューティ制御）されることでＢＡＴ電圧Ｖｂａｔ（蓄電装置電圧）が所定の２次側電圧Ｖ２まで昇圧される（力行時）。

降圧時には、ＥＣＵ２４により、スイッチング素子２２ｂがオフ状態とされ、スイッチング素子２２ｄがスイッチング（デューティ制御）されることで、スイッチング素子２２ｄがオフ状態であるときにダイオード２２ｃがフライホイールダイオードとして機能し、２次側電圧Ｖ２がＢＡＴ２０のＢＡＴ電圧Ｖｂａｔまで降圧される（回生充電時及び／又はＦＣ１８による充電時）。

また、スイッチング素子２２ｂをデューティが０［％］でのオフ状態、スイッチング素子２２ｄをデューティが１００［％］でのオン状態とすることで、ＢＡＴ２０と負荷３０とが直結状態（ＢＡＴ直結状態又はＢＡＴＶＣＵ直結状態という。力行時、充電時、又は補機負荷等の駆動時）とされる。

ＢＡＴ直結状態においては、ＢＡＴ２０のＢＡＴ電圧Ｖｂａｔが２次側電圧Ｖ２になる（Ｖｂａｔ≒Ｖ２）。実際上、ＢＡＴ直結状態におけるＢＡＴ２０による力行時の２次側電圧Ｖ２は、「Ｖｂａｔ−ダイオード２２ｅの順方向降下電圧」となり、充電時（回生充電時含む）の２次側電圧Ｖ２は、「Ｖｂａｔ＝Ｖ２−スイッチング素子２２ｄのオン電圧＝Ｖｂａｔ（スイッチング素子２２ｄのオン電圧を０［Ｖ］と仮定した場合。）」になる。

なお、スイッチング素子２１ｂ、２２ｂ、２２ｄには、図示しているＭＯＳＦＥＴの他、ＩＧＢＴ等の電力素子が用いられる。

また、ＦＣシステム１２において、それぞれ図示はしないが、ＳＵＣ２１の直結時（ＦＣ１８の直結時と同意）、又はＳＵＤＣ２２の直結時（力行時）（ＢＡＴ２０の直結時と同意）におけるＳＵＣ２１又はＳＵＤＣ２２の直流電圧降下を低減するために、ＳＵＣ２１の１次側１ｓｆにアノード端子が接続され２次側２ｓにカソード端子が接続されたダイオード及び／又はＳＵＤＣ２２の１次側１ｓｂにアノード端子が接続され２次側２ｓにカソード端子が接続されたダイオードを設けてもよい。

ＦＣ１８は、図３のＩＶ（電流電圧）特性７０に示すように、ＦＣ電圧ＶｆｃがＦＣ開回路電圧Ｖｆｃｏｃｖより低下するに従い、ＦＣ電流Ｉｆｃが増加する公知の電流電圧（ＩＶ）特性７０を有する。すなわち、ＦＣ電圧Ｖｆｃが相対的に高いＦＣ電圧ＶｆｃｈであるときのＦＣ電流Ｉｆｃｌに比較して、ＦＣ電圧Ｖｆｃが相対的に低いＦＣ電圧ＶｆｃｌであるときのＦＣ電流Ｉｆｃｈが大きな電流になる。なお、ＦＣ電力Ｐｆｃは、ＦＣ電流Ｉｆｃが大きくなるほど（ＦＣ電圧Ｖｆｃが低くなるほど）大きくなる。

ＦＣ１８のＦＣ電圧Ｖｆｃは、ＳＵＣ２１の直結時においては、昇圧状態（スイッチング状態）にあるＳＵＤＣ２２の昇圧比（Ｖ２／Ｖｂａｔ）又は降圧状態（スイッチング状態）にあるＳＵＤＣ２２の降圧比（Ｖｂａｔ／Ｖ２）で決定される２次側電圧Ｖ２｛ＳＵＤＣ２２の指令電圧（目標電圧）になる。｝により制御され、ＦＣ電圧Ｖｆｃが決定されると、ＩＶ特性７０に沿ってＦＣ電流Ｉｆｃが制御（決定）される。

また、ＳＵＣ２１の昇圧時及びＳＵＤＣ２２の直結時においては、ＳＵＣ２１の１次側１ｓｆの電圧、すなわちＦＣ電圧ＶｆｃがＳＵＣ２１の指令電圧（目標電圧）とされ、ＩＶ特性７０に沿ってＦＣ電流Ｉｆｃが決定され、所望の２次側電圧Ｖ２となるようにＳＵＣ２１の昇圧比（Ｖ２／Ｖｆｃ）が決定される。

なお、この実施形態では、ＳＵＣ２１の昇圧時に、ＦＣ電圧Ｖｆｃが指令値（設定値、目標値）になるようにコンバータ制御器としてのＥＣＵ２４によりスイッチング素子２１ｂのデューティが調整されるフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御がなされているが、ＦＣ電圧ＶｆｃとＦＣ電流Ｉｆｃとの間にはＩＶ特性７０に基づく一意の関係があるのでＦＣ電流Ｉｆｃが指令値（設定値、目標値）になるようにＥＣＵ２４によりスイッチング素子２１ｂのデューティを調整するフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御をすることも可能である。

ＥＣＵ２４は、通信線６８（図２参照）を介して、駆動モータ１４、ＩＮＶ１６、ＦＣ１８、ＢＡＴ２０、ＳＵＣ２１、ＳＵＤＣ２２、エアポンプユニット４０、及び外部給電器３４等の各部を制御する。当該制御に際しては、ＥＣＵ２４のメモリ（ＲＯＭ）に格納されたプログラムを実行し、また、各種センサ（図示しない電圧センサ、電流センサ、温度センサ、圧力センサ、水素濃度センサ、各種回転数センサ、及びアクセルペダルの開度センサ等）の検出値及び各種スイッチ（空調スイッチやイグニッションスイッチ等）のオンオフ情報等を用いる。

ここで、ＥＣＵ２４は、マイクロコンピュータを含む計算機であり、ＣＰＵ（中央処理装置）、メモリであるＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭも含む。）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、その他、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等の入出力装置、計時部としてのタイマ等を有しており、ＣＰＵが前記ＲＯＭに記録されている前記プログラムを読み出し実行することで各種機能実現部（機能実現手段）、例えば制御部、演算部、及び処理部等として機能する。なお、ＥＣＵ２４は、１つのＥＣＵのみから構成するのではなく、複数のＥＣＵで構成することもできる。

ＥＣＵ２４は、ＦＣ１８の状態、ＢＡＴ２０の状態及び駆動モータ１４の状態の他、各種スイッチ及び各種センサからの入力値に基づき決定したＦＣ自動車１０全体としてＦＣシステム１２に要求される負荷（負荷電力）から、ＦＣ１８が負担すべき負荷（負荷電力）と、ＢＡＴ２０が負担すべき負荷（負荷電力）と、回生電源（駆動モータ１４）が負担すべき負荷（負荷電力）の配分（分担）を調停しながら決定し、駆動モータ１４、ＩＮＶ１６、エアポンプユニット４０、外部給電Ｉ／Ｆ３２、ＦＣ１８、ＢＡＴ２０、ＳＵＣ２１、及びＳＵＤＣ２２を制御する。すなわち、ＥＣＵ２４は、ＦＣ１８、ＢＡＴ２０、負荷３０、外部給電器３４及び低圧補機を含めた燃料電池自動車１０全体のエネルギ管理（エネルギマネジメント）制御を行う。

さらに、ＥＣＵ２４は、ＦＣ自動車１０を車両としてではなく外部給電システムとして利用する際には、ＦＣ１８の状態、ＢＡＴ２０の状態、及び外部負荷３５の状態の他、各種スイッチ及び各種センサからの入力値に基づき決定した外部給電システム全体としてＦＣシステム１２に要求される負荷（負荷電力）からＦＣ１８、ＢＡＴ２０、ＳＵＣ２１、ＳＵＤＣ２２、エアポンプユニット４０及び外部給電器３４を制御する。すなわち、ＥＣＵ２４は、ＦＣ１８、及びＢＡＴ２０を含めた燃料電池システム１２全体のエネルギ管理（エネルギマネジメント）制御を行う。

この実施形態に係る燃料電池システム１２が適用されたＦＣ自動車１０は、基本的には、以上のように構成される。

次に、ＥＣＵ２４による制御処理例について、図４のタイミングチャート及び図５のフローチャートを参照して説明する。なお、図５に示すフローチャートに係るプログラムの実行主体は、ＥＣＵ２４のＣＰＵである。

図４において、縦軸の項目は、上側から順に、エアポンプ３１の要求回転数（エアポンプ要求回転数）Ｎａｐｒｅｑ［ｒｐｍ］、このエアポンプ要求回転数Ｎａｐｒｅｑを満足するためのエアポンプ必要電圧Ｖａｐｄ［Ｖ］、ＦＣ１８の目標電力（ＦＣ目標電力）Ｐｆｃｔａｒ、再掲したエアポンプ必要電圧Ｖａｐｄ［Ｖ］、２次側電圧Ｖ２、ＢＡＴ電圧Ｖｂａｔ、ＦＣ電圧Ｖｆｃ、及びＦＣ直結フラグＦｆｃを示し、各波形は、それぞれの時間変化を示している。ＦＣ直結フラグＦｆｃは、ＢＡＴ２０側の電圧変換装置であるＳＵＤＣ２２の動作状態を示し、ローレベルがＳＵＣ２１の昇圧状態、ハイレベルがＳＵＣ２１の直結状態を示している。

図５のフローチャートのステップＳ１にて、ＥＣＵ２４は、モータ必要電圧Ｖｍｄと、エアポンプ必要電圧Ｖａｐｄを算出する。

モータ必要電圧Ｖｍｄを算出する場合、ＥＣＵ２４は、まず、駆動モータ１４のモータ要求電力Ｐｍｒｅｑ[ｋＷ]を、アクセルペダル操作量θｐと車速Ｖｓ［ｋｍ／ｈ］に応じて、モータ回転数Ｎｍ［ｒｐｍ］に対する必要トルクＴｒｅｑ［Ｎ・ｍ］の特性・マップ（不図示）を参照して算出する。次に、図６に示す特性７２を参照して、モータ要求電力Ｐｍｒｅｑに比例するモータ必要電圧Ｖｍｄを算出する。モータ必要電圧Ｖｍｄは、モータ要求電力Ｐｍｒｅｑを実現するためのインバータ１６の直流端に印加されるＳＵＣ２１又はＳＵＤＣ２２の２次側電圧Ｖ２の最低必要電圧である。

エアポンプ必要電圧Ｖａｐｄは、エアポンプ要求回転数Ｎａｐｒｅｑに基づき算出される。この場合、まず、前記のモータ要求電力Ｐｍｒｅｑ（外部給電の場合には、Ｐｍｒｅｑ＝０）、又は外部給電電力Ｐｅｘｔ及び図示しない空調装置等の補機の要求電力を賄うＦＣ１８の目標発電電力Ｐｆｃｔａｒを算出し、次に、この目標発電電力Ｐｆｃｔａｒを発電するのに必要なＦＣ１８に供給する目標エア流量を発生可能なエアポンプ要求回転数Ｎａｐｒｅｑを算出し、次いで、このエアポンプ要求回転数Ｎａｐｒｅｑに基づきエアポンプ必要電圧Ｖａｐｄを算出する。この場合、水素流量は、基本的には、目標発電電力Ｐｆｃｔａｒに対応して設定され、例えば、水素流量が増加すると水素タンク３７からレギュレータ（不図示）を通じて供給される水素の供給量が増加するように構成されている。

なお、エアポンプ必要電圧Ｖａｐｄは、エアポンプ要求回転数Ｎａｐｒｅｑに基づいて算出（決定）する他に、エアポンプ目標消費電力やエアポンプトルクに基づいて算出（決定）してもよい。

図７は、エアポンプ要求回転数Ｎａｐｒｅｑ［ｒｐｍ］とエアポンプ必要電圧Ｖａｐｄ［Ｖ］との関係を表す特性７４を示している。特性７４は、予め実験乃至シミュレーションにより求められＥＣＵ２４内の記憶装置に記憶されている。

エアポンプ必要電圧Ｖａｐｄが、閾値電圧Ｖａｐｔｈからエアポンプ上限電圧Ｖａｐｍａｘまでの電圧範囲（Ｖａｐｔｈ≦Ｖａｐｄ≦Ｖａｐｍａｘ）に設定されると、エアポンプユニット４０の性能保証範囲とされ、定格範囲（最小回転数Ｎａｐｍｉｎ〜最大回転数Ｎａｐｍａｘの間）でエアポンプ３１を使い切ることができる。エアポンプ必要電圧Ｖａｐｄが、閾値電圧Ｖａｐｔｈからエアポンプ下限電圧Ｖａｐｍｉｎの電圧範囲（Ｖａｐｍｉｎ≦Ｖａｐｄ≦Ｖａｐｔｈ）に設定されると、エアポンプユニット４０の動作保証範囲とされ、特性７４に沿った定格範囲（最小回転数Ｎａｐｍｉｎ〜最大回転数Ｎａｐｍａｘの間の所定回転数）にエアポンプ３１の回転数（エアポンプ回転数Ｎａｐ）が制限（性能が制約）される。

また、エアポンプ必要電圧Ｖａｐｄは、閾値電圧Ｖａｐｔｈ以下の電圧から動作保証最小回転数Ｎａｐｍｉｎに対応するエアポンプ下限電圧Ｖａｐｍｉｎまでの電圧では、動作保証範囲とされエアポンプ３１の性能が制約される。

次いで、ステップＳ２にて、モータ必要電圧Ｖｍｄがエアポンプ必要電圧Ｖａｐｄより大きいか否かが判定される。

モータ必要電圧Ｖｍｄがエアポンプ必要電圧Ｖａｐｄより大きい（Ｖｍｄ＞Ｖａｐｄ、ステップＳ２：ＹＥＳ）場合、走行電力優先のステップＳｒｕｎ（Ｓ３〜Ｓ７）の処理が実行される。

この場合、まず、ステップＳ３にて、モータ必要電圧Ｖｍｄがエアポンプ上限電圧Ｖａｐｍａｘより小さいか否かが判定される。

モータ必要電圧Ｖｍｄがエアポンプ上限電圧Ｖａｐｍａｘより小さい（Ｖｍｄ＜Ｖａｐｍａｘ、ステップＳ３：ＹＥＳ）場合、ステップＳ４にて、２次側電圧Ｖ２をモータ必要電圧Ｖｍｄに設定（Ｖ２＝Ｖｍｄ）する。そして、ステップＳ５にて、ＳＵＣ２１及びＳＵＤＣ２２を共に昇圧状態としてＦＣ電圧Ｖｆｃを２次側電圧Ｖ２＝Ｖｍｄに昇圧すると共に、ＢＡＴ電圧Ｖｂａｔを２次側電圧Ｖ２＝Ｖｍｄに昇圧する。これにより、商品性（ここではドライバビリティ）が確保される。

ステップＳ３にて、モータ必要電圧Ｖｍｄがエアポンプ上限電圧Ｖａｐｍａｘより大きい（Ｖｍｄ≧Ｖａｐｍａｘ、ステップＳ３：ＮＯ）場合、エアポンプユニット４０を保護するために、ステップＳ６にて、２次側電圧Ｖ２をエアポンプ上限電圧Ｖａｐｍａｘに設定（Ｖ２＝Ｖａｐｍａｘ）する。そして、ステップＳ７にて、ＳＵＣ２１及びＳＵＤＣ２２を共に昇圧状態としてＦＣ電圧Ｖｆｃを２次側電圧Ｖ２＝Ｖａｐｄに昇圧すると共に、ＢＡＴ電圧Ｖｂａｔを２次側電圧Ｖ２＝Ｖａｐｄに昇圧する。

このように、モータ必要電圧Ｖｍｄがエアポンプ必要電圧Ｖａｐｄより高い場合（ステップＳ２：ＹＥＳ、Ｖｍｄ＞Ｖａｐｄ）には、エアポンプ駆動電圧Ｖａｐとなる２次側電圧Ｖ２を、ステップＳ４（Ｖ２＝Ｖｍｄ）又はステップＳ６（Ｖ２＝Ｖａｐｍａｘ）のように制御しているので、エアポンプ駆動電圧Ｖａｐが不足してＦＣ１８のＦＣ電力Ｐｆｃが目標発電電力Ｐｆｃｔａｒより低下することを防止できる。

一方、ステップＳ２にて、モータ必要電圧Ｖｍｄがエアポンプ必要電圧Ｖａｐｄより小さいと判定された（Ｖｍｄ≦Ｖａｐｄ、ステップＳ２：ＮＯ）場合、エアポンプユニット４０（エアポンプ３１）の効率を優先した節電処理（エアポンプ効率優先処理）のステップＳｅｃｏ（Ｓ８〜Ｓ１４）が実行される。

この場合、まず、ステップＳ８にて、ＦＣ電圧ＶｆｃとＢＡＴ電圧Ｖｂａｔとエアポンプ必要電圧Ｖａｐｄとの大小関係が判定される。

ステップＳ８の大小判定にて、次の（１）式に示す判定が肯定的となった場合、
Ｖａｐｄ＞Ｖｆｃ 又は Ｖａｐｄ＞Ｖｂａｔ …（１）
ステップＳ９にて、２次側電圧Ｖ２をエアポンプ必要電圧Ｖａｐｄに設定し（Ｖ２＝Ｖａｐｄ）、ステップＳ１０にて、図４の時点ｔ０〜時点ｔ３の期間に示すように、ＳＵＣ２１によりＦＣ電圧Ｖｆｃをエアポンプ必要電圧Ｖａｐｄに昇圧すると共に、ＳＵＤＣ２２によりＢＡＴ電圧Ｖｂａｔをエアポンプ必要電圧Ｖａｐｄまで昇圧する。これによりエアポンプ要求回転数Ｎａｐｒｅｑが確保されると共に、モータ必要電圧Ｖｍｄ（Ｖｍｄ≦Ｖａｐｄ）も確保される。

ステップＳ８にて、次の（２）式に示す判定が肯定的となった場合、
Ｖｆｃ＞Ｖａｐｄ 且つ Ｖｆｃ＞Ｖｂａｔ …（２）
ステップＳ１１にて、２次側電圧Ｖ２をＦＣ電圧Ｖｆｃに設定し（Ｖ２＝Ｖｆｃ）、ＳＵＣ２１の直結フラグＦｆｃを、昇圧を意味するローレベルから直結を意味するハイレベルに設定し、ステップＳ１２にて、図４の時点ｔ３〜時点ｔ４の期間に示すように、スイッチング素子２１ｂをオフ状態にすることで、ＳＵＣ２１を直結状態にし、２次側電圧Ｖ２をＦＣ電圧Ｖｆｃにする。この場合、ＳＵＤＣ２２によりＢＡＴ電圧Ｖｂａｔをエアポンプ必要電圧Ｖａｐｄ、すなわちＦＣ電圧Ｖｆｃまで昇圧する。これにより、この場合にも、エアポンプ要求回転数Ｎａｐｒｅｑが確保されると共に、モータ必要電圧Ｖｍｄが確保される。しかも、ＳＵＣ２１が直結状態となっているのでＳＵＣ２１のスイッチング損失がゼロ値となりシステム効率が向上する。

ステップＳ８にて、次の（３）式に示す判定が肯定的となった場合、
Ｖｂａｔ＞Ｖａｐｄ 且つ Ｖｂａｔ＞Ｖｆｃ …（３）
ステップＳ１３にて、２次側電圧Ｖ２をＢＡＴ電圧Ｖｂａｔに設定し（Ｖ２＝Ｖｂａｔ）、ＳＵＤＣ２２の図示しない直結フラグＦｂａｔを、昇圧を意味するローレベルから直結を意味するハイレベルに設定し、ステップＳ１４にて、スイッチング素子２２ｂ、２２ｄをオフ状態にすることで、ＳＵＤＣ２２を直結状態にし、２次側電圧Ｖ２をＢＡＴ電圧Ｖｂａｔにする。この場合、ＳＵＣ２１によりＦＣ電圧Ｖｆｃをエアポンプ必要電圧Ｖａｐｄ、すなわちＢＡＴ電圧Ｖｂａｔまで昇圧する。これにより、この場合にも、エアポンプ要求回転数Ｎａｐｒｅｑが確保されると共に、モータ必要電圧Ｖｍｄも確保される。しかも、ＳＵＤＣ２２が直結状態となっているのでＳＵＤＣ２２のスイッチング損失がゼロ値となりシステム効率が向上する。

［変形例１］
上述した図５のフローチャートは、図８のフローチャートに代替してもよい。この変形例１では、図５のフローチャート中のステップＳ２の判定を、図８のフローチャートのステップＳ２ａの判定に変更している。

すなわち、ステップＳ２ａでは、モータ要求電力Ｐｍｒｅｑが低負荷と判定できる低負荷電力閾値Ｐｌｔｈより小さいか否かを判定し、小さい場合（ステップＳ２ａ：ＹＥＳ、Ｐｍｒｅｑ＜Ｐｌｔｈ）には、上述した節電優先処理のステップＳｅｃｏ（ステップＳ８〜ステップＳ１４）のエアポンプ３１（エアポンプユニット４０）の効率を優先した処理を行う。

大きい場合（ステップＳ２ａ：ＮＯ、Ｐｍｒｅｑ≧Ｐｌｔｈ）には、上述した走行電力優先処理のステップＳｒｕｎ（ステップＳ３〜ステップＳ７）のモータ駆動を優先させた処理を行う。

ここで、低負荷電力閾値Ｐｌｔｈは、例えば、駆動モータ１４が回生中であるか否かを判定する０［ｋＷ］（Ｐｌｔｈ＝０［ｋＷ］）、又は１〜１０［ｋＷ］程度の値に設定する。

［変形例２］
上述した図５のフローチャートは、図９のフローチャートに代替してもよい。この変形例２では、図５のフローチャート中のステップＳ２の判定を、図９のフローチャートのステップＳ２ｂの判定に変更している。

すなわち、ステップＳ２ｂでは、負荷３０の平均効率Ｈｍｍｅａｎが、エアポンプユニット４０の平均効率Ｈａｐｍｅａｎより小さいか否かを判定し、小さい場合（ステップＳ２ｂ：ＹＥＳ、Ｈｍｍｅａｎ＜Ｈａｐｍｅａｎ）には、上述した節電優先処理のステップＳｅｃｏ（ステップＳ８〜ステップＳ１４）のエアポンプ３１（エアポンプユニット４０）の効率を優先した処理を行う。

大きい場合（ステップＳ２ｂ：ＮＯ、Ｈｍｍｅａｎ≧Ｈａｐｍｅａｎ）には、上述した走行電力優先処理のステップＳｒｕｎ（ステップＳ３〜ステップＳ７）のモータ駆動を優先させた処理を行う。

ここで、負荷３０の平均効率Ｈｍｍｅａｎ、及びエアポンプユニット４０の平均効率Ｈａｐｍｅａｎは、日本のＪＣ０８モード走行や、米国等で採用されているＬＡ＃４モード走行等を行った場合の負荷３０の効率（負荷３０への供給電力に対する負荷３０の実際の消費電力の比）の平均値（又は移動平均値）及びエアポンプユニット４０の効率（エアポンプユニット４０への供給電力に対するエアポンプユニット４０の実際の消費電力の比）の平均値（又は移動平均）を予め求めておき、モード走行中にステップＳ２ｂの比較処理を行えばよい。

なお、この変形例２では、エアポンプユニット４０の電力と図示しない空調装置の電力を併せた高圧補機の平均効率（これもＨｍｍｅａｎ）と負荷３０の負荷平均効率Ｈｍｍｅａｎを比較するようにしてもよい。

［変形例３］
上述した図５のフローチャートは、図１０のフローチャートに代替してもよい。この変形例３では、図５のフローチャート中のステップＳ２の判定を、図１０のフローチャートのステップＳ２ｃの判定に変更している。

すなわち、ステップＳ２ｃでは、車両１０が外部給電中であるか走行中であるかを判定し、走行中である場合（ステップＳ２ｃ：走行中）には、上述した走行電力優先処理のステップＳｒｕｎ（ステップＳ３〜ステップＳ７）のモータ駆動を優先させた処理を行う。

その一方、スイッチ３３がオン状態とされた外部給電中である場合（ステップＳ２ｃ：外部給電中）には、上述した節電優先処理のステップＳｅｃｏ（ステップＳ８〜ステップＳ１４）に対応する図１１に示す外部給電中の節電優先処理のステップＳｅｃｏ´（ステップＳ８、Ｓ９、Ｓ１０´、Ｓ１１、Ｓ１２´、Ｓ１３、Ｓ１４´）のエアポンプ３１（エアポンプユニット４０）の効率（駆動）を優先した処理を行う。

ステップＳ８の大小判定にて、上記（１）式に示した判定が肯定的（Ｖａｐｄ＞Ｖｆｃ 又は Ｖａｐｄ＞Ｖｂａｔ）となった場合、ステップＳ９にて、２次側電圧Ｖ２をエアポンプ必要電圧Ｖａｐｄに設定し（Ｖ２＝Ｖａｐｄ）、ステップＳ１０´にて、ＳＵＣ２１によりＦＣ電圧Ｖｆｃをエアポンプ必要電圧Ｖａｐｄに昇圧すると共に、ＳＵＤＣ２２にてエアポンプ必要電圧ＶａｐｄをＢＡＴ電圧Ｖｂａｔまで降圧する。これにより外部負荷３５にはＦＣ電力ＰｆｃがＳＵＣ２１、ＳＵＤＣ２２及び外部給電Ｉ／Ｆ３２を通じて供給されＢＡＴ２０からの電流（電力）の出力（供給）をゼロ値にすることができる。この場合、ＢＡＴ電圧Ｖｂａｔは、開放回路電圧（Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ、ＯＣＶ電圧）になるので、ＢＡＴ２０の充放電損失もゼロ値になる。

ステップＳ８にて、上記（２）式に示した判定が肯定的（Ｖｆｃ＞Ｖａｐｄ 且つ Ｖｆｃ＞Ｖｂａｔ）となった場合、ステップＳ１１にて、２次側電圧Ｖ２をＦＣ電圧Ｖｆｃに設定し（Ｖ２＝Ｖｆｃ）、ステップＳ１２´にて、ＳＵＣ２１を直結させると共に、ＳＵＤＣ２２にてＦＣ電圧ＶｆｃをＢＡＴ電圧Ｖｂａｔまで降圧する。これにより外部負荷３５にはＦＣ電力Ｐｆｃが直結状態のＳＵＣ２１及びＳＵＤＣ２２を通じて供給され、この場合にも、ＢＡＴ２０からの電流（電力）の出力（供給）をゼロ値にすることができる。

ステップＳ８にて、上記（３）式に示した判定が肯定的（Ｖｂａｔ＞Ｖａｐｄ 且つ Ｖｂａｔ＞Ｖｆｃ）となった場合、ステップＳ１３にて、２次側電圧Ｖ２をＢＡＴ電圧Ｖｂａｔに設定し（Ｖ２＝Ｖｂａｔ）、ステップＳ１４´にて、ＳＵＣ２１にてＦＣ電圧ＶｆｃをＢＡＴ電圧Ｖｂａｔまで昇圧すると共に、ＳＵＤＣ２２を直結状態（スイッチング素子２２ｂをオフ状態、スイッチング素子２２ｄをオン状態）にする。これにより外部負荷３５にはＦＣ電力ＰｆｃがＳＵＣ２１及び直結状態のＳＵＤＣ２２を通じて供給されＢＡＴ２０からの電流（電力）の出力（供給）をゼロ値にすることができる。

［実施形態のまとめ及びさらなる変形例］
以上説明したように、上述した実施形態は、ＳＵＣ２１とＳＵＤＣ２２の２つの電圧変換装置を有し、エアポンプ３１が、ＳＵＤＣ２２の２次側２ｓに配置されているＦＣシステム１２のエネルギマネジメント制御に関するものである。エアポンプ３１を備えるエアポンプユニット４０を２次側２ｓに配置した場合、エアポンプ駆動電圧Ｖａｐとモータ駆動電圧Ｖｍの電圧が等しくなる。そこで、モータ必要電圧Ｖｍｄを設定する際に、エアポンプ必要電圧Ｖａｐｄを考慮して設定している。これにより、エアポンプ必要電圧Ｖａｐｄが確保でき、動力性能が不足する事態が発生することがない。

より詳しく説明すると、上述した実施形態に係るＦＣシステム１２は、酸化剤ガスと水素を反応させて発電しＦＣ電圧Ｖｆｃを出力するＦＣ１８と、ＢＡＴ電圧Ｖｂａｔを出力するＢＡＴ２０と、インバータ１６とインバータ１６を通じて駆動される駆動モータ１４とからなる負荷３０と、ＦＣ１８のＦＣ電圧Ｖｆｃを電圧変換（昇圧）し２次側電圧Ｖ２としてインバータ１６の直流端側に印加する第１電圧変換装置としてのＳＵＣ２１と、ＢＡＴ２０のＢＡＴ電圧Ｖｂａｔを電圧変換（昇圧）し２次側電圧Ｖ２としてインバータ１６の直流端側に印加する第２電圧変換装置としてのＳＵＤＣ２２と、エアポンプインバータ２３及びエアポンプモータ２９を通じて駆動されるエアポンプ３１と、を有し、エアポンプ３１は、２次側電圧Ｖ２が印加されるエアポンプインバータ２３及びエアポンプモータ２９を通じて駆動されると、前記酸化剤ガスとしての空気をＦＣ１８に供給（圧送）するＦＣシステム１２である。

このＦＣシステム１２の制御方法は、ＦＣ１８の目標発電電力Ｐｆｃｔａｒに応じてエアポンプインバータ２３に印加が必要なエアポンプ必要電圧Ｖａｐｄを設定するエアポンプ必要電圧設定工程（ステップＳ１）と、エアポンプ必要電圧Ｖａｐｄを満足するように、ＳＵＣ２１及びＳＵＤＣ２２の２次側電圧Ｖ２を設定する電圧変換装置電圧設定工程（ステップＳ５、Ｓ７、Ｓ９、Ｓ１０、Ｓ１０´、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１２´、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１４´）と、を備える。

この実施形態によれば、エアポンプ必要電圧Ｖａｐｄを満足するように、ＳＵＣ２１及びＳＵＤＣ２２の２次側電圧Ｖ２を設定するので、エアポンプ駆動電圧Ｖａｐが不足してＦＣ１８のＦＣ電力Ｐｆｃが目標発電電力Ｐｆｃｔａｒよりも低下してしまうことが防止される。また、駆動モータ１４が低負荷状態である場合には、エアポンプ必要電圧Ｖａｐｄが２次側電圧Ｖ２に設定されるので、システム効率を向上させることができる。

この場合、駆動モータ１４の駆動要求に応じてモータ必要電圧Ｖｍｄを設定するモータ必要電圧設定工程（ステップＳ１）と、モータ必要電圧Ｖｍｄとエアポンプ必要電圧Ｖａｐｄとを比較する電圧比較工程（ステップＳ２）と、をさらに有し、電圧変換装置電圧設定工程では、モータ必要電圧Ｖｍｄがエアポンプ必要電圧Ｖａｐｄより高い電圧である場合には、モータ必要電圧ＶｍｄをＳＵＣ２１及びＳＵＤＣ２２の２次側電圧Ｖ２に設定し（ステップＳ４）、エアポンプ必要電圧Ｖａｐｄがモータ必要電圧Ｖｍｄより高い電圧である場合には、ＦＣ電圧Ｖｆｃ、ＢＡＴ電圧Ｖｂａｔ、及びエアポンプ必要電圧Ｖａｐｄのうち、最も高い電圧をＳＵＣ２１及びＳＵＤＣ２２の２次側電圧Ｖ２に設定する（ステップＳ９、Ｓ１１、Ｓ１３）。

このように、簡便な方法でエアポンプ必要電圧Ｖａｐｄを確保することができる。

ここで、ＦＣシステム１２から外部に給電を行う外部給電の有無を判定する外部給電有無判定工程（ステップＳ２ｃ）をさらに有し、前記外部給電が行われると判定された場合に、外部給電電力Ｐｅｘｔに応じたＦＣ電力Ｐｆｃを発電可能なエアポンプ回転数Ｎａｐを設定するエアポンプ回転数設定工程（ステップＳ１、ステップＳｅｃｏ´）と、設定されたエアポンプ回転数Ｎａｐに基づいて、エアポンプ必要電圧Ｖａｐｄを算出するエアポンプ効率要求電圧算出工程と、ＢＡＴ電圧Ｖｂａｔ、ＦＣ電圧Ｖｆｃ、及びエアポンプ必要電圧Ｖａｐｄのうち、最も高い電圧を２次側電圧Ｖ２に設定し、ＢＡＴ２０の電力収支（充放電）がゼロ値となるように、ＳＵＣ２１及びＳＵＤＣ２２の昇降圧状態及び直結状態を選択する電圧変換装置制御工程を設けるようにしてもよい。

このように、駆動モータ１４の駆動が不要な外部給電時にエアポンプ必要電圧ＶａｐｄをＳＵＣ２１及びＳＵＤＣ２２の２次側電圧Ｖ２に設定するようにしたので、ＦＣ電力Ｐｆｃにより効率のよい外部給電を行うことができる。

また、この発明は、図１２Ａに示す上記した実施形態に係るＦＣシステム１２を有するＦＣ自動車１０に適用することに限らず、この明細書の記載内容に基づき、例えば、図１２Ｂの概念図に示すように、ＳＵＣ２１を省略したＦＣシステム１２Ａを有するＦＣ自動車１０Ａに適用する等、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０、１０Ａ…燃料電池自動車（ＦＣ自動車）
１２、１２Ａ…燃料電池システム（ＦＣシステム）
１４…駆動モータ １６…インバータ（ＩＮＶ）
１８…燃料電池（ＦＣ） ２０…蓄電装置、高電圧バッテリ（ＢＡＴ）
２１…昇圧コンバータ（昇圧器、電圧変換装置、ＳＵＣ）
２２…昇降圧コンバータ（昇降圧器、電圧変換装置、ＳＵＤＣ）
２３…エアポンプインバータ ２４…ＥＣＵ
３１…エアポンプ ３２…外部給電Ｉ／Ｆ
３３…外部給電スイッチ ３４…外部給電器
４０…エアポンプユニット

Claims (5)

1. 酸化剤ガスと燃料ガスとを反応させて発電し燃料電池電圧を出力する燃料電池と、
   蓄電装置電圧を出力する蓄電装置と、
   モータ駆動部を通じて駆動されるモータと、
   １次側電圧としての前記蓄電装置電圧と、前記モータ駆動部に印加される２次側電圧としてのモータ駆動電圧との間で電圧変換を行う電圧変換装置と、
   エアポンプ駆動部を通じて駆動されるエアポンプと、を有し、
   前記エアポンプは、前記２次側電圧が印加される前記エアポンプ駆動部を通じて駆動されると、前記酸化剤ガスを前記燃料電池に供給する燃料電池システムの制御方法であって、
   前記燃料電池の目標発電電力に応じて前記エアポンプ駆動部に印加が必要なエアポンプ必要電圧を設定するエアポンプ必要電圧設定工程と、
   前記エアポンプ必要電圧を満足するように、前記電圧変換装置の前記２次側電圧を設定する電圧変換装置電圧設定工程と、
   を備えることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
2. 請求項１に記載の燃料電池システムの制御方法において、
   前記モータの駆動要求に応じてモータ必要電圧を設定するモータ必要電圧設定工程と、
   前記モータ必要電圧と前記エアポンプ必要電圧とを比較する電圧比較工程と、をさらに有し、
   前記電圧変換装置電圧設定工程では、
   前記モータ必要電圧が前記エアポンプ必要電圧より高い電圧である場合には、前記モータ必要電圧を前記電圧変換装置の前記２次側電圧に設定し、
   前記モータ必要電圧が前記エアポンプ必要電圧より低い電圧である場合には、エアポンプ必要電圧を満足する範囲で、前記燃料電池電圧、前記蓄電装置電圧、及び前記エアポンプ必要電圧のうち、最も高い電圧を前記電圧変換装置の前記２次側電圧に設定する
   ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
3. 請求項１又は２に記載の燃料電池システムの制御方法において、
   前記燃料電池システムは、前記燃料電池電圧と前記２次側電圧との間で、昇圧状態又は直結状態に切り替えられる他の電圧変換装置をさらに備え、
   前記制御方法は、前記燃料電池システムから外部に給電を行う外部給電の有無を判定する外部給電有無判定工程をさらに有し、前記外部給電が行われると判定された場合に、
   外部給電電力に応じた前記燃料電池の発電電力を発電可能なエアポンプ必要電圧を算出するエアポンプ必要電圧算出工程と、をさらに有し、
   前記電圧変換装置電圧設定工程では、
   前記蓄電装置電圧と前記燃料電池電圧と前記エアポンプ必要電圧とのうち、最も高い電圧を前記２次側電圧に設定する
   ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
4. 請求項３に記載の燃料電池システムの制御方法において、
   電圧変換装置制御工程をさらに有し、
   前記電圧変換装置制御工程では、
   前記蓄電装置の電力収支がゼロ値となるように、前記電圧変換装置及び前記他の電圧変換装置の昇降圧状態と直結状態を制御する
   ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池システムの制御方法を実施する燃料電池自動車。

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