JP2017157270A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】駆動モータの回生制御によって発生する過渡的に変化し得る電力を、応答性良く消費する燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池システムは、燃料電池と；電力を消費可能な補機と；所定の容量まで電力を充電可能な二次電池と；回生制御が可能な駆動モータと；前記回生制御によって発生した電力の全てを前記二次電池に充電できない場合に、前記二次電池に充電できない余剰電力の少なくとも一部を前記補機に分配する制御部と、を備え；前記制御部は、前記余剰電力から前記補機に分配した電力を差し引いた余剰電力差がある場合には、前記回生制御の効率を下げる又は前記補機の駆動効率を下げる。【選択図】図５

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

特許文献１には、燃料電池（ＦＣ）および二次電池を備える燃料電池システムにおいて、駆動モータの回生制御によって得られた回生エネルギーの少なくとも一部を二次電池に充電できない場合に、充電できないエネルギーを補機であるヒータによって消費する技術が記載されている。

特開２００９−１８１９４８号公報 特開２０１３−４５５８１号公報 特開２０１３−９９０８１号公報 特開２００２−２０３５８３号公報 特開２００７−１５１３３６号公報 特開２０１０−２４６２６３号公報

ヒータによって二次電池に充電できないエネルギーを消費すると、過渡的に変化する回生エネルギーの変化に対して、エネルギーの消費の応答性が悪い場合がある。この場合に、二次電池が充電可能な容量を超えた電力が二次電池に入ってしまうと、二次電池が劣化してしまうおそれがある。そのため、過渡的に変化し得る回生エネルギーを、応答性良く消費したいという課題があった。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。この形態の燃料電池システムは、燃料電池と；電力を消費可能な補機と；所定の容量まで電力を充電可能な二次電池と；回生制御が可能な駆動モータと；前記回生制御によって発生した電力の全てを前記二次電池に充電できない場合に、前記二次電池に充電できない余剰電力の少なくとも一部を前記補機に分配する制御部と、を備え；前記制御部は、前記余剰電力から前記補機に分配した電力を差し引いた余剰電力差がある場合には、前記回生制御の効率を下げる又は前記補機の駆動効率を下げる。駆動モータの回生制御の効率または補機の駆動効率を応答性良く下げることができる。そのため、過渡的に余剰電力が発生した場合でも電力の消費を応答性良く実施できる。これにより、二次電池が充電可能な容量を超えた電力を二次電池に充電しなくても済むため、二次電池の劣化を抑制できる。

本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、燃料電池システム、燃料電池システムを搭載した車両、燃料電池システムの制御方法、燃料電池システムの制御方法を実現させるためのコンピュータープログラム、そのコンピュータープログラムを記録した記録媒体等の形態で実現できる。

本実施形態における燃料電池システムおよび周辺装置の概略図である。 目標トルクと、電流値および電流進角との対応関係を表す説明図である。 電流振幅についてのモータ電流指令値マップの概略図である。 電流進角についてのモータ電流指令値マップの概略図である。 電流指令値決定処理のフローチャートである。 時間変化に伴う各種電力の推移の一例を表す説明図である。 第２実施形態の電流指令値決定処理のフローチャートである。

Ａ．第１実施形態：
Ａ−１．燃料電池システムの構成：
図１は、本実施形態における燃料電池システム１００および周辺装置の概略図である。燃料電池システム１００は、燃料電池車の駆動源として搭載されるシステムの一例である。燃料電池システム１００は、制御部１０と、記憶部１５と、燃料電池２０（ＦＣ２０）と、二次電池３０と、駆動モータ４０と、補機５０と、を備える。燃料電池２０は、反応ガスであるアノードガスとしての水素、および、カソードガスとしての空気の供給を受けて発電する固体高分子型燃料電池である。燃料電池２０は、直列に積層配列された、単セルとも呼ばれる複数の発電体を備えている。各単セルは、固体高分子で形成される良好なプロトン伝導性を示す電解質膜と、電解質膜の一方の面に配置されているカソードと、電解質膜の他方の面に配置されるアノードと、を有する膜電極接合体（ＭＥＡ）を含んでいる。電解質膜は、例えば、フッ素系のイオン交換樹脂によって構成される。カソードおよびアノードは、ガス拡散性と導電性とを有する触媒電極層であり、電気化学反応を進行する触媒金属と、プロトン伝導性を有する高分子電解質とを含んでいる。触媒電極層は、例えば、白金担持カーボンと電解質膜と同じ又は類似の高分子電解質とを溶媒に分散させた触媒インクの乾燥塗膜として形成される。ＭＥＡの両側にはそれぞれの反応ガスを導くためのガス流路が形成されている。

二次電池３０は、電力を蓄電可能なバッテリである。本実施形態では、二次電池３０として、リチウムイオン電池を用いている。二次電池３０は、燃料電池２０の発電によって発生した電力および後述する駆動モータ４０の回生制御によって得られた電力を蓄えることができる。なお、以降では、駆動モータ４０の回生制御によって得られた電力を回生電力とも言う。二次電池３０に蓄えられた電力は、駆動モータ４０の駆動や補機の駆動によって消費される。駆動モータ４０は、燃料電池２０または二次電池３０から供給された電力によって作動する。燃料電池車は、駆動モータ４０の作動によって得られた動力によって走行する。制御部１０は、燃料電池車の減速時に、駆動モータ４０を回生制御することで、回生電力を発生させる。回生電力は、二次電池３０に蓄えられたり、補機５０の作動に用いられる。なお、回生電力の分配の詳細については、後述する。

補機５０は、燃料電池２０を発電させるために作動する複数の装置である。補機５０は、二次電池３０から供給された電力によって作動する。補機５０は、水素ポンプ５１（ＨＰ５１）と、エアコンプレッサ５２（ＡＣＰ５２）と、ウォーターポンプ５３（ＷＰ５３）と、ヒータ５４と、を備える。水素ポンプ５１は、水素タンク（図示しない）から燃料電池２０のアノードに供給される水素ガスを循環させる。エアコンプレッサ５２は、燃料電池車の車外の空気を酸化ガスとして燃料電池２０へと送る。ウォーターポンプ５３は、燃料電池２０を冷却する冷却水を循環させる。水素ポンプ５１とウォーターポンプ５３とエアコンプレッサ５２とのそれぞれは、モータを有しており、当該モータが供給された電力によって作動する。ヒータ５４は、燃料電池２０を暖める。燃料電池２０には、発電効率の良い温度が予め設定されており、ウォーターポンプ５３およびヒータ５４によって、燃料電池２０の温度が調整される。

図１には、燃料電池システム１００の周辺装置として、アクセルペダル６０と、車速センサ７０と、ブレーキペダル８０とが示されている。アクセルペダル６０は、踏込み量に応じた要求出力を制御部１０に送信する。ブレーキペダル８０も、アクセルペダル６０と同じように、踏込み量に応じた減速の要求出力を制御部１０に送信する。車速センサ７０は、駆動モータ４０の軸に接続されたギヤの回転数を取得することで、燃料電池車の速度を検出する。換言すると、車速センサ７０は、駆動モータ４０の軸の角速度を検出できる。要求出力および燃料電池車の速度は、制御部１０に制御信号として送信される。制御部１０は、減速の要求出力および駆動モータ４０の軸の角速度を用いて、後述する駆動モータ４０を回生制御するためのモータ動作点を決定する。

制御部１０は、燃料電池システム１００の各種装置を制御する。制御部１０は、ＣＰＵと、ＲＯＭと、ＲＡＭとを有している。制御部１０のＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された各種プログラムを、ＲＡＭに展開することで、実行する。制御部１０は、アクセルペダル６０の出力要求に応じて、駆動モータ４０の出力値を決定し、出力値に必要な電力を、燃料電池２０または二次電池３０から駆動モータ４０へと供給させる。制御部１０は、駆動モータ４０の出力値に基づいて、燃料電池２０が発電する電力を決定して、補機５０のそれぞれへと供給する電力を決定し、二次電池３０から補機５０のそれぞれへと決定した電力を供給させる。また、制御部１０は、ブレーキペダル８０の減速の出力要求に応じて、駆動モータ４０の回生制御を実行する。制御部１０は、燃料電池２０と二次電池３０と駆動モータ４０と補機５０との間で電力を分配する。

記憶部１５は、後述するモータ電流指令値マップを記憶している。本実施形態では、制御部１０は、モータ電流指令値マップを用いて、回生電力の分配を決定する。

Ａ−２．モータ電流指令値マップ：
制御部１０は、駆動モータ４０の回生制御を実行する際に、駆動モータ４０を制動させるための目標トルクＴｒｅｑに対応する電流値を、モータ電流指令値マップを用いて決定する。図２は、目標トルクＴｒｅｑと、電流値および電流進角との対応関係を表す説明図である。図２には、横軸に電流進角β（ラジアン（ｒａｄ））、縦軸に駆動モータ４０を制動させるためのモータトルク（Ｎｍ）とした場合に、６つの電流値Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４，Ｉ５，Ｉ６の電流振幅の変化が示されている。図２に示すように、同じ電流値であっても、電流進角βが異なれば、駆動モータ４０のモータトルクが変化する。例えば、電流値Ｉ３の場合、電流進角β３のときに目標トルクＴｒｅｑを出力でき、このときのモータトルクが最大トルクである。電流値Ｉ４の場合、電流進角β４のときに目標トルクＴｒｅｑを出力でき、一方で、電流進角β３のときには目標トルクＴｒｅｑよりも大きなモータトルクを出力する。同じように、電流値Ｉ５の場合には、電流進角β５のときに目標トルクＴｒｅｑを出力でき、電流値Ｉ６の場合には、電流進角β６のときに目標トルクＴｒｅｑを出力できる。一方で、電流値Ｉ１，Ｉ２では、電流進角がいくつであっても、目標トルクＴｒｅｑを出力できない。制御部１０は、駆動モータ４０を回生制御する際に、電流振幅が最大となるときのモータトルクが目標トルクＴｒｅｑとなる電流値を選択すると（図６の場合の電流値Ｉ３）、駆動モータ４０における電力損失が最も小さくなり、最も効率良く回生電力を発生させることができる。換言すると、制御部１０は、同じモータ動作点であっても、電流値および電流進角を変化させて駆動モータ４０の回生制御の効率を変化させることで、回生制御によって得られる回生電力の量を制御できる。

図３は、電流振幅についてのモータ電流指令値マップの概略図である。図４は、電流進角についてのモータ電流指令値マップの概略図である。図３および図４に示すモータ電流指令値マップは、記憶部１５に記憶された電流指令値Ｉ_ｎに対応する電流振幅Ｉ_{ｒｅｆ＿ｉ}と電流進角β_ｉとの組み合わせを表している。図３および図４では、横軸に駆動モータ４０の角速度ω_ＭＧ、縦軸に駆動モータ４０の制動トルクＴ_ＭＧとした場合に、図３では、同じ電流振幅Ｉ_{ｒｅｆ＿ｉ}を表す等高線が示されており、図４では、同じ電流進角β_ｉを表す等高線が示されている。制御部１０は、図３および図４に示すモータ電流指令値マップを元に、１つのモータ動作点に対応する複数の電流指令値Ｉ_ｎを決定できる。なお、本実施形態では、記憶部１５に、１つのモータ動作点に対応する複数の電流指令値Ｉ_ｎを、駆動モータ４０によって発生する回生電力の量が大きい順に電流指令値Ｉ_０，Ｉ_１，Ｉ_２，・・・と設定された電流指令値が記憶されている。換言すると、電流指令値Ｉ_ｎの添え字「ｎ」が大きくなるほど、駆動モータ４０における電力損失が大きくなる。

Ａ−３．電流指令値決定処理：
図５は、電流指令値決定処理のフローチャートである。電流指令値決定処理は、走行中の燃料電池車に減速要求があった場合に実行される。減速要求があると、制御部１０は、二次電池３０に充電可能な電力と補機５０で消費可能な電力との合計が、減速によって発生する駆動モータ４０の回生電力を上回る場合に、駆動モータ４０における電力損失が大きくなるように、電流指令値Ｉ_ｎを決定する処理である。

電流指令値決定処理では、初めに、制御部１０は、減速要求に応じてモータ動作点を決定する（ステップＳ１１）。制御部１０は、ブレーキペダル８０の踏込み量に応じた要求出力としての制動トルクＴ_ＭＧを決定する。車速センサ７０によって検出された燃料電池車の速度を用いて、駆動モータ４０の角速度ω_ＭＧを決定する。これにより、制御部１０は、モータ動作点として必要な制動トルクＴ_ＭＧと角速度ω_ＭＧとを決定できる。

制御部１０は、モータ動作点を決定すると、駆動モータ４０における電力損失が最も小さい電流指令値Ｉ_０を決定し、電流指令値Ｉ_０の場合の駆動モータ４０における電力損失であるモータ損失Ｌｏｓｓ（Ｉ_０）を決定する（ステップＳ１３）。制御部１０は、決定したモータ損失Ｌｏｓｓ（Ｉ_０）を用いて、電流指令値Ｉ_０の場合の回生電力として得られるモータ発電量Ｐｏｗ_{ＤＥＣ＿０}を決定する（ステップＳ１５）。モータ発電量Ｐｏｗ_{ＤＥＣ＿０}は、式（１）のように導かれる。

なお、以降では、二次電池３０から放出される電力を正と定義し、二次電池３０に入ってくる電力を負と定義する。

制御部１０は、二次電池３０に充電可能な充電可能電力Ｗ_ＩＮがモータ発電量Ｐｏｗ_{ＤＥＣ＿ｉ}よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１７）。現段階では、モータ発電量Ｐｏｗ_{ＤＥＣ＿ｉ}の添え字は、「０」であり、制御部１０は、充電可能電力Ｗ_ＩＮが電流指令値Ｉ_０の場合のモータ発電量Ｐｏｗ_{ＤＥＣ＿０}よりも大きいか否かを判定する。制御部１０は、充電可能電力Ｗ_ＩＮがモータ発電量Ｐｏｗ_{ＤＥＣ＿０}よりも大きくないと判定した場合には（ステップＳ１７：ＮＯ）、モータ発電量Ｐｏｗ_{ＤＥＣ＿０}から充電可能電力Ｗ_ＩＮを差し引いた仮定補機消費電力Ｐｏｗ_ＡＵＸを算出する（ステップＳ１９）。仮定補機消費電力Ｐｏｗ_ＡＵＸとは、式（２）で示すように、補機５０で消費したいモータ発電量Ｐｏｗ_{ＤＥＣ＿０}から充電可能電力Ｗ_ＩＮを差し引いた電力であり、実際に補機５０で消費される電力とは異なる。

なお、充電可能電力Ｗ_ＩＮがモータ発電量Ｐｏｗ_{ＤＥＣ＿０}よりも大きくないとは、電力の絶対値で考えると、二次電池３０に充電可能な電力を超えた電力が二次電池３０に入ってくるおそれがある状態を表す。

制御部１０は、燃料電池２０の出力に基づいて、補機５０のそれぞれが消費する電力を決定して、補機５０のそれぞれに電力を分配する（ステップＳ２１）。制御部１０は、補機５０で実際に消費される補機消費電力Ｐｏｗ_{ＡＵＸ＿ｒｅａｌ}を算出する（ステップＳ２３）。制御部１０は、補機５０で実際に消費される補機消費電力Ｐｏｗ_{ＡＵＸ＿ｒｅａｌ}として、式（３）に示すように、水素ポンプ５１の消費電力Ｐｏｗ_ＨＰと、エアコンプレッサ５２の消費電力Ｐｏｗ_ＡＣＰと、ウォーターポンプ５３の消費電力Ｐｏｗ_ＷＰと、ヒータ５４の消費電力Ｐｏｗ_Ｈｅａｔと、を足し合わせて算出する。

制御部１０は、充電可能電力Ｗ_ＩＮと補機５０の合計の補機消費電力Ｐｏｗ_{ＡＵＸ＿ｒｅａｌ}との和がモータ発電量Ｐｏｗ_{ＤＥＣ＿ｉ}よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２５）。制御部１０は、充電可能電力Ｗ_ＩＮと補機５０の合計の補機消費電力Ｐｏｗ_{ＡＵＸ＿ｒｅａｌ}との和がモータ発電量Ｐｏｗ_{ＤＥＣ＿ｉ}よりも大きくないと判定した場合に（ステップＳ２５：ＮＯ）、新たなｉとして、今までのｉに１を加えた電流指令値Ｉ_ｉおよび新たな電流指令値Ｉ_ｉのモータ損失Ｌｏｓｓ（Ｉ_ｉ）を決定する（ステップＳ２７）。換言すると、制御部１０は、駆動モータ４０における電力損失がより大きくなる電流指令値Ｉ_ｉに変更する。制御部１０は、新たなｉとして、現在の０に１を加えた電流指令値Ｉ_１および新たな電流指令値Ｉ_１のモータ損失Ｌｏｓｓ（Ｉ_１）を決定し、ステップＳ１７以降の処理を繰り返す。

ステップＳ１７の処理において、制御部１０は、充電可能電力Ｗ_ＩＮがモータ発電量Ｐｏｗ_{ＤＥＣ＿ｉ}よりも大きいと判定した場合には（ステップＳ１７：ＹＥＳ）、仮定補機消費電力Ｐｏｗ_ＡＵＸをゼロとして決定し、電流指令値決定処理を終了する。すなわち、補機５０に消費される電力は、回生電力ではなく、二次電池３０から供給される電力である。同じように、ステップＳ２５の処理において、制御部１０は、充電可能電力Ｗ_ＩＮと補機５０の合計の補機消費電力Ｐｏｗ_{ＡＵＸ＿ｒｅａｌ}との和がモータ発電量Ｐｏｗ_{ＤＥＣ＿ｉ}よりも大きいと判定した場合に（ステップＳ２５：ＹＥＳ）、電流指令値決定処理を終了する。制御部１０は、電流指令値決定処理において決定した電流指令値Ｉｉによって回生電力を発生させ、充電可能電力Ｗ_ＩＮよりも少ない回生電力の一部を燃料電池２０に充電させる。なお、電流指令値決定処理において、充電可能電力Ｗ_ＩＮがモータ発電量Ｐｏｗ_{ＤＥＣ＿ｉ}よりも大きいこと、および、充電可能電力Ｗ_ＩＮと補機５０の合計の補機消費電力Ｐｏｗ_{ＡＵＸ＿ｒｅａｌ}との和がモータ発電量Ｐｏｗ_{ＤＥＣ＿ｉ}よりも大きいことは、二次電池３０に充電可能な電力を超えた電力が、二次電池３０に入ってこない状態を表す。

制御部１０は、電流指令値決定処理において、ステップＳ１７以降の処理を繰り返すことで、二次電池３０の容量を超えた電力が二次電池３０に入り込みそうな場合に、電流指令値Ｉ_ｉの添え字「ｉ」が大きくなることで、駆動モータ４０における損失電力が大きくなり、モータ発電量Ｐｏｗ_{ＤＥＣ＿ｉ}が小さくなる。その結果、充電可能電力Ｗ_ＩＮと補機５０の合計の補機消費電力Ｐｏｗ_{ＡＵＸ＿ｒｅａｌ}との和がモータ発電量Ｐｏｗ_{ＤＥＣ＿ｉ}よりも大きくなり、二次電池３０の容量を超えた充電が二次電池３０に行なわれない。

図６は、時間変化に伴う各種電力の推移の一例を表す説明図である。図６では、二次電池３０に入ってくる電力を正としているため、補機５０の補機消費電力Ｐｏｗ_{ＡＵＸ＿ｒｅａｌ}などは、負の値で示されている。図６には、既に説明した充電可能電力Ｗ_ＩＮと、モータ発電量Ｐｏｗ_{ＤＥＣ＿ｉ}と、補機消費電力Ｐｏｗ_{ＡＵＸ＿ｒｅａｌ}とに加え、余剰電力Ｐｏｗ_ＳＵＲと余剰電力差ΔＰｏｗとが示されている。余剰電力Ｐｏｗ_ＳＵＲは、式（４）で示すように、モータ発電量Ｐｏｗ_{ＤＥＣ＿ｉ}から充電可能電力Ｗ_ＩＮを差し引いた電力である。

余剰電力差ΔＰｏｗは、式（５）に示すように、余剰電力Ｐｏｗ_ＳＵＲから補機消費電力Ｐｏｗ_{ＡＵＸ＿ｒｅａｌ}を差し引いた電力である。余剰電力差ΔＰｏｗが負である場合、二次電池３０の充電可能な容量を超えた電力が二次電池３０へと入っていることを表す。

図６に示すように、時刻ｔ１から、余剰電力Ｐｏｗ_ＳＵＲが発生しており、補機消費電力Ｐｏｗ_{ＡＵＸ＿ｒｅａｌ}の推移が示すように、補機５０によって回生電力が消費され始める。時刻ｔ２までは、余剰電力差ΔＰｏｗが負であり、二次電池３０へと回生電力が入っていたが、制御部１０は、電流指令値決定処理によって電流指令値Ｉ_ｉを大きくすることで、駆動モータ４０における電力損失を大きくさせて、余剰電力差ΔＰｏｗをゼロに変化させた。換言すると、制御部１０は、電流指令値決定処理を実行することで、二次電池３０の充電可能な容量を超えた電力が二次電池３０へと入ることを抑制した。

以上説明したように、本実施形態の燃料電池システム１００では、制御部１０は、二次電池３０が充電可能な容量を超えた回生電力が発生した場合に、回生電力を補機５０によって消費させる。制御部１０は、補機５０によって回生電力を消費させた上で、さらに余剰電力差ΔＰｏｗが発生する場合に、駆動モータ４０における電力損失を大きくする電流指令値Ｉ_ｉを決定する。そのため、本実施形態の燃料電池システム１００では、消費電力の応答性が良い駆動モータ４０のモータ発電量Ｐｏｗ_{ＤＥＣ＿ｉ}を変化させることで、回生電力によって発生しえる余剰電力差ΔＰｏｗを迅速に消費する。これにより、二次電池３０の容量を超えた回生電力が二次電池３０に入り込むことを抑制し、二次電池３０の劣化を抑制できる。特に、リチウムイオン電池を用いた場合、ニッケル水素電池を用いた場合と比較して、充電可能電力Ｗ_ＩＮを超えた電力が二次電池３０に流れ込まないように厳しく制御する必要があり、本実施形態の燃料電池システム１００によってより効果が期待できる。また、本実施形態の燃料電池システム１００では、回生制御時において、駆動モータ４０における電力損失を変化させるだけでなく、補機５０による電力の消費も実行するため、駆動モータ４０のみ回生電力の調整を行なう場合と比較して、駆動モータ４０の劣化を抑制できる。

Ｂ．第２実施形態：
第２実施形態の電流指令値決定処理は、第１実施形態において駆動モータ４０における電力損失を変化させるための電流指令値Ｉ_ｉの設定に代わりに、エアコンプレッサ５２の消費電力Ｐｏｗ_{ＡＣＰ＿ｍｉ}の電流指令値Ｉ_ｍｉが変化することで、二次電池３０の容量を超えた電力を二次電池３０に入り込むことを抑制する。具体的には、制御部１０は、図３および図４に示されるモータ電流指令値マップと同じように、エアコンプレッサ５２のモータの駆動効率について、駆動効率の良い順の電流指令値Ｉ_ｍ０，Ｉ_ｍ１，Ｉ_ｍ２，・・・を決定する。すなわち、制御部１０は、駆動モータ４０の回生制御時に、エアコンプレッサ５２の駆動効率を制御することで、二次電池３０の容量を超えた電力が二次電池３０に入り込まないように制御する。

図７は、第２実施形態の電流指令値決定処理のフローチャートである。第２実施形態の電流指令値決定処理の内、ステップＳ１１からステップＳ１９までの処理およびステップＳ２９の処理は、第１実施形態の電流指令値決定処理（図５）と同じである。そのため、第２実施形態では、ステップＳ１９以降の処理について説明し、第１実施形態と同じ処理の説明を省略する。

第２実施形態の電流指令値決定処理では、制御部１０は、ステップＳ１９の処理を実行すると、制御部１０は、回生電力を補機５０のそれぞれに分配する（ステップＳ３１）。次に、制御部１０は、エアコンプレッサ５２のモータの駆動効率が最も良い電流指令値Ｉ_ｍ０を決定し、電流指令値Ｉ_ｍ０の場合のエアコンプレッサ５２の消費電力Ｐｏｗ_{ＡＣＰ＿ｍ０}で消費されるモータ損失Ｌｏｓｓ（Ｉ_ｍ０）を決定する（ステップＳ３１）。制御部１０は、決定した消費電力Ｐｏｗ_{ＡＣＰ＿ｍ０}を用いて、補機５０の合計の補機消費電力Ｐｏｗ_{ＡＵＸ＿ｒｅａｌ}を算出する（式（６））。記憶部１５には、駆動モータ４０と同様に、エアコンプレッサ５２のモータのモータ電流指令値マップが記憶されている。

なお、現時点の処理では、消費電力Ｐｏｗ_{ＡＣＰ＿ｍｉ}の式（６）の添え字「ｍｉ」は、「ｍ０」である。

制御部１０は、充電可能電力Ｗ_ＩＮと補機５０の合計の補機消費電力Ｐｏｗ_{ＡＵＸ＿ｒｅａｌ}との和がモータ発電量Ｐｏｗ_{ＤＥＣ＿ｉ}よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ３７）。制御部１０は、充電可能電力Ｗ_ＩＮと補機５０の合計の補機消費電力Ｐｏｗ_{ＡＵＸ＿ｒｅａｌ}との和がモータ発電量Ｐｏｗ_{ＤＥＣ＿ｉ}よりも大きくないと判定した場合に（ステップＳ３７：ＮＯ）、新たな「ｍｉ」として、今までのｉに１を加えた電流指令値Ｉ_ｍｉおよび新たな電流指令値Ｉ_ｍｉのエアコンプレッサ５２のモータ損失Ｌｏｓｓ（Ｉ_ｍｉ）を決定する（ステップＳ３９）。制御部１０は、新たな「ｍｉ」として、現在の０に１を加えた電流指令値Ｉ_ｍ１および新たな電流指令値Ｉ_ｍ１のモータ損失Ｌｏｓｓ（Ｉ_ｍ１）を決定し、ステップＳ３５以降の処理を繰り返す。

以上説明したように、第２実施形態の燃料電池システム１００では、制御部１０は、駆動モータ４０における電力損失の制御の代わりに、エアコンプレッサ５２の消費電力Ｐｏｗ_{ＡＣＰ＿ｍｉ}の駆動効率を制御する。そのため、第２実施形態の燃料電池システム１００では、補機５０の駆動効率を下げて、補機５０によって消費電力を増加させることで、駆動モータ４０の回生制御時に、二次電池３０の容量を超えた電力を二次電池３０に入り込ませずに、二次電池３０の劣化を抑制できる。

Ｃ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。

制御部１０は、第１実施形態では、回生制御時の駆動モータ４０の効率を制御し、第２実施形態では、エアコンプレッサ５２のモータの駆動効率を制御したが、消費電力の効率を調整する装置については種々変形可能である。例えば、制御部１０は、回生制御時の駆動モータ４０の効率およびエアコンプレッサ５２の駆動効率を同時に調整してもよい。また、制御部１０は、補機５０のエアコンプレッサ５２以外の装置（例えば、水素ポンプ５１のモータ）の駆動効率を調整してもよい。

上記実施形態では、制御部１０は、余剰電力の少なくとも一部を前記補機に分配し、かつ、駆動モータ４０の回生制御の効率を下げる又は補機５０の駆動効率を下げたが、これらの制御は、異なる制御部によって実行されてもよい。例えば、第１制御部が余剰電力の少なくとも一部を前記補機に分配し、第１制御部と異なる第２制御部が駆動モータ４０の回生制御の効率を下げる又は補機５０の駆動効率を下げてもよい。また、制御部１０は、燃料電池システム１００の他の部品（例えば、コンバータ）を制御する制御部と一体化されていてもよく、専用品として独立した制御部であってもよい。また、制御部１０は、燃料電池システム１００の構成としてではなく、独立な構成であってもよく、燃料電池システム１００以外の装置を制御する制御部に一体化されていてもよい。

上記実施形態では、補機５０は、水素ポンプ５１と、エアコンプレッサ５２と、ウォーターポンプ５３と、ヒータ５４とを含んでいたが、種々変形可能である。例えば、補機５０は、水素ポンプ５１と、エアコンプレッサ５２と、ウォーターポンプ５３と、ヒータ５４と、の内のいずれか１つのみであってもよい。

本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…制御部
１５…記憶部
２０…燃料電池
３０…二次電池
４０…駆動モータ
５０…補機
５１…水素ポンプ
５２…エアコンプレッサ
５３…ウォーターポンプ
５４…ヒータ
６０…アクセルペダル
７０…車速センサ
１００…燃料電池システム
Ｔｒｅｑ…目標トルク
β，β_ｉ，β３，β４，β５，β６…電流進角
Ｉ_０，Ｉ_１，Ｉ_ｉ，Ｉ_ｎ…駆動モータの電流指令値
Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４，Ｉ５，Ｉ６…電流値
Ｉ_ｍｉ，Ｉ_ｍ０，Ｉ_ｍ１…エアコンプレッサのモータの電流指令値
Ｉ_{ｒｅｆ＿ｉ}…電流振幅
Ｌｏｓｓ（Ｉ_０）…モータ損失
ω_ＭＧ…駆動モータの角速度
Ｔ_ＭＧ…制動トルク
Ｗ_ＩＮ…充電可能電力
Ｐｏｗ_ＨＰ…水素ポンプの消費電力
Ｐｏｗ_ＡＣＰ…エアコンプレッサの消費電力
Ｐｏｗ_ＷＰ…ウォーターポンプの消費電力
Ｐｏｗ_Ｈｅａｔ…ヒータの消費電力
Ｐｏｗ_ＡＵＸ…仮定補機消費電力
Ｐｏｗ_{ＡＵＸ＿ｒｅａｌ}…補機消費電力
Ｐｏｗ_{ＤＥＣ＿ｉ}，Ｐｏｗ_{ＤＥＣ＿０}…駆動モータのモータ発電量
Ｐｏｗ_{ＤＥＣ＿ｍｉ}，Ｐｏｗ_{ＤＥＣ＿ｍ０}…エアコンプレッサのモータのモータ発電量
Ｐｏｗ_ＳＵＲ…余剰電力
ｔ１，ｔ２…時刻

Claims (1)

1. 燃料電池システムであって、
   燃料電池と、
   前記燃料電池システムに用いられ、電力を消費可能な補機と、
   前記燃料電池に接続され、所定の容量まで電力を充電可能な二次電池と、
   前記燃料電池の発電による電力または前記二次電池から供給される電力によって駆動される駆動モータであって、回生制御が可能な駆動モータと、
   前記回生制御によって発生した電力の全てを前記二次電池に充電できない場合に、前記二次電池に充電できない余剰電力の少なくとも一部を前記補機に分配する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記余剰電力から前記補機に分配した電力を差し引いた余剰電力差がある場合には、前記回生制御の効率を下げる又は前記補機の駆動効率を下げる、燃料電池システム。

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