JP2019017185A - 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 - Google Patents

燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ユーザーが出力要求を出している可能性が高い場合に実施された燃料電池の出力制限の内容を履歴として記憶しておく可能性を高める。
【解決手段】車両に搭載される燃料電池システムは、反応ガスを用いて発電する燃料電池と、燃料電池の発電を制御する制御部と、を備える。制御部は、燃料電池によって出力される電力を制限する出力制限を実施した場合において、（ａ）車両の速度の調節指示を受け付けるアクセルのアクセル開度が開度閾値未満、若しくは、アクセル開度に応じて設定される燃料電池への出力要求が出力閾値未満のときには、実施した出力制限の内容を履歴として記憶せず、（ｂ）予め定めた条件を満たすとともに、アクセル開度が開度閾値以上、かつ、前記出力要求が出力閾値以上のときには、実施した出力制限の内容を履歴として記憶する。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法に関する。
車両に搭載された燃料電池システムにおいて、適切な制御を維持するために、一時的に燃料電池の出力を制限する制御を行なうことが提案されている。例えば、特許文献１，２には、燃料電池システムの運転中において、燃料電池に含まれる複数のセルの何れかにおいて負電圧のセル電圧の発生を検出した場合に、燃料電池の出力を制限することが記載されている。
特開２０１２−００９４０６号公報 特開２０１１−２４９０７８号公報
燃料電池システムの運転中において燃料電池の出力制限が発生した場合、燃料電池システムに生じた種々の事象が保存される車両制御履歴に、実施した燃料電池の出力制限の内容が保存され、サービス店等におけるメンテナンスや修理等において利用される。
車両制御履歴を記憶するために割り当てられたメモリの領域は、搭載されているメモリ量に応じて制限されるため、燃料電池の出力制限の内容を記憶するために割り当て可能な領域の数も制限される。このため、発生した出力制限の事象の全てを随時記憶させる態様においては、割り当てられた領域の数以上の出力制限が実施された場合、新たに実施した出力制限の内容が先に記憶されていた出力制限の内容に上書きされてしまい、先に記憶されていた出力制限の内容が消去されてしまう可能性がある。
燃料電池の出力制限には、ユーザーの出力要求を満たしておらず、ユーザーが違和感を覚える第１種類の出力制限と、システムの適切な制御動作の維持のためにあらかじめ定められたシステム制約に従って、ユーザーの出力要求を満たしつつ実施される出力制限であって、ユーザーが違和感を覚えない第２種類の出力制限と、がある。このため、上記したように、実施された全ての出力制限を随時記憶することで、第１種類の出力制限が消去された場合、サービス店等において、車両制御履歴に保存された出力制限の履歴を利用して、消去された第１種類の出力制限によるユーザーの違和感に対する改善を図ることができなくなる、という問題がある。
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、車両に搭載される燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは；反応ガスを用いて発電する燃料電池と；前記燃料電池の発電を制御する制御部と；を備える。前記制御部は；前記燃料電池によって出力される電力を制限する出力制限を実施した場合において；（ａ）前記車両の速度の調節指示を受け付けるアクセルのアクセル開度が開度閾値未満、若しくは、前記アクセル開度に応じて設定される前記燃料電池への出力要求が出力閾値未満のときには、実施した出力制限の内容を履歴として記憶せず；（ｂ）予め定めた条件を満たすとともに、前記アクセル開度が前記開度閾値以上、かつ、前記出力要求が前記出力閾値以上のときには、実施した出力制限の内容を履歴として記憶する。
上記形態において、出力制限が実施された場合において、アクセル開度が開度閾値未満、若しくは、出力要求が出力閾値未満のときには、この出力制限は上述した第２種類の出力制限の可能性が高い。このため、ユーザーが車両の出力不足を感じずに違和感を覚えない可能性が高く、ユーザーは出力不足を補うためのアクセル操作による出力要求を出していない可能性が高い。また、出力制限が実施された場合において、アクセル開度が開度閾値以上、かつ、出力要求が出力閾値以上のときには、この出力制限は上述した第１種類の出力制限の可能性が高い。このため、ユーザーは、出力不足を感じてアクセル操作による出力要求を出している可能性が高い。
従って、上記形態によれば、ユーザーが出力要求を出していない可能性の高い場合に実施された燃料電池の出力制限の内容を履歴として記憶ないようにして、ユーザーが出力不足を感じて出力要求を出している可能性が高い場合に実施されている燃料電池の出力制限の内容を履歴として記憶することができる。これにより、ユーザーが出力不足を感じて出力要求を出している可能性が高い場合に実施されている燃料電池の出力制限の内容を、消去されないようにして記憶しておく可能性を高めることができ、ユーザーの違和感に対する改善を図る可能性を高めることができる。
（２）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記出力要求と前記実施した出力制限における出力との差が許容値以上となる場合に、前記予め定めた条件が満たされるとしてもよい。
出力要求と実施した出力制限における出力との差が許容値未満の場合には、ユーザーは出力不足を感じていない可能性が高い。従って、上記の形態によれば、燃料電池の出力制限が実施されていても、出力要求と実施した出力制限における出力との差が許容値未満の場合に、実施した燃料電池の出力制限の内容を履歴として記憶しないようにできる。これにより、ユーザーが出力不足を感じて出力要求を出している可能性が高い場合に実施されている燃料電池の出力制限の内容を履歴として記憶しておける可能性をさらに高めることができ、ユーザーの違和感に対する改善を図る可能性をさらに高めることができる。
（３）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記実施した出力制限の内容を履歴として記憶する前記（ｂ）を一度行った場合には、前記実施した出力制限が解除されるまで、前記（ｂ）を行なわないとしてもよい。
この形態によれば、一旦、実施した出力制限の内容が履歴として記憶された後、その出力制限が継続している場合に、同じ内容が繰り返し記憶されることにより、先に記憶されていた他の出力制限の内容が消去されてしまうことを防止することが可能である。
本発明の形態は、燃料電池システムに限るものではなく、例えば、電力を動力源とする車両および船舶などに搭載される燃料電池システム、車両そのもの、船舶そのものなどの種々の形態に適用することも可能である。また、燃料電池システムの制御方法の態様で実現することも可能である。また、本発明は、上述の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実現することができる。
本発明の一実施形態における燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。 燃料電池の出力制限の履歴の扱いを制御する処理を示すフローチャートである。 アクセル開度の開度閾値および出力要求の出力閾値の設定について示す説明図である。 アクセル開度毎の駆動モータのモータパワーマップの一例を示すグラフである。 図２に示した出力制限履歴制御処理による一実施例を示す説明図である。
Ａ．実施形態：
図１は、本発明の一実施形態における燃料電池システム１０の概略構成を示すブロック図である。燃料電池システム１０は、駆動モータ２２０で駆動する車両の電源として搭載されている。燃料電池システム１０は、燃料電池１００と、燃料電池用コンバータ１１０と、二次電池１２０と、二次電池用コンバータ１３０と、補機１４０と、モータ用インバータ１５０と、エアコンプレッサ用インバータ１６０と、ＰＭ制御部１７０と、ＦＣ制御部１８０と、ＦＤＣ制御部１９０と、ＭＧ制御部２００と、を備える。また、燃料電池システム１０は、反応ガス供給機構１０２と、反応ガス供給機構１０２の一部であるエアコンプレッサ１０４と、を備える。燃料電池システム１０は、不図示のパワースイッチのＯＮ操作によって始動し、ＯＦＦ操作によって停止する。また、図示を省略するが燃料電池システム１０には、燃料タンクや燃料電池の温度、反応ガス（水素、空気）の流量や圧力、温度、冷却水の温度、冷却水の流量、各種バルブの作動状態、エアコンプレッサや水素ポンプの回転数等の作動状態、等を検出するための各種センサ（不図示）や、燃料電池のセル電圧を検出するセルモニタ（不図示）等が設けられている。
燃料電池１００は、反応ガスである水素と酸素の電気化学反応によって発電するユニットであり、燃料電池システム１０の電力源として機能する。燃料電池１００は、単セルを複数積層して形成される。単セルは、それぞれが単体でも発電可能な発電要素であり、電解質膜を有する膜電極接合体の両面にガス拡散層が配された膜電極ガス拡散層接合体と、膜電極ガス拡散層接合体の両外側に配置されるセパレータと、を有する。電解質膜は、内部に水分を包含した湿潤状態のときに良好なプロトン伝導性を示す固体高分子薄膜によって構成される。燃料電池１００は、種々の型を適用可能であるが、本実施形態では、固体高分子型を用いている。燃料電池１００は、ＦＣ出力配線ＦＤＣを介して燃料電池用コンバータ１１０と電気的に接続されている。
反応ガス供給機構１０２は、燃料電池１００のアノードに燃料ガス（「アノードガス」とも呼ぶ）である水素を供給するための燃料ガス供給部と、カソードに酸化ガス（「カソードガス」とも呼ぶ）である酸素を含む空気を燃料電池１００に供給するための酸化ガス供給部と、冷却媒体（例えば、冷却水）を燃料電池１００の冷媒流路に供給する冷媒供給部と、有する。各供給部の図示および説明は省略する。なお、エアコンプレッサ１０４は、酸化ガス供給部の一部であり、燃料電池１００のカソードに空気を供給する。
燃料電池用コンバータ１１０は、昇圧型のコンバータ装置であり、燃料電池１００の出力電圧を目標の電圧まで昇圧する昇圧動作を行う。燃料電池用コンバータ１１０は、図示しないリアクトルおよびスイッチング素子を有し、リアクトルへの通電制御をスイッチング素子により行う。スイッチング素子がオンの時にリアクトルに蓄積された磁気エネルギーは、スイッチング素子がオフの際に誘導電圧となり、燃料電池１００の出力電圧に重ねて出力されるために昇圧が実現される。このように、燃料電池用コンバータ１１０は、燃料電池１００の出力電圧の変換のためにスイッチングを行う。燃料電池用コンバータ１１０は、高圧直流配線ＤＣＨを介してモータ用インバータ１５０およびエアコンプレッサ用インバータ１６０に電気的に並列に接続されている。
二次電池１２０は、燃料電池１００とともに燃料電池システム１０の電力源として機能する。本実施形態では、二次電池１２０は、リチウムイオン電池によって構成される。他の実施形態では、二次電池１２０は、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池など他の種類の電池であってもよい。二次電池１２０は、低圧直流配線ＤＣＬを介して、二次電池用コンバータ１３０と電気的に接続されている。
二次電池用コンバータ１３０は、昇降型のコンバータ装置であり、燃料電池用コンバータ１１０と類似の構成を有する。二次電池用コンバータ１３０は、高圧直流配線ＤＣＨを介して、燃料電池用コンバータ１１０とモータ用インバータ１５０およびエアコンプレッサ用インバータ１６０と電気的に並列に接続されている。二次電池用コンバータ１３０は、モータ用インバータ１５０およびエアコンプレッサ用インバータ１６０の入力電圧である高圧直流配線ＤＣＨにおける電圧を調整し、二次電池１２０の充放電を制御する。
二次電池用コンバータ１３０は、燃料電池用コンバータ１１０からの出力電力が目標出力電力に対して不足する場合には、二次電池１２０に放電させて、二次電池１２０の出力電力を変換して高圧直流配線ＤＣＨ側に出力し、モータ用インバータ１５０およびエアコンプレッサ用インバータ１６０を介して駆動モータ２２０およびエアコンプレッサ１０４に供給する。一方、二次電池用コンバータ１３０は、駆動モータ２２０において回生電力が発生する場合には、この回生電力を変換して低圧直流配線ＤＣＬ側に出力する。また、二次電池用コンバータ１３０は、燃料電池１００の出力電力を変換して低圧直流配線ＤＣＬ側に出力して、二次電池１２０へ充電させるとともに、補機１４０に電力を供給することができる。なお、二次電池用コンバータ１３０は、燃料電池用コンバータ１１０とは異なる構成を有していてもよい。
燃料電池用コンバータ１１０からの出力電力が目標出力電力に対して不足している状態で、二次電池１２０からの出力電力が利用される態様は、以下の場合が考えられる。
・後述するように、燃料電池１００の出力電力に拠らず二次電池１２０の出力電力により走行させるものとして予め設定されている走行（以下、「ＥＶ走行」とも呼ぶ）が行われる場合。
・燃料電池１００の運転中（発電動作中）において、燃料電池システム１０における適切な制御を維持して燃料電池１００の発電を継続させるために、一時的に燃料電池１００の出力電力を制限すること（以下、「燃料電池１００の出力制限」とも呼ぶ）が行われる場合。
一時的に燃料電池１００の出力制限が行われる事象としては、例えば、冷却水温の上昇時や各種部品の温度上昇時、単セルの電圧低下時（反応ガスの過渡的な供給不良時）等の予め設定された各種の異常の検出時、が挙げられる。
補機１４０は、燃料電池１００の運転に使用される補機であり、反応ガス供給機構１０２の一部を構成する。補機１４０は、低圧直流配線ＤＣＬに電気的に接続されており、低圧直流配線ＤＣＬに供給される電力を消費して稼動する。補機１４０には、例えば、燃料電池１００にアノードガスとしての水素を循環させるための水素循環ポンプ、燃料電池１００を冷却する冷却装置の冷却水ポンプ等が含まれる。
モータ用インバータ１５０は、燃料電池１００および二次電池１２０から高圧直流配線ＤＣＨを介して直流で供給される電力を三相交流の電力に変換する。モータ用インバータ１５０は、車両に備えられた駆動モータ２２０と電気的に接続し、三相交流電力を駆動モータ２２０に供給する。また、モータ用インバータ１５０は、駆動モータ２２０において発生する回生電力を直流電力に変換して高圧直流配線ＤＣＨに出力する。エアコンプレッサ用インバータ１６０も、燃料電池１００および二次電池１２０から高圧直流配線ＤＣＨを介して直流で供給される電力を三相交流の電力に変換する。エアコンプレッサ用インバータ１６０は、エアコンプレッサ１０４と電気的に接続し、三相交流電力をエアコンプレッサ１０４に供給する。
ＰＭ制御部１７０は、燃料電池システム１０の各部の動作を制御する。ＰＭ制御部１７０は、燃料電池システム１０の各部の動作を制御するために、具体的には、ＦＣ制御部１８０、ＦＤＣ制御部１９０、および、ＭＧ制御部２００等の各種制御部の動作を統括して制御する統括制御部である。
ＰＭ制御部１７０は、車両に備えられたアクセル２１０が受け付けた車両の速度の調節指示を示すアクセル開度に応じて、燃料電池１００に要求する出力（以下、「ＦＣ出力要求」とも呼ぶ）の値を示す信号をＦＣ制御部１８０に対して送信する。アクセル２１０が受け付けたアクセル開度は、アクセル２１０の全可動範囲に対する実際の操作量の割合（％）である。アクセル開度は、不図示のアクセルセンサによって検出された信号の大きさに応じて求められる。
また、ＰＭ制御部１７０は、ＦＣ出力要求に応じた電力を燃料電池用コンバータ１１０から出力させるための信号をＦＤＣ制御部１９０に送信する。さらにまた、ＰＭ制御部１７０は、ＦＣ出力要求に応じた状態でエアコンプレッサ１０４を稼働させるための信号をＭＧ制御部２００に対して送信するとともに、アクセル開度に応じた状態で駆動モータ２２０を作動させるために、駆動モータ２２０に要求するトルク（以下、「モータトルク要求」とも呼ぶ）を示す信号をＭＧ制御部２００に対して送信する。
ＦＣ制御部１８０は、受信したＦＣ出力要求に応じた状態で燃料電池１００の運転（発電）が実行されるように、反応ガス供給機構１０２の動作を制御する。これにより、反応ガス供給機構１０２は、ＦＣ出力要求に応じた燃料電池１００への反応ガスの供給動作および燃料電池１００の冷却動作を実行する。
また、ＦＣ制御部１８０は、各種センサやセルモニタ（不図示）から受信した信号を利用して、車両に搭載された燃料電池１００の発電に伴う燃料電池システム１０の各部の動作状態を監視し、その履歴を、車両制御履歴（ＲｏＢ）１８２中に適宜記憶する。ＦＣ制御部１８０は、例えば、上述した燃料電池１００の出力制限の内容を履歴として車両制御履歴中に記憶する。車両制御履歴は、サービス店等においてメンテナンスや修理等のために利用される。なお、燃料電池１００の出力制限の履歴については、さらに後述する。
ＦＤＣ制御部１９０は、受信したＦＣ出力要求に応じた電力を燃料電池用コンバータ１１０が出力するように燃料電池用コンバータ１１０の動作を制御する。これにより、燃料電池用コンバータ１１０は、ＦＣ出力要求に応じた電力を高圧直流配線ＤＣＨに出力する。
ＭＧ制御部２００は、高電圧ユニット制御部である。ＭＧ制御部２００は、ＰＭ制御部１７０から受信したトルク要求を示す信号に応じて、二次電池用コンバータ１３０およびモータ用インバータ１５０の動作を制御するとともに、受信したエアコンプレッサ１０４を稼働させるための信号に応じて、エアコンプレッサ用インバータ１６０の動作を制御する。
なお、ＰＭ制御部１７０、ならびに、ＰＭ制御部１７０によって制御されるＦＣ制御部１８０、ＦＤＣ制御部１９０、および、ＭＧ制御部２００は、それぞれ、不図示のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ、および、インタフェース等を有するコンピュータである。各制御部は、メモリに記憶されているソフトウェアを実行することにより、上述したそれぞれの機能を実行する機能制御部として動作する。
駆動モータ２２０は、燃料電池１００および二次電池１２０からの電力を供給されて駆動する電動機である。駆動モータ２２０は、アクセル２１０が減速指示を受け付けると、回生運転に移行するまでの間、トルクを減少させる。本実施形態では、駆動モータ２２０は、アクセル２１０が減速指示を受け付けたのちアクセル開度がゼロになってから一定時間経過すると、力行運転から回生運転に移行する。他の実施形態では、駆動モータ２２０は、トルクが設定値以下になったときに、力行運転から回生運転に移行してもよい。
図２は、燃料電池１００の出力制限の履歴の扱いを制御する処理（以下、「出力制限履歴制御処理」とも呼ぶ）を示すフローチャートである。この出力制限履歴制御処理は、ＦＣ制御部１８０において、不図示のパワースイッチのＯＮ操作によって燃料電池システム１０（図１）が始動し、ＯＦＦ操作によって停止するまでの稼動中において、継続して実施される。
まず、ユーザーのアクセル２１０の操作に応じたアクセル開度Ａｏから駆動モータ２２０に要求されるトルク（モータトルク）を算出し、二次電池（バッテリ）１２０または燃料電池（ＦＣ）１００に対する出力要求値を算出する（ステップＳ１０）。そして、このとき、上述したような燃料電池１００の出力制限（以下、「ＦＣ出力制限」とも呼ぶ）を実施する事象が発生し、ＦＣ出力制限が実施されているか否か判断する（ステップＳ２０）。
ＦＣ出力制限の事象が発生しておらず、ＦＣ出力制限が実施されていない間は、ステップＳ１０の処理が繰り返される。この場合、出力要求値に応じた出力が燃料電池１００から出力される。一方、ＦＣ出力制限の事象が発生し、ＦＣ出力制限が実施されている場合には、さらに、出力要求値と、燃料電池１００の制限された出力値(以下、「出力制限値」とも呼ぶ）との差、すなわち、ＦＣ出力制限により発生する出力不足分が予め定めた許容値未満であるか否か判断する（ステップＳ３０）。
ここで、出力要求値、出力制限値、および許容値としては、出力要求値Ｐｒｅｑ、出力制限値Ｐｌｍｔ、および許容値Ｐｔｌｒを、それぞれ、出力要求値Ｐｒｅｑを基準とする割合（％）で表した値Ｒｐｒｅｑ（＝１００％）、Ｒｐｌｍｔ、およびＲｐｔｌｒを用いることが好ましい。すなわち、出力要求値Ｒｐｒｅｑと出力制限値Ｒｐｌｍｔとの差である出力不足分（Ｒｐｒｅｑ−Ｒｐｌｍｔ）が予め定めた許容値Ｒｐｔｌｒ未満であるか否か確認する。なお、許容値Ｒｐｔｌｒ（Ｐｔｌｒ）は、出力要求値Ｒｐｒｅｑ（Ｐｒｅｑ）が出力制限値Ｒｐｌｍｔ（Ｐｌｍｔ）に対して差が有っても、ユーザーが出力不足と感じない可能性の高い境界値を示している。
ここで、出力不足と感じる値の境界には個人差があるので、許容値Ｒｐｔｌｒは、この個人差を考慮して、予め実験等により設定されることが好ましい。但し、許容値Ｒｐｔｌｒを小さく設定するほど、ＦＣ出力制限の履歴が記憶される可能性が高くなり、先に記憶されていた他の出力制限の内容が消去されてしまう可能性が高くなる。一方、許容値Ｒｐｔｌｒを大きく設定するほど、ＦＣ出力制限の履歴が記憶されない可能性が高くなり、実際にはユーザーが出力不足を感じているにもかかわらず、ＦＣ出力制限の内容が履歴として記憶されない可能性が高くなる。そこで、許容値Ｒｐｔｌｒは、これらのバランスを考慮して設定されることが好ましい。なお、通常、出力が４０％以上低下すれば、ほとんどのユーザーが違和感を覚えると考えられるので、許容値Ｒｐｔｌｒは、例えば、２０％≦Ｒｐｔｌｒ≦４０％の範囲の何れかに設定されることが好ましい。
出力不足分（Ｒｐｒｅｑ−Ｒｐｌｍｔ）が許容値Ｒｐｔｌｒ未満の間は、ユーザーは出力不足を感じていない可能性が高く、ＦＣ出力制限の内容を履歴として記憶する優先度は低いと考えられる。そこで、この場合には、ステップＳ１０，Ｓ２０の処理が繰り返される。一方、出力不足分（Ｒｐｒｅｑ−Ｒｐｌｍｔ）が許容値Ｒｐｔｌｒ以上の場合には、アクセル開度Ａｏが開度閾値Ａｔｈ（％）以上であり、かつ、出力要求値Ｐｒｅｑが出力閾値Ｐｔｈ（ｋＷ）以上であるか確認する(ステップＳ４０）。
Ａｏ＜Ａｔｈ、若しくは、Ｐｒｅｑ＜Ｐｔｈの場合には、ユーザーは出力不足を感じていない可能性が高く、ＦＣ出力制限の内容を履歴として記憶する優先度は低いと考えられる。そこで、この場合には、ステップＳ１０の処理が繰り返される。一方、Ａｏ≧Ａｔｈ、かつ、Ｐｒｅｑ≧Ｐｔｈの場合には、出力不足を感じたユーザーがアクセル２１０（図１）を深く踏み込んでいる可能性が高いと想定される。そこで、この場合には、車両制御履歴（ＲｏＢ）１８２（図１）に、実施したＦＣ出力制限の内容を履歴として記憶し（ステップＳ５０）、ＦＣ出力制限が解除されるまで、待機状態となる（ステップＳ６０）。そして、ＦＣ出力制限が解除された場合には、ステップＳ１０の処理に戻る。
なお、ＦＣ出力制限の内容には、出力制限の推定原因および出力制限発生時における燃料電池システムの各部の作動状態を示すデータ、すなわち、燃料電池システムの作動状態を把握するために要する各種データが含まれる。燃料電池システムの作動状態を把握するために要する各種データには、例えば、燃料タンクの温度、反応ガス（水素、空気）の流量や圧力、温度、各種バルブの作動状態、エアコンプレッサや水素ポンプの回転数等の作動状態等の各種センサから得られるデータが含まれる。
図３は、アクセル開度Ａｏの開度閾値Ａｔｈおよび出力要求値Ｐｒｅｑの出力閾値Ｐｔｈの設定について示す説明図である。図３は、燃料電池システム１０の運転中におけるアクセル開度Ａｏと燃料電池１００のＦＣ出力Ｐｆｃとの関係をグラフで示している。破線で示す直線は、アクセル開度Ａｏが０％〜１００％の変化に対してＦＣ出力Ｐｆｃが０ｋＷ〜Ｐｍａｘ（ｋＷ）に変化する理論的な比例の関係を示している。
実際の燃料電池システム１０は、アクセル開度Ａｏが０％〜Ａｅｖ（％）の範囲においては、燃料電池１００から駆動モータ２２０へ供給されるＦＣ出力Ｐｆｃが０ｋＷとなる領域（Ｃ１）で運転されて、車両はＥＶ走行の状態となる。この場合、駆動モータ２２０への電力の供給は二次電池１２０から行われる。但し、燃料電池１００は、無負荷状態（出力電流が０Ａ）の場合、その出力電圧（「開回路電圧」とも呼ぶ）が高電位な状態となって、単セルの電極や電解質膜の劣化を招く可能性が高い。そこで、ＥＶ走行においても、燃料電池１００に対して、開回路電圧の状態を抑制するために、微小な負荷に電力を供給する発電（「微小発電」とも呼ぶ）による高電位回避制御が行われる場合がある。
また、実際の燃料電池システム１０では、アクセル開度Ａｏが０％で下り坂走行中や減速走行中における駆動モータ２２０からの回生動作中や車両の停車中においても、同様に、燃料電池１００に対して、開回路電圧の状態を抑制するために、微小発電による高電位回避制御が行われる場合がある。従って、アクセル開度Ａｏが０％における回生動作中や停車中において、燃料電池１００は高電位回避制御によるＦＣ出力Ｐｆｃが０ｋＷ〜Ｐａ０（ｋＷ）の間の領域（Ｃ２）で運転される。
従って、燃料電池システム１０の運転中において、アクセル開度Ａｏと燃料電池１００のＦＣ出力Ｐｆｃとの関係は、図のハッチングで示した領域内で変化する。なお、ＥＶ走行可能なアクセル開度Ａｏの値Ａｅｖ（％）およびアクセル開度Ａｏ＝０％におけるＦＣ出力Ｐｆｃの値Ｐａ０（ｋＷ）は、例えば、以下のように設定される。
図４は、アクセル開度Ａｏ毎の駆動モータ２２０のモータパワーマップの一例を示すグラフである。図に示すように、例えば、モータパワーが０ｋＷ〜Ｐｅｖ（ｋＷ）の範囲において二次電池１２０（図１）によるＥＶ走行が可能範囲であると設定した場合、ＥＶ走行可能なアクセル開度Ａｏは、０％からモータパワーＰｅｖ以下の範囲で動作するアクセル開度の値Ａｅｖ（％）の範囲に設定される。図４の例では、モータパワーＰｅｖ以下の範囲で動作するアクセル開度の値Ａｅｖは、２０％〜３０％の間の値にあるので、例えば、Ａｅｖ＝２０％に設定される。
アクセル開度Ａｏ＝０％におけるＦＣ出力Ｐｆｃの値Ｐａ０（ｋＷ）は、上述したように、高電位回避制御により実行される微小発電による出力電力に設定される。
図３において、アクセル開度Ａｏの値Ａｅｖと、ＦＣ出力Ｐｆｃの値Ｐａ０との間を結ぶ曲線Ｌｃで囲まれた領域Ｒｅａは、上述したＥＶ走行や、回生動作、停車中において高電位回避制御のための微小発電動作が実施される場合がある領域である。この領域Ｒｅａにおいても、燃料電池１００の発電動作が実行されるので、上述したＦＣ出力制限が実施される場合がある。例えば、排水不良に起因して水素の供給不良や酸素の供給不良が過渡的、一時的に発生し、これにより、単セルの電圧が低下して負電圧が発生して、ＦＣ出力制限が実施される場合がある。
しかしながら、この領域Ｒｅａは、上述したように、ユーザーのアクセル２１０の操作に応じた出力要求に対応している領域（ユーザーが違和感を覚えない可能性が高い領域）であるので、発生したＦＣ出力制限の内容を履歴として記憶しなくてもよい領域と考えられる。そこで、基本的には、Ａｏ＜Ａｅｖ、かつ、Ｐｒｅｑ＜Ｐａ０においては、ＦＣ出力制限が実施されていても、その内容を履歴として記憶する必要はないと考えられる。
但し、ＥＶ走行に対応するアクセル開度Ａｏの境界値Ａｅｖおよびアクセル開度Ａｏが０％における出力要求値Ｐｒｅｑの境界値Ｐａ０は、それぞれ設定値であるので、バラツキ等が何ら考慮されていない。このため、ＥＶ走行可能なアクセル開度Ａｏとして設定された値Ａｅｖ未満の値をＥＶ走行可能なアクセル開度Ａｏの開度閾値Ａｔｈとして設定し、設定された高電位回避制御における微小発電による出力電力Ｐａ０よりも大きい値をユーザーによる出力要求による出力要求値Ｐｒｅｑの出力閾値Ｐｔｈとして設定することが好ましい。このため、図２のステップＳ４０では、アクセル開度Ａｏが開度閾値Ａｔｈ（％）以上であり、かつ、出力要求値Ｐｒｅｑが出力閾値Ｐｔｈ（ｋＷ）以上であるか確認することとされている。図４の例では、Ａｅｖは２０％〜３０％の中間の値となるので、０％＜Ａｔｈ≦２０％の範囲内の何れの値に設定されることが好ましい。また、Ｐａ０が７〜８ｋＷ程度とした場合、例えば、Ｐａ０（ｋＷ）＜Ｐｔｈ≦（Ｐｍａｘ／１０）（ｋＷ）の範囲内の何れかの値に設定されることが好ましい。例えば、Ａｔｈ＝１０％，Ｐｔｈ＝１０ｋＷに設定することができる。
図５は、図２に示した出力制限履歴制御処理による一実施例を示す説明図である。図５は、図３と同様に、燃料電池システム１０の運転中におけるアクセル開度Ａｏと燃料電池１００のＦＣ出力Ｐｆｃとの関係をグラフで示している。
図５の状態ＳＴ１においては、ＦＣ出力制限が発生していても（図２のステップＳ２０）、アクセル開度ＡｏがＡｔｈ未満、若しくは、出力要求値ＰｒｅｑがＰｔｈ未満であるので、ＦＣ出力制限の内容は車両制御履歴ＲｏＢには記憶されない状態（非保存）となる（図２のステップＳ５０）。一方、状態ＳＴ１において、ＦＣ出力制限が発生しており、かつ、ユーザーが出力不足を感じた場合には、ユーザーがアクセル２１０をより深く踏み込むことにより、図５の状態ＳＴ２へ移行する。なお、この状態ＳＴ２への移行は、図２のステップＳ３０において、（Ｒｐｒｅｑ−Ｒｐｌｍｔ）がＲｐｔｌｒ以上と判断されることにより確認される。そして、状態ＳＴ２への移行の結果、状態ＳＴ３となり、アクセル開度ＡｏがＡｔｈ以上で、かつ、出力要求値ＰｒｅｑがＰｔｈ以上と確認された場合には（図２のステップＳ４０）、実施されているＦＣ出力制限の内容が車両制御履歴ＲｏＢに記憶される状態（保存）となる（ステップＳ５０）。
以上説明したように、本実施形態の燃料電池システム１０では、ＦＣ出力制限の事象が発生して、ＦＣ出力制限が実施されていても、ユーザーのアクセル２１０の操作に対応する出力要求を満たしている可能性が高い場合のＦＣ出力制限については、その内容を履歴として記憶しないように制御される。これにより、ＦＣ出力制限の内容を履歴として記憶しておくメモリの領域が限られている場合において、ユーザーの出力要求に対してユーザーが出力不足と感じる可能性が高い場合のＦＣ出力制限の内容を、消去されずに履歴として記憶しておく可能性を高めることができる。この結果、車両を持ち込んだサービス店等でユーザーが説明を行いやすく、その内容の確認が容易となる。また、履歴に残されているＦＣ出力制限の内容とユーザーが感じた不具合（出力不足）とを一致させることにより、不具合の解析が容易になり、不具合の改善等に役立てることが容易となる。
Ｂ．他の実施形態：
（１）上述した実施形態における出力制限履歴制御処理（図２）では、ＦＣ出力制限が発生した際（ステップＳ２０）において、出力要求値と出力制限値との差（出力不足分）が許容値以上となる場合(ステップＳ３０）を、予め定めた条件を満たす場合としている。そして、この条件を満たすとともに、アクセル開度Ａｏが開度閾値Ａｔｈ（％）以上であり、かつ、出力要求値Ｐｒｅｑが出力閾値Ｐｔｈ（ｋＷ）以上であるときに（ステップＳ４０）、ＦＣ出力制限の内容を履歴として記憶している(ステップＳ５０）。
しかしながら、これに限定されるものではなく、ステップＳ３０を省略し、単に、ＦＣ出力制限が発生した際を、予め定めた条件を満たす場合としてもよい。但し、上述した実施形態のように、ステップＳ３０を備える方が好ましい。出力要求値と出力制限値との差(出力不足分）が許容値未満の場合には、ユーザーは出力不足を感じていない可能性が高い。従って、ステップＳ３０を備える方が、ＦＣ出力制限が実施されていても、出力要求値と出力制限値との差（出力不足分）が許容値未満の場合に、実施したＦＣ出力制限の内容を履歴として記憶しないようにできる。これにより、ユーザーが出力不足を感じて出力要求を出している可能性が高い場合におけるＦＣ出力制限の内容を履歴として記憶して、消去されずに残しておける可能性を高めることができ、ユーザーの違和感に対する改善を図る可能性を高めることができる。
また、予め定めた条件を満たす場合として、車両の速度が予め定めた閾値以上となった場合や、車両の速度変化が予め定めた閾値以上となった場合等を適用するようにしてもよい。
（２）上述した実施形態における出力制限履歴制御処理（図２）では、車両制御履歴（ＲｏＢ）１８２（図１）に実施したＦＣ出力制限の内容を履歴として記憶した場合（ステップＳ５０）、ＦＣ出力制限が解除されるまで待機状態となって（ステップＳ６０）、ステップＳ１０〜ステップＳ５０の処理が行われない。しかしながら、これに限定されるものではなく、以下で説明するようにしてもよい。
ＦＣ出力制限の内容を履歴として記憶（ステップＳ５０）した後、一定時間待機後、ステップＳ１０に戻って処理を繰り返すようにして、同じＦＣ出力制限の内容を履歴として繰り返し記憶しないようにしてもよい。
また、ＦＣ出力制限が解除されるまで（ステップＳ６０）、ＦＣ出力制限の内容を履歴として記憶する（ステップＳ５０）度に、開度閾値Ａｔｈ及び出力閾値Ｐｔｈの値を大きい値に変更し、それでもステップＳ５０の条件を満たす場合にのみＦＣ出力制限の内容を履歴として記憶するようにしてもよい。これによれば、同じＦＣ出力制限の内容を履歴として繰り返し記憶しないようにするとともに、ＦＣ出力制限の状態が変化していく場合において、その変化を履歴として記憶しておくことも可能となる。
また、ステップＳ６０の処理を省略してもよい。この場合、ステップＳ６０を省略しない場合に比べて、同じＦＣ出力制限の内容を履歴として記憶してしまう可能性はあるが、Ａｏ＜Ａｔｈ、かつ、Ｐｒｅｑ＜Ｐｔｈの場合におけるＦＣ出力制限の内容を履歴として記憶せず、記憶したいＦＣ出力制限の内容を記憶しておく可能性を高めることができる。
（３）上述の実施形態では、車両に搭載された燃料電池システムを例に説明したが、これに限定されるものではなく、電力を動力源とする船舶、飛行機などの移動体に搭載される燃料電池システムにも適用可能である。
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、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部また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…燃料電池システム
１００…燃料電池
１０２…反応ガス供給機構
１０４…エアコンプレッサ
１１０…燃料電池用コンバータ
１２０…二次電池
１３０…二次電池用コンバータ
１４０…補機
１５０…モータ用インバータ
１６０…エアコンプレッサ用インバータ
１７０…ＰＭ制御部
１８０…ＦＣ制御部
１８２…車両制御履歴（ＲｏＢ）
１９０…ＦＤＣ制御部
２００…ＭＧ制御部
２１０…アクセル
２２０…駆動モータ
ＦＤＣ…ＦＣ出力配線
ＤＣＨ…高圧直流配線
ＤＣＬ…低圧直流配線
Ａｏ…アクセル開度
Ａｔｈ…開度閾値
Ｐｒｅｑ…出力要求値
Ｐｔｈ…出力閾値
Ａｅｖ…ＥＶ走行可能なアクセル開度Ａｏの値
Ｐｅｖ…ＥＶ走行可能なモータパワーの値
Ｐａ０…境界値（微小発電による出力電力）
Ｐｆｃ…ＦＣ出力Ｐｆｃ
Ｒｅａ…領域
Ｌｃ…曲線
ＳＴ１〜ＳＴ３…状態

Claims (4)

  1. 車両に搭載される燃料電池システムであって、
    反応ガスを用いて発電する燃料電池と、
    前記燃料電池の発電を制御する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、前記燃料電池によって出力される電力を制限する出力制限を実施した場合において、
    （ａ）前記車両の速度の調節指示を受け付けるアクセルのアクセル開度が開度閾値未満、若しくは、前記アクセル開度に応じて設定される前記燃料電池への出力要求が出力閾値未満のときには、実施した出力制限の内容を履歴として記憶せず、
    （ｂ）予め定めた条件を満たすとともに、前記アクセル開度が前記開度閾値以上、かつ、前記出力要求が前記出力閾値以上のときには、実施した出力制限の内容を履歴として記憶する、
    燃料電池システム。
  2. 請求項１に記載の燃料電池システムであって、
    前記出力要求と前記実施した出力制限における出力との差が許容値以上となる場合に、前記予め定めた条件が満たされる、燃料電池システム。
  3. 請求項１または請求項２に記載の燃料電池システムであって、
    前記制御部は、前記実施した出力制限の内容を履歴として記憶する前記（ｂ）を一度行った場合には、前記実施した出力制限が解除されるまで、前記（ｂ）を行なわない、燃料電池システム。
  4. 車両に搭載され、反応ガスを用いて発電する燃料電池と、前記燃料電池の発電を制御する制御部と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、
    前記制御部は、前記燃料電池によって出力される電力を制限する出力制限を実施した場合において、
    （ａ）前記車両の速度の調節指示を受け付けるアクセルのアクセル開度が開度閾値未満、若しくは、前記アクセル開度に応じて設定される前記燃料電池への出力要求が出力閾値未満のときには、実施した出力制限の内容を履歴として記憶せず、
    （ｂ）予め定めた条件を満たすとともに、前記アクセル開度が前記開度閾値以上、かつ、前記出力要求が前記出力閾値以上のときには、実施した出力制限の内容を履歴として記憶する、
    燃料電池システムの制御方法。
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