JP2019114431A

JP2019114431A - 燃料電池システムおよび車両

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Publication number: JP2019114431A
Application number: JP2017247322A
Authority: JP
Inventors: 明宏神谷; Akihiro Kamiya; 裕田野; Yutaka Tano; 孝宏梅原; Takahiro Umehara
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-12-25
Filing date: 2017-12-25
Publication date: 2019-07-11
Anticipated expiration: 2037-12-25
Also published as: DE102018132731A1; JP6919555B2; CN109969041B; US10693163B2; CN109969041A; US20190198894A1; DE102018132731B4

Abstract

【課題】燃料電池スタックの出力電圧のハンチングを抑制する。【解決手段】燃料電池システムは、燃料電池スタックと、燃料電池スタックの出力電圧を検出する電圧検出部と、出力電圧を調整する燃料電池用コンバータと、電流指令値により燃料電池用コンバータの出力電圧の調整を制御する制御部であって、出力電圧が第１電圧以上になると出力電圧を低下させるための第１電流指令値を燃料電池用コンバータに送信し、出力電圧が第２電圧以下になると出力電圧を増加させるための第２電流指令値を燃料電池用コンバータに送信し、出力電圧が第２電圧以下になると第１電流指令値を第１記憶値として記憶し、出力電圧が第１電圧以上になると第２電流指令値を第２記憶値として記憶し、第１記憶値と第２記憶値とを用いて算出され第１記憶値と第２記憶値との間に収まる電流指令値を第１電流指令値又は第２電流指令値として燃料電池用コンバータに送信する制御部とを備える。【選択図】図３

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

燃料電池（燃料電池スタック）は、燃料ガスや酸化ガス（空気）の供給量をベースとする運転条件により発電している。燃料電池の出力電圧と出力電流との関係（Ｖ−Ｉ特性）は、こうした運転条件により相違する。所定の運転条件で発電している燃料電池の動作点をどこにするかは、燃料電池の出力を制御する燃料電池用コンバータが制御している。特許文献１は、こうした制御の１つとして、急速暖機を行なうために燃料電池のセル電圧を低下させた場合の電圧制御について開示している。

特開２００９−１５８３９９号公報

一方、燃料電池の出力電圧には電池の劣化を招かない適正な電圧範囲、すなわち上限値及び下限値が存在する。このため、燃料電池から取り出す電流量を変化させた場合に、燃料電池の出力電圧が上限値を上回らないように、また下限値を下回らないように、制御することが必要になる。しかしながら、燃料電池の出力電圧を適正な範囲に収めるために電流量の制御を燃料電池用コンバータが勝手に行なったのでは、車両全体としての要求に応えられなくなってしまう可能性がある。そこで、燃料電池の出力電圧を適正な範囲に収めるために燃料電池から取り出す電流量を調整する場合には、統合制御部により、過不足する電流量を二次電池から取り出すなど、車両電全体の制御を行ないながら、燃料電池用コンバータに対して、増加または低減すべき電流量を指示することになる。こうした燃料電池の出力電圧を適正な範囲の収める制御を実施する場合、燃料電池の動作点によっては、増加または低減すべき電流量が適切なものとならず、燃料電池の運転が不安定になってしまう場合が見出された。不安定になってしまう一例としては、燃料電池の出力電圧が上限値と下限値との間でハンチングしてしまい、安定なものとならない場合がある。

図６に示す例では、統合制御部は、燃料電池に対する出力要求電流指令値Ｃａ１が一定でも、燃料電池の出力電圧が第１電圧を一旦上回ると、出力電圧がこの第１電圧以下となるまで出力要求電流指令値をΔＣａずつ漸増させる補正を行い、他方、燃料電池の出力電圧が第２電圧を一旦下回ると出力電圧がこの第２電圧以上となるまで補正後電流指令値をΔＣａずつ漸減させる。しかしながら、燃料電池は応答遅れを有する系であるため、前述電流補正を行っても、燃料電池の出力電圧は、第１電圧と第２電圧との電圧範囲を超えてハンチングしてしまう。また、補正後電流指令値も漸増・漸減を繰り返すことになる。

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、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、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックの出力電圧を検出する電圧検出部と、前記出力電圧を調整する燃料電池用コンバータと、前記出力電圧が前記燃料電池スタックの予め定められた出力電圧範囲から逸脱したとき、電流指令値を前記燃料電池用コンバータに送信することによって前記燃料電池用コンバータによる前記出力電圧の調整を制御する制御部であって、前記出力電圧が前記出力電圧範囲の上限である第１電圧以上になると、前記出力電圧を低下させるための第１電流指令値を前記燃料電池用コンバータに送信し、前記出力電圧が前記出力電圧範囲の下限である第２電圧以下になると、前記出力電圧を増加させるための第２電流指令値を前記燃料電池用コンバータに送信し、前記出力電圧が前記第２電圧以下になると前記第１電流指令値を第１記憶値として記憶し、前記出力電圧が前記第１電圧以上になると前記第２電流指令値を第２記憶値として記憶し、前記第１記憶値と前記第２記憶値とを用いて算出され前記第１記憶値と前記第２記憶値との間に収まる電流指令値を前記第１電流指令値又は前記第２電流指令値として前記燃料電池用コンバータに送信する制御部と、を備える。
この形態の燃料電池システムによれば、制御部は、燃料電池スタックの出力電圧が第１電圧以上又は第２電圧以下となる度に、第１記憶値又は第２記憶値を更新し、第１記憶値と第２記憶値を用いて算出された電流指令値を第１電流指令値又は第２電流指令値として燃料電池用コンバータに送信することによって、燃料電池用コンバータによる燃料電池スタックの出力電圧の調整を制御するので、出力電圧にハンチングが生じることを抑制できる。

（２）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、さらに、前記第１記憶値が予め記憶されていない場合には、前記出力電圧が前記第１電圧以上になると、前記燃料電池スタックへの出力要求に応じた出力要求電流指令値に予め定められた固定値を加えた値を前記第１電流指令値として前記燃料電池用コンバータに送信するとともに、前記第１電流指令値を前記第１記憶値として記憶し、前記第２記憶値が予め記憶されていない場合には、前記出力電圧が前記第２電圧以下になると、前記出力要求電流指令値を前記第２電流指令値として前記燃料電池用コンバータに送信するとともに、前記第２電流指令値を前記第２記憶値として記憶するようにしてもよい。
この形態の燃料電池システムによれば、第１記憶値及び第２記憶値が予め記憶されていない場合に、記憶されるべき第１記憶値及び第２記憶値を決めることができる。

（３）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、さらに、前記出力電圧が前記第１電圧未満であるとともに前記第２電圧よりも大きい場合には、直前に送信された電流指令値を前記燃料電池用コンバータに送信するようにしてもよい。
この形態の燃料電池システムによれば、出力電圧が第１電圧未満であるとともに第２電圧よりも大きい場合に、送信されるべき電流指令値を決めることができる。

（４）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記第１記憶値と前記第２記憶値との間に収まる電流指令値は、前記第１記憶値と前記第２記憶値の平均値としてもよい。
この形態の燃料電池システムによれば、前記第１記憶値と前記第２記憶値との間に収まる電流指令値を算出できる。

本発明は、上記以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、上記燃料電池システムと上記燃料電池スタックによって発電された電力で回転する車両駆動用のモータとを備える車両の形態で実現することができる。

一実施形態における燃料電池システムの電気系の概略構成を示す図。電流指令値補正フラグのオンとオフを決定するフローチャートの例。出力要求電流指令値への補正処理の詳細を示すフローチャートの例。第１と第２記憶値がない場合の図３に対応するフローチャートの例。一実施形態におけるＦＣ出力電圧と補正後電流指令値と出力要求電流指令値の時間的変化を例示する図。従来技術におけるＦＣ出力電圧と補正後電流指令値と出力要求電流指令値の時間的変化を例示する図。

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の電気系の概略構成を示す図である。燃料電池システム１０は、車両１に搭載され、運転者からの要求に応じて、車両１の動力源となる電力を出力する。

燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１００と、電圧検出部１８０と、燃料電池用コンバータ１１０と、バッテリコンバータ１２０と、モータジェネレータ（Ｍ／Ｇ）用インバータ１３０と、モータジェネレータ（Ｍ／Ｇ）１４０と、エアコンプレッサ（ＡＣＰ）用インバータ１６０と、エアコンプレッサ（ＡＣＰ）１７０と、二次電池２００と、ポンプインバータ２３０と、水素ポンプ（ＨＰ）２４０と、冷却水ポンプ（ＷＰ）２５０と、制御部３００と、アクセルペダルセンサ３１０と、ブレーキペダルセンサ３２０と、車速センサ３３０と、を備える。

燃料電池スタック１００は、例えば燃料ガスと酸化ガスの電気化学反応により発電する固体高分子形燃料電池を採用可能である。燃料ガスは、例えば水素を採用可能であり、酸化ガスは、例えば空気を採用可能である。燃料電池スタック１００は、図示しない複数の単セルが積層されることによって構成される。

電圧検出部１８０は、燃料電池スタック１００の出力電圧を検出する。燃料電池用コンバータ１１０は、燃料電池スタック１００の出力電圧を調整するＤＣ／ＤＣコンバータである。燃料電池用コンバータ１１０は、制御部３００から送信される電流指令値によって燃料電池スタック１００の出力電圧の調整を制御される。また、燃料電池用コンバータ１１０は、燃料電池スタック１００の出力電圧をモータジェネレータ１４０で利用可能な高電圧に昇圧する。

モータジェネレータ用インバータ１３０は、燃料電池用コンバータ１１０によって調整された直流電圧を交流電圧に変換するものであり、制御部３００からの制御信号に応じて交流電圧の周波数と電圧を調整してモータジェネレータ１４０に供給し、モータジェネレータ１４０を制御する。モータジェネレータ１４０は、電力で回転する車両駆動用のモータとしての機能と、回生電力を発生させるジェネレータとしての機能とを有する。エアコンプレッサ用インバータ１６０は、燃料電池用コンバータ１１０によって調整された直流電圧を交流電圧に変換するものであり、制御部３００からの制御信号に応じて交流電圧の周波数と電圧を調整してエアコンプレッサ１７０に供給し、エアコンプレッサ１７０を制御する。

バッテリコンバータ１２０は、双方向のＤＣ／ＤＣコンバータである。すなわち、バッテリコンバータ１２０は、制御部３００からの制御信号に応じて、燃料電池用コンバータ１１０によって調整された直流電圧を降圧し、又は、二次電池２００の電圧を昇圧する。二次電池２００は、モータジェネレータ１４０やエアコンプレッサ１７０、水素ポンプ２４０、冷却水ポンプ２５０等の電源として機能する。二次電池２００は、燃料電池スタック１００からの電力や、モータジェネレータ１４０からの回生電力によって充電される。二次電池２００は、例えば、リチウムイオン二次電池や、ニッケル水素二次電池等を採用可能である。

ポンプインバータ２３０は、二次電池２００の電圧又はバッテリコンバータ１２０によって降圧された直流電圧を交流電圧に変換するものであり、制御部３００からの制御信号に応じて交流電圧の周波数と電圧を調整して水素ポンプ２４０と冷却水ポンプ２５０に供給し、水素ポンプ２４０と冷却水ポンプ２５０を制御する。

制御部３００は、中央処理装置と主記憶装置とを備えるマイクロコンピュータによって構成されている。制御部３００は、図示しない互いに通信可能な燃料電池ＥＣＵや、燃料電池用コンバータＥＣＵ、電力制御ＥＣＵ等を備える統合ＥＣＵである。制御部３００には、車両１のアクセルペダル（図示せず）の踏込量を検出するアクセルペダルセンサ３１０と、ブレーキペダル（図示せず）の踏込量を検出するブレーキペダルセンサ３２０と、車速を検出する車速センサ３３０とが接続されている。制御部３００は、これら各センサからの検出信号に応じて、燃料電池システム１０内の各部の動作を制御する。また、制御部３００は、電圧検出部１８０によって検出された燃料電池スタック１００の出力電圧を燃料電池用コンバータ１１０を介して取得する。図１では、燃料電池システム１０内の各部と制御部３００との間の信号経路が破線で描かれている。

制御部３００は、電流指令値を燃料電池用コンバータ１１０に送信することによって、燃料電池用コンバータ１１０による燃料電池スタック１００の出力電圧の調整を制御する。具体的には、制御部３００は、まず、アクセルペダルセンサ３１０からの検出信号その他燃料電池スタック１００への出力要求に応じた出力要求電流指令値を燃料電池用コンバータ１１０に送信する。燃料電池用コンバータ１１０は、出力要求電流指令値に応じて燃料電池スタック１００の出力電圧を調整する。次に、制御部３００は、調整後の出力電圧に応じて出力要求電流指令値を補正した電流指令値（以降、「補正後電流指令値」と呼ぶ）を燃料電池用コンバータ１１０に送信する。燃料電池用コンバータ１１０は、補正後電流指令値に応じて燃料電池スタック１００の出力電圧を調整する。なお、出力要求電流指令値への補正は、ゼロを含む値を利用可能である。

ここで、制御部３００は、燃料電池スタック１００の出力電圧が燃料電池スタック１００の予め定められた出力電圧範囲から逸脱したとき、以下のように燃料電池用コンバータ１１０による燃料電池スタック１００の出力電圧の調整を制御する。制御部３００は、燃料電池スタック１００の出力電圧が出力電圧範囲の上限である第１電圧以上になると、出力電圧を低下させるための第１電流指令値（補正後電流指令値）を燃料電池用コンバータ１１０に送信する。一方、制御部３００は、燃料電池スタック１００の出力電圧が出力電圧範囲の下限である第２電圧以下になると、出力電圧を増加させるための第２電流指令値（補正後電流指令値）を燃料電池用コンバータ１１０に送信する。なお、制御部３００は、燃料電池スタック１００の出力電圧が第２電圧以下になると第１電流指令値を第１記憶値として記憶し、燃料電池スタック１００の出力電圧が第１電圧以上になると第２電流指令値を第２記憶値として記憶し、第１記憶値と第２記憶値とを用いて第１記憶値と第２記憶値との間に収まる電流指令値を算出し、算出された電流指令値を第１電流指令値又は第２電流指令値として燃料電池用コンバータ１１０に送信する。なお、「第１電流指令値」及び「第２電流指令値」は、「補正後電流指令値」と呼ぶ場合もある。

「予め定められた出力電圧範囲」とは、任意の目標電圧、例えば、開回路電圧を回避するために設定された開回路電圧よりも小さい高電位回避電圧、に対する許容電圧範囲である。「第１記憶値」及び「第２記憶値」とは、第１記憶値と第２記憶値との間に収まる電流指令値を算出するために用いられる電流値である。第１記憶値と第２記憶値との間に収まる電流指令値は、例えば、第１記憶値と第２記憶値の平均値を採用可能である。この平均値は、相加平均値としてもよいし、相乗平均値としてもよいし、加重平均値としてもよい。

図２は、電流指令値補正フラグのオンとオフを決定する補正決定処理を例示するフローチャートである。電流指令値補正フラグは、出力要求電流指令値を補正するか否かを決定するためのフラグである。図３は、電流指令値補正処理の詳細を例示するフローチャートである。図２及び図３に示す処理は、制御部３００によって、燃料電池システム１０の運転中に繰り返して実行される。

図２では、ステップＳ１１０において、制御部３００は、燃料電池スタック１００の出力電圧が第１電圧以上であるか否かを判定する。制御部３００は、燃料電池スタック１００の出力電圧が第１電圧以上であると判定した場合（ステップＳ１１０、Ｙｅｓ）には、ステップＳ１２０に移行し、電流指令値補正フラグをオンに設定し、補正決定処理を終了する。一方、制御部３００は、燃料電池スタック１００の出力電圧が第１電圧よりも小さいと判定した場合（ステップＳ１１０、Ｎｏ）には、ステップＳ１３０に移行する。ステップＳ１３０において、制御部３００は、燃料電池スタック１００の出力電圧が安定しているか否かを判定する。制御部３００は、燃料電池スタック１００の出力電圧が安定していると判定した場合（ステップＳ１３０、Ｙｅｓ）には、ステップＳ１４０に移行し、電流指令値補正フラグをオフに設定し、補正決定処理を終了する。一方、制御部３００は、燃料電池スタック１００の出力電圧が安定していないと判定した場合（ステップＳ１３０、Ｎｏ）には、電流指令値補正フラグを変更することなく補正決定処理を終了する。なお、補正決定処理は、図２に示す手順の代わりに、他の手順によって実行されてもよい。

図３では、ステップＳ２１０において、制御部３００は、電流指令値補正フラグがオンであるか否かを判定する。制御部３００は、電流指令値補正フラグがオンである場合（ステップＳ２１０、Ｙｅｓ）には、ステップＳ２２０に移行する。ステップＳ２２０において、制御部３００は、燃料電池スタックの出力電圧が第１電圧以上であるか否かを判定する。制御部３００は、出力電圧が第１電圧以上であると判定した場合（ステップＳ２２０、Ｙｅｓ）には、ステップＳ２３０に移行する。ステップＳ２３０において、制御部３００は、第２電流指令値を第２記憶値として記憶する。ここで、第１記憶値と異なる値を第２記憶値の初期値として予め記憶されていてもよい。この初期値は、第２電圧に対応する電流指令値を採用してもよい。ステップＳ２６０において、制御部３００は、第１記憶値と第２記憶値とを用いて第１記憶値と第２記憶値との間に収まる電流指令値を算出し、算出された電流指令値を第１電流指令値として燃料電池用コンバータ１１０に送信する。ここで、第１記憶値として、ステップＳ２６０が実行される前にステップＳ２５０が実行された場合には、ステップＳ２５０で記憶された第１記憶値が利用される。一方、ステップＳ２６０が実行される前にステップＳ２５０が実行されなかった場合には、後述する第１記憶値の初期値を利用してもよい。

ステップＳ２１０において、制御部３００は、電流指令値補正フラグがオフである場合（ステップＳ２１０、Ｎｏ）には、ステップＳ２８０に移行する。ステップＳ２８０において、制御部３００は、出力要求電流指令値を第１記憶値及び第２記憶値として記憶するとともに、出力要求電流指令値を燃料電池用コンバータ１１０に送信する。なお、ステップＳ２１０及びステップＳ２８０は、省略されてもよい。

ステップＳ２２０において、制御部３００は、燃料電池スタック１００の出力電圧が第１電圧よりも小さいと判定した場合（ステップＳ２２０、Ｎｏ）には、ステップＳ２４０に移行する。ステップＳ２４０において、制御部３００は、燃料電池スタック１００の出力電圧が第２電圧以下であるか否かを判定する。制御部３００は、出力電圧が第２電圧以下であると判定した場合（ステップＳ２４０、Ｙｅｓ）には、ステップＳ２５０に移行する。ステップＳ２５０において、制御部３００は、第１電流指令値を第１記憶値として記憶する。ここで、第２記憶値と異なる値を第１記憶値の初期値として予め記憶されていてもよい。この初期値は、第１電圧に対応する電流指令値を採用してもよい。制御部３００は、ステップＳ２５０を実行した後、ステップＳ２６０に移行する。ここで、第２記憶値として、ステップＳ２６０が実行される前にステップＳ２３０が実行された場合には、ステップＳ２３０で記憶された第１記憶値の値が利用される。一方、ステップＳ２６０が実行される前にステップＳ２３０が実行されなかった場合には、第２記憶値の初期値を利用してもよい。なお、第１記憶値の初期値と第２記憶値の初期値は、燃料電池システム１０の各種の運転条件を考慮して十分な差を設けた２つの電流指令値を採用することが好ましい。

ステップＳ２４０において、制御部３００は、燃料電池スタック１００の出力電圧が第１電圧未満であるとともに第２電圧よりも大きいと判定した場合（ステップＳ２４０、Ｎｏ）には、ステップＳ２７０に移行する。ステップＳ２７０において、制御部３００は、直前に送信された電流指令値を燃料電池用コンバータ１１０に送信する。「直前に送信された電流指令値」とは、ステップＳ２７０において電流指令値を送信する前に最後に送信された電流指令値である。なお、ステップＳ２７０は、省略されてもよい。

図４は、第１記憶値及び第２記憶値が予め記憶されていない場合の電流指令値補正処理の詳細を例示するフローチャートであり、図３に対応している。図４は、図３に示すフローチャートのステップＳ２６０を削除し、ステップＳ２３０をステップＳ２３５に置き換え、ステップＳ２５０をステップＳ２５５に置き換えたものである。なお、図４に示す電流指令値補正処理は、第１記憶値及び第２記憶値が一度記憶されると終了する。

ステップＳ２３５において、制御部３００は、出力要求電流指令値に予め定められた固定値を加えた値を第１電流指令値として燃料電池用コンバータ１１０に送信するとともに、第１電流指令値を第１記憶値として記憶する。「予め定められた固定値」とは、第１記憶値が予め記憶されていない場合の第１電流指令値を設定するために用いられる値であり、例えば、第１電圧に対応する電流指令値から出力要求電流指令値を減じた値を採用可能である。ステップＳ２５５において、制御部３００は、出力要求電流指令値を第２電流指令値として燃料電池用コンバータ１１０に送信するとともに、第２電流指令値を第２記憶値として記憶する。なお、図４に示す電流指令値補正処理は、省略されてもよい。

図５は、燃料電池スタック１００の出力電圧を調整する際の出力電圧（図５では「ＦＣ出力電圧」と呼ぶ）と補正後電流指令値と出力要求電流指令値の時間的変化を例示する図である。図５は、電流指令値補正フラグがオンである場合（図３、Ｓ２１０、Ｙｅｓ）の図が描かれている。なお、図５の例において、第１記憶値と第２記憶値との間に収まる電流指令値、すなわち、補正後電流指令値は、第１記憶値と第２記憶値の相加平均値を採用している。

時刻Ｔ１では、ＦＣ出力電圧は第１電圧以上となる（図４、ステップＳ２２０、Ｙｅｓ）。このとき、第１記憶値が予め記憶されていないので、制御部３００は、図４に示す処理手順に従う。制御部３００は、出力要求電流指令値に予め定められた固定値を加えた値を第１電流指令値（補正後電流指令値）として燃料電池用コンバータ１１０に送信するとともに、第１電流指令値を第１記憶値として記憶する（図４、ステップＳ２３５）。図４の例では、制御部３００は、出力要求電流指令値Ｃａ１に固定値を加えた値Ｃａ２を補正後電流指令値として燃料電池用コンバータ１１０に送信する。具体的には、制御部３００は、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの間に補正後電流指令値をＣａ１からＣａ２まで漸増させる。なお、補正後電流指令値を漸増させずに一挙に補正後電流値Ｃａ２に増加させてもよい。時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までは、補正後電流指令値の上昇に伴い、ＦＣ出力電圧の上昇が停止し、ＦＣ出力電圧は低下し始める。時刻Ｔ２では、制御部３００は、補正後電流指令値Ｃａ２を第１記憶値として記憶する。時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までは、ＦＣ出力電圧は低下を続いて第１電圧未満であるとともに第２電圧よりも大きいので、補正後電流指令値は時刻Ｔ２での値を維持する（図３、ステップＳ２７０）。

時刻Ｔ３では、ＦＣ出力電圧は第２電圧以下となる（図４、ステップＳ２４０、Ｙｅｓの場合）。このとき、第２記憶値が予め記憶されていないので、制御部３００は、図４に示す処理手順に従う。制御部３００は、出力要求電流指令値を第２電流指令値（補正後電流指令値）として燃料電池用コンバータ１１０に送信するとともに、第２電流指令値を第２記憶値して記憶する（図４、ステップＳ２５５）。図４の例では、制御部３００は、出力要求電流指令値Ｃａ１を補正後電流指令値として燃料電池用コンバータ１１０に送信する。具体的には、制御部３００は、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４までの間に補正後電流指令値をＣａ２からＣａ１まで漸減させる。なお、補正後電流指令値を漸減させずに一挙に補正後電流指令値Ｃａ１に低下させてもよい。時刻Ｔ３から時刻Ｔ４までは、補正後電流指令値の下降に伴い、ＦＣ出力電圧の下降が停止し、ＦＣ出力電圧は上昇し始める。時刻Ｔ４では、制御部３００は、補正後電流指令値Ｃａ１を第２記憶値として記憶する。時刻Ｔ４から時刻Ｔ５までは、ＦＣ出力電圧は上昇を続いて第１電圧未満であるとともに第２電圧よりも大きいので、補正後電流指令値は時刻Ｔ４での値を維持する（図３、ステップＳ２７０）。

時刻Ｔ５では、ＦＣ出力電圧は第１電圧以上となる（図３、ステップＳ２２０、Ｙｅｓの場合）。時刻Ｔ５以降は、第１記憶値及び第２記憶値が既に記憶されているので、制御部３００は、図３に示す処理手順に従う。制御部３００は、第２電流指令値、すなわち、時刻Ｔ４での補正後電流指令値Ｃａ１を第２記憶値として記憶する（図３、ステップＳ２３０）。これとともに、制御部３００は、時刻Ｔ５での第１記憶値、すなわち、時刻Ｔ２で記憶された第１記憶値Ｃａ２と、第２記憶値Ｃａ１との平均値Ｃａ３（補正後電流指令値）を燃料電池用コンバータ１１０に送信する（図３、ステップＳ２６０）。燃料電池用コンバータ１１０は、補正後電流指令値Ｃａ３を受け、ＦＣ出力電圧を低下させる。

時刻Ｔ６では、ＦＣ出力電圧は第２電圧以下となる（図３、ステップＳ２４０、Ｙｅｓの場合）。このとき、制御部３００は、第１電流指令値、すなわち、時刻Ｔ５での補正後電流指令値Ｃａ３を第１記憶値として記憶する（図３、ステップＳ２５０）。これとともに、制御部３００は、時刻Ｔ６での第２記憶値、すなわち、時刻Ｔ４で記憶された第２記憶値Ｃａ１と、第１記憶値Ｃａ３との平均値Ｃａ４（補正後電流指令値）を燃料電池用コンバータ１１０に送信する（図３、ステップＳ２６０）。燃料電池用コンバータ１１０は、補正後電流指令値Ｃａ４を受け、ＦＣ出力電圧を増加させる。

時刻Ｔ７では、ＦＣ出力電圧は第１電圧以上となる（図３、ステップＳ２２０、Ｙｅｓの場合）。このとき、制御部３００は、第２電流指令値、すなわち、時刻Ｔ６での補正後電流指令値Ｃａ４を第２記憶値として記憶する（図３、ステップＳ２３０）。これとともに、制御部３００は、時刻Ｔ７での第１記憶値、すなわち、時刻Ｔ６で記憶された第１記憶値Ｃａ３と、第２記憶値Ｃａ４との平均値Ｃａ５を燃料電池用コンバータ１１０に送信する（図３、ステップＳ２６０）。燃料電池用コンバータ１１０は、補正後電流指令値Ｃａ５を受け、ＦＣ出力電圧を低下させる。

時刻Ｔ７以降では、ＦＣ出力電圧は第１電圧未満であるとともに第２電圧よりも大きいので、補正後電流指令値は時刻Ｔ７での補正後電流指令値Ｃａ５に維持される（図３、ステップＳ２７０）。図５から分かるように、補正後電流指令値は、第１記憶値と第２記憶値との間に収束していく。これに応じて、ＦＣ出力電圧は、第１電圧と第２電圧との間に収束していく。すなわち、制御部３００は、ＦＣ出力電圧が第１電圧以上又は第２電圧以下となる度に、第１記憶値又は第２記憶値を更新し、第１記憶値と第２記憶値を用いて算出された電流指令値（補正後電流指令値）を燃料電池用コンバータ１１０に送信することによって、燃料電池用コンバータ１１０による燃料電池スタック１００の出力電圧の調整を制御するので、出力電圧にハンチングが生じることを抑制できる。

以上説明したように、一実施形態では、制御部３００は、燃料電池スタック１００の出力電圧が第１電圧以上又は第２電圧以下となる度に、第１記憶値又は第２記憶値を更新し、第１記憶値と第２記憶値を用いて算出された電流指令値を第１電流指令値又は第２電流指令値として燃料電池用コンバータ１１０に送信することによって、燃料電池用コンバータ１１０による燃料電池スタック１００の出力電圧の調整を制御するので、出力電圧にハンチングが生じることを抑制できる。

本発明は、上述の実施形態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。

１…車両
１０…燃料電池システム
１００…燃料電池スタック
１１０…燃料電池用コンバータ
１２０…バッテリコンバータ
１３０…モータジェネレータ用インバータ
１４０…モータジェネレータ
１６０…エアコンプレッサ用インバータ
１７０…エアコンプレッサ
１８０…電圧検出部
２００…二次電池
２３０…ポンプインバータ
２４０…水素ポンプ
２５０…冷却水ポンプ
３００…制御部
３１０…アクセルペダルセンサ
３２０…ブレーキペダルセンサ
３３０…車速センサ

Claims

燃料電池システムであって、
燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックの出力電圧を検出する電圧検出部と、
前記出力電圧を調整する燃料電池用コンバータと、
前記出力電圧が前記燃料電池スタックの予め定められた出力電圧範囲から逸脱したとき、電流指令値を前記燃料電池用コンバータに送信することによって前記燃料電池用コンバータによる前記出力電圧の調整を制御する制御部であって、
前記出力電圧が前記出力電圧範囲の上限である第１電圧以上になると、前記出力電圧を低下させるための第１電流指令値を前記燃料電池用コンバータに送信し、
前記出力電圧が前記出力電圧範囲の下限である第２電圧以下になると、前記出力電圧を増加させるための第２電流指令値を前記燃料電池用コンバータに送信し、
前記出力電圧が前記第２電圧以下になると前記第１電流指令値を第１記憶値として記憶し、前記出力電圧が前記第１電圧以上になると前記第２電流指令値を第２記憶値として記憶し、前記第１記憶値と前記第２記憶値とを用いて算出され前記第１記憶値と前記第２記憶値との間に収まる電流指令値を前記第１電流指令値又は前記第２電流指令値として前記燃料電池用コンバータに送信する制御部と、
を備える、
燃料電池システム。
請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、さらに、
前記第１記憶値が予め記憶されていない場合には、前記出力電圧が前記第１電圧以上になると、前記燃料電池スタックへの出力要求に応じた出力要求電流指令値に予め定められた固定値を加えた値を前記第１電流指令値として前記燃料電池用コンバータに送信するとともに、前記第１電流指令値を前記第１記憶値として記憶し、
前記第２記憶値が予め記憶されていない場合には、前記出力電圧が前記第２電圧以下になると、前記出力要求電流指令値を前記第２電流指令値として前記燃料電池用コンバータに送信するとともに、前記第２電流指令値を前記第２記憶値として記憶する、
燃料電池システム。
請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
前記制御部は、さらに、前記出力電圧が前記第１電圧未満であるとともに前記第２電圧よりも大きい場合には、直前に送信された電流指令値を前記燃料電池用コンバータに送信する、
燃料電池システム。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記第１記憶値と前記第２記憶値との間に収まる電流指令値は、前記第１記憶値と前記第２記憶値の平均値である、
燃料電池システム。
車両であって、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料電池システムと、
前記燃料電池スタックによって発電された電力で回転する車両駆動用のモータと、
を備える、
車両。