JP2023079249A - 燃料電池システムの制御方法、燃料電池システム、及び、燃料電池自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電装置用のコンバータを備えていなくても、モータの性能を十分に発揮させる。【解決手段】燃料電池システムの制御方法は、処理回路が記憶部に記録されたプログラムを実行することにより、負荷出力Ｐｌｏａｄを算出すると共に、最大出力Ｐｍａｘを算出する算出工程（ステップＳ３）と、負荷出力Ｐｌｏａｄと最大出力Ｐｍａｘとを比較する比較工程（ステップＳ４）と、負荷出力Ｐｌｏａｄが最大出力Ｐｍａｘを上回った場合に、発電出力Ｐｆｃを増加させることによって、負荷２０で消費される蓄電出力Ｐｂａｔを減少させる制御工程（ステップＳ７）と、を有する。【選択図】図６

Description

この発明は、燃料電池の出力と蓄電装置の出力とにより駆動されるモータを備える燃料電池システムの制御方法、燃料電池システム、及び、燃料電池自動車に関する。

特許文献１は、燃料電池の出力（発電出力）と蓄電装置の出力（蓄電出力）とによりモータを駆動する燃料電池システムと、燃料電池システムを搭載した燃料電池自動車とを開示する。この燃料電池システムは、発電出力と蓄電出力との合成出力を最大限使用可能としている。この燃料電池システムは、燃料電池用のコンバータと、蓄電装置用のコンバータとを備える。燃料電池用のコンバータは、低電圧の発電出力を高電圧の発電出力にする。蓄電装置用のコンバータは、低電圧の蓄電出力を高電圧の蓄電出力にする。燃料電池システムのコントローラは、燃料電池の出力電圧（発電電圧）が、蓄電装置の出力電圧（蓄電電圧）を上回らないように、両コンバータの昇圧比を調整する。

特開２０１７－５１０４２号公報

ところで、燃料電池システムでは、コスト低減が重要な課題となっている。例えば、蓄電装置用のコンバータを削除することにより、燃料電池システムのコストは低くなる。

特許文献１の燃料電池システムにおいて、蓄電装置用のコンバータが削除されると、燃料電池用のコンバータの出力端子と蓄電装置とが直接接続（直結）される。この構造によると、蓄電装置の出力がそのままモータに供給される。このため、蓄電装置の電圧が減少すると、モータに供給可能な電力も減少する。例えば、モータに供給可能な電力が減少した状態で、運転者がアクセルペダルを踏み込んだとする。この場合、蓄電装置は、モータに十分な電力を供給することができない。このため、燃料電池システムは、運転者の要求どおりに車両を加速させることができない。

この発明は、上述した課題を解決することを目的とする。

本発明の第１態様は、発電電圧を発生する燃料電池と、蓄電電圧を発生する蓄電装置と、モータと、各交流端子が前記モータに接続され且つ各直流端子が前記蓄電装置に接続されるインバータとを含む負荷と、各入力端子が前記燃料電池に接続され且つ各出力端子が前記インバータの前記直流端子と前記蓄電装置の各々に接続される昇圧コンバータと、メモリと、前記メモリに記録されたプログラムを実行する１以上の処理回路とを備える燃料電池システムの制御方法であって、前記処理回路が前記メモリに記録されたプログラムを実行することにより、前記負荷を駆動させるために必要な電力である負荷出力を算出すると共に、前記蓄電装置から前記負荷に供給可能な最大の電力である最大出力を算出する算出工程と、前記負荷出力と前記最大出力とを比較する比較工程と、前記負荷出力が前記最大出力を上回った場合に、前記燃料電池から前記昇圧コンバータを介して前記負荷に供給される電力である発電出力を増加させることによって、前記負荷で消費される蓄電出力を減少させる制御工程と、を有する。

本発明の第２の態様は、発電電圧を発生する燃料電池と、蓄電電圧を発生する蓄電装置と、モータと、交流端子が前記モータに接続され且つ直流端子が前記蓄電装置に接続されるインバータとを含む負荷と、入力端子が前記燃料電池に接続され且つ出力端子が前記インバータの前記直流端子と前記蓄電装置の各々に接続される昇圧コンバータと、メモリと、前記メモリに記録されたプログラムを実行する１以上の処理回路とを備える燃料電池システムであって、前記処理回路が前記メモリに記録されたプログラムを実行することにより、前記負荷を駆動させるために必要な電力である負荷出力を算出すると共に、前記蓄電装置から前記負荷に供給可能な最大の電力である最大出力を算出し、前記負荷出力と前記最大出力とを比較し、前記負荷出力が前記最大出力を上回った場合に、前記燃料電池から前記昇圧コンバータを介して前記負荷に供給される電力である発電出力を増加させることによって、前記負荷で消費される蓄電出力を減少させる。

本発明の第３の態様は、第２の態様の燃料電池システムを搭載し、前記モータを走行用モータとして使用する、燃料電池自動車である。

本発明によれば、燃料電池システムが蓄電装置用のコンバータを備えていなくても、モータの性能を十分に発揮させることができる。

図１は、燃料電池システムの簡略的なブロック図である。 図２は、燃料電池システムを搭載した燃料電池自動車の構成の概略図である。 図３は、処理回路の機能ブロック図である。 図４は、蓄電装置の蓄電電圧と蓄電装置の蓄電出力との特性図である。 図５は、インバータ直流端電圧と最大出力との特性図である。 図６は、処理回路で実行される処理を示すフローチャートである。 図７Ａは、時間経過に伴い変化する最大出力と負荷出力と蓄電出力とを示すタイムチャートである。図７Ｂは、時間経過に伴い変化する蓄電電圧を示すタイムチャートである。図７Ｃは、時間経過に伴い変化する発電出力を示すタイムチャートである。

［１ 燃料電池システム１２の構成、燃料電池自動車１０の構成］
図１は、燃料電池システム１２の簡略的なブロック図である。図２は、燃料電池システム１２を搭載した燃料電池自動車１０の構成の概略図である。なお、本明細書では、燃料電池自動車１０を単に車両１０とも称する。

図１に示すように、燃料電池システム１２は、燃料電池１４と、昇圧コンバータ１６と、蓄電装置１８と、負荷２０と、電子制御装置２２とを備える。本実施形態に係る燃料電池システム１２は、車両１０に搭載される。車両１０において、燃料電池システム１２の負荷２０は、走行用のモータ２４と、モータ２４に接続されるインバータ２６である。なお、以下で説明する燃料電池システム１２及び燃料電池システム１２の制御方法は、車両１０の他に、施設（工場等）のプラント等でも使用可能である。

燃料電池システム１２の一部の構成には次のような略称がある。例えば、燃料電池１４は、「ＦＣ」とも称される。昇圧コンバータ１６は、「ＦＣＶＣＵ」とも称される。蓄電装置１８は、「ＢＡＴ」とも称される。モータ２４は、「ＭＯＴ」とも称される。インバータ２６は、「ＩＮＶ」とも称される。電子制御装置２２は、「ＥＣＵ」とも称される。

図２に示すように、車両１０は、燃料電池システム１２に加えて、トランスミッション２８と、車輪３０と、アクセルペダル３２と、操作量センサ３４と、回転数センサ３６と、電源スイッチ（電源ＳＷ）３８とを備える。トランスミッション２８は、「Ｔ／Ｍ」とも称される。なお、図２においては、煩雑さの回避のためにＥＣＵ２２と各構成要素間との配線（信号線等）を一部省略している。

燃料電池１４と蓄電装置１８の各々は、車両１０の並列的な電源装置（所謂ハイブリッド電源）として機能する。この電源装置は、負荷２０に電力（出力）を供給する。燃料電池システム１２において、燃料電池１４の電力は、相対的に低電圧である。燃料電池１４の出力を、発電出力Ｐｆｃと称する。燃料電池１４の発電出力Ｐｆｃは、昇圧コンバータ１６を介して相対的に高電圧の発電出力Ｐｆｃに変更されて、負荷２０に供給される。一方、燃料電池システム１２において、蓄電装置１８の電力は、相対的に高電圧である。蓄電装置１８の出力を、蓄電出力Ｐｂａｔと称する。蓄電出力Ｐｂａｔは、直接、負荷２０に供給される。なお、蓄電出力Ｐｂａｔは、負荷２０の他に、車両１０の補機負荷（不図示）にも供給される。補機負荷というのは、例えば、燃料電池１４を駆動するエアポンプ、車両１０の灯火装置、電動パワーステアリング装置等である。

燃料電池１４は、例えば、燃料電池セルを積層した構造を有する。燃料電池セルは、固体高分子電解質膜と、アノード電極と、カソード電極とを有する。固体高分子電解質膜は、アノード電極とカソード電極とによって挟まれる。

燃料電池１４の近くには、アノード系と、カソード系と、冷却系等が設けられる。アノード系は、燃料タンクを含む燃料ガス供給源を有する。アノード系は、燃料電池１４のアノードに燃料ガス（水素）を供給する。カソード系は、エアポンプを含む酸化剤ガス供給源を有する。カソード系は、燃料電池１４のカソードに酸素を含む空気（酸化剤ガス）を供給する。冷却系は、冷却ポンプを有する。冷却系は、燃料電池１４を冷却媒体により冷却する。

蓄電装置１８は、複数のバッテリセルを含むエネルギストレージである。蓄電装置１８としては、例えば、リチウムイオン２次電池、ニッケル水素２次電池等を使用することができる。本実施形態では、蓄電装置１８として、リチウムイオン２次電池を利用する。蓄電装置１８としては、キャパシタを使用することも可能である。

昇圧コンバータ１６は、チョッパ型のステップアップコンバータ（昇圧電圧変換器）である。図２に示すように、昇圧コンバータ１６は、例えば、チョークコイル（インダクタ）Ｌ１と、ダイオードＤ１と、スイッチング素子（トランジスタ）Ｔ１と、平滑コンデンサＣ１１、Ｃ１２とを有する。昇圧コンバータ１６の各々の入力端子４０は、燃料電池１４に接続される。昇圧コンバータ１６の各々の出力端子４２は、インバータ２６及び蓄電装置１８に接続される。

昇圧コンバータ１６は、スイッチング素子Ｔ１をデューティ比Ｄに応じてＯＮ／ＯＦＦするデューティ制御を行う。昇圧コンバータ１６は、このデューティ制御により、燃料電池１４の出力電圧である発電電圧Ｖｆｃを昇圧し、インバータ直流端電圧Ｖｉｎｖとしてインバータ２６に印加する。本実施形態の燃料電池システム１２においては、昇圧コンバータ１６の各々の出力端子４２が蓄電装置１８の各々の端子と直接接続される。このため、インバータ直流端電圧Ｖｉｎｖは、蓄電電圧Ｖｂａｔと等しい。昇圧比（Ｖｂａｔ／Ｖｆｃ）は、公知のように、（Ｖｂａｔ／Ｖｆｃ）＝｛１／（１－Ｄ）｝として算出される。

インバータ２６は、例えば、３相のフルブリッジ型で構成され、双方向動作する直流交流変換器である。インバータ２６の各々の直流端子４４は、昇圧コンバータ１６及び蓄電装置１８に接続される。インバータ２６の各々の交流端子４６は、モータ２４に接続される。車両１０（モータ２４）の力行時に、インバータ２６は、燃料電池１４と蓄電装置１８の少なくとも一方から供給される直流電力（発電出力Ｐｆｃ、蓄電出力Ｐｂａｔ）を、３相の交流電力に変換してモータ２４に供給する。一方、モータ２４がインバータ２６を通じて駆動されずに回転している回生時に、インバータ２６は、モータ２４の発電によって発生した３相の交流電力を、直流電力に変換して蓄電装置１８に供給する。

燃料電池１４と昇圧コンバータ１６との間の回路には、第１電圧センサ４８と、第１電流センサ５０とが接続される。第１電圧センサ４８は、燃料電池１４の発電電圧Ｖｆｃを検出する。第１電流センサ５０は、燃料電池１４の発電電流Ｉｆｃを検出する。昇圧コンバータ１６の正極の出力端子４２には、第２電流センサ５２が接続される。第２電流センサ５２は、昇圧コンバータ１６から出力される発電電流Ｉｆｃ２を検出する。昇圧コンバータ１６と蓄電装置１８との間の回路には、第２電圧センサ５４と、第３電流センサ５６とが接続される。第２電圧センサ５４は、蓄電装置１８の蓄電電圧Ｖｂａｔを検出する。第３電流センサ５６は、蓄電装置１８の蓄電電流Ｉｂａｔを検出する。インバータ２６の正極の直流端子４４には、第４電流センサ５８が接続される。第４電流センサ５８は、インバータ直流端電流Ｉｉｎｖを検出する。各センサの検出値を示す信号は、信号線（一部不図示）を通じてＥＣＵ２２に供給される。信号線は、有線でもよいし、無線でもよい。

この燃料電池システム１２においては、蓄電装置１８がインバータ２６の直流端子４４に直接接続（直結）されている。このため、インバータ２６のインバータ直流端電圧Ｖｉｎｖは、蓄電装置１８の蓄電電圧Ｖｂａｔに等しい。つまり、インバータ直流端電圧Ｖｉｎｖは、第２電圧センサ５４により検出（測定）することが可能である。

操作量センサ３４は、アクセルペダル３２の操作量を、アクセルペダル開度θとして検出する。回転数センサ３６は、モータ２４の回転数Ｎを検出する。電源スイッチ３８は、車両１０の乗員の操作に応じて、車両１０の電源をオンからオフへ切り替えるための信号又はオフからオンへ切り替えるための信号を出力する。各センサの検出値を示す信号及び電源スイッチ３８の信号は、信号線（一部不図示）を通じてＥＣＵ２２に供給される。信号線は、有線でもよいし、無線でもよい。

ＥＣＵ２２は、処理回路６６と記憶部６８とを有する。処理回路６６は、ＣＰＵ等のプロセッサであってもよい。処理回路６６は、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ等の集積回路であってもよい。プロセッサは、記憶部６８に記憶されるプログラムを実行することによって各種の処理を実行可能である。図３に示すように、処理回路６６は、取得部７０と、算出部７２と、比較部７４と、制御部７６として機能する。処理回路６６で行われる複数の処理のうちの少なくとも一部が、ディスクリートデバイスを含む電子回路によって実行されてもよい。

取得部７０は、ＥＣＵ２２の外部から、各種の信号（情報）を取得する。算出部７２は、各種の算出を行う。比較部７４は、出力（電力）同士の比較を行う。制御部７６は、燃料電池システム１２を制御する。例えば、制御部７６は、昇圧コンバータ１６のスイッチング素子Ｔ１及びインバータ２６のスイッチング素子（不図示）を制御する。また、制御部７６は、燃料電池１４に設けられる各種のポンプ、インジェクタ等を制御する。

記憶部６８は、揮発性メモリと不揮発性メモリとを有する。揮発性メモリとしては、例えばＲＡＭ等が挙げられる。揮発性メモリは、プロセッサのワーキングメモリとして使用される。揮発性メモリは、処理又は演算に必要なデータ等を一時的に記憶する。不揮発性メモリとしては、例えばＲＯＭ、フラッシュメモリ等が挙げられる。不揮発性メモリは、保存用のメモリとして使用される。不揮発性メモリは、プログラム、テーブル、マップ等を記憶する。記憶部６８の少なくとも一部が、上述したようなプロセッサ、集積回路等に備えられてもよい。記憶部６８は、図５に示す特性７８を記憶する。

［２ 最大出力Ｐｍａｘ］
インバータ直流端電圧Ｖｉｎｖに対して、モータ２４に供給可能な最大の電力（出力）を最大出力Ｐｍａｘという。本実施形態に係る燃料電池システム１２においては、蓄電装置１８と負荷２０とが直接接続される。このため、最大出力Ｐｍａｘは、蓄電装置１８の蓄電電圧Ｖｂａｔに対して、モータ２４に供給可能な最大の電力（出力）である。

図４は、蓄電装置１８の蓄電電圧Ｖｂａｔと蓄電装置１８の蓄電出力Ｐｂａｔとの特性図である。図５は、インバータ直流端電圧Ｖｉｎｖ（蓄電電圧Ｖｂａｔ）と最大出力Ｐｍａｘとの特性図である。図５に示す特性７８は、予め記憶部６８に記憶される。

蓄電電流Ｉｂａｔが一定である場合、図４に示すように、蓄電出力Ｐｂａｔが大きくなるにつれて、蓄電電圧Ｖｂａｔは小さくなる。

図５に示すように、インバータ直流端電圧Ｖｉｎｖが電圧閾値Ｖｔｈ以上である電圧範囲においては、最大出力Ｐｍａｘは、モータ２４のスペックで決まる上限値（第１出力Ｐ１）である。一方、インバータ直流端電圧Ｖｉｎｖが電圧閾値Ｖｔｈ未満の電圧範囲においては、インバータ直流端電圧Ｖｉｎｖが小さくなるにつれて、最大出力Ｐｍａｘは小さくなる。上述したように、インバータ直流端電圧Ｖｉｎｖは、蓄電電圧Ｖｂａｔと等しい。つまり、蓄電電圧Ｖｂａｔが電圧閾値Ｖｔｈを下回ると、最大出力Ｐｍａｘは小さくなる。最大出力Ｐｍａｘが小さい状態で、アクセルペダル３２が踏み込まれると、モータ２４の出力は制限される。このため、車両１０の動作に影響が及ぶ。

本実施形態において、制御部７６は、最大出力Ｐｍａｘが上限値（第１出力Ｐ１）未満であり、且つ、アクセルペダル３２が踏み込まれた場合に、燃料電池１４の発電出力Ｐｆｃが、モータ２４及び蓄電装置１８に供給されるように制御する。これにより、蓄電装置１８が充電されて、蓄電電圧Ｖｂａｔが増加する。その結果、最大出力Ｐｍａｘは増加する。

［３ 車両１０の動作］
車両１０の基本的な動作（力行制御と回生制御）を説明する。車両１０の走行中、取得部７０は、操作量センサ３４からアクセルペダル３２の操作量（アクセルペダル開度θ）を取得する。算出部７２は、アクセルペダル３２の操作量に基づいて、負荷出力Ｐｌｏａｄを算出する。負荷出力Ｐｌｏａｄは、負荷２０を駆動させるために必要な電力である。つまり、負荷出力Ｐｌｏａｄは、アクセルペダル３２の操作によって要求される電源装置（燃料電池１４及び蓄電装置１８）の出力である。

アクセルペダル３２の操作量がゼロよりも大きい値である場合、制御部７６は力行制御を行う。制御部７６は、負荷出力Ｐｌｏａｄの要求に基づいて、昇圧コンバータ１６のスイッチング素子Ｔ１と、インバータ２６のスイッチング素子（不図示）とを制御する。モータ２４は、燃料電池１４から供給される発電出力Ｐｆｃ（昇圧後の発電出力Ｐｆｃ）及び／又は蓄電装置１８から供給される蓄電出力Ｐｂａｔによって駆動される。モータ２４は、走行用の動力である駆動力を発生する。駆動力によりトランスミッション２８を通じて車輪３０が回転駆動されて、車両１０が走行する。

アクセルペダル３２の操作量がゼロ値、いわゆるアクセルペダル３２が開放されている場合、制御部７６は回生制御を行う。インバータ２６は、モータ２４に発生した交流の回生出力（回生電力）によるインバータ交流端電力を、インバータ直流端電力に変換する。蓄電装置１８は、インバータ直流端電力によって蓄電（充電）される。

［４ 燃料電池システム１２で実行される処理］
図６を用いて処理回路６６で実行される処理を説明する。図６は、処理回路６６で実行される処理を示すフローチャートである。

ステップＳ１において、取得部７０は、各センサの検出値を取得する。処理がステップＳ１からステップＳ２に移行すると、算出部７２は、アクセルペダル３２の操作量に基づいて、負荷出力Ｐｌｏａｄを算出する。処理がステップＳ２からステップＳ３に移行すると、算出部７２は、最大出力Ｐｍａｘを算出する。例えば、算出部７２は、第２電圧センサ５４の検出値と図５で示される特性７８とに基づいて、蓄電電圧Ｖｂａｔに対応する最大出力Ｐｍａｘを算出する。

処理がステップＳ３からステップＳ４に移行すると、比較部７４は、負荷出力Ｐｌｏａｄと最大出力Ｐｍａｘとを比較する。負荷出力Ｐｌｏａｄ≦最大出力Ｐｍａｘである場合（ステップＳ４：ＮＯ）、処理はステップＳ５に移行する。一方、負荷出力Ｐｌｏａｄ＞最大出力Ｐｍａｘである場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）、処理はステップＳ６に移行する。

処理がステップＳ４からステップＳ５に移行すると、制御部７６は、昇圧コンバータ１６を制御することによって、発電出力Ｐｆｃを維持する。負荷２０（モータ２４）には、蓄電出力Ｐｂａｔが供給される。ステップＳ５が終了すると、１サイクルの処理は終了する。処理は、ステップＳ１に戻る。

処理がステップＳ４からステップＳ６に移行すると、算出部７２は、負荷出力Ｐｌｏａｄを供給するために必要となるインバータ直流端電圧Ｖｉｎｖを算出する。更に、算出部７２は、インバータ直流端電圧Ｖｉｎｖが蓄電電圧Ｖｂａｔ以下になるような蓄電出力Ｐｂａｔを算出する。

処理がステップＳ６からステップＳ７に移行すると、制御部７６は、ステップＳ６の算出結果に基づいて昇圧コンバータ１６を制御する。具体的には、制御部７６は、負荷出力Ｐｌｏａｄ－蓄電出力Ｐｂａｔ＝発電出力Ｐｆｃとなるように、昇圧コンバータ１６を制御する。この制御によって、昇圧後の発電出力Ｐｆｃは、制御前よりも増加する。昇圧後の発電出力Ｐｆｃが増加すると、蓄電出力Ｐｂａｔは減少する。このため、蓄電電圧Ｖｂａｔは増加する。ステップＳ７が終了すると、１サイクルの処理は終了する。処理は、ステップＳ１に戻る。

［５ 各出力と各電圧との経時的な変化］
図７Ａ～図７Ｃを用いて各出力と各電圧との経時的な変化を説明する。図７Ａは、時間経過に伴い変化する最大出力Ｐｍａｘと負荷出力Ｐｌｏａｄと蓄電出力Ｐｂａｔとを示すタイムチャートである。図７Ｂは、時間経過に伴い変化する蓄電電圧Ｖｂａｔを示すタイムチャートである。図７Ｃは、時間経過に伴い変化する発電出力Ｐｆｃを示すタイムチャートである。

時点ｔ１の直前において、アクセルペダル３２は操作されていない。図７Ｂに示すように、時点ｔ１の直前の蓄電電圧Ｖｂａｔは、第１電圧Ｖ１である。図７Ａに示すように、時点ｔ１の直前の最大出力Ｐｍａｘは、第１出力Ｐ１である。

時点ｔ１において、車両１０の運転者がアクセルペダル３２を踏み込む。すると、図７Ａに示すように、負荷出力Ｐｌｏａｄが増加する。制御部７６は、インバータ２６を制御することによって、蓄電出力Ｐｂａｔをモータ２４に供給する。これにより、蓄電出力Ｐｂａｔは増加し始める。一方、図７Ｂに示すように、蓄電電圧Ｖｂａｔは減少し始める。ここでは、モータ２４に供給される電力は、蓄電出力Ｐｂａｔのみである。

時点ｔ２において、蓄電電圧Ｖｂａｔが電圧閾値Ｖｔｈを下回る。これにより、最大出力Ｐｍａｘは、第１出力Ｐ１から減少し始める（図５参照）。

時点ｔ３において、蓄電出力Ｐｂａｔは、負荷出力Ｐｌｏａｄに達する。制御部７６の制御によって、蓄電出力Ｐｂａｔの増加は停止する。すると、蓄電電圧Ｖｂａｔは、第１電圧Ｖ１よりも小さい第２電圧Ｖ２に維持される。最大出力Ｐｍａｘは、第１出力Ｐ１よりも小さく且つ負荷出力Ｐｌｏａｄよりも大きい第２出力Ｐ２に維持される。

時点ｔ４において、車両１０の運転者がアクセルペダル３２を更に踏み込む。すると、負荷出力Ｐｌｏａｄが更に増加し、第２出力Ｐ２に維持される最大出力Ｐｍａｘを上回る。図７Ｃに示すように、制御部７６は、昇圧コンバータ１６を制御することによって、昇圧コンバータ１６から出力される発電出力Ｐｆｃを増加させる。発電出力Ｐｆｃは、モータ２４に供給される。このため、モータ２４において、蓄電装置１８の蓄電出力Ｐｂａｔの消費量は低下する。発電出力Ｐｆｃは、蓄電装置１８にも供給される。その結果、蓄電装置１８は充電され、蓄電電圧Ｖｂａｔは増加する。これにより、最大出力Ｐｍａｘは、第２出力Ｐ２から増加し始める（図５参照）。

時点ｔ５において、最大出力Ｐｍａｘが負荷出力Ｐｌｏａｄに達する。制御部７６は、昇圧コンバータ１６を制御することによって、発電出力Ｐｆｃの増加を停止させる。更に、制御部７６は、昇圧コンバータ１６及びインバータ２６を制御することによって、発電出力Ｐｆｃを第３電力Ｐ３に維持する。

［６ 実施形態から得られる発明］
上記実施形態から把握しうる発明について、以下に記載する。

本発明の第１の態様は、発電電圧（Ｐｆｃ）を発生する燃料電池（１４）と、蓄電電圧（Ｐｂａｔ）を発生する蓄電装置（１８）と、モータ（２４）と、各交流端子（４６）が前記モータに接続され且つ各直流端子（４４）が前記蓄電装置に接続されるインバータ（２６）とを含む負荷（２０）と、各入力端子（４０）が前記燃料電池に接続され且つ各出力端子（４２）が前記インバータの前記直流端子と前記蓄電装置の各々に接続される昇圧コンバータ（１６）と、メモリ（６８）と、前記メモリ（６８）に記録されたプログラムを実行する１以上の処理回路（６６）とを備える燃料電池システム（１２）の制御方法であって、前記処理回路が前記メモリに記録されたプログラムを実行することにより、前記負荷を駆動させるために必要な電力である負荷出力（Ｐｌｏａｄ）を算出すると共に、前記蓄電装置から前記負荷に供給可能な最大の電力である最大出力（Ｐｍａｘ）を算出する算出工程（ステップＳ３）と、前記負荷出力と前記最大出力とを比較する比較工程（ステップＳ４）と、前記負荷出力が前記最大出力を上回った場合に、前記燃料電池から前記昇圧コンバータを介して前記負荷に供給される電力である発電出力（Ｐｆｃ）を増加させることによって、前記負荷で消費される蓄電出力（Ｐｂａｔ）を減少させる制御工程（ステップＳ７）と、を有する。

上記構成において、処理回路は、負荷出力が最大出力を上回った場合に、燃料電池の発電出力が、モータに供給されるように制御する。燃料電池の発電出力がモータに供給されることにより、蓄電装置の蓄電出力の消費量は減少する。すると、蓄電装置が充電されて、蓄電電圧が増加する。その結果、最大出力は増加する。このため、上記構成によれば、燃料電池システムが蓄電装置用のコンバータを備えていなくても、モータの性能を十分に発揮させることができる。

第１の態様において、前記制御工程では、前記蓄電出力の減少に伴い増加する前記最大出力が前記負荷出力以上になるまで、前記発電出力を増加させてもよい。

本発明の第２の態様は、発電電圧を発生する燃料電池と、蓄電電圧を発生する蓄電装置と、モータと、交流端子が前記モータに接続され且つ直流端子が前記蓄電装置に接続されるインバータとを含む負荷と、入力端子が前記燃料電池に接続され且つ出力端子が前記インバータの前記直流端子と前記蓄電装置の各々に接続される昇圧コンバータと、メモリと、前記メモリに記録されたプログラムを実行する１以上の処理回路とを備える燃料電池システムであって、前記処理回路が前記メモリに記録されたプログラムを実行することにより、前記負荷を駆動させるために必要な電力である負荷出力を算出すると共に、前記蓄電装置から前記負荷に供給可能な最大の電力である最大出力を算出し、前記負荷出力と前記最大出力とを比較し、前記負荷出力が前記最大出力を上回った場合に、前記燃料電池から前記昇圧コンバータを介して前記負荷に供給される電力である発電出力を増加させることによって、前記負荷で消費される蓄電出力を減少させる。

本発明の第３の態様は、第２の態様の燃料電池システムを搭載し、前記モータを走行用モータとして使用する、燃料電池自動車（１０）である。

１０…燃料電池自動車、車両 １２…燃料電池システム
１４…燃料電池 １６…昇圧コンバータ
１８…蓄電装置 ２０…負荷
２４…モータ ２６…インバータ
４０…入力端子 ４２…出力端子
４４…直流端子 ４６…交流端子
６６…処理回路 ６８…記憶部（メモリ）

Claims (4)

1. 発電電圧を発生する燃料電池と、
   蓄電電圧を発生する蓄電装置と、
   モータと、各交流端子が前記モータに接続され且つ各直流端子が前記蓄電装置に接続されるインバータとを含む負荷と、
   各入力端子が前記燃料電池に接続され且つ各出力端子が前記インバータの前記直流端子と前記蓄電装置の各々に接続される昇圧コンバータと、
   メモリと、
   前記メモリに記録されたプログラムを実行する１以上の処理回路とを備える燃料電池システムの制御方法であって、
   前記処理回路が前記メモリに記録されたプログラムを実行することにより、
   前記負荷を駆動させるために必要な電力である負荷出力を算出すると共に、前記蓄電装置から前記負荷に供給可能な最大の電力である最大出力を算出する算出工程と、
   前記負荷出力と前記最大出力とを比較する比較工程と、
   前記負荷出力が前記最大出力を上回った場合に、前記燃料電池から前記昇圧コンバータを介して前記負荷に供給される電力である発電出力を増加させることによって、前記負荷で消費される蓄電出力を減少させる制御工程と、
   を有する、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であって、
   前記制御工程では、前記蓄電出力の減少に伴い増加する前記最大出力が前記負荷出力以上になるまで、前記発電出力を増加させる、燃料電池システムの制御方法。
3. 発電電圧を発生する燃料電池と、
   蓄電電圧を発生する蓄電装置と、
   モータと、交流端子が前記モータに接続され且つ直流端子が前記蓄電装置に接続されるインバータとを含む負荷と、
   入力端子が前記燃料電池に接続され且つ出力端子が前記インバータの前記直流端子と前記蓄電装置の各々に接続される昇圧コンバータと、
   メモリと、
   前記メモリに記録されたプログラムを実行する１以上の処理回路とを備える燃料電池システムであって、
   前記処理回路が前記メモリに記録されたプログラムを実行することにより、
   前記負荷を駆動させるために必要な電力である負荷出力を算出すると共に、前記蓄電装置から前記負荷に供給可能な最大の電力である最大出力を算出し、
   前記負荷出力と前記最大出力とを比較し、
   前記負荷出力が前記最大出力を上回った場合に、前記燃料電池から前記昇圧コンバータを介して前記負荷に供給される電力である発電出力を増加させることによって、前記負荷で消費される蓄電出力を減少させる、
   燃料電池システム。
4. 請求項３に記載の燃料電池システムを搭載し、
   前記モータを走行用モータとして使用する、燃料電池自動車。

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