JP4614182B2 - 燃料電池システム、燃料電池システムの制御方法、そのコンピュータプログラム、およびそれを記録する記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池システムの出力制御方法に係り、特にコンバータに過大な電力が通過することを防止するための燃料電池システムに関する。

電気自動車等に搭載される燃料電池システムでは燃料電池の出力特性が燃料ガスの量や燃料電池の温度に依存することや車速の変化に対応して生ずる出力増加に対する燃料電池の応答性が良くないこと等から、鉛蓄電池などの二次電池を並列接続して電力の安定供給を図っている。

このようなシステムにおいて、燃料電池の発電量が最大となるように制御する方法が種々案出されている。例えば、特開２００２―１８４４４３号公報には、燃料ガスである水素供給量に基づき燃料電池の発電量が最大になるよう出力電圧を制御する技術が開示されている（特許文献１）。また、特開２００２−３３４７１２号公報には、インバータ電力や補機類の消費電力を考慮して燃料電池の目標発電電力を決定する技術が開示されている（特許文献２）。特開２００２−２３１２９５号公報には、経年変化により変化する燃料電池の特性を水素供給圧から計算して適正な出力特性を推定する技術が開示されている（特許文献３）。
特開２００２―１８４４４３号公報 特開２００２−３３４７１２号公報 特開２００２−２３１２９５号公報

しかしながら、上記技術は最適化した燃料電池の出力特性を求めていたが、現実の燃料電池が本来の特性から劣化して出力低下を生じたり、モータの特性のばらつきから予定よりも多くの負荷消費電力となったりする場合があった。このため、相対的に燃料電池による電力供給不足が生じ二次電池からコンバータを経て放電される電力が過大になる場合があった。二次電池から供給される電力が大きい場合にはコンバータによる損失が大きくなり過剰な発熱を生じたり二次電池の過放電を生じたりする。このような現象はコンバータや二次電池の耐久性を劣化させ寿命を縮め、燃料電池システムの信頼性を低下させることに繋がる可能性があった。

そこで本発明は、二次電力供給手段からの過大な電力供給を防止することが可能な燃料電池システムおよびその制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、燃料電池の動作を制御する燃料電池システムであって、当該燃料電池システムに不足する電力を補う二次電力供給手段と、前記燃料電池の出力電力を調整する出力電力調整装置と、二次電力供給手段の出力電力を直接計測する検出装置と、出力電力調整装置を制御して燃料電池の出力電力を増加修正する制御部と、を備え、制御部は、燃料電池が目標出力電圧で動作した場合に二次電力供給手段から出力される予想出力電力を計算する手段を備え、直接計測された二次電力供給手段の出力電力と予想出力電力との差が所定値より大きい場合に、当該差を補完する方向に燃料電池の出力電力を修正することを特徴とする。

上記構成によれば、二次電力供給手段からの直接計測された出力電力と予想出力電力との差が所定値に比べて過大である場合、燃料電池の出力電力が調整される。燃料電池の出力電力が増加修正されれば二次電力供給手段から供給される電力が抑えられ、二次電力供給手段の過放電や間に介在する変圧装置等の過熱が防止される。そして、定常的に二次電池からの電力供給をある程度見込んでいるような場合にはその見込みの電力供給量から大きくはずれた場合に燃料電池の出力電力を変更することが妥当だからである。

ここで「二次電力供給手段」には限定はなく、例えば、鉛蓄電池（バッテリ）やキャパシタを利用できる。商用電源を二次電力供給源として用いてもよい。いずれの二次電力供給手段においても、たとえ過放電が好ましくないものであっても本発明によれば過放電が防止される。

また「検出装置」に限定は無いが、二次電力供給手段の出力電力を直接計測する電圧計、電流計、電力計等を利用することができる。

また「出力電力調整装置」は、燃料電池の出力電力を変更可能な手段の総称をいい、燃料電池の燃料ガス量や濃度を増加させる手段や酸素（空気）供給量を増加させる方法等、種々の方法が適用可能である。出力電力が調整されれば二次電力供給手段から供給される電力が抑えられ、二次電力供給手段の過放電や間に介在する変圧装置の過熱が防止されるからである。

ここで、特に、変圧装置を出力電力調整装置として機能させることは好ましい。すなわち、出力電力調整装置は、二次電力供給手段と前記燃料電池との間に接続され二次電力供給手段の出力電圧を変換するとともに燃料電池の出力電圧を調整する変圧装置である。燃料電池は一般に出力電圧に応じて発電電力が変化するため、出力電圧を調整することによって発電電力の変更が容易に可能だからである。例えば燃料電池の特性として、出力電圧が下がるほど出力電圧が高くなる傾向を有する領域において駆動されている場合に変圧装置の端子電圧を低くなるように制御すれば、燃料電池の出力電圧も低くなり出力電流が増し、燃料電池の出力電力が上昇する。燃料電池の出力電力が上昇すれば、相対的に二次電力供給手段で補っていた電力が少なくて済むようになり、変圧装置の通過電力も低下する。したがって、変圧装置の加熱や二次電力供給手段の過放電が防止される。

例えば、上記制御部は、燃料電池の出力電流―出力電圧特性を特定する手段と、燃料電池に対する要求出力電力を特定する手段と、燃料電池について特定された出力電流―出力電圧特性と当該燃料電池システムの要求出力電力とに基づいて当該燃料電池の目標出力電圧を決定する手段と、を備えている。この構成によれば、種々の方法により燃料電池の出力電流−出力電圧特性が特定され、また当該燃料電池システムから供給する必要のある電力である要求出力電力が特定される。出力電流―出力電圧特性のうちこの要求出力電力と等しい電力を供給可能な時の燃料電池の出力電圧が基準となる目標出力電圧となる。この目標出力電圧は二次電力供給手段からの電力供給が所定値に比べて過大である場合には制御部の制御によって変更されうるものとなる。

ここで上記燃料電池の出力電流―出力電圧特性は、例えば、燃料ガス量または燃料電池温度の少なくともいずれか一方に基づいて特定されるものである。

また上記要求出力電力は負荷の消費電力によって定まるが、それ以外の主要要素における損失も加え得て計算することが好ましい。例えば、当該燃料電池システムのシステム損失または負荷の少なくとも一方に基づいて要求出力電力が特定される。

例えば、制御部は、二次電力供給手段の現実の出力電力と前記予想出力電力との差が所定値より大きい場合に、要求出力電力を増加させ、変更された当該要求出力電力と出力電流―出力電圧特性とに基づいて燃料電池の目標出力電圧を修正する手段をさらに備えていてもよい。上記構成によれば、二次電力供給手段からの出力電力が大きい場合というのは変圧装置における過熱や二次電力供給手段からの過放電が予想されるため、燃料電池に対する要求出力電力を増加させ、この増加された要求出力電力に相当する電力を供給可能なように燃料電池の出力電圧が調整される。このため、相対的に二次電力供給手段からの出力が抑えられる。

また本発明は、燃料電池の動作を制御する燃料電池システムの制御方法であって、燃料電池について出力電流―出力電圧特性を特定するステップと、燃料電池に対する要求出力電力を特定するステップと、燃料電池について特定された出力電流−出力電圧特性と燃料電池の要求出力電力とに基づいて当該燃料電池の目標出力電圧を決定するステップと、二次電力供給手段の出力電力を直接測定するステップと、燃料電池が目標出力電圧で動作した場合に二次電力供給手段から出力される予想出力電力を計算するステップと、直接計測された二次電力供給手段の現実の出力電力と予想出力電力との差が所定値より大きい場合に、要求出力電力を増加させて要求出力電力を変更し、変更された当該要求出力電力と出力電流―出力電圧特性とに基づいて燃料電池の目標出力電圧を修正するステップと、を備えることを特徴とする。上記燃料電池システムと同様の作用効果を奏する燃料電池システムの制御方法である。

上記燃料電池システムと同様に、出力電流―出力電圧特性を特定するステップでは、燃料ガス量または燃料電池スタック温度の少なくともいずれか一方に基づいて燃料電池の出力電流―出力電圧特性を特定してもよい。

また、要求出力電力特性を特定するステップでは、当該燃料電池システムのシステム損失または負荷の少なくとも一方に基づいて要求出力電力を特定してもよい。

本発明は、上記燃料電池システムの制御方法をコンピュータに実行させることが可能なコンピュータプログラムでもある。このようなコンピュータソフトウェアプログラムは、当該燃料電池システムの構成において制御部によって実行されることにより、本発明の制御動作を実行させることが可能である。

このようなコンピュータプログラムは機械読み取り可能な記録媒体に記録される。このような記録媒体には、例えばＲＯＭのみならず、ＦＤ，ＣＤ−ＲＯＭ，ＣＤ−ＲＡＭ，ＤＶＤ―Ｒ，ＤＶＤ−ＲＷ、ＭＯ等着脱自在な携帯型記録媒体であることや、さらにＲＡＭに通信回線を介してダウンロード可能とされる構成も含まれる。

以上本発明によれば、二次電力供給手段からの供給電力が所定値より過大である場合に燃料電池の出力電力を上昇可能に構成されているので、二次電力供給手段からの過大な電力供給を防止することが可能であり、燃料電池システムの信頼性と耐久性を向上させることが可能である。

次に本発明を実施するための好適な実施形態を、図面を参照しながら説明する。
（実施形態）
本発明の実施形態は、電気自動車に搭載する燃料電池システムにおいて、予想される二次電池からの出力から所定値より大きな変動が生じた場合に燃料電池スタックの目標出力電圧を修正する制御方法に関する。

図１に本燃料電池システムのシステム全体図を示す。当該燃料電池システム１は、大きな構成として、電力供給源である燃料電池スタック２０、二次電力供給手段である二次電池２９、燃料電池スタックからの出力を三相交流に変換するインバータ２４、燃料電池スタック２０の出力電圧を制御するとともに二次電池２９からの出力電圧を調整するコンバータ２８、当該燃料電池システム１全体を制御する制御部１０等を備えている。

燃料電池スタック２０は、複数のセルをガスの通りを良くするセパレータで挟み込んだＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）というスタック構造をしている。各セルは高分子電解質膜を燃料極及び空気極の二つの電極で挟み込んだ構造をしている。燃料極は燃料極用触媒層を多孔質支持層上に設けてあり、空気極は空気極用触媒層を多孔質支持層上に設けてある。

燃料電池スタック２０には、水素圧・温度センサ２１、燃料電池補機２２、燃料電池出力電流計３３、燃料電池出力電圧計３４等が設けられている。水素圧・温度センサ２１は、燃料電池スタック２０に供給されている燃料である水素ガス圧を計測し水素圧検出信号Ｓｐfcとして出力し、燃料電池スタック内の温度を計測し温度検出信号Ｓｔfcとして出力するようになっている。なお、水素圧の代わりに燃料電池スタックに供給される水素流量を計測するようにしてもよい。水素流量の増減も水素圧の増減と同様に、燃料電池スタックの出力電圧に影響するからである。

燃料電池補機２２は、燃料電池スタック２０に発電動作させるためのものであり、詳しく図示はしていないが、燃料電池スタック２０に対して燃料である水素ガスを供給する燃料極系、空気を供給する空気極系、及び燃料電池スタック２０を冷却する冷却水系を構成する装置機器から構成されている。例えばこれらの系統の動作に必要な電磁弁やポンプ、ファンを含むものである。燃料電池補機２２は、制御部１０からの制御信号Ｃfcに基づいて燃料電池スタック２０の出力増減や動作の開始・停止ができるようになっている。

燃料電池出力電流計３３は、燃料電池スタック２０からインバータ２４に供給される電流量を計測し制御部１０に伝達し、燃料電池出力電圧計３４は、燃料電池スタック２０の出力端子間電圧を計測し制御部１０に伝達するように構成されている。燃料電池スタック２０の出力には電流の逆流を防止する整流器２３が直列に挿入されている。

二次電池２９は、いわゆるカーバッテリーであり、電力の充放電が可能な電源である。二次電池２９は、燃料電池スタック２０の出力電力の不足分を補完するために電力を放出し、コンバータ２８およびインバータ２４経由でモータ２５に電力を供給する。二次電池としては、本実施形態では鉛蓄電池を用いるが、その他ニッケルーカドミウム電池、ニッケルー水素蓄電池、リチウム二次電池、キャパシタ等、補助的な電力を供給可能な構成を代用可能である。

ＳＯＣセンサ３６は、二次電池２９の充電量（ＳＯＣ）を検出し二次電池の充電量を制御部１０に検出信号ＳSOCとして出力するようになっている。二次電池が過放電になっていることを報せることができるようになっている。

二次電池２９の出力端子側には二次電池の出力電流を計測する二次電池電流計３１および二次電池の出力電圧を計測する二次電池電圧計３２を備えている。二次電池電流計３１および二次電池電圧計３２の計測した二次電池出力電流および二次電池出力電圧は制御部１０へ伝達されるようになっている。二次電池２９の出力端には車両補機３０が接続されている。車両補機３０は、当該電気自動車の駆動制御に関わる各機器の総称である。

コンバータ２８は、ＩＰＭやＩＧＢＴ等のモジュールで構成された高圧ＤＣ−ＤＣコンバータであり、制御部１０からの制御信号Ｃｃに基づいて出力端子電圧を変更可能になっている。このためコンバータ２８は燃料電池スタック２０の出力電圧を規定することになり、二次電池２９の出力電圧を変換してこの燃料電池スタック２０の出力電圧に変換するように動作する。

インバータ２４は、コンバータ２８と同様にＩＰＭやＩＧＢＴ等のモジュールで構成され、燃料電池スタック２０の直流電圧を三相交流電圧に変換してモータ２５に出力する。またインバータ２４は制御部１０からの制御信号Ｃｉに従って当該三相交流の振幅や周波数を変更可能になっており、最終的にモータ２５で発生させるトルクを制御している。

モータ２５は、三相同期型モータであり、インバータ２４から供給された電力によって駆動され、図示しない駆動軸を介して減速ギア２６に回転力を及ぼし、当該ギアに連動する車軸を介して車輪３５ｒおよび３５ｌに回転駆動力を及ぼしている。車軸の回転は車速センサ２７で検出され検出信号Ｓｒとして制御部１０に伝達され車速制御がされるようになっている。

制御部１０は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御装置）等の公知の自動車制御用のコンピュータシステムであり、例えば中央処理装置（ＣＰＵ）１０１、ＲＡＭ１０２、ＲＯＭ１０３等を備えている。当該制御部１０にはＣＤやＤＶＤ等の記憶媒体１０５の読取を行うドライブ装置１０４を備えていたり、有線または無線の通信回線１０７を介してデータの授受を行うモデム装置１０６を備えていたりしてもよい。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０３またはＲＡＭ１０２に格納されたコンピュータプログラムを実行することにより本発明の燃料電池システムの制御方法を実現可能になっている。すなわち、本発明の燃料電池システムの制御方法に係わるコンピュータプログラムデータは、ＲＯＭ１０３に予め格納されているほか、ドライブ装置１０４やモデム装置１０６から転送され、ＲＡＭ１０２に格納されていてもよい。ＲＡＭ１０２は通常はＣＰＵ１０１の一時的なワークエリアとして利用可能になっている。

制御部１０は、水素圧・温度センサ２１からの水素圧検出信号Ｓｐfcや温度検出信号Ｓｔfcに基づいて当該燃料電池スタック２０の出力電流―出力電圧特性を計算する。また制御部１０は、図示しないアクセルペダルの位置を検出するアクセル位置センサからの検出信号Ｓａ、シフトレバーのポジションを検出するシフト位置センサからの検出信号Ｓｓ、ブレーキペダルの位置を検出するブレーキ位置センサからの検出信号Ｓｂを入力して、モータ２５に発生させるトルクを計算し、当該トルクを生じさせる三相交流電圧を出力させるための制御信号Ｃｉをインバータ２４に出力する。さらに制御部１０は、トルク等から当該燃料電池システムに要求される出力電力を決定し、併せて二次電池２９の出力電圧および出力電流から二次電池２９の実際の出力電力を計算し、その結果に基づいてコンバータ２８に制御信号Ｃｃを出力して出力端電圧を変更するように構成されている。

次に図２のフローチャートを参照しながら、制御部１０が処理する当該燃料電池システムの制御方法の詳細について説明する。まず、本燃料電池システムの制御処理に移行すると、制御部１０は、水素圧・温度センサ２１からの温度検出信号Ｓｔfcおよび水素圧検出信号Ｓｐfcを参照して、燃料電池スタック２０に供給されている水素供給圧Ｐfcと燃料電池スタック２０の温度Ｔfcとを検出する（Ｓ１・Ｓ２）。制御部１０はこれらデータに基づいて燃料電池スタック２０の出力電流―出力電圧特性を特定する。

図３に燃料電池温度Ｔfcに対応して燃料電池の出力電流Ｉfcと出力電圧Ｖfcとがどのように変化するかの関係図を示す。図３に示すように、燃料電池の出力電流と出力電圧とは相関関係があるが、燃料電池の温度Ｔfcを変化させるとその特性が大きく変化する。そこで制御部１０は燃料電池温度Ｔfcを参照して当該燃料電池スタック２０の出力電流―出力電圧特性を特定する（Ｓ３）。例えば、ＲＯＭ１０２等の内部メモリには予め燃料電池スタック２０について温度Ｔfcとそのときの出力電流―出力電圧特性が幾つかデータテーブル化されて格納されており、検出された温度Ｔfcに対応する出力電流―出力電圧特性を決定することができる。検出された温度Ｔfcに対応するデータテーブルが存在しない場合にはその前後の温度についてのデータテーブルを参照して、それぞれのデータテーブル上の特性値を検出された温度Ｔfcで加重平均して近似した出力電流―出力電圧特性を計算する。

また、制御部１０は水素の供給圧Ｐfcからも出力電流−出力電圧特性を特定してもよい（Ｓ３）。図４に水素供給圧Ｐfcに対応して出力電流―出力電圧特性がどのように変化するかの関係を示す。図４か判るように燃料電池の出力電流―出力電圧特性は水素供給圧Ｐfcとによっても大きく変化する。上記と同様に、ＲＯＭ１０２等の内部メモリに水素供給圧Ｐfcに対する出力電流―出力電圧特性が幾つかデータテーブル化されて格納されており、検出された水素供給圧Ｐfcに対する出力電流―出力電圧特性を特定することができる。上記と同様に、検出された水素供給圧Ｐfcに対応するデータテーブルが存在しない場合にはその前後の水素圧についてのデータテーブルを加重平均して出力電流―出力電圧特性を計算してもよい。

温度Ｔfcと水素供給圧Ｐfcとを双方とも用いることで出力電流―出力電圧特性の精度を上げることができる。その場合、例えば、一つの燃料電池温度Ｔfcについて複数の水素供給圧Ｐfcに対応する出力電流―出力電圧特性をプロットしたデータテーブルを予め用意しておく。また、出力電流―出力電圧特性を温度・水素供給圧・出力電流・出力電圧の各変数で近似式化しておけば、演算によって出力電流―出力電圧特性を計算することも可能である。

次に燃料電池の負荷を求めるため、制御部１０はアクセル位置検出信号Ｓａ、シフト位置検出信号Ｓｓ、ブレーキ位置検出信号Ｓｂを参照し、モータ２５が出力すべきトルクを計算する（Ｓ５）。このトルクの量はインバータ２４が出力すべき三相交流の実効電力となる。また、インバータやコンバータでは所定の電力損失が生ずる。このため大凡のシステム損失をモータトルクの負荷量に加算して、制御部１０はシステム全体に要求される要求出力電力Ｐｒを決定する（Ｓ６）。理想的な燃料電池の出力電流―出力電圧特性が得られ、要求出力電力Ｐｒの値も正確である場合、要求出力電力Ｐｒは燃料電池スタック２０の発電で総て賄われることになる。このためこの要求出力電力Ｐｒを満たす電流−電圧の特性曲線（Ｐｒ＝Ｉfc・Ｖfc）と、ステップＳ３で特定された出力電流―出力電圧特性と、の交点を求めれば、当該燃料電池スタック２０の動作点を決定できる（Ｓ７）。

図５ａに特定された出力電流―出力電圧特性と要求出力電力Ｐｒを満たす電流―電圧特性曲線（破線）との関係図を示す。両特性曲線が交差している点が、双方の特性上の条件を満たす動作点であり、この点における燃料電池スタック２０の出力電圧が当初の目標出力電圧となる。

理想的な燃料電池スタック２０の出力電流―出力電圧特性が得られているのであれば、目標出力電圧における燃料電池スタック２０の発電によって総ての電力が供給され二次電池２９からの放電は不要なはずである。しかし、真の燃料電池の出力電流―出力電圧特性は種々のパラメータによって決定され、特定される出力電流―出力電圧特性とは往々にして異なっている。特にばらつきや経年変化によって、燃料電池の電流―出力電圧特性が劣化し予定したとおりの出力電力が得られない場合がある。また、モータの消費電力もばらつきによって変動するため、計算どおりの負荷量より消費電力が多くなる場合があった。

ここで、燃料電池の出力電力Ｐfcが不足していた場合、二次電池からのその不足分を補うように供給される出力電力Ｐｂは、モータの負荷消費電力をＰmot、システム損失をＰlossとすると、式（１）と表される。

Ｐｂ＝Ｐmot＋Ｐloss−Ｐfc …（１）
燃料電池の出力電力Ｐfcが理想どおりであれば、二次電池持ち出し電力Ｐｂはゼロまたは初めから予定されている一定の電力値の筈である。この二次電池持ち出し電力Ｐｂは予想されるものであり、予め式（１）にしたがって、制御部１０が計算しておくものである（Ｓ８）。もしも、燃料電池のばらつきや経年変化によって出力電流―出力電圧特性が劣化し出力電力Ｐfcが小さくなっていたり、モータのばらつきによってモータの消費電力Ｐmotが大きくなっていたりシステム損失Ｐlossが増えていたりすると、式（１）において二次電池持ち出し電力Ｐｂが増えることが予想される。そこで、実際に二次電池の出力端子で計算される出力電流Ｉｂおよび出力電圧Ｖｂによって計測される、実質的な二次電池実出力電力Ｐb_mesを式（２）で表した場合に、二次電池から追加で供給しなければならない誤差分の電力ΔＰｂは式（３）となる。

Ｐｂ_mes＝Ｉｂ×Ｖｂ …（２）
ΔＰｂ＝Ｐｂ_mes―Ｐｂ …（３）
この誤差分の電力ΔＰｂは予定外に二次電池から出力されているものであるため、この電力ΔＰｂを補うように燃料電池の出力電力を増加させれば、ばらつきや特性劣化による過剰な二次電池の電力消費を補うことができる。

そこで制御部１０は、二次電池出力の電流値検出信号Ｉｂと電圧値検出信号Ｖｂを参照して式（２）に従って実際の二次電池２９の出力電力Ｐｂ_mesを計算する（Ｓ１０）。次に式（３）に従って、予定されている二次電池の持ち出し出力電力Ｐｂと実出力電力Ｐｂ_mesとの差分ΔＰｂを計算する（Ｓ１１）。

制御部１０はこの差分ΔＰｂを所定値と比較する（Ｓ１２）。所定値とは例えば二次電池２９の過放電が生じたりコンバータ２８の過熱が生じたりをしない程度の電力量が適時設定される。差分ΔＰｂが所定値以内であった場合（Ｓ１２：ＮＯ）、燃料電池スタック２０からの出力電力は適当であり目標出力電圧Ｖfcを変更する必要はないので、他の処理に移行する（Ｓ２０）。

一方、差分ΔＰｂが所定値より大きかった場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、二次電池２９からの過剰な出力電力が予想される。このため、制御部１０は、ステップＳ６で計算した要求出力電力Ｐｒを修正し増大させる（Ｓ１３）。このときの修正された要求出力電力Ｐｒ^＊は式（４）となる。

Ｐｒ^＊＝Ｐｒ＋ΔＰｂ …（４）
図５ｂはこの修正された要求出力電力Ｐｒ^＊の特性曲線と燃料電池スタックの出力電流―出力電圧特性曲線との関係図である。制御部１０は、この修正された要求出力電力Ｐｒ＊の特性曲線と燃料電池スタックの出力電流―出力電圧特性曲線との交点を新しい動作点として決定し、新たに設定すべき燃料電池スタックの目標出力電圧Ｖfc^＊を決定する（Ｓ１４）。図５ｂに示すように、燃料電池は出力電圧が低下する程、出力電力が増大する傾向にある領域が多く、本実施形態でもこの領域で動作している。このため、修正された目標出力電圧Ｖfc^＊は当初の目標出力電圧Ｖfcよりも低い電圧となる。制御部１０はこの修正された要求出力電圧Ｖfc^＊が燃料電池の出力電圧となるように、制御信号Ｃｃをコンバータ２８に出力し、燃料電池スタック２０の出力端電圧を変更させる（Ｓ１５）。出力端電圧の修正後は、他の処理に移行する（Ｓ２０）。

以上、本実施形態１の処理によれば、実際の二次電池２９からの出力電力が予定される出力電力よりも過大に大きい場合に燃料電池スタック２０の出力電圧が下げられ燃料電池スタックからの出力電力が増大するので、相対的に二次電池２９からの出力電力が抑えられる。このため二次電池２９の過放電やコンバータ２８の通過電力の増大に伴う過熱が防止され、燃料電池システムの耐久性を向上させ寿命を長くすることが可能である。
（その他の実施形態）
本発明は上記実施形態以外にも種々に変更して適用することが可能である。

１）まず、上記実施形態ではステップＳ８において、予め二次電池から持ち出される電力Ｐｂを計算して、ステップＳ１０において実測された持ち出し電力との差分ΔＰｂを計算していた。もしも燃料電池の出力電流―出力電圧特性が適正に特定され、当初の燃料電池の目標出力電圧Ｖfcを設定した場合の二次電池からの持ち出し電力がゼロとなるようなシステムであれば、二次電池からの当初出力電力を求めておく必要がない。そのため、このようなシステムでは、図２におけるステップＳ８を省略し直接二次電池の実測の出力電力Ｐｂ_mesが所定値より大きいか否かをステップＳ１２で判定し、目標出力電圧Ｖfcの修正の有無を判定するようにしてもよい。

２）また、上記実施形態ではステップＳ１０において二次電池の出力電力を実測していたが、制御部１０はＳＯＣセンサ３６からの検出信号ＳSOCによって二次電池の過放電状態を判定するように構成してもよい。二次電池の充電状態が低下しているということは二次電池からの出力電力が予定よりも多くなっていることを意味するため、この検出信号ＳSOCによって過放電状態が検出された場合に燃料電池スタック２０の出力電力を増加させるようにコンバータの出力電圧を調整すれば、上記実施形態と同様の目的を達成することができる。

３）また、上記実施形態ではステップＳ１５においてコンバータの電圧を下げるように制御することで燃料電池の出力電力を増大させていたが、他の方法で燃料電池の出力電力を増加させてもよい。例えば燃料電池補機２２において、燃料である水素ガスの供給量を増大させるために図示しない水素タンクの水素ガス発生量を増加させたり電磁弁を開放させたりすることによって燃料電池の出力電力を増加させることが可能である。また空気極側において空気の供給量をコンプレッサの動作や電磁弁の開放で増大させても燃料電池の出力電力を増大させることが可能である。このようなコンバータの制御以外の方法によって燃料電池の出力電力を調整してもよい。特にコンバータが出力電圧の調整ができない形態である場合に適当である。

実施形態に係る燃料電池システムのブロック図。 実施形態に係る燃料電池システムの制御方法を説明するフローチャート。 燃料電池の出力電流―出力電圧特性の温度依存性を示す特性図。 燃料電池の出力電流―出力電圧特性の水素供給圧依存性を示す特性図。 当初の要求出力電力による燃料電池目標出力電圧を説明する図。 修正された要求出力電力による燃料電池目標出力電圧を説明する図。

符号の説明

Ｓａ…アクセル位置検出信号、Ｓｓ…シフト位置検出信号、Ｓｂ…ブレーキ位置検出信号、Ｓｐfc…水素供給圧検出信号、Ｓｔfc…温度検出信号、ＳSOC…ＳＯＣセンサ、Ｓｔ…トルク検出信号、Ｓｒ…回転数検出信号、Ｃfc…燃料電池制御信号、Ｓｃ…出力電圧制御信号、Ｃｉ…三相交流出力制御信号、１…燃料電池システム、１０…制御部、１０１…ＣＰＵ、１０２…ＲＡＭ、１０３…ＲＯＭ、１０４…ドライブ装置、１０５…記憶媒体、１０６…モデム装置、１０７…通信網、２０…燃料電池スタック、２１…水素圧・温度センサ、２２…燃料電池補機、２３…整流器、２４…インバータ、２５…モータ、２６…減速ギア、２７…車速センサ、２８…コンバータ、２９…二次電池、３０…車両補機、３１…二次電池電流計、３２…二次電池電圧計、３３…燃料電池電流計、３４…燃料電池電圧計、３５ｒ・３５ｌ…車輪

Claims (11)

1. 燃料電池の動作を制御する燃料電池システムであって、
   当該燃料電池システムに不足する電力を補う二次電力供給手段と、
   前記燃料電池の出力電力を調整する出力電力調整装置と、
   前記二次電力供給手段の出力電力を直接計測する検出装置と、
   前記出力電力調整装置を制御して前記燃料電池の出力電力を増加修正する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記燃料電池が目標出力電圧で動作した場合に前記二次電力供給手段から出力される予想出力電力を計算する手段を備え、
   直接計測された前記二次電力供給手段の前記出力電力と前記予想出力電力との差が所定値より大きい場合に、当該差を補完する方向に前記燃料電池の出力電力を修正する、
   燃料電池システム。
2. 前記出力電力調整装置は、前記二次電力供給手段と前記燃料電池との間に接続され前記二次電力供給手段の出力電圧を変換するとともに前記燃料電池の出力電圧を調整する変圧装置である、請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記制御部は、
   前記燃料電池の出力電流―出力電圧特性を特定する手段と、
   前記燃料電池に対する要求出力電力を特定する手段と、
   前記燃料電池について特定された出力電流―出力電圧特性と当該燃料電池システムの要求出力電力とに基づいて当該燃料電池の前記目標出力電圧を決定する手段と、
   を備える、請求項２に記載の燃料電池システム。
4. 前記制御部は、当該燃料電池システムのシステム損失または負荷の少なくとも一方に基づいて前記要求出力電力を特定する、請求項３に記載の燃料電池システム。
5. 前記制御部は、
   直接計測された前記二次電力供給手段の前記出力電力と前記予想出力電力との差が所定値より大きい場合に、前記要求出力電力を増加させて変更し、変更された当該要求出力電力と前記出力電流―出力電圧特性とに基づいて前記燃料電池の前記目標出力電圧を修正する手段をさらに備える、請求項３または４に記載の燃料電池システム。
6. 前記制御部は、燃料ガス量または前記燃料電池温度の少なくともいずれか一方に基づいて前記燃料電池の出力電流―出力電圧特性を特定する、請求項３乃至５のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
7. 燃料電池の動作を制御する燃料電池システムの制御方法であって、
   前記燃料電池についての出力電流―出力電圧特性を特定するステップと、
   前記燃料電池に対する要求出力電力を特定するステップと、
   前記燃料電池について特定された前記出力電流−出力電圧特性と前記燃料電池の前記要求出力電力とに基づいて当該燃料電池の目標出力電圧を決定するステップと、
   二次電力供給手段の出力電力を直接測定するステップと、
   前記燃料電池が前記目標出力電圧で動作した場合に前記二次電力供給手段から出力される予想出力電力を計算するステップと、
   直接計測された前記二次電力供給手段の前記出力電力と前記予想出力電力との差が所定値より大きい場合に、前記要求出力電力を増加させて変更し、変更された当該要求出力電力と前記出力電流―出力電圧特性とに基づいて前記燃料電池の前記目標出力電圧を修正するステップと、を備える、
   燃料電池システムの制御方法。
8. 前記出力電流―出力電圧特性を特定するステップでは、燃料ガス量または前記燃料電池温度の少なくともいずれか一方に基づいて前記燃料電池の出力電流―出力電圧特性を特定する、
   請求項７に記載の燃料電池システムの制御方法。
9. 前記要求出力電力を特定するステップでは、当該燃料電池システムのシステム損失または負荷の少なくとも一方に基づいて前記要求出力電力を特定する、請求項７または８に記載の燃料電池システムの制御方法。
10. 請求項７乃至９のいずれか一項に記載の燃料電池システムの制御方法をコンピュータに実行させることが可能なコンピュータプログラム。
11. 請求項７乃至９のいずれか一項に記載の燃料電池システムの制御方法をコンピュータに実行させることが可能なコンピュータプログラムが記録された、機械読み取り可能な記録媒体。