JP4624272B2 - 燃料電池車両の制御方法および燃料電池車両 - Google Patents

Description

この発明は、燃料電池車両の制御方法および燃料電池車両に関する。

従来、例えば燃料電池の出力電圧を二次電池の充電圧に変換する充電制御手段と、二次電圧の放電圧を燃料電池の出力電圧に変換する放電制御手段とを備え、燃料電池の出力電圧と、この燃料電池の出力電圧と同等の電圧に変換された二次電池の放電圧とを、電力変換手段のコンバータに入力する電力制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、従来、例えば負荷で消費される電力が燃料電池の発電電力よりも大きい場合に、この負荷で消費される電力に対する不足分を、商用電源から購入する所定閾電力以下の電力（例えば、夜間電力等）および蓄電池の放電電力により賄い、一方、負荷で消費される電力が燃料電池の発電電力よりも小さい場合には、この燃料電池の出力電力の余剰分を蓄電池に蓄電する燃料電池システムが知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００３−２０８９１３号公報 特開２００４−３９５０６号公報

ところで、上記従来技術に係る電力制御装置においては、燃料電池の出力電圧と、この燃料電池の出力電圧と同等の電圧に変換された二次電池の放電圧とを、電力変換手段のコンバータに入力することから、燃料電池から電力変換手段のコンバータに入力される出力と、二次電池から電力変換手段のコンバータに入力される出力との割合を適宜に変更することができず、例えば燃料電池の運転状態や二次電池の蓄電状態に応じて燃料電池および二次電池を保護しつつ、所望の出力を確保することが困難となる。
また、上記従来技術に係る燃料電池システムにおいては、単に、商用電源から購入する電力に応じて燃料電池および蓄電池から負荷に供給する各電力の配分を設定するだけであるから、例えば負荷に接続されたＡＣ／ＤＣ変換器、および燃料電池と蓄電池との間に配置されたＤＣ／ＤＣ変換器での各スイッチング損失を考慮して商用電源および燃料電池および蓄電池から負荷に供給する各電力の配分を適切に設定することは困難である。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、所望のモータ出力を確保して車両の走行性能が低下してしまうことを防止すると共に、燃料電池および蓄電装置からなる電源に対して効率の良い電力変換動作を実行することが可能な燃料電池車両の制御方法および燃料電池車両を提供することを目的としている。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の本発明の燃料電池車両の制御方法は、車両の動力源としてのモータ（例えば、実施の形態でのモータ１６）と、該モータの作動状態を制御するモータ制御手段（例えば、実施の形態でのＰＤＵ１５）と、前記モータの電源をなす燃料電池システムとして、反応ガス供給手段（例えば、実施の形態での空気供給装置１８、水素タンク１９ａおよび水素供給弁１９ｂ）により反応ガスが供給されて電気化学反応により発電する燃料電池（例えば、実施の形態での燃料電池１３）と、該燃料電池の発電電力および前記モータの回生電力により充電される蓄電装置（例えば、実施の形態での蓄電装置１１）と、該蓄電装置と前記モータ制御手段との間に配置された第１ＤＣ−ＤＣコンバータ（例えば、実施の形態での第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２）と、前記燃料電池と前記モータ制御手段との間に配置された第２ＤＣ−ＤＣコンバータ（例えば、実施の形態での第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１４）とを備える燃料電池車両の制御方法であって、アクセル開度に応じた目標モータ出力を取得する目標モータ出力取得ステップ（例えば、実施の形態でのステップＳ０１）と、前記目標モータ出力が所定出力閾値よりも大きい場合に、前記電源の出力電圧が前記アクセル開度に応じた所望のモータ出力を確保するために要する所定電圧以上となるように、前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を制御し、かつ、前記蓄電装置の残容量に応じて前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータを直結状態または昇圧状態に制御する高出力制御ステップ（例えば、実施の形態でのステップＳ０７〜ステップＳ１１）と、前記目標モータ出力が前記所定出力閾値以下の場合に、前記燃料電池の出力電力を前記蓄電装置の出力電力よりも優先して前記モータに供給するように、前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を制御し、かつ、前記蓄電装置の残容量にかかわらずに前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータを直結状態に制御する低中出力制御ステップ（例えば、実施の形態でのステップＳ０３〜ステップＳ０６）とを含むことを特徴としている。

上記の燃料電池車両の制御方法によれば、例えばモータに印加される電圧が所定の印加電圧以下となる領域で減少することに伴い、モータ出力が所望のモータ出力から減少傾向に変化する場合であっても、燃料電池および蓄電装置からなるハイブリッド型の電源の出力電圧、つまりモータに電圧を印加するインバータ等からなるモータ制御手段に供給される電圧が、所定電圧以上となるように第１および第２ＤＣ−ＤＣコンバータが制御されることで、モータ出力が所望のモータ出力未満に低下してしまうことを防止することができる。これにより、目標モータ出力が所定出力閾値よりも大きくなる高出力状態であっても、目標モータ出力に応じたモータ出力を確保することができる。
さらに、上記の燃料電池車両の制御方法によれば、目標モータ出力が所定出力閾値以下となる低中出力状態においては、蓄電装置からの出力を規制あるいは停止して、蓄電装置に比べて相対的に出力が大きな燃料電池の出力電力を優先してモータに供給することにより、第１ＤＣ−ＤＣコンバータにおいてスイッチング損失が増大することを防止して、目標モータ出力に応じたモータ出力を効率よく確保することができる。

さらに、請求項２に記載の本発明の燃料電池車両の制御方法では、前記高出力制御ステップは、前記蓄電装置の残容量が所定残容量閾値以下であるか否かを判定する残容量判定ステップ（例えば、実施の形態でのステップＳ０７）と、前記残容量判定ステップにおいて前記残容量が前記所定残容量閾値以下であると判定された場合に、前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータの昇圧動作を制御し、かつ、前記蓄電装置の出力電力が低下傾向に変化するように前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を制御するステップとを含むことを特徴としている。

上記の燃料電池車両の制御方法によれば、蓄電装置の残容量が所定残容量閾値以下であると判定された場合には、蓄電装置の出力電力が所定電力閾値以下となるように第１ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を制御することにより、例えば蓄電装置の残容量が過剰に低下して蓄電装置に劣化等の不具合が発生してしまうことを防止することができる。
しかも、モータに電圧を印加するインバータ等からなるモータ制御手段には、燃料電池の出力電圧に対する第２ＤＣ−ＤＣコンバータの昇圧動作によって得られた電圧が供給されることから、アクセル開度に応じた所望のモータ出力を確保することができる。

さらに、請求項３に記載の本発明の燃料電池車両の制御方法では、前記高出力制御ステップは、前記残容量判定ステップにおいて前記残容量が前記所定残容量閾値よりも大きいと判定された場合に、前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータを直結状態に設定し、かつ、前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータの昇圧動作を制御するステップを含むことを特徴としている。

上記の燃料電池車両の制御方法によれば、蓄電装置の残容量が所定残容量閾値よりも大きいと判定された場合には、燃料電池とモータ制御手段とを直結状態に接続することにより、第２ＤＣ−ＤＣコンバータにおいてスイッチング損失が生じることを防止することができる。しかも、モータに電圧を印加するインバータ等からなるモータ制御手段には、蓄電装置の出力電圧に対する第１ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング動作によって得られた電圧が供給されることから、燃料電池の出力を過剰に増大させる必要無しに、つまり燃料電池に供給される反応ガスを過剰に消費すること無しに、アクセル開度に応じた所望のモータ出力を効率よく確保することができる。

さらに、請求項４に記載の本発明の燃料電池車両の制御方法では、前記低中出力制御ステップは、前記蓄電装置の出力電力がゼロとなるように前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を制御する蓄電装置出力停止ステップ（例えば、実施の形態でのステップＳ０５）を含むことを特徴としている。

上記の燃料電池車両の制御方法によれば、目標モータ出力が所定出力閾値以下となる低中出力状態においては、蓄電装置からの出力を停止して、蓄電装置に比べて相対的に出力が大きな燃料電池とモータ制御手段とを直結状態に接続することにより、第１および第２ＤＣ−ＤＣコンバータにおいてスイッチング損失が発生することを防止して、目標モータ出力に応じたモータ出力を効率よく確保することができる。

さらに、請求項５に記載の本発明の燃料電池車両の制御方法では、前記低中出力制御ステップは、前記目標モータ出力が前記燃料電池の出力電力に応じた前記モータの出力よりも大きい場合に、前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータの昇圧動作を制御するスイッチング制御ステップ（例えば、実施の形態でのステップＳ０６）を含むことを特徴としている。

上記の燃料電池車両の制御方法によれば、目標モータ出力が所定出力閾値以下となる低中出力状態においては、蓄電装置に比べて相対的に出力が大きな燃料電池とモータ制御手段とを直結状態に接続することにより、第２ＤＣ−ＤＣコンバータにおいてスイッチング損失が発生することを防止することができる。しかも、目標モータ出力に対する不足分、つまり目標モータ出力と直結状態の燃料電池の出力電力に応じたモータの出力との差分は、蓄電装置の出力電圧に対する第１ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング動作によって得られた電圧がモータ制御手段に供給されることで適切に確保される。

また、請求項６に記載の本発明の燃料電池車両は、車両の動力源としてのモータ（例えば、実施の形態でのモータ１６）と、該モータの作動状態を制御するモータ制御手段（例えば、実施の形態でのＰＤＵ１５）と、前記モータの電源をなす燃料電池システムとして、反応ガス供給手段（例えば、実施の形態での空気供給装置１８、水素タンク１９ａおよび水素供給弁１９ｂ）により反応ガスが供給されて電気化学反応により発電する燃料電池（例えば、実施の形態での燃料電池１３）と、該燃料電池の発電電力および前記モータの回生電力により充電される蓄電装置（例えば、実施の形態での蓄電装置１１）と、該蓄電装置と前記モータ制御手段との間に配置された第１ＤＣ−ＤＣコンバータ（例えば、実施の形態での第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２）と、前記燃料電池と前記モータ制御手段との間に配置された第２ＤＣ−ＤＣコンバータ（例えば、実施の形態での第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１４）とを備える燃料電池車両であって、アクセル開度に応じた目標モータ出力を取得する目標モータ出力取得手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０１）と、前記目標モータ出力が所定出力閾値よりも大きい場合に、前記電源の出力電圧が前記アクセル開度に応じた所望のモータ出力を確保するために要する所定電圧以上となるように、前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を制御し、かつ、前記蓄電装置の残容量に応じて前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータを直結状態または昇圧状態に制御する高出力制御手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０７〜ステップＳ１１）と、前記目標モータ出力が前記所定出力閾値以下の場合に、前記燃料電池の出力電力を前記蓄電装置の出力電力よりも優先して前記モータに供給するように、前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を制御し、かつ、前記蓄電装置の残容量にかかわらずに前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータを直結状態に制御する低中出力制御手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０３〜ステップＳ０６）とを備えることを特徴としている。

上記の燃料電池車両によれば、例えばモータに印加される電圧が所定の印加電圧以下となる領域で減少することに伴い、モータ出力が所望のモータ出力から減少傾向に変化する場合であっても、燃料電池および蓄電装置からなるハイブリッド型の電源の出力電圧、つまりモータに電圧を印加するインバータ等からなるモータ制御手段に供給される電圧が、所定電圧以上となるように第１および第２ＤＣ−ＤＣコンバータが制御されることで、モータ出力が所望のモータ出力未満に低下してしまうことを防止することができる。これにより、目標モータ出力が所定出力閾値よりも大きくなる高出力状態であっても、目標モータ出力に応じたモータ出力を確保することができる。
さらに、上記の燃料電池車両によれば、目標モータ出力が所定出力閾値以下となる低中出力状態においては、蓄電装置からの出力は規制あるいは停止され、蓄電装置に比べて相対的に出力が大きな燃料電池の出力電力が優先的にモータに供給されることにより、第１ＤＣ−ＤＣコンバータにおいてスイッチング損失が増大することを防止して、目標モータ出力に応じたモータ出力を効率よく確保することができる。

さらに、請求項７に記載の本発明の燃料電池車両では、前記高出力制御手段は、前記蓄電装置の残容量が所定残容量閾値以下であるか否かを判定する残容量判定手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０７）と、前記残容量判定手段により前記残容量が前記所定残容量閾値以下であると判定された場合に、前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータの昇圧動作を制御し、かつ、前記蓄電装置の出力電力が低下傾向に変化するように前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を制御する手段とを備えることを特徴としている。

上記の燃料電池車両によれば、蓄電装置の残容量が所定残容量閾値以下であると判定された場合には、蓄電装置の出力電力が所定電力閾値以下となるように第１ＤＣ−ＤＣコンバータの動作が制御されることにより、蓄電装置の残容量が過剰に低下することで蓄電装置に劣化等の不具合が発生してしまうことを防止することができる。
しかも、モータに電圧を印加するインバータ等からなるモータ制御手段には、燃料電池の出力電圧に対する第２ＤＣ−ＤＣコンバータの昇圧動作によって得られた電圧が供給されることから、アクセル開度に応じた所望のモータ出力を確保することができる。

さらに、請求項８に記載の本発明の燃料電池車両では、前記高出力制御手段は、前記残容量判定手段により前記残容量が前記所定残容量閾値よりも大きいと判定された場合に、前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータを直結状態に設定し、かつ、前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータの昇圧動作を制御する手段を備えることを特徴としている。

上記の燃料電池車両によれば、蓄電装置の残容量が所定残容量閾値よりも大きいと判定された場合には、燃料電池とモータ制御手段とが直結状態に接続されることにより、第２ＤＣ−ＤＣコンバータにおいてスイッチング損失が生じることを防止することができる。しかも、モータに電圧を印加するインバータ等からなるモータ制御手段には、蓄電装置の出力電圧に対する第１ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング動作によって得られた電圧が供給されることから、燃料電池の出力を過剰に増大させる必要無しに、つまり燃料電池に供給される反応ガスを過剰に消費すること無しに、アクセル開度に応じた所望のモータ出力を効率よく確保することができる。

さらに、請求項９に記載の本発明の燃料電池車両では、前記低中出力制御手段は、前記蓄電装置の出力電力がゼロとなるように前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を制御する蓄電装置出力停止手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０５）を備えることを特徴としている。

上記の燃料電池車両によれば、目標モータ出力が所定出力閾値以下となる低中出力状態においては、蓄電装置からの出力は停止され、蓄電装置に比べて相対的に出力が大きな燃料電池とモータ制御手段とが直結状態に接続されることにより、第１および第２ＤＣ−ＤＣコンバータにおいてスイッチング損失が発生することを防止して、目標モータ出力に応じたモータ出力を効率よく確保することができる。

さらに、請求項１０に記載の本発明の燃料電池車両では、前記低中出力制御手段は、前記目標モータ出力が前記燃料電池の出力電力に応じた前記モータの出力よりも大きい場合に、前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータの昇圧動作を制御するスイッチング制御手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０６）を備えることを特徴としている。

上記の燃料電池車両によれば、目標モータ出力が所定出力閾値以下となる低中出力状態においては、蓄電装置に比べて相対的に出力が大きな燃料電池とモータ制御手段とが直結状態に接続されることにより、第２ＤＣ−ＤＣコンバータにおいてスイッチング損失が発生することを防止することができる。しかも、目標モータ出力に対する不足分、つまり目標モータ出力と直結状態の燃料電池の出力電力に応じたモータの出力との差分は、蓄電装置の出力電圧に対する第１ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング動作によって得られた電圧がモータ制御手段に供給されることで適切に確保される。

以上説明したように、本発明の請求項１に記載の燃料電池車両の制御方法によれば、モータに電圧を印加するインバータ等からなるモータ制御手段に供給される電圧が、所定電圧以上となるように第１および第２ＤＣ−ＤＣコンバータが制御されることで、モータ出力が所望のモータ出力未満に低下してしまうことを防止することができ、目標モータ出力が所定出力閾値よりも大きくなる高出力状態であっても、目標モータ出力に応じたモータ出力を確保することができる。
さらに、蓄電装置からの出力を規制あるいは停止して、蓄電装置に比べて相対的に出力が大きな燃料電池の出力電力を優先してモータに供給することにより、第１ＤＣ−ＤＣコンバータにおいてスイッチング損失が増大することを防止して、目標モータ出力に応じたモータ出力を効率よく確保することができる。
さらに、請求項２に記載の本発明の燃料電池車両の制御方法によれば、蓄電装置の残容量が過剰に低下することを防止することができると共に、アクセル開度に応じた所望のモータ出力を燃料電池の出力電圧によって確保することができる。

さらに、請求項３に記載の本発明の燃料電池車両の制御方法によれば、燃料電池とモータ制御手段とを直結状態に接続することにより、第２ＤＣ−ＤＣコンバータにおいてスイッチング損失が生じることを防止することができる。しかも、燃料電池の出力を過剰に増大させる必要無しに、アクセル開度に応じた所望のモータ出力を効率よく確保することができる。

さらに、請求項４に記載の本発明の燃料電池車両の制御方法によれば、蓄電装置からの出力を停止して、蓄電装置に比べて相対的に出力が大きな燃料電池とモータ制御手段とを直結状態に接続することにより、第１および第２ＤＣ−ＤＣコンバータにおいてスイッチング損失が発生することを防止して、目標モータ出力に応じたモータ出力を効率よく確保することができる。

さらに、請求項５に記載の本発明の燃料電池車両の制御方法によれば、蓄電装置に比べて相対的に出力が大きな燃料電池とモータ制御手段とを直結状態に接続することにより、第２ＤＣ−ＤＣコンバータにおいてスイッチング損失が発生することを防止することができる。しかも、目標モータ出力に対する不足分は蓄電装置の出力電圧に対する第１ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング動作によって得られた電圧がモータ制御手段に供給されることで適切に確保される。

また、請求項６に記載の本発明の燃料電池車両によれば、モータに電圧を印加するインバータ等からなるモータ制御手段に供給される電圧が、所定電圧以上となるように第１および第２ＤＣ−ＤＣコンバータが制御されることで、モータ出力が所望のモータ出力未満に低下してしまうことを防止することができ、目標モータ出力が所定出力閾値よりも大きくなる高出力状態であっても、目標モータ出力に応じたモータ出力を確保することができる。
さらに、蓄電装置からの出力を規制あるいは停止して、蓄電装置に比べて相対的に出力が大きな燃料電池の出力電力を優先してモータに供給することにより、第１ＤＣ−ＤＣコンバータにおいてスイッチング損失が増大することを防止して、目標モータ出力に応じたモータ出力を効率よく確保することができる。

さらに、請求項７に記載の本発明の燃料電池車両によれば、蓄電装置の残容量が過剰に低下することを防止することができると共に、アクセル開度に応じた所望のモータ出力を燃料電池の出力電圧によって確保することができる。

さらに、請求項８に記載の本発明の燃料電池車両によれば、燃料電池とモータ制御手段とを直結状態に接続することにより、第２ＤＣ−ＤＣコンバータにおいてスイッチング損失が生じることを防止することができる。しかも、燃料電池の出力を過剰に増大させる必要無しに、アクセル開度に応じた所望のモータ出力を効率よく確保することができる。

さらに、請求項９に記載の本発明の燃料電池車両によれば、蓄電装置からの出力を停止して、蓄電装置に比べて相対的に出力が大きな燃料電池とモータ制御手段とを直結状態に接続することにより、第１および第２ＤＣ−ＤＣコンバータにおいてスイッチング損失が発生することを防止して、目標モータ出力に応じたモータ出力を効率よく確保することができる。

さらに、請求項１０に記載の本発明の燃料電池車両によれば、蓄電装置に比べて相対的に出力が大きな燃料電池とモータ制御手段とを直結状態に接続することにより、第２ＤＣ−ＤＣコンバータにおいてスイッチング損失が発生することを防止することができる。しかも、目標モータ出力に対する不足分は蓄電装置の出力電圧に対する第１ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング動作によって得られた電圧がモータ制御手段に供給されることで適切に確保される。

以下、本発明の実施形態に係る燃料電池車両および燃料電池車両の制御方法について添付図面を参照しながら説明する。
本実施の形態による燃料電池車両１０は、例えば図１に示すように、蓄電装置１１と、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２と、燃料電池１３と、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１４と、ＰＤＵ（パワードライブユニット）１５と、モータ１６と、出力制御器１７と、空気供給装置（Ａ／Ｐ）１８と、水素タンク１９ａおよび水素供給弁１９ｂと、背圧弁２０と、パージ弁２１と、制御装置２２と、システム電圧センサ３１と、第１電圧センサ３２と、第１電流センサ３３と、第２電圧センサ３４と、第２電流センサ３５と、モータ回転数センサ３６と、アクセル開度センサ３７とを備えて構成されている。

蓄電装置１１は、例えば電気二重層コンデンサや電解コンデンサ等からなるキャパシタあるいはバッテリ等であって、双方向の第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２を介して第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１４およびＰＤＵ１５に対して並列に接続されている。

第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２は、例えば、蓄電装置１１の端子電圧ＶＥに対する昇圧動作およびシステム電圧ＶＳに対する降圧動作可能な双方向のチョッパ型電力変換回路を備えて構成され、負荷に印加する電圧および負荷に通電する電流を断続するチョッピング動作、つまりチョッパ型電力変換回路に具備されるスイッチング素子のオン／オフ動作（スイッチング動作）によって、蓄電装置１１から取り出される出力電流ＩＥの電流値を制御しており、このスイッチング動作は制御装置２２から入力される制御パルスのデューティ、つまりオン／オフの比率に応じて制御されている。
つまり、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２は、燃料電池１３の発電あるいはモータ１６の回生動作に係るシステム電圧ＶＳを降圧して蓄電装置１１を充電可能であると共に蓄電装置１１の端子電圧ＶＥを昇圧してＰＤＵ１５に印加可能である。

また、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２は、燃料電池車両１０の運転状態に応じて蓄電装置１１から出力電流ＩＥの取り出しを禁止する。この場合において、例えば制御装置２２から第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２に入力される制御パルスのデューティが０％に設定されると、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２に具備されるスイッチング素子がオフ状態に固定され、蓄電装置１１とＰＤＵ１５とが電気的に遮断される。また、この場合において、例えば制御パルスのデューティが０％〜１００％の間の適宜値に設定されると、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の出力電力がゼロとなるようにして、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２に具備されるスイッチング素子のオン／オフ動作が制御される。
このため、蓄電装置１１の端子電圧ＶＥを検出する第１電圧センサ３２および蓄電装置１１の充電電流および放電電流を検出する第１電流センサ３３から出力される各検出信号は制御装置２２に入力されている。

燃料電池１３は、陽イオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜を、アノード触媒およびガス拡散層からなる燃料極（アノード）と、カソード触媒およびガス拡散層からなる酸素極（カソード）とで挟持してなる電解質電極構造体を、更に一対のセパレータで挟持してなる燃料電池セルを多数組積層して構成され、燃料電池セルの積層体は一対のエンドプレートによって積層方向の両側から挟み込まれている。

燃料電池１３のカソードには、酸素を含む酸化剤ガス（反応ガス）である空気がエアーコンプレッサー等を具備する空気供給装置１８から供給され、アノードには、水素を含む燃料ガス（反応ガス）が、例えば高圧の水素タンク１９ａから水素供給弁１９ｂを介して供給されている。
そして、アノードのアノード触媒上で触媒反応によりイオン化された水素は、適度に加湿された固体高分子電解質膜を介してカソードへと移動し、この移動に伴って発生する電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギーとして利用される。このときカソードにおいては、水素イオン、電子及び酸素が反応して水が生成される。

なお、水素供給弁１９ｂは、例えば空気式の比例圧力制御弁であって、空気供給装置１８から供給される空気の圧力を信号圧として、水素供給弁１９ｂを通過した水素が水素供給弁１９ｂの出口で有する圧力が信号圧に応じた所定範囲の圧力となるように設定されている。
また、エアーコンプレッサー等を具備する空気供給装置１８は、例えば車両の外部から空気を取り込んで圧縮し、この空気を反応ガスとして燃料電池１３のカソードに供給する。また、空気供給装置１８を駆動するモータ（図示略）の回転数は、制御装置２２から入力される制御指令に基づき、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ）によるＰＷＭインバータを具備する出力制御器１７により制御されている。

そして、燃料電池１３の水素排出口１３ａから排出された未反応の排出ガスは、制御装置２２により開閉制御される排出制御弁（図示略）を介して希釈ボックス（図示略）へ導入され、希釈ボックスにより水素濃度が所定濃度以下に低減されてから、パージ弁２１を介して外部（大気中等）へ排出される。

なお、燃料電池１３の水素排出口１３ａから排出された未反応の排出ガスの一部は、例えば循環ポンプ（図示略）およびエゼクタ（図示略）等を備える循環流路（図示略）へと導入されており、水素タンク１９ａから供給された水素と、燃料電池１３から排出された排出ガスとが混合されて燃料電池１３に再び供給されている。
そして、燃料電池１３の空気排出口１３ｂから排出された未反応の排出ガスは、制御装置２２により弁開度が制御される背圧弁２０を介して外部（大気中等）へ排出される。

第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１４は、例えば、燃料電池１３の出力電圧ＶＦに対する昇圧動作および降圧動作可能な双方向のチョッパ型電力変換回路を備えて構成され、負荷に印加する電圧および負荷に通電する電流を断続するチョッピング動作、つまりチョッパ型電力変換回路に具備されるスイッチング素子のオン／オフ動作（スイッチング動作）によって、燃料電池１３から取り出される出力電流ＩＦの電流値を制御しており、このスイッチング動作は制御装置２２から入力される制御パルスのデューティ、つまりオン／オフの比率に応じて制御されている。

例えば、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１４は、燃料電池車両１０の運転状態に応じて燃料電池１３の出力電圧ＶＦに対する昇圧動作を実行する。この場合、制御パルスのデューティが０％〜１００％の間の適宜値に設定され、１次側電流とされる燃料電池１３の出力電流ＩＦを制御パルスのデューティに応じて適宜に制限し、制限して得た電流を２次側電流として出力する。
また、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１４は、燃料電池車両１０の運転状態に応じて燃料電池１３とＰＤＵ１５とを直結状態に設定する。この場合において、制御パルスのデューティが１００％とされ、スイッチング素子がオン状態に固定されると、燃料電池１３の出力電圧ＶＦと、ＰＤＵ１５の入力電圧であるシステム電圧ＶＳとが同等の値となる。
そして、燃料電池１３の出力電圧ＶＦを検出する第２電圧センサ３４および燃料電池１３の出力電流ＩＦを検出する第２電流センサ３５から出力される各検出信号は制御装置２２に入力されている。
そして、燃料電池システムを構成する燃料電池１３および蓄電装置１１は、モータ１６の電源とされている。

ＰＤＵ１５は、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ）によるＰＷＭインバータを備えており、制御装置２２から出力される制御指令に応じてモータ１６の駆動および回生動作を制御する。このＰＷＭインバータは、例えばトランジスタのスイッチング素子を複数用いてブリッジ接続してなるブリッジ回路を具備し、例えばモータ１６の駆動時には、制御装置２２から入力されるパルス幅変調信号に基づき、第１および第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１２，１４から出力される直流電力を３相交流電力に変換してモータ１６へ供給する。一方、モータ１６の回生時には、モータ１６から出力される３相交流電力を直流電力に変換して第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２を介して蓄電装置１１へ供給し、蓄電装置１１を充電する。
なお、モータ１６は、例えば界磁として永久磁石を利用する永久磁石式の３相交流同期モータとされており、ＰＤＵ１５から供給される３相交流電力により駆動制御されると共に、車両の減速時において駆動輪Ｗ側からモータ１６側に駆動力が伝達されると、モータ１６は発電機として機能して、いわゆる回生制動力を発生し、車体の運動エネルギーを電気エネルギーとして回収する。

制御装置２２は、例えば、車両の運転状態や、燃料電池１３のアノードに供給される反応ガスに含まれる水素の濃度や、燃料電池１３のアノードから排出される排出ガスに含まれる水素の濃度や、燃料電池１３の発電状態、例えば各複数の燃料電池セルの端子間電圧や、燃料電池１３の出力電圧ＶＦや、燃料電池１３から取り出される出力電流ＩＦや、燃料電池１３の内部温度等に基づき、燃料電池１３に対する発電指令として、空気供給装置１８から燃料電池１３へ供給される反応ガスの圧力および流量に対する指令値および背圧弁２０の弁開度に対する指令値を出力し、燃料電池１３の発電状態を制御する。

また、制御装置２２は、ＰＤＵ１５に具備されるＰＷＭインバータの電力変換動作を制御しており、例えばモータ１６の駆動時においては、運転者のアクセル操作量に係るアクセル開度ＡＣを検出するアクセル開度センサ３７から出力される検出信号と、モータ回転数センサ３６から出力される検出信号とに基づき、例えば予め設定されたアクセル開度ＡＣと回転数ＮＭとトルク指令との所定の対応関係を示すトルク指令マップ等を参照して、モータ１６から出力されるトルクに対する指令値であるトルク指令を算出する。そして、このトルク指令に応じたトルクをモータ１６から出力させるために必要となる目標モータ出力を算出し、この目標モータ出力に応じて、ＰＭＷインバータの各スイッチング素子をパルス幅変調（ＰＷＭ）によりオン／オフ駆動させる各パルスからなるスイッチング指令（つまり、パルス幅変調信号）を設定する。

そして、制御装置２２からＰＤＵ１５にスイッチング指令が入力されると、モータ１６の各相のステータ巻線（図示略）への通電が順次転流させられることで各Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の印加電圧の大きさ（つまり振幅）および位相が制御され、トルク指令に応じた各Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の相電流がモータ１６の各相へと通電される。
このため、制御装置２２には、例えばＰＤＵ１５に対する入力電圧とされるシステム電圧ＶＳを検出するシステム電圧センサ３１から出力される検出信号と、モータ１６の回転数ＮＭを検出するモータ回転数センサ３６から出力される検出信号と、運転者のアクセル操作量に係るアクセル開度ＡＣを検出するアクセル開度センサ３７から出力される検出信号とが入力されている。

また、制御装置２２は、例えば蓄電装置１１の充電電流および放電電流を所定期間毎に積算して積算充電量および積算放電量を算出し、これらの積算充電量および積算放電量を初期状態あるいは充放電開始直前の残容量に加算あるいは減算することで蓄電装置１１の残容量ＳＯＣを算出する。

そして、制御装置２２は、目標モータ出力および蓄電装置１１の残容量ＳＯＣに応じて第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１４の電力変換動作を制御する制御パルスを出力し、燃料電池１３から取り出される出力電流ＩＦの電流値を制御すると共に、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の電力変換動作を制御する制御パルスを出力し、蓄電装置１１の充電および放電を制御する。
このため、制御装置２２には、蓄電装置１１の端子電圧ＶＥを検出する第１電圧センサ３２および蓄電装置１１の充電電流および放電電流を検出する第１電流センサ３３から出力される各検出信号が入力されている。

本発明の実施形態による燃料電池車両１０は上記構成を備えており、次に、制御装置２２の制御動作、つまり燃料電池車両１０の制御方法について添付図面を参照しながら説明する。

先ず、以下に、目標モータ出力が所定出力閾値よりも大きい場合に、モータ１６の電源とされる燃料電池１３および蓄電装置１１を具備する燃料電池システムのシステム電圧ＶＳが所望のモータ出力を確保するために要する所定電圧以上となるように、第１および第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１２，１４の動作を制御する処理について説明する。

例えば図２および下記表１に示すように、燃料電池車両１０が始動して加速状態となる時刻ｔ０から時刻ｔｍに亘る期間のうち、先ず、時刻ｔ０からモータ１６への印加電圧が所定の電圧Ｖ２に到達する時刻ｔ１に亘る期間Ｃ１において、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２は電気的な接続を遮断するオフ状態に設定、あるいは出力電力がゼロとなるスイッチング動作の実行状態に設定され、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１４は電気的な直結状態であるオン状態に設定される。これにより、蓄電装置１１からの出力電流ＩＥの取り出しは禁止され、蓄電装置１１に比べて相対的に出力が大きな燃料電池１３の出力電流ＩＦがモータ１６に供給されることになり、蓄電装置１１からの出力電力はゼロとされた状態で、燃料電池１３の出力電力およびモータ１６への供給電力は、例えばゼロから適宜の電力Ｐ２まで徐々に増大する。
このとき、燃料電池１３の出力電流ＩＦと出力電圧ＶＦとの所定特性（ＩＶ特性）では、出力電流ＩＦの増大に伴い、出力電圧ＶＦが減少することから、燃料電池１３の出力電圧ＶＦおよびモータ１６への印加電圧は、例えば適宜の電圧Ｖ３から所定の電圧Ｖ２（＜Ｖ３）まで徐々に減少する。また、蓄電装置１１の残容量ＳＯＣは、適宜の残容量ＳＯＣ３を維持することになる。

そして、燃料電池車両１０の加速状態、つまりモータ１６の出力が増大傾向に変化する状態において、モータ１６への印加電圧が所定の電圧Ｖ２に到達すると共にモータ１６への供給電力が適宜の電力Ｐ２に到達する時刻ｔ１から、モータ１６への供給電力が所定電力閾値Ｐａに到達することによってモータ１６の出力が所定出力閾値に到達する時刻ｔ２に亘る期間Ｃ２において、例えば蓄電装置１１による出力補助（アシスト）の実行が指示された場合には、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２は蓄電装置１１の端子電圧ＶＥに対する昇圧動作（つまりスイッチング動作）の実行状態に設定され、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１４は電気的な直結状態であるオン状態に設定される。

このとき、燃料電池１３は出力電力が適宜の電力Ｐ２を維持するように発電状態が制御され、燃料電池１３の出力電圧ＶＦおよびモータ１６への印加電圧が所定の電圧Ｖ２を維持するように設定される。これにより、蓄電装置１１からの出力電流ＩＥの取り出しが開始され、蓄電装置１１および燃料電池１３の各出力電流ＩＥ，ＩＦがモータ１６に供給されることになり、燃料電池１３からの出力電力は適宜の電力Ｐ２を維持した状態で、蓄電装置１１の出力電力およびモータ１６への供給電力は徐々に増大する。そして、蓄電装置１１の残容量ＳＯＣは、適宜の残容量ＳＯＣ３から低下傾向に変化することになる。

ここで、例えば図３に示すように、モータ１６への印加電圧とモータ１６から出力可能な最大出力との所定特性ＰＭでは、モータ１６への印加電圧が所定の電圧Ｖ２以上の領域において、モータ１６から出力可能な最大出力は印加電圧の変化に拘わらずに所定値Ｐ０（≧Ｐ３）を維持し、モータ１６への印加電圧が所定の電圧Ｖ２未満となる領域おいて、印加電圧が低下することに伴い、モータ１６の最大出力は低下傾向に変化することから、モータ１６への印加電圧が、少なくとも所定の電圧Ｖ２未満となることが禁止されることにより、モータ１６から出力可能な最大出力が所定値Ｐ０未満に低下してしまうことは防止される。

これにより、例えば図３に示すように、モータ１６の電源とされる燃料電池１３および蓄電装置１１を具備する燃料電池システムの最大出力ＰＳは、先ず、上述した時刻ｔ０から時刻ｔ１において、モータ１６への印加電圧が適宜の電圧Ｖ３から所定の電圧Ｖ２まで低下傾向に変化する際には、出力電圧ＶＦの減少に伴って最大出力が増加傾向に変化する燃料電池１３の出力特性ＰＦに沿って変化する。そして、上述した時刻ｔ１以降において、モータ１６への印加電圧が所定の電圧Ｖ２に到達した以後には、出力電圧ＶＥを適宜の値に維持した状態で最大出力を増加可能な蓄電装置１１の出力特性ＰＥに沿って変化する。
なお、例えば燃料電池車両１０の急発進時等のように、適宜の印加電圧での目標モータ出力が燃料電池１３の最大出力よりも大きい場合には、蓄電装置１１による出力補助（アシスト）が実行され、燃料電池システムの最大出力ＰＳ２は、燃料電池１３の出力特性ＰＦに蓄電装置１１の出力が加算された出力特性に沿って変化することになる。

そして、例えば図２に示すように、燃料電池車両１０の加速状態から定常状態に移行する状態等のように、モータ１６への供給電力が所定電力閾値Ｐａから適宜の電力Ｐ３まで増大する時刻ｔ２から時刻ｔｍに亘る期間およびモータ１６への供給電力が電力Ｐ３を維持するように制御される時刻ｔｍから時刻ｔ３に亘る期間からなる期間Ｃ３において、例えば蓄電装置１１による出力補助（アシスト）の実行が指示された場合には、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２は蓄電装置１１の端子電圧ＶＥに対する昇圧動作（つまりスイッチング動作）の実行状態に設定され、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１４は電気的な直結状態であるオン状態に設定される。
このとき、燃料電池１３は出力電力が適宜の電力Ｐ２を維持するように発電状態が制御され、燃料電池１３の出力電圧ＶＦおよびモータ１６への印加電圧が所定の電圧Ｖ２を維持するように設定される。

また、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２のスイッチング動作は、時刻ｔ２から時刻ｔｍに亘る期間において蓄電装置１１の出力電力が適宜の電力Ｐ１（＜Ｐ２）に向かい増大傾向に変化するように、かつ、時刻ｔｍから時刻ｔ３に亘る期間において蓄電装置１１の出力電力が適宜の電力Ｐ１を維持するように制御される。
これにより、蓄電装置１１および燃料電池１３の各出力電流ＩＥ，ＩＦがモータ１６に供給されることになり、時刻ｔ２から時刻ｔｍに亘る期間では、モータ１６への供給電力が所定電力閾値Ｐａから適宜の電力Ｐ３まで増大し、時刻ｔｍから時刻ｔ３に亘る期間では、モータ１６への供給電力は適宜の電力Ｐ３に維持され、蓄電装置１１の残容量ＳＯＣは、所定の残容量ＳＯＣ２まで低下傾向に変化することになる。

そして、蓄電装置１１の出力電流ＩＥがモータ１６に供給される状態、つまり蓄電装置１１の残容量ＳＯＣが低下傾向に変化する状態において、蓄電装置１１による出力補助（アシスト）の実行が指示されている場合に、残容量ＳＯＣが所定の残容量ＳＯＣ２に到達する時刻ｔ３から所定の下限残容量ＳＯＣ１まで低下する時刻ｔ４に亘る期間Ｃ４において、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２は蓄電装置１１の端子電圧ＶＥに対する昇圧動作（つまりスイッチング動作）の実行状態に設定され、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１４は燃料電池１３の出力電圧ＶＦに対する昇圧動作（つまりスイッチング動作）の実行状態に設定される。

このとき、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２のスイッチング動作は、蓄電装置１１の出力電力が、例えば適宜の電力Ｐ１からゼロへと低下傾向に変化するように制御される。また、燃料電池１３は、蓄電装置１１の出力電力の低下を相殺するようにして、出力電力が適宜の電力Ｐ２から電力Ｐ３へと増大傾向に変化するように発電状態が制御される。そして、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１４のスイッチング動作は、燃料電池１３の出力増大に伴う出力電圧ＶＦの低下を相殺して、モータ１６への印加電圧が所定の電圧Ｖ２を維持するように昇圧制御される。これにより、モータ１６への供給電力は適宜の電力Ｐ３に維持され、モータ１６への印加電圧は所定の電圧Ｖ２に維持された状態で、燃料電池１３の出力電力は増大傾向に変化し、燃料電池１３の出力電圧は減少傾向に変化し、蓄電装置１１の出力電力は減少傾向に変化し、蓄電装置１１の残容量ＳＯＣは低下傾向に変化することになる。

そして、モータ１６への供給電力が適宜の電力Ｐ３を維持するように制御される状態で、残容量ＳＯＣが所定の下限残容量ＳＯＣ１に到達した時刻ｔ４から時刻ｔ５に亘る期間Ｃ５において、蓄電装置１１による出力補助（アシスト）の実行が禁止される場合には、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２は電気的な接続を遮断するオフ状態に設定、あるいは出力電力がゼロとなるスイッチング動作の実行状態に設定され、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１４は燃料電池１３の出力電圧ＶＦに対する昇圧動作（つまりスイッチング動作）の実行状態に設定される。
これにより、蓄電装置１１からの出力電流ＩＥの取り出しは禁止され、蓄電装置１１の残容量ＳＯＣは所定の下限残容量ＳＯＣ１を維持することになる。そして、燃料電池１３の出力電流ＩＦがモータ１６に供給されることになり、蓄電装置１１からの出力電力はゼロとされた状態で、燃料電池１３の出力電力およびモータ１６への供給電力は、適宜の電力Ｐ３を維持するように設定され、燃料電池１３の出力電圧ＶＦは適宜の電圧Ｖ１を維持するように、かつ、モータ１６への供給電圧は所定の電圧Ｖ２を維持するように設定される。

以下に、目標モータ出力および蓄電装置１１の残容量ＳＯＣに応じて第１および第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１２，１４の動作を制御する処理について説明する。

先ず、例えば図４に示すステップＳ０１においては、アクセル開度センサ３７から出力されるアクセル開度ＡＣの検出信号と、モータ回転数センサ３６から出力される回転数ＮＭの検出信号等に基づき、モータ１６から出力されるトルクに対するトルク指令を算出し、このトルク指令に応じたトルクをモータ１６から出力させるために必要となる目標モータ出力を算出する。
次に、ステップＳ０２においては、目標モータ出力が所定出力閾値よりも大きいか否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、後述するステップＳ０７に進む。
一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ０３に進む。

そして、ステップＳ０３においては、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１４を電気的な直結状態であるオン状態に設定して、蓄電装置１１に比べて相対的に出力が大きな燃料電池１３の出力電流ＩＦを優先的にモータ１６に供給するように設定する。
そして、ステップＳ０４においては、例えば蓄電装置１１による出力補助（アシスト）の実行が指示されているか否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、後述するステップＳ０６に進む。
一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ０５に進む。

そして、ステップＳ０５においては、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２を、蓄電装置１１と電気負荷（つまり、ＰＤＵ１５および出力制御器１７）との間の電気的な接続を遮断するオフ状態に設定、あるいは第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２からの出力電力がゼロとなるスイッチング動作の実行状態に設定し、例えば上記表１に示す期間Ｃ１のように、蓄電装置１１からの出力電流ＩＥの取り出しを禁止して、一連の処理を終了する。
また、ステップＳ０６においては、蓄電装置１１の出力電力による燃料電池車両１０の出力電力に対するアシストを実行するようにして、例えば上記表１に示す期間Ｃ２のように、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２を蓄電装置１１の端子電圧ＶＥに対する昇圧動作（つまりスイッチング動作）の実行状態に設定して、一連の処理を終了する。

また、ステップＳ０７においては、例えば蓄電装置１１による出力補助（アシスト）の実行が指示されているか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、後述するステップＳ１３に進む。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０８に進む。
そして、ステップＳ０８においては、蓄電装置１１の残容量ＳＯＣは所定残容量閾値（例えば、図２に示す所定の残容量ＳＯＣ２）よりも大きいか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、後述するステップＳ１１に進む。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０９に進む。

そして、ステップＳ０９においては、例えば上記表１に示す期間Ｃ３のように、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１４を電気的な直結状態であるオン状態に設定して、燃料電池１３の出力電圧ＶＦおよびモータ１６への印加電圧が所定の電圧Ｖ２を維持するように燃料電池１３の発電状態を制御する。
そして、ステップＳ１０においては、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２を、蓄電装置１１の出力電力が増大傾向に変化する状態あるいは定常となる状態で、モータ１６への印加電圧が所定の電圧Ｖ２を維持するようにして、蓄電装置１１の端子電圧ＶＥに対する昇圧動作（つまりスイッチング動作）の実行状態に設定し、目標モータ出力に対する蓄電装置１１の出力電力によるアシスト（出力補助）を実行して、一連の処理を終了する。

また、ステップＳ１１においては、例えば上記表１に示す期間Ｃ４のように、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１４を燃料電池１３の出力電圧ＶＦに対する昇圧動作（つまりスイッチング動作）の実行状態に設定して、モータ１６への印加電圧が所定の電圧Ｖ２を維持するように制御する。
そして、ステップＳ１２においては、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２を、蓄電装置１１の出力電力が低下傾向に変化する状態でモータ１６への印加電圧が所定の電圧Ｖ２を維持するようにして、蓄電装置１１の端子電圧ＶＥに対する昇圧動作（つまりスイッチング動作）の実行状態に設定し、目標モータ出力に対する蓄電装置１１の出力電力によるアシスト（出力補助）を実行して、一連の処理を終了する。

また、ステップＳ１３においては、例えば上記表１に示す期間Ｃ５のように、第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１４を燃料電池１３の出力電圧ＶＦに対する昇圧動作（つまりスイッチング動作）の実行状態に設定して、モータ１６への印加電圧が所定の電圧Ｖ２を維持するように制御する。
そして、ステップＳ１４においては、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２を、蓄電装置１１と電気負荷（つまり、ＰＤＵ１５および出力制御器１７）との間の電気的な接続を遮断するオフ状態に設定、あるいは第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２からの出力電力がゼロとなるスイッチング動作の実行状態に設定し、例えば上記表１に示す期間Ｃ１のように、蓄電装置１１からの出力電流ＩＥの取り出しを禁止して、一連の処理を終了する。

上述したように、本発明の実施形態による燃料電池車両１０および燃料電池車両１０の制御方法によれば、目標モータ出力が所定出力閾値よりも大きい場合に、モータ１６の電源とされる燃料電池１３および蓄電装置１１を具備する燃料電池システムのシステム電圧ＶＳが所望のモータ出力を確保するために要する所定電圧以上となるように、第１および第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１２，１４の動作が制御されることにより、モータ１６から出力可能な最大出力が低下してしまうことは防止され、燃料電池車両１０の所望の加速性能を確保することができる。
しかも、モータ１６への印加電圧を、所望のモータ出力を確保するために要する所定の電圧（例えば、図３に示す所定の電圧Ｖ２）以上に維持した状態で、第１および第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１２，１４の各スイッチング動作が同時に実行されることを抑制し、何れか一方のスイッチング動作のみが燃料電池車両１０の運転状態に応じて実行されるように制御されることにより、第１および第２ＤＣ−ＤＣコンバータ１２，１４の各スイッチング動作に伴うスイッチング損失が増大してしまうことを防止し、燃料電池システム全体として効率の良い電力変換動作を実行することができる。

なお、上述した実施の形態においては、例えば上記表１に示す各期間Ｃ１，Ｃ５において、第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２を電気的な接続を遮断するオフ状態に設定、あるいは出力電力がゼロとなるスイッチング動作の実行状態に設定するとしたが、これに限定されず、例えば蓄電装置１１の出力電圧が所定電力閾値以下となるようにして第１ＤＣ−ＤＣコンバータ１２のスイッチング動作を制御し、目標モータ出力に対する蓄電装置１１の出力電力によるアシスト（出力補助）を実行してもよい。

本発明の実施形態に係る燃料電池車両の構成図である。 モータへの供給電力と、燃料電池および蓄電装置の各出力電力との時間変化の一例を示すグラフ図、および、モータへの供給電圧と、燃料電池の出力電圧との時間変化の一例を示すグラフ図、および、蓄電装置の残容量の時間変化の一例を示すグラフ図である。 モータへの印加電圧とモータから出力可能な最大出力との所定特性の一例を示すグラフ図、および、燃料電池の出力特性の一例を示すグラフ図、および、蓄電装置の出力特性の一例を示すグラフ図である。 図１に示す燃料電池車両の制御方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 燃料電池車両
１１ 蓄電装置
１２ 第１ＤＣ−ＤＣコンバータ
１３ 燃料電池
１４ 第２ＤＣ−ＤＣコンバータ
１５ ＰＤＵ（モータ制御手段）
１６ モータ
１７ 出力制御器（出力制御手段）
１８ 空気供給装置（反応ガス供給手段）
１９ａ 水素タンク（反応ガス供給手段）
１９ｂ 水素供給弁（反応ガス供給手段）
ステップＳ０１ 目標モータ出力取得手段、目標モータ出力取得ステップ
ステップＳ０３ 直結手段、直結ステップ
ステップＳ０５ 蓄電装置出力停止手段、蓄電装置出力停止ステップ
ステップＳ０６ スイッチング制御手段、スイッチング制御ステップ
ステップＳ０７ 残容量判定手段、残容量判定ステップ
ステップＳ０８ 直結手段、直結ステップ
ステップＳ０９ スイッチング制御手段、スイッチング制御ステップ
ステップＳ１０ 昇圧制御手段、昇圧制御ステップ
ステップＳ１１ 蓄電装置出力制限手段、蓄電装置出力制限ステップ
ステップＳ０３〜ステップＳ０６ 低中出力制御手段、低中出力制御ステップ
ステップＳ０７〜ステップＳ１１ 高出力制御手段、高出力制御ステップ

Claims (10)

1. 車両の動力源としてのモータと、該モータの作動状態を制御するモータ制御手段と、前記モータの電源をなす燃料電池システムとして、反応ガス供給手段により反応ガスが供給されて電気化学反応により発電する燃料電池と、該燃料電池の発電電力および前記モータの回生電力により充電される蓄電装置と、該蓄電装置と前記モータ制御手段との間に配置された第１ＤＣ−ＤＣコンバータと、前記燃料電池と前記モータ制御手段との間に配置された第２ＤＣ−ＤＣコンバータとを備える燃料電池車両の制御方法であって、アクセル開度に応じた目標モータ出力を取得する目標モータ出力取得ステップと、
   前記目標モータ出力が所定出力閾値よりも大きい場合に、前記電源の出力電圧が前記アクセル開度に応じた所望のモータ出力を確保するために要する所定電圧以上となるように、前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を制御し、かつ、前記蓄電装置の残容量に応じて前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータを直結状態または昇圧状態に制御する高出力制御ステップと、
   前記目標モータ出力が前記所定出力閾値以下の場合に、前記燃料電池の出力電力を前記蓄電装置の出力電力よりも優先して前記モータに供給するように、前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を制御し、かつ、前記蓄電装置の残容量にかかわらずに前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータを直結状態に制御する低中出力制御ステップとを含むことを特徴とする燃料電池車両の制御方法。
2. 前記高出力制御ステップは、
   前記蓄電装置の残容量が所定残容量閾値以下であるか否かを判定する残容量判定ステップと、
   前記残容量判定ステップにおいて前記残容量が前記所定残容量閾値以下であると判定された場合に、前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータの昇圧動作を制御し、かつ、前記蓄電装置の出力電力が低下傾向に変化するように前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を制御するステップとを含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池車両の制御方法。
3. 前記高出力制御ステップは、
   前記残容量判定ステップにおいて前記残容量が前記所定残容量閾値よりも大きいと判定された場合に、前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータを直結状態に設定し、かつ、前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータの昇圧動作を制御するステップを含むことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池車両の制御方法。
4. 前記低中出力制御ステップは、前記蓄電装置の出力電力がゼロとなるように前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を制御する蓄電装置出力停止ステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池車両の制御方法。
5. 前記低中出力制御ステップは、前記目標モータ出力が前記燃料電池の出力電力に応じた前記モータの出力よりも大きい場合に、前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータの昇圧動作を制御するスイッチング制御ステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池車両の制御方法。
6. 車両の動力源としてのモータと、該モータの作動状態を制御するモータ制御手段と、前記モータの電源をなす燃料電池システムとして、反応ガス供給手段により反応ガスが供給されて電気化学反応により発電する燃料電池と、該燃料電池の発電電力および前記モータの回生電力により充電される蓄電装置と、該蓄電装置と前記モータ制御手段との間に配置された第１ＤＣ−ＤＣコンバータと、前記燃料電池と前記モータ制御手段との間に配置された第２ＤＣ−ＤＣコンバータとを備える燃料電池車両であって、アクセル開度に応じた目標モータ出力を取得する目標モータ出力取得手段と、
   前記目標モータ出力が所定出力閾値よりも大きい場合に、前記電源の出力電圧が前記アクセル開度に応じた所望のモータ出力を確保するために要する所定電圧以上となるように、前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を制御し、かつ、前記蓄電装置の残容量に応じて前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータを直結状態または昇圧状態に制御する高出力制御手段と、
   前記目標モータ出力が前記所定出力閾値以下の場合に、前記燃料電池の出力電力を前記蓄電装置の出力電力よりも優先して前記モータに供給するように、前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を制御し、かつ、前記蓄電装置の残容量にかかわらずに前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータを直結状態に制御する低中出力制御手段とを備えることを特徴とする燃料電池車両。
7. 前記高出力制御手段は、
   前記蓄電装置の残容量が所定残容量閾値以下であるか否かを判定する残容量判定手段と、
   前記残容量判定手段により前記残容量が前記所定残容量閾値以下であると判定された場合に、前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータの昇圧動作を制御し、かつ、前記蓄電装置の出力電力が低下傾向に変化するように前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を制御する手段とを備えることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池車両。
8. 前記高出力制御手段は、
   前記残容量判定手段により前記残容量が前記所定残容量閾値よりも大きいと判定された場合に、前記第２ＤＣ−ＤＣコンバータを直結状態に設定し、かつ、前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータの昇圧動作を制御する手段とを備えることを特徴とする請求項７に記載の燃料電池車両。
9. 前記低中出力制御手段は、前記蓄電装置の出力電力がゼロとなるように前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を制御する蓄電装置出力停止手段を備えることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池車両。
10. 前記低中出力制御手段は、前記目標モータ出力が前記燃料電池の出力電力に応じた前記モータの出力よりも大きい場合に、前記第１ＤＣ−ＤＣコンバータの昇圧動作を制御するスイッチング制御手段を備えることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池車両。

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