JP4844556B2 - 電力供給システム - Google Patents

Description

本発明は、駆動装置に電力を供給する電力供給システム、例えば電気化学反応にて電力を発電する燃料電池からの電力を駆動装置に供給するシステムに関するものである。

近年、運転効率および環境性に優れる電源として燃料電池が注目されている。燃料電池は燃料ガスの供給量を制御して要求に応じた電力を出力するが、ガス供給量の応答遅れに起因して、出力電力の応答性が低くなる場合がある。そこで、燃料電池とバッテリ等の蓄電装置とを並列に接続して電源を構成する技術が開示されており、そこでは、燃料電池の出力電圧をＤＣ−ＤＣコンバータで変換することにより、バッテリと燃料電池の併用を図っている（例えば、特許文献１〜４を参照）。

一方、燃料電池は、耐久性向上のため、特に触媒のシンタリング現象を回避することが必要とされる（例えば、下記特許文献１参照）。シンタリング現象を抑制するには、燃料電池出力電圧を開放端子電圧（ＯＣＶともいう）に近い高電圧状態に近づけない制御が有効とされる。そして、ＤＣ−ＤＣコンバータは、そのような燃料電池の出力電圧制御手段としても機能する（例えば、下記特許文献２参照）。
特開２００７−１８４２４３号公報 特開２００７−５０３８号公報 特開２００５−３４８５３０号公報 特開２００７−２０９１６１号公報

しかしながら、ＤＣ−ＤＣコンバータを介して駆動装置に電力を供給する場合、リアクトルのヒステリシスに伴う鉄損、半導体素子のスイッチング動作に伴うスイッチング損失等（以下、これらを含めてスイッチング損失という）の損失が問題となる。このようなスイッチング損失は、損失が電流に比例する銅損とは異なり、供給される電力、電圧、電流等への依存が少ない。そのため、特に低負荷領域では、スイッチング損失が目立つことになる。そのような低負荷領域でのスイッチング損失を低減するため、可能な限りＤＣ−ＤＣコンバータの動作を停止させることが望ましい。

その場合、上記シンタリングの原因となり、燃料電池の耐久性に影響を与える高電位状態を回避した制御との両立をとることが重要となる。本発明の課題は、燃料電池システムからＤＣ−ＤＣコンバータを介して駆動装置に電力を供給する場合に、効率向上と耐久性の向上という２つの要求に配慮した電力供給システムを提供することにある。

本発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用した。すなわち、本発明は、移動体に搭載され、負荷回路を通じて前記移動体の駆動装置に電力を供給する電力供給システムである。本電力供給システムは、負荷回路に電力を供給する燃料電池スタックと、電力を蓄積するとともに、負荷回路に電力を供給可能な蓄電装置と、燃料電池スタックと負荷回路との間に設けられ燃料電池スタックの端子電圧を負荷回路の入力電圧に変換する第１の電圧変換器と、蓄電装置の端子電圧を前記負荷回路の入力電圧に変換する第２の電圧変換器と、制御部とを備える。

そして、制御部は、駆動装置の駆動に伴う負荷回路の要求電圧を算出する手段と、燃料
電池スタックの端子電圧が負荷回路の要求電圧を超える場合に、第１の電圧変換器を停止させて燃料電池スタックの出力電力を負荷回路に伝達する手段と、第２の電圧変換器を通じて負荷回路の入力電圧を制御することによって燃料電池スタックの端子電圧を所定の基準電圧以下に制限する第１の電圧制限手段と、を有する。

本電力供給システムでは、燃料電池スタックの端子電圧が負荷回路の要求電圧を超える場合には、第１の電圧変換器を停止させる。したがって、不必要に、第１の電圧変換器を動作させず、特に、負荷回路の要求電圧が低いときに、電力供給の効率を向上できる。一方、第２の電圧変換器によって燃料電池スタックの端子電圧を制御し、基準電圧以下に制限することができる。

また、第２の電圧変換器が昇圧回路である場合、制御部は、第２の電圧変換器の蓄電装置側の電圧に対して負荷回路側の電圧が昇圧された関係にないときに第２の電圧変換器を停止する手段と、第２の電圧変換器が停止したときに第１の電圧変換器を動作させて、燃料電池スタックの端子電圧を基準電圧以下に制限する第２の電圧制限手段と、を有する。

本電力供給システムによれば、第２の電圧変換器が昇圧回路であって、昇圧の条件が充足されないときに、第１の電圧変換器を動作させて、燃料電池スタックの端子電圧を制限することができる。
蓄電装置の充電状態を検知する充電センサをさらに備え、制御部は、蓄電装置の充電状態とその充電状態で蓄電装置において放電すべき電力との関係を記録した放電要求マップを保持する手段と、負荷に供給すべき要求電力を算出する手段と、充電状態が許容レベルを超えたときに、要求電力から蓄電装置において放電すべき電力を除外した燃料電池スタック要求電力を算出する手段と、燃料電池スタック要求電力を燃料電池スタックから出力させるために前記燃料電池スタックの端子電圧の目標値を設定する手段と、端子電圧の目標値が基準電圧を越える場合に、目標値を前記基準電圧以下の値に再設定する手段と、燃料電池スタックの端子電圧が目標値となるにように前記第１の電圧変換器を制御する手段とをさらに備える。

本電力供給システムによれば、蓄電装置の充電状態を反映して、燃料電池の分担出力を決定するとともに、燃料電池の端子電圧の目標値が基準電圧を越える場合に、目標値を前記基準電圧未満の値に再設定し、制御する。したがって、燃料電池と蓄電装置の負担割合を蓄電装置の充電状態から決定するとともに、燃料電池の端子電圧の目標値が基準電圧以下となるように制御できる。

また、制御部は、移動体の移動を指令する操作レバーの位置を検知する手段と、操作レバーの位置が停止を指令している場合に、第１の電圧変換器および第２の電圧変換器を停止する手段と、第１の電圧変換器および第２の電圧変換器が停止し、かつ、燃料電池スタックの端子電圧が基準電圧から所定の範囲に近づいたときに、補機を通じて前記燃料電池スタックの電力を消費する手段とをさらに備える。

本電力供給システムによれば、不必要な第１の電圧変換器および第２の電圧変換器の動作を抑制するとともに、燃料電池スタックの端子電圧が基準電圧から所定の範囲から遠ざける方向に、補機を通じて制御できる。なお、第２の電圧変換器を昇降圧可能な電圧変換器としてもよく、その場合には、第１の電圧変換器を停止させたいときに、いつでも停止させることが可能になる。

本発明によれば、燃料電池システムからＤＣ−ＤＣコンバータを介して駆動装置に電力を供給する場合に、効率向上と耐久性の向上という２つの要求に対応できる。

《第１実施形態》
図１は、本発明に係る燃料電池システム１０の概略構成および、該燃料電池システム１０より供給される電力を駆動源とする移動体の車両１を概略的に示す。車両１は、駆動輪２が駆動モータ（以下、単に「モータ」という。）１６によって駆動されることで自走し、移動可能となる。このモータ１６は、いわゆる三相交流モータであって、インバータ１５から交流電力の供給を受ける。更に、このインバータ１５へは、燃料電池システム１０のメイン電力源である燃料電池（以下、「ＦＣ」ともいう。）１１と、二次電池であるバッテリ１３から直流電力が供給され、それがインバータ１５で交流へ変換されている。

ここで、燃料電池１１は、水素タンク１７に貯蔵されている水素ガスとコンプレッサ１８によって圧送されてくる空気中の酸素との電気化学反応にて発電を行い、該燃料電池１１とインバータ１５との間には、昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータであるＦＣ昇圧コンバータ１２が電気的に接続されている。これにより、燃料電池１１からの出力電圧は、ＦＣ昇圧コンバータ１２によって制御可能な範囲で任意の電圧に昇圧され、インバータ１５に印加される。また、このＦＣ昇圧コンバータ１２の昇圧動作によって燃料電池１１の端子電圧を制御することも可能となる。尚、ＦＣ昇圧コンバータ１２の詳細な構成については、後述する。また、バッテリ１３は、充放電が可能な蓄電装置であって、該バッテリ１３とインバータ１５との間に該インバータ１５に対して上記ＦＣ昇圧コンバータ１２と並列になるように、昇圧型のバッテリ昇圧コンバータ１４が電気的に接続されている。これにより、バッテリ１３からの出力電圧は、バッテリ昇圧コンバータ１４によって制御可能な範囲で任意の電圧に昇圧され、インバータ１５に印加される。また、このバッテリ昇圧コンバータ１４の昇圧動作によってインバータ１５の端子電圧を制御することも可能となる。尚、図１中に示すように、燃料電池システム１０においては、昇圧型のバッテリ昇圧コンバータ１４に代えて、昇圧動作および降圧動作が可能な昇降圧型のコンバータも採用可能である。以下の実施例では、主にバッテリ昇圧コンバータ１４を昇圧型のコンバータとして説明を進めていくが、これには昇降圧型のコンバータの採用を制限する意図は無く、その採用に際しては適宜調整が行われる。そして、昇降圧型コンバータを採用することにより更に特筆すべき事実については適切にその開示を行っていく。

また車両１には、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という。）２０が備えられ、上述した各制御対象に電気的に接続されることで、燃料電池１１の発電やモータ１６の駆動等が制御されることになる。例えば、車両１には、ユーザからの加速要求を受けるアクセルペダルが設けられ、その開度がアクセルペダルセンサ２１によって検出され、その検出信号がＥＣＵ２０に電気的に伝えられる。また、ＥＣＵ２０は、モータ１６の回転数を検出するエンコーダにも電気的に接続され、これによりＥＣＵ２０でモータ１６の回転数が検出される。ＥＣＵ２０は、これらの検出値等に基づいて、各種の制御が可能である。

このように構成される燃料電池システム１０では、車両１のユーザが踏んだアクセルペダルの開度がアクセルペダルセンサ２１によって検出され、ＥＣＵ２０がそのアクセル開度とモータ１６の回転数等に基づいて、燃料電池１１の発電量やバッテリ１３からの充放電量が適宜制御される。ここで、移動体である車両１の燃費を向上させるために、モータ１６が高電圧低電流仕様のＰＭモータとなっている。従って、モータ１６は、低電流で高トルクを発揮することが可能となるため、モータ内部の巻線やその他の配線での発熱を軽減することが可能となり、またインバータ１５の定格出力を小さくすることが可能となる。具体的には、モータ１６では低電流で比較的大きなトルク出力を可能とするためにその逆起電圧が比較的高く設定される一方で、その高逆起電圧に抗して高回転数での駆動が可能となるように、燃料電池システム１０からの供給電圧が高く設定される。このとき、燃料電池１１とインバータ１５の間にＦＣ昇圧コンバータ１２を設け、バッテリ１３とイン
バータ１５との間にもバッテリ昇圧コンバータ１４を設けることで、インバータ１５への供給電圧の高電圧化が図られる。繰り返しにはなるが、このバッテリ昇圧コンバータ１４に代えて昇降圧型のコンバータも採用可能である。

このように燃料電池システム１０をＦＣ昇圧コンバータ１２を含む構成とすることで、燃料電池１１自体の出力電圧（端子間電圧）が低くても、ＦＣ昇圧コンバータ１２の昇圧動作によりモータ１６を駆動することが可能となるので、燃料電池１１のセル積層枚数を低減する等してその小型化を図ることも可能となる。その結果、車両１の重量を低減でき、その燃費向上を更に促進することができる。

ここで、燃料電池システム１０においては、発電可能な燃料電池１１がモータ１６に対するメイン電力源となっている。従って、燃料電池システム１０の効率を向上させるためには、燃料電池１１とインバータ１５との間に介在するＦＣ昇圧コンバータ１２での電力損失を低減することが、システム全体の効率向上に大きく寄与すると考えられる。もちろん、バッテリ１３とインバータ１５との間のバッテリ昇圧コンバータ１４にも原則的に同様のことが当てはまる。

ここで、図２に基づいて、ＦＣ昇圧コンバータ１２の電気回路の特徴について説明する。図２は、ＦＣ昇圧コンバータ１２を中心として、燃料電池システム１０の電気的構成を示す図であるが、説明を簡便にするためにバッテリ１３およびバッテリ昇圧コンバータ１４の記載は省略している。

ＦＣ昇圧コンバータ１２は、ＤＣ−ＤＣコンバータとしての昇圧動作を行うための主昇圧回路１２ａと、後述するソフトスイッチング動作を行うための補助回路１２ｂとで構成されている。主昇圧回路１２ａは、スイッチ素子Ｓ１とダイオードＤ４で構成されるスイッチング回路のスイッチ動作によって、コイルＬ１に蓄えられたエネルギをモータ１６側（インバータ１５側）にダイオードＤ５を介して解放することで燃料電池１１の出力電圧を昇圧する。具体的には、コイルＬ１の一端が燃料電池１１の高電位側の端子に接続される。そして、スイッチ素子Ｓ１の一端の極が、コイルＬ１の他端に接続されるとともに、該スイッチ素子Ｓ１の他端の極が、燃料電池の低電位側の端子に接続されている。また、ダイオードＤ５のカソード端子がコイルＬ１の他端に接続され、更に、コンデンサＣ３が、ダイオードＤ５のアノード端子とスイッチ素子Ｓ１の他端との間に接続されている。尚、この主昇圧回路１２ａにおいて、コンデンサＣ３は、昇圧電圧の平滑コンデンサとして機能する。尚、主昇圧回路１２ａには、燃料電池１１側に平滑コンデンサＣ１も設けられ、これにより燃料電池１１の出力電流のリップルを低減することが可能となる。この平滑コンデンサＣ３にかかる電圧ＶＨは、ＦＣ昇圧コンバータ１２の出口電圧となる。また、図２では、燃料電池１１の電源電圧をＶＬで示し、これは平滑コンデンサＣ１にかかる電圧であって、且つＦＣ昇圧コンバータ１２の入口電圧となる。

次に、補助回路１２ｂには、先ずスイッチ素子Ｓ１に並列に接続された、ダイオードＤ３と、それに直列に接続されたスナバコンデンサＣ２とを含む第一直列接続体が含まれる。この第一直列接続体では、ダイオードＤ３のカソード端子がコイルＬ１の他端に接続され、そのアノード端子がスナバコンデンサＣ２の一端に接続されている。更に、該スナバコンデンサＣ２の他端は、燃料電池１１の低電位側の端子に接続されている。更に、補助回路１２ｂには、誘導素子であるコイルＬ２と、ダイオードＤ２と、スイッチ素子Ｓ２及びダイオードＤ１で構成されるスイッチング回路とが直列に接続された第二直列接続体が含まれる。この第二直列接続体では、コイルＬ２の一端が、第一直列接続体のダイオードＤ３とスナバコンデンサＣ２との接続部位に接続される。更に、ダイオードＤ２のカソード端子が、コイルＬ２の他端に接続されるとともに、そのアノード端子が、スイッチ素子Ｓ２の一端の極に接続される。また、スイッチ素子Ｓ２の他端は、コイルＬ１の一端側に
接続される。尚、この第二直列接続体の回路トポロジーについては、コイルＬ２、ダイオードＤ２、スイッチ素子Ｓ２等によるスイッチング回路の直列順序は、適宜入れ替えた形態も採用し得る。特に、図２に示す状態に代えて、コイルＬ２とスイッチ素子Ｓ２等によるスイッチング回路の順序を入れ替えることで、実際の実装回路ではコイルＬ１とコイルＬ２は一体化でき、半導体素子のモジュール化が容易となる。

このように構成されるＦＣ昇圧コンバータ１２は、スイッチ素子Ｓ１のスイッチングデューティ比を調整することで、ＦＣ昇圧コンバータ１２による昇圧比、即ちＦＣ昇圧コンバータ１２に入力される燃料電池１１の出力電圧に対する、インバータ１５にかけられるＦＣ昇圧コンバータ１２の出力電圧の比が制御される。また、このスイッチ素子Ｓ１のスイッチング動作において補助回路１２ｂのスイッチ素子Ｓ２のスイッチング動作を介在させることで、後述するいわゆるソフトスイッチングが実現され、ＦＣ昇圧コンバータ１２でのスイッチングロスを大きく低減させることが可能となる。

次に、ＦＣ昇圧コンバータ１２におけるソフトスイッチングについて、図３、４Ａ〜４Ｆに基づいて説明する。図３は、ソフトスイッチング動作を介したＦＣ昇圧コンバータ１２での昇圧のための一サイクルの処理（以下、「ソフトスイッチング処理」という。）のフローチャートである。当該ソフトスイッチング処理は、Ｓ１０１〜Ｓ１０６の各処理がＥＣＵ２０によって順次行われて一サイクルを形成するが、各処理によるＦＣ昇圧コンバータ１２での電流、電圧の流れるモードをそれぞれモード１〜モード６として表現し、その状態を図４Ａ〜４Ｆに示す。以下、これらの図に基づいて、ＦＣ昇圧コンバータ１２でのソフトスイッチング処理について説明する。尚、図４Ａ〜図４Ｆにおいては、図面の表示を簡潔にするため、主昇圧回路１２ａと補助回路１２ｂの参照番号の記載は省略しているが、各モードの説明においては、各回路を引用する場合がある。また、各図中、太矢印で示されるのは、回路を流れる電流を意味している。

尚、図３に示すソフトスイッチング処理が行われる初期状態は、燃料電池１１からインバータ１５およびモータ１６に電力が供給されている状態、即ちスイッチ素子Ｓ１、Ｓ２がともにターンオフされることで、コイルＬ１、ダイオードＤ５を介して電流がインバータ１５側に流れている状態である。従って、当該ソフトスイッチング処理の一サイクルが終了すると、この初期状態と同質の状態に至ることになる。

ソフトスイッチング処理において、先ずＳ１０１では図４Ａに示されるモード１の電流・電圧状態が形成される。具体的には、スイッチ素子Ｓ１はターンオフの状態でスイッチ素子Ｓ２をターンオンする。このようにすると、ＦＣ昇圧コンバータ１２の出口電圧ＶＨと入口電圧ＶＬの電位差によって、コイルＬ１及びダイオードＤ５を介してインバータ１５側に流れていた電流が、補助回路１２ｂ側に徐々に移行していく。尚、図４Ａ中には、その電流の移行の様子を白抜き矢印で示している。

次に、Ｓ１０２では、Ｓ１０１の状態が所定時間継続すると、ダイオードＤ５を流れる電流がゼロとなり、代わってスナバコンデンサＣ２と燃料電池１１の電圧ＶＬとの電位差により、スナバコンデンサＣ２に蓄電されていた電荷が補助回路１２ｂ側に流れ込んでいく（図４Ｂに示すモード２の状態）。このスナバコンデンサＣ２は、スイッチ素子Ｓ１にかかる電圧を決定する機能を有している。スイッチ素子Ｓ１をターンオンするときに該スイッチ素子Ｓ１に印加される電圧に影響を与えるスナバコンデンサＣ２の電荷が、モード２では補助回路１２ｂに流れ込むことで、スナバコンデンサＣ２にかかる電圧が低下していく。このとき、コイルＬ２とスナバコンデンサＣ２の半波共振により、スナバコンデンサＣ２の電圧がゼロとなるまで、電流は流れ続ける。この結果、後述するＳ１０３でのスイッチ素子Ｓ１のターンオン時のその印加電圧を下げることが可能となる。

更に、Ｓ１０３においては、スナバコンデンサＣ２の電荷が抜け切ったら、スイッチ素子Ｓ１が更にターンオンされ、図４Ｃに示されるモード３の電流・電圧状態が形成される。即ち、スナバコンデンサＣ２の電圧がゼロとなった状態ではスイッチ素子Ｓ１にかかる電圧もゼロとなり、そして、その状態でスイッチ素子Ｓ１をターンオンすることにより、スイッチ素子Ｓ１をゼロ電圧状態にした上でそこに電流を流し始めることになるため、スイッチ素子Ｓ１におけるスイッチング損失を理論上、ゼロとすることができる。

そして、Ｓ１０４では、Ｓ１０３の状態が継続することで、コイルＬ１に流れ込んでいく電流量を増加させて、コイルＬ１に蓄えられるエネルギを徐々に増やしていく。この状態が、図４Ｄに示されるモード４の電流・電圧状態である。その後、コイルＬ１に所望のエネルギが蓄えられると、Ｓ１０５において、スイッチ素子Ｓ１及びＳ２がターンオフされる。すると、上記モード２で電荷が抜かれて低電圧状態となっているスナバコンデンサＣ２に電荷が充電され、ＦＣ昇圧コンバータ１２の出口電圧ＶＨと同電圧に至る。この状態が、図４Ｅに示されるモード５の電流・電圧状態である。そして、スナバコンデンサＣ２が電圧ＶＨまで充電されると、Ｓ１０６においてコイルＬ１に蓄えられたエネルギがインバータ１５側に解放される。この状態が、図４Ｆに示されるモード６の電流・電圧状態である。尚、このモード５が行われるとき、スイッチ素子Ｓ１にかかる電圧はスナバコンデンサＣ２により電圧の立ち上がりを遅らせられるため、スイッチ素子Ｓ１におけるテール電流によるスイッチング損失をより小さくできる。

上述のようにＳ１０１〜Ｓ１０６の処理を一サイクルとしてソフトスイッチング処理を行うことで、ＦＣ昇圧コンバータ１２におけるスイッチング損失を可及的に抑制した上で、燃料電池１１の出力電圧を昇圧しインバータ１５に供給可能となる。その結果、高電圧低電流モータであるモータ１６を効率的に駆動することが可能となる。

ここで、燃料電池システム１０においては、上記ソフトスイッチング処理に加えて、ＦＣ昇圧コンバータ１２の間欠運転制御を行うことで、システム効率を向上させる。説明を簡潔にするために、燃料電池１１とインバータ１５及びモータ１６との関係に着目すると、モータ１６に対するメイン電力源である燃料電池１１からの電力は、ＦＣ昇圧コンバータ１２を介してインバータ１５側へ供給される。そして、メイン電力源である燃料電池１１がモータ１６の駆動に際してインバータ１５に印加すべき電圧は、モータ１６の逆起電力に十分に抵抗できる電圧でなければならない。従って、上記ＦＣ昇圧コンバータ１２が備えられていない従来の燃料電池システムでは、図５に示すように、車両１の採り得る速度範囲（０〜ＶＳｍａｘ）において、ＬＶ１で示される燃料電池によって印加される電圧が、常にモータ駆動に必要な、インバータ１５に印加すべき電圧（以下、「モータ必要電圧」という。）を超えた状態としなければならない。そのため、インバータに印加されるべき電圧を大きく超えた電圧がインバータに印加されることになり、インバータのスイッチング損失が大きくなっていた。そして、特に車両１の速度が低い領域では、インバータのスイッチング損失が顕著となり得る。

ここで、本発明に係る燃料電池システム１０では、ＦＣ昇圧コンバータ１２が設けられているため、燃料電池１１からの電圧を昇圧してインバータ１５に印加することは可能である。しかし、このＦＣ昇圧コンバータ１２による昇圧動作では、スイッチ素子による何らかのスイッチング損失が発生するため、当該昇圧動作はシステムの効率を低下させる一因となる。一方で、上述したように、モータ１６は高電圧低電流仕様のモータであるため、その回転数の上昇に伴い発生する逆起電圧も大きくなっていき、ＦＣ昇圧コンバータ１２による昇圧動作は不可欠となる。

そこで、燃料電池１１からの出力電圧とインバータ１５に印加すべきモータ必要電圧の相関を、図６においてそれぞれＬＶ１、ＬＶ２で示す。図６のＬＶ２で示すように、モー
タ１６の逆起電圧は、車両１の速度が上昇していくに従い、増加していくため、モータ必要電圧も車両速度の増加とともに増加していく。ここで、燃料電池１１の出力電圧ＬＶ１とモータ必要電圧ＬＶ２との相関において、両者が交差するときの車両１の速度ＶＳ０が、ユーザによる車両１の通常操縦を概ね賄う速度となるように、燃料電池１１の電圧特性とモータ１６の電圧特性とを決定すればよい。本実施例においては、車両運転法規やユーザの通常操縦の傾向等から、ＶＳ０を１１０ｋｍ／ｈと設定する。そして、この速度ＶＳ０での車両１の走行を可能とするモータ１６の駆動時の最大出力を算出し、当該最大出力の発揮が可能となるように、インバータ１５に印加すべき電圧（モータ必要電圧）を導出する。そして、このモータ必要電圧が、ＦＣ昇圧コンバータ１２を介さずに燃料電池１１から直接に出力可能となるように、燃料電池１１の設計（例えば、複数のセルが積層されて形成される燃料電池では、その積層セル数が調整される等）が行われる。

このように設計された燃料電池１１を含む燃料電池システム１０では、車両１の速度がＶＳ０に至るまでの間は、燃料電池１１からの出力電圧が、モータ１６を駆動するためのモータ必要電圧よりも高いため、たとえモータ１６が高電圧低電流仕様のモータであっても、ＦＣ昇圧コンバータ１２の昇圧動作が無くとも燃料電池１１からの直接の出力電圧によって該モータ１６を駆動することが可能となる。換言すると、この条件下では、ＦＣ昇圧コンバータ１２によるスイッチング動作を停止させて、燃料電池１１からの出力電圧をインバータ１５に印加することで、モータ１６の駆動を確保できることになる。これにより、ＦＣ昇圧コンバータ１２でのスイッチング損失を、完全に排除することができる。更には、ＦＣ昇圧コンバータ１２が停止することでインバータ１５に印加される電圧が過度に高くならないため、即ち、図５に示す状態よりもＬＶ１とＬＶ２との電圧差を小さくする抑えることができるため、インバータ１５でのスイッチング損失を低く抑えることができる。

一方で、車両１の車両速度がＶＳ０以上となると、逆にモータ１６を駆動するためのモータ必要電圧が、燃料電池１１からの出力電圧よりも高くなるため、ＦＣ昇圧コンバータ１２による昇圧動作が必要となる。この場合、上述したソフトスイッチング処理を行うことで、ＦＣ昇圧コンバータ１２でのスイッチング損失を可及的に抑えることが可能となる。

上記までは、説明の簡便化のために、燃料電池１１とモータ１６との相関にのみ着目しているが、図１に示すように燃料電池システム１においては、モータ１６に対してバッテリ１３からの電力供給も可能である。バッテリ１３から電力供給される場合は、バッテリ１３からの出力電圧がバッテリ昇圧コンバータ１４によって昇圧された上で、インバータ１５に印加されることになる。ここで、バッテリ昇圧コンバータ１４は、いわゆる昇圧コンバータであるため、バッテリ１３からインバータ１５に電力供給を行うためには、バッテリ昇圧コンバータ１４の出口電圧（インバータ１５側の電圧であり、ＦＣ昇圧コンバータ１２の出口電圧と同等）が、その入口電圧（バッテリ１３側の電圧）と比較して同じか、又はより高い状態でなければならない。

そこで、バッテリ１３の出力電圧と燃料電池１１の出力電圧の相関について、図７Ａおよび図７Ｂに基づいて説明する。両図では、ともにバッテリ１３のＩＶ特性（図中、点線ＬＢＴで示される。）と、燃料電池１１のＩＶ特性（図中、実線ＬＦＣで示される。）とが示されている。ここで、図７Ａで、燃料電池１１のＩＶ特性ＬＦＣがバッテリ１３のＩＶ特性ＬＢＴより高い領域においては、ＦＣ昇圧コンバータ１２を停止させたとしてもバッテリ１３の出力電圧がＦＣ昇圧コンバータ１２の出口電圧より低い状態となるので、バッテリ昇圧コンバータ１４が昇圧動作可能となり、以てバッテリ１３からモータ１６への電力供給ができる。従って、この状態ではＦＣ昇圧コンバータ１２の動作停止が許容される。一方で、バッテリ１３のＩＶ特性ＬＢＴが、燃料電池１１のＩＶ特性ＬＦＣより高い
領域においては、ＦＣ昇圧コンバータ１２を停止させるとバッテリ１３の出力電圧がＦＣ昇圧コンバータ１２の出口電圧より高い状態となるので、バッテリ昇圧コンバータ１４の昇圧動作による燃料電池１１とバッテリ１３の出力分配制御が不可能となる。従って、この状態ではＦＣ昇圧コンバータ１２の動作停止が許容されない。

即ち、バッテリ昇圧コンバータ１４によってバッテリ１３からの出力電圧を昇圧して、モータ１６に電圧を印加する場合には、ＦＣ昇圧コンバータ１２の出口電圧が、バッテリ１３の出力電圧（バッテリ昇圧コンバータ１４の入口電圧）より高い状態を形成する必要があり、そのためにＦＣ昇圧コンバータ１２の動作停止が許容されない場合がある。例えば、図７Ａに示すように、比較的低電流領域で、燃料電池１１のＩＶ特性ＬＦＣがバッテリ１３のＩＶ特性ＬＢＴより低くなる場合には、バッテリ昇圧コンバータ１４の昇圧動作を確保するために、ＦＣ昇圧コンバータ１２の動作停止は許容されず、その結果、上述したスイッチング損失の低減を図る可能性が低下する。一方で、例えば、図７Ｂに示すように、燃料電池１１のＩＶ特性ＬＦＣがバッテリ１３のＩＶ特性ＬＢＴより常に上にある場合には、バッテリ昇圧コンバータ１４の昇圧動作確保の観点から、ＦＣ昇圧コンバータ１２の動作停止が制限されることはない。

尚、上述までのバッテリ昇圧コンバータ１４の昇圧動作確保に関するＦＣ昇圧コンバータ１２の動作制限は、図１に示す燃料電池システム１０に含まれるバッテリ昇圧コンバータ１４が昇圧型のコンバータ（即ち、降圧動作を行えないコンバータ）であることに起因する。従って、燃料電池システム１０において、バッテリ昇圧コンバータ１４に代えて、昇圧動作および降圧動作が可能な昇降圧型のコンバータを採用する場合は、ＦＣ昇圧コンバータ１２は上記の動作制限に縛られることはなく、燃料電池１１、バッテリ１３からの出力電圧を選択的にモータ１６に印加できる。

以上より、本実施例においては、想定される車両１の駆動に基づいて必要なバッテリ１３のＩＶ特性と燃料電池１１のＩＶ特性を決定し、両ＩＶ特性の相関および燃料電池１１の出力電圧とモータ必要電圧との関係から、図８Ａおよび図８Ｂのマップに示すようなＦＣ昇圧コンバータ１２の昇圧動作のための制御領域を画定した。以下に、ＦＣ昇圧コンバータ１２の昇圧動作について、詳細に説明する。

図８Ａおよび図８Ｂは、ＦＣ昇圧コンバータ１２の入口電圧を横軸とし、その出口電圧を縦軸として形成される動作領域に対して、該ＦＣ昇圧コンバータ１２において実行される処理を関連付けて表示したマップである。尚、図８Ａは、燃料電池システム１０に含まれるバッテリ昇圧コンバータ１４が昇圧型のコンバータであるときのマップであり、図８Ｂは、該昇圧型のバッテリ昇圧コンバータ１４に代えて、昇降圧型のコンバータを採用したときのマップである。先ず、図８Ａに示すマップについて説明する。ここで、当該マップには、ＦＣ昇圧コンバータ１２による昇圧比が１であること、即ち該入口電圧と該出口電圧との比が１：１であることを意味する直線ＬＲ１と、その昇圧比が２近傍の値（図中では、昇圧比を単に「２」と示す。）であることを意味する直線ＬＲ２と、その昇圧比が１０であることを意味する直線ＬＲ３と、該ＦＣ昇圧コンバータ１２の最高出力電圧を意味する直線ＬＲ４が記載されている。直線ＬＲ２については、図９、図１０Ａ、１０Ｂに基づいて後述する。また、直線ＬＲ３は、ＦＣ昇圧コンバータ１２による最大昇圧比を示している。従って、ＦＣ昇圧コンバータ１２の動作範囲は、直線ＬＲ１、ＬＲ３、ＬＲ４で囲まれる領域であることが分かる。

ここで、車両１の想定速度範囲で、最もモータ１６にかかる負荷が低い場合、即ち道路の摩擦抵抗程度の負荷がかかる場合（図中、負荷率＝Ｒ／Ｌ (Road Load）)のＦＣ昇圧コンバータ１２の入口電圧とその出口電圧との関係が、一点鎖線ＬＬ１で示されている。一方で、同じように車両１の想定速度範囲で、最もモータ１６にかかる負荷が高い場合、即
ち車両１のアクセル開度が100％である場合（図中、負荷率＝100％)のＦＣ昇圧コンバー
タ１２の入口電圧とその出口電圧との関係が、一点鎖線ＬＬ２で示されている。従って、車両１に搭載される燃料電池システム１０は、車両１を駆動させるという観点からは、一点鎖線ＬＬ１とＬＬ２とで挟まれた領域で示される昇圧動作を、ＦＣ昇圧コンバータ１２に行わせることになる。

図８Ａに示すマップでは、ＦＣ昇圧コンバータ１２の動作領域をＲＣ１〜ＲＣ４の４つの領域に区分している。これらの領域では、それぞれＦＣ昇圧コンバータ１２の動作に関し特徴的な動作が行われ、以下に各領域でのＦＣ昇圧コンバータ１２の動作を説明する。先ず、昇圧比１を示す直線ＬＲ１以下の領域として、領域ＲＣ１が画定されている。この領域ＲＣ１では、モータ１６を駆動するために必要とされる昇圧比が１以下であるので（現実にはＦＣ昇圧コンバータ１２は昇圧コンバータであるので、昇圧比を１以下にすること、即ち降圧はできないことに注意されたい。）、結果的にはＦＣ昇圧コンバータ１２を停止させて、燃料電池１１の出力電圧を直接インバータ１５に印加することが可能となる。そこで、ＦＣ昇圧コンバータ１２の入口電圧となる燃料電池１１の出力電圧が、燃料電池１１の最大電圧のＶｆｃｍａｘと、バッテリ１３の開放電圧(OCV: Open Circuit Voltage)と同値のＶｆｃｂとの間の範囲であって、且つ直線ＬＲ１および一点鎖線ＬＬ１とで
囲まれて画定される領域ＲＣ１においては、ＦＣ昇圧コンバータ１２の昇圧動作を完全に停止させる。これにより、ＦＣ昇圧コンバータ１２におけるスイッチング損失を抑えることが可能となる。このように、電圧Ｖｆｃｂを境界としてＦＣ昇圧コンバータ１２の動作停止が制約を受けるのは、上述の通りバッテリ昇圧コンバータ１４が昇圧型のコンバータでありその昇圧動作確保のためである。

次に、領域ＲＣ２について説明する。この領域は、ＦＣ昇圧コンバータ１２の入口電圧が上記のＶｆｃｂ以下であって、且つ該ＦＣ昇圧コンバータ１２の出口電圧がバッテリ１３のＯＣＶ以下、即ちＶｆｃｂと同値の電圧以下である領域として画定される。即ち、この領域ＲＣ２においては、ＦＣ昇圧コンバータ１２の昇圧動作を行わないとバッテリ昇圧コンバータ１４の出口電圧が入口電圧より低くなり該バッテリ昇圧コンバータ１４の昇圧動作が不可能となる領域であり、また仮にＦＣ昇圧コンバータ１２の昇圧動作を行ったとしても、その昇圧比が低いため同様にバッテリ昇圧コンバータ１４の昇圧動作が不可能となる領域でもある。

このように画定される領域ＲＣ２では、領域ＲＣ１と同様に、ＦＣ昇圧コンバータ１２を停止させて、そのスイッチング損失が発生しないようにする。そして、バッテリ昇圧コンバータ１４にて制御可能な最低電圧に燃料電池１１の端子電圧を制御する。尚、図では、理想的な昇圧コンバータを使用した場合にその電圧はバッテリ１３のＯＣＶに等しいと仮定して、上記Ｖｆｃｂを設定している。この状態は、バッテリ１３の放電電力が許す限り継続される。

尚、この領域ＲＣ２は、モータ１６の駆動状態が変遷する中で、ＦＣ昇圧コンバータ１２の動作領域が上記領域ＲＣ１から、後述する領域ＲＣ３に移行する際に介在する過渡的な領域である。従って、バッテリ昇圧コンバータ１４が昇圧型のコンバータである場合には、この過渡的な領域ＲＣ２が可能な限り小さくなるように、図７Ａ、７Ｂに基づいて説明した燃料電池１１のＩＶ特性とバッテリ１３のＩＶ特性との相関を適切に調整するのが好ましい。

ここで、直線ＬＲ１より下の領域に関して、図８Ｂに示すマップ、即ち燃料電池システム１０においてバッテリ昇圧コンバータ１４に代えて昇降圧型のコンバータが採用されたときのマップについて説明する。この場合、昇降圧型のコンバータによってバッテリ１３の出力電圧を降圧することが可能であるから、上述したようにＦＣ昇圧コンバータ１２の
動作停止について上記電圧Ｖｆｃｂによる制約を受けることがなくなる。従って、図８Ｂに示すように、直線ＬＲ１よりも下の領域については、ＦＣ昇圧コンバータ１２の動作を制約無く停止しシステムの効率を向上させることが容易となる。従って、この結果、図８Ｂにおいては上記領域ＲＣ２に相当する領域が存在しないことになる。ここで、以下に示すマップの説明は、図８Ａおよび図８Ｂに共通に当てはまるため、その説明はまとめて行う。

上述までの領域ＲＣ１、ＲＣ２以外の動作領域では、ＦＣ昇圧コンバータ１２を駆動させて、燃料電池１１の出力電圧の昇圧動作を行うことになる。この昇圧動作においては、図４Ａ〜４Ｆに基づいて説明したソフトスイッチング処理が実行されることで、ＦＣ昇圧コンバータ１２でのスイッチング損失を可及的に抑制する。ここで、このソフトスイッチング処理が行われる動作領域は、直線ＬＲ２で準ソフトスイッチ領域ＲＣ３とソフトスイッチ領域ＲＣ４とに区分けされる。以下に、準ソフトスイッチ領域ＲＣ３とソフトスイッチ領域ＲＣ４とについて、詳細に説明する。

先ず、直線ＬＲ２の技術的意義について説明する。上述したように、直線ＬＲ２は、ＦＣ昇圧コンバータ１２による昇圧比が２近傍の値となることを意味する直線である。本発明に係るＦＣ昇圧コンバータ１２の電気的構造は、図２に示すとおりであるが、上述したソフトスイッチング処理の一連のフローにおけるモード２の動作において、補助回路１２ｂのコイルＬ２とスナバコンデンサＣ２による半波共振を利用したスナバコンデンサＣ２の放電が行われる。このモード２の動作においてＦＣ昇圧コンバータ１２内で実際に稼動している部分のみを抜き出すと、図９に示す回路構成となる。

そして、図９に示す回路構成において、スナバコンデンサＣ２内に充電されている電荷を完全に放電しなければ、その後のモード３の動作で、スイッチ素子Ｓ１に電圧がかかった状態で、スイッチ素子Ｓ１のターンオンによる電流が流れるため、結果としてスイッチング損失が発生することになる。従って、このモード２におけるスナバコンデンサＣ２の電荷を完全に放電することが重要であることが理解されるが、そのためにはモード１の動作時点でコイルＬ２に蓄えられているエネルギがスナバコンデンサＣ２に蓄えられているエネルギよりも大きくなければならない。換言すると、ＦＣ昇圧コンバータ１２の出口電圧ＶＨが、その入口電圧ＶＬよりも所定量以上高くならなければならない。

そこで、該出口電圧と該入口電圧との比ＶＨ／ＶＬと、上記放電時のスナバコンデンサＣ２に残る電圧との関係を、図１０Ａおよび１０Ｂに基づいて説明する。尚、図１０Ａが比ＶＨ／ＶＬが２を超える場合のスナバコンデンサＣ２の電圧推移を示し、図１０Ｂが比ＶＨ／ＶＬが２未満の場合のスナバコンデンサＣ２の電圧推移を示している。図１０Ａに示す場合は、ＶＨ−ＶＬの値はＶＬよりも大きくなるため、半波共振が生じるとスナバコンデンサＣ２の電圧は、ダイオードＤ２の作用もありゼロとなる。一方で、図１０Ｂに示す場合では、ＶＨ−ＶＬの値はＶＬよりも小さくなるため、半波共振が生じたとしてもスナバコンデンサＣ２の電圧は、一定値以上残ることになる。従って、このような場合に上記ソフトスイッチング処理を行っても幾分かのスイッチング損失が発生することになる。以上より、ソフトスイッチング処理によるスイッチング損失の抑制が効果的に行われ得るか否かを判断する基準として、直線ＬＲ２が存在することになる。

尚、理論的には比ＶＨ／ＶＬが２倍以上あれば、放電後のスナバコンデンサＣ２の電圧はゼロとなるが、実際にはダイオードや配線内でのエネルギ損失が発生するため、比ＶＨ／ＶＬは２倍を超える値（例えば、２．３等）が好ましい。そして、一点鎖線ＬＬ１とＬＬ２で挟まれた動作領域中、領域ＲＣ１、ＲＣ２を除いた領域を、直線ＬＲ２が二つに分割し、直線ＬＲ２より下に位置する領域を、上記理由によりソフトスイッチング処理を行ってもスイッチング損失を効率的に抑制するのが難しい準ソフトスイッチ領域ＲＣ３とし
、直線ＬＲ２より上に位置する領域を、ソフトスイッチング処理によるスイッチング損失の抑制が効率的に行われるソフトスイッチ領域ＲＣ４とする。

このように、ＦＣ昇圧コンバータ１２の動作領域は、所定の領域ＲＣ１〜ＲＣ４に区分けできるが、準ソフトスイッチ領域ＲＣ３では、上述したようにＦＣ昇圧コンバータ１２のスイッチング損失を十分に抑制することができないため、燃料電池システム１０の効率化の観点から、この領域でＦＣ昇圧コンバータ１２が昇圧動作を行うことは可及的に回避するが好ましい。そこで、燃料電池システム１０の効率化を促進するための、ＦＣ昇圧コンバータ１２の制御の一例について、図１１に基づいて説明する。図１１に示すＦＣ昇圧コンバータ制御は、ＥＣＵ２０によって、燃料電池１１で発電された電力がモータ１６に供給されるときに実行される。尚、上記準ソフトスイッチ領域ＲＣ３における昇圧動作については、燃料電池システム１０のより良い効率のために可及的に回避することが好ましいのは上述の通りであるが、本発明に係る燃料電池システム１０は当該昇圧動作を完全に排除するものではなく、必要に応じて当該昇圧動作を利用してもよい。

先ず、Ｓ２０１では、エンコーダによって検出されたモータ１６の実際の回転数に対応する、該モータ１６が最大出力し得る最大トルクを算出する。具体的には、モータ１６の回転数とそれに対応した最大トルクとが関連付けられているマップをＥＣＵ２０が有しており、検出された回転数に従って該マップにアクセスすることでモータ１６の最大トルクが算出される。Ｓ２０１の処理が終了すると、Ｓ２０２へ進む。

Ｓ２０２では、アクセルペダルセンサ２１によって検出されたアクセルペダルの開度に基づいて、モータ１６に出力要求されている要求トルクが算出される。アクセルペダルの全開が、モータ１６の現時点での回転数における最大トルクを要求していると定義すると、全開時の係数を１００％、全閉時の係数を０％として、以下の式に従って要求トルクが算出される。Ｓ２０２の処理が終了すると、Ｓ２０３へ進む。
（要求トルク）＝（上記最大トルク）×（アクセルペダルの開度に応じた係数）

Ｓ２０３では、Ｓ２０１とＳ２０２での算出結果に基づいて、モータ１６に要求されている出力である要求出力が、以下の式に従って算出される。Ｓ２０３の処理が終了すると、Ｓ２０４へ進む。
（要求出力）＝（要求トルク）×（モータの回転数）

Ｓ２０４では、Ｓ２０３で算出された要求出力とモータ１６の回転数に基づいて、必要な電力がモータ１６に供給されるように、インバータ１５に印加されるべき電圧であるモータ必要電圧（Ｖｍｏｔ）が算出される。具体的には、モータ１６の回転数（ｒｐｍ）と上記要求出力（Ｐ）で形成される関数Ｆと、モータ必要電圧とが関連付けられているモータ必要電圧マップをＥＣＵ２０が有しており、モータの回転数と要求出力とに従ってこのマップにアクセスすることで、モータ必要電圧が算出される。モータ必要電圧マップは、実験等によって予め決定され得るもので、その一例としては、モータ１６の回転数が高くなるに従いその逆起電圧が高くなるため要求電圧値は高くなるべきであり、要求出力が高くなるとその出力をより少ない電流で達成するために要求電圧値は高くなるべきであるので、これらの点が関数Ｆとモータ必要電圧との相関に反映されている。Ｓ２０４の処理が終了すると、Ｓ２０５へ進む。Ｓ２０４の処理を実行するＥＣＵ２０が、要求電圧を算出する手段に相当する。

Ｓ２０５では、アクセルペダルセンサ２１によって検出されたアクセルペダルの開度に従って発電が行われている燃料電池１１の出力電圧（Ｖｆｃ）が検出される。この検出は、図示されない電圧センサを介して行われる。Ｓ２０５の処理が終了すると、Ｓ２０６へ進む。Ｓ２０６では、Ｓ２０４で算出されたモータ必要電圧を、Ｓ２０５で検出された燃
料電池１１の出力電圧で除して暫定昇圧比Ｒｔ（＝Ｖｍｏｔ／Ｖｆｃ）が算出される。Ｓ２０６の処理が終了すると、Ｓ２０７へ進む。

Ｓ２０７では、ＦＣ昇圧コンバータ１２を停止させることが可能か否かが判定される。即ち、ＦＣ昇圧コンバータ１２の動作領域が、上記領域ＲＣ１もしくはＲＣ２の何れかに属するか否かが判定される。具体的には、Ｓ２０６で算出された暫定昇圧比が１未満で、且つ燃料電池１１の出力電圧がＶｆｃｍａｘとＶｆｃｂの間であるときは、ＦＣ昇圧コンバータ１２の動作領域はＲＣ１であり、また燃料電池１１の出力電圧がＶｆｃｂ以下であって且つ該ＦＣ昇圧コンバータ１２の出口側電圧がＶｆｃｂと同値の電圧以下であるときは、ＦＣ昇圧コンバータ１２の動作領域はＲＣ２であると判定される。尚、Ｖｆｃｂ、Ｖｆｃｍａｘの値は、実際の燃料電池１１およびバッテリ１３の仕様に従って予め決定しておけばよい。また、ＦＣ昇圧コンバータ１２の出口側の電圧は、図示されない電圧センサを介して検出される。

そして、Ｓ２０７で肯定判定される場合は、Ｓ２０８へ進み、ＦＣ昇圧コンバータ１２が停止され、燃料電池１１からの出力電圧は、インバータ１５に直接印加される。これにより、ＦＣ昇圧コンバータ１２でのスイッチング損失を抑制することができる。尚、上述したように、ＦＣ昇圧コンバータ１２の動作領域がＲＣ１に属する場合には、バッテリ１３からインバータ１５への昇圧後の印加も可能だが、該動作領域がＲＣ２に属する場合には、バッテリ昇圧コンバータ１４にて制御可能な最低電圧に燃料電池１１の端子電圧を制御する。一方で、Ｓ２０７で否定判定されると、Ｓ２０９へ進む。

Ｓ２０９では、Ｓ２０６で算出された暫定昇圧比Ｒｔが２を超えるか否かが判定される。即ち、ＦＣ昇圧コンバータ１２の動作領域がソフトスイッチ領域ＲＣ４にあるか、準ソフトスイッチ領域ＲＣ３にあるかが判定される。Ｓ２０９で肯定判定されると、ＦＣ昇圧コンバータ１２の動作領域がソフトスイッチ領域ＲＣ４にあることを意味するのでＳ２１０へ進み、ＦＣ昇圧コンバータ１２の目標の出力電圧がモータ必要電圧Ｖｍｏｔとなるように図３で示したソフトスイッチング処理が実行される。尚、スイッチ素子Ｓ１のデューティ比は、暫定昇圧比Ｒｔに従って決定される。一方で、Ｓ２０９で否定判定されると、ＦＣ昇圧コンバータ１２の動作領域が準ソフトスイッチ領域ＲＣ３にあることを意味する。そこでこの場合はＳ２１１に進む。

Ｓ２１１では、燃料電池システム１０においてＳ２０６で算出された暫定昇圧比Ｒｔによる電圧昇圧に加えて、更に追加的な電圧昇圧（以下、単に「追加的電圧昇圧」という。）が許容されるか否かが判定される。言い換えると、Ｓ２０９で否定判定されるということは、ＦＣ昇圧コンバータ１２の動作領域が現時点では準ソフトスイッチ領域ＲＣ３にあることを意味するので、その動作領域をソフトスイッチ領域ＲＣ４に移行することが可能か否かが判定される。即ち、当該動作領域を準ソフトスイッチ領域ＲＣ３からソフトスイッチ領域ＲＣ４に移行させるために追加的電圧昇圧を行おうとすると、インバータ１５に印加される電圧が必要なモータ必要電圧よりも高くなる。その結果、インバータ１５内でのスイッチング損失が大きくはなるが、ＦＣ昇圧コンバータ１２のスイッチング損失の減少分と、インバータ１５のスイッチングロスの増加分とを比較したとき、前者の減少分が大きい場合もあり得、その場合この追加的電圧昇圧は、システム効率の観点から非常に有用である。そこで、Ｓ２１１では、この追加的電圧昇圧が許容されるか否かが判定されることになる。Ｓ２１１で肯定判定されると、Ｓ２１２へ進み、追加的電圧昇圧のための追加昇圧比Ｒａが決定される。この追加昇圧比Ｒａは、ＦＣ昇圧コンバータ１２による最終的な昇圧比（Ｒｔ×Ｒａによる昇圧比）が、直線ＬＲ２で決められる昇圧比（例えば、昇圧比２）を超えるようにするために必要な追加的な昇圧比である。そして、Ｓ２１２の処理後、Ｓ２１３へ進み、ＦＣ昇圧コンバータ１２の目標の出力電圧が燃料電池１１の出力電圧Ｖｆｃに昇圧比Ｒｔと追加昇圧比Ｒａを掛け合わせて算出される電圧となるように図
３で示したソフトスイッチング処理が実行される。尚、スイッチ素子Ｓ１のデューティ比は、暫定昇圧比Ｒｔと追加昇圧比Ｒａの積に従って決定される。

このように、Ｓ２０９で否定判定された時点では、本来的にはＦＣ昇圧コンバータ１２の動作領域は準ソフトスイッチ領域ＲＣ３であり、その状態でソフトスイッチング処理を行っても上述したように、スイッチング損失を十分に抑制することが困難である。この場合には、ＦＣ昇圧コンバータ１２による昇圧比に上記追加昇圧比Ｒａを考慮することで、本来的にモータ１６の駆動に要する電圧よりも更に電圧を上げてＦＣ昇圧コンバータ１２の動作領域をソフトスイッチ領域ＲＣ４とする。その結果、スイッチング損失を効果的に抑制することが可能となる。

一方で、Ｓ２１１で否定判定されると、Ｓ２１４へ進み、ＦＣ昇圧コンバータ１２の動作領域がＲＣ３の状態で、上記ソフトスイッチング処理が行われる。燃料電池１１が上記追加的電圧昇圧が許容されない状態にあるとき、即ち上述のように電圧を追加的に昇圧させることでインバータ１５におけるスイッチング損失が顕著になる状態では、Ｓ２１２及びＳ２１３の処理は行われない。

この図１１に示すＦＣ昇圧コンバータ制御によれば、モータ１６の駆動を確保することを前提に、ＦＣ昇圧コンバータ１２の昇圧動作を可能な限り停止することができ、以てスイッチング損失を抑えることができる。また、ＦＣ昇圧コンバータ１２を昇圧動作させる場合であっても、その動作領域を可能な限りソフトスイッチ領域ＲＣ４とした上でソフトスイッチング処理が行われるため、ＦＣ昇圧コンバータ１２のスイッチング損失を可及的に抑制することが可能となる。

＜高電位回避制御＞
以下、燃料電池の高電位回避制御について説明する。燃料電池では、Ｐｔ触媒の表面での水（およびプロトンに対する）に対する酸化還元により、Ｐｔ触媒が凝集するシンタリング現象が誘発される場合がある。この酸化還元反応は、燃料電池セルの出力電圧が開放電圧（ＯＣＶ）に近い、比較的高電位で引き起こされることが知られている。そこで、燃料電池システム１０は、ＦＣ昇圧コンバータ１２、あるいは、バッテリ昇圧コンバータ１４を通じて、ＦＣ出力電圧を制御し、シンタリングの原因となる燃料電池の高電位での発電を抑制する。

図１２に、ＦＣ昇圧コンバータ１２を停止し、燃料電池１１から直接電力を供給する場合の処理（図１１のＳ２０８）の詳細を例示する。この処理では、ＥＣＵ２０は、燃料電池１１の図示しない出力端子の出力電圧（以下、ＦＣ端子電圧という）を監視している（Ｓ２０８２）。なお、図１２では、Ｓ２０８１の処理とＳ２０８２の処理とは、シリアルに実行されているが、これは、図面上の表現である。すなわち、Ｓ２０８２でのＦＣ端子電圧の監視は、Ｓ２０８１を実行する処理と並行した処理（並行プロセス、マルチタスク）で実現すればよい。以下、他の監視処理も、同様に、基本的には、ＥＣＵ２０による他の制御とは並行して実行される。

そして、ＥＣＵ２０は、ＦＣ端子電圧が、基準値（Vfc＿OCV＿REF）に近づいたか否か
を判定する（Ｓ２０８３）。この場合、近づいたか否かは、ＦＣ端子電圧と基準値（Vfc
＿OCV＿REF）との差異が、許容値未満になったか否かで判定すればよい。また、この場合の基準値（Vfc＿OCV＿REF）とは、シンタリング現象を誘発するＦＣセルの酸化還元反応
電位をＦＣの端子電圧に換算した値である。換算は、例えば、実験的（または理論的）にＦＣセルの各酸化還元反応電位を求め、直列に接続されるＦＣセル数分加算した値を基に、安全率を反映して得られている。

そして、ＦＣ端子電圧が、基準値（Vfc＿OCV＿REF）に近づいた場合には、ＥＣＵ２０
は、バッテリ昇圧コンバータ１４の出力電圧を基準値（Vfc＿OCV＿REF）より小さくなる
ように維持する。図１のように、バッテリ昇圧コンバータ１４の出力端子は、ＦＣ昇圧コンバータ１２の出力端子と並列に、インバータ１５に接続されている。また、ＦＣ昇圧コンバータ１２は、停止しているため、直流的に、リアクトルを通じて、インバータ１５に接続されている。したがって、バッテリ昇圧コンバータ１４の出力電圧が、基準値（Vfc
＿OCV＿REF）よりも、小さくなるように維持することで、直接、ＦＣ端子電圧が基準値（Vfc＿OCV＿REF）より十分に小さく維持できる。

次に、ＥＣＵ２０は、ＦＣ昇圧コンバータ１２に対して、再起動が要求されているか否かを判定する（Ｓ２０８３）。再起動が要求されているとは、図１１のＳ２０７での判定条件が満たされなくなった場合をいう。例えば、ＦＣ昇圧コンバータ１２に要求される暫定昇圧比が１以上となった場合である。

ＦＣ昇圧コンバータ１２に対して再起動が要求されていない場合には、ＥＣＵ２０は、制御をＳ２０８１に戻す。一方、ＦＣ昇圧コンバータ１４に対して再起動が要求されている場合には、ＥＣＵ２０は、リターンする。

以上述べたように、本実施形態の燃料電池システム１０によれば、ＦＣ昇圧コンバータ１２が停止可能な場合には、停止するとともに、ＦＣ端子電圧を監視する。そして、ＦＣ端子電圧がシンタリング現象を回避するための上限値である基準値（Vfc＿OCV＿REF）に
近づいた場合には、ＥＣＵ２０が、バッテリ昇圧コンバータ１４を通じて、ＦＣの端子電圧が、基準値（Vfc＿OCV＿REF）以下になるように制御する。これによって、ＦＣ昇圧コ
ンバータ１２が停止中であっても、バッテリ昇圧コンバータ１４により、ＦＣの高電位状態を回避でき、シンタンリング現象の誘発を抑制できる。

＜バッテリ昇圧コンバータ停止処理＞
今、何らかの原因でバッテリ１３の端子電圧が上昇した場合を考える。図１の構成では、ＦＣ昇圧コンバータ１２、バッテリ昇圧コンバータ１４ともに、昇圧コンバータを使用している。また、燃料電池１１自体は、シンタリングを回避するための基準値（Vfc＿OCV＿REF）未満に制御する必要がある。

そのような条件で、さらに、何らかの理由でバッテリ１３の端子電圧が上昇し、上記基準値（Vfc＿OCV＿REF）に近づいた場合を考える。何らかの理由とは、例えば、バッテリ
１３のＳＯＣが満充電に近づいた場合、バッテリが劣化した場合、バッテリが低温下に置かれた場合等で、バッテリの出力電圧が上昇した場合である。

この場合には、バッテリ昇圧コンバータ１４の入力側（バッテリ１３の端子側）と、出力側（インバータ１５の入力側、ＦＣ昇圧コンバータの出力側）とで、昇圧比が１以下となる。したがって、この場合には、もはや、バッテリ昇圧コンバータ１４の動作を継続できず、ＥＣＵ２０は、バッテリ昇圧コンバータ１４を停止させる。そして、ＦＣ端子電圧を基準値（Vfc＿OCV＿REF）以下にする制御は、ＦＣ昇圧コンバータ１２によって実行す
る。

その場合のＥＣＵ２０による制御を図１３に示す。この制御は、バッテリ昇圧コンバータ１４の昇圧比（バッテリ１３側の電圧に対するインバータ１５側の電圧の比）が１以下のときに実行される。図１３の処理は、例えば、図１１のＳ２１０、Ｓ２１３、あるいは、Ｓ２１４の処理と並行して実行すればよい。

この処理では、ＥＣＵ２０は、バッテリ端子電圧を監視している（Ｓ２１０１）。なお
、この場合も、監視処理は、ＥＣＵ２０の制御と並行して実行すればい。そして、ＥＣＵ２０は、バッテリ端子電圧が、インバータ１５の要求電圧以上か否かを判定する（Ｓ２１０２）。

バッテリ端子電圧が、インバータ１５の要求電圧以上の場合、ＥＣＵ２０は、バッテリ昇圧コンバータを停止し、ＦＣ昇圧コンバータ１２の制御を実行する（Ｓ２１０３）。すなわち、ＥＣＵ２０は、図１１のＳ２０３、Ｓ２０４と同様の処理によって、ユーザ要求トルクおよびモータ回転数によって定まる、ユーザ要求出力およびモータ必要電圧を算出する。さらに、ＥＣＵ２０は、ユーザ要求出力から、バッテリ１３にて出力すべきバッテリ要求出力（ＷＢ）を除外したＦＣ要求出力（ＷＦ）を算出する。なお、バッテリ要求出力は、現在のＳＯＣに対して、出力すべき電力を保持したマップを参照して決定すればよい。例えば、ＳＯＣが満充電に近い場合には、バッテリ要求出力は大きな値に設定される。一方、ＳＯＣが空き状態に近い場合には、バッテリ要求出力は小さな値に設定される。

また、ＥＣＵ２０は、出力電力（Ｐ）と出力電流（Ｉ）との関係を示すＰＩマップをメモリに保持している。ＥＣＵ２０は、ＰＩマップを参照し、ＦＣ要求出力（ＷＦ）を達成するための燃料電池１１の出力電流を決定する。さらに、ＥＣＵ２０は、燃料電池１１のＩＶ特性をマップとして保持している。ＥＣＵ２０は、ＩＶ特性から出力電流を出力するときの端子電圧（Ｖ）を決定する。そして、ＥＣＵ２０は、燃料電池１１の端子電圧（Ｖ）とモータ必要電圧との関係から、ＦＣ昇圧コンバータ１２の昇圧比を設定し、制御する。その結果、燃料電池１１の端子電圧が、目標値に制御され、ＦＣ要求出力（ＷＦ）に相当する電力がＦＣからインバータ１５に供給される。さらに、ユーザ要求出力に対する不足分であるバッテリ要求出力（ＷＢ）がバッテリ１３からインバータ１５に供給される。

さらに、ＥＣＵ２０は、ＦＣ端子電圧を監視している（Ｓ２１０４）。そして、ＦＣ端子電圧が、上記基準値（Vfc＿OCV＿REF）に近づいたか否かを判定する（Ｓ２１０５）。
ＦＣ端子電圧が、上記基準値（Vfc＿OCV＿REF）に近づいた場合には、ＥＣＵ２０は、Ｆ
Ｃ昇圧コンバータ１２によって、ＦＣ端子電圧を上記基準値（Vfc＿OCV＿REF）よりも小
さく低下する方向に制御する。

この場合、バッテリ昇圧コンバータ１４は、停止状態であり、バッテリ出力端子は、直流的にＦＣ昇圧コンバータ１２の出力側に接続されている。したがって、ＦＣ昇圧コンバータ１２によって、ＦＣ端子電圧を上記基準値（Vfc＿OCV＿REF）よりも小さく低下する
方向に制御することによって、ＦＣ昇圧コンバータ１２の出力端子側は、バッテリ１３の端子電圧より低くなり得る。したがって、燃料電池１１で発電された電力は、バッテリ１３の充電には供給できない場合があり得る。この場合、燃料電池１１で発電された電力は、第１には、インバータ１５を通じて、モータ１６に供給される。さらに、余剰の電力が発生した場合には、補機を通じて、余剰電力が消費されることになる。

以上述べたように、バッテリ１３の端子電圧が何らかの理由で上昇した場合には、バッテリ昇圧コンバータ１４を停止し、バッテリ端子電圧を直流的に、ＦＣ昇圧コンバータの出力側（インバータ１５の入力側）に接続すればよい。そして、ＦＣ端子電圧を、シンタリングを回避するための基準値（Vfc＿OCV＿REF）より小さく制御すればよい。このよう
な制御によって、可能な限り効率を向上させた上で、燃料電池１１でのシンタリング現象を低減できる。

＜ＦＣ昇圧コンバートとバッテリ昇圧コンバータの協調制御＞
図１２では、ＦＣ昇圧コンバータ１２を停止した場合の燃料電池システム１０の制御について説明した。また、図１３では、バッテリ昇圧コンバータ１４を停止した場合の燃料電池システム１０の制御について説明した。ここでは、さらに、ＦＣ昇圧コンバータ１２
とバッテリ昇圧コンバータ１４とが協調して、システムの燃料効率の向上と、シンタリングの回避とを実現するための制御について説明する。

ＦＣ昇圧コンバータ１２とバッテリ昇圧コンバータ１４とが稼働中の場合に、インバータ１５の入力電圧は、例えば、バッテリ昇圧コンバータ１４の昇圧比によって設定される。そして、ＦＣ昇圧コンバータ１２の昇圧比を設定することによって、燃料電池１１とバッテリ１３との負担割合が決定され、インバータ１５に電力が供給される。

この場合、燃料電池１１からインバータ１５を通じてモータ１６の逆起電圧に釣り合った出力電圧が、供給される。さらに、十分な電力がインバータ１５に供給され、かつ、余剰の電力がある場合には、バッテリ昇圧コンバータを通じて、バッテリ１３が充電されることになる。

しかし、バッテリのＳＯＣが満充電に近く、バッテリ許容入力電力に余裕がない場合には、もはや、バッテリ１３を充電できない。その場合、特に、モータ回転数が大きく、逆起電圧が高い一方、要求トルクが大きくない状態では、ＦＣ端子電圧とシンタリング現象回避のための基準値（Vfc＿OCV＿REF）との調整が問題となる。すなわち、通常通り、モ
ータ回転数と要求トルクにしたがって、ＦＣ昇圧コンバータ１２を制御した場合、燃料電池１１で発電された電力が消費されず、ＦＣ端子電圧が基準値（Vfc＿OCV＿REF）を越え
てしまう場合が生じ得る。そこで、ＥＣＵ２０は、特に、低負荷、かつ、高速回転に対応したシンタリング現象に至る高電位回避のための制御を実行する。

図１４に、ＦＣ昇圧コンバータ１２とバッテリ昇圧コンバータ１４との協調制御処理を示す。この制御は、Ｓ２１０、Ｓ２１３、Ｓ２１４等のソフトスイッチングと並行して実行される処理である。ただし、図１４において、ソフトスイッチングは、省略されている。

この処理では、ＥＣＵ２０は、バッテリＳＯＣを監視している（Ｓ２１１１）。この監視処理も、ＥＣＵ２０の制御と並列して実行すればよい。そして、ＥＣＵ２０は、バッテリ１３の充電許容電力が十分か否かを判定する（Ｓ２１１２）。この基準値は、バッテリ１３の容量の限度として設定される。この判定は、例えば、バッテリの満充電容量に対する現在の充電量の比率を基に実行される。現在の充電量の比率は、例えば、バッテリ１３の端子電圧を基にして、バッテリ端子電圧と、充電量の関係を示すマップを参照して決定される。この処理を実行するＥＣＵ２０とバッテリ１３の図示しない電圧センサが充電センサに相当する。

そして、ＥＣＵは、バッテリ１３の充電許容電力が十分Ｓ２１１Ａに制御を進める。バッテリ１３の充電許容電力が十分であるとは、バッテリの充電率が所定値（例えば、２０％）未満であるような場合である。

一方、バッテリ１３の充電許容電力が十分でない場合には、まず、モータ回転数、要求トルクから、モータ要求電力ＷＭを算出する（Ｓ２１１３）。さらに、ＥＣＵ２０は、バッテリ許容電力マップを参照し、バッテリ放電要求電力を読み出す（Ｓ２１１４）。図１５に、バッテリ許容電力マップ（放電要求マップに相当）を示す。このマップは、ＳＯＣと、バッテリ放電要求電力と、充電許容電力との関係を示すマップである。マップは、ＥＣＵ２０内のメモリ（放電要求マップを保持する手段に相当）に格納されている。図１５において、ＳＯＣは、充電率で示されている。

例えば、充電率が８０％の場合には、３０（図１５では、無単位、例えば、ＫＷ）の放電要求電力となり、充電率が６０％の場合には、２５の放電要求電力であり、充電率が２
０％の場合には、放電要求がないことを示す。放電要求電力がある場合が、許容レベルを超えたときに相当する。ただし、図１５は、一例であり、許容レベルが２０％（あるいは４０％）に限定されるわけではない。

また、例えば、充電率が２０％の場合には、３０（図１５では、無単位、例えば、ＫＷ）の電力の受け入れが可能であり、充電率が４０％の場合には、２０の電力の受け入れが可能であり、充電率が８０％の場合には、電力を受け入れることができないことを示す。

次に、モータ要求電力から、バッテリ放電要求電力を減算して、ＦＣ分担出力電力を算出する（Ｓ２１１５）。この処理を実行するＥＣＵ２０が、放電すべき電力を除外した燃料電池スタック要求電力を算出する手段に相当する。

さらに、ＥＣＵ２０は、ＰＩマップを参照して、ＦＣ分担出力電力を出力するために必要な電流値を決定する（Ｓ２１１６）。ＰＩマップは、ＦＣの出力電力と、出力電流との関係を実験的に求めたテーブルである。

さらに、ＥＣＵ２０は、現在のＦＣのＩＶ特性マップから、上記電流値を出力するために制御すべきＦＣの目標端子電圧ＶＦＣを決定する（Ｓ２１１７）。この処理を実行するＥＣＵ２０が、燃料電池スタックの端子電圧の目標値を設定する手段に相当する。ここで、ＦＣのＩＶ特性マップは、ＦＣ端子電圧とＦＣ出力電流との関係を求めたマップである。

なお、Ｓ２１１６の処理でＰＩマップを参照し、Ｓ２１１７の処理でＩＶ特性マップを参照するのは、単に、処理上の都合である。すなわち、ＦＣの出力電力と、出力電流が決定されれば、当然に端子電圧Ｖは、Ｖ＝Ｐ／Ｉによって決定できる。しかしながら、本実施形態では、ＰＩマップ、およびそのＰＩマップの電力の値（Ｐ）と電流の値（Ｉ）から決定されるＶの値について、別途ＩＶ特性マップを有している。そして、ＥＣＵ２０は、まず、Ｓ２１１６の処理でＰＩマップを参照して、電流値（Ｉ）を決定する。さらに、ＥＣＵ２０は、Ｓ２１１７の処理でＩＶ特性マップを参照し、ＦＣの端子電圧の値（Ｖ）を決定する。

また、ＦＣの出力特性（ＰとＩとＶとの関係、あるいは、ＩＶ特性）は、運転時に、刻々更新されている。例えば、ＥＣＵ２０は、ＦＣ端子電圧を検出するセンサとＦＣ出力電流を検出するセンサとを刻々監視し、刻々ＦＣのＩＶ特性を更新している。

そして、ＥＣＵ２０は、ＦＣ目標端子電圧ＶＦＣが、シンタリング現象回避のための基準値（Vfc＿OCV＿REF）より小さいか否かを判定する。ＦＣ目標端子電圧ＶＦＣが、シン
タリング現象回避のための基準値（Vfc＿OCV＿REF）より小さい場合、ＥＣＵ２０は、制
御をＳ２１１Ａに進める。

一方、ＦＣ目標端子電圧ＶＦＣが、シンタリング現象回避のための基準値（Vfc＿OCV＿REF）より小さくない場合、すなわち、ＦＣ目標端子電圧ＶＦＣが、基準値（Vfc＿OCV＿REF）に近づいた場合には、ＥＣＵ２０は、ＦＣ目標端子電圧ＶＦＣを基準値（Vfc＿OCV＿REF）以下の所定値に設定し、ＦＣ昇圧コンバータを制御する（Ｓ２１１９）。この処理
を実行するＥＣＵ２０が、基準電圧未満の値に再設定する手段に相当する。また、この処理を実行するＥＣＵ２０が、第１の電圧変換器を制御する手段に相当する。

この場合に、ＦＣ目標端子電圧ＶＦＣを目標値より低く制御するため、究極的には、モータ要求電力から算出されるＦＣ分担電力よりも多くの電力が出力される。しかし、その余剰電力は、バッテリに蓄積できない。Ｓ２１１２の判定で、バッテリ充電許容電力が十
分ではないからである。そこで、余剰電力は、補機で消費されることになる。

一方、Ｓ２１１Ａの処理では、モータ回転数、要求トルクにしたがったバッテリ昇圧コンバータ１２の制御が実行される。
以上述べた処理によれば、ＦＣ昇圧コンバータ１２およびバッテリ昇圧コンバータ１４の両方を使用し、燃料電池１１とバッテリ１３の状態に応じて、モータ１６に電力を供給できる。特に、バッテリ１３のＳＯＣが高い充電率であり、モータの逆起電力が高く、かつ、モータ要求電力が大きくない場合であっても、本実施形態の電力供給システムによれば、燃料電池１１の高電位状態を回避した上、燃料電池１１とバッテリ１３によるモータ１６への電力供給システムを実現できる。

＜ＦＣ昇圧コンバートとバッテリ昇圧コンバータの双方を停止する処理＞
モータ逆起電力が低い場合（例えば、停車中）には、ＦＣ昇圧コンバータ１２およびバッテリ昇圧コンバータ１４の双方を停止してもよい。その場合に、燃料電池１１の高電位回避制御は、上記２つの昇圧コンバータによる制御によってはなされない。しかし、ＥＣＵ２０は、燃料電池１１の端子電圧を監視して、燃料電池１１の電力を消費することによって、高電位を回避する。その場合の処理を図１６に示す。この処理では、ＥＣＵ２０は、まず、ＦＣ昇圧コンバータ１２およびバッテリ昇圧コンバータ１４の双方を停止する（Ｓ２２１１）。

次に、ＥＣＵ２０は、ＦＣ端子電圧を監視する（Ｓ２２１２）。そして、ＥＣＵ２０は、ＦＣ端子電圧が、高電位の基準値（Vfc＿OCV＿REF）に近づいたか否かを判定する（Ｓ
２２１３）。この判定は、図１２のＳ２０８３と同様である。

そして、ＦＣ端子電圧が、基準値（Vfc＿OCV＿REF）に近づいた場合には、ＥＣＵ２０
は、補機によるＦＣ電力の消費を促進する（Ｓ２２１４）。さらに、ＥＣＵ２０は、ＦＣ昇圧コンバータ１２およびバッテリ昇圧コンバータ１４のいずれか、または双方の起動が必要か否かを判定する（Ｓ２２１５）。これらの起動が必要ない場合には、ＥＣＵ２０は、制御をＳ２２１に戻す。一方、これらの起動が必要である場合には、ＥＣＵ２０は、リターンする。したがって、ＦＣ昇圧コンバータ１２およびバッテリ昇圧コンバータ１４の双方停止処理が終了する。

以上述べた処理によれば、モータの逆起電力が十分小さい場合には、ＦＣ昇圧コンバータ１２およびバッテリ昇圧コンバータ１４の双方を停止し、電力損失を低減するとともに、補機によるＦＣ電力の消費を促進することで、バッテリの高電位状態を回避できる。

《第２実施形態》
図１７から図２０の図面を参照して、本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムを説明する。上記第１実施形態では、ソフトスイッチングを行う補助回路を備えた燃料電池システムについて説明した。しかし、本発明の実施は、そのような構成に限定されるわけではない。ここでは、補助回路のない構成にて、電力効率の向上と、高電位回避を実行する燃料電池システムを説明する。他の構成および作用は、第１実施形態と同様である。そこで、第１実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付して、その説明を省略する。

図１７は、燃料電池システム１０Ａの構成図である。ただし、図１７では、第２実施形態と直接関係のない構成、例えば、モータ１６、水素タンク１７、コンプレッサ１８等は、図示されていない。また、ＥＣＵ１０も、図示を省略した。

図１７のように、燃料電池システム１０Ａは、燃料電池１１（燃料電池スタックに相当
）と、燃料電池１１の電圧を変換して、インバータ１５に伝達するＦＣ昇圧コンバータ１２Ａ（第１の電圧変換器に相当）と、バッテリ１３（蓄電装置に相当）と、バッテリ１３の電圧を変換して、インバータ１５に伝達するバッテリ昇圧コンバータ１４Ａ（第２の電圧変換器に相当）と、図示しないモータに電力を供給するインバータ１５（負荷回路に相当）とを有している。

本実施形態では、ＦＣ昇圧コンバータ１２Ａとして、スルーモードつき直流チョッパ回路を使用する。すなわち、スルーモード動作では、燃料電池１１の端子電圧は、ダイオード（図１７中のＤＩＯＤＥ）を通じて、直接インバータ１５に伝達される。なお、直流チョッパ回路は、図１７のＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）により直流か
らスイッチング波形を発生させ、さらに、リアクトルの両端に高電圧を発生させ、コンデンサで平滑化して、直流電圧を変換する。そのような動作は周知であるので、ここでは、その説明を省略する。

また、本実施形態では、バッテリ昇圧コンバータ１４ＡとしてハーフブリッジタイプのＤＣＤＣコンバータを使用する。ハーフブリッジタイプのＤＣＤＣコンバータの動作も、同様であるので、ここでは、その説明を省略する。

さらに、図１７では、各端子の電圧を測定する電圧センサおよび電流を測定する電流センサを明示した。本実施形態では、燃料電池１１の端子電圧を電圧センサ６１で測定する。また、燃料電池１１から出力される電流を電流センサ６２で測定する。また、バッテリ１３の端子電圧を電圧センサ６３で測定する。また、バッテリ１３から出力される電流を電流センサ６４で測定する。さらにまた、インバータ１５に入力される入力電圧を電圧センサ６５で測定する。また、インバータ１５に入力される電流を電流センサ６６で測定する。図示しないＥＣＵ（図１のＥＣＵ２０）は、これら電圧センサおよび電流センサの検出値を制御プロセスと並行して監視している。

図１８に、燃料電池１１のＩＶ特性によって、燃料電池システム１０Ａの制御ロジックの概要を示す。図１８において、出力制御域（１）で示されるのは、出力電力の小さい低負荷領域である。また、出力制御域（２）で示されるのは、出力電力の大きい高負荷領域である。

低負荷か、高負荷かは、モータ要求電圧によって決定されるシステム電圧＋所定の許容値αが、燃料電池１１の端子電圧を越えるか否かで決定される。すなわち、モータの回転数が小さく、かつ、ユーザの要求トルクが小さい間は、モータ逆起電力が小さく、燃料電池１１に要求される要求出力も小さい。その結果、燃料電池１１の端子電圧は、モータ要求電圧を上回る。これが、出力制御域（１）の領域である。

そして、モータの回転数が上昇し、モータ逆起電力が大きくなり、かつ、燃料電池１１の出力電流の増加に伴って燃料電池１１の端子電圧が低下すると、出力制御域（２）となる。

燃料電池システム１０Ａは、出力制御域（１）では、基本的には、バッテリ昇圧コンバータ１４Ａを用いて、燃料電池１１の端子電圧およびインバータ１５の入力電圧（これをシステム電圧ともいう）を制御する。このとき、ＦＣ昇圧コンバータ１２Ａは、停止する。そして、燃料電池１１の出力電力は、ダイオード（ＤＩＯＤＥ）を通じて、インバータ１５に供給する。ただし、図１８では、省略しているが、図７Ａに示したように、バッテリ１３のＩＶ特性との関係で、バッテリ１３のＩＶ特性ＬＢＴが、燃料電池１１のＩＶ特性ＬＦＣより高い領域においてはＦＣ昇圧コンバータ１２の動作停止が許容されない。

一方、出力制御域（２）では、バッテリ昇圧コンバータ１４Ａによって、インバータ１５の入力電圧（システム電圧）を制御する一方、ＦＣ昇圧コンバータ１２Ａによって、ＦＣ１３の端子電圧を制御する。これによって、バッテリ１３と燃料電池１１とのインバータ１５への供給電力の配分を制御する。

なお、図１８には、明示していないが、車両１のシフトレバーがＰ（駐車）レンジに入っている等、停車中は、基本的には、ＦＣ昇圧コンバータ１２Ａと、バッテリ昇圧コンバータ１４Ａとは、ともに、停止する。しかし、いずれの制御状態であっても、ＥＣＵ２０は、ＦＣ１０の端子電圧を監視し、あるいは、端子電圧の制御の目標値を監視し、高電位状態を回避する処理を実行する。

図１９は、燃料電池システム１０Ａにおける制御手順を例示するフローチャートである。本実施形態では、図１に示したＥＣＵ２０にて制御プログラムを実行することによって、図１９の制御が実現される。この制御は、ＥＣＵ２０での、無限に繰り返されるループとして実現される。

ここでは、図１９のＳ４００の処理から説明を開始する。すなわち、ＥＣＵ２０は、車両１が停車中か否かを判定する（Ｓ４００）。停車中か否かは、車両１の操作レバーが、Ｐレンジにあるか否かで判定される。なお、図示しないが、操作レバーの状態は、センサを通じてＥＣＵ２０に通知されている。この処理を実行するＥＣＵ２０が、検知する手段に相当する。

車両１が停車中の場合、ＥＣＵ２０は、ＦＣ昇圧コンバータ１２Ａと、バッテリ昇圧コンバータ１４Ａをともに停止する（Ｓ４０１）。モータ１６（図１参照）に電力を供給する必要がないからである。この処理を実行するＥＣＵ２０が、第１の電圧変換器および第２の電圧変換器を停止する手段に相当する。

ただし、ＦＣ昇圧コンバータ１２Ａと、バッテリ昇圧コンバータ１４Ａをともに停止しても、ＥＣＵ２０は、電圧センサ６１をによって、燃料電池１１の端子電圧を監視している。そして、ＥＣＵ２０は、高電位回避が必要か否かを判定する（Ｓ４０２）。この判定は、第１実施形態と同様、ＦＣ端子電圧と基準値（Vfc＿OCV＿REF）との差異が、許容値
未満になったか否かで判定すればよい。

そして、高電位回避が必要でない場合、ＥＣＵ２０は、制御をＳ４００に戻す。一方、Ｓ４０２の判定で、高電位回避が必要な場合、ＥＣＵ２０は、補機に燃料電池１１の電力を供給し、電力を消費する（Ｓ４０３）。例えば、コンプレッサ１８を起動する、車両１の図示しないエアコンを起動する、照明を点灯する等である。この処理を実行するＥＣＵ２０が、燃料電池スタックの電力を消費する手段に相当する。

さらに、ＥＣＵ２０は、補機の電力消費によって高電位回避が可能か否かを判定する（Ｓ４０４）。この判定は、補機の電力消費によって、ＦＣ端子電圧と基準値（Vfc＿OCV＿REF）との差異が、許容値より大きくなったか否かで判定すればよい。補機の電力消費に
よって高電位回避が可能な場合には、ＥＣＵ２０は、制御をＳ４０２に戻す。一方、補機の電力消費によって高電位回避が可能でない場合、ＥＣＵ２０は、バッテリ昇圧コンバータ１４Ａを起動する。そして、ＥＣＵ２０は、バッテリ昇圧コンバータ１４Ａによって、燃料電池１１の端子電圧を低下させる（Ｓ４０５）。この場合には、燃料電池１１で発電された電力は、例えば、補機の他、停車中の車両１のモータ１６で消費され、あるいは、バッテリ１３を充電するのに使用される。その後、ＥＣＵ２０は、制御をＳ４００に戻す。

次に、例えば、操作レバーがＰレンジからＤ（駆動）レンジ、Ｒ（バック）レンジ等の駆動を指示するレンジになると、ＥＣＵ２０は、燃料電池１１の端子電圧から、モータ１６の負荷が図１８の出力制御域（１）にあるか否かを判定する（Ｓ４０６）。上述のように、制御が図１８の出力制御域（１）にある場合は、低負荷の状態である。

出力制御域（１）にある場合、ＥＣＵ２０は、ＦＣ昇圧コンバータ１２Ａを停止し、バッテリ昇圧コンバータ１４Ａで出力制御を行う（Ｓ４０７）。低負荷でのＦＣ昇圧コンバータ１２Ａの効率が低いためである。この処理を実行するＥＣＵ２０が、第１の電圧変換器を停止させて燃料電池スタックの出力電力を負荷回路に伝達する手段に相当する。

ただし、この場合も、ＥＣＵ２０は、燃料電池１１の端子電圧を監視し、高電位回避が必要か否かを判定する（Ｓ４０８）。そして、高電位回避が必要な場合、ＥＣＵ２０は、バッテリ昇圧コンバータ１４Ａおよび停止中のＦＣ昇圧コンバータ１２Ａを通じて、燃料電池１１の端子電圧を低下させる（Ｓ４０９）。この処理を実行するＥＣＵ２０が、第１の電圧制限手段に相当する。

具体的には、システム電圧、すなわち、インバータ１５の入力電圧を低下させる。その結果、燃料電池１１のＩＶ特性にしたがい、出力電流が増加し、発電される電力が増加する。燃料電池１１の端子電圧がモータ要求電力より高いので、増加した電力は、モータ１６で消費される。また、余剰電力は、バッテリ１３に蓄積されることになる。その後、ＥＣＵ２０は、制御をＳ４０６に戻す。

また、Ｓ４０６の判定で、否定判定、すなわち、図１８の出力制御域（２）になったと判定されると、ＥＣＵ２０は、ＦＣ昇圧コンバータ１２Ａと、バッテリ昇圧コンバータ１４Ａの協調制御を実行する（Ｓ４１０）。この処理は、図１４の場合と同様である。

ただし、バッテリ昇圧コンバータ１４Ａの協調制御とともに、ＥＣＵ２０は、バッテリ昇圧コンバータ１４Ａの昇圧比を監視している。昇圧比は、バッテリの端子を測定する電圧センサ６４と、インバータ１５の入力電圧を監視する電圧センサ６６の測定値の比によって検知できる。ただし、インバータ１５の入力電圧は、測定値に代えて、インバータ要求電圧を用いてもよい。そして、ＥＣＵ２０は、バッテリ昇圧コンバータ１４Ａの昇圧比が１以下か否かを判定する（Ｓ４１１）。

昇圧比が１以下の場合に、ＥＣＵ２０は、バッテリ昇圧コンバータ１４Ａを停止する（Ｓ４１２）。バッテリ昇圧コンバータ１４Ａによる昇圧ができないからである。この処理を実行するＥＣＵ２０が、第２の電圧変換器を停止する手段に相当する。そして、ＥＣＵ２０は、ＦＣ昇圧コンバータ１２Ａによって、燃料電池１１の出力を制御する（Ｓ４１３）。また、このとき、ＥＣＵ２０は、燃料電池１１の端子電圧が、基準値（Vfc＿OCV＿REF）に近づいたか否かを判定する。そして、燃料電池１１の端子電圧が、基準値（Vfc＿OCV＿REF）に近づいた場合に、ＥＣＵ２０は、ＦＣ昇圧コンバータ１２Ａにより、燃料電池１１の端子電圧を基準値（Vfc＿OCV＿REF）より小さくなるように維持する。この処理を
実行するＥＣＵ２０が、第２の電圧制限手段に相当する。

そして、ＥＣＵ２０は、さらに、モータ１６の負荷が出力制御域（２）にあるか否かを判定する（Ｓ４１４）。この判定は、燃料電池１１の端子電圧が、インバータ要求電圧より高いか、否かにより判定できる。負荷が出力制御域（２）にある場合、ＥＣＵ２０は、制御をＳ４１０に戻し、協調制御を継続する。この場合には、低負荷ではないと判定されたからである。一方、低負荷となり、図１８の出力制御域（１）に戻った場合には、ＥＣＵ２０は、制御をＳ４００に戻す。

以上述べたように、本実施形態の燃料電池システム１０Ａによれば、停車中は、ＦＣ昇圧コンバータ１２Ａと、バッテリ昇圧コンバータ１４Ａを停止するとともに、燃料電池１１の端子電圧が高電位になるのを回避する。さらに、ＥＣＵ２０は、ＦＣ昇圧コンバータ１２Ａの効率が悪い低負荷の領域では、極力ＦＣ昇圧コンバータ１２Ａを停止するとともに、燃料電池１１の端子電圧が高電位になるのを回避する。そして、高負荷の領域では、ＦＣ昇圧コンバータ１２Ａと、バッテリ昇圧コンバータ１４Ａとの協調制御によって、燃料電池１１の端子電圧が高電位になるのを回避しつつ、燃料電池１１およびバッテリ１３からインバータ１５およびモータ１６への供給電力の分担を制御する。

以上のように、燃料電池システム１０Ａは、停車中、低負荷、および高負荷に渡るそれぞれの領域で、電圧変換効率の向上と、燃料電池１１の高電位状態の回避とが両立する方向に制御することができる。

《第３実施形態》
本発明に係る燃料電池システムの第３実施形態について、図２１〜２３に基づいて説明する。本実施形態に係る燃料電池システムと上述の第１実施形態に係る燃料電池システムとの相違点は、ＦＣ昇圧コンバータ１２内の補助回路１２ｂおよびそれに関連する技術である。そこで、本実施形態では、当該相違点に着目して説明を行う。

図２１は、図２と同様に、ＦＣ昇圧コンバータ１２を中心として、燃料電池システム１０の電気的構成を示す図である。ここで、図２１に示すＦＣ昇圧コンバータ１２の補助回路１２ｂには、スイッチ素子Ｓ３とダイオードＤ６とで構成されるスイッチング回路が更に設けられている。具体的には、スイッチ素子Ｓ３の一端がダイオードＤ２のアノード端子側に接続され、該スイッチ素子Ｓ３の他端が燃料電池１１の低電位側の端子に接続されている。このスイッチ素子Ｓ３は、先のソフトスイッチング処理におけるモード２の動作での、スナバコンデンサＣ２に蓄えられた電荷の放電をサポートするものである。そこで、本実施形態においては、スイッチ素子Ｓ３のスイッチング動作を含めた、新たなソフトスイッチング処理を図２２及び図２３に基づいて説明する。

図２２は、図３と同様にＦＣ昇圧コンバータ１２におけるソフトスイッチング処理の流れを示すフローチャートである。図３に示すソフトスイッチング処理との違いは、図２２に示す処理では、Ｓ１０２とＳ１０３の処理の間、即ちモード２とモード３の各動作の間に、スイッチ素子Ｓ３のスイッチング動作による新たな処理Ｓ３０１が設定されている点である。そこで、この相違点を重点的に説明し、他の処理については、図３と同一の参照番号を付すことでその詳細な説明は省略する。

ここで、Ｓ１０２の処理によりモード２の動作が行われているとき、ＦＣ昇圧コンバータ１２では、スイッチ素子Ｓ３はターンオフ状態となっている。また、スイッチ素子Ｓ３のスイッチング動作の効果を明確に示すために、ＦＣ昇圧コンバータ１２の出口電圧ＶＨとその入口電圧ＶＬの関係を、ＦＣ昇圧コンバータ１２の電気的状態を表すパラメータである比ＶＨ／ＶＬについて、該比が２未満であると設定する。この場合、コイルＬ２とスナバコンデンサＣ２の半波共振によって、該スナバコンデンサＣ２の電荷は抜けていくが、図１０Ｂに示すようにスナバコンデンサＣ２の電圧はゼロとはならないことになる。

ここで、本実施形態では、上記半波共振によるスナバコンデンサＣ２の電圧変動が底値となるタイミングで、Ｓ３０１の処理によりスイッチ素子Ｓ３をターンオンする。すると、図２３に示すように、スナバコンデンサＣ２において半波共振によっても抜けきらなかった電荷が、スイッチ素子Ｓ３を介して補助回路１２ｂ内に分散されていくため、スナバコンデンサＣ２の電圧を更に低下させることができる。その結果、Ｓ３０１後のＳ１０３の処理において、スイッチ素子Ｓ１をターンオンするとき、該スイッチ素子Ｓ１にかかっ
ている電圧を可及的に下げることができ、以てスイッチング損失をより確かに抑制することができる。尚、ＦＣ昇圧コンバータ１２の出口電圧ＶＨとその入口電圧ＶＬの関係において、比ＶＨ／ＶＬが所定値を超える場合（本実施形態では２を超える場合）は、スナバコンデンサＣ２の電荷はモード２の動作により抜けきっているため、Ｓ３０１の処理を必ずしも行う必要はない。

《その他の変形例》
＜回生電力の燃料電池側への逆流の防止＞
本燃料電池システム１０には、回生電力を発生させる回生ブレーキを採用してもよい。その場合に、回生電力は、スナバコンデンサＣ２（図２参照）に蓄積されることになる。そして、ソフトスイッチング時、スナバコンデンサＣ２に蓄えられた回生電力がＦＣへ入力されないようにするため、スナバコンデンサＣ２からＦＣへ流れる電気回路上に回生電力を抑える素子を設け、あるいは、スナバコンデンサＣ２に蓄えられた回生電力が二次バッテリへ流れるようにしてもよい。ＦＣへ流れる回生電力を抑える方法としては、例えば、スナバコンデンサＣ２からＦＣへ流れる電路上に、一端が接地された平滑コンデンサ、ツェナダイオード、又はバリスタを設けることで係る電路の電圧が規定以上になるのを抑制し、あるいは、スナバコンデンサＣ２からＦＣへ回生電力が逆流するのを防止するダイオードを設ける方法が挙げられる。また、回生電力を二次バッテリへ流れるようにする方法としては、例えば、Ｓ２の下流側をＦＣではなく二次バッテリへ繋ぐ回路構成にする方法が挙げられる。

＜衝突時の燃料電池出力遮断＞
また、本燃料電池システム１０は、車両１の衝突時に，燃料電池１１の出力を遮断するシステムとしてもよい。具体的には、燃料電池システム１０のＦＣ昇圧コンバータ１２の下流側には，インバータ１５及びバッテリ昇圧コンバータ１４との電気的な接続をＯＮ／ＯＦＦするためのリレー回路が設けてもよい。なお、既に説明した構成から明らかなように，燃料電池システム１０は、ＦＣ昇圧コンバータ１２の下流側に流れる電流量が比較的に少ないものとなっている。このため、燃料電池システム１０は、上記リレー回路として、既存の同種のシステムでは燃料電池の直後に設けられているリレー回路よりも，小型のもの（低電流用のもの）を採用したシステムとなっている。

そして、燃料電池システム１０のＥＣＵ２０は、車両１に設けられている衝突検出センサの出力に基づき，衝突の有無を常時監視し、衝突したことを検出した場合には、リレー回路を制御することにより，ＦＣ昇圧コンバータ１２とインバータ１５及びバッテリ昇圧コンバータ１４との間の電気的な接続を切断するユニットとすればよい。

＜要求出力算出手順の変形＞
さらに、上記実施形態で説明したように、図１１に示すＦＣ昇圧コンバータ制御における処理Ｓ２０５では、アクセルペダルセンサ２１によって検出されたアクセルペダルの開度に従って発電が行われている燃料電池１１の出力電圧が検出される。本変形例では、燃料電池１１の出力電圧の検出について、該燃料電池１１の出力（以下、ＦＣ出力という）に基づいて、燃料電池１１の出力電圧を算出することとする。ここで、ＦＣ出力は、以下の式（１）に従って算出される。
（ＦＣ出力）＝（要求出力）+（補機要求出力）+（バッテリ充電（放電）出力）・・・（１）

補機要求出力は、水素タンク１７やコンプレッサ１８等の補機に要求されている出力であり、バッテリ充電出力は、充電時におけるバッテリ１３に要求されている出力であり、バッテリ放電出力は放電時におけるバッテリ１３の出力である。バッテリ１３の残蓄電量がＳＯＣ閾値未満であれば、バッテリ充電出力を上記式（１）に算入し、ＦＣ出力を算出
する。バッテリ１３の残蓄電量がＳＯＣ閾値以上であれば、バッテリ放電出力を上記（１）にマイナス分として算入し、ＦＣ出力を算出する。そして、上記式（１）で算出したＦＣ出力に基づいて、燃料電池１１の出力電圧が算出される。具体的には、ＦＣ出力と燃料電池１１の出力電流とが関連付けられているＩＰ特性ＭＡＰ及び燃料電池１１の出力電流と燃料電池１１の出力電圧とが関連付けられているＩＶ特性マップをＥＣＵ２０が有しており、ＦＣ出力に従ってこれらのマップにアクセスし、燃料電池１１の出力電圧が算出される。本変形例によれば、補機に要求されている出力やバッテリ１３の残蓄電量を加味して、ＦＣ出力を算出することにより、補機に要求されている出力やバッテリ１３の残蓄電量を考慮して、燃料電池１１の出力電圧を算出することができる。

また、上記式（１）を以下に示す式（２）のように変形してもよい。
（ＦＣ出力）＝（要求出力）+（補機要求出力）+（バッテリ充電（放電）出力）+（Ｆ
Ｃ昇圧コンバータ１２のスイッチング損失）+（バッテリ昇圧コンバータ１４のスイッチ
ング損失）・・・（２）
このように変形することにより、ＦＣ昇圧コンバータ１２のスイッチング損失やバッテリ昇圧コンバータ１４のスイッチング損失を更に加味して、ＦＣ出力を算出することにより、ＦＣ昇圧コンバータ１２のスイッチングの損失分やバッテリ昇圧コンバータ１４のスイッチングの損失分を考慮して、燃料電池１１の出力電圧を算出することができる。

ＦＣ昇圧コンバータ１２のスイッチング損失は、ＦＣ昇圧コンバータ１２の出入口に、電流センサ及び電圧センサを設け、ＦＣ昇圧コンバータ１２の出入口側の電流及び電圧を測定することにより算出する。また、バッテリ昇圧コンバータ１４のスイッチング損失は、バッテリ昇圧コンバータ１４の出入口に、電流センサ及び電圧センサを設け、バッテリ昇圧コンバータ１４の出入口側の電流及び電圧を測定することにより算出する。ここで、ＦＣ昇圧コンバータ１２及びバッテリ昇圧コンバータ１４がともに昇圧動作を行っている場合には、ＦＣ昇圧コンバータ１２のスイッチング損失及びバッテリ昇圧コンバータ１４のスイッチング損失を加味してＦＣ出力を算出する。一方、バッテリ昇圧コンバータ１４のみが昇圧動作を行っている場合には、バッテリ昇圧コンバータ１４のスイッチング損失のみを加味してＦＣ出力を算出する。

また、モータ１６を駆動するためのインバータ１５への電圧印加について、該モータ１６の駆動効率を考慮するのが好ましい。例えば、上記実施例で説明したように、燃料電池１１からモータ１６への電力供給時に、ＦＣ昇圧コンバータ１２を停止させない場合、インバータ１５に印加される電圧をＦＣ昇圧コンバータ１２によって昇圧させる。本変形例では、インバータ１５に印加される電圧を、要求トルクとモータ１６の回転数とに基づいて、インバータ１５、モータ１６を含む負荷の効率特性とインバータ１５に印加される電圧とを関連付けたマップから決定する。そして、ＦＣ昇圧コンバータ１２の昇圧動作により、燃料電池１１の出力電圧を上記決定した電圧に昇圧させ、インバータ１５に印加する。例えば、インバータ１５の効率特性はインバータ１５に印加される電圧に対するインバータ１５の変換効率であり、モータ１６の効率特性はモータ１６に印加される電圧に対するモータ１６の駆動効率である。

本変形例では、負荷の効率特性を決定し、要求トルクとモータ１６の回転数との関係から、図２４Ａ、図２４Ｂ及び図２４Ｃに示すような負荷の効率特性の領域を画定する。図２４Ａ、図２４Ｂ及び図２４Ｃは、要求トルクを縦軸とし、モータ１６の回転数を横軸として、負荷の効率特性の領域を効率の高低により段階的に区分して表示したマップである。図２４Ａは、インバータ１５に印加する電圧が高である場合における負荷の効率特性の領域を表示したマップである。図２４Ｂは、インバータ１５に印加する電圧が中である場合における負荷の効率特性の領域を表示したマップである。図２４Ｃは、インバータ１５に印加する電圧が低である場合における負荷の効率特性の領域を表示したマップである。
図２４Ａ、図２４Ｂ及び図２４Ｃにおける点Ａは、要求トルクＴ１とモータ１６の回転数Ｒ１とに基づいて決定されたものであり、点Ｂは、要求トルクＴ２とモータ１６の回転数Ｒ２とに基づいて決定されたものである。

図２４Ｃにおける点Ａは、負荷の効率特性が高効率である領域に含まれているが、図２４Ａ及び図２４Ｂにおける点Ａは、負荷の効率特性が高効率である領域に含まれていない。したがって、要求トルクＴ１及びモータ１６の回転数Ｒ１では、インバータ１５に印加する電圧が低である場合、負荷の効率特性が高いことがわかる。図２４Ｂにおける点Ｂは、負荷の効率特性が高効率である領域に含まれているが、図２４Ａ及び図２４Ｃにおける点Ｂは、負荷の効率特性が高効率である領域に含まれていない。したがって、要求トルクＴ２及びモータ１６の回転数Ｒ２では、インバータ１５に印加する電圧が中である場合、負荷の効率特性が高いことがわかる。本変形例では、以上のようなマップをＥＣＵ２０が有しており、インバータ１５に印加する電圧を負荷の効率特性の観点から決定することによって、最適電圧をインバータ１５に印加することができる。

本発明の実施例に係る燃料電池システムの概略構成を示す図である。 図１に示す燃料電池システムの電気回路構成を示す図であって、特にＦＣ昇圧コンバータの電気回路構成を示す第一の図である。 図２に示すＦＣ昇圧コンバータで行われる電圧昇圧のためのソフトスイッチング処理の流れを示すフローチャートである。 図３に示すソフトスイッチング処理のモード１の動作が行われるときの、ＦＣ昇圧コンバータにおける電流の流れを概略的に示す図である。 図３に示すソフトスイッチング処理のモード２の動作が行われるときの、ＦＣ昇圧コンバータにおける電流の流れを概略的に示す図である。 図３に示すソフトスイッチング処理のモード３の動作が行われるときの、ＦＣ昇圧コンバータにおける電流の流れを概略的に示す図である。 図３に示すソフトスイッチング処理のモード４の動作が行われるときの、ＦＣ昇圧コンバータにおける電流の流れを概略的に示す図である。 図３に示すソフトスイッチング処理のモード５の動作が行われるときの、ＦＣ昇圧コンバータにおける電流の流れを概略的に示す図である。 図３に示すソフトスイッチング処理のモード６の動作が行われるときの、ＦＣ昇圧コンバータにおける電流の流れを概略的に示す図である。 従来の燃料電池システムで設定される、燃料電池の出力電圧とモータ駆動のためのモータ必要電圧との相関関係を示す図である。 本発明の実施例に係る燃料電池システムで設定される、燃料電池の出力電圧とモータ駆動のためのモータ必要電圧との相関関係を示す図である。 本発明の実施例に係る燃料電池システムで設定される、燃料電池のＩＶ特性とバッテリのＩＶ特性との相関関係を示す第一の図である。 本発明の実施例に係る燃料電池システムで設定される、燃料電池のＩＶ特性とバッテリのＩＶ特性との相関関係を示す第二の図である。 本発明の実施例に係る燃料電池において、ＦＣ昇圧コンバータの入口電圧を横軸とし、その出口電圧を縦軸として形成される動作領域に対して、該ＦＣ昇圧コンバータで実行される処理を関連付けて表示した第一のマップである。 本発明の実施例に係る燃料電池において、ＦＣ昇圧コンバータの入口電圧を横軸とし、その出口電圧を縦軸として形成される動作領域に対して、該ＦＣ昇圧コンバータで実行される処理を関連付けて表示した第二のマップである。 図３に示すソフトスイッチング処理のモード２の動作が行われるときの、説明の便宜のため、ＦＣ昇圧コンバータ内で実際に稼動している部分のみを抜粋して記載した図である。 本発明の実施例に係るＦＣ昇圧コンバータの出口電圧と該入口電圧との比ＶＨ／ＶＬと、図３に示すソフトスイッチング処理のモード２の動作が行われるときの放電時のスナバコンデンサに残る電圧との相関関係を示す第一の図である。 本発明の実施例に係るＦＣ昇圧コンバータの出口電圧と該入口電圧との比ＶＨ／ＶＬと、図３に示すソフトスイッチング処理のモード２の動作が行われるときの放電時のスナバコンデンサに残る電圧との相関関係を示す第二の図である。 本発明の実施例に係る燃料電池システムの効率化を促進するために、ＦＣ昇圧コンバータで行われる制御の流れを示すフローチャートである。 ＦＣ昇圧コンバータを停止し、ＦＣから直接電力を供給する場合の処理の詳細を例示する図である。 バッテリ昇圧コンバータを停止し、ＦＣ昇圧コンバータにより、ＦＣ端子電圧を制御する処理を例示する図である。 ＦＣ昇圧コンバータとバッテリ昇圧コンバータとの協調制御処理を例示する図である。 バッテリ許容電力マップの構成を例示する図である。 ＦＣ昇圧コンバートとバッテリ昇圧コンバータの双方を停止する処理を例示する図である。 本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。 ＩＶ特性によって、燃料電池システムの制御ロジックの概要を例示する図である。 本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムにおける制御手順を例示する図（その１）である。 本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムにおける制御手順を例示する図（その２）である。 図１に示す燃料電池システムの電気回路構成を示す図であって、特にＦＣ昇圧コンバータの電気回路構成を示す第二の図である。 図１３に示すＦＣ昇圧コンバータで行われる電圧昇圧のためのソフトスイッチング処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施例に係るＦＣ昇圧コンバータの出口電圧と該入口電圧との比ＶＨ／ＶＬと、図１４に示すソフトスイッチング処理のモード２の動作が行われるときの放電時のスナバコンデンサに残る電圧との相関関係を示す図である。 本発明の実施例に係る燃料電池システムにおいて、インバータに印加する電圧が高である場合における負荷の効率特性の領域を表示したマップである。 本発明の実施例に係る燃料電池システムにおいて、インバータに印加する電圧が中である場合における負荷の効率特性の領域を表示したマップである。 本発明の実施例に係る燃料電池システムにおいて、インバータに印加する電圧が低である場合における負荷の効率特性の領域を表示したマップである。

符号の説明

１・・・・車両
１０・・・・燃料電池システム
１１・・・・燃料電池（ＦＣ）
１２・・・・ＦＣ昇圧コンバータ
１２ａ・・・・メイン昇圧回路
１２ｂ・・・・補助回路
１３・・・・バッテリ
１４・・・・バッテリ昇圧コンバータ
１５・・・・インバータ
１６・・・・モータ
２０・・・・ＥＣＵ
２１・・・・アクセルペダルセンサ
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３・・・・スイッチ素子
Ｃ１、Ｃ３・・・・平滑コンデンサ
Ｃ２・・・・スナバコンデンサ
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３・・・・コイル
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５・・・・ダイオード

Claims (4)

1. 移動体に搭載され、負荷回路を通じて前記移動体の駆動装置に電力を供給する電力供給システムであって、
   前記負荷回路に電力を供給する燃料電池スタックと、
   電力を蓄積するとともに、前記負荷回路に電力を供給可能な蓄電装置と、
   前記燃料電池スタックと前記負荷回路との間に設けられ前記燃料電池スタックの端子電圧を前記負荷回路の入力電圧に変換する第１の電圧変換器と、
   前記蓄電装置の端子電圧を前記負荷回路の入力電圧に変換する第２の電圧変換器と、
   制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記駆動装置の駆動に伴う前記負荷回路の要求電圧を算出する手段と、
   前記燃料電池スタックの端子電圧が前記負荷回路の要求電圧を超える場合に、前記第１の電圧変換器を停止させて前記燃料電池スタックの出力電力を前記負荷回路に伝達する手段と、
   前記第２の電圧変換器による出力制御を通じて前記負荷回路の入力電圧を制御することによって前記燃料電池スタックの端子電圧を所定の基準電圧以下に制限する第１の電圧制限手段と、を有する電力供給システム。
2. 前記第２の電圧変換器は昇圧回路であり、
   前記制御部は、
   前記燃料電池スタックの端子電圧が前記負荷回路の要求電圧を超えない場合に、前記第２の電圧変換器の蓄電装置側の電圧に対して前記負荷回路側の電圧が昇圧された関係にないときに前記第２の電圧変換器を停止する手段と、
   前記第２の電圧変換器が停止したときに第１の電圧変換器を動作させて、前記燃料電池スタックの端子電圧を前記基準電圧以下に制限する第２の電圧制限手段と、を有する請求項１に記載の電力供給システム。
3. 前記蓄電装置の充電状態を検知する充電センサをさらに備え、
   前記制御部は、
   蓄電装置の充電状態とその充電状態で蓄電装置において放電すべき電力との関係を記録した放電要求マップを保持する手段と、
   前記負荷に供給すべき要求電力を算出する手段と、
   前記充電状態が許容レベルを超えたときに、前記要求電力から前記蓄電装置において放電すべき電力を除外した燃料電池スタック要求電力を算出する手段と、
   前記燃料電池スタック要求電力を前記燃料電池スタックから出力させるために前記燃料電池スタックの端子電圧の目標値を設定する手段と、
   前記端子電圧の目標値が前記基準電圧を越える場合に、前記目標値を前記基準電圧以下の値に再設定する手段と、
   前記燃料電池スタックの端子電圧が前記目標値となるにように前記第１の電圧変換器を制御する手段とをさらに備える請求項１または２に記載の電力供給システム。
4. 前記制御部は、
   前記移動体の移動を指令する操作レバーの位置を検知する手段と、
   前記操作レバーの位置が停止を指令している場合に、第１の電圧変換器および第２の電圧変換器を停止する手段と、
   第１の電圧変換器および第２の電圧変換器が停止し、かつ、前記燃料電池スタックの端子電圧が前記基準電圧から前記燃料電池スタックの端子電圧の高電位回避が必要な所定の範囲に近づいたときに、補機を通じて前記燃料電池スタックの電力を消費する手段と、をさらに備える請求項１から３のいずれか一項に記載の電力供給システム。

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