JP5404694B2 - 燃料電池車両 - Google Patents

Description

この発明は、燃料電池と蓄電装置を用いて走行モータを駆動可能な燃料電池車両に関する。

燃料電池車両に関し、燃料電池をアイドル停止した後、発電を再開する（アイドル運転に復帰する）ための技術が提案されている（特許文献１、２）。

特許文献１では、アイドル停止状態にある燃料電池の起動操作を開始してからアイドル運転に復帰するまでのアイドル復帰時間における燃料電池の状態を示す状態推定値を推定し、当該状態推定値に基づいて、駆動モータの出力応答時間を制御する（要約）。具体的には、駆動モータのトルク指令値は、通常時（１気圧、常温程度）のアイドル復帰時間を考慮し、車速又は駆動モータの回転数に応じた駆動モータ消費電力応答時間を設計している（［０００６］）。しかしながら、車両周囲の大気圧及び気温の変化並びに各補機の作動状態に応じてアイドル復帰時間が変化するため、特許文献１では、これらの要因を考慮して駆動モータの出力応答時間を制御する（［０００５］〜［００１１］）。

特許文献２では、燃料電池スタックの発電運転停止中にシステム要求パワーが閾値Ｐｒｅｆを超えたことを含む再始動条件が成立したときには燃料電池スタックの発電運転を再始動する（要約）。ここで、バッテリ最大出力パワーＰｂｍａｘが基準値よりも低いときにはバッテリのパワーアシストが弱まるが、閾値Ｐｒｅｆを通常時の値Ｐｒｅｆ０よりも低い値Ｐｒｅｆ１に変更するため、発電運転停止中の燃料電池スタックが通常時よりも早期に再始動し、通常時よりも早期に燃料電池スタックからモータ等へ電力が供給されるようになる。これにより、燃料電池スタックが再始動した後に車両の動力性能が低下することの抑制を企図している（要約）。なお、バッテリ最大出力パワーＰｂｍａｘは、バッテリ５８のＳＯＣに基づいて算出される（［００２９］）。

特開２００６−２８０１０８号公報 特開２００６−３３３６０２号公報

上記のように、特許文献１では、アイドル復帰時間における燃料電池の状態を示す状態推定値を推定し、当該状態推定値に基づいて、駆動モータの出力応答時間を制御する。このように状態推定値は、アイドル復帰時間における燃料電池の状態を示すものであることから、特許文献１では、燃料電池の状態に応じて駆動モータの出力特性が変化し又は限定される。このため、好適な動力性能（ドライバビリティ）を得ることができない。

また、上記のように、特許文献２では、バッテリ最大出力パワーが低いとき、再始動のためのシステム要求パワーの閾値を下げ、燃料電池スタックの再始動を早める。また、バッテリ最大出力パワーは、バッテリのＳＯＣに基づいて算出される。このため、特許文献２では、システム要求パワーが低い場合でも、燃料電池スタックの再始動を通常よりも早めることとなる。従って、システム要求パワー及びバッテリ最大出力パワーの両方が低い場合、特許文献２では、燃費が低下してしまう。

この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、好適なドライバビリティと優れた燃費を両立可能な燃料電池車両を提供することを目的とする。

この発明に係る燃料電池車両は、走行モータと、前記走行モータに電力を供給する燃料電池と、前記走行モータに電力を供給すると共に、前記走行モータからの回生電力を充電する蓄電装置と、前記蓄電装置側に設けられ、前記蓄電装置の出力電圧を変圧することにより前記燃料電池の出力電圧を制御するコンバータと、前記燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、前記燃料電池の発電を抑制する発電抑制条件が成立したときに前記燃料電池の出力及び前記反応ガス供給手段の作動量を通常運転領域より低い発電抑制領域に低下させる発電抑制手段と、前記燃料電池の発電抑制を解除する抑制解除条件が成立したときに前記燃料電池の出力及び前記反応ガス供給手段の作動量を前記通常運転領域に復帰させる抑制解除手段と、前記発電抑制手段による発電抑制中に所定の高負荷条件及び前記抑制解除条件が成立した場合には、前記高負荷条件が成立せずに前記抑制解除条件が成立した場合と比べて、前記発電抑制の解除直後に前記燃料電池へ供給する前記反応ガスの供給量並びに前記燃料電池の出力電流及び出力電圧の単位時間当たりの変化量の少なくとも１つを大きくする復帰立ち上がり速度変更手段とを有することを特徴とする。

この発明によれば、燃料電池の発電抑制中に所定の高負荷条件及び抑制解除条件が成立した場合には、高負荷条件が成立せずに抑制解除条件が成立した場合と比べて、発電抑制の解除直後に燃料電池へ供給する反応ガスの供給量並びに燃料電池の出力電流及び出力電圧の単位時間当たりの変化量の少なくとも１つを大きくする。これにより、燃料電池の発電抑制を解除する際、高負荷が要求されていれば、好適なドライバビリティ（動力性能）を確保することが可能となる。また、燃料電池の発電抑制を解除する際、高負荷が要求されていなければ、発電抑制の解除直後に燃料電池へ供給する反応ガスの供給量並びに燃料電池の出力電流及び出力電圧の単位時間当たりの変化量の少なくとも１つを大きくしないため（通常の制御を用いるため）、優れた燃費を維持することが可能となる。

復帰立ち上がり速度変更手段が、前記発電抑制の解除直後に前記燃料電池へ供給する前記反応ガスの単位時間当たりの供給量を少なくとも大きくする構成においては、前記反応ガス供給手段の作動量を前記燃料電池の目標出力に追従させ、前記発電抑制手段による発電抑制中に前記高負荷条件及び前記抑制解除条件が成立した場合、前記復帰立ち上がり速度変更手段は、前記高負荷条件が成立せずに前記抑制解除条件が成立した場合と比べて、前記燃料電池の目標出力を高く設定することで前記反応ガス供給手段の作動量及び前記反応ガスの供給量の単位時間当たりの変化量を大きくしてもよい。

これにより、燃料電池の発電抑制を解除する際、高負荷が要求されていても反応ガスの不足を防止することが可能となり、反応ガスの不足に伴う燃料電池の劣化を抑制することが可能となる。また、燃料電池の発電抑制を解除する際、高負荷が要求されている場合の反応ガスの不足を抑制することにより、ドライバビリティをより確実に維持することが可能となる。

前記復帰立ち上がり速度変更手段が、前記発電抑制の解除直後に前記燃料電池の出力電圧の単位時間当たりの変化量を少なくとも大きくする構成においては、前記発電抑制手段による発電抑制中に前記高負荷条件及び前記抑制解除条件が成立した場合、前記復帰立ち上がり速度変更手段は、前記高負荷条件が成立せずに前記抑制解除条件が成立した場合と比べて、前記コンバータのフィードバックゲインを大きくすることで前記燃料電池の出力電圧の単位時間当たりの変化量を大きくしてもよい。これにより、燃料電池の発電抑制を解除する際、高負荷が要求されていても燃料電池の出力電圧を迅速に変化させることで燃料電池から良好に電流を引くことが可能となる。その結果、発電抑制を解除した直後であっても、燃料電池の出力を要求負荷に速やかに追従させることが可能となるため、ドライバビリティをより向上させることができる。

前記発電抑制手段による発電抑制中に前記高負荷条件及び前記抑制解除条件が成立した場合、前記復帰立ち上がり速度変更手段は、前記高負荷条件が成立せずに前記抑制解除条件が成立した場合と比べて、前記発電抑制解除後の前記コンバータの初期出力電圧を下げてもよい。燃料電池の特性上、燃料電池の出力電圧が低い方が、燃料電池の出力電流及び出力（発電電力）を大きくすることが可能である。また、コンバータは、蓄電装置の出力電圧を調整することにより燃料電池の出力電圧を制御する。上記構成によれば、燃料電池の発電抑制を解除する際、高負荷が要求されていれば、コンバータの出力電圧（燃料電池の出力電圧に対応する）の初期値を下げることで、燃料電池の出力を迅速に増加させることが可能となる。その結果、発電抑制を解除した直後であっても、燃料電池の出力を要求負荷に速やかに追従させることが可能となるため、ドライバビリティをより向上させることができる。

この発明によれば、燃料電池の発電抑制中に所定の高負荷条件及び抑制解除条件が成立した場合には、高負荷条件が成立せずに抑制解除条件が成立した場合と比べて、発電抑制の解除直後に燃料電池へ供給する反応ガスの供給量並びに燃料電池の出力電流及び出力電圧の単位時間当たりの変化量の少なくとも１つを大きくする。これにより、燃料電池の発電抑制を解除する際、高負荷が要求されていれば、好適なドライバビリティを確保することが可能となる。また、燃料電池の発電抑制を解除する際、高負荷が要求されていなければ、発電抑制の解除直後に燃料電池へ供給する反応ガスの供給量並びに燃料電池の出力電流及び出力電圧の単位時間当たりの変化量の少なくとも１つを大きくしないため（通常の制御を用いるため）、優れた燃費を維持することが可能となる。

この発明の一実施形態に係る燃料電池車両の概略構成図である。 前記実施形態におけるＤＣ／ＤＣコンバータの詳細を示す図である。 電子制御装置（ＥＣＵ）における基本的な制御のフローチャートである。 システム負荷を計算するフローチャート（図３のＳ２の詳細）である。 現在のモータ回転数とモータ予想消費電力との関係を示す図である。 前記ＥＣＵが発電モードを選択するフローチャートである。 発電休止モードから通常発電モードに移行する際の制御のフローチャートである。 ドライバビリティの悪化対策実施の要否を判定するフローチャート（図７のＳ３１の詳細）である。 ドライバビリティの悪化対策終了の要否を判定するフローチャート（図７のＳ３２の詳細）である。 図７のステップＳ３１、Ｓ３２の判定結果に応じた制御を実行するフローチャート（図７のＳ３３の詳細）である。 ＦＣ発電制御のフローチャート（図３のＳ４の詳細）である。 燃料電池スタックの発電電圧と、燃料電池スタックの目標電流との関係を規定するマップを示す図である。 燃料電池スタックの目標電流と、エアポンプの目標回転数との関係を規定するマップを示す図である。 燃料電池スタックの目標電流と、背圧弁の目標開度との関係を規定するマップを示す図である。 モータのトルク制御のフローチャート（図３のＳ５の詳細）である。 本実施形態及び比較例における各種制御を用いた場合のタイムチャートの例を示す図である。 前記実施形態に係る電力系の第１変形例の概略構成を示すブロック図である。 前記実施形態に係る電力系の第２変形例の概略構成を示すブロック図である。 前記実施形態に係る電力系の第３変形例の概略構成を示すブロック図である。

１．全体的な構成の説明
［１−１．全体構成］
図１は、この発明の一実施形態に係る燃料電池車両１０（以下「ＦＣ車両１０」又は「車両１０」という。）の概略構成図である。ＦＣ車両１０は、車両電源システム１２（以下「電源システム１２」ともいう。）と、走行用のモータ１４と、インバータ１６とを有する。

電源システム１２は、燃料電池ユニット１８（以下「ＦＣユニット１８」という。）（反応ガス供給手段）と、バッテリ２０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２と、電子制御装置２４（以下「ＥＣＵ２４」という。）とを有する。

［１−２．駆動系］
モータ１４は、ＦＣユニット１８及びバッテリ２０から供給される電力に基づいて駆動力を生成し、当該駆動力によりトランスミッション２６を通じて車輪２８を回転する。また、モータ１４は、回生を行うことで生成した電力（回生電力Ｐｒｅｇ）［Ｗ］をバッテリ２０に出力する。回生電力Ｐｒｅｇは、補機群（後述するエアポンプ３６及びウォータポンプ６８を含む。）に対して出力してもよい。

インバータ１６は、３相フルブリッジ型の構成とされて、直流／交流変換を行い、直流を３相の交流に変換してモータ１４に供給する一方、回生動作に伴う交流／直流変換後の直流をＤＣ／ＤＣコンバータ２２を通じてバッテリ２０等に供給する。

なお、モータ１４とインバータ１６を併せて負荷３０という。但し、負荷３０には、後述するエアポンプ３６、ウォータポンプ６８等の構成要素を含めることもできる。

［１−３．ＦＣユニット１８］
ＦＣユニット１８の燃料電池スタック３２（以下「ＦＣスタック３２」又は「ＦＣ３２」という。）は、例えば、固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで両側から挟み込んで形成された燃料電池セル（以下「ＦＣセル」又は「単セル」という。）を積層した構造を有する。ＦＣスタック３２には、水素タンク３４とエアポンプ３６が経路３８、４０を通じて接続されており、水素タンク３４からは一方の反応ガスである水素（燃料ガス）が、エアポンプ３６からは他方の反応ガスである圧縮空気（酸化剤ガス）が供給される。水素タンク３４及びエアポンプ３６からＦＣスタック３２に供給された水素と空気がＦＣスタック３２内で電気化学反応を起こすことにより発電が行われ、発電電力（ＦＣ電力Ｐｆｃ）［Ｗ］がモータ１４とバッテリ２０に供給される。

ＦＣスタック３２の発電電圧（以下「ＦＣ電圧Ｖｆｃ」という。）［Ｖ］は、電圧センサ４２により検出され、ＦＣスタック３２の発電電流（以下「ＦＣ電流Ｉｆｃ」という。）［Ａ］は、電流センサ４４により検出され、それぞれＥＣＵ２４に出力される。また、ＦＣスタック３２を構成する各ＦＣセルの発電電圧（以下「セル電圧Ｖｃｅｌｌ」という。）［Ｖ］は、電圧センサ４６により検出され、ＥＣＵ２４に出力される。

水素タンク３４とＦＣスタック３２とを結ぶ経路３８には、レギュレータ５０が設けられている。このレギュレータ５０には、エアポンプ３６とＦＣスタック３２とを結ぶ経路４０から分岐した経路５２が連結されており、エアポンプ３６からの圧縮空気が供給される。レギュレータ５０は、供給された圧縮空気の圧力に応じて弁の開度を変化させ、ＦＣスタック３２に供給する水素の流量を調整する。

ＦＣスタック３２の出口側に設けられた水素用の経路５４及び空気用の経路５６には、出口側の水素を外部に排出するパージ弁５８と空気の圧力を調整する背圧弁６０が設けられている。また、水素用の入口側の経路３８と出口側の経路５４とを結ぶ経路６２が設けられている。ＦＣスタック３２から排出された水素は、この経路６２を介してＦＣスタック３２の入口側に戻される。出口側の経路５４、５６には、圧力センサ６４、６６が設けられ、その検出値（圧力値）は、それぞれＥＣＵ２４に出力される。

さらに、ＦＣスタック３２を冷却するためのウォータポンプ６８がＦＣスタック３２に設けられている。

［１−４．バッテリ２０］
バッテリ２０は、複数のバッテリセルを含む蓄電装置（エネルギストレージ）であり、例えば、リチウムイオン２次電池、ニッケル水素電池又はキャパシタ等を利用することができる。本実施形態ではリチウムイオン２次電池を利用している。バッテリ２０の出力電圧（以下「バッテリ電圧Ｖｂａｔ」という。）［Ｖ］は、電圧センサ７０により検出され、バッテリ２０の出力電流（以下「バッテリ電流Ｉｂａｔ」という。）［Ａ］は、電流センサ７２により検出され、それぞれＥＣＵ２４に出力される。なお、電圧センサ７０からのバッテリ電圧Ｖｂａｔと、電流センサ７２からのバッテリ電流Ｉｂａｔに基づいてＥＣＵ２４でバッテリ２０の残容量（ＳＯＣ）［％］が算出される。

［１−５．ＤＣ／ＤＣコンバータ２２］
ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、ＦＣユニット１８からのＦＣ電力Ｐｆｃと、バッテリ２０から供給された電力（以下「バッテリ電力Ｐｂａｔ」という。）［Ｗ］と、モータ１４からの回生電力Ｐｒｅｇとの供給先を制御する。

図２には、本実施形態におけるＤＣ／ＤＣコンバータ２２の詳細が示されている。図２に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、一方がバッテリ２０のある１次側１Ｓに接続され、他方が負荷３０とＦＣスタック３２との接続点である２次側２Ｓに接続されている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、１次側１Ｓの電圧（１次電圧Ｖ１）［Ｖ］を２次側２Ｓの電圧（２次電圧Ｖ２）［Ｖ］（Ｖ１≦Ｖ２）に昇圧するとともに、２次電圧Ｖ２を１次電圧Ｖ１に降圧する昇降圧型且つチョッパ型の電圧変換装置である。

図２に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、１次側１Ｓと２次側２Ｓとの間に配される相アームＵＡと、リアクトル８０とから構成される。

相アームＵＡは、上アーム素子（上アームスイッチング素子８２とダイオード８４）と下アーム素子（下アームスイッチング素子８６とダイオード８８）とで構成される。上アームスイッチング素子８２と下アームスイッチング素子８６には、例えば、ＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴが採用される。

リアクトル８０は、相アームＵＡの中点（共通接続点）とバッテリ２０の正極との間に挿入され、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２により１次電圧Ｖ１と２次電圧Ｖ２との間で電圧を変換する際に、エネルギを放出及び蓄積する作用を有する。

上アームスイッチング素子８２は、ＥＣＵ２４から出力されるゲート駆動信号（駆動電圧）ＵＨのハイレベルによりオンにされ、下アームスイッチング素子８６は、ゲートの駆動信号（駆動電圧）ＵＬのハイレベルによりオンにされる。

なお、ＥＣＵ２４は、１次側の平滑コンデンサ９２に並列に設けられた電圧センサ９０により１次電圧Ｖ１を検出し、電流センサ９４により１次側の電流（１次電流Ｉ１）［Ａ］を検出する。また、ＥＣＵ２４は、２次側の平滑コンデンサ９８に並列に設けられた電圧センサ９６により２次電圧Ｖ２を検出し、電流センサ１００により２次側の電流（２次電流Ｉ２）［Ａ］を検出する。

［１−６．ＥＣＵ２４］
ＥＣＵ２４は、通信線７８（図１）を介して、モータ１４、インバータ１６、ＦＣユニット１８、バッテリ２０及びＤＣ／ＤＣコンバータ２２を制御する。当該制御に際しては、メモリ（ＲＯＭ）に格納されたプログラムを実行し、また、電圧センサ４２、４６、７０、９０、９６、電流センサ４４、７２、９４、１００、圧力センサ６４、６６等の各種センサの検出値を用いる。

ここでの各種センサには、開度センサ１１０及び回転数センサ１１２（図１）が含まれる。開度センサ１１０は、アクセルペダル１１６の開度（以下「アクセル開度θ」又は「開度θ」という。）［度］を検出する。回転数センサ１１２は、モータ１４の回転数（以下「モータ回転数Ｎｍ」又は「回転数Ｎｍ」という。）［ｒｐｍ］を検出する。さらに、ＥＣＵ２４には、メインスイッチ１１８（以下「メインＳＷ１１８」という。）が接続される。メインＳＷ１１８は、ＦＣユニット１８及びバッテリ２０からモータ１４への電力供給の可否を切り替えるものであり、ユーザにより操作可能である。

ＥＣＵ２４は、マイクロコンピュータを含み、必要に応じて、タイマ、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等の入出力インタフェースを有する。なお、ＥＣＵ２４は、１つのＥＣＵのみからなるのではなく、モータ１４、ＦＣユニット１８、バッテリ２０及びＤＣ／ＤＣコンバータ２２毎の複数のＥＣＵから構成することもできる。

ＥＣＵ２４は、ＦＣスタック３２の状態、バッテリ２０の状態、及びモータ１４の状態の他、各種スイッチ及び各種センサからの入力（負荷要求）に基づき決定したＦＣ車両１０全体として電源システム１２に要求される負荷から、ＦＣスタック３２が負担すべき負荷と、バッテリ２０が負担すべき負荷と、回生電源（モータ１４）が負担すべき負荷の配分（分担）を調停しながら決定し、モータ１４、インバータ１６、ＦＣユニット１８、バッテリ２０及びＤＣ／ＤＣコンバータ２２に指令を送出する。

本実施形態のＥＣＵ２４は、通常発電機能１２０、発電抑制機能１２２、抑制解除機能１２４及び復帰立ち上がり速度変更機能１２６を備える。通常発電機能１２０は、後述する通常発電モードを制御する機能である。発電抑制機能１２２は、後述する発電休止モードを制御する機能であり、ＦＣ３２の発電を抑制する。抑制解除機能１２４は、発電抑制機能１２２によるＦＣ３２の発電抑制を解除する機能である。復帰立ち上がり速度変更機能１２６は、ＦＣ３２の発電抑制を解除した際、通常発電モードに復帰する速度（復帰立ち上がり速度）を変更する機能である。これらの機能１２０、１２２、１２４、１２６の詳細は後述する。

２．本実施形態の制御
次に、ＥＣＵ２４における制御について説明する。

［２−１．基本制御］
図３には、ＥＣＵ２４における基本的な制御のフローチャートが示されている。ステップＳ１において、ＥＣＵ２４は、メインＳＷ１１８がオンであるかどうかを判定する。メインＳＷ１１８がオンでない場合（Ｓ１：ＮＯ）、ステップＳ１を繰り返す。メインＳＷ１１８がオンである場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、ステップＳ２に進む。ステップＳ２において、ＥＣＵ２４は、電源システム１２に要求される負荷（システム負荷Ｌｓ）［Ｗ］を計算する。

ステップＳ３において、ＥＣＵ２４は、電源システム１２のエネルギマネジメントを行う。ここにいうエネルギマネジメントは、主として、ＦＣ３２の発電量（ＦＣ電力Ｐｆｃ）及びバッテリ２０の出力（バッテリ出力Ｐｂａｔ）を算出する処理であり、ＦＣスタック３２の劣化を抑制しつつ、電源システム１２全体の出力を効率化することを企図している。

ステップＳ４において、ＥＣＵ２４は、ステップＳ３のエネルギマネジメントの結果に基づいて、ＦＣスタック３２の周辺機器、すなわち、エアポンプ３６、背圧弁６０及びウォータポンプ６８の制御（ＦＣ発電制御）を行う。ステップＳ５において、ＥＣＵ２４は、モータ１４のトルク制御を行う。

ステップＳ６において、ＥＣＵ２４は、メインＳＷ１１８がオフであるかどうかを判定する。メインＳＷ１１８がオフでない場合（Ｓ６：ＮＯ）、ステップＳ２に戻る。メインＳＷ１１８がオフである場合（Ｓ６：ＹＥＳ）、今回の処理を終了する。

［２−２．システム負荷Ｌｓの計算］
図４には、システム負荷Ｌｓを計算するフローチャート（図３のＳ２の詳細）が示されている。ステップＳ１１において、ＥＣＵ２４は、開度センサ１１０からアクセルペダル１１６の開度θを読み込む。ステップＳ１２において、ＥＣＵ２４は、回転数センサ１１２からモータ１４の回転数Ｎｍ［ｒｐｍ］を読み込む。

ステップＳ１３において、ＥＣＵ２４は、開度θとモータ回転数Ｎｍに基づいてモータ１４の予想消費電力Ｐｍ［Ｗ］を算出する。具体的には、図５に示すマップにおいて、開度θ毎に回転数Ｎｍと予想消費電力Ｐｍの関係を記憶しておく。例えば、開度θがθ１であるとき、特性１３０を用いる。同様に、開度θがθ２、θ３、θ４、θ５、θ６であるとき、それぞれ特性１３２、１３４、１３６、１３８、１４０を用いる。そして、開度θに基づいて回転数Ｎｍと予想消費電力Ｐｍとの関係を示す特性を特定した上で、回転数Ｎｍに応じた予想消費電力Ｐｍを特定する。

ステップＳ１４において、ＥＣＵ２４は、各補機から現在の動作状況を読み込む。ここでの補機には、例えば、エアポンプ３６、ウォータポンプ６８及び図示しないエアコンディショナを含む高電圧系の補機や、図示しない低電圧バッテリ、アクセサリ及びＥＣＵ２４を含む低電圧系の補機が含まれる。例えば、エアポンプ３６及びウォータポンプ６８であれば、回転数Ｎａｐ、Ｎｗｐ［ｒｐｍ］を読み込む。前記エアコンディショナであれば、その出力設定を読み込む。

ステップＳ１５において、ＥＣＵ２４は、各補機の現在の動作状況に応じて補機の消費電力Ｐａ［Ｗ］を算出する。ステップＳ１６において、ＥＣＵ２４は、モータ１４の予想消費電力Ｐｍと補機の消費電力Ｐａを加算してＦＣ車両１０全体での予想消費電力（すなわち、システム負荷Ｌｓ）を算出する。

［２−３．エネルギマネジメント］
上記のように、本実施形態におけるエネルギマネジメントでは、主として、ＦＣ３２の発電量（ＦＣ電力Ｐｆｃ）及びバッテリ２０の出力（バッテリ出力Ｐｂａｔ）を算出する。

（２−３−１．ＦＣ３２の出力制御）
ＦＣ３２の特性上、ＦＣ電圧Ｖｆｃは、基本的にＤＣ/ＤＣコンバータ２２の２次電圧Ｖ２と等しくなる。このため、ＤＣ/ＤＣコンバータ２２により２次電圧Ｖ２を調整することにより、ＦＣ電圧Ｖｆｃを制御することが可能となる。また、ＦＣ３２の電流−電圧（ＩＶ）特性上、ＦＣ電圧Ｖｆｃを制御することにより、ＦＣ電流Ｉｆｃを制御することができる。このため、本実施形態では、２次電圧Ｖ２の目標値（以下「目標２次電圧Ｖ２ｔｇｔ」という。）を用いてＦＣ電圧Ｖｆｃ及びＦＣ電流Ｉｆｃを制御する。

（２−３−２．発電モード）
本実施形態では、ＦＣ３２の発電に関する動作モード（発電モード）として、通常発電モードと発電休止モードを用いる。通常発電モードは、通常走行（休止モードではない走行）において用いるモードであり、ＥＣＵ２４の通常発電機能１２０により実現される。発電休止モードは、メインＳＷ１１８（図１）がオンの状態においてＦＣ３２が積極的な発電を停止する（換言すると、ＦＣ３２の発電を抑制する）モードであり、発電抑制機能１２２により実現される。ここにいう積極的な発電（又は発電の抑制）とは、ＥＣＵ２４からの指令に基づき行うＦＣ３２の発電を指し、残留ガスによる発電を含まない。なお、通常発電モードと発電休止モードの選択は、抑制解除機能１２４により実行される。また、発電休止モードではＦＣ３２の発電を抑制するが、当該抑制は、発電休止モードから通常発電モードに切り替わっても直ちには解除されず、車速Ｖ［ｋｍ／ｈ］が所定値以上になった場合に解除される。

図６は、ＥＣＵ２４（抑制解除機能１２４）が発電モードを選択するフローチャートである。ステップＳ２１において、ＥＣＵ２４は、回転数センサ１１２からのモータ１４の回転数Ｎｍに基づいて車速Ｖを算出する。ステップＳ２２において、ＥＣＵ２４は、発電休止モードが選択中であるか否かを判定する。具体的には、通常発電モードと発電休止モードのいずれが選択されているかを示す発電モードフラグＦＬＧ１が、「０」であるとき、通常発電モードであると判定し、「１」であるとき、発電休止モードであると判定する。発電モードフラグＦＬＧ１が０であり、発電休止モードが選択中でない場合（Ｓ２２：ＮＯ）、ステップＳ２３に進む。発電モードフラグＦＬＧ１が１であり、発電休止モードが選択中である場合（Ｓ２２：ＹＥＳ）、ステップＳ２５に進む。

ステップＳ２３において、ＥＣＵ２４は、発電休止モードを開始すべきか否かを判定する。具体的には、ステップＳ２１で算出した車速Ｖが、発電休止モードを開始するか否かを判定するための第１車速閾値ＴＨＶ１（以下「閾値ＴＨＶ１」ともいう。）以下であるか否かを判定する。車速Ｖが閾値ＴＨＶ１以下でなく発電休止モードを開始しない場合（Ｓ２３：ＮＯ）、ステップＳ２７に進む。車速Ｖが閾値ＴＨＶ１以下であり、発電休止モードを開始する場合（Ｓ２３：ＹＥＳ）、ステップＳ２４において、ＥＣＵ２４は、発電モードフラグＦＬＧ１を「０」から「１」に変更する。

続くステップＳ２５において、ＥＣＵ２４は、発電休止モードを終了すべきか否かを判定する。具体的には、ステップＳ２１で算出した車速Ｖが、発電休止モードを終了するか否かを判定するための第２車速閾値ＴＨＶ２（以下「閾値ＴＨＶ２」ともいう。）以上であるか否かを判定する。本実施形態において、閾値ＴＨＶ２は、閾値ＴＨＶ１よりも高い値に設定される（ＴＨＶ２＞ＴＨＶ１）。これにより、発電休止モードの選択にヒステリシス特性を持たせることが可能となり、発電モードの切替えが過度に多く発生することを防止することができる。

車速Ｖが閾値ＴＨＶ２以上でなく発電休止モードを終了しない場合（Ｓ２５：ＮＯ）、ステップＳ２６において、ＥＣＵ２４は、発電モードフラグＦＬＧ１に「１」を設定して発電休止モードを選択する。ステップＳ２３において発電休止モードを開始しない場合（Ｓ２３：ＮＯ）又はステップＳ２５において車速Ｖが閾値ＴＨＶ２以上である場合（Ｓ２５：ＹＥＳ）、ステップＳ２７において、ＥＣＵ２４は、発電モードフラグＦＬＧ１に「０」を設定して通常発電モードを選択する。

（２−３−３．発電休止モードから通常発電モードに移行する際の制御）
本実施形態では、発電休止モード（低負荷状態）直後に高負荷（高いシステム負荷Ｌｓ）が要求される場合、ＦＣ３２の出力を迅速に増加させる制御を行う。これにより、ＦＣ３２の出力が、要求負荷に追従できないことにより車両１０のドライバビリティ（動力性能）が悪化することを防止することが可能となる。

（２−３−３−１．発電休止モードから通常発電モードに移行する際の制御）
図７は、発電休止モードから通常発電モードに移行する際の制御のフローチャートである。ステップＳ３１において、ＥＣＵ２４は、ドライバビリティ（以下「ＤＲ」ともいう。）の悪化対策実施の要否を判定する。ステップＳ３２において、ＥＣＵ２４は、ドライバビリティの悪化対策終了の要否を判定する。ステップＳ３３において、ＥＣＵ２４は、ステップＳ３１、Ｓ３２の判定結果に応じた各部の制御を実行する。ドライバビリティの悪化対策の実施及び終了の判定並びに当該悪化対策の実施は、ＥＣＵ２４の復帰立ち上がり速度変更機能１２６により実行される。

（２−３−３−２．ドライバビリティの悪化対策実施の要否判定）
図８は、ドライバビリティの悪化対策実施の要否を判定するフローチャート（図７のＳ３１の詳細）である。ステップＳ４１において、ＥＣＵ２４は、発電休止モードの解除直後において高負荷条件を判定中であるか否かを判定する。前記高負荷条件は、高負荷が要求されているか否かを判定するための条件である。ステップＳ４１の判定には、発電休止モードの解除直後であるか否かを示す発電休止モード解除フラグＦＬＧ２（以下「フラグＦＬＧ２」ともいう。）を用いる。すなわち、フラグＦＬＧ２は、発電休止モードの解除直後であれば「１」が設定され、解除直後でなければ「０」が設定される。

フラグＦＬＧ２が１であり、高負荷条件を判定中である場合（Ｓ４１：ＹＥＳ）、ステップＳ４５に進む。フラグＦＬＧ２が０であり、高負荷条件を判定中でない場合（Ｓ４１：ＮＯ）、ステップＳ４２に進む。

ステップＳ４２において、ＥＣＵ２４は、今回の演算周期で発電休止モードが解除されたか否かを判定する。当該判定は、上述した発電モードフラグＦＬＧ１が前回の演算周期において「１」だったのが、今回の演算周期で「０」に切り替えられたか否かに基づいて行う。今回の演算周期で発電休止モードが解除されていない場合（Ｓ４２：ＮＯ）、ステップＳ５０に進む。今回の演算周期で発電休止モードが解除された場合（Ｓ４２：ＹＥＳ）、ステップＳ４３に進む。

ステップＳ４３において、ＥＣＵ２４は、前記高負荷条件の判定を開始する。具体的には、前記発電休止モード解除フラグＦＬＧ２に「１」を設定する。ステップＳ４４において、ＥＣＵ２４は、高負荷条件の判定期間を設定する。具体的には、第１タイマＴ１（以下「タイマＴ１」ともいう。）のカウントを開始する。

ステップＳ４１において高負荷条件を判定中である場合（Ｓ４１：ＹＥＳ）又はステップＳ４４の後、ステップＳ４５において、ＥＣＵ２４は、高負荷条件の判定期間が終了したか否かを判定する。具体的には、タイマＴ１が、高負荷条件の判定期間が終了したか否かを判定するための第１タイマ閾値ＴＨＴ１（以下「閾値ＴＨＴ１」ともいう。）以上であるか否かを判定する。タイマＴ１が閾値ＴＨＴ１以上である場合（Ｓ４５：ＹＥＳ）、ステップＳ４６において、ＥＣＵ２４は、発電休止モード解除フラグＦＬＧ２に「０」を設定し、高負荷条件の判定を終了する。ステップＳ４６の後は、ステップＳ５０に進む。タイマＴ１が閾値ＴＨＴ１以上でない場合（Ｓ４５：ＮＯ）、ステップＳ４７に進む。

ステップＳ４７において、ＥＣＵ２４は、第１の高負荷条件（以下「高負荷条件１」という。）として、車速Ｖが、高負荷を判定するための第３車速閾値ＴＨＶ３（以下「閾値ＴＨＶ３」ともいう。）以上であるか否かを判定する。車速Ｖが閾値ＴＨＶ３以上でない場合（Ｓ４７：ＮＯ）、ステップＳ５０に進む。車速Ｖが閾値ＴＨＶ３以上である場合（Ｓ４７：ＹＥＳ）、ステップＳ４８に進む。

ステップＳ４８において、ＥＣＵ２４は、第２の高負荷条件（以下「高負荷条件２」という。）として、開度センサ１１０からのアクセル開度θが、高負荷を判定するための第１開度閾値ＴＨθ１（以下「閾値ＴＨθ１」ともいう。）以上であるか否かを判定する。アクセル開度θが閾値ＴＨθ１以上でない場合（Ｓ４８：ＮＯ）、ステップＳ５０に進む。アクセル開度θが閾値ＴＨθ１以上である場合（Ｓ４８：ＹＥＳ）、ステップＳ４９に進む。

ステップＳ４９において、ＥＣＵ２４は、ドライバビリティの悪化対策実施が必要であると判定する。具体的には、ドライバビリティの悪化対策実施の要否を示すＤＲ悪化フラグＦＬＧ３（以下「フラグＦＬＧ３」ともいう。）に、当該実施が必要であることを示す「１」を設定する。

ステップＳ４２において発電休止モードの解除を要さない場合（Ｓ４２：ＮＯ）、ステップＳ４６の後、ステップＳ４７において高負荷条件１が成立しない場合（Ｓ４７：ＮＯ）、又はステップＳ４８において高負荷条件２が成立しない場合（Ｓ４８：ＮＯ）、ステップＳ５０において、ＥＣＵ２４は、ドライバビリティの悪化対策実施が不要であると判定する。具体的には、前記ＤＲ悪化フラグＦＬＧ３に、当該実施が不要であることを示す「０」を設定する。

（２−３−３−３．ドライバビリティの悪化対策終了の要否判定）
図９は、ドライバビリティの悪化対策終了の要否を判定するフローチャート（図７のＳ３２の詳細）である。ステップＳ６１において、ＥＣＵ２４は、前記ＤＲ悪化フラグＦＬＧ３が、ドライバビリティの悪化対策実施が必要であることを示す「１」であるか否かを判定する。フラグＦＬＧ３が「１」でない場合（Ｓ６１：ＮＯ）、ステップＳ６６に進む。フラグＦＬＧ３が「１」である場合（Ｓ６１：ＹＥＳ）、ステップＳ６２に進む。

ステップＳ６２において、ＥＣＵ２４は、既にドライバビリティの悪化対策が実施中であるか否かを判定する。具体的には、ドライバビリティの悪化対策の実施期間を設定する第２タイマＴ２（以下「タイマＴ２」ともいう。）がゼロであるか否かを判定する。タイマＴ２がゼロでなく、既にドライバビリティの悪化対策が実施中である場合（Ｓ６２：ＹＥＳ）、ステップＳ６４に進む。タイマＴ２がゼロであり、未だドライバビリティの悪化対策実施が開始されていない場合（Ｓ６２：ＮＯ）、ステップＳ６３に進む。

ステップＳ６３において、ＥＣＵ２４は、ドライバビリティの悪化対策の実施期間を設定する。具体的には、第２タイマＴ２のカウントを開始する。

ステップＳ６４において、ＥＣＵ２４は、ドライバビリティの悪化対策の実施期間が終了したか否かを判定する。具体的には、タイマＴ２が０であるか否かを判定する。タイマＴ２が０でない場合（Ｓ６４：ＮＯ）、ステップＳ６５に進む。タイマＴ２がゼロである場合（Ｓ６４：ＹＥＳ）、ステップＳ６６に進む。

ステップＳ６５において、ＥＣＵ２４は、高負荷状態が終了したか否かを判定する。具体的には、アクセル開度θが、高負荷状態の終了を判定するための第２開度閾値ＴＨθ２（以下「閾値ＴＨθ２」ともいう。）以下であるか否かを判定する。閾値ＴＨθ２は、上記閾値ＴＨθ１よりも小さい値に設定される（ＴＨθ２＜ＴＨθ１）。

アクセル開度θが閾値ＴＨθ２以下でなく、高負荷状態が終了していない場合（Ｓ６５：ＮＯ）、今回の演算処理を終え、次の演算周期に進む。ステップＳ６１においてＤＲ悪化フラグＦＬＧ３が「１」でない場合（Ｓ６１：ＮＯ）、ステップＳ６４においてドライバビリティの悪化対策実施期間が終了した場合（Ｓ６４：ＹＥＳ）又はステップＳ６５においてアクセル開度θが閾値ＴＨθ２以下であり、高負荷状態が終了した場合（Ｓ６５：ＹＥＳ）、ステップＳ６６において、ＥＣＵ２４は、フラグＦＬＧ３に「０」を設定し、ドライバビリティの悪化対策実施を終了する。

（２−３−３−４．ドライバビリティの悪化対策終了の要否判定）
図１０は、図７のステップＳ３１、Ｓ３２の判定結果に応じた制御を実行するフローチャート（図７のＳ３３の詳細）である。ステップＳ７１において、ＥＣＵ２４は、ドライバビリティの悪化対策実施中であるか否かを判定する。当該判定は、前記ＤＲ悪化判定フラグＦＬＧ３に基づいて行う。すなわち、フラグＦＬＧ３が「０」である場合、当該悪化対策は実施中ではなく、フラグＦＬＧ３が「１」である場合、当該悪化対策が実施中である。フラグＦＬＧ３が「１」であり、ドライバビリティの悪化対策を実施中である場合（Ｓ７１：ＹＥＳ）、ステップＳ７２に進む。

ステップＳ７２〜Ｓ７５は、ドライバビリティの悪化対策としての処理である。すなわち、ステップＳ７２において、ＥＣＵ２４は、目標２次電圧Ｖ２ｔｇｔの初期値（以下「初期値Ｖ２ｉｎｉ」という。）が、フラグＦＬＧ３の切替え後に新たに設定済であるか否かを判定する。上記の通り、目標２次電圧Ｖ２ｔｇｔを用いることでＦＣ電圧Ｖｆｃを制御することができる。初期値Ｖ２ｉｎｉを設定済である場合（Ｓ７２：ＹＥＳ）、ステップＳ７４に進む。初期値Ｖ２ｉｎｉを設定済でない場合（Ｓ７２：ＮＯ）、ステップＳ７３に進む。

ステップＳ７３において、ＥＣＵ２４は、通常の初期値Ｖ２ｉｎｉ（ステップＳ７７で設定される初期値Ｖ２ｉｎｉ）から補正値α（図１６）を引いた値を今回の初期値Ｖ２ｉｎｉとして設定する。補正値αは、ＦＣ３２の発電抑制解除後、直ちにＦＣ３２の出力を増加させるために通常の初期値Ｖ２ｉｎｉから差し引く値であり、ゼロより大きい（α＞０）。すなわち、本実施形態では、発電休止モードにおける目標２次電圧Ｖ２ｔｇｔは、ＦＣ３２の開回路電圧（ＯＣＶ）よりも高く設定される（図１６）。２次電圧Ｖ２をＦＣ電圧Ｖｆｃよりも高くすることで、ＦＣ３２の発電をより確実に行わせないためである。このため、補正値αは、目標２次電圧Ｖ２ｔｇｔがＯＣＶと等しくなる値又はその近傍値に設定される。これにより、ＦＣ３２の発電抑制の解除後、直ちにＦＣ３２からの出力を発生及び増加させることが可能となる（更なる詳細は、図１６を用いて説明する。）。

ステップＳ７４において、ＥＣＵ２４は、ＦＣ電流Ｉｆｃの目標値（目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔ）を演算する。ドライバビリティの悪化対策実施中は、通常時（Ｓ７８）における目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔに係数βを掛けた値を目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔとして設定する。係数βは、悪化対策実施中においてＦＣ３２の出力を増大させるための係数であり、１よりも大きい（β＞１）。

ステップＳ７５において、ＥＣＵ２４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２のフィードバック（ＦＢ）制御で用いるゲイン（以下「ＦＢゲインＧｆｂ」又は「コンバータＦＢゲインＧｆｂ」という。）を演算する。ドライバビリティの悪化対策実施中は、通常時（Ｓ７９）におけるＦＢゲインＧｆｂに係数γを掛けた値をＦＢゲインＧｆｂとして設定する。係数γは、悪化対策実施中においてＦＣ３２の出力を増大させるための係数であり、１よりも大きい（γ＞１）。

ステップＳ７１に戻り、ＤＲ悪化フラグＦＬＧ３が「０」であり、ドライバビリティの悪化対策を実施中でない場合（Ｓ７１：ＮＯ）、ステップＳ７６に進む。

ステップＳ７６〜Ｓ７９は、通常時（ドライバビリティの悪化対策を実施しない場合）の処理である。すなわち、ステップＳ７６において、ＥＣＵ２４は、目標２次電圧Ｖ２ｔｇｔの初期値Ｖ２ｉｎｉが、フラグＦＬＧ３の切替え後に新たに設定済であるか否かを判定する。初期値Ｖ２ｉｎｉを設定済である場合（Ｓ７６：ＹＥＳ）、ステップＳ７８に進む。初期値Ｖ２ｉｎｉを設定済でない場合（Ｓ７６：ＮＯ）、ステップＳ７７に進む。

ステップＳ７７において、ＥＣＵ２４は、通常の初期値Ｖ２ｉｎｉを設定する。上記のように、通常の初期値Ｖ２ｉｎｉは、ＯＣＶよりも高い値に設定される。

ステップＳ７８において、ＥＣＵ２４は、目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔを演算する。目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔは、基本的に、図４のフローチャートで算出されるシステム負荷Ｌｓに応じて設定される。すなわち、システム負荷Ｌｓに応じてＦＣ電力Ｐｆｃの目標値（以下「目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔ」という。）が割り当てられる。本実施形態では、この目標ＦＣ電力Ｐｆｃｔｇｔに応じて目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔが算出される。

但し、ＦＣ電流Ｉｆｃが急激に変化すると、ＦＣ３２の劣化を招く可能性がある。このため、本実施形態では、演算周期毎の目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔの変化量の最大値（許容最大変化量）を設定し、それ以上の変化を許容しないレートリミット制御を行う。但し、上述したステップＳ７４においては、ドライバビリティの悪化対策を実施中は、許容最大変化量も通常時の値に係数βが乗算される。

ステップＳ７９において、ＥＣＵ２４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２のＦＢゲインＧｆｂを演算する。すなわち、本実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２が制御対象とする目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔは、目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔに応じて設定される。すなわち、本実施形態のＦＣ３２は、一般的な燃料電池と同様の電流−電圧特性（ＩＶ特性）を有する。従って、目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔに応じて目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを設定することができる。

また、ＦＣ３２の特性上、ＦＣ３２の通常出力時においてＦＣ電圧Ｖｆｃは、２次電圧Ｖ２と略等しくなる。このため、ＥＣＵ２４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２により２次電圧Ｖ２を制御することによりＦＣ電圧Ｖｆｃを制御することができる。換言すると、ＥＣＵ２４は、２次電圧Ｖ２が目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔと等しくなるようにＤＣ／ＤＣコンバータ２２を制御する。

そして、ＦＢゲインＧｆｂは、目標２次電圧Ｖ２ｔｇｔと実際の２次電圧Ｖ２との偏差ΔＶ２（＝Ｖ２ｔｇｔ−Ｖ２）に対して乗算されるものである。

本実施形態のＥＣＵ２４は、目標２次電圧Ｖ２ｔｇｔと電圧センサ９０が検出したＶ１とに基づいてフィードフォワード項（以下「ＦＦ項」という。）を演算する。ＦＦ項は、１次電圧Ｖ１と、目標２次電圧Ｖ２ｔｇｔとの商Ｖ１／Ｖ２ｔｇｔである。また、ＥＣＵ２４は、偏差ΔＶ２と係数βの積を用いたＰＩＤ制御（比例・積分・微分制御）によりフィードバック項（以下「ＦＢ項」という。）を演算する。そして、ＦＦ項とＦＢ項の和としての目標デューティＤＵＴｔａｒを算出する。目標デューティＤＵＴｔａｒは、１スイッチング周期［ｓ］における駆動信号ＵＨ、ＵＬの出力期間［ｓ］を規定する。

上記のように、ＦＢ項の算出において、１より大きい係数βを偏差ΔＶ２に掛けることで、ＦＢ項が大きくなるため、実際の２次電圧Ｖ２を目標２次電圧Ｖ２ｔｇｔにより早く収束させることができるようになる。

［２−４．ＦＣ発電制御］
上記のように、ＦＣ発電制御（図３のＳ４）として、ＥＣＵ２４は、ＦＣスタック３２の周辺機器、すなわち、エアポンプ３６、背圧弁６０及びウォータポンプ６８を制御する。

図１１は、ＦＣ発電制御のフローチャートである。ステップＳ８１において、ＥＣＵ２４は、電圧センサ４２からＦＣ電圧Ｖｆｃを読み込む。ステップＳ８２において、ＥＣＵ２４は、ＦＣ電圧Ｖｆｃに基づいてＦＣスタック３２の目標電流（目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔ）［Ａ］を設定する。具体的には、図１２に示すマップを事前にＥＣＵ２４の記憶手段（図示せず）に記憶しておく。そして、ＦＣ電圧Ｖｆｃに対応する目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔを当該マップから読み出す。

ステップＳ８３において、ＥＣＵ２４は、目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔに基づいてエアポンプ３６の回転数Ｎａｐの目標値（目標回転数Ｎａｐｔｇｔ）［ｒｐｍ］を設定する。具体的には、図１３に示すマップを事前にＥＣＵ２４の記憶手段に記憶しておく。そして、目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔに対応する目標回転数Ｎａｐｔｇｔを当該マップから読み出す。

ステップＳ８４において、ＥＣＵ２４は、目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔに基づいて背圧弁６０の開度θｖの目標値（目標開度θｖｔｇｔ）［度］を設定する。具体的には、図１４に示すマップを事前にＥＣＵ２４の記憶手段に記憶しておく。そして、目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔに対応する目標開度θｖｔｇｔを当該マップから読み出す。

ステップＳ８５において、ＥＣＵ２４は、エアポンプ３６の回転数Ｎａｐについて経路５６における流量ＦＲに基づくフィードバック制御を行う。具体的には、ＥＣＵ２４は、圧力センサ６６からの圧力Ｐ２（流量ＦＲに対応する）に基づいて回転数Ｎａｐと目標回転数Ｎａｐｔｇｔとの差を判定する。すなわち、圧力Ｐ２と回転数Ｎａｐとの関係を予めマップとして記憶しておき、当該マップと圧力Ｐ２に基づいて回転数Ｎａｐを算出する。そして、算出した回転数Ｎａｐと目標回転数Ｎａｐｔｇｔとの差を算出して当該差をフィードバック項に反映する。

ステップＳ８６において、ＥＣＵ２４は、背圧弁６０の開度θｖについて圧力センサ６４、６６からの圧力Ｐ１、Ｐ２に基づくフィードバック制御を行う。具体的には、ＥＣＵ２４は、圧力センサ６４、６６からの圧力Ｐ１、Ｐ２に基づいて開度θｖと目標開度θｖｔｇｔとの差を判定する。すなわち、圧力Ｐ１、Ｐ２と開度θｖとの関係を予めマップとして記憶しておき、当該マップと圧力Ｐ１、Ｐ２に基づいて開度θｖを算出する。そして、算出した開度θｖと目標回転数Ｎａｐｔｇｔとの差を算出して当該差をフィードバック項に反映する。

［２−５．モータ１４のトルク制御］
図１５には、モータ１４のトルク制御のフローチャートが示されている。ステップＳ９１において、ＥＣＵ２４は、回転数センサ１１２からモータ回転数Ｎｍを読み込む。ステップＳ９２において、ＥＣＵ２４は、開度センサ１１０からアクセルペダル１１６の開度θを読み込む。

ステップＳ９３において、ＥＣＵ２４は、モータ回転数Ｎｍと開度θに基づいてモータ１４の仮目標トルクＴｔｇｔ＿ｐ［Ｎ・ｍ］を算出する。具体的には、図示しない記憶手段に回転数Ｎｍと開度θと仮目標トルクＴｔｇｔ＿ｐを関連付けたマップを記憶しておき、当該マップと、回転数Ｎｍ及び開度θとに基づいて仮目標トルクＴｔｇｔ＿ｐを算出する。

ステップＳ９４において、ＥＣＵ２４は、電源システム１２からモータ１４に供給可能な電力の限界値（限界供給電力Ｐｓ＿ｌｉｍ）［Ｗ］に等しいモータ１４の限界出力（モータ限界出力Ｐｍ＿ｌｉｍ）［Ｗ］を算出する。具体的には、限界供給電力Ｐｓ＿ｌｉｍ及びモータ限界出力Ｐｍ＿ｌｉｍは、ＦＣスタック３２からのＦＣ電力Ｐｆｃとバッテリ２０から供給可能な電力の限界値（限界出力Ｐｂａｔ＿ｌｉｍ）［Ｗ］との和から補機の消費電力Ｐａを引いたものである（Ｐｍ＿ｌｉｍ＝Ｐｓ＿ｌｉｍ←Ｐｆｃ＋Ｐｂａｔ＿ｌｉｍ−Ｐａ）。

ステップＳ９５において、ＥＣＵ２４は、モータ１４のトルク制限値Ｔｌｉｍ［Ｎ・ｍ］を算出する。具体的には、モータ限界出力Ｐｍ＿ｌｉｍを車速Ｖで除したものをトルク制限値Ｔｌｉｍとする（Ｔｌｉｍ←Ｐｍ＿ｌｉｍ／Ｖ）。

ステップＳ９６において、ＥＣＵ２４は、目標トルクＴｔｇｔ［Ｎ・ｍ］を算出する。具体的には、ＥＣＵ２４は、仮目標トルクＴｔｇｔ＿ｐに対してトルク制限値Ｔｌｉｍによる制限を加えたものを目標トルクＴｔｇｔとする。例えば、仮目標トルクＴｔｇｔ＿ｐがトルク制限値Ｔｌｉｍ以下である場合（Ｔｔｇｔ＿ｐ≦Ｔｌｉｍ）、仮目標トルクＴｔｇｔ＿ｐをそのまま目標トルクＴｔｇｔとする（Ｔｔｇｔ←Ｔｔｇｔ＿ｐ）。一方、仮目標トルクＴｔｇｔ＿ｐがトルク制限値Ｔｌｉｍを超える場合（Ｔｔｇｔ＿ｐ＞Ｔｌｉｍ）、トルク制限値Ｔｌｉｍを目標トルクＴｔｇｔとする（Ｔｔｇｔ←Ｔｌｉｍ）。

そして、算出した目標トルクＴｔｇｔを用いてモータ１４を制御する。

３．各種制御の例
図１６には、本実施形態及び比較例における各種制御を用いた場合のタイムチャートの例が示されている。ここでの比較例は、ドライバビリティの悪化対策を実施しない制御、ずなわち、図１０のステップＳ７６〜Ｓ７９を用い、ステップＳ７２〜Ｓ７５を用いない制御である。また、図１６の目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔ、目標２次電圧Ｖ２ｔｇｔ及びＦＣ電流Ｉｆｃに関し、実線で示したものが本実施形態に係るものであり、破線で示したものが比較例に係るものである。

図１６の時点ｔ１までは、車速Ｖが前記閾値ＴＨＶ２未満であるため（図６のＳ２５：ＮＯ）、発電休止モードが選択される（Ｓ２６）。なお、時点ｔ１まではＦＣ電流Ｉｆｃが一定であるにもかかわらず、車速Ｖが増加しているのは、バッテリ２０からモータ１４に電力が供給されているためである。

時点ｔ１になると、車速Ｖが閾値ＴＨＶ２以上となるため（Ｓ２５：ＹＥＳ）、通常発電モードに切り替わる（Ｓ２７）。しかし、時点ｔ１では、車速Ｖが、ＦＣ３２の発電の抑制解除を判定する第４車速閾値ＴＨＶ４（以下「閾値ＴＨＶ４」ともいう。）未満であるため、抑制解除は行われない。

また、時点ｔ１では、タイマＴ１が閾値ＴＨＴ１以上でなく（図８のＳ４５：ＮＯ）、車速Ｖが閾値ＴＨＶ３以上であり（Ｓ４７：ＹＥＳ）且つアクセル開度θが閾値ＴＨθ１以上である（Ｓ４８：ＹＥＳ）。従って、ドライバビリティの悪化対策が実施される（Ｓ４９）。これに伴って、目標２次電圧Ｖ２ｔｇｔの初期値Ｖ２ｉｎｉは、通常の初期値Ｖ２ｉｎｉから補正値αだけ下げられた値となる。

時点ｔ２において、車速Ｖが閾値ＴＨＶ４以上となると、ＥＣＵ２４は、ＦＣ３２の発電抑制の解除を行う。すなわち、それまでは、バッテリ２０の電力によりモータ１４を駆動していたところ、ＦＣ電力Ｐｆｃも利用してモータ１４を駆動する。これに伴い、ＥＣＵ２４が算出する目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔは徐々に増加する。但し、レートリミット制御が行われているため、本実施形態及び比較例のいずれも、その増加の傾きは一定である。また、上述したように、本実施形態の方が比較例よりも傾きは大きい。

さらに、本実施形態では、抑制解除がされた時点ｔ２において直ちに目標２次電圧Ｖ２ｔｇｔがＯＣＶ以下となり、ＦＣ電流Ｉｆｃが増加している。これに対し、比較例では、時点ｔ２では目標２次電圧Ｖ２ｔｇｔがＯＣＶより大きいため、ＦＣ電流Ｉｆｃが増加しない。時点ｔ３以降は、比較例でも目標２次電圧Ｖ２ｔｇｔがＯＣＶ以下となり、ＦＣ電流Ｉｆｃが増加する。

４．本実施形態の効果
以上説明したように、本実施形態によれば、ＦＣ３２の発電抑制中に高負荷条件（図８のＳ４７：ＹＥＳ、Ｓ４８：ＹＥＳ）及び抑制解除条件（Ｖ４＞ＴＨＶ４）が成立した場合には、高負荷条件が成立せずに抑制解除条件が成立した場合と比べて、発電抑制の解除直後に目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔの単位時間当たりの変化量を大きくする（図１０のＳ７４）。これにより、ＦＣ３２の発電抑制を解除する際、高負荷が要求されていれば、好適なドライバビリティを確保することが可能となる。また、ＦＣ３２の発電抑制を解除する際、高負荷が要求されていなければ、発電抑制の解除直後に目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔを大きくしないため（通常の制御としてのステップＳ７８を用いるため）、優れた燃費を維持することが可能となる。

本実施形態において、エアポンプ３６の目標回転数Ｎａｐｔｇｔ及び背圧弁６０の目標開度θｖｔｇｔを目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔに追従させ、ＥＣＵ２４（発電抑制機能１２２）による発電抑制中に高負荷条件（図８のＳ４７：ＹＥＳ、Ｓ４８：ＹＥＳ）及び抑制解除条件（Ｖ４＞ＴＨＶ４）が成立した場合、ＥＣＵ２４（復帰立ち上がり速度変更機能１２６）は、前記高負荷条件が成立せずに前記抑制解除条件が成立した場合と比べて、目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔを高く設定することでエアポンプ３６の回転数Ｎａｐ及び背圧弁６０の開度θｖを大きくする。これにより、ＦＣ３２の発電抑制を解除する際、高負荷が要求されていても反応ガスの不足を防止することが可能となり、反応ガスの不足に伴うＦＣ３２の劣化を抑制することが可能となる。また、ＦＣ３２の発電抑制を解除する際、高負荷が要求されている場合の反応ガスの不足を抑制することにより、ドライバビリティをより確実に維持することが可能となる。

本実施形態において、ＥＣＵ２４（発電抑制機能１２２）による発電抑制中に高負荷条件（図８のＳ４７：ＹＥＳ、Ｓ４８：ＹＥＳ）及び抑制解除条件（Ｖ４＞ＴＨＶ４）が成立した場合、ＥＣＵ２４（復帰立ち上がり速度変更機能１２６）は、前記高負荷条件が成立せずに前記抑制解除条件が成立した場合と比べて、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２のＦＢゲインＧｆｂを大きくすることでＦＣ電圧Ｖｆｃの変化速度を大きくする。これにより、ＦＣ３２の発電抑制を解除する際、高負荷が要求されていてもＦＣ電圧Ｖｆｃを迅速に変化させることでＦＣ３２から良好に電流を引くことが可能となる。その結果、発電抑制を解除した直後であっても、ＦＣ電力Ｐｆｃを要求負荷に速やかに追従させることが可能となるため、ドライバビリティをより向上させることができる。

本実施形態において、ＥＣＵ２４（発電抑制機能１２２）による発電抑制中に高負荷条件（図８のＳ４７：ＹＥＳ、Ｓ４８：ＹＥＳ）及び抑制解除条件（Ｖ４＞ＴＨＶ４）が成立した場合、ＥＣＵ２４（復帰立ち上がり速度変更機能１２６）は、前記高負荷条件が成立せずに前記抑制解除条件が成立した場合と比べて、前記発電抑制解除後の目標２次電圧Ｖ２ｔｇｔの初期値Ｖ２ｉｎｉを下げる（図１０のＳ７３）。

ＦＣ３２の特性上、ＦＣ電圧Ｖｆｃが低い方が、ＦＣ電流Ｉｆｃ及びＦＣ電力Ｐｆｃを大きくすることが可能である。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、２次電圧Ｖ２を調整することによりＦＣ電圧Ｖｆｃを制御する。本実施形態によれば、ＦＣ３２の発電抑制を解除する際、高負荷が要求されていれば、コンバータの出力電圧（２次電圧Ｖ２）の初期値Ｖ２ｉｎｉを下げることで、ＦＣ電力Ｐｆｃを迅速に増加させることが可能となる。その結果、発電抑制を解除した直後であっても、ＦＣ電力Ｐｆｃを要求負荷に速やかに追従させることが可能となるため、ドライバビリティをより向上させることができる。

５．変形例
なお、この発明は、上記実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。例えば、以下の構成を採用することができる。

［５−１．適用対象］
上記実施形態では、電源システム１２をＦＣ車両１０に適用した例を示したが、これに限らず、電源システム１２を別の対象に適用してもよい。例えば、電動アシスト自転車、船舶や航空機等の移動体に適用することもできる。

［５−２．電源システム１２の構成］
上記実施形態では、ＦＣ３２とバッテリ２０を並列に配置し、バッテリ２０の手前にＤＣ／ＤＣコンバータ２２を配置する構成としたが、これに限らない。例えば、図１７に示すように、ＦＣ３２とバッテリ２０を並列に配置し、昇圧式、降圧式又は昇降圧式のＤＣ／ＤＣコンバータ１５０をＦＣ３２の手前に配置する構成であってもよい。或いは、図１８に示すように、ＦＣ３２とバッテリ２０を並列に配置し、ＦＣ３２の手前にＤＣ／ＤＣコンバータ１５０を、バッテリ２０の手前にＤＣ／ＤＣコンバータ２２を配置する構成であってもよい。或いは、図１９に示すように、ＦＣ３２とバッテリ２０を直列に配置し、バッテリ２０とモータ１４の間にＤＣ／ＤＣコンバータ２２を配置する構成であってもよい。

［５−３．発電モード］
（５−３−１．発電休止モード）
上記実施形態では、目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔをゼロとする発電休止モードを用いたが、ＦＣ３２の発電を抑制するモード（目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔを抑制するモード）であれば、これに限らない。例えば、ゼロより大きい値を目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔとして設定してもよい。

（５−３−２．通常発電モードから発電休止モードに切り替える条件）
上記実施形態では、通常発電モードから発電休止モードに切り替える条件として、車速Ｖが第１電圧閾値ＴＨＶ１以下であること（図６のＳ２３：ＹＥＳ）を用いたが、これに限らない。例えば、アクセル開度θが、アクセルペダル１１６の操作が行われていないことを示す閾値以下であるときに通常発電モードから発電休止モードに切り替えてもよい。

（５−３−３．発電休止モードから通常発電モードに戻る条件）
上記実施形態では、発電休止モードから通常発電モードに切り替わる条件（抑制解除条件）として、車速Ｖが第２電圧閾値ＴＨＶ２以上であること（図６のＳ２５：ＹＥＳ）を用いたが、これに限らない。例えば、アクセル開度θが、アクセルペダル１１６の操作が行われていることを示す閾値以上であるときに発電休止モードから通常発電モードに切り替えてもよい。

（５−３−４．復帰立ち上がり速度の変更方法）
上記実施形態では、ドライバビリティの悪化対策実施の要否の判定を、判定時間、車速Ｖ及びアクセル開度θに基づいて行ったが、発電休止モード終了後にシステム負荷Ｌｓの増加を求める場面であれば、これに限らない。例えば、車速Ｖとアクセル開度θの一方のみを用いてもよい。或いは、車速Ｖの代わりに、車速Ｖの単位時間当たりの変化量［ｋｍ／ｈ／ｓ］でもよい。或いは、システム負荷Ｌｓ自体又はシステム負荷Ｌｓの単位時間当たりの変化量を用いてもよい。

上記実施形態では、ドライバビリティの悪化対策として、目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔ（及びこれに対応する目標２次電圧Ｖ２ｔｇｔ）の許容最大変化量を大きくすること並びにフィードバックゲインＧｆｂを大きくすることで、発電休止モードから通常発電モードへの復帰立ち上がり速度を高くしたが、ＦＣ電力Ｐｆｃの許容最大変化量を大きくするものであれば、これに限らない。例えば、目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔ（及び目標２次電圧Ｖ２ｔｇｔ）の許容最大変化量を大きくすること並びにフィードバックゲインＧｆｂを大きくすることのいずれかで、発電休止モードから通常発電モードへの復帰立ち上がり速度を高くしてもよい。或いは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２のＦＦ項に用いるフィードフォワードゲインを大きくしてもよい。或いは、エアポンプ３６の目標回転数Ｎａｐｔｇｔ及び背圧弁６０の目標開度θｖｔｇｔの少なくとも一方を大きくしてもよい。

（５−３−５．その他）
上記実施形態では、発電休止モードの終了（通常発電モードへの切替え）と発電抑制の解除を異なるタイミングで行ったが、両者を同じタイミングで行ってもよい。

上記実施形態では、発電休止モードにおける目標２次電圧Ｖ２ｔｇｔをＯＣＶよりも高い値に設定したが、これに限らず、目標２次電圧Ｖ２ｔｇｔをＯＣＶと等しい値又はそれ未満の値に設定してもよい。

［５−４．その他］
上記実施形態では、酸素を含む空気を供給するエアポンプ３６を備える構成を例示したが、これに代えて又は加えて、水素を供給する水素ポンプを備える構成としてもよい。

１０…燃料電池車両 １４…走行モータ
１８…燃料電池ユニット（反応ガス供給手段）
２０…バッテリ（蓄電装置） ２２…ＤＣ／ＤＣコンバータ
２４…ＥＣＵ ３２…燃料電池スタック
１２２…発電抑制機能（発電抑制手段） １２４…抑制解除機能（抑制解除手段）
１２６…復帰立ち上がり速度変更機能（復帰立ち上がり速度変更手段）

Claims (3)

1. 走行モータと、
   前記走行モータに電力を供給する燃料電池と、
   前記走行モータに電力を供給すると共に、前記走行モータからの回生電力を充電する蓄電装置と、
   前記蓄電装置側に設けられ、前記蓄電装置の出力電圧を変圧することにより前記燃料電池の出力電圧を制御するコンバータと、
   前記燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、
   前記燃料電池の発電を抑制する発電抑制条件が成立したときに前記燃料電池の出力及び前記反応ガス供給手段の作動量を通常運転領域より低い発電抑制領域に低下させる発電抑制手段と、
   前記燃料電池の発電抑制を解除する抑制解除条件が成立したときに前記燃料電池の出力及び前記反応ガス供給手段の作動量を前記通常運転領域に復帰させる抑制解除手段と、
   前記発電抑制手段による発電抑制中に所定の高負荷条件及び前記抑制解除条件が成立した場合には、前記高負荷条件が成立せずに前記抑制解除条件が成立した場合と比べて、前記発電抑制の解除直後に前記燃料電池へ供給する前記反応ガスの供給量並びに前記燃料電池の出力電流及び出力電圧の単位時間当たりの変化量の少なくとも１つを大きくする復帰立ち上がり速度変更手段と
   を有し、
   前記発電抑制手段による発電抑制中に前記高負荷条件及び前記抑制解除条件が成立した場合、前記復帰立ち上がり速度変更手段は、前記高負荷条件が成立せずに前記抑制解除条件が成立した場合と比べて、前記発電抑制解除後の前記コンバータの初期出力電圧を下げる
   ことを特徴とする燃料電池車両。
2. 走行モータと、
   前記走行モータに電力を供給する燃料電池と、
   前記走行モータに電力を供給すると共に、前記走行モータからの回生電力を充電する蓄電装置と、
   前記蓄電装置側に設けられ、前記蓄電装置の出力電圧を変圧することにより前記燃料電池の出力電圧を制御するコンバータと、
   前記燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、
   前記燃料電池の発電を抑制する発電抑制条件が成立したときに前記燃料電池の出力及び前記反応ガス供給手段の作動量を通常運転領域より低い発電抑制領域に低下させる発電抑制手段と、
   前記燃料電池の発電抑制を解除する抑制解除条件が成立したときに前記燃料電池の出力及び前記反応ガス供給手段の作動量を前記通常運転領域に復帰させる抑制解除手段と、
   前記発電抑制手段による発電抑制中に所定の高負荷条件及び前記抑制解除条件が成立した場合には、前記高負荷条件が成立せずに前記抑制解除条件が成立した場合と比べて、前記発電抑制の解除直後に前記燃料電池へ供給する前記反応ガスの供給量の単位時間当たりの変化量を大きくする復帰立ち上がり速度変更手段と
   を有する燃料電池車両であって、
   前記反応ガス供給手段の作動量を前記燃料電池の目標出力に追従させ、
   前記発電抑制手段による発電抑制中に前記高負荷条件及び前記抑制解除条件が成立した場合、前記復帰立ち上がり速度変更手段は、前記高負荷条件が成立せずに前記抑制解除条件が成立した場合と比べて、前記燃料電池の目標出力を高く設定することで前記反応ガス供給手段の作動量及び前記反応ガスの供給量の単位時間当たりの変化量を大きくし、
   前記発電抑制手段による発電抑制中に前記高負荷条件及び前記抑制解除条件が成立した場合、前記復帰立ち上がり速度変更手段は、前記高負荷条件が成立せずに前記抑制解除条件が成立した場合と比べて、前記発電抑制解除後の前記コンバータの初期出力電圧を下げる
   ことを特徴とする燃料電池車両。
3. 走行モータと、
   前記走行モータに電力を供給する燃料電池と、
   前記走行モータに電力を供給すると共に、前記走行モータからの回生電力を充電する蓄電装置と、
   前記蓄電装置側に設けられ、前記蓄電装置の出力電圧を変圧することにより前記燃料電池の出力電圧を制御するコンバータと、
   前記燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、
   前記燃料電池の発電を抑制する発電抑制条件が成立したときに前記燃料電池の出力及び前記反応ガス供給手段の作動量を通常運転領域より低い発電抑制領域に低下させる発電抑制手段と、
   前記燃料電池の発電抑制を解除する抑制解除条件が成立したときに前記燃料電池の出力及び前記反応ガス供給手段の作動量を前記通常運転領域に復帰させる抑制解除手段と、
   前記発電抑制手段による発電抑制中に所定の高負荷条件及び前記抑制解除条件が成立した場合には、前記高負荷条件が成立せずに前記抑制解除条件が成立した場合と比べて、前記発電抑制の解除直後に前記燃料電池の出力電圧の単位時間当たりの変化量を大きくする復帰立ち上がり速度変更手段と
   を有する燃料電池車両であって、
   前記発電抑制手段による発電抑制中に前記高負荷条件及び前記抑制解除条件が成立した場合、前記復帰立ち上がり速度変更手段は、前記高負荷条件が成立せずに前記抑制解除条件が成立した場合と比べて、前記コンバータのフィードバックゲインを大きくすることで前記燃料電池の出力電圧の単位時間当たりの変化量を大きくし、
   前記発電抑制手段による発電抑制中に前記高負荷条件及び前記抑制解除条件が成立した場合、前記復帰立ち上がり速度変更手段は、前記高負荷条件が成立せずに前記抑制解除条件が成立した場合と比べて、前記発電抑制解除後の前記コンバータの初期出力電圧を下げる
   ことを特徴とする燃料電池車両。

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