JP5957951B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池システムに関し、特に、燃料電池システムにおける燃料電池電圧の制御技術に関する。

一般に、駆動用のエネルギー源として燃料電池を用いる車両の制御においては、ユーザ（運転者、操作者）のアクセル操作に従って駆動用モータが出力すべきトルク（平均要求トルク）が計算される。また、その平均要求トルクに基づいて、燃料電池システムが供給すべき電力（システム要求電力）が算出され、そのシステム要求電力に応じて、燃料電池システムの発電制御が行われる。その際、アクセル操作に伴うシステム要求電力の変動に起因して、燃料電池の発電時に電圧変動が生じるため、燃料電池の出力性能（特性）が低下してしまう傾向にある。

このような燃料電池の出力性能の低下を抑止するべく、本出願人は、システム要求電力が変動してしまうときに、燃料電池による発電電力の変化量を制限する（出力電圧の制限）一方で、制限された燃料電池の発電電力の変化量（制限電圧）に相当する電力を二次電池（バッテリ）等の蓄電器によって補うように構成した燃料電池システムを提案している（例えば特許文献１参照）。

特開２００７−００５０３８号公報

ところで、上述したような燃料電池の発電電力の変動が生じる際の燃料電池の電圧上昇幅（電位変動幅）や電圧上昇発生頻度（電位変動発生頻度）は、その燃料電池を含む燃料電池システムを搭載した車両が走行する状況や道路環境（まとめて「走行状態」ともいう）によって異なる傾向にある。例えば、高速路を走行するときの電圧上昇幅や電圧上昇発生頻度は、市街地を走行するときのそれらよりも、比較的多くなり得る。このような道路環境等の相違に拘らず、上記従来の燃料電池システムの如く燃料電池の出力を一律に制限する場合、その制限された電力を補うバッテリ及び補機への負荷が非常に高くなってしまうとともに、車両の燃費が悪化するおそれもある。

そこで、本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、燃料電池による発電電力の変動を制限して性能低下を防止しつつ、バッテリ及び補機への負荷を軽減し、且つ、車両の燃費悪化を抑止することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明による燃料電池システムは、燃料電池と、その燃料電池の出力電圧を制御する制御手段とを備え、制御手段が、車両のアクセル開度に応じて燃料電池システムのシステム要求電力を算出し、そのシステム要求電力に基づいて燃料電池の必要電力を算出し、その必要電力に基づいて燃料電池の目標電圧を設定し、車両の走行状態に基づいて目標電圧を所定の範囲内に制限するように変更する制御を行うものである。なお、「アクセル開度」とは、アクセルを踏んでいない時を０％とし、最大限踏み込んだとき１００％とした時の踏み込み率を示す。

このように構成された燃料電池システムにおいては、ユーザのアクセル操作に従ってアクセル開度が変化し、制御手段によって、そのアクセル開度に応じて燃料電池システムのシステム要求電力が算出される。制御手段は、また、燃料電池システムのシステム要求電力が変動する際に、燃料電池による発電電力の変動量を制限して燃料電池の性能低下を防止するべく、システム要求電力を燃料電池と、例えば車両に備わるバッテリとに振り分け、その比率に応じて燃料電池の必要電力を算出する。さらに、制御手段は、その必要電力を出力するための燃料電池の目標電圧を設定する。そして、本発明においては、それに留まらず、その設定された目標電圧が、制御手段によって、車両の走行状態に基づいて所定の範囲内に制限される。

したがって、本発明によれば、燃料電池システムのシステム要求電力が変動するときに、燃料電池による発電電力の変動量が制限されるので、燃料電池の性能低下を有効に防止することができる。また、車両が走行する状況や道路環境に依存する車両の走行状態に基づいて、燃料電池が出力すべき目標電圧を必要に応じて適正に制限することができる。

本発明の燃料電池システムの第１実施形態を備える車両の概略構成図（システム構成図）である。 本発明の燃料電池システムの第１実施形態を備える車両のシステム制御ブロック図である。 本発明の燃料電池システムの第１実施形態において、制御手段により燃料電池システムに備わる燃料電池の出力を調節制御する手順の一例を示すフロー図である。 車両におけるアクセル開度と燃料電池の総電圧との関係を模式的に示す図である。 アクセル開度に対して設定される、燃料電池の初期の目標電圧に乗ぜられる制限率の一例を示すグラフである。 車両の走行状態による燃料電池の電圧上昇幅及び電圧上昇発生頻度の関係を示す模式図である。 本発明の燃料電池システムの第２実施形態において、制御手段により燃料電池システムに備わる燃料電池の出力を調節制御する手順の一例を示すフロー図である。 本発明の燃料電池システムの第３実施形態において、制御手段により燃料電池システムに備わる燃料電池の出力を調節制御する手順の一例を示すフロー図である。 道路環境に応じて、アクセル開度に対して設定される、燃料電池の初期の目標電圧に乗ぜられる制限率の一例を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をその実施の形態のみに限定する趣旨ではない。また、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな変形が可能である。

（第１実施形態）
図１は、本発明の燃料電池システムの好適な第１実施形態を備える車両の概略構成図（システム構成図）であり、図２は、そのシステム制御ブロック図であって、図１に示す燃料電池システムの制御信号及び電力の流れに着目してその構成を示す概略図である。車両１００は、電源システム２０及び負荷部３０、並びに、それらの電源システム２０と負荷部３０の双方を制御する制御部５０（制御手段）を備える。電源システム２０は、車両１００の動力源としての電力を供給するものであり、負荷部３０は、その供給された電力を、車両１００を駆動するための機械的動力に変換するものである。

電源システム２０は、燃料電池システム２００、二次電池２６（バッテリ）、ＤＣ−ＤＣコンバータ６４、燃料電池システム２００の出力電圧及び出力電流をそれぞれ計測するための電圧計６９及び電流計６７、並びに、二次電池２６の残存量を計測するための残存容量モニタ２８を有している。

燃料電池システム２００は、複数の単位セルを直列に積層してなる固体高分子電解質型セルスタックを有する燃料電池（ＦＣ）を備えている。この燃料電池は、高分子電解質膜等を２つの電極（アノード極及びカソード極）で挟み込んだ膜電極接合体（ＭＥＡ）が、燃料ガスと酸化ガスとを供給するためのセパレータで挟持された構造を有する単位セルを複数備えている。一般に、アノード極は、アノード極用触媒層が多孔質支持層上に設けられてなるものであって、水素の酸化反応を生じ、一方、カソード極は、カソード極用触媒層が多孔質支持層上に設けられてなるものであって、酸素の還元反応を生じる結果、燃料電池全体として起電反応（電池反応）が生起される。

また、燃料電池には、燃料ガスをアノード極に供給する系統、酸化ガスをカソード極に供給する系統、及び、冷却液を提供する系統（いずれも図示せず）が設けられており、制御部５０からの制御信号に応じて、燃料ガスの供給量や酸化ガスの供給量が制御され、これにより、燃料電池システム２００から所望の電力が出力されるように構成されている。

また、二次電池２６は、負荷部３０に対して燃料電池システム２００と並列に接続されており、余剰電力の貯蔵源、回生制動時の回生エネルギー貯蔵源、燃料電池車両の加速又は減速に伴う負荷変動時のエネルギーバッファ等として機能する。この二次電池２６としては、例えば、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素蓄電池、リチウム二次電池等の二次電池を好ましく用いることができる。

一方、負荷部３０は、アクセル３７、アクセル３７の開度（アクセル開度Ｗｔ：踏み込み量）を計測するアクセルセンサ３５を有しており、また、トラクションモータ３１と、それにギヤ機構３２を介して接続された車輪３４、及び、トラクションモータ３１に電気的に接続されている駆動回路３６を備えている。トラクションモータ３１は、その駆動回路３６を介して電源システム２０に接続されており、トラクションモータ３１で発生した動力が、ギヤ機構３２を介して車輪３４に伝達されるように構成されている。

駆動回路３６は、電源システム２０から供給される電力を用いてトラクションモータ３１を駆動するための回路であり、その回路構成は特に制限されず、例えば、昇圧と電圧変換機能を有するＰＣＵ（パワーコントロールユニット）、パワー素子（スイッチング素子）、インバータ等から構成することができる。具体的には、駆動回路３６は、例えば、電源システム２０から送出された直流電力を三相交流電力に変換してトラクションモータ３１に供給する。その際、供給される三相交流電力の大きさは、アクセルセンサ３５からの入力（アクセル開度Ｗｔ）に基づいて制御部５０が制御する駆動回路３６によって決定される。このようにして、電源システム２０の出力電圧が、トラクションモータ３１に供給される電源システム２０からの三相交流電力の大きさそのものに依存しないように、車両システムが構築されている。

また、制御部５０は、燃料電池システム２００、ＤＣ−ＤＣコンバータ６４、及び駆動回路３６の他、車両１００に設けられたモード設定スイッチ５１（後述）、車速センサ５２、及びナビゲーションシステム５３等に電気的に接続されており、それらに対する各種の制御（回路制御を含む）、及び、種々の入出力制御を実行する。なお、制御部５０による各種の制御動作は、制御部５０に内蔵されている図示しないメモリ内に格納されたコンピュータプログラムを制御部５０における例えばＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）等が実行することによって実現される。また、そのメモリとしては、特に制限されず、例えばＲＯＭやハードディスク等の種々の記録媒体を利用することが可能である。

ここで、車両１００における制御部５０による制御動作の一例について更に説明する。図３は、第１実施形態において、制御部５０により燃料電池システム２００に備わる燃料電池の出力を調節制御する手順の一例を示すフロー図である。

本実施形態では、まず、車両１００のユーザ（運転者、操作者）がアクセル３７を踏み込むと、その踏み込み量、つまりアクセル開度Ｗｔをアクセルセンサ３５が計測し、その計測信号が制御部５０に送出される。制御部５０は、そのアクセル開度Ｗｔに応じた燃料電池システム２００のシステム要求電力を算出する（ステップＳ１１）。

次に、制御部５０は、算出された燃料電池システム２００のシステム要求電力に基づいて燃料電池の必要電力Ａを算出するとともに、二次電池２６から供給するべき電力すなわち、二次電池２６の必要電力Ｂを算出する（ステップＳ１２）。換言すれば、燃料電池システム２００のシステム要求電力に対して燃料電池システム２００からの電力を必要電力Ａに制限し、残りの必要電力Ｂを二次電池２６から補うようにする。さらに、制御部５０は、算出された燃料電池の必要電力Ａに基づいて、燃料電池の目標電圧αを算出・設定する（ステップＳ１３）。車両の走行状態に基づいて目標電圧を所定の範囲内に制限するように変更する制御を行うものである。

それから、制御部５０は、その算出された燃料電池の目標電圧αが所定の電圧上限値βより大きい（α＞β）か否かを判断し、且つ、目標電圧αが所定の電圧下限値γよりも小さい（α＜γ）か否かを判断する（ステップＳ１４）。このとき、電圧上限値β及び電圧下限値γは、燃料電池の性能低下が比較的生じ難い電位帯の上限及び下限として、例えば、経験的、試験的、又はシミュレーション等によって予め設定又は予測することができる。

ステップＳ１４において、燃料電池の目標電圧αが電圧上限値βよりも大きいと判定された場合には、制御部５０により、燃料電池の目標電圧が、目標電圧αから目標電圧βへ変更され（ステップＳ１５１）、制御部５０は、その時の燃料電池電圧を目標電圧βに制御する（ステップＳ１５２）。あるいは、ステップＳ１４において、燃料電池の目標電圧αが電圧下限値γよりも小さいと判定された場合には、制御部５０により、燃料電池の目標電圧が、目標電圧αから目標電圧γへ変更され（ステップＳ１７１）、制御部５０は、その時の燃料電池電圧を目標電圧γに制御する（ステップＳ１７２）。

一方、ステップＳ１４において、燃料電池の目標電圧αが電圧上限値βよりも大きくない、且つ、燃料電池の目標電圧αが電圧下限値γよりも小さくない、つまり、目標電圧αが電圧下限値γ以上で且つ電圧上限値β以下（γ≦α≦β）であると判定された場合には、制御部５０により、燃料電池の目標電圧が、目標電圧αから目標電圧θへ変更される（ステップＳ１６１）。そして、制御部５０は、その時の燃料電池電圧を目標電圧θに制御する（ステップＳ１６２）。ここで、目標電圧θは、電圧下限値γよりも大きく、且つ、電圧上限値βよりも小さい（つまり、γ＜θ＜β）値である。すなわち、この場合、初期の目標電圧αに所定の「制限率Ｒ」が乗ぜられ、その結果、燃料電池の出力が目標電圧θとなるように制限される。

ここで、図４は、車両１００におけるアクセル開度Ｗｔと燃料電池の総電圧との関係を模式的に示す図であり、また、図５は、アクセル開度Ｗｔに対して設定される、燃料電池の初期の目標電圧αに乗ぜられる上述した制限率Ｒの一例を示すグラフである。さらに、図６は、車両１００の走行状態による燃料電池の電圧上昇幅（電位変動幅）及び電圧上昇発生頻度（電位変動発生頻度）の関係を示す模式図（いわゆるマップ）である。

図４の「操作」と記された上段に示す如く、車両１００の運転中には、アクセル３７の操作によりアクセル開度Ｗｔが経時的に刻々と変化する。そのときの燃料電池システム２００における燃料電池の総電圧は、図４の「従来技術」と記された中段に記載されているとおり、アクセル開度Ｗｔに応じて変動する。

より具体的には、アクセル３７が踏み込まれてアクセル開度Ｗｔが大きいときには、燃料電池の総電圧は比較的低くなり、アクセル３７の踏み込み量が更に大きくアクセル開度Ｗｔが１００％に近づくと、必要電力が急激に増大し、燃料電池の総電圧は極めて低く（高電位に）なる。一方、アクセル３７が然程踏み込まれておらずアクセル開度Ｗｔが小さいときには、燃料電池の総電圧は比較的高くなり、アクセル３７が殆ど踏み込まれずアクセル開度Ｗｔが０％に近づくと、必要電力が急激に減少し、燃料電池の総電圧は極めて高く（高電位に）なる。

その際、図４の中段に示す「従来技術」においては、先述した燃料電池の性能低下が比較的生じ難い電位帯の上限である電圧上限値βを超えるような電位変動、及び、下限である電圧下限値γを下回るような電位変動が生じても、上記図３のフローを用いて説明したような燃料電池の目標電圧の調節・制御は行われない。これに対し、本発明による本実施形態によれば、図４の下段に「本発明」として示すとおり、前述した燃料電池の初期の目標電圧αが、目標電圧β，γ，θに変更され、その上で、燃料電池電圧がそれらの目標電圧β，γ，θに制御される。したがって、燃料電池システム２００の性能低下を十分に抑止することができる。

また、図６に示す如く、燃料電池の電圧上昇幅（図４に示す燃料電池の総電圧の上下幅）及び電圧上昇発生頻度（図４に示す燃料電池の総電圧の上下動の変動回数）は、車両１００の走行状態に依存して異なる挙動を示す。燃料電池の性能低下は、その電圧上昇幅及び／又は電圧上昇発生頻度が大きくなるにつれて顕著となる傾向にあり、図６に示す内容から、燃料電池の性能低下の程度は、車両１００の道路環境（市街地、郊外、高速路、登坂等）の相違に依存する走行状態によって異なる傾向にある。

そして、かかる車両１００の走行状態の違いにより、アクセル操作の程度、つまりアクセル開度Ｗｔは自ずと異なることになるから、本実施形態においては、図３の説明で述べた燃料電池の初期の目標電圧αに乗ぜられる制限率Ｒを、例えば図５に示す如く、アクセル開度Ｗｔに対して変化させるように設定するようにしても好適である。言い換えると、制御部５０が、アクセル開度Ｗｔに応じて燃料電池の電圧上昇が小さくなるような制御（電位の変動幅を狭める制御）を行う。

これにより、燃料電池の電圧上昇幅を抑えて、燃料電池の性能低下を更に抑制することができるとともに、車両１００の走行状態に応じて、燃料電池の出力電圧を調節・制御することができる。

（第２実施形態）
図７は、本発明の燃料電池システムの第２実施形態において、制御部５０により燃料電池システム２００に備わる燃料電池の出力を調節制御する手順の一例を示すフロー図である。なお、第２実施形態の燃料電池システムを備える車両の構成は、図１及び図２に示す第１実施形態と同等であるので、ここでの重複する説明は省略する。

本実施形態は、例えば図５に示すアクセル開度Ｗｔに対して設定される制限率Ｒの関係を、燃料電池の電圧制御に直接的に適用する一例であり、言わば、ユーザの操作によるアクセルパターンに応じて燃料電池の電圧の変動を抑制するための制御（電位変動抑制制御）を行うように構成されたものである。

制御部５０は、まず、アクセル開度Ｗｔに応じた燃料電池システム２００のシステム要求電力を算出し（ステップＳ１１）、そのシステム要求電力に基づいて燃料電池の必要電力Ａを算出するとともに、二次電池２６から供給するべき必要電力Ｂを算出する（ステップＳ１２）。そして、制御部５０は、算出された燃料電池の必要電力Ａに基づいて、燃料電池の目標電圧αを算出・設定する（ステップＳ１３）。なお、ここまでは、図３に示す第１実施形態における手順と同じである。

さらに、制御部５０は、燃料電池の電位変動抑制モードであるか否かを判断する（ステップＳ２４）。この電位変動制御モードであるか否かの判定は、例えば、アクセル開度Ｗｔが予め設定した所定の範囲内にある場合に、電位変動制御モードであると判断し、アクセル開度Ｗｔがその所定の範囲内にない場合（一例として、アクセル開度Ｗｔが一定値以上になったとき）に、電位変動制御モードではないと判断することができる。このようにすれば、ユーザによる車両１００の使用方法・運転方法に応じた電圧制御が可能となる。

そして、ステップＳ２４において、電位変動抑制モードではないと判定された場合（例
えば、上述の如く、アクセル開度Ｗｔが一定値以上になった場合）には、燃料電池の初期
の目標電圧αを変更することなく、制御部５０は、燃料電池電圧をその目標電圧αに制御
する（ステップＳ３６）。一方、ステップＳ２４において、電位変動抑制モードであると判定された場合には、制御部５０により、燃料電池の初期の目標電圧αに、例えば図５に示すその時のアクセル開度Ｗｔに対応する制限率Ｒが乗算され、制御部５０は、燃料電池電圧をその目標電圧α×（１−（制限率Ｒ／１００））に制御する（ステップＳ２６）。この図５の例では、アクセル開度Ｗｔが一定値以上及び一定値以下になった場合には、制限率Ｒを小さくして燃料電池の電位変動の抑制を緩和するような制御が実行される。

このような制御を実行する制御部５０を備える第２実施形態においても、車両１００の走行状態を反映したアクセル開度Ｗｔに応じて燃料電池電圧が適正に制御されるので、燃料電池システム２００の性能低下を十分に抑止しつつ、燃料電池システム２００の制限電力を補う二次電池２６への負荷を低減して、車両１００の燃費が悪化してしまうことを防止することができる。また、電位変動抑制モードを実行して燃料電池の電圧を制限する必要がないような場合には、そのような電圧変動抑制制御を行わないので、この点においても、車両１００の燃費の悪化を更に抑制することが可能となる。

（第３実施形態）
図８は、本発明の燃料電池システムの第３実施形態において、制御部５０により燃料電池システム２００に備わる燃料電池の出力を調節制御する手順の一例を示すフロー図である。なお、第３実施形態の燃料電池システムを備える車両の構成も、図１及び図２に示す第１実施形態と同等であるので、ここでの重複する説明は省略する。

本実施形態は、道路環境等の車両１００の走行状態に依存するアクセル操作に応じて、燃料電池の電圧制御をより詳細に実施する一例であり、特に道路環境を直接的に判断し、その判定結果を燃料電池の電圧制御にフィードバックするように構成されたものである。

制御部５０は、まず、アクセル開度Ｗｔに応じた燃料電池システム２００のシステム要求電力を算出し（ステップＳ１１）、そのシステム要求電力に基づいて燃料電池の必要電力Ａを算出するとともに、二次電池２６から供給するべき必要電力Ｂを算出する（ステップＳ１２）。そして、制御部５０は、算出された燃料電池の必要電力Ａに基づいて、燃料電池の目標電圧αを算出・設定する（ステップＳ１３）。なお、ここまでは、図３に示す第１実施形態における手順と同じである。

さらに、制御部５０は、道路環境による燃料電池の電位変動抑制モードであるか否かを判断する（ステップＳ３４）。具体的には、例えば、燃料電池のモード設定スイッチ５１に、以下の３つのモードを設定して、車両１００のユーザが各モードを自由に選択して切り替えられるように構成する。

・スポーツモード：燃料電池の性能を最大限使用するモード（電位変動抑制制御なし）
・オートモード：ユーザによる車両１００の使用方法・運転方法に応じて燃料電池の電圧抑制の有無及び程度を制御するモード（電位変動抑制制御の有無を自動で切り替え）
・ソフトモード：燃料電池にかかる負荷を低減して使用するモード（電位変動抑制制御あり）

そして、燃料電池のモード設定スイッチ５１で「スポーツモード」が選択されている場合、又は、「オートモード」が選択され且つアクセル開度Ｗｔが予め設定した所定の範囲外である場合、制御部５０により、電位変動抑制モードではないと判定され、制御部５０は、燃料電池の初期の目標電圧αを変更することなく、燃料電池電圧をその目標電圧αに制御する（ステップＳ３６）。一方、モード設定スイッチ５１で「オートモード」が選択され且つアクセル開度Ｗｔが予め設定した所定の範囲内である場合、又は、「ソフトモード」が選択されている場合、制御部５０により、電位変動抑制モードであると判定される。

電位変動抑制モードであると判定された場合には、制御部５０は、道路環境を判断する処理を実行する（ステップＳ３５）。道路環境の判定は、例えば、車速センサ５２から制御部５０へ送出される車速変化から算出した平均車速等、ナビゲーションシステム５３から制御部５０に送出される地図データ等の外部環境に関する情報、ステップＳ１１で算出されるシステム要求電力（要求される平均トルクに相当）の情報等に基づいて行われる。なお、それらの情報は、それぞれを単独で、又は、複数組み合わせて用いることができる。

道路環境の種類としては、例えば、図６に示す市街地、郊外、高速路、登坂、さらには、降坂等が挙げられる。表１に、道路環境判定の一例を示す。

ここで、図９は、道路環境に応じて、アクセル開度Ｗｔに対して設定される、燃料電池の初期の目標電圧αに乗ぜられる制限率Ｒの一例を示すグラフである。同図に示す如く、本実施形態では、道路環境の相違によって、アクセル開度Ｗｔに対する燃料電池の電圧の制限率Ｒが異なるように設定されている。この例では、道路環境が市街地、郊外、及び高速路の場合、制限率Ｒとして、それぞれ制限率Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃを採用する。それらの大小関係は、概ね、制限率Ｒａ＜制限率Ｒｂ＜制限率Ｒｃとされている。

すなわち、道路環境が市街地の場合（制限率Ｒａ）には、電位抑制による電圧上昇（変動）幅を抑える制御の程度を比較的弱くする。一方、道路環境が郊外の場合（制限率Ｒｂ）には、電位抑制による電圧上昇幅を抑える制御の強弱を中程度とする。他方、道路環境が高速路の場合（制限率Ｒｃ）には、電位抑制による電圧上昇幅を抑える制御の程度を比較的強くする。

このような制御を実現するべく、ステップＳ３５において、道路環境が市街地であると判定された場合には、制御部５０により、燃料電池の初期の目標電圧αに制限率Ｒａが乗算され、制御部５０は、燃料電池電圧をその目標電圧α×（１−（制限率Ｒａ／１００））に制御する（ステップＳ３７）。一方、ステップＳ３５において、道路環境が郊外であると判定された場合には、制御部５０により、燃料電池の初期の目標電圧αに制限率Ｒｂが乗算され、制御部５０は、燃料電池電圧をその目標電圧α×（１−（制限率Ｒｂ／１００））に制御する（ステップＳ３８）。他方、ステップＳ３５において、道路環境が高速路であると判定された場合には、制御部５０により、燃料電池の初期の目標電圧αに制限率Ｒｃが乗算され、制御部５０は、燃料電池電圧をその目標電圧α×（１−（制限率Ｒｃ／１００））に制御する（ステップＳ３９）。

このような制御を実行する制御部５０を備える第３実施形態においても、車両１００の走行状態を反映して燃料電池電圧が適正に制御されるので、燃料電池システム２００の性能低下を十分に抑止することができる。

さらに、燃料電池のモード設定スイッチ５１を設けて、燃料電池の電圧制御ひいては車両１００の出力に関する多くの選択肢をユーザに提供することができ、これにより、車両１００の走行性能及び燃費が最適となる電位変動抑制制御をユーザが自ら選択することが可能となる。

なお、上述したとおり、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない限度において様々な変形が可能である。例えば、上述の各実施形態における制御部５０による制御が適用可能な電源システムは、図１に例示したものに限らない。また、第３実施形態のステップＳ３５における道路環境の判定に、大気圧センサ等によって計測した高度（標高）データ等を更に用いてもよい。さらに、各実施形態において、燃料電池システム２００に供給される反応ガスの流量を操作して燃料電池出力を調節する制御を組み合わせてもよく、その場合、制御部５０がその制御を実行するように構成してもよい。

またさらに、電位変動抑制制御の程度を弱めたりキャンセルしたりできるように構成してもよい。燃料電池の電位変動を抑制する制御は、ユーザのアクセル操作に対して燃料電池出力を抑えることになるため、ユーザがパワー不足を感じる可能性がある。したがって、ユーザのアクセル操作により、又は、道路環境等により、電位変動抑制制御の程度を弱めたりキャンセルしたりできるようにすれば、ユーザの嗜好により一層応えることができる。

さらに、燃料電池のモード設定スイッチ５１の他に、例えば、ＥＣＯ（エコ）モードスイッチを付加してもよい。かかるＥＣＯモードスイッチとしては、例えば、車両１００の燃費向上を実現できる種々公知の制御を、その強弱の程度を変えて設定可能なものが挙げられる。ここで、表２に、第３実施形態で説明したモード設定スイッチ５１による電位変動抑制制御と、ＥＣＯモードスイッチに設定された複数のモードによる制御とを組み合わせたときの燃費向上効果の一例を示す。

以上説明したとおり、本発明によれば、燃料電池による発電電力の変化量を制限して性能低下を防止しつつ、バッテリ及び補機への負荷を軽減し、且つ、車両の燃費悪化を抑止することが可能になる。よって、本発明は、燃料電池全般、燃料電池を備える車両、機器、システム、設備等、及び、それらの製造に広く且つ有効に利用することができる。

２０ 電源システム
２６ 二次電池（バッテリ）
２８ 残存容量モニタ
３０ 負荷部
３１ トラクションモータ
３２ ギヤ機構
３４ 車輪
３５ アクセルセンサ
３６ 駆動回路
３７ アクセル
５０ 制御部（制御手段）
５１ モード設定スイッチ５１
５２ 車速センサ
５３ ナビゲーションシステム５３
６４ ＤＣ−ＤＣコンバータ
６７ 電流計
６９ 電圧計
１００ 車両
２００ 燃料電池システム
Ａ 燃料電池の必要電力
Ｂ 二次電池の必要電力
Ｒ 制限率
Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ 制限率
Ｗｔ アクセル開度
α，θ 目標電圧
β 電圧上限値
γ 電圧下限値

Claims (2)

1. 車両に搭載される燃料電池システムであって、
   燃料電池と、
   前記燃料電池の電位変動抑制モードを選択可能なモード設定手段であって、前記燃料電池の性能を最大限使用するモード、ユーザによる車両の使用方法、運転方法に応じて前記燃料電池の電圧抑制の有無を制御するモード、及び、前記燃料電池にかかる負荷を低減して使用するモードを選択可能なモード設定手段と、
   前記燃料電池の出力電圧を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記車両のアクセル開度に応じて当該燃料電池システムのシステム要求電力を算出し、該システム要求電力に基づいて前記燃料電池の必要電力を算出し、該必要電力に基づいて前記燃料電池の目標電圧を設定し、前記車両の走行状態に基づいて前記目標電圧を所定の範囲内に制限するように変更する制御を行うものであり、
   更に、ユーザが前記モード設定手段により選択したモードに基づき電位変動抑制モードであるか否かを判定し、前記電位変動抑制モードであると判定された場合には、道路環境を判断する処理を実行し、前記判断された道路環境に応じて、前記燃料電池の目標電圧に乗算する制限率を異なるように設定する制御を行い、
   更に、前記車両のアクセル開度又は前記道路環境により、前記電位変動抑制モードの強弱を制御することを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記道路環境が市街地のときの前記制限率をＲａ、郊外のときの前記制限率をＲｂ、高速路のときの制限率をＲｃと定義したときに、制限率Ｒａ＜制限率Ｒｂ＜制限率Ｒｃとなることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。

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