JP6565436B2 - 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するものである。

従来、車載燃料電池システムにおいて、自動車の走行用電動機等に必要になる電力を発電する燃料電池と、燃料電池の出力電力を制御する制御装置を備えるものがある（例えば、特許文献１参照）。

このものにおいて、制御装置は、道路環境に応じた制御率Ｒを目標電圧αに乗じた電圧値を出力するように燃料電池を制御する。これにより、燃料電池の出力電圧上昇幅と電圧上昇発生頻度を抑えることにより、燃料電池の耐久性を向上することができる。

特開２０１３−１７６２１３号公報

上記車載燃料電池システムでは、複数の燃料電池を用いた場合には、更なる燃料電池の耐久性の向上が望まれる。

本発明は上記問題に鑑みたもので、燃料電池の耐久性をより一層向上するようにした車載燃料電池システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、燃料ガスおよび酸化剤ガスの電気化学反応により発電する複数の燃料電池セルを有する複数の燃料電池（２１ａ、２１ｂ）と、負荷に対して燃料電池と並列に接続されて、負荷への放電および燃料電池からの充電が可能な複数の二次電池（２４ａ、２４ｂ）と、負荷が必要とするシステム要求出力を算出する要求出力算出手段（Ｓ１１０）と、システム要求出力に基づいて複数の燃料電池毎の分配出力を特定し、該燃料電池毎の分配出力に基づいて複数の燃料電池および複数の二次電池を制御する分配出力制御手段（Ｓ１２０、Ｓ２２０、Ｓ３２０、Ｓ１３０）と、を備え、分配出力制御手段は、複数の二次電池の充電または放電により複数の燃料電池のうち少なくとも１つの燃料電池の分配出力が燃料電池が劣化しにくい所定電力範囲となるよう複数の燃料電池および複数の二次電池の分配出力を特定することを特徴としている。

このような構成によれば、分配出力制御手段は、複数の二次電池の充電または放電により複数の燃料電池のうち少なくとも１つの燃料電池の分配出力が燃料電池が劣化しにくい所定電力範囲となるよう複数の燃料電池および複数の二次電池の分配出力を特定するので、燃料電池の劣化が抑制され、燃料電池の耐久性をより向上することができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態における車載燃料電池システムの全体構成を示す図である。 燃料電池セルの電流−電圧特性を示した図である。 燃料電池セルの耐久サイクル数と最大出力との関係を示す図である。 燃料電池の出力電圧と燃料電池セルの平均電圧の関係を示した図である。 第１実施形態の制御装置のフローチャートである。 第１実施形態のシステム要求出力と燃料電池、バッテリの分配出力を示すグラフである。 バッテリのＳＯＣが５５％未満の場合のシステム要求出力と燃料電池、バッテリの分配出力を示すグラフである。 バッテリのＳＯＣが６５％以上の場合のシステム要求出力と燃料電池、バッテリの分配出力を示すグラフである。 各燃料電池の分配出力を平等に制御するとともにバッテリの分配出力を平等に制御するようにした比較例を示した図である。 第２実施形態の制御装置のフローチャートである。 第２実施形態のシステム要求出力と燃料電池、バッテリの分配出力を示すグラフである。 バッテリＳＯＣと劣化速度の関係を示した図である。 第３実施形態の制御装置のフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムが適用される自動車用の車載燃料電池システム１０の全体構成を図１に示す。車載燃料電池システム１０は、燃料電池車両に搭載される車載電源システムとして機能するものである。本実施形態の燃料電池車両としては、バスやトラックの大型自動車が用いられる。

車載燃料電池システム１０は、燃料電池ユニット２０Ａ、２０Ｂ、制御装置３０、およびアクセルセンサ４０を備えている。

燃料電池ユニット２０Ａは、燃料電池２１ａ、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２ａ、２３ａ、バッテリ２４ａ、インバータ２５ａ、モータジェネレータ２６ａおよびＳＯＣ検出部２８ａを備える。

燃料電池２１ａは、多数の燃料電池セルを直列に接続してなる固体高分子型燃料電池セルスタックである。各燃料電池セルは、それぞれ、燃料ガスおよび酸化剤ガスの電気化学反応により直流電力を出力する。

具体的には、各燃料電池セルでは、アノード極において（１）式の酸化反応が生じ、カソード極において（２）式の還元反応が生じる。燃料電池２１ａ全体としては（３）式の起電反応が生じる。

Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^-…（１）
（１／２）Ｏ₂＋２Ｈ⁺＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏ…（２）
Ｈ₂＋（１／２）Ｏ₂→Ｈ₂Ｏ…（３）
なお、本実施形態では、燃料ガスとしては、例えば水素ガスが用いられる。酸化剤ガスとしては、酸素をカソード極に供給するために例えば、空気が用いられる。

ＤＣ−ＤＣコンバータ２２ａは、燃料電池２１ａから出力される直流電力を昇圧してインバータ２５およびＤＣ−ＤＣコンバータ２３ａに出力する。

ＤＣ−ＤＣコンバータ２３ａは、バッテリ２４ａから供給される直流電圧を昇圧してインバータ２５ａに出力する機能と、燃料電池２１ａが発電した直流電力、または回生制動によりモータジェネレータ２６ａが回収した回生電力を降圧してバッテリ２４ａを充電する機能とを有する。

バッテリ２４ａは、負荷であるモータジェネレータ２６ａおよび後述する補機に対して並列に接続されている。バッテリ２４ａは、モータジェネレータ２６ａに電力を供給するとともに、燃料電池２１ａから出力される余剰の直流電力とモータジェネレータ２６ａが回収した回生電力とを充電することが可能な二次電池である。

インバータ２５ａは、例えば、パルス幅変調方式で駆動されるＰＷＭインバータであり、制御装置３０からの制御指令に従って、燃料電池２１ａまたはバッテリ２４ａから出力される直流電圧を三相交流電圧に変換して、モータジェネレータ２６ａの回転トルクを制御する。また、インバータ２５ａは、モータジェネレータ２６ａで回収した回生電力を交流電力から直流電力に変換してＤＣ−ＤＣコンバータ２３ａに出力する。

モータジェネレータ２６ａは、例えば、三相交流モータであり、本車載燃料電池システムを搭載した燃料電池車両の駆動輪２７を駆動して燃料電池車両の動力源を構成するとともに、駆動輪２７の制動により回生電力を回収する交流発電機を構成する。

ＳＯＣ検出部２８ａは、バッテリ２４ａの蓄電残量を表すＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を検出し、バッテリ２４ａのＳＯＣを示す信号を制御装置３０へ出力する。

燃料電池ユニット２０Ｂは、燃料電池ユニット２０Ａと同様、燃料電池２１ｂ、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２ｂ、２３ｂ、バッテリ２４ｂ、インバータ２５ｂモータジェネレータ２６ｂおよびＳＯＣ検出部２８ｂを備える。

なお、燃料電池２１ｂは燃料電池２１ａに対応し、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２ｂはＤＣ−ＤＣコンバータ２２ａに対応し、ＤＣ−ＤＣコンバータ２３ｂはＤＣ−ＤＣコンバータ２３ａに対応し、バッテリ２４ｂはバッテリ２４ａに対応し、インバータ２５ｂはインバータ２５ａに対応し、モータジェネレータ２６ｂはモータジェネレータ２６ａに対応し、ＳＯＣ検出部２８ｂはＳＯＣ検出部２８ａに対応する。

制御装置３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インタフェース等を備える周知の電子制御装置である。制御装置３０は、ＲＯＭに記憶されたプログラムに従って燃料電池システム１０の各部を制御する。制御装置３０は、制御処理の実行に伴って燃料電池２１ａ、２１ｂの出力電力を制御する。

アクセルセンサ４０は、アクセルペダル５０の踏み込み量をアクセル開度として検出する。アクセル開度は、後述するシステム要求出力Ｗａを算出するために用いられる。アクセルペダル５０は、運転者が燃料電池２１ａ、２１ｂの出力電力を制御するために運転者の足により踏み込まれる操作部である。

次に、本実施形態の制御装置３０の制御処理の説明に先だって、燃料電池２１ａ、２１ｂの特性について説明する。図２は、燃料電池２１ａ、２１ｂにおける燃料電池セルの電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性を示した図である。

車載燃料電池システム１０においては、燃料電池車両の走行に伴ってシステム負荷が変動する。具体的には、燃料電池セルの出力電圧は、燃料電池セルの負荷に流れる電流に応じて、０．６ボルト〜１．０ボルト程度の範囲で変動する。

燃料電池２１ａ、２１ｂは、発電の負荷状態に応じて燃料電池セル毎に、出力電極間（アノード極およびカソード極の間）の電圧が変動し、その過程において、触媒層にてＰｔ（プラチナ）の溶出、析出を繰り返してＰｔが凝集する。このため、発電に寄与するＰｔ表面積が低下して出力低下を招くことになる。

そこで、このような車載燃料電池システム１０においては、燃料電池２１ａ、２１ｂにおける燃料電池セル当たりの出力下限電圧が０．７〜０．７５ボルトの所定値、燃料電池セルの出力電圧の出力上限電圧が０．８〜０．８５ボルトの所定値に入るよう制御することで耐久性の向上を図るようにしている。

図３に、アクセルのＯＮ／ＯＦＦを繰り返す耐久サイクル数と燃料電池セルの最大出力との関係を示す。アクセルＯＮとは、燃料電池セルが高負荷になり、燃料電池セルの出力電圧が開放電圧から低下した状態である。アクセルＯＦＦとは、燃料電池セルが低負荷になり、燃料電池セルの出力電圧が上昇して開放電圧に近づいた状態である。

グラフＱ１は、アクセルＯＮ時の燃料電池セルの出力電圧を０．７Ｖとし、アクセルＯＦＦ時の燃料電池セルの出力電圧を０．８５Ｖとしたときの燃料電池セルの最大出力の変化を示す。グラフＱ２は、アクセルＯＮ時の燃料電池セルの出力電圧を０．７Ｖとし、アクセルＯＦＦ時の燃料電池セルの出力電圧を０．９Ｖとしたときの燃料電池セルの最大出力の変化を示す。グラフＱ３は、アクセルＯＮ時の燃料電池セルの出力電圧を０．６Ｖとし、アクセルＯＦＦ時の燃料電池セルの出力電圧を１．０Ｖとしたときの燃料電池セルの最大出力の変化を示す。

このようにアクセルＯＦＦ時の燃料電池セルの出力電圧が開放電圧に近づくほど、少ない耐久サイクル数で燃料電池セルの最大出力が低下する。つまり、アクセルＯＦＦ時の燃料電池セルの出力電圧が開放電圧に近づくほど、燃料電池セル（燃料電池２１ａ、２１ｂ）の耐久性は大きく低下する。

そこで、本実施形態では、制御装置３０は、燃料電池２１ａ、２１ｂの出力電力を制御する際には、燃料電池セルの出力電極間電圧が、燃料電池セルが劣化しやすい電圧範囲（例えば、０．７５Ｖ未満、または０．８Ｖ以上）に入る使用頻度を下げる。すなわち、燃料電池セルの出力電極間電圧が、燃料電池セルが劣化しにくい所定電圧範囲Ｖａ（例えば、０．７５Ｖ以上、０．８Ｖ未満）に入る使用頻度を上げる。つまり、燃料電池２１ａ、２１ｂを構成する燃料電池セルの個数をＮとし、燃料電池の電流をＩとしたとき、（Ｖａ×Ｎ×Ｉ）から決まる電力範囲を燃料電池が劣化しにくい所定電力範囲Ｗｎとし、燃料電池２１ａ、２１ｂの出力電力を制御する際には、燃料電池２１ａ、２１ｂの出力が所定電圧範囲Ｗｎに入る使用頻度を上げることになる。

図４は、燃料電池の出力電圧と、燃料電池の出力電圧を燃料電池セルの数で除算して求められる平均電圧の関係を示した図である。燃料電池セルは、製造上のばらつきや運転状態により、燃料電池の出力電圧にばらつきが生じる。

また、燃料電池２１ａ、２１ｂにおいて、高負荷と低負荷とを繰り返す負荷変動時において、低負荷時の燃料電池セルの出力電極間電圧が、開放電圧（約１．０Ｖ）に近いほど燃料電池セルの劣化が進行しやすくなる。このため、燃料電池の出力電圧のばらつきを考慮して、燃料電池セルの出力電圧が０．８Ｖを超えないよう所定電力範囲Ｗｎの下限値Ｗｎ１および上限値Ｗｎ２を設定する必要がある。本実施形態では、燃料電池セルの出力電圧が０．７５Ｖのときの燃料電池２１ａ、２１ｂの出力電力を所定電力範囲Ｗｎの下限値Ｗｎ１とし、燃料電池セルの出力電圧が０．７Ｖのときの燃料電池２１ａ、２１ｂの出力電力を所定電力範囲Ｗｎの上限値Ｗｎ２とする。

本車載燃料電池システム１０のように複数の燃料電池２１ａ、２１ｂを有するシステムにおいては、燃料電池２１ａ、２１ｂの分配出力が平等となるよう燃料電池２１ａ、２１ｂを制御すると、燃料電池２１ａ、２１ｂの出力電力が所定電力範囲Ｗｎに入らなくなる頻度が高くなり、燃料電池２１ａ、２１ｂの耐久性が低下してしまう。

そこで、本車載燃料電池システム１０の制御装置３０は、複数の二次電池の充電または放電により燃料電池２１ａ、２１ｂのうち少なくとも１つの燃料電池の分配出力が、燃料電池が劣化しにくい所定電力範囲Ｗｎとなるよう燃料電池２１ａ、２１ｂおよびバッテリ２４ａ、２４ｂの分配出力を制御する処理を行う。

以下、制御装置３０の制御処理について図５、図６を参照して説明する。図５は、本実施形態の制御装置３０のフローチャートである。また、図６は、後述するシステム要求出力Ｗａと燃料電池２１ａ、２１ｂ、バッテリ２４ａ、２４ｂの分配出力の関係を示すグラフである。

制御装置３０は、定期的に図５に示す処理を実施する。なお、フローチャートにおける各制御ステップは、制御装置３０が有する各種の機能実現手段を構成している。なお、本実施形態においては、バッテリ２４ａ、２４ｂ蓄電残量を表すＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）が５５％以上、６５％未満となっているものとする。

まず、ステップ１００において、アクセルセンサ４０によりアクセル開度を検出する。アクセル開度は、運転者が足で踏み込むアクセルペダル５０の踏み込み量である。踏み込み量が大きくなるほどアクセル開度が大きくなる。

次に、ステップ１１０において、アクセル開度に基づいて、自動車のモータジェネレータ２６ａ、２６ｂおよび補機に必要となる電力をシステム要求出力Ｗａとして算出する。システム要求出力Ｗａは、アクセル開度が大きくなるほど、大きくなるように設定されている。補機に必要な電力とは、車両用空調装置、変速機、車輪制動装置、操舵装置、照明装置および音響装置等の各種の車載装置に必要となる電力のことである。

次に、ステップ１２０において、システム要求出力Ｗａに基づいて、燃料電池２１ａおよびバッテリ２４ａの少なくとも一方が出力すべき電力Ｗｓ１（以下、分配出力Ｗｓ１という）と、燃料電池２１ｂおよびバッテリ２４ｂの少なくとも一方が出力すべき電力Ｗｓ２（以下、分配出力Ｗｓ２という）を決める。

（１）Ｗａ＜Ｗ１の場合
システム要求出力Ｗａが、所定の基準電力Ｗ１（図６参照）未満の場合、分配出力Ｗｓ１を分配出力ＢＡＴ１とし、分配出力Ｗｓ２を分配出力ＢＡＴ２とする。本実施形態において、分配出力ＢＡＴ１は、バッテリ２４ａの放電出力であり、分配出力ＢＡＴ２は、バッテリ２４ｂの放電出力である。このように、システム要求出力Ｗａが、燃料電池が劣化しにくい所定電力範囲Ｗｎの下限値である第１制限出力Ｗｎ１を大きく下回る場合には、バッテリ２４ａ、２４ｂの放電電力により自動車の負荷であるモータジェネレータ２６ａ、２６ｂおよび補機に電力を供給する。したがって、燃料電池２１ａ、２１ｂの出力電圧はそれぞれ０となり、燃料電池２１ａ、２１ｂの劣化は抑制される。

（２）Ｗ１≦Ｗａ＜Ｗ２の場合
ここで、Ｗ２は、所定電力範囲Ｗｎの下限値に対応する第１制限出力Ｗｎ１である。すなわち、システム要求出力Ｗａが、所定の基準電力Ｗ１以上で、かつ、所定電力範囲Ｗｎの下限値に対応する第１制限出力Ｗｎ１未満の場合、分配出力Ｗｓ１をＷａとし、分配出力Ｗｓ２を０とする。ここでは、燃料電池２１ａで発電された電力で自動車の負荷に電力を供給する。なお、システム要求出力Ｗａが、所定電力範囲Ｗｎの下限値に対応する第１制限出力Ｗｎ１未満の状態のときには、燃料電池２１ａの出力電圧が、所定電力範囲Ｗｎに入らなくなってしまうが、燃料電池２１ｂの出力電圧は０であるため、燃料電池２１ｂの劣化は抑制される。

（３）Ｗ２≦Ｗａ＜Ｗ３の場合
ここで、Ｗ３は、第１制限出力Ｗｎ１×２である。すなわち、システム要求出力Ｗａが、第１制限出力Ｗｎ１以上で、かつ、第１制限出力Ｗｎ１×２未満の場合、分配出力Ｗｓ１を第１制限出力Ｗｎ１＋分配出力ＢＡＴ１とし、分配出力Ｗｓ２を０とする。このように、システム要求出力Ｗａが、燃料電池が劣化しにくい所定電力範囲Ｗｎの下限値に対応する第１制限出力Ｗｎ１以上になると、燃料電池２１ａで発電された電力とバッテリ２４ａの放電出力で自動車の負荷に電力を供給する。ここで、燃料電池２１ａの出力電力は、燃料電池が劣化しにくい所定電力範囲Ｗｎの下限値に対応する第１制限出力Ｗｎ１となるため、燃料電池２１ａの劣化は抑制される。また、燃料電池２１ｂの出力電圧は０であるため、燃料電池２１ｂの劣化も抑制される。

（４）Ｗ３≦Ｗａ＜Ｗ４の場合
ここで、Ｗ４は、第１制限出力Ｗｎ１×２＋バッテリ２４ａ、２４ｂの許容出力×２である。すなわち、システム要求出力Ｗａが、第１制限出力Ｗｎ１×２以上で、かつ、第１制限出力Ｗｎ１×２＋バッテリ２４ａ、２４ｂの許容出力×２未満の場合、分配出力Ｗｓ１を第１制限出力Ｗｎ１＋分配出力ＢＡＴ１とし、Ｗｓ２を第１制限出力Ｗｎ１＋分配出力ＢＡＴ２とする。ここで、燃料電池２１ａ、２１ｂの出力電力は、それぞれ燃料電池が劣化しにくい所定電力範囲Ｗｎの下限値に対応する第１制限出力Ｗｎ１となるため、燃料電池２１ａ、２１ｂの劣化は抑制される。

（５）Ｗ４≦Ｗａ＜Ｗ５の場合
ここで、Ｗ５は、第２制限出力Ｗｎ２＋第１制限出力Ｗｎ１＋バッテリ２４ａの最大出力である。すなわち、システム要求出力Ｗａが、第１制限出力Ｗｎ１×２＋バッテリ２４ａ、２４ｂの許容出力×２以上で、かつ、第２制限出力Ｗｎ２＋第１制限出力Ｗｎ1＋バッテリ２４ａの最大出力未満の場合、分配出力Ｗｓ１をＷｎ２＋分配出力ＢＡＴ１とし、分配出力Ｗｓ２をＷｎ１とする。ここで、燃料電池２１ａ出力電力は、燃料電池が劣化しにくい所定電力範囲Ｗｎの上限値に対応する第２制限出力Ｗｎ２となり、燃料電池２１ｂの出力電力は、所定電力範囲Ｗｎの下限値に対応する第１制限出力Ｗｎ１となるため、燃料電池２１ａ、２１ｂの劣化は抑制される。

（６）Ｗ５≦Ｗａ＜Ｗ６の場合
ここで、Ｗ６は、第２制限出力Ｗｎ２×２＋バッテリ２４ａ、２４ｂの許容出力×２である。すなわち、システム要求出力Ｗａが、第２制限出力Ｗｎ２＋第１制限出力Ｗｎ1＋バッテリ２４ａの最大出力以上で、かつ、第２制限出力Ｗｎ２×２＋バッテリ２４a、２４bの許容出力×２未満の場合、分配出力Ｗｓ１を第２制限出力Ｗｎ２＋分配出力ＢＡＴ１とし、分配出力Ｗｓ２を第２制限出力Ｗｎ２＋分配出力ＢＡＴ２とする。燃料電池２１a 、２１ｂの出力電力は、所定電力範囲Ｗｎの上限値に対応する第１制限出力Ｗｎ２となるため、燃料電池２１ｂの劣化は抑制される。

（７）Ｗ６≦Ｗａ＜Ｗ７の場合
ここで、Ｗ７は、燃料電池２１ａの最大出力＋第２制限出力Ｗｎ２＋バッテリ２４aの最大出力である。すなわち、システム要求出力Ｗａが、第２制限出力Ｗｎ２×２＋バッテリ２４a、２４ｂの許容出力×２以上で、かつ、燃料電池２１ａの最大出力＋第２制限出力Ｗｎ２＋バッテリ２４aの最大出力未満の場合、分配出力Ｗｓ１をＷｎｌｉｍ＋分配出力ＢＡＴ１とし、分配出力Ｗｓ２を第２制限出力Ｗｎ２とする。ここで、Ｗｎｌｉｍは、燃料電池２１ａ、２１ｂの最大出力である。この場合、燃料電池２１ａの出力電力は、燃料電池が劣化しにくい所定電力範囲Ｗｎに対応する所定電力範囲Ｗｎに入らなくなってしまうが、燃料電池２１ｂの出力電力は、燃料電池が劣化しにくい所定電力範囲Ｗｎの上限値に対応する第２制限出力Ｗｎ２となるため、燃料電池２１ｂの劣化は抑制される。

（８）Ｗ７≦Ｗａの場合
システム要求出力Ｗａが、燃料電池２１ａの最大出力＋Ｗｎ２＋バッテリ２４aの最大出力の場合、分配出力Ｗｓ１をＷｎｌｉｍ＋分配出力ＢＡＴ１とし、分配出力Ｗｓ２をＷｎｌｉｍ＋分配出力ＢＡＴ２とする。このような場合には、各燃料電池２１ａ２１ｂの出力電圧は、燃料電池が劣化しにくい所定電力範囲Ｗｎに入らなくなる。

このように、ステップ１２０において、燃料電池２１ａ、２１ｂの分配出力Ｗｓ１、Ｗｓ２およびバッテリ２４ａ、２４ｂの分配出力ＢＡＴ１、ＢＡＴ２を算出する。

Ｓ１３０では、分配出力Ｗｓ１、Ｗｓ２を制御出力値として燃料電池２１ａ、２１ｂに出力するとともに分配出力ＢＡＴ１、ＢＡＴ２を制御出力値としてバッテリ２４ａ、２４ｂに出力し、本処理を終了する。

上記したように、バッテリ２４ａ、２４ｂのＳＯＣが５５％以上、６５％未満となっている場合には、図６に示した出力特性となるよう各燃料電池２１ａ、２１ｂの分配出力およびバッテリ２４ａ、２４ｂの分配出力を制御する。なお、バッテリ２４ａ、２４ｂのＳＯＣが５５％未満の場合には、バッテリの放電頻度が減るように制御することで、バッテリのＳＯＣが下がるのを防止する。例えば、図７に示すような出力特性となるよう各燃料電池２１ａ、２１ｂの分配出力およびバッテリ２４ａ、２４ｂの分配出力を制御する。また、バッテリ２４ａ、２４ｂのＳＯＣが６５％以上の場合には、バッテリの放電頻度が増えるように制御することで、ＳＯＣが高くなりすぎるのを防止しつつ、さらに燃料電池の耐久性を向上させる。例えば、図８に示すような出力特性となるよう各燃料電池２１ａ、２１ｂの分配出力およびバッテリ２４ａ、２４ｂの分配出力を制御する。

図９は、各燃料電池２１ａ、２１ｂの分配出力を平等に制御するとともにバッテリ２４ａ、２４ｂの分配出力を平等に制御するようにした比較例である。このように、各燃料電池２１ａ、２１ｂの分配出力を平等に制御する場合、２つの燃料電池２１ａ、２１ｂの出力電力が同時に燃料電池が劣化しやすい所定電圧に相当する電力範囲に入ってしまう頻度が上がるため、システム全体の燃料電池の耐久性が低下してしまう。

これに対し、本実施形態では、バッテリ２４ａ、２４ｂの放電により燃料電池２１ａ、２１ｂのうち少なくとも１つの燃料電池の分配出力が、燃料電池が劣化しにくい所定電力範囲Ｗｎとなるよう燃料電池２１ａ、２１ｂおよびバッテリ２４ａ、２４ｂの分配出力を個別に特定するので、例えば、システム負荷の変動時に燃料電池２１ａ、２１ｂの出力が所定電力範囲Ｗｎを下回る回数が全体として減るため、システム全体の燃料電池の耐久性が向上する。

また、このような車載燃料システム１０においては、燃料電池２１ａ、２１ｂの負荷が高負荷になると出力電圧が低下して効率も悪化する。すなわち、燃料電池２１ａ、２１ｂの出力電圧を低い状態、すなわち、燃料電池２１ａ、２１ｂの出力が所定電力範囲Ｗｎ未満の状態で動作させると効率が悪化する。しかし、本実施形態の車載燃料システム１０においては、燃料電池２１ａ、２１ｂの出力が所定電力範囲Ｗｎに入るよう燃料電池２１ａ、２１ｂの分配出力が特定されるので、効率を向上し、燃費特性を改善することも可能である。

上記した構成によれば、制御装置３０は、複数のバッテリ２４ａ、２４ｂの放電により燃料電池２１ａ、２１ｂのうち少なくとも１つの燃料電池の分配出力が所定電力範囲Ｗｎとなるよう燃料電池２１ａ、２１ｂおよびバッテリ２４ａ、２４ｂの分配出力を制御するので、燃料電池の劣化が抑制され、燃料電池の耐久性をより向上することができる。

また、制御装置３０は、システム要求出力Ｗａに応じて燃料電池毎の分配出力が段階的に切り替わるよう燃料電池２１ａ、２１ｂおよびバッテリ２４ａ、２４ｂの分配出力を制御することができる。

また、所定電力範囲Ｗｎは、燃料電池２１ａ、２１ｂの燃料電池セル当たりの出力電圧が０．７５ボルト以上、０．８ボルト未満に相当する燃料電池２１ａ、２１ｂの電力範囲とすることができる。

また、制御装置３０は、既に発電している燃料電池２１ａ、２１ｂの燃料電池セルの出力電圧が所定電圧範囲Ｖａの下限値以下になる場合、出力電力が０となっている発電待機中の燃料電池２１ａ、２１ｂの発電を開始するよう燃料電池２１ａ、２１ｂおよびバッテリ２４ａ、２４ｂの分配出力を制御する。これにより、既に発電している燃料電池２１ａ、２１ｂの劣化を防止することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係る車載燃料電池システムについて説明する。本実施形態の車載燃料電池システムの構成は上記第１実施形態の車載燃料電池システムと同じである。

上記第１実施形態では、バッテリ２４ａ、２４ｂの放電により各燃料電池２１ａ、２１ｂの分配出力が所定電力範囲Ｗｎとなるよう燃料電池毎の分配出力を制御するようにしたが、本実施形態では、バッテリ２４ａ、２４ｂの放電および放電により各燃料電池２１ａ、２１ｂの分配出力が燃料電池が劣化しにくい所定電力範囲Ｗｎとなるよう燃料電池毎の分配出力を制御する。

以下、本実施形態の制御装置３０の制御処理について図１０、図１１を参照して説明する。図１０は、本実施形態における制御装置３０のフローチャートである。また、図１１は、本実施形態におけるシステム要求出力Ｗａと燃料電池２１ａ、２１ｂの出力電力の関係を示すグラフである。制御装置３０は、定期的に図１０に示す処理を実施する。

制御装置３０は、まず、Ｓ１００にてアクセル開度を検出し、Ｓ１１０にてアクセル開度に基づいて、自動車のモータジェネレータ２６ａ、２６ｂおよび補機に電力をシステム要求出力Ｗａとして算出する。

次のＳ２２０では、システム要求出力Ｗａに基づいて、燃料電池２１ａおよびバッテリ２４ａの少なくとも一方が出力すべき電力Ｗｓ１（以下、分配出力Ｗｓ１という）と、燃料電池２１ｂおよびバッテリ２４ｂの少なくとも一方が出力すべき電力Ｗｓ２（以下、分配出力Ｗｓ２という）を決める。なお、本実施形態におけるＳ２２０のＷ１〜Ｗ７は、Ｓ１２０のＷ１〜Ｗ７に対応している。

（１）Ｗａ＜Ｗ１の場合
システム要求出力Ｗａが、基準電力Ｗ１（図１１参照）未満の場合、分配出力Ｗｓ１を分配出力ＢＡＴ１とし、Ｗｓ２を分配出力ＢＡＴ２とする。ここで、分配出力ＢＡＴ１は、バッテリ２４ａの放電出力であり、分配出力ＢＡＴ２は、バッテリ２４ｂの放電出力である。このように、システム要求出力Ｗａが所定電力範囲Ｗｎの下限値である下限出力Ｖｎ１より大きく下回る場合には、バッテリ２４ａ、２４ｂの放電により自動車の負荷に電力を供給する。したがって、燃料電池２１ａ、２１ｂの出力電圧はそれぞれ０となり、燃料電池２１ａ、２１ｂの劣化は抑制される。

（２）Ｗ１≦Ｗａ＜Ｗ２の場合
システム要求出力Ｗａが、基準電力Ｗ１以上で、かつ、燃料電池が劣化しにくい所定電力範囲Ｗｎの下限値である第１制限出力Ｗｎ１未満の場合、分配出力Ｗｓ１を第１制限出力Ｗｎ１−分配出力ＢＡＴ１とし、分配出力Ｗｓ２を０とする。なお、Ｓ２２０においてＢＡＴ１、ＢＡＴ２がマイナス（−）として示されているのは、バッテリを充電することを意味する。また、図１１において縦軸の出力が負となっている箇所はバッテリを充電することを意味する。ここでは、燃料電池２１ａで発電された電力で自動車の負荷に電力を供給する。また、燃料電池２１ａの発電により余剰となった電力はバッテリ２４ａに充電される。また、燃料電池２１ａの出力電圧が、所定電力範囲Ｗｎの下限値である第１制限出力Ｗｎ１となるため、燃料電池２１ａの劣化は抑制される。また、燃料電池２１ｂの出力電圧は０であるため、燃料電池２１ｂの劣化も抑制される。

（３）Ｗ２≦Ｗａ＜Ｗ３の場合
システム要求出力Ｗａが、第１制限出力Ｗｎ１以上で、かつ、第１制限出力Ｗｎ１×２未満の場合、分配出力Ｗｓ１を第１制限出力Ｗｎ１−分配出力ＢＡＴ１とし、分配出力Ｗｓ２を第１制限出力Ｗｎ１−分配出力ＢＡＴ２とする。なお、燃料電池２１ａ、２１ｂの発電により余剰となった電力は、それぞれバッテリ２４ａ、２４ｂに充電される。ここで、燃料電池２１ａ、２１ｂの出力電力は、それぞれ燃料電池が劣化しにくい所定電力範囲Ｗｎの下限値である第１制限出力Ｗｎ１となるため、燃料電池２１ａ、２１ｂの劣化は抑制される。

（４）Ｗ３≦Ｗａ＜Ｗ４の場合
システム要求出力Ｗａが、第１制限出力Ｗｎ１×２以上で、かつ、第１制限出力Ｗｎ１×２＋バッテリ２４ａ、２４ｂの許容出力×２未満の場合、分配出力Ｗｓ１を第１制限出力Ｗｎ１＋分配出力ＢＡＴ１とし、分配出力Ｗｓ２を第１制限出力Ｗｎ１＋分配出力ＢＡＴ２とする。ここで、燃料電池２１ａ、２１ｂの出力電力は、それぞれ燃料電池が劣化しにくい所定電力範囲Ｗｎの下限値である第１制限出力Ｗｎ１となるため、燃料電池２１ａ、２１ｂの劣化は抑制される。

なお、Ｓ２２０における（５）〜（８）に対する処理については、Ｓ１２０の（５）〜（８）と同じであるので、ここでは説明を省略する。このように、ステップ１２０において、燃料電池２１ａ、２１ｂの分配出力Ｗｓ１、Ｗｓ２を算出する。

Ｓ１３０では、分配出力Ｗｓ１、Ｗｓ２を制御出力値として燃料電池２１ａ、２１ｂに出力するとともに分配出力ＢＡＴ１、ＢＡＴ２を制御出力値としてバッテリ２４ａ、２４ｂに出力し、本処理を終了する。

上記したように、Ｗ１≦Ｗａ＜Ｗ２の場合、すなわち、システム要求出力Ｗａが、基準電力Ｗ１以上で、かつ、燃料電池が劣化しにくい所定電力範囲Ｗｎの下限値である第１制限出力Ｗｎ１未満の場合、分配出力Ｗｓ１を燃料電池が劣化しにくい所定電力範囲Ｗｎ未満にするのではなく、所定電力範囲Ｗｎの下限値である第１制限出力Ｗｎ１とし、燃料電池２１ａの発電により余剰となった電力はバッテリ２４ａに充電される。このため、燃料電池２１ａの劣化を抑制するだけでなく、バッテリ２４ａに充電した電力を高負荷時に負荷に供給することが可能である。

上記した構成によれば、制御装置３０は、複数のバッテリ２４ａ、２４ｂの充電または放電により燃料電池２１ａ、２１ｂのうち少なくとも１つの燃料電池の分配出力が所定電力範囲Ｗｎとなるよう燃料電池２１ａ、２１ｂおよびバッテリ２４ａ、２４ｂの分配出力を特定するので、燃料電池の耐久性をより向上することができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態に係る車載燃料電池システムについて説明する。本実施形態の車載燃料電池システムの構成は上記第１実施形態の車載燃料電池システムと同じである。

上記第１実施形態では、システム要求出力Ｗａの大きさに基づいて燃料電池２１ａ、２１ｂの分配出力Ｗｓ１、Ｗｓ２およびバッテリ２４ａ、２４ｂの分配出力ＢＡＴ１、ＢＡＴ２を算出するようにしたが、本実施形態では、バッテリ２４ａ、２４ｂのＳＯＣおよびシステム要求出力Ｗａの大きさに基づいて燃料電池２１ａおよびバッテリ２４ａの少なくとも一方が出力すべき電力Ｗｓ１（以下、分配出力Ｗｓ１という）と、燃料電池２１ｂおよびバッテリ２４ｂの少なくとも一方が出力すべき電力Ｗｓ２（以下、分配出力Ｗｓ２という）を決める。

図１２に、バッテリＳＯＣと劣化速度の関係を示す。バッテリ２４ａ、２４ｂは、そのＳＯＣが所定の下限値（例えば、４０％）を下回ったり、所定の上限値（例えば、８０％）を上回ったりすると劣化しやすくなる。このため、各バッテリ２４ａ、２４ｂのＳＯＣが第１の基準値（例えば、５５％）や第２の基準値（例えば、６５％）を設定し、これらの範囲内になるようにバッテリ２４ａ、２４ｂの充電制御を行うのが好ましい。

本実施形態では、各燃料電池２１ａ、２１ｂの分配出力が、燃料電池が劣化しにくい所定電力範囲Ｗｎとなるよう燃料電池毎の分配出力を制御するとともに、バッテリ２４ａ、２４ｂの劣化が抑制されるよう、バッテリ２４ａ、２４ｂの充電制御を行う。

以下、本実施形態の制御装置３０の制御処理について図１３を参照して説明する。図１３は、本実施形態における制御装置３０のフローチャートである。制御装置３０は、定期的に図１３に示す処理を実施する。

制御装置３０は、まず、Ｓ１００にてアクセル開度を検出し、Ｓ１１０にてアクセル開度に基づいて、自動車のモータジェネレータ２６ａ、２６ｂおよび補機に必要となる電力をシステム要求出力Ｗａとして算出する。

次のＳ３２０では、システム要求出力Ｗａおよびバッテリ２４ａ、２４ｂの蓄電残量を表す各バッテリＳＯＣに基づいて、燃料電池２１ａが出力すべき電力Ｗｓ１（以下、分配出力Ｗｓ１という）と、燃料電池２１ｂが出力すべき電力Ｗｓ２（以下、分配出力Ｗｓ２という）と、バッテリ２４ａが出力すべき電力ＢＡＴ１（以下、分配出力ＢＡＴ１という）と、バッテリ２４ｂが出力すべき電力ＢＡＴ２（以下、分配出力ＢＡＴ２という）の分配出力を決める。なお、本実施形態におけるＳ３２０のＷ２〜Ｗ３は、Ｓ１２０、Ｓ２２０のＷ２〜Ｗ３とは異なる。

（１）Ｗａ＜Ｗ１の場合
ここで、Ｗ１は、所定の基準電力Ｗ１である。すなわち、Ｗａ＜Ｗ１、かつ、Ｓ１≦ＳＯＣ１、２の場合には、分配出力Ｗｓ１を分配出力ＢＡＴ１とし、分配出力Ｗｓ２を分配出力ＢＡＴ２とする。ここで、ＳＯＣ１は、バッテリ２４ａのＳＯＣであり、ＳＯＣ２は、バッテリ２４ｂのＳＯＣである。また、Ｓ１は、バッテリ２４ａ、２４ｂが劣化するのを防ぐＳＯＣの基準値（例えば、５５％）である。このように、システム要求出力ＷａがＷ１以下で、バッテリ２４ａ、２４ｂのＳＯＣがＳ１以上の場合には、バッテリ２４ａ、２４ｂバッテリ２４ａ、２４ｂの放電により自動車の負荷に電力を供給する。したがって、燃料電池２１ａ、２１ｂの出力電圧はそれぞれ０となり、燃料電池２１ａ、２１ｂの劣化は抑制される。

Ｗａ＜Ｗ１、かつ、ＳＯＣ１、２≦Ｓ１の場合には、分配出力Ｗｓ１を第１制限出力Ｗｎ１−分配出力ＢＡＴ１とし、分配出力Ｗｓ２を第１制限出力Ｗｎ１−分配出力ＢＡＴ２とする。このように、システム要求出力ＷａがＷ１以下で、バッテリ２４ａ、２４ｂのＳＯＣがＳ１未満の場合には、燃料電池２１ａ、２１ｂで発電された電力で自動車の負荷に電力を供給する。ここで、燃料電池２１ａ、２１ｂの出力電力は、それぞれ燃料電池が劣化しにくい所定電力範囲Ｗｎの下限値である第１制限出力Ｗｎ１となるため、燃料電池２１ａ、２１ｂの劣化は抑制される。また、燃料電池２１ａ、２１ｂの発電により余剰となった電力はバッテリ２４ａ、２４ｂに充電される。

（２）Ｗ１≦Ｗａ＜Ｗ２の場合
ここで、Ｗ２は、所定電力範囲Ｗｎの上限値に対応する第１制限出力Ｗｎ１である。すなわち、Ｗ１≦Ｗａ＜Ｗ２、かつ、Ｓ１≦ＳＯＣ１≦ＳＯＣ２＜Ｓ２の場合には、分配出力Ｗｓ１を第１制限出力Ｗｎ１−分配出力ＢＡＴ１とし、分配出力Ｗｓ２を０とする。なお、Ｓ２は、バッテリ２４ａ、２４ｂが劣化するのを防ぐＳＯＣの基準値（例えば、６５％）である。

この場合、燃料電池２１ａで発電された電力で自動車の負荷に電力を供給し、燃料電池２１ａの発電により余剰となった電力はバッテリ２４ａに充電される。すなわち、バッテリ２４ａ、２４ｂのうち、ＳＯＣの少ない方の燃料電池ユニットの燃料電池の発電を優先するよう分配出力Ｗｓ１、Ｗｓ２、ＢＡＴ１、ＢＡＴ２が決定される。そして、燃料電池２１ａの発電により余剰となった電力がＳＯＣの少ない方のバッテリ２４ａに充電される。なお、燃料電池２１ａの出力電力は、燃料電池が劣化しにくい所定電力範囲Ｗｎの下限値である第１制限出力Ｗｎ１となるため、燃料電池２１ａの劣化は抑制される。

Ｗ１≦Ｗａ＜Ｗ２、かつ、Ｓ１≦ＳＯＣ２＜ＳＯＣ１＜Ｓ２の場合には、分配出力Ｗｓ１を０とし、分配出力Ｗｓ２を第１制限出力Ｗｎ１−分配出力ＢＡＴ２とする。この場合、燃料電池２１ｂで発電された電力で自動車の負荷に電力を供給し、燃料電池２１ｂの発電により余剰となった電力はバッテリ２４ｂに充電される。ここで、燃料電池２１ｂの出力電力は、燃料電池が劣化しにくい所定電力範囲Ｗｎの下限値である第１制限出力Ｗｎ１となるため、燃料電池２１ｂの劣化は抑制される。また、燃料電池２１ａの出力電圧は０であるため、燃料電池２１ａの劣化も抑制される。

上記したようにＷ１≦Ｗａ＜Ｗ２のような場合、複数のバッテリ２４ａ、２４ｂのうちＳＯＣのより低いバッテリに接続された燃料電池の発電を優先するよう燃料電池毎の分配出力を特定する。なお、燃料電池の発電により、その燃料電池に接続されたバッテリのＳＯＣが他方のバッテリのＳＯＣよりも高くなると、他方のバッテリに接続された燃料電池の発電を優先するよう燃料電池毎の分配出力が特定されるようになる。

Ｗ１≦Ｗａ＜Ｗ２、かつ、ＳＯＣ１、２＜Ｓ１の場合には、分配出力Ｗｓ１を第１制限出力Ｗｎ１−分配出力ＢＡＴ１とし、分配出力Ｗｓ２を第１制限出力Ｗｎ１−分配出力ＢＡＴ２とする。この場合、燃料電池２１ａ、２１ｂで発電された電力で自動車の負荷に電力を供給し、燃料電池２１ａ、２１ｂの発電により余剰となった電力はバッテリ２４ａ、２４ｂに充電される。ここで、燃料電池２１ａの出力電力は、燃料電池が劣化しにくい所定電力範囲Ｗｎの下限値である第１制限出力Ｗｎ１となるため、燃料電池２１ａの劣化は抑制される。

Ｗ１≦Ｗａ＜Ｗ２、かつ、Ｓ２≦ＳＯＣ１、２の場合には、分配出力Ｗｓ１を分配出力ＢＡＴ１とし、分配出力Ｗｓ２を分配出力ＢＡＴ２とする。このように、バッテリ２４ａ、２４ｂのＳＯＣ１、２がＳ２以上の場合、バッテリ２４ａ、２４ｂの放電電力により自動車の負荷に電力を供給する。したがって、燃料電池２１ａ、２１ｂの出力電圧はそれぞれ０となり、燃料電池２１ａ、２１ｂの劣化は抑制される。

（３）Ｗ２≦Ｗａ＜Ｗ３の場合
ここで、Ｗ２は、所定電力範囲Ｗｎの上限値に対応する第１制限出力Ｗｎ１×２である。Ｗ２≦Ｗａ＜Ｗ３、かつ、ＳＯＣ１、２＜Ｓ２の場合には、分配出力Ｗｓ１を第１制限出力Ｗｎ１−分配出力ＢＡＴ１とし、分配出力Ｗｓ２を第１制限出力Ｗｎ１−分配出力ＢＡＴ２とする。この場合、燃料電池２１ａ、２１ｂで発電された電力で自動車の負荷に電力を供給し、燃料電池２１ａ、２１ｂの発電により余剰となった電力はバッテリ２４ａ、２４ｂに充電される。

Ｗ２≦Ｗａ＜Ｗ３、かつ、Ｓ２＜ＳＯＣ１、２の場合には、分配出力Ｗｓ１を分配出力ＢＡＴ１とし、分配出力Ｗｓ２を分配出力ＢＡＴ２とする。このように、バッテリ２４ａ、２４ｂのＳＯＣ１、２がＳ２以上の場合、バッテリ２４ａ、２４ｂの放電電力により自動車の負荷に電力を供給する。

（４）Ｗ３≦Ｗａの場合
Ｓ１２０の（４）〜（８）と同じであるので、ここでは説明を省略する。なお、（５）や（７）のときのように燃料電池２１a、燃料電池２１ｂの出力やバッテリ２４ａ、２４ｂの出力が異なる場合は、バッテリ２４ａと２４ｂのＳＯＣの高い方の出力を大きくし、かつバッテリを優先的に使うことで、バッテリのＳＯＣを均一化でき、かつ２つの燃料電池を均等に使うことができる。

Ｓ１３０では、分配出力Ｗｓ１、Ｗｓ２を制御出力値として燃料電池２１ａ、２１ｂに出力するとともに分配出力ＢＡＴ１、ＢＡＴ２を制御出力値としてバッテリ２４ａ、２４ｂに出力し、本処理を終了する。

ここで、システム要求出力を段階的に変化させて燃料電池２１ａ、２１ｂを間欠動作させる場合について説明する。

Ｗ１≦Ｗａ＜Ｗ２の場合、バッテリ２４ａ、２４ｂのうちＳＯＣのより低いバッテリに接続された燃料電池の発電を優先するよう燃料電池毎の分配出力が特定される。例えば、バッテリ２４ａのＳＯＣがバッテリ２４ｂのＳＯＣよりも低い場合、バッテリ２４ａに接続された燃料電池２１ａが発電を開始し、燃料電池２１ａにより余剰となった電力がバッテリ２４ａに充電される。したがって、バッテリ２４ａのＳＯＣは次第に高くなり、バッテリ２４ｂのＳＯＣよりも高くなる。

次に、Ｗａ＜Ｗ１になると、燃料電池２１ａ、２１ｂは、それぞれ発電を停止し、バッテリ２４ａ、バッテリ２４ｂの分配出力は、それぞれＷａ／２となる。このように、バッテリ２４ａ、バッテリ２４ｂの放電により自動車の負荷に電力を供給する。

次に、Ｗ１≦Ｗａ＜Ｗ２になると、バッテリ２４ａ、２４ｂのうちＳＯＣのより低いバッテリに接続された燃料電池の発電を優先するよう燃料電池毎の分配出力が特定される。ここでは、バッテリ２４ｂのＳＯＣがバッテリ２４ａのＳＯＣよりも低くなっているため、バッテリ２４ｂに接続された燃料電池２１ｂが発電を開始し、燃料電池２１ｂにより余剰となった電力がバッテリ２４ｂに充電される。したがって、バッテリ２４ｂのＳＯＣは次第に高くなり、バッテリ２４ａのＳＯＣよりも高くなる。このように、バッテリ２４ａ、２４ｂのＳＯＣに基づいて燃料電池２１ａ、燃料電池２１ｂが交互に発電を行う。

本実施形態では、上記第１、第２実施形態と共通の構成から奏される効果を第１、第２実施形態と同様に得ることができる。

また、上記した構成によれば、車載燃料電池システム１０は、バッテリ２４ａ、２４ｂの蓄電残量であるＳＯＣを検出するＳＯＣ検出部２８ａ、２８ｂを備え、制御装置３０は、ＳＯＣ検出部２８ａ、２８ｂにより検出された蓄電残量に応じて燃料電池２１ａ、２１ｂ毎の分配出力が異なるよう燃料電池２１ａ、２１ｂおよびバッテリ２４ａ、２４ｂの分配出力を特定するので、バッテリ２４ａ、２４ｂのＳＯＣに適した分配出力を特定することが可能である。

また、制御装置３０は、複数のバッテリ２４ａ、２４ｂのうちＳＯＣ検出部２８ａ、２８ｂにより検出されたＳＯＣのより低いバッテリ２４ａ、２４ｂに接続された燃料電池の発電を優先するよう燃料電池２１ａ、２１ｂおよびバッテリ２４ａ、２４ｂの分配出力を特定する。これにより、ＳＯＣの低いバッテリに接続された燃料電池２１ａ、２１ｂが発電した余剰の電力でＳＯＣの低いバッテリを充電することができる。

また、制御装置３０は、ＳＯＣ検出部２８ａ、２８ｂにより検出されたＳＯＣが第１基準値Ｓ１以上で、かつ、第１基準値より大きな第２基準値Ｓ２未満の場合、ＳＯＣのより低いバッテリ２４ａ、２４ｂに接続された燃料電池の発電を優先するよう燃料電池２１ａ、２１ｂおよびバッテリ２４ａ、２４ｂの分配出力を特定することができる。ここで、第１基準値Ｓ１を４５〜５５％の所定値とし、第２基準値Ｓ２を５５〜６５％の所定値とすることが好ましい。

また、制御装置３０は、ＳＯＣ検出部２８ａ、２８ｂにより検出されたＳＯＣが第２基準値Ｓ２以上の場合、ＳＯＣが第２基準値Ｓ２以上となっているバッテリ２４ａ、２４ｂに接続された燃料電池２１ａ、２１ｂが発電を開始しないよう燃料電池２１ａ、２１ｂおよびバッテリ２４ａ、２４ｂの分配出力を特定する。これにより、バッテリ２４ａ、２４ｂを無駄に充電しないようにすることができる。

また、制御装置３０は、ＳＯＣ検出部２８ａ、２８ｂにより検出されたＳＯＣが第１基準値Ｓ１未満の場合、システム要求出力ｗａが所定の電力Ｗ１未満であっても、ＳＯＣが第１基準値Ｓ１未満となっているバッテリ２４ａ、２４ｂに接続された燃料電池が所定の出力で発電し、この燃料電池に接続されたバッテリを充電するよう燃料電池２１ａ、２１ｂおよびバッテリ２４ａ、２４ｂの分配出力を特定する。これにより、ＳＯＣが第１基準値Ｓ１未満となっているバッテリ２４ａ、２４ｂがバッテリ上がりとなるのを防止することができる。

また、ＳＯＣが第１基準値Ｓ１未満となっているバッテリ２４ａ、２４ｂに接続された燃料電池の分配出力が所定電力範囲Ｗｎとなるよう燃料電池２１ａ、２１ｂおよびバッテリ２４ａ、２４ｂの分配出力を特定するので、ＳＯＣが第１基準値Ｓ１未満となっているバッテリ２４ａ、２４ｂに接続された燃料電池の劣化を防止することもできる。

（他の実施形態）
（１）上記各実施形態では、燃料電池車両に搭載される車載電源システムとして機能する車載燃料電池システムの構成を示したが、燃料電池車両に搭載される車載電源システムに限定されるものではない。

（２）上記各実施形態では、乗員が操作するアクセルペダル５０の操作量を検出するアクセルセンサ４０の出力信号に基づいて、複数の燃料電池２１ａ、２１ｂから出力するべき電力の総量をシステム要求出力として算出するようにしたが、アクセルセンサ４０の出力信号以外の信号を用いて負荷が必要とするシステム要求出力を算出するようにしてもよい。

（３）上記各実施形態では、システム要求出力に応じて燃料電池２１ａ、２１ｂの分配出力が段階的に切り替わるよう燃料電池２１ａ、２１ｂおよびバッテリ２４ａ、２４ｂの分配出力を特定するようにしたが、システム要求出力に応じて燃料電池２１ａ、２１ｂの分配出力が連続的に変化するよう燃料電池２１ａ、２１ｂおよびバッテリ２４ａ、２４ｂの分配出力を特定するようにしてもよい。

（４）上記各実施形態では、２つの燃料電池ユニット２０Ａ、２０Ｂを有する車載燃料電池システム１０の構成を示したが、３つ以上の燃料電池ユニットを有する燃料電池システム１０とすることもできる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

なお、上記実施形態における構成と特許請求の範囲の構成との対応関係について説明すると、Ｓ１１０が要求出力算出手段に相当し、Ｓ１２０、Ｓ２２０、Ｓ３２０が分配出力制御手段に相当し、蓄電残量検出手段に相当し、ＳＯＣ検出部２８ａ、２８ｂが畜電残量検出手段に相当する。

１０ 車載燃料電池システム
２１ａ、２１ｂ 燃料電池
２２ａ、２２ｂ ＤＣ−ＤＣコンバータ
２３ａ、２３ｂ ＤＣ−ＤＣコンバータ
２４ａ、２４ｂ バッテリ
２５ａ、２５ｂ インバータ
２６ａ、２６ｂ モータジェネレータ

Claims (13)

1. 燃料ガスおよび酸化剤ガスの電気化学反応により発電する複数の燃料電池セルを有する複数の燃料電池（２１ａ、２１ｂ）と、
   負荷に対して前記燃料電池と並列に接続されて、前記負荷への放電および前記燃料電池からの充電が可能な複数の二次電池（２４ａ、２４ｂ）と、
   前記負荷が必要とするシステム要求出力を算出する要求出力算出手段（Ｓ１１０）と、
   前記システム要求出力に基づいて前記複数の燃料電池および前記複数の二次電池の分配出力を特定し、該燃料電池毎の分配出力に基づいて前記複数の燃料電池を制御する分配出力制御手段（Ｓ１２０、Ｓ２２０、Ｓ３２０、Ｓ１３０）と、を備え、
   前記分配出力制御手段は、前記複数の二次電池の充電または放電により前記複数の燃料電池のうち少なくとも１つの前記燃料電池の分配出力が前記燃料電池が劣化しにくい所定電力範囲となるよう前記複数の燃料電池および前記複数の二次電池の分配出力を特定することを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記分配出力制御手段は、前記システム要求出力に応じて前記燃料電池毎の分配出力が段階的に切り替わるよう前記複数の燃料電池および前記複数の二次電池の分配出力を特定す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。
3. 前記所定電力範囲は、前記燃料電池セル当たりの出力下限電圧が０．７〜０．７５ボルトの所定値、出力上限電圧が０．８〜０．８５ボルトの所定値となる電力範囲であることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システム。
4. 前記分配出力制御手段は、前記システム要求出力に応じて前記燃料電池毎の分配出力が連続的に変化するよう前記複数の燃料電池および前記複数の二次電池の分配出力を特定す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。
5. 前記分配出力制御手段は、既に発電している前記燃料電池の燃料電池セルの出力電圧が所定電圧範囲の下限値以上になる場合、発電待機中の前記燃料電池の発電を開始するよう前記複数の燃料電池および前記複数の二次電池の分配出力を特定することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
6. 前記複数の二次電池の蓄電残量を検出する蓄電残量検出手段（２８ａ、２８ｂ）を備え、
   前記分配出力制御手段は、前記蓄電残量検出手段により検出された蓄電残量に応じて前記燃料電池毎の分配出力が異なるよう前記複数の燃料電池および前記複数の二次電池の分配出力を特定することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
7. 前記分配出力制御手段は、前記システム要求出力および前記蓄電残量検出手段により検出された二次電池の前記蓄電残量に基づいて前記複数の燃料電池および前記複数の二次電池の分配出力を特定することを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システム。
8. 前記分配出力制御手段は、前記複数の二次電池のうち前記蓄電残量検出手段により検出された蓄電残量のより低い前記二次電池に接続された前記燃料電池の発電を優先するよう前記複数の燃料電池および前記複数の二次電池の分配出力を特定することを特徴とする請求項６または７に記載の燃料電池システム。
9. 前記分配出力制御手段は、前記蓄電残量検出手段により検出された二次電池の前記蓄電残量が第１基準値以上で、かつ、第１基準値より大きな第２基準値未満の場合、前記蓄電残量のより低い前記二次電池に接続された前記燃料電池の発電を優先するよう前記複数の燃料電池および前記複数の二次電池の分配出力を特定することを特徴とする請求項６ないし８のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
10. 前記第１基準値は４５〜５５％の所定値であり、前記第２基準値は６５〜７５％の所定値であることを特徴とする請求項９に記載の燃料電池システム。
11. 前記分配出力制御手段は、前記蓄電残量検出手段により検出された二次電池の前記蓄電残量が前記第２基準値以上の場合、該蓄電残量が前記第２基準値以上となっている前記二次電池に接続された前記燃料電池が発電を開始しないよう前記複数の燃料電池および前記複数の二次電池の分配出力を特定することを特徴とする請求項９または１０に記載の燃料電池システム。
12. 前記分配出力制御手段は、前記蓄電残量検出手段により検出された二次電池の前記蓄電残量が前記第１基準値未満の場合、前記システム要求出力が所定の電力未満であっても、前記蓄電残量が前記第１基準値未満となっている前記二次電池に接続された前記燃料電池が所定の出力で発電し、該燃料電池に接続された前記二次電池を充電するよう前記複数の燃料電池および前記複数の二次電池の分配出力を特定することを特徴とする請求項９ないし１１のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
13. 前記分配出力制御手段は、前記蓄電残量が前記第１基準値未満となっている前記二次電池に接続された前記燃料電池の分配出力が前記所定電力範囲となるよう前記複数の燃料電池および前記複数の二次電池の分配出力を特定することを特徴とする請求項１２に記載の燃料電池システム。

Images