WO2022107438A1 - 発電制御装置 - Google Patents

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隆男 渡辺
徳宏 深谷
良一 日比野
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株式会社豊田中央研究所
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Definitions

  • the present invention relates to a power generation control device, and more specifically, a power generation control used for controlling a fuel cell system including a fuel cell (FC) for generating power and a secondary battery (BAT) for storing surplus power. Regarding the device.
  • a power generation control used for controlling a fuel cell system including a fuel cell (FC) for generating power and a secondary battery (BAT) for storing surplus power.
  • FC fuel cell
  • BAT secondary battery
  • a hybrid vehicle is a vehicle that has two or more power sources (for example, a fuel cell and a secondary battery). Since the hybrid vehicle can use different power sources depending on the situation, it has a feature of higher fuel efficiency than a normal vehicle having one power source. However, in a hybrid vehicle, in order to further improve fuel efficiency, it is necessary to appropriately distribute the power of the power source according to the situation.
  • Patent Document 1 describes in a mobile fuel cell system including a fuel cell, a power storage device, and a control device for controlling the fuel cell.
  • B) A method of controlling the voltage between terminals of the fuel cell so as not to exceed the upper limit voltage ( ⁇ open end voltage) when the operating state of the fuel cell is in the power generation suspension mode is disclosed.
  • the normal power generation mode can be switched to at an earlier timing than when the threshold value is not changed, and the responsiveness and drivability of the fuel cell operated intermittently deteriorates.
  • the point that can be suppressed and (B) It is described that the upper limit potential in the power generation suspension mode is preferably set to such a potential that the platinum catalyst contained in the fuel cell does not elute.
  • the problem to be solved by the present invention is to improve the durability of a fuel cell in a fuel cell system including a fuel cell that generates electric power and a secondary battery that stores surplus electric power without deteriorating fuel efficiency.
  • the purpose is to provide a power generation control device that can be used.
  • the power generation control device has the following configurations.
  • the power generation control device is used for power generation control of a fuel cell system including a fuel cell (FC) for generating power and a secondary battery (BAT) for storing surplus power.
  • the power generation control device is Operation mode determination to determine the operation mode f_SOC (i) of the BAT based on the charge rate SOC (i-1) of the BAT at the time (i-1) and the charge rate SOC (i) of the BAT at the time i.
  • Temporary command value calculation means to determine the value p_fc_temp (i), The operation mode f_SOC (i) of the BAT at the time i, the p_fc_temp (i), the p_req (i), and the intermittent ON / OFF state f_IM (i-1) of the FC at the time (i-1).
  • the intermittent state determination means for determining the intermittent ON / OFF state f_IM (i) of the FC at the time i so that the switching of the intermittent state of the FC is not continuous.
  • the intermittent ON is determined at the time i
  • the FC is stopped (OFF), and when the intermittent OFF is determined at the time i, the larger of the p_fc_temp (i) and the intermittent OFF threshold TP_IMOFF is selected.
  • a power generation command value calculation means for outputting as the power generation command value p_fc (i) of the FC at the time i.
  • the power generation control device is Further provided with a covering ratio calculating means for calculating the ratio of the oxide film of the fuel cell cathode catalyst at the time i (covering ratio ⁇ (i)) is provided.
  • the intermittent state determination means is Further, a threshold value changing means for changing the intermittent OFF threshold value TP_IMOFF and / or the intermittent ON threshold value TP_IMON using the coverage rate ⁇ (i) may be provided.
  • the deterioration of the cathode catalyst is minimized by switching the intermittent ON / OFF state at the optimum timing so that the switching of the intermittent state of the fuel cell does not continue. be able to. Further, when power is distributed between the fuel cell and the secondary battery, the power is distributed so that the efficiency of the fuel cell is maximized (that is, the power generation provisional command value is performed so that the efficiency of the fuel cell is maximized). (Determining p_fc_temp (i)) can also suppress the decrease in fuel consumption. Further, if the intermittent ON / OFF is controlled by utilizing the SOC state, the trade-off of deterioration of SOC controllability can be eliminated, and the influence of deterioration of fuel efficiency can be eliminated.
  • the fuel cell when operating the fuel cell, if the larger of the power generation provisional command value p_fc_temp (i) and the intermittent OFF threshold TP_IMOFF is selected as the fuel cell power generation command value p_fc (i) at time i, the fuel cell will be activated. The time to maintain a high load (low potential) state is relatively long. As a result, catalyst deterioration can be suppressed. Furthermore, if the intermittent OFF threshold TP_IMOFF and / or the intermittent ON threshold TP_IMON is changed according to the coverage rate ⁇ (i) of the cathode catalyst, low load (high potential) operation that prioritizes efficiency is performed when ⁇ (i) is large. When ⁇ (i) is small, high load (low potential) operation can be performed with priority given to the protection of the catalyst. As a result, it is possible to achieve both improvement in efficiency and suppression of deterioration.
  • FIG. 8A shows the time course of the FC power generation power PFC according to the control method of Comparative Example 1.
  • FIG. 8B shows the time course of the FC cell voltage V FC by the control method of Comparative Example 1.
  • FIG. 9A shows a change over time in the FC power generation power PFC according to the control method of the first embodiment.
  • FIG. 9B shows the time course of the FC cell voltage V FC according to the control method of the first embodiment.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a power generation control device according to the first embodiment of the present invention.
  • the power generation control device 10a includes a fuel cell (FC) (not shown) for generating electric power and a secondary battery (BAT) (not shown) for storing surplus electric power (including regenerative energy). It is a device used for power generation control of a fuel cell system, and includes an operation mode determination means 20, a provisional command value calculation means 30, an intermittent state determination means 40a, and a power generation command value calculation means 50. ..
  • the operation mode determination means 20 determines the operation mode f_SOC (i) of the BAT based on the charge rate SOC (i-1) of the BAT at the time (i-1) and the charge rate SOC (i) of the BAT at the time i. It is a means to do.
  • the operation mode determining means 20 sequentially compares the SOC (i-1) and the SOC (i) at appropriate time intervals, and the BAT is in the charge mode, the discharge mode, or the normal mode (also charging). It is a means for determining which operation mode (mode in which discharge is not performed) is in.
  • the time interval for acquiring the BAT charge rate and other variables is not particularly limited, and the optimum time interval can be selected according to the purpose. The optimum time interval depends on the application of the fuel cell system. For example, when a fuel cell system is used as an in-vehicle power source, the time interval is typically 1 ms to 100 ms.
  • the operation mode determining means 20 is the BAT. It is determined that the device is in the discharge mode, and a numerical value (for example, "1") indicating the "discharge mode” is stored in the flag f_SOC (i) indicating the operation mode of the BAT at time i.
  • the operation mode determining means 20 determines that the BAT is in the charging mode, and sets the flag f_SOC (i) to ".
  • the flag f_SOC (i) obtained in this way activates the FC (makes the intermittent OFF state) or stops the FC (makes the intermittent ON state) in the intermittent state determining means 40a. It is used to judge.
  • the provisional command value calculation means 30 generates power of FC at time i so that the efficiency of FC is maximized based on the system required power p_req (i) at time i and the charge rate SOC (i) of BAT at time i. It is a means for determining the provisional command value (p_fc_temp (i)).
  • the tentative command value calculation means 30 may determine the power generation tentative command value p_fc_temp (i) of FC at time i so that the efficiency of FC is maximized by considering only the efficiency of FC.
  • the provisional command value calculating means 30 considers the charging rate of the BAT in addition to the efficiency of the FC so that the efficiency of the FC is maximized and the charging rate of the BAT is between the upper limit of the SOC and the lower limit of the SOC. It may determine the power generation provisional command value p_fc_temp (i) of FC at time i.
  • the probability that the charge rate of the BAT comes to the center of the SOC increases, and the probability that the increase / decrease in the system required power p_req (i) can be offset by the charging / discharging of the BAT increases.
  • the latter method can further reduce the intermittent frequency of FC as compared with the former method.
  • the method for determining the power generation provisional command value p_fc_temp (i) is not particularly limited as long as it functions as described above. Details of the method for determining p_fc_temp (i) will be described later.
  • the obtained p_fc_temp (i) is used in the intermittent state determining means 40a to determine whether to operate the FC (make the intermittent OFF state) or stop the FC (make the intermittent ON state). .. Further, p_fc_temp (i) is also used in the power generation command value calculation means 50 to determine the FC power generation command value p_fc (i).
  • the intermittent state determining means 40a has the BAT operation mode f_SOC (i) at time i, the power generation provisional command value p_fc_temp (i), the system required power p_req (i), and the FC intermittent ON / at time (i-1). Based on the OFF state f_IM (i-1), it is a means for determining the intermittent ON / OFF state f_IM (i) of the FC at time i so that the switching of the intermittent state of the FC is not continuous.
  • the intermittent state determining means 40a turns on the FC so that when the system required power p_req (i) fluctuates, the fluctuation of p_req (i) is offset by the charging / discharging of the BAT as much as possible. This is a means for appropriately suppressing the switching frequency of the OFF state (to the extent that the FC does not deteriorate).
  • the predetermined condition for example, system required power
  • the flag f_IM (i-1) indicating the FC intermittent ON / OFF state is set to a numerical value indicating "intermittent ON” (intermittent ON state). For example, "1") is stored.
  • the flag f_IM (i-1) stores a numerical value (for example, "0") indicating "intermittent OFF". Keep it.
  • the intermittent state determining means 40a Stores the same numerical value as the flag f_IM (i-1) in the flag f_IM (i) indicating the ON / OFF state of the FC at the time i.
  • the intermittent state determining means 40a sets the flag f_IM (i) to the flag f_IM (i). Store a value different from the flag f_IM (i-1).
  • the method for determining the flag f_IM (i) is not particularly limited as long as it functions as described above. Details of the method for determining the flag f_IM (i) will be described later.
  • the obtained flag f_IM (i) is used in the power generation command value calculation means 50 to determine the FC power generation command value p_fc (i).
  • the power generation command value calculation means 50 stops (OFF) the FC when it is determined to be intermittent ON at time i, and either p_fc_temp (i) or the intermittent OFF threshold value TP_IMOFF when it is determined to be intermittent OFF at time i.
  • the larger one is a means to output as the FC power generation command value p_fc (i) at time i.
  • the “intermittent OFF threshold value TP_IMOFF” refers to the threshold value of the power generation provisional command value p_fc_temp (i) when shifting from the intermittent ON state (FC stop state) to the intermittent OFF state (FC operating state).
  • the value of TP_IMOFF is not particularly limited, and the optimum value can be selected according to the purpose.
  • the power generation command value calculation means 50 is The power limiting circuit 52 that outputs the larger of p_fc_temp (i) and TP_IMOFF, and The negative circuit 54 that outputs the flag ⁇ f_IM (i) opposite to the flag f_IM (i), It includes a multiplication circuit 56 that multiplies the output of the power limiting circuit 52 and the output of the negative circuit 54.
  • the negative circuit 54 sets the flag to f_IM (i) to "1". Is output.
  • the power generation command value calculation means outputs p_fc_temp (i) or TP_IMOFF, whichever is larger, as p_fc (i).
  • the FC is operated, if the larger of p_fc_temp (i) and TP_IMOFF is selected as the FC power generation command value p_fc (i) at time i, the time for which the FC is maintained in the high load (low potential) state is selected. It becomes relatively long and excessive potential fluctuation is suppressed. As a result, catalyst deterioration can be suppressed.
  • the obtained power generation command value p_fc (i) is sent to a control device (not shown) that controls the FC, and the operation of the FC is controlled so that the actual output of the FC becomes p_fc (i).
  • a control device not shown
  • the FC is controlled so that the actual output of the FC becomes p_fc (i).
  • the system required power p_req (i) is larger than p_fc (i)
  • the power corresponding to the difference is supplied from the BAT.
  • p_req (i) is smaller than p_fc (i)
  • the power corresponding to the difference is stored in the BAT.
  • FIG. 2 shows a flow chart of the intermittent state determining means according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 shows a continuation of the flow chart shown in FIG.
  • step 1 First, in step 1 (hereinafter, simply referred to as "S1"), whether or not the intermittent ON state (FC stop state) is in the time (i-1), that is, the FC intermittent ON / at the time (i-1). It is determined whether or not the flag f_IM (i-1) indicating the OFF state is 1. If the intermittent ON state is set at time (i-1) (S1: YES), the process proceeds to S2.
  • TP_IMON refers to the threshold value of the system required power p_req (i) when shifting from the intermittent OFF state (FC operating state) to the intermittent ON state (FC stop state).
  • the value of TP_IMON is not particularly limited, and the optimum value can be selected according to the purpose.
  • P_fc_temp (i) is TP_IMOFF or less and p_req (i) is TP_IMON or less
  • p_req (i) is sufficiently small and p_req (i) can be covered only by charging and discharging BAT. Means.
  • S11: YES the process proceeds to S12, and "1" is stored in the flag f_IM (i). That is, at time i, the intermittent OFF state is switched to the intermittent ON state (FC stop state) (second switching means).
  • TP_IMON may have a positive value or a negative value.
  • p_req (i) will formally be a negative value.
  • the condition of p_req (i) ⁇ TP_IMON is easily satisfied, so that the FC operation mode is immediately switched from ON to OFF.
  • the operation mode of the FC is switched, and the frequency of intermittent operation may increase.
  • the FC operation mode will change from ON to OFF only when the hybrid system enters a strong regenerative mode (for example, when the fuel cell vehicle is traveling on a long downhill). Switch. As a result, it may be possible to reduce the frequency of intermittent operation.
  • FIG. 4 shows a block diagram of the power generation control device according to the second embodiment of the present invention.
  • the power generation control device 10b includes a fuel cell (FC) (not shown) for generating electric power and a secondary battery (BAT) (not shown) for storing surplus electric power (including regenerative energy).
  • FC fuel cell
  • BAT secondary battery
  • a device used for power generation control of a fuel cell system provided with an operation mode determination means 20, a provisional command value calculation means 30, an intermittent state determination means 40b, a power generation command value calculation means 50, and a coverage ratio calculation. It is equipped with means 60.
  • the operation mode determination means 20 determines the operation mode f_SOC (i) of the BAT based on the charge rate SOC (i-1) of the BAT at the time (i-1) and the charge rate SOC (i) of the BAT at the time i. It is a means to do. Since the details of the operation mode determining means 20 are the same as those of the first embodiment, the description thereof will be omitted.
  • the provisional command value calculation means 30 generates power of FC at time i so that the efficiency of FC is maximized based on the system required power p_req (i) at time i and the charge rate SOC (i) of BAT at time i. It is a means for determining the provisional command value p_fc_temp (i). Since the details of the provisional command value calculation means 30 are the same as those of the first embodiment, the description thereof will be omitted.
  • the intermittent state determining means 40b has an BAT operation mode f_SOC (i) at time i, a power generation provisional command value p_fc_temp (i), a system required power p_req (i), and an FC intermittent ON / OFF state at time (i-1). Based on (f_IM (i-1)) and the ratio of the oxide film of the fuel cell cathode catalyst at time i (coverage ⁇ (i)), time i so that the intermittent state switching of the fuel cell is not continuous. It is a means for determining the intermittent ON / OFF state f_IM (i) of the FC in the above.
  • the intermittent state determining means 40b further includes a threshold changing means for changing the intermittent OFF threshold TP_IMOFF and / or the intermittent ON threshold TP_IMON using the coverage rate ⁇ (i). This point is different from the intermittent state determining means 40a according to the first embodiment. Details of the coverage calculation means and the threshold value changing means will be described later. Other points regarding the intermittent state determining means 40b are the same as those of the intermittent state determining means 40a according to the first embodiment, and thus the description thereof will be omitted.
  • the power generation command value calculation means 50 stops (OFF) the FC when it is determined to be intermittent ON at time i, and either p_fc_temp (i) or the intermittent OFF threshold value TP_IMOFF when it is determined to be intermittent OFF at time i.
  • the larger one is a means to output as the FC power generation command value p_fc (i) at time i.
  • the power generation command value calculating means 50 includes a power limiting circuit 52, a negative circuit 54, and a multiplying circuit 56. Since the details of the power generation command value calculating means 50 are the same as those in the first embodiment, the description thereof will be omitted.
  • the coverage calculation means 60 is a means for calculating the ratio of the oxide film of the fuel cell cathode catalyst at time i (coverage ⁇ (i)).
  • the coverage calculation means 60 is a means for calculating the ratio of the oxide film of the fuel cell cathode catalyst at time i (coverage ⁇ (i)).
  • the components of the cathode catalyst are likely to elute.
  • an oxide film is formed on the surface of the cathode catalyst, and elution of the components of the cathode catalyst is suppressed.
  • the formation rate of the oxide film is slow, if the potential of the cathode suddenly fluctuates, the formation of the oxide film is delayed, and the components of the cathode catalyst are likely to elute.
  • the coverage calculation means 60 is not particularly limited as long as it is possible to calculate ⁇ (i).
  • FIG. 5 shows a block diagram of an example of the coverage determination means.
  • the coverage calculation means 60 includes a means for calculating ⁇ (i) based on the potential V, the humidity RH, and the temperature T.
  • the “potential V” refers to the FC cell potential V cell or the catalytic potential V cat .
  • the cell potential (V cell ) is the potential obtained by adding the potential due to the internal resistance to the catalytic potential.
  • the catalyst potential (V cat ) refers to the potential of the cathode catalyst layer.
  • ⁇ (i) can be calculated using V, RH and T based on a catalyst degradation model in the fuel cell.
  • the method for calculating ⁇ (i) is not particularly limited, and a known method (see Reference 1) can be used. [Reference 1] Farling, R. M. and J. P. Meyers (2003), “Kinetic Model of Platinum Dissolution in PEMFCs,” Journal of the Electrochemical Society 150 (11)
  • FIG. 6 shows a flow chart of the intermittent state determining means according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 shows the continuation of the flow chart shown in FIG.
  • the intermittent state determining means according to the present embodiment further includes a threshold value changing means for changing the intermittent OFF threshold value TP_IMOFF and the intermittent ON threshold value TP_IMON using the coverage rate ⁇ (i). This point is different from the first embodiment.
  • the "first threshold value” means the threshold value of ⁇ (i) for changing the threshold value TP_IMOFF of the intermittent OFF.
  • the value of the first threshold value is not particularly limited, and an optimum value can be selected according to the purpose.
  • the value of the first threshold value can be set, for example, by determining a state in which an oxide film is formed and the catalyst does not elute by an experiment or the like.
  • the power generation control device 10b may be provided with either one of the first threshold value changing means (S7) or the second threshold value changing means (S8), or may be provided with both. good.
  • the power generation control device 10b is a third threshold value changing means (S7) and / or a third threshold value changing means (S8) in addition to or in place of the first threshold value changing means (S7) and / or the second threshold value changing means (S8). Either S17) or the fourth threshold value changing means (S18) may be provided, or both may be provided.
  • provisional command value calculation means There are various means for calculating the provisional command value having the above-mentioned function. Among these, the provisional command value calculation means substitutes p_req (i) into the composite function f (x) (including the function obtained by mathematically transforming f (x)) described later, and the composite function f. It is preferable to include a means for calculating the value of x when (x) becomes the minimum and determining this as p_fc_temp (i). Hereinafter, a method for determining p_fc_temp (i) using the composite function f (x) will be described.
  • FC fuel consumption function (function expressing the relationship between FC output and fuel consumption), which has the effect of suppressing FC fuel consumption by minimizing it
  • B A quadratic function of the BAT output that has the effect of suppressing the BAT output by minimizing it
  • C The FC output is reduced by minimizing the composite function given by the sum of the BAT filling rate SOC with the linear function of the BAT output, which has the effect of maintaining the BAT filling rate SOC at the SOC center (SOC c ).
  • the following equation (9) shows the fuel consumption function approximated by the quadratic function.
  • a fitting method for example, there is a least squares method.
  • the second term of the equation (2) consists of a function obtained by multiplying the square of the BAT output by the first control parameter ⁇ .
  • ⁇ is a function of the deterioration index of FC and the deterioration index of BAT, and always takes a positive value. Further, ⁇ is a coefficient that becomes a larger value as the deterioration of BAT is larger and / or the deterioration of FC is smaller.
  • Det FC is an index showing that the deterioration of FC is progressing as the value becomes larger.
  • the size of Det FC depends on the operation history of FC.
  • the operation history that affects Det FC includes, for example, the history of FC current / voltage, the time change rate of voltage, the frequency of each time change rate of voltage, and the frequency of each voltage.
  • Det BAT is an index showing that the deterioration of BAT is progressing as the value becomes larger. Det BAT depends on the operation history of BAT.
  • the operation history that affects the Det BAT includes, for example, the history of the BAT temperature, the history of the BAT current, the history of the BAT charge rate, and the like.
  • ⁇ 0 , ⁇ , and ⁇ are constants that are uniquely determined once the specifications of FC and / or BAT are determined, respectively. Therefore, if Det FC and Det BAT are known, ⁇ is uniquely determined.
  • the calculation method of Det FC and Det BAT is not particularly limited, and the optimum method can be selected according to the purpose.
  • (A) A method of storing the actual operation history of FC and / or BAT and estimating ⁇ from the actual operation history.
  • (B) A method of estimating ⁇ from a map that gives ⁇ to the parameters based on parameters other than the operation history of FC and BAT (for example, age).
  • (C) A method of estimating ⁇ from the deviation between the reference operating point (IV) and the measured operating point, and so on.
  • the method of estimating ⁇ based on the actual operation history is suitable as a method of calculating ⁇ because the estimation accuracy of the progress of deterioration of FC and / or BAT is high.
  • ⁇ is preferably calculated by the following method. (1) A database (A) showing the relationship between the FC operation history and the FC deterioration index Det FC is stored in a memory in advance, and the Det FC corresponding to the actual FC operation history is read from the database (A). , The read Det FC is stored in the memory (procedure E1).
  • a database (B) showing the relationship between the BAT operation history and the BAT deterioration index Det BAT is stored in the memory in advance, and the Det BAT corresponding to the actual BAT operation history is read from the database (B).
  • the read Det BAT is stored in the memory (procedure E2).
  • (3) ⁇ is calculated by substituting Det FC and Det BAT into the above-mentioned equations (3) and (4), and the calculated ⁇ is stored in the memory (procedure E3).
  • the third term of the equation (2) consists of a function obtained by multiplying the BAT output by the second control parameter ⁇ and the constant k.
  • ⁇ is a function of the charge rate (SOC) of BAT, and may take a positive value or a negative value. Further, ⁇ is a coefficient whose absolute value becomes larger as the amount of deviation of SOC from the center (SOC c ) of the charge rate of BAT increases.
  • K is a negative value peculiar to BAT. Therefore, when ⁇ is a positive value, the third term becomes a straight line rising to the right. When ⁇ is positive, minimizing the third term corresponds to reducing the output sharing ratio of FC and increasing the output sharing ratio of BAT.
  • the third term becomes a straight line descending to the right.
  • minimizing the third term corresponds to increasing the output sharing ratio of FC and decreasing the output sharing ratio of BAT.
  • minimizing the third term corresponds to charging or discharging the BAT so that the SOC approaches SOC c .
  • the second control parameter ⁇ can be calculated by various methods.
  • the first method is a method of calculating ⁇ based on the following equations (5) and (6).
  • ⁇ ⁇ 0 + g ⁇ ⁇ SOC... (5)
  • ⁇ SOC SOC-SOC c ... (6) however, ⁇ 0 is the nominal value (constant)
  • g is a conversion coefficient (constant) of ⁇ SOC or a function obtained by multiplying the conversion coefficient of ⁇ SOC by a smoothing filter (low-pass filter).
  • SOC c is the center of BAT charge rate SOC.
  • ⁇ 0 and SOC c are constants that are uniquely determined once the BAT specifications are determined. Further, g is a positive constant that can be arbitrarily set according to the purpose, and as the value becomes larger, a slight difference in ⁇ SOC appears as a large difference in ⁇ . Therefore, if the SOC that changes from moment to moment is known, ⁇ can be known.
  • ⁇ is calculated by substituting SOC into the above-mentioned equations (5) and (6), and the calculated ⁇ is stored in the memory (procedure F2).
  • the second method is a method of calculating ⁇ based on the equations (7) and (8).
  • ⁇ SOC sing
  • h ( ⁇ SOC) is an arbitrary nonlinear function that has a large value near the upper limit and the lower limit of the SOC and a small value near the SOC c .
  • h ( ⁇ SOC) is not particularly limited, and may be an even-order function such as a quadratic function or a 4-hour number, or a polynomial function showing even function characteristics.
  • the first method has an advantage that the calculation load is small because ⁇ is represented by a linear function of SOC.
  • ⁇ is represented by a linear function of SOC.
  • the second method keeps ⁇ at a relatively small value when the SOC is near SOC c . Therefore, in the second method, charging / discharging of the BAT is not repeated more than necessary.
  • ⁇ is calculated by substituting SOC into the above-mentioned equations (7) and (8), and the calculated ⁇ is stored in the memory (procedure F3).
  • the fuel cell When operating the fuel cell, if the larger of the temporary power generation command value p_fc_temp (i) and the intermittent OFF threshold TP_IMOFF is selected as the fuel cell power generation command value p_fc (i) at time i, the fuel cell will be activated. The time to maintain a high load (low potential) state is relatively long. As a result, catalyst deterioration can be suppressed. Furthermore, if the intermittent OFF threshold TP_IMOFF and / or the intermittent ON threshold TP_IMON is changed according to the coverage rate ⁇ (i) of the cathode catalyst, low load (high potential) operation that prioritizes efficiency is performed when ⁇ (i) is large. When ⁇ (i) is small, high load (low potential) operation can be performed with priority given to the protection of the catalyst. As a result, it is possible to achieve both improvement in efficiency and suppression of deterioration.
  • Example 1 Comparative Example 1
  • Test method In a fuel cell system including a fuel cell and a secondary battery, changes over time in the FC power generation power P FC and FC cell voltage V FC when the system required power p_req (i) fluctuates irregularly were obtained by simulation.
  • control method of the fuel cell system is (A) A method of performing intermittent control of the fuel cell based only on the system required power p_req (i) at time i (Comparative Example 1), or (B) A method of intermittently controlling a fuel cell according to the flow charts of FIGS. 2 and 3 (Example 1). Was used.
  • Example 1 In Comparative Example 1, when the FC power generation power P FC changed, the FC cell voltage V FC fluctuated accordingly. On the other hand, in Example 1, the fluctuation of the FC power generation power PFC was constantly reduced, and the number of potential fluctuations was also reduced. The deterioration of FC is caused by the potential value and potential fluctuation of FC. From FIGS. 8 and 9, it can be seen that the deterioration of the catalyst can be suppressed by the control method according to the present invention.
  • the power generation control device can be used for power generation control of a hybrid vehicle equipped with a fuel cell and a battery.

Abstract

二次電池（ＢＡＴ）の充電率に基づいて、ＢＡＴの動作モードを判定する。次に、時刻ｉにおけるシステム要求パワー及びＢＡＴの充電率に基づいて、燃料電池（ＦＣ）の効率が最大となるように、時刻ｉでのＦＣの発電仮指令値を決定する。次に、時刻ｉでのＢＡＴの動作モード、発電仮指令値及びシステム要求パワー、並びに、時刻（ｉ－１）での間欠ＯＮ／ＯＦＦ状態に基づいて、ＦＣの間欠作動の切替が連続しないように、時刻ｉでの間欠ＯＮ／ＯＦＦ状態を決定する。さらに、時刻ｉにおいて間欠ＯＮと決定されたときにはＦＣを停止させ、時刻ｉにおいて間欠ＯＦＦと決定されたときには発電仮指令値と間欠ＯＦＦの閾値の内のいずれか大きい方を時刻ｉにおけるＦＣの発電指令値として出力する。

Description

発電制御装置
　本発明は、発電制御装置に関し、さらに詳しくは、電力を発生させる燃料電池（ＦＣ）と、余剰の電力を貯蔵する二次電池（ＢＡＴ）とを備えた燃料電池システムの制御に用いられる発電制御装置に関する。
　ハイブリッド車両とは、２つ以上の動力源（例えば、燃料電池と二次電池）を持つ自動車をいう。ハイブリッド車両は状況に応じて動力源を使い分けることができるため、１つの動力源を持つ通常車両に比べて燃費が高いという特徴がある。しかしながら、ハイブリッド車両において、燃費をさらに向上させるためには、状況に応じて動力源の動力分配を適切に行う必要がある。
　一方、動力源の一つとして燃料電池を備えたハイブリッド車両において、効率を優先して動力分配を行った場合、燃料電池は、通常、作動（ＯＮ）状態と休止（０ＦＦ）状態とが頻繁に繰り返される。燃料電池に対しこのような間欠制御が行われると、燃料電池内の触媒が高電位状態と低電位状態に繰り返し曝されるために、触媒が劣化するという問題がある。
　そこでこの問題を解決するために、従来から種々の提案がなされている。
　例えば、特許文献１には、燃料電池と、蓄電装置と、これらを制御する制御装置とを備えた移動体用燃料電池システムにおいて、
（ａ）移動体速度が高速になるほど、発電休止モードから通常発電モードに移行する時の閾値を小さくする方法、及び、
（ｂ）燃料電池の運転状態が発電休止モードにあるときに、燃料電池の端子間電圧が上限電圧（＜開放端電圧）を超えないように制御する方法
が開示されている。
　同文献には、
（Ａ）移動体速度が高速になるほど閾値を小さく設定すると、閾値を変更しない場合に比べて早いタイミングで通常発電モードに移行させることができ、間欠運転する燃料電池の応答性およびドライバビリティの悪化を抑制できる点、及び、
（Ｂ）発電休止モード時の上限電位は、燃料電池に含まれる白金触媒が溶出しない程度の電位とすることが好ましい点
が記載されている。
　特許文献１に記載の方法を用いると、燃料電池の触媒劣化を抑制しつつ、燃料電池の応答性の悪化を抑制することができる。しかしながら、特許文献１に記載の方法を用いる場合であっても、要求出力が間欠運転の閾値を跨いで変動しやすい走行パターンや車両では、間欠制御の頻度が増加し、燃料電池の耐久性が低下する場合がある。一方、燃料電池の耐久性を向上させるために、単に間欠運転の切替頻度を低下させると、二次電池の充放電量が増加し、燃費が悪化する。
　さらに、電力を発生させる燃料電池と、余剰の電力を貯蔵する二次電池とを備えた燃料電池システムにおいて、燃費を悪化させることなく、燃料電池の耐久性を向上させることが可能な発電制御装置が提案された例は、従来にはない。
特開２０１１－０１４４６５号公報
　本発明が解決しようとする課題は、電力を発生させる燃料電池と、余剰の電力を貯蔵する二次電池とを備えた燃料電池システムにおいて、燃費を悪化させることなく、燃料電池の耐久性を向上させることが可能な発電制御装置を提供することにある。
　上記課題を解決するために本発明に係る発電制御装置は、以下の構成を備えている。
（１）前記発電制御装置は、電力を発生させる燃料電池（ＦＣ）と、余剰の電力を貯蔵する二次電池（ＢＡＴ）とを備えた燃料電池システムの発電制御に用いられる。
（２）前記発電制御装置は、
　時刻（ｉ－１）における前記ＢＡＴの充電率ＳＯＣ(i-1)及び時刻ｉにおける前記ＢＡＴの充電率ＳＯＣ(i)に基づいて、前記ＢＡＴの動作モードf_ＳＯＣ(i)を判定する動作モード判定手段と、
　前記時刻ｉにおけるシステム要求パワーp_req(i)と前記時刻ｉにおける前記ＢＡＴの充電率ＳＯＣ(i)に基づいて、前記ＦＣの効率が最大となるように、前記時刻ｉにおける前記ＦＣの発電仮指令値p_fc_temp(i)を決定する仮指令値算出手段と、
　前記時刻ｉにおける前記ＢＡＴの動作モードf_ＳＯＣ(i)、前記p_fc_temp(i)、前記p_req(i)、及び、前記時刻（ｉ－１）における前記ＦＣの間欠ＯＮ／ＯＦＦ状態f_ＩＭ(i-1)に基づいて、前記ＦＣの間欠状態の切替が連続しないように、前記時刻ｉにおける前記ＦＣの間欠ＯＮ／ＯＦＦ状態f_ＩＭ(i)を決定する間欠状態判定手段と、
　前記時刻ｉにおいて間欠ＯＮと決定されたときには前記ＦＣを停止（ＯＦＦ）させ、前記時刻ｉにおいて間欠ＯＦＦと決定されたときには前記p_fc_temp(i)と間欠ＯＦＦの閾値TP_IMOFFの内のいずれか大きい方を前記時刻ｉにおける前記ＦＣの発電指令値p_fc(i)として出力する発電指令値算出手段と
を備えている。
　本発明に係る発電制御装置は、
　前記時刻ｉにおける燃料電池カソード触媒の酸化皮膜の割合（被覆率θ(i)）を算出する被覆率算出手段をさらに備え、
　前記間欠状態判定手段は、
　前記被覆率θ(i)を用いて間欠ＯＦＦの閾値TP_IMOFF及び／又は間欠ＯＮの閾値TP_IMONを変更する閾値変更手段をさらに備えているものでも良い。
　システム要求パワーp_req(i)が変動した場合において、燃料電池の間欠状態の切替が連続しないように最適なタイミングで間欠ＯＮ／ＯＦＦ状態の切り替えを行うと、カソード触媒の劣化を最小限に抑制することができる。
　また、燃料電池と二次電池との間で動力分配を行う場合において、燃料電池の効率が最大となるように動力分配を行う（すなわち、燃料電池の効率が最大となるように発電仮指令値p_fc_temp(i)を決定する）と、燃費の低下も抑制することができる。さらに、ＳＯＣ状態も活用して間欠ＯＮ／ＯＦＦを制御すると、ＳＯＣ制御性悪化の背反も解消され、燃費悪化の影響を排除することができる。
　また、燃料電池を作動させる場合において、発電仮指令値p_fc_temp(i)と間欠ＯＦＦの閾値TP_IMOFFのいずれか大きい方を時刻ｉにおける燃料電池の発電指令値p_fc(i)として選択すると、燃料電池が高負荷（低電位）状態に維持される時間が相対的に長くなる。その結果、触媒劣化を抑制することができる。
　さらに、カソード触媒の被覆率θ(i)に応じて間欠ＯＦＦの閾値TP_IMOFF及び／又は間欠ＯＮの閾値TP_IMONを変更すると、θ(i)が大きい時には効率を優先した低負荷（高電位）運転を行い、θ(i)が小さい時には触媒の保護を優先した高負荷（低電位）運転を行うことができる。その結果、効率の向上と劣化の抑制とを両立させることができる。
本発明の第１の実施の形態に係る発電制御装置のブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係る間欠状態判定手段のフロー図である。 図２に示すフロー図の続きである。
本発明の第２の実施の形態に係る発電制御装置のブロック図である。 被覆率判定手段の一例のブロック図である。 本発明の第２の実施の形態に係る間欠状態判定手段のフロー図である。 図６に示すフロー図の続きである。
図８（Ａ）は、比較例１の制御方法によるＦＣ発電パワーＰFCの経時変化である。図８（Ｂ）は、比較例１の制御方法によるＦＣセル電圧ＶFCの経時変化である。 図９（Ａ）は、実施例１の制御方法によるＦＣ発電パワーＰFCの経時変化である。図９（Ｂ）は、実施例１の制御方法によるＦＣセル電圧ＶFCの経時変化である。
　以下、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
［１．　発電制御装置（１）］
　図１に、本発明の第１の実施の形態に係る発電制御装置のブロック図を示す。図１において、発電制御装置１０ａは、電力を発生させる燃料電池（ＦＣ）（図示せず）と、余剰の電力（回生エネルギーも含む）を貯蔵する二次電池（ＢＡＴ）（図示せず）とを備えた燃料電池システムの発電制御に用いられる装置であって、動作モード判定手段２０と、仮指令値算出手段３０と、間欠状態判定手段４０ａと、発電指令値算出手段５０とを備えている。
［１．１．　動作モード判定手段］
　動作モード判定手段２０は、時刻（ｉ－１）におけるＢＡＴの充電率ＳＯＣ(i-1)及び時刻ｉにおけるＢＡＴの充電率ＳＯＣ(i)に基づいて、ＢＡＴの動作モードf_ＳＯＣ(i)を判定するための手段である。
　動作モード判定手段２０は、具体的には、適当な時間間隔で逐次、ＳＯＣ(i-1)とＳＯＣ(i)とを対比し、ＢＡＴが充電モード、放電モード、又は、通常モード（充電も放電も行われていないモード）のいずれの動作モードにあるかを判断するための手段である。この場合、ＢＡＴの充電率及びその他の各変数を取得する時間間隔は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な時間間隔を選択することができる。最適な時間間隔は、燃料電池システムの用途により異なる。例えば、燃料電池システムが車載動力源として用いられる場合、時間間隔は、通常、１ｍｓ～１００ｍｓである。
　ＳＯＣ(i-1)とＳＯＣ(i)とを対比した結果、充電率が減少している時（ＳＯＣ(i-1)＞ＳＯＣ(i)）には、動作モード判定手段２０は、ＢＡＴが放電モードにあると判断し、時刻ｉにおけるＢＡＴの動作モードを表すフラグf_ＳＯＣ(i)に”放電モード”を表す数値（例えば、”１”）を記憶させる。
　一方、充電率が増加している時（ＳＯＣ(i-1)＜ＳＯＣ(i)）には、動作モード判定手段２０は、ＢＡＴが充電モードにあると判断し、フラグf_ＳＯＣ(i)に”充電モード”を表す数値（例えば、”２”）を記憶させる。
　さらに、充電率に増減がない時（ＳＯＣ(i-1)＝ＳＯＣ(i)）には、動作モード判定手段２０は、ＢＡＴが通常モードにあると判断し、フラグf_ＳＯＣ(i)に”通常モード”を表す数値（例えば、”０”）を記憶させる。
　このようにして得られたフラグf_ＳＯＣ(i)は、間欠状態判定手段４０ａにおいて、ＦＣを作動させる（間欠ＯＦＦの状態にする）か、あるいは、ＦＣを停止させる（間欠ＯＮの状態にする）かの判定に用いられる。
［１．２．　仮指令値算出手段］
　仮指令値算出手段３０は、時刻ｉにおけるシステム要求パワーp_req(i)と時刻ｉにおけるＢＡＴの充電率ＳＯＣ(i)に基づいて、ＦＣの効率が最大となるように、時刻ｉにおけるＦＣの発電仮指令値（p_fc_temp(i)）を決定するための手段である。
　仮指令値算出手段３０は、ＦＣの効率のみを考慮し、ＦＣの効率が最大となるように、時刻ｉにおけるＦＣの発電仮指令値p_fc_temp(i)を決定するものでも良い。
　あるいは、仮指令値算出手段３０は、ＦＣの効率に加えてＢＡＴの充電率も考慮し、ＦＣの効率が最大となり、かつ、ＢＡＴの充電率がＳＯＣ上限とＳＯＣ下限の間に来るように、時刻ｉにおけるＦＣの発電仮指令値p_fc_temp(i)を決定するものでも良い。
　後者の場合、ＢＡＴの充電率がＳＯＣ中心に来る確率が高くなり、システム要求パワーp_req(i)の増減をＢＡＴの充放電により相殺できる確率が高くなる。その結果、後者の方法は、前者の方法に比べてＦＣの間欠頻度をより低減することができる。
　発電仮指令値p_fc_temp(i)の決定方法は、上述した機能を奏するものである限りにおいて、特に限定されない。p_fc_temp(i)の決定方法の詳細については、後述する。
　得られたp_fc_temp(i)は、間欠状態判定手段４０ａにおいて、ＦＣを作動させる（間欠ＯＦＦの状態にする）か、あるいは、ＦＣを停止させる（間欠ＯＮの状態にする）かの判定に用いられる。また、p_fc_temp(i)は、発電指令値算出手段５０において、ＦＣの発電指令値p_fc(i)の決定にも用いられる。
［１．３．　間欠状態判定手段］
　間欠状態判定手段４０ａは、時刻ｉにおけるＢＡＴの動作モードf_ＳＯＣ(i)、発電仮指令値p_fc_temp(i)、システム要求パワーp_req(i)、及び、時刻（ｉ－１）におけるＦＣの間欠ＯＮ／ＯＦＦ状態f_ＩＭ(i-1)に基づいて、ＦＣの間欠状態の切替が連続しないように、時刻ｉにおける前記ＦＣの間欠ＯＮ／ＯＦＦ状態f_ＩＭ(i)を決定する手段である。
　換言すれば、間欠状態判定手段４０ａは、システム要求パワーp_req(i)が変動した場合において、p_req(i)の変動分が可能な限りＢＡＴの充放電で相殺されるように、ＦＣのＯＮ／ＯＦＦ状態の切替頻度を適度に（ＦＣが劣化しない程度に）抑制するための手段である。
　ここで、「ＦＣの間欠状態の切替が連続しない」とは、
（ａ）ＦＣが作動状態（間欠ＯＦＦ状態）にある場合において、システム要求パワーp_req(i)が正値からゼロクロスし負値となった時でも、所定の条件を満たす時（例えば、システム要求パワーp_req(i)がゼロクロス付近を変動する可能性が高い時）は間欠ＯＦＦ状態から間欠ＯＮ状態への切替が行われないこと、及び／又は、
（ｂ）ＦＣが停止状態（間欠ＯＮ状態）にある場合において、システム要求パワーp_req(i)が負値からゼロクロスし正値となった時でも、所定の条件を満たす時（例えば、被覆率θ(i)が小さい時）は間欠ＯＮ状態から間欠ＯＦＦ状態への切替が行われないこと
をいう。
　例えば、時刻（ｉ－１）において、ＦＣが停止状態（間欠ＯＮ状態）にある場合には、ＦＣの間欠ＯＮ／ＯＦＦ状態を表すフラグf_ＩＭ(i-1)に”間欠ＯＮ”を表す数値（例えば、”１”）を記憶させておく。
　一方、時刻（ｉ－１）において、ＦＣが作動状態（間欠ＯＦＦ状態）にある場合には、フラグf_ＩＭ(i-1)に”間欠ＯＦＦ”を表す数値（例えば、”０”）を記憶させておく。
　この状態から、システム要求パワーp_req(i)が変動した場合において、変動分をＦＣのＯＮ／ＯＦＦの切り替えではなく、ＢＡＴの充放電により相殺できると判断された場合には、間欠状態判定手段４０ａは、時刻ｉにおけるＦＣのＯＮ／ＯＦＦ状態を表すフラグf_ＩＭ(i)に、フラグf_ＩＭ(i-1)と同じ数値を記憶させる。
　一方、p_req(i)の変動分をＢＡＴの充放電のみにより相殺できず、ＦＣの動作モードの変更が必要と判断された場合には、間欠状態判定手段４０ａは、フラグf_ＩＭ(i)に、フラグf_ＩＭ(i-1)とは異なる数値を記憶させる。
　フラグf_ＩＭ(i)の決定方法は、上述した機能を奏するものである限りにおいて、特に限定されない。フラグf_ＩＭ(i)の決定方法の詳細については、後述する。
　得られたフラグf_ＩＭ(i)は、発電指令値算出手段５０において、ＦＣの発電指令値p_fc(i)の決定に用いられる。
［１．４．　発電指令値算出手段］
　発電指令値算出手段５０は、時刻ｉにおいて間欠ＯＮと決定されたときにはＦＣを停止（ＯＦＦ）させ、時刻ｉにおいて間欠ＯＦＦと決定されたときにはp_fc_temp(i)と間欠ＯＦＦの閾値TP_IMOFFの内のいずれか大きい方を時刻ｉにおけるＦＣの発電指令値p_fc(i)として出力する手段である。
　ここで、「間欠ＯＦＦの閾値TP_IMOFF」とは、間欠ＯＮ状態（ＦＣ停止状態）から間欠ＯＦＦ状態（ＦＣ作動状態）に移行させるときの発電仮指令値p_fc_temp(i)の閾値をいう。TP_IMOFFの値は、特に限定されるものでなく、目的に応じて最適な値を選択することができる。
　図１において、発電指令値算出手段５０は、
　p_fc_temp(i)とTP_IMOFFのいずれか大きい方を出力するパワー制限回路５２と、
　フラグf_ＩＭ(i)とは反対のフラグ～f_ＩＭ(i)を出力する否定回路５４と、
　パワー制限回路５２の出力と否定回路５４の出力を乗算する乗算回路５６と
を備えている。
　例えば、”間欠ＯＮ（ＦＣ停止）”を表す数値が”１”であり、”間欠ＯＦＦ（ＦＣ作動）”を表す数値が”０”であるとする。この場合において、フラグf_ＩＭ(i)が”１”である時、すなわち、間欠状態判定手段４０ａがＦＣを停止（ＯＦＦ）させるよう指令を出した時には、否定回路５４はフラグ～f_ＩＭ(i)として”０”を出力する。その結果、発電指令値算出手段５０は、p_fc(i)としてゼロを出力する。
　一方、フラグf_ＩＭ(i)が”０”である時、すなわち、間欠状態判定手段４０ａがＦＣを作動（ＯＮ）させるよう指令を出した時には、否定回路５４はフラグ～f_ＩＭ(i)として”１”を出力する。その結果、発電指令値算出手段は、p_fc(i)として、p_fc_temp(i)とTP_IMOFFのいずれか大きい方を出力する。
　ＦＣを作動させる際に、p_fc_temp(i)とTP_IMOFFのいずれか大きい方を時刻ｉにおけるＦＣの発電指令値p_fc(i)として選択すると、ＦＣが高負荷（低電位）状態に維持される時間が相対的に長くなり、過度の電位変動が抑制される。その結果、触媒劣化を抑制することができる。
　得られた発電指令値p_fc(i)は、ＦＣを制御する制御装置（図示せず）に送られ、ＦＣの実際の出力がp_fc(i)となるようにＦＣの動作が制御される。
　この場合、システム要求パワーp_req(i)がp_fc(i)より大きい時には、その差に相当する電力がＢＡＴから供給される。一方、p_req(i)がp_fc(i)より小さい時には、その差に相当する電力がＢＡＴに蓄えられる。
［２．　間欠状態判定手段の具体例（１）］
　図２に、本発明の第１の実施の形態に係る間欠状態判定手段のフロー図を示す。図３に、図２に示すフロー図の続きを示す。
［２．１．　第１切替手段］
　まず、ステップ１（以下、単に「Ｓ１」という）において、時刻（ｉ－１）において間欠ＯＮ状態（ＦＣ停止状態）にあるか否か、すなわち、時刻（ｉ－１）におけるＦＣの間欠ＯＮ／ＯＦＦ状態を表すフラグf_ＩＭ(i-1)が１であるか否かが判断される。時刻（ｉ－１）において間欠ＯＮ状態にある場合（Ｓ１：ＹＥＳ）には、Ｓ２に進む。
　Ｓ２では、仮指令値算出手段３０により決定された、時刻ｉにおけるＦＣの発電仮指令値p_fc_temp(i)が間欠ＯＦＦの閾値TP_IMOFF以上であるか否かが判断される。p_fc_temp(i)がTP_IMOFF以上である場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、システム要求パワーp_req(i)が相対的に大きくなり、ＢＡＴから放電される電力のみではp_req(i)を賄えないことを意味する。このような場合には、Ｓ３に進み、フラグf_ＩＭ(i)に”０”を記憶させる。すなわち、時刻ｉにおいて間欠ＯＮ状態から間欠ＯＦＦ状態（ＦＣ作動状態）に切り替える（第１切替手段）。その後、Ｓ４に進む。
　一方、p_fc_temp(i)がTP_IMOFF以上でない場合（Ｓ２：ＮＯ）、システム要求パワーp_req(i)が相対的に小さく、ＢＡＴから放電される電力のみでp_req(i)を賄えることを意味する。このような場合には、Ｓ５に進み、フラグf_ＩＭ(i)に”１”を記憶させる。すなわち、間欠ＯＮ状態（ＦＣ停止状態）に維持する。その後、Ｓ４に進む。
　Ｓ４では、制御を続行するか否かが判断される。制御を続行する場合（Ｓ４：ＹＥＳ）には、Ｓ１に戻り、上述したＳ１～Ｓ５の各ステップを繰り返す。
［２．２．　第２切替手段］
　Ｓ１において、時刻（ｉ－１）において間欠ＯＮ状態にない場合（Ｓ１：ＮＯ）には、図３のＳ１１に進む。Ｓ１１では、p_fc_temp(i)がTP_IMOFF以下であり、かつ、p_req(i)が間欠ＯＮの閾値TP_IMON以下であるか否かが判断される。
　ここで、「間欠ＯＮの閾値TP_IMON」とは、間欠ＯＦＦ状態（ＦＣ作動状態）から間欠ＯＮ状態（ＦＣ停止状態）に移行させるときのシステム要求パワーp_req(i)の閾値をいう。TP_IMONの値は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な値を選択することができる。
　「p_fc_temp(i)がTP_IMOFF以下であり、かつ、p_req(i)がTP_IMON以下である」とは、p_req(i)が十分に小さく、p_req(i)をＢＡＴの充放電のみで賄うことができることを意味する。このような場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）には、Ｓ１２に進み、フラグf_ＩＭ(i)に”１”を記憶させる。すなわち、時刻ｉにおいて間欠ＯＦＦ状態から間欠ＯＮ状態（ＦＣ停止状態）に切り替える（第２切替手段）。
　なお、TP_IMONは、正の値であっても良く、あるいは、負の値であっても良い。例えば、ＦＣとＢＡＴのハイブリッドシステムが回生モードにある場合、p_req(i)は形式的には負の値となる。この場合において、TP_IMONが正の値である時には、p_req(i)≦TP_IMONの条件を容易に満たすので、ＦＣの動作モードがＯＮからＯＦＦに直ちに切り替わる。その結果、ハイブリッドシステムが弱い回生モードに突入する毎に、ＦＣの作動モードが切り替わり、間欠作動の頻度が増大する場合がある。
　一方、TP_IMONとして負の値を採用すると、ハイブリッドシステムが強い回生モードに突入した時（例えば、燃料電池自動車が長い下り坂を走行している時）にのみ、ＦＣの作動モードがＯＮからＯＦＦに切り替わる。その結果、間欠作動の頻度を低減することができる場合がある。
［２．３．　第３切替手段］
　Ｓ１１において、p_fc_temp(i)がTP_IMOFF以下でない場合、及び／又は、p_req(i)がTP_IMON以下でない場合（Ｓ１１：ＮＯ）には、Ｓ１３に進む。
　Ｓ１３では、時刻（ｉ－１）においてＢＡＴが放電モードにあり、かつ、p_fc_temp(i)がＦＣの出力下限値（LL）以下であるか否かが判断される。
　ここで、「出力下限値（LL）」とは、間欠ＯＦＦ状態（ＦＣ作動状態）から間欠ＯＮ状態（ＦＣ停止状態）に切り替える時の発電仮指令値p_fc_temp(i)の下限値をいう。LLの値は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な値を選択することができる。例えば、LLは、ゼロでも良く、あるいは、ゼロに近い正の値であっても良い。
　「時刻（ｉ－１）においてＢＡＴが放電モード（f_ＳＯＣ(i-1)＝１）にあり、かつ、p_fc_temp(i)がLL以下である」とは、システム上はＦＣは作動状態にあるが、ＦＣが実質的に作動しておらず、ＢＡＴの充放電のみでp_req(i)を賄うことができる状態にあることを意味する。このような場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）には、Ｓ１４に進み、フラグf_ＩＭ(i)に”１”を記憶させる。すなわち、時刻ｉにおいて間欠ＯＦＦ状態から間欠ＯＮ状態（ＦＣ停止状態）に切り替える（第３切替手段）。その後、Ｓ４に戻る。
　一方、時刻（ｉ－１）においてＢＡＴが放電モード（f_ＳＯＣ(i-1)＝１）にない場合、及び／又は、p_fc_temp(i)がLL以下でない場合、p_fc_temp(i)及び／又はp_req(i)は相対的に小さいが、ＦＣからの出力を実質的に必要としている状態にあることを意味する。このような場合において、ＦＣを停止させると、その直後にp_fc_temp(i)及び／又はp_req(i)が急増するおそれがある。このような場合（Ｓ１３：ＮＯ）には、Ｓ１５に進み、フラグf_ＩＭ(i)に”０”を記憶させる。すなわち、間欠ＯＦＦ状態（ＦＣ作動状態）を維持する。その後、Ｓ４に戻る。
　そして、制御を停止する（Ｓ４：ＮＯ）まで、上述したＳ１～Ｓ５、及びＳ１１～Ｓ１５の各ステップを繰り返す。
［３．　発電制御装置（２）］
　図４に、本発明の第２の実施の形態に係る発電制御装置のブロック図を示す。図４において、発電制御装置１０ｂは、電力を発生させる燃料電池（ＦＣ）（図示せず）と、余剰の電力（回生エネルギーも含む）を貯蔵する二次電池（ＢＡＴ）（図示せず）とを備えた燃料電池システムの発電制御に用いられる装置であって、動作モード判定手段２０と、仮指令値算出手段３０と、間欠状態判定手段４０ｂと、発電指令値算出手段５０と、被覆率算出手段６０とを備えている。
［３．１．　動作モード判定手段］
　動作モード判定手段２０は、時刻（ｉ－１）におけるＢＡＴの充電率ＳＯＣ(i-1)及び時刻ｉにおけるＢＡＴの充電率ＳＯＣ(i)に基づいて、ＢＡＴの動作モードf_ＳＯＣ(i)を判定するための手段である。動作モード判定手段２０の詳細は、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
［３．２．　仮指令値算出手段］
　仮指令値算出手段３０は、時刻ｉにおけるシステム要求パワーp_req(i)と時刻ｉにおけるＢＡＴの充電率ＳＯＣ(i)に基づいて、ＦＣの効率が最大となるように、時刻ｉにおけるＦＣの発電仮指令値p_fc_temp(i)を決定するための手段である。仮指令値算出手段３０の詳細は、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
［３．３．　間欠状態判定手段］
　間欠状態判定手段４０ｂは、時刻ｉにおけるＢＡＴの動作モードf_ＳＯＣ(i)、発電仮指令値p_fc_temp(i)、システム要求パワーp_req(i)、時刻（ｉ－１）におけるＦＣの間欠ＯＮ／ＯＦＦ状態（f_ＩＭ(i-1)）、及び、時刻ｉにおける燃料電池カソード触媒の酸化皮膜の割合（被覆率θ(i)）に基づいて、燃料電池の間欠状態の切替が連続しないように、時刻ｉにおける前記ＦＣの間欠ＯＮ／ＯＦＦ状態f_ＩＭ(i)を決定する手段である。
　間欠状態判定手段４０ｂは、被覆率θ(i)を用いて間欠ＯＦＦの閾値TP_IMOFF及び／又は間欠ＯＮの閾値TP_IMONを変更する閾値変更手段をさらに備えている。この点が、第１の実施の形態に係る間欠状態判定手段４０ａとは異なる。被覆率算出手段及び閾値変更手段の詳細については、後述する。
　間欠状態判定手段４０ｂに関するその他の点については、第１の実施の形態に係る間欠状態判定手段４０ａと同様であるので、説明を省略する。
［３．４．　発電指令値算出手段］
　発電指令値算出手段５０は、時刻ｉにおいて間欠ＯＮと決定されたときにはＦＣを停止（ＯＦＦ）させ、時刻ｉにおいて間欠ＯＦＦと決定されたときにはp_fc_temp(i)と間欠ＯＦＦの閾値TP_IMOFFの内のいずれか大きい方を時刻ｉにおけるＦＣの発電指令値p_fc(i)として出力する手段である。また、図４において、発電指令値算出手段５０は、パワー制限回路５２と、否定回路５４と、乗算回路５６とを備えている。発電指令値算出手段５０の詳細は、第１の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
［３．５．　被覆率出手段］
　被覆率算出手段６０は、時刻ｉにおける燃料電池カソード触媒の酸化皮膜の割合（被覆率θ(i)）を算出するための手段である。
　カソード触媒が高電位に曝されると、カソード触媒の成分が溶出しやすくなる。一方、カソード触媒が高電位に曝されると、カソード触媒の表面に酸化被膜が形成され、カソード触媒の成分の溶出が抑制される。しかしながら、酸化被膜の形成速度は遅いため、急激にカソードの電位が変動すると、酸化被膜の形成が遅れ、カソード触媒の成分が溶出しやすくなる。
　これに対し、θ(i)を逐次算出し、θ(i)に応じて間欠ＯＦＦの閾値TP_IMOFF及び／又は間欠ＯＮの閾値TP_IMONを変更すると、酸化被膜が十分に形成される前にカソード触媒が高電位に曝されるのを抑制することができる。その結果、電位変動の繰り返しに起因する触媒劣化を抑制することができる。
　被覆率算出手段６０は、θ(i)を算出することが可能なものである限りにおいて、特に限定されない。図５に、被覆率判定手段の一例のブロック図を示す。図５において、被覆率算出手段６０は、電位Ｖ、湿度ＲＨ、及び温度Ｔに基づいて、θ(i)を算出するものからなる。この場合、「電位Ｖ」とは、ＦＣのセル電位Ｖcell又は触媒電位Ｖcatをいう。セル電位（Ｖcell）とは、触媒電位に内部抵抗による電位を加えた電位をいう。触媒電位（Ｖcat）とは、カソード触媒層の電位をいう。
　θ(i)は、Ｖ、ＲＨ及びＴを用いて、燃料電池内における触媒の劣化モデルに基づいて算出することができる。θ(i)の算出方法は、特に限定されるものではなく、公知の方法（参考文献１参照）を用いることができる。
［参考文献１］ Farling, R. M. and J. P. Meyers (2003), “Kinetic Model of Platinum Dissolution in PEMFCs,” Journal of the Electrochemical Society 150(11)
［４．　間欠状態判定手段の具体例（２）］
　図６に、本発明の第２の実施の形態に係る間欠状態判定手段のフロー図を示す。図７に、図６に示すフロー図の続きを示す。本実施の形態に係る間欠状態判定手段は、被覆率θ(i)を用いて間欠ＯＦＦの閾値TP_IMOFF及び間欠ＯＮの閾値TP_IMONを変更する閾値変更手段をさらに備えている。この点が、第１の実施の形態とは異なる。
［４．１．　第１閾値変更手段、第２閾値変更手段］
　まず、Ｓ１において、時刻（ｉ－１）において間欠ＯＮ状態（ＦＣ停止状態）にあるか否か、すなわち、時刻（ｉ－１）におけるＦＣの間欠ＯＮ／ＯＦＦ状態を表すフラグf_ＩＭ(i-1)が１であるか否かが判断される。時刻（ｉ－１）において間欠ＯＮ状態にある場合（Ｓ１：ＹＥＳ）には、Ｓ６に進む。
　Ｓ６では、θ(i)が第１閾値以上であるか否かが判断される。
　ここで、「第１閾値」とは、間欠ＯＦＦの閾値TP_IMOFFを変更するためのθ(i)の閾値をいう。第１閾値の値は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な値を選択することができる。第１閾値の値は、例えば、酸化被膜が形成され、触媒が溶出しなくなる状態を実験等により見極めることにより設定することができる。
　一般に、θ(i)が相対的に大きい時（すなわち、酸化被膜が十分に形成されている時）には、触媒が高電位に曝されても触媒成分は溶出しにくい。そのため、θ(i)が第１閾値以上である場合（Ｓ６：ＹＥＳ）には、Ｓ７に進み、TP_IMOFFを下げる（第１閾値変更手段）。これは、θ(i)が相対的に大きい場合には、p_fc_temp(i)が相対的に小さい時でも間欠ＯＮ状態から間欠ＯＦＦ状態（ＦＣ作動状態）に入り易くし、効率の良い軽負荷（高電位）動作点でＦＣを作動させることに相当する。
　一方、θ(i)が相対的に小さい時（すなわち、酸化被膜が十分に形成されていない時）には、触媒が高電位に曝されると触媒成分は溶出しやすくなる。そのため、θ(i)が第１閾値以上でない場合（Ｓ６：ＮＯ）には、Ｓ８に進み、TP_IMOFFを上げる（第２閾値変更手段）。これは、θ(i)が小さい場合には、間欠ＯＮ状態から間欠ＯＦＦ状態（ＦＣ作動状態）に入りにくくし、かつ、間欠ＯＦＦ状態に切り替えられた時には、触媒成分が溶出しないように、高負荷（低電位）動作点でＦＣを作動させることに相当する。
　Ｓ７又はＳ８でTP_IMOFFを変更した後、Ｓ２に進む。以下、第１の実施の形態と同様にして、Ｓ２～Ｓ４の各ステップを繰り返す。Ｓ２～Ｓ４の詳細については、第１の実施の形態に係る間欠状態判定手段と同様であるので、説明を省略する。なお、本実施の形態に係る発電制御装置１０ｂは、第１閾値変更手段（Ｓ７）又は第２閾値変更手段（Ｓ８）のいずれか一方を備えていても良く、あるいは、双方を備えていても良い。
［４．２．　第３閾値変更手段、第４閾値変更手段］
　Ｓ１において、時刻（ｉ－１）において間欠ＯＮ状態にない場合（Ｓ１：ＮＯ）には、図７のＳ１６に進む。
　Ｓ１６では、θ(i)が第２閾値以上か否かが判断される。
　ここで、「第２閾値」とは、間欠ＯＮの閾値TP_IMONを変更するためのθ(i)の閾値をいう。第２閾値の値は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な値を選択することができる。第２閾値の値は、例えば、酸化被膜が形成され、触媒が溶出しなくなる状態を実験等により見極めることにより設定することができる。
　一般に、θ(i)が相対的に大きい時（すなわち、酸化被膜が十分に形成されている時）には、触媒が高電位に曝されても触媒成分は溶出しにくい。そのため、θ(i)が第２閾値以上である場合（Ｓ１６：ＹＥＳ）には、Ｓ１７に進み、TP_IMONを下げる（第３閾値変更手段）。これは、θ(i)が大きい場合には、p_req(i)が相対的に小さい時でも間欠ＯＦＦ状態から間欠ＯＮ状態（ＦＣ停止状態）に入りにくくし、効率の良い軽負荷（高電位）の状態のままＦＣを作動させ続けることに相当する。
　一方、θ(i)が相対的に小さい時（すなわち、酸化被膜が十分に形成されていない時）には、触媒が高電位に曝されると触媒成分は溶出しやすくなる。そのため、θ(i)が第２閾値以上でない場合（Ｓ１６：ＮＯ）には、Ｓ１８に進み、TP_IMONを上げる（第４閾値変更手段）。これは、θ(i)が小さい場合には、間欠ＯＦＦ状態から間欠ＯＮ状態（ＦＣ停止状態）に入りにくくし、高負荷（低電位）動作点でＦＣを作動させ、これによって触媒表面に酸化被膜を形成することに相当する。
　Ｓ１７又はＳ１８でTP_IMONを変更した後、Ｓ１１に進む。以下、第１の実施の形態と同様にして、Ｓ１１～Ｓ１５の各ステップを繰り返す。Ｓ１１～Ｓ１５の詳細については、第１の実施の形態に係る間欠状態判定手段と同様であるので、説明を省略する。なお、本実施の形態に係る発電制御装置１０ｂは、第１閾値変更手段（Ｓ７）及び／又は第２閾値変更手段（Ｓ８）に加えて、又は、これらに代えて、第３閾値変更手段（Ｓ１７）又は第４閾値変更手段（Ｓ１８）のいずれか一方を備えていても良く、あるいは、双方を備えていても良い。
［５．　仮指令値算出手段の具体例］
　上述した機能を奏する仮指令値算出手段には、種々の手段がある。これらの中でも、仮指令値算出手段は、後述する合成関数ｆ(ｘ)（ｆ(ｘ)を数学的に変形することにより得られる関数を含む）にp_req(i)を代入し、合成関数ｆ(ｘ)が最小となる時のｘの値を算出し、これをp_fc_temp(i)と決定する手段を含むものが好ましい。以下、合成関数ｆ(ｘ)を用いたp_fc_temp(i)の決定方法について説明する。
［５．１．　合成関数］
　ＦＣとＢＡＴを備えたハイブリッドシステムにおいて、時刻ｉにおけるシステム要求パワーp_req(i)は、時刻ｉにおけるＦＣのネット出力p_fc(i)と、時刻ｉにおけるＢＡＴのネット出力p_bat(i)の和に等しくなるように、常にＦＣとＢＡＴによって供給されなければならない。次の式（１）に、これらの関係式を示す。
　p_req(i)＝p_fc(i)＋p_bat(i)　　　…（１）
　本発明では、そのような条件下において、
（ａ）最小化することでＦＣの燃料消費量を抑制する効果のあるＦＣの燃料消費関数（ＦＣの出力と燃料消費量の関係を表す関数）と、
（ｂ）最小化することでＢＡＴ出力が抑制される効果のあるＢＡＴ出力の二次関数と、
（ｃ）最小化することでＢＡＴの充填率ＳＯＣをＳＯＣ中心（ＳＯＣc）に維持する効果のあるＢＡＴ出力の一次関数と
の和で与えられる合成関数を最小化することによって、ＦＣの出力を決定する。
　合成関数ｆ(ｘ)は、具体的には、次の式（２）で表される。
　ｆ(ｘ)＝fuel(ｘ)＋γ(p_req(i)－ｘ)2＋λ・ｋ(p_req(i)－ｘ)　…（２）
　但し、
　fuel(ｘ)は、ＦＣの燃料消費関数、
　ｘは、ＦＣのネット出力（＝p_fc(i)）、
　γ（＞０）は、第１制御パラメータであって、ＢＡＴ、又は、ＢＡＴ及びＦＣの劣化の程度と相関があるもの、
　λは、第２制御パラメータであって、ＢＡＴの充電率（ＳＯＣ）と相関があるもの、
　ｋ（＜０）は、ＢＡＴ固有の負の定数。
［５．２．　燃料消費関数］
［５．２．１．　概要］
　式（２）の右辺第１項は、燃料消費関数fuel(ｘ)であり、ＦＣのネット出力ｘ（＝p_fc(i)）と燃料消費量との関係を表す関数である。p_fc(i)と燃料消費量との間には正の相関があり、p_fc(i)が大きくなるほど燃料消費量が多くなる。すなわち、第１項を最小化することは、燃料消費量を削減することに相当する。
［５．２．２．　二次関数による近似］
　fuel(ｘ)の形状は、ＦＣの仕様により異なり、一般的には、単純な関数で表すことができない。そのため、ｆ(ｘ)の最小値を求める場合において、計算精度を追求する時には、例えば、勾配法などの繰り返し演算により最適解を求めるのが好ましい。
　一方、fuel(ｘ)をｘの二次関数で近似しても良い。この場合、ｆ(ｘ)の最小値の計算が簡単な演算で求められるため、演算時間を短縮することができる。
　次の式（９）に、二次関数で近似された燃料消費関数を示す。
　fuel(ｘ)＝ａ・ｘ2＋ｂ・ｘ＋ｃ　…（９）
　但し、
　fuel(ｘ)は、ＦＣの燃料消費関数、
　ｘは、ＦＣのネット出力（＝p_fc(i)）、
　ａ（＞０）、ｂ、ｃは、それぞれ、ＦＣの真の燃料消費特性とｘとの関係をフィッティングすることにより得られる係数。
　フィッティング方法としては、例えば、最小二乗法などがある。
　係数ａは正の値であるため、これを式（２）に代入すると、ｆ(ｘ)は、２次の凸関数となる。そのため、その最小値は、次の式（１０）の解として一意に求められる。
　ｄｆ(ｘ)／ｄｘ＝０　　　…（１０）
　よって、最適解ｘ*（＝p_fc_temp(i)）は、次の式（１１）で与えられる。
　ｘ*＝(λ・ｋ＋２γ・p_req(i)－ｂ)／２(ａ＋γ)　　　…（１１）
　式（１１）を用いると、計算精度は若干低下するが、最適化の繰り返し演算を回避できるので、計算負荷が少ないという利点がある。
［５．３．　第２項（バッテリー出力の二次関数）］
［５．３．１．　概要］
　式（２）の第２項は、ＢＡＴ出力の二乗に第１制御パラメータγを乗じた関数からなる。γは、ＦＣの劣化指標及びＢＡＴの劣化指標の関数であり、常に正の値を取る。また、γは、ＢＡＴの劣化が大きいほど、及び／又は、ＦＣの劣化が小さいほど、大きな値となる係数である。
［５．３．２．　第１制御パラメータγ］
　第２項を確定するためには、第１制御パラメータγの値を知る必要がある。γは、具体的には、次の式（３）及び式（４）から算出することができる。
　γ＝γ0＋Δγ　　　…（３）
　Δγ＝α／ＤｅｔFC＋β・ＤｅｔBAT　　　…（４）
　但し、
　γ0は、ノミナル値（定数）、
　ＤｅｔFCは、ＦＣの劣化指標、
　ＤｅｔBATは、ＢＡＴの劣化指標、
　αは、ＤｅｔFCの逆数の換算係数（定数）であって、正の値、
　βは、ＤｅｔBATの換算係数（定数）。
　ＤｅｔFCは、その値が大きくなるほど、ＦＣの劣化が進行していることを表す指標である。ＤｅｔFCの大きさは、ＦＣの作動履歴に依存する。ＤｅｔFCに影響を与える作動履歴としては、例えば、ＦＣの電流・電圧の履歴、電圧の時間変化率、電圧の時間変化率毎の頻度、電圧毎の頻度などがある。
　ＤｅｔBATは、その値が大きくなるほど、ＢＡＴの劣化が進行していることを表す指標である。ＤｅｔBATは、ＢＡＴの作動履歴に依存する。ＤｅｔBATに影響を与える作動履歴としては、例えば、ＢＡＴの温度、ＢＡＴの電流の履歴、ＢＡＴの充電率の履歴などがある。
　γ0、α、及びβは、それぞれ、ＦＣ及び／又はＢＡＴの仕様が決まると、一義的に定まる定数である。そのため、ＤｅｔFC及びＤｅｔBATが分かると、γが一義的に定まる。ＤｅｔFC及びＤｅｔBATの算出方法は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適な方法を選択することができる。
　ＤｅｔFC及びＤｅｔBATの算出方法としては、例えば、
（ａ）ＦＣ及び／又はＢＡＴの実際の作動履歴を記憶しておき、実際の作動履歴からγを推定する方法、
（ｂ）ＦＣ及びＢＡＴの作動履歴以外のパラメータ（例えば、経年数など）に基づいて、そのパラメータに対しγを与えるマップからγを推定する方法、
（ｃ）基準の動作点（Ｉ－Ｖ）と、計測された動作点のずれからγを推定する方法、
などがある。
　これらの中でも、実際の作動履歴に基づいてγを推定する方法は、ＦＣ及び／又はＢＡＴの劣化の進行状況の推定精度が高いので、γの算出方法として好適である。γは、具体的には、以下の方法により算出するのが好ましい。
（１）ＦＣの作動履歴とＦＣの劣化指数ＤｅｔFCとの関係を表すデータベース（Ａ）を予めメモリに記憶させておき、ＦＣの実際の作動履歴に対応するＤｅｔFCをデータベース（Ａ）から読み出し、読み出されたＤｅｔFCをメモリに記憶させる（手順Ｅ１）。
（２）ＢＡＴの作動履歴とＢＡＴの劣化指数ＤｅｔBATとの関係を表すデータベース（Ｂ）を予めメモリに記憶させておき、ＢＡＴの実際の作動履歴に対応するＤｅｔBATをデータベース（Ｂ）から読み出し、読み出されたＤｅｔBATをメモリに記憶させる（手順Ｅ２）。
（３）上述した式（３）及び式（４）にＤｅｔFC及びＤｅｔBATを代入することによりγを算出し、算出されたλをメモリに記憶させる（手順Ｅ３）。
［５．４．　第３項（ＢＡＴ出力の一次関数）］
［５．４．１．　概要］
　式（２）の第３項は、ＢＡＴ出力に第２制御パラメータλ及び定数ｋを乗じた関数からなる。λは、ＢＡＴの充電率（ＳＯＣ）の関数であり、正の値を取る場合と、負の値を取る場合とがある。また、λは、ＢＡＴの充電率の中心（ＳＯＣc）からのＳＯＣの偏倚量が大きくなるほど、絶対値が大きな値となる係数である。
　ｋは、ＢＡＴ固有の負の値である。そのため、λが正の値である時には、第３項は、右上がりの直線となる。λが正である場合において、第３項を最小化することは、ＦＣの出力分担比率を小さくし、ＢＡＴの出力分担比率を大きくすることに相当する。
　逆に、λが負である時には、第３項は、右下がりの直線となる。λが負である場合において、第３項を最小化することは、ＦＣの出力分担比率を大きくし、ＢＡＴの出力分担比率を小さくすることに相当する。
　さらに、λはＳＯＣcと相関があるため、第３項を最小化することは、ＳＯＣがＳＯＣcに近づくように、ＢＡＴを充電又は放電させることに相当する。
［５．４．２．　λの算出方法］
　第２制御パラメータλは、種々の方法により算出することができる。
［Ａ．　第１の方法］
　第１の方法は、次の式（５）及び式（６）に基づいて、λを算出する方法である。
　λ＝λ0＋ｇ・ΔＳＯＣ　　　…（５）
　ΔＳＯＣ＝ＳＯＣ－ＳＯＣc　　　…（６）
　但し、
　λ0は、ノミナル値（定数）、
　ｇは、ΔＳＯＣの換算係数（定数）、又は、ΔＳＯＣの換算係数になましフィルタ（ローパスフィルタ）を乗じた関数、
　ＳＯＣcは、ＢＡＴの充電率ＳＯＣの中心。
　λ0及びＳＯＣcは、ＢＡＴの仕様が決まると、一義的に定まる定数である。また、ｇは、目的に応じて任意に設定できる正の定数であり、その値が大きくなるほど、ΔＳＯＣの僅かな相違がλの大きな相違となって現れる。そのため、時々刻々と変化するＳＯＣが分かれば、λを知ることができる。
　第１の方法において、λは、具体的には、以下の方法により算出するのが好ましい。
（１）ＢＡＴの充電率（ＳＯＣ）を検出し、これをメモリに記憶させる（手順Ｆ１）。
（２）上述した式（５）及び式（６）にＳＯＣを代入することによりλを算出し、算出されたλをメモリに記憶させる（手順Ｆ２）。
［Ｂ．　第２の方法］
　第２の方法は、式（７）及び式（８）に基づいて、λを算出する方法である。
　λ＝λ0＋sign(ΔＳＯＣ)・ｈ(ΔＳＯＣ)　　　…（７）
　ｈ(ΔＳＯＣ)＝ｈ(ＳＯＣ－ＳＯＣc)　　　…（８）
　但し、
　λ0は、ノミナル値（定数）、
　sign(ｘ)は、符号関数、
　ｈ(ｘ)は、ＢＡＴの充電率の中心（ＳＯＣc）付近ではゼロであり、ＳＯＣcからＳＯＣが増加又は減少するに伴いＳＯＣが指数関数的に増加する、ＳＯＣcを対称軸とする線対称な非線形関数。
　sing(ΔＳＯＣ)は、ΔＳＯＣの正負の符号を表す。ｈ(ΔＳＯＣ)は、ＳＯＣの上限近傍及び下限近傍においては大きな値となり、ＳＯＣc付近では小さな値となる任意の非線形関数である。ｈ(ΔＳＯＣ)は、特に限定されるものではなく、２次関数や４時間数などの偶数次関数や、偶関数特性を示す多項式関数でも良い。
　第１の方法は、λがＳＯＣの一次関数で表されるため、計算負荷が少ないという利点がある。しかし、第１の方法は、ＳＯＣがＳＯＣcから僅かに偏倚しただけでも、λが大きな値となる。そのため、必要以上にＢＡＴの充放電が繰り返されるおそれがある。
　これに対し、第２の方法は、ＳＯＣがＳＯＣc付近にあるときには、λが相対的に小さな値に維持される。そのため、第２の方法は、必要以上にＢＡＴの充放電が繰り返されることがない。
　第２の方法において、λは、具体的には、以下の方法により算出するのが好ましい。
（１）ＢＡＴの充電率（ＳＯＣ）を検出し、これをメモリに記憶させる（手順Ｆ１）。
（２）上述した式（７）及び式（８）にＳＯＣ代入することによりλを算出し、算出されたλを前記メモリに記憶させる（手順Ｆ３）。
［６．　作用］
　時刻ｉにおけるシステム要求パワーp_req(i)のみに基づいて燃料電池の間欠制御を行うと、間欠状態の切替頻度が増加する。その結果、カソード触媒が繰り返し電位変動に曝され、触媒の劣化が進行する。
　これに対し、システム要求パワーp_req(i)が変動した場合において、燃料電池の間欠状態の切替が連続しないように最適なタイミングで間欠ＯＮ／ＯＦＦ状態の切り替えを行うと、カソード触媒の劣化を最小限に抑制することができる。
　また、燃料電池と二次電池との間で動力分配を行う場合において、燃料電池の効率が最大となるように動力分配を行う（すなわち、燃料電池の効率が最大となるように発電仮指令値p_fc_temp(i)を決定する）と、燃費の低下も抑制することができる。さらに、ＳＯＣ状態も活用して間欠ＯＮ／ＯＦＦを制御すると、ＳＯＣ制御性悪化の背反も解消され、燃費悪化の影響を排除することができる。
　また、燃料電池を作動させる場合において、発電仮指令値p_fc_temp(i)と間欠ＯＦＦの閾値TP_IMOFFのいずれか大きい方を時刻ｉにおける燃料電池の発電指令値p_fc(i)として選択すると、燃料電池が高負荷（低電位）状態に維持される時間が相対的に長くなる。その結果、触媒劣化を抑制することができる。
　さらに、カソード触媒の被覆率θ(i)に応じて間欠ＯＦＦの閾値TP_IMOFF及び／又は間欠ＯＮの閾値TP_IMONを変更すると、θ(i)が大きい時には効率を優先した低負荷（高電位）運転を行い、θ(i)が小さい時には触媒の保護を優先した高負荷（低電位）運転を行うことができる。その結果、効率の向上と劣化の抑制とを両立させることができる。
（実施例１、比較例１）
［１．　試験方法］
　燃料電池と二次電池とを備えた燃料電池システムにおいて、システム要求パワーp_req(i)が不規則に変動した場合のＦＣ発電パワーＰFC及びＦＣセル電圧ＶFCの経時変化をシミュレーションにより求めた。
　また、燃料電池システムの制御方法は、
（ａ）時刻ｉにおけるシステム要求パワーp_req(i)のみに基づいて燃料電池の間欠制御を行う方法（比較例１）、又は、
（ｂ）図２及び図３のフロー図に従って燃料電池の間欠制御を行う方法（実施例１）
を用いた。
［２．　結果］
　図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に、それぞれ、比較例１の制御方法によるＦＣ発電パワーＰFC及びＦＣセル電圧ＶFCの経時変化を示す。図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に、それぞれ、実施例１の制御方法によるＦＣ発電パワーＰFC及びＦＣセル電圧ＶFCの経時変化を示す。
　比較例１は、ＦＣ発電パワーＰFCが変化すると、それに伴いＦＣセル電圧ＶFCが変動した。これに対し、実施例１は、ＦＣ発電パワーＰFCの変動が定常的に少なくなり、かつ、電位変動の回数も少なくなった。ＦＣの劣化は、ＦＣの電位の値と電位変動により引き起こされる。図８及び図９より、本発明に係る制御方法により触媒の劣化を抑制可能であることが分かる。
　以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。
　本発明に係る発電制御装置は、燃料電池とバッテリーを備えたハイブリッド車両の発電制御に用いることができる。

Claims (8)

  1. 　以下の構成を備えた発電制御装置。
    （１）前記発電制御装置は、電力を発生させる燃料電池（ＦＣ）と、余剰の電力を貯蔵する二次電池（ＢＡＴ）とを備えた燃料電池システムの発電制御に用いられる。
    （２）前記発電制御装置は、
    　時刻（ｉ－１）における前記ＢＡＴの充電率ＳＯＣ(i-1)及び時刻ｉにおける前記ＢＡＴの充電率ＳＯＣ(i)に基づいて、前記ＢＡＴの動作モードf_ＳＯＣ(i)を判定する動作モード判定手段と、
    　前記時刻ｉにおけるシステム要求パワーp_req(i)と前記時刻ｉにおける前記ＢＡＴの充電率ＳＯＣ(i)に基づいて、前記ＦＣの効率が最大となるように、前記時刻ｉにおける前記ＦＣの発電仮指令値p_fc_temp(i)を決定する仮指令値算出手段と、
    　前記時刻ｉにおける前記ＢＡＴの動作モードf_ＳＯＣ(i)、前記p_fc_temp(i)、前記p_req(i)、及び、前記時刻（ｉ－１）における前記ＦＣの間欠ＯＮ／ＯＦＦ状態f_ＩＭ(i-1)に基づいて、前記ＦＣの間欠状態の切替が連続しないように、前記時刻ｉにおける前記ＦＣの間欠ＯＮ／ＯＦＦ状態f_ＩＭ(i)を決定する間欠状態判定手段と、
    　前記時刻ｉにおいて間欠ＯＮと決定されたときには前記ＦＣを停止（ＯＦＦ）させ、前記時刻ｉにおいて間欠ＯＦＦと決定されたときには前記p_fc_temp(i)と間欠ＯＦＦの閾値TP_IMOFFの内のいずれか大きい方を前記時刻ｉにおける前記ＦＣの発電指令値p_fc(i)として出力する発電指令値算出手段と
    を備えている。
  2. 　前記仮指令値算出手段は、
    　次の式（２）で表される合成関数ｆ(ｘ)（前記ｆ(ｘ)を数学的に変形することにより得られる関数を含む）に前記p_req(i)を代入し、前記合成関数ｆ(ｘ)が最小となる時のｘの値を算出し、これを前記p_fc_temp(i)と決定する手段を含む
    請求項１に記載の発電制御装置。
    　ｆ(ｘ)＝fuel(ｘ)＋γ(p_req(i)－ｘ)2＋λ・ｋ(p_req(i)－ｘ)　…（２）
    　但し、
    　fuel(ｘ)は、前記ＦＣの燃料消費関数、
    　ｘは、前記ＦＣのネット出力、
    　γ（＞０）は、第１制御パラメータであって、前記ＢＡＴ、又は、前記ＢＡＴ及び前記ＦＣの劣化の程度と相関があるもの、
    　λは、第２制御パラメータであって、前記ＢＡＴの充電率（ＳＯＣ）と相関があるもの、
    　ｋ（＜０）は、前記ＢＡＴ固有の負の定数。
  3. 　前記仮指令値算出手段は、前記ＢＡＴの充電率がＳＯＣ上限とＳＯＣ下限の間に来るように、前記時刻ｉにおける前記ＦＣの発電仮指令値p_fc_temp(i)を決定する手段を含む請求項１に記載の発電制御装置。
  4. 　前記間欠状態判定手段は、
    　前記時刻（ｉ－１）において前記ＦＣが間欠ＯＮ状態にある場合において、前記p_fc_temp(i)が間欠ＯＦＦの閾値（TP_IMOFF）以上である時には、前記時刻ｉにおいて前記間欠ＯＮ状態から間欠ＯＦＦ状態に切り替える第１切替手段と、
    　前記時刻（ｉ－１）において前記ＦＣが間欠ＯＦＦ状態にある場合において、前記p_fc_temp(i)が前記TP_IMOFF以下であり、かつ、前記p_req(i)が間欠ＯＮの閾値（TP_IMON）以下である時には、前記時刻ｉにおいて前記間欠ＯＦＦ状態から前記間欠ＯＮ状態に切り替える第２切替手段と、
    　前記p_fc_temp(i)が前記TP_IMOFF以下でない場合、及び／又は、前記p_req(i)が前記TP_IMON以下でない場合において、前記時刻（ｉ－１）において前記ＢＡＴが放電モードにあり、かつ、前記p_fc_temp(i)が前記ＦＣの出力下限値（LL）以下である時には、前記時刻ｉにおいて前記間欠ＯＦＦ状態から前記間欠ＯＮ状態に切り替える第３切替手段と
    を備えている請求項１に記載の発電制御装置。
  5. 　前記TP_IMONは、負の値も取り得る請求項４に記載の発電制御装置。
  6. 　前記時刻ｉにおける燃料電池カソード触媒の酸化皮膜の割合（被覆率θ(i)）を算出する被覆率算出手段をさらに備え、
    　前記間欠状態判定手段は、
    　前記被覆率θ(i)を用いて間欠ＯＦＦの閾値TP_IMOFF及び／又は間欠ＯＮの閾値TP_IMONを変更する閾値変更手段をさらに備えている
    請求項１に記載の発電制御装置。
  7. 　前記被覆率算出手段は、前記ＦＣのセル電位Ｖcell又は触媒電位Ｖcat、湿度ＲＨ、及び温度Ｔに基づいて、前記θ(i)を算出するものからなる請求項６に記載の発電制御装置。
  8. 　前記閾値変更手段は、
    　前記時刻（ｉ－１）において前記ＦＣが間欠ＯＮ状態にある場合において、前記θ(i)が第１閾値以上である時には前記TP_IMOFFを下げる第１閾値変更手段、
    　前記時刻（ｉ－１）において前記ＦＣが間欠ＯＮ状態にある場合において、前記θ(i)が第１閾値以上でない時には前記TP_IMOFFを上げる第２閾値変更手段、
    　前記時刻（ｉ－１）において前記ＦＣが間欠ＯＦＦ状態にある場合において、前記θ(i)が第２閾値以上であるときには前記TP_IMONを下げる第３閾値変更手段、及び、
    　前記時刻（ｉ－１）において前記ＦＣが間欠ＯＦＦ状態にある場合において、前記θ(i)が第２閾値以上でないときには前記TP_IMONを上げる第４閾値変更手段
    からなる群から選ばれるいずれか１以上の手段を含む請求項６に記載の発電制御装置。
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