WO2025248917A1 - 燃料電池システム - Google Patents

燃料電池システム

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WO2025248917A1
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大作 浅沼
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • This disclosure relates to a fuel cell system having a fuel cell that generates electricity when supplied with fuel gas and oxidant gas.
  • Patent Document 1 discloses a fuel cell system having a fuel cell that generates electricity by receiving a supply of fuel gas from a fuel gas system and a supply of oxidant gas from an oxidant gas system.
  • the fuel cell In a DCDC converter-less fuel cell system that does not have a DCDC converter, the fuel cell generates power in a natural manner in response to the battery voltage, but intermittently stops power generation when the battery's SOC (i.e., state of charge) becomes high.
  • the battery's SOC i.e., state of charge
  • the drive system is driven by the output of the fuel cell in addition to the battery.
  • the fuel cell if the fuel cell is in an intermittently stopped state at this time, there is a time delay in the fuel cell output until the fuel cell returns to a natural power generation state. This results in a difference in the drive system's driving behavior when the fuel cell is in a natural power generation state and when it is in an intermittently stopped state. This can cause unstable acceleration in vehicles equipped with fuel cell systems, which can be unpleasant for the vehicle user.
  • Patent Document 1 does not disclose any measures to address the difference in driving behavior of the drive unit when the fuel cell is in a state of continuous power generation and when the fuel cell is in an intermittent stop state.
  • the present disclosure has been made to solve the above-mentioned problems, and aims to provide a fuel cell system that can reduce the difference in driving behavior of the drive unit when the fuel cell is in a power generating state and when it is not generating power.
  • a fuel cell system comprising a fuel cell, a battery that charges with power generated by the fuel cell, and a drive device that is driven by a supply of power from the fuel cell and/or the battery, wherein the output current of the fuel cell depends on the voltage of the battery, and further comprising: a control unit that controls the operation of the drive device; and a calculation unit that calculates an averaging value based on the switching time from a non-power generation state in which the fuel cell has stopped generating power to a power generation state in which a predetermined amount of power is generated, wherein the control unit performs averaging control to smooth changes in the output of the drive device by controlling the output of the drive device to a control value calculated based on the averaging value in both cases where an output request for the drive device is made when the fuel cell is in the power generation state and where an output request for the drive device is made when the fuel cell is in the non-power generation state.
  • smoothing control is performed to make the change in the drive device's output more gradual than the change in the requested output, whether the fuel cell is generating power or not. This makes it possible to reduce the difference in the drive device's behavior when the fuel cell is generating power or not. Therefore, regardless of whether the fuel cell is generating power, the acceleration of a vehicle equipped with a fuel cell system is stable, preventing discomfort to the vehicle user.
  • the smoothed value is an average value of values calculated based on the switching time each time the fuel cell switches from the non-power-generating state to the power-generating state.
  • the smoothed value is a value calculated based on the switching time when the key switch of the vehicle in which the fuel cell system is installed is turned on and the fuel cell first switches from the non-power generating state to the power generating state.
  • the smoothing value can be updated each time the vehicle's key switch is turned on. Therefore, the difference in drive behavior of the drive unit when the fuel cell is in a power generation state and when it is not can be reduced, depending on the actual situation at the fuel cell switching time.
  • the fuel cell system disclosed herein can reduce the difference in driving behavior of the drive unit when the fuel cell is in a power generating state and when it is not generating power.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of a one-dimensional map defining the relationship between FC response time and an averaged value.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining FC response time.
  • FIG. 10 is a diagram showing the change in motor output when a motor output request is made while the FC stack is in a state of uninterrupted power generation in this embodiment.
  • 10A and 10B are diagrams showing changes in motor output when a motor output request is made while the FC stack is in an intermittent stop state in this embodiment.
  • this is a diagram showing the change in motor output when a motor output request is made while the FC stack is in a state of natural power generation.
  • this is a diagram showing the change in motor output when a motor output request is made while the FC stack is in an intermittent stop state.
  • the fuel cell system 1 includes an FC stack 11, a hydrogen system 12, an air system 13, a cooling system 14, a control unit 15, and a calculation unit 16.
  • the FC stack 11 is an example of the "fuel cell" of the present disclosure.
  • the FC stack 11 generates electricity by receiving a supply of fuel gas and oxidant gas.
  • the fuel gas is hydrogen gas
  • the oxidant gas is air. That is, the FC stack 11 generates electricity by receiving a supply of hydrogen gas from the hydrogen system 12 and a supply of air from the air system 13.
  • the power generated by the FC stack 11 is supplied to the battery 101 and the motor 102 (or inverter).
  • the battery 101 is then charged with the power generated by the FC stack 11.
  • the motor 102 is driven by power supplied from the FC stack 11 and/or the battery 101.
  • the motor 102 is an example of a "drive device" in this disclosure.
  • the hydrogen system 12 is provided on the anode side of the FC stack 11.
  • This hydrogen system 12 includes a hydrogen gas filling passage 20, a hydrogen gas supply passage 21, and a hydrogen off-gas discharge passage 22.
  • the hydrogen gas filling passage 20 is a passage for filling hydrogen gas into the hydrogen tank 31 from the filling port 30.
  • the hydrogen gas supply passage 21 is a passage for supplying hydrogen gas from the hydrogen tank 31 to the FC stack 11.
  • the hydrogen off-gas discharge passage 22 is a passage for discharging hydrogen off-gas, which is hydrogen gas not used for power generation, from the FC stack 11.
  • the hydrogen system 12 includes, in the hydrogen gas supply passage 21, a valve 32, a pressure reducing valve 33, an injector 34, and a pressure sensor 35, in that order from the hydrogen tank 31 side.
  • the valve 32 switches between supplying and cutting off hydrogen gas from the hydrogen tank 31 to the hydrogen gas supply passage 21, and between supplying and cutting off hydrogen gas from the filling port 30 to the hydrogen tank 31.
  • the pressure reducing valve 33 is a pressure regulating valve for reducing the pressure of hydrogen gas.
  • the injector 34 is a valve that injects hydrogen gas toward the FC stack 11.
  • the pressure sensor 35 is a device that detects the pressure of hydrogen gas at a position downstream of the injector 34.
  • the hydrogen system 12 also includes a gas-liquid separator 41 and an exhaust drain valve 42 in the hydrogen off-gas discharge passage 22.
  • the gas-liquid separator 41 is a device that separates the moisture in the hydrogen off-gas.
  • the exhaust drain valve 42 is a valve that controls the discharge of the hydrogen off-gas from the FC stack 11 to the outside.
  • the air supply passage 51 is a passage for supplying air from outside the fuel cell system 1 to the FC stack 11.
  • the air off-gas discharge passage 52 is a passage for discharging air off-gas, which is air not used for power generation, from the FC stack 11.
  • the air system 13 includes an air compressor 61 and an inlet air valve 62 in the air supply passage 51.
  • the air compressor 61 is a device that supplies air to the FC stack 11.
  • the inlet air valve 62 is a valve that controls the flow rate of air supplied to the FC stack 11.
  • the air system 13 also includes an outlet air valve 71 in the air off-gas discharge passage 52.
  • the outlet air valve 71 is a valve that controls the flow rate of air off-gas discharged from the FC stack 11 to the air off-gas discharge passage 52.
  • the control unit 15 is a device that includes, for example, an arithmetic processing unit such as a CPU, a memory unit such as ROM that stores control programs and control data processed by the CPU and RAM that is used as various work areas for control processing, and an input/output interface unit.
  • the control unit 15 performs various controls of the fuel cell system 1 in accordance with the control programs stored in the memory unit.
  • control unit 15 controls, for example, the rotation speed of the air compressor 61 and the opening and closing of the inlet air valve 62 and outlet air valve 71.
  • the control unit 15 also controls other components such as the valve 32, pressure reducing valve 33, injector 34, exhaust drain valve 42, cooling fan 82, and motor 102.
  • control unit 15 receives information on the smoothing value SV, which will be described later, from the calculation unit 16.
  • the calculation unit 16 is also a device that calculates the smoothed value SV based on the information on the FC response time RT received from the FC stack 11. Details of the FC response time RT and the smoothed value SV will be described later.
  • an FC stack 11 As shown in Figure 1, in the fuel cell system 1 of this embodiment, an FC stack 11, a battery 101, and a motor 102 (or an inverter) are connected in parallel, forming a simple system configuration that does not include a DC-DC converter.
  • the fuel cell system 1 is a DC-DC converter-less system.
  • the DC-DC converter is a device that converts the FC voltage, which is the output voltage of the FC stack 11 (i.e., the voltage of the generated power).
  • the fuel cell system 1 of this embodiment is a DCDC converter-less system, and since the FC voltage is equal (or nearly equal) to the voltage of the battery 101, the FC current, which is the output current of the FC stack 11 (i.e., the current of the generated power), depends on the voltage of the battery 101. In other words, the fuel cell system 1 supplies the power generated by the FC stack 11 to the battery 101 and motor 102 without converting the FC voltage.
  • the FC voltage is thus equal to the voltage of the battery 101, so the FC stack 11 generates electricity as it goes according to the voltage of the battery 101. Furthermore, when the SOC (i.e., the charging rate) of the battery 101 becomes high, the outlet pressure of the injector 34 is reduced, and/or the inlet air valve 62 and outlet air valve 71 are closed, causing the power generation of the FC stack 11 to stop intermittently.
  • SOC i.e., the charging rate
  • the FC stack 11 In the DCDC converter-less fuel cell system 1, the FC stack 11 generates power as it goes, but stops power generation intermittently when the SOC of the battery 101 becomes high. When the required output of the motor 102 exceeds the MAX output (i.e., maximum output) of the battery 101, the motor 102 is driven by the output of the FC stack 11 in addition to the output of the battery 101.
  • MAX output i.e., maximum output
  • control unit 15 performs control to make the changes in motor 102 output equivalent and suppress differences in motor 102 behavior in both cases where there is a request for motor 102 output when the FC stack 11 is in a continuous power generation state, and where there is a request for motor 102 output when the FC stack 11 is in an intermittent stop state.
  • continuous power generation state is an example of a "power generation state” in the present disclosure.
  • intermittent stop state is an example of a "non-power generation state" in the present disclosure.
  • control unit 15 performs smoothing control to smooth changes in the output of the motor 102 by controlling the output of the motor 102 to a control value calculated based on the smoothing value SV.
  • control unit 15 performs the control routine processing shown in Figure 2, for example, every 10 ms.
  • the control unit 15 calculates the required output RO1 of the motor 102 from the accelerator opening AO of the vehicle in which the fuel cell system 1 is installed and the rotation speed of the motor 102, for example, using a two-dimensional map (step S1). That is, the control unit 15 calculates the required output RO1 of the motor 102 based on the accelerator opening AO, using a two-dimensional map (not shown) that defines the relationship between the accelerator opening AO, the rotation speed of the motor 102, and the required output RO1 of the motor 102.
  • the accelerator opening AO is obtained, for example, from an accelerator position sensor APS provided in the vehicle.
  • control value previous value + (request value - previous value) / smoothing value SV
  • control value is the value of the required output RO2 calculated in the current routine processing (of the control shown in Figure 2)
  • previous value is the value of the required output RO2 calculated in the previous routine processing
  • required value is the value of the required output RO1.
  • the smoothed value SV is calculated based on the FC response time RT, for example, using the one-dimensional map shown in Figure 3.
  • the FC response time RT is the switching time from when a request for uninterrupted power generation is made in the intermittent stopped state to when the state switches from the intermittent stopped state to the uninterrupted power generation state, as shown in Figure 4 (i.e., the rise time of the FC output, which is the output of the FC stack 11).
  • the smoothed value SV is specified to increase as the FC response time RT increases.
  • control unit 15 determines whether the required output RO1 exceeds the MAX output of the battery 101 (i.e., maximum output, for example, 7 kW) (step S3).
  • control unit 15 determines whether the required output RO1 exceeds the maximum output of the battery 101 (step S3: YES), it determines whether the FC stack 11 is in an intermittent stop state (step S4).
  • control unit 15 determines that the FC stack 11 is in an intermittently stopped state (step S4: YES), it causes the FC stack 11 to return from the intermittently stopped state to a power generation state (step S5).
  • control unit 15 requests the required output RO2 as the output of the motor 102 (step S6). In this way, the control unit 15 controls the output of the motor 102 to the required output RO2 calculated based on the smoothing value SV.
  • step S6 the control unit 15 also requests the required output RO2 as the motor output (step S6).
  • control unit 15 performs smoothing control to smooth changes in the motor 102 output in both cases: when an output request for the motor 102 is made when the FC stack 11 is in a state of natural power generation, and when an output request for the motor 102 is made when the FC stack 11 is in an intermittent stop state.
  • the control unit 15 controls the output of the motor 102 to the required output RO2 calculated based on the smoothing value SV, thereby controlling the change in the output of the motor 102 (represented as "actual output” in the figure) to be more gradual than the change in the required output RO1 in both cases where an output request for the motor 102 is made when the FC stack 11 is in a state of natural power generation (see Figure 5) and where an output request for the motor 102 is made when the FC stack 11 is in an intermittent stop state (see Figure 6).
  • the smoothed value SV may be a value calculated based on the FC response time RT when the key switch KS of the vehicle in which the fuel cell system 1 is installed is turned on and the FC stack 11 first switches from an intermittent stop state to a natural power generation state.
  • the smoothing value SV is not updated frequently after the vehicle's key switch KS is turned on and the smoothing value SV is calculated, the driving behavior of the motor 102 can be stabilized, and the vehicle's acceleration can be more effectively stabilized.

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Abstract

燃料電池と、前記燃料電池が発電した電力を充電するバッテリと、前記燃料電池および／または前記バッテリから電力の供給を受けて駆動する駆動装置と、を有し、前記燃料電池の出力電流が、前記バッテリの電圧に依存する燃料電池システムにおいて、前記駆動装置の駆動を制御する制御部と、前記燃料電池が発電を停止した非発電状態から所定の電力量の発電を行う発電状態に切り替わるまでの切り替え時間に基づいて、なまし値を算出する算出部と、を有し、前記制御部は、前記燃料電池が前記発電状態のときに前記駆動装置の出力要求があった場合、及び、前記燃料電池が前記非発電状態のときに前記駆動装置の出力要求があった場合、のどちらの場合にも、前記駆動装置の出力を前記なまし値に基づいて算出した制御値に制御することにより、前記駆動装置の出力の変化を緩やかにするなまし制御を行う。

Description

燃料電池システム
　本開示は、燃料ガスと酸化剤ガスの供給を受けて発電する燃料電池を有する燃料電池システムに関する。
　特許文献１には、燃料ガス系からの燃料ガスの供給を受けて、かつ、酸化剤ガス系からの酸化剤ガスの供給を受けて発電する燃料電池を有する燃料電池システムが開示されている。
特開２０２２－１８５２４７号公報
　ＤＣＤＣコンバータを有さないＤＣＤＣコンバータレスの燃料電池システムでは、燃料電池は、その発電時にバッテリの電圧に応じた成り行き発電を行うが、バッテリのＳＯＣ（すなわち、充電率）が高くなると発電を間欠停止する。ここで、駆動装置の要求出力がバッテリのＭＡＸ出力（すなわち、最大出力）を超えた場合には、バッテリの出力に加えて燃料電池の出力で駆動装置を駆動させる。しかしながら、このとき、燃料電池が間欠停止状態である場合には、燃料電池が成り行き発電状態に復帰するまでに燃料電池の出力に時間遅れが生じてしまう。すると、燃料電池が成り行き発電状態である場合と、燃料電池が間欠停止状態である場合とで、駆動装置の駆動の挙動に差が生じてしまう。そうすると、燃料電池システムが搭載される車両において、その加速性が安定せず、車両のユーザが不快感を覚えるおそれがある。
　ここで、特許文献１においては、燃料電池が成り行き発電状態であるときと、燃料電池が間欠停止状態であるときとで、駆動装置の駆動の挙動に差を生じることに対する対策については、何ら開示されていない。
　そこで、本開示は上記した課題を解決するためになされたものであり、燃料電池が発電状態のときと非発電状態のときとでの駆動装置の駆動の挙動差を抑制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なされた本開示の一形態は、燃料電池と、前記燃料電池が発電した電力を充電するバッテリと、前記燃料電池および／または前記バッテリから電力の供給を受けて駆動する駆動装置と、を有し、前記燃料電池の出力電流が、前記バッテリの電圧に依存する燃料電池システムにおいて、前記駆動装置の駆動を制御する制御部と、前記燃料電池が発電を停止した非発電状態から所定の電力量の発電を行う発電状態に切り替わるまでの切り替え時間に基づいて、なまし値を算出する算出部と、を有し、前記制御部は、前記燃料電池が前記発電状態のときに前記駆動装置の出力要求があった場合、及び、前記燃料電池が前記非発電状態のときに前記駆動装置の出力要求があった場合、のどちらの場合にも、前記駆動装置の出力を前記なまし値に基づいて算出した制御値に制御することにより、前記駆動装置の出力の変化を緩やかにするなまし制御を行うこと、を特徴とする。
　この態様によれば、駆動装置の出力要求があって駆動装置を駆動する場合に、燃料電池が発電状態であるときも、燃料電池が非発電状態であるときも、ともに、駆動装置の出力の変化を、要求される出力の変化よりも緩やかにするなまし制御を行う。これにより、燃料電池が発電状態のときと非発電状態のときとでの駆動装置の駆動の挙動差を抑制できる。そのため、燃料電池の発電の有無に関わらず、燃料電池システムが搭載される車両の加速性が安定して、車両のユーザが不快感を覚えることを防止できる。
　上記の態様においては、前記なまし値は、前記燃料電池が前記非発電状態から前記発電状態へ切り替わる毎に前記切り替え時間に基づいて算出した値の平均値であること、が好ましい。
　この態様によれば、なまし値を、燃料電池が非発電状態から発電状態へ切り替える毎に更新させることができる。そのため、燃料電池の切り替え時間の実際の状況に応じて、燃料電池が発電状態のときと非発電状態のときとでの駆動装置の駆動の挙動差を抑制できる。
　上記の態様においては、前記なまし値は、前記燃料電池システムが搭載される車両のキースイッチがオンになって、最初に前記燃料電池が前記非発電状態から前記発電状態へ切り替わるときの前記切り替え時間に基づいて算出した値であること、が好ましい。
　この態様によれば、なまし値を、車両のキースイッチがオンになる毎に更新させることができる。そのため、燃料電池の切り替え時間の実際の状況に応じて、燃料電池が発電状態のときと非発電状態のときとでの駆動装置の駆動の挙動差を抑制できる。
　本開示の燃料電池システムによれば、燃料電池が発電状態のときと非発電状態のときとでの駆動装置の駆動の挙動差を抑制できる。
本実施形態の燃料電池システムの構成図である。 本実施形態で行われる制御の内容を示すフローチャート図である。 ＦＣ応答性時間となまし値との関係を規定した１次元マップの一例を示す図である。 ＦＣ応答性時間を説明するための図である。 本実施形態において、ＦＣスタックが成り行き発電状態のときにモータの出力要求があった場合のモータ出力の変化を示す図である。 本実施形態において、ＦＣスタックが間欠停止状態のときにモータの出力要求があった場合のモータ出力の変化を示す図である。 課題の説明において、ＦＣスタックが成り行き発電状態のときにモータの出力要求があった場合のモータ出力の変化を示す図である。 課題の説明において、ＦＣスタックが間欠停止状態のときにモータの出力要求があった場合のモータ出力の変化を示す図である。
　本開示の燃料電池システムの実施形態について説明する。
（燃料電池システムの概略構成について）
　燃料電池システム１は、図１に示すように、ＦＣスタック１１と、水素系システム１２と、エア系システム１３と、冷却系システム１４と、制御部１５と、算出部１６を有する。なお、ＦＣスタック１１は、本開示の「燃料電池」の一例である。
　ＦＣスタック１１は、燃料ガスと酸化剤ガスの供給を受けて発電する。本実施形態では、燃料ガスは水素ガスであり、酸化剤ガスはエア（すなわち、空気）である。すなわち、ＦＣスタック１１は、水素系システム１２からの水素ガスの供給と、エア系システム１３からのエアの供給を受けて発電を行う。
　ＦＣスタック１１で発電された電力は、バッテリ１０１やモータ１０２（または、インバータ）に供給される。そして、バッテリ１０１は、ＦＣスタック１１が発電した電力を充電する。また、モータ１０２は、ＦＣスタック１１および／またはバッテリ１０１から電力の供給を受けて駆動する。なお、モータ１０２は、本開示の「駆動装置」の一例である。
　水素系システム１２は、ＦＣスタック１１のアノード側に設けられている。この水素系システム１２は、水素ガス充填通路２０と水素ガス供給通路２１と水素オフガス排出通路２２を備えている。
　水素ガス充填通路２０は、充填口３０から水素ガスを水素タンク３１へ充填するための通路である。水素ガス供給通路２１は、水素タンク３１からＦＣスタック１１へ水素ガスを供給するための通路である。水素オフガス排出通路２２は、ＦＣスタック１１から発電に使用されなかった水素ガスである水素オフガスが排出される通路である。
　水素系システム１２は、水素ガス供給通路２１において、水素タンク３１側から順に、バルブ３２、減圧弁３３、インジェクタ３４、圧力センサ３５を備えている。
　バルブ３２は、水素タンク３１から水素ガス供給通路２１への水素ガスの供給と遮断を切り換えたり、充填口３０から水素タンク３１への水素ガスの供給と遮断を切り換える弁である。減圧弁３３は、水素ガスを減圧するための圧力調整弁である。インジェクタ３４は、ＦＣスタック１１へ向かって水素ガスを噴射する弁である。圧力センサ３５は、インジェクタ３４よりも下流側の位置における水素ガスの圧力を検出する機器である。
　また、水素系システム１２は、水素オフガス排出通路２２において、気液分離器４１と排気排水弁４２を備えている。
　気液分離器４１は、水素オフガス内の水分を分離する機器である。排気排水弁４２は、ＦＣスタック１１から排出される水素オフガスの外部への排出を制御する弁である。
　エア系システム１３は、ＦＣスタック１１のカソード側に設けられている。このエア系システム１３は、エア供給通路５１とエアオフガス排出通路５２を備えている。
　エア供給通路５１は、燃料電池システム１の外部からＦＣスタック１１にエアを供給するための通路である。エアオフガス排出通路５２は、ＦＣスタック１１から発電に使用されなかったエアであるエアオフガスが排出される通路である。
　エア系システム１３は、エア供給通路５１において、エアコンプレッサ６１と入口エアバルブ６２を備えている。エアコンプレッサ６１は、ＦＣスタック１１へエアを供給する機器である。入口エアバルブ６２は、ＦＣスタック１１に供給するエアの流量を制御する弁である。
　また、エア系システム１３は、エアオフガス排出通路５２において、出口エアバルブ７１を備えている。出口エアバルブ７１は、ＦＣスタック１１からエアオフガス排出通路５２へ排出するエアオフガスの流量を制御する弁である。
　冷却系システム１４は、ＦＣスタック１１を冷却するシステムであり、冷却水通路８１と冷却ファン８２を備えている。冷却水通路８１は冷却水が流れる通路である。また、冷却ファン８２は、冷却水通路８１を流れる冷却水を冷却する機器である。
　制御部１５は、例えば、ＣＰＵなどの演算処理部と、ＣＰＵで処理される制御プログラム及び制御データ等を記憶するＲＯＭや制御処理のための各種作業領域として使用されるＲＡＭなどの記憶部と、入出力インターフェース部とを有する機器である。そして、制御部１５は、記憶部に記憶されている制御プログラムに従って、燃料電池システム１の様々な制御を行う。
　具体的には、制御部１５は、例えば、エアコンプレッサ６１の回転数や、入口エアバルブ６２や出口エアバルブ７１の開度の開閉制御を行う。また、制御部１５は、その他、バルブ３２や減圧弁３３やインジェクタ３４や排気排水弁４２や冷却ファン８２やモータ１０２などの制御も行う。さらに、制御部１５は、算出部１６から後述するなまし値ＳＶの情報を受け取る。
　また、算出部１６は、ＦＣスタック１１から受け取ったＦＣ応答性時間ＲＴの情報に基づいて、なまし値ＳＶを算出する機器である。なお、ＦＣ応答性時間ＲＴやなまし値ＳＶの詳細は後述する。
（燃料電池システムの作用について）
　以上のような構成の燃料電池システム１において、水素系システム１２では、水素ガス供給通路２１からＦＣスタック１１に供給された水素ガスは、ＦＣスタック１１にて発電に使用された後、ＦＣスタック１１から水素オフガスとして、水素オフガス排出通路２２を介して外部に排出される。また、エア系システム１３では、エア供給通路５１からＦＣスタック１１に供給されたエアは、ＦＣスタック１１にて発電に使用された後、ＦＣスタック１１からエアオフガスとして、エアオフガス排出通路５２を介して外部に排出される。
（ＤＣＤＣコンバータレスのシステムについて）
　図１に示すように、本実施形態の燃料電池システム１においては、ＦＣスタック１１と、バッテリ１０１と、モータ１０２（または、インバータ）とが並列に接続されており、ＤＣＤＣコンバータを有さない簡素なシステム構成が形成されている。すなわち、燃料電池システム１は、ＤＣＤＣコンバータレスのシステムである。なお、ＤＣＤＣコンバータは、ＦＣスタック１１の出力電圧（すなわち、発電した電力の電圧）であるＦＣ電圧を変換する機器である。
　このように、本実施形態の燃料電池システム１は、ＤＣＤＣコンバータレスのシステムであり、ＦＣ電圧がバッテリ１０１の電圧と等しくなる（または、ほぼ等しくなる）ので、ＦＣスタック１１の出力電流（すなわち、発電した電力の電流）であるＦＣ電流がバッテリ１０１の電圧に依存する。また、別の言い方をすれば、燃料電池システム１は、ＦＣスタック１１で発電された電力について、ＦＣ電圧を変換しないで、バッテリ１０１やモータ１０２に供給する。
　そして、燃料電池システム１においては、このようにＦＣ電圧がバッテリ１０１の電圧と等しくなるので、ＦＣスタック１１は、発電時にバッテリ１０１の電圧に応じた成り行き発電を行う。なお、バッテリ１０１のＳＯＣ（すなわち、充電率）が高くなると、インジェクタ３４の出口圧力の減圧制御を行って、または／および、入口エアバルブ６２と出口エアバルブ７１を閉弁状態にして、ＦＣスタック１１の発電を間欠停止にする。
（ＦＣスタックの発電の有無に関わらず車両の加速性を安定化させる対策について）
　ＤＣＤＣコンバータレスの燃料電池システム１において、ＦＣスタック１１は、成り行き発電を行うが、バッテリ１０１のＳＯＣが高くなると発電を間欠停止する。ここで、モータ１０２の要求出力がバッテリ１０１のＭＡＸ出力（すなわち、最大出力）を超えた場合には、バッテリ１０１の出力に加えてＦＣスタック１１の出力でモータ１０２を駆動させる。
　しかしながら、このとき、ＦＣスタック１１が発電を停止した間欠停止状態である場合には、所定の電力量の発電を行う成り行き発電状態に復帰するまでにＦＣスタック１１の出力に時間遅れが生じてしまう。すると、ＦＣスタック１１が成り行き発電状態である場合（図７参照）と、ＦＣスタック１１が間欠停止状態である場合（図８参照）とで、モータ１０２の出力の変化（すなわち、応答速度、単位時間当たりの変化量（上昇量））が異なり、モータ１０２の駆動の挙動に差が生じてしまう。そうすると、燃料電池システム１が搭載される車両において、その加速性が安定せず、車両のユーザ（運転手などの乗客）が不快感を覚えるおそれがある。
　そこで、本実施形態では、ＦＣスタック１１の発電の有無に関わらず、燃料電池システム１が搭載される車両の加速性を安定化させる対策を行う。
　具体的には、制御部１５は、ＦＣスタック１１が成り行き発電状態のときにモータ１０２の出力要求があった場合、及び、ＦＣスタック１１が間欠停止状態のときにモータ１０２の出力要求があった場合、のどちらの場合にも、モータ１０２の出力の変化を同等にして、モータ１０２の挙動差を抑制する制御を行う。なお、成り行き発電状態は、本開示の「発電状態」の一例である。また、間欠停止状態は、本開示の「非発電状態」の一例である。
　より具体的には、図２に示すように、制御部１５は、なまし値ＳＶに基づいて算出した制御値にモータ１０２の出力を制御することにより、モータ１０２の出力の変化を緩やかにするなまし制御を行う。
　そこで、図２に示す制御の内容について説明する。なお、制御部１５は、図２に示す制御のルーチン処理を、例えば、１０ｍｓ毎に行う。
　図２に示すように、制御部１５は、燃料電池システム１が搭載される車両のアクセル開度ＡＯとモータ１０２の回転数より、例えば２次元マップを用いて、モータ１０２の要求出力ＲＯ１を算出する（ステップＳ１）。すなわち、制御部１５は、アクセル開度ＡＯに基づいて、このアクセル開度ＡＯとモータ１０２の回転数とモータ１０２の要求出力ＲＯ１の関係を規定した２次元マップ（不図示）を用いて、モータ１０２の要求出力ＲＯ１を算出する。なお、アクセル開度ＡＯは、例えば車両に備わるアクセルポジションセンサＡＰＳから得られるものとする。
　次に、制御部１５は、要求出力ＲＯ１に対して、なましを考慮して、要求出力ＲＯ２を算出する（ステップＳ２）。
　具体的には、以下の数式を用いて、なまし値ＳＶに基づいて、要求出力ＲＯ２の値（すなわち、制御値）を算出する。
［数１］
　制御値＝前回値＋(要求値－前回値)／なまし値ＳＶ
　なお、数式において、制御値は今回の（図２に示す制御の）ルーチン処理にて算出される要求出力ＲＯ２の値であり、前回値は前回のルーチン処理にて算出された要求出力ＲＯ２の値であり、要求値は要求出力ＲＯ１の値である。
　また、なまし値ＳＶは、例えば図３に示す１次元マップを用いて、ＦＣ応答性時間ＲＴに基づいて算出される。ここで、ＦＣ応答性時間ＲＴとは、図４に示すように、間欠停止状態にて成り行き発電要求があって、間欠停止状態から成り行き発電状態に切り替わるまでの切り替え時間（すなわち、ＦＣスタック１１の出力であるＦＣ出力の立ち上がり時間）である。なお、図３において、なまし値ＳＶは、ＦＣ応答性時間ＲＴが長くなるほど、大きくなるように規定されている。
　次に、図２に示すように、制御部１５は、要求出力ＲＯ１がバッテリ１０１のＭＡＸ出力(すなわち、最大出力、例えば７ｋＷ)を超えているか否かを判断する（ステップＳ３）。
　そして、制御部１５は、要求出力ＲＯ１がバッテリ１０１のＭＡＸ出力を超えていると判断した場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）には、ＦＣスタック１１が間欠停止状態であるか否かを判断する（ステップＳ４）。
　そして、制御部１５は、ＦＣスタック１１が間欠停止状態であると判断した場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）には、ＦＣスタック１１を間欠停止状態から成り行き発電状態に復帰させるようにする（ステップＳ５）。
　次に、制御部１５は、要求出力ＲＯ２をモータ１０２の出力として要求する（ステップＳ６）。このようにして、制御部１５は、モータ１０２の出力を、なまし値ＳＶに基づいて算出した要求出力ＲＯ２に制御する。
　また、制御部１５は、ステップＳ３において要求出力ＲＯ１がバッテリ１０１のＭＡＸ出力以下である場合（ステップＳ３：ＮＯ）や、ステップＳ４においてＦＣスタック１１が間欠停止状態でない（すなわち、成り行き発電状態である）場合（ステップＳ４：ＮＯ）にも、要求出力ＲＯ２をモータ出力として要求する（ステップＳ６）。
　このように、本実施形態では、制御部１５は、ＦＣスタック１１が成り行き発電状態のときにモータ１０２の出力要求があった場合、及び、ＦＣスタック１１が間欠停止状態のときにモータ１０２の出力要求があった場合、のどちらの場合にも、モータ１０２の出力の変化を緩やかにするなまし制御を行う。
　具体的には、制御部１５は、なまし制御として、なまし値ＳＶに基づいて算出した要求出力ＲＯ２にモータ１０２の出力を制御することにより、ＦＣスタック１１が成り行き発電状態のときにモータ１０２の出力要求があった場合（図５参照）、及び、ＦＣスタック１１が間欠停止状態のときにモータ１０２の出力要求があった場合（図６参照）、のどちらの場合にも、モータ１０２の出力（図中、「実際出力」と表記）の変化を、要求出力ＲＯ１の変化よりも、緩やかにする制御を行う。
　これにより、ＦＣスタック１１が成り行き発電状態のときと間欠停止状態のときとでのモータ１０２の駆動の挙動差を抑制できる。そのため、ＦＣスタック１１の発電の有無に関わらず、燃料電池システム１が搭載される車両の加速性が安定して、車両のユーザが不快感を覚えることを防止できる。
　また、なまし値ＳＶは、ＦＣスタック１１が間欠停止状態から成り行き発電状態へ切り替わる毎にＦＣ応答性時間ＲＴに基づいて算出した値の平均値とすること、が考えられる。
　これにより、なまし値ＳＶを、ＦＣスタック１１が間欠停止状態から成り行き発電状態へ切り替える毎に更新させることができる。そのため、ＦＣ応答性時間ＲＴの実際の状況に応じて、ＦＣスタック１１が成り行き発電状態のときと間欠停止状態のときとでのモータ１０２の駆動の挙動差を抑制できる。
　また、なまし値ＳＶは、燃料電池システム１が搭載される車両のキースイッチＫＳがオンになって、最初にＦＣスタック１１が間欠停止状態から成り行き発電状態へ切り替わるときのＦＣ応答性時間ＲＴに基づいて算出した値である、としてもよい。
　これにより、なまし値ＳＶを、車両のキースイッチＫＳがオンになる毎に更新させることができる。そのため、ＦＣ応答性時間ＲＴの実際の状況に応じて、ＦＣスタック１１が成り行き発電状態のときと間欠停止状態のときとでのモータ１０２の駆動の挙動差を抑制できる。
　また、車両のキースイッチＫＳがオンになってなまし値ＳＶを算出した後、なまし値ＳＶを頻繁に更新させないようにすれば、モータ１０２の駆動の挙動を安定させて、より効果的に、車両の加速性を安定させることができる。
　なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本開示を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。
１　　燃料電池システム
１１　ＦＣスタック
１２　水素系システム
１３　エア系システム
１４　冷却系システム
１５　制御部
１６　算出部
２１　水素ガス供給通路
２２　水素オフガス排出通路
３４　インジェクタ
５１　エア供給通路
５２　エアオフガス排出通路
６２　入口エアバルブ
７１　出口エアバルブ
１０１　バッテリ
１０２　モータ
ＳＶ　なまし値
ＲＴ　ＦＣ応答性時間
ＲＯ１　要求出力
ＲＯ２　要求出力
ＫＳ　キースイッチ

Claims (3)

  1. 　燃料電池と、前記燃料電池が発電した電力を充電するバッテリと、前記燃料電池および／または前記バッテリから電力の供給を受けて駆動する駆動装置と、を有し、前記燃料電池の出力電流が、前記バッテリの電圧に依存する燃料電池システムにおいて、
    　前記駆動装置の駆動を制御する制御部と、
    　前記燃料電池が発電を停止した非発電状態から所定の電力量の発電を行う発電状態に切り替わるまでの切り替え時間に基づいて、なまし値を算出する算出部と、を有し、
    　前記制御部は、前記燃料電池が前記発電状態のときに前記駆動装置の出力要求があった場合、及び、前記燃料電池が前記非発電状態のときに前記駆動装置の出力要求があった場合、のどちらの場合にも、前記駆動装置の出力を前記なまし値に基づいて算出した制御値に制御することにより、前記駆動装置の出力の変化を緩やかにするなまし制御を行うこと、
    　を特徴とする燃料電池システム。
  2. 　請求項１の燃料電池システムにおいて、
    　前記なまし値は、前記燃料電池が前記非発電状態から前記発電状態へ切り替わる毎に前記切り替え時間に基づいて算出した値の平均値であること、
    　を特徴とする燃料電池システム。
  3. 　請求項１の燃料電池システムにおいて、
    　前記なまし値は、前記燃料電池システムが搭載される車両のキースイッチがオンになって、最初に前記燃料電池が前記非発電状態から前記発電状態へ切り替わるときの前記切り替え時間に基づいて算出した値であること、
    　を特徴とする燃料電池システム。
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