燃料電池システムの出力制御方法
【課題】燃料電池の劣化を抑制しつつ、燃料電池の出力を効果的に利用することができる燃料電池システムの出力制御方法を提供する。
【解決手段】燃料電池システム１１の出力制御方法では、燃料電池１４の運転領域における第１出力領域と、前記第１出力領域より低出力側の第２出力領域とで許容される単位時間当たりの前記燃料電池の出力変化量が異なっており、前記第２出力領域で許容される単位時間当たりの前記燃料電池１４の許容出力変化量は、前記第１出力領域で許容される前記単位時間当たりの前記燃料電池１４の出力変化量よりも小さい。
【解決手段】燃料電池システム１１の出力制御方法では、燃料電池１４の運転領域における第１出力領域と、前記第１出力領域より低出力側の第２出力領域とで許容される単位時間当たりの前記燃料電池の出力変化量が異なっており、前記第２出力領域で許容される単位時間当たりの前記燃料電池１４の許容出力変化量は、前記第１出力領域で許容される前記単位時間当たりの前記燃料電池１４の出力変化量よりも小さい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池と負荷とを備える燃料電池システムの出力制御方法に関する。より詳細には、燃料電池の劣化を抑制しつつ、燃料電池の出力を効率的に利用することができる燃料電池システムの出力制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料電池の研究開発が盛んである。そのテーマの１つに燃料電池の出力制御があり、そのための技術が開発されている（例えば、特許文献１〜３）。
【０００３】
特許文献１では、セル電圧が閾値より低くなったとき燃料電池を停止させることで燃料電池の劣化抑制を図っている（例えば、特許文献１の要約参照）。
【０００４】
特許文献２では、車両の運転性能（ドライバビリティ）に影響を与えることなく、燃料電池の出力制限を解除できるようにするために、燃料電池（２０）の出力制限中に燃料電池の出力可能な電力量が燃料電池に要求される電力量を上回った場合に、出力制限を解除する（引用文献２の要約参照）。
【０００５】
特許文献３では、燃料電池の保護等の観点から、燃料電池（３０）の出力制限値（Ｗｏｕｔ）を設定し、この出力制限値に基づく出力制限を行う（例えば、特許文献３の段落［０００３］、［００２４］）。前記出力制限値（Ｗｏｕｔ）は、燃料電池温度（Ｔｆｃ）、セル間電圧（Ｖｃｅｌ）、燃料電池の電圧（Ｖｆｃ）、燃料電池の電流（Ｉｆｃ）、エアコンプレッサ温度（Ｔａｃ）等に基づいて計算される（特許文献３の段落［００２４］）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０６−２４３８８２号公報
【特許文献２】特開２００６−２０２６９５号公報
【特許文献３】特開２００５−３０４１７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１〜３における燃料電池の劣化抑制及び燃料電池の出力の効果的な利用の試みは十分ではない。
【０００８】
この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、燃料電池の劣化を抑制しつつ、燃料電池の出力を効果的に利用することができる燃料電池システムの出力制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る燃料電池システムの出力制御方法は、燃料電池と負荷とを備える燃料電池システムの出力制御方法であって、前記燃料電池の運転領域における第１出力領域と、前記第１出力領域より低出力側の第２出力領域とで許容される単位時間当たりの前記燃料電池の出力変化量が異なっており、前記第２出力領域で許容される前記単位時間当たりの前記燃料電池の出力変化量は、前記第１出力領域で許容される前記単位時間当たりの前記燃料電池の出力変化量よりも小さいことを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、燃料電池の電圧変化を制限することで燃料電池の劣化を抑制しつつ、燃料電池の出力を効果的に利用することができる。
【００１１】
すなわち、一般的な燃料電池の特性として、燃料電池の出力が低くなるほど２次関数的に電圧が変化する。換言すると、燃料電池は、低出力になるほど燃料電池の出力変化量に対する電圧変化量が大きくなる。そして、電圧変化が大きいほど、燃料電池は劣化が進む。この発明によれば、高出力側の第１出力領域と比べ、低出力側の第２出力領域では、許容される単位時間当たりの燃料電池の出力変化量が小さい。これにより、燃料電池の電圧変化を制限し、燃料電池の劣化を抑制することができる。
【００１２】
その一方、上記とは反対に、燃料電池は、高出力になるほど燃料電池の出力変化量に対する電圧変化量が小さくなる。従って、高出力側では、燃料電池の出力変化を大きくしても、低出力側と比べて、電圧変化はそれほど大きくならない。この発明によれば、低出力側の第２出力領域と比べ、高出力側の第１出力領域では、許容される単位時間当たりの燃料電池の出力変化量が大きい。これにより、出力変化が比較的劣化につながらない高出力側では、燃料電池の出力性能をより効率的に発揮させることが可能となる。従って、燃料電池の出力を効果的に利用することができる。
【００１３】
前記第２出力領域は、単位時間当たりの前記燃料電池の電圧変化量が一定値以内になるように前記単位時間当たりに許容される前記出力変化量が定まっており、前記第１出力領域は、前記単位時間当たりの前記電圧変化量が制限されていないか、又は前記一定値より大きい値以内になるように制限されていてもよい。これにより、燃料電池の劣化により燃料電池の電流−電圧特性に変化が生じて燃料電池の出力電流の変化に対する出力電圧の変化が大きくなっても、単位時間当たりの燃料電池の電圧変化量を一定値以内に保持することが可能となる。
【００１４】
前記燃料電池システムは、前記燃料電池の目標電力又は目標電流に基づき前記燃料電池の目標電圧を決定し、ＤＣ／ＤＣコンバータにより前記燃料電池の電圧を前記目標電圧に合わせ込むようにフィードバック制御するシステムであって、前記第１出力領域及び前記第２出力領域における前記燃料電池の出力は、前記目標電力又は前記目標電流を制限することで前記単位時間当たりの前記出力変化量が許容範囲内に収まるようにしてもよい。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータに対する目標電圧を算出する前に、燃料電池の目標電力又は目標電流の変化を制限することができる。従って、ＤＣ／ＤＣコンバータに対する目標電圧の算出において前記制限を反映させる場合と比べて、演算を簡素化することが可能となる。
【００１５】
前記燃料電池システムは、さらに、バッテリを備え、前記燃料電池の出力のみでは、前記燃料電池システムの出力要求を満たせないとき、前記出力要求の不足分を前記バッテリの出力により補償してもよい。これにより、燃料電池システムの出力要求について、燃料電池の出力では不足する分をバッテリにより補償することができるため、燃料電池システムの出力要求を満たしつつ、燃料電池の劣化を抑制することができる。
【００１６】
上記に代えて、単に、単位時間当たりの前記燃料電池の電圧変化量に制限を設けることで前記燃料電池の出力を制限してもよい。これにより、簡易な制御で燃料電池の出力制御を効果的に行うことができる。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、燃料電池の電圧変化を制限することで燃料電池の劣化を抑制しつつ、燃料電池の出力を効果的に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明の第１実施形態に係る出力制御方法を実施する燃料電池システムを搭載した燃料電池車両の概略全体構成図である。
【図２】上記第１実施形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータの詳細な構成を示す回路図である。
【図３】前記燃料電池車両に搭載されたＤＣ／ＤＣコンバータの基本制御のフローチャートである。
【図４】前記燃料電池車両に搭載された燃料電池の出力−電圧特性を示す図である。
【図５】上記第１実施形態における燃料電池の出力制御特性と、比較例における燃料電池の出力制御特性を示す説明図である。
【図６】上記第１実施形態における燃料電池の電圧−電圧変化量特性と、比較例における燃料電池の電圧−電圧変化量特性を示す説明図である。
【図７】比較例の燃料電池の出力と前記第１実施形態の燃料電池の出力について、出力変化と電圧変化を出力の大きさで分類した表である。
【図８】前記燃料電池車両が巡航している状態から全速力の状態に移行した場面における燃料電池の出力とバッテリの出力の関係の一例を模式的に示す図である。
【図９】単位時間当たりの燃料電池の出力変化量を制限するフローチャートである。
【図１０】この発明の第２実施形態に係る出力制御方法を実施する燃料電池システムを搭載した燃料電池車両の概略全体構成図である。
【図１１】前記第２実施形態において目標２次電圧を決定するフローチャートである。
【図１２】前記第２実施形態において電流減算量の決定方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
Ａ．第１実施形態
１．全体的な構成の説明
［全体構成］
図１は、この発明の第１実施形態に係る出力制御方法を実施する燃料電池システム１１を搭載した燃料電池車両１０（以下「ＦＣ車両１０」ともいう。）の概略全体構成図である。
【００２０】
このＦＣ車両１０は、基本的には、１次側１Ｓに１次電圧Ｖ１を発生する第１直流電源装置としてのバッテリ１２と２次側２Ｓに２次電圧Ｖ２を発生する第２直流電源装置としての燃料電池（Fuel Cell）１４とから構成されるハイブリッド直流電源装置と、このハイブリッド直流電源装置から電力が供給される負荷である走行用のモータ１６とから構成される。
【００２１】
［燃料電池とそのシステム］
燃料電池１４は、例えば固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで両側から挟み込んで形成されたセルを積層したスタック構造にされている。燃料電池１４には、反応ガス供給部１８が配管を通じて接続されている。反応ガス供給部１８は、一方の反応ガスである水素（燃料ガス）を貯留する水素タンクと、他方の反応ガスである空気（酸化剤ガス）を圧縮するコンプレッサを備えている。反応ガス供給部１８から燃料電池１４に供給された水素と空気の燃料電池１４内での電気化学反応により生成された発電電流がダイオード１３を介してモータ１６とバッテリ１２に供給される。
【００２２】
燃料電池１４の出力電圧（以下「ＦＣ電圧Ｖｆｃ」という。）［Ｖ］は、電圧センサ１９により検出される。
【００２３】
燃料電池システム１１は、燃料電池１４及び反応ガス供給部１８とこれらを制御する燃料電池制御部（ＦＣ制御部）４４とから構成される。
【００２４】
［ＤＣ／ＤＣコンバータ］
ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、一方側が前記バッテリ１２に接続され、他方側が燃料電池１４とモータ１６との接続点である２次側２Ｓに接続されたチョッパ型の電圧変換装置である。
【００２５】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、１次電圧Ｖ１を２次電圧Ｖ２（Ｖ１≦Ｖ２）に電圧変換（昇圧変換）するとともに、２次電圧Ｖ２を１次電圧Ｖ１に電圧変換（降圧変換）する昇降圧型の電圧変換装置である。
【００２６】
［インバータとモータ及びドライブ系］
インバータ２２は、３相フルブリッジ型の構成とされて、直流／交流変換を行い、直流を３相の交流に変換してモータ１６に供給する一方、回生動作に伴う交流／直流変換後の直流を２次側２ＳからＤＣ／ＤＣコンバータ２０を通じて１次側１Ｓに供給し、バッテリ１２を充電等する。
【００２７】
モータ１６は、トランスミッション２４を通じて車輪２６を回転する。なお、実際上、インバータ２２とモータ１６を併せて負荷２３という。
【００２８】
［高圧バッテリ］
１次側１Ｓに接続される高圧(High Voltage)のバッテリ１２は、蓄電装置（エネルギストレージ）であり、例えばリチウムイオン２次電池又はキャパシタ等を利用することができる。第１実施形態ではリチウムイオン２次電池を利用している。
【００２９】
［各種センサ、メインスイッチ及び通信線］
メインスイッチ（電源スイッチ）３４と各種センサ３６が統括制御部４０に接続される。メインスイッチ３４は、ＦＣ車両１０及び燃料電池システム１１をオン（起動又は始動）オフ（停止）するイグニッションスイッチとしての機能を有する。各種センサ３６は、車両状態及び環境状態等の状態情報を検出する。通信線３８としては、車内ＬＡＮであるＣＡＮ（Controller Area Network）等が使用される。
【００３０】
［制御部］
通信線３８に対して、統括制御部４０、ＦＣ制御部４４、モータ制御部４６、コンバータ制御部４８、及びバッテリ制御部５２が相互に接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ２０と、このＤＣ／ＤＣコンバータ２０を制御するコンバータ制御部４８とによりＤＣ／ＤＣコンバータ装置５０が形成される。
【００３１】
各制御部４０、４４、４６、４８、５２は、それぞれマイクロコンピュータを含み、メインスイッチ３４等の各種スイッチ及び各種センサ３６の状態情報を検出するとともに制御部４０、４４、４６、４８、５２同士で共有し、これらスイッチ及びセンサからの状態情報及び互いに他の制御部からの情報（指令等）を入力とし、各ＣＰＵがメモリ（ＲＯＭ）に格納されたプログラムを実行することにより各種機能を実現する機能実現部（機能実現手段）として動作する。制御部４０、４４、４６、４８、５２は、ＣＰＵ、メモリの他、必要に応じて、タイマ、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等の入出力インタフェースを有する。
【００３２】
２．詳細な構成の説明
［ＤＣ／ＤＣコンバータ装置］
図２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の詳細な構成を示している。ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、１次側１Ｓと２次側２Ｓとの間に配される相アームＵＡと、リアクトル９０とから構成される。
【００３３】
相アームＵＡは、上アーム素子（上アームスイッチング素子８１とダイオード８３）と下アーム素子（下アームスイッチング素子８２とダイオード８４）とで構成される。
【００３４】
上アームスイッチング素子８１と下アームスイッチング素子８２には、それぞれ例えばＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴ等が採用される。
【００３５】
リアクトル９０は、相アームＵＡの中点（共通接続点）とバッテリ１２の正極との間に挿入され、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０により１次電圧Ｖ１と２次電圧Ｖ２との間で電圧を変換する際に、エネルギを放出及び蓄積する作用を有する。
【００３６】
上アームスイッチング素子８１は、コンバータ制御部４８から出力されるゲート駆動信号（駆動電圧）ＵＨのハイレベルによりオンにされ、下アームスイッチング素子８２は、ゲートの駆動信号（駆動電圧）ＵＬのハイレベルによりオンにされる。なお、コンバータ制御部４８は、１次側の平滑コンデンサ９４に並列に設けられた電圧センサ９１により１次電圧Ｖ１を検出し、電流センサ１０１により１次電流Ｉ１を検出し、２次側の平滑コンデンサ９６に並列に設けられた電圧センサ９２により２次電圧Ｖ２を検出し、電流センサ１０２により２次電流Ｉ２を検出する。
【００３７】
［ＤＣ／ＤＣコンバータ装置の動作］
次に、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置５０の動作について説明する。
【００３８】
（ＤＣ／ＤＣコンバータ装置５０における基本的な電圧制御）
図３には、コンバータ制御部４８により駆動制御されるＤＣ／ＤＣコンバータ２０の基本制御のフローチャートが示されている。
【００３９】
上述したように、統括制御部４０は、燃料電池１４の状態、バッテリ１２の状態、及びモータ１６の状態の他、各種スイッチ及び各種センサからの入力（負荷要求）に基づき決定したＦＣ車両１０の総負荷要求量Ｌｔから、燃料電池１４が負担すべき燃料電池分担負荷量（要求出力）Ｌｆと、バッテリ１２が負担すべきバッテリ分担負荷量（要求出力）Ｌｂと、回生電源が負担すべき回生電源分担負荷量Ｌｒの配分（分担）を調停しながら決定し、ＦＣ制御部４４、モータ制御部４６及びコンバータ制御部４８に指令を送出する。
【００４０】
ステップＳ１において、統括制御部４０により、それぞれが負荷要求であるモータ１６の電力要求と反応ガス供給部１８（エアコンプレッサ等）の電力要求から総負荷要求量Ｌｔが決定（算出）されると、ステップＳ２において、統括制御部４０は、決定した総負荷要求量Ｌｔを出力するための燃料電池分担負荷量Ｌｆと、バッテリ分担負荷量Ｌｂと、回生電源分担負荷量Ｌｒの配分を決定する。
【００４１】
次いで、ステップＳ３において、コンバータ制御部４８により、燃料電池分担負荷量Ｌｆに応じて燃料電池１４の発電電圧（ＦＣ電圧Ｖｆｃ）の目標値（目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒ）、ここでは、２次電圧Ｖ２の目標値（目標２次電圧Ｖ２＿ｔａｒ）が決定される。
【００４２】
目標２次電圧Ｖ２＿ｔａｒが決定されると、ステップＳ４において、コンバータ制御部４８は、決定した目標２次電圧Ｖ２＿ｔａｒとなるようにＤＣ／ＤＣコンバータ２０を駆動制御する。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、昇圧動作、降圧動作等を行う。
【００４３】
２次電圧Ｖ２及び１次電圧Ｖ１は、コンバータ制御部４８によりＤＣ／ＤＣコンバータ２０のフィードフォワード制御とフィードバック制御とを組み合わせたＰＩＤ制御により制御する。
【００４４】
（燃料電池１４の出力制御）
第１実施形態では、燃料電池１４の劣化を抑制しつつ、燃料電池１４の出力（ＦＣ出力Ｐｆｃ）［Ｗ］を効果的に利用するため、下記のような出力制御を行う。
【００４５】
まず燃料電池１４の出力特性（以下「出力特性Ｃｆｃ」という。）について述べておくと、燃料電池１４の出力特性Ｃｆｃは、一般的な燃料電池と同様、ＦＣ電圧Ｖｆｃが低くなるほど、ＦＣ出力Ｐｆｃは高くなる（図４参照）。そこで、第１実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置５０により２次電圧Ｖ２を制御することで、燃料電池１４のＦＣ電圧Ｖｆｃを制御し、これにより、燃料電池１４のＦＣ出力Ｐｆｃをも制御する。
【００４６】
また、図４からもわかるように、ＦＣ出力Ｐｆｃが低くなるほど、ＦＣ電圧Ｖｆｃは２次関数的に変化する。そして、ＦＣ電圧Ｖｆｃの変化が大きいほど、燃料電池１４の劣化が進む。
【００４７】
この点を考慮し、第１実施形態では、図５に示すように、ＦＣ出力Ｐｆｃの増加に制限を加える。図５には、第１実施形態におけるＦＣ出力Ｐｆｃが実線で、比較例における燃料電池１４の出力（以下「ＦＣ出力Ｐｆｃ＿ｃｏｍ」）［Ｗ］が破線で示されている。図５からわかるように、比較例のＦＣ出力Ｐｆｃ＿ｃｏｍは、単位時間当たりのＦＣ出力Ｐｆｃ＿ｃｏｍの変化量（以下「出力変化量ΔＰｆｃ＿ｃｏｍ」という。）［Ｗ／ｓｅｃ］が一定である。これに対し、第１実施形態では、単位時間当たりのＦＣ電圧Ｖｆｃの変化量（以下「電圧変化量ΔＶｆｃ」という。）［Ｖ／ｓｅｃ］に制限値（以下「許容変化量α」［Ｖ／ｓｅｃ］という。）を設定し、電圧変化量ΔＶｆｃが許容変化量α以上にならないように制御する。その結果、第１実施形態では、燃料電池１４の電圧変化が抑制されるため、ＦＣ出力Ｐｆｃが低いとき、単位時間当たりのＦＣ出力Ｐｆｃの変化量（以下「出力変化量ΔＰｆｃ」という。）［Ｗ／ｓｅｃ］が小さくなり、ＦＣ出力Ｐｆｃが高いとき、出力変化量ΔＰｆｃが大きくなる。
【００４８】
図６は、第１実施形態の出力制御と、比較例の出力制御を模式的に表した図である。すなわち、図６において破線で示される部分は、第１実施形態の出力制御において用いられるＦＣ電圧Ｖｆｃと電圧変化量ΔＶｆｃとの関係を示す特性（以下「出力制御特性Ｃｖ＿ΔＶ」という。）である。また、図６において一点鎖線で示される部分は、比較例の出力制御において用いられるＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｃｏｍと電圧変化量ΔＶｆｃ＿ｃｏｍとの関係を示す特性（以下「出力制御特性Ｃｖ＿ΔＶ＿ｃｏｍ」という。）である。図６に示すように、比較例の出力制御特性Ｃｖ＿ΔＶ＿ｃｏｍでは、ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｃｏｍが高いときほど、電圧変化量ΔＶｆｃ＿ｃｏｍの絶対値が大きく、ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｃｏｍが低いときほど、電圧変化量ΔＶｆｃ＿ｃｏｍの絶対値は小さい。これに対し、第１実施形態の出力制御特性Ｃｖ＿ΔＶでは、許容変化量αを用いるため、ＦＣ電圧Ｖｆｃが高いときでも、電圧変化量ΔＶｆｃの絶対値は、許容変化量αに制限される。
【００４９】
図７には、比較例のＦＣ出力Ｐｆｃ＿ｃｏｍと第１実施形態のＦＣ出力Ｐｆｃについて、出力変化［Ｗ／ｓｅｃ］と電圧変化［Ｖ／ｓｅｃ］を出力［Ｗ］の大きさで分類した表である。
【００５０】
図７に示すように、比較例では、燃料電池１４が低出力、中出力及び高出力のいずれのときも、出力変化（すなわち、出力変化量ΔＰｆｃ＿ｃｏｍ）が一定であり、電圧変化（すなわち、電圧変化量ΔＶｆｃ＿ｃｏｍ）は、低出力側から高出力側に向かうに連れて小さくなる。一方、第１実施形態では、燃料電池１４の低出力側から高出力側に向かうに連れて出力変化（すなわち、出力変化量ΔＰｆｃ）が大きくなり、燃料電池１４が低出力、中出力及び高出力のいずれのときも電圧変化（すなわち、電圧変化量ΔＶｆｃ）が一定である。
【００５１】
（燃料車両１０での出力制御）
上記のように、第１実施形態では、単位時間当たりのＦＣ出力Ｐｆｃの変化量である出力変化量ΔＰｆｃに制限を設けるため、ＦＣ車両１０の総負荷要求量Ｌｔが急激に上昇した場合（例えば、ＦＣ車両１０が急加速した場合）には、燃料電池１４からのＦＣ出力Ｐｆｃだけでは、総負荷要求量Ｌｔを満たすことができない。そこで、この場合、バッテリ１２の出力（以下「バッテリ出力Ｐｂａｔ」ともいう。）［Ｗ］により不足分を補償する。
【００５２】
図８は、ＦＣ車両１０が巡航している状態から全速力の状態に移行した場面におけるＦＣ出力Ｐｆｃとバッテリ出力Ｐｂａｔの関係の一例を模式的に示すものである。図８に示すように、時点ｔ０から時点ｔ１まではＦＣ車両１０は巡航しており、ＦＣ車両１０が必要とする出力（以下「全体必要出力Ｐｔｏｔａｌ＿ｒｅｑ」）［Ｗ］は、巡航に必要な出力（以下「巡航必要出力Ｐ１」）［Ｗ］であった。
【００５３】
時点ｔ１において、ＦＣ車両１０のスロットル（図示せず）が全開となり、いわゆるワイド・オープン・スロットル（ＷＯＴ）の状態になると、急激に全体必要出力Ｐｔｏｔａｌ＿ｒｅｑは増加する。しかし、燃料電池１４の出力変化量ΔＰｆｃは、許容変化量αを上回らないように制限されるため、ＦＣ出力Ｐｆｃは、全体必要出力Ｐｔｏｔａｌ＿ｒｅｑの変化に追いつけない。そこで、バッテリ出力Ｐｂａｔによりその不足分を補う。
【００５４】
時点ｔ２において、全体必要出力Ｐｔｏｔａｌ＿ｒｅｑは、ＦＣ車両１０が全速力になった際の最大必要出力Ｐ２［Ｗ］となる。時点ｔ３において、ＦＣ出力Ｐｆｃが出力Ｐ２となり、全体必要出力Ｐｔｏｔａｌ＿ｒｅｑと等しくなると、それ以降は、ＦＣ出力Ｐｆｃで全体必要出力Ｐｔｏｔａｌ＿ｒｅｑを全て賄う。
【００５５】
従って、図８の時点ｔ１から時点ｔ３までにおいて、全体必要出力Ｐｔｏｔａｌ＿ｒｅｑとＦＣ出力Ｐｆｃで囲まれた領域は、バッテリ１２が負担する領域（以下「バッテリ負担領域Ａｂａｔ」）である。
【００５６】
（具体的なフロー）
図９には、ＦＣ出力Ｐｆｃの出力変化量ΔＰｆｃを制限するフローチャートが示されている。上述の通り、第１実施形態では、２次電圧Ｖ２を制御することによりＦＣ電圧Ｖｆｃを制御する。
【００５７】
ステップＳ１１において、統括制御部４０は、ドライバーからの要求を受け、ＦＣ電圧Ｖｆｃの指令値を演算し、コンバータ制御部４８に送信する。ステップＳ１２において、コンバータ制御部４８は、統括制御部４０からの指令値に基づくフィードフォワード項と、ＰＩＤ制御に基づくフィードバック項とを加算したＦＣ電圧Ｖｆｃの仮目標値（仮目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒ＿ｐ）［Ｖ］を演算する。なお、以下では、説明の便宜のため、今回の処理で演算したものに「今回」と記載し、前回の処理で演算したものに「前回」と記載する。
【００５８】
ステップＳ１３において、コンバータ制御部４８は、前回の処理において実際に用いたＦＣ電圧Ｖｆｃの目標値｛目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒ（前回）｝と今回の仮目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒ＿ｐ（今回）の差として演算される電圧変化量ΔＶｆｃの目標値｛目標電圧変化量ΔＶｆｃ＿ｔａｒ（今回）｝［Ｖ／ｓｅｃ］を演算する。なお、ここでいう仮目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒ＿ｐ（今回）は、出力変化量ΔＰｆｃの制限処理を行う前の値であり、実際に用いる目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ（今回）は、出力変化量ΔＰｆｃの制限処理を行った後の値である。従って、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０に出力される駆動信号ＵＨ、ＵＬは、直接的には目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒ（今回）に基づいて生成される。
【００５９】
ステップＳ１４において、コンバータ制御部４８は、ステップＳ１３で演算した目標電圧変化量ΔＶｆｃ＿ｔａｒ（今回）が許容変化量α以上であるかどうかを判定する。目標電圧変化量ΔＶｆｃ＿ｔａｒ（今回）が許容変化量α未満である場合（Ｓ１４：ＮＯ）、ステップＳ１５において、コンバータ制御部４８は、ステップＳ１２で演算した仮目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒ＿ｐ（今回）を、今回の処理で実際に用いる目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒ（今回）とする。目標電圧変化量ΔＶｆｃ＿ｔａｒ（今回）が許容変化量α以上である場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、ステップＳ１６において、コンバータ制御部４８は、前回の目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒ（前回）に許容変化量αを加算したものを、今回の処理で実際に用いる目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒ（今回）とする。
【００６０】
ステップＳ１７において、コンバータ制御部４８は、ステップＳ１５又はステップＳ１６で求めた目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒ（今回）に応じてＤＣ／ＤＣコンバータ２０を動作させ、２次電圧Ｖ２が目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒ（今回）と等しくなるように１次電圧Ｖ１を昇圧する。
【００６１】
なお、上述したように、第１実施形態では、ＦＣ電圧Ｖｆｃの制御を、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置５０による２次電圧Ｖ２の制御により行う。従って、コンバータ制御部４８における実際の制御は、上記仮目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒ＿ｐ及び目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒの代わりに、統括制御部４０からの指令に基づくフィードフォワード項と、ＰＩＤ制御に基づくフィードバック項とを加算した２次電圧Ｖ２の仮目標値（仮目標２次電圧Ｖ２＿ｔａｒ＿ｐ）［Ｖ］と、仮目標２次電圧Ｖ２＿ｔａｒ＿ｐに対して目標出力変化量ΔＰｆｃ＿ｔａｒの制限処理を行った後の値である目標２次電圧Ｖ２＿ｔａｒ［Ｖ］とを用いて行ってもよい。この場合、上記目標電圧変化量ΔＶｆｃ＿ｔａｒは、前回の目標２次電圧Ｖ２＿ｔａｒと今回の仮目標２次電圧Ｖ２＿ｔａｒ＿ｐの差として演算される。
【００６２】
３．第１実施形態の効果
以上説明したように、第１実施形態によれば、燃料電池１４の劣化を抑制しつつ、ＦＣ出力Ｐｆｃの変化を完全には制限することなく、ＦＣ出力Ｐｆｃを効果的に利用することができる。
【００６３】
すなわち、一般的な燃料電池と同様、燃料電池１４の特性として、ＦＣ出力Ｐｆｃが低くなるほど２次関数的にＦＣ電圧Ｖｆｃが変化する。換言すると、燃料電池１４は、低出力になるほどＦＣ出力Ｐｆｃの変化量に対するＦＣ電圧Ｖｆｃの変化量が大きくなる。そして、ＦＣ電圧Ｖｆｃの変化が大きいほど、燃料電池１４は劣化が進む。第１実施形態によれば、単位時間当たりのＦＣ電圧Ｖｆｃの変化量（電圧変化量ΔＶｆｃ）に制限を設けることにより、ＦＣ出力Ｐｆｃが高いときに比べ、ＦＣ出力Ｐｆｃが低いとき、単位時間当たりの燃料電池１４の許容出力変化量を小さく設定する。これにより、燃料電池１４の電圧変化を制限し、燃料電池１４の劣化を抑制することができる。
【００６４】
その一方、上記とは反対に、燃料電池１４は、高出力になるほどＦＣ出力Ｐｆｃの変化量に対するＦＣ電圧Ｖｆｃの変化量が小さくなる。従って、高出力側では、ＦＣ出力Ｐｆｃの変化を大きくしても、低出力側と比べて、ＦＣ電圧Ｖｆｃの変化はそれほど大きくならない。第１実施形態によれば、ＦＣ出力Ｐｆｃが低いときと比べ、ＦＣ出力Ｐｆｃが高いときは、単位時間当たりの燃料電池１４の許容出力変化量を大きく設定することになる。これにより、ＦＣ出力Ｐｆｃの変化が比較的劣化につながらない高出力側では、燃料電池１４の出力性能をより効率的に発揮させることが可能となる。従って、ＦＣ出力Ｐｆｃを効果的に利用することができる。
【００６５】
第１実施形態では、ＦＣ出力Ｐｆｃのみでは、全体必要出力Ｐｔｏｔａｌ＿ｒｅｑを満たせないとき、その不足分をバッテリ出力Ｐｂａｔにより補償する。これにより、全体必要出力Ｐｔｏｔａｌ＿ｒｅｑについて、ＦＣ出力Ｐｆｃでは不足する分をバッテリ１２により補償することができるため、全体必要出力Ｐｔｏｔａｌ＿ｒｅｑを満たしつつ、燃料電池１４の劣化を抑制することができる。
【００６６】
第１実施形態では、電圧変化量ΔＶｆｃに制限を設けることでＦＣ出力Ｐｆｃを制限する。これにより、簡易な制御で燃料電池１４の出力制御を効果的に行うことができる。すなわち、図４に示すように、一般的な燃料電池と同様、ＦＣ出力Ｐｆｃは、ＦＣ電圧Ｖｆｃの２次関数的に変化する。このため、電圧変化量ΔＶｆｃに制限を設けると、結果として、ＦＣ出力Ｐｆｃが低いときには、出力変化量ΔＰｆｃが小さくなるように制限し、ＦＣ出力Ｐｆｃが高いときには、出力変化量ΔＰｆｃが大きくても許容する。従って、電圧変化量ΔＶｆｃを制限するための演算量が比較的少なくても済む。
【００６７】
Ｂ．第２実施形態
１．構成の説明（第１実施形態との相違）
図１０は、この発明の第２実施形態に係る出力制御方法を実施する燃料電池システム１１Ａを搭載した燃料電池車両１０Ａ（以下「ＦＣ車両１０Ａ」ともいう。）の概略全体構成図である。
【００６８】
このＦＣ車両１０Ａは、基本的には、第１実施形態のＦＣ車両１０と同様の構成を有する。以下では、第１実施形態と第２実施形態とで共通する構成要素には同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
【００６９】
ＦＣ車両１０Ａは、燃料電池１４の出力電流（ＦＣ電流Ｉｆｃ）［Ａ］を検出する電流センサ７０と、燃料電池１４の各セル（図示せず）の電圧（セル電圧Ｖｃｅｌｌ）［Ｖ］を検出する電圧センサ７２とを有し、コンバータ制御部４８ａがＦＣ電流Ｉｆｃ及びセル電圧Ｖｃｅｌｌを用いる点で、ＦＣ車両１０と異なる。
【００７０】
２．第２実施形態における制御
第２実施形態における各種制御は、基本的に、第１実施形態と同様であるが、目標２次電圧Ｖ２＿ｔａｒ（又は目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒ）の決定方法が異なる。換言すると、第１実施形態では、ＦＣ電圧Ｖｆｃが増加する場合及び減少する場合の両方についての制御であったのに対し、第２実施形態では、ＦＣ電圧Ｖｆｃが増加する場合に焦点を当てた制御である。
【００７１】
図１１には、第２実施形態において目標２次電圧Ｖ２＿ｔａｒを決定するフローチャートが示されている。このフローチャートは、図３のステップＳ３の詳細に相当する。なお、図９と同様、以下では、説明の便宜のため、今回の処理で演算したものに「今回」と記載し、前回の処理で演算したものに「前回」と記載する。
【００７２】
ステップＳ２１において、統括制御部４０が燃料電池分担負担量Ｌｆを算出し、これをコンバータ制御部４８ａに送信する。続くステップＳ２２において、コンバータ制御部４８ａは、受信した燃料電池分担負担量Ｌｆに対応するＦＣ電流Ｉｆｃ｛要求ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｒｅｑ（今回）｝を決定する。すなわち、燃料電池１４の出力は、ＦＣ電圧ＶｆｃとＦＣ電流Ｉｆｃとにより算出できるが、燃料電池１４のＩ−Ｖ特性に基づいて燃料電池分担負担量Ｌｆと要求ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｒｅｑとの組合せをコンバータ制御部４８ａの図示しない記憶手段に記憶しておく。そして、燃料電池分担負担量Ｌｆを用いて要求ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｒｅｑを読み出す。
【００７３】
ステップＳ２３において、コンバータ制御部４８ａは、バッテリ制御部５２に対し、バッテリ１２の充電量ＳＯＣ［％］が、閾値ＴＨ＿ｓｏｃ以下であるかどうかを問い合わせる。閾値ＴＨ＿ｓｏｃは、バッテリ１２が過充電状態であるかどうかを判定するための充電量ＳＯＣの閾値であり、充電量ＳＯＣが閾値ＴＨ＿ｓｏｃを超えるとき、バッテリ１２が過充電状態であると判定する。
【００７４】
充電量ＳＯＣが閾値ＴＨ＿ｓｏｃを超えるとの回答がバッテリ制御部５２からあった場合（Ｓ２３：ＮＯ）、燃料電池１４の出力低下を制限し、余剰出力をバッテリ１２に充電すると、過充電によりバッテリ１２が劣化するおそれがある。そこで、ステップＳ２４において、コンバータ制御部４８ａは、燃料電池１４の出力低下を制限せずに、要求ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｒｅｑ（今回）を、ＦＣ電流Ｉｆｃの目標値（目標ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｔａｒ）として設定する。そして、ステップＳ３０に進む。
【００７５】
充電量ＳＯＣが閾値ＴＨ＿ｓｏｃ以下であるとの回答がバッテリ制御部５２からあった場合（Ｓ２３：ＹＥＳ）、燃料電池１４の出力低下を制限し、余剰出力をバッテリ１２に充電しても過充電によりバッテリ１２が劣化するおそれはない。
【００７６】
そこで、ステップＳ２５において、コンバータ制御部４８ａは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力を制限中であるかどうかを確認する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力を制限する場合としては、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０が故障中である場合や、上アームスイッチング素子８１が過熱状態にある場合がある。ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力を制限中である場合（Ｓ２５：ＹＥＳ）、燃料電池１４の出力低下を制限すると、余剰電力がＤＣ／ＤＣコンバータ２０を介してバッテリ１２に供給されることとなり、結果として、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力が増加してしまう。しかし、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力を制限中である場合、そのような処理を行うことができない。そこで、ステップＳ２４において、コンバータ制御部４８ａは、燃料電池１４の出力低下を制限せずに、要求ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｒｅｑ（今回）を目標ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｔａｒとして設定する。
【００７７】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力を制限中でない場合（Ｓ２５：ＮＯ）、燃料電池１４の出力低下を制限し、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０を介してバッテリ１２に余剰出力を供給しても上記のような問題は生じない。そこで、ステップＳ２６に進む。
【００７８】
ステップＳ２６において、コンバータ制御部４８ａは、電圧センサ７２が検出したセル電圧Ｖｃｅｌｌが異常であるかどうかを判定する。セル電圧Ｖｃｅｌｌが異常であるとは、例えば、セルの劣化等によりセル電圧Ｖｃｅｌｌが、通常よりも低すぎる場合をいう。一般に、燃料電池１４の劣化が進むと、ＦＣ電流Ｉｆｃが同じでもＦＣ電圧Ｖｆｃが下がり、低負荷時のＩ−Ｖ特性の傾きが急になる（図１２参照）。このため、燃料電池１４の出力低下を制限すると、出力低下の速度を過度に制限することになってしまう。
【００７９】
セル電圧Ｖｃｅｌｌが異常である場合（Ｓ２６：ＹＥＳ）、ステップＳ２４において、コンバータ制御部４８ａは、燃料電池１４の出力低下を制限せずに、要求ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｒｅｑ（今回）を目標ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｔａｒとして設定する。セル電圧Ｖｃｅｌｌが異常でない場合（Ｓ２６：ＮＯ）、燃料電池１４の出力低下を制限しても上記のような問題は生じない。そこで、ステップＳ２７に進む。
【００８０】
ステップＳ２７において、コンバータ制御部４８ａは、要求ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｒｅｑ（今回）が目標ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｔａｒ（前回）未満であるかどうかを判定する。要求ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｒｅｑ（今回）が目標ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｔａｒ（前回）未満でない場合（Ｓ２７：ＮＯ）、ＦＣ電圧Ｖｆｃの低下に伴う燃料電池１４の劣化は生じず、燃料電池１４の出力低下を制限する必要性は少ない。そこで、ステップＳ２４において、コンバータ制御部４８ａは、燃料電池１４の出力低下を制限せずに、要求ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｒｅｑ（今回）を目標ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｔａｒとして設定する。
【００８１】
要求ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｒｅｑ（今回）が目標ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｔａｒ（前回）未満である場合（Ｓ２７：ＹＥＳ）、ＦＣ電圧Ｖｆｃの低下に伴う燃料電池１４の劣化は生じる可能性があり、燃料電池１４の出力低下を制限する必要性が生じる。
【００８２】
そこで、まずステップＳ２８において、コンバータ制御部４８ａは、目標ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｔａｒ（前回）とＦＣ電圧Ｖｆｃ（今回）とに基づいて電流減算量Ｄｉｓ［Ａ］を決定する。電流減算量Ｄｉｓは、１回の処理で許容されるＦＣ電流Ｉｆｃの低下量を示す。
【００８３】
図１２は、電流減算量Ｄｉｓの決定方法を説明するための図である。図１２において、曲線１１０は、劣化が生じていない燃料電池１４のＩ−Ｖ特性であり、曲線１１２は、劣化後の燃料電池１４のＩ−Ｖ特性である。
【００８４】
図１２に示すように、第２実施形態では、ＦＣ電流Ｉｆｃを３つの領域に分け、ＦＣ電流Ｉｆｃが低い領域（低負荷領域）では、単位時間当たりのＦＣ電圧Ｖｆｃの変化量（電圧変化量ΔＶｆｃ）を１０ｍＶ／ｓｅｃに制限する。また、ＦＣ電流Ｉｆｃが中くらいの領域（中負荷領域）では、電圧変化量ΔＶｆｃを１００ｍＶ／ｓｅｃに制限する。さらに、ＦＣ電流Ｉｆｃが高い領域（高負荷領域）では、電圧変化量ΔＶｆｃに制限を設けない。燃料電池１４の劣化は、ＦＣ電圧Ｖｆｃが高いほど、進み易いことから、上記のような制限を設けることにより、燃料電池１４の劣化を防止するとともに、高負荷領域（及び中負荷領域）において燃料電池１４の出力を有効に利用することが可能となる。
【００８５】
また、図１２に示すように、燃料電池１４の劣化が進むと、ＦＣ電流Ｉｆｃが同じでもＦＣ電圧Ｖｆｃが下がり、低負荷領域でのＩ−Ｖ特性の傾きは急になる。
【００８６】
上記を踏まえ、第２実施形態では、燃料電池１４の劣化に伴うＩ−Ｖ特性の変化を考慮しつつ、低負荷領域及び中負荷領域における電圧変化量ΔＶｆｃの制限を一定化するため、目標ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｔａｒ（前回）とＦＣ電圧Ｖｆｃ（今回）とに応じた電流減算量Ｄｉｓを予めマップ化して記憶しておく。目標ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｔａｒ（前回）及びＦＣ電圧Ｖｆｃ（今回）と、電流減算量Ｄｉｓとの関係を規定するマップは、コンバータ制御部４８ａの図示しない記憶手段に記憶されている。
【００８７】
燃料電池１４の劣化にかかわらず、低負荷領域及び中負荷領域で電圧変化量ΔＶｆｃを一定化するため、上記マップでは、目標ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｔａｒ（前回）が小さくなるほど、また、ＦＣ電圧Ｖｆｃ（今回）が低くなるほど、電流減算量Ｄｉｓを小さくする（図１２参照）。なお、図１２では、マップ中の具体的な数値の例は示されていないことに留意されたい。
【００８８】
図１１に戻り、ステップＳ２９において、コンバータ制御部４８ａは、目標ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｔａｒ（前回）から電流減算量Ｄｉｓ（今回）を差し引いたものを目標ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｔａｒ（今回）として設定する。
【００８９】
ステップＳ２４又はステップＳ２９の後、ステップＳ３０において、コンバータ制御部４８ａは、目標ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｔａｒ（今回）を次回の処理のために図示しない記憶手段に保持する。続くステップＳ３１において、コンバータ制御部４８ａは、目標ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｔａｒ（今回）に基づいて目標２次電圧Ｖ２＿ｔａｒを決定する。なお、目標２次電圧Ｖ２＿ｔａｒの算出に当たっては、ＰＩＤ制御等のフィードバック制御を併せて用いることで、２次電圧Ｖ２（ＦＣ電圧Ｖｆｃ）を目標２次電圧Ｖ２＿ｔａｒ（目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒ）に合わせ込む。
【００９０】
３．第２実施形態の効果
第２実施形態によれば、第１実施形態の効果に加え、以下のような効果を奏することができる。
【００９１】
すなわち、第２実施形態では、低負荷領域において、単位時間当たりのＦＣ電圧Ｖｆｃの変化量である電圧変化量ΔＶｆｃが１０ｍＶ／ｓｅｃ以内になるように目標ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｔａｒ（今回）が決定され、中負荷領域において、電圧変化量ΔＶｆｃが１００ｍＶ／ｓｅｃ以内になるように目標ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｔａｒ（今回）が決定され、高負荷領域において、電圧変化量ΔＶｆｃの制限なしに目標ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｔａｒ（今回）が決定される。これにより、燃料電池１４の劣化により燃料電池１４のＩ−Ｖ特性に変化が生じてＦＣ電流Ｉｆｃの変化に対するＦＣ電圧Ｖｆｃの変化が大きくなっても、電圧変化量ΔＶｆｃを一定値以内に保持することが可能となる。
【００９２】
第２実施形態では、目標２次電圧Ｖ２＿ｔａｒを算出する前に、目標ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｔａｒの変化を制限する。これにより、目標２次電圧Ｖ２＿ｔａｒの算出において前記制限を反映させる場合と比べて、演算を簡素化することが可能となる。特に、第２実施形態では、目標ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｔａｒ（前回）及びＦＣ電圧Ｖｆｃ（今回）と、電流減算量Ｄｉｓ（今回）との関係をマップ化して利用することから、演算量をさらに減少させることができる。
【００９３】
Ｃ．変形例
なお、この発明は、上記各実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。例えば、以下の構成を採用することができる。
【００９４】
［搭載対象］
上記各実施形態では、燃料電池システム１１、１１ＡをＦＣ車両１０、１０Ａに搭載したが、これに限られず、別の対象に搭載してもよい。例えば、燃料電池システム１１、１１Ａを船舶や航空機等の移動体に用いることもできる。或いは、燃料電池システム１１、１１Ａを家庭用電力システムに適用してもよい。
【００９５】
［ＤＣ／ＤＣコンバータ］
上記各実施形態では、上アームスイッチング素子８１及び下アームスイッチング素子８２の数をそれぞれ１つとしたが、これに限られず、２つ以上としてもよい。
【００９６】
［出力制御］
上記各実施形態では、２次電圧Ｖ２又はＦＣ電圧Ｖｆｃを制御することにより、ＦＣ出力Ｐｆｃを制御したが、これに限られない。例えば、燃料電池１４を構成する各セルのセル電圧Ｖｃｅｌｌ［Ｖ］を制御することにより、各セルの出力を制御してもよい。
【００９７】
上記各実施形態では、単位時間当たりのＦＣ電圧Ｖｆｃの変化量（電圧変化量ΔＶｆｃ）に制限を設けることでＦＣ出力Ｐｆｃを制限したが、ＦＣ出力Ｐｆｃの高出力側と低出力側とで許容される単位時間当たりの燃料電池１４の出力変化量が異なっており、低出力側で許容される当該出力変化量が、高出力側で許容される当該出力変化量よりも小さければ、これに限られない。例えば、燃料電池１４の出力−電圧特性（図４）を用いてＦＣ電圧ＶｆｃからＦＣ出力Ｐｆｃを求め、ＦＣ出力Ｐｆｃ自体の単位時間当たりの変化量［Ｗ／ｓｅｃ］に制限を設けてもよい。この場合、単位時間当たりのＦＣ出力Ｐｆｃの変化量に関する許容変化量（許容変化量β）［Ｗ／ｓｅｃ］を予め設定しておき、単位時間当たりのＦＣ出力Ｐｆｃの変化量がこの許容変化量β以上とならないように制御してもよい。
【００９８】
上記第２実施形態の図１１では、バッテリ１２の充電量ＳＯＣが閾値ＴＨ＿ＳＯＣを超える場合（Ｓ２３：ＮＯ）、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力制限中である場合（Ｓ２５：ＹＥＳ）、セル電圧Ｖｃｅｌｌが異常である場合（Ｓ２６：ＹＥＳ）、又は要求ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｒｅｑ（今回）が目標ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｔａｒ（前回）未満でない場合（Ｓ２７：ＮＯ）、電流減算量Ｄｉｓを用いた制限を実行しなかったが、これらの場合のいずれかを用いない又は選択的に用いることも可能である。さらに、電流減算量Ｄｉｓを用いた制限を実行しないのではなく、電流減算量Ｄｉｓを増加させることで対応することもできる。
【００９９】
上記第２実施形態の図１１では、要求ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｒｅｑ（今回）と目標ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｔａｒ（前回）との比較（Ｓ２７）の後に、電流減算量Ｄｉｓの決定（Ｓ２８）を行ったが、ステップＳ２８の処理をステップＳ２７の前に行うこともできる。この場合、ステップＳ２７では、要求ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｒｅｑ（今回）が、目標ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｔａｒ（前回）と電流減算量Ｄｉｓ（今回）の差より小さいかどうか｛Ｉｆｃ＿ｒｅｑ（今回）＜Ｉｆｃ＿ｔａｒ（前回）―Ｄｉｓ（今回）｝を判定してもよい。これにより、目標ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｔａｒ（前回）と要求ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｒｅｑ（今回）との差が、電流減算量Ｄｉｓよりも小さいときに目標ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｔａｒ（今回）をより細かく設定することが可能となる。
【符号の説明】
【０１００】
１０、１０Ａ…燃料電池車両 １１、１１Ａ…燃料電池システム
１２…バッテリ １４…燃料電池
１６…モータ（負荷） Ｐｂａｔ…バッテリ出力
Ｐｆｃ…ＦＣ出力 Ｐｔｏｔａｌ＿ｒｅｑ…全体必要出力
Ｖｆｃ…ＦＣ電圧
α…単位時間当たりのＦＣ電圧の許容変化量
ΔＶｆｃ…単位時間当たりのＦＣ電圧の変化量
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池と負荷とを備える燃料電池システムの出力制御方法に関する。より詳細には、燃料電池の劣化を抑制しつつ、燃料電池の出力を効率的に利用することができる燃料電池システムの出力制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料電池の研究開発が盛んである。そのテーマの１つに燃料電池の出力制御があり、そのための技術が開発されている（例えば、特許文献１〜３）。
【０００３】
特許文献１では、セル電圧が閾値より低くなったとき燃料電池を停止させることで燃料電池の劣化抑制を図っている（例えば、特許文献１の要約参照）。
【０００４】
特許文献２では、車両の運転性能（ドライバビリティ）に影響を与えることなく、燃料電池の出力制限を解除できるようにするために、燃料電池（２０）の出力制限中に燃料電池の出力可能な電力量が燃料電池に要求される電力量を上回った場合に、出力制限を解除する（引用文献２の要約参照）。
【０００５】
特許文献３では、燃料電池の保護等の観点から、燃料電池（３０）の出力制限値（Ｗｏｕｔ）を設定し、この出力制限値に基づく出力制限を行う（例えば、特許文献３の段落［０００３］、［００２４］）。前記出力制限値（Ｗｏｕｔ）は、燃料電池温度（Ｔｆｃ）、セル間電圧（Ｖｃｅｌ）、燃料電池の電圧（Ｖｆｃ）、燃料電池の電流（Ｉｆｃ）、エアコンプレッサ温度（Ｔａｃ）等に基づいて計算される（特許文献３の段落［００２４］）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０６−２４３８８２号公報
【特許文献２】特開２００６−２０２６９５号公報
【特許文献３】特開２００５−３０４１７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１〜３における燃料電池の劣化抑制及び燃料電池の出力の効果的な利用の試みは十分ではない。
【０００８】
この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、燃料電池の劣化を抑制しつつ、燃料電池の出力を効果的に利用することができる燃料電池システムの出力制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る燃料電池システムの出力制御方法は、燃料電池と負荷とを備える燃料電池システムの出力制御方法であって、前記燃料電池の運転領域における第１出力領域と、前記第１出力領域より低出力側の第２出力領域とで許容される単位時間当たりの前記燃料電池の出力変化量が異なっており、前記第２出力領域で許容される前記単位時間当たりの前記燃料電池の出力変化量は、前記第１出力領域で許容される前記単位時間当たりの前記燃料電池の出力変化量よりも小さいことを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、燃料電池の電圧変化を制限することで燃料電池の劣化を抑制しつつ、燃料電池の出力を効果的に利用することができる。
【００１１】
すなわち、一般的な燃料電池の特性として、燃料電池の出力が低くなるほど２次関数的に電圧が変化する。換言すると、燃料電池は、低出力になるほど燃料電池の出力変化量に対する電圧変化量が大きくなる。そして、電圧変化が大きいほど、燃料電池は劣化が進む。この発明によれば、高出力側の第１出力領域と比べ、低出力側の第２出力領域では、許容される単位時間当たりの燃料電池の出力変化量が小さい。これにより、燃料電池の電圧変化を制限し、燃料電池の劣化を抑制することができる。
【００１２】
その一方、上記とは反対に、燃料電池は、高出力になるほど燃料電池の出力変化量に対する電圧変化量が小さくなる。従って、高出力側では、燃料電池の出力変化を大きくしても、低出力側と比べて、電圧変化はそれほど大きくならない。この発明によれば、低出力側の第２出力領域と比べ、高出力側の第１出力領域では、許容される単位時間当たりの燃料電池の出力変化量が大きい。これにより、出力変化が比較的劣化につながらない高出力側では、燃料電池の出力性能をより効率的に発揮させることが可能となる。従って、燃料電池の出力を効果的に利用することができる。
【００１３】
前記第２出力領域は、単位時間当たりの前記燃料電池の電圧変化量が一定値以内になるように前記単位時間当たりに許容される前記出力変化量が定まっており、前記第１出力領域は、前記単位時間当たりの前記電圧変化量が制限されていないか、又は前記一定値より大きい値以内になるように制限されていてもよい。これにより、燃料電池の劣化により燃料電池の電流−電圧特性に変化が生じて燃料電池の出力電流の変化に対する出力電圧の変化が大きくなっても、単位時間当たりの燃料電池の電圧変化量を一定値以内に保持することが可能となる。
【００１４】
前記燃料電池システムは、前記燃料電池の目標電力又は目標電流に基づき前記燃料電池の目標電圧を決定し、ＤＣ／ＤＣコンバータにより前記燃料電池の電圧を前記目標電圧に合わせ込むようにフィードバック制御するシステムであって、前記第１出力領域及び前記第２出力領域における前記燃料電池の出力は、前記目標電力又は前記目標電流を制限することで前記単位時間当たりの前記出力変化量が許容範囲内に収まるようにしてもよい。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータに対する目標電圧を算出する前に、燃料電池の目標電力又は目標電流の変化を制限することができる。従って、ＤＣ／ＤＣコンバータに対する目標電圧の算出において前記制限を反映させる場合と比べて、演算を簡素化することが可能となる。
【００１５】
前記燃料電池システムは、さらに、バッテリを備え、前記燃料電池の出力のみでは、前記燃料電池システムの出力要求を満たせないとき、前記出力要求の不足分を前記バッテリの出力により補償してもよい。これにより、燃料電池システムの出力要求について、燃料電池の出力では不足する分をバッテリにより補償することができるため、燃料電池システムの出力要求を満たしつつ、燃料電池の劣化を抑制することができる。
【００１６】
上記に代えて、単に、単位時間当たりの前記燃料電池の電圧変化量に制限を設けることで前記燃料電池の出力を制限してもよい。これにより、簡易な制御で燃料電池の出力制御を効果的に行うことができる。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、燃料電池の電圧変化を制限することで燃料電池の劣化を抑制しつつ、燃料電池の出力を効果的に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明の第１実施形態に係る出力制御方法を実施する燃料電池システムを搭載した燃料電池車両の概略全体構成図である。
【図２】上記第１実施形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータの詳細な構成を示す回路図である。
【図３】前記燃料電池車両に搭載されたＤＣ／ＤＣコンバータの基本制御のフローチャートである。
【図４】前記燃料電池車両に搭載された燃料電池の出力−電圧特性を示す図である。
【図５】上記第１実施形態における燃料電池の出力制御特性と、比較例における燃料電池の出力制御特性を示す説明図である。
【図６】上記第１実施形態における燃料電池の電圧−電圧変化量特性と、比較例における燃料電池の電圧−電圧変化量特性を示す説明図である。
【図７】比較例の燃料電池の出力と前記第１実施形態の燃料電池の出力について、出力変化と電圧変化を出力の大きさで分類した表である。
【図８】前記燃料電池車両が巡航している状態から全速力の状態に移行した場面における燃料電池の出力とバッテリの出力の関係の一例を模式的に示す図である。
【図９】単位時間当たりの燃料電池の出力変化量を制限するフローチャートである。
【図１０】この発明の第２実施形態に係る出力制御方法を実施する燃料電池システムを搭載した燃料電池車両の概略全体構成図である。
【図１１】前記第２実施形態において目標２次電圧を決定するフローチャートである。
【図１２】前記第２実施形態において電流減算量の決定方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
Ａ．第１実施形態
１．全体的な構成の説明
［全体構成］
図１は、この発明の第１実施形態に係る出力制御方法を実施する燃料電池システム１１を搭載した燃料電池車両１０（以下「ＦＣ車両１０」ともいう。）の概略全体構成図である。
【００２０】
このＦＣ車両１０は、基本的には、１次側１Ｓに１次電圧Ｖ１を発生する第１直流電源装置としてのバッテリ１２と２次側２Ｓに２次電圧Ｖ２を発生する第２直流電源装置としての燃料電池（Fuel Cell）１４とから構成されるハイブリッド直流電源装置と、このハイブリッド直流電源装置から電力が供給される負荷である走行用のモータ１６とから構成される。
【００２１】
［燃料電池とそのシステム］
燃料電池１４は、例えば固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで両側から挟み込んで形成されたセルを積層したスタック構造にされている。燃料電池１４には、反応ガス供給部１８が配管を通じて接続されている。反応ガス供給部１８は、一方の反応ガスである水素（燃料ガス）を貯留する水素タンクと、他方の反応ガスである空気（酸化剤ガス）を圧縮するコンプレッサを備えている。反応ガス供給部１８から燃料電池１４に供給された水素と空気の燃料電池１４内での電気化学反応により生成された発電電流がダイオード１３を介してモータ１６とバッテリ１２に供給される。
【００２２】
燃料電池１４の出力電圧（以下「ＦＣ電圧Ｖｆｃ」という。）［Ｖ］は、電圧センサ１９により検出される。
【００２３】
燃料電池システム１１は、燃料電池１４及び反応ガス供給部１８とこれらを制御する燃料電池制御部（ＦＣ制御部）４４とから構成される。
【００２４】
［ＤＣ／ＤＣコンバータ］
ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、一方側が前記バッテリ１２に接続され、他方側が燃料電池１４とモータ１６との接続点である２次側２Ｓに接続されたチョッパ型の電圧変換装置である。
【００２５】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、１次電圧Ｖ１を２次電圧Ｖ２（Ｖ１≦Ｖ２）に電圧変換（昇圧変換）するとともに、２次電圧Ｖ２を１次電圧Ｖ１に電圧変換（降圧変換）する昇降圧型の電圧変換装置である。
【００２６】
［インバータとモータ及びドライブ系］
インバータ２２は、３相フルブリッジ型の構成とされて、直流／交流変換を行い、直流を３相の交流に変換してモータ１６に供給する一方、回生動作に伴う交流／直流変換後の直流を２次側２ＳからＤＣ／ＤＣコンバータ２０を通じて１次側１Ｓに供給し、バッテリ１２を充電等する。
【００２７】
モータ１６は、トランスミッション２４を通じて車輪２６を回転する。なお、実際上、インバータ２２とモータ１６を併せて負荷２３という。
【００２８】
［高圧バッテリ］
１次側１Ｓに接続される高圧(High Voltage)のバッテリ１２は、蓄電装置（エネルギストレージ）であり、例えばリチウムイオン２次電池又はキャパシタ等を利用することができる。第１実施形態ではリチウムイオン２次電池を利用している。
【００２９】
［各種センサ、メインスイッチ及び通信線］
メインスイッチ（電源スイッチ）３４と各種センサ３６が統括制御部４０に接続される。メインスイッチ３４は、ＦＣ車両１０及び燃料電池システム１１をオン（起動又は始動）オフ（停止）するイグニッションスイッチとしての機能を有する。各種センサ３６は、車両状態及び環境状態等の状態情報を検出する。通信線３８としては、車内ＬＡＮであるＣＡＮ（Controller Area Network）等が使用される。
【００３０】
［制御部］
通信線３８に対して、統括制御部４０、ＦＣ制御部４４、モータ制御部４６、コンバータ制御部４８、及びバッテリ制御部５２が相互に接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ２０と、このＤＣ／ＤＣコンバータ２０を制御するコンバータ制御部４８とによりＤＣ／ＤＣコンバータ装置５０が形成される。
【００３１】
各制御部４０、４４、４６、４８、５２は、それぞれマイクロコンピュータを含み、メインスイッチ３４等の各種スイッチ及び各種センサ３６の状態情報を検出するとともに制御部４０、４４、４６、４８、５２同士で共有し、これらスイッチ及びセンサからの状態情報及び互いに他の制御部からの情報（指令等）を入力とし、各ＣＰＵがメモリ（ＲＯＭ）に格納されたプログラムを実行することにより各種機能を実現する機能実現部（機能実現手段）として動作する。制御部４０、４４、４６、４８、５２は、ＣＰＵ、メモリの他、必要に応じて、タイマ、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等の入出力インタフェースを有する。
【００３２】
２．詳細な構成の説明
［ＤＣ／ＤＣコンバータ装置］
図２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の詳細な構成を示している。ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、１次側１Ｓと２次側２Ｓとの間に配される相アームＵＡと、リアクトル９０とから構成される。
【００３３】
相アームＵＡは、上アーム素子（上アームスイッチング素子８１とダイオード８３）と下アーム素子（下アームスイッチング素子８２とダイオード８４）とで構成される。
【００３４】
上アームスイッチング素子８１と下アームスイッチング素子８２には、それぞれ例えばＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴ等が採用される。
【００３５】
リアクトル９０は、相アームＵＡの中点（共通接続点）とバッテリ１２の正極との間に挿入され、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０により１次電圧Ｖ１と２次電圧Ｖ２との間で電圧を変換する際に、エネルギを放出及び蓄積する作用を有する。
【００３６】
上アームスイッチング素子８１は、コンバータ制御部４８から出力されるゲート駆動信号（駆動電圧）ＵＨのハイレベルによりオンにされ、下アームスイッチング素子８２は、ゲートの駆動信号（駆動電圧）ＵＬのハイレベルによりオンにされる。なお、コンバータ制御部４８は、１次側の平滑コンデンサ９４に並列に設けられた電圧センサ９１により１次電圧Ｖ１を検出し、電流センサ１０１により１次電流Ｉ１を検出し、２次側の平滑コンデンサ９６に並列に設けられた電圧センサ９２により２次電圧Ｖ２を検出し、電流センサ１０２により２次電流Ｉ２を検出する。
【００３７】
［ＤＣ／ＤＣコンバータ装置の動作］
次に、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置５０の動作について説明する。
【００３８】
（ＤＣ／ＤＣコンバータ装置５０における基本的な電圧制御）
図３には、コンバータ制御部４８により駆動制御されるＤＣ／ＤＣコンバータ２０の基本制御のフローチャートが示されている。
【００３９】
上述したように、統括制御部４０は、燃料電池１４の状態、バッテリ１２の状態、及びモータ１６の状態の他、各種スイッチ及び各種センサからの入力（負荷要求）に基づき決定したＦＣ車両１０の総負荷要求量Ｌｔから、燃料電池１４が負担すべき燃料電池分担負荷量（要求出力）Ｌｆと、バッテリ１２が負担すべきバッテリ分担負荷量（要求出力）Ｌｂと、回生電源が負担すべき回生電源分担負荷量Ｌｒの配分（分担）を調停しながら決定し、ＦＣ制御部４４、モータ制御部４６及びコンバータ制御部４８に指令を送出する。
【００４０】
ステップＳ１において、統括制御部４０により、それぞれが負荷要求であるモータ１６の電力要求と反応ガス供給部１８（エアコンプレッサ等）の電力要求から総負荷要求量Ｌｔが決定（算出）されると、ステップＳ２において、統括制御部４０は、決定した総負荷要求量Ｌｔを出力するための燃料電池分担負荷量Ｌｆと、バッテリ分担負荷量Ｌｂと、回生電源分担負荷量Ｌｒの配分を決定する。
【００４１】
次いで、ステップＳ３において、コンバータ制御部４８により、燃料電池分担負荷量Ｌｆに応じて燃料電池１４の発電電圧（ＦＣ電圧Ｖｆｃ）の目標値（目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒ）、ここでは、２次電圧Ｖ２の目標値（目標２次電圧Ｖ２＿ｔａｒ）が決定される。
【００４２】
目標２次電圧Ｖ２＿ｔａｒが決定されると、ステップＳ４において、コンバータ制御部４８は、決定した目標２次電圧Ｖ２＿ｔａｒとなるようにＤＣ／ＤＣコンバータ２０を駆動制御する。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、昇圧動作、降圧動作等を行う。
【００４３】
２次電圧Ｖ２及び１次電圧Ｖ１は、コンバータ制御部４８によりＤＣ／ＤＣコンバータ２０のフィードフォワード制御とフィードバック制御とを組み合わせたＰＩＤ制御により制御する。
【００４４】
（燃料電池１４の出力制御）
第１実施形態では、燃料電池１４の劣化を抑制しつつ、燃料電池１４の出力（ＦＣ出力Ｐｆｃ）［Ｗ］を効果的に利用するため、下記のような出力制御を行う。
【００４５】
まず燃料電池１４の出力特性（以下「出力特性Ｃｆｃ」という。）について述べておくと、燃料電池１４の出力特性Ｃｆｃは、一般的な燃料電池と同様、ＦＣ電圧Ｖｆｃが低くなるほど、ＦＣ出力Ｐｆｃは高くなる（図４参照）。そこで、第１実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置５０により２次電圧Ｖ２を制御することで、燃料電池１４のＦＣ電圧Ｖｆｃを制御し、これにより、燃料電池１４のＦＣ出力Ｐｆｃをも制御する。
【００４６】
また、図４からもわかるように、ＦＣ出力Ｐｆｃが低くなるほど、ＦＣ電圧Ｖｆｃは２次関数的に変化する。そして、ＦＣ電圧Ｖｆｃの変化が大きいほど、燃料電池１４の劣化が進む。
【００４７】
この点を考慮し、第１実施形態では、図５に示すように、ＦＣ出力Ｐｆｃの増加に制限を加える。図５には、第１実施形態におけるＦＣ出力Ｐｆｃが実線で、比較例における燃料電池１４の出力（以下「ＦＣ出力Ｐｆｃ＿ｃｏｍ」）［Ｗ］が破線で示されている。図５からわかるように、比較例のＦＣ出力Ｐｆｃ＿ｃｏｍは、単位時間当たりのＦＣ出力Ｐｆｃ＿ｃｏｍの変化量（以下「出力変化量ΔＰｆｃ＿ｃｏｍ」という。）［Ｗ／ｓｅｃ］が一定である。これに対し、第１実施形態では、単位時間当たりのＦＣ電圧Ｖｆｃの変化量（以下「電圧変化量ΔＶｆｃ」という。）［Ｖ／ｓｅｃ］に制限値（以下「許容変化量α」［Ｖ／ｓｅｃ］という。）を設定し、電圧変化量ΔＶｆｃが許容変化量α以上にならないように制御する。その結果、第１実施形態では、燃料電池１４の電圧変化が抑制されるため、ＦＣ出力Ｐｆｃが低いとき、単位時間当たりのＦＣ出力Ｐｆｃの変化量（以下「出力変化量ΔＰｆｃ」という。）［Ｗ／ｓｅｃ］が小さくなり、ＦＣ出力Ｐｆｃが高いとき、出力変化量ΔＰｆｃが大きくなる。
【００４８】
図６は、第１実施形態の出力制御と、比較例の出力制御を模式的に表した図である。すなわち、図６において破線で示される部分は、第１実施形態の出力制御において用いられるＦＣ電圧Ｖｆｃと電圧変化量ΔＶｆｃとの関係を示す特性（以下「出力制御特性Ｃｖ＿ΔＶ」という。）である。また、図６において一点鎖線で示される部分は、比較例の出力制御において用いられるＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｃｏｍと電圧変化量ΔＶｆｃ＿ｃｏｍとの関係を示す特性（以下「出力制御特性Ｃｖ＿ΔＶ＿ｃｏｍ」という。）である。図６に示すように、比較例の出力制御特性Ｃｖ＿ΔＶ＿ｃｏｍでは、ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｃｏｍが高いときほど、電圧変化量ΔＶｆｃ＿ｃｏｍの絶対値が大きく、ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｃｏｍが低いときほど、電圧変化量ΔＶｆｃ＿ｃｏｍの絶対値は小さい。これに対し、第１実施形態の出力制御特性Ｃｖ＿ΔＶでは、許容変化量αを用いるため、ＦＣ電圧Ｖｆｃが高いときでも、電圧変化量ΔＶｆｃの絶対値は、許容変化量αに制限される。
【００４９】
図７には、比較例のＦＣ出力Ｐｆｃ＿ｃｏｍと第１実施形態のＦＣ出力Ｐｆｃについて、出力変化［Ｗ／ｓｅｃ］と電圧変化［Ｖ／ｓｅｃ］を出力［Ｗ］の大きさで分類した表である。
【００５０】
図７に示すように、比較例では、燃料電池１４が低出力、中出力及び高出力のいずれのときも、出力変化（すなわち、出力変化量ΔＰｆｃ＿ｃｏｍ）が一定であり、電圧変化（すなわち、電圧変化量ΔＶｆｃ＿ｃｏｍ）は、低出力側から高出力側に向かうに連れて小さくなる。一方、第１実施形態では、燃料電池１４の低出力側から高出力側に向かうに連れて出力変化（すなわち、出力変化量ΔＰｆｃ）が大きくなり、燃料電池１４が低出力、中出力及び高出力のいずれのときも電圧変化（すなわち、電圧変化量ΔＶｆｃ）が一定である。
【００５１】
（燃料車両１０での出力制御）
上記のように、第１実施形態では、単位時間当たりのＦＣ出力Ｐｆｃの変化量である出力変化量ΔＰｆｃに制限を設けるため、ＦＣ車両１０の総負荷要求量Ｌｔが急激に上昇した場合（例えば、ＦＣ車両１０が急加速した場合）には、燃料電池１４からのＦＣ出力Ｐｆｃだけでは、総負荷要求量Ｌｔを満たすことができない。そこで、この場合、バッテリ１２の出力（以下「バッテリ出力Ｐｂａｔ」ともいう。）［Ｗ］により不足分を補償する。
【００５２】
図８は、ＦＣ車両１０が巡航している状態から全速力の状態に移行した場面におけるＦＣ出力Ｐｆｃとバッテリ出力Ｐｂａｔの関係の一例を模式的に示すものである。図８に示すように、時点ｔ０から時点ｔ１まではＦＣ車両１０は巡航しており、ＦＣ車両１０が必要とする出力（以下「全体必要出力Ｐｔｏｔａｌ＿ｒｅｑ」）［Ｗ］は、巡航に必要な出力（以下「巡航必要出力Ｐ１」）［Ｗ］であった。
【００５３】
時点ｔ１において、ＦＣ車両１０のスロットル（図示せず）が全開となり、いわゆるワイド・オープン・スロットル（ＷＯＴ）の状態になると、急激に全体必要出力Ｐｔｏｔａｌ＿ｒｅｑは増加する。しかし、燃料電池１４の出力変化量ΔＰｆｃは、許容変化量αを上回らないように制限されるため、ＦＣ出力Ｐｆｃは、全体必要出力Ｐｔｏｔａｌ＿ｒｅｑの変化に追いつけない。そこで、バッテリ出力Ｐｂａｔによりその不足分を補う。
【００５４】
時点ｔ２において、全体必要出力Ｐｔｏｔａｌ＿ｒｅｑは、ＦＣ車両１０が全速力になった際の最大必要出力Ｐ２［Ｗ］となる。時点ｔ３において、ＦＣ出力Ｐｆｃが出力Ｐ２となり、全体必要出力Ｐｔｏｔａｌ＿ｒｅｑと等しくなると、それ以降は、ＦＣ出力Ｐｆｃで全体必要出力Ｐｔｏｔａｌ＿ｒｅｑを全て賄う。
【００５５】
従って、図８の時点ｔ１から時点ｔ３までにおいて、全体必要出力Ｐｔｏｔａｌ＿ｒｅｑとＦＣ出力Ｐｆｃで囲まれた領域は、バッテリ１２が負担する領域（以下「バッテリ負担領域Ａｂａｔ」）である。
【００５６】
（具体的なフロー）
図９には、ＦＣ出力Ｐｆｃの出力変化量ΔＰｆｃを制限するフローチャートが示されている。上述の通り、第１実施形態では、２次電圧Ｖ２を制御することによりＦＣ電圧Ｖｆｃを制御する。
【００５７】
ステップＳ１１において、統括制御部４０は、ドライバーからの要求を受け、ＦＣ電圧Ｖｆｃの指令値を演算し、コンバータ制御部４８に送信する。ステップＳ１２において、コンバータ制御部４８は、統括制御部４０からの指令値に基づくフィードフォワード項と、ＰＩＤ制御に基づくフィードバック項とを加算したＦＣ電圧Ｖｆｃの仮目標値（仮目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒ＿ｐ）［Ｖ］を演算する。なお、以下では、説明の便宜のため、今回の処理で演算したものに「今回」と記載し、前回の処理で演算したものに「前回」と記載する。
【００５８】
ステップＳ１３において、コンバータ制御部４８は、前回の処理において実際に用いたＦＣ電圧Ｖｆｃの目標値｛目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒ（前回）｝と今回の仮目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒ＿ｐ（今回）の差として演算される電圧変化量ΔＶｆｃの目標値｛目標電圧変化量ΔＶｆｃ＿ｔａｒ（今回）｝［Ｖ／ｓｅｃ］を演算する。なお、ここでいう仮目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒ＿ｐ（今回）は、出力変化量ΔＰｆｃの制限処理を行う前の値であり、実際に用いる目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ（今回）は、出力変化量ΔＰｆｃの制限処理を行った後の値である。従って、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０に出力される駆動信号ＵＨ、ＵＬは、直接的には目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒ（今回）に基づいて生成される。
【００５９】
ステップＳ１４において、コンバータ制御部４８は、ステップＳ１３で演算した目標電圧変化量ΔＶｆｃ＿ｔａｒ（今回）が許容変化量α以上であるかどうかを判定する。目標電圧変化量ΔＶｆｃ＿ｔａｒ（今回）が許容変化量α未満である場合（Ｓ１４：ＮＯ）、ステップＳ１５において、コンバータ制御部４８は、ステップＳ１２で演算した仮目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒ＿ｐ（今回）を、今回の処理で実際に用いる目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒ（今回）とする。目標電圧変化量ΔＶｆｃ＿ｔａｒ（今回）が許容変化量α以上である場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、ステップＳ１６において、コンバータ制御部４８は、前回の目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒ（前回）に許容変化量αを加算したものを、今回の処理で実際に用いる目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒ（今回）とする。
【００６０】
ステップＳ１７において、コンバータ制御部４８は、ステップＳ１５又はステップＳ１６で求めた目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒ（今回）に応じてＤＣ／ＤＣコンバータ２０を動作させ、２次電圧Ｖ２が目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒ（今回）と等しくなるように１次電圧Ｖ１を昇圧する。
【００６１】
なお、上述したように、第１実施形態では、ＦＣ電圧Ｖｆｃの制御を、ＤＣ／ＤＣコンバータ装置５０による２次電圧Ｖ２の制御により行う。従って、コンバータ制御部４８における実際の制御は、上記仮目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒ＿ｐ及び目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒの代わりに、統括制御部４０からの指令に基づくフィードフォワード項と、ＰＩＤ制御に基づくフィードバック項とを加算した２次電圧Ｖ２の仮目標値（仮目標２次電圧Ｖ２＿ｔａｒ＿ｐ）［Ｖ］と、仮目標２次電圧Ｖ２＿ｔａｒ＿ｐに対して目標出力変化量ΔＰｆｃ＿ｔａｒの制限処理を行った後の値である目標２次電圧Ｖ２＿ｔａｒ［Ｖ］とを用いて行ってもよい。この場合、上記目標電圧変化量ΔＶｆｃ＿ｔａｒは、前回の目標２次電圧Ｖ２＿ｔａｒと今回の仮目標２次電圧Ｖ２＿ｔａｒ＿ｐの差として演算される。
【００６２】
３．第１実施形態の効果
以上説明したように、第１実施形態によれば、燃料電池１４の劣化を抑制しつつ、ＦＣ出力Ｐｆｃの変化を完全には制限することなく、ＦＣ出力Ｐｆｃを効果的に利用することができる。
【００６３】
すなわち、一般的な燃料電池と同様、燃料電池１４の特性として、ＦＣ出力Ｐｆｃが低くなるほど２次関数的にＦＣ電圧Ｖｆｃが変化する。換言すると、燃料電池１４は、低出力になるほどＦＣ出力Ｐｆｃの変化量に対するＦＣ電圧Ｖｆｃの変化量が大きくなる。そして、ＦＣ電圧Ｖｆｃの変化が大きいほど、燃料電池１４は劣化が進む。第１実施形態によれば、単位時間当たりのＦＣ電圧Ｖｆｃの変化量（電圧変化量ΔＶｆｃ）に制限を設けることにより、ＦＣ出力Ｐｆｃが高いときに比べ、ＦＣ出力Ｐｆｃが低いとき、単位時間当たりの燃料電池１４の許容出力変化量を小さく設定する。これにより、燃料電池１４の電圧変化を制限し、燃料電池１４の劣化を抑制することができる。
【００６４】
その一方、上記とは反対に、燃料電池１４は、高出力になるほどＦＣ出力Ｐｆｃの変化量に対するＦＣ電圧Ｖｆｃの変化量が小さくなる。従って、高出力側では、ＦＣ出力Ｐｆｃの変化を大きくしても、低出力側と比べて、ＦＣ電圧Ｖｆｃの変化はそれほど大きくならない。第１実施形態によれば、ＦＣ出力Ｐｆｃが低いときと比べ、ＦＣ出力Ｐｆｃが高いときは、単位時間当たりの燃料電池１４の許容出力変化量を大きく設定することになる。これにより、ＦＣ出力Ｐｆｃの変化が比較的劣化につながらない高出力側では、燃料電池１４の出力性能をより効率的に発揮させることが可能となる。従って、ＦＣ出力Ｐｆｃを効果的に利用することができる。
【００６５】
第１実施形態では、ＦＣ出力Ｐｆｃのみでは、全体必要出力Ｐｔｏｔａｌ＿ｒｅｑを満たせないとき、その不足分をバッテリ出力Ｐｂａｔにより補償する。これにより、全体必要出力Ｐｔｏｔａｌ＿ｒｅｑについて、ＦＣ出力Ｐｆｃでは不足する分をバッテリ１２により補償することができるため、全体必要出力Ｐｔｏｔａｌ＿ｒｅｑを満たしつつ、燃料電池１４の劣化を抑制することができる。
【００６６】
第１実施形態では、電圧変化量ΔＶｆｃに制限を設けることでＦＣ出力Ｐｆｃを制限する。これにより、簡易な制御で燃料電池１４の出力制御を効果的に行うことができる。すなわち、図４に示すように、一般的な燃料電池と同様、ＦＣ出力Ｐｆｃは、ＦＣ電圧Ｖｆｃの２次関数的に変化する。このため、電圧変化量ΔＶｆｃに制限を設けると、結果として、ＦＣ出力Ｐｆｃが低いときには、出力変化量ΔＰｆｃが小さくなるように制限し、ＦＣ出力Ｐｆｃが高いときには、出力変化量ΔＰｆｃが大きくても許容する。従って、電圧変化量ΔＶｆｃを制限するための演算量が比較的少なくても済む。
【００６７】
Ｂ．第２実施形態
１．構成の説明（第１実施形態との相違）
図１０は、この発明の第２実施形態に係る出力制御方法を実施する燃料電池システム１１Ａを搭載した燃料電池車両１０Ａ（以下「ＦＣ車両１０Ａ」ともいう。）の概略全体構成図である。
【００６８】
このＦＣ車両１０Ａは、基本的には、第１実施形態のＦＣ車両１０と同様の構成を有する。以下では、第１実施形態と第２実施形態とで共通する構成要素には同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
【００６９】
ＦＣ車両１０Ａは、燃料電池１４の出力電流（ＦＣ電流Ｉｆｃ）［Ａ］を検出する電流センサ７０と、燃料電池１４の各セル（図示せず）の電圧（セル電圧Ｖｃｅｌｌ）［Ｖ］を検出する電圧センサ７２とを有し、コンバータ制御部４８ａがＦＣ電流Ｉｆｃ及びセル電圧Ｖｃｅｌｌを用いる点で、ＦＣ車両１０と異なる。
【００７０】
２．第２実施形態における制御
第２実施形態における各種制御は、基本的に、第１実施形態と同様であるが、目標２次電圧Ｖ２＿ｔａｒ（又は目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒ）の決定方法が異なる。換言すると、第１実施形態では、ＦＣ電圧Ｖｆｃが増加する場合及び減少する場合の両方についての制御であったのに対し、第２実施形態では、ＦＣ電圧Ｖｆｃが増加する場合に焦点を当てた制御である。
【００７１】
図１１には、第２実施形態において目標２次電圧Ｖ２＿ｔａｒを決定するフローチャートが示されている。このフローチャートは、図３のステップＳ３の詳細に相当する。なお、図９と同様、以下では、説明の便宜のため、今回の処理で演算したものに「今回」と記載し、前回の処理で演算したものに「前回」と記載する。
【００７２】
ステップＳ２１において、統括制御部４０が燃料電池分担負担量Ｌｆを算出し、これをコンバータ制御部４８ａに送信する。続くステップＳ２２において、コンバータ制御部４８ａは、受信した燃料電池分担負担量Ｌｆに対応するＦＣ電流Ｉｆｃ｛要求ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｒｅｑ（今回）｝を決定する。すなわち、燃料電池１４の出力は、ＦＣ電圧ＶｆｃとＦＣ電流Ｉｆｃとにより算出できるが、燃料電池１４のＩ−Ｖ特性に基づいて燃料電池分担負担量Ｌｆと要求ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｒｅｑとの組合せをコンバータ制御部４８ａの図示しない記憶手段に記憶しておく。そして、燃料電池分担負担量Ｌｆを用いて要求ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｒｅｑを読み出す。
【００７３】
ステップＳ２３において、コンバータ制御部４８ａは、バッテリ制御部５２に対し、バッテリ１２の充電量ＳＯＣ［％］が、閾値ＴＨ＿ｓｏｃ以下であるかどうかを問い合わせる。閾値ＴＨ＿ｓｏｃは、バッテリ１２が過充電状態であるかどうかを判定するための充電量ＳＯＣの閾値であり、充電量ＳＯＣが閾値ＴＨ＿ｓｏｃを超えるとき、バッテリ１２が過充電状態であると判定する。
【００７４】
充電量ＳＯＣが閾値ＴＨ＿ｓｏｃを超えるとの回答がバッテリ制御部５２からあった場合（Ｓ２３：ＮＯ）、燃料電池１４の出力低下を制限し、余剰出力をバッテリ１２に充電すると、過充電によりバッテリ１２が劣化するおそれがある。そこで、ステップＳ２４において、コンバータ制御部４８ａは、燃料電池１４の出力低下を制限せずに、要求ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｒｅｑ（今回）を、ＦＣ電流Ｉｆｃの目標値（目標ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｔａｒ）として設定する。そして、ステップＳ３０に進む。
【００７５】
充電量ＳＯＣが閾値ＴＨ＿ｓｏｃ以下であるとの回答がバッテリ制御部５２からあった場合（Ｓ２３：ＹＥＳ）、燃料電池１４の出力低下を制限し、余剰出力をバッテリ１２に充電しても過充電によりバッテリ１２が劣化するおそれはない。
【００７６】
そこで、ステップＳ２５において、コンバータ制御部４８ａは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力を制限中であるかどうかを確認する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力を制限する場合としては、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０が故障中である場合や、上アームスイッチング素子８１が過熱状態にある場合がある。ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力を制限中である場合（Ｓ２５：ＹＥＳ）、燃料電池１４の出力低下を制限すると、余剰電力がＤＣ／ＤＣコンバータ２０を介してバッテリ１２に供給されることとなり、結果として、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力が増加してしまう。しかし、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力を制限中である場合、そのような処理を行うことができない。そこで、ステップＳ２４において、コンバータ制御部４８ａは、燃料電池１４の出力低下を制限せずに、要求ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｒｅｑ（今回）を目標ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｔａｒとして設定する。
【００７７】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力を制限中でない場合（Ｓ２５：ＮＯ）、燃料電池１４の出力低下を制限し、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０を介してバッテリ１２に余剰出力を供給しても上記のような問題は生じない。そこで、ステップＳ２６に進む。
【００７８】
ステップＳ２６において、コンバータ制御部４８ａは、電圧センサ７２が検出したセル電圧Ｖｃｅｌｌが異常であるかどうかを判定する。セル電圧Ｖｃｅｌｌが異常であるとは、例えば、セルの劣化等によりセル電圧Ｖｃｅｌｌが、通常よりも低すぎる場合をいう。一般に、燃料電池１４の劣化が進むと、ＦＣ電流Ｉｆｃが同じでもＦＣ電圧Ｖｆｃが下がり、低負荷時のＩ−Ｖ特性の傾きが急になる（図１２参照）。このため、燃料電池１４の出力低下を制限すると、出力低下の速度を過度に制限することになってしまう。
【００７９】
セル電圧Ｖｃｅｌｌが異常である場合（Ｓ２６：ＹＥＳ）、ステップＳ２４において、コンバータ制御部４８ａは、燃料電池１４の出力低下を制限せずに、要求ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｒｅｑ（今回）を目標ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｔａｒとして設定する。セル電圧Ｖｃｅｌｌが異常でない場合（Ｓ２６：ＮＯ）、燃料電池１４の出力低下を制限しても上記のような問題は生じない。そこで、ステップＳ２７に進む。
【００８０】
ステップＳ２７において、コンバータ制御部４８ａは、要求ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｒｅｑ（今回）が目標ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｔａｒ（前回）未満であるかどうかを判定する。要求ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｒｅｑ（今回）が目標ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｔａｒ（前回）未満でない場合（Ｓ２７：ＮＯ）、ＦＣ電圧Ｖｆｃの低下に伴う燃料電池１４の劣化は生じず、燃料電池１４の出力低下を制限する必要性は少ない。そこで、ステップＳ２４において、コンバータ制御部４８ａは、燃料電池１４の出力低下を制限せずに、要求ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｒｅｑ（今回）を目標ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｔａｒとして設定する。
【００８１】
要求ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｒｅｑ（今回）が目標ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｔａｒ（前回）未満である場合（Ｓ２７：ＹＥＳ）、ＦＣ電圧Ｖｆｃの低下に伴う燃料電池１４の劣化は生じる可能性があり、燃料電池１４の出力低下を制限する必要性が生じる。
【００８２】
そこで、まずステップＳ２８において、コンバータ制御部４８ａは、目標ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｔａｒ（前回）とＦＣ電圧Ｖｆｃ（今回）とに基づいて電流減算量Ｄｉｓ［Ａ］を決定する。電流減算量Ｄｉｓは、１回の処理で許容されるＦＣ電流Ｉｆｃの低下量を示す。
【００８３】
図１２は、電流減算量Ｄｉｓの決定方法を説明するための図である。図１２において、曲線１１０は、劣化が生じていない燃料電池１４のＩ−Ｖ特性であり、曲線１１２は、劣化後の燃料電池１４のＩ−Ｖ特性である。
【００８４】
図１２に示すように、第２実施形態では、ＦＣ電流Ｉｆｃを３つの領域に分け、ＦＣ電流Ｉｆｃが低い領域（低負荷領域）では、単位時間当たりのＦＣ電圧Ｖｆｃの変化量（電圧変化量ΔＶｆｃ）を１０ｍＶ／ｓｅｃに制限する。また、ＦＣ電流Ｉｆｃが中くらいの領域（中負荷領域）では、電圧変化量ΔＶｆｃを１００ｍＶ／ｓｅｃに制限する。さらに、ＦＣ電流Ｉｆｃが高い領域（高負荷領域）では、電圧変化量ΔＶｆｃに制限を設けない。燃料電池１４の劣化は、ＦＣ電圧Ｖｆｃが高いほど、進み易いことから、上記のような制限を設けることにより、燃料電池１４の劣化を防止するとともに、高負荷領域（及び中負荷領域）において燃料電池１４の出力を有効に利用することが可能となる。
【００８５】
また、図１２に示すように、燃料電池１４の劣化が進むと、ＦＣ電流Ｉｆｃが同じでもＦＣ電圧Ｖｆｃが下がり、低負荷領域でのＩ−Ｖ特性の傾きは急になる。
【００８６】
上記を踏まえ、第２実施形態では、燃料電池１４の劣化に伴うＩ−Ｖ特性の変化を考慮しつつ、低負荷領域及び中負荷領域における電圧変化量ΔＶｆｃの制限を一定化するため、目標ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｔａｒ（前回）とＦＣ電圧Ｖｆｃ（今回）とに応じた電流減算量Ｄｉｓを予めマップ化して記憶しておく。目標ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｔａｒ（前回）及びＦＣ電圧Ｖｆｃ（今回）と、電流減算量Ｄｉｓとの関係を規定するマップは、コンバータ制御部４８ａの図示しない記憶手段に記憶されている。
【００８７】
燃料電池１４の劣化にかかわらず、低負荷領域及び中負荷領域で電圧変化量ΔＶｆｃを一定化するため、上記マップでは、目標ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｔａｒ（前回）が小さくなるほど、また、ＦＣ電圧Ｖｆｃ（今回）が低くなるほど、電流減算量Ｄｉｓを小さくする（図１２参照）。なお、図１２では、マップ中の具体的な数値の例は示されていないことに留意されたい。
【００８８】
図１１に戻り、ステップＳ２９において、コンバータ制御部４８ａは、目標ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｔａｒ（前回）から電流減算量Ｄｉｓ（今回）を差し引いたものを目標ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｔａｒ（今回）として設定する。
【００８９】
ステップＳ２４又はステップＳ２９の後、ステップＳ３０において、コンバータ制御部４８ａは、目標ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｔａｒ（今回）を次回の処理のために図示しない記憶手段に保持する。続くステップＳ３１において、コンバータ制御部４８ａは、目標ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｔａｒ（今回）に基づいて目標２次電圧Ｖ２＿ｔａｒを決定する。なお、目標２次電圧Ｖ２＿ｔａｒの算出に当たっては、ＰＩＤ制御等のフィードバック制御を併せて用いることで、２次電圧Ｖ２（ＦＣ電圧Ｖｆｃ）を目標２次電圧Ｖ２＿ｔａｒ（目標ＦＣ電圧Ｖｆｃ＿ｔａｒ）に合わせ込む。
【００９０】
３．第２実施形態の効果
第２実施形態によれば、第１実施形態の効果に加え、以下のような効果を奏することができる。
【００９１】
すなわち、第２実施形態では、低負荷領域において、単位時間当たりのＦＣ電圧Ｖｆｃの変化量である電圧変化量ΔＶｆｃが１０ｍＶ／ｓｅｃ以内になるように目標ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｔａｒ（今回）が決定され、中負荷領域において、電圧変化量ΔＶｆｃが１００ｍＶ／ｓｅｃ以内になるように目標ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｔａｒ（今回）が決定され、高負荷領域において、電圧変化量ΔＶｆｃの制限なしに目標ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｔａｒ（今回）が決定される。これにより、燃料電池１４の劣化により燃料電池１４のＩ−Ｖ特性に変化が生じてＦＣ電流Ｉｆｃの変化に対するＦＣ電圧Ｖｆｃの変化が大きくなっても、電圧変化量ΔＶｆｃを一定値以内に保持することが可能となる。
【００９２】
第２実施形態では、目標２次電圧Ｖ２＿ｔａｒを算出する前に、目標ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｔａｒの変化を制限する。これにより、目標２次電圧Ｖ２＿ｔａｒの算出において前記制限を反映させる場合と比べて、演算を簡素化することが可能となる。特に、第２実施形態では、目標ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｔａｒ（前回）及びＦＣ電圧Ｖｆｃ（今回）と、電流減算量Ｄｉｓ（今回）との関係をマップ化して利用することから、演算量をさらに減少させることができる。
【００９３】
Ｃ．変形例
なお、この発明は、上記各実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。例えば、以下の構成を採用することができる。
【００９４】
［搭載対象］
上記各実施形態では、燃料電池システム１１、１１ＡをＦＣ車両１０、１０Ａに搭載したが、これに限られず、別の対象に搭載してもよい。例えば、燃料電池システム１１、１１Ａを船舶や航空機等の移動体に用いることもできる。或いは、燃料電池システム１１、１１Ａを家庭用電力システムに適用してもよい。
【００９５】
［ＤＣ／ＤＣコンバータ］
上記各実施形態では、上アームスイッチング素子８１及び下アームスイッチング素子８２の数をそれぞれ１つとしたが、これに限られず、２つ以上としてもよい。
【００９６】
［出力制御］
上記各実施形態では、２次電圧Ｖ２又はＦＣ電圧Ｖｆｃを制御することにより、ＦＣ出力Ｐｆｃを制御したが、これに限られない。例えば、燃料電池１４を構成する各セルのセル電圧Ｖｃｅｌｌ［Ｖ］を制御することにより、各セルの出力を制御してもよい。
【００９７】
上記各実施形態では、単位時間当たりのＦＣ電圧Ｖｆｃの変化量（電圧変化量ΔＶｆｃ）に制限を設けることでＦＣ出力Ｐｆｃを制限したが、ＦＣ出力Ｐｆｃの高出力側と低出力側とで許容される単位時間当たりの燃料電池１４の出力変化量が異なっており、低出力側で許容される当該出力変化量が、高出力側で許容される当該出力変化量よりも小さければ、これに限られない。例えば、燃料電池１４の出力−電圧特性（図４）を用いてＦＣ電圧ＶｆｃからＦＣ出力Ｐｆｃを求め、ＦＣ出力Ｐｆｃ自体の単位時間当たりの変化量［Ｗ／ｓｅｃ］に制限を設けてもよい。この場合、単位時間当たりのＦＣ出力Ｐｆｃの変化量に関する許容変化量（許容変化量β）［Ｗ／ｓｅｃ］を予め設定しておき、単位時間当たりのＦＣ出力Ｐｆｃの変化量がこの許容変化量β以上とならないように制御してもよい。
【００９８】
上記第２実施形態の図１１では、バッテリ１２の充電量ＳＯＣが閾値ＴＨ＿ＳＯＣを超える場合（Ｓ２３：ＮＯ）、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力制限中である場合（Ｓ２５：ＹＥＳ）、セル電圧Ｖｃｅｌｌが異常である場合（Ｓ２６：ＹＥＳ）、又は要求ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｒｅｑ（今回）が目標ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｔａｒ（前回）未満でない場合（Ｓ２７：ＮＯ）、電流減算量Ｄｉｓを用いた制限を実行しなかったが、これらの場合のいずれかを用いない又は選択的に用いることも可能である。さらに、電流減算量Ｄｉｓを用いた制限を実行しないのではなく、電流減算量Ｄｉｓを増加させることで対応することもできる。
【００９９】
上記第２実施形態の図１１では、要求ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｒｅｑ（今回）と目標ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｔａｒ（前回）との比較（Ｓ２７）の後に、電流減算量Ｄｉｓの決定（Ｓ２８）を行ったが、ステップＳ２８の処理をステップＳ２７の前に行うこともできる。この場合、ステップＳ２７では、要求ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｒｅｑ（今回）が、目標ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｔａｒ（前回）と電流減算量Ｄｉｓ（今回）の差より小さいかどうか｛Ｉｆｃ＿ｒｅｑ（今回）＜Ｉｆｃ＿ｔａｒ（前回）―Ｄｉｓ（今回）｝を判定してもよい。これにより、目標ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｔａｒ（前回）と要求ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｒｅｑ（今回）との差が、電流減算量Ｄｉｓよりも小さいときに目標ＦＣ電流Ｉｆｃ＿ｔａｒ（今回）をより細かく設定することが可能となる。
【符号の説明】
【０１００】
１０、１０Ａ…燃料電池車両 １１、１１Ａ…燃料電池システム
１２…バッテリ １４…燃料電池
１６…モータ（負荷） Ｐｂａｔ…バッテリ出力
Ｐｆｃ…ＦＣ出力 Ｐｔｏｔａｌ＿ｒｅｑ…全体必要出力
Ｖｆｃ…ＦＣ電圧
α…単位時間当たりのＦＣ電圧の許容変化量
ΔＶｆｃ…単位時間当たりのＦＣ電圧の変化量
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と負荷とを備える燃料電池システムの出力制御方法であって、
前記燃料電池の運転領域における第１出力領域と、前記第１出力領域より低出力側の第２出力領域とで許容される単位時間当たりの前記燃料電池の出力変化量が異なっており、
前記第２出力領域で許容される前記単位時間当たりの前記燃料電池の出力変化量は、前記第１出力領域で許容される前記単位時間当たりの前記燃料電池の出力変化量よりも小さい
ことを特徴とする燃料電池システムの出力制御方法。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池システムの出力制御方法において、
前記第２出力領域は、単位時間当たりの前記燃料電池の電圧変化量が一定値以内になるように前記単位時間当たりに許容される前記出力変化量が定まっており、
前記第１出力領域は、前記単位時間当たりの前記電圧変化量が制限されていないか、又は前記一定値より大きい値以内になるように制限されている
ことを特徴とする燃料電池システムの出力制御方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の燃料電池システムの出力制御方法において、
前記燃料電池システムは、
前記燃料電池の目標電力又は目標電流に基づき前記燃料電池の目標電圧を決定し、
ＤＣ／ＤＣコンバータにより前記燃料電池の電圧を前記目標電圧に合わせ込むようにフィードバック制御するシステムであって、
前記第１出力領域及び前記第２出力領域における前記燃料電池の出力は、前記目標電力又は前記目標電流を制限することで前記単位時間当たりの前記出力変化量が許容範囲内に収まる
ことを特徴とする燃料電池システムの出力制御方法。
【請求項４】
請求項１記載の燃料電池システムの出力制御方法において、
前記燃料電池システムは、さらに、バッテリを備え、
前記燃料電池の出力のみでは、前記燃料電池システムの出力要求を満たせないとき、前記出力要求の不足分を前記バッテリの出力により補償する
ことを特徴とする燃料電池システムの出力制御方法。
【請求項５】
請求項１又は４記載の燃料電池システムの出力制御方法において、
単位時間当たりの前記燃料電池の電圧変化量に制限を設けることで前記燃料電池の出力を制限する
ことを特徴とする燃料電池システムの出力制御方法。
【請求項１】
燃料電池と負荷とを備える燃料電池システムの出力制御方法であって、
前記燃料電池の運転領域における第１出力領域と、前記第１出力領域より低出力側の第２出力領域とで許容される単位時間当たりの前記燃料電池の出力変化量が異なっており、
前記第２出力領域で許容される前記単位時間当たりの前記燃料電池の出力変化量は、前記第１出力領域で許容される前記単位時間当たりの前記燃料電池の出力変化量よりも小さい
ことを特徴とする燃料電池システムの出力制御方法。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池システムの出力制御方法において、
前記第２出力領域は、単位時間当たりの前記燃料電池の電圧変化量が一定値以内になるように前記単位時間当たりに許容される前記出力変化量が定まっており、
前記第１出力領域は、前記単位時間当たりの前記電圧変化量が制限されていないか、又は前記一定値より大きい値以内になるように制限されている
ことを特徴とする燃料電池システムの出力制御方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の燃料電池システムの出力制御方法において、
前記燃料電池システムは、
前記燃料電池の目標電力又は目標電流に基づき前記燃料電池の目標電圧を決定し、
ＤＣ／ＤＣコンバータにより前記燃料電池の電圧を前記目標電圧に合わせ込むようにフィードバック制御するシステムであって、
前記第１出力領域及び前記第２出力領域における前記燃料電池の出力は、前記目標電力又は前記目標電流を制限することで前記単位時間当たりの前記出力変化量が許容範囲内に収まる
ことを特徴とする燃料電池システムの出力制御方法。
【請求項４】
請求項１記載の燃料電池システムの出力制御方法において、
前記燃料電池システムは、さらに、バッテリを備え、
前記燃料電池の出力のみでは、前記燃料電池システムの出力要求を満たせないとき、前記出力要求の不足分を前記バッテリの出力により補償する
ことを特徴とする燃料電池システムの出力制御方法。
【請求項５】
請求項１又は４記載の燃料電池システムの出力制御方法において、
単位時間当たりの前記燃料電池の電圧変化量に制限を設けることで前記燃料電池の出力を制限する
ことを特徴とする燃料電池システムの出力制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−２５７９２８（Ｐ２０１０−２５７９２８Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５３７７７（Ｐ２００９−１５３７７７）
【出願日】平成２１年６月２９日（２００９．６．２９）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月２９日（２００９．６．２９）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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