燃料電池車両
【課題】低負荷状態におけるエアポンプの出力音について搭乗者に違和感を与えることなく、蓄電装置の蓄電量を適切に保つことが可能な燃料電池車両を提供する。
【解決手段】ＦＣ車両１０の制御装置２４は、ＦＣ車両１０が所定の低負荷状態である場合に、エアポンプ６０の駆動量を一定としつつ、蓄電装置２０の蓄電量が所定の範囲内に収まる又は目標値になるように調整装置６６を制御して、エアオフガスの還流量を調整するアイドル発電制御を行う。
【解決手段】ＦＣ車両１０の制御装置２４は、ＦＣ車両１０が所定の低負荷状態である場合に、エアポンプ６０の駆動量を一定としつつ、蓄電装置２０の蓄電量が所定の範囲内に収まる又は目標値になるように調整装置６６を制御して、エアオフガスの還流量を調整するアイドル発電制御を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池からの電力を用いて走行モータを作動させる燃料電池車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池からの電力を用いて走行モータを作動させる燃料電池車両が開発されている。このような燃料電池車両では、燃料電池内における水分の凍結防止や燃料電池の劣化抑制等の観点から、燃料電池のアイドル停止（発電停止）を禁止し、燃料電池の発電を継続する制御が提案されている（特許文献１の要約及び特許文献２の要約）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１２３９３０号公報
【特許文献２】特開２００７−３０５４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料電池のアイドル停止を禁止する場合、燃料電池が発電した余剰電力は蓄電装置に充電されることとなる。一般に、蓄電装置の残容量（ＳＯＣ：state of charge）には制御上の上限値が設けられ、ＳＯＣが当該上限値を超えないように、燃料電池の発電を停止又は抑制する。従って、例えば、アイドル中に燃料電池からの余剰電力を蓄電装置に充電する場合、ＳＯＣが上限値を超えないように燃料電池の発電量を調整する必要がある。そのような調整をするために燃料電池に供給するエアの流量を制御すると、アイドル中であってもエアポンプの回転数が変動することとなり、エアポンプの出力音について搭乗者に違和感を与え、商品性が低下するおそれがある。
【０００５】
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、低負荷状態におけるエアポンプの出力音について搭乗者に違和感を与えることなく、蓄電装置の蓄電量を適切に保つことが可能な燃料電池車両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】
【０００６】
この発明に係る燃料電池車両は、走行モータと、前記走行モータに電力を供給する燃料電池と、前記燃料電池の出力をアシストする蓄電装置と、前記蓄電装置の出力電圧を変圧して前記燃料電池の出力電圧を制御するコンバータと、エア供給配管を介して前記燃料電池にエアを供給するエアポンプと、エア排出配管から分岐して前記エアポンプの上流側で前記エア供給配管に連通し、前記燃料電池から排出されたエアオフガスを前記エア供給配管に還流させるエア還流配管と、前記エア還流配管における前記エアオフガスの還流量を調整する調整装置と、前記蓄電装置の蓄電量を検出する蓄電量検出手段と、前記エアポンプ及び前記調整装置を制御する制御装置とを備えるものであって、前記制御装置は、前記燃料電池車両が所定の低負荷状態である場合に、前記エアポンプの駆動量を一定としつつ、前記蓄電量が所定の範囲内に収まる又は目標値になるように前記調整装置を制御して、前記エアオフガスの還流量を調整するアイドル発電制御を行うことを特徴とする。
【０００７】
この発明によれば、燃料電池車両が所定の低負荷状態である場合に、エアポンプの駆動量を一定とする。このため、低負荷状態において蓄電装置の蓄電量が設定上限値に到達したことに伴ってエアポンプが停止することにより、エアポンプの出力音が不意に変化すること等がない。従って、低負荷状態におけるエアポンプの出力音について搭乗者に違和感を与えることなく、蓄電装置の蓄電量を適切に保つことが可能となる。
【０００８】
また、単にエアポンプの駆動量を一定とするだけでなく、蓄電量が所定の範囲内に収まる又は目標値になるように調整装置を制御して、エアオフガスの還流量を調整する。エアオフガスは酸素濃度が低いため、エアオフガスの還流量を多くすると、燃料電池内部で生成される水分が少なくなり、燃料電池内部が乾燥状態になる。燃料電池内部が乾燥状態になると燃料電池の劣化が促進されるおそれがある。その一方、エアオフガスは、水分を生成する燃料電池の内部を通過したものであるため、相対的に水分を多く含んでいる。このため、エアオフガスの還流量を調整することにより、燃料電池の電解質膜を良好に加湿することが可能となり、燃料電池の劣化を抑制することができる。
【０００９】
さらに、上記のような効果を得つつ、所定の低負荷状態に応じて燃料電池の発電電流を小さくすることにより、蓄電装置の蓄電量を管理すること（例えば、蓄電量の設定上限値を超えないように制御することや不要な充電を避けること）が可能となる。
【００１０】
前記制御装置は、前記アイドル発電制御の際、前記燃料電池の発電電圧を所定電圧に固定してもよい。一般に、燃料電池の特性上、発熱量は発電電圧に依存する。従って、燃料電池の発電電圧を固定しつつ、エアオフガスの還流量を調整することにより、燃料電池の発電量を抑えても、発熱量を確保することが可能となる。従って、外気温が低く燃料電池に含まれる水分が凍結するおそれがある場合でも、良好にアイドル発電制御を実施することが可能となる。
【００１１】
前記所定電圧は、酸化還元電圧範囲外の値としてもよい。これにより、燃料電池の劣化が激しい酸化還元電圧範囲を避けることにより、アイドル発電制御時における燃料電池の劣化量を抑えることが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、燃料電池車両が所定の低負荷状態である場合に、エアポンプの駆動量を一定とする。このため、低負荷状態において蓄電装置の蓄電量が設定上限値に到達したことに伴ってエアポンプが停止することにより、エアポンプの出力音が不意に変化すること等がない。従って、低負荷状態におけるエアポンプの出力音について搭乗者に違和感を与えることなく、蓄電装置の蓄電量を適切に保つことが可能となる。
【００１３】
また、単にエアポンプの駆動量を一定とするだけでなく、蓄電量が所定の範囲内に収まる又は目標値になるように調整装置を制御して、エアオフガスの還流量を調整する。エアオフガスは酸素濃度が低いため、エアオフガスの還流量を多くすると、燃料電池内部で生成される水分が少なくなり、燃料電池内部が乾燥状態になる。燃料電池内部が乾燥状態になると燃料電池の劣化が促進されるおそれがある。その一方、エアオフガスは、水分を生成する燃料電池の内部を通過したものであるため、相対的に水分を多く含んでいる。このため、エアオフガスの還流量を調整することにより、燃料電池の電解質膜を良好に加湿することが可能となり、燃料電池の劣化を抑制することができる。
【００１４】
さらに、上記のような効果を得つつ、所定の低負荷状態に応じて燃料電池の発電電流を小さくすることにより、蓄電装置の蓄電量を管理すること（例えば、蓄電量の設定上限値を超えないように制御することや不要な充電を避けること）が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の一実施形態に係る燃料電池車両の概略全体構成図である。
【図２】前記燃料電池車両の電力系のブロック図である。
【図３】前記実施形態における燃料電池ユニットの概略構成図である。
【図４】前記実施形態におけるＤＣ／ＤＣコンバータの詳細を示す図である。
【図５】電子制御装置（ＥＣＵ）における基本的な制御のフローチャートである。
【図６】システム負荷を計算するフローチャートである。
【図７】現在のモータ回転数とモータ予想消費電力との関係を示す図である。
【図８】燃料電池スタックを構成する燃料電池セルの電位とセルの劣化量との関係の一例を示す図である。
【図９】燃料電池セルの電位の変動速度が異なる場合の酸化の進行と還元の進行の様子の例を示すサイクリックボルタンメトリ図である。
【図１０】前記実施形態における複数の電力供給制御及び電力供給モードの説明図である。
【図１１】前記ＥＣＵが、前記燃料電池車両のエネルギマネジメントを行うフローチャートである。
【図１２】カソードストイキ比とセル電流との関係を示す図である。
【図１３】通常第２モードのフローチャートである。
【図１４】目標ＦＣ電流と目標酸素濃度との関係を示す図である。
【図１５】目標酸素濃度及び目標ＦＣ電流と目標エアポンプ回転数及び目標ウォータポンプ回転数との関係を示す図である。
【図１６】目標酸素濃度及び目標ＦＣ電流と目標背圧弁開度との関係を示す図である。
【図１７】目標ＦＣ電流と空気流量との関係を示す図である。
【図１８】循環弁の開度と循環ガス流量との関係を示す図である。
【図１９】アイドル発電制御のフローチャートである。
【図２０】セル電圧と燃料電池放熱量との関係を示す図である。
【図２１】バッテリの残容量（ＳＯＣ）とＥＧＲ比と目標ＦＣ電流との関係を示す図である。
【図２２】前記ＳＯＣと目標循環弁開度との関係を示す図である。
【図２３】モータのトルク制御のフローチャートである。
【図２４】前記実施形態及び比較例に係る各種制御を用いた場合のタイムチャートの例である。
【図２５】前記実施形態に係る燃料電池車両の第１変形例の概略構成を示すブロック図である。
【図２６】前記実施形態に係る燃料電池車両の第２変形例の概略構成を示すブロック図である。
【図２７】前記実施形態に係る燃料電池車両の第３変形例の概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
１．全体的な構成の説明
［１−１．全体構成］
図１は、この発明の一実施形態に係る燃料電池車両１０（以下「ＦＣ車両１０」という。）の概略全体構成図である。図２は、ＦＣ車両１０の電力系のブロック図である。図１及び図２に示すように、ＦＣ車両１０は、燃料電池システム１２（以下「ＦＣシステム１２」という。）と、走行用のモータ１４と、インバータ１６とを有する。
【００１７】
ＦＣシステム１２は、燃料電池ユニット１８（以下「ＦＣユニット１８」という。）と、高電圧バッテリ２０（以下「バッテリ２０」ともいう。）（蓄電装置）と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２と、電子制御装置２４（以下「ＥＣＵ２４」という。）とを有する。
【００１８】
［１−２．駆動系］
モータ１４は、ＦＣユニット１８及びバッテリ２０から供給される電力に基づいて駆動力を生成し、当該駆動力によりトランスミッション２６を通じて車輪２８を回転させる。また、モータ１４は、回生を行うことで生成した電力（回生電力Ｐｒｅｇ）［Ｗ］をバッテリ２０等に出力する（図２参照）。
【００１９】
インバータ１６は、３相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１４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ＤＣ／ＤＣコンバータ２２を通じてバッテリ２０等に供給する。
【００２０】
なお、モータ１４とインバータ１６を併せて負荷３０という。負荷３０には、後述するエアポンプ６０、ウォータポンプ８０、エアコンディショナ９０等の構成要素を含めることもできる。
【００２１】
［１−３．ＦＣ系］
（１−３−１．全体構成）
図３は、ＦＣユニット１８の概略構成図である。ＦＣユニット１８は、燃料電池スタック４０（以下「ＦＣスタック４０」又は「ＦＣ４０」という。）と、ＦＣスタック４０のアノードに対して水素（燃料ガス）を給排するアノード系と、ＦＣスタック４０のカソードに対して酸素を含む空気（酸化剤ガス）を給排するカソード系と、ＦＣスタック４０を冷却する冷却系と、セル電圧モニタ４２とを備える。
【００２２】
（１−３−２．ＦＣスタック４０）
ＦＣスタック４０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燃料電池セル（以下「ＦＣセル」という。）を積層した構造を有する。
【００２３】
（１−３−３．アノード系）
アノード系は、水素タンク４４、レギュレータ４６、エゼクタ４８及びパージ弁５０を有する。水素タンク４４は、燃料ガスとしての水素を収容するものであり、配管４４ａ、レギュレータ４６、配管４６ａ、エゼクタ４８及び配管４８ａを介して、アノード流路５２の入口に接続されている。これにより、水素タンク４４の水素は、配管４４ａ等を介してアノード流路５２に供給可能である。なお、配管４４ａには、遮断弁（図示せず）が設けられており、ＦＣスタック４０の発電の際、当該遮断弁は、ＥＣＵ２４により開とされる。
【００２４】
レギュレータ４６は、導入される水素の圧力を所定値に調整して排出する。すなわち、レギュレータ４６は、配管４６ｂを介して入力されるカソード側の空気の圧力（パイロット圧）に応じて、下流側の圧力（アノード側の水素の圧力）を制御する。従って、アノード側の水素の圧力は、カソード側の空気の圧力に連動し、後記するように、酸素濃度を変化させるべくエアポンプ６０の回転数等を変化させると、アノード側の水素の圧力も変化する。
【００２５】
エゼクタ４８は、水素タンク４４からの水素をノズルで噴射することで負圧を発生させ、この負圧によって配管４８ｂのアノードオフガスを吸引する。
【００２６】
アノード流路５２の出口は、配管４８ｂを介して、エゼクタ４８の吸気口に接続されている。そして、アノード流路５２から排出されたアノードオフガスは、配管４８ｂを通って、エゼクタ４８に再度導入されることでアノードオフガス（水素）が循環する。
【００２７】
なお、アノードオフガスは、アノードにおける電極反応で消費されなかった水素及び水蒸気を含んでいる。また、配管４８ｂには、アノードオフガスに含まれる水分｛凝縮水（液体）、水蒸気（気体）｝を分離・回収する気液分離器（図示せず）が設けられている。
【００２８】
配管４８ｂの一部は、配管５０ａ、パージ弁５０及び配管５０ｂを介して、後記する配管６４ｂに設けられた希釈ボックス５４に接続されている。パージ弁５０は、ＦＣスタック４０の発電が安定していないと判定された場合、ＥＣＵ２４からの指令に基づき所定時間、開となる。希釈ボックス５４は、パージ弁５０からのアノードオフガス中の水素を、カソードオフガスで希釈する。
【００２９】
（１−３−４．カソード系）
カソード系は、エアポンプ６０、加湿器６２、背圧弁６４、循環弁６６、流量センサ６８、７０及び温度センサ７２を有する。
【００３０】
エアポンプ６０は、外気（空気）を圧縮してカソード側に送り込むものであり、その吸気口は、配管６０ａを介して車外（外部）と連通している。エアポンプ６０の吐出口は、配管６０ｂ、加湿器６２及び配管６２ａを介して、カソード流路７４の入口に接続されている。エアポンプ６０がＥＣＵ２４の指令に従って作動すると、エアポンプ６０は、配管６０ａを介して車外の空気を吸気して圧縮し、この圧縮された空気が配管６０ｂ等を通ってカソード流路７４に圧送される。
【００３１】
加湿器６２は、水分透過性を有する複数の中空糸膜６２ｅを備えている。そして、加湿器６２は、中空糸膜６２ｅを介して、カソード流路７４に向かう空気とカソード流路７４から排出された多湿のカソードオフガスとの間で水分交換させ、カソード流路７４に向かう空気を加湿する。
【００３２】
カソード流路７４の出口側には、配管６２ｂ、加湿器６２、配管６４ａ、背圧弁６４及び配管６４ｂが配置されている。カソード流路７４から排出されたカソードオフガス（酸化剤オフガス）は、配管６２ｂ等を通って、車外に排出される。
【００３３】
背圧弁６４は、例えば、バタフライ弁で構成され、その開度がＥＣＵ２４によって制御されることで、カソード流路７４における空気の圧力を制御する。より具体的には、背圧弁６４の開度が小さくなると、カソード流路７４における空気の圧力が上昇し、体積流量当たりにおける酸素濃度（体積濃度）が高くなる。逆に、背圧弁６４の開度が大きくなると、カソード流路７４における空気の圧力が下降し、体積流量当たりにおける酸素濃度（体積濃度）が低くなる。
【００３４】
配管６４ｂは、配管６６ａ、循環弁６６及び配管６６ｂを介して、エアポンプ６０の上流側の配管６０ａに接続されている。これにより、排気ガス（カソードオフガス）の一部が、循環ガスとして、配管６６ａ、循環弁６６及び配管６６ｂを通って、配管６０ａに供給され、車外からの新規空気に合流し、エアポンプ６０に吸気される。
【００３５】
循環弁６６は、例えば、バタフライ弁で構成され、その開度がＥＣＵ２４によって制御されることで循環ガスの流量を制御する。
【００３６】
流量センサ６８は、配管６０ｂに取り付けられ、カソード流路７４に向かう空気の流量［ｇ／ｓ］を検出してＥＣＵ２４に出力する。流量センサ７０は、配管６６ｂに取り付けられ、配管６０ａに向かう循環ガスの流量Ｑｃ［ｇ／ｓ］を検出してＥＣＵ２４に出力する。
【００３７】
温度センサ７２は、配管６４ａに取り付けられ、カソードオフガスの温度を検出してＥＣＵ２４に出力する。ここで、循環ガスの温度は、カソードオフガスの温度と略等しいため、温度センサ７２の検出するカソードオフガスの温度に基づいて、循環ガスの温度を検知することができる。
【００３８】
（１−３−５．冷却系）
冷却系は、ウォータポンプ８０及び図示しないラジエータ等を有する。ウォータポンプ８０は、ＦＣ４０内に冷却水（冷媒）を循環させることでＦＣ４０を冷却する。ＦＣ４０を冷却して温度が上昇した冷却水は、前記ラジエータで放熱される。
【００３９】
（１−３−６．セル電圧モニタ４２）
セル電圧モニタ４２は、ＦＣスタック４０を構成する複数の単セル毎のセル電圧Ｖｃｅｌｌを検出する機器であり、モニタ本体と、モニタ本体と各単セルとを接続するワイヤハーネスとを備える。モニタ本体は、所定周期で全ての単セルをスキャニングし、各単セルのセル電圧Ｖｃｅｌｌを検出し、平均セル電圧及び最低セル電圧を算出する。そして、平均セル電圧及び最低セル電圧をＥＣＵ２４に出力する。
【００４０】
（１−３−７．電力系）
図２に示すように、ＦＣ４０からの電力（以下「ＦＣ電力Ｐｆｃ」という。）は、インバータ１６及びモータ１４（力行時）とＤＣ／ＤＣコンバータ２２及び高電圧バッテリ２０（充電時）とに加え、前記エアポンプ６０、前記ウォータポンプ８０、前記エアコンディショナ９０、ダウンバータ９２、低電圧バッテリ９４、アクセサリ９６及びＥＣＵ２４に供給される。なお、図１に示すように、ＦＣユニット１８（ＦＣ４０）とインバータ１６及びＤＣ／ＤＣコンバータ２２との間には、逆流防止ダイオード９８が配置されている。また、ＦＣ４０の発電電圧（以下「ＦＣ電圧Ｖｆｃ」という。）は、電圧センサ１００（図４）により検出され、ＦＣ４０の発電電流（以下「ＦＣ電流Ｉｆｃ」という。）は、電流センサ１０２により検出され、いずれもＥＣＵ２４に出力される。
【００４１】
［１−４．高電圧バッテリ２０］
バッテリ２０は、複数のバッテリセルを含む蓄電装置（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、ニッケル水素二次電池又はキャパシタ等を利用することができる。本実施形態ではリチウムイオン２次電池を利用している。バッテリ２０の出力電圧（以下「バッテリ電圧Ｖｂａｔ」という。）［Ｖ］は、電圧センサ１０４（図２）により検出され、バッテリ２０の出力電流（以下「バッテリ電流Ｉｂａｔ」という。）［Ａ］は、電流センサ１０６により検出され、それぞれＥＣＵ２４に出力される。ＥＣＵ２４は、バッテリ電圧Ｖｂａｔとバッテリ電流Ｉｂａｔとに基づいて、バッテリ２０の残容量（以下「ＳＯＣ」という。）［％］を算出する。
【００４２】
［１−５．ＤＣ／ＤＣコンバータ２２］
ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、ＦＣユニット１８からのＦＣ電力Ｐｆｃと、バッテリ２０から供給された電力（以下「バッテリ電力Ｐｂａｔ」という。）［Ｗ］と、モータ１４からの回生電力Ｐｒｅｇとの供給先を制御する。
【００４３】
図４には、本実施形態におけるＤＣ／ＤＣコンバータ２２の詳細が示されている。図４に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、一方がバッテリ２０のある１次側１Ｓに接続され、他方が負荷３０とＦＣ４０との接続点である２次側２Ｓに接続されている。
【００４４】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、１次側１Ｓの電圧（１次電圧Ｖ１）［Ｖ］を２次側２Ｓの電圧（２次電圧Ｖ２）［Ｖ］（Ｖ１≦Ｖ２）に昇圧すると共に、２次電圧Ｖ２を１次電圧Ｖ１に降圧する昇降圧型且つチョッパ型の電圧変換装置である。
【００４５】
図４に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２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１１０とから構成される。
【００４６】
相アームＵＡは、上アーム素子（上アームスイッチング素子１１２と逆並列ダイオード１１４）と下アーム素子（下アームスイッチング素子１１６と逆並列ダイオード１１８）とで構成される。上アームスイッチング素子１１２と下アームスイッチング素子１１６には、それぞれ例えば、ＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴ等が採用される。
【００４７】
リアクトル１１０は、相アームＵＡの中点（共通接続点）とバッテリ２０の正極との間に挿入され、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２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、エネルギを蓄積及び放出する作用を有する。
【００４８】
上アームスイッチング素子１１２は、ＥＣＵ２４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１１６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。
【００４９】
なお、ＥＣＵ２４は、１次側の平滑コンデンサ１２２に並列に設けられた電圧センサ１２０により１次電圧Ｖ１を検出し、電流センサ１２４により１次側の電流（１次電流Ｉ１）［Ａ］を検出する。また、ＥＣＵ２４は、２次側の平滑コンデンサ１２８に並列に設けられた電圧センサ１２６により２次電圧Ｖ２を検出し、電流センサ１３０により２次側の電流（２次電流Ｉ２）［Ａ］を検出する。
【００５０】
［１−６．ＥＣＵ２４］
ＥＣＵ２４は、通信線１４０（図１等）を介して、モータ１４、インバータ１６、ＦＣユニット１８、バッテリ２０及びＤＣ／ＤＣコンバータ２２を制御する。当該制御に際しては、メモリ（ＲＯＭ）に格納されたプログラムを実行し、また、セル電圧モニタ４２、流量センサ６８、７０、温度センサ７２、電圧センサ１００、１０４、１２０、１２６、電流センサ１０２、１０６、１２４、１３０等の各種センサの検出値を用いる。
【００５１】
ここでの各種センサには、上記センサに加え、開度センサ１５０、モータ回転数センサ１５２及び外気温センサ１５４（図１）が含まれる。開度センサ１５０は、アクセルペダル１５６の開度θｐ［度］を検出する。回転数センサ１５２は、モータ１４の回転数Ｎｍ［ｒｐｍ］を検出する。ＥＣＵ２４は、回転数Ｎｍを用いてＦＣ車両１０の車速Ｖ［ｋｍ／ｈ］を検出する。外気温センサ１５４は、車両１０の外気温（以下「外気温Ｔｅｘ」という。）を検出する。さらに、ＥＣＵ２４には、メインスイッチ１５８（以下「メインＳＷ１５８」という。）が接続される。メインＳＷ１５８は、ＦＣユニット１８及びバッテリ２０からモータ１４への電力供給の可否を切り替えるものであり、ユーザにより操作可能である。
【００５２】
ＥＣＵ２４は、マイクロコンピュータを含み、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。なお、ＥＣＵ２４は、１つのＥＣＵのみからなるのではなく、モータ１４、ＦＣユニット１８、バッテリ２０及びＤＣ／ＤＣコンバータ２２毎の複数のＥＣＵから構成することもできる。
【００５３】
ＥＣＵ２４は、ＦＣスタック４０の状態、バッテリ２０の状態及びモータ１４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全体としてＦＣシステム１２に要求される負荷から、ＦＣスタック４０が負担すべき負荷と、バッテリ２０が負担すべき負荷と、回生電源（モータ１４）が負担すべき負荷の配分（分担）を調停しながら決定し、モータ１４、インバータ１６、ＦＣユニット１８、バッテリ２０及びＤＣ／ＤＣコンバータ２２に指令を送出する。
【００５４】
２．本実施形態の制御
次に、ＥＣＵ２４における制御について説明する。
【００５５】
［２−１．基本制御］
図５には、ＥＣＵ２４における基本的な制御のフローチャートが示されている。ステップＳ１において、ＥＣＵ２４は、メインＳＷ１５８がオンであるかどうかを判定する。メインＳＷ１５８がオンでない場合（Ｓ１：ＮＯ）、ステップＳ１を繰り返す。メインＳＷ１５８がオンである場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、ステップＳ２に進む。ステップＳ２において、ＥＣＵ２４は、ＦＣシステム１２に要求される負荷（システム負荷Ｐｓｙｓ）［Ｗ］を計算する。
【００５６】
ステップＳ３において、ＥＣＵ２４は、ＦＣシステム１２のエネルギマネジメントを行う。ここにいうエネルギマネジメントは、主として、ＦＣ４０の発電量（ＦＣ電力Ｐｆｃ）及びバッテリ２０の出力（バッテリ出力Ｐｂａｔ）を算出する処理であり、ＦＣスタック４０の劣化を抑制しつつ、ＦＣシステム１２全体の出力を効率化することを企図している。
【００５７】
ステップＳ４において、ＥＣＵ２４は、ＦＣスタック４０の周辺機器、すなわち、エアポンプ６０、背圧弁６４、循環弁６６及びウォータポンプ８０の制御（ＦＣ発電制御）を行う。ステップＳ５において、ＥＣＵ２４は、モータ１４のトルク制御を行う。
【００５８】
ステップＳ６において、ＥＣＵ２４は、メインＳＷ１５８がオフであるかどうかを判定する。メインＳＷ１５８がオフでない場合（Ｓ６：ＮＯ）、ステップＳ２に戻る。メインＳＷ１５８がオフである場合（Ｓ６：ＹＥＳ）、今回の処理を終了する。
【００５９】
［２−２．システム負荷Ｐｓｙｓの計算］
図６には、システム負荷Ｐｓｙｓを計算するフローチャートが示されている。ステップＳ１１において、ＥＣＵ２４は、開度センサ１５０からアクセルペダル１５６の開度θｐを読み込む。ステップＳ１２において、ＥＣＵ２４は、回転数センサ１５２からモータ１４の回転数Ｎｍ［ｒｐｍ］を読み込む。
【００６０】
ステップＳ１３において、ＥＣＵ２４は、開度θｐと回転数Ｎｍに基づいてモータ１４の予想消費電力Ｐｍ［Ｗ］を算出する。具体的には、図７に示すマップにおいて、開度θｐ毎に回転数Ｎｍと予想消費電力Ｐｍの関係を記憶しておく。例えば、開度θｐがθｐ１であるとき、特性１６０を用いる。同様に、開度θｐがθｐ２、θｐ３、θｐ４、θｐ５、θｐ６であるとき、それぞれ特性１６２、１６４、１６６、１６８、１７０を用いる。そして、開度θｐに基づいて回転数Ｎｍと予想消費電力Ｐｍとの関係を示す特性を特定した上で、回転数Ｎｍに応じた予想消費電力Ｐｍを特定する。
【００６１】
ステップＳ１４において、ＥＣＵ２４は、各補機から現在の動作状況を読み込む。ここでの補機には、例えば、エアポンプ６０、ウォータポンプ８０及びエアコンディショナ９０を含む高電圧系の補機や、低電圧バッテリ９４、アクセサリ９６及びＥＣＵ２４を含む低電圧系の補機が含まれる。例えば、エアポンプ６０及びウォータポンプ８０であれば、回転数Ｎａｐ、Ｎｗｐ［ｒｐｍ］を読み込む。エアコンディショナ９０であれば、その出力設定を読み込む。
【００６２】
ステップＳ１５において、ＥＣＵ２４は、各補機の現在の動作状況に応じて補機の消費電力Ｐａ［Ｗ］を算出する。ステップＳ１６において、ＥＣＵ２４は、モータ１４の予想消費電力Ｐｍと補機の消費電力Ｐａの和をＦＣ車両１０全体での予想消費電力（すなわち、システム負荷Ｐｓｙｓ）として算出する。
【００６３】
［２−３．エネルギマネジメント］
上記のように、本実施形態におけるエネルギマネジメントでは、ＦＣスタック４０の劣化を抑制しつつ、ＦＣシステム１２全体の出力を効率化することを企図している。
【００６４】
（２−３−１．前提事項）
図８は、ＦＣスタック４０を構成するＦＣセルの電位（セル電圧Ｖｃｅｌｌ）［Ｖ］とセルの劣化量Ｄとの関係の一例を示している。すなわち、図８中の曲線１８０は、セル電圧Ｖｃｅｌｌと劣化量Ｄとの関係を示す。
【００６５】
図８において、電位ｖ１（例えば、０．５Ｖ）を下回る領域（以下「白金凝集増加領域Ｒ１」又は「凝集増加領域Ｒ１」という。）では、ＦＣセルに含まれる白金（酸化白金）について還元反応が激しく進行し、白金が過度に凝集する。電位ｖ１から電位ｖ２（例えば、０．８Ｖ）までは、還元反応が安定的に進行する領域（以下「白金還元領域Ｒ２」又は「還元領域Ｒ２」という。）である。
【００６６】
電位ｖ２から電位ｖ３（例えば、０．９Ｖ）までは、白金について酸化還元反応が進行する領域（以下「白金酸化還元進行領域Ｒ３」又は「酸化還元領域Ｒ３」という。）である。電位ｖ３から電位ｖ４（例えば、０．９５Ｖ）までは、白金について酸化反応が安定的に進行する領域（以下「白金酸化安定領域Ｒ４」又は「酸化領域Ｒ４」という。）である。電位ｖ４からＯＣＶ（開回路電圧）までは、セルに含まれるカーボンの酸化が進行する領域（以下「カーボン酸化領域Ｒ５」という。）である。
【００６７】
上記のように、図８では、セル電圧Ｖｃｅｌｌが白金還元領域Ｒ２又は白金酸化安定領域Ｒ４にあれば、ＦＣセルの劣化の進行度合が小さい。一方、セル電圧Ｖｃｅｌｌが白金凝集増加領域Ｒ１、白金酸化還元進行領域Ｒ３、又はカーボン酸化領域Ｒ５にあれば、ＦＣセルの劣化の進行度合が大きい。
【００６８】
なお、図８では、曲線１８０を一義的に定まるような表記としているが、実際は、単位時間当たりにおけるセル電圧Ｖｃｅｌｌの変動量（変動速度Ａｃｅｌｌ）［Ｖ／ｓｅｃ］に応じて曲線１８０は変化する。
【００６９】
図９は、変動速度Ａｃｅｌｌが異なる場合の酸化の進行と還元の進行の様子の例を示すサイクリックボルタンメトリ図である。図９において、曲線１９０は、変動速度Ａｃｅｌｌが高い場合を示し、曲線１９２は、変動速度Ａｃｅｌｌが低い場合を示す。図９からわかるように、変動速度Ａｃｅｌｌに応じて酸化又は還元の進行度合が異なるため、必ずしも各電位ｖ１〜ｖ４は一義的に特定されない。また、ＦＣセルの個体差によっても各電位ｖ１〜ｖ４は変化し得る。このため、電位ｖ１〜ｖ４は、理論値、シミュレーション値又は実測値に誤差分を反映させたものとして設定することが好ましい。
【００７０】
また、ＦＣセルの電流−電圧（ＩＶ）特性は、一般的な燃料電池セルと同様、セル電圧Ｖｃｅｌｌが下がるほど、セル電流Ｉｃｅｌｌ［Ａ］が増加する（図１０参照）。加えて、ＦＣスタック４０の発電電圧（ＦＣ電圧Ｖｆｃ）は、セル電圧ＶｃｅｌｌにＦＣスタック４０内の直列接続数Ｎｆｃを乗算したものである。直列接続数Ｎｆｃは、ＦＣスタック４０内で直列に接続されるＦＣセルの数であり、以下、単に「セル数」ともいう。
【００７１】
以上を踏まえ、本実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２が、電圧変換動作を行っている際、ＦＣスタック４０の目標電圧（目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔ）［Ｖ］を、主として、白金還元領域Ｒ２内に設定しつつ、必要に応じて白金酸化安定領域Ｒ４内に設定する（具体例は、図１０等を用いて説明する。）。このような目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔの切替えを行うことにより、ＦＣ電圧Ｖｆｃが、領域Ｒ１、Ｒ３、Ｒ５（特に、白金酸化還元進行領域Ｒ３）内にある時間を極力短縮し、ＦＣスタック４０の劣化を防止することができる。
【００７２】
なお、上記の処理では、ＦＣスタック４０の供給電力（ＦＣ電力Ｐｆｃ）と、システム負荷Ｐｓｙｓが等しくならない場合が存在する。この点、ＦＣ電力Ｐｆｃがシステム負荷Ｐｓｙｓを下回っている場合、その不足分は、バッテリ２０から供給する。また、ＦＣ電力Ｐｆｃがシステム負荷Ｐｓｙｓを上回っている場合、その余剰分は、バッテリ２０に充電する。
【００７３】
なお、図８では、電位ｖ１〜ｖ４を具体的な数値として特定したが、これは、後述する制御を行うためであり、当該数値は、あくまで制御の便宜を考慮して決定するものである。換言すると、曲線１８０からもわかるように、劣化量Ｄは連続的に変化するため、制御の仕様に応じて、電位ｖ１〜ｖ４は、適宜設定することができる。
【００７４】
但し、白金還元領域Ｒ２は、曲線１８０の極小値（第１極小値Ｖｌｍｉ１）を含む。白金酸化還元進行領域Ｒ３では、曲線１８０の極大値（極大値Ｖｌｍｘ）を含む。白金酸化安定領域Ｒ４は、曲線１８０の別の極小値（第２極小値Ｖｌｍｉ２）を含む。
【００７５】
（２−３−２．エネルギマネジメントで用いる電力供給制御及び電力供給モード）
図１０は、本実施形態における複数の電力供給制御及び電力供給モードの説明図である。本実施形態では、エネルギマネジメントで用いる電力供給の制御方法（電力供給制御）として、３つの制御方法（電力供給制御）を用いる。すなわち、本実施形態では、通常発電制御と、アイドル停止制御と、アイドル発電制御とを切り替えて用いる。
【００７６】
通常発電制御は、ＦＣ４０の通常発電時に用いる電力供給制御である。通常発電制御では、エネルギマネジメントで用いる電力供給モード（動作モード）として、通常第１モードと通常第２モードとを切り替えて用いる。通常第１モードは、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔ及びＦＣ電流Ｉｆｃがいずれも可変である電圧可変・電流可変制御であり、通常第２モードは、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔが一定でありＦＣ電流Ｉｆｃが可変である電圧固定・電流可変制御である。
【００７７】
通常第１モード（電圧可変・電流可変制御）は、主として、システム負荷Ｐｓｙｓが相対的に高いときに用いられるものであり、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを固定（或いは、酸素を豊潤な状態に維持）した状態で、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを調整することによりＦＣ電流Ｉｆｃを制御する。これにより、基本的に、ＦＣ電力Ｐｆｃによりシステム負荷Ｐｓｙｓをまかなうことが可能となる。
【００７８】
通常第２モード（電圧固定・電流可変制御）は、主として、システム負荷Ｐｓｙｓが相対的に低負荷のときに用いられるものであり、目標セル電圧Ｖｃｅｌｌｔｇｔ（＝目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔ／セル数）を、酸化還元領域Ｒ３よりも低い電位以下で設定された基準電位｛本実施形態では、電位ｖ２（＝０．８Ｖ）｝に固定すると共に、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを可変とすることにより、ＦＣ電流Ｉｆｃを可変とする。これにより、基本的に、ＦＣ電力Ｐｆｃによりシステム負荷Ｐｓｙｓをまかなうことが可能となる（詳細は後述する。）。ＦＣ電力Ｐｆｃの不足分は、バッテリ２０からアシストする。
【００７９】
アイドル停止制御は、メインＳＷ１５８（図１）がオンの状態においてＦＣ４０による積極的な発電を停止する（換言すると、ＦＣ４０の発電を抑制する）制御である。ここにいう積極的な発電（又は発電の抑制）とは、ＥＣＵ２４からの指令に基づき行うＦＣ４０の発電を指し、残留ガスによる発電を含まない。このため、反応ガス供給手段としてのＦＣユニット１８（エアポンプ６０、パージ弁５０及び背圧弁６４を含む。）の作動量はゼロとなる。
【００８０】
アイドル発電制御は、メインＳＷ１５８（図１）がオンの状態においてＦＣ４０に最低限の発電を行わせる制御である。ここにいう最低限の発電とは、例えば、ＦＣ４０に含まれる水分が凍結することを避けることを主目的としてＦＣ４０が行う発電を意味する。或いは、最低限の発電は、それ以上の低出力（高電圧）ではＦＣ４０の劣化が過度に進行してしまうため（図８参照）、一時的なＦＣ電圧Ｖｆｃの値を所定値（例えば、図８の電位ｖ１〜ｖ２の間のいずれかの値×セル数、又は電位ｖ３〜ｖ４の間のいずれかの値×セル数）に固定する発電を意味してもよい。本実施形態では、ＦＣ電圧Ｖｆｃの値を電位ｖ３×セル数に固定し且つエアポンプ回転数Ｎａｐを一定にしつつ、循環弁６６の開度を調整することにより最低限の発電を行う。
【００８１】
（２−３−３．エネルギマネジメントの全体フロー）
図１１には、ＥＣＵ２４が、ＦＣ車両１０のエネルギマネジメント（図５のＳ３）を行うフローチャートが示されている。ステップＳ２１において、ＥＣＵ２４は、車両１０が低負荷状態（アイドル状態）であるか否かを判定する。具体的には、ＥＣＵ２４は、ステップＳ２で計算したシステム負荷Ｐｓｙｓが、低負荷を判定するための閾値ＴＨＰｓｙｓ以下であるか否かを判定する。ここにいう低負荷とは、例えば、エアポンプ６０の出力を考慮した際、それ以下のＦＣ出力ＰｆｃではＦＣ４０の発電効率が悪く、むしろバッテリ２０からの出力により発電した方が効率が良いような場合を意味する。或いは、低負荷は、モータ１４の要求電力がゼロである場合を意味してもよい。
【００８２】
システム負荷Ｐｓｙｓが閾値ＴＨＰｓｙｓ以下である場合、車両１０が低負荷状態であり、システム負荷Ｐｓｙｓが閾値ＴＨＰｓｙｓ以下でない場合、車両１０は低負荷状態ではない。なお、低負荷状態の判定は、その他の方法によって行ってもよい。例えば、車速Ｖが、低負荷を判定するための閾値ＴＨＶ以下であるか否かにより低負荷状態を判定することもできる。或いは、車両１０の加速度（車速Ｖの変化量）が、低負荷を判定するための閾値以下であるか否かにより低負荷状態を判定してもよい。
【００８３】
車両１０が低負荷状態でない場合（Ｓ２１：ＮＯ）、ステップＳ２２において、ＥＣＵ２４は、通常発電制御を行う（詳細は後述する）。車両１０が低負荷状態である場合（Ｓ２１：ＹＥＳ）、ステップＳ２３に進む。
【００８４】
ステップＳ２３において、ＥＣＵ２４は、ＦＣユニット１８をアイドル停止すべきか否かを判定する。アイドル停止は、メインＳＷ１５８（図１）がオンの状態においてＦＣ４０による積極的な発電が停止すること（換言すると、ＦＣ４０の発電を抑制すること）を意味する。また、本実施形態において、アイドル停止すべきか否かは、外気温センサ１５４からの外気温Ｔｅｘが閾値ＴＨＴｅｘ以下であるか否かにより行う。閾値ＴＨＴｅｘは、例えば、ＦＣ４０に含まれる水分が凍結する温度（０℃）又はその近傍値である。従って、外気温Ｔｅｘが閾値ＴＨＴｅｘ以下でない場合、アイドル停止を行い、外気温Ｔｅｘが閾値ＴＨＴｅｘ以下である場合、アイドル停止を行わない。
【００８５】
ステップＳ２３においてアイドル停止を行うと判定した場合（Ｓ２３：ＹＥＳ）、ステップＳ２４において、ＥＣＵ２４は、アイドル停止（アイドル停止制御）を実行する。アイドル停止を行わないと判定した場合（Ｓ２３：ＮＯ）、ステップＳ２５において、ＥＣＵ２４は、アイドル発電制御を実行する（詳細は後述する）。
【００８６】
（２−３−４．通常第１モード）
上記のように、通常第１モードは、主として、システム負荷Ｐｓｙｓが相対的に高いときに用いられるものであり、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを固定（或いは、酸素を豊潤な状態に維持）した状態で、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを調整することによりＦＣ電流Ｉｆｃを制御する。
【００８７】
すなわち、図１０に示すように、通常第１モードでは、ＦＣ４０の電流−電圧特性（ＩＶ特性）が通常のもの（図１０中、実線で表されるもの）を用いる。通常の燃料電池と同様、ＦＣ４０のＩＶ特性は、セル電圧Ｖｃｅｌｌ（ＦＣ電圧Ｖｆｃ）が低くなるほど、セル電流Ｉｃｅｌｌ（ＦＣ電流Ｉｆｃ）が大きくなる。このため、通常第１モードでは、システム負荷Ｐｓｙｓに応じて目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔを算出し、さらに目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔに対応する目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを算出する。そして、ＦＣ電圧Ｖｆｃが目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔとなるように、ＥＣＵ２４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２を制御する。すなわち、２次電圧Ｖ２が目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔとなるように１次電圧Ｖ１をＤＣ／ＤＣコンバータ２２により昇圧することで、ＦＣ電圧Ｖｆｃを制御してＦＣ電流Ｉｆｃを制御する。
【００８８】
なお、酸素が豊潤な状態にあるとは、例えば、図１２に示すように、カソードストイキ比を上昇させても、セル電流Ｉｃｅｌｌが略一定となり、実質的に飽和した状態となる通常ストイキ比以上の領域における酸素を意味する。水素が豊潤であるという場合も、同様である。なお、カソードストイキ比とは、カソード流路７４に供給するエアの流量／ＦＣ４０の発電により消費されたエアの流量であり、カソード流路７４における酸素濃度に近似する。また、カソードストイキ比の調整は、例えば、酸素濃度の制御により行う。
【００８９】
以上のような通常第１モードによれば、システム負荷Ｐｓｙｓが高負荷であっても、基本的にシステム負荷Ｐｓｙｓの全てをＦＣ電力Ｐｆｃによりまかなうことが可能となる。
【００９０】
（２−３−５．通常第２モード）
上記のように、通常第２モードは、主として、システム負荷Ｐｓｙｓが低負荷のときに用いられるものであり、目標セル電圧Ｖｃｅｌｌｔｇｔ（＝目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔ／セル数）を、酸化還元領域Ｒ３よりも低い電位以下で設定された基準電位｛本実施形態では、電位ｖ２（＝０．８Ｖ）｝に固定すると共に、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを可変とすることにより、ＦＣ電流Ｉｆｃを可変とする。
【００９１】
すなわち、図１０に示すように、通常第２モードでは、セル電圧Ｖｃｅｌｌを一定に保った状態で目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを下げていくことで酸素濃度Ｃｏを下げる。図１２に示すように、カソードストイキ比（酸素濃度Ｃｏ）が低下するとセル電流Ｉｃｅｌｌ（ＦＣ電流Ｉｆｃ）も低下する。このため、セル電圧Ｖｃｅｌｌを一定に保った状態で目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを増減させることで、セル電流Ｉｃｅｌｌ（ＦＣ電流Ｉｆｃ）及びＦＣ電力Ｐｆｃを制御することが可能となる。なお、ＦＣ電力Ｐｆｃの不足分は、バッテリ２０からアシストする。
【００９２】
図１３には、通常第２モードのフローチャートが示されている。ステップＳ３１において、ＥＣＵ２４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の昇圧率を調整することにより、酸化還元領域Ｒ３よりも低い電位以下で設定された基準電位｛本実施形態では、電位ｖ２（＝０．８Ｖ）｝に目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを固定する。ステップＳ３２において、ＥＣＵ２４は、システム負荷Ｐｓｙｓに対応する目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔを算出する。
【００９３】
ステップＳ３３において、ＥＣＵ２４は、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔが基準電位であることを前提として、目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔに対応する目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを算出する（図１０及び図１４参照）。なお、図１４は、ＦＣ電圧Ｖｆｃが基準電位であるときの目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔと目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔとの関係を示す。
【００９４】
ステップＳ３４において、ＥＣＵ２４は、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔに応じて各部への指令値を算出及び送信する。ここで算出される指令値には、エアポンプ６０の回転数（以下「エアポンプ回転数Ｎａｐ」又は「回転数Ｎａｐ」という。）、ウォータポンプ８０の回転数（以下「ウォータポンプ回転数Ｎｗｐ」又は「回転数Ｎｗｐ」という。）、背圧弁６４の開度（以下「背圧弁開度θｂｐ」又は「開度θｂｐ」という。）及び循環弁６６の開度（以下「循環弁開度θｃ」又は「開度θｃ」という。）が含まれる。
【００９５】
すなわち、図１５及び図１６に示すように、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔに応じて目標エアポンプ回転数Ｎａｐｔｇｔ、目標ウォータポンプ回転数Ｎｗｐｔｇｔ及び目標背圧弁開度θｂｐｔｇｔが設定される。また、循環弁６６の目標開度θｃｔｇｔは、初期値（例えば、循環ガスがゼロとなる開度）に設定される。
【００９６】
ステップＳ３５において、ＥＣＵ２４は、ＦＣ４０による発電が安定しているか否かを判定する。当該判定として、ＥＣＵ２４は、セル電圧モニタ４２から入力される最低セル電圧が、平均セル電圧から所定電圧を減算した電圧よりも低い場合｛最低セル電圧＜（平均セル電圧−所定電圧）｝、ＦＣ４０の発電が不安定であると判定する。なお、前記所定電圧は、例えば、実験値、シミュレーション値等を用いることができる。
【００９７】
発電が安定している場合（Ｓ３５：ＹＥＳ）、今回の処理を終える。発電が安定していない場合（Ｓ３５：ＮＯ）、ステップＳ３６において、ＥＣＵ２４は、流量センサ７０を介して循環ガスの流量Ｑｃ［ｇ／ｓ］を監視しながら、循環弁６６の開度θｃを大きくし、流量Ｑｃを一段階増加する（図１７参照）。なお、図１７では、循環弁６６を全開とした場合、流量Ｑｃが４段階目の増加となり、最大流量となる場合を例示している。
【００９８】
但し、循環弁６６の開度θｃが増加すると、エアポンプ６０に吸気される吸気ガスにおいて、循環ガスの割合が増加する。すなわち、吸気ガスについて、新規空気（車外から吸気される空気）と、循環ガスとの割合において、循環ガスの割合が増加するように変化する。従って、全単セルへの酸素の分配能力が向上する。ここで、循環ガス（カソードオフガス）の酸素濃度は、新規空気の酸素濃度に対して低い。このため、循環弁６６の開度θｃの制御前後において、エアポンプ６０の回転数Ｎａｐ及び背圧弁６４の開度θｂｐが同一である場合、カソード流路７４を通流するガスの酸素濃度が低下することになる。
【００９９】
そこで、ステップＳ３６では、ステップＳ３３で算出した目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔが維持されるように、循環ガスの流量Ｑｃの増加に連動して、エアポンプ６０の回転数Ｎａｐの増加及び背圧弁６４の開度θｂｐの減少の少なくとも一方を実行することが好ましい。
【０１００】
例えば、循環ガスの流量Ｑｃを増加した場合、エアポンプ６０の回転数Ｎａｐを増加させ、新規空気の流量を増加することが好ましい。そして、このようにすれば、カソード流路７４に向かうガス（新規空気と循環ガスとの混合ガス）全体の流量が増加するので、全単セルへの酸素の分配能力がさらに向上し、ＦＣ４０の発電性能が回復し易くなる。
【０１０１】
このようにして、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを維持しつつ、循環ガスを新規空気に合流させるので、カソード流路７４を通流するガスの体積流量［Ｌ／ｓ］が増加する。これにより、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔが維持されつつ体積流量の増加したガスが、ＦＣ４０内で複雑に形成されたカソード流路７４全体に行き渡り易くなる。従って、各単セルに前記ガスが同様に供給され易くなり、ＦＣ４０の発電の不安定が解消され易くなる。また、ＭＥＡ（膜電極接合体）の表面やカソード流路７４を囲む壁面に付着する水滴（凝縮水等）も除去され易くなる。
【０１０２】
ステップＳ３７において、ＥＣＵ２４は、流量センサ７０を介して検出される循環ガスの流量Ｑｃが上限値以上であるか否か判定する。判定基準となる上限値は、循環弁６６の開度θｃが全開となる値に設定される。
【０１０３】
この場合において、循環弁開度θｃが同一であっても、エアポンプ６０の回転数Ｎａｐが増加すると、流量センサ７０で検出される循環ガスの流量Ｑｃが増加するので、前記上限値は、エアポンプ回転数Ｎａｐに関連付けて、つまり、エアポンプ６０の回転数Ｎａｐが大きくなると、前記上限値が大きくなるように設定されることが好ましい。
【０１０４】
循環ガスの流量Ｑｃが上限値以上でないと判定した場合（Ｓ３７：ＮＯ）、ステップＳ３５に戻る。循環ガスの流量Ｑｃが上限値以上であると判定した場合（Ｓ３７：ＹＥＳ）、ステップＳ３８に進む。
【０１０５】
ここで、ステップＳ３６、Ｓ３７では、流量センサ７０が直接検出する循環ガスの流量Ｑｃに基づいて処理を実行したが、循環弁開度θｃに基づいて処理を実行してもよい。すなわち、ステップＳ３６において、循環弁開度θｃを開方向に一段階（例えば３０°）にて増加する構成とし、ステップＳ３７において、循環弁６６が全開である場合（Ｓ３７：ＹＥＳ）、ステップＳ３８に進む構成としてもよい。
【０１０６】
また、この場合において、循環弁６６の開度θｃと、循環ガスの温度と、図１８のマップとに基づいて、循環ガスの流量Ｑｃ［ｇ／ｓ］を算出することもできる。図１８に示すように、循環ガスの温度が高くなるにつれて、その密度が小さくなるので、流量Ｑｃ［ｇ／ｓ］が小さくなる関係となっている。
【０１０７】
ステップＳ３８において、ＥＣＵ２４は、ステップＳ３５と同様に、発電が安定しているか否かを判定する。発電が安定している場合（Ｓ３８：ＹＥＳ）、今回の処理を終える。発電が安定していない場合（Ｓ３８：ＮＯ）、ステップＳ３９において、ＥＣＵ２４は、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを１段増加させる（通常の濃度に近づける）。具体的には、エアポンプ６０の回転数Ｎａｐの増加及び背圧弁６４の開度θｂｐの減少の少なくとも一方を１段階行う。
【０１０８】
ステップＳ４０において、ＥＣＵ２４は、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔが通常のＩＶ特性における目標酸素濃度（通常酸素濃度Ｃｏｎｍｌ）以下であるか否かを判定する。目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔが通常酸素濃度Ｃｏｎｍｌ以下である場合（Ｓ４０：ＹＥＳ）、ステップＳ３８に戻る。目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔが通常酸素濃度Ｃｏｎｍｌ以下でない場合（Ｓ４０：ＮＯ）、ステップＳ４１において、ＥＣＵ２４は、ＦＣユニット１８を停止する。すなわち、ＥＣＵ２４は、ＦＣ４０への水素及び空気の供給を停止し、ＦＣ４０の発電を停止する。そして、ＥＣＵ２４は、図示しない警告ランプを点灯させ、運転者にＦＣ４０が異常であることを通知する。なお、ＥＣＵ２４は、バッテリ２０からモータ１４に電力を供給し、ＦＣ車両１０の走行は継続させる。
【０１０９】
以上のような通常第２モードによれば、システム負荷Ｐｓｙｓが低負荷である場合に、セル電圧Ｖｃｅｌｌを一定にした状態で、酸素濃度Ｃｏ（エアストイキ比）を調整することにより、基本的にシステム負荷Ｐｓｙｓの全てをＦＣ電力Ｐｆｃによりまかなうことが可能となる。
【０１１０】
（２−３−６．アイドル停止モード）
アイドル停止制御で用いるアイドル停止モードは、メインＳＷ１５８（図１）がオンの状態においてＦＣ４０による積極的な発電を停止する（換言すると、ＦＣ４０の発電を抑制する）動作モードである。アイドル停止モードでは、反応ガス供給手段としてのＦＣユニット１８（エアポンプ６０、パージ弁５０及び背圧弁６４を含む。）の作動量をゼロとする。
【０１１１】
（２−３−７．アイドル発電モード）
アイドル発電制御で用いるアイドル発電モードは、メインＳＷ１５８（図１）がオンの状態においてＦＣ４０に最低限の発電を行わせる動作モードである。
【０１１２】
図１９は、アイドル発電制御のフローチャートである。ステップＳ５１において、ＥＣＵ２４は、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを一定にする。上記のように、ここでの目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔは、例えば、ＦＣ４０に含まれる水分が凍結することを避けるため、ＦＣ４０が十分に発熱することができる値に設定される。或いは、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔは、ＦＣ４０の劣化を抑制する値に設定される。具体的には、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔは、電位ｖ３（＝０．９ｖ）×セル数に設定される。或いは、電位ｖ２（＝０．８ｖ）×セル数に設定してもよい。或いは、電位ｖ１〜ｖ２の間又は電位ｖ３〜ｖ４の間のいずれかの値×セル数であってもよい。
【０１１３】
図２０は、セル電圧ＶｃｅｌｌとＦＣ４０の放熱量Ｈｆｃ［ｋＷ］との関係を示す図である。図２０に示すように、ＦＣ４０の放熱量Ｈｆｃは、セル電圧Ｖｃｅｌｌに依存し、セル電流Ｉｃｅｌｌには依存しない。従って、アイドル発電制御において、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを一定にすると、放熱量Ｈｆｃも一定に維持することが可能となる。これにより、ＦＣ４０に含まれる水分の凍結を避けることができる。或いは、上記のように、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔの値を、ＦＣ４０の劣化抑制の観点から設定することも可能である（図８）。
【０１１４】
ステップＳ５２において、ＥＣＵ２４は、目標エアポンプ回転数Ｎａｐｔｇｔを一定にする。これにより、エアポンプ回転数Ｎａｐは一定となり、エアポンプ６０の出力音も一定となる。
【０１１５】
ステップＳ５３において、ＥＣＵ２４は、バッテリ２０のＳＯＣに応じて循環弁６６の目標開度（目標循環弁開度θｃｔｇｔ）を設定する。図２１には、バッテリ２０のＳＯＣと、ＥＧＲ比Ｒｅｇｒ［％］及び目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔとの関係が示されている。ＥＧＲ比Ｒｅｇｒは、配管６０ａに向かう循環ガスの流量Ｑｃ／カソード流路７４に向かう空気の流量で定義され、カソードストイキ比の逆数（１／カソードストイキ比）に近似する。
【０１１６】
図２１に示すように、ＳＯＣが高くなると、ＥＧＲ比Ｒｅｇｒは高くなる一方、目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔは低くなる。これにより、ＳＯＣを所定範囲内（例えば、下限ＳＯＣから上限ＳＯＣの範囲内）又は目標値（例えば、上限ＳＯＣ又はその近傍値）にすることが可能となる。なお、図２１の上限ＳＯＣは、バッテリ２０のＳＯＣの制御で用いる上限値であり、図２１の下限ＳＯＣは、バッテリ２０のＳＯＣの制御で用いる下限値である。
【０１１７】
ＳＯＣとＥＧＲ比Ｒｅｇｒ及び目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔとが図２１のような関係となるようにするため、本実施形態では、ＳＯＣと目標循環弁開度θｃｔｇｔとの関係を規定したマップ（図２２）を予め記憶しておく。なお、図２２では、アイドル発電制御における目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを０．８Ｖ（図８の電位ｖ２）に固定した場合と、０．９Ｖ（図８の電位ｖ３）に固定した場合の両方が示されている。
【０１１８】
以上のような方法により、アイドル発電制御では、ＦＣ電圧Ｖｆｃ及びエアポンプ回転数Ｎａｐを一定にしつつ、ＦＣ電流Ｉｆｃを可変とする。
【０１１９】
［２−４．ＦＣ発電制御］
上記のように、ＦＣ発電制御（図５のＳ４）として、ＥＣＵ２４は、ＦＣスタック４０の周辺機器、すなわち、エアポンプ６０、背圧弁６４、循環弁６６及びウォータポンプ８０を制御する。具体的には、ＥＣＵ２４は、エネルギマネジメント（図５のＳ３）で算出したこれらの機器の指令値（例えば、図１３のＳ３４）を用いてこれらの機器を制御する。
【０１２０】
［２−５．モータ１４のトルク制御］
図２３には、モータ１４のトルク制御のフローチャートが示されている。ステップＳ６１において、ＥＣＵ２４は、回転数センサ１５２からモータ回転数Ｎｍを読み込む。ステップＳ６２において、ＥＣＵ２４は、開度センサ１５０からアクセルペダル１５６の開度θｐを読み込む。
【０１２１】
ステップＳ６３において、ＥＣＵ２４は、モータ回転数Ｎｍと開度θに基づいてモータ１４の仮目標トルクＴｔｇｔ＿ｐ［Ｎ・ｍ］を算出する。具体的には、図示しない記憶手段に回転数Ｎｍと開度θと仮目標トルクＴｔｇｔ＿ｐを関連付けたマップを記憶しておき、当該マップと、回転数Ｎｍ及び開度θとに基づいて仮目標トルクＴｔｇｔ＿ｐを算出する。
【０１２２】
ステップＳ６４において、ＥＣＵ２４は、ＦＣシステム１２からモータ１４に供給可能な電力の限界値（限界供給電力Ｐｓ＿ｌｉｍ）［Ｗ］に等しいモータ１４の限界出力（モータ限界出力Ｐｍ＿ｌｉｍ）［Ｗ］を算出する。具体的には、限界供給電力Ｐｓ＿ｌｉｍ及びモータ限界出力Ｐｍ＿ｌｉｍは、ＦＣスタック４０からのＦＣ電力Ｐｆｃとバッテリ２０から供給可能な電力の限界値（限界出力Ｐｂａｔ＿ｌｉｍ）［Ｗ］との和から補機の消費電力Ｐａを引いたものである（Ｐｍ＿ｌｉｍ＝Ｐｓ＿ｌｉｍ←Ｐｆｃ＋Ｐｂａｔ＿ｌｉｍ−Ｐａ）。
【０１２３】
ステップＳ６５において、ＥＣＵ２４は、モータ１４のトルク制限値Ｔｌｉｍ［Ｎ・ｍ］を算出する。具体的には、モータ限界出力Ｐｍ＿ｌｉｍを車速Ｖで除したものをトルク制限値Ｔｌｉｍとする（Ｔｌｉｍ←Ｐｍ＿ｌｉｍ／Ｖ）。
【０１２４】
ステップＳ６６において、ＥＣＵ２４は、目標トルクＴｔｇｔ［Ｎ・ｍ］を算出する。具体的には、ＥＣＵ２４は、仮目標トルクＴｔｇｔ＿ｐに対してトルク制限値Ｔｌｉｍによる制限を加えたものを目標トルクＴｔｇｔとする。例えば、仮目標トルクＴｔｇｔ＿ｐがトルク制限値Ｔｌｉｍ以下である場合（Ｔｔｇｔ＿ｐ≦Ｔｌｉｍ）、仮目標トルクＴｔｇｔ＿ｐをそのまま目標トルクＴｔｇｔとする（Ｔｔｇｔ←Ｔｔｇｔ＿ｐ）。一方、仮目標トルクＴｔｇｔ＿ｐがトルク制限値Ｔｌｉｍを超える場合（Ｔｔｇｔ＿ｐ＞Ｔｌｉｍ）、トルク制限値Ｔｌｉｍを目標トルクＴｔｇｔとする（Ｔｔｇｔ←Ｔｌｉｍ）。
【０１２５】
そして、算出した目標トルクＴｔｇｔを用いてモータ１４を制御する。
【０１２６】
３．各種制御の例
図２４には、本実施形態に係る各種制御と比較例に係る各種制御を用いた場合のタイムチャートの例が示されている。図２４において実線で示されるものが本実施形態に係るものであり、破線（及び一点鎖線）で示されるものが比較例に係るものである。但し、バッテリＳＯＣについては実施形態及び比較例のいずれも実線で示している。破線のみで示される比較例は、通常第１モードと同様の制御（すなわち、ＦＣ電圧ＶｆｃとＦＣ電流Ｉｆｃの両方を可変とする制御）を用いてアイドル発電制御を行っている。当該比較例では、時点ｔ２以降は、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔ（実質的に、ＦＣ電圧Ｖｆｃと等しくなる）が過電圧となるため、ＦＣ４０の劣化が促進されてしまう。時点ｔ３において、ＦＣ電流Ｉｆｃが目標値（補機駆動分の電流値）まで到達した後も発電を続けている。また、時点ｔ３以降において一点鎖線で示される比較例では、時点ｔ３以降は、バッテリ２０が上限ＳＯＣに到達したため（且つ補機駆動分の電流値に相当する微小電力の発電がＦＣ４０の劣化の観点からできないため）、ＦＣ４０による発電を停止している。
【０１２７】
一方、本実施形態に係る制御では、過電圧とならない値で目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを一定に維持しつつ、ＥＧＲ比Ｒｅｇｒ（又は目標循環弁開度θｃｔｇｔ）を調整することにより目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔを低下させる。従って、ＦＣ電圧Ｖｆｃが高くなることに伴うＦＣ４０の劣化を避けつつ、微小発電を継続することが可能である。
【０１２８】
さらに、本実施形態では、ＥＧＲ比Ｒｅｇｒを徐々に増加させていくため、循環ガスの流量Ｑｃ（エアオフガスの還流量）が徐々に増加する。循環ガスは、発電により水分を生成するＦＣ４０内部を通過しているため、外部からのエアと比べて湿度が高い。このため、循環ガスの流量Ｑｃが増加すると、ＦＣ４０に導入されるエアの湿度が相対的に高くなる。このため、相対的に酸素濃度が低い循環ガスの流量Ｑｃが増加し、ＦＣ４０内部で生成される水分が減少しても、ＦＣ４０の過度の乾燥を防止することが可能となる。
【０１２９】
４．本実施形態の効果
以上説明したように、本実施形態によれば、ＦＣ車両１０が所定の低負荷状態である場合に、エアポンプ回転数Ｎａｐを一定とする（図１９のＳ５２）。このため、低負荷状態においてバッテリ２０のＳＯＣが上限ＳＯＣに到達したことに伴ってエアポンプ６０が停止することにより、エアポンプ６０の出力音が不意に変化すること等がない。従って、低負荷状態におけるエアポンプ６０の出力音について搭乗者に違和感を与えることなく、バッテリ２０のＳＯＣを適切に保つことが可能となる。
【０１３０】
また、単にエアポンプ回転数Ｎａｐを一定とするだけでなく、ＳＯＣに応じて目標循環弁開度θｃｔｇｔを設定して、循環ガスの流量Ｑｃ（エアオフガスの還流量）を調整する。エアオフガスは酸素濃度が低いため、エアオフガスの還流量を多くすると、ＦＣ４０内部で生成される水分が少なくなり、ＦＣ４０内部が乾燥状態になる。ＦＣ４０内部が乾燥状態になるとＦＣ４０の劣化が促進されるおそれがある。その一方、エアオフガスは、水分を生成するＦＣ４０の内部を通過したものであるため、相対的に水分を多く含んでいる。このため、エアオフガスの還流量を調整することにより、ＦＣ４０の電解質膜を良好に加湿すること（加湿状態を保つこと）が可能となり、ＦＣ４０の劣化を抑制することができる。
【０１３１】
さらに、上記のような効果を得つつ、所定の低負荷状態に応じてＦＣ電流Ｉｆｃを小さくすることにより、バッテリ２０のＳＯＣを管理すること（例えば、ＳＯＣが上限ＳＯＣを超えないように制御することや不要な充電を避けること）が可能となる。
【０１３２】
本実施形態において、ＥＣＵ２４は、アイドル発電制御の際、ＦＣ電圧Ｖｆｃを所定電圧｛例えば、電位ｖ３（＝０．９ｖ）×セル数｝に固定する（図１９のＳ５１）。一般に、燃料電池の特性上、発熱量は発電電圧に依存する（図２０）。本実施形態によれば、ＦＣ電圧Ｖｆｃを維持しつつ、循環ガスの流量Ｑｃ（エアオフガスの還流量）を調整する。このため、ＦＣ４０の発電量を抑えていても、発熱量を確保することが可能となる。従って、外気温Ｔｅｘが低くＦＣ４０に含まれる水分が凍結するおそれがある場合でも、良好にアイドル発電制御を実施することが可能となる。
【０１３３】
本実施形態において、アイドル発電制御の際のＦＣ電圧Ｖｆｃは、酸化還元領域Ｒ３外の値とされる。これにより、ＦＣ４０の劣化が激しい酸化還元領域Ｒ３を避けることにより、アイドル発電制御時におけるＦＣ４０の劣化量Ｄを抑えることが可能となる。
【０１３４】
５．変形例
なお、この発明は、上記実施形態に限らず、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。
【０１３５】
［５−１．搭載対象］
上記実施形態では、ＦＣシステム１２をＦＣ車両１０に搭載したが、これに限らず、アイドル発電制御を適用可能な別の対象に搭載してもよい。例えば、ＦＣシステム１２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、ＦＣシステム１２を家庭用電力システムに適用してもよい。
【０１３６】
［５−２．ＦＣシステム１２の構成］
上記実施形態では、ＦＣ４０と高電圧バッテリ２０を並列に配置し、バッテリ２０の手前にＤＣ／ＤＣコンバータ２２を配置する構成としたが、これに限らない。例えば、図２５に示すように、ＦＣ４０とバッテリ２０を並列に配置し、昇圧式、降圧式又は昇降圧式のＤＣ／ＤＣコンバータ２２をＦＣ４０の手前に配置する構成であってもよい。或いは、図２６に示すように、ＦＣ４０とバッテリ２０を並列に配置し、ＦＣ４０の手前に昇圧式、降圧式又は昇降圧式のＤＣ／ＤＣコンバータ１６０を、バッテリ２０の手前にＤＣ／ＤＣコンバータ２２を配置する構成であってもよい。或いは、図２７に示すように、ＦＣ４０とバッテリ２０を直列に配置し、バッテリ２０とモータ１４の間にＤＣ／ＤＣコンバータ２２を配置する構成であってもよい。
【０１３７】
［５−３．ストイキ比］
上記実施形態では、ストイキ比を調整する手段又は方法として、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを調整するものを用いたが、これに限らず、目標水素濃度を調整することも可能である。また、目標濃度の代わりに、目標流量又は目標濃度と目標流量の両方を用いることもできる。
【０１３８】
上記実施形態では、酸素を含む空気を供給するエアポンプ６０を備える構成を例示したが、これに代えて又は加えて、水素を供給する水素ポンプを備える構成としてもよい。
【０１３９】
上記実施形態では、カソードオフガスを新規空気に合流させる合流流路（配管６６ａ、６６ｂ）と、循環弁６６とを備える構成を例示したが、これに代えて又は加えて、アノード側も同様に構成してもよい。例えば、配管４８ｂに循環弁を設け、この循環弁により、新規水素に合流するアノードオフガスの流量を制御してもよい。
【０１４０】
［５−４．電力供給モード］
上記実施形態では、通常発電制御の動作モードとして、通常第１モードと通常第２モードを用いたが、いずれか一方のみでもよい。
【０１４１】
上記実施形態では、通常第２モードにおける目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを電位ｖ２（＝０．８Ｖ）×セル数に設定したが、これに限らない。通常第２モードにおける目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを、例えば、還元領域Ｒ２のその他の電位に設定してもよい。また、アイドル発電モードにおける目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを電位ｖ３×セル数に設定したが、これに限らない。例えば、還元領域Ｒ２又は酸化領域Ｒ４のその他の電位に設定することもできる。或いは、アイドル発電モードでは、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを一定値とせず、所定の範囲（例えば、還元領域Ｒ２内又は酸化領域Ｒ４内）において変動させることもできる。
【符号の説明】
【０１４２】
１０…燃料電池車両 １２…燃料電池システム
１４…走行モータ １６…インバータ
１８…燃料電池ユニット（反応ガス供給部）
２０…高電圧バッテリ（蓄電装置） ２２…ＤＣ／ＤＣコンバータ
２４…ＥＣＵ（蓄電量検出手段、制御装置）
４０…燃料電池スタック ６０…エアポンプ
６０ａ、６０ｂ、６２ａ…配管（エア供給配管）
６２ｂ、６４ａ、６４ｂ…配管（エア排出配管）
６６…循環弁（調整装置）
６６ａ、６６ｂ…配管（エア還流配管）
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池からの電力を用いて走行モータを作動させる燃料電池車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池からの電力を用いて走行モータを作動させる燃料電池車両が開発されている。このような燃料電池車両では、燃料電池内における水分の凍結防止や燃料電池の劣化抑制等の観点から、燃料電池のアイドル停止（発電停止）を禁止し、燃料電池の発電を継続する制御が提案されている（特許文献１の要約及び特許文献２の要約）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１２３９３０号公報
【特許文献２】特開２００７−３０５４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料電池のアイドル停止を禁止する場合、燃料電池が発電した余剰電力は蓄電装置に充電されることとなる。一般に、蓄電装置の残容量（ＳＯＣ：state of charge）には制御上の上限値が設けられ、ＳＯＣが当該上限値を超えないように、燃料電池の発電を停止又は抑制する。従って、例えば、アイドル中に燃料電池からの余剰電力を蓄電装置に充電する場合、ＳＯＣが上限値を超えないように燃料電池の発電量を調整する必要がある。そのような調整をするために燃料電池に供給するエアの流量を制御すると、アイドル中であってもエアポンプの回転数が変動することとなり、エアポンプの出力音について搭乗者に違和感を与え、商品性が低下するおそれがある。
【０００５】
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、低負荷状態におけるエアポンプの出力音について搭乗者に違和感を与えることなく、蓄電装置の蓄電量を適切に保つことが可能な燃料電池車両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】
【０００６】
この発明に係る燃料電池車両は、走行モータと、前記走行モータに電力を供給する燃料電池と、前記燃料電池の出力をアシストする蓄電装置と、前記蓄電装置の出力電圧を変圧して前記燃料電池の出力電圧を制御するコンバータと、エア供給配管を介して前記燃料電池にエアを供給するエアポンプと、エア排出配管から分岐して前記エアポンプの上流側で前記エア供給配管に連通し、前記燃料電池から排出されたエアオフガスを前記エア供給配管に還流させるエア還流配管と、前記エア還流配管における前記エアオフガスの還流量を調整する調整装置と、前記蓄電装置の蓄電量を検出する蓄電量検出手段と、前記エアポンプ及び前記調整装置を制御する制御装置とを備えるものであって、前記制御装置は、前記燃料電池車両が所定の低負荷状態である場合に、前記エアポンプの駆動量を一定としつつ、前記蓄電量が所定の範囲内に収まる又は目標値になるように前記調整装置を制御して、前記エアオフガスの還流量を調整するアイドル発電制御を行うことを特徴とする。
【０００７】
この発明によれば、燃料電池車両が所定の低負荷状態である場合に、エアポンプの駆動量を一定とする。このため、低負荷状態において蓄電装置の蓄電量が設定上限値に到達したことに伴ってエアポンプが停止することにより、エアポンプの出力音が不意に変化すること等がない。従って、低負荷状態におけるエアポンプの出力音について搭乗者に違和感を与えることなく、蓄電装置の蓄電量を適切に保つことが可能となる。
【０００８】
また、単にエアポンプの駆動量を一定とするだけでなく、蓄電量が所定の範囲内に収まる又は目標値になるように調整装置を制御して、エアオフガスの還流量を調整する。エアオフガスは酸素濃度が低いため、エアオフガスの還流量を多くすると、燃料電池内部で生成される水分が少なくなり、燃料電池内部が乾燥状態になる。燃料電池内部が乾燥状態になると燃料電池の劣化が促進されるおそれがある。その一方、エアオフガスは、水分を生成する燃料電池の内部を通過したものであるため、相対的に水分を多く含んでいる。このため、エアオフガスの還流量を調整することにより、燃料電池の電解質膜を良好に加湿することが可能となり、燃料電池の劣化を抑制することができる。
【０００９】
さらに、上記のような効果を得つつ、所定の低負荷状態に応じて燃料電池の発電電流を小さくすることにより、蓄電装置の蓄電量を管理すること（例えば、蓄電量の設定上限値を超えないように制御することや不要な充電を避けること）が可能となる。
【００１０】
前記制御装置は、前記アイドル発電制御の際、前記燃料電池の発電電圧を所定電圧に固定してもよい。一般に、燃料電池の特性上、発熱量は発電電圧に依存する。従って、燃料電池の発電電圧を固定しつつ、エアオフガスの還流量を調整することにより、燃料電池の発電量を抑えても、発熱量を確保することが可能となる。従って、外気温が低く燃料電池に含まれる水分が凍結するおそれがある場合でも、良好にアイドル発電制御を実施することが可能となる。
【００１１】
前記所定電圧は、酸化還元電圧範囲外の値としてもよい。これにより、燃料電池の劣化が激しい酸化還元電圧範囲を避けることにより、アイドル発電制御時における燃料電池の劣化量を抑えることが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、燃料電池車両が所定の低負荷状態である場合に、エアポンプの駆動量を一定とする。このため、低負荷状態において蓄電装置の蓄電量が設定上限値に到達したことに伴ってエアポンプが停止することにより、エアポンプの出力音が不意に変化すること等がない。従って、低負荷状態におけるエアポンプの出力音について搭乗者に違和感を与えることなく、蓄電装置の蓄電量を適切に保つことが可能となる。
【００１３】
また、単にエアポンプの駆動量を一定とするだけでなく、蓄電量が所定の範囲内に収まる又は目標値になるように調整装置を制御して、エアオフガスの還流量を調整する。エアオフガスは酸素濃度が低いため、エアオフガスの還流量を多くすると、燃料電池内部で生成される水分が少なくなり、燃料電池内部が乾燥状態になる。燃料電池内部が乾燥状態になると燃料電池の劣化が促進されるおそれがある。その一方、エアオフガスは、水分を生成する燃料電池の内部を通過したものであるため、相対的に水分を多く含んでいる。このため、エアオフガスの還流量を調整することにより、燃料電池の電解質膜を良好に加湿することが可能となり、燃料電池の劣化を抑制することができる。
【００１４】
さらに、上記のような効果を得つつ、所定の低負荷状態に応じて燃料電池の発電電流を小さくすることにより、蓄電装置の蓄電量を管理すること（例えば、蓄電量の設定上限値を超えないように制御することや不要な充電を避けること）が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の一実施形態に係る燃料電池車両の概略全体構成図である。
【図２】前記燃料電池車両の電力系のブロック図である。
【図３】前記実施形態における燃料電池ユニットの概略構成図である。
【図４】前記実施形態におけるＤＣ／ＤＣコンバータの詳細を示す図である。
【図５】電子制御装置（ＥＣＵ）における基本的な制御のフローチャートである。
【図６】システム負荷を計算するフローチャートである。
【図７】現在のモータ回転数とモータ予想消費電力との関係を示す図である。
【図８】燃料電池スタックを構成する燃料電池セルの電位とセルの劣化量との関係の一例を示す図である。
【図９】燃料電池セルの電位の変動速度が異なる場合の酸化の進行と還元の進行の様子の例を示すサイクリックボルタンメトリ図である。
【図１０】前記実施形態における複数の電力供給制御及び電力供給モードの説明図である。
【図１１】前記ＥＣＵが、前記燃料電池車両のエネルギマネジメントを行うフローチャートである。
【図１２】カソードストイキ比とセル電流との関係を示す図である。
【図１３】通常第２モードのフローチャートである。
【図１４】目標ＦＣ電流と目標酸素濃度との関係を示す図である。
【図１５】目標酸素濃度及び目標ＦＣ電流と目標エアポンプ回転数及び目標ウォータポンプ回転数との関係を示す図である。
【図１６】目標酸素濃度及び目標ＦＣ電流と目標背圧弁開度との関係を示す図である。
【図１７】目標ＦＣ電流と空気流量との関係を示す図である。
【図１８】循環弁の開度と循環ガス流量との関係を示す図である。
【図１９】アイドル発電制御のフローチャートである。
【図２０】セル電圧と燃料電池放熱量との関係を示す図である。
【図２１】バッテリの残容量（ＳＯＣ）とＥＧＲ比と目標ＦＣ電流との関係を示す図である。
【図２２】前記ＳＯＣと目標循環弁開度との関係を示す図である。
【図２３】モータのトルク制御のフローチャートである。
【図２４】前記実施形態及び比較例に係る各種制御を用いた場合のタイムチャートの例である。
【図２５】前記実施形態に係る燃料電池車両の第１変形例の概略構成を示すブロック図である。
【図２６】前記実施形態に係る燃料電池車両の第２変形例の概略構成を示すブロック図である。
【図２７】前記実施形態に係る燃料電池車両の第３変形例の概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
１．全体的な構成の説明
［１−１．全体構成］
図１は、この発明の一実施形態に係る燃料電池車両１０（以下「ＦＣ車両１０」という。）の概略全体構成図である。図２は、ＦＣ車両１０の電力系のブロック図である。図１及び図２に示すように、ＦＣ車両１０は、燃料電池システム１２（以下「ＦＣシステム１２」という。）と、走行用のモータ１４と、インバータ１６とを有する。
【００１７】
ＦＣシステム１２は、燃料電池ユニット１８（以下「ＦＣユニット１８」という。）と、高電圧バッテリ２０（以下「バッテリ２０」ともいう。）（蓄電装置）と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２と、電子制御装置２４（以下「ＥＣＵ２４」という。）とを有する。
【００１８】
［１−２．駆動系］
モータ１４は、ＦＣユニット１８及びバッテリ２０から供給される電力に基づいて駆動力を生成し、当該駆動力によりトランスミッション２６を通じて車輪２８を回転させる。また、モータ１４は、回生を行うことで生成した電力（回生電力Ｐｒｅｇ）［Ｗ］をバッテリ２０等に出力する（図２参照）。
【００１９】
インバータ１６は、３相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１４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ＤＣ／ＤＣコンバータ２２を通じてバッテリ２０等に供給する。
【００２０】
なお、モータ１４とインバータ１６を併せて負荷３０という。負荷３０には、後述するエアポンプ６０、ウォータポンプ８０、エアコンディショナ９０等の構成要素を含めることもできる。
【００２１】
［１−３．ＦＣ系］
（１−３−１．全体構成）
図３は、ＦＣユニット１８の概略構成図である。ＦＣユニット１８は、燃料電池スタック４０（以下「ＦＣスタック４０」又は「ＦＣ４０」という。）と、ＦＣスタック４０のアノードに対して水素（燃料ガス）を給排するアノード系と、ＦＣスタック４０のカソードに対して酸素を含む空気（酸化剤ガス）を給排するカソード系と、ＦＣスタック４０を冷却する冷却系と、セル電圧モニタ４２とを備える。
【００２２】
（１−３−２．ＦＣスタック４０）
ＦＣスタック４０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燃料電池セル（以下「ＦＣセル」という。）を積層した構造を有する。
【００２３】
（１−３−３．アノード系）
アノード系は、水素タンク４４、レギュレータ４６、エゼクタ４８及びパージ弁５０を有する。水素タンク４４は、燃料ガスとしての水素を収容するものであり、配管４４ａ、レギュレータ４６、配管４６ａ、エゼクタ４８及び配管４８ａを介して、アノード流路５２の入口に接続されている。これにより、水素タンク４４の水素は、配管４４ａ等を介してアノード流路５２に供給可能である。なお、配管４４ａには、遮断弁（図示せず）が設けられており、ＦＣスタック４０の発電の際、当該遮断弁は、ＥＣＵ２４により開とされる。
【００２４】
レギュレータ４６は、導入される水素の圧力を所定値に調整して排出する。すなわち、レギュレータ４６は、配管４６ｂを介して入力されるカソード側の空気の圧力（パイロット圧）に応じて、下流側の圧力（アノード側の水素の圧力）を制御する。従って、アノード側の水素の圧力は、カソード側の空気の圧力に連動し、後記するように、酸素濃度を変化させるべくエアポンプ６０の回転数等を変化させると、アノード側の水素の圧力も変化する。
【００２５】
エゼクタ４８は、水素タンク４４からの水素をノズルで噴射することで負圧を発生させ、この負圧によって配管４８ｂのアノードオフガスを吸引する。
【００２６】
アノード流路５２の出口は、配管４８ｂを介して、エゼクタ４８の吸気口に接続されている。そして、アノード流路５２から排出されたアノードオフガスは、配管４８ｂを通って、エゼクタ４８に再度導入されることでアノードオフガス（水素）が循環する。
【００２７】
なお、アノードオフガスは、アノードにおける電極反応で消費されなかった水素及び水蒸気を含んでいる。また、配管４８ｂには、アノードオフガスに含まれる水分｛凝縮水（液体）、水蒸気（気体）｝を分離・回収する気液分離器（図示せず）が設けられている。
【００２８】
配管４８ｂの一部は、配管５０ａ、パージ弁５０及び配管５０ｂを介して、後記する配管６４ｂに設けられた希釈ボックス５４に接続されている。パージ弁５０は、ＦＣスタック４０の発電が安定していないと判定された場合、ＥＣＵ２４からの指令に基づき所定時間、開となる。希釈ボックス５４は、パージ弁５０からのアノードオフガス中の水素を、カソードオフガスで希釈する。
【００２９】
（１−３−４．カソード系）
カソード系は、エアポンプ６０、加湿器６２、背圧弁６４、循環弁６６、流量センサ６８、７０及び温度センサ７２を有する。
【００３０】
エアポンプ６０は、外気（空気）を圧縮してカソード側に送り込むものであり、その吸気口は、配管６０ａを介して車外（外部）と連通している。エアポンプ６０の吐出口は、配管６０ｂ、加湿器６２及び配管６２ａを介して、カソード流路７４の入口に接続されている。エアポンプ６０がＥＣＵ２４の指令に従って作動すると、エアポンプ６０は、配管６０ａを介して車外の空気を吸気して圧縮し、この圧縮された空気が配管６０ｂ等を通ってカソード流路７４に圧送される。
【００３１】
加湿器６２は、水分透過性を有する複数の中空糸膜６２ｅを備えている。そして、加湿器６２は、中空糸膜６２ｅを介して、カソード流路７４に向かう空気とカソード流路７４から排出された多湿のカソードオフガスとの間で水分交換させ、カソード流路７４に向かう空気を加湿する。
【００３２】
カソード流路７４の出口側には、配管６２ｂ、加湿器６２、配管６４ａ、背圧弁６４及び配管６４ｂが配置されている。カソード流路７４から排出されたカソードオフガス（酸化剤オフガス）は、配管６２ｂ等を通って、車外に排出される。
【００３３】
背圧弁６４は、例えば、バタフライ弁で構成され、その開度がＥＣＵ２４によって制御されることで、カソード流路７４における空気の圧力を制御する。より具体的には、背圧弁６４の開度が小さくなると、カソード流路７４における空気の圧力が上昇し、体積流量当たりにおける酸素濃度（体積濃度）が高くなる。逆に、背圧弁６４の開度が大きくなると、カソード流路７４における空気の圧力が下降し、体積流量当たりにおける酸素濃度（体積濃度）が低くなる。
【００３４】
配管６４ｂは、配管６６ａ、循環弁６６及び配管６６ｂを介して、エアポンプ６０の上流側の配管６０ａに接続されている。これにより、排気ガス（カソードオフガス）の一部が、循環ガスとして、配管６６ａ、循環弁６６及び配管６６ｂを通って、配管６０ａに供給され、車外からの新規空気に合流し、エアポンプ６０に吸気される。
【００３５】
循環弁６６は、例えば、バタフライ弁で構成され、その開度がＥＣＵ２４によって制御されることで循環ガスの流量を制御する。
【００３６】
流量センサ６８は、配管６０ｂに取り付けられ、カソード流路７４に向かう空気の流量［ｇ／ｓ］を検出してＥＣＵ２４に出力する。流量センサ７０は、配管６６ｂに取り付けられ、配管６０ａに向かう循環ガスの流量Ｑｃ［ｇ／ｓ］を検出してＥＣＵ２４に出力する。
【００３７】
温度センサ７２は、配管６４ａに取り付けられ、カソードオフガスの温度を検出してＥＣＵ２４に出力する。ここで、循環ガスの温度は、カソードオフガスの温度と略等しいため、温度センサ７２の検出するカソードオフガスの温度に基づいて、循環ガスの温度を検知することができる。
【００３８】
（１−３−５．冷却系）
冷却系は、ウォータポンプ８０及び図示しないラジエータ等を有する。ウォータポンプ８０は、ＦＣ４０内に冷却水（冷媒）を循環させることでＦＣ４０を冷却する。ＦＣ４０を冷却して温度が上昇した冷却水は、前記ラジエータで放熱される。
【００３９】
（１−３−６．セル電圧モニタ４２）
セル電圧モニタ４２は、ＦＣスタック４０を構成する複数の単セル毎のセル電圧Ｖｃｅｌｌを検出する機器であり、モニタ本体と、モニタ本体と各単セルとを接続するワイヤハーネスとを備える。モニタ本体は、所定周期で全ての単セルをスキャニングし、各単セルのセル電圧Ｖｃｅｌｌを検出し、平均セル電圧及び最低セル電圧を算出する。そして、平均セル電圧及び最低セル電圧をＥＣＵ２４に出力する。
【００４０】
（１−３−７．電力系）
図２に示すように、ＦＣ４０からの電力（以下「ＦＣ電力Ｐｆｃ」という。）は、インバータ１６及びモータ１４（力行時）とＤＣ／ＤＣコンバータ２２及び高電圧バッテリ２０（充電時）とに加え、前記エアポンプ６０、前記ウォータポンプ８０、前記エアコンディショナ９０、ダウンバータ９２、低電圧バッテリ９４、アクセサリ９６及びＥＣＵ２４に供給される。なお、図１に示すように、ＦＣユニット１８（ＦＣ４０）とインバータ１６及びＤＣ／ＤＣコンバータ２２との間には、逆流防止ダイオード９８が配置されている。また、ＦＣ４０の発電電圧（以下「ＦＣ電圧Ｖｆｃ」という。）は、電圧センサ１００（図４）により検出され、ＦＣ４０の発電電流（以下「ＦＣ電流Ｉｆｃ」という。）は、電流センサ１０２により検出され、いずれもＥＣＵ２４に出力される。
【００４１】
［１−４．高電圧バッテリ２０］
バッテリ２０は、複数のバッテリセルを含む蓄電装置（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、ニッケル水素二次電池又はキャパシタ等を利用することができる。本実施形態ではリチウムイオン２次電池を利用している。バッテリ２０の出力電圧（以下「バッテリ電圧Ｖｂａｔ」という。）［Ｖ］は、電圧センサ１０４（図２）により検出され、バッテリ２０の出力電流（以下「バッテリ電流Ｉｂａｔ」という。）［Ａ］は、電流センサ１０６により検出され、それぞれＥＣＵ２４に出力される。ＥＣＵ２４は、バッテリ電圧Ｖｂａｔとバッテリ電流Ｉｂａｔとに基づいて、バッテリ２０の残容量（以下「ＳＯＣ」という。）［％］を算出する。
【００４２】
［１−５．ＤＣ／ＤＣコンバータ２２］
ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、ＦＣユニット１８からのＦＣ電力Ｐｆｃと、バッテリ２０から供給された電力（以下「バッテリ電力Ｐｂａｔ」という。）［Ｗ］と、モータ１４からの回生電力Ｐｒｅｇとの供給先を制御する。
【００４３】
図４には、本実施形態におけるＤＣ／ＤＣコンバータ２２の詳細が示されている。図４に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、一方がバッテリ２０のある１次側１Ｓに接続され、他方が負荷３０とＦＣ４０との接続点である２次側２Ｓに接続されている。
【００４４】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は、１次側１Ｓの電圧（１次電圧Ｖ１）［Ｖ］を２次側２Ｓの電圧（２次電圧Ｖ２）［Ｖ］（Ｖ１≦Ｖ２）に昇圧すると共に、２次電圧Ｖ２を１次電圧Ｖ１に降圧する昇降圧型且つチョッパ型の電圧変換装置である。
【００４５】
図４に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２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１１０とから構成される。
【００４６】
相アームＵＡは、上アーム素子（上アームスイッチング素子１１２と逆並列ダイオード１１４）と下アーム素子（下アームスイッチング素子１１６と逆並列ダイオード１１８）とで構成される。上アームスイッチング素子１１２と下アームスイッチング素子１１６には、それぞれ例えば、ＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴ等が採用される。
【００４７】
リアクトル１１０は、相アームＵＡの中点（共通接続点）とバッテリ２０の正極との間に挿入され、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２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、エネルギを蓄積及び放出する作用を有する。
【００４８】
上アームスイッチング素子１１２は、ＥＣＵ２４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１１６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。
【００４９】
なお、ＥＣＵ２４は、１次側の平滑コンデンサ１２２に並列に設けられた電圧センサ１２０により１次電圧Ｖ１を検出し、電流センサ１２４により１次側の電流（１次電流Ｉ１）［Ａ］を検出する。また、ＥＣＵ２４は、２次側の平滑コンデンサ１２８に並列に設けられた電圧センサ１２６により２次電圧Ｖ２を検出し、電流センサ１３０により２次側の電流（２次電流Ｉ２）［Ａ］を検出する。
【００５０】
［１−６．ＥＣＵ２４］
ＥＣＵ２４は、通信線１４０（図１等）を介して、モータ１４、インバータ１６、ＦＣユニット１８、バッテリ２０及びＤＣ／ＤＣコンバータ２２を制御する。当該制御に際しては、メモリ（ＲＯＭ）に格納されたプログラムを実行し、また、セル電圧モニタ４２、流量センサ６８、７０、温度センサ７２、電圧センサ１００、１０４、１２０、１２６、電流センサ１０２、１０６、１２４、１３０等の各種センサの検出値を用いる。
【００５１】
ここでの各種センサには、上記センサに加え、開度センサ１５０、モータ回転数センサ１５２及び外気温センサ１５４（図１）が含まれる。開度センサ１５０は、アクセルペダル１５６の開度θｐ［度］を検出する。回転数センサ１５２は、モータ１４の回転数Ｎｍ［ｒｐｍ］を検出する。ＥＣＵ２４は、回転数Ｎｍを用いてＦＣ車両１０の車速Ｖ［ｋｍ／ｈ］を検出する。外気温センサ１５４は、車両１０の外気温（以下「外気温Ｔｅｘ」という。）を検出する。さらに、ＥＣＵ２４には、メインスイッチ１５８（以下「メインＳＷ１５８」という。）が接続される。メインＳＷ１５８は、ＦＣユニット１８及びバッテリ２０からモータ１４への電力供給の可否を切り替えるものであり、ユーザにより操作可能である。
【００５２】
ＥＣＵ２４は、マイクロコンピュータを含み、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。なお、ＥＣＵ２４は、１つのＥＣＵのみからなるのではなく、モータ１４、ＦＣユニット１８、バッテリ２０及びＤＣ／ＤＣコンバータ２２毎の複数のＥＣＵから構成することもできる。
【００５３】
ＥＣＵ２４は、ＦＣスタック４０の状態、バッテリ２０の状態及びモータ１４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全体としてＦＣシステム１２に要求される負荷から、ＦＣスタック４０が負担すべき負荷と、バッテリ２０が負担すべき負荷と、回生電源（モータ１４）が負担すべき負荷の配分（分担）を調停しながら決定し、モータ１４、インバータ１６、ＦＣユニット１８、バッテリ２０及びＤＣ／ＤＣコンバータ２２に指令を送出する。
【００５４】
２．本実施形態の制御
次に、ＥＣＵ２４における制御について説明する。
【００５５】
［２−１．基本制御］
図５には、ＥＣＵ２４における基本的な制御のフローチャートが示されている。ステップＳ１において、ＥＣＵ２４は、メインＳＷ１５８がオンであるかどうかを判定する。メインＳＷ１５８がオンでない場合（Ｓ１：ＮＯ）、ステップＳ１を繰り返す。メインＳＷ１５８がオンである場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、ステップＳ２に進む。ステップＳ２において、ＥＣＵ２４は、ＦＣシステム１２に要求される負荷（システム負荷Ｐｓｙｓ）［Ｗ］を計算する。
【００５６】
ステップＳ３において、ＥＣＵ２４は、ＦＣシステム１２のエネルギマネジメントを行う。ここにいうエネルギマネジメントは、主として、ＦＣ４０の発電量（ＦＣ電力Ｐｆｃ）及びバッテリ２０の出力（バッテリ出力Ｐｂａｔ）を算出する処理であり、ＦＣスタック４０の劣化を抑制しつつ、ＦＣシステム１２全体の出力を効率化することを企図している。
【００５７】
ステップＳ４において、ＥＣＵ２４は、ＦＣスタック４０の周辺機器、すなわち、エアポンプ６０、背圧弁６４、循環弁６６及びウォータポンプ８０の制御（ＦＣ発電制御）を行う。ステップＳ５において、ＥＣＵ２４は、モータ１４のトルク制御を行う。
【００５８】
ステップＳ６において、ＥＣＵ２４は、メインＳＷ１５８がオフであるかどうかを判定する。メインＳＷ１５８がオフでない場合（Ｓ６：ＮＯ）、ステップＳ２に戻る。メインＳＷ１５８がオフである場合（Ｓ６：ＹＥＳ）、今回の処理を終了する。
【００５９】
［２−２．システム負荷Ｐｓｙｓの計算］
図６には、システム負荷Ｐｓｙｓを計算するフローチャートが示されている。ステップＳ１１において、ＥＣＵ２４は、開度センサ１５０からアクセルペダル１５６の開度θｐを読み込む。ステップＳ１２において、ＥＣＵ２４は、回転数センサ１５２からモータ１４の回転数Ｎｍ［ｒｐｍ］を読み込む。
【００６０】
ステップＳ１３において、ＥＣＵ２４は、開度θｐと回転数Ｎｍに基づいてモータ１４の予想消費電力Ｐｍ［Ｗ］を算出する。具体的には、図７に示すマップにおいて、開度θｐ毎に回転数Ｎｍと予想消費電力Ｐｍの関係を記憶しておく。例えば、開度θｐがθｐ１であるとき、特性１６０を用いる。同様に、開度θｐがθｐ２、θｐ３、θｐ４、θｐ５、θｐ６であるとき、それぞれ特性１６２、１６４、１６６、１６８、１７０を用いる。そして、開度θｐに基づいて回転数Ｎｍと予想消費電力Ｐｍとの関係を示す特性を特定した上で、回転数Ｎｍに応じた予想消費電力Ｐｍを特定する。
【００６１】
ステップＳ１４において、ＥＣＵ２４は、各補機から現在の動作状況を読み込む。ここでの補機には、例えば、エアポンプ６０、ウォータポンプ８０及びエアコンディショナ９０を含む高電圧系の補機や、低電圧バッテリ９４、アクセサリ９６及びＥＣＵ２４を含む低電圧系の補機が含まれる。例えば、エアポンプ６０及びウォータポンプ８０であれば、回転数Ｎａｐ、Ｎｗｐ［ｒｐｍ］を読み込む。エアコンディショナ９０であれば、その出力設定を読み込む。
【００６２】
ステップＳ１５において、ＥＣＵ２４は、各補機の現在の動作状況に応じて補機の消費電力Ｐａ［Ｗ］を算出する。ステップＳ１６において、ＥＣＵ２４は、モータ１４の予想消費電力Ｐｍと補機の消費電力Ｐａの和をＦＣ車両１０全体での予想消費電力（すなわち、システム負荷Ｐｓｙｓ）として算出する。
【００６３】
［２−３．エネルギマネジメント］
上記のように、本実施形態におけるエネルギマネジメントでは、ＦＣスタック４０の劣化を抑制しつつ、ＦＣシステム１２全体の出力を効率化することを企図している。
【００６４】
（２−３−１．前提事項）
図８は、ＦＣスタック４０を構成するＦＣセルの電位（セル電圧Ｖｃｅｌｌ）［Ｖ］とセルの劣化量Ｄとの関係の一例を示している。すなわち、図８中の曲線１８０は、セル電圧Ｖｃｅｌｌと劣化量Ｄとの関係を示す。
【００６５】
図８において、電位ｖ１（例えば、０．５Ｖ）を下回る領域（以下「白金凝集増加領域Ｒ１」又は「凝集増加領域Ｒ１」という。）では、ＦＣセルに含まれる白金（酸化白金）について還元反応が激しく進行し、白金が過度に凝集する。電位ｖ１から電位ｖ２（例えば、０．８Ｖ）までは、還元反応が安定的に進行する領域（以下「白金還元領域Ｒ２」又は「還元領域Ｒ２」という。）である。
【００６６】
電位ｖ２から電位ｖ３（例えば、０．９Ｖ）までは、白金について酸化還元反応が進行する領域（以下「白金酸化還元進行領域Ｒ３」又は「酸化還元領域Ｒ３」という。）である。電位ｖ３から電位ｖ４（例えば、０．９５Ｖ）までは、白金について酸化反応が安定的に進行する領域（以下「白金酸化安定領域Ｒ４」又は「酸化領域Ｒ４」という。）である。電位ｖ４からＯＣＶ（開回路電圧）までは、セルに含まれるカーボンの酸化が進行する領域（以下「カーボン酸化領域Ｒ５」という。）である。
【００６７】
上記のように、図８では、セル電圧Ｖｃｅｌｌが白金還元領域Ｒ２又は白金酸化安定領域Ｒ４にあれば、ＦＣセルの劣化の進行度合が小さい。一方、セル電圧Ｖｃｅｌｌが白金凝集増加領域Ｒ１、白金酸化還元進行領域Ｒ３、又はカーボン酸化領域Ｒ５にあれば、ＦＣセルの劣化の進行度合が大きい。
【００６８】
なお、図８では、曲線１８０を一義的に定まるような表記としているが、実際は、単位時間当たりにおけるセル電圧Ｖｃｅｌｌの変動量（変動速度Ａｃｅｌｌ）［Ｖ／ｓｅｃ］に応じて曲線１８０は変化する。
【００６９】
図９は、変動速度Ａｃｅｌｌが異なる場合の酸化の進行と還元の進行の様子の例を示すサイクリックボルタンメトリ図である。図９において、曲線１９０は、変動速度Ａｃｅｌｌが高い場合を示し、曲線１９２は、変動速度Ａｃｅｌｌが低い場合を示す。図９からわかるように、変動速度Ａｃｅｌｌに応じて酸化又は還元の進行度合が異なるため、必ずしも各電位ｖ１〜ｖ４は一義的に特定されない。また、ＦＣセルの個体差によっても各電位ｖ１〜ｖ４は変化し得る。このため、電位ｖ１〜ｖ４は、理論値、シミュレーション値又は実測値に誤差分を反映させたものとして設定することが好ましい。
【００７０】
また、ＦＣセルの電流−電圧（ＩＶ）特性は、一般的な燃料電池セルと同様、セル電圧Ｖｃｅｌｌが下がるほど、セル電流Ｉｃｅｌｌ［Ａ］が増加する（図１０参照）。加えて、ＦＣスタック４０の発電電圧（ＦＣ電圧Ｖｆｃ）は、セル電圧ＶｃｅｌｌにＦＣスタック４０内の直列接続数Ｎｆｃを乗算したものである。直列接続数Ｎｆｃは、ＦＣスタック４０内で直列に接続されるＦＣセルの数であり、以下、単に「セル数」ともいう。
【００７１】
以上を踏まえ、本実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２が、電圧変換動作を行っている際、ＦＣスタック４０の目標電圧（目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔ）［Ｖ］を、主として、白金還元領域Ｒ２内に設定しつつ、必要に応じて白金酸化安定領域Ｒ４内に設定する（具体例は、図１０等を用いて説明する。）。このような目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔの切替えを行うことにより、ＦＣ電圧Ｖｆｃが、領域Ｒ１、Ｒ３、Ｒ５（特に、白金酸化還元進行領域Ｒ３）内にある時間を極力短縮し、ＦＣスタック４０の劣化を防止することができる。
【００７２】
なお、上記の処理では、ＦＣスタック４０の供給電力（ＦＣ電力Ｐｆｃ）と、システム負荷Ｐｓｙｓが等しくならない場合が存在する。この点、ＦＣ電力Ｐｆｃがシステム負荷Ｐｓｙｓを下回っている場合、その不足分は、バッテリ２０から供給する。また、ＦＣ電力Ｐｆｃがシステム負荷Ｐｓｙｓを上回っている場合、その余剰分は、バッテリ２０に充電する。
【００７３】
なお、図８では、電位ｖ１〜ｖ４を具体的な数値として特定したが、これは、後述する制御を行うためであり、当該数値は、あくまで制御の便宜を考慮して決定するものである。換言すると、曲線１８０からもわかるように、劣化量Ｄは連続的に変化するため、制御の仕様に応じて、電位ｖ１〜ｖ４は、適宜設定することができる。
【００７４】
但し、白金還元領域Ｒ２は、曲線１８０の極小値（第１極小値Ｖｌｍｉ１）を含む。白金酸化還元進行領域Ｒ３では、曲線１８０の極大値（極大値Ｖｌｍｘ）を含む。白金酸化安定領域Ｒ４は、曲線１８０の別の極小値（第２極小値Ｖｌｍｉ２）を含む。
【００７５】
（２−３−２．エネルギマネジメントで用いる電力供給制御及び電力供給モード）
図１０は、本実施形態における複数の電力供給制御及び電力供給モードの説明図である。本実施形態では、エネルギマネジメントで用いる電力供給の制御方法（電力供給制御）として、３つの制御方法（電力供給制御）を用いる。すなわち、本実施形態では、通常発電制御と、アイドル停止制御と、アイドル発電制御とを切り替えて用いる。
【００７６】
通常発電制御は、ＦＣ４０の通常発電時に用いる電力供給制御である。通常発電制御では、エネルギマネジメントで用いる電力供給モード（動作モード）として、通常第１モードと通常第２モードとを切り替えて用いる。通常第１モードは、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔ及びＦＣ電流Ｉｆｃがいずれも可変である電圧可変・電流可変制御であり、通常第２モードは、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔが一定でありＦＣ電流Ｉｆｃが可変である電圧固定・電流可変制御である。
【００７７】
通常第１モード（電圧可変・電流可変制御）は、主として、システム負荷Ｐｓｙｓが相対的に高いときに用いられるものであり、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを固定（或いは、酸素を豊潤な状態に維持）した状態で、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを調整することによりＦＣ電流Ｉｆｃを制御する。これにより、基本的に、ＦＣ電力Ｐｆｃによりシステム負荷Ｐｓｙｓをまかなうことが可能となる。
【００７８】
通常第２モード（電圧固定・電流可変制御）は、主として、システム負荷Ｐｓｙｓが相対的に低負荷のときに用いられるものであり、目標セル電圧Ｖｃｅｌｌｔｇｔ（＝目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔ／セル数）を、酸化還元領域Ｒ３よりも低い電位以下で設定された基準電位｛本実施形態では、電位ｖ２（＝０．８Ｖ）｝に固定すると共に、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを可変とすることにより、ＦＣ電流Ｉｆｃを可変とする。これにより、基本的に、ＦＣ電力Ｐｆｃによりシステム負荷Ｐｓｙｓをまかなうことが可能となる（詳細は後述する。）。ＦＣ電力Ｐｆｃの不足分は、バッテリ２０からアシストする。
【００７９】
アイドル停止制御は、メインＳＷ１５８（図１）がオンの状態においてＦＣ４０による積極的な発電を停止する（換言すると、ＦＣ４０の発電を抑制する）制御である。ここにいう積極的な発電（又は発電の抑制）とは、ＥＣＵ２４からの指令に基づき行うＦＣ４０の発電を指し、残留ガスによる発電を含まない。このため、反応ガス供給手段としてのＦＣユニット１８（エアポンプ６０、パージ弁５０及び背圧弁６４を含む。）の作動量はゼロとなる。
【００８０】
アイドル発電制御は、メインＳＷ１５８（図１）がオンの状態においてＦＣ４０に最低限の発電を行わせる制御である。ここにいう最低限の発電とは、例えば、ＦＣ４０に含まれる水分が凍結することを避けることを主目的としてＦＣ４０が行う発電を意味する。或いは、最低限の発電は、それ以上の低出力（高電圧）ではＦＣ４０の劣化が過度に進行してしまうため（図８参照）、一時的なＦＣ電圧Ｖｆｃの値を所定値（例えば、図８の電位ｖ１〜ｖ２の間のいずれかの値×セル数、又は電位ｖ３〜ｖ４の間のいずれかの値×セル数）に固定する発電を意味してもよい。本実施形態では、ＦＣ電圧Ｖｆｃの値を電位ｖ３×セル数に固定し且つエアポンプ回転数Ｎａｐを一定にしつつ、循環弁６６の開度を調整することにより最低限の発電を行う。
【００８１】
（２−３−３．エネルギマネジメントの全体フロー）
図１１には、ＥＣＵ２４が、ＦＣ車両１０のエネルギマネジメント（図５のＳ３）を行うフローチャートが示されている。ステップＳ２１において、ＥＣＵ２４は、車両１０が低負荷状態（アイドル状態）であるか否かを判定する。具体的には、ＥＣＵ２４は、ステップＳ２で計算したシステム負荷Ｐｓｙｓが、低負荷を判定するための閾値ＴＨＰｓｙｓ以下であるか否かを判定する。ここにいう低負荷とは、例えば、エアポンプ６０の出力を考慮した際、それ以下のＦＣ出力ＰｆｃではＦＣ４０の発電効率が悪く、むしろバッテリ２０からの出力により発電した方が効率が良いような場合を意味する。或いは、低負荷は、モータ１４の要求電力がゼロである場合を意味してもよい。
【００８２】
システム負荷Ｐｓｙｓが閾値ＴＨＰｓｙｓ以下である場合、車両１０が低負荷状態であり、システム負荷Ｐｓｙｓが閾値ＴＨＰｓｙｓ以下でない場合、車両１０は低負荷状態ではない。なお、低負荷状態の判定は、その他の方法によって行ってもよい。例えば、車速Ｖが、低負荷を判定するための閾値ＴＨＶ以下であるか否かにより低負荷状態を判定することもできる。或いは、車両１０の加速度（車速Ｖの変化量）が、低負荷を判定するための閾値以下であるか否かにより低負荷状態を判定してもよい。
【００８３】
車両１０が低負荷状態でない場合（Ｓ２１：ＮＯ）、ステップＳ２２において、ＥＣＵ２４は、通常発電制御を行う（詳細は後述する）。車両１０が低負荷状態である場合（Ｓ２１：ＹＥＳ）、ステップＳ２３に進む。
【００８４】
ステップＳ２３において、ＥＣＵ２４は、ＦＣユニット１８をアイドル停止すべきか否かを判定する。アイドル停止は、メインＳＷ１５８（図１）がオンの状態においてＦＣ４０による積極的な発電が停止すること（換言すると、ＦＣ４０の発電を抑制すること）を意味する。また、本実施形態において、アイドル停止すべきか否かは、外気温センサ１５４からの外気温Ｔｅｘが閾値ＴＨＴｅｘ以下であるか否かにより行う。閾値ＴＨＴｅｘは、例えば、ＦＣ４０に含まれる水分が凍結する温度（０℃）又はその近傍値である。従って、外気温Ｔｅｘが閾値ＴＨＴｅｘ以下でない場合、アイドル停止を行い、外気温Ｔｅｘが閾値ＴＨＴｅｘ以下である場合、アイドル停止を行わない。
【００８５】
ステップＳ２３においてアイドル停止を行うと判定した場合（Ｓ２３：ＹＥＳ）、ステップＳ２４において、ＥＣＵ２４は、アイドル停止（アイドル停止制御）を実行する。アイドル停止を行わないと判定した場合（Ｓ２３：ＮＯ）、ステップＳ２５において、ＥＣＵ２４は、アイドル発電制御を実行する（詳細は後述する）。
【００８６】
（２−３−４．通常第１モード）
上記のように、通常第１モードは、主として、システム負荷Ｐｓｙｓが相対的に高いときに用いられるものであり、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを固定（或いは、酸素を豊潤な状態に維持）した状態で、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを調整することによりＦＣ電流Ｉｆｃを制御する。
【００８７】
すなわち、図１０に示すように、通常第１モードでは、ＦＣ４０の電流−電圧特性（ＩＶ特性）が通常のもの（図１０中、実線で表されるもの）を用いる。通常の燃料電池と同様、ＦＣ４０のＩＶ特性は、セル電圧Ｖｃｅｌｌ（ＦＣ電圧Ｖｆｃ）が低くなるほど、セル電流Ｉｃｅｌｌ（ＦＣ電流Ｉｆｃ）が大きくなる。このため、通常第１モードでは、システム負荷Ｐｓｙｓに応じて目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔを算出し、さらに目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔに対応する目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを算出する。そして、ＦＣ電圧Ｖｆｃが目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔとなるように、ＥＣＵ２４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２を制御する。すなわち、２次電圧Ｖ２が目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔとなるように１次電圧Ｖ１をＤＣ／ＤＣコンバータ２２により昇圧することで、ＦＣ電圧Ｖｆｃを制御してＦＣ電流Ｉｆｃを制御する。
【００８８】
なお、酸素が豊潤な状態にあるとは、例えば、図１２に示すように、カソードストイキ比を上昇させても、セル電流Ｉｃｅｌｌが略一定となり、実質的に飽和した状態となる通常ストイキ比以上の領域における酸素を意味する。水素が豊潤であるという場合も、同様である。なお、カソードストイキ比とは、カソード流路７４に供給するエアの流量／ＦＣ４０の発電により消費されたエアの流量であり、カソード流路７４における酸素濃度に近似する。また、カソードストイキ比の調整は、例えば、酸素濃度の制御により行う。
【００８９】
以上のような通常第１モードによれば、システム負荷Ｐｓｙｓが高負荷であっても、基本的にシステム負荷Ｐｓｙｓの全てをＦＣ電力Ｐｆｃによりまかなうことが可能となる。
【００９０】
（２−３−５．通常第２モード）
上記のように、通常第２モードは、主として、システム負荷Ｐｓｙｓが低負荷のときに用いられるものであり、目標セル電圧Ｖｃｅｌｌｔｇｔ（＝目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔ／セル数）を、酸化還元領域Ｒ３よりも低い電位以下で設定された基準電位｛本実施形態では、電位ｖ２（＝０．８Ｖ）｝に固定すると共に、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを可変とすることにより、ＦＣ電流Ｉｆｃを可変とする。
【００９１】
すなわち、図１０に示すように、通常第２モードでは、セル電圧Ｖｃｅｌｌを一定に保った状態で目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを下げていくことで酸素濃度Ｃｏを下げる。図１２に示すように、カソードストイキ比（酸素濃度Ｃｏ）が低下するとセル電流Ｉｃｅｌｌ（ＦＣ電流Ｉｆｃ）も低下する。このため、セル電圧Ｖｃｅｌｌを一定に保った状態で目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを増減させることで、セル電流Ｉｃｅｌｌ（ＦＣ電流Ｉｆｃ）及びＦＣ電力Ｐｆｃを制御することが可能となる。なお、ＦＣ電力Ｐｆｃの不足分は、バッテリ２０からアシストする。
【００９２】
図１３には、通常第２モードのフローチャートが示されている。ステップＳ３１において、ＥＣＵ２４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の昇圧率を調整することにより、酸化還元領域Ｒ３よりも低い電位以下で設定された基準電位｛本実施形態では、電位ｖ２（＝０．８Ｖ）｝に目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを固定する。ステップＳ３２において、ＥＣＵ２４は、システム負荷Ｐｓｙｓに対応する目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔを算出する。
【００９３】
ステップＳ３３において、ＥＣＵ２４は、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔが基準電位であることを前提として、目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔに対応する目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを算出する（図１０及び図１４参照）。なお、図１４は、ＦＣ電圧Ｖｆｃが基準電位であるときの目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔと目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔとの関係を示す。
【００９４】
ステップＳ３４において、ＥＣＵ２４は、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔに応じて各部への指令値を算出及び送信する。ここで算出される指令値には、エアポンプ６０の回転数（以下「エアポンプ回転数Ｎａｐ」又は「回転数Ｎａｐ」という。）、ウォータポンプ８０の回転数（以下「ウォータポンプ回転数Ｎｗｐ」又は「回転数Ｎｗｐ」という。）、背圧弁６４の開度（以下「背圧弁開度θｂｐ」又は「開度θｂｐ」という。）及び循環弁６６の開度（以下「循環弁開度θｃ」又は「開度θｃ」という。）が含まれる。
【００９５】
すなわち、図１５及び図１６に示すように、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔに応じて目標エアポンプ回転数Ｎａｐｔｇｔ、目標ウォータポンプ回転数Ｎｗｐｔｇｔ及び目標背圧弁開度θｂｐｔｇｔが設定される。また、循環弁６６の目標開度θｃｔｇｔは、初期値（例えば、循環ガスがゼロとなる開度）に設定される。
【００９６】
ステップＳ３５において、ＥＣＵ２４は、ＦＣ４０による発電が安定しているか否かを判定する。当該判定として、ＥＣＵ２４は、セル電圧モニタ４２から入力される最低セル電圧が、平均セル電圧から所定電圧を減算した電圧よりも低い場合｛最低セル電圧＜（平均セル電圧−所定電圧）｝、ＦＣ４０の発電が不安定であると判定する。なお、前記所定電圧は、例えば、実験値、シミュレーション値等を用いることができる。
【００９７】
発電が安定している場合（Ｓ３５：ＹＥＳ）、今回の処理を終える。発電が安定していない場合（Ｓ３５：ＮＯ）、ステップＳ３６において、ＥＣＵ２４は、流量センサ７０を介して循環ガスの流量Ｑｃ［ｇ／ｓ］を監視しながら、循環弁６６の開度θｃを大きくし、流量Ｑｃを一段階増加する（図１７参照）。なお、図１７では、循環弁６６を全開とした場合、流量Ｑｃが４段階目の増加となり、最大流量となる場合を例示している。
【００９８】
但し、循環弁６６の開度θｃが増加すると、エアポンプ６０に吸気される吸気ガスにおいて、循環ガスの割合が増加する。すなわち、吸気ガスについて、新規空気（車外から吸気される空気）と、循環ガスとの割合において、循環ガスの割合が増加するように変化する。従って、全単セルへの酸素の分配能力が向上する。ここで、循環ガス（カソードオフガス）の酸素濃度は、新規空気の酸素濃度に対して低い。このため、循環弁６６の開度θｃの制御前後において、エアポンプ６０の回転数Ｎａｐ及び背圧弁６４の開度θｂｐが同一である場合、カソード流路７４を通流するガスの酸素濃度が低下することになる。
【００９９】
そこで、ステップＳ３６では、ステップＳ３３で算出した目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔが維持されるように、循環ガスの流量Ｑｃの増加に連動して、エアポンプ６０の回転数Ｎａｐの増加及び背圧弁６４の開度θｂｐの減少の少なくとも一方を実行することが好ましい。
【０１００】
例えば、循環ガスの流量Ｑｃを増加した場合、エアポンプ６０の回転数Ｎａｐを増加させ、新規空気の流量を増加することが好ましい。そして、このようにすれば、カソード流路７４に向かうガス（新規空気と循環ガスとの混合ガス）全体の流量が増加するので、全単セルへの酸素の分配能力がさらに向上し、ＦＣ４０の発電性能が回復し易くなる。
【０１０１】
このようにして、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを維持しつつ、循環ガスを新規空気に合流させるので、カソード流路７４を通流するガスの体積流量［Ｌ／ｓ］が増加する。これにより、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔが維持されつつ体積流量の増加したガスが、ＦＣ４０内で複雑に形成されたカソード流路７４全体に行き渡り易くなる。従って、各単セルに前記ガスが同様に供給され易くなり、ＦＣ４０の発電の不安定が解消され易くなる。また、ＭＥＡ（膜電極接合体）の表面やカソード流路７４を囲む壁面に付着する水滴（凝縮水等）も除去され易くなる。
【０１０２】
ステップＳ３７において、ＥＣＵ２４は、流量センサ７０を介して検出される循環ガスの流量Ｑｃが上限値以上であるか否か判定する。判定基準となる上限値は、循環弁６６の開度θｃが全開となる値に設定される。
【０１０３】
この場合において、循環弁開度θｃが同一であっても、エアポンプ６０の回転数Ｎａｐが増加すると、流量センサ７０で検出される循環ガスの流量Ｑｃが増加するので、前記上限値は、エアポンプ回転数Ｎａｐに関連付けて、つまり、エアポンプ６０の回転数Ｎａｐが大きくなると、前記上限値が大きくなるように設定されることが好ましい。
【０１０４】
循環ガスの流量Ｑｃが上限値以上でないと判定した場合（Ｓ３７：ＮＯ）、ステップＳ３５に戻る。循環ガスの流量Ｑｃが上限値以上であると判定した場合（Ｓ３７：ＹＥＳ）、ステップＳ３８に進む。
【０１０５】
ここで、ステップＳ３６、Ｓ３７では、流量センサ７０が直接検出する循環ガスの流量Ｑｃに基づいて処理を実行したが、循環弁開度θｃに基づいて処理を実行してもよい。すなわち、ステップＳ３６において、循環弁開度θｃを開方向に一段階（例えば３０°）にて増加する構成とし、ステップＳ３７において、循環弁６６が全開である場合（Ｓ３７：ＹＥＳ）、ステップＳ３８に進む構成としてもよい。
【０１０６】
また、この場合において、循環弁６６の開度θｃと、循環ガスの温度と、図１８のマップとに基づいて、循環ガスの流量Ｑｃ［ｇ／ｓ］を算出することもできる。図１８に示すように、循環ガスの温度が高くなるにつれて、その密度が小さくなるので、流量Ｑｃ［ｇ／ｓ］が小さくなる関係となっている。
【０１０７】
ステップＳ３８において、ＥＣＵ２４は、ステップＳ３５と同様に、発電が安定しているか否かを判定する。発電が安定している場合（Ｓ３８：ＹＥＳ）、今回の処理を終える。発電が安定していない場合（Ｓ３８：ＮＯ）、ステップＳ３９において、ＥＣＵ２４は、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを１段増加させる（通常の濃度に近づける）。具体的には、エアポンプ６０の回転数Ｎａｐの増加及び背圧弁６４の開度θｂｐの減少の少なくとも一方を１段階行う。
【０１０８】
ステップＳ４０において、ＥＣＵ２４は、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔが通常のＩＶ特性における目標酸素濃度（通常酸素濃度Ｃｏｎｍｌ）以下であるか否かを判定する。目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔが通常酸素濃度Ｃｏｎｍｌ以下である場合（Ｓ４０：ＹＥＳ）、ステップＳ３８に戻る。目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔが通常酸素濃度Ｃｏｎｍｌ以下でない場合（Ｓ４０：ＮＯ）、ステップＳ４１において、ＥＣＵ２４は、ＦＣユニット１８を停止する。すなわち、ＥＣＵ２４は、ＦＣ４０への水素及び空気の供給を停止し、ＦＣ４０の発電を停止する。そして、ＥＣＵ２４は、図示しない警告ランプを点灯させ、運転者にＦＣ４０が異常であることを通知する。なお、ＥＣＵ２４は、バッテリ２０からモータ１４に電力を供給し、ＦＣ車両１０の走行は継続させる。
【０１０９】
以上のような通常第２モードによれば、システム負荷Ｐｓｙｓが低負荷である場合に、セル電圧Ｖｃｅｌｌを一定にした状態で、酸素濃度Ｃｏ（エアストイキ比）を調整することにより、基本的にシステム負荷Ｐｓｙｓの全てをＦＣ電力Ｐｆｃによりまかなうことが可能となる。
【０１１０】
（２−３−６．アイドル停止モード）
アイドル停止制御で用いるアイドル停止モードは、メインＳＷ１５８（図１）がオンの状態においてＦＣ４０による積極的な発電を停止する（換言すると、ＦＣ４０の発電を抑制する）動作モードである。アイドル停止モードでは、反応ガス供給手段としてのＦＣユニット１８（エアポンプ６０、パージ弁５０及び背圧弁６４を含む。）の作動量をゼロとする。
【０１１１】
（２−３−７．アイドル発電モード）
アイドル発電制御で用いるアイドル発電モードは、メインＳＷ１５８（図１）がオンの状態においてＦＣ４０に最低限の発電を行わせる動作モードである。
【０１１２】
図１９は、アイドル発電制御のフローチャートである。ステップＳ５１において、ＥＣＵ２４は、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを一定にする。上記のように、ここでの目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔは、例えば、ＦＣ４０に含まれる水分が凍結することを避けるため、ＦＣ４０が十分に発熱することができる値に設定される。或いは、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔは、ＦＣ４０の劣化を抑制する値に設定される。具体的には、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔは、電位ｖ３（＝０．９ｖ）×セル数に設定される。或いは、電位ｖ２（＝０．８ｖ）×セル数に設定してもよい。或いは、電位ｖ１〜ｖ２の間又は電位ｖ３〜ｖ４の間のいずれかの値×セル数であってもよい。
【０１１３】
図２０は、セル電圧ＶｃｅｌｌとＦＣ４０の放熱量Ｈｆｃ［ｋＷ］との関係を示す図である。図２０に示すように、ＦＣ４０の放熱量Ｈｆｃは、セル電圧Ｖｃｅｌｌに依存し、セル電流Ｉｃｅｌｌには依存しない。従って、アイドル発電制御において、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを一定にすると、放熱量Ｈｆｃも一定に維持することが可能となる。これにより、ＦＣ４０に含まれる水分の凍結を避けることができる。或いは、上記のように、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔの値を、ＦＣ４０の劣化抑制の観点から設定することも可能である（図８）。
【０１１４】
ステップＳ５２において、ＥＣＵ２４は、目標エアポンプ回転数Ｎａｐｔｇｔを一定にする。これにより、エアポンプ回転数Ｎａｐは一定となり、エアポンプ６０の出力音も一定となる。
【０１１５】
ステップＳ５３において、ＥＣＵ２４は、バッテリ２０のＳＯＣに応じて循環弁６６の目標開度（目標循環弁開度θｃｔｇｔ）を設定する。図２１には、バッテリ２０のＳＯＣと、ＥＧＲ比Ｒｅｇｒ［％］及び目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔとの関係が示されている。ＥＧＲ比Ｒｅｇｒは、配管６０ａに向かう循環ガスの流量Ｑｃ／カソード流路７４に向かう空気の流量で定義され、カソードストイキ比の逆数（１／カソードストイキ比）に近似する。
【０１１６】
図２１に示すように、ＳＯＣが高くなると、ＥＧＲ比Ｒｅｇｒは高くなる一方、目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔは低くなる。これにより、ＳＯＣを所定範囲内（例えば、下限ＳＯＣから上限ＳＯＣの範囲内）又は目標値（例えば、上限ＳＯＣ又はその近傍値）にすることが可能となる。なお、図２１の上限ＳＯＣは、バッテリ２０のＳＯＣの制御で用いる上限値であり、図２１の下限ＳＯＣは、バッテリ２０のＳＯＣの制御で用いる下限値である。
【０１１７】
ＳＯＣとＥＧＲ比Ｒｅｇｒ及び目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔとが図２１のような関係となるようにするため、本実施形態では、ＳＯＣと目標循環弁開度θｃｔｇｔとの関係を規定したマップ（図２２）を予め記憶しておく。なお、図２２では、アイドル発電制御における目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを０．８Ｖ（図８の電位ｖ２）に固定した場合と、０．９Ｖ（図８の電位ｖ３）に固定した場合の両方が示されている。
【０１１８】
以上のような方法により、アイドル発電制御では、ＦＣ電圧Ｖｆｃ及びエアポンプ回転数Ｎａｐを一定にしつつ、ＦＣ電流Ｉｆｃを可変とする。
【０１１９】
［２−４．ＦＣ発電制御］
上記のように、ＦＣ発電制御（図５のＳ４）として、ＥＣＵ２４は、ＦＣスタック４０の周辺機器、すなわち、エアポンプ６０、背圧弁６４、循環弁６６及びウォータポンプ８０を制御する。具体的には、ＥＣＵ２４は、エネルギマネジメント（図５のＳ３）で算出したこれらの機器の指令値（例えば、図１３のＳ３４）を用いてこれらの機器を制御する。
【０１２０】
［２−５．モータ１４のトルク制御］
図２３には、モータ１４のトルク制御のフローチャートが示されている。ステップＳ６１において、ＥＣＵ２４は、回転数センサ１５２からモータ回転数Ｎｍを読み込む。ステップＳ６２において、ＥＣＵ２４は、開度センサ１５０からアクセルペダル１５６の開度θｐを読み込む。
【０１２１】
ステップＳ６３において、ＥＣＵ２４は、モータ回転数Ｎｍと開度θに基づいてモータ１４の仮目標トルクＴｔｇｔ＿ｐ［Ｎ・ｍ］を算出する。具体的には、図示しない記憶手段に回転数Ｎｍと開度θと仮目標トルクＴｔｇｔ＿ｐを関連付けたマップを記憶しておき、当該マップと、回転数Ｎｍ及び開度θとに基づいて仮目標トルクＴｔｇｔ＿ｐを算出する。
【０１２２】
ステップＳ６４において、ＥＣＵ２４は、ＦＣシステム１２からモータ１４に供給可能な電力の限界値（限界供給電力Ｐｓ＿ｌｉｍ）［Ｗ］に等しいモータ１４の限界出力（モータ限界出力Ｐｍ＿ｌｉｍ）［Ｗ］を算出する。具体的には、限界供給電力Ｐｓ＿ｌｉｍ及びモータ限界出力Ｐｍ＿ｌｉｍは、ＦＣスタック４０からのＦＣ電力Ｐｆｃとバッテリ２０から供給可能な電力の限界値（限界出力Ｐｂａｔ＿ｌｉｍ）［Ｗ］との和から補機の消費電力Ｐａを引いたものである（Ｐｍ＿ｌｉｍ＝Ｐｓ＿ｌｉｍ←Ｐｆｃ＋Ｐｂａｔ＿ｌｉｍ−Ｐａ）。
【０１２３】
ステップＳ６５において、ＥＣＵ２４は、モータ１４のトルク制限値Ｔｌｉｍ［Ｎ・ｍ］を算出する。具体的には、モータ限界出力Ｐｍ＿ｌｉｍを車速Ｖで除したものをトルク制限値Ｔｌｉｍとする（Ｔｌｉｍ←Ｐｍ＿ｌｉｍ／Ｖ）。
【０１２４】
ステップＳ６６において、ＥＣＵ２４は、目標トルクＴｔｇｔ［Ｎ・ｍ］を算出する。具体的には、ＥＣＵ２４は、仮目標トルクＴｔｇｔ＿ｐに対してトルク制限値Ｔｌｉｍによる制限を加えたものを目標トルクＴｔｇｔとする。例えば、仮目標トルクＴｔｇｔ＿ｐがトルク制限値Ｔｌｉｍ以下である場合（Ｔｔｇｔ＿ｐ≦Ｔｌｉｍ）、仮目標トルクＴｔｇｔ＿ｐをそのまま目標トルクＴｔｇｔとする（Ｔｔｇｔ←Ｔｔｇｔ＿ｐ）。一方、仮目標トルクＴｔｇｔ＿ｐがトルク制限値Ｔｌｉｍを超える場合（Ｔｔｇｔ＿ｐ＞Ｔｌｉｍ）、トルク制限値Ｔｌｉｍを目標トルクＴｔｇｔとする（Ｔｔｇｔ←Ｔｌｉｍ）。
【０１２５】
そして、算出した目標トルクＴｔｇｔを用いてモータ１４を制御する。
【０１２６】
３．各種制御の例
図２４には、本実施形態に係る各種制御と比較例に係る各種制御を用いた場合のタイムチャートの例が示されている。図２４において実線で示されるものが本実施形態に係るものであり、破線（及び一点鎖線）で示されるものが比較例に係るものである。但し、バッテリＳＯＣについては実施形態及び比較例のいずれも実線で示している。破線のみで示される比較例は、通常第１モードと同様の制御（すなわち、ＦＣ電圧ＶｆｃとＦＣ電流Ｉｆｃの両方を可変とする制御）を用いてアイドル発電制御を行っている。当該比較例では、時点ｔ２以降は、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔ（実質的に、ＦＣ電圧Ｖｆｃと等しくなる）が過電圧となるため、ＦＣ４０の劣化が促進されてしまう。時点ｔ３において、ＦＣ電流Ｉｆｃが目標値（補機駆動分の電流値）まで到達した後も発電を続けている。また、時点ｔ３以降において一点鎖線で示される比較例では、時点ｔ３以降は、バッテリ２０が上限ＳＯＣに到達したため（且つ補機駆動分の電流値に相当する微小電力の発電がＦＣ４０の劣化の観点からできないため）、ＦＣ４０による発電を停止している。
【０１２７】
一方、本実施形態に係る制御では、過電圧とならない値で目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを一定に維持しつつ、ＥＧＲ比Ｒｅｇｒ（又は目標循環弁開度θｃｔｇｔ）を調整することにより目標ＦＣ電流Ｉｆｃｔｇｔを低下させる。従って、ＦＣ電圧Ｖｆｃが高くなることに伴うＦＣ４０の劣化を避けつつ、微小発電を継続することが可能である。
【０１２８】
さらに、本実施形態では、ＥＧＲ比Ｒｅｇｒを徐々に増加させていくため、循環ガスの流量Ｑｃ（エアオフガスの還流量）が徐々に増加する。循環ガスは、発電により水分を生成するＦＣ４０内部を通過しているため、外部からのエアと比べて湿度が高い。このため、循環ガスの流量Ｑｃが増加すると、ＦＣ４０に導入されるエアの湿度が相対的に高くなる。このため、相対的に酸素濃度が低い循環ガスの流量Ｑｃが増加し、ＦＣ４０内部で生成される水分が減少しても、ＦＣ４０の過度の乾燥を防止することが可能となる。
【０１２９】
４．本実施形態の効果
以上説明したように、本実施形態によれば、ＦＣ車両１０が所定の低負荷状態である場合に、エアポンプ回転数Ｎａｐを一定とする（図１９のＳ５２）。このため、低負荷状態においてバッテリ２０のＳＯＣが上限ＳＯＣに到達したことに伴ってエアポンプ６０が停止することにより、エアポンプ６０の出力音が不意に変化すること等がない。従って、低負荷状態におけるエアポンプ６０の出力音について搭乗者に違和感を与えることなく、バッテリ２０のＳＯＣを適切に保つことが可能となる。
【０１３０】
また、単にエアポンプ回転数Ｎａｐを一定とするだけでなく、ＳＯＣに応じて目標循環弁開度θｃｔｇｔを設定して、循環ガスの流量Ｑｃ（エアオフガスの還流量）を調整する。エアオフガスは酸素濃度が低いため、エアオフガスの還流量を多くすると、ＦＣ４０内部で生成される水分が少なくなり、ＦＣ４０内部が乾燥状態になる。ＦＣ４０内部が乾燥状態になるとＦＣ４０の劣化が促進されるおそれがある。その一方、エアオフガスは、水分を生成するＦＣ４０の内部を通過したものであるため、相対的に水分を多く含んでいる。このため、エアオフガスの還流量を調整することにより、ＦＣ４０の電解質膜を良好に加湿すること（加湿状態を保つこと）が可能となり、ＦＣ４０の劣化を抑制することができる。
【０１３１】
さらに、上記のような効果を得つつ、所定の低負荷状態に応じてＦＣ電流Ｉｆｃを小さくすることにより、バッテリ２０のＳＯＣを管理すること（例えば、ＳＯＣが上限ＳＯＣを超えないように制御することや不要な充電を避けること）が可能となる。
【０１３２】
本実施形態において、ＥＣＵ２４は、アイドル発電制御の際、ＦＣ電圧Ｖｆｃを所定電圧｛例えば、電位ｖ３（＝０．９ｖ）×セル数｝に固定する（図１９のＳ５１）。一般に、燃料電池の特性上、発熱量は発電電圧に依存する（図２０）。本実施形態によれば、ＦＣ電圧Ｖｆｃを維持しつつ、循環ガスの流量Ｑｃ（エアオフガスの還流量）を調整する。このため、ＦＣ４０の発電量を抑えていても、発熱量を確保することが可能となる。従って、外気温Ｔｅｘが低くＦＣ４０に含まれる水分が凍結するおそれがある場合でも、良好にアイドル発電制御を実施することが可能となる。
【０１３３】
本実施形態において、アイドル発電制御の際のＦＣ電圧Ｖｆｃは、酸化還元領域Ｒ３外の値とされる。これにより、ＦＣ４０の劣化が激しい酸化還元領域Ｒ３を避けることにより、アイドル発電制御時におけるＦＣ４０の劣化量Ｄを抑えることが可能となる。
【０１３４】
５．変形例
なお、この発明は、上記実施形態に限らず、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。
【０１３５】
［５−１．搭載対象］
上記実施形態では、ＦＣシステム１２をＦＣ車両１０に搭載したが、これに限らず、アイドル発電制御を適用可能な別の対象に搭載してもよい。例えば、ＦＣシステム１２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、ＦＣシステム１２を家庭用電力システムに適用してもよい。
【０１３６】
［５−２．ＦＣシステム１２の構成］
上記実施形態では、ＦＣ４０と高電圧バッテリ２０を並列に配置し、バッテリ２０の手前にＤＣ／ＤＣコンバータ２２を配置する構成としたが、これに限らない。例えば、図２５に示すように、ＦＣ４０とバッテリ２０を並列に配置し、昇圧式、降圧式又は昇降圧式のＤＣ／ＤＣコンバータ２２をＦＣ４０の手前に配置する構成であってもよい。或いは、図２６に示すように、ＦＣ４０とバッテリ２０を並列に配置し、ＦＣ４０の手前に昇圧式、降圧式又は昇降圧式のＤＣ／ＤＣコンバータ１６０を、バッテリ２０の手前にＤＣ／ＤＣコンバータ２２を配置する構成であってもよい。或いは、図２７に示すように、ＦＣ４０とバッテリ２０を直列に配置し、バッテリ２０とモータ１４の間にＤＣ／ＤＣコンバータ２２を配置する構成であってもよい。
【０１３７】
［５−３．ストイキ比］
上記実施形態では、ストイキ比を調整する手段又は方法として、目標酸素濃度Ｃｏｔｇｔを調整するものを用いたが、これに限らず、目標水素濃度を調整することも可能である。また、目標濃度の代わりに、目標流量又は目標濃度と目標流量の両方を用いることもできる。
【０１３８】
上記実施形態では、酸素を含む空気を供給するエアポンプ６０を備える構成を例示したが、これに代えて又は加えて、水素を供給する水素ポンプを備える構成としてもよい。
【０１３９】
上記実施形態では、カソードオフガスを新規空気に合流させる合流流路（配管６６ａ、６６ｂ）と、循環弁６６とを備える構成を例示したが、これに代えて又は加えて、アノード側も同様に構成してもよい。例えば、配管４８ｂに循環弁を設け、この循環弁により、新規水素に合流するアノードオフガスの流量を制御してもよい。
【０１４０】
［５−４．電力供給モード］
上記実施形態では、通常発電制御の動作モードとして、通常第１モードと通常第２モードを用いたが、いずれか一方のみでもよい。
【０１４１】
上記実施形態では、通常第２モードにおける目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを電位ｖ２（＝０．８Ｖ）×セル数に設定したが、これに限らない。通常第２モードにおける目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを、例えば、還元領域Ｒ２のその他の電位に設定してもよい。また、アイドル発電モードにおける目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを電位ｖ３×セル数に設定したが、これに限らない。例えば、還元領域Ｒ２又は酸化領域Ｒ４のその他の電位に設定することもできる。或いは、アイドル発電モードでは、目標ＦＣ電圧Ｖｆｃｔｇｔを一定値とせず、所定の範囲（例えば、還元領域Ｒ２内又は酸化領域Ｒ４内）において変動させることもできる。
【符号の説明】
【０１４２】
１０…燃料電池車両 １２…燃料電池システム
１４…走行モータ １６…インバータ
１８…燃料電池ユニット（反応ガス供給部）
２０…高電圧バッテリ（蓄電装置） ２２…ＤＣ／ＤＣコンバータ
２４…ＥＣＵ（蓄電量検出手段、制御装置）
４０…燃料電池スタック ６０…エアポンプ
６０ａ、６０ｂ、６２ａ…配管（エア供給配管）
６２ｂ、６４ａ、６４ｂ…配管（エア排出配管）
６６…循環弁（調整装置）
６６ａ、６６ｂ…配管（エア還流配管）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行モータと、
前記走行モータに電力を供給する燃料電池と、
前記燃料電池の出力をアシストする蓄電装置と、
前記蓄電装置の出力電圧を変圧して前記燃料電池の出力電圧を制御するコンバータと、
エア供給配管を介して前記燃料電池にエアを供給するエアポンプと、
エア排出配管から分岐して前記エアポンプの上流側で前記エア供給配管に連通し、前記燃料電池から排出されたエアオフガスを前記エア供給配管に還流させるエア還流配管と、
前記エア還流配管における前記エアオフガスの還流量を調整する調整装置と、
前記蓄電装置の蓄電量を検出する蓄電量検出手段と、
前記エアポンプ及び前記調整装置を制御する制御装置と
を備える燃料電池車両であって、
前記制御装置は、前記燃料電池車両が所定の低負荷状態である場合に、前記エアポンプの駆動量を一定としつつ、前記蓄電量が所定の範囲内に収まる又は目標値になるように前記調整装置を制御して、前記エアオフガスの還流量を調整するアイドル発電制御を行う
ことを特徴とする燃料電池車両。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池車両において、
前記制御装置は、前記アイドル発電制御の際、前記燃料電池の発電電圧を所定電圧に固定する
ことを特徴とする燃料電池車両。
【請求項３】
請求項２記載の燃料電池車両において、
前記所定電圧は、酸化還元電圧範囲外の値である
ことを特徴とする燃料電池車両。
【請求項１】
走行モータと、
前記走行モータに電力を供給する燃料電池と、
前記燃料電池の出力をアシストする蓄電装置と、
前記蓄電装置の出力電圧を変圧して前記燃料電池の出力電圧を制御するコンバータと、
エア供給配管を介して前記燃料電池にエアを供給するエアポンプと、
エア排出配管から分岐して前記エアポンプの上流側で前記エア供給配管に連通し、前記燃料電池から排出されたエアオフガスを前記エア供給配管に還流させるエア還流配管と、
前記エア還流配管における前記エアオフガスの還流量を調整する調整装置と、
前記蓄電装置の蓄電量を検出する蓄電量検出手段と、
前記エアポンプ及び前記調整装置を制御する制御装置と
を備える燃料電池車両であって、
前記制御装置は、前記燃料電池車両が所定の低負荷状態である場合に、前記エアポンプの駆動量を一定としつつ、前記蓄電量が所定の範囲内に収まる又は目標値になるように前記調整装置を制御して、前記エアオフガスの還流量を調整するアイドル発電制御を行う
ことを特徴とする燃料電池車両。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池車両において、
前記制御装置は、前記アイドル発電制御の際、前記燃料電池の発電電圧を所定電圧に固定する
ことを特徴とする燃料電池車両。
【請求項３】
請求項２記載の燃料電池車両において、
前記所定電圧は、酸化還元電圧範囲外の値である
ことを特徴とする燃料電池車両。
【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１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【公開番号】特開２０１３−２１８５４（Ｐ２０１３−２１８５４Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５４６５３（Ｐ２０１１−１５４６５３）
【出願日】平成２３年７月１３日（２０１１．７．１３）
【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２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１３日（２０１１．７．１３）
【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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