JP2021190300A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】急速暖機運中にバッテリが劣化するのを抑制する。【解決手段】制御装置２００は、燃料電池１０に供給する酸化剤ガスの供給流量を制御する供給流量制御部と、通常発電と比べて発電損失の大きい低効率発電を実施する発電実施部と、を備える。供給流量制御部は、低効率発電の実施中において、燃料電池システム１００が搭載される搭載体の状態が第１モードであるときは、発電損失に伴う燃料電池１０の発熱量が第１発熱量となるように、酸化剤ガスの供給流量を制御し、搭載体の状態が第１モードと比べて燃料電池１０の発電電力が変動しやすい第２モードであるときは、発熱量が第１発熱量よりも小さい第２発熱量となるように、酸化剤ガスの供給流量を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は燃料電池システムに関する。

特許文献１には、従来の燃料電池システムとして、通常発電と比べて発電損失が大きくなる低効率発電を実施することで、燃料電池の自己発熱量を増大させて燃料電池を急速に暖機させる急速暖機運転を実施するものが開示されている。

特開２００８−２６９８１３号公報

低効率発電時は、濃度過電圧を大きくして発電損失を増大させるために、発電電力が同じであれば通常発電時よりも燃料電池に供給される酸化剤ガスの供給流量が少なくなる。すなわち、低効率発電時に設定されるエアストイキ比（目標発電電力を発電するために最低限必要な酸化剤ガスの供給流量に対する、実際に供給される酸化剤ガスの供給流量の比）の目標値は、通常発電時に設定されるエアストイキ比の目標値よりも小さくなる。そして、通常発電時よりもエアストイキ比を小さくした状態で行われる低効率発電時は、エアストイキ比がその目標値からずれたときに、通常発電時よりも燃料電池の電圧の変動幅が大きくなる傾向にある。

ここで、目標発電電力が変化する過渡時には、酸化剤ガスの供給流量が過渡後の目標流量に制御されるまでの間、エアストイキ比が過渡後の目標値からずれることになる。そのため、低効率発電時は、過渡時において、燃料電池の実電圧が目標電圧に対して大きくずれる傾向にあり、その結果、実発電電力が目標発電電力に対して大きくずれる傾向にある。

実発電電力が目標発電電力よりも大きくなると、そのときの余剰電力はバッテリに充電されることになる。一方で実発電電力が目標発電電力よりも小さくなると、そのときの不足電力はバッテリから出力されることになる。そのため、目標発電電力に対する実発電電力のずれが大きくなると、バッテリが過充電状態又は過放電状態となってバッテリが劣化するおそれがある。

このように、低効率発電時は、過渡時において、実発電電力が目標発電電力に対して大きくずれる傾向にあるため、バッテリが過充電状態又は過放電状態となってバッテリが劣化するおそれがある。

本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、低効率発電が実施される急速暖機運中に、バッテリが過充電状態又は過放電状態となってバッテリが劣化するのを抑制することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のある態様による燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により電力を発生する燃料電池と、燃料電池の発電時における余剰電力を充電すると共に不足電力を放電する二次電池と、制御装置と、を備える。制御装置は、燃料電池に供給する酸化剤ガスの供給流量を制御する供給流量制御部と、通常発電と比べて発電損失の大きい低効率発電を実施する発電実施部と、を備える。供給流量制御部は、低効率発電の実施中において、燃料電池システムが搭載される搭載体の状態が第１モードであるときは、発電損失に伴う燃料電池の発熱量が第１発熱量となるように、酸化剤ガスの供給流量を制御し、低効率発電の実施中において、搭載体の状態が第１モードと比べて燃料電池の発電電力が変動しやすい第２モードであるときは、発熱量が第１発熱量よりも小さい第２発熱量となるように、酸化剤ガスの供給流量を制御する。

本発明のこの態様によれば、搭載体の状態が燃料電池の発電電力が変動しやすい第２モードであるときには、発電損失（発熱量）が小さくされるので、エアストイキ比が相対的に大きくなる。そのため、過渡時において、実発電電力が目標発電電力に対してずれるのを抑制できるので、低効率発電が実施される急速暖機運中に、バッテリが過充電状態又は過放電状態となってバッテリが劣化するのを抑制することができる。

図１は、本発明の一実施形態による燃料電池システムの概略構成図である。 図２は、ＦＣ温度が或る温度のときの燃料電池スタックの基準ＩＶ特性を示した図である。 図３は、エアストイキ比と、発電損失の一要因となる酸素濃度過電圧と、の関係について説明する図である。 図４は、ＦＣ電流を一定に維持した状態で、エアストイキ比を変化させたときのＦＣ電圧の変化を示す図である。 図５は、本発明の一実施形態による急速暖機運転中のＦＣエア供給量の制御について説明するフローチャートである。 図６は、目標発熱量の設定処理の詳細について説明するフローチャートである。 図７は、急速暖機動作点Ｘ２を算出するための、等電力線と等発熱量線とが描かれたＩＶ特性マップである。 図８は、急速暖機動作点Ｘ２の算出方法について説明する図である。 図９は、基準ＦＣ電圧を算出するための、基準ＩＶ特性マップである。 図１０は、基準エアストイキ比を算出するための、エアストイキ比と酸素濃度過電圧との関係を表すマップである。 図１１は、本発明の別の実施形態による目標発熱量の設定処理の詳細について説明するフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。

図１は、車両に搭載される本発明の一実施形態による燃料電池システム１００の概略構成図である。

燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１０と、燃料電池スタック１０にアノードガス（燃料ガス）としての水素を供給するための水素供給装置２０と、燃料電池スタック１０にカソードガス（酸化剤ガス）としての空気を供給するための空気供給装置３０と、燃料電池スタック１０の出力端子に電気的に接続される電気負荷部５０と、燃料電池システム１００の各種の制御部品を統括的に制御するための電子制御ユニット２００と、を備える。

燃料電池スタック１０は、複数の燃料電池単セル（以下「単セル」という。）を積層方向に沿って互いに積層し、各単セルを電気的に直列に接続したものである。各単セルは、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）を備える。

ＭＥＡは、固体高分子材料で形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜（以下「電解質膜」という。）の一方の表面にアノード電極を形成し、他方の表面にカソード電極を形成してそれらを一体化したものである。燃料電池スタック１０で発電が行われているときは、アノード電極及びカソード電極で以下の電気化学反応が起こる。
アノード電極 ： ２Ｈ_２→４Ｈ^＋＋４ｅ⁻ …（１）
カソード電極 ： ４Ｈ^＋＋４ｅ⁻＋Ｏ_２ →２Ｈ_２Ｏ …（２）

アノード電極及びカソード電極は、多孔質のカーボン素材に触媒を担持させた触媒層をそれぞれ備えており、各触媒層には水素と酸素との電気化学反応（（１）式の水素酸化反応と（２）式の酸素還元反応）を促進させるための触媒として白金が含まれている。なお、ＭＥＡの両外側に、さらにアノードガス拡散層及びカソードガス拡散層を備えていてもよい。

水素供給装置２０は、水素供給管２１と、水素源としての高圧水素タンク２２と、水素供給制御部２３と、アノードオフガス管２４と、気液分離器２５と、水素戻し管２６と、水素循環ポンプ２７と、パージ管２８と、パージ制御弁２９と、を備える。

水素供給管２１は、燃料電池スタック１０に供給する水素が流れる配管であって、一端が高圧水素タンク２２に連結され、他端が燃料電池スタック１０に連結される。

高圧水素タンク２２は、水素供給管２１を介して燃料電池スタック１０、ひいては各単セルのアノード電極に供給するための水素を貯蔵する。

水素供給制御部２３は、主止弁２３１と、レギュレータ２３２と、インジェクタ２３３と、を備える。

主止弁２３１は、電子制御ユニット２００によって開閉される電磁弁であり、水素供給管２１に設けられる。主止弁２３１が開かれると、高圧水素タンク２２から水素供給管２１に水素が流出する。主止弁２３１が閉じられると、高圧水素タンク２２からの水素の流出が停止される。

レギュレータ２３２は、主止弁２３１よりも下流の水素供給管２１に設けられる。レギュレータ２３２は、連続的又は段階的に開度を調整することができる圧力制御弁であり、その開度は電子制御ユニット２００によって制御される。レギュレータ２３２の開度を制御することで、レギュレータ２３２よりも下流側の水素の圧力、すなわちインジェクタ２３３から噴射される水素の圧力が制御される。

インジェクタ２３３は、レギュレータ２３２よりも下流の水素供給管２１に設けられる。インジェクタ２３３は、例えばニードル弁であり、電子制御ユニット２００によって開閉制御される。インジェクタ２３３の開弁時間を制御することで、インジェクタ２３３から噴射される水素の流量が制御される。

このように、水素供給制御部２３によって、高圧水素タンク２２から燃料電池スタック１０への水素の供給が制御される。すなわち、水素供給制御部２３によって、所望の圧力及び流量に制御された水素が燃料電池スタック１０に供給される。

アノードオフガス管２４は、燃料電池スタック１０から流出してきたアノードオフガスが流れる配管であって、一端が燃料電池スタック１０に連結され、他端が気液分離器２５のガス流入口２５ａに連結される。アノードオフガスは、各単セル内で電気化学反応に使用されなかった余剰の水素や、カソード電極側からＭＥＡ１ａを介してアノード電極側に透過してきた窒素等の不活性ガス及び水分（液水や水蒸気）を含むガスである。

気液分離器２５は、ガス流入口２５ａと、ガス流出口２５ｂと、液水流出口２５ｃと、を備える。気液分離器２５は、ガス流入口２５ａから内部に流入してきたアノードオフガス中の水を分離する。そして気液分離器２５は、分離した水を液水流出口２５ｃからパージ管２８に排出すると共に、水が分離された水素を含むアノードオフガスをガス流出口２５ｂから水素戻し管２６に排出する。

水素戻し管２６は、一端が気液分離器２５のガス流出口２５ｂに連結され、他端が水素供給制御部２３よりも下流の水素供給管２１に連結される配管である。水素戻し管２６には、気液分離器２５のガス流出口２５ｂから排出されたアノードオフガスが流れる。

水素循環ポンプ２７は、水素戻し管２６に設けられる。水素循環ポンプ２７は、アノードオフガス中に含まれる水素、すなわち各単セル内で電気化学反応に使用されなかった余剰の水素を水素供給管２１に戻して循環させるためのポンプである。水素循環ポンプ２７は、気液分離器２５のガス流出口２５ｂから排出されたアノードオフガスを加圧して水素供給管２１に圧送する。

パージ管２８は、一端が気液分離器２５の液水流出口２５ｃに連結され、他端が後述するカソードオフガス管３８に連結される配管である。

パージ制御弁２９は、電子制御ユニット２００によって開閉される電磁弁であり、パージ管２８に設けられる。パージ制御弁２９は、通常は閉弁されており、周期的に短時間にわたり開弁される。パージ制御弁２９が開弁されると、気液分離器２５内で分離された水が、パージ管２８を介してカソードオフガス管３８から外部に排出される。

このように本実施形態による燃料電池システム１００は、水素通路２から流出したアノードオフガスを水素供給管２１に戻して循環させる水素循環式の燃料電池システムであるが、水素通路２から流出したアノードオフガスを水素供給管２１に戻さない水素非循環式の燃料電池システムとしても良い。

空気供給装置３０は、空気供給管３１と、エアクリーナ３２と、コンプレッサ３３と、インタークーラ３４と、カソード入口弁３５と、バイパス管３６と、分流弁３７と、カソードオフガス管３８と、カソード圧力制御弁３９と、を備える。

空気供給管３１は、燃料電池スタック１０、ひいては各単セルのカソード電極に供給するための空気が流れる配管であって、一端がエアクリーナ３２に連結され、他端が燃料電池スタック１０に連結される。

エアクリーナ３２は、空気供給管３１に吸入される空気中の異物を取り除く。エアクリーナ３２は、酸素源３２ａとなる大気中に配置される。すなわち、酸素源３２ａはエアクリーナ３２を介して空気供給管３１と連通している。

コンプレッサ３３は、例えば遠心式又は軸流式のターボコンプレッサであり、空気供給管３１に設けられる。コンプレッサ３３は、エアクリーナ３２を介して空気供給管３１に吸入した空気を圧縮して吐出する。なお、コンプレッサ３３よりも上流の空気供給管３１には、コンプレッサ３３によって吸入されて吐出される空気の流量（以下「総エア供給量」という）Ｑａｃｐ［ＮＬ／ｍｉｎ］を検出するためのカソード流量センサ２１１が設けられる。

インタークーラ３４は、コンプレッサ３３よりも下流の空気供給管３１に設けられ、コンプレッサ３３から吐出された空気を例えば走行風や冷却水などで冷却する。

カソード入口弁３５は、電子制御ユニット２００によって開閉される電磁弁であり、インタークーラ３４よりも下流の空気供給管３１に設けられる。カソード入口弁３５は、燃料電池スタック１０に空気を供給する必要があるときに開弁される。

バイパス管３６は、コンプレッサ３３から吐出された空気の一部又は全部を、必要に応じて燃料電池スタック１０を経由させずに後述するカソードオフガス管３８に直接流入させるための配管である。バイパス管３６は、一端がインタークーラ３４とカソード入口弁３５との間の空気供給管３１に連結され、他端が後述するカソード圧力制御弁３９よりも下流のカソードオフガス管３８に連結される。

分流弁３７は、バイパス管３６に設けられる。分流弁３７は、連続的又は段階的に開度を調整することができる電磁弁であり、その開度は電子制御ユニット２００によって制御される。

カソードオフガス管３８は、燃料電池スタック１０から流出したカソードオフガスが流れる配管であって、一端が燃料電池スタック１０に連結され、他端が大気に開口している。カソードオフガスは、各単セル内で電気化学反応に使用されなかった余剰の酸素や、窒素等の不活性ガス、電気化学反応によって生じた水分（液水や水蒸気）を含むガスである。

カソード圧力制御弁３９は、カソードオフガス管３８に設けられる。カソード圧力制御弁３９は、連続的又は段階的に開度を調整することができる電磁弁であり、その開度は電子制御ユニット２００によって制御される。カソード圧力制御弁３９の開度を制御することで、燃料電池スタック１０内の圧力であるカソード圧力が制御される。

コンプレッサ３３、ひいては総エア供給量Ｑａｆｃと、カソード入口弁３５、分流弁３７及びカソード圧力制御弁３９のそれぞれの開度と、を制御することで、コンプレッサ３３から吐出される空気のうち、燃料電池スタック１０に供給される空気の流量（以下「ＦＣエア供給量」という）Ｑｆｃ［ＮＬ／ｍｉｎ］が制御される。

電気負荷部５０は、第１コンバータ５１と、回路遮断器５２と、バッテリ５３と、第２コンバータ５４と、モータジェネレータ５５と、インバータ５６と、を備える。

電気負荷部５０と燃料電池スタック１０の出力端子との接続ライン５７には、燃料電池スタック１０から取り出される電流（以下「ＦＣ電流」という。）Ｉｆｃ［Ａ］を検出するための電流センサ２１２と、燃料電池スタック１０の出力端子の端子間電圧（以下「ＦＣ電圧」という。）Ｖｆｃ［Ｖ］を検出するための電圧センサ２１３と、が設けられる。

第１コンバータ５１は、一次側端子の端子間電圧を昇降圧させることが可能な電気回路を備えた双方向性のＤＣ／ＤＣコンバータであり、一次側端子が燃料電池スタック１０の出力端子に接続され、二次側端子がインバータ５６の直流側端子に接続される。第１コンバータ５１は、電子制御ユニット２００からの制御信号に基づいて一次側の端子間電圧となるＦＣ出力電圧Ｖｆｃを昇降圧させ、これによりＦＣ電流Ｉｆｃを燃料電池システム１００の運転状態に応じて設定される目標ＦＣ電流Ｉｔｇに制御する。

回路遮断器５２は、電子制御ユニット２００によって開閉され、燃料電池スタック１０と電気負荷部５０とを電気的、物理的に接続又は遮断する。

バッテリ５３は、例えばニッケル・カドミウム蓄電池やニッケル・水素蓄電池、リチウムイオン電池などの充放電可能な二次電池である。バッテリ５３には、燃料電池スタック１０の余剰電力及びモータジェネレータ５５の回生電力が充電される。バッテリ５３に充電された電力は、必要に応じてモータジェネレータ５５やコンプレッサ３３等の燃料電池システム１００が備える各種の制御部品を駆動するために使用される。

第２コンバータ５４は、例えば二次側端子の端子間電圧を昇降圧させることが可能な電気回路を備えた双方向性のＤＣ／ＤＣコンバータであり、一次側端子がバッテリ５３の出力端子に接続され、二次側端子がインバータ５６の直流側端子に接続される。第２コンバータ５４は、電子制御ユニット２００からの制御信号に基づいて二次側の端子間電圧となるインバータ５６の入力電圧を昇降圧させる。

モータジェネレータ５５は、例えば三相の永久磁石型同期モータであり、燃料電池システム１００が搭載される車両の動力を発生させるモータとしての機能と、車両の減速時に発電するジュネレータとしての機能と、を備える。モータジェネレータ５５は、インバータ５６の交流側端子に接続され、燃料電池スタック１０の発電電力及びバッテリ５３の電力によって駆動される。

インバータ５６は、電子制御ユニット２００からの制御信号に基づいて直流側端子から入力された直流電流を交流電流に変換して交流側端子から出力し、逆に電子制御ユニット２００からの制御信号に基づいて交流側端子から入力された交流電流を直流電流に変換して直流側端子から出力することが可能な電気回路を備える。インバータ５６の直流側端子は第１コンバータ５１及び第２コンバータ５４の二次側端子に接続され、インバータ５６の交流側端子はモータジェネレータ５５の入出力端子に接続される。インバータ５６は、モータジェネレータ５５をモータとして機能させるときは、燃料電池スタック１０及びバッテリ５３からの直流電流を交流電流（本実施形態では三相交流電流）に変換してモータジェネレータ５５に供給する。一方でインバータ５６は、モータジェネレータ５５をジュネレータとして機能させるときは、モータジェネレータ５５からの交流電流を直流電流に変換してバッテリ５３等に供給する。

電子制御ユニット２００は、デジタルコンピュータから構成され、双方性バス２０１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）２０２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２０３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）２０４、入力ポート２０５及び出力ポート２０６を備える。

入力ポート２０５には、前述したカソード流量センサ２１１や電流センサ２１２、電圧センサ２１３の他にも、燃料電池スタック１０の温度（以下「ＦＣ温度」という。）Ｔｆｃ［℃］を検出するためのＦＣ温度センサ２１４や、アクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセル踏込量」という。）を検出するための負荷センサ２１５、車両のドライバによって選択されたシフトレンジ（シフトレバーの位置）を検出するためのシフト位置検出センサ２１６、バッテリ５３の温度（以下「バッテリ温度」という。）Ｔｖａｔを検出するためのバッテリ温度センサ２１７などの出力信号が、対応する各ＡＤ変換器２０７を介して入力される。

出力ポート２０６には、対応する駆動回路２０８を介して、水素供給制御部２３（主止弁２３１、レギュレータ２３２及びインジェクタ２３３）や水素循環ポンプ２７、パージ制御弁２９、コンプレッサ３３、カソード入口弁３５、分流弁３７、カソード圧力制御弁３９、第１コンバータ５１、回路遮断器５２、第２コンバータ５４、インバータ５６などの各制御部品が電気的に接続される。

電子制御ユニット２００は、入力ポート２０５に入力された各種センサの出力信号に基づいて、各制御部品を制御するための制御信号を出力ポート２０６から出力して燃料電池システム１００を制御する。以下、電子制御ユニット２００が実施する燃料電池システム１００の制御、特に燃料電池システム１００の氷点下始動時における急速暖機運転中のＦＣエア供給量Ｑｆｃの制御について説明する。

図２は、スタック温度Ｔｆｃが或る温度のときの燃料電池スタック１０の基準となる電流電圧特性（以下「ＩＶ特性」という。）を示した図である。基準ＩＶ特性は、発電時に生じる各種の発電損失を抑えた高効率発電（通常発電）を実施したときのＩＶ特性である。

電子制御ユニット２００は、燃料電池システム１００の運転状態に基づいて、燃料電池スタック１０の目標発電電力Ｐｔｇ［ｋＷ］を算出する。本実施形態では電子制御ユニット２００は、アクセル踏込量などに基づいて算出されるモータジェネレータ５５の要求電力と、コンプレッサ３３等の各種の補機類の要求電力と、の合計値を目標発電電力Ｐｔｇとして算出する。

そして図２に示すように、電子制御ユニット２００は、燃料電池スタック１０の暖機が完了した後の高効率発電を実施する通常運転時には、ＦＣ電流Ｉｆｃ及びＦＣ電圧Ｖｆｃによって規定される動作点Ｘが、基準ＩＶ特性上で目標発電電力Ｐｔｇを発電可能な通常動作点Ｘ１となるように、エアストイキ比、ひいてはＦＣエア供給量Ｑｆｃを制御する。

エアストイキ比とは、目標発電電力Ｐｔｇを発電するために最低限必要なＦＣエア供給量（以下「理論ＦＣエア供給量」という。）Ｑｔｈに対する、実際のＦＣエア供給量Ｑｆｃの比である。したがって、エアストイキ比（＝Ｑｆｃ／Ｑｔｈ）が１．０よりも大きくなるにつれて、実際のＦＣエア供給量Ｑｆｃが理論ＦＣエア供給量Ｑｔｈよりも多くなる。

図３は、エアストイキ比と、発電損失の一要因となる酸素濃度過電圧（発電時に酸素不足によって生じる発電損失）と、の関係について説明する図である。

図３に示すように、酸素濃度過電圧は、エアストイキ比が大きいときに比べて、小さいときのほうが、大きくなる傾向にある。換言すれば、酸素濃度過電圧を要因とする発電損失（電圧降下量）は、エアストイキ比が大きいときに比べて、小さいときのほうが、大きくなる傾向にある。

したがって電子制御ユニット２００は、通常運転時には、発電損失を抑えた高効率発電を実施するために、エアストイキ比が、酸素濃度過電圧をほぼ無視できる通常領域内のエアストイキ比（図３に示す例では、例えば１．５近傍のエアストイキ比）となるようにＦＣエア供給量Ｑｆｃを制御する。

一方で電子制御ユニット２００は、氷点下の環境で燃料電池システム１００を始動して運転するときは、発電に伴って生じる生成水の凍結を抑制しつつ、低温時ほど悪化するＩＶ特性を早期に回復させるため、急速暖機運転を実施する。急速暖機運転は、ＦＣエア供給量Ｑｆｃを制御して通常運転時よりも酸素濃度過電圧を増大させることで意図的に発電損失を増大させ、これにより燃料電池スタック１０の自己発熱量を増大させて暖機の促進を図る運転方法である。

電子制御ユニット２００は、急速暖機運転時には、目標発電電力Ｐｔｇを発電しつつ、通常運転時よりも発電損失（自己発熱量）を増大させた低効率発電を実施するために、エアストイキ比が、酸素濃度過電圧を無視できなくなる急速暖機領域内のエアストイキ比（図３に示す例では、例えば１．０近傍のエアストイキ比）となるようにＦＣエア供給量Ｑｆｃを制御する。

これにより、図２において基準ＩＶ特性上の通常動作点Ｘ１で高効率発電（通常発電）を行った場合と比較して、エアストイキ比に応じた酸素濃度過電圧分だけＦＣ電圧Ｖｆｃを降下させることできる。すなわち、ＦＣ電流Ｉｆｃを制御しつつ、エアストイキ比、ひいてはＦＣエア供給量Ｑｆｃを適切に制御することで、図２に示すように、通常動作点Ｘ１と等電力線（破線参照）上にある、通常動作点Ｘ１よりも発電損失を増大させた、所望の自己発熱量が得られる急速暖機動作点Ｘ２で発電を行うことができるので、燃料電池スタック１０の暖機の促進を図ることができる。

ここで、発明者らの鋭意研究の結果、この急速暖機運転中は、目標発電電力Ｐｔｇと実発電電力Ｐｆｃとの間に差が生じやすくなる傾向にあり、その結果、バッテリ充放電電力が大きくなってバッテリを劣化させるおそれがあることがわかった。以下、この問題点について、図３に加えて図４を参照して説明する。なお、図４は、ＦＣ電流Ｉｆｃを一定に維持した状態で、エアストイキ比を変化させたとき（すなわちＦＣエア供給量Ｑｆｃを変化させたとき）のＦＣ電圧Ｖｆｃの変化を示す図である。

図３に示すように、エアストイキ比が所定量だけ変化したときの酸素濃度過電圧の変化量を比較した場合、エアストイキ比が大きいときに比べて、小さいときのほうが、大きくなる傾向にある。換言すれば、エアストイキ比が大きいときに比べて、小さいときのほうが、エアストイキ比が変化したときに、電圧降下量、ひいてはＦＣ電圧Ｖｆｃが変動しやすくなる傾向にある。

そのため、図４に示すように、例えばエアストイキ比が前述した酸素濃度過電圧をほぼ無視できる通常領域内の或る目標エアストイキ比ＳＲｔｇ１となるようにＦＣエア供給量Ｑｆｃが制御されている通常運転時は、ＦＣエア供給量Ｑｆｃが変動してエアストイキ比が目標エアストイキ比ＳＲｔｇ１からずれたとしても、ＦＣ電圧Ｖｆｃの変動量は小さい。

これに対して、例えばエアストイキ比が前述した酸素濃度過電圧を無視できなくなる急速暖機領域内の或る目標エアストイキ比ＳＲｔｇ２となるようにＦＣエア供給量Ｑｆｃが制御されている急速暖機運転時は、ＦＣエア供給量Ｑｆｃが変動してエアストイキ比が目標エアストイキ比ＳＲｔｇ２からずれると、通常運転時とずれ幅が同じであったとしても、ＦＣ電圧Ｖｆｃが大きく変動することになる。

このように急速暖機運転中は、エアストイキ比が目標エアストイキ比からずれたときに、通常発電時よりもＦＣ電圧Ｖｆｃの変動量が大きくなる傾向にある。

そして、目標発電電力Ｐｔｇが変化する過渡時には、ＦＣエア供給量Ｑｆｃが過渡後の目標エア供給量Ｑｔｇに制御されるまでの間、エアストイキ比が過渡後の目標エアストイキ比からずれることになる。そのため、急速暖機運転中は、特に過渡時において、ＦＣ電圧Ｖｆｃが目標ＦＣ電圧Ｖｔｇに対して大きくずれる傾向があり、その結果、実発電電力Ｐｆｃが目標発電電力Ｐｔｇに対して大きくずれる傾向がある。

そして、実発電電力Ｐｆｃが目標発電電力Ｐｔｇよりも大きくなると、そのときの余剰電力はバッテリ５３に充電されることになる。そのため、余剰電力が大きくなると、バッテリ５３の充電電力が、バッテリ５３の劣化を抑制するためにバッテリ状態に応じて設定される許容充電電力Ｗｉｎ［ｋＷ］以上となって、バッテリ５３を劣化させるおそれがある。特にバッテリ５３としてリチウムイオン電池を使用していた場合には、余剰電力が大きくなると、バッテリ５３の負極表面にリチウムが析出するいわゆるリチウム析出が生じるおそれがある。

また、実発電電力Ｐｆｃが目標発電電力Ｐｔｇよりも小さくなると、そのときの不足電力がバッテリ５３から出力されることになる。そのため、不足電力が大きくなると、バッテリ５３の放電電力が、許容充電電力Ｗｉｎと同様にバッテリ５３の劣化を抑制するためにバッテリ状態に応じて設定される許容放電電力Ｗｏｕｔ［ｋＷ］以上となって、バッテリ５３を劣化させるおそれがある。

なお本実施形態において、バッテリ５３の充電電力は、バッテリ５３に対する充電電力が大きくなるほどその値が大きくなる正の値である。またバッテリ５３の放電電力も同湯に、バッテリ５３から放電電力が大きくなるほどその値が大きくなる正の値である。

そして、この許容充電電力Ｗｉｎ及び許容放電電力Ｗｏｕｔは、バッテリ５３の状態に応じて変化し、例えばバッテリ５３の温度が高いときに比べて、低いときの方が、小さくなる傾向にある。そのため、基本的に氷点下の環境で行われる急速暖機運転中は、バッテリ５３の温度も低温であるため、許容充電電力Ｗｉｎ及び許容放電電力Ｗｏｕｔも通常運転時よりも小さくなる傾向にある。したがって、急速暖機運転中は、実発電電力Ｐｆｃと目標発電電力Ｐｔｇとの間にずれが生じると、特にバッテリ５３が過充電状態又は過放電状態になりやすく、バッテリ５３が劣化しやすい。

そこで本実施形態では、燃料電池システム１００が搭載される車両の状態と、バッテリ状態と、に基づいて、急速暖機運転中の目標発熱量ＰＬｔｇ［Ｗ］を変更することとした。

具体的には、車両の状態が、シフトレンジとしてパーキングレンジ（以下「Ｐレンジ」という。）が選択されている第１状態（第１モード）であれば、急速暖機運転中の目標発熱量ＰＬｔｇを、最も発熱量の大きい所定の第１発熱量ＰＬ１に設定することとした。

そして、車両の状態が、シフトレンジとしてドライブレンジ（以下「Ｄレンジ」という。）又はリバースレンジ（以下「Ｒレンジ」という。）が選択されている第２状態（第２モード）であれば、急速暖機運転中の目標発熱量ＰＬｔｇを、第１発熱量ＰＬ１よりも発熱量の小さい所定の第２発熱量ＰＬ２に設定することとした。

これは、以下の理由によるものである。すなわち、急速暖機運転中の目標発熱量ＰＬｔｇを大きい値に設定するほど、酸素濃度化過電圧を大きくして発電損失を増大させるために、エアストイキ比を小さくする必要がある。そのため、急速暖機運転中の目標発熱量ＰＬｔｇを大きい値に設定するほど、特に過渡時において、実発電電力Ｐｆｃと目標発電電力Ｐｔｇとの間にずれが生じやすくなる。

そして、シフトレンジとしてＰレンジが選択されていて車両が駐車状態にあるときには、基本的にアクセルペダルが踏み込まれることがないので、目標発電電力Ｐｔｇが変化して過渡状態になる頻度も少なく、また変化したとしてその変化量も小さい。一方で、シフトレンジとしてＤレンジ又はＲレンジが選択されているときは、基本的にアクセルペダルが踏み込まれることになるので、目標発電電力Ｐｔｇが変化して過渡状態になる頻度も多く、またその変化量も大きくなる。

そこで本実施形態では、シフトレンジとしてＰレンジが選択されているときには、目標発熱量ＰＬｔｇを、最も発熱量の大きい第１発熱量ＰＬ１に設定し、シフトレンジとしてＤレンジ又はＲレンジが選択されているときには、目標発熱量ＰＬｔｇを、第１発熱量ＰＬ１よりも発熱量の小さい第２発熱量ＰＬ２に設定することとしたのである。

これにより、シフトレンジがＰレンジのときには発熱量を大きくして、速やかに燃料電池スタック１０の暖機を図ることができる。そして、シフトレンジがＤレンジ又はＲレンジに切り替わったときには、発熱量を或る程度を抑えることで、燃料電池スタック１０の暖機を図りつつ、実発電電力Ｐｆｃと目標発電電力Ｐｔｇとの間にずれが生じるのを抑えてバッテリ５３が過充電状態又は過放電状態になるのを抑制することができる。

また、シフトレンジとしてＤレンジ又はＲレンジが選択されている場合において、バッテリ状態に応じて定まるバッテリ５３の許容充電電力Ｗｉｎ、及び許容放電電力Ｗｏｕｔが、それぞれ小さくなっているときは、実発電電力Ｐｆｃと目標発電電力Ｐｔｇとの間にずれが生じると、バッテリ５３が過充電状態又は過放電状態になりやすい。そのため、本実施形態では、シフトレンジとしてＤレンジ又はＲレンジが選択されている場合において、バッテリ５３の許容充電電力Ｗｉｎ、及び許容放電電力Ｗｏｕｔが、それぞれ充電側閾値、及び放電側閾値未満のときには、急速暖機運転中の目標発熱量ＰＬｔｇを、第２発熱量ＰＬ２よりもさらに発熱量の小さい所定の第３発熱量ＰＬ３に設定することとした。

これにより、バッテリ５３が過充電状態又は過放電状態になりやすいときには、発熱量をさらに抑えて実発電電力Ｐｆｃと目標発電電力Ｐｔｇとの間にずれが生じるのを一層抑制することできる。

したがって本実施形態では、第１発熱量ＰＬ１を、酸素濃度化過電圧を大きくして発電損失を増大させ、これにより暖機を促進させるために、エアストイキ比が１．０近傍の値となるような発熱量（例えば５０［ｋＷ］〜６０［ｋＷ］）に設定している。

また第３発熱量ＰＬ３を、エアストイキ比が目標エアストイキ比からずれたときのＦＣ電圧Ｖｆｃの変動量を抑え、これによりバッテリ５３が過充電状態又は過放電状態となるのを抑制するために、エアストイキ比が通常運転時のエアストイキ比に近いエアストイキ比（例えば１．５近傍）となるような発熱量（例えば５［ｋＷ］〜１０［ｋＷ］）に設定している。

そして第２発熱量ＰＬ２を、暖機促進と、バッテリ５３の過充電又は過放電による劣化抑制と、の双方のバランスを考慮して、第１発熱量ＰＬ１と第３発熱量ＰＬ３との略中間の発熱量（例えば２０［ｋＷ］〜３０［ｋＷ］）に設定している。

以下、図５を参照して、この急速暖機運転中の目標発熱量ＰＬｔｇの設定処理を含む、本実施形態による急速暖機運転中のＦＣエア供給量Ｑｆｃの制御について説明する。

図５は、本実施形態による急速暖機運転中のＦＣエア供給量Ｑｆｃの制御について説明するフローチャートである。電子制御ユニット２００は、本ルーチンを所定の演算周期（例えば１０［ｍｓ］）で繰り返し実行する。

ステップＳ１において、電子制御ユニット２００は、急速暖機フラグＦが０に設定されているか否かを判定する。急速暖機フラグＦは、初期値が０に設定されているフラグであって、急速暖機運転の開始時に１に設定され、急速暖機運転の終了時に０に戻されるフラグである。電子制御ユニット２００は、急速暖機フラグＦが０であれば、ステップＳ２の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、急速暖機フラグＦが１であれば、ステップＳ４の処理に進む。

ステップＳ２において、電子制御ユニット２００は、急速暖機運転の実施要求があるか否かを判定する。本実施形態では電子制御ユニット２００は、燃料電池システム１００の始動時であり、かつ、ＦＣ温度が所定の急速暖機要求温度（例えば０［℃］）以下であれば急速暖機運転の実施要求があると判定する。電子制御ユニット２００は、急速暖機運転の実施要求があると判定したときは、ステップＳ３の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、急速暖機運転の実施要求がないと判定したときは、今回の処理を終了する。

ステップＳ３において、電子制御ユニット２００は、急速暖機フラグＦを１に設定する。

ステップＳ４において、電子制御ユニット２００は、燃料電池システム１００の運転状態に基づいて、燃料電池スタック１０の目標発電電力Ｐｔｇを算出する。本実施形態では電子制御ユニット２００は、前述した通り、モータジェネレータ５５の要求電力と、コンプレッサ３３等の各種の補機類の要求電力と、の合計値を目標発電電力Ｐｔｇとして算出する。

ステップＳ５において、電子制御ユニット２００は、目標発熱量ＰＬｔｇの設定処理を実施する。発明の理解を容易にするため、ステップＳ６以降の処理を説明する前に、まずこの目標発熱量ＰＬｔｇの設定処理について図６を参照して説明する。

図６は、目標発熱量ＰＬｔｇの設定処理の詳細について説明するフローチャートである。

ステップＳ５１において、電子制御ユニット２００は、車両のシフトレンジがＰレンジであるか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、車両のシフトレンジがＰレンジであれば、ステップＳ５２の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、車両のシフトレンジがＰレンジ以外のレンジ（例えばＤレンジ又はＲレンジ）であれば、ステップＳ５３の処理に進む。

ステップＳ５２において、電子制御ユニット２００は、目標発熱量ＰＬｔｇを第１発熱量ＰＬ１に設定する。

ステップＳ５３において、電子制御ユニット２００は、バッテリ５３の状態に基づいて、許容充電電力Ｗｉｎ及び許容放電電力Ｗｏｕｔを算出する。本実施形態では電子制御ユニット２００は、バッテリ温度Ｔｖａｔに基づいて、許容充電電力Ｗｉｎ及び許容放電電力Ｗｏｕｔを算出する。前述したように、許容充電電力Ｗｉｎ及び許容放電電力Ｗｏｕｔは、それぞれバッテリ温度Ｔｖａｔが高いときに比べて、低いときのほうが、小さくなる傾向にある。なお、許容充電電力Ｗｉｎ及び許容放電電力Ｗｏｕｔの算出にあたっては、バッテリ温度Ｔｖａｔ以外にも、例えばバッテリ充電率などを考慮してもよい。

ステップＳ５４において、電子制御ユニット２００は、暫定目標発熱量ＰＬｔｇ’を設定する。暫定目標発熱量ＰＬｔｇ’は、基本的に目標発熱量ＰＬｔｇの前回値に設定されるが、目標発熱量ＰＬｔｇの前回値が第１発熱量ＰＬ１であった場合、本実施形態では第３発熱量ＰＬ３に設定される。

ステップＳ５５において、電子制御ユニット２００は、許容充電電力Ｗｉｎが、所定の第１充電側閾値Ｗｉｎ１以上であるか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、許容充電電力Ｗｉｎが第１充電側閾値Ｗｉｎ１以上であれば、ステップＳ５６の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、許容充電電力Ｗｉｎが第１充電側閾値Ｗｉｎ１未満であれば、ステップＳ５８の処理に進む。

ステップＳ５６において、電子制御ユニット２００は、許容放電電力Ｗｏｕｔが、所定の第１放電側閾値Ｗｏｕｔ１以上であるか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、許容充電電力Ｗｏｕｔが第１放電側閾値Ｗｏｕｔ１以上であれば、ステップＳ５７の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、許容充電電力Ｗｏｕｔが第１放電側閾値Ｗｏｕｔ１未満であれば、ステップＳ５８の処理に進む。

ステップＳ５７において、電子制御ユニット２００は、目標発熱量ＰＬｔｇを第２発熱量ＰＬ２に設定する。

ステップＳ５８において、電子制御ユニット２００は、許容充電電力Ｗｉｎが、第１充電側閾値Ｗｉｎ１よりも小さい所定の第２充電側閾値Ｗｉｎ２未満であるか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、許容充電電力Ｗｉｎが第２充電側閾値Ｗｉｎ２未満であれば、ステップＳ５９の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、許容充電電力Ｗｉｎが第２充電側閾値Ｗｉｎ２以上であれば、ステップＳ６０の処理に進む。

ステップＳ５９において、電子制御ユニット２００は、目標発熱量ＰＬｔｇを第３発熱量ＰＬ３に設定する。

ステップＳ６０において、電子制御ユニット２００は、許容放電電力Ｗｏｕｔが、第１放電側閾値Ｗｏｕｔ１よりも小さい所定の第２放電側閾値Ｗｏｕｔ２未満であるか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、許容充電電力Ｗｏｕｔが第２放電側閾値Ｗｏｕｔ２未満であれば、ステップＳ５９の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、許容充電電力Ｗｏｕｔが第２放電側閾値Ｗｏｕｔ２以上であれば、ステップＳ６１の処理に進む。

ステップＳ６１において、電子制御ユニット２００は、目標発熱量ＰＬｔｇを暫定目標発熱量ＰＬｔｇ’に設定する。

このように本実施形態では、車両のシフトレンジがＰレンジ以外のレンジ（例えばＤレンジ又はＲレンジ）のときは、許容充電電力Ｗｉｎが第１充電側閾値Ｗｉｎ１以上であり、かつ許容放電電力Ｗｏｕｔが、第１放電側閾値Ｗｏｕｔ１以上であれば、目標発熱量ＰＬｔｇが第２発熱量ＰＬ２に設定される。そして、許容充電電力Ｗｉｎが第２充電側閾値Ｗｉｎ２未満であるか、又は許容放電電力Ｗｏｕｔが第２放電側閾値Ｗｏｕｔ２未満であれば、目標発熱量ＰＬｔｇが第３発熱量ＰＬ３に設定される。

図５に戻り、ステップＳ６において、電子制御ユニット２００は、図７に示す等電力線（細実線）と等発熱量線（太実線）とが描かれたＩＶ特性マップを参照し、目標発電電力Ｐｔｇと、目標発熱量ＰＬｔｇと、基づいて、急速暖機動作点Ｘ２、すなわち目標ＦＣ電流Ｉｔｇ［Ａ］及び目標ＦＣ電圧Ｖｔｇ［Ｖ］を算出する。

具体的には電子制御ユニット２００は、図８に示すように、等電力線の中から目標発電電力Ｐｔｇを発電することが可能な等電力線を選択し、選択した等電力線と、ＩＶ特性マップ上で発熱量を目標発熱量ＰＬｔｇにすることが可能な等発熱量線と、が交わる点を急速暖機動作点Ｘ２として算出する。

なお図７及び図８において、等発熱量線Ｌ１が、発熱量を第１発熱量ＰＬ１にすることが可能な等発熱量線であり、等発熱量線Ｌ２が、発熱量を第２発熱量ＰＬ２にすることが可能な等発熱量線であり、等発熱量線Ｌ３が、発熱量を第３発熱量ＰＬ３にすることが可能な等発熱量線である。

ステップＳ７において、電子制御ユニット２００は、図９に示す基準ＩＶ特性マップを参照し、基準ＩＶ特性上でＦＣ電流Ｉｆｃを目標ＦＣ電流Ｉｔｇに制御したときのＦＣ電圧（以下「基準ＦＣ電圧」という。）Ｖｓｔｄを算出する。基準ＦＣ電圧Ｖｓｔｄは、換言すれば、高効率発電（通常発電）を実施してＦＣ電流Ｉｆｃを目標ＦＣ電流Ｉｔｇに制御したときのＦＣ電圧である。

なお基準ＩＶ特性は、ＦＣ温度Ｔｆｃに応じて変化するため、基準ＩＶ特性マップはＦＣ温度毎に複数用意されている。したがって電子制御ユニット２００は、複数の基準ＩＶ特性マップの中から、現在のＦＣ温度Ｔｆｃに応じた最適な基準ＩＶ特性マップを参照して基準ＦＣ電圧Ｖｓｔｄを算出している。

ステップＳ８において、電子制御ユニット２００は、図３と同様の図１０に示すエアストイキ比と酸素濃度過電圧との関係を表すマップを参照し、基準ＦＣ電圧Ｖｓｔｄと目標ＦＣ電圧Ｖｔｇとの差分（すなわち、基準ＦＣ電圧Ｖｓｔｄを目標ＦＣ電圧Ｖｔｇまで低下させるために発生させる必要のある酸素濃度過電圧）ΔＶ１（＝Ｖｓｔｄ−Ｖｔｇ）に基づいて、基準エアストイキ比ＳＲｓｔｄを算出する。

ステップＳ９において、電子制御ユニット２００は、目標ＦＣ電圧Ｖｔｇと、ＦＣ電圧Ｖｆｃと、の偏差（以下「ＦＣ電圧偏差」という。）ΔＶ２（＝Ｖｔｇ−Ｖｆｃ）に基づいて、基準エアストイキ比ＳＲｓｔｄに対するフィードバック補正値を算出し、基準エアストイキ比ＳＲｓｔｄに当該フィードバック補正値を加算することで、目標エアストイキ比ＳＲｔｇを算出する。

ステップＳ１０において、電子制御ユニット２００は、目標発電電力Ｐｔｇを発電するために必要な理論ＦＣエア供給量Ｑｔｈに目標エアストイキ比ＳＲｔｇを掛け合わせることで、目標ＦＣエア供給量Ｑｔｇを算出する。

ステップＳ１１において、電子制御ユニット２００は、第１コンバータ５１を制御してＦＣ電流Ｉｆｃを目標ＦＣ電流Ｉｔｇに制御すると共に、ＦＣエア供給量Ｑｆｃを目標エア供給量Ｑｔｇに制御する。本実施形態では電子制御ユニット２００は、総エア供給量Ｑａｆｃが一定になるようにコンプレッサを制御し、分流弁３７及びカソード圧力制御弁の開度を制御することで、ＦＣエア供給量Ｑｆｃを目標エア供給量Ｑｔｇに制御する。

このように、ＦＣ電流Ｉｆｃを目標ＦＣ電流Ｉｔｇに制御すると共に、ＦＣエア供給量Ｑｆｃを目標エア供給量Ｑｔｇに制御することで、ＦＣ電圧Ｖｆｃが目標ＦＣ電圧Ｖｔｇに制御され、動作点Ｘが急速暖機動作点Ｘ２に制御される。

ステップＳ１２において、電子制御ユニット２００は、燃料電池スタックの暖機が完了したか否かを判定する。本実施形態では電子制御ユニット２００は、ＦＣ温度Ｔｆｃが、所定の急速暖機完了温度（例えば７０［℃］）以上になったか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、ＦＣ温度Ｔｆｃが急速暖機完了温度以上であれば、ステップＳ１３の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、ＦＣ温度Ｔｆｃが急速暖機完了温度未満であれば、今回の処理を終了する。

ステップＳ１３において、電子制御ユニット２００は、急速暖機運転を終了し、急速暖機フラグＦを０に戻す。

以上説明した本実施形態による燃料電池システム１００は、燃料ガスとしての水素と酸化剤ガスとして空気との電気化学反応により電力を発生する燃料電池スタック１０（燃料電池）と、燃料電池スタック１０の発電時における余剰電力を充電すると共に不足電力を放電するバッテリ５３（二次電池）と、電子制御ユニット２００（制御装置）と、を備える。電子制御ユニット２００は、燃料電池スタック１０に供給する空気の供給流量（ＦＣエア供給量Ｑｆｃ）を制御するように構成された供給流量制御部と、通常発電と比べて発電損失の大きい低効率発電を実施するように構成された発電実施部と、を備える。

そして供給流量制御部は、低効率発電の実施中において、燃料電池システム１００が搭載される車両（搭載体）の状態がシフトレンジとしてＰレンジが選択されている第１モードであるときは、発電損失に伴う燃料電池スタック１０の発熱量が第１発熱量ＰＬ１となるように、ＦＣエア供給量Ｑｆｃを制御し、車両の状態が第１モードと比べて燃料電池スタック１０の発電電力が変動しやすい、シフトレンジとしてＤレンジ又はＲレンジが選択されている第２モードであるときは、発熱量が第１発熱量ＰＬ１よりも小さい第２発熱量ＰＬ２となるように、ＦＣエア供給量Ｑｆｃを制御する。

これにより、シフトレンジがＰレンジのときには、燃料電池スタック１０の発熱量を増大させて、速やかに燃料電池スタック１０の暖機を図ることができる。そして、シフトレンジがＤレンジ又はＲレンジに切り替わったときには、発熱量を或る程度を抑えることで、燃料電池スタック１０の暖機を図りつつ、実発電電力Ｐｆｃと目標発電電力Ｐｔｇとの間にずれが生じるのを抑えてバッテリが過充電状態又は過放電状態になるのを抑制することができる。

また本実施形態による供給流量制御部は、バッテリ状態に基づいて定まるバッテリ５３の許容充電電力Ｗｉｎ又は許容放電電力Ｗｏｕｔの少なくとも一方に基づいて、第２モード中の発熱量が第２発熱量ＰＬ２よりも小さい第３発熱量ＰＬ３となるように、ＦＣエア供給量Ｑｆｃを制御する。

具体的には供給流量制御部は、車両の状態が第２モードであるときは、許容充電電力Ｗｉｎが、所定の第１充電側閾値Ｗｉｎ１よりも小さい所定の第２充電側閾値Ｗｉｎ２未満であるか、又は許容放電電力Ｗｏｕｔが、所定の第１放電側閾値Ｗｏｕｔ１よりも小さい所定の第２放電側閾値Ｗｏｕｔ２未満であれば、発熱量が第３発熱量ＰＬ３となるようにＦＣエア供給量Ｑｆｃを制御し、許容充電電力Ｗｉｎが、第１充電側閾値Ｗｉｎ１以上であり、かつ許容放電電力Ｗｏｕｔが第１放電側閾値Ｗｏｕ１以上であれば、発熱量が第２発熱量ＰＬ２となるようにＦＣエア供給量Ｑｆｃを制御する。

バッテリの許容充電電力Ｗｉｎ又は許容放電電力Ｗｏｕｔが小さくなるほど、実発電電力Ｐｆｃと目標発電電力Ｐｔｇとの間にずれが生じたときに、バッテリが過充電状態又は過放電状態になり易い。これに対して本実施形態では、バッテリの許容充電電力Ｗｉｎ又は許容放電電力Ｗｏｕｔが小さいときには、発熱量を第２発熱量ＰＬ２よりも低い第３発熱量ＰＬ３に抑えることができるので、実発電電力Ｐｆｃと目標発電電力Ｐｔｇとの間にずれが生じるのを一層抑制することができる。そのため、バッテリが過充電状態又は過放電状態になるのを抑制することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば上記の実施形態では、燃料電池システム１００を車両に搭載した場合を例にとって説明したが、車両に限らず各種の移動体に搭載してもよいし、定置式の発電設備に搭載してよい。したがって、第１モードは、シフトレンジとしてＰレンジが選択されている場合に限られるものではなく、また第２モードも同様に、シフトレンジとしてＤレンジ又はＲレンジが選択されている場合に限られるものではない。

また上記の実施形態では、目標発熱量設定処理において、目標発熱量ＰＬｔｇを第２発熱量ＰＬ２から第３発熱量ＰＬ３に切り替える際の第２充電側閾値Ｗｉｎ２と、目標発熱量ＰＬｔｇを第３発熱量ＰＬ３から第２発熱量ＰＬ２に切り替える際の第１充電側閾値Ｗｉｎ１と、を目標発熱量ＰＬｔｇの切り替えが繰り返し生じるハンチングの発生を防止するためにそれぞれ異なる値としていた。また同様に、目標発熱量ＰＬｔｇを第２発熱量ＰＬ２から第３発熱量ＰＬ３に切り替える際の第２放電側閾値Ｗｏｕｔ２と、目標発熱量ＰＬｔｇを第３発熱量ＰＬ３から第２発熱量ＰＬ２に切り替える際の第１充電側閾値Ｗｏｕｔ１と、をそれぞれ異なる値としていた。しかしながら簡易的には、図１１に示すフローチャートに示すように、充電側閾値をＷｉｎ１又はＷｉｎ２のいずれか一方に固定してもよいし、同様に放電側閾値をＷｏｕｔ１又はＷｏｕｔ２のいずれか一方に固定してもよい。すなわち、前述した供給流量制御部を、許容充電電力Ｗｉｎが所定の充電側閾値未満であれば、第２モード中の発熱量が第３発熱量ＰＬ３となるように、酸化剤ガスの供給流量を制御するように構成してもよいし、許容放電電力Ｗｏｕｔが所定の放電側閾値未満であれば、第２モード中の発熱量が第３発熱量ＰＬ３となるように、酸化剤ガスの供給流量を制御するように構成してもよい。

１０ 燃料電池スタック（燃料電池）
５３ バッテリ（二次電池）
１００ 燃料電池システム
２００ 電子制御ユニット（制御装置）

Claims (6)

1. 燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により電力を発生する燃料電池と、
   前記燃料電池の発電時における余剰電力を充電すると共に不足電力を放電する二次電池と、
   制御装置と、
   を備える燃料電池システムであって、
   前記制御装置は、
   前記燃料電池に供給する前記酸化剤ガスの供給流量を制御する供給流量制御部と、
   通常発電と比べて発電損失の大きい低効率発電を実施する発電実施部と、
   を備え、
   前記供給流量制御部は、
   前記低効率発電の実施中において、前記燃料電池システムが搭載される搭載体の状態が第１モードであるときは、前記発電損失に伴う前記燃料電池の発熱量が第１発熱量となるように、前記酸化剤ガスの供給流量を制御し、
   前記低効率発電の実施中において、前記搭載体の状態が前記第１モードと比べて前記燃料電池の発電電力が変動しやすい第２モードであるときは、前記発熱量が第１発熱量よりも小さい第２発熱量となるように、前記酸化剤ガスの供給流量を制御する、
   燃料電池システム。
2. 前記供給流量制御部は、
   前記二次電池の状態に基づいて定まる前記二次電池の許容充電電力又は許容放電電力の少なくとも一方に基づいて、前記第２モード中の前記発熱量が第２発熱量よりも小さい第３発熱量となるように、前記酸化剤ガスの供給流量を制御する、
   請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記供給流量制御部は、
   前記許容充電電力が所定の充電側閾値未満であれば、前記第２モード中の前記発熱量が前記第３発熱量となるように、前記酸化剤ガスの供給流量を制御する、
   請求項２に記載の燃料電池システム。
4. 前記供給流量制御部は、
   前記許容放電電力が所定の放電側閾値未満であれば、前記第２モード中の前記発熱量が前記第３発熱量となるように、前記酸化剤ガスの供給流量を制御する、
   請求項２又は請求項３に記載の燃料電池システム。
5. 前記供給流量制御部は、
   前記搭載体の状態が前記第２モードであるときは、前記許容充電電力が、所定の第１充電側閾値よりも小さい所定の第２充電側閾値未満であり、又は前記許容放電電力が、所定の第１放電側閾値よりも小さい所定の第２放電側閾値未満であれば、前記発熱量が前記第３発熱量となるように前記酸化剤ガスの供給流量を制御し、前記許容充電電力が、前記第１充電側閾値以上であり、かつ前記許容放電電力が前記第１放電側閾値以上であれば、前記発熱量が前記第２発熱量となるように前記酸化剤ガスの供給流量を制御する、
   請求項２に記載の燃料電池システム。
6. 前記搭載体は車両であり、
   前記第１モードは、前記車両のシフトレンジとしてパーキングレンジが選択されている状態であり、
   前記第２モードは、前記シフトレンジとしてドライブレンジ又はリバースレンジが選択されている状態である、
   請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の燃料電池システム。

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