特許 7646529 燃料電池システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-03-07

(45)【発行日】2025-03-17

(54)【発明の名称】燃料電池システム

(51)【国際特許分類】

   B60L 58/40 20190101AFI20250310BHJP

   H01M 8/04858 20160101ALI20250310BHJP

   H01M 8/04746 20160101ALI20250310BHJP

   H01M 8/04537 20160101ALI20250310BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20250310BHJP

   B60L 50/75 20190101ALI20250310BHJP

   H01M 8/04291 20160101ALI20250310BHJP

   H01M 8/00 20160101ALN20250310BHJP

【ＦＩ】

B60L58/40

H01M8/04858

H01M8/04746

H01M8/04537

H01M8/04 J

B60L50/75

H01M8/04291

H01M8/00 A

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021199593

(22)【出願日】2021-12-08

(65)【公開番号】P2023085096

(43)【公開日】2023-06-20

【審査請求日】2024-04-01

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100121083

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 宏義

(74)【代理人】

【識別番号】100138391

【弁理士】

【氏名又は名称】天田 昌行

(74)【代理人】

【識別番号】100074099

【弁理士】

【氏名又は名称】大菅 義之

(72)【発明者】

【氏名】明本 斉

(72)【発明者】

【氏名】山川 大輝

【審査官】加藤 昌人

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－０３２１３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１８３１２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１３６４６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２８６４０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２７６６２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０９０８８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０６３８０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２６５８６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１５２５３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２１／０１１１４２２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ８／０４－ ８／０６６８

Ｂ６０Ｌ １／００－ ３／１２

Ｂ６０Ｌ ７／００－１３／００

Ｂ６０Ｌ １５／００－５８／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料電池と、
前記燃料電池から電力が供給されることで充電し、負荷に電力を供給することで放電する蓄電装置と、
前記燃料電池に酸化剤ガスを供給するエアコンプレッサと、
前記蓄電装置の充電量に応じて目標発電電力を変化させ、前記燃料電池の発電電力が前記目標発電電力に追従するように、前記エアコンプレッサの動作を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
通常条件下において、前記蓄電装置の充電量が第１充電量以下になると、前記目標発電電力をゼロからゼロより大きい第１目標発電電力に変化させ、
前記通常条件と異なる所定条件下において、前記蓄電装置の充電量が前記第１充電量より小さい第２充電量以下になると、前記目標発電電力をゼロから前記第１目標発電電力または前記第１目標発電電力より大きい第２目標発電電力に変化させる
ことを特徴とする燃料電池システム。

【請求項2】

請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記通常条件下または前記所定条件下において、前記蓄電装置の充電量に応じて前記目標発電電力を段階的に変化させる
ことを特徴とする燃料電池システム。

【請求項3】

請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、
前記通常条件下において、前記第１充電量から前記第１充電量より小さい第３充電量までの範囲内で前記蓄電装置の充電量が低下するほど前記燃料電池の目標発電電力を増加させるとともに前記蓄電装置の充電量が上昇するほど前記燃料電池の目標発電電力を減少させ、
前記所定条件下において、前記蓄電装置の充電量が前記第２充電量に低下するまで前記燃料電池の目標発電電力をゼロに維持し、その後、前記蓄電装置の充電量が前記第２充電量より大きい第４充電量に上昇するまで前記燃料電池の目標発電電力を前記第２目標発電電力に維持する
ことを特徴とする燃料電池システム。

【請求項4】

請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記所定条件下において、前記蓄電装置の充電量が前記第２充電量以下になると、前記燃料電池の目標発電電力をゼロから前記第２目標発電電力より小さい第３目標発電電力に変化させた後、前記第２目標発電電力より小さく前記第３目標発電電力より大きい第４目標発電電力に変化させ、その後、前記第２目標発電電力に変化させる
ことを特徴とする燃料電池システム。

【請求項5】

燃料電池と、
前記燃料電池から電力が供給されることで充電し、負荷に電力を供給することで放電する蓄電装置と、
前記燃料電池に酸化剤ガスを供給するエアコンプレッサと、
前記蓄電装置の充電量に応じて目標発電電力を変化させ、前記燃料電池の発電電力が前記目標発電電力に追従するように、前記エアコンプレッサの動作を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
通常条件下において、前記蓄電装置の充電量が第１充電量以下になると、前記目標発電電力をゼロからゼロより大きい第１目標発電電力に変化させ、前記蓄電装置の充電量が前記第１充電量より小さい第２充電量以下になると、前記目標発電電力を前記第１目標発電電力から前記第１目標発電電力より大きい第２目標発電電力に変化させ、前記蓄電装置の充電量が前記第２充電量より小さい第３充電量以下になると、前記目標発電電力を前記第２目標発電電力から前記第２目標発電電力より大きい第３目標発電電力に変化させ、
前記通常条件と異なる所定条件下において、前記蓄電装置の充電量が前記第３充電量以下になると、前記目標発電電力をゼロから前記第３目標発電電力に変化させる
ことを特徴とする燃料電池システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池システムに関する。

【背景技術】

【0002】

燃料電池システムとして、燃料電池に供給される酸化剤ガスの流量（酸化剤ガスの単位時間あたりの体積）により燃料電池内に滞留する水の量を算出し、その水の量が閾値以上になると、酸化剤ガスを用いてエアブローを実行することで燃料電池内に滞留する水を燃料電池の外に排出させるものがある。関連する技術として、特許文献１がある。

【0003】

ところで、酸化剤ガスによるエアブローを実行するにあたり、酸化剤ガスの流速が所望な流速に満たない場合について、改善が必要だった。酸化剤ガスの流速が所望な流速に満たなくなると、燃料電池内に滞留する水の排出処理を正常に機能させることが困難になるおそれがある。特に、燃料電池を構成する燃料電池セルが比較的少ない場合、酸化剤ガスの流速が所望な流速に満たなくなりやすい。

【0004】

一方で、酸化剤ガスの流速が所望な流速を満たすように供給量をただ増大させるだけでは、燃料電池の電圧が上昇し、燃料電池が劣化してしまう。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１９－１４５３２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の一側面に係る目的は、燃料電池システムにおいて、燃料電池内の水の滞留を抑制しつつ、燃料電池の電位変動による劣化を抑制することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る一つの形態である燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池に酸化剤ガスを供給するエアコンプレッサと、前記エアコンプレッサの動作を制御する制御部とを備える。

【0008】

前記制御部は、通常条件下において、負荷から要求される電力が当該燃料電池システムから前記負荷に供給されるように、前記エアコンプレッサの動作を制御し、前記通常条件と異なる所定条件下において、前記負荷から要求される電力が当該燃料電池システムから前記負荷に供給されるように、かつ、前記燃料電池に供給される酸化剤ガスの流量が所定流量以上になるように、前記エアコンプレッサの動作を制御する。

【0009】

これにより、例えば、燃料電池内に水が滞留し易い場合を所定条件に設定するとともに、燃料電池内に滞留する水を燃料電池の外に排出することが可能な酸化剤ガスの流量を所定流量に設定することで、燃料電池内に水が滞留し易い場合において、酸化剤ガスにより燃料電池内に滞留する水を燃料電池の外に排出することができるため、燃料電池内に滞留する水の量を低減することができる。また、負荷から要求される電力が当該燃料電池システムから負荷に供給されるようになっていることで、燃料電池による発電電力の消費先が確保される。これにより、燃料電池の電位上昇が抑えられ、燃料電池の劣化が抑制できる。

【0010】

また、前記制御部は、前記通常条件下または前記所定条件下において、前記燃料電池で発電される電力が段階的に変化するように、前記エアコンプレッサの動作を制御するように構成してもよい。

【0011】

これにより、エアコンプレッサから出力される酸化剤ガスの流量を段階的に変化させることができるため、エアコンプレッサで発生する騒音が急峻に変化することを抑制し騒音に関するユーザの違和感を緩和させることができる。また、燃料電池の発電電力が変化する頻度を低減することができるため、燃料電池の劣化を抑制することができる。

【0012】

また、上記燃料電池システムは、前記燃料電池から電力が供給されることで充電し、前記負荷に電力を供給することで放電する蓄電装置を備え、前記制御部は、前記通常条件下において、第１充電量から前記第１充電量より大きい第２充電量までの範囲内で前記蓄電装置の充電量が低下するほど前記燃料電池の目標発電電力が増加するとともに前記蓄電装置の充電量が上昇するほど前記目標発電電力が減少するように、前記エアコンプレッサの動作を制御し、前記所定条件下において、前記蓄電装置の充電量が前記第１充電量に低下するまで前記燃料電池の目標発電電力がゼロに維持され、その後、前記蓄電装置の充電量が前記第２充電量に上昇するまで前記燃料電池の目標発電電力が増加されるように、前記エアコンプレッサの動作を制御するように構成してもよい。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、燃料電池システムにおいて、燃料電池内の水の滞留を抑制しつつ、燃料電池の電位変動による劣化を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。

【図2】制御部の動作の一例を示すフローチャートである。

【図3】制御部の動作の他の例を示すフローチャートである。

【図4】通常条件下における燃料電池の発電制御を説明するための図である。

【図5】低負荷運転条件下における燃料電池の発電制御を説明するための図である。

【図6】通常発電制御時に燃料電池システムの電力供給先を車載負荷とする場合における燃料電池の発電制御を説明するための図である。

【図7】通常発電制御時に燃料電池システムの電力供給先を外部負荷とする場合における燃料電池の発電制御を説明するための図である。

【図8】低負荷運転対応発電制御時に燃料電池システムの電力供給先を外部負荷とする場合における燃料電池の発電制御を説明するための図である。

【図9】変形例１における燃料電池の発電制御を説明するための図である。

【図10】変形例２における燃料電池の発電制御を説明するための図である。

【図11】変形例３における燃料電池の発電制御を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。

【0016】

図１は、実施形態の燃料電池システムＦＣＳの一例を示す図である。

【0017】

図１に示す燃料電池システムＦＣＳは、車両Ｖｅに搭載され、車両Ｖｅに搭載される車載負荷Ｌｉｎや車両Ｖｅの外部に設けられる外部負荷Ｌｏｕｔなどに電力を供給する。なお、車両Ｖｅは、フォークリフトなどの産業車両や自動車などとする。また、車載負荷Ｌｉｎは、走行用モータを駆動するインバータや荷役モータを駆動するインバータなどとし、車両Ｖｅが上り坂を走行しているときや比較的重い荷物に対して荷役作業しているときなど燃料電池システムＦＣＳから車載負荷Ｌｉｎに比較的大きい電力が供給されるものとする。また、外部負荷Ｌｏｕｔは、テレビや扇風機などの家電機器とし、燃料電池システムＦＣＳから外部負荷Ｌｏｕｔに比較的小さい電力が供給されるものとする。

【0018】

また、燃料電池システムＦＣＳは、燃料電池ＦＣと、水素タンクＨＴと、インジェクタＩＮＪと、エアコンプレッサＡＣＰと、エア調圧弁ＡＲＶと、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶと、蓄電装置Ｂと、電流センサＳｉｆと、電圧センサＳｖｆと、電流センサＳｉｂと、電圧センサＳｖｂと、切替スイッチＳＷ１、ＳＷ２と、インバータＩＮＶと、制御部ＣＮＴとを備える。

【0019】

燃料電池ＦＣは、互いに直列接続される複数の燃料電池セルにより構成される燃料電池スタックであり、燃料ガス（水素ガスなど）に含まれる水素と酸化剤ガス（空気など）に含まれる酸素との電気化学反応により電気を発生させる。

【0020】

水素タンクＨＴは、燃料ガスの貯蔵容器である。水素タンクＨＴに貯蔵された燃料ガスはインジェクタＩＮＪを介して燃料電池ＦＣに供給される。

【0021】

インジェクタＩＮＪは、燃料電池ＦＣに供給される燃料ガスの流量を調整することで燃料電池ＦＣ内の燃料ガスの圧力を所定圧力に保つ。

【0022】

エアコンプレッサＡＣＰは、燃料電池システムＦＣＳの周囲に存在する酸化剤ガスを圧縮して燃料電池ＦＣに供給する。

【0023】

エア調圧弁ＡＲＶは、燃料電池ＦＣに供給される酸化剤ガスの流量を調整することで燃料電池ＦＣ内の酸化剤ガスの圧力を所定圧力に保つ。

【0024】

ＤＣＤＣコンバータＣＮＶは、燃料電池ＦＣの後段に接続され、燃料電池ＦＣから出力される電圧Ｖｆを所定の電圧に変換する。ＤＣＤＣコンバータＣＮＶから出力される電力は、車載負荷Ｌｉｎ及び外部負荷Ｌｏｕｔなどの負荷、インジェクタＩＮＪ、エアコンプレッサＡＣＰ、及びエア調圧弁ＡＲＶなどの補機、並びに蓄電装置Ｂに供給される。例えば、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶは、燃料電池ＦＣの電圧を４８［Ｖ］に変換する。ＤＣＤＣコンバータＣＮＶから出力される電力の一部は、４８［Ｖ］系の補機であるエアコンプレッサＡＣＰなどに供給される。また、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶにより４８［Ｖ］に変換された電圧は、他のＤＣＤＣコンバータ（不図示）により１２［Ｖ］の電圧に変換される。他のＤＣＤＣコンバータから出力される電力は、１２［Ｖ］系の補機であるインジェクタＩＮＪやエア調圧弁ＡＲＶに供給される。

【0025】

蓄電装置Ｂは、キャパシタなどにより構成され、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶと切替スイッチＳＷ１、ＳＷ２との間に接続されている。ＤＣＤＣコンバータＣＮＶから出力される電力と、４８［Ｖ］系の補機及び１２［Ｖ］系の補機にそれぞれ供給される電力の合計値との差に相当する供給電力が、車載負荷Ｌｉｎまたは外部負荷Ｌｏｕｔから要求される要求電力より大きい場合、その供給電力のうち、要求電力分の電力が車載負荷Ｌｉｎまたは外部負荷Ｌｏｕｔに供給されるとともに、残りの電力が蓄電装置Ｂに供給される。ＤＣＤＣコンバータＣＮＶから蓄電装置Ｂに電力が供給されると、蓄電装置Ｂが充電され蓄電装置Ｂの充電量が増加する。また、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶから出力される電力と、４８［Ｖ］系の補機及び１２［Ｖ］系の補機にそれぞれ供給される電力の合計値との差に相当する供給電力が、車載負荷Ｌｉｎまたは外部負荷Ｌｏｕｔから要求される要求電力より小さい場合、その供給電力が車載負荷Ｌｉｎまたは外部負荷Ｌｏｕｔに供給されるとともに、不足分の電力が蓄電装置Ｂから車載負荷Ｌｉｎまたは外部負荷Ｌｏｕｔに供給される。蓄電装置Ｂから車載負荷Ｌｉｎまたは外部負荷Ｌｏｕｔに電力が供給されると、蓄電装置Ｂが放電され蓄電装置Ｂの充電量が減少する。なお、充電量とは、蓄電装置Ｂの充電率［％］（蓄電装置Ｂの満充電容量に対する残容量の割合）、または、蓄電装置Ｂに電流が流れていないときの蓄電装置Ｂの開回路電圧［Ｖ］、または、蓄電装置Ｂに電流が流れているときの蓄電装置Ｂの閉回路電圧［Ｖ］、または、蓄電装置Ｂに流れる電流の積算値［Ａｈ］などとする。

【0026】

電流センサＳｉｆは、シャント抵抗やホール素子などにより構成され、燃料電池ＦＣからＤＣＤＣコンバータＣＮＶに流れる電流Ｉｆを検出し、その検出した電流Ｉｆを制御部ＣＮＴに送る。

【0027】

電圧センサＳｖｆは、分圧抵抗などにより構成され、燃料電池ＦＣから出力される電圧Ｖｆを検出し、その検出した電圧Ｖｆを制御部ＣＮＴに送る。制御部ＣＮＴでは、電流Ｉｆと電圧Ｖｆとの乗算結果を燃料電池ＦＣの発電電力（出力電力）として求める。

【0028】

電流センサＳｉｂは、シャント抵抗やホール素子などにより構成され、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶから蓄電装置Ｂに流れる電流Ｉｂまたは蓄電装置Ｂから車載負荷Ｌｉｎあるいは外部負荷Ｌｏｕｔに流れる電流Ｉｂを検出し、その検出した電流Ｉｂを制御部ＣＮＴに送る。

【0029】

電圧センサＳｖｂは、分圧抵抗などにより構成され、蓄電装置Ｂの電圧Ｖｂを検出し、その検出した電圧Ｖｂを制御部ＣＮＴに送る。

【0030】

切替スイッチＳＷ１、ＳＷ２は、電磁式リレーなどにより構成され、制御部ＣＮＴによる動作制御により、燃料電池システムＦＣＳの出力先として車載負荷Ｌｉｎ及び外部負荷Ｌｏｕｔのどちらか一方に切り替える。なお、本実施形態以外の構成として、制御部ＣＮＴによる動作制御により、燃料電池システムＦＣＳの出力先として車載負荷Ｌｉｎ及び外部負荷Ｌｏｕｔの両方か、車載負荷Ｌｉｎのみかを切り替えるようにしてもよい。

【0031】

インバータＩＮＶは、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶまたは蓄電装置Ｂから出力される直流の電力を交流の電力に変換して外部負荷Ｌｏｕｔに供給する。

【0032】

制御部ＣＮＴは、マイクロコンピュータなどにより構成され、エアコンプレッサＡＣＰ、エア調圧弁ＡＲＶ、及びインジェクタＩＮＪなどの補機の動作を制御することで燃料電池ＦＣの発電電力を制御する。

【0033】

また、制御部ＣＮＴは、通常発電制御時または低負荷運転対応発電制御時、蓄電装置Ｂの充電量に応じて目標発電電力Ｐｔを段階的に変化させる。

【0034】

また、制御部ＣＮＴは、通常発電制御時または低負荷運転対応発電制御時、燃料電池ＦＣの発電電力が目標発電電力Ｐｔに追従するように、４８［Ｖ］系の補機や１２［Ｖ］系の補機の動作を制御することで、燃料電池ＦＣの発電電力を制御する。例えば、制御部ＣＮＴは、ＰＩ（Proportional-Integral）制御により、燃料電池ＦＣの発電電力と目標発電電力Ｐｔとの差がゼロになるように、４８［Ｖ］系の補機や１２［Ｖ］系の補機の動作を制御する。

【0035】

図２は、制御部ＣＮＴの動作の一例を示すフローチャートである。

【0036】

まず、ステップＳ１において、制御部ＣＮＴは、燃料電池システムＦＣＳ側または車両Ｖｅ側に設けられる不図示の外部給電ボタンがユーザにより押下されたか否かを判断する。

【0037】

次に、制御部ＣＮＴは、外部給電ボタンがユーザにより押下されていないと判断すると（ステップＳ１：Ｎｏ）、通常条件下であると判断する（ステップＳ２）。通常条件とは、燃料電池システムＦＣＳを後述する通常発電制御で稼働させる条件で、燃料電池システムＦＣＳから車載負荷Ｌｉｎに比較的大きい電力が供給される。なお、通常条件下では、車載負荷Ｌｉｎから要求される電力が燃料電池ＦＣの目標発電電力より大きくなることで蓄電装置Ｂの出力電力が比較的大きくなり蓄電装置Ｂの充電量が十分に低下する場合がある。また、通常条件下では、後述する通常発電制御により、蓄電装置Ｂの充電量の低下に伴って燃料電池ＦＣの目標発電電力Ｐｔや燃料電池ＦＣに供給される酸化剤ガスの流量が大きくなるため、酸化剤ガスの流量を意図的に増加させる必要がないものとする。

【0038】

次に、制御部ＣＮＴは、通常条件下であると判断すると、燃料電池システムＦＣＳの電力供給先が車載負荷Ｌｉｎになるように切替スイッチＳＷ１、ＳＷ２の動作を制御し（ステップＳ３）、通常発電制御により燃料電池ＦＣの発電電力を制御する（ステップＳ４）。

【0039】

一方、制御部ＣＮＴは、外部給電ボタンがユーザにより押下されたと判断すると（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、低負荷運転条件（所定条件）下であると判断する（ステップＳ５）。低負荷運転条件とは、燃料電池システムＦＣＳを後述する低負荷運転対応発電制御で稼働させる条件であり、通常発電制御と比べて、燃料電池システムＦＣＳから外部負荷Ｌｏｕｔに比較的小さい電力が供給される。なお、低負荷運転条件下では、外部負荷Ｌｏｕｔから要求される電力が比較的小さいため、蓄電装置Ｂの出力電力が比較的小さく蓄電装置Ｂの充電量が低下し難い。そのため、低負荷運転条件下において、後述する通常発電制御を行うと、燃料電池ＦＣの出力電力が上昇し難くなり、燃料電池ＦＣに供給される酸化剤ガスの流量が増加し難くなるため、燃料電池ＦＣ内に水が滞留し易い。そこで、低負荷運転条件下では、燃料電池ＦＣ内に滞留する水を酸化剤ガスにより燃料電池ＦＣの外に排出させるために、後述する低負荷運転対応発電制御により、燃料電池ＦＣの目標発電電力Ｐｔを強制的に増加させて燃料電池ＦＣに供給される酸化剤ガスの流量を意図的に増加させる。また、低負荷運転条件下では、蓄電装置Ｂが過充電状態になることを抑制するために、燃料電池ＦＣの目標発電電力Ｐｔを増加させる前に蓄電装置Ｂの充電量を低下させておく。

【0040】

次に、制御部ＣＮＴは、低負荷運転条件下であると判断すると、燃料電池システムＦＣＳの電力供給先が外部負荷Ｌｏｕｔになるように切替スイッチＳＷ１、ＳＷ２の動作を制御し（ステップＳ６）、低負荷運転対応発電制御により燃料電池ＦＣの発電電力を制御した後（ステップＳ７）、再度、外部給電ボタンがユーザにより押下されたか否かを判断する（ステップＳ８）。

【0041】

そして、制御部ＣＮＴは、外部給電ボタンがユーザにより押下されていないと判断すると（ステップＳ８：Ｎｏ）、ステップＳ７における低負荷運転対応発電制御を継続し、外部給電ボタンがユーザにより押下されたと判断すると（ステップＳ８：Ｙｅｓ）、低負荷運転条件から通常条件に切り替わったと判断し（ステップＳ２）、ステップＳ３以降の処理を実行する。

【0042】

すなわち、外部給電ボタンがユーザにより押下されていない間、通常条件下になり、外部給電ボタンがユーザにより押下されてから再度押下されるまでの間、低負荷運転条件下になる。そして、制御部ＣＮＴは、通常条件下において、通常発電制御により燃料電池ＦＣの発電電力を制御し、低負荷運転条件下において、低負荷運転対応発電制御により燃料電池ＦＣの発電電力を制御する。このように、外部給電ボタンが押下されたか否かを判断することで、通常発電制御と低負荷運転対応発電制御の切り替えを容易に行うことができる。

【0043】

図３は、制御部ＣＮＴの動作の他の例を示すフローチャートである。なお、図３に示すフローチャートにおいて、図２に示すステップと同じステップには同じ符号を付し、その説明を省略する。

【0044】

図３に示すフローチャートにおいて、図２に示すフローチャートと異なる点は、燃料電池システムＦＣＳの出力電力が所定電力より大きい場合（ステップＳ１´：Ｎｏ）、ステップＳ２において通常条件下であると判断し、燃料電池システムＦＣＳの出力電力が所定電力以下である状態が一定時間以上継続している場合（ステップＳ１´：Ｙｅｓ）、ステップＳ５において低負荷運転条件下であると判断する点である。なお、燃料電池システムＦＣＳの出力電力が所定電力以下である状態が継続しているとき（ステップＳ８´：Ｎｏ）、低負荷運転対応発電制御を継続し、燃料電池システムＦＣＳの出力電力が所定電力より大きくなると（ステップＳ８´：Ｙｅｓ）、低負荷運転条件から通常条件に切り替わったと判断し（ステップＳ２）、ステップＳ３以降の処理を実行する。

【0045】

すなわち、燃料電池システムＦＣＳの出力電力が所定電力より大きい場合または燃料電池システムＦＣＳの出力電力が所定電力以下である状態が一定時間以上継続しない場合、通常条件下になり、燃料電池システムＦＣＳの出力電力が所定電力以下である状態が一定時間以上継続してから燃料電池システムＦＣＳの出力電力が所定電力より大きくなるまでの間、低負荷運転条件下になる。そして、制御部ＣＮＴは、通常条件下において、通常発電制御により燃料電池ＦＣの発電電力を制御し、低負荷運転条件下において、低負荷運転対応発電制御により燃料電池ＦＣの発電電力を制御する。このように、燃料電池システムＦＣＳの出力電力が所定電力以下である状態が一定時間以上継続しているか否かを判断することで、通常発電制御と低負荷運転対応発電制御の切り替えを容易に行うことができる。

【0046】

また、燃料電池ＦＣの発電制御として図３に示すフローチャートを採用する場合、燃料電池システムＦＣＳの電力供給先を車載負荷Ｌｉｎのみにしてもよい。このように構成する場合、切替スイッチＳＷ１、ＳＷ２を省略し、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶに車載負荷Ｌｉｎを直接接続してもよい。

【0047】

図４は、通常発電制御を説明するための図である。なお、蓄電装置Ｂの充電量は、充電量Ｖ１（第１充電量）から充電量Ｖ１より大きい充電量Ｖ２（第２充電量）までの範囲において変化するものとする。また、閾値Ｖｔｈ１１（充電量Ｖ１）＜閾値Ｖｔｈ１２＜閾値Ｖｔｈ１３＜閾値Ｖｔｈ１４＜閾値Ｖｔｈ１５＜閾値Ｖｔｈ１６（充電量Ｖ２）とする。また、目標発電電力Ｐｔ０をゼロとし、目標発電電力Ｐｔ０＜目標発電電力Ｐｔ１＜目標発電電力Ｐｔ２＜目標発電電力Ｐｔ３とする。また、燃料電池ＦＣの出力電力が目標発電電力Ｐｔ３に追従しているとき、燃料電池ＦＣ内に滞留している水が所定流量の酸化剤ガスにより燃料電池ＦＣの外に排出されるものとする。また、目標発電電力Ｐｔ３と目標発電電力Ｐｔ２との差、目標発電電力Ｐｔ２と目標発電電力Ｐｔ１との差、目標発電電力Ｐｔ１と目標発電電力Ｐｔ０との差は、それぞれ、一定値でもよいし、異なる値でもよい。また、目標発電電力Ｐｔが大きくなるほど、燃料電池ＦＣから出力される電力が大きくなり、目標発電電力Ｐｔが小さくなるほど、燃料電池ＦＣから出力される電力が小さくなるものとする。また、目標発電電力Ｐｔが目標発電電力Ｐｔ０になると、燃料電池ＦＣの発電が停止して燃料電池ＦＣから出力される電力がゼロになるものとする。

【0048】

制御部ＣＮＴは、目標発電電力Ｐｔが目標発電電力Ｐｔ０である状態において、蓄電装置Ｂの充電量が閾値Ｖｔｈ１５以下になると、目標発電電力Ｐｔを目標発電電力Ｐｔ０から目標発電電力Ｐｔ１に変化させる。

【0049】

また、制御部ＣＮＴは、目標発電電力Ｐｔが目標発電電力Ｐｔ１である状態において、蓄電装置Ｂの充電量が閾値Ｖｔｈ１３以下になると、目標発電電力Ｐｔを目標発電電力Ｐｔ１から目標発電電力Ｐｔ２に変化させる。

【0050】

また、制御部ＣＮＴは、目標発電電力Ｐｔが目標発電電力Ｐｔ２である状態において、蓄電装置Ｂの充電量が閾値Ｖｔｈ１１以下になると、目標発電電力Ｐｔを目標発電電力Ｐｔ２から目標発電電力Ｐｔ３に変化させる。

【0051】

また、制御部ＣＮＴは、目標発電電力Ｐｔが目標発電電力Ｐｔ３である状態において、蓄電装置Ｂの充電量が閾値Ｖｔｈ１２以上になると、目標発電電力Ｐｔを目標発電電力Ｐｔ３から目標発電電力Ｐｔ２に変化させる。

【0052】

また、制御部ＣＮＴは、目標発電電力Ｐｔが目標発電電力Ｐｔ２である状態において、蓄電装置Ｂの充電量が閾値Ｖｔｈ１４以上になると、目標発電電力Ｐｔを目標発電電力Ｐｔ２から目標発電電力Ｐｔ１に変化させる。

【0053】

また、制御部ＣＮＴは、目標発電電力Ｐｔが目標発電電力Ｐｔ１である状態において、蓄電装置Ｂの充電量が閾値Ｖｔｈ１６以上になると、目標発電電力Ｐｔを目標発電電力Ｐｔ１から目標発電電力Ｐｔ０に変化させる。

【0054】

すなわち、制御部ＣＮＴは、通常発電制御として、蓄電装置Ｂの充電量が小さくなるほど燃料電池ＦＣから出力される電力が段階的に大きくなるように、または、蓄電装置Ｂの充電量が大きくなるほど燃料電池ＦＣから出力される電力が段階的に小さくなるように、燃料電池ＦＣの発電電力を制御する。

【0055】

これにより、通常条件下において、車載負荷Ｌｉｎからの要求電力が比較的大きくなり、蓄電装置Ｂの充電量が比較的小さくなると、燃料電池ＦＣの出力電力を上昇させるために燃料電池ＦＣに供給される酸化剤ガスの流量が増加するため、燃料電池ＦＣ内に滞留する水の量を低減することができる。

【0056】

図５は、低負荷運転対応発電制御を説明するための図である。なお、蓄電装置Ｂの充電量は、充電量Ｖ１（第１充電量）から充電量Ｖ１より大きい充電量Ｖ２（第２充電量）までの範囲において変化するものとする。また、閾値Ｖｔｈ２１（充電量Ｖ１）＜閾値Ｖｔｈ２２＜閾値Ｖｔｈ２３＜閾値Ｖｔｈ２４＜閾値Ｖｔｈ２５＜閾値Ｖｔｈ２６（充電量Ｖ２）とする。また、閾値Ｖｔｈ２１は閾値Ｖｔ１１と同じ値でも異なる値でもよい。また、閾値Ｖｔｈ２２は閾値Ｖｔ１２と同じ値でも異なる値でもよい。また、閾値Ｖｔｈ２３は閾値Ｖｔ１３と同じ値でも異なる値でもよい。また、閾値Ｖｔｈ２４は閾値Ｖｔ１４と同じ値でも異なる値でもよい。また、閾値Ｖｔｈ２５は閾値Ｖｔ１５と同じ値でも異なる値でもよい。また、閾値Ｖｔｈ２６は閾値Ｖｔ１６と同じ値でも異なる値でもよい。

【0057】

制御部ＣＮＴは、目標発電電力Ｐｔが目標発電電力Ｐｔ０である状態において、蓄電装置Ｂの充電量が閾値Ｖｔｈ２１以下になると、目標発電電力Ｐｔを目標発電電力Ｐｔ０から目標発電電力Ｐｔ１に変化させる。

【0058】

また、制御部ＣＮＴは、目標発電電力Ｐｔが目標発電電力Ｐｔ１である状態において、蓄電装置Ｂの充電量が閾値Ｖｔｈ２２以上になると、目標発電電力Ｐｔを目標発電電力Ｐｔ１から目標発電電力Ｐｔ２に変化させる。

【0059】

また、制御部ＣＮＴは、目標発電電力Ｐｔが目標発電電力Ｐｔ２である状態において、蓄電装置Ｂの充電量が閾値Ｖｔｈ２３以上になると、目標発電電力Ｐｔを目標発電電力Ｐｔ２から目標発電電力Ｐｔ３に変化させる。

【0060】

また、制御部ＣＮＴは、目標発電電力Ｐｔが目標発電電力Ｐｔ３である状態において、蓄電装置Ｂの充電量が閾値Ｖｔｈ２４以上になると、目標発電電力Ｐｔを目標発電電力Ｐｔ３から目標発電電力Ｐｔ２に変化させる。

【0061】

また、制御部ＣＮＴは、目標発電電力Ｐｔが目標発電電力Ｐｔ２である状態において、蓄電装置Ｂの充電量が閾値Ｖｔｈ２５以上になると、目標発電電力Ｐｔを目標発電電力Ｐｔ２から目標発電電力Ｐｔ１に変化させる。

【0062】

また、制御部ＣＮＴは、目標発電電力Ｐｔが目標発電電力Ｐｔ１である状態において、蓄電装置Ｂの充電量が閾値Ｖｔｈ２６以上になると、目標発電電力Ｐｔを目標発電電力Ｐｔ１から目標発電電力Ｐｔ０に変化させる。

【0063】

また、制御部ＣＮＴは、目標発電電力Ｐｔが目標発電電力Ｐｔ１から目標発電電力Ｐｔ０に変化すると、蓄電装置Ｂの充電量が閾値Ｖｔｈ２１以下になるまで、目標発電電力Ｐｔを目標発電電力Ｐｔ０に維持する。

【0064】

すなわち、制御部ＣＮＴは、低負荷運転対応発電制御として、車載負荷Ｌｉｎや外部負荷Ｌｏｕｔからの要求電力の大小によらず、蓄電装置Ｂの充電量が閾値Ｖｔｈ２１以下になるまで目標発電電力Ｐｔを目標発電電力Ｐｔ０に維持した後、目標発電電力Ｐｔを目標発電電力Ｐｔ０から目標発電電力Ｐｔ３に強制的に変化させるとともに目標発電電力Ｐｔを目標発電電力Ｐｔ３から目標発電電力Ｐｔ０に強制的に変化させることを繰り返す。

【0065】

これにより、低負荷運転条件下など、燃料電池システムＦＣＳから外部負荷Ｌｏｕｔに比較的小さい電力が継続して供給されている状態であっても、低負荷運転対応発電制御により、燃料電池ＦＣから出力される電力を目標発電電力Ｐｔ３まで強制的に上昇させることができるため、燃料電池ＦＣに供給される酸化剤ガスの流量を増加させることができ燃料電池ＦＣ内に滞留している水の量を低減することができる。

【0066】

また、通常発電制御または低負荷運転対応発電制御において、エアコンプレッサＡＣＰから出力される酸化剤ガスの流量を段階的に変化させることができるため、エアコンプレッサＡＣＰで発生する騒音が急峻に変化することを抑制し騒音に関するユーザの違和感を緩和させることができる。

【0067】

また、通常発電制御または低負荷運転対応発電制御において、蓄電装置Ｂの充電量に応じて燃料電池ＦＣから出力される電力を段階的に変化させることができるため、燃料電池ＦＣの発電電力が変化する頻度を低減することができ、燃料電池の劣化を抑制することができる。

【0068】

また、車載負荷Ｌｉｎや外部負荷Ｌｏｕｔから要求される電力が燃料電池システムＦＣＳから車載負荷Ｌｉｎや外部負荷Ｌｏｕｔに供給される構成であるため、燃料電池ＦＣによる発電電力の消費先が確保される。これにより、燃料電池ＦＣの電位上昇が抑えられ、燃料電池ＦＣの劣化が抑制できる。

【0069】

なお、燃料電池ＦＣの発電制御として図３に示すフローチャートを採用する場合で、かつ、燃料電池システムＦＣＳの電力供給先を車載負荷Ｌｉｎのみにする場合、車載負荷Ｌｉｎから燃料電池システムＦＣＳに回生電力が供給されることを考慮して、目標発電電力Ｐｔが目標発電電力Ｐｔ０である状態において、蓄電装置Ｂの充電量が閾値Ｖｔｈ２１以上になると、目標発電電力Ｐｔを目標発電電力Ｐｔ０から目標発電電力Ｐｔ１に変化させるように構成してもよい。

【0070】

ここで、通常発電制御の具体例について説明する。

【0071】

図６は、通常発電制御時に燃料電池システムＦＣＳの電力供給先を車載負荷Ｌｉｎとする場合における燃料電池ＦＣの発電制御を説明するための図である。なお、図６（ａ）の二次元座標の横軸は時間を示し、縦軸は燃料電池システムＦＣＳの出力電力［ｋＷ］を示し、図６（ａ）の実線は図４に示す通常発電制御を行った場合の時間経過に伴う燃料電池システムＦＣＳの出力電力の変化例を示している。また、図６（ｂ）の二次元座標の横軸は時間を示し、縦軸は蓄電装置Ｂの充電量を示し、図６（ｂ）の実線は図４に示す通常発電制御を行った場合の時間経過に伴う蓄電装置Ｂの充電量の変化例を示している。また、図６（ｃ）の二次元座標の横軸は時間を示し、縦軸は燃料電池ＦＣの出力電力［ｋＷ］を示し、図６（ｃ）の実線は図４に示す通常発電制御を行った場合の時間経過に伴う燃料電池ＦＣの出力電力の変化例を示している。また、図６（ｄ）の二次元座標の横軸は時間を示し、縦軸は燃料電池ＦＣに供給される酸化剤ガスの流量［ＮＬ／ｍｉｎ］を示し、図６（ｄ）の実線は図４に示す通常発電制御を行った場合の時間経過に伴う酸化剤ガスの流量の変化例を示している。また、図６（ａ）～図６（ｄ）の横軸（時間軸）は互いに同じものとする。また、時刻ｔ１１から時刻ｔ１３までの間において、燃料電池システムＦＣＳの出力電力（車載負荷Ｌｉｎから要求される電力）が目標発電電力Ｐｔ１～Ｐｔ３より大きく、不足分の電力が蓄電装置Ｂから車載負荷Ｌｉｎに供給されることで蓄電装置Ｂが放電され蓄電装置Ｂの充電量が減少していくものとする。また、電力Ｐ１＜電力Ｐ２＜電力Ｐ３とする。また、流量Ｆ１＜流量Ｆ２＜流量Ｆ３とする。また、流量Ｆ３（所定流量）は、燃料電池ＦＣ内に滞留する水が燃料電池ＦＣの外に排出されているときに燃料電池ＦＣに供給される酸化剤ガスの流量とする。

【0072】

まず、蓄電装置Ｂから車載負荷Ｌｉｎに電力が供給されることで蓄電装置Ｂの充電量が徐々に低下しているとき、時刻ｔ１１において蓄電装置Ｂの充電量が閾値Ｖｔｈ１５以下になると、目標発電電力Ｐｔが目標発電電力Ｐｔ０から目標発電電力Ｐｔ１に変化する。すると、燃料電池ＦＣの出力電力をゼロから目標発電電力Ｐｔ１に相当する電力Ｐ１に上昇させるために、燃料電池ＦＣに供給される酸化剤ガスの流量がゼロから流量Ｆ１に増加する。

【0073】

次に、蓄電装置Ｂから車載負荷Ｌｉｎに電力が供給されることで蓄電装置Ｂの充電量が継続して低下しているとき、時刻ｔ１２において蓄電装置Ｂの充電量が閾値Ｖｔｈ１３以下になると、目標発電電力Ｐｔが目標発電電力Ｐｔ１から目標発電電力Ｐｔ２に変化する。すると、燃料電池ＦＣの出力電力を目標発電電力Ｐｔ１に相当する電力Ｐ１から目標発電電力Ｐｔ２に相当する電力Ｐ２に上昇させるために、燃料電池ＦＣに供給される酸化剤ガスの流量が流量Ｆ１から流量Ｆ２に増加する。

【0074】

そして、蓄電装置Ｂから車載負荷Ｌｉｎに電力が供給されることで蓄電装置Ｂの充電量が継続して低下しているとき、時刻ｔ１３において蓄電装置Ｂの充電量が閾値Ｖｔｈ１１以下になると、目標発電電力Ｐｔが目標発電電力Ｐｔ２から目標発電電力Ｐｔ３に変化する。すると、燃料電池ＦＣの出力電力を目標発電電力Ｐｔ２に相当する電力Ｐ２から目標発電電力Ｐｔ３に相当する電力Ｐ３に上昇させるために、燃料電池ＦＣに供給される酸化剤ガスの流量が流量Ｆ２から流量Ｆ３に増加する。

【0075】

このように、通常発電制御では、車載負荷Ｌｉｎからの電力要求によって、燃料電池ＦＣの出力電力が目標発電電力Ｐｔ３に対応する電圧Ｖ３まで上昇する場合があり、酸化剤ガスの流量を流量Ｆ３まで増加させることができるため、燃料電池ＦＣ内に滞留する水を低減することができる。

【0076】

次に、燃料電池システムＦＣＳの電力供給先を車載負荷Ｌｉｎから外部負荷Ｌｏｕｔに切り替えた後も通常発電制御により燃料電池ＦＣの発電電力を制御する場合について説明する。

【0077】

図７は、通常発電制御時に燃料電池システムＦＣＳの電力供給先を外部負荷Ｌｏｕｔとする場合における燃料電池ＦＣの発電制御を説明するための図である。なお、図７（ａ）の二次元座標の横軸は時間を示し、縦軸は燃料電池システムＦＣＳの出力電力［ｋＷ］を示し、図７（ａ）の実線は図４に示す通常発電制御を行った場合の時間経過に伴う燃料電池システムＦＣＳの出力電力の変化例を示している。また、図７（ｂ）の二次元座標の横軸は時間を示し、縦軸は蓄電装置Ｂの充電量を示し、図７（ｂ）の実線は図４に示す通常発電制御を行った場合の時間経過に伴う蓄電装置Ｂの充電量の変化例を示している。また、図７（ｃ）の二次元座標の横軸は時間を示し、縦軸は燃料電池ＦＣの出力電力［ｋＷ］を示し、図７（ｃ）の実線は図４に示す通常発電制御を行った場合の時間経過に伴う燃料電池ＦＣの出力電力の変化例を示している。また、図７（ｄ）の二次元座標の横軸は時間を示し、縦軸は燃料電池ＦＣに供給される酸化剤ガスの流量［ＮＬ／ｍｉｎ］を示し、図７（ｄ）の実線は図４に示す通常発電制御を行った場合の時間経過に伴う酸化剤ガスの流量の変化例を示している。また、図７（ａ）～図７（ｄ）の横軸（時間軸）は互いに同じものとする。また、時刻ｔ２１から時刻ｔ２３までの間において、燃料電池システムＦＣＳの出力電力（外部負荷Ｌｏｕｔから要求される電力）は目標発電電力Ｐｔ１より小さく、目標発電電力Ｐｔが目標発電電力Ｐｔ１に変化すると、蓄電装置Ｂが充電され蓄電装置Ｂの充電量が増加するものとする。また、電力Ｐ１＜電力Ｐ２＜電力Ｐ３とする。また、流量Ｆ１＜流量Ｆ２＜流量Ｆ３とする。また、流量Ｆ１は、燃料電池ＦＣ内に水が滞留し易い状態であるときに燃料電池ＦＣに供給される酸化剤ガスの流量とする。なお図６（ｂ）において、蓄電装置Ｂの充電量は、供給電力と要求電力との差し引きによって変動するため、厳密には複雑な波形となるが、説明のため直線的に変化するよう単純化している。以降の図７（ｂ）、図８（ｂ）、図９（ｂ）、図１０（ｂ）、図１１（ｂ）についても同様である。

【0078】

まず、蓄電装置Ｂから外部負荷Ｌｏｕｔに電力が供給されることで蓄電装置Ｂの充電量が低下しているとき、時刻ｔ２１において蓄電装置Ｂの充電量が閾値Ｖｔｈ１５以下になると、目標発電電力Ｐｔが目標発電電力Ｐｔ０から目標発電電力Ｐｔ１に変化する。すると、燃料電池ＦＣの出力電力をゼロから目標発電電力Ｐｔ１に相当する電力Ｐ１に上昇させるために、燃料電池ＦＣに供給される酸化剤ガスの流量がゼロから流量Ｆ１に増加する。また、燃料電池ＦＣから出力される電力の一部により蓄電装置Ｂが充電され、蓄電装置Ｂの充電量が増加する。

【0079】

次に、時刻ｔ２２において蓄電装置Ｂの充電量が閾値Ｖｔｈ１６以上になると、目標発電電力Ｐｔが目標発電電力Ｐｔ１から目標発電電力Ｐｔ０に変化する。すると、燃料電池ＦＣの出力電力が目標発電電力Ｐｔ１に相当する電力Ｐ１からゼロに減少するため、燃料電池ＦＣに供給される酸化剤ガスの流量が流量Ｆ１からゼロに減少する。また、燃料電池ＦＣの出力電力がゼロになると、蓄電装置Ｂから外部負荷Ｌｏｕｔに電力が供給されるようになり、蓄電装置Ｂの充電量が再び低下する。

【0080】

次に、時刻ｔ２３において蓄電装置Ｂの充電量が閾値Ｖｔｈ１５以下になると、目標発電電力Ｐｔが目標発電電力Ｐｔ０から目標発電電力Ｐｔ１に変化する。すると、燃料電池ＦＣの出力電力をゼロから目標発電電力Ｐｔ１に相当する電力Ｐ１に上昇させるために、燃料電池ＦＣに供給される酸化剤ガスの流量がゼロから流量Ｆ１に増加する。また、燃料電池ＦＣから出力される電力の一部により蓄電装置Ｂが充電され、蓄電装置Ｂの充電量が再び増加する。

【0081】

以降、酸化剤ガスの流量がゼロと流量Ｆ１との間で増減を繰り返す。

【0082】

このように、燃料電池システムＦＣＳの電力供給先を車載負荷Ｌｉｎから外部負荷Ｌｏｕｔに切り替えた後も通常発電制御により燃料電池ＦＣの発電電力を制御する場合では、蓄電装置Ｂの充電量を閾値Ｖｔｈ１６と閾値Ｖｔｈ１５と間でしか変化させることができないため、燃料電池ＦＣの出力電力を目標発電電力Ｐｔ１に相当する電力Ｐ１までしか上昇させることができない。そのため、燃料電池ＦＣに供給される酸化剤ガスの流量も流量Ｆ１までしか増加させることができず、燃料電池ＦＣ内に水が滞留し易い。

【0083】

そこで、実施形態の燃料電池システムＦＣＳでは、燃料電池システムＦＣＳの電力供給先を車載負荷Ｌｉｎから外部負荷Ｌｏｕｔに切り替えた後に低負荷運転対応発電制御により燃料電池ＦＣの発電電力を制御する。

【0084】

図８は、低負荷運転対応発電制御時に燃料電池システムＦＣＳの電力供給先を外部負荷Ｌｏｕｔとする場合における燃料電池ＦＣの発電制御を説明するための図である。なお、図８（ａ）の二次元座標の横軸は時間を示し、縦軸は燃料電池システムＦＣＳの出力電力［ｋＷ］を示し、図８（ａ）の実線は図５に示す低負荷運転対応発電制御を行った場合の時間経過に伴う燃料電池システムＦＣＳの出力電力の変化例を示している。また、図８（ｂ）の二次元座標の横軸は時間を示し、縦軸は蓄電装置Ｂの充電量を示し、図８（ｂ）の実線は図５に示す低負荷運転対応発電制御を行った場合の時間経過に伴う蓄電装置Ｂの充電量の変化例を示している。また、図８（ｃ）の二次元座標の横軸は時間を示し、縦軸は燃料電池ＦＣの出力電力［ｋＷ］を示し、図８（ｃ）の実線は図５に示す低負荷運転対応発電制御を行った場合の時間経過に伴う燃料電池ＦＣの出力電力の変化例を示している。また、図８（ｄ）の二次元座標の横軸は時間を示し、縦軸は燃料電池ＦＣに供給される酸化剤ガスの流量［ＮＬ／ｍｉｎ］を示し、図８（ｄ）の実線は図５に示す低負荷運転対応発電制御を行った場合の時間経過に伴う酸化剤ガスの流量の変化例を示している。また、図８（ａ）～図８（ｄ）の横軸（時間軸）は互いに同じものとする。また、時刻ｔ３０から時刻ｔ３６までの間において、燃料電池システムＦＣＳの出力電力は目標発電電力Ｐｔ１より小さく、目標発電電力Ｐｔが目標発電電力Ｐｔ１～Ｐｔ３の何れかに変化すると、蓄電装置Ｂが充電され蓄電装置Ｂの充電量が増加していくものとする。また、電力Ｐ１＜電力Ｐ２＜電力Ｐ３とする。また、流量Ｆ１＜流量Ｆ２＜流量Ｆ３とする。また、流量Ｆ３は、燃料電池ＦＣ内に滞留する水が燃料電池ＦＣの外に排出されているときに燃料電池ＦＣに供給される酸化剤ガスの流量とする。

【0085】

まず、時刻ｔ３０から時刻ｔ３１までの間において、目標発電電力Ｐｔが目標発電電力Ｐｔ０に維持されているとき、蓄電装置Ｂの充電量が徐々に低下していく。

【0086】

次に、時刻ｔ３１において蓄電装置Ｂの充電量が閾値Ｖ２１以下になると、目標発電電力Ｐｔが目標発電電力Ｐｔ０から目標発電電力Ｐｔ１に変化する。すると、燃料電池ＦＣの出力電力をゼロから目標発電電力Ｐｔ１に相当する電力Ｐ１に上昇させるために、燃料電池ＦＣに供給される酸化剤ガスの流量をゼロから流量Ｆ１に増加させる。また、燃料電池ＦＣから出力される電力の一部により蓄電装置Ｂが充電され、蓄電装置Ｂの充電量が増加する。

【0087】

次に、時刻ｔ３２において蓄電装置Ｂの充電量が閾値Ｖ２２以上になると、目標発電電力Ｐｔが目標発電電力Ｐｔ１から目標発電電力Ｐｔ２に変化する。すると、燃料電池ＦＣの出力電力を目標発電電力Ｐｔ１に相当する電力Ｐ１から目標発電電力Ｐｔ２に相当する電力Ｐ２に上昇させるために、燃料電池ＦＣに供給される酸化剤ガスの流量を流量Ｆ１から流量Ｆ２に増加させる。また、燃料電池ＦＣから出力される電力の一部により蓄電装置Ｂが充電され、蓄電装置Ｂの充電量がさらに増加する。

【0088】

次に、時刻ｔ３３において蓄電装置Ｂの充電量が閾値Ｖ２３以上になると、目標発電電力Ｐｔが目標発電電力Ｐｔ２から目標発電電力Ｐｔ３に変化する。すると、燃料電池ＦＣの出力電力を目標発電電力Ｐｔ２に相当する電力Ｐ２から目標発電電力Ｐｔ３に相当する電力Ｐ３に上昇させるために、燃料電池ＦＣに供給される酸化剤ガスの流量を流量Ｆ２から流量Ｆ３に増加させる。また、燃料電池ＦＣから出力される電力の一部により蓄電装置Ｂが充電され、蓄電装置Ｂの充電量がさらに増加する。

【0089】

次に、時刻ｔ３４において蓄電装置Ｂの充電量が閾値Ｖ２４以上になると、目標発電電力Ｐｔが目標発電電力Ｐｔ３から目標発電電力Ｐｔ２に変化する。すると、燃料電池ＦＣの出力電力を目標発電電力Ｐｔ３に相当する電力Ｐ３から目標発電電力Ｐｔ２に相当する電力Ｐ２に低下させるために、燃料電池ＦＣに供給される酸化剤ガスの流量を流量Ｆ３から流量Ｆ２に減少させる。また、燃料電池ＦＣから出力される電力の一部により蓄電装置Ｂが充電され、蓄電装置Ｂの充電量がさらに増加する。

【0090】

次に、時刻ｔ３５において蓄電装置Ｂの充電量が閾値Ｖ２５以上になると、目標発電電力Ｐｔが目標発電電力Ｐｔ２から目標発電電力Ｐｔ１に変化する。すると、燃料電池ＦＣの出力電力を目標発電電力Ｐｔ２に相当する電力Ｐ２から目標発電電力Ｐｔ１に相当する電力Ｐ１に低下させるために、燃料電池ＦＣに供給される酸化剤ガスの流量を流量Ｆ２から流量Ｆ１に減少させる。また、燃料電池ＦＣから出力される電力の一部により蓄電装置Ｂが充電され、蓄電装置Ｂの充電量がさらに増加する。

【0091】

そして、時刻ｔ３６において蓄電装置Ｂの充電量が閾値Ｖ２６以上になると、目標発電電力Ｐｔが目標発電電力Ｐｔ１から目標発電電力Ｐｔ０に変化する。すると、燃料電池ＦＣの出力電力を目標発電電力Ｐｔ１に相当する電力Ｐ１からゼロに低下させるために、燃料電池ＦＣに供給される酸化剤ガスの流量を流量Ｆ１からゼロに減少させる。また、燃料電池ＦＣから出力される電力がゼロになるため、蓄電装置Ｂの充電量が再び徐々に低下していく。

【0092】

以降、酸化剤ガスの流量がゼロと流量Ｆ３との間で増減を繰り返す。

【0093】

このように、燃料電池システムＦＣＳの電力供給先を車載負荷Ｌｉｎから外部負荷Ｌｏｕｔに切り替えた後、低負荷運転対応発電制御により燃料電池ＦＣの発電電力を制御する場合では、燃料電池ＦＣの出力電力を目標発電電力Ｐｔ３に対応する電圧Ｖ３まで強制的に上昇させることができるため、酸化剤ガスの流量を流量Ｆ３まで増加させることができ、燃料電池ＦＣ内に滞留する水を低減することができる。

【0094】

なお、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。

【0095】

＜変形例１＞
制御部ＣＮＴは、図５に示す低負荷運転対応発電制御時、目標発電電力Ｐｔが目標発電電力Ｐｔ３である状態において、蓄電装置Ｂの充電量が閾値Ｖｔｈ２４以上になると、目標発電電力Ｐｔを目標発電電力Ｐｔ３から目標発電電力Ｐｔ０に変化させるように構成してもよい。このように構成しても、例えば、図９に示すように、燃料電池ＦＣの出力電力を目標発電電力Ｐｔ３に相当する電力Ｐ３まで上昇させることができるため、燃料電池ＦＣに供給される酸化剤ガスの流量を流量Ｆ３まで増加させることができる。なお、このように構成する場合、閾値Ｖｔｈ２５及び閾値Ｖｔｈ２６を予め求めておく必要がない。

【0096】

＜変形例２＞
制御部ＣＮＴは、図５に示す低負荷運転対応発電制御時、目標発電電力Ｐｔが目標発電電力Ｐｔ０である状態において、蓄電装置Ｂの充電量が閾値Ｖｔｈ２１以下になると、目標発電電力Ｐｔを目標発電電力Ｐｔ０から目標発電電力Ｐｔ３に変化させるように構成してもよい。このように構成しても、例えば、図１０に示すように、燃料電池ＦＣの出力電力を目標発電電力Ｐｔ３に相当する電力Ｐ３まで上昇させることができるため、燃料電池ＦＣに供給される酸化剤ガスの流量を流量Ｆ３まで増加させることができる。なお、このように構成する場合、閾値Ｖｔｈ２２及び閾値Ｖｔｈ２３を予め求めておく必要がない。

【0097】

＜変形例３＞
制御部ＣＮＴは、図５に示す低負荷運転対応発電制御時、目標発電電力Ｐｔが目標発電電力Ｐｔ０である状態において、蓄電装置Ｂの充電量が閾値Ｖｔｈ２１以下になると、目標発電電力Ｐｔを目標発電電力Ｐｔ０から目標発電電力Ｐｔ３に変化させ、目標発電電力Ｐｔが目標発電電力Ｐｔ３である状態において、蓄電装置Ｂの充電量が閾値Ｖｔｈ２４以上になると、目標発電電力Ｐｔを目標発電電力Ｐｔ３から目標発電電力Ｐｔ０に変化させるように構成してもよい。このように構成しても、例えば、図１１に示すように、燃料電池ＦＣの出力電力を目標発電電力Ｐｔ３に相当する電力Ｐ３まで上昇させることができるため、燃料電池ＦＣに供給される酸化剤ガスの流量を流量Ｆ３まで増加させることができる。なお、このように構成する場合、閾値Ｖｔｈ２２、閾値Ｖｔｈ２３、閾値Ｖｔｈ２５、及び閾値Ｖｔｈ２６を予め求めておく必要がない。

【0098】

＜変形例４＞
上記実施形態の燃料電池システムＦＣＳでは、蓄電装置Ｂの充電量に応じて燃料電池ＦＣの目標発電電力Ｐｔを段階的に変化（増減）させる構成であるが、蓄電装置Ｂの充電量に応じて燃料電池ＦＣの目標発電電力Ｐｔを線形的（リニア）に変化（増減）させてもよい。

【0099】

＜変形例５＞
上記実施形態の燃料電池システムＦＣＳでは、車載負荷Ｌｉｎまたは外部負荷Ｌｏｕｔに電力を供給する発電機として構成しているが、燃料電池システムＦＣＳを、商用電源と協働して外部の負荷に電力を供給する定置発電機または非常用電源として構成してもよい。この場合、制御部ＣＮＴが外部の負荷の要求電力を監視し、要求電力が所定電力以下になり、その状態が所定時間以上継続した場合に、外部の負荷が低負荷運転対応発電制御の対象であると判断することが好ましい。

【符号の説明】

【0100】

ＦＣＳ 燃料電池システム
ＣＮＴ 制御部
Ｖｅ 車両
Ｌｉｎ 車載負荷
Ｋｏｕｔ 外部負荷
ＦＣ 燃料電池
ＨＴ 水素タンク
ＩＮＪ インジェクタ
ＡＣＰ エアコンプレッサ
ＣＮＶ ＤＣＤＣコンバータ
ＡＲＶ エア調圧弁
ＩＮＶ インバータ
Ｂ 蓄電装置
ＳＷ１、ＳＷ２ 切替スイッチ
Ｓｖｆ、Ｓｖｂ 電圧センサ
Ｓｉｆ、Ｓｉｂ 電流センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】