JP6310888B2 - 燃料電池システムの制御方法及び燃料電池自動車 - Google Patents

Description

この発明は、インバータにより駆動されるモータと、燃料電池の出力電圧（燃料電池電圧）を昇圧し前記インバータの入力端（インバータ端）電圧として印加する燃料電池側コンバータと、蓄電装置の出力電圧（蓄電装置電圧）を昇圧しインバータ端電圧として印加する蓄電装置側コンバータと、を備える燃料電池システムの制御方法及び燃料電池自動車に関する。

この種の燃料電池システムが特許文献１に開示されている。特許文献１には、モータ負荷（インバータとモータ）が低負荷状態であるときに、燃料電池側コンバータの昇圧動作を停止させる燃料電池システムが記載されている（特許文献１の［０００９］、［００１０］）。

燃料電池側コンバータの昇圧動作を停止させることで、燃料電池電圧がダイオード等を通じて直接インバータに印加され、燃料電池とモータ負荷との直結状態が形成される。

このように、燃料電池側コンバータの昇圧動作を停止させて直結させれば、燃料電池側コンバータのスイッチング損失がゼロ値になる。このため、燃料電池システムの効率が向上する。燃料電池システムが燃料電池自動車である場合には、いわゆる燃費、換言すれば、規定走行条件・規定水素充填圧力下での水素１リットル当たりの走行距離が向上する。

この場合、燃料電池電圧は、蓄電装置電圧を昇圧する機能を有する蓄電装置側コンバータによって制御可能である。

特開２０１４−１６６１０３号公報

ところで、コスト等の観点から、燃料電池の電圧及び蓄電装置の電圧が設定され、燃料電池電圧よりも蓄電装置電圧を大きくして燃料電池システムを構築することがある。

このような燃料電池電圧に比較して蓄電装置電圧の大きい燃料電池システムでは、蓄電装置側コンバータの損失を大幅に低減すべく、蓄電装置側コンバータのスイッチング動作を停止して動作させることが考えられる。この場合、燃料電池電圧は、燃料電池電圧を昇圧する機能を有する燃料電池側コンバータによって制御可能である。

しかしながら、後に比較例として詳しく説明するように、蓄電装置側コンバータのスイッチング動作を停止させた蓄電装置とインバータとの直結状態中、所定の走行状態下において、インバータ端電圧、つまり蓄電装置電圧が低下することにより、燃料電池電圧が蓄電装置電圧（インバータ端電圧）より相対的に高くなる場合がある。

この場合には、昇圧型の燃料電池側コンバータによる燃料電池電圧の制御が不可能となり、燃料電池側コンバータが停止してしまう。その結果、燃料電池と蓄電装置とが直結状態になり、燃料電池の制御が不可能になる。燃料電池の制御が不可能になると、燃料電池がガスストイキ不足になる等、燃料電池の耐久性が悪化するおそれがある。

この発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、インバータと直結状態になっている蓄電装置の電圧（蓄電装置電圧）が低くなって、相対的に燃料電池電圧がインバータ端電圧（蓄電装置電圧）より高くなり燃料電池側コンバータが直結状態になる結果、燃料電池側コンバータによる燃料電池電圧の制御不能状態を回避することを可能とする燃料電池システムの制御方法及び燃料電池自動車を提供することを目的とする。

この発明に係る電力システムの制御方法は、燃料電池電圧を発生する燃料電池と、蓄電装置電圧を発生する蓄電装置と、モータと、前記モータを駆動するインバータと、前記蓄電装置と前記インバータとの間に配され、電圧変換しない直結状態又は前記蓄電装置電圧とインバータ端電圧との間で電圧変換する電圧変換状態に切り替えられる蓄電装置側コンバータと、前記燃料電池と前記インバータとの間に配され、前記燃料電池電圧を前記インバータ端電圧に昇圧する燃料電池側コンバータと、を有する燃料電池システムの制御方法であって、前記燃料電池側コンバータの昇圧動作又は遮断動作を保証するマージン電圧を設定するマージン電圧設定工程と、前記インバータ端電圧が、前記燃料電池電圧に前記マージン電圧を加算した電圧を下回らないように、前記蓄電装置側コンバータを前記直結状態又は前記電圧変換状態に制御するインバータ端電圧制御工程と、を備える。

この発明によれば、インバータ端電圧が、燃料電池電圧に燃料電池側コンバータの昇圧動作又は遮断動作を保証するマージン電圧を加算した電圧を下回らないように蓄電装置側コンバータを直結状態又は電圧変換状態に制御しているので、燃料電池電圧がインバータ端電圧より高くなって燃料電池側コンバータが直結状態になってしまう燃料電池電圧の制御不能状態を確実に回避することができる。結果として燃料電池の燃費を向上しつつ劣化（耐久性の悪化）を抑制することができる。

よって、この発明によれば、燃料電池システムの制御性の向上（低下の抑制）及び燃費の向上を両立させることができる。

この場合、前記マージン電圧設定工程では、前記蓄電装置側コンバータの通過電流を検出し、検出した前記通過電流が、通流方向が変わるゼロ値近傍の閾値電流値以下である場合には、前記マージン電圧をより大きなマージン電圧に設定することが好ましい。

このように、蓄電装置側コンバータの通過電流が前記蓄電装置側コンバータの制御性が低下する、通流方向が変わるゼロ値近傍の閾値電流値以下である場合には、マージン電圧をより大きなマージン電圧に設定することで、蓄電装置側コンバータによって制御されるインバータ端電圧の振れ幅が大きくなっても低圧側（ボトムピーク側）のインバータ端電圧を燃料電池電圧より確実に高く保持することができる。その結果、燃料電池の制御性を保持することができる。

なお、前記マージン電圧設定工程では、前記蓄電装置の温度又は内部抵抗を検出し、検出した前記温度が温度閾値以下、又は検出された前記内部抵抗が内部抵抗閾値以下である場合には、前記マージン電圧をより大きなマージン電圧に設定することが好ましい。

このように、蓄電装置の温度が温度閾値以下、換言すれば、蓄電装置の内部抵抗が内部抵抗閾値以下である場合には、マージン電圧をより大きなマージン電圧に設定することで、蓄電装置側コンバータによって制御される（蓄電装置の内部抵抗の増加を原因とする）インバータ端電圧の振れ幅が大きくなっても低圧側（ボトム側）のインバータ端電圧を燃料電池電圧より確実に高く保持することができる。その結果、燃料電池の制御性を保持することができる。

また、前記マージン電圧設定工程では、当該燃料電池システムが起動時であって、当該燃料電池システム内に残存するガスを外部に排出する起動時ガスパージ処理の実施中である場合、前記マージン電圧をより大きなマージン電圧に設定することが好ましい。

例えば、起動時に負荷要求に応じて蓄電装置から電力が引かれ蓄電装置電圧が低下して、燃料電池電圧のほうが高くなった場合に、燃料電池電圧を昇圧する機能を有する燃料電池側コンバータが直結状態になってしまうことが考えられる。その場合、燃料電池内はそもそも低ストイキ状態であるので、さらにガスの深刻な欠乏状態となってしまい、電解質膜の劣化に直接結びついてしまう。

これを回避するために、燃料電池システムが起動時であって、燃料電池のストイキ比が低ストイキ比状態になる可能性のあるガスパージ処理中であると判定した場合には、マージン電圧をより大きなマージン電圧に設定することで、燃料電池側コンバータの不測の直結状態を確実に回避し、燃料電池（燃料電池電圧）の制御を確実に行うことができる。

さらに、前記マージン電圧設定工程では、当該燃料電池システムにおいて前記燃料電池の電力を強制的に遮断する必要があるか否かを判定し、強制的に遮断する必要があると判定した場合に、前記燃料電池側コンバータの前記遮断動作を保証する前記マージン電圧設定工程を実施する際、前記インバータ端電圧から燃料電池開回路電圧を引いた差電圧が正の値となるように前記マージン電圧を設定することが好ましい。

このように、当該燃料電池システムにおいて燃料電池の電力を強制的に絞る必要があると判定した場合、インバータ端電圧から燃料電池開回路電圧を引いた差電圧が正（燃料電池開回路電圧＜インバータ端電圧）の値となるようにマージン電圧を設定しているので、燃料電池が遮断状態となって燃料電池電圧が燃料電池開回路電圧まで上昇しても燃料電池側コンバータが確実に遮断され、燃料電池の電力が遮断される。

さらにまた、前記燃料電池システムが車両に搭載され、負荷が前記モータである場合であって、前記車両に要求される加速度が閾値加速度を上回る加速度であるとき、前記インバータ端電圧制御工程では、前記燃料電池側コンバータで前記インバータ端電圧を前記燃料電池電圧に前記マージン電圧が加算された電圧に昇圧する場合、通常の昇圧速度より速い昇圧速度で昇圧することが好ましい。

このように、車両に要求される加速度が大きい場合、インバータ端電圧の昇圧速度をより早い速度とすることで、バッテリ電圧の下降を原因とするインバータ端電圧のボトム電圧の下降量を抑制してインバータ端電圧のボトム電圧が燃料電池電圧より低下することを防止することができる。

さらにまた、前記マージン電圧設定工程では、ヒータが稼働中か否かを判定するヒータ稼働判定工程を有し、前記ヒータが稼働中であると判定した場合には、前記マージン電圧をより大きなマージン電圧に設定することが好ましい。

このように、ヒータ稼働に伴うインバータ端電圧の下降量が大きくなると予想される場合、マージン電圧を大きくすることで、インバータ端電圧が燃料電池電圧より低下することを防止する。

前記モータが走行用モータである燃料電池自動車もこの発明に含まれる。

この発明によれば、インバータ端電圧が、燃料電池電圧に燃料電池側コンバータの昇圧動作又は遮断動作を保証するマージン電圧を加算した電圧を下回らないように蓄電装置側コンバータを直結状態又は電圧変換状態に制御しているので、燃料電池電圧がインバータ端電圧より高くなって燃料電池側コンバータが直結状態になってしまう燃料電池電圧の制御不能状態を確実に回避することができる。結果として燃料電池の燃費を向上しつつ劣化（耐久性の悪化）を抑制することができる。

この発明の一実施形態に係る燃料電池システムの制御方法を実施する燃料電池車両の概略全体構成図である。 燃料電池のＩＶ特性図である。 この発明の一実施形態に係る燃料電池システムの制御方法に係わる工程図である。 図４Ａは、蓄電装置側コンバータが直結状態での低速クルーズ走行時、又は緩加速走行時における電力の流れを示すブロック図である。 図４Ｂは、蓄電装置側コンバータが直結状態での減速回生走行時における電力の流れを示すブロック図である。 図４Ｃは、蓄電装置側コンバータが直結状態での減速走行時における電力の流れを示すブロック図である。 図５Ａは、蓄電装置側コンバータが直結状態でのアイドルストップ時における電力の流れを示すブロック図である。 図５Ｂは、蓄電装置側コンバータが直結状態での高速クルーズ走行時における電力の流れを示すブロック図である。 蓄電装置側コンバータが昇圧状態での急加速走行時における電力の流れを示すブロック図である。 図７Ａは、蓄電装置側コンバータが降圧状態での高速クルーズ走行時における電力の流れを示すブロック図である。 図７Ｂは、蓄電装置側コンバータが降圧状態での減速走行時、又は加速走行時における電力の流れを示すブロック図である。 比較例に係る、低負荷発電時における加速走行時での第１の課題の説明に供されるタイムチャートである。 比較例に係る、減速走行時の発電減少時での第２の課題の説明に供されるタイムチャートである。 実施形態により第１の課題が解決されていることの説明に供されるタイムチャートである。 実施形態により第２の課題が解決されていることの説明に供されるタイムチャートである。 変形例の説明に供されるマージン電圧設定・制御部と、入力装置との関係を説明するブロック図である。 変形例１の説明に供される蓄電装置側コンバータの通過電流に対する加算マージン電圧の特性図である。 図１４Ａは、バッテリの内部抵抗の変化による初期時と１５年経過したときの経年劣化を示す電力に対する電圧の特性図である。 図１４Ｂは、バッテリ温度変化をパラメータとする電力に対する電圧の特性図である。 図１４Ｃは、変形例２の説明に供されるバッテリ温度及び経年劣化に対する加算マージン電圧の特性図である。 変形例３の説明に供される起動時における加算マージン電圧の特性図である。 変形例４の燃料電池側コンバータを遮断する際の動作説明に供されるフローチャートである。 変形例５の説明に供されるインバータ端電圧の昇圧速度の特性図である。 変形例６の説明に供されるヒータ稼働時における加算マージン電圧の特性図である。

次に、この発明に係る燃料電池システムの制御方法について、これを実施する燃料電池自動車との関係において、好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。

［燃料電池自動車の制御方法に係る構成の説明］
図１は、この実施形態に係る燃料電池自動車１０（以下、「ＦＣ自動車１０」又は「車両１０」ともいう。）の概略構成図を示している。

なお、燃料電池システムの主負荷が走行用のモータ１２である場合の燃料電池システムをＦＣ自動車１０という。負荷が走行用以外のモータである工場用施設等のプラント等にこの実施形態に係る燃料電池システムの制御方法を適用することができる。

図１に示すように、ＦＣ自動車１０は、駆動系１０００、燃料電池系（以下、「ＦＣ系」ともいう。）２０００、バッテリ系３０００、補機系４０００、及びこれらを制御する電子制御装置５０（以下「ＥＣＵ５０」ともいう。）を備える。なお、図１において、煩雑さの回避のためにＥＣＵ５０からの各構成要素に対する配線（信号線等）を一部省略している。

燃料電池系２０００及びバッテリ系３０００は、基本的に、車両１０全体の並列的な電源装置として機能する。駆動系１０００及び補機系４０００は、基本的に、前記電源装置（燃料電池系２０００及びバッテリ系３０００）から供給される電力を消費する負荷として機能する。

駆動系１０００は、モータ１２と、負荷駆動部（モータ駆動部）としてのインバータ１４と、を有する。モータ１２とインバータ１４とを併せて負荷１８（主負荷１８ともいう。）という。

ＦＣ系２０００は、電源装置である燃料電池スタック２０（以下「ＦＣ２０」という。）と、燃料電池側コンバータ２４（以下「ＦＣコンバータ２４」という。）と、図示しない燃料タンク等の燃料ガス供給源及びエアポンプ等の酸化剤ガス供給源と、を有する。燃料ガス供給源の一部及び酸化剤ガス供給源は、補機５２（ＡＵＸ）の一部を構成している。

ＦＣコンバータ２４は、チョッパ型のステップアップコンバータ（昇圧電圧変換器）である。ＦＣコンバータ２４は、図示しているように、例えば、チョークコイル（インダクタ）Ｌ１と、ダイオードＤ１と、スイッチング素子（トランジスタ）Ｓ１１と、平滑コンデンサＣ１１、Ｃ１２とから構成される。

バッテリ系３０００は、高電圧の蓄電装置としてのバッテリ（以下「ＢＡＴ」ともいう。）３０と、蓄電装置側コンバータ３４（以下、「バッテリコンバータ３４」、又は「ＢＡＴコンバータ３４」ともいう。）と、を有する。

ＢＡＴコンバータ３４は、チョッパ型のステップアップダウンコンバータ（昇降圧電圧変換器）である。ＢＡＴコンバータ３４は、図示しているように、例えば、チョークコイル（インダクタ）Ｌ２と、ダイオードＤ２、Ｄ２１と、スイッチング素子（トランジスタ）Ｓ２１、Ｓ２２と、平滑コンデンサＣ２１、Ｃ２２とから構成される。

補機系４０００は、高電圧系と低電圧系とに分類され、それぞれ図示はしないが、高電圧系のＦＣ２０用の前記酸化剤ガス供給源としての前記エアポンプ、空調用のエアコンディショナ（暖房用のヒータコアも含む）、及びＦＣ２０の冷却用のウォータポンプ等と、低電圧系の低電圧発生用のステップダウンＤＣ／ＤＣコンバータ、低圧蓄電装置（低圧バッテリ）、及び灯火器類等と、から構成される補機５２を有する。なお、補機系４０００中、低電圧系の補機には、ＥＣＵ５０も含まれる。

ＦＣ２０及びバッテリ３０から供給される電力により並列的に駆動系１０００が負荷１８として駆動されると、モータ１２は、走行用の動力である駆動力を発生する。当該駆動力によりトランスミッション３２を通じて車輪３３が回転駆動され、ＦＣ自動車１０が走行する。

インバータ１４は、例えば、３相のフルブリッジ型で構成され、双方向動作する直流交流変換器である。モータ１２がＦＣ２０及び／又はバッテリ３０の電力により駆動されるＦＣ自動車１０の力行時には、インバータ１４は、ＦＣ２０の電力及び／又はバッテリ３０の電力に基づきＦＣコンバータ２４及び／又はＢＡＴコンバータ３４を通じてインバータ１４の入力端に発生した直流電圧であるインバータ端電圧（負荷端電圧）Ｖｉｎｖ及びインバータ端電流Ｉｉｎｖ（力行電流Ｉｉｎｖｄ）を３相の交流電圧及び交流電流に変換してモータ１２に印加する。

インバータ１４は、また、ＦＣ自動車１０の回生時｛アクセルペダル１１４の踏込量センサ１１０から検出される踏込量（アクセルペダル開度）θａｐがゼロ値、いわゆるアクセルペダル１１４を開放している減速時｝には、モータ１２に発生した交流の回生電力Ｐｒｅｇ（図４Ｂ参照）を直流のインバータ端電圧Ｖｉｎｖ及びインバータ端電流Ｉｉｎｖ（回生電流Ｉｉｎｖｒ）に変換する。モータ１２が回生を行うことで発生した回生電力ＰｒｅｇによりＢＡＴコンバータ３４を通じてバッテリ３０が充電される。

ＦＣコンバータ２４及びＢＡＴコンバータ３４の共通の２次側２Ｓの電圧（２次側電圧）であるインバータ端電圧Ｖｉｎｖは、電圧センサ６０により検出され、信号線（不図示）を介してＥＣＵ５０に出力される。インバータ１４の入力端電流であるインバータ端電流Ｉｉｎｖは、電流センサ６４により検出され、信号線（不図示）を介してＥＣＵ５０に出力される。

ＥＣＵ５０は、それぞれ図示していない入出力装置、演算装置（ＣＰＵを含む）及び記憶装置を備える。なお、ＥＣＵ５０は、例えば、駆動系１０００用、ＦＣ系２０００用、バッテリ系３０００用、補機系４０００用、ＦＣコンバータ２４駆動用、ＢＡＴコンバータ３４駆動用、及び統括用の各ＥＣＵ（相互に通信可能に構成されている。）に分割して構成してもよい。

ＦＣ２０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を積層した構造を有する。ＦＣ２０の周辺には、前記燃料ガス供給源を含むアノード系、前記酸化剤ガス供給源を含むカソード系の他、冷却系等が含まれる。アノード系は、ＦＣ２０のアノードに対して水素（燃料ガス）を給排する。カソード系は、ＦＣ２０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。冷却系は、ＦＣ２０を冷却する。

ＦＣコンバータ２４は、ＦＣ２０とインバータ１４との間に配置される。ＦＣコンバータ２４は、１次側１ＳｆがＦＣ２０に接続され、２次側２Ｓがインバータ１４を通じてモータ１２に接続されると共に、ＢＡＴコンバータ３４を通じてバッテリ３０及び補機５２に接続されている。

ＦＣコンバータ２４は、ＦＣ２０の出力電圧である燃料電池電圧Ｖｆｃ（以下ＦＣ電圧Ｖｆｃという。）を昇圧｛スイッチング素子Ｓ１１をＯＮ／ＯＦＦ（ＯＮとＯＦＦを繰り返す意）でデューティ制御｝し、インバータ端電圧Ｖｉｎｖとして２次側２Ｓ側、すなわち駆動系１０００を構成するインバータ１４側に印加する。

バッテリ３０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２次電池等を利用することができる。この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３０の代わりに、キャパシタ等の蓄電装置を用いることも可能である。

バッテリ３０の入出力端電圧であるバッテリ電圧Ｖｂａｔ［Ｖ］は、電圧センサ１００により検出され、信号線（不図示）を介してＥＣＵ５０に出力される。

バッテリ３０のバッテリ電流Ｉｂａｔ（放電電流Ｉｂａｔｄ又は充電電流Ｉｂａｔｃ）［Ａ］は、電流センサ１０４により検出され、信号線（不図示）を介してＥＣＵ５０に出力される。バッテリ３０の温度（バッテリ温度）Ｔｂａｔ［℃］は、温度センサ１０８により検出され、信号線を介してＥＣＵ５０に出力される。

ＥＣＵ５０は、バッテリ温度Ｔｂａｔ、バッテリ電圧Ｖｂａｔ及びバッテリ電流Ｉｂａｔに基づいて、バッテリ３０の残容量（以下「ＳＯＣ」又は「バッテリＳＯＣ」という。）［％］を算出してバッテリ３０の管理に用いる。

ＢＡＴコンバータ３４は、バッテリ３０とインバータ１４との間に配置される。ＢＡＴコンバータ３４は、一方がバッテリ３０のある１次側１Ｓｂに接続され、他方がＦＣ２０側とインバータ１４との接続点である２次側２Ｓに接続されている。

ＢＡＴコンバータ３４は、１次側１Ｓｂの電圧（１次側電圧）であるバッテリ３０の出力電圧（バッテリ電圧Ｖｂａｔ）を昇圧してインバータ１４に供給する。加えて、ＢＡＴコンバータ３４は、モータ１２の回生電圧（以下「回生電圧Ｖｒｅｇ」という。Ｖｉｎｖ＝Ｖｒｅｇ）又はＦＣ２０により発生するＦＣコンバータ２４の２次側電圧（Ｖｆｃの昇圧電圧であるインバータ端電圧Ｖｉｎｖ）を降圧してバッテリ３０に供給する。

ＢＡＴコンバータ３４の２次側電圧は、電圧センサ６０によりインバータ電圧Ｖｉｎｖとして検出されている。ＢＡＴコンバータ３４の２次側電流Ｉｂａｔ２（放電方向電流Ｉｂａｔ２ｄ、又は充電方向電流Ｉｂａｔ２ｃ）は、電流センサ１３８により検出され、信号線（不図示）を介してＥＣＵ５０に出力される。

この実施形態に係る燃料電池自動車１０は、コスト等の観点から、走行状態において、バッテリ３０のバッテリ電圧ＶｂａｔがＦＣ２０のＦＣ開放電圧ＶｆｃＯＣＶより大きい値（Ｖｂａｔ＞ＶｆｃＯＣＶ）のバッテリ３０及びＦＣ２０を搭載している。

図２は、ＦＣ２０のＩＶ（電流電圧）特性９０を示している。ＩＶ特性９０は、図示している常用領域では、ＦＣ電圧ＶｆｃがＦＣ開回路電圧ＶｆｃＯＣＶより低下するに従い、ＦＣ電流Ｉｆｃが増加する特性となっている。より具体的には、ＦＣ２０からＦＣ電流Ｉｆｃが引かれると、ＦＣ電圧Ｖｆｃが、開回路電圧（以下、ＦＣ開回路電圧ＶｆｃＯＣＶという。）から比較的に急傾斜で低下し、さらにＦＣ電流Ｉｆｃが引かれると、ＦＣ電圧Ｖｆｃが緩傾斜で低下する特性を有している。

また、ＩＶ特性９０から分かるように、ＦＣ２０の常用領域において、ＦＣ電流Ｉｆｃが大きくなる（ＦＣ電圧Ｖｆｃが小さくなる）ほど、ＦＣ電力Ｐｆｃが大きくなる特性になっている。

そして、例えば、ＦＣコンバータ２４の１次側電圧であるＦＣ電圧Ｖｆｃが指令電圧（目標電圧）にされると、その指令電圧になるように、ＦＣコンバータ２４の昇圧比（Ｖｉｎｖ／Ｖｆｃ）が決定され、実電圧が指令電圧となったＦＣ電圧Ｖｆｃに対応するＩＶ特性９０に沿うＦＣ電流ＩｆｃがＦＣ２０から流れ出す。逆に、ＦＣ電流Ｉｆｃ指令電流（目標電流）にされると、その指令電流となるように、ＦＣ電圧Ｖｆｃが決定され、そのＦＣ電圧ＶｆｃとなるようにＦＣコンバータ２４の昇圧比（Ｖｉｎｖ／Ｖｆｃ）が決定され、実電流が指令電流となったＦＣ電流Ｉｆｃに対応するＩＶ特性９０に沿うＦＣ電圧ＶｆｃがＦＣ２０端に発生する。

ＦＣコンバータ２４の１次側１Ｓｆの電圧であるＦＣ電圧Ｖｆｃは、ＦＣコンバータ２４の昇圧時には、Ｖｆｃ＜Ｖｉｎｖと、インバータ端電圧Ｖｉｎｖより低くなっている。この実施形態のＦＣ自動車１０では、アイドルストップ時等でのＦＣコンバータ２４の停止時（スイッチング素子Ｓ１１のＯＦＦ時）には、例え、ＢＡＴコンバータ３４が直結状態になっている場合でも、インバータ端電圧Ｖｉｎｖ（この場合、バッテリ電圧Ｖｂａｔ≒Ｖｉｎｖ）がＦＣ開回路電圧ＶｆｃＯＣＶより大きくなるように制御構成されているので、ＦＣコンバータ２４のスイッチング損失がゼロ値になる。このため、ＦＣ自動車１０全体のシステム効率が増加する。なお、ＦＣコンバータ２４が停止状態とされ、ＶｆｃＯＣＶ＜Ｖｉｎｖとなっている状態では、ＦＣコンバータ２４のダイオードＤ１が逆バイアス状態となりＦＣ２０からＦＣ電流Ｉｆｃが流れ出さないので、ＦＣ２０の電力カット（電力遮断）状態という。

ＦＣコンバータ２４の１次側１Ｓｆの電圧であるＦＣ電圧Ｖｆｃは、電圧センサ８０により検出され、信号線（不図示）を介してＥＣＵ５０に出力される。ＦＣコンバータ２４の１次側１Ｓｆの電流であるＦＣ電流Ｉｆｃは、電流センサ８４により検出され、信号線（不図示）を介してＥＣＵ５０に出力される。ＦＣコンバータ２４の２次側２Ｓの電圧は、電圧センサ６０によりインバータ端電圧Ｖｉｎｖとして検出されている。ＦＣコンバータ２４の２次側２Ｓの電流Ｉｆｃｉｎｖは、電流センサ９２により検出され、信号線（不図示）を介してＥＣＵ５０に出力される。ＦＣ２０の温度（ＦＣ温度）Ｔｆｃ［℃］は、温度センサ１０６により検出され、信号線を介してＥＣＵ５０に出力される。

ＢＡＴコンバータ３４の直結時（直結状態になっている時）には、スイッチング素子Ｓ２１がＯＦＦ状態とされ、力行時であるときには、ダイオードＤ２がＯＮ状態、回生時であるときには、スイッチング素子Ｓ２２がＯＮ状態にされる。従って、ＢＡＴコンバータ３４の直結時には、インバータ端電圧Ｖｉｎｖがバッテリ電圧Ｖｂａｔ（Ｖｉｎｖ≒Ｖｂａｔ）になる。より正確には、力行時は、Ｖｉｎｖ＝Ｖｂａｔ−Ｖｄ２（Ｖｄ２は、ダイオードＤ２の順方向降下電圧）になり、回生時は、Ｖｂａｔ＝Ｖｉｎｖ−Ｖｏｎ２２（Ｖｏｎ２２は、スイッチング素子Ｓ２２のＯＮ電圧）になる。いずれの場合にもＢＡＴコンバータ３４の直結時には、ＢＡＴコンバータ３４のスイッチング損失がゼロ値になるので、ＦＣ自動車１０全体のシステム効率が増加し、燃費が向上する。

補機５２に流れる補機電流Ｉａｕｘは、電流センサ１４０により検出され、信号線（不図示）を介してＥＣＵ５０に出力される。

ＥＣＵ５０は、モータ１２、インバータ１４，ＦＣ２０、バッテリ３０、ＦＣコンバータ２４、及びＢＡＴコンバータ３４を制御する。当該制御に際して、ＥＣＵ５０は、図示しない記憶装置に記憶されたプログラムを実行する。また、ＥＣＵ５０は、電圧センサ６０、８０、１００、電流センサ６４、８４、１０４、１３８、１４０等の各種センサの検出値を用いる。

ここでの各種センサには、上記した踏込量センサ１１０に加え、モータ回転数センサ１１２及び車輪速センサ（不図示）が含まれる。モータ回転数センサ１１２は、モータ１２の回転数Ｎｍｏｔ［ｒｐｍ］を検出する。ＥＣＵ５０は、回転数Ｎｍｏｔを用いて車両１０の車速Ｖｓ［ｋｍ／ｈ］を検出する。車輪速センサは、図示しない各車輪の速度（車輪速）を検出する。

ＥＣＵ５０は、ＦＣ２０の状態、バッテリ３０の状態、モータ１２の状態及び補機５２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、ＦＣ自動車１０全体として要求されるシステム負荷（全体負荷）であるシステム要求電力Ｐｓｙｓｒｅｑ［ｋＷ］を算出する。

そして、ＥＣＵ５０は、システム要求電力Ｐｓｙｓｒｅｑから、ＦＣ２０が負担すべき負荷（ＦＣ負荷）である要求ＦＣ電力Ｐｆｃｒｅｑと、バッテリ３０が負担すべき負荷（バッテリ負荷）である要求バッテリ電力Ｐｂａｔｒｅｑと、回生電源（モータ１２）が負担すべき負荷（回生負荷）である回生電力Ｐｒｅｇの配分（分担）を調停しながら決定する。

さらに、この実施形態においては、ＦＣコンバータ２４が直結状態になってＦＣ２０のＥＣＵ５０による制御性が失われないように、すなわち、ＦＣコンバータ２４が常時（ＦＣコンバータ２４の積極的な遮断時を除く。）昇圧状態を保持できるように、インバータ端電圧Ｖｉｎｖが、ＦＣ電圧Ｖｆｃにマージン電圧Ｖｍａｒを加算した電圧（Ｖｆｃ＋Ｖｍａｒ）を下回らないように、つまり、Ｖｉｎｖ＜Ｖｆｃ＋Ｖｍａｒとならないように、ＥＣＵ５０のマージン電圧設定・制御部５１によりマージン電圧Ｖｍａｒが設定されている。

マージン電圧Ｖｍａｒは、次の（１）式を満足するように設定される。
Ｖｍａｒ≧Ｖｉｎｖ−Ｖｆｃ …（１）

マージン電圧Ｖｍａｒは、ＦＣコンバータ２４が常時昇圧状態を保持できる範囲で最小限の電圧（下限マージン電圧）に設定することがＦＣ自動車１０の制御性向上を確保しつつ燃費向上に資する観点から好ましい。

そこで、この実施形態において、マージン電圧Ｖｍａｒとしては、基本的に、ＢＡＴコンバータ３４の直結時の下限マージン電圧である第１マージン電圧Ｖｍａｒ１と、ＢＡＴコンバータ３４の昇降圧時の下限マージン電圧であって前記第１マージン電圧Ｖｍａｒ１に対し所定電圧を積み上げた第２マージン電圧Ｖｍａｒ２とを設定している。

第１マージン電圧Ｖｍａｒ１は、負荷要求等に応じて、ＢＡＴコンバータ３４が直結状態になっている場合に、インバータ端電圧Ｖｉｎｖ（この場合、Ｖｉｎｖ≒Ｖｂａｔ）とＦＣ電圧Ｖｆｃとの差電圧（直結時インバータ・ＦＣ間差電圧）ΔＶｉｆ（ΔＶｉｆ＝Ｖｂａｔ−Ｖｆｃ）が、ＦＣコンバータ２４が直結状態にならないための最小限の余裕電圧分を考慮した最小値（下限値）として設定される。

第２マージン電圧Ｖｍａｒ２は、負荷要求等に応じて、ＢＡＴコンバータ３４が昇圧状態又は降圧状態になっている場合に、ＢＡＴコンバータ３４の昇降圧動作を原因とするインバータ端電圧Ｖｉｎｖのリップル電圧のボトムピーク値を原因として、ＦＣコンバータ２４が直結状態にならないための最小限の余裕電圧分を考慮した最小値（下限値）として設定される。

つまり、第２マージン電圧Ｖｍａｒ２は、第１マージン電圧Ｖｍａｒ１にＢＡＴコンバータ２４の昇降圧状態時のリップル電圧を積み上げた電圧に設定される。

換言すれば、第２マージン電圧Ｖｍａｒ２は、ＢＡＴコンバータ３４の昇降圧状態を維持するのに必要なバッテリ電圧ＶｂａｔとＦＣ電圧Ｖｆｃとの差電圧（昇降圧時バッテリ・ＦＣ間差電圧）ΔＶｂｆ（ΔＶｂｆ＝｜Ｖｂａｔ−Ｖｆｃ｜）が、ＦＣコンバータ３４の直結状態を発生させない必要最小限の値（下限値）として設定される。

実際上、ＢＡＴコンバータ３４の直結（Ｖｉｎｖ≒Ｖｂａｔ）時に、例えば、負荷要求が大きくなってきて、インバータ・ＦＣ間差電圧ΔＶｉｆ（ΔＶｉｆ＝Ｖｂａｔ−Ｖｆｃ）が第１マージン電圧Ｖｍａｒ１まで小さくなったとき、ＦＣコンバータ２４が直結状態とならないように、ＥＣＵ５０によりインバータ・ＦＣ間差電圧ΔＶｉｆを第２マージン電圧Ｖｍａｒ２に持ち替え、ＢＡＴコンバータ３４を昇圧状態（電圧変換状態）に制御する（例えば、後述する図１０の時点ｔ２２）。

その一方、例えば、ＢＡＴコンバータ３４の降圧時（降圧状態が継続されているとき）に、バッテリ電圧Ｖｂａｔが上昇してきて、バッテリ・ＦＣ間差電圧ΔＶｂｆ（ΔＶｂｆ＝｜Ｖｂａｔ−Ｖｆｃ｜、｜｜は絶対値。）が、第２マージン電圧Ｖｍａｒ２まで大きくなったとき、ＦＣコンバータ２４の昇圧状態が十分に確保されると判定し、且つ燃費を向上させるため、ＥＣＵ５０によりＢＡＴコンバータ３４を直結状態に制御する（例えば、後述する図１０の時点ｔ２４）。

第１マージン電圧Ｖｍａｒ１は、この実施形態では、電圧センサ８０、１００の誤差を考慮したマージン電圧分にＦＣコンバータ２４によるインバータ端電圧Ｖｉｎｖの予め予測したリプル電圧分（ＦＣコンバータリプル電圧分Ｖｆｃｃｏｎｖｒｐｌという。）を加算した電圧に設定している。

第２マージン電圧Ｖｍａｒ２は、この実施形態では、電圧センサ８０、１００の誤差を考慮したマージン電圧分にＦＣコンバータ２４によるインバータ端電圧Ｖｉｎｖのリプル電圧分とＢＡＴコンバータ３４によるインバータ端電圧Ｖｉｎｖのリプル電圧分（ＢＡＴコンバータリプル電圧分Ｖｂａｔｃｏｎｖｒｐｌという。）とを加算した電圧に設定している。つまり、第２マージン電圧Ｖｍａｒ２は、第１マージン電圧Ｖｍａｒ１にＢＡＴコンバータ３４によるインバータ端電圧Ｖｉｎｖの予め予測したリプル電圧分であるＢＡＴコンバータリプル電圧分Ｖｂａｔｃｏｎｖｒｐｌを積み上げた電圧に設定している。

なお、後述するように、マージン電圧Ｖｍａｒ（第１マージン電圧Ｖｍａｒ１及び／又は第２マージン電圧Ｖｍａｒ２）は、走行状態（加減速走行時、減速回生走行時、クルーズ走行時等）やバッテリ３０の状態（ＳＯＣや温度、経年劣化）、あるいは補機５２の状態により可変されるようになっている。

［燃料電池自動車の制御方法に係る処理の説明］
次に、ＦＣ自動車１０の制御方法に係る処理について、図３の工程図を参照して説明する。

まず、マージン電圧設定・制御工程Ｋ０では、ＦＣ自動車１０のメインスイッチ１１６がＯＦＦ状態からＯＮ状態にされたとき、デフォルト値のマージン電圧Ｖｍａｒが設定される。なお、マージン電圧設定・制御工程Ｋ０は、後述する目標インバータ端電圧設定工程Ｋ３の他、適宜のときに実施される。

次に、このＦＣ自動車１０では、燃費向上のために、ＢＡＴコンバータ３４は、なるべく停止させ、バッテリ３０とインバータ１４とが直結状態となるように、ＥＣＵ５０は、ＢＡＴコンバータ３４を構成するスイッチング素子Ｓ２１をＯＦＦ状態、スイッチング素子Ｓ２２をＯＮ状態に制御する（ＢＡＴコンバータ３４の直結工程であるので、ＢＡＴコンバータ直結工程Ｋ１という。）。

このＢＡＴコンバータ直結工程Ｋ１において、ＦＣ２０の制御性を確保するために、ＦＣ電圧Ｖｆｃが、昇圧状態のＦＣコンバータ２４によりフィードバック制御される。昇圧状態のＦＣコンバータ２４では、ＥＣＵ５０によりスイッチング素子Ｓ１１がＯＮ／ＯＦＦのスイッチング状態に制御される。

図４Ａに示すように、このＢＡＴコンバータ直結工程Ｋ１は、例えば、ＦＣ自動車１０の比較的に低負荷時の低速クルーズ走行時（低車速・一定速走行時）又は緩やかな加速（緩加速）走行時に適用され、矢線で示すように、ＦＣ電力Ｐｆｃが、昇圧状態のＦＣコンバータ２４を通じて負荷１８（インバータ１４を介してモータ１２）に力行電力として供給される。同時に、バッテリ電力Ｐｂａｔが直結状態のＢＡＴコンバータ３４（のダイオードＤ２）を通じて負荷１８に力行電力として供給される。さらに、バッテリ電力Ｐｂａｔが補機５２に供給される。

なお、低速とは、概ね４０［ｋｍ／ｈ］〜７０［ｋｍ／ｈ］（車種により異なる。）以下の車速をいう。

図４Ｂに示すように、ＢＡＴコンバータ直結工程Ｋ１は、例えば、ＦＣ自動車１０の減速回生走行時｛アクセルペダル１１４が開放状態（踏み込まれていない状態）で踏込量θａｐ＝０の状態での減速走行時｝にも適用され、矢線で示すように、モータ１２で発生した比較的に大きな回生電力Ｐｒｅｇがインバータ１４及び直結状態のＢＡＴコンバータ３４（のＯＮ状態とされているスイッチング素子Ｓ２２）を通じてバッテリ３０に充電電力として供給される。同時に、ＦＣ電力Ｐｆｃが、昇圧状態のＦＣコンバータ２４を通じ、直結状態のＢＡＴコンバータ３４（のＯＮ状態とされているスイッチング素子Ｓ２２）を介して補機５２に供給される。さらに、ＦＣ電力Ｐｆｃに余剰分がある場合、２点鎖線の矢線で示すように、バッテリ３０に充電電力として供給される。

図４Ｃに示すように、減速回生走行時（アクセルペダル１１４の踏込量θａｐがゼロ値）ではない減速走行時｛アクセルペダル１１４の踏込量θａｐ（θａｐ≠０）の減少時｝にも、ＢＡＴコンバータ３４の直結状態が維持され、このときには、回生電力Ｐｒｅｇ（図４Ｂ）は０値になっている。この減速走行時には、ＦＣ電力Ｐｆｃが、矢線で示すように、モータ１２、補機５２、及び余剰分があればバッテリ３０に供給される。

図５Ａに示すように、燃料電池自動車１０のアイドルストップ時にも、ＢＡＴコンバータ３４の直結状態が維持され、ＦＣ電力Ｐｆｃが、矢線で示すように、補機５２、及び余剰分があればバッテリ３０に供給される。

このように、ＢＡＴコンバータ３４を直結状態としている走行時あるいは停止時には、ＢＡＴコンバータ３４のスイッチング損失がゼロ値とされ、コンバータ損失（電力損失）が大幅に低減され、燃費が向上する。

次に、バッテリ３０が直結状態になっているときに、ＦＣ２０の制御乱れが発生しないよう（ＦＣ２０の制御性が失われないよう）、ＦＣコンバータ２４の昇圧動作を保証するために、インバータ端電圧Ｖｉｎｖ＝ｂａｔとＦＣ電圧Ｖｆｃとの差である、ＢＡＴコンバータ３４の直結時インバータ・ＦＣ差電圧ΔＶｉｆ（ΔＶｉｆ＝Ｖｂａｔ−Ｖｆｃ）が、第１マージン電圧Ｖｍａｒ１まで小さくなるか否かを監視する（直結時インバータ・ＦＣ間差電圧監視工程Ｋ２）。

ＢＡＴコンバータ３４の直結時インバータ・ＦＣ間差電圧ΔＶｉｆが第１マージン電圧Ｖｍａｒ１まで小さくなったときに、ＢＡＴコンバータ３４の停止状態を解除して昇圧状態又は降圧状態に制御する際に、ＢＡＴコンバータ３４のスイッチング損失が大きくなり過ぎないように、目標とするインバータ端電圧（目標インバータ端電圧）Ｖｉｎｖｔａｒを設定する（目標インバータ端電圧設定工程Ｋ３）。

このときの目標インバータ端電圧Ｖｉｎｖｔａｒは、ＦＣ電圧Ｖｆｃに上述した第２マージン電圧Ｖｍａｒ２（第１マージン電圧Ｖｍａｒ１＋ＢＡＴコンバータリプル電圧分Ｖｂａｔｃｏｎｖｒｐｌ）を加算した（２）式の値に設定する。
Ｖｉｎｖｔａｒ＝Ｖｆｃ＋Ｖｍａｒ２ …（２）

そして、ＢＡＴコンバータ３４の停止状態（直結状態）を解除して昇圧状態又は降圧状態に遷移するように制御する（ＢＡＴコンバータ昇降圧遷移工程Ｋ４）。

図６に示すように、ＢＡＴコンバータ昇降圧工程Ｋ５中、昇圧工程は、例えば、ＦＣ自動車１０の加速走行時に適用され、比較的大きなＦＣ電力Ｐｆｃが、昇圧状態のＦＣコンバータ２４を通じて負荷１８（インバータ１４を介してモータ１２）に力行電力として供給される。同時に、比較的大きなバッテリ電力Ｐｂａｔが昇圧状態のＢＡＴコンバータ３４を通じて負荷１８に力行電力として供給される。さらに、比較的小さなバッテリ電力Ｐｂａｔが補機５２に供給される。但し、補機５２に供給されるバッテリ電力Ｐｂａｔは、補機５２中のエアポンプの電力が増加する分、低速クルーズ走行時等におけるバッテリ電力Ｐｂａｔ（図４Ａ）より大きくなる。

図７Ａに示すように、ＢＡＴコンバータ昇降圧工程Ｋ５中、降圧工程は、例えば、ＦＣ自動車１０の高速クルーズ走行時に適用され、比較的に大きなＦＣ電力Ｐｆｃ中、中程度の電力が、昇圧状態のＦＣコンバータ２４を通じて負荷１８（インバータ１４を介してモータ１２）に力行電力として供給されると共に、残りの電力が２次側２Ｓで分岐し降圧状態のＢＡＴコンバータ３４を通じて補機５２に供給され、余剰分がある場合には、バッテリ３０に対して充電電力として供給される。

なお、高速とは、概ね８０［ｋｍ／ｈ］〜１６０［ｋｍ／ｈ］≒１００［ｍｉｌ／ｈ］（車種により異なる。）以上の車速をいう。

図７Ｂに示すように、ＢＡＴコンバータ昇降圧工程Ｋ５中、降圧工程は、例えば、ＦＣ自動車１０の比較的に緩やかな減速走行時（緩減速走行時）又は比較的に緩やかな加速走行時（緩加速走行時）に適用され、ＦＣ電力Ｐｆｃが昇圧状態のＦＣコンバータ２４を通じて負荷１８（インバータ１４を介してモータ１２）に力行電力として供給されると共に、２次側２Ｓで分岐し降圧状態のＢＡＴコンバータ３４を通じて補機５２に供給され、減速走行時に余剰分がある場合には、バッテリ３０に対して充電電力として供給される。また、加速走行時に、ＦＣ電力Ｐｆｃが不足している場合には、その不足分のバッテリ電力Ｐｂａｔが破線の矢線で示すように、バッテリ３０から補機５２に供給される。

次に、ＢＡＴコンバータ昇降圧工程Ｋ５中に、インバータ端電圧Ｖｉｎｖとバッテリ電圧Ｖｂａｔとの差電圧である昇降圧時インバータ・ＢＡＴ間差電圧Ｖｉｂ（ΔＶｉｂ＝Ｖｉｎｖ−Ｖｂａｔ）を監視し、インバータ端電圧Ｖｉｎｖとバッテリ電圧Ｖｂａｔとが相対的に近づいてきて同電圧（Ｖｉｎｖ＝Ｖｂａｔ→ΔＶｉｂ＝０）になるか否かを監視する（昇降圧時インバータ・ＢＡＴ間差電圧監視工程Ｋ６）。

インバータ端電圧Ｖｉｎｖとバッテリ電圧Ｖｂａｔとが同電圧（Ｖｉｎｖ＝Ｖｂａｔ→Ｖｉｂ＝０）となったときには、バッテリ３０とインバータ１４とが直結状態となるようにＢＡＴコンバータ３４を停止状態に遷移させることで、前記ＢＡＴコンバータ直結工程Ｋ１に遷移させる。

［比較例についての課題の説明］
ここで、比較例の燃料電池システムの例としての燃料電池自動車の課題について、＜前提＞、＜第１の課題＞、及び＜第２の課題＞の順に詳しく説明する。

＜前提＞
比較例の燃料電池自動車｛以下、ＦＣ自動車１０Ｃ（不図示）という。｝では、上述した実施形態のＦＣ自動車１０におけるマージン電圧Ｖｍａｒ（第１マージン電圧Ｖｍａｒ１及び第２マージン電圧Ｖｍａｒ２）の設定処理がなされていない。なお、比較例のＦＣ自動車１０Ｃは図示していないが、理解の便宜のために、適宜、実施形態のＦＣ自動車１０の構成要素を参照して説明する。

比較例のＦＣ自動車１０Ｃにおいても、燃費向上の観点から、所定の負荷状態、例えば、低負荷状態である場合には、ＦＣコンバータ２４をスイッチング（昇圧）動作させ、且つ、ＢＡＴコンバータ３４のスイッチング動作を停止させて、バッテリ電圧Ｖｂａｔを直接インバータ端にインバータ端電圧Ｖｉｎｖとして印加する（バッテリ３０を直結させる）ようにしていた。

低負荷状態である場合、ＦＣ２０は、燃費向上の観点から、低負荷発電状態に制御されるが、この低負荷発電状態の維持制御のために、ＦＣコンバータ２４を昇圧状態に保持し、ＦＣ電圧ＶｆｃをＦＣコンバータ２４により制御するようにしている。つまり、ＦＣコンバータ２４の昇圧比がＶｉｎｖ（＝Ｖｂａｔ）／ＶｆｃになるようにＦＣコンバータ２４がフィードバック制御される。

＜第１の課題＞
図８を参照して、第１の課題について説明する。時点ｔ０〜時点ｔ１の間のアクセルペダル１１４の開放（未踏込）状態（θａｐ＝０）での、比較例のＦＣ自動車１０Ｃの停止時低負荷発電状態（図５Ａのアイドルストップ時に相当する。）中の時点ｔ１にて、開放状態（未踏込状態）のアクセルペダル１１４が踏み込まれて発進時加速が開始される状態で説明する。

時点ｔ１〜時点ｔ４の間においても、低負荷発電状態になっているので、基本的に、ＦＣコンバータ２４が昇圧状態、ＢＡＴコンバータ３４が直結状態に制御される（図４Ａの緩加速走行時に相当する。）。

結局、時点ｔ０〜時点ｔ１の間では、Ｖｆｃ＜Ｖｉｎｖ＝Ｖｂａｔが成立するバッテリ直結状態となるようＦＣ自動車１０Ｃが制御されている。

時点ｔ１にてアクセルペダル１１４が踏み込まれ、発進加速されると、バッテリ電力Ｐｂａｔが急増するので、これに伴いバッテリ電圧Ｖｂａｔが急減する。

この場合、ＦＣ電力Ｐｆｃの目標値は、時点ｔ１〜時点ｔ３の間では、一部破線で示すように一定電力とされ、時点ｔ３以降、徐々に増加するように制御される。なお、ＦＣ電圧Ｖｆｃの目標値は、時点ｔ１〜時点ｔ３の間では、一部破線で示すように一定電圧とされ、時点ｔ３以降、ＦＣ電力Ｐｆｃを徐々に増加させるために徐々に減少するように制御される。

この場合において、時点ｔ１〜時点ｔ２の間で、バッテリ電圧Ｖｂａｔ＝Ｖｉｎｖの急減に伴い、時点ｔ１から時点ｔ２の間で、バッテリ電圧Ｖｂａｔ＝Ｖｉｎｖが、ＦＣ電圧Ｖｆｃを下回る（Ｖｆｃ＞Ｖｂａｔ＝Ｖｉｎｖ）。そうすると、ＦＣコンバータ２４は、昇圧動作ができなくなり直結状態となってしまい、時点ｔ２の少し手前から実線で示すようにＦＣ電圧Ｖｆｃがバッテリ電圧Ｖｂａｔ＝Ｖｉｎｖに引き摺られて伴に下がってしまう。

このように、バッテリ３０の直結時において、インバータ端電圧Ｖｉｎｖ＝Ｖｂａｔが、ＦＣ電圧Ｖｆｃを下回ると、ＦＣコンバータ２４が昇圧状態を保持できなくなり、ＦＣ２０が意図しない直結状態となってしまうことから、ＦＣ電力Ｐｆｃの制御が効かなくなり（不安定になり）、時点ｔ２〜時点ｔ３の間では、ＦＣ電力Ｐｆｃが、実線で示すように、一時的に、破線で示している目標電力値以上に引かれてしまう。このＦＣ電力Ｐｆｃが目標電力値以上に引かれてしまう状態では、ガスストイキ比（ガス供給流量／ガス消費流量）が不足の状態になり、ＦＣ２０の耐久性が悪化する可能性があるという第１の課題（加速走行時におけるＦＣ２０の制御不安定性）が発生する。

なお、第１の課題の発生を、アクセルペダル１１４の開放状態から踏込状態への遷移時（発進加速時）を例として説明したが、これに限らず、第１の低速クルーズ走行時（アクセルペダル１１４の踏込量θａｐ１とする。）から第２の低速クルーズ走行時（踏込量θａｐ２とする。θａｐ１＜θａｐ２）への遷移時（加速走行時）にも同様に、第１の課題が発生する。

＜第２の課題＞
図９を参照して第２の課題について説明する。時点ｔ１０〜時点ｔ１１の間の第３の低速クルーズ走行時（アクセルペダル１１４の踏込量θａｐが踏込量θａｐ３であるものとする。）では、低負荷状態であるので、ＦＣコンバータ２４が昇圧状態、ＢＡＴコンバータ３４が直結状態に制御される（図４Ａの低速クルーズ走行時に相当する。）。この時点ｔ１０〜時点ｔ１１の間では、ＦＣ電力Ｐｆｃとバッテリ電力Ｐｂａｔの合成電力により走行している。この場合にも、時点ｔ１０〜時点ｔ１１の間では、Ｖｆｃ＜Ｖｂａｔ＝Ｖｉｎｖの状態に制御されている。

時点ｔ１１にて、アクセルペダル１１４の踏込量θａｐが踏込量θａｐ３から踏込量θａｐ４に減少されると、ＦＣ電力Ｐｆｃ及びバッテリ電力Ｐｂａｔが漸減状態とされる（時点ｔ１１以降、図４Ｃの減速走行時に相当する。）。

この場合、バッテリ電圧Ｖｂａｔは、内部電圧降下が減少することを原因として比較的に緩傾斜で増加する一方で、ＦＣ電圧Ｖｆｃは、ＦＣ開回路電圧ＶｆｃＯＣＶ側に近い側で変化するので、比較的に急傾斜で増加する（図２参照）。

そのため、時点ｔ１２にて、バッテリ電圧Ｖｂａｔ＝Ｖｉｎｖが、ＦＣ電圧Ｖｆｃを下回る。そうすると、ＦＣコンバータ２４は、昇圧動作ができなくなり直結状態となって、時点ｔ１２以降、実線で示すように、ＦＣ電圧Ｖｆｃがバッテリ電圧Ｖｂａｔ＝Ｖｉｎｖに引き摺られて伴に緩傾斜で増加するようになる。

このように、インバータ端電圧Ｖｉｎｖ＝Ｖｂａｔが、ＦＣ電圧Ｖｆｃを下回ると、ＦＣコンバータ２４が昇圧状態を保持できなくなり、意図しない直結状態となってしまうことから、ＦＣ電力Ｐｆｃの制御が効かなくなり、時点ｔ１２〜時点ｔ１３の間では、一時的に、ＦＣ電力Ｐｆｃが、破線で示している目標電力値以上に引かれてしまうことがある。このＦＣ電力Ｐｆｃが目標電力値以上に引かれてしまう状態では、ガスストイキ比（ガス供給流量／ガス消費流量）が不足の状態になり、燃料電池の耐久性が悪化する可能性があるという第２の課題（減速走行時におけるＦＣ２０の制御不安定性）が発生する。

［第１の課題（加速走行時におけるＦＣ２０の制御不安定性）が解決されていることの説明］
次に、上記した実施形態により第１の課題が解決されていることについて、図１０のタイムチャートを参照して説明する。

図４Ａに示した低速クルーズ走行時（ＢＡＴコンバータ直結工程Ｋ１）において、加速のために、時点ｔ２１にてアクセルペダル１１４の踏込量θａｐが増加したときに、インバータ端電圧Ｖｉｎｖ＝ＶｂａｔとＦＣ電圧Ｖｆｃとの差電圧である、ＢＡＴコンバータ３４の直結時インバータ・ＦＣ間差電圧ΔＶｉｆ（Ｖｉｆ＝Ｖｂａｔ−Ｖｆｃ）が監視される（直結時インバータ・ＦＣ間差電圧監視工程Ｋ２）。

ＢＡＴコンバータ３４の直結時インバータ・ＦＣ間差電圧ΔＶｉｆが第１マージン電圧Ｖｍａｒ１まで小さくなった時点ｔ２２にて、目標インバータ端電圧Ｖｉｎｖｔａｒが、ＦＣ電圧Ｖｆｃに第２マージン電圧Ｖｍａｒ２（Ｖｍａｒ２＝Ｖｍａｒ１＋Ｖｂａｔｃｏｎｖｒｐｌ）を加算した電圧に設定される｛目標インバータ端電圧設定工程Ｋ３、（２）式参照｝。

この時点ｔ２２にて、ＢＡＴコンバータ３４の停止状態（直結状態）が解除され、図６に示した「加速走行時：昇圧」の昇圧状態に遷移される（ＢＡＴコンバータ昇降圧遷移工程Ｋ４）。

このようにして、ハッチングで示す加速走行時において、ＦＣコンバータ２４の直結状態が未然に回避されＦＣ２０の制御不安定性の発生の懸念が解消される。

時点ｔ２２以降の昇圧状態では、上述したように、図６で説明した「加速走行時：昇圧」状態とされ、バッテリ電圧Ｖｂａｔが徐々に低下する。

時点ｔ２２以降の加速時であるＢＡＴコンバータ昇降圧工程Ｋ５（この場合、ＢＡＴコンバータ３４の昇圧）中に、時点ｔ２３にて、アクセルペダル１１４の踏込量θａｐが一定になると、ＦＣ電力Ｐｆｃの一部がＢＡＴコンバータ３４側に振り分けられるので、ＦＣ自動車１０は、図７Ａに示した高速クルーズ走行時の降圧状態に遷移され、バッテリ電圧ＶｂがＦＣ電力Ｐｆｃの余剰電力により徐々に増加する。

時点ｔ２３以降、インバータ端電圧Ｖｉｎｖとバッテリ電圧Ｖｂａｔとの差電圧Ｖｉｂ（Ｖｉｂ＝Ｖｉｎｖ−Ｖｂａｔ）を検出（監視）することで、インバータ端電圧Ｖｉｎｖとバッテリ電圧Ｖｂａｔとが相対的に近づいてきて同電圧になるか否かを監視する（昇降圧時インバータ・ＢＡＴ間差電圧監視工程Ｋ６）。

時点ｔ２４にて、インバータ端電圧Ｖｉｎｖとバッテリ電圧Ｖｂａｔとが同電圧となったときには、バッテリ３０とインバータ１４とが直結状態となるようにＢＡＴコンバータ３４を停止状態に遷移させる（ＢＡＴコンバータ直結工程Ｋ１）に遷移させる。なお、この場合には、図５Ｂに示した高速クルーズ走行時の直結状態とされる。

後述するように、時点ｔ２３において、ＢＡＴコンバータ３４は、昇圧状態から降圧状態に遷移しているので、２次側電流Ｉｂａｔ２が放電方向電流Ｉｂａｔ２ｄから充電方向電流Ｉｂａｔ２ｃに通流方向が切り替わる。このため、２次側電流Ｉｂａｔ２、換言すれば、ＢＡＴコンバータ３４の通過電流が、通流方向の切り替わり時に一旦ゼロ値になる、いわゆるゼロ跨ぎ状態が発生することに留意する。

［第２の課題（減速走行時におけるＦＣ２０の制御不安定性）が解決されていることの説明］
次に、上記した実施形態により第２の課題が解決されていることについて、図１１のタイムチャートを参照して説明する。

図１１のタイムチャートにおいて、時点ｔ３１〜時点ｔ３３の間はハッチングした減速走行時を示しており、時点ｔ３１〜時点ｔ３２の間は、図４Ｃの「減速走行時：直結」での走行状態、時点ｔ３２〜時点ｔ３３の間は、図７Ｂの「減速走行時：降圧」での走行状態を示している。

また、時点ｔ３３〜時点ｔ３５の間は加速走行時を示しており、時点ｔ３３〜時点ｔ３４の間は、図７Ｂの「加速走行時：降圧」での走行状態、時点ｔ３４〜時点ｔ３５間は、図４Ａの「緩加速走行時：直結」での走行状態を示している。

時点ｔ３１〜時点ｔ３３の間の減速走行時には、ＥＣＵ５０は、アクセルペダル１１４の踏込量θａｐの減少操作に応じてＦＣ電力Ｐｆｃを減少（ＦＣ電圧Ｖｆｃが増加）させ、時点ｔ３３〜時点ｔ３５の間の加速走行時には、アクセルペダル１１４の踏込量θａｐの増加操作に応じてＦＣ電力Ｐｆｃを増加（ＦＣ電圧Ｖｆｃを減少）させている。

ここでは、理解の便宜のために、時点ｔ３１〜時点ｔ３４の間、バッテリ３０は、ＢＡＴコンバータ３４の１次側電圧（バイアス電圧）発生のための一定のバッテリ電圧Ｖｂａｔとなっていて、バッテリ電力Ｐｂａｔは、ゼロ値であるものとする。

時点ｔ３１〜時点ｔ３２の緩減速走行時（ＢＡＴコンバータ直結工程Ｋ１）には、図４Ｃに示したように、ＢＡＴコンバータ３４が直結状態とされ（Ｖｉｎｖ＝Ｖｂａｔ）、アクセルペダル１１４の開放側への操作（踏込量θａｐの減少）に応じてＦＣ電力Ｐｆｃが徐々に減少されてＦＣ電圧Ｖｆｃが徐々に増加していく。

また、時点ｔ３１〜時点ｔ３２の緩減速走行時（ＢＡＴコンバータ直結工程Ｋ１）において、インバータ端電圧Ｖｉｎｖ＝ＶｂａｔとＦＣ電圧Ｖｆｃとの差電圧である、ＢＡＴコンバータ３４の直結時インバータ・ＦＣ間差電圧ΔＶｉｆ（Ｖｉｆ＝Ｖｂａｔ−Ｖｆｃ）が監視される（直結時インバータ・ＦＣ間差電圧監視工程Ｋ２）。

ＢＡＴコンバータ３４の直結時インバータ・ＦＣ間差電圧Δｂｆが第１マージン電圧Ｖｍａｒ１まで小さくなった時点ｔ３２にて、目標インバータ端電圧Ｖｉｎｖｔａｒが、ＦＣ電圧Ｖｆｃに第２マージン電圧Ｖｍａｒ２を加算した電圧に設定される｛目標インバータ端電圧設定工程Ｋ３、（２）式参照｝。

この時点ｔ３２にて、ＢＡＴコンバータ３４の停止状態（直結状態）が解除され、図７Ｂに示すＢＡＴコンバータ３４の降圧状態に遷移される（ＢＡＴコンバータ昇降圧遷移工程Ｋ４）。

このようにして、ハッチングで示す減速走行時において、ＦＣコンバータ２４の直結状態が未然に回避されＦＣ２０の制御不安定の発生の懸念が解消される。

なお、時点ｔ３１〜時点ｔ３２の減速走行時においては、ＦＣ電力Ｐｆｃを減少させることとなるが、インバータ端電圧Ｖｉｎｖ＝ＶｂａｔよりＦＣ電圧Ｖｆｃが高くならないように、ＦＣ電力Ｐｆｃの減少速度をインバータ端電圧Ｖｉｎｖ＝Ｖｂａｔを見ながら制限をかけて減少させるようにしても、ＦＣコンバータ２４の意図しない直結状態を未然に回避することができる。

時点ｔ３２〜時点ｔ３３の間では、アクセルペダル１１４の開放側への操作（踏込量θａｐの減少）に応じてＦＣ電力Ｐｆｃが徐々に減少されてＦＣ電圧Ｖｆｃが徐々に増加していく（ＢＡＴコンバータ昇降圧工程Ｋ５）。

時点ｔ３３にて、アクセルペダル１１４の踏込側への操作（踏込量θａｐの増加）に切り替えられ、時点ｔ３３以降、アクセルペダル１１４の踏込量θａｐの増加に応じてＦＣ電力Ｐｆｃが徐々に増加されてＦＣ電圧Ｖｆｃが徐々に減少していく。

時点ｔ３３以降の加速走行時には、インバータ端電圧Ｖｉｎｖとバッテリ電圧Ｖｂａｔとの差電圧である昇降圧時インバータ・ＢＡＴ間差電圧Ｖｉｂ（Ｖｉｂ＝Ｖｉｎｖ−Ｖｂａｔ）を検出し、インバータ端電圧Ｖｉｎｖとバッテリ電圧Ｖｂａｔとが相対的に近づいてきて同電圧（Ｖｉｎｖ＝Ｖｂａｔ）になるか否かを監視する（昇降圧時インバータ・ＢＡＴ間差電圧監視工程Ｋ６）。

時点ｔ３４にて、インバータ端電圧Ｖｉｎｖとバッテリ電圧Ｖｂａｔとが同電圧となったときには、バッテリ３０とインバータ１４とが直結状態となるようにＢＡＴコンバータ３４を停止状態に遷移させる（ＢＡＴコンバータ直結工程Ｋ１）。なお、この場合、図４Ａに示したように、緩加速走行時の直結状態とされる。

［実施形態のまとめ］
以上説明したように、上述した実施形態に係る燃料電池システムとしてのＦＣ自動車１０は、発電電圧であるＦＣ電圧Ｖｆｃを発生するＦＣ２０と、バッテリ電圧Ｖｂａｔを発生するバッテリ３０と、駆動力を発生するモータ１２と、モータ１２を駆動するインバータ１４と、バッテリ３０とインバータ１４の入力端との間に配され電圧変換しない直結状態又はバッテリ電圧Ｖｂａｔとインバータ端電圧Ｖｉｎｖとの間で電圧変換する電圧変換状態に切り替えられるＢＡＴコンバータ３４と、ＦＣ２０とインバータ１４の入力端との間に配されＦＣ電圧Ｖｂａｔをインバータ端電圧Ｖｉｎｖに昇圧するＦＣコンバータ２４と、を有する。

上述した実施形態に係るＦＣ自動車１０の制御方法は、ＦＣコンバータ２４の昇圧動作を保証するマージン電圧Ｖｍａｒを設定するマージン電圧設定工程（マージン電圧設定・制御工程Ｋ０）と、インバータ端電圧Ｖｉｎｖが、ＦＣ電圧Ｖｆｃにマージン電圧Ｖｍａｒを加算した電圧（Ｖｆｃ＋Ｖｍａｒ）を下回らない（Ｖｉｎｖ≧Ｖｆｃ＋Ｖｍａｒ）ように、ＢＡＴコンバータ３４を直結状態又は電圧変換状態（昇圧状態又は降圧状態）に制御するインバータ端電圧制御工程（工程Ｋ１〜工程Ｋ６）と、を備える。

このように、インバータ端電圧Ｖｉｎｖが、ＦＣ電圧ＶｆｃにＦＣコンバータ２４の昇圧動作を保証するマージン電圧Ｖｍａｒを加算した電圧（Ｖｆｃ＋Ｖｍａｒ）を下回らない（Ｖｉｎｖ≧Ｖｆｃ＋Ｖｍａｒ）ように制御しているので、ＦＣ電圧Ｖｆｃがインバータ端電圧Ｖｉｎｖより高くなってＦＣコンバータ２４が直結状態になるＦＣ電圧Ｖｆｃの制御不能状態を確実に回避することができる。

なお、マージン電圧Ｖｍａｒは、ＦＣコンバータ２４が常時昇圧状態を保持できる範囲で最小限の電圧（下限マージン電圧）に設定しているのでマージン電圧Ｖｍａｒの設定に伴う燃費の低下を最小限にでき、燃費を向上できる。

従って、この実施形態に係るＦＣ自動車１０では、制御性の向上（低下の抑制）及び燃費の向上を両立させることができる。

［変形例］
以下、実施形態の変形例を説明する。

変形例は、主に、マージン電圧設定・制御部５１によるマージン電圧Ｖｍａｒの設定、更新、及び制御に係わる。

図１２は、変形例の説明に供されるマージン電圧設定・制御部５１と、マージン電圧設定・制御部５１への入力装置との接続関係を説明するブロック図である。

［変形例１］＜ＢＡＴコンバータ３４のゼロ値跨ぎ関連＞
図１０を参照して説明した、時点ｔ２３にてＢＡＴコンバータ３４が昇圧状態（スイッチング素子Ｓ２１：ＯＮ・ＯＦＦデューティ制御、スイッチング素子Ｓ２２：ＯＦＦ）から降圧状態｛（スイッチング素子Ｓ２２：ＯＮ・ＯＦＦデューティ制御）に、通過電流である、例えば２次側電流Ｉｂａｔ２の通流方向が放電方向電流Ｉｂａｔ２ｄから充電方向電流Ｉｂａｔ２ｃ切り替わるとき（電流値がゼロ値を跨ぐときに）｝にインバータ端電圧Ｖｉｎｖに振動（オーバーシュートとリンギング）が発生する。この電圧振動は、スイッチング素子Ｓ２１とスイッチング素子Ｓ２２が同時にＯＮになることを防止するために、スイッチング素子Ｓ２１、Ｓ２２のＰＷＭ（パルス幅変調）制御において、いわゆるデッドタイムを設けていることを原因としている。この振動電圧によって、ＦＣコンバータ２４が直結状態になると、ＦＣ２０の制御性が失われる。

そこで、図１３の特性（マップ）１５０に示すように、電流センサ１３８により検出している２次側電流Ｉｂａｔ２の大きさ｜Ｉｂａｔ２｜（絶対値）が、予め決められた閾値電流値Ｉｂａｔ２ｔｈより小さい値になったときには、マージン電圧Ｖｍａｒに増分マージン電圧ΔＶｍａｒ１を加算するように制御（更新）する（Ｖｍａｒ←Ｖｍａｒ＋ΔＶｍａｒ１）。

なお、一点鎖線で示す特性１５２のように、ゼロ［Ａ］に近づくほど増分マージン電圧ΔＶｍａｒ１が大きくなるように制御してもよい。

また、マージン電圧Ｖｍａｒ＋増分マージン電圧ΔＶｍａｒ１は、図１３の縦軸をレートＲに代替し、特性１５０、１５２における２次側電流Ｉｂａｔ２の大きさ｜Ｉｂａｔ２｜が閾値電流値Ｉｂａｔ２ｔｈより小さい場合には、マージン電圧Ｖｍａｒ×Ｒ（Ｒ＞１）とし、２次側電流Ｉｂａｔ２の大きさ｜Ｉｂａｔ２｜が閾値電流値Ｉｂａｔ２ｔｈより大きい場合には、マージン電圧Ｖｍａｒ×Ｒ（Ｒ＝１）＝Ｖｍａｒとしてもよい。以下の説明においても、増分マージン電圧は、レートＲに代替可能である。

このように、変形例１では、マージン電圧設定・制御部５１は、ＢＡＴコンバータ３４の通過電流である２次側電流Ｉｂａｔ２を検出し、検出した２次側電流Ｉｂａｔ２が、通流方向が変わるゼロ値近傍の閾値電流値Ｉｂａｔ２ｔｈ以下である場合には、マージン電圧Ｖｍａｒをより大きなマージン電圧Ｖｍａｒ←Ｖｍａｒ＋ΔＶｍａｒ１に設定する。

これにより、ＢＡＴコンバータ３４によって制御されるインバータ端電圧Ｖｉｎｖの振れ幅（電圧振動）が大きくなっても低圧側（ボトムピーク側）のインバータ端電圧ＶｉｎｖをＦＣ電圧Ｖｆｃより確実に高く保持することができ、ＦＣ２０の制御性を確保できる。

なお、ＢＡＴコンバータ３４の通過電流は、ＢＡＴコンバータ３４の１次側電流であるインダクタＬ２の通過電流を測定するようにしてもよい。

［変形例２］＜バッテリ３０の温度Ｔｂａｔ及び内部抵抗関連＞
図１４Ａは、バッテリ３０の内部抵抗の変化による電力・電圧特性の初期時特性２０１と、１５年経過したときの経年劣化特性２０２を示している。例えば、初期時特性２０１において、バッテリ電力Ｐｂａｔ（Ｉｂａｔ×Ｖｂａｔ）の放電電力（図１４Ａ中、横軸の＋側）が大きくなるほど内部抵抗による電圧降下が大きくなるのでバッテリ電圧Ｖｂａｔが小さくなる傾向となっているが、経年劣化特性２０２では、内部抵抗がより大きくなるので、より電圧降下が大きくなっていることが分かる。充電電力（図１４Ａ中、横軸の−側）とバッテリ電圧Ｖｂａｔとの関係も同様である。

図１４Ｂは、バッテリ温度Ｔｂａｔが、それぞれ−３０［℃］、０［℃］、５０［℃］をパラメータする電力・電圧特性の温度特性２０５、２０６、２０７を示している。

バッテリ温度Ｔｂａｔが低い程、内部抵抗が大きくなり、内部抵抗による電圧降下が大きくなることが分かる。

内部抵抗が大きくなると同一のバッテリ電力Ｐｂａｔであってもバッテリ電圧Ｖｂａｔの振れ幅が大きくなり、結果としてインバータ端電圧Ｖｉｎｖ（Ｖｉｎｖ＝Ｖｍａｒ＋Ｖｂａｔ）の振れ幅が大きくなるので、ＦＣコンバータ２４が直結状態になってしまう可能性が高くなる。

そこで、図１４Ｃの特性２１１：初期時、特性２１２：１５年劣化時に示すように、温度センサ１０８により検出しているバッテリ温度Ｔｂａｔが氷点下温度である０［℃］より低くなるにつれて、及び経年劣化が進むにつれて、マージン電圧Ｖｍａｒが大きくなるように、マージン電圧Ｖｍａｒに増分マージン電圧ΔＶｍａｒ２を加算するように制御する（Ｖｍａｒ←Ｖｍａｒ＋Δｍａｒ２、Ｖｍａｒ←Ｖｍａｒ＋ΔＶｍａｒ３、又はＶｍａｒ←Ｖｍａｒ＋Δｍａｒ２＋ΔＶｍａｒ３、但しΔＶｍａｒ３は経年で増加する）。

このように、変形例２では、マージン電圧設定・制御部５１は、バッテリ３０のバッテリ温度Ｔｂａｔ又は内部抵抗（ΔＲ＝ΔＶ／ΔＩ）を検出し、検出したバッテリ温度Ｔｂａｔが温度閾値、例えば、０［℃］以下、換言すれば、バッテリ３０の内部抵抗が対応する内部抵抗閾値以下である場合には、マージン電圧Ｖｍａｒをより大きなマージン電圧Ｖｍａｒ←Ｖｍａｒ＋ΔＶｍａｒ２に設定することで、ＢＡＴコンバータ３４によって制御されるインバータ端電圧Ｖｉｎｖの振れ幅が大きくなっても低圧側（ボトム側）のインバータ端電圧ＶｉｎｖをＦＣ電圧Ｖｆｃより確実に高く保持することができ、ＦＣ２０の制御性を確保できる。

［変形例３］＜ＦＣ自動車１０の起動時関連＞
ＦＣ自動車１０では、メインスイッチ１１６をＯＦＦ状態からＯＮ状態にする起動時に、ＦＣ２０のアノード電極経路及びカソード電極経路をそれぞれフレッシュなガスで満たす必要がある状態、例えば、前回のメインスイッチ１１６のＯＦＦ状態への切り替えから所定時間以上の時間が経っている状態であると判定した場合には、その起動時に水素及び酸化剤ガスを通常発電状態よりより多く供給するガスパージ処理が実施される。

このガスパージ処理が実施されている起動時に、補機５２等の負荷要求に応じてバッテリ３０から電力が引かれバッテリ電圧Ｖｂａｔが低下すると、ＦＣ電圧Ｖｆｃのほうが高くなってしまい、ＦＣコンバータ２４が直結状態になってしまうことが考えられる。その場合、ＦＣ２０内はそもそも低ストイキ状態であるので、さらに深刻なガスの欠乏状態となってしまい、電解質膜の劣化に直接結びついてしまう。

そこで、図１５の特性２２０に示すように、時点０から時点ｔ４０までの、ＦＣ２０内に残存する水素ガス及び／又は酸化剤ガスを外部に排出する起動時ガスパージ処理の実施中である場合、その起動時ガスパージ処理の終了時点ｔ４０までマージン電圧Ｖｍａｒをより大きなマージン電圧Ｖｍａｒ←Ｖｍａｒ＋ΔＶｍａｒ４に設定する。

このように、ＦＣ自動車１０が起動時であって、ＦＣ２０のストイキ比が低ストイキ比状態になる可能性のあるガスパージ処理中であると判定した場合には、マージン電圧Ｖｍａｒに増分マージン電圧ΔＶｍａｒ４を加算したより大きなマージン電圧Ｖｍａｒ←Ｖｍａｒ＋Ｖｍａｒ４に設定することで、ＦＣコンバータ２４の不測の直結状態を確実に回避し、ＦＣ２０（ＦＣ電圧Ｖｆｃ）の制御が確実に行えるようにする。

なお、低ストイキ比状態であることやガスパージ処理中であることは、濃度センサ１２２による酸素濃度Ｄｏ及び／又は水素濃度Ｄｈにより判定することもできる。

［変形例４］＜ＦＣコンバータ２４の遮断状態関連＞
バッテリ３０は、過充電になると劣化する。そこで、ＦＣ自動車１０では、バッテリ３０の過充電を回避する必要がある。

バッテリ３０の充電は、ＦＣ２０のＦＣ電力Ｐｆｃ及びモータ１２の回生電力Ｐｒｅｇ等により行われる。そこで、回生電力Ｐｒｅｇが存在しないときに、バッテリ３０の充電が進み、過充電が発生しそうな走行状態（例えば、図４Ｃの減速走行時、図５Ａのアイドルストップ時等）であるときには、ＳＯＣを監視し、ＦＣ２０のＦＣ電力Ｐｆｃによりバッテリ３０が過充電されることを回避（遮断）する必要がある。

そこで、図１６のフローチャートに示すように、バッテリ３０のＳＯＣ｛満充電で１００［％］の充電状態（充電残量）を示す。｝が監視され管理される。なお、バッテリ３０のＳＯＣは、バッテリ温度Ｔｂａｔ、バッテリ電圧Ｖｂａｔ、及びバッテリ電流Ｉｂａｔを検出することにより算出できる。

ステップＳ１にて、バッテリ３０のＳＯＣが満充電状態に近くなって、過充電のおそれがあるか否かが判定される。

過充電のおそれがあると判定された（ステップＳ１：ＹＥＳ）場合、ＦＣ２０の出力を遮断する準備として、ステップＳ２にて、現在のＦＣ電流Ｉｆｃ及びＩＶ特性９０（図２）を参照して、現在の開回路電圧ＶｆｃＯＣＶの値を予測する。

次いで、ステップＳ３にて、インバータ端電圧ＶＩｎｖから開回路電圧ＶｆｃＯＣＶを差し引いた差電圧Ｖｓｕｂ（Ｖｓｕｂ＝Ｖｉｎｖ−ＶｆｃＯＣＶ）が正の値となる｛Ｖｓｕｂ＝Ｖｉｎｖ−ＶｆｃＯＣＶ＞０｝ようにマージン電圧Ｖｍａｒを設定する。

すなわち、マージン電圧Ｖｍａｒが、次の（３）式を満足するように設定する。
Ｖｉｎｖ＝ＶｆｃＯＣＶ＋Ｖｍａｒ …（３）

最後に、ステップＳ４にて、ＢＡＴコンバータ３４の２次電圧が（３）式のインバータ端電圧ＶｉｎｖとなるようにＢＡＴコンバータ３４を昇圧状態にする。

これによりＦＣコンバータ２４のダイオードＤ２が逆バイアス状態になってＦＣコンバータ２４が、遮断状態にされ、バッテリ３０のＦＣ電力Ｐｆｃによる充電が遮断され、バッテリ３０の過充電が回避される。

［変形例５］＜インバータ端電圧Ｖｉｎｖの昇圧速度関連＞
例えば、図１０の時点ｔ２２に示すように、直結状態での加速走行時において、ＢＡＴコンバータ３４を直結状態から昇圧状態に制御する際、バッテリ３０から引かれるＢＡＴ電力Ｐｂａｔの下降速度Ｓｖｂａｔ［ｋＷ／ｓ］は、負荷１８の要求速度Ｓｐｒｅｑ［ｋＷ／ｓ］が大きいほど、例えば急加速時には、より大きくなる。この場合、上昇速度制御（いわゆるレートリミット）されるインバータ端電圧Ｖｉｎｖの上昇速度よりもバッテリ電圧Ｖｂａｔの下降速度が大きいときには、Ｖｆｃ＞Ｖｂａｔとなる可能性があるので、これを回避するために、バッテリ電圧Ｖｂａｔの下降速度Ｓｖｂａｔ［Ｖ／ｓ］よりもインバータ端電圧Ｖｉｎｖの上昇速度Ｓｖｉｎｖ［Ｖ／ｓ］が早くなるように速度制御する必要がある。

バッテリ電圧Ｖｂａｔの下降速度Ｓｖｂａｔは、アクセルペダル１１４の踏込速度Ｖａｐ［θ／ｓ］に対応する負荷１８の要求速度Ｓｐｒｅｑに依存する。

そこで、図１７の特性２２４に示すように、負荷１８の要求速度Ｓｐｒｅｑが閾値要求速度Ｓｐｒｅｑｔｈを上回る場合には、インバータ端電圧Ｖｉｎｖの上昇速度Ｓｖｉｎｖ［Ｖ／ｓ］を、上昇速度Ｓｖｉｎｖ０から上昇速度Ｓｖｉｎｖ１に大きくすることが好ましい。

なお、バッテリ温度Ｔｂａｔが閾値温度Ｔｂａｔｔｈ、例えば０［℃］より低い場合には、バッテリ３０の内部抵抗が大きくなるので、インバータ端電圧Ｖｉｎｖの上昇速度Ｓｖｉｎｖ［Ｖ／ｓ］を、上昇速度Ｓｖｉｎｖ２までより大きくすることが好ましい。

また、ＢＡＴコンバータ２４は、通常、フィードフォワード制御及びフィードバック制御によりインバータ端電圧Ｖｉｎｖが制御されるので、変化速度を早くするためにはフィードフォワード制御量を多くすればよい。フィードフォワード制御量を多くすることによりオーバーシュートが増加するが、それは許容する。

［変形例６］＜ヒータコア１２４の関連＞
図１２に示すように、補機５２には、エアコンディショナを構成するヒータコア１２４が含まれる。このヒータコア１２４は、温水ヒータ１２６によって加熱された温水が、電動ウォータポンプ（不図示）によってヒータコア１２４内を通流することにより加熱される。

ここで温水ヒータ１２６は駆動部１２８を通じて水温Ｔｗ［℃］が所定温度になるようにマージン電圧設定・制御部５１によりデューティ駆動される。

駆動部１２８は、バッテリ電圧Ｖｂａｔにより駆動されるのであるが、デューティ駆動と同じ周期でバッテリ電圧Ｖｂａｔにリップル電圧が発生し、結果としてインバータ端電圧Ｖｉｎｖにリップル電圧Ｖｒｐｌが発生する。

図１８に示すように、インバータ端Ｖｉｎｖに発生するリップル電圧Ｖｒｐｌは、駆動部１２８に印加されるＰＷＭ信号のデューティＤｗとバッテリ温度Ｔｂａｔに関連性があることが分かる。

すなわち、リップル電圧Ｖｒｐｌは、特性２２４：デューティ５０［％］と、特性２２６：デューティ９０［％］又は１０［％］に示すように、バッテリ温度Ｔｂａｔが低いほど、デューティが５０［％］に近づく程、大きくなることが分かった。

よって、マージン電圧Ｖｍａｒは、このリプル電圧Ｖｒｐｌをも考慮して設定する必要がある。

すなわち、ヒータコア１２４が稼働中か否か（駆動部１２８が駆動されているか否か）を判定するヒータ稼働判定工程を有し、ヒータコア１２４が稼働中であると判定した場合には、適宜、マージン電圧設定・制御工程Ｋ０を実行し、バッテリ温度Ｔｂａｔと駆動部１２８のデューティを変数としてマージン電圧ΔＶｍａｒ５（Ｔｂａｔ，デューティ）を付加することが好ましい。Ｖｍａｒ←Ｖｍａｒ＋ΔＶｍａｒ５

なお、この発明は、上述の実施形態に限らず、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。

１０…燃料電池自動車（ＦＣ自動車）、車両 １２…モータ
１４…インバータ １８…負荷
２０…燃料電池スタック（ＦＣスタック）、ＦＣ
２４…燃料電池側コンバータ（ＦＣコンバータ）
３０…蓄電装置（バッテリ）
３４…蓄電装置側コンバータ（バッテリコンバータ）
５０…電子制御装置（ＥＣＵ） ５１…マージン電圧設定・制御部
５２…補機 １０００…駆動系
２０００…燃料電池系 ３０００…バッテリ系
４０００…補機系

Claims (8)

1. 燃料電池電圧を発生する燃料電池と、
   蓄電装置電圧を発生する蓄電装置と、
   モータと、
   前記モータを駆動するインバータと、
   前記蓄電装置と前記インバータとの間に配され、電圧変換しない直結状態又は前記蓄電装置電圧とインバータ端電圧との間で電圧変換する電圧変換状態に切り替えられる蓄電装置側コンバータと、
   前記燃料電池と前記インバータとの間に配され、前記燃料電池電圧を前記インバータ端電圧に昇圧する燃料電池側コンバータと、
   を有する燃料電池システムの制御方法であって、
   前記燃料電池側コンバータの昇圧動作を保証するマージン電圧を設定するマージン電圧設定工程と、
   前記インバータ端電圧が、前記燃料電池電圧に前記マージン電圧を加算した電圧を下回らないように、前記蓄電装置側コンバータを前記直結状態又は前記電圧変換状態に制御するインバータ端電圧制御工程と、を備え、
   前記マージン電圧設定工程では、
   前記蓄電装置側コンバータの電圧変換状態における前記マージン電圧を第２マージン電圧とし、前記蓄電装置側コンバータの前記直結状態における前記マージン電圧を第１マージン電圧とするとき、前記第２マージン電圧を前記第１マージン電圧に対して、所定電圧を積み上げた電圧に設定する
   ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
2. 燃料電池電圧を発生する燃料電池と、
   蓄電装置電圧を発生する蓄電装置と、
   モータと、
   前記モータを駆動するインバータと、
   前記蓄電装置と前記インバータとの間に配され、電圧変換しない直結状態又は前記蓄電装置電圧とインバータ端電圧との間で電圧変換する電圧変換状態に切り替えられる蓄電装置側コンバータと、
   前記燃料電池と前記インバータとの間に配され、前記燃料電池電圧を前記インバータ端電圧に昇圧する燃料電池側コンバータと、
   を有する燃料電池システムの制御方法であって、
   前記燃料電池側コンバータの昇圧動作又は遮断動作を保証するマージン電圧を設定するマージン電圧設定工程と、
   前記インバータ端電圧が、前記燃料電池電圧に前記マージン電圧を加算した電圧を下回らないように、前記蓄電装置側コンバータを前記直結状態又は前記電圧変換状態に制御するインバータ端電圧制御工程と、を備え、
   前記マージン電圧設定工程では、
   前記蓄電装置側コンバータの通過電流を検出し、検出した前記通過電流が、通流方向が変わるゼロ値近傍の閾値電流値以下である場合には、前記マージン電圧をより大きなマージン電圧に設定する
   ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
3. 燃料電池電圧を発生する燃料電池と、
   蓄電装置電圧を発生する蓄電装置と、
   モータと、
   前記モータを駆動するインバータと、
   前記蓄電装置と前記インバータとの間に配され、電圧変換しない直結状態又は前記蓄電装置電圧とインバータ端電圧との間で電圧変換する電圧変換状態に切り替えられる蓄電装置側コンバータと、
   前記燃料電池と前記インバータとの間に配され、前記燃料電池電圧を前記インバータ端電圧に昇圧する燃料電池側コンバータと、
   を有する燃料電池システムの制御方法であって、
   前記燃料電池側コンバータの昇圧動作又は遮断動作を保証するマージン電圧を設定するマージン電圧設定工程と、
   前記インバータ端電圧が、前記燃料電池電圧に前記マージン電圧を加算した電圧を下回らないように、前記蓄電装置側コンバータを前記直結状態又は前記電圧変換状態に制御するインバータ端電圧制御工程と、を備え、
   前記マージン電圧設定工程では、
   前記蓄電装置の温度又は内部抵抗を検出し、検出した前記温度が温度閾値以下、又は検出された前記内部抵抗が内部抵抗閾値以下である場合には、前記マージン電圧をより大きなマージン電圧に設定する
   ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
4. 燃料電池電圧を発生する燃料電池と、
   蓄電装置電圧を発生する蓄電装置と、
   モータと、
   前記モータを駆動するインバータと、
   前記蓄電装置と前記インバータとの間に配され、電圧変換しない直結状態又は前記蓄電装置電圧とインバータ端電圧との間で電圧変換する電圧変換状態に切り替えられる蓄電装置側コンバータと、
   前記燃料電池と前記インバータとの間に配され、前記燃料電池電圧を前記インバータ端電圧に昇圧する燃料電池側コンバータと、
   を有する燃料電池システムの制御方法であって、
   前記燃料電池側コンバータの昇圧動作又は遮断動作を保証するマージン電圧を設定するマージン電圧設定工程と、
   前記インバータ端電圧が、前記燃料電池電圧に前記マージン電圧を加算した電圧を下回らないように、前記蓄電装置側コンバータを前記直結状態又は前記電圧変換状態に制御するインバータ端電圧制御工程と、を備え、
   前記マージン電圧設定工程では、
   当該燃料電池システムが起動時であって、当該燃料電池システム内に残存するガスを外部に排出する起動時ガスパージ処理の実施中である場合、前記マージン電圧をより大きなマージン電圧に設定する
   ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
5. 燃料電池電圧を発生する燃料電池と、
   蓄電装置電圧を発生する蓄電装置と、
   モータと、
   前記モータを駆動するインバータと、
   前記蓄電装置と前記インバータとの間に配され、電圧変換しない直結状態又は前記蓄電装置電圧とインバータ端電圧との間で電圧変換する電圧変換状態に切り替えられる蓄電装置側コンバータと、
   前記燃料電池と前記インバータとの間に配され、前記燃料電池電圧を前記インバータ端電圧に昇圧する燃料電池側コンバータと、
   を有する燃料電池システムの制御方法であって、
   前記燃料電池側コンバータの昇圧動作又は遮断動作を保証するマージン電圧を設定するマージン電圧設定工程と、
   前記インバータ端電圧が、前記燃料電池電圧に前記マージン電圧を加算した電圧を下回らないように、前記蓄電装置側コンバータを前記直結状態又は前記電圧変換状態に制御するインバータ端電圧制御工程と、を備え、
   前記マージン電圧設定工程では、
   当該燃料電池システムにおいて前記燃料電池の電力を強制的に遮断する必要があるか否かを判定し、強制的に遮断する必要があると判定した場合に、前記燃料電池側コンバータの前記遮断動作を保証する前記マージン電圧設定工程を実施する際、前記インバータ端電圧から燃料電池開回路電圧を引いた差電圧が正の値となるように前記マージン電圧を設定する
   ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
6. 請求項２〜５のいずれか１項に記載の燃料電池システムの制御方法において、
   前記燃料電池システムが車両に搭載され、負荷が前記モータである場合であって、前記車両に要求される加速度が閾値加速度を上回る加速度であるとき、
   前記インバータ端電圧制御工程では、
   前記燃料電池側コンバータで前記インバータ端電圧を前記燃料電池電圧に前記マージン電圧が加算された電圧に昇圧する場合、通常の昇圧速度より速い昇圧速度で昇圧する
   ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
7. 燃料電池電圧を発生する燃料電池と、
   蓄電装置電圧を発生する蓄電装置と、
   モータと、
   前記モータを駆動するインバータと、
   前記蓄電装置と前記インバータとの間に配され、電圧変換しない直結状態又は前記蓄電装置電圧とインバータ端電圧との間で電圧変換する電圧変換状態に切り替えられる蓄電装置側コンバータと、
   前記燃料電池と前記インバータとの間に配され、前記燃料電池電圧を前記インバータ端電圧に昇圧する燃料電池側コンバータと、
   を有する燃料電池システムの制御方法であって、
   前記燃料電池側コンバータの昇圧動作又は遮断動作を保証するマージン電圧を設定するマージン電圧設定工程と、
   前記インバータ端電圧が、前記燃料電池電圧に前記マージン電圧を加算した電圧を下回らないように、前記蓄電装置側コンバータを前記直結状態又は前記電圧変換状態に制御するインバータ端電圧制御工程と、を備え、
   前記マージン電圧設定工程では、
   ヒータが稼働中か否かを判定するヒータ稼働判定工程を有し、前記ヒータが稼働中であると判定した場合には、前記マージン電圧をより大きなマージン電圧に設定する
   ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の前記モータが走行用モータである
   ことを特徴とする燃料電池自動車。

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