JP2001339810A - 燃料電池システムの制御装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】加速時の要求出力値をバッテリの充電量に応じ
て制御できる燃料電池システムの制御装置を提供する。 【解決手段】単位時間あたりのアクセル踏み込み量Ａcc
が第１のしきい値Ｓ１未満の場合には、アクセル踏み込
み量に応じた出力要求値を増加させ、単位時間あたりの
アクセル踏み込み量が第１のしきい値以上かつ第２のし
きい値Ｓ２未満の場合には、アクセル踏み込み量に応じ
た出力要求値に第１の出力要求補正量を付加し、単位時
間あたりのアクセル踏み込み量が第２のしきい値以上の
場合には、アクセル踏み込み量に応じた出力要求値に第
１の出力要求補正量より大きい第２の出力要求補正量を
付加する。第１のしきい値Ｓ１及び第２のしきい値Ｓ２
をバッテリの充電状況に応じて変化させる。
て制御できる燃料電池システムの制御装置を提供する。 【解決手段】単位時間あたりのアクセル踏み込み量Ａcc
が第１のしきい値Ｓ１未満の場合には、アクセル踏み込
み量に応じた出力要求値を増加させ、単位時間あたりの
アクセル踏み込み量が第１のしきい値以上かつ第２のし
きい値Ｓ２未満の場合には、アクセル踏み込み量に応じ
た出力要求値に第１の出力要求補正量を付加し、単位時
間あたりのアクセル踏み込み量が第２のしきい値以上の
場合には、アクセル踏み込み量に応じた出力要求値に第
１の出力要求補正量より大きい第２の出力要求補正量を
付加する。第１のしきい値Ｓ１及び第２のしきい値Ｓ２
をバッテリの充電状況に応じて変化させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池システム
の制御装置に関し、特に加速時の要求出力値をバッテリ
の充電量に応じて制御できる燃料電池システムの制御装
置に関する。
の制御装置に関し、特に加速時の要求出力値をバッテリ
の充電量に応じて制御できる燃料電池システムの制御装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】原料を改質して発生する水素を供給する
燃料電池システムは、過渡状態での起電力の応答性が悪
いので、電力要求量の変化に対応するため、大容量のバ
ッテリが必要とされる。
燃料電池システムは、過渡状態での起電力の応答性が悪
いので、電力要求量の変化に対応するため、大容量のバ
ッテリが必要とされる。
【０００３】この種の燃料電池の起動力制御において
は、バッテリの充電量を監視し、バッテリの電力に応じ
て改質する原料を増加減するのが一般的である。すなわ
ち、バッテリの充電量が少ないときは燃料電池の発電に
よりバッテリを充電するといった制御方法が採られてい
た。したがって、加速による急激な電力要求に応じるに
は、大型で高価なバッテリを車載することが必要であっ
た。
は、バッテリの充電量を監視し、バッテリの電力に応じ
て改質する原料を増加減するのが一般的である。すなわ
ち、バッテリの充電量が少ないときは燃料電池の発電に
よりバッテリを充電するといった制御方法が採られてい
た。したがって、加速による急激な電力要求に応じるに
は、大型で高価なバッテリを車載することが必要であっ
た。
【０００４】これに対して、小容量のバッテリで急激な
電力要求の変化に対応できるようにするために、運転者
の加速意思をアクセル開度信号から速やかに察知し、加
速と判断した場合は要求出力値を増加させ、急加速と判
断した場合は要求出力値をより大きく増量する制御も提
案されている。
電力要求の変化に対応できるようにするために、運転者
の加速意思をアクセル開度信号から速やかに察知し、加
速と判断した場合は要求出力値を増加させ、急加速と判
断した場合は要求出力値をより大きく増量する制御も提
案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の燃料
電池システムでは、アクセルの踏み込み変化量、すなわ
ち加速度の緩急だけに支配されて要求出力値の増量補正
を行っているので、バッテリの充電量が十分でない状態
から加速すると、電力が不足し、これにより加速不良が
発生するという問題があった。
電池システムでは、アクセルの踏み込み変化量、すなわ
ち加速度の緩急だけに支配されて要求出力値の増量補正
を行っているので、バッテリの充電量が十分でない状態
から加速すると、電力が不足し、これにより加速不良が
発生するという問題があった。
【０００６】また、電力不足による加速不良を補うため
に、バッテリの充電量を無視して要求出力値を増加させ
る制御も行われているが、こうすると燃料電池に供給さ
れる水素量が必要以上に増加するものの、燃料電池での
水素消費量は少なく余剰水素量が増える結果になり、余
剰水素を燃焼させる燃焼装置の温度が異常に上昇して当
該燃焼装置が溶損するという問題があった。
に、バッテリの充電量を無視して要求出力値を増加させ
る制御も行われているが、こうすると燃料電池に供給さ
れる水素量が必要以上に増加するものの、燃料電池での
水素消費量は少なく余剰水素量が増える結果になり、余
剰水素を燃焼させる燃焼装置の温度が異常に上昇して当
該燃焼装置が溶損するという問題があった。
【０００７】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、加速時の要求出力値をバッ
テリの充電量に応じて制御できる燃料電池システムの制
御装置を提供することを目的とする。
鑑みてなされたものであり、加速時の要求出力値をバッ
テリの充電量に応じて制御できる燃料電池システムの制
御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】（１）上記目的を達成す
るために、請求項１記載の燃料電池システムの制御装置
は、電力の供給を行う燃料電池システムと、加速時には
蓄電力を外部負荷に供給するバッテリと、前記バッテリ
の充電状況を監視するバッテリ充電状況監視手段とを備
えた燃料電池システムを制御する制御装置において、運
転者のアクセル踏み込み量を検出するアクセル踏み込み
量検出手段と、前記アクセル踏み込み量検出手段により
検出されたアクセル踏み込み量に応じて出力要求値を算
出する出力要求値算出手段と、前記アクセル踏み込み量
検出手段により検出されたアクセル踏み込み量から単位
時間あたりのアクセル踏み込み量を演算する加速度演算
手段と、前記加速度演算手段により求められた単位時間
あたりのアクセル踏み込み量と、前記バッテリ充電状況
監視手段により求められたバッテリの充電状況とに基づ
いて、前記出力要求値算出手段により算出された出力要
求値に出力要求補正値を付加する制御手段と、を有す
る。
るために、請求項１記載の燃料電池システムの制御装置
は、電力の供給を行う燃料電池システムと、加速時には
蓄電力を外部負荷に供給するバッテリと、前記バッテリ
の充電状況を監視するバッテリ充電状況監視手段とを備
えた燃料電池システムを制御する制御装置において、運
転者のアクセル踏み込み量を検出するアクセル踏み込み
量検出手段と、前記アクセル踏み込み量検出手段により
検出されたアクセル踏み込み量に応じて出力要求値を算
出する出力要求値算出手段と、前記アクセル踏み込み量
検出手段により検出されたアクセル踏み込み量から単位
時間あたりのアクセル踏み込み量を演算する加速度演算
手段と、前記加速度演算手段により求められた単位時間
あたりのアクセル踏み込み量と、前記バッテリ充電状況
監視手段により求められたバッテリの充電状況とに基づ
いて、前記出力要求値算出手段により算出された出力要
求値に出力要求補正値を付加する制御手段と、を有す
る。
【０００９】この発明によれば、加速時の要求出力値を
バッテリの充電量に応じて変化させることができるの
で、バッテリの充電量が少ない場合は、緩加速において
も出力値を多く要求でき、加速に必要な電力を供給する
ことができる。
バッテリの充電量に応じて変化させることができるの
で、バッテリの充電量が少ない場合は、緩加速において
も出力値を多く要求でき、加速に必要な電力を供給する
ことができる。
【００１０】一方、バッテリの充電量が多い場合は、要
求出力値をむやみに増加させず、余剰水素を燃焼させて
いる燃焼装置の異常な温度上昇を防ぐことができる。
求出力値をむやみに増加させず、余剰水素を燃焼させて
いる燃焼装置の異常な温度上昇を防ぐことができる。
【００１１】（２）上記発明においては特に限定されな
いが、請求項２記載の燃料電池システムの制御装置は、
燃焼により燃料電池へ供給する水素の生成に必要な熱エ
ネルギーを発生させる燃焼装置と、前記燃焼装置に燃料
を供給する燃料供給手段と、前記燃料電池から排出され
た余剰水素を前記燃焼装置で燃焼させて前記燃焼装置の
温度を上昇させる温度上昇手段とをさらに有し、前記制
御手段は、前記出力要求補正値に応じて、前記燃焼装置
への燃料供給量とそれに応じた空気量とを増加させる。
いが、請求項２記載の燃料電池システムの制御装置は、
燃焼により燃料電池へ供給する水素の生成に必要な熱エ
ネルギーを発生させる燃焼装置と、前記燃焼装置に燃料
を供給する燃料供給手段と、前記燃料電池から排出され
た余剰水素を前記燃焼装置で燃焼させて前記燃焼装置の
温度を上昇させる温度上昇手段とをさらに有し、前記制
御手段は、前記出力要求補正値に応じて、前記燃焼装置
への燃料供給量とそれに応じた空気量とを増加させる。
【００１２】この請求項２記載の発明では、加速に必要
な電力を発生するために燃料電池は大量に水素を消費す
る。水素の消費により燃料電池からの余剰水素を燃焼さ
せている燃焼装置の温度が低下するので、加速時は要求
出力値の増量だけでなく、燃焼装置への燃料と空気を増
量することで、燃焼装置の温度低下を防止することがで
きる。これにより、水素の発生に必要な熱エネルギーを
継続的に供給することができるので、水素の発生が促進
でき、継続的で安定した電力発生ができる。
な電力を発生するために燃料電池は大量に水素を消費す
る。水素の消費により燃料電池からの余剰水素を燃焼さ
せている燃焼装置の温度が低下するので、加速時は要求
出力値の増量だけでなく、燃焼装置への燃料と空気を増
量することで、燃焼装置の温度低下を防止することがで
きる。これにより、水素の発生に必要な熱エネルギーを
継続的に供給することができるので、水素の発生が促進
でき、継続的で安定した電力発生ができる。
【００１３】（３）上記発明においては特に限定されな
いが、請求項３記載の燃料電池システムの制御装置で
は、燃焼により燃料電池へ供給する水素の生成に必要な
熱エネルギーを発生させる燃焼装置と、前記燃焼装置に
燃料を供給する燃料供給手段と、前記燃料電池から排出
された余剰水素を前記燃焼装置で燃焼させて前記燃焼装
置の温度を上昇させる温度上昇手段と、前記燃焼装置の
温度を検出する温度検出手段とをさらに有し、前記制御
手段は、前記温度検出手段により検出された燃焼装置の
温度の変化量に応じて、前記燃焼装置への燃料供給量と
それに応じた空気量とを増加させる。
いが、請求項３記載の燃料電池システムの制御装置で
は、燃焼により燃料電池へ供給する水素の生成に必要な
熱エネルギーを発生させる燃焼装置と、前記燃焼装置に
燃料を供給する燃料供給手段と、前記燃料電池から排出
された余剰水素を前記燃焼装置で燃焼させて前記燃焼装
置の温度を上昇させる温度上昇手段と、前記燃焼装置の
温度を検出する温度検出手段とをさらに有し、前記制御
手段は、前記温度検出手段により検出された燃焼装置の
温度の変化量に応じて、前記燃焼装置への燃料供給量と
それに応じた空気量とを増加させる。
【００１４】この請求項３記載の発明によれば、燃焼装
置の温度低下の度合いとバッテリ充電状況とによって燃
料供給量を決定するので、過増量による燃焼装置の異常
な温度上昇や、増量不足により温度上昇しないような事
態がなくなり、燃料供給量を適切に制御することができ
る。
置の温度低下の度合いとバッテリ充電状況とによって燃
料供給量を決定するので、過増量による燃焼装置の異常
な温度上昇や、増量不足により温度上昇しないような事
態がなくなり、燃料供給量を適切に制御することができ
る。
【００１５】（４）上記発明においては特に限定されな
いが、請求項４記載の燃料電池システムの制御装置で
は、前記燃焼装置への燃料供給量とそれに応じた空気量
との増量制御は、所定の遅れ時間後に行う。
いが、請求項４記載の燃料電池システムの制御装置で
は、前記燃焼装置への燃料供給量とそれに応じた空気量
との増量制御は、所定の遅れ時間後に行う。
【００１６】この請求項４記載の発明によれば、出力要
求値の増加と燃焼装置の温度低下のタイミングに差異が
あり、温度低下が遅れを持って発生する場合、燃料供給
タイミングは出力容求量の増加に対し、遅れ時間を持た
せて供給することができるので、増量タイミングが異な
ることによる燃焼装置の異常な温度上昇や、温度上昇し
ないような事態がなく、燃料供給量を制御することがで
きる。
求値の増加と燃焼装置の温度低下のタイミングに差異が
あり、温度低下が遅れを持って発生する場合、燃料供給
タイミングは出力容求量の増加に対し、遅れ時間を持た
せて供給することができるので、増量タイミングが異な
ることによる燃焼装置の異常な温度上昇や、温度上昇し
ないような事態がなく、燃料供給量を制御することがで
きる。
【００１７】（５）上記発明においては特に限定されな
いが、請求項５記載の燃料電池システムの制御装置で
は、前記アクセル開度が所定値以上、かつバッテリ充電
量が所定値以上の場合は、所定の時間だけコンプレッサ
の運転を停止する。
いが、請求項５記載の燃料電池システムの制御装置で
は、前記アクセル開度が所定値以上、かつバッテリ充電
量が所定値以上の場合は、所定の時間だけコンプレッサ
の運転を停止する。
【００１８】この請求項５記載の発明によれば、充電量
が十分な状態で急加速を要求された場合、コンプレッサ
の運転を停止し、一時的に燃料電池の積極的な電力発生
を抑え、充電された電力を優先的に駆動装置に供給する
ので、加速性能を向上させることができる。
が十分な状態で急加速を要求された場合、コンプレッサ
の運転を停止し、一時的に燃料電池の積極的な電力発生
を抑え、充電された電力を優先的に駆動装置に供給する
ので、加速性能を向上させることができる。
【００１９】
【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、バッテリ
の充電量が少ない場合は、緩加速においても出力値を多
く要求でき、加速に必要な電力を供給することができ
る。一方、バッテリの充電量が多い場合は、要求出力値
をむやみに増加させず、余剰水素を燃焼させている燃焼
装置の異常な温度上昇を防ぐことができる。
の充電量が少ない場合は、緩加速においても出力値を多
く要求でき、加速に必要な電力を供給することができ
る。一方、バッテリの充電量が多い場合は、要求出力値
をむやみに増加させず、余剰水素を燃焼させている燃焼
装置の異常な温度上昇を防ぐことができる。
【００２０】これに加えて、請求項２記載の発明によれ
ば、水素の発生に必要な熱エネルギーを継続的に供給す
ることができるので、水素の発生が促進でき、継続的で
安定した電力発生ができる。
ば、水素の発生に必要な熱エネルギーを継続的に供給す
ることができるので、水素の発生が促進でき、継続的で
安定した電力発生ができる。
【００２１】また請求項３記載の発明によれば、燃焼装
置の温度低下の度合いとバッテリ充電状況とによって燃
料供給量を決定するので、過増量による燃焼装置の異常
な温度上昇や、増量不足により温度上昇しないような事
態がなくなり、燃料供給量を適切に制御することができ
る。
置の温度低下の度合いとバッテリ充電状況とによって燃
料供給量を決定するので、過増量による燃焼装置の異常
な温度上昇や、増量不足により温度上昇しないような事
態がなくなり、燃料供給量を適切に制御することができ
る。
【００２２】さらに請求項４記載の発明によれば、燃料
供給タイミングは出力容求量の増加に対して遅れ時間を
持たせて供給するので、増量タイミングが異なることに
よる燃焼装置の異常な温度上昇や、温度上昇しないよう
な事態がなく、燃料供給量を制御することができる。
供給タイミングは出力容求量の増加に対して遅れ時間を
持たせて供給するので、増量タイミングが異なることに
よる燃焼装置の異常な温度上昇や、温度上昇しないよう
な事態がなく、燃料供給量を制御することができる。
【００２３】また、請求項５記載の発明によれば、充電
量が十分な状態で急加速を要求された場合には、コンプ
レッサの運転を停止して一時的に燃料電池の積極的な電
力発生を抑え、充電された電力を優先的に駆動装置に供
給するので、加速性能を向上させることができる。
量が十分な状態で急加速を要求された場合には、コンプ
レッサの運転を停止して一時的に燃料電池の積極的な電
力発生を抑え、充電された電力を優先的に駆動装置に供
給するので、加速性能を向上させることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は燃料電池システムの全体構成
を示すブロック図であり、コンピューターにより構成さ
れる制御装置１と、原料を燃焼させる燃焼装置２と、原
料を改質反応させることにより水素を生成する水素発生
装置（改質器）３と、燃焼装置２，水素発生装置３およ
び燃料電池７へ空気を供給するコンプレッサ４と、燃焼
装置２に燃料を供給する燃料供給装置５と、水素発生装
置３に原料であるメタノールおよび水を供給する原料供
給装置６と、電気化学反応により起電力を得る燃料電池
７と、電力を貯蔵するバッテリ８と、バッテリ８の充電
状況を監視する充電状況監視装置９と、電力の配分をコ
ントロールする電力配分制御装置１０と、電力を駆動力
に変換する動力装置（外部負荷）１１と、運転者のアク
セル踏み込み量を検出するアクセル踏み込み量検出装置
１２と、燃焼装置２の温度を検出する温度検出装置１３
と、を主な構成要素とする。
基づいて説明する。図１は燃料電池システムの全体構成
を示すブロック図であり、コンピューターにより構成さ
れる制御装置１と、原料を燃焼させる燃焼装置２と、原
料を改質反応させることにより水素を生成する水素発生
装置（改質器）３と、燃焼装置２，水素発生装置３およ
び燃料電池７へ空気を供給するコンプレッサ４と、燃焼
装置２に燃料を供給する燃料供給装置５と、水素発生装
置３に原料であるメタノールおよび水を供給する原料供
給装置６と、電気化学反応により起電力を得る燃料電池
７と、電力を貯蔵するバッテリ８と、バッテリ８の充電
状況を監視する充電状況監視装置９と、電力の配分をコ
ントロールする電力配分制御装置１０と、電力を駆動力
に変換する動力装置（外部負荷）１１と、運転者のアク
セル踏み込み量を検出するアクセル踏み込み量検出装置
１２と、燃焼装置２の温度を検出する温度検出装置１３
と、を主な構成要素とする。
【００２５】水素発生装置３は、原料供給装置６から供
給される水およびメタノールとコンプレッサ４から供給
される空気（酸素）とを改質反応させて水素リッチガス
を生成するもので、得られた水素含有ガスは燃料電池７
の燃料極（アノード）に供給される。
給される水およびメタノールとコンプレッサ４から供給
される空気（酸素）とを改質反応させて水素リッチガス
を生成するもので、得られた水素含有ガスは燃料電池７
の燃料極（アノード）に供給される。
【００２６】燃料電池７では、その空気極（カソード）
にコンプレッサ４からの空気が供給される一方で、上述
した水素発生装置３から水素含有ガスが供給され、これ
ら水素と酸素とが反応することにより電力が取り出され
る。
にコンプレッサ４からの空気が供給される一方で、上述
した水素発生装置３から水素含有ガスが供給され、これ
ら水素と酸素とが反応することにより電力が取り出され
る。
【００２７】この燃料電池７の燃料極および空気極のそ
れぞれで余剰となった水素含有ガスと空気は燃焼装置２
に導かれ、ここで燃焼されて系外へ排出されるが、この
とき生じた燃焼熱は水素発生装置３の改質反応に供され
る。
れぞれで余剰となった水素含有ガスと空気は燃焼装置２
に導かれ、ここで燃焼されて系外へ排出されるが、この
とき生じた燃焼熱は水素発生装置３の改質反応に供され
る。
【００２８】次に動作を説明する。定常動作 まず燃料電池７が必要とされる起電力を発生することが
できるだけの原料を原料供給装置６から水素発生装置３
に供給する。このため、制御装置１から原料供給装置６
へ適量の原料を水素発生装置３へ供給する旨の信号を送
出する。
できるだけの原料を原料供給装置６から水素発生装置３
に供給する。このため、制御装置１から原料供給装置６
へ適量の原料を水素発生装置３へ供給する旨の信号を送
出する。
【００２９】原料供給装置６から水素発生装置３へ供給
された原料は、当該水素発生装置３の化学反応により水
素ガスになる。この水素発生装置３によって生成された
水素ガスは、燃料電池７の燃料極に供給され、当該燃料
電池７では、この水素ガスと、コンプレッサ４から供給
された酸素との化学反応により、電力を発生する。
された原料は、当該水素発生装置３の化学反応により水
素ガスになる。この水素発生装置３によって生成された
水素ガスは、燃料電池７の燃料極に供給され、当該燃料
電池７では、この水素ガスと、コンプレッサ４から供給
された酸素との化学反応により、電力を発生する。
【００３０】燃料電池７にて発生した電力は、定常走行
に必要な電力分だけ動力装置１１に直接的に供給され
る。
に必要な電力分だけ動力装置１１に直接的に供給され
る。
【００３１】なお、燃料電池７に供給された水素ガスと
空気は、電力発生に必要な分だけ燃料電池７で消費され
る一方で、残りの水素ガスと空気は燃料電池７から余剰
水素および余剰空気として排出される。この排出された
余剰水素ガスと余剰空気は、燃焼装置２に供給されて燃
焼するが、そのときの熱エネルギーは、水素発生装置３
における水素生成のために利用される。
空気は、電力発生に必要な分だけ燃料電池７で消費され
る一方で、残りの水素ガスと空気は燃料電池７から余剰
水素および余剰空気として排出される。この排出された
余剰水素ガスと余剰空気は、燃焼装置２に供給されて燃
焼するが、そのときの熱エネルギーは、水素発生装置３
における水素生成のために利用される。
【００３２】過渡状態の動作 これに対して、過渡状態においては以下のように動作す
る。すなわち、図２に示すように、停止中もしくは定常
走行中から、運転者が発進又は加速のためにアクセルを
踏み込むと、アクセル踏み込み量検出装置１２が運転者
の加速意思を検出し、アクセル踏み込み量信号Ａccとし
て制御装置１に送出する。
る。すなわち、図２に示すように、停止中もしくは定常
走行中から、運転者が発進又は加速のためにアクセルを
踏み込むと、アクセル踏み込み量検出装置１２が運転者
の加速意思を検出し、アクセル踏み込み量信号Ａccとし
て制御装置１に送出する。
【００３３】バッテリ充電状況監視装置９は、バッテリ
８の充電状態を常時監視し、このバッテリ充電状態に関
する信号を電力配分制御装置１０と制御装置１とに送出
する。
８の充電状態を常時監視し、このバッテリ充電状態に関
する信号を電力配分制御装置１０と制御装置１とに送出
する。
【００３４】図３の制御ブロック図に示すように、電力
配分制御装置１０は、燃料電池７の起電力、バッテリ８
の充電状態およびコンプレッサ４等の補機の必要電力を
常時監視し、要求された電力を動力装置１１に供給す
る。
配分制御装置１０は、燃料電池７の起電力、バッテリ８
の充電状態およびコンプレッサ４等の補機の必要電力を
常時監視し、要求された電力を動力装置１１に供給す
る。
【００３５】一方、制御装置１は、下記演算式を用いて
アクセル踏み込み量信号Accから単位時間あたりのアク
セル踏み込み変化量△Accを計算する。
アクセル踏み込み量信号Accから単位時間あたりのアク
セル踏み込み変化量△Accを計算する。
【００３６】
【数１】 アクセル踏み込み変化量△Acc ＝アクセル踏み込み量信号Accnew−アクセル踏み込み量信号Accold…（１） ここでAccnewは最新のアクセル踏み込み量、Accoldは10
0ms前のアクセル踏み込み量である。
0ms前のアクセル踏み込み量である。
【００３７】上記（１）式から算出されたアクセル踏み
込み変化量△Accと、バッテリ充電状態から、図４に示
す制御マップを参照し、出力要求の補正量を決定する。
ここで求められる出力要求の補正量はバッテリ８の充電
量とアクセル踏み込み量、すなわち加速状態とを考慮し
た値となる。
込み変化量△Accと、バッテリ充電状態から、図４に示
す制御マップを参照し、出力要求の補正量を決定する。
ここで求められる出力要求の補正量はバッテリ８の充電
量とアクセル踏み込み量、すなわち加速状態とを考慮し
た値となる。
【００３８】つまり、図４において、アクセル踏み込み
変化量がΔＡccpのとき、バッテリ充電量が０〜Ｑ１％
のときの出力要求量は基本の増加分に急加速時の増加分
を付加した値となり（図８参照）、またバッテリ充電量
がＱ１〜Ｑ２％のときの出力要求量は基本の増加分に緩
加速時の増加分を付加した値となり（図７参照）、さら
にバッテリ充電量がＱ２〜１００％のときの出力要求量
は基本の増加分のみとなる（図６参照）。このように、
本実施形態ではバッテリ充電量が十分であるときは加速
要求が大きくてもバッテリ８から十分な電力を供給でき
るので出力要求量はさほど大きくしない。これに対し
て、バッテリ充電量が少ないときは加速要求が小さくて
もバッテリ８から十分な電力を供給できないので出力要
求量を大きくする。
変化量がΔＡccpのとき、バッテリ充電量が０〜Ｑ１％
のときの出力要求量は基本の増加分に急加速時の増加分
を付加した値となり（図８参照）、またバッテリ充電量
がＱ１〜Ｑ２％のときの出力要求量は基本の増加分に緩
加速時の増加分を付加した値となり（図７参照）、さら
にバッテリ充電量がＱ２〜１００％のときの出力要求量
は基本の増加分のみとなる（図６参照）。このように、
本実施形態ではバッテリ充電量が十分であるときは加速
要求が大きくてもバッテリ８から十分な電力を供給でき
るので出力要求量はさほど大きくしない。これに対し
て、バッテリ充電量が少ないときは加速要求が小さくて
もバッテリ８から十分な電力を供給できないので出力要
求量を大きくする。
【００３９】さらに、本実施形態では、図４のグラフに
Ｓ１，Ｓ２にて示すように、通常加速状態と緩加速状態
および緩加速状態と急加速状態との境界線（すなわち、
本発明の第１のしきい値Ｓ１と第２のしきい値Ｓ２）を
バッテリ８の充電量に応じて直線的かつ傾斜的に変化さ
せている。これにより、これら常加速状態と緩加速状
態、および緩加速状態と急加速状態のそれぞれの境界部
において、出力要求量の補正量がアナログ的に変化する
こととなり、車両の加速状態がスムーズになる。
Ｓ１，Ｓ２にて示すように、通常加速状態と緩加速状態
および緩加速状態と急加速状態との境界線（すなわち、
本発明の第１のしきい値Ｓ１と第２のしきい値Ｓ２）を
バッテリ８の充電量に応じて直線的かつ傾斜的に変化さ
せている。これにより、これら常加速状態と緩加速状
態、および緩加速状態と急加速状態のそれぞれの境界部
において、出力要求量の補正量がアナログ的に変化する
こととなり、車両の加速状態がスムーズになる。
【００４０】なお、加速時の出力要求値は、図５のアク
セル踏み込み量Accに応じた出力要求値に、アクセル踏
み込み変化量△Accとバッテリ充電状態から求めた加速
時補正量とを付加した値を用いる。
セル踏み込み量Accに応じた出力要求値に、アクセル踏
み込み変化量△Accとバッテリ充電状態から求めた加速
時補正量とを付加した値を用いる。
【００４１】
【数２】 加速時の出力要求値＝(アクセル踏み込み量に応じた出力要求値) ＋(アクセル踏み込み量に応じた出力要求値×加速時補正量) …（２） この演算により、通常の加速状態、緩加速状態および急
加速状態のそれぞれの出力要求は図６乃至図８に示すよ
うに求められる。
加速状態のそれぞれの出力要求は図６乃至図８に示すよ
うに求められる。
【００４２】図６は通常の加速状態の場合の出力要求を
示す図であり、アクセル踏み込み量が少ないので加速時
の補正は行わない。また、図７は緩加速時の出力要求を
示す図であり、基本の増加分に緩加速時の増加分が付加
される。さらに、図８は急加速時の出力要求を示す図で
あり、基本の増加分に急加速時の増加分が付加される。
示す図であり、アクセル踏み込み量が少ないので加速時
の補正は行わない。また、図７は緩加速時の出力要求を
示す図であり、基本の増加分に緩加速時の増加分が付加
される。さらに、図８は急加速時の出力要求を示す図で
あり、基本の増加分に急加速時の増加分が付加される。
【００４３】このように、バッテリ８の充電状態が十分
でない場合は、加速に必要な電力の一部をバッテリ８か
ら供給できないが、本実施形態では加速時だけの過渡的
な出力要求値をより多く補正するので（図８参照）、電
力が不足することなく要求電力量を発生することがで
き、加速性能を満足することができる。
でない場合は、加速に必要な電力の一部をバッテリ８か
ら供給できないが、本実施形態では加速時だけの過渡的
な出力要求値をより多く補正するので（図８参照）、電
力が不足することなく要求電力量を発生することがで
き、加速性能を満足することができる。
【００４４】逆に、本実施形態ではバッテリ８が十分に
充電されている場合には、加速に必要な電力の一部をバ
ッテリ８から供給するので、上記と同じアクセル踏み込
み変化量でも加速時の過渡的な出力要求値は少なくな
り、その結果、原料消費量の低減と燃焼装置２の溶損を
防止することができる。
充電されている場合には、加速に必要な電力の一部をバ
ッテリ８から供給するので、上記と同じアクセル踏み込
み変化量でも加速時の過渡的な出力要求値は少なくな
り、その結果、原料消費量の低減と燃焼装置２の溶損を
防止することができる。
【００４５】第２実施形態 図９は図１に示す燃料電池システムのうち燃焼装置２，
水素発生装置３および燃料電池７の部分を取り出したブ
ロック図であり、水素発生装置３はさらに原料蒸発装置
３１と改質装置３２と雑成分除去装置３３とから構成さ
れている。
水素発生装置３および燃料電池７の部分を取り出したブ
ロック図であり、水素発生装置３はさらに原料蒸発装置
３１と改質装置３２と雑成分除去装置３３とから構成さ
れている。
【００４６】原料蒸発装置３１は原料供給装置６からメ
タノールおよび水の供給を受けてこれを気化させる熱交
換器であって、上述した燃焼装置２から供給される燃焼
ガスとの間で熱交換を行うことにより原料が気化され
る。
タノールおよび水の供給を受けてこれを気化させる熱交
換器であって、上述した燃焼装置２から供給される燃焼
ガスとの間で熱交換を行うことにより原料が気化され
る。
【００４７】改質装置３２は原料蒸発装置３１で気化さ
れたメタノールと水蒸気、およびコンプレッサ４からの
空気とを改質反応させる反応器であり、ここで水素リッ
チガスが生成される。
れたメタノールと水蒸気、およびコンプレッサ４からの
空気とを改質反応させる反応器であり、ここで水素リッ
チガスが生成される。
【００４８】この水素リッチガスには燃料電池の触媒を
被毒する一酸化炭素が含まれているので、これを雑成分
除去装置３３で除去してから燃料電池７に水素リッチガ
スを供給する。
被毒する一酸化炭素が含まれているので、これを雑成分
除去装置３３で除去してから燃料電池７に水素リッチガ
スを供給する。
【００４９】そして、同図に示すように燃料電池７に供
給された水素は、化学反応により消費され、電力を発生
するが、ここで化学反応に必要とされなかった余剰水素
は燃焼装置２に送られて燃焼され、水素発生装置３の内
部の原料蒸発装置３１の原料蒸発用熱エネルギー源とし
て利用される。
給された水素は、化学反応により消費され、電力を発生
するが、ここで化学反応に必要とされなかった余剰水素
は燃焼装置２に送られて燃焼され、水素発生装置３の内
部の原料蒸発装置３１の原料蒸発用熱エネルギー源とし
て利用される。
【００５０】ところで、図１０に示すように、燃料電池
７から取り出される電力量が多いほど、燃料電池７にお
いて化学反応により消費する水素ガス量も多い。また、
図１１に示すように、燃料電池７から排出される余剰水
素量が減少すると、燃焼装置２の温度が低下する。特に
急加速状態では、電力の取り出し量が多く、水素量が顕
著に減少する。
７から取り出される電力量が多いほど、燃料電池７にお
いて化学反応により消費する水素ガス量も多い。また、
図１１に示すように、燃料電池７から排出される余剰水
素量が減少すると、燃焼装置２の温度が低下する。特に
急加速状態では、電力の取り出し量が多く、水素量が顕
著に減少する。
【００５１】このため、本実施形態では急加速時には上
述した第１実施形態における出力要求値の増量に加え、
燃料装置２の温度低下を防止するため、燃料供給装置５
から燃焼装置２に燃料を供給する。これにより、水素の
発生に必要な熱エネルギーを燃焼装置２から水素発生装
置３へ継続的に供給することができ、水素の発生が促進
できるとともに、継続的で安定した電力を生成すること
ができる この場合、車両の加速状態をアクセル踏み込み変化量Δ
Ａccで判定できる他、図１２に示すように燃焼装置２
（又は燃焼ガス通路でも良い。）に温度検出装置１３を
設け、この温度検出装置１３により検出される燃焼装置
２の温度変化量とバッテリ８の充電量との関係を定めた
制御マップにより出力要求量の補正量を決定しても良
い。
述した第１実施形態における出力要求値の増量に加え、
燃料装置２の温度低下を防止するため、燃料供給装置５
から燃焼装置２に燃料を供給する。これにより、水素の
発生に必要な熱エネルギーを燃焼装置２から水素発生装
置３へ継続的に供給することができ、水素の発生が促進
できるとともに、継続的で安定した電力を生成すること
ができる この場合、車両の加速状態をアクセル踏み込み変化量Δ
Ａccで判定できる他、図１２に示すように燃焼装置２
（又は燃焼ガス通路でも良い。）に温度検出装置１３を
設け、この温度検出装置１３により検出される燃焼装置
２の温度変化量とバッテリ８の充電量との関係を定めた
制御マップにより出力要求量の補正量を決定しても良
い。
【００５２】さらにこの場合、余剰水素量の減少により
燃焼装置２の温度が低下するので、燃焼装置２に設けら
れた温度検出装置１３によって、燃焼装置２の温度低下
代をモニタし、必要とされる温度上昇分を算出して、燃
料供給装置５から燃焼装置２への燃料供給量の増量と、
それに応じてコンプレッサ４から燃焼装置２への空気増
量を行うこともできる。
燃焼装置２の温度が低下するので、燃焼装置２に設けら
れた温度検出装置１３によって、燃焼装置２の温度低下
代をモニタし、必要とされる温度上昇分を算出して、燃
料供給装置５から燃焼装置２への燃料供給量の増量と、
それに応じてコンプレッサ４から燃焼装置２への空気増
量を行うこともできる。
【００５３】その他の実施形態 上述した実施形態に代えて又は加えて、以下のように構
成することもできる。
成することもできる。
【００５４】上述した第１実施形態では、要求出力値を
判定する際に図４に示すバッテリ８の充電量とアクセル
踏み込み変化量との制御マップを用いたが、余剰水素の
変動に対する燃焼装置２への燃料供給量の制御では、図
４と異なるしきい値を有する制御マップを用いることも
できる。図１３はこの制御マップを示すグラフであり、
燃焼装置２の温度低下を防ぐ燃料供給補正量は加速度合
いと一義的には決まらず、アクセル踏み込み変化量の所
定値を出力要求値の増加とは別に設定するのが好まし
い。
判定する際に図４に示すバッテリ８の充電量とアクセル
踏み込み変化量との制御マップを用いたが、余剰水素の
変動に対する燃焼装置２への燃料供給量の制御では、図
４と異なるしきい値を有する制御マップを用いることも
できる。図１３はこの制御マップを示すグラフであり、
燃焼装置２の温度低下を防ぐ燃料供給補正量は加速度合
いと一義的には決まらず、アクセル踏み込み変化量の所
定値を出力要求値の増加とは別に設定するのが好まし
い。
【００５５】このように異なるしきい値を有する制御マ
ップを用いることで、過増量による燃焼装置２の異常な
温度上昇や、増量不足により温度上昇しないような事態
がなく、燃料供給量をより好適に制御することができ
る。
ップを用いることで、過増量による燃焼装置２の異常な
温度上昇や、増量不足により温度上昇しないような事態
がなく、燃料供給量をより好適に制御することができ
る。
【００５６】また、上述した実施形態では、急加速時に
は出力要求値を増加させ、更に燃焼装置２の温度低下を
防ぐために、燃料供給装置５から燃焼装置２へ燃料を供
給するが、このとき図１４に示すように、出力要求値の
増加に対して燃焼装置２の温度の低下応答が遅れている
場合には、燃焼装置２への燃料供給は、出力要求値の増
加に対し、遅れ時間を持たせて供給することが好まし
い。こうすることで、燃焼装置２の異常な温度上昇や、
温度が上昇しないような事態を防止することができる。
は出力要求値を増加させ、更に燃焼装置２の温度低下を
防ぐために、燃料供給装置５から燃焼装置２へ燃料を供
給するが、このとき図１４に示すように、出力要求値の
増加に対して燃焼装置２の温度の低下応答が遅れている
場合には、燃焼装置２への燃料供給は、出力要求値の増
加に対し、遅れ時間を持たせて供給することが好まし
い。こうすることで、燃焼装置２の異常な温度上昇や、
温度が上昇しないような事態を防止することができる。
【００５７】さらに、図１５に示すように、バッテリ８
の充電量が大きく、かつ急加速状態である領域において
は、急加速が要求されているがバッテリ８の充電状況が
良好であるため、燃料電池システムからの電力を必要と
せずに加速に対応することができる。すなわち、この場
合は、バッテリ８の電力を優先的に動力装置１１に供給
するので、コンプレッサ４から燃料電池システムへ空気
を供給する必要がなく、したがってコンプレッサ４の運
転を一時的に停止することが好ましい。
の充電量が大きく、かつ急加速状態である領域において
は、急加速が要求されているがバッテリ８の充電状況が
良好であるため、燃料電池システムからの電力を必要と
せずに加速に対応することができる。すなわち、この場
合は、バッテリ８の電力を優先的に動力装置１１に供給
するので、コンプレッサ４から燃料電池システムへ空気
を供給する必要がなく、したがってコンプレッサ４の運
転を一時的に停止することが好ましい。
【００５８】なお、以上説明した実施形態は、本発明の
理解を容易にするために記載されたものであって、本発
明を限定するために記載されたものではない。したがっ
て、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技
術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨
である。
理解を容易にするために記載されたものであって、本発
明を限定するために記載されたものではない。したがっ
て、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技
術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨
である。
【図１】本発明の実施形態を示すブロック図である。
【図２】アクセル踏み込み量とアクセル踏み込み量信号
との関係を示すグラフである。
との関係を示すグラフである。
【図３】図１に示す電力分配制御装置の動作を示すブロ
ック図である。
ック図である。
【図４】図１に示す実施形態におけるアクセル踏み込み
変化量と充電量とから要求出力値を求めるためのグラフ
である。
変化量と充電量とから要求出力値を求めるためのグラフ
である。
【図５】図１に示す実施形態におけるアクセル踏み込み
量信号と要求出力値との関係を示すグラフである。
量信号と要求出力値との関係を示すグラフである。
【図６】図１に示す実施形態における通常加速状態の出
力要求値を示すグラフである。
力要求値を示すグラフである。
【図７】図１に示す実施形態における緩加速状態の出力
要求値を示すグラフである。
要求値を示すグラフである。
【図８】図１に示す実施形態における急加速状態の出力
要求値を示すグラフである。
要求値を示すグラフである。
【図９】本発明の他の実施形態の要部を示すブロック図
である。
である。
【図１０】図９に示す実施形態における燃料電池取り出
し電力と水素消費量との関係を示すグラフである。
し電力と水素消費量との関係を示すグラフである。
【図１１】図９に示す実施形態における余剰水素量と燃
焼装置温度との関係を示すグラフである。
焼装置温度との関係を示すグラフである。
【図１２】本発明のさらに他の実施形態であって、燃焼
装置温度変化量から燃料補正を求めるためのグラフであ
る。
装置温度変化量から燃料補正を求めるためのグラフであ
る。
【図１３】本発明のさらに他の実施形態であって、図４
とは異なる所定値で燃料補正を求めるためのグラフであ
る。
とは異なる所定値で燃料補正を求めるためのグラフであ
る。
【図１４】本発明のさらに他の実施形態であって、燃焼
装置の温度低下の遅れを示すグラフである。
装置の温度低下の遅れを示すグラフである。
【図１５】本発明のさらに他の実施形態であって、コン
プレッサの停止領域を示すグラフである。
プレッサの停止領域を示すグラフである。
１…制御装置（制御手段） ２…燃焼装置 ３…水素発生装置 ４…コンプレッサ ５…燃料供給装置（燃料供給手段） ６…原料供給装置 ７…燃料電池 ８…バッテリ ９…バッテリ充電状況監視装置（バッテリ充電状況監視
手段） １０…電力配分制御装置 １１…動力装置（外部負荷） １２…アクセル踏み込み量検出装置（アクセル踏み込み
量検出手段） １３…温度検出装置（温度検出手段）
手段） １０…電力配分制御装置 １１…動力装置（外部負荷） １２…アクセル踏み込み量検出装置（アクセル踏み込み
量検出手段） １３…温度検出装置（温度検出手段）
Claims (5)
- 【請求項１】電力の供給を行う燃料電池システムと、加
速時には蓄電力を外部負荷に供給するバッテリと、前記
バッテリの充電状況を監視するバッテリ充電状況監視手
段とを備えた燃料電池システムを制御する制御装置にお
いて、 運転者のアクセル踏み込み量を検出するアクセル踏み込
み量検出手段と、 前記アクセル踏み込み量検出手段により検出されたアク
セル踏み込み量に応じて出力要求値を算出する出力要求
値算出手段と、 前記アクセル踏み込み量検出手段により検出されたアク
セル踏み込み量から単位時間あたりのアクセル踏み込み
量を演算する加速度演算手段と、 前記加速度演算手段により求められた単位時間あたりの
アクセル踏み込み量と、前記バッテリ充電状況監視手段
により求められたバッテリの充電状況とに基づいて、前
記出力要求値算出手段により算出された出力要求値に出
力要求補正値を付加する制御手段と、を有する燃料電池
システムの制御装置。 - 【請求項２】燃焼により燃料電池へ供給する水素の生成
に必要な熱エネルギーを発生させる燃焼装置と、前記燃
焼装置に燃料を供給する燃料供給手段と、前記燃料電池
から排出された余剰水素を前記燃焼装置で燃焼させて前
記燃焼装置の温度を上昇させる温度上昇手段とをさらに
有し、 前記制御手段は、前記出力要求補正値に応じて、前記燃
焼装置への燃料供給量とそれに応じた空気量とを増加さ
せる請求項１記載の燃料電池システムの制御装置。 - 【請求項３】燃焼により燃料電池へ供給する水素の生成
に必要な熱エネルギーを発生させる燃焼装置と、前記燃
焼装置に燃料を供給する燃料供給手段と、前記燃料電池
から排出された余剰水素を前記燃焼装置で燃焼させて前
記燃焼装置の温度を上昇させる温度上昇手段と、前記燃
焼装置の温度を検出する温度検出手段とをさらに有し、 前記制御手段は、前記温度検出手段により検出された燃
焼装置の温度の変化量に応じて、前記燃焼装置への燃料
供給量とそれに応じた空気量とを増加させる請求項１記
載の燃料電池システムの制御装置。 - 【請求項４】前記燃焼装置への燃料供給量とそれに応じ
た空気量との増量制御は、所定の遅れ時間後に行う請求
項２または３記載の燃料電池システムの制御装置。 - 【請求項５】前記アクセル開度が所定値以上、かつバッ
テリ充電量が所定値以上の場合は、所定の時間だけコン
プレッサの運転を停止する請求項１〜４記載の燃料電池
システムの制御装置。
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