JP2003086211A - 燃料電池電源装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】燃料電池の出力電流／電圧特性が変化したとき
であっても、負荷の要求電力に応じた燃料電池の要求出
力電流を精度良く決定することができる燃料電池電源装
置を提供する。 【解決手段】電源管理制御部１４に備えられたＩ−Ｖ特
性推定部５２は、燃料電池の出力電流／電圧特性（Ｉ−
Ｖ特性）を、燃料電池の内部抵抗（Ｒfc）を傾きとし、
燃料電池開放電圧算出部５１により算出された燃料電池
の開放電圧（Ｖfc_o）を電圧（Ｖ）軸の切片とする１次
関数（Ｖ＝Ｆ（Ｉ））に置換えて推定する。要求出力電
圧決定部５３と要求出力電流決定部５４は、Ｉ−Ｖ特性
推定部５２により推定された燃料電池のＩ−Ｖ特性に基
づいて、目標総電力（Ｐsys）を得るのに必要となる燃
料電池の要求出力電圧（Ｖfc_REQ）と要求出力電流（Ｉ
fc_REQ）をそれぞれ決定する。
であっても、負荷の要求電力に応じた燃料電池の要求出
力電流を精度良く決定することができる燃料電池電源装
置を提供する。 【解決手段】電源管理制御部１４に備えられたＩ−Ｖ特
性推定部５２は、燃料電池の出力電流／電圧特性（Ｉ−
Ｖ特性）を、燃料電池の内部抵抗（Ｒfc）を傾きとし、
燃料電池開放電圧算出部５１により算出された燃料電池
の開放電圧（Ｖfc_o）を電圧（Ｖ）軸の切片とする１次
関数（Ｖ＝Ｆ（Ｉ））に置換えて推定する。要求出力電
圧決定部５３と要求出力電流決定部５４は、Ｉ−Ｖ特性
推定部５２により推定された燃料電池のＩ−Ｖ特性に基
づいて、目標総電力（Ｐsys）を得るのに必要となる燃
料電池の要求出力電圧（Ｖfc_REQ）と要求出力電流（Ｉ
fc_REQ）をそれぞれ決定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、負荷からの要求電
力に応じて燃料電池に対する反応ガスの供給量を制御す
る燃料電池電源装置に関する。
力に応じて燃料電池に対する反応ガスの供給量を制御す
る燃料電池電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】電気自動車等の車両の電源装置として、
燃料電池を使用した燃料電池電源装置が採用されてい
る。そして、燃料電池は出力電流の大きさに応じて反応
ガス（水素等の還元性ガス及び該還元性ガスと反応させ
て電子を取出すための酸化性ガス）の消費量が増減する
ため、モータ等の負荷の要求電力に対して燃料電池に供
給する反応ガスの過不足が生じないように反応ガスの流
量を制御する必要がある。
燃料電池を使用した燃料電池電源装置が採用されてい
る。そして、燃料電池は出力電流の大きさに応じて反応
ガス（水素等の還元性ガス及び該還元性ガスと反応させ
て電子を取出すための酸化性ガス）の消費量が増減する
ため、モータ等の負荷の要求電力に対して燃料電池に供
給する反応ガスの過不足が生じないように反応ガスの流
量を制御する必要がある。
【０００３】そこで、従来の燃料電池電源装置において
は、例えば図５に示した構成により燃料電池の目標出力
電流（Ｉfc_CMD）を決定していた。すなわち、先ず、燃
料電池自動車制御部１００は、アクセルペダルの踏込み
量（Ａp）と車速（Ｎm）に応じて、モータ１０１の要求
電力（PD_CAL）を算出する。
は、例えば図５に示した構成により燃料電池の目標出力
電流（Ｉfc_CMD）を決定していた。すなわち、先ず、燃
料電池自動車制御部１００は、アクセルペダルの踏込み
量（Ａp）と車速（Ｎm）に応じて、モータ１０１の要求
電力（PD_CAL）を算出する。
【０００４】そして、出力制限部１０２は、燃料電池１
０３の発電能力に応じて要求電力（PD_CAL）の上限を制
限した目標出力（PD_REQ）を算出し、トルク指令算出部
１０４は、該目標出力（PD_REQ）に応じたトルク指令
（TRQ_CMD）を算出してモータ駆動ユニット１０５に出
力する。
０３の発電能力に応じて要求電力（PD_CAL）の上限を制
限した目標出力（PD_REQ）を算出し、トルク指令算出部
１０４は、該目標出力（PD_REQ）に応じたトルク指令
（TRQ_CMD）を算出してモータ駆動ユニット１０５に出
力する。
【０００５】一方、Ｐ／Ｉ変換部１０６は、予めメモリ
に記憶した燃料電池１０３の出力電流／電圧特性（Ｉ−
Ｖ特性）のマップデータ１０７に目標出力（P D_REQ）
を適用して、燃料電池１０３の目標出力電流（Ｉfc_CM
D）を決定する。そして、反応ガス供給部１０８は、目
標出力電流（Ｉfc_CMD）に応じた反応ガスを燃料電池１
０３に供給し、これにより目標出力（PD_REQ）に見合っ
た電流が燃料電池１０３から出力されるようにしてい
た。
に記憶した燃料電池１０３の出力電流／電圧特性（Ｉ−
Ｖ特性）のマップデータ１０７に目標出力（P D_REQ）
を適用して、燃料電池１０３の目標出力電流（Ｉfc_CM
D）を決定する。そして、反応ガス供給部１０８は、目
標出力電流（Ｉfc_CMD）に応じた反応ガスを燃料電池１
０３に供給し、これにより目標出力（PD_REQ）に見合っ
た電流が燃料電池１０３から出力されるようにしてい
た。
【０００６】以上の処理により、モータ駆動ユニット１
０５からモータ１０１に目標出力（PD_REQ）を得るため
に必要な駆動電力が供給されると共に、反応ガス供給部
１０８から燃料電池１０３に目標出力（PD_REQ）に応じ
た目標出力電流（Ｉfc_CMD）を得るために必要な反応ガ
スが供給される。
０５からモータ１０１に目標出力（PD_REQ）を得るため
に必要な駆動電力が供給されると共に、反応ガス供給部
１０８から燃料電池１０３に目標出力（PD_REQ）に応じ
た目標出力電流（Ｉfc_CMD）を得るために必要な反応ガ
スが供給される。
【０００７】しかし、燃料電池１０３のＩ−Ｖ特性は、
反応ガスの温度、供給圧力、湿度の変化、燃料電池１０
３の経時変化等により、初期状態（図中Ａ）から変化す
る場合（図中Ｂ）がある。そして、燃料電池１０３のＩ
−Ｖ特性が変化すると、目標出力（PD_REQ）に対する目
標出力電流（Ｉfc_CMD）の設定が不適切なものとなり、
燃料電池１０３の過不足が生じてしまう。
反応ガスの温度、供給圧力、湿度の変化、燃料電池１０
３の経時変化等により、初期状態（図中Ａ）から変化す
る場合（図中Ｂ）がある。そして、燃料電池１０３のＩ
−Ｖ特性が変化すると、目標出力（PD_REQ）に対する目
標出力電流（Ｉfc_CMD）の設定が不適切なものとなり、
燃料電池１０３の過不足が生じてしまう。
【０００８】そこで、燃料電池１０３から出力される実
電流（Ｉfc）と実電圧（Ｖfc）を検出して、目標出力電
流（Ｉfc_CMD）と実電流（Ｉfc）の差分（ΔＩ）及びＩ
−Ｖ特性において該目標出力電流（Ｉfc_CMD）に対応す
る目標出力電圧（Ｖfc_CMD）と実電圧（Ｖfc）の差分
（ΔＶ）を算出し、これらの差分（ΔＩ，ΔＶ）に応じ
てＩ−Ｖ特性を補正する処理が行なわれていた。
電流（Ｉfc）と実電圧（Ｖfc）を検出して、目標出力電
流（Ｉfc_CMD）と実電流（Ｉfc）の差分（ΔＩ）及びＩ
−Ｖ特性において該目標出力電流（Ｉfc_CMD）に対応す
る目標出力電圧（Ｖfc_CMD）と実電圧（Ｖfc）の差分
（ΔＶ）を算出し、これらの差分（ΔＩ，ΔＶ）に応じ
てＩ−Ｖ特性を補正する処理が行なわれていた。
【０００９】しかし、このようにしてＩ−Ｖ特性を補正
する場合に、例えば燃料電池自動車の急加速時のよう
に、反応ガス供給部１０８の応答速度を超えてモータ１
０１の出力が増加し、目標出力電流（Ｉfc_CMD）及び目
標出力電圧（Ｖfc_CMD）に対して実電流（Ｉfc）及び実
電圧（Ｖfc）が不足する状態となった場合（この場合、
不足する電流はキャパシタ１０９から放電によりバック
アップされる）には、反応ガス供給部１０８の応答遅れ
により、算出される差分（ΔＩ，ΔＶ）が、実際の燃料
電池のＩ−Ｖ特性の初期値からのずれよりも大きくな
る。
する場合に、例えば燃料電池自動車の急加速時のよう
に、反応ガス供給部１０８の応答速度を超えてモータ１
０１の出力が増加し、目標出力電流（Ｉfc_CMD）及び目
標出力電圧（Ｖfc_CMD）に対して実電流（Ｉfc）及び実
電圧（Ｖfc）が不足する状態となった場合（この場合、
不足する電流はキャパシタ１０９から放電によりバック
アップされる）には、反応ガス供給部１０８の応答遅れ
により、算出される差分（ΔＩ，ΔＶ）が、実際の燃料
電池のＩ−Ｖ特性の初期値からのずれよりも大きくな
る。
【００１０】そのため、燃料電池１０３のＩ−Ｖ特性が
実際よりも大きく補正されてしまい、目標出力（PD_RE
Q）を補正後のＩ−Ｖ特性に適用したときに、目標出力
電流（Ｉfc_CMD）を精度良く決定することができないと
いう不都合があった。
実際よりも大きく補正されてしまい、目標出力（PD_RE
Q）を補正後のＩ−Ｖ特性に適用したときに、目標出力
電流（Ｉfc_CMD）を精度良く決定することができないと
いう不都合があった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記不都合
を解消し、燃料電池の出力電流／電圧特性が変化したと
きであっても、負荷の要求電力に応じた燃料電池の要求
出力電流を精度良く決定することができる燃料電池電源
装置を提供することを目的とする。
を解消し、燃料電池の出力電流／電圧特性が変化したと
きであっても、負荷の要求電力に応じた燃料電池の要求
出力電流を精度良く決定することができる燃料電池電源
装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するためになされたものであり、燃料電池と、該燃料電
池に反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、該反応ガ
ス供給手段から該燃料電池への反応ガスの供給量を調節
する供給量調節手段と、該燃料電池を負荷と接続して該
負荷に電力を供給する際に該負荷の要求電力に応じて該
燃料電池の要求出力電流を決定する要求出力電流決定手
段と、前記要求出力電流が得られるように前記供給量調
節手段によって前記燃料電池への反応ガスの供給量を制
御するガス供給制御手段とを備えた燃料電池電源装置の
改良に関する。
するためになされたものであり、燃料電池と、該燃料電
池に反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、該反応ガ
ス供給手段から該燃料電池への反応ガスの供給量を調節
する供給量調節手段と、該燃料電池を負荷と接続して該
負荷に電力を供給する際に該負荷の要求電力に応じて該
燃料電池の要求出力電流を決定する要求出力電流決定手
段と、前記要求出力電流が得られるように前記供給量調
節手段によって前記燃料電池への反応ガスの供給量を制
御するガス供給制御手段とを備えた燃料電池電源装置の
改良に関する。
【００１３】上記目的を達成するために各種検討を重ね
た結果、本願発明者らは、前記燃料電池の出力電流／電
圧特性は、前記燃料電池が通常使用される領域では、前
記燃料電池の内部抵抗を傾きとし前記燃料電池の開放電
圧を出力電圧軸の切片とする１次関数で比較的精度良く
近似できることを知見した。
た結果、本願発明者らは、前記燃料電池の出力電流／電
圧特性は、前記燃料電池が通常使用される領域では、前
記燃料電池の内部抵抗を傾きとし前記燃料電池の開放電
圧を出力電圧軸の切片とする１次関数で比較的精度良く
近似できることを知見した。
【００１４】そこで、本発明は、前記燃料電池の内部抵
抗のデータを記憶した第１の記憶手段と、前記燃料電池
の開放電圧を把握する燃料電池開放電圧把握手段と、前
記燃料電池の出力電流／電圧特性を、該燃料電池の内部
抵抗を傾きとし該燃料電池の開放電圧を出力電圧軸の切
片とする１次関数に置換えて推定する出力特性推定手段
とを備え、前記要求出力電流決定手段は、前記負荷の要
求電力を前記１次関数に適用して得られる前記燃料電池
の出力電流を、前記要求出力電流として決定することを
特徴とする。
抗のデータを記憶した第１の記憶手段と、前記燃料電池
の開放電圧を把握する燃料電池開放電圧把握手段と、前
記燃料電池の出力電流／電圧特性を、該燃料電池の内部
抵抗を傾きとし該燃料電池の開放電圧を出力電圧軸の切
片とする１次関数に置換えて推定する出力特性推定手段
とを備え、前記要求出力電流決定手段は、前記負荷の要
求電力を前記１次関数に適用して得られる前記燃料電池
の出力電流を、前記要求出力電流として決定することを
特徴とする。
【００１５】かかる本発明によれば、前記出力特性推定
手段は、前記燃料電池開放電圧把握手段により把握され
る前記燃料電池の開放電圧と、前記第１の記憶手段に記
憶された前記燃料内部抵抗のデータとにより、前記燃料
電池の出力電流／電圧特性を、該燃料電池の内部抵抗を
傾きとし該燃料電池の開放電圧を出力電圧軸の切片とす
る１次関数に置き換えて推定する。そして、前記燃料電
池の開放電圧は、前記燃料電池の実際の出力電流／電圧
特性の変化に応じて変化するため、前記出力特性推定手
段により前記燃料電池の出力電流／電圧特性として推定
される前記１次関数は、前記燃料電池の実際の出力電圧
／電流特性を反映したものとなる。したがって、前記要
求出力電流決定手段は、前記１次関数に前記要求電力を
適用することにより、前記燃料電池の出力電圧／電流特
性が変化した場合であっても、前記要求電力に応じた要
求出力電流を精度良く決定することができる。
手段は、前記燃料電池開放電圧把握手段により把握され
る前記燃料電池の開放電圧と、前記第１の記憶手段に記
憶された前記燃料内部抵抗のデータとにより、前記燃料
電池の出力電流／電圧特性を、該燃料電池の内部抵抗を
傾きとし該燃料電池の開放電圧を出力電圧軸の切片とす
る１次関数に置き換えて推定する。そして、前記燃料電
池の開放電圧は、前記燃料電池の実際の出力電流／電圧
特性の変化に応じて変化するため、前記出力特性推定手
段により前記燃料電池の出力電流／電圧特性として推定
される前記１次関数は、前記燃料電池の実際の出力電圧
／電流特性を反映したものとなる。したがって、前記要
求出力電流決定手段は、前記１次関数に前記要求電力を
適用することにより、前記燃料電池の出力電圧／電流特
性が変化した場合であっても、前記要求電力に応じた要
求出力電流を精度良く決定することができる。
【００１６】また、前記燃料電池の出力電流を検出する
燃料電池電流検出手段を備え、前記要求出力電流決定手
段は、前記負荷の要求電力を前記１次関数に適用して得
られる前記燃料電池の出力電流が、前記燃料電池電流検
出手段の検出電流よりも小さいときには、該検出電流を
前記要求出力電流として決定することを特徴とする。
燃料電池電流検出手段を備え、前記要求出力電流決定手
段は、前記負荷の要求電力を前記１次関数に適用して得
られる前記燃料電池の出力電流が、前記燃料電池電流検
出手段の検出電流よりも小さいときには、該検出電流を
前記要求出力電流として決定することを特徴とする。
【００１７】かかる本発明によれば、前記負荷の要求電
力が急速に増加したときに、該増加に応じて前記要求出
力電流決定手段により決定される前記要求出力電流が変
更されるまでの遅れ時間により、前記燃料電池から実際
に出力される電流が前記要求出力電流よりも大きくなる
ことが生じ得る。
力が急速に増加したときに、該増加に応じて前記要求出
力電流決定手段により決定される前記要求出力電流が変
更されるまでの遅れ時間により、前記燃料電池から実際
に出力される電流が前記要求出力電流よりも大きくなる
ことが生じ得る。
【００１８】そこで、前記ガス供給制御手段は、前記燃
料電池電流検出手段の検出電流（前記燃料電池の実際の
出力電流）が前記要求電流よりも大きくなったときは、
該検出電流を前記要求出力電流として決定する。これに
より、前記燃料電池への反応ガスの供給量を速やかに増
加させ、前記燃料電池への燃料ガスの供給が不足したガ
ス欠状態となることを防止することができる。
料電池電流検出手段の検出電流（前記燃料電池の実際の
出力電流）が前記要求電流よりも大きくなったときは、
該検出電流を前記要求出力電流として決定する。これに
より、前記燃料電池への反応ガスの供給量を速やかに増
加させ、前記燃料電池への燃料ガスの供給が不足したガ
ス欠状態となることを防止することができる。
【００１９】また、前記燃料電池と並列に接続された電
気二重層キャパシタと、該電気二重層キャパシタの内部
抵抗のデータを記憶した第２の記憶手段と、前記電気二
重層キャパシタの開放電圧を把握するキャパシタ開放電
圧把握手段と、前記１次関数において前記要求出力電流
に対応する要求出力電圧と、前記電気二重層キャパシタ
の開放電圧との差を前記電気二重層キャパシタの内部抵
抗で除して、前記電気二重層キャパシタの出力電圧が前
記要求出力電圧となったときの前記電気二重層キャパシ
タの充放電電流を把握するキャパシタ充放電電流把握手
段と、前記キャパシタ充放電電流把握手段により前記電
気二重層キャパシタの放電電流が把握されたときに前記
要求出力電流から該放電電流を減じる第１の補正と、前
記キャパシタ充放電電流把握手段により前記電気二重層
キャパシタの充電電流が把握されたときに前記要求出力
電流に該充電電流を加える第２の補正とのうちの少なく
ともいずれか一方を行なう要求出力電流補正手段とを備
えたことを特徴とする。
気二重層キャパシタと、該電気二重層キャパシタの内部
抵抗のデータを記憶した第２の記憶手段と、前記電気二
重層キャパシタの開放電圧を把握するキャパシタ開放電
圧把握手段と、前記１次関数において前記要求出力電流
に対応する要求出力電圧と、前記電気二重層キャパシタ
の開放電圧との差を前記電気二重層キャパシタの内部抵
抗で除して、前記電気二重層キャパシタの出力電圧が前
記要求出力電圧となったときの前記電気二重層キャパシ
タの充放電電流を把握するキャパシタ充放電電流把握手
段と、前記キャパシタ充放電電流把握手段により前記電
気二重層キャパシタの放電電流が把握されたときに前記
要求出力電流から該放電電流を減じる第１の補正と、前
記キャパシタ充放電電流把握手段により前記電気二重層
キャパシタの充電電流が把握されたときに前記要求出力
電流に該充電電流を加える第２の補正とのうちの少なく
ともいずれか一方を行なう要求出力電流補正手段とを備
えたことを特徴とする。
【００２０】かかる本発明によれば、前記第１の補正に
より前記電気二重層キャパシタの放電電流を前記要求出
力電流から減じることによって、前記ガス供給手段から
の反応ガスの供給量を該放電電流に応じた分だけ減少さ
せ、前記燃料電池に対する反応ガスの供給量が過剰とな
ることを防止することができる。また、前記第２の補正
により前記電気二重層キャパシタの充電電流を前記要求
出力電流に加えることによって、前記ガス供給手段から
の反応ガスの供給量を該充電電流に応じた分だけ増加さ
せ、前記燃料電池に対する反応ガスの供給量が不足する
ことを防止することができる。
より前記電気二重層キャパシタの放電電流を前記要求出
力電流から減じることによって、前記ガス供給手段から
の反応ガスの供給量を該放電電流に応じた分だけ減少さ
せ、前記燃料電池に対する反応ガスの供給量が過剰とな
ることを防止することができる。また、前記第２の補正
により前記電気二重層キャパシタの充電電流を前記要求
出力電流に加えることによって、前記ガス供給手段から
の反応ガスの供給量を該充電電流に応じた分だけ増加さ
せ、前記燃料電池に対する反応ガスの供給量が不足する
ことを防止することができる。
【００２１】また、前記燃料電池の出力電流を検出する
燃料電池電流検出手段を備え、前記要求出力電流決定手
段は、前記要求出力電流補正手段により前記第１の補正
又は前記第２の補正がなされた前記要求出力電流が、前
記燃料電池電流検出手段の検出電流よりも小さいときに
は、該検出電流を前記要求出力電流として決定すること
を特徴とする。
燃料電池電流検出手段を備え、前記要求出力電流決定手
段は、前記要求出力電流補正手段により前記第１の補正
又は前記第２の補正がなされた前記要求出力電流が、前
記燃料電池電流検出手段の検出電流よりも小さいときに
は、該検出電流を前記要求出力電流として決定すること
を特徴とする。
【００２２】かかる本発明によれば、前記第１の補正又
は前記第２の補正がなされた場合においても、前記負荷
の要求電力が急速に増加した場合に、前記燃料電池への
反応ガスの供給が不足したガス欠状態となることを防止
することができる。
は前記第２の補正がなされた場合においても、前記負荷
の要求電力が急速に増加した場合に、前記燃料電池への
反応ガスの供給が不足したガス欠状態となることを防止
することができる。
【００２３】また、前記燃料電池開放電圧把握手段は所
定周期毎に前記燃料電池の開放電圧を把握し、前記出力
特性推定手段は該所定周期毎に前記燃料電池の出力電流
／電圧特性を前記１次関数に置換えて推定することを特
徴とする。
定周期毎に前記燃料電池の開放電圧を把握し、前記出力
特性推定手段は該所定周期毎に前記燃料電池の出力電流
／電圧特性を前記１次関数に置換えて推定することを特
徴とする。
【００２４】かかる本発明によれば、前記出力特性推定
手段は、前記所定周期毎に前記燃料電池開放電圧把握手
段により把握される前記燃料電池の開放電圧に基づく前
記１次関数により、前記所定周期毎に前記燃料電池の出
力電流／電圧特性を推定する。そのため、前記要求電流
決定手段は、より直近の前記燃料電池の実際の出力電流
／電圧特性を反映して更新された前記１次関数を使用し
て、前記要求出力電流をより精度良く決定することがで
きる。
手段は、前記所定周期毎に前記燃料電池開放電圧把握手
段により把握される前記燃料電池の開放電圧に基づく前
記１次関数により、前記所定周期毎に前記燃料電池の出
力電流／電圧特性を推定する。そのため、前記要求電流
決定手段は、より直近の前記燃料電池の実際の出力電流
／電圧特性を反映して更新された前記１次関数を使用し
て、前記要求出力電流をより精度良く決定することがで
きる。
【００２５】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態の一例につい
て、図１〜図４を参照して説明する。図１は本発明の燃
料電池電源装置の構成図、図２は図１に示した電力管理
手段の制御ブロック図、図３は燃料電池電源装置の等価
回路図、図４は燃焼電池の出力電流／電圧特性（以下、
Ｉ−Ｖ特性という）を示したグラフである。
て、図１〜図４を参照して説明する。図１は本発明の燃
料電池電源装置の構成図、図２は図１に示した電力管理
手段の制御ブロック図、図３は燃料電池電源装置の等価
回路図、図４は燃焼電池の出力電流／電圧特性（以下、
Ｉ−Ｖ特性という）を示したグラフである。
【００２６】図１を参照して、本発明の燃料電池電源装
置１は、車両に搭載されて該車両の駆動用電源として機
能する。燃料電池電源装置１は、水素と空気を反応ガス
とした電気化学反応を生じさせて電流を出力する燃料電
池２と、電気二重層キャパシタ３（以下、単にキャパシ
タ３という）を並列に接続して構成されたハイブリッド
型の燃料電池電源装置であり、その出力電力が、マイク
ロコンピュータ、メモリ等により構成されたコントロー
ラ４により制御される。
置１は、車両に搭載されて該車両の駆動用電源として機
能する。燃料電池電源装置１は、水素と空気を反応ガス
とした電気化学反応を生じさせて電流を出力する燃料電
池２と、電気二重層キャパシタ３（以下、単にキャパシ
タ３という）を並列に接続して構成されたハイブリッド
型の燃料電池電源装置であり、その出力電力が、マイク
ロコンピュータ、メモリ等により構成されたコントロー
ラ４により制御される。
【００２７】燃料電池電源装置１の出力電力は、モータ
駆動装置５、空調機器６、及びＤＣ／ＤＣコンバータ７
を介して１２Ｖ負荷８に供給される。モータ駆動装置５
は、コントローラ４に備えられた駆動制御部９から出力
されるトルク指令（TRQ_CMD）に応じて、モータ１０の
電機子に流れる電流を制御する。そして、モータ１０の
駆動力はトランスミッション１１を介して駆動輪１２に
伝達される。
駆動装置５、空調機器６、及びＤＣ／ＤＣコンバータ７
を介して１２Ｖ負荷８に供給される。モータ駆動装置５
は、コントローラ４に備えられた駆動制御部９から出力
されるトルク指令（TRQ_CMD）に応じて、モータ１０の
電機子に流れる電流を制御する。そして、モータ１０の
駆動力はトランスミッション１１を介して駆動輪１２に
伝達される。
【００２８】駆動制御部９は、アクセルペダル１３の踏
込み量（Ａp）とモータ１０の回転数（Ｎm）に基づい
て、モータ駆動装置５で必要となる電力であるモータ要
求電力（PD_REQ）を通知する信号を電源管理制御部１４
に出力する。
込み量（Ａp）とモータ１０の回転数（Ｎm）に基づい
て、モータ駆動装置５で必要となる電力であるモータ要
求電力（PD_REQ）を通知する信号を電源管理制御部１４
に出力する。
【００２９】電源管理制御部１４には、負荷センサ１５
により検出される負荷電流（Ｉ_load）と負荷電圧（Ｖ_
load）の検出信号が入力され、これらの検出信号によ
り、電源管理制御部１４は、モータ１０以外の電装補機
で消費される電力を把握する。
により検出される負荷電流（Ｉ_load）と負荷電圧（Ｖ_
load）の検出信号が入力され、これらの検出信号によ
り、電源管理制御部１４は、モータ１０以外の電装補機
で消費される電力を把握する。
【００３０】そして、電源管理制御部１４は、燃料電池
制御部１６から出力される燃料電池２から供給可能な電
流の上限値である出力許容電流（Ｉfc_LMT）と、キャパ
シタセンサ３１により検出されるキャパシタ３の充放電
電流（Ｉcap）及び端子電圧（Ｖcap）等を考慮した上
で、モータ要求電力（PD_REQ）とモータ１０以外の電装
補機で消費される電力との合計電力に応じて、燃料電池
２から出力される電流の目標値である目標出力電流（Ｉ
fc_CMD）を決定し、該目標出力電流（Ｉfc_CMD）を指示
する信号を燃料電池制御部１６に出力する。また、電源
管理制御部１４は、駆動制御部９に対して、燃料電池２
から供給可能な電力の上限値である出力制限電力（PL
D）を通知する信号を出力する。
制御部１６から出力される燃料電池２から供給可能な電
流の上限値である出力許容電流（Ｉfc_LMT）と、キャパ
シタセンサ３１により検出されるキャパシタ３の充放電
電流（Ｉcap）及び端子電圧（Ｖcap）等を考慮した上
で、モータ要求電力（PD_REQ）とモータ１０以外の電装
補機で消費される電力との合計電力に応じて、燃料電池
２から出力される電流の目標値である目標出力電流（Ｉ
fc_CMD）を決定し、該目標出力電流（Ｉfc_CMD）を指示
する信号を燃料電池制御部１６に出力する。また、電源
管理制御部１４は、駆動制御部９に対して、燃料電池２
から供給可能な電力の上限値である出力制限電力（PL
D）を通知する信号を出力する。
【００３１】なお、燃料電池制御部１６には、反応ガス
センサ２０から出力される燃料電池２に供給される反応
ガス（水素及び空気）の圧力（Ｐgas）、流量（Ｑga
s）、及び温度（Ｔgas）の検出信号と、燃料電池２のス
タック（図示しない）を構成する燃料電池セル（図示し
ない）の個々の状態（Ｖcell_indiv）の検出信号とが入
力され、燃料電池制御部１６は、これらの検出信号から
把握される燃料電池２の状態を考慮して出力許容電流
（Ｉfc_LMT）を決定する。
センサ２０から出力される燃料電池２に供給される反応
ガス（水素及び空気）の圧力（Ｐgas）、流量（Ｑga
s）、及び温度（Ｔgas）の検出信号と、燃料電池２のス
タック（図示しない）を構成する燃料電池セル（図示し
ない）の個々の状態（Ｖcell_indiv）の検出信号とが入
力され、燃料電池制御部１６は、これらの検出信号から
把握される燃料電池２の状態を考慮して出力許容電流
（Ｉfc_LMT）を決定する。
【００３２】また、駆動制御部９は、電源管理制御部１
４から通知された出力制限電力（PLD）を超えないよう
に、モータ駆動装置５に対してトルク指令（TRQ_CMD）
を出力し、モータ駆動装置５は、モータ１０が該トルク
指令（TRQ_CMD）に応じたトルクを発生するように、モ
ータ１０の電機子電流を制御する。
４から通知された出力制限電力（PLD）を超えないよう
に、モータ駆動装置５に対してトルク指令（TRQ_CMD）
を出力し、モータ駆動装置５は、モータ１０が該トルク
指令（TRQ_CMD）に応じたトルクを発生するように、モ
ータ１０の電機子電流を制御する。
【００３３】また、燃料電池制御部１６（本発明のガス
供給制御手段の機能を含む）は、電源管理制御部１４か
ら出力された目標出力電流（Ｉfc_CMD、本発明の要求出
力電流に相当する）が燃料電池２から出力されるよう
に、反応ガス供給装置２１（本発明の反応ガス供給手段
に相当する）に対して、燃料電池２に供給する反応ガス
の目標供給量（CMP_CMD）を指示する信号を出力する。
これにより、目標出力電流（Ｉfc_CMD）に応じた流量の
空気と水素が燃料電池２に供給される。なお、反応ガス
供給装置２１に備えられたエアコンプレッサ等の反応ガ
スの供給流量の調節機構（図示しない）が本発明の供給
量調節手段に相当する。
供給制御手段の機能を含む）は、電源管理制御部１４か
ら出力された目標出力電流（Ｉfc_CMD、本発明の要求出
力電流に相当する）が燃料電池２から出力されるよう
に、反応ガス供給装置２１（本発明の反応ガス供給手段
に相当する）に対して、燃料電池２に供給する反応ガス
の目標供給量（CMP_CMD）を指示する信号を出力する。
これにより、目標出力電流（Ｉfc_CMD）に応じた流量の
空気と水素が燃料電池２に供給される。なお、反応ガス
供給装置２１に備えられたエアコンプレッサ等の反応ガ
スの供給流量の調節機構（図示しない）が本発明の供給
量調節手段に相当する。
【００３４】そして、反応ガス供給装置２１から供給さ
れる水素は、イジェクタ（図示しない）及び加湿器（図
示しない）を経由して燃料電池２の水素極に供給され、
空気極に供給される空気中の酸素と電気化学反応を生じ
て水となり、排出弁２２を介して排出される。ここで、
排出バルブ２２の開度は、空気及び水素の供給圧に応じ
て燃料電池２内部の圧力勾配が一定に保たれるように、
燃料電池制御部１６からの制御信号（VLV_CMD）により
制御される。
れる水素は、イジェクタ（図示しない）及び加湿器（図
示しない）を経由して燃料電池２の水素極に供給され、
空気極に供給される空気中の酸素と電気化学反応を生じ
て水となり、排出弁２２を介して排出される。ここで、
排出バルブ２２の開度は、空気及び水素の供給圧に応じ
て燃料電池２内部の圧力勾配が一定に保たれるように、
燃料電池制御部１６からの制御信号（VLV_CMD）により
制御される。
【００３５】また、燃料電池２には、水冷式の冷却器
（図示しない）が備えられ、燃料電池制御部１６は、該
冷却器に給水される冷却水の温度と該冷却器から排水さ
れる冷却水の温度とに応じて、該冷却器に供給される冷
却水の流量と温度を制御する。
（図示しない）が備えられ、燃料電池制御部１６は、該
冷却器に給水される冷却水の温度と該冷却器から排水さ
れる冷却水の温度とに応じて、該冷却器に供給される冷
却水の流量と温度を制御する。
【００３６】また、燃料電池電源装置１には、燃料電池
２の出力電流（Ｉfc）と出力電圧（Ｖfc）を検出する燃
料電池センサ３０（本発明の燃料電池電流検出手段の機
能を含む）が備えられ、燃料電池センサ３０の検出信号
も電源管理制御部１４に供給される。
２の出力電流（Ｉfc）と出力電圧（Ｖfc）を検出する燃
料電池センサ３０（本発明の燃料電池電流検出手段の機
能を含む）が備えられ、燃料電池センサ３０の検出信号
も電源管理制御部１４に供給される。
【００３７】なお、燃料電池２とキャパシタ３は、基本
的には、燃料電池２の起動時及び停止時以外は直結状態
に維持される。この直結状態においては、モータ１０と
モータ１０以外の電装負荷の総消費電力が増大して、燃
料電池２の出力電圧が低下するときは、キャパシタ３の
開放電圧と燃料電池２の出力電圧との差に応じた放電電
流がモータ１０及びモータ１０以外の電装負荷に供給さ
れる。一方、前記総消費電力が減少して、燃料電池２の
出力電圧が上昇するときには、キャパシタ３の開放電圧
と燃料電池２の出力電圧との差に応じた充電電流が燃料
電池２からキャパシタ３に供給される。
的には、燃料電池２の起動時及び停止時以外は直結状態
に維持される。この直結状態においては、モータ１０と
モータ１０以外の電装負荷の総消費電力が増大して、燃
料電池２の出力電圧が低下するときは、キャパシタ３の
開放電圧と燃料電池２の出力電圧との差に応じた放電電
流がモータ１０及びモータ１０以外の電装負荷に供給さ
れる。一方、前記総消費電力が減少して、燃料電池２の
出力電圧が上昇するときには、キャパシタ３の開放電圧
と燃料電池２の出力電圧との差に応じた充電電流が燃料
電池２からキャパシタ３に供給される。
【００３８】その結果、いずれの場合もキャパシタ３の
開放電圧と燃料電池２の出力電圧が等しい状態に移行す
る。そのため、残充電量が変化しても開放電圧があまり
変化しないバッテリーを燃料電池２と並列に接続する場
合のように、大電流のスイッチングが可能な大型のＤＣ
／ＤＣコンバータにより常時燃料電池２の出力電圧とバ
ッテリーの開放電圧とを整合させる必要がなく、燃料電
池２の出力電流が少ない燃料電池２の起動時及び停止時
に、キャパシタ３と燃料電池２の間の通電を制限するた
めの小型のスイッチング素子（図示しない）を備えれば
よい。
開放電圧と燃料電池２の出力電圧が等しい状態に移行す
る。そのため、残充電量が変化しても開放電圧があまり
変化しないバッテリーを燃料電池２と並列に接続する場
合のように、大電流のスイッチングが可能な大型のＤＣ
／ＤＣコンバータにより常時燃料電池２の出力電圧とバ
ッテリーの開放電圧とを整合させる必要がなく、燃料電
池２の出力電流が少ない燃料電池２の起動時及び停止時
に、キャパシタ３と燃料電池２の間の通電を制限するた
めの小型のスイッチング素子（図示しない）を備えれば
よい。
【００３９】次に、図２を参照して、電源管理制御部１
４の構成と作動について説明する。電源管理制御部１４
は、目標総電力算出部５０、燃料電池開放電圧算出部５
１（本発明の燃料電池開放電圧把握手段に相当する）、
Ｉ−Ｖ特性推定部５２（本発明の出力特性推定手段に相
当する）、要求出力電圧決定部５３、要求出力電流決定
部５４（本発明の要求出力電流決定手段を構成する）、
キャパシタ開放電圧算出部５５（本発明のキャパシタ開
放電圧把握手段に相当する）、キャパシタアシスト電流
算出部５６（本発明のキャパシタ充放電電流把握手段に
相当する）、要求出力電流補正部５７（本発明の要求出
力電流補正手段に相当する）、及び目標出力電流決定部
５８（本発明の要求出力電流決定手段を構成する）を備
える。
４の構成と作動について説明する。電源管理制御部１４
は、目標総電力算出部５０、燃料電池開放電圧算出部５
１（本発明の燃料電池開放電圧把握手段に相当する）、
Ｉ−Ｖ特性推定部５２（本発明の出力特性推定手段に相
当する）、要求出力電圧決定部５３、要求出力電流決定
部５４（本発明の要求出力電流決定手段を構成する）、
キャパシタ開放電圧算出部５５（本発明のキャパシタ開
放電圧把握手段に相当する）、キャパシタアシスト電流
算出部５６（本発明のキャパシタ充放電電流把握手段に
相当する）、要求出力電流補正部５７（本発明の要求出
力電流補正手段に相当する）、及び目標出力電流決定部
５８（本発明の要求出力電流決定手段を構成する）を備
える。
【００４０】目標総電力算出部５０は、モータ要求電力
（PD_REQ）と、負荷電流（Ｉ_load）と負荷電圧（Ｖ_lo
ad）を乗じて算出される負荷の消費電力とを加算して、
燃料電池自動車の作動に必要な総電力である目標総電力
（Ｐsys）を算出する。
（PD_REQ）と、負荷電流（Ｉ_load）と負荷電圧（Ｖ_lo
ad）を乗じて算出される負荷の消費電力とを加算して、
燃料電池自動車の作動に必要な総電力である目標総電力
（Ｐsys）を算出する。
【００４１】また、キャパシタ開放電圧算出部５５は、
キャパシタ３を図３に示したように、開放電圧がＶcap_
oで内部抵抗がＲcapである等価回路に置換えて扱い、キ
ャパシタ３の出力電流（Ｉcap)及び出力電圧（Ｖout）
と予めメモリ（本発明の第２の記憶手段に相当する）に
記憶されたキャパシタ３の内部抵抗（Ｒcap）のデータ
６０から、以下の式（１）によりキャパシタ３の開放電
圧（Ｖcap_o）を算出する。
キャパシタ３を図３に示したように、開放電圧がＶcap_
oで内部抵抗がＲcapである等価回路に置換えて扱い、キ
ャパシタ３の出力電流（Ｉcap)及び出力電圧（Ｖout）
と予めメモリ（本発明の第２の記憶手段に相当する）に
記憶されたキャパシタ３の内部抵抗（Ｒcap）のデータ
６０から、以下の式（１）によりキャパシタ３の開放電
圧（Ｖcap_o）を算出する。
【００４２】
Ｖcap_o ＝ Ｖout ＋ Ｉcap×Ｒcap ・・・・・（１）
そして、キャパシタアシスト電流算出部５６は、以下の
式（２）により、燃料電池２の出力電圧（Ｖout）が目
標総電力（Ｐsys）に応じた要求出力電圧（Ｖfc_REQ）
となったときにキャパシタ３から充放電される電流であ
るキャパシタアシスト電流（Ｉcap_AST）を算出する。
式（２）により、燃料電池２の出力電圧（Ｖout）が目
標総電力（Ｐsys）に応じた要求出力電圧（Ｖfc_REQ）
となったときにキャパシタ３から充放電される電流であ
るキャパシタアシスト電流（Ｉcap_AST）を算出する。
【００４３】
Ｉcap_AST ＝ （Ｖcap_o − Ｖfc_REQ）／ Ｒcap ・・・・・（２）
要求出力電流補正部５７は、目標総電力（Ｐsys）に応
じた要求出力電流（Ｉfc_REQ）からキャパシタアシスト
電流（Ｉcap_AST）を減じて要求出力電流（Ｉfc_REQ）
を補正する。これにより、キャパシタアシスト電流（Ｉ
cap_AST）が正のとき、すなわちキャパシタ３から放電
されるときは、該放電分だけ要求出力電流（Ｉfc_REQ）
を減少させて（本発明の第１の補正に相当する）、燃料
電池２に供給される反応ガスが過剰となることを防止し
ている。
じた要求出力電流（Ｉfc_REQ）からキャパシタアシスト
電流（Ｉcap_AST）を減じて要求出力電流（Ｉfc_REQ）
を補正する。これにより、キャパシタアシスト電流（Ｉ
cap_AST）が正のとき、すなわちキャパシタ３から放電
されるときは、該放電分だけ要求出力電流（Ｉfc_REQ）
を減少させて（本発明の第１の補正に相当する）、燃料
電池２に供給される反応ガスが過剰となることを防止し
ている。
【００４４】また、キャパシタアシスト電流（Ｉcap_AS
T）が負のとき、すなわちキャパシタ３が充電されると
きには、該充電分だけ要求出力電流（Ｉfc_REQ）を増加
させて（本発明の第２の補正に相当する）、燃料電池２
に供給される反応ガスが不足することを防止している。
T）が負のとき、すなわちキャパシタ３が充電されると
きには、該充電分だけ要求出力電流（Ｉfc_REQ）を増加
させて（本発明の第２の補正に相当する）、燃料電池２
に供給される反応ガスが不足することを防止している。
【００４５】目標出力電流決定部５８は、要求出力電流
補正部５７により補正された要求出力電流（Ｉfc_RE
Q’）が、燃料電池センサ３０により検出される燃料電
池２の実際の出力電流（Ｉfc）以下であるときは、該補
正された要求出力電流（Ｉfc_REQ’）をそのまま目標出
力電流（Ｉfc_CMD、本発明の要求出力電流に相当する）
として出力する。
補正部５７により補正された要求出力電流（Ｉfc_RE
Q’）が、燃料電池センサ３０により検出される燃料電
池２の実際の出力電流（Ｉfc）以下であるときは、該補
正された要求出力電流（Ｉfc_REQ’）をそのまま目標出
力電流（Ｉfc_CMD、本発明の要求出力電流に相当する）
として出力する。
【００４６】一方、燃料電池電流センサ３０により検出
される燃料電池２の実際の出力電流（Ｉfc）が、要求出
力電流補正部５７により補正された要求出力電流（Ｉfc
_REQ’）よりも大きくなったときには、目標出力電流決
定部５８は、実際の出力電流（Ｉfc）を目標出力電流
（Ｉfc_CMD）として出力する。これにより、目標出力電
流決定部５８は、燃料電池２の実際の出力電流（Ｉfc）
に対して目標出力電流（Ｉfc_CMD）が小さくなり、燃料
電池２に対する反応ガスの供給が不足する状態となるこ
とを防止している。
される燃料電池２の実際の出力電流（Ｉfc）が、要求出
力電流補正部５７により補正された要求出力電流（Ｉfc
_REQ’）よりも大きくなったときには、目標出力電流決
定部５８は、実際の出力電流（Ｉfc）を目標出力電流
（Ｉfc_CMD）として出力する。これにより、目標出力電
流決定部５８は、燃料電池２の実際の出力電流（Ｉfc）
に対して目標出力電流（Ｉfc_CMD）が小さくなり、燃料
電池２に対する反応ガスの供給が不足する状態となるこ
とを防止している。
【００４７】次に、燃料電池２は、初期状態において
は、図４のに示したようなＩ−Ｖ特性を有している。
なお、図４のグラフの縦軸（Ｖ）と横軸（Ｉ）は、それ
ぞれ燃料電池２の出力電圧と出力電流を示している。そ
して、燃料電池２のＩ−Ｖ特性が常にに保たれるなら
ば、のデータを予めメモリに保持し、目標総電力（Ｐ
sys）をのＩ−Ｖ特性に適用することによって、目標
総電力（Ｐsys）を得るために必要となる燃料電池２の
要求出力電流（Ｉfc_REQ）と要求出力電圧（Ｖfc_REQ）
を決定することができる。
は、図４のに示したようなＩ−Ｖ特性を有している。
なお、図４のグラフの縦軸（Ｖ）と横軸（Ｉ）は、それ
ぞれ燃料電池２の出力電圧と出力電流を示している。そ
して、燃料電池２のＩ−Ｖ特性が常にに保たれるなら
ば、のデータを予めメモリに保持し、目標総電力（Ｐ
sys）をのＩ−Ｖ特性に適用することによって、目標
総電力（Ｐsys）を得るために必要となる燃料電池２の
要求出力電流（Ｉfc_REQ）と要求出力電圧（Ｖfc_REQ）
を決定することができる。
【００４８】しかし、実際には、燃料電池２のＩ−Ｖ特
性は、燃料電池２に供給される反応ガスの温度、圧力、
湿度の変動や、燃料電池２の経時変化等によって初期状
態からずれてしまうことがある。そして、このように燃
料電池２のＩ−Ｖ特性が初期値からずれると、目標総電
力（Ｐsys）に対して反応ガスの供給量の過不足が生じ
るという不都合がある。
性は、燃料電池２に供給される反応ガスの温度、圧力、
湿度の変動や、燃料電池２の経時変化等によって初期状
態からずれてしまうことがある。そして、このように燃
料電池２のＩ−Ｖ特性が初期値からずれると、目標総電
力（Ｐsys）に対して反応ガスの供給量の過不足が生じ
るという不都合がある。
【００４９】例えば、燃料電池２のＩ−Ｖ特性がであ
り、目標総電力（Ｐsys）に応じて決定された燃料電池
２の要求出力電流（Ｉfc_REQ）と要求出力電圧（Ｖfc_R
EQ）に対して、Ｐ１点で燃料電池２とキャパシタ３が平
衡（キャパシタ３の充放電電流が０である状態）してい
た状態から、燃料電池２のＩ−Ｖ特性がに変化した場
合を考える。
り、目標総電力（Ｐsys）に応じて決定された燃料電池
２の要求出力電流（Ｉfc_REQ）と要求出力電圧（Ｖfc_R
EQ）に対して、Ｐ１点で燃料電池２とキャパシタ３が平
衡（キャパシタ３の充放電電流が０である状態）してい
た状態から、燃料電池２のＩ−Ｖ特性がに変化した場
合を考える。
【００５０】この場合、燃料電池２と並列に接続された
キャパシタ３の出力電圧により、瞬間的には燃料電池２
の出力電圧は要求出力電圧（Ｖfc_REQ）となり、燃料電
池２の出力電流はＩfc_1に減少し、要求出力（Ｉfc_RE
Q）に対する減少分（Ｉcap_1）がキャパシタ３から放電
される。
キャパシタ３の出力電圧により、瞬間的には燃料電池２
の出力電圧は要求出力電圧（Ｖfc_REQ）となり、燃料電
池２の出力電流はＩfc_1に減少し、要求出力（Ｉfc_RE
Q）に対する減少分（Ｉcap_1）がキャパシタ３から放電
される。
【００５１】そして、その後は、放電によりキャパシタ
３の出力電圧（＝燃料電池２の出力電圧）が低下して要
求出力電流（Ifc_REQ）まで低下したＰ３点で平衡する
が、Ｐ３で平衡した場合の燃料電池２の出力電力
（Ｖ３）は、Ｐ１で平衡した場合の出力電圧（Ｖ３）よ
りも低くなる。この場合、キャパシタ開放電圧算出部５
５により上記式（１）によって算出されるキャパシタ３
の開放電圧（Ｖcap_o）は、平衡状態であるためキャパ
シタ３の出力電流（Ｉcap）が０であるので、燃料電池
２の出力電圧（Ｖout）と等しくなる。
３の出力電圧（＝燃料電池２の出力電圧）が低下して要
求出力電流（Ifc_REQ）まで低下したＰ３点で平衡する
が、Ｐ３で平衡した場合の燃料電池２の出力電力
（Ｖ３）は、Ｐ１で平衡した場合の出力電圧（Ｖ３）よ
りも低くなる。この場合、キャパシタ開放電圧算出部５
５により上記式（１）によって算出されるキャパシタ３
の開放電圧（Ｖcap_o）は、平衡状態であるためキャパ
シタ３の出力電流（Ｉcap）が０であるので、燃料電池
２の出力電圧（Ｖout）と等しくなる。
【００５２】そのため、上記式（２）において、Ｖcap_
o＜Ｖfc_REQ となり、算出されるキャパシタアシスト電
流（Ｉcap_AST）は負となる。したがって、要求出力電
流補正部５７により、要求出力電流を増加する補正（Ｉ
fc_REQ → Ｉfc_REQ’）が行なわれる。
o＜Ｖfc_REQ となり、算出されるキャパシタアシスト電
流（Ｉcap_AST）は負となる。したがって、要求出力電
流補正部５７により、要求出力電流を増加する補正（Ｉ
fc_REQ → Ｉfc_REQ’）が行なわれる。
【００５３】しかし、このように補正がなされると、要
求出力電圧（Ｖfc_REQ）と燃料電池２の出力電圧（Ｖf
c）との差が、ΔＶfc_1からΔＶfc_2に拡大する。その
結果、さらに要求出力電流（Ｉfc_REQ）を増加させる補
正がなされ、燃料電池２に供給される反応ガスが過剰と
なる。そして、このような反応ガスの過剰な供給によ
り、反応ガス供給装置２１（図１参照）で無駄な電力が
消費されると共に、燃料電池２内の湿度が低下して燃料
電池２の電解室膜の乾燥により燃料電池２の性能低下が
生じる。
求出力電圧（Ｖfc_REQ）と燃料電池２の出力電圧（Ｖf
c）との差が、ΔＶfc_1からΔＶfc_2に拡大する。その
結果、さらに要求出力電流（Ｉfc_REQ）を増加させる補
正がなされ、燃料電池２に供給される反応ガスが過剰と
なる。そして、このような反応ガスの過剰な供給によ
り、反応ガス供給装置２１（図１参照）で無駄な電力が
消費されると共に、燃料電池２内の湿度が低下して燃料
電池２の電解室膜の乾燥により燃料電池２の性能低下が
生じる。
【００５４】また、逆に、燃料電池２のＩ−Ｖ特性が
から電圧軸（Ｖ）の正方向（図中上方向）にずれた場合
には、上記式（２）において、Ｖcap_o＞Ｖfc_REQ とな
り、算出されるキャパシタアシスト電流（Ｉcap_AST）
は正となる。したがって、要求出力電流補正部５７によ
り、要求出力電流（Ｉfc_REQ）を減少させる補正がおこ
なわれるが、実際にはキャパシタ３の出力電圧を上昇さ
せるためにキャパシタ３に充電電流が流入する。そのた
め、目標総電力（Ｐsys）に対して要求出力電流（Ｉfc_
REQ）が不足し、燃料電池２に対する反応ガスの供給が
不足したガス欠状態となる。
から電圧軸（Ｖ）の正方向（図中上方向）にずれた場合
には、上記式（２）において、Ｖcap_o＞Ｖfc_REQ とな
り、算出されるキャパシタアシスト電流（Ｉcap_AST）
は正となる。したがって、要求出力電流補正部５７によ
り、要求出力電流（Ｉfc_REQ）を減少させる補正がおこ
なわれるが、実際にはキャパシタ３の出力電圧を上昇さ
せるためにキャパシタ３に充電電流が流入する。そのた
め、目標総電力（Ｐsys）に対して要求出力電流（Ｉfc_
REQ）が不足し、燃料電池２に対する反応ガスの供給が
不足したガス欠状態となる。
【００５５】そこで、Ｉ−Ｖ特性推定部５２は、燃料電
池２のＩ−Ｖ特性の変化による影響を抑制して要求出力
電流（Ｉfc_ REQ）と要求出力電圧（Ｖfc_REQ）を決定
するため、燃料電池２を図３に示したように、開放電圧
がＶfc_oで内部抵抗がＲfcである等価回路に置換えて扱
って燃料電池２のＩ−Ｖ特性を推定する。
池２のＩ−Ｖ特性の変化による影響を抑制して要求出力
電流（Ｉfc_ REQ）と要求出力電圧（Ｖfc_REQ）を決定
するため、燃料電池２を図３に示したように、開放電圧
がＶfc_oで内部抵抗がＲfcである等価回路に置換えて扱
って燃料電池２のＩ−Ｖ特性を推定する。
【００５６】ここで、燃料電池２のＩ−Ｖ特性は、図４
に示したように、通常使用される領域（Ｉ１０〜
Ｉ２０）では、傾きがほぼ一定の直線に近似する。そし
て、経時変化等により燃料電池２のＩ−Ｖ特性が変化し
ても、通常使用される領域におけるＩ−Ｖ特性の傾きの
変化は比較的小さい。そこで、Ｉ−Ｖ特性推定部５２
は、燃料電池２のＩ−Ｖ特性を、傾きを初期状態におけ
る内部抵抗（Ｒfc）とし、電圧軸（Ｖ軸）の切片を燃料
電池２の開放電圧（Ｖfc_o）とする以下の式（３）で表
される１次関数に置換えて推定する。
に示したように、通常使用される領域（Ｉ１０〜
Ｉ２０）では、傾きがほぼ一定の直線に近似する。そし
て、経時変化等により燃料電池２のＩ−Ｖ特性が変化し
ても、通常使用される領域におけるＩ−Ｖ特性の傾きの
変化は比較的小さい。そこで、Ｉ−Ｖ特性推定部５２
は、燃料電池２のＩ−Ｖ特性を、傾きを初期状態におけ
る内部抵抗（Ｒfc）とし、電圧軸（Ｖ軸）の切片を燃料
電池２の開放電圧（Ｖfc_o）とする以下の式（３）で表
される１次関数に置換えて推定する。
【００５７】
但し、Ｖ：燃料電池２の出力電圧、Ｉ：燃料電池の出力
電流。
電流。
【００５８】ここで、燃料電池２の開放電圧（Ｖcap_
o）は、燃料電池開放電圧算出部５１によって、燃料電
池２の出力電流（Ｉfc）及び出力電圧（Ｖout）と予め
メモリ（本発明の第１の記憶手段に相当する）に記憶さ
れた燃料電池２の内部抵抗（Ｒfc）のデータ６１から、
以下の式（４）により算出される。
o）は、燃料電池開放電圧算出部５１によって、燃料電
池２の出力電流（Ｉfc）及び出力電圧（Ｖout）と予め
メモリ（本発明の第１の記憶手段に相当する）に記憶さ
れた燃料電池２の内部抵抗（Ｒfc）のデータ６１から、
以下の式（４）により算出される。
【００５９】
Ｖfc_o ＝ Ｖout ＋ Ｉfc×Ｒfc ・・・・・（４）
そして、燃料電池開放電圧算出部５１は、所定の制御サ
イクル（本発明の所定周期に相当する）毎に上記式
（４）により燃料電池２の開放電圧（Ｖfc_o）を算出
し、それに応じて、Ｉ−Ｖ特性推定部５２は、上記式
（３）により燃料電池２のＩ−Ｖ特性を推定する。
イクル（本発明の所定周期に相当する）毎に上記式
（４）により燃料電池２の開放電圧（Ｖfc_o）を算出
し、それに応じて、Ｉ−Ｖ特性推定部５２は、上記式
（３）により燃料電池２のＩ−Ｖ特性を推定する。
【００６０】これにより、Ｉ−Ｖ特性推定部５２は、前
記制御サイクル毎に、燃料電池２の実際のＩ−Ｖ特性の
変化を反映させて上記式（３）の１次関数を更新して、
精度良く燃料電池２のＩ−Ｖ特性を推定することができ
る。
記制御サイクル毎に、燃料電池２の実際のＩ−Ｖ特性の
変化を反映させて上記式（３）の１次関数を更新して、
精度良く燃料電池２のＩ−Ｖ特性を推定することができ
る。
【００６１】そして、要求出力電圧決定部５３は、Ｉ−
Ｖ特性推定部５２により推定された燃料電池２のＩ−Ｖ
特性に基づいて、目標総電力（Ｐsys）に応じた要求出
力電圧（Ｖfc_REQ）を精度良く決定することができる。
また、要求出力電流決定部５４は、Ｉ−Ｖ特性推定部５
２により推定された燃料電池２のＩ−Ｖ特性に基づい
て、目標総電力（Ｐsys）に応じた要求出力電圧（Ｉfc_
REQ）を精度良く決定することができる。
Ｖ特性推定部５２により推定された燃料電池２のＩ−Ｖ
特性に基づいて、目標総電力（Ｐsys）に応じた要求出
力電圧（Ｖfc_REQ）を精度良く決定することができる。
また、要求出力電流決定部５４は、Ｉ−Ｖ特性推定部５
２により推定された燃料電池２のＩ−Ｖ特性に基づい
て、目標総電力（Ｐsys）に応じた要求出力電圧（Ｉfc_
REQ）を精度良く決定することができる。
【００６２】そのため、燃料電池２の実際のＩ−Ｖ特性
と、要求出力電流（Ｉfc_REQ）を算出する際に使用され
る燃料電池２のＩ−Ｖ特性との乖離により、上述したよ
うな燃料電池２に供給される反応ガスの過不足が生じる
ことを抑制することができる。
と、要求出力電流（Ｉfc_REQ）を算出する際に使用され
る燃料電池２のＩ−Ｖ特性との乖離により、上述したよ
うな燃料電池２に供給される反応ガスの過不足が生じる
ことを抑制することができる。
【００６３】なお、本実施の形態では、燃料電池２にキ
ャパシタ３を並列に接続した燃料電池電源装置を示した
が、キャパシタ３を備えない場合であっても、本発明に
より燃料電池２のＩ−Ｖ特性を上記式（３）の１次関数
に置換えて推定することによって、目標総電力（Ｐsy
s）に応じた要求出力電流（Ｉfc_REQ）を精度良く決定
することができる。
ャパシタ３を並列に接続した燃料電池電源装置を示した
が、キャパシタ３を備えない場合であっても、本発明に
より燃料電池２のＩ−Ｖ特性を上記式（３）の１次関数
に置換えて推定することによって、目標総電力（Ｐsy
s）に応じた要求出力電流（Ｉfc_REQ）を精度良く決定
することができる。
【００６４】また、本実施の形態では、要求出力電流補
正部５７により、要求出力電流（Ｉfc_REQ）をキャパシ
タアシスト電流（Ｉcap_AST）により増減する補正を行
なったが、増加する補正のみを行なう場合、減少する補
正のみを行なう場合、及び該補正を全く行なわない場合
であっても、本発明の効果を得ることができる。
正部５７により、要求出力電流（Ｉfc_REQ）をキャパシ
タアシスト電流（Ｉcap_AST）により増減する補正を行
なったが、増加する補正のみを行なう場合、減少する補
正のみを行なう場合、及び該補正を全く行なわない場合
であっても、本発明の効果を得ることができる。
【００６５】また、本実施の形態では、目標出力電流決
定部５８により、目標出力電流（Ｉfc_CMD）が燃料電池
２の実際の出力電流（Ｉfc）以下とならないようにした
が、目標出力電流決定部５８を備えない場合であって
も、本発明の効果を得ることができる。
定部５８により、目標出力電流（Ｉfc_CMD）が燃料電池
２の実際の出力電流（Ｉfc）以下とならないようにした
が、目標出力電流決定部５８を備えない場合であって
も、本発明の効果を得ることができる。
【図１】本発明の燃料電池電源装置の構成図。
【図２】図１に示した電力管理手段の制御ブロック図。
【図３】燃料電池電源装置の等価回路図。
【図４】燃料電池電源装置の出力電流／電圧特性を示し
たグラフ。
たグラフ。
【図５】従来の燃料電池電源装置の制御ブロック図。
１…燃料電池電源装置、２…燃料電池、３…電気二重層
キャパシタ、４…コントローラ、５…モータ制御装置、
９…駆動制御部、１４…電源管理制御部、１６燃料電池
制御部、２１…反応ガス供給装置、３０…燃料電池セン
サ、５０…目標総電力算出部、５１…燃料電池開放電圧
算出部、５２…Ｉ−Ｖ特性推定部、５３…要求出力電圧
決定部、５４…要求出力電流決定部、５５…キャパシタ
開放電圧算出部、５６…キャパシタアシスト電流算出
部、５７…要求出力電流補正部、５８…目標出力電流決
定部
キャパシタ、４…コントローラ、５…モータ制御装置、
９…駆動制御部、１４…電源管理制御部、１６燃料電池
制御部、２１…反応ガス供給装置、３０…燃料電池セン
サ、５０…目標総電力算出部、５１…燃料電池開放電圧
算出部、５２…Ｉ−Ｖ特性推定部、５３…要求出力電圧
決定部、５４…要求出力電流決定部、５５…キャパシタ
開放電圧算出部、５６…キャパシタアシスト電流算出
部、５７…要求出力電流補正部、５８…目標出力電流決
定部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 佐伯 響
埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会
社本田技術研究所内
Ｆターム(参考） 5H027 AA02 KK54 KK56 MM01 MM26
Claims (5)
- 【請求項１】燃料電池と、該燃料電池に反応ガスを供給
する反応ガス供給手段と、該反応ガス供給手段から該燃
料電池への反応ガスの供給量を調節する供給量調節手段
と、該燃料電池を負荷と接続して該負荷に電力を供給す
る際に該負荷の要求電力に応じて該燃料電池の要求出力
電流を決定する要求出力電流決定手段と、 前記要求出力電流が得られるように前記供給量調節手段
によって前記燃料電池への反応ガスの供給量を制御する
ガス供給制御手段とを備えた燃料電池電源装置におい
て、 前記燃料電池の内部抵抗のデータを記憶した第１の記憶
手段と、前記燃料電池の開放電圧を把握する燃料電池開
放電圧把握手段と、前記燃料電池の出力電流／電圧特性
を、該燃料電池の内部抵抗を傾きとし該燃料電池の開放
電圧を出力電圧軸の切片とする１次関数に置き換えて推
定する出力特性推定手段とを備え、 前記要求出力電流決定手段は、前記負荷の要求電力を前
記１次関数に適用して得られる前記燃料電池の出力電流
を、前記要求出力電流として決定することを特徴とする
燃料電池電源装置。 - 【請求項２】前記燃料電池の出力電流を検出する燃料電
池電流検出手段を備え、 前記要求出力電流決定手段は、前記負荷の要求電力を前
記１次関数に適用して得られる前記燃料電池の出力電流
が、前記燃料電池電流検出手段の検出電流よりも小さい
ときには、該検出電流を前記要求出力電流として決定す
ることを特徴とする請求項１記載の燃料電池電源装置。 - 【請求項３】前記燃料電池と並列に接続された電気二重
層キャパシタと、該電気二重層キャパシタの内部抵抗の
データを記憶した第２の記憶手段と、前記電気二重層キ
ャパシタの開放電圧を把握するキャパシタ開放電圧把握
手段と、 前記要求出力電流を前記１次関数に適用して得られる要
求出力電圧と前記電気二重層キャパシタの開放電圧との
差を前記電気二重層キャパシタの内部抵抗で除して、前
記電気二重層キャパシタの出力電圧が前記要求出力電圧
となったときの前記電気二重層キャパシタの充放電電流
を把握するキャパシタ充放電電流把握手段と、 前記キャパシタ充放電電流把握手段により前記電気二重
層キャパシタの放電電流が把握されたときに前記要求出
力電流から該放電電流を減じる第１の補正と、前記キャ
パシタ充放電電流把握手段により前記電気二重層キャパ
シタの充電電流が把握されたときに前記要求出力電流に
該充電電流を加える第２の補正とのうちの少なくともい
ずれか一方を行なう要求出力電流補正手段とを備えたこ
とを特徴とする請求項１記載の燃料電池電源装置。 - 【請求項４】前記燃料電池の出力電流を検出する燃料電
池電流検出手段を備え、 前記要求出力電流決定手段は、前記要求出力電流補正手
段により前記第１の補正又は前記第２の補正がなされた
前記要求出力電流が、前記燃料電池電流検出手段の検出
電流よりも小さいときには、該検出電流を前記要求出力
電流として決定することを特徴とする請求項３記載の燃
料電池電源装置。 - 【請求項５】前記燃料電池開放電圧把握手段は所定周期
毎に前記燃料電池の開放電圧を把握し、前記出力特性推
定手段は該所定周期毎に前記燃料電池の出力電流／電圧
特性を前記１次関数に置換えて推定することを特徴とす
る請求項１から請求項４のうちいずれか１項記載の燃料
電池電源装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002148259A JP3822139B2 (ja) | 2001-06-28 | 2002-05-22 | 燃料電池電源装置 |
| CA2392212A CA2392212C (en) | 2001-06-28 | 2002-06-27 | Reactive gas supply regulating fuel cell power supply device |
| EP02014450A EP1274145B1 (en) | 2001-06-28 | 2002-06-28 | Fuel cell power supply device |
| US10/187,031 US7060380B2 (en) | 2001-06-28 | 2002-06-28 | Fuel cell power supply device |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001-197392 | 2001-06-28 | ||
| JP2001197392 | 2001-06-28 | ||
| JP2002148259A JP3822139B2 (ja) | 2001-06-28 | 2002-05-22 | 燃料電池電源装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003086211A true JP2003086211A (ja) | 2003-03-20 |
| JP3822139B2 JP3822139B2 (ja) | 2006-09-13 |
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ID=26617797
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002148259A Expired - Fee Related JP3822139B2 (ja) | 2001-06-28 | 2002-05-22 | 燃料電池電源装置 |
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|---|---|
| US (1) | US7060380B2 (ja) |
| EP (1) | EP1274145B1 (ja) |
| JP (1) | JP3822139B2 (ja) |
| CA (1) | CA2392212C (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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