JP2005051837A

JP2005051837A - 移動体用の電源装置

Info

Publication number: JP2005051837A
Application number: JP2003203269A
Authority: JP
Inventors: Hiromichi Miwa; 博通三輪
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-07-29
Filing date: 2003-07-29
Publication date: 2005-02-24

Abstract

【課題】フィルタ定数と冷媒流量を制御して、車両の燃費の向上と、低温での良好な運転性を維持しつつ蓄電手段の劣化を防止できる移動体の電源装置を提供する。
【解決手段】燃料電池システム１００と蓄電手段１０５を有する移動体用の電源装置において、前記蓄電手段の温度を検出する温度検出手段１１１と、前記蓄電装置を冷却する冷媒を流通させる冷却手段１０８と、前記燃料電池システムと蓄電手段からの電力の出入を制御するとともに、前記冷却手段を用いて冷媒流量を制御する制御手段１０６とを設け、前記制御手段は、前記燃料電池システムに要求される出力要求値にフィルタ定数に応じたなまし処理を行うフィルタ手段を備え、前記蓄電手段の温度に応じて、前記蓄電手段への冷媒流量と前記なまし処理フィルタのフィルタ定数を制御する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動体用の電源装置、特に燃料電池と２次電池等の蓄電手段を搭載した移動体用の電源装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の燃料改質装置を用いた燃料電池システムにおいては、改質装置の特性から水素リッチガス排出までの応答性に制限があるため、運転者の要求に応じて、すなわち車両等移動体の要求負荷変化に追従して水素リッチガスを燃料電池本体に供給することが難しい。また、高圧タンクから燃料（水素）を燃料電池に供給する燃料電池システムにおいても、空気供給系等の応答性の制約により、負荷変化要求に応えることが難しい。
【０００３】
このため、移動体（運転者）の要求負荷と燃料電池システムの供給可能負荷との差異を２次電池等の蓄電手段によって補うことが一般的に行われる。
【０００４】
しかしながら、２次電池は、一般的に温度依存性を有しており、図２４に示すように、２次電池の温度が低い場合には、充放電可能な電力も少なくなるという特性があるため、２次電池の温度が所定温度範囲以外の場合には、燃料電池システムの発電量を制限し、２次電池への充電を禁止する技術がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−３４１７１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載の発明では、２次電池の温度が所定温度範囲以外の場合には、燃料電池システムの発電量を制限し、２次電池への充電を禁止するものであり、運転者が要求する負荷変化に対応する役目を、もっぱら２次電池が担っているため、２次電池の適正温度範囲以外の温度、例えば低温時には２次電池の充放電可能電力が低いため、運転者の要求に応じた負荷変化に電源装置として対応できなくなるという問題点がある。
【０００７】
したがって、本発明は、温度によらず常に良好な運転性を維持することのできる移動体の電源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】
本発明は、燃料電池システムと蓄電手段を有する移動体用の電源装置において、蓄電手段を冷却する冷却手段と前記燃料電池システムに要求される出力要求値にフィルタ定数に応じたなまし処理を行うフィルタ手段を備え、蓄電手段の温度に応じて、蓄電手段への冷媒流量と前記なまし処理フィルタのフィルタ定数を制御する。
【０００９】
【発明の効果】
本発明によれば、燃料電池システムへの出力要求値をなまし処理することで、燃料電池の発電電力の急変を抑制でき、発電効率を向上でき、燃料電池システムを搭載する移動体の燃費を改善できる。一方、なまし処理することにより燃料電池の出力応答性が低下することになる。
【００１０】
そこで、本発明では、蓄電手段の温度に基づいて、例えば、蓄電手段が適性に充放電可能な温度範囲にある時にはなまし処理のフィルタ定数を大きくして出力応答性を確保しつつ燃費を良好に保ち、蓄電手段の温度が適正温度より低い時などはフィルタ定数を小さくすることで、多少燃費を犠牲にしても蓄電手段の放電特性の低下を補い、電源装置としての出力応答性の悪化を抑制し、一方で冷媒流量を制御して蓄電手段の温度の早期の適正化を図ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の燃料電池システムの構成を示す構成図である。
【００１２】
燃料電池スタック１は、高分子電解質膜とアノードおよびカソードからなる単セルを積層して構成されるもので、アノードに水素を含有する改質ガスが、カソードに空気が供給されて電気化学反応が生じて発電するものである。
【００１３】
カソードにはコンプレッサ２から空気が供給され、アノードには改質器３から改質ガスが供給される。改質器３にはコンプレッサ４からの空気が供給されるとともに、燃料タンク５の燃料が燃料ポンプ６の作用によりプレッシャレギュレータ７を介してインジェクタ８から供給される。
【００１４】
燃料電池スタック１で発電に供された空気は外部に排出され、改質ガスは排ガスとして燃焼器９に供給され、コンプレッサ１４から供給される空気と燃料ポンプ６から燃料分配バルブ６ａを介して供給され、インジェクタ９ａにより噴射される燃料とともに燃焼し、その燃焼ガスが蒸発器１０に送られる。
【００１５】
蒸発器１０では、水タンク１２から水ポンプ１３の作用により供給された水（蒸気原料）が流通しており、この水は燃焼器９から供給された高温の燃焼ガスとの間で熱交換され、蒸発して水蒸気となり前述の改質器３に供給される。また、蒸発器１０から排出された燃焼ガスは、コンデンサ１１に送られて燃焼ガス中の凝縮水を回収される。この凝縮水は前述の水タンク１２に貯留される。
【００１６】
したがって、改質器３には燃料と空気と水蒸気とが供給されて、これらを用いて改質器３内に収装された改質触媒で改質反応を生じさせ、燃料を改質することができる。
【００１７】
さらに燃料電池システムには、このシステムを統合制御するコントローラ１５が設置され、またアクセル開度センサ１６と２次バッテリのＳＯＣ検出センサ１７の出力信号、外気温等の各種温度のデータが入力される。コントローラ１５は、これら入力信号に基づいて、コンプレッサ２、４、１４、燃料ポンプ６、燃料分配バルブ６ａ、インジェクタ８、９ａを制御する。
【００１８】
図２は、燃料電池を電力源とする車両の駆動システムの一例を示すものである。燃料電池システム１００はＤＣ／ＤＣコンバータ１０１、パワーマネージャー１０２を介してインバータ１０３に接続しており、このインバータ１０３はモータ／ジェネレータ１０４に接続されて駆動／回生を可能としている。また、インバータ１０３には蓄電手段としての２次電池１０５が接続され、モータへ電力を供給するとともにジェネレータが発電した電力を充電する。また駆動コントローラ１０６は前述の構成要素から入力された信号に基づいて駆動システムを統合制御する。なお、前述のコントローラ１７は、駆動コントローラ１０６内に包括させてもよい。
【００１９】
さらに、図中１０７は、２次電池１０５を冷却するための冷風を導くダクトであり、２次電池１０５の内部に設けられた冷却通路に連通している。このダクト１０７の上流部には、２次電池１０５に冷媒を送る冷却用ファン１０８が装着されていると共に、ダクト１０７への空気導入量を制限するダクト断面積制御手段１０９が装着される。
【００２０】
また、ダクト内部の温度を計測する温度センサ１１０と、２次電池１０５の温度を計測する為の温度センサー１１１と、２次電池１０５への充放電電流を測定する電流センサー１１２が設置されている。
【００２１】
このように構成されて、本発明は、図３に示すように、２次電池の温度が所定範囲の条件では、運転者からの要求値（要求負荷）に対して、なまし処理を行うフィルタのフィルタ定数を大きくして行くと、車両としての燃費が向上し、また図４に示すように、２次電池の冷却系の冷媒流量を制御することによって、フィルタ定数を大きくしても、２次電池の温度上昇は抑制できる点に着目してなされたものである。なお、フィルタ定数の増大による燃費の向上は、フィルタ定数を増加させることによって、図５に示した燃料電池システムの効率の高い領域（図５に示す使用領域）の使用頻度が増加するためである。
【００２２】
次に、本発明の特徴である２次電池１０５の温度と冷媒流量とに基づいてなましフィルタのフィルタ定数を設定する点について図６のフローチャートを用いて説明する。この制御はコントローラ１５が実施するものである。
【００２３】
まずステップ１（図中Ｓ１、以下同様）で、車速Ｖが図示しない車両側の速度センサーから読み込み、ステップ２で２次電池１０５の温度Ｔｅｍｐ＿ｂを読み込み、ステップ３で図７に示すようなテーブルから、検出された２次電池１０５の温度に対して割り付けられた第１フィルタ定数Ｆ＿ｒ１が読み込まれる。この第１フィルタ定数Ｆ＿ｒ１は、図７に示すように、２次電池１０５の温度が低い場合には、２次電池１０５が許容できる充放電電力が低い為、フィルタ定数Ｆ＿ｒ１を小さく抑え、燃料電池システム側の負荷追従性を向上させ、２次電池１０５の充放電電力を低く抑えることが必要である一方、２次電池１０５の温度が高い場合にも、充放電に伴う２次電池１０５の発熱を抑えるように設定される。
【００２４】
続くステップ４では、図８に示すテーブルから２次電池１０５の温度に対して割り付けられた２次電池１０５の冷媒流量基準値Ｃｆ＿ｒ０を読み込む。この基準値Ｃｆ＿ｒ０は、２次電池１０５の温度が高いほど、２次電池１０５を冷却する冷媒量を増加させ、冷却を促進するように設定される。
【００２５】
ステップ５では、図９に示すテーブルから車速Ｖに対して割り付けられた車速補正値Ｃ＿ｃｆＶを読み込む。この車速補正値Ｃ＿ｃｆＶは、２次電池１０５の冷却用の空気導入口が車両前面に装着されていることを前提にしたとき、車両速度Ｖが速くなると、車両の走行に伴って導入される空気量が増加する為、ファン１０８を駆動して導入しなければならない流量は減少し、車両速度の増加と共のＣ＿ｃｆＶは小さい値（Ｃ＿ｃｆＶ＜１）となるが、ある車両速度以上Ｖ１となると、ファン１０８自体が通気抵抗となるため、Ｃ＿ｃｆＶの値は増加傾向に転じるように設定される。
【００２６】
そして、ステップ６で２次電池１０５の冷媒流量車速補正値がＣｆ＿ｒ１＝Ｃｆ＿ｒ０×Ｃ＿ｃｆＶとして演算され、本ルーチンを終了する。
【００２７】
したがって、このような制御により、２次電池１０５の温度に応じて、２次電池１０５を冷却する冷却手段（冷却用ファン１０８等）の冷媒流量を制御する。ここで、燃料電池スタック１から出力される電流値を、移動体の電源装置への要求負荷に対してなまし処理を行うフィルタを有し、２次電池１０５の温度に応じて、２次電池１０５への冷媒流量と、なまし処理フィルタのフィルタ定数を制御するため、２次電池１０５の温度に基づいて、２次電池１０５の温度を適正な温度範囲に維持しながら、燃費が良好となるフィルタ定数を選定することができる。したがって、如何なる温度領域でも常に移動体の運転性を確保することができるとともに、適正温度範囲でのフィルタ定数の増大により燃費を向上することができる。
【００２８】
図１０のフローチャートは、図６のステップ２で読み込む２次電池１０５の温度の算出法に関するもので、ステップ７で実際に２次電池１０５に設置された温度センサー１１１の出力を用いて、２次電池１０５の温度Ｔｅｍｐ＿ｂを読み込むものである。温度センサー１１１は２次電池１０５の内部または外表面温度を検出する。したがって、実際の２次電池１０５の温度に基づいて図６に示す制御を実行できるという効果がある。
【００２９】
図１１は、２次電池１０５の温度を２次電池１０５の充放電電力と燃料電池システムの外部温度と２次電池１０５を冷却する冷媒流量に基づいて推定するためのフローチャートである。
【００３０】
まずステップ１１では、２次電池１０５に入出力される電流値Ａを電流センサー１１２から読み込み、ステップ１２で温度演算の前回値Ｔｅｍｐ＿ｂ_−１を読み込み、続くステップ１３で、Ｔｅｍｐ＿ｂに対して割りつけられた２次電池１０５の内部抵抗値Ｒが温度Ｔｅｍｐ＿ｂ_−１に応じて読み込まれる。この内部抵抗Ｒは、例えば図１２のような特性に設定される。更にステップ１４で発熱量Ｗが、Ｗ＝ａ＾２×Ｒとして演算され、ステップ１５で導入される冷媒温度Ｔｅｍｐ＿ｅがダクト１０７に設定された温度センサー１１０から読み込まれる。なお、冷媒として空気を用いる場合には、空気温度は燃料電池システムを取り巻く外部の雰囲気温度と略同じであり、この外部温度としてもよい。
【００３１】
次に、ステップ１７で、最終的な冷媒流量Ｃｆ＿ｆｉｎａｌ（ファン１０８によって導入される分）が読み込まれ、更に、前記の車速補正値Ｃ＿ｃｆＶが読み込まれ、Ｃｆ＿ｆｉｎａｌをＣ＿ｃｆＶを割り算することによって、２次電池１０５に流れる実際の冷媒（空気）流量相当値を演算し、ステップ１８で前ステップまでに演算した値を基に、すなわち、温度の前回値Ｔｅｍｐ＿ｂ_−１と、２次電池１０５の発熱量Ｗと、冷媒の流量Ｃｆ＿ｆｉｎａｌと、及び冷媒温度Ｔｅｍｐ＿ｅによって今回の２次電池１０５の温度予測値Ｔｅｍｐ＿ｂが演算され、本ルーチンを終了する。
【００３２】
尚、最終的な冷媒流量Ｃｆ＿ｆｉｎａｌについては、後述する（図１９参照のこと）。
【００３３】
したがって、２次電池１０５の温度を、蓄電手段の充放電電力と外部環境温度と冷媒流量に基づいて推定するため、２次電池１０５に温度センサー等を装着することがなくコストを低減しつつ、図６に示す制御を実行することができる。
【００３４】
図１３は、２次電池１０５の温度変化量に基づいて２次電池の到達温度を演算し、この到達温度からフィルタ定数と冷媒流量を設定するためのフローチャートである。
【００３５】
まずステップ２１で、車速Ｖを図示しない車両側のセンサーから読み込み、ステップ２で２次電池１０５の温度Ｔｅｍｐ＿ｂを読み込む。ステップ２３で所定時間前の２次電池温度Ｔｅｍｐ＿ｂ_−ｘを読み込み、ステップ２４で所定時間内での２次電池１０５の温度変化量ΔＴｅｍｐ＿ｂを演算する。
【００３６】
次に、ステップ２５で到達予測温度Ｔｅｍｐ＿ｐｒｅが演算される。この演算は、ステップ２４で演算された温度変化量ΔＴｅｍｐ＿ｂに対して所定の係数βを掛けた値を、Ｔｅｍｐ＿ｂに加算して演算される。これによって、熱慣性の大きな２次電池１０５について、今までの温度履歴（変化）に基づいて、所定時間後に到達し得る温度を予測する。
【００３７】
ステップ２６からステップ２９は、図６のステップ３からステップ６と同様であるが、Ｔｅｍｐ＿ｂの代わりに、到達予測温度Ｔｅｍｐ＿ｐｒｅを用いていることのみが相違する。
【００３８】
したがって、このような制御とすることで、２次電池１０５の温度変化ΔＴｅｍｐ＿ｂに基づく到達予測温度Ｔｅｍｐ＿ｐｒｅに基づいて、２次電池１０５を冷却する冷媒流量を用いてなましフィルタのフィルタ定数を制御するため、熱容量が大きく温度の変化速度が小さい２次電池１０５に対して、予測される温度に基づいて事前に冷媒流量とフィルタ定数が制御されるため、温度の検出遅れ等によって２次電池１０５が過昇温されることが防止され、２次電池１０５の劣化を抑制できる。
【００３９】
次に図１４のフローチャートを説明する。このフローチャートは、２次電池１０５の温度によってフィルタ定数を切り換えるようにする制御について説明するものである。
【００４０】
まずステップ３１で２次電池１０５の温度Ｔｅｍｐ＿ｂが読み込み、ステップ３２で第１の所定温度Ｔｈ＿ｔｍｐ１との比較が行われる。ここで、第１所定温度Ｔｈ＿ｔｍｐ１は、２次電池１０５の適正温度の下限値である。そして、所定の温度Ｔｈ＿ｔｍｐ１より、２次電池温度Ｔｅｍｐ＿ｂが低いと判断された場合には、ステップ３３に進む。
【００４１】
ステップ３３では、２次電池１０５を冷却するダクト１０７を閉じる閉信号が出力される。これによって、ダクト１０７への冷媒としての空気導入量を制限するダクト断面積制御手段１０９が閉弁され、２次電池１０５への空気導入が制限ざれる。そしてステップ３４で、補正値Ｃ＿ｃｆＦが読み込まれる。この補正値Ｃ＿ｃｆＦは、例えば、図１５に示すようなテーブルから、車速Ｖに対して割り付けられた値として求められる。図１５に示す特性は、車速Ｖの増加によって、ダクト１０７内を通過する空気量が若干増加するが、これは空気導入を制限したとしても、ダクト断面積制御手段としてバルブの隙間などから漏れるためである。
【００４２】
次にステップ３５で、冷媒補正流量Ｃｆ＿ｒ２＝Ｃｆ＿ｒ１×Ｃ＿ｃｆＦとして、ダクト断面積を制限した状態での冷媒流量が演算される。さらにステップ３６で、２次電池１０５の冷却系の駆動損失を表すＰｏｕｔ＿ＣｆＷが０（つまり冷却用ファンが停止状態）とし、ステップ３７でなましフィルタの第２フィルタ定数Ｆ＿ｒ２に第１フィルタ定数Ｆ＿ｒ１より小さい固定値Ｆ＿ｆｉｘＣが代入され、ステップ３８で低温状態であることを示すフラグＦｌａｇ＿Ｃｏｌｄをセットする。
【００４３】
一方、ステップ３２で２次電池１０５の温度が第１の所定値Ｔｈ＿ｔｍｐ１以上と判断された場合には、ステップ３９に進む。ステップ３９では、ダクト１０７を開く開信号が出力され、ダクト１０７への空気導入量を制限するダクト断面積制御手段１０９を開弁する。次にステップ４０で、冷媒流量Ｃｆ＿ｒ１の値が、冷媒補正流量Ｃｆ＿ｒ２に入力され、ステップ４１に進む。
【００４４】
ステップ４１では、第１所定温度Ｔｈ＿ｔｍｐ１より高い第２所定温度Ｔｈ＿ｔｍｐ２と２次電池温度Ｔｅｍｐ＿ｂの比較が行われる。ここで、第２所定温度Ｔｈ＿ｔｍｐ２は２次電池１０５の適正温度の上限値である。２次電池温度Ｔｅｍｐ＿ｂが第２所定温度Ｔｈ＿ｔｍｐ２より高い、すなわち２次電池１０５の温度が適正温度より高いと判断された場合、ステップ４２で第２フィルタ定数Ｆ＿ｒ２に第１フィルタ定数Ｆ＿ｒ１より小さい固定値Ｆ＿ｆｉｘＨが代入され、ステップ４３で高温状態であることを示すフラグＦｌａｇ＿Ｈｏｔをセットする。
【００４５】
また、ステップ４１で第２所定温度Ｔｈ＿ｔｍｐ２以下、すなわち第１所定温度Ｔｈ＿ｔｍｐ１以上で第２所定温度Ｔｈ＿ｔｍｐ２以下の２次電池温度が適正範囲であると判断された場合には、ステップ４４、ステップ４５でフラグＦｌａｇ＿Ｃｏｌｄ、Ｆｌａｇ＿Ｈｏｔをリセットし、ステップ４６で前述の第１フィルタ定数Ｆ＿ｒ１が第２フィルタ定数Ｆ＿ｒ２に代入され、本ルーチンを終了する。
【００４６】
したがって、この制御により、２次電池１０５の温度が、第１所定温度より低い場合には、２次電池１０５を冷却する冷媒流量を減ずると共に、第２フィルタ定数を第１フィルタ定数より小さくするため、２次電池１０５が適正温度より低温の状態、すなわち２次電池１０５の充放電可能電力が低い場合には、フィルタ定数を第１フィルタ定数Ｆ＿ｒ１より小さくすることにより、燃料電池システムの負荷追従性を向上させ、運転者の要求する負荷変化に対応できることが可能となるばかりで無く、２次電池１０５への充放電電力を減少させる一方、２次電池１０５を冷却する冷媒の流量を減じる為、２次電池１０５の冷却を抑制可能となる。このような制御を行うことにより、適正な範囲内での充放電によって、２次電池１０５の昇温が可能となり、早期に２次電池１０５の温度を適正な状態にすることが可能となる。
【００４７】
すなわち、２次電池１０５の充放電可能量が通常の（適正な温度の）状態に早期に復帰させることによって、なましフィルタの適正化による燃費向上効果が得られるばかりでなく、減速時のエネルギー回生量も多く出来る為、燃費向上の効果を大きくすることができる。
【００４８】
また、２次電池１０５の温度が、第２所定温度より高い場合には、なましフィルタの第２フィルタ定数を第１フィルタ定数より小さくするため、２次電池の温度が高温状態においては、２次電池の冷却を促進する効果がある。
【００４９】
図１６に示すフローチャートは、要求負荷の変化率と燃料電池の発電量とに基づいてフィルタ定数を設定する制御を説明するものである。
【００５０】
まずステップ５１で、アクセルペダル開度ＡＰＯがＡＰＯセンサー１６から読み込まれ、ステップ５２で運転者が求める駆動装置への要求負荷Ｔ＿ｋＷが演算される。ここでは、例えば図１７に示すようなテーブルからＡＰＯに対して割り付けられた要求負荷Ｔ＿ｋＷを読み込む。
【００５１】
次にステップ５３で負荷変化率ΔＴ＿ｋＷが、所定時間前のＴ＿ｋＷ_−１と今回値Ｔ＿ｋＷとの差として求められる。続く、ステップ５４とステップ５５では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０１への入力電流と入力電圧を読み込み、ステップ５６で燃料電池スタック１の発電電力ｋＷを演算する。
【００５２】
ステップ５７では、燃料電池スタック１の発電電力ｋＷが第１の所定負荷Ｔｈ＿ｋＷ１と比較される。第１の所定負荷Ｔｈ＿ｋＷ１より大きい場合に燃料電池スタック１の運転状態は高負荷状態と判定される。Ｔｈ＿ｋＷ１より大きい場合にはステップ５８に進み、Ｔｈ＿ｋＷ１以下の場合にはステップ５９に進む。
【００５３】
ステップ５８で負荷変化率ΔＴ＿ｋＷが負、すなわち、所定の高負荷領域での運転状態からのダウントランジェント（つまり、燃料電池システムの発電電力が減少状態にある）と判断された場合にはステップ６３に進み、第３フィルタ定数Ｆ＿ｒ３に第１フィルタ定数Ｆ＿ｒ１より小さい固定値Ｆ＿ｆｉｘＤを代入し、制御を終える。ここで固定値Ｆ＿ｆｉｘＤは、他の固定値Ｆ＿ｆｉｘＣ、Ｆ＿ｆｉｘＨより小さい値とする。
【００５４】
一方、負荷変化率ΔＴ＿ｋＷがアップトランジェント（つまり、燃料電池システムの発電電力が増加状態にある）または不変の場合にはステップ５９に進む。ステップ５９で、発電電力ｋＷ≧第２の所定負荷Ｔｈ＿ｋＷ２、且つ、ｋＷ≦Ｔｈ＿ｋＷ１かどうかの判断が行われる。燃料電池システムの効率は図に示すように所定の負荷範囲で効率が高くなり、第１、第２所定負荷は、この燃料電池スタックの高効率運転が可能な負荷範囲から設定されるものである。ここで、条件が成立する場合、すなわち所定の負荷範囲で燃料電池システムが運転されていると判断された場合には、ステップ６４で第３フィルタ定数Ｆ＿ｒ３に第２フィルタ定数Ｆ＿ｒ２が代入され、制御を終える。
【００５５】
一方、ステップ５９で不成立の場合、すなわち所定の負荷範囲以外の領域で燃料電池スタック１が運転されていると判断された場合には、ステップ６０で第３フィルタ定数の前回値Ｆ＿ｒ３_−１が読み込まれ、ステップ６１で第３フィルタ補正値Ｃ＿Ｆ３を読み込み、ステップ６２で第３フィルタ定数の前回値Ｆ＿ｒ３_−１に第３フィルタ補正値Ｃ＿Ｆ３が掛け算された値を第３フィルタ定数Ｆ＿ｒ３として、本ルーチンを終了する。
【００５６】
尚、第３フィルタ補正値Ｃ＿Ｆ３の値は、例えば図１８に示すように第２所定負荷Ｔｈ−ｋＷ２未満、及び第１所定負荷Ｔｈ＿ｋＷ１以上のような設定となっている。このため、発電電力ｋＷに対して、図１８に示す特性を割り付けておけば、ステップ５９の判断を無くすことができる。
【００５７】
したがって、移動体用電源装置への要求負荷の変化速度と運転負荷範囲に応じて、少なくとも前記なましフィルタのフィルタ定数を補正制御する構成の移動体用の電源装置としたため、例えば燃料電池システムが、低負荷運転連続、又は高負荷運転連続状態から運転負荷要求が変化した場合に、早い応答性で、燃料電池システムの効率が高い運転条件に運転負荷を遷移させることが可能となり、移動体用の電源装置としての効率を高めることが可能となる。
【００５８】
また、燃料電池システムの第１の所定負荷からの負荷変化がダウントランジェント時には、第３フィルタ定数を所定値まで減ずるため、高負荷運転連続の状態から、早い応答性で燃料電池システムの効率の高い運転状態に復帰させることが可能となる。特に、改質装置を有する燃料電池システムにあっては、アップトランジェント側の応答性は、蒸発器等の応答性によって制約され、実現できる応答性には制限があるが、ダウントランジェント側は、蒸発器の応答性に制約を受けることなく速い応答性を確保することも可能である為、燃料電池システムを含む移動体用電源システム全体の効率を向上させることが可能となる。
【００５９】
次に図１９のフローチャートについて説明する。このフローチャートは、冷却用ファン１０８等の冷却系統の駆動損失と２次電池１０５の充放電損失（発熱）に応じてフィルタ定数を設定するものである。
【００６０】
まずステップ７１で、２次電池１０５に入出力される電流値Ａを、電流センサー１１２から読み込み、ステップ７２で前回の２次電池１０５の温度の演算結果Ｔｅｍｐ＿ｂ_−１を読み込み、ステップ７３で、図１２に示すようなテーブルを用いて２次電池温度Ｔｅｍｐ＿ｂに対して割りつけられた２次電池１０５の内部抵抗値Ｒを温度Ｔｅｍｐ＿ｂ_−１に応じて読み込む。ステップ７４で充放電損失Ｗが、Ｗ＝Ａ＾２×Ｒとして演算される。
【００６１】
次に、ステップ７５でフラグＦｌａｇ＿Ｃｏｌｄがセットされているか否か判断し、セットされていた場合、すなわち２次電池１０５の適正温度より低温条件であったと判断された場合には、ステップ８６で最終フィルタ定数Ｆ＿ｆｉｎａｌを、前述の固定値（Ｆ＿ｒ２＝Ｆ＿ｆｉｘＣ）が代入された第３フィルタ定数Ｆ＿ｒ３とする。すなわち、ここでは、後述するステップ７７以降の演算を行わず、且つ、冷媒流量を制限した状態で、フィルタ定数を小さな固定として出力する構成となる。
【００６２】
一方、ステップ７５でフラグＦｌａｇ＿Ｃｏｌｄがセットされていない場合ステップ７６に進み、ステップ７６でフラグＦｌａｇ＿Ｈｏｔがセットされているか否かの判断が行われ、セットされている場合には、ステップ８６に進む。すなわち２次電池１０５が適正温度より高温となっていると判断された場合には、ステップ８６で最終フィルタ定数Ｆ＿ｆｉｎａｌを、前述の固定値（Ｆ＿ｒ２＝Ｆ＿ｆｉｘＨ）が代入された第３フィルタ定数Ｆ＿ｒ３とする。すなわち、ここでは、後述するステップ７７以降の演算を行わず、且つ、冷媒流量が２次電池１０５の温度に応じて高流量に制御された状態で、フィルタ定数を第１フィルタ定数Ｆ＿ｒ１より小さな固定値Ｆ＿ｆｉｘＨとして出力する構成となる。
【００６３】
ステップ７６でフラグＦｌａｇ＿Ｈｏｔがセットされていない場合ステップ７７に進み、ステップ７７に進んだ場合には、２次電池冷媒流量Ｃｆ＿ｒ２が読み込まれ、ステップ７８で２次電池冷却系の駆動損失Ｐｏｕｔ＿ＣｆＷが、例えば図２０に示されるようなテーブルから読み込まれる。
【００６４】
尚、実際に冷却手段（ファン１０８）のモータに要求された電力を検出して良く、この場合には、ステップ７９の制御内容となる。
【００６５】
更に、ステップ８０で充放電損失Ｗと所定値αの加算値と駆動損失Ｐｏｕｔ＿ＣｆＷの比較が為され、冷却系の駆動損失Ｐｏｕｔ＿ＣｆＷが充放電損失の所定範囲より大きい場合には、ステップ８１でその差Ｘを駆動損失Ｐｏｕｔ＿ＣｆＷから充放電損失Ｗと所定値αを減じて演算し、この差Ｘに基づいて、ステップ８２でフィルタ補正値Ｃ＿Ｆ４が、例えば、図２１に示すテーブルから読み込まれ、ステップ８４で最終フィルタ定数Ｆ＿ｆｉｎａｌが、Ｆ＿ｆｉｎａｌ＝Ｆ＿ｒ３×Ｃ＿Ｆ４として演算される。
【００６６】
したがって、冷却系の駆動損失Ｐｏｕｔ＿ＣｆＷが充放電損失Ｗより大きい場合には、フィルタ定数を小さくしていくこととなり、結果として２次電池１０５の充放電損失をさらに低下させることとなる。これによって、２次電池１０５の発熱量も低下し、結果として冷媒流量は図１６までのフローチャートによって、温度等に基づいて制御されるため、冷媒流量も低減され、冷媒の駆動損失も低減されることとなり、冷却系の駆動損失が２次電池１０５の充放電損失を上回らないように制御される。
【００６７】
尚、所定値αは、実験等解析結果に基づくものであり、図３に示したように、なましフィルタを増加し、冷却損失も増加させるとともに、冷却系の損失を含んだ燃費を向上するよう設定する。
【００６８】
そして、ステップ８４で、これまでに計算された冷媒流量Ｃｆ＿ｒ２が最終的な要求冷媒流量（ファンによる導入分）Ｃｆ＿ｆｉｎａｌに代入され、ステップ８５で２次電池冷却系駆動信号Ｏｕｔ＿ＣｆＷとして出力される。この場合、駆動電力としてＯｕｔ＿ＣｆＷを求めているが、例えばデューティ比のような形でも良い。尚、駆動電力とした場合には、図２２に示すテーブルからのルックアップ値でよい。
【００６９】
一方、ステップ８０で冷却系の駆動損失Ｐｏｕｔ＿ＣｆＷが充放電損失の所定範囲以下の場合には、ステップ８６に進み、最終フィルタ定数Ｆ＿ｆｉｎａｌを第３フィルタ定数Ｆ＿ｒ３とする。
【００７０】
したがって、２次電池冷却系の駆動損失を２次電池１０５の充放電損失より小さくなるようにフィルタ定数を設定するため、２次電池１０５の冷却に伴う駆動損失によって、移動体用の電源装置全体としての効率が低下することが防止できる。
【００７１】
すなわち、２次電池１０５の充放電損失は、基本的には内部抵抗と入出力電流によって決まる（発生熱量になる）一方、２次電池１０５の温度は、２次電池１０５を冷却する冷媒流量と２次電池１０５の発熱によって主に決まる。
【００７２】
このため、冷媒流量を多くすることによって、２次電池１０５の温度は劣化が促進される温度以下に抑えることは可能であるが、充放電損失量は、なましフィルタのフィルタ定数の増加と共に増大する為（２次電池１０５に出し入れされる電力量が増加する為）、冷媒を流す為の駆動損失が２次電池１０５の充放電損失を所定値以上とすると、フィルタ定数を大きくすることによって得られる燃費の改善代が２次電池１０５の冷却系駆動損失によって相殺されてしまうことになる。しかしながら本発明により、２次電池１０５の充放電に伴う損失を冷却系の駆動損失が上回ることを防止でき、移動体用の電源装置全体としての効率が低下することが防止できる。
【００７３】
また、２次電池１０５の温度が、第２の所定検知温度より高い場合には、フィルタ定数を第１フィルタ定数より小さくすると共に、２次電池１０５を冷却する冷媒系の駆動損失が、２次電池１０５の充放電損失を超えるため、２次電池１０５の温度が高温状態においては、２次電池１０５の冷却を促進させながら、１次電池１０５の発熱の基となる充放電電力を小さくすることが可能となり、２次電池１０５を早期に適正な温度まで冷却することが可能となり、２次電池１０５の劣化を抑制できる効果がある。
【００７４】
次に図２３のフローチャートは、今回演算されたなましフィルタのフィルタ定数の使われ方について説明するものである。
【００７５】
ステップ９１で各種センサーの信号を読み込み、ステップ９２で、アクセルペダル開度ＡＰＯを読み込む。更にステップ９３で、アクセルペダル開度ＡＰＯから前述のように要求負荷Ｔ＿ｋＷが演算される。
【００７６】
ステップ９４では、要求負荷Ｔ＿ｋＷに対応した、すなわち要求負荷相当の電力ｋＷを燃料電池に発電させるために必要な水素リッチガスを改質反応によって発生させるために、改質器３に導入する空気量が演算され、ステップ９５、ステップ９６では同様に、要求負荷に対応した改質器３に供給する燃料量と水蒸気量が演算される。
【００７７】
ステップ９７からステップ９９では、改質器３に必要な水蒸気を発生させるために、燃焼器９に供給する燃料量、空気量、及び液状の水量が演算される。次に、ステップ１００で燃料電池スタック１のカソード側に供給すべき空気量が演算される。
【００７８】
ステップ１０１で、前述のフィルタ定数Ｆ＿ｆｉｎａｌを読み込み、それぞれの要求負荷に対応した目標値に対して、ステップ１０２からステップ１０８で各構成を制御するためのなまし処理を行う。
【００７９】
ここで演算は、例えば、カソード側に供給する空気の実際に供給する空気量をＡｉｒ、ステップ１００で演算された要求負荷に対応した空気量をＤ＿Ａｉｒとした場合、
Ａｉｒ＝Ｄ＿Ａｉｒ（Ｆ＿ｆｉｎａｌ）＋Ａｉｒ_−１
として演算される、尚、Ａｉｒ_−１は、１演算サイクル前のＡｉｒの前回値である。そして、これらの演算結果は、ステップ１０２からステップ１０８でそれぞれの制御アクチュエータに出力される。
【００８０】
尚、燃焼器９からの水蒸気は、改質器３への空気や燃料に対して送れ時間を有するため、この遅れ分は改質器３への空気＆燃料、及び燃料電池カソード側への空気量を制御するアクチュエータへの出力に遅れを持たせることで対応する。
【００８１】
以上により、運転者が要求する負荷に対して、なましフィルタ処理を行った出力として水素、空気が燃料電池に供給される為、燃料電池の発電電力も同様になましフィルタ処理された状態となる。このため、運転者が要求する負荷と燃料電池が供給できる電力との間には差異が生じることとなるが、この差分が、蓄電手段（２次電池）１０５から給電、または充電されることによって、運転者の要求する負荷変化に対応可能となる。
【００８２】
本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内でさまざまな変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する燃料電池システムの構成を示す構成図である。
【図２】車両の駆動システムの構成図である。
【図３】フィルタ定数と燃費との関係を示す図である。
【図４】走行パターンによる２次電池温度履歴を説明する図である。
【図５】燃料電池スタック１からの取り出し電流と発電効率の関係を示す図である。
【図６】なましフィルタのフィルタ定数を設定するためのフローチャートである。
【図７】２次電池温度と第１フィルタ定数の関係を示す図である。
【図８】２次電池温度と冷媒流量との関係示す図である。
【図９】車速と車速補正値との関係を示す図である。
【図１０】２次電池温度を読み込むフローチャートである図である。
【図１１】他のなましフィルタのフィルタ定数を設定するためのフローチャートである。
【図１２】２次電池温度と内部抵抗の関係を示す図である。
【図１３】他のなましフィルタのフィルタ定数を設定するためのフローチャートである。
【図１４】他のなましフィルタのフィルタ定数を設定するためのフローチャートである。
【図１５】車速と補正係数の関係を示す図である。
【図１６】他のなましフィルタのフィルタ定数を設定するためのフローチャートである。
【図１７】アクセルペダル開度と要求負荷の関係を示す図である。
【図１８】所定負荷と補正値との関係を示す図である。
【図１９】他のなましフィルタのフィルタ定数を設定するためのフローチャートである。
【図２０】冷媒流量と駆動損失の関係を示す図である。
【図２１】充放電損失と所定値のと加算値と駆動損失との差と補正値との関係を示すテーブルである。
【図２２】冷媒流量と駆動電力との関係を示す図である。
【図２３】なましフィルタのフィルタ定数の使われ方について説明するフローチャートである。
【図２４】２次電池温度と入出力可能電力との関係を示す図である。
【符号の説明】
１燃料電池スタック
３改質器
５燃料タンク
９燃焼器
１０蒸発器
１１コンデンサ
１２水タンク
１５コントローラ
１００燃料電池システム
１０５２次電池（蓄電手段）
１０８冷却用ファン

Claims

燃料電池スタックにより発電を行う燃料電池システムと、電力を給電、充電する蓄電手段を有する移動体用の電源装置において、
前記蓄電手段の温度を検出する温度検出手段と、
前記蓄電手段を冷却する冷媒を流通させる冷却手段と、
前記燃料電池システムと蓄電手段からの電力の出入を制御するとともに、前記冷却手段を用いて冷媒流量を制御する制御手段とを設け、
前記制御手段は、
前記燃料電池システムに要求される出力要求値にフィルタ定数に応じたなまし処理を行うフィルタ手段を備え、
前記蓄電手段の温度に応じて、前記蓄電手段への冷媒流量と前記なまし処理フィルタのフィルタ定数を制御することを特徴とする移動体用の電源装置。
前記温度検出手段は、前記蓄電手段の内部、または外表面温度を検出する温度センサーであることを特徴とする請求項１に記載の移動体用の電源装置。
前記温度検出手段は、前記蓄電手段の充放電電力と外部温度と冷媒流量に基づいて前記蓄電手段の温度を推定することを特徴とする請求項１に記載の移動体用の電源装置。
前記制御手段は、前記蓄電手段の温度変化量から到達予測温度を演算し、この到達予測温度に基づいて、前記冷媒流量と前記フィルタ定数を制御することを特徴とする請求項１に記載の移動体用の電源装置。
前記蓄電手段の温度が第１の所定温度以上、かつ第２の所定温度以下の場合には、前記フィルタ定数を他の温度範囲でのフィルタ定数より大きくすることを特徴とすることを特徴とする請求項１に記載の移動体用の電源装置。
前記蓄電手段の温度が第１の所定温度より低い場合には、前記蓄電手段を冷却する冷媒流量を減少するとともに、フィルタ定数を前記蓄電手段の温度が第１の所定温度以上、かつ第２の所定温度以下の場合に設定される前記フィルタ定数より小さくすることを特徴とする請求項５に記載の移動体用の電源装置。
前記蓄電手段の温度が前記第２の所定温度より高い場合には、前記蓄電手段を冷却する冷媒流量を増加するとともに、フィルタ定数を前記蓄電手段の温度が第１の所定温度以上、かつ第２の所定温度以下の場合に設定される前記フィルタ定数より小さくすることを特徴とする請求項５または６に記載の移動体用の電源装置。
前記第１の所定温度と第２の所定温度は、前記蓄電手段の効率の高い温度領域に設定することを特徴とする請求項５から７のいずれか一つに記載の移動体用の電源装置。
前記冷却手段の駆動損失が前記蓄電手段の充放電損失より大きいことを特徴とする請求項７に記載の移動体用の電源装置。
移動体用電源装置への要求負荷の変化率と負荷範囲に応じて前記フィルタ定数を制御することを特徴とする請求項１から９のいずれか一つに記載の移動体用の電源装置。
前記燃料電池システムの発電電力状態が所定の負荷からのダウントランジェント時には、前記フィルタ定数を所定値に減少することを特徴とする請求項１０に記載の移動体用の電源装置。
前記冷却手段の駆動損失が、前記蓄電手段の充放電損失より小さくなるように前記フィルタ定数を制御することを特徴とする請求項１から１１のいずれか一つに記載の移動体用の電源装置。