JP2005310623A - 燃料電池電源装置の電源制御装置および制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料電池およびキャパシタを備えた燃料電池電源装置の実際の状態に即した制御を行うことができる電源制御装置の提供。
【解決手段】 燃料電池電源装置１は燃料電池２、電気二重層キャパシタ３およびダイオード４を備えており、消費可能電力算出部９では、ダイオード４が導通状態にある燃料電池電源装置１をモデル化した力行モデルと、ダイオードが遮断状態にある場合をモデル化した回生モデルとを用いて消費可能電力を算出する。その場合、消費可能電力算出部９は、燃料電池２の開放電圧とキャパシタ３の出力電圧との関係および燃料電池２を流れる電流に基づいて、力行モデルまたは回生のいずれかで演算を行う。制御器８は消費可能電力算出部９で算出された消費可能電力および要求電力算出部１２からの要求電力Ｐｆに基づく指令を燃料電池制御装置７に出力する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料電池とキャパシタとを備えた燃料電池電源装置の電源制御装置および制御方法に関する。

従来、燃料電池とキャパシタとを並列に組み合わせた電源装置が知られおり、キャパシタを利用することによって、負荷の急激な要求に対する燃料電池の応答遅れに伴う電力の不足を補うようにしている。すなわち、電源からの目標供給電流は負荷の要求電流に基づいて決定されるが、燃料電池に反応ガスを供給する供給系の応答遅れに起因して反応ガスの過不足が生じる場合があるため、キャパシタの充放電状態に応じて目標供給電流を増加または減少させるように補正するようにしている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−３０５０１１号公報

ところで、燃料電池自動車のように負荷がモータである場合には、減速時にモータによる回生電力が発生する。この回生電力はキャパシタのみに充電されるが、充電の際の燃料電池への電流流入を防止する目的で、燃料電池とキャパシタとの間にダイオードを設ける場合がある。しかしながら、ダイオードは非線形素子であるためにモデル化することが難しく、ダイオードの特性を考慮した制御が常に複雑になるという問題があった。

本発明は、燃料電池と電気二重層キャパシタと燃料電池の出力側に設けられたダイオードとを備えた燃料電池電源装置を制御する電源制御装置に適用される。この電源制御装置は、ダイオードが導通状態にある燃料電池電源装置をモデル化した第１の規範回路モデルと、ダイオードが遮断状態にある燃料電池電源装置をモデル化した第２の規範回路モデルとを用いて制御を行うものであり、選択手段は、燃料電池の開放電圧と電気二重層キャパシタの出力電圧との関係および燃料電池を流れる電流に基づいて、いずれか一方を選択する。そして、制御手段は、選択された規範回路モデルを用いて燃料電池を制御する。

本発明によれば、実際の燃料電池およびキャパシタの状態に基づいて規範回路モデルの切り替えが行われ、燃料電池の発電・発電停止の切り替えと同期した燃料電池電源装置の実際の状態に即した制御を行うこと可能となる。

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は本発明による電源制御装置の一実施の形態を示すブロック図であり、車両に搭載された燃料電池電源装置の電源制御装置に適用した場合を示している。走行用のモータ５はモータ駆動用のインバータ１１を介して燃料電池電源装置１に接続されており、モータ５は燃料電池電源装置１の電力によって駆動される。モータ５およびインバータ１１は燃料電池電源装置１の負荷Lを構成している。

燃料電池電源装置１は、水素と酸素を反応ガスとした化学反応により発電する燃料電池２（FC）と電気二重層キャパシタ３（以下キャパシタ３という）とを備えている。燃料電池２およびキャパシタ３は負荷Ｌのインバータ１１に対して並列に接続されている。モータ５は車両減速時には発電機として機能し、車両の運動エネルギーを電気エネルギーへと変換する回生を行い、その電気エネルギーをキャパシタ３に回収する。燃料電池２の出力側にはダイオード４が接続されており、このダイオード４により回生時における燃料電池２への電流流入が制限され、キャパシタ３のみに回生電力を回収するようにしている。

燃料電池２に接続された燃料電池制御装置７は、燃料電池２の状態を監視してその出力可能電力（ＰＦ）情報を電源制御装置１０へと出力するとともに、電源制御装置１０からの要求発電電力（Ｐｇ）信号に基づいて燃料電池２の制御を行う。電源制御装置１０は制御器８および消費可能電力演算部９を備えている。電源制御装置１０には、車両駆動に必要な要求電力Ｐｆが要求電力算出部１２より入力される。

要求電力算出部１２では、アクセルセンサ１３で検出されたアクセルペダル踏み込み量、ブレーキセンサ１４で検出されたブレーキペダル踏み込み量、車速センサ１５で検出された車両の走行速度等に基づいて要求電力Ｐｆが算出される。算出された要求電力Ｐｆは、インバータ１１に接続されたモータ制御装置６および電源制御装置１０に入力される。制御器８は、この要求電力Ｐｆと消費可能電力演算部９により算出される消費可能電力ＰＬとに基づいて要求発電電力（Ｐｇ）信号を燃料電池制御装置７に出力し、要求電力Ｐｆに消費可能電力ＰＬを合わせ込むように制御する。

なお、電源制御装置１０はマイクロコンピュータなどで構成され、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなど（各部図示略）から構成される。ＲＡＭに格納されている各種データを基に、ＲＯＭに格納されている制御プログラムや制御データによってＣＰＵは各種演算処理を行う。消費可能電力演算部９は、燃料電池制御装置７から送信された消費可能電力（ＰＦ）情報や要求電力算出部１２からの要求電力（Ｐｆ）情報に基づき、後述する規範回路モデルを用いて燃料電池電源装置１の消費可能電力ＰＬを算出する。

図２は燃料電池電源装置１の等価回路を示す図である。Ｒｆは燃料電池２の内部抵抗を表しており、Ｖｆ０は燃料電池２の開放電圧で、Ｉｆは燃料電池２を流れる電流である。同様に、Ｒｃはキャパシタ３の内部抵抗を表しており、Ｖｃ０はキャパシタ３の開放電圧で、Ｉｃはキャパシタ３の内部抵抗Ｒｃを流れる電流である。Ｖｆは燃料電池２の出力電圧、Ｖｃはキャパシタ３の出力電圧である。この出力電圧Ｖｃは燃料電池電源装置１の出力電圧ＶＬに等しい。ＩＬは燃料電池電源装置１を流れる電流である。本実施の形態では、各電流Ｉｆ，Ｉｃ，ＩＬは、図２で示した矢印方向に電流が流れた場合をプラスとし、矢印と反対向きに流れた場合をマイナスとする。

本発明における制御では燃料電池電源装置１の電気回路を数式化した規範回路モデルを用い、その規範回路モデルによる演算によって燃料電池２から出力される電力を算出し、燃料電池制御装置７に対して常に適正な要求発電電力の信号を送るように制御器８にてフィードバック制御するようにしている。ところで、燃料電池電源装置１には非線形素子であるダイオード４が含まれており、ダイオード４を含む電気回路を車載可能なマイクロコンピュータで演算できる数式にモデル化することは一般的に難しい。そこで、本実施の形態では、後述する図３，４のような規範回路モデルを用いることとした。

《規範回路モデルと切り替えタイミング》
上述したように、図１や図２に示す燃料電池電源装置１の回路には非線形素子であるダイオード４が含まれているので、本実施の形態ではフィードバック演算が容易に行えるようなモデル化を行う。すなわち、ダイオード４が通電している状態をダイオード４の部分の短絡に対応させるモデルと、ダイオード４が遮断している状態をダイオード４の部分の開放に対応させるモデルとを採用し、それぞれの場合の電気回路について数式によるモデル化を行った。

本実施の形態では、ダイオード４が通電状態の場合、すなわち燃料電池２が電流を出力している「Ｉｆ＞０[Ａ]」の場合の規範回路モデルを力行モデルと称し、ダイオード４が電流を遮断している場合、すなわち燃料電池２に電流が流れ込まない「Ｉｆ＝０[Ａ]」の場合の規範回路モデルを回生モデルと称することにする。そして、これらの２種類の規範回路モデルを切り替えて演算を行い、その演算結果から燃料電池電源制御に必要なデータを取得することとした。

図３は力行モデルを示す概念図であり、図４は回生モデルを示す概念図である。これらの規範回路モデル間の切り替えは、下記に示すような条件（Ａ），（Ｂ）に基づいて行われる。
条件（Ａ）：力行モデルから回生モデルへの切り替え
Ｖｃ≧Ｖｆ０、Ｉｆ≦０
条件（Ｂ）：回生モデルから力行モデルへの切り替え
Ｖｃ＜Ｖｆ０、Ｉｆ＞０

すなわち、力行モデル演算中においてキャパシタ出力電圧Ｖｃが燃料電池開放電圧Ｖｆ０以上になり、燃料電池出力電流Ｉｆが出力されていない状態であるＩｆ≦０となった場合には力行モデルから回生モデルに切り替える。一方、回生モデル演算中においてキャパシタ出力電圧Ｖcが燃料電池開放電圧Ｖｆ０より低くなり、燃料電池出力電流Ｉｆが出力されている状態であるＩｆ＞０となった場合には回生モデルから力行モデルに切り替える。

この力行モデルと回生モデルとの切り替えの際には、切り替え前のモデルにて算出されたキャパシタ開放電圧Ｖｃ０を切り替え後のモデルに受け渡し、切り替え後のモデルでは受け渡されたキャパシタ開放電圧Ｖｃ０を用いて演算を開始する。このような算出データ（キャパシタ開放電圧Ｖｃ０）の受け渡しを行うことにより、規範回路モデル切り替え時においてデータ不連続を発生させることなく制御を行うことができる。

《規範回路モデルの演算内容》
（回生モデル）
次に、各規範回路モデルにおける演算動作について説明する。上述したように、力行モデル演算中に算出されたキャパシタ出力電圧Ｖｃおよび燃料電池出力電流Ｉｆの値が上記条件（Ａ）を満足したならば、その時点でのキャパシタ開放電圧Ｖｃ０を回生モデルに受け渡して回生モデルによる演算に切り替える。開放回路モデルである回生モデルでは、図４に示すように燃料電池２はキャパシタ３および負荷から切り離されているものとみなす。そのため、燃料電池出力電圧Ｖｆは燃料電池開放電圧Ｖｆ０と等しく、燃料電池出力電流ＩｆはＩｆ＝０となっている。

図４に示す回生モデルにおいては要求発電電力ＰｇはＰｇ＝０［Ｗ］であり、発電停止信号が制御器８から燃料電池制御装置７に出力される。要求電力算出部１２から電源制御装置１０に要求電力Ｐｆが出力されると、次式（１）によりキャパシタ出力電圧Ｖｃが算出される。ここで、式（１）においてＲｃはキャパシタ内部抵抗である。

キャパシタ出力電流Ｉｃに対するキャパシタ内部抵抗Ｒｃによる電圧降下はＶｃ−Ｖｃ０なので、キャパシタ出力電流Ｉｃは次式（２）で算出される。そして、燃料電池電源装置１を流れる電流ＩＬ、すなわち負荷電流ＩＬは式（３）により決定される。
Ｉｃ＝（Ｖｃ−Ｖｃ０）／Ｒｃ …（２）
ＩＬ＝−Ｉｃ …（３）

また、キャパシタ開放電圧Ｖｃ０は、キャパシタ容量Ｃを用いた次式（４）により算出される。

回生モデルでの電圧ＶＬ、すなわち負荷電圧ＶＬはキャパシタ開放電圧Ｖｃと同一であるため、負荷Ｒの消費可能電力ＰＬは式（５）により算出される。
ＰＬ＝ＩＬ×Ｖｃ …（５）

本来、制御器８は要求電力Ｐｆに消費可能電力ＰＬを合わせ込むように燃料電池制御装置７を制御するものであるが、上述したように回生モデルにおいては発電停止信号である要求発電電力Ｐｇ＝０[Ｗ]の信号を燃料電池制御装置７へと送信する。また、回生モデルでは、算出されたキャパシタ出力電圧Ｖｃが燃料電池開放電圧Ｖｆ０より低いか否かを常に監視し、キャパシタ出力電圧Ｖｃが燃料電池開放電圧Ｖｆ０より低くなって燃料電池出力電流ＩｆがＩｆ＞０となった場合には、その時点でのキャパシタ開放電圧Ｖｃ０を力行モデルに受け渡して力行モデルによる演算に切り替える。

（力行モデル）
力行モデルにおいては、燃料電池制御装置７は燃料電池２の出力可能電力ＰＦを電源制御装置１０に送り、それを受けた電源制御装置１０はこの出力可能電力から規範回路モデル９の演算により消費可能電力を算出する。その場合、式（６）により燃料電池２を流れる電流である燃料電池出力電流Ｉｆを算出する。式（６）においてＶｆ０は燃料電池開放電圧、Ｒｆは燃料電池内部抵抗であり、予め分かっている。

よって、要求電力Ｐｆに対する燃料電池出力電圧Ｖｆは次式（７）で算出され、この燃料電池出力電圧Ｖｆを用いてキャパシタ出力電流Ｉｃが次式（８）で決定される。
Ｖｆ＝Ｐｆ／Ｉｆ …（７）
Ｉｃ＝（Ｖｆ−Ｖｃ０）／Ｒｃ …（８）

ここで、キャパシタ開放電圧Ｖｃ０は、キャパシタ容量Ｃを用いた次式（９）により算出される。

式（６）および（８）により算出されるＩｆおよびＩｃを用いて、燃料電池電源装置１を流れる電流である燃料電池電源装置電流ＩＬは次式（１０）で算出される。
ＩＬ＝Ｉｆ＋Ｉｃ …（１０）

負荷Ｌで消費可能な消費可能電力ＰＬは、燃料電池電源装置出力電圧ＶＬと燃料電池電源装置電流ＩＬを用いて次式（１１）で算出される。なお、力行モデルでは、燃料電池電源装置出力電圧ＶＬは燃料電池出力電圧Ｖｆおよびキャパシタ出力電圧Ｖｃと同一なので、ＶＬ＝Ｖｆ＝Ｖｃとなっている。
ＰＬ＝ＩＬ×ＶＬ …（１１）

この消費可能電力ＰＬと要求電力算出部１２からの要求電力Ｐｆと基づいて、制御器８は、例えばＰＩ制御等を用いて燃料電池制御装置７に対する要求発電電力Ｐｇを算出し、算出された要求発電電力Ｐｇを燃料電池制御装置７へと送信する。また、力行モデルでは、算出されたキャパシタ出力電圧Ｖｃが燃料電池開放電圧Ｖｆ０以上か否かを常に監視し、キャパシタ出力電圧Ｖｃが燃料電池開放電圧Ｖｆ０以上となって燃料電池出力電流ＩｆがＩｆ≦０となった、すなわち上述した条件（Ａ）が満足された場合には、その時点でのキャパシタ開放電圧Ｖｃ０を回生モデルに受け渡して回生モデルによる演算に切り替える。

《力行・回生動作の説明》
図５は電力要求算出部１２から出力される要求電力Ｐｆの時間的変化を示したものであり、要求電力がプラスの場合が力行に対応し、要求電力がマイナスの場合が回生に対応する。図５に示す例では、時刻ｔ０から時刻ｔ１までは燃料電池車両が停止状態にあり、Ｐｆ＝０となっている。時刻ｔ１から時刻ｔ３までと時刻ｔ４から時刻ｔ６までは力行で、時刻ｔ２から時刻ｔ４までと時刻ｔ６以降は回生となっている。

図６，７は規範回路モデル演算の演算結果を示したものである。図６は燃料電池出力電流Ｉｆ、キャパシタ出力電流Ｉｃおよび燃料電池電源装置出力電流ＩＬの変化を示す。図７は燃料電池出力電圧Ｖｆ、キャパシタ出力電圧Ｖｃおよびキャパシタ開放電圧Ｖｃ０の変化を示す。また、図８は規範回路モデル演算のモデル切り替えタイミングを示す図である。図８では、ダイオードＯＮ（導通）状態に対応する力行モデルによる演算状態を０で表し、ダイオードＯＦＦ（遮断）状態に対応する回生モデルによる演算状態を１で表している。

図６，７においてＩｆおよびＶｆは実線で示し、ＩｃおよびＶｃは一点鎖線、ＩＬおよびＶｃ０は二点鎖線で示した。なお、図６では、時刻ｔ０と時刻ｔ１との間でＩｆ，Ｉｃ，ＩＬのラインが全て重なっている。図７では、時刻ｔ０と時刻ｔ１との間でＶｆ，Ｖｃ，Ｖｃ０のラインが全て重なっていて、時刻ｔ１と時刻ｔ３との間および時刻ｔ５と時刻ｔ７の間ではＶｆとＶｃのラインが重なっている。いずれも、重なっている部分は実線のみを示した。

（時刻ｔ０〜時刻ｔ１）
時刻ｔ０から時刻ｔ１までは停止状態なので、図６に示すように電流Ｉｆ、Ｉｃ、ＩＬはいずれも０［Ａ］となっている。また、電圧Ｖｆ，Ｖｃ，Ｖｃ０についてもＶｆ＝Ｖｃ＝Ｖｃ０となっている。よって、時刻ｔ１と時刻ｔ２の間においては上述した条件（Ａ）「Ｉｆ≦０、Ｖｃ≧Ｖｆ０」が満足されるので、消費可能電力算出部９では回生モデルを規範回路モデルとして演算が行われる。すなわち、図８のモデル切り替えタイミング図では、時刻ｔ１から時刻ｔ２までは回生モデルとなっている。

（時刻ｔ１〜時刻ｔ２）
時刻ｔ１において要求電力ＰｆがＰｆ＞０とされて、燃料電池車両が停止状態から力行状態とされると、要求電力に応じるように燃料電池電源装置出力電流ＩＬは増加して燃料電池電源装置１は放電状態となる。このとき、燃料電池電源装置出力電流ＩＬの立ち上がりに比べて燃料電池出力電流Ｉｆの増加速度は遅いので、電流の不足分はキャパシタ３の放電電流Ｉｃによって補われ、Ｖｃ＜Ｖｆ０となる。そのため、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間では条件（Ｂ）「Ｖｃ＜Ｖｆ０、Ｉｆ＞０」が満たされ、時刻ｔ１において回生モデルから力行モデルに切り替わり、時刻ｔ１から時刻ｔ２まで力行モデルにより演算が行われる。

（時刻ｔ２〜時刻ｔ３）
時刻ｔ２になると、図５に示すように要求電力Ｐｆはマイナスとなり車両は力行状態から回生状態と切り替えられ、時刻ｔ４まで回生状態が継続される。時刻ｔ２で力行状態から回生状態に切り替わると、燃料電池制御装置７に対して要求電力Ｐｆ＝０［Ｗ］の指示が出される。しかし、燃料電池２は時刻ｔ２に停止指示を受けても瞬時に停止することができず、燃料電池２の出力が停止するまでに時間Δｔ＝ｔ３−ｔ２が経過してしまう。

そして、Δｔの間に出力される電力はキャパシタ３の充電に消費される。そのため、時刻ｔ２から時刻ｔ３までは、キャパシタ３は回生電力と燃料電池２が停止するまでの電力とにより充電され、キャパシタ出力電圧Ｖｃは上昇する。図６，７から分かるように、時刻ｔ２と時刻ｔ３との間では燃料電池出力電流Ｉｆおよびキャパシタ出力電圧Ｖｃは条件（Ｂ）「Ｖｃ＜Ｖｆ０、Ｉｆ＞０」を満足しているので、演算に用いられる規範回路モデルは力行モデルとなる。すなわち、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間においては、車両は回生状態であるが、燃料電池２の出力状態が続いているので電源装置１０では力行モデルにより演算が行われる。

（時刻ｔ３〜時刻ｔ４）
図６，７に示すように、時刻ｔ３になるとキャパシタ出力電圧ＶｃはＶｃ≧Ｖｆ０となり、燃料電池出力電流Ｉｆ＝０となるので、条件（Ａ）「Ｖｃ≧Ｖｆ０，Ｉｆ≦０」が満足されて規範回路モデルは力行モデルから回生モデルへと切り替わる。そして、時刻ｔ４でＰｆ＞０となって車両状態が回生状態から力行状態に切り替えられるまで、回生モデルによる演算が継続される。キャパシタ３は回生電力による充電が行われるため、キャパシタ開放電圧Ｖｃ０は上昇し続ける。

（時刻ｔ４〜時刻ｔ５）
時刻ｔ４で車両状態が回生状態から力行状態に切り替えられると、燃料電池電源装置出力電流ＩＬはプラスとなって放電状態となる。しかし、時刻ｔ４ではキャパシタ開放電圧Ｖｃ０がＶｃ０＞Ｖｆ０となっているので、キャパシタ開放電圧Ｖｃ０がＶｃ０＝０となるまで燃料電池電源装置出力電流ＩＬはキャパシタ３の電力によって賄われる。そのため、燃料電池出力電流ＩｆはＩｆ＝０が維持される。すなわち、制御器８から燃料電池制御装置７へは要求発電電力Ｐｇ＝０の信号が出力される。そのため、時刻ｔ４において車両は回生状態から力行状態に切り替わるが、この時点では条件（Ａ）「Ｖｃ≧Ｖｆ０，Ｉｆ≦０」が満足され回生モデルによる演算が維持される。

時刻ｔ４から時刻ｔ５までキャパシタ３のみから電力が供給され、キャパシタ出力電圧Ｖｃは放電により電圧が低下し、時刻ｔ５でＶｃ＜０となる。時刻ｔ５においては車両の力行状態が継続しているので、時刻ｔ５からは燃料電池２とキャパシタ３との両方から電力が供給される。その結果、図６，７に示すように条件（Ｂ）「Ｖｃ＜Ｖｆ０、Ｉｆ＞０」が満足され、時刻ｔ５において規範回路モデルは回生モデルから力行モデルへと切り替わる。

（時刻ｔ５〜時刻ｔ６）
時刻ｔ５から時刻ｔ６までの間は、図５に示すように車両は力行状態となっている。この間においては図６，７に示すように条件（Ｂ）「Ｖｃ＜Ｖｆ０、Ｉｆ＞０」が満足されているので、力行モデルにより演算が行われる。

（時刻ｔ６〜時刻ｔ７）
時刻ｔ６において車両は力行状態から回生状態へと切り替わる。図５，８から分かるように、時刻ｔ６からｔ７までの間は燃料電池車両は回生状態であるのに対し、演算している規範回路モデルは力行モデルとなっている。これは、上述した時刻ｔ２から時刻ｔ３までと同様の動作となっており、時刻ｔ６に燃料電池制御装置７に対して要求電力０[Ｗ]を指示してから、燃料電池の出力が停止する時刻ｔ７までに燃料電池２からは電力が出力され続けているためである。この間においては条件（Ｂ）「Ｖｃ＜Ｖｆ０、Ｉｆ＞０」が満足されるので、力行モデルにより演算が行われる。

時刻ｔ７になると、燃料電池出力電流ＩｆはＩｆ＝０となり、キャパシタ出力電圧Ｖｃは回生充電によりＶｃ≧Ｖｆ０となる。そのため、条件（Ａ）「Ｖｃ≧Ｖｆ０，Ｉｆ≦０」が満足されて、規範回路モデルは力行モデルから回生モデルへと切り替わる。

図９は比較例を示す図であり、規範回路モデルのキャパシタ出力電圧Ｖｃの監視を行わずに、燃料電池車両の力行時には力行モデルを回生時には回生モデルを演算した場合の電流演算値の変化を示したものである。この場合、図９の時刻ｔ４に見られるように燃料電池出力電流Ｉｆの演算値が０[Ａ]より小さくなる場合がある。すなわち、燃料電池２に電流の流入があるものとして演算されてしまい、ダイオードを含む規範回路モデルとしてのモデル化が不適切なため、実際の燃料電池電源装置１における状態と演算による燃料電池電源装置の状態は、時間が進むにつれて乖離していくということになる。

一方、上述した実施の形態では、切り替え条件（Ａ），（Ｂ）により規範回路モデルの切り替えるようにしたので、従来のような車両の力行状態および回生状態ではなく、実際の燃料電池２およびキャパシタ３の状態に基づいて回生モデルと力行モデルとの切り替えが行われる。そのため、燃料電池２の発電・発電停止の切り替えと同期した燃料電池電源装置１の実際の状態に即した制御を行うことができる。さらに、モデル切り替え時にキャパシタ開放電圧Ｖｃ０を各モデル間で受け渡すようにしているため、切り替え前後において各種データは連続となる。

したがって、規範回路モデルを用いて燃料電池２から出力される電力を算出し、実際に消費される電力に追従するように燃料電池２に対して常に適正な発電要求をするようにフィードバック制御を行うことが可能となり、燃料電池２における無駄な電力消費や供給ガスの過不足をなくすという効果を得ることができる。

上述した実施の形態では、車両に搭載された燃料電池電源装置の制御を例に説明したが、本発明は車両搭載タイプに限らず種々の燃料電池電源装置の電源制御装置にも適用することができる。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。

以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、力行モデルは第１の規範回路モデルを、回生モデルは第２の規範回路モデルを、消費可能電力算出部９は選択手段を、制御器８は制御手段をそれぞれ構成する。

本発明による電源制御装置の一実施の形態を示すブロック図である。 燃料電池電源装置１の等価回路を示す図である。 力行モデルを示す概念図である。 回生モデルを示す概念図である。 電力要求算出部１２から出力される要求電力Ｐｆの時間的変化を示す図である。 規範回路モデル演算の演算結果を示す図であり、燃料電池出力電流Ｉｆ、キャパシタ出力電流Ｉｃおよび燃料電池電源装置出力電流ＩＬの変化を示す。 規範回路モデル演算の演算結果を示す図であり、燃料電池出力電圧Ｖｆ、キャパシタ出力電圧Ｖｃおよびキャパシタ開放電圧Ｖｃ０の変化を示す。 規範回路モデル演算のモデル切り替えタイミングを示す図である。 比較例を示す図であり、燃料電池出力電流Ｉｆ、キャパシタ出力電流Ｉｃおよび燃料電池電源装置出力電流ＩＬの変化を示す。

符号の説明

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 ダイオード
５ モータ
６ モータ制御装置
７ 燃料電池制御装置
８ 制御器
９ 消費可能電力演算部
１０ 電源制御装置
１１ インバータ
１２ 要求電力出力部

Claims (7)

1. 燃料電池と電気二重層キャパシタと前記燃料電池の出力側に設けられたダイオードとを備えた燃料電池電源装置を制御する電源制御装置において、
   前記燃料電池の開放電圧と前記電気二重層キャパシタの出力電圧との関係および前記燃料電池を流れる電流に基づいて、前記ダイオードが導通状態にある前記燃料電池電源装置をモデル化した第１の規範回路モデルおよび前記ダイオードが遮断状態にある前記燃料電池電源装置をモデル化した第２の規範回路モデルのいずれか一方を選択する選択手段と、
   前記選択手段で選択された規範回路モデルを用いて前記燃料電池を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする電源制御装置。
2. 請求項１に記載の電源制御装置において、
   前記制御手段は、前記電気二重層キャパシタの開放電圧を前記規範回路モデルを用いて算出し、その算出した開放電圧に基づいて前記燃料電池を制御するものであって、
   前記規範回路モデルを切り替える場合には、切り替え前の規範回路モデルで算出された前記電気二重層キャパシタの開放電圧を用いて切り替え後の規範回路モデルによる前記燃料電池の制御を開始することを特徴とする電源制御装置。
3. 請求項１または２に記載の電源制御装置において、
   前記選択手段は、前記電気二重層キャパシタの出力電圧が前記燃料電池の開放電圧以上であって、前記燃料電池を流れる電流がゼロ以下の場合に、前記第２の規範回路モデルを選択することを特徴とする電源制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の電源制御装置において、
   前記選択手段は、前記電気二重層キャパシタの出力電圧が前記燃料電池の開放電圧未満であって、前記燃料電池を流れる電流がゼロより大きい場合に、前記第１の規範回路モデルを選択することを特徴とする電源制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池電源装置を備えたことを特徴とする車両。
6. 請求項５に記載の車両において、
   前記燃料電池電源装置で駆動される走行用モータを備えたことを特徴とする車両。
7. 燃料電池と電気二重層キャパシタと前記燃料電池の出力側に設けられたダイオードとを備えた燃料電池電源装置の制御方法であって、
   前記燃料電池の開放電圧と前記電気二重層キャパシタの出力電圧との関係および前記燃料電池を流れる電流に基づいて、前記ダイオードが導通状態にある前記燃料電池電源装置をモデル化した第１の規範回路モデルおよび前記ダイオードが遮断状態にある前記燃料電池電源装置をモデル化した第２の規範回路モデルのいずれか一方を選択し、
   選択された規範回路モデルを用いて前記燃料電池を制御することを特徴とする燃料電池電源装置の制御方法。

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