JP2006114364A - 電源制御装置、電源制御方法及び電源制御装置を備えた車両 - Google Patents

電源制御装置、電源制御方法及び電源制御装置を備えた車両 Download PDF

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Abstract


【課題】 燃料電池を有する電源を制御する制御装置において、電源の出力低下に起因する操作性の低下を抑制する技術を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、燃料電池と燃料電池を加熱する加熱部とを備える電源を制御する電源制御装置を提供する。この電源制御装置は、電源の外部からの操作入力を入力するとともに、操作入力に応じて電源に対する要求電力を決定する要求電力決定部と、要求電力に応じて、電源を操作する電源操作部とを備える。電源操作部は、加熱時において電源が供給可能な電力である供給可能電力よりも要求電力が大きいときには加熱に使用される電力を制限することを特徴とする。
【選択図】 図１２

Description

本発明は、燃料電池システムを備える車両に関する。
従来から、定格運転ができない燃料電池システムの起動中において燃料電池システムを備える車両を制御するための技術が提案されている。たとえば、特許文献１〜特許文献３には、低温の燃料電池をヒーターによって加熱して起動を円滑化する技術が開示されている。特許文献４には、運転者がアクセルを大きく踏み込むと燃料改質システムへの電力の供給を制限して、その電力が車両の駆動に供給される技術が開示されている。
特開２００３−２４９２５１号公報 特開２００４−５５３７９号公報 特開２００２−３１３３９１号公報 特開２０００−３１５５１１号公報
しかし、運転者の意図した通りに車両の駆動系が応答するというドライバビリティという観点からは検討がなされていなかった。たとえば特許文献４に開示される技術においても、車両の駆動系で利用可能な電力増加は実現されるが、その応答性が悪いためドライバビリティの改善にはほとんど寄与せず、逆に、ドライバビリティの低下の要因ともなり得るという問題があった。電力増加の応答性が悪いと、一定の遅れの後に駆動系の出力が増大することにつながるため意図しない加速の発生の要因となり得るからである。さらに、この問題は、燃料電池システムを備える車両だけでなく、操作性の問題として広く燃料電池システムを備える電源に共通していた。
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池を有する電源を制御する制御装置において、電源の出力低下に起因する操作性の低下を抑制する技術を提供することを目的とする。
本発明は、燃料電池を有する電源を制御する電源制御装置であって、
前記電源は、前記電源が発生する電力で前記燃料電池を加熱する加熱部を備え、
前記電源制御装置は、
前記電源の外部からの操作入力を入力するとともに、前記操作入力に応じて前記電源に対する要求電力を決定する要求電力決定部と、
前記要求電力に応じて、前記電源を操作する電源操作部と、
を備え、
前記電源操作部は、前記加熱時において、前記電源が供給可能な電力である供給可能電力よりも前記要求電力が大きいときには前記加熱に使用される電力を制限することを特徴とする。
本発明の制御装置では、電源が供給可能な電力である供給可能電力よりも要求電力が大きいときには燃料電池の加熱に使用される電力が制限されるので、供給可能電力の増大により電源の操作性が向上することになる。
特に、燃料電池の加熱時は、燃料電池の出力が小さいときが多いため要求電力が供給可能電力を超過する場合も多く、加熱停止が顕著な効果を奏することができる。さらに、燃料電池の加熱停止は、小さな時間遅れで電力の供給を削減することができるので、操作者の意図通りに出力が応答するという電源の操作性改善に大きく寄与することができる。
なお、要求電力の比較の対象となる供給可能電力は、後述するような方法で推定しても良いし、たとえば燃料電池システムの起動シーケンスにおいては定格出力の５０％と一律に推定するような簡易な推定方法でも良い。
上記電源制御装置において、前記電源操作部は、前記供給可能電力と前記要求電力の差が大きいほど前記制限の程度を大きくするようにしても良い。こうすれば、燃料電池加熱の過度の制限を抑制することができる。
上記電源制御装置において、前記加熱部は、複数のヒーターを用いて前記燃料電池を加熱し、
前記電源操作部は、前記複数のヒーターのうちの電力が供給されているヒーターの数を変更することによって前記制限の程度を調整するようにしても良い。
ヒーターは、一般に、インダクタンス成分が小さいので、スイッチ操作でヒーターをオフとすることによって時間遅れをほとんど生じさせることなく供給可能電力を増大させることができる。このように応答性も良いので、電源の操作性改善に大きく寄与することができる。
上記電源制御装置において、前記加熱部は、複数のヒーターを用いて前記燃料電池を加熱し、
前記複数のヒーターは、少なくとも一部について並列接続による電力供給と直列接続による電力供給の切替が可能であり、
前記電源操作部は、前記直列接続により電力が供給されるヒーターの数を変更することによって前記制限の程度を調整するようにしても良い。
ヒーターは、レジスタンスによって熱を発生させるので、並列接続による電力供給から直列接続による電力供給への接続の切替は、電流値低下を通じて電力供給量の削減の要因となる。さらに、このような接続の切替は、スイッチ操作によって時間遅れをほとんど生じさせることなく実現することができる。このように応答性も良いので、電源の操作性改善に大きく寄与することができる。
このようなスイッチ操作や切替操作によって、時間遅れをほとんど生じさせることなく供給可能電力を増大させることができるヒーターには、たとえばシーズヒーター、グローブプラグヒーター、ＰＴＣヒーターといったものがある。
上記電源制御装置において、さらに、前記供給可能電力の推定値である推定供給可能電力を推定する推定部を備え、
前記電源操作部は、前記推定供給可能電力を前記供給可能電力とみなして前記制限を行うようにしても良い。
上記制御装置において、前記推定部は、前記燃料電池の電流電圧特性を計測するとともに、前記計測された電流電圧特性に応じて前記供給可能電力を推定するようにしても良いし、
あるいは、前記推定部は、前記燃料電池の温度を計測するとともに、前記計測された温度に応じて前記供給可能電力を推定するようにしても良い。
なお、本発明は、電源制御方法や、燃料電池システムの制御方法、この電源制御装置を搭載した車両などの装置その他の種々の態様で実現することができる。
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき以下の順序で説明する。
Ａ．本発明の実施例における車両の構成：
Ｂ．本発明の第１実施例における車両の制御：
Ｃ．本発明の第２実施例における車両の制御：
Ｄ．本発明の第３実施例における車両の制御：
Ｅ．変形例：
Ａ．本発明の実施例における燃料電池システムの構成：
図１は、本発明の一実施例としての燃料電池システムを備える車両の概略構成図である。車両１００は、電源システム２０と、負荷部３０と、制御部５０とを備えている。電源システム２０は、車両１００の動力源としての電力を供給する。負荷部３０は、供給された電力を車両１００を駆動するための機械的動力に変換する。制御部５０は、電源システム２０と負荷部３０とを制御する。
電源システム２０は、燃料電池システム２００と、２次電池２６と、ＤＣ−ＤＣコンバータ６４と、燃料電池システム２００の出力電圧と出力電流とを計測するための電圧計６９と電流計６７と、２次電池２６の残存量を計測するための残存容量モニタ２８と、を備えている。燃料電池システム２００は、図示しない燃料電池その他の燃料電池システム２００の一部を加熱するためのヒーター２０１を備えている。
負荷部３０は、アクセル３７と、アクセル３７の踏み込み量（アクセル開度とも呼ばれる）を計測するアクセルセンサ３５と、駆動回路３６と、モータ３１と、ギヤ機構３２と、車輪３４とを備えている。駆動回路３６は、モータ３１を駆動するための回路であり、たとえばトランジスタインバータで構成されている。モータ３１で発生した動力は、ギヤ機構３２を介して車輪３４に伝達される。
駆動回路３６は、電源システム２０から供給された直流電力を三相交流電力に変換してモータ３１に供給する。供給される三相交流電力の大きさは、アクセルセンサ３５からの入力（アクセル開度Ｗｔ）に応じて制御部５０が制御する駆動回路３６によって決定される。このように、モータ３１に供給される三相交流電力の大きさが電源システム２０の出力電圧には依存しないように車両システムが構成されている。
制御部５０は、燃料電池システム２００と、ＤＣ−ＤＣコンバータ６４と、駆動回路３６とに電気的に接続されており、これらの回路の制御を含む各種の制御を実行する。制御部５０の各種の制御動作は、制御部５０に内蔵されている図示しないメモリ内に格納されたコンピュータプログラムを、制御部５０が実行することによって実現される。このメモリとしては、ＲＯＭやハードディスクなどの種々の記録媒体を利用することが可能である。
図２は、２次電池２６と燃料電池システム２００とが駆動回路３６に電力を供給する様子を示すブロック図である。図２（ａ）は、駆動回路３６の駆動要求電力が燃料電池システム２００の出力電力であるＦＣ電力よりも大きい場合を、図２（ｂ）は、駆動回路３６の駆動要求電力がＦＣ電力よりも小さい場合を示している。
駆動回路３６の駆動要求電力がＦＣ電力よりも大きい場合には、燃料電池システム２００とともに２次電池２６も同時に駆動回路３６に電力を供給する（図２（ａ））。たとえばアクセル３７が踏み込まれて瞬間的に駆動要求電力が大きくなったときに、２次電池２６と燃料電池システム２００の双方が電力を供給することになる。
駆動回路３６の駆動要求電力がＦＣ電力よりも小さい場合には、ＦＣ電力のうちの余剰電力が２次電池２６に供給され、後述する２次電池に充電される（図２（ｂ））。たとえばアイドリング中に駆動要求電力が小さくなったときには、燃料電池システム２００は、駆動回路３６と２次電池２６の双方に電力を供給することになる。
図３は、ＤＣ−ＤＣコンバータ６４の出力電圧の調整によって燃料電池システム２００の出力が制御される様子を示す説明図である。図３（ａ）は、燃料電池システム２００の出力電圧であるＦＣ電圧と出力電流であるＦＣ電流との間の関係を示している。図３（ａ）から分かるように、ＦＣ電圧が高くなるとＦＣ電流が小さくなり、ＦＣ電圧が低くなるとＦＣ電流が大きくなる関係にある。
具体的には、ＦＣ電圧がＶ0のときには、ＦＣ電流はＩ0であり、ＦＣ電力はＰ0である。ＦＣ電圧がＶ1に下降すると、ＦＣ電流はＩ1に、ＦＣ電力はＰ1にそれぞれ上昇する。しかし、Ｖ1からさらにＦＣ電圧が下降しても、ＦＣ電流の増加は飽和しつつあり、ＦＣ電流とＦＣ電圧の積であるＦＣ電力は逆に下降し始める。
なお、電源システム２０は、燃料電池システム２００を保護するためにＦＣ電圧が運用最小電圧Ｖmin未満とならないように構成されている。この結果、燃料電池システム２００は、開放電圧ＯＣＶと運用最小電圧Ｖminの間の出力電圧で運用されることになる。
図３（ｂ）は、ＤＣ−ＤＣコンバータ６４が並列に接続された燃料電池システム２００（図１）の電力供給状態を示している。電力Ｐｔは、ある瞬間の駆動要求電力（図２）である。ＦＣ電力は、「−」のハッチングが施された領域として示してあり、２次電源電力は、「＋」のハッチングが施された領域として示してある。ＦＣ電力は、図３（ａ）に示されたものと同一である。
たとえば２次電源電圧がＶ0のときには、ＦＣ電力の値は駆動要求電力Ｐｔよりも小さいＰ0なので、ＤＣ−ＤＣコンバータ６４は、駆動要求電力ＰｔとＰ0の差分（＝Ｐｔ−Ｐ0）の電力を供給することになる。一方、２次電源電圧がＶ1に下降すると、ＦＣ電力の値は駆動要求電力Ｐｔよりも大きいＰ1に上昇するので、ＦＣ電力のうちの余剰電力（＝Ｐ1−Ｐｔ）がＤＣ−ＤＣコンバータ６４を介して２次電池２６に供給されることになる（図２（ｂ））。このように、電源システム２０は、２次電源電圧（ＤＣ−ＤＣコンバータ６４の出力電圧）を調整することによってＦＣ電力を制御可能であることが分かる。
これにより、駆動回路３６の駆動要求電力や２次電池の充電状態に応じて、燃料電池システム２００の出力を調整することができる。たとえば駆動回路３６の駆動要求電力が大きい場合や２次電池２６の充電量が少ない場合には、２次電源電圧を小さくするように制御される。一方、駆動回路３６の駆動要求電力が小さくかつ２次電池の充電量が過大である場合には、ＤＣ−ＤＣコンバータ６４の出力電圧を大きくするように制御される。
なお、本実施例では、説明を分かりやすくするため、起動時においては燃料電池システム２００の反応ガスの流量操作は、フラッディングの抑制や起動時間の短縮の観点から最適制御が行われるとしている。このため、本実施例では、ＤＣ−ＤＣコンバータ６４の出力電圧でのみ燃料電池システム２００の出力制御が行われ、反応ガスの流量操作による出力制御は行われないものとする。
ただし、燃料電池システム２００の出力電圧の操作による出力制御は、反応ガスの流量操作による出力制御応答特性が良いので、出力電圧の操作による出力制御を主とすることによってドライバビリティーの改善に顕著な効果を奏する。
Ｂ．本発明の第１実施例における車両の制御：
図４は、本発明の第１実施例における車両の制御ブロック図である。この制御ブロック図は、ユーザである運転者からのアクセル操作入力（アクセル開度Ｗｔ）を入力するアクセルセンサ３５と、アクセルセンサ３５からアクセル開度Ｗｔを入力する制御部５０と、運転者からのアクセル操作入力に応じて制御部５０によって制御される電源システム２０および駆動回路３６と、から構成されている。
制御部５０は、駆動電力制御部１４と、コンバータ制御回路１６と、最大出力推定部１５と、を備えている。駆動電力制御部１４は、アクセル開度Ｗｔに応じて、要求電力指令値Ｐｔと駆動電圧指令値Ｖｔとを、それぞれ駆動回路３６とコンバータ制御回路１６とに出力する。要求電力指令値Ｐｔは、アクセル開度Ｗｔに応じた駆動力をモータ３１で発生させるための指令値である。駆動電圧指令値Ｖｔは、要求電力指令値Ｐｔを駆動回路３６に供給できるように電源システム２０の出力電圧（駆動電圧）を制御するための指令値である。電源システム２０の出力電圧の制御は、前述のようにＤＣ−ＤＣコンバータ６４の出力電圧を操作することによって行われる。
図５は、本発明の第１実施例における車両の制御内容を示すフローチャートである。ステップＳ１００では、制御部５０は、アクセルセンサ３５からアクセル開度Ｗｔを取得する。アクセル開度Ｗｔの取得は、たとえば所定のサンプリング周期で制御部５０がアクセルセンサ３５から検出されるアクセルペダル踏込み量の信号を入力することによって行われる。
ステップＳ２００では、制御部５０は、アクセル開度Ｗｔに応じて要求電力指令値Ｐｔを決定して駆動回路３６に出力する。要求電力指令値Ｐｔは、本実施例では、アクセル開度Ｗｔに対して正の係数αを乗ずることによって決定される。正の係数αを乗ずるのは、運転者のアクセルの踏み込み量が増大すると、車両の駆動力が増大するようにするためである。
図６は、アクセル開度ｗｔと要求電力指令値Ｐｔおよび供給可能駆動電力Ｐｓとの間の関係の一例を示す説明図である。図６（ａ）は、アクセル開度ｗｔと要求電力指令値Ｐｔの間の関係を示している。図６（ｂ）は、アクセル開度ｗｔと供給可能駆動電力Ｐｓの間の関係を示している。図６（ａ）および図６（ｂ）において、線Ｌ１および線Ｌ１’は、本発明を適用しなかった場合における関係を示している。線Ｌ２は、本発明を適用した場合における関係を示している。
本発明を適用しなかった場合には、アクセル開度ｗｔと要求電力指令値Ｐｔおよび供給可能駆動電力Ｐｓとの間は、以下の関係を有することになる。アクセル開度ｗｔと要求電力指令値Ｐｔの間は、線Ｌ１に示されるように最大アクセル開度Ｗｔｍａｘに電源システム２０の定格最大出力値Ｐｍｒａｔｅが一致するような線形の関係を有している。このような関係は、電源システム２０がその定格最大出力値Ｐｍｒａｔｅを出力できる場合において、運転者が定格最大出力値Ｐｍｒａｔｅを利用できるとともに、アクセル開度ｗｔに応じてリニアに車両を駆動できることを目的として選定されたものである。
しかしながら、たとえば起動時等において、電源システム２０がその定格最大出力値Ｐｍｒａｔｅを出力できない場合においては、線Ｌ１’に示されるようにアクセル開度Ｗｔａで電源システム２０の供給電力の最大値に達し、アクセル開度Ｗｔａから最大アクセル開度Ｗｔｍａｘまでの間は出力が一定となってしまうことになる。この結果、運転者がアクセル３７を踏み込んだにも拘わらず車両１００が加速しないため、運転者の意図に反することになってドライバビリティーの低下を招くことになる。
本実施例では、このようなドライバビリティーの低下を、アクセル開度ｗｔと要求電力指令値Ｐｔの間の関係を線Ｌ１、Ｌ１’から線Ｌ２に変更することによって抑制している。本発明が適用されると、アクセル開度ｗｔと要求電力指令値Ｐｔの間は、線Ｌ２に示されるように最大アクセル開度Ｗｔｍａｘに、そのときの電源システム２０の推定最大出力値Ｐｍｅｓｔが一致するような線形の関係を有している。
このように、本実施例では、運転者が電源システム２０が現実に出力可能な駆動電力を利用できるとともに、アクセル開度ｗｔの全体にわたってアクセル開度ｗｔの増加に対して駆動力が増加する。これにより、運転者がアクセル３７を踏み込むと常に車両１００が加速するため、運転者の意図に沿うことになってドライバビリティーの改善が実現される。
ステップＳ３００では、制御部５０は、駆動回路３６が要求する駆動要求電力を供給できるように電源システム２０を操作する。電源システム２０の操作は、前述のように燃料電池システム２００に並列に接続されたＤＣ−ＤＣコンバータ６４の出力電圧を操作することによって行われる。ＤＣ−ＤＣコンバータ６４の出力電圧は、コンバータ制御回路１６によって制御される。コンバータ制御回路１６は、駆動電力制御部１４から入力した電圧指令値に応じて制御される。
ステップＳ４００では、制御部５０は、係数更新処理を行う。係数更新処理とは、アクセル開度Ｗｔから要求電力指令値Ｐｔを求めるための比例定数である正の係数αを燃料電池システム２００の状態に応じて更新する処理である。
図７は、本発明の第１実施例における係数更新処理の内容を示すフローチャートである。ステップＳ４１０では、最大出力推定部１５は、電流電圧特性を推定する。電流電圧特性の推定は、最大出力推定マップ１５Ｍ（図４）に基づいてＦＣ電流とＦＣ電圧とに応じて行われる。ＦＣ電流とＦＣ電圧は、それぞれ電流計６７と電圧計６９とを用いて計測される（図１、図４）。最大出力推定マップ１５Ｍは、本実施例では最大出力推定部１５に備えられている。
図８は、最大出力推定マップ１５Ｍを用いてＦＣ最大電力を推定する方法を示す説明図である。図８（Ａ）は、ＦＣ電流とＦＣ電圧とに応じて電流電圧特性を推定する方法を示している。図８（Ｂ）は、推定された電流電圧特性からＦＣ最大電力を推定する方法を示している。最大出力推定マップ１５Ｍは、燃料電池システム２００が有する図示しない燃料電池の温度毎の電流電圧特性を表す曲線Ｃ１、Ｃ２を含む複数の曲線を有している。
最大出力推定部１５は、たとえばＦＣ電流とＦＣ電圧が計測値Ｐ１である場合には、電流電圧特性を表す曲線として曲線Ｃ１を選択し、たとえば計測値Ｐ２である場合には、曲線Ｃ２を選択する。
ステップＳ４２０では、制御部５０は、ＦＣ最大出力推定処理を行う。ＦＣ最大出力推定処理とは、ＦＣ電圧の調整によって得られる燃料電池システム２００の最大出力を推定する処理である。ＦＣ最大出力は、本実施例では、図８（Ｂ）に示されるようにＦＣ電力の最大値であり、電流電圧特性を表す曲線毎に一義的に定めることができる。たとえば曲線Ｃ２が選択されている場合には、ＦＣ最大出力は、Ｐｍａｘと推定される。
ステップＳ４３０では、制御部５０は、供給可能駆動電力推定処理を行う。供給可能駆動電力推定処理とは、電源システム２０が供給できる最大電力を推定する処理である。電源システム２０が供給できる最大電力は、本実施例では、ＦＣ最大出力とＤＣ−ＤＣコンバータ６４の最大出力の和からヒーター２０１を含む燃料電池システム２００の補機類の消費電力を減じた電力である。
ステップＳ４４０では、制御部５０は、係数決定処理を行う。係数決定処理は、推定された供給可能駆動電力Ｐｍｅｓｔを最大アクセル開度Ｗｔｍａｘで除することによって正の係数αを算出することができる。制御部５０は、このようにして決定された正の係数αによって係数を更新して、ステップＳ４００（図５）の処理が完了する。
このような処理（ステップＳ１００〜ステップＳ４００）がイグニッションがオフにされるまで所定の周期で繰り返される（ステップＳ５００）。これにより、燃料電池システム２００の最大出力が変動しても、アクセル開度Ｗｔの全域に渡って、アクセル開度Ｗｔと電源システム２０の供給電力が正比例することになる。
このように、第１実施例の車両では、燃料電池システム２００の最大出力が変動しても、常に、アクセルの踏み込み量の全域に渡ってアクセルの踏み込み量が増大すると車両の駆動出力が増大するように制御されることになるので、ドライバビリティーが改善されることになる。
なお、本実施例では、線Ｌ１ではアクセル開度０〜アクセル開度Ｗｔａまでのアクセル開度Ｗｔの範囲が、線Ｌ２ではアクセル開度０〜アクセル開度Ｗｔｍａｘまでのアクセル開度Ｗｔの範囲が、それぞれ特許請求の範囲における「正応答領域」に相当する。
Ｃ．本発明の第２実施例における車両の制御：
図９は、本発明の第２実施例における車両の制御内容を示すフローチャートである。このフローチャートは、第１実施例のフローチャートにステップＳ３５０を追加して構成されたものである。ステップＳ３５０は、アクセル開度Ｗｔがゼロとなった場合に係数更新処理（ステップＳ４００）の実行を限定するためのプロセスである。
アクセル開度Ｗｔがゼロとなった場合に係数更新処理の実行を限定するのは、ドライバビリティーのさらなる改善のためである。たとえば起動時において燃料電池システム２００の供給可能電力が増大しつつある場合には、係数更新処理が実行される度に同一のアクセル開度Ｗｔに対する車両の駆動力が増大することになる。この増大は、運転者がアクセル開度Ｗｔをほぼ一定にして定常運転を行っているときに、アクセル開度Ｗｔを変更していないのにも拘わらず徐々に加速する原因となる。このような運転者の意図しない加速は、ドライバビリティーの低下の要因となる。
図１０は、本発明の第２実施例において係数更新処理が実行される様子を示す説明図である。この図は、最大供給可能電力が電力Ｐｍｅｓｔから電力Ｐｍｅｓｔ’に増大したときの様子を示している。最大供給可能電力が電力Ｐｍｅｓｔから電力Ｐｍｅｓｔ’に増大すると、係数αも増大するため同一のアクセル開度Ｗｔに対する要求電力指令値Ｐｔも増大することになる。具体的には、図１０においてアクセル開度Ｗｔｕで一定の場合においても要求電力指令値Ｐｔｕ（点Ｐｕ）から要求電力指令値Ｐｔｕ’（点Ｐｕ’）に要求電力指令値Ｐｔが上昇することになる。
一方、アクセル開度Ｗｔがゼロのときには係数更新処理が実行されても要求電力指令値Ｐｔが変動しないので、アクセル開度Ｗｔがゼロのときに係数更新処理の実行を限定すれば、運転者の意図しない加速の発生を防止することができる。
このように、第２実施例の車両では、アクセル開度Ｗｔがゼロのときに係数更新処理の実行が限定されるので、運転者の意図しない加速の発生を防止することができる。
なお、アクセル開度Ｗｔがゼロのときとは、必ずしもアクセル開度Ｗｔが完全にゼロであることを要せず、たとえばアクセル３７の操作に遊びがある場合には、アクセル開度Ｗｔが遊びの範囲にある場合もゼロとみなすようにしても良い。このような操縦者の意図とは考えられない操作量の範囲は、特許請求の範囲において「ほぼゼロ」に相当する。
また、図１１に示されるようにアクセル開度Ｗｔの変動に応じて要求電力指令値Ｐｔが変動する際に係数更新処理を実行するようにしても良い。こうすれば、アクセル開度Ｗｔが一定であるにも拘わらず、要求電力指令値Ｐｔが変動することを防止することができる。
具体的には、係数更新処理前の関係を表す線Ｌ１から係数更新処理後の関係を表す線Ｌ２への更新は、以下のようにして行われる。係数更新処理前において、アクセル開度Ｗｔと要求電力指令値Ｐｔとが点Ｐｕ１の位置にある場合には、アクセル開度Ｗｔを増大させるときには、線Ｌ２に沿って点Ｐｕ２に近づくように修正され、一方、アクセル開度Ｗｔを減少させるときには、線Ｌ３に沿って点Ｐｕ３に近づくように修正される。
このように、アクセル開度Ｗｔの変動に応じた要求電力指令値Ｐｔの変動に併せて係数更新処理前の関係から係数更新処理後の関係に近づけるように修正処理を行うように構成しても運転者の意図しない加速の発生を防止することができる。
Ｄ．本発明の第３実施例における車両の制御：
図１２は、本発明の第３実施例における車両の制御内容を示すフローチャートである。このフローチャートは、第１実施例のフローチャートにステップＳ１６０〜ステップＳ１９０を追加するとともに、ステップＳ４００のプロセルの内容を変更してステップＳ４００ａとすることによって構成されたものである。
ステップＳ１７０では、制御部５０（図１）は、燃料電池システム２００に備えられたヒーター２０１への電力供給を停止する。ヒーター２０１への電力供給を停止するのは、電源システム２０の最大供給可能電力を増加させるためである。ステップＳ１６０は、ヒーター２０１への電力供給の停止を、要求電力指令値Ｐｔがヒーター２０１への電力供給時における推定供給可能駆動電力Ｐｍｅｓｔに近づいているときに限定するためのステップである。
ステップＳ１９０では、制御部５０は、燃料電池システム２００に備えられたヒーター２０１への電力供給を再開する。ステップＳ１８０は、ヒーター２０１への電力供給の再開を、要求電力指令値Ｐｔがヒーター２０１への電力供給時における推定供給可能駆動電力Ｐｍｅｓｔを十分下回るとともに、推定供給可能駆動電力Ｐｍｅｓｔに再度近づく可能性が小さいときにヒーター２０１への電力供給の再開を限定するためのステップである。
このように、ヒーターオフの閾値Ｗｔｈ２をヒーターオンＷｔｈ１の閾値よりも小さくしているのは、頻繁なオンオフによるヒーター２０１の劣化を抑制することができるからである。
このように、第３実施例では、図１３に示されるように要求電力指令値Ｐｔが推定供給可能駆動電力Ｐｍｅｓｔを超える際には、ヒーター２０１への電力供給を停止して電源システム２０の最大供給可能電力が増大されるので、燃料電池システム２００の最大出力が変動しても、アクセルの踏み込み量が増大すると車両の駆動出力が増大するように制御される領域が増大する。この結果、ドライバビリティーが改善されることになる。
なお、第３実施例は、第１実施例や第２実施例と組み合わせて構成することも可能である。たとえば図１４に示される例では、ヒーター２０１への電力供給を停止することによって増大した推定供給可能駆動電力Ｐｍｅｓｔ’を基準にして係数更新処理が行われている。この構成は、第１実施例と第３実施例とを組み合わせることによって実現されたものである。
また、電源システム２０の最大供給可能電力の増大のためには、必ずしもヒーター２０１への電力供給を停止する必要はなく、削減するように構成しても良い。たとえばヒーター２０１が図示しないスイッチを介して２次電池２６に接続された複数のヒーター要素で構成されている場合には、複数の熱線のうちの一部への供給を停止するように構成しても良いし、あるいは接続状態を変更して供給電力を削減するようにしても良い。
図１５は、複数のヒーター要素の接続の切替によってヒーター２０１への電力供給量が削減される要素を示す説明図である。ヒーター２０１は、抵抗値が同一の２つのヒーター要素２０２、２０３と、２つのヒーター要素２０２、２０３の一方に接続された２つのスイッチＳ１、Ｓ２と、２つのヒーター要素２０２、２０３の一方に共通に接続されたスイッチＳ３とを備えている。ヒーター２０１は、２次電池２６に直接接続されいてる。
ヒーター２０１への電力供給量は、３つのスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３の接続状態によって変動させることができる。たとえば図１５（ａ）の接続状態においては、２つのヒーター要素２０２、２０３の双方で電力が消費される。図１５（ｂ）の接続状態においては、スイッチＳ１がオフとされ、ヒーター要素２０２における電力消費量が削減されている。図１５（ｃ）の接続状態においては、２つのヒーター要素２０２、２０３が直列に接続されているので、電流値が半分となって電力消費量も半分に削減されている。ヒーターは、レジスタンスによって熱を発生させるからである。
なお、ヒーター要素の数は、複数であれば良く、２つである場合に限られない。また、複数のヒーター要素の全部については、接続状態が変更可能である必要はなく、一部について変更可能であればよい。さらに、スイッチによるオンオフと直列への接続切替を組み合わせるようにしても良い。
ヒーターは、一般に、インダクタンス成分が小さいので、このような切替操作は時間遅れをほとんど生じさせることなく供給可能電力を増大させることができる。このため、ヒーターのこのような切替操作は、電源の操作性改善に大きく寄与することができる。このようなヒーターには、たとえばシーズヒーター、グローブプラグヒーター、ＰＴＣヒーターといったものがある。
なお、電源システム２０の最大供給可能電力の増大のためには、必ずしも電源システム２０のヒーター２０１その他の補機類である必要はない。たとえば図示しないリアウインドウの曇り取りのためのヒーターへの電力供給を削減するようにしても良い。ただし、複数の系統への電力供給を削減する場合には、各系統の優先順位に応じて電力供給を削減するように構成することが好ましい。
Ｅ．変形例：
以上、本発明のいくつかの実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形例が可能である。
Ｅ−１．上記実施例では、アクセル開度と駆動要求電力との間の関係は線形であるが、非線形であっても良い。
Ｅ−２．上記実施例では、電源システムは２次電池を備えているが、２次電池を備えない構成としても良い。本発明に使用する電源システムは、燃料電池を有するものであればよい。
Ｅ−３．上記実施例では、燃料電池システムの起動時の出力低下を想定しているが、たとえば燃料電池システムの経年変化あるいは２次電池の充電状態や経年変化に起因する出力低下にも本発明を適用することができる。２次電池の充電状態や経年変化に起因する出力低下は、たとえば２次電池の電流電圧特性や充電量に基づいて推定可能である。充電量は、残存容量モニタ２８（図１）によって計測可能である。さらに、たとえば燃料電池システムの起動シーケンスにおいては、定格出力の５０％と一律に推定するような簡易な推定方法で推定しても良い。
Ｅ−４．上記実施例では、燃料電池システムの電流電圧特性に基づいて燃料電池システムの起動時の出力低下を推定しているが、たとえば図示しない燃料電池の温度を計測して、計測された温度に基づいて出力低下を推定するようにしても良い。燃料電池の温度計測は、たとえば燃料電池の冷却水の温度に基づいて計測することが可能である。
Ｅ−５．上記実施例では、燃料電池システムの出力電圧を操作して燃料電池システムの出力を制御するように構成されているが、燃料電池システムの反応ガスの流量を操作して出力を制御するように構成しても良いし、両者を組み合わせても良い。ただし、燃料電池システムの出力電圧を操作する構成は応答特性が良いので、この構成を含めればドライバビリティーの改善に顕著な効果を奏する。
本発明の一実施例としての燃料電池システムを備える車両の概略構成図。 ２次電池２６と燃料電池システム２００とが駆動回路３６に電力を供給する様子を示すブロック図。 ＤＣ−ＤＣコンバータ６４の出力電圧の調整によって燃料電池システム２００の出力が制御される様子を示す説明図。 本発明の第１実施例における車両の制御ブロック図。 本発明の第１実施例における車両の制御内容を示すフローチャート。 アクセル開度ｗｔと要求電力指令値Ｐｔおよび供給可能駆動電力Ｐｓとの間の関係の一例を示す説明図。 本発明の第１実施例における係数更新処理の内容を示すフローチャート。 最大出力推定マップ１５Ｍを用いてＦＣ最大電力を推定する方法を示す説明図。 本発明の第２実施例における車両の制御内容を示すフローチャート。 本発明の第２実施例において係数更新処理が実行される様子を示す説明図。 本発明の第２実施例の他の例において係数更新処理が実行される様子を示す説明図。 本発明の第３実施例における車両の制御内容を示すフローチャート。 ヒーターオフによってアクセル開度と要求電力との間の相関関係が正となる領域が増大している様子を示す説明図。 第１実施例と第３実施例とを組み合わせることによってアクセル開度と要求電力との間の相関関係が正となる領域が増大している様子を示す説明図。 ヒーターへの電力供給量が削減される要素を示す説明図。
符号の説明
１４…駆動電力制御部
１５…最大出力推定部
１５Ｍ…最大出力推定マップ
１６…コンバータ制御回路
２０…電源システム
２８…残存容量モニタ
３０…負荷部
３１…モータ
３２…ギヤ機構
３４…車輪
３５…アクセルセンサ
３６…駆動回路
３７…アクセル
５０…制御部
６４…ＤＣコンバータ
６７…電流計
６９…電圧計
１００…車両
２００…燃料電池システム
２０１…ヒーター
２０２、２０３…ヒーター要素
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３…スイッチ

Claims (9)

  1. 燃料電池を有する電源を制御する電源制御装置であって、
    前記電源は、前記電源が発生する電力で前記燃料電池を加熱する加熱部を備え、
    前記電源制御装置は、
    前記電源の外部からの操作入力を入力するとともに、前記操作入力に応じて前記電源に対する要求電力を決定する要求電力決定部と、
    前記要求電力に応じて、前記電源を操作する電源操作部と、
    を備え、
    前記電源操作部は、前記加熱時において、前記電源が供給可能な電力である供給可能電力よりも前記要求電力が大きいときには前記加熱に使用される電力を制限することを特徴とする、電源制御装置。
  2. 請求項１記載の電源制御装置であって、
    前記電源操作部は、前記供給可能電力と前記要求電力の差が大きいほど前記制限の程度を大きくする、電源制御装置。
  3. 請求項２記載の電源制御装置であって、
    前記加熱部は、複数のヒーターを用いて前記燃料電池を加熱し、
    前記電源操作部は、前記複数のヒーターのうちの電力が供給されているヒーターの数を変更することによって前記制限の程度を調整する、電源制御装置。
  4. 請求項２または３に記載の電源制御装置であって、
    前記加熱部は、複数のヒーターを用いて前記燃料電池を加熱し、
    前記複数のヒーターは、少なくとも一部について並列接続による電力供給と直列接続による電力供給の切替が可能であり、
    前記電源操作部は、前記直列接続により電力が供給されるヒーターの数を変更することによって前記制限の程度を調整する、電源制御装置。
  5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の電源制御装置であって、さらに、
    前記供給可能電力の推定値である推定供給可能電力を推定する推定部を備え、
    前記電源操作部は、前記推定供給可能電力を前記供給可能電力とみなして前記制限を行う、電源制御装置。
  6. 請求項５記載の電源制御装置であって、
    前記推定部は、前記燃料電池の電流電圧特性を計測するとともに、前記計測された電流電圧特性に応じて前記供給可能電力を推定する、電源制御装置。
  7. 請求項５または６に記載の電源制御装置であって、
    前記推定部は、前記燃料電池の温度を計測するとともに、前記計測された温度に応じて前記供給可能電力を推定する、電源制御装置。
  8. 車両であって、
    請求項１ないし７のいずれかに記載の電源制御装置と、
    前記電源が供給する電力によって前記車両を駆動する車両駆動部と、
    を備えることを特徴とする、車両。
  9. 燃料電池を有する電源を制御する方法であって、
    前記電源は、前記電源が発生する電力で前記燃料電池を加熱する加熱部を備え、
    前記電源制御方法は、
    （ａ）前記電源の外部からの操作入力を入力するとともに、前記操作入力に応じて前記電源に対する要求電力を決定する工程と、
    （ｂ）前記要求電力に応じて、前記電源を操作する工程と、
    を備え、
    前記工程（ｂ）は、前記加熱時において、前記電源が供給可能な電力である供給可能電力よりも前記要求電力が大きいときには前記加熱に使用される電力を制限する工程を含むことを特徴とする、電源制御方法。
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