JP2007035480A - 車載用燃料電池システムおよびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料電池を冷却するラジエータの冷却能力を最大に高めた場合でも、冷却水ポンプを駆動する駆動モータの回転速度の上限値を適切に設定して無駄な電力消費をなくし、システム全体のエネルギー効率の向上を図ることができる車載用燃料電池システムおよびその制御方法を提供する。
【解決手段】 燃料電池２とラジエータ７との間で冷却水を循環させる冷却水循環水路８ａ，８ｂと、この冷却水循環水路８ａ，８ｂに冷却水を循環させる冷却水ポンプ９と、この冷却水ポンプ９を駆動する駆動モータ１０と、この駆動モータ１０の回転速度を制御する制御装置１１と、を有し、制御装置１１は、燃料電池２の発電出力、または燃料電池２の発電出力をエネルギーとして走行する燃料電池自動車の車速の変化に応じて、駆動モータ１０の回転速度上限値が変化するよう制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料電池自動車に搭載するのに好適な車載用燃料電池システムおよびその制御方法に関する。

燃料電池は、一般に、固体高分子電解質膜の両面にそれぞれアノード極（燃料極）とカソード極（空気極）とを備え、アノード極側に燃料ガスとしての水素ガスを供給し、カソード極側に酸化剤ガスとしての空気（酸素）を供給して、これらのガスを電気化学反応させることで発電するものである。燃料電池の発電時には発熱をともなうため、燃料電池内に冷却水を循環させて冷却を行なっている（例えば、特許文献１参照）。

前記特許文献１の燃料電池システムでは、燃料電池自動車の前面側に設けたラジエータで熱交換される冷却水を、ウォータポンプの駆動によって燃料電池内を循環させて、発電時に発熱する燃料電池を冷却するようにしている。また、燃料電池の発熱量がラジエータの冷却能力を上回る場合には、ラジエータの冷却能力の範囲内で燃料電池に最大限の電力を出力させるようにしている。
特開２００２−８３６２２号公報（段落番号［００２１］、［００４３］、図１）

ところで、前記特許文献１の従来の燃料電池システムでは、燃料電池の発熱量がラジエータの冷却能力を上回る場合には、ウォータポンプの駆動モータを最大回転速度で駆動し、ラジエータの冷却能力を最大に高めた状態にしている。しかしながら、熱交換器としてのラジエータは、設計上の冷却能力（放熱能力）の上限が決まっているので、ウォータポンプの駆動モータの回転速度が所定回転速度まではそれに応じてラジエータの冷却能力が上昇するが、前記駆動モータを前記所定回転速度以上に上げてもラジエータの冷却能力はそれ以上向上せず、ほぼ一定となる。

そのため、前記のようにウォータポンプを駆動する駆動モータの回転速度が、前記所定回転速度を超えて最大回転速度の間では、ラジエータの冷却能力は一定でそれ以上向上しないので、この回転速度範囲ではウォータポンプを駆動する駆動モータの電力消費が無駄になり、燃料電池システム全体のエネルギー効率が低下してしまう。

そこで、本発明は、燃料電池を冷却するラジエータ（熱交換器）の冷却能力を最大に高めた場合でも、ウォータポンプ（冷却水ポンプ）を駆動する駆動モータの回転速度の上限値を適切に設定して無駄な電力消費をなくし、システム全体のエネルギー効率の向上を図ることができる車載用燃料電池システムおよびその制御方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、反応ガスの反応により発電をする燃料電池を備えた、車両に搭載される車載用燃料電池システムであって、熱交換器と、前記燃料電池と前記熱交換器との間で冷媒を循環させる冷媒循環路と、前記冷媒循環路に冷媒を循環させる冷媒循環用ポンプと、前記冷媒循環用ポンプを駆動する駆動モータと、前記駆動モータの回転速度を制御する制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記駆動モータの回転速度上限値が変化するように制御することを特徴としている。また、請求項７に記載の発明は、反応ガスの反応により発電をする燃料電池と、熱交換器と、前記燃料電池と前記熱交換器との間で冷媒を循環させる冷媒循環路と、前記冷媒循環路に冷媒を循環させる冷媒循環用ポンプと、前記冷媒循環用ポンプを駆動する駆動モータと、前記駆動モータの回転速度を制御する制御手段と、を備えた、車両に搭載される車載用燃料電池システムの制御方法であって、前記制御手段は、前記駆動モータの回転速度上限値が変化するように制御することを特徴としている。

請求項１および請求項７に記載の発明によれば、駆動モータの回転速度上限値が変化するよう制御することにより、車速が上がって冷媒の温度が上昇した場合でもそれに応じた駆動モータの回転速度上限値を設定することができる。

また、請求項２および請求項８に記載の発明は、前記制御手段が、前記冷媒循環路を循環する冷媒を冷却する前記熱交換器の冷却能力に基づいて前記駆動モータの回転速度上限値を設定することを特徴としている。

請求項２および請求項８に記載の発明によれば、熱交換器の冷却能力に応じた駆動モータの回転速度上限値を設定することにより、熱交換器の冷却能力に応じた回転速度上限値で駆動モータを駆動することができる。

また、請求項３および請求項９に記載の発明は、前記制御手段が、前記燃料電池の発電出力をエネルギーとして走行する前記車両の車速に基づいて、前記熱交換器の冷却能力を算出することを特徴としている。

請求項３および請求項９に記載の発明によれば、車両の車速に基づいて熱交換器の冷却能力を算出することにより、車両の車速に応じた回転速度上限値で駆動モータを駆動することができる。

また、請求項４および請求項１０に記載の発明は、前記制御手段が、前記燃料電池の発電出力に基づいて、前記熱交換器の冷却能力を算出することを特徴としている。

請求項４および請求項１０に記載の発明によれば、燃料電池の発電出力に基づいて熱交換器の冷却能力を算出することにより、燃料電池の発電出力に応じた回転速度上限値で駆動モータを駆動することができる。

また、請求項５および請求項１１に記載の発明は、前記駆動モータが、前記冷媒循環用ポンプ、および前記反応ガスを前記燃料電池に供給する反応ガス供給ポンプの共通の駆動源であり、前記制御手段は、前記反応ガス供給ポンプのガス供給流量上限値に基づいて前記駆動モータの回転速度上限値を設定することを特徴としている。

請求項５および請求項１１に記載の発明によれば、単一の駆動モータで、前記冷媒循環用ポンプ、および反応ガスを前記燃料電池に供給する反応ガス供給ポンプを駆動することができ、さらに、反応ガス供給ポンプのガス供給流量上限値に基づいて設定される回転速度上限値で駆動モータを駆動することができる。

また、請求項６および請求項１２に記載の発明は、前記制御手段が、前記車両の車速に応じた前記燃料電池の目標発電出力に基づいて、前記駆動モータの標準回転速度を算出する標準回転速度算出手段と、前記冷媒の温度に基づいて前記駆動モータの回転速度増量値を算出する回転速度増量値算出手段と、前記車両の走行時における車速または発電出力から前記駆動モータの上限回転速度を算出する上限回転速度算出手段と、を備えていることを特徴としている。

請求項６および請求項１２に記載の発明によれば、車両の走行時における駆動モータの回転速度を、駆動モータの上限回転速度の範囲内で適切に設定することができる。

本発明に係る車載用燃料電池システムおよびその制御方法によれば、走行時に車速が上がって冷媒の温度が上昇した場合でもそれに応じた駆動モータの回転速度上限値を設定することができる。よって、駆動モータが最大回転速度で駆動されることが防止されることによって無駄な電力消費がなくなり、車載用燃料電池システム全体の効率向上を図ることができる。

以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る車載用燃料電池システムを示す概略構成図、図２は、本実施形態に係る車載用燃料電池システムを搭載した車両（燃料電池自動車）を示す概略図である。

図１に示すように、本実施形態に係る車載用燃料電池システム（以下、燃料電池システムという）１は、燃料電池自動車（図２参照）３０に搭載されたシステムであって、燃料電池２と、燃料電池２のアノード極３に燃料ガスとしての水素を供給する水素供給部４と、燃料電池２のカソード極５に酸化剤ガス（反応ガス）としての空気を供給する酸化剤ガス供給手段としてのエアコンプレッサ６と、燃料電池２内に冷媒としての冷却水を循環させて燃料電池２の冷却を行なうラジエータ（熱交換器）７と、燃料電池２内とラジエータ７との間に設けた冷媒循環路としての冷却水循環水路８ａ，８ｂに冷却水を循環させるための冷媒循環用ポンプとしての冷却水ポンプ９と、前記エアコンプレッサ６および冷却水ポンプ９の両方を駆動する単一の駆動モータ１０と、この燃料電池システム１を制御する制御手段としての制御装置（ＥＣＵ）１１と、を主に備えている。

燃料電池２は、主として、一価の陽イオン交換型の高分子電解質膜（以下、「電解質膜」という）１２の両面を前記アノード極３（燃料極）および前記カソード極５（空気極）で挟持してなる膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly、膜電極複合体）と、この膜電極接合体を挟持するセパレータ（不図示）とからなる単セルが、複数積層されたスタック構造となっている。なお、図１では、前記単セルの構成を示しているが、実際にはこの単セルを直列に複数接続して所定の電圧が得られるように構成されている。

前記セパレータには、電解質膜１２の全面に水素ガス、空気（酸素）を、それぞれ供給するための溝や、各単セルに供給するための貫通孔などが形成されている。そして、アノード極３に供給される水素と、カソード極５に供給される空気（酸素）との電気化学反応によって発電するようになっている。また、燃料電池２には、発電時に出力される電力を発電電流として検出する電流センサ１３が設けられている。

水素供給部４は、不図示の水素が貯蔵された水素タンクと遮断弁等を備えており、遮断弁（不図示）を開弁することで、水素タンク（不図示）内から水素が水素供給流路１４を通して燃料電池２のアノード極３に供給されるようになっている。エアコンプレッサ６は、圧縮した空気（外気）を空気供給流路１５を通して燃料電池２のカソード極５に供給する。なお、空気供給流路１５には、燃料電池２のカソード極５に供給する空気を加湿するための加湿器（不図示）が設けられている。

ラジエータ７は、燃料電池自動車（図２参照）３０の前面側に設けられた熱交換器であり、冷却水ポンプ９の駆動によって燃料電池２内とラジエータ７との間に設けた冷却水循環水路８ａ，８ｂに冷却水を循環させ、燃料電池２の発電時に発生した熱を、前記冷却水を介してラジエータ７にて大気中に放熱する。また、冷却水循環水路８ｂの燃料電池２とラジエータ７との間には、燃料電池２から出た冷却水の温度を検出する温度センサ１６が設けられている。

制御装置１１は、前記した水素供給部４の遮断弁（不図示）の開／閉制御、およびエアコンプレッサ６と冷却水ポンプ９の両方を駆動する駆動モータ１０の駆動制御（回転速度制御）を含む燃料電池システム１全体の動作を制御するものであり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェイス等で構成されている。また、図３に示すように、本実施形態に係る制御装置１１は、エアコンプレッサ６と冷却水ポンプ９を駆動する駆動モータ１０の回転速度を制御する駆動モータ制御部２０を有しており、この駆動モータ制御部２０には、冷却水温度判定部２１と、標準回転速度算出部２２と、回転速度増量値算出部２３と、上限回転速度算出部２４と、上限回転速度判定部２５と、回転速度指令値出力部２６とを主に備えている（駆動モータ制御部２０による駆動モータ１０の回転速度制御の詳細については後記する）。なお、エアコンプレッサ６と冷却水ポンプ９は、駆動モータ１０の駆動によって同じ回転速度で駆動、もしくはギアやプーリを介在させて回転速度が比例するように駆動される。

冷却水温度判定部２１は、温度センサ１６からの冷却水の温度情報に基づいて、燃料電池２内を循環する冷却水の温度が予め設定した所定温度（水温上昇判定閾値）を超えたか否かを判定する。

標準回転速度算出部２２は、図４（ａ）に示すように、燃料電池自動車（図２参照）３０の車速（走行速度）に応じた目標電力としての目標発電電流と駆動モータ１０の標準回転速度ＮＢＳとの関係をマップとして予め記憶しており、このマップと運転者のアクセルペダル（不図示）の踏み込み操作によるアクセル開度によって決定される目標発電電流から標準回転速度指令値ＮＢＳを算出する。

回転速度増量値算出部２３は、図４（ｂ）に示すように、冷却水温度と駆動モータ１０の回転速度増量値ＮＵＰとの関係をマップとして予め記憶しており、このマップと温度センサ１６から入力される冷却水の温度情報（冷却水温度）から駆動モータ１０の回転速度増量値ＮＵＰを算出する。

上限回転速度算出部２４は、図４（ｃ）に示すように、燃料電池自動車３０の車速と駆動モータ１０の上限回転速度ＮＬＭＴとの関係をマップとして予め記憶しており、このマップと車速センサ２７（図１、図３参照）から入力される燃料電池自動車３０の車速から駆動モータ１０の上限回転速度ＮＬＭＴを算出する。なお、燃料電池自動車３０の走行時における車速と燃料電池２から出力される発電電流（発電電力）はほぼ比例関係にあるので、上限回転速度算出部２４は、燃料電池２から出力される発電電流と駆動モータ１０の上限回転速度ＮＬＭＴとの関係をマップとして記憶しておき、このマップと電流センサ１３から入力される発電電流情報から駆動モータ１０の上限回転速度ＮＬＭＴを算出するようにしてもよい。

図４（ｃ）に示すように、駆動モータ１０の上限回転速度ＮＬＭＴは、燃料電池自動車３０の車速（または燃料電池２から出力される発電電流）が上昇して所定の値になると一定になる。なお、この上限回転速度ＮＬＭＴは、駆動モータ１０が実際に回転可能な最大回転数ではなく、ラジエータ７の冷却能力に応じた回転速度であり、この上限回転速度ＮＬＭＴ以上に回転を上げてもラジエータ７の冷却能力は上がらない。

また、本実施形態においては、駆動モータ１０の上限回転速度ＮＬＭＴを、エアコンプレッサ６の空気供給流量上限値（ガス供給流量上限値）に基づいて設定するようにしてもよい。

すなわち、図５に示すように、エアコンプレッサ６の回転数が所定値まで上昇していないとき（このときのエア流量は、図５のＡ１〜Ａ２の間）は、水素の供給量に比べてエア流量（空気供給量）が少ないので、燃料電池２の発電による出力電圧は所定値に達していない。なお、図５では、エアコンプレッサ６の回転数に応じたエア流量がＡ２〜Ａ３の間において、適切なエア流量であり、このエア流量のときに最大の出力電圧が得られる。また、本実施形態では、エアコンプレッサ６の回転数に比例して冷却水ポンプ９の回転数が変化する。

そして、エアコンプレッサ６を駆動モータ１０が実際に回転可能な最大回転速度付近まで上昇させると、この燃料電池２に対してエア流量の増量限界（図５のＡ３）を超える。エア流量がこの増量限界（図５のＡ３）を超えると、空気供給流路１５に設けた加湿器（不図示）にこの加湿器の加湿能力を超えた過大なエア（空気）が供給されて、十分な加湿ができなくなり、出力電圧（発電出力）が低下する。このような場合でも、前記したように、駆動モータ１０の上限回転速度ＮＬＭＴを、エアコンプレッサ６の空気供給流量上限値に基づいて設定することにより、空気供給流路１５に設けた加湿器（不図示）に適切な量の空気を供給することができる。

上限回転速度判定部２５は、図４（ｃ）に示したマップと車速センサ２７から入力される車速情報（または、電流センサ１３から入力される発電電流情報）に基づいて、冷却水の温度が前記所定温度（水温上昇判定閾値）を超えたときにおける駆動モータ１０の回転数を車速（または発電電流）に応じた上限回転速度ＮＬＭＴにするかそれ以下の回転速度にするかを判定する。

回転速度指令値出力部２６は、後記する図６に示した駆動モータ１０の回転速度制御によって設定された回転速度指令値を駆動モータ１０に出力し、駆動モータ１０を所定の回転速度で回転させる。

次に、前記燃料電池システム１の通常発電（運転）時における動作について説明する。まず、燃料電池自動車（図２参照）３０のイグニッションＯＮ後において、制御装置１１からの信号により、水素供給部４の遮断弁（不図示）を開弁するとともに、駆動モータ１０を駆動してエアコンプレッサ６と冷却水ポンプ９を運転（ＯＮ）する。

これにより、水素供給部４の水素タンク（不図示）内の水素が、水素供給流路１４を通して燃料電池２のアノード極３に供給される。一方、エアコンプレッサ６の運転により、空気供給流路１５を通して加湿器（不図示）によって加湿された空気が燃料電池２のカソード極５に供給される。これにより、燃料電池２内で供給された水素と加湿空気中の酸素との電気化学反応により発電が行われ、燃料電池自動車３０（図２参照）の駆動輪駆動モータ（不図示）等の負荷に電力（発電電流）が供給される。そして、走行用モータ（不図示）の駆動により、燃料電池自動車３０が走行する。

なお、この発電時に燃料電池２のアノード極３から排出された水素オフガスは、水分が分離された後に水素供給流路１４に戻され、再度循環利用される。また、この発電時に燃料電池２のカソード極５から排出された水分を多く含む空気オフガスは外部に排出される。

また、前記発電時には、駆動モータ１０の駆動により冷却水ポンプ９が駆動されており、冷却水循環水路８ａ，８ｂを通して冷却水が燃料電池２とラジエータ７との間を循環しており、燃料電池２で発生した熱を冷却水を介してラジエータ７で放熱して、燃料電池２を冷却している。ところで、燃料電池２の発電によって出力される電力（発電電流）が大きくなるにつれて、すなわち、燃料電池自動車３０の車速（走行速度）が速くなるにつれて、燃料電池２内を循環する冷却水は、燃料電池２で発生する熱の増加によってその温度が上昇する。そのため、冷却水の温度上昇に応じて冷却水ポンプ９を駆動する駆動モータ１０の回転速度を上げ、冷却水の循環を早くしてラジエータ７に供給するようにしている。

以下、燃料電池２の発電時における駆動モータ１０の回転速度制御を、図６および図７を参照して説明する（適宜、図１〜図４を参照）。図６は、制御装置（駆動モータ制御部）による駆動モータの回転速度制御を示すフローチャートであり、図７は、図６に示した駆動モータの回転速度制御時におけるタイムチャートである。

前記した燃料電池２の水素と空気（酸素）の供給による発電により、燃料電池自動車３０の駆動輪駆動モータ（不図示）に電力（発電電流）が供給されて所定の車速で走行中において、標準回転速度算出部２２は、記憶しているマップ（図４（ａ）参照）と運転者のアクセルペダル（不図示）の踏み込み操作によるアクセル開度によって設定される目標発電電流から標準回転速度指令値ＮＢＳを算出する（ステップＳ１）。そして、冷却水温度判定部２１は、温度センサ１６からの冷却水の温度情報に基づいて冷却水温度が予め設定した所定温度（水温上昇判定閾値）を超えたか否かを判定する（ステップＳ２）。ステップＳ２で、冷却水温度≦所定温度の場合には（ステップＳ２のＮｏ）、通常の冷却水温度の範囲であるので、回転速度増量値算出部２３は、駆動モータ１０に対する回転速度増量値ＮＵＰを０に設定（ステップＳ３）した後、ステップＳ５に進む。

すなわち、図７の時刻ｔ０〜ｔ２の間において、燃料電池自動車３０のアクセル開度（走行用モータ（不図示）に対する目標発電電流）は任意の値で一定に維持され、これにともなって、燃料電池２の発電電流および車速もそれぞれ任意の値に維持されている。また、燃料電池２の発電にともなって冷却水の温度は次第に上昇し、本実施形態では、時刻ｔ１で前記所定温度（水温上昇判定閾値）を超える。このように、図７に示す時刻ｔ０〜ｔ１の間では、冷却水の温度が所定温度以下なので、標準回転速度算出部２２に記憶しているマップ（図４（ａ）参照）に基づいた標準回転速度指令値ＮＢＳが駆動モータ１０に出力されて、冷却水ポンプ９およびエアコンプレッサ６が駆動される。

一方、ステップＳ２で、冷却水温度＞所定温度の場合には（ステップＳ２のＹｅｓ）、回転速度増量値算出部２３は、記憶しているマップ（図４（ｂ）参照）と温度センサ１６から入力されるこのときの冷却水の温度情報（冷却水温度）とから、ステップＳ１で算出している標準回転速度指令値ＮＢＳに対する回転速度増量値ＮＵＰを算出する（ステップＳ４）。

そして、上限回転速度算出部２４は、記憶しているマップ（図４（ｃ）参照）と車速センサ２７から入力されるこのときの車速情報とから、駆動モータ１０の上限回転速度ＮＬＭＴを算出する（ステップＳ５）。なお、前記したように、上限回転速度算出部２４は、燃料電池２から出力される発電電流と駆動モータ１０の上限回転速度ＮＬＭＴとの関係をマップとして記憶しておき、このマップと電流センサ１３から入力される発電電流情報からこのときの駆動モータ１０の上限回転速度ＮＬＭＴを算出するようにしてもよい。そして、上限回転速度判定部２５は、ステップＳ１で算出した標準回転速度指令値ＮＢＳとステップＳ３またはステップＳ４で算出した回転速度増量値ＮＵＰとの和（ＮＢＳ＋ＮＵＰ）が、ステップＳ５で算出した駆動モータ１０の上限回転速度ＮＬＭＴを超えたか否かを判定する（ステップＳ６）。

ステップＳ６で、ＮＢＳ＋ＮＵＰ≦ＮＬＭＴの場合には（ステップＳ６のＮｏ）、回転速度指令値出力部２６は、駆動モータ１０に対する回転速度指令値をＮＢＳ＋ＮＵＰに設定する（ステップＳ７）。一方、ＮＢＳ＋ＮＵＰ＞ＮＬＭＴの場合（ステップＳ６のＹｅｓ）には、回転速度指令値出力部２６は、駆動モータ１０に対する回転速度指令値をＮＬＭＴに設定する（ステップＳ８）。

ステップＳ６〜ステップＳ８について詳細に説明すると、燃料電池自動車３０は所定の車速で走行中であり、図７の時刻ｔ１で冷却水温度が前記所定温度（水温上昇判定閾値）を超え、時刻ｔ０〜ｔ２の間においては、燃料電池自動車３０のアクセル開度（走行用モータ（不図示）に対する目標発電電流）は任意の値で一定に維持され、これにともなって、燃料電池２の発電電流および車速もそれぞれ任意の値に維持されている。

よって、時刻ｔ１〜ｔ２の間において、時刻ｔ１直後付近では、まだ回転速度増量値ＮＵＰが小さいのでＮＢＳ＋ＮＵＰ≦ＮＬＭＴの場合（ステップＳ６のＮｏ）であり、回転速度指令値をＮＢＳ＋ＮＵＰに設定し（ステップＳ７）、回転速度指令値出力部２６から駆動モータ１０に対する回転速度指令値としてＮＢＳ＋ＮＵＰを出力する。そして、冷却水温度の上昇とともに回転速度増量値ＮＵＰが大きくなってＮＢＳ＋ＮＵＰ＞ＮＬＭＴの場合（ステップＳ６のＹｅｓ）になると、回転速度指令値をＮＬＭＴに設定し（ステップＳ８）、回転速度指令値出力部２６から駆動モータ１０に対する回転速度指令値としてＮＬＭＴを出力する。このように、時刻ｔ１〜ｔ２の間では、冷却水温度が所定値（水温上昇判定閾値）を超えても、駆動モータ１０に対する回転速度指令値は車速によって決定される上限回転速度ＮＬＭＴに設定される。

そして、図７の時刻ｔ２〜ｔ５の間においては、燃料電池自動車３０のアクセル開度が零となり、時刻ｔ３以降は車速が零になっている。これにともなって、時刻ｔ２〜ｔ３の間で発電電流および車速が次第に低下し、その後、時刻ｔ３〜ｔ５の間で零に維持されている。また、これに伴って冷却水温度も次第に低下し、時刻ｔ４で所定温度以下に下がっている。

これにより、時刻ｔ２〜ｔ３の間においては、車速（または発電電流）の低下に応じて駆動モータ１０の上限回転速度ＮＬＭＴが小さくなる（図４（ｃ）参照）。よって、時刻ｔ２〜ｔ３の間において、上限回転速度ＮＬＭＴが次第に小さくなるので、ＮＢＳ＋ＮＵＰ＞ＮＬＭＴの場合（ステップＳ６のＹｅｓ）になり、回転速度指令値をＮＬＭＴに設定し（ステップＳ８）、回転速度指令値出力部２６から駆動モータ１０に対する回転速度指令値としてＮＬＭＴを出力する。このように、時刻ｔ２〜ｔ３の間では、冷却水温度が所定値（水温上昇判定閾値）を超えていても、駆動モータ１０に対する回転速度指令値は、車速（または発電電流）の低下に応じて小さくなる上限回転速度ＮＬＭＴに設定される。

また、図７の時刻ｔ３〜ｔ４の間においては、冷却水温度が所定値（水温上昇判定閾値）を超えていても、車速（または発電電流）が零に維持されているので、車速によって決定される上限回転速度ＮＬＭＴも小さくなった状態（最低値）に維持される。よって、時刻ｔ３〜ｔ４の間では、上限回転速度ＮＬＭＴが小さくなった状態に維持されるので、ＮＢＳ＋ＮＵＰ＞ＮＬＭＴの場合（ステップＳ６のＹｅｓ）になり、回転速度指令値をＮＬＭＴに設定し（ステップＳ８）、回転速度指令値出力部２６から駆動モータ１０に対する回転速度指令値としてＮＬＭＴを出力する。また、図７の時刻ｔ４〜ｔ５の間においては、車速（または発電電流）が零に維持されているので、車速によって決定される上限回転速度ＮＬＭＴも小さくなった状態（最低値）に維持される。

このように、時刻ｔ１〜ｔ４の間で冷却水温度が所定値（水温上昇判定閾値）を超えていても、本実施形態では、図７に示すような車速（または発電電流）に基づいて決定される上限回転速度ＮＬＭＴに対応した回転速度指令値によって、駆動モータ１０の回転速度を適切に制御することができる。つまり、エアコンプレッサ６および冷却水ポンプ９の駆動源が共通の駆動モータ１０で駆動される本実施形態の燃料電池システム１では、車速（または発電電流）に基づいて駆動モータ１０の上限回転速度ＮＬＭＴを設定することにより、冷却水温度が上昇した場合であっても、駆動モータ１０の回転数を上げ過ぎて（エアコンプレッサ６の回転数を上げ過ぎて）燃料電池２の発電性能を低下させることなく、冷却水ポンプ９の回転数を上げて冷却性を高めることが可能になる。したがって、燃料電池２、特にＭＥＡの耐久性を損なうことなく、出力の低下を防止できるようになる。

なお、図７において、二点鎖線で示した比較例では、冷却水温度が所定値（水温上昇判定閾値）を超えた場合に、駆動モータ１０が実際に回転可能な最大回転速度付近まで回転するような回転速度指令値で駆動モータ１０の回転速度を制御している。この場合のように、前記上限回転速度ＮＬＭＴを超えた最大回転速度で駆動モータ１０を駆動してもラジエータ７の冷却能力はほぼ一定状態に維持される。よって、駆動モータ１０の最大回転速度の駆動に伴って電力消費が増えることにより、燃料電池システム全体の効率も低下する。

本発明の実施形態に係る車載用燃料電池システムを示す概略構成図。 本発明の実施形態に係る車載用燃料電池システムを搭載した燃料電池自動車を示す図。 本発明の実施形態に係る車載用燃料電池システムの制御装置を示す概略構成図。 （ａ）は、目標発電電流と駆動モータの標準回転速度との関係を示す図、（ｂ）は、冷却水温度と回転速度増量値との関係を示す図、（ｃ）は、車速（または発電電流）と上限回転速度との関係を示す図。 燃料電池の出力電圧とエア流量との関係を示す図。 本実施形態における駆動モータの回転速度制御を示すフローチャート。 本実施形態における駆動モータの回転速度制御時におけるタイムチャート。

符号の説明

１ 車載用燃料電池システム（燃料電池システム）
２ 燃料電池
３ アノード極
４ 水素供給部
５ カソード極
６ エアコンプレッサ（反応ガス供給ポンプ）
７ ラジエータ（熱交換器）
８ａ，８ｂ 冷却水循環水路（冷媒循環路）
９ 冷却水ポンプ（冷媒循環用ポンプ）
１０ 駆動モータ
１１ 制御装置（制御手段）
１３ 電流センサ
１６ 温度センサ
２０ 駆動モータ制御部
２１ 冷却水温度判定部
２２ 標準回転速度算出部（標準回転速度算出手段）
２３ 回転速度増量値算出部（回転速度増量値算出手段）
２４ 上限回転速度算出部（上限回転速度算出手段）
２５ 上限回転速度判定部
２６ 回転速度指令値出力部
２７ 車速センサ

Claims (12)

1. 反応ガスの反応により発電をする燃料電池を備えた、車両に搭載される車載用燃料電池システムであって、
   熱交換器と、
   前記燃料電池と前記熱交換器との間で冷媒を循環させる冷媒循環路と、
   前記冷媒循環路に冷媒を循環させる冷媒循環用ポンプと、
   前記冷媒循環用ポンプを駆動する駆動モータと、
   前記駆動モータの回転速度を制御する制御手段と、を有し、
   前記制御手段は、前記駆動モータの回転速度上限値が変化するように制御する、
   ことを特徴とする車載用燃料電池システム。
2. 前記制御手段は、前記冷媒循環路を循環する冷媒を冷却する前記熱交換器の冷却能力に基づいて前記駆動モータの回転速度上限値を設定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の車載用燃料電池システム。
3. 前記制御手段は、前記燃料電池の発電出力をエネルギーとして走行する前記車両の車速に基づいて、前記熱交換器の冷却能力を算出する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の車載用燃料電池システム。
4. 前記制御手段は、前記燃料電池の発電出力に基づいて、前記熱交換器の冷却能力を算出する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の車載用燃料電池システム。
5. 前記駆動モータは、前記冷媒循環用ポンプ、および前記反応ガスを前記燃料電池に供給する反応ガス供給ポンプの共通の駆動源であり、前記制御手段は、前記反応ガス供給ポンプのガス供給流量上限値に基づいて前記駆動モータの回転速度上限値を設定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の車載用燃料電池システム。
6. 前記制御手段は、前記車両の車速に応じた前記燃料電池の目標発電出力に基づいて、前記駆動モータの標準回転速度を算出する標準回転速度算出手段と、前記冷媒の温度に基づいて前記駆動モータの回転速度増量値を算出する回転速度増量値算出手段と、前記車両の走行時における車速または発電出力から前記駆動モータの上限回転速度を算出する上限回転速度算出手段と、を備えている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の車載用燃料電池システム。
7. 反応ガスの反応により発電をする燃料電池と、熱交換器と、前記燃料電池と前記熱交換器との間で冷媒を循環させる冷媒循環路と、前記冷媒循環路に冷媒を循環させる冷媒循環用ポンプと、前記冷媒循環用ポンプを駆動する駆動モータと、前記駆動モータの回転速度を制御する制御手段と、を備えた、車両に搭載される車載用燃料電池システムの制御方法であって、
   前記制御手段は、前記駆動モータの回転速度上限値が変化するように制御する、
   ことを特徴とする車載用燃料電池システムの制御方法。
8. 前記制御手段は、前記冷媒循環路を循環する冷媒を冷却する前記熱交換器の冷却能力に基づいて前記駆動モータの回転速度上限値を設定する、
   ことを特徴とする請求項７に記載の車載用燃料電池システムの制御方法。
9. 前記制御手段は、前記燃料電池の発電出力をエネルギーとして走行する前記車両の車速に基づいて、前記熱交換器の冷却能力を算出する、
   ことを特徴とする請求項８に記載の車載用燃料電池システムの制御方法。
10. 前記制御手段は、前記燃料電池の発電出力に基づいて、前記熱交換器の冷却能力を算出する、
    ことを特徴とする請求項８に記載の車載用燃料電池システムの制御方法。
11. 前記駆動モータは、前記冷媒循環用ポンプ、および前記反応ガスを前記燃料電池に供給する反応ガス供給ポンプの共通の駆動源であり、前記制御手段は、前記反応ガス供給ポンプのガス供給流量上限値に基づいて前記駆動モータの回転速度上限値を設定する、
    ことを特徴とする請求項７に記載の車載用燃料電池システムの制御方法。
12. 前記制御手段は、前記車両の車速に応じた前記燃料電池の目標発電出力に基づいて、前記駆動モータの標準回転速度を算出する標準回転速度算出手段と、前記冷媒の温度に基づいて前記駆動モータの回転速度増量値を算出する回転速度増量値算出手段と、前記車両の走行時における車速または発電出力から前記駆動モータの上限回転速度を算出する上限回転速度算出手段と、を備えている、
    ことを特徴とする請求項７に記載の車載用燃料電池システムの制御方法。

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