JP2007181328A - 車両用制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両を駆動するモータと、このモータに対して並列に接続された燃料電池と、キャパシタとを備えた車両用制御装置において、キャパシタに蓄えられたエネルギを無駄にせず、エネルギを積極的に有効利用することを可能とし、また、エネルギを放出したキャパシタには直ちに充電することを可能とし、キャパシタを大型化することなく、必要なエネルギを得ることにある。
【解決手段】制御手段は、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を車速検出手段により検出される車速に応じて変化するように制御する電圧制御部を備えている。
【選択図】図１

Description

この発明は、車両用制御装置に係り、特に燃料電池（燃料電池スタック）とキャパシタ（電気二重層コンデンサ）とを備えた車両用制御装置に関するものである。

車両には、燃料電池（燃料電池スタック）を搭載した燃料電池自動車がある。この燃料電池自動車においては、車両の総合効率を向上させるために、あるいは、燃料電池の負荷応答特性を補完するために、二次電池やキャパシタ（電気二重層コンデンサ）等の電力貯蔵装置を搭載したハイブリッドシステムを採用しているものがある。中でも、キャパシタは、充放電において二次電池のような化学変化を伴わないため、一般的に、長寿命で出力密度が高く、また、燃料電池の出力電圧にも良く追従し、また、燃料電池との間に大型のＤＣ／ＤＣコンバータ等の電圧調整装置を必要としない等の利点が多いものである。これにより、ハイブリッドシステムが簡素化されるだけでなく、システム効率の向上にも寄与している。

従来、燃料電池とキャパシタとを搭載した車両用制御装置には、キャパシタの放電電流による電気負荷に対する電力供給の補助が必要であると判断されたときに、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧をキャパシタの開回路電圧よりも低く制御し、キャパシタの放電電流によるアシストが不能になることを抑制するものがある。
また、燃料電池とキャパシタとを搭載した車両用制御装置には、燃料電池の最大出力とキャパシタの容量とが、第１走行条件あるいは第２走行条件を満たすように設定され、車両に必要な動特性に適合した性能とし、車両のエネルギ効率を向上するものがある。
更に、燃料電池とキャパシタとを搭載した車両用制御装置には、充電器と出力コンバータとの間にキャパシタとしての電気二重層コンデンサを設け、電力発生手段から出力される電力を電気二重層コンデンサに充電器を介して充電し、そして、電気二重層コンデンサから供給される電力で電動機を駆動し、蓄電装置が大型化するのを防止するものがある。
特開２００５−８５６２３号公報 特開２００４−３１２９６４号公報 特開平９−２３３６０８号公報

ところで、従来、燃料電池とキャパシタとを搭載した燃料電池自動車の車両用制御装置において、キャパシタ電圧が燃料電池電圧に良く追従するという特徴はメリットがある一方、キャパシタ電圧を燃料電池電圧以下に下げることができないことを意味する。キャパシタに蓄えられる電気的なエネルギは、キャパシタの静電容量及び充放電時の動作電圧範囲に依存するため、キャパシタの最高電圧を高くし、キャパシタの最低電圧を低くする程、キャパシタの使用可能エネルギが増大する。

上述したように、ＤＣ／ＤＣコンバータ等の電圧調整装置を具備せず、キャパシタと燃料電池とを直結したシステムにおいては、キャパシタの最高電圧が車両減速時における最高回生電圧により決められる一方、キャパシタの最低電圧が燃料電池の最大負荷時における最低電圧で決定されるため、キャパシタに蓄えられる電気エネルギは、燃料電池電圧により自ずと制限されることになる。

また、電力貯蔵装置としてキャパシタを有するハイブリッド型燃料電池自動車においては、車両アイドル時においてキャパシタ電圧が低い場合に、燃料電池よりキャパシタを補充電することができるが、ＤＣ／ＤＣコンバータを有しない従来のシステムにおいては、キャパシタを燃料電池のアイドル時のアイドル電圧以上に充電することができなくなるという不都合があった。

そこで、この発明の目的は、キャパシタに蓄えられるエネルギが、燃料電池電圧に制限されないようにして任意に制御可能とし、キャパシタに蓄えられたエネルギを無駄にせず、エネルギを積極的に有効利用し、また、キャパシタを大型化することなく、必要なエネルギを得ることができる車両用制御装置を提供することにある。

この発明は、車両を駆動するモータと、このモータに対して並列に接続された燃料電池と、キャパシタとを備えた車両用制御装置において、前記燃料電池と前記キャパシタとの間にＤＣ／ＤＣコンバータを設け、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力側を前記燃料電池に接続し、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力側を前記キャパシタに接続し、少なくとも前記燃料電池と前記キャパシタと前記ＤＣ／ＤＣコンバータとに連絡した制御手段を設け、この制御手段には車速を検出する車速検出手段を接続し、前記制御手段は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を前記車速検出手段により検出される車速に応じて変化するように制御する電圧制御部を備えていることを特徴とする。

この発明の車両用制御装置は、キャパシタに蓄えられたエネルギを無駄にせず、エネルギを積極的に有効利用することを可能とし、また、エネルギを放出したキャパシタには直ちに充電することを可能とし、キャパシタを大型化することなく、必要なエネルギを得ることができる。

この発明は、キャパシタに蓄えられたエネルギを無駄にせず、エネルギを積極的に有効利用し、また、キャパシタを大型化することなく、必要なエネルギを得る目的を、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を車速検出手段により検出される車速に応じて変化するように制御して実現するものである。
以下、図面に基づいてこの発明の実施例を詳細且つ具体的に説明する。

図１〜図３は、この発明の実施例を示すものである。

図１において、１は燃料電池自動車（以下「車両」という）の車両用制御装置、２は車両に搭載された燃料電池（燃料電池スタック）、３はインバータ、４は車両駆動用のモータである。

燃料電池２は、モータ４に対して並列に接続され、燃料（ガス）及び酸化剤の供給を受けて発電する。インバータ３は、燃料電池２で発電された直流電力を三相交流電力に変換し、この三相交流電力をモータ４に供給する。モータ４は、インバータ３から供給された電力によって駆動される。

燃料電池２とインバータ３とは、並列した第１、第２メイン電線５、６で接続している。

この第１、第２メイン電線５、６の途中には、第１、第２サブ電線７、８によりキャパシタ（電気二重層コンデンサ）９が接続している。第１サブ電線７は、第１接続部１０で、第１メイン電線５に接続している。第２サブ電線８は、第２接続部１１で、第２メイン電線６に接続している。従って、燃料電池２とキャパシタ９とは、モータ４に対して並列に接続している。

キャパシタ９は、インバータ３への電力供給を補助すると共に、燃料電池２の発電した電力や、車両減速時におけるインバータ３からの回生電力を受け入れる。また、このキャパシタ９は、一般的に、燃料電池２に比べて、負荷応答性に優れているため、車両の負荷要求に対して非常に良く応答し、また、その特性上、充放電に電圧変化を伴うため、燃料電池２の出力電圧の変化に良く追従するものである。

第１、第２サブ電線７、８には、第１、第２接続部１０、１１とキャパシタ９との間に、キャパシタ用リレー１２が設けられる。このキャパシタ用リレー１２は、開動作することで、高電圧系統からキャパシタ９を切り離す機能を有している。また、第１、第２サブ電線７、８には、キャパシタ用リレー１２とキャパシタ９との間に、キャパシタ用電圧計１３が接続している。このキャパシタ用電圧計１３は、一端側が第１サブ電線７の一側接続部１４に接続するとともに、他端側が第２サブ電線８の他側接続部１５に接続して、キャパシタ９の端子間電圧を測定する。

また、第１、第２メイン電線５、６には、燃料電池２とキャパシタ９との間に、電圧調整装置としてのＤＣ／ＤＣコンバータ１６が設けられる。従って、このＤＣ／ＤＣコンバータ１６は、入力側が燃料電池２に接続し、出力側がキャパシタ９に接続している。このＤＣ／ＤＣコンバータ１６は、車両走行状態やキャパシタ９の充電状態（ＳＯＣ）により燃料電池２による発電電圧を任意に昇圧又は降圧してキャパシタ９及びインバータ３に供給する。

このＤＣ／ＤＣコンバータ１６の入力側の第１、第２メイン電線５、６には、高電圧系統の第３、第４サブ電線１７、１８により複数の高電圧補機からなる高電圧補機類１９が接続する。第３サブ電線１７は、第３接続部２０で、第１メイン電線５に接続している。第４サブ電線１８は、第４接続部２１で、第２メイン電線６に接続している。この高電圧補機類１９は、燃料電池２を含む燃料電池システムを運転するためのものである。なお、この高電圧補機類１９は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力側に接続することも可能である。これは、補機類の駆動電圧範囲により、接続するポイントを決定するからである。

更に、第１、第２メイン電線５、６には、燃料電池２と高電圧補機類１９との間に、燃料電池用リレー２２が設けられる。この燃料電池用リレー２２は、開動作することで、高電圧系統から燃料電池２を切り離す機能を有している。

また、第１、第２メイン電線５、６には、燃料電池２と燃料電池用リレー２２との間に、燃料電池用電圧計２３が接続している。この燃料電池用電圧計２３は、一端側が第１メイン電線５の一側接続部２４に接続するとともに、他端側が第２メイン電線６の他側接続部２５に接続して、燃料電池２の端子間電圧を測定する。

第２メイン電線６には、燃料電池用リレー２２と第４接続部２１との間に、逆流防止ダイオード２６が設けられる。この逆流防止ダイオード２６は、燃料電池２への電流の逆流を防止する。

また、第１、第２メイン電線５、６には、燃料電池２及びキャパシタ９と並列で、高電圧系統の第５、第６サブ電線２７、２８により補機用蓄電池である補機駆動用バッテリ（補助バッテリ）２９が接続している。第５サブ電線２７は、第１接続部１０よりもインバータ３側の第５接続部３０で、第１メイン電線５に接続している。第６サブ電線２８は、第２接続部１１よりもインバータ３側の第６接続部３１で、第２メイン電線６に接続している。

この第５、第６サブ電線２７、２８の途中には、例えば、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３２が設けられている。この双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力側にキャパシタ９と並列に接続し、燃料電池２やキャパシタ９からの電力、あるいは、インバータ３からの回生電力の電圧を、後述する車両補機類３５を駆動するための電圧（通常は１２Ｖ系統）に変換し、また、逆に、車両補機類３５を駆動するための電圧を、高電圧補機類１９を駆動し、あるいは、キャパシタ９を補充電するための電圧に変換する。なお、この双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３２は、双方向型に限るものではなく、昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータと降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータとの両方を並列に備えることも可能である。

また、第５、第６サブ電線２７、２８には、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３２と補機駆動用バッテリ２９との間に、第７、第８サブ電線３３、３４により車両補機類３５が接続している。第７サブ電線３３は、第７接続部３６で、第５サブ電線２７に接続している。第８サブ電線３４は、第８接続部３７で、第６サブ電線２８に接続している。この車両補機類３５は、前照灯やラジオ、水ポンプ等の各種車両補機からなり、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３２の低電圧側に接続され、補機駆動用バッテリ２９から供給された電力によって駆動する。

燃料電池２とインバータ３とキャパシタ９とキャパシタ用リレー１２とキャパシタ用電圧計１３とＤＣ／ＤＣコンバータ１６と高電圧補機類１９と燃料電池用リレー２２と燃料電池用電圧計２３と補機駆動用バッテリ２９と双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ３２と車両補機類３５とは、制御手段３８に接続している。

また、この制御手段３８には、車速を検出する車速検出手段としての車速センサ３９が接続している。

この制御手段３８は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ１６の入力電圧よりも低く設定し、且つ、車速センサ３９により検出される車速に応じて変化するようにＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧を制御する電圧制御部３８Ａと、各種データを格納するメモリ３８Ｂとを備えている。

そして、この制御手段３８は、各センサ類より収集した情報や内部のメモリ３８Ｂに格納されたデータを基に、車両システムを制御する。

図２、図３に示すように、制御手段３８の電圧制御部３８Ａは、車速センサ３９により検出される車速が設定車速（α）を超えたら、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧が低くなるように制御する。また、制御手段３８の電圧制御部３８Ａは、車両減速時において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧を回生電圧よりも低くなるように制御する。更に、制御手段３８の電圧制御部３８Ａは、車両アイドル時において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧を通常運転時よりも高くなるように制御する。更にまた、制御手段３８の電圧制御部３８Ａは、システム起動時において、キャパシタ電圧が燃料電池電圧よりも低いときには、キャパシタ９に充電できるように制御する。

次に、この実施例の作用を説明する。

一般的に、燃料電池２とキャパシタ９とを搭載した燃料電池自動車においては、最大電圧が２．５Ｖ〜３．５Ｖ程度のキャパシタ単セルを複数直列接続し、例えば、最大電圧２００Ｖ〜４００Ｖ程度のキャパシタモジュールを構成している。これに対して、燃料電池自動車に用いられる一般的な燃料電池は、開放電圧が１．０Ｖ程度、車両アイドル運転時におけるアイドル電圧が０．９Ｖ程度、最大負荷時における電圧０．６Ｖ程度の単セルを複数枚直列に接続して燃料電池２を構成している。即ち、一例として、３００セルの燃料電池は、開放電圧が３００Ｖ程度、アイドル電圧が２７０Ｖ程度、最低電圧が１８０Ｖ程度となる。

そこで、この実施例においては、以下のように、例えば、キャパシタ９の最大電圧を３５０Ｖ、燃料電池２の開放電圧を３００Ｖ、アイドル電圧を２７０Ｖ、最低電圧を１８０Ｖ、最大回生電圧を３５０Ｖとして、説明する。

キャパシタ９に蓄えられる電気エネルギは、キャパシタ９の静電容量及び電圧の２乗に比例するため、キャパシタ９の使用電圧領域が広ければ広い程、使用可能なエネルギが大きくなる。ＤＣ／ＤＣコンバータ１６を備えずに燃料電池２とキャパシタ９とを直接並列に接続した従来のシステムにおいては、キャパシタ９の最低電圧が燃料電池２の最低電圧に等しく１８０Ｖとなる。しかし、燃料電池２の後段の出力側にＤＣ／ＤＣコンバータ１６を具備するこの実施例の発明のシステムにおいては、キャパシタ９の最低電圧を任意に設定することが可能である。例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の最高出力電圧を３５０Ｖ、最低出力電圧を１２０Ｖとすれば、キャパシタ９の蓄電エネルギは、従来のＤＣ／ＤＣコンバータ１６を具備しないシステムに比べて、約１．２倍にすることができる。

そこで、燃料電池２とキャパシタ９との間にＤＣ／ＤＣコンバータ１６を具備したこの実施例の発明に係るハイブリッドシステムにおいては、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧とキャパシタ電圧との関係により、インバータ３や車両補機類３５に供給される電力配分が決定される。即ち、キャパシタ電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧よりも高い場合には、キャパシタ９のみから電力が供給され、燃料電池２はアイドル運転を行う。キャパシタ９の充電状態（ＳＯＣ）が低下し、キャパシタ電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧に等しくなると、燃料電池２からＤＣ／ＤＣコンバータ１６を介した電力供給が自動的に始まり、燃料電池２・キャパシタ９の両方から電力が供給されるようになる。

以上のことを勘案して、この発明の車両用制御装置１は、燃料電池２とキャパシタ９との間にＤＣ／ＤＣコンバータ１６を介在し、そして、制御手段３８により、車速に応じてＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧を制御し、キャパシタ９に蓄えられる電気エネルギが、燃料電池電圧によって制限されず、任意に制御可能にすることを特徴とする。

車両走行時における車両の運動エネルギは、車両重量及び車速の２乗に比例するため、車両の走行速度が高くなればなる程、車両の持つ運動エネルギが大きくなる。車両減速時に、この大きな運動エネルギを効率的に回生するためには、キャパシタ９に大きな回生受け入れ余力が必要である。即ち、キャパシタ９の充電状態（ＳＯＣ）が十分低くなくてはならない。

燃料電池２の後段の出力側にＤＣ／ＤＣコンバータ１６を具備しない従来のシステムでは、キャパシタ電圧は車両負荷や燃料電池電圧との関係から成り行きで決まり、故に、キャパシタ９の充電状態（ＳＯＣ）を任意に制御することが不可能であった。

しかしながら、この実施例の発明のように、燃料電池２の出力電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ１６により任意に制御可能であれば、車速が高くなるにつれて、つまり、受け入れ要求回生エネルギが大きくなるにつれて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧を低下させることにより、キャパシタ９からの放電をより促進することが可能となる。これにより、キャパシタ９の充電状態（ＳＯＣ）が低下し、回生受け入れ余力を増大させることができる。これを、模式的に示すと、図２のようになる。つまり、この図２においては、車速に対するＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧とキャパシタ受入可能エネルギと減速時回生可能エネルギとにおける第１の特性を示すものであり、低車速状態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧が高いが、キャパシタ受入可能エネルギ及び減速時回生可能エネルギが低く、そして、車速が高くなるにつれて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧が徐々に曲線的に低くなる一方、キャパシタ受入可能エネルギ及び減速時回生可能エネルギが徐々に曲線的に高くなる。なお、この図２中のＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧及びキャパシタ受入可能エネルギ及び減速時回生可能エネルギの各値は、一例として示し、限定されるものではなく、各システムにおいて最適に設定することが可能である。

但し、図２に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧を単純に車速によって変化させると、低車速領域において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧を高く設定した場合に、上述したようなＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧とキャパシタ電圧との関係から、大きな加速をしようとするときに、発進や加速時におけるキャパシタ９からの電力供給が著しく制限されてしまうという弊害がある。

ところで、燃料電池自動車をキャパシタ９が備えられたハイブリッド化することによるメリットには、車両効率の向上やそれに伴う燃費の向上の他に、キャパシタ９による負荷応答性の向上があり、燃料電池２が立ち上がるまでの間、キャパシタ９が負荷要求に応える必要がある。

このため、図３に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧が高い場合に、キャパシタ９から十分な出力電力を取り出すことができないため、低車速領域においては、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧を、キャパシタ９から十分な電力供給が可能なレベルにおいて一定値とし、車速、すなわち、回生可能エネルギがある閾値である設定車速（α）を越えた場合にのみ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧を低下させることにより、高車速領域におけるキャパシタ受け入れ可能エネルギを増大させることができる。これにより、低車速領域における発進や加速時においても、キャパシタ９からの電力を十分に引き出すことが可能となる。つまり、この図３においては、車速に対するＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧とキャパシタ受入可能エネルギと減速時回生可能エネルギとにおける第２の特性を示すものであり、低車速状態では、減速時回生可能エネルギが低く、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧とキャパシタ受け入れ可能エネルギとが一定値にあり、そして、車速が高くなるにつれて、減速時回生可能エネルギが曲線的に高くなるが、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧とキャパシタ受け入れ可能エネルギとがそのまま一定値に維持され、その後、車速が設定車速（α）に達した時には、減速時回生可能エネルギがそのまま曲線的に高くなが、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧が曲線的に低くなり始め、一方、キャパシタ受け入れ可能エネルギが曲線的に高くなり始める。なお、この図３中のＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧及びキャパシタ受入可能エネルギ及び減速時回生可能エネルギの各値は、一例として示し、限定されるものではなく、各システムにおいて最適に設定することが可能である。

このＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧の決定には、例えば、キャパシタ９の内部抵抗、負荷の値を用いることができる。つまり、キャパシタ電圧及び負荷の値からキャパシタ９の出力電流の値を求め、この出力電流の値とキャパシタ９の内部抵抗とから加速開始時のキャパシタ電圧降下分が算出される。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧は、キャパシタ電圧からこのキャパシタ電圧降下分を引いた値よりも低くしておかないと、キャパシタ９から十分な電力を引き出すことができない。

一方、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧を低くすれば、キャパシタ受け入れ可能エネルギを大きくすることができるが、車速から決定される減速時回生可能エネルギよりも大きなエネルギを受け入れられない。他方、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧を低くし過ぎると、負荷電流の増大や機器の効率低下につながるため、過度な電圧低下を回避させなければならない。

従って、この実施例の発明では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧を燃料電池２のアイドル電圧近傍で一定にし、そして、車速が上がるにつれ、減速時回生可能エネルギを増大し、この減速時回生可能エネルギがＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧の一定時のキャパシタ受入可能エネルギと同等になる車速に至ったら、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧を低下させることにより、キャパシタ受入可能エネルギを減速時回生可能エネルギと等しくなるように増加させる。

なお、車両減速時においては、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧を回生電圧よりも低下させ、回生エネルギによるキャパシタ９の充電を促進する。これにより、車両減速時に、燃料電池２からキャパシタ９に供給される電流を遮断し、より効果的に回生エネルギを受け入れることが可能となる。応用例として、燃料電池２での発電を停止してもよい。

また、車両アイドル時においては、キャパシタ電圧が低下しているときに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧を上昇させて燃料電池２からキャパシタ９を充電する。この時、燃料電池２は、充電の効率を考慮し、高効率領域で運転する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１６を具備しない従来のシステムでは、燃料電池電圧がキャパシタ電圧よりも低い場合に、キャパシタ９を充電することができない。しかし、この実施例の発明は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６を燃料電池２とキャパシタ９との間に介在させることにより、燃料電池２の発電電圧以上にキャパシタ９を充電することができ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６を具備しない従来のシステムには無い利点を有している。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧を上げることにより、任意の電圧までキャパシタ９を充電することができる。これにより、次回発進時において、キャパシタ９からのより強力な電力補助を期待することができる。その後、キャパシタ９が満充電になったら、アイドルストップしてもよい。

更に、システム起動時において、キャパシタ電圧が燃料電池電圧よりも低い場合は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧を制御して燃料電池２からキャパシタ９を充電することができる。従来のシステムにおいては、燃料電池２とキャパシタ９との接続に際しては、キャパシタ電圧が燃料電池電圧に比較して著しく低い場合に、燃料電池２からキャパシタ９ヘの過電流の発生を抑制するため、両者の間に充電制御用の電流制御装置やプリチャージャ等の装置を付加することが必要であったが、この実施例の発明においては、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧を適宜調整することにより、これらの装置を別途追加する必要がなくなり、燃料電池２からキャパシタ９の充電を行うことができる。

この結果、この実施例においては、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧を車速センサ３９により検出される車速に応じて変化するように制御する。これにより、キャパシタ９に蓄えられたエネルギを無駄にすることなく、また、エネルギを積極的に有効利用することが可能である。また、エネルギを放出したキャパシタ９には、直ちに充電することが可能である。これにより、キャパシタ９を大型化することなく、必要なエネルギを得ることができる。更に、キャパシタ９の小型化・軽量化、低コスト化につなげることができる。

また、車速センサ３９により検出される車速が設定車速（α）を超えたら、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧を低くなるように制御する。これにより、車速が高くなる程、キャパシタ９の充電状態（ＳＯＣ）を低くなるように制御しているので、回生受け入れ余力を増加させ、増加した回生可能エネルギ（車速が増加するにしたがって増加する）を十分受け入れることが可能であり、車両効率を高くすることができる。

更に、車両減速時において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧を回生電圧よりも低くなるように制御する。これにより、車両減速時において、燃料電池２からのキャパシタ９ヘの電流供給を遮断するので、モータ４からの回生エネルギを効率的に受け入れることができる。よって、エネルギの効率的な利用を促進することができる。

更にまた、車両アイドル時において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧を通常運転時よりも高くなるように制御する。これにより、車両アイドル時においても、キャパシタ電圧が低下しているときには、キャパシタ９ヘ充電できるので、キャパシタ９にエネルギが蓄えられている状態が増加する。よって、次回の車両発進時において、キャパシタ９からのより強力なエネルギ出力（電力補助）を得ることができるため、スムーズな発進が可能である。

また、システム起動時において、キャパシタ電圧が燃料電池電圧よりも低いときには、キャパシタ９に充電できるように制御する。これにより、燃料電池２からキャパシタ９ヘの過電流防止用にキャパシタ充電制御用電流制御装置やプリチャージャ等の装置を別途設ける必要がないので、部品点数を低減し、構成を簡単にし、システムの簡素化に貢献することができる。

キャパシタに蓄えられるエネルギが、燃料電池電圧に制限されないようにして任意に制御可能とすることを、燃料電池車両の制御以外の他の装置の制御にも適用することができる。

車両用制御装置のシステム構成図である。 車速に対するＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧とキャパシタ受入可能エネルギと減速時回生可能エネルギとにおける第１の特性を示す図である。 車速に対するＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧とキャパシタ受入可能エネルギと減速時回生可能エネルギとにおける第２の特性を示す図である。

符号の説明

１ 車両用制御装置
２ 燃料電池
３ インバータ
４ モータ
９ キャパシタ
１６ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１９ 高電圧補機類
２９ 補機駆動用バッテリ
３２ 双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ
３５ 車両補機類
３８ 制御手段
３８Ａ 電圧制御部
３９ 車速センサ

Claims (5)

1. 車両を駆動するモータと、このモータに対して並列に接続された燃料電池と、キャパシタとを備えた車両用制御装置において、前記燃料電池と前記キャパシタとの間にＤＣ／ＤＣコンバータを設け、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの入力側を前記燃料電池に接続し、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力側を前記キャパシタに接続し、少なくとも前記燃料電池と前記キャパシタと前記ＤＣ／ＤＣコンバータとに連絡した制御手段を設け、この制御手段には車速を検出する車速検出手段を接続し、前記制御手段は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を前記車速検出手段により検出される車速に応じて変化するように制御する電圧制御部を備えていることを特徴とする車両用制御装置。
2. 前記電圧制御部は、前記車速検出手段により検出される車速が設定車速を超えたら、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を低くなるように制御することを特徴とする請求項１に記載の車両用制御装置。
3. 前記電圧制御部は、車両減速時において、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を回生電圧よりも低くなるように制御することを特徴とする請求項１に記載の車両用制御装置。
4. 前記電圧制御部は、車両アイドル時において、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を通常運転時よりも高くなるように制御することを特徴とする請求項１に記載の車両用制御装置。
5. 前記電圧制御部は、システム起動時において、キャパシタ電圧が燃料電池電圧よりも低いときには、前記キャパシタに充電できるように制御することを特徴とする請求項１に記載の車両用制御装置。

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