JP2008235160A - 燃料電池車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回生ブレーキ機構を備えた燃料電池車両の制御装置に関し、回生エネルギを効率よく利用することのできる燃料電池車両の制御装置を提供する。
【解決手段】酸化ガスおよび燃料ガスの供給を受け、電気化学反応により発電を行う燃料電池スタック１０と、燃料ガスをＦＣスタック１０に供給可能な状態で蓄えるバッファタンク１６と、燃料ガスをメインタンク３０からバッファタンク１６へ供給するための配管３２と、配管３２に配置され、回転軸を車両の駆動軸３６と連結されたコンプレッサ３４と、を備え、車両の回生ブレーキ時に駆動軸３６の回転によりコンプレッサ３４を回生駆動して、燃料ガスをバッファタンク１６に蓄圧する。好ましくは、車両の運転状態に応じて、コンプレッサ３４による蓄圧回生動作とモータージェネレータ２４による蓄電回生動作とを選択的に実行する。
【選択図】図１

Description

この発明は、燃料電池車両の制御装置に係り、特に、回生ブレーキ機構を備えた燃料電池車両の制御装置に関する。

従来、例えば、特開２００４−１９２８２６号公報には、燃料電池搭載車両における回生エネルギを回収することのできるシステムが開示されている。このシステムによれば、走行用モータにおいて生成した回生エネルギをキャパシタに蓄電する動作と、回生エネルギを利用して反応ガスをエアコンプレッサにより圧縮してアキュムレータに蓄圧する動作とを併用して制御することができる。このため、車両の回生ブレーキの効きを長期に渡って維持することができる。

特開２００４−１９２８２６号公報 特開平１０−１４０１５号公報 特開平１０−１５７４８５号公報 特許第３１３６０１５号公報

しかしながら、上記従来のシステムにおいては、車両の運動エネルギがモータにより電気エネルギに回生される。このため、大きな減速度に対応し得るシステムとするためには、モータの能力を向上させなければならず、システムの大型化やコストアップを招くおそれがある。また、上記従来のシステムにおいては、回生エネルギを利用した反応ガスの蓄圧動作が行われるが、車両の運動エネルギをコンプレッサの駆動エネルギに変換する前に一端電気エネルギに回生する必要があるため、エネルギロスが発生する原因となっていた。このため、上記従来のシステムにおいては、回生エネルギを有効に使用する観点からは、未だ改善の余地を残すものであった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、回生エネルギを効率よく利用することのできる燃料電池車両の制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、燃料電池車両の制御装置であって、
酸化ガスおよび燃料ガスの供給を受け、電気化学反応により発電を行う燃料電池と、
燃料ガスを前記燃料電池に供給可能な状態で蓄えるバッファタンクと、
燃料ガスを燃料ガス供給源から前記バッファタンクへ供給するための燃料供給配管と、
前記燃料供給配管に配置され、回転軸を車両の駆動軸と連結されたコンプレッサと、
前記車両の駆動軸の回転により前記コンプレッサを駆動して、燃料ガスを前記バッファタンクに蓄圧する蓄圧回生制御手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記蓄圧回生制御手段は、
前記コンプレッサと前記駆動軸とを締結または解放する動力伝達装置と、
前記車両の運転状態に基づいて、前記動力伝達装置を制御する制御手段と、
を含むことを特徴とする。

また、第３の発明は、第１の発明において、
前記燃料供給配管における前記コンプレッサの下流側から分岐して、前記コンプレッサの上流側に連通する分岐配管を更に備え、
前記蓄圧回生制御手段は、
前記燃料供給配管における前記コンプレッサ下流の燃料ガスを前記バッファタンクに圧送する燃料ガス蓄圧手段と、
前記燃料供給配管における前記コンプレッサ下流の燃料ガスを、前記分岐配管を介して該コンプレッサの上流に循環させる燃料ガス循環手段と、
前記車両の運転状態に基づいて、前記燃料ガス蓄圧手段と前記燃料ガス循環手段とを切り替える切替手段と、
を含むことを特徴とする。

また、第４の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、
前記車両の駆動軸に連結され、原動機および発電機として機能する回転電機と、
前記車両の運転状態に基づいて、前記車両の駆動軸の回転により前記回転電機を駆動して、発電された電気エネルギを蓄電装置に蓄電する蓄電回生制御手段と、
を更に備えることを特徴とする。

また、第５の発明は、第４の発明において、
前記回転電機は、モータージェネレータであることを特徴とする。

また、第６の発明は、第４または第５の発明において、
前記車両の運転状態に基づいて、前記車両における回生ブレーキの実行要否を判定する判定手段と、
前記判定手段により回生ブレーキの実行が必要と判定された場合に、前記蓄圧回生制御手段または／および前記蓄電回生制御手段を実行する回生制御手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第７の発明は、第６の発明において、
前記判定手段は、前記車両の減速要求に応じて前記回生ブレーキの実行要否を判定することを特徴とする。

また、第８の発明は、第６または第７の発明において、
前記蓄電装置への蓄電可否を判定する蓄電可否判定手段を更に備え、
前記回生制御手段は、前記蓄電装置が蓄電できない状態であると判定された場合に、前記蓄電回生制御手段の実行を禁止することを特徴とする。

また、第９の発明は、第８の発明において、
前記蓄電可否判定手段は、
前記蓄電装置の温度を検知する蓄電装置温度検出手段を含み、
前記蓄電装置温度が所定の上限値を超えている場合に、前記蓄電装置が蓄電できない状態であると判定することを特徴とする。

また、第１０の発明は、第８または第９の発明において、
前記蓄電可否判定手段は、
前記蓄電装置における電力残量を検知する電力残量検知手段を含み、
前記電力残量が所定の上限値を超えている場合に、前記蓄電装置が蓄電できない状態であると判定することを特徴とする。

また、第１１の発明は、第６乃至第１０の何れか１つの発明において、
前記バッファタンクへの蓄圧可否を判定する蓄圧可否判定手段を更に備え、
前記回生制御手段は、前記バッファタンクが蓄圧できない状態であると判定された場合に、前記蓄圧回生制御手段の実行を禁止することを特徴とする。

また、第１２の発明は、第１１の発明において、
前記蓄圧可否判定手段は、
前記バッファタンクの温度を検知するタンク温度検出手段を含み、
前記タンク温度が所定の上限値を超えている場合に、前記バッファタンクが蓄圧できない状態であると判定することを特徴とする。

また、第１３の発明は、第１１または第１２の発明において、
前記蓄圧可否判定手段は、
前記バッファタンクの圧力を検知するタンク圧力検知手段を含み、
前記タンク圧力が所定の上限値を超えている場合に、前記バッファタンクが蓄圧できない状態であると判定することを特徴とする。

また、第１４の発明は、第６または第７の発明において、
前記蓄電装置への蓄電可否を判定する蓄電可否判定手段と、
前記バッファタンクへの蓄圧可否を判定する蓄圧可否判定手段と、を更に備え、
前記回生制御手段は、前記蓄電可否判定手段により前記蓄電装置へ蓄電できると判定され、且つ、前記蓄圧可否判定手段により前記バッファタンクへ蓄圧できると判定された場合に、前記蓄圧回生制御手段よりも、前記蓄電回生制御手段を優先して実行することを特徴とする。

また、第１５の発明は、第１乃至第５の発明において、
前記燃料電池は、前記燃料供給配管における前記コンプレッサの下流側から分岐して設けられた第２分岐配管に接続され、
前記バッファタンクと前記燃料供給配管における前記コンプレッサ上流側とを連通させる第２燃料供給配管と、
前記車両の非回生ブレーキ時に、前記バッファタンクの燃料ガスを、前記第２燃料供給配管を介して前記燃料電池に供給する第１燃料ガス供給手段と、を備え、
前記第１燃料ガス供給手段は、燃料ガスが前記燃料供給配管における前記コンプレッサ内部を上流側から下流側へ通過する際に、該コンプレッサを力行駆動することを特徴とする。

また、第１６の発明は、第１５の発明において、
前記燃料電池の温度を検知する燃料電池温度検出手段と、
前記燃料電池における燃料ガス圧力を検知する燃料電池圧力検知手段と、
前記バッファタンクの圧力を検知するタンク圧力検知手段と、を更に備え、
前記第１燃料ガス供給手段は、前記燃料電池温度が所定の上限値よりも小さく、前記燃料電池圧力が所定の下限値よりも小さく、且つ、前記タンク圧力が前記燃料電池圧力よりも小さい場合に実行することを特徴とする。

また、第１７の発明は、第１５または第１６の発明において、
前記車両の運転状態に基づいて、前記車両における回生ブレーキの実行要否を判定する判定手段と、
前記判定手段により回生ブレーキの実行が必要であると判断された場合に、前記燃料ガス供給源の燃料ガスを、前記コンプレッサを介して前記燃料電池に供給する第２燃料ガス供給手段と、
を更に備えることを特徴とする。

また、第１８の発明は、第１７の発明において、
前記判定手段は、前記車両の減速要求に応じて前記回生ブレーキの実行要否を判定することを特徴とする。

また、第１９の発明は、第１７または第１８の発明において、
前記燃料電池の温度を検知する燃料電池温度検出手段と、
前記燃料電池における燃料ガス圧力を検知する燃料電池圧力検知手段と、を更に備え、
前記第２燃料ガス供給手段は、前記燃料電池温度が所定の上限値よりも小さく、且つ、前記燃料電池圧力が所定の上限値よりも小さい場合に実行することを特徴とする。

また、第２０の発明は、第１９の発明において、
前記第２燃料ガス供給手段は、前記蓄圧回生手段よりも優先して実行することを特徴とする。

また、第２１の発明は、第１乃至第２０の何れか１つの発明において、
前記車両の停止時に、前記コンプレッサの回転をロックするロック手段を更に備えることを特徴とする。

また、第２２の発明は、第２１の発明において、
前記ロック手段は、前記コンプレッサの上流側および下流側の配管を閉鎖することを特徴とする。

第１の発明によれば、燃料ガス供給源の燃料ガスは、燃料供給配管に配置されたコンプレッサが回生駆動されることにより圧送されてバッファタンクに蓄圧される（以下「蓄圧回生動作」と称す）。ここで、コンプレッサの回転軸は車両の駆動軸と機械的に接続されている。このため、車両の駆動軸の回転エネルギがコンプレッサの回転エネルギに直接変換される。このため、本発明によれば、車両の運動エネルギを効率よく蓄圧回生動作のためのエネルギとして回生することができ、システムのエネルギ回生効率を向上させることができる。

第２の発明によれば、コンプレッサと車両の駆動軸との間に配置された動力伝達装置を締結あるいは解放することにより、駆動軸の動力の伝達状態を制御することができる。このため、本発明によれば、所望のタイミングで蓄圧回生動作を実行することができる。

第３の発明によれば、コンプレッサの下流の燃料ガスをバッファタンクに圧送するための動作と、コンプレッサの下流の燃料ガスを該コンプレッサの上流に循環させるための動作とを切り替えることができる。このため、本発明によれば、燃料ガスを該コンプレッサの上流に循環させることにより、コンプレッサを駆動しつつ蓄圧回生動作の実行を回避することができる。

また、車両の駆動軸には回転電機が接続されている。回転電機は発電機として機能することにより、車両の運動エネルギを電気エネルギに回生して蓄電装置に蓄電する動作（以下「蓄電回生動作」と称す）を行うことができる。第４の発明によれば、蓄圧回生動作に加えて蓄電回生動作を行うことができるので、回生エネルギを蓄圧エネルギと蓄電エネルギとに分散することで、システムの回収可能な回生エネルギ量を増大させることができる。

第５の発明によれば、回転電気としてモータージェネレータを使用することができる。

第６の発明によれば、車両の運転状態に基づいて、車両の回生ブレーキの実行要否が判定される。このため、本発明によれば、回生ブレーキの実行が必要な場合に車両の運動エネルギを蓄圧エネルギあるいは蓄電エネルギに回生することで、不要なエネルギを効率よく回生することができる。

第７の発明によれば、車両に対する減速要求が出された場合に、回生制御を実行して車両を効果的に減速させるとともに、車両の不要な運動エネルギを効果的に回生することができる。

第８の発明によれば、蓄電装置が蓄電できない状態である場合に、蓄電回生動作が禁止される。このため、本発明によれば、該蓄電装置が過充電により破損等する事態を効果的に回避することができる。

第９の発明によれば、蓄電装置の温度が所定の上限値を超えているか否かが判定される。蓄電装置の温度が許容範囲を超えて上昇すると、蓄電効率の低下、あるいは該蓄電装置の破損等を引き起こすおそれがある。このため、本発明によれば、蓄圧装置温度と蓄圧装置の上限温度とを比較することにより、蓄電装置が蓄電できない状態であるか否かを効果的に判定することができる。

第１０の発明によれば、蓄電装置の電力残量（SOC）が所定の上限値を超えているか否かが判定される。蓄電装置のSOCが許容範囲を超えて上昇すると、破損等を引き起こすおそれがある。このため、本発明によれば、蓄電装置のSOCと上限SOCとを比較することにより、蓄電装置が蓄電できない状態であるか否かを効果的に判定することができる。

第１１の発明によれば、バッファタンクが蓄圧できない状態である場合に、蓄圧回生動作が禁止される。このため、本発明によれば、該バッファタンクが過充填により破損等する事態を効果的に回避することができる。

第１２の発明によれば、バッファタンクの温度が所定の上限値を超えているか否かが判定される。タンク温度が許容範囲を超えて上昇すると、該バッファタンクの破損等を引き起こすおそれがある。このため、本発明によれば、タンク温度とタンク上限温度とを比較することにより、バッファタンクが蓄圧できない状態であるか否かを効果的に判定することができる。

第１３の発明によれば、バッファタンクの圧力が所定の上限値を超えているか否かが判定される。タンク圧力が許容範囲を超えて上昇すると、該バッファタンクの破損等を引き起こすおそれがある。このため、本発明によれば、タンク温度とタンク上限温度とを比較することにより、バッファタンクが蓄圧できない状態であるか否かを効果的に判定することができる。

第１４の発明によれば、蓄電装置が蓄電できる状態であり、且つ、バッファタンクが蓄圧できる状態である場合に、蓄圧回生制御よりも蓄電回生制御が優先して実行される。蓄電された電気エネルギは種々の機器を駆動するために使用することができるため使用用途が広い。このため、本発明によれば、車両の運動エネルギを電気エネルギに優先して回生することで、回生エネルギの利用効率を向上させることができる。

第１５の発明によれば、バッファタンクに蓄圧されている燃料ガスは、第２燃料供給配管を介して、燃料供給配管におけるコンプレッサ上流に導入され、該コンプレッサ内を通過した後に燃料電池に供給される。燃料ガスがコンプレッサ内を通過する際に、該コンプレッサは高圧の燃料ガスのエネルギにより力行駆動される。このため、本発明によれば、車両の非回生ブレーキ時にコンプレッサを力行駆動することにより、車両の駆動軸の回転を効果的に補助することができる。

第１６の発明によれば、燃料電池への燃料ガスの供給が可能な状態であり、且つ、燃料電池における燃料ガス不足が発生している場合に、コンプレッサの力行駆動を伴う燃料ガス供給動作が実行される。このため、本発明によれば、該燃料電池において最小限必要な燃料ガスを供給するとともに、車両の走行における駆動力補助を効果的に実行することができる。

また、燃料ガス供給源の燃料ガスは、燃料供給配管におけるコンプレッサの回生駆動により直接燃料電池に供給することもできる。第１７の発明によれば、車両の運転状態に基づいて、車両の回生ブレーキの実行要否が判定され、回生ブレーキが必要な場合に、コンプレッサを回生駆動することによる燃料ガスの供給動作が実行される。このため、本発明によれば、車両の不要な運動エネルギを燃料供給エネルギに回生することで、効率よく燃料電池に燃料供給を行うことができる。

第１８の発明によれば、車両に対する減速要求が出された場合に、回生制御を実行して車両を効果的に減速させるとともに、車両の不要な運動エネルギを効果的に回生することができる。

第１９の発明によれば、燃料電池への燃料ガスの供給が可能な状態である場合に、コンプレッサの回生駆動による燃料ガス供給動作が実行される。このため、本発明によれば、該燃料電池への燃料ガスの供給可能範囲内で、該燃料電池に燃料ガスを供給することができ、燃料電池の破損等を効果的に回避するとともに、燃料電池における発電補助、暖機補助を効果的に行うことができる。

第２０の発明によれば、コンプレッサを回生駆動することによるバッファタンクへの蓄圧動作よりも、燃料電池への供給動作が優先して実行される。このため、本発明によれば、燃料電池への燃料ガスの供給可能範囲内で、回生エネルギを優先的に使用して該燃料電池への供給動作を行うことができ、該燃料電池において燃料ガス不足が発生する事態を効果的に回避することができる。

第２１の発明によれば、車両の停止時にコンプレッサの回転がロックされる。コンプレッサは車両の駆動軸と連結されている。このため、本発明によれば、車両の停止時におけるブレーキの補助を効果的に行うことができる。

第２２の発明によれば、コンプレッサの上流側および下流側の配管がともに閉鎖されることにより、コンプレッサの回転がロックされる。このため、本発明によれば、簡易な構成で車両の停止時におけるブレーキの補助を行うことができる。

以下、図面に基づいてこの発明のいくつかの実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
図１は、本発明の実施形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すとおり、本実施の形態のシステムは、燃料電池スタック（以下「ＦＣスタック」とも称す）１０を搭載した燃料電池車両に適用されるシステムである。ＦＣスタック１０は複数枚の燃料電池セルが積層されて構成されている。各燃料電池セルは、図示しないプロトン伝導性の電解質膜の両側をアノードおよびカソードで挟まれ、更にその両側を導電性のセパレータによって挟まれて構成されている。

ＦＣスタック１０には、燃料ガスとしての水素ガスをアノードに供給するための水素ガス配管１２が接続されている。水素ガス配管１２の上流側には、水素ガスを高圧で蓄えることのできる水素バッファタンク１６が接続されている。また、水素バッファタンク１６の下流には、レギュレータ１４が接続されている。レギュレータ１４は、水素バッファタンク１６から供給される高圧の水素ガスを所望の圧力まで減圧してＦＣスタック１０に供給する。また、水素バッファタンク１６には、タンク内のガス温度を検知するための温度センサ７４、およびガス圧力を検知するための圧力センサ７６が配置されている。

また、ＦＣスタック１０には、酸化ガスとしての空気をカソードに供給するための酸化ガス配管１８が接続されている。酸化ガス配管１８の上流端は大気に解放されており、その下流には図示しないコンプレッサが配置されている。コンプレッサの作動によって吸入された空気は、酸化ガス配管１８を通過してＦＣスタック１０に供給される。ＦＣスタック１０では、これらの水素ガスおよび酸化ガスの供給を受けて発電反応が行われる。

ＦＣスタック１０の出力端子は、バッテリ（２次電池）２０およびインバータ２２にそれぞれ並列に接続されている。バッテリ２０は燃料電池車両の動力源として、ＦＣスタック１０を補完する役割を果たす蓄電装置である。また、バッテリ２０には、バッテリの温度を検知するための温度センサ７２、および電圧計７８が配置されている。

図１に示す燃料電池車両は、モータージェネレータ２４を備えている。モータージェネレータは、原動機として当該燃料電池車両を駆動する機能と、発電機として電力を発生させる機能とを兼ね備えたモータである。モータージェネレータ２４の回転軸は、車両の駆動軸２６に連結されている。駆動軸２６は図示しないディファレンシャルギアを介して車輪２８が接続されている。かかる構成によれば、モータージェネレータ２４から出力された動力が、駆動軸２６、および車輪２８を介して路面に伝達される。

モータージェネレータ２４の入出力端子はインバータ２２に接続されている。インバータ２２は、モータージェネレータ２４に供給される電力の制御を実施する。具体的には、モータージェネレータ２４における動力発生時には、ＦＣスタック１０またはバッテリ２０から供給された電力をモータージェネレータ２４の駆動に適した交流電力に変換してモータージェネレータ２４に供給する。また、モータージェネレータ２４における発電時には、発電された電力の供給を受け、かかる電力をバッテリ２０に蓄電するために直流電力に変換する。

本実施の形態の燃料電池車両は、水素ガス供給源として水素メインタンク３０を備えている。水素メインタンク３０は、その内部に充填された水素吸蔵合金に水素ガスを吸蔵する水素吸蔵合金タンクとして構成されている。水素メインタンク３０には水素供給配管３２が接続されている。また、水素供給配管の他端には、水素バッファタンク１６が接続されている。

また、水素供給配管３２には、コンプレッサ３４が介設されている。コンプレッサ３４は、水素メインタンク３０内の水素ガスを、水素バッファタンク１６内に圧送するための加圧装置である。コンプレッサ３４の回転軸３６はギア３８を介して駆動軸２６に接続されている。また、回転軸３６の途中にはクラッチ４０が設けられている。クラッチ４０は、入力軸と出力軸との締結または解放を行う動力伝達装置として構成されている。また、水素供給配管３２におけるコンプレッサ３４の下流側には、コンプレッサ３４の駆動により水素バッファタンク１６に圧送される水素ガスの逆流を防止するための逆止弁４２が接続されている。また、水素供給配管３２におけるコンプレッサ３４の上流側には、コンプレッサ３４の駆動により水素メインタンク３０から放出される水素ガスの逆流を防止するための逆止弁４４が接続されている。

本実施の形態のシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）７０を備えている。燃料電池車両の総合制御はＥＣＵ７０により行われる。ＥＣＵ７０の出力部には、上述したインバータ２２、レギュレータ１４、クラッチ４０の他、図示しない種々の機器が接続されている。ＥＣＵ７０の入力部には、温度センサ７２、７４、圧力センサ７６、電圧計７８、車速センサ８０等の種々のセンサ類が接続されている。これらセンサ７２、７４、７６、７８、８０から入力されるバッテリ温度Tb（℃）、タンク温度Tt（℃）、タンク圧力Pt(N/m)、バッテリ残量SOC（％）、車速SPD(m/s)は、何れも燃料電池車両の制御に係る情報として用いられる。ＥＣＵ７０は、入力された各種の情報に基づいて、所定のプログラムに従って各機器を駆動する。

［実施の形態１における動作］
次に、本実施の形態１の動作について説明する。本実施の形態の車両は、燃料電池スタック１０を搭載した車両である。ＦＣスタック１０では、燃料ガスとして供給される水素ガスと、酸化ガスとして供給される空気とを反応させることにより、要求負荷に応じた電力を発電する。発電された電力は、インバータ２２を介してモータージェネレータ２４に供給される。そして、モータージェネレータ２４により発生した回転力が駆動軸２６などを介して車輪２８に伝達されて車両の推進力を得る仕組みになっている。

また、本実施の形態の車両は、回生ブレーキシステムを備えている。具体的には、車両のブレーキ踏み込み時など、車両に対する減速要求が出された場合に、車両の運動エネルギの一部が他のエネルギ形態に変換される。これにより、車両の速度を減速させるブレーキとして機能するとともに、変換されたエネルギをシステムの用に供するエネルギとして回生することができる。本実施の形態においては、回生されたエネルギが、水素バッファタンク１６に水素ガスを蓄圧するための動作（以下「蓄圧回生動作」と称す）に使用される。以下、蓄圧回生動作についてさらに詳細に説明する。

（蓄圧回生動作について）
上述したとおり、本実施の形態のシステムにおいて使用される水素メインタンク３０は、水素吸蔵合金タンクであるため、タンク圧力を利用して水素ガスをＦＣスタック１０内に導入することができない。このため、水素メインタンク３０から放出された水素ガスは、水素バッファタンク１６において一端蓄圧された後に該ＦＣスタック１０内に導入されることとしている。

水素バッファタンク１６における水素ガスの蓄圧動作は、水素供給配管３２に配置されたコンプレッサ３４を駆動することにより行う。ここで、コンプレッサ３４の駆動には、車両の回生エネルギが使用される。上述したとおり、コンプレッサ３４の回転軸３６は、車両の駆動軸２６とクラッチ４０およびギア３８を介して連結されている。このような構成において、クラッチ４０が締結されると、車輪２８の回転力が機械的にコンプレッサ３４に伝達される。これにより、コンプレッサ３４が駆動され、水素メインタンク３０の水素ガスが水素バッファタンク１６に圧送される。

このように、本実施の形態のシステムによれば、車両の駆動系とコンプレッサ３４を機械的に連結することができるため、車両の運動エネルギを直接コンプレッサ３４の駆動エネルギに回生することができる。これにより、エネルギの回生効率を効果的に向上させることができる。

［実施の形態１における具体的処理］
次に、図２を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図２は、ＥＣＵ７０が蓄圧回生動作を実行するルーチンのフローチャートである。

図２に示すルーチンにおいては、先ず、車両における回生ブレーキの必要有無が判定される（ステップ１００）。ここでは、具体的には、ブレーキポジションセンサの出力信号に基づいて、車両におけるブレーキ操作が行われたか否かが判定される。その結果、車両のブレーキ操作が行われたと判定された場合には、次のステップに移行し、クラッチ４０における動力の締結処理が実施される（ステップ１０２）。ここでは、具体的には、クラッチ４０の作動により、回転軸３６における駆動軸２６側とコンプレッサ３４側とが機械的に連結される。これにより、車輪２８の回転力が機械的にコンプレッサ３４に伝達される。一方、上記ステップ１００において、車両のブレーキ操作が行われていないと判定された場合には、水素ガスの蓄圧回生動作を行う必要がないと判断され、次のステップに移行し、クラッチ４０における動力の解放処理が実施される（ステップ１０４）。

以上説明したとおり、本実施の形態のシステムによれば、回生ブレーキ時の車両の運動エネルギを機械的にコンプレッサ３４に伝達することができるので、エネルギの回生効率を効果的に向上させることができる。また、回生効率向上により、コンプレッサ３４の駆動効率が向上すると、水素メインタンク３０の水素吸蔵合金における水素放出反応を促進させることができるため、水素ガスの放出量を増大させることができる。また、これにより、水素バッファタンク１６における蓄圧効率も向上することから、水素バッファタンク１６の更なる高圧化或いは小型化等を実現することができる。

また、本実施の形態のシステムによれば、非回生ブレーキ時は、クラッチ４０を解放することにより蓄圧回生動作を停止させることができるため、当該蓄圧回生動作が車両の駆動ロスとなる事態を効果的に回避することができる。

ところで、上述した実施の形態１においては、コンプレッサ３４の回転軸３６に動力伝達装置としてクラッチ４０を設け、車輪２８の回転力をコンプレッサ３４に機械的に伝達することとしているが、動力伝達装置としての構成はこれに限られない。すなわち、車両の動力系とコンプレッサ３４との間の動力の締結および解放を行うことができる構成であれば、ギア３８に動力伝達機構を組み込む構成としてもよいし、他の部位に別途動力伝達装置を設けることとしてもよい。

また、上述した実施の形態１においては、ブレーキが踏み込まれた場合に車両の回生ブレーキが必要と判断し、蓄圧回生動作を実施することとしているが、回生ブレーキの実行判断はブレーキ踏込時に限らない。すなわち、車両の減速を行う必要がある場合であれば、例えば、アクセル開度がゼロの状態で下り坂を惰行している場合に、回生ブレーキの実行が必要であると判断することとしてもよい。

尚、上述した実施の形態１においては、水素ガスが前記第１の発明における「燃料ガス」に、ＦＣスタック１０が前記第１の発明における「燃料電池」に、水素供給配管３２が前記第１の発明における「燃料供給配管」に、水素メインタンク３０が前記第１の発明における「燃料ガス供給源」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ７０が、上記ステップ１０２の処理を実行することにより、前記第１の発明における「蓄圧回生制御手段」が実現されている。

また、上述した実施の形態１においては、クラッチ４０が前記第２の発明における「動力伝達装置」に相当しているとともに、ＥＣＵ７０が、上記ステップ１０２または１０４の処理を実行することにより、前記第２の発明における「制御手段」が実現されている。

実施の形態２．
［実施の形態２の特徴］
次に、図３を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ７０に後述する図３に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。

（蓄電回生動作について）
上述した実施の形態１においては、コンプレッサ３４を用いた蓄圧回生動作を行うことにより、回生ブレーキ時の車両の運動エネルギを、水素バッファタンク１６に水素ガスを蓄圧するためのエネルギとして回生することとしている。ところで、図１に示すシステムにおいては、モータージェネレータ２４を発電機として機能させることにより、車両の運動エネルギを電気エネルギに回生して蓄電する動作（以下「蓄電回生動作」と称す）を行うことも可能である。

モータージェネレータ２４は車輪２８と駆動軸２６等を介して接続されている。このため、車両の回生ブレーキ要求時にインバータ２２からモータージェネレータ２４への電力の供給が停止されると、当該モータージェネレータ２４は発電機として機能し、車両の運動エネルギを電気エネルギに回生してインバータ２２に供給する。インバータ２２は、供給された交流電力を直流電流に変換した後にバッテリ２０に蓄電する。このように、回生された電気エネルギは蓄電装置に蓄電することができるため、本システムの種々の電気機器を駆動するための電力として幅広く使用することができる。

（蓄圧回生動作と蓄電回生動作との併用動作）
上述したとおり、本実施の形態のシステムにおいては、蓄圧回生動作と蓄電回生動作とを実行することができる。ここで、各回生動作の回生効率および実行可否は、車両の運転状態等に応じて変化する。例えば、水素バッファタンク１６が許容しうる最大圧力に達している場合には、蓄圧回生動作を行うことができない。また、バッテリ２０のSOCが最大値に達している場合には、蓄電回生動作を行うことができない。

そこで、本実施の形態においては、車両の運転状態に基づいて、最適な回生動作を選択することとする。これにより、エネルギの回生効率をさらに向上させることができる。具体的には、上記回生動作を双方実行することができる状態においては、利用しやすい電気エネルギに回生する蓄電回生動作を優先して行うこととする。また、何れかの回生動作を行うことができない場合には、他方の回生動作を行うこととする。これにより、更なる回生エネルギの有効利用が可能となり、システムのエネルギ効率を向上させることができる。

［実施の形態２における具体的処理］
次に、図３を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図３は、ＥＣＵ７０が回生ブレーキ制御を実行するルーチンのフローチャートである。

図３に示すルーチンでは、先ず、車両の運転状態が入力される（ステップ２００）。ここでは、具体的には、バッテリ２０の温度Tb、水素バッファタンク１６の温度Tt、バッテリ２０の残量SOC、車速SPDなどの各種状態量に係わる信号が種々のセンサから入力される。

次に、車両における回生ブレーキの必要有無が判定される（ステップ２０２）。ここでは、具体的には、ブレーキポジションセンサの出力信号に基づいて、車両におけるブレーキ操作が行われたか否かが判定される。その結果、車両のブレーキ操作が行われていないと判定された場合には、本ルーチンは速やかに終了される。一方、車両のブレーキ操作が行われたと判定された場合には、次のステップに移行し、ブレーキの踏込量から必要減速トルクτが算出される（ステップ２０４）。ここでは、具体的には、検出されたブレーキ踏込量および上記ステップ２００において検出された車速SPD等に基づいて、必要減速トルクτが演算される。

次に、バッテリ温度Tbが所定の上限値（例えば、Tb_max＝５０℃）以下か否か、およびバッテリSOCが所定の上限値（例えば、SOC_max＝８０％）以下か否かが判定される（ステップ２０６）。ここでは、具体的には、上記ステップ２００において検出されたバッテリ温度Tb、およびバッテリSOCが、それぞれ所定の上限値以下か否かが判定される。

上記ステップ２０６において、Tb≦Tb_max、且つ、SOC≦SOC_maxが成立すると判定された場合には、バッテリ２０が回生された電気エネルギを蓄電できる状態であると判断され、次のステップに移行し、蓄電回生動作による発生可能最大減速トルクτb_maxが演算される（ステップ２０８）。ここでは、具体的には、車両の駆動軸の回転数、およびモータージェネレータ２４の特性（例えば、逆起電力定数、効率等）に基づいて演算される。一方、上記ステップ２０６において、Tb≦Tb_max、且つ、SOC≦SOC_maxが成立しないと判定された場合には、バッテリ２０が蓄電を行うことができない状態にあると判断され、次のステップに移行し、蓄電回生動作による発生可能最大減速トルクτb_maxがゼロに設定される（ステップ２１０）。

上記ステップ２０８または２１０の処理が終了すると、次に、水素バッファタンクの温度Ttが所定の上限値以下か否か、およびタンク圧力Ptが所定の上限値以下か否かが判定される（ステップ２１２）。ここでは、具体的には、上記ステップ１００において検出されたタンク温度Tt、およびタンク圧力Ptが、それぞれ所定の上限値以下か否かが判定される。

上記ステップ２１２において、Tt≦Tt_max、且つ、Pt≦Pt_maxが成立すると判定された場合には、水素バッファタンク１６が未だ水素ガスを蓄圧できる状態にあると判断され、次のステップに移行し、蓄圧回生動作による発生可能最大減速トルクτc_maxが演算される（ステップ２１４）。ここでは、具体的には、車両の駆動軸の回転数、タンク圧力Pt、およびコンプレッサ３４の特性（例えば、容積、効率等）に基づいて演算される。一方、上記ステップ２１２において、Tt≦Tt_max、且つ、Pt≦Pt_maxが成立しないと判定された場合には、水素バッファタンク１６が既に水素ガスを蓄圧できない状態にあると判断され、次のステップに移行し、蓄圧回生動作による発生可能最大減速トルクτc_maxがゼロに設定される（ステップ２１６）。

図３に示すルーチンでは、次に、必要減速トルクτと蓄電回生動作による発生可能最大減速トルクτb_maxとの大小関係が比較される（ステップ２１８）。ここでは、具体的には、上記ステップ２０４において演算された演算された必要減速トルクτが、上記ステップ２０８または２１０において演算されたτb_max以下か否かが判定される。その結果、τ≦τb_maxの成立が認められた場合には、必要減速トルクτを蓄電回生動作により発生させることができると判断され、次のステップに移行し、τb＝τ、τc＝０に設定され（ステップ２２０）、本ルーチンは終了される。

一方、τ≦τb_maxの成立が認めらない場合には、必要減速トルクτを蓄電回生動作のみで発生させることができないと判断され、次のステップに移行し、必要減速トルクτとτb_maxおよびτc_maxの和との大小関係が比較される（ステップ２２２）ここでは、具体的には、上記ステップ２０４において演算された必要減速トルクτが、上記ステップ２０８または２１０において演算されたτb_maxおよび上記ステップ２１４または２１６において演算されたτc_maxの和より小さいか否かが判定される。その結果、τ＜τb_max＋τc_maxの成立が認められた場合には、必要減速トルクτを回生ブレーキにより発生させることができると判断され、次のステップに移行し、各減速トルクがτb＝τb_max、τc＝τ−τb_maxに設定される（ステップ２２４）。ここでは、具体的には、蓄電回生動作が蓄圧回生動作よりも優先して行われるように各減速トルクが設定される。また、蓄圧回生動作はコンプレッサ３４の性質上応答遅れが顕著に表れるため、タイヤブレーキによる減速トルクτtを加える補正が行われる。具体的には、必要減速トルクτと実際に発生した減速トルク（実τ）とに基づいて演算されたタイヤブレーキ減速度Δτtが、τcの応答遅れを補うためのタイヤ減速トルクとして加えられる。

一方、上記ステップ２２２において、τ＜τb_max＋τc_maxの成立が認められない場合には、必要減速トルクτを回生ブレーキのみで発生させることができないと判断され、次のステップに移行し、各減速トルクがτb＝τb_max、τc＝τb_max、τt＝τ−（τb_max＋τc_max）＋Δτtに設定される（ステップ２２６）。ここでは、具体的には、回生ブレーキを最大限使用し、かつ、不足する減速トルク分を、タイヤブレーキによる減速トルクτtにおいて補うように設定される。また、減速度Δτtは、τcの応答遅れを補うためのタイヤブレーキ減速度として演算された値が使用される。

以上説明したとおり、本実施の形態のシステムによれば、車両の運転状態に基づいて、最適な回生動作を選択することができる。これにより、エネルギの回生効率を効果的に向上させることができる。また、本実施の形態のシステムによれば、蓄電回生動作だけでなく、蓄圧回生動作を選択的に実行することができるので、モータージェネレータ２４の大型化を避けながら、エネルギの回生効率を向上させることができる。また、蓄圧回生動作は、車両の駆動系とコンプレッサ３４とを機械的に連結することにより行われるため、コンプレッサ３４を駆動するためのモータを別途設ける必要がない。このため、システムの大型化を効果的に回避することができる。

ところで、上述した実施の形態２においては、コンプレッサ３４の回転軸３６に動力伝達装置としてクラッチ４０を設け、車輪２８の回転力をコンプレッサ３４に機械的に伝達することとしているが、動力伝達装置としての構成はこれに限られない。すなわち、車両の動力系とコンプレッサ３４との間の動力の締結および解放を行うことができる構成であれば、ギア３８に動力伝達機構を組み込む構成としてもよいし、他の部位に別途動力伝達装置を設けることとしてもよい。

また、上述した実施の形態２においては、ブレーキが踏み込まれた場合に車両の回生ブレーキが必要と判断し、蓄圧回生動作を実施することとしているが、回生ブレーキの実行判断はブレーキ踏込時に限らない。すなわち、車両の減速を行う必要がある場合であれば、アクセル開度がゼロの状態で下り坂を惰行している場合等に回生ブレーキが必要と判断してもよい。

また、上述した実施の形態２においては、バッテリ２０が蓄電できる状態であるか否かを、バッテリ温度Tb、およびバッテリSOCに基づいて判定することとしているが、判定に使用される状態量はこれに限られない。すなわち、バッテリ２０の蓄電可否状態を判定できるのであれば、他の状態量を使用して判定することとしてもよい。

また、上述した実施の形態２においては、水素バッファタンク１６が蓄圧できる状態であるか否かを、タンク温度Tt、およびタンク圧力Ptに基づいて判定することとしているが、判定に使用される状態量はこれに限られない。すなわち、水素バッファタンク１６の蓄圧可否状態を判定できるのであれば、他の状態量を使用して判定することとしてもよい。

尚、上述した実施の形態２においては、モータージェネレータ２４が前記第４の発明における「回転電気」に、バッテリ２０が前記第４の発明における「蓄電装置」に相当している。

また、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ７０が、上記ステップ２０２の処理を実行することにより、前記第６の発明における「判定手段」が、上記ステップ２２０、２２４、または２２６の処理を実行することにより、前記第６の発明における「回生制御手段」が、それぞれ実現されている。

また、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ７０が、上記ステップ２０６の処理を実行することにより、前記第８の発明における「蓄電可否判定手段」が、上記ステップ２００の処理を実行することにより、前記第９の発明における「蓄電装置温度検出手段」が、上記ステップ２００の処理を実行することにより、前記第１０の発明における「電力残量検知手段」が、それぞれ実現されている。

また、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ７０が、上記ステップ２１２の処理を実行することにより、前記第１１の発明における「蓄圧可否判定手段」が、上記ステップ２００の処理を実行することにより、前記第１２の発明における「タンク温度検出手段」が、上記ステップ２００の処理を実行することにより、前記第１３の発明における「タンク圧力検知手段」が、それぞれ実現されている。

また、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ７０が、上記ステップ２０６の処理を実行することにより、前記第１４の発明における「蓄電可否判定手段」が、上記ステップ２１２の処理を実行することにより、前記第１４の発明における「蓄圧可否判定手段」が、上記ステップ２２０または２２４の処理を実行することにより、前記第１４の発明における「回生制御手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態３．
［実施の形態３の構成］
次に、図４乃至図６を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態のシステムは、図４に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ７０に後述する図６に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。

図４は、本発明の実施形態３のシステム構成を説明するための図である。図４において、図１に示すシステムと同一の部位については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略あるいは簡略化するものとする。図４に示すとおり、本実施の形態のシステムは、コンプレッサ３４の回転軸３６が、ギア３８を介して駆動軸２６に接続されている。また、水素供給配管３２におけるコンプレッサ３４と逆止弁４４との間には、水素循環配管５０が連通している。水素循環配管５０の他端は、水素供給配管３２における逆止弁４２の下流に連通している。水素循環配管５０の途中には、水素循環配管５０を流れる水素ガスの流量を制御する流量制御弁５２が配置されている。また、水素供給配管３２における水素循環配管５０の連通部下流には、水素バッファタンク１６へ流れる水素ガスの流量を制御するための流量制御弁５４が配置されている。

［実施の形態３における動作］
上述した実施の形態１では、車両の駆動軸２６とコンプレッサ３４との間にクラッチ４０が配置され、当該クラッチ４０を締結または解放することにより、蓄圧回生動作の実行または停止を切り替えることとしている。

しかしながら、車両の駆動軸２６の回転トルクは非常に大きい。このため、上述したクラッチ４０を備えるシステム構成とすると、締結力の強い動力伝達装置として大型のクラッチを使用しなければならず、システムが大型化してしまう問題が想定される。また、大型で締結力の強いクラッチを作動させるためには多大なエネルギを必要とするため、システムのエネルギ効率が低下する事態も想定される。

そこで、本実施の形態３においては、クラッチによる動力伝達制御に換えて、水素循環配管５０による水素ガス循環制御を実施することとする。図５は、本実施の形態３のシステムにおける水素ガスの流れを説明するための図である。この図において水素ガスの流れのある配管は実線で示し、水素ガスの流れのない配管は点線で示すこととする。図５（ａ）は、回生ブレーキ時における、水素ガスの流れを説明するための図である。この図に示すとおり、回生ブレーキ時には、車輪２８の回転力がコンプレッサ３４に機械的に伝達される。この際、流量制御弁５２は閉弁され、流量制御弁５４は開弁される。このため、水素メインタンク３０の水素ガスが、水素供給配管３２内をコンプレッサ３４の駆動により圧送され、水素バッファタンク１６に蓄圧される。

一方、図５（ｂ）は、非回生ブレーキ時における、水素ガスの流れを説明するための図である。この図に示すとおり、非回生ブレーキ時においても、車輪２８の回転力がコンプレッサ３４に機械的に伝達されるため、コンプレッサ３４は水素供給配管３２の水素ガスを圧送してしまう。そこで、本実施の形態においては、流量制御弁５２を開弁し、流量制御弁５４を閉弁することとする。これにより、水素供給配管３２と水素循環配管５０により形成される閉ループを水素ガスが循環することとなるため、水素ガスの蓄圧回生動作が行われる事態を効果的に回避することができる。

［実施の形態３における具体的処理］
次に、図６を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図６は、ＥＣＵ７０が蓄圧回生動作を実行するルーチンのフローチャートである。

図６に示すルーチンにおいては、先ず、車両における回生ブレーキの必要有無が判定される（ステップ３００）。ここでは、具体的には、上記ステップ１００と同様の処理が実行される。その結果、車両のブレーキ操作が行われたと判定された場合には、次のステップに移行し、水素ガスを水素バッファタンク１６に蓄圧するための流路が形成される（ステップ３０２）。ここでは、具体的には、流量制御弁５２が閉弁され、流量制御弁５４が開弁される。一方、上記ステップ３００において、車両のブレーキ操作が行われていないと判定された場合には、水素ガスの蓄圧回生動作を行う必要がないと判断され、次のステップに移行し、水素ガスの循環流路が形成される（ステップ３０４）。ここでは、具体的には、流量制御弁５２が開弁され、流量制御弁５４が閉弁される。

以上説明したとおり、本実施の形態のシステムによれば、流量制御弁５２、５４における流量制御を行うことにより、蓄圧回生動作の実行および停止を切り替えることができるので、システムの構成を簡素化することができる。また、流量制御弁５２、５４の制御には多くのエネルギを必要としないため、システムのエネルギ効率を向上させることができる。また、クラッチのような摩擦部材を使用しないため、システムの耐久性を向上させることができる。

ところで、上述した実施の形態３においては、流量制御弁５２および５４を制御することにより、水素メインタンク３０と水素バッファタンク１６とが連通する流路と、水素ガスが循環する流路とを切り替えることとしているが、流路を切り替えるための構成は、これに限られない。すなわち、水素供給配管３２におけるコンプレッサ３４の下流と水素循環配管５０との接続部に流路切替弁を配置して、連通先を切り替えることとしてもよい。

また、上述した実施の形態３においては、ブレーキが踏み込まれた場合に車両の回生ブレーキが必要と判断し、蓄圧回生動作を実施することとしているが、回生ブレーキの実行判断はブレーキ踏込時に限らない。すなわち、車両の減速を行う必要がある場合であれば、アクセル開度がゼロの状態で下り坂を惰行している場合等に回生ブレーキが必要と判断してもよい。

また、上述した実施の形態３においては、コンプレッサ３４の回転軸３６が、ギア３８を介して駆動軸２６と接続しているが、コンプレッサ３４と駆動軸２６との接続構成はこれに限られない。すなわち、図７に示すとおり、駆動軸２６にコンプレッサ３４を直接連結する構成としてもよい。かかる構成によれば、駆動軸２６とコンプレッサ３４とが同軸に配置されるため、システムのコンパクト化を図ることができる。

また、上述した実施の形態３においては、回生ブレーキ制御として、蓄圧回生動作を実施することとしているが、実行される回生ブレーキ制御はこれに限られない。すなわち、実施の形態２において上述した、蓄圧回生動作と蓄電回生動作との併用制御を、本実施の形態の構成において実行することとしてもよい。

尚、上述した実施の形態３においては、水素循環配管５０が前記第３の発明における「分岐配管」に相当しているとともに、ＥＣＵ７０が、上記ステップ３０２の処理を実行することにより、前記第３の発明における「燃料ガス蓄圧手段」が、上記ステップ３０４の処理を実行することにより、前記第３の発明における「燃料ガス循環手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態４．
［実施の形態４の構成］
次に、図８乃至図１１を参照して、本発明の実施の形態４について説明する。本実施の形態のシステムは、図８に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ７０に後述する図１１に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。

図８は、本発明の実施形態４のシステム構成を説明するための図を示す。図７において、図４に示すシステムと同一の部位については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略あるいは簡略化するものとする。図７に示すとおり、本実施の形態のシステムは、コンプレッサ３４の回転軸３６が、ギア３８を介して駆動軸２６に接続されている。また、水素供給配管３２におけるコンプレッサ３４と逆止弁４２との間には、水素ガス配管６０が連通している。水素ガス配管６０の他端は、ＦＣスタック１０に接続されている。また、水素ガス配管６０の途中には、水素ガス配管６０の連通を制御するための開閉弁６２が配置されている。また、ＦＣスタック１０には、該スタックの温度Tsを検出するための温度センサ８２、および該スタック内のアノード系圧力Psを検出するための圧力センサ８４が配置されている。

［実施の形態４における動作］
（高圧水素ガスによるコンプレッサの力行動作）
上述した実施の形態１乃至３のシステム構成においては、水素バッファタンク１６の水素ガスが、レギュレータ１４によりＦＣスタック１０の許容圧力まで減圧され、ＦＣスタック１０に供給される。ここで、水素ガスをレギュレータ１４により減圧することとすると、高圧の水素ガスが放出するエネルギをシステムに利用するエネルギとして回生することができない。

そこで、本実施の形態４では、水素バッファタンク１６の水素ガスをＦＣスタック１０へ供給する際に、水素ガスのエネルギを利用して、コンプレッサ３４の回転の力行動作を行うこととする（以下「水素ガス供給力行動作」と称す）。図９は、水素バッファタンク１６の水素ガスをＦＣスタック１０に供給する場合における水素ガスの流れを説明するための図である。ここでは、コンプレッサ３４を利用した回生ブレーキが実施されておらず、且つ、ＦＣスタック１０への水素ガスの供給が必要な状態であるとする。この図において水素ガスの流れのある配管は実線で示し、水素ガスの流れのない配管は点線で示すこととする。

この図に示すとおり、流量制御弁５２、５４、および開閉弁６２を開弁すると、水素バッファタンク１６から、水素供給配管３２におけるコンプレッサ３４の上流へ連通する流路が形成される。このため、流路を流れる水素ガスは、コンプレッサ３４の内部を通過する際に該コンプレッサ３４の回転に加速度（力行）を与える。これにより、水素ガスの有するエネルギがコンプレッサ３４を回転させるためのエネルギに変換されるため、車両の駆動軸２６の回転を効果的に補助することができる。一方、コンプレッサ３４へ導入された水素ガスは、力行動作によりエネルギを消費して減圧される。減圧された水素ガスは、水素ガス配管６０を介して燃料電池スタック１０のアノードに導入される。

このように、本実施の形態のシステムによれば、コンプレッサ３４を利用した回生ブレーキが実施されていない状態で、燃料電池スタック１０への水素ガス供給する場合に、水素バッファタンクに蓄圧された高圧水素ガスのエネルギを、コンプレッサ３４の回転軸３６を回転させるためのエネルギに変換することができる。これにより、車両の駆動軸２６の回転を効果的に補助することができ、システムのエネルギ効率を向上させることができる。

（水素ガス供給回生動作）
また、実施の形態４においては、コンプレッサ３４を利用した回生ブレーキが実施されている場合に、該コンプレッサ３４の回生駆動を利用して水素メインタンク３０の水素ガスを直接ＦＣスタック１０へ供給する動作（以下「水素ガス供給回生動作」と称す）を行うことも可能である。図１０は、水素メインタンク３０の水素ガスをＦＣスタック１０へ供給する場合における水素ガスの流れを説明するための図である。この図において水素ガスの流れのある配管は実線で示し、水素ガスの流れのない配管は点線で示すこととする。

この図に示すとおり、流量制御弁５２、５４を閉弁し、開閉弁６２を開弁すると、水素メインタンク３０から燃料電池スタック１０への水素ガス流路が形成される。当該水素ガス流路にはコンプレッサ３４が介在している。このため、回生ブレーキによるコンプレッサ３４の駆動が行われると、水素メインタンク３０の水素ガスが燃料電池スタック１０に圧送される。これにより、水素メインタンク３０の水素ガスを燃料電池スタック１０に効率よく供給することができる。

［実施の形態４における具体的処理］
次に、図１１を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図１１は、ＥＣＵ７０がコンプレッサ３４における回生動作あるいは力行動作を実行するルーチンのフローチャートである。

図９に示すルーチンにおいては、先ず、車両の運転状態が入力される（ステップ４００）。ここでは、具体的には、水素バッファタンク１６の温度Tt、圧力Pt、燃料電池スタック１０の温度Ts、スタック内のアノード系圧力Ps、車速SPDなどの各種状態量に係わる信号が種々のセンサから入力される。

次に、車両における回生ブレーキの必要有無が判定される（ステップ４０２）。ここでは、具体的には、図３に示すステップ２０２と同様の処理が実行される。その結果、車両のブレーキ操作が行われていないと判定された場合には、回生ブレーキ制御が不要と判断され、次のステップに移行し、ＦＣスタック１０が水素ガスを供給されるべき状態であるか否かが判定される（ステップ４０４）。ここでは、具体的には、スタック内のアノード系圧力Psとアノード系圧力の最小許容圧力Ps_minとの大小を比較することにより、ＦＣスタック１０において、水素ガスが不足しているか否かが判定される。また、水素バッファタンク１６の圧力Ptとスタック圧力Psとの大小を比較することにより、ＦＣスタック１０内に水素ガスを供給することができる程度に水素バッファタンク１６に水素ガスが蓄圧されているか否かが判定される。また、スタック温度Tsとスタック温度の最大許容温度Ts_maxとの大小関係を比較することにより、ＦＣスタック１０内に水素ガスを供給しうるか否かが判定される。その結果、Ps＜Ps_min、かつPt＜Ps、かつTs＜Ts_maxの成立が認められた場合には、次のステップに移行し、高圧水素ガスによる力行動作が実行される（ステップ４０６）。ここでは、具体的には、流量制御弁５２、５４、および開閉弁６２が開弁される。

一方、上記ステップ４０４において、Ps＜Ps_min、かつPt＜Ps、かつTs＜Ts_maxの成立が認められない場合には、ＦＣスタック１０が水素ガスを供給されるべき状態ではないと判断され、次のステップに移行し、水素ガス循環動作が実行される（ステップ４０８）。ここでは、具体的には、流量制御弁５２が開弁され、流量制御弁５４、および開閉弁６２が閉弁される。

一方、上記ステップ４０２において、車両のブレーキ操作が行われたと判定された場合には、回生ブレーキ制御が必要と判断され、次のステップに移行し、ＦＣスタック１０に水素ガスを導入することができるか否かが判定される。（ステップ４１０）。ここでは、具体的には、アノード系圧力Psとアノード系圧力の最大許容圧力Ps_maxとの大小、およびスタック温度Tsとスタック温度の最大許容温度Ts_maxとの大小が比較されることにより、ＦＣスタック１０内に水素ガスを供給しうるか否かが判定される。その結果、Ps＜Ps_max、かつ、Ts＜Ts_maxの成立が認められた場合には、ＦＣスタック１０に水素ガスを導入することができる状態であると判断され、次のステップに移行し、水素メインタンク３０からＦＣスタック１０への水素ガスの供給制御が実行される（ステップ４１２）。ここでは、具体的には、流量制御弁５２、５４が閉弁され、開閉弁６２が開弁される。

一方、上記ステップ４０８において、Ps＜Ps_max、かつ、Ts＜Ts_maxの成立が認められない場合には、ＦＣスタック１０が水素ガスを導入することができない状態であると判断され、次のステップに移行し、蓄圧回生動作が実行される（ステップ４１４）。ここでは、具体的には、流量制御弁５２が閉弁され、流量制御弁５４が開弁され、開閉弁６２が閉弁される。

以上説明したとおり、本実施の形態４によれば、ＦＣスタック１０の各種状態量を直接監視して水素ガスの供給が必要か否かを判断しているため、ＦＣスタック１０において水素ガスが不足する事態を効果的に回避することができる。特に、車両の走行時などの回生ブレーキが不要な状態においては、水素ガスの供給とともに、コンプレッサ３４の力行を行うことができるので、車両の駆動力を効果的に補助することができる。

また、本実施の形態４によれば、回生ブレーキ時において、水素ガスの供給が可能な場合に、コンプレッサ３４の回生駆動により、水素メインタンク３０の水素ガスを直接ＦＣスタック１０に供給することができる。このため、システムにおけるエネルギの回生効率を向上させるとともに、ＦＣスタック１０に効率よく水素ガスを供給することができる。

また、本実施の形態４によれば、ＦＣスタック１０に水素ガスを供給可能な場合には、蓄圧回生動作よりも優先して水素ガス供給における回生動作が実行されるため、ＦＣスタック１０において水素不足が発生する事態を効果的に回避することができる。また、ＦＣスタック１０に水素ガスが供給されると、該ＦＣスタック１０の温度が上昇するため、車両の冷間始動時における暖機補助、および発電補助を効果的に行うことができる。

ところで、上述した実施の形態４においては、車両の回生ブレーキ時に、水素ガス供給動作を実行することとしているが、実行する回生制御はこれに限らない。すなわち、実施の形態２において上述した、蓄圧回生動作と蓄電回生動作との併用制御を、本実施の形態において合わせて実行することとしてもよい。

また、上述した実施の形態４においては、ブレーキが踏み込まれた場合に車両の回生ブレーキが必要と判断し、蓄圧回生動作を実施することとしているが、回生ブレーキの実行判断はブレーキ踏込時に限らない。すなわち、車両の減速を行う必要がある場合であれば、アクセル開度がゼロの状態で下り坂を惰行している場合等に回生ブレーキが必要と判断してもよい。

また、上述した実施の形態４においては、コンプレッサ３４の回転軸３６が、ギア３８を介して駆動軸２６と接続しているが、コンプレッサ３４と駆動軸２６との接続構成はこれに限られない。すなわち、図７に示すとおり、駆動軸２６にコンプレッサ３４を直接連結する構成としてもよい。かかる構成によれば、駆動軸２６とコンプレッサ３４とが同軸に配置されるため、システムのコンパクト化を図ることができる。

また、上述した実施の形態４においては、ＦＣスタック１０が水素ガスを供給されるべき状態であるか否かを、スタックのアノード系圧力Psに基づいて判定することとしているが、判定に使用される状態量はこれに限られない。すなわち、ＦＣスタック１０の燃料不足状態を判定できるのであれば、スタック電圧や発電量等の状態量を使用して判定することとしてもよい。

また、上述した実施の形態４においては、ＦＣスタック１０に水素ガスを供給することができる状態であるか否かを、スタックのアノード系圧力Ps、スタック温度Tsに基づいて判定することとしているが、判定に使用される状態量はこれに限られない。すなわち、ＦＣスタック１０への燃料供給可否状態を判定できるのであれば、他の状態量を使用して判定することとしてもよい。

尚、上述した実施の形態４においては、水素ガス配管６０が前記第１５の発明における「第２分岐配管」に、水素循環配管５０が前記第１５の発明における「第２燃料供給配管」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ７０が、上記ステップ４０６の処理を実行することにより、前記第１５の発明における「第１燃料ガス供給手段」が実現されている。

また、上述した実施の形態４においては、ＥＣＵ７０が、上記ステップ４００の処理を実行することにより、前記第１６の発明における「燃料電池温度検出手段」、「燃料電池圧力検知手段」、および「タンク圧力検知手段」が、上記ステップ４０４の処理を実行することにより、前記第１６の発明における「第１燃料ガス供給手段」が、それぞれ実現されている。

また、上述した実施の形態４においては、ＥＣＵ７０が、上記ステップ４０２の処理を実行することにより、前記第１７の発明における「判定手段」が、上記ステップ４１２の処理を実行することにより、前記第１７の発明における「第２燃料ガス供給手段」が、それぞれ実現されている。

また、上述した実施の形態４においては、ＥＣＵ７０が、上記ステップ４００の処理を実行することにより、前記第１９の発明における「燃料電池温度検出手段」、および「燃料電池圧力検知手段」が、上記ステップ４１０の処理を実行することにより、前記第１９の発明における「第２燃料ガス供給手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態５．
［実施の形態５の特徴］
次に、図１２を参照して、本発明の実施の形態５について説明する。本実施の形態のシステムは、図４に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ７０に後述する図１２に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。

本実施の形態５においては、車両が停止している場合の停止アシストを実行する。図４に示すハードウェア構成によれば、車輪２８とコンプレッサ３４とが常時連結されている。このため、車両の停止時にコンプレッサ３４の回転をロックすることができれば、車両のブレーキアシストを効果的に行うことが可能となる。

そこで、本実施の形態においては、水素供給配管３２におけるコンプレッサ３４の上流および下流をともに閉鎖することとする。具体的には、流量制御弁５２、５４をともに閉弁することとする。これにより、コンプレッサ３４の上流および下流が、流量制御弁５２、５４、および逆止弁４４により閉鎖されるため、コンプレッサ３４の回転を効果的に防止することができる。

［実施の形態５の具体的処理］
次に、図１２を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図１２は、ＥＣＵ７０が車両の停止アシストを実行するルーチンのフローチャートである。

図１２に示すルーチンにおいては、先ず、車両の停止状態が判定される（ステップ５００）。ここでは、具体的には、車両のフットブレーキが踏み込まれているか否か、および車速SPDがゼロか否かが判定される。その結果、車速SPD＝０、かつフットブレーキが踏み込まれていると判定された場合には、車両の停止アシストをすべきと判断され、次のステップに移行し、流量制御弁５２、５４が閉弁される（ステップ５０２）。これにより、コンプレッサ３４の上流および下流がすべて閉鎖される。

一方、上記ステップ５００において、車速SPD＝０でない、或いはフットブレーキが踏み込まれてないと判定された場合には、次のステップに移行し、パーキングブレーキがかけられているか否かが判定される（ステップ５０４）。その結果、パーキングブレーキがかけられていると判定された場合には、車両の停止アシストをすべきと判断され、上記ステップ５０２に移行し、コンプレッサ３４の上下流を閉鎖する処理が実行される。

一方、上記ステップ５０４において、パーキングブレーキがかけられていないと判定された場合には、次のステップに移行し、車両の変速機がパーキング状態か否かが判定される（ステップ５０６）。その結果、車両の変速機がパーキング状態であると判定された場合には、車両の停止アシストをすべきと判断され、上記ステップ５０２に移行し、コンプレッサ３４の上下流を閉鎖する処理が実行される。一方、上記ステップ５０４において、車両の変速機がパーキング状態でないと判定された場合には、車両の走行中等により、停止アシストを実行する必要がないと判断され、本ルーチンは終了される。

以上説明したとおり、本実施の形態５によれば、コンプレッサ３４の上下流を閉鎖することにより、車両停止時のブレーキを効果的にアシストすることができる。これにより、パーキングブレーキに要するエネルギを効果的に低減することができる。また、本実施の形態の車両停止アシストは、アクチュエータ等を使用せずに実行することができるため、システムのエネルギ効率を向上させることができる。

ところで、上述した実施の形態５においては、図４に示すハードウェア構成において、車両停止アシストを実行することとしているが、本発明を実行可能なシステムはこれに限られない。すなわち、コンプレッサ３４と車輪２８とが連結された状態とすることができ、かつ、コンプレッサ３４の上下流を封鎖することができる構成であれば、他のハードウェア構成において実行することとしてもよい。

本発明の実施の形態１のハードウェア構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態３のハードウェア構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態３において水素ガス流路を説明するための図である。 本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態３のハードウェア構成の変形例を説明するための図である。 本発明の実施の形態４のハードウェア構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態４において実行される力行動作を説明するための図である。 本発明の実施の形態４において実行される水素ガス供給動作を説明するための図である。 本発明の実施の形態４において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態５において実行されるルーチンのフローチャートである。

符号の説明

１０ 燃料電池スタック
１２ 水素ガス配管
１４ レギュレータ
１６ 水素バッファタンク
１８ 酸化ガス配管
２０ バッテリ
２２ インバータ
２４ モータージェネレータ
２６ 駆動軸
２８ 車輪
３０ 水素メインタンク
３２ 水素供給配管
３４ コンプレッサ
３６ 回転軸
３８ ギア
４０ クラッチ
４２、４４ 逆止弁
５０ 水素循環配管
５２、５４ 流量制御弁
６０ 水素ガス配管
６２ 開閉弁
７０ ＥＣＵ（Electronic Control Unit）
７２、７４ 温度センサ
７６ 圧力センサ
７８ 電圧計
８０ 車速センサ
８２ 温度センサ
８４ 圧力センサ
Ps アノード系スタック圧力
Pt 水素バッファタンク圧力
SOC バッテリ残量
SPD 車速
Tb バッテリ温度
Ts スタック温度
Tt 水素バッファタンク温度
τ 減速トルク

Claims (22)

1. 酸化ガスおよび燃料ガスの供給を受け、電気化学反応により発電を行う燃料電池と、
   燃料ガスを前記燃料電池に供給可能な状態で蓄えるバッファタンクと、
   燃料ガスを燃料ガス供給源から前記バッファタンクへ供給するための燃料供給配管と、
   前記燃料供給配管に配置され、回転軸を車両の駆動軸と連結されたコンプレッサと、
   前記車両の駆動軸の回転により前記コンプレッサを駆動して、燃料ガスを前記バッファタンクに蓄圧する蓄圧回生制御手段と、
   を備えることを特徴とする燃料電池車両の制御装置。
2. 前記蓄圧回生制御手段は、
   前記コンプレッサと前記駆動軸とを締結または解放する動力伝達装置と、
   前記車両の運転状態に基づいて、前記動力伝達装置を制御する制御手段と、
   を含むことを特徴とする請求項１記載の燃料電池車両の制御装置。
3. 前記燃料供給配管における前記コンプレッサの下流側から分岐して、前記コンプレッサの上流側に連通する分岐配管を更に備え、
   前記蓄圧回生制御手段は、
   前記燃料供給配管における前記コンプレッサ下流の燃料ガスを、前記バッファタンクに圧送する燃料ガス蓄圧手段と、
   前記燃料供給配管における前記コンプレッサ下流の燃料ガスを、前記分岐配管を介して該コンプレッサの上流に循環させる燃料ガス循環手段と、
   前記車両の運転状態に基づいて、前記燃料ガス蓄圧手段と前記燃料ガス循環手段とを切り替える切替手段と、
   を含むことを特徴とする請求項１記載の燃料電池車両の制御装置。
4. 前記車両の駆動軸に連結され、原動機および発電機として機能する回転電機と、
   前記車両の運転状態に基づいて、前記車両の駆動軸の回転により前記回転電機を駆動して、発電された電気エネルギを蓄電装置に蓄電する蓄電回生制御手段と、
   を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の燃料電池車両の制御装置。
5. 前記回転電機は、モータージェネレータであることを特徴とする請求項４記載の燃料電池車両の制御装置。
6. 前記車両の運転状態に基づいて、前記車両における回生ブレーキの実行要否を判定する判定手段と、
   前記判定手段により回生ブレーキの実行が必要と判定された場合に、前記蓄圧回生制御手段または／および前記蓄電回生制御手段を実行する回生制御手段と、
   を備えることを特徴とする請求項４または５記載の燃料電池車両の制御装置。
7. 前記判定手段は、前記車両の減速要求に応じて前記回生ブレーキの実行要否を判定することを特徴とする請求項６記載の燃料電池車両の制御装置。
8. 前記蓄電装置への蓄電可否を判定する蓄電可否判定手段を更に備え、
   前記回生制御手段は、前記蓄電装置が蓄電できない状態であると判定された場合に、前記蓄電回生制御手段の実行を禁止することを特徴とする請求項６または７記載の燃料電池車両の制御装置。
9. 前記蓄電可否判定手段は、
   前記蓄電装置の温度を検知する蓄電装置温度検出手段を含み、
   前記蓄電装置温度が所定の上限値を超えている場合に、前記蓄電装置が蓄電できない状態であると判定することを特徴とする請求項８記載の燃料電池車両の制御装置。
10. 前記蓄電可否判定手段は、
    前記蓄電装置における電力残量を検知する電力残量検知手段を含み、
    前記電力残量が所定の上限値を超えている場合に、前記蓄電装置が蓄電できない状態であると判定することを特徴とする請求項８または９記載の燃料電池車両の制御装置。
11. 前記バッファタンクへの蓄圧可否を判定する蓄圧可否判定手段を更に備え、
    前記回生制御手段は、前記バッファタンクが蓄圧できない状態であると判定された場合に、前記蓄圧回生制御手段の実行を禁止することを特徴とする請求項６乃至１０の何れか１項に記載の燃料電池車両の制御装置。
12. 前記蓄圧可否判定手段は、
    前記バッファタンクの温度を検知するタンク温度検出手段を含み、
    前記タンク温度が所定の上限値を超えている場合に、前記バッファタンクが蓄圧できない状態であると判定することを特徴とする請求項１１記載の燃料電池車両の制御装置。
13. 前記蓄圧可否判定手段は、
    前記バッファタンクの圧力を検知するタンク圧力検知手段を含み、
    前記タンク圧力が所定の上限値を超えている場合に、前記バッファタンクが蓄圧できない状態であると判定することを特徴とする請求項１１または１２記載の燃料電池車両の制御装置。
14. 前記蓄電装置への蓄電可否を判定する蓄電可否判定手段と、
    前記バッファタンクへの蓄圧可否を判定する蓄圧可否判定手段と、を更に備え、
    前記回生制御手段は、前記蓄電可否判定手段により前記蓄電装置へ蓄電できると判定され、且つ、前記蓄圧可否判定手段により前記バッファタンクへ蓄圧できると判定された場合に、前記蓄圧回生制御手段よりも、前記蓄電回生制御手段を優先して実行することを特徴とする請求項６または７記載の燃料電池車両の制御装置。
15. 前記燃料電池は、前記燃料供給配管における前記コンプレッサの下流側から分岐して設けられた第２分岐配管に接続され、
    前記バッファタンクと前記燃料供給配管における前記コンプレッサ上流側とを連通させる第２燃料供給配管と、
    前記車両の非回生ブレーキ時に、前記バッファタンクの燃料ガスを、前記第２燃料供給配管を介して前記燃料電池に供給する第１燃料ガス供給手段と、を備え、
    前記第１燃料ガス供給手段は、燃料ガスが前記燃料供給配管における前記コンプレッサ内部を上流側から下流側へ通過する際に、該コンプレッサを力行駆動することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の燃料電池車両の制御装置。
16. 前記燃料電池の温度を検知する燃料電池温度検出手段と、
    前記燃料電池における燃料ガス圧力を検知する燃料電池圧力検知手段と、
    前記バッファタンクの圧力を検知するタンク圧力検知手段と、を更に備え、
    前記第１燃料ガス供給手段は、前記燃料電池温度が所定の上限値よりも小さく、前記燃料電池圧力が所定の下限値よりも小さく、且つ、前記タンク圧力が前記燃料電池圧力よりも小さい場合に実行することを特徴とする請求項１５記載の燃料電池車両の制御装置。
17. 前記車両の運転状態に基づいて、前記車両における回生ブレーキの実行要否を判定する判定手段と、
    前記判定手段により回生ブレーキの実行が必要であると判断された場合に、前記燃料ガス供給源の燃料ガスを、前記コンプレッサを介して前記燃料電池に供給する第２燃料ガス供給手段と、
    を更に備えることを特徴とする請求項１５または１６記載の燃料電池車両の制御装置。
18. 前記判定手段は、前記車両の減速要求に応じて前記回生ブレーキの実行要否を判定することを特徴とする請求項１７記載の燃料電池車両の制御装置。
19. 前記燃料電池の温度を検知する燃料電池温度検出手段と、
    前記燃料電池における燃料ガス圧力を検知する燃料電池圧力検知手段と、を更に備え、
    前記第２燃料ガス供給手段は、前記燃料電池温度が所定の上限値よりも小さく、且つ、前記燃料電池圧力が所定の上限値よりも小さい場合に実行することを特徴とする請求項１７または１８記載の燃料電池車両の制御装置。
20. 前記第２燃料ガス供給手段は、前記蓄圧回生手段よりも優先して実行することを特徴とする請求項１９記載の燃料電池車両の制御装置。
21. 前記車両の停止時に、前記コンプレッサの回転をロックするロック手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至２０の何れか１項記載の燃料電池車両の制御装置。
22. 前記ロック手段は、前記コンプレッサの上流側および下流側の配管を閉鎖することを特徴とする請求項２１記載の燃料電池車両の制御装置。

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