JP2009140931A - 燃料電池を有する動力出力装置およびその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料電池や二次電池といったエネルギ源からの出力可能量が不足しているパワー不足状態を操作者に知らせる。
【解決手段】 燃料電池出力可能量Ｑｆが所定値Ｌ２を下回ったとき、出力制限警告ランプ８４２がオン状態に切り替えられる。出力制限警告ランプ８４２は、インストルメントパネル内のコンビネーションメータ８４０に設けられている。また、二次電池出力可能量Ｑｂが所定値Ｌ３を下回ったときにも、出力制限警告ランプ８４２がオン状態に切り替えられる。さらに、燃料電池出力可能量Ｑｆと二次電池出力可能量Ｑｂの和である駆動出力許可量Ｑｈが、出力制限を行なう前のステップＳ１３０で求められた要求出力Ｅｄ＊よりもある程度以上下回った場合が所定時間以上連続した場合にも、出力制限警告ランプ８４２がオン状態に切り替えられる。
【選択図】 図１４

Description

この発明は、燃料電池を有する動力出力装置および動力出力方法に関する。

従来、この種の動力出力装置としては、車両に搭載される装置であって、アクセルペダルの位置から求められる要求出力に基づいて実際の出力をその時点での燃料電池の出力可能量で制限するものが提案されている（例えば、特許文献１など）。この装置では、要求出力に基づいて燃料電池の運転条件を変更して要求出力が燃料電池から出力されるように制御している。そして、燃料電池の出力可能量が要求出力未満のときには、実際の出力を出力可能量に制限することにより、燃料電池の破損などを防止している。

特開平７−７５２１４号公報

しかしながら、前記従来の技術では、操作者に操作上の違和感を与える場合がある。操作者の要求出力が燃料電池の出力可能量より大きいときには実際の出力が燃料電池の出力可能量で制限されるから、操作者は、動力出力装置に異常が生じて要求通りの出力とならないのか、動力出力装置には異常はないが燃料電池などが定常運転状態に至ってないために要求通りの出力とならないのか経験などにより判断しなければならない。操作者が、定期的に同一の動力出力装置を使用する場合にはこれらの判断も適切に行なうことができるが、不定期に動力出力装置を使用する場合には適切な判断を行なうことは困難である。

この発明は、燃料電池や二次電池といったエネルギ源からの出力可能量が不足しているパワー不足状態を操作者に知らせることを目的の一つとする。

前述した課題の少なくとも一部を解決するために、この発明の第１の動力出力装置は、
燃料電池をエネルギ源の一つとして動力を出力する動力出力装置であって、
前記燃料電池から出力可能な電力に対応したパラメータを求める演算手段と、
該求められたパラメータを所定値と比較して、前記出力可能な電力が不足しているパワー不足状態を検出する検出手段と、
該検出手段で前記パワー不足状態が検出されたときに、パワー不足であることを報知する報知手段と
を備えることを特徴としている。

上記構成の動力出力装置によれば、検出手段によって、燃料電池から出力可能な電力に対応したパラメータが所定値と比較されることで、その出力可能な電力が不足しているパワー不足状態が検出されると、報知手段によってパワー不足状態が報知される。したがって、この動力出力装置では、燃料電池から出力可能な燃料電池出力可能量が不足していることを操作者に知らせることができる。

上記動力出力装置において、前記演算手段は、前記燃料電池の電池特性を検出する電池特性検出手段と、該検出された電池特性に基づいて、前記パラメータとして、定格電圧での最大出力を求める手段とを備える構成とすることができる。

この構成によれば、演算手段により、燃料電池における定格電圧での最大出力を示すパラメータが求められる。したがって、この動力出力装置では、このパラメータから、燃料電池からの出力可能な電力が不足するパワー不足状態を検出することができる。

上記第１の動力出力装置において、前記演算手段は、前記演算手段は、前記燃料電池の運転状態を検出する電池状態検出手段と、該検出された燃料電池の運転状態に基づいて、前記パラメータとして、前記燃料電池の出力可能量を求める手段とを備え、前記電池状態検出手段により検出される燃料電池の運転状態が、前記燃料電池の温度を少なくとも含むものである構成とすることができる。

この構成によれば、演算手段により、燃料電池の出力可能量を示すパラメータが求められる。したがって、この動力出力装置では、このパラメータから、燃料電池からの出力可能な電力が不足するパワー不足状態を検出することができる。

さらに、この構成によれば、燃料電池の温度に基づいて、出力制限量が求められることになる。

上記第１の動力出力装置において、前記報知手段は、前記報知を可視的に行なう報知灯を備える構成とすることができる。この構成によれば、操作者は報知を素早く知ることができる。

この発明の第２の動力出力装置は、
燃料電池と、
該燃料電池からの出力を充電可能な二次電池と、
前記燃料電池および／または二次電池からの出力の供給を受けて、モータを駆動するインバータと、
前記モータの要求出力を算出する要求出力算出手段と、
前記燃料電池と二次電池からそれぞれ出力可能な電力の和に対応したパラメータを求める演算手段と、
該求められたパラメータを前記要求出力に基づいて定まる値と比較して、前記出力可能な電力の和が不足しているパワー不足状態を検出する検出手段と、
該検出手段で前記パワー不足状態が検出されたときに、パワー不足であることを報知する報知手段と
を備えることを特徴としている。

上記構成の動力出力装置によれば、検出手段によって、燃料電池と二次電池からそれぞれ出力可能な電力の和に対応したパラメータが所定値と比較されることで、その電力和が不足しているパワー不足状態が検出されると、報知手段によってパワー不足状態が報知される。したがって、この動力出力装置では、燃料電池と二次電池からそれぞれ出力可能な電力和が不足していることを操作者に知らせることができる。

上記第２の動力出力装置において、前記報知手段は、前記報知を可視的に行なう報知灯を備える構成とすることができる。この構成によれば、操作者は報知を素早く知ることができる。

この発明の第１の動力出力方法は、
燃料電池をエネルギ源の一つとして動力を出力する動力出力方法であって、
（ａ）前記燃料電池から出力可能な電力に対応したパラメータを求めるステップと、
（ｂ）該求められたパラメータを所定値と比較して、前記出力可能な電力が不足しているパワー不足状態を検出するステップと、
（ｃ）該検出されたパワー不足状態を報知するステップと
を備えることを特徴としている。

この発明の第１の動力出力方法は、上記発明の第１の動力出力装置と同様な作用・効果を有しており、燃料電池から出力可能な燃料電池出力可能量が不足していることを操作者に知らせることができる。

この発明の第２の動力出力方法は、
燃料電池と、
該燃料電池からの出力を充電可能な二次電池と、
前記燃料電池および／または二次電池からの出力の供給を受けて、モータを駆動するインバータと、
を備えた動力出力装置を制御する動力出力方法であって、
（ａ）前記モータの要求出力を算出するステップと、
（ｂ）前記燃料電池と二次電池からそれぞれ出力可能な電力の和に対応したパラメータを求めるステップと、
（ｃ）該求められたパラメータを前記要求出力に基づいて定まる値と比較して、前記出力可能な電力の和が不足しているパワー不足状態を検出するステップと、
（ｄ）該ステップ（ｃ）で前記パワー不足状態が検出されたときに、パワー不足であることを報知するステップと
を備える動力出力方法。

この発明の第２の動力出力方法は、上記発明の第２の動力出力装置と同様な作用・効果を有しており、燃料電池と二次電池からそれぞれ出力可能な電力和が不足していることを操作者に知らせることができる。

この発明は、以下のような他の態様も含んでいる。その第１の態様は、この発明の上記各動力出力装置または動力出力方法において、パラメータとの比較に用いる所定値は、予め用意した一定値とした態様である。その第２の態様は、この発明の上記各動力出力装置または動力出力方法において、パラメータとの比較に用いる所定値は、他の物理量（例えば、燃料電池の状態を示す物理量、二次電池の状態を示す物理量等）に応じて値が変わる可変量とした態様である。その第３の態様は、この発明の上記各動力出力装置または動力出力方法を、車両に搭載または採用し、上記報知する手段またはステップを、その車両の運転者に対して報知する構成とした態様である。

以下、本発明の実施の形態について、車両に適用した実施例に基づいて、以下の項目に分けて説明する。
（第１実施例）
Ａ．装置の構成：
Ｂ．電力制御処理：
Ｃ．出力制限警告ランプの制御処理：
Ｄ．効果：
（第２実施例）
Ｅ．装置の構成：
Ｆ．メータの制御処理：
Ｇ．効果：

（第１実施例）
Ａ．装置の構成：
図１は、本発明の第１実施例としての車載用動力出力装置をガス系統を中心に示す構成図である。本実施例の車載用動力出力装置１００は、自動車などの車両に搭載されるものであって、主として、水素ガスの供給を受けて電力を発生する燃料電池２００と、その燃料電池２００に水素ガスを供給する高圧水素ガスタンク３００と、燃料電池２００によって発生された電力により動力を出力する後述する駆動モータを備えている。

燃料電池２００は、水素を含んだ水素ガスの他、酸素を含んだ酸化ガス（例えば、空気）の供給を受けて、水素極と酸素極において、下記に示すような反応式に従って、電気化学反応を起こし、電力を発生させている。

即ち、水素極に水素ガスが、酸素極に酸化ガスがそれぞれ供給されると、水素極側では式（１）の反応が、酸素極側では式（２）の反応がそれぞれ起こり、燃料電池全体としては、式（３）の反応が行なわれる。

Ｈ₂ → ２Ｈ⁺＋２ｅ^- ...（１）
２Ｈ⁺＋２ｅ^-＋（１／２）Ｏ₂ → Ｈ₂Ｏ ...（２）
Ｈ₂＋（１／２）Ｏ₂ → Ｈ₂Ｏ ...（３）

また、燃料電池２００は、複数の単セルが積層された燃料電池スタックによって構成されており、１つの単セルは、電解質膜（図示せず）と、それを両側から挟み込む拡散電極（図示せず）である水素極及び酸素極と、さらにそれらを両側から挟み込む２枚のセパレータ（図示せず）と、で構成されている。セパレータの両面には、凹凸が形成されており、挟み込んだ水素極と酸素極との間で、単セル内ガス流路を形成している。このうち、水素極との間で形成される単セル内ガス流路には、前述したごとく供給された水素ガスが、酸素極との間で形成される単セル内ガス流路には、酸化ガスが、それぞれ流れている。なお、燃料電池スタックは、スタックケース内に収納されて、車両に搭載されている。

一方、高圧水素ガスタンク３００は、内部に高圧の水素ガスを蓄えており、根本に取り付けられたシャットバルブ３０２を開くことにより、およそ２０〜３５ＭＰａの圧力を有する水素ガスが放出される。なお、本実施例の場合、高圧水素ガスタンク３００は、車両内に４本搭載されている。

その他、本実施例の車載用動力出力装置１００は、図１に示すように、システム内で水素ガスを流通させるための水素ガス流路と、酸化ガスを流通させるための酸化ガス流路と、酸素オフガスに含まれる水を循環させるための水循環流路６０１と、装置全体を制御するためのパワーコントロールユニット７００を備えている。

このうち、水素ガス流路は、高圧水素ガスタンク３００の放出口から燃料電池２００の供給口に至る本流流路４０１と、燃料電池２００の排出口からポンプ４１０を介して本流流路４０１に戻る循環流路４０３と、循環している水素ガス中の不純物を排出するための排出流路４０５と、圧力異常時に水素ガスを排出するためのリリーフ流路４０７，４０９と、水素ガス漏れをチェックする際に用いるリークチェック流路４１１と、水素ガス供給ポート４２８から高圧水素ガスタンク３００の充填口に至る供給流路４１３と、を備えている。本実施例では、水素ガスの供給源として高圧水素ガスタンク３００を用いており、高圧の水素ガスを放出することができる。

本流流路４０１には、高圧水素ガスタンク３００の放出口にシャットバルブ３０２および放出マニュアルバルブ３０４が配置されており、流路途中に減圧バルブ４１８，熱交換器４２０および減圧バルブ４２２がそれぞれ配置されており、燃料電池２００の供給口にシャットバルブ２０２が配置されている。また、循環流路４０３には、燃料電池２００の排出口にシャットバルブ２０４が配置されており、流路途中に、気液分離器４０６，ポンプ４１０及び逆止弁４１９がそれぞれ配置されている。また、供給流路４１３には、高圧水素ガスタンク３００の充填口に逆止弁３０６および充填マニュアルバルブ３０８が配置されている。さらに、排出流路４０５にはシャットバルブ４１２および水素希釈器４２４が、リリーフ流路４０７にはリリーフバルブ４１４が、同じくリリーフ流路４０９にはリリーフバルブ４１６が、リークチェック流路４１１には、リークチェックボート４２６が、それぞれ配置されている。

一方、酸化ガス流路は、燃料電池２００に酸化ガスを供給するための酸化ガス供給流路５０１と、燃料電池２００から排出された酸素オフガスを排出するための酸素オフガス排出流路５０３と、水素希釈器４２４に酸素オフガスを導くための酸素オフガス導入流路５０５と、を備えている。

酸化ガス供給流路５０１には、エアクリーナ５０２と、コンプレッサ５０４と、加湿モジュール５０６と、が配置されている。また、酸素オフガス排出流路５０３には、調圧弁５０８と、前述の加湿モジュール５０６と、気液分離器５１０と、消音器５１２と、オフガス排出口５１４が配されている。

また、水循環流路６０１には、ポンプ６０２，６０６と、加湿水タンク６０４と、インジェクタ６０８と、が配されている。なお、上記ポンプ４１０や、コンプレッサ５０４や、ポンプ６０２，６０６は、それぞれ、モータ４１０ｍ、５０４ｍ、６０２ｍ、６０６ｍによって駆動される。

パワーコントロールユニット７００は、内部にＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを備えたマイクロコンピュータとして構成されている。パワーコントロールユニット７００は、図示せざる各種センサから得られた検出結果を入力すると共に、各バルブ２０２，２０４，３０２，４１２や、ポンプ４１０，６０２，６０６やコンプレッサ５０４の各モータ４１０ｍ、５０４ｍ、６０２ｍ、６０６ｍをそれぞれ制御する。なお、図面を見やすくするために、制御線等は省略されている。放出マニュアルバルブ３０４および充填マニュアルバルブ３０８は、それぞれ、手動で開閉されるようになっている。

まず、酸化ガスの流れについて説明する。パワーコントロールユニット７００によってコンプレッサ５０４を駆動すると、大気中の空気が酸化ガスとして取り込まれ、エアクリーナ５０２によって浄化され、さらに、コンプレッサ５０４によって加圧された後、酸化ガス供給流路５０１を通り、加湿モジュール５０６を介して燃料電池２００に供給される。

供給された酸化ガスは、燃料電池２００内において、上述した電気化学反応に使用された後、酸素オフガスとして排出される。排出された酸素オフガスは、酸素オフガス排出流路５０３を通り、調圧弁５０８を介した後、再び、加湿モジュール５０６に流入される。

前述したように、燃料電池２００内の酸素極側では、式（２）に従って水（Ｈ₂Ｏ ）が生成されるため、燃料電池２００から排出される酸素オフガスは、非常にウェットで、多くの水分を含んでいる。一方、大気中から取り入れて、コンプレッサ５０４によって加圧された酸化ガス（空気）は、湿度の低いガスである。本実施例では、酸化ガス供給流路５０１と酸素オフガス排出流路５０３を一つの加湿モジュール５０６を通過させ、両者の間で水蒸気交換を行うことにより、非常にウェットな酸素オフガスからドライな酸化ガスへ水分を与えるようにしている。この結果、加湿モジュール５０６から流出され燃料電池２００へ供給される酸化ガスは或る程度ウェットになり、加湿モジュール５０６から流出され車両外部の大気中へ排出される酸素オフガスは或る程度ドライになる。

こうして、加湿モジュール５０６において或る程度ドライになった酸素オフガスは、次に、気液分離器５１０に流入される。気液分離器５１０では、加湿モジュール５０６からの酸素オフガスを気体分と液体分に気液分離し、酸素オフガスに含まれている水分を液体分としてさらに除去して、よりドライにしている。また、除去された水分は回収水として回収され、ポンプ６０２によって汲み上げられて、加湿水タンク６０４に蓄えられる。そして、この回収水はポンプ６０６によってインジェクタ６０８に送り出され、コンプレッサ５０４の流入口で、インジェクタ６０８により霧吹きされて、エアクリーナ５０２からの酸化ガスに混合される。こうすることによって、酸化ガス供給流路５０１を通る酸化ガスをさらにウェットにしている。

以上のようにして、気液分離器５１０においてさらにドライになった酸素オフガスは、その後、消音器５１２で消音されて、オフガス排出口５１４から車両外部の大気中に排出される。

なお、コンプレッサ５０４と加湿モジュール５０６とを結ぶ流路におけるコンプレッサ５０４の直ぐ傍には、温度センサ５０７が設けられている。コンプレッサ５０４のモータ５０４ｍや、そのモータ５０４ｍに接続されるインバータ（図示せず）は、内部に損失による発熱があり温度が上昇する。温度が高くなりすぎると、絶縁物の劣化を早めたり、軸受や整流子などに悪影響を及ぼす可能性が生じる。これを防止するために、温度センサ５０７により、モータ回りの温度を検出して、温度が高くなりすぎた場合に、パワーコントロールユニット７００により、コンプレッサ５０４のモータ５０４ｍの回転を抑える制御を行なっている。

次に、水素ガスの流れについて説明する。高圧水素ガスタンク３００の放出マニュアルバルブ３０４は、通常時は、常に開いており、充填マニュアルバルブ３０８は、常に閉じている。

また、高圧水素ガスタンク３００のシャットバルブ３０２と、燃料電池２００のシャットバルブ２０２，２０４は、それぞれ、パワーコントロールユニット７００によって、燃料電池システムの運転時には開いているが、停止時には閉じている。

その他、排出流路４０５のシャットバルブ４１２は、パワーコントロールユニット７００によって、運転時には、基本的に閉じている。なお、リリーフバルブ４１４，４１６は、圧力異常時などの場合以外は閉じている。

運転時において、前述したとおり、パワーコントロールユニット７００がシャットバルブ３０２を開くと、高圧水素ガスタンク３００からは水素ガスが放出され、その放出された水素ガスは、本流流路４０１を通って燃料電池２００に供給される。供給された水素ガスは、燃料電池２００内において前述の電気化学反応に使用された後、水素オフガスとして排出される。排出された水素オフガスは、循環流路４０３を通って本流流路４０１に戻され、再び、燃料電池２００に供給される。このとき、循環流路４０３の途中に設けられているポンプ４１０が駆動することによって、循環流路４０３を通る水素オフガスは勢いをつけて本流流路４０１に送り出される。こうして、水素ガスは、本流流路４０１及び循環流路４０３を通って循環している。なお、循環流路４０３中において、本流流路４０１との接続点と、ポンプ４１０と、の間には、循環している水素オフガスが逆流しないようにするために、逆止弁４１９が設けられている。

このように、水素オフガスを本流流路４０１に戻して水素ガスを循環させることにより、燃料電池２００で使用される水素量は同じであっても、燃料電池２００に供給される水素ガスの見かけの流量が多くなり、流速も速くなるため、燃料電池２００に対する水素の供給という観点からは有利となって、燃料電池２００の出力電圧も上がる。

更に、水素ガスを循環させることで、電解質膜を透過して酸素極側から水素極側に漏れ出してくる空気中の窒素などの不純物が、水素極に溜まるということがない。従って、窒素などの不純物の滞留により、燃料電池２００が発電動作に支障を来し、出力電圧が落ちてしまうということもない。

もとより、水素ガスを循環して均一化させたとしても、燃料電池２００内において、酸素極側から水素極側には不純物が常時漏れ出してくるため、長時間経てば、均一化された水素ガス中の不純物の濃度は次第に上がり、それに連れて水素の濃度は低下する。そのため、循環流路４０３から分岐した排出流路４０５に、シャットバルブ４１２を設け、パワーコントロールユニット７００によって、このシャットバルブ４１２を定期的に開いて、循環している不純物を含む水素ガスの一部を排出している。シャットバルブ４１２を開くことで、不純物を含んだ水素ガスの一部は循環路から排出され、その分だけ、高圧水素ガスタンク３００からの純粋な水素ガスが導入される。これにより、水素ガス中の不純物の濃度は下がり、逆に水素の濃度は上がる。この結果、燃料電池２００は、発電を継続して適切に行うことができる。シャットバルブ４１２を開く時間間隔は、運転条件や出力により異なるが、例えば５秒に１回程度としても良い。

なお、燃料電池２００の発電動作中にシャットバルブ４１２を開けたとしても、燃料電池２００の出力電圧は一瞬下がるだけで、大きな電圧低下にはならない。シャットバルブ４１２の開放時間としては、１秒以下が好ましく、例えば、５００ｍｓｅｃ程度がより好ましい。

シャットバルブ４１２から排出された水素ガスは、排出流路４０５を通って、水素希釈器４２４に供給される。水素希釈器４２４には、酸素オフガス排出流路５０３から分岐した酸素オフガス導入流路５０５を通って、酸素オフガスも供給されている。水素希釈器４２４では、これら供給された水素ガスと酸素オフガスとを混合することによって、シャットバルブ４１２から排出された水素ガスを希釈している。希釈された水素ガスは、酸素オフガス排出流路５０３に送り込まれ、酸素オフガス排出流路５０３を流れる酸素オフガスとさらに混合される。そして、混合されたガスは、オフガス排出口５１４から車両外の大気中に排気される。

なお、ポンプ４１０のモータ４１０ｍは、パワーコントロールユニット７００によって、その回転数（回転速度）が制御されており、燃料電池２００の発生した電力の消費量に応じて、循環流路４０３を流れる水素オフガスの流速、即ち、燃料電池としての水素ガスの供給量を変化させている。さらに、このモータ４１０ｍには、温度センサ４０９が設けられている。モータ４１０ｍや、そのモータ４１０ｍに接続されるインバータ（図示せず）は、内部に損失による発熱があり、温度が上昇する。温度が高くなりすぎると、絶縁物の劣化を早めたり、軸受や整流子などに悪影響を及ぼす可能性が生じる。これを防止するために、温度センサ４０９により、モータ回りの温度を検出して、温度が高くなりすぎた場合に、パワーコントロールユニット７００によって、モータ４１０ｍの回転数（回転速度）を所定の制限数以内に抑える制御を行なっている。

また、高圧水素ガスタンク３００の出口近傍には、１次減圧用の減圧バルブ４１８と２次減圧用の減圧バルブ４２２の２つ減圧バルブが設けられている。これらの減圧バルブは、高圧水素ガスタンク３００内の高圧の水素ガスを、２段階で減圧している。即ち、具体的には、１次減圧用の減圧バルブ４１８によって、およそ２０〜３５ＭＰａからおよそ０．８〜１ＭＰａに減圧し、さらに２次減圧用の減圧バルブ４２２によって、およそ０．８〜１ＭＰａからおよそ０．２〜０．３ＭＰａに減圧する。この結果、高圧の水素ガスを燃料電池２００に供給して、燃料電池２００を傷めるということがない。

なお、１次減圧用の減圧バルブ４１８によって、高圧の水素ガスをおよそ２０〜３５ＭＰａからおよそ０．８〜１ＭＰａに減圧される。高圧水素ガスタンク３００からの水素放出は、膨張を伴うために圧力、流量によって、放出温度が変化する。本実施例では、１次減圧用の減圧バルブ４１８と２次減圧用の減圧バルブ４２２との間に、熱交換器４２０を配置して、減圧後の水素ガスに対して熱交換する仕組みを採用している。この熱交換器４２０には、図示していないが、燃料電池２００を循環した冷却水が供給されており、その冷却水と温度変化した水素ガスとの間で熱交換が行なわれる。水素ガスの温度は、この熱交換器４２０を通過することによって、ほぼ適正な温度範囲となり、燃料電池２００に供給することができる。従って、燃料電池２００内では、十分な反応温度が得られるため、電気化学反応が進み、適正な発電動作を行なうことができる。

また、前述したように、燃料電池２００内の酸素極側では、式（２）に従って水（Ｈ2Ｏ ）が生成され、その水は水蒸気として酸素極側から電解質膜を通して水素極側にも入ってくる。従って、燃料電池２００から排出される水素オフガスは、ウェットで、かなり多くの水分を含んでいる。本実施例では、循環流路４０３の途中に気液分離器４０６を設け、この気液分離器４０６によって、水素オフガスに含まれる水分を気液分離し、液体分を除去して、気体（水蒸気）分のみを他の気体と共にポンプ４１０に送るようにしている。これにより、水素ガスに含まれる水分は気体分のみとなり、燃料電池２００には、水分が気液混合体として供給されることがなく、発電動作は良好に継続される。

一方、減圧バルブ４１８や４２２が故障するなどの異常が生じた場合には、燃料電池２００に供給される水素ガスの圧力が異常に高くなり、燃料電池２００に不具合が生じる恐れがある。そのため、本実施例では、本流流路４０１における減圧バルブ４１８の後段で分岐したリリーフ流路４０７の途中に、リリーフバルブ４１４を設けると共に、減圧バルブ４２２の後段で分岐したリリーフ流路４０９の途中に、リリーフバルブ４１６を設けて、減圧バルブ４１８から減圧バルブ４２２に至る本流流路４０１中の水素ガスの圧力が所定値以上に上がった場合に、リリーフバルブ４１４が開いて、また、減圧バルブ４２２から燃料電池２００に至る本流流路４０１中の水素ガスの圧力が所定値以上に上がった場合には、リリーフバルブ４１６が開いて、車両外の大気中に水素ガスを排気して、水素ガスの圧力がそれ以上上がるのを防いでいる。

また、高圧水素ガスタンク３００に水素ガスを充填する場合には、車両の側面に設けられている水素ガス供給ポート４２８に、水素ガス供給パイプ（図示せず）をつなぎ、高圧水素ガスタンク３００に取り付けられている充填マニュアルバルブ３０８を手動で開くことによって、水素ガス供給パイプから供給される高圧の水素ガスが、供給流路４１３を介して高圧水素ガスタンク３００に流入して充填される。なお、このとき、高圧水素ガスタンク３００に充填された水素ガスが逆流しないようにするために、高圧水素ガスタンク３００の根本には逆止弁３０６が設けられている。

図２は、この実施例の車載用動力出力装置を電気系統を中心に示す構成図である。図示するように、この車載用動力出力装置１００は、電気系統として、主として、前述した燃料電池２００と、二次電池８００と、高圧コンバータ８１０と、インバータ８２０と、駆動モータ８３０と、コンビネーションメータ８４０と、装置全体を制御する前述したパワーコントロールユニット７００を備えている。

二次電池８００には、高圧コンバータ８１０を介して、燃料電池２００とインバータ８２０が並列に接続されている。燃料電池２００には、二次電池８００からの電流が逆流するのを防止するためのダイオード８５０が直列に接続されている。燃料電池２００で発生した電力は、インバータ８２０に供給されるとともに、場合によっては二次電池８００にも供給される。二次電池８００で発生した電力は、高圧コンバータ８１０を介してインバータ８２０に供給される。

二次電池８００は、充放電可能な蓄電池である。本実施例では、ニッケル水素バッテリを用いるものとした。その他、種々のタイプの二次電池を適用可能である。

高圧コンバータ８１０は、二次電池８００から出力された電圧を昇圧して、インバータ８２０に並列に印加する。このとき、高圧コンバータ８１０は、パワーコントロールユニット７００からの制御信号に従って、電圧の昇圧を行なう。実際には、高圧コンバータ８１０は、４個のスイッチング素子（例えば、バイポーラ形ＭＯＳＦＥＴ（ＩＧＢＴ））とリアクタとを主回路素子として構成されており、これらスイッチング素子のスイッチング動作をパワーコントロールユニット７００からの制御信号によって制御されることにより、印加された直流電圧を所望の直流電圧に昇圧変換している。また、高圧コンバータ８１０は、電池２００から入力された直流電圧を調整して二次電池８００に出力することもでき、この高圧コンバータ８１０の機能により、二次電池８００の充放電が実現される。

インバータ８２０は、燃料電池２００や二次電池８００から供給された電力によって駆動モータ８３０を駆動する。具体的には、インバータ８２０は、燃料電池２００や二次電池８００から印加された直流電圧を、３相交流電圧に変換して駆動モータ８３０に供給すると共に、このとき、パワーコントロールユニット７００からの制御信号に従って、駆動モータ８３０に供給する３相交流電圧の振幅（実際にはパルス幅）及び周波数を調節することによって、駆動モータ８３０で発生するトルクを制御している。

実際には、インバータ８２０は、６個のスイッチング素子（例えば、バイポーラ形ＭＯＳＦＥＴ（ＩＧＢＴ））を主回路素子として構成されており、これらスイッチング素子のスイッチング動作をパワーコントロールユニット７００からの制御信号によって制御されることにより、印加された直流電圧を所望の振幅及び周波数の三相交流電圧に変換している。

駆動モータ８３０は、例えば、三相同期モータで構成されており、インバータ８２０を介して供給された電力によって駆動されて、車軸（図示せず）にトルクを発生させる。

二次電池８００と高圧コンバータ８１０との間には、車両補機８５２およびＦＣ補機８５４が接続されている。つまり、二次電池８００は、これらの補機の電源となる。車両補機８５２とは、車両の運転時に使用される種々の電力機器を言い、照明機器、空調機器、油圧ポンプなどが含まれる。ＦＣ補機８５４とは、燃料電池２００の運転に使用される種々の電力機器を言い、前述したポンプ４１０、コンプレッサ５０４や、ポンプ６０２，６０６等が含まれる。

上述した燃料電池２００、高圧コンバータ８１０，インバータの運転は、パワーコントロールユニット７００によって制御される。パワーコントロールユニット７００は、インバータ８２０のスイッチングを制御して、要求動力に応じた三相交流を駆動モータ８３０に出力する。要求動力に応じた電力が供給されるよう、燃料電池２００および高圧コンバータ８１０の運転を制御する。

これらの制御を実現するために、パワーコントロールユニット７００には、種々のセンサ信号が入力される。これらのセンサには、例えば、アクセルペダルセンサ８６０と、車速を検出する車速センサ８６２と、二次電池８００の充電状態ＳＯＣ（State Of Charge）を検出するＳＯＣセンサ８６４と、二次電池８００の温度を検出する二次電池温度センサ８６６と、燃料電池２００の出力電圧を検出する電圧センサ８６８と、その出力電流を検出する電流センサ８７０と、燃料電池２００の温度を検出する燃料電池温度センサ８７２等が設けられている。パワーコントロールユニット７００に接続されるその他のセンサについては、図示を省略した。なお、ＳＯＣセンサ８６４は、二次電池８００に接続された電流センサと電圧センサから構成して、電流センサにより検出された電流値と電圧センサにより検出された電圧値と基づいて、パワーコントロールユニット７００によりＳＯＣが算出される構成とすることができる。なお、このＳＯＣの算出は、過去のＳＯＣの履歴情報も加味して行なうこともできる。

コンビネーションメータ８４０は、車両の客室のインストルメントパネル（図示せず）に設けられており、運転者に対する良好な視認性を持つ。図３は、コンビネーションメータ８４０の一例を示す説明図である。図示するように、コンビネーションメータ８４０には、フューエルゲージを始めとする各種メータやランプが設けられている。８４２は、出力制限警告ランプであり、燃料電池２００や二次電池８００の過負荷運転による出力制限運転中であることをランプの点灯により運転者に警告する。図２に戻り、コンビネーションメータ８４０の出力制限警告ランプ８４２は、ドライバ８８０を介してパワーコントロールユニット７００により駆動制御される。

図４は、この車載用動力出力装置を搭載した車両の縦断面を模式的に示した説明図である。本実施例の車載用動力出力装置１００は、図４に示すように、車両１０全体にわたって配置されている。このうち、車両１０のフロント部１０ａには、主として、燃料電池２００や、パワーコントロールユニット７００や、コンプレッサ５０４などが配置され、床下部１０ｂには、水素ガス流路４０１，４０３やポンプ４１０などが配置され、リア部１０ｃには、高圧水素ガスタンク３００や水素ガス供給ポート４２８などが配置されている。

フロント部１０ａには、燃料電池２００によって発生された電力により車両１０の推進力を生じさせる上述した駆動モータ８３０や、駆動モータ８３０の発生したトルクを車軸に伝えるギヤ９１０や、駆動モータ８３０を冷却させるためのラジエタ９２０や、エアコン用のコンデンサ９３０や、燃料電池２００を冷却するためのメインラジエタ９４０などが配置され、床下部１０ｂには、燃料電池２００を冷却するためのサブラジエタ９５０などが配置され、リア部１０ｃには、燃料電池２００を補助するための上述した２次電池８００などが配置されている。

Ｂ．電力制御処理：
図５は、パワーコントロールユニット７００による電力制御処理のフローチャートである。パワーコントロールユニット７００が他の制御処理とともに、この処理を繰り返し実行することにより、駆動モータ８３０の駆動を制御し、車両は走行することができる。

この処理では、パワーコントロールユニット７００のＣＰＵは、まず、走行要求電力Ｅｄ、充放電電力Ｅｂ、ＦＣ要求電力Ｅｆをそれぞれ設定する処理を行なう（ステップ１００）。走行要求電力Ｅｄは、車両が走行するために、駆動モータ８３０に供給すべき電力である。充放電電力Ｅｂは、二次電池８００の充放電に伴う電力である。ＦＣ要求電力Ｅｆは、燃料電池２００に対する要求電力である。

図６および図７は、ステップＳ１００で実行される、上記３要素の電力Ｅｄ，Ｅｂ，Ｅｆを設定する処理の詳細を示すフローチャートである。図６に示すように、このルーチンに処理が移行すると、ＣＰＵは、まず、アクセルペダルセンサ８６０により検出されるアクセルペダルポジションＡＰと車速センサ８６２により検出される車速Ｖとを読み込む処理を行なう（ステップＳ１１０）。そして、その読み込んだアクセルペダルポジションＡＰに基づいて要求トルクＴ＊を演算する（ステップＳ１２０）。アクセルペダルの踏み込み量であるアクセルペダルポジションＡＰは、運転者が要求する要求トルクＴ＊と直接関係するから、アクセルペダルポジションＡＰから要求トルクＴ＊を求めることができる。実施例では、アクセルペダルポジションＡＰと要求トルクＴ＊との関係を予めマップとしてパワーコントロールユニット７００のＲＯＭに記憶しておき、アクセルペダルポジションＡＰが与えられるマップから与えられたアクセルペダルポジションＡＰに対応する要求トルクＴ＊を導出するものとした。

続いて、ＣＰＵは、その演算により求めた要求トルクＴ＊と読み込んだ車速Ｖとに基づいて要求出力Ｅｄ＊を演算する処理を実行する（ステップＳ１３０）。具体的には、車速Ｖから車両の駆動軸の回転数を求め、求めた回転数に要求トルクＴ＊を乗じることにより要求出力Ｅｄ＊を演算する。

その後、ＣＰＵは、燃料電池温度センサ８７２により検出される燃料電池２００の温度Ｔｆを読み込む処理を行なう（ステップＳ１４０）。そして、その読み込んだ燃料電池２００の温度Ｔｆに基づいて燃料電池出力可能量Ｑｆを演算する（ステップＳ１５０）。燃料電池２００の運転状態はその温度Ｔｆに反映されるから、温度Ｔｆに基づいて燃料電池出力可能量Ｑｆを求めることができる。実施例では、予め実験などにより燃料電池２００の温度Ｔｆと燃料電池出力可能量Ｑｆとの関係を求めてマップとしてパワーコントロールユニット７００のＲＯＭに予め記憶しておき、燃料電池の温度Ｔｆが与えられるマップからその温度Ｔｆに対応する燃料電池出力可能量Ｑｆを導出するものとした。図８に、燃料電池２００の温度Ｔｆと燃料電池出力可能量Ｑｆとの関係の一例を示す。なお、この燃料電池出力可能量Ｑｆの単位はワットである。

なお、ステップＳ１５０では、燃料電池出力可能量Ｑｆは、燃料電池２００の温度に基づいて求めていたが、これに替えて、燃料電池の温度と、さらに他の物理量（センサ出力値）とから燃料電池出力可能量Ｑｆを求める構成としてもよい。他の物理量としては、燃料の供給ガス圧や冷却水の温度等を用いることができる。

図６に戻り、次に、ＣＰＵは、ＳＯＣセンサ８６４により検出される二次電池８００のＳＯＣと、二次電池温度センサ８６６により検出される二次電池８００の温度Ｔｂとを読み込む（ステップＳ１６０）。続いて、その読み込んだＳＯＣと温度Ｔｂに基づいて二次電池出力可能量Ｑｂを演算する（ステップＳ１７０）。二次電池８００は、そのＳＯＣと温度Ｔｂによって出力可能な二次電池出力可能量が定まることから、実施例では、予め実験などにより二次電池８００のＳＯＣと温度Ｔｂと二次電池出力可能量Ｑｂの関係を求めてマップとしてパワーコントロールユニット７００のＲＯＭに予め記憶しておき、二次電池８００のＳＯＣと温度Ｔｂが与えられるマップからそのＳＯＣと温度Ｔｂに対応する二次電池出力可能量Ｑｂを導出するものとした。図９に、温度Ｔｂを固定してＳＯＣと二次電池出力可能量Ｑｂとの２次元の関係の一例を示す。なお、この二次電池出力可能量Ｑｂの単位はワットである。

ステップＳ１７０では、二次電池出力可能量Ｑｂは、二次電池８００のＳＯＣと温度に基づいて求めていたが、これに替えて、両者（ＳＯＣと温度）と、さらに他の物理量（センサ出力値）とから二次電池出力可能量Ｑｂを求める構成としてもよい。他の物理量としては、電圧、電流、鉛電池の場合の電解液比重等を用いることができる。

図６に戻り、続いて、ＣＰＵは、ステップＳ１５０で求めた燃料電池出力可能量Ｑｆと、ステップＳ１７０で求めた二次電池出力可能量Ｑｂとの和を、駆動モータ８３０の駆動出力許可量Ｑｈとして記憶する（ステップＳ１８０）。その後、ＣＰＵは、ステップＳ１３０で求めたＥｄ＊が、ステップＳ１８０で求めた駆動出力許可量Ｑｈ以下であるか否かを判別する（ステップＳ１９０）。ここで、Ｅｄ＊がＱｈ以下であると判別されると、そのＥｄ＊を、ステップＳ１００で求める走行要求電力Ｅｄとして記憶する（ステップＳ２００）。一方、ステップＳ１９０で、Ｅｄ＊がＱｈを上回ると判別されると、上記駆動出力許可量Ｑｈを走行要求電力Ｅｄとして記憶する（ステップＳ２１０）。

ステップＳ２００またはＳ２１０の処理を終えると、ＣＰＵは、図７のステップＳ２２０に処理を進めて、充放電電力Ｅｂを設定する処理を行なう。ここでは、ステップＳ１８０で求めた駆動出力許可量Ｑｈを踏まえて充放電電力Ｅｂを求めるが、このとき、二次電池出力可能量Ｑｂ以内となるように充放電電力Ｅｂを制限する。

続いて、ＣＰＵは、温度センサ５０７により検出されるコンプレッサ５０４のモータ回りの温度Ｔｃを読み込む（ステップＳ２３０）。その後、その読み込んだ温度Ｔｃに基づいてエア送気量制限率Ｐａを演算する（ステップＳ２４０）。前述したように、コンプレッサ５０４のモータ５０４ｍや、そのモータ５０４ｍに接続されるインバータは、内部に損失による発熱があり温度が上昇する。温度が高くなりすぎると、絶縁物の劣化を早めたり、軸受や整流子などに悪影響を及ぼす可能性が生じる。このために、コンプレッサ５０４のモータ回りの温度Ｔｃに応じて、コンプレッサ５０４による酸化ガスの送気量を制限して、モータ５０４ｍの回転を抑えている。

実施例では、予め実験などにより温度Ｔｃとエア送気量制限率Ｐａの関係を求めてマップとしてパワーコントロールユニット７００のＲＯＭに予め記憶しておき、そのモータ回りの温度Ｔｃが与えられるマップからその温度Ｔｃに対応するエア送気量制限率Ｐａを導出するものとした。図１０に、コンプレッサ５０４のモータ回りの温度Ｔｃとエア送気量制限率Ｐａの関係の一例を示す。図示するように、コンプレッサ５０４のモータ回りの温度Ｔｃが所定値Ｔ１（＞１００℃）を上回ると、温度Ｔｃが大きくなるに従ってエア送気量制限率Ｐａは徐々に低下する。なお、このエア送気量制限率Ｐａの単位は百分率である。

図７に戻り、ステップＳ２４０の実行後、ＣＰＵは、温度センサ４０９により検出される、ポンプ（以下、水素ポンプと呼ぶ）４１０のモータ回りの温度Ｔｐを読み込む（ステップＳ２５０）。その後、その読み込んだ温度Ｔｐに基づいて水素ポンプ回転数制限率Ｐｆを演算する（ステップＳ２６０）。前述したように、水素ポンプ４１０のモータ４１０ｍや、そのモータ４１０ｍに接続されるインバータは、内部に損失による発熱があり温度が上昇する。温度が高くなりすぎると、絶縁物の劣化を早めたり、軸受や整流子などに悪影響を及ぼす可能性が生じる。このために、水素ポンプ４１０のモータ回りの温度Ｔｐに応じて、水素ポンプ４１０のモータ４１０ｍの回転数を制限している。

実施例では、予め実験などにより温度Ｔｐと水素ポンプ回転数制限率Ｐｆの関係を求めてマップとしてパワーコントロールユニット７００のＲＯＭに予め記憶しておき、そのモータ回りの温度Ｔｐが与えられるマップからその温度Ｔｐに対応する水素ポンプ回転数制限率Ｐｆを導出するものとした。このマップは、図１０で示したエア送気量制限率Ｐａを求めるマップと同様に、温度が所定値（＞１００℃）を上回ると、温度が大きくなるに従って水素ポンプ回転数制限率Ｐｆは徐々に低下する。なお、この水素ポンプ回転数制限率Ｐｆの単位は百分率である。この実施例では、温度Ｔｐに応じたパラメータとして、水素ポンプ回転数制限率Ｐｆを用いていたが、これに替えて、水素ポンプ回転数制限率Ｐｆと等価である水素燃料ガスの供給量をパラメータとすることもできる。

図７に戻り、ステップＳ２６０の実行後、ステップＳ２４０で求めたエア送気量制限率Ｐａを上回らないように酸化ガスの供給量の制御を行なうとともに、ステップＳ２６０で求めた水素ポンプ回転数制限率Ｐｆを上回らないように水素ポンプ４１０の回転数を制御する（ステップＳ２６５）。その後、ＣＰＵは、電圧センサ８６８と電流センサ８７０によって検出した燃料電池の出力電圧Ｖと出力電流Ｉを読み込む（ステップＳ２７０）。その後、その読み込んだ出力電圧Ｖおよび出力電流Ｉに基づいて、ＦＣ最大パワーＱｍｘを演算する（ステップＳ２８０）。ＦＣ最大パワーＱｍｘは、十分な電圧値（定格電圧、例えば、２４０Ｖ）での燃料電池２００の最大出力を示すパラメータである。

図１１は、燃料電池２００の電圧−電流特性マップである。図中、曲線Ａｆ１は、燃料電池が正常である状態を示し、曲線Ａｆ２は、燃料電池が長期放置される等によって性能が低下した状態を示している。この性能が低下した状態である場合には、電圧が低下し始めるポイントが低電流側に移行する。上記定格電圧（図中、Ｖ０であり、例えば２４０Ｖ）では、電流が極端に小さなものとなって要求するだけの電力を出力し得ない。そこで、パワーコントロールユニット７００では、電圧センサ８６８と電流センサ８７０によって検出した燃料電池の出力電圧と出力電流とから、燃料電池２００の現在の電圧−電流特性を演算して、その電圧−電流特性に基づき、出力電圧Ｖ０に応じた出力電流Ｉ０を求めて、Ｖ０とＩ０の積からＦＣ最大パワーＱｍｘを算出し、このＦＣ最大パワーＱｍｘを燃料電池２００の出力可能な上限値とした。

なお、燃料ガス供給量と酸化ガス供給量とが十分でない場合には、両供給量から決まる最大電流でもっても上記出力電圧Ｖ０を得ることができない。この場合には、ＦＣ最大パワーＱｍｘは、上記最大電流で決まる出力電圧値での出力を表わすものに定められる。すなわち、このステップＳ２８０では、詳細には、燃料電池の出力電圧Ｖと出力電流Ｉに加えて、燃料ガス供給量と酸化ガス供給量に基づいてＦＣ最大パワーＱｍｘを求めている。

図７に戻り、ステップＳ２８０の実行後、燃料電池２００に対する要求電力であるＦＣ要求電力Ｅｆを設定する処理を行なう（ステップＳ２９０）。ＦＣ要求電力Ｅｆは、ステップＳ２００またはＳ２１０で設定した走行要求電力Ｅｄと、ステップＳ２２０で設定した充放電電力Ｅｂと、補機電力Ｅｓの３要素の和で求められる。補機電力Ｅｓは、車両補機８５２およびＦＣ補機８５４を駆動するのに要する電力である。なお、このステップＳ２９０では、上記３要素を加算することで求めた値が、ステップＳ１５０で求めた燃料電池出力可能量ＱｆまたはステップＳ２８０で求めたＦＣ最大パワーＱｍｘを越えた場合には、その値にＦＣ要求電力Ｅｆを設定する。

ステップＳ２９０の実行後、「リターン」に抜けて、このＥｄ，Ｅｂ，Ｅｆの設定ルーチンの処理を終える。すなわち、この設定ルーチンによれば、走行要求電力Ｅｄ、充放電電力Ｅｂ、ＦＣ要求電力Ｅｆの各設定がなされるが、これらの設定に際し、燃料電池２００から出力可能な電力に対応したパラメータとして、燃料電池出力可能量ＱｆとＦＣ最大パワーＱｍｘとエア送気量制限率Ｐａと水素ポンプ回転数制限率Ｐｆといった４つのパラメータを用意し、これらパラメータによりＦＣ要求電力Ｅｆの大きさを制限することで、燃料電池２００からの出力を制限するようにしている。

また、二次電池８００から出力可能な電力に対応したパラメータとして、二次電池出力可能量Ｑｂといったパラメータを用意し、このパラメータにより充放電電力Ｅｂの大きさを制限することで、二次電池８００からの出力を制限するようにしている。さらに、燃料電池２００と二次電池８００からそれぞれ出力可能な電力の和に対応したパラメータとして、駆動出力許可量Ｑｈを用意し、このパラメータにより走行要求電力Ｅｄの大きさを制限することで、駆動モータ８３０の出力を制限するようにしている。

なお、ＦＣ最大パワーＱｍｘを求める構成が請求項２に、燃料電池出力可能量Ｑｆを求める構成が請求項３にそれぞれ対応している。

Ｅｄ，Ｅｂ，Ｅｆの設定ルーチンの処理を終えると、図５のステップＳ１００を抜けてステップＳ３００に処理を進める。ＣＰＵは、ステップＳ１００で設定されたＦＣ要求電力Ｅｆを出力するよう燃料電池２００の出力電圧を設定し、燃料電池２００のガス流量を制御する（ステップＳ３００）。電圧は、次のマップにより設定される。図１２は、燃料電池２００の出力特性を示す説明図である。上段には電力と電流との関係を示し、下段には電圧と電流の関係を示した。

供給されるガス流量に応じて燃料電池２００の出力特性は変動する。下段の曲線Ａｆ３はガス流量が低い状態、曲線Ａｆ４はガス流量が高い状態を示している。ガス流量が低い場合には、電圧が低下し始めるポイントが低電流側に移行する。

電力−電流特性マップ（上段）に基づき、ＦＣ要求電力Ｅｆに応じた電流Ｉｆｃを求めることができる。また、電圧−電流特性マップ（下段）に基づき、電流Ｉｆｃに応じた電圧Ｖｆｃを求めることができる。燃料電池２００のガス流量が低く、十分な電圧値で要求された電力を出力し得ない場合には、これらの特性マップに基づきガス流量の目標値も併せて設定される。

図５に戻り、次に、パワーコントロールユニット７００は、ステップＳ３００にて設定された燃料電池２００の出力電圧と、ステップＳ１００にて設定された充放電電力Ｅｂが達成されるように、高圧コンバータ８１０の出力電圧を制御し、併せて要求電力が駆動モータ８３０に供給されるようインバータ８２０を制御する（ステップＳ４００）。インバータ８２０のスイッチングに伴い、燃料電池２００からはガス流量に応じた電力が出力される。また、二次電池８００からは燃料電池２００から出力される電力とインバータ８２０で消費される電力との差分に応じた電力が充放電される。例えば、燃料電池２００の出力に応答遅れがある場合には、ＦＣ要求電力Ｅｆに満たない分が二次電池８００によって補償される。二次電池８００からの出力は、燃料電池２００の出力がＦＣ要求電力Ｅｆに近づくに連れて徐々に低減する。上記制御により、高い応答性で電力を供給することができる。

車両補機８５２およびＦＣ補機８５４には少なくとも二次電池８００からの電力が保証されている。二次電池８００の充電時には、燃料電池２００または駆動モータ８３０からの電力をこれらの補機に供給してもよい。

Ｃ．出力制限警告ランプの制御処理：
図１３は、出力制限警告ランプ８４２のオン・オフを制御する制御ルーチンを示すフローチャートである。この制御ルーチンは、所定時間ごとに繰り返し実行される。図示するように、パワーコントロールユニット７００のＣＰＵは、処理が開始されると、まず、現在、出力制限警告ランプ８４２が点灯中であるか否かを判別する（ステップＳ６００）。ここで、点灯中でない（オフ状態）と判別されると、出力制限警告ランプ８４２をオン状態に切り替える制御であるランプオン制御ルーチンを実行する（ステップＳ７００）。一方、ステップＳ６００で、点灯中である（オン状態）と判別されると、出力制限警告ランプ８４２をオフ状態に切り替える制御であるランプオフ制御ルーチンを実行する（ステップＳ８００）。ステップＳ７００またはステップＳ８００の実行後、「リターン」に抜けて、この制御ルーチンを一旦終了する。

図１４は、ランプオン制御ルーチンの詳細を示すフローチャートである。このルーチンに処理が移行すると、ＣＰＵは、以下の通りの第１ないし第６のオン条件の判定を順に行なう。

第１のオン条件；電力制御処理ルーチンによって求められたパラメータの一つであるＦＣ最大パワーＱｍｘが、所定値Ｌ１より小さいか否かが判定される（ステップＳ７１０）。
第２のオン条件；同じく上記パラメータの一つである燃料電池出力可能量Ｑｆが、所定値Ｌ２より小さいか否かが判定される（ステップＳ７２０）。
第３のオン条件；同じく上記パラメータの一つである二次電池出力可能量Ｑｂが、所定値Ｌ３より小さいか否かが判定される（ステップＳ７３０）。

第４のオン条件；同じく上記パラメータの一つであるエア送気量制限率Ｐａが、所定値Ｌ４より小さいか否かが判定される（ステップＳ７４０）。
第５のオン条件；同じく上記パラメータの一つである水素ポンプ回転数制限率Ｐｆが、所定値Ｌ５より小さいか否かが判定される（ステップＳ７５０）。

第６のオン条件；同じく上記パラメータの一つである、燃料電池出力可能量Ｑｆと二次電池出力可能量Ｑｂの和である駆動出力許可量Ｑｈが、出力制限を行なう前のステップＳ１３０で求められた要求出力Ｅｄ＊に所定値Ｌ６を乗じた値より小さいか否かが判定され（ステップＳ７６０）、そして、ステップＳ７６０の判定結果が肯定となった状態が、連続して１秒以上経過したか否かが判定される（ステップＳ７７０，Ｓ７８０，Ｓ７９０）。なお、上記所定値Ｌ１ないしＬ６はパワーコントロールユニット７００のＲＯＭに予め記憶された一定値である。

上記第１ないし第６のオン条件のうちのいずれかが成立した場合、ステップＳ７９２に処理は進み、ＣＰＵは、出力制限警告ランプ８４２をオン状態に切り替える。ステップＳ７９２の実行後、「リターン」に処理を進める。一方、上記第１ないし第６のオン条件の全てが非成立の場合には、そのまま「リターン」に処理を進める。

図１５は、ランプオフ制御ルーチンの詳細を示すフローチャートである。このルーチンに処理が移行すると、ＣＰＵは、以下の通りの第１ないし第６のオフ条件の判定を順に行なう。

第１のオフ条件；電力制御処理ルーチンによって求められたパラメータの一つであるＦＣ最大パワーＱｍｘが、所定値Ｋ１以上であるか否かが判定される（ステップＳ８１０）。
第２のオフ条件；同じく上記パラメータの一つである燃料電池出力可能量Ｑｆが、所定値Ｋ２以上であるか否かが判定される（ステップＳ８２０）。
第３のオフ条件；同じく上記パラメータの一つである二次電池出力可能量Ｑｂが、所定値Ｋ３以上であるか否かが判定される（ステップＳ８３０）。

第４のオフ条件；同じく上記パラメータの一つであるエア送気量制限率Ｐａが、所定値Ｋ４以上であるか否かが判定される（ステップＳ８４０）。
第５のオフ条件；同じく上記パラメータの一つである水素ポンプ回転数制限率Ｐｆが、所定値Ｋ５以上であるか否かが判定される（ステップＳ８５０）。
第６のオフ条件；同じく上記パラメータの一つである、燃料電池出力可能量Ｑｆと二次電池出力可能量Ｑｂの和である駆動出力許可量Ｑｈが、出力制限を行なう前のステップＳ１３０で求められた要求出力Ｅｄ＊に所定値Ｋ６を乗じた値以上であるか否かが判定される（ステップＳ８６０）。なお、上記所定値Ｋ１ないしＫ６はパワーコントロールユニット７００のＲＯＭに予め記憶された一定値である。

上記第１ないし第６のオフ条件の全てが成立した場合、ステップＳ８７０に処理は進み、ＣＰＵは、出力制限警告ランプ８４２をオフ状態に切り替える。ステップＳ８７０の実行後、「リターン」に処理を進める。一方、上記第１ないし第６のオフ条件のうちのいずれかが非成立の場合には、そのまま「リターン」に処理を進める。なお、このランプオフ制御ルーチンにおけるオフ条件の比較用の所定値Ｋ１ないしＫ６は、ランプオン制御ルーチンにおけるオン条件の比較用の所定値Ｌ１ないしＬ６よりもそれぞれ小さな値である。これは、オン制御とオフ制御との間にヒステリシスを持たせたことによる。

Ｄ．効果：
以上のように構成された実施例によれば、燃料電池出力可能量Ｑｆが所定値Ｌ２を下回ったとき、出力制限警告ランプ８４２がオン状態に切り替えられる。出力制限警告ランプ８４２は、インストルメントパネル内のコンビネーションメータ８４０に設けられたものであることから、この実施例によれば、出力制限警告ランプ８４２の点灯によって、燃料電池２００から出力可能な燃料電池出力可能量が不足していることを即座に運転者に知らせることができる。

また、ＦＣ最大パワーＱｍｘが所定値Ｌ１を下回ったときにも、出力制限警告ランプ８４２がオン状態に切り替えられる。燃料電池２００から出力可能な燃料電池出力可能量がＦＣ最大パワーＱｍｘで制限されて不足している場合にも、出力制限警告ランプ８４２の点灯によって、その不足を即座に運転者に知らせることができる。さらに、エア送気量制限率Ｐａが所定値Ｌ４を下回ったときや、水素ポンプ回転数制限率Ｐｆが所定値Ｌ５を下回ったときにも、出力制限警告ランプ８４２がオン状態に切り替えられる。エア送気量がエア送気量制限率Ｐａにより制限され、水素ポンプ回転数が水素ポンプ回転数制限率Ｐｆにより制限されることで、燃料電池２００から出力可能な燃料電池出力可能量が制限されて不足している場合にも、出力制限警告ランプ８４２の点灯によって、その不足を即座に運転者に知らせることができる。

また、この実施例では、二次電池出力可能量Ｑｂが所定値Ｌ３を下回ったときにも、出力制限警告ランプ８４２がオン状態に切り替えられる。二次電池８００から出力可能な二次電池出力可能量が二次電池出力可能量Ｑｂで制限されて不足している場合にも、出力制限警告ランプ８４２の点灯によって、その不足を即座に運転者に知らせることができる。

さらに、この実施例では、燃料電池出力可能量Ｑｆと二次電池出力可能量Ｑｂの和である駆動出力許可量Ｑｈが、出力制限を行なう前のステップＳ１３０で求められた要求出力Ｅｄ＊よりもある程度以上下回ったときにも、出力制限警告ランプ８４２がオン状態に切り替えられる。燃料電池２００と二次電池８００の電力和が不足している場合にも、出力制限警告ランプ８４２の点灯によって、その不足を即座に運転者に知らせることができる。

この実施例では、出力制限警告ランプ８４２のオン状態への切り替えを、燃料電池出力可能量ＱｆとＦＣ最大パワーＱｍｘとエア送気量制限率Ｐａと水素ポンプ回転数制限率Ｐｆといった燃料電池２００から出力可能な電力に対応した各パラメータに基づく構成と、二次電池出力可能量Ｑｂといった二次電池８００から出力可能な電力に対応したパラメータに基づく構成との双方で行なっていることから、より高精度に出力不足を運転者に知らせることができる。

以上のように構成された実施例では、パワー不足を報知する報知手段として、出力制限警告ランプ８４２を点灯する構成としたが、これに替えて、警告ブザーを鳴らす構成とすることもできる。さらには、振動等による触感で知らせることも可能である。また、出力制限警告ランプ８４２の点灯とともに、ディスプレイに、各パラメータの値を表示する構成とすることもできる。各パラメータの値を表示する構成においては、正常値も併せて表示することも好ましい。

前記実施例では、ランプオン制御ルーチンにおけるオン条件の比較用の所定値Ｌ１ないしＬ６は、予め用意した一定値であったが、これに替えて、他の物理量、例えば、燃料電池の状態を示す物理量や、二次電池の状態を示す物理量等に応じて値が変わる可変量とすることもできる。また、ランプオフ制御ルーチンにおけるオフ条件の比較用の所定値Ｋ１ないしＫ６についても、同様な可変量とすることもできる。

（第２実施例）
Ｅ．装置の構成：
第２実施例について次に説明する。本発明の第２実施例としての車載用動力出力装置は、第１実施例と比較して、ほぼ同一のハードウェア構成を備えている。同一のパーツには第１実施例と同じ番号を用いる。この第２実施例のガス系統は、第１実施例と全く同一である。電気系統については、コンビネーションメータの構成だけが相違し、その他の構成については同一である。

図１６は、第２実施例のコンビネーションメータ１０１０の一例を示す説明図である。図示するように、コンビネーションメータ１０１０は、第１実施例と同一の構成を備えた上で、さらにパワーメータ１０２０が付加されている。パワーメータ１０２０は、この車載用動力出力装置から出力可能な最大電力値ＰＷｍｘと、この車載用動力出力装置から現在出力中の電力値ＰＷとを示すメータである。このパワーメータ１０２０は、長針１０２２と短針１０２４との２つの指針を備えたアナログ式のメータであり、長針１０２２で最大電力値ＰＷｍｘを示し、短針１０２４で現在の電力値ＰＷを示す。

パワーメータ１０２０の目盛盤１０２６には、電力値を示す目盛り（単位はＫＷ）が振られており、さらには、その目盛りの値が所定値Ｐ０（例えば、４０ＫＷ）以下の区域（図中の領域１０２８）には、パワー不足にあることを示す赤色の色づけがなされている。なお、この所定値以下の区域をレッドゾーンと呼ぶ。

図１７は、上記コンビネーションメータ１０１０を駆動する電気系統のブロック図である。図示するように、コンビネーションメータ１０１０には、第１実施例で説明した出力制限警告ランプ８４２とそのドライバ８８０が設けられている。さらに、パワーメータ１０２０の長針１０２２に連結される第１の交差コイル１０３０と、その第１の交差コイル１０３０を駆動するドライバ１０３２と、パワーメータ１０２０の短針１０２４に連結される第２の交差コイル１０３４と、その第２の交差コイル１０３４を駆動するドライバ１０３６が設けられている。各ドライバ８８０，１０３２，１０３６は、パワーコントロールユニット７００により制御される。

Ｆ．メータの制御処理：
この第２実施例のソフトウェア構成について次に説明する。この第２実施例では、第１実施例と同一の電力制御処理を実行する。第１実施例の出力制限警告ランプの制御ルーチンについては、この実施例では実行しない。この第２実施例では、出力制限警告ランプ８４２のオンオフ制御を含むコンビネーションメータの制御ルーチンを実行する。図１８は、コンビネーションメータの制御ルーチンを示すフローチャートである。この制御ルーチンは、パワーコントロールユニット７００により所定時間毎に繰り返し実行される。

図１８に示すように、パワーコントロールユニット７００のＣＰＵは、処理が開始されると、まず、アイドル時ＦＣ最大パワーＸＱｍｘを算出するルーチンを実行する（ステップＳ１１００）。アイドル時ＦＣ最大パワーＸＱｍｘは、アイドリング時における燃料電池２００の最大出力を示すパラメータである。

図１９は、アイドル時ＦＣ最大パワーＸＱｍｘ算出ルーチンを示すフローチャートである。図示するように、このルーチンに処理が移行すると、ＣＰＵは、まず、ステップＳ１１１０からステップＳ１１４０までの４ステップを実行することにより、アイドリング状態にあるか否かを判別する。最初のステップＳ１１１０では、この車載用動力出力装置を搭載した車両のイグニッションスイッチがオン状態にあるか否かを判別する。ステップＳ１１２０では、燃料電池２００が正常に作動しているか否かを判別する。この判別は、燃料電池２００の温度や、燃料の供給ガス圧や、冷却水の温度等の燃料電池の運転状態を示すパラメータが、所定の許容範囲内にあるか否かから判別する。

ステップＳ１１３０では、電力制御処理ルーチンからコールされるＥｄ，Ｅｂ，Ｅｆの設定ルーチン（図６）のステップＳ１１０で読み込まれたアクセルペダルポジションＡＰが、所定値Ａ０（例えば３％）より小さいか否かを判別する。ステップＳ１１４０では、Ｅｄ，Ｅｂ，Ｅｆの設定ルーチンのステップＳ１３０で算出された要求出力Ｅｄ＊が所定値Ｅ０（例えば、５ＫＷ）より小さいか否かを判別する（ステップＳ１１４０）。

ステップＳ１１１０からＳ１１４０までの全てのステップで肯定判別されたときには、アイドリング状態であるとして、ステップＳ１１５０に処理を進める。なお、この実施例では、上記ステップＳ１１１０からＳ１１４０までの全てのステップが肯定判別されたときに、アイドリング状態であるとしているが、必ずしもこれら全ての条件を満たす必要はない。要は、駆動モータ８３０に負荷が掛からない状態であることを判定できる条件であればよく、例えば、ステップＳ１１０とステップＳ１３０とだけで判定する構成とすることもできるし、ステップＳ１３０だけで判定する構成とすることもできる。

ステップＳ１１５０では、ＣＰＵは、アイドル時ＦＣ最大パワーＸＱｍｘを演算する処理を行なう。この演算は、Ｅｄ，Ｅｂ，Ｅｆの設定ルーチン（図６）のステップＳ１４０で読み込んだ燃料電池２００の温度Ｔｆに基づいて行なう。実施例では、燃料電池２００の温度毎に電圧−電流特性を規定したマップ群を、パワーコントロールユニット７００のＲＯＭに予め記憶しておき、そのマップ群からその温度Ｔｆに基づくアイドル時ＦＣ最大パワーＸＱｍｘを導出するものとした。図２０に、このマップ群の一例を示す。

図２０に示すように、このマップ群ＭＰＳは、電圧ー電流特性を示す二次元のマップＭＰが、各温度Ｔｆの値毎に複数用意されたものである。ステップＳ１１５０では、ＣＰＵは、ＲＯＭに格納されるそのマップ群ＭＰＳから、ステップＳ１４０で読み込んだ燃料電池２００の温度Ｔｆと一致する温度を規定するマップＭＰを選択する処理を、まず行なう。一つのマップＭＰには、この燃料電池２００の電池性能を示す電圧ー電流特性が曲線Ａｆにて記録されている。ＣＰＵは、その曲線Ａｆを辿って、出力電圧Ｖと出力電流Ｉとの積である出力電力が最大となる点ＰＭを求める。ＣＰＵは、この点ＰＭにおける最大電力をアイドル時ＦＣ最大パワーＸＱｍｘとしてＲＡＭに記憶する。

その後、ＣＰＵは、「リターン」に処理を進めて、このアイドル時ＦＣ最大パワーＸＱｍｘ算出ルーチンを一旦終了する。なお、ステップＳ１１１０で、否定判別、すなわち、イグニッションスイッチがオン状態にないと判別されたときには、以前に算出されたアイドル時ＦＣ最大パワーＸＱｍｘを値０にクリアして（ステップＳ１１６０）、その後、「リターン」に抜けてこのルーチンを一旦終了する。一方、ステップＳ１１２０ないしＳ１１４０のうちのいずれかで否定判別されたときには、ステップＳ１１５０で算出されたアイドル時ＦＣ最大パワーＸＱｍｘをそのまま保持すべく、直ちに「リターン」に抜けてこのルーチンを一旦終了する。

このアイドル時ＦＣ最大パワーＸＱｍｘ算出ルーチンを終えると、図１８のステップＳ１１００を抜けて、ＣＰＵは続くステップＳ１２００を実行する。ステップＳ１２００では、ＣＰＵは、アイドル時ＦＣ最大パワーＸＱｍｘ算出ルーチンで求めたアイドル時ＦＣ最大パワーＸＱｍｘと、ＳＯＣセンサ８６４により検出される二次電池８００の現在のＳＯＣ（以下、ＳＯＣｂと呼ぶ）との和を、この車載用動力出力装置から出力可能な最大電力値ＰＷｍｘとして記憶する。ここで、ＳＯＣｂは、図６のステップＳ１６０で読み込んだＳＯＣの値が用いられる。すなわち、アイドリング時における燃料電池２００の最大出力であるアイドル時ＦＣ最大パワーＸＱｍｘと、二次電池８００の現在のＳＯＣｂとの和を、車載用動力出力装置の最大電力値ＰＷｍｘとする。

その後、ＣＰＵは、次式（４）に基づく演算を行なって、その演算結果を現在出力可能な電力値（現在電力値）ＰＷとして記憶する（ステップＳ１３００）。
現在電力値ＰＷ ＝ Ｖ × Ｉ ＋ ＳＯＣｂ ...（４）

上記Ｖは、燃料電池２００の出力電圧であり、電圧センサ８６８の検出結果が用いられる。Ｉは、燃料電池２００の出力電流であり、電流センサ８７０の検出結果が用いられる。ＳＯＣｂは、二次電池８００のＳＯＣであり、ステップＳ１６０で読み込んだＳＯＣの値が用いられる。その後、ＣＰＵは、ステップＳ１２００で求めた最大電力値ＰＷｍｘに応じた制御信号を第１の交差コイル１０３０に出力することにより、パワーメータ１０２０の長針１０２２を、最大電力値ＰＷｍｘを示す振れ角に駆動する（ステップＳ１４００）。さらに、ＣＰＵは、ステップＳ１３００で求めた現在電力値ＰＷに応じた制御信号を第２の交差コイル１０３４に出力することにより、パワーメータ１０２０の短針１０２４を、現在電力値ＰＷを示す振れ角に駆動する（ステップＳ１５００）。

ステップＳ１５００の実行後、ＣＰＵは、上記最大電力値ＰＷｍｘが、所定値Ｐ０を下回るか否かが判定される（ステップＳ１６００）。この所定値Ｐ０は、前述したように、パワーメータ１０２０の目盛盤１０２６に設けられたレッドゾーンの区域を示す値である。ステップＳ１６００でＰＷｍｘがＰ０を下回ると判別された場合には、ＣＰＵは、出力制限警告ランプ８４２をオン状態に切り替え（ステップＳ１７００）、一方、ＰＷｍｘがＰ０以上であると判別された場合には、ＣＰＵは、出力制限警告ランプ８４２をオフ状態に切り替える（ステップＳ１８００）。ステップＳ１７００またはＳ１８００の実行後、「リターン」に抜けて、この制御ルーチンを一旦終了する。

Ｇ．効果：
以上のように構成された第２実施例によれば、燃料電池２００の最大電力値を示すアイドル時ＦＣ最大パワーＸＱｍｘは、アイドリング時に求められる。図２１は、燃料電池２００におけるＯＣＶと負荷との関係を示す説明図である。図示するように、時間ｔに応じて負荷が変動している場合に、その負荷の変動に対応してＯＣＶの値も変動する。負荷が小さいほど、ＯＣＶの値は大きくなり、負荷が最小となったとき、すなわちアイドリング時に最大となる。このため、上記求められた燃料電池２００のアイドル時ＦＣ最大パワーＸＱｍｘは、変動要因である負荷の影響を省いたものとなり、安定的な最大値となる。

この第２実施例では、この求められたアイドル時ＦＣ最大パワーＸＱｍｘがアイドリングを脱した後も記憶されており、このＸＱｍｘと、現在の二次電池８００のＳＯＣｂとの和が、車載用動力出力装置の最大電力値ＰＷｍｘとして求められる。この最大電力値ＰＷｍｘが所定値Ｐ０を下回ったとき、出力制限警告ランプ８４２がオン状態に切り替えられる。

燃料電池の最大電力値を、運転中の現在の燃料電池の出力から求めた場合、負荷が急変動したことで、頻繁にパワー不足状態が検出され、その報知が頻繁に繰り返される支障が生じた。これに対してこの第２実施例では、上述したように、燃料電池の最大電力値は安定的な値であり、この最大電力値から求まる最大電力値ＰＷｍｘに基づいて、出力制限警告ランプ８４２がオンオフ制御されていることから、燃料電池２００に故障があって出力低下を引き起こしたときに限って、出力制限警告ランプ８４２を点灯させることができる。したがって、負荷変動に惑わされることなく、燃料電池２００の故障を操作者に対して正確に伝えることができるという効果を奏する。また、その報知を出力制限警告ランプ８４２によって行なっていることから、インストルメントパネル内のコンビネーションメータ１０１０から運転者に即座に知らせることができる。

また、この第２実施例では、最大電力値ＰＷｍｘが、コンビネーションメータ１０１０に内蔵されるパワーメータ１０２０でもって表示される構成となっていることから、負荷変動に惑わされない安定な最大電力値の表示が可能となっている。特に、この実施例では、コンビネーションメータ１０１０の目盛盤１０２６には、最大駆動出力ＰＷｍｘが所定値を下回ることを示すためのレッドゾーン１０２８が設けられていることから、このレッドゾーン１０２８からも燃料電池２００の故障を操作者に対して伝えることができる。

さらに、この第２実施例では、パワーメータ１０２０には、最大電力値ＰＷｍｘを指し示す長針１０２２の他に、短針１０２４が設けられており、この短針１０２４により、車載用動力出力装置から出力される現在の電力値ＰＷが指し示される。このために、動力出力装置の最大電力値ＰＷｍｘと現在の電力値ＰＷとの比較を容易に行なうことでができる。

なお、この第２実施例の車載用動力出力装置では、燃料電池２００以外のエネルギ源として、二次電池８００を備えている。燃料電池と二次電池という２つのエネルギ源を備えた従来の車載用動力出力装置においては、前述したように、負荷の変動によって燃料電池のＯＣＶが変動することから、二次電池の充電状態が不足してくると、出力が急激に低下することになる。これに対してこの第２実施例では、こうした燃料電池と二次電池を備えた構成においても、上述したように、負荷変動に惑わされることなく、燃料電池の故障を操作者に対して正確に伝えることができる。

以上のように構成された第２実施例では、パワー不足を報知する報知手段として、出力制限警告ランプ８４２を点灯する構成としたが、これに替えて、警告ブザーを鳴らす構成とすることもできる。さらには、振動等による触感で知らせることも可能である。

また、第２実施例では、出力制限警告ランプ８４２を備える構成としたが、これに替えて、出力制限警告ランプ８４２をなくすこともできる。パワー不足であることは、パワーメータ１０２０の長針１０２２がレッドゾーンまで低下したことによっても運転者に知らせることができるためである。逆に、パワーメータ１０２０をなくして、出力制限警告ランプ８４２を備える構成とすることもできる。

第２実施例は、パワーメータ１０２０に、長針１０２２と短針１０２４を設けて、車載用動力出力装置の最大電力値ＰＷｍｘと現在の電力値ＰＷが比較可能に表示されるように構成されていたが、これに替えて、短針１０２４をなくして、最大電力値ＰＷｍｘだけが表示される構成とすることもできる。この構成でも、長針１０２２の指し示す値によって、燃料電池の故障を操作者に対して伝えることができるからである。また、前記第２実施例の構成において、レッドゾーン１０２８の表示を省く構成とすることもできる。

第２実施例では、パワーメータ１０２０は、アナログ式のメータであったが、これに替えて、デジタル式のメータとすることができる。例えば、ディスプレイ上に表示する領域の面積によって最大電力値ＰＷｍｘを表わす構成として、最大電力値ＰＷｍｘが所定値Ｐ０を下回ったときに、例えば緑色から赤色に上記領域の表示色を切り替える構成とすることができる。

第２実施例の車載用動力出力装置は、エネルギー源として、燃料電池２００と二次電池８００を備えているが、これに替えて、燃料電池２００だけを備える構成とすることもできる。この構成においては、車載用動力出力装置から出力可能な最大電力値を、上述したアイドル時ＦＣ最大パワーＸＱｍｘ算出ルーチンで求めた値として、この値をパワーメータに表示したり、この値に基づいて出力制限警告ランプを表示したりすることができる。また、燃料電池２００と二次電池８００以外に、さらに他のエネルギ源を備える構成に本発明を適用することもできる。要は、燃料電池をエネルギ源の一つとして動力を出力するものであれば適用可能である。

第２実施例における最大電力値ＰＷｍｘ、電力値ＰＷは、特許請求の範囲でいう最大出力値、出力値に対応する。他の実施態様として、供給される水素量や酸化ガス量等の他のパラメータを用いて最大出力値、出力値を定める構成とすることもできる。

前記第１および第２実施例では、動力出力装置を車両に搭載する場合について説明したが、これに替えて、船舶、航空機などの他の交通手段や、その他各種産業機械などに搭載することも可能である。

以上、本発明の一実施例を詳述してきたが、本発明は、こうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様にて実施することができるのは勿論のことである。

本発明の一実施例としての車載用動力出力装置をガス系統を中心に示す構成図である。 この実施例の車載用動力出力装置を電気系統を中心に示す構成図である。 コンビネーションメータ８４０の一例を示す説明図である。 この車載用動力出力装置を搭載した車両の縦断面を模式的に示した説明図である。 パワーコントロールユニット７００による電力制御処理を示すフローチャートである。 ステップＳ１００で実行される３要素の電力Ｅｄ，Ｅｂ，Ｅｆを設定する処理の前半部分を示すフローチャートである。 その電力Ｅｄ，Ｅｂ，Ｅｆを設定する処理の後半部分を示すフローチャートである。 燃料電池２００の温度Ｔｆと燃料電池出力可能量Ｑｆとの関係を示すグラフである。 ＳＯＣと二次電池出力可能量Ｑｂとの関係を示すグラフである。 コンプレッサ５０４のモータ回りの温度Ｔｃとエア送気量制限率Ｐａとの関係を示すグラフである。 燃料電池２００の電圧−電流特性マップを示すグラフである。 燃料電池２００の出力特性を示す説明図である。 出力制限警告ランプ８４２のオン・オフを制御する制御ルーチンを示すフローチャートである。 ランプオン制御ルーチンの詳細を示すフローチャートである。 ランプオフ制御ルーチンの詳細を示すフローチャートである。 第２実施例のコンビネーションメータ１０１０の一例を示す説明図である。 コンビネーションメータ１０１０を駆動する電気系統のブロック図である。 コンビネーションメータの制御ルーチンを示すフローチャートである。 アイドル時ＦＣ最大パワーＸＱｍｘ算出ルーチンを示すフローチャートである。 燃料電池の温度毎に電圧−電流特性を規定したマップ群の一例を示す説明図である。 燃料電池におけるＯＣＶと負荷との関係を示す説明図である。

１０...車両
１０ａ...フロント部
１０ｂ...床下部
１０ｃ...リア部
１００...車載用動力出力装置
２０２，２０４...シャットバルブ
３００...高圧水素ガスタンク
３０２...シャットバルブ
３０４...放出マニュアルバルブ
３０６...逆止弁
３０８...充填マニュアルバルブ
４０１...本流流路
４０３...循環流路
４０５...排出流路
４０６...気液分離器
４０９...温度センサ
４１０...水素ポンプ
４１０ｍ...モータ
４１１...リークチェック流路
４１２...シャットバルブ
４１３...供給流路
４１４...リリーフバルブ
４１６...リリーフバルブ
４１８...減圧バルブ
４１９...逆止弁
４２０...熱交換器
４２２...減圧バルブ
４２４...水素希釈器
４２６...リークチェックボート
４２８...水素ガス供給ポート
５０１...酸化ガス供給流路
５０２...エアクリーナ
５０３...酸素オフガス排出流路
５０４...コンプレッサ
５０４ｍ...モータ
５０５...酸素オフガス導入流路
５０６...加湿モジュール
５０７...温度センサ
５０８...調圧弁
５１０...気液分離器
５１２...消音器
５１４...オフガス排出口
６０１...水循環流路
６０２，６０６...ポンプ
６０４...加湿水タンク
６０８...インジェクタ
７００...パワーコントロールユニット
８００...二次電池
８１０...高圧コンバータ
８２０...インバータ
８３０...駆動モータ
８４０...コンビネーションメータ
８４２...出力制限警告ランプ
８５０...ダイオード
８５２...車両補機
８６０...アクセルペダルセンサ
８６２...車速センサ
８６６...二次電池温度センサ
８６８...電圧センサ
８７０...電流センサ
８７２...燃料電池温度センサ
８８０...ドライバ
９１０...ギヤ
９２０...ラジエタ
９３０...コンデンサ
９４０...メインラジエタ
９５０...サブラジエタ
１０１０...コンビネーションメータ
１０２０...パワーメータ
１０２２...長針
１０２４...短針
１０２６...目盛盤
１０２８...レッドゾーン
１０３０...第１の交差コイル
１０３２...ドライバ
１０３４...第２の交差コイル
１０３６...ドライバ
Ｐａ...エア送気量制限率
Ｐｆ...水素ポンプ回転数制限率
Ｑｂ...二次電池出力可能量
Ｑｆ...燃料電池出力可能量
Ｑｈ...駆動出力許可量
Ｑｍｘ...ＦＣ最大パワー
ＸＱｍｘ...アイドル時ＦＣ最大パワー
ＰＷｍｘ...最大電力値
ＰＷ...現在電力値

Claims (43)

1. 燃料電池をエネルギ源の一つとして動力を出力する動力出力装置であって、
   前記燃料電池から出力可能な電力に対応したパラメータを求める演算手段と、
   該求められたパラメータを所定値と比較して、前記出力可能な電力が不足しているパワー不足状態を検出する検出手段と、
   該検出手段で前記パワー不足状態が検出されたときに、パワー不足であることを報知する報知手段と
   を備える動力出力装置。
2. 請求項１に記載の動力出力装置であって、
   前記演算手段は、
   前記燃料電池の電池特性を検出する電池特性検出手段と、
   該検出された電池特性に基づいて、前記パラメータとして、定格電圧での最大出力を求める手段と
   を備える動力出力装置。
3. 請求項１または２に記載の動力出力装置であって、
   前記演算手段は、
   前記燃料電池の状態を検出する電池状態検出手段と、
   該検出された燃料電池の状態に基づいて、前記パラメータとして、前記燃料電池の出力を制限するための出力制限量を求める手段と
   を備える動力出力装置。
4. 前記電池状態検出手段により検出される燃料電池の状態が、前記燃料電池の温度を少なくとも含むものである請求項３に記載の動力出力装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の動力出力装置であって、
   前記演算手段は、
   前記燃料電池へ燃料ガスを送る燃料ポンプの状態を検出する燃料ポンプ状態検出手段と、
   該検出された燃料ポンプの状態に基づいて、前記パラメータとして、前記燃料ポンプによる燃料ガスの供給量を制限するための燃料ガス制限量を求める手段と
   を備える動力出力装置。
6. 前記燃料ポンプ状態検出手段により検出される燃料ポンプの状態が、前記燃料ポンプのモータの温度である請求項５に記載の動力出力装置。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の動力出力装置であって、
   前記演算手段は、
   前記燃料電池へ酸化ガスを圧送するコンプレッサの状態を検出するコンプレッサ状態検出手段と、
   該検出されたコンプレッサの状態に基づいて、前記パラメータとして、前記コンプレッサによる酸化ガスの供給量を制限するための酸化ガス制限量を求める手段と
   を備える動力出力装置。
8. 前記コンプレッサ状態検出手段により検出されるコンプレッサの状態が、前記コンプレッサのモータの温度である前記請求項７に記載の動力出力装置。
9. 前記報知手段は、前記報知を可視的に行なう報知灯を備える請求項１ないし８のいずれかに記載の動力出力装置。
10. 燃料電池と該燃料電池からの出力を充電可能な二次電池とをエネルギ源として動力を出力する動力出力装置であって、
    前記二次電池から出力可能な電力に対応したパラメータを求める演算手段と、
    該求められたパラメータを所定値と比較して、前記二次電池から出力可能な電力が不足しているパワー不足状態を検出する検出手段と、
    該検出手段で前記パワー不足状態が検出されたときに、パワー不足であることを報知する報知手段と
    を備える動力出力装置。
11. 請求項１０に記載の動力出力装置であって、
    前記演算手段は、
    前記二次電池の状態を検出する電池状態検出手段と、
    該検出された二次電池の状態に基づいて、前記パラメータとして、前記二次電池の出力を制限するための出力制限量を求める手段と
    を備える動力出力装置。
12. 前記電池状態検出手段により検出される二次電池の状態が、前記二次電池の充電状態と前記二次電池の温度を少なくとも含むものである請求項１１に記載の動力出力装置。
13. 前記報知手段は、前記報知を可視的に行なう報知灯を備える請求項１０ないし１２のいずれかに記載の動力出力装置。
14. 燃料電池と、
    該燃料電池からの出力を充電可能な二次電池と、
    前記燃料電池および／または二次電池からの出力の供給を受けて、モータを駆動するインバータと、
    前記燃料電池と二次電池からそれぞれ出力可能な電力の和に対応したパラメータを求める演算手段と、
    該求められたパラメータを所定値と比較して、前記出力可能な電力の和が不足しているパワー不足状態を検出する検出手段と、
    該検出手段で前記パワー不足状態が検出されたときに、パワー不足であることを報知する報知手段と
    を備える動力出力装置。
15. 前記報知手段は、前記報知を可視的に行なう報知灯を備える請求項１４に記載の動力出力装置。
16. 燃料電池と該燃料電池からの出力を充電可能な二次電池とをエネルギ源として動力を出力する動力出力装置であって、
    前記燃料電池から出力可能な電力に対応した第１のパラメータを求める演算手段と、
    該求められた第１のパラメータを第１の所定値と比較して、前記燃料電池から出力可能な電力が不足しているパワー不足状態を検出する第１検出手段と、
    前記二次電池から出力可能な電力に対応した第２のパラメータを求める演算手段と、
    該求められた第２のパラメータを第２の所定値と比較して、前記二次電池から出力可能な電力が不足しているパワー不足状態を検出する第２検出手段と、
    前記第１検出手段と第２検出手段のうちの少なくとも一方で、パワー不足状態が検出されたときに、パワー不足であることを報知する報知手段と
    を備える動力出力装置。
17. 燃料電池をエネルギ源の一つとして動力を出力する動力出力装置であって、
    当該動力出力装置に負荷が掛かっていないときに、前記燃料電池から出力可能な最大出力値を求める燃料電池最大出力値算出手段と、
    該求められた燃料電池の最大出力値を用いて、当該動力出力装置から出力可能な最大出力値を求める装置最大出力値算出手段と、
    該求められた動力出力装置の最大出力値が所定値を下回るパワー不足状態を検出する検出手段と、
    該検出されたパワー不足状態を報知する報知手段と
    を備える動力出力装置。
18. 前記報知手段は、前記報知を可視的に行なう報知灯を備える請求項１７に記載の動力出力装置。
19. 燃料電池をエネルギ源の一つとして動力を出力する動力出力装置であって、
    当該動力出力装置に負荷が掛かっていないときに、前記燃料電池から出力可能な最大出力値を求める燃料電池最大出力値算出手段と、
    該求められた燃料電池の最大出力値を用いて、当該動力出力装置から出力可能な最大出力値を求める装置最大出力値算出手段と、
    当該動力出力装置に負荷が掛かっているときに、前記装置最大出力値算出手段により求められた動力出力装置の最大出力値を表示する表示手段と
    を備える動力出力装置。
20. 前記表示手段は、前記動力出力装置の最大出力値が所定値を下回ることを明示しうるメータを備える請求項１９に記載の動力出力装置。
21. 前記メータは、
    前記動力出力装置の最大出力値に応じて可動する指針と、該指針の振れ量を表わす目盛盤とを備えるとともに、
    前記動力出力装置の最大出力値が所定値を下回ることを示す警告区域を前記目盛盤に設けた構成である請求項２０に記載の動力出力装置。
22. 前記メータの指針が前記警告区域に至る状態時に、パワー不足であることを報知する報知灯を備える請求項２１に記載の動力出力装置。
23. 請求項１９ないし２２に記載の動力出力装置であって、
    当該動力出力装置から出力される現在の出力値を求める現出力値算出手段と、
    該求められた現在の出力値を、前記表示手段による表示と比較可能に表示する現出力値表示手段と
    を備える動力出力装置。
24. 燃料電池と、該燃料電池からの出力を充電可能な二次電池とを備え、両者によって動力を出力する動力出力装置であって、
    当該動力出力装置に負荷が掛かっていないときに、前記燃料電池から出力可能な最大出力値を求める燃料電池最大出力値算出手段と、
    該求められた燃料電池の最大出力値と、前記二次電池から出力可能な最大出力値の和を、当該動力出力装置から出力可能な最大出力値として求める装置最大出力値算出手段と、
    該求められた動力出力装置の最大出力値が所定値を下回るパワー不足状態を検出する検出手段と、
    該検出されたパワー不足状態を報知する報知手段と
    を備える動力出力装置。
25. 燃料電池と、該燃料電池からの出力を充電可能な二次電池とを備え、両者によって動力を出力する動力出力装置であって、
    当該動力出力装置に負荷が掛かっていないときに、前記燃料電池から出力可能な最大出力値を求める燃料電池最大出力値算出手段と、
    該求められた燃料電池の最大出力値と、前記二次電池から出力可能な最大出力値の和を、当該動力出力装置から出力可能な最大出力値として求める装置最大出力値算出手段と、
    前記動力出力装置に負荷が掛かっているときに、前記装置最大出力値算出手段により求められた最大出力値を表示する表示手段と
    を備える動力出力装置。
26. 前記表示手段は、前記動力出力装置の最大出力値が所定値を下回ることを明示しうるメータを備える請求項２５に記載の動力出力装置。
27. 前記メータは、
    前記動力出力装置の最大出力値に応じて可動する指針と、該指針の振れ量を表わす目盛盤とを備えるとともに、
    前記動力出力装置の最大出力値が所定値を下回ることを示す警告区域を前記目盛盤に設けた構成である請求項２６に記載の動力出力装置。
28. 燃料電池をエネルギ源の一つとして動力を出力する動力出力装置であって、
    当該動力出力装置から出力可能な最大出力値を求める装置最大出力値算出手段と、
    当該動力出力装置から出力される現在の出力値を求める現出力値算出手段と、
    前記装置最大出力値算出手段により求められた最大出力値と、前記現出力値算出手段により求められた現在の出力値とを比較可能に表示する表示手段と
    を備える動力出力装置。
29. 前記表示手段は、前記最大出力値が所定値を下回ることを明示しうるメータを備える請求項２８に記載の動力出力装置。
30. 前記メータは、
    前記最大出力値に応じて可動する指針と、該指針の振れ量を表わす目盛盤とを備えるとともに、
    前記最大出力値が所定値を下回ることを示す警告区域を前記目盛盤に設けた構成である請求項２９に記載の動力出力装置。
31. 前記メータの指針が前記警告区域に至る状態時に、パワー不足であることを報知する報知灯を備える請求項３０に記載の動力出力装置。
32. 燃料電池をエネルギ源の一つとして動力を出力する動力出力方法であって、
    （ａ）前記燃料電池から出力可能な電力に対応したパラメータを求めるステップと、
    （ｂ）該求められたパラメータを所定値と比較して、前記出力可能な電力が不足しているパワー不足状態を検出するステップと、
    （ｃ）該ステップ（ｂ）で前記パワー不足状態が検出されたときに、パワー不足であることを報知するステップと
    を備える動力出力方法。
33. 燃料電池と該燃料電池からの出力を充電可能な二次電池とをエネルギ源として動力を出力する動力出力方法であって、
    （ａ）前記二次電池から出力可能な電力に対応したパラメータを求めるステップと、
    （ｂ）該求められたパラメータを所定値と比較して、前記二次電池から出力可能な電力が不足しているパワー不足状態を検出するステップと、
    （ｃ）該ステップ（ｂ）で前記パワー不足状態が検出されたときに、パワー不足であることを報知するステップと
    を備える動力出力方法。
34. 燃料電池と、
    該燃料電池からの出力を充電可能な二次電池と、
    前記燃料電池および／または二次電池からの出力の供給を受けて、モータを駆動するインバータと、
    を備えた動力出力装置を制御する動力出力方法であって、
    （ａ）前記モータの要求出力を算出するステップと、
    （ｂ）前記燃料電池と二次電池からそれぞれ出力可能な電力の和に対応したパラメータを求めるステップと、
    （ｃ）該求められたパラメータを所定値と比較して、前記出力可能な電力の和が不足しているパワー不足状態を検出するステップと、
    （ｄ）該ステップ（ｃ）で前記パワー不足状態が検出されたときに、パワー不足であることを報知するステップと
    を備える動力出力方法。
35. 燃料電池と該燃料電池からの出力を充電可能な二次電池とをエネルギ源として動力を出力する動力出力方法であって、
    （ａ）前記燃料電池から出力可能な電力に対応した第１のパラメータを求めるステップと、
    （ｂ）該求められた第１のパラメータを第１の所定値と比較して、前記燃料電池から出力可能な電力が不足しているパワー不足状態を検出するステップと、
    （ｃ）前記二次電池から出力可能な電力に対応した第２のパラメータを求める演算手段と、
    （ｄ）該求められた第２のパラメータを第２の所定値と比較して、前記二次電池から出力可能な電力が不足しているパワー不足状態を検出するステップと、
    （ｅ）前記ステップ（ｂ）とステップ（ｄ）のうちの少なくとも一方で、パワー不足状態が検出されたときに、パワー不足であることを報知するステップと
    を備える動力出力方法。
36. 燃料電池をエネルギ源の一つとして動力を出力する動力出力方法であって、
    （ａ）当該動力出力装置に負荷が掛かっていないときに、前記燃料電池から出力可能な最大出力値を求めるステップと、
    （ｂ）該求められた燃料電池の最大出力値を用いて、当該動力出力装置から出力可能な最大出力値を求めるステップと、
    （ｃ）該求められた動力出力装置の最大出力値が所定値を下回るパワー不足状態を検出するステップと、
    （ｄ）該検出されたパワー不足状態を報知するステップと
    を備える動力出力方法。
37. 燃料電池をエネルギ源の一つとして動力を出力する動力出力方法であって、
    （ａ）当該動力出力装置に負荷が掛かっていないときに、前記燃料電池から出力可能な最大出力値を求めるステップと、
    （ｂ）該求められた燃料電池の最大出力値を用いて、当該動力出力装置から出力可能な最大出力値を求めるステップと、
    （ｃ）当該動力出力装置に負荷が掛かっているときに、前記ステップ（ｂ）により求められた動力出力装置の最大出力値を表示するステップと
    を備える動力出力方法。
38. 請求項３７に記載の動力出力方法であって、
    （ｄ）前記ステップ（ａ）により求められた最大出力値が所定値を下回るパワー不足状態を検出するステップと、
    （ｅ）該検出されたパワー不足状態を報知するステップと
    を備える動力出力方法。
39. 請求項３７または３８に記載の動力出力方法であって、
    （ｆ）当該動力出力方法によって出力される現在の出力値を求めるステップと、
    （ｇ）該求められた現在の出力値を、前記ステップ（ｃ）による表示と比較可能に表示するステップと
    を備える動力出力方法。
40. 燃料電池と、該燃料電池からの出力を充電可能な二次電池とを備え、両者によって動力を出力する動力出力方法であって、
    （ａ）前記動力に対する負荷が掛かっていないときに、前記燃料電池から出力可能な最大出力値を求めるステップと、
    （ｂ）該求められた燃料電池の最大出力値と、前記二次電池から出力可能な最大出力値の和を、当該動力出力の最大出力値として求めるステップと、
    （ｃ）ステップ（ｂ）により求められた最大出力値が所定値を下回るパワー不足状態を検出するステップと、
    （ｄ）該検出されたパワー不足状態を報知するステップと
    を備える動力出力方法。
41. 燃料電池と、該燃料電池からの出力を充電可能な二次電池とを備え、両者によって動力を出力する動力出力方法であって、
    （ａ）前記動力に対する負荷が掛かっていないときに、前記燃料電池から出力可能な最大出力値を求めるステップと、
    （ｂ）該求められた燃料電池の最大出力値と、前記二次電池から出力可能な最大出力値の和を、当該動力出力の最大出力値として求めるステップと、
    （ｃ）前記動力に対する負荷が掛かっているときに、前記ステップ（ｂ）により求められた最大出力値を表示するステップと
    を備える動力出力方法。
42. 燃料電池をエネルギ源の一つとして動力を出力する動力出力方法であって、
    （ａ）出力可能な最大出力値を求めるステップと、
    （ｂ）出力されている現在の出力値を求めるステップと、
    （ｃ）ステップ（ａ）により求められた最大出力値と、ステップ（ｂ）により求められた現在の出力値とを比較可能に表示するステップと
    を備える動力出力方法。
43. 請求項４２に記載の動力出力方法であって、
    （ｄ）前記ステップ（ａ）により求められた最大出力値が所定値を下回るパワー不足状態を検出するステップと、
    （ｅ）該検出されたパワー不足状態を報知するステップと
    を備える動力出力方法。

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