JP2011009133A - 燃料電池システムの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池システムの温度低下を抑制する。
【解決手段】ＥＣＵ８０は、ＦＣスタック１０と、空調用の空気を加熱する温風ヒータ５０と、を備える燃料電池システムを制御する制御装置である。ＥＣＵ８０の制御手段８２は、温度センサ７０ｄから取得される外気温Ｔａを用いて決定されるＦＣスタック１０の目標発熱量と、ＦＣスタック１０の出力要求と、に基づいて温風ヒータ５０のヒータ出力Ｐｈを決定し、ＦＣスタック１０が発電した電力により、ヒータ出力Ｐｈ以上の出力で温風ヒータ５０を作動させるよう制御する。制御手段８２は、さらに、空調装置に対するユーザの指示から定まる温風ヒータ５０のヒータ出力要求値と、ヒータ出力Ｐｈと、に基づいて、分配切換手段６０を制御することで温風ヒータ５０により加熱された空気の送り先を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料電池システムの制御装置に関する。

水素と酸素との化学反応を利用して発電する燃料電池には、効率よく発電可能な動作温度の範囲がある。低温環境下において燃料電池を効率よく動作させるために燃料電池の暖機を行う技術が開示されている。

例えば、特許文献１には、燃料電池スタックが凍結している場合の燃料電池スタックの始動方法が開示されている。特許文献１に記載の技術では、凍結した燃料電池スタックを始動させる際に、燃料電池スタックに対して燃料（水素）を供給する間、バッテリ及び補助負荷を燃料電池スタックに接続して強制的に電流を流すことで、燃料電池スタックを迅速に動作可能にさせる。

また例えば、特許文献２には、燃料電池を加熱する加熱手段を備えた暖機システムが開示されている。特許文献２に記載のシステムは、燃料電池の温度が所定温度以下である場合であって、蓄電手段の残電力量が所定量以下の場合に、燃料電池の発電する電力により、加熱手段を駆動するとともに蓄電手段の充電を行う。特許文献２には、上述の加熱手段の例として、暖房装置のヒートポンプに含まれる電動圧縮機及び通電により発熱する電気ヒータが示されている。

また例えば、特許文献３には、燃料電池及び二次電池の暖機完了後に、燃料電池及び二次電池の温度を制御することで安定した電力供給を図る技術が開示されている。特許文献３に記載の燃料電池システムは、燃料電池及び二次電池の暖機を完了させて、燃料電池又は二次電池から負荷に電力の供給を開始させた後に、燃料電池の発電可能量が第１所定値以下となった場合には燃料電池を昇温させる処理を行い、二次電池の充放電可能量が第２所定値以下となった場合には二次電池を昇温させる処理を行う。このシステムでは、例えば、車室内の温度調整をするエアコンシステム及び燃料電池へ空気を供給する空気供給装置などの補機類の消費電力を増加させ、当該消費電力の増加分を燃料電池で発電させて燃料電池を昇温させる。

特表２００５−５３１９１６号公報 特開２００５−１００６９４号公報 特開２００４−３４２４６１号公報

例えば、燃料電池の温度を維持するために燃料電池で余分に発電された電力を空調装置で消費させる場合など、被空調室内の温度調節に関する要求とは異なる要求から空調装置で電力を消費させる場合、当該異なる要求だけでなく被空調室内の温度調節に関する要求も満たすことが望まれる。

本発明の一態様は、燃料電池と、空調用の空気を加熱する加熱手段と、を備える燃料電池システムを制御する制御装置であって、外気温を用いて決定される前記燃料電池の目標発熱量と、前記燃料電池に接続された機器の動作のために必要な前記燃料電池の出力と、に基づいて前記加熱手段の出力を決定し、前記燃料電池が発電した電力により、決定した出力以上の出力で前記加熱手段を作動させるよう制御する加熱制御手段と、空調装置に対するユーザの指示から定まる前記加熱手段の要求出力と、前記加熱制御手段が決定した前記加熱手段の出力と、に基づいて、前記加熱手段により加熱された空気の送り先を制御する空気制御手段と、を備えることを特徴とする制御装置である。

本発明の一態様の制御装置において、前記燃料電池システムは、二次電池をさらに備え、前記空気制御手段は、前記加熱制御手段が決定した出力が前記加熱手段の要求出力以上である場合に、前記加熱された空気の一部を前記二次電池又は前記燃料電池システムの外部に対して送り、前記加熱された空気の残りの空気を被空調室内に送るよう制御してもよい。

本発明の一態様の制御装置において、前記空気制御手段は、前記加熱制御手段が決定した出力が前記加熱手段の要求出力以上である場合であって前記二次電池の温度が予め設定された閾値よりも小さい場合に、前記加熱された空気の一部を前記二次電池に対して送るよう制御してもよい。

本発明の一態様の制御装置において、前記空気制御手段は、前記加熱制御手段が決定した出力が前記加熱手段の要求出力以上である場合であって前記二次電池の温度が前記閾値以上である場合に、前記加熱手段が加熱した空気の一部を前記燃料電池システムの外部に対して送るよう制御してもよい。

本発明の一態様の制御装置において、前記空気制御手段は、さらに、前記加熱制御手段が決定した出力と前記加熱手段の要求出力との間の差を用いて、前記二次電池又は前記燃料電池システムの外部に対して送る前記加熱された空気の量と、前記被空調室内に送る前記加熱された空気の量と、の比率を決定してもよい。

本発明の一態様の制御装置において、前記燃料電池システムは、二次電池をさらに備え、前記空気制御手段は、前記二次電池の温度が予め設定された閾値よりも小さい場合に、前記加熱された空気の少なくとも一部を前記二次電池に対して送るよう制御し、前記二次電池の温度が前記閾値よりも大きい場合であって前記加熱制御手段が決定した出力が前記加熱手段の要求出力以上である場合に、前記加熱された空気の一部を前記燃料電池システムの外部に対して送り、前記加熱された空気の残りの空気を被空調室内に送るよう制御してもよい。

本発明の一態様の制御装置において、前記加熱制御手段は、さらに、前記加熱手段の要求出力よりも前記加熱制御手段が決定した出力の方が小さい場合に、前記加熱手段の要求出力で前記加熱手段が作動するように前記燃料電池から前記加熱手段へ電力を供給させてもよい。

本発明の一態様の制御装置において、前記燃料電池システムは、車両の駆動源となり得る回転電機をさらに備え、前記二次電池は、前記回転電機の回生電力により充電可能であり、前記加熱制御手段は、さらに、前記回転電機の回生動作時に、前記二次電池の充電状態と前記回転電機の回生電力とに基づいて前記加熱手段の出力を決定し、前記燃料電池から前記加熱手段への電力供給を制御することで、決定した出力で前記加熱手段を作動させてもよい。

本発明の一態様の制御装置において、前記空気制御手段は、さらに、前記充電状態と前記回生電力とに基づいて前記加熱手段の出力を前記加熱制御手段が決定したときには、前記加熱制御手段が決定した出力が前記加熱手段の要求出力以上である場合に、前記加熱された空気の一部を前記燃料電池又は前記車両の外部に対して送り、前記加熱された空気の残りの空気を被空調室内に送るよう制御してもよい。

本発明の一態様の制御装置において、前記空気制御手段は、さらに、前記充電状態と前記回生電力とに基づいて前記加熱手段の出力を前記加熱制御手段が決定したときには、前記加熱制御手段が決定した出力が前記加熱手段の要求出力以上である場合であって前記燃料電池の温度が予め設定された閾値よりも小さい場合に、前記加熱された空気の一部を前記燃料電池に対して送るよう制御してもよい。

本発明の一態様の制御装置において、前記空気制御手段は、さらに、前記充電状態と前記回生電力とに基づいて前記加熱手段の出力を前記加熱制御手段が決定したときには、前記燃料電池の温度が予め設定された閾値よりも小さい場合に、前記加熱された空気の少なくとも一部を前記燃料電池に対して送るよう制御してもよい。

本発明の他の一態様の制御装置は、燃料電池と、前記燃料電池から電力供給を受けて車両の駆動源となり得る回転電機と、前記回転電機の回生電力により充電可能な二次電池と、空調用の空気を加熱する加熱手段と、を備え、車両に搭載される燃料電池システムを制御する制御装置であって、前記回転電機の回生動作時に、前記二次電池の充電状態と前記回転電機の回生電力とに基づいて前記加熱手段の出力を決定し、前記回生電力により、決定した出力で前記加熱手段を作動させるよう制御する加熱制御手段と、空調装置に対するユーザの指示から定まる前記加熱手段の要求出力と、前記加熱制御手段が決定した前記加熱手段の出力と、に基づいて、前記加熱手段により加熱された空気の送り先を制御する空気制御手段と、を備えることを特徴とする制御装置である。

本発明の一態様によると、被空調室内の温度調節に関する要求を満たしつつ、空調装置を利用して燃料電池システムにおける温度の低下を抑制することができる。

本発明の他の一態様によると、回転電機を含む燃料電池システムにおいて、被空調室内の温度調節に関する要求を満たしつつ、回転電機の回生電力の消費先として空調装置を用いることができる。

燃料電池システムの概略構成の例を示すブロック図である。 ＥＣＵに対する信号の入出力の様子の例を示す制御ブロック図である。 ＥＣＵが行う処理の例を示すフローチャートである。 送風先決定処理の例を示すフローチャートである。 ＥＣＵが行う処理の他の例を示すフローチャートである。 温風ヒータで温められた風の送り先を決定する処理の他の例を示すフローチャートである。

図１に、燃料電池システムの概略の構成の例を示す。図１に例示する燃料電池システム１は、車両に搭載される。燃料電池システム１は、本発明の１つの実施形態の例の制御装置により制御される。

図１を参照し、燃料電池システム１は、ＦＣスタック１０、駆動モータ２０、二次電池３０、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０、温風ヒータ５０、及び分配切換手段６０を備える。

ＦＣスタック１０は、水素と酸素との電気化学反応を利用して電力を発生する燃料電池である。ＦＣスタック１０は、図示しない空気供給装置及び水素供給装置のそれぞれから空気及び水素の供給を受けて電力を発生し、発生した電力を、駆動モータ２０、二次電池３０、温風ヒータ５０、及び他の各種の装置（図示しない）に供給する。

駆動モータ２０は、燃料電池システム１を搭載した車両の駆動源として機能する回転電機である。駆動モータ２０は、ＦＣスタック１０又は二次電池３０から電力供給を受けて回転し、その回転の動力が車軸を介して車輪９０ａ，９０ｂに伝わることで車両が走行する。駆動モータ２０は、また、車輪９０ａ，９０ｂの回転の動力を受けて回転することで発電機として機能することもある。駆動モータ２０が発電した電力は、燃料電池システム１において消費される。例えば、駆動モータ２０が発電した電力により二次電池３０が充電される。以下、このように車輪９０ａ，９０ｂの運動エネルギーにより駆動モータ２０で発電され、燃料電池システム１で用いられる電力を回生電力と呼ぶ。また、駆動モータ２０が発電機として機能する動作を駆動モータ２０の回生動作と呼ぶ。

二次電池３０は、充放電可能な電池であり、駆動モータ２０への電力供給源となり得る。

ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、入力電圧の電圧レベルを、当該電圧レベルよりも低い電圧レベルに変換して出力する電圧変換装置である。ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、例えば、ＦＣスタック１０又は二次電池３０から出力される電圧を入力電圧とし、より低い電圧レベルに変換した出力電圧を、温風ヒータ５０及びその他の補機負荷（図示しない）に対して出力する。また例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０は、ＦＣスタック１０からの出力又は駆動モータ２０による回生電力を温風ヒータ５０又は二次電池３０へ供給することもある。

温風ヒータ５０は、空調用の空気を加熱する加熱手段である。温風ヒータ５０は、車両に搭載される空調装置の一部である。温風ヒータ５０で加熱された空気（以下、「温風」と呼ぶ）は、温風ヒータ５０付近に設けられるファン５２により車室（被空調室）内に送られる。

分配切換手段６０は、温風の送り先を切り換える手段である。本例の燃料電池システム１を搭載する車両の空調装置は、車室内、二次電池３０、及び車外のそれぞれへ温風を導くダクトを備える。図１の各矢印Ｒ，Ｂ，Ａは、各ダクトによる温風の流れを示す。分配切換手段６０は、例えば、各送風先に対応するダクトの入口付近に、制御装置からの制御信号に応じて開度を変更可能なバルブを設けることで実現される。

また、燃料電池システム１には、燃料電池システム１の制御に用いられる各種の値を検出する検出手段が設けられる。燃料電池システム１に設けられる検出手段の例として、図１には、温度センサ７０ａ，７０ｂ，７０ｃ及び充電率検出手段７２を示す。温度センサ７０ａは、ＦＣスタック１０に設けられ、ＦＣスタック温度Ｔｆｃを検出する。温度センサ７０ｂは、車室内に設けられ、車室内温度Ｔｒを検出する。温度センサ７０ｃは、二次電池３０に設けられ、二次電池温度Ｔｂを検出する。また、充電率検出手段７２は、二次電池３０に設けられ、二次電池３０の充電率（充電状態，Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を検出する。

図２は、燃料電池システム１を制御するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）の制御ブロック図の例である。図２に例示するＥＣＵ８０は、図１の例の燃料電池システム１とともに車両に搭載される。ＥＣＵ８０の機能の一部が本発明の１つの実施形態の制御装置として機能する。ＥＣＵ８０は、マイクロコンピュータなどを用いて実現できる。ＥＣＵ８０は、制御手段８２及び記憶手段８４を備える。

制御手段８２は、車両又は燃料電池システム１に設けられた各種の検出手段又はスイッチなどからの信号を入力として取得し、取得した信号を用いて燃料電池システム１の各要素を制御する制御信号を生成して出力する。例えば、制御手段８２は、上述の温度センサ７０ａ，７０ｂ，７０ｃ及び充電率検出手段７２からそれぞれの検出値を取得する。本例の制御手段８２は、さらに、車両に設けられ、外気温Ｔａを検出する温度センサ７０ｄ（図１には図示しない）からの検出値を取得する。また、車速センサ７４から車両の速度の検出値を取得する。さらに、車両のアクセルペダル（図示しない）に設けられたアクセルセンサ７６からアクセルペダルの踏込量の検出値を取得し、ブレーキペダル（図示しない）に設けられたブレーキセンサ７８からブレーキペダルの踏込量の検出値を取得する。また、制御手段８２は、空調装置に対するユーザの指示の入力を受け付ける入力手段であって車室内に設けられる空調操作パネル５５から、ユーザの指示を表す信号を取得する。以上で例示した検出値及び信号の少なくともいずれかを用いて、制御手段８２は、ＦＣスタック１０、温風ヒータ５０、及び分配切換手段６０などに対する制御信号を生成して出力する。

記憶手段８４は、制御手段８２における処理の手順を記述したプログラム、制御手段８２における処理に必要な各種の情報、及び制御手段８２における処理の結果を記憶する。

図３は、ＥＣＵ８０の制御手段８２が行う処理の手順の例を示すフローチャートである。制御手段８２は、例えば、車両の通常走行中に、予め設定された時間間隔（例えば、１００ｍｓ程度）で、図３の例の手順の処理を繰り返し実行する。

図３を参照し、まず、制御手段８２は、温度センサ７０ｄから外気温Ｔａを取得し、車速センサ７４から車速を取得する（ステップＳ１０）。

次に、外気温Ｔａ及び車速を用いて、ＦＣスタック１０での発熱量の目標値であるＦＣ目標発熱量Ｐ_Tを決定する（ステップＳ２０）。本例のＦＣ目標発熱量Ｐ_Tは、外気温Ｔａ及び車速がステップＳ１０で取得した値である場合にＦＣスタック１０の温度を所望の範囲内に維持するために必要な発熱量である。例えば、外気温Ｔａが同じであれば車速が大きい程ＦＣ目標発熱量Ｐ_Tが大きく、車速が同じであれば外気温Ｔａが低い程ＦＣ目標発熱量Ｐ_Tが大きくなるように決定する。ステップＳ２０では、例えば、記憶手段８４に予め記憶されたマップからＦＣ目標発熱量ＰＴの値を取得してもよい。この例の場合のマップは、外気温Ｔａ及び車速の値の組と、その値の組の場合のＦＣ目標発熱量ＰＴの値と、を対応づける。ステップＳ２０において、制御手段８２は、記憶手段８４を参照し、ステップＳ１０で取得した外気温Ｔａ及び車速の値の組に対応づけられたＦＣ目標発熱量Ｐ_Tの値を上述のマップから取得すればよい。上述のマップは、例えば、外気温Ｔａ及び車速の値の組に対応するＦＣ目標発熱量Ｐ_Tの値を実験又はシミュレーションなどにより求めることで作成される。

ＦＣ目標発熱量Ｐ_Tを決定すると、制御手段８２は、ＦＣスタック１０の出力の要求値であるＦＣ出力要求を取得する（ステップＳ３０）。ＦＣ出力要求は、例えば、車両のアクセルペダルの踏込量に応じて決定される値である。本例では、制御手段８２は、アクセルセンサ７６から取得したアクセルペダルの踏込量の検出値を用いてＦＣ出力要求の値を決定する。なお、制御手段８２がＦＣ出力要求の値を決定する代わりに、図２の例のＥＣＵ８０とは別の制御装置で決定されたＦＣ出力要求の値を当該制御装置からＥＣＵ８０の制御手段８２が取得してもよい。

次に、制御手段８２は、ＦＣ目標発熱量Ｐ_TとＦＣ出力要求とを用いて、ヒータ出力Ｐｈを決定する（ステップＳ４０）。本例では、制御手段８２は、ＦＣスタック１０の出力を（ＦＣ出力要求に対して）増加させてＦＣスタック１０の発熱量をＦＣ目標発熱量Ｐ_T以上とする場合のＦＣスタック１０の出力の増加分に相当する値をヒータ出力Ｐｈとする。よって、ヒータ出力Ｐｈは、ＦＣスタック１０においてＦＣ出力要求の値だけ発電する場合のＦＣスタック１０の発熱量とＦＣ目標発熱量Ｐ_Tとの比較に基づいて決定される。例えば、ＦＣ出力要求で発電する場合のＦＣスタック１０の発熱量がＦＣ目標発熱量Ｐ_T未満であれば、ＦＣスタック１０の発熱量がＦＣ目標発熱量Ｐ_Tに対して不足する分の熱量をヒータ出力Ｐｈとする。ＦＣ出力要求で発電する場合のＦＣスタック１０の発熱量がＦＣ目標発熱量Ｐ_T以上であれば、ヒータ出力Ｐｈは０であってもよい。ＦＣ出力要求で発電するだけでＦＣスタック１０の発熱量がＦＣ目標発熱量Ｐ_T以上となるからである。

なお、ステップＳ４０において、ＦＣ目標発熱量Ｐ_Tを決定する上述の処理（ステップＳ２０）と同様、予め記憶手段８４に記憶させておいたマップを用いてヒータ出力Ｐｈを決定してもよい。例えば、ＦＣ目標発熱量Ｐ_T及びＦＣ出力要求の値の組に対応するヒータ出力Ｐｈの値を上記で説明したように予め求めておき、ＦＣ目標発熱量Ｐ_T及びＦＣ出力要求の値の各組と、当該組の場合のヒータ出力Ｐｈの値と、を対応づけるマップを作成して記憶手段８４に記憶させておく。そして、ステップＳ４０で、制御手段８２は、ステップＳ２０で決定されたＦＣ目標発熱量Ｐ_Tの値とステップＳ３０で取得したＦＣ出力要求の値との組に対応するヒータ出力Ｐｈの値を記憶手段８４中のマップから取得する。

ヒータ出力Ｐｈを決定すると、制御手段８２は、ヒータ出力Ｐｈ以上の出力で温風ヒータ５０を作動させる（ステップＳ５０）。ここで、温風ヒータ５０がオフ状態である場合は、ヒータ出力Ｐｈで温風ヒータ５０の作動を開始させる。温風ヒータ５０がヒータ出力Ｐｈ未満で作動中である場合は、温風ヒータ５０の出力を増加させてＰｈとする。以上の２つの例の場合、制御手段８２は、温風ヒータ５０に対してヒータ出力Ｐｈで作動することを指示する制御信号を出力し、ＦＣスタック１０に対してヒータ出力Ｐｈ相当分だけ増加させたＦＣ要求出力で発電することを指示する制御信号を出力する。なお、ステップＳ５０の時点で温風ヒータ５０がヒータ出力Ｐｈ以上の出力で作動中であれば、温風ヒータ５０の出力を変更する必要はない。

次に、制御手段８２は、温風の送風先を決定する（ステップＳ６０）。ステップＳ６０の送風先決定処理の詳細手順の例を図４に示す。ステップＳ６０が開始されると、図４の例の手順の処理が開始される。

図４を参照し、制御手段８２は、ヒータ要求出力値Ｐｈ＿ｒｅｑを決定する（ステップＳ６００）。ヒータ要求出力値Ｐｈ＿ｒｅｑは、空調装置に対するユーザの指示に基づいて決定される。例えば、空調操作パネル５５において、温風ヒータ５０の出力値を直接ユーザが指示できる入力手段を備えている場合、ユーザが指示した出力値がヒータ要求出力値Ｐｈ＿ｒｅｑである。この例の場合、制御手段８２は、ユーザ指示による温風ヒータ５０の出力値をヒータ要求出力値Ｐｈ＿ｒｅｑとして空調操作パネル５５から取得する。あるいは、例えば、空調操作パネル５５において、ユーザが温風ヒータ５０の出力値の代わりに室温を指示するための入力手段を備えている場合、ヒータ要求出力値Ｐｈは、指示された室温を実現するために必要な出力に決定される。例えば、制御手段８２は、指示された室温を空調操作パネル５５から取得し、温度センサ７０ｄから外気温Ｔａを取得し、指示された室温から外気温Ｔａを減算した値が大きい程、ヒータ要求出力値Ｐｈ＿ｒｅｑが大きくなるように決定する。指示された室温及び外気温Ｔａの値の組と当該組の場合のヒータ要求出力値Ｐｈ＿ｒｅｑの値とを対応づけるマップを予め記憶手段８４に記憶させておき、このマップから制御手段８２がヒータ要求出力値Ｐｈ＿ｒｅｑを取得してもよい。なお、ユーザにより指示された室温を用いる場合、外気温Ｔａだけでなく温度センサ７０ｃから取得した車室内温度Ｔｂも考慮してヒータ要求出力値Ｐｈ＿ｒｅｑを決定してもよい。

ヒータ要求出力値Ｐｈ＿ｒｅｑが、図３のステップＳ４０で決定したヒータ出力Ｐｈ以下である場合（ステップＳ６０２でＮＯ）、制御手段８２は、温度センサ７０ｃから二次電池温度Ｔｂを取得する（ステップＳ６０４）。取得した二次電池温度Ｔｂが予め設定された目標二次電池温度未満であれば（ステップＳ６０６でＹＥＳ）、制御手段８２は、車室内及び二次電池３０に対して温風を送ることを決定し、車室内への送風量と二次電池３０への送風量との比率を決定する（ステップＳ６０８）。

ステップＳ６０８で、制御手段８２は、例えば、ヒータ出力Ｐｈとヒータ要求出力値Ｐｈ＿ｒｅｑとの間の差（Ｐｈ−Ｐｈ＿ｒｅｑ）が大きい程、より多くの温風が二次電池３０に対して送られるように、車室内への送風量と二次電池３０への送風量との比率を決定する。Ｐｈ−Ｐｈ＿ｒｅｑの値に対応する送風量の比率を予め求めて、Ｐｈ−Ｐｈ＿ｒｅｑの値と送風量の比率の値とを対応づけるマップを作成し、予め記憶手段８４に記憶させておいてもよい。この例の場合、制御手段８２は、ステップＳ６０８で、Ｐｈ−Ｐｈ＿ｒｅｑの値に対応づけられた送風量の比率の値を記憶手段８４中の上述のマップから取得する。

ステップＳ６０８の処理の他の例では、制御手段８２は、Ｐｈ＿ｒｅｑの値及びヒータ出力Ｐｈの値に基づいて、車室内への送風量と二次電池３０への送風量との比率を求める。本例の場合、ヒータ出力Ｐｈの値が同じであれば、Ｐｈ＿ｒｅｑの値が小さい程、より多くの温風が二次電池３０に対して送られるように送風量の比率が決定される。また、Ｐｈ＿ｒｅｑの値が同じであれば、ヒータ出力Ｐｈの値が大きい程、より多くの温風が二次電池３０に対して送られるように送風量の比率が決定される。本例において、Ｐｈ＿ｒｅｑ及びＰｈの値の組と、その組の場合の送風量の比率の値とを対応づけるマップを予め作成して記憶手段８４に記憶させておき、ステップＳ６０８で、制御手段８２は、記憶手段８４中の当該マップから送風量の比率の値を取得してもよい。

以上、ステップＳ６０４で取得した二次電池温度Ｔｂが目標二次電池温度未満である場合（ステップＳ６０６でＹＥＳ）の処理の手順の例を説明した。一方、二次電池温度Ｔｂが目標二次電池温度以上である場合（ステップＳ６０６でＮＯ）、制御手段８２は、車室内及び車外へ温風を送ることを決定し、車室内への送風量と車外への送風量との比率を決定する（ステップＳ６１０）。

ステップＳ６１０では、例えば、上述のステップＳ６０８の第一の例と同様に、Ｐｈ−Ｐｈ＿ｒｅｑの値が大きい程、より多くの温風が車外（つまり、車室内の他の送風先）に対して送られるように、車室内への送風量と車外への送風量との比率を決定する。車室内への送風量と車外への送風量との比率に関しても、Ｐｈ−Ｐｈ＿ｒｅｑの値と送風量の比率の値とを対応づけたマップを予め記憶手段８４に記憶させておき、このマップから送風量の比率を取得してもよい。

また、ステップＳ６１０において、上述のステップＳ６０８の第二の例と同様、Ｐｈ＿ｒｅｑの値とヒータ出力Ｐｈの値との両方に基づいて、車室内への送風量と車外への送風量との比率を決定してもよい。この例でも、上述と同様、Ｐｈ＿ｒｅｑの値とヒータ出力Ｐｈの値との組に対応する送風量の比率の値を表すマップを記憶手段８４に予め記憶させておき、このマップから送風量の比率を取得してもよい。

以上、ヒータ要求出力値Ｐｈ＿ｒｅｑが、図３のステップＳ４０で決定したヒータ出力Ｐｈ以下である場合（ステップＳ６０２でＮＯ）の処理の手順の例を説明した。この場合、温風ヒータ５０は、空調装置に対するユーザの要求（つまり、温風により車室内を暖めること）を実現するために必要なヒータ要求出力値Ｐｈ＿ｒｅｑ以上のヒータ出力Ｐｈで作動している。したがって、温風をすべて車室内に送ると、ユーザが望む以上に車室内の温度が上昇する可能性がある。ステップＳ６０２でＮＯに進む場合、車室内の他の送り先（ステップＳ６０８では二次電池３０，ステップＳ６１０では車外）に温風を送ることで、ユーザが望む以上の車室内の温度上昇を抑制する。

以下、ヒータ要求出力値Ｐｈ＿ｒｅｑが、図３のステップＳ４０で決定したヒータ出力Ｐｈを超えている場合（ステップＳ６０２でＹＥＳ）の処理の手順の例を説明する。

ステップＳ６０２でＹＥＳに進むと、制御手段８２は、ヒータ出力要求値Ｐｈ＿ｒｅｑとヒータ出力Ｐｈとの間の差（Ｐｈ＿ｒｅｑ−Ｐｈ）に相当する値だけＦＣ出力要求の値を増加させる（ステップＳ６１２）。これにより、制御手段８２は、温風ヒータ５０をヒータ要求出力値Ｐｈ＿ｒｅｑで作動させることができる。そして、このとき、制御手段８２は、車室内へのみ温風を送ることを決定する（ステップＳ６１４）。

ステップＳ６０８，Ｓ６１０，又はＳ６１４の後、制御手段８２は、ステップＳ６０８，Ｓ６１０，又はＳ６１４で決定した送風先（送風量の比率）に従って、分配切換手段６０を制御する（ステップＳ６１６）。分配切換手段６０が各送風先に対応するダクトの入口付近に設けられたバルブにより実現される例の場合、制御手段８２は、ステップＳ６１６で、各バルブの開度を制御する制御信号を分配切換手段６０に対して出力する。例えば、ステップＳ６０８の後でステップＳ６１６を実行する場合、制御手段８２は、車室内へのダクトのバルブ及び二次電池３０へのダクトのバルブをそれぞれステップＳ６０８で決定した比率に従った開度で開くように指示し、かつ、その他の送風先（車外及びＦＣスタック１０）へのダクトのバルブを閉じるように指示する制御信号を分配切換手段６０に対して出力する。ステップＳ６１０の後でステップＳ６１６を実行する場合、車室内へのダクトのバルブ及び車外へのダクトのバルブをそれぞれステップＳ６１０で決定した比率に従った開度で開くように、かつ、その他の送風先（二次電池３０及びＦＣスタック１０）へのダクトのバルブを閉じるように指示する制御信号を分配切換手段６０に対して出力する。ステップＳ６１４の後にステップＳ６１６を実行する場合、制御手段８２は、車室内へのバルブを全開し、かつ、他の送風先（二次電池３０、ＦＣスタック１０、及び車外）へのダクトのバルブを閉じるように指示する制御信号を分配切換手段６０に対して出力する。

ステップＳ６１６の後、図４の例の手順は終了し、図３のステップＳ６０は終了する。

図３及び図４を参照して以上で説明した処理の例では、車両の通常走行中に、車両の走行に必要なＦＣスタック１０の出力よりも余分にＦＣスタック１０で発電させて、その余分な電力を温風ヒータ５０で消費させることで、ＦＣスタック１０の温度維持に必要な発熱量を得る。

ＥＣＵ８０の制御手段８２は、車両が減速する際の駆動モータ２０の回生電力を温風ヒータ５０で消費させることもある。図５は、駆動モータ２０の回生動作時に制御手段８２が行う処理の例を示すフローチャートである。制御手段８２は、例えば、駆動モータ２０の回生動作が開始されたときに、図５の例の手順の処理を開始し、その後、回生動作中、予め設定された時間間隔（例えば、１００ｍｓ程度）で図５の例の手順の処理を繰り返す。制御手段８２は、例えば、車両のブレーキ操作が開始されたことを示す信号をブレーキセンサ７８から取得することで回生動作の開始を判断すればよい。なお、図５において、図３の例のフローチャートと同様の処理ステップには図３と同様の符号を付している。

図５を参照し、まず、制御手段８２は、充電率検出手段７２から二次電池３０の充電状態を取得する（ステップＳ１５）。

取得した充電状態の値を確認し、二次電池３０の最大容量まで充電済みであれば（ステップＳ２５でＹＥＳ）、制御手段８２は、回生電力の要求値を取得する（ステップＳ３５）。回生電力の要求値は、駆動モータ２０における発電量の要求値であり、例えば、車両のブレーキペダルの踏込量に応じて決定される。本例では、制御手段８２は、ブレーキセンサ７８から取得したブレーキペダルの踏込量、アクセルセンサ７６から取得したアクセル戻し量、車速センサ７４から取得した車速、及びシフト位置を用いて、回生電力の要求値を求める。なお、制御手段８２が回生電力の要求値を求める代わりに、ＥＣＵ８０と異なる制御装置が求めた要求値を当該制御装置から制御手段８２において取得してもよい。

次に、取得した回生電力の要求値を用いて、制御手段８２は、ヒータ出力Ｐｈを決定する（ステップＳ４５）。ここでは、例えば、回生電力の要求値から、温風ヒータ５０の他の補機負荷で消費される電力の値を減算した値をヒータ出力Ｐｈとする。温風ヒータ５０の他の補機負荷で回生電力を消費しない場合は、回生電力の要求値をヒータ出力Ｐｈとすればよい。

ヒータ出力Ｐｈを決定すると、制御手段８２は、決定したヒータ出力Ｐｈで温風ヒータ５０を作動させる（ステップＳ５０）。このとき、温風ヒータ５０は、駆動モータ２０で発電された回生電力の供給を受けて作動する。

そして、制御手段８２は、温風の送風先を決定する（ステップＳ６０）。ステップＳ６０の送風先決定処理は、図４を参照して説明した上述の例と同様の処理を行えばよい。

二次電池３０が最大容量まで充電済みでない場合（ステップＳ２５でＮＯ）、制御手段８２は、駆動モータ２０で発電される回生電力を二次電池３０に対して供給させて二次電池３０を充電する（ステップＳ２７）。

ステップＳ６０又はステップＳ２７の後、図５の例の手順の処理は終了する。

図５の例の手順の処理によると、二次電池３０が最大容量まで充電されている場合に、回生電力を温風ヒータ５０で消費する。よって、二次電池３０が最大容量まで充電されていて回生電力を二次電池３０の充電に用いることができない場合であっても、回生電力の消費先が確保される。これにより、例えば、ユーザがブレーキ操作を行った場合や、下り坂でモータブレーキを使用する場合など、回生動作を行うことで減速感を生じさせる必要がある場合に、二次電池３０の充電状態にかかわらず駆動モータ２０を回生動作させることができる。

図６に、送風先決定処理（図３，図５のステップＳ６０）の他の例を示す。図４の例の送風先決定処理では、空調装置に対するユーザの指示に基づくヒータ要求出力値Ｐｈ＿ｒｅｑがヒータ出力Ｐｈより大きい場合にのみ、車室内の他の送風先に温風を送る（ステップＳ６０２，Ｓ６０８，Ｓ６１０，Ｓ６１４参照）。言い換えると、図４の例の手順の処理では、車室内の温度維持を優先的に考慮して温風の送り先を決定する。これに対し、図６の例の手順の処理では、二次電池３０の温度維持を優先的に考慮して温風の送り先を決定する。

図６を参照すると、まず、制御手段８２は、温度センサ７０ｃから二次電池温度Ｔｂを取得する（ステップＳ６０１）。

取得した二次電池温度Ｔｂが予め設定された目標二次電池温度未満であれば（ステップＳ６０２でＹＥＳ）、制御手段８２は、二次電池３０及び車室内へ温風を送ることを決定し、二次電池３０への送風量と車室内への送風量との比率を決定する（ステップＳ６０５）。ステップＳ６０５では、例えば、二次電池温度Ｔｂが低い程、より多くの量の温風が二次電池３０に送られるように、送風量の比率が決定される。二次電池温度Ｔｂの値と送風量の比率とを対応づけたマップを予め記憶手段８４に記憶させておき、ステップＳ６０５で、制御手段８２は、当該マップから送風量の比率を取得してもよい。なお、ステップＳ６０５では、二次電池温度Ｔｂが予め設定された閾値（目標二次電池温度よりも小さい値に設定される）以下である場合に、温風のすべてを二次電池３０に送るように決定し、当該閾値を超えると二次電池温度Ｔｂの値の大きさに比例して車室内への送風量を多くするように決定してもよい。

二次電池温度Ｔｂが目標二次電池温度以上であれば（ステップＳ６０３でＮＯ）、制御手段８２は、ヒータ要求出力値を決定する（ステップＳ６０７）。ステップＳ６０７は、図４の例の手順のステップＳ６００の処理と同様に行えばよい。

ステップＳ６０７で決定したヒータ要求出力値Ｐｈ＿ｒｅｑがヒータ出力Ｐｈ以下である場合（ステップＳ６０９でＮＯ）、制御手段８２は、車室内及び車外へ温風を送ることを決定し、車室内への送風量と車外への送風量との比率を決定する（ステップＳ６１１）。ステップＳ６１１は、図４の例の手順のステップＳ６１０の処理と同様に行えばよい。

ステップＳ６０７で決定したヒータ要求出力値Ｐｈ＿ｒｅｑがヒータ出力Ｐｈを超える場合（ステップＳ６０９でＹＥＳ）、制御手段８２は、Ｐｈ＿ｒｅｑ−Ｐｈに相当する値だけＦＣ出力要求の値を増加させ（ステップＳ６１３）、車室内へのみ温風を送ることを決定する（ステップＳ６１５）。ステップＳ６１３及びステップＳ６１５は、それぞれ、図４の例の手順のステップＳ６１２及びステップＳ６１４の処理と同様に行えばよい。

ステップＳ６０５，Ｓ６１１，又はＳ６１５で温風の送風先（送風量の比率）を決定した後、制御手段８２は、決定した送風先に応じて分配切換手段６０を制御する（ステップＳ６１６）。ここでも、図４を参照して説明したステップＳ６１６の処理と同様の処理を行えばよい。例えば、ステップＳ６０５，Ｓ６１１，又はＳ６１５で決定した送風先に対応するダクトのバルブに対して、その開度をそれぞれ決定した送風量の比率に設定する制御信号を出力すればよい。

図６の例の手順の処理では、二次電池温度Ｔｂが目標二次電池温度未満である場合に、二次電池３０に対して温風を送ることで、二次電池温度Ｔｂを目標二次電池温度に近づけることができる。

以上で説明した各種の処理の例では、ＦＣスタック１０に対して温風が送られることはないが、他の処理の例では、ＦＣスタック１０に対して温風を送ってもよい。この例の場合、燃料電池システム１を搭載する車両の空調装置は、ＦＣスタック１０へ温風を導くダクトをさらに備える。ＦＣスタック１０に対して温風を送る例では、例えば、図４のステップＳ６１０又は図６のステップＳ６１１において、車外の代わりにＦＣスタック１０に対して送風することを決定し、車室内への送風量とＦＣスタック１０への送風量との比率を決定すればよい。あるいは、例えば、回生電力を温風ヒータ５０で消費する図５の例の手順の処理のステップＳ６０において、図４又は図６の例の送風先決定処理を行う場合に、二次電池３０に関する処理をＦＣスタック１０に関する処理に置き換えてもよい。この例では、図４又は図６の例の手順の処理において、二次電池温度Ｔｂを取得する（ステップＳ６０４又はステップＳ６０１）代わりに、温度センサ７０ａからＦＣスタック温度Ｔｆｃを取得する。そして、二次電池温度Ｔｂと目標二次電池温度とを比較する（ステップＳ６０２又はステップＳ６０３）代わりに、ＦＣスタック温度Ｔｆｃと予め設定された目標ＦＣスタック温度とを比較する。さらに、ＦＣスタック温度Ｔｆｃが目標ＦＣスタック温度未満であれば、ＦＣスタック１０及び車室内へ温風を送ることを決定し、ＦＣスタック１０への送風量と車室内への送風量との比率を決定する（ステップＳ６０８又はステップＳ６０５の代替処理）。駆動モータ２０の回生動作時は、車両の通常走行時と比較してＦＣスタック１０の出力が低下して発熱量も低下するため、ＦＣスタック温度Ｔｆｃが所望の温度よりも低くなる可能性がある。本例では、回生電力により温風ヒータ５０を作動させて温めた空気をＦＣスタック１０に対して送ることで、ＦＣスタック温度Ｔｆｃの低下を抑制する。

また、以上で説明した各種の例では、車室内、二次電池３０、及び車外の３種類、あるいは、車室内、ＦＣスタック１０、及び車外の３種類の送風先の中から温風の送り先を決定するが、車室内、ＦＣスタック１０、二次電池３０、及び車外の４種類の送風先の中から温風の送り先を決定してもよい。この例の送風先決定処理では、例えば、図４の例の手順において、ステップＳ６０６でＮＯに進んだ後に、ＦＣスタック温度Ｔｆｃが目標温度よりも低ければＦＣスタック１０及び車室内へ温風を送ることを決定して送風量の比率を決定し、ＦＣスタック温度Ｔｆｃが目標温度以上であればステップＳ６１０に進むようにする。ＦＣスタック１０及び車室内へ温風を送る場合は、例えば、ＦＣスタック温度Ｔｆｃが低い程より多くの温風をＦＣスタック１０へ送るように送風量の比率を決定すればよい。送風先決定処理の他の例では、ＦＣスタック温度Ｔｆｃと目標温度との比較によってＦＣスタック１０への送風量を決定する上述の処理を、図４のステップＳ６０２とステップＳ６０４との間で行ってもよい。また例えば、図６の例の手順の処理において、ＦＣスタック温度Ｔｆｃと目標温度との比較によってＦＣスタック１０への送風量を決定する上述の処理を、ステップＳ６０１の前、又はステップＳ６０３とステップＳ６０７との間で行ってもよい。

１ 燃料電池システム、１０ ＦＣスタック、２０ 駆動モータ、３０ 二次電池、４０ ＤＣ／ＤＣコンバータ、５０ 温風ヒータ、５２ ファン、６０ 分配切換手段、７０ａ，７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ 温度センサ、７２ 充電率検出手段、７４ 車速センサ、８０ ＥＣＵ、８２ 制御手段、８４ 記憶手段、９０ａ，９０ｂ 車輪。

Claims (12)

1. 燃料電池と、空調用の空気を加熱する加熱手段と、を備える燃料電池システムを制御する制御装置であって、
   外気温を用いて決定される前記燃料電池の目標発熱量と、前記燃料電池に接続された機器の作動のために必要な前記燃料電池の出力と、に基づいて前記加熱手段の出力を決定し、前記燃料電池が発電した電力により、決定した出力以上の出力で前記加熱手段を作動させるよう制御する加熱制御手段と、
   空調装置に対するユーザの指示から定まる前記加熱手段の要求出力と、前記加熱制御手段が決定した前記加熱手段の出力と、に基づいて、前記加熱手段により加熱された空気の送り先を制御する空気制御手段と、
   を備えることを特徴とする制御装置。
2. 請求項１に記載の制御装置において、
   前記燃料電池システムは、二次電池をさらに備え、
   前記空気制御手段は、前記加熱制御手段が決定した出力が前記加熱手段の要求出力以上である場合に、前記加熱された空気の一部を前記二次電池又は前記燃料電池システムの外部に対して送り、前記加熱された空気の残りの空気を被空調室内に送るよう制御する、
   ことを特徴とする制御装置。
3. 請求項２に記載の制御装置において、
   前記空気制御手段は、前記加熱制御手段が決定した出力が前記加熱手段の要求出力以上である場合であって前記二次電池の温度が予め設定された閾値よりも小さい場合に、前記加熱された空気の一部を前記二次電池に対して送るよう制御する、
   ことを特徴とする制御装置。
4. 請求項２又は３に記載の制御装置において、
   前記空気制御手段は、前記加熱制御手段が決定した出力が前記加熱手段の要求出力以上である場合であって前記二次電池の温度が前記閾値以上である場合に、前記加熱手段が加熱した空気の一部を前記燃料電池システムの外部に対して送るよう制御する、
   ことを特徴とする制御装置。
5. 請求項２から４のいずれか１項に記載の制御装置において、
   前記空気制御手段は、さらに、前記加熱制御手段が決定した出力と前記加熱手段の要求出力との間の差を用いて、前記二次電池又は前記燃料電池システムの外部に対して送る前記加熱された空気の量と、前記被空調室内に送る前記加熱された空気の量と、の比率を決定する、
   ことを特徴とする制御装置。
6. 請求項１に記載の制御装置において、
   前記燃料電池システムは、二次電池をさらに備え、
   前記空気制御手段は、
   前記二次電池の温度が予め設定された閾値よりも小さい場合に、前記加熱された空気の少なくとも一部を前記二次電池に対して送るよう制御し、
   前記二次電池の温度が前記閾値よりも大きい場合であって前記加熱制御手段が決定した出力が前記加熱手段の要求出力以上である場合に、前記加熱された空気の一部を前記燃料電池システムの外部に対して送り、前記加熱された空気の残りの空気を被空調室内に送るよう制御する、
   ことを特徴とする制御装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の制御装置において、
   前記加熱制御手段は、さらに、前記加熱手段の要求出力よりも前記加熱制御手段が決定した出力の方が小さい場合に、前記加熱手段の要求出力で前記加熱手段が作動するように前記燃料電池から前記加熱手段へ電力を供給させる、
   ことを特徴とする制御装置。
8. 請求項２から７のいずれか１項に記載の制御装置において、
   前記燃料電池システムは、車両の駆動源となり得る回転電機をさらに備え、
   前記二次電池は、前記回転電機の回生電力により充電可能であり、
   前記加熱制御手段は、さらに、前記回転電機の回生動作時に、前記二次電池の充電状態と前記回転電機の回生電力とに基づいて前記加熱手段の出力を決定し、前記燃料電池から前記加熱手段への電力供給を制御することで、決定した出力で前記加熱手段を作動させる、
   ことを特徴とする制御装置。
9. 請求項８に記載の制御装置において、
   前記空気制御手段は、さらに、前記充電状態と前記回生電力とに基づいて前記加熱手段の出力を前記加熱制御手段が決定したときには、前記加熱制御手段が決定した出力が前記加熱手段の要求出力以上である場合に、前記加熱された空気の一部を前記燃料電池又は前記車両の外部に対して送り、前記加熱された空気の残りの空気を被空調室内に送るよう制御する、
   ことを特徴とする制御装置。
10. 請求項９に記載の制御装置において、
    前記空気制御手段は、さらに、前記充電状態と前記回生電力とに基づいて前記加熱手段の出力を前記加熱制御手段が決定したときには、前記加熱制御手段が決定した出力が前記加熱手段の要求出力以上である場合であって前記燃料電池の温度が予め設定された閾値よりも小さい場合に、前記加熱された空気の一部を前記燃料電池に対して送るよう制御する、
    ことを特徴とする制御装置。
11. 請求項８に記載の制御装置において、
    前記空気制御手段は、さらに、前記充電状態と前記回生電力とに基づいて前記加熱手段の出力を前記加熱制御手段が決定したときには、前記燃料電池の温度が予め設定された閾値よりも小さい場合に、前記加熱された空気の少なくとも一部を前記燃料電池に対して送るよう制御する、
    ことを特徴とする制御装置。
12. 燃料電池と、前記燃料電池から電力供給を受けて車両の駆動源となり得る回転電機と、前記回転電機の回生電力により充電可能な二次電池と、空調用の空気を加熱する加熱手段と、を備える燃料電池システムを制御する制御装置であって、
    前記回転電機の回生動作時に、前記二次電池の充電状態と前記回転電機の回生電力とに基づいて前記加熱手段の出力を決定し、前記回生電力により、決定した出力で前記加熱手段を作動させるよう制御する加熱制御手段と、
    空調装置に対するユーザの指示から定まる前記加熱手段の要求出力と、前記加熱制御手段が決定した前記加熱手段の出力と、に基づいて、前記加熱手段により加熱された空気の送り先を制御する空気制御手段と、
    を備えることを特徴とする制御装置。

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