JP2013208001A - Fuel cell vehicle - Google Patents

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Hiroshi Igarashi
大士 五十嵐
Shuichi Kazuno
修一 数野
Kazunori Watanabe
和典 渡邉
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell vehicle which enables both a fuel cell and a power storage device to perform warming-up.SOLUTION: An ECU causes a FC (fuel cell) stack and a battery to be directly connected to each other to cause a voltage conversion operation performed by a DC/DC converter to be stopped, during low-temperature starting of an FC vehicle, and carries out a warming-up mode in this direct connection state. In the warming-up mode, the ECU causes warming-up of the FC stack and the battery to be performed by changing an amount of air supplied from an air pump to the FC stack based on a level of a battery residual amount (SOC). When the warming-up of the FC stack and the battery is completed, the ECU releases the direct connection state of the FC stack and the battery and causes the DC/DC converter to start adjustment of FC voltage.

Description

この発明は、駆動モータに電力を供給する燃料電池と該燃料電池の出力をアシストする蓄電装置とが前記駆動モータに対して並列に接続された燃料電池車両に関する。   The present invention relates to a fuel cell vehicle in which a fuel cell that supplies power to a drive motor and a power storage device that assists the output of the fuel cell are connected in parallel to the drive motor.

燃料電池から供給される電力により駆動モータを作動させる燃料電池車両に関し、前記燃料電池車両での低温起動時に、前記燃料電池の暖機を行わせることが特許文献1に開示されている。特許文献1には、燃料電池の暖機が必要となった場合に、I−V特性(I:電流、V:電圧)における発電効率の低い動作点で前記燃料電池を発電させることにより、電力損失に起因した前記燃料電池の昇温によって、該燃料電池の暖機を行うことが開示されている。   Patent Document 1 discloses that a fuel cell vehicle that operates a drive motor with electric power supplied from a fuel cell causes the fuel cell to warm up when the fuel cell vehicle is started at a low temperature. Patent Document 1 discloses that when a fuel cell needs to be warmed up, the fuel cell generates power at an operating point with low power generation efficiency in IV characteristics (I: current, V: voltage). It is disclosed that the fuel cell is warmed up by increasing the temperature of the fuel cell due to loss.

国際公開第2008/047603号パンフレットInternational Publication No. 2008/047603 Pamphlet

ところで、燃料電池車両には、駆動モータに対して燃料電池と該燃料電池の出力をアシストする蓄電装置とが並列に接続されている。しかしながら、特許文献1の技術では、燃料電池車両の低温起動時に燃料電池の暖機しか行っていないため、蓄電装置の暖機も併せて行わなければ、前記燃料電池車両の本来の性能を十分に発揮させることができない。   By the way, in the fuel cell vehicle, a fuel cell and a power storage device that assists the output of the fuel cell are connected in parallel to the drive motor. However, since the technology of Patent Document 1 only warms up the fuel cell when the fuel cell vehicle is started at a low temperature, if the power storage device is not warmed up, the original performance of the fuel cell vehicle is sufficiently improved. It cannot be demonstrated.

この発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、燃料電池車両の低温起動時に、燃料電池及び蓄電装置の双方に対して暖機を行わせることが可能となる燃料電池車両を提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of such a problem, and provides a fuel cell vehicle capable of warming up both the fuel cell and the power storage device when the fuel cell vehicle is started at a low temperature. The purpose is to provide.

この発明に係る燃料電池車両は、
駆動モータに電力を供給する燃料電池と該燃料電池の出力をアシストする蓄電装置とが前記駆動モータに対して並列に接続された燃料電池車両において、
前記燃料電池での発電に必要なガスを該燃料電池に供給するガス供給手段と、前記蓄電装置と前記駆動モータとを接続することにより前記燃料電池に対して並列に接続され且つ前記燃料電池の出力電圧を調整する電圧調整手段と、前記ガス供給手段及び前記電圧調整手段を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、
前記燃料電池車両の起動時に、前記電圧調整手段により前記出力電圧を暖機時の電圧に調整した状態で、前記蓄電装置の残容量が第1所定値以上である場合、前記ガス供給手段から前記燃料電池に供給されるガス供給量を前記蓄電装置からの出力が優先されるように変化させ、前記残容量が前記第1所定値よりも低い第2所定値以下である場合、前記ガス供給手段から前記燃料電池に供給されるガス供給量を前記燃料電池からの出力が優先されるように変化させる暖機制御を行い、
前記暖機制御による前記燃料電池及び前記蓄電装置の暖機が完了すれば、該暖機制御を解除することを特徴としている。
A fuel cell vehicle according to the present invention includes:
In a fuel cell vehicle in which a fuel cell that supplies power to a drive motor and a power storage device that assists the output of the fuel cell are connected in parallel to the drive motor,
The fuel cell is connected in parallel to the fuel cell by connecting the gas supply means for supplying the gas necessary for power generation in the fuel cell to the fuel cell, the power storage device, and the drive motor. Voltage adjustment means for adjusting the output voltage, and control means for controlling the gas supply means and the voltage adjustment means,
The control means includes
If the remaining capacity of the power storage device is greater than or equal to a first predetermined value when the output voltage is adjusted to a warm-up voltage by the voltage adjusting means when the fuel cell vehicle is started, the gas supply means When the amount of gas supplied to the fuel cell is changed so that the output from the power storage device is prioritized, and the remaining capacity is less than or equal to a second predetermined value lower than the first predetermined value, the gas supply means Performing a warm-up control to change the amount of gas supplied from the fuel cell so that the output from the fuel cell has priority,
When the warm-up of the fuel cell and the power storage device by the warm-up control is completed, the warm-up control is canceled.

この発明によれば、前記電圧調整手段によって前記燃料電池の出力電圧を前記暖機時の電圧に調整した後に、前記残容量の大きさに基づいて前記ガス供給量を変化させながら、前記燃料電池及び前記蓄電装置の暖機を行わせるようにしている。   According to this invention, after adjusting the output voltage of the fuel cell to the warm-up voltage by the voltage adjusting means, the fuel cell is changed while changing the gas supply amount based on the size of the remaining capacity. The power storage device is warmed up.

具体的に、この発明では、前記燃料電池車両の起動時に、前記燃料電池の出力電圧を、該燃料電池車両の通常の運転時における出力電圧よりも低電圧(前記暖機時の電圧)に調整する。   Specifically, in the present invention, when the fuel cell vehicle is started, the output voltage of the fuel cell is adjusted to a voltage lower than the output voltage during normal operation of the fuel cell vehicle (the voltage during warm-up). To do.

そして、前記暖機制御では、前記出力電圧が前記暖機時の電圧に調整された状態において、前記残容量が前記第1所定値以上である場合には、前記蓄電装置からの出力を優先させるように前記ガス供給量を変化させることにより、前記蓄電装置による前記燃料電池のアシストを増大させ、一方で、前記残容量が前記第2所定値以下である場合には、前記燃料電池からの出力を優先させるように前記ガス供給量を変化させることにより、前記蓄電装置による前記燃料電池のアシストを抑制する。   In the warm-up control, in the state where the output voltage is adjusted to the voltage at the time of warm-up, when the remaining capacity is equal to or greater than the first predetermined value, priority is given to the output from the power storage device. By changing the gas supply amount as described above, the assist of the fuel cell by the power storage device is increased. On the other hand, when the remaining capacity is equal to or less than the second predetermined value, the output from the fuel cell By changing the gas supply amount so as to give priority to the above, the assist of the fuel cell by the power storage device is suppressed.

従って、前記燃料電池は、前記電圧調整手段によって出力電圧が前記暖機時の電圧に調整された状態で低効率な発電を行うことになるため、暖機を迅速に行って、速やかに昇温することができる。すなわち、低効率な発電を行えば、前記燃料電池の電力損失が増大し、該電力損失が熱に変換されるためである。   Accordingly, since the fuel cell performs low-efficiency power generation with the output voltage adjusted to the warm-up voltage by the voltage adjusting means, the warm-up is performed quickly and the temperature is quickly increased. can do. That is, if low-efficiency power generation is performed, the power loss of the fuel cell increases and the power loss is converted into heat.

また、前記暖機中に前記燃料電池から前記駆動モータに供給される電力は、ガス供給量の減少に起因して低下するため、前記駆動モータの要求電力に対する前記燃料電池の負担分が相対的に減少すると共に、前記燃料電池をアシストする前記蓄電装置の負担分が相対的に増加する。   In addition, since the electric power supplied from the fuel cell to the drive motor during the warm-up decreases due to a decrease in the gas supply amount, the share of the fuel cell relative to the required power of the drive motor is relatively And the burden on the power storage device that assists the fuel cell relatively increases.

そこで、前記蓄電装置から供給される電力を増加させることにより(前記蓄電装置の放電量を大きくすることにより)、前記蓄電装置では、放電に起因した暖機を行うことができる。   Therefore, by increasing the power supplied from the power storage device (by increasing the discharge amount of the power storage device), the power storage device can be warmed up due to discharge.

このように、前記電圧調整手段によって前記出力電圧を前記暖機時の電圧に調整し、低効率な発電を行うことにより前記燃料電池の暖機を迅速に行い、一方で、前記蓄電装置では、放電によって暖機を迅速に行うことができる。これにより、前記燃料電池と前記蓄電装置との双方に対する暖機を効果的に行うことができる。   In this way, the output voltage is adjusted to the warm-up voltage by the voltage adjusting means, and the fuel cell is quickly warmed up by performing low-efficiency power generation. Warming up can be performed quickly by discharging. Thereby, it is possible to effectively warm up both the fuel cell and the power storage device.

そして、前記燃料電池及び前記蓄電装置の暖機が完了すると、前記電圧調整手段による前記出力電圧の前記暖機時の電圧への調整が解除され、前記通常の運転時における前記出力電圧の調整が開始されることで、前記暖機制御が解除される。   When the warm-up of the fuel cell and the power storage device is completed, the adjustment of the output voltage to the voltage at the time of warm-up by the voltage adjusting unit is released, and the adjustment of the output voltage during the normal operation is performed. When started, the warm-up control is canceled.

このように、この発明によれば、前記燃料電池及び前記蓄電装置の双方に対して暖機を行わせることが可能になるので、前記暖機の完了後には、前記燃料電池車両の本来の性能を十分に発揮させることができる。   Thus, according to the present invention, both the fuel cell and the power storage device can be warmed up. Therefore, after the warm-up is completed, the original performance of the fuel cell vehicle is achieved. Can be fully exhibited.

また、前記制御手段は、前記電圧調整手段を用いて、前記燃料電池と前記蓄電装置とを直結させることで前記暖機制御を行い、前記燃料電池及び前記蓄電装置の暖機が完了すれば、前記燃料電池と前記蓄電装置との直結状態を解除して、前記出力電圧の調整を開始させることで前記暖機制御を解除することが好ましい。   Further, the control means performs the warm-up control by directly connecting the fuel cell and the power storage device using the voltage adjusting means, and if the warm-up of the fuel cell and the power storage device is completed, It is preferable that the warm-up control is canceled by releasing the direct connection state between the fuel cell and the power storage device and starting the adjustment of the output voltage.

このように、前記電圧調整手段を暖機時に直結状態にすることにより、前記電圧調整手段で発生する損失を低減することができる。   Thus, the loss generated in the voltage adjusting means can be reduced by bringing the voltage adjusting means into a direct connection state when warming up.

また、前記暖機制御では、前記残容量が前記第2所定値以下に低下した場合、前記ガス供給量を増加させることにより、前記燃料電池の出力電流を増加させると共に、前記蓄電装置の出力電流を低下させ、前記残容量が前記第1所定値以上に高くなった場合、前記ガス供給量を減少させることにより、前記燃料電池の出力電流を低下させると共に、前記蓄電装置の出力電流を増加させればよい。   Further, in the warm-up control, when the remaining capacity decreases below the second predetermined value, the output current of the fuel cell is increased and the output current of the power storage device is increased by increasing the gas supply amount. When the remaining capacity becomes higher than the first predetermined value, the output current of the fuel cell is decreased and the output current of the power storage device is increased by decreasing the gas supply amount. Just do it.

従って、前記制御手段は、前記残容量が前記第2所定値以下に低下した場合には、前記燃料電池から供給される電力を増大させて、前記蓄電装置による前記燃料電池のアシストを抑制するように制御し、一方で、前記残容量が前記第1所定値以上に高くなった場合には、前記燃料電池から供給される電力を減少させて、前記蓄電装置による前記燃料電池のアシストを増大させるように制御することになる。この結果、前記燃料電池及び前記蓄電装置の昇温性能を向上させることができるので、前記燃料電池車両の起動性能を向上させることができる。   Therefore, the control means increases the power supplied from the fuel cell and suppresses the assist of the fuel cell by the power storage device when the remaining capacity falls below the second predetermined value. On the other hand, when the remaining capacity becomes higher than the first predetermined value, the power supplied from the fuel cell is decreased, and the assist of the fuel cell by the power storage device is increased. Will be controlled. As a result, the temperature rise performance of the fuel cell and the power storage device can be improved, so that the startup performance of the fuel cell vehicle can be improved.

また、前記燃料電池からの電力供給により駆動される前記駆動モータを含む負荷の要求電力が所定値以下である場合、前記制御手段は、前記暖機制御を禁止することが好ましい。これにより、前記燃料電池車両を迅速に起動させる必要がないときは、積極的な暖機を行わないため、無駄な電力消費を抑制することができる。   Further, it is preferable that the control means prohibits the warm-up control when a required power of a load including the drive motor driven by power supply from the fuel cell is a predetermined value or less. Thereby, when it is not necessary to start the said fuel cell vehicle rapidly, since active warming-up is not performed, wasteful power consumption can be suppressed.

なお、上記の説明では、前記電圧調整手段によって前記燃料電池の出力電圧を前記蓄電装置の出力電圧まで降圧することで直結状態にする場合について説明した。すなわち、前記燃料電池の出力電圧を前記蓄電装置の出力電圧よりも低く設定することができないような電圧調整手段であれば、前記燃料電池と前記蓄電装置とを直結状態にした後に、前記燃料電池及び前記蓄電装置の双方に対する暖機を行わせることになる。   In the above description, the case has been described in which the output voltage of the fuel cell is stepped down to the output voltage of the power storage device by the voltage adjusting means to establish a direct connection state. That is, if the voltage adjusting means cannot set the output voltage of the fuel cell to be lower than the output voltage of the power storage device, the fuel cell and the power storage device are directly connected, and then the fuel cell And the warming-up is performed for both of the power storage devices.

この発明は、この構成に限定されることはなく、前記電圧調整手段が前記燃料電池の出力電圧を前記蓄電装置の出力電圧よりも低電圧に設定できるように構成されていれば、前記燃料電池車両の起動時に、前記電圧調整手段によって前記燃料電池の出力電圧を前記蓄電装置の出力電圧よりも低電圧に設定した状態で、前記燃料電池及び前記蓄電装置の双方に対して暖機を行わせ、暖機完了後には、低電圧の状態を解除して、前記電圧調整手段による前記燃料電池の出力電圧の調整を開始させればよい。   The present invention is not limited to this configuration, and if the voltage adjusting means is configured so that the output voltage of the fuel cell can be set lower than the output voltage of the power storage device, the fuel cell When the vehicle is started, both the fuel cell and the power storage device are warmed up while the output voltage of the fuel cell is set lower than the output voltage of the power storage device by the voltage adjusting means. After the warm-up is completed, the low voltage state is canceled and the adjustment of the output voltage of the fuel cell by the voltage adjusting means may be started.

この発明によれば、燃料電池及び蓄電装置の双方に対して暖機を行わせることが可能になるので、前記暖機の完了後には、燃料電池車両の本来の性能を十分に発揮させることができる。   According to the present invention, both the fuel cell and the power storage device can be warmed up, so that the original performance of the fuel cell vehicle can be fully exhibited after the warming up is completed. it can.

この発明の一実施形態に係る燃料電池車両の概略全体構成図である。1 is a schematic overall configuration diagram of a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention. 前記燃料電池車両の電力系のブロック図である。It is a block diagram of the electric power system of the said fuel cell vehicle. 前記実施形態における燃料電池ユニットの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the fuel cell unit in the said embodiment. 前記実施形態におけるDC/DCコンバータの詳細を示す図である。It is a figure which shows the detail of the DC / DC converter in the said embodiment. 電子制御装置(ECU)における基本的な制御のフローチャートである。It is a flowchart of basic control in an electronic control unit (ECU). システム負荷を計算するフローチャートである。It is a flowchart which calculates a system load. 現在のモータ回転数とモータ予想消費電力との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the present motor rotation speed and motor expected power consumption. 燃料電池を構成する燃料電池セルの電位とセルの劣化量との関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the relationship between the electric potential of the fuel cell which comprises a fuel cell, and the amount of degradation of a cell. 燃料電池セルの電位の変動速度が異なる場合の酸化の進行及び還元の進行の様子の例を示すサイクリックボルタンメトリ図である。It is a cyclic voltammetry figure which shows the example of the mode of advancing of oxidation, and a progress of reduction | restoration when the fluctuation speeds of the electric potential of a fuel cell differ. 燃料電池の通常の電流−電圧特性の説明図である。It is explanatory drawing of the normal electric current-voltage characteristic of a fuel cell. カソードストイキ比とセル電流との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a cathode stoichiometric ratio and a cell current. セル電圧と燃料電池の放熱量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a cell voltage and the emitted-heat amount of a fuel cell. 前記実施形態における複数の電力供給モードの説明図である。It is explanatory drawing of the several electric power supply mode in the said embodiment. バッテリアシスト優先制御及びFC発電優先制御におけるバッテリの出力と燃料電池の出力との関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between the output of a battery and the output of a fuel cell in battery assist priority control and FC electric power generation priority control. 前記ECUが、前記燃料電池車両のエネルギマネジメントを行うフローチャートである。4 is a flowchart in which the ECU performs energy management of the fuel cell vehicle. 暖機モード(モードD制御)のフローチャートである。It is a flowchart of warm-up mode (mode D control). 目標FC電流と目標酸素濃度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between target FC electric current and target oxygen concentration. 目標酸素濃度及び目標FC電流と目標エアポンプ回転数及び目標ウォータポンプ回転数との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between target oxygen concentration and target FC electric current, target air pump rotation speed, and target water pump rotation speed. 目標酸素濃度及び目標FC電流と目標背圧弁開度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between target oxygen concentration, target FC electric current, and target back pressure valve opening. 目標FC電流と空気流量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between target FC electric current and an air flow rate. 循環弁の開度と循環ガス流量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the opening degree of a circulation valve, and a circulating gas flow rate. 通常制御(モードA制御〜モードC制御)のフローチャートである。It is a flowchart of normal control (mode A control-mode C control). モータのトルク制御のフローチャートである。It is a flowchart of torque control of a motor. この実施形態での電圧、電流、電力、温度及びSOCの時間的変化を説明するタイムチャートである。It is a time chart explaining the time change of the voltage in this embodiment, electric current, electric power, temperature, and SOC. この実施形態での電圧、電流、電力、SOC及びエアポンプ回転数の時間的変化を説明するタイムチャートである。It is a time chart explaining the time change of the voltage in this embodiment, electric current, electric power, SOC, and an air pump rotation speed.

[この実施形態の構成]
図1は、この発明の一実施形態に係る燃料電池車両10(以下「FC車両10」又は「車両10」という。)の概略全体構成図である。図2は、FC車両10の電力系のブロック図である。図1及び図2に示すように、FC車両10は、燃料電池システム12(以下「FCシステム12」という。)と、走行モータ14(以下「モータ14」という。)(駆動モータ)と、インバータ16とを有する。
[Configuration of this embodiment]
FIG. 1 is a schematic overall configuration diagram of a fuel cell vehicle 10 (hereinafter referred to as “FC vehicle 10” or “vehicle 10”) according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a block diagram of the power system of the FC vehicle 10. As shown in FIGS. 1 and 2, the FC vehicle 10 includes a fuel cell system 12 (hereinafter referred to as “FC system 12”), a travel motor 14 (hereinafter referred to as “motor 14”) (drive motor), an inverter, and the like. 16.

FCシステム12は、燃料電池ユニット18(以下「FCユニット18」という。)と、高電圧バッテリ20(以下「バッテリ20」ともいう。)(蓄電装置)と、DC/DCコンバータ22(電圧調整手段)と、電子制御装置24(以下「ECU24」という。)(制御手段)とを有する。   The FC system 12 includes a fuel cell unit 18 (hereinafter referred to as “FC unit 18”), a high voltage battery 20 (hereinafter also referred to as “battery 20”) (power storage device), and a DC / DC converter 22 (voltage adjusting means). ) And an electronic control unit 24 (hereinafter referred to as “ECU 24”) (control means).

モータ14は、FCユニット18及びバッテリ20から供給される電力に基づいて駆動力を生成し、当該駆動力によりトランスミッション26を通じて車輪28を回転させる。また、モータ14は、回生を行うことで生成した電力(回生電力Preg)[W]をバッテリ20等に出力する(図2参照)。   The motor 14 generates a driving force based on the electric power supplied from the FC unit 18 and the battery 20, and rotates the wheels 28 through the transmission 26 by the driving force. Further, the motor 14 outputs electric power (regenerative power Preg) [W] generated by performing regeneration to the battery 20 or the like (see FIG. 2).

インバータ16は、3相ブリッジ型の構成とされて、直流/交流変換を行い、直流を3相の交流に変換してモータ14に供給する一方、回生動作に伴う交流/直流変換後の直流をDC/DCコンバータ22を通じてバッテリ20等に供給する。   The inverter 16 is configured as a three-phase bridge type, performs DC / AC conversion, converts DC to three-phase AC and supplies it to the motor 14, and supplies the DC after AC / DC conversion accompanying the regenerative operation. It is supplied to the battery 20 or the like through the DC / DC converter 22.

なお、モータ14とインバータ16を併せて負荷30という。負荷30には、後述するエアポンプ60、ウォータポンプ80、エアコンディショナ90等の構成要素を含めることもできる。   The motor 14 and the inverter 16 are collectively referred to as a load 30. The load 30 can also include components such as an air pump 60, a water pump 80, and an air conditioner 90 described later.

図3は、FCユニット18の概略構成図である。FCユニット18は、燃料電池スタック40(以下「FCスタック40」又は「FC40」という。)と、FCスタック40のアノードに対して水素(燃料ガス)を給排するアノード系41と、FCスタック40のカソードに対して酸素を含む空気(酸化剤ガス)を給排するカソード系43と、FCスタック40を冷却する冷却系45と、セル電圧モニタ42とを備える。   FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the FC unit 18. The FC unit 18 includes a fuel cell stack 40 (hereinafter referred to as “FC stack 40” or “FC40”), an anode system 41 that supplies and discharges hydrogen (fuel gas) to and from the anode of the FC stack 40, and the FC stack 40. A cathode system 43 that supplies and discharges oxygen-containing air (oxidant gas) to the cathode, a cooling system 45 that cools the FC stack 40, and a cell voltage monitor 42.

FCスタック40は、例えば、固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで両側から挟み込んで形成された燃料電池セル(以下「FCセル」という。)を積層した構造を有する。   The FC stack 40 has, for example, a structure in which fuel cell cells (hereinafter referred to as “FC cells”) formed by sandwiching a solid polymer electrolyte membrane from both sides between an anode electrode and a cathode electrode are stacked.

アノード系41は、水素タンク44、レギュレータ46、エゼクタ48及びパージ弁50を有する。水素タンク44は、燃料ガスとしての水素を収容するものであり、配管44a、レギュレータ46、配管46a、エゼクタ48及び配管48aを介して、アノード流路52の入口に接続されている。これにより、水素タンク44の水素は、配管44a等を介してアノード流路52に供給可能である。なお、配管44aには、遮断弁(図示せず)が設けられており、FCスタック40の発電の際、当該遮断弁は、ECU24により開とされる。   The anode system 41 includes a hydrogen tank 44, a regulator 46, an ejector 48, and a purge valve 50. The hydrogen tank 44 stores hydrogen as a fuel gas, and is connected to the inlet of the anode flow path 52 through a pipe 44a, a regulator 46, a pipe 46a, an ejector 48, and a pipe 48a. Thereby, the hydrogen in the hydrogen tank 44 can be supplied to the anode flow path 52 via the pipe 44a and the like. Note that a shutoff valve (not shown) is provided in the pipe 44a, and the shutoff valve is opened by the ECU 24 when the FC stack 40 generates power.

レギュレータ46は、導入される水素の圧力を所定値に調整して排出する。すなわち、レギュレータ46は、配管46bを介して入力されるカソード側の空気の圧力(パイロット圧)に応じて、下流側の圧力(アノード側の水素の圧力)を制御する。従って、アノード側の水素の圧力は、カソード側の空気の圧力に連動し、後記するように、酸素濃度を変化させるべくエアポンプ60(ガス供給手段)の回転数等を変化させると、アノード側の水素の圧力も変化する。   The regulator 46 adjusts the pressure of the introduced hydrogen to a predetermined value and discharges it. That is, the regulator 46 controls the downstream pressure (anode hydrogen pressure) in accordance with the cathode pressure (pilot pressure) input via the pipe 46b. Accordingly, the pressure of hydrogen on the anode side is linked to the pressure of air on the cathode side. As will be described later, when the rotational speed of the air pump 60 (gas supply means) is changed to change the oxygen concentration, the anode side hydrogen pressure is changed. Hydrogen pressure also changes.

エゼクタ48は、水素タンク44からの水素をノズルで噴射することで負圧を発生させ、この負圧によって配管48bのアノードオフガスを吸引する。   The ejector 48 generates a negative pressure by injecting hydrogen from the hydrogen tank 44 with a nozzle, and sucks the anode off gas of the pipe 48b by this negative pressure.

アノード流路52の出口は、配管48bを介して、エゼクタ48の吸気口に接続されている。そして、アノード流路52から排出されたアノードオフガスが、配管48bを通って、エゼクタ48に再度導入されることでアノードオフガス(水素)が循環する。   The outlet of the anode flow path 52 is connected to the intake port of the ejector 48 through the pipe 48b. Then, the anode off-gas (hydrogen) circulated by the anode off-gas discharged from the anode channel 52 being introduced again into the ejector 48 through the pipe 48b.

なお、アノードオフガスは、アノードにおける電極反応で消費されなかった水素及び水蒸気を含んでいる。また、配管48bには、アノードオフガスに含まれる水分{凝縮水(液体)、水蒸気(気体)}を分離・回収する気液分離器(図示せず)が設けられている。   The anode off gas contains hydrogen and water vapor that were not consumed by the electrode reaction at the anode. The pipe 48b is provided with a gas-liquid separator (not shown) that separates and collects moisture {condensed water (liquid), water vapor (gas)} contained in the anode off gas.

配管48bの一部は、配管50a、パージ弁50及び配管50bを介して、後記する配管64bに設けられた希釈ボックス54に接続されている。パージ弁50は、FCスタック40の発電が安定していないと判定された場合、ECU24からの指令に基づき所定時間、開となる。希釈ボックス54は、パージ弁50からのアノードオフガス中の水素を、カソードオフガスで希釈する。   A part of the pipe 48b is connected to a dilution box 54 provided in a pipe 64b described later via a pipe 50a, a purge valve 50, and a pipe 50b. When it is determined that the power generation of the FC stack 40 is not stable, the purge valve 50 is opened for a predetermined time based on a command from the ECU 24. The dilution box 54 dilutes the hydrogen in the anode off gas from the purge valve 50 with the cathode off gas.

カソード系43は、エアポンプ60、加湿器62、背圧弁64、循環弁66、流量センサ68、70及び温度センサ72を有する。   The cathode system 43 includes an air pump 60, a humidifier 62, a back pressure valve 64, a circulation valve 66, flow rate sensors 68 and 70, and a temperature sensor 72.

エアポンプ60は、外気(空気)を圧縮してカソード側に送り込むものであり、その吸気口は、配管60aを介して車外(外部)と連通している。エアポンプ60の吐出口は、配管60b、加湿器62及び配管62aを介して、カソード流路74の入口に接続されている。エアポンプ60がECU24の指令に従って作動すると、エアポンプ60は、配管60aを介して車外の空気を吸気して圧縮し、この圧縮された空気が配管60b等を通ってカソード流路74に圧送される。   The air pump 60 compresses the outside air (air) and sends it to the cathode side, and the intake port thereof communicates with the outside of the vehicle (outside) via a pipe 60a. The discharge port of the air pump 60 is connected to the inlet of the cathode channel 74 through the pipe 60b, the humidifier 62, and the pipe 62a. When the air pump 60 operates in accordance with a command from the ECU 24, the air pump 60 sucks and compresses air outside the vehicle via the pipe 60a, and the compressed air is pumped to the cathode channel 74 through the pipe 60b and the like.

加湿器62は、水分透過性を有する複数の中空糸膜62eを備えている。そして、加湿器62は、中空糸膜62eを介して、カソード流路74に向かう空気とカソード流路74から排出された多湿のカソードオフガスとの間で水分交換させ、カソード流路74に向かう空気を加湿する。   The humidifier 62 includes a plurality of hollow fiber membranes 62e having moisture permeability. The humidifier 62 exchanges moisture between the air toward the cathode channel 74 and the humid cathode offgas discharged from the cathode channel 74 via the hollow fiber membrane 62e, and the air toward the cathode channel 74 Humidify.

カソード流路74の出口側には、配管62b、加湿器62、配管64a、背圧弁64及び配管64bが配置されている。カソード流路74から排出されたカソードオフガス(酸化剤オフガス)は、配管62b等を通って、車外に排出される。   On the outlet side of the cathode channel 74, a pipe 62b, a humidifier 62, a pipe 64a, a back pressure valve 64, and a pipe 64b are arranged. The cathode off gas (oxidant off gas) discharged from the cathode channel 74 is discharged outside the vehicle through the pipe 62b and the like.

背圧弁64は、例えば、バタフライ弁で構成され、その開度がECU24によって制御されることで、カソード流路74における空気の圧力を制御する。より具体的には、背圧弁64の開度が小さくなると、カソード流路74における空気の圧力が上昇し、体積流量当たりにおける酸素濃度(体積濃度)が高くなる。逆に、背圧弁64の開度が大きくなると、カソード流路74における空気の圧力が下降し、体積流量当たりにおける酸素濃度(体積濃度)が低くなる。   The back pressure valve 64 is configured by, for example, a butterfly valve, and the air pressure in the cathode channel 74 is controlled by controlling the opening degree of the back pressure valve 64 by the ECU 24. More specifically, when the opening degree of the back pressure valve 64 is reduced, the air pressure in the cathode flow path 74 is increased, and the oxygen concentration (volume concentration) per volume flow rate is increased. On the contrary, when the opening degree of the back pressure valve 64 increases, the pressure of the air in the cathode flow path 74 decreases, and the oxygen concentration (volume concentration) per volume flow rate decreases.

配管64bは、配管66a、循環弁66及び配管66bを介して、エアポンプ60の上流側の配管60aに接続されている。これにより、排気ガス(カソードオフガス)の一部が、循環ガスとして、配管66a、循環弁66及び配管66bを通って、配管60aに供給され、車外からの新規空気に合流し、エアポンプ60に吸気される。   The pipe 64b is connected to the pipe 60a on the upstream side of the air pump 60 through the pipe 66a, the circulation valve 66, and the pipe 66b. As a result, a part of the exhaust gas (cathode off-gas) is supplied as circulation gas to the pipe 60a through the pipe 66a, the circulation valve 66, and the pipe 66b, merges with new air from the outside of the vehicle, and is taken into the air pump 60. Is done.

循環弁66は、例えば、バタフライ弁で構成され、その開度がECU24によって制御されることで循環ガスの流量を制御する。   The circulation valve 66 is constituted by, for example, a butterfly valve, and the flow rate of the circulation gas is controlled by the opening degree of the circulation valve 66 being controlled by the ECU 24.

流量センサ68は、配管60bに取り付けられ、カソード流路74に向かう空気の流量[g/s]を検出してECU24に出力する。流量センサ70は、配管66bに取り付けられ、配管60aに向かう循環ガスの流量Qc[g/s]を検出してECU24に出力する。   The flow rate sensor 68 is attached to the pipe 60b, detects the flow rate [g / s] of the air flowing toward the cathode flow path 74, and outputs it to the ECU 24. The flow rate sensor 70 is attached to the pipe 66b, detects the flow rate Qc [g / s] of the circulating gas toward the pipe 60a, and outputs it to the ECU 24.

温度センサ72は、配管64aに取り付けられ、カソードオフガスの温度を検出してECU24に出力する。ここで、循環ガスの温度は、カソードオフガスの温度と略等しいため、温度センサ72の検出するカソードオフガスの温度に基づいて、循環ガスの温度を検知することができる。   The temperature sensor 72 is attached to the pipe 64a, detects the temperature of the cathode off gas, and outputs it to the ECU 24. Here, since the temperature of the circulating gas is substantially equal to the temperature of the cathode off gas, the temperature of the circulating gas can be detected based on the temperature of the cathode off gas detected by the temperature sensor 72.

冷却系45は、ウォータポンプ80、ラジエータ82、ラジエータファン84及び温度センサ86等を有する。ウォータポンプ80は、FCスタック40内に冷却水(冷媒)を循環させることでFCスタック40を冷却する。FCスタック40を冷却して温度が上昇した冷却水は、ラジエータファン84による送風を受けるラジエータ82で放熱される。温度センサ86は、冷却水の温度(以下「水温Tw」という。)を検出し、ECU24に出力する。   The cooling system 45 includes a water pump 80, a radiator 82, a radiator fan 84, a temperature sensor 86, and the like. The water pump 80 cools the FC stack 40 by circulating cooling water (refrigerant) in the FC stack 40. The cooling water whose temperature has risen by cooling the FC stack 40 is radiated by the radiator 82 that receives the air blown by the radiator fan 84. The temperature sensor 86 detects the temperature of the cooling water (hereinafter referred to as “water temperature Tw”) and outputs it to the ECU 24.

セル電圧モニタ42は、FCスタック40を構成する複数の単セル毎のセル電圧Vcellを検出する機器であり、モニタ本体と、モニタ本体と各単セルとを接続するワイヤハーネスとを備える。モニタ本体は、所定周期で全ての単セルをスキャニングし、各単セルのセル電圧Vcellを検出し、平均セル電圧及び最低セル電圧を算出する。そして、平均セル電圧及び最低セル電圧をECU24に出力する。   The cell voltage monitor 42 is a device that detects a cell voltage Vcell for each of a plurality of single cells constituting the FC stack 40, and includes a monitor main body and a wire harness that connects the monitor main body and each single cell. The monitor main body scans all the single cells at a predetermined period, detects the cell voltage Vcell of each single cell, and calculates the average cell voltage and the lowest cell voltage. Then, the average cell voltage and the lowest cell voltage are output to the ECU 24.

図2に示すように、FCスタック40からの電力(以下「FC電力Pfc」という。)は、インバータ16及びモータ14(力行時)とDC/DCコンバータ22及び高電圧バッテリ20(充電時)とに加え、前記エアポンプ60、前記ウォータポンプ80、前記エアコンディショナ90、ダウンバータ92(降圧型DC−DCコンバータ)、低電圧バッテリ94、アクセサリ96、ECU24及びラジエータファン84に供給される。なお、図1に示すように、FCユニット18(FCスタック40)とインバータ16及びDC/DCコンバータ22との間には、逆流防止ダイオード98が配置されている。また、FCスタック40の発電電圧(以下「FC電圧Vfc」という。)は、電圧センサ100(図4参照)により検出され、FCスタック40の発電電流(以下「FC電流Ifc」という。)は、電流センサ102により検出され、いずれもECU24に出力される。   As shown in FIG. 2, the power from the FC stack 40 (hereinafter referred to as “FC power Pfc”) includes the inverter 16 and the motor 14 (during power running), the DC / DC converter 22 and the high-voltage battery 20 (during charging). In addition, the air pump 60, the water pump 80, the air conditioner 90, the downverter 92 (step-down DC-DC converter), the low voltage battery 94, the accessory 96, the ECU 24, and the radiator fan 84 are supplied. As shown in FIG. 1, a backflow prevention diode 98 is disposed between the FC unit 18 (FC stack 40), the inverter 16, and the DC / DC converter 22. In addition, the power generation voltage of the FC stack 40 (hereinafter referred to as “FC voltage Vfc”) is detected by the voltage sensor 100 (see FIG. 4), and the power generation current of the FC stack 40 (hereinafter referred to as “FC current Ifc”). Both are detected by the current sensor 102 and output to the ECU 24.

バッテリ20は、複数のバッテリセルを含む蓄電装置(エネルギストレージ)であり、例えば、リチウムイオン2次電池、ニッケル水素2次電池又はキャパシタ等を利用することができる。この実施形態ではリチウムイオン2次電池を利用している。バッテリ20の出力電圧(以下「バッテリ電圧Vbat」という。)[V]は、電圧センサ104(図2参照)により検出され、バッテリ20の出力電流(以下「バッテリ電流Ibat」という。)[A]は、電流センサ106により検出され、バッテリ20の残容量(以下「SOC」という。)[%]は、SOCセンサ108により検出され、バッテリ20の温度(以下、「バッテリ温度Tbat」という。)は、温度センサ109により検出され、それぞれECU24に出力される。なお、ECU24は、バッテリ電圧Vbatとバッテリ電流Ibatとに基づいて、SOC[%]を算出することが可能であり、この場合には、SOCセンサ108を省略してもよい。   The battery 20 is a power storage device (energy storage) including a plurality of battery cells, and for example, a lithium ion secondary battery, a nickel hydride secondary battery, or a capacitor can be used. In this embodiment, a lithium ion secondary battery is used. The output voltage (hereinafter referred to as “battery voltage Vbat”) [V] of the battery 20 is detected by the voltage sensor 104 (see FIG. 2), and the output current of the battery 20 (hereinafter referred to as “battery current Ibat”) [A]. Is detected by the current sensor 106, the remaining capacity of the battery 20 (hereinafter referred to as “SOC”) [%] is detected by the SOC sensor 108, and the temperature of the battery 20 (hereinafter referred to as “battery temperature Tbat”). Are detected by the temperature sensor 109 and output to the ECU 24, respectively. Note that the ECU 24 can calculate the SOC [%] based on the battery voltage Vbat and the battery current Ibat. In this case, the SOC sensor 108 may be omitted.

DC/DCコンバータ22は、FCユニット18からのFC電力Pfcと、バッテリ20から供給された電力(以下「バッテリ電力Pbat」という。)[W]と、モータ14からの回生電力Pregとの供給先を、ECU24の制御下に制御する。   The DC / DC converter 22 supplies FC power Pfc from the FC unit 18, power supplied from the battery 20 (hereinafter referred to as “battery power Pbat”) [W], and regenerative power Preg from the motor 14. Are controlled under the control of the ECU 24.

図4には、この実施形態におけるDC/DCコンバータ22の詳細が示されている。図4に示すように、DC/DCコンバータ22は、一方がバッテリ20のある1次側1Sに接続され、他方が負荷30とFCスタック40との接続点である2次側2Sに接続されている。   FIG. 4 shows details of the DC / DC converter 22 in this embodiment. As shown in FIG. 4, one of the DC / DC converters 22 is connected to the primary side 1S where the battery 20 is located, and the other is connected to the secondary side 2S which is the connection point between the load 30 and the FC stack 40. Yes.

DC/DCコンバータ22は、1次側1Sの電圧(1次電圧V1=Vbat)[V]を2次側2Sの電圧(2次電圧V2)[V](V1≦V2)に昇圧すると共に、2次電圧V2を1次電圧V1に降圧する昇降圧型且つチョッパ型の電圧変換装置である。   The DC / DC converter 22 boosts the primary side 1S voltage (primary voltage V1 = Vbat) [V] to the secondary side 2S voltage (secondary voltage V2) [V] (V1 ≦ V2), and This is a step-up / step-down and chopper-type voltage converter that steps down the secondary voltage V2 to the primary voltage V1.

図4に示すように、DC/DCコンバータ22は、1次側1Sと2次側2Sとの間に配される相アームUAと、リアクトル110とから構成される。   As shown in FIG. 4, the DC / DC converter 22 includes a phase arm UA disposed between the primary side 1S and the secondary side 2S, and a reactor 110.

相アームUAは、上アーム素子(上アームスイッチング素子112と逆並列ダイオード114)と下アーム素子(下アームスイッチング素子116と逆並列ダイオード118)とで構成される。上アームスイッチング素子112と下アームスイッチング素子116には、それぞれ例えば、MOSFET又はIGBT等が採用される。   The phase arm UA includes an upper arm element (upper arm switching element 112 and antiparallel diode 114) and a lower arm element (lower arm switching element 116 and antiparallel diode 118). As the upper arm switching element 112 and the lower arm switching element 116, for example, a MOSFET or an IGBT is employed.

リアクトル110は、相アームUAの中点(共通接続点)とバッテリ20の正極との間に挿入され、DC/DCコンバータ22により1次電圧V1と2次電圧V2との間で電圧を変換する際に、エネルギを蓄積及び放出する作用を有する。   Reactor 110 is inserted between the middle point (common connection point) of phase arm UA and the positive electrode of battery 20, and converts voltage between primary voltage V <b> 1 and secondary voltage V <b> 2 by DC / DC converter 22. In particular, it has the function of storing and releasing energy.

上アームスイッチング素子112は、ECU24から出力されるゲート駆動信号(駆動電圧)UHのハイレベルによりオンにされ、下アームスイッチング素子116は、ゲートの駆動信号(駆動電圧)ULのハイレベルによりオンにされる。   The upper arm switching element 112 is turned on by the high level of the gate drive signal (drive voltage) UH output from the ECU 24, and the lower arm switching element 116 is turned on by the high level of the gate drive signal (drive voltage) UL. Is done.

なお、ECU24は、1次側の平滑コンデンサ122に並列に設けられた電圧センサ120により1次電圧V1を検出し、電流センサ124により1次側の電流(1次電流I1)[A]を検出する。また、ECU24は、2次側の平滑コンデンサ128に並列に設けられた電圧センサ126により2次電圧V2を検出し、電流センサ130により2次側の電流(2次電流I2)[A]を検出する。   The ECU 24 detects the primary voltage V1 with the voltage sensor 120 provided in parallel with the primary-side smoothing capacitor 122, and detects the primary-side current (primary current I1) [A] with the current sensor 124. To do. Further, the ECU 24 detects the secondary voltage V2 by the voltage sensor 126 provided in parallel with the secondary-side smoothing capacitor 128, and detects the secondary-side current (secondary current I2) [A] by the current sensor 130. To do.

DC/DCコンバータ22の昇圧時には、第1のタイミングで、ゲート駆動信号ULがハイレベル及びゲート駆動信号UHがローレベルにされ、リアクトル110にバッテリ20からエネルギが蓄積される(バッテリ20の正側からリアクトル110、下アームスイッチング素子116、及び、バッテリ20の負側に至る電流路)。第2のタイミングで、ゲート駆動信号ULがローレベル及びゲート駆動信号UHがローレベルにされ、リアクトル110に蓄積されたエネルギがダイオード114を通じて2次側2Sに供給される(バッテリ20の正側からリアクトル110、ダイオード114、2次側2Sの正側、負荷30等、2次側2Sの負側、及び、バッテリ20の負側の電流路)。以降、昇圧時の第1のタイミングと第2のタイミングが繰り返される。   At the time of boosting of the DC / DC converter 22, at the first timing, the gate drive signal UL is set to the high level and the gate drive signal UH is set to the low level, and energy is accumulated from the battery 20 in the reactor 110 (the positive side of the battery 20). Current path from the reactor 110 to the reactor 110, the lower arm switching element 116, and the negative side of the battery 20). At the second timing, the gate drive signal UL is set to the low level and the gate drive signal UH is set to the low level, and the energy stored in the reactor 110 is supplied to the secondary side 2S through the diode 114 (from the positive side of the battery 20). Reactor 110, diode 114, positive side of secondary side 2S, load 30, etc., negative side of secondary side 2S, and negative side current path of battery 20). Thereafter, the first timing and the second timing at the time of boosting are repeated.

DC/DCコンバータ22の降圧時には、第1のタイミングで、ゲート駆動信号UHがハイレベル及びゲート駆動信号ULがローレベルにされ、リアクトル110に2次側2S(FCスタック40又はモータ14が回生中の負荷30)からエネルギが蓄積されると共にバッテリ20に充電される。第2のタイミングで、ゲート駆動信号UHがローレベル及びゲート駆動信号ULがローレベルにされ、リアクトル110に蓄積されたエネルギがダイオード118、リアクトル110を通じてバッテリ20に供給され、バッテリ20が充電される。なお、回生電力は、図2から分かるように、エアポンプ60等の補機にも供給可能である。以降、降圧時の第1のタイミングと第2のタイミングとが繰り返される。   At the time of step-down of the DC / DC converter 22, at the first timing, the gate drive signal UH is set to the high level and the gate drive signal UL is set to the low level, and the secondary side 2S (the FC stack 40 or the motor 14 is being regenerated) in the reactor 110. Energy is stored and the battery 20 is charged. At the second timing, the gate drive signal UH is set to the low level and the gate drive signal UL is set to the low level, the energy accumulated in the reactor 110 is supplied to the battery 20 through the diode 118 and the reactor 110, and the battery 20 is charged. . As can be seen from FIG. 2, the regenerative power can be supplied to auxiliary equipment such as the air pump 60. Thereafter, the first timing and the second timing at the time of step-down are repeated.

DC/DCコンバータ22は、上述したチョッパ型として動作する他、直結型として動作することもできる。直結型として動作する場合、ゲート駆動信号UHがハイレベルにされると共にゲート駆動信号ULがローレベルとされ、バッテリ20が放電する際には、1次側1Sからダイオード114を通じて2次側2Sに電流が供給され(例えば、バッテリ20から負荷30に電力が供給され)、バッテリ20が充電される場合には、2次側2Sから上アームスイッチング素子112を通じてバッテリ20に電流が供給される(例えば、モータ14からバッテリ20に回生電力が供給される)。   The DC / DC converter 22 can operate not only as the above-described chopper type but also as a direct connection type. When operating as a direct connection type, the gate drive signal UH is set to the high level and the gate drive signal UL is set to the low level, and when the battery 20 is discharged, the primary side 1S is changed to the secondary side 2S through the diode 114. When current is supplied (for example, power is supplied from the battery 20 to the load 30) and the battery 20 is charged, current is supplied to the battery 20 from the secondary side 2S through the upper arm switching element 112 (for example, The regenerative power is supplied from the motor 14 to the battery 20).

ECU24は、通信線140(図1及び図2参照)を介して、モータ14、インバータ16、FCユニット18、バッテリ20及びDC/DCコンバータ22を制御する。当該制御に際しては、メモリ(ROM)に格納されたプログラムを実行し、また、セル電圧モニタ42、流量センサ68、70、温度センサ72、86、109、電圧センサ100、104、120、126、電流センサ102、106、124、130、及び、SOCセンサ108等の各種センサの検出値を用いる。   The ECU 24 controls the motor 14, the inverter 16, the FC unit 18, the battery 20, and the DC / DC converter 22 via the communication line 140 (see FIGS. 1 and 2). In the control, a program stored in a memory (ROM) is executed, and the cell voltage monitor 42, flow sensors 68 and 70, temperature sensors 72, 86 and 109, voltage sensors 100, 104, 120 and 126, current Detection values of various sensors such as the sensors 102, 106, 124, and 130 and the SOC sensor 108 are used.

ここでの各種センサには、上記センサに加え、開度センサ150、モータ回転数センサ152及び外気温センサ154(図1参照)が含まれる。開度センサ150は、アクセルペダル156の開度θp[度]を検出する。モータ回転数センサ152は、モータ14の回転数Nm[rpm]を検出する。ECU24は、回転数Nmを用いてFC車両10の車速V[km/h]を検出する。外気温センサ154は、車両10の外気温(以下「外気温Tex」という。)を検出する。さらに、ECU24には、メインスイッチ158(以下「メインSW158」という。)が接続される。メインSW158は、FCユニット18及びバッテリ20からモータ14への電力供給の可否を切り替えるものであり、ユーザにより操作可能なスイッチ(エンジン車両のイグニッションスイッチに対応するスイッチ)である。   The various sensors here include an opening sensor 150, a motor rotation number sensor 152, and an outside air temperature sensor 154 (see FIG. 1) in addition to the above sensors. The opening sensor 150 detects the opening θp [degree] of the accelerator pedal 156. The motor rotation speed sensor 152 detects the rotation speed Nm [rpm] of the motor 14. The ECU 24 detects the vehicle speed V [km / h] of the FC vehicle 10 using the rotational speed Nm. The outside air temperature sensor 154 detects the outside air temperature of the vehicle 10 (hereinafter referred to as “outside air temperature Tex”). Further, a main switch 158 (hereinafter referred to as “main SW 158”) is connected to the ECU 24. The main SW 158 switches whether or not power can be supplied from the FC unit 18 and the battery 20 to the motor 14, and is a switch that can be operated by the user (a switch corresponding to an ignition switch of the engine vehicle).

ECU24は、マイクロコンピュータを含み、必要に応じて、タイマ、A/D変換器、D/A変換器等の入出力インタフェースを有する。なお、ECU24は、1つのECUのみからなるのではなく、モータ14、FCユニット18、バッテリ20及びDC/DCコンバータ22毎の複数のECUから構成することもできる。   The ECU 24 includes a microcomputer and has an input / output interface such as a timer, an A / D converter, and a D / A converter as necessary. Note that the ECU 24 is not limited to only one ECU, but can be composed of a plurality of ECUs for each of the motor 14, the FC unit 18, the battery 20, and the DC / DC converter 22.

ECU24は、FCスタック40の状態、バッテリ20の状態及びモータ14の状態の他、各種スイッチ及び各種センサからの入力(負荷要求)に基づき決定したFC車両10全体としてFCシステム12に要求される負荷から、FCスタック40が負担すべき負荷と、バッテリ20が負担すべき負荷と、回生電源(モータ14)が負担すべき負荷との配分(分担)を調停しながら決定し、モータ14、インバータ16、FCユニット18、バッテリ20及びDC/DCコンバータ22に指令を送出する。   The ECU 24 determines the load required for the FC system 12 as a whole of the FC vehicle 10 determined based on the input (load request) from various switches and various sensors in addition to the state of the FC stack 40, the state of the battery 20, and the state of the motor 14. Therefore, the distribution (sharing) of the load to be borne by the FC stack 40, the load to be borne by the battery 20 and the load to be borne by the regenerative power source (motor 14) is determined while arbitrating, and the motor 14 and inverter 16 , Sends a command to the FC unit 18, the battery 20 and the DC / DC converter 22.

[この実施形態の基本的な制御動作の説明]
次に、ECU24における制御について説明する。
[Description of basic control operation of this embodiment]
Next, control in the ECU 24 will be described.

図5には、ECU24における基本的な制御のフローチャートが示されている。ステップS1において、ECU24は、メインSW158(図1参照)がオンであるかどうかを判定する。メインSW158がオンでない場合(S1:NO)、ステップS1を繰り返す。メインSW158がオンである場合(S1:YES)、ステップS2に進む。ステップS2において、ECU24は、FCシステム12に要求される負荷(システム負荷Psys)[W]を計算する。   FIG. 5 shows a flowchart of basic control in the ECU 24. In step S1, the ECU 24 determines whether or not the main SW 158 (see FIG. 1) is on. If the main SW 158 is not on (S1: NO), step S1 is repeated. If the main SW 158 is on (S1: YES), the process proceeds to step S2. In step S2, the ECU 24 calculates a load (system load Psys) [W] required for the FC system 12.

ステップS3において、ECU24は、FCシステム12のエネルギマネジメントを行う。ここにいうエネルギマネジメントは、主として、FCスタック40の発電量(FC電力Pfc)及びバッテリ20の出力(バッテリ電力Pbat)を算出する処理であり、FCスタック40の劣化を抑制しつつ、FCシステム12全体の出力を効率化することを企図している。なお、このステップS3において、ECU24は、後述するFCスタック40とバッテリ20との直結状態での暖機モード(モードD制御、暖機制御)におけるエネルギマネジメントも行う。   In step S3, the ECU 24 performs energy management of the FC system 12. The energy management here is mainly a process of calculating the power generation amount (FC power Pfc) of the FC stack 40 and the output of the battery 20 (battery power Pbat), and while suppressing the deterioration of the FC stack 40, the FC system 12 It is intended to improve the overall output efficiency. In step S3, the ECU 24 also performs energy management in a warm-up mode (mode D control, warm-up control) in a direct connection state between an FC stack 40 and a battery 20 described later.

ステップS4において、ECU24は、FCスタック40の周辺機器、すなわち、エアポンプ60、背圧弁64、循環弁66及びウォータポンプ80の制御(FC発電制御)を行う。ステップS5において、ECU24は、モータ14のトルク制御を行う。   In step S4, the ECU 24 controls peripheral devices of the FC stack 40, that is, the air pump 60, the back pressure valve 64, the circulation valve 66, and the water pump 80 (FC power generation control). In step S <b> 5, the ECU 24 performs torque control of the motor 14.

ステップS6において、ECU24は、メインSW158がオフであるかどうかを判定する。メインSW158がオフでない場合(S6:NO)、ステップS2に戻る。メインSW158がオフである場合(S6:YES)、今回の処理を終了する。   In step S6, the ECU 24 determines whether or not the main SW 158 is off. If the main SW 158 is not off (S6: NO), the process returns to step S2. If the main SW 158 is off (S6: YES), the current process is terminated.

[システム負荷の算出]
図6には、ECU24がシステム負荷Psysを計算するフローチャートが示されている。ステップS11において、ECU24は、開度センサ150(図1参照)からアクセルペダル156の開度θpを読み込む。ステップS12において、ECU24は、モータ回転数センサ152からモータ14の回転数Nmを読み込む。
[Calculation of system load]
FIG. 6 shows a flowchart in which the ECU 24 calculates the system load Psys. In step S11, the ECU 24 reads the opening degree θp of the accelerator pedal 156 from the opening degree sensor 150 (see FIG. 1). In step S12, the ECU 24 reads the rotational speed Nm of the motor 14 from the motor rotational speed sensor 152.

ステップS13において、ECU24は、開度θpと回転数Nmに基づいてモータ14の予想消費電力Pm[W]を算出する。具体的には、図7に示すマップにおいて、開度θp毎に回転数Nmと予想消費電力Pmの関係を記憶しておく。例えば、開度θpがθp1であるとき、特性160を用いる。同様に、開度θpがθp2、θp3、θp4、θp5、θp6であるとき、それぞれ特性162、164、166、168、170を用いる。そして、開度θpに基づいて回転数Nmと予想消費電力Pmとの関係を示す特性を特定した上で、回転数Nmに応じた予想消費電力Pmを特定する。   In step S13, the ECU 24 calculates the expected power consumption Pm [W] of the motor 14 based on the opening degree θp and the rotational speed Nm. Specifically, in the map shown in FIG. 7, the relationship between the rotational speed Nm and the predicted power consumption Pm is stored for each opening θp. For example, the characteristic 160 is used when the opening degree θp is θp1. Similarly, when the opening degree θp is θp2, θp3, θp4, θp5, and θp6, the characteristics 162, 164, 166, 168, and 170 are used, respectively. And after specifying the characteristic which shows the relationship between the rotation speed Nm and estimated power consumption Pm based on opening degree (theta) p, the expected power consumption Pm according to rotation speed Nm is specified.

ステップS14において、ECU24は、各補機から現在の動作状況を読み込む。ここでの補機には、例えば、エアポンプ60、ウォータポンプ80及びエアコンディショナ90を含む高電圧系の補機や、低電圧バッテリ94、アクセサリ96、ECU24及びラジエータファン84を含む低電圧系の補機が含まれる。例えば、エアポンプ60及びウォータポンプ80であれば、回転数Nap、Nwp[rpm]を読み込む。エアコンディショナ90であれば、その出力設定を読み込む。   In step S14, the ECU 24 reads the current operation status from each auxiliary machine. Examples of the auxiliary machine include a high-voltage auxiliary machine including an air pump 60, a water pump 80, and an air conditioner 90, and a low-voltage electric machine including a low-voltage battery 94, an accessory 96, the ECU 24, and a radiator fan 84. Auxiliary equipment is included. For example, in the case of the air pump 60 and the water pump 80, the rotation speed Nap and Nwp [rpm] are read. If it is the air conditioner 90, the output setting is read.

ステップS15において、ECU24は、各補機の現在の動作状況に応じて補機の消費電力Pa[W]を算出する。ステップS16において、ECU24は、モータ14の予想消費電力Pmと補機の消費電力Paとの和をFC車両10全体での予想消費電力(すなわち、システム負荷Psys)として算出する。   In step S15, the ECU 24 calculates the power consumption Pa [W] of the auxiliary machine according to the current operation status of each auxiliary machine. In step S16, the ECU 24 calculates the sum of the predicted power consumption Pm of the motor 14 and the power consumption Pa of the auxiliary machine as the predicted power consumption of the FC vehicle 10 as a whole (that is, the system load Psys).

上記のように、この実施形態におけるエネルギマネジメントでは、FCスタック40の劣化を抑制しつつ、FCシステム12全体の出力を効率化することを企図している。   As described above, in the energy management in this embodiment, it is intended to improve the output of the entire FC system 12 while suppressing the deterioration of the FC stack 40.

図8は、FCスタック40を構成するFCセルの電位(セル電圧Vcell)[V]とセルの劣化量Dとの関係の一例を示している。すなわち、図8中の曲線180は、セル電圧Vcellと劣化量Dとの関係を示す。   FIG. 8 shows an example of the relationship between the potential (cell voltage Vcell) [V] of the FC cells constituting the FC stack 40 and the amount of cell degradation D. That is, the curve 180 in FIG. 8 shows the relationship between the cell voltage Vcell and the deterioration amount D.

図8において、電位v1(例えば、0.5V)を下回る領域(以下「白金凝集増加領域R1」又は「凝集増加領域R1」という。)では、FCセルに含まれる白金(酸化白金)について還元反応が激しく進行し、白金が過度に凝集する。電位v1から電位v2(例えば、0.8V)までは、還元反応が安定的に進行する領域(以下「白金還元領域R2」又は「還元領域R2」という。)である。   In FIG. 8, in a region below potential v1 (for example, 0.5 V) (hereinafter referred to as “platinum aggregation increasing region R1” or “aggregation increasing region R1”), a reduction reaction is performed on platinum (platinum oxide) contained in the FC cell. Proceeds violently and platinum aggregates excessively. The potential v1 to the potential v2 (for example, 0.8 V) is a region where the reduction reaction proceeds stably (hereinafter referred to as “platinum reduction region R2” or “reduction region R2”).

電位v2から電位v3(例えば、0.9V)までは、白金について酸化還元反応が進行する領域(以下「白金酸化還元進行領域R3」又は「酸化還元領域R3」という。)である。電位v3から電位v4(例えば、0.95V)までは、白金について酸化反応が安定的に進行する領域(以下「白金酸化安定領域R4」又は「酸化領域R4」という。)である。電位v4からOCV(開回路電圧)までは、セルに含まれるカーボンの酸化が進行する領域(以下「カーボン酸化領域R5」という。)である。   The potential v2 to the potential v3 (for example, 0.9 V) is a region where the redox reaction proceeds with respect to platinum (hereinafter referred to as “platinum redox progress region R3” or “redox region R3”). The potential v3 to the potential v4 (for example, 0.95 V) is a region where the oxidation reaction of platinum proceeds stably (hereinafter referred to as “platinum oxidation stable region R4” or “oxidation region R4”). The potential v4 to OCV (open circuit voltage) is a region where the oxidation of carbon contained in the cell proceeds (hereinafter referred to as “carbon oxidation region R5”).

上記のように、図8では、セル電圧Vcellが白金還元領域R2又は白金酸化安定領域R4にあれば、隣り合う領域と比較してFCセルの劣化の進行度合が小さい。一方、セル電圧Vcellが白金凝集増加領域R1、白金酸化還元進行領域R3、又はカーボン酸化領域R5にあれば、隣り合う領域と比較してFCセルの劣化の進行度合が大きい。   As described above, in FIG. 8, if the cell voltage Vcell is in the platinum reduction region R2 or the platinum oxidation stable region R4, the progress of deterioration of the FC cell is small compared to the adjacent regions. On the other hand, when the cell voltage Vcell is in the platinum aggregation increasing region R1, the platinum oxidation-reduction progress region R3, or the carbon oxidation region R5, the progress of deterioration of the FC cell is larger than that of the adjacent region.

なお、図8では、曲線180を一義的に定まるような表記としているが、実際は、単位時間当たりにおけるセル電圧Vcellの変動量(変動速度Acell)[V/sec]に応じて曲線180は変化する。   In FIG. 8, the curve 180 is uniquely defined, but in actuality, the curve 180 changes according to the amount of fluctuation (fluctuation speed Acell) [V / sec] of the cell voltage Vcell per unit time. .

図9には、変動速度Acellが異なる場合の酸化の進行と還元の進行との様子の例を示すサイクリックボルタンメトリ図である。図9において、曲線190は、変動速度Acellが高い場合を示し、曲線192は、変動速度Acellが低い場合を示す。図9からわかるように、変動速度Acellに応じて酸化又は還元の進行度合が異なるため、必ずしも各電位v1〜v4は一義的に特定されない。また、FCセルの個体差によっても各電位v1〜v4は変化し得る。このため、電位v1〜v4は、理論値、シミュレーション値又は実測値に誤差分を反映させたものとして設定することが好ましい。   FIG. 9 is a cyclic voltammetry diagram showing an example of the state of the progress of oxidation and the progress of reduction when the fluctuation rates Acell are different. In FIG. 9, a curve 190 indicates a case where the fluctuation speed Acell is high, and a curve 192 indicates a case where the fluctuation speed Acell is low. As can be seen from FIG. 9, since the degree of progress of oxidation or reduction differs depending on the fluctuation speed Acell, the potentials v1 to v4 are not necessarily uniquely specified. In addition, the potentials v1 to v4 can change depending on individual differences of FC cells. For this reason, it is preferable to set the potentials v1 to v4 as those in which an error is reflected in the theoretical value, the simulation value, or the actual measurement value.

また、FCセルの電流−電圧(I−V)特性は、一般的な燃料電池セルと同様、図10に「通常」と示すI−V特性200(通常I−V特性200ともいう。)に示すように、セル電圧Vcellが下がるほど、セル電流Icell[A]が増加する。加えて、FCスタック40の発電電圧(FC電圧Vfc)は、セル電圧VcellにFCスタック40内の直列接続数Nfcを乗算したものである(Vfc=Vcell×Nfc)。直列接続数Nfcは、FCスタック40内で直列に接続されるFCセルの数であり、以下、単に「セル数」ともいう。   Further, the current-voltage (IV) characteristic of the FC cell is similar to that of a general fuel battery cell, and is an IV characteristic 200 (also referred to as a normal IV characteristic 200) shown as “normal” in FIG. As shown, the cell current Icell [A] increases as the cell voltage Vcell decreases. In addition, the power generation voltage (FC voltage Vfc) of the FC stack 40 is obtained by multiplying the cell voltage Vcell by the number of serial connections Nfc in the FC stack 40 (Vfc = Vcell × Nfc). The serial connection number Nfc is the number of FC cells connected in series in the FC stack 40, and is also simply referred to as “cell number” hereinafter.

以上を踏まえ、この実施形態では、(FC電圧Vfcに応じた)セル電圧Vcellが白金還元領域R2内、又は、白金酸化安定領域R4内に収まるように、ECU24がFCユニット18及びDC/DCコンバータ22を制御することにより、FC電圧Vfcが領域R1、R3、R5(特に、白金酸化還元進行領域R3)内にあることに起因したFCスタック40の劣化を防止するようにしている。   Based on the above, in this embodiment, the ECU 24 is connected to the FC unit 18 and the DC / DC converter so that the cell voltage Vcell (according to the FC voltage Vfc) falls within the platinum reduction region R2 or the platinum oxidation stable region R4. 22 is controlled to prevent the FC stack 40 from deteriorating due to the FC voltage Vfc being in the regions R1, R3, and R5 (particularly, the platinum oxidation-reduction progress region R3).

具体的に、この実施形態では、DC/DCコンバータ22が、電圧変換動作を行っている際、FCスタック40の目標電圧(目標FC電圧Vfctgt)[V]を、主として、白金還元領域R2内に設定しつつ、必要に応じて白金酸化安定領域R4内に設定する。このような目標FC電圧Vfctgtの切替えを行うことにより、FC電圧Vfcが、領域R1、R3、R5(特に、白金酸化還元進行領域R3)内にある時間を極力短縮し、FCスタック40の劣化を防止することができる。   Specifically, in this embodiment, when the DC / DC converter 22 is performing a voltage conversion operation, the target voltage (target FC voltage Vfctgt) [V] of the FC stack 40 is mainly set in the platinum reduction region R2. While setting, it is set in the platinum oxidation stable region R4 as necessary. By switching the target FC voltage Vfctgt in this way, the time during which the FC voltage Vfc is within the regions R1, R3, R5 (particularly, the platinum oxidation-reduction progress region R3) is shortened as much as possible, and the FC stack 40 is deteriorated. Can be prevented.

なお、上記の処理では、FCスタック40の供給電力(FC電力Pfc)と、システム負荷Psysとが等しくならない場合が存在する。この点、FC電力Pfcがシステム負荷Psysを下回っている場合、その不足分は、バッテリ20から供給する。また、FC電力Pfcがシステム負荷Psysを上回っている場合、その余剰分は、バッテリ20に充電する。   In the above processing, there is a case where the power supplied to the FC stack 40 (FC power Pfc) and the system load Psys are not equal. In this regard, when the FC power Pfc is below the system load Psys, the shortage is supplied from the battery 20. Further, when the FC power Pfc exceeds the system load Psys, the excess is charged in the battery 20.

また、図8では、電位v1〜v4を具体的な数値として特定したが、これは、後述する制御を行うためであり、当該数値は、あくまで制御の便宜を考慮して決定するものである。換言すると、曲線180からもわかるように、劣化量Dは連続的に変化するため、制御の仕様に応じて、電位v1〜v4は、適宜設定することができる。   Further, although the potentials v1 to v4 are specified as specific numerical values in FIG. 8, this is for performing the control described later, and the numerical values are determined taking into account the convenience of control. In other words, as can be seen from the curve 180, the deterioration amount D changes continuously, so that the potentials v1 to v4 can be appropriately set according to the control specifications.

但し、白金還元領域R2は、曲線180の極小値(第1極小値Vlmi1)を含む。白金酸化還元進行領域R3では、曲線180の極大値(極大値Vlmx)を含む。白金酸化安定領域R4は、曲線180の別の極小値(第2極小値Vlmi2)を含む。   However, the platinum reduction region R2 includes the minimum value of the curve 180 (first minimum value Vlmi1). The platinum redox progression region R3 includes the maximum value (maximum value Vlmx) of the curve 180. The platinum oxidation stable region R4 includes another minimum value (second minimum value Vlmi2) of the curve 180.

さらに、図10の通常I−V特性200は、図11に示すように、カソードストイキ比(≒酸素濃度Co)が通常のストイキ比(通常ストイキ比)以上の酸素が豊潤な状態とされているときに得られる特性である。換言すれば、酸素濃度Coは、通常の酸素濃度以上の酸素濃度とされる。なお、カソードストイキ比は、(カソードストイキ比)=(カソード電極に供給されるエア流量)/(発電により消費されたエア流量)で表される。この実施形態において、カソードストイキ比を単にストイキ比ともいう。   Further, as shown in FIG. 11, the normal IV characteristic 200 of FIG. 10 is in a state where the cathode stoichiometric ratio (≈oxygen concentration Co) is rich in oxygen that is equal to or higher than the normal stoichiometric ratio (normal stoichiometric ratio). It is a characteristic sometimes obtained. In other words, the oxygen concentration Co is set to an oxygen concentration higher than the normal oxygen concentration. The cathode stoichiometric ratio is expressed by (cathode stoichiometric ratio) = (air flow rate supplied to the cathode electrode) / (air flow rate consumed by power generation). In this embodiment, the cathode stoichiometric ratio is also simply referred to as the stoichiometric ratio.

また、酸素が豊潤な状態とは、カソードストイキ比(≒酸素濃度Co)を上昇させても、セル電流(単セルの出力する電流)Icellが略一定となり、飽和した状態となる通常ストイキ比以上の領域における酸素を意味する。   In addition, the oxygen-rich state means that the cell current (current output from a single cell) Icell is substantially constant even when the cathode stoichiometric ratio (≈oxygen concentration Co) is increased, and is higher than the normal stoichiometric ratio where the cell becomes saturated. Means oxygen in the region.

水素についても同様である。すなわち、アノードストイキ比(≒水素濃度)は、(アノードストイキ比)=(アノード電極に供給される水素流量)/(発電により消費された水素流量)で表される。   The same applies to hydrogen. That is, the anode stoichiometric ratio (≈hydrogen concentration) is represented by (anode stoichiometric ratio) = (hydrogen flow rate supplied to the anode electrode) / (hydrogen flow rate consumed by power generation).

図12は、セル電圧VcellとFCスタック40(単位セル)の放熱量Hfc[kW]との関係を示す図である。図12に示すように、FCスタック40の放熱量Hfcは、セル電圧Vcellに依存し、セル電流Icellには依存しない。従って、後述する暖機モード(モードD制御)において、FC電圧Vfcが一定であれば、放熱量Hfcも一定に維持することが可能となる一方で、直結状態に伴うFC電圧Vfcの低下に起因して、放熱量Hfcを増大させることができる。すなわち、バッテリ電圧VbatにまでFC電圧Vfcを低下させて、FCスタック40とバッテリ20とを直結状態にすることにより、FCスタック40で低効率な発電が行われると、後述する通常制御モード(モードA制御〜モードC制御)の場合と比較して、FCスタック40での電力損失が増大して放熱量Hfcが大きくなり、迅速に暖機をすることが可能となる。   FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the cell voltage Vcell and the heat dissipation amount Hfc [kW] of the FC stack 40 (unit cell). As shown in FIG. 12, the heat dissipation amount Hfc of the FC stack 40 depends on the cell voltage Vcell and does not depend on the cell current Icell. Therefore, in the warm-up mode (mode D control) to be described later, if the FC voltage Vfc is constant, the heat dissipation amount Hfc can be maintained constant, while the FC voltage Vfc is reduced due to the direct connection state. Thus, the heat dissipation amount Hfc can be increased. That is, when low-efficiency power generation is performed in the FC stack 40 by reducing the FC voltage Vfc to the battery voltage Vbat and bringing the FC stack 40 and the battery 20 into a direct connection state, a normal control mode (mode described later) Compared to the case of (A control to mode C control), the power loss in the FC stack 40 increases, the heat release amount Hfc increases, and warming up can be performed quickly.

[エネルギマネジメントで用いる電力供給制御及び電力供給モード]
図13は、この実施形態における複数の電力供給モードの説明図である。この実施形態では、ECU24がエネルギマネジメントで用いる電力供給の制御方法(電力供給モード)として、下記の制御方法(電力供給モード)を用いる。
[Power supply control and power supply mode used in energy management]
FIG. 13 is an explanatory diagram of a plurality of power supply modes in this embodiment. In this embodiment, the following control method (power supply mode) is used as a power supply control method (power supply mode) used by the ECU 24 in energy management.

すなわち、この実施形態では、FC電圧Vfc(に応じたセル電圧Vcell)を白金還元領域R2内、又は、白金酸化安定領域R4内に収めながら、電力供給を行うべく、ECU24がエネルギマネジメントで用いる電力供給モード(動作モード)を、通常制御モード又は暖機モードに切り替えて用いる。   That is, in this embodiment, the electric power used by the ECU 24 in energy management in order to supply electric power while keeping the FC voltage Vfc (according to the cell voltage Vcell) in the platinum reduction region R2 or the platinum oxidation stable region R4. The supply mode (operation mode) is switched to the normal control mode or the warm-up mode.

通常制御モードは、暖機モードではないFC車両10の通常の運転時において用いられるモードである。すなわち、通常制御モードには、(1)システム負荷Psysに基づくFC電圧の目標値(目標FC電力Pfctgt)に応じて、相対的に高い目標FC電力Pfctgtに対して適用されるモードA制御(電圧可変・電流可変制御モード)、(2)相対的に中くらいの目標FC電力Pfctgtであるため、FCスタック40が高電圧に晒される可能性がある場合に適用されるモードB制御(一方の電圧固定・電流可変制御モード)、(3)相対的に小さな目標FC電力Pfctgtであるため、FCスタック40が高電圧に晒される可能性がある場合に適用されるモードC制御(他方の電圧固定・電流可変制御モード)、の3つの制御モードがある。従って、ECU24は、通常制御モードにおいては、目標FC電力Pfctgtに応じて、適切なモードに切り替え、電力供給を制御する。   The normal control mode is a mode used during normal operation of the FC vehicle 10 that is not the warm-up mode. That is, in the normal control mode, (1) mode A control (voltage) applied to a relatively high target FC power Pfctgt according to a target value of FC voltage (target FC power Pfctgt) based on the system load Psys. (Variable / current variable control mode), (2) Mode B control (one voltage applied) when the FC stack 40 may be exposed to a high voltage because the target FC power Pfctgt is relatively medium. (Fixed / current variable control mode), (3) Mode C control applied when the FC stack 40 may be exposed to a high voltage because the target FC power Pfctgt is relatively small (the other fixed voltage / There are three control modes: current variable control mode. Accordingly, in the normal control mode, the ECU 24 controls the power supply by switching to an appropriate mode according to the target FC power Pfctgt.

一方、暖機モードは、氷点下等の低温でのFC車両10の起動時に、DC/DCコンバータ22によりFC電圧Vfcを降圧させて、FCスタック40とバッテリ20とを直結させた状態(Vfc≒Vbat)で、モードB制御及びモードC制御と同様の電圧固定・電流可変制御を行うことにより、FCスタック40とバッテリ20との双方に対して暖機を行わせるための電力供給モード(モードD制御)である。すなわち、暖機モードでは、FC電圧Vfcを、通常の運転時における出力電圧よりも低電圧(暖機時の電圧)に設定した状態で、FCスタック40及びバッテリ20の双方に対する暖機を行う。   On the other hand, in the warm-up mode, when the FC vehicle 10 is started at a low temperature such as below freezing point, the FC voltage Vfc is stepped down by the DC / DC converter 22 and the FC stack 40 and the battery 20 are directly connected (Vfc≈Vbat). ), A power supply mode (mode D control) for warming up both the FC stack 40 and the battery 20 by performing voltage fixing / current variable control similar to mode B control and mode C control. ). That is, in the warm-up mode, warm-up is performed on both the FC stack 40 and the battery 20 with the FC voltage Vfc set to a voltage lower than the output voltage during normal operation (voltage during warm-up).

なお、図13では、一例として、電位v2以下の白金還元領域R2内でモードA制御、モードB制御及びモードD制御を行い、電位v3以上の白金酸化安定領域R4内でモードC制御を行うことにより、FC電圧Vfcに応じたセル電圧Vcellがv2〜v3の白金酸化還元進行領域R3内に入らないようにしている。勿論、白金還元領域R2内でモードA制御〜モードD制御を行い、あるいは、白金酸化安定領域R4内でモードA制御〜モードD制御を行ってもよい。   In FIG. 13, for example, mode A control, mode B control, and mode D control are performed in the platinum reduction region R2 having the potential v2 or lower, and mode C control is performed in the platinum oxidation stable region R4 having the potential v3 or higher. Thus, the cell voltage Vcell corresponding to the FC voltage Vfc is prevented from entering the platinum redox progression region R3 of v2 to v3. Of course, mode A control to mode D control may be performed in the platinum reduction region R2, or mode A control to mode D control may be performed in the platinum oxidation stable region R4.

また、図13では、通常制御モードでFC電圧Vfcがバッテリ電圧Vbatよりも高いことから、DC/DCコンバータ22によってFC電圧Vfcをバッテリ電圧Vbat(暖機時の電圧)まで降圧させて直結状態とすることにより、モードD制御に移行させる場合について図示している。つまり、この実施形態では、DC/DCコンバータ22がFC電圧Vfcをバッテリ電圧Vbatよりも低電圧に設定することができないような構成であるため、FCスタック40とバッテリ20とを直結状態にした後に、モードD制御の実施を可能としている。   Further, in FIG. 13, since the FC voltage Vfc is higher than the battery voltage Vbat in the normal control mode, the DC / DC converter 22 steps down the FC voltage Vfc to the battery voltage Vbat (warm-up voltage) to establish a direct connection state. Thus, the case of shifting to the mode D control is illustrated. That is, in this embodiment, since the DC / DC converter 22 is configured such that the FC voltage Vfc cannot be set lower than the battery voltage Vbat, the FC stack 40 and the battery 20 are directly connected to each other. The mode D control can be performed.

但し、この実施形態は、上記の説明に限定されることはなく、DC/DCコンバータ22がFC電圧Vfcをバッテリ電圧Vbatよりも低電圧に設定できるように構成されていれば、該DC/DCコンバータ22によってFC電圧Vfcをバッテリ電圧Vbatよりも低電圧(暖機時の電圧)に設定した状態で、モードD制御を行うことも可能である。   However, this embodiment is not limited to the above description. If the DC / DC converter 22 is configured so that the FC voltage Vfc can be set lower than the battery voltage Vbat, the DC / DC It is also possible to perform the mode D control with the converter 22 setting the FC voltage Vfc to a voltage lower than the battery voltage Vbat (the voltage during warm-up).

ここで、上述したモードA制御〜モードD制御について、より詳しく説明する。   Here, the above-described mode A control to mode D control will be described in more detail.

モードA制御は、酸素濃度Coの目標値(目標酸素濃度Cotgt)を通常(酸素を豊潤な状態を含む。)に維持した状態で、目標FC電圧Vfctgtを調整することによりFC電流Ifcを制御する。すなわち、図13に示すように、目標FC電力Pfctgtが閾値電力Pthp以上で実行されるモードA制御では、FCスタック40の通常I−V特性200(図10に示す通常I−V特性200と同じ特性)を用い、該I−V特性200上でFC電圧Vfc及びFC電流Ifcを変化させる(制御する)。   In the mode A control, the FC current Ifc is controlled by adjusting the target FC voltage Vfctgt in a state in which the target value (target oxygen concentration Cotgt) of the oxygen concentration Co is maintained normally (including a state where oxygen is rich). . That is, as shown in FIG. 13, in the mode A control executed when the target FC power Pfctgt is equal to or higher than the threshold power Pthp, the normal IV characteristic 200 of the FC stack 40 (the same as the normal IV characteristic 200 shown in FIG. 10). Characteristic) and the FC voltage Vfc and the FC current Ifc are changed (controlled) on the IV characteristic 200.

具体的に、モードA制御において、ECU24は、先ず、システム負荷Psysに基づくFC電力Pfcの目標値(目標FC電力Pfctgt)に応じたFC電流Ifcの目標値(目標FC電流Ifctgt)を算出する。次に、ECU24は、目標FC電流Ifctgtに対応する目標FC電圧Vfctgtを算出する。そして、ECU24は、FC電圧Vfcが目標FC電圧Vfctgtとなるように、DC/DCコンバータ22を制御する。すなわち、モードA制御において、ECU24は、2次電圧V2が目標FC電圧Vfctgtとなるように1次電圧V1をDC/DCコンバータ22により昇圧させることで、FC電圧Vfcを制御してFC電流Ifcを制御する。   Specifically, in the mode A control, the ECU 24 first calculates a target value (target FC current Ifctgt) of the FC current Ifc according to a target value (target FC power Pfctgt) of the FC power Pfc based on the system load Psys. Next, the ECU 24 calculates a target FC voltage Vfctgt corresponding to the target FC current Ifctgt. Then, the ECU 24 controls the DC / DC converter 22 so that the FC voltage Vfc becomes the target FC voltage Vfctgt. That is, in the mode A control, the ECU 24 controls the FC voltage Vfc to increase the FC current Ifc by boosting the primary voltage V1 by the DC / DC converter 22 so that the secondary voltage V2 becomes the target FC voltage Vfctgt. Control.

従って、モードA制御によれば、目標FC電力Pfctgtが閾値電力Pthp以上の高負荷であっても、DC/DCコンバータ22によって、通常I−V特性200に沿うように、目標FC電力Pfctgtに応じて2次電圧V2(FC電圧Vfc)を変化させることができる。この場合、基本的に、システム負荷Psysは、FC電力Pfcによりまかなわれる。   Therefore, according to the mode A control, even if the target FC power Pfctgt is a high load equal to or higher than the threshold power Pthp, the DC / DC converter 22 responds to the target FC power Pfctgt so as to follow the normal IV characteristic 200. Thus, the secondary voltage V2 (FC voltage Vfc) can be changed. In this case, basically, the system load Psys is covered by the FC power Pfc.

なお、モードA制御は、図13に示すように、通常I−V特性200上、モードB制御が実行される電位v2と、モードD制御が実行される電位との間の範囲内で実行される通常制御モード(電圧可変・電流可変制御モード)である。   As shown in FIG. 13, the mode A control is executed within a range between the potential v2 at which the mode B control is executed and the potential at which the mode D control is executed on the normal IV characteristic 200. Normal control mode (variable voltage / variable current control mode).

モードB制御は、目標セル電圧Vcelltgt(=目標FC電圧Vfctgt/セル数Nfc)を、酸化還元進行領域R3よりも低い電圧以下で設定された基準電圧{この実施形態では、電圧v2(=0.8V)}に固定すると共に、目標酸素濃度Cotgtを可変とすることにより、FC電流Ifcを可変とする。すなわち、図13に示すように、モードB制御では、閾値電力Pthq〜Pthpの範囲内において、セル電圧Vcellを一定(Vcell=v2)に保った状態で目標酸素濃度Cotgtを下げていくことで酸素濃度Coを下げる。   In the mode B control, the target cell voltage Vcelltgt (= target FC voltage Vfctgt / number of cells Nfc) is set to a reference voltage that is lower than the voltage lower than the oxidation-reduction progress region R3 {in this embodiment, the voltage v2 (= 0. 8V)} and the target oxygen concentration Cotgt is made variable to make the FC current Ifc variable. That is, as shown in FIG. 13, in the mode B control, the target oxygen concentration Cotgt is reduced by keeping the cell voltage Vcell constant (Vcell = v2) within the range of the threshold powers Pthq to Pthp. Reduce the concentration Co.

図11に示したように、カソードストイキ比(≒酸素濃度Co)が低下するとセル電流Icell(FC電流Ifc)も低下する。また、FCスタック40は、高電位状態に晒される時間が長くなるほど劣化が進んでしまう。そこで、モードB制御においては、セル電圧Vcellを一定に保った状態(Vcell=v2=0.8V)で目標酸素濃度Cotgtを増減させることにより、セル電流Icell(FC電流Ifc)及びFC電力Pfcを制御して、FCスタック40の劣化を抑制することを可能としている。   As shown in FIG. 11, when the cathode stoichiometric ratio (≈oxygen concentration Co) decreases, the cell current Icell (FC current Ifc) also decreases. Further, the FC stack 40 deteriorates as the time for which it is exposed to a high potential state becomes longer. Therefore, in the mode B control, the cell current Icell (FC current Ifc) and the FC power Pfc are changed by increasing / decreasing the target oxygen concentration Cotgt while keeping the cell voltage Vcell constant (Vcell = v2 = 0.8V). It is possible to suppress the deterioration of the FC stack 40 by controlling.

モードC制御は、目標セル電圧Vcelltgtを、酸化還元進行領域R3外の電圧{この実施形態では、電圧v3(=0.9V)}に固定し、FC電流Ifcを可変とする。モードC制御においても、モードB制御と同様に、セル電圧Vcellを一定(Vcell=v3)に保った状態で目標酸素濃度Cotgtを下げていくことで酸素濃度Coを下げる。前述のように、カソードストイキ比が低下するとセル電流Icellも低下するため、セル電圧Vcellを一定に保った状態(Vcell=v3=0.9V)で目標酸素濃度Cotgtを増減させると、セル電流Icell及びFC電力Pfcが制御され、FCスタック40の劣化を抑制することが可能となる。   In the mode C control, the target cell voltage Vcelltgt is fixed to a voltage outside the redox progression region R3 (in this embodiment, the voltage v3 (= 0.9 V)), and the FC current Ifc is variable. Also in the mode C control, similarly to the mode B control, the oxygen concentration Co is lowered by lowering the target oxygen concentration Cotgt while keeping the cell voltage Vcell constant (Vcell = v3). As described above, when the cathode stoichiometric ratio decreases, the cell current Icell also decreases. Therefore, if the target oxygen concentration Cotgt is increased or decreased while the cell voltage Vcell is kept constant (Vcell = v3 = 0.9 V), the cell current Icell is increased or decreased. In addition, the FC power Pfc is controlled, and the deterioration of the FC stack 40 can be suppressed.

なお、上述の通常制御モード(モードA制御〜モードC制御)において、セル電流Icellの低下によるFC電力Pfcの減少によって、システム負荷Psysに対するFC電力Pfcの負担分が相対的に低下するような場合、FC電力Pfcの不足分は、バッテリ20からアシストすればよい。また、システム負荷Psysに対してFC電力Pfcが大きい場合には、FC電力Pfcの余剰分をバッテリ20に充電すればよい。   In the above-described normal control mode (mode A control to mode C control), when the FC power Pfc is reduced relative to the system load Psys due to the decrease in the FC power Pfc due to the decrease in the cell current Icell. The shortage of the FC power Pfc may be assisted from the battery 20. Further, when the FC power Pfc is larger than the system load Psys, the battery 20 may be charged with a surplus of the FC power Pfc.

モードD制御では、氷点下等の低温でのFC車両10の起動時に、DC/DCコンバータ22を直結型として動作させ、すなわち、DC/DCコンバータ22での電圧変換動作を停止させてFCスタック40とバッテリ20とを直結状態(Vfc≒Vbat)とし、その後、FC電圧Vfcとバッテリ電圧Vbatとを略同一の電圧値に維持した状態で、前述のモードB制御及びモードC制御のように、目標セル電圧Vcelltgtを、酸化還元進行領域R3外の電圧{この実施形態では、電圧v2(=0.8V)以下の白金還元領域R2内の電圧}に固定して、目標FC電流Ifctgt(FC電力Pfc)及び目標酸素濃度Cotgtを可変とする。   In the mode D control, when the FC vehicle 10 is started at a low temperature such as below freezing point, the DC / DC converter 22 is operated as a direct connection type, that is, the voltage conversion operation in the DC / DC converter 22 is stopped and the FC stack 40 is operated. In the state in which the battery 20 is directly connected (Vfc≈Vbat) and then the FC voltage Vfc and the battery voltage Vbat are maintained at substantially the same voltage value, the target cell is operated as in the above-described mode B control and mode C control. The voltage Vcelltgt is fixed to a voltage outside the redox progression region R3 (in this embodiment, a voltage within the platinum reduction region R2 equal to or lower than the voltage v2 (= 0.8 V)), and the target FC current Ifctgt (FC power Pfc). The target oxygen concentration Cotgt is variable.

つまり、モードD制御では、FC電圧Vfcをバッテリ電圧Vbatにまで低下させて、FCスタック40とバッテリ20とを直結状態にした後に、DC/DCコンバータ22の電圧変換動作を停止しているため(FC電圧Vfcの制御を行わないため)、目標FC電圧Vfctgtは、実際上、Vfctgt=Vfc≒Vbatとなる。また、セル電圧Vcellを一定に保った状態で目標酸素濃度Cotgtを増減させると、セル電流Icellは変化する。この結果、図13に示すように、目標FC電圧Vfctgtを固定にして目標FC電流Ifctgtを変化させると、図11に示すように、目標酸素濃度Cotgtが増減し、該目標酸素濃度Cotgtの増減に応じてFC電流Ifcも変化する。そのため、モードD制御では、目標セル電圧Vcelltgt(=目標FC電圧Vfctgt/セル数Nfc)を所望の電圧値に制御することはできないが、目標酸素濃度Cotgtを基本的に可変とすることにより、FC電流Ifcを変化させることになる。   That is, in the mode D control, the voltage conversion operation of the DC / DC converter 22 is stopped after the FC voltage Vfc is reduced to the battery voltage Vbat and the FC stack 40 and the battery 20 are directly connected ( Since the FC voltage Vfc is not controlled), the target FC voltage Vfctgt is actually Vfctgt = Vfc≈Vbat. Further, if the target oxygen concentration Cotgt is increased or decreased while the cell voltage Vcell is kept constant, the cell current Icell changes. As a result, as shown in FIG. 13, when the target FC voltage Ifctgt is changed while the target FC voltage Vfctgt is fixed, the target oxygen concentration Cotgt increases and decreases as shown in FIG. 11, and the target oxygen concentration Cotgt increases and decreases. Accordingly, the FC current Ifc also changes. Therefore, in the mode D control, the target cell voltage Vcelltgt (= target FC voltage Vfctgt / number of cells Nfc) cannot be controlled to a desired voltage value, but by making the target oxygen concentration Cotgt basically variable, The current Ifc is changed.

このように、モードD制御では、FC電圧Vfcをバッテリ電圧Vbatにまで低下させて直結状態とし、酸素濃度Coを変化させる。この結果、FCスタック40で増大した電力損失が熱に変換され、この熱に起因した内部温度の上昇によりFCスタック40の暖機を行うことができる。   As described above, in the mode D control, the FC voltage Vfc is lowered to the battery voltage Vbat to establish a direct connection state, and the oxygen concentration Co is changed. As a result, the power loss increased in the FC stack 40 is converted into heat, and the FC stack 40 can be warmed up due to an increase in internal temperature caused by this heat.

また、FCスタック40は、通常制御モードでの同じ電圧と比較して、負荷30に供給されるFC電力Pfcが低下し、システム負荷Psysに対する電力の負担分を相対的に低下させることができる。   Further, in the FC stack 40, compared with the same voltage in the normal control mode, the FC power Pfc supplied to the load 30 is reduced, and the share of power with respect to the system load Psys can be relatively reduced.

すなわち、図14に示すように、システム負荷Psysに対してFC電力Pfcが最低限の出力値(最低電力)Pfc_minである場合には、負荷30から要求される電力(システム負荷Psys)と最低電力Pfc_minとの差分(バッテリ電力Pbat=Psys−Pfc_min)をバッテリ20から出力させればよい。このようにすれば、バッテリ20から負荷30への電力供給(放電)に起因して該バッテリ20の暖機を行うことができる。なお、モードD制御において、FCスタック40からの電力供給をアシストするように、バッテリ20が負荷30にバッテリ電力Pbatを優先的に供給する制御を、以下、バッテリアシスト優先制御という。   That is, as shown in FIG. 14, when the FC power Pfc is the minimum output value (minimum power) Pfc_min with respect to the system load Psys, the power (system load Psys) required from the load 30 and the minimum power A difference (battery power Pbat = Psys−Pfc_min) from Pfc_min may be output from the battery 20. In this way, the battery 20 can be warmed up due to power supply (discharge) from the battery 20 to the load 30. In the mode D control, the control in which the battery 20 preferentially supplies the battery power Pbat to the load 30 so as to assist the power supply from the FC stack 40 is hereinafter referred to as battery assist priority control.

一方、バッテリ20のSOCが低下して、バッテリ20から負荷30にバッテリ電力Pbatを供給することができない場合には、目標FC電流Ifctgtを高く設定して、
目標酸素濃度Cotgtを増大させればよい。これにより、酸素濃度Coが増大してセル電流Icellが大きくなるため、図14に示すように、負荷30が要求するシステム負荷Psys以上のFC電力PfcをFCスタック40から出力することができる。この場合、バッテリ20には、FCスタック40からの余剰分の電力が充電される。この結果、バッテリ20は、FCスタック40からの電力供給(充電)に起因して暖機を行うことができる。モードD制御において、負荷30への電力供給をFC電力Pfcをまかなうような制御を、以下、FC発電優先制御という。
On the other hand, when the SOC of the battery 20 decreases and the battery power Pbat cannot be supplied from the battery 20 to the load 30, the target FC current Ifctgt is set high.
The target oxygen concentration Cotgt may be increased. As a result, the oxygen concentration Co increases and the cell current Icell increases, so that the FC power Pfc equal to or higher than the system load Psys required by the load 30 can be output from the FC stack 40 as shown in FIG. In this case, the battery 20 is charged with surplus power from the FC stack 40. As a result, the battery 20 can be warmed up due to power supply (charging) from the FC stack 40. In the mode D control, the control for supplying the power to the load 30 with the FC power Pfc is hereinafter referred to as FC power generation priority control.

なお、図14において、システム負荷Psysが0であっても、FCスタック40は、暖機が完了するまでは、SOCや、バッテリアシスト優先制御又はFC発電優先制御の違いに関わり無く、最低電力Pfc_minを出力する。   In FIG. 14, even if the system load Psys is 0, the FC stack 40 does not depend on the SOC, battery assist priority control, or FC power generation priority control until the warm-up is completed. Is output.

このように、暖機モード(モードD制御、暖機制御)では、バッテリ20の残容量(SOC)の収支を取りながら、FCスタック40及びバッテリ20の双方に対する暖機を行うことができる。なお、モードD制御においては、ECU24は、実際上、SOC[%]の値に基づき、FC発電優先制御を実行するか、あるいは、バッテリアシスト優先制御を実行するかを決定し、決定した制御に応じた適切な目標FC電流Ifctgtを設定した後に、該目標FC電流Ifctgtに基づく目標酸素濃度Cotgtを決定し、決定した目標酸素濃度Cotgtに従って酸素濃度Coを調整することで、FC電流Ifcを変化させる。つまり、目標FC電流Ifctgtの値に応じて、FC発電優先制御、又は、バッテリアシスト優先制御のいずれかに切り替わる。また、FC電流Ifcの変化に応じて、バッテリ電流Ibatも変化させることができる。   Thus, in the warm-up mode (mode D control, warm-up control), it is possible to perform warm-up for both the FC stack 40 and the battery 20 while taking a balance of the remaining capacity (SOC) of the battery 20. In the mode D control, the ECU 24 actually determines whether to execute the FC power generation priority control or the battery assist priority control based on the SOC [%] value. After setting an appropriate target FC current Ifctgt according to the target FC concentration Ifctgt, the target oxygen concentration Cotgt based on the target FC current Ifctgt is determined, and the oxygen concentration Co is adjusted according to the determined target oxygen concentration Cogtt, thereby changing the FC current Ifc. . That is, switching to either FC power generation priority control or battery assist priority control is performed according to the value of the target FC current Ifctgt. Further, the battery current Ibat can be changed in accordance with the change in the FC current Ifc.

[エネルギマネジメントのフロー]
図15は、ECU24が、FCシステム12のエネルギマネジメント(図5のS3)を行うためのフローチャートである。このフローチャートでは、バッテリ20及びFCスタック40に対する暖機の要否に応じて、前述した通常制御モード(モードA制御〜モードC制御)、又は、暖機モード{モードD制御(バッテリアシスト優先制御、FC発電優先制御)}が実行される。
[Energy management flow]
FIG. 15 is a flowchart for the ECU 24 to perform energy management of the FC system 12 (S3 in FIG. 5). In this flowchart, depending on whether the battery 20 and the FC stack 40 need to be warmed up, the normal control mode (mode A control to mode C control) described above or the warm-up mode {mode D control (battery assist priority control, FC power generation priority control)} is executed.

図15のステップS21において、ECU24は、負荷30から要求される電力(図5のステップS2及び図6のフローチャートで算出されたシステム負荷Psys)が所定値以下であるか否かを判定する。具体的に、ECU24は、システム負荷Psysが所定値としてのシステム負荷制限値Psyslmt以下であるか否かを判定する。   In step S21 in FIG. 15, the ECU 24 determines whether or not the power required from the load 30 (step S2 in FIG. 5 and the system load Psys calculated in the flowchart in FIG. 6) is equal to or less than a predetermined value. Specifically, the ECU 24 determines whether or not the system load Psys is equal to or less than a system load limit value Psyslmt as a predetermined value.

システム負荷Psysがシステム負荷制限値Psyslmt以下でない場合(S21:NO)、ECU24は、次のステップS22において、FCユニット18(FCスタック40)及びバッテリ20を直結状態にしてFCユニット18に対する暖機を行わせる必要があるか否かを判定する。   When the system load Psys is not equal to or less than the system load limit value Psyslmt (S21: NO), the ECU 24 warms up the FC unit 18 by directly connecting the FC unit 18 (FC stack 40) and the battery 20 in the next step S22. Determine whether it is necessary to do this.

具体的に、FCユニット18の暖機の必要性については、温度センサ86からの水温Twが、暖機の必要性を判断するための閾値(以下「暖機判定閾値THTw」又は「閾値THTw」という。)以下であるか否かによって判定する。あるいは、外気温Texが所定の閾値THTex以下であるか否かによって、FCユニット18の暖機の必要性を判定してもよい。なお、閾値THTw、THTexは、例えば、0〜10℃までのいずれかの値から選択することができる。   Specifically, regarding the necessity of warming up of the FC unit 18, the water temperature Tw from the temperature sensor 86 is a threshold value for determining the necessity of warming up (hereinafter referred to as "warmup determination threshold value THTw" or "threshold value THTw"). It is determined by whether or not Alternatively, the necessity of warming up the FC unit 18 may be determined based on whether or not the outside air temperature Tex is equal to or lower than a predetermined threshold value THTex. The threshold values THTw and THTex can be selected from any value from 0 to 10 ° C., for example.

FCユニット18に対する暖機が必要であると判定した場合(S22:YES)、ECU24は、次のステップS23において、FCユニット18及びバッテリ20を直結状態とした際に、バッテリ20に対しても併せて暖機を行わせる必要があるか否かを判定する。   When it is determined that the FC unit 18 needs to be warmed up (S22: YES), the ECU 24 also adds the FC unit 18 and the battery 20 to the battery 20 when the FC unit 18 and the battery 20 are directly connected in the next step S23. To determine whether it is necessary to warm up.

具体的に、バッテリ20の暖機の必要性については、温度センサ109からのバッテリ温度Tbatが、暖機の必要性を判断するための閾値(以下「暖機判定閾値THTbat」又は「閾値THTbat」という。)以下であるか否かによって判定する。あるいは、外気温Texが閾値THTex以下であるか否かによって、バッテリ20の暖機の必要性を判定してもよい。なお、閾値THTbatは、閾値THTw、THTexと同様に、例えば、0〜10℃までのいずれかの値から選択することができる。   Specifically, regarding the necessity of warming-up of the battery 20, the battery temperature Tbat from the temperature sensor 109 is a threshold for determining the necessity of warming up (hereinafter referred to as “warm-up determination threshold THTbat” or “threshold THTbat”). It is determined by whether or not Alternatively, whether or not the battery 20 needs to be warmed up may be determined based on whether or not the outside air temperature Tex is equal to or lower than the threshold value THTex. The threshold value THTbat can be selected from any value from 0 to 10 ° C., for example, similarly to the threshold values THTw and THTex.

バッテリ20に対する暖機も必要と判定した場合(S23:YES)、次のステップS24において、ECU24は、SOC[%]が所定値に到達したか否かを判定する。この場合、前記所定値としては、バッテリアシスト優先制御を実行するか否かを決定するためのバッテリアシスト優先閾値(第1所定値)と、FC発電優先制御を実行するか否かを決定するためのFC発電優先閾値(第2所定値)と、の2つの閾値が設定されている。ECU24は、SOC[%]がバッテリアシスト優先閾値まで増加したか(到達したか)否かを判定し、あるいは、SOC[%]がFC発電優先閾値まで低下したか(到達したか)否かを判定する。なお、これらの2つの閾値は、ヒステリシスを持たせることで、互いに異なる値に設定している。   When it is determined that the battery 20 needs to be warmed up (S23: YES), in the next step S24, the ECU 24 determines whether or not the SOC [%] has reached a predetermined value. In this case, as the predetermined value, a battery assist priority threshold (first predetermined value) for determining whether or not to execute battery assist priority control and whether or not to execute FC power generation priority control are determined. The two threshold values of the FC power generation priority threshold (second predetermined value) are set. The ECU 24 determines whether or not the SOC [%] has increased (reached) to the battery assist priority threshold, or whether or not the SOC [%] has decreased (has reached) to the FC power generation priority threshold. judge. These two threshold values are set to different values by providing hysteresis.

ステップS24において、ECU24は、SOC[%]がバッテリアシスト優先閾値まで増加した場合(S24:YES)、バッテリアシスト優先制御の実行を決定する。次のステップS25において、ECU24は、DC/DCコンバータ22を制御してFCスタック40とバッテリ20とを直結状態にした後に、システム負荷Psysに対するFC電力Pfcの不足分の電力{例えば、FC電力Pfcが最低電力Pfc_minである場合には、(Psys−Pfc_min)のバッテリ電力Pbat}をバッテリ20から出力させる(バッテリアシスト優先制御)。   In step S24, when the SOC [%] increases to the battery assist priority threshold value (S24: YES), the ECU 24 determines to execute the battery assist priority control. In the next step S25, the ECU 24 controls the DC / DC converter 22 to directly connect the FC stack 40 and the battery 20, and then the power shortage of the FC power Pfc with respect to the system load Psys {eg, FC power Pfc Is the minimum power Pfc_min, the battery power Pbat} of (Psys−Pfc_min) is output from the battery 20 (battery assist priority control).

一方、ステップS24において、ECU24は、SOC[%]がFC発電優先閾値まで低下している場合(S24:NO)、FC発電優先制御の実行を決定する。次のステップS26において、ECU24は、DC/DCコンバータ22を制御してFCスタック40とバッテリ20とを直結状態にした後に、目標FC電流Ifctgtを高く設定して、目標酸素濃度Cotgtを増大させる。これにより、酸素濃度Coが増大してセル電流Icellが大きくなり、FCスタック40から負荷30に供給されるFC電力Pfcが増大して、システム負荷PsysをFC電力Pfcでまかなうことができる(FC発電優先制御)。   On the other hand, in step S24, when the SOC [%] has decreased to the FC power generation priority threshold (S24: NO), the ECU 24 determines to execute FC power generation priority control. In the next step S26, the ECU 24 controls the DC / DC converter 22 to directly connect the FC stack 40 and the battery 20, and then sets the target FC current Ifctgt high to increase the target oxygen concentration Cotgt. As a result, the oxygen concentration Co increases, the cell current Icell increases, the FC power Pfc supplied from the FC stack 40 to the load 30 increases, and the system load Psys can be covered by the FC power Pfc (FC power generation). Priority control).

なお、FCスタック40から負荷30に供給される電力に余剰分(Psys−Pfc)があれば、余剰分の電力がバッテリ20に充電されることは勿論であり、該バッテリ20では、FCスタック40からの充電に起因した暖機が行われる。   Note that if there is a surplus (Psys-Pfc) in the power supplied from the FC stack 40 to the load 30, the surplus power is charged in the battery 20. Warm-up due to charging from is performed.

また、ステップS25、S26の処理は、同時に行われることはなく、ECU24は、SOC[%]の値に応じて、適切なモードD制御(バッテリアシスト優先制御又はFC発電優先制御)に切り替え、実行すればよい。   Further, the processes of steps S25 and S26 are not performed at the same time, and the ECU 24 switches to an appropriate mode D control (battery assist priority control or FC power generation priority control) according to the value of SOC [%] and executes it. do it.

さらに、ステップS23において、バッテリ20の暖機が不要であると判定した場合(S23:NO)、ECU24は、ステップS26のFC発電優先制御を実行する。この場合、FCスタック40から負荷30に供給される電力に余剰分が発生しないように、システム負荷PsysをFC電力Pfcでまかなうようにすれば、バッテリ20が充電されることはないので、該バッテリ20の暖機を行わせないようにすることができる。   Further, when it is determined in step S23 that the battery 20 does not need to be warmed up (S23: NO), the ECU 24 executes FC power generation priority control in step S26. In this case, if the system load Psys is covered by the FC power Pfc so that no surplus is generated in the power supplied from the FC stack 40 to the load 30, the battery 20 will not be charged. Twenty warm-ups can be avoided.

さらにまた、ステップS22において、FCスタック40の暖機が不要であると判定した場合(S22:NO)、ステップS27において、ECU24は、ステップS23と同様に、バッテリ20の暖機が必要であるか否かを判定する。バッテリ20の暖機が必要と判定した場合(S27:YES)、ECU24は、ステップS25のバッテリアシスト優先制御を実行する。   Furthermore, when it is determined in step S22 that the FC stack 40 does not need to be warmed up (S22: NO), in step S27, the ECU 24 needs to warm up the battery 20 as in step S23. Determine whether or not. When it is determined that the battery 20 needs to be warmed up (S27: YES), the ECU 24 executes the battery assist priority control in step S25.

また、ステップS21において、システム負荷Psysがシステム負荷制限値Psyslmt以下である場合(S21:YES)、又は、ステップS27において、バッテリ20の暖機が不要である場合(且つFCスタック40の暖機も不要である場合)(S27:NO)、ECU24は、ステップS28の通常制御(モードA制御〜モードC制御)を実行する。これにより、FCスタック40とバッテリ20との直結状態が解除され、モードD制御の実行が禁止される。なお、通常制御では、システム負荷PsysをFC電力Pfcでまかなうことができる。   In step S21, when the system load Psys is equal to or less than the system load limit value Psyslmt (S21: YES), or in step S27, it is not necessary to warm up the battery 20 (and the FC stack 40 is also warmed up). If unnecessary (S27: NO), the ECU 24 executes normal control (mode A control to mode C control) in step S28. Thereby, the direct connection state between the FC stack 40 and the battery 20 is released, and execution of the mode D control is prohibited. In the normal control, the system load Psys can be covered by the FC power Pfc.

なお、前述のステップS21では、システム負荷Psysとシステム負荷制限値Psyslmtとの比較に基づく判定処理を行っているが、この判定処理に代えて、ユーザによるキースイッチのオンでFCスタック40を通常通り起動させ、次に、ユーザがキースイッチのオン状態からパワースイッチを押したときに暖機モードを実行させるようにすることも可能である。   In step S21 described above, a determination process based on the comparison between the system load Psys and the system load limit value Psyslmt is performed. Instead of this determination process, the user switches the FC stack 40 as usual by turning on the key switch. It is also possible to activate and then execute the warm-up mode when the user presses the power switch from the on state of the key switch.

[暖機モードにおけるFCの制御]
上記のように、暖機モード(モードD制御)は、FCスタック40の暖機時に用いられるものであり、FCユニット18及びバッテリ20を直結状態にし、目標酸素濃度Cotgtを基本的に可変とすることにより、FC電流Ifcを可変とする。すなわち、図11及び図13に示すように、モードD制御では、理想的にはFC電圧Vfcを一定に保った状態で目標酸素濃度Cotgtを変化させることで酸素濃度Coを調整する。但し、DC/DCコンバータ22は、電圧変換動作を停止しているため、目標FC電圧Vfctgt(=目標セル電圧Vcelltgt×セル数Nfc)は、実際上、FC電圧Vfc及びバッテリ電圧Vbatと同一値となる。
[FC control in warm-up mode]
As described above, the warm-up mode (mode D control) is used when the FC stack 40 is warmed up, the FC unit 18 and the battery 20 are directly connected, and the target oxygen concentration Cotgt is basically variable. As a result, the FC current Ifc is made variable. That is, as shown in FIGS. 11 and 13, in the mode D control, ideally, the oxygen concentration Co is adjusted by changing the target oxygen concentration Cotgt while keeping the FC voltage Vfc constant. However, since the DC / DC converter 22 stops the voltage conversion operation, the target FC voltage Vfctgt (= target cell voltage Vcelltgt × number of cells Nfc) is actually the same value as the FC voltage Vfc and the battery voltage Vbat. Become.

具体的には、暖機モードでは、FC電圧Vfc(又は目標FC電圧Vfctgt)とバッテリ電圧Vbatとが略同一の電圧値となっている状態で、目標酸素濃度Cotgtを変化させることで酸素濃度Coを調整する。   Specifically, in the warm-up mode, when the FC voltage Vfc (or the target FC voltage Vfctgt) and the battery voltage Vbat have substantially the same voltage value, the oxygen concentration Cotgt is changed by changing the target oxygen concentration Cotgt. Adjust.

ここで、上述したモードD制御(ステップS25のバッテリアシスト優先制御、ステップS26のFC発電優先制御)の具体的な制御について、図16〜図21を参照しながら詳細に説明する。なお、前述のように、モードD制御では、目標FC電流Ifctgtを変化させることにより、バッテリアシスト優先制御を実行するか、あるいは、FC発電優先制御を実行するかが決定される。   Here, specific control of the above-described mode D control (battery assist priority control in step S25, FC power generation priority control in step S26) will be described in detail with reference to FIGS. As described above, in the mode D control, it is determined whether to execute the battery assist priority control or the FC power generation priority control by changing the target FC current Ifctgt.

図16には、暖機モード(モードD制御)でのFCスタック40に対する制御のフローチャートが示されている。   FIG. 16 shows a flowchart of control for the FC stack 40 in the warm-up mode (mode D control).

ステップS41において、ECU24は、DC/DCコンバータ22の電圧変換動作を停止させることにより、FCユニット18とバッテリ20とを直結状態にして、FC電圧Vfc(目標FC電圧Vfctgt)をバッテリ電圧Vbatに固定する。   In step S41, the ECU 24 stops the voltage conversion operation of the DC / DC converter 22 to directly connect the FC unit 18 and the battery 20, and fixes the FC voltage Vfc (target FC voltage Vfctgt) to the battery voltage Vbat. To do.

ステップS42において、ECU24は、目標FC電流Ifctgtを算出する。すなわち、暖機モード(モードD制御)では、FC出力可能電力Pfcp又はシステム負荷Psysに相当する、バッテリアシスト優先制御又はFC発電優先制御に応じた目標FC電流Ifctgtを算出する。   In step S42, the ECU 24 calculates a target FC current Ifctgt. That is, in the warm-up mode (mode D control), the target FC current Ifctgt corresponding to the battery assist priority control or the FC power generation priority control corresponding to the FC output possible power Pfcp or the system load Psys is calculated.

ステップS43において、ECU24は、目標FC電流Ifctgtに対応する目標酸素濃度Cotgtを算出する(図11及び図17参照)。なお、図17は、目標FC電流Ifctgtと目標酸素濃度Cotgtとの関係の一例を示す。図17のような関係は、FC電圧Vfcに応じて変化する。   In step S43, the ECU 24 calculates a target oxygen concentration Cotgt corresponding to the target FC current Ifctgt (see FIGS. 11 and 17). FIG. 17 shows an example of the relationship between the target FC current Ifctgt and the target oxygen concentration Cotgt. The relationship as shown in FIG. 17 changes according to the FC voltage Vfc.

ステップS44において、ECU24は、目標酸素濃度Cotgt(又は目標FC電流Ifctgt)に応じて各部への指令値を算出及び送信する。ここで算出される指令値には、エアポンプ60の回転数(以下「エアポンプ回転数Nap」又は「回転数Nap」という。)、ウォータポンプ80の回転数(以下「ウォータポンプ回転数Nwp」又は「回転数Nwp」という。)、背圧弁64の開度(以下「背圧弁開度θbp」又は「開度θbp」という。)及び循環弁66の開度(以下「循環弁開度θc」又は「開度θc」という。)が含まれる。   In step S44, the ECU 24 calculates and transmits a command value to each unit in accordance with the target oxygen concentration Cotgt (or target FC current Ifctgt). The command value calculated here includes the rotational speed of the air pump 60 (hereinafter referred to as “air pump rotational speed Nap” or “rotational speed Nap”), and the rotational speed of the water pump 80 (hereinafter referred to as “water pump rotational speed Nwp” or “ ), The opening of the back pressure valve 64 (hereinafter referred to as “back pressure valve opening θbp” or “opening θbp”), and the opening of the circulation valve 66 (hereinafter referred to as “circulation valve opening θc” or “ "Opening angle θc").

すなわち、図18及び図19に示すように、目標酸素濃度Cotgtに応じて目標エアポンプ回転数Naptgt、目標ウォータポンプ回転数Nwptgt及び目標背圧弁開度θbptgtが設定される。この場合、目標酸素濃度Cotgtを低下すれば、目標エアポンプ回転数Naptgtが低下し、この結果、カソード流路74(図3参照)に供給されるエアの流量が低下する(ガス供給量が抑えられる)ことが容易に推察できる。また、循環弁66の目標開度θctgtは、初期値(例えば、循環ガスがゼロとなる開度)に設定される。   That is, as shown in FIGS. 18 and 19, the target air pump rotation speed Naptgt, the target water pump rotation speed Nwptgt, and the target back pressure valve opening θbptgt are set according to the target oxygen concentration Cotgt. In this case, if the target oxygen concentration Cotgt is lowered, the target air pump rotation speed Naptgt is lowered, and as a result, the flow rate of air supplied to the cathode channel 74 (see FIG. 3) is lowered (the gas supply amount is suppressed). ) Can be easily guessed. Moreover, the target opening degree θctgt of the circulation valve 66 is set to an initial value (for example, an opening degree at which the circulating gas becomes zero).

ステップS45において、ECU24は、FCスタック40による発電が安定しているか否かを判定する。当該判定として、ECU24は、セル電圧モニタ42から入力される最低セル電圧が、平均セル電圧から所定電圧を減算した電圧よりも低い場合{最低セル電圧<(平均セル電圧−所定電圧)}、FCスタック40の発電が不安定であると判定する。なお、前記所定電圧は、例えば、実験値、シミュレーション値等を用いることができる。   In step S45, the ECU 24 determines whether power generation by the FC stack 40 is stable. As the determination, if the lowest cell voltage input from the cell voltage monitor 42 is lower than the voltage obtained by subtracting the predetermined voltage from the average cell voltage {lowest cell voltage <(average cell voltage−predetermined voltage)}, FC It is determined that the power generation of the stack 40 is unstable. As the predetermined voltage, for example, an experimental value, a simulation value, or the like can be used.

発電が安定している場合(S45:YES)、今回の処理を終える。発電が安定していない場合(S45:NO)、ステップS46において、ECU24は、流量センサ70を介して循環ガスの流量Qc[g/s]を監視しながら、循環弁66の開度θcを大きくし、流量Qcを一段階増加する(図20参照)。なお、図20では、循環弁66を全開とした場合、流量Qcが4段階目の増加となり、最大流量となる場合を例示している。   When the power generation is stable (S45: YES), the current process is finished. When the power generation is not stable (S45: NO), in step S46, the ECU 24 increases the opening degree θc of the circulation valve 66 while monitoring the flow rate Qc [g / s] of the circulation gas via the flow rate sensor 70. Then, the flow rate Qc is increased by one step (see FIG. 20). FIG. 20 illustrates a case where the flow rate Qc is increased in the fourth stage when the circulation valve 66 is fully opened, and the maximum flow rate is obtained.

但し、循環弁66の開度θcが増加すると、エアポンプ60に吸気される吸気ガスにおいて、循環ガスの割合が増加する。すなわち、吸気ガスについて、新規空気(車外から吸気される空気)と、循環ガスとの割合において、循環ガスの割合が増加するように変化する。従って、全単セルへの酸素の分配能力が向上する。ここで、循環ガス(カソードオフガス)の酸素濃度Coは、新規空気の酸素濃度Coに対して低い。このため、循環弁66の開度θcの制御前後において、エアポンプ60の回転数Nap及び背圧弁64の開度θbpが同一である場合、カソード流路74を通流するガスの酸素濃度Coが低下することになる。   However, when the opening degree θc of the circulation valve 66 increases, the ratio of the circulation gas in the intake gas sucked into the air pump 60 increases. That is, the intake gas changes such that the ratio of the circulating gas increases in the ratio of new air (air taken from outside the vehicle) and the circulating gas. Therefore, the ability to distribute oxygen to all single cells is improved. Here, the oxygen concentration Co of the circulating gas (cathode off gas) is lower than the oxygen concentration Co of the new air. Therefore, before and after the control of the opening degree θc of the circulation valve 66, the oxygen concentration Co of the gas flowing through the cathode channel 74 decreases when the rotation speed Nap of the air pump 60 and the opening degree θbp of the back pressure valve 64 are the same. Will do.

そこで、ステップS46では、ステップS43で算出した目標酸素濃度Cotgtが維持されるように、循環ガスの流量Qcの増加に連動して、エアポンプ60の回転数Napの増加及び背圧弁64の開度θbpの減少の少なくとも一方を実行することが好ましい。   Therefore, in step S46, the increase in the rotational speed Nap of the air pump 60 and the opening degree θbp of the back pressure valve 64 are interlocked with the increase in the circulation gas flow rate Qc so that the target oxygen concentration Cotgt calculated in step S43 is maintained. Preferably, at least one of the reductions is performed.

例えば、循環ガスの流量Qcを増加した場合、エアポンプ60の回転数Napを増加させ、新規空気の流量を増加することが好ましい。そして、このようにすれば、カソード流路74に向かうガス(新規空気と循環ガスとの混合ガス)全体の流量が増加するので、全単セルへの酸素の分配能力がさらに向上し、FCスタック40の発電性能が回復し易くなる。   For example, when the flow rate Qc of the circulating gas is increased, it is preferable to increase the rotational speed Nap of the air pump 60 and increase the flow rate of new air. In this way, the flow rate of the entire gas (mixed gas of new air and circulating gas) toward the cathode flow path 74 increases, so that the oxygen distribution capacity to all single cells is further improved, and the FC stack The power generation performance of 40 is easily recovered.

このようにして、目標酸素濃度Cotgtを維持しつつ、循環ガスを新規空気に合流させるので、カソード流路74を通流するガスの体積流量[L/s]が増加する。これにより、目標酸素濃度Cotgtが維持されつつ体積流量の増加したガスが、FCスタック40内で複雑に形成されたカソード流路74全体に行き渡り易くなる。したがって、各単セルに前記ガスが同様に供給され易くなり、FCスタック40の発電の不安定が解消され易くなる。また、MEA(膜電極接合体)の表面やカソード流路74を囲む壁面に付着する水滴(凝縮水等)も除去され易くなる。   Thus, since the circulating gas is merged with the new air while maintaining the target oxygen concentration Cotgt, the volume flow rate [L / s] of the gas flowing through the cathode channel 74 is increased. As a result, the gas whose volume flow rate has increased while the target oxygen concentration Cotgt is maintained can easily reach the entire cathode flow path 74 formed in a complex manner in the FC stack 40. Therefore, the gas is easily supplied to each single cell as well, and instability of power generation of the FC stack 40 is easily resolved. In addition, water droplets (condensed water, etc.) adhering to the surface of the MEA (membrane electrode assembly) and the wall surface surrounding the cathode channel 74 are easily removed.

ステップS47において、ECU24は、流量センサ70を介して検出される循環ガスの流量Qcが上限値以上であるか否か判定する。判定基準となる上限値は、循環弁66の開度θcが全開となる値に設定される。   In step S47, the ECU 24 determines whether or not the flow rate Qc of the circulating gas detected via the flow rate sensor 70 is equal to or higher than the upper limit value. The upper limit value serving as the determination criterion is set to a value at which the opening degree θc of the circulation valve 66 is fully opened.

この場合において、循環弁開度θcが同一であっても、エアポンプ60の回転数Napが増加すると、流量センサ70で検出される循環ガスの流量Qcが増加するので、前記上限値は、エアポンプ回転数Napに関連付けて、つまり、エアポンプ60の回転数Napが大きくなると、前記上限値が大きくなるように設定されることが好ましい。   In this case, even if the circulation valve opening degree θc is the same, if the rotation speed Nap of the air pump 60 increases, the flow rate Qc of the circulating gas detected by the flow sensor 70 increases. In association with the number Nap, that is, when the rotation speed Nap of the air pump 60 is increased, the upper limit value is preferably set to be increased.

循環ガスの流量Qcが上限値以上でないと判定した場合(S47:NO)、ステップS45に戻る。循環ガスの流量Qcが上限値以上であると判定した場合(S47:YES)、ステップS48に進む。   If it is determined that the flow rate Qc of the circulating gas is not equal to or greater than the upper limit value (S47: NO), the process returns to step S45. When it is determined that the flow rate Qc of the circulating gas is equal to or higher than the upper limit value (S47: YES), the process proceeds to step S48.

ここで、ステップS46、S47では、流量センサ70が直接検出する循環ガスの流量Qcに基づいて処理を実行したが、循環弁開度θcに基づいて処理を実行してもよい。すなわち、ステップS46において、循環弁開度θcを開方向に一段階(例えば30°)にて増加する構成とし、ステップS47において、循環弁66が全開である場合(S47:YES)、ステップS48に進む構成としてもよい。   Here, in steps S46 and S47, the process is executed based on the circulation gas flow rate Qc directly detected by the flow sensor 70, but the process may be executed based on the circulation valve opening θc. That is, in step S46, the circulation valve opening θc is increased in one step (for example, 30 °) in the opening direction. If the circulation valve 66 is fully open in step S47 (S47: YES), the process proceeds to step S48. It is good also as a structure to advance.

また、この場合において、循環弁66の開度θcと、循環ガスの温度と、図21のマップとに基づいて、循環ガスの流量Qc[g/s]を算出することもできる。図21に示すように、循環ガスの温度が高くなるにつれて、その密度が小さくなるので、流量Qc[g/s]が小さくなる関係となっている。   In this case, the circulation gas flow rate Qc [g / s] can also be calculated based on the degree of opening θc of the circulation valve 66, the temperature of the circulation gas, and the map of FIG. As shown in FIG. 21, the density decreases as the temperature of the circulating gas increases, so that the flow rate Qc [g / s] decreases.

ステップS48において、ECU24は、ステップS45と同様に、発電が安定しているか否かを判定する。発電が安定している場合(S48:YES)、今回の処理を終える。発電が安定していない場合(S48:NO)、ステップS49において、ECU24は、目標酸素濃度Cotgtを1段増加させる(通常の濃度に近づける)。具体的には、エアポンプ60の回転数Napの増加及び背圧弁64の開度θbpの減少の少なくとも一方を1段階行う。   In step S48, the ECU 24 determines whether or not power generation is stable, as in step S45. If the power generation is stable (S48: YES), the current process is terminated. When the power generation is not stable (S48: NO), in step S49, the ECU 24 increases the target oxygen concentration Cotgt by one step (approaches the normal concentration). Specifically, at least one of increasing the rotation speed Nap of the air pump 60 and decreasing the opening θbp of the back pressure valve 64 is performed in one step.

ステップS50において、ECU24は、目標酸素濃度Cotgtが通常のI−V特性200における目標酸素濃度(通常酸素濃度Conml)以下であるか否かを判定する。目標酸素濃度Cotgtが通常酸素濃度Conml以下である場合(S50:YES)、ステップS48に戻る。目標酸素濃度Cotgtが通常酸素濃度Conml以下でない場合(S50:NO)、ステップS51において、ECU24は、FCユニット18を停止する。すなわち、ECU24は、FCスタック40への水素及び空気の供給を停止し、FCスタック40の発電を停止する。そして、ECU24は、図示しない警告ランプを点灯させ、運転者にFCスタック40が異常であることを通知する。なお、ECU24は、バッテリ20からモータ14に電力を供給し、FC車両10の走行は継続させる。   In step S50, the ECU 24 determines whether or not the target oxygen concentration Cotgt is less than or equal to the target oxygen concentration (normal oxygen concentration Conml) in the normal IV characteristic 200. When the target oxygen concentration Cotgt is less than or equal to the normal oxygen concentration Conml (S50: YES), the process returns to step S48. When the target oxygen concentration Cotgt is not equal to or lower than the normal oxygen concentration Conml (S50: NO), the ECU 24 stops the FC unit 18 in step S51. That is, the ECU 24 stops the supply of hydrogen and air to the FC stack 40 and stops the power generation of the FC stack 40. Then, the ECU 24 turns on a warning lamp (not shown) to notify the driver that the FC stack 40 is abnormal. Note that the ECU 24 supplies electric power from the battery 20 to the motor 14 and continues running of the FC vehicle 10.

以上のような暖機モード(モードD制御)によれば、FCユニット18とバッテリ20とを直結状態にした後に、酸素濃度Co(カソードストイキ比)を調整して、カソード流路74に供給されるエアの流量を増減させれば、FC電流Ifcを変化させることができる。また、システム負荷Psysに対してFCスタック40から負荷30に供給される電力量(FC電力Pfc)の大きさに対応して、バッテリ20が充放電を行うことにより(バッテリアシスト優先制御又はFC発電優先制御の適切な制御を実行することにより)、該バッテリ20での暖機も行うことができる。   According to the warm-up mode (mode D control) as described above, after the FC unit 18 and the battery 20 are directly connected, the oxygen concentration Co (cathode stoichiometric ratio) is adjusted and supplied to the cathode channel 74. The FC current Ifc can be changed by increasing or decreasing the air flow rate. Further, the battery 20 performs charge / discharge (battery assist priority control or FC power generation) corresponding to the amount of power (FC power Pfc) supplied from the FC stack 40 to the load 30 with respect to the system load Psys. By performing appropriate control of priority control), the battery 20 can be warmed up.

[通常モード]
次に、図22のフローチャートを参照して、図15のステップS28の通常制御モード(モードA制御〜モードC制御)について説明する。
[Normal mode]
Next, the normal control mode (mode A control to mode C control) in step S28 of FIG. 15 will be described with reference to the flowchart of FIG.

ステップS61において、ECU24は、バッテリ20の充放電係数αを算出し、算出した充放電係数αを図6のステップS16で算出したシステム負荷Psysに乗算することで目標FC電力Pfctgtを算出する(Pfctgt←Psys×α)。   In step S61, the ECU 24 calculates the charge / discharge coefficient α of the battery 20, and calculates the target FC power Pfctgt by multiplying the calculated charge / discharge coefficient α by the system load Psys calculated in step S16 of FIG. 6 (Pfctgt). ← Psys × α).

ここで、充放電係数αは、SOCセンサ108から入力される現在のSOC値と、ECU24に予め記憶された図示しないマップ(SOCと充放電係数との関係を示す特性)とに基づいて算出される。このマップは、例えば、実測値、シミュレーション値を用いることができる。なお、ここでは、以下の説明の理解の便宜のために、充放電係数αはα=1として説明する(Pfctgt=Psys)。   Here, the charge / discharge coefficient α is calculated based on the current SOC value input from the SOC sensor 108 and a map (not shown) (characteristic indicating the relationship between the SOC and the charge / discharge coefficient) stored in advance in the ECU 24. The For this map, for example, measured values and simulation values can be used. Here, for convenience of understanding the following description, the charge / discharge coefficient α is described as α = 1 (Pfctgt = Psys).

次いで、ステップS62において、ECU24は、ステップS61で算出した目標FC電力Pfctgtが閾値電力Pthp以上であるかどうかを判定する(Pfctgt≧Pthp)。   Next, in step S62, the ECU 24 determines whether or not the target FC power Pfctgt calculated in step S61 is greater than or equal to the threshold power Pthp (Pfctgt ≧ Pthp).

ここで、閾値電力Pthpは、「触媒が劣化しないと判断されるセル電圧(0.8V、切替電圧、所定電圧)」と、「FCスタック40を構成するセル数Nfc」と、「FCスタック40の通常のI−V特性200(図13参照)においてセル電圧を0.8Vとした場合における電流値Icellp」とを乗算することで与えられる次の(1)式に示す固定値である。なお、図13において、目標FC電力Pfctgtの軸は線形ではない点に留意する。
Pthp=0.8[V]×Nfc×Icellp (1)
Here, the threshold power Pthp includes “a cell voltage at which the catalyst is determined not to deteriorate (0.8 V, switching voltage, predetermined voltage)”, “the number Nfc of cells constituting the FC stack 40”, and “the FC stack 40. In the normal I-V characteristic 200 (see FIG. 13), the fixed value shown in the following equation (1) is obtained by multiplying the current value Icellp when the cell voltage is 0.8V. Note that in FIG. 13, the axis of the target FC power Pfctgt is not linear.
Pthp = 0.8 [V] × Nfc × Icellp (1)

目標FC電力Pfctgtが閾値電力Pthp以上である場合には(S62:YES)、ステップS63において、目標FC電力Pfctgtを得るべく、電圧可変・電流可変制御(モードA制御)を実行する。   If the target FC power Pfctgt is greater than or equal to the threshold power Pthp (S62: YES), variable voltage / current variable control (mode A control) is executed in step S63 to obtain the target FC power Pfctgt.

一方、ステップS62の判定において、目標FC電力Pfctgtが閾値電力Pthp未満である場合には(ステップS62:NO)、ステップS64において、ステップS61で算出した目標FC電力Pfctgtが閾値電力Pthq未満(Pfctgt<Pthq)であるか否かを判定する。ここで、閾値電力Pthqを、例えば、セル電圧VcellがVcell=0.9[V]に対応して決定されるので、閾値電力Pthqは、閾値電力Pthpより低い値に設定される(Pthq<Pthp。図13参照)。   On the other hand, if it is determined in step S62 that the target FC power Pfctgt is less than the threshold power Pthp (step S62: NO), in step S64, the target FC power Pfctgt calculated in step S61 is less than the threshold power Pthq (Pfctgt < Pthq) is determined. Here, the threshold power Pthq is determined in accordance with, for example, the cell voltage Vcell corresponding to Vcell = 0.9 [V], so that the threshold power Pthq is set to a value lower than the threshold power Pthp (Pthq <Pthp). (See FIG. 13).

ステップS64の判定が否定的となる場合、すなわち、目標FC電力Pfctgtが閾値電力Pthp未満であって、且つ閾値電力Pthq以上である場合には(S64:NO、Pthq≦Pfctgt<Pthp)、ステップS65において、電圧固定・電流可変制御(モードB制御)を実行する。   If the determination in step S64 is negative, that is, if the target FC power Pfctgt is less than the threshold power Pthp and greater than or equal to the threshold power Pthq (S64: NO, Pthq ≦ Pfctgt <Pthp), step S65. , Voltage fixed / current variable control (mode B control) is executed.

モードB制御において、ECU24は、DC/DCコンバータ22の昇圧率を調整することにより、酸化還元進行領域R3よりも低い電圧以下で設定された基準電圧{本実施形態では、電圧v2(=0.8V)}に目標FC電圧Vfctgtを固定し、さらに、目標FC電力Pfctgtに対応する目標FC電流Ifctgtを算出する。また、目標FC電圧Vfctgtが基準電圧であることを前提として、目標FC電流Ifctgtに対応する目標酸素濃度Cotgtを算出する(図11及び図17参照)。   In the mode B control, the ECU 24 adjusts the step-up rate of the DC / DC converter 22 to thereby set a reference voltage set to a voltage lower than the oxidation-reduction progress region R3 {voltage v2 (= 0.0 in this embodiment). 8V)} is fixed to the target FC voltage Vfctgt, and the target FC current Ifctgt corresponding to the target FC power Pfctgt is calculated. Further, on the assumption that the target FC voltage Vfctgt is the reference voltage, the target oxygen concentration Cotgt corresponding to the target FC current Ifctgt is calculated (see FIGS. 11 and 17).

ここで、ECU24は、目標酸素濃度Cotgtに応じて各部への指令値を算出及び送信する。ここで算出される指令値には、エアポンプ回転数Nap、ウォータポンプ回転数Nwp及び背圧弁開度θbpが含まれる。すなわち、ECU24は、目標酸素濃度Cotgtに応じて目標エアポンプ回転数Naptgt、目標ウォータポンプ回転数Nwptgt及び目標背圧弁開度θbptgtを設定することにより、モードB制御を実行する。   Here, the ECU 24 calculates and transmits a command value to each unit according to the target oxygen concentration Cotgt. The command value calculated here includes the air pump speed Nap, the water pump speed Nwp, and the back pressure valve opening degree θbp. That is, the ECU 24 executes the mode B control by setting the target air pump rotation speed Naptgt, the target water pump rotation speed Nwptgt, and the target back pressure valve opening degree θbptgt according to the target oxygen concentration Cotgt.

次いで、ステップS66において、ECU24は、FCスタック40による発電が安定しているか否かを判定する。当該判定として、ECU24は、セル電圧モニタ42から入力される最低セル電圧が、平均セル電圧から所定電圧を減算した電圧よりも低い場合{最低セル電圧<(平均セル電圧−所定電圧)}、FCスタック40の発電が不安定であると判定する。なお、前記所定電圧は、例えば、実験値、シミュレーション値等を用いることができる。   Next, in step S66, the ECU 24 determines whether power generation by the FC stack 40 is stable. As the determination, if the lowest cell voltage input from the cell voltage monitor 42 is lower than the voltage obtained by subtracting the predetermined voltage from the average cell voltage {lowest cell voltage <(average cell voltage−predetermined voltage)}, FC It is determined that the power generation of the stack 40 is unstable. As the predetermined voltage, for example, an experimental value, a simulation value, or the like can be used.

発電が安定している場合(S66:YES)、今回の処理を終える。発電が安定していない場合(S66:NO)、ステップS67において、ECU24は、目標酸素濃度Cotgtを1段増加させる(通常の濃度に近づける)。具体的には、エアポンプ60の回転数Napの増加及び背圧弁64の開度θbpの減少の少なくとも一方を1段階行う。   If the power generation is stable (S66: YES), the current process ends. If the power generation is not stable (S66: NO), in step S67, the ECU 24 increases the target oxygen concentration Cotgt by one step (approaches the normal concentration). Specifically, at least one of increasing the rotation speed Nap of the air pump 60 and decreasing the opening θbp of the back pressure valve 64 is performed in one step.

ステップS68において、ECU24は、目標酸素濃度Cotgtが通常酸素濃度Conml未満であるか否かを判定する。目標酸素濃度Cotgtが通常酸素濃度Conml未満である場合(S68:YES)、ステップS66に戻る。目標酸素濃度Cotgtが通常酸素濃度Conml未満でない場合(S68:NO)、ステップS69において、ECU24は、FCユニット18を停止する。すなわち、ECU24は、FCスタック40への水素及び空気の供給を停止し、FCスタック40の発電を停止する。そして、ECU24は、図示しない警告ランプを点灯させ、運転者にFCスタック40が異常であることを通知する。なお、ECU24は、バッテリ20からモータ14に電力を供給し、FC車両10の走行は継続させる。   In step S68, the ECU 24 determines whether the target oxygen concentration Cotgt is less than the normal oxygen concentration Conml. When the target oxygen concentration Cotgt is less than the normal oxygen concentration Conml (S68: YES), the process returns to step S66. When the target oxygen concentration Cotgt is not less than the normal oxygen concentration Conml (S68: NO), the ECU 24 stops the FC unit 18 in step S69. That is, the ECU 24 stops the supply of hydrogen and air to the FC stack 40 and stops the power generation of the FC stack 40. Then, the ECU 24 turns on a warning lamp (not shown) to notify the driver that the FC stack 40 is abnormal. Note that the ECU 24 supplies electric power from the battery 20 to the motor 14 and continues running of the FC vehicle 10.

上述したステップS64の判定において、目標FC電力Pfctgtが閾値電力Pthq未満である場合(S64:YES)、ステップS70でモードC制御を行う。モードC制御では、図13に示すように、セル電圧Vcellを一定(Vcell=v3)に保った状態で目標酸素濃度Cotgtを下げていくことで酸素濃度Coを下げ、セル電流Icell(FC電流Ifc)及びFC電力Pfcを制御する。よって、モードC制御においても、上述したステップS65のモードB制御と同様な制御処理、及び、ステップS66〜S69の発電安定性に係る処理を実行する。   If the target FC power Pfctgt is less than the threshold power Pthq in the determination in step S64 described above (S64: YES), mode C control is performed in step S70. In the mode C control, as shown in FIG. 13, the oxygen concentration Co is lowered by lowering the target oxygen concentration Cotgt while the cell voltage Vcell is kept constant (Vcell = v3), and the cell current Icell (FC current Ifc). ) And FC power Pfc. Therefore, also in the mode C control, the control process similar to the above-described mode B control in step S65 and the process related to power generation stability in steps S66 to S69 are executed.

なお、以上説明した通常制御モードでは、基本的にシステム負荷Psysの全てをFC電力Pfcによりまかなうが、FC電力Pfcが不足している場合には、不足分をバッテリ電力Pbatでまかなえばよい。   In the normal control mode described above, the entire system load Psys is basically covered by the FC power Pfc. However, when the FC power Pfc is insufficient, the shortage may be covered by the battery power Pbat.

[FC発電制御]
上記のように、FC発電制御(図5のS4)として、ECU24は、FCスタック40の周辺機器、すなわち、エアポンプ60、背圧弁64、循環弁66及びウォータポンプ80を制御する。具体的には、ECU24は、エネルギマネジメント(図5のS3)で算出したこれらの機器の指令値(例えば、図16のS44)を用いてこれらの機器を制御する。
[FC power generation control]
As described above, as the FC power generation control (S4 in FIG. 5), the ECU 24 controls peripheral devices of the FC stack 40, that is, the air pump 60, the back pressure valve 64, the circulation valve 66, and the water pump 80. Specifically, the ECU 24 controls these devices using a command value (for example, S44 in FIG. 16) of these devices calculated by energy management (S3 in FIG. 5).

[モータ14のトルク制御]
図23には、モータ14(図1及び図2参照)のトルク制御のフローチャートが示されている。このフローチャートは、例えば、前述の暖機モード(モードD制御)が完了した後に行われる通常モード(図15のステップS28及び図22)において実行される。
[Torque control of motor 14]
FIG. 23 shows a flowchart of torque control of the motor 14 (see FIGS. 1 and 2). This flowchart is executed, for example, in a normal mode (step S28 in FIG. 15 and FIG. 22) performed after the above-described warm-up mode (mode D control) is completed.

ステップS81において、ECU24は、モータ回転数センサ152からモータ回転数Nmを読み込む。ステップS82において、ECU24は、開度センサ150からアクセルペダル156の開度θpを読み込む。   In step S81, the ECU 24 reads the motor rotational speed Nm from the motor rotational speed sensor 152. In step S <b> 82, the ECU 24 reads the opening degree θp of the accelerator pedal 156 from the opening degree sensor 150.

ステップS83において、ECU24は、モータ回転数Nmと開度θpに基づいてモータ14の仮目標トルクTtgt_p[N・m]を算出する。具体的には、図示しない記憶手段に回転数Nmと開度θpと仮目標トルクTtgt_pを関連付けたマップを記憶しておき、当該マップと、回転数Nm及び開度θpとに基づいて仮目標トルクTtgt_pを算出する。   In step S83, the ECU 24 calculates a temporary target torque Ttgt_p [N · m] of the motor 14 based on the motor rotation speed Nm and the opening degree θp. Specifically, a map that associates the rotational speed Nm, the opening degree θp, and the temporary target torque Ttgt_p is stored in a storage unit (not shown), and the temporary target torque is based on the map, the rotational speed Nm, and the opening degree θp. Ttgt_p is calculated.

ステップS84において、ECU24は、FCシステム12からモータ14に供給可能な電力の限界値(限界供給電力Ps_lim)[W]に等しいモータ14の限界出力(モータ限界出力Pm_lim)[W]を算出する。具体的には、限界供給電力Ps_lim及びモータ限界出力Pm_limは、FCスタック40からのFC電力Pfcとバッテリ20から供給可能な電力の限界値(限界出力Pbat_lim)[W]との和から補機の消費電力Paを引いたものである(Pm_lim=Ps_lim←Pfc+Pbat_lim−Pa)。   In step S84, the ECU 24 calculates a limit output (motor limit output Pm_lim) [W] of the motor 14 equal to a limit value (limit supply power Ps_lim) [W] of power that can be supplied from the FC system 12 to the motor 14. Specifically, the limit supply power Ps_lim and the motor limit output Pm_lim are calculated from the sum of the FC power Pfc from the FC stack 40 and the limit value of the power that can be supplied from the battery 20 (limit output Pbat_lim) [W]. The power consumption Pa is subtracted (Pm_lim = Ps_lim ← Pfc + Pbat_lim−Pa).

ステップS85において、ECU24は、モータ14のトルク制限値Tlim[N・m]を算出する。具体的には、モータ限界出力Pm_limを車速Vで除したものをトルク制限値Tlimとする(Tlim←Pm_lim/V)。   In step S85, the ECU 24 calculates a torque limit value Tlim [N · m] of the motor 14. More specifically, the torque limit value Tlim is obtained by dividing the motor limit output Pm_lim by the vehicle speed V (Tlim ← Pm_lim / V).

一方、ステップS84において、ECU24は、モータ14が回生中であると判定した場合には、限界供給回生電力Ps_reglimを算出する。限界供給回生電力Ps_reglimは、バッテリ20に充電可能な電力の限界値(限界充電Pbat_chglim)とFCスタック40からのFC電力Pfcとの和から補機の消費電力Paを引いたものである(Ps_reglim=Pbat_chglim+Pfc−Pa)。回生中である場合、ステップS85において、ECU24は、モータ14の回生トルク制限値Treglim[N・m]を算出する。具体的には、限界供給回生電力Ps_reglimを車速Vsで除したものをトルク制限値Tlimとする(Tlim←Ps_reglim/Vs)。   On the other hand, if it is determined in step S84 that the motor 14 is regenerating, the ECU 24 calculates the limit supply regenerative power Ps_reglim. The limit supply regenerative power Ps_reglim is obtained by subtracting the power consumption Pa of the auxiliary machine from the sum of the limit value of power that can be charged to the battery 20 (limit charge Pbat_chglim) and the FC power Pfc from the FC stack 40 (Ps_reglim = Pbat_chglim + Pfc−Pa). If regeneration is in progress, the ECU 24 calculates the regenerative torque limit value Treglim [N · m] of the motor 14 in step S85. Specifically, a value obtained by dividing the limit supply regenerative power Ps_reglim by the vehicle speed Vs is set as a torque limit value Tlim (Tlim ← Ps_reglim / Vs).

ステップS86において、ECU24は、目標トルクTtgt[N・m]を算出する。具体的には、ECU24は、仮目標トルクTtgt_pに対してトルク制限値Tlimによる制限を加えたものを目標トルクTtgtとする。例えば、仮目標トルクTtgt_pがトルク制限値Tlim以下である場合(Ttgt_p≦Tlim)、仮目標トルクTtgt_pをそのまま目標トルクTtgtとする(Ttgt←Ttgt_p)。一方、仮目標トルクTtgt_pがトルク制限値Tlimを超える場合(Ttgt_p>Tlim)、トルク制限値Tlimを目標トルクTtgtとする(Ttgt←Tlim)。   In step S86, the ECU 24 calculates a target torque Ttgt [N · m]. Specifically, the ECU 24 sets the provisional target torque Ttgt_p, which is limited by the torque limit value Tlim, as the target torque Ttgt. For example, when the temporary target torque Ttgt_p is equal to or less than the torque limit value Tlim (Ttgt_p ≦ Tlim), the temporary target torque Ttgt_p is set as the target torque Ttgt as it is (Ttgt ← Ttgt_p). On the other hand, when the temporary target torque Ttgt_p exceeds the torque limit value Tlim (Ttgt_p> Tlim), the torque limit value Tlim is set as the target torque Ttgt (Ttgt ← Tlim).

そして、算出した目標トルクTtgtを用いてモータ14を制御する。   Then, the motor 14 is controlled using the calculated target torque Ttgt.

[暖機モード(モードD制御)の一例]
次に、上述した暖機モード(モードD制御)を説明するためのタイムチャートを図24及び図25に示す。図24は、暖機モードの開始時の制御を図示したものであり、図25は、暖機モードの開始から終了までの流れを図示したものである。なお、図24中、「実施例」は、この実施形態のモードD制御を実行した場合を図示したものであり、「比較例」は、モードD制御が実行されない場合を図示したものである。
[Example of warm-up mode (mode D control)]
Next, FIGS. 24 and 25 show time charts for explaining the above-described warm-up mode (mode D control). FIG. 24 illustrates the control at the start of the warm-up mode, and FIG. 25 illustrates the flow from the start to the end of the warm-up mode. In FIG. 24, “Example” illustrates the case where the mode D control of this embodiment is executed, and “Comparative example” illustrates the case where the mode D control is not executed.

図24において、負荷30は、時間経過に関わり無く、一定量のシステム負荷Psysを要求している。   In FIG. 24, the load 30 requests a certain amount of system load Psys regardless of the passage of time.

暖機前の時間帯でもある時点t0から時点t1までは、モードA制御が実行される。   Mode A control is executed from time t0 to time t1, which is also the time zone before warm-up.

時点t1から、DC/DCコンバータ22によって、FC電圧Vfcが低下し始め、時点t3でVfc≒Vbatとなり、FCスタック40とバッテリ20とが直結状態に至る。この結果、時点t3以降、実施例では、モードD制御が実行されることにより、低効率な発電が行われる。   From time t1, the DC / DC converter 22 starts to decrease the FC voltage Vfc. At time t3, Vfc≈Vbat, and the FC stack 40 and the battery 20 are directly connected. As a result, after the time point t3, in the embodiment, the mode D control is executed, whereby low-efficiency power generation is performed.

実施例において、FC電流Ifcは、FC電圧Vfcの低下に伴って、時点t1から上昇し始め、モードD制御の実行が開始される時点t3から時点t4の時間帯で所定値を維持する。その後、FC電圧Vfc及びバッテリ電圧Vbatを所定値に維持した状態で、目標酸素濃度Cotgtを下げて酸素濃度Coを下げると、FC電流Ifcは、時点t4で急激に低下し、時点t4以降の時間帯で低下した電流値を維持する。一方、FC電力Pfcは、FC電圧Vfc及びFC電流Ifcの時間変化に伴って、時点t1から時点t3にかけて徐々に増大し、時点t4で急激に低下して、時点t4以降の時間帯において低下した電力値を維持する。   In the embodiment, the FC current Ifc starts to increase from the time point t1 as the FC voltage Vfc decreases, and maintains a predetermined value in the time period from the time point t3 to the time point t4 when the execution of the mode D control is started. After that, when the target oxygen concentration Cotgt is lowered and the oxygen concentration Co is lowered in a state where the FC voltage Vfc and the battery voltage Vbat are maintained at predetermined values, the FC current Ifc rapidly decreases at the time t4, and after the time t4 Maintain the current value that has dropped in the band. On the other hand, the FC power Pfc gradually increases from the time point t1 to the time point t3 with time changes of the FC voltage Vfc and the FC current Ifc, rapidly decreases at the time point t4, and decreases in the time zone after the time point t4. Maintain power value.

これに対して、比較例では、上述したモードD制御が行われないため、時点t4以降のFC電流Ifcの低下は発生しない。   On the other hand, in the comparative example, since the mode D control described above is not performed, the FC current Ifc does not decrease after time t4.

また、実施例において、バッテリ電流Ibatは、時点t1から減少し始め、時点t3から時点t4の時間帯で所定値を維持した後、時点t4で急増し、時点t4以降の時間帯で急増した電流値を維持する。すなわち、時点t4以降の時間帯において、負荷30に対するFCスタック40からの電力供給の不足をアシストするために、バッテリ20は、不足分の電力(バッテリ電力Pbat)を負荷30に供給する(バッテリアシスト優先制御)。この場合、バッテリ電圧Vbat及びバッテリ電流Ibatの時間変化に伴って、バッテリ電力Pbatは、時点t1から時点t3にかけて徐々に低下し、時点t4で急激に増大して、時点t4以降の時間帯において増大した電力値を維持する。これに対して、比較例では、時点t4以降、バッテリ電流Ibatの増大はなく、従って、バッテリ20による不足分の電力のアシストは実行されない。   In the embodiment, the battery current Ibat starts to decrease from the time point t1, maintains a predetermined value in the time zone from the time point t3 to the time point t4, rapidly increases at the time point t4, and rapidly increases in the time zone after the time point t4. Keep the value. That is, in order to assist the shortage of power supply from the FC stack 40 to the load 30 in the time zone after time t4, the battery 20 supplies the shortage of power (battery power Pbat) to the load 30 (battery assist). Priority control). In this case, as the battery voltage Vbat and the battery current Ibat change with time, the battery power Pbat gradually decreases from the time point t1 to the time point t3, rapidly increases at the time point t4, and increases in the time period after the time point t4. Maintained power value. On the other hand, in the comparative example, the battery current Ibat does not increase after the time point t4, and therefore the battery 20 does not assist the power shortage.

この結果、FCスタック40の温度Tfc(水温Tw)は、時点t1から時間経過に伴って上昇する。実施例では、前述した低効率な発電が実行されるため、比較例と比べて、温度Tfcは目標温度に早く到達する。   As a result, the temperature Tfc (water temperature Tw) of the FC stack 40 increases with time from the time point t1. In the embodiment, since the low-efficiency power generation described above is executed, the temperature Tfc reaches the target temperature earlier than in the comparative example.

また、バッテリ20の温度(バッテリ温度Tbat)は、実施例の場合、時点t4から時間経過に伴って上昇する。これは、モードD制御の実行によってシステム負荷Psysに対するFC電力Pfcが不足し、その不足分をバッテリ20からの出力(放電)によってまかなうため、該放電に起因してバッテリ20の暖機が行われるためである。従って、不足分の電力のアシストを行わない比較例と比べて、実施例の場合には、バッテリ温度Tbatを目標温度に速やかに到達することができる。   Further, in the case of the embodiment, the temperature of the battery 20 (battery temperature Tbat) increases with time from the time point t4. This is because the FC power Pfc for the system load Psys is insufficient due to the execution of the mode D control, and the shortage is covered by the output (discharge) from the battery 20, so the battery 20 is warmed up due to the discharge. Because. Therefore, in the case of the embodiment, the battery temperature Tbat can be quickly reached the target temperature as compared with the comparative example in which insufficient power is not assisted.

なお、バッテリ20のSOCは、前述した不足分の電力のアシストを行うため、時点t4以降、所定値(FC発電優先閾値)に向かって下降している。   Note that the SOC of the battery 20 decreases toward a predetermined value (FC power generation priority threshold) after the time t4 in order to assist the above-described shortage of power.

また、図24では、バッテリアシスト優先制御について説明したが、FC発電優先制御を行った場合でも、システム負荷Psysに対するFC電力Pfcの余剰分の電力をバッテリ20に充電することに起因して、バッテリ20の暖機を行うことができるため、比較例と比べて、バッテリ温度Tbatを速やかに目標温度に到達させることができる。   In FIG. 24, the battery assist priority control is described. However, even when the FC power generation priority control is performed, the battery 20 is charged with the surplus power of the FC power Pfc with respect to the system load Psys. Since 20 warm-ups can be performed, the battery temperature Tbat can be quickly reached the target temperature as compared with the comparative example.

次に、図25のタイムチャートについて説明する。   Next, the time chart of FIG. 25 will be described.

図25においては、時点t21からモードB制御又はモードC制御(電圧固定・電流可変制御)を開始し、時点t22から時点t23にかけて、この電圧固定・電流可変制御を実行しつつ、FC電圧Vfcをバッテリ電圧Vbatまで低下させ、Vfc≒Vbatとなった(直結状態となった)時点t23でDC/DCコンバータ22による電圧変換動作を停止させて、暖機モード(モードD制御)に移行させる。暖機モードの実行によって、時点t26でFCスタック40の暖機が先に完了し、時点t27でバッテリ20の暖機が完了した後に、直結状態を解除して、DC/DCコンバータ22による電圧変換動作を再開させる。すなわち、時点t23から時点t27までの時間帯が暖機モードであり、低効率な発電が実行される。また、時点t27において、暖機モードが解除され、通常制御モードに復帰する。   In FIG. 25, the mode B control or the mode C control (voltage fixed / current variable control) is started from time t21, and the FC voltage Vfc is set while executing this voltage fixed / current variable control from time t22 to time t23. The voltage is reduced to the battery voltage Vbat, and the voltage conversion operation by the DC / DC converter 22 is stopped at time t23 when Vfc≈Vbat (becomes a direct connection state), and the mode is shifted to the warm-up mode (mode D control). By executing the warm-up mode, the warm-up of the FC stack 40 is completed first at time t26, and after the warm-up of the battery 20 is completed at time t27, the direct connection state is canceled and voltage conversion by the DC / DC converter 22 is performed. Resume operation. That is, the time zone from time t23 to time t27 is the warm-up mode, and low-efficiency power generation is executed. At time t27, the warm-up mode is canceled and the normal control mode is restored.

この場合、FC電流Ifcは、時点t23から時点t27までのFCスタック40の暖機中、バッテリアシスト優先制御又はFC発電優先制御の実行に応じて増減し、時点t27以降は、直結状態の解除に伴って増大する。なお、バッテリアシスト優先制御では、FC電流Ifcは相対的に小さくなり、FC発電優先制御では、システム負荷PsysをFC電力Pfcでまかなうために、FC電流Ifcは相対的に大きくなる。   In this case, the FC current Ifc increases / decreases in accordance with the execution of the battery assist priority control or the FC power generation priority control while the FC stack 40 is warmed up from the time t23 to the time t27, and the direct connection state is released after the time t27. It increases with it. In the battery assist priority control, the FC current Ifc is relatively small, and in the FC power generation priority control, the system load Psys is covered by the FC power Pfc, so that the FC current Ifc is relatively large.

また、バッテリ電流Ibatは、バッテリアシスト優先制御又はFC発電優先制御の実行に応じて増減する。すなわち、バッテリアシスト優先制御では、システム負荷Psysに対するFC電力Ifcの不足分をアシストするためにバッテリ電流Ibatが相対的に大きくなり、FC発電優先制御では、システム負荷PsysをFC電力Pfcでまかなうので、バッテリ電流Ibatは相対的に小さくなる。   Further, the battery current Ibat increases or decreases in accordance with execution of battery assist priority control or FC power generation priority control. That is, in the battery assist priority control, the battery current Ibat becomes relatively large to assist the shortage of the FC power Ifc with respect to the system load Psys, and in the FC power generation priority control, the system load Psys is covered by the FC power Pfc. Battery current Ibat is relatively small.

つまり、暖機モードにおいては、通常制御モードと比較して、システム負荷Psysに対するバッテリ20の負担分が相対的に増える場合がある。そのため、システム負荷Psysが高いときには、バッテリ電力PbatとFC電力Pfcとでまかなう場合でも、バッテリ20は、放電状態となり、バッテリ電流Ibatが増大する。   That is, in the warm-up mode, the burden of the battery 20 on the system load Psys may be relatively increased compared to the normal control mode. Therefore, when the system load Psys is high, even when the battery power Pbat and the FC power Pfc are sufficient, the battery 20 is discharged and the battery current Ibat increases.

この場合、SOCが高いときには、バッテリ20によるFCスタック40のアシストを優先させて、主としてバッテリ電力Pbatによりシステム負荷Psysをまかなう(バッテリアシスト優先制御)。一方、SOCが低いときには、バッテリ20によるFCスタック40のアシストを抑制して、主としてFC電力Pfcによりシステム負荷Psysをまかなう(FC発電優先制御)。   In this case, when the SOC is high, priority is given to assisting the FC stack 40 by the battery 20 to cover the system load Psys mainly by the battery power Pbat (battery assist priority control). On the other hand, when the SOC is low, the assist of the FC stack 40 by the battery 20 is suppressed, and the system load Psys is mainly covered by the FC power Pfc (FC power generation priority control).

なお、図25において、時点t22から時点t24まで、及び、時点t25から時点t27まではバッテリアシスト優先制御とし、時点t24から時点t25まではFC発電優先制御としている。   In FIG. 25, battery assist priority control is performed from time t22 to time t24 and from time t25 to time t27, and FC power generation priority control is performed from time t24 to time t25.

この場合、バッテリアシスト優先制御とするか、あるいは、FC発電優先制御とするかは、SOCに対して所定の閾値(バッテリアシスト優先閾値、FC発電優先閾値)に到達したか否かにより決定する。すなわち、SOCがFC発電優先閾値以下である場合には、FC発電優先制御に移行する。また、FC発電優先制御中、SOCがバッテリアシスト優先閾値以上である場合には、バッテリアシスト優先制御に移行する。   In this case, whether to use battery assist priority control or FC power generation priority control is determined by whether or not a predetermined threshold (battery assist priority threshold, FC power generation priority threshold) has been reached for the SOC. That is, when the SOC is equal to or less than the FC power generation priority threshold, the process shifts to FC power generation priority control. In addition, during the FC power generation priority control, when the SOC is equal to or higher than the battery assist priority threshold, the process shifts to battery assist priority control.

一方、エアポンプ60の回転数Napは、目標酸素濃度Cotgtに応じて増減される。この場合、バッテリアシスト優先制御であれば、回転数Napを低く抑えて、カソード流路74に供給されるエアの流量を低下させることにより、FC電流Ifcを低下させ、一方で、FC発電優先制御であれば、回転数Napを上げて、カソード流路74に供給されるエアの流量を増大させることにより、FC電流Ifcを増加させればよい。なお、直結状態が解除された時点t27以降は、通常制御モードに従って所望の回転数Napに設定される。   On the other hand, the rotation speed Nap of the air pump 60 is increased or decreased according to the target oxygen concentration Cotgt. In this case, in the case of the battery assist priority control, the FC current Ifc is reduced by suppressing the rotation speed Nap and decreasing the flow rate of the air supplied to the cathode flow path 74, while the FC power generation priority control. If so, the FC current Ifc may be increased by increasing the rotational speed Nap and increasing the flow rate of the air supplied to the cathode channel 74. In addition, after the time t27 when the direct connection state is released, the desired rotation speed Nap is set according to the normal control mode.

[この実施形態の効果]
以上説明したように、この実施形態によれば、DC/DCコンバータ22によるFC電圧Vfcの制御を停止させて、FCスタック40とバッテリ20とを直結状態にした後に、SOCの大きさに基づいてエアポンプ60からFCスタック40への空気の供給量を変化させながら、FCスタック40及びバッテリ20の暖機を行わせるようにしている。
[Effects of this embodiment]
As described above, according to this embodiment, the control of the FC voltage Vfc by the DC / DC converter 22 is stopped, and the FC stack 40 and the battery 20 are directly connected, and then based on the SOC size. While changing the amount of air supplied from the air pump 60 to the FC stack 40, the FC stack 40 and the battery 20 are warmed up.

具体的に、この実施形態では、FC車両10の起動時に、FC電圧VfcをFC車両10の通常運転時での電圧よりも低電圧(暖機時の電圧)に調整すべく、DC/DCコンバータ22によりFC電圧Vfcを低下させた後に、FCスタック40とバッテリ20とをVfc≒Vbatの直結状態に設定(固定)する。   Specifically, in this embodiment, when the FC vehicle 10 is started, a DC / DC converter is used to adjust the FC voltage Vfc to a voltage lower than the voltage during normal operation of the FC vehicle 10 (voltage during warm-up). After the FC voltage Vfc is lowered by 22, the FC stack 40 and the battery 20 are set (fixed) in a directly connected state of Vfc≈Vbat.

そして、暖機モードにおいて、SOCがバッテリアシスト優先閾値以上である場合には、バッテリ20からの出力を優先させるように空気の供給量を変化させることにより、バッテリ20によるFCスタック40のアシストを増大させるバッテリアシスト優先制御を行い、一方で、SOCがFC発電優先閾値以下である場合には、FCスタック40からの出力を優先させるように空気の供給量を変化させることにより、バッテリ20によるFCスタック40のアシストを抑制するFC発電優先制御を行う。   In the warm-up mode, when the SOC is equal to or higher than the battery assist priority threshold, the assist of the FC stack 40 by the battery 20 is increased by changing the air supply amount so that the output from the battery 20 is prioritized. On the other hand, when the SOC is equal to or lower than the FC power generation priority threshold, the FC stack by the battery 20 is changed by changing the air supply amount so that the output from the FC stack 40 is prioritized. FC power generation priority control that suppresses 40 assists is performed.

従って、FCスタック40は、DC/DCコンバータ22によってFC電圧Vfcが暖機モードでの電圧(バッテリ電圧Vbat)に調整された状態で低効率な発電を行うことになるため、暖機を迅速に行って、速やかに昇温することができる。すなわち、低効率な発電を行えば、FCスタック40の電力損失が増大し、該電力損失が熱に変換されるためである。   Accordingly, since the FC stack 40 performs low-efficiency power generation with the FC voltage Vfc adjusted to the voltage (battery voltage Vbat) in the warm-up mode by the DC / DC converter 22, the warm-up can be performed quickly. The temperature can be raised quickly. That is, if low-efficiency power generation is performed, the power loss of the FC stack 40 increases and the power loss is converted into heat.

また、モータ14に対してFCスタック40とバッテリ20とが並列に接続され、さらには、暖機中にFCスタック40からモータ14に供給される電力は、空気の供給量の低下に起因して低下するため、直結状態では、システム負荷Psysに対するFCスタック40の負担分が相対的に減少すると共に、FCスタック40をアシストするバッテリ20の負担分が相対的に増加する。   Further, the FC stack 40 and the battery 20 are connected in parallel to the motor 14, and furthermore, the electric power supplied from the FC stack 40 to the motor 14 during warm-up is due to a decrease in the supply amount of air. Therefore, in the direct connection state, the share of the FC stack 40 relative to the system load Psys is relatively reduced, and the share of the battery 20 that assists the FC stack 40 is relatively increased.

そこで、システム負荷Psysが比較的大きい場合、バッテリ20から供給されるバッテリ電力Pbatを増加させることにより(バッテリ20の放電量を大きくすることにより)、バッテリ20では、放電に起因した暖機を行うことができる。一方、システム負荷Psysが比較的小さく、FCスタック40から供給されるFC電力Pfcでまかなえる場合、バッテリ20は、FCスタック40から供給されるFC電力Pfcの一部を充電し、該充電に起因した暖機を行うことができる。   Therefore, when the system load Psys is relatively large, by increasing the battery power Pbat supplied from the battery 20 (by increasing the discharge amount of the battery 20), the battery 20 warms up due to the discharge. be able to. On the other hand, when the system load Psys is relatively small and can be covered by the FC power Pfc supplied from the FC stack 40, the battery 20 charges a part of the FC power Pfc supplied from the FC stack 40, resulting from the charging. Warm-up can be performed.

従って、DC/DCコンバータ22によってFCスタック40とバッテリ20とを直結状態としたことによるFCスタック40での低効率な発電により、FCスタック40で暖機が迅速に行われ、一方で、FCスタック40に対する空気の供給量を変化させることにより、バッテリ20では、充放電によって暖機を迅速に行うことができる。これにより、FCスタック40とバッテリ20との双方に対する暖機を効果的に行うことができる。   Accordingly, the low-efficiency power generation in the FC stack 40 due to the direct connection between the FC stack 40 and the battery 20 by the DC / DC converter 22 causes the FC stack 40 to warm up quickly, while the FC stack 40 By changing the amount of air supplied to 40, the battery 20 can be quickly warmed up by charging and discharging. Thereby, warming-up with respect to both the FC stack 40 and the battery 20 can be performed effectively.

そして、FCスタック40及びバッテリ20の暖機が完了すると、FCスタック40とバッテリ20との直結状態(DC/DCコンバータ22によるFC電圧Vfcの暖機時の電圧への調整)が解除され、DC/DCコンバータ22による通常運転時でのFC電圧Vfcの調整が開始されることで、暖機モードが解除される。   When the warm-up of the FC stack 40 and the battery 20 is completed, the direct connection state between the FC stack 40 and the battery 20 (adjustment of the FC voltage Vfc to the warm-up voltage by the DC / DC converter 22) is released, and the DC The warm-up mode is canceled by starting the adjustment of the FC voltage Vfc during normal operation by the DC converter 22.

このように、この実施形態によれば、FCスタック40及びバッテリ20の双方に対して暖機を行わせることが可能になり、さらに、暖機完了後には、バッテリ20のSOCが所定の範囲内に収まっているため、FC車両10の本来の性能を迅速且つ十分に(100%)発揮させることができる。   As described above, according to this embodiment, it becomes possible to warm up both the FC stack 40 and the battery 20, and after the warm-up is completed, the SOC of the battery 20 is within a predetermined range. Therefore, the original performance of the FC vehicle 10 can be exhibited quickly and sufficiently (100%).

また、DC/DCコンバータ22が暖機時に直結状態になることで、DC/DCコンバータ22で発生する損失を低減することができる。   Moreover, the loss which generate | occur | produces in the DC / DC converter 22 can be reduced because the DC / DC converter 22 will be in a direct connection state at the time of warming-up.

さらに、暖機モードにおいて、SOCがFC発電優先閾値に低下した場合、エアの供給量を増加させることにより、FC電流Ifcを増加させると共に、バッテリ電流Ibatを低下させ、FC発電優先閾値より高く設定されたバッテリアシスト優先閾値よりもSOCが高くなった場合、エアの供給量を減少させることにより、FC電流Ifcを低下させると共に、バッテリ電流Ibatを増加させればよい。   Further, in the warm-up mode, when the SOC decreases to the FC power generation priority threshold, the FC current Ifc is increased by increasing the air supply amount, and the battery current Ibat is decreased to be set higher than the FC power generation priority threshold. When the SOC becomes higher than the battery assist priority threshold, the FC current Ifc may be decreased and the battery current Ibat may be increased by decreasing the air supply amount.

従って、ECU24は、SOCがFC発電優先閾値に低下した場合には、FCスタック40から供給される電力を増大させて、バッテリ20によるFCスタック40のアシストを抑制するように制御し(FC発電優先制御)、一方で、SOCがバッテリアシスト優先閾値よりも高くなった場合には、FCスタック40から供給される電力を減少させて、バッテリ20によるFCスタック40のアシストを増大させるように制御することになる(バッテリアシスト優先制御)。この結果、FCスタック40及びバッテリ20の昇温性能を向上させることができるので、FC車両10の起動性能を向上させることができる。   Accordingly, when the SOC decreases to the FC power generation priority threshold, the ECU 24 controls to increase the power supplied from the FC stack 40 and suppress the assist of the FC stack 40 by the battery 20 (FC power generation priority). Control) On the other hand, when the SOC becomes higher than the battery assist priority threshold, the power supplied from the FC stack 40 is decreased, and control is performed to increase the assist of the FC stack 40 by the battery 20. (Battery assist priority control). As a result, the temperature raising performance of the FC stack 40 and the battery 20 can be improved, so that the startup performance of the FC vehicle 10 can be improved.

また、この実施形態では、Psys≦Psyslmtであれば、暖機モードの実行が禁止される。これにより、FC車両10を迅速に起動させる必要がないときには、積極的な暖機を行わないため、無駄な電力消費を抑制することができる。   Further, in this embodiment, if Psys ≦ Psyslmt, execution of the warm-up mode is prohibited. Thereby, when it is not necessary to start the FC vehicle 10 quickly, since the warm-up is not performed actively, wasteful power consumption can be suppressed.

なお、この実施形態の説明では、FC電圧Vfcがバッテリ電圧Vbatよりも高いため、DC/DCコンバータ22によってFC電圧Vfcをバッテリ電圧Vbatまで降圧することで直結状態にすることについて説明した。すなわち、上記のDC/DCコンバータ22は、FC電圧Vfcをバッテリ電圧Vbatよりも低く設定することができないような構成であり、FCスタック40とバッテリ20とを直結状態にして、FCスタック40及びバッテリ20の双方に対する暖機を行わせている。   In the description of this embodiment, since the FC voltage Vfc is higher than the battery voltage Vbat, the direct connection state is described by stepping down the FC voltage Vfc to the battery voltage Vbat by the DC / DC converter 22. That is, the DC / DC converter 22 is configured such that the FC voltage Vfc cannot be set lower than the battery voltage Vbat. The FC stack 40 and the battery 20 are directly connected to the FC stack 40 and the battery 20. Warm-up for both 20 is performed.

この実施形態は、上記の説明に限定されることはなく、DC/DCコンバータ22がFC電圧Vfcをバッテリ電圧Vbatよりも低電圧に設定できるように構成されていれば、FC車両10の起動時に、DC/DCコンバータ22によってFC電圧Vfcをバッテリ電圧Vbatよりも低電圧(暖機時の電圧)に設定した状態で、FCスタック40及びバッテリ20の双方に対して暖機を行わせ、暖機完了後には、低電圧状態を解除して、DC/DCコンバータ22による通常運転時でのFC電圧Vfcの調整を開始させることも可能である。   This embodiment is not limited to the above description. If the DC / DC converter 22 is configured to be able to set the FC voltage Vfc to a voltage lower than the battery voltage Vbat, the FC vehicle 10 is activated. In the state where the FC voltage Vfc is set to a voltage lower than the battery voltage Vbat (the voltage during warm-up) by the DC / DC converter 22, both the FC stack 40 and the battery 20 are warmed up, After completion, the low voltage state can be released and the adjustment of the FC voltage Vfc during normal operation by the DC / DC converter 22 can be started.

また、この実施形態では、ストイキ比を調整する手段又は方法として、目標酸素濃度Cotgtを調整するものを用いたが、これに限らず、目標水素濃度を調整することも可能である。また、目標濃度の代わりに、目標流量又は目標濃度と目標流量の両方を用いることもできる。   In this embodiment, the means or method for adjusting the stoichiometric ratio is one that adjusts the target oxygen concentration Cotgt. However, the present invention is not limited to this, and the target hydrogen concentration can also be adjusted. Further, instead of the target concentration, the target flow rate or both the target concentration and the target flow rate can be used.

さらに、この実施形態では、酸素を含む空気を供給するエアポンプ60を備える構成を例示したが、これに代えて又は加えて、水素を供給する水素ポンプを備える構成としてもよい。   Furthermore, in this embodiment, although the structure provided with the air pump 60 which supplies the air containing oxygen was illustrated, it is good also as a structure provided with the hydrogen pump which supplies hydrogen instead of or in addition to this.

10…燃料電池車両(FC車両) 12…燃料電池システム(FCシステム)
14…走行モータ 18…燃料電池ユニット(FCユニット)
20…バッテリ 22…DC/DCコンバータ
24…ECU 30…負荷
40…燃料電池スタック(FCスタック、FC)
60…エアポンプ 86、109…温度センサ
10 ... Fuel cell vehicle (FC vehicle) 12 ... Fuel cell system (FC system)
14 ... Motor 18 ... Fuel cell unit (FC unit)
20 ... Battery 22 ... DC / DC converter 24 ... ECU 30 ... Load 40 ... Fuel cell stack (FC stack, FC)
60 ... Air pump 86, 109 ... Temperature sensor

Claims (4)

駆動モータに電力を供給する燃料電池と該燃料電池の出力をアシストする蓄電装置とが前記駆動モータに対して並列に接続された燃料電池車両において、
前記燃料電池での発電に必要なガスを該燃料電池に供給するガス供給手段と、
前記蓄電装置と前記駆動モータとを接続することにより、前記燃料電池に対して並列に接続され、前記燃料電池の出力電圧を調整する電圧調整手段と、
前記ガス供給手段及び前記電圧調整手段を制御する制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、
前記燃料電池車両の起動時に、前記電圧調整手段により前記出力電圧を暖機時の電圧に調整した状態で、前記蓄電装置の残容量が第1所定値以上である場合、前記ガス供給手段から前記燃料電池に供給されるガス供給量を前記蓄電装置からの出力が優先されるように変化させ、前記残容量が前記第1所定値よりも低い第2所定値以下である場合、前記ガス供給手段から前記燃料電池に供給されるガス供給量を前記燃料電池からの出力が優先されるように変化させる暖機制御を行い、
前記暖機制御による前記燃料電池及び前記蓄電装置の暖機が完了すれば、該暖機制御を解除する
ことを特徴とする燃料電池車両。
In a fuel cell vehicle in which a fuel cell that supplies power to a drive motor and a power storage device that assists the output of the fuel cell are connected in parallel to the drive motor,
Gas supply means for supplying the fuel cell with a gas necessary for power generation in the fuel cell;
By connecting the power storage device and the drive motor, a voltage adjusting unit that is connected in parallel to the fuel cell and adjusts the output voltage of the fuel cell;
Control means for controlling the gas supply means and the voltage adjusting means;
Have
The control means includes
If the remaining capacity of the power storage device is greater than or equal to a first predetermined value when the output voltage is adjusted to a warm-up voltage by the voltage adjusting means when the fuel cell vehicle is started, the gas supply means When the amount of gas supplied to the fuel cell is changed so that the output from the power storage device is prioritized, and the remaining capacity is less than or equal to a second predetermined value lower than the first predetermined value, the gas supply means Performing a warm-up control to change the amount of gas supplied from the fuel cell so that the output from the fuel cell has priority,
When the warm-up of the fuel cell and the power storage device by the warm-up control is completed, the warm-up control is canceled.
請求項1記載の燃料電池車両において、
前記制御手段は、
前記電圧調整手段を用いて、前記燃料電池と前記蓄電装置とを直結させるか、あるいは、前記燃料電池の出力電圧を前記蓄電装置の電圧よりも低電圧に調整することで前記暖機制御を行い、
前記燃料電池及び前記蓄電装置の暖機が完了すれば、前記燃料電池と前記蓄電装置との直結状態を解除して、前記出力電圧の調整を開始させるか、あるいは、前記出力電圧の低電圧への調整を解除して、前記蓄電装置の電圧よりも高い電圧での前記出力電圧の調整を開始させることで前記暖機制御を解除する
ことを特徴とする燃料電池車両。
The fuel cell vehicle according to claim 1, wherein
The control means includes
The warm-up control is performed by directly connecting the fuel cell and the power storage device using the voltage adjusting means, or by adjusting the output voltage of the fuel cell to a voltage lower than the voltage of the power storage device. ,
When the warm-up of the fuel cell and the power storage device is completed, the direct connection state between the fuel cell and the power storage device is canceled and the adjustment of the output voltage is started, or the output voltage is reduced to a low voltage. The warm-up control is canceled by canceling the adjustment and starting the adjustment of the output voltage at a voltage higher than the voltage of the power storage device.
請求項2記載の燃料電池車両において、
前記暖機制御では、
前記残容量が前記第2所定値以下に低下した場合、前記ガス供給量を増加させることにより、前記燃料電池の出力電流を増加させると共に、前記蓄電装置の出力電流を低下させ、
前記残容量が前記第1所定値以上に高くなった場合、前記ガス供給量を減少させることにより、前記燃料電池の出力電流を低下させると共に、前記蓄電装置の出力電流を増加させる
ことを特徴とする燃料電池車両。
The fuel cell vehicle according to claim 2, wherein
In the warm-up control,
When the remaining capacity decreases below the second predetermined value, the output current of the fuel cell is increased and the output current of the power storage device is decreased by increasing the gas supply amount,
When the remaining capacity becomes higher than the first predetermined value, the output current of the fuel cell is decreased and the output current of the power storage device is increased by decreasing the gas supply amount. Fuel cell vehicle.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の燃料電池車両において、
前記燃料電池からの電力供給により駆動される前記駆動モータを含む負荷の要求電力が所定値以下である場合、前記制御手段は、前記暖機制御を禁止する
ことを特徴とする燃料電池車両。
The fuel cell vehicle according to any one of claims 1 to 3,
The fuel cell vehicle, wherein when the required power of a load including the drive motor driven by power supply from the fuel cell is equal to or less than a predetermined value, the control means prohibits the warm-up control.
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