JP2016096681A - 燃料電池システムを搭載した車両 - Google Patents

Abstract

【課題】エアポンプの応答性を向上させる。【解決手段】 制御部は、アクセル位置から要求電力を算出して、エアポンプの回転数指令値を算出し、回転数指令値とエアポンプの現実の回転数とを用いてエアポンプのトルク指令値を算出し、トルク指令値と回転数指令値に基づいてエアポンプの回転数を制御する。アクセル位置が予め定められた第１の値以上上昇した場合、エアポンプの制御に用いるトルク指令値を、算出されたトルク指令値よりも大きく設定してエアポンプの回転数を制御し、一方、アクセル位置が予め定められた第２の値以上下降した場合、エアポンプの制御に用いるトルク指令値を算出されたトルク指令値よりも小さく設定してエアポンプの回転数を制御する。【選択図】図４

Description

本発明は、燃料電池システムを搭載した車両に関する。

特許文献１には、燃料電池システムにおいて、燃料電池に要求される発電電力に応じて燃料電池に供給する空気の流量を演算し、空気を供給するためのエアコンプレッサの目標回転数を演算し、エアコンプレッサの回転数を目標回転数に制御するために、エアコンプレッサに与えるトルクを調整することが記載されている。なお、要求電力に対して燃料電池の出力電力が小さい場合には、二次電池によって不足分の電力が補われる。

特開２０１１−２１１７７０号公報

しかし、燃料電池に要求される電力が急激に変化した場合、エアコンプレッサ（一般にはエアポンプ）の応答性が低く、必要な回転数に対して実際の回転数が十分に早く追従できないという問題があった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、燃料電池システムを搭載した車両が提供される。この車両は、燃料電池と、前記燃料電池に酸化剤ガスを供給するためのエアポンプと、前記車両のアクセル位置を検出するアクセル位置センサと、前記燃料電池システムを制御するための制御部と、を備え、前記制御部は、（ａ）前記アクセル位置センサで検出された前記アクセル位置から要求電力を算出して、前記要求電力に応じて前記燃料電池に供給する酸化剤ガスの流量を算出し、算出された前記流量の値を用いて前記エアポンプの回転数指令値を算出し、前記回転数指令値と前記エアポンプの現在の回転数とを用いて前記エアポンプのトルク指令値を算出し、前記トルク指令値と前記回転数指令値に基づいて前記エアポンプの回転数を制御する処理を行い、前記処理（ａ）において、（ｉ）前記アクセル位置と、前記要求電力と、前記回転数指令値とのうち少なくとも１つの値またはその変化率が予め定められた第１の値以上上昇した場合、前記エアポンプの制御に用いるトルク指令値を、算出されたトルク指令値よりも大きく設定して前記エアポンプの回転数を制御する処理と、（ｉｉ）前記アクセル位置と、前記要求電力と、前記回転数指令値とのうち少なくとも１つの値またはその変化率が予め定められた第２の値以上下降した場合、前記エアポンプの制御に用いるトルク指令値を算出されたトルク指令値よりも小さく設定して前記エアポンプの回転数を制御する処理と、の２つの処理（ｉ），（ｉｉ）のうちの少なくとも一方の処理を行う。この形態によれば、前記アクセル位置と、前記要求電力と、前記回転数指令値とのうち少なくとも１つの値またはその変化率が予め定められた値以上変化した場合に、これに応じてエアポンプの制御に用いるトルク指令値を調整するので、エアポンプの応答性を向上することができる。

（２）上記形態の車両において、前記制御部は、前記処理（ｉ）において前記エアポンプの現実の回転数が前記回転数指令値より所定の回転数だけ低い回転数に達したときには、前記処理（ｉ）を行わずに前記処理（ａ）を行い、前記処理（ｉｉ）において前記エアポンプの現実の回転数が前記回転数指令値より所定の回転数だけ高い回転数に達したときには、前記処理（ｉｉ）を行わずに前記処理（ａ）を行ってもよい。この形態によれば、エアポンプの回転数が、回転数上昇中に回転数指令値よりオーバーシュートし、あるいは、回転数下降中に回転数指令値よりアンダーシュートすることを抑制できる。

（３）上記形態の車両において、前記制御部は、前記処理（ｉｉ）において、前記アクセル位置が減少した場合であって、前記エアポンプの回転数指令値を取得する前には、前記アクセル位置の減少値から前記回転数指令値の予測値を算出し、前記予測値を用いて前記エアポンプのトルクのフィードフォワード値を算出し、前記フィードフォワード値より低い値を前記トルク指令値として設定してもよい。この形態によれば、アクセルの位置が減少した場合に、エアポンプの回転数指令値を取得せずにトルク指令値を算出できるので、エアポンプの回転数の応答性を良く出来る。

（４）上記形態の車両において、前記制御部は、前記処理（ｉｉ）において、前記アクセル位置の減少量に基づいて算出した前記エアポンプのトルクのフィードフォワード値から前記エアポンプのトルクを所定値減らしてもよい。この形態によれば、アクセルの位置が減少した場合に、エアポンプの回転数の応答性を良く出来る。

（５）上記形態の車両において、前記制御部は、前記エアポンプの現実の回転数に応じて、前記トルク指令値の下限値を設けてもよい。トルク指令値は、エアポンプの回転数を下げる場合、マイナスの値となる。この形態によれば、エアポンプの逆回転を抑制できる。

（６）上記形態の車両において、前記アクセル位置が減少した場合であって、前記アクセル位置から算出される前記燃料電池の要求電力が前記燃料電池の出力電力よりも大きい場合には、前記制御部は、前記トルク指令値をゼロに設定してもよい。この形態によれば、燃料電池の出力を必要以上に制限することを抑制できる。

（７）上記形態の車両において、前記アクセル位置が減少した場合であって、前記アクセル位置から算出される前記燃料電池の要求電力が前記燃料電池の出力電力よりも大きい場合には、前記制御部は、前記処理（ｉｉ）を行わずに前記処理（ａ）を行ってもよい。この形態によれば、燃料電池の要求電力が前記燃料電池の出力電力よりも大きい場合には、処理（ａ）に示したフィードバック制御をおこなうことができる。

（８）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記回転数指令値について、前記エアポンプの許容回転数よりも小さな上限閾値を設け、前記制御部は、前記処理（ａ）を実行中に前記エアポンプの回転数が前記上限閾値を越えた場合には、前記エアポンプの現実の回転数と前記上限閾値との差に基づいて、前記差が大きいほど小さくなる１以下のトルク係数を算出し、前記処理（ａ）により算出されたトルク指令値をベーストルク指令値とし、前記ベーストルク指令値に前記トルク係数を掛けることによって、新たなトルク指令値を算出し、新たなトルク指令値と前記回転数指令値に基づいて前記エアポンプの回転数の制御を行ってもよい。この形態によれば、エアポンプの回転数が上限閾値を越えた場合には、トルク指令値が小さくなるのでエアポンプの回転数やトルク指令値のハンチングを抑制できる。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、燃料電池システムを搭載した車両の他、燃料電池システム、燃料電池システムの制御方法等の形態で実現することができる。

燃料電池を搭載した燃料電池搭載車両を示す説明図。 燃料電池と酸化ガス供給排出系を示す説明図。 本実施形態におけるエアコンプレッサの制御フローチャート。 アクセルの位置が所定以上増大したときの燃料電池の出力二次電池の出力とエアコンプレッサの回転数とエアコンプレッサのトルクとを示すグラフ。 アクセルの位置が増大するときの変形例を示す説明図。 アクセルの位置が所定以上減少したときのエアコンプレッサのトルク指令値とエアコンプレッサの回転数と空気の流量とを示すグラフ。 第３の実施形態における制御フローチャートを示す説明図。 第３の実施形態におけるエアコンプレッサの回転数トルクと係数とトルク指令値とを示すグラフ。

第１の実施形態：
図１は、燃料電池を搭載した燃料電池搭載車両１０（以下、単に「車両１０」とも呼ぶ。）を示す説明図である。車両１０は、燃料電池１００と、制御部２００（ＥＣＵ（Electronic Control Unit）とも呼ぶ。）と、アクセルペダル１２０（以下「アクセル１２０」とも呼ぶ。）と、アクセル位置センサ１２２と、二次電池１３０と、電力分配コントローラ１４０と、駆動モータ１５０と、ドライブシャフト１６０と、動力分配ギア１７０と、車輪１８０と、を備える。

燃料電池１００は、燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて電力を取り出すための発電装置である。アクセル位置センサ１２２は、運転手によるアクセルペダル１２０の踏込量（「アクセル位置」と呼ぶ）を検出する。制御部２００は、アクセル位置センサ１２２で検出されたアクセル位置から、電源装置（燃料電池１００及び二次電池１３０）に要求する要求電力量を算出する。制御部２００は、燃料電池１００を車両の主たる動力源として用いるが、車両１０の起動直後など、燃料電池１００の発電力が小さい場合には、車両１０を動かすための電力源として二次電池１３０を用いる。二次電池１３０として、例えば、ニッケル水素電池や、リチウムイオン電池を採用することが可能である。二次電池１３０への充電は、例えば、燃料電池１００から出力信号される電力を用いて直接充電することや、車両１０が減速するときに車両１０の運動エネルギーを駆動モータ１５０により回生して充電すること、により行うことが可能である。電力分配コントローラ１４０は、制御部２００からの命令を受けて、燃料電池１００から駆動モータ１５０への引き出す電力量と、二次電池１３０から駆動モータ１５０へ引き出す電力量を制御する。また、電力分配コントローラ１４０は、車両１０の減速時には、制御部２００からの命令を受けて、駆動モータ１５０により回生された電力を二次電池１３０に送る。駆動モータ１５０は、車両１０を動かすための電動機として機能する。また、駆動モータ１５０は、車両１０が減速するときには、車両１０の運動エネルギーを電気エネルギーに回生する発電機として機能する。ドライブシャフト１６０は、駆動モータ１５０が発する駆動力を動力分配ギア１７０に伝達するための回転軸である。動力分配ギア１７０は、左右の車輪１８０へ駆動力を分配する。

図２は、燃料電池と酸化ガス供給排出系３００を示す説明図である。燃料電池システムは、酸化ガス供給排出系３００の他に燃料ガスの供給排出系、冷却系を備えているが、本明細書では、酸化ガス供給排出系３００についてのみ説明し、燃料ガスの供給排出系、冷却系については、説明を省略する。

酸化ガス供給排出系３００は、酸化剤ガス供給管３１０と、酸化剤排ガス排出管３２０と、バイパス管３３０と、分流弁３４０と、調圧弁３５０と、エアコンプレッサ３６０と、回転数センサ３７０と、を備える。酸化剤ガス供給管３１０は、燃料電池１００に酸化剤ガスを供給するための管であり、酸化剤排ガス排出管３２０は、燃料電池１００からの酸化剤排ガスを排出するための管である。バイパス管３３０は、酸化剤ガス供給管３１０と、酸化剤排ガス排出管３２０とを接続している。酸化剤ガス供給管３１０とバイパス管３３０との接続部には、分流弁３４０が設けられている。分流弁３４０は、酸化剤ガスを、燃料電池１００に供給する酸化剤ガスとバイパス管３３０に流す酸化剤ガスとに分流する。調圧弁３５０は、燃料電池１００における酸化剤ガスの圧力を調圧する。本実施形態では、酸化剤ガスとして、空気を用いている。エアコンプレッサ３６０は、空気を圧縮し、酸化剤ガス供給管３１０を介して燃料電池１００に酸化剤ガスとして空気を供給する。エアコンプレッサ３６０の代わりに、他のタイプのエアポンプを用いてもよい。回転数計３７０は、エアコンプレッサ３６０の回転数を取得する。

図３は、本実施形態におけるエアコンプレッサ３６０の制御フローチャートである。ステップＳ１００では、制御部２００は、アクセルペダル１２０の踏み込み量からアクセル位置Ａｃ１を検知する。ステップＳ１１０では、制御部２００は、アクセル位置Ａｃ１を用いて、燃料電池１００に対する要求電力Ｐｗ１を算出する。なお、制御部２００は、要求電力Ｐｗ１を算出する際に、燃料電池搭載車両１０の補機類や空調装置の消費電力を考慮しても良い。ステップＳ１２０では、制御部２００は、要求電力Ｐｗ１を燃料電池１００から出力させるために燃料電池１００に供給すべき空気の流量Ａｆ１を算出する。ステップＳ１３０では、制御部２００は、この流量Ａｆ１の空気を供給するために必要なエアコンプレッサ３６０の回転数指令値Ｔｒ１を算出する。ステップＳ１４０では、制御部２００は、エアコンプレッサ３６０の現在の回転数Ａｒ１を回転数センサ３７０から取得する。ステップＳ１５０では、制御部２００は、エアコンプレッサ３６０の回転数指令値Ｔｒ１と現在の回転数Ａｒ１とを用いて、エアコンプレッサ３６０に対するトルク指令値Ｔｔ１を算出する。エアコンプレッサ３６０の回転数を上げる場合には、トルク指令値Ｔｔ１はプラスの値であり、エアコンプレッサ３６０の回転数を下げる場合には、トルク指令値Ｔｔ１はマイナスの値またはゼロとなる。

ステップＳ１６０では、制御部２００は、アクセル位置Ａｃ１と、要求電力Ｐｗ１と、回転数指令値Ｔｒ１とのうちの少なくとも１つが所定の第１の値以上上昇（増大）したか否かを判断する。なお、本実施形態では、アクセルペダル１２０を踏み込んだ場合、アクセル位置Ａｃ１が増大したとする。逆にアクセルペダル１２０に踏み込みを戻した場合、アクセル位置Ａｃ１が減少したとする。この判断に用いる第１の値は、変化量と変化率のいずれで定めても良い。また、増大前のアクセル位置Ａｃ１と、要求電力Ｐｗ１と、回転数指令値Ｔｒ１とのうちの少なくとも１つの値に応じて第１の値を異なる値に定めても良い。制御部２００は、この第１の値を定めるマップを有していても良い。

ステップＳ１６０において、アクセル位置Ａｃ１と、要求電力Ｐｗ１と、回転数指令値Ｔｒ１のうちの少なくとも１つが所定の第１の値以上増大したと判断した場合には、制御部２００は、ステップＳ１７０に移行し、ステップＳ１５０において算出されたトルク指令値Ｔｔ１を増大させる。この増大の大きさは、アクセル位置Ａｃ１と、要求電力Ｐｗ１と、回転数指令値Ｔｒ１とのうちの少なくとも１つの値に応じて異なる値に設定してもよく、アクセル位置Ａｃ１と、要求電力Ｐｗ１と、回転数指令値Ｔｒとのうちの少なくとも１つの変化量に応じて異なる値に設定してもよい。制御部２００は、トルク指令値Ｔｔ１を増大させた後、ステップＳ２００に移行する。

ステップＳ１６０において、アクセル位置Ａｃ１と、要求電力Ｐｗ１と、回転数指令値Ｔｒ１とのうちの少なくとも１つが所定の第１の値以上増大したと判断されなかった場合には、制御部２００は、ステップＳ１８０において、アクセル位置Ａｃ１、要求電力Ｐｗ１、回転数指令値Ｔｒ１のうちの少なくとも１つが所定の第２の値以上下降（減少）したか否かを判断する。増大のときと同様に、この判断に用いる第２の値は、変化量、変化率のいずれで定めても良い。また、減少前のアクセル位置Ａｃ１と、要求電力Ｐｗ１と、回転数指令値Ｔｒ１とのうちの少なくとも１つの値に応じて異なる値に定めても良い。制御部２００は、この第２の値を定めるマップを有していても良い。

ステップＳ１８０において、アクセル位置Ａｃ１と、要求電力Ｐｗ１と、回転数指令値Ｔｒ１とのうちの少なくとも１つが所定の第２の値以上減少したと判断した場合には、制御部２００は、ステップＳ１９０に移行し、ステップＳ１５０において算出されたトルク指令値Ｔｔ１を減少させる。算出されたトルク指令値Ｔｔ１がマイナスの値の場合、トルク指令値Ｔｔ１を減少させることは、トルク指令値Ｔｔ１をよりマイナス側の値にすることである。この減少の大きさは、アクセル位置Ａｃ１と、要求電力Ｐｗ１と、回転数指令値Ｔｒ１とのうちの少なくとも１つの値に応じて異なる値に設定してもよく、アクセル位置Ａｃ１と、要求電力Ｐｗ１と、回転数指令値Ｔｒとのうちの少なくとも１つの変化量に応じて異なる値に設定してもよい。制御部２００は、トルク指令値Ｔｔ１を減少させた後、ステップＳ２００に移行する。

ステップＳ２００では、こうして得られたトルク指令値Ｔｔ１と回転数指令値Ｔｒ１とに基づいて、エアコンプレッサ３６０の回転数を制御する。本実施形態では、ステップＳ１６０、Ｓ１７０、Ｓ１８０、Ｓ１９０の処理をさらに備えるため、以下の効果を有する。例えば、アクセル位置Ａｃ１と、要求電力Ｐｗ１と、回転数指令値Ｔｒ１とのうちの少なくとも１つが所定の第１の値以上増大した場合には、ステップＳ１７０によりステップＳ１５０で算出されたトルク指令値Ｔｔ１が増大される。その結果、エアコンプレッサ３６０の回転数がより早く増大する。そのため、トルク指令値Ｔｔ１が増大されない場合（ステップＳ１６０、１７０を備えない場合）に比べて、エアコンプレッサの回転数を早く回転数指令値Ｔｒ１に到達させることができる。一方、アクセル位置Ａｃ１と、要求電力Ｐｗ１と、回転数指令値Ｔｒ１とのうちの少なくとも１つが所定の第２の値以上減少した場合には、ステップＳ１９０によりトルク指令値Ｔｔ１が減少され、エアコンプレッサ３６０の回転数がより早く減少するため、トルク指令値Ｔｔ１が減少されない場合に比べて、エアコンプレッサの回転数を早く回転数指令値Ｔｒ１に到達させることができる。すなわち、エアコンプレッサ３６０の応答性を向上できる。

図４は、アクセル位置が所定値以上増大したときの燃料電池の出力と二次電池の出力とエアコンプレッサの回転数とエアコンプレッサのトルクとを示すグラフである。図４では、アクセル位置Ａｃ１が所定値以上増大した場合において、ステップＳ１７０のトルク指令値Ｔｔ１が増大された場合（便宜上、増大後のトルク指令値を「Ｔｔ２」とする）と、アクセル位置が所定値以上増大しても、トルク指令値Ｔｔ１がステップＳ１５０で算出されるトルク指令値Ｔｔ１で変わらない場合とを比較する。

まず、アクセル位置が所定値以上増大しても、トルク指令値Ｔｔ１がステップＳ１５０で算出されるトルク指令値Ｔｔ１となり、ステップＳ１７０による変更がない場合について説明する。アクセルペダル位置Ａｃ１が取得されると、燃料電池１００に要求される要求電力Ｐｗ１が算出される。アクセルペダル位置Ａｃ１が増大した直後は、エアコンプレッサ３６０の回転数が低く、要求電力Ｐｗ１を発生させるのに必要な空気が供給されないため、燃料電池１００の出力電力Ｐｗ３は、要求電力Ｐｗ１よりも低く、要求電力Ｐｗ１に足りない分は、二次電池１３０から二次電池の出力電力ＢＰ３として出力される。

エアコンプレッサ３６０の回転数の目標値である回転数指令値Ｔｒ１は、要求電力Ｐｗ１に従って大きくなる。但し、回転数指令値Ｔｒ１はエアコンプレッサ３６０に許容される回転数の上限（「許容回転数」とも呼ぶ。）を超えないように設定される。算出された回転数指令値Ｔｒ１が許容回転数を超える場合には、実際の回転数指令値Ｔｒ１は、許容回転数に制限される。エアコンプレッサ３６０のトルク指令値Ｔｔ１は、回転数指令値Ｔｒ１と、エアコンプレッサ３６０の現実の回転数Ａｒ１とにより算出される。回転数指令値Ｔｒ１と現実の回転数Ａｒ１との差が大きいほどトルク指令値Ｔｔ１は大きくなる。エアコンプレッサ３６０にトルク指令値Ｔｔ１に従ってトルクが加えられると、エアコンプレッサ３６０の現実の回転数Ａｒ１は、回転数指令値Ｔｒ１に近づいていく。

次に、ステップＳ１７０においてトルク指令値Ｔｔ１が増大され、トルク指令値Ｔｔ２となったとする。本実施形態では、トルク指令値がＴｔ２となったときのエアコンプレッサ３６０の現実の回転数を便宜上、「回転数Ａｒ２」と呼ぶ。増大後のトルク指令値Ｔｔ２は、算出されたトルク指令値Ｔｔ１よりも大きいため、エアコンプレッサ３６０の現実の回転数Ａｒ２は、算出されたトルク指令値Ｔｔ１をそのまま用いた場合よりも早く回転数指令値Ｔｒ１に近づく。その結果、燃料電池１００に供給される空気量がより早く増加するので、燃料電池１００の出力電力Ｐｗ２は、算出されたトルク指令値Ｔｔ１をそのまま用いた場合の出力電力Ｐｗ３よりも早く要求電力Ｐｗ１に近づく。また、二次電池１３０から出力される電力ＢＰ２は、算出されたトルク指令値Ｔｔ１をそのまま用いた場合の二次電池の出力電力ＢＰ３よりも小さく、二次電池１３０の負担を軽減できる。

以上、第１の実施形態によれば、アクセル位置Ａｃ１が所定値以上増大した場合には、エアコンプレッサ３６０の回転の応答性が良くなる。その結果、燃料電池１００の出力電力をより早く要求電力に近づけることができ、二次電池１３０の負担を軽減できる。

なお、上記実施形態では、アクセル位置Ａｃ１が所定値以上増大した場合について説明した。ここで、本実施形態では、アクセル位置Ａｃ１から要求電力Ｐｗ１を算出し、要求電力Ｐｗ１から空気供給量Ａｆ１を算出し、空気供給量Ａｆ１からエアコンプレッサ３６０の回転数指令値Ｔｒ１を算出し、エアコンプレッサ３６０のトルク指令値Ｔｔ１、Ｔｔ２を算出している。したがって、アクセル位置Ａｃ１だけで無く、要求電力Ｐｗ１や、エアコンプレッサ３６０の回転数指令値Ｔｒ１が所定値以上増大した場合についても、トルク指令値Ｔｔ１を増大してもよい。例えば、補機類や空調装置の消費電力が増大した場合には、アクセル位置Ａｃ１に依存せず、要求電力Ｐｗ１が増大する場合がある。

図５は、アクセル位置が増大するときの変形例を示す説明図である。この変形例では、図３のステップＳ１６０において、制御部２００が、アクセル位置Ａｃ１と、要求電力Ｐｗ１と、回転数指令値Ｔｒ１とのうちの少なくとも１つが所定の第１の値以上増大したと判断した場合に、ステップＳ１７０を行う前にステップＳ１６５の処理を実行する点が異なっている。エアコンプレッサ３６０の現実の回転数Ａｒ２と回転数指令値Ｔｒ１とが所定の差Ｔｈ１以下となった場合には、制御部２００は、ステップＳ１６５からステップＳ２００に移行し、ステップＳ１７０を実行しない、すなわち、トルク指令値Ｔｔ１を増大さないようにしてもよい。こうすれば、エアコンプレッサ３６０の回転数が、許容回転数や回転数指令値Ｔｒ１を越えてオーバーシュートすることを抑制出来る。ここで、ステップＳ１６５の判断に用いる値としては、差分（Ｔｒ１−Ａｒ１）を用いたが、差分の比率（（Ｔｒ１−Ａｒ１）／Ｔｒ１）を用いても良い。

第２の実施形態：
第１の実施形態では、アクセル位置Ａｃ１が所定値以上増加したときについて説明したが、第２の実施形態では、アクセル位置Ａｃ１が所定値以上減少した場合について説明する。

図６は、アクセル位置Ａｃ１が所定値以上減少したときのエアコンプレッサのトルク指令値とエアコンプレッサの回転数と空気の流量を示すグラフである。まず、アクセル位置Ａｃ１が所定値以上減少しても、トルク指令値Ｔｔ１がステップＳ１５０で算出されるトルク指令値Ｔｔ１から変わらない場合（図３のステップＳ１９０を実行しない場合）について説明する。アクセルペダル位置Ａｃ１が減少すると、要求電力Ｐｗ１も小さくなるため、要求電力Ｐｗ１を発生させるのに必要な空気量Ａｆ１も少なくなり、回転数指令値Ｔｒ１も小さくなる。したがって、制御部２００は、トルク指令値Ｔｔ１を小さく、具体的には、マイナスの値とし、エアコンプレッサ３６０の回転数指令値Ｔｒ１を現実の回転数Ａｒ１よりも小さな値とする。その後、要求トルクＴｔ１をマイナス値から徐々に上昇させる。その後、エアコンプレッサ３６０の現実の回転数Ａｒ１が徐々に下がり、回転数指令値Ｔｒ１とほぼ一致すると、トルク指令値Ｔｔ１をゼロにする。

第２実施形態では、アクセル位置Ａｃ１が減少したときであって、エアコンプレッサ３６０の現実の回転数Ａｒ１を取得する前（図６の期間Ｑ１）には、制御部２００は、アクセル位置Ａｃ１の減少量（減少値）から回転数指令値Ｔｒ１の予測値を算出し、予測値を用いてエアコンプレッサ３６０のトルクのフィードフォワード値を算出し、フィードフォワード値より低い値をトルク指令値Ｔｔ１として設定することが好ましい。これにより、エアコンプレッサ３６０の回転数の応答性を良く出来る。ただし、制御部２００は、この処理を行わなくても良い。また、制御部２００は、アクセル位置Ａｃ１が所定以上減少したときに、この処理を実行しても良い。

制御部２００は、エアコンプレッサ３６０の現実の回転数Ａｒ１を取得した後は、図３のステップＳ１００〜Ｓ１５０に従って、エアコンプレッサ３６０のトルク指令値Ｔｔ１を算出する。なお、エアコンプレッサ３６０の回転数を減少させる場合には、トルク指令値Ｔｔ１は、マイナスの値である。

図３で説明した実施形態では、アクセル位置Ａｃ１が所定値以上減少すると、制御部２００は、図３のステップＳ１９０に従って、トルク指令値Ｔｔ１を減少させる（便宜上、減少後のトルク指令値を「Ｔｔ５」とする）。図６から分かるように、減少後のトルク指令値Ｔｔ５は、最初に算出されたトルク指令値Ｔｔ１よりも小さい。なお、トルク指令値には、エアコンプレッサ３６０の逆回転を抑制するために、下限値が決められており、トルク指令値Ｔｔ１、Ｔｔ５は下限値より小さくはならないように制限されている。

エアコンプレッサ３６０の現実の回転数を見ると、トルク指令値Ｔｔ１を減少させない場合の回転数Ａｒ１は、ゆっくり回転数指令値Ｔｒ１に近づく。これに対し、トルク指令値Ｔｔ１をＴｔ５に減少させた場合、エアコンプレッサの現実の回転数Ａｒ５は、トルク指令値Ｔｔ１を減少させない場合のよりも早く回転数指令値Ｔｒ１に近づく。空気流量で見ると、トルク指令値Ｔｔ１を減少させない場合の空気流量Ａｆ４は、燃料電池１００に供給すべき空気流量Ａｆ１にゆっくりとしか近づかない。そのため、これらの流量の差分ΔＡｆ４（＝Ａｆ４−Ａｆ１）の空気が余剰に燃料電池１００に供給される。一方、トルク指令値をＴｔ５に減少させた場合の空気流量Ａｆ５は、燃料電池１００に供給すべき空気流量Ａｆ１に早く近づく。そのため、余剰に燃料電池１００に供給される空気流量ΔＡｆ５（＝Ａｆ５−Ａｆ１）は、トルク指令値Ｔｔ１を減少させない場合の差分ΔＡｆ４よりも小さくなる。このように、トルク指令値をＴｔ５に減少させた場合、エアコンプレッサ３６０の応答性を良くでき、余剰の空気を燃料電池１００に流さないため、燃料電池１００の効率を向上させることができる。

なお、燃料電池１００の出力電力が要求電力Ｐｗ１より下回ることを回避することが好ましい。従って、燃料電池１００の出力電力が小さくなって、要求電力Ｐｗ１に近づいたときには、制御部２００は、エアコンプレッサ３６０のトルク指令値Ｔｔ５をゼロに設定することが好ましい。例えば、出力電力と要求電力Ｐｗ１の差が所定の閾値よりも小さくなった場合には、トルク指令値Ｔｔ５を少しずつゼロに近づけても良い。

以上、第２の実施形態で説明したように、アクセル位置Ａｃ１が所定値以上減少する場合においても、トルク指令値Ｔｔ１を低下させることで、エアコンプレッサ３６０の回転の応答性を良くし、燃料電池１００の効率を向上させることができる。

なお、第１の実施形態と同様に、エアコンプレッサ３６０の回転数が回転数指令値Ｔｒ１より所定の回転数だけ高い回転数に達したときには、制御部２００は、トルク指令値Ｔｔ１の減少をやめても良い。こうすれば、エアコンプレッサの回転数がアンダーシュートすることを抑制できる。

また、例えば、アクセル位置Ａｃ１が減少した直後（例えば図６の期間Ｑ１）のようにアクセル位置Ａｃ１が減少したときであって、エアコンプレッサ３６０の現実の回転数Ａｒ１を取得する前には、アクセル位置Ａｃ１の減少値から回転数指令値Ｔｒ１の予測値を算出し、この予測値を用いてエアコンプレッサ３６０のトルクのフィードフォワード値を算出し、フィードフォワード値より低い値をトルク指令値Ｔｔ１としてもよい。こうすれば、アクセル位置Ａｃ１が減少した場合に、エアコンプレッサ３６０の現実の回転数を取得せずにトルク指令値Ｔｔ１を算出できるので、エアコンプレッサ３６０の回転数の応答性を良く出来る。

また、制御部２００は、エアコンプレッサ３６０の回転数に応じて、トルク指令値Ｔｔ１の下限値を設けてもよい。トルク指令値Ｔｔ１は、エアコンプレッサ３６０の回転数を下げる場合、マイナスの値となる。このマイナスの値が大きいと、エアコンプレッサ３６０が逆回転するおそれがあるが、こうすれば、エアコンプレッサ３６０の逆回転を抑制できる。

第３の実施形態：
図７は、第３の実施形態における制御フローチャートを示す説明図である。第２の実施形態は、図３に示す第１の実施形態と比較すると、ステップＳ２５０、Ｓ２６０、Ｓ２７０、Ｓ２８０を備える点が異なる。

ステップＳ２５０では、ベーストルク指令値ＢＴｔ１が算出される。このベーストルク指令値ＢＴｔ１は、第１の実施形態（図３）のステップＳ１５０で算出されるトルク指令値Ｔｔ１と同じものである。ステップＳ２６０では、エアコンプレッサ３６０の回転数指令値Ｔｒ１の上限閾値Ｕｔｒ１が取得される。上限閾値Ｕｔｒ１は、エアコンプレッサ３６０の許容回転数より小さな値である。上限閾値Ｕｔｒ１は、不揮発性記憶装置（図示せず）に予め格納された値を読み取ることによって取得しても良く、或いは、ベーストルク指令値ＢＴｔ１に基づいて算出することによって取得しても良い。

ステップＳ２７０では、制御部２００は、エアコンプレッサ３６０の現実の回転数Ａｒ１が上限閾値Ｕｔｒ１を越えた場合には、上限閾値Ｕｔｒ１とエアコンプレッサ３６０の現実の回転数Ａｒ１との差（Ａｒ１−Ｕｔｒ１）からトルク係数αを算出する。トルク係数αは、最大が１であり、上限閾値Ｕｔｒ１とエアコンプレッサ３６０の現実回転数Ａｒ１との差（Ａｒ１−Ｕｔｒ１）が大きくなるに従って小さくなる係数である。トルク係数αの値は、例えば、トルク係数αと差分（Ａｒ１−Ｕｔｒ１）との関係を示す予め定められたマップを利用して算出される。ステップＳ２８０では、制御部２００は、ベーストルク指令値ＢＴｔ１にトルク係数αを掛けて、新たなトルク指令値Ｔｔ１を算出する。制御部２００は、新たなトルク指令値Ｔｔ１を用いて、以後のステップＳ１６０、Ｓ１７０、Ｓ２００の制御を実行する。

なお、制御部２００は、トルク係数αを、回転数ピーク値ｒｐに基づいて定めても良い。回転数ピーク値ｒｐとは、回転数の指令値Ｔｒｉを超える回転数の測定値Ａｒ１である。回転数ピーク値ｒｐは、実測値Ａｒ１が上昇すると、上昇する。しかし、実測値が下がる場合、回転数ピーク値ｒｐ制御部２００は、ピーク値ｒｐが、一定時間に一定量下がるとしてピーク予測値ｒｐ１を算出し、ピーク予測値ｒｐ１と、新たな測定値Ａｒ１とのうちの大きい方を新たなピーク値ｒｐとして、トルク係数αを算出してもよい。また、トルク係数αは、回転数ピーク値の絶対値から算出しても良く、回転数ピーク値と初期の上限値Ｕｔｒ１との差分から算出しても良い。

図８は、第３の実施形態におけるエアコンプレッサの回転数とトルク係数とトルク指令値とを示すグラフである。まず、第３の実施形態の制御を行わない場合、すなわち、トルク指令値にトルク係数を掛けない場合について説明する。アクセル位置Ａｃ１が増大して、トルク指令値Ｔｔ７が増加すると、エアコンプレッサ３６０の回転数Ａｒ７が上昇する。第３の実施形態の制御を行わない場合におけるエアコンプレッサ３６０の回転数とトルク指令値を、便宜上、回転数Ａｒ７、トルク指令値Ｔｔ７と呼び、第３の実施形態の制御を行なう場合の回転数とトルク指令値を、回転数Ａｒ８、トルク指令値Ｔｔ８と呼ぶ。エアコンプレッサの現実の回転数Ａｒ７が許容回転数を超えると、トルク指令値Ｔｔ７をゼロとして、エアコンプレッサ３６０の回転数を下げる。しかし、トルク指令値Ｔｔ７に対するエアコンプレッサ３６０の回転数Ａｒ７の応答性は良くないので、トルク指令値Ｔｔ７をゼロとしても、エアコンプレッサ３６０の回転数Ａｒ７はしばらく上昇し、その後下降する。なお、トルク指令値Ｔｔ７をゼロとした場合、エアコンプレッサ３６０で空気を圧縮する処理にトルクが使われるので、エアコンプレッサ３６０の回転数Ａｒ７は維持されるのでは無く、下降する。エアコンプレッサ３６０の現実の回転数Ａｒ７が上限閾値Ｕｔｒ１を下回ると、制御部２００は、トルク指令値Ｔｔ７をゼロから元のトルク指令Ｔｔ７に戻してエアコンプレッサ３６０の回転数Ａｒ７を上昇させる。かかる場合、トルク指令値がＴｔ７とゼロとを交互に繰り返し、エアコンプレッサ３６０の回転数Ａｒ７も、上下を繰り返す。すなわち、ハンチングを起こす可能性がある。

第３の実施形態では、エアコンプレッサ３６０の現実の回転数Ａｒ１が上限閾値Ｕｔｒ１を越えた場合には、エアコンプレッサの現実の回転数Ａｒ８と上限閾値Ｕｔｒ１との差（Ａｒ８−Ｕｔｒ１）に基づいて、この差（Ａｒ８−Ｕｔｒ１）が大きいほど小さくなる１以下のトルク係数αを算出し、ベーストルク指令値ＢＴｔ１にαを掛けて、トルク指令値Ｔｔ８を算出する。すなわち、エアコンプレッサの現実の回転数Ａｒ８が上限閾値Ｕｔｒ１を越える量が大きいほどトルク指令値Ｔｔ８は小さくなるので、許容回転数を超え難い。また、エアコンプレッサ３６０の現実の回転数Ａｒ８が下降して上限閾値Ｕｔｒ１に近づくとトルク指令値は大きくなる。そのため、エアコンプレッサ３６０の回転数Ａｒ８は上限閾値Ｕｔｒ１になめらかに近づき、ハンチングが起こり難い。

以上、第３の実施形態によれば、エアコンプレッサ３６０の現実の回転数Ａｒ８が上限閾値Ｕｔｒ１を超えて増加すれば、トルク係数αが小さくなるので、トルク指令値Ｔｔ８も小さくなる。その結果、エアコンプレッサ３６０の回転数やトルク指令値のハンチングを抑制できる。なお、第３の実施形態では、（ｉ）アクセル位置Ａｃ１と、要求電力Ｐｗ１と、回転数指令値Ｔｒ１とのうち少なくとも１つの値またはその変化率が予め定められた第１の値以上上昇した場合、エアポンプ３６０の制御に用いるトルク指令値Ｔｔ１を、算出されたトルク指令値Ｔｔ１よりも大きく設定してエアポンプ３６０の回転数を制御する処理および（ｉｉ）アクセル位置Ａｃ１と、要求電力Ｐｗ１と、回転数指令値Ｔｒ１とのうち少なくとも１つの値またはその変化率が予め定められた第２の値以上下降した場合、エアポンプ３６０の制御に用いるトルク指令値Ｔｔ１を算出されたトルク指令値Ｔｔ１よりも小さく設定してエアポンプ３６０の回転数を制御する処理を行わなくても良い。

以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。

１０…燃料電池搭載車両（車両）
１００…燃料電池
１２０…アクセルペダル（アクセル）
１２２…アクセル位置センサ
１３０…二次電池
１４０…電力分配コントローラ
１５０…駆動モータ
１６０…ドライブシャフト
１７０…動力分配ギア
１８０…車輪
２００…制御部
３００…酸化ガス供給排出系
３１０…酸化剤ガス供給管
３２０…酸化剤排ガス排出管
３３０…バイパス管
３４０…分流弁
３５０…調圧弁
３６０…エアコンプレッサ（エアポンプ）
３７０…回転数センサ

Claims (8)

1. 燃料電池システムを搭載した車両であって、
   燃料電池と、
   前記燃料電池に酸化剤ガスを供給するためのエアポンプと、
   前記車両のアクセル位置を検出するアクセル位置センサと、
   前記燃料電池システムを制御するための制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   （ａ）前記アクセル位置センサで検出された前記アクセル位置から要求電力を算出して、前記要求電力に応じて前記燃料電池に供給する酸化剤ガスの流量を算出し、算出された前記流量の値を用いて前記エアポンプの回転数指令値を算出し、前記回転数指令値と前記エアポンプの現在の回転数とを用いて前記エアポンプのトルク指令値を算出し、前記トルク指令値と前記回転数指令値に基づいて前記エアポンプの回転数を制御する処理を行い、
   前記処理（ａ）において、
   （ｉ）前記アクセル位置と、前記要求電力と、前記回転数指令値とのうち少なくとも１つの値またはその変化率が予め定められた第１の値以上上昇した場合、前記エアポンプの制御に用いるトルク指令値を、算出されたトルク指令値よりも大きく設定して前記エアポンプの回転数を制御する処理と、
   （ｉｉ）前記アクセル位置と、前記要求電力と、前記回転数指令値とのうち少なくとも１つの値またはその変化率が予め定められた第２の値以上下降した場合、前記エアポンプの制御に用いるトルク指令値を算出されたトルク指令値よりも小さく設定して前記エアポンプの回転数を制御する処理と、
   の２つの処理（ｉ），（ｉｉ）のうちの少なくとも一方の処理を行う、
   車両。
2. 請求項１に記載の車両において、
   前記制御部は、
   前記処理（ｉ）において前記エアポンプの現実の回転数が前記回転数指令値より所定の回転数だけ低い回転数に達したときには、前記処理（ｉ）を行わずに前記処理（ａ）を行い、
   前記処理（ｉｉ）において前記エアポンプの現実の回転数が前記回転数指令値より所定の回転数だけ高い回転数に達したときには、前記処理（ｉｉ）を行わずに前記処理（ａ）を行う、車両。
3. 請求項１または２に記載の車両において、
   前記制御部は、前記処理（ｉｉ）において、前記アクセル位置が減少した場合であって、前記エアポンプの回転数指令値を取得する前には、前記アクセル位置の減少値から前記回転数指令値の予測値を算出し、前記予測値を用いて前記エアポンプのトルクのフィードフォワード値を算出し、前記フィードフォワード値より低い値を前記トルク指令値として設定する、車両。
4. 請求項１または２に記載の車両において、
   前記制御部は、前記処理（ｉｉ）において、前記アクセル位置の減少量に基づいて算出した前記エアポンプのトルクのフィードフォワード値から前記エアポンプのトルクを所定値減らす、車両。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の車両において、
   前記制御部は、前記エアポンプの現実の回転数に応じて、前記トルク指令値の下限値を設ける、車両。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の車両において、
   前記アクセル位置が減少した場合であって、前記アクセル位置から算出される前記燃料電池の要求電力が前記燃料電池の出力電力よりも大きい場合には、前記制御部は、前記トルク指令値をゼロに設定する、車両。
7. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の車両において、
   前記アクセル位置が減少した場合であって、前記アクセル位置から算出される前記燃料電池の要求電力が前記燃料電池の出力電力よりも大きい場合には、前記制御部は、前記処理（ｉｉ）を行わずに前記処理（ａ）を行う、車両。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の車両において、
   前記回転数指令値について、前記エアポンプの許容回転数よりも小さな上限閾値を設け、
   前記制御部は、前記処理（ａ）を実行中に前記エアポンプの回転数が前記上限閾値を越えた場合には、
   前記エアポンプの現実の回転数と前記上限閾値との差に基づいて、前記差が大きいほど小さくなる１以下のトルク係数を算出し、
   前記処理（ａ）により算出されたトルク指令値をベーストルク指令値とし、
   前記ベーストルク指令値に前記トルク係数を掛けることによって、新たなトルク指令値を算出し、新たなトルク指令値と前記回転数指令値に基づいて前記エアポンプの回転数の制御を行う、車両。

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