JP2017224577A - 車両用燃料電池の電力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アクセル踏込み操作時の要求出力の増加に呼応して燃料電池の出力電力を増加させる際に、燃料極や空気極の触媒層上の酸化還元反応を抑制でき、これにより触媒層の白金凝集・溶出に起因する劣化を確実に防止できる車両用燃料電池の電力制御装置を提供する。
【解決手段】２次電池３のＳＯＣがＳＯＣ判定値Ｓ未満の状態でアクセル踏込み操作が行われた場合（Ｓ１がＹes）、アクセル開度ＡＰＳが第１のアクセル判定値Ａ1以上のときには、燃料電池４ａの出力電力を通常通り増加させる一方（Ｓ２−３）、アクセル開度ＡＰＳが第１のアクセル判定値Ａ1未満のときには、出力電力の増加を通常時よりも抑制する（Ｓ２−４）。
【選択図】図３

Description

本発明は、燃料電池の出力電力をモータに供給して走行し、アクセルの踏込み操作時には、それに応じて増加する要求電力に対応すべく燃料電池の出力電力を増加させる車両用燃料電池の電力制御装置に関する。

近年の環境意識の高まりに伴い、化石燃料に頼ることのないクリーンエネルギー発電の一つとして燃料電池システムが注目されている。例えば車両に搭載される燃料電池システムには固体高分子型燃料電池が用いられており、固体高分子膜の両側に触媒として白金（Ｐｔ）を担持した燃料極及び空気極を貼り合わせてＭＥＡを構成し、そのＭＥＡをガス拡散層及びセパレータにより挟持した単セルを多数積層して製作されている。燃料極には湿度調整した燃料ガスが供給され、空気極には湿度調整した空気が供給され、これにより燃料極及び空気極の触媒層で発電反応が進行して燃料電池の発電が開始される。

このような燃料電池を搭載した燃料電池車両では、例えば特許文献１に記載の技術のように、運転者によるアクセル開度等に基づき燃料電池の出力電力が制御される。例えばアクセルの踏込み操作時には、車両走行に必要な要求出力が増加側に設定され、その要求出力をモータが２次電池からの電力供給のみでは達成不能な場合に、燃料電池の出力電力が増加側に制御されて電力不足分を補っている。

特開２０１４−１４３８５１号公報

ところで、上記したように燃料電池の発電反応は燃料極及び空気極の触媒層で進行するため、触媒層の劣化を抑制することは、燃料電池の耐久性を高める上で重要な課題となっている。
触媒層の劣化を促進する要因として、触媒層上で生じる酸化還元反応の繰り返しが挙げられる。例えば、車両の加減速に伴い燃料電池に要求される出力電力が変動すると、燃料電池の運転状態はアイドル運転と発電運転との間で変化し、それに伴い単セルの電圧（以下、セル電圧という）は、アイドル運転時の高電圧域と発電運転時の低電圧域との間で変動する。このようなセル電圧の増加及び低下に伴って触媒層上では酸化還元反応が繰り返され、これにより特に空気極側の触媒層の白金粒子がオストワルド成長による凝集や白金溶出によって発電反応比面積が減少し、結果として触媒層の劣化を進行させてしまう。

触媒層の劣化現象は、特にセル電圧の低下を伴うアイドル運転から発電運転への移行時に顕著に発生し、この状況は、上記特許文献１の技術が想定するアクセル踏込み操作時に相当する。しかしながら、特許文献１の技術によれば、要求出力に対する２次電池の不足電力分を補うべく無条件で燃料電池の出力電力を増加させているため、アクセル踏込み操作が行われる度に燃料電池は顕著な劣化現象が生じる運転状態を繰り返すことになる。よって特許文献１の技術は、このときの触媒層上での酸化還元反応を抑制する対策にはなり得なかった。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、アクセル踏込み操作時の要求出力の増加に呼応して燃料電池の出力電力を増加させる際に、燃料極や空気極の触媒層上の酸化還元反応を抑制でき、これにより触媒層の白金凝集・溶出に起因する劣化を確実に防止することができる車両用燃料電池の電力制御装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明の車両用燃料電池の電力制御装置は、燃料電池の出力電力をモータに供給して走行し、アクセル踏込み操作に応じて増加する要求出力に対応すべく前記燃料電池の出力電力を増加させる電動車両において、前記アクセル踏込み操作時のアクセル開度が予め設定された第１のアクセル判定値未満のときに前記燃料電池の出力電力の増加を抑制する出力電力抑制手段を備えたことを特徴とする。

このように構成した車両用燃料電池の電力制御装置によれば、アクセル開度が第１のアクセル判定値未満の場合は、運転者の加速要求への応答の必要性が低いことから、燃料電池の出力電力の増加を抑制したとしてもドライバビリティは悪化しない。そして、出力電力の増加が抑制されることによりセル電圧の低下が緩慢になる(セル電圧の低下率が小さくなる)ため、セル電圧の低下による触媒層上での酸化還元反応が抑制される。

その他の態様として、前記燃料電池とは別に前記モータに電力を供給する充放電手段の充電率が低下したときに、前記燃料電池の出力電力を増加させて前記充放電手段に充電する充電制御手段をさらに備え、前記出力電力抑制手段が、前記充放電手段の充電率が予め設定された充電率判定値未満であっても、前記アクセル開度が前記第１のアクセル判定値未満のときには前記燃料電池の出力電力の増加を抑制することが好ましい。

この態様によれば、充放電手段の充電率が充電率判定値未満のときには早期充電が望ましいが、この場合であってもアクセル開度が第１のアクセル判定値未満で加速要求への応答の必要性が低いときには、出力電力の増加が抑制される。このため、より多くの場合に触媒層上での酸化還元反応を抑制可能となる。
その他の態様として、前記第１のアクセル判定値が、前記充放電手段の充電率の増加に応じて増加側に設定されることが好ましい。

この態様によれば、充放電手段の充電率が高いほど、換言すると充放電手段を充電する必要性が低いほど、燃料電池の出力電力の増加が抑制され易くなり、充放電手段の充電率に応じて出力電力の増加抑制をよりきめ細かく実行可能となる。
その他の態様として、前記出力電力抑制手段が、前記充放電手段の充電率が前記充電率判定値以上で且つ前記アクセル開度が前記第１のアクセル判定値よりも大きな値に設定された第２のアクセル判定値未満のときに前記燃料電池の出力電力の増加を中止することが好ましい。

この態様によれば、充電率が充電率判定値以上で且つアクセル開度が第２のアクセル判定値未満の場合には、出力電力の増加が中止されることにより燃料電池を停止することが可能になりセル電圧が低電圧域に保たれるため、一層確実に触媒層上での酸化還元反応が抑制される。
その他の態様として、前記出力電力抑制手段が、前記アクセル踏込み操作の開始からの経過時間に応じて前記燃料電池の出力電力に対する抑制を次第に緩和することが好ましい。

この態様によれば、アクセル踏込み操作の開始からの経過時間に応じて出力電力に対する抑制が次第に緩和されることから、結果として出力電力の増加を抑制できると共に、アクセル踏込み操作が短時間で中止された場合には、増加後の最終的な出力電力も低められる。このため、一層確実に触媒層上での酸化還元反応を抑制可能となる。
その他の態様として、前記出力電力抑制手段が、前記第１のアクセル判定値未満の領域において前記アクセル開度が大であるほど、前記燃料電池の出力電力の増加に対する抑制を早期に緩和することが好ましい。

この態様によれば、アクセル開度が大であるほど出力電力の増加に対する抑制が早期に緩和され、結果として出力電力が急速に増加する。このため、運転者の加速要求が高い場合には、出力電力が急速に増加して加速要求に応答可能となり、逆に加速要求が低い場合には、出力電力の増加が緩慢化して触媒層の劣化防止に貢献する。
その他の態様として、前記充電率判定値を任意に入力可能な充電率設定部をさらに備えることが好ましい。

この態様によれば、充電率設定部により入力された充電率判定値が高いほど、燃料電池の出力電力の増加抑制の処理が実行される可能性が高まる。出力電力の増加が中止されると、充放電手段のみでモータを駆動するため電力消費が甚だしく充電率低下の要因になるが、出力電力の増加抑制の処理では、抑制されるとはいえ燃料電池の出力電力だけは充放電手段の電力が節減される。このため、より確実にユーザーの要望に沿った充放電手段の充電率を保つことが可能となる。

本発明の車両用燃料電池の電力制御装置によれば、アクセル踏込み操作時の要求出力の増加に呼応して燃料電池の出力電力を増加させる際に、燃料極や空気極の触媒層上の酸化還元反応を抑制でき、これにより触媒層の白金凝集・溶出に起因する劣化を確実に防止することができる。

実施形態の燃料電池の電力制御装置を搭載した電動車両を示す全体構成図である。 燃料電池の運転状態がアイドル運転と発電運転との間で変化した状況を示すタイムチャートである。 車両ＥＣＵが実行する出力増加抑制ルーチンを示すフローチャートである。 ２次電池のＳＯＣ及びアクセル踏込みからの経過時間ｔに応じて燃料電池の出力電力を算出するためのマップを示す説明図である。 ２次電池のＳＯＣから第１のアクセル判定値Ａ1を算出するためのマップを示す説明図である。 アクセル開度ＡＰＳから抑制緩和係数ｃを算出するためのマップを示す説明図である。

以下、本発明を具体化した車両用燃料電池の電力制御装置の一実施形態を説明する。
図１は本実施形態の燃料電池の電力制御装置を搭載した電動車両を示す全体構成図である。
本実施形態の電動車両１は、モータ２を走行用動力源とすると共に、その電源として２次電池３（充放電手段）及び燃料電池システム４を備えたハイブリッド燃料電池車両である。周知のように２次電池３は、化学反応により直流電力を充放電可能な電池であり、燃料電池システム４は、燃料電池４ａでの水素ガスを用いた電気化学反応により発電するシステムである。基本的にモータ２は２次電池３からの電力により駆動され、燃料電池システム４は主に２次電池３を充電するレンジエクステンダの機能を果たすと共に、その出力電力が補助的にモータ２の駆動にも利用される。

モータ２にはインバータ５を介して２次電池３が接続され、インバータ５は直流・交流間の変換機能を奏する。即ち、モータ２の力行制御時には、２次電池３や燃料電池システム４からの直流電力がインバータ５により三相交流電力に変換されてモータ２を駆動し、モータ２の回生制御時には、モータ２からの三相交流電力がインバータ５により直流電力に変換されて２次電池３に充電される。

なお、図示はしないが２次電池３には充電用のAC-DCコンバータが接続され、外部電源の交流電力がAC-DCコンバータにより直流電力に変換されて２次電池３に充電されるようになっている。
また、２次電池３及びインバータ５には燃料電池システム４が接続されている。燃料電池システム４に備えられた固体高分子型燃料電池４ａは、固体高分子膜の両側に触媒として白金（Ｐｔ）を担持した燃料極（負極）及び空気極（正極）を貼り合わせてＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜/電極接合体）を構成し、そのＭＥＡをガス拡散層及びセパレータにより挟持した単セルを多数積層して製作されている。

燃料電池４ａの動作原理は周知であるため、詳細は説明しないが、燃料極に水素タンク７からの水素ガスを湿度調整して供給すると共に、空気極に湿度調整した空気を供給することで運転される。燃料極に供給された水素ガスは触媒作用により水素イオンと電子に分解され、水素イオンは固体高分子膜を透過して空気極に到達し、電子は図示しない外部回路を経て空気極に到達し、これにより燃料極をマイナス、空気極をプラスとして直流電圧が発生する。また空気極では、空気供給ラインを経て供給された空気、固体高分子膜を透過した水素イオン、及び外部回路を経てきた電子が反応して水が生成される。

燃料電池４ａの出力端子にはDC-DCコンバータ８が接続され、DC-DCコンバータ８は２次電池３、インバータ５及び充放電装置６に接続されている。これにより燃料電池４ａの出力電力が２次電池３及び充放電装置６の充電やモータ２の駆動に利用可能となっている。
このような燃料電池４ａの運転のために燃料電池システム４を構成する各機器（例えば、水素ガス及び空気を切換制御する制御弁やガス加湿用の加湿装置等）はＦＣ-ＥＣＵ９に接続され、このＦＣ-ＥＣＵ９より燃料電池４ａの運転状態が制御される。

一方、インバータ５にはモータＥＣＵ１０が接続され、このモータＥＣＵ１０によりモータ２の駆動制御が実行される。例えばモータＥＣＵ１０はインバータ５を駆動制御し、２次電池３や燃料電池４ａ或いは充放電装置６から供給される出力電力によりモータ２を駆動する一方、モータ２の回生制御時には回生電力を２次電池３や充放電装置６に供給する。

また、２次電池３にはバッテリＥＣＵ１１が接続され、このバッテリＥＣＵ１１により２次電池３の充放電制御が実行されると共に、バッテリＥＣＵ１１は２次電池３のＳＯＣ（充電率：State Of Charge）の算出や温度ＴBATの検出等も実行する。
以上のＦＣ-ＥＣＵ９、モータＥＣＵ１０、バッテリＥＣＵ１１は、上位ユニットに相当する車両ＥＣＵ１３に接続されており、各ＥＣＵ９〜１１，１３は、それぞれ入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央演算処理装置（ＣＰＵ）等から構成されている。

車両ＥＣＵ１３は、電動車両１の総合的な制御を行うための制御ユニットであり、この車両ＥＣＵ１３からの指令を受けた下位の各ＥＣＵ９〜１１により、上記のような燃料電池４ａの運転制御、モータ２の駆動制御や２次電池３の充電制御等が実行される。
そのために、車両ＥＣＵ１３の入力側には、アクセル開度ＡＰＳを検出するアクセルセンサ１４やＳＯＣ設定部１５（充電率設定部）等のセンサ・スイッチ類が接続されると共に、ＦＣ-ＥＣＵ９、モータＥＣＵ１０、バッテリＥＣＵ１１が接続されており、アクセル開度ＡＰＳ等の検出情報と共に、燃料電池システム４、モータ２、２次電池３のそれぞれの運転情報が入力される。

ＳＯＣ設定部１５は、電動車両１のユーザーが２次電池３の目標ＳＯＣを任意に設定するための入力装置である。ＳＯＣ設定部１５が未入力の場合には、初期値（例えば３５％）が２次電池３の目標ＳＯＣとして設定されるが、例えば目的地のキャンプ場で２次電池３を電源として使用する予定の場合、ユーザーはＳＯＣ設定部１５を操作してより高い目標ＳＯＣ（例えば６０％）を入力する。この目標ＳＯＣに基づく車両ＥＣＵ１３の充放電制御により、目的地までの走行中に２次電池３のＳＯＣが高められて電源としての使用が可能となる。

そして車両ＥＣＵ１３は、アクセルセンサ１４により検出されたアクセル開度ＡＰＳ等に基づき電動車両１の走行に必要な要求出力を算出し、その要求出力を達成するようにモータＥＣＵ１０に指令信号を出力する。この指令信号に基づき、モータＥＣＵ１０によりモータ２が駆動されて要求トルクが達成される。
また車両ＥＣＵ１３は、２次電池３のＳＯＣや車両走行のための要求出力に基づき燃料電池システム４の出力電力を算出し、その出力電力を達成するようにＦＣ-ＥＣＵ９に指令信号を出力する。例えば、２次電池３のＳＯＣが低下して充電を要する場合、或いは２次電池３からの電力供給のみではモータ２が要求出力を達成不能と判定した場合、車両ＥＣＵ１３は燃料電池４ａの出力電力を増加側に設定する。

ＦＣ-ＥＣＵ９側では、出力電力の達成のために燃料極に供給すべき水素ガス量及び空気極に供給すべき空気量を算出し、算出したガス供給量に調整することにより要求出力電力を達成する。無論、このような水素ガス及び空気の供給制御と並行して、水素ガスや空気の湿度、セル圧力やセル温度等に関しても最適制御する。例えば上記のように出力電力が増加側に制御された場合には、水素ガス量及び空気量が増加側に調整されて出力電力が増加され、その電力増加分がバッテリＥＣＵ１１の充放電制御により２次電池３に充電されると共に（充電制御手段）、同じく電力増加分がモータＥＣＵ１０の力行制御によりモータ２の駆動に利用される。

以上のようなＦＣ-ＥＣＵ９による出力電力の制御により、例えば図２のタイムチャートに示すように、燃料電池４ａの運転状態はアイドル運転と発電運転との間で変化する。アイドル運転時の燃料電池４ａは、自己の運転に要する電力相当だけを発電しており、このときのセル電圧Ｖ（上記単セルの電圧）は相対的に高電圧域（0.9〜1.0Ｖ）に保たれている。そして、このアイドル運転から出力電力が増加して発電運転に移行すると、燃料電池４ａの内部抵抗に起因してセル電圧Ｖは低下して低電圧域（0.5〜0.8Ｖ）に切り換えられる。

ところで、［発明が解決しようとする課題］で述べたように、アクセル踏込み操作時において２次電池３からの電力供給のみではモータ２が要求出力を達成不能な場合に、特許文献１の技術では無条件で燃料電池４ａの出力電力を増加させているため、アクセル踏込み操作毎に燃料電池４ａが顕著な劣化現象が生じる運転状態、即ちアイドル運転から発電運転への移行を繰り返して触媒層の劣化を進行させてしまうという問題がある。

このような点を鑑みて本発明者は、燃料電池４ａの出力電力を増加させる必要性が、アクセル踏込み状態や２次電池３のＳＯＣ等の諸条件に応じて相違することに着目した。即ち、アクセル踏込み操作に応じた加速要求に応答する必要性が高い場合には、触媒層の劣化の要因になったとしても出力電力を増加すべきであるが、加速要求への応答の必要性が低い場合には、出力増加を多少抑制して触媒層の劣化防止を図る余地が存在することを見出した。以下、この知見の下にアクセル踏込み操作時に実施される燃料電池４ａの出力増加抑制処理について説明する。

図３は車両ＥＣＵ１３が実行する出力増加抑制ルーチンであり、車両ＥＣＵ１３はアクセル踏込み操作時に当該ルーチンを所定の制御インターバルで実行する。
今、説明の便宜上、電動車両１が走行中であり、運転者によりアクセル踏込み操作が行われたものとする。
まず、ステップＳ１で２次電池３のＳＯＣが予め設定されたＳＯＣ判定値Ｓ未満であるか否かを判定する。本実施形態ではＳＯＣ判定値Ｓが２次電池３の目標ＳＯＣと連携して設定され、ユーザーがＳＯＣ設定部１５により目標ＳＯＣを入力すると、その目標ＳＯＣがＳＯＣ判定値Ｓとして設定される。以下の説明では、ＳＯＣ設定部１５が未入力であり、ＳＯＣ判定値Ｓとして初期値（３５％）が設定されているものとする。但し、ＳＯＣ判定値Ｓはこれに限ることはなく、例えば任意の固定値を設定してもよい。

ステップＳ１の判定がＹes（肯定）のときにはステップＳ２に移行し、アクセルセンサ１４により検出されたアクセル開度ＡＰＳが予め設定された第１のアクセル判定値Ａ1未満であるか否かを判定する。ステップＳ２の判定がＮo（否定）のときにはステップＳ３に移行し、燃料電池４ａの出力電力を抑制することなく通常通り増加させた後、一旦ルーチンを終了する。

この状況では、ＳＯＣがＳＯＣ判定値Ｓ未満であるため早期に２次電池３を充電するのが望ましく、且つアクセル開度ＡＰＳが第１のアクセル判定値Ａ1以上であるため運転者の加速要求に応答する必要もある。よって、燃料電池４ａの触媒層の劣化防止よりも加速要求への応答を優先しているのである。
また、ステップＳ２の判定がＹesのときにはステップＳ４に移行し、燃料電池４ａの出力電力の増加を通常時よりも抑制する（出力電力抑制手段）。具体的には、図４に示すマップに従って、２次電池３のＳＯＣ及びアクセル踏込みからの経過時間ｔに応じて燃料電池４ａの出力電力を算出する。なお、このときの出力電力はＦＣ-ＥＣＵ９に指令するための目標値であり、実際の出力電力は燃料電池４ａの応答特性に応じた遅れを持って追従することになる。

アクセル踏込みからの経過時間ｔとしては、２sec,１０sec,２０sec,３０sec,４０sec,５０sec,６０secが設定されており、例えばアクセル踏込みから２secが経過すると２secの特性線（以下、特性線２０と称し、他の特性線についても同様に呼称する）に従って、１０secが経過すると特性線１０に従って、２０secが経過すると特性線２０に従って、２次電池３の実ＳＯＣに対応する出力電力が順次算出される。基本的に各特性線２〜６０は、目標ＳＯＣ（３５％）を起点として実ＳＯＣが低下するほど増加側の出力電力が求められ、且つ経過時間ｔが大の特性線ほど（換言するとアクセル踏込みから時間経過するほど）より大きな出力電力が求められるように設定されている。

図４のマップの特性は、次式(1),(2)で表すことができる。
ｙ＝ａ（ｘ−ｂ）^２ ……(1)
ａ＝ｃｔ……(2)
ここに、ｙは燃料電池４ａの出力電力、ｘは２次電池３の実ＳＯＣ、ｂは目標ＳＯＣ（３５％）、ｔはアクセル踏込みからの経過時間、ｃは係数である。

従って、一例として図中に示すように、２次電池３が所定ＳＯＣ0にある状態でアクセル踏込み操作が行われると、特性線２〜６０の順に、各特性線に従ってＳＯＣ0に対応する出力電力が順次算出され、それに伴い燃料電池４ａの出力電力が次第に増加する。なお、燃料電池４ａの出力電力により２次電池３は次第に充電されるため、アクセル踏込みからの時間経過と共に実ＳＯＣは若干増加するが、説明の便宜上、図では省略している。

このような出力電力の算出の結果、例えばアクセル踏込み操作が１０sec後に中止された場合、出力電力は０から次第に増加し、１０sec後に特性線１０上でＳＯＣ0に対応するＷ1に達し、その時点でアクセル踏込み操作の中止と共に０に復帰する。また、アクセル踏込み操作が６０sec継続した場合、出力電力は６０sec後に特性線６０上でＳＯＣ0に対応するＷ2に達する。

特性線６０は、出力電力の増加を抑制しない場合の特性線でもあるため、上記したステップＳ３の処理では、アクセル踏込みと同時に出力電力がＳＯＣ0に対応するＷ2まで直ちに増加する。これに対してステップＳ４の処理によれば、アクセル踏込み操作の開始時には出力電力が強く抑制され、その抑制が経過時間ｔに応じて次第に緩和されることになる。このため出力電力の増加が遅延されることから、抑制無しのステップＳ３の処理の場合に比較して同一タイミング（同一の経過時間ｔ）での出力電力が抑制され、結果として出力電力の増加が抑制されることになる。

また、多くの場合のアクセル踏込み操作は６０secも継続することなく中止されるため、この場合には、増加後の最終的な出力電力も抑制無しのステップＳ３の処理の場合に比較して低められる。
このときの燃料電池４ａはセル電圧の低下を伴ってアイドル運転から発電運転に移行するが、セル電圧の低下状況は図２に破線で示すように、実線の抑制無しの場合（特許文献１の制御状況でもある）に比較してより緩慢（換言すると低下率が小）なものとなり、且つセル電圧の低下幅が縮小される場合もある。

この状況では、ＳＯＣがＳＯＣ判定値Ｓ未満であるため早期に２次電池３を充電するのが望ましいが、アクセル開度ＡＰＳが第１のアクセル判定値Ａ1未満のため、運転者の加速要求への応答の必要性は低い。よって、加速要求への応答よりも燃料電池４ａの触媒層の劣化防止を優先して、出力電力の増加を抑制しているのである。
一方、上記ステップＳ１でＮoの判定を下したときにはステップＳ５に移行し、アクセル開度ＡＰＳが予め設定された第２のアクセル判定値Ａ2未満であるか否かを判定する。この第２のアクセル判定値Ａ2は、第１のアクセル判定値Ａ1よりも大きな値に設定されている。ステップＳ５の判定がＮoのときにはステップＳ６に移行し、上記ステップＳ３と同じく燃料電池４ａの出力電力を抑制することなく通常通り増加させる。

ステップＳ３の場合に比較して、この状況ではＳＯＣがＳＯＣ判定値Ｓ以上であるため、それほど２次電池３の充電を急ぐ必要はないが、アクセル開度ＡＰＳがより大であるため運転者の加速要求への応答の必要性がより高い。よって、ステップＳ３の場合と同じく、燃料電池４ａの触媒層の劣化防止よりも加速要求への応答を優先しているのである。
また、ステップＳ５の判定がＹesのときにはステップＳ７に移行し、燃料電池４ａの出力電力の増加を中止する（出力電力抑制手段）。即ち、この時点の燃料電池４ａがアイドル運転にあればアイドル運転を継続し、多少でもセル電圧を低下させた発電運転にあるときには、その時点の運転状態を継続する。このときの２次電池３はある程度のＳＯＣが確保されており、要求出力を達成できる電力をモータ２に供給可能なため、燃料電池４ａの出力電力を必要としないとの観点に基づく処理である。

なお、アクセル踏込み操作中の２次電池３の放電によりＳＯＣがＳＯＣ判定値Ｓ未満まで低下すれば、ステップＳ１からステップＳ２に移行し、上記のようなアクセル開度ＡＰＳに応じたステップＳ３または４の出力電力制御が実行される。
以上詳述したように本実施形態の車両用燃料電池４ａの電力制御装置によれば、２次電池３のＳＯＣがＳＯＣ判定値Ｓ未満の状態でアクセル踏込み操作が行われた場合、アクセル開度ＡＰＳが第１のアクセル判定値Ａ1以上のときには燃料電池４ａの出力電力を通常通り増加させる一方、アクセル開度ＡＰＳが第１のアクセル判定値Ａ1未満のときには出力電力の増加を通常時よりも抑制している。

後者の状況（ＡＰＳ＜Ａ1）では運転者の加速要求への応答の必要性が低いことから、燃料電池４ａの出力電力の増加を多少抑制したとしてもドライバビリティは悪化せず、出力電力の増加が抑制されることによりセル電圧の低下が緩慢になると共に、セル電圧の低下幅が縮小される場合もある。よって、セル電圧の低下による触媒層上での酸化還元反応が抑制され、酸化還元反応に伴う白金凝集・溶出に起因する触媒層の劣化を確実に防止することができる。

加えて、２次電池３のＳＯＣがＳＯＣ判定値Ｓ未満で早期充電が望ましい場合であっても、アクセル開度が第１のアクセル判定値Ａ1未満で加速要求への応答の必要性が低いときには出力電力の増加を抑制している。このため、より多くの場合に触媒層上での酸化還元反応を抑制でき、結果として触媒層を劣化させる運転状態に移行する機会が減少し、この点も触媒層の劣化防止に貢献する。

また、２次電池３のＳＯＣがＳＯＣ判定値Ｓ以上の場合、アクセル開度ＡＰＳがより大きな第２のアクセル判定値Ａ2未満であることを条件として、燃料電池４ａの出力電力の増加を中止している。これにより燃料電池４ａを停止することが可能となりセル電圧が低電圧域に保たれることから、一層確実に触媒層上での酸化還元反応を抑制でき、これにより触媒層の劣化を確実に防止することができる。

また、アクセル踏込み操作中には、図４のマップに基づきアクセル踏込みからの経過時間ｔに応じた特性線から２次電池３の実ＳＯＣに対応する出力電力を順次算出している。これにより、経過時間ｔに応じて燃料電池４ａの出力電力に対する抑制が次第に緩和されることから、結果として出力電力の増加を抑制できると共に、アクセル踏込み操作が短時間で中止された場合には、増加後の最終的な出力電力も低められる。このため、一層確実に触媒層上での酸化還元反応を抑制することができる。

また、ＳＯＣ設定部１５による目標ＳＯＣの入力に連携してＳＯＣ判定値Ｓが設定され、それに応じて図３のステップＳ１でのＳＯＣに対する判定特性が変更される。例えば、ユーザーが２次電池３のＳＯＣを温存すべく増加側の目標ＳＯＣを入力すると、高いＳＯＣ判定値Ｓに基づくＳＯＣの判定の結果、ステップＳ７よりもステップＳ４の処理が実行される可能性が高まる。ステップＳ７の処理では２次電池３のみでモータ２を駆動するため電力消費が甚だしくＳＯＣ低下の要因になるが、ステップＳ４の処理では、抑制されるとはいえ燃料電池４ａの出力電力だけは２次電池３の電力が節減される。即ち、この燃料電池４ａの出力増加の抑制処理についてもＳＯＣ温存に好適な制御内容に切り替わるため、より確実にユーザーの要望に沿った２次電池３のＳＯＣを保つことができる。

以上で本実施形態の説明を終えるが、本実施形態は種々に変更可能であり、以下に第１及び第２変形例を説明する。
第１変形例の特徴は、２次電池３のＳＯＣに応じて第１のアクセル判定値Ａ1を可変設定する点にある。
図５はＳＯＣから第１のアクセル判定値Ａ1を算出するためのマップを示しており、ＳＯＣが高いほど第１のアクセル判定値Ａ1が増加側に算出される。よって、２次電池３のＳＯＣが高いほど、換言すると２次電池３を充電する必要性が低いほど、図３のステップＳ３よりもステップＳ４の処理が実行される可能性が高まり、燃料電池４ａの出力電力の増加が抑制され易くなる。結果として変形例１によれば、２次電池３のＳＯＣに応じて出力電力の増加抑制をよりきめ細かく実行でき、より多くの場合に触媒層上での酸化還元反応を抑制できることから、触媒層の劣化防止を一層確実なものとすることができる。

なお、同様の発想に基づき、２次電池３のＳＯＣが高いほど第２のアクセル判定値Ａ2を増加側に算出してもよい。この場合には、ステップＳ７で出力電力の増加が中止され易くなるため、重複する説明はしないが、触媒層の劣化防止を一層確実に達成できる。
第２変形例の特徴は、アクセル開度ＡＰＳに応じて図４のマップの特性を決定する要件の１つである係数ｃを可変設定する点にある。

上記したように燃料電池４ａの出力電力の増加に対する抑制は経過時間ｔに応じて次第に緩和され、その緩和速度は係数ｃによって定まり、係数ｃが大であるほど抑制が早期に緩和されて出力電力がより急速に増加する。この意味で、以下の説明では係数ｃを抑制緩和係数ｃと称する。
図６はアクセル開度ＡＰＳから抑制緩和係数ｃを算出するためのマップを示しており、アクセル開度ＡＰＳが大であるほど抑制緩和係数ｃが増加側に算出される。よって、アクセル開度ＡＰＳが大であるほど、換言すると運転者の加速要求が高いほど、図４のマップに基づく出力電力の増加に対する抑制が早期に緩和され、結果として出力電力が急速に増加する（出力電力抑制手段）。このため、運転者の加速要求が高い場合には、通常時に比較すれば抑制されるものの出力電力が急速に増加して加速要求に応答でき、逆に加速要求が低い場合には、出力電力の増加が緩慢化することにより触媒層の劣化防止に貢献する。よって、この変形例２によれば、運転者の加速要求への応答と触媒層の劣化防止とをより高次元で両立させることができる。

以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態の図３のフローチャートでは、２次電池３のＳＯＣがＳＯＣ判定値Ｓ未満の場合を前提として、ステップＳ２でアクセル開度ＡＰＳに応じて燃料電池４ａの出力電力の増加を抑制するか否かを決定したが、ＳＯＣを考慮することなく、ステップＳ２の処理を実行してもよい。

また上記実施形態では、図４のマップに基づき出力電力の増加に対する抑制を次第に緩和したが、出力電力の増加を抑制する手法はこれに限るものではなく任意に変更可能である。例えばアクセル開度ＡＰＳが第１のアクセル判定値Ａ1未満の場合に、燃料電池４ａの出力電力の増加を予め設定した上限値に制限するようにしてもよい。

１ 電動車両
２ モータ
３ ２次電池（充放電手段）
４ａ 燃料電池
１１ バッテリＥＣＵ（充電制御手段）
１３ 車両ＥＣＵ（出力電力抑制手段、充電制御手段）
１５ ＳＯＣ設定部（充電率設定部）

Claims (7)

1. 燃料電池の出力電力をモータに供給して走行し、アクセル踏込み操作に応じて増加する要求出力に対応すべく前記燃料電池の出力電力を増加させる電動車両において、
   前記アクセル踏込み操作時のアクセル開度が予め設定された第１のアクセル判定値未満のときに前記燃料電池の出力電力の増加を抑制する出力電力抑制手段を備えた
   ことを特徴とする車両用燃料電池の電力制御装置。
2. 前記燃料電池とは別に前記モータに電力を供給する充放電手段の充電率が低下したときに、前記燃料電池の出力電力を増加させて前記充放電手段に充電する充電制御手段をさらに備え、
   前記出力電力抑制手段は、前記充放電手段の充電率が予め設定された充電率判定値未満であっても、前記アクセル開度が前記第１のアクセル判定値未満のときには前記燃料電池の出力電力の増加を抑制する
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両用燃料電池の電力制御装置。
3. 前記第１のアクセル判定値は、前記充放電手段の充電率の増加に応じて増加側に設定される
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の車両用燃料電池の電力制御装置。
4. 前記出力電力抑制手段は、前記充放電手段の充電率が前記充電率判定値以上で且つ前記アクセル開度が前記第１のアクセル判定値よりも大きな値に設定された第２のアクセル判定値未満のときに前記燃料電池の出力電力の増加を中止する
   ことを特徴とする請求項２または３に記載の車両用燃料電池の電力制御装置。
5. 前記出力電力抑制手段は、前記アクセル踏込み操作の開始からの経過時間に応じて前記燃料電池の出力電力に対する抑制を次第に緩和する
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の車両用燃料電池の電力制御装置。
6. 前記出力電力抑制手段は、前記第１のアクセル判定値未満の領域において前記アクセル開度が大であるほど、前記燃料電池の出力電力の増加に対する抑制を早期に緩和する
   ことを特徴とする請求項５に記載の車両用燃料電池の電力制御装置。
7. 前記充電率判定値を任意に入力可能な充電率設定部をさらに備えた
   ことを特徴とする請求項４乃至６の何れか１項に記載の車両用燃料電池の電力制御装置。

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