JP2021099945A - 燃料電池車両 - Google Patents

Abstract

【課題】ＦＣと蓄電装置とを備えるＦＣＶにおいて、ＦＣＶのシステム起動後に走行性能が低下するのを抑制する。【解決手段】ＦＣＶ１は、ＦＣシステム２０と、バッテリ４０とを備える。ＦＣシステム２０は、ＦＣスタック２２と、ＦＣスタック２２の出力を調整する昇圧コンバータ２４とを含む。ＦＤＣ−ＥＣＵ６０は、ＦＣＶ１のシステム停止時（Ready-off時）にバッテリ４０のＳＯＣがしきい値Ｓ１よりも低い場合に、車両外部の電源による外部充電を行なうための所定の操作がシステム停止後に所定時間行なわれないときは、ＦＣシステム２０によるＦＣ充電が行なわれるように昇圧コンバータ２４を制御する。【選択図】図１

Description

本開示は、燃料電池車両に関する。

国際公開第２０１１／００４４９３号（特許文献１）は、燃料電池を搭載した燃料電池車両（以下、燃料電池を「ＦＣ（Fuel Cell）」と称し、燃料電池車両を「ＦＣＶ（Fuel Cell Vehicle）」と称する。）を開示する。このＦＣＶは、ＦＣスタックと、バッテリとを備える。バッテリは、余剰電力の貯蔵源、回生制動時の回生エネルギ貯蔵源、車両の加速又は減速に伴なう負荷変動時のエネルギバッファとして機能する（特許文献１参照）。

国際公開第２０１１／００４４９３号

車両外部の電源により蓄電装置を充電可能な所謂プラグインＦＣＶが検討されている（以下では、車両外部の電源を「外部電源」とも称し、外部電源による蓄電装置の充電を「外部充電」とも称する。）。しかしながら、ＦＣＶのシステム停止後に外部充電が行なわれず、システム起動時に蓄電装置のＳＯＣ（State Of Charge）が低下していると、ＦＣの出力と蓄電装置の出力とを合わせたシステム出力が走行開始後に制限されることにより、走行性能が低下する可能性がある。

本開示は、かかる問題を解決するためになされたものであり、本開示の目的は、ＦＣと蓄電装置とを備えるＦＣＶにおいて、ＦＣＶのシステム起動後に走行性能が低下するのを抑制することである。

本開示のＦＣＶは、ＦＣシステムと、蓄電装置と、ＦＣシステム及び蓄電装置の少なくとも一方から電力を受けて走行パワーを発生する駆動装置と、外部充電を行なう充電装置と、制御装置とを備える。蓄電装置の出力上限は、ＳＯＣがしきい値よりも低い場合に、ＳＯＣが低下するに従って低下するように設定される。制御装置は、ＦＣＶのシステム停止時にＳＯＣがしきい値よりも低い場合に、外部充電が行なわれないときは、ＦＣシステムから蓄電装置へ電力が供給されるＦＣ充電が行なわれるようにＦＣシステムを制御する。

ＳＯＣが低下してしきい値を下回ると、蓄電装置の出力上限が低下することによりシステム出力が制限される。このＦＣＶは、外部充電を行なう充電装置を備えており、システム停止中に外部充電を行なうことでシステム起動時のＳＯＣを高めておくことができる。しかしながら、駐車場所に充電設備がなかったり、ユーザが外部充電を失念したりすることにより、システム停止中に外部充電が行なわれない可能性もある。

このＦＣＶでは、システム停止時にＳＯＣがしきい値よりも低い場合に、外部充電が行なわれないときは、ＦＣ充電が行なわれる。これにより、システム停止中に外部充電が行なわれない場合であっても、次回のシステム起動時にＳＯＣを高めておくことができ、システム起動後の走行開始時にシステム出力が制限されるのを回避することができる。したがって、このＦＣＶによれば、システム起動後に走行性能が低下するのを抑制することができる。

制御装置は、システム停止時にＳＯＣがしきい値よりも低い場合に、外部充電を行なうための所定の操作がシステム停止後に所定時間行なわれないとき、ＦＣ充電が行なわれるようにＦＣシステムを制御してもよい。

このＦＣＶにおいては、外部充電を行なうための操作がシステム停止後に所定時間行なわれないときは、外部充電は行なわれないものと判断され、システム停止時にＳＯＣがしきい値よりも低ければＦＣ充電が行なわれる。したがって、このＦＣＶによれば、システム停止中に外部充電が行なわれない場合であっても、次回のシステム起動時にＳＯＣを高めておくことができ、システム起動時にシステム出力が制限されるのを回避することができる。

制御装置は、ＦＣ充電の実行中に上記の操作が行なわれると、ＦＣ充電を停止して外部充電を実行してもよい。

このＦＣＶによれば、ＦＣ充電の実行中であっても外部充電が要求されたときは、ＦＣ充電を停止して外部充電が実行されるので、システム起動時の燃料残量の低下を抑制することができる。

制御装置は、上記の操作が行なわれた場合に、外部充電による電気料金が所定金額よりも高いときは、外部充電を実行せずにＦＣ充電が行なわれるようにＦＣシステムを制御してもよい。

このＦＣＶによれば、外部充電による電気料金が高いときは、外部充電が要求されてもＦＣ充電が行なわれるので、システム起動後の走行性能低下を抑制するためのエネルギコストを抑えることができる。

制御装置は、ＦＣＶのシステム起動時にＳＯＣがしきい値よりも低い場合に、ＦＣ充電が行なわれるようにＦＣシステムを制御してもよい。

このＦＣＶでは、システム起動時にＳＯＣがしきい値よりも低い場合に、ＦＣ充電が行なわれるので、ＳＯＣの低下によりシステム出力が制限されるのを回避することができる。したがって、このＦＣＶによれば、システム起動後に走行性能が低下するのを抑制することができる。

また、本開示のＦＣＶは、ＦＣシステムと、蓄電装置と、ＦＣシステム及び蓄電装置の少なくとも一方から電力を受けて走行パワーを発生する駆動装置と、外部充電を行なう充電装置と、ＦＣＶのユーザが操作可能な表示装置と、制御装置とを備える。蓄電装置の出力上限は、ＳＯＣがしきい値よりも低い場合に、ＳＯＣが低下するに従って低下するように設定される。制御装置は、ＦＣＶのシステム停止時にＳＯＣがしきい値よりも低い場合に、ＦＣ充電の実行をユーザが指示するための操作部を表示装置に表示する。

このＦＣＶでは、システム停止時にＳＯＣがしきい値よりも低い場合に、ＦＣ充電の実行をユーザが指示するための操作部が表示装置に表示される。これにより、システム停止中に外部充電が行なわれない場合であっても、ユーザの指示に従ってシステム停止中にＦＣ充電が実行されることにより、次回のシステム起動時にＳＯＣを高めておくことができる。したがって、このＦＣＶによれば、システム起動時にシステム出力が制限されるのを回避することができ、その結果、システム起動後に走行性能が低下するのを抑制することができる。

本開示のＦＣＶによれば、ＦＣＶのシステム起動後に走行性能が低下するのを抑制することができる。

本開示の実施の形態に従うＦＣＶの全体構成を示す図である。 ＦＣシステム及びバッテリのエネルギ残量とシステム出力上限との関係を示した図である。 ＦＣＶに設けられる走行モードを示す図である。 Ready-off時にＦＤＣ−ＥＣＵにより実行される処理の手順の一例を示すフローチャートである。 変形例１において、Ready-off時にＦＤＣ−ＥＣＵにより実行される処理の手順の一例を示すフローチャートである。 変形例２において、Ready-off時にＦＤＣ−ＥＣＵにより実行される処理の手順の一例を示すフローチャートである。 実施の形態２において、Ready-off時にＦＤＣ−ＥＣＵにより実行される処理の手順の一例を示すフローチャートである。 図７のステップＳ３３０におけるＨＭＩ装置の表示状態の一例を示す図である。 実施の形態３において、Ready-on時にＦＤＣ−ＥＣＵにより実行される処理の手順の一例を示すフローチャートである。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［実施の形態１］
図１は、本開示の実施の形態に従うＦＣＶ１の全体構成を示す図である。図１を参照して、ＦＣＶ１は、モータジェネレータ（以下「ＭＧ（Motor Generator）」と称する。）１０と、インバータ１２と、ＦＣシステム２０と、水素タンク２８と、供給バルブ３０と、エアフィルタ３２と、コンプレッサ３４とを備える。

ＭＧ１０は、交流回転電機であり、たとえば、ロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動機である。ＭＧ１０は、インバータ１２により駆動されて回転駆動力を発生する。ＭＧ１０が発生した駆動力は、図示しない駆動輪に伝達される。ＦＣＶ１の制動時等には、ＭＧ１０は、ジェネレータとして作動し発電する。ＭＧ１０が発電した電力は、インバータ１２により整流されてバッテリ４０に蓄えることができる。

インバータ１２は、電力線７０とＭＧ１０との間に設けられ、ＭＧ−ＥＣＵ６６（後述）からの駆動信号に基づいてＭＧ１０を駆動する。インバータ１２は、たとえば、三相分のスイッチング素子を含むブリッジ回路によって構成される。

ＦＣシステム２０は、ＦＣスタック２２と、昇圧コンバータ２４と、リレー２６とを含む。ＦＣスタック２２は、たとえば固体高分子形のセルが複数（たとえば数十〜数百）直列に積層された構造体である。各セルは、たとえば、電解質膜の両面に触媒電極を接合し、それを導電性のセパレータで挟み込むことによって構成され、アノードに供給される水素とカソードに供給される酸素（空気）とが電気化学反応を起こすことで発電する。

昇圧コンバータ２４は、ＦＤＣ−ＥＣＵ６０（後述）からの制御信号に基づいて、ＦＣスタック２２が発電した電力を昇圧して（たとえば数百Ｖ）電力線７０へ出力する。リレー２６は、ＦＣスタック２２と昇圧コンバータ２４との間の電路に設けられ、車両システムの停止時やＦＣシステム２０の不使用時に開放される。

水素タンク２８は、ＦＣスタック２２に供給される燃料の水素を貯蔵する。水素タンク２８は、たとえば炭素繊維強化プラスチック層を含む軽量かつ高強度の高圧タンクであり、たとえば数十ＭＰａの水素を貯蔵することができる。そして、水素タンク２８から供給バルブ３０を通じてＦＣスタック２２へ水素が供給される。

コンプレッサ３４は、ＦＣスタック２２へ酸素を供給するための機器である。コンプレッサ３４は、エアフィルタ３２を通じて酸素（空気）を吸引し圧縮してＦＣスタック２２へ供給する。

ＦＣＶ１は、さらに、バッテリ４０と、ＤＣ（Direct Current）インレット４４と、ＡＣ（Alternate Current）インレット４８と、充電器５０と、リレー４２，４６，５２とを備える。

バッテリ４０は、充放電可能に構成された蓄電装置である。バッテリ４０は、複数の電池セル（たとえば数百セル）から構成される組電池を含む。各電池セルは、たとえば、リチウムイオン電池或いはニッケル水素電池等の二次電池である。なお、リチウムイオン二次電池は、リチウムを電荷担体とする二次電池であり、電解質が液体の一般的なリチウムイオン二次電池のほか、固体の電解質を用いた所謂全固体電池も含み得る。バッテリ４０に代えて、電気二重層キャパシタ等の蓄電素子を用いてもよい。

バッテリ４０は、リレー４２を介して電力線７２に接続されており、電力線７２は、電力線７０に接続されている。バッテリ４０は、ＭＧ１０を駆動するための電力を蓄えており、電力線７２，７０を通じてインバータ１２へ電力を供給する。また、バッテリ４０は、ＦＣＶ１の制動時等にＭＧ１０により発電される電力を受けて充電される。このバッテリ４０は、ＦＣＶ１の加減速に伴なう負荷変動を吸収したり、ＦＣＶ１の制動時等にＭＧ１０により発電される電力を蓄えたりするエネルギバッファとして機能することができる。

また、本実施の形態では、バッテリ４０は、車両外部の電源（図示せず）からＤＣインレット４４又はＡＣインレット４８を通じて供給される電力を受けて充電されることができる（外部充電）。さらに、バッテリ４０は、ＦＣシステム２０から出力される電力を受けて充電されることも可能である（以下、ＦＣシステム２０によるバッテリ４０の充電を「ＦＣ充電」とも称する。）。

ＤＣインレット４４は、リレー４６を介して電力線７４に接続されており、電力線７４は、電力線７２に接続されている。ＤＣインレット４４は、車両外部の充電スタンド等（図示せず）から延びるＤＣ充電ケーブルのコネクタを嵌合可能に構成されており、充電スタンド等から供給される高圧の直流電力を受電して電力線７４へ出力する。

ＡＣインレット４８は、リレー５２を介して充電器５０に接続されている。ＡＣインレット４８は、車両外部の充電スタンド等から延びるＡＣ充電ケーブルのコネクタを嵌合可能に構成されており、充電スタンド等から供給される交流電力（たとえば系統電力）を受電して充電器５０へ出力する。充電器５０は、電力線７４に接続されており、ＡＣインレット４８から入力される交流電力をバッテリ４０の電圧レベルに変換して電力線７４へ出力する。

リレー４２は、バッテリ４０と電力線７２との間に設けられ、ＦＣＶ１のシステム起動中、或いは外部充電の実行中に閉成される。リレー４６は、ＤＣインレット４４と電力線７４との間に設けられ、ＤＣインレット４４を用いた外部充電（ＤＣ充電）の実行時に閉成される。リレー５２は、ＡＣインレット４８と充電器５０との間に設けられ、ＡＣインレット４８及び充電器５０を用いた外部充電（ＡＣ充電）の実行時に閉成される。

このように、ＦＣＶ１は、ＤＣインレット４４又はＡＣインレット４８に接続される車両外部の電源によってバッテリ４０を充電可能なプラグインＦＣＶであり、外部充電によりバッテリ４０に蓄えられた電力を用いて走行することができる。

ＦＣＶ１は、さらに、ＦＤＣ−ＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０と、モードスイッチ（ＭＤ−ＳＷ）６２と、電池ＥＣＵ６４と、ＭＧ−ＥＣＵ６６と、ＨＭＩ（Human Machine Interface）装置６８とを備える。ＦＤＣ−ＥＣＵ６０、電池ＥＣＵ６４、及びＭＧ−ＥＣＵ６６の各々は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、メモリ（ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory））と、入出力バッファとを含んで構成される（いずれも図示せず）。ＣＰＵは、ＲＯＭに格納されているプログラムをＲＡＭ等に展開して実行する。ＲＯＭに格納されているプログラムには、対応のＥＣＵにより実行される処理が記述されている。

ＦＤＣ−ＥＣＵ６０は、ＦＣＶ１に要求される走行パワー、及びバッテリ４０の充放電要求に基づいて、ＦＣシステム２０に要求される出力（ＦＣシステム２０の出力電力）を算出し、算出された電力をＦＣシステム２０が出力するように昇圧コンバータ２４を制御する。なお、ＦＣＶ１に要求される走行パワーは、アクセルペダルの操作量及び車速等から算出される。本実施の形態では、走行パワーは、ＦＤＣ−ＥＣＵ６０によって算出されるものとするが、他のＥＣＵ（たとえば、車両全体を統括的に制御する車両ＥＣＵ（図示せず））によって算出してもよい。

ＦＤＣ−ＥＣＵ６０は、ＦＣシステム２０の出力が出力上限Ｗｆｃを超えることなく、かつ、バッテリ４０の出力も出力上限Ｗｏｕｔを超えないように、ＦＣシステム２０の出力を制御する。なお、本実施の形態では、ＦＣシステム２０の出力上限Ｗｆｃは、ＦＤＣ−ＥＣＵ６０において設定され、バッテリ４０の出力上限Ｗｏｕｔについては、電池ＥＣＵ６４においてバッテリ４０のＳＯＣ及び温度等に基づいて設定される。ＦＣシステム２０の出力上限Ｗｆｃ、及びバッテリ４０の出力上限Ｗｏｕｔについては、後ほど詳しく説明する。

また、ＦＤＣ−ＥＣＵ６０は、モードスイッチ６２による設定に従って、走行モードを切り替える。このＦＣＶ１は、電源としてＦＣシステム２０及びバッテリ４０を搭載し、また、バッテリ４０には電力を蓄えることができる。そして、このＦＣＶ１では、ＦＣシステム２０及びバッテリ４０の使い方に応じた４つの走行モードがあり、ユーザは、モードスイッチ６２を操作することによって走行モードを選択することができる。走行モードについては、後ほど詳しく説明する。

モードスイッチ６２は、ユーザが走行モードを設定するためのスイッチである。モードスイッチ６２は、専用のスイッチであってもよいし、ＨＭＩ装置６８のタッチパネルディスプレイ内に形成されてもよい。

ＨＭＩ装置６８は、ＦＣＶ１のユーザに様々な情報を提供したり、ＦＣＶ１のユーザの操作を受け付けたりする装置である。ＨＭＩ装置６８は、タッチパネルを備えたディスプレイやスピーカー等を含む。

電池ＥＣＵ６４は、バッテリ４０の電圧、電流、温度等を監視する。バッテリ４０の電圧、電流、温度等は、図示しない各種センサによって検出される。そして、電池ＥＣＵ６４は、バッテリ４０の電圧、電流、温度等の検出値に基づいてバッテリ４０のＳＯＣを算出する。算出されたＳＯＣの値は、ＦＤＣ−ＥＣＵ６０へ送信される。なお、ＳＯＣの算出は、バッテリ４０の電圧、電流、温度等の検出値に基づいて、ＦＤＣ−ＥＣＵ６０で行なってもよい。

また、電池ＥＣＵ６４は、バッテリ４０の出力上限Ｗｏｕｔを設定する。具体的には、電池ＥＣＵ６４は、バッテリ４０のＳＯＣがしきい値を下回った場合に、ＳＯＣが低下するに従って出力上限Ｗｏｕｔが低下するように出力上限Ｗｏｕｔを設定する。そして、電池ＥＣＵ６４は、設定された出力上限ＷｏｕｔをＦＤＣ−ＥＣＵ６０へ送信する。

このＦＣＶ１では、バッテリ４０は、コンバータを介することなく電力線７０に接続されており、基本的には、インバータ１２及びＭＧ１０が要求する走行パワーと、ＦＣシステム２０の出力との差によってバッテリ４０の充放電量が決まる。したがって、走行パワーに基づいてＦＣシステム２０の出力をＦＤＣ−ＥＣＵ６０により制御することによって、バッテリ４０の充放電及びＳＯＣを制御することができる。

また、このＦＣＶ１では、ＳＯＣの目標を示す目標ＳＯＣが、走行モードに応じてＦＤＣ−ＥＣＵ６０により設定される。そして、バッテリ４０のＳＯＣが目標ＳＯＣに近づくように、ＳＯＣと目標ＳＯＣとの偏差に基づいてバッテリ４０の充放電要求量が算出され、算出された充放電要求量と走行パワーとに基づいて、ＦＤＣ−ＥＣＵ６０によりＦＣシステム２０の出力が制御される。

目標ＳＯＣについては、後ほど詳しく説明する。なお、ＳＯＣの算出方法については、ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）とＳＯＣとの関係を示すＯＣＶ−ＳＯＣカーブ（マップ等）を用いた手法や、バッテリ４０に対して入出力される電流の積算値を用いた手法等、公知の各種手法を用いることができる。

ＭＧ−ＥＣＵ６６は、ＦＣＶ１に要求される走行パワーの算出値をＦＤＣ−ＥＣＵ６０から受け、その走行パワーに基づいて、インバータ１２によりＭＧ１０を駆動するための信号を生成してインバータ１２へ出力する。

＜走行モードの説明＞
上述のように、ＦＣＶ１は、ＦＣシステム２０とバッテリ４０とを備えている。そして、本実施の形態では、ＦＣシステム２０とバッテリ４０との使い方に応じた４つの走行モードが設けられている。

図２は、ＦＣＶ１に設けられる走行モードを示す図である。図２を参照して、本実施の形態では、「ＦＣモード」、「ＦＣＥＶモード」、「ＥＶモード」、「ＣＨＧモード」の４つの走行モードが存在する。ＦＣＶ１のユーザは、これらの走行モードの中から所望の走行モードをモードスイッチ６２により選択することができる。

ＦＣモードは、ＦＣシステム２０の燃料（水素）が枯渇するまで、基本的にＦＣシステム２０の出力のみで走行する走行モードである。なお、燃料が枯渇した後は、バッテリ４０の出力のみで走行することになる。

ＦＣモードでは、ＦＣシステム２０の出力のみで走行するために、インバータ１２が必要とするパワーすなわち走行パワー（要求値）と同等のパワーをＦＣシステム２０が出力するように、走行パワーに基づいてＦＤＣ−ＥＣＵ６０によりＦＣシステム２０（昇圧コンバータ２４）が制御される。

なお、ＦＣモードであっても、アクセルペダルが大きく踏み込まれる等して大きな走行パワーが要求され、ＦＣシステム２０の出力上限Ｗｆｃを走行パワーが上回る場合には、バッテリ４０からパワーの不足分が持ち出される。また、ＦＣＶ１の制動時等、ＭＧ１０の回生発電が行なわれる場合には、インバータ１２からバッテリ４０へＭＧ１０による発電電力が供給される。

ＦＣＥＶモードは、ＦＣシステム２０の出力とバッテリ４０の出力とをバランスよく使用するハイブリッドモードである。一例として、ＦＣＥＶモードでは、要求される走行パワーに従って走行しつつ、ＳＯＣを目標ＳＯＣに維持するように、ＦＣシステム２０の出力及びバッテリ４０の出力の双方を用いた走行が行なわれる。具体的には、ＳＯＣが目標ＳＯＣに維持されるようにバッテリ４０の入出力が調整され、かつ、インバータ１２が必要とするパワーすなわち走行パワー（要求値）が供給されるように、走行パワー及びバッテリ４０のＳＯＣに基づいてＦＤＣ−ＥＣＵ６０によりＦＣシステム２０（昇圧コンバータ２４）が制御される。

なお、ＦＣＥＶモードであっても、アクセルペダルが大きく踏み込まれる等して大きな走行パワーが要求され、ＦＣシステム２０の出力上限を走行パワーが上回る場合には、ＳＯＣと目標ＳＯＣとの差に応じた出力以上の電力がバッテリ４０から持ち出される。また、ＦＣＶ１の制動時等、ＭＧ１０の回生発電が行なわれる場合には、インバータ１２からバッテリ４０へＭＧ１０による発電電力が供給される。

ＥＶモードは、ＦＣシステム２０の燃料（水素）を用いずに、基本的にバッテリ４０の出力のみで走行する走行モードである。

なお、ＥＶモードであっても、アクセルペダルが大きく踏み込まれる等して大きな走行パワーが要求され、バッテリ４０の出力上限Ｗｏｕｔを走行パワーが上回る場合には、ＦＣシステム２０からパワーの不足分を出力するようにしてもよい。また、ＦＣＶ１の制動時等、ＭＧ１０の回生発電が行なわれる場合には、インバータ１２からバッテリ４０へＭＧ１０による発電電力が供給される。

ＣＨＧモードは、バッテリ４０のＳＯＣが低下している場合に、ＦＣシステム２０の出力を用いてバッテリ４０を積極的に充電することによりＳＯＣを所定レベルまで上昇させるモードである。

なお、ＣＨＧモードであっても、アクセルペダルが踏み込まれる等して走行パワーが要求されれば、ＦＣシステム２０からインバータ１２へ電力が供給される。さらに、アクセルペダルが大きく踏み込まれる等して大きな走行パワーが要求された場合には、バッテリ４０からもインバータ１２へ電力が供給される。また、ＦＣＶ１の制動時等、ＭＧ１０の回生発電が行なわれる場合には、インバータ１２からバッテリ４０へＭＧ１０による発電電力が供給される。

このＦＣＶ１では、上述のように、車両外部の電源によりバッテリ４０を充電することができる（外部充電）。しかしながら、ＦＣＶ１のシステム停止後（Ready-off後）に外部充電が行なわれず、システム起動時（Ready-on時）にバッテリ４０のＳＯＣが低下していると、ＦＣシステム２０の出力とバッテリ４０の出力とを合わせたシステム出力が走行開始後に制限されることにより、走行性能が低下する可能性がある。

図３は、ＦＣシステム２０及びバッテリ４０のエネルギ残量とシステム出力上限との関係を示した図である。図３において、横軸は、ＦＣシステム２０及びバッテリ４０の各々のエネルギ残量（％）を示し、縦軸は、ＦＣシステム２０の出力上限とバッテリ４０の出力上限とを合わせたシステム出力上限（Ｗ）を示す。なお、横軸のエネルギ残量は、ＦＣシステム２０については水素残量（１００％で満充填状態）を示し、バッテリ４０についてはＳＯＣを示す。

図３を参照して、ＦＣシステム２０の出力上限Ｗｆｃは、水素残量に拘わらず一定値である。すなわち、ＦＣシステム２０は、燃料が枯渇するまでは、水素残量に拘わらず出力上限Ｗｆｃまで電力を出力することができる。一方、バッテリ４０の出力上限Ｗｏｕｔは、ＳＯＣがしきい値Ｓ１を下回ると、ＳＯＣの低下に従って低下する。したがって、ＦＣシステム２０の出力上限Ｗｆｃとバッテリ４０の出力上限Ｗｏｕｔとを合わせたシステム出力上限は、バッテリ４０においてＳＯＣがしきい値Ｓ１を下回ると、ＳＯＣが低下するに従って低下する。そして、システム出力上限が低下すると、加速時の走行パワーが制限されることにより走行性能が低下する。

そこで、本実施の形態１に従うＦＣＶ１では、Ready-off時にＳＯＣがしきい値Ｓ１よりも低い場合に、外部電源による外部充電が行なわれないときは、ＣＨＧモードが自動選択される。より詳しくは、Ready-off時にＳＯＣがしきい値Ｓ１よりも低い場合に、ＤＣインレット４４又はＡＣインレット４８への充電ケーブルの接続がReady-off後に所定時間行なわれないときは、外部充電が行なわれないものと判断され、ＦＣシステム２０によるＦＣ充電が行なわれる。

これにより、ＦＣＶ１のシステム停止中に外部充電が行なわれない場合であっても、次回のReady-on時にＳＯＣを高めておくことができ、Ready-on後の走行開始時にシステム出力が制限されるのを回避することができる。したがって、Ready-on後に走行性能が低下するのを抑制することができる。

図４は、Ready-off時にＦＤＣ−ＥＣＵ６０により実行される処理の手順の一例を示すフローチャートである。なお、処理の一部については、電池ＥＣＵ６４又はＭＧ−ＥＣＵ６６に分担させてもよいし、図示しない他のＥＣＵ（車両全体を統括的に制御する車両ＥＣＵ等）が行なってもよい。

図４を参照して、スタートスイッチ等（図示せず）が操作されることによりReady-off（ＦＣＶ１のシステム停止）が要求されると（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、ＦＤＣ−ＥＣＵ６０は、バッテリ４０のＳＯＣを電池ＥＣＵ６４から取得し、ＳＯＣがしきい値Ｓ１（図３）よりも低いか否かを判定する（ステップＳ２０）。ＳＯＣがしきい値Ｓ１以上であれば（ステップＳ２０においてＮＯ）、以降の一連の処理は実行されずにエンドへと処理が移行される。

ステップＳ２０においてＳＯＣがしきい値Ｓ１よりも低いと判定されると（ステップＳ２０においてＹＥＳ）、ＦＤＣ−ＥＣＵ６０は、外部充電を行なうための所定の操作が行なわれたか否かを判定する（ステップＳ３０）。所定の操作は、たとえば、ＤＣインレット４４又はＡＣインレット４８に充電ケーブルのコネクタを接続する操作であり、ＤＣインレット４４又はＡＣインレット４８と充電ケーブルのコネクタとの接続が検知されると、上記の操作が行なわれたものと判定される。

当該操作は行なわれていないと判定されたときは（ステップＳ３０においてＮＯ）、ＦＤＣ−ＥＣＵ６０は、所定時間が経過したか否かを判定し（ステップＳ５０）、所定時間が経過していなければ（ステップＳ５０においてＮＯ）、ステップＳ３０へ処理を戻す。すなわち、ステップＳ３０，Ｓ５０では、Ready-off後、外部充電を行なうための操作が所定時間内に行なわれるか否かが判定される。

ステップＳ３０において、（Ready-off後所定時間内に）外部充電を行なうための操作が行なわれたと判定されると（ステップＳ３０においてＹＥＳ）、ＤＣインレット４４又はＡＣインレット４８に接続された外部電源によるバッテリ４０の外部充電が実行される（ステップＳ４０）。具体的には、ＤＣインレット４４にＤＣ充電ケーブルのコネクタが接続されている場合には、リレー４２，４６が閉成され、ＤＣインレット４４に接続されたＤＣ充電設備によるバッテリ４０の充電が行なわれる。一方、ＡＣインレット４８にＡＣ充電ケーブルのコネクタが接続されている場合には、リレー４２，５２が閉成されるとともに充電器５０が駆動され、ＡＣインレット４８に接続されたＡＣ充電設備によるバッテリ４０の充電が行なわれる。

ステップＳ５０において、所定時間が経過したと判定されると（ステップＳ５０）、ＦＤＣ−ＥＣＵ６０は、外部充電が行なわれないものと判断し、ＣＨＧモードを選択してＦＣシステム２０によりバッテリ４０を充電するＦＣ充電を実行する（ステップＳ６０）。具体的には、ＦＤＣ−ＥＣＵ６０は、バッテリ４０の目標ＳＯＣをしきい値Ｓ１よりも高いＳ２に設定し、ＦＣシステム２０からバッテリ４０へ電力が供給されるようにＦＣシステム２０の昇圧コンバータ２４を駆動する。

ＦＣ充電の実行中、ＦＤＣ−ＥＣＵ６０は、バッテリ４０のＳＯＣがＳ２（Ｓ２＞しきい値Ｓ１）を超えたか否かを判定する（ステップＳ７０）。そして、ＦＣ充電によりＳＯＣが上昇し、ＳＯＣがＳ２に達したと判定されると（ステップＳ７０においてＹＥＳ）、ＦＤＣ−ＥＣＵ６０は、ＦＣ充電を終了してエンドへ処理を移行する。

以上のように、この実施の形態１においては、Ready-off時にＳＯＣがしきい値Ｓ１よりも低い場合に、外部充電を行なうための操作がReady-off後に所定時間行なわれないときは、ＦＣシステム２０を駆動してＦＣ充電が行なわれる。これにより、システム停止中に外部充電が行なわれない場合であっても、次回のReady-on時にＳＯＣを高めておくことができ、Ready-on後の走行開始時にシステム出力が制限されるのを回避することができる。したがって、この実施の形態１によれば、Ready-on後に走行性能が低下するのを抑制することができる。

［変形例１］
Ready-off時にＳＯＣがしきい値Ｓ１より低いにも拘わらず外部充電が行なわれないためにＦＣ充電が開始された場合において、ＦＣ充電の実行中に外部充電を行なうための操作が行なわれたときは、ＦＣ充電を停止して外部充電を実行してもよい。このように、ＦＣ充電の実行中に外部充電が要求された場合に、ＦＣ充電から外部充電に切り替えることにより、燃料残量の低下を抑制することができる。

図５は、変形例１において、Ready-off時にＦＤＣ−ＥＣＵ６０により実行される処理の手順の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは、実施の形態１で説明した図４に対応するものである。

図５を参照して、ステップＳ１１０〜Ｓ１７０の処理は、それぞれ図４のステップＳ１０〜Ｓ７０の処理と同じであるので、説明を繰り返さない。そして、この変形例１では、ステップＳ１６０においてＦＣ充電が実行されると、ＦＤＣ−ＥＣＵ６０は、ＦＣ充電の実行中、外部充電を行なうための所定の操作が行なわれたか否かを判定する（ステップＳ１６２）。

当該操作は行なわれていないと判定されたときは（ステップＳ１６２においてＮＯ）、ＦＤＣ−ＥＣＵ６０は、ステップＳ１７０へ処理を移行し、バッテリ４０のＳＯＣがＳ２（Ｓ２＞しきい値Ｓ１）よりも高いか否かを判定する。

一方、ステップＳ１６２において、ＦＣ充電の実行中に外部充電を行なうための操作が行なわれたと判定されると（ステップＳ１６２においてＹＥＳ）、ＦＤＣ−ＥＣＵ６０は、ＦＣ充電を停止する（ステップＳ１６４）。具体的には、ＦＤＣ−ＥＣＵ６０は、ＦＣシステム２０の昇圧コンバータ２４の駆動を停止する。

そして、ＦＣ充電が停止されると、ＦＤＣ−ＥＣＵ６０は、ステップＳ１４０へ処理を移行し、ＤＣインレット４４又はＡＣインレット４８に接続された外部電源による外部充電を実行する。

以上のように、この変形例１によれば、ＦＣ充電の実行中であっても外部充電が要求されたときは、ＦＣ充電を停止して外部充電が実行されるので、Ready-on時の燃料残量の低下を抑制することができる。

［変形例２］
Ready-off時にＳＯＣがしきい値Ｓ１よりも低く、外部充電を行なうための操作が行なわれた場合であっても、外部充電の電気料金が割高であり、燃料の料金よりも高いと判断されるようなときは、外部充電を実行せずにＦＣ充電を実行するようにしてもよい。これにより、Ready-on後の走行性能低下を抑制するためのエネルギコスト（充電コスト）を抑えることができる。

図６は、変形例２において、Ready-off時にＦＤＣ−ＥＣＵ６０により実行される処理の手順の一例を示すフローチャートである。このフローチャートも、実施の形態１で説明した図４に対応するものである。

図６を参照して、ステップＳ２１０〜Ｓ２７０の処理は、それぞれ図４のステップＳ１０〜Ｓ７０の処理と同じであるので、説明を繰り返さない。そして、この変形例２では、ステップＳ２３０において、外部充電を行なうための操作が行なわれたと判定されると（ステップＳ２３０においてＹＥＳ）、ＦＤＣ−ＥＣＵ６０は、電力会社のサーバ等から外部充電が実行されるときの電気料金の単価を取得し、外部充電による電気料金が所定金額よりも高いか否かを判定する（ステップＳ２３２）。

たとえば、ＦＤＣ−ＥＣＵ６０は、ＳＯＣがＳ２に達するまでの充電電力量を算出し、当該電力量を外部充電で補給した場合の電気料金が、ＦＣ充電で補給したときの燃料代よりも高い場合に、外部充電による電気料金が所定金額よりも高いと判定する。なお、外部充電による電気料金は、取得した電気料金の単価に充電電力量を乗算することで算出することができる。また、ＦＣ充電で補給したときの燃料代は、ＦＣシステム２０による発電電力と燃料消費量との関係、及び燃料単価を予め取得しておくことで算出することができる。或いは、外部充電が実行されるときの電気料金の単価が、日中の割高な料金単価と深夜の割安な料金単価とを区別可能な金額レベルよりも高い場合に、外部充電による電気料金が所定金額よりも高いと判定してもよい。

そして、ステップＳ２３２において、電気料金が所定金額よりも高いと判定された場合（ステップＳ２３２においてＹＥＳ）、ＦＤＣ−ＥＣＵ６０は、ステップＳ２６０へ処理を移行し、ＦＣ充電を実行する。

一方、ステップＳ２３２において、電気料金が所定金額以下であると判定された場合は（ステップＳ２３２においてＮＯ）、ＦＤＣ−ＥＣＵ６０は、ステップＳ２４０へ処理を移行し、外部充電を実行する。

以上のように、この変形例２によれば、外部充電による電気料金が高いときは、外部充電が要求されてもＦＣ充電が行なわれるので、Ready-on後の走行性能低下を抑制するためのエネルギコストを抑えることができる。

［実施の形態２］
上記の実施の形態１では、Ready-off時にＳＯＣがしきい値Ｓ１より低いにも拘わらず外部充電が実行されない場合に、ＦＣ充電を実行するものとしたが、この実施の形態２では、Ready-off時にＳＯＣがしきい値Ｓ１より低い場合に、ＦＣ充電の実行をユーザが指示するための操作ボタンがＨＭＩ装置６８に表示される。これにより、ユーザは、このままＦＣ充電を許可してもよいし、或いは、外部充電を行なうための操作を単に失念していた場合には、当該操作を行なうとともにＦＣ充電を許可しないことで外部充電を行なわせることができる。

この実施の形態２に従うＦＣＶの全体構成は、図１に示した実施の形態１に従うＦＣＶ１と同じである。

図７は、実施の形態２において、Ready-off時にＦＤＣ−ＥＣＵ６０により実行される処理の手順の一例を示すフローチャートである。このフローチャートは、実施の形態１で説明した図４に対応するものである。

図７を参照して、ステップＳ３１０，Ｓ３２０の処理は、それぞれ図４のステップＳ１０，Ｓ２０の処理と同じであるので、説明を繰り返さない。そして、この実施の形態２では、ステップＳ３２０において、ＳＯＣがしきい値Ｓ１（図３）よりも低いと判定されると（ステップＳ３２０においてＹＥＳ）、ＦＤＣ−ＥＣＵ６０は、ＦＣ充電の実行を許可するか否かをユーザが選択するためのスイッチ（操作ボタン）をＨＭＩ装置６８に表示させる（ステップＳ３３０）。

図８は、図７のステップＳ３３０におけるＨＭＩ装置６８の表示状態の一例を示した図である。図８を参照して、ＨＭＩ装置６８のタッチパネルディスプレイには、ポップアップ画面８０が表示される。ポップアップ画面８０には、たとえば、「電池残量が低下しています。水素による電池充電（ＦＣ充電）を許可しますか？」との文字列とともに、ＦＣ充電の許可の指示するための入力部８２と、ＦＣ充電の不許可の指示するための入力部８４とが表示される。ユーザにより入力部８２がタッチされると、ＦＣ充電が許可され、入力部８４がタッチされると、ＦＣ充電は不許可とされる。

再び図７を参照して、ＦＤＣ−ＥＣＵ６０は、ＨＭＩ装置６８において、ユーザによりＦＣ充電が許可されたか否かを判定する（ステップＳ３４０）。そして、ＦＣ充電が許可された場合には（ステップＳ３４０においてＹＥＳ）、ＦＤＣ−ＥＣＵ６０は、ステップＳ３５０へ処理を移行し、ＦＣ充電を実行する。ステップＳ３５０，Ｓ３６０の処理は、それぞれ図４のステップＳ６０，Ｓ７０の処理と同じであるので、説明を繰り返さない。

一方、ＦＣ充電が許可されなかったときは（ステップＳ３４０においてＮＯ）、ＦＤＣ−ＥＣＵ６０は、ステップＳ３５０，Ｓ３６０を実行することなくエンドへと処理を移行する。なお、特に図示していないが、この後、外部充電を行なうための操作が行なわれた場合には、外部充電が実行される。

以上のように、この実施の形態２においては、Ready-off時にＳＯＣがしきい値Ｓ１よりも低い場合に、ＦＣ充電の実行をユーザが指示するための操作ボタン（入力部８２，８４）がＨＭＩ装置６８に表示される。これにより、システム停止中に外部充電が行なわれない場合であっても、ユーザの指示に従ってシステム停止中にＦＣ充電が実行されることにより、次回のReady-on時にＳＯＣを高めておくことができる。したがって、この実施の形態２によれば、Ready-on時にシステム出力が制限されるのを回避することができ、その結果、Ready-on後に走行性能が低下するのを抑制することができる。

［実施の形態３］
上記の実施の形態１では、Ready-off時にバッテリ４０のＳＯＣがしきい値Ｓ１よりも低下していた場合に、外部充電が実行されないときは、ＦＣ充電が実行されるものとしたが、この実施の形態３では、Ready-on時にＳＯＣがしきい値Ｓ１よりも低下していた場合に、ＦＣ充電が実行される。

この実施の形態３に従うＦＣＶの全体構成も、図１に示した実施の形態１に従うＦＣＶ１と同じである。

図９は、実施の形態３において、Ready-on時にＦＤＣ−ＥＣＵ６０により実行される処理の手順の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示される一連の処理は、Ready-onで開始される。

図９を参照して、ＦＤＣ−ＥＣＵ６０は、バッテリ４０のＳＯＣを電池ＥＣＵ６４から取得し、ＳＯＣがしきい値Ｓ１（図３）よりも低いか否かを判定する（ステップＳ４１０）。ＳＯＣがしきい値Ｓ１以上であれば（ステップＳ４１０においてＮＯ）、以降の一連の処理は実行されずにエンドへと処理が移行される。

ステップＳ４１０においてＳＯＣがしきい値Ｓ１よりも低いと判定されると（ステップＳ４１０においてＹＥＳ）、ＦＤＣ−ＥＣＵ６０は、モードスイッチ６２（図１）の状態に拘わらず、ＣＨＧモードを選択してＦＣ充電を実行する（ステップＳ４２０）。具体的には、ＦＤＣ−ＥＣＵ６０は、バッテリ４０の目標ＳＯＣをしきい値Ｓ１よりも高いＳ２に設定し、ＦＣシステム２０からバッテリ４０へ電力が供給されるようにＦＣシステム２０の昇圧コンバータ２４を駆動する。

ＦＣ充電の実行中、ＦＤＣ−ＥＣＵ６０は、バッテリ４０のＳＯＣがＳ２（Ｓ２＞しきい値Ｓ１）を超えたか否かを判定する（ステップＳ４３０）。そして、ＦＣ充電によりＳＯＣが上昇し、ＳＯＣがＳ２に達したと判定されると（ステップＳ４３０においてＹＥＳ）、ＦＤＣ−ＥＣＵ６０は、ＦＣ充電を終了してエンドへ処理を移行する。

なお、特に図示しないが、この後は、ＦＤＣ−ＥＣＵ６０は、モードスイッチ６２（図１）による設定に従って、走行モードを切り替える。

以上のように、この実施の形態３においては、Ready-on時にＳＯＣがしきい値Ｓ１よりも低い場合に、ＦＣ充電が行なわれるので、ＳＯＣの低下によりシステム出力が制限されるのを回避することができる。したがって、この実施の形態３によれば、Ready-on後に走行性能が低下するのを抑制することができる。

なお、この実施の形態３は、実施の形態１及びその変形例、並びに実施の形態２と組み合わせてもよい。すなわち、Ready-off時にＳＯＣがしきい値Ｓ１よりも低下していた場合に、上記の実施の形態１及びその変形例、並びに実施の形態２に示した処理が実行され、次回のReady-on時に図９に示した処理をさらに実行するものとしてもよい。

今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ ＦＣＶ、１０ ＭＧ、１２ インバータ、２０ ＦＣシステム、２２ ＦＣスタック、２４ 昇圧コンバータ、２６，４２，４６，５２ リレー、２８ 水素タンク、３０ 供給バルブ、３２ エアフィルタ、３４ コンプレッサ、４０ バッテリ、４４ ＤＣインレット、４８ ＡＣインレット、５０ 充電器、６０ ＦＤＣ−ＥＣＵ、６２ モードスイッチ、６４ 電池ＥＣＵ、６６ ＭＧ−ＥＣＵ、６８ ＨＭＩ装置、７０，７２，７４ 電力線。

Claims (6)

1. 燃料電池車両であって、
   燃料電池システムと、
   蓄電装置と、
   前記燃料電池システム及び前記蓄電装置の少なくとも一方から電力を受けて走行パワーを発生する駆動装置と、
   前記燃料電池車両の外部の電源により前記蓄電装置を充電する外部充電を行なう充電装置とを備え、
   前記蓄電装置の出力上限は、前記蓄電装置のＳＯＣがしきい値よりも低い場合に、前記ＳＯＣが低下するに従って低下するように設定され、さらに、
   前記燃料電池車両のシステム停止時に前記ＳＯＣが前記しきい値よりも低い場合に、前記外部充電が行なわれないときは、前記燃料電池システムから前記蓄電装置へ電力が供給される燃料電池充電が行なわれるように前記燃料電池システムを制御する制御装置を備える燃料電池車両。
2. 前記制御装置は、前記システム停止時に前記ＳＯＣが前記しきい値よりも低い場合に、前記外部充電を行なうための所定の操作が前記システム停止後に所定時間行なわれないとき、前記燃料電池充電が行なわれるように前記燃料電池システムを制御する、請求項１に記載の燃料電池車両。
3. 前記制御装置は、前記燃料電池充電の実行中に前記操作が行なわれると、前記燃料電池充電を停止して前記外部充電を実行する、請求項２に記載の燃料電池車両。
4. 前記制御装置は、前記操作が行なわれた場合に、前記外部充電による電気料金が所定金額よりも高いときは、前記外部充電を実行せずに前記燃料電池充電が行なわれるように前記燃料電池システムを制御する、請求項２又は請求項３に記載の燃料電池車両。
5. 前記制御装置は、前記燃料電池車両のシステム起動時に前記ＳＯＣが前記しきい値よりも低い場合に、前記燃料電池充電が行なわれるように前記燃料電池システムを制御する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池車両。
6. 燃料電池車両であって、
   燃料電池システムと、
   蓄電装置と、
   前記燃料電池システム及び前記蓄電装置の少なくとも一方から電力を受けて走行パワーを発生する駆動装置と、
   前記燃料電池車両の外部の電源により前記蓄電装置を充電する外部充電を行なう充電装置と、
   前記燃料電池車両のユーザが操作可能な表示装置とを備え、
   前記蓄電装置の出力上限は、前記蓄電装置のＳＯＣがしきい値よりも低い場合に、前記ＳＯＣが低下するに従って低下するように設定され、さらに、
   前記燃料電池車両のシステム停止時に前記ＳＯＣが前記しきい値よりも低い場合に、前記燃料電池システムから前記蓄電装置へ電力が供給される燃料電池充電の実行をユーザが指示するための操作部を前記表示装置に表示する制御装置を備える燃料電池車両。
   

Images