JP3757775B2 - 燃料電池車の電力制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池から車両の駆動に必要な電力を供給できない場合でも、加速性能の向上に寄与することができる燃料電池車の電力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、提案されている電気自動車のための燃料電池システムは、図８に示すように、水素貯蔵装置もしくは改質器１１１によって生成された水素ガス１００と空気１０１とを燃料電池１０２に供給し、燃料電池１０２により水素ガス１００と空気１０１を電気化学反応させて起電力を発生させていた。
【０００３】
そして、燃料電池１０２で発生した電力をＤＣ／ＤＣコンバータ１０３により二次電池１０４に供給するとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３から出力される電力をインバータ１０７に供給してモータ１０８を駆動し、電気自動車の推進力を得ている。
【０００４】
この時、制御部１０９は、アクセルセンサ１１０によって検出される電気自動車のアクセル開度に基づいてインバータ１０７への要求電力を算出するとともに、算出した要求電力に基づいてインバータ１０７を制御し、要求電力がインバータ１０７を介してモータ１０８に供給されるように制御している。
詳しくは、制御部１０９では、インバータ１０７への要求電力に対し、水素ガス１００と空気１０１の供給状態に応じて燃料電池１０２、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３から電力が出力される。そして、インバータ１０７への要求電力に対し、燃料電池１０２からの電力だけで賄いきれない場合には、二次電池１０４からその不足分の電力がインバータ１０７に供給される。なお、ＳＯＣセンサ１１２によって二次電池１０４の充電量（ＳＯＣ）を検出し、制御部１０９で出力電流−出力電圧特性を用いて出力電圧を算出し、二次電池１０４から出力可能な電力を得ている。
【０００５】
また、従来の電気自動車のための燃料電池システムとしては、図９に示すように、図８に示す二次電池１０４が搭載されていないシステムが提案されている。この場合、水素貯蔵装置又は改質器１１１によって生成された水素ガス１００と空気１０１とを燃料電池１０２に供給し、燃料電池１０２により水素ガス１００と空気１０１を電気化学反応させて起電力を発生させていた。
【０００６】
そして、燃料電池１０２で発生した電力をインバータ１０７に供給してモータ１０８を駆動し、電気自動車の推進力を得ている。
この時、制御部１０９は、アクセルセンサ１１０によって検出される電気自動車のアクセル開度に基づいてインバータ１０７への要求電力を算出するととともに、算出した要求電力に基づいてインバータ１０７を制御し、この要求電力がインバータ１０７を介してモータ１０８に供給されるように制御していた。
詳しくは、制御部１０９では、インバータ１０７への要求電力に対し、燃料電池１０２からこれを賄うだけの電力が出力されている場合には、燃料電池１０２からの電力はインバータ１０７に供給されるとともに、余分の電力は１２Ｖバッテリに充電される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、インバータ１０７への要求電力が出力されていても、燃料電池１０２は要求される電力を出力するのに十分な空気１０１、水素ガス１００の供給がない場合、十分に電力を出力することはできない。すなわち、燃料電池１０２の出力電力は、燃料電池１０２に供給される水素ガス１００、空気１０１の供給量（ガス流量）に依存している。
【０００８】
このように、従来の燃料電池システムにあっては、燃料電池の出力電力は燃料電池に供給される燃料ガス量に依存しており、図９に示すように、二次電池がないシステムにおいては、不足分の電力（インバータ要求電力量−燃料電池発電量）については、インバータへの要求電力を下げるため、加速不足や加速遅れといった問題があった。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、燃料電池から車両の駆動に必要な電力を供給できない場合でも、加速性能の向上に寄与することができる燃料電池車の電力制御装置を提供することにある。
なお、過渡時の充放電制御に係る従来の技術としては、特開平１１−１８７５７７号、特開平１１−２２０８１０号等の例が報告されている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上記課題を解決するため、燃料電池により発電された高電圧の電力を要求電力に応じてインバータからモータに供給して燃料電池車を駆動するように制御するとともに、燃料電池により発電された余分の電力をＤＣ／ＤＣコンバータを介して燃料電池よりも低電圧のバッテリに充電するように制御する燃料電池車の電力制御装置であって、アクセル開度を検出するアクセル開度検出手段と、アクセル開度に基づいて、所定値を超える急加速の要求があるかを判断する急加速判断手段と、前記バッテリが供給可能な電力量を算出する電力算出手段と、前記電力算出手段で算出された前記バッテリから前記インバータへの供給可能電力量と前記インバータへの要求電力との比から、当該要求電力を前記モータで消費させて前記燃料電池車を走行させることができる供給可能時間を算出する供給時間算出手段と、前記アクセル開度検出手段で検出されたアクセル開度に基づいて所定値を超える急加速の要求がある場合には、前記バッテリからの低電圧の電力を前記ＤＣ／ＤＣコンバータによって高電圧の電力に変換して前記インバータに前記供給可能時間だけ供給させて、前記インバータから前記モータに前記バッテリからの高電圧の電力を供給させるように制御する制御手段とを備えたことを要旨とする。
【００１１】
請求項２記載の発明は、上記課題を解決するため、前記制御手段は、前記アクセル開度が所定値まで降下した場合には、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードを放電モードから充電モードに切り替えるように制御することを要旨とする。
【００１２】
請求項３記載の発明は、上記課題を解決するため、前記バッテリの電圧を検出する電圧検出手段を備え、前記制御手段は、前記バッテリの電圧が所定値まで降下した場合には、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードを放電モードから充電モードに切り替えるように制御することを要旨とする。
【００１３】
請求項４記載の発明は、上記課題を解決するため、前記所定値を超える急加速の要求がある場合には、前記バッテリに接続される補機への電源供給を遮断する遮断手段を備えたことを要旨とする。
【００１４】
請求項５記載の発明は、上記課題を解決するため、前記供給時間算出手段は、前記バッテリによる最新の供給可能な電力に基づいて、前記インバータに要求する前記要求電力に対する最新の供給可能時間を算出し、前記制御手段は、前記バッテリからの低電圧の電力を前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介して高電圧の電力に変換して前記インバータに前記最新の供給可能時間だけ供給するように制御することを要旨とする。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明によれば、バッテリが供給可能な電力に基づいて、インバータに要求する要求電力に対する供給可能時間を算出しておき、所定値を超える急加速の要求がある場合には、バッテリからの低電圧の電力をＤＣ／ＤＣコンバータを介して高電圧の電力に変換してインバータに供給可能時間だけ供給するように制御することで、燃料電池からインバータに必要な電力を供給できない場合でも、バッテリからの電力をＤＣ／ＤＣコンバータを介してインバータに供給可能な時間だけ供給するようにしているので、加速性能の向上に寄与することができる。
【００１６】
また、請求項２記載の本発明によれば、アクセル開度が所定値まで降下した場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードを放電モードから充電モードに切り替えることで、急加速を必要とする状態から急加速を必要としない状態に切り替わった際に、燃料電池からインバータに必要な電力を供給するようにしているので、燃料電池から供給される電力で十分な加速性能を提供することができる。
【００１７】
また、請求項３記載の本発明によれば、バッテリの電圧が所定値まで降下した場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードを放電モードから充電モードに切り替えるように制御することで、バッテリからの過放電を防止でき、バッテリを保護することができる。
【００１８】
また、請求項４記載の本発明によれば、所定値を超える急加速の要求がある場合には、バッテリに接続される補機への電源供給を遮断することで、バッテリから放電される電力を削減することができ、かつ、加速性能を引き出せる時間の延長に寄与することができる。
【００１９】
また、請求項５記載の本発明によれば、バッテリによる最新の供給可能な電力に基づいて、インバータに要求する要求電力に対する最新の供給可能時間を算出し、バッテリからの電力をＤＣ／ＤＣコンバータを介してインバータに最新の供給可能時間だけ供給するように制御することで、運転者のアクセル操作に応じて最新の供給可能時間だけバッテリを放電モードにするので、バッテリからの過放電を防止でき、バッテリを保護することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池車の電力制御装置を適用可能なシステム構成を示す図である。
水素貯蔵装置１１から供給される水素ガス１３と、コンプレッサ１５から供給される空気１７とを燃料電池１９に流入させ、燃料電池１９において、水素ガス１３と空気１７とを電気化学反応により起電力を発生させる。燃料電池１９で発生した電力は、駆動インバータ２１に供給して駆動モータ２３を駆動し車両の推進力を得ている。
【００２１】
燃料電池１９で発生した電力は、駆動インバータ２１に並列に接続されたコンプレッサモータ用インバータ２５にも供給され、コンプレッサ用モータ２７を駆動してコンプレッサ１５を動作させ、空気ライン２９から空気１７を燃料電池１９に送り込む。さらに、駆動インバータ２１、コンプレッサモータ用インバータ２５に並列に接続された昇降圧切替え可能な昇降圧１２Ｖ用ＤＣ／ＤＣコンバータ３１にも燃料電池１９で発生された電力が供給され、１２Ｖバッテリ３３が充電される。
【００２２】
なお、昇降圧１２Ｖ用ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、１２Ｖバッテリ３３の低電圧の電力を高電圧に昇圧して駆動インバータ２１に供給する放電モードと、燃料電池１９からの高電圧の電力を低電圧に降圧して１２Ｖバッテリ３３に充電する充電モードの２つの動作モードが切り替え可能である。
また、１２Ｖバッテリ３３には、１２Ｖで動作する１２Ｖ補機３５が接続されている。
【００２３】
コントローラ４１は、内部に制御プログラムを記憶したＲＯＭと、制御時のワークエリアとなるＲＡＭと、経過時間を計時するタイマとを有している。
さらに、コントローラ４１には、１２Ｖバッテリ３３の電圧を検出する電圧センサ４３と、１２Ｖバッテリ３３の温度を検出する温度センサ４５と、１２Ｖバッテリ３３が充放電する電流を検出する電流センサ４７と、アクセル開度を検出するアクセルセンサ４９と、車両（システム）を起動するためのＩＧＮ ＳＷ５１が接続されている。
【００２４】
アクセルセンサ４９、電圧センサ４３、電流センサ４７、温度センサ４５によって検出された検出結果はコントローラ４１に入力され、コントローラ４１によって水素貯蔵装置１１、昇降圧１２Ｖ用ＤＣ／ＤＣコンバータ３１、駆動インバータ２１、コンプレッサモータ用インバータ２５が制御される。
【００２５】
次に、図２に示す制御フローチャートを参照して、第１の実施の形態における電力供給についての制御内容を説明する。なお、図２に示す制御フローチャートは、コントローラ４１のＲＯＭに制御プログラムとして記憶されている。
まず、運転者によりＩＧＮ ＳＷ５１に設けられたキーシリンダにキーが差し込まれ、スタート位置までキーが回転されたこととする。この時、１２Ｖバッテリ３３からの電力がコントローラ４１へ供給され、ステップＳ１０での処理ステップが開始される。
【００２６】
ステップＳ２０では、ＩＧＮ ＳＷ５１の状態を検出しており、ＩＧＮ ＳＷ５１がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わった時からステップＳ３０へ進む。
【００２７】
ステップＳ３０では、コントローラ４１は、アクセルセンサ４９により検出されたアクセル開度と予め定められたアクセル開度設定値（設定値１）を比較し、アクセル開度＞設定値１の場合にはステップＳ４０へ進み、アクセル開度≦設定値１の場合にはステップＳ３０に戻り、この処理を繰り返す。
【００２８】
ステップＳ４０では、コントローラ４１は、アクセルセンサ４９により検出されたアクセル開度に関して、前回のサンプリング時でのアクセル開度と今回のサンプリング時のアクセル開度で表される変化速度と、予め定められたアクセルセンサ変化速度設定値（設定値２）を比較し、アクセル変化速度＞設定値２の場合にはステップＳ５０へ進み、アクセル変化速度≦設定値２の場合にはステップＳ３０に戻り、処理を繰り返す。
【００２９】
ここで、アクセル開度が設定値１よりも大きく、かつ、アクセル変化速度が設定値２よりも大きい場合とは、運転者によるアクセルペダルの踏み込みがある程度あり、かつ、アクセルペダルの踏み込みが急な場合である。すなわち、車両が停止状態にあるときにある程度急にアクセルペダルを踏み込んで急発進をしようとする場合や、車両が走行中（アクセルペダルがある程度踏まれた状態）にある程度以上の急加速をしようとする場合である。なお、この時、コントローラ４１から出力される駆動インバータ２１への要求電力が急上昇することとなる。
【００３０】
そこで、ステップＳ６０では、供給可能電力を演算する。ここで、図３に示すサブルーチンの制御フローチャートを参照して、供給可能電力の計算方法について説明する。
まず、ステップＳ２００では、供給可能電力の計算ステップをスタートする。そして、ステップＳ２１０では、電圧センサ４３により１２Ｖバッテリ電圧を検出し、温度センサ４５により１２Ｖバッテリ温度を検出し、電流センサ４７により１２Ｖバッテリ電流を検出し、それぞれの検出結果をコントローラ４１に設けられたＲＡＭに記憶し、ステップＳ２２０へ進む。
【００３１】
ステップＳ２２０では、ステップＳ２１０でＲＡＭに記憶した１２Ｖバッテリ電圧を読み出し、図４に示す１２Ｖバッテリの電圧−容量特性マップから当該１２Ｖバッテリ電圧Ｖｃに応じた１２Ｖバッテリ容量Ｐｄを読み込み、ステップＳ２３０へ進む。
【００３２】
ステップＳ２３０では、ステップＳ２１０でＲＡＭに記憶した１２Ｖバッテリ温度を読み出し、この１２Ｖバッテリ温度に対応するＲＯＭに予め記憶されている温度係数を読み込み、ステップＳ２４０へ進む。そして、ステップＳ２４０では、前回の終了時にＲＡＭに記憶しておいた１２Ｖバッテリの劣化係数を読み込み、ステップＳ２５０へ進む。
【００３３】
ステップＳ２５０では、ステップＳ２２０で求めた１２Ｖバッテリ３３の容量ＰｄにステップＳ２３０で読み込んだ温度係数、ステップＳ２４０で読み込んだ劣化係数を加味し、
【数１】
１２Ｖバッテリ容量＝Ｐｄ×温度係数×劣化係数 ・・・（１）
実際の１２Ｖバッテリ容量を求め、ステップＳ２６０へ進む。
【００３４】
ステップＳ２６０では、１２Ｖバッテリ容量と１２Ｖバッテリの電流および電圧に基づいて、
【数２】
供給可能電力＝１２Ｖバッテリ容量−（１２Ｖバッテリ電流×１２Ｖバッテリ電圧） ・・・（２）
（２）式から供給可能電力を求め、ステップＳ２７０へ進む。
【００３５】
ステップＳ２７０では、コントローラ４１から出力される駆動インバータ２１への要求電力と、ステップＳ２６０で求めた供給可能電力に基づいて、
供給可能時間Ｔ４＝供給可能電力／要求電力 ・・・（３）
という演算を行うことで、（３）式から、現在の供給可能電力を消費して走行した場合の走行時間を表す供給可能時間Ｔ４を算出し、ステップＳ２８０へ進む。
【００３６】
ステップＳ２８０では、供給可能電力のステップを終了し、図２に示すメインルーチンに復帰する。
図２に戻り、ステップＳ７０では、コントローラ４１は昇降圧１２Ｖ用ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の動作モードを降圧動作を行う充電モード（例えば、３４０Ｖ→１２Ｖ）から昇圧動作を行う放電モード（例えば、１２Ｖ→３４０Ｖ）に切り替える昇圧指令を出力しステップＳ７０に進む。
【００３７】
この結果、コントローラ４１から昇圧指令を受け付けた昇降圧１２Ｖ用ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、この昇圧指令に応じて動作モードを降圧動作（例えば、３４０Ｖ→１２Ｖ）から昇圧動作（例えば、１２Ｖ→３４０Ｖ）に切り替え、１２Ｖバッテリ３３から出力される電圧（例えば、１２Ｖ）が昇降圧１２Ｖ用ＤＣ／ＤＣコンバータ３１により燃料電池１９から通常出力されている電圧（例えば、３４０Ｖ）と略同一電圧まで昇圧さて駆動インバータ２１とコンプレッサモータ用インバータ２５に供給される。
【００３８】
ステップＳ８０では、要求電力を昇降圧１２Ｖ用ＤＣ／ＤＣコンバータ３１に設定して昇圧動作を開始させる。同時に、コントローラ４１に設けられたタイマによる計時動作をスタートし、ステップＳ９０へ進む。
【００３９】
ステップＳ９０では、コントローラ４１は１２Ｖバッテリ電圧と１２Ｖバッテリ３３からの供給を停止すべき降下電圧を表す設定電圧値Ｖ３（設定値Ｖ３としては、例えば８Ｖ〜９Ｖ）を比較し、１２Ｖバッテリ電圧＞設定電圧値Ｖ３が成立する場合にはステップＳ１００へ進み、１２Ｖバッテリ電圧≦設定電圧値Ｖ３が成立する場合にはステップＳ１２０へ進む。
【００４０】
ステップＳ１００では、１２Ｖバッテリ電圧が設定電圧値Ｖ３まで降下していないので、タイマによる現在の経過時間とステップＳ２７０で設定された供給可能時間Ｔ４とを比較し、経過時間＞供給可能時間Ｔ４になった場合にはステップＳ１２０へ進み、経過時間≦供給可能時間Ｔ４が成立している間はステップＳ１１０へ進む。
【００４１】
ステップＳ１１０では、コントローラ４１はアクセルセンサ４９により検出されたアクセル開度と予め設定されたアクセル開度設定値（設定値１）とを比較し、アクセル開度＞設定値１になった場合にはステップＳ１２０へ進み、アクセル開度≦設定値１が成立している間はステップＳ９０へ戻り、この処理を繰り返す。
【００４２】
ステップＳ１２０では、コントローラ４１から昇降圧１２Ｖ用ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の動作モードを昇圧動作（例えば、１２Ｖ→３４０Ｖ）から降圧動作（例えば、３４０Ｖ→１２Ｖ）に切り替える降圧指令を出力し、ステップＳ１３０に進む。
ステップＳ１３０では、ＩＧＮ ＳＷ５１がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替わったかどうかを判断する。ＯＮ状態が維持されている場合にはステップＳ３０に戻り、上述した処理を繰り返す。一方、ＯＦＦ状態に切り替わった場合には、ステップＳ１４０へ進む。
【００４３】
ステップＳ１４０では、１２Ｖバッテリ３３の劣化係数を演算してＲＡＭに記憶する。詳しくは、１２Ｖバッテリ３３の内部抵抗は、電圧センサ４３により検出した１２Ｖバッテリ電圧、電流センサ４７により検出した１２Ｖバッテリ電流に基づいて、
【数４】
１２Ｖバッテリ内部抵抗＝１２Ｖバッテリ電圧／１２Ｖバッテリ電流・・・（４）
（４）式から算出し、この内部抵抗に１２Ｖバッテリ温度係数を乗算して実際の１２Ｖバッテリ内部抵抗を算出し、予め算出しておいた新品時の内部抵抗と比較して現在の劣化係数とし、ＲＡＭに記憶し、ステップＳ１５０に進む。ステップＳ１５０では、電力供給ステップを終了させる。
【００４４】
なお、ＲＡＭに記憶した１２Ｖバッテリ３３の現在の劣化係数は、次回のシステム立ち上げ時にステップＳ２４０において使用するものである。
【００４５】
本発明の第１の実施の形態に関する効果としては、１２Ｖバッテリが供給可能な電力に基づいて、駆動インバータに要求する要求電力に対する供給可能時間を算出しておき、所定値を超える急加速の要求がある場合には、１２Ｖバッテリからの低電圧の電力を昇降圧１２Ｖ用ＤＣ／ＤＣコンバータを介して高電圧の電力に変換して駆動インバータに供給可能時間だけ供給するように制御することで、燃料電池から駆動インバータに必要な電力を供給できない場合でも、１２Ｖバッテリからの電力を昇降圧１２Ｖ用ＤＣ／ＤＣコンバータを介して１２Ｖインバータに供給可能時間だけ供給するようにしているので、加速性能の向上に寄与することができる。
【００４６】
また、アクセル開度が所定値まで降下した場合には、昇降圧１２Ｖ用ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードを放電モードから充電モードに切り替えることで、急加速を必要とする状態から急加速を必要としない状態に切り替わった際に、燃料電池から１２Ｖインバータに必要な電力を供給するようにしているので、燃料電池から供給される電力で十分な加速性能を提供することができる。
【００４７】
さらに、１２Ｖバッテリの電圧が所定値まで降下した場合には、昇降圧１２Ｖ用ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードを放電モードから充電モードに切り替えるように制御することで、１２Ｖバッテリからの過放電を防止でき、１２Ｖバッテリを保護することができる。
【００４８】
（第２の実施の形態）
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る燃料電池車の電力制御装置を適用可能なシステム構成を示す図である。
本実施の形態の特徴は、１２Ｖバッテリ３３には、１２Ｖで動作する１２Ｖ補機３９と、１２Ｖ補機３９への電力供給を遮断する１２Ｖ供給遮断装置３７を接続したことにある。
【００４９】
なお、１２Ｖ供給遮断部３７は、コントローラ４１から出力される遮断指令に従って１２Ｖ補機３９への１２Ｖ電源の供給を遮断する。また、電力供給の遮断が可能な１２Ｖ補機３９としては、デフォッガ、ラジエターファン、シガーライタ、パワーウインド等、急加速時に電源を遮断しても走行に支障がない車載用機器である。
【００５０】
次に、図６に示す制御フローチャートを参照して、第２の実施の形態における電力供給の制御内容を説明する。なお、図６に示す制御フローチャートは、コントローラ４１のＲＯＭに制御プログラムとして記憶されている。また、ステップＳ１０からステップＳ８０、および、ステップＳ９０からステップＳ１５０に示す各ステップは、第１の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。本制御フローチャートの特徴は、ステップＳ８０とステップＳ９０の間にステップＳ８５を挿入したことにある。
【００５１】
ステップＳ８５では、コントローラ４１から１２Ｖ供給遮断装置３７に遮断指令を出力し、ステップＳ９０へ進む。この結果、１２Ｖバッテリ３３から１２Ｖ補機３９への電力供給が遮断される。
本発明の第２の実施の形態に関する効果としては、所定値を超える急加速の要求がある場合には、１２Ｖバッテリに接続される補機への電源供給を遮断することで、１２Ｖバッテリから放電される電力を削減することができ、かつ、加速性能を引き出せる時間の延長に寄与することができる。
【００５２】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係る燃料電池車の電力制御装置は、図５に示す第２の実施の形態のシステム構成に適用可能である。
次に、図７に示す制御フローチャートを参照して、第３の実施の形態における電力供給の制御内容を説明する。なお、図７に示す制御フローチャートは、コントローラ４１のＲＯＭに制御プログラムとして記憶されている。また、ステップＳ１０からステップＳ４０、ステップＳ７０からステップＳ８５、および、ステップＳ１２０からステップＳ１５０に示す各ステップは、第１の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。本制御フローチャートの特徴は、ステップＳ８５とステップＳ１２０の間に、ステップＳ３１０からステップＳ３５０を挿入したことにある。
【００５３】
ステップＳ３１０では、供給可能電力を演算する。ここで、図３に示すサブルーチンに従って、供給可能電力を計算する。なお、この処理内容については第１の実施の形態において説明したので、その説明を省略する。
ステップＳ３２０では、コントローラ４１から出力される時間の経過によって変化した現在の要求電力を昇降圧１２Ｖ用ＤＣ／ＤＣコンバータ３１に再設定して昇圧動作させる。
【００５４】
ステップＳ３３０では、コントローラ４１は１２Ｖバッテリ電圧と１２Ｖバッテリ３３からの供給を停止すべき降下電圧を表す設定電圧値Ｖ３（設定値Ｖ３としては、例えば８Ｖ〜９Ｖ）を比較し、１２Ｖバッテリ電圧＞設定電圧値Ｖ３が成立する場合にはステップＳ３４０へ進み、１２Ｖバッテリ電圧≦設定電圧値Ｖ３が成立する場合にはステップＳ１２０へ進む。
【００５５】
ステップＳ３４０では、１２Ｖバッテリ電圧が設定電圧値Ｖ３まで降下していないので、タイマによる現在の経過時間とステップＳ２７０で設定された供給可能時間Ｔ４とを比較し、経過時間＞供給可能時間Ｔ４になった場合にはステップＳ１２０へ進み、経過時間≦供給可能時間Ｔ４が成立している間はステップＳ３５０へ進む。
【００５６】
ステップＳ３５０では、コントローラ４１はアクセルセンサ４９により検出されたアクセル開度と予め設定されたアクセル開度設定値（設定値１）とを比較し、アクセル開度＞設定値１になった場合にはステップＳ１２０へ進み、アクセル開度≦設定値１が成立している間はステップＳ３１０へ戻り、この処理を繰り返す。
【００５７】
本発明の第３の実施の形態に関する効果としては、１２Ｖバッテリによる最新の供給可能な電力に基づいて、駆動インバータに要求する要求電力に対する最新の供給可能時間を算出し、１２Ｖバッテリからの電力を昇降圧１２Ｖ用ＤＣ／ＤＣコンバータを介して１２Ｖインバータに最新の供給可能時間だけ供給するように制御することで、運転者のアクセル操作に応じて最新の供給可能時間だけ１２Ｖバッテリを放電モードにするので、１２Ｖバッテリからの過放電を防止でき、１２Ｖバッテリを保護することができる。
【００５８】
なお、第１乃至第３の実施の形態においては、１２Ｖバッテリからの電力をＤＣ／ＤＣコンバータを介して昇圧してインバータに供給するように構成していたが、１２Ｖバッテリに代わって４２Ｖバッテリに置き換えても構成可能である。この場合、上述した（ ）内に示す数値は参考値であり、数値を変更することも可能である。また、設定値１、設定値２、設定値３はコントローラ内で設定されている任意の値である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池車の電力制御装置を適用可能なシステム構成を示す図である。
【図２】第１の実施の形態における電力供給についての制御内容を説明するための制御フローチャートである。
【図３】供給可能電力の計算方法を説明するためのサブルーチンの制御フローチャートである。
【図４】１２Ｖバッテリの電圧−容量特性マップを示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る燃料電池車の電力制御装置を適用可能なシステム構成を示す図である。
【図６】第２の実施の形態における電力供給についての制御内容を説明するための制御フローチャートである。
【図７】第３の実施の形態における電力供給についての制御内容を説明するための制御フローチャートである。
【図８】二次電池を搭載した従来の燃料電池車の電力制御装置である。
【図９】二次電池を搭載していない従来の燃料電池車の電力制御装置である。
【符号の説明】
１９ 燃料電池
２１ 駆動インバータ
２３ 駆動モータ
２５ コンプレッサモータ用インバータ
２７ コンプレッサ用モータ
３１ 昇降圧１２Ｖ用ＤＣ／ＤＣコンバータ
３３ １２Ｖバッテリ
３５ １２Ｖ補機
４１ コントローラ
４３ 電圧センサ
４５ 温度センサ
４７ 電流センサ
４９ アクセルセンサ
５１ ＩＧＮ ＳＷ
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池から車両の駆動に必要な電力を供給できない場合でも、加速性能の向上に寄与することができる燃料電池車の電力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、提案されている電気自動車のための燃料電池システムは、図８に示すように、水素貯蔵装置もしくは改質器１１１によって生成された水素ガス１００と空気１０１とを燃料電池１０２に供給し、燃料電池１０２により水素ガス１００と空気１０１を電気化学反応させて起電力を発生させていた。
【０００３】
そして、燃料電池１０２で発生した電力をＤＣ／ＤＣコンバータ１０３により二次電池１０４に供給するとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３から出力される電力をインバータ１０７に供給してモータ１０８を駆動し、電気自動車の推進力を得ている。
【０００４】
この時、制御部１０９は、アクセルセンサ１１０によって検出される電気自動車のアクセル開度に基づいてインバータ１０７への要求電力を算出するとともに、算出した要求電力に基づいてインバータ１０７を制御し、要求電力がインバータ１０７を介してモータ１０８に供給されるように制御している。
詳しくは、制御部１０９では、インバータ１０７への要求電力に対し、水素ガス１００と空気１０１の供給状態に応じて燃料電池１０２、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３から電力が出力される。そして、インバータ１０７への要求電力に対し、燃料電池１０２からの電力だけで賄いきれない場合には、二次電池１０４からその不足分の電力がインバータ１０７に供給される。なお、ＳＯＣセンサ１１２によって二次電池１０４の充電量（ＳＯＣ）を検出し、制御部１０９で出力電流−出力電圧特性を用いて出力電圧を算出し、二次電池１０４から出力可能な電力を得ている。
【０００５】
また、従来の電気自動車のための燃料電池システムとしては、図９に示すように、図８に示す二次電池１０４が搭載されていないシステムが提案されている。この場合、水素貯蔵装置又は改質器１１１によって生成された水素ガス１００と空気１０１とを燃料電池１０２に供給し、燃料電池１０２により水素ガス１００と空気１０１を電気化学反応させて起電力を発生させていた。
【０００６】
そして、燃料電池１０２で発生した電力をインバータ１０７に供給してモータ１０８を駆動し、電気自動車の推進力を得ている。
この時、制御部１０９は、アクセルセンサ１１０によって検出される電気自動車のアクセル開度に基づいてインバータ１０７への要求電力を算出するととともに、算出した要求電力に基づいてインバータ１０７を制御し、この要求電力がインバータ１０７を介してモータ１０８に供給されるように制御していた。
詳しくは、制御部１０９では、インバータ１０７への要求電力に対し、燃料電池１０２からこれを賄うだけの電力が出力されている場合には、燃料電池１０２からの電力はインバータ１０７に供給されるとともに、余分の電力は１２Ｖバッテリに充電される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、インバータ１０７への要求電力が出力されていても、燃料電池１０２は要求される電力を出力するのに十分な空気１０１、水素ガス１００の供給がない場合、十分に電力を出力することはできない。すなわち、燃料電池１０２の出力電力は、燃料電池１０２に供給される水素ガス１００、空気１０１の供給量（ガス流量）に依存している。
【０００８】
このように、従来の燃料電池システムにあっては、燃料電池の出力電力は燃料電池に供給される燃料ガス量に依存しており、図９に示すように、二次電池がないシステムにおいては、不足分の電力（インバータ要求電力量−燃料電池発電量）については、インバータへの要求電力を下げるため、加速不足や加速遅れといった問題があった。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、燃料電池から車両の駆動に必要な電力を供給できない場合でも、加速性能の向上に寄与することができる燃料電池車の電力制御装置を提供することにある。
なお、過渡時の充放電制御に係る従来の技術としては、特開平１１−１８７５７７号、特開平１１−２２０８１０号等の例が報告されている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上記課題を解決するため、燃料電池により発電された高電圧の電力を要求電力に応じてインバータからモータに供給して燃料電池車を駆動するように制御するとともに、燃料電池により発電された余分の電力をＤＣ／ＤＣコンバータを介して燃料電池よりも低電圧のバッテリに充電するように制御する燃料電池車の電力制御装置であって、アクセル開度を検出するアクセル開度検出手段と、アクセル開度に基づいて、所定値を超える急加速の要求があるかを判断する急加速判断手段と、前記バッテリが供給可能な電力量を算出する電力算出手段と、前記電力算出手段で算出された前記バッテリから前記インバータへの供給可能電力量と前記インバータへの要求電力との比から、当該要求電力を前記モータで消費させて前記燃料電池車を走行させることができる供給可能時間を算出する供給時間算出手段と、前記アクセル開度検出手段で検出されたアクセル開度に基づいて所定値を超える急加速の要求がある場合には、前記バッテリからの低電圧の電力を前記ＤＣ／ＤＣコンバータによって高電圧の電力に変換して前記インバータに前記供給可能時間だけ供給させて、前記インバータから前記モータに前記バッテリからの高電圧の電力を供給させるように制御する制御手段とを備えたことを要旨とする。
【００１１】
請求項２記載の発明は、上記課題を解決するため、前記制御手段は、前記アクセル開度が所定値まで降下した場合には、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードを放電モードから充電モードに切り替えるように制御することを要旨とする。
【００１２】
請求項３記載の発明は、上記課題を解決するため、前記バッテリの電圧を検出する電圧検出手段を備え、前記制御手段は、前記バッテリの電圧が所定値まで降下した場合には、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードを放電モードから充電モードに切り替えるように制御することを要旨とする。
【００１３】
請求項４記載の発明は、上記課題を解決するため、前記所定値を超える急加速の要求がある場合には、前記バッテリに接続される補機への電源供給を遮断する遮断手段を備えたことを要旨とする。
【００１４】
請求項５記載の発明は、上記課題を解決するため、前記供給時間算出手段は、前記バッテリによる最新の供給可能な電力に基づいて、前記インバータに要求する前記要求電力に対する最新の供給可能時間を算出し、前記制御手段は、前記バッテリからの低電圧の電力を前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介して高電圧の電力に変換して前記インバータに前記最新の供給可能時間だけ供給するように制御することを要旨とする。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明によれば、バッテリが供給可能な電力に基づいて、インバータに要求する要求電力に対する供給可能時間を算出しておき、所定値を超える急加速の要求がある場合には、バッテリからの低電圧の電力をＤＣ／ＤＣコンバータを介して高電圧の電力に変換してインバータに供給可能時間だけ供給するように制御することで、燃料電池からインバータに必要な電力を供給できない場合でも、バッテリからの電力をＤＣ／ＤＣコンバータを介してインバータに供給可能な時間だけ供給するようにしているので、加速性能の向上に寄与することができる。
【００１６】
また、請求項２記載の本発明によれば、アクセル開度が所定値まで降下した場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードを放電モードから充電モードに切り替えることで、急加速を必要とする状態から急加速を必要としない状態に切り替わった際に、燃料電池からインバータに必要な電力を供給するようにしているので、燃料電池から供給される電力で十分な加速性能を提供することができる。
【００１７】
また、請求項３記載の本発明によれば、バッテリの電圧が所定値まで降下した場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードを放電モードから充電モードに切り替えるように制御することで、バッテリからの過放電を防止でき、バッテリを保護することができる。
【００１８】
また、請求項４記載の本発明によれば、所定値を超える急加速の要求がある場合には、バッテリに接続される補機への電源供給を遮断することで、バッテリから放電される電力を削減することができ、かつ、加速性能を引き出せる時間の延長に寄与することができる。
【００１９】
また、請求項５記載の本発明によれば、バッテリによる最新の供給可能な電力に基づいて、インバータに要求する要求電力に対する最新の供給可能時間を算出し、バッテリからの電力をＤＣ／ＤＣコンバータを介してインバータに最新の供給可能時間だけ供給するように制御することで、運転者のアクセル操作に応じて最新の供給可能時間だけバッテリを放電モードにするので、バッテリからの過放電を防止でき、バッテリを保護することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池車の電力制御装置を適用可能なシステム構成を示す図である。
水素貯蔵装置１１から供給される水素ガス１３と、コンプレッサ１５から供給される空気１７とを燃料電池１９に流入させ、燃料電池１９において、水素ガス１３と空気１７とを電気化学反応により起電力を発生させる。燃料電池１９で発生した電力は、駆動インバータ２１に供給して駆動モータ２３を駆動し車両の推進力を得ている。
【００２１】
燃料電池１９で発生した電力は、駆動インバータ２１に並列に接続されたコンプレッサモータ用インバータ２５にも供給され、コンプレッサ用モータ２７を駆動してコンプレッサ１５を動作させ、空気ライン２９から空気１７を燃料電池１９に送り込む。さらに、駆動インバータ２１、コンプレッサモータ用インバータ２５に並列に接続された昇降圧切替え可能な昇降圧１２Ｖ用ＤＣ／ＤＣコンバータ３１にも燃料電池１９で発生された電力が供給され、１２Ｖバッテリ３３が充電される。
【００２２】
なお、昇降圧１２Ｖ用ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、１２Ｖバッテリ３３の低電圧の電力を高電圧に昇圧して駆動インバータ２１に供給する放電モードと、燃料電池１９からの高電圧の電力を低電圧に降圧して１２Ｖバッテリ３３に充電する充電モードの２つの動作モードが切り替え可能である。
また、１２Ｖバッテリ３３には、１２Ｖで動作する１２Ｖ補機３５が接続されている。
【００２３】
コントローラ４１は、内部に制御プログラムを記憶したＲＯＭと、制御時のワークエリアとなるＲＡＭと、経過時間を計時するタイマとを有している。
さらに、コントローラ４１には、１２Ｖバッテリ３３の電圧を検出する電圧センサ４３と、１２Ｖバッテリ３３の温度を検出する温度センサ４５と、１２Ｖバッテリ３３が充放電する電流を検出する電流センサ４７と、アクセル開度を検出するアクセルセンサ４９と、車両（システム）を起動するためのＩＧＮ ＳＷ５１が接続されている。
【００２４】
アクセルセンサ４９、電圧センサ４３、電流センサ４７、温度センサ４５によって検出された検出結果はコントローラ４１に入力され、コントローラ４１によって水素貯蔵装置１１、昇降圧１２Ｖ用ＤＣ／ＤＣコンバータ３１、駆動インバータ２１、コンプレッサモータ用インバータ２５が制御される。
【００２５】
次に、図２に示す制御フローチャートを参照して、第１の実施の形態における電力供給についての制御内容を説明する。なお、図２に示す制御フローチャートは、コントローラ４１のＲＯＭに制御プログラムとして記憶されている。
まず、運転者によりＩＧＮ ＳＷ５１に設けられたキーシリンダにキーが差し込まれ、スタート位置までキーが回転されたこととする。この時、１２Ｖバッテリ３３からの電力がコントローラ４１へ供給され、ステップＳ１０での処理ステップが開始される。
【００２６】
ステップＳ２０では、ＩＧＮ ＳＷ５１の状態を検出しており、ＩＧＮ ＳＷ５１がＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替わった時からステップＳ３０へ進む。
【００２７】
ステップＳ３０では、コントローラ４１は、アクセルセンサ４９により検出されたアクセル開度と予め定められたアクセル開度設定値（設定値１）を比較し、アクセル開度＞設定値１の場合にはステップＳ４０へ進み、アクセル開度≦設定値１の場合にはステップＳ３０に戻り、この処理を繰り返す。
【００２８】
ステップＳ４０では、コントローラ４１は、アクセルセンサ４９により検出されたアクセル開度に関して、前回のサンプリング時でのアクセル開度と今回のサンプリング時のアクセル開度で表される変化速度と、予め定められたアクセルセンサ変化速度設定値（設定値２）を比較し、アクセル変化速度＞設定値２の場合にはステップＳ５０へ進み、アクセル変化速度≦設定値２の場合にはステップＳ３０に戻り、処理を繰り返す。
【００２９】
ここで、アクセル開度が設定値１よりも大きく、かつ、アクセル変化速度が設定値２よりも大きい場合とは、運転者によるアクセルペダルの踏み込みがある程度あり、かつ、アクセルペダルの踏み込みが急な場合である。すなわち、車両が停止状態にあるときにある程度急にアクセルペダルを踏み込んで急発進をしようとする場合や、車両が走行中（アクセルペダルがある程度踏まれた状態）にある程度以上の急加速をしようとする場合である。なお、この時、コントローラ４１から出力される駆動インバータ２１への要求電力が急上昇することとなる。
【００３０】
そこで、ステップＳ６０では、供給可能電力を演算する。ここで、図３に示すサブルーチンの制御フローチャートを参照して、供給可能電力の計算方法について説明する。
まず、ステップＳ２００では、供給可能電力の計算ステップをスタートする。そして、ステップＳ２１０では、電圧センサ４３により１２Ｖバッテリ電圧を検出し、温度センサ４５により１２Ｖバッテリ温度を検出し、電流センサ４７により１２Ｖバッテリ電流を検出し、それぞれの検出結果をコントローラ４１に設けられたＲＡＭに記憶し、ステップＳ２２０へ進む。
【００３１】
ステップＳ２２０では、ステップＳ２１０でＲＡＭに記憶した１２Ｖバッテリ電圧を読み出し、図４に示す１２Ｖバッテリの電圧−容量特性マップから当該１２Ｖバッテリ電圧Ｖｃに応じた１２Ｖバッテリ容量Ｐｄを読み込み、ステップＳ２３０へ進む。
【００３２】
ステップＳ２３０では、ステップＳ２１０でＲＡＭに記憶した１２Ｖバッテリ温度を読み出し、この１２Ｖバッテリ温度に対応するＲＯＭに予め記憶されている温度係数を読み込み、ステップＳ２４０へ進む。そして、ステップＳ２４０では、前回の終了時にＲＡＭに記憶しておいた１２Ｖバッテリの劣化係数を読み込み、ステップＳ２５０へ進む。
【００３３】
ステップＳ２５０では、ステップＳ２２０で求めた１２Ｖバッテリ３３の容量ＰｄにステップＳ２３０で読み込んだ温度係数、ステップＳ２４０で読み込んだ劣化係数を加味し、
【数１】
１２Ｖバッテリ容量＝Ｐｄ×温度係数×劣化係数 ・・・（１）
実際の１２Ｖバッテリ容量を求め、ステップＳ２６０へ進む。
【００３４】
ステップＳ２６０では、１２Ｖバッテリ容量と１２Ｖバッテリの電流および電圧に基づいて、
【数２】
供給可能電力＝１２Ｖバッテリ容量−（１２Ｖバッテリ電流×１２Ｖバッテリ電圧） ・・・（２）
（２）式から供給可能電力を求め、ステップＳ２７０へ進む。
【００３５】
ステップＳ２７０では、コントローラ４１から出力される駆動インバータ２１への要求電力と、ステップＳ２６０で求めた供給可能電力に基づいて、
供給可能時間Ｔ４＝供給可能電力／要求電力 ・・・（３）
という演算を行うことで、（３）式から、現在の供給可能電力を消費して走行した場合の走行時間を表す供給可能時間Ｔ４を算出し、ステップＳ２８０へ進む。
【００３６】
ステップＳ２８０では、供給可能電力のステップを終了し、図２に示すメインルーチンに復帰する。
図２に戻り、ステップＳ７０では、コントローラ４１は昇降圧１２Ｖ用ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の動作モードを降圧動作を行う充電モード（例えば、３４０Ｖ→１２Ｖ）から昇圧動作を行う放電モード（例えば、１２Ｖ→３４０Ｖ）に切り替える昇圧指令を出力しステップＳ７０に進む。
【００３７】
この結果、コントローラ４１から昇圧指令を受け付けた昇降圧１２Ｖ用ＤＣ／ＤＣコンバータ３１は、この昇圧指令に応じて動作モードを降圧動作（例えば、３４０Ｖ→１２Ｖ）から昇圧動作（例えば、１２Ｖ→３４０Ｖ）に切り替え、１２Ｖバッテリ３３から出力される電圧（例えば、１２Ｖ）が昇降圧１２Ｖ用ＤＣ／ＤＣコンバータ３１により燃料電池１９から通常出力されている電圧（例えば、３４０Ｖ）と略同一電圧まで昇圧さて駆動インバータ２１とコンプレッサモータ用インバータ２５に供給される。
【００３８】
ステップＳ８０では、要求電力を昇降圧１２Ｖ用ＤＣ／ＤＣコンバータ３１に設定して昇圧動作を開始させる。同時に、コントローラ４１に設けられたタイマによる計時動作をスタートし、ステップＳ９０へ進む。
【００３９】
ステップＳ９０では、コントローラ４１は１２Ｖバッテリ電圧と１２Ｖバッテリ３３からの供給を停止すべき降下電圧を表す設定電圧値Ｖ３（設定値Ｖ３としては、例えば８Ｖ〜９Ｖ）を比較し、１２Ｖバッテリ電圧＞設定電圧値Ｖ３が成立する場合にはステップＳ１００へ進み、１２Ｖバッテリ電圧≦設定電圧値Ｖ３が成立する場合にはステップＳ１２０へ進む。
【００４０】
ステップＳ１００では、１２Ｖバッテリ電圧が設定電圧値Ｖ３まで降下していないので、タイマによる現在の経過時間とステップＳ２７０で設定された供給可能時間Ｔ４とを比較し、経過時間＞供給可能時間Ｔ４になった場合にはステップＳ１２０へ進み、経過時間≦供給可能時間Ｔ４が成立している間はステップＳ１１０へ進む。
【００４１】
ステップＳ１１０では、コントローラ４１はアクセルセンサ４９により検出されたアクセル開度と予め設定されたアクセル開度設定値（設定値１）とを比較し、アクセル開度＞設定値１になった場合にはステップＳ１２０へ進み、アクセル開度≦設定値１が成立している間はステップＳ９０へ戻り、この処理を繰り返す。
【００４２】
ステップＳ１２０では、コントローラ４１から昇降圧１２Ｖ用ＤＣ／ＤＣコンバータ３１の動作モードを昇圧動作（例えば、１２Ｖ→３４０Ｖ）から降圧動作（例えば、３４０Ｖ→１２Ｖ）に切り替える降圧指令を出力し、ステップＳ１３０に進む。
ステップＳ１３０では、ＩＧＮ ＳＷ５１がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替わったかどうかを判断する。ＯＮ状態が維持されている場合にはステップＳ３０に戻り、上述した処理を繰り返す。一方、ＯＦＦ状態に切り替わった場合には、ステップＳ１４０へ進む。
【００４３】
ステップＳ１４０では、１２Ｖバッテリ３３の劣化係数を演算してＲＡＭに記憶する。詳しくは、１２Ｖバッテリ３３の内部抵抗は、電圧センサ４３により検出した１２Ｖバッテリ電圧、電流センサ４７により検出した１２Ｖバッテリ電流に基づいて、
【数４】
１２Ｖバッテリ内部抵抗＝１２Ｖバッテリ電圧／１２Ｖバッテリ電流・・・（４）
（４）式から算出し、この内部抵抗に１２Ｖバッテリ温度係数を乗算して実際の１２Ｖバッテリ内部抵抗を算出し、予め算出しておいた新品時の内部抵抗と比較して現在の劣化係数とし、ＲＡＭに記憶し、ステップＳ１５０に進む。ステップＳ１５０では、電力供給ステップを終了させる。
【００４４】
なお、ＲＡＭに記憶した１２Ｖバッテリ３３の現在の劣化係数は、次回のシステム立ち上げ時にステップＳ２４０において使用するものである。
【００４５】
本発明の第１の実施の形態に関する効果としては、１２Ｖバッテリが供給可能な電力に基づいて、駆動インバータに要求する要求電力に対する供給可能時間を算出しておき、所定値を超える急加速の要求がある場合には、１２Ｖバッテリからの低電圧の電力を昇降圧１２Ｖ用ＤＣ／ＤＣコンバータを介して高電圧の電力に変換して駆動インバータに供給可能時間だけ供給するように制御することで、燃料電池から駆動インバータに必要な電力を供給できない場合でも、１２Ｖバッテリからの電力を昇降圧１２Ｖ用ＤＣ／ＤＣコンバータを介して１２Ｖインバータに供給可能時間だけ供給するようにしているので、加速性能の向上に寄与することができる。
【００４６】
また、アクセル開度が所定値まで降下した場合には、昇降圧１２Ｖ用ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードを放電モードから充電モードに切り替えることで、急加速を必要とする状態から急加速を必要としない状態に切り替わった際に、燃料電池から１２Ｖインバータに必要な電力を供給するようにしているので、燃料電池から供給される電力で十分な加速性能を提供することができる。
【００４７】
さらに、１２Ｖバッテリの電圧が所定値まで降下した場合には、昇降圧１２Ｖ用ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードを放電モードから充電モードに切り替えるように制御することで、１２Ｖバッテリからの過放電を防止でき、１２Ｖバッテリを保護することができる。
【００４８】
（第２の実施の形態）
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る燃料電池車の電力制御装置を適用可能なシステム構成を示す図である。
本実施の形態の特徴は、１２Ｖバッテリ３３には、１２Ｖで動作する１２Ｖ補機３９と、１２Ｖ補機３９への電力供給を遮断する１２Ｖ供給遮断装置３７を接続したことにある。
【００４９】
なお、１２Ｖ供給遮断部３７は、コントローラ４１から出力される遮断指令に従って１２Ｖ補機３９への１２Ｖ電源の供給を遮断する。また、電力供給の遮断が可能な１２Ｖ補機３９としては、デフォッガ、ラジエターファン、シガーライタ、パワーウインド等、急加速時に電源を遮断しても走行に支障がない車載用機器である。
【００５０】
次に、図６に示す制御フローチャートを参照して、第２の実施の形態における電力供給の制御内容を説明する。なお、図６に示す制御フローチャートは、コントローラ４１のＲＯＭに制御プログラムとして記憶されている。また、ステップＳ１０からステップＳ８０、および、ステップＳ９０からステップＳ１５０に示す各ステップは、第１の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。本制御フローチャートの特徴は、ステップＳ８０とステップＳ９０の間にステップＳ８５を挿入したことにある。
【００５１】
ステップＳ８５では、コントローラ４１から１２Ｖ供給遮断装置３７に遮断指令を出力し、ステップＳ９０へ進む。この結果、１２Ｖバッテリ３３から１２Ｖ補機３９への電力供給が遮断される。
本発明の第２の実施の形態に関する効果としては、所定値を超える急加速の要求がある場合には、１２Ｖバッテリに接続される補機への電源供給を遮断することで、１２Ｖバッテリから放電される電力を削減することができ、かつ、加速性能を引き出せる時間の延長に寄与することができる。
【００５２】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係る燃料電池車の電力制御装置は、図５に示す第２の実施の形態のシステム構成に適用可能である。
次に、図７に示す制御フローチャートを参照して、第３の実施の形態における電力供給の制御内容を説明する。なお、図７に示す制御フローチャートは、コントローラ４１のＲＯＭに制御プログラムとして記憶されている。また、ステップＳ１０からステップＳ４０、ステップＳ７０からステップＳ８５、および、ステップＳ１２０からステップＳ１５０に示す各ステップは、第１の実施の形態と同様であるのでその説明を省略する。本制御フローチャートの特徴は、ステップＳ８５とステップＳ１２０の間に、ステップＳ３１０からステップＳ３５０を挿入したことにある。
【００５３】
ステップＳ３１０では、供給可能電力を演算する。ここで、図３に示すサブルーチンに従って、供給可能電力を計算する。なお、この処理内容については第１の実施の形態において説明したので、その説明を省略する。
ステップＳ３２０では、コントローラ４１から出力される時間の経過によって変化した現在の要求電力を昇降圧１２Ｖ用ＤＣ／ＤＣコンバータ３１に再設定して昇圧動作させる。
【００５４】
ステップＳ３３０では、コントローラ４１は１２Ｖバッテリ電圧と１２Ｖバッテリ３３からの供給を停止すべき降下電圧を表す設定電圧値Ｖ３（設定値Ｖ３としては、例えば８Ｖ〜９Ｖ）を比較し、１２Ｖバッテリ電圧＞設定電圧値Ｖ３が成立する場合にはステップＳ３４０へ進み、１２Ｖバッテリ電圧≦設定電圧値Ｖ３が成立する場合にはステップＳ１２０へ進む。
【００５５】
ステップＳ３４０では、１２Ｖバッテリ電圧が設定電圧値Ｖ３まで降下していないので、タイマによる現在の経過時間とステップＳ２７０で設定された供給可能時間Ｔ４とを比較し、経過時間＞供給可能時間Ｔ４になった場合にはステップＳ１２０へ進み、経過時間≦供給可能時間Ｔ４が成立している間はステップＳ３５０へ進む。
【００５６】
ステップＳ３５０では、コントローラ４１はアクセルセンサ４９により検出されたアクセル開度と予め設定されたアクセル開度設定値（設定値１）とを比較し、アクセル開度＞設定値１になった場合にはステップＳ１２０へ進み、アクセル開度≦設定値１が成立している間はステップＳ３１０へ戻り、この処理を繰り返す。
【００５７】
本発明の第３の実施の形態に関する効果としては、１２Ｖバッテリによる最新の供給可能な電力に基づいて、駆動インバータに要求する要求電力に対する最新の供給可能時間を算出し、１２Ｖバッテリからの電力を昇降圧１２Ｖ用ＤＣ／ＤＣコンバータを介して１２Ｖインバータに最新の供給可能時間だけ供給するように制御することで、運転者のアクセル操作に応じて最新の供給可能時間だけ１２Ｖバッテリを放電モードにするので、１２Ｖバッテリからの過放電を防止でき、１２Ｖバッテリを保護することができる。
【００５８】
なお、第１乃至第３の実施の形態においては、１２Ｖバッテリからの電力をＤＣ／ＤＣコンバータを介して昇圧してインバータに供給するように構成していたが、１２Ｖバッテリに代わって４２Ｖバッテリに置き換えても構成可能である。この場合、上述した（ ）内に示す数値は参考値であり、数値を変更することも可能である。また、設定値１、設定値２、設定値３はコントローラ内で設定されている任意の値である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池車の電力制御装置を適用可能なシステム構成を示す図である。
【図２】第１の実施の形態における電力供給についての制御内容を説明するための制御フローチャートである。
【図３】供給可能電力の計算方法を説明するためのサブルーチンの制御フローチャートである。
【図４】１２Ｖバッテリの電圧−容量特性マップを示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る燃料電池車の電力制御装置を適用可能なシステム構成を示す図である。
【図６】第２の実施の形態における電力供給についての制御内容を説明するための制御フローチャートである。
【図７】第３の実施の形態における電力供給についての制御内容を説明するための制御フローチャートである。
【図８】二次電池を搭載した従来の燃料電池車の電力制御装置である。
【図９】二次電池を搭載していない従来の燃料電池車の電力制御装置である。
【符号の説明】
１９ 燃料電池
２１ 駆動インバータ
２３ 駆動モータ
２５ コンプレッサモータ用インバータ
２７ コンプレッサ用モータ
３１ 昇降圧１２Ｖ用ＤＣ／ＤＣコンバータ
３３ １２Ｖバッテリ
３５ １２Ｖ補機
４１ コントローラ
４３ 電圧センサ
４５ 温度センサ
４７ 電流センサ
４９ アクセルセンサ
５１ ＩＧＮ ＳＷ
Claims (5)
- 燃料電池により発電された高電圧の電力を要求電力に応じてインバータからモータに供給して燃料電池車を駆動するように制御するとともに、燃料電池により発電された余分の電力をＤＣ／ＤＣコンバータを介して燃料電池よりも低電圧のバッテリに充電するように制御する燃料電池車の電力制御装置であって、
アクセル開度を検出するアクセル開度検出手段と、
アクセル開度に基づいて、所定値を超える急加速の要求があるかを判断する急加速判断手段と、
前記バッテリが供給可能な電力量を算出する電力算出手段と、
前記電力算出手段で算出された前記バッテリから前記インバータへの供給可能電力量と前記インバータへの要求電力との比から、当該要求電力を前記モータで消費させて前記燃料電池車を走行させることができる供給可能時間を算出する供給時間算出手段と、
前記アクセル開度検出手段で検出されたアクセル開度に基づいて所定値を超える急加速の要求がある場合には、前記バッテリからの低電圧の電力を前記ＤＣ／ＤＣコンバータによって高電圧の電力に変換して前記インバータに前記供給可能時間だけ供給させて、前記インバータから前記モータに前記バッテリからの高電圧の電力を供給させるように制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする燃料電池車の電力制御装置。 - 前記制御手段は、
前記アクセル開度が所定値まで降下した場合には、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードを放電モードから充電モードに切り替えるように制御することを特徴とする請求項１記載の燃料電池車の電力制御装置。 - 前記バッテリの電圧を検出する電圧検出手段を備え、
前記制御手段は、
前記バッテリの電圧が所定値まで降下した場合には、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作モードを放電モードから充電モードに切り替えるように制御することを特徴とする請求項１記載の燃料電池車の電力制御装置。 - 前記所定値を超える急加速の要求がある場合には、前記バッテリに接続される補機への電源供給を遮断する遮断手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至３項に記載の燃料電池車の電力制御装置。
- 前記供給時間算出手段は、
前記バッテリによる最新の供給可能な電力に基づいて、前記インバータに要求する前記要求電力に対する最新の供給可能時間を算出し、
前記制御手段は、
前記バッテリからの低電圧の電力を前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介して高電圧の電力に変換して前記インバータに前記最新の供給可能時間だけ供給するように制御することを特徴とする請求項１乃至４項に記載の燃料電池車の電力制御装置。
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