JP4182708B2 - 電源装置と電源装置の運転方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃料電池と他の電源とを備える電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電気自動車に利用される電源装置として、燃料電池と２次電池とを備える電源装置が用いられている（例えば。特許文献１参照）。この電源装置は、電気自動車の運転状態に応じて、燃料電池、２次電池、またはそれら両方から電気自動車のモータに電力を供給する。
【特許文献１】
特開平１０−２７１７０６号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の電源装置では、モータやエアコンの制御部がモータやエアコンの運転を制御する際に前提としている電源装置からの供給電力と、燃料電池の運転ポイントの設定の際に想定されていた電源装置からの供給電力との間にズレがあった場合の、電源装置の運転については、考慮されていなかった。
【０００４】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池と他の電源とを備える電源装置において、モータやエアコンの制御部がモータやエアコンの運転を制御する際に前提としている電源装置からの供給電力と、燃料電池の運転ポイントの設定の際に想定されていた電源装置からの供給電力との間にズレがある場合にも、燃料電池と他の電源とを適切に運転することができる技術を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記目的を達成するために、本発明では、燃料電池と他の電源を備える電源装置において所定の処理を行う。この電源装置は、電力を伝える配線に接続された燃料電池と、燃料電池の電流と電圧の少なくとも一方を含む電力指標値を測定する燃料電池用センサと、配線に対して燃料電池と並列に接続され、電力変換器を備えた他の電源と、を備える。
【０００６】
そのような電源装置において、まず、燃料電池の目標供給電力Ｐ_permと、他の電源の第１の目標供給電力Ｐ_1BATとを設定する。この処理は第１の制御部が行うことが好ましい。そして、燃料電池用センサの信号を受け取って、燃料電池の実際の供給電力に応じて電力変換器を制御することによって、他の電源の供給電力を調整する。そして、その結果、燃料電池の実際の供給電力を目標供給電力Ｐ_perm近傍の所定の範囲内に制御する。これらの処理は、第２の制御部が行うことが好ましい。このような処理を行えば、必要とされる実際の電力が想定した値からずれていた場合に、燃料電池と他の電源とを適切に運転することができる。
【０００７】
なお、電力変換器の制御は、燃料電池の実際の供給電力が燃料電池の目標供給電力Ｐ_permよりも多い場合には、他の電源の供給電力を第１の目標供給電力Ｐ_1BATから増やすように行われることが好ましい。このような処理を行えば、燃料電池からの出力電流が想定値を越えて増大するのを防止することができる。
【０００８】
また、電力変換器の制御は、燃料電池の実際の供給電力が燃料電池の目標供給電力Ｐ_permよりも少ない場合には、他の電源の供給電力を第１の目標供給電力Ｐ_1BATから減らすように行われることが好ましい。このような処理を行えば、燃料電池に供給される酸素ガスおよび燃料ガスを効率的に活用して、燃料電池における発電を行わせることができる。
【０００９】
なお、電源装置が、燃料電池に供給される酸化ガスの量と燃料ガスの量との少なくとも一方を含む供給ガス量指標値を測定する流量センサを備える態様においては、以下のような制御を行うことが好ましい。すなわち、流量センサが測定した供給ガス量指標値において目標供給電力Ｐ_permを供給する際の燃料電池の電流をＩ_permとしたとき、Ｉ_permは、流量センサが測定した供給ガス量指標値において燃料電池が最大量の電力を供給するときの電流値Ｉ_maxよりも小さな電流値に設定されることが好ましい。このような態様とすれば、燃料電池が供給する電力がＰ_permよりも増えても、電源装置は安定して電力を供給することができる。
【００１０】
さらに、Ｉ_permは、Ｉ_maxの５０％以下の電流値に設定することが好ましい。このような態様とすれば、燃料電池が供給する電力がＰ_permよりも増えても電源装置が安定して電力を供給できる可能性をより高くすることができる。
【００１１】
なお、電源装置は、燃料電池に供給される酸化ガスの量と燃料ガスの量との少なくとも一方を含む供給ガス量指標値を測定する流量センサを備え、燃料電池用センサは、燃料電池の電圧Ｖ_FCmを少なくとも測定するように構成されていることが好ましい。そのような態様において、以下のような処理を行うことが好ましい。（ａ）負荷の要求に基づいて電源装置全体の目標供給電力Ｐ_reqを計算する。（ｂ）流量センサからの信号に基づいて燃料電池の目標供給電力Ｐ_permおよび目標電圧Ｖ_FCを計算する。（ｃ）Ｐ_reqとＰ_permとの差分Ｐ_ABATに基づいて、他の電源の第１の目標供給電力Ｐ_1BATを設定する。また、（ｄ）Ｖ_FCとＶ_FCmとの差分（Ｖ_FC−Ｖ_FCm）に応じて目標供給電力Ｐ_1BATを補正することによって、他の電源の第２の目標供給電力Ｐ_2BATを決定する。（ｅ）第２の目標供給電力Ｐ_{2B AT}に基づいて電力変換器を制御する。このような態様とすれば、必要とされる実際の電力が想定よりも多い場合に、２次電池の供給電力を増やすことで、燃料電池の供給電力を所定の範囲内に制御することができる。
【００１２】
また、他の電源としての複数の２次電池と、各２次電池の出力電圧をそれぞれ測定する複数の２次電池用センサと、各２次電池にそれぞれ対応する複数の第２の制御部と、を備えることが好ましい。そのような電源装置において、第２の制御部は、さらに、２次電池用センサによって測定された各２次電池の出力電圧に基づいて、電力変換器をそれぞれ制御することが好ましい。このような態様とすれば、それぞれの２次電池の状態に応じてそれぞれの２次電池から電力を供給させることができる。
【００１３】
また、Ｋ₀を定数とし、Ｎ_Aを、複数の２次電池のうち出力電圧が所定の基準値よりも大きい２次電池の個数としたとき、以下のように２次電池の第２の目標供給電力Ｐ_2BATを設定することが好ましい。すなわち、各第２の制御部の制御対象である２次電池の出力電圧が、所定の基準値よりも大きい場合には、制御対象である２次電池の第２の目標供給電力Ｐ_2BATを、以下の式で得られる値とする。
【００１４】
Ｐ_2BAT＝Ｐ_1BAT＋Ｋ₀／Ｎ_A×（Ｖ_FC−Ｖ_FCm） ・・・（１）
【００１５】
そして、各第２の制御部の制御対象である２次電池の出力電圧が、所定の基準値よりも小さい場合には、制御対象である２次電池の第２の目標供給電力Ｐ_2BATを０とする。このような態様とすれば、電力供給能力がある２次電池から電力を供給させることができる。
【００１６】
他の電源は２次電池であることが好ましい。そして、（ａ）、（ｂ）および（ｃ）の処理は、時間の経過とともに繰り返し行われることが好ましく、（ｄ）および（ｅ）の処理も、時間の経過とともに繰り返し行われることが好ましい。そして、（ｄ）および（ｅ）の処理が繰り返し行われる際の周期は、（ａ）、（ｂ）および（ｃ）の処理が繰り返し行われる際の周期よりも短いことが好ましい。このような態様とすれば、負荷の変化に応じて迅速に他の電源からの供給電力を変化させることができる。
【００１７】
本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、電源装置の制御方法や、電源装置の制御方法を実現するためのコンピュータプログラム、そのようなコンピュータプログラムを記録した記録媒体、電源装置を搭載する電気自動車などの形態で実現することが可能である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．装置の全体構成：
Ｂ．燃料電池の出力ポイントの制御：
Ｃ．変形例：
【００１９】
Ａ．装置の全体構成：
図１は、本発明の第１実施例である電気自動車１０の構成の概略を表わすブロック図である。電気自動車１０は、電源システム１５を備えている。電源システム１５から電力を供給される負荷として、高圧補機４０と、駆動インバータ３０を介して電源システム１５に接続される駆動モータ３２と、を備えている。これら電源システム１５と負荷との間には、配線５０が設けられており、この配線５０を介して、電源システム１５と負荷との間で電力がやり取りされる。なお、高圧補機４０には電源システム１５の一部を構成する機器も含まれるため、高圧補機４０は、電源システム１５を表す破線で仕切られた領域内に描かれている。
【００２０】
電源システム１５は、燃料電池システム２２と、４個の２次電池２６とを備えている。燃料電池システム２２は、後述するように発電の本体である燃料電池を備えている。また、４個の２次電池２６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２８を介して配線５０に接続されている。このＤＣ／ＤＣコンバータ２８と、燃料電池システム２２とは、上記配線５０に対して並列に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ２８が、特許請求の範囲にいう「電力変換器」である。
【００２１】
図２は、燃料電池システム２２の構成の概略を表わす説明図である。燃料電池システム２２は、燃料電池６０と、燃料ガス供給部６１と、ブロワ６４とを備えている。本実施例では、燃料電池６０として、固体高分子型燃料電池を用いている。
【００２２】
燃料ガス供給部６１は、燃料電池６０に対して、水素を含有する燃料ガスを供給する装置であり、例えば、改質燃料のタンクと改質器とを備えることとすればよい。改質燃料としては、天然ガス等の気体炭化水素、ガソリン等の液体炭化水素、エタノールなどのアルコール類やアルデヒド類など、種々のものを選択可能である。改質器は、用いる改質燃料に応じた改質触媒を内部に備えて、改質燃料の供給を受けて改質反応を進行し、水素リッチな改質ガスを生成する。なお、燃料ガス供給部６１では、この改質ガスを燃料電池６０に供給するのに先立って、さらに一酸化炭素濃度の低減を行なうことが望ましい。
【００２３】
あるいは、燃料ガス供給部６１を、内部に水素を貯蔵し、水素ガスを燃料ガスとして燃料電池６０に供給する装置とすることもできる。このような場合には、例えば、燃料ガス供給部６１が水素ボンベを備えることとすればよい。あるいは、水素吸蔵合金を内部に有する水素タンクを備えることとし、上記水素吸蔵合金に水素を吸蔵させることによって水素を貯蔵することとしても良い。このような改質ガスあるいは水素ガスは、燃料ガス供給路６２を介して燃料電池６０のアノードに供給され、電気化学反応に供される。電気化学反応で利用されなかった残りの水素ガスは、燃料ガス排出路６３に排出される。
【００２４】
また、ブロワ６４が取り込んだ圧縮空気は、酸化ガス供給路６５によって、酸化ガスとして燃料電池６０のカソードに供給される。燃料電池６０から排出されるカソード排ガスは、カソード排ガス路６６に導かれて外部に排出される。なお、本実施例においては、燃料ガス供給部６１によって供給される燃料ガスは、ブロワ６４によって供給される酸化ガスに対して十分供給されているものとする。したがって、燃料電池６０の運転の制御は、主としてブロワ６４によって供給する圧縮空気の量を増減することによって行われる。
【００２５】
燃料ガス供給路６２，酸化ガス供給路６５には、それぞれ、各流路を通過するガス流量を検出するための流量センサ６７，６８が設けられている。また、燃料電池システム２２において、燃料ガスあるいは酸化ガスを加湿する加湿器を、燃料ガス供給路６２や酸化ガス供給路６５にさらに設けることとしても良い。
【００２６】
２次電池２６は、燃料電池システム２２の始動時に、燃料電池システム２２の各部を駆動するための電力を供給したり、燃料電池システム２２の暖機運転が完了するまでの間、各負荷に対して電力を供給する。また、本実施例の電源システム１５では、燃料電池６０が定常状態で発電を行なうときにも、負荷が所定の値よりも大きくなる場合には、２次電池２６によって電力を補うことが可能となっている。
【００２７】
また、図１に示すように、２次電池２６には、それぞれ２次電池２６の残存容量（ＳＯＣ）を検出するための電圧センサ２７が設けられている。なお、図１では、最下段の２次電池２６の電圧センサ２７のみ図示し、他の２次電池２６の電圧センサ２７は図示を省略する。２次電池２６は、その残存容量が少なくなるにつれて電圧値が低下するという性質を有している。このため、電圧を測定することによって２次電池２６の残存容量を検出することができる。具体的には、電圧センサ２７は、２次電池２６の電圧が所定の基準値Ｖ_THよりも低いときと高いときとで異なる信号を出力する。なお、電源システム１５は、電圧センサ２７に代えて、２次電池２６における充電・放電の電流値と時間とを積算するＳＯＣメータを備える態様とすることもできる。
【００２８】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２８は、出力側の目標電圧値を設定することによって、配線５０における電圧を調節し、これによって２次電池２６からの出力電圧を調節して、その結果として燃料電池６０の発電量を制御する。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ２８と燃料電池６０とを接続する配線５０には、ＤＣ／ＤＣコンバータを介した各２次電池２６からの出力電流を検出する電流計４５と、燃料電池６０の出力電圧を検出する電圧計４６とが設けられている。
【００２９】
電源システム１５から電力の供給を受ける負荷の一つである駆動モータ３２は、同期モータであって、回転磁界を形成するための三相コイルを備えている。この駆動モータ３２は、駆動インバータ３０を介して電源システム１５から電力の供給を受ける。駆動インバータ３０は、上記駆動モータ３２の各相に対応してスイッチング素子としてのトランジスタを備えるトランジスタインバータである。駆動モータ３２の出力軸３６は、減速ギヤ３４を介して車両駆動軸３８に接続している。減速ギヤ３４は、駆動モータ３２が出力する動力を、その回転数を調節した上で車両駆動軸３８に伝える。
【００３０】
また、他の負荷である高圧補機４０は、電源システム１５から供給される電力を、３００Ｖ以上の電圧のまま利用する装置である。高圧補機４０としては、例えば、燃料電池６０に空気を供給するためのブロワ６４（図２参照）を挙げることができる。さらに、燃料電池６０を冷却するために、燃料電池６０内部に冷却水を循環させるための冷却ポンプ（図示せず）も、高圧補機４０に含まれる。これらの装置は、燃料電池システム２２に含まれる装置であるが、図１においては、燃料電池システム２２の外側に、高圧補機４０として示した。さらに、高圧補機４０としては、燃料電池システム２２に含まれるものの他に、例えば電気自動車１０が備える空調装置（エアコン）が含まれる。
【００３１】
また、電気自動車１０は、制御部４８を備えている。制御部４８は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、詳しくは、予め設定された制御プログラムに従って所定の演算などを実行するＣＰＵと、ＣＰＵで各種演算処理を実行するのに必要な制御プログラムや制御データ等が予め格納されたＲＯＭと、同じくＣＰＵで各種演算処理をするのに必要な各種データが一時的に読み書きされるＲＡＭと、各種の信号を入出力する入出力ポート等を備える。図１では、制御部４８が果たす機能に応じて、モータ制御部４８ｍ、燃料電池（ＦＣ）制御部４８ｆ、ＤＣ制御部４８ｄとして制御部４８を示している。この制御部４８は、既述した電流計４５および電圧計４６が出力する信号や、電圧センサ２７が出力する信号、あるいは、アクセル５６などから入力される車両の運転に関する指示信号を取得する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２８，燃料電池システム２２、駆動インバータ３０、高圧補機４０などに駆動信号を出力する。
【００３２】
Ｂ．燃料電池の出力ポイントの制御：
（１）燃料電池の特性と出力ポイントの制御：
図３は、燃料電池６０における出力電流−出力電圧特性（出力特性）が、ガス量に応じて変化する様子を表わす説明図である。出力電流−出力電圧特性は、供給ガス量がＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４と増えるに従って変化する。なお、本実施例では、燃料電池に供給される燃料ガスは、酸化ガスに対して十分な量だけ供給されており、燃料電池の制御は主として酸化ガス供給量を増減することによって行われる。よって、ここでいう供給ガス量に応じた状態Ｆ１〜Ｆ４は、それぞれ酸化ガスの供給量が異なる４つの状態であるものとする。また、状態Ｆ４が、燃料電池６０において酸化ガスの供給量を最大にしたときの状態である。
【００３３】
図４は、燃料電池６０における出力電流と出力電力との関係を表わす図であり、図３と同様に、供給ガス量をＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４と増やすに従って上記関係が変化する様子を示している。図３に示したように、所定の量のガスを供給して燃料電池６０において発電を行なう際には、出力電流が大きくなるに従って、出力電圧は次第に低下する。そのため、出力電流と出力電圧との積である燃料電池６０からの出力電力は、図４に示すように所定の最大値を有し、この出力電力の最大値は、供給ガス量に応じてそれぞれ定められる。図３および図４では、一例として、状態Ｆ３のときには、出力電力は最大値Ｐ_3maxとなり、このときの出力電流はＩ_3maxであることを示す。
【００３４】
本実施例では、燃料電池６０は、それぞれの状態Ｆ１〜Ｆ４において、最大量の電力Ｐ_maxを供給するときの電流値Ｉ_maxの５０％以下の電流の領域で運転される。より正確には、燃料電池６０は、電流値Ｉ_maxの５０％以下の電流の領域で運転されるような電圧値を、初期の電圧の目標値Ｖ_FCとして設定される。たとえば、供給ガス量がＦ３のときの出力電流Ｉ_3maxの５０％の値をＩ_3permとすると、供給ガス量がＦ３のときには、燃料電池は、初期の電圧の目標値Ｖ_FCとして対応する電流値が０〜Ｉ_3perm間にある電圧値を設定される。
【００３５】
それぞれの状態Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３において、最大量の電力Ｐ_maxを供給するときの電流値Ｉ_maxの５０％以下の電流の領域のおける出力電流−出力電力の特性曲線は、図４に示すように、状態Ｆ４における出力電流−出力電力の特性曲線とほぼ一致している。たとえば、状態Ｆ３における出力電流−出力電力の特性曲線は、出力電流が０〜Ｉ_3permの領域において、状態Ｆ４における出力電流−出力電力の特性曲線とほぼ一致している。図３に示す出力電流−出力電圧の特性曲線についても同様である。
【００３６】
図５は、本実施例において、ＲＯＭに記憶している出力電流−出力電力の特性曲線を示す図である。本実施例の各ガス供給量における運転範囲においては、特性曲線は、状態Ｆ４の出力電流−出力電力の特性曲線、出力電流−出力電圧の特性曲線とほぼ一致する。よって、本実施例では、供給ガス量に応じた特性曲線を用意するのではなく、図５に示す供給ガス量が最大の状態Ｆ４の出力電流−出力電力の特性曲線、および状態Ｆ４の出力電流−出力電圧の特性曲線（図３参照）のみをＲＯＭに記憶し、これらを使用して燃料電池６０の目標電圧Ｖ_FCを定める。
【００３７】
図６は、酸化ガスの流量に応じた出力電流の上限値のマップである。上記の説明では、ガス供給量について状態Ｆ１〜Ｆ４の不連続な４つの状態を例に挙げて説明した。しかし、ガス供給量は連続的に変化する。このため、それぞれのガス流量における出力電流の上限値Ｉ_permは、たとえば、酸化ガス流量に応じて図６のようなマップで記憶することができる。そして、たとえば、酸化ガス流量がＦであるときには、出力電流の上限値はＩ_permとされ、燃料電池は、電流値が０〜Ｉ_permとなる範囲で、初期の電圧の目標値Ｖ_FCを設定される。
【００３８】
なお、燃料電池の出力特性は、ガス量以外の他の条件（供給ガスの組成や圧力、内部温度や湿度）によっても影響される。図３および図４の特性曲線は、それらの影響要因を一定であるものと仮定して定めた曲線である。このため、本実施例の電源システム１５では、燃料電池の発電を行ないながら、供給ガス量以外に出力特性に影響し得る他の条件（供給ガスの組成や圧力、内部温度や湿度）を測定して、上記基準となる状態Ｆ４の出力特性を修正しつつ、発電状態の制御を行なう。すなわち、特許請求の範囲にいう「燃料電池の運転状態」には、燃料電池に供給される燃料ガスの流量と酸化ガスの流量との少なくとも一方が含まれる。また、これに加えて、さらに供給ガスの組成や圧力、内部温度や湿度を「燃料電池の運転状態」の一要素として考慮して、燃料電池の発電状態を定めることとしてもよい。
【００３９】
（２）負荷要求と燃料電池のガス流量に基づく出力ポイント制御：
図７は、電源システム１５の稼働中に、ＦＣ制御部４８ｆにおいて実行される出力ポイント制御処理ルーチンを表わすフローチャートである。本ルーチンが実行されると、ＦＣ制御部４８ｆは、まず、負荷要求の読み込みを行なう（ステップＳ１１０）。負荷要求とは、所望の走行状態を実現するのに駆動インバータ３０が要する電力であり、電気自動車１０の車速およびアクセル開度に基づいて定まる。なお、以下では、負荷要求に基づいて定められる要求電力Ｐ_req は、そのときのガス流量で燃料電池６０が出力可能な電力Ｐ_permを上回っているものとし、負荷要求を満たすためには、電源システム１５は、燃料電池システム２２と２次電池２６の両方を運転する必要があるものとして説明する。
【００４０】
ステップＳ１２０では、ステップＳ１１０で読み込んだ負荷要求に基づいて、電源システム１５に要求されている要求電力Ｐ_req を算出する。なお、要求電力Ｐ_req を算出する際には、上記駆動インバータ３０が要する電力に加えて、高圧補機４０の消費電力も考慮される。
【００４１】
次に、流量センサ６７，６８より、燃料ガス供給路６２を通過する燃料ガスの流量と、酸化ガス供給路６５を通過する酸化ガスの流量とに関する情報を取得する（ステップＳ１３０）。なお、燃料ガスの流量とは、燃料ガス供給部６１が改質ガスを生成する場合には改質ガスの流量であり、燃料ガス供給部６１が水素ガスを貯蔵する場合には水素ガスの流量である。また、酸化ガスの流量とは、ブロワ６４によって供給される圧縮空気の流量である。このような改質ガスの流量や水素ガスの流量、あるいは圧縮空気の流量もまた、負荷要求の大きさに応じて制御される。しかしながら、これら燃料ガスや酸化ガスの流量が制御を受けて変化する速度は、図７に示した処理ルーチンが実行される速度に比べると極めて遅い。そのため、本ルーチンを実行する際には、このステップＳ１３０でガス流量を取り込むと、ガス流量はこの値で略一定であるものと扱って、以下の処理を行なっている。なお、本実施例では、燃料電池に供給される燃料ガスは、酸化ガスに対して十分な量だけ供給されており、燃料電池の制御は主として酸化ガス供給量を増減することによって行われる。
【００４２】
その後、ステップＳ１３０で読み込んだガス流量に基づいて、制御部４８のＲＯＭに記憶する既述した出力特性を参照して、そのときに燃料電池６０が出力可能な電力（ＦＣ許容電力）Ｐ_permを決定する（ステップＳ１４０）。すなわち、上記出力特性に基づいて、ステップＳ１３０で読み込んだガス流量を供給される燃料電池に出力させる電力を、ＦＣ許容電力Ｐ_permとして決定する。このＦＣ許容電力Ｐ_permを供給する際の電流Ｉ_permは、そのときガス流量において最大電力Ｐ_maxを供給するときの電流値Ｉ_maxの５０％以下の値である。
【００４３】
燃料電池６０が出力可能な電力Ｐ_permを決定すると、次に、ステップＳ１５０で、２次電池２６が出力すべき電力Ｐ_ABAT を、ステップＳ１２０で算出した要求電力Ｐ_req と、上記ＦＣ許容電力Ｐ_permとの差（Ｐ_req −Ｐ_perm）として算出する。そして、ステップＳ１６０で、各２次電池２６のＳＯＣに基づいて各２次電池２６の第１の目標供給電力Ｐ_1BAT（ｉ）を決定する（ｉ＝１〜４）。
【００４４】
図８は、ステップＳ１６０におけるＰ_1BAT（ｉ）の決定ルーチンを示すフローチャートである。ステップＳ１６２では、まず、各２次電池２６の電圧センサ２７から信号を読み込む。そして、ステップＳ１６４では、電圧センサ２７からの信号に基づいて、各２次電池２６の電圧Ｖ_BAT（ｉ）が所定の基準値Ｖ_THよりも大きいか否かを判定し、電圧Ｖ_BAT（ｉ）が所定の基準値Ｖ_THよりも大きい２次電池６０の個数Ｎ_Aをカウントする。そして、ステップＳ１６６では、その判定結果に基づいてＰ_1BAT（ｉ）を決定する。具体的には、電圧Ｖ_BAT（ｉ）が所定の基準値Ｖ_TH以下である２次電池６０については、Ｐ_1BAT（ｉ）を０とする。そして、電圧Ｖ_BAT（ｉ）が所定の基準値Ｖ_THよりも大きい２次電池６０については、Ｐ_1BAT（ｉ）をＰ_ABAT／Ｎ_Aとする。
【００４５】
次に、図７のステップＳ１７０では、ＦＣ許容電力Ｐ_permに基づいて、燃料電池６０の目標電圧Ｖ_FCを決定する。その後、ステップＳ１８０では、ＤＣ制御部４８ｄとモータ制御部４８ｍに対して制御信号を出力する。ここで、ＤＣ制御部４８ｄに対しては、制御信号として、ステップＳ１６０で設定した各２次電池の第１の目標供給電力Ｐ_1BAT（ｉ）と、ステップＳ１７０で設定した燃料電池６０の目標電圧Ｖ_FC とが出力される。２次電池６０と燃料電池システム２２とは並列に接続されているので、燃料電池システム２２の目標電圧Ｖ_FCは、同時にＤＣ／ＤＣコンバータ２８の目標電圧Ｖ_ordでもある。また、モータ制御部４８ｍに対しては、ステップＳ１１０で読み込んだ負荷要求に基づいて制御信号を出力する。その結果、電源システム１５からは、ステップＳ１２０で算出した要求電力Ｐ_req に相当する電力が出力される。また、駆動モータ３２はモータ制御部４８ｍに制御されて、負荷要求に応じた電力が消費されるように運転される。
【００４６】
（３）燃料電池の出口電圧に基づく２次電池出力の補正：
図９は、電源システム１５の稼働中に、各２次電池のＤＣ制御部４８ｄにおいて実行される２次電池出力の制御処理ルーチンを表わすフローチャートである。図７のフローチャートは、ＦＣ制御部４８ｆによって１６ｍｓｅｃの周期で繰り返し実行されるのに対して、図９のフローチャートは、４個の２次電池６０にそれぞれ設けられているＤＣ制御部４８ｄ（図１参照）によって、２００μｓｅｃの周期で別々に実行される。
【００４７】
本ルーチンが実行されると、ＤＣ制御部４８ｄは、まず、ステップＳ３１０で、ＦＣ制御部４８ｆから２次電池２６の第１の目標供給電力Ｐ_1BAT（ｉ）と、燃料電池システム２２の目標電圧Ｖ_FCを受信する。図７のステップＳ１８０でＤＣ制御部４８ｄに出力される燃料電池システム２２の目標電圧Ｖ_FCは、同時に、２次電池６０の目標電圧Ｖ_ordでもある。図９のフローチャートは、２００μｓｅｃの周期で繰り返し実行されるのに対して、図７のフローチャートは１６ｍｓｅｃの周期で実行される。このため、図９のフローチャートを１回実行する間、２次電池２６の第１の目標供給電力Ｐ_1BAT（ｉ）と燃料電池システム２２の目標電圧Ｖ_FCは、一定であるとして取り扱う。
【００４８】
次に、ステップＳ３２０で、電圧計４６から燃料電池システム２２の出口電圧Ｖ_FCmを読み込む。そして、ステップＳ３３０で、ＤＣ制御部４８ｄは、自己の制御する２次電池２６の目標補正パワーΔＰ_BAT（ｉ）を計算する（ｉ＝１〜４）。
【００４９】
図１０は、目標補正パワーΔＰ_BAT（ｉ）を計算する手順を示すフローチャートである。ステップＳ３３２で、ＤＣ制御部４８ｄは、自己が制御する２次電池６０の第１の目標供給電力Ｐ_1BAT（ｉ）をＦＣ制御部４８ｆから読み込み、各２次電池２６の電圧についての信号を電圧センサ２７から読み込む。そして、ステップＳ３３４で、電圧センサ２７からの信号に基づいて、各２次電池２６の電圧Ｖ_BAT（ｉ）が所定の基準値Ｖ_THよりも大きいか否かを判定し、電圧Ｖ_BAT（ｉ）が所定の基準値Ｖ_THよりも大きい２次電池６０の個数Ｎ_Aをカウントする。
【００５０】
その後、ＤＣ制御部４８ｄはステップＳ３３６において、以下のようにしてＫ（ｉ）を決定する。すなわち、自己が制御する２次電池２６の電圧Ｖ_BAT（ｉ）が所定の基準値Ｖ_TH以下である場合には、Ｋ（ｉ）を０とする。自己が制御する２次電池２６の電圧Ｖ_BAT（ｉ）が所定の基準値Ｖ_THよりも大きい場合には、Ｋ（ｉ）を以下の式で決定する。ここで、Ｋ₀は定数である。
【００５１】
Ｋ（ｉ）＝Ｋ₀／Ｎ_A ・・・ （２）
【００５２】
式（２）から分かるように、電圧Ｖ_BAT（ｉ）が所定の基準値Ｖ_THよりも大きい２次電池６０の数Ｎ_Aが多いほど、Ｋ（ｉ）は小さくなる。
【００５３】
ステップＳ３３８では、ＤＣ制御部４８ｄは、上記のようにして決定されたＫ（ｉ）に基づいて、以下の式に基づいて、目標補正パワーΔＰ_BAT（ｉ）を計算する。
【００５４】
ΔＰ_BAT（ｉ）＝Ｋ（ｉ）×（Ｖ_FC−Ｖ_FCm） ・・・（３）
【００５５】
各ＤＣ制御部４８ｄが計算する指令値ΔＰ_BAT（ｉ）は、燃料電池システム２２の出口電圧の低下を解消するために、各２次電池が余分に出力する電力を表している。一方、燃料電池システム２２の出口電圧が上昇している場合は、ΔＰ_BAT（ｉ）は、各２次電池の出力電力の削減分を表すことになる。その後、ステップＳ３４０で、以下の式に基づいて第２の目標供給電力Ｐ_2BATが決定される。
【００５６】
Ｐ_2BAT＝Ｐ_1BAT＋ΔＰ_BAT（ｉ） ・・・（４）
【００５７】
上記式（４）は、式（３）より以下のように変形できる。
【００５８】
Ｐ_2BAT＝Ｐ_1BAT＋Ｋ（ｉ）×（Ｖ_FC−Ｖ_FCm） ・・・（５）
【００５９】
ここで、ある２次電池２６の電圧Ｖ_BAT（ｉ）が所定の基準値Ｖ_TH以下であって、Ｋ（ｉ）が０とされた場合には、式（５）で得られるその第２の目標供給電力Ｐ_2BATも０となる。
【００６０】
その後、ＤＣ制御部４８ｄは、図９のステップＳ３５０で、２次電池２６の供給電力がＰ_2BATとなるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２８を制御する。具体的には、ＤＣ制御部４８ｄは、電流計４５から電流量の情報を受け取って、２次電池２６の供給電力がＰ_2BATとなるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２８をフィードバック制御する。
【００６１】
式（５）にしたがって定められた第２の目標供給電力Ｐ_2BATは、電圧計４６で測定した燃料電池システム２２の出口電圧Ｖ_FCmが、初期の電圧の目標値Ｖ_FCよりも小さいとき、２次電池２６の第１の目標供給電力Ｐ_1BAT（ｉ）よりも大きい値に設定される。図４および図３に示したように、燃料電池の電流が、燃料電池が最大量の電力を供給するときの電流値Ｉ_maxよりも低い領域では、燃料電池システム２２の出口電圧が低いほど、燃料電池６０は、多くの電力を供給する。したがって、式（５）にしたがって第２の目標供給電力Ｐ_2BATを設定し、２次電池を制御すれば、図７で設定したＦＣ許容電力Ｐ_permを上回る電力を燃料電池６０が供給している場合に、２次電池２６の供給電力を第１の目標供給電力Ｐ_1BAT（ｉ）よりも増やすような制御を行うことができる。
【００６２】
同様に、式（５）にしたがって第２の目標供給電力Ｐ_2BATを設定し、２次電池を制御すれば、図７で設定したＦＣ許容電力Ｐ_permを下回る電力を燃料電池６０が供給している場合に、２次電池２６の供給電力を第１の目標供給電力Ｐ_1BAT（ｉ）よりも減らすような制御を行うことができる。よって、以上で説明したような制御を行えば、燃料電池６０が供給する電力は、ＦＣ許容電力Ｐ_perm近傍の所定の範囲内に制御される。
【００６３】
燃料ガス供給部６１が供給する燃料ガス、およびブロワ６４が供給する酸素含有ガスとしての空気は、ＦＣ許容電力Ｐ_permの発電において消費されるだけの分量が燃料電池に送られている。しかし、燃料電池６０がＦＣ許容電力Ｐ_permを下回る電力を供給する場合には、それらのガスの一部は発電に使用されないことになる。その結果、燃料ガス供給部６１とブロワ６４が消費した電力は一部がむだになってしまう。
しかし、本実施例では、ＦＣ許容電力Ｐ_permを下回る電力を燃料電池６０が供給している場合には、２次電池２６の供給電力を第１の目標供給電力Ｐ_1BAT（ｉ）よりも減らすような制御を行っている。このため、燃料電池は、ＦＣ許容電力Ｐ_perm近傍の所定の電力を供給するように運転される。よって、燃料電池において、燃料ガス供給部６１から供給された燃料ガス、およびブロワ６４によって供給された酸素含有ガスとしての空気を、効率的に活用して発電を行うことができる。すなわち、燃料ガス供給部６１およびブロワ６４において消費した電力をむだにしてしまう可能性を低減できる。
【００６４】
本実施例では、図７のフローチャートに従って、負荷要求と燃料電池６０内のガス流量に基づいて、電源システム１５の目標出力ポイントを決定している。そして、その目標出力ポイントにしたがって電源システム１５を運転している間に、図９のフローチャートに従って、燃料電池システム２２の出口電圧Ｖ_FCmに基づいて、２次電池２６の運転状態を制御している。このため、モータ３２または高圧補機４０において想定以上の電力を消費するような運転が行われてしまった場合にも、２次電池２６の出力電力を調整することでこれに対応でき、燃料電池６０は一定の範囲内の電力を供給するように運転することができる。
【００６５】
（４）比較例の電源システムの運転：
図１１は、燃料電池６０内のガス流量の状態がＦ３であるときの（図３および図４参照）、出力電流に対する出力電圧と出力電力を表すグラフである。図１１のグラフでは、出力電圧を破線で示し、出力電力を実線で示している。このグラフを使って、図９の制御を行わない比較例について説明する。すなわち、この比較例では、燃料電池６０の運転状態によらず、２次電池から、図７のフローチャートで設定した一定の電力Ｐ_1BAT（ｉ）を出力するような運転を行う。いま仮に、ガス流量の状態がＦ３であるとき、図７のフローチャートに従って、燃料電池６０の運転ポイントが出力電流Ｉ_perm、出力電力Ｐ_perm、出力電圧Ｖ_FCの状態に定められたとする。
【００６６】
いま、モータ３２または高圧補機４０が、想定どおりの運転から、想定以上の電力を消費するような運転に移行したとする。すると、図１１において矢印Ａ１で示すように、燃料電池６０の出力電圧は目標の電圧Ｖ_permから低下し、出力電流は目標の電流Ｉ_permから増大する。その結果、図１１において矢印Ａ２で示すように、出力電力は増大する。そして、燃料電池６０は、モータ３２および高圧補機４０により多くの電力を供給することになる。すなわち、電源システム１５から供給される電力は、モータ３２または高圧補機４０の運転が想定している電力に近づく。このようにして、燃料電池６０の運転状態が出力電流−出力電力の特性曲線上を矢印Ａ２の方向に移行して、電源システム１５から供給される電力は、モータ３２または高圧補機４０の運転が想定している電力と一致する。なお、このとき、２次電池２６については第１の目標供給電力Ｐ_1BAT（ｉ）にしたがった運転が行われ、２次電池２６からは一貫して一定の電力が供給される。
【００６７】
一方、燃料電池６０の運転ポイントが、燃料電値６０から最大値の電力を供給する状態（出力電流Ｉ_3max、出力電力Ｐ_3max）にあって、モータ３２または高圧補機４０の運転状態がさらに多くの消費電力を想定した状態に移行したとする。すると、矢印Ａ３に示すように燃料電池６０の電圧が低下し、今度は、燃料電池６０の供給電力は矢印Ａ４に示すように低下する。すると、モータ３２または高圧補機４０の運転状態が前提としている供給電力と、実際の燃料電池６０供給電力との差がさらに大きくなり、さらに燃料電池６０の電圧は低下する。そして、燃料電池６０の出力電圧は０近辺にまで低下してしまう。このような場合には、燃料電池６０が損傷してしまう。
【００６８】
このような事態を防止するため、通常、燃料電池６０の目標出力ポイントは、出力電流Ｉ_permが十分小さい範囲内に設定される。たとえば、出力電流Ｉ_permが最大量の電力Ｐ_maxを供給するときの電流値Ｉ_maxの３０％以下となるような値に設定される。しかし、モータ３２または高圧補機４０が、想定を大きく越える電力を消費するような運転に移行してしまった場合には、燃料電池６０の出力電圧が０近辺にまで低下してしまう事態が生じうる。
【００６９】
本実施例では、燃料電池システム２２の出力電圧Ｖ_FCmをモニタすることによって、２次電池２６の運転状態を制御している。このため、モータ３２または高圧補機４０が、想定を大きく越える電力を消費するような運転に移行してしまった場合にも、２次電池２６からより多くの電力を供給することとして、燃料電池６０は一定範囲内の出力ポイントで運転することができる。
【００７０】
また、本実施例では、図７のフローチャートは、ＦＣ制御部４８ｆによって１６ｍｓｅｃの周期で実行され、図９のフローチャートは２００μｓｅｃの周期でＤＣ制御部４８ｄによって実行される。このため、負荷の想定する電力の変化に応じて迅速に２次電池からの電力の供給量を変化させることができる。また、ＦＣ制御部４８ｆの図７のフローチャートの実行周期は、ＤＣ制御部４８ｄの図９のフローチャートの実行周期に比べて長いので、ＦＣ制御部４８ｆの処理の負担を小さくすることができる。
【００７１】
Ｃ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００７２】
（１）実施例では、電源システム１５は、電圧計４６で燃料電池システム２２の出口電圧Ｖ_FCmを測定し、その測定値に基づいて２次電池からの供給電力を制御していた（図９参照）。しかし、電源システム１５に、燃料電池システム２２から配線５０に供給される電流を測定する電流計を設け、その測定値に基づいて２次電池からの供給電力を制御する態様とすることもできる。図３に示したように、所定のガス流量の下では燃料電池の電流と電圧は一定の関係にある。このため、いずれか一方の測定値に基づいて、２次電池からの供給電力を制御することができる。
【００７３】
（２）上記実施例では、燃料ガスは酸化ガスに対して十分燃料電池６０に供給されており、燃料電池６０の運転の制御は、主としてブロワ６４によって供給する圧縮空気の量を増減することで行われていた。しかし、逆に、酸化ガスを燃料ガスに対して十分燃料電池６０に供給し、燃料電池６０の運転の制御を、主として燃料ガス供給部６１から供給する燃料ガスの量を増減することで行う態様とすることもできる。また、燃料ガスと酸化ガスの両方の供給量を増減させて、燃料電池６０の運転の制御を行う態様とすることもできる。
【００７４】
ただし、供給ガス量の増減を迅速に行うことができる方のガス流量を積極的に制御して燃料電池６０の運転の制御を行い、他方のガスは十分な量だけ供給するような態様とすることが好ましい。たとえば、改質燃料と改質器を用いて燃料ガスを供給する態様においては、燃料ガスについては、ブロワ６４によって供給する圧縮空気に比べて、迅速に供給量を増減させることができない。よって、燃料ガスは十分に供給し、ブロワ６４で圧縮空気の量を増減させて燃料電池の運転の制御を行うことが好ましい。
【００７５】
なお、実施例では、図７のステップＳ１３０において、流量センサ６７から燃料ガス供給路６２を通過する燃料ガスの流量を取得し、流量センサ６８から酸化ガス供給路６５を通過する酸化ガスの流量とに関する情報を取得していた。しかし、実施例では、燃料電池の制御は主として酸化ガス供給量を増減させることで行うため、ステップＳ１３０において、酸化ガスの流量に関する情報のみを取得することとしてもよい。すなわち、燃料電池の運転を制御するために、より頻繁に増減される方のガスの流量に関する情報のみを、取得することとしてもよい。
【００７６】
（３）上記実施例では、電源システム１５は２次電池を４個備えていた。しかし、電源システムは、燃料電池以外の他の電源としての２次電池を、１個だけ備える態様とすることもでき、２個以上備える態様とすることもできる。なお、他の電源を２個以上備える態様とすれば、一部の電源の電力供給能力が低下した場合にも、それ以外の電源から電力を供給することができる。
【００７７】
また、２次電池２６としては、鉛蓄電池や、ニッケル−カドミウム蓄電池、ニッケル−水素蓄電池、リチウム２次電池など種々の２次電池を用いることができる。さらに、電源システム１５は、２次電池に代えてキャパシタを備える態様とすることもできる。また、電源システム１５は、燃料電池以外に、上記の複数種類の電源を備える態様とすることもできる。
【００７８】
なお、これらの２次電池、キャパシタは、並列に接続される燃料電池よりも応答速度が速いものであることがこのましい。このような態様とすれば、負荷が増減した場合に、そのような２次電池、キャパシタの発電量を制御することで対応でき、燃料電池の発電量制御の遅れをカバーすることができる。ここで、「応答速度が速い」とは、発電量の目標値が変更されたとき、発電量の変化量が、最終変化量（目標値が増えた場合には、当初の値から最終値までの増分）の１０％となってから９０％となるまでの時間が、燃料電池の場合よりも短いことを意味する。
【００７９】
（４）上記実施例では、燃料電池６０は、供給電力が最大となる電流値Ｉ_maxの５０％以下の領域で運転されるように、初期の電圧の目標値Ｖ_FCを設定されていた。しかし、別の電流の範囲で運転されるように、燃料電池の出力ポイントを設定することもできる（図７参照）。たとえば、供給電力が最大となる電流値Ｉ_maxの９０％以下の領域で運転されるように、電圧の目標値Ｖ_FCを設定してもよい。そして、電流値Ｉ_maxの７５％以下の領域で運転されるように、電圧の目標値Ｖ_FCを設定することが好ましい。電流値Ｉ_maxの４０％以下の領域で運転されるように電圧の目標値Ｖ_FCを設定することは、さらに好ましい。
【００８０】
上記実施例では、燃料電池６０が供給する電力は、ＦＣ許容電力Ｐ_perm近傍の所定の範囲内に制御される。すなわち、燃料電池は、ＦＣ制御部４８ｆによって設定された出力ポイントの近傍の所定の範囲内で運転される。このため、燃料電池の出力電圧や出力電流に応じて２次電池の供給電力を制御しない態様に比べて、本実施例では、ＦＣ許容電力Ｐ_permをより高い値に設定して燃料電池の出力ポイントを設定することができる。すなわち、そのような値をＦＣ許容電力Ｐ_permとして設定したとしても、図１１の矢印Ａ３およびＡ４に示したように出力電圧が０になってしまう可能性が低い。
【００８１】
（５）上記実施例では、各ＤＣ制御部４８ｄが第２の目標供給電力Ｐ_2BATを計算する際に使用する定数Ｋ（ｉ）は、すべてのＤＣ制御部４８ｄについて同じ値であった（式（２）参照）。しかし、定数Ｋ（ｉ）は、それぞれのＤＣ制御部４８ｄおよび２次電池２６ごとに異なる値とすることもできる。たとえば、それぞれの２次電池２６のＳＯＣに比例するように重み付けをしてＫ（ｉ）を定めることが好ましい。すなわち、２次電池やキャパシタの出力電圧に基づいて、それらにの供給電力を制御することとすればよい。
【００８２】
（６）上記実施例では、燃料電池６０に供給されるガス量は、流量センサ６７，６８の検出結果に基づいて判断したが、異なる構成としても良く、供給ガス量を反映する値に基づいて判断すればよい。例えば、酸化ガスの流量を直接検出する代わりに、ブロワ６４の回転数を読み込んで、ガス流量を算出することとしても良い。
【００８３】
（７）上記実施例では、Ｋ（ｉ）の値を定める際に、出力電圧Ｖ_BAT（ｉ）が所定の基準値Ｖ_TH以下である２次電池２６については、Ｋ（ｉ）を０とした。そして、そのようにして定めたＫ（ｉ）と式（５）に基づいて第２の目標供給電力Ｐ_2BATを計算した。その結果、電圧Ｖ_BAT（ｉ）が所定の基準値Ｖ_TH以下である２次電池２６については、第２の目標供給電力Ｐ_2BATが０となった。
【００８４】
しかし、以下のような他の態様で第２の目標供給電力Ｐ_2BATを計算することもできる。すなわち、Ｋ（ｉ）を、すべての２次電池２６について、式（２）で得られる値とする。そして、第２の目標供給電力Ｐ_2BATを計算する際に、出力電圧Ｖ_BAT（ｉ）が所定の基準値Ｖ_TH以下である２次電池２６については、第２の目標供給電力Ｐ_2BATを０とする。すなわち、どのような手順で第２の目標供給電力Ｐ_2BATを計算する態様であっても、各ＤＣ制御部４８ｄの制御対象である２次電池２６の出力電圧Ｖ_BAT（ｉ）が、所定の基準値Ｖ_THよりも大きい場合には、制御対象である２次電池２６の第２の目標供給電力Ｐ_2BATを、式（５）で得られる値とし、一方、各ＤＣ制御部４８ｄの制御対象である２次電池２６の出力電圧Ｖ_BAT（ｉ）が、所定の基準値Ｖ_THよりも小さい場合には、制御対象である２次電池２６の第２の目標供給電力Ｐ_2BATを０とする態様であればよい。
【００８５】
（８）上記実施例では、モータ３２または高圧補機４０において想定以上の電力を消費するような運転が行われる場合には、２次電池の出力を上げ、モータ３２または高圧補機４０において想定値未満の電力を消費するような運転が行われる場合には、２次電池の出力を下げるような制御を行った。しかし、他の態様の制御を行うこととしてもよい。すなわち、モータ３２または高圧補機４０において想定未満の電力を消費するような運転が行われる場合には、２次電池の出力を下げず、モータ３２または高圧補機４０において想定以上の電力を消費するような運転が行われる場合に、２次電池の出力を上げるような制御を行う態様としてもよい。そのような態様であっても、モータ３２または高圧補機４０において想定以上の電力を消費するような運転が行われる場合に、燃料電池システムが損傷することを防止できる。
【００８６】
また、モータ３２または高圧補機４０において想定以上の電力を消費するような運転が行われる場合には、２次電池の出力を上げず、モータ３２または高圧補機４０において想定未満の電力を消費するような運転が行われる場合に、２次電池の出力を下げるような制御を行う態様としてもよい。このような態様としても、燃料電池にガスを供給する際に消費される電力をむだにしてしまう可能性を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例である電気自動車１０の構成の概略を表わすブロック図。
【図２】燃料電池システム２２の構成の概略を表わす説明図。
【図３】燃料電池６０における出力電流−出力電圧特性が、ガス流量に応じて変化する様子を表わす説明図。
【図４】燃料電池６０における出力電流と出力電力との関係が、ガス流量に応じて変化する様子を表わす図。
【図５】本実施例において、ＲＯＭに記憶している出力電流−出力電力の特性曲線を示す図。
【図６】酸化ガスの流量に応じた出力電流の上限値のマップ。
【図７】出力ポイント制御処理ルーチンを表わすフローチャート。
【図８】ステップＳ１６０におけるＰ_1BAT（ｉ）の決定ルーチンを示すフローチャート。
【図９】電源システム１５の稼働中に、各２次電池のＤＣ制御部４８ｄにおいて実行される２次電池出力の制御処理ルーチンを表わすフローチャート。
【図１０】目標補正パワーΔＰ_BAT（ｉ）を計算する手順を示すフローチャート。
【図１１】燃料電池６０内のガス流量の状態がＦ３であるときの、出力電流に対する出力電圧と出力電力を表すグラフ。
【符号の説明】
１０…電気自動車
１５…電源システム
２２…燃料電池システム
２７…電圧センサ
２８…ＤＣ／ＤＣコンバータ
３０…駆動インバータ
３２…駆動モータ
３４…減速ギヤ
３６…出力軸
３８…車両駆動軸
４０…高圧補機
４５…電流計
４６…電圧計
４８…制御部
４８ｄ…ＤＣ制御部
４８ｆ…ＦＣ制御部
４８ｍ…モータ制御部
５０…配線
５６…アクセル
６０…燃料電池
６１…燃料ガス供給部
６２…燃料ガス供給路
６３…燃料ガス排出路
６４…ブロワ
６５…酸化ガス供給路
６６…カソード排ガス路
６７，６８…流量センサ
Ａ１…燃料電池の出力ポイントの動きを示す矢印
Ａ２…燃料電池の出力ポイントの動きを示す矢印
Ａ３…燃料電池の出力ポイントの動きを示す矢印
Ａ４…燃料電池の出力ポイントの動きを示す矢印
Ｆ１…ある供給ガス量のときの状態
Ｆ２…ある供給ガス量のときの状態
Ｆ３…ある供給ガス量のときの状態
Ｆ４…供給ガス量が最大のときの状態
Ｆｉ…ある供給ガス量の状態
Ｉ_3max…状態Ｆ３において出力電力が最大となるときの出力電流
Ｉ_imax…状態Ｆｉにおいて出力電力が最大となるときの出力電流
Ｉ_perm…ある供給ガス量における許容可能な出力電流
Ｋ（ｉ）…定数
Ｎ_A…電圧Ｖ_BAT（ｉ）が所定の基準値Ｖ_THよりも大きい２次電池６０の個数
Ｐ_1BAT…第１の目標供給電力
Ｐ_2BAT…第２の目標供給電力
Ｐ_3max…状態Ｆ３における出力電力の最大値
Ｐ_ABAT…負荷が要求する電力と燃料電池の許容電力の差
Ｐ_max…あるガス供給量における出力電力の最大値
Ｐ_perm…あるガス供給量における燃料電池の許容電力
Ｐ_req…電源システム全体の目標供給電力
Ｖ_BAT（ｉ）…２次電池の電圧
Ｖ_FCm…燃料電池の出口電圧
Ｖ_FC…燃料電池の目標電圧
Ｖ_ord…２次電池の目標電圧
Ｖ_perm…あるガス供給量における燃料電池の許容出力電圧
ΔＰ_BAT（ｉ）…目標補正パワー

Claims (12)

1. 燃料電池と他の電源を備える電源装置であって、
   電力を伝える配線に接続された燃料電池と、
   前記燃料電池の電圧Ｖ _FCm を少なくとも測定する燃料電池用センサと、
   前記燃料電池に供給される酸化ガスの量と燃料ガスの量との少なくとも一方を含む供給ガス量指標値を測定する流量センサと、
   前記配線に対して前記燃料電池と並列に接続され、電力変換器を備えた他の電源と、
   前記燃料電池の目標供給電力Ｐ_permと、前記他の電源の第１の目標供給電力Ｐ_1BATとを設定する第１の制御部と、
   前記燃料電池用センサの信号を受け取って、前記燃料電池の実際の供給電力に応じて前記電力変換器を制御することによって、目標電圧Ｖ _FC に基づいて前記他の電源と前記燃料電池との電圧を制御しつつ前記他の電源の供給電力を調整し、その結果、前記燃料電池の前記実際の供給電力を前記目標供給電力Ｐ_perm近傍の所定の範囲内に制御する第２の制御部と、を備え、
   前記第１の制御部は、
   （ａ）負荷の要求に基づいて前記電源装置全体の目標供給電力Ｐ _req を計算し、
   （ｂ）前記流量センサからの信号に基づいて前記燃料電池の前記目標供給電力Ｐ _perm および前記目標電圧Ｖ _FC を計算し、
   （ｃ）前記Ｐ _req と前記Ｐ _perm との差分Ｐ _ABAT に基づいて、前記他の電源の前記第１の目標供給電力Ｐ _1BAT を設定するように構成されており、
   前記第２の制御部は、
   （ｄ）前記Ｖ _FC と前記Ｖ _FCm との差分（Ｖ _FC −Ｖ _FCm ）に応じて前記目標供給電力Ｐ _1BAT を補正することによって、前記他の電源の第２の目標供給電力Ｐ _2BAT を決定し、
   （ｅ）前記第２の目標供給電力Ｐ _2BAT に基づいて前記電力変換器を制御するように構成されている、電源装置。
2. 請求項１記載の電源装置であって、
   前記第２の制御部は、前記燃料電池用センサの信号を受け取って、前記燃料電池の実際の供給電力が前記燃料電池の前記目標供給電力Ｐ_permよりも多い場合には、前記他の電源の供給電力を前記第１の目標供給電力Ｐ_1BATから増やすように前記電力変換器を制御する、電源装置。
3. 請求項１記載の電源装置であって、
   前記第２の制御部は、前記燃料電池用センサの信号を受け取って、前記燃料電池の実際の供給電力が前記燃料電池の前記目標供給電力Ｐ_permよりも少ない場合には、前記他の電源の供給電力を前記第１の目標供給電力Ｐ_1BATから減らすように前記電力変換器を制御する、電源装置。
4. 請求項１記載の電源装置であって、
   前記流量センサが測定した前記供給ガス量指標値において前記目標供給電力Ｐ_permを供給する際の前記燃料電池の電流をＩ_permとしたとき、前記Ｉ_permは、前記流量センサが測定した前記供給ガス量指標値において前記燃料電池が最大量の電力を供給するときの電流値Ｉ_maxよりも小さな電流値に設定される、電源装置。
5. 請求項４記載の電源装置であって、
   前記Ｉ_permは、前記Ｉ_maxの５０％以下の電流値に設定される、電源装置。
6. 請求項１記載の電源装置であって、
   前記他の電源としての複数の２次電池と、
   前記各２次電池の出力電圧をそれぞれ測定する複数の２次電池用センサと、
   前記各２次電池にそれぞれ対応する複数の前記第２の制御部と、を備え、
   前記各第２の制御部は、さらに、前記２次電池用センサによって測定された前記各２次電池の出力電圧に基づいて、前記電力変換器をそれぞれ制御する、電源装置。
7. 請求項６記載の電源装置であって、
   Ｋ₀を定数とし、Ｎ_Aを、前記複数の２次電池のうち前記出力電圧が所定の基準値よりも大きい２次電池の個数としたとき、
   前記各第２の制御部は、
   前記各第２の制御部の制御対象である２次電池の前記出力電圧が、所定の基準値よりも大きい場合には、前記制御対象である２次電池の前記第２の目標供給電力Ｐ_2BATを、
   Ｐ_2BAT＝Ｐ_1BAT＋Ｋ₀／Ｎ_A×（Ｖ_FC−Ｖ_FCm）
   で得られる値とし、
   前記各第２の制御部の制御対象である２次電池の前記出力電圧が、所定の基準値よりも小さい場合には、前記制御対象である２次電池の前記第２の目標供給電力Ｐ_2BATを０とする、電源装置。
8. 請求項１記載の電源装置であって、
   前記他の電源は２次電池であり、
   前記第１の制御部は、時間の経過とともに、前記（ａ）、（ｂ）および（ｃ）の処理を繰り返し行うように構成されており、
   前記第２の制御部は、時間の経過とともに、前記（ｄ）および（ｅ）の処理を繰り返し行うように構成されており、
   前記第２の制御部が前記（ｄ）および（ｅ）の処理を繰り返し行う際の周期は、前記第１の制御部が前記（ａ）、（ｂ）および（ｃ）の処理を繰り返し行う際の周期よりも短い、電源装置。
9. 電力を伝える配線に対して並列に接続された燃料電池と他の電源を備える電源装置の制御方法であって、
   （Ａ）前記燃料電池の目標供給電力Ｐ_permと、前記他の電源の第１の目標供給電力Ｐ_1BATとを設定する工程と、
   （Ｂ）前記燃料電池の実際の供給電力に応じて前記他の電源が備える電力変換器を制御することによって、目標電圧Ｖ _FC に基づいて前記他の電源と前記燃料電池との電圧を制御しつつ前記他の電源の供給電力を調整し、その結果、前記燃料電池の前記実際の供給電力を前記目標供給電力Ｐ_perm近傍の所定の範囲内に制御する工程と、を備え、
   前記工程（Ａ）は、
   （ａ）負荷の要求に基づいて前記電源装置全体の目標供給電力Ｐ _req を計算する工程と、
   （ｂ）前記燃料電池に供給される酸化ガスの量と燃料ガスの量との少なくとも一方を含む供給ガス量指標値に基づいて前記燃料電池の前記目標供給電力Ｐ _perm および前記目標電圧Ｖ _FC を計算する工程と、
   （ｃ）前記Ｐ _req と前記Ｐ _perm との差分Ｐ _ABAT に基づいて、前記他の電源の前記第１の目標供給電力Ｐ _1BAT を設定する工程と、を含み、
   前記工程（Ｂ）は、
   （ｄ）前記Ｖ _FC と前記燃料電池の電圧Ｖ _FCm との差分（Ｖ _FC −Ｖ _FCm ）に応じて前記目標供給電力Ｐ _1BAT を補正することによって、前記他の電源の第２の目標供給電力Ｐ _2BAT を決定する工程と、
   （ｅ）前記第２の目標供給電力Ｐ _2BAT に基づいて前記電力変換器を制御する工程と、を含む、電源装置の制御方法。
10. 請求項９記載の電源装置の制御方法であって、
    前記工程（Ｂ）は、前記燃料電池の実際の供給電力が前記燃料電池の前記目標供給電力Ｐ_permよりも多い場合には、前記他の電源の供給電力を前記第１の目標供給電力Ｐ_1BATから増やすように前記電力変換器を制御する工程を含む、電源装置の制御方法。
11. 請求項９記載の電源装置の制御方法であって、
    前記工程（Ｂ）は、前記燃料電池の実際の供給電力が前記燃料電池の前記目標供給電力Ｐ_permよりも少ない場合には、前記他の電源の供給電力を前記第１の目標供給電力Ｐ_1BATから減らすように前記電力変換器を制御する工程を含む、電源装置の制御方法。
12. 燃料電池と他の電源を備える電源装置であって、
    電力を伝える配線に接続された燃料電池と、
    前記燃料電池の電圧Ｖ _FCm を測定する燃料電池用センサと、
    前記燃料電池に供給される酸化ガスの量と燃料ガスの量との少なくとも一方を含む供給ガス量指標値を測定する流量センサと、
    前記配線に対して前記燃料電池と並列に接続され、電力変換器を備えた他の電源と、
    前記燃料電池の目標供給電力Ｐ_permと、前記他の電源の第１の目標供給電力Ｐ_1BATとを設定する第１の制御部と、
    前記燃料電池用センサの信号を受け取って、前記燃料電池の電圧に応じて前記電力変換器を制御することによって、目標電圧Ｖ _FC に基づいて前記他の電源と前記燃料電池との電圧を制御しつつ前記他の電源の前記第１の目標供給電力Ｐ_1BATを補正する第２の制御部と、を備え、
    前記第１の制御部は、
    （ａ）負荷の要求に基づいて前記電源装置全体の目標供給電力Ｐ _req を計算し、
    （ｂ）前記流量センサからの信号に基づいて前記燃料電池の前記目標供給電力Ｐ _perm および前記目標電圧Ｖ _FC を計算し、
    （ｃ）前記Ｐ _req と前記Ｐ _perm との差分Ｐ _ABAT に基づいて、前記他の電源の前記第１の目標供給電力Ｐ _1BAT を設定するように構成されており、
    前記第２の制御部は、
    （ｄ）前記Ｖ _FC と前記Ｖ _FCm との差分（Ｖ _FC −Ｖ _FCm ）に応じて前記目標供給電力Ｐ _1BAT を補正することによって、前記他の電源の第２の目標供給電力Ｐ _2BAT を決定し、
    （ｅ）前記第２の目標供給電力Ｐ _2BAT に基づいて前記電力変換器を制御するように構成されている、電源装置。

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