JP4871351B2

JP4871351B2 - 燃料電池車両

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Publication number: JP4871351B2
Application number: JP2008334459A
Authority: JP
Inventors: 彰博姉川
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2028-12-26
Also published as: JP2010158102A

Description

この発明は、車輪を駆動するモータの主電源である燃料電池、前記モータに対して前記燃料電池に並列に接続され前記燃料電池の発電電圧よりも低い電圧を常用使用領域電圧として持ち前記燃料電池の出力を補う蓄電装置、及び前記蓄電装置の電圧を昇圧する昇圧制御と前記モータが高負荷状態であるときに電圧変換を行わないで前記燃料電池の最大出力を前記モータに供給する直結制御とを切り替える電圧変換装置を備える燃料電池車両に関する。

バッテリにＤＣ／ＤＣコンバータの一端を接続し、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの他端に燃料電池を接続し、該燃料電池と前記バッテリとにより並列的にモータを駆動する燃料電池車両が提案されている（特許文献１）。

この燃料電池車両では、前記ＤＣ／ＤＣコンバータにより前記バッテリの電圧を燃料電池の電圧まで昇圧し、この昇圧した前記バッテリの電力と前記燃料電池の電力を合成して前記モータを駆動する。また、制動時には、前記モータの回生電力と前記燃料電池の電力に係る電圧を、前記ＤＣ／ＤＣコンバータにより降圧して前記バッテリを充電する。

前記燃料電池は、特許文献１の図３にも開示されているように、その出力電流を増加させることで出力電力が略線形に増加するが、出力電圧が出力電流の増加に応じて低下する出力特性（Ｉ−Ｖ特性という。）を有する。

このＩ−Ｖ特性に鑑み、特許文献２に係る技術では、前記燃料電池から最大限の出力（電力）を得る際に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング素子の駆動デューティを１００［％］にする。このようにすると、スイッチング素子が導通状態に固定され、燃料電池とバッテリとが導通状態のスイッチング素子を介して接続される。導通状態にあるスイッチング素子の端子間電圧は、微小な電圧である。したがって、スイッチング素子の駆動デューティを１００［％］にすると燃料電池とバッテリとが導通状態のスイッチング素子を介して接続される、いわゆる直結状態（直結制御）になる。

すなわち、燃料電池の電圧がバッテリの電圧とされる直結状態（直結制御）において、燃料電池から最大限の出力が得られることになる。

特開２００２−１１８９７９号公報（図３、［００２９］〜［００３１］）特開２００５−３４８５３０号公報（［００１７］）

ところで、燃料電池が劣化してくると、同じ出力電圧（発電電圧）でも燃料電池から得られる出力電流（発電電流）が減少してしまうＩ−Ｖ特性になる（Ｉ−Ｖ特性が下降する又は低下するという。）。しかしながら、Ｉ−Ｖ特性が下降したときに上記直結状態としても、燃料電池の劣化（Ｉ−Ｖ特性の下降）を原因として該燃料電池から最大出力を取り出すことができないという課題がある。

この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、燃料電池が劣化してＩ−Ｖ特性が下降しても、直結制御時において燃料電池から大きな出力を取り出すことを可能とする燃料電池車両を提供することを目的とする。

この発明に係る燃料電池車両は、車輪を駆動するモータの主電源である燃料電池と、前記モータに対して前記燃料電池に並列に接続され、前記燃料電池の発電電圧よりも低い電圧を常用使用領域電圧として持ち、前記燃料電池の出力を補う補助電源である蓄電装置と、前記蓄電装置の電圧を昇圧する昇圧制御と、前記モータが高負荷状態であるときに電圧変換を行わないで、前記燃料電池の最大出力を前記モータに供給する直結制御とを切り替える電圧変換装置と、前記燃料電池の劣化を検出する劣化状態検出部と、前記直結制御時における直結電圧とされる前記蓄電装置の下限電圧を決定する下限電圧決定部と、を備え、前記下限電圧決定部は、前記劣化状態検出部により検出される前記燃料電池の劣化状態が進行するに従い、前記直結制御時における前記直結電圧とされる前記蓄電装置の下限電圧を低くしていくことを特徴とする。

燃料電池の劣化が進行すると、Ｉ−Ｖ特性が下降し、劣化前と同じ電流を取りだそうとしても出力電圧が低くなってしまい、最終的にモータの高負荷時に直結制御を行ったとしても燃料電池からの出力を十分に得る前に蓄電装置の下限電圧に到達してしまい、燃料電池からは満足に出力できない状態に陥ってしまう。

しかし、この発明によれば、劣化状態が進行するに従い、直結制御時における蓄電装置の下限電圧を低くするようにするため、劣化進行後も燃料電池から十分な出力を得ることができる。

この場合、前記下限電圧決定部は、前記直結制御が行われているとき又は行われると予測されるときに前記蓄電装置の下限電圧を低くすることが好ましい。このように制御すれば、直結制御以外の場面で不用意に下限電圧を低下させてしまい蓄電装置が過放電で劣化してしまうことを防止することができる。

また、当該燃料電池車両の走行状態を検出する走行状態検出部と、検出した走行状態から当該燃料電池車両の停止までに得られることが予測される前記モータの回生電力量を算出する回生電力算出部と、をさらに備え、前記下限電圧決定部は、前記回生電力算出部が算出した回生電力量分、前記下限電圧を低くすることが好ましい。このように制御すれば、蓄電装置の下限電圧を低下させた分の蓄電装置の電力の放出を車両停止までには回復することができる。そのため、車両が再度走行する場合に蓄電装置からの放電可能電力が不足することが無い。

この発明によれば、劣化状態が進行するに従い、直結制御時における蓄電装置の下限電圧を低くするようにするため、劣化進行後も燃料電池から十分な出力を得ることができる。

以下、この発明に係る燃料電池車両の一実施形態について図面を参照して説明する。

１．燃料電池車両２０の構成
（１）全体構成
図１は、この実施形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータ装置２３を搭載した燃料電池車両２０の回路図である。燃料電池車両２０は、基本的には、燃料電池２２とエネルギストレージである蓄電装置（バッテリという。）２４とから構成されるハイブリッド型の電力装置と、このハイブリッド型の電力装置から電流（電力）がインバータ３４を通じて供給される走行用のモータ２６と、バッテリ２４が接続される１次側１Ｓと、燃料電池２２とモータ２６（インバータ３４）とが接続される２次側２Ｓとの間で電圧変換を行う電圧変換装置であるＤＣ／ＤＣコンバータ装置｛以下、「ＶＣＵ」（Voltage Control Unit）という。｝２３とから構成される。

モータ２６の回転は、減速機１２、シャフト１４を通じて車輪１６に伝達される。なお、モータ２６には、回転数センサ５１等が取り付けられ、回転数センサ５１により検出されたモータ回転数Ｎｍが、モータ制御部５２及び通信線７０を通じて統括制御部５６等に送出される。

（２）燃料電池２２
燃料電池２２は、例えば固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで両側から挟み込んで形成されたセルを積層したスタック構造にされている。燃料電池２２には、水素タンク２８とエアコンプレッサ３０が配管により接続されている。水素タンク２８内の加圧水素は、燃料電池２２のアノードに供給される。また、エアコンプレッサ３０により空気が燃料電池２２のカソードに供給される。燃料電池２２内で反応ガスである水素（燃料ガス）と空気（酸化剤ガス）の電気化学反応により発電電流Ｉｆが生成される。発電電流Ｉｆは、電流センサ３２及びダイオード（ディスコネクトダイオードともいう。）３３を介して、インバータ３４及び（又は）ＶＣＵ２３のＤＣ／ＤＣコンバータ３６に供給される。

（３）バッテリ２４
１次側１Ｓに接続されるバッテリ２４は、例えばリチウムイオン２次電池やニッケル水素２次電池又はキャパシタを利用することができる。この実施形態ではリチウムイオン２次電池を利用している。

バッテリ２４には、バッテリ温度Ｔｂａｔを検出する温度センサ５３が組み込まれ、バッテリ温度Ｔｂａｔは、バッテリ制御部２５に送出される。

バッテリ２４は、流れ出すバッテリ電流Ｉｂａｔを、ＶＣＵ２３のＤＣ／ＤＣコンバータ３６を通じてインバータ３４にモータ電流Ｉｍとして供給する。

（４）インバータ３４
インバータ３４は、直流／交流変換を行い、モータ電流Ｉｍをモータ２６に供給する一方、回生動作に伴う交流／直流変換後のモータ電流Ｉｍを２次側２ＳからＤＣ／ＤＣコンバータ３６を通じて１次側１Ｓに供給する。

この場合、回生電圧又は燃料電池２２の発電電圧Ｖｆである２次電圧Ｖ２がＤＣ／ＤＣコンバータ３６により低電圧に変換された１次電圧Ｖ１は、バッテリ電流Ｉｂａｔとしてバッテリ２４を充電する。

（５）ＶＣＵ２３
ＶＣＵ２３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６と、これを駆動制御するコンバータ制御部５４とから構成される。

（６）各種制御部（ＦＣ制御部５０、モータ制御部５２、バッテリ制御部５３、コンバータ制御部５４、統括制御部５６）
燃料電池２２、水素タンク２８及びエアコンプレッサ３０を含むシステムはＦＣ制御部５０により制御される。インバータ３４とモータ２６を含むシステムはインバータ駆動部（図示せず）を含むモータ制御部５２により制御される。上述の通り、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６を含むシステムはコンバータ制御部５４により制御される。

バッテリ２４のバッテリ状態は、バッテリ制御部２５により管理される。バッテリ制御部２５は、バッテリ温度Ｔｂａｔ、電圧センサ６１により検出されるバッテリ電圧Ｖｂａｔ、及び現在のバッテリ容量ＳＯＣ［％］を統括制御部５６に送出する。バッテリ制御部２５は、バッテリ温度ＴｂａｔをパラメータとしたＳＯＣ特性を格納するＥＥＰＲＯＭであるＳＯＣ特性格納部２７を備える。

ＳＯＣ特性は、図２に示すように、バッテリ容量ＳＯＣ［％］（単位は、電力量［ｋＷｈ］）を一方の軸、例えば横軸、バッテリ電圧Ｖｂａｔを他方の軸、この場合縦軸にとった場合に、バッテリ容量ＳＯＣに対してバッテリ電圧Ｖｂａｔが略線形で増加する特性２００を備えている。バッテリ温度Ｔｂａｔが低いときには特性２００ｌ側に、バッテリ温度Ｔｂａｔが高いときには特性２００ｈ側に変化する。なお、バッテリ容量ＳＯＣを規定するのは、実際には、バッテリ開放電圧、いわゆるＯＣＶ（Open Circuit voltage）である。

そして、これらＦＣ制御部５０、モータ制御部５２、バッテリ制御部２５及びコンバータ制御部５４は、上位の制御部であり燃料電池２２の総負荷量Ｌｔ等の値を決定する統括制御部５６により制御される。

統括制御部５６は、燃料電池２２の状態、バッテリ２４の状態、モータ２６の状態、及び補機４４の状態の他、各種スイッチ及び各種センサからの入力（負荷要求）に基づき決定した燃料電池車両２０の総負荷要求量Ｌｔから、燃料電池２２が負担すべき燃料電池分担負荷量（要求出力）Ｌｆと、バッテリ２４が負担すべきバッテリ分担負荷量（要求出力）Ｌｂと、回生電源が負担すべき回生電源分担負荷量Ｌｒの配分（分担）を調停しながら決定し、ＦＣ制御部５０、モータ制御部５２及びコンバータ制御部５４に指令を送出する。

また、統括制御部５６は、燃料電池２２の劣化を検出する劣化状態検出部５８と、直結時における下限電圧Ｖｌｏｗを決定する下限電圧決定部６０とを機能として有する。劣化状態検出部５８には、回生電力算出部５９が含まれる。また、統括制御部５６内のＥＥＰＲＯＭであるＩ−Ｖ特性格納部５７には、燃料電池２２のＩ−Ｖ特性９１（図３）が格納される。Ｉ−Ｖ特性格納部５７には、燃料電池２２のＩ−Ｖ特性９１が経時的に格納される。

統括制御部５６、ＦＣ制御部５０、モータ制御部５２、及びコンバータ制御部５４は、それぞれＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、タイマの他、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等の入出力インタフェース、並びに、必要に応じてＤＳＰ（Digital Signal Processor）等を有している。

統括制御部５６、ＦＣ制御部５０、モータ制御部５２、バッテリ制御部２５及びコンバータ制御部５４は、車内ＬＡＮであるＣＡＮ（Controller Area Network）等の通信線７０を通じて相互に接続され、各種スイッチ及び各種センサからの入出力情報を共有し、これら各種スイッチ及び各種センサからの入出力情報を入力として各ＣＰＵが各ＲＯＭに格納されたプログラムを実行することにより各種機能を実現する。

（７）各種スイッチ、各種センサ
車両状態を検出する各種スイッチ及び各種センサとしては、発電電流Ｉｆを検出する電流センサ３２の他、１次電圧Ｖ１（基本的にバッテリ電圧Ｖｂａｔに等しい。）を検出する電圧センサ６１、１次電流Ｉ１を検出する電流センサ６２、２次電圧Ｖ２（ディスコネクトダイオード３３が導通しているとき、略燃料電池２２の発電電圧Ｖｆに等しい。）を検出する電圧センサ６３、２次電流Ｉ２を検出する電流センサ６４、通信線７０に接続されるイグニッションスイッチ６５、アクセル開度θａｐを検出するアクセルセンサ６６、ブレーキセンサ６７、車速センサ６８、モータ回転数Ｎｍを検出する回転数センサ５１及びバッテリ温度Ｔｂａｔを検出する温度センサ５３等がある。アクセルセンサ６６は、検出したアクセル開度θａｐを統括制御部５６等に送出する。

２．各種制御／処理
（１）ＶＣＵ２３における基本的な電圧制御
図４には、コンバータ制御部５４により駆動制御されるＤＣ／ＤＣコンバータ３６の基本動作のフローチャートが示されている。

上述したように、統括制御部５６は、燃料電池２２の状態、バッテリ２４の状態、モータ２６の状態、及び補機４４の状態の他、各種スイッチ及び各種センサからの入力（負荷要求）に基づき決定した燃料電池車両２０の総負荷要求量Ｌｔから、燃料電池２２が負担すべき燃料電池分担負荷量（要求出力）Ｌｆと、バッテリ２４が負担すべきバッテリ分担負荷量（要求出力）Ｌｂと、回生電源が負担すべき回生電源分担負荷量Ｌｒの配分（分担）を調停しながら決定し、ＦＣ制御部５０、モータ制御部５２、バッテリ制御部２５及びコンバータ制御部５４に指令を送出する。

ステップＳ１において、統括制御部５６により、それぞれが負荷要求であるモータ２６の電力要求と補機４４の電力要求とエアコンプレッサ３０の電力要求から総負荷要求量Ｌｔが決定（算出）されると、ステップＳ２において、統括制御部５６は、決定した総負荷要求量Ｌｔを出力するための燃料電池分担負荷量Ｌｆと、バッテリ分担負荷量Ｌｂと、回生電源分担負荷量Ｌｒの配分を決定する。ここで、燃料電池分担負荷量Ｌｆを決定する場合、燃料電池２２の効率η（図３）が考慮される。

次いで、ステップＳ３において、コンバータ制御部５４により、燃料電池分担負荷量Ｌｆに応じて燃料電池２２の発電電圧Ｖｆ、ここでは、２次電圧Ｖ２が決定される。

２次電圧Ｖ２が決定されると、ステップＳ４において、コンバータ制御部５４は、決定した２次電圧Ｖ２となるようにＤＣ／ＤＣコンバータ３６を駆動制御する。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６は、昇圧動作、降圧動作等を行う。

２次電圧Ｖ２及び１次電圧Ｖ１は、コンバータ制御部５４によりＤＣ／ＤＣコンバータ３６をフィードフォワード制御とフィードバック制御とを組み合わせたＰＩＤ制御により制御される。

（２）燃料電池２２の出力制御
次に、ＶＣＵ２３による燃料電池２２の出力制御について説明する。

水素タンク２８からの燃料ガス及びエアコンプレッサ３０からの圧縮空気が供給されている発電時に、燃料電池２２の発電電流Ｉｆは、図３に示したＩ−Ｖ特性９１｛関数Ｆ（Ｖｆ）という。｝上で２次電圧Ｖ２、すなわち発電電圧Ｖｆをコンバータ制御部５４によりＤＣ／ＤＣコンバータ３６を通じて設定することにより決定される。つまり、発電電流Ｉｆは、発電電圧Ｖｆの関数Ｆ（Ｖｆ）値として決定される。Ｉｆ＝Ｆ（Ｖｆ）であり、例えば発電電圧ＶｆをＶｆ＝Ｖｆａ＝Ｖ２と設定すれば、その発電電圧Ｖｆａ（Ｖ２）の関数値としての発電電流Ｉｆａが決定される。｛Ｉｆａ＝Ｆ（Ｖｆａ）＝Ｆ（Ｖ２）｝。

このように燃料電池２２は二次電圧Ｖ２（発電電圧Ｖｆ）を決定することにより発電電流Ｉｆが決定されるので、燃料電池車両２０を駆動制御する際には、２次電圧Ｖ２（発電電圧Ｖｆ）が目標電圧（目標値）に設定される。

燃料電池車両２０等燃料電池２２を含むシステムでは、基本的に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６の２次側２Ｓの２次電圧Ｖ２が目標電圧となるようにＶＣＵ２３が制御され、このＶＣＵ２３により燃料電池２２の出力（発電電流Ｉｆ）が制御される。

上述の通り、本実施形態では、降圧チョッパ制御及び昇圧チョッパ制御のいずれも行わずに（電圧変換を行わずに）、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６に電流を流す直結制御を利用する場合がある。

直結制御には、１次側１Ｓ（バッテリ２４）から２次側２Ｓ（モータ２６）に電流を流す場合と（「力行直結制御」という。）、２次側２Ｓ（モータ２６、燃料電池２２）から１次側１Ｓ（バッテリ２４）に電流を流す場合と（「回生直結制御」という。）がある。

力行直結制御は、例えば、高負荷時において、モータ２６に高出力を供給するために用いられ、バッテリ２４から流れ出すバッテリ電流Ｉｂａｔが１次電流Ｉ１としてＤＣ／ＤＣコンバータ３６の１次側１Ｓから２次側２Ｓを通じて２次電流Ｉ２としてインバータ３４に供給される。図３に示すように、燃料電池出力特性（Ｉ−Ｖ特性）９１は、発電電圧Ｖｆが、燃料電池２２の発電電圧Ｖｆの最低電圧Ｖｆｍｉｎに近づくに連れて大量の電流を供給可能となる。一方、１次電圧Ｖ１であるバッテリ電圧Ｖｂａｔは、燃料電池２２の発電電圧Ｖｆの最低電圧Ｖｆｍｉｎより高い電圧に設定されている。

このため、１次側１Ｓと２次側２Ｓを直結状態としたときに、燃料電池２２の発電電流Ｉｆを最大化し、その結果、モータ２６に高出力を供給することができる。図３例では、直結状態において、バッテリ２４の下限電圧Ｖｌｏｗが直結電圧Ｖｄａに設定され、燃料電池２２の発電電圧Ｖｆが直結電圧Ｖｄａ（下限電圧Ｖｌｏｗ）とされ、大きな直結時電流Ｉｆｄが燃料電池２２から流れ出すことが理解される。

回生直結制御は、例えば、モータ２６による回生処理のとき、燃料電池２２によるモータ２６の駆動及びバッテリ２４の充電のとき、燃料電池２２がアイドル停止処理のときに用いられる。モータ２６による回生処理のときには、モータ２６が発生させた回生電力がＤＣ／ＤＣコンバータ３６を介してバッテリ２４に供給され、これによりバッテリ２４が充電される。燃料電池２２によるモータ２６の駆動及びバッテリ２４の充電のときには、燃料電池２２からの電力によりモータ２６が駆動されると共に、バッテリ２４が充電される。

アイドル停止処理は、アイドル停止時に、燃料電池２２の発電電圧Ｖｆ（発電電流Ｉｆ）によるバッテリ２４への充電への電力供給を介して燃料電池２２をディスチャージする処理である。なお、アイドル停止は、イグニッションスイッチ６５（図１）がオンの状態においてエアコンプレッサ３０の駆動や、水素タンク２８からの燃料ガスの供給を停止することを示す。

以下、モータ２６の高負荷時における直結制御（力行直結制御・回生直結制御）に係るバッテリ２４の下限電圧Ｖｌｏｗの変更制御方法の第１実施例（直結後に下限電圧を低下させる変更制御）及び第２実施例（直結状態が予測されるときに下限電圧を低下させる変更制御）について説明する。

なお、燃料電池車両２０において、燃料電池２２の新品時には、バッテリ２４の下限電圧Ｖｌｏｗは、燃料電池２２が劣化していないときに設定された直結電圧Ｖｄａに設定されているものとする。

第１実施例（直結後、直ちに下限電圧Ｖｌｏｗを低下させる変更制御）について、図５のフローチャートを参照して説明する。

ステップＳ１１において、イグニッションスイッチ６５の状態及び車速センサ６８により検出される車速により燃料電池車両２０が走行中であるかどうかが検出される。

走行中である場合には、ステップＳ１２において、発電電流Ｉｆと発電電圧Ｖｆが、電流センサ３２及び電圧センサ６３により所定時間毎に測定され、燃料電池２２のＩ−Ｖ特性９１が適時更新される。更新されたＩ−Ｖ特性９１´は、更新前のＩ−Ｖ特性９１とともに、統括制御部５６内のＩ−Ｖ特性格納部５７に格納される。

次いで、ステップＳ１３において、更新されたＩ−Ｖ特性９１´が劣化（変化）しているかどうかが劣化状態検出部５８で確認される。

図６のＩ−Ｖ特性９１´に示すように、直結時電流Ｉｆｄを流せる直結時電圧Ｖｄａが、直結時電圧Ｖｄａ（図３も参照）から直結時電圧Ｖｄｃとなるように下がっていた場合には燃料電池２２が劣化していると判断される。一般的には、図３に示した適当に設定した発電電圧Ｖｆａにおける発電電流Ｉｆａが所定電流閾値以上小さい値になっていることを検出したときに燃料電池２２が劣化していると判断することができる。

Ｉ−Ｖ特性９１´の全体的なカーブは、検出した発電電流Ｉｆと発電電圧Ｖｆとの関係をプロットし、補間することにより得ることができる。

次いで、燃料電池２２がＩ−Ｖ特性９１´のように劣化した場合、ステップＳ１４において、変更前の現在の直結電圧Ｖｄａで燃料電池２２とバッテリ２４とが直結されたかどうかが判断される。この場合、直結状態における発電電流Ｉｆが直結時電流Ｉｆｄから直結時電流Ｉｆｄａに大幅に減少する。

そこで、燃料電池２２が劣化した後に、以前に設定された直結電圧Ｖｄａがバッテリ２４の下限電圧Ｖｌｏｗとされて直結状態となった場合には、燃料電池２２からさらなる発電電流Ｉｆを取り出す制御を行うことが好ましい。

発電電流Ｉｆの取り出し量の適正値を決定するために、ステップＳ１５において、モータ２６の停止時までの回生電力量Ｐｒが、回生電力算出部５９により算出される。

回生電力量Ｐｒを算出する際には、例えば、まず、回転数センサ５１により検出されたモータ回転数Ｎｍと、アクセルセンサ６６により検出されたアクセル開度θａｐ等から予め設定されているトルクマップに基づいてトルク指令値（Ｑｔｒｑとする。）が算出される。

次に、算出されたトルク指令値Ｑｔｒｑとモータ回転数Ｎｍとを乗算して回生によりモータ２６から取り出し可能な目標電力量を回生電力量Ｐｒ［ｋＷｈ］として算出する。

次いで、ステップＳ１６において、この回生電力量Ｐｒ［ｋＷｈ］に対応する分のバッテリ２４のバッテリ容量ＳＯＣ（ＳＯＣｒとする。）［ｋＷｈ］分を下げるために、図７に示すように、設定点Ａを設定点Ｂに移す。これにより、新たな下限電圧Ｖｌｏｗが直結電圧Ｖｄａから直結電圧Ｖｄｂに変更され決定される。

ステップＳ１７において、統括制御部５６は、この下限電圧Ｖｄｂに対応する下限電圧指令値Ｖｄｂｃｏｍをコンバータ制御部５４に送る。

以降、コンバータ制御部５４は、ステップＳ１８において、直結時には（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、変更後の下限電圧Ｖｌｏｗである直結電圧ＶｄｂとなるようにＤＣ／ＤＣコンバータ３６を制御する。燃料電池車両２０は、変更後の下限電圧Ｖｌｏｗである直結電圧Ｖｄｂで直結制御される。この変更により、図６に示すように、燃料電池２２が劣化しても、燃料電池２２から比較的に大きな値の直結電流Ｉｆｄｂ（Ｉｆｄａ＜＜Ｉｆｄｂ≒Ｉｆｄ）を取り出すことができる。

以上説明したように、上述した実施形態に係る燃料電池車両２０は、車輪１５を駆動するモータ２６の主電源である燃料電池２２と、モータ２６に対して燃料電池２２に並列に接続され、燃料電池２２の発電電圧Ｖｆよりも低い電圧を常用使用領域電圧、例えば直結電圧Ｖｄａとして持ち、燃料電池２２の出力を補う補助電源であるバッテリ２４と、バッテリ２４のバッテリ電圧Ｖｂａｔを昇圧する昇圧制御と、モータ２６が高負荷状態であるときに電圧変換を行わないで、燃料電池２２の最大出力をモータ２６に供給する直結制御とを切り替えるＶＣＵ２３と、燃料電池２２の劣化を検出する劣化状態検出部５８と、バッテリ２４の下限電圧Ｖｌｏｗを決定する下限電圧決定部６０と、を備え、下限電圧決定部６０は、劣化状態検出部５８により検出される燃料電池２２の劣化状態が進行するに従い、直結制御時におけるバッテリ２４の下限電圧Ｖｌｏｗを低くしていくようにしている。

燃料電池２２の劣化が進行すると、Ｉ−Ｖ特性が、Ｉ−Ｖ特性９１からＩ−Ｖ特性９１´に示したように下降し、劣化前と同じ直結電流Ｉｆｄを取りだそうとしても出力電圧である燃料電池電圧Ｖｆが低くなってしまい、最終的にモータ２６の高負荷時に直結制御を行ったとしても燃料電池２２からの出力を十分に得る前にバッテリ２４の下限電圧Ｖｌｏｗである直結電圧Ｖｄａに到達してしまい、燃料電池２２からは満足に出力できない状態に陥ってしまう。

しかし、この実施形態によれば、劣化状態が進行するに従い、直結制御時におけるバッテリ２４の下限電圧Ｖｌｏｗを、例えば直結電圧Ｖｄｂと低くするようにするため、劣化進行後も燃料電池２２から十分な出力、例えば、発電電流Ｉｆｄｂを得ることができる。

この場合、当該燃料電池車両２０の走行状態を検出する走行状態検出部（上記した実施形態では、回転数センサ５１とアクセルセンサ６６）と、検出した走行状態（上記した実施形態では、モータ回転数Ｎｍとアクセル開度θａｐ）から当該燃料電池車両２０の停止までに得られることが予測されるモータ２６の回生電力量Ｐｒを算出する回生電力算出部５９を備えているので、下限電圧決定部６０は、回生電力算出部５９が算出した回生電力量Ｐｒ分、下限電圧Ｖｌｏｗを低くすることができる。このように制御すれば、バッテリ２４の下限電圧Ｖｌｏｗを低下させた分のバッテリ２４の電力の放出を車両停止までには回復することができる。そのため、車両が再度走行する場合にバッテリ２４からの放電可能電力が不足することが無い。

なお、上述の第１実施例では、下限電圧決定部６０は、直結制御が行われているときに下限電圧Ｖｌｏｗを低くするように制御しているが、これに限らず、直結制御が行われると予測されるときに下限電圧Ｖｌｏｗを低くするように制御してもよい。これを第２実施例として以下に説明する。

第２実施例（直結が予測されるときに、下限電圧Ｖｌｏｗを低下させる変更制御）について、図８のフローチャートを参照して説明する。

なお、図８のフローチャートにおいて、ステップＳ１１〜Ｓ１２、及びステップＳ１５〜Ｓ１８の処理は、図５のフローチャートの処理と同様であるので説明を省略する。

ステップＳ１３においてＩ−Ｖ特性の劣化を検出したとき、ステップＳ２１において、燃料電池２２の発電電圧Ｖｆとバッテリ電圧Ｖｂａｔとの差分ΔＶが計算される。次いで、ステップＳ２２において、差分ΔＶが、燃料電池２２とバッテリ２４とが直結しそうなほど小さい電圧であるかどうかを、差分ΔＶが所定電圧閾値ΔＶｔｈを下回る電圧になっているかどうかにより判断する。

ステップＳ２２の判断が成立（ΔＶ＜ΔＶｔｈ）したとき、上述したステップＳ１５の回生電力算出処理以降の処理を行う。この実施形態では、ステップＳ１８で、変更後の下限電圧Ｖｌｏｗである直結電圧Ｖｄｂでの走行がなされる。

上述したように、下限電圧決定部６０は、直結制御が行われているとき（第１実施例、図５のステップＳ１４：ＹＥＳ）又は行われると予測されるときに（第２実施例、図８のステップＳ２２：ＹＥＳ）下限電圧Ｖｌｏｗを低くするようにしているので、直結制御以外の場面で不用意に下限電圧Ｖｌｏｗを低下させてしまいバッテリ２４が力行電力等による過放電で劣化してしまうことを防止することができる。

なお、この発明は、上述した実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採りうることができる。

この発明の一実施形態に係る燃料電池車両のブロック図である。バッテリ容量ＳＯＣの特性図である。燃料電池のＩ−Ｖ特性の説明図である。燃料電池車両に搭載されたＤＣ／ＤＣコンバータの基本制御のフローチャートである。バッテリの下限電圧の変更制御方法の第１実施例の説明に供されるフローチャートである。燃料電池のＩ−Ｖ特性の劣化状態等の説明図である。下限電圧の低下例の説明図である。バッテリの下限電圧の変更制御方法の第２実施例の説明に供されるフローチャートである。

符号の説明

２０…燃料電池車両２２…燃料電池
２４…バッテリ（蓄電装置）２６…モータ
３６…ＤＣ／ＤＣコンバータ５８…劣化状態検出部
５９…回生電力算出部６０…下限電圧決定部

Claims

車輪を駆動するモータの主電源である燃料電池と、
前記モータに対して前記燃料電池に並列に接続され、前記燃料電池の発電電圧よりも低い電圧を常用使用領域電圧として持ち、前記燃料電池の出力を補う補助電源である蓄電装置と、
前記蓄電装置の電圧を昇圧する昇圧制御と、前記モータが高負荷状態であるときに電圧変換を行わないで、前記燃料電池の最大出力を前記モータに供給する直結制御とを切り替える電圧変換装置と、
前記燃料電池の劣化を検出する劣化状態検出部と、
前記直結制御時における直結電圧とされる前記蓄電装置の下限電圧を決定する下限電圧決定部と、を備え、
前記下限電圧決定部は、前記劣化状態検出部により検出される前記燃料電池の劣化状態が進行するに従い、前記直結制御時における前記直結電圧とされる前記蓄電装置の下限電圧を低くしていく
ことを特徴とする燃料電池車両。
請求項１記載の燃料電池車両において、
前記下限電圧決定部は、前記直結制御が行われているとき又は行われると予測されるときに前記蓄電装置の下限電圧を低くする
ことを特徴とする燃料電池車両。
請求項１又は２記載の燃料電池車両において、
当該燃料電池車両の走行状態を検出する走行状態検出部と、
検出した走行状態から当該燃料電池車両の停止までに得られることが予測される前記モータの回生電力量を算出する回生電力算出部と、をさらに備え、
前記下限電圧決定部は、前記下限電圧を低くする分を、前記回生電力算出部が算出した回生電力量分に対応させる
ことを特徴とする燃料電池車両。