JP5145724B2 - 電力供給システム - Google Patents

Description

本発明は、移動体の駆動装置に電力を供給する電力供給システムに関するものである。

近年、運転効率および環境性に優れる電源として燃料電池が注目されている。燃料電池は燃料ガスの供給量を制御して要求に応じた電力を出力するが、ガス供給量の応答遅れに起因して、出力電力の応答性が低くなる場合がある。そこで、燃料電池とバッテリ（蓄電装置）とを並列に接続して電源を構成し、燃料電池の出力電圧をＤＣ−ＤＣコンバータで変換することにより、バッテリと燃料電池の併用を図っている。このとき、ＤＣ−ＤＣコンバータを介さずに燃料電池からの供給電力で駆動される第一の駆動モータと、該ＤＣ−ＤＣコンバータを介さずにバッテリからの供給電力で駆動される第二の駆動モータとを移動体に設け、移動体からの要求出力に応じて各駆動モータへの電力供給を制御する技術が公開されている（例えば、特許文献１を参照）。

また、移動体の駆動装置を駆動するための電力供給において、ＤＣ−ＤＣコンバータを介して燃料電池とバッテリが接続されて形成された電源システムが公開されている（例えば、特許文献２を参照）。この電源システムにおいては、駆動モータがＤＣ−ＤＣコンバータを介さずに燃料電池から電力供給を受けることが可能なように該電源システムに接続されており、そして燃料電池からの電力の供給割合を所定範囲に設定することで、ＤＣ−ＤＣコンバータによる電力損失を抑えることが可能となる。
特開２００６−１４１０９７号公報 特開２００２−１１８９７９号公報

燃料電池から移動体の駆動装置に電力を供給する場合、燃料電池への燃料ガス（例えば、水素等）の供給応答が低い等の理由で、駆動装置への電力供給が不安定となる場合がある。そこで、電力供給をより安定化させるために該燃料電池に加えてバッテリ等の蓄電装置を利用する場合があり、このように出力特性の異なる電力供給源はＤＣ−ＤＣコンバータ等の電力変換装置で接続されるのが一般である。

このように複数の電力供給装置がＤＣ−ＤＣコンバータ等の電力変換装置を介して接続されることで形成される電力供給システムでは、駆動装置への電力供給を安定的に行うことが可能となる。しかし、その電力供給の形態によっては、電力供給装置から駆動装置に電力が供給されるときＤＣ−ＤＣコンバータ等を経由することで、そこで電力損失が生じ、以て電力供給システムとして電力供給の効率が低下する虞がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、複数の電力供給装置がＤＣ−ＤＣコンバータ等の電力変換装置を介して接続されることで形成される電力供給システムで、移動体の駆動装置への電力供給に際して、その供給効率の低下を可及的に回避することを目的とする。

本発明においては、上記課題を解決するために、燃料電池と蓄電装置の二つの電力供給装置がＤＣ−ＤＣコンバータ等の電力変換装置を介して接続されることで形成される電力供給システムにおいて、電力変換装置を介さずに各電力供給装置からの供給電力を受けることが可能となるように、移動体に二つの駆動装置を設けるとともに、発電が可能な燃料
電池から直接、電力供給を受ける駆動装置について、電力変換装置を介して電力供給される条件を一定の条件に制限した。このようにすることで、電力変換装置での電力損失を可及的に回避することができる。

そこで、より具体的には、本発明は、移動体に搭載され、該移動体の駆動源として機能する第一駆動装置及び第二駆動装置に電力を供給する電力供給システムであって、電力供給装置からの供給電力の出力特性の変換を行う電力変換装置と、酸素を含む酸化ガスと水素を含む燃料ガスとの電気化学反応によって発電された電力を、前記電力変換装置を介することなく前記第一駆動装置に電力を供給することが可能な、電力供給装置としての燃料電池と、前記電力変換装置を介して前記燃料電池と接続され、且つ電力の蓄電が可能であり該蓄電された電力を前記電力変換装置を介することなく前記第二駆動装置に供給することが可能な、電力供給装置としての蓄電装置と、前記移動体からの出力要求に応じて、前記燃料電池と前記蓄電装置から、前記第一駆動装置と前記第二駆動装置に供給される電力を制御する電力制御部と、を備え、前記電力制御部は、前記移動体からの出力要求が通常出力要求であるときは、前記第一駆動装置及び前記第二駆動装置への電力供給は、それぞれ前記燃料電池及び前記蓄電装置によって為されるように電力供給を制御し、前記移動体からの出力要求において前記第一駆動装置に供給すべき電力が前記燃料電池によって発電可能な電力を超えるとき、前記電力変換装置を介して前記蓄電装置から前記第一駆動装置への電力供給を許可する。

上記の通り、本発明に係る電力供給システムは、移動体に搭載されるものであって、その移動体の移動を行う駆動装置への電力供給を行う。尚、移動体は、自動車、鉄道、船舶等の輸送手段だけでなく、ロボット等の移動を行う物全般を含む。

そして、この移動体の移動のための駆動装置は、第一駆動装置と第二駆動装置の二台が設けられており、それぞれの駆動装置が発生する駆動力は、該移動体の置かれている状況、例えば移動時や停止時の負荷状況等によって適宜決定される。そして、これらの駆動装置に対して、燃料電池と蓄電装置を電力供給装置として備える、本発明に係る電力供給システムから電力が供給される。

ここで、本発明に係る電力供給システムにおいては、燃料電池と蓄電装置という出力特性の異なる電力供給装置が電力変換装置を介して互いに接続されている。これにより、各第一駆動装置および第二駆動装置に安定的に電力供給を行うことが可能となる。ここで、第一駆動装置は電力変換装置を介さずに燃料電池から直接に電力供給を受けることが可能であり、また第二駆動装置は該電力変換装置を介さずに蓄電装置から直接に電力供給を受けることが可能である。換言すると、第一駆動装置に対して蓄電装置から電力を供給しようとすると、又は第二駆動装置に対して燃料電池から電力を供給しようとすると、供給電力が電力変換装置を必ず経由することになる。この電力変換装置は、各電力供給装置からの供給電力の出力特性を変換するものであるが、その変換処理において内部で電力の消費が行われるため、少なからずとも本来、駆動装置に供給される電力の損失に帰結することになる。

そこで、本発明に係る電力供給システムでは、各電力供給装置と各駆動装置との間の電力供給が電力制御部によって制御され、電力変換装置で生じる電力損失が可及的に回避されることになる。即ち、移動体の移動や停止等、移動体が置かれる状況に従って移動体から要求される出力に応じて、各駆動装置を駆動する必要があるとき、電力制御部は、電力変換装置を介した各電力供給装置から各駆動装置への電力供給が一定の条件下以外では行われないように電力供給を制御する。

先ず、移動体からの出力要求が通常出力要求であるときは、第一駆動装置への電力供給
は燃料電池のみからとし、第二駆動装置への電力供給は蓄電装置のみからとする。ここで、通常出力要求とは、移動体からの出力要求に応じて決定される第一駆動装置と第二駆動装置とが発揮すべき出力を、それぞれ燃料電池および蓄電装置からの供給電力のみで賄うことが可能である程度の、移動体からの要求である。また、第一駆動装置と第二駆動装置が発揮すべき出力の決定は、各駆動装置による駆動力が、要求された移動体の移動や停止を可能とするために、移動体からの要求出力が適宜分配されることで行われる。この通常出力要求である範囲は、燃料電池や蓄電装置の出力特性に影響を与えるパラメータ、例えば各装置の温度等を考慮して変動させても良い。

このように移動体からの出力要求が通常出力要求であるときは、第一駆動装置と第二駆動装置で発揮すべき駆動力を適宜決定することで、電力変換装置を介さずに各電力供給装置から各駆動装置へ電力を供給することが可能であるから、電力制御部はそのような電力供給が行われるべく制御を行う。これにより、移動体からの出力要求が通常出力要求である限りは、電力変換装置での電力損失を確実に回避することができる。

一方で、移動体からの出力要求が通常出力要求ではなく、移動体からの出力要求において第一駆動装置に供給すべき電力が燃料電池によって発電可能な電力を超えるときは、燃料電池からの供給電力に加えて蓄電装置からの供給電力が第一駆動装置に与えられることが、電力制御部によって許される。第一駆動装置については、出力（供給電力）を適宜調整可能である燃料電池からの電力を、電力変換装置を介さずに受けることが可能であるため、駆動力を効率的に且つ適時に発揮することができる。従って、蓄電装置の蓄電量によってその駆動力が制限される第二駆動装置に比べて、第一駆動装置は、移動体の駆動に寄与する程度が高いと考えられるため、該第一駆動装置への電力供給は可及的に維持されるべきである。そこで、移動体からの出力要求において第一駆動装置に供給すべき電力が燃料電池によって発電可能な電力を超える場合は、例外的に電力変換装置を介して蓄電装置から第一駆動装置への電力供給が行われることとする。また、その他、非常時等の、第一駆動装置に電力を供給すべきと判断される場合にも、電力変換装置を介した電力供給が許されるようにしてもよい。

このように、本発明に係る電力供給システムにおいては、移動体からの出力要求に応じて各駆動装置が駆動力を発揮しなければならないとき、電力変換装置を介さない電力供給経路の維持を基本としながらも、第一駆動装置について燃料電池の出力可能以上の電力が必要とされる場合には電力変換装置を介した電力供給が行われる。これにより、移動体からの出力要求に答えながらも電力変換装置で生じる電力損失の影響を限定的なものとし、以て電力供給の効率低下を可及的に回避することが可能となる。

尚、この電力供給の効率低下をより確実に回避するために、電力変換装置を介した前記蓄電装置から前記第一駆動装置への電力供給が、電力制御部によって、移動体からの出力要求において第一駆動装置に供給すべき電力が燃料電池によって発電可能な電力を超えるときのみに限定されるようにしてもよい。即ち、電力変換装置を介した供給電力の流れをより限定的に発生させるものである。

上記電力供給システムにおいて、前記通常出力要求は、前記移動体からの出力要求において前記第一駆動装置に供給すべき電力が前記燃料電池によって発電可能な電力以下となる範囲の出力要求であって、その場合、前記電力制御部は、前記第一駆動装置に供給すべき電力が前記燃料電池によって発電可能な電力以下であるときは、前記第一駆動装置への電力供給は前記燃料電池のみによって行われ、且つ前記第二駆動装置への電力供給は前記蓄電装置のみによって行われ、前記第一駆動装置に供給すべき電力が前記燃料電池によって発電可能な電力を超えるときは、前記第一駆動装置への電力供給は、前記燃料電池とともに前記電力変換装置を介して前記蓄電装置によっても行われるように電力供給を制御す
るようにしてもよい。

即ち、上記電力供給システムでは、移動体からの出力要求が通常出力要求であるか否かの判断は、第一駆動装置に供給すべき電力が燃料電池によって発電可能な電力以下であるか、それを超えるかという基準に基づくものである。この基準に基づいて電力制御部が電力供給の制御を行うことで、電力供給の効率低下を可及的に回避することが可能となる。

また、上述までの電力供給システムにおいて、前記電力制御部は、前記第一駆動装置に供給すべき電力が前記燃料電池によって発電可能な電力を超えるとき、該第一駆動装置に供給すべき電力から該燃料電池によって最大限に発電可能な電力を差し引いた不足分電力を、前記蓄電装置から該第一駆動装置に供給するように制御してもよい。このように、電力変換装置を介して蓄電装置から電力供給を頼る場合、その供給量を可及的に少なくすることで、電力供給の効率低下を可及的に回避することが可能となる。

ここで、上述までの電力供給システムにおいて、前記蓄電装置は、前記燃料電池によって発電された発電電力、及び前記第一駆動装置と前記第二駆動装置のうち少なくとも何れかの回生によって生じる回生電力のうち少なくとも何れかの電力を蓄電するとともに、該蓄電された電力供給し、前記電力制御部は、前記蓄電装置の蓄電状態に応じて該蓄電装置に供給する電力又は該蓄電装置から供給される電力を決定するとともに、前記第一駆動装置に供給すべき電力に該決定された電力を加味して前記燃料電池によって発電される電力の供給を制御してもよい。

当該蓄電装置は、燃料電池によって発電された電力、特に第一駆動装置に供給すべき量を超えて発電された残余電力や、各駆動装置の減速時に生じる回生電力を蓄電し、その後の電力供給時に備えることで、移動体の駆動に必要なエネルギー量を抑制することが可能である。この場合、蓄電装置の蓄電量は、蓄電装置の電力供給能力の維持や装置劣化の防止等の観点から、所定の適切な範囲（以下、「所定蓄電範囲」という。）に属しているのが好ましい。そこで、本発明に係る電力制御部は、上述までのように第一駆動装置に供給すべき電力に加えて、蓄電装置の蓄電量を所定蓄電範囲内に維持するために必要な電力（即ち、蓄電装置に供給される電力又は蓄電装置から放電される電力）を考慮して、燃料電池が発電すべき供給電力を制御する。これにより、第一駆動装置の駆動力と蓄電装置の蓄電量を好適な状態にしつつ、電力供給の効率低下を可及的に回避することが可能となる。

尚、上述までの電力供給システムによって電力供給が為される移動体は、車両であって、前記第一駆動装置は、前記車両における主駆動輪を駆動させ、前記第二駆動装置は、前記車両における前記主駆動輪以外の駆動輪を駆動させるようにしてもよい。主駆動輪とは、車両の移動を主として司る駆動輪であって、いわゆるＦＦ車での前輪であり、ＦＲ車での後輪である。このように第一駆動装置が主駆動輪の駆動を司ることで、車両の移動をより好適に制御することが可能となる。また、移動体が車両以外の移動体である場合でも、第一駆動装置は、その移動体の移動を主に司る機械要素の駆動を行うのが好ましい。

本発明に係る電力供給システムによれば、複数の電力供給装置がＤＣ−ＤＣコンバータ等の電力変換装置を介して接続されることで形成される電力供給システムで、移動体の駆動装置への電力供給に際して、その供給効率の低下を可及的に回避することが可能となる。

本発明に係る電力供給システムの実施の形態について図面に基づいて詳細に説明する。本実施の形態に係る電力供給システムは、本発明に係る移動体である自動車（車両）１０
０の駆動装置である駆動モータに対して電力を供給する、燃料電池３００およびバッテリ４００で構成される燃料電池システムである。

図１は、本発明の第一実施例としての車両１００の構成を概略的に示す説明図である。この車両１００は、水素と酸素との電気化学反応を利用して発電を行う燃料電池３００と、充放電可能な蓄電装置としてのバッテリ４００と、電力変換装置としてのＤＣ−ＤＣコンバータ２００とを備えている。燃料電池３００とバッテリ４００とは、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００を介して互いに接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ２００は、燃料電池３００またはバッテリ４００から入力された電圧を、目標電圧に変換して出力する双方向ＤＣ−ＤＣコンバータである。燃料電池３００としては、例えば固体高分子型燃料電池が用いられ、バッテリ４００としては、例えば鉛蓄電池やニッケル−水素蓄電池が用いられる。

燃料電池３００とＤＣ−ＤＣコンバータ２００との間の電源配線には、インバータ３１０を介して、車両１００の駆動装置としての第一モータ３２０が接続されている。同様に、バッテリ４００とＤＣ−ＤＣコンバータ２００との間の電源配線には、インバータ４１０を介して、車両１００の駆動装置としての第二モータ４２０が接続されている。第一モータ３２０および第二モータ４２０は、共に、回生機能を有する三相同期モータである。第一モータ３２０は、その出力軸が差動ギア３３０を介して後輪駆動軸３４０と接続されており、第一モータ３２０の出力軸の回転によって後輪駆動軸３４０、およびそれに接続された後輪３７０が駆動される。一方、第二モータ４２０は、その出力軸が差動ギア４３０を介して前輪駆動軸４４０と接続されており、第二モータ４２０の出力軸の回転によって前輪駆動軸４４０、およびそれに接続された前輪４７０が駆動される。インバータ３１０、４１０は、燃料電池３００やバッテリ４００から出力される直流電力を三相交流電力へと変換して、第一モータ３２０および第二モータ４２０へと供給する。

燃料電池３００とＤＣ−ＤＣコンバータ２００との間の電源配線には、さらに、例えば改質器やエアコンプレッサを含む燃料電池補機類３５０が接続されている。燃料電池補機類３５０は、燃料電池３００での発電に要する水素を含む燃料ガスと酸素を含む空気とを、燃料電池３００に供給するための装置等であり、その稼動電力を接続されている電源配線から取得する。また、バッテリ４００とＤＣ−ＤＣコンバータ２００との間の電源配線には、さらに、例えば照明機器やオーディオ機器を含む車両補機類４５０が接続されており、その接続配線から各機器の稼動電力が取得される。

車両１００は、さらに、ＥＣＵ５００を備えている。ＥＣＵ５００は、ＣＰＵ５１０と、ＲＯＭ５２０と、ＲＡＭ５３０と、入出力ポート５４０とを有している。ＥＣＵ５００には、車両１００の各部に配されたセンサが電気的に接続され、そこで検出された各検出信号が入出力ポート５４０を介して入力される。ＥＣＵ５００は、これらの検出信号を基に、燃料電池３００とバッテリ４００から各モータへの電力供給を制御する。

なお、車両１００の各部に配されＥＣＵ５００に電気的に接続されているセンサとしては、例えば、アクセルペダル６１０の踏み込みによるアクセルの開度を検出するアクセル開度センサ６１２、ステアリング６３０の操舵角を検出する操舵角センサ６３２、後輪駆動軸３４０および前輪駆動軸４４０の回転数を検出する駆動軸センサ６４０、車速を検出するスピードセンサ６５０、車両の回転モーメントを検出するモーメントセンサ６６０、燃料電池３００の運転状態を検出する図示しない温度センサおよび電圧計、バッテリ４００の蓄電状態を検出する図示しない充電容量センサおよび電圧計がある。また、ＥＣＵ５００による燃料電池３００とバッテリ４００から各モータへの電力供給の制御は、例えば、ＣＰＵ５１０が、ＲＯＭ５２０に格納された動作制御プログラムをＲＡＭ５３０上に読
み出して実行することにより行われる。

このように構成される車両１００においては、駆動装置である第一モータ３２０と第二モータ４２０への電力供給は、燃料電池３００とバッテリ４００によって行われる。燃料電池３００とバッテリ４００はＤＣ−ＤＣコンバータ２００を介して接続されているため、燃料電池３００とバッテリ４００のそれぞれから各モータ３２０、４２０に対して電力を供給することは可能である。しかし、燃料電池３００から第二モータ４２０に又はバッテリ４００から第一モータ３２０に電力を供給しようとすると、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００介して電力供給が行われるため、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００において電力損失が生じ、電力の供給効率が低下する。そこで、図２に基づいて、図１に示す車両１００における第一モータ３２０と第二モータ４２０へ電力供給を行う際、その供給効率の低下を可及的に回避することが可能な電力供給制御について説明する。

先ず、Ｓ１０１では、アクセル開度センサ６１２からの検出信号により、車両１００の移動状態（停止状態を含む）におけるアクセルの開度が検出される。このアクセル開度は、車両１００を運転するユーザが、該車両１００に要求する走行性能（速度等）に関連するパラメータである。Ｓ１０１の処理が終了すると、Ｓ１０２へ進む。Ｓ１０２では、現時点における第一モータ３２０と第二モータ４２０の回転数（回転速度）が検出される。この各モータの回転数は、各モータに備えられているロータリエンコーダからの出力や、駆動軸センサ６４０及びスピードセンサ６５０からの検出信号に基づいて検出又は算出される。

また、上記Ｓ１０１、Ｓ１０２以外の処理として、操舵角センサ６３２を介したステアリング６３０の操舵角の検出、モーメントセンサ６６０を介した車両１００の回転モーメントの検出が行われる。これらは、現時点における車両１００の移動状態を把握するために行われるものである。これらの処理が終了すると、Ｓ１０３及びＳ１０４の処理が行われる。

上述したＳ１０１、Ｓ１０２およびそれ以外の処理によって検出された車両１００の移動状態に基づいて、ユーザから車両１００に対して要求された走行性能を実現するために、現時点において第一モータ３２０及び第二モータ４２０が発揮すべき出力、即ち第一モータ３２０に対して要求される出力Ｐｍ１がＳ１０３において算出され、第二モータ４２０に対して要求される出力Ｐｍ２がＳ１０４において算出される。尚、本実施例に係る車両１００は、前輪が第二モータ４２０によって駆動され、後輪が第一モータ３２０によって駆動されることで、最大で四輪駆動が可能な車両である。尚、第一モータ３２０と第二モータ４２０の最大瞬間出力は同程度であるが、定格連続出力については第一モータ３２０の方が高く、高出力駆動を長時間行うことが可能である。従って、車両１００においては、後輪が主駆動輪であって、その主駆動輪を駆動する第一モータ３２０に対してＤＣ−ＤＣコンバータ２００を介さずに電力を供給できるように配置されているのは、燃料電池３００である。

ここで、第一モータ３２０及び第二モータ４２０の要求出力Ｐｍ１、Ｐｍ２の算出は、検出されたアクセル開度および各モータの回転数に加えて、ステアリング６３０の操舵角や車両１００の回転モーメント等の車両１００の移動状態を示すパラメータを考慮して、ユーザが要求する走行性能や、車両１００の走行安定性等を踏まえて行われる。例えば、ユーザから車速を上げる要求があった場合は、各モータの出力を上昇することで車両１００のスピードアップを図る。また、ステアリング６３０の操舵角が所定角より大きい場合には、車両１００の走行安定性が低くなる可能性があるため、車両１００の後輪と前輪の駆動力がアンバランスとならないように各モータの要求出力が決定される。尚、各モータの要求出力の算出においては、上述したように第一モータ３２０が主駆動輪を駆動するモ
ータであることが考慮される。Ｓ１０４の処理が終了すると、Ｓ１０５へ進む。

Ｓ１０５では、現時点における燃料電池３００が出力可能な最大出力Ｐｆｃが算出される。この最大可能出力Ｐｆｃは、燃料電池３００に対して最大量の水素が供給されたと仮定して、現時点における出力に影響するパラメータ、例えば燃料電池３００のセル温度等を考慮した上で決定される。Ｓ１０５の処理が終了すると、Ｓ１０６へ進む。

Ｓ１０６では、Ｓ１０５で算出された燃料電池３００の最大可能出力Ｐｆｃが、第一モータ３２０の要求出力Ｐｍ１と燃料電池補機類３５０の駆動に要する出力であるＦＣ補機損αｆｃとの和以上であるか否かが判定される。当該出力和は、図１からも明らかなように、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００を基準として、電気的に燃料電池３００側に配置されている装置等（換言すると、電気的にバッテリ４００側に配置されていない装置等）の駆動に要する出力和である。従って、Ｓ１０６における判定は、第一モータ３２０および燃料電池補機類３５０に対して、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００を介さずに燃料電池３００から電力を供給することができるか否かを判定するものと言うことができる。Ｓ１０６での判定において肯定判定されるとＳ１０７へ進み、否定判定されるとＳ１０８へ進む。

Ｓ１０６で肯定判定されることは、第一モータ３２０および燃料電池補機類３５０（以下、単に「第一モータ等」という。）に対して、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００を介さずに燃料電池３００から電力を供給することができることを意味するため、Ｓ１０７では、燃料電池３００の最大可能出力Ｐｆｃの一部が第一モータ３２０等に供給される。このとき、この供給電力はＤＣ−ＤＣコンバータ２００を介さずに第一モータ３２０等に供給されるため、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００における電力損失は発生しない。また、この肯定判定される場合は、Ｓ１０７の処理により、バッテリ４００から第一モータ３２０等への電力供給は、結果的に禁止されている。これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００を介した電力供給は行われないことになる。

次に、Ｓ１０６で否定判定されることは、第一モータ３２０および燃料電池補機類３５０に対して、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００を介さずに燃料電池３００から電力を供給することができないことを意味するため、Ｓ１０８以降（Ｓ１０８〜Ｓ１１１）の処理ではバッテリ４００から第一モータ３２０等への電力供給が考慮される。Ｓ１０８では、現時点におけるバッテリ４００の最大可能出力Ｐｂｔ１が算出される。この最大可能出力Ｐｂｔ１は、バッテリ４００が現時点で有している蓄電量を全て放電したと仮定して、現時点における出力に影響するパラメータ、例えばバッテリ４００の温度等を考慮した上で算出される。Ｓ１０８の処理が終了すると、Ｓ１０９へ進む。

Ｓ１０９では、上記最大可能出力Ｐｆｃと、Ｓ１０８で算出されたバッテリ４００の最大可能出力Ｐｂｔ１が、上述した要求出力Ｐｍ１とＦＣ補機損αｆｃとの和以上であるか否かが判定される。換言すると、Ｓ１０９における判定は、第一モータ３２０等に対して、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００を介さずに燃料電池３００から電力を供給しつつ、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００を介してバッテリ４００から電力を供給することで、第一モータ３２０等の出力要求に応えることが可能か否かを判定するものである。Ｓ１０９での判定において肯定判定されるとＳ１１０へ進み、否定判定されるとＳ１１１へ進む。

Ｓ１０９で肯定判定されることは、第一モータ３２０等の出力要求に答えることが可能であることを意味するため、Ｓ１１０では、燃料電池３００の現時点における最大可能出力Ｐｆｃ分の全出力を第一モータ３２０等に供給するとともに、それでは足りない不足分の出力については、バッテリ４００の蓄電電力から賄われる。従って、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００を介して供給される電力を可及的に少なくできるため、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００における電力損失を可及的に回避することができる。

一方で、Ｓ１０９で否定判定されることは、第一モータ３２０等の出力要求に答えることが可能であることを意味するため、Ｓ１１１では、燃料電池３００とバッテリ４００による各最大可能出力が全て第一モータ３２０等に供給されることになる。このとき、燃料電池３００での発電を最大限発揮するために、燃料電池３００等からの電力は優先的に燃料電池補機類３５０に供給され、残余電力が第一モータ３２０に供給されるのが好ましい。この場合、第一モータ３２０が発揮できる出力が不十分となる可能性が生じる。

Ｓ１０７、Ｓ１１０、Ｓ１１１の何れかの処理が終了すると、Ｓ１１２へ進む。Ｓ１１２では、現時点におけるバッテリ４００の使用可能出力Ｐｂｔ２が算出される。この使用可能出力Ｐｂｔ２は、Ｓ１０７、Ｓ１１０、Ｓ１１１の処理を経た結果バッテリ４００が有している蓄電量を全て放電したと仮定して、その時点における出力に影響するパラメータ、例えばバッテリ４００の温度等を考慮した上で算出される。例えば、Ｓ１０７の処理後におけるＳ１１２では、Ｓ１０７においてはバッテリ４００からの放電は行われていないため、本制御が開始された時点でバッテリ４００に蓄電された電力がこの使用可能出力Ｐｂｔ２の算出対象となる。また、Ｓ１１０又はＳ１１１の処理後におけるＳ１１２では、Ｓ１１０においてはバッテリ４００からの放電が行われたため、その放電後にバッテリ４００に蓄電されていた電力がこの使用可能出力Ｐｂｔ２の算出対象となり、又はＳ１１１においてはバッテリ４００から全ての電力が放電されたため、使用可能出力Ｐｂｔ２は零となる。Ｓ１１２の処理が終了すると、Ｓ１１３へ進む。

Ｓ１１３では、Ｓ１１２で算出されたバッテリ４００の使用可能出力Ｐｂｔ２が、第二モータ４２０の要求出力Ｐｍ２と車両補機類４５０の駆動に要する出力である車両補機損αｂｔとの和以上であるか否かが判定される。当該出力和は、図１からも明らかなように、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００を基準として、電気的にバッテリ４００側に配置されている装置等（換言すると、電気的に燃料電池３００側に配置されていない装置等）の駆動に要する出力和である。従って、Ｓ１１３における判定は、第二モータ４２０および車両補機類４５０に対して、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００を介さずにバッテリ４００から電力を供給することができるか否かを判定するものと言うことができる。Ｓ１１３での判定において肯定判定されるとＳ１１４へ進み、否定判定されるとＳ１１５へ進む。

Ｓ１１３で肯定判定されることは、第二モータ４２０および車両補機類４５０（以下に、単に「第二モータ等」という。）に対して、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００を介さずにバッテリ４００から電力を供給することができることを意味するため、Ｓ１１４では、バッテリ４００の使用可能出力Ｐｂｔ２の一部が第二モータ４２０等に供給される。このとき、この供給電力はＤＣ−ＤＣコンバータ２００を介さずに第二モータ４２０等に供給されるため、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００における電力損失は発生しない。また、この肯定判定される場合は、Ｓ１１４の処理により、燃料電池３００から第二モータ４２０等への電力供給は、結果的に禁止されている。これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００を介した電力供給は行われないことになる。

次に、Ｓ１１３で否定判定されることは、第二モータ４２０および車両補機類４５０に対して、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００を介さずにバッテリ４００から十分な電力を供給することができないことを意味する。この場合は、Ｓ１１５において、バッテリ４００が有する使用可能出力Ｐｂｔ２の全てが第二モータ４２０等に供給されることになる。このとき、第二モータ４２０の出力を最大限発揮させるために、バッテリ４００からの電力は優先的に第二モータ２００に供給され、残余電力が車両補機類４５０に供給されるのが好ましい。この場合、車両補機類４５０が十分に駆動されない可能性が生じる。Ｓ１１４又はＳ１１５の処理後、本制御を終了する。

本制御によると、第一モータ３２０等と第二モータ４２０等がそれぞれ燃料電池３００とバッテリ４００からの供給電力によって十分に駆動されるときは、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００を介した電力の供給は禁止される。一方で、車両１０の主駆動輪である後輪を駆動する第一モータ３２０について、その第一モータ３２０を駆動するのに必要な出力を燃料電池３００で賄うことができない場合に限って、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００を介してバッテリ４００から第一モータ３２０への電力供給が許可されることになる。このようにＤＣ−ＤＣコンバータ２００を介した電力供給の実行を所定の条件下に限定することで、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００における電力損失を回避し、以て各モータ等への電力の供給効率の低下を可及的に回避することができる。

図１に示す車両１００における第一モータ３２０と第二モータ４２０へ電力供給を行う際、その供給効率の低下を可及的に回避することが可能な電力供給制御の他の実施例について、図３及び図４に基づいて説明する。図３は、図２と同様に電力供給制御のフローを示す図であり、図４は、バッテリ４００における、蓄電状態（ＳＯＣ）と該バッテリ４００に対して行うべき充放電の程度を数値化した充放電負荷Ｐｂｔ３との相関を示す図である。

図３に示す電力供給制御において図２に示す電力供給制御と同一の処理については、同一の参照番号を付すことで、当該処理の詳細な説明は省略する。本実施例に係る電力供給制御においては、Ｓ１０５の処理後Ｓ２０１の処理が行われる。Ｓ２０１では、バッテリ４００の蓄電状態がＳＯＣで検出される。バッテリ４００において、完全充電状態の出力電圧をＳＯＣ１００％とし、蓄電量が零のときの出力電圧をＳＯＣ０％としたとき、現時点でのバッテリ４００による出力を、このＳＯＣで算出する。Ｓ２０１の処理が終了すると、Ｓ２０２へ進む。

Ｓ２０２では、Ｓ２０１で算出されたバッテリ４００のＳＯＣに基づいて、バッテリ４００のための充放電負荷Ｐｂｔ３が算出される。具体的には、図４に示すＳＯＣと充放電負荷Ｐｂｔ３との相関を表すマップがＥＣＵ５００内に格納されており、該マップにアクセスすることでＳ２０２の処理が行われる。ＳＯＣと充放電負荷Ｐｂｔ３との相関は、図４に示すように、ＳＯＣが４５％〜５５％の範囲（以下、「適正ＳＯＣ範囲」という。）では充放電負荷Ｐｂｔ３が零となる。このことは、バッテリ４００においては、バッテリ４００の出力特性の維持やバッテリ４００の劣化防止等の観点から、ＳＯＣがこの範囲にあるときがバッテリ４００の充電状態が最も好ましい状態であるので、バッテリ４００に対して充電又はバッテリ４００から放電を行う必要がないことを意味する。一方で、ＳＯＣが４５％以下であるときは、バッテリ４００の蓄電量が少ないことを意味し、充放電負荷Ｐｂｔ３が正の値となりバッテリ４００に対して充電を行う必要があり、そして充放電負荷Ｐｂｔ３の値が大きくなるに従い必要な充電量は増える。また、ＳＯＣが５５％以上であるときは、バッテリ４００の蓄電量が多いことを意味し、充放電負荷Ｐｂｔ３が負の値となりバッテリ４００から放電を行う必要があり、そして充放電負荷Ｐｂｔ３の値が小さくなるに従い必要な放電量は増える。Ｓ２０２の処理が終了すると、Ｓ２０３へ進む。

Ｓ２０３では、Ｓ１０５で算出された燃料電池３００の最大可能出力Ｐｆｃが、第一モータ３２０の要求出力Ｐｍ１と、燃料電池補機類３５０の駆動に要する出力であるＦＣ補機損αｆｃと、Ｓ２０２で算出された充放電負荷Ｐｂｔ３との和以上であるか否かが判定される。当該出力和は、実施例１で述べたように、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００を基準として、電気的に燃料電池３００側に配置されている装置等の駆動に要する出力と、バッテリ４００のＳＯＣを適正ＳＯＣ範囲に維持するのに必要な出力との和である。従って、Ｓ２０３における判定は、第一モータ３２０および燃料電池補機類３５０に対して、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００を介さずに燃料電池３００から電力を供給するとともに、燃料電池
３００の発電によりバッテリ４００を適正な充電状態に維持することができるか否かを判定するものと言うことができる。Ｓ２０３での判定において肯定判定されるとＳ２０４へ進み、否定判定されるとＳ２０５へ進む。

Ｓ２０３で肯定判定されることは、第一モータ３２０および燃料電池補機類３５０に対して、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００を介さずに燃料電池３００から電力を供給することができるとともに、燃料電池４００の充電状態を適正な状態にすることができることを意味する。そこで、Ｓ２０４では、燃料電池３００で発電された電力を、第一モータ３２０等に供給するとともに、バッテリ４００に対して充放電を行う。即ち、充放電負荷Ｐｂｔ３が正の値であれば燃料電池３００からバッテリ４００に対して電力が供給され、逆に充放電負荷Ｐｂｔ３が負の値であればバッテリ４００から電力が放電されて、その放電された電力は第一モータ３２０等に供給されることになる。この結果、第一モータ３２０等への電力供給はＤＣ−ＤＣコンバータ２００を介さずに行われるとともに、バッテリ４００の充電状態は適正な状態に維持される。

また、Ｓ２０３で否定判定されることは、第一モータ３２０および燃料電池補機類３５０に対して、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００を介さずに燃料電池３００から電力を供給することと、燃料電池４００の充電状態を適正な状態にすることを同時に達成することができないことを意味する。そこで、Ｓ２０５では、燃料電池３００によって発電された電力を優先的に第一モータ３２０等に供給し、充放電負荷Ｐｂｔ３が正の値であればその残余電力をバッテリ４００に供給する。尚、充放電負荷Ｐｂｔ３が負の値であれば、バッテリ４００から放出された電力を第一モータ３２０等に供給すればよい。

Ｓ２０４又はＳ２０５の処理が終了すると、Ｓ１１２へ進む。Ｓ１１２では、上述したように、バッテリ４００の使用可能出力Ｐｂｔ２が算出されるが、Ｓ２０４の処理後に行われるＳ１１２では、バッテリ４００のＳＯＣは必ず適正ＳＯＣ範囲に属しているため、バッテリ４００による電力供給が安定的に行うことが可能である。

本制御によると、実施例１と同様に、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００を介した電力供給の実行を所定の条件下に限定することで、ＤＣ−ＤＣコンバータ２００における電力損失を回避し、以て各モータ等への電力の供給効率の低下を可及的に回避することができる。更には、バッテリ４００の充電状態を可及的に適正な状態に維持することが可能となる。

本発明に係る電力供給システム（燃料電池システム）を搭載した車両の概略構成を表す図である。 図１に示す電力供給システムにおいて、車両の駆動装置に対して電力供給を行う制御に関する第一のフローチャートである。 図１に示す電力供給システムにおいて、車両の駆動装置に対して電力供給を行う制御に関する第二のフローチャートである。 本発明に係る電力供給システムに設けられたバッテリにおける、蓄電状態（ＳＯＣ）と該バッテリに対して行うべき充放電の程度を数値化した充放電負荷Ｐｂｔ３との相関を示す図である。

符号の説明

１００・・・・車両
２００・・・・ＤＣ−ＤＣコンバータ
３００・・・・燃料電池
３２０・・・・第一モータ
３５０・・・・燃料電池補機類
３７０・・・・後輪
４００・・・・バッテリ
４２０・・・・第二モータ
４５０・・・・車両補機類
４７０・・・・前輪
５００・・・・ＥＣＵ

Claims (4)

1. 車両に搭載され、該車両における主駆動輪を駆動させる第一駆動装置及び該車両における該主駆動輪以外の駆動輪を駆動させる第二駆動装置に電力を供給する電力供給システムであって、
   電力供給装置からの供給電力の出力特性の変換を行う電力変換装置と、
   酸素を含む酸化ガスと水素を含む燃料ガスとの電気化学反応によって発電された電力を、前記電力変換装置を介することなく前記第一駆動装置に電力を供給することが可能な、電力供給装置としての燃料電池と、
   前記電力変換装置を介して前記燃料電池と接続され、且つ電力の蓄電が可能であり該蓄電された電力を前記電力変換装置を介することなく前記第二駆動装置に供給することが可能な、電力供給装置としての蓄電装置と、
   前記車両からの出力要求に応じて、前記燃料電池と前記蓄電装置から、前記第一駆動装置と前記第二駆動装置に供給される電力を制御する電力制御部と、を備え、
   前記電力制御部は、
   前記車両からの出力要求が、前記第一駆動装置に供給すべき電力が前記燃料電池によって発電可能な電力以下となる範囲の通常出力要求であるときは、前記第一駆動装置及び前記第二駆動装置への電力供給は、それぞれ前記燃料電池及び前記蓄電装置によって為されるように電力供給を制御し、
   前記車両からの出力要求において前記第一駆動装置に供給すべき電力が前記燃料電池によって発電可能な電力を超えるとき、前記電力変換装置を介して前記蓄電装置から前記第一駆動装置への電力供給を許可する、
   電力供給システム。
2. 前記電力制御部は、
   前記第一駆動装置に供給すべき電力が前記燃料電池によって発電可能な電力以下であるときは、前記第一駆動装置への電力供給は前記燃料電池のみによって行われ、且つ前記第二駆動装置への電力供給は前記蓄電装置のみによって行われ、
   前記第一駆動装置に供給すべき電力が前記燃料電池によって発電可能な電力を超えるときは、前記第一駆動装置への電力供給は、前記燃料電池とともに前記電力変換装置を介して前記蓄電装置によっても行われるように電力供給を制御する、
   請求項１に記載の電力供給システム。
3. 前記電力制御部は、前記第一駆動装置に供給すべき電力が前記燃料電池によって発電可能な電力を超えるとき、該第一駆動装置に供給すべき電力から該燃料電池によって最大限に発電可能な電力を差し引いた不足分電力を、前記蓄電装置から該第一駆動装置に供給するように制御する、
   請求項１又は請求項２に記載の電力供給システム。
4. 前記蓄電装置は、前記燃料電池によって発電された発電電力、及び前記第一駆動装置と前記第二駆動装置のうち少なくとも何れかの回生によって生じる回生電力のうち少なくとも何れかの電力を蓄電するとともに、該蓄電された電力供給し、
   前記電力制御部は、前記蓄電装置の蓄電状態に応じて該蓄電装置に供給する電力又は該蓄電装置から供給される電力を決定するとともに、前記第一駆動装置に供給すべき電力に該決定された電力を加味して前記燃料電池によって発電される電力の供給を制御する、
   請求項１から請求項３の何れかに記載の電力供給システム。

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