JP5409702B2 - 燃料電池車両 - Google Patents

Description

この発明は、燃料電池と蓄電装置を用いて走行モータを駆動する燃料電池車両に関する。

燃料電池とバッテリを用いて走行モータを駆動する燃料電池車両が知られている（特許文献１、２）。特許文献１では、アクセル開度変化率ΔＡｃｃが大きいときにはバッテリアシスト量を大きくし、変化率ΔＡｃｃが小さいときはバッテリアシスト量を小さくする（要約）。変化率ΔＡｃｃに基づくバッテリアシスト量の調整は、走行要求パワーＰｄｒ＊と燃料電池の出力Ｐｆｃとの差分ΔＰが実質ゼロになるまで続けられる（図３のＳ１５０、Ｓ１５５、Ｓ１９０）。また、特許文献１では、通常モードの場合と比較して、スポーツモードが選択されているときは、バッテリアシスト量を大きくし、エコモードが選択されているときは、バッテリアシスト量を小さくする（要約、図８）。

また、特許文献２では、登坂時において燃料電池の温度上昇を抑制するため、燃料電池６の温度が閾値以上になったとき、空調装置２１の出力を低減させる。これにより、燃料電池６のラジエータ９の前方に配置された空調装置２１のコンデンサ２２からの廃熱量を減らすことで、ラジエータ９の冷却効率を高める（要約）。

特開２００７−０４３８５０号公報 特開２００９−０４６０２０号公報

上記のように、特許文献１では、アクセル開度変化率ΔＡｃｃや走行モードに応じてバッテリアシスト量を調整しているが、長距離登坂時（特に、高速登坂時）のバッテリアシスト量（バッテリからの出力）については何ら検討されていない。仮に、特許文献１の制御を長距離登坂時に適用し、走行要求パワーＰｄｒ＊と燃料電池の出力Ｐｆｃとの差分ΔＰが実質ゼロにならない状態が続いた場合、バッテリアシスト量が大きい状態が続き、バッテリの残容量がなくなってしまうおそれがある。この点に関し、特許文献２については何ら記載がない。

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、高速登坂時における蓄電装置からのアシストを好適なものとすることが可能な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、走行モータと、前記走行モータに電力を供給する燃料電池と、前記走行モータに電力を供給すると共に、前記走行モータの回生電力又は前記燃料電池の発電電力を充電可能な蓄電装置と、前記燃料電池の発電電力と、前記蓄電装置の出力電力と、前記走行モータの回生電力の供給先を制御する電力分配装置とを備えるものであって、さらに、前記燃料電池車両による長距離登坂を検知する長距離登坂検知手段と、前記長距離登坂検知手段が前記長距離登坂を検知した場合、当該長距離登坂の検知前に比して前記燃料電池の出力配分量が大きくなるように制御する制御手段とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、長距離登坂が検知された場合、当該長距離登坂の検知前に比して燃料電池の出力配分量が大きくなるように制御する。このため、蓄電装置の出力配分量が相対的に減少するため、燃料電池車両による長距離登坂中において大出力放電により蓄電装置の残容量（ＳＯＣ）が早期に低下し、蓄電装置によるアシストが早期に不能となることを防止することが可能となる。
前記長距離登坂検知手段が前記長距離登坂を検知した場合、前記長距離登坂を検知していない場合よりも、前記燃料電池の出力上限値を高くしてもよい。

前記燃料電池車両は、さらに、冷媒により前記燃料電池を冷却する冷却装置を備え、前記長距離登坂検知手段が前記長距離登坂を検知した場合、前記燃料電池の温度の上昇に応じてエアコンディショナの出力を制限してもよい。これにより、燃料電池車両が長距離登坂中であるとき、エアコンディショナの出力を制限することにより、余剰電力を走行モータの出力に回すことができるようになる。加えて、例えば、エアコンディショナからの熱が燃料電池若しくは冷媒の温度を上昇させている場合、又は燃料電池の冷媒をエアコンディショナの冷却用にも用いている場合、エアコンディショナの出力制限によりエアコンディショナの発熱を抑制することで、燃料電池の出力が上昇した場合でも、燃料電池を熱から良好に保護することが可能となり、さらには、燃料電池の過熱による燃料電池の出力及び効率の低下を防止することも可能となる。

前記蓄電装置は、バッテリであり、前記燃料電池の発電を行う前記バッテリの残容量の上限値を設定し、前記残容量が前記上限値を超えるとき、前記燃料電池の発電を行わず、前記長距離登坂検知手段が前記長距離登坂を検知した場合、前記残容量の上限値を高くしてもよい。これにより、長距離登坂中はバッテリのＳＯＣが高い場合でも燃料電池を発電させることができる。従って、長距離登坂のために要求される負荷が高い状態が続いても、燃料電池の出力が負荷に良好に追従するため、ＳＯＣが早期に低下し、バッテリによるアシストが早期に不能となることを防止することが可能となる。

前記残容量に応じて前記燃料電池の出力上限値を設定し、前記長距離登坂検知手段が前記長距離登坂を検知した場合、前記残容量が低い領域では、前記長距離登坂を検知していない場合よりも、前記長距離登坂を検知した場合の方が、前記燃料電池の出力上限値を低くしてもよい。これにより、燃料電池の過熱を抑制し、ドライバビリティを維持することが可能となる。

すなわち、この発明によれば、長距離登坂開始直後からＳＯＣが低い場合を除いて、長距離登坂時（特に、高速登坂時）はＳＯＣが徐々に低下していく可能性がある。長距離登坂中における燃料電池の出力制限値を大きく（開放）した場合、ＳＯＣが低くなるまでに発電により燃料電池が過熱状態になることが考えられる（燃料電池の発熱は、発電電流の二乗に比例するため、高電流となるほど、燃料電池の発熱量が増加する。）。そして、燃料電池が過熱状態になった場合、燃料電池の発電を大きく制限したり、燃料電池の発電を停止したりする措置を行う必要が生じる可能性がある。そのような措置が必要な場合、登坂の途中で大幅にドライバビリティが悪化するおそれが生じる。そこで、ＳＯＣが低い領域では、長距離登坂を検知した場合に、燃料電池の出力制限値を低くする。これにより、長距離登坂が続いたときでも、燃料電池の過熱を抑制し、ドライバビリティを維持することが可能となる。

併せて、発電効率が低い状態で燃料電池の出力を大きくすると、燃料ガスの消費も早くなってしまう。このため、上記構成によれば、長距離登坂時における燃料ガスの消費量を抑制し、燃料ガスの使い過ぎを防止することが可能となる。

この発明によれば、長距離登坂が検知された場合、当該長距離登坂の検知前に比して燃料電池の出力配分量が大きくなるように制御する。このため、蓄電装置の出力配分量が相対的に減少するため、燃料電池車両による長距離登坂中において大出力放電により蓄電装置の残容量が早期に低下し、蓄電装置によるアシストが早期に不能になることを防止することが可能となる。

この発明の一実施形態に係る燃料電池車両の概略構成図である。 前記実施形態におけるＤＣ／ＤＣコンバータの詳細を示す図である。 電子制御装置（ＥＣＵ）における基本的な制御のフローチャートである。 システム負荷を計算するフローチャート（図３のＳ２の詳細）である。 現在のモータ回転数とモータ予想消費電力との関係を示す図である。 エアコン電力制限値とＦＣ出力上限値を設定するフローチャートである。 バッテリのＳＯＣと前記ＦＣ出力上限値の関係を規制するＦＣ出力上限値テーブルを示す図である。 燃料電池用冷却水の温度とエアコン制限補正値の関係を規定するエアコン制限補正値テーブルを示す図である。 前記実施形態に係る電力系の第１変形例の概略構成を示すブロック図である。 前記実施形態に係る電力系の第２変形例の概略構成を示すブロック図である。 前記実施形態に係る電力系の第３変形例の概略構成を示すブロック図である。 図７のＦＣ出力上限値テーブルの変形例を示す図である。

１．全体的な構成の説明
［１−１．全体構成］
図１は、この発明の一実施形態に係る燃料電池車両１０（以下「ＦＣ車両１０」又は「車両１０」という。）の概略構成図である。ＦＣ車両１０は、車両電源システム１２（以下「電源システム１２」ともいう。）と、走行用のモータ１４と、インバータ１６とを有する。

電源システム１２は、燃料電池ユニット１８（以下「ＦＣユニット１８」という。）と、バッテリ２０と、電力分配装置２２と、電子制御装置２４（以下「ＥＣＵ２４」という。）とを有する。

［１−２．駆動系］
モータ１４は、ＦＣユニット１８及びバッテリ２０から供給される電力に基づいて駆動力を生成し、当該駆動力によりトランスミッション２６を通じて車輪２８を回転する。また、モータ１４は、回生を行うことで生成した電力（回生電力Ｐｒｅｇ）［Ｗ］をバッテリ２０に出力する。回生電力Ｐｒｅｇは、補機群（後述するエアポンプ３６、ウォータポンプ６８、エアコンディショナ１３０及び低電圧補機群１３４を含む。）に対して出力してもよい。

インバータ１６は、３相フルブリッジ型の構成とされて、直流／交流変換を行い、直流を３相の交流に変換してモータ１４に供給する一方、回生動作に伴う交流／直流変換後の直流を電力分配装置２２を通じてバッテリ２０等に供給する。

なお、モータ１４とインバータ１６を併せて負荷３０という。但し、負荷３０には、後述するエアポンプ３６、ウォータポンプ６８、エアコンディショナ１３０及び低電圧補機群１３４等の構成要素を含めることもできる。

［１−３．ＦＣユニット１８］
ＦＣユニット１８の燃料電池スタック３２（以下「ＦＣスタック３２」又は「ＦＣ３２」という。）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燃料電池セル（以下「ＦＣセル」又は「単セル」という。）を積層した構造を有する。ＦＣスタック３２には、水素タンク３４とエアポンプ３６が経路３８、４０を通じて接続されており、水素タンク３４からは一方の反応ガスである水素（燃料ガス）が、エアポンプ３６からは他方の反応ガスである圧縮空気（酸化剤ガス）が供給される。水素タンク３４及びエアポンプ３６からＦＣスタック３２に供給された水素と空気がＦＣスタック３２内で電気化学反応を起こすことにより発電が行われ、発電電力（ＦＣ電力Ｐｆｃ）［Ｗ］がモータ１４とバッテリ２０に供給される。

ＦＣスタック３２の発電電圧（以下「ＦＣ電圧Ｖｆｃ」という。）［Ｖ］は、電圧センサ４２により検出され、ＦＣスタック３２の発電電流（以下「ＦＣ電流Ｉｆｃ」という。）［Ａ］は、電流センサ４４により検出され、それぞれＥＣＵ２４に出力される。また、ＦＣスタック３２を構成する各ＦＣセルの発電電圧（以下「セル電圧Ｖｃｅｌｌ」という。）［Ｖ］は、電圧センサ４６により検出され、ＥＣＵ２４に出力される。

水素タンク３４とＦＣスタック３２とを結ぶ経路３８には、レギュレータ５０が設けられている。このレギュレータ５０には、エアポンプ３６とＦＣスタック３２とを結ぶ経路４０から分岐した経路５２が連結されており、エアポンプ３６からの圧縮空気が供給される。レギュレータ５０は、供給された圧縮空気の圧力に応じて弁の開度を変化させ、ＦＣスタック３２に供給する水素の流量を調整する。

ＦＣスタック３２の出口側に設けられた水素用の経路５４及び空気用の経路５６には、出口側の水素を外部に排出するパージ弁５８と空気の圧力を調整する背圧弁６０が設けられている。また、水素用の入口側の経路３８と出口側の経路５４とを結ぶ経路６２が設けられている。ＦＣスタック３２から排出された水素は、この経路６２を介してＦＣスタック３２の入口側に戻される。出口側の経路５４、５６には、圧力センサ６４、６６が設けられ、その検出値（圧力値）は、それぞれＥＣＵ２４に出力される。

さらに、ＦＣスタック３２を冷却するためのウォータポンプ６８がＦＣスタック３２に隣接して設けられている。ウォータポンプ６８が循環させる冷却水（冷媒）の温度Ｔｗ［℃］は、温度センサ７０によって検出され、ＥＣＵ２４に出力される。

［１−４．バッテリ２０］
バッテリ２０は、複数のバッテリセルを含む蓄電装置（エネルギストレージ）であり、例えば、リチウムイオン２次電池、ニッケル水素電池又はキャパシタ等を利用することができる。本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２０の出力電圧（以下「バッテリ電圧Ｖｂａｔ」という。）［Ｖ］は、電圧センサ７２により検出され、バッテリ２０の出力電流（以下「バッテリ電流Ｉｂａｔ」という。）［Ａ］は、電流センサ７４により検出され、それぞれＥＣＵ２４に出力される。なお、ＥＣＵ２４は、電圧センサ７０からのバッテリ電圧Ｖｂａｔと、電流センサ７２からのバッテリ電流Ｉｂａｔに基づいて、バッテリ２０の残容量（以下「ＳＯＣ」という。）［％］を算出する。

［１−５．電力分配装置２２］
電力分配装置２２は、ＦＣユニット１８からのＦＣ電力Ｐｆｃと、バッテリ２０から供給された電力（以下「バッテリ電力Ｐｂａｔ」という。）［Ｗ］と、モータ１４からの回生電力Ｐｒｅｇとの供給先を制御する。

図２には、本実施形態における電力分配装置２２の詳細が示されている。図２に示すように、電力分配装置２２は、一方がバッテリ２０のある１次側１Ｓに接続され、他方が負荷３０とＦＣ３２との接続点である２次側２Ｓに接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ７８を有する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ７８は、１次側１Ｓの電圧（１次電圧Ｖ１）［Ｖ］を２次側２Ｓの電圧（２次電圧Ｖ２）［Ｖ］（Ｖ１≦Ｖ２）に昇圧するとともに、２次電圧Ｖ２を１次電圧Ｖ１に降圧する昇降圧型且つチョッパ型の電圧変換装置である。

図２に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ７８は、１次側１Ｓと２次側２Ｓとの間に配される相アームＵＡと、リアクトル８０とから構成される。

相アームＵＡは、上アーム素子（上アームスイッチング素子８２とダイオード８４）と下アーム素子（下アームスイッチング素子８６とダイオード８８）とで構成される。上アームスイッチング素子８２と下アームスイッチング素子８６には、例えば、ＭＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴが採用される。

リアクトル８０は、相アームＵＡの中点（共通接続点）とバッテリ２０の正極との間に挿入され、ＤＣ／ＤＣコンバータ７８により１次電圧Ｖ１と２次電圧Ｖ２との間で電圧を変換する際に、エネルギを放出及び蓄積する作用を有する。

上アームスイッチング素子８２は、ＥＣＵ２４から出力されるゲート駆動信号（駆動電圧）ＵＨのハイレベルによりオンにされ、下アームスイッチング素子８６は、ゲートの駆動信号（駆動電圧）ＵＬのハイレベルによりオンにされる。

なお、ＥＣＵ２４は、１次側の平滑コンデンサ９２に並列に設けられた電圧センサ９０により１次電圧Ｖ１を検出し、電流センサ９４により１次側の電流（１次電流Ｉ１）［Ａ］を検出する。また、ＥＣＵ２４は、２次側の平滑コンデンサ９８に並列に設けられた電圧センサ９６により２次電圧Ｖ２を検出し、電流センサ１００により２次側の電流（２次電流Ｉ２）［Ａ］を検出する。

［１−６．ＥＣＵ２４］
ＥＣＵ２４は、通信線１０２（図１）を介して、モータ１４、インバータ１６、ＦＣユニット１８、バッテリ２０及び電力分配装置２２（ＤＣ／ＤＣコンバータ７８）を制御する。当該制御に際しては、メモリ（ＲＯＭ）に格納されたプログラムを実行し、また、電圧センサ４２、４６、７２、９０、９６、電流センサ４４、７４、９４、１００、圧力センサ６４、６６、温度センサ７０等の各種センサの検出値を用いる。

ここでの各種センサには、開度センサ１１０、回転数センサ１１２及び勾配センサ１１６（図１）が含まれる。開度センサ１１０は、アクセルペダル１１８の開度（以下「アクセル開度θ」又は「開度θ」という。）［度］を検出する。回転数センサ１１２は、モータ１４の回転数（以下「モータ回転数Ｎｍ」又は「回転数Ｎｍ」という。）［ｒｐｍ］を検出する。勾配センサ１１６は、路面の勾配Ａ（車両１０の前後方向の傾き）［°］を検出する。さらに、ＥＣＵ２４には、メインスイッチ１２０（以下「メインＳＷ１２０」という。）が接続される。メインＳＷ１２０は、ＦＣユニット１８及びバッテリ２０からモータ１４への電力供給の可否を切り替えるものであり、ユーザにより操作可能である。

ＥＣＵ２４は、マイクロコンピュータを含み、必要に応じて、タイマ、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等の入出力インタフェースを有する。なお、ＥＣＵ２４は、１つのＥＣＵのみからなるのではなく、モータ１４、ＦＣユニット１８、バッテリ２０及び電力分配装置２２（ＤＣ／ＤＣコンバータ７８）毎の複数のＥＣＵから構成することもできる。

本実施形態のＥＣＵ２４は、発電制御機能１２２及び長距離登坂検知機能１２４を備える。発電制御機能１２２は、ＦＣ３２の発電を制御する機能である。長距離登坂検知機能１２４は、車両１０による長距離登坂を検知する機能である。これらの機能１２２、１２４の詳細は後述する。

［１−７．エアコンディショナ１３０］
図１に示すように、車両１０は、さらに、エアコンディショナ１３０を有する。また、エアコンディショナ１３０のコンデンサ（図示せず）は、ＦＣ３２のラジエータ（図示せず）の前方に配置されている。前記コンデンサ及び前記ラジエータの詳細（配置を含む。）については、例えば、特許文献２に記載のものを用いることができる。

エアコンディショナ１３０は、ＥＣＵ２４からの指令に基づき作動し、その際の電力は、ＦＣ３２、バッテリ２０及びモータ１４の少なくとも１つから得る。

［１−８．ダウンバータ１３２及び低電圧補機群１３４］
図１に示すように、車両１０は、さらに、ダウンバータ１３２（以下「ＤＶ１３２」ともいう。）と、低電圧補機群１３４とを有する。ＤＶ１３２からの出力は、図示しない低電圧バッテリに出力してもよい。ＤＶ１３２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ７８の１次電圧Ｖ１を降圧し、低電圧補機群１３４に出力する。低電圧補機群１３４には、例えば、灯火類、各種センサ、ＥＣＵ２４が含まれる。

２．本実施形態の制御
次に、ＥＣＵ２４における制御について説明する。

［２−１．基本制御］
図３には、ＥＣＵ２４における基本的な制御のフローチャートが示されている。ステップＳ１において、ＥＣＵ２４は、メインＳＷ１２０がオンであるかどうかを判定する。メインＳＷ１２０がオンでない場合（Ｓ１：ＮＯ）、ステップＳ１を繰り返す。メインＳＷ１２０がオンである場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、ステップＳ２に進む。ステップＳ２において、ＥＣＵ２４は、電源システム１２に要求される負荷（システム負荷Ｌｓ）［Ｗ］を計算する。

ステップＳ３において、ＥＣＵ２４は、電源システム１２のエネルギマネジメントを行う。ここにいうエネルギマネジメントは、主として、ＦＣ３２の発電量（ＦＣ電力Ｐｆｃ）及びバッテリ２０の出力（バッテリ出力Ｐｂａｔ）を算出する処理であり、ＦＣスタック３２の劣化を抑制しつつ、電源システム１２全体の出力を効率化することを企図している。

具体的には、ＥＣＵ２４は、ステップＳ２で算出したシステム負荷Ｌｓから、ＦＣ３２が負担すべき燃料電池分担負荷（要求出力）Ｌｆｃと、バッテリ２０が負担すべきバッテリ分担負荷（要求出力）Ｌｂａｔと、回生電源（モータ１４）が負担すべき回生電源分担負荷Ｌｒｅｇの配分（分担）を調停しながら決定する。

ステップＳ４において、ＥＣＵ２４は、ステップＳ３で求めた燃料電池分担負荷Ｌｆｃ等に基づいてＦＣスタック３２の周辺機器、すなわち、エアポンプ３６、パージ弁５８、背圧弁６０及びウォータポンプ６８の制御（ＦＣ発電制御）を行う。ステップＳ５において、ＥＣＵ２４は、回転数センサ１１２からモータ回転数Ｎｍと開度センサ１１０からアクセルペダル１１８の開度θ等に基づいてモータ１４のトルク制御を行う。

ステップＳ６において、ＥＣＵ２４は、メインＳＷ１２０がオフであるかどうかを判定する。メインＳＷ１２０がオフでない場合（Ｓ６：ＮＯ）、ステップＳ２に戻る。メインＳＷ１２０がオフである場合（Ｓ６：ＹＥＳ）、今回の処理を終了する。

［２−２．システム負荷Ｌｓの計算］
図４には、システム負荷Ｌｓを計算するフローチャートが示されている。ステップＳ１１において、ＥＣＵ２４は、開度センサ１１０からアクセルペダル１１８の開度θを読み込む。ステップＳ１２において、ＥＣＵ２４は、回転数センサ１１２からモータ１４の回転数Ｎｍ［ｒｐｍ］を読み込む。

ステップＳ１３において、ＥＣＵ２４は、開度θと回転数Ｎｍに基づいてモータ１４の予想消費電力Ｐｍ［Ｗ］を算出する。具体的には、図５に示すマップにおいて、開度θ毎に回転数Ｎｍと予想消費電力Ｐｍの関係を記憶しておく。例えば、開度θがθ１であるとき、特性１４０を用いる。同様に、開度θがθ２、θ３、θ４、θ５、θ６であるとき、それぞれ特性１４２、１４４、１４６、１４８、１５０を用いる。そして、開度θに基づいて回転数Ｎｍと予想消費電力Ｐｍとの関係を示す特性を特定した上で、回転数Ｎｍに応じた予想消費電力Ｐｍを特定する。

ステップＳ１４において、ＥＣＵ２４は、各補機から現在の動作状況を読み込む。ここでの補機には、例えば、エアポンプ３６、ウォータポンプ６８及び図示しないエアコンディショナを含む高電圧系の補機や、図示しない低電圧バッテリ、アクセサリ及びＥＣＵ２４を含む低電圧系の補機が含まれる。例えば、エアポンプ３６及びウォータポンプ６８であれば、回転数Ｎａｐ、Ｎｗｐ［ｒｐｍ］を読み込む。前記エアコンディショナであれば、その出力設定を読み込む。

ステップＳ１５において、ＥＣＵ２４は、各補機の現在の動作状況に応じて補機の消費電力Ｐａ［Ｗ］を算出する。ステップＳ１６において、ＥＣＵ２４は、モータ１４の予想消費電力Ｐｍと補機の消費電力Ｐａを加算してＦＣ車両１０全体での予想消費電力（すなわち、システム負荷Ｌｓ）を算出する。

［２−３．エアコンディショナ１３０及びＦＣ３２の出力制限］
本実施形態では、車両１０が長距離登坂中（特に、高速登坂中）であるか否かに応じて、エアコンディショナ１３０の消費電力及びＦＣ３２の発電電力に制限値（上限値）を設ける。すなわち、エアコンディショナ１３０の消費電力の制限値（以下「エアコン電力制限値Ｐａｌｉｍ」という。）は、図３のステップＳ２（より詳しくは、図４のステップＳ１５）において、補機の消費電力Ｐａを算出する際に用いられる。また、ＦＣ電力Ｐｆｃの上限値（以下「ＦＣ出力上限値Ｐｆｃｌｉｍ」という。）は、図３のステップＳ３において燃料電池分担負荷量Ｌｆｃを算出する際に用いられる。

図６は、エアコン電力制限値ＰａｌｉｍとＦＣ出力上限値Ｐｆｃｌｉｍを設定するフローチャートである。ステップＳ２１において、ＥＣＵ２４（発電制御機能１２２）は、ＦＣ１次側供給電力Ｐｓｕｐを演算する。ＦＣ１次側供給電力Ｐｓｕｐは、ＦＣ３２の発電量（すなわち、ＦＣ出力Ｐｆｃ）からモータ１４の出力及びエアポンプ３６の消費電力を引いたものであり、モータ１４及びエアポンプ３６以外の負荷に供給可能な電力を示す。

ステップＳ２２において、ＥＣＵ２４は、車両１０が高速登坂中であると判定するための第１の条件（以下「高速登坂条件１」という。）として、車速Ｖ［ｋｍ／ｈ］が、車両１０が高速登坂中であるか否かを判定するための車速閾値ＴＨＶ１（以下「閾値ＴＨＶ１」ともいう。）以上であるか否かを判定する。車速Ｖは、モータ回転数Ｎｍに基づいてＥＣＵ２４が算出する。車速Ｖが閾値ＴＨＶ１以上でない場合（Ｓ２２：ＮＯ）、車両１０は高速登坂中ではないと判定する。

そこで、ステップＳ２３において、ＥＣＵ２４は、高速登坂中であるとの判定を確定するためのカウンタＣにゼロを入力し、カウンタＣをリセットする。続くステップＳ２４において、ＥＣＵ２４は、エアコン電力制限値Ｐａｌｉｍを以下の式（１）に基づいて算出する。
Ｐａｌｉｍ＝ＦＣ１次側供給電力Ｐｓｕｐ＋バッテリ出力制限値Ｐｂｌｉｍ−ＤＶ消費電力Ｐｄｖ ・・・（１）

上記式（１）において、「ＤＶ消費量」は、ダウンバータ１３２の消費量を示す。

続くステップＳ２５において、ＥＣＵ２４は、バッテリ２０のＳＯＣに基づいてＦＣ出力上限値Ｐｆｃｌｉｍを設定する。より具体的には、図７に示すＦＣ出力上限値テーブルにおける通常時のＦＣ出力上限値特性１６０を用いてＳＯＣに応じたＦＣ出力上限値Ｐｆｃｌｉｍを設定する。

図７からわかるように、ＦＣ出力上限値テーブルにおける通常のＦＣ出力上限値特性１６０は、ＳＯＣがＳＯＣ１以上のときはＦＣ出力上限値Ｐｆｃｌｉｍがゼロとなる。これは、ＳＯＣが過度に大きい場合、ＦＣ３２による発電をするよりはバッテリ２０からの電力を用いた方が、電源システム１２全体での発電効率が高くなるためである。また、通常のＦＣ出力上限値特性１６０は、ＳＯＣがＳＯＣ１未満のとき、ＳＯＣが低くなるに連れてＦＣ出力上限値Ｐｆｃｌｉｍが大きくなる。これは、ＳＯＣが低いほど、バッテリ２０の出力不足をＦＣ３２の出力で補うと共に、余剰電力をバッテリ２０に充電するためである。

ステップＳ２２に戻り、車速Ｖが閾値ＴＨＶ１以上であり、高速登坂条件１が満たされる場合（Ｓ２２：ＹＥＳ）、ステップＳ２６において、ＥＣＵ２４は、車両１０が高速登坂中であると判定するための第２の条件（以下「高速登坂条件２」という。）として、勾配センサ１１６が検出した勾配Ａが、車両１０が高速登坂中であるか否かを判定するための勾配閾値ＴＨＡ１（以下「閾値ＴＨＡ１」ともいう。）以上であるか否かを判定する。勾配Ａが閾値ＴＨＡ１以上でない場合（Ｓ２６：ＮＯ）、車両１０は高速登坂中ではないと判定し、ステップＳ２３に進み、上記と同様の処理を行う。

勾配Ａが閾値ＴＨＡ１以上である場合（Ｓ２６：ＹＥＳ）、ステップＳ２７において、ＥＣＵ２４は、高速登坂中であるとの判定を確定すべきか否かを判定する。具体的には、前記カウンタＣが、当該判定を確定するためのカウンタ閾値ＴＨＣ１以上であるか否かを判定する。カウンタＣが閾値ＴＨＣ１以上でない場合（Ｓ２７：ＮＯ）、ステップＳ２８において、ＥＣＵ２４は、カウンタＣに１を加算してステップＳ２４に進む。カウンタＣが閾値ＴＨＣ１以上である場合（Ｓ２７：ＹＥＳ）、車両１０が高速登坂中であるとの判定を確定し、ステップＳ２９に進む。

ステップＳ２９において、ＥＣＵ２４は、エアコン制限補正値α（以下「補正値α」ともいう。）を設定する。補正値αは、高速登坂中におけるエアコンディショナ１３０の出力を制限するための値であり、温度センサ７０が検出した冷却水の水温Ｔｗに基づいて設定する。より具体的には、図８に示すエアコン制限補正値テーブルにおいて、冷却水の水温Ｔｗに対応するエアコン制限補正値αを用いる。

図８からわかるように、エアコン制限補正値テーブルでは、水温Ｔｗが閾値Ｔｗ１以下であるとき、補正値αが一定である。また、水温Ｔｗが閾値Ｔｗ１を上回るとき、補正値αが徐々に増加する。これにより、水温Ｔｗが閾値Ｔｗ１を上回るとき、水温Ｔｗが大きくなるほど、エアコンディショナ１３０の出力制限を大きくする。従って、水温Ｔｗが高いほど、ＦＣ３２の温度上昇を抑制することが可能となる。

図６のステップＳ３０において、ＥＣＵ２４は、高速登坂時のエアコン電力制限値Ｐａｌｉｍを以下の式（２）に基づいて算出する。
Ｐａｌｉｍ＝ＦＣ１次側供給電力Ｐｓｕｐ−エアコン制限補正値α−ＤＶ消費電力Ｐｄｖ ・・・（２）

高速登坂中でない場合（通常時）のエアコン電力制限値Ｐａｌｉｍ｛上記式（１）｝と比較すると、高速登坂中である場合のエアコン電力制限値Ｐａｌｉｍ｛上記式（２）｝では、エアコン制限補正値αの減算（Ｓ３０）が追加されると共に、バッテリ出力制限値Ｐｂｌｉｍの加算がなくなっている。これにより、エアコンディショナ１３０の電力消費を抑え、モータ１４の出力に電力を回すことでドライバビリティを向上することができる。また、バッテリ２０からの出力を抑制することにより、高速登坂中にバッテリ２０が過度に放電することを防止することが可能となる。

ステップＳ３１において、ＥＣＵ２４は、バッテリ２０のＳＯＣに基づいてＦＣ出力上限値Ｐｆｃｌｉｍを設定する。より具体的には、図７に示すＦＣ出力上限値テーブルにおける高速登坂時のＦＣ出力上限値特性１６２を用いてＳＯＣに応じたＦＣ出力上限値Ｐｆｃｌｉｍを設定する。

図７からわかるように、高速登坂時のＦＣ出力上限値特性１６２は、ＳＯＣがＳＯＣ２以上のときはＦＣ出力上限値Ｐｆｃｌｉｍがゼロとなる。通常時のＦＣ出力上限値特性１６０と比較して、ＦＣ出力上限値ＰｆｃｌｉｍがゼロとなるＳＯＣが高くなっているのは、長距離登坂のために要求されるシステム負荷Ｌｓが高い状態が続いても、バッテリ２０のＳＯＣが最低値（例えば、ゼロ）になることを防止するためである。

また、高速登坂時のＦＣ出力上限値特性１６２は、ＳＯＣがＳＯＣ３未満のとき、通常時のＦＣ出力上限値特性１６０よりもＦＣ出力上限値Ｐｆｃｌｉｍが低くなっている。これは、ＦＣ３２の過熱を抑制し、ドライバビリティを維持するためである。

すなわち、本実施形態によれば、長距離登坂開始直後からＳＯＣが低い場合を除いて、長距離登坂時（特に、高速登坂時）はＳＯＣが徐々に低下していく可能性がある。本実施形態では、長距離登坂中（ＳＯＣがＳＯＣ３以上ＳＯＣ２以下の領域）におけるＦＣ出力上限値Ｐｆｃｌｉｍを大きく（開放）することから、ＳＯＣが低くなるまでに発電によりＦＣ３２が過熱状態になることが考えられる（ＦＣ３２の発熱は、ＦＣ電流Ｉｆｃの二乗に比例するため、高電流となるほど、ＦＣ３２の発熱量が増加する。）。そして、ＦＣ３２が過熱状態になった場合、ＦＣ３２の発電を大きく制限したり、ＦＣ３２の発電を停止したりする措置を行う必要が生じる可能性がある。そのような措置が必要な場合、登坂の途中で大幅にドライバビリティが悪化するおそれが生じる。本実施形態によれば、低ＳＯＣ側（ＳＯＣ３未満）において、通常時に行っているＳＯＣ回復のためのＦＣ出力上限値Ｐｆｃｌｉｍを大きく（開放）しないようにする。これにより、長距離登坂が続いたときでも、ＦＣ３２の過熱を抑制し、ドライバビリティを維持することが可能となる。

併せて、発電効率が低い状態でＦＣ出力Ｐｆｃを大きくすると、燃料ガスの消費も早くなってしまう。このため、長距離登坂時における燃料ガスの消費量を抑制し、燃料ガスの使い過ぎを防止することが必要となる。

３．本実施形態の効果
以上説明したように、本実施形態によれば、長距離登坂（特に、長距離高速登坂）が検知された場合、当該長距離登坂の検知前に比して燃料電池分担負荷Ｌｆｃ（出力配分量）が大きくなるように制御する（図７においてＳＯＣがＳＯＣ３を上回る場合、ＦＣ出力上限値Ｐｆｃｌｉｍを大きくする。）。このため、バッテリ分担負荷Ｌｂａｔが相対的に減少するため、ＦＣ車両１０による長距離登坂中において大出力放電によりバッテリ２０のＳＯＣが早期に低下し、バッテリ２０によるアシストが不能となること（いわゆるバッテリ切れ）を防止することが可能となる。

本実施形態において、ＥＣＵ２４（長距離登坂判定機能１２４）が長距離登坂を検知した場合、冷却水の温度Ｔｗの上昇に応じてエアコンディショナ１３０の出力を制限する。これにより、ＦＣ車両１０が長距離登坂中であるとき、エアコンディショナ１３０の出力を制限することにより、余剰電力をモータ１４の出力に回すことができるようになる。加えて、例えば、エアコンディショナ１３０からの熱がＦＣ３２若しくは冷媒の温度を上昇させている場合、又はＦＣ３２の冷媒をエアコンディショナ１３０の冷却用にも用いている場合、エアコンディショナ１３０の出力制限によりエアコンディショナ１３０の発熱を抑制することで、ＦＣ出力Ｐｆｃが上昇した場合でも、ＦＣ３２を熱から良好に保護することが可能となり、さらには、ＦＣ３２の過熱によるＥＣ３２の出力及び効率の低下を防止することも可能となる。

本実施形態では、ＦＣ３２の発電を行うＳＯＣの上限値ＳＯＣ１、ＳＯＣ２を設定し、ＳＯＣが上限値ＳＯＣ１、ＳＯＣ２を超えるとき、ＦＣ３２の発電を行わず、ＥＣＵ２４（長距離登坂判定機能１２４）が長距離登坂を検知した場合、ＳＯＣの上限値を高くする。これにより、長距離登坂中はＳＯＣが高い場合でもＦＣ３２を発電させることができる。従って、長距離登坂のために要求されるシステム負荷Ｌｓが高い状態が続いても、ＦＣ３２の出力が良好に追従するため、ＳＯＣが早期に低下し、バッテリ２０によるアシストが早期に不能となることを防止することが可能となる。

本実施形態では、ＳＯＣに応じてＦＣ出力上限値Ｐｆｃｌｉｍを設定し、ＥＣＵ２４（長距離登坂判定機能１２４）が長距離登坂を検知した場合、ＳＯＣが低い領域では、長距離登坂を検知していない場合よりも、長距離登坂を検知した場合の方が、ＦＣ出力上限値Ｐｆｃｌｉｍを低くする（図７）。これにより、ＦＣ３２の過熱を抑制し、ドライバビリティを維持することが可能となる。

すなわち、本実施形態によれば、長距離登坂開始直後からＳＯＣが低い場合を除いて、長距離登坂時（特に、高速登坂時）はＳＯＣが徐々に低下していく可能性がある。本実施形態では、長距離登坂中におけるＦＣ出力上限値Ｐｆｃｌｉｍを大きく（開放）することから、ＳＯＣが低くなるまでに発電によりＦＣ３２が過熱状態になることが考えられる（ＦＣ３２の発熱は、ＦＣ電流Ｉｆｃの二乗に比例するため、高電流となるほど、ＦＣ３２の発熱量が増加する。）。そして、ＦＣ３２が過熱状態になった場合、ＦＣ３２の発電を大きく制限したり、ＦＣ３２の発電を停止したりする措置を行う必要が生じる可能性がある。そのような措置が必要な場合、登坂の途中で大幅にドライバビリティが悪化するおそれが生じる。本実施形態によれば、低ＳＯＣ側（ＳＯＣ３未満）において、通常時に行っているＳＯＣ回復のためのＦＣ出力上限値Ｐｆｃｌｉｍを大きく（開放）しないようにする。これにより、長距離登坂が続いたときでも、ＦＣ３２の過熱を抑制し、ドライバビリティを維持することが可能となる。

併せて、発電効率が低い状態でＦＣ出力Ｐｆｃを大きくすると、燃料ガスの消費も早くなってしまう。このため、本実施形態によれば、長距離登坂時における燃料ガスの消費量を抑制し、燃料ガスの使い過ぎを防止することが可能となる。

４．変形例
なお、この発明は、上記実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。例えば、以下の構成を採用することができる。

［４−１．適用対象］
上記実施形態では、電源システム１２をＦＣ車両１０に適用した例を示したが、これに限らず、電源システム１２を別の対象に適用してもよい。例えば、電動アシスト自転車、船舶や航空機等の移動体に適用することもできる。

［４−２．電源システム１２の構成］
上記実施形態では、ＦＣ３２とバッテリ２０を並列に配置し、バッテリ２０の手前にＤＣ／ＤＣコンバータ７８を配置する構成としたが、これに限らない。例えば、図９に示すように、ＦＣ３２とバッテリ２０を並列に配置し、昇圧式、降圧式又は昇降圧式のＤＣ／ＤＣコンバータ１７０をＦＣ３２の手前に配置する構成であってもよい。或いは、図１０に示すように、ＦＣ３２とバッテリ２０を並列に配置し、ＦＣ３２の手前にＤＣ／ＤＣコンバータ１７０を、バッテリ２０の手前にＤＣ／ＤＣコンバータ７８を配置する構成であってもよい。或いは、図１１に示すように、ＦＣ３２とバッテリ２０を直列に配置し、バッテリ２０とモータ１４の間にＤＣ／ＤＣコンバータ７８を配置する構成であってもよい。

［４−３．長距離登坂（高速登坂）の判定］
上記実施形態では、長距離登坂中（特に、高速登坂中）であるか否かの判定を、モータ回転数Ｎｍに基づいて算出した車速Ｖと勾配センサ１１６からの勾配Ａとに基づいて行ったが（図６のＳ２２、Ｓ２６）、これに限らない。例えば、図示しないナビゲーション装置からの位置情報に基づいて判定した車速を用いてもよい。また、前記ナビゲーション装置に道路の勾配情報を記憶しておき、又は図示しない無線通信手段を用いて外部機器（サーバ等）から当該勾配情報を取得し、当該勾配情報を用いてもよい。

［４−４．ＦＣ３２の出力制限］
上記実施形態では、高速登坂中以外の場合と比べ、ＳＯＣがＳＯＣ３より大きい範囲で、高速登坂中におけるＦＣ出力上限値Ｐｆｃｌｉｍを大きく（開放）した。しかし、ＦＣ出力上限値Ｐｆｃｌｉｍを大きくする範囲は、これに限らない。例えば、図１２に示すように、ＳＯＣが低い領域でも、高速登坂時のＦＣ出力上限値特性１８２が、通常時のＦＣ出力上限値特性１８０を上回るようにしてもよい。また、ＦＣ出力上限値Ｐｆｃｌｉｍを大きくする代わりに、高速登坂中は、通常時のＦＣ出力Ｐｆｃに所定の係数を乗算する又は所定の値を加算してもよい。

上記実施形態では、高速登坂中以外の場合と比べ、高速登坂中の場合、ＦＣ３２の発電を行うＳＯＣの上限値を高く設定したが（通常時：ＳＯＣ１→高速登坂時：ＳＯＣ２）、ＦＣ３２の発電を行うＳＯＣの上限値の設定は、これに限らない。例えば、高速登坂中の場合、当該上限値を設けない構成も可能である。或いは、高速登坂時とそれ以外の場合とで、当該上限値を同じにする構成も可能である。

［４−５．エアコンディショナ１３０の出力制限］
上記実施形態では、高速登坂中の場合、ＦＣ３２用の冷却水の温度Ｔｗに応じてエアコン電力制限値Ｐａｌｉｍを設定したが（図８）、高速登坂中におけるエアコンディショナ１３０の出力制限は、これに限らない。例えば、高速登坂中の場合、システム負荷Ｌｓ又は燃料電池分担負荷Ｌｆｃが大きいほどエアコン電力制限値Ｐａｌｉｍを大きく設定してもよい。或いは、高速登坂中の場合、勾配Ａが大きいほど又は車速Ｖが高いほどエアコン電力制限値Ｐａｌｉｍを大きく設定してもよい。或いは、高速登坂中の場合、エアコンディショナ１３０の出力を所定の最低値（ゼロを含む。）にしてもよい。

上記実施形態では、高速登坂中にエアコン電力制限値Ｐａｌｉｍを設けたが、設けない構成も可能である。

１０…燃料電池車両 １４…走行モータ
２０…バッテリ（蓄電装置） ２２…電力分配装置
２４…ＥＣＵ ３２…燃料電池スタック
６８…ウォータポンプ（冷却装置） ７８…ＤＣ／ＤＣコンバータ
１２２…発電制御機能
１２４…長距離登坂検知機能（長距離登坂検知手段）

Claims (3)

1. 走行モータと、
   前記走行モータに電力を供給する燃料電池と、
   前記走行モータに電力を供給すると共に、前記走行モータの回生電力又は前記燃料電池の発電電力を充電可能な蓄電装置と、
   前記燃料電池の発電電力と、前記蓄電装置の出力電力と、前記走行モータの回生電力の供給先を制御する電力分配装置と
   を備える燃料電池車両であって、さらに、
   前記燃料電池車両による長距離登坂を検知する長距離登坂検知手段と、
   前記長距離登坂検知手段が前記長距離登坂を検知した場合、当該長距離登坂の検知前に比して前記燃料電池の出力配分量が大きくなるように制御する制御手段と
   を備え、
   前記蓄電装置はバッテリであり、
   前記燃料電池の発電を行う前記バッテリの残容量の上限値を設定し、前記残容量が前記上限値を超えるとき、前記燃料電池の発電を行わず、
   前記長距離登坂検知手段が前記長距離登坂を検知した場合、前記残容量の上限値を高くする
   ことを特徴とする燃料電池車両。
2. 走行モータと、
   前記走行モータに電力を供給する燃料電池と、
   前記走行モータに電力を供給すると共に、前記走行モータの回生電力又は前記燃料電池の発電電力を充電可能な蓄電装置と、
   前記燃料電池の発電電力と、前記蓄電装置の出力電力と、前記走行モータの回生電力の供給先を制御する電力分配装置と
   を備える燃料電池車両であって、さらに、
   前記燃料電池車両による長距離登坂を検知する長距離登坂検知手段と、
   前記長距離登坂検知手段が前記長距離登坂を検知した場合、当該長距離登坂の検知前に比して前記燃料電池の出力配分量が大きくなるように制御する制御手段と
   を備え、
   前記蓄電装置の残容量に応じて前記燃料電池の出力上限値を設定し、
   前記長距離登坂検知手段が前記長距離登坂を検知した場合、前記残容量が低い領域では、前記長距離登坂を検知していない場合よりも、前記長距離登坂を検知した場合の方が、前記燃料電池の出力上限値を低くする
   ことを特徴とする燃料電池車両。
3. 請求項１又は２記載の燃料電池車両において、
   冷媒により前記燃料電池を冷却する冷却装置を備え、
   前記長距離登坂検知手段が前記長距離登坂を検知した場合、前記燃料電池の温度の上昇に応じてエアコンディショナの出力を制限する
   ことを特徴とする燃料電池車両。

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