JP7027802B2

JP7027802B2 - 燃料電池車の電圧制御装置

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Publication number: JP7027802B2
Application number: JP2017204940A
Authority: JP
Inventors: 潤一松尾; 明宏神谷; 朋也小川; 真司麻生; 竜也深見; 隆男渡辺
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-10-25
Filing date: 2017-10-24
Publication date: 2022-03-02
Anticipated expiration: 2037-10-24
Also published as: JP2018074901A

Description

本発明は、燃料電池車の電圧制御装置に関する。

燃料ガスである水素と酸化剤ガスである空気中の酸素とを化学反応させて発電を行う燃料電池（以下、適宜にＦＣと記載する）を電源装置として搭載した燃料電池自動車（以下、適宜に燃料電池車と記載する）が提案されている。この燃料電池車には、通常、充放電可能な蓄電装置としてバッテリ（二次電池）が搭載される。バッテリは、システム始動時等の燃料電池から電力供給できない状態のときに走行用モーターに電力供給する、燃料電池による発電電力の余剰分を充電する、等のために用いられる。

燃料電池に供給される空気は、車載のエアコンプレッサ（以下、適宜にＡＣＰと記載する）によって外気から取り込まれて圧送される。エアコンプレッサは、その駆動源として内蔵したモーターが燃料電池の運転状態に応じて制御されることで、燃料電池に供給される空気量が調整されるようになっている。一方、燃料電池に供給される水素は、車載の水素タンクと燃料電池とを接続する水素流路の途中に設けられた例えば電動式開閉弁の開度を制御することにより調節される。

上記のような燃料ガスと酸化剤ガスとを化学反応させて発電を行う燃料電池を搭載した燃料電池車において、燃費の改善を図るために、例えば車速の値に応じて燃料電池の発電を抑制するアイドル発電抑制を実施することが知られている（例えば下記特許文献１）。下記特許文献１では、反応ガス供給手段の作動量を通常運転時よりも少なくするアイドル発電抑制を２段階で設け、これらアイドル発電抑制を車速の高低に応じて実施することで、供給電力不足を防止しつつ燃費を向上できる、とされている。

特開２０１２－２４４７１４号公報

ところで、通常、車両加速初期のエアコンプレッサ駆動は、バッテリからの電力で行う。しかし、例えば低温時或いはバッテリ充電率（ＳＯＣ）の低下時等の状況によりバッテリ出力が制限されると、エアコンプレッサ加速の電力を十分確保できず、燃料電池の発電量増加開始（立ち上がり）が遅延し、走行用モーターの加速タイミングが遅くなってしまう。この問題を解決することを意図して、燃料電池を発電待機させておくことで、車両加速初期の走行用モーターの駆動力を確保するという考え方があるが、この場合には、バッテリの充電過多となり電池が劣化してしまうおそれがある。

本発明は、バッテリからの出力が制限されている状況で車両の加速要求が行われた場合であっても、良好な加速応答性を確保しながらバッテリの劣化を抑制することができる燃料電池車の電圧制御装置を提供する。

本発明の第１の態様は、車両を駆動する駆動モーターへの電力供給源として燃料電池及び二次電池を備えた燃料電池車の電圧制御装置に関する。前記電圧制御装置は、前記燃料電池に空気を供給するエアコンプレッサと、前記燃料電池の発電電力を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記二次電池から前記エアコンプレッサに供給可能な電力が、前記エアコンプレッサの加速維持電力の下限値を下回ると判定した場合に、前記燃料電池で発電した電力を車両に設けられた電力駆動装置で消費している状態に維持し、車両加速要求が行われたときに前記消費させておいた電力を前記エアコンプレッサに供給する。

かかる構成によれば、車両加速要求が行われたときに、電力駆動装置で消費させておいた電力をエアコンプレッサに供給するため、二次電池からの出力が制限されている状況であったとしても、燃料電池の発電量増加の立ち上がりを早くすることができる。その結果、駆動モーターの加速タイミングを早くすることができる。また、燃料電池で発電した電力を電力駆動装置で消費させるため、燃料電池を発電させた状態としても二次電池の充電過多を抑制でき、二次電池の劣化を抑制することができる。

前記電力駆動装置は、補機であり、前記制御部は、車両加速要求が行われたときに、前記補機の消費電力を低減し、前記消費電力の低減量を、前記エアコンプレッサを加速させるために前記エアコンプレッサに供給してもよい。

燃料電池で発電した電力を補機で消費する一方、車両加速要求が行われたときには、補機での消費電力を低減し、前記消費電力の低減量を、エアコンプレッサを加速させるためにエアコンプレッサに供給する。これにより、車両加速要求が行われたときに、補機で消費させておいた電力を利用して早期にエアコンプレッサを加速させることができるため、燃料電池で発電した電力を駆動モーターへ早期に供給することができ、駆動モーターの加速タイミングを早くすることができる。

前記電力駆動装置は、エアコンプレッサであってもよく、前記制御部は、車両加速要求が行われたときに、前記燃料電池のカソード入口側流路とカソード出口側流路とを繋ぎ前記燃料電池をバイパスするバイパス流路に設けられた弁の開度を減少させてもよい。

燃料電池をバイパスするバイパス流路に配設された弁の開度を減少させることで、エアコンプレッサから燃料電池へ供給するガス量を増加させることができ、燃料電池の発電電力を上昇させることができる。これにより、燃料電池で発電した電力を駆動モーターへ早期に供給することができ、駆動モーターの加速タイミングを早くすることができる。

前記制御部は、車両加速要求が行われたときに、前記燃料電池から前記エアコンプレッサに供給する電力を低減させ、該電力の低減量の少なくとも一部を前記燃料電池から前記駆動モーターに供給してもよい。

車両加速要求が行われたときに、エアコンプレッサに供給する電力の低減量を燃料電池から駆動モーターに供給するので、駆動モーターの加速タイミングを早くすることができる。

本発明の第２の態様は、車両を駆動する駆動モーターへの電力供給源として燃料電池及び二次電池を備えた燃料電池車の電圧制御装置に関する。この電圧制御装置は、前記燃料電池に空気を供給するエアコンプレッサと、前記エアコンプレッサの加速に必要な電力を保持可能なコンデンサと、前記燃料電池の発電電力を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記二次電池から前記エアコンプレッサに供給可能な電力が、前記エアコンプレッサの加速維持電力の下限値を下回ると判定した場合に、前記コンデンサを昇圧状態に維持し、車両加速要求が行われたときに、前記コンデンサの昇圧電力を、前記エアコンプレッサを加速させるために前記エアコンプレッサに供給する。

車両加速要求が行われたときに、昇圧維持しておいたコンデンサの電力をエアコンプレッサに供給するので、エアコンプレッサの加速タイミングを早くすることができる。これにより、燃料電池で発電した電力を早期に駆動モーターに供給することができる。このようにコンデンサの電力を利用するので、従来のように燃料電池を発電待機させる場合に生じる二次電池の充電過多を抑えることができ、二次電池の劣化を抑制することができる。

本発明の第３の態様は、車両を駆動する駆動モーターへの電力供給源として燃料電池及び二次電池を備えた燃料電池車の電圧制御装置に関する。この電圧制御装置は、前記燃料電池に空気を供給するエアコンプレッサと、前記燃料電池の発電電力を消費する補機と、前記燃料電池の発電電力を制御するようにプログラムされた制御部と、を備え、前記制御部は、前記二次電池から前記エアコンプレッサに供給可能な電力が、前記エアコンプレッサの加速維持電力の下限値を下回ると判定した場合に、前記燃料電池で発電した電力を前記エアコンプレッサ及び前記補機のうちの少なくとも一方に消費させておき、車両加速要求が行われたときに、前記消費させておいた電力を前記エアコンプレッサを加速させるために使用するようにプログラムされている。

本発明によれば、バッテリからの出力が制限されている状況で車両の加速要求が行われた場合であっても、良好な加速応答性を確保しながらバッテリの劣化を抑制することができる燃料電池車の電圧制御装置を提供することができる。

本実施形態における燃料電池車の電圧制御装置の概略構成図である。図１に示す燃料電池に空気を供給する酸化ガス供給系の概略構成図である。図１に示す制御装置が実行する制御フローの一例を示すフローチャートである。図３に示す制御フローに対応するタイムチャートである。図１に示す制御装置が実行する制御フローの第１変形例を示すフローチャートである。第１変形例に対応するタイムチャートである。第２変形例に対応するタイムチャートである。図１に示す制御装置が実行する制御フローの第３変形例を示すフローチャートである。第３変形例に対応するタイムチャートである。

以下添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

まず、本実施形態における燃料電池車の電圧制御装置の構成について説明する。図１は、本実施形態における燃料電池車の電圧制御装置の概略構成図である。

図１に示すように、燃料電池車の電圧制御装置１００（以下、単に電圧制御装置１００とも称する）は、燃料電池１０、ＦＣ昇圧コンバータ２０、ＦＣリレー回路３０、パワーコントロールユニット（ＰＣＵ）４０、二次電池５０、制御装置６０、二次電池用リレー回路７０、補機バッテリ１０５、エアコンプレッサＭＧ１及び駆動モーター（トラクションモーター）ＭＧ２を備える。

燃料電池１０は、反応ガスである水素と酸素とを反応させて発電する電池である。電圧制御装置１００を搭載した車両は、反応ガスとしての水素を貯留した水素タンク(図示しない)を有し、当該水素タンクから燃料電池１０へ水素が供給される。エアコンプレッサＭＧ１により大気中の空気が圧縮され、反応ガスとしての酸素がエアコンプレッサＭＧ１から燃料電池１０へ供給される。エアコンプレッサＭＧ１を含む酸化ガス供給系の詳細は後述する。

ＦＣ昇圧コンバータ２０は、燃料電池１０が出力する電圧を、エアコンプレッサＭＧ１及びトラクションモーターＭＧ２の駆動電圧まで昇圧させる昇圧コンバーターである。ＦＣ昇圧コンバータ２０は、電荷を蓄えることができる第１コンデンサ２１を有している。第１コンデンサ２１には、第１コンデンサ２１の電圧を測定するための第１電圧計Ｖ１が並列に接続されている。トラクションモーターＭＧ２は、電圧制御装置１００を搭載している車両のタイヤを駆動させて、車両を走行させるモーターである。トラクションモーターＭＧ２は、燃料電池１０または二次電池５０から供給された電力によって駆動される。

ＦＣリレー回路３０は、ＦＣ昇圧コンバータ２０とＰＣＵ４０との間の電気的な接続と遮断とを切り替える回路である。図１に示すように、ＦＣリレー回路３０は、ＦＣ昇圧コンバータ２０とＰＣＵ４０との間に配置されている。ＦＣリレー回路３０は、ＦＣ第１メインリレーＦＣＲＢ、ＦＣ第１メインリレーＦＣＲＢと対を成すＦＣ第２メインリレーＦＣＲＧ、及びＦＣ第２メインリレーＦＣＲＧに並列に接続されているＦＣプリチャージリレーＦＣＲＰを有する。ＦＣプリチャージリレーＦＣＲＰは、極性を有しており、ＰＣＵ４０側の電位がＦＣ昇圧コンバータ２０側の電位よりも高い場合に、通電可能である。

ＦＣリレー回路３０における回路の開閉のタイミングの詳細については後述するが、電圧制御装置１００の起動時には、ＦＣ第１メインリレーＦＣＲＢが閉じられた後に、ＦＣプリチャージリレーＦＣＲＰが閉じられ、第２コンデンサ４１が充電された後に、ＦＣ第２メインリレーＦＣＲＧが閉じられる。電圧制御装置１００の燃料電池１０の発電の終了時には、ＦＣリレー回路３０において、起動時に各リレーが閉じる順序と逆の順序で各リレーが開いていく。

ＰＣＵ４０は、制御装置６０から送信された制御信号に基づいて、電圧制御装置１００における各部へ送電する電力量を制御する。ＰＣＵ４０は、第２コンデンサ４１、昇圧ＩＰＭ（Intelligent Power Module）４５、及びＩＰＭ４８を有している。第２コンデンサ４１は、平滑用蓄電部である。第２コンデンサ４１には、第２コンデンサ４１の電圧を測定するための第２電圧計ＶＨが並列に接続されている。昇圧ＩＰＭ４５は、二次電池５０から供給される電力の電圧を昇圧させるコンバータである。ＩＰＭ４８は、電気負荷であるエアコンプレッサＭＧ１及びトラクションモーターＭＧ２に接続されたパワーモジュールである。

二次電池５０は、燃料電池１０の発電によって得られた電力やトラクションモーターＭＧ２の回生電力を一時的に蓄える電池である。二次電池５０に蓄えられた電力は、電圧制御装置１００が備える各構成の駆動電力として使用される。

制御装置６０は、電圧制御装置１００の各種機器の動作を制御するコンピュータシステムである。例えば、制御装置６０は、加速要求が無い場合でも燃料電池１０の発電を停止させず、当該発電した電力を補機（水素ポンプ、冷却水ポンプ、ヒーター等を含む）で消費するように制御する。また制御装置６０は、加速要求の信号を受信した場合には、当該補機の消費電力を低減させ、当該消費電力の低減量分を、エアコンプレッサを加速させるためにエアコンプレッサに供給する又は駆動モーターに供給するように制御する。制御装置６０が実行する制御フローの詳細は、後述のフローチャートを参照しながら説明する。

二次電池用リレー回路７０は、二次電池５０とＰＣＵ４０との電気的な接続と遮断とを切り替えるリレー回路である。二次電池用リレー回路７０は、二次電池用第１メインリレーＳＭＲＢ、二次電池用第１メインリレーＳＭＲＢと対を成す二次電池用第２メインリレーＳＭＲＧ、及び二次電池用第２メインリレーＳＭＲＧと並列に接続されている二次電池用プリチャージリレーＳＭＲＰを有する。

電圧制御装置１００の起動時には、制御装置６０は、二次電池用第１メインリレーＳＭＲＢを閉じた後に、二次電池用プリチャージリレーＳＭＲＰを閉じて、昇圧ＩＰＭ４５に含まれる昇圧ＩＰＭコンデンサＶＬを充電させた後に、二次電池用第２メインリレーＳＭＲＧを閉じる。電圧制御装置１００の燃料電池１０の発電の終了時には、制御装置６０は、二次電池用リレー回路７０において、起動時と逆の順序で各リレーを開いていく。

補機バッテリ１０５は、二次電池５０から供給された電力を一時的に蓄える補機用の電池である。補機バッテリ１０５に蓄えられた電力は、補機を駆動させるために用いられる。

補機消費可能デバイス９０は、燃料電池１０で発電した電力を消費可能な装置であり、補機モーター２５、２６と、補機インバータ２３，２４と、ヒーター２７とを有する。補機モーター２５は、燃料電池１０の水素ガス流路から排出された水素オフガスを燃料電池１０に還流させるための水素ポンプを駆動するモーターである。補機モーター２６は、燃料電池１０の温調に使用される冷却水を循環させるための冷却水ポンプを駆動するモーターである。補機インバータ２３，２４は、それぞれ直流電流を三相交流に変換して補機モーター２５，２６に供給する。なお、本実施形態における電力を消費する「補機」は、補機モーター２５、２６、補機インバータ２３，２４、ヒーター２７の例に限定されず、その他の電力消費可能な装置を含む。

続いて、燃料電池１０へ酸化ガス（以下、エアとも称する）を供給する酸化ガス供給系の構成について説明する。図２は、酸化ガス供給系の概略構成を示す図である。燃料電池１０は、アノード電極に燃料ガスとして水素を供給し、カソード電極に酸化ガスとして空気又は酸素を供給することにより、電気化学反応にて電力を発電する。なお、図２では、燃料電池システムに通常設けられる燃料ガス供給系や冷却系等の図示を省略している。

図２に示す酸化ガス供給系は、酸化ガス供給管２００と、エアクリーナ２１０と、エアコンプレッサＭＧ１（以下、適宜にＡＣＰと記載する）と、インタークーラー２３０と、レゾネータ２４０と、酸化ガス排出管２５０と、マフラー２７０と、バイパス管２９０と、調整弁Ｖａ、Ｖｂ，Ｖｃとを備える。

酸化ガス供給管２００は、燃料電池１０のカソード側に酸化ガスを供給するための流路である。酸化ガス供給管２００には、エアクリーナ２１０と、エアコンプレッサＭＧ１と、インタークーラー２３０と、レゾネータ２４０と、調整弁Ｖａと、各種センサ（圧力センサ４０２、温度センサ４１２等）が設けられている。

エアクリーナ２１０は、大気中の空気を取り込むときに、空気中のゴミや塵を除去する。このエアクリーナ２１０には、例えば、吸引される大気圧を測定するための大気圧センサや、空気流量を測定するためのエアフローメーター等のセンサが設けられる。

エアコンプレッサＭＧ１は、空気を圧縮して燃料電池１０に供給する。エアコンプレッサＭＧ１の下流側に配設された、インタークーラー２３０は圧縮により温度が上昇した空気を冷却し、レゾネータ２４０は吸気音を低減する。

調整弁Ｖａは、燃料電池１０の上流側に配設され、燃料電池１０に供給される酸化ガスの供給量を調整する電磁バルブである。調整弁Ｖａを開くと、エアコンプレッサＭＧ１を介して圧縮された圧縮空気（酸化ガス）が、燃料電池１０のカソード電極に供給される。

酸化ガス排出管２５０は、燃料電池１０の下流側に接続され、燃料電池１０からの酸化オフガスを排出するための流路である。酸化ガス排出管２５０には、調整弁Ｖｂ、マフラー２７０が設けられている。調整弁Ｖｂは、燃料電池１０の下流側に配設され、燃料電池１０から排出される酸化オフガスの流量を調整する電磁バルブである。調整弁Ｖｂを開くと、燃料電池１０からの酸化オフガスが酸化ガス排出管２５０内を流れ、マフラー２７０を通して排出される。

バイパス管２９０は、酸化ガス供給管２００からの酸化ガスを、燃料電池１０をバイパスして酸化ガス排出管２５０に流すための流路である。

バイパス管２９０には、調整弁Ｖｃ（バイパスバルブ）が配設され、この調整弁Ｖｃの開度調整によりバイパス管２９０内を流れる酸化ガスの流量を調整することができる。調整弁Ｖｃを開き、調整弁Ｖａ、Ｖｂを閉じると、酸化ガス供給管２００内を流れる酸化ガスは、燃料電池１０を通ることなく酸化ガス排出管２５０に流れ、マフラー２７０を通して排出される。一方、調整弁Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃを全て開いた状態から、調整弁Ｖｃを閉じる又は調整弁Ｖｃの開度を減少させると、エアコンプレッサＭＧ１の消費電力を増加させることなく燃料電池１０へ供給される空気量を増加させることができる。本実施形態では、車両加速要求が無い状態のときには、調整弁Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃを全て開いた状態とし、エアコンプレッサＭＧ１の回転数を車両加速要求時程度（車両加速要求があったときに、必要なエアコンプレッサの消費電力の概数値）に維持してバイパス管２９０を通してエアを排出する。そして、制御装置６０は、車両加速要求の信号を受信したときには、調整弁Ｖｃを閉じる又は調整弁Ｖｃの開度を減少させることにより燃料電池１０に供給する空気量を増加させる。このように、エアコンプレッサＭＧ１の消費電力を増加させずに、調整弁Ｖｃの開度調整によって燃料電池１０の発電電力を上昇させることができ、当該発電電力を駆動モーターに供給することができる。

続いて、制御装置６０が実行する制御フローについて説明する。図３は、制御装置６０が実行する制御フローの実施形態を示すフローチャートである。図４は、図３に示す制御フローに対応するタイムチャートであり、時間ｔ１で加速要求が行われた場合の例を示す。図４において、破線Ｂｐは二次電池５０からエアコンプレッサＭＧ１に供給できる電力であるバッテリ供給可能電力を示し、破線Ａｐは補機消費電力、破線Ｆｐは待機電力（待機状態におけるＦＣ発電電力）を示す。

まず、図３のステップＳ１００では、二次電池５０からエアコンプレッサに供給可能な電力（バッテリ供給可能パワー）が、エアコンプレッサの加速維持電力の下限値（ＡＣＰ加速維持パワー下限）を下回るか否かを判定する。下回らない場合には（ステップＳ１００（ＮＯ））、図３に示す制御フローを終了し、下回る場合には（ステップＳ１００（ＹＥＳ））、ステップＳ１１０に進む。なお、本明細書における「エアコンプレッサの加速維持電力の下限値」とは、ＡＣＰの定常回転数を維持する電力（ＡＣＰ関わるエネルギー損失をキャンセルする最低電力）と、ＡＣＰイナーシャ電力（車両の最大要求加速度に応じて任意に適合）との和に相当する値である。

次いで、制御装置６０は、車両加速要求を受信する以前においても、車両加速要求に必要な電力を維持する。具体的には、図３のステップＳ１１０、ステップＳ１２０及び図４の期間（０≦ｔ≦ｔ１）に示すように、車両加速要求が未だ無い場合でも燃料電池の発電を停止させずに、燃料電池で発電した電力（図４に示すＦＣ発電電力Ｆｐ）を、補機（ヒーター等）で消費し（図４に示す補機消費電力Ａｐ）、待機する。詳細には、ステップＳ１１０では、（エアコンプレッサの加速維持電力の下限値）－（バッテリ供給可能電力）分、補機（ヒーター等）で消費し、ステップＳ１２０では、（エアコンプレッサの加速維持電力の下限値）－（バッテリ供給可能電力）分、燃料電池で発電する。このように、車両加速要求前に、燃料電池にて発電した電力を車両に設けられた電力駆動装置（例えば補機等）で消費している状態、或いは、後述するコンデンサの昇圧を維持した状態を、本明細書では「待機状態」と称する。本実施形態のように、車両加速要求前から燃料電池を発電させる場合には、電池容量飽和、充電電力超過を抑制するために、発電電力を消費させ、電力収支（発電と消費）を合わせておく必要がある。

次いで、図３のステップＳ１３０では、車両加速要求があったか否かが判定される。本明細書における車両加速要求とは、発進時の加速、一定車速からの加速と共に、減速からの加速を含む。車両加速要求がないと判定された場合には、ステップＳ１００に戻り、ステップＳ１００～Ｓ１２０の工程を繰り返す。車両加速要求があると判定された場合には（図４の時間ｔ１）、ステップＳ１４０に進む。

次いで、車両加速要求があると判定された場合には（ステップＳ１３０（ＹＥＳ））、ステップＳ１４０に示すように、補機消費電力を低減し、この補機消費電力の低減量分を燃料電池からエアコンプレッサへ供給する。つまり、図４に示すように、補機の消費電力の低減量分（図４に示すＷ１）が、エアコンプレッサ加速要求分（図４に示すＷ１´）に合うように、補機の消費電力を低減させる。これにより、従来（図４に示す破線）においては時間ｔ１より遅延した時間ｔ２でエアコンプレッサ消費電力が増加するのに対し、実施形態では、時間ｔ１すなわち車両加速要求時からエアコンプレッサ消費電力を増加させることができる。

次いで、図３に示すステップＳ１５０では、燃料電池発電電力の増加を開始し（図４の時間ｔ２）、当該発電した電力の増加分（図４に示すＰ１）を駆動モーターに供給する（図４のモーター消費電力に示すＰ１´）。これにより、従来と比較して、駆動モーターの加速タイミングを早くすることができる。詳細には、従来（図４に示す破線）では、車両加速要求前に燃料電池を発電させていないため（すなわち、待機状態でないため）、車両加速要求が行われたときに、ＦＣ発電電力を増加させて（図４に示すＭ）、当該電力をエアコンプレッサに供給し（図４に示すＭ´）、所定時間経過後のＦＣ発電電力の増加分（図４に示すＮ）に基づき、時間ｔ３（ｔ２＜ｔ３）で駆動モーターの加速が開始される。このように、従来では、時間ｔ２よりも遅延した時間ｔ３から駆動モーターの消費電力が増加するのに対し、本実施形態では時間ｔ２から駆動モーターの消費電力が増加するので、駆動モーターの加速タイミングを早くすることができる。

（第１変形例）
続いて、上述した制御フローとは異なる第１変形例について説明する。図５は、制御装置６０が実行する制御フローの第１変形例を示すフローチャートである。図６Ａは、図５に示す制御フローに対応するタイムチャートである。この第１変形例では、上述した実施形態の制御フローと比較して、特にバイパス開度を調整する点が異なっている。

まず、図５のステップＳ２００に示すように、二次電池５０（図１参照）からエアコンプレッサに供給可能な電力（バッテリ供給可能パワー）が、エアコンプレッサの加速維持電力の下限値（ＡＣＰ加速維持パワー下限）を下回るか否かが判定される。下回らない場合には（ステップＳ２００（ＮＯ））、図５に示す制御フローを終了し、下回る場合には（ステップＳ２００（ＹＥＳ））、ステップＳ２１０に進む。

次いで、図５のステップＳ２１０では、車両加速要求の前（図６Ａの期間（０≦ｔ≦ｔ１））に、燃料電池からの電力を用いてエアコンプレッサを回転させ、燃料電池の発電電力を維持（ＡＣＰ消費パワーを図６Ａに示すＰAに維持）し、燃料電池へ供給不要な空気をバイパス管２９０（図２参照）から排出する。このステップＳ２１０では、（エアコンプレッサの加速維持電力の下限値）－（バッテリ供給可能電力）分、電力が消費されるようにエアコンプレッサを回転させる。ステップＳ２２０では、図６ＡのＦＣ発電電力グラフの期間（０≦ｔ≦ｔ１）に示すように、ＡＣＰ消費パワー分、エアが燃料電池に供給され、燃料電池が発電する。言い換えれば、ステップＳ２２０では、（エアコンプレッサの加速維持電力の下限値）－（バッテリ供給可能電力）分、燃料電池が発電する。

次いで、図５のステップＳ２３０では、車両加速要求があるか否かが判定される。車両加速要求がないと判定された場合には、ステップＳ２００に戻り、ステップＳ２００～Ｓ２２０を繰り返す。車両加速要求があると判定された場合に（図６Ａの時間ｔ１）、ステップＳ２４０に進む。

次いで、図５のステップＳ２４０に示すように、燃料電池を迂回するバイパス管２９０（図２参照）に配設された調整弁Ｖｃ（バイパスバルブ）を閉じる又は調整弁Ｖｃの開度を減少させ、燃料電池にエアを供給する。

次いで、図５のステップＳ２５０及び図６に示すように時間ｔ２で、燃料電池の発電量を増加し始め、駆動モーターの加速を開始する。以上のように、車両加速要求時は、バイパス管２９０（図２参照）の調整弁Ｖｃを閉じる又は調整弁Ｖｃの開度の減少のみで、エアコンプレッサの消費電力を増加させずに燃料電池の発電電力を増加させる。調整弁Ｖｃの開閉制御の方が、図３のフローチャートを参照しながら説明した制御（補機での消費電力を低減し、その電力をエアコンプレッサに供給する）よりも応答性が良いため、駆動モーターの加速をより早く立ち上げることができる。

（第２変形例）
続いて、上述した制御フローとは異なる第２変形例について説明する。図６Ｂは、第２変形例を示すタイムチャートである。上述した第１変形例と比較するため、図６Ｂでは、第１変形例を破線、第２変形例を実線で示している。

図６Ｂに示す第２変形例は、図６Ａに示す第１変形例と比較すると、車両加速要求時にエアコンプレッサに供給する電力を低減させる点が異なっている。具体的には、車両加速要求時（図６Ｂに示す時間ｔ１）を起点として、燃料電池からエアコンプレッサに供給する電力を低減させ、燃料電池で発電した電力のうちエアコンプレッサに供給する電力の低減量分を駆動モーターに供給する。このように燃料電池で発電した電力を駆動モーターに供給するので、第１変形例よりも駆動モーターの加速応答性を向上させることができる。詳述すると、第１変形例では、エア応答遅れ分（図６Ａ参照）駆動モーターの加速開始が遅延する（図６Ａに示す時間ｔ２で駆動モーターの加速開始）のに対し、第２変形例では、図６Ｂに示すように、時間ｔ２よりも早い時間ｔ１で、駆動モーターの消費電力が増加し、駆動モーターの加速応答性を向上させることができる。なお、燃料電池で発電した電力のうちエアコンプレッサに供給する電力の低減量分の全てを駆動モーターに供給する必要はない。

（第３変形例）
続いて、上述した制御フローとは異なる第３変形例について説明する。図７は、制御装置６０が実行する制御フローの第３変形例を説明するためのフローチャートである。図８は、図７に示す制御フローに対応するタイムチャートである。第３変形例では、特にコンデンサを用いた点が、上述した制御フローと異なっている。

まず、図７のステップＳ３００に示すように、二次電池からエアコンプレッサに供給可能な電力（バッテリ供給可能パワー）が、エアコンプレッサの加速維持電力の下限値（ＡＣＰ加速維持パワー下限）を下回るか否かが判定される。下回らない場合には（ステップＳ３００（ＮＯ））、図７に示す制御フローを終了し、下回る場合には（ステップＳ３００（ＹＥＳ））、ステップＳ３１０に進む。

次いで、図７のステップＳ３１０では、車両加速要求の前（図８の期間（０≦ｔ≦ｔ１））に、コンデンサ（例えば図１に示す第２コンデンサ４１）を昇圧維持（待機状態）する。なお、この待機状態での電圧値（昇圧値）は、例えば６５０Ｖに設定されるが、これに限定されず、任意に設定可能である。

次いで、図７のステップＳ３２０では、車両加速要求があるか否かが判定される。車両加速要求がないと判定された場合には、ステップＳ３００に戻り、車両加速要求があるまでステップＳ３００～Ｓ３１０を繰り返す。車両加速要求があると判定された場合には（図８の時間ｔ１）、ステップＳ３３０に進む。

次いで、図７のステップＳ３３０では、図８の期間（ｔ１≦ｔ≦ｔ２）に示すように、コンデンサを降圧し、コンデンサからエアコンプレッサに電力を供給する。このコンデンサの電力降圧分（図８に示すＣ１）は、エアコンプレッサを加速させるための要求電力分（図８に示すＣ１´）に相当する大きさであり、このようにコンデンサ電力降圧分をエアコンプレッサに供給することで、車両加速要求時（時間ｔ１）からエアコンプレッサの消費電力が増加する。そして、エアコンプレッサの消費電力の増加に伴い、燃料電池の発電電力が増加し、その後、図８の時間ｔ３において駆動モーターの加速が開始する（図７のステップＳ３４０）。

なお、燃料電池発電の一部をコンデンサ昇圧にまわしてコンデンサを再度昇圧するため、立上がり後のモーターパワーは減少する。また、上記ステップＳ３３０におけるＶＨ降圧指令値としては、以下の式で算出される。

ただし、上記式におけるＶＨはモーターインバータ供給電圧（Ｖ）、ΔＶはＶＨ電圧降下速度（１演算周期あたりの電圧降下）（Ｖ）、ｄｔは演算周期（ｓｅｃ）、Ｐ_ACPはエアコンプレッサ要求パワー（Ｗ）、Ｃはコンデンサ容量（Ｆ）を示す。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。例えば、以上説明した実施形態において、制御部は、二次電池からエアコンプレッサに供給可能な電力が、エアコンプレッサの加速維持電力の下限値を下回ると判定した場合に、燃料電池で発電した電力をエアコンプレッサ及び補機のうちの少なくとも一方に消費させておき、車両加速要求が行われたときに、エアコンプレッサ及び補機のうちの少なくとも一方に消費させておいた電力を、エアコンプレッサを加速させるために使用してもよい。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。

１０：燃料電池
１１：電圧制御装置
１２：燃料電池
２０：昇圧コンバータ
２１：コンデンサ
２３、２４：補機インバータ
２５、２６：補機モーター
２７：ヒーター
３０：リレー回路
４１：コンデンサ
５０：二次電池
６０：制御装置（制御部）
７０：二次電池用リレー回路
９０：補機消費可能デバイス
１００：電圧制御装置
１０５：補機バッテリ
２００：酸化ガス供給管
２１０：エアクリーナ
２３０：インタークーラー
２４０：レゾネータ
２５０：酸化ガス排出管
２７０：マフラー
２９０：バイパス管
４０２：圧力センサ
４１２：温度センサ
ＭＧ１：エアコンプレッサ
ＭＧ２：トラクションモーター
Ｖ１、Ｖ２：電圧計
Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ：調整弁

Claims

車両を駆動する駆動モーターへの電力供給源として燃料電池及び二次電池を備えた燃料電池車の電圧制御装置であって、
前記燃料電池に空気を供給するエアコンプレッサと、
前記燃料電池の発電電力を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記二次電池から前記エアコンプレッサに供給可能な電力が、前記エアコンプレッサの加速維持電力の下限値を下回ると判定した場合に、車両加速要求が行われるまでは、前記燃料電池で発電した余剰の電力を前記二次電池に充電せずに車両に設けられた電力駆動装置で消費している状態に維持し、その後車両加速要求が行われたときに前記消費させておいた電力を前記エアコンプレッサに供給する、
燃料電池車の電圧制御装置。
前記電力駆動装置は、補機であり、
前記制御部は、車両加速要求が行われたときに、前記補機の消費電力を低減させ、前記消費電力の低減量を、前記エアコンプレッサを加速させるために前記エアコンプレッサに供給する、請求項１に記載の燃料電池車の電圧制御装置。
車両を駆動する駆動モーターへの電力供給源として燃料電池及び二次電池を備えた燃料電池車の電圧制御装置であって、
前記燃料電池に空気を供給するエアコンプレッサと、
前記燃料電池の発電電力を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記二次電池から前記エアコンプレッサに供給可能な電力が、前記エアコンプレッサの加速維持電力の下限値を下回ると判定した場合に、車両加速要求が行われるまでは、前記燃料電池で発電した余剰の電力を前記二次電池に充電せずに前記エアコンプレッサで消費している状態に維持し、その後車両加速要求が行われたときに、前記燃料電池のカソード入口側流路とカソード出口側流路とを繋ぎ前記燃料電池をバイパスするバイパス流路に設けられた弁の開度を減少させる、
燃料電池車の電圧制御装置。
前記制御部は、車両加速要求が行われたときに、さらに、前記燃料電池から前記エアコンプレッサに供給する電力を一時的に低減させ、該電力の低減量の少なくとも一部を前記燃料電池から前記駆動モーターに供給する、請求項３に記載の燃料電池車の電圧制御装置。
車両を駆動する駆動モーターへの電力供給源として燃料電池及び二次電池を備えた燃料電池車の電圧制御装置であって、
前記燃料電池に空気を供給するエアコンプレッサと、
前記燃料電池の発電電力を消費する補機と、
前記燃料電池の発電電力を制御するようにプログラムされた制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記二次電池から前記エアコンプレッサに供給可能な電力が、前記エアコンプレッサの加速維持電力の下限値を下回ると判定した場合に、車両加速要求が行われるまでは、前記燃料電池で発電した余剰の電力を前記二次電池に充電せずに前記エアコンプレッサ及び前記補機のうちの少なくとも一方に消費させておき、その後車両加速要求が行われたときに、前記消費させておいた電力を前記エアコンプレッサを加速させるために使用するようにプログラムされている、
燃料電池車の電圧制御装置。