JP7123105B2 - 電力供給システム、電力供給方法、およびプログラム - Google Patents

電力供給システム、電力供給方法、およびプログラム Download PDF

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Description

本発明は、電力供給システム、電力供給方法、およびプログラムに関する。
従来、現在の負荷の状態に応じた静的要求出力と、静的要求出力に遅れ要素を持たせた上限値以下の動的要求出力のうち最大の大きさの動的要求出力との偏差が所定値より大きい場合、動的要求出力を要求出力とし、偏差が所定値以下の場合、動的要求出力を要求出力として燃料電池の発電を制御する燃料電池システムが開示されている（例えば特許文献１参照）。この燃料電池システムは、静的要求出力に含まれるノイズ成分である振動成分を確実に除去し、且つ過渡性能を鈍化させることなく良好な発電制御処理を実現する要求出力を生成する。
特開２００７－２６５６８６号公報
しかしながら、上記の技術は、振動成分を除去すること、および過渡性能の鈍化を抑制することに着目し、燃料電池の劣化については考慮されていない。
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、燃料電池の劣化を抑制することができる電力供給システム、電力供給方法、およびプログラムを提供することを目的の一つとする。
この発明に係る電力供給システム、電力供給方法、およびプログラムは、以下の構成を採用した。
（１）：この発明の一態様に係る電力供給システムは、発電可能な燃料電池と、前記燃料電池により発電された電力を蓄える蓄電装置と、少なくとも前記燃料電池を制御する制御装置と、を備える電力供給システムであって、前記制御装置は、少なくとも前記燃料電池および前記蓄電装置に接続された負荷の消費電力が減少傾向である場合、所定時間前に前記燃料電池が発電した発電電力に基づいて第１下限電力を決定し、前記負荷に供給する電力に基づいて決定した前記燃料電池に発電させる第１電力が前記第１下限電力を下回る場合、前記燃料電池に前記第１下限電力以上の第２電力を発電させ、前記発電電力が大きくなるほど、前記発電電力と前記第１下限電力との差を大きくする傾向で前記第１下限電力を定める。
（２）：上記（１）の態様において、前記制御装置は、前記第１電力が前記第１下限電力を下回り、且つ、前記第１下限電力が、前記蓄電装置が蓄電可能な電力に基づいて設定された制限値を上回る場合、前記第２電力に代えて前記制限値に基づく第３電力を前記燃料電池に発電させるものである。
（３）：上記（１）または（２）の態様において、前記制御装置は、前記発電電力と前記第１下限電力とが互いに関連付けられた情報を用いて、前記発電電力に応じた前記第１下限電力を定めるものである。
（４）：上記（１）から（３）のいずれかの態様において、前記制御装置は、前記燃料電池または前記燃料電池付近の温度が低くなるほど、前記発電電力の増加に対して前記発電電力と前記第１下限電力との差を大きくする傾向で、前記第１下限電力を定めるものである。
（５）：上記（１）から（４）の態様において、前記制御装置は、前記燃料電池または前記燃料電池付近の湿度が低くなるほど、前記発電電力の増加に対して前記発電電力と前記第１下限電力との差を大きくする傾向で、前記第１下限電力を定めるものである。
（６）：この発明の他の一態様に係る電力供給方法は、少なくとも発電可能な燃料電池を制御する制御装置が、少なくとも前記燃料電池および前記燃料電池により発電された電力を蓄える蓄電装置に接続された負荷の消費電力が減少傾向である場合、所定時間前に前記燃料電池が発電した発電電力に基づいて第１下限電力を決定し、前記負荷に供給する電力に基づいて決定した前記燃料電池に発電させる第１電力が前記第１下限電力を下回る場合、前記燃料電池に前記第１下限電力以上の第２電力を発電させ、前記発電電力が大きくなるほど、前記発電電力と前記第１下限電力との差を大きくする傾向で前記第１下限電力を定める。
（７）：この発明の他の一態様に係るプログラムは、少なくとも発電可能な燃料電池を制御する制御装置に、少なくとも前記燃料電池および前記燃料電池により発電された電力を蓄える蓄電装置に接続された負荷の消費電力が減少傾向である場合、所定時間前に前記燃料電池が発電した発電電力に基づいて第１下限電力を決定する処理と、前記負荷に供給する電力に基づいて決定した前記燃料電池に発電させる第１電力が前記第１下限電力を下回る場合、前記燃料電池に前記第１下限電力以上の第２電力を発電させる処理と、前記発電電力が大きくなるほど、前記発電電力と前記第１下限電力との差を大きくする傾向で前記第１下限電力を定める処理と、を実行させる。
上記（１）－（７）の態様によれば、制御装置が、発電電力が大きくなるほど、発電電力と第１下限電力との差を大きくする傾向で第１下限電力を定めることにより、燃料電池の劣化を抑制することができる。制御装置は、例えば、出力する電力と要求電力との乖離を抑制しつつ、燃料電池の劣化を抑制することができる。
上記（２）の態様によれば、制御装置が、第２電力が制限値に基づいて第３電力を燃料電池に出力させることにより、蓄電装置に負荷が掛からないようにすることができる。
上記（４）、（５）の態様によれば、制御装置が、温度または湿度に応じて適切な第１下限電力を設定することができる。
電力供給システムを含む車両システム１０の構成の一例を示す図である。 制御部１３０の機能構成の一例を示す図である。 ＦＣＳ上限電力、ＦＣＳ下限電力、ＦＣＳ要求電力、および設定電力について説明するための図である。 情報マップ１４２の内容の一例を示す図である。 設定電力とＦＣＳ下限電力との推移例について説明するための図（その１）である。 設定電力とＦＣＳ下限電力との推移例について説明するための図（その２）である。 ＦＣスタックの劣化について説明するための図である。 バッテリ制限値を考慮した制御について説明するための図である。 制御部１３０により実行される処理の流れの一例を示すフローチャートである。 温度または湿度の変化と、時間ごとの許容される電力の変化度合の一例を示す図である。
以下、図面を参照し、本発明の電力供給システム、電力供給方法、およびプログラムの実施形態について説明する。
＜第１実施形態＞
［電動車両］
図１は、電力供給システムを含む車両システム１０の構成の一例を示す図である。車両システム１０は、電動車両１に搭載されるシステムである。電動車両１は、燃料電池において発電された電力を走行用の電力として用いる燃料電池車両である。車両システム１０は、少なくとも、モータ１２と、駆動輪１４と、ブレーキ装置１６と、車両センサ２０と、変換器３２と、ＢＴＶＣＵ（Battery Voltage Control Unit）３４と、バッテリシステム４０と、ＦＣ（Fuel Cell：燃料電池）システム５０と、制御装置１００とを備える。
モータ１２は、例えば、三相交流電動機である。モータ１２のロータは、駆動輪１４に連結される。モータ１２は、ＦＣシステム５０により発電された電力とバッテリシステム４０により蓄電された電力とのうち少なくとも一方を用いて、電動車両１の走行に用いられる駆動力を駆動輪１４に出力する。モータ１２は、電動車両１の減速時に電動車両１の運動エネルギーを用いて発電する。
ブレーキ装置１６は、例えば、ブレーキキャリパーと、ブレーキキャリパーに油圧を伝達するシリンダと、シリンダに油圧を発生させる電動モータとを備える。ブレーキ装置１６は、ブレーキペダルの操作によって発生した油圧を、マスターシリンダを介してシリンダに伝達する機構をバックアップとして備えてよい。ブレーキ装置１６は、上記説明した構成に限らず、マスターシリンダの油圧をシリンダに伝達する電子制御式油圧ブレーキ装置であってもよい。
車両センサ２０は、アクセル開度センサと、車速センサと、ブレーキ踏量センサとを備える。アクセル開度センサは、アクセルペダルに取り付けられ、アクセルペダルの操作量を検出し、アクセル開度として制御装置１００に出力する。車速センサは、例えば、各車輪に取り付けられた車輪速センサと速度計算機とを備え、車輪速センサにより検出された車輪速を統合して車両の速度（車速）を導出し、導出した速度を制御装置１００に出力する。ブレーキ踏量センサは、ブレーキペダルに取り付けられ、ブレーキペダルの操作量を検出し、検出した操作量であるブレーキ踏量を制御装置１００に出力する。
変換器３２は、例えば、ＡＣ－ＤＣ変換器である。変換器３２の直流側端子は、直流リンクＤＬに接続されている。直流リンクＤＬには、ＢＴＶＣＵ３４を介してバッテリシステム４０が接続されている。変換器３２は、モータ１２により発電された交流電圧を直流電圧に変換して直流リンクＤＬに出力する。
ＢＴＶＣＵ３４は、例えば、昇圧型のＤＣ―ＤＣコンバータである。ＢＴＶＣＵ３４は、バッテリシステム４０から供給される直流電圧を昇圧して直流リンクＤＬに出力する。ＢＴＶＣＵ３４は、モータ１２から供給される回生電力、または、ＦＣシステム５０から供給される電力をバッテリシステム４０に出力する。なお、本実施形態では、車両システム１０は、ＢＴＶＣＵ３４を備えるものとして説明するが、ＢＴＶＣＵ３４は省略されてもよい。
バッテリシステム４０は、例えば、バッテリ４２と、バッテリセンサ４４と、バッテリ制御部４６とを備える。
バッテリ４２は、例えば、リチウムイオン電池など繰り返し充電および放電が可能な二次電池である。バッテリ４２は、例えば、モータ１２またはＦＣシステム５０において発電された電力を蓄え、電動車両１が走行する際にモータ１２に電力を供給する。
バッテリセンサ４４は、例えば、電流センサ、電圧センサ、温度センサを備える。バッテリセンサ４４は、例えば、バッテリ４２の電流値、電圧値、温度を検出する。
バッテリ制御部４６は、バッテリセンサ４４の検出結果に基づいて、バッテリ４２のＳＯＣ（State Of Charge；以下「バッテリ充電率」）や、バッテリ４２が吸収可能な電力量を導出する。バッテリ制御部４６の機能は、制御装置１００が備えてもよい。
ＦＣシステム５０は、燃料電池を含む。燃料電池は、燃料ガスに含まれる水素と、空気に含まれる酸素とが反応することによって発電する。ＦＣシステム５０は、発電した電力を、例えば、直流リンクＤＬに出力する。出力された電力は、変換器３２を介してモータ１２に供給されたり、ＢＴＶＣＵ３４を介してバッテリ４２に供給されたりする。
制御装置１００は、例えば、モータ制御部１１０と、ブレーキ制御部１２０と、制御部１３０と、記憶部１４０を備える。モータ制御部１１０、ブレーキ制御部１２０、および制御部１３０は、それぞれ別体の制御装置、例えば、モータＥＣＵ、ブレーキＥＣＵ、バッテリＥＣＵといった制御装置に置き換えられてもよい。
記憶部１４０は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）などの非一過性の記憶媒体を備える記憶装置、またはＲＡＭ（Random Access Memory）等により実現される。記憶部１４０には、例えば、情報マップ１４２が記憶されている。情報マップ１４２は、ＦＣＳ下限電力を導出する際に用いられるマップである。ＦＣＳ下限電力および情報マップ１４２の詳細については後述する。
モータ制御部１１０は、車両センサ２０の出力に基づいて、モータ１２に要求される駆動力を導出し、導出した駆動力を出力させるようにモータ１２を制御する。
ブレーキ制御部１２０は、車両センサ２０の出力に基づいて、ブレーキ装置１６に要求される制動力を導出し、導出した制動力を出力させるようにブレーキ装置１６を制御する。
［制御部］
図２は、制御部１３０の機能構成の一例を示す図である。制御部１３０は、例えば、電力制御部１３２と、ＦＣＳ制御部１３４とを含む。電力制御部１３２は、例えば、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）やＣＰＵ（Central Processing Unit）等のコンピュータプロセッサがプログラム（ソフトウェア）を実行することにより実現される。電力制御部１３２は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のハードウェア（回路部；circuitryを含む）によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。
ＦＣＳ制御部１３４は、例えば、ＥＣＵやＣＰＵ等のコンピュータプロセッサがプログラム（ソフトウェア）を実行することにより実現される。ＦＣＳ制御部１３４は、ＬＳＩやＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、ＧＰＵ等のハードウェア（回路部）によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。
上記のプログラムは、図示するように予め記憶部１４０に格納されていてもよいし、ＤＶＤやＣＤ－ＲＯＭ等の着脱可能な記憶媒体（非一過性の記憶媒体）に格納されており、記憶媒体がドライブ装置に装着されることで記憶部１４０にインストールされてもよい。
電力制御部１３２とＦＣＳ制御部１３４とは統合されてもよいし、電力制御部１３２とＦＣＳ制御部１３４との一方または双方は制御装置１００とは異なる装置に含まれてもよい。
電力制御部１３２は、電動車両１において必要とされる電力に基づいて、エネルギーマネジメントを行う。電動車両１において必要とされる電力とは、乗員のアクセルペダルの操作に応じてモータ１２が必要とする電力や、不図示の車載機器で消費される電力など電動車両１で電力を消費する機器が必要とする電力である。エネルギーマネジメントとは、電力制御部１３２がＦＣシステム５０に出力させる電力を決定したり、バッテリ４２に放電させる電力を決定したりすることである。ＦＣＳ制御部１３４は、ＦＣＳ上限電力およびＦＣＳ下限電力を導出する。
［制御部の処理］
以下、制御部１３０が実行する制御の一例について説明する。制御部１３０は、所定の周期で、（１）－（５）の処理を繰り返し実行する。
（１）電力制御部１３２は、電動車両１に搭載された負荷（モータ１２や車載機器）から情報を取得する。この情報は、モータ１２に与えられる指示値や、車載機器に与えられる指示値など負荷が要求する要求電力または要求電力を導出するための情報である。
（２）電力制御部１３２は、上記の（１）で取得した要求電力に基づいて、ＦＣＳ要求電力を導出する。ＦＣＳ要求電力は、ＦＣシステム５０の燃料電池に発電させる電力である。（３）次に、ＦＣＳ制御部１３４は、ＦＣＳ上限電力を導出する。ＦＣＳ制御部１３４は、例えば、ＦＣシステム５０自体または周辺の環境要因（温度）や、ＦＣシステム５０の状態（例えば故障の有無）などに基づいて、ＦＣＳ上限電力を導出する。例えば、環境要因が所定の状態（温度が閾値以下）であり、且つＦＣシステム５０に故障等がない場合、ＦＣＳ上限電力は、ＦＣシステム５０が出力する定格電力である。
（４）、（５）次に、ＦＣＳ制御部１３４は、情報マップ１４２を参照し、ＦＣＳ下限電力を導出する。（６）電力制御部１３２は、ＦＣＳ上限電力とＦＣＳ下限電力との間の電力を設定電力に設定し、設定電力をＦＣシステム５０に出力させる。
ＦＣＳ制御部１３４は、少なくとも負荷の消費電力が減少傾向である場合、所定時間前にＦＣシステム５０が発電した発電電力（または出力した出力電力）に基づいて第１下限電力を決定する。ＦＣＳ制御部１３４は、負荷に供給する電力に基づいて決定したＦＣシステム５０に発電させるＦＣＳ要求電力（第１電力）が第１下限電力以上である場合、ＦＣシステム５０にＦＣＳ要求電力を発電させる。ただし、電力制御部１３２は、例えば、ＦＣＳ要求電力が上限値を超える場合は、上限値以下の電力をＦＣシステム５０に発電させる。ＦＣＳ制御部１３４は、負荷に供給する電力に基づいて決定したＦＣシステム５０に発電させるＦＣＳ要求電力が第１下限電力を下回る場合、ＦＣシステム５０に第１下限電力以上の設定電力（第２電力）を発電させ、発電電力が大きくなるほど、発電電力と第１下限電力との差を大きくする傾向で第１下限電力を定める。
図３は、ＦＣＳ上限電力、ＦＣＳ下限電力、ＦＣＳ要求電力、および設定電力について説明するための図である。図３の縦軸は電力の大きさを示し、図３の横軸は時間を示している。ＦＣＳ要求電力が上昇傾向である場合、またはＦＣＳ要求電力の変位が小さい場合、原則、ＦＣＳ要求電力は、ＦＣＳ上限電力とＦＣＳ下限電力との間の大きさである。この場合、設定電力はＦＣＳ要求電力と同等に設定される。
ＦＣＳ要求電力が所定の度合よりも大きい下降傾向である場合、ＦＣＳ要求電力は、ＦＣＳ下限電力よりも小さくなることがある。この場合、設定電力はＦＣＳ下限電力と同等に設定される。
上記のように、電力制御部１３２が、設定電力をＦＣＳ下限電力未満にならないように、設定電力を制御することにより、燃料電池の劣化を抑制することができる。
［ＦＣＳ下限電力の導出手法］
電力制御部１３２は、情報マップ１４２を参照して、ＦＣＳ下限電力を導出する。図４は、情報マップ１４２の内容の一例を示す図である。図４の縦軸は電力の大きさを示し、図４の横軸は時間を示している。図４の推移線は、時間ごとの許容されるＦＣシステム５０（燃料電池）が発電する電力の変化量を示している。ある時刻のＦＣＳ下限電力（今回の下限電力）は、所定時間前の時刻の設定電力（前回の設定電力、または１ルーチン前の処理で発電された電力）に基づいて導出される。
例えば、前回の設定電力が「Ｐ１１」である場合、時間ΔＴ経過した後の次の設定電力が導出されるタイミングのＦＣＳ下限電力は「Ｐ１２」である。すなわち、設定電力Ｐ１１から時間ΔＴが経過した後、設定電力Ｐ１１から電力ΔＰ１だけ減少させた電力がＦＣＳ下限電力Ｐ１２である。
例えば、前回の設定電力が「Ｐ２１」である場合、時間ΔＴ経過した後の次の設定電力が導出されるタイミングのＦＣＳ下限電力は「Ｐ２２」である。すなわち、設定電力Ｐ２１から時間ΔＴが経過した後、設定電力Ｐ２１から電力ΔＰ２だけ減少させた電力がＦＣＳ下限電力Ｐ２２である。電力ΔＰ２は電力ΔＰ１よりも小さい電力である。
図４に示すように、前回の設定電力が導出された（または出力された）時刻と、次に設定電力を導出する時刻との時間が同一の場合、前回の設定電力が大きいほど、前回の設定電力と今回のＦＣＳ下限電力との差は大きくなる。
上記の例では、ＦＣＳ下限電力は、時間に対して電力が関連付けられたマップ（「発電電力と第１下限電力とが関連付けられた情報」の一例）に基づいて導出されるものとして説明したが、これに代えて（または加えて）、前回の設定電力とＦＣＳ下限電力とが関連付けられたテーブル（「発電電力と第１下限電力とが関連付けられた情報」の他の一例）や、プログラムに含まれ呼び出される、電力に基づいてＦＣＳ下限電力を導出する関数（「発電電力と第１下限電力とが関連付けられた情報」の他の一例）に基づいて、ＦＣＳ下限電力が導出されてもよい。また、上記のマップは、非線形に限らず線形であってもよいし、階段状であってもよい。
［設定電力とＦＣＳ下限電力との推移例１］
図５は、設定電力とＦＣＳ下限電力との推移例について説明するための図（その１）である。図３と重複する説明については省略する。例えば、ＦＣＳ要求電力（不図示）が上昇傾向（モータ１２などの負荷が増加傾向）である場合、ＦＣＳ要求電力はＦＣＳ下限電力よりも大きくなる。この場合、設定電力は、例えば、ＦＣＳ要求電力に設定される。例えば、設定電力が大きい領域ＡＲ１の設定電力（ＦＣＳ要求電力）とＦＣＳ下限電力との差は、設定電力が領域ＡＲ１よりも小さい領域ＡＲ２の設定電力（ＦＣＳ要求電力）とＦＣＳ下限電力との差よりも大きくなる。すなわち、１ルーチン前の設定電力が大きいほど、今回のルーチンで設定できる設定電力の自由度は高くなる。
例えば、ＦＣＳ要求電力（不図示）が所定度合以上で下降傾向である場合（モータ１２などの負荷が所定度合以上で減少傾向である場合）あるいは減少傾向に転じた場合、ＦＣＳ要求電力はＦＣＳ下限電力よりも小さくなることがある。この場合、設定電力は、例えば、ＦＣＳ下限電力に設定され、図５に示すように設定電力は、例えば、ＦＣＳ下限電力に設定される。
［設定電力とＦＣＳ下限電力との推移例２］
図６は、設定電力とＦＣＳ下限電力との推移例について説明するための図（その２）である。図３、図５と重複する説明については省略する。例えば、ＦＣＳ要求電力（不図示）が緩やかな下降傾向である場合（モータ１２などの負荷が緩やかな減少傾向である場合、所定度合以下で減少傾向である場合）、ＦＣＳ要求電力はＦＣＳ下限電力よりも大きくなる。この場合、設定電力は、例えば、ＦＣＳ要求電力に設定される。
上記のように、電力制御部１３２は、設定電力がＦＣＳ下限電力未満にならないようにＦＣシステム５０を制御することにより、ＦＣシステム５０の劣化を抑制することができる。
［ＦＣシステム（燃料電池）の劣化について］
例えば、乗員がアクセルペダルを操作して電動車両１を加速させた後、アクセルペダルから足を離した場合、モータ１２が要求する電力は急峻に低下することがある。この場合、ＦＣＳ要求電力がＦＣＳ下限電力を下回ることがある。ＦＣシステム５０がＦＣＳ下限電力よりも小さい電力を発電すると、ＦＣシステム５０の劣化に寄与することがある。
図７は、ＦＣスタックの劣化について説明するための図である。例えば、ＦＣシステム５０が発電する電力が基準値以下である領域は酸化領域であり、ＦＣシステム５０が発電する電力が基準値を超える領域は還元領域である。ＦＣシステム５０が発電する電力が閾値以下の領域は、劣化度合が大きいため制御の対象としない許容外の領域である。
図７の（Ａ）に示すようにＦＣシステム５０が発電する電力が酸化領域と還元領域を跨ぐように変動したり、図７の（Ｂ）に示すように酸化領域内で変動したりすると劣化が生じやすくなる。特に、図７の（Ａ）に示すような変動は、図７の（Ｂ）に示すような変動よりも変化度合が大きい。これに対して、図７の（Ｃ）に示すように、還元領域内での変動は、比較的に劣化度合が小さいため許容される。
このような考えの基、前述した図４に示したように、比較的に電力が高い領域（基準を超える還元領域）では、還元領域と酸化領域とを跨がないような電力の変動が許容され、比較的に電力が小さい領域（基準値以下の酸化領域）では、還元領域と酸化領域とを跨がないように大きな変動が許容されずに小さい変動のみが許容されるように、ＦＣシステム５０が発電する電力が制御されて、劣化が抑制される。劣化とは、例えば、電極劣化に起因するＦＣシステム５０の性能劣化である。
［バッテリ制限値を考慮した制御について］
電力制御部１３２は、更にＢＡＴ制限値に基づいて設定電力を決定してもよい。電力制御部１３２は、ＦＣＳ要求電力がＦＣＳ下限電力を下回り、且つ、ＦＣＳ下限電力が、バッテリ４２が蓄電可能な電力に基づいて設定されたＢＡＴ制限値を上回る場合、ＢＡＴ制限値に基づく設定電力（第３電力）をＦＣシステム５０に発電させる。ＢＡＴ制限値に基づく設定電力とは、例えば、ＢＡＴ制限値以下の電力や、ＢＡＴ制限値よりも小さい電力、ＢＡＴ制限値を超えるが、その程度が小さい電力である。電力制御部１３２は、ＦＣＳ要求電力がＦＣＳ下限電力を下回り、且つ、ＦＣＳ下限電力がＢＡＴ制限値以下である場合、設定電力をＦＣＳ下限電力に設定して、設定電力をＦＣシステム５０に発電させる。
ＢＡＴ制限値は、バッテリ４２を保護するために設けられた制限値である。このＢＡＴ制限値を超える電力をＦＣシステム５０が発電すると、バッテリ４２にとって好適でない事象が発生する可能性が存在する。好適でない事象とは、例えば、バッテリ４２が吸収できない電力がバッテリ４２に供給されることである。
図８は、バッテリ制限値を考慮した制御について説明するための図である。図３と重複する説明については省略する。電力制御部１３２は、設定電力をＢＡＴ制限値以下またはＢＡＴ制限値よりも小さい電力に設定する。図８の例では、ＦＣＳ要求電力がＢＡＴ制限値およびＦＣＳ下限電力以下であり、且つＦＣＳ下限電力がＢＡＴ電力以下である場合、設定電力はＦＣＳ下限電力に設定され（図７の「Ｓ１」）、ＦＣＳ要求電力がＢＡＴ制限値およびＦＣＳ下限電力以下であり、且つＦＣＳ下限電力がＢＡＴ制限値よりも大きい場合、設定電力はＢＡＴ制限値に設定される（図７の「Ｓ２」）。
下記の式（１）－（３）について説明する。式（１）における「ＦＣｐ」は、ＦＣシステム５０が発電する電力であり、式（１）における「Ｃｐ」は電動車両１のモータ１２および車載機器で消費される電力である。ＦＣｐからＣｐを減算した電力は、バッテリ４２に流入する電力Ｂｐである。式（２）または式（３）における「Ｒｐ」は、バッテリ４２が吸収可能な電力である。式（３）における「Ｂｐ１」は、バッテリ４２が蓄電可能な最大電力または規定電力であり、「Ｂｐ２」は、バッテリ４２に蓄電された電力である。「Ｒｐ」は、Ｂｐ１からＢｐ２を減算した電力である。
ＦＣｐ－Ｃｐ＝Ｂｐ …（１）
Ｂｐ＞Ｒｐ …（２）
Ｂｐ１－Ｂｐ２＝Ｒｐ …（３）
上記の式（２）のように、ＢｐがＲｐよりも大きい場合、バッテリ４２は余剰の電力であるＢｐを全て吸収できず、バッテリ４２にとって好適でない状態になる場合がある。
これに対して、本実施形態では、ＢｐがＲｐよりも大きくならないように、ＦＣシステム５０の発電が制御される。例えば、ＢｐがＲｐ以下になるように、上記の式（１）に基づいて、ＦＣｐがＣｐとＲｐとの合計以下になるように、ＢＡＴ制限値によってＦＣｐが導出される。すなわち、制御装置１００は、モータ１２や車載機器が、ＦＣシステム５０が発電した電力を消費できず、消費できない電力をバッテリ４２が吸収できないと想定される場合、ＦＣシステム５０に発電させる電力をバッテリ４２が吸収可能な電力に抑制する。これにより、バッテリ４２の劣化が抑制される。なお、要求電力がＦＣＳ下限電力以下となることがあるが、要求電力がＦＣＳ下限電力以下にならないことよりもＢＡＴ制限値を超えることを抑制することを優先してバッテリ４２の劣化を抑制し、電動車両１を総合的に考えた場合の商品性がより向上する。
［フローチャート］
図９は、制御部１３０により実行される処理の流れの一例を示すフローチャートである。本処理は、所定の間隔で繰り返し実行される。また、本処理は、負荷（モータ１２または車載機器）の消費電力が上昇傾向でない場合に実行されてもよい。例えば、本処理は、負荷の消費電力が下降傾向の場合、または負荷の消費電力が所定の範囲内で変化している場合に実行されてもよい。
まず、制御部１３０は、ＦＣＳ下限電力を導出し（ステップＳ１００）、ＦＣＳ上限電力を導出する（ステップＳ１０２）。次に、制御部１３０は、ＦＣＳ要求電力を導出する（ステップＳ１０４）。
次に、制御部１３０は、ＦＣＳ要求電力がＦＣＳ上限電力を超えるか否かを判定する（ステップＳ１０６）。ＦＣＳ要求電力がＦＣＳ上限電力を超えると判定した場合、制御部１３０は、ＦＣＳ上限電力を設定電力に設定する（ステップＳ１０８）。そして、ステップＳ１１０の処理に進む。
ＦＣＳ要求電力がＦＣＳ上限電力を超えないと判定した場合、制御部１３０は、ＦＣＳ要求電力がＦＣＳ下限電力より小さいか否かを判定する（ステップＳ１１０）。ＦＣＳ要求電力がＦＣＳ下限電力より小さくない場合、ステップＳ１１８の処理に進む。この場合、制御部１３０は、ＦＣＳ要求電力がＢＡＴ制限値よりも大きいか否かを判定し、大きいと判定した場合、設定電力をＢＡＴ制限値以下（ＦＣＳ下限電力以上且つＢＡＴ制限値以下）に設定してもよい。
ＦＣＳ要求電力がＦＣＳ下限電力より小さい場合、制御部１３０は、ＦＣＳ下限電力がＢＡＴ制限値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１１２）。なお、制御部１３０は、ＦＣＳ下限電力がデバイス保護値よりも大きいか否かを判定してもよい。デバイス保護値とは、電動車両１に搭載されたデバイスを保護するために設定された電力値である。ＢＡＴ制限値は、デバイス保護値の一例である。
ＦＣＳ下限電力がＢＡＴ制限値よりも大きい場合、制御部１３０は、ＢＡＴ制限値を設定電力に設定する（ステップＳ１１４）。ＦＣＳ下限電力がＢＡＴ制限値よりも大きくない場合、制御部１３０は、ＦＣＳ制限値を設定電力に設定する（ステップＳ１１６）。ステップＳ１１０で肯定的な判定結果が得られた場合、ステップＳ１１４の処理後、またはステップＳ１１６の処理後、制御部１３０は、ＦＣシステム５０に設定電力を発電させる（ステップＳ１１８）。これにより、本フローチャートの１ルーチンの処理が終了する。
上述した処理により、制御部１３０は、発電電力（前回発電した電力）が大きくなるほど、発電電力とＦＣＳ下限電力との差を大きくする傾向でＦＣＳ下限電力を定めることにより、燃料電池の劣化を抑制することができる。制御部１３０は、例えば、発電する電力と要求電力との乖離を抑制しつつ、燃料電池の劣化を抑制することができる。
［温度または湿度を考慮した制御］
制御部１３０は、更に温度または湿度を加味してＦＣＳ下限電力を決定してもよい。燃料電池の劣化として、電極劣化と電解質膜劣化がある。電極劣化を考慮した場合、温度が高い場合よりも低い場合は発電電力とＦＣＳ下限電力との差を大きくすることが許容され、湿度が高い場合よりも低い場合は発電電力とＦＣＳ下限電力との差を大きくすることが許容される。電解質膜劣化を考慮した場合、温度が高い場合よりも低い場合は発電電力とＦＣＳ下限電力との差を大きくすることが許容され、湿度が低い場合よりも高い場合は発電電力とＦＣＳ下限電力との差を大きくすることが許容される。
例えば、電極劣化の抑制を考慮する場合は、以下のように制御してもよい。制御部１３０は、燃料電池または燃料電池付近の温度が低い場合、燃料電池または燃料電池付近の温度が高い場合に比して、前回の処理で発電した発電電力が大きくなるほど、発電電力とＦＣＳ下限電力との差をより大きくする傾向でＦＣＳ下限電力を定める。すなわち、制御部１３０は、燃料電池または燃料電池付近の温度が低くなるほど、発電電力の増加に対して発電電力とＦＣＳ下限電力との差を大きくする傾向で、第１下限電力を定める。
制御部１３０は、燃料電池または燃料電池付近の湿度が低い場合、燃料電池または燃料電池付近の湿度が高い場合に比して、発電電力が大きくなるほど、発電電力とＦＣＳ下限電力との差をより大きくする傾向でＦＣＳ下限電力を定める。すなわち、制御部１３０は、燃料電池または燃料電池付近の湿度が低くなるほど、発電電力の増加に対して発電電力とＦＣＳ下限電力との差を大きくなる傾向で、第１下限電力を定める。
図１０は、温度または湿度の変化と、時間ごとの許容される電力の変化度合の一例を示す図である。図４と同様の説明については省略する。例えば、基準温度に対して温度が低い傾向、または基準湿度に対して湿度が低い傾向である場合、許容される変化度合はより大きい傾向となり、図１０に示すように、基準とする推移線Ｔｒ１よりも推移線Ｔｒ２は縦軸または横軸に近づくような形状となる。基準とする推移線Ｔｒ１は、基準温度または基準湿度に対応する推移線である。
例えば、基準温度に対して温度が高い傾向、または基準湿度に対して湿度が高い傾向である場合、許容される変化度合はより小さい傾向となり、図１０に示すように、基準とする推移線Ｔｒ１よりも推移線Ｔｒ３は縦軸または横軸から遠ざかるような形状となる。
例えば、制御部１３０は、所定の位置に設けられたセンサから取得した温度または湿度を加味して、ＦＣＳ下限電力を決定する。所定の位置とは、センサがＦＣＳ下限電力の決定に影響する温度または湿度を検出可能な位置である。所定の位置とは、例えば、ＦＣシステム５０内であってもよいし、ＦＣＳシステムが収められた筐体やその周辺であってもよい。
上記のように、制御部１３０は、更に温度または湿度を加味することで、より精度の高いＦＣＳ下限電力を導出することができる。ＦＣシステム５０の劣化に影響するＦＣＳ下限電力は、温度または湿度によって変化するため、上記のように温度または湿度が加味されることで、ＦＣシステム５０が発電する電力が過度に制限されずに、劣化が抑制される。また、図１０のマップは、非線形に限らず線形であってもよいし、階段状であってもよい。また、温度または湿度に対応するマップに代えて、温度または湿度が考慮されたテーブルや関数がＦＣＳ下限電力の導出に用いられてもよい。
例えば、電解質膜劣化の抑制を考慮する場合は、以下のように制御してもよい。電極劣化の抑制を考慮する場合の制御とは異なる点を中心に説明する。制御部１３０は、燃料電池または燃料電池付近の湿度が高い場合、燃料電池または燃料電池付近の湿度が低い場合に比して、前回の処理で発電した発電電力が大きくなるほど、発電電力とＦＣＳ下限電力との差をより大きくする傾向でＦＣＳ下限電力を定める。すなわち、制御部１３０は、燃料電池または燃料電池付近の湿度が高くなるほど、発電電力の増加に対して発電電力とＦＣＳ下限電力との差を大きくする傾向で、第１下限電力を定める。
例えば、本実施形態の制御において、燃料電池の特性に応じて、電極劣化を考慮する制御を行うか、電解質膜劣化を行うか、またはこれら両方の劣化を考慮するかによって、ＦＣＳ下限電力が決定されてもよい。例えば、両方の劣化が考慮される場合、燃料電池の特性や考慮する劣化の程度に応じて予め設定された温度と湿度とＦＣＳ下限電力との関係が規定されたマップやテーブル、温度と湿度とに基づいてＦＣＳ下限電力を導出する関数等に基づいて、ＦＣＳ下限電力が導出される。これにより、燃料電池の特性や使用環境（温度、湿度）、考慮する劣化等を加味した制御が実現される。例えば、電極劣化よりも電解質膜劣化を許容する場合や、電解質膜劣化よりも電極劣化の影響を受けやすい傾向にある場合などでは、湿度が低い場合は、発電電力の増加に対して発電電力とＦＣＳ下限電力との差を大きくする傾向で、第１下限電力を定める。
上記のように、制御部１３０は、更に電極劣化、電解質膜劣化、温度、湿度を加味することで、燃料電池の特性や使用環境に応じた、より精度の高いＦＣＳ下限電力を導出することができる。
以上説明した実施形態によれば、制御装置１００は、少なくとも負荷の消費電力が減少傾向である場合、所定時間前に燃料電池が発電した発電電力に基づいて第１下限電力を決定し、負荷に供給する電力に基づいて決定した燃料電池に発電させる第１電力が第１下限電力を下回る場合、燃料電池に第１下限電力以上の第２電力を発電させ、発電電力が大きくなるほど、発電電力と第１下限電力との差を大きくする傾向で第１下限電力を定めることにより、燃料電池の劣化を抑制することができる。
なお、制御装置１００は、少なくとも前記負荷の消費電力が減少傾向である場合、所定時間前に燃料電池が発電した発電電力に基づいて第１下限電力を決定し、負荷に供給する電力に基づいて決定した燃料電池に発電させる第１電力が第１下限電力を下回る場合、燃料電池に第１下限電力以上の第２電力を発電させるものであってもよい。更に、この場合、制御装置１００は、第１電力が第１下限電力を下回り、且つ、第１下限電力が、蓄電装置が蓄電可能な電力に基づいて設定された制限値を上回る場合、第２電力が制限値を超えないように第２電力を燃料電池に発電させてもよい。これにより、制御装置１００は、燃料電池の劣化を抑制すると共に、蓄電装置に負荷が掛からないようにすることができる。
また、制御装置１００は、第１時刻において、燃料電池に第１下限値を超える第１電力を発電させ、第１時刻の後であって、第１時刻の負荷の状態よりも負荷が消費する電力量が減少傾向である第２時刻において、負荷に供給する電力に基づいて燃料電池に発電させる第２電力を決定し、第２電力が第２下限電力を下回る場合、燃料電池に第２下限電力以上の第３電力を発電させてもよい。上記の第２下限電力は、第１電力と、第１時刻と第２時刻との間隔によって規定され、電力が大きくなるほど、第１下限電力に対する第２下限電力の変動は大きくなるものである。
以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。
１‥電動車両、１０‥車両システム、１２‥モータ、１４‥駆動輪、４０‥バッテリシステム、４２‥バッテリ、４６‥バッテリ制御部、５０‥ＦＣシステム、１００‥制御装置、１１０‥モータ制御部、１２０‥ブレーキ制御部、１３０‥制御部、１３２‥電力制御部、１３４‥ＦＣＳ制御部、１４０‥記憶部、１４２‥情報マップ

Claims (7)

  1. 発電可能な燃料電池と、
    前記燃料電池により発電された電力を蓄える蓄電装置と、
    少なくとも前記燃料電池を制御する制御装置と、を備える電力供給システムであって、
    前記制御装置は、
    少なくとも前記燃料電池および前記蓄電装置に接続された負荷の消費電力が減少傾向である場合、
    所定時間前に前記燃料電池が発電した発電電力に基づいて第１下限電力を決定し、
    前記負荷に供給する電力に基づいて決定した前記燃料電池に発電させる第１電力が前記第１下限電力を下回る場合、前記燃料電池に前記第１下限電力以上の第２電力を発電させ、
    前記発電電力が大きくなるほど、前記発電電力と前記第１下限電力との差を大きくする傾向で前記第１下限電力を定める、
    電力供給システム。
  2. 前記制御装置は、
    前記第１電力が前記第１下限電力を下回り、且つ、前記第１下限電力が、前記蓄電装置が蓄電可能な電力に基づいて設定された制限値を上回る場合、前記第２電力に代えて前記制限値に基づく第３電力を前記燃料電池に発電させる、
    請求項１に記載の電力供給システム。
  3. 前記制御装置は、
    前記発電電力と前記第１下限電力とが互いに関連付けられた情報を用いて、前記発電電力に応じた前記第１下限電力を定める、
    請求項１または２に記載の電力供給システム。
  4. 前記制御装置は、
    前記燃料電池または前記燃料電池付近の温度が低くなるほど、前記発電電力の増加に対して前記発電電力と前記第１下限電力との差を大きくする傾向で、前記第１下限電力を定める、
    請求項１から３のうちいずれか１項に記載の電力供給システム。
  5. 前記制御装置は、
    前記燃料電池または前記燃料電池付近の湿度が低くなるほど、前記発電電力の増加に対して前記発電電力と前記第１下限電力との差を大きくする傾向で、前記第１下限電力を定める、
    請求項１から４のうちいずれか１項に記載の電力供給システム。
  6. 少なくとも発電可能な燃料電池を制御する制御装置が、
    少なくとも前記燃料電池および前記燃料電池により発電された電力を蓄える蓄電装置に接続された負荷の消費電力が減少傾向である場合、
    所定時間前に前記燃料電池が発電した発電電力に基づいて第１下限電力を決定し、
    前記負荷に供給する電力に基づいて決定した前記燃料電池に発電させる第１電力が前記第１下限電力を下回る場合、前記燃料電池に前記第１下限電力以上の第２電力を発電させ、
    前記発電電力が大きくなるほど、前記発電電力と前記第１下限電力との差を大きくする傾向で前記第１下限電力を定める、
    電力供給方法。
  7. 少なくとも発電可能な燃料電池を制御する制御装置に、
    少なくとも前記燃料電池および前記燃料電池により発電された電力を蓄える蓄電装置に接続された負荷の消費電力が減少傾向である場合、
    所定時間前に前記燃料電池が発電した発電電力に基づいて第１下限電力を決定する処理と、
    前記負荷に供給する電力に基づいて決定した前記燃料電池に発電させる第１電力が前記第１下限電力を下回る場合、前記燃料電池に前記第１下限電力以上の第２電力を発電させる処理と、
    前記発電電力が大きくなるほど、前記発電電力と前記第１下限電力との差を大きくする傾向で前記第１下限電力を定める処理と、を実行させる、
    プログラム。
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