JP7455001B2 - 制御システム、移動体、および制御方法 - Google Patents

制御システム、移動体、および制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、制御システム、移動体、および制御方法に関する。
従来、燃料電池システムに関する技術として、自立運転時に余剰電力を消費させる内部負荷の電力損失を抑制したり、推定した燃料電池の熱量に応じて冷却液流量を調整したり、電圧変換器の異常があった場合に燃料電池を安定に運転して、システムの運転を継続させる技術が知られている（例えば、特許文献１～３参照）。
特開２０１５－１５６７６９号公報 特開２００６－３０９９７４号公報 特開２００７－１６５１０４号公報
例えば、極低温の環境下等で燃料電池システムを作動させる場合には、燃料電池の活性化等のために、敢えて発電を行う必要が生じる場合がある。この場合、発電した電力は、バッテリに蓄電されるが、バッテリが満充電状態の場合には余剰電力となるため、補機等によって余剰電力等を消費させる必要が生じる。しかしながら、余剰電力を消費させるための補機のオン、オフ制御が断続的に行われると、補機が劣化し易くなる場合があった。
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、燃料電池により発電された電力を消費させる補機の動作を、より適切に制御することができる制御システム、移動体、および制御方法を提供することを目的の一つとする。
この発明に係る制御システム、移動体、および制御方法は、以下の構成を採用した。
（１）：この発明の一態様に係る制御システムは、アノードとカソードによって発電する燃料電池と、前記燃料電池により発電された電力を蓄電可能な蓄電装置と、前記電力を供給可能な補機と、前記燃料電池および前記補機の動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記燃料電池の発電時における前記蓄電装置の蓄電状況に応じて、前記補機により前記電力が消費されるように制御し、前記補機に関する温度情報に基づいて、前記補機により消費される電力を抑制するタイミングまたは抑制する度合のうち一方または双方を調整する、制御システムである。
（２）：上記（１）の態様において、前記制御部は、前記補機に関する温度が将来において前記補機の動作を強制的に停止させる温度に到達すると予測した場合に、予測した時刻よりも前に、前記補機による電力の出力量を減少させるものである。
（３）：上記（１）または（２）の態様において、前記制御部は、前記補機に関する温度が将来において前記補機の動作を強制的に停止させる温度に到達すると予測した場合に、前記補機による電力の出力量が所定の出力量になるまで徐々に減少させるように抑制する度合を調整するものである。
（４）：上記（１）～（３）のうち何れか一つの態様において、前記補機は、前記燃料電池に酸化ガスを圧送するコンプレッサと、前記燃料電池に燃料ガスを循環供給するポンプと、前記燃料電池に冷媒を供給する冷却ポンプとのうち少なくとも一つと、空調装置とを含むものである。
（５）：上記（４）の態様において、前記制御部は、前記蓄電装置の状況に応じて、前記コンプレッサ、前記ポンプ、前記空調装置、および前記冷却ポンプのうち少なくとも一つの出力によって、前記燃料電池を昇温可能に制御するものである。
（６）：上記（１）～（５）のうち何れか一つの態様において、前記補機は、前記燃料電池を冷却するための冷媒を前記制御システム内で循環させる流路と、前記冷媒を前記補機に含まれる空調装置に供給する流路とを切り替える流路切替弁を含むものである。
（７）：上記（１）～（６）のうち何れか一つの態様において、前記制御部は、前記燃料電池の発電による余剰電力を前記補機により消費させる制御モードを含み、前記制御モードを実行する場合に、前記補機に関する温度に所定の範囲を設けて前記補機による電力の出力量を制御するものである。
（８）：この発明の他の態様に係る移動体は、上記（１）～（７）のうち何れか１項に記載の制御システムを備えた移動体である。
（９）：上記（８）の態様において、前記移動体は、車両を含み、前記制御部は、前記車両の停止時に前記燃料電池の発電時を行う場合に、前記蓄電装置の蓄電状況に応じて、前記車両の乗員の有無または前記乗員の操作の有無に依らずに前記車両内の空調装置を動作させて、前記燃料電池の余剰電力を消費させるものである。
（１０）：上記（８）または（９）の態様において、前記制御部は、前記移動体の異常を検知した場合に、前記移動体を所定位置に退避させる制御を行うものである。
（１１）：この発明の他の態様に係る制御方法は、アノードとカソードとによって発電する燃料電池と、前記燃料電池により発電された電力を蓄電可能な蓄電装置と、前記電力を供給可能な補機とを備える制御システムのコンピュータが、前記燃料電池および前記補機の動作を制御し、前記燃料電池の発電時における前記蓄電装置の蓄電状況に応じて、前記補機により前記電力が消費されるように制御し、前記補機に関する温度情報に基づいて、前記補機により消費される電力を抑制するタイミングまたは抑制する度合のうち一方または双方を調整する、制御方法である。
（１２）：上記（１１）の態様において、前記コンピュータが、前記補機に関する温度が将来において前記補機の動作を強制的に停止させる温度に到達すると予測した場合に、予測した時刻よりも前に、前記補機による出力量を減少させるものである。
（１３）：上記（１１）または（１２）の態様において、前記コンピュータが、前記補機に関する温度が将来において前記補機の動作を強制的に停止させる温度に到達すると予測した場合に、前記補機による電力の出力量が所定の出力量になるまで徐々に減少させるように抑制する度合を調整するものである。
上記（１）～（１３）の態様によれば、燃料電池により発電された電力を消費させる補機の動作を、より適切に制御することができる。
実施形態の制御システムが搭載された電動車両の構成の一例を示す図である。 実施形態に係るＦＣシステムの概略構成の一例を示す図である。 実施形態に係るＦＣ冷却システムの概略構成の一例を示す図である。 ＦＣ制御装置１４６の要求による空調装置７０のオン、オフ制御について説明するための図である。 第１の制御モードを実行する場面において、温度情報に基づいて電力の出力量を抑制するか否かを切り替えることについて説明するための図である。 ＦＣシステムを含む電動車両により実行される一連の処理の流れを示すフローチャートである。
以下、図面を参照し、本発明の制御システム、移動体、および制御方法の実施形態について説明する。以下では、制御システムが、電動車両に搭載されている例について説明する。電動車両は、例えば、燃料電池において発電された電力を走行用の電力または車載機器の動作用の電力として用いる燃料電池車両である。電動車両は、移動体の一例であり、二輪や三輪、四輪等の自動車である。制御システムは、電動車両以外の移動体（例えば、船舶、飛行体、ロボット）に搭載されてもよい。
[電動車両]
図１は、実施形態の制御システムが搭載された電動車両の構成の一例を示す図である。図１に示すように、電動車両１０は、例えば、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（蓄電装置の一例）４０と、表示装置５０と、監視ユニット６０と、空調装置７０と、制御装置８０と、ＦＣ（Fuel Cell；燃料電池）システム１００とを備える。モータ１２は「負荷」の一例である。バッテリシステム４０と、表示装置５０と、監視ユニット６０と、空調装置７０と、制御装置８０と、ＦＣシステム１００とを合わせたものが「制御システム」の一例である。制御装置８０と、後述するＦＣ制御装置とを合わせたものが「制御部」の一例である。
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１００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１０の走行に用いられる駆動力を駆動輪１４に出力する。また、モータ１２は、車両の減速時に車両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。なお、ブレーキ装置１６は、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、例えば、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、運転者による加速指示を受け付ける操作子の一例である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８０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、制御装置８０および表示装置５０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、ブレーキ踏量として制御装置８０に出力する。
また、車両センサ２０には、電動車両１０の加速度を検出する加速度センサ、鉛直軸回りの角速度を検出するヨーレートセンサ、電動車両１０の向きを検出する方位センサ等が含まれてもよい。また、車両センサ２０には、電動車両１０の位置を検出する位置センサが含まれてもよい。位置センサは、例えば、電動車両１０に搭載されたＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）受信機や、ＧＰＳ（Global Positioning System）装置から電動車両１０の位置情報を取得する。また、車両センサ２０には、電動車両１０の車室内の温度（室温）を測定する室温センサが含まれてもよい。車両センサ２０により検出された各種情報は、制御装置８０に出力される。
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。また、ＢＴＶＣＵ３４は、モータ１２から供給される回生電圧、または、ＦＣシステム１００から供給されるＦＣ電圧をバッテリシステム４０に出力する。
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とを備える。バッテリ４２は、例えば、リチウムイオン電池等の二次電池である。バッテリ４２は、例えば、モータ１２またはＦＣシステム１００において発電された電力を蓄え、電動車両１０の走行のため、または車載機器を動作させるための放電を行う。
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。バッテリセンサ４４は、検出した電流値、電圧値、温度等を制御装置８０に出力する。
また、バッテリシステム４０は、例えば外部の充電設備と接続して充放電装置から供給される電力をバッテリ４２に充電させてもよい。
表示装置５０は、例えば、表示部５２と、表示制御部５４と、を備える。表示部５２は、例えば、メータ内またはインストルメントパネルに設けられた表示部、またはヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）である。表示部５２は、表示制御部５４の制御に応じた各種情報を表示する。表示制御部５４は、バッテリシステム４０により出力される情報やＦＣシステム１００により出力される情報に基づく画像を表示部５２に表示させる。また、表示制御部５４は、車両センサ２０や制御装置８０により出力される情報に基づく画像を表示部５２に表示させる。また、表示制御部５４は、車両センサ２０により出力される車速等を示す画像を表示部５２に表示させる。また、表示装置５０は、音声を出力するスピーカを備え、表示部５２に表示された画像に対応付けられた音声または警報等を出力してもよい。
監視ユニット６０は、例えば、電動車両１０の外部の空間を撮像するカメラや電動車両１０の外部を検知範囲とするレーダあるいはＬＩＤＡＲ（Light Detection and Ranging）、これらの出力に基づいてセンサフュージョン処理を行う物体認識装置等を含む。監視ユニット６０は、電動車両１０の周辺に存在する物体の種類（特に、車両、歩行者、および自転車）を推定し、その位置や速度の情報と共に制御装置８０に出力する。
空調装置７０は、制御装置８０の制御により車室内の空調を制御する。具体的には、空調装置７０は、車両センサ２０に含まれる室温センサにより測定される温度が、電動車両１０の乗員によって設定された温度となるように、車室内の空気の状態を調整する。また、空調装置７０は、ＦＣシステム１００の制御により乗員の操作に依らずに、余剰電力を消費するために稼働してもよい。空調装置７０の詳細については後述する。
ＦＣシステム１００は、燃料電池を含む。燃料電池は、例えば、アノードとカソードとによって発電する電池である。燃料電池は、例えば、燃料ガスに燃料として含まれる水素と、空気に酸化剤として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１００は、発電した電力を、例えば、変換器３２とＢＴＶＣＵ３４との間の直流リンクＤＬに出力する。これによって、ＦＣシステム１００により供給される電力は、変換器３２を介してモータ１２に供給されたり、ＢＴＶＣＵ３４を介してバッテリシステム４０に供給され、バッテリ４２に蓄電されたりする。また、ＦＣシステム１００により供給される電力は、電動車両１０内の補機に供給されてもよい。ＦＣシステム１００の詳細については後述する。
制御装置８０は、電動車両１０における走行および車載機器の動作等を制御する。制御装置８０は、例えば、モータ制御部８２と、ブレーキ制御部８４と、電力制御部８６と、ＳＯＣ管理部８８と、走行制御部８９とを備える。モータ制御部８２、ブレーキ制御部８４、電力制御部８６、ＳＯＣ管理部８８、および走行制御部８９は、それぞれ、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のハードウェア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。また、これらの構成要素のうち一部または全部は、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。プログラムは、予め電動車両１０のＨＤＤ（Hard Disk Drive）やフラッシュメモリ等の記憶装置（非一過性の記憶媒体を備える記憶装置）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に格納されており、記憶媒体（非一過性の記憶媒体）がドライブ装置に装着されることで電動車両１０のＨＤＤやフラッシュメモリにインストールされてもよい。制御装置８０は、例えば一つのマスタＥＣＵ（Electronic Control Unit）であってもよく、少なくとも一部の構成（例えば、モータ制御部８２、ブレーキ制御部８４、電力制御部８６）が別体の制御装置（例えば、モータＥＣＵ、ブレーキＥＣＵ、バッテリＥＣＵ、ＦＣ（Fuel Cell）ＥＣＵ）といった制御装置に置き換えられてもよい。
モータ制御部８２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算出し、算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８４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算出し、算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。
電力制御部８６は、車両センサ２０の出力に基づいて、バッテリシステム４０とＦＣシステム１００に要求される総要求電力を算出する。例えば、電力制御部８６は、アクセル開度と車速に基づいてモータ１２が出力すべきトルクを算出し、トルクとモータ１２の回転数から求められる駆動軸要求電力と、補機等が要求する電力とを合計して総要求電力を算出する。
ＳＯＣ管理部８８は、バッテリシステム４０の充電状況（蓄電状況）を管理する。例えば、ＳＯＣ管理部８８は、バッテリセンサ４４の出力に基づいて、バッテリ４２のＳＯＣ（State Of Charge；バッテリ充電率）を算出する。算出結果は、電力制御部８６に出力される。
電力制御部８６は、例えば、ＳＯＣ管理部８８により管理されたバッテリ４２のＳＯＣが第１所定値未満である場合には、ＦＣシステム１００による発電によってバッテリ４２を充電させるための制御を実行したり、外部の充電設備からの電力供給による充電を乗員に促す情報を表示装置５０に出力させる。また、電力制御部８６は、バッテリ４２のＳＯＣが第１所定値より大きい第２所定値以上である場合に充電制御を停止したり、ＦＣシステム１００で発電された余剰電力を補機等で消費させるための制御を行う。
走行制御部８９は、例えば、監視ユニット６０や車両センサ２０により取得される情報に基づいて、電動車両１０に対する運転制御を実行する。また、走行制御部８９は、監視ユニット６０や車両センサ２０により取得される情報に加えて、地図情報に基づいて電動車両１０の運転制御を実行してもよい。運転制御とは、例えば、電動車両１０の操舵または加減速のうち一方または双方を制御することで、電動車両１０を走行させるものである。運転制御には、例えば、ＡＤＡＳ（Advanced Driver Assistance System）等の運転支援制御が含まれる。ＡＤＡＳには、例えば、ＬＫＡＳ（Lane Keeping Assistance System）や、ＡＣＣ（Adaptive Cruise Control System）、ＣＭＢＳ（Collision Mitigation Brake System）等が含まれる。また、運転制御には、例えば、電動車両１０に異常が検出された場合に、電動車両１０を所定位置（例えば、走行中の道路の路肩等の安全な場所）に停車させる退避運転が含まれてもよい。電動車両１０の異常とは、電動車両１０の走行に関する異常であり、例えば、ＦＣシステム１００における発電やバッテリシステム４０における充放電、補機等による作動に関する異常等が含まれる。
［ＦＣシステム］
次に、ＦＣシステム１００の詳細について説明する。図２は、実施形態に係るＦＣシステム１００の概略構成の一例を示す図である。なお、本実施形態のＦＣシステム１００については、以下の構成に限定されるものではなく、例えば、アノードとカソードによって発電するシステム構成であれば、いかなる構成であってもよい。図２に示すＦＣシステム１００は、例えば、ＦＣスタック１１０と、コンプレッサ１１４と、封止入口弁１１６と、加湿器１１８と、気液分離器１２０と、排気循環ポンプ（Ｐ）１２２と、排水バルブ１２４と、水素タンク１２６と、水素供給弁１２８と、水素循環部１３０と、気液分離器１３２と、温度センサ（ＶＦＴ）１４０と、コンタクタ１４２と、ＦＣＶＣＵ（Fuel Cell Voltage Control Unit）１４４と、ＦＣ制御装置１４６と、ＦＣ冷却システム２００とを備える。ＦＣＶＣＵ１４４およびＦＣ制御装置１４６のそれぞれは、例えば、ＣＰＵ等のハードウェア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。また、これらの構成要素のうち一部または全部は、ＬＳＩやＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、ＧＰＵ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。プログラムは、予めＦＣシステム１００のＨＤＤやフラッシュメモリ等の記憶装置（非一過性の記憶媒体を備える記憶装置）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に格納されており、記憶媒体（非一過性の記憶媒体）がドライブ装置に装着されることでＦＣシステム１００のＨＤＤやフラッシュメモリにインストールされてもよい。
ＦＣスタック１１０は、複数の燃料電池セルが積層された積層体（図示略）と、この積層体を積層方向の両側から挟み込む一対のエンドプレート（図示略）と、を備える。燃料電池セルは、膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）と、この膜電極接合体を接合方向の両側から挟み込む一対のセパレータとを備える。膜電極接合体は、例えば、アノード触媒およびガス拡散層からなるアノード１１０Ａと、カソード触媒およびガス拡散層からなるカソード１１０Ｂと、アノード１１０Ａおよびカソード１１０Ｂによって厚さ方向の両側から挟み込まれた陽イオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜１１０Ｃと、を備える。
アノード１１０Ａには、燃料として水素を含む燃料ガスが水素タンク１２６から供給される。カソード１１０Ｂには、酸化剤として酸素を含む酸化剤ガス（反応ガス）である空気がコンプレッサ１１４から供給される。アノード１１０Ａに供給された水素は、アノード触媒上で触媒反応によりイオン化され、水素イオンは、適度に加湿された固体高分子電解質膜１１０Ｃを介してカソード１１０Ｂへと移動する。水素イオンの移動に伴って発生する電子は直流電流として外部回路（ＦＣＶＣＵ１４４等）に取り出し可能である。アノード１１０Ａからカソード１１０Ｂのカソード触媒上へと移動した水素イオンは、カソード１１０Ｂに供給された酸素と、カソード触媒上の電子と反応して、水を生成する。
コンプレッサ１１４は、ＦＣ制御装置１４６により駆動制御されるモータ等を備え、このモータの駆動力によって外部から空気を取り込んで圧縮し、圧縮後の空気をカソード１１０Ｂに接続された酸化剤ガス供給路１５０に送り込むことで、燃料電池に酸化ガスを圧送する。
封止入口弁１１６は、コンプレッサ１１４と、ＦＣスタック１１０のカソード１１０Ｂに空気を供給可能なカソード供給口１１２ａとを接続する酸化剤ガス供給路１５０に設けられ、ＦＣ制御装置１４６の制御によって開閉される。
加湿器１１８は、コンプレッサ１１４から酸化剤ガス供給路１５０に送り込まれた空気を加湿する。より詳細には、加湿器１１８は、例えば中空糸膜等の水透過膜を備え、コンプレッサ１１４からの空気を、水透過膜を介して接触させることで水分を空気に添加する。
気液分離器１２０は、カソード１１０Ｂで消費されることなく、カソード排出口１１２ｂから酸化剤ガス排出路１５２に排出されたカソード排ガスと液水とを、カソードの排気路１６２を介して大気中に排出させる。また、気液分離器１２０は、酸化剤ガス排出路１５２に排出されたカソード排ガスと液水とを分離し、分離されたカソード排ガスを排気再循環路１５４に流入させてもよい。
排気循環ポンプ１２２は、排気再循環路１５４に設けられ、気液分離器１２０から排気再循環路１５４に流入したカソード排ガスを、封止入口弁１１６からカソード供給口１１２ａに向かい酸化剤ガス供給路１５０を流通する空気と混合し、カソード１１０Ｂに再び供給する。
水素タンク１２６は、水素を圧縮した状態で貯留する。水素供給弁１２８は、水素タンク１２６と、ＦＣスタック１１０のアノード１１０Ａに水素を供給可能なアノード供給口１１２ｃとを接続する燃料ガス供給路１５６に設けられている。水素供給弁１２８は、ＦＣ制御装置１４６の制御によって開弁した場合に、水素タンク１２６に貯留された水素を燃料ガス供給路１５６に供給する。
水素循環部１３０は、例えば、燃料電池に燃料ガスを循環供給するポンプである。水素循環部１３０は、例えば、アノード１１０Ａで消費されることなく、アノード排出口１１２ｄから燃料ガス排出路１５８に排出されたアノード排ガスを、気液分離器１３２に流入する燃料ガス供給路１５６に循環させる。
気液分離器１３２は、水素循環部１３０の作用により燃料ガス排出路１５８から燃料ガス供給路１５６に循環するアノード排ガスと液水とを分離する。気液分離器１３２は、液水から分離されたアノード排ガスを、ＦＣスタック１１０のアノード供給口１１２ｃに供給する。また、気液分離器１３２は、分離した液水を、ドレイン管２６４を介して大気中に排出させる。
温度センサ１４０は、ＦＣスタック１１０のアノード１１０Ａおよびカソード１１０Ｂの温度を検出し、検出信号（温度情報）をＦＣ制御装置１４６に出力する。
コンタクタ１４２は、ＦＣスタック１１０のアノード１１０Ａおよびカソード１１０Ｂと、ＦＣＶＣＵ１４４との間に設けられている。コンタクタ１４２は、ＦＣ制御装置１４６からの制御に基づいて、ＦＣスタック１１０とＦＣＶＣＵ１４４との間を電気的に接続させ、または遮断する。
ＦＣＶＣＵ１４４は、例えば、昇圧型のＤＣ―ＤＣコンバータである。ＦＣＶＣＵ１４４は、コンタクタ１４２を介したＦＣスタック１１０のアノード１１０Ａおよびカソード１１０Ｂと電気負荷との間に配置されている。ＦＣＶＣＵ１４４は、電気負荷側に接続された出力端子１４８の電圧を、ＦＣ制御装置１４６によって決定された目標電圧に昇圧する。ＦＣＶＣＵ１４４は、例えば、ＦＣスタック１１０から出力された電圧を目標電圧に昇圧して出力端子１４８に出力する。
ＦＣ制御装置１４６は、ＦＣシステム１００における発電や冷却に関する制御を行う。ＦＣ制御装置１４６は、例えばＦＣＥＣＵといった制御装置に置き換えられてもよい。またＦＣ制御装置１４６は、制御装置８０と連携して電動車両１０の制御を行ってもよい。例えば、ＦＣ制御装置１４６は、ＦＣシステム１００の暖機が必要であり、且つ、ＦＣシステム１００に要求される発電量が所定量以上であると電力制御部８６により判定された場合、ＦＣシステム１００の暖機制御を行う。電力制御部８６は、例えば、温度センサ１４０による検出信号をＦＣ制御装置１４６から取得し、温度センサ１４０により検出されたＦＣスタック１１０の温度が閾値未満である場合に、ＦＣシステム１００の暖機が必要であると判定する。また、電力制御部８６は、ＦＣシステム１００の暖機制御を行っている間、温度センサ１４０による検出信号をＦＣ制御装置１４６から取得し、温度センサ１４０により検出されたＦＣスタック１１０の温度が閾値以上となった場合に、ＦＣシステム１００の暖機制御が完了したと判定する。
また、ＦＣ制御装置１４６は、ＦＣシステム１００が発電中である場合において、温度センサ１４０による温度が所定温度範囲で維持されるように、ＦＣ冷却システム２００によりＦＣスタック１１０を加熱または冷却させる。また、ＦＣ制御装置１４６は、ＦＣシステム１００により発電された電力を補機に消費させるための制御を行ってもよい。補機には、例えば、バッテリシステム４０、表示装置５０、監視ユニット６０、空調装置７０、およびＦＣシステム１００に含まれる構成要素のうち、少なくとも一つが含まれてよい。一般に温度制御による電力消費が大きいため、ＦＣシステム１００により発電された余剰電力を消費させる場合には、効率的な電力消費が実現できるように、温度制御を行うＦＣ冷却システム２００や空調装置７０に含まれる構成要素のうち少なくとも一つが含まれるのが好ましい。
［ＦＣ冷却システム］
次に、ＦＣ冷却システム２００の構成について図を用いて説明する。図３は、実施形態に係るＦＣ冷却システムの概略構成の一例を示す図である。なお、本実施形態のＦＣ冷却システム２００については、以下の構成に限定されるものではなく、ＦＣシステム１００の温度調整が可能な構成であれば、いかなる構成であってもよい。また、図３の例では、ＦＣシステム１００により発電された電力を消費させる補機の一例として空調装置７０が示されている。また、図３の例では、ＦＣ冷却システム２００および空調装置７０に供給される冷媒の流路が示されている。ＦＣ冷却システム２００は、ラジエータ２０２と、ファン２０４と、サーモスタット２０６と、冷媒タンク２０８と、冷媒供給弁２１０と、第１冷媒供給ポンプ（冷却ポンプ）２１２と、イオン交換樹脂２１４と、冷媒温度センサ２１６とを備える。ラジエータ２０２は、冷媒流路から流出した高温の冷媒を放熱させるための熱交換器である。冷媒は、例えば水である。また、冷媒は、例えばエチレングリコールを含む水であってもよく、他の冷媒であってもよい。ラジエータ２０２は、冷媒流路から流出した冷媒を空気との熱交換によって放熱させる。ファン２０４は、ラジエータ２０２の近くに設けられ、ＦＣ制御装置１４６の制御によりラジエータ２０２に向けて風を送る。
サーモスタット２０６は、冷媒温度センサ２１６により検出された冷媒の温度に応じてラジエータ２０２への冷媒の通流または迂回を切り替え、ＦＣシステム１００の温度を調整する温度調整機構である。冷媒タンク２０８は、冷媒を貯留する。第１冷媒供給ポンプ２１２は、ＦＣ制御装置１４６の制御により冷媒流路に向けて冷媒を圧縮する冷却媒体循環用のポンプである。冷媒供給弁２１０は、サーモスタット２０６と第１冷媒供給ポンプ２１２との間に設けられる。冷媒供給弁２１０は、ＦＣ制御装置１４６の制御により、系全体の冷媒が不足している場合には冷媒タンク２０８から循環系へ冷媒を供給させ、冷媒が過剰な場合には循環系から冷媒タンク２０８へ冷媒を移動させるように弁の切り替えを行う。
第１冷媒供給ポンプ２１２は、サーモスタット２０６からの冷媒または冷媒タンク２０８からの冷媒を圧縮する。第１冷媒供給ポンプ２１２により圧縮された冷媒は、ＦＣスタック１１０内の流路を巡回してＦＣスタック１１０から排出される。また、イオン交換樹脂２１４は、ＦＣスタック１１０を迂回するバイパス路に設けられ、冷却媒体中の不純物（例えば、導電成分）を除去する。冷媒温度センサ２１６は、ＦＣスタック１１０の排出された冷媒の温度を検出する。冷媒温度センサ２１６は、冷媒の流路上の他の位置に設けられていてもよく、複数のセンサが設けられていてもよい。
ここで、図３に示す冷媒の流路（配管）には、ＦＣスタック１１０の冷媒出口から排出された冷媒をラジエータ２０２に流入させてＦＣ冷却システム２００内で冷媒を循環させる第１の流路（循環ライン）と、ＦＣスタック１１０の冷媒出口から排出された冷媒を空調装置７０側に供給して循環させる第２の流路（循環ライン）とを分岐させる分岐点Ｐ１が設けられている。分岐点Ｐ１によって第２の流路に分岐された冷媒は、三方弁２２０を通って空調装置７０に流入される。三方弁２２０は、ＦＣ制御装置１４６の制御により冷媒の流路を切り替える流路切替弁である。
空調装置７０は、例えば、第２冷媒供給ポンプ７１は、ヒータ７２と、送風機７３と、エボパレータ７４と、エアミックスドア７５と、ヒータコア７６とを備える。図３に示す空調装置７０は、ダクト７７内に、上流側から順に送風機７３、エボパレータ７４、エアミックスドア７５、およびヒータコア７６が設置されている。ダクト７７は、上流端が開口して車内外に連通すると共に、下流端が開口して車室に連通するように設置されている。空調装置７０の各構成要素のうちダクト７７を除く構成要素は、例えば制御装置８０またはＦＣ制御装置１４６の制御により作動し、作動によって電力が消費される。
第２冷媒供給ポンプ７１は、空調装置７０内のヒータコア７６に向けて冷媒を圧送する冷媒循環用ポンプである。ヒータ７２は、第２冷媒供給ポンプ７１によって流入される冷媒を所定温度に加熱する電気ヒータである。ヒータ７２は、冷媒の温度またはヒータ本体の温度を計測する温度センサが設けられていてもよい。ヒータ７２から排出された冷媒は、ヒータコア７６の流入口に接続される。
送風機７３は、ダクト７７内の上流端付近に設けられ、車内外からの空気を吸入して下流側に送り込む。送風機７３にはファン等が設けられており、ファンの回転数によって送風量が制御される。エボパレータ７４は、送風機７３から送り込まれる空気を冷却するものであり、冷房運転時に蒸発器として機能する。エアミックスドア７５は、ヒータコア７６に流入される空気と、ヒータコア７６を迂回する空気との流量比を調整する。これにより、車室内に送り込まれる空気の温度が調整される。エアミックスドア７５は、ヒータコア７６側の一方の端部が固定され、他方の端部が回転する回動式でもよく、ヒータコア７６に流入される空気またはヒータコア７６を迂回する空気の一部または全部を遮るようにスライドするスライド式でもよい。ヒータコア７６は、ヒータ７２側から流入される高温の冷媒と、エアミックスドア７５によって案内され、ダクト７７内を通流する空気とを熱交換する熱交換器である。これにより、エボパレータ７４に冷却された空気またはヒータコア７６により温められた空気が車室内に送られる。
ヒータコア７６の冷媒出口から流出された冷媒は、三方弁２２０側に出力される。図３の例において、冷媒の流路（配管）には、ヒータコア７６の冷媒出口から流出された冷媒を冷却システムに送る第３の流路（循環ライン）と、三方弁２２０を通って空調装置７０に流入させる第４の流路（循環ライン）とを分岐させる分岐点Ｐ２が設けられている。分岐点Ｐ２によって第３の冷媒ラインに分岐された冷媒は、ＦＣ冷却システム２００内のラジエータ２０２側に流入される。一方、分岐点Ｐ２によって第４の冷媒ラインに分岐された冷媒は、再び空調装置７０に流入され空調装置７０内を循環する。
三方弁２２０は、ＦＣ制御装置１４６の制御により弁の切り替えを行うことで、ヒータコア７６の冷媒出口から流出された冷媒を、ＦＣ冷却システム２００内のラジエータ２０２側に流入させたり、空調装置７０内で循環するように流路を制御する。
制御装置８０は、例えば、電動車両１０乗員等により設定された送風量および温度になるように空調装置７０の作動を制御する。ＦＣ制御装置１４６は、例えば、ＦＣシステム１００で発電された電力（例えば、余剰電力）を消費させる場合に、乗員の操作に依らずに空調装置７０を作動させる。
［ＦＣ制御装置からの要求による補機制御］
次に、ＦＣ制御装置１４６からの要求による補機制御の具体例について説明する。以下では、補機の一例として空調装置７０を用いる。例えば、ＦＣ制御装置１４６は、所定条件を満たす場合に空調装置７０を動作させるための制御を行う。所定条件とは、例えば、電動車両１０の停止時において、電力生成以外の目的（例えば、ＦＣシステム１００等の暖機）で発電をする要求があることであって、且つ、発電により生成した電力をバッテリ４２に充電できない状態であることである（以下、「第１の条件」と称する）。発電により生成した電力をバッテリ４２に充電できない状態とは、例えば、バッテリ４２のＳＯＣが所定値以上である場合（例えば、満充電または満充電に近い場合）である状態である。第１の条件を満たす場合、ＦＣ制御装置１４６は、乗員の有無または乗員の操作の有無に依らずに空調装置７０を動作させて、ＦＣシステム１００により発電された余剰電力を消費させる。また、ＦＣ制御装置１４６は、例えば、上述した図３に示す三方弁２２０により、ＦＣスタック１１０からの冷媒が、三方弁２２０を介して空調装置７０に流入されるように切り替えて、空調装置７０を作動させてもよい。これにより、余剰電力を消費することができると共に、冷媒の温度をＦＣ冷却システム２００および空調装置７０で制御することができる。
また、所定条件とは、ＦＣシステム１００だけでなく空調装置７０も動作させて発熱量を増やす必要が生じたことであってもよい（以下、「第２の条件」と称する）。第２の条件における制御は、例えば、短時間でＦＣシステム１００等の暖機を行う場合の制御である。第２の条件を満たす場合、ＦＣ制御装置１４６は、上述した図３に示す三方弁２２０により、ＦＣスタック１１０からの冷媒が、三方弁２２０を介して空調装置７０に流入されるように切り替え、空調装置７０を作動させる。この作動により、ＦＣシステム１００と空調装置７０の両方の発熱により、短時間に冷媒を高温にすることができ、その結果として、短時間でＦＣシステム１００の暖機を実現できる。
また、所定条件は、空調装置７０の発熱によってＦＣスタック１１０を昇温させる必要が生じたことであってもよい（以下、「第３の条件」と称する）。第３の条件を満たす場合、ＦＣ制御装置１４６は、上述した図３に示す三方弁２２０により、ＦＣスタック１１０からの冷媒が、三方弁２２０を介して空調装置７０に流入されるように切り替え、空調装置７０を作動させる。この作動により、空調装置７０により冷媒の温度を高くすることができ、その冷媒をＦＣスタック１１０に供給することで、ＦＣスタック１１０を昇温させることができる。
ＦＣ制御装置１４６は、上述の所定条件により、電動車両１０の乗員の要求以外で空調装置７０の作動を制御する。また、ＦＣ制御装置１４６は、空調装置７０の動作（オン、オフ）を制御する場合には、オン、オフの繰り返しによる装置（例えば、ヒータ７２）の劣化を抑制するための制御を行う。
ここで、ＦＣ制御装置１４６の要求による空調装置７０のオン、オフ制御について具体的に説明する。図４は、ＦＣ制御装置１４６の要求による空調装置７０のオン、オフ制御について説明するための図である。なお、図４の例では、空調装置７０に含まれるヒータ７２に対する制御の一例を示している。図４の横軸は時間Ｔを示し、縦軸はヒータ７２の最大出力Ｐ［ｋＷ］を示している。図４の例において、グラフ線Ｌ１は、第１の電力制御によるヒータ７２の出力電力の様子を示し、グラフ線Ｌ２は、第２の電力制御によるヒータ７２の出力電力の様子を示している。また、図４の例では、時刻ｔ０、ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６、ｔ７の順に時間が進行しているものとする。
例えば、ＦＣ制御装置１４６は、例えば、第１の条件を満たす場合にヒータ７２による電力消費を要求する。ここで、第１の電力制御の場合には、時刻ｔ０において、最大出力が出力量Ｐ１となるようにヒータ７２が制御される。出力量Ｐ１は、例えば、約６［ｋＷ］程度であるが、これに限定されない。また、ヒータ７２の温度が第１所定温度以上になると、ヒータ７２の保護制御が行われ、ヒータ７２を強制的にオフにする制御（以下、「強制オフ制御」と称する）が実行される。図４の例では、時刻ｔ１で強制オフ制御が実行されている。また、電源オフによりヒータ７２の温度が低下し、時刻ｔ３で温度が第２所定温度（第２所定温度＜第１所定温度）未満となった場合に、再びヒータ７２の電源をオンにしてヒータ７２を作動させ、電力を消費させる制御が再開される。また時刻ｔ４で温度が所定の温度になると、再びヒータ７２の強制オフ制御が実行される。時刻ｔ４以降（時刻ｔ５，ｔ６，ｔ７，…）も上記の制御が繰り返し実行される。しかしながら、上述した第１の電力制御は、高負荷（最大出力が大きい状態）から強制オフ制御が実行されると共に、オン制御とオフ制御とが繰り返し実行されるため、ヒータ７２の劣化を助長させてしまう可能性がある。更に、第１の電力制御は、停止時間（図３の例では、時刻ｔ２～ｔ３、時刻ｔ４～ｔ５、時刻ｔ６～ｔ７）が存在するため、この間のヒータ７２による余剰電力の消費ができない。
そこで、ＦＣ制御装置１４６は、例えば、ヒータ７２を通過する冷媒の温度変化やヒータ本体の温度変化に基づいて、ヒータ７２の出力電力を抑制するタイミングおよび抑制する度合を調整する第２の電力制御を実行する。第２の電力制御において、ＦＣ制御装置１４６は、時刻ｔ０で最大出力が出力量Ｐ１となるようにヒータ７２を作動させた後、時間経過に伴う冷媒の温度変化（上昇度合）に基づいて、ヒータ７２の温度が、将来において強制オフ制御が開始される温度となる時刻を予測し、予測した時刻よりも前に、最大出力が出力値の抑制を開始する。図４の例において、ＦＣ制御装置１４６は、時刻ｔ０以降の時間経過に伴う温度変化に基づいて、時刻ｔ１でヒータ７２の温度が所定値以上になると予測した場合に、時刻ｔ１よりも所定時間前の時刻ｔａから出力電力を減少させる制御を行う。なお、図４の例では、時刻ｔａからの時間経過に伴い、一定の抑制度合で徐々に（線形的）に出力電力を減少させているが、これに代えて、段階的（非線形）に抑制度合を変化させて、出力電力を減少させてもよい。このように、ＦＣ制御装置１４６は、ヒータ７２の温度上昇による強制オフ制御が実行される前に、徐々にヒータ７２による出力電力値を抑制するため、ヒータ７２が強制オフされる回数を減らすことができる。その結果、ヒータ７２の劣化を抑制することができる。更に、ヒータ７２は、ヒータ７２の作動を継続できるため、より有効にヒータ７２を活用して、より適切な電力消費を維持することができる。
また、ＦＣ制御装置１４６は、出力電力を抑制する場合に、ヒータ７２の出力電力の出力量Ｐ２で一定になるように制御してもよい。出力量Ｐ２は、例えば、ヒータ７２により冷媒を加熱するために最低限必要な値である。また、出力量Ｐ２は、例えば、ヒータ７２の温度が、強制オフ制御が実行される第１所定温度以上にならずに、ヒータ７２による電力消費が維持される値であってもよい。出力量Ｐ２は、例えば、約４［ｋＷ］程度であるが、これに限定されず、ヒータ７２の性能等によって適宜変更されてよい。図４の例において、ＦＣ制御装置１４６は、時刻ｔｂ以降において、最大出力が出力量Ｐ２となるようにヒータ７２の出力電力を抑制している。ＦＣ制御装置１４６は、出力電力を出力量Ｐ２に抑制することで、仮に、この状態で強制オフ制御が実行された場合であっても、出力量Ｐ１の状態から強制オフ制御が実行されるよりも、電力変化が少ないため、ヒータ７２の劣化を抑制することができる。
また、ＦＣ制御装置１４６は、ヒータ７２の温度変化に基づいて、強制オフ制御が開始されない範囲で出力電力を調整してもよい。これにより、第１の電力制御のようにヒータ７２の強制オフ制御が繰り返されることを抑制することができるため、ヒータ７２の耐久性を確保することができる。
また、ＦＣ制御装置１４６は、例えば、温度上昇等により強制オフ制御を行った場合には、強制オフ制御を行ってから所定時間が経過するまでは、ヒータ７２のオン制御（作動制御）は行わないようにしてもよい。
なお、実施形態における補機には、上述した空調装置７０の他、ＦＣシステム１００に含まれる補機としてコンプレッサ１１４、排気循環ポンプ１２２、第１冷媒供給ポンプ２１２等が含まれてもよい。例えば、ＦＣ制御装置１４６は、電動車両１０の停車時にＦＣシステム１００の暖機等のために発電を行う制御において、バッテリ４２のＳＯＣが所定値以上である場合に、空調装置７０と、コンプレッサ１１４、排気循環ポンプ１２２と、第１冷媒供給ポンプ２１２のうち、少なくとも一つを作動させて電力を消費させる。
また、他の補機には、三方弁２２０が含まれてもよい。三方弁２２０による冷媒の流路を切り替えることにより、複数の補機を連携させて、燃料電池と、電動車両１０内の温度管理を行うことができると共に、電力を消費させる補機の候補を増やすことができる。
また、ＦＣ制御装置１４６は、バッテリ４２の状況に応じて、空調装置７０や、コンプレッサ１１４、排気循環ポンプ１２２、および第１冷媒供給ポンプ２１２の少なくとも一つの出力によって、ＦＣスタック１１０が昇温可能となるように制御してもよい。これにより、余剰電力を消費させることができると共に、空調装置７０等の温度制御によってＦＣシステム１００の暖機制御を行うことができる。したがって、燃料電池の劣化を抑制するとともに、極低温の環境下において、より効率的に燃料電池を動作させることができる。
また、制御装置８０は、少なくとも、補機を動作させることでＦＣシステム１００により発電された余剰電力を消費させる第１の制御モードと、乗員からの指示により補機を動作させる第２の制御モードとを備える。また、制御装置８０は、第１の制御モードを実行する場合、補機に関する温度に所定の範囲を設けて補機による電力の出力量を抑制するタイミングや抑制する度合を制御してもよい。
図５は、第１の制御モードを実行する場面において、温度情報に基づいて電力の出力量を抑制するか否かを切り替えることについて説明するための図である。図５の横軸は時間Ｔを示し、縦軸は電動車両１０の発電に関する状態、冷媒の温度変化、ヒータ７２の作動に対するオン、オフ要求、ヒータ７２に対する出力量の抑制要求のオン、オフ、およびヒータ７２の出力電力量を示している。なお、温度は、冷媒の温度に代えて、ヒータ本体の温度でもよい。また、図５の例では、時刻ｔ１０、ｔ１１、ｔ１２、ｔ１３、ｔ１４、ｔ１５の順に時間が進行しているものとする。
図５の例において、時刻ｔ１０は、電動車両１０の駆動源がイグニッションオン状態となり電動車両１０が起動した時刻である。この時刻ｔ１０において、ＦＣ制御装置１４６は、ヒータ７２を作動させる要求（オン要求）を出力する。また、ＦＣ制御装置１４６は、出力電力量を抑制前の出力量Ｐ１に設定する。時刻ｔ１１～ｔ１２は、乗員の操作により駆動源がイグニッションオン状態となり、且つ電動車両１０が走行時の発電中である状態を示している。この状態においては、発電された電力によってヒータ７２を動作させるため、例えば、ヒータ７２の温度が上昇している。
時刻ｔ１２～１５は、電動車両１０が停止時において発電中である状態を示している。時刻ｔ１２は、乗員の操作で駆動源がイグニッションオフ状態となった時点を示している。図５の例では、時刻ｔ１２以降も発電が継続していると共に出力の抑制がされていないため、ヒータ７２の温度は上昇する。ここで、ＦＣ制御装置１４６は、ヒータ７２の温度が第１閾値ＴＨ１となった時刻ｔ１３において、出力を抑制する制御をヒータ７２に出力する。第１閾値ＴＨ１は、ヒータ７２が強制オフ制御される温度（第１所定温度以上）よりも小さい温度である。出力抑制要求を受けたヒータ７２は、時間経過に伴って徐々に出力量Ｐ２になるように出力電力量の制御が行われる。
また、ＦＣ制御装置１４６は、温度が第２閾値ＴＨ２未満となった時刻ｔ１４において、出力電力の抑制を解除し、再び出力量Ｐ１となるようにヒータ７２の出力電力を制御する。第２閾値ＴＨ２は、第１閾値ＴＨ１よりも小さい値である。この場合、ＦＣ制御装置１４６は、短時間で出力値が上昇しないように、徐々に出力量Ｐ１となるように制御してもよい。このように、出力電力の抑制の有無を切り替える場合に、ヒステリシスを考慮して所定の温度範囲（第１閾値ＴＨ１～第２閾値ＴＨ２）を設けることで、温度の上下変動（ハンチング）等による抑制制御の切り替えが繰り返し実行されることを抑制することができ、より適切な補機の動作制御を行うことができる。
また、時刻ｔ１５において、停止時発電を完了する場合に、停止処理として、ヒータ７２の作動を停止する制御（オフ制御）が実行される。なお、図５に示すような制御は、例えば、温度や季節等による所定の環境下でのみ実行されてもよい。例えば、ＦＣシステム１００の温度または外気温が所定温度（例えば、２０［℃］）以下の場合に実行してもよく、冬季期間等の判定を行い、その期間中であれば、仮にＦＣシステム１００の温度や外気温が所定温度を超える場合であっても実行してもよい。また、ＦＣ制御装置１４６は、温度や季節等の所定の環境に応じて補機に対する出力要求を変更してもよい。
なお、余剰電力を消費する補機のうち少なくとも一つには、高電圧用の補機が含まれてもよい。一般的に補機は１２［Ｖ］系の低圧バッテリで制御されるが、例えば、燃料電池に基づく高圧バッテリ（例えば、１２［Ｖ］よりも高い電圧のバッテリ）で制御される補機により余剰電力を消費させることで、より効率的に電力を消費させることができる。
［処理フロー］
以下、実施形態に係るＦＣシステム１００のコンピュータにより実行される処理の流れについてフローチャートを用いて説明する。なお、以下の処理では、電動車両１０の停止時におけるＦＣシステム１００の発電および補機による電力消費に関する処理について説明する。図６は、ＦＣシステム１００を含む電動車両１０により実行される一連の処理の流れを示すフローチャートである。図６の例において、制御装置８０は、電動車両１０の停止時（例えば、駆動源のイグニッションオフ状態）に発電を行うか否かを判定する（ステップＳ１００）。停車時に発電を行うと判定された場合、制御装置８０は、電動車両１０の動作中（例えば、駆動源のイグニッションオン状態）の状態から発電を行っていない場合には発電を開始し、電動車両１０の動作中の状態から発電を行っている場合には、発電を継続する（ステップＳ１０２）。
次に、ＦＣ制御装置１４６は、バッテリ４２のＳＯＣが所定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。バッテリ４２のＳＯＣが所定値以上である場合、ＦＣ制御装置１４６は、補機を作動させて電力を消費させる（ステップＳ１０６）。ステップＳ１０６の処理では、最大出力値を出力量Ｐ１とする。以下の例では、冷媒を用いたＦＣ冷却システム２００および空調装置７０を含まれる構成の少なくとも一部を補機として作動させたものとする。
次に、ＦＣ制御装置１４６は、ＦＣスタック１１０および空調装置７０に供給される冷媒の温度が第１閾値ＴＨ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０８）。冷媒の温度が第１閾値ＴＨ１以上であると判定した場合、ＦＣ制御装置１４６は、補機により電力を消費するための出力値を、ステップＳ１０６の処理により設定された出力量Ｐ１よりも抑制させるタイミングおよび抑制する度合を調整する（ステップＳ１１０）。次に、ＦＣ制御装置１４６は、調整されたタイミングおよび抑制度合で補機に電力を消費させる（ステップＳ１１２）。ステップＳ１１２の処理では、例えば、冷媒の温度が空調装置７０内のヒータ７２を強制オフする温度に到達する時刻よりも前から徐々に出力量Ｐ２（Ｐ２＜Ｐ１）となるように出力値を調整しながら補機による電力消費が実行される。
次に、ＦＣ制御装置１４６は、冷媒の温度が第２閾値未満ＴＨ２であるか否かを判定する（ステップＳ１１４）。第２閾値ＴＨ２は、第１閾値ＴＨ１よりも小さい値である。温度が第２閾値未満であると判定された場合、ＦＣ制御装置１４６は、補機により消費される電力の抑制を元に戻す制御を行う（ステップＳ１１６）。これにより、強制オフ制御が実行されない温度範囲において、より効率的に電力を消費させることができる。
また、ステップＳ１０４の処理において、バッテリ４２のＳＯＣが所定値以上でないと判定した場合、ＦＣ制御装置１４６は、バッテリ４２を充電する（ステップＳ１１８）。ステップＳ１１６またはステップＳ１１８の処理が終了後、ステップＳ１０８の処理において温度が第１閾値以上ではないと判定した場合、或いはステップＳ１１４の処理において温度が第２閾値未満ではないと判定した場合、ＦＣ制御装置１４６は、発電を終了するか否かを判定する（ステップＳ１２０）。発電を終了しないと判定された場合、ステップＳ１０４の処理に戻る。また、電動車両１０の乗員の操作またはその他の発電を終了するための条件を満たすことにより発電を終了すると判定した場合、ＦＣ制御装置１４６は、補機の作動を終了し（ステップＳ１２２）、ＦＣシステム１００における発電を終了する（ステップＳ１２４）。また、ステップＳ１００の処理において、電動車両１０の停止時に発電を行わないと判定された場合、ＦＣ制御装置１４６は、停止前に発電している場合には、ＦＣシステム１００における発電を終了し（ステップＳ１２４）、停止前に発電していない場合には、そのまま処理を終了する。これにより、本フローチャートの処理が終了する。
以上説明した実施形態によれば、制御システムにおいて、アノードとカソードによって発電する燃料電池と、燃料電池により発電された電力を蓄電可能な蓄電装置（バッテリシステム４０）と、電力を供給可能な補機と、燃料電池および前記補機の動作を制御する制御部（ＦＣ制御装置１４６、制御装置８０）と、を備え、制御部は、燃料電池の発電時における蓄電装置の蓄電状況に応じて、補機により電力が消費されるように制御し、補機に関する温度情報に基づいて、補機により消費される電力を抑制するタイミングまたは抑制する度合のうち一方または双方を調整することにより、燃料電池により発電された電力を消費させる補機の動作を、より適切に制御することができる。
具体的には、実施形態によれば、余剰電力を消費させるための補機のオン、オフ制御を繰り返さないように制御することで、補機の劣化を抑制することができる。また、実施形態によれば、電力消費による温度上昇によって、補機に強制的にオフにする制御が実行されるまでに、温度を調整する出力制御が実行されるため、補機が強制的にオフ制御されることなく、補機を継続して作動させることができる。
上記実施形態は、以下のように表現することができる。
アノードとカソードによって発電する燃料電池と、
前記燃料電池により発電された電力を蓄電可能な蓄電装置と、
前記電力を供給可能な補機と、
プログラムを記憶した記憶装置と、
ハードウェアプロセッサと、を備え、
前記ハードウェアプロセッサが前記記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより、
前記燃料電池および前記補機の動作を制御し、
前記燃料電池の発電時における前記蓄電装置の蓄電状況に応じて、前記補機により前記電力が消費されるように制御し、
前記補機に関する温度情報に基づいて、前記補機により消費される電力を抑制するタイミングまたは抑制する度合のうち一方または双方を調整する、
ように構成されている制御システム。
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。
１０…電動車両、１２…モータ、１４…駆動輪、１６…ブレーキ装置、２０…車両センサ、３２…変換器、３４…ＢＴＶＣＵ、４０…バッテリシステム、５０…表示装置、６０…監視ユニット、７０…空調装置、７１…第２冷媒供給ポンプ、７２…ヒータ、７３…送風機、７４…エボパレータ、７５…エアミックスドア、７６…ヒータコア、８０…制御装置、１００…ＦＣシステム、１１０…ＦＣスタック、１１４…コンプレッサ、１１６…封止入口弁、１１８…加湿器、１２０…気液分離器、１２２…排気循環ポンプ、１２４…排水バルブ、１２６…水素タンク、１２８…水素供給弁、１３０…水素循環部、１３２…気液分離器、１４０…温度センサ、１４２…コンタクタ、１４４…ＦＣＶＣＵ、１４６…ＦＣ制御装置、２００…ＦＣ冷却システム、２０２…ラジエータ、２０４…ファン、２０６…サーモスタット、２０８…冷媒タンク、２１０…冷媒供給弁、２１２…第１冷媒供給ポンプ、２１４…イオン交換樹脂、２１６…冷媒温度センサ

Claims (10)

  1. アノードとカソードによって発電する燃料電池と、
    前記燃料電池により発電された電力を蓄電可能な蓄電装置と、
    前記電力を供給可能な補機と、
    前記燃料電池および前記補機の動作を制御する制御部と、を備え、
    前記制御部は、前記燃料電池の発電時における前記蓄電装置の蓄電状況に応じて、前記補機により前記電力が消費されるように制御し、前記補機に関する温度情報に基づいて、前記補機により消費される電力を抑制するタイミングまたは抑制する度合のうち一方または双方を調整し、
    前記制御部は、前記補機に関する温度が将来において前記補機の動作を強制的に停止させる温度に到達すると予測した場合に、予測した時刻よりも前に、前記補機による電力の出力量を減少させる、
    制御システム。
  2. アノードとカソードによって発電する燃料電池と、
    前記燃料電池により発電された電力を蓄電可能な蓄電装置と、
    前記電力を供給可能な補機と、
    前記燃料電池および前記補機の動作を制御する制御部と、を備え、
    前記制御部は、前記燃料電池の発電時における前記蓄電装置の蓄電状況に応じて、前記補機により前記電力が消費されるように制御し、前記補機に関する温度情報に基づいて、前記補機により消費される電力を抑制するタイミングまたは抑制する度合のうち一方または双方を調整し、
    前記制御部は、前記補機に関する温度が将来において前記補機の動作を強制的に停止させる温度に到達すると予測した場合に、前記補機による電力の出力量が所定の出力量になるまで徐々に減少させるように抑制する度合を調整する、
    制御システム。
  3. 前記補機は、前記燃料電池に酸化ガスを圧送するコンプレッサと、前記燃料電池に燃料ガスを循環供給するポンプと、前記燃料電池に冷媒を供給する冷却ポンプとのうち少なくとも一つと、空調装置とを含む、
    請求項１または２に記載の制御システム。
  4. 前記制御部は、前記蓄電装置の状況に応じて、前記コンプレッサ、前記ポンプ、前記空調装置、および前記冷却ポンプのうち少なくとも一つの出力によって、前記燃料電池を昇温可能に制御する、
    請求項３に記載の制御システム。
  5. 前記補機は、前記燃料電池を冷却するための冷媒を前記制御システム内で循環させる流路と、前記冷媒を前記補機に含まれる空調装置に供給する流路とを切り替える流路切替弁を含む、
    請求項１から４のうち何れか１項に記載の制御システム。
  6. 前記制御部は、前記燃料電池の発電による余剰電力を前記補機により消費させる制御モードを含み、前記制御モードを実行する場合に、前記補機に関する温度に所定の範囲を設けて前記補機による電力の出力量を制御する、
    請求項１から５のうち何れか１項に記載の制御システム。
  7. アノードとカソードによって発電する燃料電池と、
    前記燃料電池により発電された電力を蓄電可能な蓄電装置と、
    前記電力を供給可能な補機と、
    前記燃料電池および前記補機の動作を制御する制御部と、を備えた移動体であって、
    前記制御部は、前記燃料電池の発電時における前記蓄電装置の蓄電状況に応じて、前記補機により前記電力が消費されるように制御し、前記補機に関する温度情報に基づいて、前記補機により消費される電力を抑制するタイミングまたは抑制する度合のうち一方または双方を調整し、
    前記制御部は、前記移動体の停止時に前記燃料電池の発電時を行う場合に、前記蓄電装置の蓄電状況に応じて、前記移動体の乗員の有無または前記乗員の操作の有無に依らずに前記移動体内の空調装置を動作させて、前記燃料電池の余剰電力を消費させる、
    移動体。
  8. 前記制御部は、前記移動体の異常を検知した場合に、前記移動体を所定位置に退避させる制御を行う、
    請求項７に記載の移動体。
  9. アノードとカソードとによって発電する燃料電池と、前記燃料電池により発電された電力を蓄電可能な蓄電装置と、前記電力を供給可能な補機とを備える制御システムのコンピュータが、
    前記燃料電池および前記補機の動作を制御し、
    前記燃料電池の発電時における前記蓄電装置の蓄電状況に応じて、前記補機により前記電力が消費されるように制御し、
    前記補機に関する温度情報に基づいて、前記補機により消費される電力を抑制するタイミングまたは抑制する度合のうち一方または双方を調整し、
    前記補機に関する温度が将来において前記補機の動作を強制的に停止させる温度に到達すると予測した場合に、予測した時刻よりも前に、前記補機による出力量を減少させる、
    制御方法。
  10. アノードとカソードとによって発電する燃料電池と、前記燃料電池により発電された電力を蓄電可能な蓄電装置と、前記電力を供給可能な補機とを備える制御システムのコンピュータが、
    前記燃料電池および前記補機の動作を制御し、
    前記燃料電池の発電時における前記蓄電装置の蓄電状況に応じて、前記補機により前記電力が消費されるように制御し、
    前記補機に関する温度情報に基づいて、前記補機により消費される電力を抑制するタイミングまたは抑制する度合のうち一方または双方を調整し、
    前記補機に関する温度が将来において前記補機の動作を強制的に停止させる温度に到達すると予測した場合に、前記補機による電力の出力量が所定の出力量になるまで徐々に減少させるように抑制する度合を調整する、
    制御方法。
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