JPWO2016038689A1 - 車両の制御装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

車両の制御装置は、燃料電池と、モータジェネレータと、電力ユニットと、変速機と、モータジェネレータのドライバ要求トルクに基づいて、モータジェネレータに対する電力制御を行うモータジェネレータ制御部と、モータジェネレータを含む燃料電池の負荷に基づいて、燃料電池の発電電力を制御する発電電力制御部と、を備える。モータジェネレータ制御部は、変速機のアップシフト時にモータジェネレータの回転速度を低下させるための変速用電力制御を実施し、変速用電力制御中は、燃料電池の単位時間当たりの実発電電力と電力ユニットの単位時間当たりの受け入れ可能電力とに基づいて算出した前記モータジェネレータの制限トルクに基づいて、モータジェネレータに対する電力制御を行う。

Description

本発明は車両の制御装置及び制御方法に関する。

ＪＰ２００８−１５４３８７Ａには、従来の車両の制御装置として、燃料電池、モータ及び変速機を備え、変速機のアップシフト時にモータのトルクをドライバが要求するトルクよりも下げ、併せて燃料電池の発電電力を下げるものが開示されている。

この従来の車両の制御装置では、アップシフト時において、モータのトルクを低下させたことによって生じる余剰電力についてはバッテリに充電するようにしていた。しかしながら、このアップシフト時におけるバッテリへの充電電力が、バッテリの単位時間当たりの受け入れ可能電力（充電可能電力）を超えてしまうと、バッテリが発熱等によって劣化してしまうおそれがあった。このように従来の車両の制御装置は、アップシフト時における電力マネージメントに改善の余地があった。

本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、アップシフト時における電力マネージメントを適切に行うことを目的とする。

本発明のある態様によれば、燃料電池と、燃料電池に接続される駆動源としてのモータジェネレータと、燃料電池及びモータジェネレータの発電電力を受け入れ可能な電力ユニットと、モータジェネレータと駆動輪との間の動力伝達経路に設けられる変速機と、モータジェネレータのドライバ要求トルクに基づいてモータジェネレータに対する電力制御を行うモータジェネレータ制御部と、モータジェネレータを含む燃料電池の負荷に基づいて燃料電池の発電電力を制御する発電電力制御部と、を備える車両の制御装置が提供される。モータジェネレータ制御部は、変速機のアップシフト時にモータジェネレータの回転速度を低下させるための変速用電力制御を実施し、変速用電力制御中は、燃料電池の単位時間当たりの実発電電力と電力ユニットの単位時間当たりの受け入れ可能電力とに基づいて算出した前記モータジェネレータの制限トルクに基づいて、モータジェネレータに対する電力制御を行う。

図１は、本発明の第１実施形態による車両の概略構成図である。 図２は、変速機の変速段を１速から２速に変更するアップシフト変速について説明するタイムチャートである。 図３は、モータ回転速度とモータトルクとの関係を示したものである。 図４は、本実施形態によるモータトルク制御について説明するフローチャートである。 図５は、モータトルク基本値算出処理の詳細について説明するフローチャートである。 図６は、要求駆動力を算出するマップである。 図７は、吸収可能電力算出処理の詳細について説明するフローチャートである。 図８は、モータトルク下限値算出処理の詳細について説明するフローチャートである。 図９は、モータトルク下限値を算出するマップである。 図１０は、発電電力の第１目標値算出処理について説明するフローチャートである。 図１１は、バッテリ充放電電力を算出するテーブルである。 図１２は、アップシフト要求判定処理の詳細について説明するフローチャートである。 図１３は、変速マップである。 図１４は、発電電力の第２目標値を算出するテーブルである。 図１５は、車速と変速前後のモータ回転速度の速度差との関係を示す図である。 図１６は、アップシフト変速のイナーシャフェーズ中における発電電力、吸収可能電力及び余剰電力の関係を示した図である。 図１７は、本発明の第１実施形態によるモータトルク制御の動作について説明するタイムチャートである。 図１８は、本発明の第２実施形態によるモータトルク制御について説明するフローチャートである。 図１９は、発電電力の第３目標値算出処理の詳細について説明するフローチャートである。 図２０は、本発明の第２実施形態によるモータトルク制御の動作について説明するタイムチャートである。 図２１は、本発明の第３実施形態によるモータトルク制御の動作について説明するタイムチャートである。 図２２は、本発明の第４実施形態によるモータトルク制御の動作について説明するタイムチャートである。 図２３は、アップシフト変速のイナーシャフェーズ中に生じる問題点について説明するタイムチャートである。

以下、図面等を参照して本発明の実施形態について説明する。

（第１実施形態）
燃料電池１０は電解質膜をアノード電極（燃料極）とカソード電極（酸化剤極）とによって挟み、アノード電極に水素を含有するアノードガス（燃料ガス）、カソード電極に酸素を含有するカソードガス（酸化剤ガス）を供給することによって発電する。アノード電極及びカソード電極の両電極において進行する電極反応は以下の通りである。

アノード電極 ： ２Ｈ₂ →４Ｈ⁺ ＋４ｅ^- …(１)
カソード電極 ： ４Ｈ⁺ ＋４ｅ^- ＋Ｏ₂ →２Ｈ₂Ｏ …(２)
この（１）（２）の電極反応によって燃料電池１０は１ボルト程度の起電力を生じる。

燃料電池１０を車両用電力源として使用する場合には、要求される電力が大きいため、数百枚の燃料電池を積層した燃料電池スタック１１０として使用する。そして、燃料電池スタック１１０にアノードガス及びカソードガスを供給する燃料電池システム１００を構成して、車両駆動用の電力を取り出す。

図１は、本発明の第１実施形態による車両１の概略構成図である。

車両１は、燃料電池システム１００と、駆動システム２００と、コントローラ３００と、を備える。

燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１１０と、カソードガス給排装置１２０と、アノードガス給排装置１３０と、電流センサ１４０と、電圧センサ１５０と、バッテリ１６０と、コンバータ１７０と、車両補機１８０と、を備える。

燃料電池スタック１１０は、複数枚の燃料電池１０を積層したものであり、アノードガス及びカソードガスの供給を受けて、車両１を駆動するために必要な電力を発電する。燃料電池スタック１１０は、電力を取り出す端子として、アノード電極側出力端子１１と、カソード電極側出力端子１２と、を備える。

カソードガス給排装置１２０は、燃料電池スタック１１０にカソードガス（空気）を供給するとともに、燃料電池スタック１１０から排出されるカソードオフガスを外気に排出する。カソードガス給排装置１２０は、カソードガス供給通路１２１と、カソードガス排出通路１２２と、フィルタ１２３と、カソードコンプレッサ１２４と、水分回収装置（Water Recovery Device；以下「ＷＲＤ」という。）１２５と、カソード調圧弁１２６と、バイパス通路１２７と、バイパス弁１２８と、第１エアフローセンサ３０１と、第２エアフローセンサ３０２と、カソード圧力センサ３０３と、を備える。

カソードガス供給通路１２１は、燃料電池スタック１１０に供給するカソードガスが流れる通路である。カソードガス供給通路１２１は、一端がフィルタ１２３に接続され、他端が燃料電池スタック１１０のカソードガス入口孔に接続される。

カソードガス排出通路１２２は、燃料電池スタック１１０から排出されるカソードオフガスが流れる通路である。カソードガス排出通路１２２は、一端が燃料電池スタック１１０のカソードガス出口孔に接続され、他端が開口端となっている。カソードオフガスは、電極反応で使用されなかった酸素やカソードガス中に含まれる窒素、そして電極反応によって生じた水蒸気等の混合ガスである。

フィルタ１２３は、カソードガス供給通路１２１に取り込むカソードガス中の異物を取り除く。

カソードコンプレッサ１２４は、カソードガス供給通路１２１に設けられる。カソードコンプレッサ１２４は、フィルタ１２３を介してカソードガスとしての空気をカソードガス供給通路１２１に取り込み、燃料電池スタック１１０に供給する。

ＷＲＤ１２５は、カソードガス供給通路１２１及びカソードガス排出通路１２２のそれぞれに接続されて、カソードガス排出通路１２２を流れるカソードオフガス中の水分を回収し、その回収した水分でカソードガス供給通路１２１を流れるカソードガスを加湿する。なお、カソードコンプレッサ１２４とＷＲＤ１２５との間のカソードガス供給通路１２１にカソードガスを冷却するためのインタークーラを設けることもできる。

カソード調圧弁１２６は、ＷＲＤ１２５よりも下流のカソードガス排出通路１２２に設けられる。カソード調圧弁１２６は、コントローラ３００によって開閉制御されて、燃料電池スタック１１０に供給されるカソードガスの圧力を所望の圧力に調節する。なお、カソード調圧弁１２６を設けずに、オリフィス等の絞りを設けるようにしても良い。

バイパス通路１２７は、カソードコンプレッサ１２４から吐出されたカソードガスの一部を、必要に応じて燃料電池スタック１１０を経由させずに直接カソードガス排出通路１２２に排出することができるように設けられた通路である。バイパス通路１２７は、一端がカソードコンプレッサ１２４とＷＲＤ１２５との間のカソードガス供給通路１２１に接続され、他端がカソード調圧弁１２６よりも下流のカソードガス排出通路１２２に接続される。

バイパス弁１２８は、バイパス通路１２７に設けられる。バイパス弁１２８は、コントローラ３００によって開閉制御されて、バイパス通路１２７を流れるカソードガスの流量（以下「バイパス流量」という。）を調節する。

第１エアフローセンサ３０１は、カソードコンプレッサ１２４よりも上流のカソードガス供給通路１２１に設けられる。第１エアフローセンサ３０１は、カソードコンプレッサ１２４に供給されるカソードガスの流量（以下「コンプレッサ供給流量」という。）を検出する。以下では、この第１エアフローセンサ３０１の検出値を「検出コンプレッサ供給流量」という。

第２エアフローセンサ３０２は、バイパス通路１２７との接続部より下流のカソードガス供給通路１２１に設けられる。第２エアフローセンサ３０２は、カソードコンプレッサ１２４から吐出されたカソードガスのうち、燃料電池スタック１１０に供給されるカソードガスの流量（以下「スタック供給流量」という。）を検出する。スタック供給流量は、コンプレッサ供給流量からバイパス流量を引いた流量である。以下では、この第２エアフローセンサ３０２の検出値を「検出スタック供給流量」という。

カソード圧力センサ３０３は、ＷＲＤ１２５のカソードガス入口側近傍のカソードガス供給通路１２１に設けられる。カソード圧力センサ３０３は、ＷＲＤ１２５のカソードガス入口側近傍のカソードガスの圧力を検出する。換言すれば、燃料電池スタック１１０に供給されるカソードガスの圧力を検出する。以下では、このカソード圧力センサ３０３の検出値を「検出カソード圧力」という。

アノードガス給排装置１３０は、燃料電池スタック１１０にアノードガスを供給するとともに、燃料電池スタック１１０から排出されるアノードオフガスを、カソードガス排出通路１２２に排出する。アノードガス給排装置１３０は、高圧タンク１３１と、アノードガス供給通路１３２と、アノード調圧弁１３３と、アノード圧力センサ３０４と、アノードガス排出通路１３４と、バッファタンク１３５と、パージ通路１３６と、パージ弁１３７と、を備える。

高圧タンク１３１は、燃料電池スタック１１０に供給するアノードガス（水素）を高圧状態に保って貯蔵する。

アノードガス供給通路１３２は、高圧タンク１３１から排出されるアノードガスを燃料電池スタック１１０に供給するための通路である。アノードガス供給通路１３２は、一端が高圧タンク１３１に接続され、他端が燃料電池スタック１１０のアノードガス入口孔に接続される。

アノード調圧弁１３３は、アノードガス供給通路１３２に設けられる。アノード調圧弁１３３は、コントローラ３００によって開閉制御されて、燃料電池スタック１１０に供給されるアノードガスの圧力を所望の圧力に調節する。

アノード圧力センサ３０４は、アノード調圧弁１３３よりも下流のアノードガス供給通路１３２に設けられ、燃料電池スタック１１０に供給されるアノードガスの圧力（以下「アノード圧力」という。）を検出する。本実施形態では、このアノード圧力を、燃料電池スタック１１０からバッファタンク１３５までのアノード系内の圧力として使用している。

アノードガス排出通路１３４は、一端が燃料電池スタック１１０のアノードガス出口孔に接続され、他端がバッファタンク１３５に接続される。アノードガス排出通路１３４には、電極反応で使用されなかった余剰のアノードガスと、燃料電池内でカソード側からアノード側に透過してきた窒素や水分（生成水や水蒸気）などを含む不活性ガスと、の混合ガス（以下「アノードオフガス」という。）が排出される。

バッファタンク１３５は、アノードガス排出通路１３４を流れてきたアノードオフガスを一旦蓄える。バッファタンク１３５に溜められたアノードオフガスは、パージ弁１３７が開かれているときに、パージ通路１３６を通ってカソードガス排出通路１２２に排出される。

パージ通路１３６は、一端がアノードガス排出通路１３４に接続され、他端がカソードガス排出通路１２２に接続される。

パージ弁１３７は、パージ通路１３６に設けられる。パージ弁１３７は、コントローラ３００によって開閉制御され、アノードガス排出通路１３４からカソードガス排出通路１２２に排出するアノードオフガスの流量（以下「パージ流量」という。）を制御する。

アノードガス排出通路１３４を介してカソードガス排出通路１２２に排出されたアノードオフガスは、カソードガス排出通路１２２内でカソードオフガスと混合されて燃料電池システム１００の外部に排出される。アノードオフガスには、電極反応に使用されなかった余剰の水素が含まれているので、カソードオフガスと混合させて燃料電池システム１００の外部に排出することで、その排出ガス中の水素濃度が予め定められた所定濃度以下となるようにしている。

電流センサ１４０は、燃料電池スタック１１０から取り出される電流（以下「出力電流」という。）を検出する。

電圧センサ１５０は、アノード電極側出力端子１１とカソード電極側出力端子１２の間の端子間電圧（以下「出力電圧」という。）を検出する。電圧センサ１５０は、燃料電池スタック１１０を構成する燃料電池１０の１枚ごとの電圧（以下「セル電圧」という。）を検出し、燃料電池１０の総電圧を出力電圧として検出している。なお、燃料電池１０の複数枚ごとの電圧（セル群電圧）を検出するようにしても良い。

バッテリ１６０は、充放電が可能な二次電池である。バッテリ１６０は、燃料電池スタック１１０の発電電力（出力電流×出力電圧）の余剰分及び走行モータ２１０の回生電力を充電する。バッテリ１６０に充電された電力は、必要に応じてカソードコンプレッサ１２４などの車両補機１８０及び走行モータ２１０に供給される。

コンバータ１７０は、複数のスイッチング素子とリアクトルとを含み、燃料電池スタック１１０の出力電圧を昇降圧させる双方向性の直流電圧変換機である。コンバータ１７０によって燃料電池スタック１１０の出力電圧を制御することで、燃料電池スタック１１０の出力電流、ひいては発電電力が制御されると共に、バッテリ１６０の充放電が制御される。

車両補機１８０は、カソードコンプレッサ１２４等の車両１を運転する際に駆動される走行モータ２１０以外の電気機器である。

駆動システム２００は、走行モータ（モータジェネレータ）２１０と、インバータ２２０と、変速機２３０と、を備える。

走行モータ２１０は、車両１を駆動するための駆動源である。走行モータ２１０は、ロータに永久磁石を埋設し、ステータにステータコイルを巻き付けた三相交流同期モータである。走行モータ２１０は、燃料電池スタック１１０及びバッテリ１６０から電力の供給を受けて回転駆動する電動機としての機能と、ロータが外力によって回転させられる車両１の減速時にステータコイルの両端に起電力を生じさせる発電機としての機能と、を有する。

インバータ２２０は、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの複数のスイッチング素子から構成される。インバータ２２０のスイッチング素子は、コントローラ３００によって開閉制御され、これにより直流電力が交流電力に、又は、交流電力が直流電力に変換される。インバータ２２０は、走行モータ２１０を電動機として機能させるときは、燃料電池スタック１１０の発電電力とバッテリ１６０の出力電力との合成直流電力を三相交流電力に変換して走行モータ２１０に供給する。一方で、走行モータ２１０を発電機として機能させるときは、走行モータ２１０の回生電力（三相交流電力）を直流電力に変換してバッテリ１６０に供給する。

変速機２３０は、前進２段の自動変速機であって、走行モータ２１０の出力軸に接続される。変速機２３０の出力軸は、ディファレンシャルギヤ２４０を介して車輪の駆動軸に接続される。変速機２３０は、走行モータ２１０の出力軸の回転速度（以下「モータ回転速度」という。）を変速して駆動軸に伝達する。

コントローラ３００は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。

コントローラ３００には、前述した電圧センサ１５０等の他にも、燃料電池スタック１１０の負荷に相当するアクセルペダルの踏み込み量（以下「アクセル踏込量」という。）を検出するアクセルストロークセンサ３１０や、モータ回転速度（＝変速機の入力回転速度）を検出する第１回転速度センサ３１１、変速機２３０の出力回転速度を検出する第２回転速度センサ３１２などの各種センサからの信号が入力される。

コントローラ３００は、走行モータ２１０の要求電力や車両補機１８０の要求電力、バッテリ１６０の充放電要求に基づいて発電電力の目標値（第１目標値）を算出する。

またコントローラ３００は、スタック要求及び希釈要求を同時に満足するように、カソードコンプレッサ１２４及びバイパス弁１２８をフィードバック制御する。ここでいうスタック要求は、発電電力を目標値にするにあたって、酸素分圧の確保や電解質膜の湿潤状態等を考慮し、最適な状態で燃料電池スタック１１０を発電させるという要求である。希釈要求は、燃料電池システム１００の外部に排出される排出ガス中の水素濃度を所定濃度以下にするという要求である。

つまりコントローラ３００は、スタック要求を満足させるために必要なコンプレッサ供給流量（以下「スタック要求コンプレッサ供給流量」という。）、及び、希釈要求を満足させるために必要なコンプレッサ供給流量（以下「希釈要求コンプレッサ供給流量」という。）のうち、大きい方を目標コンプレッサ供給流量として設定し、検出コンプレッサ供給流量が目標コンプレッサ供給流量となるようにカソードコンプレッサ２４をフィードバック制御する。

そして、希釈要求コンプレッサ供給流量が目標コンプレッサ供給流量として設定されたときは、スタック要求コンプレッサ供給流量以上のカソードガスをカソードコンプレッサ１２４によって供給しなければならなくなる。そのため、発電に不要な余剰なカソードガスが燃料電池スタック１１０に供給されることになる。

そこでコントローラ３００は、希釈要求コンプレッサ供給流量が目標コンプレッサ供給流量として設定されたときは、発電に不要な余剰なカソードガスがバイパス通路１２７へ流れるようにバイパス弁１２９を制御する。具体的には、コントローラ３００は、検出スタック供給流量が、スタック要求コンプレッサ供給流量となるようにバイパス弁１２９を制御する。

このように、本実施形態では、カソードコンプレッサ１２４の制御に第１エアフローセンサ３０１の検出値（検出コンプレッサ供給流量）を使用し、バイパス弁１２９の制御に第２エアフローセンサ３０２の検出値（検出スタック供給流量）を使用している。

また、コントローラ３００は、車両１の運転状態に基づいて、変速機２３０の変速段を変更する。

図２は、変速機２３０の変速段を１速から２速に変更するアップシフト変速について説明するタイムチャートである。

図２に示すように、アップシフト変速は、トルクフェーズ及びイナーシャフェーズを経て完了する。トルクフェーズは、アップシフト変速の進行途中で発生する変速フェーズの一つであり、モータ回転速度は変化せず、変速機２３０の出力軸のトルク（以下「変速機出力トルク」という。）が変化する変速フェーズである。イナーシャフェーズは、アップシフト変速の進行途中で発生する変速フェーズの一つであって、駆動系のイナーシャが変化することで、モータ回転速度が変化する変速フェーズのことをいう。具体的には、アップシフト変速のシーンにおいて、モータ回転速度は、変速前の回転速度Ｎ１から、１速の変速比Ｒ_lowと２速の変速比Ｒ_highとの比を乗じた回転速度Ｎ２（Ｎ２＝Ｎ１×Ｒ_high/Ｒ_low）まで低下する。

時刻ｔ１でアップシフト変速が開始され、トルクフェーズになると、変速機２３０の１速側のクラッチを開放しつつ、２速側のクラッチの締結が開始される。これにより、モータ回転速度は変速前のモータ回転速度Ｎ１から変化せず、変速機出力トルクが徐々に低下していく。すなわち、変速機出力トルクが、変速前のモータトルクＴ１に１速の変速比Ｒ_lowを乗じたトルク値（Ｔ１×Ｒ_low）から、変速前のモータトルクＴ１に２速の変速比Ｒ_highを乗じたトルク値（Ｔ１×Ｒ_high）に向けて低下する。

時刻ｔ２で、変速機出力トルクが、モータトルクＴ１に２速の変速比Ｒ_highを乗じたトルク値（Ｔ１×Ｒ_high）まで低下すると、イナーシャフェーズに移行する。イナーシャフェーズでは、変速機２３０でいわゆるスリップ制御を行いながら、モータ回転速度をＮ１からＮ２に低下させる。その際、駆動系回転速度変化に伴うイナーシャトルクにより、変速機出力トルクが増加してしまうことを抑制するため、モータトルクを一時的に低下させる。また、イナーシャフェーズ終了時には、変速前後でトルク段差によるショックが生じないように、モータトルクを変速前のモータトルクＴ１から変速後の目標モータトルクＴ２へと増加させる必要がある。すなわち、変速後の変速機出力トルク（Ｔ２×Ｒ_high）が変速前の変速機出力トルク（Ｔ１×Ｒ_low）に一致するように、モータトルクを目標モータトルクＴ２へと増加させる必要がある。

図３は、モータ回転速度とモータトルクとの関係を示したものであり、モータ回転速度がＮ２の時のモータトルクＴ２は、モータ回転速度がＮ１の時のモータトルクＴ１より高くなる。したがって、モータトルクを目標モータトルクＴ２へと増加させるためには、モータ回転速度を低下させる必要がある。ここで、変速時間を短縮するには、モータ回転速度を変速前のモータ回転速度Ｎ１から目標モータトルクＴ２に対応するモータ回転速度Ｎ２まで素早く低下させて、イナーシャフェーズの期間を短縮することが有効である。

そのため本実施形態では、図２に示すように、時刻ｔ２でイナーシャフェーズに移行すると、一時的に走行モータ２１０を力行運転から回生運転に切り替えている。これにより、モータ回転速度を変速前のモータ回転速度Ｎ１から目標モータトルクＴ２に対応するモータ回転速度Ｎ２まで素早く低下させている。

時刻ｔ３で、モータ回転速度がＮ２まで低下するタイミングで走行モータ２１０を力行運転に戻してモータトルクＴ２を出力し、イナーシャフェーズを終了する。

このように本実施形態では、アップシフト変速のイナーシャフェーズ中に、変速時間を短縮するために走行モータ２１０を一時的に力行運転から回生運転に切り替えているため、以下のような問題点が生じることがわかった。

図２３は、アップシフト変速のイナーシャフェーズ中に生じる問題点について説明するタイムチャートであり、本実施形態によるモータトルク制御とは異なる比較例によるモータトルク制御を実施した場合のタイムチャートである。

燃料電池スタック１１０の発電電力は、通常は走行モータ２１０及び車両補機１８０の消費電力の合計相当となるように制御されている。そのため、時刻ｔ２でイナーシャフェーズに移行し、モータ回転速度を低下させるために一時的に走行モータ２１０が回生運転に切り替えられると、それまで走行モータ２１０が消費していた電力分だけ燃料電池スタック１１０が余剰に発電している状態となる。そのため、イナーシャフェーズでは、発電電力を低下させるようにしている。

このとき、走行モータ２１０に関しては、ステップ的に力行運転から回生運転に切り替えることができる。すなわち、モータトルクに関しては、変速前のモータトルクＴ１から目標とする回生トルクＴ３に向かってステップ的に変化させることができる。アップシフト変速の変速時間を短くするには、このようにステップ的に走行モータ２１０を力行運転から回生運転に切り替えて、素早くモータ回転速度を低下させることが望ましい。

一方で、発電電力を低下させる場合、カソードガスの流量が変化するまでにはカソードガス供給通路の長さ等に応じてある程度の時間遅れが生じる。そのため、カソードガスの流量の低下速度に併せて、所定の時定数でイナーシャフェーズ前の発電電力Ｐ１から目標値Ｐ２に向かって発電電力を低下させていくのが望ましい。燃料電池スタック１１０の発電電力を同じ発電電力に制御した場合であっても、発電電力に見合った量のカソードガスが供給されているときと比べて、過剰なカソードガスが供給されているときは、出力電圧が高くなる傾向にある。これは、燃料電池スタックのＩＶ特性がスタック内の酸素量によって変化するためである。そして、基本的に出力電圧は、燃料電池スタック１１０のＩＶ特性から発電電力が小さいときほど高くなる。したがって、走行モータ２１０の応答速度に併せて発電電力を低下させてしまうと、カソードガス流量が過剰な状態で発電電力を低下させることになる。その結果、出力電圧が高くなり、燃料電池１０内の触媒等を劣化させる要因となる。また、これとは別に、所定の時定数でイナーシャフェーズ前の発電電力Ｐ１から目標値Ｐ２に向かって発電電力を低下させている理由としては、燃料電池スタック１１０の発電電力をコンバータ１７０によって制御する際、コンバータ１７０の応答性が走行モータ２１０よりも遅く、走行モータ２１０の応答通りに発電電力を低下させられないこともある。

したがって、変速時間の向上を図るために、時刻ｔ２でステップ的に走行モータ２１０を力行運転から回生運転に切り替えてしまうと、発電電力がＰ１からＰ２まで低下する時刻ｔ２から時刻ｔ２１までの間は、発電電力がＰ２まで低下していないもかかわらず、走行モータ２１０が回生運転をしている状態となってしまう。

そのため、時刻ｔ２から時刻ｔ２１までの間は、イナーシャフェーズ前に走行モータ２１０が消費していた電力分を燃料電池スタック１１０が余剰に発電している状態となり、さらに走行モータ２１０による回生電力（発電電力）が生じている状態となる。このとき、単位時間当たりの燃料電池スタック１１０と走行モータ２１０の合計発電電力が、単位時間当たりにバッテリ１６０で受け入れることが可能な電力の上限値（以下「受け入れ可能電力」という。）を超えてしまうと、バッテリ１６０が発熱等によって劣化するおそれがある。このように、変速時間の向上だけを考慮してアップシフト変速を実施すると、バッテリ１６０を劣化させてしまうおそれがあることがわかった。

そこで本実施形態では、アップシフト変速時におけるバッテリ１６０の劣化を防止するために、モータトルクに下限値を設定することとした。以下、本実施形態によるモータトルク制御について説明する。

図４は、本実施形態によるモータトルク制御について説明するフローチャートである。コントローラ３００は、このルーチンを所定の演算周期で繰り返し実行する。

ステップＳ１０において、コントローラ３００は、各種センサの出力値を読み込む。

ステップＳ２０において、コントローラ３００は、モータ回転速度と、モータ回転速度を変速機２３０の出力軸の回転速度（以下「出力回転速度」という。）で除して得られる変速機２３０の実変速比と、予めＲＯＭに記憶された車輪直径及びディファレンシャルギヤ２４０の減速比と、に基づいて車速を演算する。なお、変速機２３０の出力回転速度、車輪直径及び減速比に基づいて車速を算出することもできる。

ステップＳ３０において、コントローラ３００は、モータトルク基本算出処理を実施する。モータトルク基本算出処理は、ドライバが要求するモータトルクの目標値（以下「モータトルク基本値」という。）（ドライバ要求トルク）を、ドライバ要求に相当するアクセル踏込量（走行モータ２１０の負荷）に基づいて算出するための処理である。モータトルク基本値は、換言すれば、車両１の駆動力をドライバが要求する駆動力（以下「要求駆動力」という。）にするために必要なモータトルクの目標値である。

図５は、モータトルク基本値算出処理の詳細について説明するフローチャートである。

ステップＳ３１において、コントローラ３００は、図６に示す要求駆動力マップを参照し、アクセル踏込量と車速とに基づいて、要求駆動力を算出する。

ステップＳ３２において、コントローラ３００は、要求駆動力を変速機２３０の実変速比で除することで、モータトルク基本値を算出する。

ステップＳ４０において、コントローラ３００は、吸収可能電力算出処理を実施する。

図７は、吸収可能電力算出処理の詳細について説明するフローチャートである。

ステップＳ４１において、コントローラ３００は、予め設定されたバッテリ１６０の受け入れ可能電力を読み込む。前述したように、受け入れ可能電力は、単位時間当たりにバッテリ１６０で受け入れることが可能な電力、すなわち充電することが可能な電力の上限値である。なお、上限値に対して余裕を持った値を受け入れ可能電力としてもよい。

ステップＳ４２において、コントローラ３００は、現在作動中の車両補機１８０の消費電力（以下「補機消費電力」という。）を算出する。補機消費電力は、換言すれば、車両補機１８０で吸収することができる電力である。

ステップＳ４３において、コントローラ３００は、受け入れ可能電力と車両補機１８０の消費電力との和を吸収可能電力として算出する。吸収可能電力は、換言すれば、バッテリ１６０及び車両補機１８０で吸収することができる電力の最大値である。

本実施形態では、必要に応じてバッテリ１６０及び車両補機１８０を総称して「電力吸収ユニット（電力ユニット）４００」という。なお、バッテリ１６０のみを電力吸収ユニット４００とすることもできる。

ステップＳ４４において、コントローラ３００は、吸収可能電力がコンバータ通過電力上限値以下か否かを判定する。

発電電力を電力吸収ユニット４００で吸収するときに、コンバータ１７０を通過する電力（以下「コンバータ通過電力」という。）が大きくなると、コンバータ１７０の構成部品であるリアクトルを通過する電流も大きくなる。リアクトルに定格電流以上の電流を流してしまうと、リアクトル、ひいてはコンバータ１７０が劣化するおそれがある。そのため、コンバータ通過電力には、このようなコンバータ１７０の劣化を防止するために所定の上限値が設けられている。

したがって、吸収可能電力がコンバータ通過電力上限値以下のときは、吸収可能電力の全てを電力吸収ユニット４００で吸収することができるが、吸収可能電力がコンバータ通過電力上限値よりも大きいときは、電力吸収ユニット４００で吸収する電力をコンバータ通過電力上限値に制限する必要がある。

そこでコントローラ３００は、吸収可能電力がコンバータ通過電力上限値以下であれば、ステップＳ４５に進み、ステップＳ４３で算出した吸収可能電力をそのまま最終的な吸収可能電力とする。一方、吸収可能電力がコンバータ通過電力上限値よりも大きければ、ステップＳ４６に進み、コンバータ通過電力上限値を最終的な吸収可能電力とする。

ステップＳ５０において、コントローラ３００は、モータトルク下限値算出処理を実施する。モータトルク下限値算出処理は、アップシフト変速のイナーシャフェーズ中におけるモータトルクの下限値（以下「モータトルク下限値」という。）を算出するための処理である。

図８は、モータトルク下限値算出処理の詳細について説明するフローチャートである。

ステップＳ５１において、コントローラ３００は、出力電流と出力電圧とに基づいて、燃料電池スタック１１０の発電電力を算出する。

ステップＳ５２において、コントローラ３００は、発電電力から吸収可能電力を減じた電力を「余剰電力」として算出する。この余剰電力がプラスの値として算出されたときは、燃料電池スタック１１０が電力吸収ユニット４００で吸収しきれない余剰の電力を発電しているときであり、算出された余剰電力を走行モータ２１０で消費する必要がある。走行モータ２１０でこの余剰電力を消費しなければ、単位時間当たりの充電電力が受け入れ可能電力を超えてしまい、発熱等によってバッテリ１６０を劣化させる原因となる。一方で、この余剰電力がマイナスの値として算出されたときは、そのマイナス分だけ走行モータ２１０で回生が可能なときである。

ステップＳ５３において、コントローラ３００は、図９に示すモータトルク下限値マップを参照し、余剰電力とモータ回転速度とに基づいて、モータトルク下限値を算出する。なお、モータトルク下限値を算出するにあたってモータ回転速度は必ずしも必要ではなく、余剰電力のみからモータトルク下限値を算出してもよい。モータトルク下限値は、換言すれば、アップシフト変速のイナーシャフェーズ中において、バッテリ１６０に受け入れ可能電力以上の電力を充電しないために設定されるモータトルクの下限値である。少なくともモータトルクがモータトルク下限値以上となるように、走行モータ２１０に対する電力制御を行う必要がある。このように、余剰電力に基づいてモータトルク下限値を設定することで、燃料電池スタック１１０の単位時間当たりの実発電電力が電力吸収ユニット４００の単位時間当たりの吸収可能電力（受け入れ可能電力）を超えたときには、その超過分の余剰電力に基づいて前記モータジェネレータへの供給電力の低下速度が制限されることになる。

ステップＳ６０において、コントローラ３００は、発電電力の第１目標値算出処理を実施する。

図１０は、発電電力の第１目標値算出処理について説明するフローチャートである。

ステップＳ６１において、コントローラ３００は、モータトルクをモータトルク基本値に制御したときに走行モータ２１０で消費される電力を算出する。この電力は、例えばモータトルク基本値と走行モータ２１０の消費電力とを対応づけたテーブル等を予め設定しておき、モータトルク基本値に基づいて算出することができる。

ステップＳ６２において、コントローラ３００は、図１１に示すテーブルを参照し、バッテリ充電量に基づいてバッテリ充放電電力を算出する。図１１に示すように、バッテリ充電量が、バッテリ１６０の過放電を防止するための第１閾値未満になったときは、バッテリ１６０に電力を充電するために、プラスの電力値がバッテリ充放電電力として算出される。一方、バッテリ充電量が、バッテリ１６０の過充電を防止するための第２閾値（＞第１閾値）よりも多くなったときは、バッテリ１６０から電力を放電するために、マイナスの電力値がバッテリ充放電電力として算出される。

ステップＳ６３において、コントローラ３００は、ステップＳ６１で算出した電力、補機消費電力及びバッテリ充放電電力の総和を、発電電力の第１目標値として算出する。すなわちコントローラ３００は、燃料電池スタック１１０に接続された負荷の状態に基づいて、発電電力の第１目標値を算出する。

ステップＳ７０において、コントローラ３００は、アップシフト要求判定処理を実施する。アップシフト要求判定処理は、変速機２３０のアップシフト要求があるか否かを判定するための処理である。

図１２は、アップシフト要求判定処理の詳細について説明するフローチャートである。

ステップＳ７１において、コントローラ３００は、変速機２３０の変速段が１速か否かを判定する。コントローラ３００は、変速段が１速であればステップＳ７２の処理を行い、２速であればステップＳ７５の処理を行う。

ステップＳ７２において、コントローラ３００は、変速機２３０のアップシフト変速を禁止するか否かを判定する。具体的には、コントローラ３００は、吸収可能電力が所定値未満であればアップシフト変速を禁止する。一方、吸収可能電力が所定値以上であればアップシフト変速を許可する。

これは、前述したように、アップシフト変速時のイナーシャフェーズ中は、走行モータ２１０の回生電力を電力吸収ユニット４００で回収する必要がある。そこで、吸収可能電力が所定値未満の場合、すなわち、走行モータ２１０の回生電力を電力吸収ユニット４００で吸収する余裕が十分にない場合は、アップシフト変速を禁止することとしたのである。所定値は、目標とする変速時間や燃料電池スタック１１０の出力応答性等を考慮して、アップシフト変速中に生じる走行モータ２１０の回生電力がどの程度かを予め実験等で算出しておき、算出した回生電力よりも大きい値の中で適宜設定することができる。

コントローラ３００は、アップシフト変速を禁止しているときはステップＳ７５の処理を行い、アップシフト変速を許可しているときはステップＳ７３の処理を行う。

ステップＳ７３において、コントローラ３００は、図１３の変速マップを参照し、車両１の運転状態を示すアクセル踏込量及び車速に基づいて、ドライバによるアップシフト要求があるか否かを判定する。コントローラ３００は、図７の変速マップ上において、アクセル踏込量及び車速から定まる動作点が２速領域にあれば、アップシフト要求があると判定する。コントローラ３００は、ドライバによるアップシフト要求があればステップＳ７４の処理を行い、なければステップＳ７５の処理を行う。

ステップＳ７４において、コントローラ３００は、アップシフト変速中フラグを１に設定する。アップシフト変速中フラグは、アップシフト変速中に１に設定されるフラグである。これは、ステップＳ７４に進んだということは、現在の変速段が１速で、アップシフト変速が禁止されておらず、アップシフト要求がある状態なので、アップシフト変速中と判断できるためである。

ステップＳ７５において、コントローラ３００は、アップシフト変速中フラグを０に設定する。

ステップＳ８０において、コントローラ３００は、アップシフト変速中であるか否かを判定する。具体的には、アップシフト変速中フラグが１に設定されているか否かを判定する。コントローラ３００は、アップシフト変速中でなければ（アップシフト変速中フラグ＝０）、ステップＳ９０の処理を行う。一方、アップシフト変速中であれば（アップシフト変速中フラグ＝１）、ステップＳ１１０の処理を行う。

ステップＳ９０において、コントローラ３００は、発電電力が第１目標値となるように、コンバータ１７０を制御する。

ステップＳ１００において、コントローラ３００は、モータトルクがモータトルク基本値となるように、インバータ２２０を制御して走行モータ２１０への供給電力を制御する。

ステップＳ１１０において、コントローラ３００は、アップシフト変速のイナーシャフェーズ中であるか否かを判定する。この判定を行うのは、本実施形態ではアップシフト変速のイナーシャフェーズ中に、モータトルクがモータトルク下限値を下回らないように走行モータ２１０を制御し、さらに発電電力を第１目標値から低下させるためである。

コントローラ３００は、具体的には、モータ回転速度を変速機２３０の出力回転速度で除した実変速比が、アップシフト前の変速比（＝１速の変速比）よりも小さければ、アップシフト変速のイナーシャフェーズ中であると判定する。コントローラ３００は、イナーシャフェーズ中であると判定したときは、ステップＳ１２０の処理を行う。一方、イナーシャフェーズ中でなければステップＳ９０の処理を行う。

ステップＳ１２０において、コントローラ３００は、発電電力の復帰判定を行う。具体的には、コントローラ３００は、モータ回転速度を変速機２３０の出力回転速度で除した実変速比が、アップシフト後の変速比（＝２速の変速比）よりもやや大きい所定閾値よりも小さくなったか否かを判定する。

モータ回転速度を変速機２３０の出力回転速度で除した実変速比は、換言すれば、イナーシャフェーズの進捗度である。実減速比がアップシフト前の変速比からアップシフト後の変速比まで低下すれば、イナーシャフェーズが終了したと判定できる。つまり本実施形態では、イナーシャフェーズが終了する前の段階で、燃料電池スタック１１０の応答遅れを考慮して、発電電力の目標値を第２目標値から第１目標値に切り替えるようにしている。

コントローラ３００は、モータ回転速度を変速機２３０の出力回転速度で除した実変速比が、所定閾値以上であれば、ステップＳ１３０の処理を行う。一方、モータ回転速度を変速機２３０の出力回転速度で除した実変速比が、所定閾値よりも小さくなれば、発電電力を復帰させるべくステップＳ１６０の処理を行う。

ステップＳ１３０において、コントローラ３００は、図１４に示すテーブルを参照し、車速に基づいて発電電力の第２目標値を算出し、発電電力を第２目標値に制御する。図１４に示すように、発電電力の第２目標値は、車速が高いほど小さくなるように設定される。

これは、図１５に示すように、変速前後のモータ回転速度の速度差は、車速が高くなるほど大きくなるためである。すなわち、車速が高くなり、モータ回転速度の変速前後のモータ回転速度の速度差が大きくなるほど、イナーシャフェーズ中におけるモータ回転速度の下げ幅が大きくなる。したがって、車速が高くなるほどイナーシャフェーズ中の走行モータの回生量も多くなり、発電電力を低くする必要があるからである。なお、車速にかかわらず、第２目標値をゼロに設定することもできる。

ステップＳ１４０において、コントローラ３００は、アップシフト変速のイナーシャフェーズ中におけるモータトルクの目標値（以下「モータトルク目標値」という。）を算出する。具体的には、モータ回転速度を低下させるために予めＲＯＭに記憶されている所定の目標回生トルクＴ３と、モータトルク下限値と、の大きい方をモータトルク目標値として算出する。

ステップＳ１５０において、コントローラ３００は、走行モータ２１０の回転速度を低下させるための変速用電力制御をインバータ２２０によって実施し、モータトルクをモータトルク目標値に制御する。これにより、アップシフト変速時のイナーシャフェーズ中は、モータトルク下限値を下回らないように、走行モータ２１０に対する電力制御が行われることになる。

ステップＳ１６０において、コントローラ３００は、発電電力を第１目標値に制御する。

図１６は、アップシフト変速のイナーシャフェーズ中における発電電力、吸収可能電力及び余剰電力の関係を示した図である。

図１６に示すように、発電電力から吸収可能電力を引いたものが余剰電力となる。そして本実施形態では、この余剰電力を消費するために必要なモータトルクをモータトルク下限値とすることで、余剰電力については走行モータ２１０で消費するようにする。これにより、発電電力のうち、電力吸収ユニット４００で吸収できない余剰電力については走行モータ２１０で消費されることになるので、アップシフト変速のイナーシャフェーズ中において、受け入れ可能電力を超える電力がバッテリ１６０に充電されることがないので、バッテリ１６０の劣化を防止することができる。

図１７は、本実施形態によるモータトルク制御の動作について説明するタイムチャートである。

時刻ｔ２より前のトルクフェーズの段階では、モータトルクは、ドライバ要求に応じたモータトルク基本値（要求駆動力÷１速の変速比Ｒ_low）に制御されている。そして、発電電力は、モータトルクをモータトルク基本値に制御したときに走行モータ２１０で消費される電力、補機消費電力及び充放電可能電力の総和である第１目標値に制御されている。

時刻ｔ２でイナーシャフェーズに移行すると、モータトルクは、モータ回転速度を低下させるために予め設定されている所定の目標回生トルクと、モータトルク下限値と、の大きい方に制御される。したがって、時刻ｔ２から時刻ｔ２０までの間は、モータトルクはモータトルク下限値に制御され、時刻ｔ２０以降は、目標回生トルクに制御される。そして、イナーシャフェーズが終了する時刻ｔ３のタイミングで再びモータトルク基本値（要求駆動力÷２速の変速比Ｒ_high）に戻される。そして発電電力は、第１目標値よりも小さい第２目標値に制御される。

このように、本実施形態では、発電電力が第２目標値に向けて減少する際の応答遅れを考慮して、時刻ｔ２から時刻ｔ２０までの間は、モータトルクがモータトルク下限値に制限され、モータ回転速度の低下速度が遅くなる。そのため、電力吸収ユニット４００で吸収しきれない余剰電力を走行モータ２１０によって消費することができる。よって、アップシフト変速のイナーシャフェーズ中において、受け入れ可能電力を超える電力がバッテリ１６０に充電されることがなく、バッテリ１６０の劣化を防止することができる。

時刻ｔ２２で実変速比が所定閾値まで低下すると、発電電力が第１目標値へと制御される。このように、燃料電池スタック１１０の出力応答遅れを考慮して、イナーシャフェーズの終了前に予め発電電力を第１目標値に向けて制御することで、時刻ｔ３でイナーシャフェーズが終了して時点で、モータトルクをモータトルク基本値（要求駆動力÷実変速比Ｒ_high）まで増加させることができる。すなわち、変速後の走行モータ２１０の消費電力を、変速が終了した段階で即座に発電電力で補えるようにすることができる。

以上説明した本実施形態による車両１の制御装置によれば、以下の効果を得ることができる。

本実施形態による車両１の制御装置は、燃料電池スタック１１０と、燃料電池スタック１１０に接続される駆動源としての走行モータ（モータジェネレータ）２１０と、燃料電池スタック１１０及び走行モータ２１０の発電電力を受け入れ可能な電力吸収ユニット（電力ユニット）４００と、走行モータ２１０と駆動輪との間の動力伝達経路に設けられる変速機２３０と、コントローラ３００（モータジェネレータ制御部、発電電力制御部）と、を備える。そしてコントローラ３００は、走行モータ２１０のトルク目標値であるモータトルク基本値（ドライバ要求トルク）に基づいて、走行モータ２１０に対する電力制御を行うモータジェネレータ制御部と、走行モータ２１０を含む燃料電池スタック１１０の負荷に基づいて、燃料電池スタック１１０の発電電力を制御する発電電力制御部と、を備える。モータジェネレータ制御部は、変速機２３０のアップシフト時に走行モータ２１０の回転速度を低下させるための変速用電力制御を実施し、変速用電力制御中は燃料電池スタック１１０の単位時間当たりの実発電電力と電力吸収ユニット４００の単位時間当たりの吸収可能電力（受け入れ可能電力）とに基づいて算出した走行モータ２１０のモータトルク下限値（制限トルク）に基づいて、走行モータ２１０に対する電力制御を行う。

そのため、発電電力のうち電力吸収ユニット４００で吸収できない余剰電力を、走行モータ２１０によって消費させることができる。したがって、電力吸収ユニット４００に対して、電力吸収ユニット４００で単位時間当たりに吸収できる吸収可能電力以上の過剰な電力が供給されることがないので、電力吸収ユニット４００の保護を図ることができる。このように本実施形態による車両１の制御装置によれば、アップシフト変速時の電力マネージメントを適切に行うことができる。

特に、電力吸収ユニット４００をバッテリ１６０としたときは、受け入れ可能電力を超える電力がバッテリ１６０に充電されることを防止できるので、バッテリ１６０の熱保護を図ることができる。また、電力吸収ユニット４００をバッテリ１６０及び車両補機１８０としたときは、車両補機１８０の消費電力分だけ吸収可能電力が増加し、余剰電力を小さくすることができるので、モータトルク下限値を小さくすることができる。そのため、変速機２３０のアップシフト時において、早期にモータ回転速度を低下させることができるので変速時間を短縮させて、変速性能の向上を図ることができる。

また、変速時間を短縮させることで、変速中に変速機２３０のクラッチでスリップ制御を行う時間も短くなるので、クラッチの保護を図ることができる。また、クラッチの発熱を抑えることができるので、クラッチの発熱による動摩擦係数の変化を抑制でき、クラッチ解放、締結時における車両挙動の変動（変速ショック）を抑制できる。

また、モータジェネレータ制御部は、燃料電池スタック１１０の実発電電力から、電力吸収ユニット４００の吸収可能電力とコンバータ（電圧調節器）１７０を通過させることができる所定の上限電力（コンバータ通過電力上限値）との小さい方を減じた燃料電池スタック１１０の余剰電力に基づいて走行モータ２１０のモータトルク下限値（制限トルク）を算出し、変速制御中はモータトルク下限値を下回らないように走行モータ２１０への供給電力の低下速度を制限する。

そのため、コンバータ通過電力をコンバータ通過電力上限値に制限することができるので、コンバータ１７０の構成部品であるリアクトルの保護を図り、ひいてはコンバータ１７０の保護を図ることができる。

また、コントローラ３００は、変速制御中において、変速機２３０の入力回転速度（モータ回転速度）と出力回転速度とに基づいて変速フェーズがイナーシャフェーズであるかを判定する変速フェーズ判定部を備える。そしてモータジェネレータ制御部は、イナーシャフェーズ中には、モータトルク下限値と、走行モータ２１０の回転速度を低下させるための所定の回生トルクと、の大きい方に基づいて、走行モータ２１０への供給電力を制御する。

これにより、変速制御中はモータトルク下限値を下回らないように走行モータ２１０への供給電力を制御することができるので、アップシフト変速時の電力マネージメントを適切に行うことができる。

また、発電電力制御部は、イナーシャフェーズ中には、車速に基づいて燃料電池スタック１１０の発電電力を制御するか、又は、燃料電池スタック１１０の発電を停止して、発電電力を低下させる。

このように、イナーシャフェーズ中に発電電力を低下させることで、余剰電力（発電電力−吸収可能電力）を徐々に小さくことができるので、モータトルク下限値を徐々に小さくさせることができる。そのため、変速機２３０のアップシフト時において、早期にモータ回転速度を低下させることができるので変速時間を短縮させて、変速性能の向上を図ることができる。

特に車速が高いときほど燃料電池スタック１１０の発電電力を小さくするようにすれば、車速が低いとき、すなわち変速機２３０の入力回転速度と出力回転速度との速度差が低くて走行モータ２１０による回生電力が小さいときは、発電電力を第１目標値からあまり低下させなくて済む。そのため、イナーシャフェーズ終了後に早期に発電電力を第１目標値まで戻すことができる。

また、変速フェーズ判定部は、変速機２３０の入力回転速度を出力回転速度で除した実変速比が、アップシフト前の変速機２３０の変速比よりも小さくなったときに、変速フェーズがイナーシャフェーズ中であると判定する。そして、実変速比が、アップシフト後の変速機２３０の変速比よりも大きい所定閾値よりも小さくなった後は、燃料電池の発電電力を通常通り燃料電池スタック１１０の負荷に基づいて制御する。

このように、燃料電池スタック１１０の出力応答遅れを考慮して、イナーシャフェーズが終了する前に発電電力を第１目標値に制御することで、イナーシャフェーズ終了時に発電電力を第１目標値に制御することができる。したがって、イナーシャフェーズ終了時にモータトルクを力行運転に切り替えて変速を終了させることができるので、変速性能を向上させることができる。

またコントローラ３００は、車両１の運転状態に基づいて、変速機２３０のアップシフト要求があるか否かを判定するアップシフト要求判定部と、電力吸収ユニット４００で吸収可能な電力が所定値以下のときは、変速機２３０のアップシフトを禁止するアップシフト禁止部と、を備える。このように、走行モータ２１０の回生電力を電力吸収ユニット４００で吸収する余裕が十分にない場合は、アップシフトが禁止されるので、電力吸収ユニット４００に対して、電力吸収ユニット４００で吸収できる吸収可能電力以上の過剰な電力が供給されることがない。よって、電力吸収ユニット４００の保護を図ることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、トルクフェーズの段階で予め燃料電池スタック１１０の発電電力を低下させておく点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。なお、以下に示す各実施形態では前述した第１実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を用いて重複する説明を適宜省略する。

図１８は、本実施形態によるモータトルク制御について説明するフローチャートである。

ステップＳ１０からステップＳ１６０までの処理は第１実施形態と同様であるので、ここではステップＳ１７０移行の処理内容について説明する。

ステップＳ１７０において、コントローラ３００は、発電電力の第３目標値算出処理を実施する。この処理は、イナーシャフェーズ前のトルクフェーズ中の発電電力の目標値を第３目標値として算出する処理である。

図１９は、発電電力の第３目標値算出処理の詳細について説明するフローチャートである。

ステップＳ１７１において、コントローラ３００は、モータトルクをモータトルク基本値に制御したときに走行モータ２１０で消費される電力と、補機消費電力と、の合計電力を算出する。

ステップＳ１７２において、コントローラ３００は、バッテリ充電量に基づいて、バッテリ１６０から放電できる電力の上限値（以下「放電可能電力」という。）を算出する。バッテリ充電量が少ないときに比べて多いときの方が、放電可能電力は大きくなる。

ステップＳ１７３において、コントローラ３００は、合計電力から放電可能電力を減じた値を発電電力の第３目標値として算出する。

ステップＳ１８０において、コントローラ３００は、発電電力を第３目標値に制御する。なお、第３目標値を下限として第１目標値よりも小さい値を発電電力の目標値とすることもできる。

図２０は、本実施形態によるモータトルク制御の動作について説明するタイムチャートである。

時刻ｔ１以前は、発電電力は、走行モータ２１０の消費電力と補機消費電力との合計電力である第１目標値に制御されている。

時刻ｔ１でアップシフト変速が開始され、トルクフェーズになると、本実施形態では発電電力の目標値が第１目標値から第３目標値に変更される。第３目標値は、走行モータ２１０の消費電力と補機消費電力との合計電力からバッテリ１６０の放電可能電力を減じた電力となり、第１目標値よりも小さい値となる。

そして、時刻ｔ２でイナーシャフェーズに移行すると、発電電力が第３目標値から第２目標値に制御され、それ以降は第１実施形態と同様に制御される。

このように本実施形態では、アップシフト変速のトルクフェーズにおいて、走行モータ２１０及び車両補機１８０を可能な限りバッテリ１６０の電力で駆動するようにし、足りない分を発電電力で補うようにして、トルクフェーズの段階で予め発電電力を第１目標値よりも小さくしておくこととした。

イナーシャフェーズにおけるモータトルク下限値は、発電電力から吸収可能電力を減じた余剰電力に基づいて算出され、余剰電力が大きくなるほど大きくなる。したがって、イナーシャフェーズ前の発電電力が小さくなるほど、余剰電力が小さくなり、モータトルク下限値を下げることができる。また、トルクフェーズにおいてバッテリ１６０放電することで、吸収可能電力も大きくなるので一層余剰電力を小さくでき、モータトルク下限値を下げることができる。

モータトルク下限値を下げることができれば、その分素早くモータ回転速度を低下させることができるので、変速時間を短縮させることができる。そのため、変速性能を向上させることができる。

以上説明した本実施形態による車両１の制御装置によれば、発電電力制御部は、走行モータ２１０の消費電力から電力吸収ユニット４００から出力可能な電力（放電可能電力）を減じた電力値を、燃料電池スタック１１０の発電電力の電力下限値（第３目標値）として算出する。そして発電電力制御部は、変速機２３０のアップシフト時において、当該アップシフトが開始されてからイナーシャフェーズ中であると判定されるまでは、燃料電池スタック１１０の発電電力を、電力下限値を下限として低下させる。

これにより、第１実施形態と同様の効果が得られると共に、イナーシャフェーズ前に予め発電電力を下げておくことができ、また、吸収可能電力も増大させることができる。そのため、余剰電力を第１実施形態よりも小さくでき、モータトルク下限値をさらに下げることができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、アップシフト変速のイナーシャフェーズ中に、バイパス流量を増大させることで速やかに発電電力を低下させる点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。

上述の各実施形態では、ステップＳ１３０で燃料電池スタック１１０の発電電力を第１目標値から第２目標値に制御するときは、発電電力の目標値、すなわち第２目標値に基づいて算出されたスタック要求コンプレッサ供給流量と、所定の希釈要求コンプレッサ供給流量と、の大きい方を目標コンプレッサ供給流量として設定していた。

そして、検出コンプレッサ供給流量が目標コンプレッサ供給流量となるようにカソードコンプレッサ１２４をフィードバック制御するとともに、検出スタック供給流量がスタック要求コンプレッサ供給流量となるようにバイパス弁１２８をフィードバック制御していた。つまりバイパス弁１２８は、発電電力の目標値に基づいて制御されており、詳細には、
検出スタック供給流量が、発電電力の目標値に基づいて算出されたスタック要求コンプレッサ供給流量となるように制御されている。

したがって、スタック要求コンプレッサ供給流量が目標コンプレッサ供給流量として設定されているときは、バイパス弁１２８は全閉となる。希釈要求コンプレッサ供給流量が目標コンプレッサ供給流量として設定されているときは、バイパス流量が希釈要求コンプレッサ供給流量からスタック要求コンプレッサ供給流量を引いた流量となるように、バイパス弁１２８が開かれる。

以下の説明では、このような発電電力の目標値に基づいた通常制御によって定められるバイパス弁１２８の開度を「通常バイパス開度」という。

そして、本実施形態では、図２１のタイムチャートに示すように、アップシフト変速のイナーシャフェーズ中は、バイパス弁１２８の開度をこの通常バイパス開度よりも大きくする。すなわち、発電電力の目標値が第２目標値のとき（イナーシャフェーズ中）は、バイパス弁１２８の開度を、通常制御によって算出される通常バイパス弁開度よりも大きくする。本実施形態では、アップシフト変速のイナーシャフェーズ中はバイパス弁１２８を通常バイパス開度からバイパス弁１２８の上限開度まで開くようにしている。

これにより、アップシフト変速のイナーシャフェーズ中に、バイパス流量を増大させることができるので、スタック供給流量を早期に低下させて速やかに発電電力を低下させることができる。

以上説明した本実施形態によれば、コントローラ３００（バイパス弁制御部、発電電力制御部）は、燃料電池スタック１１０の発電電力の目標値に基づいてバイパス弁１２８を制御するバイパス弁制御部を備える。そして、バイパス弁制御部は、イナーシャフェーズ中には、バイパス弁１２８の開度を燃料電池スタックの発電電力の目標値に基づいて制御される通常の開度よりも大きくする。

これにより、アップシフト変速のイナーシャフェーズ中に、バイパス流量を増大させることができるので、スタック供給流量を早期に低下させて速やかに発電電力を低下させることができる。

（第４実施形態）
本実施形態は、アップシフト変速のイナーシャフェーズ中に、バイパス流量を増大させると共に、その分コンプレッサ供給流量を増大させてカソードコンプレッサ１２４の消費電力を増大させることで、吸収可能電力を大きくする点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。

本実施形態では、第３実施形態と同様に、アップシフト変速のイナーシャフェーズ中は、バイパス弁１２８の開度を通常バイパス開度よりも大きくしてバイパス流量を増大させる。そして本実施形態では、図２２のタイムチャートに示すように、バイパス流量を増大させた分だけコンプレッサ供給流量（コンプレッサ回転速度）を増大させてカソードコンプレッサ１２４の消費電力を増大させる。

このように本実施形態では、コントローラ３００は、イナーシャフェーズ中にバイパス弁１２８の開度を大きくした分、カソードコンプレッサ１２４の流量を増大させてカソードコンプレッサ１２４の消費電力を増大させる。これにより、アップシフト変速のイナーシャフェーズ中における吸収可能電力を大きくする。このように吸収可能電力を大きくすることで、余剰電力を小さくすることができるので、モータトルク下限値を下げることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、燃料電池スタック１１０の発電電力を一定に制御するシステムに適用することもできる。また、変速機の段数は前進２段に限らず、それ以上でもよいし、後進用のギヤを備えていても良い。

また、上記の実施形態では、余剰電力を算出する際にコンバータ通過電力上限値を考慮していたが、モータジェネレータ制御部において、単に燃料電池スタック１１０の実発電電力から電力吸収ユニット４００の吸収可能電力（受け入れ可能電力）を減じたものを燃料電池スタック１１０の余剰電力として、走行モータ２１０のモータトルク下限値（下限トルク）を算出しても良い。

Claims (13)

1. 燃料電池と、
   前記燃料電池に接続される駆動源としてのモータジェネレータと、
   前記燃料電池及び前記モータジェネレータの発電電力を受け入れ可能な電力ユニットと、
   前記モータジェネレータと駆動輪との間の動力伝達経路に設けられる変速機と、
   を備える車両の制御装置であって、
   ドライバ要求トルクに基づいて、前記モータジェネレータに対する電力制御を行うモータジェネレータ制御部と、
   前記モータジェネレータを含む前記燃料電池の負荷に基づいて、前記燃料電池の発電電力を制御する発電電力制御部と、
   を備え、
   前記モータジェネレータ制御部は、
   前記変速機のアップシフト時に前記モータジェネレータの回転速度を低下させるための変速用電力制御を実施し、
   前記変速用電力制御中は、前記燃料電池の単位時間当たりの実発電電力と前記電力ユニットの単位時間当たりの受け入れ可能電力とに基づいて算出した前記モータジェネレータの制限トルクに基づいて、前記モータジェネレータに対する電力制御を行う、
   車両の制御装置。
2. 請求項１に記載の車両の制御装置であって、
   前記モータジェネレータ制御部は、
   前記実発電電力から前記受け入れ可能電力を減じた余剰電力に基づいて前記制限トルクを算出し、
   前記モータジェネレータのトルクが前記制限トルクを下回らないように前記モータジェネレータに対する電力制御を行う、
   車両の制御装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の車両の制御装置であって、
   前記燃料電池と前記電力ユニットとの間に設けられ、前記燃料電池の出力電圧を調節する電圧調節器を備え、
   前記モータジェネレータ制御部は、
   前記実発電電力から、前記受け入れ可能電力と前記電圧調節器を通過させることができる所定の上限電力との小さい方を減じた電力を前記余剰電力とする、
   車両の制御装置。
4. 請求項２又は請求項３に記載の車両の制御装置であって、
   前記アップシフト時において、前記変速機の入力回転速度と出力回転速度とに基づいて変速フェーズがイナーシャフェーズであるかを判定する変速フェーズ判定部を備え、
   前記モータジェネレータ制御部は、
   前記イナーシャフェーズ中は、前記制限トルクと、前記モータジェネレータの回転速度を低下させるための所定の回生トルクと、の大きい方に基づいて、前記モータジェネレータに対する電力制御を行う、
   車両の制御装置。
5. 請求項４に記載の車両の制御装置であって、
   前記発電電力制御部は、
   前記イナーシャフェーズ中は、前記車両の車速に基づいて前記燃料電池の発電電力を制御するか、又は、前記燃料電池の発電を停止する、
   車両の制御装置。
6. 請求項５に記載の車両の制御装置であって、
   前記発電電力制御部は、
   前記車両の車速が高いときほど、前記燃料電池の発電電力を小さくする、
   車両の制御装置。
7. 請求項５又は請求項６に記載の車両の制御装置であって、
   前記変速フェーズ判定部は、
   前記変速機の入力回転速度を出力回転速度で除した実変速比が、アップシフト前の前記変速機の変速比よりも小さくなったときに、変速フェーズがイナーシャフェーズ中であると判定し、
   前記発電電力制御部は、
   前記実変速比が、アップシフト後の前記変速機の変速比よりも大きい所定閾値よりも小さくなった後は、前記燃料電池の発電電力を前記燃料電池の負荷に基づいて制御する、
   車両の制御装置。
8. 請求項５から請求項７までのいずれか１つに記載の車両の制御装置であって、
   前記発電電力制御部は、
   前記モータジェネレータの消費電力から前記電力ユニットから出力可能な電力を減じた電力値を、前記燃料電池の発電電力の電力下限値として算出し、
   前記変速機のアップシフト時において、当該アップシフトが開始されてから前記イナーシャフェーズ中であると判定されるまでは、前記燃料電池の発電電力を、前記電力下限値を下限として低下させる、
   車両の制御装置。
9. 請求項５から請求項８までのいずれか１つに記載の車両の制御装置であって、
   前記燃料電池にカソードガスを供給するカソードガス供給通路と、
   前記カソードガス供給通路に設けられたコンプレッサと、
   前記コンプレッサから吐出されたカソードガスの一部を、前記燃料電池をバイパスさせて排出するためのバイパス通路と、
   前記バイパス通路に設けられ、前記バイパス通路を流れるカソードガスの流量を調節するバイパス弁と、
   前記燃料電池の発電電力の目標値に基づいて、前記バイパス弁を制御するバイパス弁制御部と、
   を備え、
   前記バイパス弁制御部は、
   前記イナーシャフェーズ中には、前記バイパス弁の開度を前記燃料電池の発電電力の目標値に基づいて制御される通常の開度よりも大きくする、
   車両の制御装置。
10. 請求項９に記載の車両の制御装置であって、
    前記バイパス弁の開度を通常の開度よりも大きくしたときは、前記コンプレッサの流量を増大させて前記コンプレッサの消費電力を増大させる、
    車両の制御装置。
11. 請求項１から請求項１０までのいずれか１つに記載の車両の制御装置であって、
    前記電力ユニットは、前記燃料電池の発電電力の充電が可能なバッテリ、及び、前記燃料電池の発電電力で駆動される補機であり、
    前記電力ユニットの受け入れ可能電力は、単位時間当たりに前記バッテリに充電可能な電力量と、単位時間当たりに前記補機で消費される電力量と、の和である、
    車両の制御装置。
12. 請求項１から請求項１１までのいずれか１つに記載の車両の制御装置であって、
    前記車両の運転状態に基づいて、前記変速機のアップシフト要求があるか否かを判定するアップシフト要求判定部と、
    前記電力ユニットで吸収可能な電力が所定値以下のときは、前記変速機のアップシフトを禁止するアップシフト禁止部と、
    をさらに備える車両の制御装置。
13. 燃料電池と、
    前記燃料電池に接続される駆動源としてのモータジェネレータと、
    前記燃料電池及び前記モータジェネレータの発電電力を受け入れ可能な電力ユニットと、
    前記モータジェネレータと駆動輪との間の動力伝達経路に設けられる変速機と、
    を備える車両の制御方法であって、
    ドライバ要求トルクに基づいて、前記モータジェネレータに対する電力制御を行うモータジェネレータ制御工程と、
    前記モータジェネレータを含む前記燃料電池の負荷に基づいて、前記燃料電池の発電電力を制御する発電電力制御工程と、
    を備え、
    前記モータジェネレータ制御工程は、
    前記変速機のアップシフト時に前記モータジェネレータの回転速度を低下させるための変速用電力制御を実施し、
    前記変速用電力制御は、前記燃料電池の単位時間当たりの実発電電力と前記電力ユニットの単位時間当たりの受け入れ可能電力とに基づいて算出した前記モータジェネレータの制限トルクに基づいて、前記モータジェネレータに対する電力制御を行う、
    車両の制御方法。

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