JPWO2017060960A1 - 燃料電池車両制御方法及び燃料電池車両制御装置 - Google Patents

Abstract

燃料電池と、該燃料電池に空気を供給する空気供給装置と、燃料電池からの電力により燃料電池車両を駆動する駆動モータと、該駆動モ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、を有する燃料電池車両で実行され、燃料電池の要求発電電力に応じて出力電流を変化させ、該出力電流の変化に応じて前記空気供給装置による空気の供給流量を調節する燃料電池車両制御方法であって、変速機による変速がアップシフトのイナーシャフェーズである場合に、燃料電池の要求発電電力の低下に応じて出力電流を減少させ、空気の供給流量を、出力電流の減少に応じた空気の供給流量よりも大きいイナーシャフェーズ供給流量に制御する燃料電池車両制御方法。

Description

本発明は燃料電池車両制御方法及び燃料電池車両制御装置に関する。

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への供給電力量を絞ることで、モータトルクをドライバが要求するトルクよりも下げる制御装置が記載されている。この制御装置では、アップシフト時におけるモータの要求電力に応じて燃料電池の出力が調節される。

上述した従来の車両の制御装置では、アップシフト時において燃料電池の出力の低下に合せて、スタックへの供給空気量を調節している。しかしながら、燃料電池に空気を供給するコンプレッサ等の空気系の応答性は低く、アップシフト時における燃料電池の出力電力目標値の低下に合せてスタック供給流量目標値を低下させても、実際にコンプレッサの出力が低下してスタック供給流量が低下するまでに遅れが生じる。これにより、変速時間の長時間化が生じていた。

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変速時間の長時間化を抑制し得る燃料電池車両制御方法及び制御装置を提供することを目的する。

本発明のある態様によれば、燃料電池と、該燃料電池に空気を供給する空気供給装置と、前記燃料電池からの電力により燃料電池車両を駆動する駆動モータと、該駆動モ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、を有する燃料電池車両で実行される燃料電池車両制御方法が提供される。また、この燃料電池車両制御方法では、燃料電池の要求発電電力に応じて出力電流を変化させ、該出力電流の変化に応じて空気供給装置による空気の供給流量を調節する。そして、この燃料電池車両制御方法では、変速機による変速がアップシフトのイナーシャフェーズである場合に、燃料電池の発電電力の低下要求に応じて出力電流を減少させ、空気の供給流量を、出力電流の減少に応じた空気の供給流量よりも大きいイナーシャフェーズ供給流量に制御する。

図１は、本発明の第１実施形態に係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、本実施形態に係る燃料電池車両の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、発電電力の基本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、スタック供給流量の基本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１２は、アップシフト要求判定処理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、非イナーシャフェーズ中の出力電力及びスタック供給流量の制御について説明するフローチャートである。 図１５は、変速時において発電電力を低下させるか否かを判断する流れを示したブロック図である。 図１６は、イナーシャフェーズ中の出力電力及びスタック供給流量の制御について説明するフローチャートである。 図１７は、車速と発電電力のイナーシャフェーズ目標値との関係を示すマップである。 図１８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１９は、イナーシャフェーズ中におけるスタック供給流量や出力電流目標値の変化を説明するタイムチャートである。 図２０は、本発明の第２実施形態に係るＨＦＲ制御について説明するフローチャートである。 図２１は、ＨＦＲ基準目標値を補正するか否かを判断する流れを示したブロック図である。 図２２は、ＨＦＲ補正処理の流れを示したブロック図である。 図２３は、本実施形態に係るＨＦＲ値の変化の一例を示すタイムチャートである。 図２４は、本発明の第３実施形態に係るＨＦＲ補正処理の流れを示したブロック図である。 図２５は、本発明の第４実施形態に係るトルクフェーズ出力電力上昇処理の流れを説明するフローチャートである。 図２６は、許容発電可能電力上限を算出する方法を説明するブロック図である。 図２７は、トルクフェーズ出力電力上昇処理を行った場合における要求発電電力とＨＦＲ値の関係を示すタイムチャートの一例である。

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（空気）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実施形態に係る車両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、ＤＣ／ＤＣ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、コンプレッサ１２４と、水分回収装置（Water Recovery Device；以下「ＷＲＤ」とも記載する）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に供給する空気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に取り込む空気中の異物を取り除く。

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。コンプレッサ１２４は、フィルタ１２３を介して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。なお、コンプレッサ１２４の出力は、コントローラ３００により制御される。

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を流れる空気を加湿する。なお、コンプレッサ１２４とＷＲＤ１２５との間のカソードガス供給通路１２１に空気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に供給される空気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、コンプレッサ１２４から吐出された空気の一部を、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を流れる空気の流量（以下「バイパス流量」とも記載する）を調節する。

第１エアフローセンサ３０１は、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、コンプレッサ１２４に供給される空気の流量（以下「コンプレッサ供給流量」とも記載する）を検出する。

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、コンプレッサ１２４から吐出された空気のうち、燃料電池スタック１１０に供給される空気の流量（以下「スタック供給流量」とも記載する）を検出する。なお、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。

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空気の圧力を検出する。換言すれば、燃料電池スタック１１０に供給される空気の圧力（以下、空気圧力とも記載する）を検出する。

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」とも記載する）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」とも記載する）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」とも記載する）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、バッテリ１６０、駆動モータ２１０、及びコンプレッサ１２４などの車両補機１８０に供給される電流（以下「出力電流」とも記載する）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」とも記載する）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」とも記載する）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）の余剰分及び駆動モータ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、必要に応じて車両補機１８０及び駆動モータ２１０に供給される。

ＤＣ／ＤＣ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。ＤＣ／ＤＣ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、コンプレッサ１２４等の車両１を運転する際に駆動される駆動モータ２１０以外の電気機器である。

駆動システム２００は、駆動モータ２１０と、インバータ２２０と、変速機２３０と、を備える。

駆動モータ２１０は、車両１を駆動するための駆動源である。駆動モータ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。駆動モータ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、駆動モータ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駆動モータ２１０に供給する。一方で、駆動モータ２１０を発電機として機能させるときは、駆動モータ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、駆動モータ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を介して駆動輪２５０の駆動軸に接続される。変速機２３０は、駆動モータ２１０の出力軸の回転速度（以下「モータ回転速度」とも記載する）を変速して駆動軸に伝達する。

湿潤状態検出装置２７０は、電流センサ１４０による出力電流の検出値及び電圧センサ１５０による出力電圧の検出値に基づいて、燃料電池スタック１１０の高周波数帯（例えば、数十ＫＨｚ以上）の内部インピーダンス値（ＨＦＲ値）を取得する。そして、湿潤状態検出装置２７０は、この検出したＨＦＲ値と燃料電池の電解質膜の湿潤度との関係を示すマップに基づいて、燃料電池スタック１１０を構成する燃料電池セルの電解質膜の湿潤状態を検出する。このマップにおいて、ＨＦＲ値と電解質膜の湿潤度は、ＨＦＲ値が大きくなるほど電解質膜の湿潤度が小さくなる関係にある。

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。本実施形態では、コントローラ３００は、供給空気量流量設定装置として機能する。

コントローラ３００には、電流センサ１４０、電圧センサ１５０、第２エアフローセンサ３０２、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」とも記載する）を検出するアクセルストロークセンサ３１０、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、駆動モータ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、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ＨＦＲ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。

さらに、コントローラ３００は、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（コンプレッサ供給流量の検出値）を使用し、バイパス弁１２８の制御に第２エアフローセンサ３０２の検出値（スタック供給流量の検出値）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」とも記載する）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、一時的に駆動モータ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駆動モータ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、アップシフトのイナーシャフェーズ中に、変速時間を短縮するために駆動モータ２１０を一時的に力行運転から回生運転に切り替えている。

また、燃料電池スタック１１０の発電電力は、通常、燃料電池スタック１１０の負荷である駆動モータ２１０、車両補機１８０で消費されるとともに、同じく負荷であるバッテリ１６０に出力される。しかし、イナーシャフェーズに移行すると、モータ回転速度を低下させるために一時的に駆動モータ２１０が回生運転に切り替えられる。したがって、駆動モータ２１０の消費電力が無くなるどころかむしろ発電する状態となるので、要求発電電力が低下することとなる。そのため、イナーシャフェーズでは、発電電力（出力電力）を低下させて供給電力が過剰とならないようにしている。

すなわち、従来では、アップシフトのイナーシャフェーズへ移行すると、イナーシャフェーズに移行する直前の発電電力からイナーシャフェーズ中に設定される発電電力の目標値に向かうように、発電電力を低下させていた。そして、この発電電力の低下に合せて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７０により出力電圧の調節を行い、バッテリ１６０や車両補機１８０により燃料電池スタック１１０から取り出す電流である出力電流を低下させている。さらに、従来では、この出力電流の低下に合せてスタック供給流量を減少させるために、コンプレッサ１２４の出力制限やバイパス弁１２８の開度の増加を行っていた。

しかしながら、コンプレッサ１２４やバイパス弁１２８等の空気系は応答遅れが大きく、これらに指令を与えてからスタック供給流量が実際に低下するまでにタイムラグが生じる。このため、出力電流の低下を空気系の応答遅れに合せて所定時間かけて行っていた。また、イナーシャフェーズの終了段階において発電電力を復帰（増加）させる場合においては、逆に出力電流を増加させるので、出力電流の増加に合せてコンプレッサ１２４の出力を上昇させるなどの空気系の制御を行う必要がある。しかしながら、この場合も、応答遅れの問題から、出力電流の増加を所定時間かけて行う必要がある。したがって、イナーシャフェーズへの移行時及びその終了時において、変速時間が長くなるという問題があった。

これに対して、本発明者らは、上記変速時間の長期化を防止し得る燃料電池車両制御方法を見出した。以下、この燃料電池車両制御方法について説明する。

図４は、本実施形態に係る燃料電池車両の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、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」とも記載する）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Ｓ２０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」とも記載する）を、ドライバ要求に相当するアクセル踏込量（駆動モータ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」とも記載する）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Ｓ２１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Ｓ２２において、コントローラ３００は、ステップＳ２１で算出された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。

図４に戻り、ステップＳ３０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Ｓ３１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。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Ｓ３２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」とも記載する）を算出する。補機消費電力は、換言すれば、コンプレッサ１２４等の車両補機１８０で吸収することができる電力である。

ステップＳ３３において、コントローラ３００は、ステップＳ３１のバッテリ１６０の受け入れ可能電力と、ステップＳ３２で算出した車両補機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「電力吸収要素４００」という。なお、バッテリ１６０のみを電力吸収要素４００とすることもできる。

ステップＳ３４において、コントローラ３００は、ステップＳ３３で算出した吸収可能電力が、予め定められているコンバータ通過電力上限値以下か否かを判定する。

ここで、コンバータ通過電力上限値とは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７０の劣化を防止する観点から定められる所定の上限値である。すなわち、発電電力を電力吸収要素４００で吸収する際に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７０を通過する電力（以下「コンバータ通過電力」とも記載する）が大きくなると、ＤＣ／ＤＣ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って定格以上の電流が流れる可能性がある。このように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ＤＣ／ＤＣ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、上述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には、吸収可能電力の全てを電力吸収要素４００で吸収することができるにもかかわらず、電力吸収要素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Ｓ３５に進み、ステップＳ３３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Ｓ３６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。

図４に戻り、ステップＳ４０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、アップシフトのイナーシャフェーズ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」とも記載する）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Ｓ４１において、コントローラ３００は、電流センサ１４０で検出される出力電流と電圧センサ１５０で検出される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Ｓ４２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が電力吸収要素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駆動モータ２１０で消費する必要がある。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駆動モータ２１０による回生が可能である。

ステップＳ４３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。

図４に戻り、ステップＳ５０において、コントローラ３００は、発電電力の基本目標値算出処理を実施する。

図１０は、発電電力の基本目標値の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Ｓ５１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駆動モータ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駆動モータ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Ｓ５２において、コントローラ３００は、図示しないＳＯＣセンサにより検出される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。なお、バッテリ充電量が所定の閾値より大きい場合には、バッテリ１６０から電力を放電するために、マイナスの電力値をバッテリ充放電電力として算出する。

ステップＳ５３において、コントローラ３００は、ステップＳ５１で算出した電力、ステップＳ５２で算出したバッテリ充放電電力、及び補機消費電力の総和を、発電電力の基本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、発電電力の基本目標値を算出する。

図４に戻り、ステップＳ６０において、コントローラ３００は、ステップＳ５０で算出した発電電力の基本目標値に基づいて、スタック供給流量の基本目標値を算出する。

図１１は、スタック供給流量の基本目標値の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、ステップＳ５０で算出した発電電力の基本目標値を出力電流の基本目標値に変換する。

ステップＳ６２において、コントローラ３００は、ステップＳ６１で求めた出力電流の基本目標値からスタック供給流量の基本目標値を算出する。具体的には、例えば出力電流とスタック供給流量の関係を示した所定のマップを用いて、出力電流の基本目標値からスタック供給流量の基本目標値を算出する。

図４に戻り、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。

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１３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。すなわち、アップシフト変速中フラグが１に設定されている場合は、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。

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。この場合は、アップシフト変速中ではないと判断できる。

図４に戻り、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、ステップＳ７０のアップシフト要求判定処理において設定されたアップシフト変速中フラグが１であ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はない（アップシフト変速中フラグ＝０）と判定すると、ステップＳ９０の処理を行う。一方、コントローラ３００は、アップシフト変速中である（アップシフト変速中フラグ＝１）と判定すると、ステップＳ１００の処理を行う。

ステップＳ９０において、コントローラ３００は、非イナーシャフェーズ中の電力制御及び流量制御を行う。

図１４は、非イナーシャフェーズ中の出力電力制御及びスタック供給流量制御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Ｓ１２１において、コントローラ３００は、モータトルクが図４に示すステップＳ２０で算出したモータトルク基本値となるように、インバータ２２０を制御して駆動モータ２１０への供給電力を制御する。すなわち駆動モータ２１０により取り出される電流を制御する。

ステップＳ１２２において、コントローラ３００は、発電電力を基本目標値に制御する。具体的には、出力電流がステップＳ６１で算出した出力電流の基本目標値をとるように、出力電流を調節する。

ステップＳ１２３において、コントローラ３００は、スタック供給流量が、図１１に示すステップＳ６２で算出されたスタック供給流量の基本目標値をとるように制御を行う。

具体的には、コントローラ３００は、ステップＳ６１で算出された出力電流の基本目標値に基づいて空気圧力の基本目標値を算出し、同じく出力電流の基本目標値に基づいてコンプレッサ供給流量の基本目標値を算出する。そして、コントローラ３００は、カソード圧力センサ３０３による空気圧力の検出値、第１エアフローセンサ３０１によるコンプレッサ供給流量の検出値、及び第２エアフローセンサ３０２によるスタック供給流量の検出値が、それぞれ、空気圧力の基本目標値、コンプレッサ供給流量の基本目標値、及びスタック供給流量の基本目標値をとるように、カソード調圧弁１２６の開度、バイパス弁１２８の開度、及びコンプレッサ１２４のトルクを制御する。

図４に戻り、上述ステップＳ８０においてアップシフト変速中であると判定されると、ステップＳ１００において、コントローラ３００は、このアップシフト変速がイナーシャフェーズであるか否かを判定する。

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、アップシフトのイナーシャフェーズであると判定し、アップシフト前の変速比以上であれば、イナーシャフェーズではないと判定する。そして、コントローラ３００は、イナーシャフェーズであると判定したときは、ステップＳ１１０の処理を行う。一方、コントローラ３００は、イナーシャフェーズでないと判定した場合、先に説明したステップＳ９０の処理を行い、本ルーチンを終了する。

ステップＳ１１０において、コントローラ３００は、発電電力を低下させるかどうかの判定を行う。ここで、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においては、上記図２において説明したように、駆動モータ２１０が力行運転から回生運転に切り替わることで、燃料電池スタック１１０の発電電力が余剰する（要求発電電力が低下する）ことがあり、この場合には発電電力目標値を低下させる必要がある。一方で、例えばバッテリ１６０の充電量に余裕があり、燃料電池スタック１１０の発電電力をバッテリ１６０に十分供給し得る場合には、イナーシャフェーズにおいても燃料電池スタック１１０の発電量を制限しなくても良い。

したがって、本実施形態では、イナーシャフェーズにおいて燃料電池スタック１１０の発電電力目標値を低下させるかどうかに基づいて、後述のように以後の制御パターンが分かれることとなる。この燃料電池スタック１１０の発電電力目標値を低下させるかどうかの判断について説明する。

図１５は、変速時において発電電力を低下させるか否かを判断する流れを示したブロック図である。なお、以降に説明する各ブロック図に示されたブロックの機能はコントローラ３００により実現される。図示のように、当該ブロックは、変速車速算出ブロックＢ１０１と、回転速度差算出ブロックＢ１０２と、目標変速時間算出ブロックＢ１０３と、イナーシャフェーズ回生電力最大値算出ブロックＢ１０４と、実質吸収可能電力算出ブロックＢ１０５と、変速時発電電力低下判断ブロックＢ１０６と、を有している。

先ず、変速車速算出ブロックＢ１０１には、アクセルストロークセンサ３１０で検出されたアクセル踏込量が入力される。変速車速算出ブロックＢ１０１は、図１３に示した変速マップを記憶しており、この変速マップに基づいて、検出されたアクセル踏込量から変速時の車速（以下では、「変速車速」とも記載する）を求める。具体的に変速車速は、検出されたアクセル踏込量と図１３に示した１速領域と２速領域の境界である変換線との交点における車速である。

そして、回転速度差算出ブロックＢ１０２には、変速車速算出ブロックＢ１０１で算出された変速車速が入力される。回転速度差算出ブロックＢ１０２は、予め用意された変速車速―回転速度差マップに基づいて、算出された変速車速から、１速と２速の間の駆動モータ２１０の回転数の差（以下では、「モータ回転速度差」とも記載する）を算出する。このマップの一例を図１８に示す。図１８を参照すれば理解されるように、変速車速が決まることで、１速のモータ回転速度と２速のモータ回転速度の差を求めることができる。変速車速が大きいほど、回転速度差も大きくなる。

一方、目標変速時間算出ブロックＢ１０３には、バッテリ１６０の受け入れ可能電力が入力される。目標変速時間算出ブロックＢ１０３は、予め用意されたバッテリ受け入れ可能電力と目標変速時間の関係を示すマップに基づいて、バッテリ１６０の受け入れ可能電力から目標変速時間を算出する。なお、バッテリ１６０の受け入れ可能電力が大きいほど、目標変速時間は小さくなる。

そして、イナーシャフェーズ回生電力最大値算出ブロックＢ１０４には、回転速度差算出ブロックＢ１０２で算出されたモータ回転速度差及び目標変速時間算出ブロックＢ１０３で算出された目標変速時間が入力される。イナーシャフェーズ回生電力最大値算出ブロックＢ１０４は、予め用意されたマップに基づいて、モータ回転速度差、目標変速時間、及び予め設定された押し付けトルク値に基づいて、イナーシャフェーズにおける回生電力の最大値（以下では「イナーシャフェーズ回生電力最大値」とも記載する）を算出する。

ここで、上述のモータ回転速度差によるエネルギーは、回生エネルギーとクラッチの摩擦エネルギーによって吸収されるため、回生可能な電力の合計は、モータ回転速度差からクラッチの摩擦による熱エネルギー消費分を減じて決定される。したがって、モータ回転速度差が大きいほど、回生電力の最大値が大きくなる。一方で、目標変速時間が長くなると、変速動作中のクラッチの摩擦によって消費される熱エネルギーが増加するので、回生電力の最大値が小さくなる。さらに、押し付けトルクが大きくなると、クラッチの摩擦による熱エネルギーが増大するので、回生電力の最大値は小さくなる。

さらに、実質吸収可能電力算出ブロックＢ１０５には、イナーシャフェーズ回生電力最大値算出ブロックＢ１０４で算出されたイナーシャフェーズ回生電力最大値と、上記図７のステップＳ３３で算出された吸収可能電力と、が入力される。そして、実質吸収可能電力算出ブロックＢ１０５は、この吸収可能電力からイナーシャフェーズ回生電力最大値を減算することで、実質的に吸収が可能である実質吸収可能電力を算出する。

変速時発電電力低下判断ブロックＢ１０６には、実質吸収可能電力算出ブロックＢ１０５で算出された実質吸収可能電力と、燃料電池スタック１１０の出力電圧及び出力電流の検出値から定まる出力電力と、が入力される。変速時発電電力低下判断ブロックＢ１０６は、この実質吸収可能電力と出力電力を比較する。そして、変速時発電電力低下判断ブロックＢ１０６は、出力電圧が実質吸収可能電力よりも大きい場合には、発電電力の低下が必要であると判断し、出力電圧が実質吸収可能電力以下である場合には、発電電力の低下が必要ではないと判断する。そして、出力電圧が実質吸収可能電力よりも大きい場合には、図４におけるステップＳ９０の処理を行い、本ルーチンを終了する。一方で、出力電圧が実質吸収可能電力以下である場合には、ステップＳ１２０の処理に進む。

ステップＳ１２０において、コントローラ３００は、変速進捗度が所定値未満であるか否かを判定する。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。

ここで、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、イナーシャフェーズの進捗度を意味する。したがって、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近傍まで低下すれば、イナーシャフェーズが終了したと判定できることとなる。そして、このようにイナーシャフェーズが終了していると判定されると、ステップＳ９０の処理を行い、本ルーチンを終了する。

一方で、コントローラ３００は、変速進捗度が所定値未満、すなわち、イナーシャフェーズ中であると判定すると、ステップＳ１３０の処理を行う。

ここで、本実施形態においてコントローラ３００は、スタック供給流量の目標値をイナーシャフェーズ用の目標値（以下では、「イナーシャフェーズスタック供給流量目標値」とも記載する）とするとともに、発電電力を基本目標値からイナーシャフェーズ用の目標値（以下では、「イナーシャフェーズ電力目標値」とも記載する）に低下させる。以下では、このコントローラ３００による制御の詳細を説明する。

図１６は、イナーシャフェーズ中の電力・流量制御の詳細を説明するフローチャートである。

ステップＳ１３１において、コントローラ３００は、アップシフト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「イナーシャフェーズモータトルク目標値」とも記載する）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Ｓ１３２において、コントローラ３００は、駆動モータ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、モータトルクをステップＳ１３１で算出されたイナーシャフェーズモータトルク目標値に制御する。

ステップＳ１３３において、コントローラ３００は、図１７に示すテーブルを参照し、車速に基づいて発電電力のイナーシャフェーズ目標値を算出し、発電電力をイナーシャフェーズ目標値に制御する。なお、図１７から理解されるように、発電電力のイナーシャフェーズ目標値は、車速が高いほど小さくなるように設定される。

ここで、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（図１５のブロックＢ１０２参照）。そして、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駆動モータ２１０の回生量も多くなり、発電電力を低くする必要があるので、発電電力のイナーシャフェーズ目標値は、車速が高いほど小さくなるように設定されることとなる。なお、車速にかかわらず、発電電力のイナーシャフェーズ目標値をゼロに設定することもできる。

そして、発電電力のイナーシャフェーズ目標値は、発電電力の基本目標値と比べて低い値をとる。また、本実施形態では、発電電力のイナーシャフェーズ目標値から、燃料電池スタック１１０のＩＶ特性を参照して、出力電流の目標値（以下では「イナーシャフェーズ電流目標値」とも記載する）が求められ設定される。

ステップＳ１３４において、コントローラ３００は、アップシフトのイナーシャフェーズ中におけるスタック供給流量の目標値（以下「イナーシャフェーズスタック供給流量目標値」とも記載する）を算出する。

本実施形態において、このイナーシャフェーズスタック供給流量目標値は、ＨＦＲ値が高くなりすぎないように、すなわち燃料電池スタック１１０を構成する燃料電池１０の電解質膜が過乾燥とならないようにしつつも、出力電流の減少に合わせて大幅に低下させない範囲で任意に設定することができる。

しかしながら、本実施形態においては、イナーシャフェーズスタック供給流量目標値を、イナーフェーズに移行する直前のスタック供給流量目標値であるスタック供給流量の基本目標値と同一の値とすることが最も好ましい。

ステップＳ１３５において、コントローラ３００は、スタック供給流量がステップＳ１３４で算出したイナーシャフェーズスタック供給流量目標値をとるように制御を行う。

具体的には、先ず、コントローラ３００は、上記ステップＳ１３３で算出されたイナーシャフェーズ電流目標値に基づいてイナーシャフェーズにおける空気圧力の目標値（以下「イナーシャフェーズ空気圧力目標値」とも記載する）を算出する。

さらに、コントローラ３００は、イナーシャフェーズ電流目標値に基づいてイナーシャフェーズにおけるコンプレッサ供給流量の目標値（以下「イナーシャフェーズコンプレッサ流量目標値」とも記載する）を算出する。

そして、コントローラ３００は、カソード圧力センサ３０３による空気圧力の検出値、第１エアフローセンサ３０１によるコンプレッサ供給流量の検出値、及び第２エアフローセンサ３０２によるスタック供給流量の検出値が、それぞれ、イナーシャフェーズ空気圧力目標値、イナーシャフェーズコンプレッサ流量目標値、及びイナーシャフェーズスタック供給流量目標値をとるように、カソード調圧弁１２６の開度、バイパス弁１２８、及びコンプレッサ１２４のトルクを制御する。

なお、上述したように、イナーシャフェーズスタック供給流量目標値を、イナーフェーズに移行する直前のスタック供給流量目標値であるスタック供給流量の基本目標値と同一に設定する場合には、カソード調圧弁１２６の開度、バイパス弁１２８、及びコンプレッサ１２４のトルクの制御状態を変更する必要が無い。したがって、この場合、イナーシャフェーズにおいても、スタック供給流量の変更にかかるコンプレッサ１２４を含む空気系の制御を省略することができ、当該空気系の応答遅れの影響を確実に防止することができる。

以上、説明した本実施形態に係る燃料電池車両制御方法の作用について説明する。

図１９は、本実施形態に係る燃料電池車両制御方法におけるイナーシャフェーズ中の動作の一例を説明するタイムチャートである。なお、図においては、参考のため、従来の制御を破線で示している。また、図１９では、イナーシャフェーズスタック供給流量目標値を、イナーフェーズに移行する直前のスタック供給流量目標値であるスタック供給流量の基本目標値と同一に設定した場合、すなわちイナーシャフェーズにおいて、コンプレッサ供給流量やスタック供給流量を変更しない場合について説明する。

図１９（Ａ）に示すように、イナーシャフェーズ移行時刻ｔ２において、トルクフェーズからイナーシャフェーズに移行する。既に説明したように、イナーシャフェーズに移行すると、バッテリ１６０、車両補機１８０、及び駆動モータ２１０で吸収できる電力が低下するので、要求される発電電力は低下する。したがって、図１９（Ｅ）に示すように燃料電池スタック１１０の出力電力を、イナーシャフェーズ電力目標値まで低下させることとなる。この出力電力の低下は、イナーシャフェーズの間、すなわちイナーシャフェーズ移行時刻ｔ２からイナーシャフェーズ終了時刻ｔ３までの間において維持される。

さらに、本実施形態では、既に説明したように、出力電力をイナーシャフェーズ電力目標値に近づけるために、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７０によって出力電圧の調節を行い、イナーシャフェーズ移行時刻ｔ２において出力電流をイナーシャフェーズ電流目標値まで低下させることとなる（図１９（Ｄ）参照）。なお、このイナーシャフェーズ電流目標値は、イナーシャフェーズ期間ｔ２〜ｔ３において維持される。

ここで、図１９（Ｄ）及び図１９（Ｅ）において破線で示したように、従来の制御においては、イナーシャフェーズ移行時刻ｔ２において出力電流を瞬間的に減少させるのではなく、所定時間Δｔ２をかけて減少させている。さらに、イナーシャフェーズ終了時刻ｔ３においても、出力電流を瞬間的に復帰させるのではなく、所定時間Δｔ３をかけて復帰させている。

このように従来において、イナーシャフェーズへの移行時又はその終了時において、出力電流を所定時間かけて変化させている理由は、コンプレッサ１２４を含む空気系の応答遅れを考慮したためである。

すなわち、コンプレッサ１２４を含む空気系の応答速度が電力・電流制御の応答速度と比べて低いため、イナーシャフェーズ移行時刻ｔ２及びイナーシャフェーズ終了時刻ｔ３においてコンプレッサ１２４の出力を変化させる指令を与えたとしても、実際にスタック供給流量が変化するまでにタイムラグが生じるためである。したがって、出力電流も、このタイムラグΔｔ２、Δｔ３に合せて所定時間Δｔ２、Δｔ３をかけて変更していた。しかしながら、このように出力電流を所定時間かけて変更すると、イナーシャフェーズが長時間化してしまい（図の例では少なくとも時間Δｔ３分は延長されている）、結果としてアップシフトにおける変速時間が長時間化する要因となっていた。

そこで、本実施形態では、イナーシャフェーズｔ２〜ｔ３においてスタック供給流量の目標値とされるイナーシャフェーズスタック供給流量目標値を、イナーシャフェーズ移行時刻ｔ２の直前の目標値であるスタック供給流量基本目標値と同じ値としている。すなわち、イナーシャフェーズｔ２〜ｔ３においてスタック供給流量の目標値を変更しないようにして、応答遅れをもたらす空気系の制御態様を変更しないようにした。これにより、イナーシャフェーズｔ２〜ｔ３において空気系の応答遅れの影響を受けることが防止される。

その上で、本実施形態では、図１９（Ｅ）の実線に示すように、要求出力電力に合せた出力電力の目標値を、出力電流を急速に減少させることで、所定時間内にほぼ瞬間的に変更している。したがって、出力電流を上記タイムラグΔｔ２及びΔｔ３を設けることなく変更することができるので、イナーシャフェーズ期間を短縮することができ、変速時間の長期化が防止される。

以上説明した本実施形態に係る燃料電池車両１の制御方法によれば、以下の効果を得ることができる。

本実施形態に係る燃料電池車両制御方法は、燃料電池である燃料電池スタック１１０と、該燃料電池スタック１１０に空気を供給する空気供給装置であるコンプレッサ１２４と、燃料電池スタック１１０からの電力により燃料電池車両１を駆動する駆動モータ２１０と、該駆動モータ２１０と駆動輪２５０との間の動力伝達経路に設けられる変速機２３０と、を有する燃料電池車両１で実行される。この燃料電池車両制御方法では、燃料電池スタック１１０の要求発電電力（要求出力電力）に応じて出力電流を変化させ、出力電流の変化に応じてコンプレッサ１２４による空気の供給流量を調節する。そして、変速機２３０による変速がアップシフトのイナーシャフェーズである場合に、燃料電池スタック１１０の要求発電電力の低下に応じて出力電流を減少させ（図１９（Ｄ））、空気の供給流量を、出力電流の減少に応じた空気の供給流量（図１９（Ｃ）の破線）よりも大きいイナーシャフェーズ供給流量に制御する（図１６のステップＳ１３５及び図１９（Ｃ））。

すなわち、本実施形態では、アップシフトのイナーシャフェーズにおいて、駆動モータ２１０等へ供給可能な電力が減少するなどの要因で燃料電池スタック１１０の要求発電電力の低下が生じて出力電流を減少させる場合であっても、この出力電流の減少に応じて定まる供給流量（図１９（Ｃ）参照）ではなく、それよりも大きいイナーシャフェーズ供給流量で燃料電池スタック１１０に空気を供給する。したがって、従来のようにイナーシャフェーズにおける出力電流の減少に合せたスタック供給流量の大幅な減少が要求されなくなるので、空気系の応答遅れによる変速時間の長期化を抑制することができる。

なお、本来であれば、出力電流の減少に合せて定まる供給流量よりも大きい供給流量で空気を供給すれば、燃料電池１０内の電解質膜の乾燥や過電圧の要因となり得るが、本実施形態では比較的短い期間であるアップシフトのイナーシャフェーズにおいて供給流量を増加させるに過ぎないので、電解質膜の乾燥や過電圧の発生頻度は極力抑制されることとなる。

さらに、本実施形態では、イナーシャフェーズ供給流量を、イナーシャフェーズに移行する直前の供給空気流量の目標値と同一の目標値（イナーシャフェーズスタック供給流量目標値）で制御する（図１９（Ｃ））。これにより、イナーシャフェーズにおけるコンプレッサ１２４の出力調節などの空気系の制御を省略することができるので、コンプレッサ１２４の応答遅れの影響をより確実に排除することができる。

なお、本実施形態に係る燃料電池車両制御方法では、上述のように、イナーシャフェーズにおけるコンプレッサ１２４の出力調節などの空気系の制御を省略することができるので、出力電流を変化させるにあたり空気系の制御を考慮する必要が無くなくなる。したがって、本実施形態では、出力電流を、イナーシャフェーズ移行時ｔ１及びイナーシャフェーズ終了時ｔ２に合せて所定時間以内（略瞬時）に変化させることができる（図１９（Ｄ）参照）。これにより、燃料電池スタック１１０の出力電流の低下や復帰がほぼ瞬間的に行われることとなるので、変速時間の短縮に資することとなる。

また、本実施形態では、燃料電池スタック１１０の出力電力が、駆動モータ２１０以外の燃料電池スタック１１０の負荷（バッテリ１６０、車両補機１８０）に供給可能な電力から駆動モータ２１０の回生電力の最大値を減じて得られる実質吸収可能電力よりも大きい場合に、燃料電池スタック１１０の要求発電電力の低下が生じていると判断し、出力電流を減少させる（図４のステップＳ１１０及び図１５のブロックＢ１０６）。

なお、上記ステップＳ１１０における発電電力を低下させるかどうかの判定は、ステップＳ１００のイナーシャフェーズであるかどうかの判定の前に行うようにしても良い。

（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、第１実施形態に係る処理に加えて、変速がアップシフトに移行することが予測されるか、又はアップシフト中であると判断された場合に、燃料電池１０の電解質膜のＨＦＲを増加させるＨＦＲ補正処理を行う。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。

ここで、第１実施形態では、イナーシャフェーズ中においては、上記イナーシャフェーズ供給流量目標値をスタック供給流量の目標値として設定した。したがって、この場合、燃料電池スタック１１０に供給される空気が余剰となり、燃料電池スタック１１０を構成する燃料電池１０の電解質膜が過乾燥となる可能性が考えられる。そこで、本実施形態では、変速がアップシフトに移行すると予測されるか、又はアップシフト中であると判断された場合に、この電解質膜の過乾燥を抑制し得る制御が実行される。

図２０は、本実施形態に係るＨＦＲ制御について説明するフローチャートである。なお、本処理は、第１実施形態における図４に示す処理と並列して又は独立に行う。

図示のように、ステップＳ２１０において、コントローラ３００は、ＨＦＲ基準目標値の算出処理を行う。具体的には、先ず、既に説明したステップＳ５０（図１０）で行われた方法と同様の方法によって発電電力の基本目標値を算出する。そして、後述する図２２のＨＦＲ基準目標値算出ブロックＢ２０１で示すように、この発電電力の基本目標値により、例えば予め用意された発電電力とＨＦＲの関係を示すマップを用いて、求められたＨＦＲをＨＦＲ基準目標値とする。

ステップＳ２２０において、コントローラ３００は、ＨＦＲ基準目標値を補正するかどうかの判定を行う。

図２１は、ＨＦＲ基準目標値を補正するか否かを判断する流れを示したブロック図である。図示のように、本実施形態におけるＨＦＲ基準目標値を補正するかどうかを判断については、第１実施形態の図１５において説明した変速時において発電電力を低下させるか否かを判断する流れと同様である。したがって、当該ブロックを構成する各ブロックＢ１０１〜Ｂ１０６の説明は省略する。

したがって、本実施形態では、コントローラ３００は、燃料電池スタック１１０の出力電圧が、車両補機１８０で消費される電力及びバッテリ１６０に受け入れ可能な電力に基づく実質吸収可能電力よりも大きい場合には、アップシフトに移行することが予測されるかアップシフト中であると判断してＨＦＲ基準目標値の補正が必要であると判断し、出力電圧が実質吸収可能電力以下である場合には、アップシフトへの移行が予測されていないと判断されＨＦＲ基準目標値の補正の必要がないと判断する。

そして、ＨＦＲ基準目標値の補正が必要であると判断されたならば、図２０のステップＳ２３０のＨＦＲ基準目標値補正処理に進む。一方で、上記ＨＦＲ基準目標値の補正が必要ではないと判断されたならば、ステップＳ２４０に進み、ＨＦＲの目標値はＨＦＲ基準目標値に維持されて処理を終了する。以下では、ステップ２３０のＨＦＲ基準目標値補正処理の内容について説明する。

図２２は、ＨＦＲ基準目標値の補正の流れを示したブロック図である。当該ブロックは、ＨＦＲ基準目標値算出ブロックＢ２０１と、車速偏差算出ブロックＢ２０２と、ＨＦＲ減算補正値算出ブロックＢ２０３と、補正後ＨＦＲ目標値算出ブロックＢ２０４と、を有している。

ＨＦＲ基準目標値算出ブロックＢ２０１には、燃料電池スタック１１０の出力電圧が入力される。また、ＨＦＲ基準目標値算出ブロックＢ２０１は、予め定められた発電電力とＨＦＲの関係を示すマップに基づいて、燃料電池スタック１１０の出力電圧からＨＦＲ基準目標値を算出する。なお、一般に出力電圧が高くなるほど電解質膜をより湿潤させる必要があるので、この発電電力-ＨＦＲマップでは、出力電圧が高くなるにつれてＨＦＲ基準目標値が低くなっている。

一方で、車速偏差算出ブロックＢ２０２には、図１５の変速車速算出ブロックＢ１０１で算出された変速車速と、アクセルストロークセンサ３１０で検出されたアクセル踏込量により定まる現在の車速が入力される。車速偏差算出ブロックＢ２０２は、変速車速から現在の車速を減算して車速偏差として算出する。

ＨＦＲ減算補正値算出ブロックＢ２０３には、車速偏差算出ブロックＢ２０２で算出された車速偏差が入力される。そして、ＨＦＲ減算補正値算出ブロックＢ２０３は、予め定められた車速偏差とＨＦＲ減算補正値の関係を示す補正値マップに基づいて、車速偏差からＨＦＲ減算補正値を算出する。

ここで、車速偏差は、変速車速と現在の車速との差であるので、この車速偏差の値が相対的に小さければ、現在の車速が変速車速に近く、アップシフト変速への移行が近いと判断できる。一方で、車速偏差の値が相対的に大きければ、まだアップシフト変速への移行が遠いと判断できる。さらに、車速偏差が実質的に０である場合には、現在の状態がアップシフト中である判断できる。

したがって、上記補正値マップでは、車速偏差が相対的に小さい値でありアップシフトへの移行が近いか又はアップシフト中である場合には、電解質膜をより湿潤させるべく、算出されるＨＦＲ減算補正値が、相対的に大きい値となる。特に、車速偏差が０の場合にＨＦＲ減算補正値は最大値をとる。

一方で、車速偏差が相対的に大きい値でアップシフトへの移行がまだ先であると判断できる場合には、電解質膜を直ちに湿潤させる必要性は低い。したがって、この場合、ＨＦＲ基準目標値を大きく変更しないように、ＨＦＲ減算補正値が相対的に小さい値として算出される。特に、車速偏差が一定以上大きい値である場合には、ＨＦＲ減算補正値は０としている。

そして、補正後ＨＦＲ目標値算出ブロックＢ２０４には、ＨＦＲ基準目標値算出ブロックＢ２０１で算出されたＨＦＲ基準目標値と、ＨＦＲ減算補正値算出ブロックＢ２０３で算出されたＨＦＲ減算補正値が入力される。補正後ＨＦＲ目標値算出ブロックＢ２０４は、ＨＦＲ基準目標値からＨＦＲ減算補正値を減算し、補正後ＨＦＲ目標値として算出する。

したがって、本実施形態において、上述のように燃料電池スタック１１０の出力電圧が、実質吸収可能電力よりも大きく、アップシフトに移行することが予測されるかアップシフト中であると判断してＨＦＲ基準目標値の補正が必要であると判断される場合には、ＨＦＲ基準目標値より低い湿潤側の補正後ＨＦＲ目標値に基づいて電解質膜のＨＦＲ値が制御されることとなる。これにより、上述したように、アップシフトのイナーシャフェーズ中においてスタック供給流量が余剰となる状態が発生したとしても、電解質膜の過乾燥を効果的に防止することができる。

図２３は、本実施形態に係るＨＦＲ値の変化の一例を示すタイムチャートである。図２３では、トルクフェーズに移行する前の時刻ｔ０でアップシフトに移行することが予測され、上記補正後ＨＦＲ目標値が設定された場合を想定している。

図示のように、補正後ＨＦＲ目標値が設定された時刻ｔ０移行でＨＦＲ値が減少し、トルクフェーズ移行する時刻ｔ１の段階でＨＦＲ値が補正後ＨＦＲ目標値を取っている。したがって、イナーシャフェーズに移行する時刻ｔ２においては、ＨＦＲ値がＨＦＲ基準目標値に比べて低い（より湿潤している）状態となる。これにより、イナーシャフェーズ中の時刻ｔ２〜ｔ３においてスタック供給流量が余剰となってＨＦＲ値が上昇するように作用したとしても、図に示すようにＨＦＲ値がＨＦＲ基準目標値を超えないようにすることができ、電解質膜の過乾燥が防止される。

以上説明した本実施形態に係る燃料電池車両１の制御方法によれば、以下の効果を得ることができる。

本実施形態に係る燃料電池車両制御方法では、変速機２３０による変速がアップシフトに移行することが予測されるか、又はアップシフト中であると判断された場合に、燃料電池スタック１１０の電解質膜のＨＦＲ値を減少させるＨＦＲ補正処理（図２２）を行う。

これにより、スタック供給流量の目標値としてイナーシャフェーズ供給流量目標値を設定することで、イナーシャフェーズ中にスタック供給流量が余剰となる状態が発生したとしても、電解質膜の過乾燥を効果的に防止することができる。

さらに、本実施形態に係る燃料電池車両制御方法では、燃料電池スタック１１０の出力電力が、駆動モータ２１０以外の燃料電池スタック１１０の負荷（バッテリ１６０、車両補機１８０）に供給可能な電力から駆動モータ２１０の回生電力の最大値を減じて得られる実質吸収可能電力よりも大きい場合に、アップシフトに移行することが予測されるか又はアップシフト中であると判断してＨＦＲ補正処理を実行する（図２１）。これにより、イナーシャフェーズにおいてスタック供給流量が余剰となって過乾燥が懸念されるシーンに合せてＨＦＲ補正処理を実行できる。

なお、上記実施形態では、燃料電池スタック１１０の出力電力が、実質吸収可能電力よりも大きい場合に、アップシフトに移行することが予測されるか又はアップシフト中であると判断するようにした。しかしながら、アップシフトに移行することが予測されるか又はアップシフト中であるとの判断の方法は、これに限られず、例えば上記車速偏差が所定値以下の場合に、アップシフトに移行することが予測されるか又はアップシフト中であると判断するようにしても良い。

（第３実施形態）
以下、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態では、第２実施形態と異なるＨＦＲ補正処理が行われる。なお、本実施形態は、この算出方法以外の構成は第２実施形態と同様である。したがって、第２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。

本実施形態では、ＨＦＲ補正処理において、燃料電池車両１の車速と変速車速の差である車速偏差が小さくなるにつれて、電解質膜のＨＦＲ値をより減少させる。

図２４は、本発明の第３実施形態に係る補正後ＨＦＲ目標値を算出する流れを示したブロック図である。当該ブロックは、ＨＦＲ基準目標値算出ブロックＢ２０１と、車速偏差算出ブロックＢ２０２と、目標変速時間算出ブロックＢ３０１と、ＨＦＲ減算補正値算出ブロックＢ３０２と、補正後ＨＦＲ目標値算出ブロックＢ２０４と、を有している。

ＨＦＲ基準目標値算出ブロックＢ２０１は、第２実施形態と同様に燃料電池スタック１１０の出力電圧に基づいてＨＦＲ基準目標値を算出する。車速偏差算出ブロックＢ２０２も、第２実施形態と同様に速車速から現在の車速を減算して車速偏差として算出する。

目標変速時間算出ブロックＢ３０１は、第１実施形態において図１５で説明した目標変速時間算出ブロックＢ１０３と同様の機能を有するものであり、バッテリ１６０の受け入れ可能電力から目標変速時間を算出する。

そして、本実施形態に係るＨＦＲ減算補正値算出ブロックＢ３０２には、車速偏差算出ブロックＢ２０２で算出された車速偏差と、目標変速時間算出ブロックＢ３０１で算出された目標変速時間と、が入力される。

ＨＦＲ減算補正値算出ブロックＢ３０２は、予め用意されたマップに基づいて、車速偏差及び目標変速時間から、ＨＦＲ減算補正値を算出する。

ここで、本実施形態では、車速偏差が相対的に小さいとアップシフトへの移行が近づいているか、或いはアップシフト中であると判断することができる。したがって、上記マップでは、車速偏差が小さくなるほど、電解質膜をより湿潤させるように、ＨＦＲ減算補正値が大きくなる。一方で、目標変速時間が長くなると、イナーシャフェーズ中においてスタック供給流量が余剰である状態が長く継続する可能性がある。したがって、目標変速時間が長くなるほど、電解質膜をより湿潤させるように、ＨＦＲ減算補正値が大きくなる。

補正後ＨＦＲ目標値算出ブロックＢ２０４は、第２実施形態と同様に、ＨＦＲ基準目標値からＨＦＲ減算補正値を減算し、補正後ＨＦＲ目標値として算出する。

以上説明した本実施形態に係る燃料電池車両１の制御方法によれば、以下の効果を得ることができる。

本実施形態では、ＨＦＲ補正処理（図２４）において、燃料電池車両１の車速と、車両変速時の車速として定められる変速車速と、を比較し（車速偏差算出ブロックＢ２０２）、燃料電池車両１の車速と変速車速の差が小さくなるにつれて、電解質膜のＨＦＲ値をより減少させる。

このように、車速と変速車速の差（車速偏差）が小さくなるにつれて、電解質膜のＨＦＲ値をより減少させる（電解質膜をより湿潤させる）ようにしたことで、アップシフトへの移行が近い場合において、より確実に電解質膜を湿潤させるようにすることができる。

さらに、本実施形態では、変速における目標変速時間が長くなるにつれて、ＨＦＲ値をより減少させる。これにより、アップシフトへの移行が近い場合において、電解質膜の湿潤をさらに確実に実行することができる。

（第４実施形態）
以下、本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態では、第２実施形態又は第３実施形態の構成を前提として、アップシフトにおけるトルクフェーズ中において、燃料電池スタック１１０の発電電力をトルクフェーズ中の発電電力の基本目標値より高くして、出力電力を増加させる制御を行う。なお、第２実施形態又は第３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２５は、本実施形態に係るトルクフェーズ出力電力上昇処理の流れを説明するフローチャートである。

ステップＳ４１０において、ＨＦＲ目標値算出処理が行われる。このＨＦＲ目標値算出処理では、第２実施形態や第３実施形態と同様にＨＦＲ基準目標値又は補正後ＨＦＲ目標値を算出して、ＨＦＲの目標値として設定する。

ステップＳ４２０において、発電電力基本値目標値算出処理が行われる。この発電電力基本値目標値算出処理は、図１０において説明した方法と同様の方法で行われる。

ステップＳ４３０において、現在の状態がアップシフトのトルクフェーズであるかどうかが判定される。具体的には、たとえば第１実施形態に係る図４のステップＳ８０で説明した方法によりアップシフト変速中であるか否かを判断する。そして、アップシフト変速中であると判断された場合には、例えば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）と実質的に同一ならばトルクフェーズであると判定し、異なるならばトルクフェーズではないと判断する。

アップシフトのトルクフェーズ中ではないと判定されると、ステップＳ４４０に進み、発電電力の目標値をステップＳ４２０で算出した発電電力基本値目標値に設定し、本ルーチンを終了する。一方で、アップシフトのトルクフェーズ中であると判定された場合には、ステップＳ４５０に進む。

ステップＳ４５０においては、ＨＦＲ検出値が、ステップＳ４１０で算出されたＨＦＲ目標値よりも高いかどうかが判定される。検出されるＨＦＲが、ＨＦＲ目標値よりも低い（すなわち、電解質膜が要求よりも湿潤側である）と判定された場合には、上記ステップＳ４４０の処理が行われる。すなわち、この場合、電解質膜が十分に湿潤しており、発電電力を上昇させる必要が無いと判断されている。

一方で、ＨＦＲ検出値が、ステップＳ４１０で算出されたＨＦＲ目標値よりも高い（すなわち、電解質膜が要求よりも乾燥側である）と判定された場合には、ステップＳ４６０の処理が行われる。

ステップＳ４６０では、発電電力の目標値が、発電電力基本値目標値よりも高い許容発電可能電力上限に設定される。すなわち、燃料電池スタック１１０の発電電力を向上させる処理が行われる。

図２６は、許容発電可能電力上限を算出する方法を示すブロック図である。図示のように、許容発電可能電力上限は、駆動モータ２１０の消費電力、車両補機１８０の消費電力、及びバッテリ１６０の受け入れ可能電力の総和と、燃料電池スタック１１０の最大出力電力と、の低い方の値として設定される。すなわち、許容発電可能電力上限とは、駆動モータ２１０、車両補機１８０、及びバッテリ１６０で吸収することができる電力の制限を考慮しつつも、燃料電池スタック１１０から可能な限り大きな電力を出力することを意図して設定される値である。

このように燃料電池スタック１１０から可能な限り大きな電力を出力するように許容発電可能電力上限を設定することで、アップシフトのトルクフェーズ中であって電解質膜が乾燥している場合であっても、燃料電池スタック１１０を構成する燃料電池１０内の生成水を増加させて、電解質膜をより湿潤させることができる。したがって、イナーシャフェーズにおいてスタック供給流量が余剰状態となったとしても、電解質膜の過乾燥をより効果的に防止することができる。

図２７は、本実施形態において、トルクフェーズ出力電力上昇処理を行った場合における要求発電電力とＨＦＲ値の関係を示すタイムチャートの一例である。なお、図においては、作用効果を明確にするために、トルクフェーズ出力電力上昇処理を行わない場合における要求発電電力とＨＦＲ値を破線で示している。

図２７では、トルクフェーズに移行する時刻ｔ１までは発電電力基本目標値に基づいて燃料電池スタック１１０の発電が行われているところ、当該発電による生成水の影響で徐々にＨＦＲ値が低下している。そして、トルクフェーズ移行時刻ｔ１において、発電電力の目標値として上記許容発電可能電力上限が設定されている。これにより、トルクフェーズ移行時刻ｔ１からＨＦＲ値の減少量が増加し、イナーシャフェーズ移行時刻ｔ２においては、トルクフェーズ出力電力上昇処理を行わない場合（破線参照）に比べてＨＦＲ値がより低くなっている。したがって、イナーシャフェーズ中の時刻ｔ２〜ｔ３においてスタック供給流量が余剰となってＨＦＲ値が上昇したとしても、ＨＦＲ値がＨＦＲ基準目標値を超えないようにすることができ、電解質膜の過乾燥が防止される。

以上説明した本実施形態に係る燃料電池車両１の制御方法によれば、以下の効果を得ることができる。

本実施形態に係る燃料電池車両制御方法によれば、アップシフトのトルクフェーズにおける発電電力の目標値を、許容される上限の値である許容発電可能電力上限に設定する。

これにより、トルクフェーズにおいて燃料電池スタック１１の出力電力が増加することとなり、当該出力電力の増加にともない、燃料電池１０内における反応がより促進されて生成水が増加し、結果として電解質膜をより湿潤させることができる。したがって、イナーシャフェーズにおいてスタック供給流量が余剰状態となったとしても、燃料電池１０の電解質膜の過乾燥をより効果的に防止することができる。

また、本実施形態に係る燃料電池車両制御方法によれば、燃料電池スタック１１０のＨＦＲ値が該ＨＦＲ値の基準目標値よりも低い場合に、許容発電可能電力上限を発電電力の目標値として設定する。これにより過乾燥が懸念されるシーンに合せて許容発電可能電力上限を設定することができ、燃料電池１０の電解質膜の過乾燥をより的確に防止することができる。

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、上記第１実施形態〜第４実施形態においては、イナーシャフェーズ供給流量を、イナーシャフェーズに移行する直前の供給空気流量の目標値（スタック流量基本目標値）と同一の目標値で制御することを中心に説明した。しかしながら、空気系の応答遅れの影響が少なく、アップシフトの変速時間に大きな遅れをもたらさない程度であれば、イナーシャフェーズ供給流量目標値をスタック流量基本目標値から変更するようにしても良い。

上記第１実施形態〜第４実施形態は、任意に組み合わせることが可能である。

しかしながら、本実施形態においては、イナーシャフェーズスタック供給流量目標値を、イナーシャフェーズに移行する直前のスタック供給流量目標値であるスタック供給流量の基本目標値と同一の値とすることが最も好ましい。

ＨＦＲ基準目標値算出ブロックＢ２０１は、第２実施形態と同様に燃料電池スタック１１０の出力電圧に基づいてＨＦＲ基準目標値を算出する。車速偏差算出ブロックＢ２０２も、第２実施形態と同様に変速車速から現在の車速を減算して車速偏差として算出する。

Claims (9)

1. 燃料電池と、該燃料電池に空気を供給する空気供給装置と、前記燃料電池からの電力により燃料電池車両を駆動する駆動モータと、該駆動モ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、を有する燃料電池車両で実行され、
   前記燃料電池の要求発電電力に応じて出力電流を変化させ、該出力電流の変化に応じて前記空気供給装置による空気の供給流量を調節する燃料電池車両制御方法であって、
   前記変速機による変速がアップシフトのイナーシャフェーズである場合に、前記燃料電池の要求発電電力の低下に応じて出力電流を減少させ、
   前記空気の供給流量を、前記出力電流の減少に応じた空気の供給流量よりも大きいイナーシャフェーズ供給流量に制御する燃料電池車両制御方法。
2. 請求項１に記載の燃料電池車両制御方法であって、
   前記イナーシャフェーズ供給流量を、前記イナーシャフェーズに移行する直前の供給空気流量の目標値と同一の目標値で制御する燃料電池車両制御方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載の燃料電池車両制御方法であって、
   前記変速機による変速がアップシフトに移行することが予測されるか、又はアップシフト中であると判断された場合に、前記燃料電池の電解質膜のＨＦＲ値を減少させるＨＦＲ補正処理を行う燃料電池車両制御方法。
4. 請求項３に記載の燃料電池車両制御方法であって、
   前記ＨＦＲ補正処理において、
   前記燃料電池車両の車速と、車両変速時の車速として定められる変速車速と、を比較し、
   前記燃料電池車両の車速と前記変速車速の差が小さくなるにつれて、前記電解質膜のＨＦＲ値を減少させる燃料電池車両制御方法。
5. 請求項３又は請求項４に記載の燃料電池車両制御方法であって、
   前記変速機による変速における目標変速時間が長くなるにつれて、前記ＨＦＲ値をより減少させる燃料電池車両制御方法。
6. 請求項３〜請求項５の何れか１項に記載の燃料電池車両制御方法であって、
   前記燃料電池の出力電力が、前記駆動モータ以外の前記燃料電池の負荷に供給可能な電力から前記駆動モータの回生電力の最大値を減じて得られる実質吸収可能電力よりも大きい場合に、前記アップシフトに移行することが予測されるか又は前記アップシフト中であると判断して前記ＨＦＲ補正処理を実行する燃料電池車両制御方法。
7. 請求項３〜請求項６の何れか１項に記載の燃料電池車両制御方法であって、
   前記アップシフトのトルクフェーズにおける発電電力の目標値を、許容される上限の値である許容発電可能電力上限に設定する燃料電池車両制御方法。
8. 請求項７に記載の燃料電池車両制御方法であって、
   前記燃料電池のＨＦＲ値が該ＨＦＲ値の基準目標値よりも低い場合に、前記許容発電可能電力上限を前記発電電力の目標値として設定する燃料電池車両制御方法。
9. 燃料電池と、
   該燃料電池に空気を供給するコンプレッサと、
   前記燃料電池からの出力電力を用いて燃料電池車両を駆動する駆動モータと、該駆動モ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、
   前記燃料電池の要求発電電力に応じて出力電流を変化させる出力電流調節装置と、
   該出力電流の変化に応じて前記空気供給装置による空気の供給流量を調節する供給空気量調節装置と、
   を有する燃料電池車両制御システムにおいて、
   前記出力電流調節装置は、前記変速機による変速がアップシフトのイナーシャフェーズである場合に、前記燃料電池の要求発電電力の低下に応じて出力電流を減少させ、
   前記供給空気量調節装置は、前記空気の供給流量を、前記出力電流の減少に応じた空気の供給流量よりも大きいイナーシャフェーズ供給流量に制御する供給空気量流量設定装置を備えた燃料電池車両制御システム。

Images