JPWO2019026149A1 - 電源システム及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

電源システム１００は、燃料電池が発電するように作動するＦＣ補機２３を有する燃料電池システム２０と、放電及び充電によって発熱するバッテリ１０とを備え、負荷装置９０に電力を供給する。電源システム１００は、バッテリ１０の動作状態を判断し、バッテリ１０が所定温度以下であると判断された場合には、バッテリ１０の放電により燃料電池システム２０のＦＣ補機２３に電力を供給する。そして電源システム１００は、バッテリ１０が充電状態であると判断された場合には、ＦＣ補機２３に供給される電力を減少又は停止させる。

Description

この発明は、バッテリの温度に応じてバッテリを放電する電源システム及びその制御方法に関する。

ＪＰ２０１２−２１４１４２Ａには、２つのバッテリを備える車両において、低温時にバッテリの内部抵抗により発生する熱を用いて自身の温度が上昇するようバッテリ間で充放電を繰り返し行う技術が開示されている。

上述のように２つのバッテリを備えた電源システムでは効率よくバッテリの暖機が行われるものの、一方のバッテリを燃料電池に置き換えた電源システムでは互いに充放電を行うことは困難であるという問題があった。

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、その目的は、効率よくバッテリの出力特性を改善する電源システム及びその制御方法を提供することにある。

本発明のある態様によれば、電源システムは、燃料電池が発電するように作動する補機を有する燃料電池システムと、放電及び充電によって発熱するバッテリとを備え、負荷に電力を供給する電源システム。この制御方法は、前記バッテリの動作状態を判断する判断ステップと、前記判断ステップにおいて前記バッテリが所定温度以下であると判断された場合には前記バッテリの放電により前記燃料電池システムの前記補機に電力を供給する放電ステップとを含む、さらに燃料電池システムの制御方法は、前記判断ステップにおいて前記バッテリが充電状態であると判断された場合には、前記放電ステップにおいて前記補機に供給される電力を減少又は停止させる充電制御ステップを含む。

図１は、本発明の第１実施形態における電源システムの構成例を示す図である。 図２は、バッテリの温度とバッテリの出力特性との関係を例示する図である。 図３は、バッテリの自己発熱を説明する図である。 図４は、燃料電池の温度と燃料電池の出力特性との関係を例示する図である。 図５は、本実施形態における電源システムの制御方法に関する処理手順例を示すフローチャートである。 図６は、燃料電池システムに対するバッテリの充放電を制御する制御手法の一例を示すタイムチャートである。 図７は、本発明の第２実施形態における電源システムを制御するコントローラの機能構成の一例を示すブロックである。 図８は、本実施形態におけるバッテリ充電処理部の機能構成の一例を示すブロック図である。 図９は、本実施形態におけるバッテリの充電時における燃料電池の電力を制御する制御手法の一例を示すタイムチャートである。 図１０は、本発明の第３実施形態におけるコントローラを構成するバッテリ充電/放電判断部の機能構成の一例を示すブロック図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態における電源システム１００の構成の一例を示す構成図である。

電源システム１００は、例えば、車両や飛行機、船舶などの移動体に搭載された負荷装置９０に電力を供給する電力供給装置である。

本実施形態における電源システム１００は、ハイブリッド車を含む電気自動車や電車などの車両に搭載される。車両には、ドライバによるアクセルペダルの操作量を検出するアクセルセンサ９１１と、ドライバによるブレーキペダルの操作量を検出するブレーキセンサ９１２と、車両の速度を検出する車速センサ９１３とが設けられている。

負荷装置９０は、電源システム１００から電力を取り出して作動する作動装置である。本実施形態の負荷装置９０は、車両を駆動する電動モータ９２と、電源システム１００の出力電力を交流電力に変換して電動モータ９２に供給するインバータ９１とを備える。

電源システム１００は、バッテリ１０と、燃料電池システム２０と、コントローラ３０とを備える。電源システム１００は、バッテリ１０及び燃料電池システム２０のうち少なくとも一方の電源から負荷装置９０に電力を供給するハイブリッド電源システムである。

本実施形態の電源システム１００には、ドライバが燃料電池システム２０の起動及び停止のうちいずれか一方を選択するＦＣ操作ボタン２００と、コントローラ３０に配置されて外気温を検出する外気温センサ１０１とが設けられている。

バッテリ１０は、主に負荷装置９０に電力を供給する電源である。バッテリ１０は、燃料電池システム２０及び負荷装置９０の両者に接続される。バッテリ１０は、リチウムイオンバッテリや鉛バッテリなどにより実現される。例えば、バッテリ１０は、数百ボルト（Ｖ）の直流電力を出力する。バッテリ１０には、温度センサ１１、電流センサ１２及び電圧センサ１３が設けられている。

温度センサ１１は、バッテリ１０の温度を検出する。そして温度センサ１１は、検出した値をコントローラ３０に出力する。

電流センサ１２は、バッテリ１０の出力電流を検出する。そして電流センサ１２は、検出した値をコントローラ３０に出力する。

電圧センサ１３は、バッテリ１０の出力電圧を検出する。そして電圧センサ１３は、検出した値をコントローラ３０に出力する。

燃料電池システム２０は、バッテリ１０及び負荷装置９０の双方に接続される。燃料電池システム２０は、燃料電池２１が発電するように作動する。燃料電池システム２０は、燃料電池２１と、ＦＣコンバータ２２と、ＦＣ補機２３と、補機コンバータ２４と、補助バッテリ２５とを備える。

燃料電池２１は、ＦＣコンバータ２２に接続される。燃料電池２１は、燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を受けて発電する。燃料電池２１は、固体酸化型燃料電池や固体高分子型燃料電池などにより実現される。本実施形態の燃料電池２１は固体酸化型燃料電池により構成される。

燃料電池２１は、バッテリ１０及びインバータ９１のうち少なくとも一方の負荷に電力を供給可能な電源である。燃料電池２１は、複数のセルにより積層されており、バッテリ１０の出力電圧に対して異なる大きさの電圧を出力する。

例えば、燃料電池２１は、バッテリ１０の出力電圧値よりも低い数十Ｖの直流電圧を出力する。このような構成では、バッテリ１０の出力電力を補助するための補助電源として燃料電池２１が用いられる。このような電源システム１００は、バッテリ１０の出力範囲を拡張するような機能を有するためレンジエクステンダと称される。燃料電池２１にはＦＣ温度センサ２１１が設けられ、燃料電池システム２０には燃料残量センサ２１２が備えられている。

ＦＣ温度センサ２１１は、燃料電池２１の温度を検出する。ＦＣ温度センサ２１１は、例えば、燃料電池２１の自己の温度、燃料電池２１に供給される酸化剤ガスの温度、又は燃料電池２１から排出された酸化剤ガスの温度を検出する。そしてＦＣ温度センサ２１１は、検出した値をコントローラ３０に出力する。

燃料残量センサ２１２は、燃料電池２１に供給される燃料の残量を検出する。そして燃料残量センサ２１２は、検出した値をコントローラ３０に出力する。

ＦＣコンバータ２２は、バッテリ１０と燃料電池２１との間に介装される電圧変換装置である。ＦＣコンバータ２２は、燃料電池２１から入力される電力の電圧値を異なる電圧値に変換して出力する。例えば、ＦＣコンバータ２２は、入力される１次側の電圧を昇圧又は降圧し、その２次側の電圧を出力するＤＣ／ＤＣコンバータにより実現される。

ＦＣ補機２３は、補機コンバータ２４に接続される。ＦＣ補機２３は、燃料電池２１の発電に必要となる付属機器である。ＦＣ補機２３としては、例えば、燃料電池２１を暖機するためのヒータ、燃料電池２１に酸化剤ガス又は燃料ガスを供給するアクチュエータ、及び、燃料電池２１に冷媒を循環させるアクチュエータなどが挙げられる。

ＦＣ補機２３を構成するアクチュエータの一例としては、燃料電池２１に大気からの空気を酸化剤ガスとして供給するブロア又はコンプレッサが挙げられる。本実施形態のＦＣ補機２３は、燃料電池２１に酸化剤ガスを供給するコンプレッサにより構成される。

補機コンバータ２４は、バッテリ１０とＦＣ補機２３との間に介装される電圧変換器である。補機コンバータ２４は、バッテリ１０及び燃料電池２１のうちの少なくとも一方の出力電力をＦＣ補機２３に供給する。例えば、補機コンバータ２４は、ＦＣコンバータ２２とバッテリ１０との間の電圧をＦＣ補機２３の動作電圧範囲内の電圧値に変換するＤＣ／ＤＣコンバータにより実現される。

補助バッテリ２５は、補機コンバータ２４とＦＣ補機２３との間に介装される。補助バッテリ２５は、ＦＣ補機２３に電力を供給する。例えば、バッテリ１０及び燃料電池２１の両者から電力を取り出せない場合に補助バッテリ２５は、ＦＣ補機２３に電力を供給する。補助バッテリ２５は、例えば、数十ボルトの鉛バッテリにより実現される。

コントローラ３０は、所定の処理がプログラムされた中央演算処理装置（ＣＰＵ；Central Processing Unit）及び記憶装置を備える１つ又は複数のマイクロコンピュータにより構成される。電源システム１００の動作を制御する制御装置である。

コントローラ３０は、温度センサ１１、電流センサ１２、電圧センサ１３、ＦＣ温度センサ２１１、燃料残量センサ２１２、アクセルセンサ９１１、ブレーキセンサ９１２及び車速センサ９１３の各々から出力される検出値を取得する。コントローラ３０は、取得した各検出値に応じてＦＣコンバータ２２、補機コンバータ２４及びインバータ９１の各々の動作を制御する。

例えば、コントローラ３０は、アクセルセンサ９１１の検出値を用いて電動モータ９２の駆動に必要となる要求トルクを求め、その要求トルクに基づいて電源システム１００に要求される要求電力を算出する。そしてコントローラ３０は、算出した要求電力がバッテリ１０及び燃料電池２１のうち少なくとも一方から電動モータ９２に供給されるようにＦＣコンバータ２２、補機コンバータ２４及びインバータ９１の各々を制御する。

また、コントローラ３０は、電流センサ１２及び電圧センサ１３のうち少なくとも一方の検出値を用いてバッテリ１０の充電量を算出し、その充電量の大きさに基づいて燃料電池システム２０を起動する。

本実施形態のコントローラ３０は、電流センサ１２及び電圧センサ１３の検出値に基づいてバッテリ１０の電流積算や電圧積算などの一般的な算出手法から得られるＳＯＣ（State Of Charge）をバッテリ１０の充電量として算出する。

そしてコントローラ３０は、算出したバッテリ１０のＳＯＣが所定のＦＣ起動閾値以下となった場合には、燃料電池システム２０が起動するようＦＣコンバータ２２、ＦＣ補機２３及び補機コンバータ２４の各々を制御する。

一方、バッテリＳＯＣが所定のＦＣ停止閾値を上回った場合には、コントローラ３０は、燃料電池システム２０を停止する。ここにいうＦＣ停止閾値は、上述のＦＣ起動閾値と同一の値に設定されてもよく、あるいは、ＦＣ起動閾値とは異なる値、例えばＦＣ起動閾値よりも大きな値又は小さな値に設定されてもよい。

また、コントローラ３０は、ドライバが乗車する際、又は車両の運転中にＦＣ操作ボタン２００から燃料電池システム２０の起動を指示する起動操作信号を受け付けると、燃料電池システム２０の起動処理を実行する。そしてコントローラ３０は、バッテリ１０から放電される電力がＦＣ補機２３に供給されるよう補機コンバータ２４の動作を制御する。

図２は、バッテリ１０のＳＯＣに対するバッテリ１０の最大出力の出力特性とバッテリ１０の温度との関係を例示する図である。バッテリ１０の最大出力とは、バッテリ１０の放電電力の最大値のことである。

図２に示すように、バッテリ１０の温度が低下するほどバッテリ１０の出力特性が悪くなる。例えば、氷点下の温度環境で車両を起動するときは、バッテリ１０の温度が低いため、バッテリ１０の出力特性が悪くなる。したがって、バッテリ１０の温度が低いときには、負荷装置９０の駆動に必要となる要求電力をバッテリ１０から取り出すことが困難になるため、バッテリ１０を早期に暖機することが必要になる。

図３は、バッテリ１０の等価回路を説明する回路図である。

図３に示すように、バッテリ１０は電池本体Ｂの他に内部抵抗Ｒを有する。そのため、外部装置Ｅにバッテリ１０を放電する場合には、内部抵抗Ｒに放電電流が流れるので、内部抵抗Ｒが発熱してバッテリ１０自体が温められる。バッテリ１０を充電する場合についても、同様に、内部抵抗Ｒに充電電流が流れるため、内部抵抗Ｒが発熱してバッテリ１０自体が温められる。

したがって、バッテリ１０の温度が、自己の定格出力を確保するのに必要となる定格出力温度を下回るような場合にバッテリ１０を放電又は充電することにより、バッテリ１０の暖機を促進することが可能になる。

図４は、燃料電池２１の電流に対する電圧の出力特性と燃料電池２１の温度との関係を例示する図である。

図４に示すように、燃料電池２１の出力特性についても、バッテリ１０の出力特性と同様、燃料電池２１の温度が低下するほど悪くなる。特に固体酸化型燃料電池に関しては、燃料電池２１の温度を数百度の運転温度まで上昇させる暖機処理が必要となる。このため、燃料電池２１の暖機が完了するまでに要する時間が長くなってしまう。

例えば、暖機処理においてコントローラ３０は、ＦＣ補機２３を構成するコンプレッサを駆動して、コンプレッサから吐出された酸化剤ガスを不図示の燃焼器やヒータなどで温めて燃料電池２１に供給する。したがって、燃料電池２１の応答性を向上させるには燃料電池システム２０を早期に起動するのが好ましい。

図５は、本実施形態における電源システム１００の制御方法に関する処理手順例を示すフローチャートである。

ステップＳ１０においてコントローラ３０は、バッテリ１０の温度状態及びバッテリ１０の入出電力状態などの動作状態を特定するためのバッテリ状態情報を取得する。

バッテリ状態情報には、バッテリ１０の温度Ｔｂを特定するための温度特定パラメータ（温度情報）と、バッテリ１０の充電状態を特定するための充電特定パラメータとが含まれている。さらにバッテリ状態情報には、温度特定パラメータによって特定されたバッテリ１０の温度Ｔｂと、充電特定パラメータによって特定されたバッテリ１０の充電状態の有無とが示される。

温度特定パラメータの一例として、コントローラ３０は、温度センサ１１の検出値を取得する。

あるいは、図４に示したようなバッテリ１０の出力特性とバッテリ１０の温度との関係を示す出力特性マップをあらかじめ記憶しておき、バッテリ１０の電圧及び電流の関係が分かれば、バッテリ１０の温度Ｔｂを推定することが可能になる。そのため、コントローラ３０は、電流センサ１２及び電圧センサ１３の各々の検出値を温度特定パラメータとして取得するようにしてもよい。

または、バッテリ１０の充放電量とバッテリ１０の発熱量との関係を示す発熱量マップをコントローラ３０に記憶しておき、バッテリ１０の起動時における外気温センサ１０１の検出値をバッテリ１０の温度Ｔｂとみなせば、バッテリ１０の温度Ｔｂを推定することが可能になる。

そのため、コントローラ３０は、バッテリ１０の起動時における外気温センサ１０１の検出値と、起動後における電流センサ１２及び電圧センサ１３の各検出値とを温度特定パラメータとして取得するようにしてもよい。あるいは、電流センサ１２及び電圧センサ１３の各々の検出値に代えて、起動後におけるバッテリ１０のＳＯＣ（State Of Charge）の変化量を用いてもよい。

一方、充電特定パラメータの一例としては、コントローラ３０は、電流センサ１２の検出値を取得する。そしてコントローラ３０は、電流センサ１２の検出値がプラスの値を示す場合にはバッテリ１０が放電状態であると判断し、電流センサ１２の検出値がマイナスの値を示す場合にはバッテリ１０が充電状態であると判断する。

あるいは、電動モータ９２が回生状態であればバッテリ１０が充電状態にあると推測することができるため、コントローラ３０は、電動モータ９２のトルク指令値を充電特定パラメータとして取得するようにしてもよい。このような場合にコントローラ３０は、トルク指令値がプラスの値であれば電動モータ９２が駆動状態であると判断し、トルク指令値がマイナスの値であれば電動モータ９２が回生状態であると判断する。

または、バッテリ１０の充電電力と燃料電池システム２０の消費電力とを求め、バッテリ１０の充電電力と燃料電池システム２０の消費電力とを比較すれば、バッテリ１０が充電状態であるか否かを推測することができる。そのため、コントローラ３０は、電流センサ１２及び電圧センサ１３の各々の検出値と、燃料電池２１の発電電力の目標値とを充電特定パラメータとして取得するようにしてもよい。

ステップＳ２０及びＳ３０においてコントローラ３０は、上述のバッテリ状態情報に基づいてバッテリ１０の動作状態を判断する。

ステップＳ２０においてコントローラ３０は、バッテリ状態情報のうち温度特定パラメータにより特定されるバッテリ１０の温度Ｔｂが暖機閾値Ｔｔ以下であるか否かを判断する。暖機閾値Ｔｔは、例えば、バッテリ１０から電動モータ９２の駆動に最低限必要となる電力を取り出すことが可能なバッテリ１０の温度を基準にあらかじめ定められた値である。

例えば、コントローラ３０に上述の出力特性マップが記憶されている場合は、コントローラ３０は、温度特定パラメータとして電流センサ１２及び電圧センサ１３の各々の検出値を取得し、取得した各検出値を用いてバッテリ１０の放電電力を算出する。そしてコントローラ３０は、バッテリ１０の放電電力を算出すると、出力特性マップを参照して、その放電電力に関係付けられた温度をバッテリ１０の温度Ｔｂとして算出する。

このように、コントローラ３０は、温度特定パラメータに基づいてバッテリ１０が所定温度以下であるか否かを判断する。そしてコントローラ３０は、バッテリ１０の温度Ｔｂが暖機閾値Ｔｔを上回ると判断した場合には、電源システム１００の制御方法を終了する。

ステップＳ３０においてコントローラ３０は、バッテリ１０の温度Ｔｂが暖機閾値Ｔｔ以下であると判断された場合には、バッテリ状態情報のうち充電特定パラメータに基づいてバッテリ１０の入出電力状態が充電状態であるか否かを判断する。

例えば、充電特定パラメータとして電動モータ９２のトルク指令値が用いられる場合は、コントローラ３０は、トルク指令値の符号に基づいてバッテリ１０が充電状態であるか否かを判断する。そしてコントローラ３０は、トルク指令値がプラスの値である場合には、電動モータ９２が駆動状態になるため、バッテリ１０が充電状態ではないと判断する。一方、コントローラ３０は、トルク指令値がマイナスの値である場合には、電動モータ９２が回生状態になるため、バッテリ１０が充電状態であると判断する。

ステップＳ４１においてコントローラ３０は、バッテリ１０が充電状態ではないと判断した場合には、ＦＣ補機２３に対してバッテリ１０を放電するよう補機コンバータ２４の動作を制御する。すなわち、コントローラ３０は、バッテリ１０の放電電力を用いて、ＦＣ補機２３の作動に必要となる作動電力を補機コンバータ２４からＦＣ補機２３に出力する。

このとき、燃料電池システム２０が停止状態である場合は、コントローラ３０は、燃料電池システム２０を起動してバッテリ１０をＦＣ補機２３に放電する。本実施形態の燃料電池２１は固体酸化型燃料電池であるため、コントローラ３０は、燃料電池システム２０の起動処理において燃料電池２１の温度を数百度まで上昇させる暖機処理を実行する。

一方、燃料電池システム２０が既に起動しているときには、燃料電池２１の発電電力がＦＣ補機２３に供給されていることがある。このような場合には、コントローラ３０は、ＦＣ補機２３に対する供給電力が燃料電池２１の発電電力からバッテリ１０の放電電力に切り替えられるようＦＣコンバータ２２及び補機コンバータ２４の動作を制御する。

ステップＳ４０においてコントローラ３０は、バッテリ１０が充電状態であると判断した場合には、ＦＣ補機２３に対してバッテリ１０の放電を抑制するように補機コンバータ２４の動作を制御する。

例えば、コントローラ３０は、バッテリ１０の放電を抑制するために、補機コンバータ２４を制御して、バッテリ１０からＦＣ補機２３に対する出力電力を、ＦＣ補機２３の作動電力よりも小さな所定の電力値に減少させる。あるいは、コントローラ３０は、補機コンバータ２４からＦＣ補機２３に電力を出力することを停止する。

具体的には、コントローラ３０は、補機コンバータ２４の出力側電圧値を、ＦＣ補機２３に供給すべき作動電力の電圧値よりも昇圧する。このとき、ＦＣ補機２３と補機コンバータ２４との間に補助バッテリ２５が接続されているため、補機コンバータ２４の出力電力を減らした分の電力は、補助バッテリ２５からＦＣ補機２３に取り出される。

ステップＳ４０又はＳ４１の処理が終了すると、電源システム１００の制御方法についての一連の処理手順が終了する。

このように、コントローラ３０は、バッテリ１０の温度Ｔｂを特定する温度特定パラメータが所定値の暖機閾値Ｔｔ以下である場合には、上述の充電特定パラメータに基づいてバッテリ１０が充電状態であるか否かを判断する。そしてコントローラ３０は、バッテリ１０が充電状態であると判断した場合には、バッテリ１０からＦＣ補機２３に供給される電力を減少又は停止する。

すなわち、コントローラ３０は、バッテリ１０の温度に関する温度特定パラメータが所定値以下である場合には、補機コンバータ２４からＦＣ補機２３に出力される出力電力をＦＣ補機２３が作動する作動電力に調整する。さらにコントローラ３０は、バッテリ１０が充電状態であると判断した場合には、補機コンバータ２４の出力電力を作動電力よりも小さな値に設定する。

図５ではステップＳ２０の処理を実行した後にステップＳ３０の処理を実行したが、ステップＳ２０及びＳ３０の各処理を並行して実行してもよい。

図６は、バッテリ１０の温度Ｔｂが暖機閾値Ｔｔよりも低い場合におけるバッテリ１０及び燃料電池システム２０の電力制御手法の一例を示すタイムチャートである。

ここでは横軸が時間を示し、縦軸がバッテリ１０の充電電力及び放電電力を示す。バッテリ１０の充電電力又は放電電力の絶対値が大きくなるほど、バッテリ１０の自己発熱量は大きくなり、バッテリ１０の暖機が促進される。

ＩＮＶ電力は、バッテリ１０からインバータ９１へのプラスの駆動電力と電動モータ９２からインバータ９１へのマイナスの回生電力とを表わし、ＦＣ補機電力は、バッテリ１０から補機コンバータ２４を介してＦＣ補機２３に放電される電力を表わす。バッテリ入出電力は、バッテリ１０におけるトータルの充電電力及び放電電力の変化を表わす。

時刻ｔ０よりも前からコントローラ３０は、バッテリ１０の温度Ｔｂが暖機閾値Ｔｔよりも低いと判断し、燃料電池システム２０の起動処理を実行している。本実施形態の燃料電池２１は固体酸化型燃料電池であるため、燃料電池システム２０の起動処理には、燃料電池２１の温度を発電に適した温度まで上昇させる暖機処理が含まれる。

そしてドライバが車両を加速するためにアクセルペダルを踏み込んだことで、コントローラ３０は、バッテリ１０からインバータ９１を介して電動モータ９２に電力を供給している。

時刻ｔ０では、バッテリ１０の温度Ｔｂが暖機閾値Ｔｔよりも低いままである。このため、コントローラ３０は、ＦＣコンバータ２２を制御してバッテリ１０からインバータ９１に電力を供給しつつ、補機コンバータ２４を制御してＦＣ補機２３にバッテリ１０を放電する。

これにより、バッテリ１０からＩＮＶ電力だけでなくＦＣ補機電力の放電が行われるので、バッテリ１０の放電電流が増加し、バッテリ１０の暖機が促進される。さらにバッテリ１０の放電電力がＦＣ補機２３に供給されるので、燃料電池システム２０の起動処理で消費される電力の一部がバッテリ１０により補填される。

このため、電源システム１００は、バッテリ１０の出力特性を早期に改善することができるとともに、燃料電池システム２０の暖機処理を効率よく実行することができる。

時刻ｔ１では、車両を減速するためにアクセルペダルからドライバの足が離されたことで、電動モータ９２からインバータ９１を介してバッテリ１０に回生電力が充電される。そのため、ＩＮＶ電力がプラスの値からマイナスの値に切り替わる。

このとき、コントローラ３０は、電動モータ９２のトルク指令値の符号がプラスからマイナスに切り替わるため、バッテリ１０が充電状態であると判断する。そしてコントローラ３０は、バッテリ１０から補機コンバータ２４を介してＦＣ補機２３に供給される電力を停止する。このため、ＦＣ補機電力は０（ゼロ）になる。

このように、バッテリ１０が充電状態に遷移したときにバッテリ１０からＦＣ補機２３への電力供給を停止することで、バッテリ１０の内部抵抗Ｒに流れる充電電流が減少するのを抑制することができる。したがって、バッテリ１０の充電量を増やしつつ、バッテリ１０の自己発熱量の低下を抑制することができる。

このため、バッテリ１０の充電時には効率よくバッテリ１０の暖機を行いつつ、バッテリ１０の放電時にはバッテリ１０の暖機を促進することができる。

時刻ｔ２では、再び車両を加速するためにドライバがアクセルペダルを踏み込んだことで、バッテリ１０からＩＮＶ電力に加えてＦＣ補機電力が放電される。これにより、バッテリ１０の放電電流が大きくなって自己発熱量が大きくなるので、バッテリ１０の暖機が促進される。

このようにバッテリ１０の温度Ｔｂが暖機閾値Ｔｔよりも低い状況においては、バッテリ１０が充電状態に遷移するまでＦＣ補機２３に対してバッテリ１０を放電することにより、効率よくバッテリ１０の出力特性を改善させることができる。

本発明の第１実施形態によれば、電源システム１００は、燃料電池２１が発電するように作動するＦＣ補機２３を有する燃料電池システム２０と、放電及び充電によって発熱するバッテリ１０とを備え、負荷装置９０に電力を供給する。

上述の電源システム１００の制御方法は、バッテリ１０の動作状態を判断するステップＳ２０及びＳ３０と、ステップＳ２０においてバッテリ１０が所定温度以下であると判断された場合にはバッテリ１０の放電によりＦＣ補機２３に電力を供給するステップＳ４１とを含む。そして電源システム１００の制御方法は、ステップＳ３０においてバッテリ１０が充電状態であると判断された場合には、ステップＳ４１においてＦＣ補機２３に供給される電力を減少又は停止するステップＳ４０を備える。

図２及び図４に示したように、バッテリ１０が所定温度以下である場合には、バッテリ１０の出力特性だけでなく燃料電池システム２０の出力特性も悪くなっているおそれがある。

この対策として、本実施形態によれば、バッテリ１０が充電状態に遷移するまでＦＣ補機２３に対してバッテリ１０を放電することにより、バッテリ１０の内部抵抗Ｒに流れる放電電流が増加するので、バッテリ１０の暖機を促進させることができる。さらに、バッテリ１０の放電電力が燃料電池システム２０の暖機処理で有効に利用されるので、バッテリ１０から放電される電力量の分だけ燃料電池２１の発電電力や補助バッテリ２５の電力などの消費を削減することができる。したがって、バッテリ１０及び燃料電池２１の双方の暖機を促進しつつ、燃料電池システム２０におけるエネルギー損失の増加を抑制することができる。

これに加えて、本実施形態によれば、バッテリ１０が充電状態に遷移した場合にバッテリ１０からＦＣ補機２３に供給される電力を減少又は停止する。これにより、バッテリ１０の充電電力の減少が抑えられるので、バッテリ１０からＦＣ補機２３への無駄な放電を抑制しつつバッテリ１０の自己発熱量の低下を抑制することができる。

このため、バッテリ１０の放電による昇温効果の低下を抑制しつつ、電源システム１００の出力特性を早期に改善することができる。すなわち、効率よくバッテリ１０の出力特性を改善することができる。

また、本実施形態によれば、電源システム１００は、ＦＣ補機２３に接続される補助バッテリ２５をさらに含む。そしてコントローラ３０は、図５のステップＳ４０で述べたように、バッテリ１０が充電状態であると判断した場合には、補助バッテリ２５からＦＣ補機２３に電力を供給してＦＣ補機２３を作動させる。

これにより、バッテリ１０からＦＣ補機２３に供給される電力を抑制したときに、ＦＣ補機２３への電力が不足するのを回避することができる。それゆえ、ＦＣ補機２３の動力低下に伴って燃料電池２１の出力特性の改善度合いが悪くなるのを抑制することができる。

特に本実施形態によれば、電源システム１００は、バッテリ１０とＦＣ補機２３との間に介装される補機コンバータ２４をさらに含む。補機コンバータ２４は、ＦＣ補機２３の電圧をバッテリ１０の電圧から降圧する。そしてコントローラ３０は、バッテリ１０が充電状態であると判断した場合には、補機コンバータ２４からＦＣ補機２３に出力される出力電力を減少又は停止させる。

このように、コントローラ３０が補機コンバータ２４の出力電力を制御することにより、バッテリ１０からＦＣ補機２３に供給される電力を減少させることができる。さらに補助バッテリ２５は、図１に示したように、ＦＣ補機２３に直接接続されており、補機コンバータ２４での電力損失が生じないので、効率よくＦＣ補機２３に電力を供給することができる。

また、本実施形態におけるコントローラ３０は、バッテリ１０が充電状態であると判断した場合には、ＦＣコンバータ２２及び補機コンバータ２４を制御して燃料電池２１からＦＣ補機２３に電力を供給する。これにより、バッテリ１０からＦＣ補機２３への電力供給を抑制しつつ、ＦＣ補機２３を作動させることができる。

このように、コントローラ３０がＦＣ補機２３に対して燃料電池２１の発電電力を供給することにより、ＦＣ補機２３を停止させずに済むので、バッテリ１０を効率よく暖機しつつ燃料電池２１の暖機を継続することができる。したがって、バッテリ１０及び燃料電池２１の双方の暖機を早期に完了することができる。

あるいは、コントローラ３０は、バッテリ１０が充電状態であると判断した場合には、バッテリ１０からＦＣ補機２３に電力を供給してＦＣ補機２３を作動させるようにしてもよい。

例えば、バッテリ１０のＳＯＣが上述のＦＣ起動閾値よりも低い場合には、燃料電池システム２０の起動が必要となるため、コントローラ３０は、バッテリ１０からＦＣ補機２３に電力を供給する。あるいは、バッテリ１０のＳＯＣが過充電になり得る場合、又は、燃料電池２１の温度が通常運転閾値に数秒で到達するような場合には、コントローラ３０は、バッテリ１０からＦＣ補機２３に電力を供給する。

このように、コントローラ３０は、バッテリ１０の暖機に対して燃料電池２１の暖機を優先したほうがよい場合にバッテリ１０の放電を抑制することなく、バッテリ１０からＦＣ補機２３に電力を供給する。これにより、電源システム１００から負荷装置９０に対して電力を継続して供給することができる。

また、本実施形態によれば、負荷装置９０は、駆動状態及び回生状態を有する電動モータ９２を含む。そしてコントローラ３０は、図５に示したステップＳ１０及びＳ３０で述べたように、電動モータ９２が回生状態に遷移した場合にバッテリ１０が充電状態であると判断する。例えば、コントローラ３０は、電動モータ９２のトルク指令値の符号又は電動モータ９２の電流値の符号に基づいて電動モータ９２が回生状態に遷移したか否かを判断する。このように、コントローラ３０が電動モータ９２の作動状態を検出又は推定することにより、バッテリ１０が充電状態であるか否かを判断することができる。

さらに、コントローラ３０は、ステップＳ１０で述べたように、電流センサ１２を用いてバッテリ１０の電流を検出し、検出した電流の値が充電電流を示す場合には、バッテリ１０が充電状態であると判断するようにしてもよい。本実施形態ではバッテリ１０に充電される際の充電電流はマイナスの値を示す。

このように、コントローラ３０が電流センサ１２を用いることにより、的確にバッテリ１０の動作状態を判断することができる。したがって、バッテリ１０が放電状態から充電状態へと切り替わったにもかかわらず、ＦＣ補機２３に対するバッテリ１０の放電が継続してしまう期間を短くすることができる。

また、本実施形態によれば、燃料電池２１は固体酸化型燃料電池により構成され、コントローラ３０は、図５のステップＳ４１で述べたように、燃料電池システム２０を起動する場合には固体酸化型燃料電池を暖機する。

固体酸化型燃料電池は、自己の温度を数百度まで上昇させる必要がある。そのため、固体酸化型燃料電池の暖機が終了するには特定の時間、例えば数十分を要する。このように固体酸化型燃料電池を用いることにより、燃料電池２１の暖機に時間を要すため燃料電池２１の応答性が悪くなる。このため、バッテリ１０が充電状態にある場合にもバッテリ１０の暖機を促進させることにより、電源システム１００の応答性を改善することができる。

そしてコントローラ３０は、燃料電池２１が特定温度、例えば６００℃以上になった場合に燃料電池２１の暖機を終了する。これにより、バッテリ１０が充電状態に遷移したときに、燃料電池２１からＦＣコンバータ２２を介してバッテリ１０に発電電力を充電することが可能になるので、バッテリ１０の充電電力が増加してバッテリ１０の暖機を促進することができる。

（第２実施形態）
図７は、本発明の第２実施形態におけるコントローラ３０の主要な機能構成の一例を示すブロック図である。

コントローラ３０は、暖機判断部３１０と、充電/放電判断部３２０と、バッテリ放電処理部３３０と、バッテリ充電処理部３４０と、処理切替部３５０と、作動指令部３６０とを備える。

暖機判断部３１０は、バッテリ１０の温度状態を判断する。暖機判断部３１０は、図５のステップＳ２０で述べたように、バッテリ１０の温度特定パラメータを用いてバッテリ１０の温度Ｔｂが暖機閾値Ｔｔ以下であるか否かを判断する。

バッテリ１０の温度特定パラメータとしては、例えば、温度センサ１１の検出値、電流センサ１２及び電圧センサ１３の各検出値などが挙げられる。電源システム１００を起動する場合には、ＦＣ温度センサ２１１の検出値又は外気温度センサの検出値をバッテリ１０の温度特定パラメータとして用いてもよい。

暖機判断部３１０は、バッテリ１０の温度Ｔｂが暖機閾値Ｔｔ以下である場合には、バッテリ１０の暖機が必要である旨を示す暖機指令信号を充電/放電判断部３２０に出力する。一方、暖機判断部３１０は、バッテリ１０の温度Ｔｂが暖機閾値Ｔｔを上回る場合には、バッテリ１０の暖機が必要でない旨を示す通常指令信号を充電/放電判断部３２０に出力する。

充電/放電判断部３２０は、暖機判断部３１０から暖機指令信号を受信すると、バッテリ１０の電力状態を判断する。充電/放電判断部３２０は、図５のステップＳ３０で述べたように、バッテリ１０の充電特定パラメータを用いてバッテリ１０の電力状態が充電状態であるか否かを判断する。

バッテリ１０の充電特定パラメータとしては、例えば、電流センサ１２及び電圧センサ１３の少なくとも一方の検出値、又は作動指令部３６０からインバータ９１に出力されるトルク指令値などが挙げられる。なお、充電/放電判断部３２０には、判断結果が短時間で頻繁に切り替わることがないようヒステリシスを持たせるようにしてもよい。

充電/放電判断部３２０は、バッテリ１０が充電状態であると判断した場合には、バッテリ１０の充電を示す充電制御信号を処理切替部３５０に出力する。一方、充電/放電判断部３２０は、バッテリ１０が充電状態ではないと判断した場合には、バッテリ１０の放電を示す放電制御信号を処理切替部３５０に出力する。

バッテリ放電処理部３３０は、補機コンバータ２４を制御してＦＣ補機２３に対してバッテリ１０を放電する。具体的には、バッテリ放電処理部３３０は、アクセルセンサ９１１の検出値に基づいて、電動モータ９２の回生力及び駆動力を示すトルク指令値、燃料電池２１の発電電力を示す発電指令値、ＦＣ補機２３を駆動するための補機作動指令値を算出する。

本実施形態におけるＦＣ補機２３は燃料電池２１に酸化剤ガスを供給するコンプレッサであるため、バッテリ充電処理部３４０は、上述の補機作動指令値としてコンプレッサに備えられた駆動モータのトルク指令値を算出する。バッテリ放電処理部３３０は、算出した電動モータ９２のトルク指令値、燃料電池２１の発電指令値、及びＦＣ補機２３の補機作動指令値を処理切替部３５０に出力する。

バッテリ充電処理部３４０は、補機コンバータ２４を制御してＦＣ補機２３に供給される電力を抑制する。具体的には、バッテリ充電処理部３４０は、アクセルセンサ９１１の検出値に基づいて、電動モータ９２のトルク指令値、燃料電池２１の発電指令値、ＦＣ補機２３の補機作動指令値を算出する。バッテリ放電処理部３３０は、算出結果を処理切替部３５０に出力する。

処理切替部３５０は、充電/放電判断部３２０から放電制御信号を受信すると、バッテリ放電処理部３３０の算出結果を作動指令部３６０に出力する。一方、処理切替部３５０は、充電/放電判断部３２０から充電制御信号を受信すると、バッテリ充電処理部３４０の算出結果を作動指令部３６０に出力する。

作動指令部３６０は、電動モータ９２のトルク指令値をインバータ９１に供給し、燃料電池２１の発電指令値をＦＣコンバータ２２に供給し、ＦＣ補機２３の作動指令値を補機コンバータ２４に供給する。

図８は、本実施形態におけるバッテリ充電処理部３４０の機能構成の一例を示すブロック図である。

バッテリ充電処理部３４０は、モータ要求トルク演算部３４１と、トルク/電力変換部３４２と、バッテリ制限充電量演算部３４３と、回生電力設定部３４４と、電力/トルク変換部３６１とを備える。さらにバッテリ充電処理部３４０は、余剰充電量演算部３４５と、下限設定部３４６と、充電可能電力設定部３４７と、ＦＣ上限発電量演算部３４８と、発電電力設定部３４９と、ＦＣ補機指令演算部３６２と、ＦＣ発電指令演算部３６３とを備える。

モータ要求トルク演算部３４１は、アクセルセンサ９１１、ブレーキセンサ９１２及び車速センサ９１３の各検出値を用いて、電動モータ９２の駆動に必要となるモータ要求トルクを演算する。

例えば、アクセルペダルの操作量が大きくなるほどモータ要求トルクは０よりも大きくなり、車速が大きくなるほどモータ要求トルクは小さくなる。このようにモータ要求トルクがプラス側で増減することにより、電動モータ９２の駆動力が増減することになる。

そしてアクセルペダルの操作量に関する単位時間あたりの減少量が大きくなるほど、又は、ブレーキペダルの操作量が大きくなるほど、モータ要求トルクは０よりも小さくなる。このようにモータ要求トルクがマイナス側で増加することにより、電動モータ９２の回生力が増加することになる。

本実施形態のモータ要求トルク演算部３４１には、一般的に用いられる所定の要求トルクマップがあらかじめ記憶されている。要求トルクマップは、アクセルペダルの操作量、ブレーキペダルの操作量、及び車速により特定される運転点ごとにモータ要求トルクの設定値が対応付けられている。

そしてモータ要求トルク演算部３４１は、アクセルセンサ９１１、ブレーキセンサ９１２及び車速センサ９１３の各検出値を取得すると、要求トルクマップを参照して、これらの検出値で特定される運転点に対応付けられたモータ要求トルクの設定値を算出する。

あるいは、モータ要求トルク演算部３４１は、一般的に用いられる所定の演算式に対してアクセルセンサ９１１、ブレーキセンサ９１２及び車速センサ９１３の各検出値を適用することにより、モータ要求トルクを算出するようにしてもよい。

トルク/電力変換部３４２は、モータ要求トルク演算部３４１の算出結果に基づいて、その算出結果をモータ要求電力に変換する。モータ要求電力は、電動モータ９２の駆動に必要となる駆動電力の大きさ、及び、電動モータ９２の回生により発生する回生電力の大きさを示すパラメータである。

ここでは、電動モータ９２が駆動状態であるときにはモータ要求電力がプラスの値を示し、電動モータ９２が回生状態であるときにはモータ要求電力がマイナスの値を示す。例えば、モータ要求トルクが０よりも小さくなるほど、モータ要求電力はマイナス側、すなわち回生側で増加する。そして車速センサ９１３の検出値が大きくなるほどモータ要求電力は回生側で小さくなる。

トルク/電力変換部３４２は、モータ要求トルク演算部３４１の検出結果と車速センサ９１３の検出値とを一般的な所定の演算式又は所定のマップに適用して、モータ要求電力を算出する。

バッテリ制限充電量演算部３４３は、バッテリ１０の過充電を回避するため、図６に示したように、バッテリ１０に関する充電電力の制限値を示す充電下限値を演算する。この例では充電下限値はマイナスの値を示す。

図２に示したように、バッテリ１０の温度が下るほど、バッテリ１０の放電特性が悪くなるため、バッテリ１０の最大出力である放電電力の上限値は低くなる。同様に、バッテリ１０の温度が下るほど、バッテリ１０の充電特性が悪くなるため、バッテリ１０の充電下限値が高くなる。

このため、本実施形態におけるバッテリ制限充電量演算部３４３は、温度センサ１１の検出値に基づいてバッテリ１０の充電下限値を算出する、例えば、バッテリ制限充電量演算部３４３には、バッテリ１０の温度ごとに充電下限値の設定値が対応付けられた下限充電量マップがあらかじめ記憶されている。

そしてバッテリ制限充電量演算部３４３は、温度センサ１１の検出値を取得すると、下限充電量マップを参照して、温度センサ１１の検出値に対応付けられた設定値を充電下限値として算出する。

なお、図２に示したようにバッテリ１０の充電下限値は、バッテリ１０の温度だけではなく、バッテリ１０のＳＯＣの変化でも変化する。このため、バッテリ制限充電量演算部３４３は、バッテリ１０のＳＯＣに応じて充電下限値を補正してもよい。例えば、バッテリ制限充電量演算部３４３は、バッテリ１０のＳＯＣが大きくなるほど充電下限値を増加させる。また、バッテリ１０の温度として温度センサ１１の検出値を用いたが、上述の温度特定パラメータにより得られるバッテリ１０の温度の推定値を用いてもよい。

回生電力設定部３４４は、トルク/電力変換部３４２からのモータ要求電力と、バッテリ制限充電量演算部３４３からの充電下限値とのうち大きいほうの数値を電動モータ９２の目標回生電力として設定する。目標回生電力は、電動モータ９２の回生電力の目標値を示すパラメータである。

余剰充電量演算部３４５は、電動モータ９２からバッテリ１０に充電される回生電力としてトルク/電力変換部３４２からのモータ要求電力を取得する。そして余剰充電量演算部３４５は、取得したモータ要求電力から充電下限値を減じることにより、バッテリ１０に対して電動モータ９２からの回生電力の他に充電可能な電力の上限値を示す余剰充電可能電力を演算する。

下限設定部３４６は、余剰充電可能電力が０よりも小さな値になるのを避けるために「０」を余剰充電可能電力の下限値として設定する。

充電可能電力設定部３４７は、余剰充電可能電力とその下限値とのうち大きいほうの数値を余剰充電可能電力として新たに設定する。

ＦＣ上限発電量演算部３４８は、燃料電池２１の過剰な発電に起因する性能劣化を回避するよう、燃料電池２１に関する発電電力の上限値を示す発電上限値を算出する。発電上限値は、実験データ又はシミュレーション結果などを考慮してあらかじめ定められたものでもよいし、燃料電池２１の温度に応じて変更されるものであってもよい。

発電電力設定部３４９は、バッテリ１０の余剰充電可能電力と燃料電池２１の発電上限値とのうち小さいほうの数値を、燃料電池２１に関する発電電力の目標値を示す目標発電電力として設定する。

電力/トルク変換部３６１は、回生電力設定部３４４からの目標回生電力に基づいて、目標回生電力を電動モータ９２のトルク指令値に変換する。

本実施形態の電力/トルク変換部３６１は、目標回生電力と車速センサ９１３の検出値とを所定の演算式又は所定のマップに適用して、電動モータ９２のトルク指令値を算出する。目標回生電力が大きくなるほどトルク指令値はマイナス側で大きくなり、車速が大きくなるほどトルク指令値はマイナス側で小さくなる。電力/トルク変換部３６１は、算出したトルク指令値をインバータ９１に出力する。

ＦＣ補機指令演算部３６２は、発電電力設定部３４９からの目標発電電力に基づいて、ＦＣ補機２３の作動に必要となる作動電力の値を示す補機作動指令値を演算する。例えば、目標発電電力が大きくなるほど、燃料電池２１の発電に必要となる空気量が増加するので、補機作動指令値は大きくなる。ＦＣ補機指令演算部３６２は、上述の補機作動指令値を補機コンバータ２４に供給する。

ＦＣ発電指令演算部３６３は、発電電力設定部３４９からの目標発電電力に基づいて、燃料電池２１から取り出すべき電力の値を示す発電指令値を演算する。例えば、目標発電電力が大きくなるほど、燃料電池２１の発電指令値は大きくなる。ＦＣ発電指令演算部３６３は、その発電指令値をＦＣコンバータ２２に出力する。

このようにバッテリ充電処理部３４０においては、余剰充電量演算部３４５が電動モータ９２の回生電力の他にバッテリ１０に充電可能な燃料電池２１の発電電力を算出する。これにより、ＦＣ補機２３に対してバッテリ１０から電力が供給されることなく、バッテリ１０に充電される電力が充電下限値に達するように燃料電池２１の発電量を増加させることが可能になる。

図９は、バッテリ１０が充電状態に遷移した場合におけるバッテリ１０及び燃料電池２１の電力制御手法の一例を示すタイムチャートである。

図９には、図６に示したバッテリ入出電力及びＩＮＶ電力に加えて、バッテリ１０に充電される燃料電池２１の発電電力の大きさを示すＦＣ発電量が示されている。

時刻ｔ１０よりも前において、暖機判断部３１０は、バッテリ１０の温度Ｔｂが暖機閾値Ｔｔよりも低いと判断する。また、コントローラ３０は燃料電池システム２０の起動処理を実行したことにより、燃料電池２１の温度が上述の通常運転閾値まで上昇したため、燃料電池２１の暖機は終了している。

燃料電池２１の暖機終了後は、コントローラ３０は、ＦＣコンバータ２２及び補機コンバータ２４を制御して燃料電池２１からＦＣ補機２３に電力を供給する。このため、ＦＣ補機２３に対してバッテリ１０の放電は行われない。

そして時刻ｔ１０から時刻ｔ１１までの間は、電動モータ９２の駆動によりＩＮＶ電力がプラスの値になるため、充電/放電判断部３２０は、バッテリ１０が放電状態にあると判断する。この期間において燃料電池２１の温度が特定の通常運転閾値、例えば約６００℃まで上昇し、燃料電池２１の暖機処理を終了する。

時刻ｔ１１では、ＩＮＶ電力が０からマイナスの値になるため、充電/放電判断部３２０は、バッテリ１０が充電状態にあると判断する。このため、バッテリ充電処理部３４０は、バッテリ１０の余剰充電可能電力のうち、燃料電池２１の発電上限値を超過しない範囲で燃料電池２１の目標発電電力を設定する。この例では、目標発電電力は発電上限値に設定される。

その後、時刻ｔ１２の直前おいて、ブレーキペダルの操作量の増加に伴って電動モータ９２の回生電力が増加し、ＩＮＶ電力の低下速度がさらに大きくなる。

時刻ｔ１２では、ＩＮＶ電力の低下速度が大きくなったことに伴い、バッテリ１０の充電電力を示すバッテリ入出電力が充電下限値に達する。そして図８に示したバッテリ充電処理部３４０において、充電可能電力設定部３４７で設定された余剰充電可能電力が発電上限値よりも低下するため、目標発電電力は余剰充電可能電力に設定される。余剰充電可能電力は、モータ要求電力の増減に応じて変化するため、図９に示すように、モータ要求電力に相当するＩＮＶ電力が低下するに従ってＦＣ発電量は減少する。

時刻ｔ１３では、再び車両を加速するためにドライバがアクセルペダルを踏み込んだことで、ＩＮＶ電力はマイナスの値からプラスの値に急峻に変化する。

このようにバッテリ充電処理部３４０は、バッテリ１０が充電状態に遷移した場合に燃料電池２１の発電電力をバッテリ１０に充電する。これにより、バッテリ１０の充電電力が増加するので、バッテリ１０の暖機を促進することができる。

この例では、燃料電池２１の暖機が終了しているため、バッテリ１０が放電状態にある時刻ｔ１０から時刻ｔ１１までの期間、及び、時刻ｔ１３以降においてＦＣ補機２３に対してバッテリ１０の放電が行われていない。しかしながら、図６に示したようにバッテリ１０が放電状態にあるときにはＦＣ補機２３に対してバッテリ１０の放電を行ってもよい。これにより、バッテリ１０の暖機を促進することができる。

また、時刻ｔ１２でバッテリ入出電力が充電下限値に達したときにＩＮＶ電力に応じてＦＣ発電量を減らしたが、バッテリ充電処理部３４０は、バッテリ入出電力が充電下限値に達した時にＦＣ発電力が０になるように燃料電池２１の発電を停止するようにしてもよい。これにより、ＩＮＶ電力の急峻な変化によってバッテリ入出電力が充電下限値を超過するような事態を抑制することができる。

本発明の第２実施形態によれば、バッテリ充電処理部３４０は、図９に示したように、バッテリ１０が充電状態であると判断された場合において燃料電池２１の暖機が終了しているときは、燃料電池２１の発電電力を用いてバッテリ１０を充電する。これにより、バッテリ１０が充電状態に遷移した場合にバッテリ１０に流れる電流が増加するので、バッテリ１０の暖機を促進することができる。

また、本実施形態によれば、図８に示したバッテリ制限充電量演算部３４３が、バッテリ１０の温度に基づいてバッテリ１０の充電電力の制限値を求める。そして発電電力設定部３４９は、充電可能電力設定部３４７を用いてバッテリ１０の充電電力がその制限値を超えないよう燃料電池２１の発電電力を減少又は停止させる。これにより、バッテリ１０の充電電力が制限値を超過するのを回避することが可能となり、バッテリ１０の過充電によるバッテリ１０の劣化を抑制することができる。

（第３実施形態）
図１０は、本発明の第３実施形態における充電/放電判断部３２０の機能構成の一例を示すブロック図である。

本実施形態の充電/放電判断部３２０は、バッテリ充電電力演算部３２１と、ＦＣ補機消費電力演算部３２２と、ＦＣ発電電力演算部３２３と、演算部３２４と、閾値設定部３２５と、比較部３２６とを備える。

バッテリ充電電力演算部３２１は、バッテリ１０の電流センサ１２及び電圧センサ１３の各検出値に基づいて、バッテリ１０の充電電力を演算する。この充電電力の演算値は、バッテリ１０が充電状態にあるときにプラスの値を示す。具体的にはバッテリ充電電力演算部３２１は、電流センサ１２の検出値に電圧センサ１３の検出値を乗じることにより、バッテリ１０の充電電力を算出する。

ＦＣ補機消費電力演算部３２２は、ＦＣ補機指令演算部３６２からの補機作動指令値に基づいてＦＣ補機２３の消費電力を演算する。例えば、補機作動指令値がコンプレッサのトルク指令値である場合は、ＦＣ補機消費電力演算部３２２は、コンプレッサのトルク指令値とコンプレッサの回転速度とを用いてＦＣ補機２３の消費電力を算出する。

あるいは、燃料電池２１を暖機するためのヒータがＦＣ補機２３に含まれている場合は、ＦＣ補機消費電力演算部３２２は、ヒータの出力をコンプレッサの消費電力に加算した値をＦＣ補機２３の消費電力として算出してもよい。

ＦＣ発電電力演算部３２３は、ＦＣ発電指令演算部３６３からの発電指令値に基づいて燃料電池２１の発電電力を演算する。例えば、発電指令値が、燃料電池２１の目標発電電力を取り出すために必要となるＦＣコンバータ２２の燃料電池側電圧値を示す場合は、ＦＣ発電電力演算部３２３は、燃料電池側電圧から燃料電池２１の発電電力を算出する。

なお、ＦＣ発電電力演算部３２３は、図８に示した発電電力設定部３４９から目標発電電力を取得し、その取得した値を演算部３２４に出力するようにしてもよい。

演算部３２４は、ＦＣ発電電力演算部３２３から取得した燃料電池２１の発電電力からＦＣ補機消費電力演算部３２２からの消費電力を減じることにより、燃料電池システム２０の消費電力を算出する。そして演算部３２４は、燃料電池システム２０の消費電力とバッテリ充電電力演算部３２１からの充電電力とを加算する。

閾値設定部３２５は、バッテリ１０の充電電力が燃料電池システム２０の消費電力を上回るか否かを判断するための判断閾値として「０」を設定する。

比較部３２６は、演算部３２４の演算結果と判断閾値とを比較する。すなわち、比較部３２６は、バッテリ１０の充電電力が燃料電池システム２０の消費電力を上回るか否かを判断する。

そしてバッテリ１０の充電電力が燃料電池システム２０の消費電力を上回る場合には、比較部３２６は、バッテリ１０が充電状態に遷移すると判断し、判断結果として「１」を出力する。一方、比較部３２６は、バッテリ１０の充電電力が燃料電池システム２０の消費電力以下である場合には、バッテリ１０が充電状態に遷移しないと判断し、判断結果として「０」を出力する。

このように、充電/放電判断部３２０がバッテリ１０の充電電力の検出値と燃料電池システム２０の消費電力の予測値とを比較することにより、事前にバッテリ１０が充電状態に遷移するか否かを判断することができる。

なお、比較部３２６には、演算部３２４の演算結果が０近傍で変動するような場合に判定結果が短時間で頻繁に切り替わることがないようヒステリシスを持たせるようにしてもよい。

本発明の第３実施形態によれば、図１０に示したように、充電/放電判断部３２０は、バッテリ１０の電流の検出値、及びバッテリ１０の電圧の検出値を用いてバッテリ１０の充電電力を算出する。さらに充電/放電判断部３２０は、燃料電池２１の発電指令値及びＦＣ補機２３の作動指令値を用いて燃料電池システム２０の消費電力を算出する。そして充電/放電判断部３２０は、バッテリ１０の充電電力が燃料電池システム２０の消費電力を上回る場合にバッテリ１０が充電状態であると判断する。

仮に充電/放電判断部３２０がバッテリ１０の充電電力の検出値だけを監視していると、図６の時刻ｔ１においては、ＩＮＶ電力が「０」に達しているにもかかわらず、バッテリ入出電力は「０」に達していないため、バッテリ１０が充電状態にあるとの判断はなされない。この結果、バッテリ１０の放電によるＦＣ補機電力の供給は停止されない。

このため、バッテリ入出電力がＩＮＶ電力の低下に従って徐々に低下するため、時刻ｔ１からバッテリ入出電力が「０」に達するまでの期間は、バッテリ１０の放電によりＦＣ補機電力の供給が継続してしまう。

これに対して本実施形態によれば、充電/放電判断部３２０がバッテリ１０の充電電力の検出値と燃料電池システム２０の指令値に基づく消費電力の予測値とを比較するので、バッテリ１０が充電状態に遷移することを的確に判断することができる。このため、電動モータ９２が回生状態にあるにもかかわらず、ＦＣ補機２３に対してバッテリ１０を放電することで、バッテリ１０の暖機を阻害するのを抑制することができる。

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、上記実施形態では燃料電池２１に空気を供給するブロア又はコンプレッサをＦＣ補機２３としたが、これに限られるものではない。例えば、ＦＣ補機２３は、固体酸化型燃料電池の発電に用いられるエタノールなどを供給するブロアであってもよく、燃料電池２１に冷媒を供給するポンプであってもよい。このような装置であっても上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

なお、上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。

Claims (13)

1. 燃料電池が発電するように作動する補機を有する燃料電池システムと、放電及び充電によって発熱するバッテリとを備え、負荷に電力を供給する電源システムの制御方法であって、
   前記バッテリの動作状態を判断する判断ステップと、
   前記判断ステップにおいて前記バッテリが所定温度以下であると判断された場合には、前記バッテリの放電により前記燃料電池システムの前記補機に電力を供給する放電ステップと、
   前記判断ステップにおいて前記バッテリが充電状態であると判断された場合には、前記放電ステップにおいて前記補機に供給される電力を減少又は停止させる充電制御ステップと、
   を含む電源システムの制御方法。
2. 請求項１に記載の電源システムの制御方法であって、
   前記電源システムは、前記補機に接続される補助バッテリをさらに含み、
   前記充電制御ステップは、前記バッテリが充電状態であると判断された場合には、前記補助バッテリから前記補機に電力を供給して前記補機を作動させる、
   電源システムの制御方法。
3. 請求項２に記載の電源システムの制御方法であって、
   前記電源システムは、前記バッテリと前記補機との間に介装され、前記補機の電圧を前記バッテリの電圧から降圧するコンバータをさらに含み、
   前記充電制御ステップは、前記バッテリが充電状態であると判断された場合には、前記コンバータから前記補機に出力される出力電力を減少又は停止させる、
   電源システムの制御方法。
4. 請求項１に記載の電源システムの制御方法であって、
   前記充電制御ステップは、前記バッテリが充電状態であると判断された場合には、前記燃料電池から前記補機に電力を供給して前記補機を作動させる、
   電源システムの制御方法。
5. 請求項１に記載の電源システムの制御方法であって、
   前記充電制御ステップは、前記バッテリが充電状態であると判断された場合には、前記バッテリから前記補機に電力を供給して前記補機を作動させる、
   電源システムの制御方法。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の電源システムの制御方法であって、
   前記充電制御ステップは、前記バッテリが充電状態であると判断された場合において、前記燃料電池の暖機が終了しているときには、前記燃料電池の発電電力を用いて前記バッテリを充電する、
   電源システムの制御方法。
7. 請求項６に記載の電源システムの制御方法であって、
   前記充電制御ステップは、
   前記バッテリの温度に基づいて前記バッテリに関する充電電力の制限値を求め、
   前記バッテリの充電電力が前記制限値を超えないよう前記燃料電池の発電電力を減少又は停止させる、
   電源システムの制御方法。
8. 請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の電源システムの制御方法であって、
   前記負荷は、駆動状態及び回生状態を有する電動モータを含み、
   前記判断ステップは、前記電動モータが回生状態に遷移した場合に、前記バッテリが充電状態であると判断する、
   電源システムの制御方法。
9. 請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の電源システムの制御方法であって、
   前記判断ステップは、
   前記バッテリの電流を検出し、
   前記検出した電流値の符号が前記バッテリの充電電流を示す場合には、前記バッテリが充電状態であると判断する、
   電源システムの制御方法。
10. 請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の電源システムの制御方法であって、
    前記判断ステップは、
    前記バッテリの電流及び電圧の各検出値に基づいて前記バッテリの充電電力を算出し、
    前記燃料電池の発電指令値及び前記補機の作動指令値に基づいて前記燃料電池システムの消費電力を算出し、
    前記バッテリの充電電力が前記燃料電池システムの消費電力を上回る場合に、前記バッテリが充電状態であると判断する、
    電源システムの制御方法。
11. 請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載の電源システムの制御方法であって、
    前記燃料電池は、固体酸化型燃料電池であり、
    前記燃料電池システムを起動する場合には、前記固体酸化型燃料電池を暖機する暖機ステップをさらに含む電源システムの制御方法。
12. 請求項１１に記載の電源システムの制御方法であって、
    前記暖機ステップは、前記燃料電池が特定温度以上になった場合に、前記燃料電池の暖機を終了する、
    電源システムの制御方法。
13. 燃料電池が発電するように作動する補機を含む燃料電池システム及びバッテリを備え、負荷に電力を供給する電源システムであって、
    前記バッテリと前記補機との間に介装されるコンバータと、
    前記バッテリの温度が所定値以下であると判断した場合には、前記コンバータから前記補機への出力電力を前記補機が作動する作動電力に調整するコントローラと、を含み、
    前記コントローラは、前記バッテリが充電状態であると判断した場合には、前記コンバータの前記出力電力を前記作動電力よりも小さな値に設定する、
    電源システム。

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