KR20160058024A - 연료 전지 시스템, 연료 전지 차량 및 연료 전지 시스템의 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

차량에 탑재되는 연료 전지 시스템은, 차량을 구동하는 모터에 전력을 공급하는 연료 전지와, 산소를 연료 전지에 공급하는 펌프와, 차량의 액셀러레이터 답입량을 검출하는 액셀러레이터 위치 검출부와, 액셀러레이터 답입량에 기초하여, 연료 전지의 발전 요구 전력 및 펌프의 구동 요구 전력을 산출함과 함께, 구동 요구 전력에 기초하여 펌프를 제어하는 제어부를 구비하고, 제어부는, 산출되는 발전 요구 전력이 증가할 때에, 발전 요구 전력의 증가 속도보다도 상기 구동 요구 전력의 증가 속도가 빨라지도록 구동 요구 전력을 산출한다.

Description

연료 전지 시스템, 연료 전지 차량 및 연료 전지 시스템의 제어 방법{FUEL CELL SYSTEM, FUEL CELL VEHICLE, AND CONTROL METHOD FOR FUEL CELL SYSTEM}
본 발명은 차량에 탑재되는 연료 전지 시스템, 연료 전지 차량 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
차량에 탑재되는 연료 전지 시스템에 있어서, 액셀러레이터 답입량에 따라 연료 전지의 발전 요구 전력을 산출하고, 연료 전지의 발전 전력이 발전 요구 전력에 일치하도록, 연료 전지에 공급되는 산소량 및 수소량을 제어하는 것이 알려져 있다(일본 특허 공개 제2006-312907). 이 연료 전지 시스템은, 차량의 가속 시에 연료 전지의 발전 요구 전력이 증가할 때에는, 연료 전지에 산소를 공급하는 에어 컴프레서의 회전수를 증가시킨다.
그러나, 에어 컴프레서는 이너셔에 의해 응답이 지연되기 때문에, 예를 들어 액셀러레이터 답입량의 급증 등에 의해 발전 요구 전력이 급증해도 컴프레서의 회전수가 필요한 회전수로 될 때까지 지연이 있었다. 이에 의해, 차량의 구동 모터에 가속에 필요한 전력이 충분히 공급되지 않고, 액셀러레이터 답입량에 대한 가속감이 악화될 가능성이 있었다. 또한, 이와 같은 차량의 급가속이 반복되면, 2차 전지로부터 구동 모터로의 전력의 공급이 반복되고, 이에 의해, 2차 전지의 축전량(SOC)이 저하되어 가속감의 악화가 계속될 가능성이 있었다.
한편, 상술한 바와 같이, 차량의 가속 시에 에어 컴프레서의 응답의 지연 등에 의해, 연료 전지의 발전 전력이 발전 요구 전력에 대해 지연되면, 그 후, 발전 전력이 급준하게 상승한 때에, 구동 모터에 공급되는 전력이 급증하여, 일시적인 급가속(토크 쇼크)이 발생할 가능성이 있었다.
본 발명의 제1 형태에 의하면, 차량에 탑재되는 연료 전지 시스템이 제공된다. 이 연료 전지 시스템은, 상기 차량을 구동하는 모터에 전력을 공급하는 연료 전지와, 산소를 상기 연료 전지에 공급하는 펌프와, 상기 차량의 액셀러레이터 답입량을 검출하는 액셀러레이터 위치 검출부와, 상기 액셀러레이터 답입량에 기초하여, 상기 연료 전지의 발전 요구 전력 및 상기 펌프의 구동 요구 전력을 산출함과 함께, 상기 구동 요구 전력에 기초하여 상기 펌프를 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 제어부는, 산출되는 상기 발전 요구 전력이 증가할 때에, 상기 발전 요구 전력의 증가 속도보다도 상기 구동 요구 전력의 증가 속도가 빨라지도록 상기 구동 요구 전력을 산출한다. 이 형태에 의하면, 발전 요구 전력이 증가할 때에는, 발전 요구 전력의 증가 속도보다도 빠르게 구동 요구 전력이 증가하기 때문에, 구동 요구 전력에 대해 컴프레서에 의한 필요한 산소의 공급이 지연되어도, 발전 전력이 발전 요구 전력을 하회하기 어렵게 할 수 있다. 이에 의해, 차량의 가속 시 등의 발전 요구 전력의 급증 시에, 구동 모터에 필요한 전력이 공급되지 않는 것에 의한 가속감의 악화를 저감시킬 수 있다.
상기 형태에 있어서, 상기 제어부는, 상기 차량의 차중 및 상기 차량의 구름 저항에 의해 발생하는, 상기 액셀러레이터 답입량에 대한 상기 모터의 회전수의 지연을 보충하기 위한 전력이며, 상기 차중 및 상기 구름 저항에 각각 상당하는 값으로서 미리 설정된 값을 사용하여 산출되는 전력을, 상기 액셀러레이터 답입량에 기초하여 산출된 상기 구동 요구 전력에 더함으로써, 상기 구동 요구 전력의 값을 보정하도록 구성되어 있어도 된다. 이 구성에 의하면, 차중 및 구름 저항에 의한 모터의 회전수의 지연을 보충하기 위한 전력이 구동 요구 전력에 추가되기 때문에, 차량의 가속 시에 있어서, 액셀러레이터 답입량에 대한 가속감의 악화를 보다 억제할 수 있다.
상기 형태의 연료 전지 시스템은, 상기 모터에 전력을 공급하는 2차 전지를 더 구비하고 있고, 상기 제어부는, 상기 2차 전지에 충전하기 위한 전력이며, 상기 2차 전지의 온도 및 축전량에 따라 설정되는 충전 전력의 상한값을 사용하여 산출되는 전력을, 상기 액셀러레이터 답입량에 기초하여 산출된 상기 구동 요구 전력에 더함으로써, 상기 구동 요구 전력의 값을 보정하도록 구성되어 있어도 된다. 이 구성에 의하면, 2차 전지에 충전하기 위한 전력이 구동 요구 전력에 추가되기 때문에, 연료 전지 차량의 가속의 반복에 의한 2차 전지의 축전량(SOC)의 저하를 억제하여 가속감을 보다 계속시킬 수 있다.
상기 형태에 있어서, 상기 제어부는, 상기 발전 요구 전력과 상기 연료 전지의 실제의 발전 전력의 차분이 제1 역치 이상이고, 또한 상기 발전 전력이 제2 역치 이하인 경우에, 상기 액셀러레이터 답입량에 기초하여 산출된 상기 발전 요구 전력에 대해, 상기 차분이 감소하도록 상기 발전 요구 전력의 값을 보정하도록 구성되어도 된다. 이 구성에 의하면, 차량의 가속 시에 발전 전력이 발전 요구 전력에 대해 지연되어도, 발전 요구 전력과 발전 전력의 차분의 증가가 억제되기 때문에, 그 후, 발전 전력이 급준하게 상승해도, 트랙션 모터에 공급되는 전력의 급증이 억제된다. 이에 의해, 차량의 가속 시에 있어서의 토크 쇼크를 억제할 수 있다.
본 발명의 제2 형태에 의하면, 차량에 탑재되는 연료 전지 시스템의 제어 방법에 있어서, 상기 연료 전지 시스템은, 상기 차량을 구동하는 모터에 전력을 공급하는 연료 전지와, 산소를 상기 연료 전지에 공급하는 펌프를 포함하고 있고, 상기 제어 방법은, 상기 차량의 액셀러레이터 답입량을 검출하고, 상기 액셀러레이터 답입량에 기초하여, 상기 연료 전지의 발전 요구 전력 및 상기 펌프의 구동 요구 전력을 산출함과 함께, 상기 구동 요구 전력에 기초하여 상기 펌프를 제어하고, 산출되는 상기 발전 요구 전력이 증가할 때에, 상기 발전 요구 전력의 증가 속도보다도 상기 구동 요구 전력의 증가 속도가 빨라지도록 상기 구동 요구 전력을 산출한다. 이 형태에 의하면, 제1 형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 다양한 형태로 실현하는 것이 가능하고, 예를 들어 연료 전지를 탑재한 차량, 차량에 탑재되는 연료 전지 시스템의 제어 방법, 이 제어 방법을 실행하는 제어 장치, 이 제어 방법을 실현하는 컴퓨터 프로그램, 그 컴퓨터 프로그램을 기록한 기록 매체 등의 형태로 실현할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예의 특성과, 이점과, 기술적 및 산업적인 의의는 동등한 부호가 동등한 요소를 나타내는 이하에 첨부하는 도면에 의해 설명된다.
도 1은 제1 실시 형태의 연료 전지 시스템을 탑재한 연료 전지 차량의 개략도.
도 2는 제어 장치의 구성을 설명하기 위한 도면.
도 3은 제1 실시 형태의 연료 전지 차량의 상태를 예시한 타이밍 차트.
도 4는 비교예 1의 연료 전지 차량의 상태를 예시한 타이밍 차트.
도 5는 제2 실시 형태의 연료 전지 차량의 상태를 예시한 타이밍 차트.
도 6은 보정 처리의 개시 조건 및 정지 조건을 예시한 타이밍 차트.
도 7은 제3 실시 형태의 연료 전지 차량의 상태를 예시한 타이밍 차트.
도 8은 제4 실시 형태의 연료 전지 차량의 상태를 예시한 타이밍 차트.
도 9는 비교예 2의 연료 전지 차량의 상태를 예시한 타이밍 차트.
도 10은 제5 실시 형태의 연료 전지 차량의 상태를 나타낸 타이밍 차트.
도 11은 제5 실시 형태의 카운트값과 레이트값의 관계를 예시한 설명도.
도 12는 제6 실시 형태의 차분과 카운트 업량의 관계를 나타낸 설명도.
도 13은 제7 실시 형태의 연료 전지 차량의 상태를 나타낸 타이밍 차트.
도 1은 제1 실시 형태의 연료 전지 시스템(100)을 탑재한 연료 전지 차량(10)의 구성을 도시하는 개략도이다. 연료 전지 차량(10)은 연료 전지(110)와, FC 승압 컨버터(120)와, 파워 컨트롤 유닛(PCU)(130)과, 트랙션 모터(136)와, 에어 컴프레서(ACP)(138)와, 차속 검출부(139)와, 2차 전지(140)와, SOC 검출부(142)와, FC 보조 기기(150)와, 제어 장치(180)와, 액셀러레이터 위치 검출부(190)와, 차륜(WL)을 구비한다. 연료 전지 차량(10)은 연료 전지(110) 및 2차 전지(140)로부터 공급되는 전력에 의해 트랙션 모터(136)를 구동시켜 주행한다. 연료 전지 시스템(100)은, 예를 들어 상술한 연료 전지 차량(10)의 기능부 중, 트랙션 모터(136)와, 차륜(WL)을 제외한 기능부에 의해 구성된다.
연료 전지(110)는 반응 가스로서 수소와 산소의 공급을 받아 발전하는 고체 고분자형 연료 전지이다. 또한, 연료 전지(110)로서는, 고체 고분자형 연료 전지로 한정되지 않고, 다른 다양한 타입의 연료 전지를 채용할 수 있다. 연료 전지(110)는 FC 승압 컨버터(120)를 통해 고압 직류 배선 DCH에 접속되고, 고압 직류 배선 DCH를 통해 PCU(130)에 포함되는 모터 드라이버(132) 및 ACP 드라이버(137)에 접속되어 있다. FC 승압 컨버터(120)는 연료 전지(110)의 출력 전압 VFC를 모터 드라이버(132) 및 ACP 드라이버(137)에서 이용 가능한 고압 전압 VH로 승압한다.
모터 드라이버(132)는 3상 인버터 회로에 의해 구성되고, 트랙션 모터(136)에 접속되어 있다. 모터 드라이버(132)는 FC 승압 컨버터(120)를 통해 공급되는 연료 전지(110)의 출력 전력 및 DC/DC 컨버터(134)를 통해 공급되는 2차 전지(140)의 출력 전력을 3상 교류 전력으로 변환하여 트랙션 모터(136)에 공급한다. 트랙션 모터(136)는 3상 코일을 구비하는 동기 모터에 의해 구성되고, 기어 등을 통해 차륜(WL)을 구동한다. 또한, 트랙션 모터(136)는 연료 전지 차량(10)의 제동 시에 있어서, 연료 전지 차량(10)의 운동 에너지를 회생시켜 회생 전력을 발생시키는 발전기로서도 기능한다. 차속 검출부(139)는 연료 전지 차량(10)의 차속 SVHCL[㎞/h]을 검출하고, 제어 장치(180)에 송신한다.
DC/DC 컨버터(134)는 제어 장치(180)로부터의 구동 신호에 따라 고압 직류 배선 DCH의 전압 레벨을 조정하고, 2차 전지(140)의 충전/방전의 상태를 전환한다. 또한, 트랙션 모터(136)에 있어서 회생 전력이 발생하는 경우에는, 그 회생 전력은, 모터 드라이버(132)에 의해 직류 전력으로 변환되고, DC/DC 컨버터(134)를 통해 2차 전지(140)에 충전된다.
ACP 드라이버(137)는 3상 인버터 회로에 의해 구성되고, ACP(138)에 접속되어 있다. ACP 드라이버(137)는 FC 승압 컨버터(120)를 통해 공급되는 연료 전지(110)의 출력 전력 및 DC/DC 컨버터(134)를 통해 공급되는 2차 전지(140)의 출력 전력을 3상 교류 전력으로 변환하여 ACP(138)에 공급한다. ACP(138)는, 3상 코일을 구비하는 동기 모터에 의해 구성되고, 공급된 전력에 따라 모터를 구동시키고, 발전에 사용되는 산소(공기)를 연료 전지(110)에 공급한다.
2차 전지(140)는 전력 에너지를 축적하고, 충전과 방전을 반복할 수 있는 축전 장치이며, 예를 들어 리튬 이온 전지로 구성할 수 있다. 또한, 2차 전지(140)로서는, 연축전지, 니켈카드뮴 전지, 니켈수소 전지 등 다른 종류의 전지이어도 된다. 2차 전지(140)는 저압 직류 배선 DCL을 통해 PCU(130)에 포함되는 DC/DC 컨버터(134)에 접속되고, 또한 DC/DC 컨버터(134)를 통해 고압 직류 배선 DCH에 접속되어 있다.
SOC 검출부(142)는 2차 전지(140)의 축전량(SOC)을 검출하고, 제어 장치(180)에 송신한다. 또한, 본 명세서에 있어서 「축전량(SOC)」이란, 2차 전지(140)의 최대의 충전 용량에 대한 현재의 충전 잔량의 비율을 의미한다. SOC 검출부(142)는 2차 전지(140)의 온도 Tba나, 출력 전압 V, 출력 전류 I를 검출하고, 그들의 검출값에 기초하여, 축전량(SOC)을 검출한다. 또한, 본 실시 형태의 SOC 검출부(142)는 2차 전지(140)의 온도 Tba에 대해서도 제어 장치(180)에 송신한다.
FC 보조 기기(150)는 저압 직류 배선 DCL에 접속되고, 연료 전지(110)나 2차 전지(140)로부터 공급되는 전력에 의해 구동한다. FC 보조 기기(150)는 연료 전지(110)에 반응 가스를 공급하는 연료 펌프 및 연료 전지(110)에 냉매를 공급하는 냉매 펌프 등의 연료 전지(110)의 발전을 위한 보조 기기류이다. 액셀러레이터 위치 검출부(190)는 운전자에 의한 액셀러레이터의 답입량(액셀러레이터 답입량 DACC)[％]을 검출하고, 제어 장치(180)에 송신한다.
제어 장치(180)는 중앙 처리 장치와 주기억 장치를 구비하는 마이크로컴퓨터에 의해 구성되어 있다. 제어 장치(180)는 운전자에 의한 액셀러레이터 조작 등의 조작을 검출하면, 그 조작 내용에 따라, 연료 전지(110)의 발전이나 2차 전지(140)의 충방전을 제어한다. 제어 장치(180)는 모터 드라이버(132)와, DC/DC 컨버터(134)에 각각, 액셀러레이터 답입량 DACC에 따른 구동 신호를 생성하여 송신한다. 모터 드라이버(132)는 제어 장치(180)의 구동 신호에 따라, 교류 전압의 펄스폭을 조정하는 등 하여, 트랙션 모터(136)에 액셀러레이터 답입량 DACC에 따른 회전 구동을 시킨다. 제어 장치(180)는 트랙션 모터(136)를 액셀러레이터 답입량 DACC에 따른 회전 구동을 시키기 위해 필요한 전력 PT/M에 대해, 2차 전지(140)가 부담하는 전력의 비율(2차 전지 어시스트율)과, 2차 전지(140)의 온도 및 축전량(SOC)의 관계가 나타내어진 2차 전지 어시스트 제어 맵을 구비하고 있고, 이 맵을 사용하여, 2차 전지 어시스트율을 결정한다.
도 2는 제어 장치(180)의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 제어 장치(180)는 PM-ECU(181)와, FC-ECU(182)와, FDC-ECU(183)와, MG-ECU(184)의 4개의 ECU(Electronic Control Unit)를 포함하고 있다. PM-ECU(181)는, 연료 전지 차량(10)의 액셀러레이터 답입량 DACC를 취득하고, 트랙션 모터(136)를 액셀러레이터 답입량 DACC에 따른 회전수로 구동시키기 위해 필요한 각종 요구나 지령을 다른 ECU에 대해 발행한다. FC-ECU(182)는, 연료 전지(110) 및 FC 보조 기기(150)를 제어하고, PM-ECU(181)로부터, 후술하는 요구 신호 SREQ를 수신하면, 연료 전지(110)의 발전 능력이나 특성에 따른 회답 신호 SRES를 PM-ECU(181)에 발행한다. FDC-ECU(183)는, FC 승압 컨버터(120)를 제어하고, PM-ECU(181)로부터, 후술하는 파워 지령 PCOM을 수신하면, 파워 지령 PCOM에 따른 전력을 연료 전지(110)로부터 트랙션 모터(136) 및 ACP(138)에 공급시킨다. MG-ECU(184)는, 모터 드라이버(132), ACP 드라이버(137) 및 DC/DC 컨버터(134)를 제어하고, PM-ECU(181)로부터, 후술하는 토크 지령 TCOM을 수신하면, 토크 지령 TCOM에 따른 토크를 트랙션 모터(136) 및 ACP(138)에 발생시킨다. 4개의 ECU의 구체적인 동작의 일례를 이하에서 설명한다.
PM-ECU(181)는, 액셀러레이터 페달이 운전자에 의해 답입된 때에, 액셀러레이터 위치 검출부(190)에 의해 검출된 액셀러레이터 답입량 DACC를 수신한다. PM-ECU(181)는, 액셀러레이터 답입량 DACC를 수신하면, 액셀러레이터 답입량 DACC에 따른 트랙션 모터(136)의 필요한 토크량인 액셀러레이터 요구 토크 TACC[N·m]를 산출한다. 액셀러레이터 요구 토크 TACC는, 예를 들어 DACC와 TACC의 관계를 나타내는 연산식으로부터 산출할 수 있다. PM-ECU(181)는 또한 액셀러레이터 요구 토크 TACC로부터 드라이버빌리티 요구 토크 TMOD[N·m]를 산출한다. 드라이버빌리티 요구 토크 TMOD는, 액셀러레이터 요구 토크 TACC의 변화량 ΔTACC[N·m/s]가 역치(레이트 리미터) ΔTHTACC 이상인 경우에, 변화량 ΔTACC에 대해 레이트 처리(평활화 처리)를 행하여 변화량 ΔTACC가 감소하도록 산출된다. 액셀러레이터 요구 토크 TACC에 대응시켜 연료 전지 차량(10)의 가감속을 제어하면, 가감속이 급준해지고 쾌적성이 저하되기 때문에, 드라이버빌리티 요구 토크 TMOD가 설정된다. PM-ECU(181)는, 산출된 드라이버빌리티 요구 토크 TMOD를 포함하는 토크 지령 TCOM을 MG-ECU(184)에 발행한다. MG-ECU(184)는, 드라이버빌리티 요구 토크 TMOD를 포함하는 토크 지령 TCOM을 수신하면, 드라이버빌리티 요구 토크 TMOD에 따른 출력 토크가 발생하도록 트랙션 모터(136)를 제어한다. 이에 의해, 트랙션 모터(136)의 실제의 회전수(T/M 실회전수) RT/M은, 드라이버빌리티 요구 토크 TMOD에 대응하는 회전수(T/M 필요 회전수 RT/MRQ)에 가까워진다. 트랙션 모터(136)에 실제로 발생하는 토크를 실행 토크 TACT라고도 칭한다. 또한, 실행 토크의 발생에 의해 트랙션 모터(136)가 소비하는 전력을 T/M 소비 전력 PCONS라고도 칭한다.
PM-ECU(181)는, 산출된 드라이버빌리티 요구 토크 TMOD로부터 차량 요구 전력 PVHCL[W]을 산출한다. 차량 요구 전력 PVHCL은, 연료 전지 차량(10)을 드라이버빌리티 요구 토크 TMOD에 대응하는 운전 상태로 하기 위해 필요한 전력이며, 연료 전지(110)의 발전 요구 전력이다. 차량 요구 전력 PVHCL은, 하기하는 식 (1)로부터 산출된다.
[식 (1)]
PVHCL＝max{PT/M＋PAUX＋Pchg, POC}
여기서, PT/M은, 트랙션 모터(136)의 구동 요구 전력[W]이며, PAUX[W]는, FC 보조 기기(150)나 ACP(138)의 구동 요구 전력이며, Pchg[W]는, 2차 전지(140)를 충방전하는 전력이다. POC[W]는, 간결 운전 시 등에 있어서 고전위 회피 전압으로 하기 위해 필요한 전력이다. PT /M은, 예를 들어 트랙션 모터(136)의 회전수 및 요구 토크와, PT/M의 관계를 나타내는 모터 특성으로부터 산출할 수 있다. PAUX는, 예를 들어 현재의 FC 보조 기기(150), ACP(138)의 소비 전력의 실측값에 기초하여 산출할 수 있다. 또한, PAUX는, FC 보조 기기(150)의 소비 전력을 상수로 하고, ACP(138)의 소비 전력은 모터의 회전수, 요구 토크와, 소비 전력의 관계를 나타내는 모터 특성으로부터 산출해도 된다. Pchg는, 예를 들어 2차 전지(140)를 목표의 SOC(예를 들어, 60％)와, 현재의 SOC와, Pchg의 관계를 나타낸 맵으로부터 산출할 수 있다. POC는, 고전위 회피 전압과, 연료 전지(110)의 전력-전류 특성(P-I 특성)과, 전류-전압 특성(I-V 특성)으로부터 산출할 수 있다. 또한, POC는 고정값이어도 된다. 이 「차량 요구 전력 PVHCL」은, 특허청구범위의 「발전 요구 전력」의 예시이다.
FC-ECU(182)는, 차량 요구 전력 PVHCL을 포함하는 요구 신호 SREQ를 수신하면, 차량 요구 전력 PVHCL이 연료 전지(110)의 허용 전력 PALW[W]를 초과하고 있는지의 여부의 판정을 행한다. 허용 전력 PALW란, 현재의 연료 전지(110)가 발전 가능한 전력의 상한값이며, 연료 전지(110)의 현재의 상태를 나타내는 각종 파라미터로부터 산출할 수 있다. 연료 전지(110)의 현재의 상태를 나타내는 파라미터란, 예를 들어 연료 전지(110)의 온도, ACP(138)가 도입하는 외기의 양, 연료 전지(110)에 공급되는 수소를 저장하는 수소 탱크 내의 수소의 잔량, 연료 전지(110)의 애노드 압력 및 캐소드 압력 등이 포함된다. FC-ECU(182)는, 이들 파라미터와 허용 전력 PALW의 대응 관계가 나타내어진 맵으로부터 허용 전력 PALW를 산출할 수 있다. FC-ECU(182)는, 차량 요구 전력 PVHCL이 허용 전력 PALW를 초과하고 있지 않으면, 차량 요구 전력 PVHCL에 대응하는 전류값 I[A] 및 전압값 V[V]를 포함하는 회답 신호 SRES를 PM-ECU(181)에 발행한다. 차량 요구 전력 PVHCL에 대응하는 전류값 I 및 전압값 V는, 연료 전지(110)의 P-I 특성, I-V 특성으로부터 산출할 수 있다. FC-ECU(182)는, 차량 요구 전력 PVHCL이 허용 전력 PALW를 초과하고 있으면, 허용 전력 PALW에 대응하는 전류값 I 및 전압값 V를 포함하는 회답 신호 SRES를 PM-ECU(181)에 발행한다.
PM-ECU(181)는, 차량 요구 전력 PVHCL 또는 허용 전력 PALW에 대응하는 전류값 I 및 전압값 V를 포함하는 회답 신호 SRES를 수신하면, 수신한 전류값 I 및 전압값 V를 파워 지령 PCOM으로서 FDC-ECU(183)에 발행한다. FDC-ECU(183)는, 파워 지령 PCOM을 수신하면, 파워 지령 PCOM에 따른 전류값 I 및 전압값 V를 연료 전지(110)가 출력하도록 FC 승압 컨버터(120)를 제어한다. 연료 전지(110)가 실제로 출력하는 전력을 FC 발전 전력 PFC[W]라고도 칭한다.
한편, PM-ECU(181)는, 액셀러레이터 요구 토크 TACC로부터 ACP 구동 요구 전력 PRQ[W]를 산출한다. ACP 구동 요구 전력 PRQ는, ACP(138)를 액셀러레이터 요구 토크 TACC에 대응하는 구동 상태로 하기 위해 필요한 전력이며, 예를 들어 TACC와 PRQ의 관계를 나타내는 연산식으로부터 산출할 수 있다. PM-ECU(181)는, 산출된 ACP 구동 요구 전력 PRQ를 포함하는 요구 신호 SREQ를 FC-ECU(182)에 발행한다. 이 「ACP 구동 요구 전력 PRQ」는, 특허청구범위의 「구동 요구 전력」의 예시이다.
FC-ECU(182)는, ACP 구동 요구 전력 PRQ를 포함하는 요구 신호 SREQ를 수신하면, ACP 구동 요구 전력 PRQ에 대응하는 ACP(138)의 회전수(ACP 필요 회전수) RRQ[rpm]를 산출한다. 필요 회전수 RRQ는, 예를 들어 이하의 방법으로 산출할 수 있다. 먼저, ACP 구동 요구 전력 PRQ의 값, 연료 전지(110)의 P-I 특성, I-V 특성으로부터, ACP 구동 요구 전력 PRQ를 발생시키기 위한 연료 전지(110)의 전류값 I를 산출한다. 그리고, 산출된 전류값 I에 대응하는 전하량 및 발전 시의 전기 화학 반응식으로부터, ACP 구동 요구 전력 PRQ를 발생시키기 위한 산소량을 산출한다. 그리고, 산출된 산소량 및 공기의 성분 비율로부터, ACP 구동 요구 전력 PRQ를 발생시키기 위한 공기량을 산출하고, 산출한 공기량으로부터 ACP(138)의 필요 회전수 RRQ를 산출한다. FC-ECU(182)는, 산출된 필요 회전수 RRQ를 포함하는 회답 신호 SRES를 PM-ECU(181)에 발행한다.
PM-ECU(181)는, 필요 회전수 RRQ를 포함하는 회답 신호 SRES를 수신하면, 필요 회전수 RRQ로부터 ACP 요구 토크 TACP[N·m]를 산출한다. PM-ECU(181)는, 산출된 ACP 요구 토크 TACP를 포함하는 토크 지령 TCOM을 MG-ECU(184)에 발행한다. MG-ECU(184)는, ACP 요구 토크 TACP를 포함하는 토크 지령 TCOM을 수신하면, ACP 요구 토크 TACP에 따른 출력 토크가 발생하도록 ACP(138)를 제어한다. 이에 의해, PM-ECU(181)는, ACP의 실제의 회전수(ACP 실회전수) RACT를 ACP 필요 회전수 RRQ에 근접시킨다.
상술한 바와 같이, 본 실시 형태의 PM-ECU(181)는, 차량 요구 전력 PVHCL을 드라이버빌리티 요구 토크 TMOD로부터 산출하고, ACP 구동 요구 전력 PRQ를 액셀러레이터 요구 토크 TACC로부터 산출하도록 구성되어 있다. 이 구성에 의해, 산출된 차량 요구 전력 PVHCL, 즉, 연료 전지(110)의 발전 요구 전력이 증가할 때에는, ACP 구동 요구 전력 PRQ의 증가 속도를, 발전 요구 전력(차량 요구 전력 PVHCL)의 증가 속도보다도 빠르게 할 수 있다. 이에 의해, 차량의 급가속 시, 즉, 차량 요구 전력 PVHCL의 급증 시에 있어서, 에어 컴프레서의 반응의 지연에 의한 차량의 가속감의 악화를 저감시킬 수 있다. 구체적으로는, ACP(138)는 이너셔에 의해 응답이 지연되고, 차량 요구 전력 PVHCL이 급증에 수반하여 ACP 구동 요구 전력 PRQ가 증가해도, ACP(138)가 대응하는 회전수로 될 때까지 지연이 있다. 종래의 구성에서는, 이에 의해, 차량의 트랙션 모터에 필요한 전력이 충분히 공급되지 않고, 액셀러레이터 답입량에 대한 가속감이 악화된다. 한편, 본 실시 형태에서는, ACP 구동 요구 전력 PRQ의 증가 속도를, 차량 요구 전력 PVHCL의 증가 속도보다도 빠르게 함으로써, ACP 구동 요구 전력 PRQ에 대해 ACP(138)가 지연되어 공급한 산소량이, 그 시점에 있어서 차량 요구 전력 PVHCL에 필요한 공기량에 가까워지도록 구성된다. 이에 의해, 필요한 산소의 공급 부족에 의해 FC 발전 전력 PFC가 차량 요구 전력 PVHCL을 하회하는 상태를 발생시키기 어렵게 하고, 트랙션 모터(136)에 필요한 전력이 충분히 공급되지 않아 가속감이 악화된 상태를 발생시키기 어렵게 할 수 있다.
도 3은 본 실시 형태의 연료 전지 차량(10)의 상태를 예시한 타이밍 차트이다. 도 3에는, 액셀러레이터 답입량 DACC와, 액셀러레이터 요구 토크 TACC와, 드라이버빌리티 요구 토크 TMOD와, 실행 토크 TACT와, ACP 구동 요구 전력 PRQ와, 차량 요구 전력 PVHCL과, FC 발전 전력 PFC와, ACP 필요 회전수 RRQ와, ACP 실회전수 RACT의 시계열 변화가 예시되어 있다. 또한, 도 3에는, 비교예 1로서, ACP 구동 요구 전력 PRQ를 드라이버빌리티 요구 토크 TMOD로부터 산출한 경우에 있어서의 ACP 필요 회전수(비교예 필요 회전수 RCERQ)와, ACP의 실제의 회전수(비교예 실회전수 RCEAT)가 예시되어 있다. 여기서는, T1∼T2 기간에 있어서 운전자가 액셀러레이터를 급격하게 답입한 것으로 하여 설명한다.
액셀러레이터 요구 토크 TACC는, 액셀러레이터 답입량 DACC에 대응하기 때문에, T1∼T2 기간에 있어서 증가한다. 드라이버빌리티 요구 토크 TMOD는, 액셀러레이터 요구 토크 TACC에 대해 레이트 처리되기 때문에, 액셀러레이터 요구 토크 TACC보다도 완만하게 증가한다. 차량 요구 전력 PVHCL, FC 발전 전력 PFC 및 실행 토크 TACT는, 드라이버빌리티 요구 토크 TMOD에 대응하기 때문에, 마찬가지로 T1∼T3 기간에 걸쳐 완만하게 증가한다. ACP 구동 요구 전력 PRQ는, 액셀러레이터 요구 토크 TACC에 대응하기 때문에, T1∼T2 기간에 걸쳐 증가한다.
ACP 필요 회전수 RRQ는, ACP 구동 요구 전력 PRQ에 대응하기 때문에, T1∼T2 기간에 있어서 증가한다. ACP 실회전수 RACT는, ACP 필요 회전수 RRQ에 대해 지연되기 때문에, 여기서는, T1∼T3 기간에 있어서 증가한다. 이 결과, ACP 실회전수 RACT의 증가 속도는, ACP 비교예 실회전수 RCEAT보다도, 차량 요구 전력 PVHCL의 증가 속도에 가까워진다. 즉, ACP 필요 회전수 RRQ에 대해 ACP(138)가 지연되어 공급한 공기량이, 그 시점에 있어서 차량 요구 전력 PVHCL에 필요한 공기량에 가까워진다. 이에 의해, FC 발전 전력 PFC가 차량 요구 전력 PVHCL을 하회하는 것을 억제할 수 있다.
한편, 비교예 1에서는, ACP 비교예 필요 회전수 RCERQ는, 드라이버빌리티 요구 토크 TMOD에 대응하기 때문에, T1∼T3 기간에 걸쳐 증가한다. 그로 인해, ACP 비교예 실회전수 RCEAT는, 여기서는, T1∼T4 기간에 걸쳐 증가한다. 이 결과, ACP 비교예 실회전수 RCEAT의 증가 속도는, 차량 요구 전력 PVHCL의 증가 속도에 대해 크게 지연된다. 즉, 비교예 필요 회전수 RCERQ에 대해 ACP(138)가 지연되어 공급한 공기량은, 그 시점에 있어서 차량 요구 전력 PVHCL에 필요한 공기량보다도 적어지고, FC 발전 전력 PFC가 차량 요구 전력 PVHCL을 하회한다.
도 4는 비교예 1의 연료 전지 차량의 상태를 예시한 타이밍 차트이다. 도 4에는, 액셀러레이터 답입량 DACC와, 차량 요구 전력 PVHCL과, FC 발전 전력 PFC와, 2차 전지의 어시스트 전력 PASS와, ACP 구동 요구 전력 PRQ의 시계열 변화가 예시되어 있다. 비교예 1의 연료 전지 차량은, 상술한 바와 같이, ACP 구동 요구 전력 PRQ를 드라이버빌리티 요구 토크 TMOD로부터 산출하는 점 이외는 본 실시 형태의 연료 전지 차량(10)과 동일하다. 상술한 바와 같이, 비교예 1의 연료 전지 차량에서는, 상술한 바와 같이, 액셀러레이터 답입량 DACC의 급증 시에, FC 발전 전력 PFC가 차량 요구 전력 PVHCL을 하회한다. 이에 의해, 트랙션 모터(136)에 필요한 전력이 충분히 공급되지 않기 때문에, 드라이버빌리티 요구 토크에 대해 실행 토크가 저하된다. 이에 의해, 액셀러레이터 답입량에 대한 가속감이 악화된다. 또한, 차량 요구 전력 PVHCL에 대해 FC 발전 전력 PFC가 부족한 경우, 부족분의 일부를 어시스트하도록, 2차 전지(140)의 출력 전력 Pout의 적어도 일부인 어시스트 전력 PASS가 트랙션 모터(136)에 공급된다. 그러나, 차량의 급가속이 반복되면, 2차 전지로부터 트랙션 모터로의 어시스트 전력 PASS의 공급이 반복되고, 이에 의해, 2차 전지의 축전량(SOC)이 저하되어 가속감의 악화가 계속된다. 한편, 본 실시 형태의 연료 전지 차량(10)에 의하면, ACP 필요 회전수 RRQ에 대해 ACP(138)의 실회전수가 지연되어도, ACP(138)가 공급한 공기량이, 그 시점에 있어서 차량 요구 전력 PVHCL에 필요한 공기량에 가까워지기 때문에, FC 발전 전력 PFC가 차량 요구 전력 PVHCL을 하회하는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 액셀러레이터 답입량 DACC의 급증 시에, 트랙션 모터(136)에 필요한 전력이 충분히 공급되지 않는 상태의 발생을 저감시킬 수 있고, 가속감의 악화를 억제할 수 있다. 또한, 2차 전지로부터 트랙션 모터로의 어시스트 전력 PASS의 공급을 억제할 수 있기 때문에, 차량의 급가속이 반복에 의한, 2차 전지의 축전량(SOC)의 저하를 억제할 수 있다.
이상 설명한, 본 실시 형태의 연료 전지 차량(10)에 의하면, 발전 요구 전력(차량 요구 전력 PVHCL)이 급증할 때에는, 발전 요구 전력의 증가 속도보다도 빠르게 ACP 구동 요구 전력 PRQ가 증가하기 때문에, 구동 요구 전력에 대해 ACP(138)에 의한 필요한 산소의 공급이 지연되어도, 발전 전력이 발전 요구 전력을 하회하기 어렵게 할 수 있다. 이에 의해, 차량의 가속 시 등의 발전 요구 전력의 급증 시에, 트랙션 모터(136)에 필요한 전력이 공급되지 않는 것에 의한 가속감의 악화를 저감시킬 수 있다.
제2 실시 형태의 PM-ECU(181A)는, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 액셀러레이터 요구 토크 TACC로부터 ACP 구동 요구 전력 PRQ를 산출함으로써, ACP(138)의 반응의 지연에 의한 차량의 가속감의 악화를 억제시킨다. 한편, 제2 실시 형태의 PM-ECU(181A)는, 또한 차량의 급가속 시에, ACP 구동 요구 전력 PRQ의 값을 보정하는 보정 처리를 실행하여, 연료 전지 차량(10)의 차중과 구름 저항에 의한 가속감의 악화를 억제한다. 구체적으로는, 제2 실시 형태의 PM-ECU(181A)는, 트랙션 모터(136)의 T/M 소비 전력 PCONS가 급증하는 조건으로서 미리 설정되어 있는 조건을 만족시킨 때에 ACP 구동 요구 전력 PRQ의 값을 보정하는 보정 처리를 실행한다. 보정 처리의 개시 조건에 대해서는 후술한다. 보정 처리에서는, PM-ECU(181A)는, 액셀러레이터 요구 토크 TACC로부터 산출한 ACP 구동 요구 전력 PRQ에 대해, 연료 전지 차량(10)의 차중 및 구름 저항에 의한 트랙션 모터(136)의 회전수의 액셀러레이터 답입량 DACC에 대한 지연을 보충하기 위한 전력을 더함으로써, ACP 구동 요구 전력 PRQ의 값을 보정한다.
PM-ECU(181A)는, 먼저, 액셀러레이터 요구 토크 TACC를 사용하여, 액셀러레이터 요구 토크 TACC에 의해 연료 전지 차량(10)에 발생하는 힘(구동력) FTacc를 산출한다. 산출된 FTacc와, 하기하는 식 (2)로부터 연료 전지 차량(10)의 예측 가속도 AEXP를 산출한다.
[식 (2)]
FTacc＋FRR＝MVHCL·AEXP
여기서, FRR은, 연료 전지 차량(10)의 구름 저항에 상당하는 값으로서 미리 설정된 값이다. MVHCL은 연료 전지 차량(10)의 차중에 상당하는 값으로서 미리 설정된 값이다. PM-ECU(181A)는, 산출된 예측 가속도 AEXP를 적산함으로써 트랙션 모터(136)의 예측 회전수 REXP를 산출한다. PM-ECU(181A)는, 이 예측 회전수 REXP에 기초하여 ACP 구동 요구 전력 PRQ를 보정한다. 예측 회전수 REXP에 기초하여 ACP 구동 요구 전력 PRQ를 보정하는 방법으로서는, 예를 들어, 예측 회전수 REXP와 보정량(추가 전력)의 관계를 나타낸 맵에 의해, 예측 회전수 REXP로부터 보정량을 산출해도 된다.
도 5는 제2 실시 형태의 연료 전지 차량(10A)의 상태를 예시한 타이밍 차트이다. 도 5에는, 액셀러레이터 답입량 DACC와, 액셀러레이터 요구 토크 TACC와, 예측 회전수 REXP와, T/M 실회전수 RT/M과, 보정 후의 ACP 구동 요구 전력 PRQ와, 보정 전의 ACP 구동 요구 전력 PRQ의 시계열 변화가 예시되어 있다. 보정 전의 ACP 구동 요구 전력 PRQ는, 제1 실시 형태의 ACP 구동 요구 전력 PRQ이다. 보정 후의 ACP 구동 요구 전력 PRQ는, T/M 실회전수 RT/ M에 대한 예측 회전수 REXP의 증가분에 상당하는 전력이 추가되기 때문에, 보정 전의 ACP 구동 요구 전력 PRQ보다도 값이 커진다. 제2 실시 형태의 연료 전지 차량(10A)에 의하면, 연료 전지 차량(10)의 중량 및 구름 저항에 의한 가속감의 악화를 억제할 수 있다. 이에 의해, 차량의 가속 시에 있어서, 액셀러레이터 답입량에 대한 가속감의 악화를 보다 저감시킬 수 있다.
도 6은 보정 처리의 개시 조건 및 정지 조건을 예시한 타이밍 차트이다. 도 6에는, 액셀러레이터 답입량 DACC와, 보정 처리의 실행의 유무와, T/M 소비 전력 PCONS의 시계열 변화가 예시되어 있다. 여기서는, 「T/M 소비 전력 PCONS가 급증하는 조건」으로서, 액셀러레이터 답입량 DACC의 증가 속도, 즉, 단위 시간당의 증가 폭 ΔDACC[％/s]가 역치 ΔDth 이상으로 되고, 또한 액셀러레이터 답입량 DACC가 역치 Dth 이상으로 된 후로부터, 트랙션 모터(136)가 소비하는 T/M 소비 전력 PCONS의 증가 속도, 즉, 단위 시간당의 증가 폭 ΔPCONS[％/s]가 역치 ΔPth 이하로 될 때까지의 동안이 설정되어 있다. 즉, 제2 실시 형태의 PM-ECU(181A)는, 액셀러레이터 답입량 DACC의 단위 시간당의 증가 폭 ΔDACC가 역치 ΔDth 이상으로 되고, 또한 액셀러레이터 답입량 DACC가 역치 Dth 이상으로 되면 보정 처리를 개시하고, T/M 소비 전력 PCONS의 단위 시간당의 증가 폭 ΔPCONS가 역치 ΔPth 이하로 되면 보정 처리를 정지한다. 이에 의해, T/M 소비 전력 PCONS가 급증하는 상태를 용이하게 검출할 수 있다. 또한, 「T/M 소비 전력 PCONS가 급증하는 조건」은 상기로 한정되지 않고, 임의로 설정할 수 있다.
제3 실시 형태의 PM-ECU(181B)는, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 액셀러레이터 요구 토크 TACC로부터 ACP 구동 요구 전력 PRQ를 산출함으로써, ACP(138)의 반응의 지연에 의한 차량의 가속감의 악화를 억제시킨다. 한편, 제3 실시 형태의 PM-ECU(181B)는 또한 2차 전지(140)에 충전 여력이 있는 경우에는, ACP 구동 요구 전력 PRQ의 값을 보정하는 보정 처리를 실행하여, 연료 전지 차량(10)의 가속의 반복에 의한 2차 전지(140)의 축전량(SOC)의 저하를 억제한다. 구체적으로는, 제3 실시 형태의 PM-ECU(181B)는, 트랙션 모터(136)의 T/M 소비 전력 PCONS가 급증하는 조건으로서 미리 설정되어 있는 조건을 만족시킨 때에 ACP 구동 요구 전력 PRQ의 값을 보정하는 보정 처리를 실행한다. 보정 처리의 개시 조건 및 정지 조건에 대해서는 제2 실시 형태와 마찬가지(도 6)이다. 보정 처리에서는, PM-ECU(181B)는, 액셀러레이터 요구 토크 TACC로부터 산출한 ACP 구동 요구 전력 PRQ에 대해, 2차 전지(140)에 충전하기 위한 전력(충전 전력 Pin)을 더함으로써, 상기 구동 요구 전력의 값을 보정한다. 여기서는, PM-ECU(181B)는, 2차 전지(140)의 온도 및 축전량에 따라 설정되는 충전 전력의 상한값 PWin[W]을 산출하고, 상한값 PWin에 상당하는 충전 전력 Pin을 ACP 구동 요구 전력 PRQ에 추가한다. 또한, 충전 전력 Pin은 상한값 PWin 이하이어도 된다.
PWin은, 2차 전지(140)의 SOC 충방전 특성 및 온도 충방전 특성으로부터 산출할 수 있다. SOC 충방전 특성이란, 2차 전지(140)의 축전량(SOC)과, 입력(충전) 전력 Pin의 허용 입력 상한값 Win 및 출력(방전) 전력 Pout의 허용 출력 상한값 Wout이 대응지어진 맵이다. 온도 충방전 특성이란, 2차 전지(140)의 온도 Tba와, 입력 전력의 허용 입력 상한값 Win 및 출력 전력의 허용 출력 상한값 Wout이 대응지어진 맵이다. PM-ECU(181B)는, SOC 검출부(142)로부터 취득한 축전량(SOC)과 SOC 충방전 특성으로부터 특정되는 허용 입력 상한값 Win과, SOC 검출부(142)로부터 취득한 온도 Tba와 온도 충방전 특성으로부터 특정되는 허용 입력 상한값 Win의 작은 쪽을 PWin으로서 채용할 수 있다.
도 7은 제3 실시 형태의 연료 전지 차량(10B)의 상태를 예시한 타이밍 차트이다. 도 7에는, 액셀러레이터 답입량 DACC와, 보정 후의 ACP 구동 요구 전력 PRQ와, 보정 전의 ACP 구동 요구 전력 PRQ와, 2차 전지에의 충전 전력 Pin의 시계열 변화가 예시되어 있다. 보정 전의 ACP 구동 요구 전력 PRQ는, 제1 실시 형태의 ACP 구동 요구 전력 PRQ이다. 보정 후의 ACP 구동 요구 전력 PRQ는, 2차 전지에의 충전 전력 Pin에 상당하는 전력이 추가되기 때문에, 보정 전의 ACP 구동 요구 전력 PRQ보다도 값이 커진다. 제3 실시 형태의 연료 전지 차량(10B)에 의하면, ACP 구동 요구 전력 PRQ의 추가분을 2차 전지(140)에 공급할 수 있기 때문에, 연료 전지 차량(10)의 가속의 반복에 의한 2차 전지(140)의 축전량(SOC)의 저하를 억제하고 가속감을 보다 계속시킬 수 있다.
제4 실시 형태의 연료 전지 차량(10C)은, 연료 전지 차량의 가속 시의 토크 쇼크를 억제하기 위한 토크 쇼크 회피 제어를 행하는 점 이외는, 제1 실시 형태의 연료 전지 차량(10)과 마찬가지이다. 연료 전지 차량의 가속 시의 토크 쇼크는, 예를 들어 이하와 같이 하여 발생한다. 연료 전지 차량의 가속의 개시 시에, FC 발전 전력 PFC가 발전 요구 전력(차량 요구 전력 PVHCL)에 대해 지연되고, 트랙션 모터에의 공급 전력이 일시적으로 부족하다. 그 후, FC 발전 전력 PFC가 급준하게 상승한 때에, 트랙션 모터에 공급되는 전력이 급증하여 실행 토크가 급증하고, 일시적인 급가속(토크 쇼크)이 발생한다. 제4 실시 형태의 PM-ECU(181C)는, 가속 시에 토크 쇼크가 발생하는 조건으로서 미리 설정되어 있는 조건을 만족시킨 때에, 토크 쇼크 회피 제어를 실행한다. 이 「가속 시에 토크 쇼크가 발생하는 조건」에 대해서는 후술한다. 토크 쇼크 회피 제어에서는, PM-ECU(181C)는, 제1 실시 형태와 동일한 방법으로 산출한 차량 요구 전력 PVHCL에 대해, 차량 요구 전력 PVHCL과, FC 발전 전력 PFC의 차분(부족량) DIF가 감소하도록 차량 요구 전력 PVHCL을 보정한다. 여기서는, 차량 요구 전력 PVHCL에 대해 레이트 리미트를 실시함으로써 차량 요구 전력 PVHCL의 값을 저감시킨다.
도 8은 제4 실시 형태의 연료 전지 차량(10C)의 상태를 예시한 타이밍 차트이다. 도 8에는, 액셀러레이터 답입량 DACC와, 드라이버빌리티 요구 토크 TMOD와, 실행 토크 TACT와, 차량 요구 전력 PVHCL과, FC 발전 전력 PFC의 시계열 변화가 예시되어 있다. 또한, 도 8에는, 레이트 리미트가 행해지지 않았던 경우의 차량 요구 전력 PVHCL의 일부가 비교예 2로서 나타내어져 있다. 차량 요구 전력 PVHCL은, T1∼T2 기간에 있어서, 드라이버빌리티 요구 토크 TMOD의 증가에 수반하여 증가한다. 한편, FC 발전 전력 PFC는, 차량 요구 전력 PVHCL에 대해 지연이 발생하기 때문에, 동기간에 있어서 거의 증가하고 있지 않다. 그로 인해, T1∼T2 기간에서는, 차량 요구 전력 PVHCL과, FC 발전 전력 PFC의 차분 DIF가 증대한다.
여기서는, 「가속 시에 토크 쇼크가 발생하는 조건」으로서, FC 발전 전력 PFC가 역치 THPFC 이하(THPFC≥PFC)로 되고, 또한 차량 요구 전력 PVHCL과 FC 발전 전력 PFC의 차분 DIF가 역치 THDIF 이상(DIF≥THDIF)으로 되는 것이 설정되어 있다. 이 「역치 THPFC」는, 특허청구범위의 「제2 역치」의 예시이며, 「역치 THDIF」는, 특허청구범위의 「제1 역치」의 예시이다. 「역치 THPFC」 및 「역치 THDIF」는, 예를 들어 실험 등에 의해 FC 발전 전력 PFC가 급준하게 상승하는 타이밍을 특정함으로써 얻어진다.
여기서는, T2 시점에 있어서, 이 조건을 만족시키고 있다. PM-ECU(181C)는, T2 시점에 있어서, 상기 조건을 만족시키고 있다고 판정하면, 차량 요구 전력 PVHCL에 대해, 레이트 리미트를 실시한다. 여기서는, 레이트 리미트로서, 산출된 차량 요구 전력 PVHCL에 대해, 차량 요구 전력 PVHCL을 FC 발전 전력 PFC로 치환하여, 그 값으로부터 설정된 레이트값(고정값) RD[W/ms]로 상승시킨다. 또한, 레이트 리미트로서는, 상기로 한정되지 않고, 예를 들어 산출된 차량 요구 전력 PVHCL에 대해, 미리 설정된 레이트값(고정값) RD[W/ms]가 차감되어도 된다. 이에 의해, T2 시점 이후에 있어서, 차량 요구 전력 PVHCL의 값이 감소하고, 차량 요구 전력 PVHCL과 FC 발전 전력 PFC의 차분 DIF가 감소한다. 이에 의해, FC 발전 전력 PFC가 차량 요구 전력 PVHCL의 값까지 급준하게 상승해도, 트랙션 모터에 공급되는 전력이 급증하지 않기 때문에, 실행 토크는 급증하지 않고, 토크 쇼크의 발생이 억제된다. 한편, 비교예 2의 차량 요구 전력 PVHCL은, T2 시점 이후에 있어서도, 값이 감소하지 않기 때문에, 차량 요구 전력 PVHCL과 FC 발전 전력 PFC의 차분 DIF는 감소하지 않는다.
도 9는 비교예 2의 연료 전지 차량의 상태를 예시한 타이밍 차트이다. 도 9에는, 액셀러레이터 답입량 DACC와, 드라이버빌리티 요구 토크 TMOD와, 실행 토크 TACT와, 차량 요구 전력 PVHCL과, FC 발전 전력 PFC의 시계열 변화가 예시되어 있다. 비교예 2의 연료 전지 차량은, 토크 쇼크 회피 제어를 실시하지 않는 점 이외는 제4 실시 형태의 연료 전지 차량(10C)과 동일하다. 상술한 바와 같이, 비교예 2의 연료 전지 차량은, T2 시점에 있어서, 차량 요구 전력 PVHCL에 대해 레이트 리미트를 실시하지 않기 때문에, T2 시점에 있어서 차분 DIF가 감소하지 않는다. 따라서, 그 후, T3 시점에 있어서, FC 발전 전력 PFC가 차량 요구 전력 PVHCL의 값까지 급준하게 상승한 때에, 실행 토크는 급증하고, 토크 쇼크가 발생한다. 한편, 본 실시 형태의 연료 전지 차량(10C)에 의하면, 토크 쇼크 회피 제어에 의해 차분 DIF의 증대가 억제되기 때문에, 토크 쇼크의 발생을 저감시킬 수 있다.
제5 실시 형태의 PM-ECU(181D)는, 제4 실시 형태와 마찬가지로, 토크 쇼크 회피 제어를 행한다. 한편, 제4 실시 형태의 레이트값 RD는 고정값으로서 설명하였지만, 제5 실시 형태의 레이트값 RD는, 「가속 시에 토크 쇼크가 발생하는 조건」을 만족시키고 나서의 경과 시간에 의해, 값이 변화되도록 구성되어 있다. 그 이외의 구성은 제4 실시 형태와 마찬가지이다.
도 10은, 제5 실시 형태의 연료 전지 차량(10D)의 상태를 예시한 타이밍 차트이다. 도 10에는, 차량 요구 전력 PVHCL과, FC 발전 전력 PFC와, 차분 DIF와, 카운트 처리의 실행의 유무와, 카운트값 CO의 시계열 변화가 예시되어 있다. 제5 실시 형태의 PM-ECU(181D)는, 토크 쇼크 회피 제어에 있어서, 「가속 시에 토크 쇼크가 발생하는 조건」을 만족하고 나서의 경과 시간을 카운트하는 「카운트 처리」를 행한다. 여기서는, 「가속 시에 토크 쇼크가 발생하는 조건」으로서, 제4 실시 형태와 마찬가지로, FC 발전 전력 PFC가 역치 THPFC 이하로 되고, 또한 차분 DIF가 역치 THDIF 이상으로 되는 것이 설정되어 있다. PM-ECU(181D)는, T1 시점에 있어서, 이 조건을 만족시키고 있다고 판정하면, 토크 쇼크 회피 제어와 함께 카운트 처리를 개시한다. 여기서는, 카운트 처리에 의해 얻어지는 카운트값 CO는, 「가속 시에 토크 쇼크가 발생하는 조건」을 만족시키고 나서의 경과 시간과 정비례한다. PM-ECU(181D)는, 카운트값 CO에 따른 레이트값 RD를 사용하여, 산출된 차량 요구 전력 PVHCL에 대해 레이트 리미트를 실시한다.
도 11은, 제5 실시 형태의 카운트값 CO와 레이트값 RD의 관계를 예시한 설명도이다. PM-ECU(181D)는, 도 11에 대응한 맵을 구비하고 있고, 카운트 처리에 의해 얻어지는 카운트값 CO와, 도 11에 대응하는 맵으로부터 레이트값 RD를 산출한다. 그리고, 산출된 레이트값 RD를 사용하여, 차량 요구 전력 PVHCL에 대해 레이트 리미트를 실시한다. 즉, 산출된 차량 요구 전력 PVHCL에 대해, 차량 요구 전력 PVHCL을 FC 발전 전력 PFC로 치환하여, 그 값으로부터 설정된 레이트값(변동값) RD로 상승시킨다. 또한, 산출된 차량 요구 전력 PVHCL에 대해, 산출된 레이트값(변동값) RD가 차감되어도 된다. 이 구성에 의하면, 예를 들어 「가속 시에 토크 쇼크가 발생하는 조건」을 만족시키고 나서의 경과 시간의 증가에 의해 FC 발전 전력 PFC의 증가가 개시되고, 카운트값 CO가 작을 때에, 레이트값 RD를 크게 할 수 있다. 이에 의해, 차량 요구 전력 PVHCL에 대한 레이트 리미트의 실시에 의해, 차량 요구 전력 PVHCL이 필요 이상으로 감소하여 차량의 가속감이 악화되는 것을 억제할 수 있다.
제6 실시 형태의 PM-ECU(181E)는, 제5 실시 형태와 마찬가지로, 토크 쇼크 회피 제어 및 카운트 처리를 행한다. 한편, 제5 실시 형태의 카운트값 CO는, 경과 시간에 정비례하는 것으로서 설명하였지만, 제6 실시 형태의 카운트값 CO는, 차분 DIF에 따라, 증가량(카운트 업량 CU)이 변화되도록 구성되어 있다. 그 이외의 구성은 제5 실시 형태와 마찬가지이다.
도 12는, 제6 실시 형태의 차분 DIF와 카운트 업량 CU의 관계를 예시한 설명도이다. 본 실시 형태에서는, 차분 DIF가 커질수록, 카운트 업량 CU가 커지도록 구성되어 있다. PM-ECU(181E)는, 도 12에 대응한 맵을 구비하고 있고, 카운트 처리를 개시하면, 차분 DIF와, 도 12에 대응하는 맵으로부터 카운트 업량 CU를 산출한다. 그리고, 산출된 카운트 업량 CU로 카운트값 CO를 증가시킨다. 이 구성에 의하면, 예를 들어 차량 요구 전력 PVHCL의 상승이 빠를 때에, 카운트값 CO를 빠르게 증가시킬 수 있다. 이에 의해, 그 후, FC 발전 전력 PFC가 증가하고, 카운트값 CO가 감소한 때에, 레이트값 RD를 작게 할 수 있다.
제7 실시 형태의 PM-ECU(181F)는, 제4 실시 형태와 마찬가지로, 토크 쇼크 회피 제어를 행한다. 한편, 제4 실시 형태에서는, 차량 요구 전력 PVHCL을 보정하는 방법으로서, 차량 요구 전력 PVHCL에 대해 레이트 리미트를 실시하고 있었지만, 제7 실시 형태에서는, 이 이외의 방법에 의해도, 차량 요구 전력 PVHCL의 보정을 행하도록 구성되어 있다. 그 이외의 구성은 제4 실시 형태와 마찬가지이다.
도 13은, 제7 실시 형태의 연료 전지 차량(10F)의 상태를 예시한 타이밍 차트이다. 도 13에는, 토크 쇼크 회피 제어의 실행의 유무와, 차량 요구 전력 PVHCL과, FC 발전 전력 PFC의 시계열 변화가 예시되어 있다. 제7 실시 형태의 PM-ECU(181F)는, 토크 쇼크 회피 제어에 있어서, FC 발전 전력 PFC가 제2 역치 TH2PFC 이하인지의 여부에 의해, 차량 요구 전력 PVHCL을 보정하는 방법을 전환한다. 구체적으로는, 제7 실시 형태의 PM-ECU(181F)는, 토크 쇼크 회피 제어에 있어서, FC 발전 전력 PFC가 제2 역치 TH2PFC 이하인 경우, 제4 실시 형태와 달리, FC 발전 전력 PFC에 대해 레이트 처리를 행한 값을 보정 후의 차량 요구 전력 PVHCL로 한다. 즉, 레이트값 RD와, 차량 요구 전력 PVHCL로부터 보정 후의 차량 요구 전력 PVHCL을 산출하는 것은 아니고, FC 발전 전력 PFC로부터 보정 후의 차량 요구 전력 PVHCL을 산출한다. 한편, 제7 실시 형태의 PM-ECU(181F)는, 토크 쇼크 회피 제어에 있어서, FC 발전 전력 PFC가 제2 역치 TH2PFC보다 큰 경우, 제4 실시 형태와 마찬가지로, 차량 요구 전력 PVHCL에 대해 레이트 리미트를 실시하여 보정 후의 차량 요구 전력 PVHCL을 산출한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 제2 역치 TH2PFC는, 「가속 시에 토크 쇼크가 발생하는 조건」에 포함되는 역치 THPFC보다도 작다(THPFC＞TH2PFC). 이 구성에 의하면, FC 발전 전력 PFC의 값을 사용하여 값을 저감시킨 차량 요구 전력 PVHCL을 산출하기 때문에, 차량 요구 전력 PVHCL에 대해 레이트 리미트를 실시하여 보정 후의 차량 요구 전력 PVHCL을 산출하는 경우보다도 산출 시간을 짧게 할 수 있다. 이에 의해, 제어의 지연에 의한 토크 쇼크의 발생을 저감시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 상기한 실시 형태나 실시 형태로 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 형태에 있어서 실시하는 것이 가능하고, 예를 들어 다음과 같은 변형도 가능하다.
제1 실시 형태∼제7 실시 형태의 구성은 적절히 조합할 수 있다. 예를 들어, 제3 실시 형태의 구성과 제4 실시 형태의 구성을 조합해도 된다. 이 경우, PM-ECU는, 2차 전지(140)에 충전 여력이 있는 경우에는, ACP 구동 요구 전력 PRQ의 값을 보정하는 보정 처리를 실행하고, 가속 시에 토크 쇼크가 발생하는 조건을 만족시킨 때에, 토크 쇼크 회피 제어를 실행한다.
제1∼7 실시 형태의 연료 전지(110)는 에어 컴프레서(ACP)(138)에 의해 산소가 공급되어 있지만, 연료 전지(110)에 산소를 공급하는 수단은 에어 컴프레서 이외의 펌프이어도 된다. 또한, 제1∼7 실시 형태에서는, ACP 구동 요구 전력 PRQ는, ACP(138)를 액셀러레이터 요구 토크 TACC에 대응하는 구동 상태로 하기 위해 필요한 전력으로 하였다. 그러나, ACP 구동 요구 전력 PRQ에는, 밸브의 구동 전력 등 ACP(138)의 구동 전력 이외의 전력이 포함되어 있어도 된다.

Claims (6)

  1. 차량에 탑재되는 연료 전지 시스템에 있어서,
    상기 차량(10)을 구동하는 모터(136)에 전력을 공급하는 연료 전지(110)와,
    산소를 상기 연료 전지에 공급하는 펌프와,
    상기 차량(10)의 액셀러레이터 답입량을 검출하는 액셀러레이터 위치 검출부(190)와,
    상기 액셀러레이터 답입량에 기초하여, 상기 연료 전지(110)의 발전 요구 전력 및 상기 펌프의 구동 요구 전력을 산출함과 함께, 상기 구동 요구 전력에 기초하여 상기 펌프를 제어하는 제어부(180)를 포함하고,
    상기 제어부(180)는 산출되는 상기 발전 요구 전력이 증가할 때에, 상기 발전 요구 전력의 증가 속도보다도 상기 구동 요구 전력의 증가 속도가 빨라지도록 상기 구동 요구 전력을 산출하는 것을 특징으로 하는, 연료 전지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부(180)는 상기 차량(10)의 차중 및 상기 차량(10)의 구름 저항에 의해 발생하는, 상기 액셀러레이터 답입량에 대한 상기 모터(136)의 회전수의 지연을 보충하기 위한 전력이며, 상기 차중 및 상기 구름 저항에 각각 상당하는 값으로서 미리 설정된 값을 사용하여 산출되는 전력을, 상기 액셀러레이터 답입량에 기초하여 산출된 상기 구동 요구 전력에 더함으로써, 상기 구동 요구 전력의 값을 보정하는, 연료 전지 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 모터(136)에 전력을 공급하는 2차 전지(140)를 더 포함하고,
    상기 제어부(180)는 상기 2차 전지(140)에 충전하기 위한 전력이며, 상기 2차 전지(140)의 온도 및 축전량에 따라 설정되는 충전 전력의 상한값을 사용하여 산출되는 전력을, 상기 액셀러레이터 답입량에 기초하여 산출된 상기 구동 요구 전력에 더함으로써, 상기 구동 요구 전력의 값을 보정하는, 연료 전지 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부(180)는 상기 발전 요구 전력과 상기 연료 전지의 실제의 발전 전력의 차분이 제1 역치 이상이고, 또한 상기 발전 전력이 제2 역치 이하인 경우에, 상기 액셀러레이터 답입량에 기초하여 산출된 상기 발전 요구 전력에 대해, 상기 차분이 감소하도록 상기 발전 요구 전력의 값을 보정하는, 연료 전지 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 연료 전지 시스템(100)과,
    상기 연료 전지 시스템(100)으로부터 공급되는 전력에 의해 상기 차량(10)을 구동시키는 모터(136)를 포함하는, 차량.
  6. 차량에 탑재되는 연료 전지 시스템의 제어 방법에 있어서,
    상기 연료 전지 시스템은 상기 차량을 구동하는 모터에 전력을 공급하는 연료 전지와, 산소를 상기 연료 전지에 공급하는 펌프를 포함하고,
    상기 차량(10)의 액셀러레이터 답입량을 검출하고,
    상기 액셀러레이터 답입량에 기초하여, 상기 연료 전지(110)의 발전 요구 전력 및 상기 펌프의 구동 요구 전력을 산출함과 함께, 상기 구동 요구 전력에 기초하여 상기 펌프를 제어하고;
    산출되는 상기 발전 요구 전력이 증가할 때에, 상기 발전 요구 전력의 증가 속도보다도 상기 구동 요구 전력의 증가 속도가 빨라지도록 상기 구동 요구 전력을 산출하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 제어 방법.
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