WO2001089015A1

WO2001089015A1 - Alimentation en electricite utilisant une pile a combustible et accumulateur chargeable/dechargeable

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Publication number: WO2001089015A1
Application number: PCT/JP2001/003374
Authority: WO
Inventors: Kinya Yoshii
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2000-05-15
Filing date: 2001-04-19
Publication date: 2001-11-22
Also published as: DE60124090D1; US20030106726A1; EP1286405A4; EP1286405A1; US7301302B2; US7583052B2; CA2408785A1; EP1286405B1; KR20030017513A; CA2408785C; KR100497834B1; CN1237640C; JP2001325976A; DE60124090T2; JP5140894B2; DE60124090T8; US20070231630A1; CN1439178A

Description

明細書

燃料電池と充放電可能な蓄電部とを利用した電力の供給技術分野

本発明は、燃料電池と充放電可能な蓄電部とを利用した電力の供給に関する。背景技術

近年、地球環境を考慮して、燃料電池を電源とするモータを駆動力源として搭載した電気自動車およびハイブリツド自動車が提案されている。燃料電池とは、水素と酸化との電気化学反応により発電を行う装置である。燃料電池から排出されるのは、主として水蒸気であるため、燃料電池を用いたハイブリッド自動車あるいは電気自動車は、環境性に優れている。

しかし、燃料電池は、一般に要求電力に対する出力応答性が低いという特性がある。つまり、アクセルが急激に操作された場合に、それに応じた電力を速やかに供給することができない場合がある。これは、燃料ガスの供給の応答性が低いことに起因している。

要求電力に関わらず燃料電池に大量の燃料ガスを常に供給し続けることにより、出力応答性の向上は可能ではあるが、燃料ガスを供給するためにポンプ等の駆動にエネルギが浪費され、エネルギ効率が損なわれる。

従来、燃料電池とバッテリとを併用し、バッテリの電力によって燃料電池の応答遅れを補償する方法も提案されていた。例えば、燃料電池とバッテリとを電源とし、燃料電池が追従できる程度に要求電力の変動が小さい場合には、燃料電池が単独で電力を出力し、要求電力の変動が大きい場合には、燃料電池とバッテリとの双方が電力を出力する。バッテリは、燃料電池によって適宜充電される。燃料電池は、昨今開発が行われている装置である。従って、その制御によつて、応答性を向上する可能性について十分検討されていなかった。また、燃料電池とバッテリなど充放電可能な電源とを併用する場合に、両者の有する特性の長所を最適に組み合わせた電力の供給方法は、十分に検討されていなかった。発明の開示

本発明は、燃料電池について、要求電力に対する出力応答性を確保し、電源としてより有効に活用する技術を提供することを目的とする。

上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明は次の構成を採った。本発明の第 1の電力供給装置は、

燃料電池と充放電可能な蓄電部とを電源として電力の供給を行う電力供給装置であって、

前記電力供給部への要求電力を随時入力する要求電力入力部と、

前記要求電力と前記燃料電池が出力すべき目標出力値との関係であって、該要求電力の変化量に対する該目標出力値の変化量の傾きが前記燃料電池の出力応答性に基づいて定まる所定値を超えない範囲で定められた関係を記憶する記憶部と、

前記記憶部を参照して前記要求電力に応じて前記目標出力値を設定する目標出力値設定部と、

前記目標出力値に応じて前記燃料電池の運転を制御する燃料電池制御部と、前記要求電力と前記目標出力値とに基づいて前記蓄電部の充放電を行う充放電部と、

を備えることを要旨とする。

本発明では、燃料電池の出力応答性に基づいて定まる所定値を超えない範囲、換言すれば、要求電力の変化に対して燃料電池の出力が追従できる範囲で燃料電池の目標出力値を設定する。従って、燃料電池は、目標出力値に追従して安定的に電力を出力することができる。この結果、燃料電池の出力をスムーズに制御することができ、蓄電部の過度の充放電を抑制することができる。

燃料電池が追従可能な範囲を超えて、その目標出力値を設定すれば、燃料電池の運転は成り行きに任せられた状態となり、実質的に制御することができない。本発明では、目標出力値の設定範囲を制限することにより、燃料電池の制御を維持することができる。従って、燃料電池の能力を十分に活用することができる。この結果、蓄電部の過度の充放電を抑制しつつ、高い応答性で電力を出力することができる。

要求電力は、種々のパラメータによって入力可能である。例えば、本発明を車両に適用した場合には、例えばアクセル開度をパラメ一タとすることができる。

本発明の電力供給装置において、

充放電部は、前記要求電力と前記燃料電池が供給する電力との差を補償する制御を行うことが好ましい。

蓄電部としては、例えば、 2次電池やキャパシ夕を適用できる。補償とは、少なくとも燃料電池の出力が要求電力に満たないときに、蓄電部の放電により不足分を補うことを意味する。併せて、燃料電池の出力が要求電力を上回るときに、余剰の電力を充電することがより好ましい。上記の電力供給装置において、

前記関係は、前記要求電力が低い第 1の所定の領域において、前記目標出力値が該要求電力よりも大きくなるよう設定することができる。前記要求電力が高い第 2の所定の領域において、前記目標出力値が該要求電力よりも小さくなるよう設定することもできる。

これらの設定により、燃料電池の平均的な運転効率を向上することができる。燃料電池は、要求電力に応じて発電効率が変動する。要求電力が比較的低い場合に運転効率が高く、比較的高い場合に運転効率が低いことが多い。上記関係に基づいて目標出力値を設定することにより、要求電力が低い場合には、燃料電池から余剰の電力を出力して蓄電部を充電することができる。要求電力が高い場合には、燃料電池からの電力を抑制し、不足した電力を蓄電部からの出力で補うことができる。こうすることによって、燃料電池を高効率範囲で運転することができ、電力供給装置のエネルギ効率を向上することができる。

第 1および第 2の領域は、燃料電池の発電効率、蓄電部の充電効率、運転期間中を通じた要求電力の標準的な平均値などを考慮して適宜設定可能である。第 1の領域が過剰に広ければ、蓄電部の満充電を招く。第 2の領域が過剰に広ければ、蓄電部の電力不足を招く。いずれの場合も、電力供給装置全体としてのエネルギ効率は低減する。第 1および第 2の領域設定時に、標準的な平均値を考慮することにより、蓄電部の充放電量を相殺することができ、エネルギ効率を向上させることができる。また、本発明の電力供給装置において、更に、

前記蓄電部の残容量を検出する検出部を備え、

前記関係は、該残容量ごとに設定されており、

前記目標出力値設定部は、前記残容量も考慮して、前記目標出力値を設定することが望ましい。

例えば、

前記関係は、前記残容量が少ないほど前記目標出力値が大きく定められた関係とすることが好ましい。こうすることにより、蓄電部の残容量低減時に、燃料電池で充電することができる。蓄電部の充電量を所定の範囲に容易に維持できるため、蓄電部の小型化および電力供給装置の小型化を図ることができる。本発明の第 2の電力供給装置は、

所定の目標出力値に応じて前記燃料電池の運転を制御する燃料電池制御部と、要求電力と前記燃料電池が出力可能な電力との差を補償するように前記蓄電部の充放電を行う充放電部と、

前記要求電力の変化率を検出する変化率検出部と、

前記変化率の絶対値が所定の値を超えたときに、前記目標出力値を前記要求電力に応じて変更する目標出力値設定部と、

を備えることを要旨とする。

第 2の電力供給装置は、目標出力値の設定タイミングを制限する態様に相当する。目標出力値の頻繁な変動を回避することにより、燃料電池の安定的な運転を実現することができる。

つまり、本発明では、要求電力の変化率が所定の値を超えたタイミングで、新たな目標出力値を設定する。変化率が小さい場合には、目標出力値は維持される。こうすることで、要求電力の小さな変動に対する燃料電池の目標出力値設定の感度を鈍らせる。この結果、燃料電池を安定に制御することができる。要求電力の小さな変動によって生じる燃料電池からの出力の過不足は、蓄電部で補償することができる。従って、第 1の電力供給装置と同様、要求電力に対する出力応答性を確保しつつ、燃料電池の有効活用を図ることができる。

第 2の電力供給装置は、装置全体のエネルギ効率を向上できる利点もある。仮に、燃料電池の出力を一定値とし、要求電力に対する過不足を蓄電部で補償する制御を考える。この場合、燃料電池の出力と要求電力との差が大きい程、蓄電部で補償する電力が大きくなる。かかる状態での電力供給は、蓄電部の充放電のアンバランスを招きやすい。また、充放電は、エネルギ損失を伴うから、エネルギ効率の低下も招く。第 2の電力供給装置では、所定のタイミングで燃料電池の目標出力値を更新するため、燃料電池の出力を要求電力近傍に維持することができ、蓄電部で補償する電力を抑制できる。この結果、上記弊害を回避でき、エネルギ効率の向上を図ることができる。

第 2の電力供給装置においても、残容量の変化に応じて前記目標出力値を補正することが好ましい。こうすれば、蓄電部の残容量を比較的容易に所定範囲に維持することができる。本発明の第 3の電力供給装置は、

要求電力を随時入力する要求電力入力部と、

所定時間後における将来要求電力を予測する要求電力予測部と、

前記将来要求電力、現在の要求電力および前記燃料電池の出力応答性とに基づいて、現時点で前記燃料電池が出力すべき目標出力値を設定する目標出力値設定部と、

前記目標出力値に応じて前記燃料電池の運転を制御する燃料電池制御部と、前記現在の要求電力と前記燃料電池が出力可能な電力との差を補償するように前記蓄電部の充放電を行う充放電部とを備えることを要旨とする。

第 3の電力供給装置は、将来の予測に基づいて予め燃料電池の目標出力値を変化させておくことにより、応答性を向上することができる。しかも、蓄電部の充放電量を抑制することができる。

目標出力値の設定は、例えば、将来要求電力の増加に伴って予め目標出力値を増加させる態様、将来要求電力の減少に伴って予め前記目標出力値を減少させる態様を採ることができる。

第 3の電力供給装置においても、残容量の変化に応じて前記目標出力値を補正することが好ましい。

電力の予測は、

例えば、電力供給装置からの電力供給を受ける負荷の将来的な運転状態を規定する負荷情報を予め記憶した負荷情報記憶部を備え、

この負荷情報に基づいて行うことができる。

負荷情報とは、例えば、将来の運転計画に相当する情報である。本発明の電力供給装置を車両に搭載した場合には、ナビゲーシヨンシステムから与えられる経路情報をこの負荷情報として利用することができる。

経路情報には、車両が走行する通路の勾配などの情報が含まれる。かかる経路情報の利用により、例えば、本発明を自動車に適用した場合に、進行先に登り坂がある場合や、高速道路に進入する場合には、予め燃料電池の目標出力値を上げて、出力を上げておくことができる。

電力の予測は、この他、過去の履歴など種々の情報を用いて行うことができる。本発明は、上記の電力供給装置の構成の他、電力供給装置の制御方法として構成してもよい。電力供給装置、およびこれを電源とするモータとの組み合わせで動力出力装置として構成してもよい。更に、このモ一夕を駆動力源とする電気自動車またはハイプリッド車両として構成することも可能である。図面の簡単な説明

図 1は、第 1実施例のハイブリツド車両の概略構成図である。

図 2は、燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。

図 3は、制御ュニット 7 0に対する入出力信号の結線を示す説明図である。図 4は、車両の走行状態と動力源との関係を示す説明図である。

図 5は、領域 M Gにおける動力出力処理ルーチンのフローチャートである。図 6は、残容量 S O C、アクセル開度および目標出力値との関係を示す説明図である。

図 7は、燃料電池 6 0の目標出力値、実際の出力、バッテリ 5 0からの出力の変化を示すタイムチャートである。

図 8は、燃料電池 6 0の目標出力値、実際の出力、バッテリ 5 0からの出力の変化を示す比較例としてのタイムチヤ一トである。

図 9は、第 2実施例における目標出力値の設定処理のフローチヤ一トである。図 1 0は、燃料電池 6 0の目標出力値、実際の出力、ノッテリ 5 0からの出力の変化を示すタイムチャートである。

図 1 1は、第 3実施例のハイブリッド車両の概略構成図である。

図 1 2は、第 3実施例の動力出力処理ルーチンのフローチャートである。図 1 3は、目標出力値補正処理のフローチャートである。

図 1 4は、燃料電池 6 0の目標出力値、実際の出力、バッテリ 5 0からの出力の変化を示すタイムチャートである。

図 1 5は、電気車両の概略構成図である。発明を実施するための最良の形態

本発明の実施の形態を、ハイプリッド車両への適用例に基づいて説明する。 ( 1 ) 装置の構成：図 1は、第 1実施例のハイブリッド車両の概略構成図である。本実施例のハイブリッド車両の動力源は、エンジン 1 0とモータ 2 0である。図示する通り、本実施例のハイブリッド車両の動力系統は、上流側からエンジン 1 0、入カクラッチ 1 8、モ一夕 2 0、トルクコンバータ 3 0、および変速機 1 0 0を直列に結合した構成を有している。即ち、エンジン 1 0のクランクシャフト 1 2は、入力クラッチ 1 8を介してモータ 2 0に結合されている。入力クラッチ 1 8をオン ·オフすることにより、エンジン 1 0からの動力の伝達を断続することができる。モータ 2 0の回転軸 1 3は、また、トルクコンバータ 3 0にも結合されている。トルクコンバータ 3 0の出力軸 1 4は変速機 1 0 0に結合されている。変速機 1 0 0の出力軸 1 5はディファレンシャルギヤ 1 6を介して車軸 1 7に結合されている。以下、それぞれの構成要素について順に説明する。

エンジン 1 0は通常のガソリンエンジンである。但し、エンジン 1 0は、ガソリンと空気の混合気をシリンダに吸い込むための吸気バルブ、および燃焼後の排気をシリンダから排出するための排気バルブの開閉タイミングを、ピストンの上下運動に対して相対的に調整可能な機構を有している（以下、この機構を V V T機構と呼ぶ）。 V V T機構の構成については、周知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。エンジン 1 0は、ピストンの上下運動に対して各バルブが遅れて閉じるように開閉タイミングを調整することにより、いわゆるポンピンダロスを低減することができる。この結果、エンジン 1 0をモータリングする際にモータ 2 0から出力すべきトルクを低減させることもできる。ガソリンを燃焼して動力を出力する際には、 V V T機構は、エンジン 1 0の回転数に応じて最も燃焼効率の良いタイミングで各バルブが開閉するように制御される。

モータ 2 0は、三相の同期モ一夕であり、外周面に複数個の永久磁石を有するロータ 2 2と、回転磁界を形成するための三相コイルが巻回されたステ一夕 2 4とを備える。モータ 2 0はロータ 2 2に備えられた永久磁石による磁界とステ一夕 2 4の三相コイルによって形成される磁界との相互作用により回転駆動する。また、ロー夕 2 2が外力によって回転させられる場合には、これらの磁界の相互作用により三相コイルの両端に起電力を生じさせる。なお、モー夕 2 0には、口一夕 2 2とステ一夕 2 4との間の磁束密度が円周方向に正弦分布する正弦波着磁モータを適用することも可能であるが、本実施例では、比較的大きなトルクを出力可能な非正弦波着磁モータを適用した。

モー夕 2 0の電源としては、バッテリ 5 0と燃料電池システム 6 0とが備えられている。但し、主電源は燃料電池システム 6 0である。バッテリ 5 0は燃料電池システム 6 0が故障した場合や、十分な電力を出力することができない過渡的な運転状態にある場合などに、これを補完するようモータ 2 0に電力を供給する電源として使用される。バッテリ 5 0の電力は、主としてハイブリツド車両の制御を行う制御ュニット 7 0や、照明装置などの電力機器に主として供給される。

モ一夕 2 0と各電源との間には、接続状態を切り替えるための切替スィッチ 8 4が設けられている。切替スィッチ 8 4は、バッテリ 5 0 , 燃料電池システム 6 0 , モータ 2 0の 3者間の接続状態を任意に切り替えることができる。ステ一タ 2 4は、切替スィツチ 8 4および駆動回路 5 1を介してバッテリ 5 0に電気的に接続される。また、切替スィッチ 8 4および駆動回路 5 2を介して燃料電池システム 6 0に接続される。駆動回路 5 1， 5 2は、それぞれトランジスタインバー夕で構成されており、モータ 2 0の三相それぞれに対して、ソース側とシンク側の 2つを一組としてトランジスタが複数備えられている。これらの駆動回路 5 1， 5 2は、制御ュニット 7 0と電気的に接続されている。制御ュニット 7 0が駆動回路 5 1， 5 2の各トランジスタのオン ·オフの時間を P WM制御するとバッテリ 5 0および燃料電池システム 6 0を電源とする擬似三相交流がステ一夕 2 4の三相コイルに流れ、回転磁界が形成される。モー夕 2 0は、かかる回転磁界の作用によって、先に説明した通りモータまたは発電機として機能する。なお、燃料電池システム 6 0と、バッテリ 5 0と、駆動回路 5 1 , 5 2と、制御ユニット 7 0と、切換スィッチ 8 4とは、電力供給装置として機能する。また、これらと、モー夕 2 0や、エンジン 1 0等を含めて、動力出力装置として機能する。

図 2は、燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。燃料電池システム 6 0は、メタノールを貯蔵するメタノールタンク 6 1、水を貯蔵する水タンク 6 2、燃焼ガスを発生するパーナ 6 3、空気の圧縮を行なう圧縮機 6 4、バーナ 6 3と圧縮機 6 4とを併設した蒸発器 6 5、改質反応により燃料ガスを生成する改質器 6 6、燃料ガス中の一酸化炭素（C O ) 濃度を低減する C O低減部 6 7、電気化学反応により起電力を得る燃料電池 6 O Aを主な構成要素とする。これらの各部の動作は、制御ユニット 7 0により制御される。

燃料電池 6 O Aは、固体高分子電解質型の燃料電池であり、電解質膜、カソード、アノード、およびセパレ一夕とから構成されるセルを複数積層して構成されている。電解質膜は、例えばフッ素系樹脂などの固体高分子材料で形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜である。力ソードおよびアノードは、共に炭素繊維を織成したカーボンクロスにより形成されている。セパレー夕は、力 —ボンを圧縮してガス不透過とした緻密質力一ボンなどガス不透過の導電性部材により形成されている。力ソードおよびアノードとの間に燃料ガスおよび酸化ガスの流路を形成する。

燃料電池システム 6 0の各構成要素は次の通り接続されている。メタノールタンク 6 1は配管で蒸発器 6 5に接続されている。配管の途中に設けられたポンプ P 2は、流量を調整しつつ、原燃料であるメタノールを蒸発器 6 5に供給する。水タンク 6 2も同様に配管で蒸発器 6 5に接続されている。配管の途中に設けられたポンプ P 3は、流量を調整しつつ、水を蒸発器 6 5に供給する。メタノールの配管と、水の配管とは、それぞれポンプ P 2 , P 3の下流側で一つの配管に合流し、蒸発器 6 5に接続される。

蒸発器 6 5は、供給されたメタノールと水とを気化させる。蒸発器 6 5には、パーナ 6 3と圧縮機 6 4とが併設されている。蒸発器 6 5は、パーナ 6 3から供給される燃焼ガスによってメタノールと水とを沸騰、気化させる。バ一ナ 6 3の燃料は、メタノールである。メタノールタンク 6 1は、蒸発器 6 5に加えてバ一ナ 6 3にも配管で接続されている。メタノールは、この配管の途中に設けられたポンプ P 1により、パーナ 6 3に供給される。パーナ 6 3には、また、燃料電池 6 O Aでの電気化学反応で消費されずに残った燃料排ガスも供給される。パーナ 6 3は、メタノールと燃料排ガスのうち、後者を主として燃焼させる。パーナ 6 3の燃焼温度はセンサ T 1の出力に基づいて制御されており、約 8 0 0 °Cから 1 0 0 0 °Cに保たれる。パーナ 6 3の燃焼ガスは、蒸発器 6 5に移送される際にタービンを回転させ、圧縮機 6 4を駆動する。圧縮機 6 4は、燃料電池システム 6 0の外部から空気を取り込んでこれを圧縮し、この圧縮空気を燃料電池 6 O Aの陽極側に供給する。

蒸発器 6 5と改質器 6 6とは、配管で接続されている。蒸発器 6 5で得られた原燃料ガス、即ちメタノールと水蒸気の混合ガスは、改質器 6 6に搬送される。改質器 6 6は、供給されたメタノールと水とからなる原燃料ガスを改質して水素リッチな燃料ガスを生成する。なお、蒸発器 6 5から改質器 6 6への搬送配管の途中には、温度センサ T 2が設けられており、この温度が通常約 2 5 0 °Cの所定値になるようにパーナ 6 3に供給するメタノール量が制御される。なお、改質器 6 6における改質反応では酸素が関与する。この改質反応に必要な酸素を供給するために、改質器 6 6には外部から空気を供給するためのプロヮ 6 8が併設されている。改質器 6 6と C O低減部 6 7とは、配管で接続されている。改質器 6 6で得られた水素リッチな燃料ガスは、 C O低減部 6 7に供給される。改質器 6 6での反応課程において、通常は燃料ガスに一酸化炭素（C O)がー定量含まれる。 C O低減部 6 7は、この燃料ガス中の一酸化炭素濃度を低減させる。固体高分子型の燃料電池では、燃料ガス中に含まれる一酸化炭素が、アノードにおける反応を阻害して燃料電池の性能を低下させてしまうからである。 C〇低減部 6 7は、燃料ガス中の一酸化炭素を二酸化炭素へと酸化することにより、一酸化炭素濃度を低減させる。

C O低減部 6 7と燃料電池 6 O Aのアノードとは、配管で接続されている。一酸化炭素濃度が下げられた燃料ガスは、燃料電池 6 O Aの陰極側における電池反応に供される。また、先に説明した通り、燃料電池 6 O Aの力ソード側には圧縮された空気を送り込むための配管が接続されている。この空気は、酸化ガスとして燃料電池 6 O Aの陽極側における電池反応に供される。

以上の構成を有する燃料電池システム 6 0は、メタノールと水を用いた化学反応によって電力を供給することができる。本実施例では、メタノールおよび水を用いる燃料電池システム 6 0を搭載しているが、燃料電池システム 6 0は、これに限定されず、ガソリン，天然ガス改質や、純水素を用いるもの等、種々の構成を適用することができる。なお、以下の説明では燃料電池システム 6 0 をまとめて燃料電池 6 0と称するものとする。

トルクコンバータ 3 0 (図 1 ) は、流体を利用した周知の動力伝達機構である。トルクコンパ一夕 3 0の入力軸、即ちモータ 2 0の出力軸 1 3と、トルクコンバータ 3 0の出力軸 1 4とは機械的に結合されてはおらず、互いに滑りをもった状態で回転可能である。また、トルクコンバータ 3 0には、両回転軸の滑りが生じないように、所定の条件下で両者を結合するロックアップクラッチも設けられている。ロックアップクラッチのオン ·オフは制御ユニット 7 0により制御される。

変速機 1 0 0は、内部に複数のギヤ、クラッチ、ワンウェイクラッチ、ブレ一キ等を備え、変速比を切り替えることによってトルクコンバータ 3 0の出力軸 1 4のトルクおよび回転数を変換して出力軸 1 5に伝達可能な機構である。本実施例では前進 5段、後進 1段の変速段を実現可能な変速機を適用した。変速機 1 0 0の変速段は、制御ュニット 7 0が車速等に応じて設定する。運転者は、車内に備えられたシフトレバーを手動で操作し、シフトポジションを選択することによって、使用される変速段の範囲を変更することが可能である。本実施例のハイブリッド車両では、エンジン 1 0、モ一夕 2 0、トルクコンバー夕 3 0、変速機 1 0 0、補機駆動用モータ 8 0等の運転を制御ユニット 7 0が制御している（図 1参照）。制御ユニット 7 0は、内部に C P U、 R AM, R O M等を備えるワンチップ ·マイクロコンピュー夕であり、 R O Mに記録されたプログラムに従い、 C P Uが後述する種々の制御処理を行う。制御ュニット 7 0には、かかる制御を実現するために種々の入出力信号が接続されている。図 3は、制御ユニット 7 0に対する入出力信号の結線を示す説明図である。図中の左側に制御ュニット 7 0に入力される信号を示し、右側に制御ュニッ卜 7 0から出力される信号を示す。

制御ュニッ卜 7 0に入力される信号は、種々のスィッチおよびセンサからの信号である。かかる信号には、例えば、燃料電池温度、燃料電池燃料残量、バッテリ残容量 S O C、バッテリ温度、エンジン 1 0の水温、ィグニッシヨンスイッチ、エンジン 1 0の回転数、 A B Sコンピュータ、デフ才ッガ、エアコンのオン■オフ、車速、トルクコンバータ 3 0の油温、シフトポジション、サイドブレーキのオン ·オフ、フットブレーキの踏み込み量、エンジン 1 0の排気を浄化する触媒の温度、アクセルペダル 5 5の操作量に応じたアクセル開度、カム角センサ、駆動力源ブレーキカスイッチ、レゾルバ信号などがある。制御ユニット 7 0には、その他にも多くの信号が入力されているが、ここでは図示を省略した。

制御ユニット 7 0から出力される信号は、エンジン 1 0，モータ 2 0 , トルクコバ一夕 3 0 , 変速機 1 0 0等を制御するための信号である。かかる信号には、例えば、電子スロットル弁を制御するための信号、エンジン 1 0の点火時期を制御する点火信号、燃料噴射を制御する燃料噴射信号、モータ 2 0の運転を制御するモータ制御信号、減速装置の制御信号、 A B Sァクチユエ一夕の制御信号、モ一夕 2 0の電源切換スィツチ 8 4の制御信号、バッテリ 5 0の制御信号、燃料電池システム 6 0の制御信号などがある。制御ュニット 7 0からは、その他にも多くの信号が出力されているが、ここでは図示を省略した。

( 2 ) 一般的動作：

次に、本実施例のハイブリッド車両の一般的動作について説明する。先に図 1で説明した通り、本実施例のハイブリッド車両は動力源としてエンジン 1 0 とモータ 2 0とを備える。制御ユニット 7 0は、車両の走行状態、即ち車速およびトルクに応じて両者を使い分けて走行する。両者の使い分けは予めマップとして設定され、制御ュニット 7 0内の R OMに記憶されている。

図 4は、車両の走行状態と動力源との関係を示す説明図である。図中の領域 M Gはモー夕 2 0を動力源として走行する領域である。領域 M Gの外側の領域は、エンジン 1 0を動力源として走行する領域（領域 E G) である。以下、前者を E V走行と呼び、後者をエンジン走行と呼ぶものとする。図 1の構成によれば、エンジン 1 0とモータ 2 0の双方を動力源として走行することも可能ではあるが、本実施例では、かかる走行領域は設けていない。

図示する通り、本実施例のハイブリッド車両は、イダニッシヨンスィッチ 8 8がオンの状態で走行を開始すると、まず E V走行で発進する。かかる領域では、入力クラッチ 1 8をオフにして走行する。 E V走行により発進した車両が図 4のマップにおける領域 M Gと領域 E Gの境界近傍の走行状態に達した時点で、制御ユニット 7 0は、入力クラッチ 1 8をオンにするとともに、エンジン 1 0を始動する。入力クラッチ 1 8をオンにすると、エンジン 1 0はモータ 2 0により回転させられる。制御ユニット 7 0は、エンジン 1 0の回転数が所定値まで増加したタイミングで燃料を噴射し点火する。こうしてエンジン 1 0が始動して以後、領域 E G内ではエンジン 1 0のみを動力源として走行する。かかる領域での走行が開始されると、制御ュニット 7 0は駆動回路 5 1， 5 2のトランジスタを全てシャットダウンする。この結果、モー夕 2 0は単に空回りした状態となる。

制御ュニッ卜 7 0は、このように車両の走行状態に応じて動力源を切り替える制御を行うとともに、変速機 1 0 0の変速段を切り替える処理も行う。変速段の切リ替えは動力源の切リ替えと同様、車両の走行状態に予め設定されたマップに基づいてなされる。マップは、シフトポジションによっても相違する。図 5には Dポジション、 4ポジション、 3ポジションに相当するマップを示した。このマップに示す通り、制御ユニット 7 0は、車速が増すにつれて変速比が小さくなるように変速段の切リ替えを実行する。

( 3 ) 動力出力処理：

領域 M Gにおける動力出力処理について説明する。図 5は、第 1実施例における領域 M Gにおける動力出力処理ルーチンのフローチャートである。車両が作動状態にある場合、換言すれば、イダニッシヨンスィッチ 8 8がオンの状態にある場合に実行される処理である。イダニッシヨンスィツチ 8 8がオフである場合には、車両全体の作動が停止しているため、この処理は実行されない。この処理が開始されると、 C P Uは、種々のセンサおよびスィッチの信号を入力する（ステップ S 1 0 0 )。次に、 C P Uは燃料電池（F C： F u e 1 C e 1 1 ) 6 0が発電可能な状態であるか否かを判定する（ステップ S 1 1 0 )。制御ュニット 7 0に入力された燃料電池温度や燃料電池燃料残量等から判断して、燃料電池 6 0が発電可能な状態であれば、燃料電池 6 0が出力すべき目標出力値の設定処理を行う（ステップ S 1 2 0 )。この処理では、ステップ S 1 0 0で入力された信号のうち、バッテリ 5 0の残容量 S O Cと、アクセル開度とが用いられる。そして、後述する R OMに記憶されたテーブルを参照して、これらに応じて燃料電池 6 0の目標出力値が設定される。ここでアクセル開度は、燃料電池 6 0およびバッテリ 5 0を含む電力供給装置への要求電力に関与したパラメ一夕であり、アクセルペダル 5 5の操作量によって決まる。

図 6は、第 1実施例におけるバッテリ 5 0の残容量 S O Cと、アクセル開度と、燃料電池 6 0の目標出力値との関係を示す説明図である。また、アクセル開度に応じた電力供給装置への要求電力を細線 Lで示した。本実施例では、ァクセル開度とバッテリ 5 0の残容量 S O Cに応じて燃料電池 6 0の目標出力値が設定される。実線で示した線 L 1と、破線で示した線 L 2と、一点鎖線で示した線 L 3 'は、それぞれバッテリ 5 0の残容量 S〇 Cが異なつており、この順序で低くなる。これらの関係は、テーブルとして制御ユニット 7 0内の； O M に記憶されている。なお、本実施例では、ノツテリ 5 0の残容量 S O Cに応じてアクセル開度に対する燃料電池 6 0の目標出力値を 3段階に設定しているが、より多段階または連続的に変化するように設定するようにしてもよい。

本実施例では、図 6に示したように、アクセル開度の変化量に対する目標出力値の変化量の傾きが所定の最大傾きを超えないように設定した。この最大値は、アクセル開度が急変しても、燃料電池 6 0の出力が目標出力値に追従することができる値である。

アクセル開度が比較的小さい領域（図中の領域 X) においては、要求電力よりも目標出力値を高く設定し、アクセル開度が比較的大きい領域（図中の領域 Y) においては、要求電力よりも目標出力値を低く設定した。つまり、燃料電池 6 0の出力が図示した領域 Aに収まるようにした。本実施例の燃料電池 6 0 は、図示した領域 Aにおいて発電効率が高い。従って、このように目標出力値を設定するによって、燃料電池 6 0を効率的に活用することができる。

例えば、バッテリ 5 0の残容量 S O Cが通常の状態であるときに（線 L l )、アクセル開度として比較的小さい値 Pが入力されると、要求電力 D iよりも高い目標値 D p 1が設定される。こうすることによって、要求電力よりも大きな電力が燃料電池 6 0から出力される。燃料電池 6 0から出力された電力のうちの余剰の電力は、バッテリ 5 0に充電される。

また、バッテリ 5 0の残容量 S O Cが少ない状態のときに（線 L 2 )、ァクセル開度として値 Pが入力されると、バッテリ 5 0の残容量 S O Cが通常の状態であるときの目標出力値 D p 1よりも高い目標出力値 D p 2が設定される。こうすることによって、通常よりも大きな電力が燃料電池 6 0から出力される。燃料電池 6 0から出力された電力のうちの余剰の電力は、残容量 S O Cが減少しているバッテリ 5 0に充電される。

本実施例では、バッテリ 5 0の残容量 S〇Cが少ないほど燃料電池 6 0の目標出力値を高く設定している。こうすることによって、バッテリ 5 0の残容量 S O Cが少ないときに、より急速に充電して早期にバッテリ 5 0の残容量 S O Cを回復することができる。

燃料電池 6 0の目標出力値が設定されると、燃料電池 6 0は、それに応じて電力を出力する（図 5のステップ S 1 3 0 )。そして、バッテリ 5 0は、燃料電池 6 0の出力とアクセル開度に応じた要求電力との差を補償するように充放電する（ステップ S 1 4 0 )。これらの制御は、制御ユニット 7 0から出力される電源切替スィッチ 8 4の制御信号に従って行われる。即ち、バッテリ 5 0の充放電が必要な場合には、バッテリ 5 0とモータ 2 0と燃料電池 6 0との接続を切替スィッチ 8 4によって切替え、電圧差に応じた充放電が行われる。

以上では、燃料電池 6 0が発電可能な状態であるときの電力の出力について説明した。図 5のステップ S 1 1 0において燃料電池 6 0が発電不能の状態であれば、バッテリ 5 0の残容量 S O Cがその制御下限 L o S %以上あるか否かを判定する（ステップ S 1 5 0 )。バッテリ 5 0の残容量 S O Cが L o S %未満であれば、エンジン 1 0を始動して、動力を出力する（ステップ S 1 6 0 )。また、バッテリ 5 0の残容量 S O Cが L o S %以上であれば、バッテリ 5 0を主電源として出力する（ステップ S 1 7 0 )。

これらの処理は、一定の間隔で随時アクセル開度およびバッテリ 5 0の残容量 S O Cをサンプリングして行われる。

次に、第 1実施例の制御の具体例を示す。図 7は、第 1実施例におけるァクセル開度に対する燃料電池 6 0の目標出力値と、実際の燃料電池 6 0からの出力と、バッテリ 5 0からの出力とを示す一例としてのタイムチャートである。時刻 0〜 t 2においてアクセル開度は 0とする。この期間、燃料電池 6 0の目標出力値、燃料電池 6 0の出力、バッテリ 5 0の出力も 0である。なお、時刻 t 1においてイダニッシヨンスィッチ 8 8がオンにされると、実際には燃料電池 6 0の暖機運転が必要ではあるが、燃料電池 6 0およびバッテリ 5 0は出力可能な状態になるものとする。

時刻 t 2においてアクセル開度が急激に増加したとする。すると、燃料電池 6 0の目標出力値もテーブル（図 6参照）に従って急激に増加する。なお、図 6から分かるように、目標出力値と要求電力とは必ずしも一致していない。時刻 t 2における目標出力値は、走行に必要な要求電力よりも大きな値が設定される。燃料電池 6 0の出力は、応答性が低いため目標出力値の急増に追従することができないので、最大の傾きで増加する。このときバッテリ 5 0は、燃料電池 6 0の出力の不足分を補償するように出力する。これにより、バッテリ 5 0の残容量 S〇Cは減少する。

時刻 t 2〜 t 4においてアクセル開度は緩やかに増加したとする。すると、燃料電池 6 0の目標出力値もテーブルに従って緩やかに増加する。なお、図 6 から分かるように、燃料電池 6 0の目標出力値の変化率は、アクセル開度に応じた要求電力の変化率よりも小さくなる。制御ュニット 7 0は、時刻 t 3においてバッテリ 5 0の残容量 S O Cが低下していることを検知したとする。すると、その低下に応じて目標出力値を通常の目標出力値よりも増加させる。燃料電池 6 0の出力は、時刻！； 3 ' において燃料電池 6 0の目標出力値に到達するまでは最大の傾きで増加する。時刻 t 3 ' 〜 t 4においては目標出力値の変化率が燃料電池 6 0の出力応答性よりも小さく追従することができるので、燃料電池 6 0の出力は目標出力値に応じて増加する。バッテリ 5 0は、時刻 t 3 ' において燃料電池 6 0の出力が目標出力値に到達するまでは燃料電池 6 0の出力の不足分を補償するように出力する。時刻 t 3 ' 以降の燃料電池 6 0の出力は、要求電力よりも大きいので、その余剰電力を用いてバッテリ 5 0の充電を行う。バッテリ 5 0は、時刻 t 3 ' 〜 t 4においては燃料電池 6 0の出力のみで要求電力を出力することができるので、出力しない。

時刻 t 4においてアクセル開度が急激に減少したとする。すると、燃料電池 6 0の目標出力値もテーブルに従って急激に減少する。なお、時刻 t 4において制御ュニット 7 0は、バッテリ 5 0の残容量 S O Cは十分に充電されたことを検知して、通常の目標出力値に戻している。燃料電池 6 0の出力は、目標出力値の変化率が燃料電池の出力応答性よりも小さいので追従することができ、目標出力値に応じて減少する。バッテリ 5 0は、燃料電池 6 0の出力のみでァクセル開度に応じた要求電力を出力することができるので出力しない。

時刻 t 4以降、アクセル開度は時刻 t 4〜 t 5において増加し、時刻！； 5〜 t 6において減少し、時刻 t 6以降において増加したとする。この期間、燃料電池 6 0の目標出力値もテーブルに従ってアクセル開度の変化率よりも小さな変化率で増減し、燃料電池 6 0の出力は、目標出力値に追従して増減する。バッテリ 5 0は、燃料電池 6 0の出力のみでアクセル開度に応じた要求電力を出力することができるので出力しない。

上記第 1実施例の制御の効果をより明確にするために、燃料電池 6 0とバッテリ 5 0の従来の制御を比較例として示す。図 8は、比較例のアクセル開度に対する燃料電池 6 0の目標出力値と、実際の燃料電池 6 0からの出力と、バッテリ 5 0からの出力とを示す一例としてのタイムチャートである。アクセル開度は、図 7に示したものと同じである。比較例の燃料電池 6 0の目標出力値は、アクセル開度に応じた要求電力と同じ値が設定される。

時刻 0〜 t 2においてアクセル開度は 0である。この期間、燃料電池 6 0の目標出力値、燃料電池 6 0の出力、バッテリ 5 0の出力も 0である。

時刻 t 2においてアクセル開度が急激に増加する。すると、燃料電池 6 0の目標出力値もアクセル開度に応じて急激に増加する。燃料電池 6 0の出力は、応答性が低いため目標出力値の急増に追従することができないので、最大の傾きで増加する。このときバッテリ 5 0は、燃料電池 6 0の出力の不足分を補償するように出力する。これにより、バッテリ 5 0の残容量 S O Cは減少する。時刻 t 2〜 t 4においてアクセル開度は緩やかに増加する。すると、燃料電池 6 0の目標出力値もアクセル開度に応じて緩やかに増加する。燃料電池 6 0 の出力は、時刻 t 3において燃料電池 6 0の目標出力値に到達するまでは最大の傾きで増加する。パッテリ 5 0は、時刻 t 3において燃料電池 6 0の出力が目標出力値に到達するまでは燃料電池 6 0の出力の不足分を補償するように出力する。時刻 t 3〜 t 4においては目標出力値の変化率が燃料電池 6 0の出力応答性よりも小さく追従することができるので、燃料電池 6 0の出力は目標出力値に応じて増加する。バッテリ 5 0は、時刻 t 3〜 t 4においては燃料電池 6 0の出力のみで要求電力を出力することができるので、出力しない。

時刻 t 4においてアクセル開度が急激に減少する。すると、燃料電池 6 0の目標出力値もアクセル開度に応じて急激に減少する。このとき、燃料電池 6 0 の出力は、目標出力値に追従することができ、目標出力値に応じて減少する。バッテリ 5 0は、燃料電池 6 0の出力のみでアクセル開度に応じた要求電力を出力することができるので出力しない。

時刻 t 4〜 t 5においてアクセル開度は増加する。この期間、燃料電池 6 0 の目標出力値は、アクセル開度に応じて増加する。燃料電池 6 0の出力は、燃料電池 6 0の目標出力値の変化率が第 1実施例よりも大きいため、目標出力値に追従することができず、最大の傾きで増加する。バッテリ 5 0は、燃料電池 6 0の出力の不足分を補償するように出力する。これにより、バッテリ 5 0の残容量 S O Cは減少する。

時刻 t 5〜 t 6においてアクセル開度は減少する。この期間、燃料電池 6 0 の目標出力値は、アクセル開度に応じて増加する。燃料電池 6 0の出力は、目標出力値に到達する時刻 t 5 ' まで最大の傾きで増加し、到達後は目標出力値に応じて減少する。パッテリ 5 0は燃料電池 6 0の出力が目標出力値に到達する時刻 t 5 ' まで燃料電池 6 0の出力の不足分を補償するように出力し、到達後は燃料電池 6 0のみでアクセル開度に応じた要求電力を出力することができるので出力しない。

時刻 t 6以降においてアクセル開度は増加する。この期間、燃料電池 6 0の目標出力値はアクセル開度に応じて増加する。燃料電池 6 0の出力は、目標出力値の変化率が燃料電池の出力応答性よりも小さいので、目標出力値に追従して増減する。バッテリ 5 0は、燃料電池 6 0の出力のみでアクセル開度に応じた要求電力を出力することができるので出力しない。このように、比較例においても、第 1実施例と同様にバッテリ 5 0が燃料電池 6 0の出力の不足分を補償するように出力するので、応答性は確保できる。しかし、燃料電池 6 0の目標出力値が要求電力と同じ値に設定されるので、ァクセル開度の変動が大きい場合には、燃料電池 6 0の出力が目標出力値に追従できず、目標出力値に応じた安定した制御を行うことができない場合が生じる。また、バッテリ 5 0の残容量 S O Cに応じた目標出力値の設定を行っていないため、残容量 S O Cが確保できず、残容量 S O Cが所定値以下になった場合、充電のためにエンジン 1 0を運転しなければならない場合が生じ得る。

一方、第 1実施例によれば、アクセル開度の変動が大きい場合でも、燃料電池 6 0の目標出力値の変動は出力応答性よりも小さいので、燃料電池 6 0の出力を安定して制御することができる。この結果、アクセル開度に応じて出力応答性を確保しつつ、燃料電池 6 0を電力供給源として有効に活用することができる。また、バッテリ 5 0の残容量 S O Cに応じた目標出力値の設定を行っているので、速やかに効率よくバッテリ 5 0の充電を行うことができる。この結果、バッテリ 5 0の容量を小さくすることができ、電力供給装置の小型化および軽量化を図ることができる。

( 4 ) 第 2実施例：

第 1実施例では、一定の間隔でバッテリ 5 0の残容量 S O Cとアクセル開度をサンプリングし、随時これらに応じて燃料電池 6 0の目標出力値を設定した。第 2実施例では、一定の間隔でサンプリングしたアクセル開度からアクセル開度の変化率を算出し、これに応じて燃料電池 6 0の目標出力値の設定処理を変更する場合を示す。装置の構成は、第 1実施例と同じである。また、燃料電池 6 0の目標出力値の設定処理以外の動力出力処理ルーチンの流れも同じである。図 9は、第 2実施例における燃料電池 6 0の目標出力値の設定処理を示すフ口—チャートである。この処理が開始されると、 CPUは、まずアクセル開度を読込む（ステップ S 200)。そして、前回読込んだアクセル開度と、今回読込んだアクセル開度と、サンプリング時間とからアクセル開度の変化率 rを算出し（ステップ S 2 1 0)、アクセル開度の変化率の絶対値 I r I と予め ROM に記憶された変化率の閾値 R t hとを比較する（ステップ S 220)。アクセル開度の変化率の絶対値 I r Iが閾値 R t hを超えると、アクセル開度に応じて新たに目標出力値の設定を行う（ステップ S 230)。ここで設定する目標出力値は、図 6に示した第 1実施例のバッテリ 50の残容量 SO Cが通常の状態であるときの目標出力値である。但し、アクセル開度と燃料電池 60の目標出力値との関係を記憶したテーブル（図 6参照）は任意に設定可能である。ァクセル開度の変化率の絶対値 I r Iが閾値 R t h以下であれば、新たな目標出力値の設定は行わず、直前の目標出力値がそのまま保持される。即ち、アクセル開度の変化率が大きいときに新たな目標出力値に変更し、変化率が小さいときには随時目標出力値の変更はしない制御を行う。

なお、閾値 R t hは、任意に設定可能である。例えば、閾値 R t hは、固定にしてもよい。また、ドライバのアクセルペダル 55の操作の傾向や、過去の燃料電池 60およびバッテリ 50の運転状況から判断して、随時変更するようにしてもよい。また、アクセル開度の変化率 rが正のときと負のときとで閾値 R t hを異なる値としてもよい。

次に、バッテリ 50の残容量 SOCを読込み（ステップ S 240)、残容量 S OCが所定の値 LO%以上であるか否かを判定する（ステップ S 250)。残容量 S〇Cが所定の値 LO%以上であれば、バッテリ 50の残容量 SO Cは十分にあると判断して、この処理を終了する。残容量 SO Cが所定の値 L〇％未満であれば、燃料電池 60からの出力によってバッテリ 50を充電できるように目標出力値を高くするための補正値を設定し（ステップ S 260)。それを加えて新たな目標出力値とする（ステップ S 2 7 0 )。

なお、所定の値 L〇は、任意に設定可能である。ただし、 L Oを高く設定し過ぎると、ステップ S 2 6 0， S 2 7 0の目標出力値の補正が頻繁に行われ、燃料電池 6 0の運転を安定して行うことができなくなる場合がある。一方、 L 0を低く設定し過ぎると、バッテリ 5 0の使用が多くなり、燃料電池 6 0が効率的に活用できない場合がある。

次に、第 2実施例の制御の具体例を示す。図 1 0は、第 2実施例におけるァクセル開度に対する燃料電池 6 0の目標出力値と、実際の燃料電池 6 0からの出力と、バッテリ 5 0からの出力とを示す一例としてのタイムチャートである。アクセル開度は、図 7に示したものと同じである。

時刻 t 2においてアクセル開度が急激に増加する。このとき、アクセル開度の変化率の絶対値が閾値 R t hを超えたものとする。すると、燃料電池 6 0の目標出力値もアクセル開度に応じて急激に増加する。燃料電池 6 0の出力は、応答性が低いため目標出力値の急増に追従することができないので、最大の傾きで増加する。このときバッテリ 5 0は、燃料電池 6 0の出力の不足分を補償するように出力する。

時刻 t 2〜 t 4においてアクセル開度は緩やかに増加する。この期間、ァクセル開度の変化率の絶対値は閾値 R t h以下とする。燃料電池 6 0の目標出力値は、時刻 t 2で設定された値が保持される。燃料電池 6 0の出力は、時刻 t 3において目標出力値に到達するまでは最大の傾きで増加する。時刻 t 3〜 t 4においては、目標出力値に応じて一定の電力を出力する。バッテリ 5 0は、燃料電池 6 0の出力の不足分を補償するように出力する。

時刻 t 4においてアクセル開度が急激に減少する。このとき、アクセル開度の変化率の絶対値が閾値 R t hを超えたものとする。すると、燃料電池 6 0の目標出力値もアクセル開度に応じて急激に減少する。燃料電池 6 0の出力は、目標出力値に追従して減少する。バッテリ 5 0は、燃料電池 6 0の出力のみでアクセル開度に応じた要求電力を出力することができるので出力しない。

時刻 t 4〜 t 5においてアクセル開度は増加する。この期間、アクセル開度の変化率の絶対値は閾値 R t h以下とする。すると、燃料電池 6 0の目標出力値は時刻 t 4で設定された値が保持される。燃料電池 6 0は、目標出力値に応じて一定の電力を出力する。バッテリ 5 0は、燃料電池 6 0の出力の不足分を補償するように出力する。

時刻 t 5〜 t 6においてアクセル開度は減少する。この期間、アクセル開度の変化率の絶対値は閾値 R t h以下とする。すると、燃料電池 6 0の目標出力値は、制御ュニット 7 0がバッテリ 5 0の残容量 S O Cが L O %未満になったことを検知する時刻 t 5 ' まで、時刻 t 4 (または時刻 t 5 ) の値が保持される。燃料電池 6 0は、時刻 t 5 ' まで目標出力値に応じて出力する。バッテリ 5 0は、燃料電池 6 0の出力の不足分を補償するように出力する。

時刻 t 5 ' において制御ュニット 7 0は、バッテリ 5 0の残容量 S O Cが L 0 %未満になったことを検知するものとする。すると、この時刻、アクセル開度は減少しているが、燃料電池 6 0の目標出力値は、バッテリ 5 0を速やかに充電できるように高く補正される。燃料電池 6 0の出力は、応答性が低いため、この目標出力値の増加に追従することができず、最大の傾きで増加する。

時刻 t 6以降においてアクセル開度は緩やかに増加する。この期間、ァクセル開度の変化率の絶対値は閾値 R t h以下とする。すると、燃料電池 6 0の目標出力値は時刻 t 5 ' で設定された値が保持される。燃料電池 6 0は、目標出力値に応じて一定の電力を出力する。バッテリ 5 0は、燃料電池 6 0の出力のみでアクセル開度に応じた要求電力を出力することができるので出力しない。図示した時刻 t 5 '以降の燃料電池 6 0の出力は、要求電力よりも大きいので、その余剰電力を用いてバッテリ 5 0の充電を行う。なお、図示していないが、アクセル開度が急激に増加した後に緩やかに減少する場合、即ち、アクセル開度の変化率の絶対値が閾値 R t h以下である場合にも、燃料電池 6 0の目標出力値は減少しないので、バッテリ 5 0の充電を行うことができる。

第 2実施例では、アクセル開度に対する出力応答性の低い燃料電池 6 0については、アクセル開度に対する感度を悪くすることによって、燃料電池 6 0を安定して運転する制御を行っている。そして、アクセル開度の急変に対しては出力応答性のよいバッテリ 5 0を用いている。このようにすることによつても、アクセル開度に応じて出力応答性を確保しつつ、バッテリ 5 0の過度な充放電を抑制し、燃料電池 6 0を電力供給源として有効に活用することができる。

( 5 ) 第 3実施例：

第 3実施例のハイプリッド車両は、ナビゲーションシステムを搭載している。図 1 1は、第 3実施例のハイブリッド車両の概略構成図である。ナビゲーションシステム 9 0は、制御ュニット 7 0 Bに接続されており、制御ュニット 7 0 には、車両が将来的に走行する経路情報が入力される。これ以外のハード構成は、第 1実施例と同じである。また、第 1実施例と第 3実施例とでは、動力出力処理が一部異なっている。

図 1 2は、第 3実施例の動力出力処理ルーチンのフローチャートである。この処理が開始されると、 C P Uは、種々のセンサおよびスィッチの信号を入力する（ステップ S 3 0 0 )。次に、 C P Uは、燃料電池 6 0が発電可能な状態であるか否かを判定する。（ステップ S 3 1 0 )。

燃料電池 6 0が発電可能な状態であれば、燃料電池 6 0が出力すべき目標出力値の設定処理を行う（ステップ S 3 2 0 )。この処理は、第 1実施例と同じである。燃料電池 6 0の目標出力値が設定されると、ナビゲーシヨンシステム 9 0を用いて走行中か否かの判定を行う（ステップ S 3 3 0 )。ナビゲーシヨンシステム 9 0を用いて走行していなければ、第 1実施例と同様に、燃料電池 6 0 は目標出力値に応じて電力を出力し（ステップ S 3 5 0 )、バッテリ 5 0は燃料電池 6 0の出力と、アクセル開度に応じた要求電力との差を補償するように充放電する（ステップ S 3 6 0 )。ナビゲーションシステム 9 0を用いて走行している場合には、目標出力値にナビゲ一ションシステム走行用の補正処理を行う。なお、渋滞中の場合や、信号待ちで停止している場合等には、ステップ S 3 3 0においてナビゲ一ションシステム 9 0を用いて走行していないと判定するようにしてもよい。

図 1 3は、ナビゲーシヨンシステム走行用の目標出力値補正処理のフローチャ一トである。この処理が開始されると、 C P Uは、ナビゲ一シヨンシステム 9 0から経路情報を読込む（ステップ S 4 0 0 )。この経路情報には、登り坂や下り坂の勾配についての情報、あるいは、高速道路の情報等が含まれる。そして、この経路情報に基づいて将来の所定時における要求電力を予測する（ステップ S 4 1 0 )。例えば、 C P Uは、ナビゲ一シヨンシステム 9 0から将来登り坂があることを検知すると、その登り坂を登るために必要な電力を予測する。そして、予測された将来の要求電力に基づいて将来の所定時における目標出力値を設定する（ステップ S 4 2 0 )。次に、この将来の目標出力値と、図 1 2のステップ 3 2 0で設定された目標出力値と、将来の所定時における目標出力値と、燃料電池 6 0の出力特性（出力可能な最大の傾き）とから目標出力値の補正を行う（ステップ S 4 3 0 )。

図 1 4は、第 3実施例におけるアクセル開度に対する燃料電池 6 0の目標出力値と、実際の燃料電池 6 0からの出力と、バッテリ 5 0からの出力とを示す一例としてのタイムチャートである。アクセル開度は、時刻 t 2まで一定であり、電力 PW1を要求する。時刻 t 2〜 t 3においては登り坂になり、 PW2 まで増加し、時刻 t 3〜 t 5において一定となる。時刻 t 5〜 t 6においては下り坂になり、 PW1まで減少する。時刻 t 6以降は一定である。

制御ュニット 70は、ナビゲーシヨンシステム 90からの経路情報に基づいて、登り坂にさしかかる時刻 t 2以前に将来的に登り坂が存在することを認識することができる。そして、現在の目標出力値 PW1と将来の目標出力値 PW 2と燃料電池 60の出力特性とから、燃料電池 60の出力が PW1から PW2 に増加するのに要する応答時間を求め、時刻 t 1において目標出力値を PW2 に増加すべきことを算出し、目標出力値を補正する。燃料電池 60は、この補正された目標出力値に応じて出力を予め増加しておき、将来的な出力の増加に備えておくことができる。なお、図 14では、時刻 t 1において、燃料電池 6 0の目標出力値を PW1から PW2に急増させているが、登り坂にさしかかるときにアクセル開度に応じて燃料電池 60が要求電力を出力できるように徐々に増加させてもよい。

また、制御ュニット 70は、ナビゲ一シヨンシステム 90からの経路情報に基づいて、下り坂にさしかかる時刻 t 5以前に将来的に下り坂が存在することを認識することができる。そして、現在の目標出力値 PW2と、将来の目標出力値 PW1と、燃料電池 60の出力特性とから、時刻 t 4において目標出力値を PW2に減少して、バッテリ 50の電力を消費しても、下り坂で充電可能なことを認識し、目標出力値を補正する。時刻 t 4〜 t 6においては燃料電池 6 0からの出力は要求電力に足りないので、バッテリ 50が不足分を出力する。なお、上記の説明では、燃料電池 60の出力の増加および減少を登り坂と下り坂の場合に適用して説明したが、例えば、高速道路に進入して加速する場合等に適用して出力の増加に備えるようにすることも可能である。

以上では、燃料電池 60が発電可能な状態であるときの動力の出力について説明した。図 1 2のステップ S 3 1 0において燃料電池 6 0が発電不能の状態であれば、バッテリ 5 0の残容量 S〇Cがその制御下限 L o S %以上あるか否かを判定する（ステップ S 3 7 0 )。バッテリ 5 0の残容量 S〇Cが L o S %未満であれば、エンジン 1 0を始動して、動力を出力する（ステップ S 3 8 0 )。また、バッテリ 5 0の残容量 S O Cが L o S %以上であれば、バッテリ 5 0を主電源として出力する（ステップ S 3 9 0 )

このように第 3実施例によれば、ナビゲーションシステム 9 0を搭載した車両において、アクセル開度に対する出力応答性を確保しつつ、燃料電池 6 0を電力供給源として有効に活用することができる。

( 6 ) 変形例：

以上、本発明のいくつかの実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形例も可能である。

上記第 1実施例では、図 6に示したバッテリ 5 0の残容量 S O Cと、ァクセル開度と、燃料電池 6 0の目標出力値との関係をテーブルとして記憶しているが、バッテリ 5 0の残容量 S O Cと、アクセル開度をパラメータとして燃料電池 6 0の目標出力値を求めるようにしてもよい。

上記第 2実施例では、アクセル開度の変化率によって燃料電池 6 0の目標出力値の補正を行うか否かを判定しているが、アクセル開度の変化率とアクセル開度の変化量とによって、燃料電池 6 0の目標出力値の補正を行うようにしてもよい。こうすることによって、アクセル開度の変化率が小さいままアクセル開度が所定値以上変化した場合に、バッテリ 5 0の過度な充放電を抑制し、適切な目標出力値を設定することができる。また、上記第 2実施例では、一定の間隔でサンプリングしたアクセル開度からアクセル開度の変化率を算出しているが、アクセル開度の変化率は、直接的にセンサを用いて検出してもよい。

上記実施例では、本発明をハイブリッド車両へ適用した場合について例示したが、エンジンを搭載しない電気車両に適用するものとしてもよい。図 1 5は、電気車両の概略構成図である。この電気車両は、燃料電池 6 0 Bと、バッテリ 5 0 Bと、制御ユニット 7 0 Bと、切替スィッチ 8 4 Bと、インバー夕 5 2 B と、モータ 2 0 Bと、アクセルペダル 5 5 Bと、ディファレンシャルギヤ 1 6 Bと、車軸 1 7 B等によって構成される。図 1 5では、主要な信号、電力および動力の伝達経路のみを示し、図 1に示した補記駆動装置 8 2や、変速機 1 0 0等は省略した。

上記実施例では、充放電可能な蓄電部としてバッテリ 5 0を用いているが、キャパシタ等の蓄電手段を用いるようにしてもよい。

上記実施例では、エンジン 1 0の動力を車軸 1 7に伝達可能なハイブリッド車両、即ち、パラレルハイブリッド車両を例示したが、シリーズハイブリッド車両に適用してもよい。

上記実施例では、種々の制御処理を C P Uがソフトウエアを実行することによって実現しているが、これらの制御処理をハ一ド的に実現することもできる。

産業上の利用可能性

本発明は、燃料電池と蓄電部とを電源とする電力供給装置の制御に利用することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 燃料電池と充放電可能な蓄電部とを電源として電力の供給を行う電力供給装置であって、

を備える電力供給装置。

2 . 請求の範囲 1記載の電力供給装置であって、

前記充放電部は、前記要求電力と前記燃料電池が出力可能な電力との差を補償する電力供給装置。

3 . 請求の範囲 2記載の電力供給装置であって、

前記関係は、前記要求電力が低い第 1の所定の領域において、前記目標出力値が該要求電力よりも大きい電力供給装置。

4 . 請求の範囲 2記載の電力供給装置であって、

前記関係は、前記要求電力が高い第 2の所定の領域において、前記目標出力値が該要求電力よりも小さい電力供給装置。

5 . 請求の範囲 1記載の電力供給装置であって、

前記蓄電部の残容量を検出する検出部を備え、

前記関係は、該残容量ごとに設定されており、

前記目標出力値設定部は、前記残容量も考慮して、前記目標出力値を設定する電力供給装置。

6 . 請求の範囲 5記載の電力供給装置であつて、

前記関係は、前記残容量が少ないほど前記目標出力値が大きく定められた電力供給装置。

7 . 燃料電池と充放電可能な蓄電部とを電源として電力の供給を行う電力供給装置であって、

前記要求電力の変化率を検出する変化率検出部と、

を備える、電力供給装置。

8 . 請求の範囲 7記載の電力供給装置であって、更に、

前記蓄電部の残容量を検出する検出部と、

前記残容量に応じて前記目標出力値を補正する目標出力値補正部と、を備える、電力供給装置。

9 . 燃料電池と充放電可能な蓄電部とを電源として電力の供給を行う電力供給装置であって、

要求電力を随時入力する要求電力入力部と、

前記目標出力値に応じて前記燃料電池の運転を制御する燃料電池制御部と、前記現在の要求電力と前記燃料電池が出力可能な電力との差を補償するように前記蓄電部の充放電を行う充放電部とを備える

電力供給装置。

1 0 . 請求の範囲 9記載の電力供給装置であって、

前記目標出力値設定部は、前記将来要求電力の増加に伴って予め前記目標出力値を増加させる電力供給装置。

1 1 . 請求の範囲 9記載の電力供給装置であって、

前記目標出力値設定部は、前記将来要求電力の減少に伴って予め前記目標出力値を減少させる電力供給装置。

1 2 . 請求の範囲 9記載の電力供給装置であって、更に、

前記蓄電部の残容量を検出する検出部と、

前記残容量の変化に応じて前記目標出力値を補正する目標出力値補正部と、を備える、電力供給装置。

13. 請求の範囲 9記載の電力供給装置であって、

前記電力供給装置からの電力供給を受ける負荷の将来的な運転状態を規定する負荷情報を予め記憶した負荷情報記憶部を備え、

前記要求電力予測部は、該負荷情報に基づいて前記将来要求電力を予測する電力供給装置。

14. 燃料電池と充放電可能な蓄電部とを備える電力供給装置の制御方法であって、

(a) 要求電力を随時入力する工程と、

(b) 前記要求電力と前記燃料電池が出力すべき目標出力値との関係を記憶した記憶部を参照して前記要求電力に応じて目標出力値を設定する工程と、

(c) 前記目標出力値に応じて前記燃料電池の運転を制御する工程と、 (d) 前記要求電力と前記目標出力値とに基づいて前記蓄電部の充放電を行う工程とを備え、

前記工程（b) において、前記関係は、前記要求電力の変化量に対する前記目標出力値の変化量の傾きが前記燃料電池の出力応答性に基づいて定まる所定値を超えない範囲で定められていることを特徴とする制御方法。

1 5. 燃料電池と充放電可能な蓄電部とを備える電力供給装置の制御方法であって、

(a) 要求電力に応じて前記燃料電池が出力すべき目標出力値を所定のタイミングで設定する工程と、

(b) 前記目標出力値に応じて前記燃料電池と前記蓄電部の運転を制御する工程と、

を備え、

前記工程（a ) における前記所定のタイミングは、前記要求電力の変化率が • 所定値を超えたタイミングである、制御方法。

1 6 . 燃料電池と充放電可能な蓄電部とを備える電力供給装置の制御方法であって、

( a ) 要求電力を随時入力する工程と、

( b ) 所定時間後における将来要求電力を予測する工程と、

( c ) 前記将来要求電力、現在の要求電力および前記燃料電池の出力応答性とに基づいて、現時点で前記燃料電池が出力すべき目標出力値を設定するェ程と、

( d ) 前記目標出力値に応じて前記燃料電池の運転を制御する工程と、

( e ) 前記現在の要求電力と前記燃料電池が出力可能な電力との差を補償するように前記蓄電部の充放電を行う工程と、

を備える、制御方法。

1 7 . 動力出力装置であって、

燃料電池と充放電可能な蓄電部とを電源として電力の供給を行う電力供給装置と、

該電力供給装置から供給される電力によって駆動するモータと、を備え、前記電力供給装置は、

前記電力供給部への要求電力を随時入力する要求電力入力部と、前記要求電力と前記燃料電池が出力すべき目標出力値との関係であって、該要求電力の変化量に対する該目標出力値の変化量の傾きが前記燃料電池の出力応答性に基づいて定まる所定値を超えない範囲で定められた関係を記憶する記憶部と、

を備える動力出力装置。

1 8 . 請求の範囲 1 7記載の動力出力装置であって、更に、

燃料の燃焼によつて駆動するエンジンと、

前記モータと前記エンジンとのうちの少なくとも一方を駆動させて動力を出力する制御手段と、

を備える、動力出力装置。

1 9 . 車両であって、

該電力供給装置から供給される電力によって躯動力を出力するモータと、を備え、

前記電力供給装置は、

前記車両のアクセル開度に応じた要求電力を随時入力する要求電力入力部と、

備！る車両。

2 0 . 車両であって、

該電力供給装置から供給される電力によって駆動力を出力するモー夕と、を備え、

前記電力供給装置は、

要求電力を随時入力する要求電力入力部と、

車両。

2 1 . 請求の範囲 2 0記載の車両であって、

前記車両が将来的に走行する経路情報を予め記憶した経路情報記憶部を備え、前記要求電力予測部は、該経路情報に基づいて前記将来要求電力を予測する車両。