(57)【要約】【課題】固体高分子形燃料電池で起こる触媒成分の溶出を抑制して燃料電池の劣化を抑制し、かつ燃費の改善を図る燃料電池自動車を提供する。【解決手段】空気供給ＥＣＵ１２は、二次電池５のＳＯＣが所定値以上である場合には、燃料電池の発電電力を用いてコンプレッサ７を運転してエアタンク８に空気を供給し、燃料電池の発電電力をエアタンク８の空気圧に変換する。また、空気供給ＥＣＵ１２は、エアタンク８の圧縮空気が所定量以上貯まっていない場合には、二次電池５のＳＯＣにかかわらず、燃料電池の発電電力を用いてコンプレッサ７を運転してエアタンク８に空気を供給する。【選択図】図３
2014241215.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車に搭載され、触媒を含んで電解質膜を挟持する一対の電極を少なくとも有する燃料電池（１）と、
前記自動車の駆動輪（３１）に対して駆動力を提供するために、前記燃料電池の発電電力を用いて駆動される走行用モータ（３０）と、
前記燃料電池の発電電力が充電される二次電池（５）と、
空気圧によって駆動される装置であって、前記自動車の有する所定の機能を発揮する所定の装置（８０，８１，８２）と、
前記所定の装置を駆動するための圧縮空気を貯えるエアタンク（８）と、
前記エアタンクに対して空気を供給する電動式のエア供給装置（７）と、
前記二次電池の充電及び前記エア供給装置の作動を制御するとともに、前記燃料電池の発電及び前記燃料電池の発電電力の給電先を制御する制御装置（９，１０，１１，１２）と、
を備え、
前記制御装置は、前記二次電池の蓄電率が所定値以上である場合には、前記燃料電池の発電電力を用いて前記エア供給装置を運転して前記エアタンクに空気を供給し、前記発電電力を前記エアタンクの空気圧に変換することを特徴とする燃料電池自動車。
【請求項２】
前記制御装置は、前記所定の装置を駆動するための圧縮空気が前記エアタンクに貯まっていない場合には、前記二次電池の蓄電率にかかわらず、前記燃料電池の発電電力を用いて前記エア供給装置を運転して前記エアタンクに空気を供給することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池自動車。
【請求項３】
前記所定の装置は、空気圧を用いて前記自動車を制動するエア式ブレーキ（８０）であることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池自動車。
【請求項４】
少なくとも自車位置情報、道路情報を取得し、前記制御装置と情報通信するナビゲーション装置（１４）を備え、
前記所定の装置には、空気圧を用いて前記自動車を制動するエア式ブレーキ（８０）が含まれ、
前記制御装置は、前記ナビゲーション装置から送られる前記自車位置情報、前記道路情報を用いた演算により前記エアタンクに貯える必要のある必要空気量を予測し、当該必要空気量の予測値に応じて、前記エアタンクへの空気供給が必要か否かを判断し、必要でないと判断した場合は、前記エアタンクへの空気の供給を制限することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池自動車。
【請求項５】
前記自動車は所定のバス停留所に停車するバスであり、
前記所定の装置には、空気圧を用いて、前記バスを制動するエア式ブレーキ（８０）、前記バスのドアを開閉する駆動力を提供するドア開閉装置（８１）、及び前記バスの乗降口を降下させるためのエア式サスペンション（８２）の少なくとも一つが含まれ、
前記制御装置は、前記バス停留所が近いことを表す情報を取得し、かつ前記エアタンクへの空気供給が必要でないと判断し、さらに前記二次電池の蓄電率が所定値未満であると判断した場合には、前記燃料電池の発電電力を用いて前記二次電池の充電を行い、前記エアタンクへの空気供給を制限することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池自動車。
【請求項６】
乗客によって操作される降車意思表示ボタン（１５）、運転手によって操作されるバス停車ボタン（１５）、及び道路情報からバス停位置情報を取得する情報取得手段（９）の少なくとも一つを備え、
前記制御装置は、前記降車意思表示ボタンの操作、前記バス停車ボタンの操作、及び前記情報取得手段の取得情報の少なくとも一つを受信すると、前記バス停留所が近いことを表す情報を取得したと判断することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の発電電力を使用して走行する燃料電池自動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池における電極触媒中の触媒成分（例えば、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ等）の溶解、溶出については、従来から研究が進められており、そのメカニズムについて多くの研究結果が報告されている。ある報告によれば、特に白金については、白金酸化物種が溶液に対して溶解度を有することから、白金酸化物を経由して溶解すると考えられている。また、電位が高くなるにつれて白金の溶出量が大きくなり、酸化物形成が促進されることが知られている。このように電極触媒中の触媒成分は、セル電圧が高電位になると電極触媒層の白金等の溶出が起こりやすく、この溶出の発生が燃料電池の劣化や性能低下の要因になる。
【０００３】
また、燃料電池は、燃料電池の出力に応じて電圧が変化し、当該出力が大きくなると燃料電池の電圧は低下する。その後、燃料電池の出力が小さくなると燃料電池の電圧が大きくなり、このときの電圧変化に伴って、特に酸化剤極のカソード触媒層の白金等が溶出し、燃料電池の性能低下の要因になる。
【０００４】
例えば、特許文献１には、燃料電池の劣化や性能低下を抑制するために、二次電池のＳＯＣが１０％よりも大きい場合には、燃料電池の電圧が所定電圧よりも低くならないように、出力制御手段によって燃料電池の出力を制限する技術が開示されている。これにより、燃料電池の酸化剤極の電位が高く維持されて酸化剤極の電位変化量が小さくなることで、酸化剤極のカソード触媒層の白金表面における酸化被膜が還元されて減少することを抑制できる。その後、ブレーキペダルが踏み込まれて燃料電池の出力が小さくなり、電圧が高くなった場合に生じうる白金の溶出を抑制できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２２０３２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の技術においても、二次電池の蓄電量が大きいときは、燃料電池の発電電力を補機類で消費するか、燃料電池の出力を絞る必要があり、そうすると、燃費悪化、燃料電池の劣化や性能低下につながるという課題がある。
【０００７】
そこで、本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、固体高分子形燃料電池で起こる触媒成分の溶出を抑制して燃料電池の劣化を抑制し、かつ燃費の改善を図る燃料電池自動車を提供することを目的とする
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲および下記各手段に記載の括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す。
【０００９】
燃料電池自動車に係る開示発明は、自動車に搭載され、触媒を含んで電解質膜を挟持する一対の電極を少なくとも有する燃料電池（１）と、自動車の駆動輪（３１）に対して駆動力を提供するために、燃料電池の発電電力を用いて駆動される走行用モータ（３０）と、燃料電池の発電電力が充電される二次電池（５）と、空気圧によって駆動される装置であって、自動車の有する所定の機能を発揮する所定の装置（８０，８１，８２）と、所定の装置を駆動するための圧縮空気を貯えるエアタンク（８）と、エアタンクに対して空気を供給する電動式のエア供給装置（７）と、二次電池の充電及びエア供給装置の作動を制御するとともに、燃料電池の発電及び燃料電池の発電電力の給電先を制御する制御装置（９）と、を備え、
制御装置は、二次電池の蓄電率が所定値以上である場合には、燃料電池の発電電力を用いてエア供給装置を運転してエアタンクに空気を供給し、燃料電池の発電電力をエアタンクの空気圧に変換することを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、二次電池の蓄電率が所定値以上である場合には、二次電池に燃料電池の発電電力を充電するための容量があまりないとして、エア供給装置を運転してエアタンクに空気を供給する。これにより、燃料電池の発電電力、例えば余剰電力がエアタンクの空気圧に変換されることになる。この制御によれば、電圧が高くなると電極触媒層の白金等の溶出が起こりやすく、出力が大きくなると電圧が低下するという燃料電池の特性に鑑み、燃料電池の電圧を抑えるとともに、増加させた出力を空気圧として有効活用することができる。したがって、この発明によれば、固体高分子形燃料電池で起こる触媒成分の溶出を抑制して燃料電池の劣化を抑制し、かつ燃費の改善を図る燃料電池自動車を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態の燃料電池自動車におけるエネルギー変換のメカニズムを示した概要図である。
【図２】燃料電池自動車に搭載された燃料電池の特性及び制御思想を説明するためのグラフである。
【図３】第１実施形態におけるエネルギー変換の制御を示すフローチャートである。
【図４】第２実施形態におけるエネルギー変換の制御を示すフローチャートである。
【図５】第３実施形態及び第４実施形態の燃料電池自動車におけるエネルギー変換のメカニズムを示した概要図である。
【図６】第３実施形態におけるエネルギー変換の制御を示すフローチャートである。
【図７】第４実施形態におけるエネルギー変換の制御を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
【００１３】
（第１実施形態）
本発明を適用する第１実施形態について図１〜図３を用いて説明する。図１には、燃料電池自動車１００におけるエネルギー変換の流れを示している。このエネルギー変換は、燃料電池の発電電力を、二次電池５に蓄電すること及び走行用モータ３０を介して車両駆動力とすることだけでなく、所定の機器を作動させるための空気エネルギーに変換することも含む。
【００１４】
第１実施形態の燃料電池自動車（ＦＣＶ；Fuel Cell Vehicle）１００を説明する。燃料電池自動車１００は、燃料電池（ＦＣスタック１）、走行用モータ３０、二次電池５、エアタンク８、電動式のコンプレッサ７、及び各部の作動を制御する電子制御装置（以下、ＥＣＵと略称する）を少なくとも備える。
【００１５】
燃料電池は、複数のセルが積層されてなるＦＣスタック１を備える高分子電解質形の燃料電池である。各セルは、例えば、固体高分子のイオン交換膜である電解質膜及びこれを両面から挟む一対の電極を含む膜・電極構造体と、この膜・電極構造体を外側から挟持する一対のセパレータと、を備えて構成される。このイオン交換膜は、アノード（燃料極）で発生した水素イオンをカソード（酸素極）まで移動するための電解質として機能する。
【００１６】
セパレータは、各電極に酸化ガス（空気等）及び燃料ガス（水素ガス等）を供給するための流体流路を有し、互いに隣接するセルに供給される異種流体の混合を遮断する。この構成により、各セルの膜・電極構造体において電気化学反応が生じて起電力が得られる。
【００１７】
燃料電池自動車１００は、水素タンクと、ポンプと、エアコンプレッサと、ＦＣＥＣＵ１０と、を備える。水素タンクは、燃料電池のアノードに供給される水素を内蔵している。ポンプは、水素タンクとアノードを連絡する水素供給路に設けられ、水素タンクに内蔵される水素をアノードに強制的に供給する電動式のポンプである。エアコンプレッサは、燃料電池のカソードに空気を強制的に供給する電動式のコンプレッサである。ＦＣＥＣＵ１０は、ＦＣスタック１に対する空気及び水素の各供給量を制御する。ＦＣＥＣＵ１０は、ＦＣスタック１の目標出力電力にしたがってＦＣスタック１の出力電力を制御する。
【００１８】
燃料電池のセルスタック（ＦＣスタック１）からの出力を昇圧等するＦＣ昇圧コンバータ２（以下、ＦＣコンバータ２ともいう）は、ＦＣスタック１の出力端子電圧を制御する。ＦＣコンバータ２は、入力側のＦＣスタック１側に入力されたＦＣ出力端子電圧を、一次側と異なる電圧値に昇圧変換して出力側のインバータ３側に出力する。このＦＣコンバータ２によって、ＦＣスタック１の出力端子電圧は目標出力に応じた電圧となるように制御される。
【００１９】
ＦＣコンバータ２は、例えば、三相運転式や四相運転式の昇圧コンバータとしての回路構成を備えている。ＦＣコンバータ２の各相は、リアクトルと、整流用のダイオードと、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等からなるスイッチング素子とを備える。リアクトルに流れる電流は、各相のリアクトル電流を検知する前述の電流センサによって検出されるようになっている。例えば、ＦＣＥＣＵ１０は、スイッチング素子のオン、オフのデューティ比を制御することで目標の出力電圧を得ることができる。
【００２０】
走行用モータ３０は、燃料電池自動車１００の駆動輪３１に対して駆動力を提供するために、燃料電池の発電電力を用いて駆動される。二次電池５は、燃料電池の発電電力が充電される蓄電池であるとともに、さらに自動車の補機類６、コンプレッサ７、走行用モータ３０等で使用される電力を放電する給電装置でもある。
【００２１】
ＨＶＥＣＵ９は、燃料電池自動車１００の制御用コンピュータの一つであり、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備える制御装置である。ＨＶＥＣＵ９は、各種のセンサから入力される信号を用いて所定の演算を行い、車両走行に必要な電力、所定の車両機能を発揮するために必要な電力、補機類に必要な電力を求める。例えば、ＨＶＥＣＵ９は、ＦＣスタック１の目標出力電力をＦＣＥＣＵ１０に対して送信する。
【００２２】
電池ＥＣＵ１１は、二次電池５の状態を監視する。電池ＥＣＵ１１は、二次電池５から入力される放電量、充電量をＨＶＥＣＵ９に出力する。空気供給ＥＣＵ１２は、コンプレッサ７の作動を制御する。空気供給ＥＣＵ１２は、エアタンク８の圧縮空気の貯蔵量を取得する。空気供給ＥＣＵ１２は、コンプレッサ７を運転するために必要な電力、エアタンク８の圧縮空気の貯蔵量をＨＶＥＣＵ９に出力する。各種のＥＣＵは、二次電池５の充電及びコンプレッサ７の作動を制御するとともに、燃料電池の発電及び前記燃料電池の発電電力の給電先を制御する。
【００２３】
燃料電池自動車１００は、空気圧によって駆動される装置であって、自動車の有する所定の機能を発揮する所定の装置を備える。当該所定の装置は、例えば、ブレーキ装置８０、ドア開閉装置８１、サスペンション装置８２等である。これらの装置には、エアタンク８に内蔵される空気が供給される。つまり、エアタンク８は、ブレーキ装置８０、ドア開閉装置８１、サスペンション装置８２等を駆動するために必要な圧縮空気を貯えるようになっている。コンプレッサ７は、エアタンク８に対して空気を供給する電動のエア供給装置である。
【００２４】
ブレーキ装置８０は、空気制動装置の一例であり、エアタンク８に貯めた圧縮空気によって車輪に対してブレーキをかけるエア式ブレーキである。例えば、フルエアブレーキの場合、乗員がブレーキを踏むと、所定のＥＣＵによって制御されるリレーバルブを介して、直接的にブレーキを動作させるブレーキチャンバにエアタンク８の圧縮空気が供給される。これにより、チャンバのロッドが伸びてブレーキがかかるようになる。また、ブレーキ装置８０は、フルエアブレーキの他に、油圧ブレーキとエアブレーキとを組み合わせた空気油圧複合式ブレーキに用いるようにしてもよい。
【００２５】
ドア開閉装置８１は、エアタンク８に貯めた圧縮空気によって車両のドアを開閉する駆動力を提供するエア式の開閉装置である。乗員の操作により、ドア開閉命令が送られると、所定のＥＣＵによって制御されるリレーバルブを介して、ドア開閉装置８１のエアシリンダにエアタンク８の圧縮空気が供給されて、エアシリンダが動作してドアが開閉するようになる。
【００２６】
サスペンション装置８２は、エアタンク８に貯めた圧縮空気による空気の弾力を利用して、乗り心地を調整したり、車高を調整したりできるエア式サスペンション装置である。また、燃料電池自動車１００がバスである場合には、ニーリング機能により、バス乗降口側の車高を降下させるようにサスペンション装置８２を作動させて乗り降りしやすくすることができる。この場合には、乗降口側のサスペンション装置８２におけるチャンバの空気を一時的に抜くことにより、乗降口側の車高を低くすることができる。また、運転手等の乗員の操作や車高調整自動制御により、車高調整命令が送られると、所定のＥＣＵによって制御されるリレーバルブを介して、サスペンション装置８２のチャンバにエアタンク８の圧縮空気が供給される。これにより、積載重量が大きくなって車高が下がり過ぎた場合に、適正な車高に調整することができる。
【００２７】
このように、リレーバルブを切り換えることにより、コンプレッサ７によって貯えられたエアタンク８の圧縮空気をブレーキ装置８０、ドア開閉装置８１、サスペンション装置８２等のいずれかに供給するように制御することができる。
【００２８】
燃料電池自動車１００は、二次電池５とインバータ３との間にＤＣ／ＤＣコンバータ４（以下、コンバータ４ともいう）を設ける構成を有する。
【００２９】
二次電池５に蓄電されている電力の供給先は、走行用モータ３０、コンプレッサ７、車両の補機類６等である。補機類６は、走行用モータ３０、コンプレッサ７以外の車両に搭載される電力消費機器である。補機類６には、例えば、変速機、各種制御装置、操舵装置、懸架装置、空調装置、照明機器、オーディオ、ナビゲーション装置等が含まれる。
【００３０】
二次電池５は、燃料電池の発電による余剰電力の貯蔵源、回生制動時の回生エネルギー貯蔵源、車両の加速または減速に伴う負荷変動時のエネルギー等を貯えるバッファとして機能する。二次電池５には、例えば、ニッケルカドミウム蓄電池、ニッケル水素蓄電池、リチウムイオン電池等が用いられる。
【００３１】
コンバータ４は、インバータ３の入力電圧を制御し、例えばＦＣコンバータ２と同様の回路構成を有し、ＭＧＥＣＵ１３によって制御される。インバータ３には、例えば、パルス幅変調方式で駆動されるＰＷＭインバータを用いることができる。インバータ３は、ＭＧＥＣＵ１３からの制御指令にしたがってＦＣスタック１または二次電池５から出力される直流電力を三相交流電力に変換して、走行用モータ３０の回転トルクを制御する。また、走行用モータ３０、インバータ３及びコンバータ４は、燃料電池自動車１００が走行中に減速し停止しようとする場合に運動エネルギーの一部を電気エネルギーとして回収して、二次電池５を充電することができる。
【００３２】
走行用モータ３０は、減速時には回生電力を発生する。燃料電池自動車１００には、減速装置が設けられている。この減速装置は、走行用モータ３０の高速回転を所定の回転数に減速し、駆動輪３１の回転軸部であるシャフトを回転させる。ＭＧＥＣＵ１３には、走行用モータ３０について電流値、回転角度等の作動状態を示す情報が入力される。ＭＧＥＣＵ１３は、走行用モータ３０の出力トルクをＨＶＥＣＵ９に送信する。
【００３３】
ＨＶＥＣＵ９は、燃料電池と二次電池５とのそれぞれの出力電力の配分を決定し、出力電力の指令値を演算する。ＨＶＥＣＵ９は、燃料電池及び二次電池５に要求される出力配分を求めると、ＦＣＥＣＵ１０とＭＧＥＣＵ１３に当該情報を送信する。ＦＣＥＣＵ１０とＭＧＥＣＵ１３は、各要求出力に相当する電力が得られるように、ＦＣコンバータ２及びコンバータ４の作動を制御する。また、ＭＧＥＣＵ１３は、アクセル開度に応じた目標トルクが得られるように、インバータ３に対し、例えばスイッチング指令として各相の交流電圧の指令値を出力し、走行用モータ３０の出力トルク及び回転数を制御する。
【００３４】
さらに、ＨＶＥＣＵ９は、燃料電池の出力電力が車両で要求される電力よりも大きい場合に、所定の条件を満たすと、その余剰電力を二次電池５に充電するように制御する。ＨＶＥＣＵ９は、燃料電池の発電電力に余剰があり、かつ二次電池５が充電可能でない場合には、空気供給ＥＣＵ１２を介して、燃料電池の発電電力を用いてコンプレッサ７を運転してエアタンク８に空気を供給する。これにより、圧縮空気がエアタンク８に貯えられるので、燃料電池の発電電力をエアタンク８の空気圧に変換することができる。したがって、燃料電池が発生する電気エネルギーは、電気エネルギーとして蓄えることができない場合に圧力エネルギーに変換されて、車両の機能発揮のために有効に活用される。
【００３５】
このように、ＨＶＥＣＵ９は、燃料電池の発電電力を走行用モータ３０、コンプレッサ７、二次電池５のいずれに供給するか、またはどのように分配するかを決定することができる。また、ＨＶＥＣＵ９は、二次電池５の蓄電電力を走行用モータ３０、コンプレッサ７、補機類６等のいずれに供給するか、またはどのように分配するかを決定することができる。
【００３６】
燃料電池は、図２に示す特性を有し、ＨＶＥＣＵ９は、各種のＥＣＵとともに、または主体として、図２に示す制御思想にしたがった制御を行う。すなわち、ＦＣスタック１は、セル電圧が高電位である領域では電極触媒層の白金等の溶出が起こりやすく、この溶出の発生が燃料電池の劣化や性能低下の要因になる。したがって、車両の停止時などでセル電圧が高い場合には、燃料電池の劣化が進むことなる。また、燃料電池は、燃料電池の出力に応じて電圧が変化し、当該出力が大きくなると燃料電池の電圧は低下するようになる。このため、ＨＶＥＣＵ９は、図２に示す制御下限目標よりもセル電圧を抑え、セル電圧があまり高電位にならない領域で燃料電池の発電を制御する（図２の制御領域）。
【００３７】
一方、セル電圧を抑えた領域で制御すると燃料電池の出力が大きくなり、状況によっては、車両からの電力要求に対して余剰電力が発生することがある。余剰電力が大きくなると、エネルギーの効率的利用を阻害するため、燃料電池自動車全体として燃費が悪化してしまう。これを解決するため、ＨＶＥＣＵ９は、各種のＥＣＵとともに、または主体として、燃料電池の発電電力の余剰分を空気エネルギーに変換して、車両における所定機能の発揮のために活用する特有の制御を実施するのである。
【００３８】
次に、燃料電池自動車１００におけるエネルギー変換の制御について図３のフローチャートにしたがって説明する。当該制御における各処理は、各種のＥＣＵにより、または主にＨＶＥＣＵ９が実行する。
【００３９】
まず、イグニッションスイッチ等の車両起動スイッチがオン状態になると、ステップ１０で、ＦＣスタック１の発電電力と車両が現時点で必要とする電力（以下、車両要求電力という）とを比較し、発電電力に余剰があるか否かを判定する。例えば、発電電力が、車両要求電力よりも所定の電力量以上大きい値である場合に余剰電力があると判定するようにしてもよい。このステップは、発電電力に余剰があると判定するまで繰り返し行われる。
【００４０】
ステップ１０で発電電力に余剰があると判定すると、次にステップ２０で、エアタンク８に貯えられている圧縮空気が所定の空気量未満であるか否かを判定する。ステップ２０で、エアタンク８の圧縮空気が所定の空気量以上であると判定すると、エアタンク８には、ブレーキ装置８０等の所定の機能を発揮できる分の圧縮空気が貯えられている。このため、燃料電池の発電電力のうち余剰分を空気エネルギーに変換する必要はなく、ステップ３０で「通常の給電制御」を実行し、再びステップ１０に戻り、以降の各処理を繰り返し実行する。通常の給電制御では、車両走行のために必要な電力、空調、照明、表示装置等に必要な電力がある場合に、ＨＶＥＣＵ９は、走行用モータ３０、補機類６等に供給すべき電力を求め、これに相当する電力を発電電力の余剰分や二次電池５の蓄電電力から給電する。
【００４１】
ステップ２０で、エアタンク８の圧縮空気が所定の空気量未満であると判定すると、次にステップ４０で、二次電池５の充電条件が成立しているか否かを判定する。例えば、二次電池５の蓄電率であるＳＯＣ（State of Charge）が所定値未満である場合には、二次電池５の充電条件が成立するものと判定でき、二次電池５は充電するための空き容量が十分あり、充電可能な状態であることになる。
【００４２】
ステップ４０で、二次電池５の充電条件が成立していると判定すると、ＨＶＥＣＵ９及び各種ＥＣＵは、ステップ５０で二次電池５への充電を実施するように各部を制御し、余剰電力が二次電池５の空き容量に蓄電される。そして、再びステップ１０に戻り、以降の各処理を繰り返し実行する。
【００４３】
ステップ４０で二次電池５の充電条件が成立していないと判定すると、次にステップ６０でエアタンク８に圧縮空気を供給するエア蓄圧処理を実行し、再びステップ１０に戻り、以降の各処理を繰り返し実行する。空気供給ＥＣＵ１２は、燃料電池の発電電力のうち余剰分を使用して電動式のコンプレッサ７を運転し、エアタンク８に圧縮空気を貯える。これにより、燃料電池の発電電力をエアタンク８の空気圧に変換することができる。このように電力から変換された空気エネルギーは、車両において、空気圧を使用して所定の機能を発揮するブレーキ装置８０、ドア開閉装置８１、サスペンション装置８２等を作動させるときに有効に活用される。
【００４４】
第１実施形態の燃料電池自動車１００がもたらす作用効果について述べる。燃料電池自動車１００によると、空気供給ＥＣＵ１２は、二次電池５のＳＯＣが所定値以上であり充電条件を満たさない場合には、燃料電池の発電電力を用いてコンプレッサ７を運転してエアタンク８に空気を供給し、当該発電電力をエアタンク８の空気圧に変換する。
【００４５】
このように、二次電池５のＳＯＣが所定値以上である場合には、二次電池５に燃料電池の発電電力を充電するための容量があまりない判断する。そして、コンプレッサ７を運転してエアタンク８に空気を供給する（ステップ６０）。この処理により、燃料電池の発電電力がエネルギー変換されてエアタンク８の空気圧として貯えられることになる。また、固体高分子形燃料電池は、電圧が高くなると電極触媒層の白金等の溶出が起こりやすく出力が大きくなると電圧が低下するという燃料電池の特性がある。したがって、この制御によれば、燃料電池の電圧を抑えるとともに、増加させた出力電力を空気圧として有効活用することができる。すなわち、固体高分子形燃料電池で起こる触媒成分の溶出を抑制して燃料電池の劣化を抑制し、かつ燃費の改善を図る燃料電池自動車１００を提供することができる。
【００４６】
また、上記の制御によれば、固体高分子形燃料電池のカソード極で起こる触媒成分（例えば、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ等）の溶解、溶出を抑制して燃料電池の劣化を抑制できるとともに、燃費の改善を図ることができる。
【００４７】
また、電位が大きく変動する燃料電池の起動直後には、特にカソード触媒層の白金が溶出してしまうことがある。この触媒層の溶出により、触媒が劣化し、燃料電池の発電性能が低下することにより、燃料電池の耐久性低下の原因となる。燃料電池自動車１００による上記のエネルギー変換制御によれば、燃料電池の起動直後に起こり得る耐久性低下を回避することができる。
【００４８】
（第２実施形態）
第２実施形態は、第１実施形態で図３にしたがって説明したエネルギー変換の制御に対する他の形態である。第２実施形態におけるエネルギー変換の制御は、図４に示すフローチャートに従う。図４において図３と同一の符号を付したステップは、第１実施形態と同様の処理を行うものであり、その作用効果も同様である。以下、第２実施形態では、第１実施形態と異なる処理、作用、効果について説明する。
【００４９】
図４に示すように、ステップ４０で、二次電池５の充電条件が成立していると判定すると、ＨＶＥＣＵ９は、空気供給ＥＣＵ１２を介してステップ４５でブレーキ装置８０等の所定の装置を駆動するための圧縮空気がエアタンク８に貯まっているか否かを判定する。ステップ４５で、ＮＯと判定すると、先のステップ４０で二次電池５が充電できる状態であると判定しても、ステップ６０に進み、エア蓄圧処理を実行する。したがって、第２実施形態の燃料電池自動車１００によれば、二次電池５のＳＯＣに関係なく、エアタンク８の圧縮空気を必要量分確保する制御を提供する。
【００５０】
第２実施形態によれば、ブレーキ装置８０等の装置を運転できるだけの圧縮空気がエアタンク８にない場合には、二次電池５の蓄電状態にかかわらず、燃料電池の発電電力を用いてコンプレッサ７を運転してエアタンク８に空気を供給する（ステップ４５、６０）。
【００５１】
この制御によれば、ブレーキ装置８０、ドア開閉装置８１、サスペンション装置８２等を作動させることができる圧縮空気が確保できていない場合は、二次電池５のＳＯＣの状態にかかわらず、燃料電池の発電電力をエアタンク８の空気圧に変換する。これにより、常時圧縮空気を確保することができ、いつでもブレーキ装置８０、ドア開閉装置８１、サスペンション装置８２等を起動させる準備が整う燃料電池自動車１００を提供できる。
【００５２】
（第３実施形態）
第３実施形態の燃料電池自動車１００Ａは、第１実施形態の燃料電池自動車１００に対して、自車位置情報等を用いた演算によりエアタンクの必要空気量を予測し、当該予測量に応じてエアタンク８への空気供給を制限する点が相違する。燃料電池自動車１００Ａの構成は、図５に示すとおりである。第３実施形態におけるエネルギー変換の制御は、図６に示すフローチャートに従う。図５において図１と同一の符号を付した構成要素は、第１実施形態と同様であり、その作用効果も同様である。図６において図３と同一の符号を付したステップは、第１実施形態と同様の処理を行うものである。以下、第３実施形態では、第１実施形態と異なる構成、処理、作用、効果について説明する。
【００５３】
図６に示すように、ステップ２０で、エアタンク８の圧縮空気が所定の空気量未満であると判定すると、ステップ２１で自車位置情報、道路情報を取得する。自車位置情報、道路情報は車両に搭載されたナビゲーション装置によって取得できる。ナビゲーションＥＣＵ１４は、ＨＶＥＣＵ９と情報通信できる。例えば、ナビゲーションＥＣＵ１４は、ＧＰＳ受信機等で自車位置情報等を検出し、ＨＶＥＣＵ９に出力する。ＨＶＥＣＵ９は、取得した自車位置情報をＲＡＭ等の記憶装置に記憶する。このようにしてＨＶＥＣＵ９は、ナビゲーションＥＣＵ１４から送信された自車位置情報、道路情報を取得する。ＨＶＥＣＵ９は、取得した自車位置情報、道路情報を用いた所定の演算により、ブレーキ装置８０、ドア開閉装置８１、サスペンション装置８２等で使用される圧縮空気量を求め、エアタンク８に貯える必要のある必要空気量の予測値を算出する（ステップ２２）。
【００５４】
例えば、ＨＶＥＣＵ９は、自車位置情報と、今後走行するルートの道路情報とを用いた所定の演算により、近い将来、ブレーキ装置８０を作動する回数、強度を予測し、この予測作動に伴い、ブレーキ装置８０で使用される圧縮空気量を求める。例えば、今後走行するルートの道路情報に、下り坂が多い場合には、近い将来、ブレーキ装置８０の作動によって使用される圧縮空気量は比較的大きくなる。このように使用が予測される圧縮空気量と、現在エアタンク８に貯蔵されている空気量とから、エアタンク８の必要空気貯蔵量を算出することができる。
【００５５】
例えば、ＨＶＥＣＵ９は、自車位置情報と、今後走行するルートの道路情報とを用いた所定の演算により、近い将来、ドア開閉装置８１を作動する回数を予測し、この予測作動に伴い、ドア開閉装置８１で使用される圧縮空気量を求める。例えば、今後、乗員の乗り降りが予測される場合には、近い将来、ドア開閉装置８１の作動によって使用される圧縮空気量は比較的大きくなる。このように使用が予測される圧縮空気量と、現在エアタンク８に貯蔵されている空気量とから、エアタンク８の必要空気貯蔵量を算出することができる。
【００５６】
例えば、ＨＶＥＣＵ９は、自車位置情報と、今後走行するルートの道路情報とを用いた所定の演算により、近い将来、サスペンション装置８２を作動する回数、強度を予測し、この予測作動に伴い、サスペンション装置８２で使用される圧縮空気量を求める。例えば、今後、乗員の乗り降りが予測される場合には、近い将来、乗降口側の車高を下げるために、サスペンション装置８２の作動によって使用される圧縮空気量は比較的大きくなる。また、今後走行するルートの道路情報に、悪路が多い場合には、近い将来、乗り心地を確保するためにサスペンション装置８２の作動によって使用される圧縮空気量は比較的大きくなる。このように使用が予測される圧縮空気量と、現在エアタンク８に貯蔵されている空気量とから、エアタンク８の必要空気貯蔵量を算出することができる。
【００５７】
ＨＶＥＣＵ９は、次にステップ２３で、エアタンク８に近い将来に圧縮空気を供給する必要があるか否かを判定する。ステップ２２で求めた必要空気貯蔵量と、エアタンク８の現在の空気貯蔵量とから、近い将来ブレーキ装置８０、ドア開閉装置８１、サスペンション装置８２等を作動させるのに必要な空気量が不足している場合には、ステップ２３でＹＥＳと判定される。
【００５８】
ステップ２３でＹＥＳと判定すると、エアタンク８に圧縮空気を供給する必要があるため、ステップ６０でエア蓄圧処理を実行する。ステップ２３でＮＯと判定すると、圧縮空気を供給する必要性は低いと判断する。そして、ステップ４０に進み、以降の各処理を実行する。
【００５９】
第３実施形態によれば、ＨＶＥＣＵ９は、ナビゲーションＥＣＵ１４から取得した自車位置情報、道路情報を用いた演算によりエアタンク８に貯える必要のある必要空気量を予測する。さらに、ＨＶＥＣＵ９は、当該必要空気量の予測値に応じてエアタンク８への空気供給が必要か否かを判断し、必要性が低いと判断した場合は、エアタンク８への空気の供給を制限する（ステップ２２、２３、４０、５０）。
【００６０】
この制御によれば、ナビゲーション情報によって、近い将来の消費空気量を予測する。そして、そのときのために、エアタンク８に貯えておく必要のある圧縮空気量を求めることで、現時点でコンプレッサ７の運転を要するか否かを判断する。したがって、燃料電池自動車１００Ａによれば、上記判断によって、現時点でエアタンク８の圧縮空気の量を抑制しておくことにより、燃料電池が出力する余剰電力を受け入れるエアタンク８のキャパシティを向上することができる。
【００６１】
（第４実施形態）
第４実施形態の燃料電池自動車１００Ａは、所定のバス停留所に停車するバスであることが相違する。第４実施形態の燃料電池自動車１００Ａによれば、バス停留所が近づいたり、バス停車や降車の意思に伴う信号を取得したりすると、エアタンク８への空気供給を制限する制御を実施する。第４実施形態の燃料電池自動車１００Ａの構成は、図５に示すとおりである。第４実施形態におけるエネルギー変換の制御は、図７に示すフローチャートに従う。図５において図１と同一の符号を付した構成要素は、第１実施形態と同様であり、その作用効果も同様である。図７において図３と同一の符号を付したステップは、第１実施形態と同様の処理を行うものである。以下、第４実施形態では、第１実施形態と異なる構成、処理、作用、効果について説明する。
【００６２】
図７に示すように、ステップ２０でエアタンク８の圧縮空気が所定の空気量未満であると判定すると、ＨＶＥＣＵ９は、ステップ２２Ａでバス停留所が近いことを表す入力信号を取得したか否かを判定する。この入力信号は、各種の信号によって実施できる。
【００６３】
第１には、道路交通情報から取得したバス停位置情報を用いた解析により、バス停留所が所定の距離範囲にあること、バス停留所に所定時間内に到着することが認識された場合に、ＨＶＥＣＵ９は、バス停留所が近いことを表す入力信号を取得したと判断する。道路交通情報は、特定の団体が提供する情報でもよいし、バスを管理または所有する団体が保有する情報でもよい。また、ＨＶＥＣＵ９またはナビゲーションＥＣＵ１４は、道路交通情報からバス停位置情報を取得する情報取得手段を構成する。バス停位置情報を用いた解析は、ＨＶＥＣＵ９またはナビゲーションＥＣＵ１４で実行することができる。また、道路交通情報は、ナビゲーションＥＣＵ１４からＨＶＥＣＵ９に送信される自車位置情報、道路情報に置き換えてもよい。
【００６４】
第２には、降車意思表示ボタンの一例であるスイッチ１５がバスの乗客によって操作された場合に、ＨＶＥＣＵ９は、バス停留所が近いことを表す入力信号を取得したと判断する。降車意思表示ボタンは、乗客が降車したいバス停留所に近づくと操作するスイッチ１５である。ＨＶＥＣＵ９は、スイッチ１５が操作されるとその信号を受信してステップ２２ＡでＹＥＳと判定する。
【００６５】
第３には、バス停車ボタンの一例であるスイッチ１５が運転手によって操作された場合に、ＨＶＥＣＵ９は、バス停留所が近いことを表す入力信号を取得したと判断する。バス停車ボタンは、バスがバス停留所等に停車する場合に、運転手が操作するスイッチ１５である。ＨＶＥＣＵ９は、スイッチ１５が操作されるとその信号を受信してステップ２２ＡでＹＥＳと判定する。
【００６６】
また、ＨＶＥＣＵ９は、上記の第１、第２及び第３の入力信号の少なくとも一つを受信すると、ステップ２２ＡでＹＥＳと判定するようにしてもよい。すなわち、ＨＶＥＣＵ９は、複数の入力信号を受信した場合でも、ステップ２２ＡでＹＥＳと判定する。
【００６７】
ＨＶＥＣＵ９は、ステップ２２Ａでバス停留所が近いことを表す入力信号を取得していると判定すると、ステップ２４Ａに進む。ステップ２４Ａでは、第３実施形態のステップ２２と同様に、停車時の一連の作動でブレーキ装置８０、ドア開閉装置８１、サスペンション装置８２等を作動させるのに必要な圧縮空気量の予測値を算出する。
【００６８】
ＨＶＥＣＵ９は、次にステップ２５Ａで、エアタンク８に圧縮空気を供給する必要があるか否かを判定する。ステップ２４Ａで求めた必要空気貯蔵量と、エアタンク８の現在の空気貯蔵量とから、停車時の一連の作動に必要な量が不足している場合には、ステップ２５ＡでＹＥＳと判定される。
【００６９】
ステップ２５ＡでＹＥＳと判定すると、エアタンク８に圧縮空気を供給する必要があるため、ステップ６０でエア蓄圧処理を実行する。ステップ２５ＡでＮＯと判定すると、ステップ４０に進み、以降の各処理を実行する。
【００７０】
一方、ＨＶＥＣＵ９は、ステップ２２Ａでバス停留所が近いことを表す入力信号を取得していないと判定すると、ステップ４０に進み、以降の各処理を実行する。
【００７１】
第４実施形態によれば、ＨＶＥＣＵ９は、バス停留所が近いことを表す情報を取得し、かつエアタンク８への空気供給が必要でないと判断した場合には、燃料電池の発電電力を用いて二次電池の充電を行う。したがって、この場合には燃料電池の発電電力を用いたエアタンク８への空気供給を制限する（ステップ２２Ａ、２４Ａ、２５Ａ、４０、５０）。
【００７２】
この制御によれば、バス停留所が近いことを表す情報によって、近い将来の消費空気量を予測する。そして、そのときのために、エアタンク８に貯えておく必要のある圧縮空気量を求めることで、現時点でコンプレッサ７の運転を必要とするか否かを判断する。
【００７３】
したがって、燃料電池自動車１００Ａによれば、現時点ではエアタンク８に貯える圧縮空気の量を抑制しておくことで、停車時に燃料電池が出力する余剰電力を受け入れるエアタンク８のキャパシティを向上することができる。
【００７４】
また、ＨＶＥＣＵ９は、降車意思表示ボタンの操作、バス停車ボタンの操作、及び情報取得手段の取得情報の少なくとも一つを受信すると、バス停留所が近いことを表す情報を取得したと判断する。これによれば、乗客による操作、運転手による操作、外部から得られる道路情報等、様々なバス停車に関わる情報の一つでも取得した場合に、停車時に余剰電力を消費する能力を確実に向上させることができる。
【００７５】
（他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
【００７６】
上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。
【００７７】
上記第４実施形態において、バス停留所が近いことを表す入力信号を取得したと判定し、かつ二次電池５の蓄電率が所定値未満である場合には、ステップ５０に進み、エアタンク８への圧縮空気の供給を一切実施しない処理を実施する。この場合の処理の他の例として、エアタンク８への圧縮空気の供給を通常よりも少量分実施することで、エアタンク８への空気供給を制限するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００７８】
１…ＦＣスタック（燃料電池）、  ５…二次電池
７…コンプレッサ（エア供給装置）、  ８…エアタンク
９…ＨＶＥＣＵ（制御装置）、  １０…ＦＣＥＣＵ（制御装置）、
１１…電池ＥＣＵ（制御装置）、  １２…空気供給ＥＣＵ（制御装置）
３０…走行用モータ、  ３１…駆動輪
８０…ブレーキ装置（エア式ブレーキ、所定の装置）
８１…ドア開閉装置（所定の装置）
８２…サスペンション装置（エア式サスペンション、所定の装置）
【図１】
2014241215.tif 000003
【図２】
2014241215.tif 000004
【図３】
2014241215.tif 000005
【図４】
2014241215.tif 000006
【図５】
2014241215.tif 000007
【図６】
2014241215.tif 000008
【図７】
2014241215.tif 000009