(57)【要約】【課題】  出力範囲が限定された燃料電池の負荷を満たすことができるハイブリッドシステムを提供する。【解決手段】  駆動力を発生する電動機３４と、電動機３４に対して電力を供給する蓄電手段２２と、所定出力範囲で電動機３４または蓄電手段２２に電力を供給する燃料電池１５と、燃料電池１５の負荷に対して出力する内燃機関３１と、燃料電池１５の負荷が燃料電池１５の所定出力範囲における上限値よりも大きいか否かを判定する判定手段４０と、判定手段４０により電動機３４の負荷が所定出力範囲の上限値よりも大きいと判定された場合に内燃機関３１を作動させる制御手段４０とを備える。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動力を発生する電動機と、
前記電動機に対して電力を供給する蓄電手段と、
所定出力範囲で前記電動機または前記蓄電手段に電力を供給する燃料電池と、
前記燃料電池の負荷に対して出力する内燃機関と、
前記燃料電池の負荷が前記燃料電池の所定出力範囲における上限値よりも大きいか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段により前記燃料電池の負荷が前記所定出力範囲の上限値よりも大きいと判定された場合に前記内燃機関を作動させる制御手段とを備えることを特徴とするハイブリッドシステム。
【請求項２】
前記判定手段は、前記蓄電手段の蓄電残量が減少する場合に、前記燃料電池の負荷が前記燃料電池の所定出力範囲における上限値よりも大きいと判定することを特徴とする請求項１記載のハイブリッドシステム。
【請求項３】
前記所定出力範囲は、前記燃料電池の熱効率が、前記内燃機関の熱効率の最大値以上となる範囲であることを特徴とする請求項１または２記載のハイブリッドシステム。
【請求項４】
前記蓄電残量を検出する蓄電残量検出手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記蓄電残量がしきい値以上であれば前記内燃機関の動作を停止させ、前記蓄電残量がしきい値未満であれば前記内燃機関の動作を開始させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のハイブリッドシステム。
【請求項５】
前記制御手段は、前記内燃機関の熱効率が前記所定出力範囲の上限から前記燃料電池の最大出力までの範囲における前記燃料電池の熱効率よりも低い場合に、前記所定出力範囲の上限を高出力側に変更することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のハイブリッドシステム。
【請求項６】
前記内燃機関の熱効率は、前記内燃機関が消費するエネルギに対する、前記内燃機関により前記電動機の負荷または前記蓄電手段に供給される出力の比率であることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載のハイブリッドシステム。
【請求項７】
前記燃料電池の熱効率は、前記燃料電池が消費するエネルギに対する、前記燃料電池により前記蓄電手段を介して前記電動機に供給される出力の比率であることを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載のハイブリッドシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池、電動機および内燃機関を備えたハイブリッドシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料電池と二次電池とを組み合わせたハイブリッド電源装置が開発されている。こうしたハイブリッド電源装置では、燃料電池の出力を負荷指令の増減に応じて変化させていたため、システム効率が３０％未満の効率の悪い範囲で燃料電池を作動させることがあった。これに対し、燃料電池の出力範囲を３０％〜４０％の範囲に限定して作動させることで効率の良いハイブリッド電源装置を実現する技術が特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開平７−２４０２１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に開示の技術のように、出力範囲を限定しながら燃料電池を作動させる場合、燃料電池の負荷、例えば燃料電池の電力が供給される電動機や電動機以外の補機の負荷が燃料電池の上限出力値よりも大きくなると、燃料電池から電動機や補機に供給される電力の不足が発生するため、負荷を満たすことができなくなるおそれがあった。これは、燃料電池の電力が直接電動機に供給されるハイブリッド電源装置、蓄電池等を介して燃料電池の電力が供給されるハイブリッド電源装置に共通して発生する。
【０００４】
本発明は、出力範囲が限定された燃料電池の負荷を満たすことができるハイブリッドシステム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】
【０００５】
本発明に係るハイブリッドシステムは、駆動力を発生する電動機と、電動機に対して電力を供給する蓄電手段と、所定出力範囲で電動機または蓄電手段に電力を供給する燃料電池と、燃料電池の負荷に対して出力する内燃機関と、燃料電池の負荷が燃料電池の所定出力範囲における上限値よりも大きいか否かを判定する判定手段と、判定手段により燃料電池の負荷が所定出力範囲の上限値よりも大きいと判定された場合に内燃機関を作動させる制御手段とを備えるものである。
【０００６】
本発明に係るハイブリッドシステムにおいては、所定出力範囲で作動する燃料電池の電力が蓄電手段または電動機に供給されるとともに、燃料電池の負荷が所定出力範囲の上限値よりも大きい場合に燃料電池の負荷に対して内燃機関の出力が供給される。これにより、燃料電池の負荷が燃料電池の上限出力値よりも大きくなった場合でも、燃料電池の負荷に対する出力不足分を内燃機関の出力で補うことができるので、安定して燃料電池の負荷を満たすことができる。
【０００７】
判定手段は、蓄電手段の蓄電残量が減少する場合に、燃料電池の負荷が燃料電池の所定出力範囲における上限値よりも大きいと判定してもよい。この場合、蓄電手段の蓄電残量が減少しても内燃機関の動作により蓄電手段の蓄電残量が増加する。それにより、蓄電手段の蓄電残量不足を確実に防止できる。
【０００８】
本発明に係るハイブリッドシステムにおいては、所定出力範囲で燃料電池により蓄電手段に電力が供給され、蓄電手段の電力により電動機が動作し、蓄電手段の蓄電残量が減少する場合に蓄電手段に対して内燃機関の出力が供給される。この場合、蓄電手段の蓄電手段の蓄電残量が減少しても内燃機関の動作により蓄電手段の蓄電残量が増加する。それにより、蓄電手段の蓄電残量不足を防止できる。したがって、蓄電手段の電動機への安定的な電力供給を実現できるとともに、蓄電手段の過放電による寿命低下が防止できる。また、内燃機関の不必要な動作を抑制できることから、ハイブリッドシステム全体の熱効率が向上する。
【０００９】
所定出力範囲は、燃料電池の熱効率が、内燃機関の熱効率の最大値以上となる範囲であってもよい。この場合、熱効率が高い範囲で燃料電池を動作させることから、ハイブリッドシステム全体の熱効率が向上する。
【００１０】
蓄電残量を検出する蓄電残量検出手段をさらに備え、制御手段は、蓄電残量がしきい値以上であれば内燃機関の動作を停止させ、蓄電残量がしきい値未満であれば内燃機関の動作を開始させてもよい。この場合、蓄電手段の蓄電残量が小さい場合に内燃機関を動作させて蓄電手段の蓄電残量を増加させることから、蓄電手段の蓄電残量不足を確実に防止することができる。したがって、蓄電手段の電動機への安定的電力供給を実現できるとともに、蓄電手段の過放電による寿命低下が防止できる。また、熱効率の低い内燃機関の不必要な動作を抑制できることから、ハイブリッドシステム全体の熱効率が向上する。
【００１１】
制御手段は、内燃機関の熱効率が所定出力範囲の上限から燃料電池の最大出力までの範囲における燃料電池の熱効率よりも低い場合に、所定出力範囲の上限を高出力側に変更してもよい。この場合、燃料電池から発生する電力を最大限活用することができる。また、内燃機関の不必要な動作を抑制することができる。それにより、ハイブリッドシステム全体の熱効率が向上する。
【００１２】
内燃機関の熱効率は、内燃機関が消費するエネルギに対する、内燃機関により電動機の負荷または蓄電手段に供給される出力の比率であってもよい。この場合、ハイブリッドシステム全体の熱効率をより適切に向上させることができる。
【００１３】
燃料電池の熱効率は、燃料電池が消費するエネルギに対する、燃料電池により蓄電手段を介して電動機に供給される出力の比率であってもよい。この場合、ハイブリッドシステム全体の熱効率をより適切に向上させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、蓄電手段の蓄電残量不足が防止できる。また、蓄電手段の電動機への安定的な電力供給を実現できる。さらに、蓄電手段の過放電による寿命低下を防止できる。また、ハイブリッドシステム全体の熱効率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明に係るハイブリッドシステム１００の全体構成を示す模式図である。図１に示すように、ハイブリッドシステム１００は、燃料電池部１０、蓄電部２０、動力部３０および制御部４０から構成される。
【００１７】
燃料電池部１０は、予混合手段１１、加熱手段１２、改質手段１３、燃料選別手段１４、燃料電池１５、還流手段１６および電池冷却手段１７を備える。蓄電部２０は、変圧手段２１，２３、蓄電手段２２、直交流変換手段２４および蓄電残量検出手段２５を備える。動力部３０は、内燃機関３１、発電機３２、動力分割手段３３、電動機３４、動力伝達手段３５、車輪３６およびアクセル３７を備える。
【００１８】
予混合手段１１は、制御部４０の指示に従って炭化水素系燃料および酸素を所定の比率で混合することにより混合気を生成し、加熱手段１２に供給する。加熱手段１２は、供給された混合気を加熱し、改質手段１３に供給する。改質手段１３は、混合気から水素を含む燃料ガスを生成し、燃料選別手段１４に供給する。燃料選別手段１４は、供給されたガスをろ過して、水素ガスと炭化水素、一酸化炭素、二酸化炭素および窒素ガスとに分離する。燃料選別手段１４は、ろ過された水素ガスを燃料電池１５に供給し、ろ過された炭化水素、一酸化炭素、二酸化炭素および窒素ガスを還流手段１６に供給する。
【００１９】
還流手段１６は、供給された炭化水素、一酸化炭素、二酸化炭素および窒素ガスを加熱燃焼用燃料または熱回収流体として加熱手段１２を介して改質手段１３に供給する。それにより、炭化水素系燃料の有効利用が図れる。燃料電池１５は、供給された水素ガスを利用して発電を行い、得られた電力を制御部４０の指示に従って変圧手段２１に供給する。電池冷却手段１７は、ハイブリッドシステム１００の外部から空気を取り込み、取り込んだ空気の一部を燃料電池１５の冷却に用いる。また、取り込んだ空気の残りを還流手段１６に供給する。
【００２０】
変圧手段２１は、燃料電池１５から供給された電力を変圧して蓄電手段２２または変圧手段２３に供給する。蓄電手段２２は、蓄電池等からなる。蓄電手段２２は、制御部４０の指示に従って、変圧手段２３に電力を供給する。変圧手段２３は、与えられた電力を変圧して直交流変換手段２４に供給する。直交流変換手段２４は、与えられた電力を交流に変換して電動機３４に供給する。蓄電残量検出手段２５は、蓄電手段２２の蓄電残量値を検出し、制御部４０に検出した蓄電残量値を与える。
【００２１】
内燃機関３１は、制御部４０の指示に従って、炭化水素系燃料および空気から所定の比率で混合気を生成し、動力を発生させ、得られた動力を動力分割手段３３に供給する。動力分割手段３３は、制御部４０の指示に従って、内燃機関３１から供給される動力を電動機３４、発電機３２または動力伝達手段３５に供給する。電動機３４は、直交流交換手段２４から供給された電力により動力を発生させ、得られた動力を動力伝達手段３５に供給する。動力分割手段３３から電動機３４に動力が供給される場合には、電動機３４は、動力分割手段３３から電動機３４に動力と直交流交換手段２４から供給された電力とにより動力を発生させる。動力伝達手段３５は、供給された動力を車輪３６に伝達する。アクセル３７は、使用者の操作によるアクセル開度を制御部４０に与える。
【００２２】
また、蓄電手段２２の蓄電残量が少ない場合および車輪３６が減速する場合には、動力分割手段３３は、制御部４０の指示に従って、内燃機関３１から発生した動力を発電機３２に供給する。発電機３２は、供給された動力により発電を行い、得られた電力を直交流変換手段２４および変圧手段２３を介して蓄電手段２２に供給する。
【００２３】
次に、アクセル３７のアクセル開度と要求出力との関係を説明する。図２は、アクセル３７のアクセル開度と要求出力との関係を示す図である。図２の縦軸は要求出力を示し、図２の横軸はアクセル３７のアクセル開度を示す。図２に示すように、アクセル３７のアクセル開度と要求出力とは比例関係にあり、アクセル開度の増加に伴い要求出力も増加する。制御部４０は、図２に基づいてアクセル３７の開度から要求出力を計算する。
【００２４】
次に、内燃機関３１および燃料電池１５の出力および熱効率について説明する。図３は、内燃機関３１および燃料電池１５の出力と熱効率との関係を示す図である。図３の縦軸は内燃機関３１および燃料電池１５の熱効率を示し、図３の横軸は内燃機関３１および燃料電池１５の出力を示す。
【００２５】
ここで、内燃機関３１の熱効率とは内燃機関３１が消費するエネルギに対する内燃機関３１の出力の比率であり、燃料電池１５の熱効率とは燃料電池１５が消費するエネルギに対する燃料電池１５の出力の比率である。
【００２６】
図３に示すように、燃料電池１５の熱効率は、燃料電池１５の出力の増加に伴って急激に増加し、最大熱効率を超えた後は急激に減少する。一方、内燃機関３１の熱効率は、内燃機関３１の出力の増加に伴ってなだらかに増加し、最大熱効率を超えた後はなだらかに減少する。このことは、一般的な内燃機関においては、出力の増大に伴ってフリクションの増大、吸気および排気効率の低下、燃焼効率の低下等により内燃機関の熱効率が低下するからであると考えられる。
【００２７】
燃料電池１５の熱効率が内燃機関３１の最大熱効率よりも大きい範囲のことを以下、許容燃料電池出力範囲と呼ぶ。また許容燃料電池出力範囲の最大出力値を許容最大燃料電池出力設定値と呼び、許容燃料電池出力範囲の最小出力値を許容最小燃料電池出力設定値と呼ぶ。
【００２８】
要求出力が許容最小燃料電池出力設定値よりも小さい場合には、蓄電手段２２からの電力により電動機３４が動力を発生する。要求出力が許容燃料電池出力範囲内にある場合には、燃料電池１５および／または蓄電手段２２からの電力により電動機３４が動力を発生する。要求出力が許容最大燃料電池出力設定値よりも大きい場合には、燃料電池１５および／または蓄電手段２２からの電力により電動機３４が動力を発生し、必要な場合には内燃機関３１が動力を発生する。このように、熱効率が高い範囲で燃料電池１５を動作させ、かつ、熱効率の低い内燃機関３１の不必要な動作を抑制することから、ハイブリッドシステム１００全体の熱効率が向上する。
【００２９】
なお、内燃機関３１の熱効率は、内燃機関３１が消費するエネルギに対する、内燃機関３１により電動機３４の負荷に供給される出力の比率であってもよい。また、内燃機関３１の熱効率は、内燃機関３１が消費するエネルギに対する、発電機３２を介して蓄電手段２２に供給される電力の比率であってもよい。さらに、燃料電池１５の熱効率は、燃料電池１５が消費するエネルギに対する、燃料電池１５により蓄電手段２２を介して電動機３４に供給される出力の比率であってもよい。この場合、ハイブリッドシステム１００内の機器等による内燃機関３１および燃料電池１５の出力効率低下が考慮される。それにより、ハイブリッドシステム１００全体の熱効率がより適切に向上する。
【００３０】
以下に、制御部４０による内燃機関３１の動作制御について説明する。図４は、制御部４０が内燃機関３１を動作させる場合のフローチャートを示す図である。図４に示すように、制御部４０は、アクセル３７からアクセル開度を受け取って要求出力を計算する（ステップＳ１）。この場合、図２に基づいて要求出力を計算する。次に、制御部４０は、要求出力が許容最大燃料電池出力設定値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２）。
【００３１】
ステップＳ２において要求出力が許容最大燃料電池出力設定値よりも大きいと判定された場合には、制御部４０は、内燃機関３１を動作させる（ステップＳ３）。次に、制御部４０は、内燃機関３１により発生した動力を動力分割手段３３を介して発電機３２に供給する（ステップＳ４）。この場合、内燃機関３１により発生した動力を車輪３６に供給してもよい。その後、制御部４０は動作を終了する。
【００３２】
ステップＳ２において要求出力が許容最大燃料電池出力設定値よりも大きいと判定されなかった場合には、制御部４０は、動作を終了する。なお、制御部４０は、所定の周期で上記フローチャートを実行する。
【００３３】
このように、蓄電手段２２の蓄電残量が減少する場合に内燃機関３１を動作させて蓄電手段２２の蓄電残量を増加させることから、蓄電手段２２の蓄電残量不足を防止することができる。したがって、蓄電手段２２の電動機３４への安定的電力供給を実現できるとともに、蓄電手段２２の過放電による寿命低下が防止できる。また、熱効率の低い内燃機関３１の不必要な動作を抑制できることから、ハイブリッドシステム１００全体の熱効率が向上する。
【００３４】
なお、ステップＳ２において要求出力が許容最大燃料電池出力設定値よりも大きいと判定されなかった場合には、制御部４０は、内燃機関３１の動作を停止させてもよい。
【００３５】
続いて、制御部４０による内燃機関３１の動作制御についての他の例を説明する。図５は、制御部４０による内燃機関３１の動作制御について説明する図である。図５（ａ）は要求出力と蓄電手段２２の動作との関係を説明する図であり、図５（ｂ）は蓄電手段２２による電力供給時間と蓄電手段２２の蓄電残量との関係を示す図である。図５（ａ）の縦軸は内燃機関３１および燃料電池１５の熱効率を示し、図５（ａ）の横軸は内燃機関３１および燃料電池１５の出力を示す。図５（ｂ）の縦軸は蓄電手段２２の蓄電残量を示し、図５（ｂ）の横軸は蓄電手段２２による電力供給時間を示す。
【００３６】
図５（ａ）に示すように、燃料電池１５の最大出力は比較的小さいことから、要求出力が燃料電池最大出力を超える場合には蓄電手段２２の電力が利用される。図５（ｂ）に示すように、蓄電手段２２による電力供給時間が経過するにつれて蓄電手段２２の蓄電残量は減少する。蓄電手段２２の蓄電残量がしきい値Ｘを下回れば、制御部４０は内燃機関３１を動作させて蓄電手段２２に電力を供給する。それにより、蓄電手段２２の過放電による寿命低下が防止できる。
【００３７】
図６は、制御部４０が図５の動作を制御する場合のフローチャートを示す図である。図６に示すように、制御部４０は、蓄電残量検出手段２５から蓄電手段２２の蓄電残量値を受け取る（ステップＳ１１）。次に、制御部４０は、蓄電手段２２の蓄電残量値がしきい値Ｘよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２において蓄電手段２２の蓄電残量値がしきい値Ｘよりも小さいと判定された場合には、制御部４０は、内燃機関３１を動作させる（ステップＳ１３）。次いで、制御部４０は、内燃機関３１により発生した動力を動力分割手段３３を介して発電機３２に供給する（ステップＳ１４）。この場合、内燃機関３１により発生した動力を車輪３６に供給してもよい。その後、制御部４０は動作を終了する。
【００３８】
ステップＳ１２において蓄電手段２２の蓄電残量値がしきい値Ｘよりも小さいと判定されなかった場合には、制御部４０は、動作を終了する。なお、制御部４０は、所定の周期で上記フローチャートを実行する。
【００３９】
このように、蓄電手段２２の蓄電残量が小さい場合に内燃機関３１を動作させて蓄電手段２２の蓄電残量を増加させることから、蓄電手段２２の蓄電残量不足を防止することができる。したがって、蓄電手段２２の電動機３４への安定的電力供給を実現できるとともに、蓄電手段２２の過放電による寿命低下が防止できる。また、熱効率の低い内燃機関３１の不必要な動作を抑制できることから、ハイブリッドシステム１００全体の熱効率が向上する。
【００４０】
なお、ステップＳ２において要求出力が許容最大燃料電池出力設定値よりも大きいと判定されなかった場合には、制御部４０は、内燃機関３１の動作を停止させてもよい。
【００４１】
続いて、制御部４０による内燃機関３１の動作制御についてのさらに他の例を説明する。図７は、要求出力と燃料電池１５の出力との関係を示す図である。図７の縦軸は燃料電池１５の出力値を示し、図７の横軸は要求出力を示す。
【００４２】
図７に示すように、許容最小燃料電池出力は、いずれの要求出力に対しても許容最小燃料電池出力設定値で一定である。これに対し、許容最大燃料電池出力は、要求出力が図３の許容燃料電池出力範囲内にある場合には許容最大燃料電池出力設定値で一定であるが、要求出力が許容燃料電池出力範囲を超える場合には要求出力に応じて燃料電池最大出力まで増加する。
【００４３】
図８は、許容最大燃料電池出力が許容燃料電池出力範囲を超える場合について説明する図である。図８の縦軸は燃料電池１５および内燃機関３１の熱効率を示し、図８の横軸は燃料電池１５および内燃機関３１の出力を示す。要求出力が許容燃料電池出力範囲を超える場合には、燃料電池１５の許容最大燃料電池出力は要求出力に応じて、内燃機関３１の熱効率と等しい熱効率になるまで引き上げられる。なお、燃料電池１５の許容最大燃料電池出力の上限は、燃料電池最大出力である。
【００４４】
以上のことから、燃料電池１５の熱効率は、常に内燃機関３１の熱効率以上の値を維持する。また、燃料電池１５が発生する電力を最大限活用することができる。それにより、内燃機関３１の不必要な動作を抑制することができる。その結果、ハイブリッドシステム１００全体の熱効率が向上する。
【００４５】
図９は、蓄電手段２２の蓄電残量と内燃機関３１の出力補正値との関係を示す図である。ここで、内燃機関３１の出力補正値とは、要求出力に応じて内燃機関３１が発生させるべき出力から差し引く出力のことをいう。図９の縦軸は内燃機関３１の出力補正値を示し、図９の横軸は蓄電手段２２の蓄電残量を示す。
【００４６】
図９に示すように、内燃機関３１の出力補正値は、蓄電手段２２の蓄電残量が少ない領域においてはゼロであり、蓄電残量がある一定値を超えると蓄電残量の増加に伴い内燃機関３１の出力補正値も増加する。このように、蓄電手段２２の蓄電残量が少ない場合には、内燃機関３１の出力により蓄電手段２２を充電する。また、蓄電手段２２の蓄電残量が大きい場合には、内燃機関３１の出力を抑制して蓄電手段２２からの電力を利用する。
【００４７】
例えば、蓄電手段２２の蓄電残量が蓄電容量の０％〜３０％は出力補正値を０ｋＷとし、蓄電手段２２の蓄電残量が蓄電容量の５０％の場合に出力補正値を５ｋＷとすることができる。
【００４８】
以上のように、蓄電手段２２の電力を最大限に用いることにより内燃機関３１の不必要な動作を抑制し、かつ、蓄電手段２２の電力が不足する場合には内燃機関３１の動作により蓄電手段２２を充電することが可能である。それにより、蓄電手段２２の過放電による寿命低下が防止できる。また、ハイブリッドシステム１００全体の熱効率が向上する。
【００４９】
図１０は、制御部４０が図７〜図９の動作を制御する場合のフローチャートを示す図である。図９に示すように、制御部４０は、許容最小燃料電池出力を許容最小燃料電池設定値に設定する（ステップＳ２１）。次に、制御部４０は、要求出力を計算する（ステップＳ２２）。この場合、制御部４０は、アクセル３７のアクセル開度から図２に基づいて要求出力を計算する。
【００５０】
次いで、制御部４０は、計算された要求出力に応じて図７のグラフに基づいて許容最大燃料電池出力を設定する（ステップＳ２３）。次に、制御部４０は、蓄電手段２２の蓄電残量を取り込む（ステップＳ２４）。次いで、制御部４０は、図９のグラフに基づいて内燃機関出力補正値を計算する（ステップＳ２５）。その後、制御部４０は動作を終了する。
【００５１】
このように、燃料電池１５の熱効率は、常に内燃機関３１の熱効率以上の値を維持する。また、燃料電池１５が発生する電力および蓄電手段２２からの電力を最大限活用することができる。さらに、内燃機関３１の不必要な動作を抑制し、かつ、蓄電手段２２の電力が不足する場合には内燃機関３１の動作により蓄電手段２２を充電することが可能である。それにより、蓄電手段２２の過放電による寿命低下が防止できる。また、ハイブリッドシステム１００全体の熱効率が向上する。
【００５２】
なお、制御部４０は、数ミリ秒〜数十ミリ秒に一度上記フローチャートを実行する。例えば、制御部４０は、４８ミリ秒に一度上記フローチャートを実行する。
【００５３】
続いて、燃料電池１５の出力について説明する。図１１は、燃料電池１５の蓄電残量と燃料電池１５の出力との関係の一例を示す図である。図１１の縦軸は燃料電池１５の出力を示し、図１１の横軸は蓄電手段２２の蓄電残量を示す。図１１に示すように、燃料電池１５は、蓄電手段２２の蓄電残量に応じてあらかじめ設定してある複数の出力値のうちいずれかの出力値となるように出力を行う。この複数の出力値は、蓄電手段２２の蓄電残量の増加に伴って段階的に低下し、蓄電手段２２の蓄電残量がある一定値を超えるとゼロになる。それにより、蓄電手段２２が十分に充電されている場合には燃料電池１５が発電を行わないことになる。その結果、ハイブリッドシステム１００全体の熱効率が向上する。
【００５４】
また、あらかじめ設定してある出力値に燃料電池１５の最大熱効率となる出力値が含まれていれば、燃料電池１５の最大熱効率における出力を利用することができる。なお、蓄電手段２２の蓄電残量に限定せず、要求出力、アクセル３７のアクセル開度等に応じて燃料電池１５の出力値を段階的に設定してもよい。
【００５５】
また、燃料電池１５の出力を連続的に制御する必要がないので、要求出力の急激な変化により燃料電池１５における反応ガス流量の応答遅れの発生が防止される。さらに、反応ガス流量が定常化することから、燃料電池１５の発電効率を理論値に維持することが可能である。また、反応ガスを燃料電池１５へ供給するポンプのオーバーシュート補正が不要となることから、ポンプの消費電力が過大となることもない。特に、本実施例のように改質手段１３により燃料ガスを生成する場合においては、上記効果が大きくなる。
【００５６】
なお、図１１で説明した燃料電池１５の出力は一例である。したがって、燃料電池１５は、他の方法により出力してもよい。例えば、燃料電池１５の出力を蓄電手段２２の蓄電残量に応じて連続的に制御することもできる。
【００５７】
なお、燃料電池１５は、要求出力が最大熱効率となる出力よりも低い場合に、最大熱効率となる出力をしてもよい。この場合、燃料電池１５は要求出力以上の電力を発生するが、余分な電力を蓄電手段２２に供給することができる。したがって、燃料電池１５は最大熱効率で蓄電手段２２に電力を供給することになる。その結果、ハイブリッドシステム１００全体の熱効率が向上する。
【００５８】
また、燃料電池１５は、要求出力が最大熱効率となる出力よりも低い場合においても最大熱効率の出力をしてもよい。この場合、不足する出力は蓄電手段２２からの電力を用いることができる。また、燃料電池１５が最大熱効率で電力を発生する結果、ハイブリッドシステム１００全体の熱効率が向上する。
【００５９】
なお、本実施例においては、制御部４０が判定手段および制御手段に相当し、しきい値Ｘがしきい値に相当し、許容燃料電池出力範囲が所定出力範囲に相当する。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明に係るハイブリッドシステムの全体構成を示す模式図である。
【図２】アクセルのアクセル開度と要求出力との関係を示す図である。
【図３】内燃機関および燃料電池の出力と熱効率との関係を示す図である。
【図４】制御部が内燃機関を動作させる場合のフローチャートを示す図である。
【図５】制御部による内燃機関の動作制御について説明する図である。
【図６】制御部が図５の動作を制御する場合のフローチャートを示す図である。
【図７】要求出力と燃料電池の出力との関係を示す図である。
【図８】許容最大燃料電池出力が許容燃料電池出力範囲を超える場合について説明する図である。
【図９】蓄電手段の蓄電残量と内燃機関の出力補正値との関係を示す図である。
【図１０】制御部が図７〜図９の動作を制御する場合のフローチャートを示す図である。
【図１１】燃料電池の蓄電残量と燃料電池の出力との関係の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０  燃料電池部
１３  改質手段
１５  燃料電池
２０  蓄電部
２２  蓄電手段
２５  蓄電残量検出手段
３０  動力部
３１  内燃機関
３２  発電機
３３  動力分割手段
３４  電動機
３７  アクセル
４０  制御部
１００  ハイブリッドシステム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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