(57)【要約】【課題】  燃料電池車両の状態変化に基づいて、一時停止状態から再起動させるときの条件を変化させることによって、燃料電池車両の性能低下による運転性の低下を回避させる。【解決手段】  燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されて発電する燃料電池１と、燃料電池１に燃料ガス及び酸化剤ガスを供給する水素タンク２，コンプレッサ３、コンプレッサモータ４とを有する燃料電池システムと、燃料電池１で発電した電力によって駆動力を発生させる駆動モータ７と、所定の一時停止条件を満たした場合に、燃料電池１の発電を停止させて一時停止状態にさせ、所定の復帰条件を満たした場合に、燃料電池１の発電を再開させる制御ユニット１１とを備える。制御ユニット１１は、燃料電池１が一時停止状態である時に、燃料電池システムの性能変化を検出し、当該性能変化に応じて復帰条件を変更させて、当該復帰条件を満たした場合に、燃料電池１の発電を再開させる。【選択図】      図１
2006158006.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機によって発生する駆動力によって走行する燃料電池車両の制御装置であって、
燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されて発電する燃料電池と、前記燃料電池に燃料ガス及び酸化剤ガスを供給するガス供給手段とを有する燃料電池システムと、
前記燃料電池で発電した電力によって駆動力を発生させる電動機と、
所定の一時停止条件を満たした場合に、前記燃料電池の発電を停止させて一時停止状態にさせ、所定の復帰条件を満たした場合に、前記燃料電池の発電を再開させる制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記燃料電池システムの性能変化を検出し、当該性能変化に応じて前記復帰条件を変更させて、当該復帰条件を満たした場合に、前記燃料電池の発電を再開させることを特徴とする燃料電池車両の制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記燃料電池システムの性能変化に応じて、前記復帰条件である前記燃料電池車両の車速を変更することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池車両の制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記燃料電池システムの目標とする性能に対して、前記燃料電池システムの性能が低下しているほど、前記復帰条件である車速を低下させることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池車両の制御装置。
【請求項４】
前記制御手段は、所定の要求発電量を前記燃料電池に発電させるために必要な目標とする酸化剤ガス供給量よりも、実際に前記所定の要求発電量に応じて前記ガス供給手段から前記燃料電池に供給される酸化剤ガス供給量が低いほど、前記ガス供給手段の性能が低下していると判定することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の燃料電池車両の制御装置。
【請求項５】
前記制御手段は、所定の前記燃料電池の要求発電量を発電させるために必要な目標とする前記燃料電池の総電圧よりも、実際に前記所定の要求発電量を発電させた場合の前記燃料電池の総電圧が低いほど、前記燃料電池の性能が低下していると判定することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の燃料電池車両の制御装置。
【請求項６】
前記制御手段は、所定の前記燃料電池の要求発電量を発電させるために必要な目標とする前記燃料電池のセル電圧よりも、実際に前記所定の要求発電量を発電させた場合の前記燃料電池のセル電圧が低いほど、前記燃料電池を構成するセルの性能が低下していると判定することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の燃料電池車両の制御装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記燃料電池車両周囲の大気圧を検出し、当該大気圧が低いほど、前記燃料電池システムの性能が低下すると判定することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の燃料電池車両の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に酸化剤ガス及び燃料ガスを供給して発電させ、発電電力によって駆動力を発生させる燃料電池車両の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば下記の特許文献１に記載されているように、車両の状態が所定のアイドル条件を満たしたと判断された時に、コンプレッサ等を停止して燃料電池の発電を停止してアイドル状態とする燃料電池車両のアイドル制御装置が知られている。このようなアイドル制御装置は、例えば、車両停止時にバッテリ状態を監視しながら燃料電池システムを停止し、車両に要求される駆動出力に応じて燃料電池システムを再起動させている。
【０００３】
また、特許文献１には、燃料電池をアイドル状態としている時に、キャパシタの残容量が所定値以下に低下した時には、キャパシタの電力によりコンプレッサを駆動して燃料電池を再起動するアイドル復帰手段と、アイドル復帰手段により再起動した燃料電池を通常時の運転領域よりも発電効率の良い運転領域で発電させて、キャパシタを充電させるアイドル充電手段とが記載されている。
【０００４】
更に、従来より、燃料電池の劣化を抑制するために、当該劣化を検出する技術としては、燃料電池を構成する特定セルの電圧低下を検出する下記の特許文献２や、燃料電池の総電圧低下を検出する下記の特許文献３等が知られている。
【特許文献１】特開２００４−０５６８６８号公報
【特許文献２】特開２００４−１７９１１２号公報
【特許文献３】特開２００４−２０７０２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来では、上述したように燃料電池システム各部の劣化を検知して燃料電池システムの性能変化を検出する技術が存在するものの、車両に要求される駆動出力によって燃料電池システムを再起動させる時には、燃料電池システムの性能変化を考慮していないという問題があった。これにより、従来では、燃料電池システムの劣化によって再起動時の応答速度が低下した場合には、再起動時に要求に応じた出力を得ることができないという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、燃料電池車両の状態変化に基づいて、一時停止状態から再起動させるときの条件を変化させることによって、燃料電池車両の性能低下による運転性の低下を回避させることができる燃料電池車両の制御装置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】
【０００７】
本発明では、電動機によって発生する駆動力によって走行する燃料電池車両の制御装置であって、燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されて発電する燃料電池と、前記燃料電池に燃料ガス及び酸化剤ガスを供給するガス供給手段とを有する燃料電池システムと、前記燃料電池で発電した電力によって駆動力を発生させる電動機と、所定の一時停止条件を満たした場合に、前記燃料電池の発電を停止させて一時停止状態にさせ、所定の復帰条件を満たした場合に、前記燃料電池の発電を再開させる制御手段とを備える。
【０００８】
このような燃料電池車両の制御装置では、制御手段により、前記燃料電池システムの性能変化を検出し、当該性能変化に応じて前記復帰条件を変更させて、当該復帰条件を満たした場合に、前記燃料電池の発電を再開させることにより、上述の課題を解決する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る燃料電池車両の制御装置によれば、燃料電池システムの性能変化を検出し、当該性能変化に応じて復帰条件を変更させるので、燃料電池システムの性能が低下している場合には早期に一時停止状態から復帰させることができ、燃料電池を一時停止状態としても、燃料電池車両の性能低下による運転性の低下を回避させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１１】
本発明は、例えば図１に示すような機能的な構成を有する燃料電池車両に適用される。この燃料電池車両は、燃料電池スタック１やバッテリ１０からの電力を駆動モータ７に供給することによって、駆動力を発生させて走行をするものである。
【００１２】
［燃料電池車両の構成］
この燃料電池車両は、燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されることにより発電する燃料電池スタック１を備える。この燃料電池スタック１は、固体高分子電解質膜を挟んで空気極と水素極とを対設した燃料電池セル構造体をセパレータで挟持し、セル構造体を複数積層して構成されている。本例においては、燃料電池スタック１が発電反応を発生させるための燃料ガスとして水素ガスを燃料極に供給すると共に、酸化剤ガスとして酸素を含む空気を酸化剤極に供給する燃料電池システムについて説明する。
【００１３】
なお、燃料電池スタック１に供給する燃料ガスは、ガソリン等を改質して生成される水素を使用しても良く、水素タンクや水素吸蔵合金で貯蔵されてものであっても良い。また、燃料電池スタック１の種類は、固体高分子型のものに限らず、溶融炭酸塩型等の他の種類のものであっても良い。
【００１４】
この燃料電池車両では、燃料電池スタック１を発電させて走行するに際して、燃料極に水素ガスを供給すると共に、酸化剤極に空気を供給する。この燃料電池スタック１は、コンプレッサ３と空気用の配管によって接続され、水素タンク２と水素用の配管によって接続されている。
【００１５】
水素は、水素タンク２に貯蔵された状態から、燃料極に供給される。また、燃料極から排出された未使用の水素は、再度燃料極１ａに循環される。このとき、制御ユニット１１は、燃料電池スタック１の水素ガス入口側に設けられた図示しない水素調圧弁の開度を制御して、燃料極に供給する水素圧力及び水素流量を調整する。なお、燃料電池スタック１に供給している水素流量及び水素圧力は、図示しないセンサによって検出され、制御ユニット１１の制御によって水素供給量を目標値にする。
【００１６】
空気は、大気がコンプレッサ３により加圧され、燃料電池スタック１の酸化剤極へ供給される。このとき、制御ユニット１１では、コンプレッサ３と接続されたコンプレッサモータ４の回転数を制御すると共に、図示しない空気調圧弁の開度を制御することにより酸化剤極に供給する空気流量及び空気圧力を調整する。なお、燃料電池スタック１に供給している空気流量及び空気圧力は、図示しないセンサによって検出され、制御ユニット１１の制御によって目標値とされる。
【００１７】
このような燃料電池車両は、コンプレッサ３及びコンプレッサモータ４、水素タンク２からなるガス供給手段によって燃料電池スタック１に空気及び水素ガスを供給することによって燃料電池スタック１を発電させ、燃料電池スタック１に空気及び水素ガスの供給を停止することによって、燃料電池スタック１の発電を停止させる。
【００１８】
この燃料電池スタック１の発電電力は、電力制御装置５によって取り出され、この電力制御装置５からインバータ６及び駆動モータ７や、バッテリ１０に供給される。これによって、燃料電池スタック１の発電電力は、インバータ６で電力変換が行われて駆動モータ７に供給されて、駆動モータ７で消費される。また、燃料電池スタック１の発電電力は、二次電池やキャパシタ等からなるバッテリ１０に充電される。なお、このバッテリ１０に充電される電力としては、燃料電池スタック１の発電電力のみならず、駆動モータ７の回生電力も含む。
【００１９】
また、インバータ６は、燃料電池スタック１の発電電力のみならず、バッテリ１０からの電力を駆動モータ７に供給する。このインバータ６は、例えば駆動モータ７が三相交流モータからなる場合には、燃料電池スタック１又はバッテリ１０からの電力を三相交流電力に変換して駆動モータ７に供給する。また、インバータ６は、燃料電池車両の制動時には駆動モータ７が発電機として機能するので、駆動モータ７の回生電力を直流電力に変換する。
【００２０】
燃料電池スタック１とバッテリ１０との間の電力ラインには、上述の各種バルブ、各種センサ、図示しない燃料電池冷却系機器、燃料電池加湿系機器等であって燃料電池スタック１を発電させるために必要な補機である燃料電池補機８と、燃料電池車両の車両補機９とが接続されている。なお、図示はしていないが、コンプレッサモータ４も燃料電池スタック１とバッテリ１０との間の電力ラインに接続されている。
【００２１】
これら燃料電池補機８及び車両補機９は、燃料電池スタック１又はバッテリ１０からの電力供給を受けて動作する。また、燃料電池補機８は、制御ユニット１１によって燃料電池スタック１の発電を制御するに際して、制御ユニット１１からの制御信号によって動作する。
【００２２】
また、制御ユニット１１には、図示しない空気圧力及び空気流量を検出するセンサ、水素圧力及び水素流量を検出するセンサ、燃料電池スタック１を構成するセルのセル電圧を検出するセンサ、燃料電池スタック１の総電圧を検出するセンサ、燃料電池車両の車速を検出するセンサ、燃料電池車両周囲の大気圧を検出するセンサが接続されている。制御ユニット１１は、これらの各種センサからの検出信号を入力することによって燃料電池システムの性能変化や燃料電池スタック１の発電状態を検知する。
【００２３】
そして、制御ユニット１１は、図示しない燃料電池車両のアクセル踏み込み量、ブレーキ踏み込み量、現在車速等から、目標車速とするために必要な駆動モータ７の駆動力を発生させる。このとき制御ユニット１１は、駆動モータ７に要求される駆動力に応じた要求電力量を演算して、バッテリ１０から駆動モータ７に供給する必要がある電力と、燃料電池スタック１に要求される発電電力を求める。
【００２４】
そして、制御ユニット１１は、燃料電池スタック１に要求される発電電力（要求発電量）を発生させるように、コンプレッサ３から燃料電池スタック１に供給する必要がある空気量及び水素タンク２から燃料電池スタック１に供給する必要がある水素量を求めて、当該要求空気流量及び要求水素流量を燃料電池スタック１に供給するように燃料電池補機８やコンプレッサモータ４を制御する。なお、このように目標車速とするために必要な駆動モータ７の駆動力を決定して、燃料電池補機８を制御するまでの演算処理等は、既存の技術によって容易に行うことができる。
【００２５】
また、制御ユニット１１は、所定の一時停止条件を満たした場合に、燃料電池スタック１の発電を停止させて一時停止状態（アイドルストップ状態）にし、所定の復帰条件を満たした場合に、燃料電池スタック１の発電を再開させる制御を行う。このように燃料電池スタック１の発電を再開させるに際して、制御ユニット１１は、燃料電池スタック１が一時停止状態である時の燃料電池システムの性能変化を検出しておき、当該性能変化に応じて燃料電池スタック１の発電再開後の運転条件を変更させて、当該運転条件に従って燃料電池車両を走行させる起動制御処理を行う。
【００２６】
ここで、アイドルストップ状態とは、燃料電池車両全体で最も消費電力が少ない状態を指す。また、このアイドルストップ状態では、制御ユニット１１によってコンプレッサモータ４を停止させることによって、燃料電池スタック１に対する空気供給が停止されて発電が行われていない状態であって、電力制御装置５によって燃料電池スタック１の電圧が取り出すことができない状態である。また、燃料電池スタック１を発電させて電力制御装置５で電力を取り出す通常状態から、アイドルストップ状態に遷移する条件（所定の一時停止条件）としては、燃料電池車両の車速が所定値以下であることや、駆動モータ７の予想消費電力が所定値以下であることや、燃料電池補機８や車両補機９の電力消費機器に必要な電力が所定値以下であること等が挙げられる。そして制御ユニット１１は、この状態を制御ユニット１１で検出した場合に、燃料電池スタック１の発電を停止させる。
【００２７】
［起動制御処理］
つぎに、上述したように構成された燃料電池車両において、制御ユニット１１による起動制御処理の処理手順について図２を参照して説明する。なお、以下の説明では、燃料電池スタック１を発電させる構成である燃料電池スタック１、水素タンク２、コンプレッサ３及びコンプレッサモータ４、燃料電池補機８を燃料電池システムと呼ぶ。
【００２８】
この起動制御処理は、例えば燃料電池車両が起動している状態において所定時間ごとに行われ、先ずステップＳ１においては、制御ユニット１１により、所定のアイドルストップ状態に遷移する条件を満たして、燃料電池スタック１の発電を停止させているアイドルストップ状態であるか否かを判定する。
【００２９】
ステップＳ２において、制御ユニット１１は、燃料電池システムの状態変化を検出して、目標とする燃料電池システムの性能と、現状の燃料電池システムの性能との差を検出する。この性能差は、燃料電池システムに含まれる各種部品の性能ばらつきや、系時劣化や、各種部品の故障等によって発生するものであり、現状の燃料電池システムの性能が低下しているほど、大きくなる。
【００３０】
このステップＳ２において、制御ユニット１１は、図３に示す一連の処理を行う。すなわち、制御ユニット１１は、ステップＳ１１において、アイドルストップ状態ではない通常時での所定の要求発電量から、当該要求発電量を発電させるために必要な目標空気流量を算出する。
【００３１】
ここで、制御ユニット１１は、通常運転時における燃料電池スタック１の所定の要求発電量から、当該所定の要求発電量を発電させるためのコンプレッサモータ４の回転数及び要求空気流量を決定するマップデータを保持しており、このステップＳ１１においては、マップデータを参照して、目標空気流量を算出する。
【００３２】
次に制御ユニット１１は、ステップＳ１２において、上記マップデータを参照して要求発電量に対応したコンプレッサモータ４の回転数で燃料電池スタック１に空気を供給し、燃料電池スタック１に供給される実際の空気流量を図示しない流量計によって検出する。ここで、制御ユニット１１は、コンプレッサ３から燃料電池スタック１に空気を供給開始してから、燃料電池システムが目標とする性能である場合において空気流量が目標空気流量に達すると想定される所定期間後に、実際の空気流量を検出する。
【００３３】
次に制御ユニット１１は、ステップＳ１３において、ステップＳ１１で算出した目標空気流量とステップＳ１２で検出した実際の空気流量との流量差を求める。これにより、制御ユニット１１は、空気流量に関して、目標とする燃料電池システムの性能と、現状の燃料電池システムの性能との差を検出する。そして、制御ユニット１１は、流量差から、現状の燃料電池システムにおいて、燃料電池スタック１で要求発電量を発電させるために必要な空気流量を、燃料電池スタック１に供給するための補正量を算出する。この補正量は、目標とする燃料電池システムの性能と現状の燃料電池システムの性能との差が大きいほど、すなわち現状の燃料電池システムの性能が低下しているほど、大きい値となって算出される。
【００３４】
次に制御ユニット１１は、ステップＳ１４において、復帰時において要求発電量を燃料電池スタック１で発電させる時に、目標空気流量を燃料電池スタック１に供給するために必要なコンプレッサモータ４の回転数の指令値を、ステップＳ１３で算出された補正量を無くすように算出する。このコンプレッサモータ４の回転数の指令値は、補正量が大きいほど、大きな値となって算出される。
【００３５】
次に制御ユニット１１は、ステップＳ１５において、コンプレッサモータ４を駆動開始してから、空気流量が目標空気流量に達して要求発電量を発電させることができる状態となるまでの発電応答時間を演算する。このとき、制御ユニット１１は、コンプレッサモータ４の回転数の単位時間当たりの上昇率を一定とし、コンプレッサモータ４の回転数が、アイドルストップ状態から、ステップＳ１４で求めた補正後のコンプレッサモータ４の回転数の指令値に達するまでに要する時間を求める。この時間は、例えばアイドルストップ状態から、目標空気流量が燃料電池スタック１に供給されて、要求発電量を燃料電池スタック１で発電できる状態となるまでの発電応答時間と等価となる。
【００３６】
このように、制御ユニット１１は、燃料電池システムが目標とする性能に対する、現状の燃料電池システムの状態変化を推定し、次のステップＳ３に処理を進める。
【００３７】
ステップＳ３において、制御ユニット１１は、ステップＳ２でのステップＳ１１〜ステップＳ１５で推定された燃料電池システムの性能変化である発電応答時間から、アイドルストップ状態からの復帰条件を設定する。
【００３８】
このとき、制御ユニット１１は、図４に示す発電応答時間に対するアイドルストップ状態から復帰するときの燃料電池車両の車速を復帰条件とする。すなわち、制御ユニット１１は、発電応答時間が長いほど、アイドルストップ状態から復帰するときの車速を低くする復帰条件を設定し、発電応答時間が短いほど、アイドルストップ状態から復帰するときの車速を高くする復帰条件を設定する。
【００３９】
ここで、復帰時に高車速を設定した場合には、低車速を設定した場合と比較して、復帰時の車速から加速するために必要な駆動モータ７の駆動力が高くなることによって駆動力発生に必要な電力が高くなり、燃料電池車両では短時間で高い走行トルクを出すことが要求される。
【００４０】
これに対し、燃料電池システムの性能が低くなって発電応答時間が長くなっている場合は、目標とする空気流量に達するためには長い時間を要することになり、高い車速を復帰条件として設定した場合には、短時間で必要な電力を駆動モータ７に供給できないために電力不足となってしまう。これにより、燃料電池車両のドライバーに復帰時の運転に違和感を与える可能性がある。
【００４１】
このような不都合を回避するため、制御ユニット１１は、アイドルストップ状態から復帰する時の車速を低く設定する。
【００４２】
次に制御ユニット１１は、ステップＳ４において、図示しない車速センサの検出信号を入力して、現状での燃料電池車両の車速を検出し、次のステップＳ５において、ステップＳ４で検出した車速が、ステップＳ３で設定した復帰条件である車速に達したか否かを判定する。そして、制御ユニット１１は、現状の車速が復帰条件である車速以下である場合には、復帰条件が成立していないと判定して処理を終了し、アイドルストップ状態を継続させる。一方、現状の車速が復帰条件である車速よりも高い場合には、ステップＳ６に処理を進める。これによって、制御ユニット１１は、発電応答時間が長く復帰条件である車速が低いほど、低い車速でアイドルストップ状態から通常状態に復帰させる。
【００４３】
ステップＳ６において、制御ユニット１１は、コンプレッサモータ４及び燃料電池補機８を制御することによって、コンプレッサ３から燃料電池スタック１に空気を供給すると共に、水素タンク２から燃料電池スタック１に水素ガスを供給させて、燃料電池スタック１の発電を行う通常発電制御にして、処理を終了する。
【００４４】
これにより、例えば燃料電池車両が坂道を下っている場合で車速が上昇してしまった場合には、駆動モータ７に大きな駆動力が必要とされないために燃料電池補機８や車両補機９の補機を駆動させるための電力を燃料電池スタック１から発電させる制御や、バッテリ１０のＳＯＣ（State Of Charge）が低くなった場合には、バッテリ１０を所定範囲まで上昇させるために燃料電池スタック１を発電させる制御や、燃料電池車両のアクセル踏み込み量が上昇した場合には、当該踏み込み量から駆動モータ７の駆動力を決定して燃料電池スタック１で駆動電力を発電させる制御などを行う。
【００４５】
［第１実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本発明を適用した燃料電池車両によれば、アイドルストップ状態から通常状態に復帰させるための復帰条件を、燃料電池システムの目標とする性能に対する、現状の燃料電池システムの性能変化に応じて変更したので、燃料電池システムの状況に応じてアイドルストップ状態から通常状態に復帰させることができる。したがって、この燃料電池車両によれば、燃料電池システムの劣化によって復帰時に目標とする性能を発揮できないために、燃料電池スタック１で要求発電量が発電できず、駆動モータ７の要求駆動力を短時間で発生できないという不具合を回避することができる。したがって、燃料電池システムの劣化が、燃料電池車両の加速性等の運転性に影響を与えるということを無くすことが可能となる。
【００４６】
また、この燃料電池車両によれば、復帰条件を変更するだけであって、通常状態からアイドルストップ状態に移行することを妨げるものではないので、燃料電池システムをアイドルストップ状態とすることによる燃費向上効果を損なうことも無くすことができる。
【００４７】
更に、この燃料電池車両によれば、アイドルストップ状態からの復帰条件として車速を設定するので、車速に応じて加速時に必要な駆動モータ７の駆動力が変化することと、燃料電池スタック１から要求発電量を供給する時の応答遅れとを考慮して、復帰条件である車速を設定することによって、アイドルストップ状態から復帰後での加速時を考慮して、発電電力をバッテリ１０に蓄積しておくことなどを行うことができる。したがって、この燃料電池車両によれば、低速走行時に加速させる場合と比較して、高速走行時に加速させる場合の方が駆動モータ７に必要な駆動力が高いことを考慮して、燃料電池システムの性能が低下している場合には、低い車速であってもアイドルストップ状態から通常状態に復帰させて、バッテリ１０のＳＯＣを高くしておくことができる。したがって、この燃料電池車両によれば、アイドルストップ状態としたことによって、バッテリ１０のＳＯＣが低下して運転性が低下することを回避することができる。
【００４８】
更にまた、この燃料電池車両によれば、燃料電池システムの性能が低下していることを検知した場合には、アイドルストップ状態からの復帰条件である車速を低下させるので、車速が低い状態であってもアイドルストップ状態から復帰させて、駆動モータ７から高い駆動力を発生させるために必要な電力をバッテリ１０に蓄積しておくことができ、要求電力を確実に駆動モータ７に供給することができる。したがって、燃料電池システムの応答性が良好ではないことによる影響を加速性等の運転性に与えることを回避することができる。また、復帰条件として低車速を設定するために、燃料電池車両が加速される時に駆動モータ７に要求される電力を下げて、燃料電池システムの応答遅れがある場合であっても駆動モータ７に対する電力が不足となることを回避することができる。更に、燃料電池システムに劣化等の性能低下がない場合には、駆動モータ７に要求される駆動力が高い状態までアイドルストップ状態を継続することができ、更に水素の消費を低減させることができる。
【００４９】
更にまた、この燃料電池車両によれば、燃料電池システムの性能変化を燃料電池スタック１に対する空気流量が目標値よりも低くなっていることによって判断することができ、コンプレッサモータ４の応答性が低下した場合であっても、復帰条件としての車速を低下させることができ、復帰後に加速させる場合であっても、確実に要求空気流量に従った空気流量を供給することができ、加速性等の運転性に影響を与えることを回避することができる。
【００５０】
［他の実施形態］
つぎに、本発明を適用した他の実施形態について説明する。なお、上述の第１実施形態と同様の部分については同一符号を付することによりその詳細な説明を省略する。
【００５１】
先ず、他の実施形態として、燃料電池システムの性能変化を、燃料電池システムの総電圧から判定する燃料電池車両について説明する。
【００５２】
この実施形態においては、上述の図３に示すステップＳ１１〜ステップＳ１５に代えて、図５に示すような処理を行う。
【００５３】
先ずステップＳ２１において、制御ユニット１１は、燃料電池スタック１の発電を開始する復帰時において想定される燃料電池スタック１の要求発電量から、燃料電池スタック１の目標総電圧を算出する。
【００５４】
ここで、制御ユニット１１は、通常運転時における燃料電池スタック１の所定の要求発電量に対応した、当該所定の要求発電量を発電させるためのコンプレッサモータ４の回転数及び要求空気流量、水素流量、燃料電池スタック１の目標総電圧を決定するマップデータを保持している。
【００５５】
次に制御ユニット１１は、ステップＳ２２において、上記マップデータを参照して要求発電量に対応した空気流量及び水素流量を燃料電池スタック１に供給し、図示しない燃料電池スタック１の電圧センサの検出信号を入力して、総電圧を検出する。
【００５６】
次に制御ユニット１１は、ステップＳ２３において、ステップＳ２１で算出した燃料電池スタック１の目標総電圧と、ステップＳ２２で検出した総電圧との電力差を求める。これにより、制御ユニット１１は、総電圧に関して、目標とする燃料電池システムの性能と、現状の燃料電池システムの性能との差を検出する。そして、制御ユニット１１は、電力差から、現状の燃料電池システムにおいて、燃料電池スタック１で目標総電圧を発電させるために必要な空気流量を燃料電池スタック１に供給するための補正量を算出する。この補正量は、目標とする燃料電池システムの性能と現状の燃料電池システムの性能との差が大きいほど、すなわち現状の燃料電池システムの性能が低下しているほど、大きい値となって算出される。
【００５７】
次に制御ユニット１１は、ステップＳ２４において、補正量から、復帰時において目標総電圧を燃料電池スタック１で発電させる時での目標空気流量を燃料電池スタック１に供給するために必要なコンプレッサモータ４の回転数の指令値を算出する。このコンプレッサモータ４の回転数の指令値は、補正量が大きいほど、大きな値となって算出される。ここで、燃料電池スタック１の系時劣化などによってセル間で得られる電圧にばらつきが存在して、燃料電池スタック１の総電圧が目標総電圧に満たない場合、目標総電圧を高くすることで、実際に得られる総電圧を要求発電量に応じた目標総電圧まで確保させるようなコンプレッサモータ４の回転数を決定する。
【００５８】
次に制御ユニット１１は、ステップＳ２５において、コンプレッサモータ４を駆動開始してから、空気流量が目標空気流量に達して要求発電量を発電させることができる状態となるまでの発電応答時間を演算する。
【００５９】
このように、制御ユニット１１は、燃料電池スタック１の総電圧から燃料電池システムの状況変化を検出することができ、目標総電圧よりも現状の総電圧が低い場合には、燃料電池スタック１の性能低下が発生していることを検知することができ、上述のように、復帰条件を低車速に設定することができる。
【００６０】
したがって、この燃料電池車両によれば、燃料電池スタック１の性能が低下した場合であっても、復帰条件である車速を低く設定することによって、燃料電池スタック１の性能低下の影響を運転性に与えることを回避することができる。
【００６１】
つぎに、他の実施形態として、燃料電池システムの性能変化を、燃料電池システムのセル電圧から判定する燃料電池車両について説明する。
【００６２】
実施形態においては、上述の図３に示すステップＳ１１〜ステップＳ１５に代えて、図６に示すように、先ずステップＳ３１において、燃料電池スタック１の発電を開始する復帰時において想定される燃料電池スタック１の要求発電量から、燃料電池スタック１の目標セル電圧を算出する。
【００６３】
ここで、制御ユニット１１は、通常運転時における燃料電池スタック１の所定の要求発電量に対応した、当該所定の要求発電量を発電させるためのコンプレッサモータ４の回転数及び空気流量、水素流量、燃料電池スタック１の目標セル電圧を決定するマップデータを保持している。
【００６４】
次に制御ユニット１１は、ステップＳ３２において、上記マップデータを参照して要求発電量に対応した空気流量及び水素流量を燃料電池スタック１に供給し、図示しない燃料電池スタック１のセル電圧センサの検出信号を入力して、特定のセル電圧を検出する。ここで、セル電圧センサは、燃料電池スタック１の複数の箇所に設けられて、複数のセル電圧を検出する。
【００６５】
次に制御ユニット１１は、ステップＳ３３において、ステップＳ３２で検出した複数のセル電圧のうち、目標セル電圧に対して大幅に低下しているセル電圧数を求めて、大幅に性能低下しているセル数を求める。これにより、制御ユニット１１は、発電電力に関して、目標とする燃料電池システムの性能と、現状の燃料電池システムの性能との差を検出する。
【００６６】
ここで、目標セル電圧に対して大幅にセル電圧が低下しているセルは、燃料電池スタック１内の水詰り等によって空気や水素ガスが十分に供給されていない状態となっている。したがって、このステップＳ３３においては、水詰まりによって発電効率が低下しているセルが存在する場合には、低下しているセル電圧分を他のセル電圧でカバーしなければ要求発電量が得られないため、セル電圧が低下しているセル数を検出し、セル電圧が低下していないセルに対する空気流量の補正を行う。
【００６７】
次に制御ユニット１１は、ステップＳ３４において、ステップＳ３３で算出したセル電圧が低下しているセル数から、現状の燃料電池システムにおいて、燃料電池スタック１で要求発電量を発電させるために必要な空気流量を燃料電池スタック１に供給するための補正量を算出する。この補正量は、目標とする燃料電池システムの性能と現状の燃料電池システムの性能との差が大きいほど、すなわち現状の燃料電池システムの性能が低下しているほど、大きい値となって算出される。
【００６８】
次に制御ユニット１１は、ステップＳ３５において、補正量から、復帰時における要求発電量を燃料電池スタック１で発電させる時での目標空気流量を燃料電池スタック１に供給するために必要なコンプレッサモータ４の回転数の指令値を算出する。このコンプレッサモータ４の回転数の指令値は、補正量が大きいほど、大きな値となって算出される。
【００６９】
次に制御ユニット１１は、ステップＳ３６において、コンプレッサモータ４を駆動開始してから、空気流量が目標空気流量に達して要求発電量を発電させることができる状態となるまでの発電応答時間を演算して、燃料電池システムが目標とする性能に対する、現状の燃料電池システムの状態変化を推定することができる。
【００７０】
このように、燃料電池スタック１のセル電圧から燃料電池システムの状況変化を検出することができ、目標セル電圧よりも現状のセル電圧が低いセルが存在する場合には、燃料電池スタック１の性能低下が発生していることを検知することができ、上述のように、復帰条件を低車速に設定することができる。
【００７１】
したがって、この燃料電池車両によれば、燃料電池スタック１の性能が低下した場合であっても、復帰条件である車速を低く設定することによって、燃料電池スタック１の性能低下の影響を運転性に与えることを回避することができる。
【００７２】
つぎに、他の実施形態として、燃料電池システムの性能変化を、燃料電池車両周囲の大気圧から判定する燃料電池車両について説明する。この実施形態は、燃料電池車両周囲の大気圧力の違いによって空気密度が変化し、コンプレッサ３で吸入する空気に含まれる酸素量が変化するために、これによる燃料電池システムの状況変化に対応するものである。
【００７３】
この実施形態においては、上述の図３に示すステップＳ１１〜ステップＳ１５に代えて、図７に示すように、先ずステップＳ４１において、制御ユニット１１により、図示しない大気圧センサからの検出信号によって燃料電池車両周囲の大気圧を検出する。
【００７４】
次に制御ユニット１１は、ステップＳ４２において、ステップＳ４１で検出した大気圧から、現状の燃料電池システムにおいて、燃料電池スタック１で要求発電量を発電させるために必要な空気流量を燃料電池スタック１に供給するための補正量を算出する。この補正量は、目標とする燃料電池システムの性能と現状の燃料電池システムの性能との差が大きいほど、すなわち大気圧が低下して現状の燃料電池システムの性能が低下するほど、大きい値となって算出される。
【００７５】
次に制御ユニット１１は、ステップＳ４３において、補正量から、復帰時において要求発電量を燃料電池スタック１で発電させる時での目標空気流量を燃料電池スタック１に供給するために必要なコンプレッサモータ４の回転数の指令値を算出する。このコンプレッサモータ４の回転数の指令値は、補正量が大きいほど、大きな値となって算出される。
【００７６】
次に制御ユニット１１は、ステップＳ４４において、コンプレッサモータ４を駆動開始してから、空気流量が目標空気流量に達して要求発電量を発電させることができる状態となるまでの発電応答時間を演算して、燃料電池システムが目標とする性能に対する、現状の燃料電池システムの状態変化を推定することができる。
【００７７】
このように、燃料電池車両周囲の大気圧から燃料電池システムの状況変化を検出することができ、理想とする大気圧よりも実際の大気圧が低い場合には、燃料電池スタック１の性能低下が発生することを検知することができ、上述のように、復帰条件を低車速に設定することができる。
【００７８】
したがって、この燃料電池車両によれば、燃料電池スタック１の性能が低下した場合であっても、復帰条件である車速を低く設定することによって、燃料電池スタック１の性能低下の影響を運転性に与えることを回避することができる。
【００７９】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明を適用した第１実施形態に係る燃料電池車両の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明を適用した第１実施形態に係る燃料電池車両による起動制御処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図３】コンプレッサモータの性能によって、燃料電池システムの状態変化を求める処理を示すフローチャートである。
【図４】発電応答時間とアイドルストップ状態から復帰する条件となる車速との関係を示す図である。
【図５】燃料電池の総電圧から得られる性能によって、燃料電池システムの状態変化を求める処理を示すフローチャートである。
【図６】燃料電池のセル電圧から得られる性能によって、燃料電池システムの状態変化を求める処理を示すフローチャートである。
【図７】大気圧によって変化する性能によって、燃料電池システムの状態変化を求める処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８１】
１  燃料電池スタック
２  水素タンク
３  コンプレッサ
４  コンプレッサモータ
５  電力制御装置
６  インバータ
７  駆動モータ
８  燃料電池補機
９  車両補機
１０  バッテリ
１１  制御ユニット
【図１】
2006158006.tif 000003
【図２】
2006158006.tif 000004
【図３】
2006158006.tif 000005
【図４】
2006158006.tif 000006
【図５】
2006158006.tif 000007
【図６】
2006158006.tif 000008
【図７】
2006158006.tif 000009