(57)【要約】【課題】車両用制御装置において、車両システムの起動時において、常に、キャパシタ電圧の値が燃料電池電圧の値を下回らないようにし、車両システムの起動後、即座に燃料電池とキャパシタとを接続可能とし、車両の走行可能状態までの時間の短縮を図ることにある。【解決手段】車両システムが起動して燃料電池とキャパシタとモータとを制御可能状態で、且つ車両が停止している状態で、且つ燃料電池の電力が少なくともモータに供給できない状態では、車両が停止している状態時におけるキャパシタ電圧と燃料電池電圧とを比較し、キャパシタ電圧が燃料電池電圧以上の値を維持できるように制御する電圧維持制御部が備えられた制御手段を設けている。【選択図】図１
2006254610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両を駆動するモータと、このモータに対して並列に接続された燃料電池と、キャパシタとを備えた車両用制御装置において、車両用補機を駆動する補機用蓄電池を設け、車両システムが起動して前記燃料電池と前記キャパシタと前記モータとを制御可能状態で、且つ車両が停止している状態で、且つ前記燃料電池の電力が少なくとも前記モータに供給できない状態では、前記車両が停止している状態時におけるキャパシタ電圧と燃料電池電圧とを比較し、キャパシタ電圧が燃料電池電圧以上の値を維持できるように制御する電圧維持制御部が備えられた制御手段を設けたことを特徴とする車両用制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記キャパシタを前記補機用蓄電池により充電制御することことを特徴とする請求項１に記載の車両用制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両用制御装置に係り、特に新たな電流制御装置を搭載することなく、車両システムの起動時に、燃料電池（燃料電池スタック）とキャパシタ（電気二重層コンデンサ）とを接続することができる車両用制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両には、燃料電池（燃料電池スタック）を搭載した燃料電池自動車がある。この燃料電池自動車においては、車両の総合効率を向上させるために、あるいは、燃料電池の負荷応答特性を補完するために、二次電池やキャパシタ（電気二重層コンデンサ）等の電力貯蔵装置を搭載したハイブリッドシステムを採用している。中でも、キャパシタは、充放電において二次電池のような化学変化を伴わないため、一般的に、長寿命で出力密度が高く、また、燃料電池の出力電圧にも良く追従し、また、燃料電池との間に大型のＤＣ／ＤＣコンバータ等の電圧調整装置を必要としない等の利点が多いものである。
【０００３】
従来、燃料電池とキャパシタとを搭載した車両用制御装置には、キャパシタ電圧を検出し、この検出されたキャパシタ電圧を、設定された複数の基準電圧と比較し、補助装置の運転を制御するものがある。
また、燃料電池とキャパシタとを搭載した車両用制御装置には、車両のアイドル運転状態時に、燃料電池の発電を停止したり、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、発電させるものがある。
【特許文献１】特開２００４−１４１５９
【特許文献２】特開２００４−５６８６８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来、燃料電池とキャパシタとを搭載した燃料電池自動車においては、車両システムの停止時に、一般的に、燃料電池及びキャパシタが、夫々のリレーにより高電圧系統から電気的に切り離されている。このため、車両システムを起動する際に、キャパシタ電圧が燃料電池電圧よりも著しく低いと、夫々のリレーを接続した瞬間に、燃料電池からキャパシタに向かって過電流が生じ、高電圧系統の構成部品の焼損や故障、あるいは、燃料電池の電圧が急激に低下してしまうために、車両システムの停止や燃料電池の劣化につながる不具合があった。
【０００５】
このような不具合を回避するために、従来、リレー等により燃料電池とキャパシタとを接続するのに先立ち、燃料電池とキャパシタとの間に介在させたスイッチングレギュレータやＤＣ／ＤＣチョッパ、制御抵抗等の電流制御装置により、燃料電池からキャパシタヘの電流値を制限しながらキャパシタを充電することが行われている。
【０００６】
しかしながら、この場合、一般に、大型で高コストの電流制御装置を具備する必要があり、このため、キャパシタの大きなメリット、つまり、二次電池の場合と異なり、燃料電池電圧の値に非常に良く追従するが故に、大型の電圧調整装置を必要としないという特徴を相殺してしまうという不都合があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、車両を駆動するモータと、このモータに対して並列に接続された燃料電池と、キャパシタとを備えた車両用制御装置において、車両用補機を駆動する補機用蓄電池を設け、車両システムが起動して前記燃料電池と前記キャパシタと前記モータとを制御可能状態で、且つ車両が停止している状態で、且つ前記燃料電池の電力が少なくとも前記モータに供給できない状態では、前記車両が停止している状態時におけるキャパシタ電圧と燃料電池電圧とを比較し、キャパシタ電圧が燃料電池電圧以上の値を維持できるように制御する電圧維持制御部が備えられた制御手段を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明の車両用制御装置は、車両システムが起動して燃料電池とキャパシタとモータとを制御可能状態で、且つ車両が停止している状態で、且つ燃料電池の電力が少なくともモータに供給できない状態では、車両が停止している状態時におけるキャパシタ電圧と燃料電池電圧とを比較し、キャパシタ電圧が燃料電池電圧以上の値を維持することから、車両システムの起動時において、常に、キャパシタ電圧の値が燃料電池電圧の値を下回ることはないので、車両システムの起動後、即座に燃料電池とキャパシタとを接続可能とし、車両の走行可能状態までの時間の短縮を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
この発明は、車両の走行可能状態までの時間の短縮を図る目的を、車両が停止している状態時においてキャパシタ電圧が燃料電池電圧以上の値を維持できるようにして実現するものである。
以下、図面に基づいてこの発明の実施例を詳細且つ具体的に説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１〜図３は、この発明の第１実施例を示すものである。
【００１１】
図３において、２は燃料電池自動車（以下「車両」という）（図示せず）の車両用制御装置、４は車両に搭載された燃料電池（燃料電池スタック）、６はインバータ、８は車両駆動用のモータである。
【００１２】
燃料電池４は、燃料（ガス）及び酸化剤の供給を受けて発電するものである。インバータ６は、燃料電池４で発電された直流電力を三相交流電力に変換し、この三相交流電力をモータ８に供給するものである。モータ８は、インバータ６から供給された電力によって駆動されるものである。
【００１３】
燃料電池４とインバータ６とは、第１、第２メイン電線１０、１２で接続している。
【００１４】
この第１、第２メイン電線１０、１２には、燃料電池４側で、第１リレー（燃料電池用リレー）１４が設けられている。この第１リレー１４は、開動作することで、高電圧系統から燃料電池４を切り離す機能を有している。
【００１５】
また、この第１、第２メイン電線１０、１２には、燃料電池４と第１リレー１４との間で、第１電圧計１６が接続して設けられている。この第１電圧計１６は、一端側が第１メイン電線１０の第１一側接続部１８に接続するとともに、他端側が第２メイン電線１２の第１他側接続部２０に接続して、燃料電池４の端子間電圧を測定するものである。
【００１６】
第１メイン電線１０には、第１リレー１４よりもインバータ６側に、逆流防止ダイオード２２が設けられている。この逆流防止ダイオード２２は、燃料電池４への電流の逆流を防止するものである。
【００１７】
第１、第２メイン電線１０、１２の途中には、燃料電池４と並列で、第１、第２サブ電線２４、２６によりキャパシタ（電気二重層コンデンサ）２８が接続して設けられている。第１サブ電線２４は、逆流防止ダイオード２２よりもインバータ６側の第１接続部３０で、第１メイン電線１０に接続している。第２サブ電線２６は、第１リレー１４よりもインバータ６側の第２接続部３２で、第２メイン電線１２に接続している。従って、燃料電池４とキャパシタ２８とは、モータ８に対して並列に設けられている。
【００１８】
キャパシタ２８は、インバータ６への電力供給を補助すると共に、燃料電池４の発電した電力や、車両の減速時におけるインバータ６からの回生電力を受け入れるものである。また、このキャパシタ２８は、一般的に、燃料電池４に比べて、負荷応答性に優れているため、車両の負荷要求に対して非常に良く応答し、また、その特性上、充放電に電圧変化を伴うため、燃料電池４の出力電圧の変化に良く追従するものである。
【００１９】
第１、第２サブ電線２４、２６の途中には、第２リレー（キャパシタ用リレー）３４が設けられている。この第２リレー３４は、開動作することで、高電圧系統からキャパシタ２８を切り離す機能を有している。
【００２０】
また、この第１、第２サブ電線２４、２６には、キャパシタ２８と第２リレー３４との間で、第２電圧計３６が接続して設けられている。この第２電圧計３６は、一端側が第１サブ電線２４の第２一側接続部３８に接続するとともに、他端側が第２サブ電線２２の第２他側接続部４０に接続して、キャパシタ２８の端子間電圧を測定するものである。
【００２１】
また、第１、第２メイン電線１０、１２には、燃料電池４及びキャパシタ２８と並列で、高電圧系統の第３、第４サブ電線４２、４４により複数の高電圧補機からなる高電圧補機類４６が接続して設けられている。第３サブ電線４２は、第１接続部３０よりもインバータ６側の第３接続部４８で、第１メイン電線１０に接続している。第４サブ電線４４は、第２接続部３２よりもインバータ６側の第４接続部５０で、第２メイン電線１２に接続している。高電圧補機類４６は、燃料電池４を含む燃料電池システム（図示せず）を運転するためのものである。
【００２２】
更に、第１、第２メイン電線１０、１２には、燃料電池４及びキャパシタ２８と並列で、高電圧系統の第５、第６サブ電線５２、５４により補機用蓄電池である補機駆動用バッテリ（補助バッテリ）５６が接続して設けられている。第５サブ電線５２は、第３接続部４８よりもインバータ６側の第５接続部５８で、第１メイン電線１０に接続している。第６サブ電線５４は、第４接続部４４よりもインバータ６側の第６接続部６０で、第２メイン電線１２に接続している。
【００２３】
第５、第６サブ電線５２、５４の途中には、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ６２が設けられている。
【００２４】
また、第５、第６サブ電線５２、５４には、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ６２と補機駆動用バッテリ５６との間で、第７、第８サブ電線６４、６６により車両補機類６８が接続して設けられている。第７サブ電線６４は、第７接続部７０で、第５サブ電線５２に接続している。第８サブ電線６６は、第８接続部７２で、第６サブ電線５４に接続している。
【００２５】
前記補機駆動用バッテリ５６は、車両補機類６８を駆動するための電力を供給するものである。
【００２６】
また、前記双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ６２は、燃料電池４やキャパシタ２８からの電力、あるいは、インバータ６からの回生電力の電圧を、車両補機類６８を駆動するための電圧に変換し、また、逆に、車両補機類６８を駆動するための電圧を、高電圧補機類４６を駆動し、あるいは、キャパシタ２４を補充電するための電圧に変換するものである。なお、この双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ６２は、双方向型に限るものではなく、図示しないが、昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータと降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータとの両方を並列に備えることも可能である。
【００２７】
更に、車両補機類６８は、双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ６２の低電圧側に接続され、前照灯やラジオ、水ポンプ等の各種車両補機からなるものである。
【００２８】
燃料電池４とインバータ６と第１リレー１４と第１電圧計１６とキャパシタ２８と第２リレー３４と第２電圧計３６と高電圧補機類４６と補機駆動用バッテリ５６と双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ６２と車両補機類６８とは、制御手段７４に接続している。
【００２９】
この制御手段７４は、各センサ類より収集した情報や内部のメモリ７４Ａに格納されたデータを基に、車両システム（図示せず）を制御し、また、車両システムが起動して燃料電池４とキャパシタ２８とモータ８とを制御可能状態で、且つ車両が停止している状態で、且つ燃料電池４の電力が少なくともモータ８に供給できない状態（第１リレー１４が開状態）では、車両が停止している状態時におけるキャパシタ電圧Ｖｃａｐ（Ｖ）と燃料電池電圧（Ｖ）とを比較し、キャパシタ電圧が燃料電池電圧以上の値を維持できるように制御する電圧維持制御部７４Ｂを備えている。
【００３０】
また、この制御手段７４は、キャパシタ２８を補機用蓄電池である補機駆動用バッテリ５６により充電制御するものである。
【００３１】
一般的に、燃料電池とキャパシタとを搭載した燃料電池自動車においては、最大電圧が２．５Ｖ〜３．５Ｖ程度のキャパシタ単セルを複数直列接続し、例えば、最大電圧２００Ｖ〜４００Ｖ程度のキャパシタモジュールを構成している。これに対して、燃料電池自動車に用いられる一般的な燃料電池は、開放電圧１．０Ｖ程度、車両のアイドリング運転時におけるアイドル電圧０．９Ｖ程度、最大負荷時における電圧０．６Ｖ程度の単セルを複数枚直列に接続して燃料電池スタックを構成している。即ち、一例として、３００セルの燃料電池は、開放電圧が３００Ｖ程度、アイドル電圧が２７０Ｖ程度、最低電圧が１８０Ｖ程度となる。
【００３２】
そこで、この第１実施例におけるキャパシタ２８は、最大電圧が、燃料電池４のアイドル電圧より高いものである。上記の一例、つまり、３００セルの燃料電池４を採用する場合においては、キャパシタ２８の最大電圧を燃料電池電圧としてのアイドル電圧よりも高い２７０Ｖ以上に設定する。これは、車両システムの起動時において、互いに電気的に切り離されている燃料電池４とキャパシタ２８とを接続する際に、燃料電池４からキャパシタ２８ヘの過電流が生じるのを防ぐために有効である。
【００３３】
即ち、車両システムを起動した際の燃料電池電圧は、アイドル電圧であり、このアイドル電圧に比べてキャパシタ電圧が低い場合には、燃料電池からキャパシタに向かって電流が生じる。この電流値は、基本的に、燃料電池とキャパシタとの電圧差及びキャパシタの内部抵抗により決定されるため、燃料電池とキャパシタとの電圧差が大きい場合には、電流値も大きくなり、この電流値が過大になると、過電流による高電圧系統の構成部品の焼損や故障、あるいは、燃料電池スタックの急激な電圧低下に起因するシステム停止や燃料電池スタックの劣化につながるおそれがある。
【００３４】
そこで、この第１実施例においては、キャパシタ２８の最大電圧が燃料電池４のアイドル電圧よりも高く、さらに、燃料電池４とキャパシタ２８とを接続する際に、キャパシタ２８のキャパシタ電圧が、燃料電池４のアイドル電圧と等しいか、又は、このアイドル電圧以上に充電されていれば、燃料電池４からキャパシタ２８に向かって電流は発生せず、不具合は生じない。なお、この場合においても、逆流防止ダイオード２２によりキャパシタ２８から燃料電池４に電流が生じることはないため、問題は生じない。
【００３５】
また、キャパシタ２８の最大電圧は、以下の２つの理由から、インバータ６やその他の高電圧系統の補機類等、高電圧系統の構成部品の耐圧の範囲内でより高い方がより好ましい。
【００３６】
１つ目の理由は、キャパシタ２８の最大電圧をより高くすることにより、車両の停止後に、キャパシタ電圧が自己放電等により低下した場合においても、燃料電池４の電圧値に対してマージンを持つことが可能となるためである。燃料電池４のアイドル電圧に比べて、キャパシタ電圧をより高い電圧まで充電した上で車両システムを停止することにより、自己放電により車両の駐車中にキャパシタ電圧が低下した場合においても、より長時間アイドル電圧よりも高い状態を保つことが可能となる。
【００３７】
２つ目の理由は、キャパシタ２８の使用電圧範囲が広い程、キャパシタ２８の蓄電エネルギを有効に使用できることが挙げられる。キャパシタ２８のエネルギは、ＣＶ２／２で表され、キャパシタ２８の静電容量Ｃ及び電圧Ｖの２乗に比例するため、キャパシタ２８の使用電圧領域が広ければ広い程、使用可能なエネルギが大きくなる。
【００３８】
上記の例、つまり、３００セルの燃料電池４とキャパシタ２８の車両の加減速時における電圧値の変化の一例を、模式的に、図２で示す。
【００３９】
図２に示す如く、燃料電池４の燃料電池電圧は車両の要求負荷が大きくなるに従い、言い換えれば、燃料電池４の発生電流が大きくなるに従い低下し、逆に、負荷が小さくなれぱ上昇する。よって、この例においては、燃料電池電圧Ｖｆｃは、最大負荷時の１８０Ｖからアイドル時の２７０Ｖの範囲内で、負荷に応じて変化することになる。一方、キャパシタ２８は、充放電に電圧変化を伴うという特性上、燃料電池４の電圧変化によく追従し、最大負荷時の１８０Ｖからキャパシタ２８の最大電圧の範囲内で負荷及び減速時の回生電力に応じて変化する。
【００４０】
一例として、キャパシタ２８の最大電圧を燃料電池４のアイドル電圧２７０Ｖとすれば、図２のＶｃａｐ１で示すように、キャパシタ電圧が燃料電池４の出力電圧Ｖｆｃに追従するため、使用電圧範囲は、１８０Ｖ〜２７０Ｖに留まる。これに対し、キャパシタ２８の最大電圧を、４００Ｖと約１．５倍にすれば、図２のＶｃａｐ２で示すように、減速時の回生エネルギにより電圧が上昇し、使用電圧範囲は１８０Ｖ〜４００Ｖと大幅に広がることになり、そして、使用可能エネルギは、図２中の式に示すように、約３．２倍となる。
【００４１】
これにより、単位重量、あるいは、単位体積当たりの使用可能エネルギである実エネルギ密度が、約２．１倍となり、キャパシタ２８の小型・軽量化が可能となるものである。
【００４２】
従って、この第１実施例においては、燃料電池４とキャパシタ２８とを搭載した燃料電池車両において、車両システムの起動時における燃料電池４とキャパシタ２８との接続の際に生じようとする燃料電池４からキャパシタ２８ヘの過電流を防止するため、車両停止ルーチンにおいて、予めキャパシタ２８をある閾値（アイドル電圧）以上に充電しておく。また、この際のキャパシタ２８の充電には、車両に具備されている１２Ｖバッテリ等の補機駆動用バッテリ５６から供給される電力を使用し、この電力を、同じく、車両に具備されている双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６２で昇圧することにより実現する。この方法によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ６２の出力電圧を任意に設定することができ、故に、キャパシタ２８の充電電圧を自由に変えられることが可能となる。
【００４３】
次に、この第１実施例の作用を、図１のフローチャートに基づいて説明する。
【００４４】
図１に示す如く、制御手段７４のプログラムの車両停止ルーチンが開始すると（ステップ１０２）、燃料電池４と高電圧系統とを接続する第１リレー１４が開らかれ（ステップ１０４）、燃料電池４が高電圧系統から切り離される。
【００４５】
続いて、キャパシタ２８の端子間電圧を測定するための第２電圧計３６によりキャパシタ電圧Ｖｃａｐが測定され（ステップ１０６）、このキャパシタ電圧Ｖｃａｐを制御手段７４内に格納されている燃料電池電圧としてのアイドル電圧Ｖｆｃ−ｉｄｌｅと比較する（ステップ１０８）。
【００４６】
このステップ１０８において、キャパシタ電圧Ｖｃａｐがアイドル電圧Ｖｆｃ−ｉｄｌｅと等しいか、又は、キャパシタ電圧Ｖｃａｐがアイドル電圧Ｖｆｃ−ｉｄｌｅよりも大きく、ＹＥＳの場合には、キャパシタ２８と高電圧系統とを接続する第２リレー３４を開き（ステップ１１０）、キャパシタ２８を高電圧系統から切り離し、車両停止時のキャパシタ電圧の管理に関する車両停止ルーチンを終了する（ステップ１１２）。
【００４７】
一方、前記ステップ１０８において、キャパシタ電圧Ｖｃａｐがアイドル電圧Ｖｆｃ−ｉｄｌｅよりも小さく、ＮＯの場合には、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６２を昇圧モードに設定し、出力電圧をアイドル電圧Ｖｆｃ−ｉｄｌｅに設定し（ステップ１１４）、補機駆動用バッテリ５６から双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６２を介してキャパシタ２８を充電する。この時の充電電流は、補機駆動用バッテリ５６及びキャパシタ２８の許容最大電流とすることで、車両停止ルーチンにおけるキャパシタ２８の充電時間を短縮することができる。
【００４８】
このキャパシタ２８の充電中は、常時、キャパシタ電圧Ｖｃａｐを測定し（ステップ１１６）、このキャパシタ電圧Ｖｃａｐをアイドル電圧Ｖｆｃ−ｉｄｌｅと比較する（ステップ１１８）。
【００４９】
このステップ１１８において、キャパシタ電圧Ｖｃａｐがアイドル電圧Ｖｆｃ−ｉｄｌｅと等しいか、又は、キャパシタ電圧Ｖｃａｐがアイドル電圧Ｖｆｃ−ｉｄｌｅよりも大きくなり、ＹＥＳの場合には、キャパシタ２８と高電圧系統とを接続する第２リレー３４を開き（ステップ１２０）、そして、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６２を停止し（ステップ１２２）、キャパシタ２８の充電を終了する（ステップ１２４）。
【００５０】
一方、ステップ１１８において、キャパシタ電圧Ｖｃａｐがアイドル電圧Ｖｆｃ−ｉｄｌｅよりも小さい間で、ＮＯの場合には、前記ステップ１１４に戻り、キャパシタ２８の充電を継続する。
【００５１】
これにより、次回の車両システムの起動時において、理想的には、キャパシタ電圧Ｖｃａｐがアイドル電圧Ｖｆｃ−ｉｄｌｅと等しくなるため、燃料電池４を起動した後、燃料電池４と高電圧系統とを接続する第１リレー１４を閉じ、続いて、キャパシタ２８と高電圧系統とを接続する第２リレー３４を閉じることで、燃料電池４からキャパシタ２８への過電流を生じることなく、燃料電池４とキャパシタ２８とを接続することができる。
【００５２】
この結果、車両システムが起動して燃料電池４とキャパシタ２８とモータ８とを制御可能状態で、且つ車両が停止している状態で、且つ燃料電池４の電力が少なくともモータ８に供給できない状態では、車両が停止している状態時におけるキャパシタ電圧Ｖｃａｐと燃料電池電圧であるアイドル電圧Ｖｆｃ−ｉｄｌｅとを比較し、キャパシタ電圧Ｖｃａｐがアイドル電圧Ｖｆｃ−ｉｄｌｅ以上の値を維持することができるので、車両システムの起動時において、常に、キャパシタ電圧Ｖｃａｐの値がアイドル電圧Ｖｆｃ−ｉｄｌｅの値を下回ることはないので、車両システムの起動後、即座に燃料電池４とキャパシタ２８とを接続可能とし、車両の走行可能状態までの時間の短縮を図ることができる。
【００５３】
また、制御手段７４は、補機駆動用バッテリ５６によりキャパシタ２８を充電制御することから、特別な充電装置を設ける必要がなくなり、燃料電池システムが複雑になることはない。
【００５４】
即ち、この第１実施例においては、燃料電池４とキャパシタ２８を備えた車両において、車両停止ルーチンでキャパシタ２８を充電するから、次回の車両システムの起動時に、特別な細工を無くして燃料電池４とキャパシタ２８とを接続することができ、これにより、車両の走行可能状態までの時間の短縮を図ることができる。
【００５５】
また、キャパシタ２８の充電は、車両補機類６８を駆動するための補機駆動用バッテリ５６と双方向型ＤＣ／ＤＣコンバータ６２とを使用して行うことから、大型で重量が大きく、また、高価な電圧変換装置を具備することなく、車両の走行可能状態までの時間の短縮を図ることができる。
【００５６】
更に、キャパシタ２８の最大電圧を燃料電池電圧であるアイドル電圧よりも高く、また、高電圧補機類４６の耐圧よりも低くすることから、キャパシタ２８の有するエネルギを有効に使用することができ、キャパシタ２８を小型・軽量化することができる。
【００５７】
更にまた、車両停止ルーチンにおけるキャパシタ２８の充電電圧を燃料電池４のアイドル電圧と等しく設定することから、車両システムの起動時における燃料電池４からキャパシタ２８ヘの過電流を防止することができる。
【実施例２】
【００５８】
図４は、この発明の第２実施例を示すものである。
【００５９】
以下の実施例においては、上述の第１実施例と同一機能を果たす箇所には、同一符号を付して説明する。
【００６０】
この第２実施例の特徴とするところは、以下の点にある。一般的に、キャパシタは、充電後、無負荷においても、自己放電によりその電圧が徐々に低下するものである。キャパシタの自己放電率は、現状においては、二次電池に比べて大きく、そのため、車両停止ルーチンにおいて、キャパシタを燃料電池のアイドル電圧に充電しておいても、次回の車両システムの起動時までの間に、車両の駐車時間に応じて、キャパシタ電圧は、低下してしまう。このため、より好ましくは、キャパシタの自己放電分を見越して予め高めの電圧値でキャパシタを充電しておいた方が良い。
【００６１】
そこで、この第２実施例においては、図４に示すように、車両停止ルーチンにおけるキャパシタ電圧の閾値を変更するものである。つまり、図４に示す車両停止ルーチンは、図１に示す第１実施例のフローチャートと略同様であるが、キャパシタ電圧Ｖｃａｐを、アイドル電圧Ｖｆｃ−ｉｄｌｅよりも所定に高く設定された閾値Ｖｔｈ１（Ｖ）に変更している。
【００６２】
図４に示す如く、制御手段７４のプログラムの車両停止ルーチンが開始すると（ステップ２０２）、燃料電池４と高電圧系統とを接続する第１リレー１４が開らかれ（ステップ２０４）、燃料電池４が高電圧系統から切り離される。
【００６３】
続いて、キャパシタ２８の端子間電圧を測定するための第２電圧計３６によりキャパシタ電圧Ｖｃａｐが測定され（ステップ２０６）、このキャパシタ電圧Ｖｃａｐを制御手段７４内に格納されている閾値Ｖｔｈ１と比較する（ステップ２０８）。
【００６４】
このステップ２０８において、キャパシタ電圧Ｖｃａｐが閾値Ｖｔｈ１と等しいか、又は、キャパシタ電圧Ｖｃａｐが閾値Ｖｔｈ１よりも大きい場合で、ＹＥＳの場合には、キャパシタ２８と高電圧系統とを接続する第２リレー３４を開き（ステップ２１０）、キャパシタ２８を高電圧系統から切り離し、車両停止時のキャパシタ電圧の管理に関する車両停止ルーチンを終了する（ステップ２１２）。
【００６５】
一方、前記ステップ２０８において、キャパシタ電圧Ｖｃａｐが閾値Ｖｔｈ１よりも小さく、ＮＯの場合には、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６２を昇圧モードに設定し、出力電圧を閾値Ｖｔｈ１とし（ステップ２１４）、補機駆動用バッテリ５６から双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６２を介してキャパシタ２８を充電する。この時の充電電流は、補機駆動用バッテリ５６及びキャパシタ２８の許容最大電流とすることで、車両停止ルーチンにおけるキャパシタ充電時間を短縮することができる。
【００６６】
このキャパシタ２８の充電中は、常時、キャパシタ電圧Ｖｃａｐを測定し（ステップ２１６）、このキャパシタ電圧Ｖｃａｐを閾値Ｖｔｈ１と比較する（ステップ２１８）。
【００６７】
このステップ２１８において、キャパシタ電圧Ｖｃａｐが閾値Ｖｔｈ１と等しいか、又は、キャパシタ電圧Ｖｃａｐが閾値Ｖｔｈ１よりも大きくなり、ＹＥＳの場合には、キャパシタ２８と高電圧系統とを接続する第２リレー３４を開き（ステップ２２０）、そして、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６２を停止し（ステップ２２２）、キャパシタ２８の充電を終了する（ステップ２２４）。
【００６８】
一方、ステップ２１８において、キャパシタ電圧Ｖｃａｐが閾値Ｖｔｈ１よりも小さい間で、ＮＯの場合には、前記ステップ２１４に戻り、キャパシタ２８の充電を継続する。
【００６９】
つまり、この第２実施例においては、図４のステップ２０８、２１４、２１８において、キャパシタ電圧Ｖｃａｐを、アイドル電圧Ｖｆｃ−ｉｄｌｅよりも高く設定された閾値Ｖｔｈ１に変更している。
【００７０】
この閾値Ｖｔｈ１は、アイドル電圧Ｖｆｃ−ｉｄｌｅとキャパシタ２４の最大電圧との間で任意に設定可能であるが、大きい値の方が自己放電に対するマージンを大きくすることができる。一般的には、閾値Ｖｔｈ１は、燃料電池４のアイドル電圧Ｖｆｃ−ｉｄｌｅ、キャパシタ２４の単位時間当たりの電圧降下で表される自己放電率Ｒ（Ｖ／ｈｒ）及び次回の車両システムの起動までの許容車両駐車時間ｔ（ｈｒ）とから、以下の式（１）のように算出することが可能である。
Ｖｔｈ１＝Ｖｆｃ−ｉｄｌｅ＋Ｒｔ……式（１）
【００７１】
このように、車両停止時に、キャパシタ電圧Ｖｃａｐを燃料電池２４のアイドル電圧Ｖｆｃ−ｉｄｌｅよりも高めに充電しておくことにより、次回の車両システムの起動時までに、キャパシタ電圧が自己放電により低下した場合に備えて、マージンを取っておくことが可能となり、車両駐車時間が許容車両駐車時間の間であれば、次回の車両車両システムの起動時には、燃料電池４からキャパシタ２８への過電流を生じることなく、燃料電池４とキャパシタ２８とを接続することができる。
【００７２】
従って、この第２実施例においては、車両停止ルーチンにおけるキャパシタ２８の充電電圧をキャパシタ２８の自己放電による電圧降下を考慮して決定することから、車両の駐車中に自己放電によってキャパシタ電圧が低下した場合においても、車両システムの起動時における燃料電池４からキャパシタ２８ヘの過電流を防止することができる。
【実施例３】
【００７３】
図５は、この発明の第３実施例を示すものである。
【００７４】
この第３実施例の特徴とするところは、以下の点にある。即ち、車両システムの起動時において、燃料電池４の燃料電池電圧がキャパシタ２８のキャパシタ電圧より高い場合に、直ちに、過電流が生じるわけではないため、第１実施例の図１のフローチャートのステップ１０８、１１４、１１８におけるアイドル電圧Ｖｆｃ−ｉｄｌｅ、及び、第２実施例の図４のフローチャートのステップ２０８、２１４、２１８における閾値Ｖｔｈ１を、燃料電池４とキャパシタ２８との許容電圧差を考慮した別の閾値Ｖｔｈ２に変更することも可能である。
【００７５】
この閾値Ｖｔｈ２は、キャパシタ２８の自己放電率Ｒ（Ｖ／ｈｒ）、内部抵抗ｒ（Ω）、及び、キャパシタ２８と燃料電池４の許容電流Ｉ（Ａ）及び次回の車両システムの起動までの許容車両駐車時間ｔ（ｈｒ）とから、以下の式（２）により算出可能な値であり、この閾値Ｖｔｈ２以上の電圧値であれば、燃料電池４からキャパシタ２８に流れる電流が過大となることはない。
Ｖｔｈ２＝Ｖｆｃ−ｉｄｌｅ＋Ｒｔ−ｒＩ……式（２）
【００７６】
つまり、図５に示す如く、制御手段７４のプログラムの車両停止ルーチンがスタートする（ステップ３０２）と、燃料電池４と高電圧系統とを接続する第１リレー１４が開らかれ（ステップ３０４）、燃料電池４が高電圧系統から切り離される。
【００７７】
続いて、キャパシタ２８の端子間電圧を測定するための第２電圧計３６によりキャパシタ電圧Ｖｃａｐが測定され（ステップ３０６）、このキャパシタ電圧Ｖｃａｐを制御手段７４内に格納されている閾値Ｖｔｈ２と比較する（ステップ３０８）。
【００７８】
このステップ３０８において、キャパシタ電圧Ｖｃａｐが閾値Ｖｔｈ２と等しいか、又は、キャパシタ電圧Ｖｃａｐが閾値Ｖｔｈ２よりも大きい場合で、ＹＥＳの場合には、キャパシタ２８と高電圧系統とを接続する第２リレー３４を開き（ステップ３１０）、キャパシタ２８を高電圧系統から切り離し、車両停止時のキャパシタ電圧の管理に関する車両停止ルーチンを終了する（ステップ３１２）。
【００７９】
一方、前記ステップ３０８において、キャパシタ電圧Ｖｃａｐが閾値Ｖｔｈ２よりも小さく、ＮＯの場合には、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６２を昇圧モードに設定し、出力電圧を閾値Ｖｔｈ２とし（ステップ３１４）、補機駆動用バッテリ５６から双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６２を介してキャパシタ２８を充電する。この時の充電電流は、補機駆動用バッテリ５６及びキャパシタ２８の許容最大電流とすることで、車両停止ルーチンにおけるキャパシタ充電時間を短縮することができる。
【００８０】
このキャパシタ２８の充電中は、常時、キャパシタ電圧Ｖｃａｐを測定し（ステップ３１６）、このキャパシタ電圧Ｖｃａｐを閾値Ｖｔｈ２と比較する（ステップ３１８）。
【００８１】
このステップ３１８において、キャパシタ電圧Ｖｃａｐが閾値Ｖｔｈ２と等しいか、又は、キャパシタ電圧Ｖｃａｐが閾値Ｖｔｈ２よりも大きくなり、ＹＥＳの場合には、キャパシタ２８と高電圧系統とを接続する第２リレー３４を開き（ステップ３２０）、そして、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６２を停止し（ステップ３２２）、キャパシタ２８の充電を終了する（ステップ３２４）。
【００８２】
一方、ステップ３１８において、キャパシタ電圧Ｖｃａｐが閾値Ｖｔｈ２よりも小さい間で、ＮＯの場合には、前記ステップ３１４に戻り、キャパシタ２８の充電を継続する。
【００８３】
このように、車両停止ルーチンにおけるキャパシタ充電電圧を、燃料電池４とキャパシタ２８とを接続する際の許容電圧差分だけ下げることにより、キャパシタ２８の充電に要する時間を短縮することができる。
【００８４】
従って、この第３実施例においては、車両停止ルーチンにおけるキャパシタ２８の充電電圧を燃料電池４からキャパシタ２８ヘの許容電流を考慮して決定することから、車両停止ルーチンにおけるキャパシタ２８の充電時間を短縮しつつ、車両システムの起動時における燃料電池４からキャパシタ２８ヘの過電流を防止することができる。
【実施例４】
【００８５】
図６は、この発明の第４実施例を示すものである。
【００８６】
この第４実施例の特徴とするところは、以下の点にある。即ち、車両駐車中におけるキャパシタ電圧モニタを提案する。
【００８７】
上述のように、キャパシタ電圧の値は自己放電により経時的に低下するため、上述のように想定した許容車両駐車時間を越えた長期の車両駐車によりキャパシタ電圧が、第３実施例の閾値Ｖｔｈ２以下に低下した場合には、次回の車両システムの起動時に燃料電池４からキャパシタ２８への過電流が発生し、様々な不具合が発生するおそれがある。
【００８８】
このような不具合を防止するため、この第４実施例においては、許容車両駐車時間を越えた長期の車両駐車中に、キャパシタ電圧を測定し、このキャパシタ電圧がある閾値を下回った場合、上記の各実施例と同様、補機駆動用バッテリ５６と双方向ＤＣ／ＤＣコンパータ６２を用いてキャパシタ２８の補充電を行う。キャパシタ電圧モニタは、駐車中常時行っても良いが、消費電力を最小限とするため、ある一定間隔をおいて行う方がより好ましい。
【００８９】
図６に示す如く、先ず、車両停止から許容車両駐車時間が経過し、なおも車両システムが起動されていない場合で、キャパシタ電圧モニタルーチンが開始すると（ステップ４０２）、車両駐車中の一定時間間隔おきにキャパシタ電圧Ｖｃａｐが測定され（ステップ４０４）、このキャパシタ電圧Ｖｃａｐを制御手段７４に格納している閾値Ｖｔｈ２と比較する（ステップ４０６）。
【００９０】
このステップ４０６において、キャパシタ電圧Ｖｃａｐが閾値Ｖｔｈ２と等しいか、又は、キャパシタ電圧Ｖｃａｐが閾値Ｖｔｈ２よりも大きく、ＹＥＳの場合には、このままキャパシタ電圧モニタルーチンを終了する（ステップ４０８）。
【００９１】
一方、このステップ４０６において、自己放電により、キャパシタ電圧Ｖｃａｐが閾値Ｖｔｈ２よりも低下し、ＮＯの場合には、キャパシタ２８と高電圧系統とを接続する第２リレー３４を閉じ（ステップ４１０）、さらに、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６２を昇圧モードに設定し（ステップ４１２）、出力電圧Ｖｔｈ２でキャパシタ２８の充電を行う。
【００９２】
このキャパシタの充電中は、常時、キャパシタ電圧Ｖｃａｐの測定を行い（ステップ４１４）、キャパシタ電圧Ｖｃａｐを閾値Ｖｔｈ２と比較する（ステップ４１６）。
【００９３】
このステップ４１６において、キャパシタ電圧Ｖｃａｐが閾値Ｖｔｈ２と等しいか、又は、キャパシタ電圧Ｖｃａｐが閾値Ｖｔｈ２よりも大きくなり、ＹＥＳの場合には、キャパシタ２０と高電圧系統とを接続する第２リレー３４を開き（ステップ４１８）、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ６２を停止して（ステップ４２０）、キャパシタ２８の充電を終了する（ステップ４２２）。
【００９４】
一方、前記ステップ４１６において、キャパシタ電圧Ｖｃａｐが閾値Ｖｔｈ２よりも小さな間で、ＮＯの場合には、前記ステップ４１２に戻り、キャパシタ２８の充電を継続する。
【００９５】
なお、この第４実施例においては、キャパシタ電圧の閾値を第３実施例の閾値であるＶｔｈ２としているが、この閾値は、適宜変更可能である。
【００９６】
このように、一定時間おきにキャパシタ電圧をモニタし、許容できない電圧の低下が認められた場合には、車両駐車中においてもキャパシタ２８の補充電を行うことにより、車両システムの起動時には、燃料電池４とキャパシタ２８とを容易に接続することが可能となる。
【００９７】
従って、この第４実施例においては、車両の駐車中において、キャパシタ電圧が低下した場合にも、キャパシタ２８を補充電することから、車両の駐車時間が想定した許容車両駐車時間を越えた場合においても、車両システムの起動時における燃料電池４からキャパシタ２８ヘの過電流を防止することができる。
【００９８】
なお、この発明においては、上述の実施例に限定されず、種々応用改変が可能であることは、勿論である。
【００９９】
即ち、キャパシタの充電電圧の閾値として、上記の各実施例において３つを挙げたが、この３つに限られるものでなく、他の異なる値に変更することも可能である。
【０１００】
また、車両の駐車中におけるキャパシタの補充電を太陽電池等の発電電力により賄うことで、補機駆動用バッテリの容量の低下を抑制することが可能である。
【０１０１】
更に、運転者が車両ドアのロックを解除したことを検出するスイッチを設け、このスイッチがオンした時に、車両システムを即座に起動してキャパシタを早め充電し、これにより、車両の走行可能状態までの時間を、さらに短縮することが可能となる。また、車両の停止時間を換算し、車両の停止時間が長く、キャパシタの自己放電が生じるような必要時のみ、この発明の車両停止ルーチンを実施し、車両停止ルーチンの使用頻度を少なくすることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
車両が停止している状態時においてキャパシタ電圧を燃料電池電圧以上の値に維持することを、ハイブリッド車両の制御以外の他の装置の制御にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】第１実施例において車両用制御のフローチャートである。
【図２】第１実施例において各電圧の変化状態を説明する図である。
【図３】第１実施例において車両用制御装置のシステム構成図である。
【図４】第２実施例において車両用制御のフローチャートである。
【図５】第３実施例において車両用制御のフローチャートである。
【図６】第４実施例において車両用制御のフローチャートである。
【符号の説明】
【０１０４】
２  車両用制御装置
４  燃料電池
６  インバータ
８  モータ
１４  第１リレー
１６  第１電圧計
２８  キャパシタ
３４  第２リレー
３６  第２電圧計
４６  高電圧補機類
５６  補機駆動用バッテリ
６８  車両補機類
７４  制御手段
【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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