(57)【要約】【課題】二次電池における過充電もしくは過放電を抑制すること。【解決手段】燃料電池ＦＣと、燃料電池ＦＣが発電した電力を消費する車両駆動用のモータＭＧを含む複数の負荷と、燃料電池ＦＣによる発電量が複数の負荷による電力消費量よりも大きい場合に余った電力を充電すると共に、燃料電池ＦＣによる発電量が複数の負荷による電力消費量よりも小さい場合に不足した電力を放電する二次電池ＢＡＴと、二次電池ＢＡＴによる充放電電力量を所定の値に維持するように、燃料電池ＦＣによる発電量を制御する制御部ＥＣＵと、を備えた車両用燃料電池システム。制御部ＥＣＵは、複数の負荷のそれぞれについて、電力指令値から伝達関数を用いて電力消費値を推定し、複数の負荷について推定した電力消費値の合計値から二次電池の電力指令値を減じた後、燃料電池ＦＣの伝達関数によって除することにより、燃料電池ＦＣの電力指令値を決定する。【選択図】図１
2018113158.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、
前記燃料電池が発電した電力を消費する、車両駆動用のモータを含む複数の負荷と、
前記燃料電池による発電量が前記複数の負荷による電力消費量よりも大きい場合に余った電力を充電すると共に、前記燃料電池による発電量が前記複数の負荷による電力消費量よりも小さい場合に不足した電力を放電する二次電池と、
前記二次電池による充放電電力量を所定の値に維持するように、前記燃料電池による発電量を制御する制御部と、を備えた車両用燃料電池システムであって、
前記制御部は、
前記複数の負荷のそれぞれについて、電力指令値から伝達関数を用いて電力消費値を推定し、
前記複数の負荷について推定した前記電力消費値の合計値から前記二次電池の電力指令値を減じた後、前記燃料電池の第１の伝達関数によって除することにより、前記燃料電池の電力指令値を決定する、
車両用燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御部は、
推定した前記モータの電力消費値と、前記モータの実際の電力消費値とを比較し、前記モータの伝達関数を逐次更新する、
請求項１に記載の車両用燃料電池システム。
【請求項３】
前記制御部は、
前記燃料電池の第２の伝達関数を用いて推定した前記燃料電池の電力発電値と、前記燃料電池の実際の電力発電値とを比較し、前記燃料電池の第２の伝達関数を逐次更新し、
現時点の前記燃料電池の電力指令値と、更新された前記燃料電池の第２の伝達関数とを用いて推定した現時点の前記燃料電池の電力発電値に基づいて、前記モータの電力指令値の上限を規制する、
請求項１又は２に記載の車両用燃料電池システム。
【請求項４】
前記制御部は、
推定した現時点の前記燃料電池の電力発電値と、前記複数の負荷について推定した前記電力消費値の合計値から前記二次電池の電力指令値を減じた前記燃料電池の発電理想値との差に基づいて、前記モータの電力指令値の上限を規制する、
請求項３に記載の車両用燃料電池システム。
【請求項５】
燃料電池と、
前記燃料電池が発電した電力を消費する、車両駆動用のモータを含む複数の負荷と、
前記燃料電池による発電量が前記複数の負荷による電力消費量よりも大きい場合に余った電力を充電すると共に、前記燃料電池による発電量が前記複数の負荷による電力消費量よりも小さい場合に不足した電力を放電する二次電池と、を備え、
前記二次電池による充放電電力量を所定の値に維持するように、前記燃料電池による発電量を制御する車両用燃料電池システムの制御方法であって、
前記複数の負荷のそれぞれについて、電力指令値から伝達関数を用いて電力消費値を推定し、
前記複数の負荷について推定した前記電力消費値の合計値から前記二次電池の電力指令値を減じた後、前記燃料電池の伝達関数によって除することにより、前記燃料電池の電力指令値を決定する、
車両用燃料電池システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用燃料電池システム及びその制御方法に関し、特に燃料電池と二次電池とを備えた車両用燃料電池システム及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、車両用燃料電池システムは、車両駆動用モータその他の負荷による電力消費量の変動に備え、二次電池を備えている。二次電池としては、リチウムイオン電池やニッケル水素電池が知られている。二次電池は、過充電や過放電により、劣化すなわち性能が低下してしまう。
そのため、特許文献１に開示されているように、負荷による要求電力値の変動に応じて、燃料電池において発電する電力値（燃料電池の電力指令値）を決定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１０４８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発明者は、燃料電池と二次電池とを備えた車両用燃料電池システムに関し、以下の問題点を見出した。
図５は、本発明が解決しようとする課題に係る車両用燃料電池システムの制御ブロック図である。図５に例示した車両用燃料電池システムは、電力供給源である燃料電池ＦＣ及び二次電池ＢＡＴと共に、燃料電池ＦＣが発電する電力量を制御する制御部ＥＣＵを備えている。また、この車両用燃料電池システムは、電力を消費する負荷として、車両駆動用のモータＭＧ、燃料電池ＦＣに燃料ガスであるエアを供給するエアコンプレッサＡＣＰ、燃料電池ＦＣに冷却水を供給するウォータポンプＷＰ、燃料電池ＦＣに燃料ガスである水素を供給する水素ポンプＨＰ、エアコン、ライトその他の補機ＡＵＸを備えている。
【０００５】
図５に示すように、総電力消費量Ｐｏｕｔは、モータＭＧの電力消費値ｐｍｇ＿ｅｘ、エアコンプレッサＡＣＰの電力消費値ｐａｃｐ＿ｅｘ、ウォータポンプＷＰの電力消費値ｐｗｐ＿ｅｘ、水素ポンプＨＰの電力消費値ｐｈｐ＿ｅｘ、補機ＡＵＸの電力消費値ｐａｕｘ＿ｅｘの合計となり、次式［数１］で示される。
【数１】
2018113158.tif 000003
他方、燃料電池ＦＣの発電量Ｐｉｎは、次式［数２］に示すように、燃料電池ＦＣの電力発電値ｐｆｃ＿ｅｘに等しい。
【数２】
2018113158.tif 000004
【０００６】
そして、二次電池ＢＡＴの充放電電力量ＰＢＡＴは、次式［数３］に示すように、総電力消費量Ｐｏｕｔと燃料電池ＦＣの発電量Ｐｉｎとの差である。充放電電力量ＰＢＡＴが正の値の場合、不足した電力が二次電池ＢＡＴから放電され、充放電電力量ＰＢＡＴが負の値の場合、余った電力が二次電池ＢＡＴに充電される。
【数３】
2018113158.tif 000005
【０００７】
ここで、二次電池ＢＡＴの劣化を抑制するため、二次電池ＢＡＴの充放電電力量ＰＢＡＴは、放電電力制限値Ｗｏｕｔと充電電力制限値Ｗｉｎとの間に維持する必要がある。そのため、制御部ＥＣＵは、二次電池ＢＡＴの充放電電力量ＰＢＡＴを所定の値に維持するように、上述の燃料電池ＦＣの電力指令値ｐｆｃ＿ｃｍを生成し、燃料電池ＦＣの発電を制御する。具体的には、図５に示すように、燃料電池ＦＣの電力指令値ｐｆｃ＿ｃｍは、上記負荷の電力指令値の合計から二次電池ＢＡＴの電力指令値ｐｂａｔ＿ｃｍを引いたものであって、次式［数４］で示される。二次電池ＢＡＴの電力指令値ｐｂａｔ＿ｃｍは、二次電池ＢＡＴのＳＯＣ（State of Charge）を所定の範囲内に維持し、かつ、燃費を最適にするように、制御部ＥＣＵによって決定される。
【数４】
2018113158.tif 000006
【０００８】
ここで、仮に、各負荷の電力消費値（ｐｍｇ＿ｅｘなど）が電力指令値（ｐｍｇ＿ｃｍなど）に一致すれば、上記の式［数１］は、次式［数５］のように書き換えられる。
【数５】
2018113158.tif 000007
同様に、燃料電池ＦＣの電力発電値ｐｆｃ＿ｅｘが電力指令値ｐｆｃ＿ｃｍに一致すれば、上記の式［数２］は、次式［数６］のように書き換えられる。
【数６】
2018113158.tif 000008
【０００９】
式［数５］のＰｏｕｔ及び式［数６］のＰｉｎを式［数３］に代入すると、次式［数７］が得られる。
【数７】
2018113158.tif 000009
すなわち、二次電池ＢＡＴの充放電電力量ＰＢＡＴが電力指令値ｐｂａｔ＿ｃｍに一致するため、充放電電力量ＰＢＡＴを放電電力制限値Ｗｏｕｔと充電電力制限値Ｗｉｎとの間に維持することができる。
【００１０】
しかしながら、現実には各負荷の電力消費値（例えばｐｍｇ＿ｅｘ）は、電力指令値（例えばｐｍｇ＿ｃｍ）に一致しない。図６は、モータＭＧの応答特性を示すグラフであって、電力指令値ｐｍｇ＿ｃｍと電力消費値ｐｍｇ＿ｅｘとを比較して示したものである。横軸は時間（ｓ）、縦軸は電力値（ｋＷ）を示している。
【００１１】
図６に示したように、立ち上がり時の通信遅れ（ＬＡＧ）や応答遅れ、及び定常状態における両者の値の差によって、電力指令値ｐｍｇ＿ｃｍと電力消費値ｐｍｇ＿ｅｘとが一致していない。その結果、二次電池ＢＡＴの充放電電力量ＰＢＡＴを放電電力制限値Ｗｏｕｔと充電電力制限値Ｗｉｎとの間に維持することができない虞がある。とりわけリチウムイオン電池は、放電電力制限値Ｗｏｕｔを超える過放電や充電電力制限値Ｗｉｎを超える過充電の発生が短時間であっても、これらが頻繁に発生することで劣化が進行してしまう。なお、図６の例では、モータＭＧの電力消費値ｐｍｇ＿ｅｘが、電力指令値ｐｍｇ＿ｃｍよりも小さいため、二次電池ＢＡＴにおいて過充電の虞がある。
特許文献１でも、このような問題が起こり得る。
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであって、二次電池における過充電もしくは過放電を抑制することができる車両用燃料電池システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一態様に係る車両用燃料電池システムは、
燃料電池と、
前記燃料電池が発電した電力を消費する、車両駆動用のモータを含む複数の負荷と、
前記燃料電池による発電量が前記複数の負荷による電力消費量よりも大きい場合に余った電力を充電すると共に、前記燃料電池による発電量が前記複数の負荷による電力消費量よりも小さい場合に不足した電力を放電する二次電池と、
前記二次電池による充放電電力量を所定の値に維持するように、前記燃料電池による発電量を制御する制御部と、を備えた車両用燃料電池システムであって、
前記制御部は、
前記複数の負荷のそれぞれについて、電力指令値から伝達関数を用いて電力消費値を推定し、
前記複数の負荷について推定した前記電力消費値の合計値から前記二次電池の電力指令値を減じた後、前記燃料電池の第１の伝達関数によって除することにより、前記燃料電池の電力指令値を決定するものである。
【００１４】
本発明の一態様に係る車両用燃料電池システムでは、前記複数の負荷のそれぞれについて、電力指令値から伝達関数を用いて電力消費値を推定し、前記複数の負荷について推定した前記電力消費値の合計値から前記二次電池の電力指令値を減じた後、前記燃料電池の伝達関数によって除することにより、前記燃料電池の電力指令値を決定する。
そのため、二次電池の充放電電力量を電力指令値に近似させることができる。その結果、充放電電力量を放電電力制限値と充電電力制限値との間に維持し易くなり、二次電池における過充電もしくは過放電を抑制することができる。
【００１５】
前記制御部は、推定した前記モータの電力消費値と、前記モータの実際の電力消費値とを比較し、前記モータの伝達関数を逐次更新することが好ましい。このような構成により、二次電池の充放電電力量を電力指令値にさらに近似させ、二次電池における過充電もしくは過放電をさらに抑制することができる。
【００１６】
前記制御部は、前記燃料電池の第２の伝達関数を用いて推定した前記燃料電池の電力発電値と、前記燃料電池の実際の電力発電値とを比較し、前記燃料電池の第２の伝達関数を逐次更新し、現時点の前記燃料電池の電力指令値と、更新された前記燃料電池の第２の伝達関数とを用いて推定した現時点の前記燃料電池の電力発電値に基づいて、前記モータの電力指令値の上限を規制することが好ましい。
さらに、前記制御部は、推定した現時点の前記燃料電池の電力発電値と、前記複数の負荷について推定した前記電力消費値の合計値から前記二次電池の電力指令値を減じた前記燃料電池の発電理想値との差に基づいて、前記モータの電力指令値の上限を規制することが好ましい。
このような構成により、二次電池における過放電を抑制することができる。
【００１７】
本発明の一態様に係る車両用燃料電池システムの制御方法は、
燃料電池と、
前記燃料電池が発電した電力を消費する、車両駆動用のモータを含む複数の負荷と、
前記燃料電池による発電量が前記複数の負荷による電力消費量よりも大きい場合に余った電力を充電すると共に、前記燃料電池による発電量が前記複数の負荷による電力消費量よりも小さい場合に不足した電力を放電する二次電池と、を備え、
前記二次電池による充放電電力量を所定の値に維持するように、前記燃料電池による発電量を制御する車両用燃料電池システムの制御方法であって、
前記複数の負荷のそれぞれについて、電力指令値から伝達関数を用いて電力消費値を推定し、
前記複数の負荷について推定した前記電力消費値の合計値から前記二次電池の電力指令値を減じた後、前記燃料電池の伝達関数によって除することにより、前記燃料電池の電力指令値を決定するものである。
【００１８】
本発明の一態様に係る車両用燃料電池システムの制御方法では、前記複数の負荷のそれぞれについて、電力指令値から伝達関数を用いて電力消費値を推定し、前記複数の負荷について推定した前記電力消費値の合計値から前記二次電池の電力指令値を減じた後、前記燃料電池の伝達関数によって除することにより、前記燃料電池の電力指令値を決定する。
そのため、二次電池の充放電電力量を電力指令値に近似させることができる。その結果、充放電電力量を放電電力制限値と充電電力制限値との間に維持し易くなり、二次電池における過充電もしくは過放電を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明により、二次電池における過充電もしくは過放電を抑制することができる車両用燃料電池システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１の実施形態に係る車両用燃料電池システムの制御ブロック図である。
【図２】第２の実施形態に係る車両用燃料電池システムの制御ブロック図である。
【図３】第３の実施形態に係る車両用燃料電池システムの制御ブロック図である。
【図４】第３の実施形態の変形例に係る車両用燃料電池システムの制御ブロック図である。
【図５】本発明が解決しようとする課題に係る車両用燃料電池システムの制御ブロック図である。
【図６】モータＭＧの応答特性を示すグラフであって、電力指令値ｐｍｇ＿ｃｍと電力消費値ｐｍｇ＿ｅｘとを比較して示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
【００２２】
（第１の実施形態）
図１を参照して、第１の実施形態に係る車両用燃料電池システムについて説明する。図１は、第１の実施形態に係る車両用燃料電池システムの制御ブロック図である。
【００２３】
図１に示すように、第１の実施形態に係る車両用燃料電池システムは、例えば燃料電池車用の燃料電池システムであって、燃料電池ＦＣ、二次電池ＢＡＴ、制御部ＥＣＵを備えている。また、この車両用燃料電池システムは、燃料電池ＦＣにより発電した電力を消費する負荷として、モータＭＧ、エアコンプレッサＡＣＰ、ウォータポンプＷＰ、水素ポンプＨＰ、エアコン、ライトその他の補機ＡＵＸを備えている。
燃料電池車は、燃料電池ＦＣにより発電した電力により車両駆動用のモータＭＧを駆動し、走行する。
【００２４】
燃料電池ＦＣは、固体高分子電解質型燃料電池であり、多数の単セルが積層されたセルスタックを備えている。ここで、単セルは、高分子電解質膜がアノード電極及びカソード電極により挟持されてなる膜／電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）と、ＭＥＡを両側から挟み込む一対のセパレータとを有している。燃料電池ＦＣは、カソード側のセパレータを介して供給された空気中の酸素ガスと、アノード側のセパレータを介して供給された水素ガスとの酸化還元反応により発電する。
【００２５】
二次電池ＢＡＴは、燃料電池ＦＣによる発電量がモータＭＧ等の負荷による電力消費量よりも大きい場合に余った電力を充電する。また、二次電池ＢＡＴは、燃料電池ＦＣによる発電量が負荷による電力消費量よりも小さい場合に不足した電力を放電する。二次電池ＢＡＴとしては、例えばリチウムイオン電池やニッケル水素電池を挙げることができる。
【００２６】
制御部ＥＣＵは、例えば電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）であって、二次電池ＢＡＴによる充放電電力量を所定の値に維持するように、燃料電池ＦＣによる発電量を制御する。制御部ＥＣＵは、図１に示していないが、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算部と、各種制御プログラムやデータなどが格納されたＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）などの記憶部と、を備えている。制御部ＥＣＵによる制御の詳細については後述する。
【００２７】
モータＭＧは、車両駆動用のモータ・ジェネレータであって、走行中は燃料電池ＦＣにより発電した電力の大半を消費する。
エアコンプレッサＡＣＰは、燃料ガスであるエアをシステム外から取り込んで圧縮し、燃料電池ＦＣへ供給する。
ウォータポンプＷＰは、燃料電池ＦＣを冷却するための冷却水を循環させるためのポンプである。
水素ポンプＨＰは、図示しない水素ガスタンクから燃料電池ＦＣに燃料ガスである水素を供給する。
【００２８】
以下に、制御部ＥＣＵによる制御の詳細について説明する。
図１に示すように、モータＭＧは、制御部ＥＣＵから出力された電力指令値ｐｍｇ＿ｃｍに応じて駆動し、電力消費値ｐｍｇ＿ｅｘの電力を消費する。そのため、モータＭＧの真の伝達関数ＴＭＧを用いると、ｐｍｇ＿ｅｘ＝ＴＭＧ・ｐｍｇ＿ｃｍが成立する。
しかし、真の伝達関数は求められないため、本実施形態では、電力指令値ｐｍｇ＿ｃｍと電力消費値ｐｍｇ＿ｅｘとの比較により得られる伝達関数Ｔ＾ＭＧを用い、電力消費値ｐｍｇ＿ｅｘの推定値ｐｍｇ＿ｅｓｔを算出する。ここで、ｐｍｇ＿ｅｓｔ＝Ｔ＾ＭＧ・ｐｍｇ＿ｃｍと表すことができる。この推定値ｐｍｇ＿ｅｓｔを用いて、燃料電池ＦＣの電力指令値ｐｆｃ＿ｃｍを算出する。
【００２９】
エアコンプレッサＡＣＰは、制御部ＥＣＵから出力された電力指令値ｐａｃｐ＿ｃｍに応じて駆動し、電力消費値ｐａｃｐ＿ｅｘの電力を消費する。そのため、エアコンプレッサＡＣＰの真の伝達関数ＴＡＣＰを用いると、ｐａｃｐ＿ｅｘ＝ＴＡＣＰ・ｐａｃｐ＿ｃｍが成立する。
本実施形態では、電力指令値ｐａｃｐ＿ｃｍと電力消費値ｐａｃｐ＿ｅｘとの比較により得られる伝達関数Ｔ＾ＡＣＰを用い、電力消費値ｐａｃｐ＿ｅｘの推定値ｐａｃｐ＿ｅｓｔを算出する。ここで、ｐａｃｐ＿ｅｓｔ＝Ｔ＾ＡＣＰ・ｐａｃｐ＿ｃｍと表すことができる。この推定値ｐａｃｐ＿ｅｓｔを用いて、燃料電池ＦＣの電力指令値ｐｆｃ＿ｃｍを算出する。
【００３０】
ウォータポンプＷＰは、制御部ＥＣＵから出力された電力指令値ｐｗｐ＿ｃｍに応じて駆動し、電力消費値ｐｗｐ＿ｅｘの電力を消費する。そのため、ウォータポンプＷＰの真の伝達関数ＴＷＰを用いると、ｐｗｐ＿ｅｘ＝ＴＷＰ・ｐｗｐ＿ｃｍが成立する。
本実施形態では、電力指令値ｐｗｐ＿ｃｍと電力消費値ｐｗｐ＿ｅｘとの比較により得られる伝達関数Ｔ＾ＷＰを用い、電力消費値ｐｗｐ＿ｅｘの推定値ｐｗｐ＿ｅｓｔを算出する。ここで、ｐｗｐ＿ｅｓｔ＝Ｔ＾ＷＰ・ｐｗｐ＿ｃｍと表すことができる。この推定値ｐｗｐ＿ｅｓｔを用いて、燃料電池ＦＣの電力指令値ｐｆｃ＿ｃｍを算出する。
【００３１】
水素ポンプＨＰは、制御部ＥＣＵから出力された電力指令値ｐｈｐ＿ｃｍに応じて駆動し、電力消費値ｐｈｐ＿ｅｘの電力を消費する。そのため、水素ポンプＨＰの真の伝達関数ＴＨＰを用いると、ｐｈｐ＿ｅｘ＝ＴＨＰ・ｐｈｐ＿ｃｍが成立する。
本実施形態では、電力指令値ｐｈｐ＿ｃｍと電力消費値ｐｈｐ＿ｅｘとの比較により得られる伝達関数Ｔ＾ＨＰを用いて、電力消費値ｐｈｐ＿ｅｘの推定値ｐｈｐ＿ｅｓｔを算出する。ここで、ｐｈｐ＿ｅｓｔ＝Ｔ＾ＨＰ・ｐｈｐ＿ｃｍと表すことができる。この推定値ｐｈｐ＿ｅｓｔを用いて、燃料電池ＦＣの電力指令値ｐｆｃ＿ｃｍを算出する。
【００３２】
そして、補機ＡＵＸは、制御部ＥＣＵから出力された電力指令値ｐａｕｘ＿ｃｍに応じて駆動し、電力消費値ｐａｕｘ＿ｅｘの電力を消費する。そのため、補機ＡＵＸの真の伝達関数ＴＡＵＸを用いると、ｐａｕｘ＿ｅｘ＝ＴＡＵＸ・ｐａｕｘ＿ｃｍが成立する。
本実施形態では、電力指令値ｐａｕｘ＿ｃｍと電力消費値ｐａｕｘ＿ｅｘとの比較により得られる伝達関数Ｔ＾ＡＵＸを用いて、電力消費値ｐａｕｘ＿ｅｘの推定値ｐａｕｘ＿ｅｓｔを算出する。ここで、ｐａｕｘ＿ｅｓｔ＝Ｔ＾ＡＵＸ・ｐａｕｘ＿ｃｍと表すことができる。この推定値ｐａｕｘ＿ｅｓｔを用いて、燃料電池ＦＣの電力指令値ｐｆｃ＿ｃｍを算出する。
【００３３】
本実施形態では、伝達関数Ｔ＾ＭＧ、Ｔ＾ＡＣＰ、Ｔ＾ＷＰ、Ｔ＾ＨＰ、Ｔ＾ＡＵＸは、更新しない固定値であって、過去データのノミナル値や各負荷の温度や動作を考慮したマップから選択した値等を用いることができる。
【００３４】
総電力消費量Ｐｏｕｔは、上記負荷による電力消費値の合計となり、次式［数８］で示される。
【数８】
2018113158.tif 000010
【００３５】
他方、燃料電池ＦＣは、制御部ＥＣＵから出力された電力指令値ｐｆｃ＿ｃｍに応じて発電し、実際には電力発電値ｐｆｃ＿ｅｘの電力を発電する。そのため、燃料電池ＦＣの真の伝達関数ＴＦＣを用いると、ｐｆｃ＿ｅｘ＝ＴＦＣ・ｐｆｃ＿ｃｍが成立する。従って、燃料電池ＦＣの発電量Ｐｉｎは、次式［数９］で示される。
【数９】
2018113158.tif 000011
【００３６】
そして、二次電池ＢＡＴの充放電電力量ＰＢＡＴは、次式［数１０］に示すように、総電力消費量Ｐｏｕｔと燃料電池ＦＣの発電量Ｐｉｎとの差である。
【数１０】
2018113158.tif 000012
総電力消費量Ｐｏｕｔが燃料電池ＦＣの発電量Ｐｉｎよりも大きく、充放電電力量ＰＢＡＴが正の値の場合、不足した電力が二次電池ＢＡＴから放電される。他方、総電力消費量Ｐｏｕｔが燃料電池ＦＣの発電量Ｐｉｎよりも小さく、充放電電力量ＰＢＡＴが負の値の場合、余った電力が二次電池ＢＡＴに充電される。
【００３７】
ここで、二次電池ＢＡＴの劣化を抑制するため、二次電池ＢＡＴの充放電電力量ＰＢＡＴは、放電電力制限値Ｗｏｕｔと充電電力制限値Ｗｉｎとの間に維持する必要がある。そのため、制御部ＥＣＵは、二次電池ＢＡＴの充放電電力量ＰＢＡＴを所定の値に維持するように、上述の燃料電池ＦＣの電力指令値ｐｆｃ＿ｃｍを生成し、燃料電池ＦＣの発電を制御する。
【００３８】
具体的には、図１に示すように、燃料電池ＦＣの電力指令値ｐｆｃ＿ｃｍは、上記負荷の電力消費値の推定値の合計から二次電池ＢＡＴの電力指令値ｐｂａｔ＿ｃｍを減じた後に、燃料電池ＦＣの伝達関数Ｔ＾ＦＣで除することによって決定される。すなわち、燃料電池ＦＣの電力指令値ｐｆｃ＿ｃｍは、次式［数１１］で示される。
【数１１】
2018113158.tif 000013
【００３９】
ここで、二次電池ＢＡＴの電力指令値ｐｂａｔ＿ｃｍは、燃料電池ＦＣの電力指令値ｐｆｃ＿ｃｍを算出するために、二次電池ＢＡＴのＳＯＣ（State of Charge）を所定の範囲内に維持し、かつ、燃費を最適にするように、制御部ＥＣＵによって決定される。ＳＯＣは、例えば図５に示した二次電池ＢＡＴの充放電電流値ｉｂａｔに基づいて算出される。
また、伝達関数Ｔ＾ＦＣは、例えば過去の電力指令値ｐｆｃ＿ｃｍと電力発電値ｐｆｃ＿ｅｘとのデータ比較により得られる。本実施形態の伝達関数Ｔ＾ＦＣは、更新しない固定値であって、過去データのノミナル値や温度や動作を考慮したマップから選択した値等を用いることができる。
【００４０】
式［数１０］に式［数１１］を代入して整理すると、二次電池ＢＡＴの充放電電力量ＰＢＡＴは、次式［数１２］で示される。
【数１２】
2018113158.tif 000014
【００４１】
ここで、理想状態として、式［数１２］において、各項における伝達関数が真の伝達関数に一致し、Ｔ＾ＭＧ＝ＴＭＧ、Ｔ＾ＡＣＰ＝ＴＡＣＰ、Ｔ＾ＷＰ＝ＴＷＰ、Ｔ＾ＨＰ＝ＴＨＰ、Ｔ＾ＡＵＸ＝ＴＡＵＸ、Ｔ＾ＦＣ＝ＴＦＣが成立すれば、次式［数１３］が得られる。
【数１３】
2018113158.tif 000015
すなわち、二次電池ＢＡＴの充放電電力量ＰＢＡＴが電力指令値ｐｂａｔ＿ｃｍに一致するため、充放電電力量ＰＢＡＴを放電電力制限値Ｗｏｕｔと充電電力制限値Ｗｉｎとの間に容易に維持することができる。
【００４２】
図５に示す車両用燃料電池システムでは、式［数４］に示すように、単純に負荷の電力指令値（例えばｐｍｇ＿ｃｍ）の合計から二次電池ＢＡＴの電力指令値ｐｂａｔ＿ｃｍを引いたものを燃料電池ＦＣの電力指令値ｐｆｃ＿ｃｍとしていた。そのため、図６に示すように、立ち上がり時や定常状態において、各負荷における電力指令値（例えばｐｍｇ＿ｃｍ）と電力消費値（例えばｐｍｇ＿ｅｘ）との間に差が生じると、二次電池ＢＡＴの充放電電力量ＰＢＡＴを放電電力制限値Ｗｏｕｔと充電電力制限値Ｗｉｎとの間に維持することができなかった。
【００４３】
これに対し、本実施形態に係る車両用燃料電池システムでは、式［数１１］に示すように、モータＭＧ等の負荷のそれぞれについて、電力指令値（例えばｐｍｇ＿ｃｍ）から伝達関数（例えばＴ＾ＭＧ）を用いて電力消費値（例えばｐｍｇ＿ｅｘ）を推定し、負荷について推定した電力消費値（例えばｐｍｇ＿ｅｓｔ）の合計値から二次電池ＢＡＴの電力指令値ｐｂａｔ＿ｃｍを減じた後、燃料電池ＦＣの伝達関数Ｔ＾ＦＣによって除することにより、燃料電池ＦＣの電力指令値ｐｆｃ＿ｃｍを決定する。
【００４４】
そのため、式［数１２］において、各項における伝達関数と真の伝達関数とが近似しており、二次電池ＢＡＴの充放電電力量ＰＢＡＴを電力指令値ｐｂａｔ＿ｃｍに近似させることができる。その結果、充放電電力量ＰＢＡＴを放電電力制限値Ｗｏｕｔと充電電力制限値Ｗｉｎとの間に維持し易くなり、二次電池ＢＡＴにおける過充電もしくは過放電を抑制することができる。
【００４５】
（第２の実施形態）
次に、図２を参照して、第２の実施形態に係る車両用燃料電池システムについて説明する。図２は、第２の実施形態に係る車両用燃料電池システムの制御ブロック図である。
第１の実施形態に係る車両用燃料電池システムでは、伝達関数Ｔ＾ＭＧ、Ｔ＾ＡＣＰ、Ｔ＾ＷＰ、Ｔ＾ＨＰ、Ｔ＾ＡＵＸは、更新しない固定値であった。これに対し、図２に示すように、第２の実施形態に係る車両用燃料電池システムでは、電力消費量の多いモータＭＧ及びエアコンプレッサＡＣＰの伝達関数Ｔ＾ＭＧ、Ｔ＾ＡＣＰを逐次更新して可変とする。
【００４６】
図２に示すように、制御部ＥＣＵはモータＭＧに対して電力指令値ｐｍｇ＿ｃｍを出力すると共に、その電力指令値ｐｍｇ＿ｃｍに基づいてモータＭＧから出力された電力消費値ｐｍｇ＿ｅｘが制御部ＥＣＵにフィードバックされる。制御部ＥＣＵは、出力した電力指令値ｐｍｇ＿ｃｍと、フィードバックされた電力消費値ｐｍｇ＿ｅｘとを比較して、電力消費値ｐｍｇ＿ｅｘのデータ取得毎に伝達関数Ｔ＾ＭＧ［ｋ］（ここで、ｋは演算回数すなわちデータ取得回数）を逐次更新する。より詳細には、制御部ＥＣＵは、電力消費値ｐｍｇ＿ｅｘから推定値ｐｍｇ＿ｅｓｔ（＝ＴＭＧ＾［ｋ］・ｐｍｇ＿ｃｍ）を減じた値を用いて、伝達関数ＴＭＧ＾［ｋ］の値を更新する。
【００４７】
同様に、制御部ＥＣＵはエアコンプレッサＡＣＰに対して電力指令値ｐａｃｐ＿ｃｍを出力すると共に、その電力指令値ｐａｃｐ＿ｃｍに基づいてエアコンプレッサＡＣＰから出力された電力消費値ｐａｃｐ＿ｅｘが制御部ＥＣＵにフィードバックされる。制御部ＥＣＵは、出力した電力指令値ｐａｃｐ＿ｃｍと、フィードバックされた電力消費値ｐａｃｐ＿ｅｘとを比較して、電力消費値ｐａｃｐ＿ｅｘのデータ取得毎に伝達関数Ｔ＾ＡＣＰ［ｋ］を逐次更新する。より詳細には、制御部ＥＣＵは、電力消費値ｐａｃｐ＿ｅｘから推定値ｐａｃｐ＿ｅｓｔ（＝ＴＡＣＰ＾［ｋ］・ｐａｃｐ＿ｃｍ）を減じた値を用いて、伝達関数ＴＡＣＰ＾［ｋ］の値を更新する。
なお、伝達関数の初期値Ｔ＾ＭＧ［１］、Ｔ＾ＡＣＰ［１］は、第１の実施形態と同様に設定される。
【００４８】
このように、第２の実施形態に係る車両用燃料電池システムでは、モータＭＧ及びエアコンプレッサＡＣＰの伝達関数Ｔ＾ＭＧ、Ｔ＾ＡＣＰを逐次更新する。そのため、式［数１２］において、モータＭＧ及びエアコンプレッサＡＣＰの伝達関数Ｔ＾ＭＧ、Ｔ＾ＡＣＰを真の伝達関数ＴＭＧ、ＴＡＣＰにより近似させ、二次電池ＢＡＴの充放電電力量ＰＢＡＴを電力指令値ｐｂａｔ＿ｃｍにさらに近似させることができる。その結果、第１の実施形態に係る車両用燃料電池システムよりも、充放電電力量ＰＢＡＴを放電電力制限値Ｗｏｕｔと充電電力制限値Ｗｉｎとの間に維持し易くなり、二次電池ＢＡＴにおける過充電もしくは過放電を抑制することができる。
その他の構成は、第１の実施形態に係る車両用燃料電池システムと同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００４９】
なお、その他の負荷であるウォータポンプＷＰ、水素ポンプＨＰ、補機ＡＵＸの伝達関数Ｔ＾ＷＰ、Ｔ＾ＨＰ、Ｔ＾ＡＵＸについても全く同様に逐次更新してもよいが、それに伴い制御部ＥＣＵの回路構成が複雑になる。
【００５０】
他方、電力指令値ｐｆｃ＿ｃｍを算出するための燃料電池ＦＣの伝達関数Ｔ＾ＦＣについても全く同様に逐次更新とすると、電力指令値ｐｆｃ＿ｃｍの演算過程において循環が生じ、電力発電値ｐｆｃ＿ｅｘが不安定になる。そのため、燃料電池ＦＣの伝達関数Ｔ＾ＦＣを更新する場合には、逐次更新された伝達関数Ｔ＾ＦＣの移動平均値を使用したり、一演算前の値すなわちＴＦＣ＾［ｋ−１］を使用したりすることが好ましい。なお、移動平均のステップ長を大きくすると、電力発電値ｐｆｃ＿ｅｘは安定するが、伝達関数Ｔ＾ＦＣと真の伝達関数ＴＦＣとの乖離が大きくなり、二次電池ＢＡＴにおける過充電もしくは過放電を抑制する効果は低減する。
【００５１】
（第３の実施形態）
次に、図３を参照して、第３の実施形態に係る車両用燃料電池システムについて説明する。図３は、第３の実施形態に係る車両用燃料電池システムの制御ブロック図である。
第３の実施形態に係る車両用燃料電池システムでは、第２の実施形態に係る車両用燃料電池システムと同様に、燃料電池ＦＣの電力指令値ｐｆｃ＿ｃｍを算出するための燃料電池ＦＣの伝達関数（第１の伝達関数）Ｔ＾ＦＣについては固定値としたまま、逐次更新した燃料電池ＦＣの伝達関数（第２の伝達関数）Ｔ＾ＦＣを用いて電力発電値ｐｆｃ＿ｅｘの推定値ｐｆｃ＿ｅｓｔを算出する。
【００５２】
具体的には、図３に示すように、制御部ＥＣＵは燃料電池ＦＣの電力指令値ｐｆｃ＿ｃｍを算出して、燃料電池ＦＣに対して出力すると共に、その電力指令値ｐｆｃ＿ｃｍに基づいて燃料電池ＦＣから出力された電力発電値ｐｆｃ＿ｅｘが制御部ＥＣＵにフィードバックされる。ここで、燃料電池ＦＣから制御部ＥＣＵへのフィードバックに際し、ｍ回の演算に相当する通信遅れが発生する。
【００５３】
そこで、制御部ＥＣＵは、比較する信号を同期させるために、ｍ回前に出力した電力指令値ｐｆｃ＿ｃｍ［ｋ−ｍ］と、フィードバックされた電力発電値ｐｆｃ＿ｅｘとを比較して、電力発電値ｐｆｃ＿ｅｘのデータ取得毎に伝達関数Ｔ＾ＦＣ［ｋ−ｍ］を逐次更新する。より詳細には、制御部ＥＣＵは、フィードバックされた電力発電値ｐｆｃ＿ｅｘから推定値ｐｆｃ＿ｅｓｔ［ｋ−ｍ］（＝ＴＦＣ＾［ｋ−ｍ］・ｐｆｃ＿ｃｍ［ｋ−ｍ］）を減じた値を用いて、伝達関数ＴＦＣ＾［ｋ−ｍ］の値を更新する。
【００５４】
さらに、制御部ＥＣＵは、現時点の電力指令値ｐｆｃ＿ｃｍ［ｋ］と伝達関数ＴＦＣ＾［ｋ−ｍ］との積すなわちＴＦＣ＾［ｋ−ｍ］・ｐｆｃ＿ｃｍ［ｋ］を現時点の電力発電値ｐｆｃ＿ｅｘの推定値ｐｆｃ＿ｅｓｔ［ｋ］として算出する。そして、駆動許可電力算出部ＤＡＰにおいて、この推定値ｐｆｃ＿ｅｓｔ［ｋ］に基づいて駆動許可電力値ｄｒｖａｌｗを算出し、モータＭＧの電力指令値ｐｍｇ＿ｃｍに上限規制を設ける。
【００５５】
駆動許可電力値ｄｒｖａｌｗは、例えば、現時刻の燃料電池ＦＣの推定値ｐｆｃ＿ｅｓｔと二次電池ＢＡＴの電力指令値ｐｂａｔ＿ｃｍの和から、現時刻のエアコンプレッサＡＣＰの電力消費値ｐａｃｐ＿ｅｘ（又は推定値ｐａｃｐ＿ｅｓｔ）、ウォータポンプＷＰの電力消費値ｐｗｐ＿ｅｘ（又は推定値ｐｗｐ＿ｅｓｔ）、水素ポンプＨＰの電力消費値ｐｈｐ＿ｅｘ（又は推定値ｐｈｐ＿ｅｓｔ）、補機ＡＵＸの電力消費値ｐａｕｘ＿ｅｘ（又は推定値ｐａｕｘ＿ｅｓｔ）の和を減じた値とすればよい。
【００５６】
ここで、燃料電池ＦＣの電力指令値ｐｆｃ＿ｃｍを算出するための燃料電池ＦＣの伝達関数Ｔ＾ＦＣについては固定値としているため、伝達関数Ｔ＾ＦＣと真の伝達関数ＴＦＣとの乖離が大きくなり、二次電池ＢＡＴにおける過充電もしくは過放電を抑制する効果は低減する虞がある。
【００５７】
そこで、第３の実施形態に係る車両用燃料電池システムでは、逐次更新した燃料電池ＦＣの伝達関数Ｔ＾ＦＣ［ｋ−ｍ］を用いて電力発電値ｐｆｃ＿ｅｘの推定値ｐｆｃ＿ｅｓｔ［ｋ］を算出し、モータＭＧの電力指令値ｐｍｇ＿ｃｍに上限規制を設ける。これにより、二次電池ＢＡＴにおける過放電を抑制することができる。
その他の構成は、第２の実施形態に係る車両用燃料電池システムと同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００５８】
（第３の実施形態の変形例）
次に、図４を参照して、第３の実施形態の変形例に係る車両用燃料電池システムについて説明する。図４は、第３の実施形態の変形例に係る車両用燃料電池システムの制御ブロック図である。
第３の実施形態の変形例に係る車両用燃料電池システムでは、第３の実施形態に係る車両用燃料電池システムと同様に、制御部ＥＣＵが、現時点の電力指令値ｐｆｃ＿ｃｍ［ｋ］と伝達関数ＴＦＣ＾［ｋ−ｍ］との積すなわちＴＦＣ＾［ｋ−ｍ］・ｐｆｃ＿ｃｍ［ｋ］を現時点の電力発電値ｐｆｃ＿ｅｘ［ｋ］の推定値ｐｆｃ＿ｅｓｔ［ｋ］として算出する。
【００５９】
図４に示すように、変形例では、同時に、現時点のモータＭＧの電力消費値の推定値ｐｍｇ＿ｅｓｔ、エアコンプレッサＡＣＰの電力消費値の推定値ｐａｃｐ＿ｅｓｔ、ウォータポンプＷＰの電力消費値の推定値ｐｗｐ＿ｅｓｔ、水素ポンプＨＰの電力消費値の推定値ｐｈｐ＿ｅｓｔ、補機ＡＵＸの電力消費値の推定値ｐａｕｘ＿ｅｓｔの合計から二次電池ＢＡＴの電力指令値ｐｂａｔ＿ｃｍを減じた値を燃料電池ＦＣの発電理想値ｐｆｃ＿ｉｄｅａｌ［ｋ］として算出する。そして、現時点の燃料電池ＦＣの電力発電値の推定値ｐｆｃ＿ｅｓｔ［ｋ］と発電理想値ｐｆｃ＿ｉｄｅａｌ［ｋ］の差であるｐｆｃ＿ｅｓｔ［ｋ］−ｐｆｃ＿ｉｄｅａｌ［ｋ］をモータＭＧの伝達関数ＴＭＧ＾［ｋ］により除した値すなわち（ｐｆｃ＿ｅｓｔ［ｋ］−ｐｆｃ＿ｉｄｅａｌ［ｋ］）／ＴＭＧ＾［ｋ］をモータＭＧの電力指令値ｐｍｇ＿ｃｍに加算する。ここで、この値が０以上の場合には、モータＭＧの電力指令値ｐｍｇ＿ｃｍに加算しないようにする。
【００６０】
このような構成により、モータＭＧの電力指令値ｐｍｇ＿ｃｍの上限を規制する。そのため、第３の実施形態と同様の理由により、二次電池ＢＡＴにおける過放電を抑制することができる。
なお、ｐｆｃ＿ｅｓｔ［ｋ］−ｐｆｃ＿ｉｄｅａｌ［ｋ］をモータＭＧの伝達関数ＴＭＧ＾［ｋ］により除することなく、ｐｆｃ＿ｅｓｔ［ｋ］−ｐｆｃ＿ｉｄｅａｌ［ｋ］の値をそのままモータＭＧの電力指令値ｐｍｇ＿ｃｍに加えてもよい。
その他の構成は、第３の実施形態に係る車両用燃料電池システムと同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００６１】
なお、本発明は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００６２】
ＡＣＰ  エアコンプレッサ
ＡＵＸ  補機
ＢＡＴ  二次電池
ＤＡＰ  駆動許可電力算出部
ＥＣＵ  制御部
ＦＣ  燃料電池
ＨＰ  水素ポンプ
ＭＧ  モータ
ＷＰ  ウォータポンプ
【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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