(57)【要約】【課題】要求されたトルクの発揮を確保しつつ、燃費を向上させる。【解決手段】燃料電池車の電圧制御装置であって、燃料電池の発電最大トルク達成時間を算出する算出手段と、インバータ供給電圧ＶＨを制御する制御手段と、を備えている。制御手段は、算出した発電最大トルク達成時間で上昇可能な電圧量にインバータ供給電圧ＶＨを設定する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池車の電圧制御装置において、
燃料電池の発電最大トルク達成時間を算出する算出手段と、
インバータ供給電圧ＶＨを制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、算出した発電最大トルク達成時間で上昇可能な電圧量に前記インバータ供給電圧ＶＨを設定することを特徴とする、燃料電池車の電圧制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池車の電圧制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
昇圧後、電圧ＶＨを目標昇圧後電圧ＶＨｔａｇに到達させるときの昇圧レートΔＶを設定し、設定された昇圧レートΔＶと目標昇圧後電圧ＶＨｔａｇとに基づいて昇圧後電圧Ｖ
Ｈが変化するように昇圧コンバータを制御することで速やかに目標電圧まで昇圧させるようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０９−０７２２９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、バッテリーが低温状態だと、放電可能電力が制限されるため、目標ＶＨ到達までの時間が長くなってしまい、トルク制約が発生して、要求トルクを実行できない。これを回避するために予め供給電圧（ＶＨ）を高圧まで昇圧、固定すると、維持のために燃費が悪化してしまう。
【０００５】
そこで、本発明は、要求されたトルクの発揮を確保しつつ、燃費を向上させることができる燃料電池車の電圧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】
【０００６】
かかる課題を解決するべく、本発明は、燃料電池車の電圧制御装置において、
燃料電池の発電最大トルク達成時間を算出する算出手段と、
インバータ供給電圧ＶＨを制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、算出した発電最大トルク達成時間で上昇可能な電圧量に前記インバータ供給電圧ＶＨを設定することを特徴とする。
【０００７】
この電圧制御装置によれば、発電最大トルクの達成時間で上昇可能な電圧量にインバータ供給電圧ＶＨを設定することで、常にインバータ供給電圧ＶＨを高圧まで昇圧、固定する必要がないため燃費を向上でき、また、発電最大トルク達成時間内に昇圧可能なため、要求トルクを実行できる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、要求されたトルクの発揮を確保しつつ、燃費を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】燃料電池車の電圧制御装置等のハード構成例の概要を示す図である。
【図２】燃料電池車の電圧制御の一例を示すフローチャートである。
【図３】制御の形態例１における、制御フローに従った場合の駆動トルク、ＦＣ（燃料電池）電力、インバータ供給電圧ＶＨのそれぞれの変化を示すタイムチャートである。
【図４】バッテリーが制限された場合のインバータ供給電圧ＶＨの昇圧レート（Ｂａｔ制限達成ＶＨレート）ΔＶの計算式を説明する図である。
【図５】制御の形態例２における、駆動トルク、ＦＣ（燃料電池）電力、インバータ供給電圧ＶＨのそれぞれの変化を示すタイムチャートである。
【図６】制御の形態例２における、バッテリーが制限された場合のインバータ供給電圧ＶＨの昇圧レート（Ｂａｔ制限達成ＶＨレート）ΔＶの計算式を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
図１〜図６に、燃料電池車の電圧制御装置１の一実施形態を示す。電圧制御装置１は、算出手段２、制御手段３等を備えた装置で、燃料電池車が要求するトルクの発揮を確保しつつ、燃費を向上させるように構成されている。なお、図中においては、燃料電池を「ＦＣ」と表記し、バッテリーを「Ｂａｔ」と表記する場合がある。
【００１２】
＜燃料電池システムの構成例＞
図１に、燃料電池、燃料電池スタック等からなる燃料電池システム１００のハード構成例を示す。図中の主な構成について説明しておくと、図１中、符号６は燃料電池（燃料電池スタック）、符号８は平滑コンデンサ、符号１０は第１のＶＨコンデンサ、符号１２はモータインバータ、２０は第２のＶＨコンデンサ、２２はＦＣリレー、３２はエアコンプレッサ、３４はトラクションモータ、４０はバッテリー（２次電池）、５２は水素ポンプ、５４はＦＣ冷却水ポンプ、５６は水加熱ヒータ、５８はエアコンディショナ、６０はＤＣ／ＤＣコンバータ、６２は補機バッテリーをそれぞれ示す。
【００１３】
電圧制御装置１は、燃料電池車（図示省略）に搭載された燃料電池システム１００における電圧を制御する装置である。また、本実施形態の電圧制御装置１は、燃料電池６の発電最大トルク達成時間を算出する算出手段２、および、インバータ供給電圧ＶＨを制御し、かつ、算出した発電最大トルク達成時間で上昇可能な電圧量にインバータ供給電圧ＶＨを設定する制御手段３としても機能する。
【００１４】
＜制御の形態１＞
制御フローの一例を用いて、燃料電池車の電圧制御装置１（および該電圧制御装置１の算出手段２、制御手段３としての機能）による電圧制御の形態の例を説明する（図２〜図４参照）。
【００１５】
図２は、燃料電池車の電圧制御装置１による制御形態の一例を示すフローチャートであり、図３は、上記制御フローに従った場合の駆動トルク、ＦＣ（燃料電池）電力、インバータ供給電圧ＶＨのそれぞれの変化を示すグラフである。また、図４は、バッテリーが制限された場合のインバータ供給電圧ＶＨの昇圧レート（Ｂａｔ制限達成ＶＨレート）ΔＶの計算式を説明するものである。
【００１６】
ここでは、ＦＣ（燃料電池）発電の最大トルク達成時間を算出し、インバータ供給電圧ＶＨをその時間で上昇可能な量だけ低位化させておき、これによって燃料電池車の燃費を確保する。これによれば、要求最大トルク達成と燃費向上との相反する二つの目標を達成して両立させることが可能となる。以上を実現するため、本例では燃料電池６とコンデンサチャージを考慮し、インバータ供給電圧ＶＨの立ち上がり時間を比較して、短い方に車両加速度の目標電圧を合わせる。以下、図フローチャートと表を用いて具体的に説明する。
【００１７】
まず、電圧制御装置１の算出手段２としての機能により、バッテリー供給可能電力を算出し（ステップＳＰ１）、続いて、現在のトルク要求電圧から最大電圧までに要する時間（Ａ）（図３参照）を算出する（ステップＳＰ２）。なお、コンデンサチャージ電力により、昇圧レートが制限を受ける場合がある。言い換えれば、インバータ供給電圧ＶＨの上昇に伴うコンデンサへのチャージ電力がバッテリーＷoutを超えないよう、インバータ供給電圧ＶＨの昇圧レートを抑制する場合がある。
【００１８】
続いて、燃料電池の発電立ち上がり時間推定値（Ｂ）（図３参照）を算出する（ステップＳＰ３）。ここでは、例えば、コンプレッサーの現在回転数と目標回転数の差より発電立ち上がり時間推定値（Ｂ）を算出する。なお、時間（Ａ）を算出するステップと立ち上がり時間推定値（Ｂ）を算出するステップの前後は問わない。また、加速時間ｔは、数式１により求めることができる。
【数１】
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【００１９】
なお、燃料電池の発電は、エア量、スタック水分量によって変化するため、
・スタック内圧力
・大気圧
・燃料電池温度
・水素循環量
などの各値で補正を実施することが好ましい。
【００２０】
次に、算出した時間（Ａ）と発電立ち上がり時間推定値（Ｂ）とを比較し、時間（Ａ）が発電立ち上がり時間推定値（Ｂ）以上であれば（ステップＳＰ４にてＹＥＳ）、ステップＳＰ５に進み、そうでなければ（ステップＳＰ４にてＮＯ）、ステップＳＰ６に進む。
【００２１】
ステップＳＰ５では、昇圧目標電圧まで、インバータ供給電圧ＶＨを事前昇圧時間（Ｂ）とバッテリー供給可能電力から算出する。
【００２２】
ステップＳＰ６では、加速要求の有無を判断する。要求があればステップＳＰ７に進み、要求がなければステップＳＰ１に戻る。
【００２３】
ステップＳＰ７では、目標とする値までインバータ供給電圧ＶＨを昇圧させる。なお、この際、上述のように、コンデンサチャージとＢＡＴ（バッテリー）の電力が考慮されている。
【００２４】
すなわち、本実施形態の電圧制御装置１によれば、発電最大トルクの達成時間で上昇可能な電圧量にインバータ供給電圧ＶＨを設定することで、常にインバータ供給電圧ＶＨを高圧まで昇圧、固定する必要をなくしている。こうした場合、燃料電池車の燃費を向上でき、また、発電最大トルク達成時間内に昇圧可能なため、要求トルクを実行できる。
【００２５】
なお、図３中のＶＨ（インバータ供給電圧ＶＨ）のグラフ中に記載されている「Ｂａｔ制限達成ＶＨレート」（ΔＶ）を得る数式（バッテリーが制限された場合のインバータ供給電圧ＶＨの昇圧レート（Ｂａｔ制限達成ＶＨレート）ΔＶの計算式）およびその内容は、図４に示すとおりである。
【００２６】
＜制御の形態２＞
制御フローの一例を用いて、燃料電池車の電圧制御装置１による別の制御例を示す（図５〜図６参照）。
【００２７】
図５は、本形態における駆動トルク、ＦＣ（燃料電池）電力、インバータ供給電圧ＶＨのそれぞれの変化を示すグラフである。図６は、本形態における、バッテリーが制限された場合のインバータ供給電圧ＶＨの昇圧レート（Ｂａｔ制限達成ＶＨレート）ΔＶの計算式を説明するものである。
【００２８】
本実施例では、インバータ供給電圧ＶＨを上昇させるのに必要な電力をＦＣ発電で賄い、昇圧速度（電圧上昇のスピード）を上げる。このようにインバータ供給電圧ＶＨの昇圧速度を向上させ、上述した制御の形態１と組み合わせることによって、インバータ供給電圧ＶＨをより低い状態で待機させ、さらなる省燃費を達成することが可能となる（図５（ｃ）参照）。ただし、駆動トルクの立ち上がりはコンデンサ電力のぶん、遅延させて（Ｂ）→（Ｂ’）とする（図５（ｂ）参照）。
【００２９】
ここまで説明した各形態の電圧制御装置１による電圧制御によれば、以下のごとき利点が得られる。
【００３０】
すなわち、従前の燃料電池車においては、モーターへのトルク要求が高くない際はインバータ供給電圧ＶＨを低く設定し、加速時、回生時などのトルク要求があるときに昇圧することで余分なスイッチング損失を低減しているが、本実施形態の電圧制御装置１によれば、トルク要求に応えつつ、燃費を向上させることができる。
【００３１】
また、従前の燃料電池車においては、コンデンサでのチャージ電力を考慮した昇圧レートで昇圧実施する場合、昇圧でのコンデンサチャージ電力はバッテリーから供給されるところ、低温（−３０℃程度）ではバッテリー保護の観点から放電可能電力が著しく制限されるため、昇圧レートを低く設定する必要があり、目標インバータ供給電圧ＶＨへの到達時間が長くなることからトルク制約が発生し、要求どおりのトルクを実行できない場合があった。これに対し、本実施形態の電圧制御装置１によれば、このような問題を解消し、トルク要求に応えつつ、燃費を向上させることができる。
【００３２】
また、従前ないし現状の燃料電池車での制御では、上述のごときトルク制限を回避するべく、バッテリー低温時にはあらかじめインバータ供給電圧ＶＨを高圧まで昇圧して固定しておき、コンデンサチャージ電力からの持ち出しを回避しているが、背反として高圧を維持するためコンバータ、インバータのスイッチング損失が大きくなり燃費が悪化することが生じ得た。これに対し、本実施形態の電圧制御装置１によれば、このような問題を解消し、トルク要求に応えつつ、燃費を向上させることができる。
【００３３】
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、燃料電池車の電圧制御装置に適用して好適である。
【符号の説明】
【００３５】
１…電圧制御装置
２…算出手段
３…制御手段
ＶＨ…インバータ供給電圧
【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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