(57)【要約】【課題】燃料電池車両に搭載された二次電池の電力消費の抑制及び燃料電池の劣化の抑制を両立可能な燃料電池車両の制御装置を提供する。【解決手段】燃料電池と、少なくとも燃料電池の発電電力を充電する二次電池と、少なくとも二次電池から供給される電力によって駆動される駆動モータと、を備えた燃料電池車両の燃料電池の起動及び停止を制御する制御装置において、燃料電池車両の走行状態を示す走行状態情報の移動平均に基づいて走行環境を検出する走行環境検出部と、走行環境に基づいて燃料電池の起動及び停止を判定する燃料電池起動判定部と、判定の結果に基づいて燃料電池の起動及び停止を制御する燃料電池制御部と、を備える。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、少なくとも前記燃料電池の発電電力を充電する二次電池と、少なくとも前記二次電池から供給される電力によって駆動される駆動モータと、を備えた燃料電池車両の前記燃料電池の起動及び停止を制御する制御装置において、
前記燃料電池車両の走行状態を示す走行状態情報の移動平均に基づいて走行環境を検出する走行環境検出部と、
前記走行環境に基づいて前記燃料電池の起動及び停止を判定する燃料電池起動判定部と、
前記判定の結果に基づいて前記燃料電池の起動及び停止を制御する燃料電池制御部と、
を備えた、燃料電池車両の制御装置。
【請求項２】
前記走行環境検出部は、前記走行状態情報の移動平均に基づいて前記燃料電池車両の走行負荷を反映した前記走行環境を推定し、
前記燃料電池起動判定部は、前記走行負荷に応じて前記燃料電池の起動条件を切り換える、請求項１に記載の燃料電池車両の制御装置。
【請求項３】
前記走行状態情報の移動平均が、少なくとも車速の移動平均を含む、請求項１又は２に記載の燃料電池車両の制御装置。
【請求項４】
前記走行状態情報の移動平均が、さらに車両の要求駆動力の移動平均又は路面勾配の移動平均のうちの少なくとも一方を含む、請求項３に記載の燃料電池車両の制御装置。
【請求項５】
前記走行環境検出部は、さらに舵角又はセレクトレンジのうちの少なくとも一つに基づいて前記走行環境を検出する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池車両の制御装置。
【請求項６】
前記走行環境検出部は、それぞれの前記走行状態情報の検出時刻又は検出地点に応じた加重移動平均に基づいて前記走行環境を検出する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池車両の制御装置。
【請求項７】
前記走行環境検出部は、それぞれの前記走行状態情報の検出時の路面勾配に応じた加重移動平均に基づいて前記走行環境を検出する、請求項１〜５のいずれか１項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、燃料電池車両の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、二次電池からの供給電力を用いて駆動される駆動モータの出力により走行する電気自動車として、発電機として燃料電池を搭載した燃料電池車両がある。燃料電池は、水素ガスと酸素ガス（空気）とを反応させて発電する発電機である。燃料電池車両の一態様として、主として二次電池からの供給電力を用いて駆動モータを駆動しつつ、二次電池の残存容量（ＳＯＣ：State  Of  Charge）が低下したときに燃料電池を起動して走行の継続を可能にする燃料電池車両がある。このような燃料電池車両は燃料電池レンジエクステンダー車とも言われる。
【０００３】
つまり、燃料電池レンジエクステンダー車は、充電スタンド等の外部電源装置からの電力の供給による二次電池の充電が可能になっており、走行中に二次電池の残存容量が低下したときには外部電源装置まで到達できるように燃料電池が起動される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−１１７５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、燃料電池レンジエクステンダー車において、上り坂走行時や高速道路走行時等の比較的高負荷の状態での走行時には、二次電池の電力消費が激しく、二次電池からの供給電力による航続可能距離が著しく短くなる。これに対して、車両の負荷が高い場合に燃料電池を起動させて電力を補い、二次電池の電力消費を抑制することが考えられる。しかしながら、単純にその時々の車両の負荷によってのみ燃料電池の起動及び停止を切り換えるようにした場合には、燃料電池の起動及び停止の切り換え回数が増え、燃料電池の電解膜の劣化が進行しやすくなる。
【０００６】
具体例を説明すると、車両に搭載される燃料電池のカソード電極には、カーボン粒子上にプラチナ触媒及びコバルト触媒を担持させて構成された電解膜が備えられている。燃料電池の起動及び停止の切り換えが繰り返されると、水素ガス及び酸素ガスが存在しないかあるいは少ない状態での起動時間が増えるために、触媒の劣化による電解膜の劣化が生じやすくなる。したがって、燃料電池レンジエクステンダー車では、二次電池の電力消費の抑制と、燃料電池の劣化の抑制とを両立させることが求められる。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、燃料電池車両（以下、特に説明がない限り「燃料電池車両」というときは「燃料電池レンジエクステンダー車」を意味する。）に搭載された二次電池の電力消費の抑制及び燃料電池の劣化の抑制を両立可能な、新規かつ改良された燃料電池車両の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、燃料電池と、少なくとも燃料電池の発電電力を充電する二次電池と、少なくとも二次電池から供給される電力によって駆動される駆動モータと、を備えた燃料電池車両の燃料電池の起動及び停止を制御する制御装置において、燃料電池車両の走行状態を示す走行状態情報の移動平均に基づいて走行環境を検出する走行環境検出部と、走行環境に基づいて燃料電池の起動及び停止を判定する燃料電池起動判定部と、判定の結果に基づいて燃料電池の起動及び停止を制御する燃料電池制御部と、を備えた、燃料電池車両の制御装置が提供される。
【０００９】
走行環境検出部は、走行状態情報の移動平均に基づいて燃料電池車両の走行負荷を反映した走行環境を推定し、燃料電池起動判定部は、走行負荷に応じて燃料電池の起動条件を切り換えてもよい。
【００１０】
走行状態情報の移動平均が、少なくとも車速の移動平均を含んでもよい。
【００１１】
走行状態情報の移動平均が、さらに車両の要求駆動力の移動平均又は路面勾配の移動平均のうちの少なくとも一方を含んでもよい。
【００１２】
走行環境検出部は、さらに舵角又はセレクトレンジのうちの少なくとも一つに基づいて走行環境を検出してもよい。
【００１３】
走行環境検出部は、それぞれの走行状態情報の検出時刻又は検出地点に応じた加重移動平均に基づいて走行環境を検出してもよい。
【００１４】
走行環境検出部は、それぞれの走行状態情報の検出時の路面勾配に応じた加重移動平均に基づいて走行環境を検出してもよい。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように本発明によれば、燃料電池車両に搭載された二次電池の電力消費の抑制及び燃料電池の劣化の抑制を両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】燃料電池車両のシステム構成例を示す模式図である。
【図２】燃料電池の構成例を示す模式図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る制御装置の構成例を示すブロック図である。
【図４】同実施形態に係る制御装置による走行環境推定処理を示すフローチャートである。
【図５】同実施形態に係る制御装置による燃料電池の起動停止判定処理を示すフローチャートである。
【図６】走行環境推定マップの一例を示す説明図である。
【図７】低負荷走行時の切換マップの一例を示す説明図である。
【図８】高負荷走行時の切換マップの一例を示す説明図である。
【図９】燃料電池の起動及び停止の切換動作を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１８】
＜１．燃料電池車両のシステム構成例＞
図１を参照して、本発明の実施の形態に係る燃料電池車両（燃料電池レンジエクステンダー車）１のシステム構成例について説明する。図１は、燃料電池車両１のシステム構成例を示す模式図である。燃料電池車両１は、水素タンク１０と、燃料電池２０と、二次電池３０と、駆動モータ４０と、駆動輪５０と、ＤＣＤＣコンバータ６０と、インバータ７０と、制御装置１００とを備える。
【００１９】
燃料電池車両１は、基本的に二次電池３０からの供給電力を用いて駆動される駆動モータ４０を駆動源として車両の駆動トルクを得る。また、燃料電池車両１は、二次電池３０の残存容量ＳＯＣが低下したときに燃料電池２０を起動して発電を行い、二次電池３０の充電を行うことにより走行の継続を可能にする。また、燃料電池車両１は、車両の要求負荷が高く、二次電池３０からの供給電力だけでは不足する場合に、燃料電池２０を起動して駆動モータ４０への供給電力を補う。
【００２０】
なお、燃料電池車両１に搭載される燃料電池２０は、燃料電池車両１の航続距離を延ばすための発電機（レンジエクステンダー）である。このため、燃料電池により発電した電力を主として利用する燃料電池レンジエクステンダー式ではない燃料電池車両に搭載される燃料電池に比べて、出力が小さいものであってよい。
【００２１】
水素タンク１０には、燃料電池２０に供給される高圧水素が充填されている。水素タンク１０の数は特に限定されない。水素タンク１０は１台であってもよく、複数台であってもよい。
【００２２】
燃料電池２０は、水素ガスと酸素ガスとを反応させて発電を行う。水素タンク１０と燃料電池２０とは配管１２を介して接続されており、水素タンク１０から燃料電池２０に水素ガスが供給される。また燃料電池２０には、図示しないコンプレッサ等により酸素ガスとしての空気が供給される。燃料電池２０は、上記の機能を有する限り公知の燃料電池２０であってよい。
【００２３】
図２は、燃料電池２０の構成例を示す模式図である。燃料電池２０は、複数の燃料電池セルを有する燃料電池スタック２２と、循環ポンプ２４と、パージ弁２６とを備えている。燃料電池スタック２２には、配管１２を介して水素タンク１０が接続され、図示しないモータポンプ等により水素ガスが供給される。配管１２の途中には水素ガスの供給量を調節する制御弁１４が設けられている。また、燃料電池スタック２２には、配管１８を介してコンプレッサ１６が接続され、空気が供給される。
【００２４】
燃料電池スタック２２に供給された空気は、各燃料電池セルを通過する際に水素ガスと反応する。余剰の空気、及び、反応により発生した水蒸気は排気される。また、燃料電池スタック２２に供給された水素ガスは、各燃料電池セルを通過する際に空気中の酸素と反応する。余剰の水素ガスは、パージ弁２６を介して排気される。あるいは、余剰の水素ガスの一部は、循環ポンプ２４を介して燃料電池スタック２２の上流側に戻される。
【００２５】
図示しないモータポンプ、制御弁１４、コンプレッサ１６、循環ポンプ２４及びパージ弁２６の駆動は、制御装置１００により制御される。例えば、制御弁１４は、目標発電電力に応じた水素ガスの目標供給量に基づいて、開閉あるいは開度の制御が行われる。
【００２６】
図１に戻り、ＤＣＤＣコンバータ６０は、燃料電池２０から出力された発電電力の電圧Ｖｆｃを所定の直流ステージ電圧Ｖｄｃに変換する。燃料電池２０の発電電力は、直流電力のままで電圧変換される。ＤＣＤＣコンバータ６０の駆動は、制御装置１００により制御される。ＤＣＤＣコンバータ６０は、例えば燃料電池２０側から二次電池３０又はインバータ７０側への単方向の電力変換を行う。ＤＣＤＣコンバータ６０は、上記の機能を有する限り公知の電力変換器であってよい。
【００２７】
二次電池３０は、駆動モータ４０の電力供給源であり、駆動モータ４０に対して供給される電力を蓄電する。二次電池３０は、所定の出力電圧（バッテリ電圧）Ｖｂの直流電力をインバータ７０に供給する。また、二次電池３０は、燃料電池２０の発電電力及び駆動モータ４０の回生発電電力を充電可能になっている。燃料電池２０の発電電力又は駆動モータ４０の回生発電電力は直流電力として二次電池３０に供給されて充電される。
【００２８】
なお、二次電池３０は、ＤＣＤＣコンバータ等の図示しない電力変換器を介してＤＣＤＣコンバータ６０及びインバータ７０に接続されていてもよい。この場合、電力変換器は、二次電池３０の出力電圧を所定の直流ステージ電圧Ｖｄｃに変換してインバータ７０に供給してもよい。また、電力変換器は、燃料電池２０の発電電力及び駆動モータ４０の回生発電電力の電圧（直流ステージ電圧Ｖｄｃ）を所定の充電電圧に変換して、二次電池３０の充電電力としてもよい。
【００２９】
また、二次電池３０は、図示しない充電回路及び充電コネクタを介して外部電源装置に接続可能に構成され、外部電源装置からの充電が可能になっている。また、二次電池３０から供給される電力は、図示しない補機用バッテリに充電可能になっていてもよい。例えば二次電池３０の供給電力は、降圧コンバータによって降圧されて補機用バッテリに充電されてもよい。
【００３０】
二次電池３０は、例えば２００Ｖの電圧の電力を出力可能な電池であってよい。二次電池３０としては、例えばリチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池又は鉛蓄電池が用いられる。ただし、二次電池３０は、これら以外の二次電池であってもよい。
【００３１】
二次電池３０にはバッテリ管理装置（ＢＭＳ：Battery  Management  System）３５が設けられている。例えば、バッテリ管理装置３５は、二次電池３０の出力電圧（バッテリ電圧）Ｖｂ及び残存容量ＳＯＣ等を算出し、これらの情報を示す信号を制御装置１００に出力する。
【００３２】
駆動モータ４０は、供給される電力によって駆動されて車両の駆動トルクを出力する。駆動モータ４０は、例えば三相交流式のモータであり、二次電池３０及び燃料電池２０からの供給電力を用いて駆動（力行駆動）されて駆動トルクを生成する。また、駆動モータ４０は、車両の減速時に回生駆動されて駆動輪５０の回転トルクを用いて発電する発電機としての機能（回生機能）を有してもよい。駆動モータ４０は、上記の機能を有する限り公知の駆動モータ４０であってよい。
【００３３】
インバータ７０は、燃料電池２０又は二次電池３０から供給される直流電力を交流電力に変換する。また、インバータ７０は、駆動モータ４０により回生発電された交流電力を直流電力に変換する。インバータ７０の駆動は、制御装置１００により制御される。
【００３４】
具体的に、駆動モータ４０を力行駆動させる場合、制御装置１００は、インバータ７０を制御して直流電力を交流電力に変換して駆動モータ４０に供給し、駆動モータ４０を駆動する。また、駆動モータ４０を回生駆動させる場合、制御装置１００は、インバータ７０を制御して駆動モータ４０で発電された交流電力を直流電力に変換し、二次電池３０の充電電力として二次電池３０に供給する。インバータ７０は、燃料電池２０及び二次電池３０側から駆動モータ４０側と、駆動モータ４０側から二次電池３０側との双方向の電力変換を行う。インバータ７０は、上記の機能を有する限り公知の電力変換器であってよい。
【００３５】
なお、インバータ７０の数は１台に限定されるものではなく、複数台の電力変換器が備えられてもよい。また１台のインバータ７０に対して接続される駆動モータ４０の数は１台に限定されるものではなく、１台のインバータ７０に対して複数台の駆動モータ４０が接続されていてもよい。
【００３６】
＜２．制御装置の構成例＞
次に、本実施形態に係る制御装置１００の構成例について説明する。図３は、制御装置１００の構成例を示すブロック図であり、制御装置１００の機能構成のうち、燃料電池２０の起動及び停止の切り換えを制御する機能に関連する部分を示している。
【００３７】
制御装置１００は、主としてＣＰＵ（Central  Processing  Unit）又はＭＰＵ（Micro  Processing  Unit）等のプロセッサと、ソフトウェアプログラムや制御パラメータ、取得した情報等を記憶する記憶装置とを備える。記憶装置は、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）及びＲＯＭ（Read  Only  Memory）を含んでもよく、ＣＤ−ＲＯＭやストレージ装置等の他の記憶媒体を含んでもよい。
【００３８】
制御装置１００は、要求駆動力算出部１０１と、走行環境検出部１０３と、燃料電池起動判定部１０５と、燃料電池制御部１０７と、モータ制御部１０９とを備える。これらの各部は、プロセッサ及び電気回路を有して構成されて、プロセッサによるソフトウェアプログラムの実行により実現される機能であってよい。
【００３９】
なお、制御装置１００の一部又は全部は、例えばＣＰＵ又はＭＰＵで構成される例以外に、ファームウェア等の更新可能なもので構成されていてもよい。あるいは、制御装置１００の一部又は全部が、ＣＰＵ等からの指令によって実行されるプログラムモジュール等であってもよい。
【００４０】
制御装置１００は、二次電池３０に設けられたバッテリ管理装置３５から出力される信号を取得する。また、制御装置１００は、図示しないセンサ等から出力される信号を取得する。例えば、制御装置１００は、車速センサから出力される車速Ｖの情報を示すセンサ信号、アクセルセンサから出力されるアクセル開度Ａｃｃの情報を示すセンサ信号、勾配センサから出力される路面勾配θｒの情報を示すセンサ信号、舵角センサから出力されるステアリングホイールの回転角度（舵角）θｓの情報を示すセンサ信号、及び、シフトポジションセンサから出力されるセレクトレンジＳの情報を示すセンサ信号のうちの少なくとも一つの信号を取得する。
【００４１】
なお、図示した制御装置１００は単体の制御装置として構成されているが、制御装置１００は複数の制御装置が相互に通信可能に構成されたものであってもよい。
【００４２】
要求駆動力算出部１０１は、燃料電池車両１の要求駆動力Ｑを算出する。例えば要求駆動力算出部１０１は、ドライバによるアクセルペダル操作を反映したアクセル開度Ａｃｃ及び車速Ｖの情報に基づいて要求駆動力Ｑを算出する。燃料電池車両１が自動運転中の場合、要求駆動力Ｑは、自動運転を司る制御装置により算出された値が用いられてもよい。
【００４３】
走行環境検出部１０３は、燃料電池車両１の走行状態を示す走行状態情報の移動平均に基づいて走行環境を検出する。走行環境とは、車両の負荷状態が反映され得る車両の走行状態である。走行環境検出部１０３は、走行状態情報の移動平均として、例えば車速Ｖの移動平均値Ｖ＿ａｖｅ及び要求駆動力Ｑの移動平均値Ｑ＿ａｖｅの情報に基づいて走行環境を推定する。走行環境検出部１０３は、さらに路面勾配θｒ、舵角θｓ又はセレクトレンジＳの少なくとも一つの情報を用いて、走行環境を推定してもよい。
【００４４】
燃料電池起動判定部１０５は、走行環境検出部１０３で推定された走行環境に基づいて燃料電池２０の起動及び停止を判定する。例えば、燃料電池起動判定部１０５は、推定される走行環境に反映されている走行負荷に応じて、燃料電池２０の起動条件を切り換える。本実施形態においては、燃料電池起動判定部１０５は、走行環境に基づいて、低負荷走行時用の第１の切換マップ又は高負荷走行時用の第２の切換マップを選択する。
【００４５】
第１の切換マップ及び第２の切換マップには、それぞれ要求駆動力Ｑ及び二次電池３０の残存容量に応じて第１の走行モード、第２の走行モード及び第３の走行モードが割り当てられている。第１の走行モードは、二次電池３０の出力電力のみを利用して駆動モータ４０を力行駆動するモードである。第２の走行モードは、二次電池３０の出力電力と併せて燃料電池２０の発電電力を利用して駆動モータ４０を力行駆動するモードである。第３の走行モードは、駆動モータ４０を回生駆動するモードである。
【００４６】
つまり、第１の走行モード又は第３の走行モードから第２の走行モードに走行モードが切り換えられるときに燃料電池２０が起動され、第２の走行モードから第１の走行モード又は第３の走行モードに走行モードが切り換えられるときに燃料電池２０が停止される。
【００４７】
燃料電池制御部１０７は、燃料電池２０及びＤＣＤＣコンバータ６０の駆動を制御する。具体的に、燃料電池制御部１０７は、燃料電池起動判定部１０５の判定結果に基づいて燃料電池２０の起動及び停止を制御するとともに、燃料電池２０の起動時には目標発電電力に基づいて燃料電池２０の駆動を制御する。また、燃料電池制御部１０７は、ＤＣＤＣコンバータ６０を駆動して、燃料電池２０の発電電力の電圧を所定の直流ステージ電圧Ｖｄｃに変換する。
【００４８】
例えば、燃料電池制御部１０７は、要求駆動力Ｑから、二次電池３０からの供給電力により駆動モータ４０が生成可能な駆動力（Ｑｂ）を引いた残りの駆動力（Ｑ−Ｑｂ）を生成可能な電力を目標発電電力として燃料電池２０の駆動を制御する。ただし、設定される目標発電電力にはあらかじめ下限値（正の値）が設けられている。これにより、第２の走行モードが選択されているにもかかわらず燃料電池２０の発電電力がゼロとならないようにされている。
【００４９】
モータ制御部１０９は、インバータ７０を制御し、駆動モータ４０を駆動させる。具体的に、モータ制御部１０９は、第１の走行モードが選択されている間、要求駆動力Ｑに基づき、二次電池３０からの供給電力を用いて駆動モータ４０を力行駆動させる。また、モータ制御部１０９は、第２の走行モードが選択されている間、要求駆動力Ｑに基づき、二次電池３０からの供給電力及び燃料電池２０の発電電力を用いて駆動モータ４０を力行駆動させる。また、モータ制御部１０９は、第３の走行モードが選択されている間、要求駆動力Ｑに基づき、駆動モータ４０を回生駆動させる。
【００５０】
＜３．燃料電池の制御処理＞
次に、図４及び図５を参照して、本実施形態に係る制御装置１００による燃料電池２０の起動及び停止の切換処理動作について説明する。図４は、走行環境を推定する処理を示すフローチャートであり、図５は、燃料電池２０の起動及び停止の判定処理を示すフローチャートである。
【００５１】
（３−１．走行環境推定処理）
図４に示すように、走行環境の推定処理では、まず、要求駆動力算出部１０１が、燃料電池車両１の要求駆動力Ｑを算出する（ステップＳ１１）。具体的に、要求駆動力算出部１０１は、アクセル開度Ａｃｃ及び車速Ｖの情報に基づいて、要求駆動力Ｑを算出する。要求駆動力算出部１０１は、あらかじめ記憶装置に記憶された駆動力マップを参照して要求駆動力Ｑを求めてもよい。また、燃料電池車両１が自動運転中である場合、要求駆動力算出部１０１は、自動運転を司る制御装置による要求駆動力Ｑの算出結果を取得してもよい。算出又は取得された要求駆動力Ｑは、記憶装置に記憶される。
【００５２】
次いで、走行環境検出部１０３は、要求駆動力Ｑの移動平均値Ｑ＿ａｖｅを算出する（ステップＳ１３）。例えば、走行環境検出部１０３は、直近の１〜５分の期間に算出された要求駆動力Ｑを単純移動平均して求めた値を移動平均値Ｑ＿ａｖｅとしてもよい。
【００５３】
次いで、走行環境検出部１０３は、車速Ｖの移動平均値Ｖ＿ａｖｅを算出する（ステップＳ１５）。例えば、走行環境検出部１０３は、直近の１〜５分の期間に算出された要求駆動力Ｑを単純移動平均して求めた値を移動平均値Ｖ＿ａｖｅとしてもよい。
【００５４】
次いで、走行環境検出部１０３は、要求駆動力Ｑの移動平均値Ｑ＿ａｖｅ及び車速Ｖの移動平均値Ｖ＿ａｖｅに基づいて燃料電池車両１の走行環境を推定する（ステップＳ１７）。走行環境検出部１０３は、あらかじめ記憶装置に記憶された走行環境推定マップを参照して走行環境を推定してもよい。
【００５５】
図６は、走行環境推定マップの一例を示している。図示した走行環境推定マップの例では、走行環境検出部１０３は、車速Ｖの移動平均値Ｖ＿ａｖｅ及び要求駆動力Ｑの移動平均値Ｑ＿ａｖｅに応じて、高速登坂路、高速平坦路、登坂路又は低負荷路のうちのいずれかの走行路を走行中であると推定する。具体的に、車速Ｖの移動平均値Ｖ＿ａｖｅが大きい場合には高速道路を走行中であると推定され、要求駆動力Ｑの移動平均値Ｑ＿ａｖｅが大きい場合には登坂路を走行中であると推定される。それぞれの領域の境界は、適切な値に設定される。
【００５６】
なお、図６に示した走行環境推定マップは一例にすぎず、走行環境推定マップは適宜設定することができる。例えば、要求駆動力Ｑの移動平均値Ｑ＿ａｖｅに代えて、あるいは、要求駆動力Ｑの移動平均値Ｑ＿ａｖｅと併せて路面勾配θｒの移動平均値θｒ＿ａｖｅが用いられてもよい。この場合、路面勾配θｒの移動平均値θｒ＿ａｖｅが大きい場合に登坂路を走行中であると推定される。また、車速Ｖの移動平均値Ｖ＿ａｖｅ及び要求駆動力Ｑの移動平均値Ｑ＿ａｖｅと併せて舵角θｓの移動平均値θｓ＿ａｖｅが用いられてもよい。この場合、舵角θｓの移動平均値θｓ＿ａｖｅが大きいほど高負荷路を走行中であると推定される。さらに、車速Ｖの移動平均値Ｖ＿ａｖｅ及び要求駆動力Ｑの移動平均値Ｑ＿ａｖｅと併せてセレクトレンジＳの情報が用いられてもよい。この場合、ドライブレンジ（Ｄ）以外の前進レンジが選択されているときには高負荷路を走行中であると推定される。
【００５７】
制御装置１００は、上記のステップＳ１１〜ステップＳ１７の処理を所定のサイクルごとに繰り返し、燃料電池２０の走行環境を推定する。推定された走行環境の情報は、燃料電池２０の起動及び停止の判定に用いられる。
【００５８】
このように、本実施形態に係る制御装置１００においては、燃料電池車両１の車速Ｖの移動平均値Ｖ＿ａｖｅ及び要求駆動力Ｑの移動平均値Ｑ＿ａｖｅに基づいて走行環境が推定される。要求駆動力Ｑの移動平均値Ｑ＿ａｖｅを用いることにより、例えば燃料電池車両１が登坂路あるいは高速道路を走行中に、ドライバが一時的にアクセルペダルを緩めたりブレーキ操作を行ったりした場合であっても、その都度、推定される走行環境が低負荷走行状態又は高負荷走行状態に切り換えられないようになっている。
【００５９】
（３−２．燃料電池起動及び停止切換処理）
図５に示すように、燃料電池２０の起動及び停止の切換処理では、まず、燃料電池起動判定部１０５が、燃料電池車両１の走行環境の情報を含む各種情報を取得する（ステップＳ２１）。例えば、燃料電池起動判定部１０５は、走行環境推定処理により推定された走行環境の情報と併せて、二次電池３０の残存容量及び要求駆動力Ｑの情報を取得する。
【００６０】
次いで、燃料電池起動判定部１０５は、取得した情報に基づいて燃料電池２０の起動又は停止を判定する（ステップＳ２３）。例えば、燃料電池起動判定部１０５は、推定された走行環境に応じて、低負荷走行時用の第１の切換マップ又は高負荷走行時用の第２の切換マップのいずれかを選択する。また、燃料電池起動判定部１０５は、選択した切換マップを参照して、要求駆動力Ｑ及び二次電池３０の残存容量に基づいて走行モードを選択する。走行モードは、二次電池３０からの供給電力のみにより駆動モータ４０が力行駆動される第１の走行モード、二次電池３０からの供給電力及び燃料電池２０の発電電力により駆動モータ４０が力行駆動される第２の走行モード、又は、駆動モータ４０が回生駆動される第３の走行モードのいずれかに設定される。
【００６１】
次いで、燃料電池制御部１０７は、燃料電池起動判定部１０５による判定結果に基づいて、燃料電池２０の起動又は停止を切換制御する（ステップＳ２５）。つまり、燃料電池２０が停止した第１の走行モード又は第３の走行モードに設定された状態で、燃料電池２０を起動させる第２の走行モードに切り換わった場合には、燃料電池制御部１０７は燃料電池２０を起動させる。また、燃料電池２０が起動した第２の走行モードに設定された状態で、燃料電池２０を停止させる第１の走行モード又は第３の走行モードに切り換わった場合には、燃料電池制御部１０７は燃料電池２０を停止させる。
【００６２】
図７及び図８は、第１の切換マップ及び第２の切換マップの例を示している。図７が、低負荷走行時用の第１の切換マップの例であり、図８が、高負荷走行時用の第２の切換マップの例である。第１の切換マップ及び第２の切換マップのいずれにおいても、要求駆動力Ｑが負の値である閾値（−α）未満の場合には、二次電池３０の残存容量にかかわらず、駆動モータ４０が回生駆動される第３の走行モードが選択される。
【００６３】
一方、第１の切換マップと第２の切換マップとでは、第１の走行モードが選択される領域と第２の走行モードが選択される領域との境界が異なっている。具体的に、低負荷走行時（第１の切換マップ）においては、高負荷走行時（第２の切換マップ）に比べて、二次電池３０の残存容量が低い領域から、二次電池３０の供給電力のみで駆動モータ４０が力行駆動される第１の走行モードが選択されるようになっている。また、高負荷走行時（第２の切換マップ）においては、低負荷走行時（第１の切換マップ）に比べて、要求駆動力Ｑが小さい領域から、燃料電池２０の発電電力及び二次電池３０の供給電力で駆動モータ４０が力行駆動される第２の走行モードが選択されるようになっている。
【００６４】
つまり、推定される走行環境が低負荷走行状態と高負荷走行状態とで切り換えられた場合に、二次電池３０の残存容量及び要求駆動力Ｑが同じ場合であっても、走行モードが、燃料電池２０が起動される第２の走行モードと、燃料電池２０が停止される第１の走行モードとが切り換わる領域が存在する。ただし、本実施形態に係る制御装置１００では、車速Ｖの移動平均値Ｖ＿ａｖｅ及び要求駆動力Ｑの移動平均値Ｑ＿ａｖｅを用いて走行環境が推定されるために、一時的な走行状態の変化によって切換マップが頻繁に切り換えられることがないようになっている。したがって、燃料電池２０の起動及び停止の切り換え回数が低減され、水素ガス及び酸素ガスが存在しないあるいは少ない状態での燃料電池２０の起動時間が短くされる。これにより、燃料電池２０の電解膜の劣化による燃料電池２０の劣化を抑制することができる。
【００６５】
（３−３．切換動作例）
次に、図９を参照して、本実施形態に係る制御装置１００による燃料電池２０の起動及び停止の切換動作の具体例を説明する。図９は、燃料電池車両１の走行時における燃料電池（図９には「ＦＣ」と表記。）２０の起動及び停止動作を示している。図９には、本実施形態に係る制御装置１００の実施例による切換動作と、比較例による切換動作とが示されている。
【００６６】
時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間、燃料電池車両１は平坦な低負荷路を走行している。この間、実施例及び比較例いずれにおいても、燃料電池車両１の走行負荷は小さく、燃料電池２０は停止状態となっている。
【００６７】
時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間、燃料電池車両１は登坂路を走行している。実施例及び比較例いずれにおいても、燃料電池車両１が登坂路を走行し始めた時刻ｔ１で燃料電池２０が起動され、その後、車速Ｖは上昇及び下降を繰り返している。比較例においては、車速Ｖの上昇及び下降に伴う燃料電池車両１の走行負荷の上下動に合わせて、燃料電池２０の起動及び停止が繰り返されている。一方、実施例においては、車速Ｖが上昇及び下降を繰り返しても、車速Ｖの移動平均値Ｖ＿ａｖｅ及び要求駆動力Ｑの移動平均値Ｑ＿ａｖｅが大きく変化しないために、燃料電池２０は起動状態で維持されている。
【００６８】
時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間、燃料電池車両１は低負荷路及び下り坂を走行している。比較例においては、燃料電池車両１が平坦な低負荷路を走行し始めた時刻ｔ２で燃料電池２０が停止され、時刻ｔ３までの間、燃料電池２０は停止状態で維持されている。また、実施例においても、燃料電池車両１が平坦な低負荷路を走行し始めた時刻ｔ２で要求駆動力Ｑの移動平均値Ｑ＿ａｖｅが低下して燃料電池２０は停止され、時刻ｔ３までの間、燃料電池２０は停止状態で維持されている。
【００６９】
時刻ｔ３から時刻ｔ６までの期間、燃料電池車両１は平坦な高速道路を走行している。実施例及び比較例いずれにおいても、燃料電池車両１が高速状態になった時刻ｔ３で燃料電池２０が起動されている。比較例においては、途中の時刻ｔ４から時刻ｔ５の間、アクセルペダルを戻す等によって車速Ｖが減少することによる燃料電池車両１の走行負荷の低下に合わせて、燃料電池２０が一旦停止されている。一方、実施例においては、車速Ｖが減少しても、車速Ｖの移動平均値Ｖ＿ａｖｅ及び要求駆動力Ｑの移動平均値Ｑ＿ａｖｅが大きく変化しないために、燃料電池２０は起動状態で維持されている。
【００７０】
時刻ｔ６から時刻ｔ７までの期間、燃料電池車両１は高速登坂路を走行している。比較例においては、燃料電池車両１が高速登坂路に差し掛かった時刻ｔ６で車速Ｖが減少することによる燃料電池車両１の走行負荷の低下に合わせて、燃料電池２０が一旦停止されている。また、比較例においては、時刻ｔ６から時刻ｔ７の間、車速Ｖの上昇及び下降に伴う燃料電池車両１の走行負荷の上下動に合わせて、燃料電池２０の起動及び停止が繰り返されている。一方、実施例においては、車速Ｖが上昇及び下降を繰り返しても、車速Ｖの移動平均値Ｖ＿ａｖｅ及び要求駆動力Ｑの移動平均値Ｑ＿ａｖｅが大きく変化しないために、燃料電池２０は引き続き起動状態で維持されている。
【００７１】
時刻ｔ７から時刻ｔ８までの期間、燃料電池車両１は平坦な高速道路を走行している。比較例においては、登坂路から平坦路に移行した時刻ｔ７で、燃料電池車両１の走行負荷の低下に合わせて燃料電池２０が停止され、時刻ｔ８までの間、燃料電池２０は停止状態で維持されている。一方、実施例においては、車速Ｖの移動平均値Ｖ＿ａｖｅ及び要求駆動力Ｑの移動平均値Ｑ＿ａｖｅが大きく変化しないために、燃料電池２０は引き続き起動状態で維持されている。
【００７２】
時刻ｔ８以降、燃料電池車両１は平坦な低負荷路を走行している。比較例においては、燃料電池車両１の走行負荷が小さいために、燃料電池２０は引き続き停止状態で維持されている。また、実施例においては、車速Ｖ及び燃料電池車両１の走行負荷の低下に伴って、車速Ｖの移動平均値Ｖ＿ａｖｅ及び要求駆動力Ｑの移動平均値Ｑ＿ａｖｅが低下して、燃料電池２０が停止されている。
【００７３】
図９に示した動作例において、比較例では燃料電池２０の起動及び停止の切り換え回数が１４回であるのに対し、実施例では燃料電池２０の起動及び停止の切り換え回数が４回となっている。したがって、水素ガス及び酸素ガスが存在しないあるいは少ない状態での燃料電池２０の起動時間が短くされて、燃料電池２０の電解膜の劣化による燃料電池２０の劣化が抑制される。
【００７４】
以上説明したように、本実施形態に係る制御装置１００は、燃料電池車両１の走行状態を示す走行状態情報の移動平均に基づいて走行環境を推定し、推定された走行環境に基づいて燃料電池２０の起動及び停止を判定する。このため、燃料電池車両１の要求負荷の上下動に合わせて、その都度燃料電池２０が起動又は停止することが防止される。したがって、燃料電池２０の起動及び停止の切り換え回数が低減され、二次電池３０の電力消費を抑制しつつ、電解膜の劣化による燃料電池２０の劣化を抑制することができる。
【００７５】
また、本実施形態において、推定される走行環境は、燃料電池車両１の走行負荷を反映したものとなっている。このため、走行状態情報の移動平均に基づいて、燃料電池車両１が低負荷路、登坂路、高速道路、高速登坂路のいずれの走行路を走行しているかが推定され、走行負荷の一時的な上下動に合わせて燃料電池２０の起動及び停止が切り換えられることを抑制することができる。
【００７６】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００７７】
例えば、上記実施形態に係る制御装置１００は、車速Ｖ又は要求駆動力Ｑ等の走行状態を単純移動平均した値を走行状態情報の移動平均値としていたが、本発明はかかる例に限定されない。走行状態情報の移動平均値は、加重移動平均した値であってもよい。例えば、それぞれの走行状態情報を検出した時刻に応じて時間ベースで加重移動平均を求めてもよい。あるいは、それぞれの走行状態情報を検出した地点から現在値までの走行距離に応じて距離ベースで加重移動平均を求めてもよい。現在から遡ってより近い時刻あるいは地点で検出された走行状態情報の加重を大きくすることにより、現在の走行環境が比較的反映されやすくなるため、現在の走行環境に応じて燃料電池２０が起動及び停止されやすくなる。ただし、現在から遡ってより近い時刻あるいは地点で検出された走行状態情報の加重を大きくし過ぎると、走行負荷の一時的な上下動に合わせて燃料電池２０の起動及び停止が切り換えられやすくなるため、適切に重み付けされることが好ましい。
【００７８】
また、走行状態情報の移動平均値を求める際に、単位時間当たりの停車回数に応じて重み付けをした加重移動平均を求めてもよい。例えば、それぞれの走行状態情報を検出した時刻から所定時間前までの期間の停車回数が多いほど加重を小さくすることにより、市街地のように頻繁に停車状態になる道路状況の影響を小さくすることができる。
【００７９】
また、走行状態情報の移動平均値を求める際に、それぞれの走行状態情報を検出した時点での路面勾配θｒに応じて重み付けをした加重移動平均を求めてもよい。例えば、それぞれの走行状態情報を検出した時点の路面勾配θｒが大きいほど加重を大きくすることにより、登坂路が確実に抽出されて、燃料電池車両１の走行負荷の信頼性を高めることができる。
【符号の説明】
【００８０】
１        燃料電池車両（燃料電池レンジエクステンダー車）
１０      水素タンク
２０      燃料電池
３０      二次電池
４０      駆動モータ
５０      駆動輪
６０      ＤＣＤＣコンバータ
７０      インバータ
１００    制御装置
１０１    要求駆動力算出部
１０３    走行環境検出部
１０５    燃料電池起動判定部
１０７    燃料電池制御部
１０９    モータ制御部
【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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