(57)【要約】【課題】ＦＣ要求電力グロス今回値に基づきコンプレッサ（Ｓ／Ｃ）を制御する。【解決手段】Ｓ／Ｃ要求電力前回値ＷＣｐｒｅと、走行モータ要求電力ＷＭと、補機電力ＷＡとを加算してＦＣ要求電力仮グロス値ＷＦＣｇｒｐｒｅを求め、このＷＦＣｇｒｐｒｅからＷＣｐｒｅを減算してＦＣ要求電力ネット値ＷＦＣｎｅｔを求め、このＷＦＣｎｅｔに基づいて、燃料電池の発電電力の一部をコンプレッサで消費させないでＷＦＣｎｅｔだけ発電させるのに要する空気を供給するのに必要なＳ／Ｃ要求電力今回値ＷＣをマップ検索し、ＷＣとＷＭとＷＡとを加算してＦＣ要求電力グロス今回値ＷＦＣｇｒｏを求め、このＷＦＣｇｒｏに基づいて、燃料電池の発電電力の一部を前記コンプレッサで消費させて今回値ＷＦＣｇｒｏだけ発電させるのに要する空気を供給するのに必要なコンプレッサの回転数Ｎｃｏｍをマップ検索により求める。【選択図】    図２
2004185821.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードに燃料ガスが供給され、コンプレッサによって酸化剤ガスがカソードに供給されて発電をする燃料電池を備えた燃料電池車両のコンプレッサ制御方法において、
過去に求めた前記コンプレッサの要求電力ＷＣｐｒｅと、走行用モータの要求電力ＷＭと、車両の補機電力ＷＡとを加算した値を、燃料電池の目標発電電力の仮のグロス値ＷＦＣｇｒｐｒｅとして求め、
前記目標発電電力の仮のグロス値ＷＦＣｇｒｐｒｅから前記コンプレッサの消費電力ＷＣｐｒｅを減算した値を燃料電池の発電電力のネット値ＷＦＣｎｅｔとして求め、
前記発電電力のネット値ＷＦＣｎｅｔに基づいて、燃料電池の発電電力の一部を前記コンプレッサで消費させない条件において該発電電力のネット値ＷＦＣｎｅｔだけ発電させるのに要する酸化剤ガスを供給するのに必要な前記コンプレッサの要求電力の今回値ＷＣをマップ検索により求め、
前記コンプレッサの要求電力の今回値ＷＣと、走行用モータの要求電力ＷＭと、車両の補機電力ＷＡとを加算した値を、燃料電池の発電電力のグロス値の今回値ＷＦＣｇｒｏとして求め、
前記発電電力のグロス値の今回値ＷＦＣｇｒｏに基づいて、燃料電池の発電電力の一部を前記コンプレッサで消費させる条件において該発電電力のグロス値の今回値ＷＦＣｇｒｏだけ発電させるのに要する酸化剤ガスを供給するのに必要な前記コンプレッサの回転数Ｎｃｏｍをマップ検索により求め、
求められたコンプレッサの回転数Ｎｃｏｍに応じて該コンプレッサを制御することを特徴とする燃料電池車両のコンプレッサ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃料ガスと酸化剤ガスが供給されて発電する燃料電池を備えた燃料電池車両のコンプレッサ制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池自動車等に搭載される燃料電池には、例えば固体ポリマーイオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜の両側にアノードとカソードとを備え、アノードに燃料ガス（例えば水素ガス）を供給し、カソードに酸化剤ガス（例えば空気中の酸素）を供給して、これら反応ガスの酸化還元反応にかかる化学エネルギを直接電気エネルギとして抽出するようにしたものがある。
この燃料電池では、酸化剤には空気中の酸素を用いるのが一般的であり、その場合には、大気から空気を取り込んでコンプレッサによって燃料電池に圧送している。さらに、このように構成された燃料電池システムでは、目標発電電力に応じてコンプレッサの回転数制御を行うことにより燃料電池に供給すべき空気量を制御している（例えば、特許文献１参照）。
その場合、前記目標発電電力は、燃料電池から電力を供給する全ての電気負荷への消費電力であるところの、最終的な燃料電池の発電電力（グロス電力）に応じてコンプレッサの回転数を制御していた。
【０００３】
【特許文献１】
特表２０００−５０８４７１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、燃料電池で発電した電力の一部は、燃料電池へ酸化剤ガスを供給するコンプレッサの電力として消費される。このコンプレッサの電力は、燃料電池から外部電気負荷に取り出すことができないため、寄生電力と呼ばれる。
従来は、燃料電池へ酸化剤ガスを供給するコンプレッサの電力を求めるのに、燃料電池から走行用モータ等の外部負荷へ取り出す電力（ネット電力）と該電力を発電をするためにコンプレッサで消費される電力（寄生電力）を総合した総発電電力（グロス電力）に従って、この総発電電力を発電するために必要なコンプレッサ電力を求めていた。
よって、走行用モータ等の外部負荷への要求電力（ネット電力）が増加した場合、該外部負荷電力の増加分を賄うためにコンプレッサの電力を増加させるが、同様に、コンプレッサの電力（寄生電力）が増加した分だけ燃料電池の発電電力（グロス電力）が増加することになり、更にコンプレッサの電力が増加する、といった制御の繰り返し（いわゆるポジティブフィードバック）になって、最終的な燃料電池の発電電力（グロス電力）が正確に求められず、制御が不安定になるという問題があった。
【０００５】
また、燃料電池の発電電力を増加させるためには、コンプレッサの電力を増加させ燃料電池に供給される反応ガス（酸化剤ガス）を増加させるようにするが、コンプレッサの能力には設計上の限界があるため、図６に示すように、コンプレッサの電力を増加させていっても、ある一定量以上の反応ガス（酸化剤ガス）は供給することができず、ただコンプレッサの消費電力だけが増加するようになる（図６、Ａの領域）。
この領域では、燃料電池の総発電電力（グロス電力）は頭打ちになり、燃料電池から外部負荷へ取り出せる電力（ネット電力）はむしろ低下する。それは反応ガスを増加したことによる総発電電力の増加分以上にコンプレッサの消費電力の増加が大きくなるからである。
この領域で前記ポジティブフィードバックが起こると、コンプレッサの電力を増加させることでは、もはや外部負荷への要求電力（ネット電力）の増加を得ることはできないにもかかわらず、それを得ようとしてコンプレッサの電力を際限なく増加させ続けてしまい、最終的な燃料電池の発電電力（グロス電力）も増加され続けて、制御が発散するという問題があった。
そこで、この発明は、最終的な燃料電池の要求電力のグロス値を正確に求めることができ、制御が不安定になったり発散したりするのを防止することができる燃料電池車両のコンプレッサ制御方法を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、アノードに燃料ガスが供給され、コンプレッサ（例えば、後述する実施の形態におけるコンプレッサ５）によって酸化剤ガスがカソードに供給されて発電をする燃料電池（例えば、後述する実施の形態における燃料電池２）を備えた燃料電池車両のコンプレッサ制御方法において、
過去に求めた前記コンプレッサの要求電力ＷＣｐｒｅ（例えば、後述する実施の形態におけるＳ／Ｃ要求電力前回値ＷＣｐｒｅ）と、走行用モータ（例えば、後述する実施の形態における走行用モータ８）の要求電力ＷＭ（例えば、後述する実施の形態におけるモータ要求電力ＷＭ）と、車両の補機電力ＷＡ（例えば、後述する実施の形態における補機電力ＷＡ）とを加算した値を、燃料電池の目標発電電力の仮のグロス値ＷＦＣｇｒｐｒｅ（例えば、後述する実施の形態におけるＦＣ要求電力仮グロス値ＷＦＣｇｒｐｒｅ）として求め（例えば、後述する実施の形態におけるステップＳ１０２）、
前記目標発電電力の仮のグロス値ＷＦＣｇｒｐｒｅから前記コンプレッサの消費電力ＷＣｐｒｅを減算した値を燃料電池の発電電力のネット値ＷＦＣｎｅｔ（例えば、後述する実施の形態におけるＦＣ要求電力ネット値ＷＦＣｎｅｔ）として求め（例えば、後述する実施の形態におけるステップＳ１０３）、
前記発電電力のネット値ＷＦＣｎｅｔに基づいて、燃料電池の発電電力の一部を前記コンプレッサで消費させない条件において該発電電力のネット値ＷＦＣｎｅｔだけ発電させるのに要する酸化剤ガスを供給するのに必要な前記コンプレッサの要求電力の今回値ＷＣ（例えば、後述する実施の形態におけるＳ／Ｃ要求電力ＷＣ）をマップ検索により求め（例えば、後述する実施の形態におけるステップＳ１０４）、
前記コンプレッサの要求電力の今回値ＷＣと、走行用モータの要求電力ＷＭと、車両の補機電力ＷＡとを加算した値を、燃料電池の発電電力のグロス値の今回値ＷＦＣｇｒｏ（例えば、後述する実施の形態におけるＦＣ要求電力グロス値ＷＦＣｇｒｏ）として求め（例えば、後述する実施の形態におけるＳ１０５）、
前記発電電力のグロス値の今回値ＷＦＣｇｒｏに基づいて、燃料電池の発電電力の一部を前記コンプレッサで消費させる条件において該発電電力のグロス値の今回値ＷＦＣｇｒｏだけ発電させるのに要する酸化剤ガスを供給するのに必要な前記コンプレッサの回転数Ｎｃｏｍ（例えば、後述する実施の形態におけるＳ／Ｃ回転数Ｎｃｏｍ）をマップ検索により求め（例えば、後述する実施の形態におけるステップＳ１０６）、
求められたコンプレッサの回転数Ｎｃｏｍに応じて該コンプレッサを制御する（例えば、後述する実施の形態におけるステップＳ１０７）ことを特徴とする。
【０００７】
このように構成することにより、コンプレッサ自身が消費する電力を含んでいない発電電力（ネット値）に基づいてコンプレッサの要求電力を求めることになり、外部負荷への供給電力の変化に対応したコンプレッサの要求電力の変化が、再度コンプレッサの要求電力に影響する事態（前記ポジティブフィードバック）に陥ることがなく、最終的な燃料電池の要求電力のグロス値を正確に求めることができる。
よって、制御が不安定になったり発散したりすることを防止できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る燃料電池車両のコンプレッサ制御方法の一実施の形態を図１から図５の図面を参照して説明する。
図１は、この発明に係るコンプレッサ制御方法の実施に好適な燃料電池システムの一実施の形態における構成図である。
燃料電池車両に搭載されたこの燃料電池システム１は、燃料ガスとしての水素ガスと酸化剤ガスとしての酸素を含む空気が供給されて発電する固体高分子電解質型の燃料電池（ＦＣ）２を備えている。
図示しない水素タンクから放出された水素ガスは圧力制御弁３により所定圧力に制御された後、エゼクタ４を通り燃料電池２のアノードに供給される。アノードに供給された水素ガスのうち発電に供されなかった未反応の水素ガスはアノードオフガスとして燃料電池２から排出され、循環通路９を通ってエゼクタ４に吸引されて、前記水素タンクから供給される水素ガスと合流し再び燃料電池２に供給され循環するようになっている。
【０００９】
また、大気から取り込んだ空気はエアコンプレッサ（Ｓ／Ｃ）５によって加圧されて燃料電池２のカソードに供給され、空気中の酸素が酸化剤として供された後、燃料電池１からカソードオフガスとして排出され、背圧弁６を介して大気に放出される。背圧弁６はカソードの圧力が所定圧力となるように電子制御装置（以下、ＥＣＵと略す）１０によって開度制御される。また、コンプレッサ５で加圧された空気は、空気式比例制御弁である圧力制御弁３にパイロット圧として供給され、圧力制御弁３はこの空気圧に応じてアノードの圧力を所定圧力に制御する。
【００１０】
燃料電池２には電流制御器７が接続されており、電流制御器７にはコンプレッサ５の駆動用モータ（以下の説明では駆動用モータを含んでコンプレッサ５という場合もある）、走行用モータ８、そのほかエアコンヒータなどの補機等（図示せず）が負荷として接続されている。電流制御器７はＥＣＵ１０によって制御され、ＥＣＵ１０からの要求出力信号に基づいて要求電力を各負荷に供給する。また、ＥＣＵ１０には、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルセンサ（以下、Ａ／Ｐセンサと略す）１１の出力信号が入力される
【００１１】
次に、この燃料電池システム１におけるコンプレッサ５の制御について、図２に示すフローチャート、および、図３に示すブロック図に従って説明する。
図２のフローチャートはコンプレッサ５の回転数制御ルーチンを示している。
まず、ステップＳ１０１において、Ａ／Ｐセンサ１１で検出したアクセルペダルの踏み込み量に応じて走行用モータ８の要求電力ＷＭを算出する。
【００１２】
次に、ステップＳ１０２に進み、走行用モータ８の要求電力（以下、モータ要求電力と略す）ＷＭとエアコンヒータ等の補機電力ＷＡとコンプレッサ５の要求電力（以下、Ｓ／Ｃ要求電力と略す）ＷＣの前回値（以下、Ｓ／Ｃ要求電力前回値という）ＷＣｐｒｅを加算して、燃料電池２の要求電力仮グロス値（以下、ＦＣ要求電力仮グロス値と略す）ＷＦＣｇｒｐｒｅを算出する。
ＷＦＣｇｒｐｒｅ＝ＷＭ＋ＷＡ＋ＷＣｐｒｅ    ・・・（１）式
なお、Ｓ／Ｃ要求電力ＷＣは、モータ要求電力ＷＭを発電するためにコンプレッサ５が必要とする電力であり、Ｓ／Ｃ要求電力前回値ＷＣｐｒｅはこの回転数制御ルーチンを前回実行したときに後述するステップＳ１０４で検索したＳ／Ｃ要求電力ＷＣである。なお、Ｓ／Ｃ要求電力前回値ＷＣｐｒｅの初期値は「０」であってもよいし、適宜に設定した固定値（＞０）であってもよい。
【００１３】
次に、ステップＳ１０３に進み、ＦＣ要求電力仮グロス値ＷＦＣｇｒｐｒｅからＳ／Ｃ要求電力前回値ＷＣｐｒｅを引いて、燃料電池２の要求電力ネット値（以下、ＦＣ要求電力ネット値と略す）ＷＦＣｎｅｔを算出する。
ＷＦＣｎｅｔ＝ＷＦＣｇｒｐｒｅ−ＷＣｐｒｅ    ・・・（２）式
つまり、ＦＣ要求電力ネット値ＷＦＣｎｅｔは、コンプレッサ５の消費電力を含まない燃料電池２に対する要求電力（ＦＣ要求電力）ということができる。
【００１４】
次に、ステップＳ１０４に進み、ＦＣ要求電力ネット値ＷＦＣｎｅｔに応じたＳ／Ｃ要求電力ＷＣ（今回値）を、図４に示すＷＣ／ＷＦＣｎｅｔマップから検索する。
図４にのマップは、Ｓ／Ｃ要求電力ＷＣを、燃料電池２の発電電力の一部をコンプレッサ５で消費させない条件においてＦＣ要求電力ネット値ＷＦＣｎｅｔだけ発電させるのに要する空気を供給するのに必要なコンプレッサ５の要求電力として求めるように記憶されている。
次に、ステップＳ１０５に進み、ステップＳ１０１で算出したモータ要求電力ＷＭと、エアコンヒータ等の補機電力ＷＡと、ステップＳ１０４で求めたＳ／Ｃ要求電力ＷＣの今回値を加算して、燃料電池２の要求電力グロス値の今回値（以下、ＦＣ要求電力グロス今回値と略す）ＷＦＣｇｒｏを算出する。
ＷＦＣｇｒｏ＝ＷＭ＋ＷＡ＋ＷＣ  ・・・（３）式
【００１５】
次に、ステップＳ１０６に進み、ステップＳ１０５で算出したＦＣ要求電力グロス今回値ＷＦＣｇｒｏに応じたコンプレッサ５の回転数（以下、Ｓ／Ｃ回転数と略す）Ｎｃｏｍを、図５に示すＮｃｏｍ／ＷＦＣｇｒｏマップから検索して求める。
図５のマップは、Ｓ／Ｃ回転数Ｎｃｏｍを、ＦＣ要求電力グロス今回値ＷＦＣｇｒｏに基づいて、燃料電池２の発電電力の一部をコンプレッサ５で消費させる条件においてＦＣ要求電力グロス今回値ＷＦＣｇｒｏだけ発電させるのに要する空気を供給するのに必要なコンプレッサ５の回転数として求めるように記憶されている。
次に、ステップＳ１０７に進み、ステップＳ１０６で求めたＳ／Ｃ回転数Ｎｃｏｍを目標回転数として、コンプレッサ５の回転数をフィードバック制御する。
【００１６】
この実施の形態のコンプレッサ制御方法によれば、コンプレッサ５自身が消費する電力を含んでいないＦＣ要求電力ネット値ＷＦＣｎｅｔに基づいてＳ／Ｃ要求電力ＷＣを算出しているので、外部負荷への供給電力の変化に対応したコンプレッサ５の要求電力の変化が、再度コンプレッサ５の要求電力に影響する事態（いわゆるポジティブフィードバック）に陥ることがなく、最終的な燃料電池の要求電力のグロス値（ＦＣ要求電力グロス今回値ＷＦＣｇｒｏ）を正確に求めることができる。よって、制御が不安定になったり発散したりするのを防止することができる。
その結果、無駄な電力消費をなくすことができ、ひいては燃料電池２の燃料である水素ガスの無駄な消費をなくすことができるので、燃料電池車両の燃費が向上する。
【００１７】
なお、前述した実施の形態では、燃料電池２の発電に必要な補機としてコンプレッサ５を例にとって説明したが、発電に必要な他の補機（例えば、燃料電池冷却用の冷却液を循環させるための冷却液ポンプなど）を備える場合には、それら補機の要求電力を含まないＦＣ要求電力ネット値ＷＦＣｎｅｔに基づいてＳ／Ｃ要求電力ＷＣをマップ検索し、このＳ／Ｃ要求電力ＷＣとモータ要求電力ＷＭと補機電力ＷＡを加算してＦＣ要求電力グロス今回値ＷＦＣｇｒｏを算出し、Ｓ／Ｃ回転数Ｎｃｏｍをマップ検索するのが、より好ましい。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明するように、請求項１に係る発明によれば、コンプレッサ自身が消費する電力を含んでいない発電電力（ネット値）に基づいてコンプレッサの要求電力を求めているので、外部負荷への供給電力の変化に対応したコンプレッサの要求電力の変化が、再度コンプレッサの要求電力に影響する事態（前記ポジティブフィードバック）に陥ることがなく、最終的な燃料電池の要求電力のグロス値を正確に求めることができる。よって、制御が不安定になったり発散したりすることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る燃料電池車両のコンプレッサ制御方法の実施に好適な燃料電池システムの一実施の形態における構成図である。
【図２】この発明の一実施の形態におけるコンプレッサ制御を示すフローチャートである。
【図３】前記実施の形態におけるコンプレッサ制御ブロック図である。
【図４】前記実施の形態におけるＷＣ／ＷＦＣｎｅｔマップの一例を示す図である。
【図５】前記実施の形態におけるＮｃｏｍ／ＷＦＣｇｒｏマップの一例を示す図である。
【図６】一般的なコンプレッサの電力特性図である。
【符号の説明】
１  燃料電池システム
２  燃料電池
５  コンプレッサ
８  走行用モータ
【図１】
2004185821.tif 000003
【図２】
2004185821.tif 000004
【図３】
2004185821.tif 000005
【図４】
2004185821.tif 000006
【図５】
2004185821.tif 000007
【図６】
2004185821.tif 000008