(57)【要約】【課題】  燃料電池へ燃料をより適切に供給する。【解決手段】  アクセル開度ＡＰなどに基づく燃料の仮要求供給量Ｆｈｔｍｐ，Ｆａｔｍｐを（ステップＳ１００〜Ｓ１２０）燃料電池の発電状態と実際に供給されている燃料の実供給量とに基づいて設定された補正値Ｋｈ，Ｋａ（ステップＳ１３０，Ｓ１４０）で補正した量を供給量指令Ｆｈ＊，Ｆａ＊として設定し（ステップＳ１５０），燃料電池に供給量指令Ｆｈ＊，Ｆａ＊の燃料が供給されるよう燃料供給装置を駆動制御する（ステップＳ１６０）。この結果、燃料電池の発電状態や実供給量に応じて、燃料電池へ燃料をより適切に供給することができる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料の供給を受けて発電する燃料電池を有し、該燃料電池からの発電電力を負荷に供給可能な燃料電池システムであって、
前記負荷に対して前記燃料電池と並列に接続され充放電可能な蓄電手段と、
前記燃料電池に燃料を供給する燃料供給手段と、
前記燃料電池に供給すべき燃料の要求供給量を設定する要求供給量設定手段と、
前記燃料電池に供給されている燃料の実供給量を検出する実供給量検出手段と、
前記燃料電池の発電状態を検出する発電状態検出手段と、
該検出された前記燃料電池の発電状態と前記検出された実供給量とに基づいて前記設定された要求供給量を補正する補正値を設定する補正値設定手段と、
該設定された補正値と前記設定された要求供給量とに基づく供給量が前記燃料電池に供給されるよう前記燃料供給手段を制御する供給量制御手段と、
を備える燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池システムであって、
前記蓄電手段を前記負荷から遮断する遮断手段と、
前記発電状態検出手段により検出された前記燃料電池の発電状態と前記設定された要求供給量または前記検出された実供給量とに基づいて前記遮断手段を駆動制御する遮断制御手段と
を備える燃料電池システム。
【請求項３】
前記遮断制御手段は、前記検出された発電状態に基づいて前記燃料電池に供給すべき燃料の必要供給量を演算すると共に該演算した必要供給量と前記設定された要求供給量または前記検出された実供給量との偏差が所定量以上大きいときに前記蓄電手段が前記負荷から遮断されるよう前記遮断手段を制御する手段である請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
燃料の供給を受けて発電する燃料電池を有し、該燃料電池からの発電電力を負荷に供給可能な燃料電池システムであって、
前記負荷に対して前記燃料電池と並列に接続され充放電可能な蓄電手段と、
前記燃料電池に燃料を供給する燃料供給手段と、
前記燃料電池に供給すべき燃料の要求供給量を設定する要求供給量設定手段と、
該設定された要求供給量に基づく供給量が前記燃料電池に供給されるよう前記燃料供給手段を制御する供給量制御手段と、
前記蓄電手段を前記負荷から遮断する遮断手段と、
前記燃料電池の発電状態を検出する発電状態検出手段と、
該検出された発電状態と前記設定された要求供給量とに基づいて前記遮断手段を駆動制御する遮断制御手段と、
を備える燃料電池システム。
【請求項５】
前記遮断制御手段は、前記検出された発電状態に基づいて前記燃料電池に供給すべき燃料の必要供給量を演算すると共に該演算した必要供給量と前記設定された要求供給量との偏差が所定量以上大きいときに前記蓄電手段が前記負荷から遮断されるよう前記遮断手段を制御する手段である請求項４記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記蓄電手段は、キャパシタである請求項１ないし５いずれか記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記発電状態検出手段は、前記燃料電池の端子間電圧および／または電流を検出する手段である請求項１ないし６いずれか記載の燃料電池システム。
【請求項８】
請求項１ないし７いずれか記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池は、燃料ガスおよび酸化ガスを燃料として受けて発電する電池であり、
前記燃料供給手段は、燃料ガスおよび酸化ガスを燃料として燃料電池に供給する手段であり、
前記要求供給量設定手段は、燃料ガスおよび／または酸化ガスの要求供給量を前記燃料電池に供給すべき燃料の要求供給量として設定する手段である
燃料電池システム。
【請求項９】
請求項１ないし８いずれか記載の燃料電池システムを搭載すると共に前記負荷として走行用の駆動源としての電動機を搭載する自動車。
【請求項１０】
燃料の供給を受けて発電し発電電力を負荷に供給可能な燃料電池と、前記負荷に対して前記燃料電池と並列に接続され充放電可能な蓄電手段と、前記燃料電池に燃料を供給する燃料供給手段と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、
（ａ）前記燃料電池に供給すべき燃料の要求供給量を設定し、
（ｂ）前記燃料電池に供給されている燃料の実供給量と前記燃料電池の発電状態とを検出し、
（ｃ）前記検出した前記燃料電池の発電状態と前記検出した実供給量とに基づいて前記設定した要求供給量を補正する補正値を設定し、
（ｄ）該設定した補正値と前記設定した要求供給量とに基づく供給量が前記燃料電池に供給されるよう前記燃料供給手段を制御する
燃料電池システムの制御方法。
【請求項１１】
燃料の供給を受けて発電し発電電力を負荷に供給可能な燃料電池と、前記負荷に対して前記燃料電池と並列に接続され充放電可能な蓄電手段と、前記燃料電池に燃料を供給する燃料供給手段と、前記蓄電手段を前記負荷から遮断する遮断手段と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、
（ａ）前記燃料電池に供給すべき燃料の要求供給量を設定し、
（ｂ）該設定された要求供給量に基づく供給量が前記燃料電池に供給されるよう前記燃料供給手段を制御し、
（ｃ）前記燃料電池の発電状態を検出し、
（ｄ）該検出した発電状態に基づいて前記燃料電池に供給すべき燃料の必要供給量を演算し、
（ｅ）演算した必要供給量と前記設定した要求供給量との偏差が所定量以上大きいときに前記蓄電手段が前記負荷から遮断されるよう前記遮断手段を制御する
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、燃料電池システムおよびその制御方法並びに自動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の燃料電池システムとしては、燃料の供給を受けて負荷に発電電力を供給する燃料電池と、負荷に対して燃料電池と並列に接続されたキャパシタとを備え、燃料電池の出力応答に遅れがあるときには足りない電力をキャパシタから供給することにより負荷に迅速に電力を供給するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このシステムでは、燃料電池の端子間電圧とキャパシタの放電電流および内部抵抗とからキャパシタの開放電圧を推定し、負荷に供給すべき目標電流から開放電圧でのキャパシタの放電電流を減じた電流が燃料電池から出力されるよう燃料電池への燃料の供給を制御することにより、燃料電池の出力応答に遅れがあるときに過剰に燃料が供給されるのを防いでいる。
【特許文献１】特開２００２−３０５０１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述の燃料電池システムでは、キャパシタの開放電圧を推定して燃料供給を制御するから、過渡応答時には応答遅れが生じ、燃料電池への燃料供給や酸化剤としての空気供給に過不足が生じる場合がある。こうした燃料電池への燃料供給や空気供給の過不足は、固体高分子型の燃料電池では、電解質膜の乾燥を招いたり、燃料や空気を供給する供給用機器による電力の無駄な消費を招いたり、燃料電池の出力不足を招いたりする。
【０００４】
本発明の燃料電池システムおよびその制御方法並びに自動車は、燃料電池へ燃料をより適切に供給することを目的の一つとする。また、本発明の燃料電池システムおよびその制御方法並びに自動車は、燃料電池へ過剰に燃料が供給される状態を緩和することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の燃料電池システムおよびその制御方法並びに自動車は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【０００６】
本発明の第１の燃料電池システムは、
燃料の供給を受けて発電する燃料電池を有し、該燃料電池からの発電電力を負荷に供給可能な燃料電池システムであって、
前記負荷に対して前記燃料電池と並列に接続され充放電可能な蓄電手段と、
前記燃料電池に燃料を供給する燃料供給手段と、
前記燃料電池に供給すべき燃料の要求供給量を設定する要求供給量設定手段と、
前記燃料電池に供給されている燃料の実供給量を検出する実供給量検出手段と、
前記燃料電池の発電状態を検出する発電状態検出手段と、
該検出された前記燃料電池の発電状態と前記検出された実供給量とに基づいて前記設定された要求供給量を補正する補正値を設定する補正値設定手段と、
該設定された補正値と前記設定された要求供給量とに基づく供給量が前記燃料電池に供給されるよう前記燃料供給手段を制御する供給量制御手段と、
を備えることを要旨とする。
【０００７】
本発明の第１の燃料電池システムでは、発電状態検出手段により検出された燃料電池の発電状態と実供給量検出手段により検出された燃料の実供給量とに基づいて設定された要求供給量を補正する補正値を補正値設定手段により設定し、設定された補正値と設定された要求供給量とに基づく供給量が燃料電池に供給されるよう燃料供給手段を制御する。燃料電池の発電状態と燃料の実供給量とに基づいて設定された補正値と要求供給量とに基づく供給量が燃料電池に供給されるよう燃料供給手段を制御するので、蓄電手段の放電電流に基づいて設定した燃料電池から出力すべき電流から燃料電池への燃料の供給量を算出するものに比して燃料電池への燃料の供給を適切に行うことができる。この結果、燃料電池へ燃料が過剰に供給されて電解質膜が乾燥したり、過剰供給に伴う電力の無駄な消費を抑制することができると共に燃料電池の出力不足をも抑制することができる。
【０００８】
こうした本発明の第１の燃料電池システムにおいて、前記蓄電手段を前記負荷から遮断する遮断手段と、前記発電状態検出手段により検出された前記燃料電池の発電状態と前記設定された要求供給量または前記検出された実供給量とに基づいて前記遮断手段を駆動制御する遮断制御手段とを備えるものとすることもできる。遮断手段を駆動制御し蓄電手段を負荷から遮断すると燃料電池から負荷に供給する電力が増加し燃料電池が消費する燃料の量が増加するので、燃料電池へ燃料が過剰に供給されている状態を緩和することができる。この態様の本発明の第１の燃料電池システムにおいて、前記遮断制御手段は、前記検出された発電状態に基づいて前記燃料電池に供給すべき燃料の必要供給量を演算すると共に該演算した必要供給量と前記設定された要求供給量または前記検出された実供給量との偏差が所定量以上大きいときに前記蓄電手段が前記負荷から遮断されるよう前記遮断手段を制御する手段であるものとすることもできる。演算した必要供給量と設定された要求供給量または検出された実供給量との偏差が所定量以上大きいときには、蓄電手段を負荷から遮断するので、燃料電池から負荷へ供給する電力が増加し燃料電池で消費する燃料の量が増加する。この結果、燃料電池へ燃料が過剰に供給された状態を緩和することができる。この燃料電池が負荷から遮断されるよう遮断手段を制御する態様の本発明の第１の燃料電池システムにおいて、前記遮断制御手段は、前記演算した必要供給量と前記設定された要求供給量または前記検出された実供給量との偏差が所定時間に亘って所定量以上大きいときに前記蓄電手段が前記負荷から遮断されるよう前記遮断手段を制御する手段であるものとすることもできる。
【０００９】
本発明の第２の燃料電池システムは、
燃料の供給を受けて発電する燃料電池を有し、該燃料電池からの発電電力を負荷に供給可能な燃料電池システムであって、
前記負荷に対して前記燃料電池と並列に接続され充放電可能な蓄電手段と、
前記燃料電池に燃料を供給する燃料供給手段と、
前記燃料電池に供給すべき燃料の要求供給量を設定する要求供給量設定手段と、
該設定された要求供給量に基づく供給量が前記燃料電池に供給されるよう前記燃料供給手段を制御する供給量制御手段と、
前記蓄電手段を前記負荷から遮断する遮断手段と、
前記燃料電池の発電状態を検出する発電状態検出手段と、
該検出された発電状態と前記設定された要求供給量とに基づいて前記遮断手段を駆動制御する遮断制御手段と、
を備えることを要旨とする。
【００１０】
本発明の第２の燃料電池システムでは、要求供給量設定手段により設定された要求供給量に基づく供給量が燃料電池に供給されるよう燃料供給手段を制御し、発電状態検出手段により検出された燃料電池の発電状態と要求供給量設定手段により設定された燃料電池に供給すべき燃料の要求供給量とに基づいて蓄電手段を負荷から遮断する遮断手段を駆動制御する。燃料電池の発電状態と設定された要求供給量または検出された実供給量とに基づいて遮断手段を駆動制御し蓄電手段を負荷から遮断すると、燃料電池から負荷に供給する電力が増加し燃料電池が消費する燃料の量が増加する。この結果、燃料電池へ燃料が過剰に供給された状態を緩和することができる。また、要求供給量設定手段により設定された要求供給量に基づく供給量が燃料電池に供給されるよう燃料供給手段を制御するので、燃料電池に要求供給量に基づく供給量の燃料を供給することができる。この結果、燃料電池へ燃料が過剰に供給されて電解質膜が乾燥したり、過剰供給に伴う電力の無駄な消費を抑制することができると共に燃料電池の出力不足をも抑制することができる。
【００１１】
こうした本発明の第２の燃料電池システムにおいて、前記遮断制御手段は、前記検出された発電状態に基づいて前記燃料電池に供給すべき燃料の必要供給量を演算すると共に該演算した必要供給量と前記設定された要求供給量との偏差が所定量以上大きいときに前記蓄電手段が前記負荷から遮断されるよう前記遮断手段を制御する手段であるものとすることもできる。演算した必要供給量と設定された要求供給量との偏差が所定量以上大きいときには、蓄電手段を負荷から遮断するので、燃料電池から負荷へ供給する電力を増加させ燃料電池で消費する燃料の量を増加させることができる。この結果、燃料電池へ燃料が過剰に供給された状態を緩和することができる。この態様の本発明の第２の燃料電池システムにおいて、前記遮断制御手段は、前記演算した必要供給量と前記設定された要求供給量との偏差が所定時間に亘って所定量以上大きいときに前記蓄電手段が前記負荷から遮断されるよう前記遮断手段を制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、燃料電池へ燃料が過剰に供給された状態を緩和することができる。
【００１２】
こうした本発明の第１または第２の燃料電池システムにおいて、前記蓄電手段は、キャパシタであるものとすることもできる。また、本発明の発明の第１または第２の燃料電池システムにおいて、前記発電状態検出手段は、前記燃料電池の端子間電圧および／または電流を検出する手段であるものとすることもできる。そして、本発明の第１または第２の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池は、燃料ガスおよび酸化ガスを燃料として受けて発電する電池であり、前記燃料供給手段は、燃料ガスおよび酸化ガスを燃料として燃料電池に供給する手段であり、前記要求供給量設定手段は、燃料ガスおよび／または酸化ガスの要求供給量を前記燃料電池に供給すべき燃料の要求供給量として設定する手段であるものとすることもできる。
【００１３】
本発明の自動車は、上述したいずれかの態様の本発明の第１または第２の燃料電池システム、すなわち、基本的には、燃料の供給を受けて発電する燃料電池を有し、該燃料電池からの発電電力を負荷に供給可能な燃料電池システムであって、前記負荷に対して前記燃料電池と並列に接続され充放電可能な蓄電手段と、前記燃料電池に燃料を供給する燃料供給手段と、前記燃料電池に供給すべき燃料の要求供給量を設定する要求供給量設定手段と、前記燃料電池に供給されている燃料の実供給量を検出する実供給量検出手段と、前記燃料電池の発電状態を検出する発電状態検出手段と、該検出された前記燃料電池の発電状態と前記検出された実供給量とに基づいて前記設定された要求供給量を補正する補正値を設定する補正値設定手段と、該設定された補正値と前記設定された要求供給量とに基づく供給量が前記燃料電池に供給されるよう前記燃料供給手段を制御する供給量制御手段と、を備える本発明の第１の燃料電池システムや、燃料の供給を受けて発電する燃料電池を有し、該燃料電池からの発電電力を負荷に供給可能な燃料電池システムであって、前記負荷に対して前記燃料電池と並列に接続され充放電可能な蓄電手段と、前記燃料電池に燃料を供給する燃料供給手段と、前記燃料電池に供給すべき燃料の要求供給量を設定する要求供給量設定手段と、該設定された要求供給量に基づく供給量が前記燃料電池に供給されるよう前記燃料供給手段を制御する供給量制御手段と、前記蓄電手段を前記負荷から遮断する遮断手段と、前記燃料電池の発電状態を検出する発電状態検出手段と、該検出された発電状態と前記設定された要求供給量とに基づいて前記遮断手段を駆動制御する遮断制御手段と、を備える本発明の第２の燃料電池システムを搭載すると共に前記負荷として走行用の駆動源としての電動機を搭載することを要旨とする。
【００１４】
本発明の自動車では、上述したいずれかの態様の本発明の第１または第２の燃料電池システムを搭載しているので、本発明の第１または第２の燃料電池システムが奏する効果、例えば、過渡応答時に燃料電池へ燃料を適切に供給することできる効果や、燃料電池へ過剰に燃料が供給される状態を緩和することができる効果などと同様な効果を奏することができる。
【００１５】
本発明の第１の燃料電池システムの制御方法は、
燃料の供給を受けて発電し発電電力を負荷に供給可能な燃料電池と、前記負荷に対して前記燃料電池と並列に接続され充放電可能な蓄電手段と、前記燃料電池に燃料を供給する燃料供給手段と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、
（ａ）前記燃料電池に供給すべき燃料の要求供給量を設定し、
（ｂ）前記燃料電池に供給されている燃料の実供給量と前記燃料電池の発電状態とを検出し、
（ｃ）前記検出した前記燃料電池の発電状態と前記検出した実供給量とに基づいて前記設定した要求供給量を補正する補正値を設定し、
（ｄ）該設定した補正値と前記設定した要求供給量とに基づく供給量が前記燃料電池に供給されるよう前記燃料供給手段を制御する
ことを要旨とする。
【００１６】
本発明の第１の燃料電池システムの制御方法では、検出した燃料電池の発電状態と検出した燃料の実供給量とに基づいて要求供給量を補正する補正値を設定し、設定した補正値と設定した要求供給量とに基づく供給量が燃料電池に供給されるよう燃料供給手段を制御する。燃料の実供給量に基づいて設定した補正値と要求供給量とに基づく供給量が燃料電池に供給される燃料供給手段を制御するので、蓄電手段の放電電流に基づいて設定した燃料電池から出力すべき電流から燃料電池への燃料の供給量を算出する方法に比して燃料電池への燃料の供給を適切に行うことができる。この結果、燃料電池へ燃料が過剰に供給されて電解質膜が乾燥したり、過剰供給に伴う電力の無駄な消費を抑制することができると共に燃料電池の出力不足をも抑制することができる。
【００１７】
本発明の第２の燃料電池システムの制御方法は、
燃料の供給を受けて発電し発電電力を負荷に供給可能な燃料電池と、前記負荷に対して前記燃料電池と並列に接続され充放電可能な蓄電手段と、前記燃料電池に燃料を供給する燃料供給手段と、前記蓄電手段を前記負荷から遮断する遮断手段と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、
（ａ）前記燃料電池に供給すべき燃料の要求供給量を設定し、
（ｂ）該設定された要求供給量に基づく供給量が前記燃料電池に供給されるよう前記燃料供給手段を制御し、
（ｃ）前記燃料電池の発電状態を検出し、
（ｄ）該検出した発電状態に基づいて前記燃料電池に供給すべき燃料の必要供給量を演算し、
（ｅ）演算した必要供給量と前記設定した要求供給量との偏差が所定量以上大きいときに前記蓄電手段が前記負荷から遮断されるよう前記遮断手段を制御する
ことを要旨とする。
【００１８】
本発明の第２の燃料電池システムの制御方法では、設定された要求供給量に基づく供給量が燃料電池に供給されるよう燃料供給手段を制御し、検出した燃料電池の発電状態に基づいて燃料電池に供給すべき燃料の必要供給量を演算し、演算した必要供給量と設定した要求供給量との偏差が所定量以上大きいときに蓄電手段が負荷から遮断されるよう遮断手段を制御する。演算した必要供給量と設定した要求供給量との偏差が所定量以上大きいときには蓄電手段を負荷から遮断するので、燃料電池から負荷へ供給する電力を増加させ燃料電池で消費する燃料の量を増加させることができる。この結果、燃料電池へ燃料が過剰に供給された状態を緩和することができる。また、設定された要求供給量に基づく供給量が燃料電池に供給されるよう燃料供給手段を制御するので、要求供給量に基づく量の燃料を燃料電池へ供給することができる。この結果、燃料電池へ燃料が過剰に供給されて電解質膜が乾燥したり、過剰供給に伴う電力の無駄な消費を抑制することができると共に燃料電池の出力不足をも抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。
【実施例】
【００２０】
図１は、本発明の一実施形態としての燃料電池システムを搭載した電気自動車１０の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車１０は、図示するように、燃料供給装置２０から供給される燃料ガスとしての水素ガスと空気中の酸素とにより発電する燃料電池３０と、この燃料電池３０に遮断器５６を介して並列に接続されたキャパシタ３２と、燃料電池３０からの直流電力を三相交流電力に変換するインバータ３４と、インバータ３４により変換された三相交流電力により駆動しデファレンシャルギヤ１４を介して駆動輪１２に動力を出力する走行用モータ３６と、補機用の二次電池６０や車両に搭載された補機６２に燃料電池３０からの直流電力を低圧に変換して供給するＤＣ／ＤＣコンバータ５４と、車両全体をコントロールする電子制御ユニット７０とを備える。
【００２１】
燃料電池３０は、例えば、固体高分子膜により形成された電解質膜とこの電解質膜を狭持するアノード電極およびカソード電極とからなる単セルをセル間の隔壁をなすセパレータと共に複数積層してなる燃料電池スタックにより構成されており、セパレータに形成されたガス流路を通じてアノード電極に供給された水素ガスとカソード電極に供給された空気による電気化学反応により発電する。燃料電池３０には、図示しないが、冷却媒体（例えば、冷却水）が循環可能な循環路が形成されており、この循環路内の冷却媒体の循環により燃料電池３０内の温度が適温（例えば、６５℃〜８５℃）に保持されるようになっている。
【００２２】
燃料供給装置２０は、水素高圧タンク２２から調節弁２１を介して供給され循環ポンプ２６により循環される燃料ガスとしての水素ガスを燃料電池３０のアノード電極に供給すると共にエアコンプレッサ２８やアキュムレータ２４から切替バルブ５０を介して燃料電池３０のカソード電極に酸素を含有する酸化ガスとしての空気を供給する。
【００２３】
走行用モータ３６は、例えば、電動機として機能すると共に発電機として機能する周知の同期発電電動機として構成されており、運転者のアクセルペダル８３やブレーキペダル８５の踏み込み量や車速Ｖに応じて電動機として又は発電機として駆動する。
【００２４】
燃料電池３０およびキャパシタ３２からの電力ラインには燃料電池３０およびキャパシタ３２からの高電圧を低電圧（例えば、１２Ｖ）に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ５４が取り付けられており、１２Ｖ電源としての２次電池６０や車両に搭載された補機６２に電力を供給している。また、電力ラインには、燃料電池３０からのキャパシタ３２への充電が可能な方向にダイオード５８が取り付けられており、キャパシタ３２側が高電圧になったときでも燃料電池３０には逆電流が流れないようになっている。
【００２５】
電子制御ユニット７０は、ＣＰＵ７２を中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ７２の他に、処理プログラム等が記憶されたＲＯＭ７４と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ７６と、図示しない入出力ポートとを備える。この電子制御ユニット７０には、燃料電池３０からインバータ３４への電力ラインに取り付けられた電圧センサ５２からの検出電圧Ｖｐや水素高圧タンク２２や循環ポンプ２６から燃料電池３０に供給される水素ガスの流量を検出する流量センサ５１ａからの実流量Ｆｈｒ，エアコンプレッサ２８やアキュムレータ２４から切替バルブ５０を介して燃料電池３０に供給される空気の流量を検出する流量センサ５１ｂから実流量Ｆａｒ，燃料電池３０に供給される水素ガスの温度を検出する温度センサ５３ａからのガス温度Ｔｈ，燃料電池３０に供給される空気の温度を検出する温度センサ５３ｂからのガス温度Ｔａ，燃料電池３０に供給される水素ガスの圧力を検出する圧力センサ５５ａからのガス圧Ｐｈ，燃料電池３０に供給される空気の圧力を検出する圧力センサ５５ｂからのガス圧Ｐａ，走行用モータ３６の回転子の回転数を検出する回転数センサ３７からの回転数Ｎｍ，シフトレバー８１のポジションを検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジション，アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度ＡＰ，ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキポジションＢＰ，車両の走行速度を検出する車速センサ８８からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。また、電子制御ユニット７０からは、調節弁２１への駆動信号，循環ポンプ２６への駆動信号，エアコンプレッサ２８への駆動信号，インバータ３４へのスイッチング信号，ＤＣ／ＤＣコンバータ５４への直流電力変換信号，切替バルブ５０への切替信号，インバータ３４へのスイッチング信号，遮断器５６への開閉信号などが出力ポートを介して出力されている。
【００２６】
次に、こうして構成された実施例の電気自動車１０の動作、特に、燃料供給装置２０が燃料電池３０へ燃料ガスとしての水素ガスと酸化ガスとして空気を供給する制御の動作について説明する。説明の便宜を図るため、最初に燃料供給装置２０が燃料電池３０へ水素ガスを供給する動作について説明し、次に、燃料供給装置２０が燃料電池３０へ空気を供給する動作について説明する。図２は、電子制御ユニット７０における燃料供給装置２０の駆動制御の一例を示す概念図である。
【００２７】
まず、アクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度ＡＰや車速センサ８８からの車速Ｖ，走行用モータ３６の回転数Ｎｍに基づいて走行用モータ３６から出力すべきモータトルクＴｍ＊を算出し、算出したモータトルクＴｍ＊に走行用モータ３６の回転数Ｎｍを乗じたものをモータ出力Ｐｍ＊として設定する（ステップＳ１００）。ここで、走行用モータ３６の回転数Ｎｍについては、実施例では、回転位置検出センサ３７によって検出される回転子の回転位置に基づいて算出されるものを入力するものとしたが、車速Ｖから換算するものとしてもよいし、走行用モータ３６の回転数を直接検出するセンサを取り付けてこのセンサにより検出されるものを入力するものとしてもよい。また、モータトルクＴｍ＊は、実施例では、アクセル開度ＡＰと車速Ｖと要求トルクＴ＊との関係を予め設定してモータトルク設定マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、アクセル開度ＡＰと車速Ｖとを与えることにより、モータトルク設定マップから対応するモータトルクＴｍ＊を導出するものとした。モータトルク設定マップの一例を図３に示す。
【００２８】
続いて、設定したモータ出力Ｐｍ＊に補機６２が要求する要求電力Ｐａ＊と２次電池６０が要求する充放電要求パワーＰｂ＊と損失Ｌｏｓｓとを加えて車両が要求する要求電力Ｐ＊を算出し（ステップＳ１１０）、算出した要求電力Ｐ＊に基づいて燃料電池３０に供給する燃料ガスとしての水素ガスの供給量としての仮要求供給量Ｆｔｍｐを設定する（ステップＳ１２０）。ここで、仮要求供給量Ｆｈｔｍｐは、実施例では、要求電力Ｐ＊と燃料電池３０の出力電流Ｉｆｃとの関係を予め設定して出力電流設定マップとしてＲＯＭ７４に記憶し、出力電流設定マップから要求電力Ｐ＊に対応する出力電流Ｉｆｃを導出し、導出した出力電流Ｉｆｃと燃料電池３０のアノード電極における化学反応式とから燃料電池３０が出力電流Ｉｆｃを出力するのに必要な水素ガスの供給量を導出し、導出した供給量を仮要求供給量Ｆｈｔｍｐとして設定するものとした。出力電流設定マップの一例を図４に示す。
【００２９】
このような仮要求供給量Ｆｈｔｍｐの設定を行うとともに燃料電池の実際の発電状態を示す電圧センサ５２からの燃料電池３０の検出電圧Ｖｐに基づいて燃料電池３０の実際の発電状態に適した水素ガスの必要供給量Ｆｈｒｅｑを設定する（ステップＳ１３０）。必要供給量Ｆｈｒｅｑは、実施例では、燃料電池３０の検出電圧Ｖｐと出力電流Ｉｒｅｑとの関係を予め設定して電圧電流設定マップとしてＲＯＭ７４に記憶し、電圧電流設定マップから検出電圧Ｖｐに対応する出力電流Ｉｒｅｑを導出し、導出した出力電流Ｉｒｅｑと燃料電池３０のアノード電極における化学反応式とから燃料電池３０が出力電流Ｉｒｅｑを出力するのに必要な水素ガスの供給量を導出し、導出した供給量を必要供給量Ｆｈｒｅｑとして設定するものとした。電圧電流設定マップの一例を図５に示す。
【００３０】
続いて、流量センサ５１ａからの水素ガスの実流量Ｆｈｒと温度センサ５３ａからの水素ガスの温度Ｔｈと圧力センサ５３ａからの水素ガスの圧力Ｐｈとに基づいて算出した水素ガスの実供給量Ｆｈｄから水素ガスの必要供給量Ｆｈｒｅｑを減じた値にゲインＫ１を乗じた値を補正値Ｋｈとして設定し（ステップＳ１４０）、ステップＳ１２０で設定された仮要求供給量Ｆｈｔｍｐから補正値Ｋｈを減じた値を水素ガスの供給量指令Ｆｈ＊として設定し（ステップＳ１５０）、燃料電池３０へ供給される水素ガスが供給量指令Ｆｈ＊となるよう燃料装置２０の調節弁２１や循環ポンプ２６を駆動制御する（ステップＳ１６０）。ここで、燃料電池３０の実際の発電状態に対して水素ガスが適切に供給されている状態を考えると、水素ガスの実供給量Ｆｈｄと水素ガスの必要供給量Ｆｈｒｅｑとがほぼ等しくなり、補正値Ｋｈは、値０か値０に近い値となる。従って、供給量指令Ｆｈ＊は、仮要求供給量Ｆｈｔｍｐとほぼ等しい値として設定され、燃料電池３０には仮要求供給量Ｆｈｔｍｐとほぼ等しい量の水素ガスが供給される。一方、燃料電池３０の実際の発電状態に対して水素ガスが過剰に供給されている状態を考えると、水素ガスの実供給量Ｆｈｄは、水素ガスの必要供給量Ｆｈｒｅｑより大きくなるので、補正値Ｋｈは、正の値となる。従って、供給量指令Ｆｈ＊は、仮要求供給量Ｆｈｔｍｐより小さな値に設定され、燃料電池３０には仮要求供給量Ｆｈｔｍｐより少ない量の水素ガスが供給される。この結果、燃料電池３０に水素ガスが過剰に供給されるのを抑えることができる。このように、燃料電池３０の実際の発電状態と水素ガスの実供給量Ｆｈｄとに基づいて供給量指令Ｆｈ＊を設定するので、キャパシタの放電電流に基づいて設定した燃料電池から出力すべき電流から燃料電池への燃料の供給量を算出するものに比して燃料電池３０の実際の発電状態に対して水素ガスが適切に供給されるよう供給量指令Ｆｈ＊を設定することができる。また、燃料電池３０への水素ガスの過剰供給に伴う電力の無駄な消費を抑えることができる。
【００３１】
一方、ステップＳ１３０で設定された燃料電池３０の実際の発電状態に適した水素ガスの必要供給量Ｆｈｒｅｑと流量センサ５１ａからの実供給量Ｆｈｄとを比較し（ステップＳ１７０）、実供給量Ｆｈｄと必要供給量Ｆｈｒｅｑとの差分が所定値以上であるときには、実供給量Ｆｈｄと必要供給量Ｆｈｒｅｑとの差が大きく燃料供給装置２０を制御しても燃料電池３０へ水素ガスが過剰に供給されている状態が解消しないと判断して燃料電池３０から走行用モータ３６へ供給する電力が増加させるためにキャパシタ３２を電力ラインから切り離すよう遮断機５６を駆動制御する（ステップ１８０）。キャパシタ３２を電力ラインから切り離すと燃料電池３０から走行用モータ３６へ供給する電力が増加し、燃料電池３０で消費する水素ガスの量が増加する。この結果、燃料電池３０に水素ガスが過剰に供給されている状態を緩和することができる。
【００３２】
これまで燃料電池３０へ燃料ガスとしての水素ガスを供給する制御の動作について説明したが、酸化ガスとしての空気を供給する制御の動作についても同様の制御で行うことができる。この場合、ステップＳ１００，Ｓ１１０の処理を実行した後、酸化ガスとしての空気の供給量として仮要求供給量Ｆａｔｍｐを設定し（ステップ１２０）、空気の必要供給量Ｆａｒｅｑを設定する（ステップ１３０）。ステップＳ１２０の処理では、図４に示した出力電流設定マップから要求電力Ｐ＊に対応する出力電流Ｉｆｃを導出し、導出した出力電流Ｉｆｃと燃料電池３０のカソード電極における化学反応式とから燃料電池３０が出力電流Ｉｆｃを出力するのに必要な空気の供給量を導出し、導出した供給量を仮要求供給量Ｆａｔｍｐとして設定するものとした。また、ステップＳ１３０の処理では、図５に示した電圧電流設定マップから検出電圧Ｖｐに対応する出力電流Ｉｒｅｑを導出し、導出した出力電流Ｉｒｅｑと燃料電池３０のカソード電極における化学反応式とから燃料電池３０が出力電流Ｉｒｅｑを出力するのに必要な空気の供給量を導出し、導出した供給量を必要供給量Ｆａｒｅｑとして設定するものとした。続いて、流量センサ５１ｂからの空気の実流量Ｆａｒと温度センサ５３ｂからの空気の温度Ｔａと圧力センサ５３ｂからの空気の圧力Ｐａとに基づいて算出した空気の実供給量Ｆａｄから空気の必要供給量Ｆａｒｅｑを減じた値にゲインＫ２を乗じた値を補正値Ｋａとして設定し（ステップＳ１４０）、設定された仮要求供給量Ｆａｔｍｐから補正値Ｋａを減じた値を空気の供給量指令Ｆａ＊として設定し（ステップＳ１５０）、燃料電池３０へ供給される空気が供給量指令Ｆａ＊となるよう燃料装置２０の切替バルブ５０，エアコンプレッサ２８を駆動制御する（ステップ１６０）。この結果、燃料電池３０への空気の供給を適切に行うことができる。また、空気の必要供給量Ｆａｒｅｑと流量センサ５１ａからの実供給量Ｆａｄとを比較し（ステップＳ１７０）、実供給量Ｆａｄと必要供給量Ｆａｒｅｑとの差分が所定値以上であるときには、キャパシタ３２を電力ラインから切り離すよう遮断機５６を駆動制御する（ステップ１８０）。この結果、燃料電池３０で消費する空気の量が増加し、燃料電池３０に空気が過剰に供給されている状態を緩和することができる。
【００３３】
以上説明した実施例の電気自動車１０によれば、燃料電池３０の検出電圧Ｖｐと水素ガスや空気の実供給量とに基づいて補正値を設定し、仮要求供給量をこの補正値で補正した値を燃料電池３０に供給する要求供給量として設定し、設定された要求供給量の水素ガスや空気が燃料電池３０に供給されるよう燃料供給装置２０を制御する。この結果、キャパシタ３２の放電電流に基づいて設定した燃料電池から出力すべき電流から燃料電池への燃料の供給量を算出するものに比して燃料電池３０への水素ガスや空気の供給を適切に行うことができる。また、燃料電池３０への水素ガスや空気の過剰供給に伴う電力の無駄な消費を抑えることができる。一方、燃料電池３０へ実際に供給されている水素ガスや空気の量と燃料電池３０の実際の発電状態から算出される必要供給量との差が所定値以上であるときには、キャパシタ３２を電力ラインから切り離すよう遮断機５６を駆動制御する。この結果、燃料電池３０から走行用モータ３６へ供給する電力が増加するので、燃料電池３０で消費する水素ガスや空気の量が増加し、燃料電池３０に水素ガスや空気が過剰に供給されている状態を緩和することができる。
【００３４】
実施例の電気自動車１０では、水素ガスや空気の仮要求供給量から水素ガスや空気の実供給量に基づいて設定した補正値を減じたものを供給量指令として設定するものとしたが、水素ガスや空気の仮要求供給量に水素ガスや空気の実供給量に基づいて設定した補正値をゲインとして乗じたものを供給量指令として設定するものとすることもできる。
【００３５】
実施例の電気自動車１０では、ステップＳ１７０の処理では、水素ガスの実供給量Ｆｈａと必要供給量Ｆａｒｅｑとの差分が所定値以上であるときには、ステップＳ１８０の処理でキャパシタ３２を電力ラインから切り離すよう遮断機５６を駆動制御するものとしたが、水素ガスの実供給量Ｆｈと必要供給量Ｆｈｒｅｑとの差分が所定値以上である状態が所定期間継続したときにときにキャパシタ３２を電力ラインから切り離すよう遮断機５６を駆動制御するものとしてもよい。
【００３６】
実施例の電気自動車１０では、燃料電池３０として水素高圧タンク２２から供給される水素により発電する固体高分子型の燃料電池を搭載するものとしたが、炭化水素系の燃料を水素リッチな燃料ガスに改質して燃料電池３０に供給する改質器を備えるタイプの固体高分子型の燃料電池を搭載するものとしてもよく、固体高分子型の燃料電池とは異なるタイプの燃料電池を搭載するものとしてもかまわない。
【００３７】
実施例の電気自動車１０では、一つの走行用モータ３６を用いるものとして構成したが、駆動輪１２に内蔵される二つのホイールインモータを用いる構成としてもよく、また、異なる車軸、即ち前輪の車軸と後輪の車軸に異なるモータを取り付ける構成としてもよいのは勿論である。
【００３８】
そして更にまた、上述した実施例では、燃料電池システムを電気自動車１０に搭載した場合を例示したが、この燃料電池システムを列車や航空機等の輸送機器に適用してもよいし、家庭や工場等に設置されるコジェネレーションシステムに組み入れてもよい。いずれの場合も上述した実施例と同様の効果が得られる。
【００３９】
以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等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内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施例である燃料電池システムを搭載した電気自動車１０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】実施例の電子制御ユニット７０により実行される制御の一例を示す概念図である。
【図３】モータトルク設定マップの一例を示す説明図である。
【図４】出力電流設定マップの一例を示す説明図である。
【図５】電圧電流設定マップの一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０  電気自動車、１２  駆動輪、１４  デファレンシャルギヤ、２０  燃料供給装置、２１  調節弁、２２  水素高圧タンク、２４  アキュムレータ、２６  循環ポンプ、２８  エアコンプレッサ、３０  燃料電池、３２  キャパシタ、３４  インバータ、３６  走行用モータ、３７  回転位置センサ、５０  切替バルブ、５１ａ，５１ｂ  流量センサ、５２  電圧センサ、５３ａ，５３ｂ  温度センサ、５５ａ，５５ｂ  圧力センサ、５４  ＤＣ／ＤＣコンバータ、５６  遮断器、５８  ダイオード、６０  ２次電池、６２  補機、７０  電子制御ユニット、７２  ＣＰＵ、７４  ＲＯＭ、７６  ＲＡＭ、８１  シフトレバー、８２  シフトポジションセンサ、８３  アクセルペダル、８４  アクセルペダルポジションセンサ、８５  ブレーキペダル、８６  ブレーキペダルポジションセンサ、８８  車速センサ。
【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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