(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池を搭載した車両であって、
前記燃料電池により発電された電力を電源として前記車両を駆動する駆動源と、
前記燃料電池が定格運転の運転温度に到達するまで、前記燃料電池の起動運転を行う起動運転手段と、
前記駆動源を駆動する際に前記燃料電池に要求される出力要求値を把握する出力要求把握手段と、
前記起動運転中において、前記把握された出力要求値が所定値以下のときに、前記燃料電池が出力の少なくとも一部を前記駆動源に出力することを許可する起動制御を行う起動制御手段と
を備え、
前記出力要求把握手段は、
前記車両の位置を把握する手段と、
過去に検出した前記燃料電池の氷点下起動時における出力要求値を、前記把握された車両の位置と関連付けて記憶する記憶手段と、
前記記憶された出力要求値と前記車両の位置とに基づいて、前記燃料電池に要求される出力要求値を推定する推定手段と、を有し、
前記所定値は、前記燃料電池の温度とインピーダンスとから推定した、前記燃料電池が前記駆動源に対して出力できる最大の出力値である、車両。
【請求項２】
請求項１記載の車両であって、
前記所定値は、前記燃料電池の温度と電流値とから推定した、前記燃料電池の出力可能値である
車両。
【請求項３】
前記起動制御手段は、前記起動運転手段が前記起動運転を開始したときの前記燃料電池の温度が所定値以下の場合に、前記起動制御を行う請求項１または請求項２に記載の車両。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の車両であって、
更に、前記起動制御手段が出力を許可した場合に、該許可を報知する報知手段を備えた
車両。
【請求項５】
前記報知手段は、前記許可された出力の程度を報知する請求項４記載の車両。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の車両であって、
前記推定手段は、過去の前記燃料電池の氷点下起動時において、前記車両が走行可能な状態となってから、第１の所定時間が経過するまでの間に、第２の所定時間の間、連続して所定値以上となるアクセル開度の中で、最大のアクセル開度から換算される出力要求値として推定する、車両。
【請求項７】
燃料電池の制御装置であって、
前記燃料電池が定格運転の運転温度に到達するまで、前記燃料電池の起動運転を行う起動運転手段と、
前記燃料電池に要求される出力要求値を把握する出力要求把握手段と、
前記起動運転中において、前記把握された出力要求が所定値以下のときに、前記燃料電池が出力の少なくとも一部を所定の装置の駆動源に出力することを許可する起動制御を行う起動制御手段と
を備え、
前記出力要求把握手段は、
前記所定の装置の位置を把握する手段と、
過去に検出した前記燃料電池の氷点下起動時における出力要求値を、前記把握された前記所定の装置の位置と関連付けて記憶する記憶手段と、
前記記憶された出力要求値と前記所定の装置の位置とに基づいて、前記燃料電池に要求される出力要求値を推定する推定手段と、を有し、
前記所定値は、前記燃料電池の温度とインピーダンスとから推定した、前記燃料電池が前記所定の装置に対して出力できる最大の出力値である制御装置。
【請求項８】
燃料電池の制御方法であって、
前記燃料電池に要求される出力要求値を把握し、
前記燃料電池が定格運転の運転温度に到達するまで行う起動運転中において、前記把握された出力要求が、前記燃料電池の温度とインピーダンスとから推定した、前記燃料電池が所定の装置に対して出力できる最大の出力値である所定値以下のときに、前記燃料電池が出力の少なくとも一部を所定の装置の駆動源に出力することを許可する
制御方法であって、
前記出力要求値の把握において、
前記所定の装置の位置を把握し、
過去に検出した前記燃料電池の氷点下起動時における出力要求値を、前記把握された前記所定の装置の位置と関連付けて記憶し
前記記憶された出力要求値と前記所定の装置の位置とに基づいて、前記燃料電池に要求される出力要求値を推定する、制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動力源として燃料電池を搭載した車両に関し、特に、燃料電池システムの出力制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に動力源として搭載される燃料電池では、比較的大きな出力が求められるが、氷点下などの低温条件下で起動する場合、触媒の活性が低いなどの理由により、起動直後には車両の走行に必要な出力が得られない場合がある。このように低温条件下で燃料電池を起動する場合には、燃料電池の起動運転を行って温度を上昇させ、車両の通常走行に必要な出力が得られる定格運転状態となった時点で、車両の走行を許可する制御方法がとられることがある。このような制御技術として、例えば、下記特許文献１が知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２９６３３８号公報
【０００４】
しかしながら、かかる方法では、車両が小さな出力しか必要としない状況であっても、燃料電池が定格運転状態となるまで、車両を走行させることができなかった。具体的には、例えば、車両を徐行運転によりガレージから出庫させる場合に、燃料電池の状態が、徐行運転に必要な出力が得られる状態であっても、通常走行に必要な出力が得られない状態であれば、走行許可が得られなかった。このような場合には、運転者は、燃料電池の起動運転のために必要以上に待機せざるを得なかった。かかる問題は、燃料電池を搭載した車両に限らず、燃料電池を動力源とする種々の装置に共通する問題であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の問題を考慮し、本発明が解決しようとする課題は、燃料電池を動力源とする装置において、状況に応じて効率的な起動制御を行うことである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
本発明の一形態は、燃料電池を搭載した車両であって、前記燃料電池により発電された電力を電源として前記車両を駆動する駆動源と、前記燃料電池が定格運転の運転温度に到達するまで、前記燃料電池の起動運転を行う起動運転手段と、前記駆動源を駆動する際に前記燃料電池に要求される出力要求値を把握する出力要求把握手段と、前記起動運転中において、前記把握された出力要求値が所定値以下のときに、前記燃料電池が出力の少なくとも一部を前記駆動源に出力することを許可する起動制御を行う起動制御手段とを備え、前記出力要求把握手段は、前記車両の位置を把握する手段と、過去に検出した前記燃料電池の氷点下起動時における出力要求値を、前記把握された車両の位置と関連付けて記憶する記憶手段と、前記記憶された出力要求値と前記車両の位置とに基づいて、前記燃料電池に要求される出力要求値を推定する推定手段と、を有し、前記所定値は、前記燃料電池の温度とインピーダンスとから推定した、前記燃料電池が前記駆動源に対して出力できる最大の出力値である、車両である。
【０００７】
［適用例１］動力源として燃料電池を搭載した車両であって、
前記燃料電池が定格運転の運転温度に到達するまで、前記燃料電池の起動運転を行う起動運転手段と、
前記車両に対する出力要求を把握する出力要求把握手段と、
前記起動運転中において、前記把握された出力要求が所定値以下のときに、前記燃料電池が出力の少なくとも一部を前記車両の駆動源として出力することを許可する起動制御を行う起動制御手段と
を備えた車両。
【０００８】
かかる構成の車両は、車両に対する出力要求を把握し、燃料電池の起動運転中に、その出力要求が所定値以下のときに、出力の少なくとも一部を車両の駆動源として出力することを許可する起動制御を行う。したがって、出力要求に応じて、柔軟に駆動源としての出力を許可することができるので、効率的な起動制御を行うことができる。また、燃料電池の起動運転の開始から、車両が走行可能となるまでの時間を短縮化することができる。
【０００９】
［適用例２］適用例１記載の車両であって、出力要求把握手段は、過去に検知した出力要求を記憶する記憶手段と、記憶された出力要求に基づいて、車両に対する出力要求を推定する推定手段とを備えた車両。
【００１０】
かかる構成の車両は、過去に検知した出力要求を記憶し、それに基づいて車両に対する出力要求を推定する。したがって、過去の実績に基づいて出力要求が推定されるので、一定の確からしさをもって起動制御を行うことができる。
【００１１】
［適用例３］適用例２記載の車両であって、出力要求把握手段は、更に、車両の位置を把握する手段を備え、記憶手段は、検出された出力要求を把握された車両の位置と関連付けて記憶し、推定手段は、記憶された出力要求と車両の位置とに基づいて、車両に対する出力要求を推定する車両。
【００１２】
かかる構成の車両は、記憶された出力要求とそれに関連付けられた車両の位置とに基づき、出力要求を推定するので、車両の置かれた位置が、徐行運転が必要な場所であるのか、あるいは高速運転が可能な場所であるのかといった位置条件を反映させて、出力要求を推定することができる。したがって、出力要求の推定の精度を向上させることができる。
【００１３】
［適用例４］適用例１ないし適用例３のいずれか記載の車両であって、所定値は、燃料電池の温度とインピーダンスとから推定した、燃料電池の出力可能値である車両。
【００１４】
かかる構成の車両は、温度とインピーダンスとから燃料電池の出力可能値を推定し、出力要求が出力可能値以下のときに、駆動源としての出力を許可する。したがって、簡単に燃料電池の出力可能値を推定することができる。また、車両が出力要求に対応できることを確認した後に駆動源としての出力を許可するので、確実な起動制御を行うことができる。
【００１５】
［適用例５］適用例１ないし適用例３のいずれか記載の車両であって、所定値は、燃料電池の温度と電流値とから推定した、燃料電池の出力可能値である車両。
【００１６】
かかる構成の車両は、温度と電流値とから燃料電池の出力可能値を推定し、出力要求が出力可能値以下のときに、駆動源としての出力を許可する。したがって、簡単に燃料電池の出力可能値を推定することができる。また、車両が出力要求に対応できることを確認した後に駆動源としての出力を許可するので、確実な起動制御を行うことができる。
【００１７】
［適用例６］起動制御手段は、起動運転手段が起動運転を開始したときの燃料電池の温度が所定値以下の場合に、起動制御を行う適用例１ないし適用例５のいずれか記載の車両。
【００１８】
かかる構成の車両は、起動運転開始時の燃料電池の温度が所定値以下の場合に起動制御を行う。すなわち、燃料電池の温度が高く、速やかに所定の出力が行える場合には、起動制御を行わず、燃料電池の温度が低く、かなりの期間に亘って所定の出力が行えない場合には、起動制御を行う。したがって、状況に応じて、効率的に起動制御を行うことができる。
【００１９】
［適用例７］適用例１ないし適用例６のいずれか記載の車両であって、更に、起動制御手段が出力を許可した場合に、許可を報知する報知手段を備えた車両。
【００２０】
かかる構成の車両は、起動制御手段が出力を許可したことを報知するので、運転者は、車両が運転可能となったことを速やかに知ることができる。
【００２１】
［適用例８］報知手段は、許可された出力の程度を報知する適用例７記載の車両。
【００２２】
かかる構成の車両は、許可された出力の程度を報知するので、運転者は、可能な運転の範囲を知り、その範囲内で適切な運転を行うことができる。
【００２３】
なお、本発明は、上述した車両としての構成のほか、燃料電池の制御装置、制御方法としても構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の実施例について説明する。
Ａ．実施例：
Ａ−１．燃料電池車の概略構造：
図１は、本発明の実施例としての燃料電池車１０の概略構成を示す説明図である。燃料電池車１０は、燃料電池システム２０、電力変換機構４０、車両補機５０、駆動モータ６２、減速ギア６４、駆動輪６６、制御ユニット７０等を備えている。
【００２５】
燃料電池車１０は、減速ギア６４を介して駆動輪６６に連結された駆動モータ６２を駆動力源として走行する。駆動モータ６２の電源は、燃料電池システム２０により発電された電力である。
【００２６】
電力変換機構４０は、インバータ、バッテリなどを備えており、燃料電池システム２０から出力される直流を三相交流に変換して駆動モータ６２に供給したり、余剰電力をバッテリに蓄電したりする。車両補機５０は、燃料電池車１０の運転時などに使用される種々の電力機器であり、照明機器、空調機器、油圧ポンプなどが含まれる。上述のバッテリは、こうした車両補機５０への電力供給に用いられる。
【００２７】
燃料電池システム２０は、電気化学反応により、燃料電池車１０の動力源としての電気エネルギーを発生させるシステムである。この燃料電池システム２０は、燃料電池スタック２１、水素供給・排出機構２２、空気供給・排出機構２３、冷却水循環機構３０を備えている。
【００２８】
燃料電池スタック２１は、アノード、カソード、電解質、セパレータ等からなる積層体アセンブリを複数積層させた燃料電池である。本実施例においては、固形高分子形燃料電池を用いているが、種々の燃料電池を用いることが可能である。燃料電池スタック２１には、燃料電池スタック２１のインピーダンスを計測可能なインピーダンス計２５と、電流計２６とが取り付けられている。なお、インピーダンス計２５には、交流式を用いた。
【００２９】
また、燃料電池スタック２１には、温度センサ２７が取り付けられており、燃料電池スタック２１の運転温度を把握できる構成となっている。本実施例においては、温度センサ２７は、サーミスタを用いたが、熱電対など他の温度センサを用いてもよい。なお、燃料電池スタック２１の運転温度の把握は、上述の構成に限らず、後述する冷却水の燃料電池スタック２１出口の温度から推定する構成や、後述するアノードからの排ガス（アノードオフガス）や、カソードからの排ガス（カソードオフガス）の温度から推定する構成など、種々の構成により行うことができる。
【００３０】
水素供給・排出機構２２は、図示しない水素タンク、シャットバルブ、レギュレータ、循環ポンプ、配管などによって構成され、水素タンクに貯蔵された高圧水素を、圧力及び供給量を調整して、燃料電池スタック２１のアノードに供給すると共に、アノードからの排ガス（アノードオフガス）を系外に排出させる。なお、アノードオフガスの系外への排出機構は、燃料電池スタック２１が、供給される水素をアノードで使い切り、アノードオフガスを排出しないアノードデッドエンドタイプの燃料電池である場合には、不要である。
【００３１】
空気供給・排出機構２３は、エアクリーナ、エアコンプレッサ、希釈器、配管などによって構成され、酸化ガスとしての空気を燃料電池スタック２１のカソードに供給すると共に、カソードからの排ガス（カソードオフガス）を系外に排出させる。
【００３２】
冷却水循環機構３０は、燃料電池スタック２１の運転温度を調節するために、冷却水を循環させる機構である。冷却水は、ラジエータ３１と、燃料電池スタック２１の内部に設けられた冷却水流路との間を、循環ポンプ３２及び循環配管３７を介して循環し、ラジエータ３１での放熱と燃料電池スタック２１での吸熱を繰り返す。
【００３３】
また、循環配管３７には、三方弁３５，３６が設けられており、この弁を切り替えることにより、冷却水の循環ルートを、燃料電池スタック２１とラジエータ３１との間から、燃料電池スタック２１とヒータ３４との間に切り替えることができる。氷点下などの低温条件下で燃料電池車１０を起動させる場合には、触媒の活性が低いことや、電解質のプロトン伝導性が低いことなどから、燃料電池システム２０から十分な出力が得られず、また、十分な出力が得られるまでの起動に長時間を要することがある。このような場合には、冷却水の循環ルートをラジエータ３１からヒータ３４に切り替えて、ヒータ３４で熱を吸収した冷却水に燃料電池スタック２１で放熱させて、燃料電池スタック２１の温度を上昇させる暖機運転を行うのである。こうすることで、燃料電池システム２０によって必要な出力を得られるようになるまでの起動時間を短縮することができる。
【００３４】
なお、本実施例においては、ヒータ３４に熱電ヒータを用い、冷却水と電熱ヒータが熱交換を行うことで燃料電池スタック２１の暖機を行う構成としたが、このような構成に限らず、種々の構成が可能である。例えば、熱源は、電気エネルギーに限らず、水素などの燃料を燃焼器で燃焼させ、その排熱を利用するなど、他の熱源を利用するものであってもよいし、冷却水を加温する構成に限らず、燃料電池スタック２１の外周部などに設置された電熱ヒータにより燃料電池スタック２１を直接的に加温する構成としたり、アノード及びカソードに供給する反応ガスを加温する構成としたりしてもよい。
【００３５】
上述した燃料電池車１０の各構成機器は、制御ユニット７０により制御運転される。制御ユニット７０は、内部にＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを備えるマイクロコンピュータとして構成されており、ＲＯＭに記憶されたプログラムをＲＡＭに展開して実行することで、起動運転部７２、出力要求把握部７３、起動制御部７４、許可報知部７５として機能するほか、アクセル８２や各種センサ８４からの入力信号を受けて、各種負荷８６への指示信号を送る。また、制御ユニット７０は、ＥＥＰＲＯＭなどの不揮発性のメモリ７６を備えている。これらの機能部やメモリ７６の具体的な役割は、後述する。
【００３６】
上述のアクセル８２は、運転者がアクセルペダルを踏み込んだ量を電気信号に置き換えるアクセルセンサを備えており、その踏み込み量（以降、アクセル開度という）に応じて変化する電圧を制御ユニット７０に出力する。なお、本実施例では、アクセルセンサにホール素子を用いたが、差動トランス方式、可変抵抗器型ポテンショメータなど種々のセンサを用いることができる。
【００３７】
Ａ−２．起動制御処理：
本実施例の燃料電池車１０の起動制御処理について説明する。図２は、起動制御処理の流れを示すフローチャートである。起動制御処理とは、氷点下などの低温条件下で燃料電池システム２０を起動させる場合など、燃料電池車１０の走行に十分な出力を得られるようになるまでの燃料電池システム２０の起動に長時間を要する際に、燃料電池車１０に対して行う出力制御である。この処理は、運転者が、燃料電池車１０の起動開始の操作を行うことにより開始される。
【００３８】
燃料電池車１０が運転者により起動されると、制御ユニット７０は、まず、温度センサ２７で測定された燃料電池スタック２１の起動温度Ｔ０が所定の閾値温度Ｔｈ未満であるか否かを判断する（ステップＳ１００）。閾値温度Ｔｈは、燃料電池システム２０が起動後速やかに燃料電池車１０の通常走行に必要な出力を出力することが可能な温度であり、求められる速やかさのレベルに応じて適宜設定すればよいが、本実施例においては０℃とした。
【００３９】
その結果、起動温度Ｔ０が閾値温度Ｔｈ以上であれば（ステップＳ１００：ＮＯ）、燃料電池システム２０が起動後速やかに燃料電池車１０の走行に必要な出力を出力することが可能であるということであり、起動制御処理を完了する。なお、起動制御処理の完了後は、本実施例においては、定常運転モードに切り替わり、制御ユニット７０が起動運転を継続させ、燃料電池システム２０が定格運転に達した段階で、駆動モータ６２への出力を許可するものとした。
【００４０】
一方、起動温度Ｔ０が閾値温度Ｔｈ未満であれば（ステップＳ１００：ＹＥＳ）、燃料電池システム２０が起動後かなりの期間に亘って燃料電池車１０の走行に必要な出力を出力することができない温度条件下にあるということである。そこで、制御ユニット７０は、出力要求把握部７３の処理として、メモリ７６に記憶された出力要求学習値Ｐｉを呼び出す（ステップＳ１１０）。
【００４１】
この出力要求学習値Ｐｉは、本実施例においては、前回、燃料電池車１０を氷点下において起動させた時（以降、氷点下起動時という）に、燃料電池車１０が走行可能となった直後の燃料電池車１０に対しての出力要求値であり、燃料電池車１０の走行開始時において要求される出力要求値を推定するものとして用いられる。この出力要求学習値Ｐｉは、具体的には、例えば、以下のようにして得ることができる。制御ユニット７０は、氷点下起動時において、燃料電池車１０が走行可能な状態（走行に必要なだけの出力が燃料電池システム２０に可能な状態）となってから所定の経過時間ｔ１が経過するまでの間、運転者によるアクセル８２の踏み込みを検知したアクセル開度を経過時間と関連付けてＲＡＭに記憶する。図３には、その記憶されたアクセル開度を概念的に示している。そして、経過時間ｔ１までに、所定時間ｔ２の間、連続して所定値以上となるアクセル開度の中で、最大の所定値をアクセル開度学習値Ａｉとして抽出する（図３参照）。こうして抽出されたアクセル開度学習値Ａｉ（％）は、出力要求値（Ｗ）に換算され、出力要求学習値Ｐｉとして、メモリ７６に記憶される。
【００４２】
なお、本実施例においては、前回の氷点下起動時の出力要求値を出力要求学習値Ｐｉとして記憶したが、出力要求学習値Ｐｉの設定方法は、このような態様に限られず、種々の態様が可能である。例えば、単に、前回運転時の出力要求値としてもよい。あるいは、前回運転時と前々回運転時といった複数の出力要求値を記憶しておき、その平均値や最小値などを出力要求学習値Ｐｉとして呼び出してもよい。こうすれば、過去の出力要求値の変動を踏まえることができるので、出力要求値の推定精度を高めることができる。
【００４３】
さらには、複数回分の出力要求値を、ＧＰＳ（Global Positioning System）による位置情報と関連付けて記憶しておき、現在の燃料電池車１０の位置と一致する位置情報に関連付けられた出力要求値を出力要求学習値Ｐｉとして呼び出してもよい。こうすれば、燃料電池車１０が、例えば、徐行運転が必要な細い路地に面して駐車されているのか、あるいは高速運転が可能な大通り沿いに面して駐車されているのかといった位置条件を反映させて、出力要求値を推定することができるので、出力要求値の推定精度を高めることができる。なお、位置情報は、ＧＰＳにより把握されるものに限らず、インストルメントパネルなどを用いて、運転者が入力するものであってもよい。また、位置情報は、自宅、会社などといった場所を表す情報であってもよい。
【００４４】
出力要求学習値Ｐｉを呼び出すと、制御ユニット７０は、起動運転部７２の処理として、燃料電池システム２０の起動を開始する（ステップＳ１２０）。本実施例では、上記ステップＳ１００において、燃料電池スタック２１の温度が氷点下であると判断されているので、暖機運転を開始するものとした。なお、暖機運転は必須ではなく、上記ステップＳ１００において、閾値温度Ｔｈを０℃以上に設定する場合などには、暖機運転を行わずに、燃料電池システム２０の起動運転を行ってもよい。なお、ここでいう起動運転とは、定格運転に到達するまでの燃料電池システム２０の運転をいい、本実施例においては、燃料電池スタック２１の運転温度が、例えば、７５〜８５℃程度まで上昇するまでの運転である。勿論、起動運転の定義はこれに限られるものではなく、例えば、燃料電池スタック２１により所定の出力が得られる運転温度、例えば、５０℃まで上昇するまでの運転としてもよい。
【００４５】
燃料電池システム２０の起動を開始すると、制御ユニット７０は、起動制御部７４の処理として、温度センサ２７で測定した燃料電池スタック２１の温度Ｔと、インピーダンス計２５で計測した燃料電池スタック２１のインピーダンスＺとから、推定最大出力Ｐｍを算出する（ステップＳ１３０）。この推定最大出力Ｐｍは、現在の燃料電池システム２０の運転状況において、燃料電池システム２０が燃料電池車１０に対して出力できると推定される最大の出力値である。
【００４６】
この推定最大出力Ｐｍの算出方法については、図４を用いて詳しく説明する。燃料電池スタック２１により生じる電流と電圧との関係を示した燃料電池スタック２１のＩ−Ｖ特性を図４（ａ）に例示する。Ｉ−Ｖ特性は、燃料電池スタック２１の温度ＴとインピーダンスＺの影響を受けて変動し、図示するように、燃料電池スタック２１の温度Ｔが高温となる程、また、インピーダンスＺが小さくなる程に、燃料電池スタック２１での電圧降下が小さくなり、同一の電流Ｉが流れた場合に高い電圧Ｖが得られる性質を有している。したがって、燃料電池スタック２１の温度とインピーダンスとが与えられれば、その状態でのＩ−Ｖ特性が精度良く想定できることとなる。ここで、燃料電池スタック２１の出力Ｐは、電流Ｉと電圧Ｖとの積で表されるので、所定の温度ＴとインピーダンスＺとから想定されるＩ−Ｖ特性から、図４（ｂ）に例示するように、電流Ｉと出力Ｐとの関係を想定することができる。この出力Ｐが最大値となる値を推定最大出力Ｐｍとして算出するのである。
【００４７】
推定最大出力Ｐｍを算出すると、制御ユニット７０は、起動制御部７４の処理として、算出した推定最大出力Ｐｍと上記ステップＳ１１０において呼び出した出力要求学習値Ｐｉとを比較して、出力要求学習値Ｐｉが推定最大出力Ｐｍ以下であるか否かを判断する（ステップＳ１４０）。
【００４８】
その結果、出力要求学習値Ｐｉが推定最大出力Ｐｍよりも大きければ（ステップＳ１４０：ＮＯ）、燃料電池システム２０は、現在のところ、燃料電池車１０が必要な走行を開始するための出力を出力できないということであり、制御ユニット７０は、起動制御部７４の処理として、処理を上記ステップＳ１３０に戻して、燃料電池スタック２１の温度Ｔが上昇するのを待ち、上記ステップＳ１３０及びＳ１４０を繰り返す。
【００４９】
一方、出力要求学習値Ｐｉが推定最大出力Ｐｍ以下であれば（ステップＳ１４０：ＹＥＳ）、燃料電池システム２０は、燃料電池車１０が必要な走行を開始するための出力を出力できるということであり、制御ユニット７０は、起動制御部７４の処理として、駆動モータ６２への出力を許可する（ステップＳ１５０）。
【００５０】
駆動モータ６２への出力を許可すると、制御ユニット７０は、許可報知部７５の処理として、運転者に対して、走行可能となった旨を報知する（ステップＳ１６０）。この報知は、例えば、燃料電池車１０のインストルメントパネルに「走行可能」の文字を表示させたり、音声ガイダンスにより告知したりして、行うことができる。あるいは、運転者が燃料電池車１０から離れているような場合には、運転者のリモートエンジンスタータのコントローラや携帯電話などを介して報知することができる。このような報知を行うことにより、運転者は、燃料電池車１０が運転可能となったことを速やかに知ることができる。
【００５１】
なお、上述の報知は、燃料電池システム２０が出力可能な出力の程度を併せて報知する構成としてもよい。具体的には、例えば、推定最大出力Ｐｍから実現可能な車両速度を算出して、「徐行運転可能」、「３０ｋｍ／ｓまで走行可能」といった報知を行うことが考えられる。こうすれば、運転者は、可能な運転の範囲を知り、その範囲内で適切な運転を行うことができる。
【００５２】
こうして、走行可能報知を行うと、起動制御処理は完了となる。こうして、運転者は、燃料電池車１０を走行させることができる。なお、この段階において、上記ステップＳ１２０において開始した暖機運転を終了させて、通常の起動運転に切り替えてもよいし、燃料電池システム２０の運転が速やかに定格運転に達するように、更に暖機運転を継続してもよい。勿論、起動制御処理が完了する前に、暖機運転を終了させて、通常の起動運転に切り替えてもよい。
【００５３】
かかる構成の燃料電池車１０は、過去に検知したアクセル開度から、燃料電池車１０に対する出力要求を出力要求学習値Ｐｉとして推定する。そして、出力要求学習値Ｐｉが、燃料電池システム２０の起動運転中に、燃料電池スタック２１の温度ＴとインピーダンスＺとから推定される推定最大出力Ｐｍ以下であれば、駆動モータ６２への出力を許可する。したがって、出力要求に応じて、柔軟に駆動源としての出力を許可することができるので、効率的な起動制御を行うことができる。また、燃料電池車１０の走行開始時に大きな出力が必要ない場合には、燃料電池システム２０が定格運転に到達してから出力許可する場合と比べて、燃料電池システム２０の起動運転の開始から燃料電池車１０が走行可能となるまでの時間を短縮化することができる。また、簡単に燃料電池システム２０の出力可能値を推定することができると共に、燃料電池車１０が出力要求に対応できることを確認した後に出力を許可するので、確実な起動制御を行うことができる。
【００５４】
また、かかる構成の燃料電池車１０は、燃料電池スタック２１の起動温度Ｔ０が閾値温度Ｔｈ以下の場合に、起動制御処理を行う。このような構成とするのは、燃料電池スタック２１の起動温度が高く、速やかに所定の出力が得られるような場合には、燃料電池車１０が走行可能となるまでの時間の短縮化効果が小さいからである。こうすることで、状況に応じて、効率的に起動制御を行うことができる。なお、勿論、全ての温度条件において、起動制御処理を行う構成としてもよい。
【００５５】
さらに、燃料電池車１０は、車両に対する出力要求を把握する出力要求把握手段を有しない構成であってもよい。この場合、起動運転時には、燃料電池システム２０から燃料電池車１０への出力を、徐行運転を行う程度の出力としてもよい。これにより、推測される要求出力または実際の要求出力に関係なく、燃料電池システム２０から燃料電池車１０への出力を適正なものとすることができる。また、上述の起動運転時に限定されず、燃料電池スタック２１の温度が低温、例えば、０℃未満のとき、燃料電池システム２０から燃料電池車１０への出力を、徐行運転を行う程度の出力とするものであってもよい。このようにすれば、寒冷地での渋滞状況下などで、燃料電池スタック２１に凍結のおそれがある場合にも対応できる。なお、上記のように、燃料電池スタック２１から燃料電池車１０への出力を、徐行運転を行う程度の出力とする制御を行っていても、燃料電池システム２０の発電自体は通常通りに行うものであってもよい。
【００５６】
また、燃料電池車１０は、負荷に接続される蓄電手段を有する構成であってもよい。このような場合には、燃料電池スタック２１の温度が低温、例えば、０℃未満のときは、燃料電池システム２０で発電した電力を蓄電手段に充電するものであってもよいし、燃料電池車１０の徐行運転を行いつつ、燃料電池システム２０で発電した電力を蓄電手段に充電するものであってもよい。
【００５７】
なお、これらの制御は、上述の実施例記載の各種制御と組み合わせる構成であってもよい。
【００５８】
Ｂ．変形例：
本発明のいくつかの変形例について説明する。
Ｂ−１．変形例１：
実施例においては、上記ステップＳ１３０において、燃料電池スタック２１の温度ＴとインピーダンスＺとから、推定最大出力Ｐｍを算出したが、このような構成に限られるものではなく、燃料電池システム２０の運転状況や求められる推定精度に応じた構成が可能である。例えば、燃料電池システム２０においては、燃料電池システム２０の起動時において、燃料電池スタック２１のカソードに供給する酸化ガスの酸素濃度や圧力を低下させて運転することがある。このような運転を行うのは、発電効率が低い運転、すなわち高発熱運転を行うことにより、燃料電池スタック２１の暖機を行うためである。このような高発熱運転を行う際には、図５のステップＳ２３０に示すように、燃料電池スタック２１の温度Ｔと電流Ｉとから、推定最大出力Ｐｍを算出してもよい。
【００５９】
具体的には、電流Ｉと、温度Ｔにより予想されるＩ−Ｖ特性とから、酸化ガスの濃度や圧力を通常運転状態に戻した場合の電圧Ｖが予想できる。こうして得られた電圧Ｖと電流Ｉとを乗算して、推定最大出力Ｐｍを算出することができる。このような方法は、電流Ｉの値が小さい場合には、推定最大出力Ｐｍの推定精度が悪くなるが、高発熱運転時においては、燃料電池スタック２１の電圧Ｖは低い値となるものの、電流Ｉは、比較的高い値となることから、所定の推定精度が確保でき、採用が可能である。
【００６０】
あるいは、推定最大出力Ｐｍは、燃料電池スタック２１の温度Ｔにより変動する設定値としてもよい。このようにすれば、推定最大出力Ｐｍの推定精度は低下するものの、より簡単に推定最大出力Ｐｍを求めることができる。
【００６１】
Ｂ−２．変形例２：
実施例においては、燃料電池車１０の走行開始時において要求されると予想される出力要求値を、過去の実績に基づいて出力要求学習値Ｐｉとして推定する構成としたが、このような構成に限られるものではない。例えば、燃料電池車１０の走行開始時における出力要求値は、運転者の入力を燃料電池車１０が検知する構成としてもよい。具体的には、例えば、運転者が、燃料電池車１０の周辺の道路状況等を考慮して、燃料電池車１０の走行開始時に必要な出力として、燃料電池車１０の起動時にアクセル８２を踏み込むことにより入力し、そのアクセル開度に基づいて、制御ユニット７０が出力要求値を算出する構成としてもよい。あるいは、運転者がインストルメントパネルを用いた入力などにより、必要な速度や、上り坂、下り坂などの道路条件などを入力し、それに基づいて、制御ユニット７０が出力要求値を算出する構成としてもよい。
【００６２】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を脱しない範囲において、種々なる態様で実施できることは勿論である。例えば、本発明は、実施例に示した、燃料電池を搭載した車両としての構成の他に、燃料電池の制御装置、燃料電池の制御方法などとしても構成することができ、燃料電池を動力源とする種々の装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施例としての燃料電池車１０の概略構成を示す説明図である。
【図２】実施例としての起動制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】出力要求学習値Ｐｉの算出方法を概念的に示す説明図である。
【図４】燃料電池スタック２１におけるＩ−Ｖ特性についての説明図である。
【図５】変形例としての起動制御処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６４】
１０…燃料電池車
２０…燃料電池システム
２１…燃料電池スタック
２２…水素供給・排出機構
２３…空気供給・排出機構
２５…インピーダンス計
２６…電流計
２７…温度センサ
３０…冷却水循環機構
３１…ラジエータ
３２…循環ポンプ
３４…ヒータ
３５，３６…三方弁
３７…循環配管
４０…電力変換機構
５０…車両補機
６２…駆動モータ
６４…減速ギア
６６…駆動輪
７０…制御ユニット
７２…起動運転部
７３…出力要求把握部
７４…起動制御部
７５…許可報知部
７６…メモリ
８２…アクセル
８４…各種センサ
８６…各種負荷
【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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