(57)【要約】【課題】  従来の燃料電池自動車と比べてドライバビリティを改善することができる。【解決手段】  燃料電池自動車１０では、燃料電池スタック３０をアシストするバッテリアシスト量をモードポジションＭＰとアクセル開度変化率ΔＡｃｃに応じて適切に設定する。具体的には、ΔＡｃｃが大きいときには運転者は急加速を要求していると推定されるから、バッテリアシスト量を大きくして十分な加速感が味わえるようにし、逆にアクセル開度変化率ΔＡｃｃが小さいときには緩加速を要求していると推測されるから、バッテリアシスト量を小さくして加速を抑え燃費を向上させる。また、スポーツモードのときには加速を優先したいと推定されるから他のモードのときと比べてバッテリアシスト量を大きくして十分な加速感が得られるようにし、エコモードのときには燃費を優先したいと推定されるから他のモードのときと比べてバッテリアシスト量を小さくして燃費を改善する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪を回転駆動する電動機と、
燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応により電気エネルギを発生する燃料電池と、
電気エネルギの充放電が可能な蓄電手段と、
運転者の設定した走行モードを検出する走行モード検出手段と、
要求動力を算出する要求動力算出手段と、
前記要求動力に基づいて前記燃料電池から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値と前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値とを設定するにあたり、前記要求動力が増大したときには前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値を前記走行モード検出手段によって検出された走行モードに基づいて設定する目標値設定手段と、
前記燃料電池から前記電動機へ出力される電気エネルギと前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギとが前記目標値設定手段によって設定された各目標値に一致するよう前記燃料電池及び前記蓄電手段を制御する制御手段と、
を備えた燃料電池自動車。
【請求項２】
前記走行モード検出手段は、少なくとも燃費優先の走行モードと加速優先の走行モードとを含む複数の走行モードの中から運転者の設定した走行モードを検出し、
前記目標値設定手段は、前記要求動力が増大したときに前記走行モード検出手段によって検出された走行モードに基づいて前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値を設定する際、前記走行モードが加速優先の走行モードのときには燃費優先の走行モードのときよりも前記目標値が大きくなるようにする、
請求項１に記載の燃料電池自動車。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の燃料電池自動車であって、
運転者の加速意思に関連する加速意思パラメータを算出する加速意思パラメータ算出手段を備え、
前記目標値設定手段は、前記要求動力が増大したときには前記走行モード検出手段によって検出された走行モードと前記加速意思パラメータ算出手段によって算出された加速意思パラメータとに基づいて前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値を設定する、
燃料電池自動車。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池自動車であって、
運転者の加速意思に関連するパラメータと前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値との関係を走行モードごとに記憶する記憶手段を備え、
前記目標値設定手段は、前記要求動力が増大したときに前記走行モード検出手段によって検出された走行モードに基づいて前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値を設定する際、前記走行モード検出手段によって検出された走行モードに対応する前記関係を前記記憶手段から読み出し、該関係に前記加速意思パラメータ算出手段によって算出された加速意思パラメータを照らして前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値を導出する、
燃料電池自動車。
【請求項５】
前記走行モード検出手段は、走行モードスイッチ又はシフトポジションセンサである、
請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池自動車。
【請求項６】
車輪を回転駆動する電動機と、
燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応により電気エネルギを発生する燃料電池と、
電気エネルギの充放電が可能な蓄電手段と、
車速を検出する車速検出手段と、
要求動力を算出する要求動力算出手段と、
前記要求動力に基づいて前記燃料電池から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値と前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値とを設定するにあたり、前記要求動力が増大したときには前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値を前記車速検出手段によって検出された車速に基づいて設定する目標値設定手段と、
前記燃料電池から前記電動機へ出力される電気エネルギと前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギとが前記目標値設定手段によって設定された各目標値に一致するよう前記燃料電池及び前記蓄電手段を制御する制御手段と、
を備えた燃料電池自動車。
【請求項７】
前記目標値設定手段は、前記要求動力が増大したときに前記車速検出手段によって検出された車速に基づいて前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値を設定する際、前記車速が高車速域のときには低車速域のときよりも前記目標値が大きくなるようにする、
請求項６に記載の燃料電池自動車。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の燃料電池自動車であって、
運転者の加速意思に関連する加速意思パラメータを算出する加速意思パラメータ算出手段を備え、
前記目標値設定手段は、前記要求動力が増大したときには前記車速検出手段によって検出された車速と前記加速意思パラメータ算出手段によって算出された加速意思パラメータとに基づいて前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値を設定する、
燃料電池自動車。
【請求項９】
請求項８に記載の燃料電池自動車であって、
運転者の加速意思に関連するパラメータと前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値との関係を予め定めた車速域ごとに記憶する記憶手段を備え、
前記目標値設定手段は、前記要求動力が増大したときに前記車速検出手段によって検出された車速に基づいて前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値を設定する際、前記車速検出手段によって検出された車速に対応する前記関係を前記記憶手段から読み出し、該関係に前記加速意思パラメータ算出手段によって算出された加速意思パラメータを照らして前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値を導出する、
燃料電池自動車。
【請求項１０】
前記車速検出手段は、前記車軸と前記電動機の回転軸とが直結されているときには前記電動機の回転数を検出する、
請求項６〜９に記載の燃料電池自動車。
【請求項１１】
車輪を回転駆動する電動機と、
燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応により電気エネルギを発生する燃料電池と、
電気エネルギの充放電が可能な蓄電手段と、
路面の登り勾配を検出する勾配検出手段と、
要求動力を算出する要求動力算出手段と、
前記要求動力に基づいて前記燃料電池から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値と前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値とを設定するにあたり、前記要求動力が増大したときには前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値を前記勾配検出手段によって検出された登り勾配に基づいて設定する目標値設定手段と、
前記燃料電池から前記電動機へ出力される電気エネルギと前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギとが前記目標値設定手段によって設定された各目標値に一致するよう前記燃料電池及び前記蓄電手段を制御する制御手段と、
を備えた燃料電池自動車。
【請求項１２】
前記目標値設定手段は、前記要求動力が増大したときに前記勾配検出手段によって検出された登り勾配に基づいて前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値を設定する際、前記登り勾配が大きいほど前記目標値が大きくなる傾向を示すように設定する、
請求項１１に記載の燃料電池自動車。
【請求項１３】
請求項１１又は１２に記載の燃料電池自動車であって、
運転者の加速意思に関連する加速意思パラメータを算出する加速意思パラメータ算出手段を備え、
前記目標値設定手段は、前記要求動力が増大したときには前記勾配検出手段によって検出された登り勾配と前記加速意思パラメータ算出手段によって算出された加速意思パラメータとに基づいて前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値を設定する、
燃料電池自動車。
【請求項１４】
請求項１３に記載の燃料電池自動車であって、
運転者の加速意思に関連するパラメータと前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値との関係を予め定めた登り勾配領域ごとに記憶する記憶手段を備え、
前記目標値設定手段は、前記要求動力が増大したときに前記勾配検出手段によって検出された登り勾配に基づいて前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値を設定する際、前記勾配検出手段によって検出された登り勾配に対応する前記関係を前記記憶手段から読み出し、該関係に前記加速意思パラメータ算出手段によって算出された加速意思パラメータを照らして前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値を導出する、
燃料電池自動車。
【請求項１５】
車輪を回転駆動する電動機と、
燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応により電気エネルギを発生する燃料電池と、
電気エネルギの充放電が可能な蓄電手段と、
路面摩擦係数を検出する摩擦係数検出手段と、
要求動力を算出する要求動力算出手段と、
前記要求動力に基づいて前記燃料電池から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値と前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値とを設定するにあたり、前記要求動力が増大したときには前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値を前記摩擦係数検出手段によって検出された路面摩擦係数に基づいて設定する目標値設定手段と、
前記燃料電池から前記電動機へ出力される電気エネルギと前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギとが前記目標値設定手段によって設定された各目標値に一致するよう前記燃料電池及び前記蓄電手段を制御する制御手段と、
を備えた燃料電池自動車。
【請求項１６】
前記目標値設定手段は、前記要求動力が増大したときに前記摩擦係数検出手段によって検出された路面摩擦係数に基づいて前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値を設定する際、前記路面摩擦係数が小さいほど前記目標値が小さくなる傾向を示すように設定する、
請求項１５に記載の燃料電池自動車。
【請求項１７】
請求項１５又は１６に記載の燃料電池自動車であって、
運転者の加速意思に関連する加速意思パラメータを算出する加速意思パラメータ算出手段を備え、
前記目標値設定手段は、前記要求動力が増大したときには前記摩擦係数検出手段によって検出された路面摩擦係数と前記加速意思パラメータ算出手段によって算出された加速意思パラメータとに基づいて前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値を設定する、
燃料電池自動車。
【請求項１８】
請求項１７に記載の燃料電池自動車であって、
運転者の加速意思に関連するパラメータと前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値との関係を予め定めた路面摩擦係数領域ごとに記憶する記憶手段を備え、
前記目標値設定手段は、前記要求動力が増大したときに前記摩擦係数検出手段によって検出された路面摩擦係数に基づいて前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値を設定する際、前記摩擦係数検出手段によって検出された路面摩擦係数に対応する前記関係を前記記憶手段から読み出し、該関係に前記加速意思パラメータ算出手段によって算出された加速意思パラメータを照らして前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値を導出する、
燃料電池自動車。
【請求項１９】
車輪を回転駆動する電動機と、
燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応により電気エネルギを発生する燃料電池と、
電気エネルギの充放電が可能な蓄電手段と、
要求動力を算出する要求動力算出手段と、
前記要求動力に基づいて前記燃料電池から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値と前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値とを設定するにあたり、前記燃料電池の運転を停止している状態から該燃料電池の運転を再開した直後は、通常時に比べて前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値を大きく設定する目標値設定手段と、
前記燃料電池から前記電動機へ出力される電気エネルギと前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギとが前記目標値設定手段によって設定された各目標値に一致するよう前記燃料電池及び前記蓄電手段を制御する制御手段と、
を備えた燃料電池自動車。
【請求項２０】
前記燃料電池の運転を停止している状態から該燃料電池の運転を再開した直後とは、前記所定の燃料電池停止条件が成立して前記燃料電池の運転を停止したあと所定の燃料電池再開条件が成立したことにより前記燃料電池の運転が再開された直後である、
請求項１９に記載の燃料電池自動車。
【請求項２１】
請求項１９又は２０に記載の燃料電池自動車であって、
運転者の加速意思に関連する加速意思パラメータを算出する加速意思パラメータ算出手段を備え、
前記目標値設定手段は、前記要求動力に基づいて前記燃料電池から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値と前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値とを設定するにあたり、通常時には前記加速意思パラメータ算出手段によって算出された加速意思パラメータに基づいて前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値を設定し、前記燃料電池の運転を停止している状態から該燃料電池の運転を再開した直後には通常時に比べて前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値を大きく設定する、
燃料電池自動車。
【請求項２２】
請求項２１に記載の燃料電池自動車であって、
運転者の加速意思に関連するパラメータと前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値との関係を通常時と燃料電池運転再開直後とに分けて記憶する記憶手段を備え、
前記目標値設定手段は、前記燃料電池が通常時の運転状態か燃料電池運転再開直後の運転状態かに応じて前記関係を前記記憶手段から読み出し、該関係に前記加速意思パラメータ算出手段によって算出された加速意思パラメータを照らして前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値を導出する、
燃料電池自動車。
【請求項２３】
前記加速意思パラメータ算出手段は、運転者のアクセル踏込量の時間変化であるアクセル開度変化率を前記加速意思パラメータとして算出する、
請求項３，４，８，９，１３，１４，１７，１８，２１又は２２に記載の燃料電池自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池自動車に関し、詳しくは、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応により電気エネルギを発生する燃料電池を搭載した自動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応により電気エネルギを発生する燃料電池を搭載した燃料電池自動車が知られている。この種の燃料電池自動車としては、燃料電池と共にバッテリを搭載し、加速時の燃料電池への要求パワーをバッテリの充電量に応じて制御する燃料電池自動車も提案されている。例えば、特許文献１には、アクセル踏込変化量が所定の変化量のとき、バッテリ充電量が十分あれば加速要求が大きくてもバッテリが十分なパワーをアシストできるので燃料電池への要求パワーはさほど大きくしなくてもよいが、バッテリ充電量が少ないときには加速要求が小さくてもバッテリから十分なパワーをアシストできないので燃料電池への要求パワーを大きくするという制御が提案されている。
【特許文献１】特開２００１−３３９８１０
【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、特許文献１では加速要求の大きさとバッテリ充電量を考慮してバッテリによるアシスト量を決定しているものの、その他の要因については考慮していないため、運転状態によってはドライバビリティが悪化したり燃費が低下したりするという問題があった。
【０００４】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、従来の燃料電池自動車と比べてドライバビリティを改善することができる燃料電池自動車を提供することを目的の一つとする。また、従来の燃料電池自動車と比べて燃費を改善することができる燃料電池自動車を提供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】
すなわち、本発明の第１の燃料電池自動車は、
車輪を回転駆動する電動機と、
燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応により電気エネルギを発生する燃料電池と、
電気エネルギの充放電が可能な蓄電手段と、
運転者の設定した走行モードを検出する走行モード検出手段と、
要求動力を算出する要求動力算出手段と、
前記要求動力に基づいて前記燃料電池から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値と前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値とを設定するにあたり、前記要求動力が増大したときには前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値を前記走行モード検出手段によって検出された走行モードに基づいて設定する目標値設定手段と、
前記燃料電池から前記電動機へ出力される電気エネルギと前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギとが前記目標値設定手段によって設定された各目標値に一致するよう前記燃料電池及び前記蓄電手段を制御する制御手段と、
を備えたものである。
【０００７】
この燃料電池自動車では、要求動力に基づいて燃料電池から電動機へ出力される電気エネルギの目標値と蓄電手段から電動機へ出力される電気エネルギの目標値とを設定するにあたり、要求動力が増大したときには蓄電手段から電動機へ出力される電気エネルギの目標値を走行モードに基づいて設定し、燃料電池から電動機へ出力される電気エネルギと蓄電手段から電動機へ出力される電気エネルギとが各目標値に一致するよう燃料電池及び蓄電手段を制御する。このように、要求動力が増大したときには蓄電手段から電動機へ出力される電気エネルギの目標値を走行モードに応じて適切に設定するため、従来に比べてドライバビリティや燃費を改善することができる。なお、走行モード検出手段は、走行モードスイッチとしてもよいしシフトポジションセンサとしてもよい。
【０００８】
ここで、前記走行モード検出手段は、少なくとも燃費優先の走行モードと加速優先の走行モードとを含む複数の走行モードの中から運転者の設定した走行モードを検出し、前記目標値設定手段は、前記要求動力が増大したときに前記走行モード検出手段によって検出された走行モードに基づいて前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値を設定する際、前記走行モードが加速優先の走行モードのときには燃費優先の走行モードのときよりも前記目標値が大きくなるようにしてもよい。こうすれば、加速よりも燃費を優先したいという運転者の意思や燃費よりも加速を優先したいという運転者の意思に応じてドライバビリティを改善したり燃費を改善したりすることができる。
【０００９】
また、このように走行モード検出手段を備えた燃料電池自動車において、運転者の加速意思に関連する加速意思パラメータを算出する加速意思パラメータ算出手段を備え、前記目標値設定手段は、前記要求動力が増大したときには前記走行モード検出手段によって検出された走行モードと前記加速意思パラメータ算出手段によって算出された加速意思パラメータとに基づいて前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値を設定してもよい。こうすれば、運転者の加速意思に応じて十分な加速感が味わえるようにしたり逆に加速を抑えて燃費を向上したりすることができる。
【００１０】
更に、このように走行モード検出手段を備えた燃料電池自動車において、前記加速意思パラメータ算出手段に加えて、運転者の加速意思に関連するパラメータと前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値との関係を走行モードごとに記憶する記憶手段を備え、前記目標値設定手段は、前記要求動力が増大したときに前記走行モード検出手段によって検出された走行モードに基づいて前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値を設定する際、前記走行モード検出手段によって検出された走行モードに対応する前記関係を前記記憶手段から読み出し、該関係に前記加速意思パラメータ算出手段によって算出された加速意思パラメータを照らして前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値を導出してもよい。
【００１１】
本発明の第２の燃料電池自動車は、
車輪を回転駆動する電動機と、
燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応により電気エネルギを発生する燃料電池と、
電気エネルギの充放電が可能な蓄電手段と、
車速を検出する車速検出手段と、
要求動力を算出する要求動力算出手段と、
前記要求動力に基づいて前記燃料電池から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値と前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値とを設定するにあたり、前記要求動力が増大したときには前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値を前記車速検出手段によって検出された車速に基づいて設定する目標値設定手段と、
前記燃料電池から前記電動機へ出力される電気エネルギと前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギとが前記目標値設定手段によって設定された各目標値に一致するよう前記燃料電池及び前記蓄電手段を制御する制御手段と、
を備えたものである。
【００１２】
この燃料電池自動車では、要求動力に基づいて燃料電池から電動機へ出力される電気エネルギの目標値と蓄電手段から電動機へ出力される電気エネルギの目標値とを設定するにあたり、要求動力が増大したときには蓄電手段から電動機へ出力される電気エネルギの目標値を車速に基づいて設定し、燃料電池から電動機へ出力される電気エネルギと蓄電手段から電動機へ出力される電気エネルギとが各目標値に一致するよう燃料電池及び蓄電手段を制御する。このように、要求動力が増大したときには蓄電手段から電動機へ出力される電気エネルギの目標値を車速に応じて適切に設定するため、従来に比べてドライバビリティや燃費を改善することができる。なお、車速検出手段は、車軸と電動機の回転軸とが直結されているときには電動機の回転数を検出する手段としてもよい。
【００１３】
ここで、前記目標値設定手段は、前記要求動力が増大したときに前記車速検出手段によって検出された車速に基づいて前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値を設定する際、前記車速が高車速域のときには低車速域のときよりも前記目標値が大きくなるようにしてもよい。こうすれば、高車速のときと低車速のときで蓄電手段による電動機へのトルクを略同等にすることができるため、運転者の体感する加速感が車速によらず同等となり、ドライバビリティが向上する。すなわち、電動機に付与されるパワーは電動機の回転数と電動機のトルクとの積で表されるから、蓄電手段による電動機へのパワーが同じでも電動機の回転数が高い高車速のときには電動機の回転数が低い低車速のときに比べてトルクが小さくなるが、ここでは高車速のときには低車速のときに比べて蓄電手段から電動機へ出力される電気エネルギを大きくしているため結果的に高車速のときも低車速のときも蓄電手段による電動機へのトルクを略同等にすることができるのである。
【００１４】
また、このように車速検出手段を備えた燃料電池自動車において、運転者の加速意思に関連する加速意思パラメータを算出する加速意思パラメータ算出手段を備え、前記目標値設定手段は、前記要求動力が増大したときには前記車速検出手段によって検出された車速と前記加速意思パラメータ算出手段によって算出された加速意思パラメータとに基づいて前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値を設定してもよい。こうすれば、運転者の加速意思に応じて十分な加速感が味わえるようにしたり逆に加速を抑えて燃費を向上したりすることができる。
【００１５】
更に、このように車速検出手段を備えた燃料電池自動車において、前記加速意思パラメータ算出手段に加えて、運転者の加速意思に関連するパラメータと前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値との関係を予め定めた車速域ごとに記憶する記憶手段を備え、前記目標値設定手段は、前記要求動力が増大したときに前記車速検出手段によって検出された車速に基づいて前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値を設定する際、前記車速検出手段によって検出された車速に対応する前記関係を前記記憶手段から読み出し、該関係に前記加速意思パラメータ算出手段によって算出された加速意思パラメータを照らして前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値を導出してもよい。
【００１６】
本発明の第３の燃料電池自動車は、
車輪を回転駆動する電動機と、
燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応により電気エネルギを発生する燃料電池と、
電気エネルギの充放電が可能な蓄電手段と、
路面の登り勾配を検出する勾配検出手段と、
要求動力を算出する要求動力算出手段と、
前記要求動力に基づいて前記燃料電池から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値と前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値とを設定するにあたり、前記要求動力が増大したときには前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値を前記勾配検出手段によって検出された登り勾配に基づいて設定する目標値設定手段と、
前記燃料電池から前記電動機へ出力される電気エネルギと前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギとが前記目標値設定手段によって設定された各目標値に一致するよう前記燃料電池及び前記蓄電手段を制御する制御手段と、
を備えたものである。
【００１７】
この燃料電池自動車では、要求動力に基づいて燃料電池から電動機へ出力される電気エネルギの目標値と蓄電手段から電動機へ出力される電気エネルギの目標値とを設定するにあたり、要求動力が増大したときには蓄電手段から電動機へ出力される電気エネルギの目標値を登り勾配に基づいて設定し、燃料電池から電動機へ出力される電気エネルギと蓄電手段から電動機へ出力される電気エネルギとが各目標値に一致するよう燃料電池及び蓄電手段を制御する。このように、要求動力が増大したときには蓄電手段から電動機へ出力される電気エネルギの目標値を登り勾配に応じて適切に設定するため、従来に比べてドライバビリティや燃費を改善することができる。
【００１８】
ここで、前記目標値設定手段は、前記要求動力が増大したときに前記勾配検出手段によって検出された登り勾配に基づいて前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値を設定する際、前記登り勾配が大きいほど前記目標値が大きくなる傾向を示すように設定してもよい。一般に登り勾配が大きいときには登り勾配が小さいときに比べて加速しにくいため蓄電手段から電動機へ出力される電気エネルギを大きくすることにより、運転者の体感する加速度が登り勾配によらず略同等にすることができる。
【００１９】
また、このように勾配検出手段を備えた燃料電池自動車において、運転者の加速意思に関連する加速意思パラメータを算出する加速意思パラメータ算出手段を備え、前記目標値設定手段は、前記要求動力が増大したときには前記勾配検出手段によって検出された登り勾配と前記加速意思パラメータ算出手段によって算出された加速意思パラメータとに基づいて前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値を設定してもよい。こうすれば、運転者の加速意思に応じて十分な加速感が味わえるようにしたり逆に加速を抑えて燃費を向上したりすることができる。
【００２０】
更に、このように勾配検出手段を備えた燃料電池自動車において、前記加速意思パラメータ算出手段に加えて、運転者の加速意思に関連するパラメータと前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値との関係を予め定めた登り勾配領域ごとに記憶する記憶手段を備え、前記目標値設定手段は、前記要求動力が増大したときに前記勾配検出手段によって検出された登り勾配に基づいて前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値を設定する際、前記勾配検出手段によって検出された登り勾配に対応する前記関係を前記記憶手段から読み出し、該関係に前記加速意思パラメータ算出手段によって算出された加速意思パラメータを照らして前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値を導出してもよい。
【００２１】
本発明の第４の燃料電池自動車は、
車輪を回転駆動する電動機と、
燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応により電気エネルギを発生する燃料電池と、
電気エネルギの充放電が可能な蓄電手段と、
路面摩擦係数を検出する摩擦係数検出手段と、
要求動力を算出する要求動力算出手段と、
前記要求動力に基づいて前記燃料電池から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値と前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値とを設定するにあたり、前記要求動力が増大したときには前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値を前記摩擦係数検出手段によって検出された路面摩擦係数に基づいて設定する目標値設定手段と、
前記燃料電池から前記電動機へ出力される電気エネルギと前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギとが前記目標値設定手段によって設定された各目標値に一致するよう前記燃料電池及び前記蓄電手段を制御する制御手段と、
を備えたものである。
【００２２】
この燃料電池自動車では、要求動力に基づいて燃料電池から電動機へ出力される電気エネルギの目標値と蓄電手段から電動機へ出力される電気エネルギの目標値とを設定するにあたり、要求動力が増大したときには蓄電手段から電動機へ出力される電気エネルギの目標値を路面摩擦係数に基づいて設定し、燃料電池から電動機へ出力される電気エネルギと蓄電手段から電動機へ出力される電気エネルギとが各目標値に一致するよう燃料電池及び蓄電手段を制御する。このように、要求動力が増大したときには蓄電手段から電動機へ出力される電気エネルギの目標値を路面摩擦係数に応じて適切に設定するため、従来に比べてドライバビリティや燃費を改善することができる。
【００２３】
ここで、前記目標値設定手段は、前記要求動力が増大したときに前記摩擦係数検出手段によって検出された路面摩擦係数に基づいて前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値を設定する際、前記路面摩擦係数が小さいほど前記目標値が小さくなる傾向を示すように設定してもよい。一般に路面摩擦係数が小さいときには路面摩擦係数が大きいときに比べてスリップしやすいため、蓄電手段から電動機へ出力される電気エネルギを小さくして急に大きなトルクがかかるのを防止することにより、ドライバビリティが向上する。
【００２４】
また、このように摩擦係数検出手段を備えた燃料電池自動車において、運転者の加速意思に関連する加速意思パラメータを算出する加速意思パラメータ算出手段を備え、前記目標値設定手段は、前記要求動力が増大したときには前記摩擦係数検出手段によって検出された路面摩擦係数と前記加速意思パラメータ算出手段によって算出された加速意思パラメータとに基づいて前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値を設定してもよい。こうすれば、スリップしにくい路面では十分な加速感が味わえるようにしたり逆に加速を抑えて燃費を向上したりすることができるし、スリップしやすい路面ではスリップの発生を防止することができる。
【００２５】
更に、このように摩擦係数検出手段を備えた燃料電池自動車において、前記加速意思パラメータ算出手段に加えて、運転者の加速意思に関連するパラメータと前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値との関係を予め定めた路面摩擦係数領域ごとに記憶する記憶手段を備え、前記目標値設定手段は、前記要求動力が増大したときに前記摩擦係数検出手段によって検出された路面摩擦係数に基づいて前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値を設定する際、前記摩擦係数検出手段によって検出された路面摩擦係数に対応する前記関係を前記記憶手段から読み出し、該関係に前記加速意思パラメータ算出手段によって算出された加速意思パラメータを照らして前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値を導出してもよい。
【００２６】
本発明の第５の燃料電池自動車は、
車輪を回転駆動する電動機と、
燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応により電気エネルギを発生する燃料電池と、
電気エネルギの充放電が可能な蓄電手段と、
要求動力を算出する要求動力算出手段と、
前記要求動力に基づいて前記燃料電池から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値と前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値とを設定するにあたり、前記燃料電池の運転を停止している状態から該燃料電池の運転を再開した直後は、通常時に比べて前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値を大きく設定する目標値設定手段と、
前記燃料電池から前記電動機へ出力される電気エネルギと前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギとが前記目標値設定手段によって設定された各目標値に一致するよう前記燃料電池及び前記蓄電手段を制御する制御手段と、
を備えたものである。
【００２７】
この燃料電池自動車では、要求動力に基づいて燃料電池から電動機へ出力される電気エネルギの目標値と蓄電手段から電動機へ出力される電気エネルギの目標値とを設定するにあたり、燃料電池の運転を停止している状態から該燃料電池の運転を再開した直後は、通常時に比べて蓄電手段から電動機へ出力される電気エネルギの目標値を大きく設定し、燃料電池から電動機へ出力される電気エネルギと蓄電手段から電動機へ出力される電気エネルギとが各目標値に一致するよう燃料電池及び蓄電手段を制御する。一般に燃料電池の運転を停止している状態から燃料電池の運転を再開した直後は、通常時に比べて燃料電池の応答性がよくない。また、一般に燃料電池の応答性に比べて蓄電手段の応答性の方が優れている。このため、燃料電池の運転を停止している状態から燃料電池の運転を再開した直後は、通常時に比べて蓄電手段から電動機へ出力される電気エネルギが大きくなるようにすれば応答性が改善され、ドライバビリティの悪化を抑制することができる。
【００２８】
ここで、前記燃料電池の運転を停止している状態から該燃料電池の運転を再開した直後とは、前記所定の燃料電池停止条件が成立して前記燃料電池の運転を停止したあと所定の燃料電池再開条件が成立したことにより前記燃料電池の運転が再開された直後としてもよい。
【００２９】
また、このような燃料電池自動車において、運転者の加速意思に関連する加速意思パラメータを算出する加速意思パラメータ算出手段を備え、前記目標値設定手段は、前記要求動力に基づいて前記燃料電池から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値と前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値とを設定するにあたり、通常時には前記加速意思パラメータ算出手段によって算出された加速意思パラメータに基づいて前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値を設定し、前記燃料電池の運転を停止している状態から該燃料電池の運転を再開した直後には通常時に比べて前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値を大きく設定してもよい。こうすれば、運転者の加速意思に応じて十分な加速感が味わえるようにしたり逆に加速を抑えて燃費を向上したりすることができる。
【００３０】
更に、このような燃料電池自動車において、前記加速意思パラメータ手段に加えて、運転者の加速意思に関連するパラメータと前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値との関係を通常時と燃料電池運転再開直後とに分けて記憶する記憶手段を備え、前記目標値設定手段は、前記燃料電池が通常時の運転状態か燃料電池運転再開直後の運転状態かに応じて前記関係を前記記憶手段から読み出し、該関係に前記加速意思パラメータ算出手段によって算出された加速意思パラメータを照らして前記蓄電手段から前記電動機へ出力される電気エネルギの目標値を導出してもよい。
【００３１】
上述したいずれかの燃料電池自動車のうち加速意思パラメータ算出手段を備えている場合には、該加速意思パラメータ算出手段は、運転者のアクセル踏込量の時間変化であるアクセル開度変化率を前記加速意思パラメータとして算出するようにしてもよい。あるいは、運転者のアクセル踏込量に応じて決定される走行要求パワーの時間変化を前記加速意思パラメータとして算出するようにしてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
次に、本発明を実施するための最良の形態を、図面に基づいて以下に説明する。図１は、本発明の一例を表す燃料電池自動車１０の構成の概略を示す構成図である。
【００３３】
燃料電池自動車１０は、燃料ガスとしての水素と酸化ガスとしての空気中の酸素との電気化学反応により発電する燃料電池４０が複数積層された燃料電池スタック３０と、この燃料電池スタック３０とインバータ５４を介して接続されたモータ５２と、インバータ５４と燃料電池スタック３０とを接続する電力ライン５３にＤＣ／ＤＣコンバータ５６を介して接続されたバッテリ５８と、システム全体をコントロールする電子制御ユニット７０とを備えている。なお、駆動軸６４は、ディファレンシャルギヤ６２を介して駆動輪６３，６３に接続されており、モータ５２から出力された動力は駆動軸６４を経て最終的には駆動輪６３，６３に出力されるようになっている。
【００３４】
燃料電池スタック３０は、固体高分子型の燃料電池４０を複数（例えば数百個）積層したものである。図２に燃料電池４０の概略構成を示す。図示するように、燃料電池４０は、フッ素系樹脂などの高分子材料により形成されたプロトン伝導性の膜体である固体電解質膜４２と、白金または白金と他の金属からなる合金の触媒が練り込められたカーボンクロスにより形成され触媒が練り込められた面で固体電解質膜４２を挟持してサンドイッチ構造を構成するガス拡散電極としてのアノード４３およびカソード４４と、このサンドイッチ構造を両側から挟みつつアノード４３との間に燃料ガス流路４６を形成し、カソード４４との間に酸化ガス流路４７を形成すると共に、隣接する燃料電池４０との隔壁をなす２つのセパレータ４５とにより構成されている。そして、燃料ガス流路４６を通過する水素ガスは、アノード４３でガス拡散され触媒によってプロトンと電子に分かれる。このうちプロトンは湿潤状態の固体電解質膜４２を伝導してカソード４４に移動し、電子は外部回路を通ってカソード４４に移動する。また、酸化ガス流路４７を通過するエアに含まれる酸素は、カソード４４でガス拡散され触媒上でプロトンと電子とエア中の酸素とが反応して水が生成する。以上の電気化学反応により各燃料電池４０には起電力が生じ電気エネルギが発生する。この燃料電池スタック３０には、電流計３１と電圧計３３とが取り付けられ、電流計３１は燃料電池スタック３０から出力される電流を検出し、電圧計３３は燃料電池スタック３０から出力される電圧を検出するようになっている。
【００３５】
燃料電池スタック３０には、水素を供給する水素ボンベ１２と、空気を圧送するエアコンプレッサ２２が取り付けられている。水素ボンベ１２は、数十ＭＰａの高圧水素を蓄えており、レギュレータ１４により圧力調整された水素を燃料電池スタック３０へ供給するものである。燃料電池スタック３０へ供給された水素は、各燃料電池４０の燃料ガス流路４６（図２参照）を通過したあと燃料ガス排出管３２へと導出される。この燃料ガス排出管３２には、燃料電池スタック３０内の水素濃度を高めるために用いられるアノードパージ弁１８が取り付けられている。図２に示す燃料ガス流路４６内の水素濃度は酸化ガス流路４７内の空気中の窒素がアノード４３側に流入することにより低下するため、所定のインターバルごとに所定の開放時間だけアノードパージ弁１８を開いて燃料ガス流路４６内の窒素を追い出すようにしている。また、水素循環ポンプ２０は、燃料ガス排出管３２のうち燃料電池スタック３０とアノードパージ弁１８との間から燃料電池スタック３０とレギュレータ１４との間へ燃料ガス排出管３２内の水素含有ガスを合流させるものであり、その回転数を変動させることで水素供給量を調整することができる。
【００３６】
一方、エアコンプレッサ２２は、図示しないエアクリーナを介して大気中から吸入した空気を燃料電池スタック３０へ圧送するものであり、その回転数を変動させることで酸素供給量を調整することができる。このエアコンプレッサ２２と燃料電池スタック３０との間には加湿器２４が設けられ、この加湿器２４はエアコンプレッサ２２によって圧送された空気を加湿して燃料電池スタック３０へ供給する。燃料電池スタック３０へ供給された空気は、各燃料電池４０の酸化ガス流路４７（図２参照）を通過したあと酸化ガス排出管３４から排出される。この酸化ガス排出管３４には、空気調圧弁２６が設けられ、この空気調圧弁２６によって酸化ガス流路４７内の圧力が調整される。なお、燃料電池スタック３０から酸化ガス排出管３４へ排出される空気は電気化学反応によって生じた水により多湿になっているが、加湿器２４ではこの多湿な空気から圧送空気へと水蒸気を交換する。
【００３７】
なお、図１における補機類とは、レギュレータ１４、加湿器２４、アノードパージ弁１８、水素循環ポンプ２０、エアコンプレッサ２２、空気調圧弁２６などであり、これらは燃料電池スタック３０又はバッテリ５８から電力の供給を受ける。
【００３８】
モータ５２は、駆動軸６４に接続され、発電機として駆動することができると共に電動機としても駆動することができる周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ５４を介してバッテリ５８や燃料電池スタック３０と電力のやり取りを行う。
【００３９】
バッテリ５８は、周知のニッケル水素二次電池や、リチウムイオン二次電池により構成されており、ＤＣ／ＤＣコンバータ５６を介して燃料電池スタック３０と並列に接続されている。このバッテリ５８は、車両減速時の回生エネルギや燃料電池スタック３０で発生した電気エネルギを吸収したり、蓄積した電気エネルギを放電して燃料電池スタック３０だけでは不足する電力をモータ５２に供給したりする。後者の動作は、燃料電池スタック３０だけでは不足する電力をモータ５２に供給するものであるから、バッテリ５８による燃料電池スタック３０のアシストと呼んだり単にバッテリアシストと呼んだりする。なお、バッテリ５８の代わりにキャパシタを採用してもよい。
【００４０】
電子制御ユニット７０は、ＣＰＵ７２を中心として構成されたワンチップマイクロプロセッサとして構成されており、処理プログラムを記憶したＲＯＭ７４と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ７６と、入出力ポート（図示せず）とを備えている。この電子制御ユニット７０には、電流計３１や電圧計３３で検出される燃料電池スタック３０の出力電流Ｉｆｃや出力電圧Ｖｆｃ、図示しない流量計や温度計からの燃料電池スタック３０へ供給される水素及び空気の流量や温度に関する信号、加湿器２４やエアコンプレッサ２２の運転状態に関する信号、モータ５２を制御するために必要な信号（例えばモータ５２の回転数Ｎｍやモータ５２に印加される相電流など）、バッテリ５８を管理するために必要な充放電電流などが入力ポートを介して入力される。なお、電子制御ユニット７０は、バッテリ５８の充放電電流の積算値に基づいて残容量（ＳＯＣ）を計算し、燃料電池スタック３０の出力電流Ｉｆｃ及び出力電圧Ｖｆｃに基づいて出力パワーＰｆｃを計算する。また、車速センサ８８からの車速Ｖ，シフトレバー８１の位置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ＳＰ，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Ａｃｃ，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からのブレーキペダルポジションＢＰ、路面の勾配を検出する勾配センサ８９からの路面勾配Ｒθ，運転者により設定される走行モードスイッチ９０からのモードポジションＭＰ、駆動輪６３，６３に取り付けられた駆動輪速度センサ９１からの駆動輪速度Ｖｗなども入力ポートを介して入力される。本実施形態では、走行モードスイッチ９０は、燃費を優先するエコモードと加速を優先するスポーツモードと両者の中間の通常モードの３つのうちいずれかを運転者が設定するようになっている。一方、電子制御ユニット７０からは、エアコンプレッサ２２への駆動信号、加湿器１６への制御信号、レギュレータ１４やアノードパージ弁１８，空気調圧弁２６への制御信号、インバータ５４への制御信号、ＤＣ／ＤＣコンバータ５６への制御信号などが出力ポートを介して出力される。
【００４１】
次に、こうして構成された実施例の燃料電池自動車１０の動作について説明する。図３は、燃料電池スタック３０が発電中であり且つ燃料電池自動車１０が走行中であるときに電子制御ユニット７０により所定時間毎（例えば８ｍｓｅｃごと）に繰り返し実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。なお、説明の便宜のため、ここでは前提として、走行要求パワーＰｄｒ＊は燃料電池スタック３０からの出力パワーＰｆｃだけで賄うことができるものとし、バッテリ５８のＳＯＣは充電を必要としない適正範囲にあるものとする。
【００４２】
この駆動制御ルーチンが実行されると、電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、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Ａｃｃや車速センサ８８からの車速Ｖ，モータ５２の回転数Ｎｍ，電流計３１からの燃料電池スタック３０の出力電流Ｉｆｃ，電圧計３３からの燃料電池スタック３０の出力電圧Ｖｆｃ，モードスイッチ９０からのモードポジションＭＰ，バッテリ５０の充放電電流など制御に必要なデータを入力する処理を実行する（ステップＳ１１０）。
【００４３】
こうしてデータを入力すると、入力したアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて車両に要求されるトルクとして駆動輪６３，６３に連結された駆動軸６４に出力すべき走行要求トルクＴｄｒ＊と燃料電池スタック３０に要求されるＦＣ要求パワーＰｆｃ＊とを設定する（ステップＳ１１５）。走行要求トルクＴｄｒ＊は、本実施形態では、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖと走行要求トルクＴｄｒ＊との関係を予め定めて要求トルク設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとが与えられると記憶したマップから対応する走行要求トルクＴｄｒ＊を導出して設定するものとした。図４に要求トルク設定用マップの一例を示す。ＦＣ要求パワーＰｆｃ＊は、設定した走行要求トルクＴｄｒ＊に駆動軸６４の回転数Ｎｄｒを乗じたもの（つまり走行要求パワーＰｄｒ＊）とバッテリ５０が要求する充放電要求パワーＰｂ＊との和として計算することができるが、既述したように、ここでは走行要求パワーＰｄｒ＊は燃料電池スタック３０からの出力パワーＰｆｃだけで賄うことができるものとし、バッテリ５８のＳＯＣは充電を必要としない適正範囲にあるとしたため、ＦＣ要求パワーＰｆｃ＊は走行要求パワーＰｄｒ＊と一致する。なお、本実施形態ではモータ５２の回転軸が駆動軸６４と直結されているため駆動軸６４の回転数Ｎｄｒはモータ５２の回転数Ｎｍと一致する。
【００４４】
続いて、走行モードスイッチ９０からのモードポジションＭＰに基づいてバッテリアシスト量マップを選択する（ステップＳ１２０）。バッテリアシスト量マップは、図５に示すようにアクセル開度変化率ΔＡｃｃとアシスト量時間変化率との関係を表すマップであり、エコモード、通常モード、スポーツモードの各モード毎に作成され、ＲＯＭ７４に記憶されている。ここで、アクセル開度変化率ΔＡｃｃは、今回の駆動制御ルーチンのステップＳ１１０において入力したアクセル開度Ａｃｃと前回の駆動制御ルーチンのステップＳ１１０において入力したアクセル開度Ａｃｃとの差分であり、運転者の加速要求意思を推測するためのパラメータである。例えば、アクセル開度変化率ΔＡｃｃが大きいときには、アクセルペダル８３が急に大きく踏み込まれたということであるから運転者が急加速を要求しているものと推測することができ、アクセル開度変化率ΔＡｃｃが小さいときには、アクセルペダル８３がゆっくり踏み込まれたということであるから運転者が緩加速を要求しているものと推測することができる。また、アシスト量時間変化率は、アシスト開始時からの経過時間を乗じることによりバッテリ５８によるアシスト量Ｐａｓｔを算出するためのものである。各バッテリアシスト量マップとも、アクセル開度変化率ΔＡｃｃが予め定めた閾値Ａｒｅｆ以下のときには、バッテリ５８でアシスト時間変化率がゼロとなるように作成され、アクセル開度変化率ΔＡｃｃが閾値Ａｒｅｆを超えたときには、アクセル開度変化率ΔＡｃｃが大きくなるほどバッテリ５８のアシスト量時間変化率が大きくなる傾向を持ち且つ燃費優先マップ、ノーマルマップ、加速優先マップの順にアシスト量時間変化率が大きくなるように作成されている。また、各バッテリアシスト量マップとも、アクセル開度変化率ΔＡｃｃが所定値以上のときには最大のアシスト量時間変化率ｔになるように作成されている。そして、ステップＳ１２０でモードポジションＭＰがエコモードのときには燃費優先マップが選択され、通常モードのときにはノーマルマップが選択され、スポーツモードのときには加速優先マップが選択される。
【００４５】
続いて、アクセル開度変化率ΔＡｃｃを算出し（ステップＳ１２５）、そのアクセル開度変化率ΔＡｃｃが閾値Ａｒｅｆを超えているか否かを判定する（ステップＳ１３０）。ここで、閾値Ａｒｅｆは、運転者が緩加速を要求しているか急加速を要求しているかの境界を表す値であり、実験を繰り返すことにより求めた値である。具体的には、アクセル開度変化率ΔＡｃｃが閾値Ａｒｅｆのときの走行要求パワーＰｄｒ＊の増加分を燃料電池スタック３０だけで賄う場合に要する時間と運転者が期待する加速に要する時間とのズレがほとんどないように設定されている。
【００４６】
いま、定常運転から運転者が急加速を要求した直後を考えると、アクセル開度変化率ΔＡｃｃが閾値Ａｒｅｆを超えるから、過渡状態フラグＦに値１をセットする（ステップＳ１３５）。ここで、過渡状態フラグＦは、燃料電池スタック３０が過渡状態のときに値１にセットされ、過渡状態でないときにゼロにリセットされるフラグである。また、過渡状態とは、燃料電池スタック３０の出力パワーＰｆｃが走行要求パワーＰｄｒ＊に達するまで上昇する過程をいう。このような過渡状態が生じるのは、燃料電池スタック３０は電気化学反応により発電して出力パワーＰｆｃを出力することから、運転者が急な加速を要求したときに設定される走行要求パワーＰｄｒ＊を出力するまでに時間を要するためである。続いて、ステップＳ１２０で選択したバッテリアシスト量マップを用いてアクセル開度変化率ΔＡｃｃに対応するアクセル量時間変化率を求め（ステップＳ１４０）、そのアクセル量時間変化率とアクセル開度変化率ΔＡｃｃが閾値Ａｒｅｆを超えた時点からの経過時間とを乗じた値を仮アシスト量Ｐａｓｔｔｍｐとする（ステップＳ１４５）。また、走行要求パワーＰｄｒ＊と現在の燃料電池スタック３０からの出力パワーＰｆｃとの差分ΔＰを算出し（ステップＳ１５０）、差分ΔＰが実質ゼロか否かを判定する（ステップＳ１５５）。ここでは、定常運転から運転者が急加速を要求した直後を考えているから差分ΔＰは実質ゼロでないと判定される。続いて、ステップＳ１５０で算出した仮アシスト量Ｐａｓｔｔｍｐが差分ΔＰより大きいか否かを判定する（ステップＳ１６０）。ここでは、定常運転から運転者が急加速を要求した直後を考えているから、差分ΔＰは大きな値となっており仮アシスト量Ｐａｓｔｔｍｐは差分ΔＰ以下になっているとする。すると、ステップＳ１６０では否定的な判定がなされる。続いてバッテリ５８のＳＯＣやバッテリ温度などから現時点でアシスト可能な上限値であるアシスト量上限値Ｐａｓｔｍａｘを算出し（ステップＳ１６５）、仮アシスト量Ｐａｓｔｔｍｐとアシスト量上限値Ｐａｓｔｍａｘのうち小さい方をアシスト量Ｐａｓｔとして設定する（ステップＳ１７０）。その後、燃料電池スタック３０及びバッテリ５８のパワーコントロールを実行する（ステップＳ１７５）。具体的には、燃料電池スタック３０からＦＣ要求パワーＰｆｃ＊（＝走行要求パワーＰｄｒ＊）が出力されるようにエアコンプレッサ２２の回転数を調節して空気量を増加又は減少させると同時に、燃料電池スタック３０の動作点をＤＣ／ＤＣコンバータ５６によって移動させる。このとき、水素は水素ボンベ１２からレギュレータ１４を介して燃料電池スタック３０に供給されるが、消費されずに燃料ガス排出管３２に排出された水素は水素循環ポンプ２０によって再び燃料電池スタック３０に供給され、消費された分は水素ボンベ１２から補給される。また、アシスト量Ｐａｓｔがバッテリ５８からＤＣ／ＤＣコンバータ５６やインバータ５４を介してモータ５２に供給されるようにする。
【００４７】
ここで、燃料電池スタック３０の動作点の制御は、ＦＣ要求パワーＰｆｃ＊が決定されると、図６（ａ）に示す電力−電流特性（Ｐ−Ｉ特性）からそのＦＣ要求パワーＰｆｃ＊を出力するための電流Ｉｆｃ＊を決定し、図６（ｂ）に示す電流−電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）からその電流Ｉｆｃ＊に対応した電圧Ｖｆｃ＊を決定し、その電圧Ｖｆｃ＊を目標電圧としてＤＣ／ＤＣコンバータ５６で燃料電池スタック３０の出力電圧を制御することにより行う。これにより、燃料電池スタック３０の動作点すなわち出力パワーを制御することができる。なお、Ｐ−Ｉ特性とＰ−Ｖ特性は、温度など種々の要因によって変動するため定期的に補正する。
【００４８】
さて、ステップＳ１１０〜Ｓ１７５の処理が繰り返されるうちに、運転者によるアクセルペダル８３の踏み込み量が安定してステップＳ１３０でアクセル開度変化率ΔＡｃｃが閾値Ａｒｅｆ以下と判定されたとき、電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は過渡状態フラグＦが値１か否かを判定する（ステップＳ１８０）。いま、アクセル開度変化率ΔＡｃｃが閾値Ａｒｅｆを超えていた状態から初めて閾値Ａｒｅｆ以下になったときを考えると、過渡状態フラグＦは値１であるためステップＳ１８０で肯定的な判定がなされ、その後ステップＳ１４５〜ステップＳ１７０の処理が実行されてアシスト量Ｐａｓｔが設定され、ステップＳ１７５で燃料電池スタック３０及びバッテリ５８のパワーコントロールが実行される。これにより、アクセル開度変化率ΔＡｃｃが閾値Ａｒｅｆ以下になったあとも、バッテリ５８が燃料電池スタック３０をアシストすることによりバッテリ５８からの出力パワーＰｂと燃料電池スタック３０からの出力パワーＰｆｃの合算値が走行要求パワーＰｄｒ＊に近づくように制御される。
【００４９】
その後、ステップＳ１１０〜Ｓ１３０，Ｓ１８０、Ｓ１４５〜Ｓ１７５の処理が繰り返されるうちに、ステップＳ１６０で仮アシスト量Ｐａｓｔｔｍｐが差分ΔＰより大きいと判定されると、仮アシスト量Ｐａｓｔｔｍｐの値を差分ΔＰに変更する（ステップＳ１８５）。このように仮アシスト量Ｐａｓｔｔｍｐの値を差分ΔＰに変更するのは、アシスト量Ｐａｓｔが差分ΔＰを超えてしまうと、バッテリ５８の出力パワーＰｂと燃料電池スタック３０の出力パワーＰｆｃとの合算値が走行要求パワーＰｄｒ＊を超えてしまうからである。その後、ステップＳ１６５，Ｓ１７０を経てアシスト量Ｐａｓｔを設定し、ステップＳ１７５で燃料電池スタック３０及びバッテリ５８のパワーコントロールが実行される。これにより、バッテリ５８の出力パワーＰｂと燃料電池スタック３０の出力パワーＰｆｃとの合算値が走行要求パワーＰｄｒ＊を超えないように制御される。
【００５０】
その後、ステップＳ１１０〜Ｓ１３０，Ｓ１８０、Ｓ１４５〜Ｓ１６０，Ｓ１８５，Ｓ１６５〜Ｓ１７５の処理が繰り返されるうちに、ステップＳ１５５で差分ΔＰが実質ゼロであると判定されると、アシスト量Ｐａｓｔをゼロに設定すると共に過渡状態フラグＦをゼロにリセットする（ステップＳ１９０）。差分ΔＰが実質ゼロということは、走行要求パワーＰｄｒ＊を燃料電池スタック３０からの出力パワーＰｆｃだけで出力可能な状態になったということであるから、アシスト量Ｐａｓｔをゼロにしてバッテリ５８によるアシストを終了するのである。その後、ステップＳ１７５で燃料電池スタック３０のパワーコントロールが実行され、燃料電池スタック３０からモータ５８へ走行要求パワーＰｄｒ＊が出力される。
【００５１】
このような駆動制御ルーチンを実行しているときのバッテリ５８からの出力パワーＰｂと燃料電池スタック３０からの出力パワーＰｆｃの合算値の推移について、図７のグラフに基づいて説明する。図７はアクセル開度変化率ΔＡｃｃが閾値Ａｒｅｆを超えた時刻ｔ０からの経過時間とバッテリ５８からの出力パワーＰｂと燃料電池スタック３０からの出力パワーＰｆｃの合算値との関係を表すグラフである。ここでは、説明の便宜上、仮アシスト量Ｐａｓｔｔｍｐがアシスト量上限値Ｐａｓｔｍａｘ以下であり、アシスト量Ｐａｓｔは仮アシスト量Ｐａｓｔｔｍｐと一致するものとして説明する。図７において、時刻ｔ２は仮アシスト量Ｐａｓｔｔｍｐが差分ΔＰと一致した時点であり、時刻ｔ３は差分ΔＰが実質ゼロになった時点である。時刻ｔ０〜時刻ｔ１では、アシスト量Ｐａｓｔはアシスト量時間変化率に経過時間を乗じて算出されるため時間の経過に伴い徐々に増大していく。時刻ｔ１〜時刻ｔ２では、アシスト量Ｐａｓｔは差分ΔＰとなるため、両パワーＰｂ，Ｐｆｃの合算値は走行要求パワーＰｄｒ＊となる。時刻ｔ２以降は、差分ΔＰが実質ゼロとなるため、バッテリ５８のアシストは行われず燃料電池スタック３０から出力されるパワーＰｆｃのみで走行要求パワーＰｄｒ＊を賄うことになる。つまり、当初からバッテリ５８のアシストなしで燃料電池スタック３０から出力されるパワーＰｆｃのみで対処するとすれば時刻ｔ２にならないと走行要求パワーＰｄｒ＊が出力されないのに対して、バッテリ５８でアシストしたことにより時刻ｔ１の時点で走行要求パワーＰｄｒ＊が出力されるようになる。
【００５２】
図８は、図７と同様、アクセル開度変化率ΔＡｃｃが閾値Ａｒｅｆを超えた時刻ｔ０からの経過時間とバッテリ５８からの出力パワーＰｂと燃料電池スタック３０からの出力パワーＰｆｃの合算値との関係を表すグラフであり、図８（ａ）はモードポジションＭＰがエコモードのとき、図８（ｂ）はモードポジションＭＰが通常モードのとき、図８（ｃ）はモードポジションＭＰがスポーツモードのときを表す。これらのグラフを比較するとわかるように、バッテリアシスト分はスポーツモードが最も大きく、次いで通常モードが大きく、エコモードが最も小さい。このため、パワー合算値が走行要求パワーＰｄｒ＊に到達する時刻は、スポーツモードが最も早く（時刻ｔ１３）、次いで通常モードが早く（時刻ｔ１２）、エコモードが最も遅い（時刻ｔ１１）。つまり、加速時のアクセルワークに対するレスポンスは、スポーツモードが最も良く、次いで通常モード、エコモードの順となる。一方、加速時の燃費は、バッテリ５８とインバータ５４との間にＤＣ／ＤＣコンバータ５６が介在していることからバッテリアシスト量が大きいほどＤＣ／ＤＣコンバータ５６での充放電効率の悪化が燃費に不利に働くことになるため、エコモードが最も良く、次いで通常モード、スポーツモードの順となる。
【００５３】
以上詳述したように、本実施形態の燃料電池自動車１０によれば、バッテリ５８によるアシスト量（＝アシスト量時間変化率×経過時間）をモードポジションＭＰとアクセル開度変化率ΔＡｃｃに応じて適切に設定するため、従来に比べてドライバビリティや燃費を改善することができる。具体的には、アクセル開度変化率ΔＡｃｃが大きいときには運転者は急加速を要求していると推定されるから、アシスト量を大きくして十分な加速感が味わえるようにし、逆にアクセル開度変化率ΔＡｃｃが小さいときには運転者は緩加速を要求していると推知されるから、アシスト量を小さくして加速を抑え燃費を向上することができる。また、モードポジションＭＰがスポーツモードのときには運転者は燃費よりも加速を優先したいという意思表示をしていると推定されるから他のモードのときと比べてアシスト量を大きくして十分な加速感が得られるようにし、モードポジションＭＰがエコモードのときには運転者は加速よりも燃費を優先したいという意思表示をしていると推定されるから他のモードのときと比べてアシスト量を小さくして燃費が改善されるようにする。
【００５４】
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
【００５５】
例えば、上述した実施形態では走行モードスイッチ９０により選択可能なモードをスポーツモード、通常モード、エコモードの３つとしたが、トルクの急激な増加を防止するためにアシスト量を他のモードよりも小さくするスノーモードなどのほかのモードを加えてもよい。なお、エコモード時にはバッテリアシストを行わないようにしてもよい。
【００５６】
また、上述した実施形態では、閾値ΔＡｒｅｆをどのモードでも同じ値としたが、エコモード時の燃費優先マップ、通常モード時のノーマルマップ、スポーツモード時の加速優先マップの順に閾値ΔＡｒｅｆが小さくなるようにしてもよい。こうすれば、バッテリアシストを行う頻度はスポーツモード時が最も多くなりエコモード時が最も少なくなるため、エコモード時の燃費が一層向上する。
【００５７】
更に、上述した実施形態では、車速を考慮せずにバッテリアシスト量を算出したが、車速を考慮してバッテリアシスト量を算出してもよい。例えば図９に示すように高車速になるほどアシスト量時間変化率が大きくなるようにする。こうすれば、高車速のときでも低車速のときでもバッテリ５８によるモータ５２へのアシストトルクを略同等にすることができるため、運転者の体感する加速感が車速によらず同等となり、ドライバビリティが向上する。すなわち、モータ５２に付与されるパワーはモータ５２の回転数とトルクとの積で表されるから、アシスト量（パワー）が同じでもモータ５２の回転数が高い高車速のときにはモータ５２の回転数が低い低車速のときに比べてトルクが小さくなるが、ここでは高車速のときには低車速のときに比べてアシスト量を大きくしているため結果的に高車速のときも低車速のときもモータ５２のアシストトルクを略同等にすることができる。なお、上述した実施形態では、駆動軸６４とモータ５２の回転軸とが直結されているため車速Ｖの代わりにモータ５２の回転数Ｎｍを用いてもよい。
【００５８】
更にまた、上述した実施形態では、図３の駆動制御ルーチンのステップＳ１２０において、走行モードスイッチ９０からのモードポジションＭＰに基づいてバッテリアシスト量マップを選択するようにしたが、その代わりに以下の（１）〜（３）のいずれかのようにしてバッテリアシスト量マップを選択してもよい。
【００５９】
（１）運転者がシフトレバー８１を操作することによりスポーツモードのシフト位置と通常モードのシフト位置とエコモードのシフト位置の中からシフト位置を選択できるようにし、図３の駆動制御ルーチンのステップＳ１２０でシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰに基づいて上述した実施形態と同様にして各モードに対応するバッテリアシスト量マップを選択するようにしてもよい。この場合も、上述した実施形態と同様の効果が得られる。
【００６０】
（２）登り勾配Ｒθの範囲を予め小勾配領域と中勾配領域と大勾配領域とに分け、図１０（ａ）〜（ｃ）に示すように、小勾配領域のバッテリアシスト量マップを上述した実施形態のエコモードのバッテリアシスト量マップとし、中勾配領域のバッテリアシスト量マップを上述した実施形態の通常モードのバッテリアシスト量マップとし、大勾配領域のバッテリアシスト量マップを上述した実施形態のスポーツモードのバッテリアシスト量マップとし、図３の駆動制御ルーチンのステップＳ１２０で勾配センサ８９からの登り勾配Ｒθに基づいていずれかのバッテリアシスト量マップを選択するようにしてもよい。こうすれば、バッテリアシスト量を登り勾配Ｒθに応じて適切に設定できるため、従来に比べてドライバビリティや燃費を改善することができる。すなわち、一般に登り勾配Ｒθが大きいときには登り勾配Ｒθが小さいときに比べて加速しにくいためアシスト量を大きくすることにより、運転者の体感する加速度が登り勾配Ｒθによらず略同等にすることができる。なお、上述した実施形態と同様、バッテリアシスト量はアクセル開度変化率ΔＡｃｃに応じても変わるため、運転者の加速意思に応じて十分な加速感が味わえるようにしたり逆に加速を抑えて燃費を向上したりすることができる。
【００６１】
（３）図３の駆動制御ルーチンのステップＳ１２０で、車速Ｖと駆動輪速度Ｖｗとの偏差から駆動輪６３，６３のスリップ率を検出し、該検出したスリップ率が予め定めた低μ路面のスリップ率範囲（例えば２０％以上）に入る場合には現在走行中の路面が低μ路面（路面摩擦係数μが小さい）と判定して図１１（ａ）に示すようにバッテリアシスト量マップを上述した実施形態のエコモードのバッテリアシスト量マップとし、低μ路面のスリップ率範囲に入らない場合には低μ路面ではない（路面摩擦係数μが大きい）と判定して図１１（ｂ）に示すようにバッテリアシスト量マップを上述した実施形態の通常モードのバッテリアシスト量マップとしてもよい。こうすれば、バッテリアシスト量を路面摩擦係数μに応じて適切に設定できるため、従来に比べてドライバビリティや燃費を改善することができる。すなわち、一般に路面摩擦係数μが小さいときには路面摩擦係数μが大きいときに比べてスリップしやすいためアシスト量を小さくして急に大きなトルクがかかるのを防止することにより、ドライバビリティが向上する。なお、上述した実施形態と同様、バッテリアシスト量はアクセル開度変化率ΔＡｃｃに応じても変わるため、スリップしにくい路面では十分な加速感が味わえるようにしたり逆に加速を抑えて燃費を向上したりすることができるし、スリップしやすい低μ路面ではスリップの発生を防止することができる。
【００６２】
そしてまた、上述した実施形態の図３の駆動制御ルーチンの代わりに、図１２に示す駆動制御ルーチンを採用してもよい。図１２の駆動制御ルーチンでは、図３の駆動制御ルーチンのステップＳ１１０〜Ｓ１２０の代わりにステップＳ１００〜Ｓ１０８を採用した以外は図３の駆動制御ルーチンと同じであるため、ここではその相違点のみについて説明する。但し、ここでは前提として、燃費を向上させるべく、電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、所定の停止条件が成立したとき（例えばＦＣ要求パワーＰｆｃ＊が燃料電池スタック３０の運転効率が悪くなるほど低くなったとき）には燃料電池スタック３０への水素や空気の供給を停止して燃料電池スタック３０の運転を停止させ、その後所定の再開条件が成立したとき（例えばバッテリ５８だけで燃料電池自動車１０に必要な電力をまかなえなくなったとき）には水素や空気の供給を再開して燃料電池スタック３０の運転を再開する制御を行っているものとする。
【００６３】
図１２の駆動制御ルーチンが開始されると、電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、燃料電池スタック３０の運転を停止したあと運転を再開した時点から予め定めた一定期間内に入るか否かを判定する（ステップＳ１００）。ここで、燃料電池スタック３０は運転停止状態から運転を再開したあと暫くの間は通常時に比べて燃料電池の応答性がよくないため、実験を繰り返すことによりその期間を求め、それを一定期間とした。ステップＳ１００で現時点がその一定期間外のときには図１３（ａ）に示す通常時のバッテリアシスト量マップを選択し（ステップＳ１０２）、その一定期間内のときには図１３（ｂ）に示す停止後再開時のバッテリアシスト量マップつまり発電応答性低下時マップを選択する（ステップＳ１０４）。つまり、運転再開時から一定期間は、通常時に比べてアシスト量が大きくなるようにしている。ここで、通常時のバッテリアシスト量マップは上述した実施形態の通常モードのマップと同じものとし、停止後再開時のバッテリアシスト量マップは上述した実施形態のスポーツモードのマップと同じものとする。その後、制御に必要なデータを入力し（ステップＳ１０６）、入力したアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて車両に要求されるトルクとして駆動輪６３，６３に連結された駆動軸６４に出力すべき走行要求トルクＴｄｒ＊と燃料電池スタック３０に要求されるＦＣ要求パワーＰｆｃ＊とを設定する（ステップＳ１０８）。これ以降の処理は図３の駆動制御ルーチンと同じであるためその説明を省略する。こうすれば、燃料電池スタック３０の運転を停止している状態から運転を再開したあとの一定期間は、通常時に比べて燃料電池スタック３０の発電応答性がよくないため、応答性のよいバッテリ５８によるアシスト量を増やすことにより、応答性を改善すると共にドライバビリティの悪化を抑制することができる。なお、上述した実施形態と同様、バッテリアシスト量はアクセル開度変化率ΔＡｃｃに応じても変わるため、運転者の加速意思に応じて十分な加速感が味わえるようにしたり逆に加速を抑えて燃費を向上したりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】燃料電池自動車の構成の概略を示す構成図である。
【図２】燃料電池の構成の概略を示す構成図である。
【図３】駆動制御ルーチンのフローチャートである。
【図４】要求トルク設定用マップの一例を示す説明図である。
【図５】バッテリアシスト量マップを示す説明図であり、（ａ）は燃費優先マップ、（ｂ）はノーマルマップ、（ｃ）は加速優先マップを示す。
【図６】燃料電池の特性を表すグラフであり、（ａ）はＰ−Ｉ特性を表し、（ｂ）はＩ−Ｖ特性を表す。
【図７】経過時間と出力パワーの合算値との関係を表すグラフである。
【図８】経過時間と出力パワーの合算値の関係を表すグラフであり、（ａ）はモードポジションＭＰがエコモードのとき、（ｂ）はモードポジションＭＰが通常モードのとき、（ｃ）はモードポジションＭＰがスポーツモードのときを表す。
【図９】高車速になるほどアシスト量時間変化率が大きくなるようにしたバッテリアシスト量マップを示す説明図である。
【図１０】バッテリアシスト量マップを示す説明図であり、（ａ）は小勾配領域マップ、（ｂ）は中勾配領域マップ、（ｃ）は大勾配領域マップを示す。
【図１１】バッテリアシスト量マップを示す説明図であり、（ａ）は低μ路面マップ、（ｂ）はノーマルマップを示す。
【図１２】他の駆動制御ルーチンのフローチャートである。
【図１３】バッテリアシスト量マップを示す説明図であり、（ａ）はＦＣ通常時マップ、（ｂ）はＦＣ発電応答性低下時マップを示す。
【符号の説明】
【００６５】
１０  燃料電池システム、１２  水素ボンベ、１４  レギュレータ、１８  アノードパージ弁、２０  水素循環ポンプ、２２  エアコンプレッサ、２４  加湿器、２６  空気調圧弁、３０  燃料電池スタック、３１  電流計、３２  燃料ガス排出管、３３  電圧計、３４  酸化ガス排出管、４０  燃料電池、４２  固体電解質膜、４３  アノード、４４  カソード、４５  セパレータ、４６  燃料ガス流路、４７  酸化ガス流路、５２  モータ、５３  電力ライン、５４  インバータ、５６  ＤＣ／ＤＣコンバータ、５８  バッテリ、６２  ディファレンシャルギヤ、６３  駆動輪、６４  駆動軸、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、８９  勾配センサ、９０  走行モードスイッチ、９１  駆動輪速度センサ。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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