(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池の出力特性を推定する出力特性推定装置であって、
前記燃料電池の出力電流と端子間電圧とを検出する電流電圧検出手段と、
燃料電池温度を与えて前記燃料電池の基本内部抵抗を導出し、内部抵抗のない燃料電池についての理論出力特性を前記燃料電池への燃料供給圧または温度の少なくとも１つから求め、前記理論出力特性と前記燃料電池の基本内部抵抗とに基づいて前記基本内部抵抗を有する燃料電池の基本出力特性を推定し、前記推定された基本出力特性と、前記検出された出力電流と端子間電圧とに基づいて前記燃料電池の出力特性を推定する出力特性推定手段と、
を備える燃料電池の出力特性推定装置。
【請求項２】
前記出力特性推定手段は、
前記検出された出力電流と端子間電圧と前記基本出力特性とに基づいて前記燃料電池の実際の内部抵抗を推定し、推定された前記実際の内部抵抗を用いて前記燃料電池の出力特性を推定する手段である請求項１記載の燃料電池の出力特性推定装置。
【請求項３】
燃料電池を有する燃料電池システムであって、
請求項１または２に記載の燃料電池の出力特性推定装置と、
前記出力特性推定装置により推定された前記燃料電池の出力特性を用いて前記燃料電池の目標出力を設定する目標出力設定手段と、
前記設定された目標出力が前記燃料電池から出力されるように前記燃料電池の出力を調整する出力調整手段と、
を備える燃料電池システム。
【請求項４】
請求項３記載の燃料電池システムであって、
電力のやり取りが可能な電力受給手段を備え、
前記目標出力設定手段は、前記燃料電池システムへの要求出力に基づいて前記目標出力を設定する手段であり、
前記出力調整手段は、前記目標出力設定手段により設定された目標出力では前記システムへの要求出力に過不足が生じるときには前記過不足を前記電力受給手段の電力受給により調整する手段である燃料電池システム。
【請求項５】
前記出力調整手段は、前記電力受給手段の端子に接続され前記電力受給手段の端子間電圧を変圧して前記燃料電池の出力端子に接続する変圧手段を備える請求項４記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記出力調整手段は、前記燃料電池の端子間電圧が前記目標出力に相当する電圧となるように調整する手段である請求項３ないし５のいずれか１に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
請求項３ないし６のいずれか１に記載の燃料電池システムを搭載する車両。
【請求項８】
燃料電池の出力特性を推定する出力特性推定方法であって、
（ａ）燃料電池温度を与えて前記燃料電池の基本内部抵抗を導出し、内部抵抗のない燃料電池についての理論出力特性を前記燃料電池への燃料供給圧または温度の少なくとも１つから求め、前記理論出力特性と、前記燃料電池の基本内部抵抗とに基づいて前記基本内部抵抗を有する燃料電池の基本出力特性を推定し、
（ｂ）前記推定された基本出力特性と、前記燃料電池の出力電流と端子間電圧とに基づいて前記燃料電池の出力特性を推定する燃料電池の出力特性推定方法。
【請求項９】
前記ステップ（ｂ）は、
前記出力電流と前記端子間電圧と前記基本出力特性とに基づいて前記燃料電池の実際の内部抵抗を推定し、推定された前記実際の内部抵抗を用いて前記燃料電池の出力特性を推定するステップである請求項８記載の燃料電池の出力特性推定方法。
【請求項１０】
燃料電池の出力を制御する燃料電池出力制御方法であって、
（ｃ）請求項８または９に記載の燃料電池の出力特性推定方法のステップ（ａ）と（ｂ）により推定された前記燃料電池の出力特性を用いて前記燃料電池の目標出力を設定し、
（ｄ）前記設定された目標出力が前記燃料電池から出力されるように前記燃料電池の出力を制御する燃料電池出力制御方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の燃料電池出力制御方法であって、
前記ステップ（ｃ）は、前記燃料電池と電力のやり取りが可能な電力受給手段を含む燃料電池システムへの要求出力に基づいて前記目標出力を設定するステップであり、
前記ステップ（ｄ）は、前記設定された目標出力では前記燃料電池システムへの要求出力に過不足が生じるときには前記過不足を前記電力受給手段の電力受給により調整するステップである燃料電池出力制御方法。
【請求項１２】
前記ステップ（ｄ）は、前記燃料電池の端子間電圧が前記目標出力に相当する電圧となるように前記燃料電池の出力端子に接続される前記電力受給手段の端子間電圧を変圧するステップである請求項１１記載の燃料電池出力制御方法。
【請求項１３】
コンピュータを、
燃料電池温度を与えて前記燃料電池の基本内部抵抗を導出し、内部抵抗のない燃料電池についての理論出力特性を前記燃料電池への燃料供給圧または温度の少なくとも１つから求め、前記理論出力特性と前記燃料電池の基本内部抵抗とに基づいて前記基本内部抵抗を有する燃料電池の基本出力特性を演算する基本特性演算手段と、
前記演算された基本出力特性と、前記燃料電池の出力電流と端子間電圧とに基づいて前記燃料電池の出力特性を演算する出力特性演算手段と、
を備える燃料電池の出力特性演算装置として機能させるコンピュータ読みとり可能なプログラムを記憶した記憶媒体。
【請求項１４】
前記プログラムは、
前記出力特性演算手段が、前記出力電流と前記端子間電圧と前記基本出力特性とに基づいて前記燃料電池の実際の内部抵抗を演算し、演算された前記実際の内部抵抗を用いて前記燃料電池の出力特性を演算する手段として機能するようにプログラムされてなる請求項１３記載の記憶媒体。
【請求項１５】
コンピュータを、
請求項１３に記載の基本特性演算手段と、
請求項１３または１４に記載の出力特性演算手段と、
前記演算された前記燃料電池の出力特性を用いて前記燃料電池の目標出力を設定する目標出力設定手段と、
前記設定された目標出力が前記燃料電池から出力されるよう該燃料電池の出力を制御する出力制御手段と、
を備える燃料電池システムの制御装置として機能させるコンピュータ読みとり可能なプログラムを記憶した記憶媒体。
【請求項１６】
前記プログラムは、
前記目標出力設定手段が、前記燃料電池と電力のやり取りが可能な電力受給手段を含む燃料電池システムへの要求出力に基づいて前記目標出力を設定する手段として機能し、
前記出力制御手段が、前記設定された目標出力では前記燃料電池システムへの要求出力に過不足が生じるときには前記過不足を前記電力受給手段の電力受給により調整する手段として機能するようにプログラムされてなる請求項１５記載の記憶媒体。
【請求項１７】
前記プログラムは、
前記出力制御手段が、前記燃料電池の端子間電圧を前記目標出力に相当する電圧にするように前記燃料電池の出力端子に接続される前記電力受給手段の端子間電圧を変圧する手段として機能するようにプログラムされてなる請求項１６記載の記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池の出力特性推定装置および出力特性推定方法、燃料電池システムおよびこれを搭載する車両、燃料電池出力制御方法並びに記憶媒体に関し、詳しくは、燃料電池の出力特性を推定する出力特性推定装置および出力特性推定方法、燃料電池を有する燃料電池システムおよびこれを搭載する車両、燃料電池の出力を制御する燃料電池出力制御方法並びにコンピュータを燃料電池の出力特性演算装置や燃料電池システムの制御装置として機能させるコンピュータ読みとり可能なプログラムを記憶した記憶媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の燃料電池システムとしては、燃料電池の出力の過不足を商用電源や他の発電源を整流して得られる電力により賄うものが提案されている（例えば、特開平３−８０３１６号公報など）。このシステムでは、負荷の消費電力が燃料電池の供給可能な電力範囲内のときには負荷の消費電力のすべてを燃料電池による発電で賄い、負荷の消費電力が燃料電池の供給可能な電力範囲を超えるときには超える分だけ商用電源や他の発電源を整流して得られる直流電力により賄うことにより燃料電池を有効に利用するものとしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした燃料電池システムでは、燃料電池の経年使用によりその出力特性が変化したときには、負荷の消費電力が燃料電池の供給可能な電力範囲と判定されても、負荷の消費電力のすべてを賄うことができない場合が生じる。また、燃料電池は、その出力特性により運転ポイントが異なるとエネルギ効率も異なるものとなり、システム全体のエネルギ効率を考慮すれば、燃料電池の出力特性を考慮する必要がある。
【０００４】
本発明の燃料電池の出力特性推定装置および出力特性推定方法は、経年使用により変化する燃料電池の出力特性をより正確に推定することを目的とする。また、本発明の燃料電池システムおよび燃料電池出力制御方法は、燃料電池をより適正に運転して全体としてのエネルギ効率を向上させることを目的とする。本発明の車両は、よりエネルギ効率のよい車両を提供することを目的とする。さらに、本発明の記憶媒体は、コンピュータを経年使用により変化する燃料電池の出力特性をより正確に演算する燃料電池の出力特性演算装置としてや燃料電池をより適正に運転して全体としてのエネルギ効率を向上させる燃料電池システムの制御装置として機能させることを目的とする。
【０００５】
なお、出願人は、燃料電池システムのエネルギ効率を向上させる目的で燃料電池の出力特性を考慮して燃料電池出力を決めるシステムを提案している（特願平１０−１９６７６３号）。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の燃料電池の出力特性推定装置および出力特性推定方法、燃料電池システムおよびこれを搭載する車両、燃料電池出力制御方法並びに記憶媒体は、上述の目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明の燃料電池の出力特性推定装置は、燃料電池の出力特性を推定する出力特性推定装置であって、前記燃料電池の出力電流と該燃料電池の端子間電圧とを検出する電流電圧検出手段と、燃料電池温度を与えて前記燃料電池の基本内部抵抗を導出し、内部抵抗のない燃料電池についての理論出力特性を前記燃料電池への燃料供給圧または温度の少なくとも１つから求め、前記理論出力特性と前記燃料電池の基本内部抵抗とに基づいて前記基本内部抵抗を有する燃料電池の基本出力特性を推定し、前記推定された基本出力特性と、前記検出された出力電流と端子間電圧とに基づいて前記燃料電池の出力特性を推定する出力特性推定手段とを備えることを要旨とする。
【０００８】
この本発明の燃料電池の出力特性推定装置では、経年使用される燃料電池のその時の出力特性を出力電流と端子間電圧と燃料電池の基本出力特性とに基づいて推定することができる。ここで、燃料電池の出力特性は、燃料電池の出力電流と燃料電池の出力電圧との関係をいう。
【００１０】
また、本発明の燃料電池の出力特性推定装置において、前記出力特性推定手段は、前記検出された出力電流と端子間電圧と前記基本出力特性とに基づいて前記燃料電池の実際の内部抵抗を推定し、推定された前記実際の内部抵抗を用いて前記燃料電池の出力特性を推定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、より適正な燃料電池の出力特性を推定することができる。
【００１１】
本発明の燃料電池システムは、燃料電池を有する燃料電池システムであって、各態様のいずれかの本発明の燃料電池の出力特性推定装置と、該出力特性推定装置により推定された前記燃料電池の出力特性を用いて該燃料電池の目標出力を設定する目標出力設定手段と、該設定された目標出力が前記燃料電池から出力されるように該燃料電池の出力を調整する出力調整手段とを備えることを要旨とする。
【００１２】
この本発明の燃料電池システムでは、より適正な燃料電池の出力特性を用いて燃料電池からの出力を調整するから、燃料電池を効率よく運転することができる。この結果、システム全体のエネルギ効率を向上させることができる。
【００１３】
こうした本発明の燃料電池システムにおいて、電力のやり取りが可能な電力受給手段を備え、前記目標出力設定手段は前記燃料電池システムへの要求出力に基づいて前記目標出力を設定する手段であり、前記出力調整手段は前記目標出力設定手段により設定された目標出力では前記システムへの要求出力に過不足が生じるときには前記過不足を前記電力受給手段の電力受給により調整する手段であるものとすることもできる。こうすれば、燃料電池を効率よく運転しながらシステムへの要求出力に見合う出力をシステムから出力することができる。この態様の本発明の燃料電池システムにおいて、前記出力調整手段は、前記電力受給手段の端子に接続され該電力受給手段の端子間電圧を変圧して前記燃料電池の出力端子に接続する変圧手段を備えるものとすることもできる。
【００１４】
また、本発明の燃料電池システムにおいて、前記出力調整手段は、前記燃料電池の端子間電圧が前記目標出力に相当する電圧となるように調整する手段であるものとすることもできる。より適正な燃料電池の出力特性を用いているから、燃料電池の端子間電圧を目標出力に相当する電圧に調整することにより燃料電池から目標出力を出力させることができる。
【００１５】
本発明の車両は、各態様のいずれかの本発明の燃料電池システムを搭載することを要旨とする。本発明の燃料電池システムはより適正な燃料電池の出力特性を用いて燃料電池からの出力を調整することにより燃料電池を効率よく運転するから、これを搭載する本発明の車両は、エネルギ効率の高いものとなる。
【００１６】
本発明の燃料電池の出力特性推定方法は、燃料電池の出力特性を推定する出力特性推定方法であって、（ａ）燃料電池温度を与えて前記燃料電池の基本内部抵抗を導出し、内部抵抗のない燃料電池についての理論出力特性を前記燃料電池への燃料供給圧または温度の少なくとも１つから求め、前記理論出力特性と前記燃料電池の基本内部抵抗とに基づいて前記基本内部抵抗を有する燃料電池の基本出力特性を推定し、（ｂ）前記推定された基本出力特性と、前記燃料電池の出力電流と端子間電圧とに基づいて前記燃料電池の出力特性を推定することを要旨とする。
【００１７】
本発明の燃料電池の出力特性推定方法によれば、経年使用される燃料電池のその時の出力特性を燃料電池への燃料供給圧および該燃料電池の温度、または燃料電池の温度に基づいて得られる基本出力特性と燃料電池の出力電流と端子間電圧とに基づいて推定することができる。
【００１９】
また、本発明の燃料電池の出力特性推定方法において、前記ステップ（ｂ）は、前記出力電流と前記端子間電圧と前記基本出力特性とに基づいて前記燃料電池の実際の内部抵抗を推定し、推定された前記実際の内部抵抗を用いて該燃料電池の出力特性を推定するステップであるものとすることもできる。こうすれば、より適正な燃料電池の出力特性を推定することができる。
【００２０】
本発明の燃料電池出力制御方法は、燃料電池の出力を制御する燃料電池出力制御方法であって、（ｃ）各態様のいずれかの本発明の燃料電池の出力特性推定方法により推定された前記燃料電池の出力特性を用いて前記燃料電池の目標出力を設定し、（ｄ）該設定された目標出力が前記燃料電池から出力されるように前記燃料電池の出力を制御することを要旨とする。
【００２１】
この本発明の燃料電池出力制御方法によれば、より適正な燃料電池の出力特性を推定し、これを用いて燃料電池の出力を制御するから、燃料電池を効率よく運転することができる。
【００２２】
こうした本発明の燃料電池出力制御方法において、前記ステップ（ｃ）は前記燃料電池と電力のやり取りが可能な電力受給手段を含む燃料電池システムへの要求出力に基づいて前記目標出力を設定するステップであり、前記ステップ（ｄ）は前記設定された目標出力では前記燃料電池システムへの要求出力に過不足が生じるときには該過不足を前記電力受給手段の電力受給により調整するステップであるものとすることもできる。こうすれば、燃料電池を効率よく運転しながら燃料電池システムへの要求出力に見合う出力を燃料電池システムから出力することができる。この態様の本発明の燃料電池出力制御方法において、前記ステップ（ｄ）は、前記燃料電池の端子間電圧が前記目標出力に相当する電圧となるように前記燃料電池の出力端子に接続される前記電力受給手段の端子間電圧を変圧するステップであるものとすることもできる。
【００２３】
本発明の第１の記憶媒体は、コンピュータを、燃料電池温度を与えて前記燃料電池の基本内部抵抗を導出し、内部抵抗のない燃料電池についての理論出力特性を前記燃料電池への燃料供給圧または温度の少なくとも１つから求め、前記理論出力特性と前記燃料電池の基本内部抵抗とに基づいて前記基本内部抵抗を有する燃料電池の基本出力特性を演算する基本特性演算手段と、前記演算された基本出力特性と、前記燃料電池の出力電流と端子間電圧とに基づいて前記燃料電池の出力特性を演算する出力特性演算手段とを備える燃料電池の出力特性演算装置として機能させるコンピュータ読みとり可能なプログラムを記憶したことを要旨とする。
【００２４】
この本発明の第１の記憶媒体によれば、コンピュータを、経年使用される燃料電池のその時の出力特性を出力電流と端子間電圧と燃料電池の基本出力特性とに基づいて演算することができる燃料電池の出力特性演算装置として機能させることができる。
【００２６】
また、本発明の第１の記憶媒体において、前記プログラムは、前記出力特性演算手段が、前記出力電流と前記端子間電圧と前記基本出力特性とに基づいて前記燃料電池の実際の内部抵抗を演算し、演算された前記実際の内部抵抗を用いて前記燃料電池の出力特性を演算する手段として機能するようにプログラムされてなるものとすることもできる。
【００２７】
本発明の第２の記憶媒体は、コンピュータを、各態様のいずれかの本発明の第１の記憶媒体に係る燃料電池の出力特性演算装置における基本特性演算手段と、各態様のいずれかの本発明の第１の記憶媒体に係る燃料電池の出力特性演算装置における出力特性演算手段と、前記演算された前記燃料電池の出力特性を用いて前記燃料電池の目標出力を設定する目標出力設定手段と、前記設定された目標出力が前記燃料電池から出力されるよう該燃料電池の出力を制御する出力制御手段とを備える燃料電池システムの制御装置として機能させるコンピュータ読みとり可能なプログラムを記憶したことを要旨とする。
【００２８】
この本発明の第２の記憶媒体によれば、コンピュータを、より適正な燃料電池の出力特性を用いて燃料電池からの出力を調整することにより燃料電池を効率よく運転することができる燃料電池システムの制御装置として機能させることができる。
【００２９】
こうした本発明の第２の記憶媒体において、前記プログラムは、前記目標出力設定手段が前記燃料電池と電力のやり取りが可能な電力受給手段を含む燃料電池システムへの要求出力に基づいて前記目標出力を設定する手段として機能し、前記出力制御手段が前記設定された目標出力では前記燃料電池システムへの要求出力に過不足が生じるときには前記過不足を前記電力受給手段の電力受給により調整する手段として機能するようにプログラムされてなるものとすることもできる。この態様の本発明の第２の記憶媒体において、前記プログラムは、前記出力制御手段が前記燃料電池の端子間電圧を前記目標出力に相当する電圧にするように前記燃料電池の出力端子に接続される前記電力受給手段の端子間電圧を変圧する手段として機能するようにプログラムされてなるものとすることもできる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例である車載された燃料電池システム２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の燃料電池システム２０は、図示するように、水素タンク２２からの水素とブロア２４からの空気中の酸素とにより発電する例えば固体高分子型燃料電池として構成された燃料電池２６と、燃料電池２６の出力端子に接続された電力ライン２８の電圧を調整すると共に補機３３に電力を供給するバッテリ３０の充放電を行なうＤＣ／ＤＣコンバータ３２と、電力ライン２８に接続されたインバータ３４と、インバータ３４のスイッチング素子のスイッチングにより駆動制御され駆動軸３８と動力のやり取りを行なうモータ３６と、システム全体をコントロールする電子制御ユニット４０とを備える。なお、駆動軸３８は、減速ギヤ１２を介して駆動輪１４に接続されており、モータ３６から駆動軸３８に出力された動力は最終的には、駆動輪１４に出力されるようになっている。
【００３１】
電子制御ユニット４０は、ＣＰＵ４２を中心とする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ＲＯＭ４４と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ４６と、入出力ポート（図示せず）とを備える。この電子制御ユニット４０には、水素タンク２２から燃料電池２６への供給管に取り付けられた圧力センサ５０からの水素供給圧Ｐｈや燃料電池２６に取り付けられた温度センサ５２からの燃料電池温度Ｔｆｃ，燃料電池２６の出力端子間に取り付けられた電圧センサ５４からの燃料電池２６の出力電圧Ｖｆｃ，燃料電池２６の出力端子に取り付けられた電流センサ５６からの燃料電池２６の出力電流Ｉｆｃ，インバータ３４内に取り付けられた図示しない電流センサからのモータ３６に印加している各相の電流，モータ３６に取り付けられた図示しない角度センサからのモータ３６の回転子の回転角，車速センサ５８からの車速Ｖ，シフトレバー６０の位置を検出するシフトポジションセンサ６１からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル６２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６３からのアクセルペダルポジションＡＰ，ブレーキペダル６４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６５からのブレーキペダルポジションＢＰ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４０からは、ブロア２４への駆動信号やＤＣ／ＤＣコンバータ３２への制御信号，インバータ３４への制御信号，減速ギヤ１２への制御信号などが出力ポートを介して出力されている。
【００３２】
次に、こうして構成された実施例の燃料電池システム２０の動作、特に燃料電池２６の出力特性を推定する動作と出力制御の際の動作について説明する。まず、燃料電池２６の出力特性を推定する動作について説明する。図２は燃料電池２６の出力特性の推定処理の原理を説明する出力特性推定処理ルーチンの一例を示すフローチャートであり、図３は実施例の燃料電池システム２０の電子制御ユニット４０により実行される出力特性補正処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。なお、図２の出力特性推定処理ルーチンは、単に出力特性を説明するためのものではなく、燃料電池温度Ｔｆｃが変化したときや水素供給圧Ｐｈが変化したときに実施例の燃料電池システム２０の電子制御ユニット４０により実行される。
【００３３】
図２の出力特性推定処理ルーチンが実行されると、電子制御ユニット４０のＣＰＵ４２は、まず、圧力センサ５０からの水素供給圧Ｐｈと温度センサ５２からの燃料電池温度Ｔｆｃとを読み込み（ステップＳ１００）、燃料電池２６の基本内部抵抗Ｒ０と理論出力特性とを導出する処理を実行する（ステップＳ１０２）。基本内部抵抗Ｒ０の導出は、実施例では、燃料電池温度Ｔｆｃと基本内部抵抗Ｒ０との関係を実験などにより求めて予めマップとしてＲＯＭ４４に記憶しておき、燃料電池温度Ｔｆｃが与えられると、マップから対応する基本内部抵抗Ｒ０を導出するものとした。図４に燃料電池温度Ｔｆｃと基本内部抵抗Ｒ０との関係を示すマップの一例を示す。また、理論出力特性の導出は、実施例では、内部抵抗のない燃料電池２６に対して水素供給圧Ｐｈ毎の燃料電池２６の出力電流Ｉｆｃと出力電圧Ｖｆｃとの関係を求めて予めマップとしてＲＯＭ４４に記憶しておき、水素供給圧Ｐｈが与えられると、マップから対応する出力電流Ｉｆｃと出力電圧Ｖｆｃとの関係を理論出力特性として導出するものとした。図５に内部抵抗のない燃料電池２６に対する水素供給圧Ｐｈと燃料電池２６の出力電流Ｉｆｃと出力電圧Ｖｆｃとの関係を示すマップの一例を示す。
【００３４】
こうして基本内部抵抗Ｒ０と理論出力特性とを導出すると、基本内部抵抗Ｒ０と理論出力特性とを用いて基本出力特性を計算する（ステップＳ１０４）。基本出力特性は、理論出力特性に基本内部抵抗Ｒ０を考慮したものとして計算され、具体的には、次式（１）により計算される。ここで、Ｖ０は出力電流Ｉに対応する理論出力特性の出力電圧であり、Ｖ１は出力電流Ｉに対応する基本出力特性の出力電圧である。
【００３５】
Ｖ１＝Ｖ０−Ｒ０・Ｉ    （１）
【００３６】
そして、求めた基本出力特性上の所定のポイントＶｓ０，Ｉｓ０を燃料電池２６の運転ポイントＶｆｃ＊，Ｉｆｃ＊として設定し（ステップＳ１０６）、その運転ポイントで燃料電池２６が運転されるようＤＣ／ＤＣコンバータ３２を制御する（ステップＳ１０８）。ＤＣ／ＤＣコンバータ３２の制御は、具体的には、電力ライン２８の電圧が設定された運転ポイント電圧Ｖｆｃ＊となるように行なわれる。
【００３７】
次に、電圧センサ５４により検出される出力電圧Ｖｆｃと電流センサ５６により検出される出力電流Ｉｆｃとを読み込み（ステップＳ１１０）、読み込んだ出力電流ＩｆｃとステップＳ１０４により計算した基本出力特性とを用いて出力電流Ｉｆｃに対応する基本出力特性上の出力電圧Ｖｆｃ０を導出する（ステップＳ１１２）。続いて、基本出力特性上の出力電圧Ｖｆｃ０と電圧センサ５４により検出された出力電圧Ｖｆｃとの偏差を出力電流Ｉｆｃで割って内部抵抗偏差ΔＲを計算し（ステップＳ１１４）、この内部抵抗偏差ΔＲを基本内部抵抗Ｒ０に加えて燃料電池２６の内部抵抗Ｒ１を求める（ステップＳ１１６）。そして、求めた内部抵抗Ｒ１を用いて次式（２）により燃料電池２６の出力特性を計算して（ステップＳ１１８）、本ルーチンを終了する。ここで、Ｖ２は出力電流Ｉに対応する燃料電池２６の出力特性の出力電圧である。図６に、基本出力特性から燃料電池２６の出力特性を求める様子の一例を示す。
【００３８】
Ｖ２＝Ｖ０−Ｒ１・Ｉ    （２）
【００３９】
実施例の燃料電池システム２０では、燃料電池温度Ｔｆｃや水素供給圧Ｐｈに変更がないときには、上述の出力特性推定処理ルーチンを実行した後に図３に例示する出力特性補正処理ルーチンを繰り返し実行して燃料電池２６の出力特性を補正する。この出力特性補正処理ルーチンは、基本的には、図２の出力特性推定処理ルーチンのステップＳ１１０〜Ｓ１１８に相当する処理であるが、基本出力特性に代えて前回の出力特性を用いている点および内部抵抗Ｒ１を比例項と積分項とを用いて求めている点が異なる。
【００４０】
即ち、出力特性補正処理ルーチンが実行されると、電子制御ユニット４０のＣＰＵ４２は、電圧センサ５４からの出力電圧Ｖｆｃと電流センサ５６からの出力電流Ｉｆｃとを読み込み（ステップＳ２００）、読み込んだ出力電流Ｉｆｃと前回このルーチンが実行されたときに計算された燃料電池２６の出力特性とを用いて出力電流Ｉｆｃに対応する出力特性上の出力電圧Ｖｆｃ１を導出する（ステップＳ２０２）。そして、出力特性上の出力電圧Ｖｆｃ１と出力電圧Ｖｆｃとの偏差を出力電流Ｉｆｃで割って内部抵抗偏差ΔＲを計算し（ステップＳ２０４）、次式（３）を用いて燃料電池２６の内部抵抗Ｒ１を計算する（ステップＳ２０６）。ここで、Ｋｐは比例項におけるゲインであり、Ｋｉは積分項におけるゲインである。
【００４１】
Ｒ１＝Ｒ０＋ＫｐΔＲ＋Ｋｉ∫ΔＲｄｔ    （３）
【００４２】
そして、求めた内部抵抗Ｒ１を用いて上述の式（２）により燃料電池２６の出力特性を計算し（ステップＳ２０８）、本ルーチンを終了する。図７に、燃料電池２６の出力特性を補正している様子の一例を示す。
【００４３】
以上説明した実施例の燃料電池システム２０によれば、電子制御ユニット４０が実行する出力特性推定処理や出力特性補正処理を行なうことにより、経年使用される燃料電池２６のより適正な出力特性を得ることができる。
【００４４】
実施例の燃料電池システム２０では、こうして得られた燃料電池２６の出力特性を用いてシステムの出力制御を行なっている。図８は、実施例の燃料電池システム２０の電子制御ユニット４０により実行される出力制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎（例えば、８ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。
【００４５】
出力制御ルーチンが実行されると、電子制御ユニット４０のＣＰＵ４２は、まず、車速センサ５８により検出される車速Ｖやアクセルペダルポジションセンサ６３により検出されるアクセルペダルポジションＡＰ，ブレーキペダルポジションセンサ６５により検出されるブレーキペダルポジションＢＰなどの各種データを読み込む処理を実行する（ステップＳ３００）。続いて、読み込んだアクセルペダルポジションＡＰやブレーキペダルポジションＢＰ，車速Ｖに基づいて駆動軸３８に出力すべき出力、即ちシステムへの要求出力Ｐ０を計算する（ステップＳ３０２）。要求出力Ｐ０の計算は、実施例では、アクセルペダルポジションＡＰとブレーキペダルポジションＢＰと車速Ｖと要求出力Ｐ０との関係を予め定めたマップをＲＯＭ４４に記憶しておき、アクセルペダルポジションＡＰやブレーキペダルポジションＢＰ，車速Ｖが与えられると、マップから対応する要求出力Ｐ０を導出するものとした。
【００４６】
要求出力Ｐ０が計算されると、要求出力Ｐ０を、燃料電池２６から出力する燃料電池出力Ｐｆｃとバッテリ３０から出力するバッテリ出力Ｐｂとに分配する（ステップＳ３０４）。要求出力Ｐ０の分配は、具体的には、図２の出力特性推定処理ルーチンや図３の出力特性補正処理ルーチンにより推定または補正された燃料電池２６の出力特性を用いて出力可能な範囲から燃料電池２６を効率よく運転できる出力として燃料電池出力Ｐｆｃを設定し、要求出力Ｐ０に対して設定した燃料電池出力Ｐｆｃでは過不足する出力をバッテリ出力Ｐｂに割り当てることにより行なわれる。
【００４７】
こうして要求出力Ｐ０の分配が行なわれると、燃料電池出力Ｐｆｃに基づいて燃料電池２６の運転ポイントＶｆｃ＊，Ｉｆｃ＊を設定し（ステップＳ３０６）、電力ライン２８の電圧が設定した運転ポイント電圧Ｖｆｃ＊となるようＤＣ／ＤＣコンバータ３２を制御すると共に（ステップＳ３０８）、要求出力Ｐ０がモータ３６から駆動軸３８に出力されるようインバータ３４を制御して（ステップＳ３１０）、本ルーチンを終了する。なお、インバータ３４の制御については通常の制御であり、本発明の中核をなさないから、これ以上の詳細な説明は省略する。
【００４８】
以上説明した実施例の燃料電池システム２０によれば、より適正な燃料電池２６の出力特性を用いて燃料電池出力Ｐｆｃを配分するから、燃料電池２６を効率よく運転することができる。この結果、システム全体のエネルギ効率を向上させることができる。しかも、燃料電池出力Ｐｆｃでは要求出力Ｐ０に対して過不足する分はバッテリ３０からの出力Ｐｂにより賄うから、駆動軸３８に要求出力Ｐ０を出力することができる。
【００４９】
実施例の燃料電池システム２０では、水素供給圧Ｐｈから理論出力特性を導出するものとしたが、燃料電池温度Ｔｆｃから理論出力特性を導出するものとしてもよい。このときの理論出力特性は、この変形例では、図２のルーチンのステップＳ１０２における理論出力特性の導出に代えて、燃料電池２６の燃料電池温度Ｔｆｃ毎の内部抵抗のない燃料電池２６の出力電流Ｉｆｃと出力電圧Ｖｆｃとの関係を予め求めてマップとしてＲＯＭ４４に記憶しておき、燃料電池温度Ｔｆｃが与えられるとマップから対応する出力電流Ｉｆｃと出力電圧Ｖｆｃとの関係を理論出力特性として導出するものとした。図９に燃料電池温度Ｔｆｃと内部抵抗のない燃料電池２６の出力電流Ｉｆｃと出力電圧Ｖｆｃとの関係を示すマップの一例を示す。
【００５０】
このように理論出力特性を燃料電池温度Ｔｆｃから導出するのは、燃料電池温度Ｔｆｃを利用すれば低出力域（高出力電圧低出力電流域）における誤差が特に小さい理論出力特性、即ち低出力域においても高精度な理論出力特性が得られることに基づいている。例えば、図１０に示すように、水素供給圧Ｐｈから導出された理論出力特性に基づいて推定等された出力特性（図１０の破線で示した前回の出力特性）と、燃料電池２６をその出力特性上の低出力域（図１０の設定ポイント）で運転させたときに電圧センサ５４および電流センサ５６により検出された出力電圧Ｖｆｃおよび出力電流Ｉｆｃ（図１０の測定ポイント）とに基づいて図２のルーチンや図３のルーチンを用いて燃料電池２６の出力特性を計算すると、図１０の破線で示す補正された出力特性となる。この補正された出力特性は、図１０の実線で示した真の出力特性に対して大きくずれていることが分かる。このように、水素供給圧Ｐｈから導出された理論出力特性を用いて燃料電池２６を低出力域で運転させたときの出力電圧Ｖｆｃおよび出力電流Ｉｆｃから燃料電池２６の出力特性を計算すると、真の出力特性に対して大きなずれが生じることがある。これに対してこの変形例では、燃料電池温度Ｔｆｃを利用して低出力域においても高精度な理論出力特性を導出することができるので、燃料電池２６を低出力域で運転させたときでも、真の出力特性により近い出力特性を計算することができるのである。なお、燃料電池温度Ｔｆｃから理論出力特性を導出する場合、図２のルーチンのステップＳ１００において水素供給圧Ｐｈを入力しないものとしても差し支えない。
【００５１】
上記変形例では、燃料電池温度Ｔｆｃから理論出力特性を導出するものとしたが、水素供給圧Ｐｈと燃料電池温度Ｔｆｃの両方を用いて理論出力特性を導出するものとしてもよい。このときの理論出力特性の導出は、この変形例では、図２のルーチンのステップＳ１０２における理論出力特性の導出に代えて、燃料電池２６の燃料電池温度Ｔｆｃ毎および燃料電池２６に対する水素供給圧Ｐｈ毎の内部抵抗のない燃料電池２６の出力電流Ｉｆｃと出力電圧Ｖｆｃとの関係を予め実験などにより求めてマップとしてＲＯＭ４４に記憶しておき、燃料電池温度Ｔｆｃと水素供給圧Ｐｈとが与えられるとマップから対応する出力電流Ｉｆｃと出力電圧Ｖｆｃとの関係を理論出力特性として導出するものとした。図１１に燃料電池２６の燃料電池温度Ｔｆｃと燃料電池２６に対する水素供給圧Ｐｈと内部抵抗のない燃料電池２６の出力電流Ｉｆｃと出力電圧Ｖｃｆとの関係を示すマップの一例を示す。
【００５２】
実施例の燃料電池システム２０では、燃料電池温度Ｔｆｃから基本内部抵抗Ｒ０を導出すると共に水素供給圧Ｐｈから内部抵抗のない理論出力特性を導出するものとしたが、水素供給圧Ｐｈから所定の内部抵抗を考慮した理論出力特性を導出するものとしてもよい。同様に、燃料電池システム２０の変形例では、燃料電池温度Ｔｆｃから基本内部抵抗Ｒ０を導出すると共に燃料電池温度Ｔｆｃから内部抵抗のない理論出力特性を導出したり、燃料電池温度Ｔｆｃから基本内部抵抗Ｒ０を導出すると共に燃料電池温度Ｔｆｃおよび水素供給圧Ｐｈから内部抵抗のない理論出力特性を導出するものとしたが、それぞれ燃料電池温度Ｔｆｃから予め所定の内部抵抗を考慮した理論出力特性を導出するものとしてもよいし、水素供給圧Ｐｈおよび燃料電池温度Ｔｆｃから予め所定の内部抵抗を考慮した理論出力特性を導出するものとしても構わない。
【００５３】
また、実施例の燃料電池システム２０では、燃料電池温度Ｔｆｃや水素供給圧Ｐｈが変更されたときに図２の出力特性推定処理ルーチンを実行し、その後、図３の出力特性補正処理ルーチンを繰り返し実行するものとしたが、燃料電池温度Ｔｆｃや水素供給圧Ｐｈの変更に拘わらず、図２の出力推定処理ルーチンを繰り返し実行するものとしてもよい。この場合、図３の出力特性補正処理ルーチンは実行してもしなくても差し支えない。
【００５４】
実施例では、燃料電池システム２０を車載されるものとして説明したが、車両以外の船舶や航空機などの移動体あるいは移動しない据え置き型の動力装置などに燃料電池システム２０を用いるものとしても差し支えない。
【００５５】
実施例の燃料電池システム２０では、モータ３６の駆動源としての燃料電池２６の出力特性を推定したり補正するものとしたが、電力を消費する一般的な負荷に電力を供給する電源としての燃料電池の出力特性を推定したり補正するものに適用するものとしてもよい。また、燃料電池の出力特性推定処理や出力特性補正処理を行なう出力特性推定装置や出力特性補正装置としてコンピュータを機能させるプログラムを記載したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体、例えばＣＤ−ＲＯＭやフレキシブルディスクなどの種々の記憶媒体とする態様も好適である。このような記憶媒体を用いることで、本発明の実施の形態に関わるプログラムを燃料電池システムにインストールし、本発明の効果を得ることも可能となる。
【００５６】
以上、本発明の実施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】
【図１】  本発明の一実施例である車載された燃料電池システム２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】  燃料電池２６の出力特性の推定処理の原理を説明する出力特性推定処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図３】  実施例の燃料電池システム２０の電子制御ユニット４０により実行される出力特性補正処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図４】  燃料電池温度Ｔｆｃと基本内部抵抗Ｒ０との関係の一例を示すマップである。
【図５】  内部抵抗のない燃料電池２６に対する水素供給圧Ｐｈと燃料電池２６の出力電流Ｉｆｃと出力電圧Ｖｆｃとの関係の一例を示すマップである。
【図６】  基本出力特性から燃料電池２６の出力特性を求める様子の一例を示す説明図である。
【図７】  燃料電池２６の出力特性を補正している様子の一例を示す説明図である。
【図８】  実施例の燃料電池システム２０の電子制御ユニット４０により実行される出力制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図９】  燃料電池２６の燃料電池温度Ｔｆｃと燃料電池２６の出力電流Ｉｆｃと出力電圧Ｖｆｃとの関係の一例を示すマップである。
【図１０】  燃料電池出力Ｐｆｃが低出力であるときに燃料電池２６の出力特性を補正している様子の一例を示す説明図である。
【図１１】  燃料電池２６の燃料電池温度Ｔｆｃと内部抵抗のない燃料電池２６に対する水素供給圧Ｐｈと燃料電池２６の出力電流Ｉｆｃと出力電圧Ｖｆｃとの関係の一例を示すマップである。
【符号の説明】
１２  減速ギヤ、１４  駆動輪、２０  燃料電池システム、２２  水素タンク、２４  ブロア、２６  燃料電池、２８  電力ライン、３０  バッテリ、３２  ＤＣ／ＤＣコンバータ、３３  補機、３４  インバータ、３６  モータ、３８  駆動軸、４０  電子制御ユニット、４２  ＣＰＵ、４４  ＲＯＭ、４６  ＲＡＭ、５０  圧力センサ、５２  温度センサ、５４  電圧センサ、５６  電流センサ、５８  車速センサ、６０  シフトレバー、６１  シフトポジションセンサ、６２  アクセルペダル、６３  アクセルペダルポジションセンサ、６４  ブレーキペダル、６５  ブレーキペダルポジションセンサ。
【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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