JP3745309B2 - 燃料電池自動車の制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池と電気二重層キャパシタを並列に接続して走行用モータの電源とした燃料電池自動車の制御装置に関し、特に、該モータの出力の制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池自動車に搭載されて、該燃料電池自動車の走行用モータに出力する駆動電力を制御する制御装置として、例えば図６に示したように構成された制御装置が知られている。
【０００３】
図６に示した制御装置には、走行用モータ１００に駆動電力を供給するモータ駆動装置１０１及びエアコン等の電装補機（図示しない）の電源として燃料電池１０２が備えられている。そして、燃料電池１０２と並列に電気二重層キャパシタ１０３が接続され、燃料電池１０２に反応ガスを供給するエアコンプレッサ等の反応ガス供給部１０４の応答遅れにより、燃料電池１０２に対する反応ガスの供給が不足して燃料電池１０２の発電量の不足が生じたときに、電気二重層キャパシタ１０３からの放電電力により補充がなされるように構成されている。
【０００４】
そして、モータ駆動装置１０１は、電気自動車制御ユニット１０５から出されるトルク指令（TRQ_CMD）に応じた駆動電力をモータ１００に供給し、反応ガス供給部１０４は、目標出力算出部１０６により算出されたモータ１００の目標出力（PD_REQ）に応じた発電量が得られるように、燃料電池１０２に供給する反応ガスの量を調節する。
【０００５】
ここで、モータ１００の目標出力（PD_REQ)は、基本的には、モータ１００の回転数（Nm）とアクセルの踏込み量（Ap）に応じて決定されるモータ１００の要求出力（PD_CAL）に基づいて、目標出力算出部１０６により算出される。
【０００６】
しかし、目標出力算出部１０６は、要求出力（PD_CAL）がモータ駆動装置１０１又はモータ１００の連続出力定格（PD_LMT）を超えたときには、目標出力（PD_REQ）を連続出力定格（PD_LMT）以下に制限して算出し、モータ駆動装置１０１やモータ１００が連続出力定格（PD_LMT）を超えて作動することを防止していた。そして、トルク指令算出部１０７は、目標出力（PD_REQ）に応じてモータ駆動装置１０１に対するトルク指令（TRQ_CMD）を算出するため、モータ１００の出力は連続出力定格（PD_LMT）以下に抑えられていた。
【０００７】
そのため、燃料電池自動車の運転者がアクセルを踏み込んで燃料電池自動車を加速させようとしたときに、モータ１００の出力が連続出力定格以下に抑えられて運転者の意図する加速感が得られず、ドライバビィリティが悪化する場合があった。そして、このようなドライバビリティの悪化を防止するためには、モータ駆動装置１０１やモータ１００に連続出力定格が大きいものを採用することが考えられるが、この場合にはモータ駆動装置１０１やモータ１００が大型化してこれらの搭載スペースが増大するとともに、モータ駆動装置１０１やモータ１００のコストもアップするという不都合がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記不都合を解消し、走行用モータやモータ駆動装置を大型化することなく、加速時におけるドライバビリィティの悪化を抑制した燃料電池自動車の制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、走行用モータに対する要求出力を決定するモータ要求出力決定手段と、該要求出力に応じて前記モータの目標出力を所定の上限目標出力以下に制限して算出するモータ目標出力算出手段と、該目標出力に応じた駆動電力を前記モータに出力するモータ駆動手段と、前記モータ駆動手段の電源として使用される燃料電池と、該燃料電池により充電され、該燃料電池の発電量が不足する状態となるときに、放電が生じて不足する発電量を補充するように前記燃料電池と並列に接続された電気二重層キャパシタと、前記目標出力に応じた量の反応ガスを前記燃料電池に供給する反応ガス供給手段とを備えた燃料電池自動車の制御装置の改良に関する。
【００１０】
そして、前記電気二重層キャパシタの充電量を把握するキャパシタ充電量把握手段と、前記走行用モータに対する要求出力が所定の要求出力急増状態となったことを検知する手段とを有し、前記モータ目標出力算出手段は、前記要求出力急増状態にないときは、前記モータ又は前記モータ駆動手段の連続出力定格に応じて決定された第１の出力リミットを前記上限目標出力とし、前記要求出力急増状態となったときには、前記要求出力と前記電気二重層キャパシタの充電量とに基づいた、前記モータを前記要求出力で連続して作動させることができる時間であるアシスト時間を越えない範囲で、前記モータ駆動手段又は前記モータの短時間出力定格に応じて決定した前記第１の出力リミットよりも大きい第２の出力リミットを前記上限目標出力とすることを特徴とする。
また、前記所定の要求出力急増状態は、前記要求出力が前記第１の出力リミットを越え、且つ、前記要求出力の増加率が所定の基準増加率を超えたときであることを特徴とする。
【００１１】
かかる本発明において、前記連続出力定格とは、前記モータから連続して取出すことができる出力又は前記モータ駆動手段から前記モータに連続して出力することができる電力をいい、両者のうちの小さい方により、前記モータから連続して取出すことができる最大出力が規定される。また、前記短時間出力定格とは、前記モータから第１の規定時間に限って取出し得る出力又は前記モータ駆動手段から前記モータに第２の規定時間に限って出力することができる電力をいい、両者のうちの小さい方に応じて、短時間（該第１の規定時間又は該第２の規定時間）に限って前記モータから取出すことができる出力が決定される。
【００１２】
そして、前記モータ目標出力算出手段は、前記要求出力急増状態となったときに、前記アシスト時間を超えない範囲で、前記第１の出力リミットよりも大きい前記第２のリミットを前記上限目標出力とする。そのため、前記要求出力急増状態となった時から前記アシスト時間を超えない範囲で、前記キャパシタからの放電電力により前記第１のリミットを越える出力を前記モータから出力させることができ、これにより前記要求出力急増状態となったときに、前記モータの出力不足によりドライバビリィティが低下することを抑制することができる。
【００１３】
また、前記アシスト時間が経過した時に、前記上限目標出力を前記第２の出力リミットから直ちに前記第１の出力リミットに戻すと、前記モータ目標出力算出手段により算出される前記目標出力が急激に低下し、それに応じて前記モータの出力も急激に低下するため前記燃料電池自動車の挙動が不安定となる。
【００１４】
そこで、前記モータ目標出力算出手段により、前記アシスト時間が経過した時から前記上限目標出力を所定の減少率で前記第１の出力リミットまで減少させることによって、前記アシスト時間が経過した時に前記モータの出力が急激に低下することを防止して、前記上限目標出力を前記第１の出力リミットまで戻すことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の一例について、図１〜図５を参照して説明する。図１は本発明の燃料電池自動車の制御装置の構成図、図２は図１に示した制御装置の制御ブロック図、図３は図２に示した駆動制御部の作動フローチャート、図４はアシスト時間を決定するための相関グラフ、図５はアシスト時間及びその前後における制御装置の作動状況を示した時系列グラフである。
【００１６】
図１を参照して、本発明の燃料電池自動車の制御装置１（以下、単に制御装置１という）は、燃料電池自動車に搭載されて該燃料電池自動車に供給する電力を制御するものである。制御装置１の作動はマイクロコンピュータやメモリ等により構成されたコントローラ４により制御される。
【００１７】
そして、水素と空気を反応ガスとした電気化学反応を生じさせて電流を出力する燃料電池２の発電量が、コントローラ４に備えられた電源管理制御部１４と燃料電池制御部１６とにより制御される。また、走行用モータ１０（以下、単にモータ１０という）に対するトルク指令が、コントローラ４に備えられた駆動制御部９により決定される。
【００１８】
燃料電池２及び電気二重層キャパシタ３（以下、単にキャパシタ３という）の出力電力は、モータ駆動装置５（本発明のモータ駆動手段に相当する）、空調機器６、及びＤＣ／ＤＣコンバータ７を介して１２Ｖ負荷８に供給される。モータ駆動装置５は、駆動制御部９から出力されるトルク指令（TRQ_CMD）に応じて、モータ１０の電機子に流れる電流を制御する。そして、モータ１０の駆動力はトランスミッション１１を介して駆動輪１２に伝達される。
【００１９】
駆動制御部９は、アクセルペダル１３の踏込み量（Ａp）とモータ１０の回転数（Ｎm）に基づいて算出したモータ１０の目標出力（PD_REQ）を通知する信号を電源管理制御部１４に出力する。
【００２０】
電源管理制御部１４には、モータ１０以外の電装補機で消費される電力を把握するために、負荷センサ１５により検出される負荷電流（Ｉ_load）と負荷電圧（Ｖ_load）の検出信号とが入力され、これらの検出信号により、電源管理制御部１４はモータ１０以外の電装補機で消費される電力を把握する。
【００２１】
そして、電源管理制御部１４は、燃料電池制御部１６から出力される燃料電池２の上限発電量（Ｉfc_LMT）と、キャパシタセンサ３１により検出されるキャパシタ３の充放電電流（Ｉcap）及び端子電圧（Ｖcap）等を考慮した上で、モータ１０の目標出力（PD_REQ）とモータ１０以外の電装補機で消費される電力との合計電力に応じて、燃料電池２から出力される電流の目標値である目標発電量（Ｉfc_CMD）を決定し、該目標発電量（Ｉfc_CMD）を指示する信号を燃料電池制御部１６に出力する。
【００２２】
また、電源管理制御部１４は、駆動制御部９に対して、燃料電池２及びキャパシタ３からモータ駆動装置５に対して供給可能な電力の上限である出力制限電力（PLD）を通知する信号を出力する。
【００２３】
なお、燃料電池制御部１６には、反応ガスセンサ２０から出力される燃料電池２に供給される反応ガス（水素及び空気）の圧力（Ｐgas）、流量（Ｑgas）、及び温度（Ｔgas）の検出信号と、燃料電池２のスタック（図示しない）を構成する燃料電池セル（図示しない）の個々の状態（Ｖcell_indiv）の検出信号とが入力され、燃料電池制御部１６は、これらの検出信号から把握される燃料電池２の状態を考慮して上限発電量（Ｉfc_LMT）を決定する。
【００２４】
また、駆動制御部９は、モータ１０及びモータ駆動装置５における消費電力が電源管理制御部１４から通知された出力制限電力（PLD）を超えないように、モータ駆動装置５に対してトルク指令（TRQ_CMD）を出力し、モータ駆動装置５は、モータ１０が該トルク指令（TRQ_CMD）に応じたトルクを発生するようにモータ１０の電機子電流を制御する。
【００２５】
また、燃料電池制御部１６は、電源管理制御部１４から出力された目標発電量（Ｉfc_CMD）の電流が燃料電池２から出力されるように、反応ガス供給装置２１（本発明の反応ガス供給手段に相当する）に対して、燃料電池２に供給する反応ガスの目標供給量（CMP_CMD）を指示する信号を出力する。これにより、目標発電量（Ｉfc_CMD）に応じた流量の空気と水素が燃料電池２に供給される。
【００２６】
そして、反応ガス供給装置２１から供給される水素は、イジェクタ（図示しない）及び加湿器（図示しない）を経由して燃料電池２の水素極に供給され、空気極に供給される空気中の酸素と電気化学反応を生じて水となり、排出弁２２を介して排出される。ここで、排出弁２２の開度は、空気及び水素の供給圧に応じて燃料電池２内部の圧力勾配が一定に保たれるように、燃料電池制御部１６からの制御信号（VLV_CMD）により制御される。
【００２７】
また、燃料電池２には、水冷式の冷却器（図示しない）が備えられ、燃料電池制御部１６は、該冷却器の入水温度と出水温度に応じて該冷却器に供給される冷却水の流量と温度を制御する。
【００２８】
また、制御装置１には、燃料電池２の出力電流を制限するためにトランジスタやＦＥＴ等のスイッチング素子を備えると共に、燃料電池２の出力電流（Ｉfc）と出力電圧（Ｖfc）を検出する出力電流制限手段３０（本発明の電流制限手段の機能を含む）が設けられ、電源管理制御部１４から出力される電流制限信号（VCU_CMD）のレベル（High／Low）に応じて、出力電流制限手段３０は燃料電池２の電流出力をＯＮ／ＯＦＦする。
【００２９】
なお、電源管理制御部１４は、基本的には、燃料電池２の起動時及び停止時以外は、電流制限信号（VCU_CMD）のレベルを常時Hi ghレベルとして出力電流制限手段をＯＮ（通電）状態とし、燃料電池２とキャパシタ３を直結状態に維持する。
【００３０】
この直結状態においては、モータ１０とモータ１０以外の電装負荷の総消費電力が増大して、燃料電池２の出力電圧が低下するときは、キャパシタ３の開放電圧と燃料電池２の出力電圧との差に応じた放電電流がモータ１０及びモータ１０以外の電装負荷に供給される。一方、前記総消費電力が減少して、燃料電池２の出力電圧が上昇するときには、キャパシタ３の開放電圧と燃料電池２の出力電圧との差に応じた充電電流が燃料電池２からキャパシタ３に供給される。
【００３１】
その結果、いずれの場合もキャパシタ３の開放電圧と燃料電池２の出力電圧が等しい状態に移行する。そのため、残充電量が変化しても開放電圧があまり変化しないバッテリーを燃料電池２と並列に接続する場合のように、大電流のスイッチングが可能な大型のＤＣ／ＤＣコンバータにより常時燃料電池２の出力電圧とバッテリーの開放電圧とを整合させる必要がなく、出力電流制限手段３０は、燃料電池２の出力電流が少ない燃料電池２の起動時及び停止時にキャパシタ３と燃料電池２の間の通電を制限するための小型のスイッチング素子を備えればよい。
【００３２】
以上説明した構成により、モータ１０の目標出力（PD_REQ）と負荷電流（Ｉload）及び負荷電圧（Ｖload）により算出される電装補機の消費電力とに基づいて決定された目標発電量（Ｉfc_CMD）に応じた電流が燃料電池２から出力されるように、反応ガスの目標供給量（CMP_CMD）が制御される。
【００３３】
そして、駆動制御部９は、モータ駆動装置５及びモータ１０が定格を超えて作動することのないようにモータ１０の目標出力（PD_REQ）を制限するが、この制限に伴ってモータ１０の出力が不足して燃料電池自動車のドライバビリィティが低下することを抑制してモータ１０の目標出力（PD_REQ）を算出する。以下、図２〜図５を参照して、駆動制御部９によるモータ１０の目標出力（PD_REQ）の算出処理について説明する。
【００３４】
図２を参照して、駆動制御部９は、要求出力算出部５０（本発明のモータ要求出力決定手段に相当する）、目標出力算出部５１（本発明のモータ目標出力算出手段の機能を含む）、上限目標出力決定部５２（本発明のアシスト時間算出手段及びモータ目標出力算出手段の機能を含む）、及び目標出力制限部５３を備える。
【００３５】
要求出力算出部５０は、アクセルペダル１３（図１参照）の踏込み量（Ａp）とモータ１０の回転数（Ｎm）に基づいてモータ１０の要求出力（PD_CAL）を算出する。
【００３６】
目標出力算出部５１は、上限目標出力決定部５２で決定された上限目標出力（PD_LMT）を超えない範囲で、要求出力（PD_CAL）に応じてモータ１０の目標出力（PR_REQ）を算出する。
【００３７】
上限目標出力決定部５２は、通常は、モータ駆動装置５又はモータ１０の連続出力定格に応じて決定した第１の出力リミット（Ｌ１）を上限目標出力（PD_LMT）として決定するが、要求出力（PD_ CAL）が急激に増加した場合には、モータ駆動手段６又はモータ１０の短時間出力定格に応じて決定した第２の出力リミット（Ｌ２）を上限目標出力（PD_LMT）として決定する。
【００３８】
目標出力制限部５３は、基本的には、モータ１０から目標出力（PD_REQ）が得られるようにトルク指令（TRQ_CMD）を決定するが、目標出力（PD_REQ）を得るためにモータ駆動装置５で必要となる電力が出力制限電力（PLD）を超えるときには、モータ駆動装置５の消費電力が該出力制限電力（PLD）以下となるようにトルク指令（TRQ_CMD）を制限する。
【００３９】
ここで、電源管理制御部１４は、キャパシタ３からの放電電力を考慮して、出力制限電力（PLD）を算出する。すなわち、先ず、開放電圧算出部６０（本発明のキャパシタ充電量把握手段の機能を含む）により、メモリに記憶されたキャパシタ３の内部抵抗（Ｒcap）のデータとキャパシタ電圧（Ｖcap）とキャパシタ電流（Ｉcap）とから、以下の式（１）によりキャパシタ３の開放電圧（Ｖcap_o）が算出される。
【００４０】
Ｖcap_o ＝ Ｖcap ＋ Ｉcap×Ｒcap ・・・・・（１）
また、キャパシタ放電電力算出部６１により、キャパシタ３の出力電圧が、メモリに記憶された燃料電池２の電流／電圧の出力特性マップに上限発電量（Ｉfc_LMT）を適用して得られた燃料電池５の発電量が上限発電量（Ｉfc_LMT）となったときに、キャパシタ３から出力される電力である上限放電電力（Ｐcap_LMT）が、以下の式（２）により算出される。
【００４１】
Ｐcap_LMT ＝ （Ｖcap_o−Ｖfc_LMT）／Ｒcap × Ｖfc_LMT ・・・・（２）
そして、モータ駆動上限電力算出部６３は、上限発電量（Ｉfc_LMT）に応じた燃料電池２の出力電力とキャパシタ３の上限放電電力（Ｐcap_LMT）との和から、電装補機の消費電力（＝Ｖload×Ｉload）を減じて、出力制限電力（PLD）を算出する。そのため、出力制限電力（PLD）は、キャパシタ３からの放電電力を見込んだものとなる。
【００４２】
次に、図３に示したフローチャートに従って、上限目標出力決定部５２の作動について説明する。コントローラ４への通電により駆動制御部９の作動が開始されると、上限目標出力決定部５２は、先ず、ＳＴＥＰ１で、初期設定としてフラグをリセット（フラグ＝０）すると共に、上述した第１の出力リミット（Ｌ１）を上限目標出力（PD_LMT）として決定する。
【００４３】
続くＳＴＥＰ２は要求出力算出部５０による処理であり、要求出力算出部５０は、上述したように、アクセルペダルの踏込み量（Ａp）等に基づいてモータ１０の要求出力（PD_CAL)を算出する。
【００４４】
そして、目標上限出力決定部５２は、次のＳＴＥＰ３でフラグがセットされているか否かを確認し、フラグがセットされていないとき（フラグ＝０）は、ＳＴＥＰ４に進んで、要求出力（PD_CAL）の増加率が基準増加率を超えているか否かを確認する。
【００４５】
要求出力（PD_CAL）の増加率が基準増加率を超えているときはＳＴＥＰ１０に分岐し、上限目標出力決定部５２は、要求出力（PD_CAL）が第１の出力リミット（Ｌ１）以下であるとき（本発明の要求出力急増状態にないときに相当する）はＳＴＥＰ５に進んでフラグをリセットし、ＳＴＥＰ６で第１の出力リミット（Ｌ１）を上限目標出力（PD_LMT）として、ＳＴＥＰ７で運転継続中であればＳＴＥＰ２に戻る。
【００４６】
そのため、アクセルペダルの踏込み量（Ａp）の増加率が基準増加率以下であり、燃料電池自動車の運転者が急な加速を意図していないときには、ＳＴＥＰ２〜ＳＴＥＰ７のループが繰り返し実行され、上限目標出力（PD_LMT）は第１の出力リミット（Ｌ１）に保たれる。
【００４７】
一方、ＳＴＥＰ４でアクセルペダルの踏込み量（Ａp）の増加率が基準増加率を超えてＳＴＥＰ１０に分岐し、且つ、ＳＴＥＰ１０で要求出力（PD_CAL）が第１の出力リミット（Ｌ１）を超えた状態（本発明の要求出力急増状態に相当する）となったときには、ＳＴＥＰ１０からＳＴＥＰ１１に進み、この場合はフラグがまだセットされていないので、ＳＴＥＰ１２に進む。
【００４８】
そして、上限目標出力決定部５２は、ＳＴＥＰ１２で、第１の出力リミット（Ｌ１）を超える目標出力（PD_REQ）でモータ１０を駆動させることができる時間であるアシスト時間を決定する。上限目標出力決定部５２は、図４（ａ）に示したモータアシスト時間／モータ要求出力（PD_CAL）の相関グラフと、図４（ｂ）に示したキャパシタアシスト時間／キャパシタ開放電圧（Ｖcap_o）の相関グラフとに基づいて、アシスト時間を決定する。なお、これらの相関グラフのデータは、予めメモリに記憶されている。
【００４９】
図４（ａ）の相関グラフでは、縦軸（ｔ）がモータアシスト時間、横軸（Ｗ）がモータ１０の要求出力（PD_CAL）に設定されており、モータアシスト時間は、要求出力（PD_CAL）でモータ１０を連続して作動させることができる時間を示している。そして、モータ１０の要求出力（PD_CAL）が大きくなるにつれてモータアシスト時間が減少する。
【００５０】
また、図４（ｂ）の相関グラフでは、縦軸（ｔ）がキャパシタアシスト時間、横軸（Ｖ）がキャパシタ３の開放電圧（Ｖcap_o）に設定されており、キャパシタアシスト時間は、キャパシタ３から第１の出力リミット（Ｌ１）よりも大きいレベルの電力をモータ駆動装置５に出力するために、キャパシタ３から補充電力を出力することができる時間を示している。そして、開放電圧（Ｖcap_o，キャパシタ３の充電量に比例して増減する）が大きくなるにつれて、すなわち、キャパシタ３の充電量が大きくなるにつれてキャパシタアシスト時間が増加する。
【００５１】
そして、上限目標出力決定部５２は、図４（ａ）の相関グラフに要求出力（PD_CAL）を適用して得られたモータアシスト時間と、図４（ｂ）の相関グラフに開放電圧算出部６０により算出されたキャパシタ３の開放電圧（Ｖcap_o）を適用して得られたキャパシタアシスト時間とのうちの短い方を、アシスト時間として決定する。
【００５２】
このようにしてアシスト時間を決定した後、上限目標出力決定部５２は、ＳＴＥＰ１３でフラグをセットし（フラグ＝１）、ＳＴＥＰ１４でアシスト時間を設定時間とするタイマをスタートし、ＳＴＥＰ１５で上限目標出力（PD_LMT）を第２の出力リミットＬ２（＞Ｌ１）に設定して、ＳＴＥＰ７に進む。
【００５３】
これにより、それまで第１の出力リミット（Ｌ１）を上限としてモータ１０の目標出力（PD_REQ）を算出していた目標出力算出部５１が、第２の出力リミット（Ｌ２）を上限として目標出力（PD_REQ）を算出するようになるため、燃料電池自動車を急に加速させようとする運転者の意思に応じてモータ１０の出力を増大させることができる。
【００５４】
そして、ＳＴＥＰ１０で要求出力（PD_CAL）が第１の出力リミット（Ｌ１）を超えている間は、ＳＴＥＰ１１からＳＴＥＰ２０に分岐し、タイマがタイムアップするまで、すなわちアシスト時間が経過するまでは、ＳＴＥＰ２０からＳＴＥＰ７に分岐するため、上限目標出力（PD_LMT）が第２の出力リミット（Ｌ２）に保たれ、モータ１０の出力を第１の出力リミットよりも高くすることができる。
【００５５】
ＳＴＥＰ２０でタイマがタイムアップすると、ＳＴＥＰ２１に進み、上限目標出力決定部５２は、上限目標出力（PD_LMT）を所定の減少分（ΔPD）ずつ減少させることにより上限目標出力（PD_LMT）を所定の減少率で減少させる処理を行なう。すなわち、上限目標出力決定部５２は、ＳＴＥＰ２１で、現在の上限目標出力（PD_LMT）から減少分（ΔPD）を減算したときに、第２の出力リミット（Ｌ２）以下（（PD_LMT−ΔPD）≦Ｌ２）となるか否かを確認する。
【００５６】
そして、（（PD_LMT−ΔPD）≦Ｌ２）とならないときはＳＴＥＰ２２に進み、現在の上限目標出力（PD_LMT）から減少分（ΔPD）を減算して新たな上限目標出力（PD_LMT）とする。これにより、ＳＴＥＰ２１で、（PD_LMT−ΔPD）＞Ｌ２ となるまで、上限目標出力（PD_LMT）が減少分（ΔPD）ずつ低下する。
【００５７】
そして、ＳＴＥＰ２１で、（PD_LMT−ΔPD）≦Ｌ２ となったときに、ＳＴＥＰ３０に分岐して、上限目標出力決定部５２は、フラグをリセットし（フラグ＝０）、続くＳＴＥＰ３１で上限目標出力（PD_LMT）を第１の出力リミット（Ｌ１）に戻す。
【００５８】
このように、アシスト時間が経過したときに、上限目標出力（PD_LMT）を所定の減少率をもって徐々に第１の出力リミット（Ｌ１）まで戻すことによって、アシスト時間の経過時にモータ１０の出力が急激に減少することを防止することができる。
【００５９】
なお、本実施の形態では、アシスト時間が経過するまで上限目標出力（PD_LMT）を第２の出力リミット（Ｌ ２ ）としたが、アシスト時間を越えない範囲で上限目標出力（PD_LMT）を第２の出力リミット（Ｌ ２ ）とする時間を決定することにより、本発明の効果を得ることができる。
【００６０】
図５は、以上説明したように、アシスト時間に限って上限目標出力（PD_LMT）を第１の出力リミット（Ｌ１）から第２の出力リミット（Ｌ２）に変更した場合のモータ１０の出力の推移を示したグラフであり、▲１▼が要求出力(PD_CAL）の推移を示したグラフ、▲２▼がモータ１０の出力（Ｐmot）の推移を示したグラフ、▲３▼がキャパシタ３の開放電圧（Ｖcap_o）の推移を示したグラフである。
【００６１】
▲１▼のグラフで、時刻ｔ１において、それまでＡ１であった要求出力（PD_CAL）が前記基準増加率を超える増加率で急激に増加し始め、時刻ｔ２で第１の出力リミット（Ｌ１）を超えると、上限目標出力決定部５２は、それまで第１の出力リミット（Ｌ１）に設定されていた上限目標出力（PD_LMT）を第２の出力リミット（Ｌ２）に切り換える。
【００６２】
これにより、▲２▼のグラフに示したように、時刻ｔ２からアシスト時間（AS_TIME）が経過するまでの間、モータ１０の出力は第１の出力リミット（Ｌ１）を超える。そして、上限目標出力決定部５２は、アシスト時間（AS_TIME）が経過した時刻ｔ３から、第１の出力リミット（Ｌ１）となる時刻ｔ４まで、上限目標出力（PD_LMT）を所定の減少率をもって減少させるため、図２のグラフに示したように、時刻ｔ３から時刻ｔ４にかけてモータ１０の出力が緩やかに低下する。
【００６３】
そして、時刻ｔ２から時刻ｔ４にかけての第１の出力リミット（Ｌ１）を超えるモータ１０の出力のために、キャパシタ３からの放電電力がモータ駆動装置５で消費されるため、▲３▼のグラフに示したように、時刻ｔ２からキャパシタ３の開放電圧（Ｖcap_o）が減少している。
【００６４】
なお、本実施の形態では、上限目標出力決定部５２は、アシスト時間が経過した時から所定の減少率で上限目標出力（PD_LMT）を減少させる処理を行なったが、このような処理を行なわない場合であっても本発明の効果を得ることができる。
【００６５】
また、本実施の形態では、要求出力算出部５０は、アクセルペダルの踏込み量（Ａp）とモータ１０の回転数（Ｎm）という２個のパラメータに基づいてモータ１０の要求出力（PD_CAL）を算出したが、これらのパラメータのうちのいずれかに基づいて、例えばアクセルの踏込み量（Ａp）のみに基づいてモータ１０の要求出力（PD_CAL）を算出してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料電池自動車の制御装置の構成図。
【図２】図１に示した制御装置の制御ブロック図。
【図３】電気自動車制御ユニットの作動フローチャート。
【図４】アシスト時間を決定するためのグラフ。
【図５】アシスト時間及びその前後における制御装置の作動状況を示した時系列グラフ。
【図６】従来の燃料電池自動車の制御装置の構成図。
【符号の説明】
１…燃料電池自動車の制御装置、２…燃料電池、３…キャパシタ、５…モータ駆動装置、９…駆動制御部、１０…モータ、１４…電源管理制御部、１６…燃料電池制御部、５１…目標出力算出部、５２…上限目標出力決定部、５３…目標出力制限部
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池と電気二重層キャパシタを並列に接続して走行用モータの電源とした燃料電池自動車の制御装置に関し、特に、該モータの出力の制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池自動車に搭載されて、該燃料電池自動車の走行用モータに出力する駆動電力を制御する制御装置として、例えば図６に示したように構成された制御装置が知られている。
【０００３】
図６に示した制御装置には、走行用モータ１００に駆動電力を供給するモータ駆動装置１０１及びエアコン等の電装補機（図示しない）の電源として燃料電池１０２が備えられている。そして、燃料電池１０２と並列に電気二重層キャパシタ１０３が接続され、燃料電池１０２に反応ガスを供給するエアコンプレッサ等の反応ガス供給部１０４の応答遅れにより、燃料電池１０２に対する反応ガスの供給が不足して燃料電池１０２の発電量の不足が生じたときに、電気二重層キャパシタ１０３からの放電電力により補充がなされるように構成されている。
【０００４】
そして、モータ駆動装置１０１は、電気自動車制御ユニット１０５から出されるトルク指令（TRQ_CMD）に応じた駆動電力をモータ１００に供給し、反応ガス供給部１０４は、目標出力算出部１０６により算出されたモータ１００の目標出力（PD_REQ）に応じた発電量が得られるように、燃料電池１０２に供給する反応ガスの量を調節する。
【０００５】
ここで、モータ１００の目標出力（PD_REQ)は、基本的には、モータ１００の回転数（Nm）とアクセルの踏込み量（Ap）に応じて決定されるモータ１００の要求出力（PD_CAL）に基づいて、目標出力算出部１０６により算出される。
【０００６】
しかし、目標出力算出部１０６は、要求出力（PD_CAL）がモータ駆動装置１０１又はモータ１００の連続出力定格（PD_LMT）を超えたときには、目標出力（PD_REQ）を連続出力定格（PD_LMT）以下に制限して算出し、モータ駆動装置１０１やモータ１００が連続出力定格（PD_LMT）を超えて作動することを防止していた。そして、トルク指令算出部１０７は、目標出力（PD_REQ）に応じてモータ駆動装置１０１に対するトルク指令（TRQ_CMD）を算出するため、モータ１００の出力は連続出力定格（PD_LMT）以下に抑えられていた。
【０００７】
そのため、燃料電池自動車の運転者がアクセルを踏み込んで燃料電池自動車を加速させようとしたときに、モータ１００の出力が連続出力定格以下に抑えられて運転者の意図する加速感が得られず、ドライバビィリティが悪化する場合があった。そして、このようなドライバビリティの悪化を防止するためには、モータ駆動装置１０１やモータ１００に連続出力定格が大きいものを採用することが考えられるが、この場合にはモータ駆動装置１０１やモータ１００が大型化してこれらの搭載スペースが増大するとともに、モータ駆動装置１０１やモータ１００のコストもアップするという不都合がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記不都合を解消し、走行用モータやモータ駆動装置を大型化することなく、加速時におけるドライバビリィティの悪化を抑制した燃料電池自動車の制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、走行用モータに対する要求出力を決定するモータ要求出力決定手段と、該要求出力に応じて前記モータの目標出力を所定の上限目標出力以下に制限して算出するモータ目標出力算出手段と、該目標出力に応じた駆動電力を前記モータに出力するモータ駆動手段と、前記モータ駆動手段の電源として使用される燃料電池と、該燃料電池により充電され、該燃料電池の発電量が不足する状態となるときに、放電が生じて不足する発電量を補充するように前記燃料電池と並列に接続された電気二重層キャパシタと、前記目標出力に応じた量の反応ガスを前記燃料電池に供給する反応ガス供給手段とを備えた燃料電池自動車の制御装置の改良に関する。
【００１０】
そして、前記電気二重層キャパシタの充電量を把握するキャパシタ充電量把握手段と、前記走行用モータに対する要求出力が所定の要求出力急増状態となったことを検知する手段とを有し、前記モータ目標出力算出手段は、前記要求出力急増状態にないときは、前記モータ又は前記モータ駆動手段の連続出力定格に応じて決定された第１の出力リミットを前記上限目標出力とし、前記要求出力急増状態となったときには、前記要求出力と前記電気二重層キャパシタの充電量とに基づいた、前記モータを前記要求出力で連続して作動させることができる時間であるアシスト時間を越えない範囲で、前記モータ駆動手段又は前記モータの短時間出力定格に応じて決定した前記第１の出力リミットよりも大きい第２の出力リミットを前記上限目標出力とすることを特徴とする。
また、前記所定の要求出力急増状態は、前記要求出力が前記第１の出力リミットを越え、且つ、前記要求出力の増加率が所定の基準増加率を超えたときであることを特徴とする。
【００１１】
かかる本発明において、前記連続出力定格とは、前記モータから連続して取出すことができる出力又は前記モータ駆動手段から前記モータに連続して出力することができる電力をいい、両者のうちの小さい方により、前記モータから連続して取出すことができる最大出力が規定される。また、前記短時間出力定格とは、前記モータから第１の規定時間に限って取出し得る出力又は前記モータ駆動手段から前記モータに第２の規定時間に限って出力することができる電力をいい、両者のうちの小さい方に応じて、短時間（該第１の規定時間又は該第２の規定時間）に限って前記モータから取出すことができる出力が決定される。
【００１２】
そして、前記モータ目標出力算出手段は、前記要求出力急増状態となったときに、前記アシスト時間を超えない範囲で、前記第１の出力リミットよりも大きい前記第２のリミットを前記上限目標出力とする。そのため、前記要求出力急増状態となった時から前記アシスト時間を超えない範囲で、前記キャパシタからの放電電力により前記第１のリミットを越える出力を前記モータから出力させることができ、これにより前記要求出力急増状態となったときに、前記モータの出力不足によりドライバビリィティが低下することを抑制することができる。
【００１３】
また、前記アシスト時間が経過した時に、前記上限目標出力を前記第２の出力リミットから直ちに前記第１の出力リミットに戻すと、前記モータ目標出力算出手段により算出される前記目標出力が急激に低下し、それに応じて前記モータの出力も急激に低下するため前記燃料電池自動車の挙動が不安定となる。
【００１４】
そこで、前記モータ目標出力算出手段により、前記アシスト時間が経過した時から前記上限目標出力を所定の減少率で前記第１の出力リミットまで減少させることによって、前記アシスト時間が経過した時に前記モータの出力が急激に低下することを防止して、前記上限目標出力を前記第１の出力リミットまで戻すことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の一例について、図１〜図５を参照して説明する。図１は本発明の燃料電池自動車の制御装置の構成図、図２は図１に示した制御装置の制御ブロック図、図３は図２に示した駆動制御部の作動フローチャート、図４はアシスト時間を決定するための相関グラフ、図５はアシスト時間及びその前後における制御装置の作動状況を示した時系列グラフである。
【００１６】
図１を参照して、本発明の燃料電池自動車の制御装置１（以下、単に制御装置１という）は、燃料電池自動車に搭載されて該燃料電池自動車に供給する電力を制御するものである。制御装置１の作動はマイクロコンピュータやメモリ等により構成されたコントローラ４により制御される。
【００１７】
そして、水素と空気を反応ガスとした電気化学反応を生じさせて電流を出力する燃料電池２の発電量が、コントローラ４に備えられた電源管理制御部１４と燃料電池制御部１６とにより制御される。また、走行用モータ１０（以下、単にモータ１０という）に対するトルク指令が、コントローラ４に備えられた駆動制御部９により決定される。
【００１８】
燃料電池２及び電気二重層キャパシタ３（以下、単にキャパシタ３という）の出力電力は、モータ駆動装置５（本発明のモータ駆動手段に相当する）、空調機器６、及びＤＣ／ＤＣコンバータ７を介して１２Ｖ負荷８に供給される。モータ駆動装置５は、駆動制御部９から出力されるトルク指令（TRQ_CMD）に応じて、モータ１０の電機子に流れる電流を制御する。そして、モータ１０の駆動力はトランスミッション１１を介して駆動輪１２に伝達される。
【００１９】
駆動制御部９は、アクセルペダル１３の踏込み量（Ａp）とモータ１０の回転数（Ｎm）に基づいて算出したモータ１０の目標出力（PD_REQ）を通知する信号を電源管理制御部１４に出力する。
【００２０】
電源管理制御部１４には、モータ１０以外の電装補機で消費される電力を把握するために、負荷センサ１５により検出される負荷電流（Ｉ_load）と負荷電圧（Ｖ_load）の検出信号とが入力され、これらの検出信号により、電源管理制御部１４はモータ１０以外の電装補機で消費される電力を把握する。
【００２１】
そして、電源管理制御部１４は、燃料電池制御部１６から出力される燃料電池２の上限発電量（Ｉfc_LMT）と、キャパシタセンサ３１により検出されるキャパシタ３の充放電電流（Ｉcap）及び端子電圧（Ｖcap）等を考慮した上で、モータ１０の目標出力（PD_REQ）とモータ１０以外の電装補機で消費される電力との合計電力に応じて、燃料電池２から出力される電流の目標値である目標発電量（Ｉfc_CMD）を決定し、該目標発電量（Ｉfc_CMD）を指示する信号を燃料電池制御部１６に出力する。
【００２２】
また、電源管理制御部１４は、駆動制御部９に対して、燃料電池２及びキャパシタ３からモータ駆動装置５に対して供給可能な電力の上限である出力制限電力（PLD）を通知する信号を出力する。
【００２３】
なお、燃料電池制御部１６には、反応ガスセンサ２０から出力される燃料電池２に供給される反応ガス（水素及び空気）の圧力（Ｐgas）、流量（Ｑgas）、及び温度（Ｔgas）の検出信号と、燃料電池２のスタック（図示しない）を構成する燃料電池セル（図示しない）の個々の状態（Ｖcell_indiv）の検出信号とが入力され、燃料電池制御部１６は、これらの検出信号から把握される燃料電池２の状態を考慮して上限発電量（Ｉfc_LMT）を決定する。
【００２４】
また、駆動制御部９は、モータ１０及びモータ駆動装置５における消費電力が電源管理制御部１４から通知された出力制限電力（PLD）を超えないように、モータ駆動装置５に対してトルク指令（TRQ_CMD）を出力し、モータ駆動装置５は、モータ１０が該トルク指令（TRQ_CMD）に応じたトルクを発生するようにモータ１０の電機子電流を制御する。
【００２５】
また、燃料電池制御部１６は、電源管理制御部１４から出力された目標発電量（Ｉfc_CMD）の電流が燃料電池２から出力されるように、反応ガス供給装置２１（本発明の反応ガス供給手段に相当する）に対して、燃料電池２に供給する反応ガスの目標供給量（CMP_CMD）を指示する信号を出力する。これにより、目標発電量（Ｉfc_CMD）に応じた流量の空気と水素が燃料電池２に供給される。
【００２６】
そして、反応ガス供給装置２１から供給される水素は、イジェクタ（図示しない）及び加湿器（図示しない）を経由して燃料電池２の水素極に供給され、空気極に供給される空気中の酸素と電気化学反応を生じて水となり、排出弁２２を介して排出される。ここで、排出弁２２の開度は、空気及び水素の供給圧に応じて燃料電池２内部の圧力勾配が一定に保たれるように、燃料電池制御部１６からの制御信号（VLV_CMD）により制御される。
【００２７】
また、燃料電池２には、水冷式の冷却器（図示しない）が備えられ、燃料電池制御部１６は、該冷却器の入水温度と出水温度に応じて該冷却器に供給される冷却水の流量と温度を制御する。
【００２８】
また、制御装置１には、燃料電池２の出力電流を制限するためにトランジスタやＦＥＴ等のスイッチング素子を備えると共に、燃料電池２の出力電流（Ｉfc）と出力電圧（Ｖfc）を検出する出力電流制限手段３０（本発明の電流制限手段の機能を含む）が設けられ、電源管理制御部１４から出力される電流制限信号（VCU_CMD）のレベル（High／Low）に応じて、出力電流制限手段３０は燃料電池２の電流出力をＯＮ／ＯＦＦする。
【００２９】
なお、電源管理制御部１４は、基本的には、燃料電池２の起動時及び停止時以外は、電流制限信号（VCU_CMD）のレベルを常時Hi ghレベルとして出力電流制限手段をＯＮ（通電）状態とし、燃料電池２とキャパシタ３を直結状態に維持する。
【００３０】
この直結状態においては、モータ１０とモータ１０以外の電装負荷の総消費電力が増大して、燃料電池２の出力電圧が低下するときは、キャパシタ３の開放電圧と燃料電池２の出力電圧との差に応じた放電電流がモータ１０及びモータ１０以外の電装負荷に供給される。一方、前記総消費電力が減少して、燃料電池２の出力電圧が上昇するときには、キャパシタ３の開放電圧と燃料電池２の出力電圧との差に応じた充電電流が燃料電池２からキャパシタ３に供給される。
【００３１】
その結果、いずれの場合もキャパシタ３の開放電圧と燃料電池２の出力電圧が等しい状態に移行する。そのため、残充電量が変化しても開放電圧があまり変化しないバッテリーを燃料電池２と並列に接続する場合のように、大電流のスイッチングが可能な大型のＤＣ／ＤＣコンバータにより常時燃料電池２の出力電圧とバッテリーの開放電圧とを整合させる必要がなく、出力電流制限手段３０は、燃料電池２の出力電流が少ない燃料電池２の起動時及び停止時にキャパシタ３と燃料電池２の間の通電を制限するための小型のスイッチング素子を備えればよい。
【００３２】
以上説明した構成により、モータ１０の目標出力（PD_REQ）と負荷電流（Ｉload）及び負荷電圧（Ｖload）により算出される電装補機の消費電力とに基づいて決定された目標発電量（Ｉfc_CMD）に応じた電流が燃料電池２から出力されるように、反応ガスの目標供給量（CMP_CMD）が制御される。
【００３３】
そして、駆動制御部９は、モータ駆動装置５及びモータ１０が定格を超えて作動することのないようにモータ１０の目標出力（PD_REQ）を制限するが、この制限に伴ってモータ１０の出力が不足して燃料電池自動車のドライバビリィティが低下することを抑制してモータ１０の目標出力（PD_REQ）を算出する。以下、図２〜図５を参照して、駆動制御部９によるモータ１０の目標出力（PD_REQ）の算出処理について説明する。
【００３４】
図２を参照して、駆動制御部９は、要求出力算出部５０（本発明のモータ要求出力決定手段に相当する）、目標出力算出部５１（本発明のモータ目標出力算出手段の機能を含む）、上限目標出力決定部５２（本発明のアシスト時間算出手段及びモータ目標出力算出手段の機能を含む）、及び目標出力制限部５３を備える。
【００３５】
要求出力算出部５０は、アクセルペダル１３（図１参照）の踏込み量（Ａp）とモータ１０の回転数（Ｎm）に基づいてモータ１０の要求出力（PD_CAL）を算出する。
【００３６】
目標出力算出部５１は、上限目標出力決定部５２で決定された上限目標出力（PD_LMT）を超えない範囲で、要求出力（PD_CAL）に応じてモータ１０の目標出力（PR_REQ）を算出する。
【００３７】
上限目標出力決定部５２は、通常は、モータ駆動装置５又はモータ１０の連続出力定格に応じて決定した第１の出力リミット（Ｌ１）を上限目標出力（PD_LMT）として決定するが、要求出力（PD_ CAL）が急激に増加した場合には、モータ駆動手段６又はモータ１０の短時間出力定格に応じて決定した第２の出力リミット（Ｌ２）を上限目標出力（PD_LMT）として決定する。
【００３８】
目標出力制限部５３は、基本的には、モータ１０から目標出力（PD_REQ）が得られるようにトルク指令（TRQ_CMD）を決定するが、目標出力（PD_REQ）を得るためにモータ駆動装置５で必要となる電力が出力制限電力（PLD）を超えるときには、モータ駆動装置５の消費電力が該出力制限電力（PLD）以下となるようにトルク指令（TRQ_CMD）を制限する。
【００３９】
ここで、電源管理制御部１４は、キャパシタ３からの放電電力を考慮して、出力制限電力（PLD）を算出する。すなわち、先ず、開放電圧算出部６０（本発明のキャパシタ充電量把握手段の機能を含む）により、メモリに記憶されたキャパシタ３の内部抵抗（Ｒcap）のデータとキャパシタ電圧（Ｖcap）とキャパシタ電流（Ｉcap）とから、以下の式（１）によりキャパシタ３の開放電圧（Ｖcap_o）が算出される。
【００４０】
Ｖcap_o ＝ Ｖcap ＋ Ｉcap×Ｒcap ・・・・・（１）
また、キャパシタ放電電力算出部６１により、キャパシタ３の出力電圧が、メモリに記憶された燃料電池２の電流／電圧の出力特性マップに上限発電量（Ｉfc_LMT）を適用して得られた燃料電池５の発電量が上限発電量（Ｉfc_LMT）となったときに、キャパシタ３から出力される電力である上限放電電力（Ｐcap_LMT）が、以下の式（２）により算出される。
【００４１】
Ｐcap_LMT ＝ （Ｖcap_o−Ｖfc_LMT）／Ｒcap × Ｖfc_LMT ・・・・（２）
そして、モータ駆動上限電力算出部６３は、上限発電量（Ｉfc_LMT）に応じた燃料電池２の出力電力とキャパシタ３の上限放電電力（Ｐcap_LMT）との和から、電装補機の消費電力（＝Ｖload×Ｉload）を減じて、出力制限電力（PLD）を算出する。そのため、出力制限電力（PLD）は、キャパシタ３からの放電電力を見込んだものとなる。
【００４２】
次に、図３に示したフローチャートに従って、上限目標出力決定部５２の作動について説明する。コントローラ４への通電により駆動制御部９の作動が開始されると、上限目標出力決定部５２は、先ず、ＳＴＥＰ１で、初期設定としてフラグをリセット（フラグ＝０）すると共に、上述した第１の出力リミット（Ｌ１）を上限目標出力（PD_LMT）として決定する。
【００４３】
続くＳＴＥＰ２は要求出力算出部５０による処理であり、要求出力算出部５０は、上述したように、アクセルペダルの踏込み量（Ａp）等に基づいてモータ１０の要求出力（PD_CAL)を算出する。
【００４４】
そして、目標上限出力決定部５２は、次のＳＴＥＰ３でフラグがセットされているか否かを確認し、フラグがセットされていないとき（フラグ＝０）は、ＳＴＥＰ４に進んで、要求出力（PD_CAL）の増加率が基準増加率を超えているか否かを確認する。
【００４５】
要求出力（PD_CAL）の増加率が基準増加率を超えているときはＳＴＥＰ１０に分岐し、上限目標出力決定部５２は、要求出力（PD_CAL）が第１の出力リミット（Ｌ１）以下であるとき（本発明の要求出力急増状態にないときに相当する）はＳＴＥＰ５に進んでフラグをリセットし、ＳＴＥＰ６で第１の出力リミット（Ｌ１）を上限目標出力（PD_LMT）として、ＳＴＥＰ７で運転継続中であればＳＴＥＰ２に戻る。
【００４６】
そのため、アクセルペダルの踏込み量（Ａp）の増加率が基準増加率以下であり、燃料電池自動車の運転者が急な加速を意図していないときには、ＳＴＥＰ２〜ＳＴＥＰ７のループが繰り返し実行され、上限目標出力（PD_LMT）は第１の出力リミット（Ｌ１）に保たれる。
【００４７】
一方、ＳＴＥＰ４でアクセルペダルの踏込み量（Ａp）の増加率が基準増加率を超えてＳＴＥＰ１０に分岐し、且つ、ＳＴＥＰ１０で要求出力（PD_CAL）が第１の出力リミット（Ｌ１）を超えた状態（本発明の要求出力急増状態に相当する）となったときには、ＳＴＥＰ１０からＳＴＥＰ１１に進み、この場合はフラグがまだセットされていないので、ＳＴＥＰ１２に進む。
【００４８】
そして、上限目標出力決定部５２は、ＳＴＥＰ１２で、第１の出力リミット（Ｌ１）を超える目標出力（PD_REQ）でモータ１０を駆動させることができる時間であるアシスト時間を決定する。上限目標出力決定部５２は、図４（ａ）に示したモータアシスト時間／モータ要求出力（PD_CAL）の相関グラフと、図４（ｂ）に示したキャパシタアシスト時間／キャパシタ開放電圧（Ｖcap_o）の相関グラフとに基づいて、アシスト時間を決定する。なお、これらの相関グラフのデータは、予めメモリに記憶されている。
【００４９】
図４（ａ）の相関グラフでは、縦軸（ｔ）がモータアシスト時間、横軸（Ｗ）がモータ１０の要求出力（PD_CAL）に設定されており、モータアシスト時間は、要求出力（PD_CAL）でモータ１０を連続して作動させることができる時間を示している。そして、モータ１０の要求出力（PD_CAL）が大きくなるにつれてモータアシスト時間が減少する。
【００５０】
また、図４（ｂ）の相関グラフでは、縦軸（ｔ）がキャパシタアシスト時間、横軸（Ｖ）がキャパシタ３の開放電圧（Ｖcap_o）に設定されており、キャパシタアシスト時間は、キャパシタ３から第１の出力リミット（Ｌ１）よりも大きいレベルの電力をモータ駆動装置５に出力するために、キャパシタ３から補充電力を出力することができる時間を示している。そして、開放電圧（Ｖcap_o，キャパシタ３の充電量に比例して増減する）が大きくなるにつれて、すなわち、キャパシタ３の充電量が大きくなるにつれてキャパシタアシスト時間が増加する。
【００５１】
そして、上限目標出力決定部５２は、図４（ａ）の相関グラフに要求出力（PD_CAL）を適用して得られたモータアシスト時間と、図４（ｂ）の相関グラフに開放電圧算出部６０により算出されたキャパシタ３の開放電圧（Ｖcap_o）を適用して得られたキャパシタアシスト時間とのうちの短い方を、アシスト時間として決定する。
【００５２】
このようにしてアシスト時間を決定した後、上限目標出力決定部５２は、ＳＴＥＰ１３でフラグをセットし（フラグ＝１）、ＳＴＥＰ１４でアシスト時間を設定時間とするタイマをスタートし、ＳＴＥＰ１５で上限目標出力（PD_LMT）を第２の出力リミットＬ２（＞Ｌ１）に設定して、ＳＴＥＰ７に進む。
【００５３】
これにより、それまで第１の出力リミット（Ｌ１）を上限としてモータ１０の目標出力（PD_REQ）を算出していた目標出力算出部５１が、第２の出力リミット（Ｌ２）を上限として目標出力（PD_REQ）を算出するようになるため、燃料電池自動車を急に加速させようとする運転者の意思に応じてモータ１０の出力を増大させることができる。
【００５４】
そして、ＳＴＥＰ１０で要求出力（PD_CAL）が第１の出力リミット（Ｌ１）を超えている間は、ＳＴＥＰ１１からＳＴＥＰ２０に分岐し、タイマがタイムアップするまで、すなわちアシスト時間が経過するまでは、ＳＴＥＰ２０からＳＴＥＰ７に分岐するため、上限目標出力（PD_LMT）が第２の出力リミット（Ｌ２）に保たれ、モータ１０の出力を第１の出力リミットよりも高くすることができる。
【００５５】
ＳＴＥＰ２０でタイマがタイムアップすると、ＳＴＥＰ２１に進み、上限目標出力決定部５２は、上限目標出力（PD_LMT）を所定の減少分（ΔPD）ずつ減少させることにより上限目標出力（PD_LMT）を所定の減少率で減少させる処理を行なう。すなわち、上限目標出力決定部５２は、ＳＴＥＰ２１で、現在の上限目標出力（PD_LMT）から減少分（ΔPD）を減算したときに、第２の出力リミット（Ｌ２）以下（（PD_LMT−ΔPD）≦Ｌ２）となるか否かを確認する。
【００５６】
そして、（（PD_LMT−ΔPD）≦Ｌ２）とならないときはＳＴＥＰ２２に進み、現在の上限目標出力（PD_LMT）から減少分（ΔPD）を減算して新たな上限目標出力（PD_LMT）とする。これにより、ＳＴＥＰ２１で、（PD_LMT−ΔPD）＞Ｌ２ となるまで、上限目標出力（PD_LMT）が減少分（ΔPD）ずつ低下する。
【００５７】
そして、ＳＴＥＰ２１で、（PD_LMT−ΔPD）≦Ｌ２ となったときに、ＳＴＥＰ３０に分岐して、上限目標出力決定部５２は、フラグをリセットし（フラグ＝０）、続くＳＴＥＰ３１で上限目標出力（PD_LMT）を第１の出力リミット（Ｌ１）に戻す。
【００５８】
このように、アシスト時間が経過したときに、上限目標出力（PD_LMT）を所定の減少率をもって徐々に第１の出力リミット（Ｌ１）まで戻すことによって、アシスト時間の経過時にモータ１０の出力が急激に減少することを防止することができる。
【００５９】
なお、本実施の形態では、アシスト時間が経過するまで上限目標出力（PD_LMT）を第２の出力リミット（Ｌ ２ ）としたが、アシスト時間を越えない範囲で上限目標出力（PD_LMT）を第２の出力リミット（Ｌ ２ ）とする時間を決定することにより、本発明の効果を得ることができる。
【００６０】
図５は、以上説明したように、アシスト時間に限って上限目標出力（PD_LMT）を第１の出力リミット（Ｌ１）から第２の出力リミット（Ｌ２）に変更した場合のモータ１０の出力の推移を示したグラフであり、▲１▼が要求出力(PD_CAL）の推移を示したグラフ、▲２▼がモータ１０の出力（Ｐmot）の推移を示したグラフ、▲３▼がキャパシタ３の開放電圧（Ｖcap_o）の推移を示したグラフである。
【００６１】
▲１▼のグラフで、時刻ｔ１において、それまでＡ１であった要求出力（PD_CAL）が前記基準増加率を超える増加率で急激に増加し始め、時刻ｔ２で第１の出力リミット（Ｌ１）を超えると、上限目標出力決定部５２は、それまで第１の出力リミット（Ｌ１）に設定されていた上限目標出力（PD_LMT）を第２の出力リミット（Ｌ２）に切り換える。
【００６２】
これにより、▲２▼のグラフに示したように、時刻ｔ２からアシスト時間（AS_TIME）が経過するまでの間、モータ１０の出力は第１の出力リミット（Ｌ１）を超える。そして、上限目標出力決定部５２は、アシスト時間（AS_TIME）が経過した時刻ｔ３から、第１の出力リミット（Ｌ１）となる時刻ｔ４まで、上限目標出力（PD_LMT）を所定の減少率をもって減少させるため、図２のグラフに示したように、時刻ｔ３から時刻ｔ４にかけてモータ１０の出力が緩やかに低下する。
【００６３】
そして、時刻ｔ２から時刻ｔ４にかけての第１の出力リミット（Ｌ１）を超えるモータ１０の出力のために、キャパシタ３からの放電電力がモータ駆動装置５で消費されるため、▲３▼のグラフに示したように、時刻ｔ２からキャパシタ３の開放電圧（Ｖcap_o）が減少している。
【００６４】
なお、本実施の形態では、上限目標出力決定部５２は、アシスト時間が経過した時から所定の減少率で上限目標出力（PD_LMT）を減少させる処理を行なったが、このような処理を行なわない場合であっても本発明の効果を得ることができる。
【００６５】
また、本実施の形態では、要求出力算出部５０は、アクセルペダルの踏込み量（Ａp）とモータ１０の回転数（Ｎm）という２個のパラメータに基づいてモータ１０の要求出力（PD_CAL）を算出したが、これらのパラメータのうちのいずれかに基づいて、例えばアクセルの踏込み量（Ａp）のみに基づいてモータ１０の要求出力（PD_CAL）を算出してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料電池自動車の制御装置の構成図。
【図２】図１に示した制御装置の制御ブロック図。
【図３】電気自動車制御ユニットの作動フローチャート。
【図４】アシスト時間を決定するためのグラフ。
【図５】アシスト時間及びその前後における制御装置の作動状況を示した時系列グラフ。
【図６】従来の燃料電池自動車の制御装置の構成図。
【符号の説明】
１…燃料電池自動車の制御装置、２…燃料電池、３…キャパシタ、５…モータ駆動装置、９…駆動制御部、１０…モータ、１４…電源管理制御部、１６…燃料電池制御部、５１…目標出力算出部、５２…上限目標出力決定部、５３…目標出力制限部
Claims (3)
- 走行用モータに対する要求出力を決定するモータ要求出力決定手段と、該要求出力に応じて前記モータの目標出力を所定の上限目標出力以下に制限して算出するモータ目標出力算出手段と、該目標出力に応じた駆動電力を前記モータに出力するモータ駆動手段と、前記モータ駆動手段の電源として使用される燃料電池と、該燃料電池により充電され、該燃料電池の発電量が不足する状態となるときに、放電が生じて不足する発電量を補充するように前記燃料電池と並列に接続された電気二重層キャパシタと、前記目標出力に応じた量の反応ガスを前記燃料電池に供給する反応ガス供給手段とを備えた燃料電池自動車の制御装置において、
前記電気二重層キャパシタの充電量を把握するキャパシタ充電量把握手段と、
前記走行用モータに対する要求出力が所定の要求出力急増状態となったことを検知する手段とを有し、
前記モータ目標出力算出手段は、前記要求出力急増状態にないときは、前記モータ又は前記モータ駆動手段の連続出力定格に応じて決定された第１の出力リミットを前記上限目標出力とし、前記要求出力急増状態となったときには、前記要求出力と前記電気二重層キャパシタの充電量とに基づいた、前記モータを前記要求出力で連続して作動させることができる時間であるアシスト時間を越えない範囲で、前記モータ駆動手段又は前記モータの短時間出力定格に応じて決定した前記第１の出力リミットよりも大きい第２の出力リミットを前記上限目標出力とすることを特徴とする燃料電池自動車の制御装置。 - 前記所定の要求出力急増状態は、前記要求出力が前記第１の出力リミットを越え、且つ、前記要求出力の増加率が所定の基準増加率を超えたときであることを特徴とする請求項１記載の燃料電池自動車の制御装置。
- 前記モータ目標出力算出手段は、前記アシスト時間が経過した時から前記上限目標出力を所定の減少率で前記第１の出力リミットまで減少させることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の燃料電池自動車の制御装置。
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