JP4149463B2 - 燃料電池車両の制御装置および燃料電池車両の制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、燃料電池車両の制御装置および燃料電池車両の制御方法に関する。

従来、例えば並列に接続された燃料電池と２次電池とを、車両走行用モータ等の負荷に対する電源とした燃料電池システムにおいて、２次電池の残容量に応じて負荷への電力供給を制限する燃料電池システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、例えば並列に接続された燃料電池と２次電池とを、車両走行用モータ等の負荷に対する電源とした燃料電池自動車の制御装置において、燃料電池の上限発電量と、２次電池の残容量とに応じて負荷への電力供給を制限すると共に、車両走行用モータの回生動作を制御する燃料電池自動車の制御装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
また、例えば並列に接続された燃料電池と２次電池とを、車両走行用モータ等の負荷に対する電源とした燃料電池車両の制御装置において、燃料電池の出力電圧と、２次電池の上限電圧とに応じて負荷への電力供給を制限する燃料電池車両の制御装置が知られている（例えば、特許文献３参照）。
特開平１０−７４５３３号公報 特開２００３−７９００７号公報 特開２００４−１８５８２０号公報

ところで、上記従来技術に係る燃料電池システムおよび制御装置では、燃料電池および２次電池からなる電源から出力可能な電力に応じて、車両走行用モータへの電力供給を制限することから、例えば燃料電池や２次電池の温度等に応じて電源から出力可能な上限電力を設定すると共に、車両走行用モータで実際に消費される実電力を適宜の電流センサおよび電圧センサの検出値に応じて検知し、この実電力が上限電力を超えたことが検知された場合に車両走行用モータへの電力供給を制限することになる。
しかしながら、例えば降雨や凍結等により相対的に摩擦抵抗が低い路面でタイヤが滑る場合等のように、車両走行用モータの出力が急激に増大する場合には、車両走行用モータで消費される実電力を検知してから車両走行用モータへの電力供給の制限を開始するまでに要する時間の間に、電源から上限電力を超える電力が出力されてしまい、燃料電池システムのシステム電圧が過剰に低下して燃料電池や２次電池を適切に保護することができなくなる虞がある。

このような問題に対して、例えば車両走行用モータの実電力に対する判定閾値として、電源から出力可能な上限電力よりも所定値だけ低い値を設定し、車両走行用モータの実電力が電源の上限電力に到達するより以前のタイミングであっても、所定の判定閾値に到達した時点で車両走行用モータへの電力供給の制限を開始するように設定すると、車両走行用モータの出力を過剰に制限してしまうという問題が生じる。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、車両走行用のモータの出力を過剰に制限することを防止しつつ、燃料電池システムのシステム電圧が過剰に低下してしまうことを防止することが可能な燃料電池車両の制御装置および燃料電池車両の制御方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の本発明の燃料電池車両の制御装置は、車両を駆動可能なモータ（例えば、実施の形態でのモータ１６）と、該モータの駆動および回生動作を制御するモータ制御手段（例えば、実施の形態でのモータＥＣＵ４２およびＰＤＵ１５）と、前記モータの電源をなす燃料電池システムとして、反応ガス供給手段（例えば、実施の形態での空気供給装置（Ｓ／Ｃ）１８、水素タンク１９ａおよび水素供給弁１９ｂ）により反応ガスが供給されて電気化学反応により発電する燃料電池（例えば、実施の形態での燃料電池１１）と、該燃料電池の発電電力および前記モータの回生電力により充電される蓄電装置（例えば、実施の形態での蓄電装置１３）と、前記燃料電池の出力を制御する出力制御手段（例えば、実施の形態での燃料電池ＥＣＵ４１および出力制御器１７）とを備える燃料電池車両の制御装置であって、モータ駆動回路への入力電圧であるシステム電圧（例えば、実施の形態でのシステム電圧ＶＳ）を検出するシステム電圧センサと、前記モータの回転数を検出する回転数センサと、前記回転数センサにより検出される前記回転数が小さく、タイヤのスリップに至る大きなトルクを出力可能な回転数であるときには、前記モータの出力制限を開始する第１電圧閾値を増大傾向に変化させる電圧閾値設定手段と、前記システム電圧センサによって検出された前記システム電圧が前記第１電圧閾値未満である場合に前記モータの出力を制限するモータ出力制限手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０４、ステップＳ２６）とを備えることを特徴としている。

上記の燃料電池車両の制御装置によれば、モータの回転数が相対的に低い場合には出力可能なトルクが増大しており、この状態で降雨や凍結等により相対的に摩擦抵抗が低い路面を走行すると、タイヤのスリップによってモータの回転数が急激に上昇し、これに伴ってモータの出力が急激に増大する可能性がある。このため、モータの出力が急激に増大する可能性が高いことが推定された場合には、モータでの消費電力の増大に伴いシステム電圧が急激に低下する可能性があると判断して、モータの出力制限を実行するか否かを判定するための第１電圧閾値を、出力制限が実行され易くなるような値に設定する。一方、モータの出力が急激に増大することは抑制されることが推定された場合には、モータの出力制限を実行するか否かを判定するための第１電圧閾値を、出力制限が実行され難くなるような値に設定する。
つまり、システム電圧が第１電圧閾値以上となる状態であればモータの出力制限は禁止され、システム電圧が第１電圧閾値を超えて低下するとモータの出力制限が実行されることから、第１電圧閾値を増大させることによってモータの出力制限が実行され易くなる。このため、システム電圧の低下度合が増大することが推定された場合には、第１電圧閾値を増大傾向に変化させることにより、システム電圧が過剰に低下してしまうより以前のタイミングでモータの出力を制限することができる。
これにより、実際にモータの出力が急激に増大する場合であっても燃料電池システムのシステム電圧が過剰に低下してしまうことを防止することができると共に、システム電圧が過剰に低下してしまう可能性が低い状態でモータの出力を過剰に制限してしまうことを防止することができる。

また、請求項２に記載の本発明の燃料電池車両の制御装置は、車両を駆動可能なモータ（例えば、実施の形態でのモータ１６）と、該モータの駆動および回生動作を制御するモータ制御手段（例えば、実施の形態でのモータＥＣＵ４２およびＰＤＵ１５）と、前記モータの電源をなす燃料電池システムとして、反応ガス供給手段（例えば、実施の形態での空気供給装置（Ｓ／Ｃ）１８、水素タンク１９ａおよび水素供給弁１９ｂ）により反応ガスが供給されて電気化学反応により発電する燃料電池（例えば、実施の形態での燃料電池１１）と、該燃料電池の発電電力および前記モータの回生電力により充電される蓄電装置（例えば、実施の形態での蓄電装置１３）と、前記燃料電池の出力を制御する出力制御手段（例えば、実施の形態での燃料電池ＥＣＵ４１および出力制御器１７）とを備える燃料電池車両の制御装置であって、モータ駆動回路への入力電圧であるシステム電圧（例えば、実施の形態でのシステム電圧ＶＳ）を検出するシステム電圧センサと、前記燃料電池の温度を検出する温度センサと、前記温度センサにより検出される温度が低く、モータ消費電力が急増したときに前記システム電圧の低下に至る低い温度であるときには、前記モータの出力制限を開始する第１電圧閾値を増大傾向に変化させる電圧閾値設定手段と、前記システム電圧センサによって検出された前記システム電圧が前記第１電圧閾値未満である場合に前記モータの出力を制限するモータ出力制限手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０４、ステップＳ２６）とを備えることを特徴としている。

上記の燃料電池車両の制御装置によれば、燃料電池から出力可能な上限電力は燃料電池の温度に応じて変化し、相対的に低温状態では上限電力が低下し、相対的に高温状態では上限電力が増大する。このため、燃料電池が低い温度であるときに、モータ消費電力が急増して燃料電池から出力可能な上限電力よりも大きくなる可能性が高いことが推定された場合には、モータでの消費電力の増大に伴いシステム電圧が急激に低下する可能性があると判断して、モータの出力制限を実行するか否かを判定するための第１電圧閾値を、出力制限が実行され易くなるような値に設定する。一方、燃料電池が高い温度であって、モータ消費電力が燃料電池から出力可能な上限電力よりも大きくなることは抑制されることが推定された場合には、モータの出力制限を実行するか否かを判定するための第１電圧閾値を、出力制限が実行され難くなるような値に設定する。
つまり、システム電圧が第１電圧閾値以上となる状態であればモータの出力制限は禁止され、システム電圧が第１電圧閾値を超えて低下するとモータの出力制限が実行されることから、第１電圧閾値を増大させることによってモータの出力制限が実行され易くなる。このため、システム電圧の低下度合が増大することが推定された場合には、第１電圧閾値を増大傾向に変化させることにより、システム電圧が過剰に低下してしまうより以前のタイミングでモータの出力を制限することができる。
これにより、実際にモータの出力が急激に増大する場合であっても燃料電池システムのシステム電圧が過剰に低下してしまうことを防止することができると共に、システム電圧が過剰に低下してしまう可能性が低い状態でモータの出力を過剰に制限してしまうことを防止することができる。

また、請求項３に記載の本発明の燃料電池車両の制御装置は、車両を駆動可能なモータ（例えば、実施の形態でのモータ１６）と、該モータの駆動および回生動作を制御するモータ制御手段（例えば、実施の形態でのモータＥＣＵ４２およびＰＤＵ１５）と、前記モータの電源をなす燃料電池システムとして、反応ガス供給手段（例えば、実施の形態での空気供給装置（Ｓ／Ｃ）１８、水素タンク１９ａおよび水素供給弁１９ｂ）により反応ガスが供給されて電気化学反応により発電する燃料電池（例えば、実施の形態での燃料電池１１）と、該燃料電池の発電電力および前記モータの回生電力により充電される蓄電装置（例えば、実施の形態での蓄電装置１３）と、前記燃料電池の出力を制御する出力制御手段（例えば、実施の形態での燃料電池ＥＣＵ４１および出力制御器１７）とを備える燃料電池車両の制御装置であって、モータ駆動回路への入力電圧であるシステム電圧（例えば、実施の形態でのシステム電圧ＶＳ）を検出するシステム電圧センサと、前記モータの回転数を検出する回転数センサと、前記燃料電池の温度を検出する温度センサと、前記回転数センサにより検出される前記回転数が小さく、タイヤのスリップに至る大きなトルクを出力可能な回転数であるとき、あるいは、前記温度センサにより検出される温度が低く、モータ消費電力が増大したときに前記システム電圧の低下に至る低い温度であるときには、前記モータの出力制限を開始する第１電圧閾値を増大傾向に変化させる電圧閾値設定手段と、前記システム電圧センサによって検出された前記システム電圧が前記第１電圧閾値未満である場合に前記モータの出力を制限するモータ出力制限手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０４、ステップＳ２６）とを備えることを特徴としている。

上記の燃料電池車両の制御装置によれば、モータの回転数が相対的に低い場合には出力可能なトルクが増大しており、この状態で降雨や凍結等により相対的に摩擦抵抗が低い路面を走行すると、タイヤのスリップによってモータの回転数が急激に上昇し、これに伴ってモータの出力が急激に増大する可能性がある。このため、モータの出力が急激に増大する可能性が高いことが推定された場合には、モータでの消費電力の増大に伴いシステム電圧が急激に低下する可能性があると判断して、モータの出力制限を実行するか否かを判定するための第１電圧閾値を、出力制限が実行され易くなるような値に設定する。一方、モータの出力が急激に増大することは抑制されることが推定された場合には、モータの出力制限を実行するか否かを判定するための第１電圧閾値を、出力制限が実行され難くなるような値に設定する。
また、燃料電池から出力可能な上限電力は燃料電池の温度に応じて変化し、相対的に低温状態では上限電力が低下し、相対的に高温状態では上限電力が増大する。このため、燃料電池が低い温度であるときに、モータ消費電力が急増して燃料電池から出力可能な上限電力よりも大きくなる可能性が高いことが推定された場合には、モータでの消費電力の増大に伴いシステム電圧が急激に低下する可能性があると判断して、モータの出力制限を実行するか否かを判定するための第１電圧閾値を、出力制限が実行され易くなるような値に設定する。一方、燃料電池が高い温度であって、モータ消費電力が燃料電池から出力可能な上限電力よりも大きくなることは抑制されることが推定された場合には、モータの出力制限を実行するか否かを判定するための第１電圧閾値を、出力制限が実行され難くなるような値に設定する。
つまり、システム電圧が第１電圧閾値以上となる状態であればモータの出力制限は禁止され、システム電圧が第１電圧閾値を超えて低下するとモータの出力制限が実行されることから、第１電圧閾値を増大させることによってモータの出力制限が実行され易くなる。このため、システム電圧の低下度合が増大することが推定された場合には、第１電圧閾値を増大傾向に変化させることにより、システム電圧が過剰に低下してしまうより以前のタイミングでモータの出力を制限することができる。
これにより、実際にモータの出力が急激に増大する場合であっても燃料電池システムのシステム電圧が過剰に低下してしまうことを防止することができると共に、システム電圧が過剰に低下してしまう可能性が低い状態でモータの出力を過剰に制限してしまうことを防止することができる。

さらに、請求項４に記載の本発明の燃料電池車両の制御装置では、前記電圧閾値設定手段は、前記第１閾値よりも小さい第２閾値（例えば、実施の形態でのモータ出力制限終了電圧ＶＢ）を設定し、前記モータ出力制限手段は、前記システム電圧センサによって検出された前記システム電圧が前記第１閾値未満かつ前記第２閾値よりも大きい場合に、前記モータの出力を制限する際の制限率（例えば、実施の形態での出力制限係数Ｋ）を前記システム電圧に応じて設定することを特徴としている。

上記の燃料電池車両の制御装置によれば、例えばシステム電圧が第１閾値から第２閾値に向かい減少することに伴い、制限率が増大傾向に変化するように設定することで、モータの出力を過剰に制限してしまうことを防止することができる。

さらに、請求項５に記載の本発明の燃料電池車両の制御装置は、前記電圧閾値設定手段を具備する第１演算装置（例えば、実施の形態でのマネジメントＥＣＵ４３）と、前記モータ出力制限手段を具備する第２演算装置（例えば、実施の形態でのモータＥＣＵ４２）とを備えることを特徴としている。

上記の燃料電池車両の制御装置によれば、燃料電池システムのシステム電圧の低下度合を推定して、モータの出力制限を開始する第１電圧閾値を増大傾向に変化させる第１演算装置と、システム電圧の低下度合に応じてモータの出力を制限する第２演算装置とを備えることにより、例えば推定処理と制限処理とを単一の演算装置で実行する場合、つまりモータの出力の変化を検出し、この検出結果に基づきシステム電圧の低下度合を推定し、この推定結果に応じてモータの出力を制限する、という一連の処理を単一の演算装置で実行する場合に比べて、モータの出力制限を迅速に実行することができる。
すなわち、システム電圧の低下度合を推定する処理は、推定精度を向上させるために相対的に煩雑な演算処理を要することから、この推定処理は、モータの出力変化の検出結果に応じてモータの出力制限を実行する制限処理とは独立に実行し、この推定結果を適宜のタイミングで第１演算装置から第２演算装置へと入力することで、制限処理の実行に要する時間を短縮することができる。これにより、モータの出力が急激に増大する場合であっても、モータの出力制限の実行開始が遅れてしまうことで燃料電池システムのシステム電圧が過剰に低下してしまうことを防止することができる。

さらに、請求項６に記載の本発明の燃料電池車両の制御装置は、前記蓄電装置の端子電圧を昇圧可能な電力変換手段（例えば、実施の形態でのＤＣ−ＤＣコンバータ１４）と、前記蓄電装置の端子電圧を検出する端子電圧センサとを備え、前記端子電圧センサにより検出される前記端子電圧に基づいて昇圧可能電圧を算出し、算出された前記昇圧可能電圧が前記第１電圧閾値よりも大きい場合には、前記モータの出力制限を禁止することを特徴としている。

上記の燃料電池車両の制御装置によれば、電力変換手段の昇圧動作により蓄電装置の端子電圧を昇圧することにより、燃料電池システムのシステム電圧の低下を抑制することができる。このため、電力変換手段による昇圧動作の動作状態（例えば、昇圧可能な電圧等）に基づき、モータの運転状態に応じたシステム電圧の低下量を推定することにより、この推定結果に応じてモータの出力を制限する際に、モータの出力を過剰に制限してしまうことを防止することができる。

また、請求項７に記載の本発明の燃料電池車両の制御方法は、車両を駆動可能なモータ（例えば、実施の形態でのモータ１６）と、該モータの駆動および回生動作を制御するモータ制御手段（例えば、実施の形態でのモータＥＣＵ４２およびＰＤＵ１５）と、前記モータの電源をなす燃料電池システムとして、反応ガス供給手段（例えば、実施の形態での空気供給装置（Ｓ／Ｃ）１８、水素タンク１９ａおよび水素供給弁１９ｂ）により反応ガスが供給されて電気化学反応により発電する燃料電池（例えば、実施の形態での燃料電池１１）と、該燃料電池の発電電力および前記モータの回生電力により充電される蓄電装置（例えば、実施の形態での蓄電装置１３）と、前記燃料電池の出力を制御する出力制御手段（例えば、実施の形態での燃料電池ＥＣＵ４１および出力制御器１７）とを備える燃料電池車両の制御方法であって、前記モータの回転数が小さく、タイヤのスリップに至る大きなトルクを出力可能な回転数であるときには、前記モータの出力制限を開始する第１電圧閾値を増大傾向に変化させ、モータ駆動回路への入力電圧であるシステム電圧（例えば、実施の形態でのシステム電圧ＶＳ）が前記第１電圧閾値未満である場合に前記モータの出力を制限することを特徴としている。

上記の燃料電池車両の制御方法によれば、モータの回転数が相対的に低い場合には出力可能なトルクが増大しており、この状態で降雨や凍結等により相対的に摩擦抵抗が低い路面を走行すると、タイヤのスリップによってモータの回転数が急激に上昇し、これに伴ってモータの出力が急激に増大する可能性がある。このため、モータの出力が急激に増大する可能性が高いことが推定された場合には、モータでの消費電力の増大に伴いシステム電圧が急激に低下する可能性があると判断して、モータの出力制限を実行するか否かを判定するための第１電圧閾値を、出力制限が実行され易くなるような値に設定する。一方、モータの出力が急激に増大することは抑制されることが推定された場合には、モータの出力制限を実行するか否かを判定するための第１電圧閾値を、出力制限が実行され難くなるような値に設定する。
つまり、システム電圧が第１電圧閾値以上となる状態であればモータの出力制限は禁止され、システム電圧が第１電圧閾値を超えて低下するとモータの出力制限が実行されることから、第１電圧閾値を増大させることによってモータの出力制限が実行され易くなる。このため、システム電圧の低下度合が増大することが推定された場合には、第１電圧閾値を増大傾向に変化させることにより、システム電圧が過剰に低下してしまうより以前のタイミングでモータの出力を制限することができる。
これにより、実際にモータの出力が急激に増大する場合であっても燃料電池システムのシステム電圧が過剰に低下してしまうことを防止することができると共に、システム電圧が過剰に低下してしまう可能性が低い状態でモータの出力を過剰に制限してしまうことを防止することができる。

また、請求項８に記載の本発明の燃料電池車両の制御方法は、車両を駆動可能なモータ（例えば、実施の形態でのモータ１６）と、該モータの駆動および回生動作を制御するモータ制御手段（例えば、実施の形態でのモータＥＣＵ４２およびＰＤＵ１５）と、前記モータの電源をなす燃料電池システムとして、反応ガス供給手段（例えば、実施の形態での空気供給装置（Ｓ／Ｃ）１８、水素タンク１９ａおよび水素供給弁１９ｂ）により反応ガスが供給されて電気化学反応により発電する燃料電池（例えば、実施の形態での燃料電池１１）と、該燃料電池の発電電力および前記モータの回生電力により充電される蓄電装置（例えば、実施の形態での蓄電装置１３）と、前記燃料電池の出力を制御する出力制御手段（例えば、実施の形態での燃料電池ＥＣＵ４１および出力制御器１７）とを備える燃料電池車両の制御方法であって、前記燃料電池の温度が低く、モータ消費電力が急増したときにモータ駆動回路への入力電圧であるシステム電圧（例えば、実施の形態でのシステム電圧ＶＳ）の低下に至る低い温度であるときには、前記モータの出力制限を開始する第１電圧閾値を増大傾向に変化させ、前記システム電圧が前記第１電圧閾値未満である場合に前記モータの出力を制限することを特徴としている。

上記の燃料電池車両の制御方法によれば、燃料電池から出力可能な上限電力は燃料電池の温度に応じて変化し、相対的に低温状態では上限電力が低下し、相対的に高温状態では上限電力が増大する。このため、燃料電池が低い温度であるときに、モータ消費電力が急増して燃料電池から出力可能な上限電力よりも大きくなる可能性が高いことが推定された場合には、モータでの消費電力の増大に伴いシステム電圧が急激に低下する可能性があると判断して、モータの出力制限を実行するか否かを判定するための第１電圧閾値を、出力制限が実行され易くなるような値に設定する。一方、燃料電池が高い温度であって、モータ消費電力が燃料電池から出力可能な上限電力よりも大きくなることは抑制されることが推定された場合には、モータの出力制限を実行するか否かを判定するための第１電圧閾値を、出力制限が実行され難くなるような値に設定する。
つまり、システム電圧が第１電圧閾値以上となる状態であればモータの出力制限は禁止され、システム電圧が第１電圧閾値を超えて低下するとモータの出力制限が実行されることから、第１電圧閾値を増大させることによってモータの出力制限が実行され易くなる。このため、システム電圧の低下度合が増大することが推定された場合には、第１電圧閾値を増大傾向に変化させることにより、システム電圧が過剰に低下してしまうより以前のタイミングでモータの出力を制限することができる。
これにより、実際にモータの出力が急激に増大する場合であっても燃料電池システムのシステム電圧が過剰に低下してしまうことを防止することができると共に、システム電圧が過剰に低下してしまう可能性が低い状態でモータの出力を過剰に制限してしまうことを防止することができる。

また、請求項９に記載の本発明の燃料電池車両の制御方法は、車両を駆動可能なモータと、該モータの駆動および回生動作を制御するモータ制御手段と、前記モータの電源をなす燃料電池システムとして、反応ガス供給手段により反応ガスが供給されて電気化学反応により発電する燃料電池と、該燃料電池の発電電力および前記モータの回生電力により充電される蓄電装置と、前記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車両の制御方法であって、前記モータの回転数が小さく、タイヤのスリップに至る大きなトルクを出力可能な回転数であるとき、あるいは、前記燃料電池の温度が低く、モータ消費電力が急増したときにモータ駆動回路への入力電圧であるシステム電圧の低下に至る低い温度であるときには、前記モータの出力制限を開始する第１電圧閾値を増大傾向に変化させ、前記システム電圧が前記第１電圧閾値未満である場合に前記モータの出力を制限することを特徴としている。

上記の燃料電池車両の制御方法によれば、モータの回転数が相対的に低い場合には出力可能なトルクが増大しており、この状態で降雨や凍結等により相対的に摩擦抵抗が低い路面を走行すると、タイヤのスリップによってモータの回転数が急激に上昇し、これに伴ってモータの出力が急激に増大する可能性がある。このため、モータの出力が急激に増大する可能性が高いことが推定された場合には、モータでの消費電力の増大に伴いシステム電圧が急激に低下する可能性があると判断して、モータの出力制限を実行するか否かを判定するための第１電圧閾値を、出力制限が実行され易くなるような値に設定する。一方、モータの出力が急激に増大することは抑制されることが推定された場合には、モータの出力制限を実行するか否かを判定するための第１電圧閾値を、出力制限が実行され難くなるような値に設定する。
また、燃料電池から出力可能な上限電力は燃料電池の温度に応じて変化し、相対的に低温状態では上限電力が低下し、相対的に高温状態では上限電力が増大する。このため、燃料電池が低い温度であるときに、モータ消費電力が急増して燃料電池から出力可能な上限電力よりも大きくなる可能性が高いことが推定された場合には、モータでの消費電力の増大に伴いシステム電圧が急激に低下する可能性があると判断して、モータの出力制限を実行するか否かを判定するための第１電圧閾値を、出力制限が実行され易くなるような値に設定する。一方、燃料電池が高い温度であって、モータ消費電力が燃料電池から出力可能な上限電力よりも大きくなることは抑制されることが推定された場合には、モータの出力制限を実行するか否かを判定するための第１電圧閾値を、出力制限が実行され難くなるような値に設定する。
つまり、システム電圧が第１電圧閾値以上となる状態であればモータの出力制限は禁止され、システム電圧が第１電圧閾値を超えて低下するとモータの出力制限が実行されることから、第１電圧閾値を増大させることによってモータの出力制限が実行され易くなる。このため、システム電圧の低下度合が増大することが推定された場合には、第１電圧閾値を増大傾向に変化させることにより、システム電圧が過剰に低下してしまうより以前のタイミングでモータの出力を制限することができる。
これにより、実際にモータの出力が急激に増大する場合であっても燃料電池システムのシステム電圧が過剰に低下してしまうことを防止することができると共に、システム電圧が過剰に低下してしまう可能性が低い状態でモータの出力を過剰に制限してしまうことを防止することができる。

さらに、請求項１０に記載の本発明の燃料電池車両の制御方法は、前記第１閾値よりも小さい第２閾値（例えば、実施の形態でのモータ出力制限終了電圧ＶＢ）を設定し、前記システム電圧が前記第１閾値未満かつ前記第２閾値よりも大きい場合に、前記モータの出力を制限する際の制限率（例えば、実施の形態での出力制限係数Ｋ）を前記システム電圧に応じて設定することを特徴としている。

上記の燃料電池車両の制御方法によれば、例えばシステム電圧が第１閾値から第２閾値に向かい減少することに伴い、制限率が増大傾向に変化するように設定することで、モータの出力を過剰に制限してしまうことを防止することができる。

さらに、請求項１１に記載の本発明の燃料電池車両の制御方法は、前記モータの回転数が小さく、タイヤのスリップに至る大きなトルクを出力可能な回転数であるとき、あるいは、前記燃料電池の温度が低く、モータ消費電力が急増したときにモータ駆動回路への入力電圧であるシステム電圧の低下に至る低い温度であるときには、前記モータの出力制限を開始する前記第１電圧閾値を増大傾向に変化させる処理と、前記システム電圧が前記第１電圧閾値未満である場合に前記モータの出力を制限する処理とを、互いに独立したタイミングで実行することを特徴としている。

上記の燃料電池車両の制御方法によれば、システム電圧の低下度合を推定して、モータの出力制限を開始する第１電圧閾値を増大傾向に変化させる処理と、モータの出力を制限する制限処理とを、例えば一連のタイミングで実行する場合、つまりモータの出力の変化を検出し、この検出結果に基づきシステム電圧の低下度合を推定し、この推定結果に応じてモータの出力を制限する、という一連の処理を実行する場合に比べて、モータの出力制限を迅速に実行することができる。
すなわち、システム電圧の低下度合を推定する推定処理は、推定精度を向上させるために相対的に煩雑な演算処理を要することから、この推定処理は、モータの出力変化の検出結果に応じてモータの出力制限を実行する制限処理とは独立したタイミングで実行し、この推定結果を適宜の記憶装置等に格納しておくことにより、制限処理の実行に要する時間を短縮することができる。これにより、モータの出力が急激に増大する場合であっても燃料電池システムのシステム電圧が過剰に低下してしまうことを防止することができる。

さらに、請求項１２に記載の本発明の燃料電池車両の制御方法は、前記蓄電装置の端子電圧に基づいて昇圧可能電圧を算出し、算出された前記昇圧可能電圧が前記第１電圧閾値よりも大きい場合には、前記モータの出力制限を禁止することを特徴としている。

上記の燃料電池車両の制御方法によれば、電力変換手段の昇圧動作により蓄電装置の端子電圧を昇圧することにより、燃料電池システムのシステム電圧の低下を抑制することができる。このため、電力変換手段による昇圧動作の動作状態に基づき、モータの運転状態に応じたシステム電圧の低下量を推定することにより、この推定結果に応じてモータの出力を制限する際に、モータの出力を過剰に制限してしまうことを防止することができる。

以上説明したように、本発明の請求項１に記載の燃料電池車両の制御装置によれば、モータの回転数が小さく、タイヤのスリップに至る大きなトルクを出力可能な回転数であるときには、モータの出力制限を開始する第１電圧閾値を増大傾向に変化させることから、モータの出力が急激に増大する場合であっても燃料電池システムのシステム電圧が過剰に低下してしまうことを防止することができると共に、モータの出力を過剰に制限してしまうことを防止することができる。
また、請求項２に記載の本発明の燃料電池車両の制御装置によれば、燃料電池が低い温度であるときに、モータ消費電力が急増して燃料電池から出力可能な上限電力よりも大きくなる可能性が高い場合には、モータの出力制限を開始する第１電圧閾値を増大傾向に変化させることから、モータの出力が急激に増大する場合であっても燃料電池システムのシステム電圧が過剰に低下してしまうことを防止することができると共に、モータの出力を過剰に制限してしまうことを防止することができる。
また、請求項３に記載の本発明の燃料電池車両の制御装置によれば、モータの回転数が小さく、タイヤのスリップに至る大きなトルクを出力可能な回転数であるとき、あるいは、燃料電池が低い温度であるときに、モータ消費電力が急増して燃料電池から出力可能な上限電力よりも大きくなる可能性が高い場合には、モータの出力制限を開始する第１電圧閾値を増大傾向に変化させることから、モータの出力が急激に増大する場合であっても燃料電池システムのシステム電圧が過剰に低下してしまうことを防止することができると共に、モータの出力を過剰に制限してしまうことを防止することができる。

さらに、請求項４に記載の本発明の燃料電池車両の制御装置によれば、例えばシステム電圧が第１閾値から第２閾値に向かい減少することに伴い、制限率が増大傾向に変化するように設定することで、モータの出力を過剰に制限してしまうことを防止することができる。

さらに、請求項５に記載の本発明の燃料電池車両の制御装置によれば、モータの出力変化の検出結果に応じてモータの出力制限を行う制限処理の実行に要する時間を短縮することができる。
さらに、請求項６に記載の本発明の燃料電池車両の制御装置によれば、電力変換手段の昇圧動作により蓄電装置の端子電圧を昇圧することにより、燃料電池システムのシステム電圧の低下を抑制することができ、システム電圧の低下量の推定結果に応じてモータの出力を制限する際に、モータの出力を過剰に制限してしまうことを防止することができる。

また、本発明の請求項７に記載の燃料電池車両の制御方法によれば、モータの回転数が小さく、タイヤのスリップに至る大きなトルクを出力可能な回転数であるときには、モータの出力制限を開始する第１電圧閾値を増大傾向に変化させることから、モータの出力が急激に増大する場合であっても燃料電池システムのシステム電圧が過剰に低下してしまうことを防止することができると共に、モータの出力を過剰に制限してしまうことを防止することができる。
また、請求項８に記載の本発明の燃料電池車両の制御方法によれば、燃料電池が低い温度であるときに、モータ消費電力が急増して燃料電池から出力可能な上限電力よりも大きくなる可能性が高い場合には、モータの出力制限を開始する第１電圧閾値を増大傾向に変化させることから、モータの出力が急激に増大する場合であっても燃料電池システムのシステム電圧が過剰に低下してしまうことを防止することができると共に、モータの出力を過剰に制限してしまうことを防止することができる。
また、請求項９に記載の本発明の燃料電池車両の制御方法によれば、モータの回転数が小さく、タイヤのスリップに至る大きなトルクを出力可能な回転数であるとき、あるいは、燃料電池が低い温度であるときに、モータ消費電力が急増して燃料電池から出力可能な上限電力よりも大きくなる可能性が高い場合には、モータの出力制限を開始する第１電圧閾値を増大傾向に変化させることから、モータの出力が急激に増大する場合であっても燃料電池システムのシステム電圧が過剰に低下してしまうことを防止することができると共に、モータの出力を過剰に制限してしまうことを防止することができる。

さらに、請求項１０に記載の本発明の燃料電池車両の制御方法によれば、例えばシステム電圧が第１閾値から第２閾値に向かい減少することに伴い、制限率が増大傾向に変化するように設定することで、モータの出力を過剰に制限してしまうことを防止することができる。

さらに、請求項１１に記載の本発明の燃料電池車両の制御方法によれば、モータの出力変化の検出結果に応じてモータの出力制限を行う制限処理の実行に要する時間を短縮することができる。
さらに、請求項１２に記載の本発明の燃料電池車両の制御方法によれば、電力変換手段の昇圧動作により蓄電装置の端子電圧を昇圧することにより、燃料電池システムのシステム電圧の低下を抑制することができ、システム電圧の低下量の推定結果に応じてモータの出力を制限する際に、モータの出力を過剰に制限してしまうことを防止することができる。

以下、本発明の一実施形態に係る燃料電池車両の制御装置について添付図面を参照しながら説明する。
本実施の形態による燃料電池車両の制御装置１０は、例えば図１に示すように、燃料電池１１と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２と、蓄電装置１３と、ＰＤＵ（パワードライブユニット）１５と、モータ１６と、出力制御器１７と、空気供給装置（Ｓ／Ｃ）１８と、水素タンク１９ａおよび水素供給弁１９ｂと、背圧弁２０と、パージ弁２１と、制御装置２２と、燃料電池温度センサ３１と、システム電圧センサ３２と、モータ回転数センサ３４と、アクセル開度センサ３５とを備えて構成されている。
そして、制御装置２２は、例えば燃料電池ＥＣＵ４１と、モータＥＣＵ４２と、マネジメントＥＣＵ４３とを備えて構成されている。

燃料電池１１は、陽イオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜を、アノード触媒およびガス拡散層からなる燃料極（アノード）と、カソード触媒およびガス拡散層からなる酸素極（カソード）とで挟持してなる電解質電極構造体を、更に一対のセパレータで挟持してなる燃料電池セルを多数組積層して構成され、燃料電池セルの積層体は一対のエンドプレートによって積層方向の両側から挟み込まれている。

燃料電池１１のカソードには、酸素を含む酸化剤ガス（反応ガス）である空気がエアーコンプレッサー等からなる空気供給装置１８から供給され、アノードには、水素からなる燃料ガス（反応ガス）が高圧の水素タンク１９ａから水素供給弁１９ｂを介して供給される。
そして、アノードのアノード触媒上で触媒反応によりイオン化された水素は、適度に加湿された固体高分子電解質膜を介してカソードへと移動し、この移動に伴って発生する電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギーとして利用される。このときカソードにおいては、水素イオン、電子及び酸素が反応して水が生成される。

なお、水素供給弁１９ｂは、例えば空気式の比例圧力制御弁であって、空気供給装置１８から供給される空気の圧力を信号圧として、水素供給弁１９ｂを通過した水素が水素供給弁１９ｂの出口で有する圧力が信号圧に応じた所定範囲の圧力となるように設定されている。
また、エアーコンプレッサー等からなる空気供給装置１８は、例えば車両の外部から空気を取り込んで圧縮し、この空気を反応ガスとして燃料電池１１のカソードに供給する。そして、エアーコンプレッサー等からなる空気供給装置１８を駆動するモータ（図示略）の回転数は、制御装置２２の燃料電池ＥＣＵ４１から入力される制御指令に基づき、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ）によるＰＷＭインバータを具備する出力制御器１７により制御されている。

そして、燃料電池１１の水素排出口１１ａから排出された排出ガスは、ＥＣＵ２２の燃料電池ＥＣＵ４１により開閉制御される排出制御弁（図示略）を介して希釈ボックス（図示略）へ導入され、希釈ボックスにより水素濃度が所定濃度以下に低減されてから、パージ弁２１を介して外部（大気中等）へ排出される。

なお、燃料電池１１の水素排出口１１ａから排出された未反応の排出ガスの一部は、例えば循環ポンプ（図示略）およびエゼクタ（図示略）等を備える循環流路へと導入されており、水素タンク１９ａから供給された水素と、燃料電池１１から排出された排出ガスとが混合されて燃料電池１１に再び供給されている。
そして、燃料電池１１の空気排出口１１ｂから排出された未反応の排出ガスは、制御装置２２の燃料電池ＥＣＵ４１により弁開度が制御される背圧弁２０を介して外部（大気中等）へ排出される。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１２は、例えばチョッパ型電力変換回路を備えて構成され、例えばチョッパ型電力変換回路のチョッピング動作つまりチョッパ型電力変換回路に具備されるスイッチング素子のオン／オフ動作によって、燃料電池１１から取り出される出力電流の電流値を制御しており、このチョッピング動作は制御装置２２から入力される制御パルスのデューティ、つまりオン／オフの比率に応じて制御されている。

例えば、燃料電池１１から出力電流の取り出しを禁止する場合において、制御装置２２から入力される制御パルスのデューティが０％に設定されると、チョッパ型電力変換回路に具備されるスイッチング素子がオフ状態に固定され、燃料電池１１とＰＤＵ１５とが電気的に遮断される。一方、制御パルスのデューティが１００％とされ、スイッチング素子がオン状態に固定されると、いわば燃料電池１１とＰＤＵ１５とが直結状態となり、燃料電池１１の出力電圧とＰＤＵ１５の入力電圧とが同等の値となる。
また、制御パルスのデューティが０％〜１００％の間の適宜値に設定されると、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２は、１次側電流とされる燃料電池１１の出力電流を制御パルスのデューティに応じて適宜に制限し、制限して得た電流を２次側電流として出力する。

蓄電装置１３は、例えば電気二重層コンデンサや電解コンデンサ等からなるキャパシタあるいはバッテリ等であって、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２およびＰＤＵ１５に対して並列に接続されている。
これにより、燃料電池システムを構成する燃料電池１１および蓄電装置１３は、モータ１６の電源とされている。

ＰＤＵ１５は、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ）によるＰＷＭインバータを備えており、制御装置２２から出力される制御指令に応じてモータ１６の駆動および回生動作を制御する。このＰＷＭインバータは、例えばトランジスタのスイッチング素子を複数用いてブリッジ接続してなるブリッジ回路を具備し、例えばモータ１６の駆動時には、制御装置２２のモータＥＣＵ４２から入力されるパルス幅変調信号に基づき、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２および蓄電装置１３から出力される直流電力を３相交流電力に変換してモータ１６へ供給する。一方、モータ１６の回生時には、モータ１６から出力される３相交流電力を直流電力に変換して蓄電装置１３へ供給し、蓄電装置１３を充電する。
なお、モータ１６は、例えば界磁として永久磁石を利用する永久磁石式の３相交流同期モータとされており、ＰＤＵ１５から供給される３相交流電力により駆動制御されると共に、車両の減速時において駆動輪Ｗ側からモータ１６側に駆動力が伝達されると、モータ１６は発電機として機能して、いわゆる回生制動力を発生し、車体の運動エネルギーを電気エネルギーとして回収する。

制御装置２２の燃料電池ＥＣＵ４１は、例えば、車両の運転状態や、燃料電池１１のアノードに供給される反応ガスに含まれる水素の濃度や、燃料電池１１のアノードから排出される排出ガスに含まれる水素の濃度や、燃料電池１１の発電状態、例えば各複数の燃料電池セルの端子間電圧や、燃料電池１１から取り出される出力電流や、燃料電池１１の内部の温度ＴＦ等に基づき、燃料電池１１に対する発電指令として、空気供給装置１８から燃料電池１１へ供給される反応ガスの流量に対する指令値および背圧弁２０の弁開度に対する指令値を出力し、燃料電池１１の発電状態を制御する。

また、制御装置２２のモータＥＣＵ４２は、ＰＤＵ１５に具備されたＰＷＭインバータの電力変換動作を制御しており、例えばモータ１６の駆動時においては、運転者によるアクセルペダルの踏み込み操作量に係るアクセル開度ＡＣおよびモータ１６の回転数ＮＭの検出信号に基づいて、例えば図２に示す駆動要求出力マップ等を参照して、モータ１６から出力されるトルクに対するトルク指令に応じた駆動要求出力を算出し、この駆動要求出力に応じて、ＰＭＷインバータの各スイッチング素子をパルス幅変調（ＰＷＭ）によりオン／オフ駆動させる各パルスからなるスイッチング指令（つまり、パルス幅変調信号）を設定する。
なお、例えば図２に示す駆動要求出力マップでは、適宜のアクセル開度ＡＣ（例えば、ＡＣ１＞ＡＣ２＞ＡＣ３）毎に、モータ１６の回転数ＮＭの増大に伴い、所定の駆動要求出力上限値まで増大傾向に変化する駆動要求出力が設定されており、各アクセル開度ＡＣ毎の所定の駆動要求出力上限値（例えば、Ｗ１＞Ｗ２＞Ｗ３）は、アクセル開度ＡＣの増大に伴い、増大傾向に変化するように設定されている。

そして、制御装置２２のモータＥＣＵ４２からＰＤＵ１５にスイッチング指令が入力されると、モータ１６の各相のステータ巻線（図示略）への通電が順次転流させられることで各Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の印加電圧の大きさ（つまり振幅）および位相が制御され、トルク指令に応じた各Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の相電流がモータ１６の各相へと通電される。
このため、制御装置２２のモータＥＣＵ４２には、例えばＰＤＵ１５に対する入力電圧とされるシステム電圧ＶＳを検出するシステム電圧センサ３２から出力される検出信号と、モータ１６の回転数ＮＭを検出するモータ回転数センサ３４から出力される検出信号と、アクセル開度ＡＣを検出するアクセル開度センサ３５から出力される検出信号とが入力されている。

制御装置２２のマネジメントＥＣＵ４３は、燃料電池１１に対する発電指令に基づき、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２の電力変換動作を制御する制御パルスを出力し、燃料電池１１から取り出される出力電流の電流値を制御する。
また、制御装置２２のマネジメントＥＣＵ４３は、例えば燃料電池１１の温度ＴＦとモータ１６の回転数ＮＭとに基づき、モータ１６の運転状態に応じたシステム電圧ＶＳの低下度合（つまりシステム電圧ＶＳの低下量自体に加えてシステム電圧ＶＳの低下量の時間変化等を含むシステム電圧ＶＳの低下量に係る状態量）を推定する。

例えばモータ１６の回転数ＮＭが相対的に低い場合には出力可能なトルクが増大しており、この状態で降雨や凍結等により相対的に摩擦抵抗が低い路面を走行すると、タイヤのスリップによってモータ１６の回転数ＮＭが急激に上昇し、これに伴ってモータ１６の出力が急激に増大する可能性が高くなり、実際に出力が急激に増大してモータ１６での消費電力が増大すると、システム電圧ＶＳが急激に低下する可能性がある。このため、マネジメントＥＣＵ４３は、モータ１６の出力の変動量が増大する可能性があるか否かを判定し、この判定結果に応じて、モータ１６の出力（つまり消費電力）を制限する処理の実行開始および実行終了を指示するためのシステム電圧ＶＳに対する各閾値であるモータ出力制限開始電圧ＶＡおよびモータ出力制限終了電圧ＶＢ（ただし、ＶＡ＞ＶＢ＞所定のシステム下限電圧）を設定し、モータＥＣＵ４２へ出力する。
なお、モータ出力制限終了電圧ＶＢに対応するモータ１６の出力を制限する処理の実行終了は、例えばモータ１６の出力をゼロに設定する処理である。
このため、制御装置２２のマネジメントＥＣＵ４３には、例えば、燃料電池１１の温度ＴＦを検出する燃料電池温度センサ３１から出力される検出信号と、モータ１６の回転数ＮＭを検出するモータ回転数センサ３４から出力される検出信号とが入力されている。

制御装置２２のマネジメントＥＣＵ４３は、例えば図３に示すように、制御装置２２のマネジメントＥＣＵ４３は、燃料電池１１の温度ＴＦと、モータ１６の回転数ＮＭと、モータ出力制限開始電圧ＶＡおよびモータ出力制限終了電圧ＶＢとの所定の対応関係を示す電圧マップを予め記憶している。この電圧マップでは、例えば、燃料電池１１の温度ＴＦとモータ１６の回転数ＮＭとにより設定される２次元座標上において、温度ＴＦまたは回転数ＮＭが相対的に低い領域をモータ１６の出力を制限する出力制限領域とし、温度ＴＦまたは回転数ＮＭが相対的に高い領域をモータ１６の出力制限を禁止する非出力制限領域とするための複数のモータ出力制限開始電圧ＶＡ１，…，ＶＡｎおよびモータ出力制限終了電圧ＶＢ，…，ＶＢｎが設定されている。そして、各電圧ＶＡ１，…，ＶＡｎおよびＶＢ，…，ＶＢｎは、燃料電池１１の温度ＴＦが低下することに伴い増大傾向に変化するように、かつ、モータ１６の回転数ＮＭが低下することに伴い増大傾向に変化するように設定されている。ただし、ｎは任意の自然数であって、例えば、ＶＡ１＞ＶＡ２＞…＞ＶＡｎ，ＶＢ１＞ＶＢ２＞…＞ＶＢｎである。

そして、制御装置２２のマネジメントＥＣＵ４３は、各センサ３１，３４から燃料電池１１の温度ＴＦおよびモータ１６の回転数ＮＭの検出信号を取得すると、この電圧マップから温度ＴＦおよび回転数ＮＭに対応する各電圧ＶＡ１，…，ＶＡｎ，ＶＢ，…，ＶＢｎを検索し、システム電圧ＶＳに対する各閾値であるモータ出力制限開始電圧ＶＡおよびモータ出力制限終了電圧ＶＢとして、モータＥＣＵ４２へ出力する。
なお、制御装置２２のマネジメントＥＣＵ４３は、この電圧マップを作成する際に、モータ１６の回転数ＮＭに基づくモータ１６の出力の変化量の最大値を推定し、さらに、燃料電池１１の温度ＴＦに基づくモータ１６の運転状態に応じたシステム電圧ＶＳの低下量の最大値を推定し、各推定結果に応じて複数のモータ出力制限開始電圧ＶＡ１，…，ＶＡｎおよびモータ出力制限終了電圧ＶＢ，…，ＶＢｎを設定する。

つまり、燃料電池１１の温度ＴＦが低下することに伴い燃料電池１１から出力可能な電力は低下傾向に変化し、モータ１６の回転数ＮＭが低下することに伴いモータ１６の出力の変化量の最大値は増大傾向に変化することから、例えば図４に示す各期間α１，α２のように、燃料電池１１の温度ＴＦが相対的に低く、かつ、モータ１６の回転数ＮＭが相対的に低い場合には、モータ１６の出力が急激に増大する可能性が高くなり、実際にモータ１６の出力が増大した場合のモータ１６での消費電力の増大に伴い、システム電圧ＶＳが急激に低下する可能性が高くなると推定される。この場合には、モータ１６の出力を制限する処理が実行され易くなるようにして、モータ出力制限開始電圧ＶＡおよびモータ出力制限終了電圧ＶＢが増大させられ、システム電圧ＶＳが過剰に低下してしまうより以前のタイミングでモータ１６の出力が制限される。

一方、例えば図４に示す期間β１のように、燃料電池１１の温度ＴＦが相対的に低い状態であってもモータ１６の回転数ＮＭが相対的に高い場合には、モータ１６の出力が急激に増大することは抑制されると推定され、例えば図４に示す期間β２のように、燃料電池１１の温度ＴＦが相対的に高い場合には、モータ１６の出力が急激に増大したとしても、モータ１６での消費電力が燃料電池１１の出力よりも大きくなることは抑制されると推定される。これらの場合には、モータ１６の出力を制限する処理が実行され難くなるようにして、モータ出力制限開始電圧ＶＡおよびモータ出力制限終了電圧ＶＢが低下させられる。

そして、マネジメントＥＣＵ４３からモータ出力制限開始電圧ＶＡおよびモータ出力制限終了電圧ＶＢが入力されるモータＥＣＵ４２は、システム電圧センサ３２から入力されるシステム電圧ＶＳの検出値に応じて、例えば下記数式（１）に示すように、システム電圧ＶＳがモータ出力制限開始電圧ＶＡからモータ出力制限終了電圧ＶＢに向かい減少することに伴い、モータ１６の出力を制限する際の制限率である出力制限係数Ｋ（％）が増大傾向に変化（例えば、０％から１００％に向かい変化）するように設定する。
そして、システム電圧ＶＳがモータ出力制限開始電圧ＶＡ未満かつモータ出力制限終了電圧ＶＢよりも大きい場合には、設定した出力制限係数Ｋ（０％＜Ｋ＜１００％）に応じてモータ１６の出力を制限する。

なお、システム電圧ＶＳがモータ出力制限開始電圧ＶＡ以上である場合には、出力制限係数Ｋ（％）＝１００％となって、モータ１６の出力制限が禁止される。
一方、システム電圧ＶＳがモータ出力制限終了電圧ＶＢ以下である場合には、出力制限係数Ｋ（％）＝０％となって、モータ１６の出力がゼロに設定される。

本実施の形態による燃料電池車両の制御装置１０は上記構成を備えており、次に、この燃料電池車両の制御装置１０の動作、つまり燃料電池車両の制御方法について添付図面を参照しながら説明する。

先ず、例えば図５に示すステップＳ０１においては、入力処理として、各センサ３１，３２，３４，３５から、燃料電池１１の温度ＴＦと、システム電圧ＶＳと、モータ１６の回転数ＮＭと、アクセル開度ＡＣとの各検出値を取得する。
次に、ステップＳ０２においては、運転者によるアクセルペダルの踏み込み操作量に係るアクセル開度ＡＣおよびモータ１６の回転数ＮＭに基づき、例えば図２に示すマップ等を参照して、モータ１６から出力されるトルクに対するトルク指令に応じた駆動要求出力を算出する。

次に、ステップＳ０３においては、燃料電池１１の温度ＴＦおよびモータ１６の回転数ＮＭに基づき、例えば図３に示す電圧マップ等を参照して、モータ出力制限開始電圧ＶＡおよびモータ出力制限終了電圧ＶＢを算出する。
次に、ステップＳ０４においては、後述するように、システム電圧ＶＳと、モータ出力制限開始電圧ＶＡおよびモータ出力制限終了電圧ＶＢとに基づき、モータ１６の出力を制限する出力制限処理を実行し、一連の処理を終了する。

以下に、上述したステップＳ０４での出力制限処理について説明する。
先ず、例えば図６に示すステップＳ１１においては、パラメータ取得処理として、システム電圧ＶＳと、モータ１６の回転数ＮＭと、駆動要求出力と、モータ出力制限開始電圧ＶＡおよびモータ出力制限終了電圧ＶＢとを取得する。
次に、ステップＳ１２においては、システム電圧ＶＳと、モータ出力制限開始電圧ＶＡおよびモータ出力制限終了電圧ＶＢとを、例えば上記数式（１）に適用して、出力制限係数Ｋを算出する。

そして、ステップＳ１３においては、出力制限係数Ｋ（％）が１００％よりも大きいか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、後述するステップＳ１５に進む。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ１４に進み、このステップＳ１４では、出力制限係数Ｋ（％）に１００％を設定して、ステップＳ１５に進む。
そして、ステップＳ１５においては、出力制限係数Ｋ（％）が０％未満であるか否かを判定する。
ステップＳ１５の判定結果が「ＮＯ」の場合には、後述するステップＳ１７に進む。
一方、ステップＳ１５の判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ１６に進み、このステップＳ１６では、出力制限係数Ｋ（％）に０％を設定して、ステップＳ１７に進む。

そして、ステップＳ１７においては、モータ１６の回転数ＮＭに基づき、例えば図７に示す所定の最大可能出力テーブル等を参照して、モータ１６から出力可能な最大出力（最大可能出力）を算出する。なお、例えば図７に示す最大可能出力テーブルでは、モータ１６の回転数ＮＭの増大に伴い、所定の最大可能出力上限値まで増大傾向に変化する最大可能出力が設定されている。

そして、ステップＳ１８においては、モータ１６の最大可能出力に出力制限係数Ｋを乗算して得た値（最大可能出力×出力制限係数Ｋ）を、モータ１６の運転状態に応じてシステム電圧ＶＳが低下する可能性があると推定される場合のモータ１６の出力に対する出力上限値として設定する。
そして、ステップＳ１９においては、モータ１６に対する駆動要求出力が出力上限値よりも大きいか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、一連の処理を終了する。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ２０に進み、このステップＳ２０においては、モータ１６に対する駆動要求出力に出力上限値を設定して、一連の処理を終了する。

上述したように、本実施の形態による燃料電池車両の制御装置１０および燃料電池車両の制御方法によれば、モータ１６の出力が急激に増大する場合であっても燃料電池システムのシステム電圧ＶＳが過剰に低下してしまうことを防止することができると共に、システム電圧ＶＳが過剰に低下してしまう可能性が低い状態でモータ１６の出力を過剰に制限してしまうことを防止することができる。

しかも、本実施の形態による燃料電池車両の制御装置１０によれば、燃料電池システムのシステム電圧ＶＳの低下度合を推定して、モータ出力制限開始電圧ＶＡおよびモータ出力制限終了電圧ＶＢを算出する算出処理をマネジメントＥＣＵ４３において実行し、システム電圧ＶＳの低下度合に応じてモータ１６の出力を制限する出力制限処理をモータＥＣＵ４２において実行することから、例えば算出処理と出力制限処理とを単一の演算装置で実行する場合、つまりモータ１６の出力の変化を検出し、この検出結果に基づきシステム電圧ＶＳの低下度合を推定し、この推定結果に応じてモータ１６の出力を制限する、という一連の煩雑な処理を単一の演算装置で実行する場合に比べて、モータ１６の出力制限を迅速に実行することができる。これにより、モータ１６の出力制限処理の実行開始が遅れてしまうことでシステム電圧ＶＳが過剰に低下してしまうことを防止することができる。

なお、上述した実施の形態においては、蓄電装置１３をＤＣ−ＤＣコンバータ１２およびＰＤＵ１５に対して並列に接続するとしたが、これに限定されず、例えば図８に示す上述した実施の形態の変形例に係る燃料電池車両の制御装置１０のように、双方向のＤＣ−ＤＣコンバータ１４を介して蓄電装置１３をＤＣ−ＤＣコンバータ１２およびＰＤＵ１５に対して並列に接続してもよい。
この変形例において、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４は、燃料電池１１の発電あるいはモータ１６の回生動作に係るシステム電圧ＶＳを降圧して蓄電装置１３を充電可能であると共に蓄電装置１３の端子電圧ＶＥを昇圧可能である。そして、蓄電装置１３の端子電圧ＶＥを検出する端子電圧センサ３３から出力される検出信号が制御装置２２のマネジメントＥＣＵ４３に入力されている。

この変形例において、制御装置２２のマネジメントＥＣＵ４３は、蓄電装置１３の端子電圧ＶＥに基づき、例えば図９に示す昇圧可能電圧デーブル等を参照して、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４の昇圧動作により到達可能な電圧（昇圧可能電圧）を算出し、この昇圧可能電圧に基づき、モータ１６の運転状態に応じたシステム電圧ＶＳの低下量の最大値を推定し、この推定結果に応じてモータ出力制限開始電圧ＶＡおよびモータ出力制限終了電圧ＶＢを設定し、モータＥＣＵ４２へ出力する。あるいは、昇圧可能電圧に基づき、昇圧可能電圧がモータ出力制限開始電圧ＶＡよりも大きいか否かを判定し、この判定結果をモータＥＣＵ４２へ出力する。なお、例えば図９に示す昇圧可能電圧デーブルでは、蓄電装置１３の端子電圧ＶＥの増大に伴い、増大傾向に変化する昇圧可能電圧が設定されている。
そして、マネジメントＥＣＵ４３から、例えば、モータ出力制限開始電圧ＶＡおよびモータ出力制限終了電圧ＶＢに加えて、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４による昇圧可能電圧がモータ出力制限開始電圧ＶＡよりも大きいか否かの判定結果が入力されたモータＥＣＵ４２は、昇圧可能電圧がモータ出力制限開始電圧ＶＡ以下である場合に、上述したステップＳ０４の出力制限処理を実行する。

以下に、この変形例に係る燃料電池車両の制御装置１０の動作、つまり燃料電池車両の制御方法について添付図面を参照しながら説明する。
先ず、例えば図１０に示すステップＳ２１においては、入力処理として、各センサ３１，３２，３３，３４，３５から、燃料電池１１の温度ＴＦと、システム電圧ＶＳと、端子電圧ＶＥと、モータ１６の回転数ＮＭと、アクセル開度ＡＣとの各検出値を取得する。
そして、ステップＳ２２においては、上述したステップＳ０２と同等の処理を実行する。
次に、ステップＳ２３においては、上述したステップＳ０３と同等の処理を実行する。
次に、ステップＳ２４においては、蓄電装置１３の端子電圧ＶＥに基づき、例えば図９に示す昇圧可能電圧デーブル等を参照して、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４の昇圧可能電圧を算出する。

そして、ステップＳ２５においては、昇圧可能電圧がモータ出力制限開始電圧ＶＡよりも大きいか否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、例えばモータ１６の出力が急激に増大したとしても、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４の昇圧動作により、システム電圧ＶＳが過剰に低下してしまうことを抑制することができると判断して、一連の処理を終了する。
一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ２６に進む。
そして、ステップＳ２６においては、上述したステップＳ０４と同等の処理を実行し、一連の処理を終了する。

この変形例に係る燃料電池車両の制御装置１０および燃料電池車両の制御方法によれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４の昇圧動作による昇圧可能電圧に基づき、モータ１６の出力制限処理の実行要否を判定することにより、モータ１６の出力を過剰に制限してしまうことを防止することができる。

なお、上述した実施の形態においては、例えば図５に示すように、モータ出力制限開始電圧ＶＡおよびモータ出力制限終了電圧ＶＢを算出するステップＳ０３の処理と、モータ１６の出力を制限するステップＳ０４の出力制限処理とを、一連の処理としたが、これに限定されず、例えばステップＳ０３の処理をステップＳ０４の処理とは独立した適宜のタイミングで実行してもよい。
この場合、モータ１６の回転数ＮＭに基づくモータ１６の出力の変化量の最大値を推定し、さらに、燃料電池１１の温度ＴＦに基づくモータ１６の運転状態に応じたシステム電圧ＶＳの低下量の最大値を推定し、各推定結果に応じてモータ出力制限開始電圧ＶＡおよびモータ出力制限終了電圧ＶＢを設定する推定処理と、モータ出力制限開始電圧ＶＡおよびモータ出力制限終了電圧ＶＢに基づきモータ１６の出力を制限する出力制限処理とを、互いに独立したタイミングで実行することにより、例えば推定処理において推定精度を向上させるために相対的に煩雑な演算処理を要する場合であっても、出力制限処理の実行に遅れが生じてしまうことを防止することができる。つまり、適宜のタイミングで実行される推定処理により設定されたモータ出力制限開始電圧ＶＡおよびモータ出力制限終了電圧ＶＢは適宜の記憶装置に格納され、モータ１６の運転状態の検出結果を取得した際には、記憶装置に格納されているモータ出力制限開始電圧ＶＡおよびモータ出力制限終了電圧ＶＢを参照して、直ちにモータ１６の出力制限を実行することができ、モータ１６の出力が急激に増大する場合であっても燃料電池システムのシステム電圧ＶＳが過剰に低下してしまうことを防止することができる。

なお、上述した実施の形態においては、ステップＳ０３およびステップＳ２３において、燃料電池１１の温度ＴＦおよびモータ１６の回転数ＮＭに基づき、例えば図３に示す電圧マップを参照して、モータ出力制限開始電圧ＶＡおよびモータ出力制限終了電圧ＶＢを算出するとしたが、これに限定されず、例えば燃料電池１１の温度ＴＦおよびモータ１６の回転数ＮＭの各検出値を取得した際に、モータ１６の回転数ＮＭに基づくモータ１６の出力の変化量の最大値を推定すると共に、燃料電池１１の温度ＴＦに基づくモータ１６の運転状態に応じたシステム電圧ＶＳの低下量の最大値を推定し、各推定結果に応じてモータ出力制限開始電圧ＶＡおよびモータ出力制限終了電圧ＶＢを設定してもよい。

本発明の実施の形態に係る燃料電池車両の制御装置の構成図である。 適宜のアクセル開度ＡＣ毎に、モータの回転数ＮＭと駆動要求出力との対応関係の一例を示すグラフ図である。 燃料電池の温度ＴＦと、モータの回転数ＮＭと、モータ出力制限開始電圧ＶＡおよびモータ出力制限終了電圧ＶＢとの所定の対応関係を示す電圧マップの一例を示すグラフ図である。 燃料電池の温度ＴＦと、モータの回転数ＮＭと、モータの出力と、システム電圧ＶＳと、モータ出力制限開始電圧ＶＡおよびモータ出力制限終了電圧ＶＢとの時間変化の一例を示すグラフ図である。 本発明の実施の形態に係る燃料電池車両の制御装置の動作を示すフローチャートである。 図５に示すステップＳ０４の出力制限処理を示すフローチャートである。 モータの回転数ＮＭと最大可能出力との対応関係の一例を示すグラフ図である。 本発明の実施の形態の変形例に係る燃料電池車両の制御装置の構成図である。 蓄電装置の端子電圧ＶＥと、ＤＣ−ＤＣコンバータの昇圧動作による昇圧可能電圧との対応関係の一例を示すグラフ図である。 本発明の実施の形態の変形例に係る燃料電池車両の制御装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 燃料電池車両の制御装置
１１ 燃料電池
１３ 蓄電装置
１４ ＤＣ−ＤＣコンバータ（電力変換手段）
１５ ＰＤＵ（モータ制御手段）
１６ モータ
１７ 出力制御器（出力制御手段）
１８ 空気供給装置（反応ガス供給手段）
１９ａ 水素タンク（反応ガス供給手段）
１９ｂ 水素供給弁（反応ガス供給手段）
３１ 燃料電池温度センサ（温度センサ）
３４ モータ回転数センサ（回転数センサ）
４１ 燃料電池ＥＣＵ（出力制御手段）
４２ モータＥＣＵ（モータ制御手段、第２演算装置）
４３ マネジメントＥＣＵ（第１演算装置）
ステップＳ０３、ステップＳ２３ 電圧低下度合推定手段
ステップＳ０４、ステップＳ２６ モータ出力制限手段

Claims (12)

1. 車両を駆動可能なモータと、該モータの駆動および回生動作を制御するモータ制御手段と、前記モータの電源をなす燃料電池システムとして、反応ガス供給手段により反応ガスが供給されて電気化学反応により発電する燃料電池と、該燃料電池の発電電力および前記モータの回生電力により充電される蓄電装置と、前記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車両の制御装置であって、
   モータ駆動回路への入力電圧であるシステム電圧を検出するシステム電圧センサと、前記モータの回転数を検出する回転数センサと、
   前記回転数センサにより検出される前記回転数が小さく、タイヤのスリップに至る大きなトルクを出力可能な回転数であるときには、前記モータの出力制限を開始する第１電圧閾値を増大傾向に変化させる電圧閾値設定手段と、
   前記システム電圧センサによって検出された前記システム電圧が前記第１電圧閾値未満である場合に前記モータの出力を制限するモータ出力制限手段と
   を備えることを特徴とする燃料電池車両の制御装置。
2. 車両を駆動可能なモータと、該モータの駆動および回生動作を制御するモータ制御手段と、前記モータの電源をなす燃料電池システムとして、反応ガス供給手段により反応ガスが供給されて電気化学反応により発電する燃料電池と、該燃料電池の発電電力および前記モータの回生電力により充電される蓄電装置と、前記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車両の制御装置であって、
   モータ駆動回路への入力電圧であるシステム電圧を検出するシステム電圧センサと、前記燃料電池の温度を検出する温度センサと、
   前記温度センサにより検出される温度が低く、モータ消費電力が急増したときに前記システム電圧の低下に至る低い温度であるときには、前記モータの出力制限を開始する第１電圧閾値を増大傾向に変化させる電圧閾値設定手段と、
   前記システム電圧センサによって検出された前記システム電圧が前記第１電圧閾値未満である場合に前記モータの出力を制限するモータ出力制限手段と
   を備えることを特徴とする燃料電池車両の制御装置。
3. 車両を駆動可能なモータと、該モータの駆動および回生動作を制御するモータ制御手段と、前記モータの電源をなす燃料電池システムとして、反応ガス供給手段により反応ガスが供給されて電気化学反応により発電する燃料電池と、該燃料電池の発電電力および前記モータの回生電力により充電される蓄電装置と、前記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車両の制御装置であって、
   モータ駆動回路への入力電圧であるシステム電圧を検出するシステム電圧センサと、前記モータの回転数を検出する回転数センサと、前記燃料電池の温度を検出する温度センサと、
   前記回転数センサにより検出される前記回転数が小さく、タイヤのスリップに至る大きなトルクを出力可能な回転数であるとき、あるいは、前記温度センサにより検出される温度が低く、モータ消費電力が増大したときに前記システム電圧の低下に至る低い温度であるときには、前記モータの出力制限を開始する第１電圧閾値を増大傾向に変化させる電圧閾値設定手段と、
   前記システム電圧センサによって検出された前記システム電圧が前記第１電圧閾値未満である場合に前記モータの出力を制限するモータ出力制限手段と
   を備えることを特徴とする燃料電池車両の制御装置。
4. 前記電圧閾値設定手段は、前記第１閾値よりも小さい第２閾値を設定し、前記モータ出力制限手段は、前記システム電圧センサによって検出された前記システム電圧が前記第１閾値未満かつ前記第２閾値よりも大きい場合に、前記モータの出力を制限する際の制限率を前記システム電圧センサによって検出された前記システム電圧に応じて設定することを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１つに記載の燃料電池車両の制御装置。
5. 前記電圧閾値設定手段を具備する第１演算装置と、
   前記モータ出力制限手段を具備する第２演算装置と
   を備えることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１つに記載の燃料電池車両の制御装置。
6. 前記蓄電装置の端子電圧を昇圧可能な電力変換手段と、前記蓄電装置の端子電圧を検出する端子電圧センサとを備え、前記端子電圧センサにより検出される前記端子電圧に基づいて昇圧可能電圧を算出し、算出された前記昇圧可能電圧が前記第１電圧閾値よりも大きい場合には、前記モータの出力制限を禁止することを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１つに記載の燃料電池車両の制御装置。
7. 車両を駆動可能なモータと、該モータの駆動および回生動作を制御するモータ制御手段と、前記モータの電源をなす燃料電池システムとして、反応ガス供給手段により反応ガスが供給されて電気化学反応により発電する燃料電池と、該燃料電池の発電電力および前記モータの回生電力により充電される蓄電装置と、前記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車両の制御方法であって、
   前記モータの回転数が小さく、タイヤのスリップに至る大きなトルクを出力可能な回転数であるときには、前記モータの出力制限を開始する第１電圧閾値を増大傾向に変化させ、
   モータ駆動回路への入力電圧であるシステム電圧が前記第１電圧閾値未満である場合に前記モータの出力を制限することを特徴とする燃料電池車両の制御方法。
8. 車両を駆動可能なモータと、該モータの駆動および回生動作を制御するモータ制御手段と、前記モータの電源をなす燃料電池システムとして、反応ガス供給手段により反応ガスが供給されて電気化学反応により発電する燃料電池と、該燃料電池の発電電力および前記モータの回生電力により充電される蓄電装置と、前記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車両の制御方法であって、
   前記燃料電池の温度が低く、モータ消費電力が急増したときにモータ駆動回路への入力電圧であるシステム電圧の低下に至る低い温度であるときには、前記モータの出力制限を開始する第１電圧閾値を増大傾向に変化させ、
   前記システム電圧が前記第１電圧閾値未満である場合に前記モータの出力を制限することを特徴とする燃料電池車両の制御方法。
9. 車両を駆動可能なモータと、該モータの駆動および回生動作を制御するモータ制御手段と、前記モータの電源をなす燃料電池システムとして、反応ガス供給手段により反応ガスが供給されて電気化学反応により発電する燃料電池と、該燃料電池の発電電力および前記モータの回生電力により充電される蓄電装置と、前記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車両の制御方法であって、
   前記モータの回転数が小さく、タイヤのスリップに至る大きなトルクを出力可能な回転数であるとき、あるいは、前記燃料電池の温度が低く、モータ消費電力が急増したときにモータ駆動回路への入力電圧であるシステム電圧の低下に至る低い温度であるときには、前記モータの出力制限を開始する第１電圧閾値を増大傾向に変化させ、
   前記システム電圧が前記第１電圧閾値未満である場合に前記モータの出力を制限することを特徴とする燃料電池車両の制御方法。
10. 前記第１閾値よりも小さい第２閾値を設定し、前記システム電圧が前記第１閾値未満かつ前記第２閾値よりも大きい場合に、前記モータの出力を制限する際の制限率を前記システム電圧に応じて設定することを特徴とする請求項７から請求項９の何れか１つに記載の燃料電池車両の制御方法。
11. 前記モータの回転数が小さく、タイヤのスリップに至る大きなトルクを出力可能な回転数であるとき、あるいは、前記燃料電池の温度が低く、モータ消費電力が急増したときにモータ駆動回路への入力電圧であるシステム電圧の低下に至る低い温度であるときには、前記モータの出力制限を開始する前記第１電圧閾値を増大傾向に変化させる処理と、
    前記システム電圧が前記第１電圧閾値未満である場合に前記モータの出力を制限する処理とを、互いに独立したタイミングで実行することを特徴とする請求項７から請求項１０の何れか１つに記載の燃料電池車両の制御方法。
12. 前記蓄電装置の端子電圧に基づいて昇圧可能電圧を算出し、算出された前記昇圧可能電圧が前記第１電圧閾値よりも大きい場合には、前記モータの出力制限を禁止することを特徴とする請求項７から請求項１１の何れか１つに記載の燃料電池車両の制御方法。

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