JP4672183B2 - 燃料電池の制御装置および燃料電池車両の制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池の制御装置および燃料電池車両の制御装置に係り、特に燃料電池に供給される反応ガスの流量および圧力が大気圧に応じて変化する際における燃料電池の動作を制御する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、固体高分子膜型燃料電池は、固体高分子電解質膜をアノードとカソードとで両側から挟み込んで形成されたセルに対し、複数のセルを積層して構成されたスタック（以下において燃料電池と呼ぶ）を備えており、アノードに燃料として水素が供給され、カソードに酸化剤として空気が供給されて、アノードで触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を通過してカソードまで移動して、カソードで酸素と電気化学反応を起こして発電するようになっている。
このような燃料電池装置は、例えば、燃料電池のカソード側に反応ガスとして空気を供給するためのエアーコンプレッサー等を備え、さらに、この空気の圧力を信号圧として、空気の圧力に応じた圧力で燃料電池のアノード側に反応ガスとして水素を供給する圧力流量制御弁を備え、燃料電池のカソード側に対するアノード側の反応ガスの圧力を所定圧に設定して所定の発電効率を確保すると共に、燃料電池に供給される反応ガスの流量を制御することで所定の出力が得られるように設定されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来技術の一例に係る燃料電池装置では、例えば標高が高い高地等において大気圧が低下することに伴って、燃料電池に所望の圧力および流量の反応ガスを供給することが困難となる場合が生じる。
すなわち、標高が高くなるにつれて大気圧が低下して空気が薄くなるため、燃料電池から所望の発電電流を取り出すためには、例えばエアーコンプレッサーの回転数を増大させて反応ガスの流量（質量流量）を増大させると共に、反応ガスの圧力を所定圧に維持する必要がある。しかしながら、エアーコンプレッサーの運転能力を超えるような回転数が要求される場合には、所望の圧力および流量の反応ガスを供給することが困難となる。
【０００４】
このとき、燃料電池に所望の圧力および流量の反応ガスが供給されていない状態で、燃料電池に対する所定の発電指令に基づく発電電流を取り出そうとすると、例えば燃料電池の発電電圧が不安定となったり、例えば発電電圧が所定電圧を超えて低下しすぎるという問題がある。また、反応ガスが供給不足のまま発電電流を取り出すことにより、燃料電池の固体高分子電解質膜を痛め、燃料電池の耐久性能が低下してしまう虞がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、大気圧が変化した場合であっても燃料電池を適切に制御することが可能な燃料電池の制御装置および燃料電池車両の制御装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
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の制御装置は、大気圧を検出する大気圧検出手段（例えば、後述する実施の形態における大気圧センサ４５）と、反応ガスとして空気が供給される燃料電池から取り出される発電電流の電流値を、前記大気圧検出手段にて検出される前記大気圧に応じて制限する電流制御手段（例えば、後述する実施の形態における電流制御器４１）とを備え、前記電流制御手段は、所定大気圧以下において前記大気圧の減少に伴い前記電流値の最大値が減少傾向に変化し、前記大気圧が前記所定大気圧よりも大きいとき前記電流値の最大値が所定上限値となるように設定することを特徴としている。
【０００６】
上記構成の燃料電池の制御装置によれば、例えば大気圧が低下して空気が薄くなった場合には、燃料電池に反応ガスとして供給される空気の流量（質量流量）が低下する。これに伴い、燃料電池の発電可能な電力は低下するが、電流制御手段によって燃料電池から取り出される発電電流の電流値が適切な値（例えば、相対的に小さな値）に変更され、所定大気圧以下において大気圧の減少に伴い電流値の最大値が減少傾向に変化し、大気圧が所定大気圧よりも大きいとき電流値の最大値が所定上限値となるように設定される。これにより、例えば燃料電池の発電電圧が不安定になったり、発電電圧が過剰に低下する等の不具合が発生することを防止して、燃料電池を適切に制御することができる。
【０００７】
さらに、請求項２に記載の本発明の燃料電池車両の制御装置は、燃料電池から供給される電気エネルギーによって車両を駆動可能な走行用モータを備えた燃料電池車両の制御装置であって、大気圧を検出する大気圧検出手段（例えば、後述する実施の形態における大気圧センサ４５）と、反応ガスとして空気が供給される燃料電池から取り出される発電電流の電流値を、前記大気圧検出手段にて検出される前記大気圧および車両の乗員のアクセル操作に係るアクセル開度に応じて設定する電流制御手段（例えば、後述する実施の形態における電流制御器４１）とを備え、前記電流制御手段は、前記大気圧が減少するのに伴い、前記電流値の上限値が小さくなるように、かつ、該上限値に到達する際のアクセル開度の値が小さくなるように設定することを特徴としている。
【０００８】
上記構成の燃料電池車両の制御装置によれば、アクセル開度と大気圧に基づいて燃料電池から取り出される発電電流の電流値が適切な値に設定される。このため、例えば車両が標高の高い地点を走行する場合であっても、大気圧の低下に伴って、電流値の上限値が小さくなるように、かつ、該上限値に到達する際のアクセル開度の値が小さくなるように設定することで、例えば燃料電池の発電電圧が不安定になったり、発電電圧が過剰に低下する等の不具合が発生することを防止して、燃料電池の耐久性能が低下することを抑制することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の燃料電池の制御装置および燃料電池車両の制御装置の一実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態に係る燃料電池の制御装置１０ａを備える燃料電池車両の制御装置１０の構成図である。
本実施の形態に係る燃料電池車両１は、燃料電池１１と、蓄電装置、例えばキャパシタ１２とから構成されたハイブリッド型の電源装置を備えており、これらの電源装置から電力が供給される走行用モータ１３の駆動力は、オートマチックトランスミッション或いはマニュアルトランスミッションよりなるトランスミッションＴ／Ｍを介して駆動輪Ｗに伝達される。
また、車両の減速時に駆動輪Ｗ側から走行用モータ１３側に駆動力が伝達されると、走行用モータ１３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。
【００１０】
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、燃料電池の制御装置１０ａと、走行用モータ１３と、車両の運転者のアクセル操作量に関するアクセル開度（すなわち加速意志）を検知するアクセル開度センサ１４とを備えて構成されている。
さらに、燃料電池の制御装置１０ａは、例えば、燃料電池１１と、キャパシタ１２と、エアーコンプレッサ２１と、冷却器２２と、冷却器バイパス制御弁２３と、カソード加湿器２４と、背圧制御弁２５と、水素タンク３１と、燃料供給制御弁３２と、熱交換器３３と、エゼクタ３４と、エゼクタバイパス制御弁３５と、アノード加湿器３６と、貯溜タンク３７と、排出制御弁３８と、電流制御器４１と、出力制御器４２と、モータ４３と、中央制御装置（ＥＣＵ）４４と、大気圧センサ４５と、流量センサ４６と、圧力センサ４７とを備えて構成されている。
【００１１】
燃料電池１１は、例えば固体ポリマー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とカソードとで両側から挟み込んで形成されたセルに対し、複数のセルを積層して構成されたスタックからなり、燃料として水素が供給される水素極と酸化剤として酸素を含む空気が供給される空気極とを備えている。そして、アノードで触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を通過してカソードまで移動して、カソードで酸素と電気化学反応を起こして発電するようになっている。
【００１２】
燃料電池１１の空気極には、酸化剤供給部をなすエアーコンプレッサー２１から空気が供給される空気供給口１１ａと、空気極内の空気等を外部に排出するための空気排出口１１ｂが設けられている。一方、水素極には、燃料供給部をなす水素タンク３１から水素が供給される水素供給口１１ｃと、水素極内の水素等を外部に排出するための水素排出口１１ｄが設けられている。
【００１３】
エアーコンプレッサー２１は、例えば車両の外部から空気を取り込んで断熱圧縮し、この空気を、反応ガスとして燃料電池１１の空気極側に供給すると共に、圧力信号として後述する燃料供給制御弁３２およびエゼクタバイパス制御弁３５に供給する。
【００１４】
エアーコンプレッサー２１にて圧縮昇温された空気は、冷却器２２に供給可能とされており、例えば燃料電池１１の運転状態に応じて、冷却器２２にて所定温度まで冷却された空気は、カソード加湿器２４および燃料供給制御弁３２およびエゼクタバイパス制御弁３５に供給される。
また、エアーコンプレッサー２１と、カソード加湿器２４および燃料供給制御弁３２およびエゼクタバイパス制御弁３５とを接続する流路には、冷却器２２および、例えば冷却器２２の下流側に設けられた冷却器バイパス制御弁２３を迂回する冷却器バイパス流路２２ａが設けられている。
すなわち、燃料電池１１の運転状態に応じて、冷却器バイパス制御弁２３を閉弁することによって、エアーコンプレッサー２１にて圧縮昇温された空気を、冷却すること無しに燃料電池１１へ供給することができるようにされている。
【００１５】
カソード加湿器２４は、例えば中空糸膜等の水透過膜を備えて構成されており、燃料電池１１の空気排出口１１ｂから排出される排出空気を、反応ガスとして供給される空気に対する加湿ガスとして利用している。すなわち、水透過膜を介して空気と排出空気とを接触させると、排出空気に含まれる水分（特に、水蒸気）は水透過膜の膜穴を透過した後に水蒸気として空気に供給される。
そして、加湿された空気は燃料電池１１に供給され、燃料電池１１の固体分子電解質膜のイオン導電性が所定の状態に確保されている。
【００１６】
なお、後述するように、燃料電池１１の空気排出口１１ｂから排出された排出空気は、順次、アノード加湿器３７、カソード加湿器２４へ加湿ガスとして供給され、カソード加湿器２４から排出された排出空気は背圧制御弁２５を介して車両外部に排出されるようになっている。
背圧制御弁２５は、燃料電池１１の運転状態に応じて、ＥＣＵ４４によって開閉動作が制御されており、ＥＣＵ４４から入力される制御信号に応じた弁開度に設定されることで、燃料電池１１内に反応ガスとして供給される空気の圧力（空気供給圧）が所定の圧力となるように制御される。
【００１７】
燃料電池１１に対する燃料としての水素は、例えば高圧の水素タンク３１から燃料供給制御弁３２へ供給される。
燃料供給制御弁３２は、例えば空気式の比例圧力制御弁をなし、エアーコンプレッサー２１から供給される空気の圧力を信号圧として、燃料供給制御弁３２を通過した水素が燃料供給制御弁３２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。
【００１８】
燃料供給制御弁３２を通過した水素は熱交換器３３に供給されている。この熱交換器３３において、燃料電池１１の運転状態に応じて、例えば冷却材との熱交換反応等によって所定の温度に設定された水素は、順次、エゼクタ３４あるいはエゼクタバイパス制御弁３５、アノード加湿器３６を介して水素供給口１１ｃから燃料電池１１の水素極に供給される。
さらに、燃料電池１１の水素排出口１１ｄから排出された未反応の排出ガスは、貯溜タンク３７を通じてエゼクタ３４へと導入されており、熱交換器３３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。
【００１９】
エゼクタ３４は、内部を流通する高速の水素ガス流の近傍に発生する負圧によって、副流とされる燃料電池１１からの排出ガスを吸い込み、この排出ガスを熱交換器３３を介して供給される水素と混合して燃料電池１１へ再度供給することで、燃料電池１１から排出された排出ガスを循環させている。
【００２０】
また、熱交換器３３とアノード加湿器３６とを接続する流路には、エゼクタ３４を迂回するエゼクタバイパス流路３４ａが設けられている。
ここで、エゼクタバイパス流路３４ａには、例えば空気式の比例圧力制御弁をなすエゼクタバイパス制御弁３５がエゼクタ３４に対して並列配置されており、エアーコンプレッサー２１から供給される空気の圧力を信号圧として、エゼクタバイパス制御弁３５を通過した水素がエゼクタバイパス制御弁３５の出口で有する圧力つまり燃料供給圧が、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。
【００２１】
すなわち、酸化剤をなす空気の圧力を基準圧力として、燃料供給制御弁３２およびエゼクタバイパス制御弁３５での圧力流量制御によって、エゼクタ３４を通過する水素の圧力流量特性が所定の状態となるように制御され、燃料電池１１の固体高分子電解質膜に対する酸化剤の圧力（空気供給圧）と、燃料の圧力（燃料供給圧）との差、つまり燃料極と空気極との極間差圧が所定圧力差の範囲内になるように設定されている。
【００２２】
アノード加湿器３６は、例えば中空糸膜等の水透過膜を備えて構成されており、燃料電池１１の空気排出口１１ｂから排出される排出空気を、水素に対する加湿ガスとして利用している。すなわち、水透過膜を介して水素と排出空気とを接触させると、排出空気に含まれる水分（特に、水蒸気）は水透過膜の膜穴を透過した後に水蒸気として水素に供給される。
そして、加湿された水素は燃料電池１１に供給され、燃料電池１１の固体分子電解質膜のイオン導電性が所定の状態に確保されている。
【００２３】
貯溜タンク３７は、燃料電池１１の水素排出口１１ｄから排出された排出ガスに対して気液分離を行い、排出ガス中に含まれる液体状の水分を分離して貯溜する。
排出制御弁３８は、燃料電池１１の運転状態に応じて、ＥＣＵ４４によって開閉動作が制御されており、例えば貯溜タンク３７にて分離された排出ガス中の過剰な水分（主に液体水）等を車両外部に排出する。
【００２４】
燃料電池１１から取り出される発電電流は電流制御器４１に入力されており、この電流制御器４１には蓄電装置をなす、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１２が接続されている。
そして、燃料電池１１とキャパシタ１２は、電流制御器４１および出力制御器４２を介して、電気的負荷である走行用モータ１３、および、エアーコンプレッサ２１を駆動するモータ４３等に対して並列に接続されている。
【００２５】
電流制御器４１は、例えばＤＣ−ＤＣチョッパ等を備えて構成されており、後述するように、ＥＣＵ４４から出力される電流指令値ＩＦＣつまり燃料電池１１に対する発電指令に基づいて、燃料電池１１から取り出される発電電流の電流値を制御する。
【００２６】
出力制御器４２は、例えばＩＧＢＴ等のスイッチング素子から構成されたＰＷＭインバータを備えており、後述するように、ＥＣＵ４４から出力される走行用モータ１３に対するトルク指令やエアーコンプレッサ２１に対する回転数指令等に基づき、電流制御器４１を介して燃料電池１１およびキャパシタ１２から出力される直流電力を３相交流電力に変換して、走行用モータ１３およびエアーコンプレッサー２１を駆動するモータ４３へ供給する。
なお、走行用モータ１３およびモータ４３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、出力制御器４２から供給される３相交流電力により駆動制御される。
【００２７】
ＥＣＵ４４は、例えば、蓄電装置をなすキャパシタ１２から出力される出力電流および端子電圧および温度の信号に基づいてキャパシタ１２の残容量を算出し、走行用モータ１３やモータ４３等の負荷への電力供給を制御する。
さらに、ＥＣＵ４４は、出力制御器４２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、例えば走行用モータ１３に対しては、運転者によるアクセルペダルの踏み込み操作量等に関するアクセル開度ＡＣの信号に基づいてトルク指令を算出する。そして、このトルク指令を出力制御器４２に入力することで、トルク指令に応じたパルス幅変調信号がＰＷＭインバータに入力され、要求されるトルクを発生させるための各相電流が走行用モータ１３の各相へと出力される。
【００２８】
さらに、後述するように、ＥＣＵ４４は、アクセル開度ＡＣの信号および大気圧センサ４５にて検出した大気圧ＰＡの信号に基づいて、反応ガスの流量に関する要求値として、例えばエアーコンプレッサー２１の回転数Ｎを算出し、反応ガスの圧力に関する要求値として、例えば背圧制御弁２５の弁開度θを算出する。そして、この回転数Ｎが出力制御器４２に入力されることで、回転数Ｎに応じた各相電流がモータ４３の各相へと出力される。また、算出された弁開度θが背圧制御弁２５に入力されることで、背圧制御弁２５の弁開度が制御される。
そして、反応ガスの流量および圧力に対する各要求値と、実際に燃料電池１１に供給される反応ガスの流量および圧力との各偏差がゼロとなるように、フィードバック制御を行う。
【００２９】
このとき、後述するように、ＥＣＵ４４は、アクセル開度ＡＣの信号および大気圧ＰＡの信号に基づいて、電流制御器４１にて燃料電池１１から取り出す発電電流に対する目標発電電流値Ｐを算出して、電流指令値ＩＦＣとして電流制御器４１に入力する。
このため、ＥＣＵ４４には、アクセル開度センサ１４から出力される例えば運転者によるアクセルペダルの踏み込み操作量等に関するアクセル開度ＡＣの検出信号と、大気圧センサ４５から出力される大気圧ＰＡの検出信号と、例えばエアーコンプレッサ２１から供給される空気の流量（質量流量）を検出する流量センサ４６から出力される流量検出値ＱＮの信号と、例えば燃料電池１１の空気極側に供給される空気の圧力を検出する圧力検出器４７から出力される圧力検出値ＰＮの信号とが入力されている。
なお、流量センサ４６は、エアーコンプレッサ２１の空気排出口２１ａ近傍に設けられ、圧力センサ４７は、燃料電池１１の空気供給口１１ａ近傍に設けられている。
【００３０】
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、特に電流制御器４１にて燃料電池１１から取り出す発電電流の電流値を大気圧に応じて設定する処理について添付図面を参照しながら説明する。
図２は燃料電池車両の制御装置１０の動作、特に目標発電電流値Ｐを設定する処理を示すフローチャートであり、図３は大気圧ＰＡに応じて変化する最大発電電流値ＰＩの変化を示すグラフ図である。
【００３１】
先ず、図２に示すステップＳ０１においては、車両の運転者のアクセル操作に係るアクセル開度ＡＣの信号に基づいて、燃料電池１１から取り出される発電電流に対する仮目標発電電流値Ｐ０を、例えば予め設定された所定のマップに対するマップ検索等により算出する。
次に、ステップＳ０２においては、大気圧センサ４５により検出された大気圧ＰＡの信号を取得する。
【００３２】
次に、ステップＳ０３においては、大気圧センサ４５から取得した大気圧ＰＡに応じた最大発電電流値ＰＩを、例えば図３に示す大気圧ＰＡと最大発電電流値ＰＩとの関係を示す所定のマップに基づいて検索する。
なお、図３に示すマップでは、所定の大気圧＃ＰＡ０以下において最大発電電流値ＰＩは大気圧ＰＡの減少に伴い減少傾向に変化し、所定の大気圧＃ＰＡ０を超えたときには、所定の上限値に設定される。
【００３３】
そして、ステップＳ０４においては、仮目標発電電流値Ｐ０が最大発電電流値ＰＩ以下か否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、後述するステップＳ０７に進む。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０５に進む。
ステップＳ０５においては、目標発電電流値Ｐに仮目標発電電流値Ｐ０をセットして、ステップＳ０６に進む。
そして、ステップＳ０６においては、目標発電電流値Ｐに応じて、エアーコンプレッサ２１の回転数Ｎを制御すると共に、電流制御器４１にて燃料電池１１から取り出す発電電流を制御して、一連の処理を終了する。
【００３４】
一方、ステップＳ０７においては、目標発電電流値Ｐに最大発電電流値ＰＩをセットして、ステップＳ０６に進み、この目標発電電流値Ｐに応じたエアーコンプレッサ２１の回転数Ｎおよび電流制御器４１にて燃料電池１１から取り出す発電電流を制御する。
すなわち、大気圧ＰＡが低下するのに伴い目標発電電流値Ｐが小さな値に設定され、これに伴い、エアーコンプレッサ２１の回転数Ｎが減少させられて、燃料電池１１に供給される空気の流量が減少させられると共に、電流制御器４１にて燃料電池１１から取り出される発電電流が相対的に小さな値に制限される。
【００３５】
上述したように、本実施の形態による燃料電池の制御装置１０ａによれば、大気圧センサ４５から出力される大気圧ＰＡの検出信号に基づいて、燃料電池１１から取り出される発電電流に対する目標発電電流値Ｐが設定されるため、例えば大気圧が低下して空気が薄くなることで燃料電池１１の発電可能な電力が低下した場合であっても、電流制御器４１によって燃料電池１１から取り出される発電電流が適切な値に制限され、燃料電池１１が異常発電状態になることを防止して適切に制御することができる。
【００３６】
さらに、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、大気圧センサ４５から出力される大気圧ＰＡの検出信号に加えて、車両の運転者のアクセル操作量に係るアクセル開度θの検出信号に基づいて燃料電池１１の発電電流が設定されるため、例えば車両が標高の高い地点を走行する場合であっても、大気圧の低下に伴って、負荷へ供給される発電電流が相対的に小さな値に変更される。これにより、燃料電池１１に供給される反応ガスの流量（質量流量）が低下している状態で、過剰な発電電流が供給されてしまうことを防止して、燃料電池１１の発電電圧が不安定になったり、発電電圧が過剰に低下する等の不具合が発生することを防ぎ、燃料電池１１の耐久性能が低下することを抑制することができる。
【００３７】
なお、本実施の形態においては、燃料供給制御弁３２およびエゼクタバイパス制御弁３６を空気式の比例圧力制御弁としたが、これに限定されず、その他の圧力制御弁であってもよく、例えばＥＣＵ４４から入力される制御信号によって開閉動作が制御されるものであってもよい。
【００３８】
なお、本実施の形態においては、上述したステップＳ０３に示すように、大気圧ＰＡと最大発電電流値ＰＩとの関係を示す所定のマップをマップ検索することによって最大発電電流値ＰＩを算出するとしたが、これに限定されず、例えば大気圧ＰＡと最大発電電流値ＰＩとの関係を示す所定の関係式等を予め設定しておき、この関係式に基づいて最大発電電流値ＰＩを算出するようにしてもよい。
【００３９】
また、本実施の形態においては、上述したステップＳ０４に示すように、仮目標発電電流値Ｐ０が最大発電電流値ＰＩ以下か否かに応じて、目標発電電流値Ｐに仮目標発電電流値Ｐ０または最大発電電流値ＰＩの何れか一方を設定するとしたが、これに限定されず、例えば図４に示すように、アクセル開度ＡＣの変化に伴う目標発電電流値Ｐの変化を大気圧ＰＡに応じて示すマップ等を予め設定しておき、車両の運転者のアクセル操作に係るアクセル開度ＡＣ、および、大気圧センサ４５にて検出した大気圧ＰＡに基づいて、負荷に供給される発電電流の電流値（供給発電電流値ＰＳ）を設定するようにしてもよい。
ここで、図４に示すマップでは、例えば大気圧ＰＡが減少するのに伴い、供給発電電流値ＰＳの上限値が小さくなるように設定され、さらに、この上限値に到達する際のアクセル開度ＡＣの値が小さくなるように設定されている。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の本発明の燃料電池の制御装置によれば、大気圧の変化に伴って燃料電池から取り出される発電電流の電流値を変更し、所定大気圧以下において大気圧の減少に伴い電流値の最大値が減少傾向に変化し、大気圧が所定大気圧よりも大きいとき電流値の最大値が所定上限値となるように設定することで、例えば燃料電池の発電電圧が不安定になったり、発電電圧が過剰に低下する等の不具合が発生することを防止して、燃料電池を適切に制御することができる。
さらに、請求項２に記載の燃料電池車両の制御装置によれば、アクセル開度と大気圧に基づいて燃料電池から取り出される発電電流の電流値を設定し、大気圧が減少するのに伴い、電流値の上限値が小さくなるように、かつ、該上限値に到達する際のアクセル開度の値が小さくなるように設定することで、例えば車両が標高の異なる地点を走行することで、車両外部の大気圧が変化する場合であっても、発電電流が過剰に大きな値となることを防止して、燃料電池を適切に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係る燃料電池の制御装置を備える燃料電池車両の構成図である。
【図２】 燃料電池の制御装置の動作、特に目標発電電流値Ｐを設定する処理を示すフローチャートである。
【図３】 大気圧ＰＡに応じて変化する最大発電電流値ＰＩの変化を示すグラフ図である。
【図４】 アクセル開度ＡＣの変化に伴う供給発電電流値ＰＳの変化を大気圧ＰＡに応じて示すグラフ図である。
【符号の説明】
１０ 燃料電池車両の制御装置
１０ａ 燃料電池の制御装置
１１ 燃料電池
１３ 走行用モータ（負荷）
２１ エアーコンプレッサ（反応ガス供給手段）
４１ 電流制御器（電流制御手段）
４３ モータ（負荷）
４５ 大気圧センサ（大気圧検出手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池の制御装置および燃料電池車両の制御装置に係り、特に燃料電池に供給される反応ガスの流量および圧力が大気圧に応じて変化する際における燃料電池の動作を制御する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、固体高分子膜型燃料電池は、固体高分子電解質膜をアノードとカソードとで両側から挟み込んで形成されたセルに対し、複数のセルを積層して構成されたスタック（以下において燃料電池と呼ぶ）を備えており、アノードに燃料として水素が供給され、カソードに酸化剤として空気が供給されて、アノードで触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を通過してカソードまで移動して、カソードで酸素と電気化学反応を起こして発電するようになっている。
このような燃料電池装置は、例えば、燃料電池のカソード側に反応ガスとして空気を供給するためのエアーコンプレッサー等を備え、さらに、この空気の圧力を信号圧として、空気の圧力に応じた圧力で燃料電池のアノード側に反応ガスとして水素を供給する圧力流量制御弁を備え、燃料電池のカソード側に対するアノード側の反応ガスの圧力を所定圧に設定して所定の発電効率を確保すると共に、燃料電池に供給される反応ガスの流量を制御することで所定の出力が得られるように設定されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来技術の一例に係る燃料電池装置では、例えば標高が高い高地等において大気圧が低下することに伴って、燃料電池に所望の圧力および流量の反応ガスを供給することが困難となる場合が生じる。
すなわち、標高が高くなるにつれて大気圧が低下して空気が薄くなるため、燃料電池から所望の発電電流を取り出すためには、例えばエアーコンプレッサーの回転数を増大させて反応ガスの流量（質量流量）を増大させると共に、反応ガスの圧力を所定圧に維持する必要がある。しかしながら、エアーコンプレッサーの運転能力を超えるような回転数が要求される場合には、所望の圧力および流量の反応ガスを供給することが困難となる。
【０００４】
このとき、燃料電池に所望の圧力および流量の反応ガスが供給されていない状態で、燃料電池に対する所定の発電指令に基づく発電電流を取り出そうとすると、例えば燃料電池の発電電圧が不安定となったり、例えば発電電圧が所定電圧を超えて低下しすぎるという問題がある。また、反応ガスが供給不足のまま発電電流を取り出すことにより、燃料電池の固体高分子電解質膜を痛め、燃料電池の耐久性能が低下してしまう虞がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、大気圧が変化した場合であっても燃料電池を適切に制御することが可能な燃料電池の制御装置および燃料電池車両の制御装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
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の制御装置は、大気圧を検出する大気圧検出手段（例えば、後述する実施の形態における大気圧センサ４５）と、反応ガスとして空気が供給される燃料電池から取り出される発電電流の電流値を、前記大気圧検出手段にて検出される前記大気圧に応じて制限する電流制御手段（例えば、後述する実施の形態における電流制御器４１）とを備え、前記電流制御手段は、所定大気圧以下において前記大気圧の減少に伴い前記電流値の最大値が減少傾向に変化し、前記大気圧が前記所定大気圧よりも大きいとき前記電流値の最大値が所定上限値となるように設定することを特徴としている。
【０００６】
上記構成の燃料電池の制御装置によれば、例えば大気圧が低下して空気が薄くなった場合には、燃料電池に反応ガスとして供給される空気の流量（質量流量）が低下する。これに伴い、燃料電池の発電可能な電力は低下するが、電流制御手段によって燃料電池から取り出される発電電流の電流値が適切な値（例えば、相対的に小さな値）に変更され、所定大気圧以下において大気圧の減少に伴い電流値の最大値が減少傾向に変化し、大気圧が所定大気圧よりも大きいとき電流値の最大値が所定上限値となるように設定される。これにより、例えば燃料電池の発電電圧が不安定になったり、発電電圧が過剰に低下する等の不具合が発生することを防止して、燃料電池を適切に制御することができる。
【０００７】
さらに、請求項２に記載の本発明の燃料電池車両の制御装置は、燃料電池から供給される電気エネルギーによって車両を駆動可能な走行用モータを備えた燃料電池車両の制御装置であって、大気圧を検出する大気圧検出手段（例えば、後述する実施の形態における大気圧センサ４５）と、反応ガスとして空気が供給される燃料電池から取り出される発電電流の電流値を、前記大気圧検出手段にて検出される前記大気圧および車両の乗員のアクセル操作に係るアクセル開度に応じて設定する電流制御手段（例えば、後述する実施の形態における電流制御器４１）とを備え、前記電流制御手段は、前記大気圧が減少するのに伴い、前記電流値の上限値が小さくなるように、かつ、該上限値に到達する際のアクセル開度の値が小さくなるように設定することを特徴としている。
【０００８】
上記構成の燃料電池車両の制御装置によれば、アクセル開度と大気圧に基づいて燃料電池から取り出される発電電流の電流値が適切な値に設定される。このため、例えば車両が標高の高い地点を走行する場合であっても、大気圧の低下に伴って、電流値の上限値が小さくなるように、かつ、該上限値に到達する際のアクセル開度の値が小さくなるように設定することで、例えば燃料電池の発電電圧が不安定になったり、発電電圧が過剰に低下する等の不具合が発生することを防止して、燃料電池の耐久性能が低下することを抑制することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の燃料電池の制御装置および燃料電池車両の制御装置の一実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態に係る燃料電池の制御装置１０ａを備える燃料電池車両の制御装置１０の構成図である。
本実施の形態に係る燃料電池車両１は、燃料電池１１と、蓄電装置、例えばキャパシタ１２とから構成されたハイブリッド型の電源装置を備えており、これらの電源装置から電力が供給される走行用モータ１３の駆動力は、オートマチックトランスミッション或いはマニュアルトランスミッションよりなるトランスミッションＴ／Ｍを介して駆動輪Ｗに伝達される。
また、車両の減速時に駆動輪Ｗ側から走行用モータ１３側に駆動力が伝達されると、走行用モータ１３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。
【００１０】
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、燃料電池の制御装置１０ａと、走行用モータ１３と、車両の運転者のアクセル操作量に関するアクセル開度（すなわち加速意志）を検知するアクセル開度センサ１４とを備えて構成されている。
さらに、燃料電池の制御装置１０ａは、例えば、燃料電池１１と、キャパシタ１２と、エアーコンプレッサ２１と、冷却器２２と、冷却器バイパス制御弁２３と、カソード加湿器２４と、背圧制御弁２５と、水素タンク３１と、燃料供給制御弁３２と、熱交換器３３と、エゼクタ３４と、エゼクタバイパス制御弁３５と、アノード加湿器３６と、貯溜タンク３７と、排出制御弁３８と、電流制御器４１と、出力制御器４２と、モータ４３と、中央制御装置（ＥＣＵ）４４と、大気圧センサ４５と、流量センサ４６と、圧力センサ４７とを備えて構成されている。
【００１１】
燃料電池１１は、例えば固体ポリマー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とカソードとで両側から挟み込んで形成されたセルに対し、複数のセルを積層して構成されたスタックからなり、燃料として水素が供給される水素極と酸化剤として酸素を含む空気が供給される空気極とを備えている。そして、アノードで触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を通過してカソードまで移動して、カソードで酸素と電気化学反応を起こして発電するようになっている。
【００１２】
燃料電池１１の空気極には、酸化剤供給部をなすエアーコンプレッサー２１から空気が供給される空気供給口１１ａと、空気極内の空気等を外部に排出するための空気排出口１１ｂが設けられている。一方、水素極には、燃料供給部をなす水素タンク３１から水素が供給される水素供給口１１ｃと、水素極内の水素等を外部に排出するための水素排出口１１ｄが設けられている。
【００１３】
エアーコンプレッサー２１は、例えば車両の外部から空気を取り込んで断熱圧縮し、この空気を、反応ガスとして燃料電池１１の空気極側に供給すると共に、圧力信号として後述する燃料供給制御弁３２およびエゼクタバイパス制御弁３５に供給する。
【００１４】
エアーコンプレッサー２１にて圧縮昇温された空気は、冷却器２２に供給可能とされており、例えば燃料電池１１の運転状態に応じて、冷却器２２にて所定温度まで冷却された空気は、カソード加湿器２４および燃料供給制御弁３２およびエゼクタバイパス制御弁３５に供給される。
また、エアーコンプレッサー２１と、カソード加湿器２４および燃料供給制御弁３２およびエゼクタバイパス制御弁３５とを接続する流路には、冷却器２２および、例えば冷却器２２の下流側に設けられた冷却器バイパス制御弁２３を迂回する冷却器バイパス流路２２ａが設けられている。
すなわち、燃料電池１１の運転状態に応じて、冷却器バイパス制御弁２３を閉弁することによって、エアーコンプレッサー２１にて圧縮昇温された空気を、冷却すること無しに燃料電池１１へ供給することができるようにされている。
【００１５】
カソード加湿器２４は、例えば中空糸膜等の水透過膜を備えて構成されており、燃料電池１１の空気排出口１１ｂから排出される排出空気を、反応ガスとして供給される空気に対する加湿ガスとして利用している。すなわち、水透過膜を介して空気と排出空気とを接触させると、排出空気に含まれる水分（特に、水蒸気）は水透過膜の膜穴を透過した後に水蒸気として空気に供給される。
そして、加湿された空気は燃料電池１１に供給され、燃料電池１１の固体分子電解質膜のイオン導電性が所定の状態に確保されている。
【００１６】
なお、後述するように、燃料電池１１の空気排出口１１ｂから排出された排出空気は、順次、アノード加湿器３７、カソード加湿器２４へ加湿ガスとして供給され、カソード加湿器２４から排出された排出空気は背圧制御弁２５を介して車両外部に排出されるようになっている。
背圧制御弁２５は、燃料電池１１の運転状態に応じて、ＥＣＵ４４によって開閉動作が制御されており、ＥＣＵ４４から入力される制御信号に応じた弁開度に設定されることで、燃料電池１１内に反応ガスとして供給される空気の圧力（空気供給圧）が所定の圧力となるように制御される。
【００１７】
燃料電池１１に対する燃料としての水素は、例えば高圧の水素タンク３１から燃料供給制御弁３２へ供給される。
燃料供給制御弁３２は、例えば空気式の比例圧力制御弁をなし、エアーコンプレッサー２１から供給される空気の圧力を信号圧として、燃料供給制御弁３２を通過した水素が燃料供給制御弁３２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。
【００１８】
燃料供給制御弁３２を通過した水素は熱交換器３３に供給されている。この熱交換器３３において、燃料電池１１の運転状態に応じて、例えば冷却材との熱交換反応等によって所定の温度に設定された水素は、順次、エゼクタ３４あるいはエゼクタバイパス制御弁３５、アノード加湿器３６を介して水素供給口１１ｃから燃料電池１１の水素極に供給される。
さらに、燃料電池１１の水素排出口１１ｄから排出された未反応の排出ガスは、貯溜タンク３７を通じてエゼクタ３４へと導入されており、熱交換器３３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。
【００１９】
エゼクタ３４は、内部を流通する高速の水素ガス流の近傍に発生する負圧によって、副流とされる燃料電池１１からの排出ガスを吸い込み、この排出ガスを熱交換器３３を介して供給される水素と混合して燃料電池１１へ再度供給することで、燃料電池１１から排出された排出ガスを循環させている。
【００２０】
また、熱交換器３３とアノード加湿器３６とを接続する流路には、エゼクタ３４を迂回するエゼクタバイパス流路３４ａが設けられている。
ここで、エゼクタバイパス流路３４ａには、例えば空気式の比例圧力制御弁をなすエゼクタバイパス制御弁３５がエゼクタ３４に対して並列配置されており、エアーコンプレッサー２１から供給される空気の圧力を信号圧として、エゼクタバイパス制御弁３５を通過した水素がエゼクタバイパス制御弁３５の出口で有する圧力つまり燃料供給圧が、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。
【００２１】
すなわち、酸化剤をなす空気の圧力を基準圧力として、燃料供給制御弁３２およびエゼクタバイパス制御弁３５での圧力流量制御によって、エゼクタ３４を通過する水素の圧力流量特性が所定の状態となるように制御され、燃料電池１１の固体高分子電解質膜に対する酸化剤の圧力（空気供給圧）と、燃料の圧力（燃料供給圧）との差、つまり燃料極と空気極との極間差圧が所定圧力差の範囲内になるように設定されている。
【００２２】
アノード加湿器３６は、例えば中空糸膜等の水透過膜を備えて構成されており、燃料電池１１の空気排出口１１ｂから排出される排出空気を、水素に対する加湿ガスとして利用している。すなわち、水透過膜を介して水素と排出空気とを接触させると、排出空気に含まれる水分（特に、水蒸気）は水透過膜の膜穴を透過した後に水蒸気として水素に供給される。
そして、加湿された水素は燃料電池１１に供給され、燃料電池１１の固体分子電解質膜のイオン導電性が所定の状態に確保されている。
【００２３】
貯溜タンク３７は、燃料電池１１の水素排出口１１ｄから排出された排出ガスに対して気液分離を行い、排出ガス中に含まれる液体状の水分を分離して貯溜する。
排出制御弁３８は、燃料電池１１の運転状態に応じて、ＥＣＵ４４によって開閉動作が制御されており、例えば貯溜タンク３７にて分離された排出ガス中の過剰な水分（主に液体水）等を車両外部に排出する。
【００２４】
燃料電池１１から取り出される発電電流は電流制御器４１に入力されており、この電流制御器４１には蓄電装置をなす、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１２が接続されている。
そして、燃料電池１１とキャパシタ１２は、電流制御器４１および出力制御器４２を介して、電気的負荷である走行用モータ１３、および、エアーコンプレッサ２１を駆動するモータ４３等に対して並列に接続されている。
【００２５】
電流制御器４１は、例えばＤＣ−ＤＣチョッパ等を備えて構成されており、後述するように、ＥＣＵ４４から出力される電流指令値ＩＦＣつまり燃料電池１１に対する発電指令に基づいて、燃料電池１１から取り出される発電電流の電流値を制御する。
【００２６】
出力制御器４２は、例えばＩＧＢＴ等のスイッチング素子から構成されたＰＷＭインバータを備えており、後述するように、ＥＣＵ４４から出力される走行用モータ１３に対するトルク指令やエアーコンプレッサ２１に対する回転数指令等に基づき、電流制御器４１を介して燃料電池１１およびキャパシタ１２から出力される直流電力を３相交流電力に変換して、走行用モータ１３およびエアーコンプレッサー２１を駆動するモータ４３へ供給する。
なお、走行用モータ１３およびモータ４３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、出力制御器４２から供給される３相交流電力により駆動制御される。
【００２７】
ＥＣＵ４４は、例えば、蓄電装置をなすキャパシタ１２から出力される出力電流および端子電圧および温度の信号に基づいてキャパシタ１２の残容量を算出し、走行用モータ１３やモータ４３等の負荷への電力供給を制御する。
さらに、ＥＣＵ４４は、出力制御器４２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、例えば走行用モータ１３に対しては、運転者によるアクセルペダルの踏み込み操作量等に関するアクセル開度ＡＣの信号に基づいてトルク指令を算出する。そして、このトルク指令を出力制御器４２に入力することで、トルク指令に応じたパルス幅変調信号がＰＷＭインバータに入力され、要求されるトルクを発生させるための各相電流が走行用モータ１３の各相へと出力される。
【００２８】
さらに、後述するように、ＥＣＵ４４は、アクセル開度ＡＣの信号および大気圧センサ４５にて検出した大気圧ＰＡの信号に基づいて、反応ガスの流量に関する要求値として、例えばエアーコンプレッサー２１の回転数Ｎを算出し、反応ガスの圧力に関する要求値として、例えば背圧制御弁２５の弁開度θを算出する。そして、この回転数Ｎが出力制御器４２に入力されることで、回転数Ｎに応じた各相電流がモータ４３の各相へと出力される。また、算出された弁開度θが背圧制御弁２５に入力されることで、背圧制御弁２５の弁開度が制御される。
そして、反応ガスの流量および圧力に対する各要求値と、実際に燃料電池１１に供給される反応ガスの流量および圧力との各偏差がゼロとなるように、フィードバック制御を行う。
【００２９】
このとき、後述するように、ＥＣＵ４４は、アクセル開度ＡＣの信号および大気圧ＰＡの信号に基づいて、電流制御器４１にて燃料電池１１から取り出す発電電流に対する目標発電電流値Ｐを算出して、電流指令値ＩＦＣとして電流制御器４１に入力する。
このため、ＥＣＵ４４には、アクセル開度センサ１４から出力される例えば運転者によるアクセルペダルの踏み込み操作量等に関するアクセル開度ＡＣの検出信号と、大気圧センサ４５から出力される大気圧ＰＡの検出信号と、例えばエアーコンプレッサ２１から供給される空気の流量（質量流量）を検出する流量センサ４６から出力される流量検出値ＱＮの信号と、例えば燃料電池１１の空気極側に供給される空気の圧力を検出する圧力検出器４７から出力される圧力検出値ＰＮの信号とが入力されている。
なお、流量センサ４６は、エアーコンプレッサ２１の空気排出口２１ａ近傍に設けられ、圧力センサ４７は、燃料電池１１の空気供給口１１ａ近傍に設けられている。
【００３０】
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、特に電流制御器４１にて燃料電池１１から取り出す発電電流の電流値を大気圧に応じて設定する処理について添付図面を参照しながら説明する。
図２は燃料電池車両の制御装置１０の動作、特に目標発電電流値Ｐを設定する処理を示すフローチャートであり、図３は大気圧ＰＡに応じて変化する最大発電電流値ＰＩの変化を示すグラフ図である。
【００３１】
先ず、図２に示すステップＳ０１においては、車両の運転者のアクセル操作に係るアクセル開度ＡＣの信号に基づいて、燃料電池１１から取り出される発電電流に対する仮目標発電電流値Ｐ０を、例えば予め設定された所定のマップに対するマップ検索等により算出する。
次に、ステップＳ０２においては、大気圧センサ４５により検出された大気圧ＰＡの信号を取得する。
【００３２】
次に、ステップＳ０３においては、大気圧センサ４５から取得した大気圧ＰＡに応じた最大発電電流値ＰＩを、例えば図３に示す大気圧ＰＡと最大発電電流値ＰＩとの関係を示す所定のマップに基づいて検索する。
なお、図３に示すマップでは、所定の大気圧＃ＰＡ０以下において最大発電電流値ＰＩは大気圧ＰＡの減少に伴い減少傾向に変化し、所定の大気圧＃ＰＡ０を超えたときには、所定の上限値に設定される。
【００３３】
そして、ステップＳ０４においては、仮目標発電電流値Ｐ０が最大発電電流値ＰＩ以下か否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、後述するステップＳ０７に進む。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０５に進む。
ステップＳ０５においては、目標発電電流値Ｐに仮目標発電電流値Ｐ０をセットして、ステップＳ０６に進む。
そして、ステップＳ０６においては、目標発電電流値Ｐに応じて、エアーコンプレッサ２１の回転数Ｎを制御すると共に、電流制御器４１にて燃料電池１１から取り出す発電電流を制御して、一連の処理を終了する。
【００３４】
一方、ステップＳ０７においては、目標発電電流値Ｐに最大発電電流値ＰＩをセットして、ステップＳ０６に進み、この目標発電電流値Ｐに応じたエアーコンプレッサ２１の回転数Ｎおよび電流制御器４１にて燃料電池１１から取り出す発電電流を制御する。
すなわち、大気圧ＰＡが低下するのに伴い目標発電電流値Ｐが小さな値に設定され、これに伴い、エアーコンプレッサ２１の回転数Ｎが減少させられて、燃料電池１１に供給される空気の流量が減少させられると共に、電流制御器４１にて燃料電池１１から取り出される発電電流が相対的に小さな値に制限される。
【００３５】
上述したように、本実施の形態による燃料電池の制御装置１０ａによれば、大気圧センサ４５から出力される大気圧ＰＡの検出信号に基づいて、燃料電池１１から取り出される発電電流に対する目標発電電流値Ｐが設定されるため、例えば大気圧が低下して空気が薄くなることで燃料電池１１の発電可能な電力が低下した場合であっても、電流制御器４１によって燃料電池１１から取り出される発電電流が適切な値に制限され、燃料電池１１が異常発電状態になることを防止して適切に制御することができる。
【００３６】
さらに、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、大気圧センサ４５から出力される大気圧ＰＡの検出信号に加えて、車両の運転者のアクセル操作量に係るアクセル開度θの検出信号に基づいて燃料電池１１の発電電流が設定されるため、例えば車両が標高の高い地点を走行する場合であっても、大気圧の低下に伴って、負荷へ供給される発電電流が相対的に小さな値に変更される。これにより、燃料電池１１に供給される反応ガスの流量（質量流量）が低下している状態で、過剰な発電電流が供給されてしまうことを防止して、燃料電池１１の発電電圧が不安定になったり、発電電圧が過剰に低下する等の不具合が発生することを防ぎ、燃料電池１１の耐久性能が低下することを抑制することができる。
【００３７】
なお、本実施の形態においては、燃料供給制御弁３２およびエゼクタバイパス制御弁３６を空気式の比例圧力制御弁としたが、これに限定されず、その他の圧力制御弁であってもよく、例えばＥＣＵ４４から入力される制御信号によって開閉動作が制御されるものであってもよい。
【００３８】
なお、本実施の形態においては、上述したステップＳ０３に示すように、大気圧ＰＡと最大発電電流値ＰＩとの関係を示す所定のマップをマップ検索することによって最大発電電流値ＰＩを算出するとしたが、これに限定されず、例えば大気圧ＰＡと最大発電電流値ＰＩとの関係を示す所定の関係式等を予め設定しておき、この関係式に基づいて最大発電電流値ＰＩを算出するようにしてもよい。
【００３９】
また、本実施の形態においては、上述したステップＳ０４に示すように、仮目標発電電流値Ｐ０が最大発電電流値ＰＩ以下か否かに応じて、目標発電電流値Ｐに仮目標発電電流値Ｐ０または最大発電電流値ＰＩの何れか一方を設定するとしたが、これに限定されず、例えば図４に示すように、アクセル開度ＡＣの変化に伴う目標発電電流値Ｐの変化を大気圧ＰＡに応じて示すマップ等を予め設定しておき、車両の運転者のアクセル操作に係るアクセル開度ＡＣ、および、大気圧センサ４５にて検出した大気圧ＰＡに基づいて、負荷に供給される発電電流の電流値（供給発電電流値ＰＳ）を設定するようにしてもよい。
ここで、図４に示すマップでは、例えば大気圧ＰＡが減少するのに伴い、供給発電電流値ＰＳの上限値が小さくなるように設定され、さらに、この上限値に到達する際のアクセル開度ＡＣの値が小さくなるように設定されている。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の本発明の燃料電池の制御装置によれば、大気圧の変化に伴って燃料電池から取り出される発電電流の電流値を変更し、所定大気圧以下において大気圧の減少に伴い電流値の最大値が減少傾向に変化し、大気圧が所定大気圧よりも大きいとき電流値の最大値が所定上限値となるように設定することで、例えば燃料電池の発電電圧が不安定になったり、発電電圧が過剰に低下する等の不具合が発生することを防止して、燃料電池を適切に制御することができる。
さらに、請求項２に記載の燃料電池車両の制御装置によれば、アクセル開度と大気圧に基づいて燃料電池から取り出される発電電流の電流値を設定し、大気圧が減少するのに伴い、電流値の上限値が小さくなるように、かつ、該上限値に到達する際のアクセル開度の値が小さくなるように設定することで、例えば車両が標高の異なる地点を走行することで、車両外部の大気圧が変化する場合であっても、発電電流が過剰に大きな値となることを防止して、燃料電池を適切に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係る燃料電池の制御装置を備える燃料電池車両の構成図である。
【図２】 燃料電池の制御装置の動作、特に目標発電電流値Ｐを設定する処理を示すフローチャートである。
【図３】 大気圧ＰＡに応じて変化する最大発電電流値ＰＩの変化を示すグラフ図である。
【図４】 アクセル開度ＡＣの変化に伴う供給発電電流値ＰＳの変化を大気圧ＰＡに応じて示すグラフ図である。
【符号の説明】
１０ 燃料電池車両の制御装置
１０ａ 燃料電池の制御装置
１１ 燃料電池
１３ 走行用モータ（負荷）
２１ エアーコンプレッサ（反応ガス供給手段）
４１ 電流制御器（電流制御手段）
４３ モータ（負荷）
４５ 大気圧センサ（大気圧検出手段）
Claims (2)
- 大気圧を検出する大気圧検出手段と、反応ガスとして空気が供給される燃料電池から取り出される発電電流の電流値を、前記大気圧検出手段にて検出される前記大気圧に応じて制限する電流制御手段とを備え、
前記電流制御手段は、所定大気圧以下において前記大気圧の減少に伴い前記電流値の最大値が減少傾向に変化し、前記大気圧が前記所定大気圧よりも大きいとき前記電流値の最大値が所定上限値となるように設定することを特徴とする燃料電池の制御装置。 - 燃料電池から供給される電気エネルギーによって車両を駆動可能な走行用モータを備えた燃料電池車両の制御装置であって、大気圧を検出する大気圧検出手段と、反応ガスとして空気が供給される燃料電池から取り出される発電電流の電流値を、前記大気圧検出手段にて検出される前記大気圧および車両の乗員のアクセル操作に係るアクセル開度に応じて設定する電流制御手段とを備え、
前記電流制御手段は、前記大気圧が減少するのに伴い、前記電流値の上限値が小さくなるように、かつ、該上限値に到達する際のアクセル開度の値が小さくなるように設定することを特徴とする燃料電池車両の制御装置。
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