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JP2005304179A - 駆動システムおよびこれを搭載する移動体 - Google Patents

駆動システムおよびこれを搭載する移動体 Download PDF

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Abstract

【課題】 燃料電池などの発電装置からの発電電力が制限されるときでも必要に応じた駆動がより可能になるようにすると共に二次電池などの蓄電装置における蓄電量をより適正に制御する。
【解決手段】 燃料電池３０の状態が出力制限の可能性がある状態のときには、二次電池６０の目標ＳＯＣを増加すると共に（Ｓ１７０）、燃料電池３０が現状状態（出力制限の可能性のある現状の状態）を維持できる程度の充電時制限Ｗｃｈを設定し（Ｓ１８０）、この充電時制限Ｗｃｈの範囲内で二次電池６０を充電すると共に（Ｓ２１０）、要求トルクＴｄ＊に応じたトルクをモータから出力する（Ｓ２３０）。この結果、燃料電池３０の状態を出力制限される状態に近づけることなく二次電池６０を充電して燃料電池３０が出力制限されたときに備えることができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、駆動システムおよびこれを搭載する移動体に関する。
従来、この種の駆動システムとしては、燃料電池と二次電池とからなる電源系統を２系統搭載した自動車であって、いずれかの系統の燃料電池に異常が生じたときには異常を生じていない系統の燃料電池からの電力を用いて異常を生じた系統の二次電池の充電量（ＳＯＣ）を高くするものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このシステムでは、異常が生じた系統の二次電池の充電量（ＳＯＣ）を高くすることにより、必要に応じて必要なパワーが出力できるようにしている。
特開２００３−３３３７０７号公報（第６頁，図２）
一般に、燃料電池システムでは、燃料電池の温度上昇や燃料電池の電流電圧特性の悪化などを検出したときには燃料電池の保護などの観点から燃料電池からの出力を制限する。こうした燃料電池からの出力を制限するときでも、燃料電池と二次電池とからなる電源系統を２系統備えるときには、上述の駆動システムと同様に、異常を生じていない系統の燃料電池からの電力を用いて異常を生じた系統の二次電池の充電量（ＳＯＣ）を高くすることにより、必要に応じて必要なパワーが出力できるようにすることができる。しかし、電源系統を１系統しか備えないシステムでは、燃料電池からの出力が制限されているときに二次電池の充電量（ＳＯＣ）を高くすることは困難なものとなる。
本発明の駆動システムおよびこれを搭載する移動体は、燃料電池などの発電装置からの発電電力が制限されるときでも必要に応じた駆動がより可能になるようにすることを目的の一つとする。また、本発明の駆動システムおよびこれを搭載する移動体は、二次電池などの蓄電装置における蓄電量をより適正に制御することを目的の一つとする。
本発明の駆動システムおよびこれを搭載する移動体は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
本発明の駆動システムは、
燃料の供給を受けて発電する発電手段と、
該発電手段からの発電電力により充電可能な蓄電手段と、
前記発電手段からの発電電力と前記蓄電手段からの放電電力とを用いて駆動する駆動手段と、
前記発電手段の状態を検出する状態検出手段と、
前記状態検出手段により検出された前記発電手段の状態が該発電手段の適正運転が可能な適正状態範囲内の所定の状態範囲内のときには第１の目標蓄電量をもって前記蓄電手段の蓄電量が調整されるよう前記発電手段を制御し、前記状態検出手段により検出された前記発電手段の状態が前記適正状態範囲内で且つ前記所定の状態範囲外のときには第２の目標蓄電量をもって前記蓄電手段の蓄電量が調整されるよう前記発電手段を制御し、前記状態検出手段により検出された前記発電手段の状態が前記適正状態範囲外のときには前記発電手段の制限運転の範囲内で前記第１の目標蓄電量または前記第２の目標蓄電量をもって前記蓄電手段の蓄電量が調整されるよう前記発電手段を制御する制御手段と、
を備えることを要旨とする。
この本発明の駆動システムでは、発電手段の状態が発電手段の適正運転が可能な適正状態範囲内の所定の状態範囲内のときには第１の目標蓄電量をもって蓄電手段の蓄電量が調整されるよう発電手段を制御し、発電手段の状態が適正状態範囲内で且つ所定の状態範囲外のときには第２の目標蓄電量をもって蓄電手段の蓄電量が調整されるよう発電手段を制御する。即ち、発電手段の状態が適正状態範囲内であっても適正状態範囲外になる可能性が生じたときには、第２の目標蓄電量をもって蓄電手段の蓄電量を調整する。この結果、発電手段の状態に応じて蓄電手段の蓄電量をより適正なものとすることができる。そして、発電手段の状態が適正状態範囲外のときには発電手段の制限運転の範囲内で第１の目標蓄電量または第２の目標蓄電量をもって蓄電手段の蓄電量が調整されるよう発電手段を制御するから、発電手段の過度の運転を制限することができる。ここで、「蓄電量」は、蓄電手段に蓄えられている電気容量、即ち、蓄電手段の充電量を意味する。
こうした本発明の駆動システムにおいて、前記駆動手段に要求される要求駆動状態を設定する要求駆動状態設定手段を備え、前記制御手段は、前記要求駆動状態設定手段により設定された要求駆動状態に基づく駆動状態で前記駆動手段が駆動するよう前記駆動手段を制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、要求駆動状態に基づく駆動状態で駆動手段を駆動することができる。この場合、前記制御手段は、前記設定された要求駆動状態が高負荷になるほど大きな電力が発電される傾向に前記発電手段を制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、要求駆動状態に応じた電力を発電手段により発電することができる。この結果、駆動手段に必要な電力の多くを発電手段から供給することができる。
また、本発明の駆動システムにおいて、前記第２の目標蓄電量は、前記第１の目標蓄電量より大きな蓄電量であるものとすることもできる。こうすれば、発電手段が制限運転されたときでも、より長く駆動手段を駆動することができる。
さらに、本発明の駆動システムにおいて、前記第２の目標蓄電量は、前記検出された発電手段の状態に基づいて設定される蓄電量であるものとすることもできる。こうすれば、蓄電手段の蓄電量を発電手段の状態に応じたものとすることができる。この場合、前記第２の目標蓄電量は、前記検出された発電手段の状態が前記適正状態範囲の境界に近づくほど大きくなる傾向に設定される蓄電量であるものとすることもできる。
あるいは、本発明の駆動システムにおいて、前記発電手段は燃料電池と該燃料電池の運転に必要な補機とを備え、前記状態検出手段は前記燃料電池の状態および／または前記補機の状態を検出する手段であるものとすることもできる。この場合、前記状態検出手段は、前記燃料電池の温度，前記燃料電池の電圧，前記燃料電池を構成する単電池の電圧，前記燃料電池の電流電圧特性の状態，前記補機の温度の少なくとも一つを前記発電手段の状態として検出する手段であるものとすることもできる。
また、本発明の駆動システムにおいて、前記制御手段は、前記状態検出手段により検出された前記発電手段の状態が前記適正状態範囲内で且つ前記所定の状態範囲外のときに前記蓄電手段の蓄電量を増加するときには、該発電手段が現状状態を維持することができる程度に該発電手段を制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、発電手段の状態が適正状態範囲外となるのを抑制することができる。
本発明の移動体は、上述のいずれかの態様の本発明の駆動システム、即ち、基本的には、燃料の供給を受けて発電する発電手段と、該発電手段からの発電電力により充電可能な蓄電手段と、前記発電手段からの発電電力と前記蓄電手段からの放電電力とを用いて駆動する駆動手段と、前記発電手段の状態を検出する状態検出手段と、前記状態検出手段により検出された前記発電手段の状態が該発電手段の適正運転が可能な適正状態範囲内の所定の状態範囲内のときには第１の目標蓄電量をもって前記蓄電手段の蓄電量が調整されるよう前記発電手段を制御し、前記状態検出手段により検出された前記発電手段の状態が前記適正状態範囲内で且つ前記所定の状態範囲外のときには第２の目標蓄電量をもって前記蓄電手段の蓄電量が調整されるよう前記発電手段を制御し、前記状態検出手段により検出された前記発電手段の状態が前記適正状態範囲外のときには前記発電手段の制限運転の範囲内で前記第１の目標蓄電量または前記第２の目標蓄電量をもって前記蓄電手段の蓄電量が調整されるよう前記発電手段を制御する制御手段と、を備える駆動システムを搭載し、前記駆動手段の駆動により移動することを要旨とする。
この本発明の移動体は、上述のいずれかの態様の本発明の駆動システムを搭載するから、本発明の駆動システムが奏する効果、例えば、発電手段の状態に応じて蓄電手段の蓄電量をより適正なものとすることができる効果や発電手段の過度の運転を制限することができる効果などと同様な効果を奏することができる。
本発明の駆動システムの制御方法は、
燃料の供給を受けて発電する発電手段と、該発電手段からの発電電力により充電可能な蓄電手段と、前記発電手段からの発電電力と前記蓄電手段からの放電電力とを用いて駆動する駆動手段と、を備える駆動システムの制御方法であって、
（ａ）前記発電手段の状態を検出し、
（ｂ）前記検出した前記発電手段の状態が該発電手段の適正運転が可能な適正状態範囲内の所定の状態範囲内のときには第１の目標蓄電量をもって前記蓄電手段の蓄電量が調整されるよう前記発電手段を制御し、前記検出した前記発電手段の状態が前記適正状態範囲内で且つ前記所定の状態範囲外のときには第２の目標蓄電量をもって前記蓄電手段の蓄電量が調整されるよう前記発電手段を制御し、前記検出した前記発電手段の状態が前記適正状態範囲外のときには前記発電手段の制限運転の範囲内で前記第１の目標蓄電量または前記第２の目標蓄電量をもって前記蓄電手段の蓄電量が調整されるよう前記発電手段を制御する
ことを要旨とする。
この本発明の駆動システムの制御方法によれば、発電手段の状態が発電手段の適正運転が可能な適正状態範囲内の所定の状態範囲内のときには第１の目標蓄電量をもって蓄電手段の蓄電量が調整されるよう発電手段を制御し、発電手段の状態が適正状態範囲内で且つ所定の状態範囲外のときには第２の目標蓄電量をもって蓄電手段の蓄電量が調整されるよう発電手段を制御するから、即ち、発電手段の状態が適正状態範囲内であっても適正状態範囲外になる可能性が生じたときには第２の目標蓄電量をもって蓄電手段の蓄電量を調整するから、発電手段の状態に応じて蓄電手段の蓄電量をより適正なものとすることができる。また、発電手段の状態が適正状態範囲外のときには発電手段の制限運転の範囲内で第１の目標蓄電量または第２の目標蓄電量をもって蓄電手段の蓄電量が調整されるよう発電手段を制御するから、発電手段の過度の運転を制限することができる。ここで、「蓄電量」は、蓄電手段に蓄えられている電気容量、即ち、蓄電手段の充電量を意味する。
本発明の駆動システムの制御方法において、前記ステップ（ｂ）は、前記検出した前記発電手段の状態が前記適正状態範囲内で且つ前記所定の状態範囲外のときに前記蓄電手段の蓄電量を増加するときには、該発電手段が現状状態を維持することができる程度に該発電手段を制御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、発電手段の状態が適正状態範囲外となるのを抑制することができる。
次に、本発明を実施するための最良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駆動システムを搭載する電気自動車１０の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車１０は、図示するように、水素高圧タンク２２から供給され循環ポンプ２６により循環される燃料ガスとしての水素ガスとエアコンプレッサ２８やアキュムレータ２４から切替バルブ５０を介して供給される空気中の酸素とにより発電する燃料電池３０と、燃料電池３０からの直流電力を三相交流電力に変換するトラクションインバータ３４と、トラクションインバータ３４により変換された三相交流電力により駆動しデファレンシャルギヤ１４を介して駆動輪１２に動力を出力する走行用モータ３６と、直流電力を変換すると共に燃料電池３０の端子間電圧を調整するＤＣ／ＤＣコンバータ５４を介して燃料電池３０に並列に接続された蓄電手段の一種である二次電池６０と、燃料電池３０や二次電池６０からの電力により駆動する高圧系の補機（例えば、乗員室の空調装置のコンプレッサなどの機器）６６と、車両全体をコントロールする電子制御ユニット７０とを備える。
燃料電池３０は、図示しないが、電解質膜とこの電解質膜を狭持するアノード電極およびカソード電極とからなる単セルをセル間の隔壁をなすセパレータと共に複数積層してなる燃料電池スタックにより構成されており、セパレータに形成されたガス流路を通じてアノード電極に供給された水素ガスとカソード電極に供給された空気による電気化学反応により発電する。燃料電池３０には、図示しないが、冷却媒体（例えば、冷却水）が循環可能な循環路が形成されており、この循環路内の冷却媒体の循環により燃料電池３０内の温度が適温（例えば、６５℃〜８５℃）に保持されるようになっている。
走行用モータ３６は、例えば、電動機として機能すると共に発電機として機能する周知の同期発電電動機として構成されており、燃料電池３０や二次電池６０からの電力を用いて運転者のアクセルペダル８３やブレーキペダル８５の踏み込み量や車速Ｖに応じて駆動する。
電子制御ユニット７０は、ＣＰＵ７２を中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ７２の他に、処理プログラム等が記憶された記録媒体の一種であるＲＯＭ７４と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ７６と、図示しない入出力ポートとを備える。この電子制御ユニット７０には、燃料電池３０に取り付けられた温度センサ４０からの燃料電池温度Ｔｆｃや燃料電池３０のセル間電圧を検出するセル間電圧センサ４２からのセル間電圧Ｖｃｅｌ，燃料電池３０の出力端子間に取り付けられた電圧センサ４４からの端子間電圧Ｖｆｃ，電力ラインに取り付けられた電流センサ４６からの出力電流Ｉｆｃ，エアコンプレッサ２８に取り付けられた温度センサ４８からのエアコンプレッサ温度Ｔａｃ，走行用モータ３６の回転子の位置を検出する回転位置検出センサ３７からの回転位置，トラクションインバータ３４に取り付けられた図示しない電流センサからの走行用モータ３６に印加する相電流，二次電池６０の出力端子間に取り付けられた電圧センサ６２からの電池電圧Ｖｂ，二次電池６０の出力端子に取り付けられた電流センサ６４からの電池電流Ｉｂ，シフトレバー８１のポジションを検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジション，アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキポジションＢＰ，車両の走行速度を検出する車速センサ８８からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。ここで、温度センサ４０やセル間電圧センサ４２，電圧センサ４４，電流センサ４６，温度センサ４８は、燃料電池３０やその補機（エアコンプレッサ２８）の状態を検出する手段であり、燃料電池３０やその補機の状態としての温度や電圧，電流を検出する。また、電子制御ユニット７０からは、循環ポンプ２６への駆動信号やエアコンプレッサ２８への駆動信号，トラクションインバータ３４へのスイッチング制御信号，ＤＣ／ＤＣコンバータ５４への直流電力変換信号，切替バルブ５０への切替信号などが出力ポートを介して出力されている。電子制御ユニット７０は、入力ポートを介して入力したデータを用いて後述する駆動制御に基づいて燃料電池３０の運転制御や走行用モータ３６の駆動制御を実行すると共に、その他、温度センサ４０からの燃料電池温度Ｔｆｃ，セル間電圧センサ４２からのセル間電圧Ｖｃｅｌ，電圧センサ４４からの電圧Ｖｆｃ，電流センサ４６からの電流Ｉｆｃ，温度センサ４８からのエアコンプレッサ温度Ｔａｃを用いて燃料電池３０の出力制限Ｗｏｕｔを設定したり、電圧センサ６２からの電池電圧Ｖｂや電流センサ６４からの電池電流Ｉｂを用いて二次電池６０の充電量（ＳＯＣ）を計算したり、この計算した充電量（ＳＯＣ）と目標ＳＯＣとを用いて二次電池６０の充電要求Ｐｂ＊を設定したりしている。ここで、目標ＳＯＣとは、二次電池６０における充電量の目標値であり、この目標ＳＯＣに近づくように、二次電池に入出力される電荷量が調整される。この目標ＳＯＣは固定値ではなく、後述するように燃料電池３０およびその補機の状態に基づいてＣＰＵ７２により変更される。
次に、こうして構成された実施例の電気自動車１０の動作、特に燃料電池３０の出力制限と二次電池６０の目標ＳＯＣとの関連を含めた駆動の際の動作について説明する。図２は、実施例の電子制御ユニット７０により実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。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。なお、上述したＲＯＭ７４には、ＣＰＵ７２がこのルーチンを実行するためのプログラムが記録されている。
駆動制御ルーチンが実行されると、電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、アクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃや車速センサ８８からの車速Ｖ，温度センサ４０からの燃料電池温度Ｔｆｃ，セル間電圧センサ４２からのセル間電圧Ｖｃｅｌ，電圧センサ４４からの電圧Ｖｆｃ，電流センサ４６からの電流Ｉｆｃ，温度センサ４８からのエアコンプレッサ温度Ｔａｃ，燃料電池３０の出力制限Ｗｏｕｔ，二次電池６０の充電要求Ｐｂ＊など制御に必要なデータを入力する処理を実行する（ステップＳ１００）。ここで、燃料電池３０の出力制限Ｗｏｕｔについては、図示しない出力制限設定ルーチンにより燃料電池温度Ｔｆｃやセル間電圧Ｖｃｅｌ，電圧Ｖｆｃ，電流Ｉｆｃ，エアコンプレッサ温度Ｔａｃなどを用いて計算されてＲＡＭ７６に書き込まれたものを入力するものとした。また、二次電池６０の充電要求Ｐｂ＊については、図示しない充電要求設定ルーチンにより二次電池６０の充電量（ＳＯＣ）に基づいて設定されてＲＡＭ７６に書き込まれたものを入力するものとした。なお、二次電池６０の出力制限Ｗｏｕｔや二次電池６０の充電要求Ｐｂ＊の設定手法については、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。
こうしてデータを入力すると、入力したアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて走行用モータ３６の回転軸としての駆動軸（ドライブシャフト）に要求される要求トルクＴｄ＊、即ち走行用モータ３６の要求駆動状態としての要求トルクＴｄ＊を設定すると共に車両の走行に要求される要求パワーＰ＊を計算する（ステップＳ１１０）。要求トルクＴｄ＊は、実施例では、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖと要求トルクＴｄ＊との関係を予め設定して要求トルク設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとが与えられると、このマップから対応する要求トルクＴｄ＊を導出して設定するものとした。要求トルク設定用マップの一例を図３に示す。
続いて、燃料電池３０の出力制限Ｗｏｕｔを燃料電池３０の定格最大出力Ｗｍａｘと比較する（ステップＳ１２０）。出力制限Ｗｏｕｔが定格最大出力Ｗｍａｘに等しいときには、燃料電池３０は何ら出力制限されていないから、燃料電池３０は定格最大出力Ｗｍａｘまでの負荷で運転され、出力制限Ｗｏｕｔが定格最大出力Ｗｍａｘより小さいときには、燃料電池３０は出力制限されているから、燃料電池３０は出力制限Ｗｏｕｔまでの負荷で運転されることになる。出力制限Ｗｏｕｔが定格最大出力Ｗｍａｘに等しいときには、燃料電池温度Ｔｆｃや電流Ｉｆｃ，電圧Ｖｆｃ，エアコンプレッサ温度Ｔａｃ，セル間電圧Ｖｃｅｌ等の燃料電池３０およびその補機の状態に基づいて燃料電池３０の状態が出力制限の可能性がある状態にあるか否か判定する（ステップＳ１３０）。この判定は、燃料電池温度Ｔｆｃや電流Ｉｆｃ，電圧Ｖｆｃ，エアコンプレッサ温度Ｔａｃ，セル間電圧Ｖｃｅｌが燃料電池３０を出力制限することなく適正に運転することができる範囲内にあるが、燃料電池３０を出力制限する閾値近傍にあるか否かを判定することにより行なわれる。例えば、燃料電池温度Ｔｆｃによる燃料電池３０の出力制限が下限温度Ｔｆｃｍｉｎと上限温度Ｔｆｃｍａｘとにより設定された範囲外で行なわれるときには、下限温度Ｔｆｃｍｉｎより高い温度Ｔｆｃ１と上限温度Ｔｆｃｍａｘより低い温度Ｔｆｃ２とにより設定された範囲内にあるか否かにより燃料電池３０の出力制限の可能性がないかあるかを判定したり、電流Ｉｆｃ，電圧Ｖｆｃによる電流電圧特性による燃料電池３０の出力制限が下限値ＩＶｍｉｎ以下のときに行なわれるときには、下限値ＩＶｍｉｎより高い値以上であるか否かにより燃料電池３０の出力制限の可能性がないか否かを判定したり、エアコンプレッサ温度Ｔａｃによる燃料電池３０の出力制限が下限温度Ｔａｃｍｉｎと上限温度Ｔａｃｍａｘとにより設定された範囲外で行なわれるときには、下限温度Ｔａｃｍｉｎより高い温度Ｔａｃ１と上限温度Ｔａｃｍａｘより低い温度Ｔａｃ２とにより設定された範囲内にあるか否かにより燃料電池３０の出力制限の可能性がないかあるかを判定したり、セル間電圧Ｖｃｅｌによる燃料電池３０の出力制限が下限電圧Ｖｃｅｌｍｉｎ以下のときに行なわれるときには、下限電圧Ｖｃｅｌｍｉｎより高い電圧Ｖｃｅｌ１以上であるか否かにより燃料電池３０の出力制限の可能性がないか否かを判定することができる。
こうした燃料電池３０の状態が出力制限の可能性がある状態にあるか否か判定の結果が燃料電池３０の状態が出力制限の可能性がない状態（良好）のときには（ステップＳ１４０）、二次電池６０の目標ＳＯＣに通常時の値Ｓｓｅｔを設定すると共に（ステップＳ１５０）、要求パワーＰ＊と充電要求Ｐｂ＊との和を燃料電池３０の目標出力Ｐｆｃ＊として設定する（ステップＳ１６０）。目標ＳＯＣは、前述したように、電子制御ユニット７０により二次電池６０の充電量（ＳＯＣ）と共に充電要求Ｐｂ＊を設定する際に用いられる。即ち、二次電池６０の充電量（ＳＯＣ）が目標ＳＯＣになるように或いは目標ＳＯＣを中心とした所定範囲内になるように若しくはその所定範囲内に近づくように充電要求Ｐｂ＊が設定されるのである。そして、出力制限Ｗｏｕｔと二次電池６０の最大出力Ｗｂｍａｘをドライブシャフトの回転数（ｋ・Ｖ）で割った値と要求トルクＴｄ＊とのうちの小さい方を走行用モータ３６のトルク指令Ｔｍ＊として設定する（ステップＳ２３０）。ここで、燃料電池３０は出力制限されていないから、出力制限Ｗｏｕｔは定格最大出力Ｗｍａｘに等しい。したがって、出力制限Ｗｏｕｔと二次電池６０の最大出力Ｗｂｍａｘをドライブシャフトの回転数（ｋ・Ｖ）で割った値は、車速Ｖにおいて燃料電池３０と二次電池６０とから出力可能な最大電力を用いたときの最大トルクとなる。このため、この最大トルクと要求トルクＴｄ＊との小さい方をトルク指令Ｔｍ＊に設定するから、通常はトルク指令Ｔｍ＊には要求トルクＴｄ＊が設定されることになる。こうしてトルク指令Ｔｍ＊を設定すると、走行用モータ３６からトルク指令Ｔｍ＊に相当するトルクが出力されるよう走行用モータ３６を駆動制御すると共に燃料電池３０から目標出力Ｐｆｃ＊に相当する電力が出力されるよう燃料電池３０を運転制御して（ステップＳ２４０）、このルーチンを終了する。ここで、走行用モータ３６の駆動制御では、走行用モータ３６の応答性を考慮したなまし処理やレート処理により走行用モータ３６からトルク指令Ｔｍ＊に相当するトルクが出力されるようトラクションインバータ３４がスイッチング制御される。また、燃料電池３０の制御では、燃料電池３０の応答性を考慮したなまし処理やレート処理により燃料電池３０から目標出力Ｐｆｃ＊に相当する電力が出力されるようエアコンプレッサ２８やＤＣ／ＤＣコンバータ５４や循環ポンプ２６が駆動制御される。
一方、ステップＳ１３０，Ｓ１４０で燃料電池３０の状態が出力制限の可能性があると判定されたときには、二次電池６０の目標ＳＯＣに通常時の値Ｓｓｅｔに増加値Ｓ１を加えた値を設定する（ステップＳ１７０）。前述したように、二次電池６０の充電量（ＳＯＣ）と目標ＳＯＣとにより充電要求Ｐｂ＊が設定されるから、目標ＳＯＣを増加することによって大きな充電要求Ｐｂ＊が設定されたり、高い充電量（ＳＯＣ）のときでも充電要求Ｐｂ＊が設定されたりする。これにより、二次電池６０の充電量（ＳＯＣ）を高くすることができる。こうして目標ＳＯＣを設定すると、燃料電池３０の状態（燃料電池温度Ｔｆｃや電流Ｉｆｃ，電圧Ｖｆｃ，エアコンプレッサ温度Ｔａｃ，セル間電圧Ｖｃｅｌ）に基づいて燃料電池３０の充電時制限Ｗｃｈを設定する（ステップＳ１８０）。この充電時制限Ｗｃｈは、要求パワーＰ＊が小さく二次電池６０を充電することができるときに、燃料電池３０が現状状態（出力制限の可能性のある現状の状態）を維持できる程度の燃料電池３０の最大出力として設定されるものであり、実施例では、燃料電池温度Ｔｆｃや電流Ｉｆｃ，電圧Ｖｆｃ，エアコンプレッサ温度Ｔａｃ，セル間電圧Ｖｃｅｌに対して実験などにより求めた値を予め充電時制限設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、燃料電池温度Ｔｆｃや電流Ｉｆｃ，電圧Ｖｆｃ，エアコンプレッサ温度Ｔａｃ，セル間電圧Ｖｃｅｌが与えられると、マップから対応する値を充電時制限Ｗｃｈとして導出するものとした。なお、充電時制限Ｗｃｈは、燃料電池３０の状態が出力制限を行なう状態に近づくほど低くなる傾向に設定される。続いて、要求パワーＰ＊と充電時制限Ｗｃｈとを比較し（ステップＳ１９０）、要求パワーＰ＊が充電時制限Ｗｃｈより大きいときには、目標出力Ｐｆｃ＊に要求パワーＰ＊を設定し（ステップＳ２００）、要求パワーＰ＊が充電時制限Ｗｃｈ以下のときには要求パワーＰ＊に充電要求Ｐｂ＊を加えた値と充電時制限Ｗｃｈとのうち小さい方を目標出力Ｐｆｃ＊として設定する（ステップＳ２１０）。即ち、要求パワーＰ＊が充電時制限Ｗｃｈより大きいときには、二次電池６０の充電を行なうことなく要求パワーＰ＊をできる限り燃料電池３０から出力するようにし、要求パワーＰ＊が充電時制限Ｗｃｈ以下のときには要求パワーＰ＊を燃料電池３０から出力すると共に充電時制限Ｗｃｈの範囲内で二次電池６０を充電するのである。これにより、燃料電池３０の状態を出力制限される状態に近づけることなく二次電池６０を充電することができるのである。そして、前述したように出力制限Ｗｏｕｔと二次電池６０の最大出力Ｗｂｍａｘと要求トルクＴｄ＊とにより走行用モータ３６のトルク指令Ｔｍ＊を設定し（ステップＳ２３０）、走行用モータ３６からトルク指令Ｔｍ＊に相当するトルクが出力されるよう走行用モータ３６を駆動制御すると共に燃料電池３０から目標出力Ｐｆｃ＊に相当する電力が出力されるよう燃料電池３０を運転制御して（ステップＳ２４０）、このルーチンを終了する。
ステップＳ１２０で出力制限Ｗｏｕｔが定格最大出力Ｗｍａｘより小さいときには、燃料電池３０は出力制限されているから、要求パワーＰ＊と出力制限Ｗｏｕｔとのうち小さい方を燃料電池３０の目標出力Ｐｆｃ＊に設定する（ステップＳ２２０）。即ち、出力制限Ｗｏｕｔの範囲内で燃料電池３０の目標出力Ｐｆｃ＊を設定するのである。そして、出力制限Ｗｏｕｔと二次電池６０の最大出力Ｗｂｍａｘと要求トルクＴｄ＊とにより走行用モータ３６のトルク指令Ｔｍ＊を設定し（ステップＳ２３０）、走行用モータ３６からトルク指令Ｔｍ＊に相当するトルクが出力されるよう走行用モータ３６を駆動制御すると共に燃料電池３０から目標出力Ｐｆｃ＊に相当する電力が出力されるよう燃料電池３０を運転制御して（ステップＳ２４０）、このルーチンを終了する。
以上説明した実施例の電気自動車１０によれば、燃料電池３０の状態が出力制限の可能性がある状態のときには、二次電池６０の目標ＳＯＣを増加することにより、二次電池６０の充電量（ＳＯＣ）を高くして、燃料電池３０が出力制限されたときに備えることができる。しかも、燃料電池３０の状態が出力制限の可能性があるときに二次電池６０の充電量（ＳＯＣ）を高くする際には、燃料電池３０が現状状態（出力制限の可能性のある現状の状態）を維持できる程度の充電時制限Ｗｃｈを設定し、この充電時制限Ｗｃｈの範囲内で二次電池６０を充電するから、燃料電池３０の状態を出力制限される状態に近づけることなく二次電池６０を充電することができる。
実施例の電気自動車１０では、燃料電池温度Ｔｆｃや電流Ｉｆｃ，電圧Ｖｆｃ，エアコンプレッサ温度Ｔａｃ，セル間電圧Ｖｃｅｌにより燃料電池３０の状態が出力制限の可能性がある状態にあるか否かを判定するものとしたが、これらに加えてこれら以外のパラメータを用いて燃料電池３０の状態が出力制限の可能性がある状態にあるか否かを判定するものとしてもよいし、燃料電池温度Ｔｆｃや電流Ｉｆｃ，電圧Ｖｆｃ，エアコンプレッサ温度Ｔａｃ，セル間電圧Ｖｃｅｌ以外のパラメータにより燃料電池３０の状態が出力制限の可能性がある状態にあるか否かを判定するものとしても構わない。
実施例の電気自動車１０では、燃料電池３０の状態が出力制限の可能性がある状態のときには、通常時の値Ｓｓｅｔに増加量Ｓ１を加えた値を二次電池６０の目標ＳＯＣに設定するものとしたが、燃料電池３０の状態に基づく変化する増加量を通常時の値Ｓｓｅｔに加えたものを目標ＳＯＣに設定するものとしてもよい。この場合、増加量は燃料電池３０の状態が出力制限を行なう状態に近づくほど大きくなる傾向に設定するものとすることができる。
実施例の電気自動車１０では、燃料電池３０の状態が出力制限の可能性があるときに二次電池６０の充電量（ＳＯＣ）を高くする際には、燃料電池３０が現状状態（出力制限の可能性のある現状の状態）を維持できる程度の充電時制限Ｗｃｈを設定し、この充電時制限Ｗｃｈの範囲内で二次電池６０を充電するものとしたが、燃料電池３０が現状状態を維持できる程度の充電時制限Ｗｃｈより小さな制限値の範囲内で二次電池６０を充電するものとしてもよいし、燃料電池３０が現状状態を維持できる程度の充電時制限Ｗｃｈより若干大きな制限値の範囲内で二次電池６０を充電するものとしてもよい。
実施例の電気自動車１０では、燃料電池３０の状態が出力制限の可能性がある状態にあるか否かに拘わらず、要求パワーＰ＊に応じて燃料電池３０の目標出力Ｐｆｃ＊に設定し、燃料電池３０が出力制限されているときには出力制限Ｗｏｕｔの範囲内で要求パワーＰ＊に応じて燃料電池３０の目標出力Ｐｆｃ＊を設定するものとしたが、要求パワーＰ＊に応じて燃料電池の目標出力Ｐｆｃ＊を設定しないものとしてもよい。
実施例の電気自動車１０では、発電装置として燃料電池３０を搭載するものとしたが、燃料電池３０以外の発電装置、例えば内燃機関と発電機からなる発電装置などを搭載するものとしても構わない。この構成においては、内燃機関および発電機の少なくとも一方の状態に基づいて目標ＳＯＣが変更される。
実施例では、本発明の一実施例としての駆動システムを自動車に搭載するものとして説明したが、こうした駆動システムを自動車以外の車両に搭載するものとしてもよく、また、駆動システムを船舶や航空機などの車両以外の移動体に搭載するものとしてもよい。さらに、この駆動システムを建設機械などの移動しない設備に組み込むものとしても差し支えない。また、こうした駆動システムの形態の他、駆動システムの制御方法の形態としてもよい。
以上、本発明を実施するための最良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。
本発明の一実施例である駆動システムを搭載する電気自動車１０の構成の概略を示す構成図である。 実施例の電子制御ユニット７０により実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 要求トルク設定用マップの一例を示す説明図である。
符号の説明
１０ 電気自動車、１２ 駆動輪、１４ デファレンシャルギヤ、２２ 水素高圧タンク、２４ アキュムレータ、２６ 循環ポンプ、２８ エアコンプレッサ、３０ 燃料電池、３４ トラクションインバータ、３６ 走行用モータ、３７ 回転位置検出センサ、４０ 温度センサ、４２ セル間電圧センサ、４４ 電圧センサ、４６ 電流センサ、４８ 温度センサ、５０ 切替バルブ、５４ ＤＣ／ＤＣコンバータ、６０ 二次電池、６２ 電圧センサ、６４ 電流センサ、６６ 補機、７０ 電子制御ユニット、７２ ＣＰＵ、７４ ＲＯＭ、７６ ＲＡＭ、８１ シフトレバー、８２ シフトポジションセンサ、８３ アクセルペダル、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８５ ブレーキペダル、８６ ブレーキペダルポジションセンサ、８８ 車速センサ。

Claims (12)

  1. 燃料の供給を受けて発電する発電手段と、
    該発電手段からの発電電力により充電可能な蓄電手段と、
    前記発電手段からの発電電力と前記蓄電手段からの放電電力とを用いて駆動する駆動手段と、
    前記発電手段の状態を検出する状態検出手段と、
    前記状態検出手段により検出された前記発電手段の状態が該発電手段の適正運転が可能な適正状態範囲内の所定の状態範囲内のときには第１の目標蓄電量をもって前記蓄電手段の蓄電量が調整されるよう前記発電手段を制御し、前記状態検出手段により検出された前記発電手段の状態が前記適正状態範囲内で且つ前記所定の状態範囲外のときには第２の目標蓄電量をもって前記蓄電手段の蓄電量が調整されるよう前記発電手段を制御し、前記状態検出手段により検出された前記発電手段の状態が前記適正状態範囲外のときには前記発電手段の制限運転の範囲内で前記第１の目標蓄電量または前記第２の目標蓄電量をもって前記蓄電手段の蓄電量が調整されるよう前記発電手段を制御する制御手段と、
    を備える駆動システム。
  2. 請求項１記載の駆動システムであって、
    前記駆動手段に要求される要求駆動状態を設定する要求駆動状態設定手段を備え、
    前記制御手段は、前記要求駆動状態設定手段により設定された要求駆動状態に基づく駆動状態で前記駆動手段が駆動するよう前記駆動手段を制御する手段である
    駆動システム。
  3. 前記制御手段は、前記設定された要求駆動状態が高負荷になるほど大きな電力が発電される傾向に前記発電手段を制御する手段である請求項２記載の駆動システム。
  4. 前記第２の目標蓄電量は、前記第１の目標蓄電量より大きな蓄電量である請求項１ないし３いずれか記載の駆動システム。
  5. 前記第２の目標蓄電量は、前記検出された発電手段の状態に基づいて設定される蓄電量である請求項１ないし４いずれか記載の駆動システム。
  6. 前記第２の目標蓄電量は、前記検出された発電手段の状態が前記適正状態範囲の境界に近づくほど大きくなる傾向に設定される蓄電量である請求項５記載の駆動システム。
  7. 請求項１ないし６いずれか記載の駆動システムであって、
    前記発電手段は、燃料電池と該燃料電池の運転に必要な補機とを備え、
    前記状態検出手段は、前記燃料電池の状態および／または前記補機の状態を検出する手段である
    駆動システム。
  8. 前記状態検出手段は、前記燃料電池の温度，前記燃料電池の電圧，前記燃料電池を構成する単電池の電圧，前記燃料電池の電流電圧特性の状態，前記補機の温度の少なくとも一つを前記発電手段の状態として検出する手段である請求項７記載の駆動システム。
  9. 前記制御手段は、前記状態検出手段により検出された前記発電手段の状態が前記適正状態範囲内で且つ前記所定の状態範囲外のときに前記蓄電手段の蓄電量を増加するときには、該発電手段が現状状態を維持することができる程度に該発電手段を制御する手段である請求項１ないし８いずれか記載の駆動システム。
  10. 請求項１ないし９いずれか記載の駆動システムを搭載し、前記駆動手段の駆動により移動する移動体。
  11. 燃料の供給を受けて発電する発電手段と、該発電手段からの発電電力により充電可能な蓄電手段と、前記発電手段からの発電電力と前記蓄電手段からの放電電力とを用いて駆動する駆動手段と、を備える駆動システムの制御方法であって、
    （ａ）前記発電手段の状態を検出し、
    （ｂ）前記検出した前記発電手段の状態が該発電手段の適正運転が可能な適正状態範囲内の所定の状態範囲内のときには第１の目標蓄電量をもって前記蓄電手段の蓄電量が調整されるよう前記発電手段とを制御し、前記検出した前記発電手段の状態が前記適正状態範囲内で且つ前記所定の状態範囲外のときには第２の目標蓄電量をもって前記蓄電手段の蓄電量が調整されるよう前記発電手段を制御し、前記検出した前記発電手段の状態が前記適正状態範囲外のときには前記発電手段の制限運転の範囲内で前記第１の目標蓄電量または前記第２の目標蓄電量をもって前記蓄電手段の蓄電量が調整されるよう前記発電手段とを制御する
    駆動システムの制御方法。
  12. 前記ステップ（ｂ）は、前記検出した前記発電手段の状態が前記適正状態範囲内で且つ前記所定の状態範囲外のときに前記蓄電手段の蓄電量を増加するときには、該発電手段が現状状態を維持することができる程度に該発電手段を制御するステップである請求項１１記載の駆動システムの制御方法。
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