燃料電池システム、および燃料電池システムの制御方法
【課題】燃料電池の発電開始時期を適切に変更することができる燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法を提供する。
【解決手段】燃料電池システム１００は、発電開始指示を受けて発電を開始する燃料電池１０と、燃料電池１０の発電電力によって充電される二次電池２１と、二次電池２１の充電残量がしきい値以下になった場合に燃料電池に発電開始を指示する指示部６０と、燃料電池１０および二次電池２１を搭載する車両２００の走行条件を検出する走行条件検出部４０と、走行条件検出部４０の検出結果に応じてしきい値を更新する更新部と、を備える。
【解決手段】燃料電池システム１００は、発電開始指示を受けて発電を開始する燃料電池１０と、燃料電池１０の発電電力によって充電される二次電池２１と、二次電池２１の充電残量がしきい値以下になった場合に燃料電池に発電開始を指示する指示部６０と、燃料電池１０および二次電池２１を搭載する車両２００の走行条件を検出する走行条件検出部４０と、走行条件検出部４０の検出結果に応じてしきい値を更新する更新部と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システム、および燃料電池システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、一般的には水素および酸素を燃料として電気エネルギを得る装置である。この燃料電池は、環境面において優れており、また高いエネルギ効率を実現できることから、今後のエネルギ供給システムとして広く開発が進められてきている。
【０００３】
二次電池に充電された電力を動力に用いる車両において、燃料電池を充電用電源として用いる技術が開発されている。特許文献１では、燃料電池の下限発電電力の上限値をシステム平均消費電力とすることによって、低負荷時に燃料電池から二次電池へ必要以上の充電を行わないようにする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２９５５１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の技術では、システム平均消費電力が過去の所定時間の平均値を基に求められるため、実際の車両負荷との誤差が生じるおそれがある。この場合、燃料電池の発電開始時期が適切でない場合が生じうる。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、燃料電池の発電開始時期を適切に変更することができる燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る燃料電池システムは、発電開始指示を受けて発電を開始する燃料電池と、前記燃料電池の発電電力によって充電される二次電池と、前記二次電池の充電残量がしきい値以下になった場合に、前記燃料電池に前記発電開始を指示する指示部と、前記燃料電池および前記二次電池を搭載する車両の走行条件を検出する走行条件検出部と、前記走行条件検出部の検出結果に応じて、前記しきい値を更新する更新部と、を備えることを特徴とするものである。本発明に係る燃料電池システムにおいては、燃料電池の発電開始時期を適切に変更することができる。
【０００８】
前記走行条件検出部は、前記車両の電力負荷を検出してもよい。前記更新部は、前記電力負荷が所定値以上である場合に、前記しきい値を引き上げてもよい。前記更新部は、前記電力負荷が大きいほど、前記しきい値を引き上げてもよい。前記走行条件検出部は、前記充電残量の減少速度に応じて、前記電力負荷を判断してもよい。
【０００９】
前記走行条件検出部は、前記車両の走行条件として、前記車両の外気温を検出してもよい。前記更新部は、前記外気温が所定値以下である場合に、前記しきい値を引き上げてもよい。前記更新部は、前記外気温が低いほど、前記しきい値を引き上げてもよい。
【００１０】
前記車両が高速走行するか否かを推測する推測手段を備え、前記走行条件検出部は、前記車両の走行条件として、前記推測手段の推測結果を検出してもよい。前記更新部は、前記車両が高速走行すると推測された場合に、前記しきい値を引き上げてもよい。
【００１１】
前記燃料電池の発電電力を制御する制御部を備え、前記制御部は、前記燃料電池が発電する際に、前記二次電池の充電残量が第１所定値以下である場合には、前記燃料電池の発電電力を前記車両の電力負荷以上とし、前記二次電池の充電残量が前記第１所定値以上の第２所定値以上である場合には、前記燃料電池の発電電力を前記車両の電力負荷以下としてもよい。外部電源から前記二次電池に電力を受け入れるためのコネクタを備えていてもよい。前記燃料電池は、固体酸化物形燃料電池であってもよい。
【００１２】
本発明に係る燃料電池システムの制御方法は、発電開始指示を受けて発電を開始する燃料電池と、前記燃料電池の発電電力によって充電される二次電池と、を備える燃料電池システムにおいて、前記二次電池の充電残量がしきい値以下になった場合に、前記燃料電池に前記発電開始を指示する指示ステップと、前記燃料電池および前記二次電池を搭載する車両の走行条件を検出する走行条件検出ステップと、前記走行条件検出ステップの検出結果に応じて、前記しきい値を更新する更新ステップと、を含むことを特徴とするものである。本発明に係る燃料電池システムの制御方法においては、燃料電池の発電開始時期を適切に変更することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法によれば、燃料電池の発電開始時期を適切に変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）は実施形態に係る燃料電池システムの全体構成を示すブロック図であり、（ｂ）は燃料電池システムが搭載される車両を示す図である。
【図２】発電制御を表すフローチャートの一例を示す図である。
【図３】しきい値更新制御を表すフローチャートの一例を示す図である。
【図４】発電開始ＳＯＣを取得する際に用いるマップの一例である。
【図５】温度差ｄ＿ｔｍｐと発電開始ＳＯＣの補正幅との関係の一例を示す図である。
【図６】充電残量ｓｏｃ＿ｒと発電電力制御値ｐ＿ｆｃとの関係の一例を示す図である。
【図７】燃料電池の発電制御の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００１６】
（実施形態）
図１（ａ）は、実施形態に係る燃料電池システム１００の全体構成を示すブロック図である。図１（ａ）に示すように、燃料電池システム１００は、燃料電池装置１０、二次電池装置２０、電動機３０、走行条件検出部４０、イグニションスイッチ５０、および制御部６０を備える。図１（ｂ）に示すように、燃料電池システム１００は、車両２００に搭載される。車両２００は、電動機３０を動力とする電気自動車、電動機および内燃機関の両方を動力とするハイブリッド自動車などである。
【００１７】
燃料電池装置１０は、燃料電池１１、発電制御部１２などを備える。燃料電池１１は、水素と酸素とを利用して発電する発電機である。燃料電池１１は、特に限定されるものではないが、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）などである。発電制御部１２は、燃料電池１１の発電開始および発電停止を制御するとともに、燃料電池１１の発電量を制御する機器である。発電制御部１２は、燃料電池１１に水素および酸素を供給する供給装置などを含む。
【００１８】
二次電池装置２０は、二次電池２１、充電残量検出部２２、コネクタ２３などを備える。二次電池２１は、燃料電池１１の発電電力を充電する電池である。二次電池２１は、特に限定されるものではないが、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、鉛蓄電池などである。充電残量検出部２２は、二次電池２１の充電残量を検出する。充電残量検出部２２は、例えば、二次電池２１の充電容量を１００％とした場合の、充電残量のパーセンテージを検出する。二次電池２１は、外部電源の電力を充電する構成を有していてもよい。例えば、二次電池装置２０は、コネクタ２３を介して、外部電源から電力を受け入れてもよい。外部電源は、電気スタンドに設置された電源、家庭用電源などである。
【００１９】
電動機３０は、二次電池２１に充電された電力および／または燃料電池１１の発電電力を動力に変換する装置である。車両２００は、電動機３０の動力を利用して走行する。なお、燃料電池１１の発電電力は、二次電池２１および電動機３０以外にも、例えば補機などにも供給されてもよい。
【００２０】
走行条件検出部４０は、車両２００の走行条件を検出する検出部である。走行条件検出部４０は、電力負荷検出部４１、外気温検出部４２、高速走行検出部４３などを含む。電力負荷検出部４１は、車両２００で消費される電力（電力負荷）を検出する。
【００２１】
ここで、走行条件としての電力負荷は、車両２００の走行負荷のことである。走行負荷は、転がり抵抗＋風損抵抗＋加速抵抗＋補機消費電力で表すことができる。転がり抵抗とは、車輪と路面との間の摩擦抵抗、車両回転部分の摩擦抵抗（ベアリング損失）、およびブレーキ引き摺りに伴う抵抗の総和である。風損抵抗とは、いわゆる空力抵抗であり、車両２００の走行速度の二乗に比例する。車両２００の加速時には、運動力学の式に基づく加速抵抗が生じ、車両乗員重量を含む静的な車両重量に加え、車両を構成する回転系の慣性重量を加味したいわゆる慣性重量を考慮する必要がある。さらに、車両２００の補機が消費する電力が必要となる。具体的には、冷却系ポンプ、ファン、パワーステアリング、照明類などである。
【００２２】
車両２００の走行負荷は、車両２００の走行速度はもちろん、路面構成材料の種類、路面状態、路面勾配、天候などの様々な走行環境の変化に応じて変化する。したがって、走行抵抗を二次電池２１の充電残量にのみ基づいて求めても、走行抵抗（電力負荷）を正確に求めることは困難である。
【００２３】
そこで、本実施形態においては、例えば、電力負荷検出部４１は、充電残量検出部２２の変動速度に応じて、電力負荷を検出する。外気温検出部４２は、車両２００の外気温を検出する温度センサである。高速走行検出部４３は、車両２００が高速走行するか否かを検出する手段である。例えば、高速走行検出部４３は、車両２００の走行速度を検出する速度計、ＥＴＣ装置に記録される情報などに基づいて、車両２００が高速走行するか否かを推測する。速度計、ＥＴＣ装置などを用いることによって、車両２００が高速道路などにおいて高速走行を所定期間継続することを推測することができる。
【００２４】
イグニションスイッチ５０は、車両２００のイグニションオンおよびイグニションオフを切り替えるスイッチである。イグニションオンの場合には、車両２００の走行が可能となる。イグニションオフの場合には、車両２００の走行が禁止される。制御部６０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）などを備える。制御部６０は、充電残量検出部２２、走行条件検出部４０、およびイグニションスイッチ５０から与えられる情報に基づいて、各部を制御する。
【００２５】
（発電制御）
まず、燃料電池装置１０の発電制御について説明する。図２は、発電制御を表すフローチャートの一例を示す図である。図２のフローチャートは、イグニションオンの際に、定期的（例えば、１秒ごと）に実行される。図２に示すように、制御部６０は、イグニションスイッチ５０がオフであるか否かを判定する（ステップＳ１）。ステップＳ１において「Ｎｏ」と判定された場合、制御部６０は、燃料電池１１が発電中であるか否かを判定する（ステップＳ２）。
【００２６】
ステップＳ２において「Ｙｅｓ」と判定された場合、制御部６０は、充電残量検出部２２が検出した現在の充電残量ｓｏｃ＿ｒが二次電池２１の使用上限ｓｏｃ＿ｕｐｒを上回っているか否かを判定する（ステップＳ３）。ステップＳ３において「Ｎｏ」と判定された場合、制御部６０は、充電残量ｓｏｃ＿ｒに応じて、燃料電池１１の発電電力制御値ｐ＿ｆｃを求め、発電制御部１２に送信する。発電制御部１２は、燃料電池１１の発電電力が発電電力制御値ｐ＿ｆｃになるように、燃料電池１１の発電電力を制御する（ステップＳ４）。その後、フローチャートの実行が終了する。
【００２７】
ステップＳ２において「Ｎｏ」と判定された場合、現在の充電残量ｓｏｃ＿ｒが二次電池２１の発電開始ＳＯＣ以下であるか否かを判定する（ステップＳ５）。ステップＳ２において「Ｙｅｓ」と判定された場合、ステップＳ４が実行される。ステップＳ１で「Ｙｅｓ」と判定された場合、ステップＳ３で「Ｙｅｓ」と判定された場合、またはステップＳ５で「Ｎｏ」と判定された場合、制御部６０は、燃料電池１１の発電電力制御値ｐ＿ｆｃをゼロに設定する（ステップＳ６）。それにより、発電制御部１２は、燃料電池１１の発電を停止する。その後、フローチャートの実行が終了する。
【００２８】
上記発電制御においては、二次電池２１の充電残量が発電開始ＳＯＣ以下になった場合に、燃料電池１１による発電が開始される。この発電開始ＳＯＣを上下させることによって、燃料電池１１の発電開始時期を適切に変更することができる。例えば、発電開始ＳＯＣを引き上げると、発電開始時期を早めることができる。続いて、発電開始ＳＯＣを変更するためのしきい値更新制御について説明する。
【００２９】
（しきい値更新制御）
図３は、しきい値更新制御を表すフローチャートの一例を示す図である。図３を参照して、電力負荷検出部４１は、二次電池２１の充電残量が減少する際に、充電残量検出部２２の検出結果から充電残量減少速度ｄ＿ｂａｔを算出する（ステップＳ１１）。充電残量減少速度ｄ＿ｂａｔの単位は、例えば、ｋＷｈ／６０秒である。次に、制御部６０は、充電残量減少速度ｄ＿ｂａｔから、発電開始ＳＯＣを取得する（ステップＳ１２）。
【００３０】
図４は、ステップＳ１２において発電開始ＳＯＣを取得する際に用いるマップの一例である。図４において、横軸は充電残量減少速度ｄ＿ｂａｔを示し、縦軸は発電開始ＳＯＣを示す。図４に示すように、発電開始ＳＯＣは、充電残量減少速度ｄ＿ｂａｔが大きくなるにつれて、大きい値に設定されている。したがって、充電残量減少速度ｄ＿ｂａｔが大きいほど、発電開始時期が早まる。この場合、二次電池２１の充電残量不足が抑制される。
【００３１】
なお、発電開始ＳＯＣは、二次電池２１の使用下限と使用上限との間で設定される。それにより、二次電池２１の充電残量が使用下限未満になることが抑制されるとともに、使用上限を上回ることが抑制される。なお、使用下限は、一例として、二次電池２１の充電容量の１０％程度である。使用上限は、一例として、二次電池２１の充電容量の９０％程度である。
【００３２】
再度、図３を参照して、ステップＳ２の実行後、制御部６０は、高速走行検出部４３の検出結果に基づいて、車両２００が高速走行するか否かを判定する（ステップＳ１３）。例えば、車両２００の走行速度が所定値（一例として７８ｋｍ／ｈ）となった場合に、車両２００が高速走行すると推測することができる。または、車両２００が高速道路の入口料金所を経由した場合に、車両２００が高速走行すると推測することができる。なお、車両２００が高速走行すると推測された後においては、上記の所定値は、低い値に変更されてもよい。このようにヒステリシスを設定することによって、高速走行検出部４３の検出結果が頻繁に変更されることが抑制される。
【００３３】
ステップＳ１３において「Ｙｅｓ」と判定された場合、制御部６０は、発電開始ＳＯＣを引き上げる（ステップＳ１４）。それにより、車両２００が高速すると推測される場合に、燃料電池１１の発電開始時期を早めることができる。例えば、制御部６０は、発電開始ＳＯＣを、二次電池２１の充電容量の１０％程度引き上げる。ステップＳ１４における変更後の発電開始ＳＯＣは、特に限定されるものではないが、上限値が設定されていてもよい。例えば、発電開始ＳＯＣの上限値は、０．７５（７５％）に設定されていてもよい。この場合、発電開始ＳＯＣを、二次電池２１の使用上限（９０％）未満とすることができる。
【００３４】
ステップＳ１４の実行後、またはステップＳ１３において「Ｎｏ」と判定された場合、制御部６０は、外気温検出部４２が検出する外気温から比較値を差し引くことによって得られる温度差ｄ＿ｔｍｐを検出する（ステップＳ１５）。比較値は、特に限定されるものではないが、例えば１０℃程度である。次に、制御部６０は、ステップＳ１５で得られた温度差ｄ＿ｔｍｐに応じて、発電開始ＳＯＣを変更する（ステップＳ１６）。
【００３５】
図５は、温度差ｄ＿ｔｍｐと発電開始ＳＯＣの補正幅との関係の一例を示す図である。図５に示すように、発電開始ＳＯＣの補正幅は、温度差ｄ＿ｔｍｐがマイナスに大きくなるにつれて大きく設定されている。ここで、燃料電池１１を起動する際には、暖機などの処理が必要となる。外気温が低いほど、暖機に要する時間が長くなるため、外気温が低いほど燃料電池１１の発電開始時期（起動開始時期）が早まることによって、二次電池２１の充電残量不足が抑制される。
【００３６】
また、図５に示すように、発電開始ＳＯＣの補正幅は、温度差ｄ＿ｔｍｐがプラスに大きくなるにつれて大きく設定されていてもよい。外気温が高くなるにつれて、冷房装置の電力消費量が増加する可能性があるからである。そこで、外気温が高いほど燃料電池１１の発電開始時期が早まることによって、二次電池２１の充電残量不足が抑制される。
【００３７】
なお、ステップＳ１６における変更後の発電開始ＳＯＣは、特に限定されるものではないが、上限値が設定されていてもよい。例えば、発電開始ＳＯＣの上限値は、０．７５（７５％）に設定されていてもよい。この場合、発電開始ＳＯＣを、二次電池２１の使用上限（９０％）未満とすることができる。ステップＳ１６の実行後、フローチャートの実行が終了する。
【００３８】
上記しきい値更新制御によれば、車両２００の電力負荷が大きい場合に、発電開始時期を早めることができる。また、車両２００が高速走行すると推測される際に、発電開始時期を早めることができる。さらに、外気温が低い場合に、発電開始時期（起動開始時期）を早めることができる。以上のことから、本実施形態においては、車両２００の走行条件に応じて、燃料電池１１の発電開始時期を適切に変更することができる。
【００３９】
上記しきい値更新制御では、二次電池２１の充電残量の減少速度が高いほど、発電開始ＳＯＣが大きく引き上げられているが、それに限られない。例えば、充電残量の減少速度が所定値以上である場合に、発電開始ＳＯＣをあらかじめ定まっている固定値に引き上げてもよい。上記しきい値更新制御では、外気温が低いほど、発電開始ＳＯＣが大きく引き上げられているが、それに限られない。例えば、外気温が所定値以下である場合に、発電開始ＳＯＣをあらかじめ定まっている固定値に引き上げてもよい。
【００４０】
また、上記しきい値更新制御では、電力負荷検出部４１、外気温検出部４２、および高速走行検出部４３の検出結果に応じて発電開始ＳＯＣが更新されているが、それに限られない。例えば、上記検出結果のうちいずれか１以上に応じて発電開始ＳＯＣを更新してもよい。
【００４１】
（発電電力制御値）
燃料電池１１が発電する際、二次電池２１の充電残量に応じて燃料電池１１の発電電力を制御してもよい。図６は、充電残量検出部２２によって検出される現在の充電残量ｓｏｃ＿ｒと発電電力制御値ｐ＿ｆｃとの関係の一例を示す図である。図６において、横軸が現在の充電残量ｓｏｃ＿ｒを示し、縦軸が発電電力制御値ｐ＿ｆｃを示す。
【００４２】
図６に示すように、充電残量ｓｏｃ＿ｒが発電開始ＳＯＣを下回っている場合、発電電力制御値ｐ＿ｆｃは、上限値ｍａｘに設定される。この場合、二次電池２１が効率よく充電されるため、二次電池２１における充電不足が抑制される。発電電力制御値ｐ＿ｆｃは、充電残量ｓｏｃ＿ｒが使用上限ｓｏｃ＿ｕｐｒに達するまで上限値ｍａｘに設定されてもよい。しかしながら、燃料電池１１が最大出力を維持すると燃費が悪化するため、発電電力制御値ｐ＿ｆｃは、充電残量ｓｏｃ＿ｒに応じて変更されてもよい。
【００４３】
例えば、充電残量ｓｏｃ＿ｒが第１所定値を超えた場合、発電電力制御値ｐ＿ｆｃは、上限値ｍａｘよりも小さい値に変更されてもよい。この場合、二次電池２１の充電残量が十分でない場合も生じうる。そこで、発電電力制御値ｐ＿ｆｃは、車両２００の電力負荷以上の値（例えば、電力負荷×１．５）に変更される。この場合、二次電池２１からの消費電力を上回る充電電力が二次電池２１に給電される。それにより、二次電池２１の充電残量が低下しない範囲で、燃料電池１１の発電電力が抑制される。したがって、燃料電池１１が低効率で運転することが抑制される。
【００４４】
次に、充電残量ｓｏｃ＿ｒが、第２所定値（≧第１所定値）を超えた場合、発電電力制御値ｐ＿ｆｃは、車両２００の電力負荷以下の値（例えば、電力負荷×０．８）に変更される。この場合、二次電池２１からの消費電力を下回る充電電力が二次電池２１に給電されるが、二次電池２１の充電残量が不足しない範囲で燃料電池１１が発電を継続する。また、充電残量ｓｏｃ＿ｒが第２所定値を下回れば、発電電力制御値ｐ＿ｆｃは、車両２００の電力負荷以上の値に変更される。
【００４５】
このように燃料電池１１の発電電力を制御することによって、燃料電池１１の運転継続時間を長くすることができる。それにより、燃料電池１１の起動処理に要するエネルギー、燃料電池１１の運転停止に要するエネルギーなどを抑制することができる。その結果、車両２００の全体のエネルギー効率が改善される。また、二次電池２１の充電残量が使用上限ｓｏｃ＿ｕｐｒまで達しないように制御することによって、外部電源などを用いた充電を効率よく活用することができる。それにより、車両２００のＣＯ２排出量などを削減することができる。
【００４６】
なお、充電残量ｓｏｃ＿ｒが増減する場合において、上記の第１所定値および第２所定値にヒステリシスを設定してもよい。例えば、充電残量ｓｏｃ＿ｒが上昇する際には、第１所定値および第２所定値は比較的高めの値に設定されていてもよい。例えば、第１所定値は０．７０（７０％）であり、第２所定値は０．８０（８０％）に設定される。一方で、充電残量ｓｏｃ＿ｒが低下する際には、第１所定値および第２所定値は比較的低めの値に設定されていてもよい。例えば、第１所定値は０．６５（６５％）であり、第２所定値は０．７８（７８％）に設定される。このように各値にヒステリシスを設定することによって、燃料電池１１の発電電力制御値の余計な制御が抑制される。なお、第１所定値のヒステリシス幅は、第２所定値のヒステリシス幅よりも大きく設定されていてもよい。この場合、二次電池２１の充電残量不足が抑制される。
【００４７】
図７は、燃料電池１１の発電制御の例を示す図である。図７において、横軸は経過時間を示し、縦軸は、二次電池２１の現在の充電残量ｓｏｃ＿ｒ、車両２００の電力負荷、燃料電池１１の発電電力、および燃料電池１１が消費する燃料消費量を示す。
【００４８】
図７に示すように、車両２００が電力負荷に応じて二次電池の電力を消費すると、二次電池２１の充電残量ｓｏｃ＿ｒが徐々に低下する。充電残量ｓｏｃ＿ｒが発電開始ＳＯＣ以下になると、燃料電池１１が発電を開始する。この際、燃料電池１１を暖機する必要があるため、発電電力が得られるまでにある程度の燃料が消費される。充電残量ｓｏｃ＿ｒが発電開始ＳＯＣ以下になっているため、燃料電池１１は、上限値ｍａｘで発電する。それにより、二次電池２１の充電残量ｓｏｃ＿ｒが急速に上昇する。また、二次電池２１が急速に充電されるため、二次電池２１の充電不足が抑制される。
【００４９】
充電残量ｓｏｃ＿ｒが図６の第１所定値を超えた場合、発電電力制御値ｐ＿ｆｃは、上限値ｍａｘよりも小さい値に変更される。それにより、二次電池２１の充電残量が低下しない範囲で、燃料電池１１の発電電力が抑制される。したがって、燃料電池１１の低効率運転が抑制される。次に、充電残量ｓｏｃ＿ｒが、図６の第２所定値を超えた場合、発電電力制御値ｐ＿ｆｃは、車両２００の電力負荷以下の値に変更される。それにより、二次電池２１の充電残量が不足しない範囲で、二次電池２１の充電残量が低下する。充電残量ｓｏｃ＿ｒが第２所定値を下回れば、発電電力制御値ｐ＿ｆｃは、車両２００の電力負荷以上の値に変更される。以上の繰り返しにより、燃料電池１１は、比較的高い効率の範囲で運転を継続する。また、燃料電池１１の起動処理に要するエネルギー、燃料電池１１の運転停止に要するエネルギーを抑制することができる。
【００５０】
なお、上記実施形態は、固体高分子形、固体酸化物形、炭酸溶融塩形等の他のいずれのタイプの燃料電池にも適用可能である。ただし、固体酸化物形のように発電温度が高い場合には、発電開始までに時間を要することがある。したがって、固体酸化物形の燃料電池を用いる場合には、上記実施形態は特に有効である。
【符号の説明】
【００５１】
１０ 燃料電池装置
１１ 燃料電池
１２ 発電制御部
２０ 二次電池装置
２１ 二次電池
２２ 充電残量検出部
２３ コネクタ
３０ 電動機
４０ 走行条件検出部
４１ 電力負荷検出部
４２ 外気温検出部
４３ 高速走行検出部
５０ イグニションスイッチ
６０ 制御部
１００ 燃料電池システム
２００ 車両
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システム、および燃料電池システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、一般的には水素および酸素を燃料として電気エネルギを得る装置である。この燃料電池は、環境面において優れており、また高いエネルギ効率を実現できることから、今後のエネルギ供給システムとして広く開発が進められてきている。
【０００３】
二次電池に充電された電力を動力に用いる車両において、燃料電池を充電用電源として用いる技術が開発されている。特許文献１では、燃料電池の下限発電電力の上限値をシステム平均消費電力とすることによって、低負荷時に燃料電池から二次電池へ必要以上の充電を行わないようにする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２９５５１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の技術では、システム平均消費電力が過去の所定時間の平均値を基に求められるため、実際の車両負荷との誤差が生じるおそれがある。この場合、燃料電池の発電開始時期が適切でない場合が生じうる。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、燃料電池の発電開始時期を適切に変更することができる燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る燃料電池システムは、発電開始指示を受けて発電を開始する燃料電池と、前記燃料電池の発電電力によって充電される二次電池と、前記二次電池の充電残量がしきい値以下になった場合に、前記燃料電池に前記発電開始を指示する指示部と、前記燃料電池および前記二次電池を搭載する車両の走行条件を検出する走行条件検出部と、前記走行条件検出部の検出結果に応じて、前記しきい値を更新する更新部と、を備えることを特徴とするものである。本発明に係る燃料電池システムにおいては、燃料電池の発電開始時期を適切に変更することができる。
【０００８】
前記走行条件検出部は、前記車両の電力負荷を検出してもよい。前記更新部は、前記電力負荷が所定値以上である場合に、前記しきい値を引き上げてもよい。前記更新部は、前記電力負荷が大きいほど、前記しきい値を引き上げてもよい。前記走行条件検出部は、前記充電残量の減少速度に応じて、前記電力負荷を判断してもよい。
【０００９】
前記走行条件検出部は、前記車両の走行条件として、前記車両の外気温を検出してもよい。前記更新部は、前記外気温が所定値以下である場合に、前記しきい値を引き上げてもよい。前記更新部は、前記外気温が低いほど、前記しきい値を引き上げてもよい。
【００１０】
前記車両が高速走行するか否かを推測する推測手段を備え、前記走行条件検出部は、前記車両の走行条件として、前記推測手段の推測結果を検出してもよい。前記更新部は、前記車両が高速走行すると推測された場合に、前記しきい値を引き上げてもよい。
【００１１】
前記燃料電池の発電電力を制御する制御部を備え、前記制御部は、前記燃料電池が発電する際に、前記二次電池の充電残量が第１所定値以下である場合には、前記燃料電池の発電電力を前記車両の電力負荷以上とし、前記二次電池の充電残量が前記第１所定値以上の第２所定値以上である場合には、前記燃料電池の発電電力を前記車両の電力負荷以下としてもよい。外部電源から前記二次電池に電力を受け入れるためのコネクタを備えていてもよい。前記燃料電池は、固体酸化物形燃料電池であってもよい。
【００１２】
本発明に係る燃料電池システムの制御方法は、発電開始指示を受けて発電を開始する燃料電池と、前記燃料電池の発電電力によって充電される二次電池と、を備える燃料電池システムにおいて、前記二次電池の充電残量がしきい値以下になった場合に、前記燃料電池に前記発電開始を指示する指示ステップと、前記燃料電池および前記二次電池を搭載する車両の走行条件を検出する走行条件検出ステップと、前記走行条件検出ステップの検出結果に応じて、前記しきい値を更新する更新ステップと、を含むことを特徴とするものである。本発明に係る燃料電池システムの制御方法においては、燃料電池の発電開始時期を適切に変更することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法によれば、燃料電池の発電開始時期を適切に変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）は実施形態に係る燃料電池システムの全体構成を示すブロック図であり、（ｂ）は燃料電池システムが搭載される車両を示す図である。
【図２】発電制御を表すフローチャートの一例を示す図である。
【図３】しきい値更新制御を表すフローチャートの一例を示す図である。
【図４】発電開始ＳＯＣを取得する際に用いるマップの一例である。
【図５】温度差ｄ＿ｔｍｐと発電開始ＳＯＣの補正幅との関係の一例を示す図である。
【図６】充電残量ｓｏｃ＿ｒと発電電力制御値ｐ＿ｆｃとの関係の一例を示す図である。
【図７】燃料電池の発電制御の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００１６】
（実施形態）
図１（ａ）は、実施形態に係る燃料電池システム１００の全体構成を示すブロック図である。図１（ａ）に示すように、燃料電池システム１００は、燃料電池装置１０、二次電池装置２０、電動機３０、走行条件検出部４０、イグニションスイッチ５０、および制御部６０を備える。図１（ｂ）に示すように、燃料電池システム１００は、車両２００に搭載される。車両２００は、電動機３０を動力とする電気自動車、電動機および内燃機関の両方を動力とするハイブリッド自動車などである。
【００１７】
燃料電池装置１０は、燃料電池１１、発電制御部１２などを備える。燃料電池１１は、水素と酸素とを利用して発電する発電機である。燃料電池１１は、特に限定されるものではないが、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）などである。発電制御部１２は、燃料電池１１の発電開始および発電停止を制御するとともに、燃料電池１１の発電量を制御する機器である。発電制御部１２は、燃料電池１１に水素および酸素を供給する供給装置などを含む。
【００１８】
二次電池装置２０は、二次電池２１、充電残量検出部２２、コネクタ２３などを備える。二次電池２１は、燃料電池１１の発電電力を充電する電池である。二次電池２１は、特に限定されるものではないが、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、鉛蓄電池などである。充電残量検出部２２は、二次電池２１の充電残量を検出する。充電残量検出部２２は、例えば、二次電池２１の充電容量を１００％とした場合の、充電残量のパーセンテージを検出する。二次電池２１は、外部電源の電力を充電する構成を有していてもよい。例えば、二次電池装置２０は、コネクタ２３を介して、外部電源から電力を受け入れてもよい。外部電源は、電気スタンドに設置された電源、家庭用電源などである。
【００１９】
電動機３０は、二次電池２１に充電された電力および／または燃料電池１１の発電電力を動力に変換する装置である。車両２００は、電動機３０の動力を利用して走行する。なお、燃料電池１１の発電電力は、二次電池２１および電動機３０以外にも、例えば補機などにも供給されてもよい。
【００２０】
走行条件検出部４０は、車両２００の走行条件を検出する検出部である。走行条件検出部４０は、電力負荷検出部４１、外気温検出部４２、高速走行検出部４３などを含む。電力負荷検出部４１は、車両２００で消費される電力（電力負荷）を検出する。
【００２１】
ここで、走行条件としての電力負荷は、車両２００の走行負荷のことである。走行負荷は、転がり抵抗＋風損抵抗＋加速抵抗＋補機消費電力で表すことができる。転がり抵抗とは、車輪と路面との間の摩擦抵抗、車両回転部分の摩擦抵抗（ベアリング損失）、およびブレーキ引き摺りに伴う抵抗の総和である。風損抵抗とは、いわゆる空力抵抗であり、車両２００の走行速度の二乗に比例する。車両２００の加速時には、運動力学の式に基づく加速抵抗が生じ、車両乗員重量を含む静的な車両重量に加え、車両を構成する回転系の慣性重量を加味したいわゆる慣性重量を考慮する必要がある。さらに、車両２００の補機が消費する電力が必要となる。具体的には、冷却系ポンプ、ファン、パワーステアリング、照明類などである。
【００２２】
車両２００の走行負荷は、車両２００の走行速度はもちろん、路面構成材料の種類、路面状態、路面勾配、天候などの様々な走行環境の変化に応じて変化する。したがって、走行抵抗を二次電池２１の充電残量にのみ基づいて求めても、走行抵抗（電力負荷）を正確に求めることは困難である。
【００２３】
そこで、本実施形態においては、例えば、電力負荷検出部４１は、充電残量検出部２２の変動速度に応じて、電力負荷を検出する。外気温検出部４２は、車両２００の外気温を検出する温度センサである。高速走行検出部４３は、車両２００が高速走行するか否かを検出する手段である。例えば、高速走行検出部４３は、車両２００の走行速度を検出する速度計、ＥＴＣ装置に記録される情報などに基づいて、車両２００が高速走行するか否かを推測する。速度計、ＥＴＣ装置などを用いることによって、車両２００が高速道路などにおいて高速走行を所定期間継続することを推測することができる。
【００２４】
イグニションスイッチ５０は、車両２００のイグニションオンおよびイグニションオフを切り替えるスイッチである。イグニションオンの場合には、車両２００の走行が可能となる。イグニションオフの場合には、車両２００の走行が禁止される。制御部６０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）などを備える。制御部６０は、充電残量検出部２２、走行条件検出部４０、およびイグニションスイッチ５０から与えられる情報に基づいて、各部を制御する。
【００２５】
（発電制御）
まず、燃料電池装置１０の発電制御について説明する。図２は、発電制御を表すフローチャートの一例を示す図である。図２のフローチャートは、イグニションオンの際に、定期的（例えば、１秒ごと）に実行される。図２に示すように、制御部６０は、イグニションスイッチ５０がオフであるか否かを判定する（ステップＳ１）。ステップＳ１において「Ｎｏ」と判定された場合、制御部６０は、燃料電池１１が発電中であるか否かを判定する（ステップＳ２）。
【００２６】
ステップＳ２において「Ｙｅｓ」と判定された場合、制御部６０は、充電残量検出部２２が検出した現在の充電残量ｓｏｃ＿ｒが二次電池２１の使用上限ｓｏｃ＿ｕｐｒを上回っているか否かを判定する（ステップＳ３）。ステップＳ３において「Ｎｏ」と判定された場合、制御部６０は、充電残量ｓｏｃ＿ｒに応じて、燃料電池１１の発電電力制御値ｐ＿ｆｃを求め、発電制御部１２に送信する。発電制御部１２は、燃料電池１１の発電電力が発電電力制御値ｐ＿ｆｃになるように、燃料電池１１の発電電力を制御する（ステップＳ４）。その後、フローチャートの実行が終了する。
【００２７】
ステップＳ２において「Ｎｏ」と判定された場合、現在の充電残量ｓｏｃ＿ｒが二次電池２１の発電開始ＳＯＣ以下であるか否かを判定する（ステップＳ５）。ステップＳ２において「Ｙｅｓ」と判定された場合、ステップＳ４が実行される。ステップＳ１で「Ｙｅｓ」と判定された場合、ステップＳ３で「Ｙｅｓ」と判定された場合、またはステップＳ５で「Ｎｏ」と判定された場合、制御部６０は、燃料電池１１の発電電力制御値ｐ＿ｆｃをゼロに設定する（ステップＳ６）。それにより、発電制御部１２は、燃料電池１１の発電を停止する。その後、フローチャートの実行が終了する。
【００２８】
上記発電制御においては、二次電池２１の充電残量が発電開始ＳＯＣ以下になった場合に、燃料電池１１による発電が開始される。この発電開始ＳＯＣを上下させることによって、燃料電池１１の発電開始時期を適切に変更することができる。例えば、発電開始ＳＯＣを引き上げると、発電開始時期を早めることができる。続いて、発電開始ＳＯＣを変更するためのしきい値更新制御について説明する。
【００２９】
（しきい値更新制御）
図３は、しきい値更新制御を表すフローチャートの一例を示す図である。図３を参照して、電力負荷検出部４１は、二次電池２１の充電残量が減少する際に、充電残量検出部２２の検出結果から充電残量減少速度ｄ＿ｂａｔを算出する（ステップＳ１１）。充電残量減少速度ｄ＿ｂａｔの単位は、例えば、ｋＷｈ／６０秒である。次に、制御部６０は、充電残量減少速度ｄ＿ｂａｔから、発電開始ＳＯＣを取得する（ステップＳ１２）。
【００３０】
図４は、ステップＳ１２において発電開始ＳＯＣを取得する際に用いるマップの一例である。図４において、横軸は充電残量減少速度ｄ＿ｂａｔを示し、縦軸は発電開始ＳＯＣを示す。図４に示すように、発電開始ＳＯＣは、充電残量減少速度ｄ＿ｂａｔが大きくなるにつれて、大きい値に設定されている。したがって、充電残量減少速度ｄ＿ｂａｔが大きいほど、発電開始時期が早まる。この場合、二次電池２１の充電残量不足が抑制される。
【００３１】
なお、発電開始ＳＯＣは、二次電池２１の使用下限と使用上限との間で設定される。それにより、二次電池２１の充電残量が使用下限未満になることが抑制されるとともに、使用上限を上回ることが抑制される。なお、使用下限は、一例として、二次電池２１の充電容量の１０％程度である。使用上限は、一例として、二次電池２１の充電容量の９０％程度である。
【００３２】
再度、図３を参照して、ステップＳ２の実行後、制御部６０は、高速走行検出部４３の検出結果に基づいて、車両２００が高速走行するか否かを判定する（ステップＳ１３）。例えば、車両２００の走行速度が所定値（一例として７８ｋｍ／ｈ）となった場合に、車両２００が高速走行すると推測することができる。または、車両２００が高速道路の入口料金所を経由した場合に、車両２００が高速走行すると推測することができる。なお、車両２００が高速走行すると推測された後においては、上記の所定値は、低い値に変更されてもよい。このようにヒステリシスを設定することによって、高速走行検出部４３の検出結果が頻繁に変更されることが抑制される。
【００３３】
ステップＳ１３において「Ｙｅｓ」と判定された場合、制御部６０は、発電開始ＳＯＣを引き上げる（ステップＳ１４）。それにより、車両２００が高速すると推測される場合に、燃料電池１１の発電開始時期を早めることができる。例えば、制御部６０は、発電開始ＳＯＣを、二次電池２１の充電容量の１０％程度引き上げる。ステップＳ１４における変更後の発電開始ＳＯＣは、特に限定されるものではないが、上限値が設定されていてもよい。例えば、発電開始ＳＯＣの上限値は、０．７５（７５％）に設定されていてもよい。この場合、発電開始ＳＯＣを、二次電池２１の使用上限（９０％）未満とすることができる。
【００３４】
ステップＳ１４の実行後、またはステップＳ１３において「Ｎｏ」と判定された場合、制御部６０は、外気温検出部４２が検出する外気温から比較値を差し引くことによって得られる温度差ｄ＿ｔｍｐを検出する（ステップＳ１５）。比較値は、特に限定されるものではないが、例えば１０℃程度である。次に、制御部６０は、ステップＳ１５で得られた温度差ｄ＿ｔｍｐに応じて、発電開始ＳＯＣを変更する（ステップＳ１６）。
【００３５】
図５は、温度差ｄ＿ｔｍｐと発電開始ＳＯＣの補正幅との関係の一例を示す図である。図５に示すように、発電開始ＳＯＣの補正幅は、温度差ｄ＿ｔｍｐがマイナスに大きくなるにつれて大きく設定されている。ここで、燃料電池１１を起動する際には、暖機などの処理が必要となる。外気温が低いほど、暖機に要する時間が長くなるため、外気温が低いほど燃料電池１１の発電開始時期（起動開始時期）が早まることによって、二次電池２１の充電残量不足が抑制される。
【００３６】
また、図５に示すように、発電開始ＳＯＣの補正幅は、温度差ｄ＿ｔｍｐがプラスに大きくなるにつれて大きく設定されていてもよい。外気温が高くなるにつれて、冷房装置の電力消費量が増加する可能性があるからである。そこで、外気温が高いほど燃料電池１１の発電開始時期が早まることによって、二次電池２１の充電残量不足が抑制される。
【００３７】
なお、ステップＳ１６における変更後の発電開始ＳＯＣは、特に限定されるものではないが、上限値が設定されていてもよい。例えば、発電開始ＳＯＣの上限値は、０．７５（７５％）に設定されていてもよい。この場合、発電開始ＳＯＣを、二次電池２１の使用上限（９０％）未満とすることができる。ステップＳ１６の実行後、フローチャートの実行が終了する。
【００３８】
上記しきい値更新制御によれば、車両２００の電力負荷が大きい場合に、発電開始時期を早めることができる。また、車両２００が高速走行すると推測される際に、発電開始時期を早めることができる。さらに、外気温が低い場合に、発電開始時期（起動開始時期）を早めることができる。以上のことから、本実施形態においては、車両２００の走行条件に応じて、燃料電池１１の発電開始時期を適切に変更することができる。
【００３９】
上記しきい値更新制御では、二次電池２１の充電残量の減少速度が高いほど、発電開始ＳＯＣが大きく引き上げられているが、それに限られない。例えば、充電残量の減少速度が所定値以上である場合に、発電開始ＳＯＣをあらかじめ定まっている固定値に引き上げてもよい。上記しきい値更新制御では、外気温が低いほど、発電開始ＳＯＣが大きく引き上げられているが、それに限られない。例えば、外気温が所定値以下である場合に、発電開始ＳＯＣをあらかじめ定まっている固定値に引き上げてもよい。
【００４０】
また、上記しきい値更新制御では、電力負荷検出部４１、外気温検出部４２、および高速走行検出部４３の検出結果に応じて発電開始ＳＯＣが更新されているが、それに限られない。例えば、上記検出結果のうちいずれか１以上に応じて発電開始ＳＯＣを更新してもよい。
【００４１】
（発電電力制御値）
燃料電池１１が発電する際、二次電池２１の充電残量に応じて燃料電池１１の発電電力を制御してもよい。図６は、充電残量検出部２２によって検出される現在の充電残量ｓｏｃ＿ｒと発電電力制御値ｐ＿ｆｃとの関係の一例を示す図である。図６において、横軸が現在の充電残量ｓｏｃ＿ｒを示し、縦軸が発電電力制御値ｐ＿ｆｃを示す。
【００４２】
図６に示すように、充電残量ｓｏｃ＿ｒが発電開始ＳＯＣを下回っている場合、発電電力制御値ｐ＿ｆｃは、上限値ｍａｘに設定される。この場合、二次電池２１が効率よく充電されるため、二次電池２１における充電不足が抑制される。発電電力制御値ｐ＿ｆｃは、充電残量ｓｏｃ＿ｒが使用上限ｓｏｃ＿ｕｐｒに達するまで上限値ｍａｘに設定されてもよい。しかしながら、燃料電池１１が最大出力を維持すると燃費が悪化するため、発電電力制御値ｐ＿ｆｃは、充電残量ｓｏｃ＿ｒに応じて変更されてもよい。
【００４３】
例えば、充電残量ｓｏｃ＿ｒが第１所定値を超えた場合、発電電力制御値ｐ＿ｆｃは、上限値ｍａｘよりも小さい値に変更されてもよい。この場合、二次電池２１の充電残量が十分でない場合も生じうる。そこで、発電電力制御値ｐ＿ｆｃは、車両２００の電力負荷以上の値（例えば、電力負荷×１．５）に変更される。この場合、二次電池２１からの消費電力を上回る充電電力が二次電池２１に給電される。それにより、二次電池２１の充電残量が低下しない範囲で、燃料電池１１の発電電力が抑制される。したがって、燃料電池１１が低効率で運転することが抑制される。
【００４４】
次に、充電残量ｓｏｃ＿ｒが、第２所定値（≧第１所定値）を超えた場合、発電電力制御値ｐ＿ｆｃは、車両２００の電力負荷以下の値（例えば、電力負荷×０．８）に変更される。この場合、二次電池２１からの消費電力を下回る充電電力が二次電池２１に給電されるが、二次電池２１の充電残量が不足しない範囲で燃料電池１１が発電を継続する。また、充電残量ｓｏｃ＿ｒが第２所定値を下回れば、発電電力制御値ｐ＿ｆｃは、車両２００の電力負荷以上の値に変更される。
【００４５】
このように燃料電池１１の発電電力を制御することによって、燃料電池１１の運転継続時間を長くすることができる。それにより、燃料電池１１の起動処理に要するエネルギー、燃料電池１１の運転停止に要するエネルギーなどを抑制することができる。その結果、車両２００の全体のエネルギー効率が改善される。また、二次電池２１の充電残量が使用上限ｓｏｃ＿ｕｐｒまで達しないように制御することによって、外部電源などを用いた充電を効率よく活用することができる。それにより、車両２００のＣＯ２排出量などを削減することができる。
【００４６】
なお、充電残量ｓｏｃ＿ｒが増減する場合において、上記の第１所定値および第２所定値にヒステリシスを設定してもよい。例えば、充電残量ｓｏｃ＿ｒが上昇する際には、第１所定値および第２所定値は比較的高めの値に設定されていてもよい。例えば、第１所定値は０．７０（７０％）であり、第２所定値は０．８０（８０％）に設定される。一方で、充電残量ｓｏｃ＿ｒが低下する際には、第１所定値および第２所定値は比較的低めの値に設定されていてもよい。例えば、第１所定値は０．６５（６５％）であり、第２所定値は０．７８（７８％）に設定される。このように各値にヒステリシスを設定することによって、燃料電池１１の発電電力制御値の余計な制御が抑制される。なお、第１所定値のヒステリシス幅は、第２所定値のヒステリシス幅よりも大きく設定されていてもよい。この場合、二次電池２１の充電残量不足が抑制される。
【００４７】
図７は、燃料電池１１の発電制御の例を示す図である。図７において、横軸は経過時間を示し、縦軸は、二次電池２１の現在の充電残量ｓｏｃ＿ｒ、車両２００の電力負荷、燃料電池１１の発電電力、および燃料電池１１が消費する燃料消費量を示す。
【００４８】
図７に示すように、車両２００が電力負荷に応じて二次電池の電力を消費すると、二次電池２１の充電残量ｓｏｃ＿ｒが徐々に低下する。充電残量ｓｏｃ＿ｒが発電開始ＳＯＣ以下になると、燃料電池１１が発電を開始する。この際、燃料電池１１を暖機する必要があるため、発電電力が得られるまでにある程度の燃料が消費される。充電残量ｓｏｃ＿ｒが発電開始ＳＯＣ以下になっているため、燃料電池１１は、上限値ｍａｘで発電する。それにより、二次電池２１の充電残量ｓｏｃ＿ｒが急速に上昇する。また、二次電池２１が急速に充電されるため、二次電池２１の充電不足が抑制される。
【００４９】
充電残量ｓｏｃ＿ｒが図６の第１所定値を超えた場合、発電電力制御値ｐ＿ｆｃは、上限値ｍａｘよりも小さい値に変更される。それにより、二次電池２１の充電残量が低下しない範囲で、燃料電池１１の発電電力が抑制される。したがって、燃料電池１１の低効率運転が抑制される。次に、充電残量ｓｏｃ＿ｒが、図６の第２所定値を超えた場合、発電電力制御値ｐ＿ｆｃは、車両２００の電力負荷以下の値に変更される。それにより、二次電池２１の充電残量が不足しない範囲で、二次電池２１の充電残量が低下する。充電残量ｓｏｃ＿ｒが第２所定値を下回れば、発電電力制御値ｐ＿ｆｃは、車両２００の電力負荷以上の値に変更される。以上の繰り返しにより、燃料電池１１は、比較的高い効率の範囲で運転を継続する。また、燃料電池１１の起動処理に要するエネルギー、燃料電池１１の運転停止に要するエネルギーを抑制することができる。
【００５０】
なお、上記実施形態は、固体高分子形、固体酸化物形、炭酸溶融塩形等の他のいずれのタイプの燃料電池にも適用可能である。ただし、固体酸化物形のように発電温度が高い場合には、発電開始までに時間を要することがある。したがって、固体酸化物形の燃料電池を用いる場合には、上記実施形態は特に有効である。
【符号の説明】
【００５１】
１０ 燃料電池装置
１１ 燃料電池
１２ 発電制御部
２０ 二次電池装置
２１ 二次電池
２２ 充電残量検出部
２３ コネクタ
３０ 電動機
４０ 走行条件検出部
４１ 電力負荷検出部
４２ 外気温検出部
４３ 高速走行検出部
５０ イグニションスイッチ
６０ 制御部
１００ 燃料電池システム
２００ 車両
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電開始指示を受けて発電を開始する燃料電池と、
前記燃料電池の発電電力によって充電される二次電池と、
前記二次電池の充電残量がしきい値以下になった場合に、前記燃料電池に前記発電開始を指示する指示部と、
前記燃料電池および前記二次電池を搭載する車両の走行条件を検出する走行条件検出部と、
前記走行条件検出部の検出結果に応じて、前記しきい値を更新する更新部と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記走行条件検出部は、前記車両の電力負荷を検出することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記更新部は、前記電力負荷が所定値以上である場合に、前記しきい値を引き上げることを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記更新部は、前記電力負荷が大きいほど、前記しきい値を引き上げることを特徴とする請求項２または３記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記走行条件検出部は、前記充電残量の減少速度に応じて、前記電力負荷を判断することを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記走行条件検出部は、前記車両の走行条件として、前記車両の外気温を検出することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記更新部は、前記外気温が所定値以下である場合に、前記しきい値を引き上げることを特徴とする請求項６記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記更新部は、前記外気温が低いほど、前記しきい値を引き上げることを特徴とする請求項６または７記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記車両が高速走行するか否かを推測する推測手段を備え、
前記走行条件検出部は、前記車両の走行条件として、前記推測手段の推測結果を検出することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記更新部は、前記車両が高速走行すると推測された場合に、前記しきい値を引き上げることを特徴とする請求項９記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記燃料電池の発電電力を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記燃料電池が発電する際に、前記二次電池の充電残量が第１所定値以下である場合には、前記燃料電池の発電電力を前記車両の電力負荷以上とし、前記二次電池の充電残量が前記第１所定値以上の第２所定値以上である場合には、前記燃料電池の発電電力を前記車両の電力負荷以下とすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
外部電源から前記二次電池に電力を受け入れるためのコネクタを備えることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記燃料電池は、固体酸化物形燃料電池であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
発電開始指示を受けて発電を開始する燃料電池と、前記燃料電池の発電電力によって充電される二次電池と、を備える燃料電池システムにおいて、
前記二次電池の充電残量がしきい値以下になった場合に、前記燃料電池に前記発電開始を指示する指示ステップと、
前記燃料電池および前記二次電池を搭載する車両の走行条件を検出する走行条件検出ステップと、
前記走行条件検出ステップの検出結果に応じて、前記しきい値を更新する更新ステップと、を含むことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項１】
発電開始指示を受けて発電を開始する燃料電池と、
前記燃料電池の発電電力によって充電される二次電池と、
前記二次電池の充電残量がしきい値以下になった場合に、前記燃料電池に前記発電開始を指示する指示部と、
前記燃料電池および前記二次電池を搭載する車両の走行条件を検出する走行条件検出部と、
前記走行条件検出部の検出結果に応じて、前記しきい値を更新する更新部と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記走行条件検出部は、前記車両の電力負荷を検出することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記更新部は、前記電力負荷が所定値以上である場合に、前記しきい値を引き上げることを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記更新部は、前記電力負荷が大きいほど、前記しきい値を引き上げることを特徴とする請求項２または３記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記走行条件検出部は、前記充電残量の減少速度に応じて、前記電力負荷を判断することを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記走行条件検出部は、前記車両の走行条件として、前記車両の外気温を検出することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記更新部は、前記外気温が所定値以下である場合に、前記しきい値を引き上げることを特徴とする請求項６記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記更新部は、前記外気温が低いほど、前記しきい値を引き上げることを特徴とする請求項６または７記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記車両が高速走行するか否かを推測する推測手段を備え、
前記走行条件検出部は、前記車両の走行条件として、前記推測手段の推測結果を検出することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記更新部は、前記車両が高速走行すると推測された場合に、前記しきい値を引き上げることを特徴とする請求項９記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記燃料電池の発電電力を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記燃料電池が発電する際に、前記二次電池の充電残量が第１所定値以下である場合には、前記燃料電池の発電電力を前記車両の電力負荷以上とし、前記二次電池の充電残量が前記第１所定値以上の第２所定値以上である場合には、前記燃料電池の発電電力を前記車両の電力負荷以下とすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
外部電源から前記二次電池に電力を受け入れるためのコネクタを備えることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記燃料電池は、固体酸化物形燃料電池であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
発電開始指示を受けて発電を開始する燃料電池と、前記燃料電池の発電電力によって充電される二次電池と、を備える燃料電池システムにおいて、
前記二次電池の充電残量がしきい値以下になった場合に、前記燃料電池に前記発電開始を指示する指示ステップと、
前記燃料電池および前記二次電池を搭載する車両の走行条件を検出する走行条件検出ステップと、
前記走行条件検出ステップの検出結果に応じて、前記しきい値を更新する更新ステップと、を含むことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２５３９４８（Ｐ２０１２−２５３９４８Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２５６３６（Ｐ２０１１−１２５６３６）
【出願日】平成２３年６月３日（２０１１．６．３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月３日（２０１１．６．３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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