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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-10-10
(45)【発行日】2023-10-18
(54)【発明の名称】燃料電池車両
(51)【国際特許分類】
B60L 58/40 20190101AFI20231011BHJP
H02J 7/00 20060101ALI20231011BHJP
H01M 8/00 20160101ALI20231011BHJP
H01M 8/04537 20160101ALI20231011BHJP
H01M 10/48 20060101ALI20231011BHJP
H01M 10/44 20060101ALI20231011BHJP
B60L 50/75 20190101ALI20231011BHJP
B60L 58/12 20190101ALI20231011BHJP
B60L 53/14 20190101ALI20231011BHJP
H01M 8/04858 20160101ALI20231011BHJP
H01M 8/10 20160101ALN20231011BHJP
【ＦＩ】
B60L58/40
H02J7/00 P
H02J7/00 303E
H02J7/00 B
H01M8/00 A
H01M8/00 Z
H01M8/04537
H01M10/48 P
H01M10/44 Q
B60L50/75
B60L58/12
B60L53/14
H01M8/04858
H01M8/10 101
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2019231244
(22)【出願日】2019-12-23
(65)【公開番号】P2021100339
(43)【公開日】2021-07-01
【審査請求日】2021-11-19
(73)【特許権者】
【識別番号】000003207
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001195
【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】市川 真士
【審査官】清水 康
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１１－０６６９７３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－０２８８８６（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１６／１５１６９５（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１９－１６０４０２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１４７６１５（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１２／０１３３２０３（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ６０Ｌ １／００ － ３／１２
Ｂ６０Ｌ ７／００ － １３／００
Ｂ６０Ｌ １５／００ － ５８／４０
Ｈ０１Ｍ ８／００ － ８／２４９５
Ｈ０１Ｍ １０／４２ － １０／４８
Ｈ０２Ｊ ７／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
出力を調整可能な燃料電池システムと、蓄電装置と、
前記燃料電池システム及び前記蓄電装置の少なくとも一方から電力を受けて走行パワーを発生する駆動装置と、
前記燃料電池システムから前記駆動装置へ電力を供給しつつ前記蓄電装置のＳＯＣが目標ＳＯＣに調整されるように前記燃料電池システムの出力を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、さらに、前記蓄電装置の出力が前記蓄電装置の出力上限を超えないように前記燃料電池システムの出力を制御し、
前記蓄電装置の出力上限は、前記ＳＯＣがしきい値を下回った場合に、前記ＳＯＣが低下するに従って低下するように設定され、
前記目標ＳＯＣは、前記しきい値よりも高く、
前記目標ＳＯＣは、前記ＳＯＣが前記しきい値よりも高いときの前記蓄電装置の出力上限と前記燃料電池システムの出力上限とを合わせたシステム出力上限に相当するシステム出力を所定時間確保可能な値として設定される、燃料電池車両。
【請求項2】
前記目標ＳＯＣは、前記システム出力上限に前記所定時間を乗算して得られる電力量を前記蓄電装置の容量で除算した値を、前記しきい値に加算することで算出される、請求項１に記載の燃料電池車両。
【請求項3】
前記目標ＳＯＣは、前記システム出力上限と前記目標ＳＯＣとの関係を示す予め準備されたマップ又は関係式を用いて、前記システム出力上限に基づいて算出される、請求項１に記載の燃料電池車両。
【請求項4】
前記制御装置は、前記燃料電池システムの出力が前記燃料電池システムの出力上限を超えないように前記燃料電池システムの出力を制御し、前記燃料電池システムの出力上限は、前記燃料電池システムの燃料残量に拘わらず一定である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池車両。
【請求項5】
前記燃料電池システムは、燃料を蓄えるタンクと、
前記タンクに蓄えられた燃料を用いて発電する燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックの出力を調整するコンバータとを含み、
前記蓄電装置は、前記コンバータと前記駆動装置との間の電力線に電気的に接続される、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池車両。
【請求項6】
車両外部の電源により前記蓄電装置を充電する充電装置をさらに備える、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の燃料電池車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、燃料電池車両に関する。
【背景技術】
【0002】
国際公開第２０１１／００４４９３号（特許文献１）は、燃料電池を搭載した燃料電池車両（以下、燃料電池を「ＦＣ（Fuel Cell）」と称し、燃料電池車両を「ＦＣＶ（Fuel Cell Vehicle）」と称する。）を開示する。このＦＣＶは、ＦＣスタックと、バッテリとを備える。バッテリは、余剰電力の貯蔵源、回生制動時の回生エネルギ貯蔵源、車両の加速又は減速に伴なう負荷変動時のエネルギバッファとして機能する（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】国際公開第２０１１／００４４９３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記のようなＦＣとバッテリ等の蓄電装置とを備えるＦＣＶにおいては、ＦＣの出力と蓄電装置の出力（或いはＳＯＣ（State Of Charge））とを協調して制御しないと、ＦＣの出力と蓄電装置の出力とを合わせたシステム出力が制限されることにより、走行性能が低下する可能性がある。
【0005】
本開示は、かかる問題を解決するためになされたものであり、本開示の目的は、ＦＣと蓄電装置とを備えるＦＣＶにおいて、走行性能の低下をできるだけ抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示のＦＣＶは、出力を調整可能なＦＣシステムと、蓄電装置と、ＦＣシステム及び蓄電装置の少なくとも一方から電力を受けて走行パワーを発生する駆動装置と、ＦＣシステムから駆動装置へ電力を供給しつつ蓄電装置のＳＯＣが目標ＳＯＣに調整されるようにＦＣシステムの出力を制御する制御装置とを備える。制御装置は、さらに、蓄電装置の出力が蓄電装置の出力上限を超えないようにＦＣシステムの出力を制御する。蓄電装置の出力上限は、ＳＯＣがしきい値を下回った場合に、ＳＯＣが低下するに従って低下するように設定される。そして、目標ＳＯＣは、上記のしきい値よりも高い。
【0007】
ＳＯＣが低下して上記のしきい値を下回ると、蓄電装置の出力上限が低下することによりシステム出力が制限されるところ、このＦＣＶでは、目標ＳＯＣは、上記のしきい値よりも高いため、ＳＯＣが低下することによりシステム出力が制限されるのを回避することができる。したがって、このＦＣＶによれば、走行性能の低下をできるだけ抑制することができる。
【0008】
目標ＳＯＣは、ＳＯＣが上記のしきい値よりも高いときの蓄電装置の出力上限と燃料電池システムの出力上限とを合わせたシステム出力上限に相当するシステム出力を所定時間確保可能な値であってもよい。
【0009】
これにより、システム出力上限に相当するシステム出力を所定時間連続して出力することができる。したがって、このＦＣＶによれば、システム出力が制限されることによる走行性能の低下を抑制することができる。
【0010】
制御装置は、ＦＣシステムの出力がＦＣシステムの出力上限を超えないようにＦＣシステムの出力を制御し、ＦＣシステムの出力上限は、燃料残量に拘わらず一定であってもよい。
【0011】
これにより、ＦＣシステムの燃料が枯渇するまで、システム出力が制限されるのを回避することができる。したがって、このＦＣＶによれば、ＦＣシステムの燃料が枯渇するまで、走行性能が低下するのを抑制することができる。
【0012】
ＦＣシステムは、燃料（水素）を蓄えるタンクと、タンクに蓄えられた燃料を用いて発電するＦＣスタックと、ＦＣスタックの出力を調整するコンバータとを含み、蓄電装置は、コンバータと駆動装置との間の電力線に電気的に接続されてもよい。
【0013】
このような構成により、コンバータを制御することによって、ＦＣスタック及び蓄電装置の出力を調整することができる。たとえば、ＳＯＣが目標ＳＯＣよりも低ければ、ＦＣスタックの出力を大きくすることにより、ＦＣシステムから駆動装置へ電力を供給しつつ、ＦＣシステムの出力によって蓄電装置を充電することができる。これにより、蓄電装置の出力が確保され、その結果、走行性能の低下を抑制することができる。
【0014】
ＦＣＶは、車両外部の電源により蓄電装置を充電する充電装置をさらに備えてもよい。
【0015】
このＦＣＶによれば、タンクに蓄えられた燃料（水素）と、車両外部から供給されて蓄電装置に蓄えられた電力とによって、長距離走行を実現することができる。
【発明の効果】
【0016】
本開示のＦＣＶによれば、走行性能の低下をできるだけ抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】本開示の実施の形態に従うＦＣＶの全体構成を示す図である。
【図2】ＦＣＶに設けられる走行モードを示す図である。
【図3】ＦＣモードにおける電力の基本的な流れを示す図である。
【図4】ＦＣＥＶモードにおける電力の基本的な流れを示す図である。
【図5】ＦＣシステム及びバッテリのエネルギ残量とシステム出力上限との関係を示した図である。
【図6】ＥＶモードにおける電力の基本的な流れを示す図である。
【図7】ＣＨＧモードにおける電力の基本的な流れを示す図である。
【図8】ＦＤＣ－ＥＣＵにより実行される処理の手順の一例を示すフローチャートである。
【図10】システム出力上限と目標ＳＯＣとの関係を示す図である。
【図11】走行モードがＦＣＥＶモードである場合のＳＯＣ及びシステム出力上限の推移を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【0019】
図１は、本開示の実施の形態に従うＦＣＶ１の全体構成を示す図である。図１を参照して、ＦＣＶ１は、モータジェネレータ（以下「ＭＧ（Motor Generator）」と称する。）１０と、インバータ１２と、ＦＣシステム２０と、水素タンク２８と、供給バルブ３０と、エアフィルタ３２と、コンプレッサ３４とを備える。
【0020】
ＭＧ１０は、交流回転電機であり、たとえば、ロータに永久磁石が埋設された三相交流同期電動機である。ＭＧ１０は、インバータ１２により駆動されて回転駆動力を発生する。ＭＧ１０が発生した駆動力は、図示しない駆動輪に伝達される。ＦＣＶ１の制動時等には、ＭＧ１０は、ジェネレータとして作動し発電する。ＭＧ１０が発電した電力は、インバータ１２により整流されてバッテリ４０に蓄えることができる。
【0021】
インバータ１２は、電力線７０とＭＧ１０との間に設けられ、ＭＧ－ＥＣＵ６６（後述）からの駆動信号に基づいてＭＧ１０を駆動する。インバータ１２は、たとえば、三相分のスイッチング素子を含むブリッジ回路によって構成される。
【0022】
ＦＣシステム２０は、ＦＣスタック２２と、昇圧コンバータ２４と、リレー２６とを含む。ＦＣスタック２２は、たとえば固体高分子形のセルが複数（たとえば数十～数百）直列に積層された構造体である。各セルは、たとえば、電解質膜の両面に触媒電極を接合し、それを導電性のセパレータで挟み込むことによって構成され、アノードに供給される水素とカソードに供給される酸素（空気）とが電気化学反応を起こすことで発電する。
【0023】
昇圧コンバータ２４は、ＦＤＣ－ＥＣＵ６０（後述）からの制御信号に基づいて、ＦＣスタック２２が発電した電力を昇圧して（たとえば数百Ｖ）電力線７０へ出力する。リレー２６は、ＦＣスタック２２と昇圧コンバータ２４との間の電路に設けられ、車両システムの停止時やＦＣシステム２０の不使用時に開放される。
【0024】
水素タンク２８は、ＦＣスタック２２に供給される燃料の水素を貯蔵する。水素タンク２８は、たとえば炭素繊維強化プラスチック層を含む軽量かつ高強度の高圧タンクであり、たとえば数十ＭＰａの水素を貯蔵することができる。そして、水素タンク２８から供給バルブ３０を通じてＦＣスタック２２へ水素が供給される。
【0025】
コンプレッサ３４は、ＦＣスタック２２へ酸素を供給するための機器である。コンプレッサ３４は、エアフィルタ３２を通じて酸素（空気）を吸引し圧縮してＦＣスタック２２へ供給する。
【0026】
ＦＣＶ１は、さらに、バッテリ４０と、ＤＣ（Direct Current）インレット４４と、ＡＣ（Alternate Current）インレット４８と、充電器５０と、リレー４２，４６，５２とを備える。
【0027】
バッテリ４０は、充放電可能に構成された蓄電装置である。バッテリ４０は、複数の電池セル（たとえば数百セル）から構成される組電池を含む。各電池セルは、たとえば、リチウムイオン電池或いはニッケル水素電池等の二次電池である。なお、リチウムイオン二次電池は、リチウムを電荷担体とする二次電池であり、電解質が液体の一般的なリチウムイオン二次電池のほか、固体の電解質を用いた所謂全固体電池も含み得る。バッテリ４０に代えて、電気二重層キャパシタ等の蓄電素子を用いてもよい。
【0028】
バッテリ４０は、リレー４２を介して電力線７２に接続されており、電力線７２は、電力線７０に接続されている。バッテリ４０は、ＭＧ１０を駆動するための電力を蓄えており、電力線７２，７０を通じてインバータ１２へ電力を供給する。また、バッテリ４０は、ＦＣＶ１の制動時等にＭＧ１０により発電される電力を受けて充電される。このバッテリ４０は、ＦＣＶ１の加減速に伴なう負荷変動を吸収したり、ＦＣＶ１の制動時等にＭＧ１０により発電される電力を蓄えたりするエネルギバッファとして機能することができる。
【0029】
また、本実施の形態では、バッテリ４０は、車両外部の電源（図示せず）からＤＣインレット４４又はＡＣインレット４８を通じて供給される電力を受けて充電することができる（以下、車両外部の電源によるバッテリ４０の充電を「外部充電」とも称する。）。
【0030】
ＤＣインレット４４は、リレー４６を介して電力線７４に接続されており、電力線７４は、電力線７２に接続されている。ＤＣインレット４４は、車両外部の充電スタンド等（図示せず）から延びるＤＣ充電ケーブルのコネクタを嵌合可能に構成されており、充電スタンド等から供給される高圧の直流電力を受電して電力線７４へ出力する。
【0031】
ＡＣインレット４８は、リレー５２を介して充電器５０に接続されている。ＡＣインレット４８は、車両外部の充電スタンド等から延びるＡＣ充電ケーブルのコネクタを嵌合可能に構成されており、充電スタンド等から供給される交流電力（たとえば系統電力）を受電して充電器５０へ出力する。充電器５０は、電力線７４に接続されており、ＡＣインレット４８から入力される交流電力をバッテリ４０の電圧レベルに変換して電力線７４へ出力する。
【0032】
リレー４２は、バッテリ４０と電力線７２との間に設けられ、ＦＣＶ１のシステム起動中、或いは外部充電の実行中に閉成される。リレー４６は、ＤＣインレット４４と電力線７４との間に設けられ、ＤＣインレット４４を用いた外部充電（ＤＣ充電）の実行時に閉成される。リレー５２は、ＡＣインレット４８と充電器５０との間に設けられ、ＡＣインレット４８及び充電器５０を用いた外部充電（ＡＣ充電）の実行時に閉成される。
【0033】
このように、ＦＣＶ１は、ＤＣインレット４４又はＡＣインレット４８に接続される車両外部の電源によってバッテリ４０を充電可能なプラグインＦＣＶであり、外部充電によりバッテリ４０に蓄えられた電力を用いて走行することができる。
【0034】
ＦＣＶ１は、さらに、ＦＤＣ－ＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０と、モードスイッチ（ＭＤ－ＳＷ）６２と、電池ＥＣＵ６４と、ＭＧ－ＥＣＵ６６とを備える。ＦＤＣ－ＥＣＵ６０、電池ＥＣＵ６４、及びＭＧ－ＥＣＵ６６の各々は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、メモリ（ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory））と、入出力バッファとを含んで構成される（いずれも図示せず）。ＣＰＵは、ＲＯＭに格納されているプログラムをＲＡＭ等に展開して実行する。ＲＯＭに格納されているプログラムには、対応のＥＣＵにより実行される処理が記述されている。
【0035】
ＦＤＣ－ＥＣＵ６０は、ＦＣＶ１に要求される走行パワー、及びバッテリ４０の充放電要求に基づいて、ＦＣシステム２０に要求される出力（ＦＣシステム２０の出力電力）を算出し、算出された電力をＦＣシステム２０が出力するように昇圧コンバータ２４を制御する。なお、ＦＣＶ１に要求される走行パワーは、アクセルペダルの操作量及び車速等から算出される。本実施の形態では、走行パワーは、ＦＤＣ－ＥＣＵ６０によって算出されるものとするが、他のＥＣＵ（たとえば、車両全体を統括的に制御する車両ＥＣＵ（図示せず））によって算出してもよい。
【0036】
ＦＤＣ－ＥＣＵ６０は、ＦＣシステム２０の出力が所定の出力上限Ｗｆｃを超えることなく、かつ、バッテリ４０の出力も出力上限Ｗｏｕｔを超えないように、ＦＣシステム２０の出力を制御する。なお、本実施の形態では、ＦＣシステム２０の出力上限Ｗｆｃは、ＦＤＣ－ＥＣＵ６０において設定され、バッテリ４０の出力上限Ｗｏｕｔについては、電池ＥＣＵ６４により、バッテリ４０のＳＯＣ及び温度等に基づいて設定される。ＦＣシステム２０の出力上限Ｗｆｃ、及びバッテリ４０の出力上限Ｗｏｕｔについては、後ほど詳しく説明する。
【0037】
また、ＦＤＣ－ＥＣＵ６０は、モードスイッチ６２による設定に従って、走行モードを切り替える。このＦＣＶ１は、電源としてＦＣシステム２０及びバッテリ４０を搭載し、また、バッテリ４０には電力を蓄えることができる。そして、本実施の形態に従うＦＣＶ１では、ＦＣシステム２０及びバッテリ４０の使い方に応じた４つの走行モードがあり、ユーザは、モードスイッチ６２を操作することによって走行モードを選択することができる。走行モードについては、後ほど詳しく説明する。
【0038】
モードスイッチ６２は、ユーザが走行モードを設定するためのスイッチである。モードスイッチ６２は、専用のスイッチであってもよいし、ナビゲーション装置等のタッチパネルディスプレイ内に形成されてもよい。
【0039】
電池ＥＣＵ６４は、バッテリ４０の電圧、電流、温度等を監視する。バッテリ４０の電圧、電流、温度等は、図示しない各種センサによって検出される。そして、電池ＥＣＵ６４は、バッテリ４０の電圧、電流、温度等の検出値に基づいてバッテリ４０のＳＯＣを算出する。算出されたＳＯＣの値は、ＦＤＣ－ＥＣＵ６０へ送信される。なお、ＳＯＣの算出は、バッテリ４０の電圧、電流、温度等の検出値に基づいて、ＦＤＣ－ＥＣＵ６０で行なってもよい。
【0040】
また、電池ＥＣＵ６４は、バッテリ４０の出力上限Ｗｏｕｔを設定する。具体的には、電池ＥＣＵ６４は、バッテリ４０のＳＯＣが所定のしきい値を下回った場合に、ＳＯＣが低下するに従って出力上限Ｗｏｕｔが低下するように出力上限Ｗｏｕｔを設定する。そして、電池ＥＣＵ６４は、設定された出力上限ＷｏｕｔをＦＤＣ－ＥＣＵ６０へ送信する。
【0041】
このＦＣＶ１では、バッテリ４０は、コンバータを介することなく電力線７０に接続されており、基本的には、インバータ１２及びＭＧ１０が要求する走行パワーと、ＦＣシステム２０の出力との差によってバッテリ４０の充放電量が決まる。したがって、走行パワーに基づいてＦＣシステム２０の出力をＦＤＣ－ＥＣＵ６０により制御することによって、バッテリ４０の充放電及びＳＯＣを制御することができる。
【0042】
本実施の形態に従うＦＣＶ１では、ＳＯＣの目標を示す目標ＳＯＣが、走行モードに応じてＦＤＣ－ＥＣＵ６０により設定される。そして、バッテリ４０のＳＯＣが目標ＳＯＣに近づくように、ＳＯＣと目標ＳＯＣとの偏差に基づいてバッテリ４０の充放電要求量が算出され、算出された充放電要求量と走行パワーとに基づいて、ＦＤＣ－ＥＣＵ６０によりＦＣシステム２０の出力が制御される。
【0043】
目標ＳＯＣについては、後ほど詳しく説明する。なお、ＳＯＣの算出方法については、ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）とＳＯＣとの関係を示すＯＣＶ－ＳＯＣカーブ（マップ等）を用いた手法や、バッテリ４０に対して入出力される電流の積算値を用いた手法等、公知の各種手法を用いることができる。
【0044】
ＭＧ－ＥＣＵ６６は、ＦＣＶ１に要求される走行パワーの算出値をＦＤＣ－ＥＣＵ６０から受け、その走行パワーに基づいて、インバータ１２によりＭＧ１０を駆動するための信号を生成してインバータ１２へ出力する。
【0045】
＜走行モードの説明＞
上述のように、ＦＣＶ１は、ＦＣシステム２０とバッテリ４０とを備えている。そして、本実施の形態に従うＦＣＶ１では、ＦＣシステム２０とバッテリ４０との使い方に応じた４つの走行モードが設けられている。
上述のように、ＦＣＶ１は、ＦＣシステム２０とバッテリ４０とを備えている。そして、本実施の形態に従うＦＣＶ１では、ＦＣシステム２０とバッテリ４０との使い方に応じた４つの走行モードが設けられている。
【0046】
図２は、ＦＣＶ１に設けられる走行モードを示す図である。図２を参照して、本実施の形態に従うＦＣＶ１には、「ＦＣモード」、「ＦＣＥＶモード」、「ＥＶモード」、「ＣＨＧモード」の４つの走行モードが存在する。ＦＣＶ１のユーザは、これらの走行モードの中から所望の走行モードをモードスイッチ６２から選択することができる。
【0047】
図３は、ＦＣモードにおける電力の基本的な流れを示す図である。図３を参照して、ＦＣモードは、ＦＣシステム２０の燃料（水素）が枯渇するまで、基本的にＦＣシステム２０の出力のみで走行する走行モードである。なお、燃料が枯渇した後は、バッテリ４０の出力のみで走行することになる。
【0048】
ＦＣモードでは、ＦＣシステム２０の出力のみで走行するために、インバータ１２が必要とするパワーすなわち走行パワー（要求値）と同等のパワーをＦＣシステム２０が出力するように、走行パワーに基づいてＦＤＣ－ＥＣＵ６０によりＦＣシステム２０（昇圧コンバータ２４）が制御される。
【0049】
なお、ＦＣモードであっても、アクセルペダルが大きく踏み込まれる等して大きな走行パワーが要求され、ＦＣシステム２０の出力上限Ｗｆｃを走行パワーが上回る場合には、バッテリ４０からパワーの不足分が持ち出される。また、ＦＣＶ１の制動時等、ＭＧ１０の回生発電が行なわれる場合には、インバータ１２からバッテリ４０へＭＧ１０による発電電力が供給される。
【0050】
このように、ＦＣモードでは、バッテリ４０は、ＦＣＶ１の加速時にＦＣシステム２０の出力だけでは不足するパワーを補ったり、ＦＣＶ１の制動時等にＭＧ１０により発電される電力を蓄えたりするエネルギバッファとして機能し、ＳＯＣの制御は特に行なわれない。なお、ＳＯＣが下限に達した場合には、バッテリ４０の出力は０に制御され、ＳＯＣが上限に達した場合には、ＭＧ１０による回生発電は行なわれない。
【0051】
図４は、ＦＣＥＶモードにおける電力の基本的な流れを示す図である。図４を参照して、ＦＣＥＶモードは、本実施の形態に従うＦＣＶ１における特徴的な走行モードであり、基本的にＦＣシステム２０の出力のみで走行しつつ、ＳＯＣの低下に従ってバッテリ４０の出力上限Ｗｏｕｔを低下させるＳＯＣのしきい値よりも高い値にＳＯＣを維持する走行モードである。なお、燃料が枯渇した後は、ＦＣモード同様、バッテリ４０の出力のみでの走行となり、ＳＯＣは走行に応じて成り行きで低下していく。
【0052】
ＦＣシステム２０とバッテリ４０とを備えるＦＣＶ１においては、ＦＣシステム２０の出力とバッテリ４０の出力（或いはＳＯＣ）とを協調して制御しないと、ＦＣシステム２０の出力とバッテリ４０の出力とを合わせたシステム出力が制限されることにより、ＦＣＶ１の走行性能が低下する可能性がある。以下、この点について説明する。
【0053】
図５は、ＦＣシステム２０及びバッテリ４０のエネルギ残量とシステム出力上限との関係を示した図である。図５において、横軸は、ＦＣシステム２０及びバッテリ４０の各々のエネルギ残量（％）を示し、縦軸は、ＦＣシステム２０の出力上限とバッテリ４０の出力上限とを合わせたシステム出力上限（Ｗ）を示す。なお、横軸のエネルギ残量は、ＦＣシステム２０については水素残量（１００％で満充填状態）を示し、バッテリ４０についてはＳＯＣを示す。
【0054】
図５を参照して、ＦＣシステム２０の出力上限Ｗｆｃは、水素残量に拘わらず一定値である。すなわち、ＦＣシステム２０は、燃料が枯渇するまでは、水素残量に拘わらず出力上限Ｗｆｃまで電力を出力することができる。一方、バッテリ４０の出力上限Ｗｏｕｔは、ＳＯＣがしきい値Ｓ１を下回ると、ＳＯＣの低下に従って低下し、下限値ＳＬにおいて０となる。したがって、ＦＣシステム２０の出力上限Ｗｆｃとバッテリ４０の出力上限Ｗｏｕｔとを合わせたシステム出力上限は、バッテリ４０においてＳＯＣがしきい値Ｓ１を下回ると、ＳＯＣが低下するに従って低下する。そして、システム出力上限が低下すると、加速時の走行パワーが制限されることにより走行性能が低下する。
【0055】
そこで、本実施の形態に従うＦＣＶ１では、走行モードの１つにＦＣＥＶモードが設けられ、モードスイッチ６２からユーザがＦＣＥＶモードを選択可能としている。ＦＣＥＶモードでは、ＳＯＣの低下によりシステム出力上限が低下しないように、バッテリ４０の目標ＳＯＣがしきい値Ｓ１よりも高い値に設定される。これにより、ＦＣシステム２０の燃料が枯渇すれば、その後ＳＯＣは低下するけれども、燃料が枯渇するまでは、ＳＯＣがしきい値Ｓ１よりも高い値に維持されるため、システム出力が制限されるのを回避することができる。したがって、走行性能の低下を抑制することができる。
【0056】
ＦＣＥＶモードにおいて、要求される走行パワーに従って走行しつつ、ＳＯＣをしきい値Ｓ１よりも高い目標ＳＯＣに維持するために、このＦＣＶ１では、ＦＣＥＶモードの選択中は以下のような制御が行なわれる。すなわち、ＳＯＣが目標ＳＯＣに維持されるようにＦＣシステム２０からバッテリ４０へ必要に応じて電力が供給され、かつ、インバータ１２が必要とするパワーすなわち走行パワー（要求値）をＦＣシステム２０が出力するように、走行パワー及びバッテリ４０のＳＯＣに基づいてＦＤＣ－ＥＣＵ６０によりＦＣシステム２０（昇圧コンバータ２４）が制御される。
【0057】
なお、ＦＣＥＶモードであっても、アクセルペダルが大きく踏み込まれる等して大きな走行パワーが要求され、ＦＣシステム２０の出力上限を走行パワーが上回る場合には、パワー不足分に相当する電力がバッテリ４０から持ち出される。また、ＦＣＶ１の制動時等、ＭＧ１０の回生発電が行なわれる場合には、インバータ１２からバッテリ４０へＭＧ１０による発電電力が供給される。
【0058】
【0059】
なお、ＥＶモードであっても、アクセルペダルが大きく踏み込まれる等して大きな走行パワーが要求され、バッテリ４０の出力上限Ｗｏｕｔを走行パワーが上回る場合には、ＦＣシステム２０からパワーの不足分を出力するようにしてもよい。また、ＦＣＶ１の制動時等、ＭＧ１０の回生発電が行なわれる場合には、インバータ１２からバッテリ４０へＭＧ１０による発電電力が供給される。
【0060】
図７は、ＣＨＧモードにおける電力の基本的な流れを示す図である。図７を参照して、ＣＨＧモードは、バッテリ４０のＳＯＣが低下している場合に、ＦＣシステム２０の出力を用いてバッテリ４０を積極的に充電することによりＳＯＣを所定レベルまで上昇させるモードである。
【0061】
なお、ＣＨＧモードであっても、アクセルペダルが踏み込まれる等して走行パワーが要求されれば、ＦＣシステム２０からインバータ１２へ電力が供給される。さらに、アクセルペダルが大きく踏み込まれる等して大きな走行パワーが要求された場合には、バッテリ４０からもインバータ１２へ電力が供給される。また、ＦＣＶ１の制動時等、ＭＧ１０の回生発電が行なわれる場合には、インバータ１２からバッテリ４０へＭＧ１０による発電電力が供給される。
【0062】
図８は、ＦＤＣ－ＥＣＵ６０により実行される処理の手順の一例を示すフローチャートである。なお、処理の一部については、電池ＥＣＵ６４又はＭＧ－ＥＣＵ６６に分担させてもよいし、図示しない他のＥＣＵ（車両全体を統括的に制御する車両ＥＣＵ等）が行なってもよい。このフローチャートに示される一連の処理は、所定周期毎に繰り返し実行される。
【0063】
図８を参照して、ＦＤＣ－ＥＣＵ６０は、アクセル開度、選択中のシフトレンジ、車速等の情報を取得する（ステップＳ１０）。アクセル開度は、アクセル開度センサによって検出され、車速は、車速センサによって検出される（いずれも図示せず）。車速に代えて、駆動軸やペラ軸の回転数を用いてもよい。
【0064】
次いで、ＦＤＣ－ＥＣＵ６０は、シフトレンジ毎に予め準備された、要求駆動力とアクセル開度と車速との関係を示す駆動力マップを用いて、ステップＳ１０において取得された情報から要求駆動力（トルク）を算出する（ステップＳ２０）。そして、ＦＤＣ－ＥＣＵ６０は、算出された要求駆動力に車速を乗算し、所定の損失パワーを上乗せして、ＦＣＶ１の走行パワー（要求値）を算出する（ステップＳ３０）。
【0065】
続いて、ＦＤＣ－ＥＣＵ６０は、ステップＳ２０において算出された要求駆動力からＭＧ１０のトルクを算出する（ステップＳ４０）。なお、算出されたＭＧ１０のトルクは、ＭＧ－ＥＣＵ６６へ送信され、ＭＧ－ＥＣＵ６６により、ＭＧ１０が当該トルクを出力するようにインバータ１２が制御される。
【0066】
次いで、ＦＤＣ－ＥＣＵ６０は、モードスイッチ６２から走行モードの設定を取得する（ステップＳ５０）。そして、走行モードが「ＦＣＥＶモード」である場合に、ＦＤＣ－ＥＣＵ６０は、バッテリ４０の目標ＳＯＣを算出する（ステップＳ６０）。本実施の形態に従うＦＣＶ１では、この目標ＳＯＣは、ＦＣシステム２０の出力上限Ｗｆｃとバッテリ４０の出力上限Ｗｏｕｔとを合わせたシステム出力上限Ｗｓに相当するシステム出力を所定時間可能とする走行性能を確保できる値に算出される。このＦＣＥＶモードにおける目標ＳＯＣの算出方法については、後ほど詳しく説明する。
【0067】
なお、走行モードが「ＦＣモード」又は「ＥＶモード」のときは、目標ＳＯＣは基本的に算出されない。走行モードが「ＣＨＧモード」のときは、予め設定された値、或いはユーザにより設定された値が目標ＳＯＣに設定される。
【0068】
次いで、ＦＤＣ－ＥＣＵ６０は、バッテリ４０の充放電要求（パワー）を算出する（ステップＳ７０）。この充放電要求量は、バッテリ４０のＳＯＣと目標ＳＯＣとに基づいて算出される。具体的には、目標ＳＯＣからのＳＯＣ偏差と充放電要求量との関係を示す予め準備されたマップ等を用いて、ＳＯＣが目標ＳＯＣよりも高い場合は、ＳＯＣが高いほど充放電要求量は大きな正値（放電要求）として算出され、ＳＯＣが目標ＳＯＣよりも低い場合は、ＳＯＣが低いほど充放電要求量は大きな負値（充電要求）として算出される。
【0069】
なお、充放電要求量には、上下限が設けられている。具体的には、充放電要求量の上限（正側）は、出力上限Ｗｏｕｔに制限され、充放電要求量の下限（負側）は、入力上限Ｗｉｎに制限される。また、目標ＳＯＣが算出されない「ＦＣモード」及び「ＥＶモード」のときは、充放電要求の算出も行なわれない。
【0070】
次いで、ＦＤＣ－ＥＣＵ６０は、ＦＣシステム２０の出力を算出する（ステップＳ８０）。具体的には、走行モードが「ＦＣＥＶモード」である場合は、ステップＳ３０において算出された走行パワーから、ステップＳ７０において算出された充放電要求量を減算することによって、ＦＣシステム２０の出力が算出される。
【0071】
なお、走行モードが「ＦＣモード」のときは、ステップＳ３０において算出された走行パワーが、ＦＣシステム２０の出力とされる。また、走行モードが「ＥＶモード」のときは、ＦＣシステム２０の出力は０とされ、走行モードが「ＣＨＧモード」のときは、ステップＳ７０において算出された充放電要求量（充電のため負値）の絶対値がＦＣシステム２０の出力とされる。
【0072】
そして、ＦＣシステム２０の出力がステップＳ８０において算出された出力となるように、ＦＤＣ－ＥＣＵ６０によりＦＣシステム２０の昇圧コンバータ２４が制御される。
【0073】
図９は、図８のステップＳ６０において、走行モードがＦＣＥＶモードである場合に目標ＳＯＣを算出する方法の一例を示すフローチャートである。図９を参照して、ＦＤＣ－ＥＣＵ６０は、バッテリ４０の出力上限ＷｏｕｔがＳＯＣにより制限されていないときの出力上限Ｗｏｕｔ（ＳＯＣがしきい値Ｓ１（図５）よりも高いときの出力上限Ｗｏｕｔ）を取得する（ステップＳ１１０）。
【0074】
次いで、ＥＤＣ－ＥＣＵ６０は、ＦＣシステム２０の出力上限Ｗｆｃと、ステップＳ１１０において取得されたバッテリ４０の出力上限Ｗｏｕｔとを合わせたシステム出力上限Ｗｓ（Ｗｓ＝Ｗｆｃ＋Ｗｏｕｔ）を算出する（ステップＳ１２０）。なお、ＦＣシステム２０の出力上限Ｗｆｃは、ＦＣシステム２０の燃料残量に拘わらず一定の値である。
【0075】
そして、ＥＤＣ－ＥＣＵ６０は、ステップＳ１２０において算出されたシステム出力上限Ｗｓに基づいて、バッテリ４０の目標ＳＯＣを算出する（ステップＳ１３０）。具体的には、ＥＤＣ－ＥＣＵ６０は、ステップＳ１２０において算出されたシステム出力上限Ｗｓに相当するシステム出力を所定時間（たとえば数十秒）確保できるＳＯＣを目標ＳＯＣとして算出する。
【0076】
このような目標ＳＯＣは、たとえば、システム出力上限Ｗｓに所定時間を乗算して得られる電力量をバッテリ４０の容量で除算し、得られた値（ＳＯＣ量）をしきい値Ｓ１（図５）に加算することで算出することができる。或いは、図１０に示されるように、システム出力上限Ｗｓと目標ＳＯＣとの関係を予めマップや関係式等で求めておき、このようなマップ或いは関係式を用いて、ステップＳ１２０において算出されたシステム出力上限Ｗｓに基づいて目標ＳＯＣを算出してもよい。
【0077】
なお、目標ＳＯＣは、上記のようにして算出される値に適当なマージンを有する値とすることができるが、ＳＯＣが高い状態は、バッテリ４０の劣化を促進する可能性があるため、上記のマージンは大きすぎない方がよい。
【0078】
図１１は、走行モードがＦＣＥＶモードである場合のＳＯＣ及びシステム出力上限の推移を示す図である。なお、システム出力上限は、上述のようにＦＣシステム２０の出力上限とバッテリ４０の出力上限とを合わせたものであり、これによってＦＣＶ１の走行性能（出力特性）が決まる。
【0079】
図１１を参照して、線Ｌ１は、バッテリ４０の目標ＳＯＣの推移を示し、線Ｌ２は、バッテリ４０の実ＳＯＣの推移を示す。図示のように、目標ＳＯＣは、ＳＯＣの低下に従ってバッテリ４０の出力上限Ｗｏｕｔの低下が開始するしきい値Ｓ１（図５）よりも高い値ＳＣに設定されている。
【0080】
時刻ｔ２においてＦＣシステム２０の燃料である水素が枯渇するまで、ＳＯＣは目標ＳＯＣに維持される。これにより、ＦＣシステム２０の燃料が枯渇するまでは、システム出力上限が低下することはなく、ＦＣＶ１は、システム出力上限Ｗｓに相当するパワーを所定時間出力することが可能である。このように、ＦＣＶ１は、ＦＣシステム２０の燃料が枯渇するまで、十分な走行性能を発揮することができる。
【0081】
なお、ＦＣシステム２０の燃料が枯渇した時刻ｔ２以降は、ＳＯＣは、走行に応じて成り行きで低下していく。
【0082】
以上のように、この実施の形態においては、走行モードがＦＣＥＶモードである場合に、バッテリ４０の目標ＳＯＣが、ＳＯＣの低下に従ってバッテリ４０の出力上限Ｗｏｕｔの低下が開始するしきい値Ｓ１（図５）よりも高い値に設定される。これにより、ＳＯＣが低下することによりシステム出力が制限されるのを回避することができる。したがって、この実施の形態によれば、走行性能の低下をできるだけ抑制することができる。
【0083】
また、この実施の形態では、目標ＳＯＣは、ＳＯＣがしきい値Ｓ１よりも高いときのバッテリ４０の出力上限ＷｏｕｔとＦＣシステム２０の出力上限Ｗｆｃとを合わせたシステム出力上限Ｗｓに相当するシステム出力を所定時間確保可能な値に算出される。これにより、ＦＣＶ１は、システム出力上限Ｗｓに相当するパワーを所定時間連続して出力することができる。したがって、この実施の形態によれば、システム出力が制限されることによる走行性能の低下を抑制することができる。
【0084】
今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【0085】
１ ＦＣＶ、１０ ＭＧ、１２ インバータ、２０ ＦＣシステム、２２ ＦＣスタック、２４ 昇圧コンバータ、２６，４２，４６，５２ リレー、２８ 水素タンク、３０ 供給バルブ、３２ エアフィルタ、３４ コンプレッサ、４０ バッテリ、４４ ＤＣインレット、４８ ＡＣインレット、５０ 充電器、６０ ＦＤＣ－ＥＣＵ、６２ モードスイッチ、６４ 電池ＥＣＵ、６６ ＭＧ－ＥＣＵ、７０，７２，７４ 電力線。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】