JP2006048483A - 電源装置およびその電力収支の補正方法並びに電源の電流電圧特性推定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 電流電圧特性が経時変化する電源を備える電力装置において、より正確な電力収支を得る。
【解決手段】 バッテリの充放電が不要なときに燃料電池の出力電圧を調整するＤＣ／ＤＣコンバータの作動を停止し、モータ消費電力Ｐｍが値０のときに電力指令Ｐｆｃ＊と供給電力Ｐｆｃとが一致しないときにはその差である電力誤差Ｐｅｒｒを用いて高圧補機消費電力補正量Ｐｈｓｅｔを設定することにより電力収支を補正し、電力指令Ｐｆｃ＊と供給電力Ｐｆｃとは一致するが電圧指令Ｖｆｃ＊と電圧Ｖｆｃとが一致しないときには電圧指令Ｖｆｃ＊と電圧Ｖｆｃとの差である電圧誤差Ｖｅｒｒと電流指令Ｉｆｃ＊と電流Ｉｆｃとの差である電流誤差Ｉｅｒｒとを用いて電圧補正量Ｖｓｅｔと電流補正量Ｉｓｅｔとを設定して燃料電池のＩＶ特性の推定に用いることにより電力収支を補正する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、電源装置およびその電力収支の補正方法並びに電源の電流電圧特性推定方法に関し、詳しくは、電流電圧特性が経時変化する電源を備える電源装置およびその電力収支の補正方法並びに複数の負荷に電力を供給可能な電源の電流電圧特性を推定する電流電圧特性推定方法に関する。

従来、この種の電源装置としては、燃料電池の端子間電圧と出力電流とに基づいて燃料電池の出力特性を推定するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、燃料電池から出力された電圧と燃料電池の基本出力特性上の電圧との差に基づいて燃料電池の内部抵抗を計算し、この計算した内部抵抗を用いて燃料電池の出力特性を推定している。
特開２００２−２３１２９５号公報

燃料電池などのように出力特性が経時変化する電源を備える電源装置では、電源装置を構成する要素（機器）を適正に作動させて装置のエネルギ効率を向上させるために、より正確な電力収支を得ることが望まれ、このために電源の出力特性をより正確に推定することが望まれている。

本発明の電源装置やその電力収支の補正方法は、より正確な電力収支を得ることを目的とする。また、本発明の電源の電流電圧特性推定方法は、電源の電流電圧特性をより正確に推定することを目的とする。

本発明の電源装置およびその電力収支の補正方法並びに電源の電流電圧特性推定方法は、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。

本発明の電源装置は、
電流電圧特性が経時変化する電源と、該電源の電圧調整が可能で該電源からの電力の少なくとも一部を異なる形態の電力に電力変換可能な電圧調整変換手段と、を備え、前記電圧調整変換手段により電圧調整された電力を少なくとも一つの第１の負荷に供給すると共に前記電圧調整変換手段により電力変換された電力を少なくとも一つの第２の負荷に供給する電源装置であって、
前記第１の負荷に供給すべき電力指令値を設定すると共に該設定した電力指令値と前記電源の電流電圧特性とに基づいて該電力指令値に係る電力を前記電源から供給するための電圧指令値を設定する指令値設定手段と、
前記電源から供給している供給電力を検出する電力検出手段と、
前記電源からの電力が前記設定された電圧指令値に係る電圧に調整されるよう前記電圧調整変換手段を制御する電圧制御手段と、
該電圧制御手段により前記電源の電圧が制御されている最中に前記第２の負荷への電力供給が不要な状態に至ったとき、前記電圧調整変換手段による電圧調整を停止すると共に該電圧調整変換手段による電圧調整を停止した状態で前記電力検出手段により検出される供給電力と前記設定された電力指令値とに基づいて前記電源装置の電力収支を補正する補正手段と、
を備えることを要旨とする。

この本発明の電源装置では、電圧調整変換手段により電圧調整された電力が供給される第１の負荷に供給すべき電力指令値を設定すると共にこの設定した電力指令値と電源の電流電圧特性とに基づいて電力指令値に係る電力を電源から供給するための電圧指令値を設定し、電源からの電力が電圧指令値に係る電圧に調整されるよう電圧調整変換手段を制御する。こうした電源の電圧が制御されている最中に電圧調整変換手段により電力変換された電力が供給される第２の負荷への電力供給が不要な状態に至ったときに、電圧調整変換手段による電圧調整を停止すると共にこの電圧調整変換手段による電圧調整を停止した状態で電源から供給している供給電力と電力指令値とに基づいて電源装置の電力収支を補正する。第２の負荷への電力供給が不要な状態では、電圧調整変換手段による電力変換も不要となることから、電圧調整変換手段を停止しても電源の状態は変化しないものとなる。したがって、電圧調整変換手段を停止したときの供給電力と電力指令値とを比較することにより電力収支に誤差が生じていれば、これを補正することができる。この結果、電源装置の電力収支をより正確なものにすることができる。ここで、前記第２の負荷は電圧調整手段の駆動時のみ前記電源と導通される一方、前記第１の負荷は電圧調整変換手段の駆動状態に拘わらず、前記電源と導通するものとすることもできる。

こうした本発明の電源装置において、前記電力検出手段は、前記電源からの電流を検出する電流検出手段と前記電源からの電圧を検出する電圧検出手段とを備え、前記供給電力を供給している最中に前記電流検出手段により検出された電流と前記電圧検出手段により検出された電圧との積として前記供給電力を検出する手段であり、前記補正手段は、前記電圧指令値と前記検出された電圧とに基づいて前記電源の電流電圧特性を補正することにより前記電源装置の電力収支を補正する手段であるものとすることもできる。こうすれば、電源の電流電圧特性をより正確なものとして電源装置の電力収支をより正確なものとすることができる。この場合、前記補正手段は、前記電圧指令値に係る電圧と前記検出された電圧との差が小さくなる方向に前記電源の電流電圧特性を補正する手段であるものとすることもできる。

また、本発明の電源装置において、前記指令値設定手段は前記設定された電力指令値と前記電源の電流電圧特性とに基づいて該電力指令値に係る電力を前記電源から供給するための電流指令値を設定する手段であり、前記電力検出手段は、前記電源からの電流を検出する電流検出手段と前記電源からの電圧を検出する電圧検出手段とを備え、前記供給電力を供給している最中に前記電流検出手段により検出された電流と前記電圧検出手段により検出された電圧との積として前記供給電力を検出する手段であり、前記補正手段は前記電流指令値と前記検出された電流とに基づいて前記電源の電流電圧特性を補正することにより前記電源装置の電力収支を補正する手段であるものとすることもできる。こうすれば、電源の電流電圧特性をより正確なものとして電源装置の電力収支をより正確なものとすることができる。この場合、前記補正手段は、前記電流指令値に係る電流と前記検出された電流との差が小さくなる方向に前記電源の電流電圧特性を補正する手段であるものとすることもできる。

さらに、本発明の電源装置において、前記指令値設定手段は、前記電源からの電流を検出する電流検出手段と前記電源からの電圧を検出する電圧検出手段とを備え、該電流検出手段により検出された電流と前記電圧検出手段により検出された電圧とに基づいて前記電源の電流電圧特性を推定し、該推定した電流電圧特性を用いて前記電圧指令値を設定する手段であるものとすることもできる。

あるいは、本発明の電源装置において、前記第１の負荷は所定の負荷を含む複数の負荷であり、前記指令値設定手段は、前記所定の負荷に供給すべき第１負荷電力を設定すると共に前記第１の負荷のうち前記所定の負荷以外負荷に供給すべき第２負荷電力を設定し、該設定した第１負荷電力と第２負荷電力とに基づいて前記電力指令値を設定する手段であり、前記補正手段は前記第１負荷電力が値０のときに前記電源装置の電力収支を補正する手段であるものとすることもできる。この場合、前記補正手段は、前記第１負荷電力が値０であると共に前記供給電力と前記電力指令値に係る電力とが一致するときには前記電源の電流電圧特性を補正することにより前記電源装置の電力収支を補正し、前記第１負荷電力が値０であると共に前記供給電力と前記電力指令値に係る電力とが一致しないときには前記電力指令値設定手段による前記第２負荷電力の設定手法を補正することにより前記電源装置の電力収支を補正する手段であるものとすることもできる。こうすれば、電源の電流電圧特性を補正したり電力指令値設定手段による第２負荷電力の設定手法を補正することにより電源の電力収支をより正確なものとすることができる。

また、本発明の電源装置において、前記指令値設定手段は、前記第１の負荷に供給すべき第１負荷電力を設定すると共に前記第２の負荷に供給すべき第２負荷電力を設定し、該設定した第１負荷電力と第２負荷電力とに基づいて前記電力指令値を設定する手段であり、前記補正手段は、前記供給電力と前記電力指令値に係る電力とが一致するときには前記電源の電流電圧特性を補正することにより前記電源装置の電力収支を補正し、前記供給電力と前記電力指令値に係る電力とが一致しないときには前記指令値設定手段による前記第１負荷電力の設定手法を補正することにより前記電源装置の電力収支を補正する手段であるものとすることもできる。こうすれば、電源の電流電圧特性を補正したり電力指令値設定手段による第２負荷電力の設定手法を補正することにより電源の電力収支をより正確なものとすることができる。

本発明の電源装置において、前記電源は燃料電池であり、前記電圧調整変換手段はＤＣ／ＤＣコンバータであり、前記第２の負荷の一つは他の第２の負荷に電力を供給可能な充放電可能なバッテリであるものとすることもできる。

本発明の自動車は、上述のいずれかの態様の本発明の電源装置、即ち、基本的には、電流電圧特性が経時変化する電源と、該電源の電圧調整が可能で該電源からの電力の少なくとも一部を異なる形態の電力に電力変換可能な電圧調整変換手段と、を備え、前記電圧調整変換手段により電圧調整された電力を少なくとも一つの第１の負荷に供給すると共に前記電圧調整変換手段により電力変換された電力を少なくとも一つの第２の負荷に供給する電源装置であって、前記第１の負荷に供給すべき電力指令値を設定すると共に該設定した電力指令値と前記電源の電流電圧特性とに基づいて該電力指令値に係る電力を前記電源から供給するための電圧指令値を設定する指令値設定手段と、前記電源から供給している供給電力を検出する電力検出手段と、前記電源からの電力が前記設定された電圧指令値に係る電圧に調整されるよう前記電圧調整変換手段を制御する電圧制御手段と、該電圧制御手段により前記電源の電圧が制御されている最中に前記第２の負荷への電力供給が不要な状態に至ったとき、前記電圧調整変換手段による電圧調整を停止すると共に該電圧調整変換手段による電圧調整を停止した状態で前記電力検出手段により検出される供給電力と前記設定された電力指令値とに基づいて前記電源装置の電力収支を補正する補正手段と、を備える本発明の電源装置と、前記第１の負荷の一つとして走行用の電動機とを搭載することを要旨とする。

この本発明の自動車では、上述のいずれかの態様の本発明の電源装置を搭載するから、本発明の電源装置が奏する効果、例えば、電源装置の電力収支をより正確なものにすることができる効果を奏することができる。この結果、自動車の電力収支をより正確なものとすることができる。

本発明の電源装置の電力収支の補正方法は、
電流電圧特性が経時変化する電源と、該電源の電圧調整が可能で該電源からの電力の少なくとも一部を異なる形態の電力に電力変換可能な電圧調整変換手段と、を備え、前記電圧調整変換手段により電圧調整された電力を少なくとも一つの第１の負荷に供給すると共に前記電圧調整変換手段により電力変換された電力を少なくとも一つの第２の負荷に供給する電源装置における電力収支を補正する補正方法であって、
（ａ）前記第１の負荷に供給すべき電力指令値と前記電源の電流電圧特性とに基づいて該電力指令値に係る電力を前記電源から供給するための電圧指令値を設定すると共に前記電源からの電力が前記設定した電圧指令値に係る電圧に調整されるよう前記電圧調整変換手段を制御している最中に、前記第２の負荷への電力供給が不要な状態に至った補正可能タイミングを判定し、
（ｂ）該補正可能タイミングが判定されたときに前記電圧調整変換手段による電圧調整を停止し、
（ｃ）該電圧調整変換手段による電圧調整を停止した状態で前記電源から供給している供給電力を検出し、
（ｄ）該検出した供給電力と前記設定した電力指令値とに基づいて前記電源装置の電力収支を補正する
ことを要旨とする。

この本発明の電源装置の電力収支の補正方法では、電圧調整変換手段により電圧調整された電力が供給される第１の負荷に供給すべき電力指令値と電源の電流電圧特性とに基づいて電力指令値に係る電力を電源から供給するための電圧指令値を設定すると共に電源からの電力が電圧指令値に係る電圧に調整されるよう電圧調整変換手段を制御している最中に、第２の負荷への電力供給が不要な状態に至った補正可能タイミングを判定する。そして、補正可能タイミングが判定されたときに電圧調整変換手段による電圧調整を停止し、この電圧調整変換手段による電圧調整を停止した状態で電源から供給している供給電力と電力指令値とに基づいて電源装置の電力収支を補正する。第２の負荷への電力供給が不要な状態では、電圧調整変換手段による電力変換も不要となることから、電圧調整変換手段を停止しても電源の状態は変化しないものとなる。したがって、電圧調整変換手段を停止したときの供給電力と電力指令値とを比較することにより電力収支に誤差が生じていれば、これを補正することができる。この結果、電源装置の電力収支をより正確なものに補正することができる。

本発明の電流電圧特性推定方法は、
複数の負荷に電力を供給可能な電源の電流電圧特性を推定する電流電圧特性推定方法であって、
前記複数の負荷のうち一部の負荷にのみ前記電源からの電力が供給されるよう該一部の負荷を接続した状態で前記電源からの電流および／または電圧に基づいて前記電流電圧特性を推定する
ことを要旨とする。

この本発明の電流電圧特性推定方法では、電源から電力を供給可能な複数の負荷のうち一部の負荷にのみ電源からの電力が供給されるようこの一部の負荷を接続した状態で電源からの電流や電圧に基づいて電源の電流電圧特性を推定する。したがって、一部の負荷を接続するだけで電源の電流電圧特性を推定することができる。また、一部の負荷以外の負荷による電流電圧特性への影響はないため、電流電圧特性をより正確に推定することができる。

こうした本発明の電流電圧特性推定方法において、前記複数の負荷は前記電源の電流電圧特性に基づいて制御される特性依存負荷を含み、前記複数の負荷のうち前記特性依存負荷を除く一部の負荷にのみ前記電源からの電力が供給されるよう該一部の負荷を接続した状態で前記電流電圧特性を推定するものとすることもできる。こうすれば、特性依存負荷に電力を供給することに基づく推定誤差を除くことができ、より正確に電流電圧特性を推定することができる。なお、本発明は、以上説明した電流電圧特性推定方法の他、電源の電流電圧特性を推定する電流電圧特定装置としても実現しうる。

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電源装置を搭載した電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車２０は、図示するように、水素高圧タンク３２から供給され循環ポンプ３４により循環される燃料ガスとしての水素とエアコンプレッサ３６により供給され排気中の水蒸気により加湿する加湿器３８によって加湿された空気中の酸素とにより発電する燃料電池３０と、この燃料電池３０からの直流電力を三相交流電力に変換するインバータ２６と、インバータ２６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２４を介して駆動輪２２ａ，２２ｂに動力を出力する走行用モータ２８と、燃料電池３０の出力電圧を調整すると共に燃料電池３０側の直流電力を低圧の直流電圧に変換してバッテリ４２や低圧補機４４に供給するＤＣ／ＤＣコンバータ４０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。また、燃料電池３０の運転に必要な循環ポンプ３４やエアコンプレッサ３６などの燃料電池用補機には燃料電池３０により発電された電力が供給されている。

走行用モータ２８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、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に応じて電動機として又は発電機として駆動する。

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の出力端子間に取り付けられた電圧センサ５２からの電圧Ｖｆｃや燃料電池３０の出力端子からの電力ラインに取り付けられた電流センサ５４からの電流Ｉｆｃ，走行用モータ２８の回転子の位置を検出する回転位置検出センサ２９からの回転位置，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ポジションセンサ８６からのブレーキポジション，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。また、電子制御ユニット７０からは、循環ポンプ３４への駆動信号，エアコンプレッサ３６への駆動信号，インバータ２６へのスイッチング信号，ＤＣ／ＤＣコンバータ４０への電圧指令Ｖｆｃ＊などが出力ポートを介して出力されている。

次に、こうして構成された実施例の電気自動車２０の動作、特に電力収支を補正する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により実行される電圧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、数ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。

電圧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、電圧センサ５２からの電圧Ｖｆｃと電流センサ５４からの電流Ｉｆｃとを入力し（ステップＳ１００）、入力した電圧Ｖｆｃから電圧補正量Ｖｓｅｔを減じた電圧と電流Ｉｆｃから電流補正量Ｉｓｅｔを減じた電流とに基づいて燃料電池３０の電流電圧特性（以下、ＩＶ特性という）を推定する（ステップＳ１１０）。ここで、電圧補正量Ｖｓｅｔおよび電流補正量Ｉｓｅｔは、後述する電力収支補正処理により設定されるものである。これらの設定については後述する。ＩＶ特性の推定は、実施例では、燃料電池３０の状態などに応じて複数のＩＶ特性を予め設定してＲＯＭ７４に記憶しておき、電流と電圧とが与えられると、電流と電圧とが一致するＩＶ特性をＲＯＭ７４から読み出して推定するものとした。電流（Ｉｆｃ−Ｉｓｅｔ）と電圧（Ｖｆｃ−Ｖｓｅｔ）と推定されるＩＶ特性との関係の一例を図４に示す。

続いて、モータトルク指令Ｔｍ＊とモータ回転数Ｎｍとの積としてモータ消費電力Ｐｍを計算すると共に（ステップＳ１２０）、循環ポンプ３４の消費電力やエアコンプレッサ３６の消費電力などの各高圧補機の消費電力の和から高圧補機消費電力補正量Ｐｈｓｅｔを減じて高圧補機消費電力Ｐｈを計算する（ステップＳ１３０）。ここで、モータトルク指令Ｔｍ＊は、図示しない駆動制御ルーチンによりアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて設定されるものであり、高圧補機消費電力補正量Ｐｈｓｅｔは、後述する電力収支補正処理により設定されるものである。この高圧補機消費電力補正量Ｐｈｓｅｔの設定については後述する。

そして、計算したモータ消費電力Ｐｍと高圧補機消費電力Ｐｈとの和として電力指令Ｐｆｃ＊を設定すると共に（ステップＳ１４０）、設定した電力指令Ｐｆｃ＊と推定したＩＶ特性とに基づいて電圧指令Ｖｆｃ＊と電流指令Ｉｆｃ＊とを設定する（ステップＳ１５０）。電圧指令Ｖｆｃ＊と電流指令Ｉｆｃ＊とを設定している様子の一例を図５に示す。

次に、バッテリ４２の充放電が必要か否かを判定する（ステップＳ１６０）。ここで、バッテリ４２の充放電が必要か否かの判定は、バッテリ４２の残容量（ＳＯＣ）が所定値以上（例えば、９０％以上など）であることなどにより判定することができる。バッテリ４２の充放電が不要なときには、電力収支補正処理を実行し（ステップＳ１７０）、その後、燃料電池３０の出力電圧が電圧指令Ｖｆｃ＊となるようＤＣ／ＤＣコンバータ４０を制御して（ステップＳ１８０）、電圧制御ルーチンを終了し、バッテリ４２の充放電が不要ではないときには、電力収支補正処理を実行することなく、燃料電池３０の出力電圧が電圧指令Ｖｆｃ＊となるようＤＣ／ＤＣコンバータ４０を制御して（ステップＳ１８０）、電圧制御ルーチンを終了する。

電力収支補正処理は、図３に例示するフローチャートにより実行される。電力収支補正処理では、まず、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０を作動停止し（ステップＳ２００）、このＤＣ／ＤＣコンバータ４０を作動停止した状態で電圧センサ５２からの電圧Ｖｆｃと電流センサ５４からの電流Ｉｆｃとを入力し（ステップＳ２１０）、入力した電圧Ｖｆｃと電流Ｉｆｃの積として燃料電池３０から走行用モータ２８などに供給している供給電力Ｐｆｃを計算する（ステップＳ２２０）。そして、モータ消費電力Ｐｍが値０であるか否かを判定し（ステップＳ２３０）、モータ消費電力Ｐｍが値０ではないときには、電力収支の補正を行なうことができないと判断し、電力収支補正処理を終了する。

一方、モータ消費電力Ｐｍが値０のときには、計算した供給電力Ｐｆｃと電力指令Ｐｆｃ＊とを比較し（ステップＳ２４０）、供給電力Ｐｆｃと電力指令Ｐｆｃ＊とが異なるときには、高圧補機消費電力補正量Ｐｈｓｅｔを補正する必要があると判断し、電力指令Ｐｆｃ＊と供給電力Ｐｆｃとの差分として電力誤差Ｐｅｒｒを計算し（ステップＳ２５０）、この計算した電力誤差Ｐｅｒｒをそれまで用いていた高圧補機消費電力補正量Ｐｈｓｅｔに加えて新たな高圧補機消費電力補正量Ｐｈｓｅｔとして設定して（ステップＳ２６０）。電力収支補正処理を終了する。

電力指令Ｐｆｃ＊と供給電力Ｐｆｃとが一致するときには、入力した電圧Ｖｆｃと電圧指令Ｖｆｃ＊とを比較し（ステップＳ２７０）、電圧Ｖｆｃと電圧指令Ｖｆｃ＊とが一致するときには補正の必要はないと判断し、電力収支の補正を行なうことなく電力収支補正処理を終了する。電圧Ｖｆｃと電圧指令Ｖｆｃ＊とが一致しないときには、電圧指令Ｖｆｃ＊から電圧Ｖｆｃを減じて電力誤差Ｖｅｒｒを計算すると共に電流指令Ｉｆｃ＊から電流Ｉｆｃを減じて電流誤差Ｉｅｒｒを計算し（ステップＳ２８０）、計算した電力誤差Ｖｅｒｒと電流誤差Ｉｅｒｒをそれまで用いていた電圧補正量Ｖｓｅｔと電流補正量Ｉｓｅｔとからから減じて新たな電圧補正量Ｖｓｅｔと電流補正量Ｉｓｅｔとを設定して（ステップＳ２９０）、電力収支補正処理を終了する。こうして設定された電圧補正量Ｖｓｅｔと電流補正量Ｉｓｅｔは、燃料電池３０のＩＶ特性を推定する際に用いられる。したがって、電圧補正量Ｖｓｅｔや電流補正量Ｉｓｅｔを補正することは、燃料電池３０のＩＶ特性を補正することと同意となる。モータ消費電力Ｐｍが値０のときに電力指令Ｐｆｃ＊と供給電力Ｐｆｃとは一致するが、電圧指令Ｖｆｃ＊と電圧Ｖｆｃとが一致しないときの電力指令Ｐｆｃ＊や電圧指令Ｖｆｃ＊，電流指令Ｉｆｃ＊，電圧Ｖｆｃ，電流Ｉｆｃの関係の一例を図６に示す。なお、実施例では、電圧指令Ｖｆｃ＊と電流指令Ｉｆｃ＊とが電圧Ｖｆｃと電流Ｉｆｃとに一致する方向に補正されることになる。

以上説明した実施例の電気自動車２０によれば、バッテリ４２の充放電が不要なときでモータ消費電力Ｐｍが値０のときにＤＣ／ＤＣコンバータ４０の作動の有無に基づく電力収支のズレを補正することができる。この結果、より適正な電力収支に補正することができる。しかも、バッテリ４２の充放電が不要なときでモータ消費電力Ｐｍが値０のときに更に電力指令Ｐｆｃ＊と供給電力Ｐｆｃとが一致しないときにはその差である電力誤差Ｐｅｒｒを用いて高圧補機消費電力補正量Ｐｈｓｅｔを設定して高圧補機消費電力Ｐｈを補正することにより電力収支を補正し、電力指令Ｐｆｃ＊と供給電力Ｐｆｃとは一致するが電圧指令Ｖｆｃ＊と電圧Ｖｆｃとが一致しないときには電圧指令Ｖｆｃ＊と電圧Ｖｆｃとの差である電圧誤差Ｖｅｒｒと電流指令Ｉｆｃ＊と電流Ｉｆｃとの差である電流誤差Ｉｅｒｒとを用いて電圧補正量Ｖｓｅｔと電流補正量Ｉｓｅｔとを設定して燃料電池３０のＩＶ特性の推定に用いることにより電力収支を補正することができる。即ち、高圧補機消費電力Ｐｈや燃料電池３０のＩＶ特性の推定に基づく電力収支のズレを補正することができる。この結果、より適正な電力収支に補正することができる。

ここで、第１実施例の電気自動車２０では、燃料電池３０が電源に相当し、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０が電圧調整変換手段に相当し、走行用モータ２８や循環ポンプ３４やエアコンプレッサ３６などが第１の負荷に相当し、バッテリ４２や低圧補機４４などが第２の負荷に相当する。また、電圧制御ルーチンのステップＳ１４０やＳ１５０を実行する電子制御ユニット７０が指令値設定手段に相当し、電圧センサ５２と電流センサ５４とが電力検出手段に相当し、電圧制御ルーチンのステップＳ１８０を実行する電子制御ユニット７０が電圧制御手段に相当する。更に、電力収支補正処理を実行する電子制御ユニット７０が補正手段に相当する。

実施例の電気自動車２０では、電力誤差Ｖｅｒｒと電流誤差Ｉｅｒｒとにより電圧補正量Ｖｓｅｔと電流補正量Ｉｓｅｔとを設定すると共に設定した電圧補正量Ｖｓｅｔと電流補正量Ｉｓｅｔとを用いて燃料電池３０のＩＶ特性を推定するものとしたが、電力誤差Ｖｅｒｒと電流誤差Ｉｅｒｒとにより直接に燃料電池３０のＩＶ特性を補正するものとしてもよい。

実施例の電気自動車２０では、バッテリ４２の充放電が不要なときでモータ消費電力Ｐｍが値０のときにＤＣ／ＤＣコンバータ４０の作動の有無に基づいて電力収支のズレを補正するものとしたが、バッテリ４２の充放電が不要なときで高圧補機消費電力Ｐｈが値０のときにＤＣ／ＤＣコンバータ４０の作動の有無に基づいて電力収支のズレを補正するものとしてもよい。この場合、電力指令Ｐｆｃ＊と供給電力Ｐｆｃとが一致しないときにはその差である電力誤差Ｐｅｒｒによりモータ消費電力Ｐｍを補正することができる。

次に、本発明の第２の実施例としての電源装置を搭載した電気自動車２０Ｂについて説明する。図７は、第２実施例の電気自動車２０Ｂの構成の概略を示す構成図である。第２実施例の電気自動車２０Ｂは、循環ポンプ３４やエアコンプレッサ３６がＤＣ／ＤＣコンバータ４０により電力変換された低圧直流電力が供給されて駆動する点および高圧補機がない点を除いて第１実施例の電気自動車２０と同一の構成をしている。したがって、説明の容易のために、第２実施例の電気自動車２０Ｂの構成のうち第１実施例の電気自動車２０の構成と同一の構成については同一の符号を付し、その説明は省略する。

第２実施例の電気自動車２０Ｂでは、図２の電圧制御ルーチンに代えて図８に例示する電圧制御ルーチンが実行される。この図８の電圧制御ルーチンは、モータトルク指令Ｔｍ＊とモータ回転数Ｎｍとの積からモータ消費電力補正量Ｐｍｓｅｔを減じてモータ消費電力Ｐｍを計算する点（ステップＳ５２０）と、高圧補機を備えないことから高圧補機消費電力Ｐｈを計算しないと共に電力指令Ｐｆｃ＊の計算に高圧補機消費電力Ｐｈを考慮しない点（ステップＳ５４０）を除いて図２の電圧制御ルーチンと同様である。即ち、電圧Ｖｆｃと電流Ｉｆｃを入力し（ステップＳ５００）、入力した電圧Ｖｆｃから電圧補正量Ｖｓｅｔを減じた電圧と電流Ｉｆｃから電流補正量Ｉｓｅｔを減じた電流とに基づいて燃料電池３０のＩＶ特性を推定し（ステップＳ５１０）、モータトルク指令Ｔｍ＊とモータ回転数Ｎｍとの積からモータ消費電力補正量Ｐｍｓｅｔを減じてモータ消費電力Ｐｍを計算し（ステップＳ５２０）、計算したモータ消費電力Ｐｍを電力指令Ｐｆｃ＊として設定し（ステップＳ５４０）、設定した電力指令Ｐｆｃ＊と推定したＩＶ特性とに基づいて電圧指令Ｖｆｃ＊と電流指令Ｉｆｃ＊とを設定し（ステップＳ５５０）、バッテリ４２の充放電の不要の判定（ステップＳ５６０）に基づいて電力収支補正処理を実行し（ステップＳ５７０）、燃料電池３０の出力電圧が電圧指令Ｖｆｃ＊となるようＤＣ／ＤＣコンバータ４０を制御して（ステップＳ５８０）、電圧制御ルーチンを終了する。

第２実施例では、電力収支補正処理は図９に例示するフローチャートにより実行される。電力収支補正処理では、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０の作動を停止し（ステップＳ６００）、このＤＣ／ＤＣコンバータ４０の作動を停止した状態で電圧Ｖｆｃと電流Ｉｆｃとを入力し（ステップＳ６１０）、入力した電圧Ｖｆｃと電流Ｉｆｃとの積として燃料電池３０から走行用モータ２８などの負荷に供給している供給電力Ｐｆｃを計算する（ステップＳ６２０）。そして、電力指令Ｐｆｃ＊と供給電力Ｐｆｃとを比較し（ステップＳ６４０）、電力指令Ｐｆｃ＊が供給電力Ｐｆｃに一致しないときには、電力指令Ｐｆｃ＊から供給電力Ｐｆｃを減じて電力誤差Ｐｅｒｒを計算すると共に（ステップＳ６５０）、計算した電力誤差Ｐｅｒｒをそれまで用いていたモータ消費電力補正量Ｐｍｓｅｔから減じて新たなモータ消費電力補正量Ｐｍｓｅｔを設定して（ステップＳ６６０）、電力収支補正処理を終了する。一方、電力指令Ｐｆｃ＊と供給電力Ｐｆｃとが一致するときには電圧指令Ｖｆｃ＊と電圧Ｖｆｃとを比較し（ステップＳ６７０）、電圧指令Ｖｆｃ＊と電圧Ｖｆｃとが一致するときには電力収支の補正の必要はないと判断して電力収支補正処理を終了し、電圧指令Ｖｆｃ＊と電圧Ｖｆｃとが一致しないときには、電圧指令Ｖｆｃ＊から電圧Ｖｆｃを減じて電力誤差Ｖｅｒｒを計算すると共に電流指令Ｉｆｃ＊から電流Ｉｆｃを減じて電流誤差Ｉｅｒｒを計算し（ステップＳ６８０）、計算した電力誤差Ｖｅｒｒと電流誤差Ｉｅｒｒをそれまで用いていた電圧補正量Ｖｓｅｔと電流補正量Ｉｓｅｔとからから減じて新たな電圧補正量Ｖｓｅｔと電流補正量Ｉｓｅｔとを設定して（ステップＳ６９０）、電力収支補正処理を終了する。このステップＳ６８０やＳ６９０の処理は図３の電力収支補正処理におけるステップＳ２８０やＳ２９０の処理と同一である。こうして設定された電圧補正量Ｖｓｅｔと電流補正量Ｉｓｅｔは、第１実施例と同様に、燃料電池３０のＩＶ特性を推定する際に用いられる。

以上説明した第２実施例の電気自動車２０によれば、バッテリ４２の充放電が不要なときにＤＣ／ＤＣコンバータ４０の作動の有無に基づく電力収支のズレを補正することができる。この結果、より適正な電力収支に補正することができる。しかも、電力指令Ｐｆｃ＊と供給電力Ｐｆｃとが一致しないときにはその差である電力誤差Ｐｅｒｒを用いてモータ消費電力補正量Ｐｍｓｅｔを設定してモータ消費電力Ｐｍを補正することにより電力収支を補正し、電力指令Ｐｆｃ＊と供給電力Ｐｆｃとは一致するが電圧指令Ｖｆｃ＊と電圧Ｖｆｃとが一致しないときには電圧指令Ｖｆｃ＊と電圧Ｖｆｃとの差である電圧誤差Ｖｅｒｒと電流指令Ｉｆｃ＊と電流Ｉｆｃとの差である電流誤差Ｉｅｒｒとを用いて電圧補正量Ｖｓｅｔと電流補正量Ｉｓｅｔとを設定して燃料電池３０のＩＶ特性の推定に用いることにより電力収支を補正することができる。即ち、モータ消費電力Ｐｍや燃料電池３０のＩＶ特性の推定に基づく電力収支のズレを補正することができる。この結果、より適正な電力収支に補正することができる。

ここで、第２実施例の電気自動車２０Ｂでは、燃料電池３０が電源に相当し、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０が電圧調整変換手段に相当し、走行用モータ２８が第１の負荷に相当し、バッテリ４２や循環ポンプ３４Ｂやエアコンプレッサ３６Ｂなどの低圧補機４４が第２の負荷に相当する。また、電圧制御ルーチンのステップＳ５４０やＳ５５０を実行する電子制御ユニット７０が指令値設定手段に相当し、電圧センサ５２と電流センサ５４とが電力検出手段に相当し、電圧制御ルーチンのステップＳ５８０を実行する電子制御ユニット７０が電圧制御手段に相当する。更に、図９の電力収支補正処理を実行する電子制御ユニット７０が補正手段に相当する。

第１実施例や第２実施例の電気自動車２０，２０Ｂでは、バッテリ４２の充放電が不要なときでモータ消費電力Ｐｍが値０のときに電力指令Ｐｆｃ＊と供給電力Ｐｆｃとが一致するときには、電圧指令Ｖｆｃ＊と電圧Ｖｆｃとが一致するか否かによりＩＶ特性の推定に用いる電圧補正量Ｖｓｅｔと電流補正量Ｉｓｅｔとを補正するか否かを判定するものとしたが、電流指令Ｉｆｃ＊と電流Ｉｆｃとが一致するか否かによりＩＶ特性の推定に用いる電圧補正量Ｖｓｅｔと電流補正量Ｉｓｅｔとを補正するか否かを判定するものとしてもよい。

第１実施例や第２実施例では、燃料電池３０を電源とする電源装置を搭載した電気自動車２０，２０Ｂとして本発明を実施するための最良の形態を説明したが、燃料電池３０を電源とする電源装置を自動車以外の車両や船舶，航空機などの移動体に搭載するものとしてもよく、移動体以外の設備などに組み込むものとしてもよい。また、自動車や電源装置の形態だけでなく、電源装置の電力収支の補正方法の形態としてもよいのは勿論であり、電源の電流電圧特性の補正方法の形態として適用してもかまわない。

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。

本発明は、電源装置の製造産業などに利用可能である。

本発明の一実施例である電源装置を搭載した電気自動車２０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により実行される電圧制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 実施例の電子制御ユニット７０により実行される電力収支補正処理の一例を示すフローチャートである。 電流（Ｉｆｃ−Ｉｓｅｔ）と電圧（Ｖｆｃ−Ｖｓｅｔ）と推定されるＩＶ特性との関係の一例を示す説明図である。 電圧指令Ｖｆｃ＊と電流指令Ｉｆｃ＊とを設定している様子の一例を示す説明図である。 電圧指令Ｖｆｃ＊と電圧Ｖｆｃとが一致しないときの電圧指令Ｖｆｃ＊，電流指令Ｉｆｃ＊、電圧Ｖｆｃ，電流Ｉｆｃの関係の一例を示す説明図である。 第２実施例の電気自動車２０Ｂの構成の概略を示す構成図である。 第２実施例の電子制御ユニット７０により実行される電圧制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 第２実施例の電子制御ユニット７０により実行される電力収支補正処理の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

２０，２０Ｂ 電気自動車、２２ａ，２２ｂ 駆動輪、２４ デファレンシャルギヤ、２６ インバータ、２８ 走行用モータ、２９ 回転位置検出センサ、３０ 燃料電池、３２ 水素高圧タンク、３４，３４Ｂ 循環ポンプ、３６，３６Ｂ エアコンプレッサ、３８ 加湿器、４０ ＤＣ／ＤＣコンバータ、４２ バッテリ、４４ 低圧補機、５２ 電圧センサ、５４ 電流センサ、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 ブレーキポジションセンサ、８８ 車速センサ。

Claims (14)

1. 電流電圧特性が経時変化する電源と、該電源の電圧調整が可能で該電源からの電力の少なくとも一部を異なる形態の電力に電力変換可能な電圧調整変換手段と、を備え、前記電圧調整変換手段により電圧調整された電力を少なくとも一つの第１の負荷に供給すると共に前記電圧調整変換手段により電力変換された電力を少なくとも一つの第２の負荷に供給する電源装置であって、
   前記第１の負荷に供給すべき電力指令値を設定すると共に該設定した電力指令値と前記電源の電流電圧特性とに基づいて該電力指令値に係る電力を前記電源から供給するための電圧指令値を設定する指令値設定手段と、
   前記電源から供給している供給電力を検出する電力検出手段と、
   前記電源からの電力が前記設定された電圧指令値に係る電圧に調整されるよう前記電圧調整変換手段を制御する電圧制御手段と、
   該電圧制御手段により前記電源の電圧が制御されている最中に前記第２の負荷への電力供給が不要な状態に至ったとき、前記電圧調整変換手段による電圧調整を停止すると共に該電圧調整変換手段による電圧調整を停止した状態で前記電力検出手段により検出される供給電力と前記設定された電力指令値とに基づいて前記電源装置の電力収支を補正する補正手段と、
   を備える電源装置。
2. 請求項１記載の電源装置であって、
   前記電力検出手段は、前記電源からの電流を検出する電流検出手段と前記電源からの電圧を検出する電圧検出手段とを備え、前記供給電力を供給している最中に前記電流検出手段により検出された電流と前記電圧検出手段により検出された電圧との積として前記供給電力を検出する手段であり、
   前記補正手段は、前記電圧指令値と前記検出された電圧とに基づいて前記電源の電流電圧特性を補正することにより前記電源装置の電力収支を補正する手段である
   電源装置。
3. 前記補正手段は、前記電圧指令値に係る電圧と前記検出された電圧との差が小さくなる方向に前記電源の電流電圧特性を補正する手段である請求項２記載の電源装置。
4. 請求項１記載の電源装置であって、
   前記指令値設定手段は、前記設定された電力指令値と前記電源の電流電圧特性とに基づいて該電力指令値に係る電力を前記電源から供給するための電流指令値を設定する手段であり、
   前記電力検出手段は、前記電源からの電流を検出する電流検出手段と前記電源からの電圧を検出する電圧検出手段とを備え、前記供給電力を供給している最中に前記電流検出手段により検出された電流と前記電圧検出手段により検出された電圧との積として前記供給電力を検出する手段であり、
   前記補正手段は、前記電流指令値と前記検出された電流とに基づいて前記電源の電流電圧特性を補正することにより前記電源装置の電力収支を補正する手段である
   電源装置。
5. 前記補正手段は、前記電流指令値に係る電流と前記検出された電流との差が小さくなる方向に前記電源の電流電圧特性を補正する手段である請求項４記載の電源装置。
6. 前記指令値設定手段は、前記電源からの電流を検出する電流検出手段と前記電源からの電圧を検出する電圧検出手段とを備え、該電流検出手段により検出された電流と前記電圧検出手段により検出された電圧とに基づいて前記電源の電流電圧特性を推定し、該推定した電流電圧特性を用いて前記電圧指令値を設定する手段である請求項１ないし５いずれか記載の電源装置。
7. 請求項１ないし６いずれか記載の電源装置であって、
   前記第１の負荷は、所定の負荷を含む複数の負荷であり、
   前記指令値設定手段は、前記所定の負荷に供給すべき第１負荷電力を設定すると共に前記第１の負荷のうち前記所定の負荷以外負荷に供給すべき第２負荷電力を設定し、該設定した第１負荷電力と第２負荷電力とに基づいて前記電力指令値を設定する手段であり、
   前記補正手段は、前記第１負荷電力が値０のときに前記電源装置の電力収支を補正する手段である
   電源装置。
8. 前記補正手段は、前記第１負荷電力が値０であると共に前記供給電力と前記電力指令値に係る電力とが一致するときには前記電源の電流電圧特性を補正することにより前記電源装置の電力収支を補正し、前記第１負荷電力が値０であると共に前記供給電力と前記電力指令値に係る電力とが一致しないときには前記電力指令値設定手段による前記第２負荷電力の設定手法を補正することにより前記電源装置の電力収支を補正する手段である請求項５記載の電源装置。
9. 請求項１ないし６いずれか記載の電源装置であって、
   前記指令値設定手段は、前記第１の負荷に供給すべき第１負荷電力を設定すると共に前記第２の負荷に供給すべき第２負荷電力を設定し、該設定した第１負荷電力と第２負荷電力とに基づいて前記電力指令値を設定する手段であり、
   前記補正手段は、前記供給電力と前記電力指令値に係る電力とが一致するときには前記電源の電流電圧特性を補正することにより前記電源装置の電力収支を補正し、前記供給電力と前記電力指令値に係る電力とが一致しないときには前記指令値設定手段による前記第１負荷電力の設定手法を補正することにより前記電源装置の電力収支を補正する手段である
   電源装置。
10. 請求項１ないし９いずれか記載の電源装置であって、
    前記電源は燃料電池であり、
    前記電圧調整変換手段は、ＤＣ／ＤＣコンバータであり、
    前記第２の負荷の一つは、他の第２の負荷に電力を供給可能な充放電可能なバッテリである
    電源装置。
11. 請求項１ないし１０いずれか記載の電源装置と前記第１の負荷の一つとして走行用の電動機とを搭載する自動車。
12. 電流電圧特性が経時変化する電源と、該電源の電圧調整が可能で該電源からの電力の少なくとも一部を異なる形態の電力に電力変換可能な電圧調整変換手段と、を備え、前記電圧調整変換手段により電圧調整された電力を少なくとも一つの第１の負荷に供給すると共に前記電圧調整変換手段により電力変換された電力を少なくとも一つの第２の負荷に供給する電源装置における電力収支を補正する補正方法であって、
    （ａ）前記第１の負荷に供給すべき電力指令値と前記電源の電流電圧特性とに基づいて該電力指令値に係る電力を前記電源から供給するための電圧指令値を設定すると共に前記電源からの電力が前記設定した電圧指令値に係る電圧に調整されるよう前記電圧調整変換手段を制御している最中に、前記第２の負荷への電力供給が不要な状態に至った補正可能タイミングを判定し、
    （ｂ）該補正可能タイミングが判定されたときに前記電圧調整変換手段による電圧調整を停止し、
    （ｃ）該電圧調整変換手段による電圧調整を停止した状態で前記電源から供給している供給電力を検出し、
    （ｄ）該検出した供給電力と前記設定した電力指令値とに基づいて前記電源装置の電力収支を補正する
    電源装置の電力収支の補正方法。
13. 複数の負荷に電力を供給可能な電源の電流電圧特性を推定する電流電圧特性推定方法であって、
    前記複数の負荷のうち一部の負荷にのみ前記電源からの電力が供給されるよう該一部の負荷を接続した状態で前記電源からの電流および／または電圧に基づいて前記電流電圧特性を推定する
    電流電圧特性推定方法。
14. 請求項１３記載の電流電圧特性推定方法であって、
    前記複数の負荷は、前記電源の電流電圧特性に基づいて制御される特性依存負荷を含み、
    前記複数の負荷のうち前記特性依存負荷を除く一部の負荷にのみ前記電源からの電力が供給されるよう該一部の負荷を接続した状態で前記電流電圧特性を推定する
    電流電圧特性推定方法。
    

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