JP4682389B2 - 出力装置および動力出力装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、出力装置および動力出力装置に関し、詳しくは、燃料電池を出力源の一つとして有する出力装置および燃料電池と二次電池とを出力源として動力を出力する電動機を有する動力出力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の出力装置としては、車両に搭載される装置であって、アクセルペダルの位置から求められる要求出力に基づいて実際の出力をその時点での燃料電池の出力可能量で制限するものが提案されている（例えば、特開平７−７５２１４号公報など）。この装置では、要求出力に基づいて燃料電池の運転条件を変更して要求出力が燃料電池から出力されるよう制御している。そして、燃料電池の出力可能量が要求出力未満のときには、実際の出力を出力可能量に制限することにより、燃料電池の破損などを防止している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした装置では操作者に操作上の違和感を与える場合がある。操作者の要求出力が燃料電池の出力可能量より大きいときには実際の出力が燃料電池の出力可能量で制限されるから、操作者は実際の出力が要求した出力と異なるのを感じてしまう。この場合、操作者は、出力装置に異常が生じて要求どおりの出力とならないのか、出力装置には異常はないが燃料電池などが定常運転状態に至っていないために要求どおりの出力とならないのかを経験などにより判断しなければならない。操作者が、定期的に同一の出力装置を使用する場合にはこれらの判断も適切に行なうことができるが、不定期に出力装置を使用する場合には適切な判断を行なうことは困難である。
【０００４】
本発明の出力装置および動力出力装置は、装置の出力可能量を操作者に知らせることを目的の一つとする。また、本発明の出力装置および動力出力装置は、装置の出力可能量を最大出力量と関連させて操作者に知らせることを目的の一つとする。さらに、本発明の出力装置および動力出力装置は、装置から出力している出力量を出力可能量や最大出力量と関連させて操作者に知らせることを目的の一つとする。この他、本発明の動力出力装置は、装置における出力の流れを出力可能量と関連させて操作者に知らせることを目的の一つとする。
【０００５】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の出力装置および動力出力装置は、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。
【０００６】
本発明の出力装置は、
燃料電池を出力源の一つとして有する出力装置であって、
前記燃料電池の状態を検出する燃料電池状態検出手段と、
該検出した燃料電池の状態に基づいて該燃料電池から出力可能な燃料電池出力可能量を演算する燃料電池出力可能量演算手段と、
該演算した燃料電池出力可能量を表示する表示手段と
を備え、
前記表示手段は、前記燃料電池の最大出力量と関連して前記燃料電池出力可能量を表示する手段であることを要旨とする。
【０００７】
この本発明の出力装置では、燃料電池出力可能量演算手段が、燃料電池状態検出手段により検出した燃料電池の状態に基づいて燃料電池から出力可能な燃料電池出力可能量を演算し、表示手段が、この演算した燃料電池出力可能量を表示する。操作者は、表示手段に表示された燃料電池出力可能量により燃料電池の状態を適切に判断することができる。また、操作者は、燃料電池出力可能量を燃料電池の最大出力量との関連で知ることができる。ここで、「燃料電池の最大出力量」とは、燃料電池の定格値としての最大出力量を意味する。
【０００８】
こうした本発明の出力装置において、前記燃料電池状態検出手段は、前記燃料電池の動作温度を前記燃料電池の状態の一つとして検出する手段であるものとすることもできる。
【００１０】
さらに、本発明の出力装置において、前記燃料電池から出力されている燃料電池出力量を検出する燃料電池出力量検出手段を備え、前記表示手段は前記燃料電池出力量検出手段により検出された燃料電池出力量を表示する手段であるものとすることもできる。こうすれば、操作者は、燃料電池から現在出力されている燃料電池出力量を把握することができる。この態様の本発明の出力装置において、前記表示手段は、前記検出された燃料電池出力量を前記演算された燃料電池出力可能量と関連して表示する手段であるものとすることもできる。こうすれば、操作者は、燃料電池から現在出力されている燃料電池出力量を燃料電池出力可能量との関連で知ることができる。
【００１１】
あるいは、本発明の出力装置において、充放電可能な二次電池と、該二次電池の状態を検出する二次電池状態検出手段と、該検出した二次電池の状態に基づいて該二次電池から出力可能な二次電池出力可能量を演算する二次電池出力可能量演算手段とを備え、前記表示手段は前記二次電池出力可能量演算手段により演算された二次電池出力可能量を表示する手段であるものとすることもできる。こうすれば、操作者は、燃料電池出力可能量と二次電池出力可能量とを知ることができる。
【００１２】
二次電池を備える態様の本発明の出力装置において、前記表示手段は、前記二次電池の最大出力量と関連して前記二次電池出力可能量を表示する手段であるものとすることもできる。こうすれば、操作者は、二次電池出力可能量を二次電池の最大出力量との関連で知ることができる。
【００１３】
また、二次電池を備える態様の本発明の出力装置において、前記表示手段は、前記演算された燃料電池出力可能量と二次電池出力可能量とを連続的な表示で表示する手段であるものとすることもできる。こうすれば、操作者は、燃料電池出力可能量と二次電池出力可能量とを連続的な表示として一体的に知ることができる。この結果、全体としての出力可能量を容易に把握することができる。この態様の本発明の出力装置におてい、前記表示手段は、前記燃料電池の最大出力量と前記二次電池の最大出力量との和からなる装置最大出力量と関連して前記演算された燃料電池出力可能量と二次電池出力可能量とを表示する手段であるものとすることもできる。こうすれば、操作者は、全体としての出力量である燃料電池出力可能量と二次電池出力可能量との和を装置最大出力量との関連で知ることができる。この結果、操作者は、装置の状態を適切に判断することができる。
【００１４】
さらに、二次電池を備える態様の本発明の出力装置において、前記二次電池から出力されている二次電池出力量を検出する二次電池出力量検出手段を備え、前記表示手段は、前記二次電池出力量検出手段により検出された二次電池出力量を表示する手段であるものとすることもできる。こうすれば、操作者は、二次電池から現在出力されている二次電池出力量を知ることができる。この態様の本発明の出力装置において、前記表示手段は、前記検出された二次電池出力量を前記演算された二次電池出力可能量と関連して表示する手段であるものとすることもできる。こうすれば、操作者は、二次電池から現在出力されている二次電池出力量を二次電池出力可能量との関連で知ることができる。
【００１５】
燃料電池出力量検出手段と二次電池出力量検出手段とを備える態様の本発明の出力装置において、前記表示手段は、前記燃料電池の最大出力量と前記二次電池の最大出力量との和からなる装置最大出力量と関連して前記演算された燃料電池出力可能量と二次電池出力可能量とを連続的な表示で表示すると共に該表示された連続的な表示に関連して前記検出された燃料電池出力量と二次電池出力量とを連続的な表示で表示する手段であるものとすることもできる。こうすれば、操作者は、燃料電池出力可能量と二次電池出力可能量とを装置最大出力量との関連で一体的なものとして知ることができると共に燃料電池や二次電池から現在出力されている燃料電池出力量と二次電池出力量とを連続的な表示として表示された燃料電池出力可能量と二次電池出力可能量との関連で一体的なものとして知ることができる。即ち、操作者は、全体としての最大出力量と出力可能量と現在の出力量とを瞬時に把握できるのである。
【００１６】
本発明の動力出力装置は、
燃料電池と、該燃料電池からの出力を充電可能な二次電池と、前記燃料電池と前記二次電池とを出力源として動力を出力する電動機とを有する動力出力装置であって、
前記燃料電池から出力可能な燃料電池出力可能量を検出する燃料電池出力可能量検出手段と、
前記燃料電池から出力されている燃料電池出力量を検出する燃料電池出力量検出手段と、
前記二次電池から出力可能な二次電池出力可能量を検出する二次電池出力可能量演算手段と、
前記二次電池の充放電量を検出する充放電量検出手段と、
前記検出された燃料電池出力量と前記検出された二次電池の充放電量とから出力の流れを演算する出力フロー演算手段と、
該演算された出力の流れを前記検出された燃料電池出力可能量と前記検出された二次電池出力可能量とに関連して表示する表示手段と
を備えることを要旨とする。
【００１７】
この本発明の動力出力装置では、出力フロー演算手段が、燃料電池出力量検出手段により検出された燃料電池から出力されている燃料電池出力量と充放電量検出手段により検出された二次電池の充放電量とから出力の流れを演算し、表示手段が、この演算された出力の流れを燃料電池出力可能量検出手段により検出された燃料電池から出力可能な燃料電池出力可能量と二次電池出力可能量検出手段により検出された二次電池から出力可能な二次電池出力可能量とに関連して表示する。この本発明の動力出力装置によれば、操作者は、出力の流れを燃料電池や二次電池の出力可能量との関連で知ることができる。この結果、操作者は、動力出力装置の状態を把握することができる。
【００１８】
こうした本発明の動力出力装置において、前記出力フロー演算手段は前記燃料電池から前記電動機への出力量としての第１出力量と前記二次電池から前記電動機への出力量としての第２出力量とを演算する手段であり、前記表示手段は前記燃料電池と前記二次電池と前記電動機とを各々示す模式図と該模式図間に前記出力の流れを示す矢印と前記第１出力量と前記燃料電池出力可能量との関係を前記矢印と関連して模式的に示す第１出力量関係模式図と前記第２出力量と前記二次電池出力可能量との関係を前記矢印と関連して模式的に示す第２出力量関係模式図とを表示する手段であるものとすることもできる。こうすれば、操作者は瞬時に動力出力装置の状態と出力状況を把握することができる。
【００１９】
また、本発明の動力出力装置が車両に搭載された態様において、操作者の要求出力を検出する要求出力検出手段と、該検出された要求出力が前記検出された燃料電池出力可能量と二次電池出力可能量との和である全出力可能量以下のときには該要求出力に基づいて前記電動機を制御し、前記要求出力が前記全出力可能量より大きいときには該要求出力を該全出力可能量に置き換えて前記電動機を制御する電動機制御手段とを備えるものとすることもできる。こうすれば、操作者は、燃料電池や二次電池の出力可能量に応じて要求出力が電動機から出力されているかを判断することができる。この結果、要求出力が全出力可能量より大きいときに実際の出力が要求出力より小さなものとなっても、操作者に与える操作上の違和感を少なくすることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図１は、車両に搭載される本発明の一実施例である動力出力装置２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の動力出力装置２０は、図示するように、供給された燃料を用いて電気化学反応により発電する燃料電池３０と、充放電可能なバッテリ４０と、燃料電池３０やバッテリ４０から電力の供給を受けて駆動するモータ５０と、装置全体をコントロールする電子制御ユニット６０とを備える。
【００２１】
燃料電池３０は、例えば水素と酸素とを燃料として発電する固体高分子型燃料電池として構成されており、図示しない燃料電池用の電子制御ユニットによってその運転が制御されている。燃料電池３０には、その温度Ｔを検出する温度センサ３４と、燃料としての水素を含有する水素含有ガスや酸素を含有する酸素含有ガス（例えば空気）の供給ガス圧を検出する圧力センサ３５などが取り付けられている。燃料電池３０の出力端子には、燃料電池３０からの出力電圧などを制御する出力制御回路３８が接続されている。また、燃料電池３０の出力端子には、その端子間電圧Ｖｆを検出する電圧センサ３２と出力電流Ｉｆを検出する電流センサ３３も設けられている。
【００２２】
バッテリ４０の出力端子には、出力端子間の電圧を調製することによりバッテリ４０の充放電を制御する充放電制御回路４８が接続されている。また、バッテリ４０の出力端子には、その端子間電圧Ｖｂを検出する電圧センサ４２とバッテリ４０の充放電電流Ｉｂを検出する電流センサ４３も設けられている。なお、充放電制御回路４８は電力ライン３９により出力制御回路３８に接続されており、燃料電池３０により発電された電力によってバッテリ４０を充電できるようになっている。
【００２３】
モータ５０は、発電機としても動作可能な電動発電機として構成されており、その図示しない回転軸は、車両の駆動軸に機械的に接続されている。したがって、モータ５０からの出力は、車両の駆動軸に直接または間接に伝達され、駆動力として用いられる。また、車両の制動の際には駆動軸を介して伝達される回転エネルギをモータ５０で回生できるようになっている。モータ５０は、モータ５０の力行や回生を制御するインバータ回路５８を介して電力ライン３９に接続されており、燃料電池３０により発電された電力やバッテリ４０から放電される電力によって駆動したり、回生した電力によりバッテリ４０を充電することができるようになっている。
【００２４】
電子制御ユニット６０は、ＣＰＵ６２を中心として構成されたマイクロプロセッサとして構成されており、処理プログラムを記憶したＲＯＭ６３と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ６４と、入出力ポート（図示せず）とを備える。この電子制御ユニット６０には、電圧センサ３２からの燃料電池３０の端子間電圧Ｖｆや電流センサ３３からの燃料電池３０の出力電流Ｉｆ，温度センサ３４からの燃料電池３０の温度Ｔ，圧力センサ３５からの水素含有ガスや酸素含有ガスの供給ガス圧，電圧センサ４２からのバッテリ４０の端子間電圧Ｖｂ，電流センサ４３からのバッテリ４０の充放電電流Ｉｂ，車両に取り付けられた車速センサ６６からの車速Ｖｖ，アクセルペダルに設けられたアクセルペダルポジションセンサ６８からのアクセルペダルの踏む込み量としてのアクセルペダルポジションＡＰ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６０からは、出力制御回路３８や充放電制御回路４８，インバータ回路５８への制御信号や車両の運転席の前方に取り付けられたディスプレイ７０への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。
【００２５】
図２は、ディスプレイ７０に表示される出力状態画像７２の一例を示す説明図である。出力状態画像７２は、燃料電池３０の定格値としての最大出力とバッテリ４０の定格値としての最大出力との和を１００％として燃料電池３０の状態から判断して燃料電池３０から現在出力可能な出力量としての燃料電池出力可能量Ｑｆ１を示す領域７３と、バッテリ４０の状態から判断してバッテリ４０から現在出力可能な出力量としてのバッテリ出力可能量Ｑｂ１を示す領域７４と、実際に燃料電池３０から出力されている出力量としての燃料電池出力量Ｑｆ２とバッテリ４０から放電されている電力量としてのバッテリ充放電量Ｑｂ２との和を示す領域７５とから構成されている。領域７４は、領域７３に対して連続的に表示されるようになっており、領域７３と領域７４とを一体的なものとして見れば、動力出力装置２０から現在出力可能な全出力可能量となる。また、領域７５は、図示するように、領域７３や領域７４の一部に重なるように表示されている。なお、出力状態画像７２の表示制御については後述する。
【００２６】
図３は、ディスプレイ７０に表示される出力フロー画像８０の一例を示す説明図である。出力フロー画像８０は、燃料電池３０を模式的に示すＦＣ画像８１と、バッテリ４０を模式的に示すバッテリ画像８２と、モータ５０を模式的に示すモータ画像８３と、各画像間における出力の方向を示す出力矢印画像８４と、出力メータ８５，８６と、燃料電池３０からバッテリ４０への充電電力を表示する充電電力画像８７とから構成されている。出力メータ８５は、燃料電池３０の現在の燃料電池出力可能量Ｑｆ１と燃料電池出力量Ｑｆ２とが二つの針で表示されるようになっている。また、出力メータ８６は、バッテリ４０の現在のバッテリ出力可能量Ｑｂ１とバッテリ充放電量Ｑｂ２とが二つの針で表示されるようになっている。なお、出力メータ８５，８６の表示制御や出力矢印画像８４の表示制御については後述する。
【００２７】
次に、こうして構成された実施例の動力出力装置２０におけるディスプレイ７０への表示について説明する。図４は、実施例の動力出力装置２０の電子制御ユニット６０により実行される表示処理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、車両のイグニッションキーがオンとされてから所定時間毎（例えば２０ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。
【００２８】
表示処理ルーチンが実行されると、電子制御ユニット６０のＣＰＵ６２は、まず、温度センサ３４により検出される燃料電池３０の温度Ｔと、電圧センサ３２により検出される燃料電池３０の端子間電圧Ｖｆと、電流センサ３３により検出される燃料電池３０の出力電流Ｉｆとを読み込む処理を実行する（ステップＳ１００）。そして、読み込んだ燃料電池３０の温度Ｔに基づいて燃料電池出力可能量Ｑｆ１を演算する処理を実行する（ステップＳ１０２）。燃料電池３０の運転状態はその温度Ｔに反映されるから、温度Ｔに基づいて燃料電池出力可能量Ｑｆ１を求めることができる。実施例では、予め実験などにより燃料電池３０の温度Ｔと燃料電池出力可能量Ｑｆ１との関係を求めてマップとしてＲＯＭ６３に記憶しておき、燃料電池３０の温度Ｔが与えられるとマップからその温度Ｔに対応する燃料電池出力可能量Ｑｆ１を導出するものとした。図５に、燃料電池３０の温度Ｔと燃料電池出力可能量Ｑｆ１との関係の一例を示すマップを示す。
【００２９】
燃料電池出力可能量Ｑｆ１を演算すると、燃料電池３０の端子間電圧Ｖｆと出力電流Ｉｆとを乗じて燃料電池出力量Ｑｆ２を演算する処理を行なう（ステップＳ１０４）。そして、演算により求めた燃料電池出力可能量Ｑｆ１と燃料電池出力量Ｑｆ２とを燃料電池３０の定格値としての最大出力量Ｆｍａｘで除して、最大出力量Ｆｍａｘに対する比率を計算する処理を行なう（ステップＳ１０６）。
【００３０】
次に、バッテリ４０の蓄電量（ＳＯＣ）を読み込むと共に電圧センサ４２により検出されるバッテリ４０の端子間電圧Ｖｂと電流センサ４３により検出される燃料電池３０の充放電電流Ｉｂとを読み込む処理を実行する（ステップＳ１０８）。ＳＯＣは、実施例では図示しないＳＯＣ検出ルーチンにより電流センサ４３により検出される充放電電流Ｉｂを積算することにより求め、ＲＡＭ６４の所定アドレスに書き込むものとした。したがって、ステップＳ１０６におけるバッテリ４０のＳＯＣの読み込みはＲＡＭ６４の所定アドレスをアクセスする処理となる。続いて、読み込んだＳＯＣに基づいてバッテリ出力可能量Ｑｂ１を演算する処理を実行する（ステップＳ１１０）。バッテリ４０の状態はＳＯＣに反映されるから、ＳＯＣに基づいてバッテリ出力可能量Ｑｂ１を求めることができる。実施例では、予め実験などによりバッテリ４０のＳＯＣとバッテリ出力可能量Ｑｂ１との関係を求めてマップとしてＲＯＭ６３に記憶しておき、バッテリ４０のＳＯＣが与えられるとマップからそのＳＯＣに対応するバッテリ出力可能量Ｑｂ１を導出するものとした。図６に、バッテリ４０のＳＯＣとバッテリ出力可能量Ｑｂ１との関係の一例を示すマップを示す。
【００３１】
バッテリ出力可能量Ｑｂ１を演算すると、バッテリ４０の端子間電圧Ｖｂと充放電電流Ｉｂとを乗じてバッテリ充放電量Ｑｂ２を演算する処理を行なう（ステップＳ１１２）。なお、実施例では、充放電電流Ｉｂの符号として正を放電とし負を充電とした。したがって、バッテリ充放電量Ｑｂ２の値が正のときにはバッテリ４０から放電されている状態であり、負のときにはバッテリ４０が充電されている状態となる。そして、演算により求めたバッテリ出力可能量Ｑｂ１とバッテリ充放電量Ｑｂ２とをバッテリ４０の定格値としての最大出力量Ｂｍａｘで除して、最大出力量Ｂｍａｘに対する比率を計算する処理を行なう（ステップＳ１１４）。
【００３２】
こうして燃料電池出力可能量Ｑｆ１や燃料電池出力量Ｑｆ２の最大出力量Ｆｍａｘに対する比率とバッテリ出力可能量Ｑｂ１やバッテリ充放電量Ｑｂ２の最大出力量Ｂｍａｘに対する比率を求めると、これらを用いて図２に例示する出力状態画像７２や図３に例示する出力フロー画像８０の状態としてディスプレイ７０に表示する処理を行なう（ステップＳ１１６）。出力状態画像７２の表示出力は、具体的には、燃料電池出力可能量Ｑｆ１の最大出力量Ｆｍａｘに対する比率を最大出力量Ｆｍａｘと最大出力量Ｂｍａｘとの和に対する比率に変換しそれを領域７３として表示し、バッテリ出力可能量Ｑｂ１の最大出力量Ｂｍａｘに対する比率を最大出力量Ｆｍａｘと最大出力量Ｂｍａｘとの和に対する比率に変換しそれを領域７３に連続するように領域７４として表示し、燃料電池出力量Ｑｆ２の最大出力量Ｆｍａｘに対する比率とバッテリ充放電量Ｑｂ２の最大出力量Ｂｍａｘに対する比率をそれぞれ最大出力量Ｆｍａｘと最大出力量Ｂｍａｘとの和に対する比率に変換して加えて領域７５として表示するのである。また、出力フロー画像８０の表示出力は、具体的には、出力メータ８５には燃料電池出力可能量Ｑｆ１と燃料電池出力量Ｑｆ２とを二つの針として表示し、出力メータ８６にはバッテリ出力可能量Ｑｂ１とバッテリ充放電量Ｑｂ２とを二つの針として表示する。バッテリ充放電量Ｑｂ２が負の値のとき、即ちバッテリ４０が充電状態にあるときには、バッテリ充放電量Ｑｂ２の燃料電池出力量Ｑｆ２に対する割合を計算して充電電力画像８７にパーセント表示し、ＦＣ画像８１からバッテリ画像８２への矢印とＦＣ画像８１からモータ画像８３への矢印を表示すると共にバッテリ画像８２からモータ画像８３への矢印を消去するよう出力矢印画像８４を出力する。バッテリ充放電量Ｑｂ２が正の値のとき、即ちバッテリ４０が放電状態にあるときには、バッテリ画像８２からモータ画像８３への矢印やＦＣ画像８１からモータ画像８３への矢印を表示すると共にＦＣ画像８１からバッテリ画像８２への矢印を消去するよう出力矢印画像８４を出力する。
【００３３】
こうしたディスプレイ７０への表示により、運転者は、燃料電池３０の状態やバッテリ４０の状態、動力出力装置２０全体としての状態を瞬時に把握することができると共に、現在の出力状態を瞬時に把握することができる。この結果、運転者は動力出力装置２０の始動直後のように燃料電池３０が定常運転状態にないときに動力出力装置２０から可能な出力量や車両としての動作を把握するから、要求出力に対して実際の出力が小さなものとなっても運転者に与える操作上の違和感を低減することができる。
【００３４】
次に、実施例の動力出力装置２０によるモータ５０の制御について説明する。図７は、実施例の動力出力装置２０の電子制御ユニット６０により実行されるモータ制御処理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、実施例の動力出力装置２０が始動された直後から所定時間毎（例えば、８ｍｓｅｃ毎）に実行される。
【００３５】
モータ制御処理ルーチンが実行されると、電子制御ユニット６０のＣＰＵ６２は、まず、アクセルペダルポジションセンサ６８により検出されるアクセルペダルポジションＡＰと車速センサ６６により検出される車速Ｖｖとを読み込む処理を実行する（ステップＳ２００）。そして、読み込んだアクセルペダルポジションＡＰに基づいて要求トルクＴ＊を演算する処理を実行する（ステップＳ２０２）。アクセルペダルの踏み込み量であるアクセルペダルポジションＡＰは、運転者が要求する要求トルクＴ＊と直接関係するから、アクセルペダルポジションＡＰから要求トルクＴ＊を求めることができる。実施例では、アクセルペダルポジションＡＰと要求トルクＴ＊との関係を予めマップとしてＲＯＭ６３に記憶しておき、アクセルペダルポジションＡＰが与えられるとマップから与えられたアクセルペダルポジションＡＰに対応する要求トルクＴ＊を導出するものとした。
【００３６】
続いて、演算により求めた要求トルクＴ＊と読み込んだ車速Ｖｖとに基づいて要求出力Ｑ＊を演算する処理を実行する（ステップＳ２０４）。具体的には、車速Ｖｖから車両の駆動軸の回転数を求め、求めた回転数に要求トルクＴ＊を乗じることにより要求出力Ｑ＊を演算する。
【００３７】
次に、図４に例示する表示処理ルーチンで求められた燃料電池出力可能量Ｑｆ１とバッテリ出力可能量Ｑｂ１とを読み込む処理を実行する（ステップＳ２０６）。図４に例示する表示処理ルーチンでは説明しなかったが、燃料電池出力可能量Ｑｆ１や燃料電池出力量Ｑｆ２，バッテリ出力可能量Ｑｂ１，バッテリ充放電量Ｑｂ２は演算されたときにＲＡＭ６４の所定アドレスに書き込まれるようになっており、ステップＳ２０６では、ＲＡＭ６４の所定アドレスをアクセスすることにより燃料電池出力可能量Ｑｆ１とバッテリ出力可能量Ｑｂ１とを読み込むのである。
【００３８】
そして、読み込んだ燃料電池出力可能量Ｑｆ１とバッテリ出力可能量Ｑｂ１との和を要求出力Ｑ＊と比較する（ステップＳ２０８）。要求出力Ｑ＊が燃料電池出力可能量Ｑｆ１とバッテリ出力可能量Ｑｂ１との和以下のときには要求出力Ｑ＊を出力値Ｑに設定し（ステップＳ２１０）、燃料電池出力可能量Ｑｆ１とバッテリ出力可能量Ｑｂ１との和要求出力Ｑ＊より大きいときには燃料電池出力可能量Ｑｆ１とバッテリ出力可能量Ｑｂ１との和を出力値Ｑに設定する（ステップＳ２１２）。そして、出力値Ｑがモータ５０から出力されるようモータ５０を駆動制御する（ステップＳ２１４）。具体的には、インバータ回路５８のスイッチング素子のスイッチングを制御してモータ５０からの出力が出力値Ｑとなるようにするのである。
【００３９】
こうしたモータ制御処理で要求出力Ｑ＊が燃料電池出力可能量Ｑｆ１とバッテリ出力可能量Ｑｂ１との和より大きいときにこの和を越えないようにすることにより、燃料電池３０の破損やバッテリ４０の破損を防止することができる。
【００４０】
以上説明した実施例の動力出力装置２０によれば、運転者は、燃料電池３０の状態やバッテリ４０の状態、動力出力装置２０全体としての状態を瞬時に把握することができると共に現在の出力状態を瞬時に把握することができる。この結果、運転者は動力出力装置２０の始動直後のように燃料電池３０が定常運転状態にないときに動力出力装置２０から可能な出力量や車両としての動作を把握するから、要求出力に対して実際の出力が小さなものとなっても運転者に与える操作上の違和感を低減することができる。また、運転者の要求出力Ｑ＊が燃料電池出力可能量Ｑｆ１とバッテリ出力可能量Ｑｂ１との和より大きいときでも、実際のモータ５０からの出力をこの和に制限することにより、燃料電池３０やバッテリ４０の破損を防止することができる。
【００４１】
実施例の動力出力装置２０では、図２に例示する出力状態画像７２を用いて燃料電池出力可能量Ｑｆ１とバッテリ出力可能量Ｑｂ１とを連続的に一体となるよう表示したが、燃料電池３０の最大出力量Ｆｍａｘを１００％として燃料電池出力可能量Ｑｆ１を表示する画像とバッテリ４０の最大出力量Ｂｍａｘを１００％としてバッテリ出力可能量Ｑｂ１を表示する画像とを別々に表示するものとしてもよい。この場合、各々の画像を燃料電池出力量Ｑｆ２とバッテリ充放電量Ｑｂ２とを重ねて表示するものとしてもよい。
【００４２】
実施例の動力出力装置２０では、図２に例示する出力状態画像７２を用いて燃料電池出力可能量Ｑｆ１とバッテリ出力可能量Ｑｂ１とが区別できるように表示したが、燃料電池出力可能量Ｑｆ１とバッテリ充放電量Ｑｂ２とが区別できない一体のものとして表示してもよい。また、実施例の動力出力装置２０では、図２に例示する出力状態画像７２を用いて燃料電池出力量Ｑｆ２とバッテリ充放電量Ｑｂ２とが区別できない一体のものとして表示したが、燃料電池出力量Ｑｆ２とバッテリ充放電量Ｑｂ２とを区別できるように表示してもよい。
【００４３】
実施例の動力出力装置２０では、燃料電池出力可能量Ｑｆ１とバッテリ出力可能量Ｑｂ１とを表示したが、燃料電池出力可能量Ｑｆ１のみを表示するものとしてもよい。この場合、燃料電池出力可能量Ｑｆ１をパーセント表示するだけでなく、燃料電池出力可能量Ｑｆ１が最大出力量Ｆｍａｘに対して所定の比率未満のときにはインジケータを点灯するものとしても差し支えない。
【００４４】
実施例の動力出力装置２０では、燃料電池３０の温度Ｔに基づいて燃料電池出力可能量Ｑｆ１を演算するものとしたが、燃料電池３０への燃料の供給ガス圧や冷却水の温度などを考慮して燃料電池出力可能量Ｑｆ１を求めるものとしてもよい。
【００４５】
以上、本発明の実施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。
【図面の簡単な説明】
【図１】 車両に搭載される本発明の一実施例である動力出力装置２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】 ディスプレイ７０に表示される出力状態画像７２の一例を示す説明図である。
【図３】 ディスプレイ７０に表示される出力フロー画像８０の一例を示す説明図である。
【図４】 実施例の動力出力装置２０の電子制御ユニット６０により実行される表示処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図５】 燃料電池３０の温度Ｔと燃料電池出力可能量Ｑｆ１との関係の一例を示すマップである。
【図６】 バッテリ４０のＳＯＣとバッテリ出力可能量Ｑｂ１との関係の一例を示すマップである。
【図７】 実施例の動力出力装置２０の電子制御ユニット６０により実行されるモータ制御処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
２０ 動力出力装置、３０ 燃料電池、３２ 電圧センサ、３３ 電流センサ、３４ 温度センサ、３５ 圧力センサ、３８ 出力制御回路、３９ 電力ライン、４０ バッテリ、４２ 電圧センサ、４３ 電流センサ、４８ 充放電制御回路、５０ モータ、５８ インバータ回路、６０ 電子制御ユニット、６２ ＣＰＵ、６３ ＲＯＭ、６４ ＲＡＭ、６６ 車速センサ、６８ アクセルペダルポジションセンサ、７２ 出力状態画像、７３，７４，７５ 領域、８０ 出力フロー画像、８１ ＦＣ画像、８２ バッテリ画像、８３ モータ画像、８４出力矢印画像、８５，８６ 出力メータ、８７ 充電電力画像。
【発明の属する技術分野】
本発明は、出力装置および動力出力装置に関し、詳しくは、燃料電池を出力源の一つとして有する出力装置および燃料電池と二次電池とを出力源として動力を出力する電動機を有する動力出力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の出力装置としては、車両に搭載される装置であって、アクセルペダルの位置から求められる要求出力に基づいて実際の出力をその時点での燃料電池の出力可能量で制限するものが提案されている（例えば、特開平７−７５２１４号公報など）。この装置では、要求出力に基づいて燃料電池の運転条件を変更して要求出力が燃料電池から出力されるよう制御している。そして、燃料電池の出力可能量が要求出力未満のときには、実際の出力を出力可能量に制限することにより、燃料電池の破損などを防止している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした装置では操作者に操作上の違和感を与える場合がある。操作者の要求出力が燃料電池の出力可能量より大きいときには実際の出力が燃料電池の出力可能量で制限されるから、操作者は実際の出力が要求した出力と異なるのを感じてしまう。この場合、操作者は、出力装置に異常が生じて要求どおりの出力とならないのか、出力装置には異常はないが燃料電池などが定常運転状態に至っていないために要求どおりの出力とならないのかを経験などにより判断しなければならない。操作者が、定期的に同一の出力装置を使用する場合にはこれらの判断も適切に行なうことができるが、不定期に出力装置を使用する場合には適切な判断を行なうことは困難である。
【０００４】
本発明の出力装置および動力出力装置は、装置の出力可能量を操作者に知らせることを目的の一つとする。また、本発明の出力装置および動力出力装置は、装置の出力可能量を最大出力量と関連させて操作者に知らせることを目的の一つとする。さらに、本発明の出力装置および動力出力装置は、装置から出力している出力量を出力可能量や最大出力量と関連させて操作者に知らせることを目的の一つとする。この他、本発明の動力出力装置は、装置における出力の流れを出力可能量と関連させて操作者に知らせることを目的の一つとする。
【０００５】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の出力装置および動力出力装置は、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。
【０００６】
本発明の出力装置は、
燃料電池を出力源の一つとして有する出力装置であって、
前記燃料電池の状態を検出する燃料電池状態検出手段と、
該検出した燃料電池の状態に基づいて該燃料電池から出力可能な燃料電池出力可能量を演算する燃料電池出力可能量演算手段と、
該演算した燃料電池出力可能量を表示する表示手段と
を備え、
前記表示手段は、前記燃料電池の最大出力量と関連して前記燃料電池出力可能量を表示する手段であることを要旨とする。
【０００７】
この本発明の出力装置では、燃料電池出力可能量演算手段が、燃料電池状態検出手段により検出した燃料電池の状態に基づいて燃料電池から出力可能な燃料電池出力可能量を演算し、表示手段が、この演算した燃料電池出力可能量を表示する。操作者は、表示手段に表示された燃料電池出力可能量により燃料電池の状態を適切に判断することができる。また、操作者は、燃料電池出力可能量を燃料電池の最大出力量との関連で知ることができる。ここで、「燃料電池の最大出力量」とは、燃料電池の定格値としての最大出力量を意味する。
【０００８】
こうした本発明の出力装置において、前記燃料電池状態検出手段は、前記燃料電池の動作温度を前記燃料電池の状態の一つとして検出する手段であるものとすることもできる。
【００１０】
さらに、本発明の出力装置において、前記燃料電池から出力されている燃料電池出力量を検出する燃料電池出力量検出手段を備え、前記表示手段は前記燃料電池出力量検出手段により検出された燃料電池出力量を表示する手段であるものとすることもできる。こうすれば、操作者は、燃料電池から現在出力されている燃料電池出力量を把握することができる。この態様の本発明の出力装置において、前記表示手段は、前記検出された燃料電池出力量を前記演算された燃料電池出力可能量と関連して表示する手段であるものとすることもできる。こうすれば、操作者は、燃料電池から現在出力されている燃料電池出力量を燃料電池出力可能量との関連で知ることができる。
【００１１】
あるいは、本発明の出力装置において、充放電可能な二次電池と、該二次電池の状態を検出する二次電池状態検出手段と、該検出した二次電池の状態に基づいて該二次電池から出力可能な二次電池出力可能量を演算する二次電池出力可能量演算手段とを備え、前記表示手段は前記二次電池出力可能量演算手段により演算された二次電池出力可能量を表示する手段であるものとすることもできる。こうすれば、操作者は、燃料電池出力可能量と二次電池出力可能量とを知ることができる。
【００１２】
二次電池を備える態様の本発明の出力装置において、前記表示手段は、前記二次電池の最大出力量と関連して前記二次電池出力可能量を表示する手段であるものとすることもできる。こうすれば、操作者は、二次電池出力可能量を二次電池の最大出力量との関連で知ることができる。
【００１３】
また、二次電池を備える態様の本発明の出力装置において、前記表示手段は、前記演算された燃料電池出力可能量と二次電池出力可能量とを連続的な表示で表示する手段であるものとすることもできる。こうすれば、操作者は、燃料電池出力可能量と二次電池出力可能量とを連続的な表示として一体的に知ることができる。この結果、全体としての出力可能量を容易に把握することができる。この態様の本発明の出力装置におてい、前記表示手段は、前記燃料電池の最大出力量と前記二次電池の最大出力量との和からなる装置最大出力量と関連して前記演算された燃料電池出力可能量と二次電池出力可能量とを表示する手段であるものとすることもできる。こうすれば、操作者は、全体としての出力量である燃料電池出力可能量と二次電池出力可能量との和を装置最大出力量との関連で知ることができる。この結果、操作者は、装置の状態を適切に判断することができる。
【００１４】
さらに、二次電池を備える態様の本発明の出力装置において、前記二次電池から出力されている二次電池出力量を検出する二次電池出力量検出手段を備え、前記表示手段は、前記二次電池出力量検出手段により検出された二次電池出力量を表示する手段であるものとすることもできる。こうすれば、操作者は、二次電池から現在出力されている二次電池出力量を知ることができる。この態様の本発明の出力装置において、前記表示手段は、前記検出された二次電池出力量を前記演算された二次電池出力可能量と関連して表示する手段であるものとすることもできる。こうすれば、操作者は、二次電池から現在出力されている二次電池出力量を二次電池出力可能量との関連で知ることができる。
【００１５】
燃料電池出力量検出手段と二次電池出力量検出手段とを備える態様の本発明の出力装置において、前記表示手段は、前記燃料電池の最大出力量と前記二次電池の最大出力量との和からなる装置最大出力量と関連して前記演算された燃料電池出力可能量と二次電池出力可能量とを連続的な表示で表示すると共に該表示された連続的な表示に関連して前記検出された燃料電池出力量と二次電池出力量とを連続的な表示で表示する手段であるものとすることもできる。こうすれば、操作者は、燃料電池出力可能量と二次電池出力可能量とを装置最大出力量との関連で一体的なものとして知ることができると共に燃料電池や二次電池から現在出力されている燃料電池出力量と二次電池出力量とを連続的な表示として表示された燃料電池出力可能量と二次電池出力可能量との関連で一体的なものとして知ることができる。即ち、操作者は、全体としての最大出力量と出力可能量と現在の出力量とを瞬時に把握できるのである。
【００１６】
本発明の動力出力装置は、
燃料電池と、該燃料電池からの出力を充電可能な二次電池と、前記燃料電池と前記二次電池とを出力源として動力を出力する電動機とを有する動力出力装置であって、
前記燃料電池から出力可能な燃料電池出力可能量を検出する燃料電池出力可能量検出手段と、
前記燃料電池から出力されている燃料電池出力量を検出する燃料電池出力量検出手段と、
前記二次電池から出力可能な二次電池出力可能量を検出する二次電池出力可能量演算手段と、
前記二次電池の充放電量を検出する充放電量検出手段と、
前記検出された燃料電池出力量と前記検出された二次電池の充放電量とから出力の流れを演算する出力フロー演算手段と、
該演算された出力の流れを前記検出された燃料電池出力可能量と前記検出された二次電池出力可能量とに関連して表示する表示手段と
を備えることを要旨とする。
【００１７】
この本発明の動力出力装置では、出力フロー演算手段が、燃料電池出力量検出手段により検出された燃料電池から出力されている燃料電池出力量と充放電量検出手段により検出された二次電池の充放電量とから出力の流れを演算し、表示手段が、この演算された出力の流れを燃料電池出力可能量検出手段により検出された燃料電池から出力可能な燃料電池出力可能量と二次電池出力可能量検出手段により検出された二次電池から出力可能な二次電池出力可能量とに関連して表示する。この本発明の動力出力装置によれば、操作者は、出力の流れを燃料電池や二次電池の出力可能量との関連で知ることができる。この結果、操作者は、動力出力装置の状態を把握することができる。
【００１８】
こうした本発明の動力出力装置において、前記出力フロー演算手段は前記燃料電池から前記電動機への出力量としての第１出力量と前記二次電池から前記電動機への出力量としての第２出力量とを演算する手段であり、前記表示手段は前記燃料電池と前記二次電池と前記電動機とを各々示す模式図と該模式図間に前記出力の流れを示す矢印と前記第１出力量と前記燃料電池出力可能量との関係を前記矢印と関連して模式的に示す第１出力量関係模式図と前記第２出力量と前記二次電池出力可能量との関係を前記矢印と関連して模式的に示す第２出力量関係模式図とを表示する手段であるものとすることもできる。こうすれば、操作者は瞬時に動力出力装置の状態と出力状況を把握することができる。
【００１９】
また、本発明の動力出力装置が車両に搭載された態様において、操作者の要求出力を検出する要求出力検出手段と、該検出された要求出力が前記検出された燃料電池出力可能量と二次電池出力可能量との和である全出力可能量以下のときには該要求出力に基づいて前記電動機を制御し、前記要求出力が前記全出力可能量より大きいときには該要求出力を該全出力可能量に置き換えて前記電動機を制御する電動機制御手段とを備えるものとすることもできる。こうすれば、操作者は、燃料電池や二次電池の出力可能量に応じて要求出力が電動機から出力されているかを判断することができる。この結果、要求出力が全出力可能量より大きいときに実際の出力が要求出力より小さなものとなっても、操作者に与える操作上の違和感を少なくすることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図１は、車両に搭載される本発明の一実施例である動力出力装置２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の動力出力装置２０は、図示するように、供給された燃料を用いて電気化学反応により発電する燃料電池３０と、充放電可能なバッテリ４０と、燃料電池３０やバッテリ４０から電力の供給を受けて駆動するモータ５０と、装置全体をコントロールする電子制御ユニット６０とを備える。
【００２１】
燃料電池３０は、例えば水素と酸素とを燃料として発電する固体高分子型燃料電池として構成されており、図示しない燃料電池用の電子制御ユニットによってその運転が制御されている。燃料電池３０には、その温度Ｔを検出する温度センサ３４と、燃料としての水素を含有する水素含有ガスや酸素を含有する酸素含有ガス（例えば空気）の供給ガス圧を検出する圧力センサ３５などが取り付けられている。燃料電池３０の出力端子には、燃料電池３０からの出力電圧などを制御する出力制御回路３８が接続されている。また、燃料電池３０の出力端子には、その端子間電圧Ｖｆを検出する電圧センサ３２と出力電流Ｉｆを検出する電流センサ３３も設けられている。
【００２２】
バッテリ４０の出力端子には、出力端子間の電圧を調製することによりバッテリ４０の充放電を制御する充放電制御回路４８が接続されている。また、バッテリ４０の出力端子には、その端子間電圧Ｖｂを検出する電圧センサ４２とバッテリ４０の充放電電流Ｉｂを検出する電流センサ４３も設けられている。なお、充放電制御回路４８は電力ライン３９により出力制御回路３８に接続されており、燃料電池３０により発電された電力によってバッテリ４０を充電できるようになっている。
【００２３】
モータ５０は、発電機としても動作可能な電動発電機として構成されており、その図示しない回転軸は、車両の駆動軸に機械的に接続されている。したがって、モータ５０からの出力は、車両の駆動軸に直接または間接に伝達され、駆動力として用いられる。また、車両の制動の際には駆動軸を介して伝達される回転エネルギをモータ５０で回生できるようになっている。モータ５０は、モータ５０の力行や回生を制御するインバータ回路５８を介して電力ライン３９に接続されており、燃料電池３０により発電された電力やバッテリ４０から放電される電力によって駆動したり、回生した電力によりバッテリ４０を充電することができるようになっている。
【００２４】
電子制御ユニット６０は、ＣＰＵ６２を中心として構成されたマイクロプロセッサとして構成されており、処理プログラムを記憶したＲＯＭ６３と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ６４と、入出力ポート（図示せず）とを備える。この電子制御ユニット６０には、電圧センサ３２からの燃料電池３０の端子間電圧Ｖｆや電流センサ３３からの燃料電池３０の出力電流Ｉｆ，温度センサ３４からの燃料電池３０の温度Ｔ，圧力センサ３５からの水素含有ガスや酸素含有ガスの供給ガス圧，電圧センサ４２からのバッテリ４０の端子間電圧Ｖｂ，電流センサ４３からのバッテリ４０の充放電電流Ｉｂ，車両に取り付けられた車速センサ６６からの車速Ｖｖ，アクセルペダルに設けられたアクセルペダルポジションセンサ６８からのアクセルペダルの踏む込み量としてのアクセルペダルポジションＡＰ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６０からは、出力制御回路３８や充放電制御回路４８，インバータ回路５８への制御信号や車両の運転席の前方に取り付けられたディスプレイ７０への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。
【００２５】
図２は、ディスプレイ７０に表示される出力状態画像７２の一例を示す説明図である。出力状態画像７２は、燃料電池３０の定格値としての最大出力とバッテリ４０の定格値としての最大出力との和を１００％として燃料電池３０の状態から判断して燃料電池３０から現在出力可能な出力量としての燃料電池出力可能量Ｑｆ１を示す領域７３と、バッテリ４０の状態から判断してバッテリ４０から現在出力可能な出力量としてのバッテリ出力可能量Ｑｂ１を示す領域７４と、実際に燃料電池３０から出力されている出力量としての燃料電池出力量Ｑｆ２とバッテリ４０から放電されている電力量としてのバッテリ充放電量Ｑｂ２との和を示す領域７５とから構成されている。領域７４は、領域７３に対して連続的に表示されるようになっており、領域７３と領域７４とを一体的なものとして見れば、動力出力装置２０から現在出力可能な全出力可能量となる。また、領域７５は、図示するように、領域７３や領域７４の一部に重なるように表示されている。なお、出力状態画像７２の表示制御については後述する。
【００２６】
図３は、ディスプレイ７０に表示される出力フロー画像８０の一例を示す説明図である。出力フロー画像８０は、燃料電池３０を模式的に示すＦＣ画像８１と、バッテリ４０を模式的に示すバッテリ画像８２と、モータ５０を模式的に示すモータ画像８３と、各画像間における出力の方向を示す出力矢印画像８４と、出力メータ８５，８６と、燃料電池３０からバッテリ４０への充電電力を表示する充電電力画像８７とから構成されている。出力メータ８５は、燃料電池３０の現在の燃料電池出力可能量Ｑｆ１と燃料電池出力量Ｑｆ２とが二つの針で表示されるようになっている。また、出力メータ８６は、バッテリ４０の現在のバッテリ出力可能量Ｑｂ１とバッテリ充放電量Ｑｂ２とが二つの針で表示されるようになっている。なお、出力メータ８５，８６の表示制御や出力矢印画像８４の表示制御については後述する。
【００２７】
次に、こうして構成された実施例の動力出力装置２０におけるディスプレイ７０への表示について説明する。図４は、実施例の動力出力装置２０の電子制御ユニット６０により実行される表示処理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、車両のイグニッションキーがオンとされてから所定時間毎（例えば２０ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。
【００２８】
表示処理ルーチンが実行されると、電子制御ユニット６０のＣＰＵ６２は、まず、温度センサ３４により検出される燃料電池３０の温度Ｔと、電圧センサ３２により検出される燃料電池３０の端子間電圧Ｖｆと、電流センサ３３により検出される燃料電池３０の出力電流Ｉｆとを読み込む処理を実行する（ステップＳ１００）。そして、読み込んだ燃料電池３０の温度Ｔに基づいて燃料電池出力可能量Ｑｆ１を演算する処理を実行する（ステップＳ１０２）。燃料電池３０の運転状態はその温度Ｔに反映されるから、温度Ｔに基づいて燃料電池出力可能量Ｑｆ１を求めることができる。実施例では、予め実験などにより燃料電池３０の温度Ｔと燃料電池出力可能量Ｑｆ１との関係を求めてマップとしてＲＯＭ６３に記憶しておき、燃料電池３０の温度Ｔが与えられるとマップからその温度Ｔに対応する燃料電池出力可能量Ｑｆ１を導出するものとした。図５に、燃料電池３０の温度Ｔと燃料電池出力可能量Ｑｆ１との関係の一例を示すマップを示す。
【００２９】
燃料電池出力可能量Ｑｆ１を演算すると、燃料電池３０の端子間電圧Ｖｆと出力電流Ｉｆとを乗じて燃料電池出力量Ｑｆ２を演算する処理を行なう（ステップＳ１０４）。そして、演算により求めた燃料電池出力可能量Ｑｆ１と燃料電池出力量Ｑｆ２とを燃料電池３０の定格値としての最大出力量Ｆｍａｘで除して、最大出力量Ｆｍａｘに対する比率を計算する処理を行なう（ステップＳ１０６）。
【００３０】
次に、バッテリ４０の蓄電量（ＳＯＣ）を読み込むと共に電圧センサ４２により検出されるバッテリ４０の端子間電圧Ｖｂと電流センサ４３により検出される燃料電池３０の充放電電流Ｉｂとを読み込む処理を実行する（ステップＳ１０８）。ＳＯＣは、実施例では図示しないＳＯＣ検出ルーチンにより電流センサ４３により検出される充放電電流Ｉｂを積算することにより求め、ＲＡＭ６４の所定アドレスに書き込むものとした。したがって、ステップＳ１０６におけるバッテリ４０のＳＯＣの読み込みはＲＡＭ６４の所定アドレスをアクセスする処理となる。続いて、読み込んだＳＯＣに基づいてバッテリ出力可能量Ｑｂ１を演算する処理を実行する（ステップＳ１１０）。バッテリ４０の状態はＳＯＣに反映されるから、ＳＯＣに基づいてバッテリ出力可能量Ｑｂ１を求めることができる。実施例では、予め実験などによりバッテリ４０のＳＯＣとバッテリ出力可能量Ｑｂ１との関係を求めてマップとしてＲＯＭ６３に記憶しておき、バッテリ４０のＳＯＣが与えられるとマップからそのＳＯＣに対応するバッテリ出力可能量Ｑｂ１を導出するものとした。図６に、バッテリ４０のＳＯＣとバッテリ出力可能量Ｑｂ１との関係の一例を示すマップを示す。
【００３１】
バッテリ出力可能量Ｑｂ１を演算すると、バッテリ４０の端子間電圧Ｖｂと充放電電流Ｉｂとを乗じてバッテリ充放電量Ｑｂ２を演算する処理を行なう（ステップＳ１１２）。なお、実施例では、充放電電流Ｉｂの符号として正を放電とし負を充電とした。したがって、バッテリ充放電量Ｑｂ２の値が正のときにはバッテリ４０から放電されている状態であり、負のときにはバッテリ４０が充電されている状態となる。そして、演算により求めたバッテリ出力可能量Ｑｂ１とバッテリ充放電量Ｑｂ２とをバッテリ４０の定格値としての最大出力量Ｂｍａｘで除して、最大出力量Ｂｍａｘに対する比率を計算する処理を行なう（ステップＳ１１４）。
【００３２】
こうして燃料電池出力可能量Ｑｆ１や燃料電池出力量Ｑｆ２の最大出力量Ｆｍａｘに対する比率とバッテリ出力可能量Ｑｂ１やバッテリ充放電量Ｑｂ２の最大出力量Ｂｍａｘに対する比率を求めると、これらを用いて図２に例示する出力状態画像７２や図３に例示する出力フロー画像８０の状態としてディスプレイ７０に表示する処理を行なう（ステップＳ１１６）。出力状態画像７２の表示出力は、具体的には、燃料電池出力可能量Ｑｆ１の最大出力量Ｆｍａｘに対する比率を最大出力量Ｆｍａｘと最大出力量Ｂｍａｘとの和に対する比率に変換しそれを領域７３として表示し、バッテリ出力可能量Ｑｂ１の最大出力量Ｂｍａｘに対する比率を最大出力量Ｆｍａｘと最大出力量Ｂｍａｘとの和に対する比率に変換しそれを領域７３に連続するように領域７４として表示し、燃料電池出力量Ｑｆ２の最大出力量Ｆｍａｘに対する比率とバッテリ充放電量Ｑｂ２の最大出力量Ｂｍａｘに対する比率をそれぞれ最大出力量Ｆｍａｘと最大出力量Ｂｍａｘとの和に対する比率に変換して加えて領域７５として表示するのである。また、出力フロー画像８０の表示出力は、具体的には、出力メータ８５には燃料電池出力可能量Ｑｆ１と燃料電池出力量Ｑｆ２とを二つの針として表示し、出力メータ８６にはバッテリ出力可能量Ｑｂ１とバッテリ充放電量Ｑｂ２とを二つの針として表示する。バッテリ充放電量Ｑｂ２が負の値のとき、即ちバッテリ４０が充電状態にあるときには、バッテリ充放電量Ｑｂ２の燃料電池出力量Ｑｆ２に対する割合を計算して充電電力画像８７にパーセント表示し、ＦＣ画像８１からバッテリ画像８２への矢印とＦＣ画像８１からモータ画像８３への矢印を表示すると共にバッテリ画像８２からモータ画像８３への矢印を消去するよう出力矢印画像８４を出力する。バッテリ充放電量Ｑｂ２が正の値のとき、即ちバッテリ４０が放電状態にあるときには、バッテリ画像８２からモータ画像８３への矢印やＦＣ画像８１からモータ画像８３への矢印を表示すると共にＦＣ画像８１からバッテリ画像８２への矢印を消去するよう出力矢印画像８４を出力する。
【００３３】
こうしたディスプレイ７０への表示により、運転者は、燃料電池３０の状態やバッテリ４０の状態、動力出力装置２０全体としての状態を瞬時に把握することができると共に、現在の出力状態を瞬時に把握することができる。この結果、運転者は動力出力装置２０の始動直後のように燃料電池３０が定常運転状態にないときに動力出力装置２０から可能な出力量や車両としての動作を把握するから、要求出力に対して実際の出力が小さなものとなっても運転者に与える操作上の違和感を低減することができる。
【００３４】
次に、実施例の動力出力装置２０によるモータ５０の制御について説明する。図７は、実施例の動力出力装置２０の電子制御ユニット６０により実行されるモータ制御処理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、実施例の動力出力装置２０が始動された直後から所定時間毎（例えば、８ｍｓｅｃ毎）に実行される。
【００３５】
モータ制御処理ルーチンが実行されると、電子制御ユニット６０のＣＰＵ６２は、まず、アクセルペダルポジションセンサ６８により検出されるアクセルペダルポジションＡＰと車速センサ６６により検出される車速Ｖｖとを読み込む処理を実行する（ステップＳ２００）。そして、読み込んだアクセルペダルポジションＡＰに基づいて要求トルクＴ＊を演算する処理を実行する（ステップＳ２０２）。アクセルペダルの踏み込み量であるアクセルペダルポジションＡＰは、運転者が要求する要求トルクＴ＊と直接関係するから、アクセルペダルポジションＡＰから要求トルクＴ＊を求めることができる。実施例では、アクセルペダルポジションＡＰと要求トルクＴ＊との関係を予めマップとしてＲＯＭ６３に記憶しておき、アクセルペダルポジションＡＰが与えられるとマップから与えられたアクセルペダルポジションＡＰに対応する要求トルクＴ＊を導出するものとした。
【００３６】
続いて、演算により求めた要求トルクＴ＊と読み込んだ車速Ｖｖとに基づいて要求出力Ｑ＊を演算する処理を実行する（ステップＳ２０４）。具体的には、車速Ｖｖから車両の駆動軸の回転数を求め、求めた回転数に要求トルクＴ＊を乗じることにより要求出力Ｑ＊を演算する。
【００３７】
次に、図４に例示する表示処理ルーチンで求められた燃料電池出力可能量Ｑｆ１とバッテリ出力可能量Ｑｂ１とを読み込む処理を実行する（ステップＳ２０６）。図４に例示する表示処理ルーチンでは説明しなかったが、燃料電池出力可能量Ｑｆ１や燃料電池出力量Ｑｆ２，バッテリ出力可能量Ｑｂ１，バッテリ充放電量Ｑｂ２は演算されたときにＲＡＭ６４の所定アドレスに書き込まれるようになっており、ステップＳ２０６では、ＲＡＭ６４の所定アドレスをアクセスすることにより燃料電池出力可能量Ｑｆ１とバッテリ出力可能量Ｑｂ１とを読み込むのである。
【００３８】
そして、読み込んだ燃料電池出力可能量Ｑｆ１とバッテリ出力可能量Ｑｂ１との和を要求出力Ｑ＊と比較する（ステップＳ２０８）。要求出力Ｑ＊が燃料電池出力可能量Ｑｆ１とバッテリ出力可能量Ｑｂ１との和以下のときには要求出力Ｑ＊を出力値Ｑに設定し（ステップＳ２１０）、燃料電池出力可能量Ｑｆ１とバッテリ出力可能量Ｑｂ１との和要求出力Ｑ＊より大きいときには燃料電池出力可能量Ｑｆ１とバッテリ出力可能量Ｑｂ１との和を出力値Ｑに設定する（ステップＳ２１２）。そして、出力値Ｑがモータ５０から出力されるようモータ５０を駆動制御する（ステップＳ２１４）。具体的には、インバータ回路５８のスイッチング素子のスイッチングを制御してモータ５０からの出力が出力値Ｑとなるようにするのである。
【００３９】
こうしたモータ制御処理で要求出力Ｑ＊が燃料電池出力可能量Ｑｆ１とバッテリ出力可能量Ｑｂ１との和より大きいときにこの和を越えないようにすることにより、燃料電池３０の破損やバッテリ４０の破損を防止することができる。
【００４０】
以上説明した実施例の動力出力装置２０によれば、運転者は、燃料電池３０の状態やバッテリ４０の状態、動力出力装置２０全体としての状態を瞬時に把握することができると共に現在の出力状態を瞬時に把握することができる。この結果、運転者は動力出力装置２０の始動直後のように燃料電池３０が定常運転状態にないときに動力出力装置２０から可能な出力量や車両としての動作を把握するから、要求出力に対して実際の出力が小さなものとなっても運転者に与える操作上の違和感を低減することができる。また、運転者の要求出力Ｑ＊が燃料電池出力可能量Ｑｆ１とバッテリ出力可能量Ｑｂ１との和より大きいときでも、実際のモータ５０からの出力をこの和に制限することにより、燃料電池３０やバッテリ４０の破損を防止することができる。
【００４１】
実施例の動力出力装置２０では、図２に例示する出力状態画像７２を用いて燃料電池出力可能量Ｑｆ１とバッテリ出力可能量Ｑｂ１とを連続的に一体となるよう表示したが、燃料電池３０の最大出力量Ｆｍａｘを１００％として燃料電池出力可能量Ｑｆ１を表示する画像とバッテリ４０の最大出力量Ｂｍａｘを１００％としてバッテリ出力可能量Ｑｂ１を表示する画像とを別々に表示するものとしてもよい。この場合、各々の画像を燃料電池出力量Ｑｆ２とバッテリ充放電量Ｑｂ２とを重ねて表示するものとしてもよい。
【００４２】
実施例の動力出力装置２０では、図２に例示する出力状態画像７２を用いて燃料電池出力可能量Ｑｆ１とバッテリ出力可能量Ｑｂ１とが区別できるように表示したが、燃料電池出力可能量Ｑｆ１とバッテリ充放電量Ｑｂ２とが区別できない一体のものとして表示してもよい。また、実施例の動力出力装置２０では、図２に例示する出力状態画像７２を用いて燃料電池出力量Ｑｆ２とバッテリ充放電量Ｑｂ２とが区別できない一体のものとして表示したが、燃料電池出力量Ｑｆ２とバッテリ充放電量Ｑｂ２とを区別できるように表示してもよい。
【００４３】
実施例の動力出力装置２０では、燃料電池出力可能量Ｑｆ１とバッテリ出力可能量Ｑｂ１とを表示したが、燃料電池出力可能量Ｑｆ１のみを表示するものとしてもよい。この場合、燃料電池出力可能量Ｑｆ１をパーセント表示するだけでなく、燃料電池出力可能量Ｑｆ１が最大出力量Ｆｍａｘに対して所定の比率未満のときにはインジケータを点灯するものとしても差し支えない。
【００４４】
実施例の動力出力装置２０では、燃料電池３０の温度Ｔに基づいて燃料電池出力可能量Ｑｆ１を演算するものとしたが、燃料電池３０への燃料の供給ガス圧や冷却水の温度などを考慮して燃料電池出力可能量Ｑｆ１を求めるものとしてもよい。
【００４５】
以上、本発明の実施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。
【図面の簡単な説明】
【図１】 車両に搭載される本発明の一実施例である動力出力装置２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】 ディスプレイ７０に表示される出力状態画像７２の一例を示す説明図である。
【図３】 ディスプレイ７０に表示される出力フロー画像８０の一例を示す説明図である。
【図４】 実施例の動力出力装置２０の電子制御ユニット６０により実行される表示処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図５】 燃料電池３０の温度Ｔと燃料電池出力可能量Ｑｆ１との関係の一例を示すマップである。
【図６】 バッテリ４０のＳＯＣとバッテリ出力可能量Ｑｂ１との関係の一例を示すマップである。
【図７】 実施例の動力出力装置２０の電子制御ユニット６０により実行されるモータ制御処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
２０ 動力出力装置、３０ 燃料電池、３２ 電圧センサ、３３ 電流センサ、３４ 温度センサ、３５ 圧力センサ、３８ 出力制御回路、３９ 電力ライン、４０ バッテリ、４２ 電圧センサ、４３ 電流センサ、４８ 充放電制御回路、５０ モータ、５８ インバータ回路、６０ 電子制御ユニット、６２ ＣＰＵ、６３ ＲＯＭ、６４ ＲＡＭ、６６ 車速センサ、６８ アクセルペダルポジションセンサ、７２ 出力状態画像、７３，７４，７５ 領域、８０ 出力フロー画像、８１ ＦＣ画像、８２ バッテリ画像、８３ モータ画像、８４出力矢印画像、８５，８６ 出力メータ、８７ 充電電力画像。
Claims (14)
- 燃料電池を出力源の一つとして有する出力装置であって、
前記燃料電池の状態を検出する燃料電池状態検出手段と、
該検出した燃料電池の状態に基づいて該燃料電池から出力可能な燃料電池出力可能量を演算する燃料電池出力可能量演算手段と、
該演算した燃料電池出力可能量を表示する表示手段と
を備え、
前記表示手段は、前記燃料電池の最大出力量と関連して前記燃料電池出力可能量を表示する手段である出力装置。 - 前記燃料電池状態検出手段は、前記燃料電池の動作温度を前記燃料電池の状態の一つとして検出する手段である請求項１記載の出力装置。
- 請求項１または２記載の出力装置であって、
前記燃料電池から出力されている燃料電池出力量を検出する燃料電池出力量検出手段を備え、
前記表示手段は、前記燃料電池出力量検出手段により検出された燃料電池出力量を表示する手段である
出力装置。 - 前記表示手段は、前記検出された燃料電池出力量を前記演算された燃料電池出力可能量と関連して表示する手段である請求項３記載の出力装置。
- 請求項１ないし４いずれか記載の出力装置であって、
充放電可能な二次電池と、
該二次電池の状態を検出する二次電池状態検出手段と、
該検出した二次電池の状態に基づいて該二次電池から出力可能な二次電池出力可能量を演算する二次電池出力可能量演算手段と
を備え、
前記表示手段は、前記二次電池出力可能量演算手段により演算された二次電池出力可能量を表示する手段である
出力装置。 - 前記表示手段は、前記二次電池の最大出力量と関連して前記二次電池出力可能量を表示する手段である請求項５記載の出力装置。
- 前記表示手段は、前記演算された燃料電池出力可能量と二次電池出力可能量とを連続的な表示で表示する手段である請求項５または６記載の出力装置。
- 前記表示手段は、前記燃料電池の最大出力量と前記二次電池の最大出力量との和からなる装置最大出力量と関連して前記演算された燃料電池出力可能量と二次電池出力可能量とを表示する手段である請求項７記載の出力装置。
- 請求項５ないし８いずれか記載の出力装置であって、
前記二次電池から出力されている二次電池出力量を検出する二次電池出力量検出手段を備え、
前記表示手段は、前記二次電池出力量検出手段により検出された二次電池出力量を表示する手段である
出力装置。 - 前記表示手段は、前記検出された二次電池出力量を前記演算された二次電池出力可能量と関連して表示する手段である請求項９記載の出力装置。
- 前記表示手段は、前記燃料電池の最大出力量と前記二次電池の最大出力量との和からなる装置最大出力量と関連して前記演算された燃料電池出力可能量と二次電池出力可能量とを連続的な表示で表示すると共に該表示された連続的な表示に関連して前記検出された燃料電池出力量と二次電池出力量とを連続的な表示で表示する手段である請求項３に係る請求項９記載の出力装置。
- 燃料電池と、該燃料電池からの出力を充電可能な二次電池と、前記燃料電池と前記二次電池とを出力源として動力を出力する電動機とを有する動力出力装置であって、
前記燃料電池から出力可能な燃料電池出力可能量を検出する燃料電池出力可能量検出手段と、
前記燃料電池から出力されている燃料電池出力量を検出する燃料電池出力量検出手段と、
前記二次電池から出力可能な二次電池出力可能量を検出する二次電池出力可能量演算手段と、
前記二次電池の充放電量を検出する充放電量検出手段と、
前記検出された燃料電池出力量と前記検出された二次電池の充放電量とから出力の流れを演算する出力フロー演算手段と、
該演算された出力の流れを前記検出された燃料電池出力可能量と前記検出された二次電池出力可能量とに関連して表示する表示手段と
を備える動力出力装置。 - 請求項１２記載の動力出力装置であって、
前記出力フロー演算手段は、前記燃料電池から前記電動機への出力量としての第１出力量と、前記二次電池から前記電動機への出力量としての第２出力量とを演算する手段であり、
前記表示手段は、前記燃料電池と前記二次電池と前記電動機とを各々示す模式図と、該模式図間に前記出力の流れを示す矢印と、前記第１出力量と前記燃料電池出力可能量との関係を前記矢印と関連して模式的に示す第１出力量関係模式図と、前記第２出力量と前記二次電池出力可能量との関係を前記矢印と関連して模式的に示す第２出力量関係模式図とを表示する手段である
動力出力装置。 - 車両に搭載された請求項１２または１３記載の動力出力装置であって、
操作者の要求出力を検出する要求出力検出手段と、
該検出された要求出力が前記検出された燃料電池出力可能量と二次電池出力可能量との和である全出力可能量以下のときには該要求出力に基づいて前記電動機を制御し、前記要求出力が前記全出力可能量より大きいときには該要求出力を該全出力可能量に置き換えて前記電動機を制御する電動機制御手段と
を備える動力出力装置。
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