JP6881181B2 - 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 - Google Patents

燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 Download PDF

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Description

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。
車両に搭載された燃料電池システムにおいて、適切な制御を維持するために、一時的に燃料電池の出力を制限する制御を行なうことが提案されている。例えば、特許文献１，２には、燃料電池システムの運転中において、燃料電池に含まれる複数のセルの何れかにおいて負電圧のセル電圧の発生を検出した場合に、燃料電池の出力を制限することが記載されている。
特開２０１２−００９４０６号公報 特開２０１１−２４９０７８号公報
燃料電池システムを搭載した車両の運転中において、上述した燃料電池の出力制限等の燃料電池システムに生じた種々の事象に関する情報は、車両制御履歴に、その事象が発生するごとに保存され、サービス店等におけるメンテナンスや修理等において利用される。
車両制御履歴を記憶するために割り当てられたメモリの領域には制限があるため、１つの事象について、その事象が発生するごとに別々に情報を記憶できる領域の数にも制限がある。このため、例えば、記憶可能な領域の数以上に、事象が発生した場合、先に記憶されていた事象情報が、新たに発生した事象情報により上書きされてしまい、消去されてしまう可能性がある。
この問題を解決する１つの方法として、発生した１つの事象について保存する情報を予め選択した情報に制限して、別々に記憶できる領域の数を増加させることが考えられる。しかしながら、この場合、以下の問題がある。燃料電池システムが搭載された車両の出力不足(駆動力不足）は、従来技術で説明した燃料電池の出力制限の他、二次電池の出力不足、駆動モータの出力不足等の複数の要因が考えられる。このため、出力不足が発生した際に、車両制御履歴を利用して、発生した要因を解析するためには、燃料電池、二次電池および駆動モータのそれぞれに対して出力不足に関する要因を解析するために要する情報の全てが車両制御履歴情報に保存されていること望ましい。しかしながら、上述のように、車両制御履歴に保存する情報を選択的に制限したとすると、仮に、燃料電池、二次電池および駆動モータのいずれに要因があるかまでは解析できたとしても、詳細な要因まで解析するために必要な情報の量が不足して、詳しい要因を解析することはできない可能性がある。このため、サービス店等において、車両制御履歴を利用して、発生した出力不足の要因に対する改善を図ることが困難となる可能性がある。
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
車両に搭載される燃料電池システムであって、
前記車両を動かすための駆動モータと、
燃料電池および二次電池を含む複数の動力源と、
前記駆動モータの出力の不具合に関するデータを履歴として記憶するメモリと、
前記メモリへの前記不具合のデータの書き込みを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記駆動モータの実出力値が前記駆動モータへの出力要求値によって定められる基準値よりも小さい場合に、前記複数の動力源のうちの１つの動力源の実出力値が前記１つの動力源に対する動力源出力要求値と比べて小さいときには、前記複数の動力源のうち前記１つの動力源以外の動力源の動作状態に関するデータを前記メモリに記憶せず、前記１つの動力源の動作状態に関するデータを前記メモリに記憶する、燃料電池システム。
（１）本発明の一形態によれば、車両に搭載される燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは；前記車両を動かすための駆動モータと；燃料電池および二次電池を含む複数の動力源と；前記駆動モータの出力の不具合に関するデータを履歴として記憶するメモリと；前記メモリへの前記不具合のデータの書き込みを制御する制御部と、を備える。前記制御部は、前記駆動モータの実出力値が前記駆動モータへの出力要求値によって定められる基準値よりも小さい場合に、前記複数の動力源のうちの１つの動力源の実出力値が前記１つの動力源に対する動力源出力要求値と比べて小さいときには、前記１つの動力源の動作状態に関するデータを前記メモリに記憶する。
この形態の燃料電池システムによれば、出力不足が発生した場合に、出力不足の要因となっている動力源を特定し、特定した動力源の動作状態に関するデータをメモリに記憶するので、データを記憶するためのメモリの容量を低減しつつ、出力不足の要因に関するデータを記憶することができる。これにより、サービス店等において、履歴を利用して、発生した出力不足の要因に対する改善を図ることができる。
（２）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、各動力源の実出力値が前記各動力源に対する動力源出力要求値と等しいときには、前記駆動モータに関するデータを前記メモリに記憶する、としてもよい。
この形態の燃料電池システムによれば、全ての動力源の出力が正常なときに、駆動モータが出力不足の要因と特定し、駆動モータに関するデータを履歴として記憶するので、データを記憶するためのメモリの容量を低減しつつ、出力不足の要因に関するデータを記憶することができる。これにより、サービス店等において、履歴を利用して、発生した出力不足の要因としての駆動モータに対する改善を図ることができる。
（３）上記形態の燃料電池システムにおいて；前記動力源は、前記燃料電池および前記二次電池であり；前記制御部は；（ａ）前記燃料電池の実出力値が前記燃料電池に対する燃料電池出力要求値よりも小さいときには、前記燃料電池の動作状態に関するデータを前記メモリに記憶し；（ｂ）前記二次電池の実出力値が前記二次電池に対する二次電池出力要求値よりも小さいときには、前記二次電池の動作状態に関するデータを前記メモリに記憶し；（ｃ）前記燃料電池の実出力値が前記燃料電池出力要求値と等しく、かつ、前記二次電池の実出力値が前記二次電池出力要求値と等しいときには、前記駆動モータに関するデータを前記メモリに記憶する；としてもよい。
この形態の燃料電池システムによれば、動力源としての燃料電池および二次電池と、駆動モータとのいずれが出力不足の要因かを特定し、特定した要因に関するデータを履歴として記憶するので、データを記憶するためのメモリの容量を低減しつつ、出力不足の要因に関するデータを記憶することができる。これにより、サービス店等において、履歴を利用して、発生した出力不足の要因としての駆動モータに対する改善を図ることができる。
本発明の形態は、車両に搭載される燃料電池システムに限るものではなく、例えば、電力を動力源とする移動体等に搭載される燃料電池システム、燃料電池システムが搭載された車両等の移動体などの種々の形態に適用することも可能である。また、燃料電池システムの制御方法の態様で実現することも可能である。また、本発明は、上述の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において様々な形態で実現することができる。
本発明の第１実施形態における燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。 燃料電池システムが搭載された車両における履歴制御処理を示すフローチャートである。 第２実施形態における履歴制御処理を示すフローチャートである。 図３のステップＳ６０とステップＳ７０の順番を入れ替えた例のフローチャートである。
Ａ．第１実施形態：
図１は、本発明の第１実施形態における燃料電池システム１０の概略構成を示すブロック図である。燃料電池システム１０は、動力を発生する駆動モータ（ＤＭ）２２０を動作させるための電力を発生させるシステムとして車両に搭載されている。燃料電池システム１０は、不図示のパワースイッチのＯＮ操作によって始動し、ＯＦＦ操作によって停止する。
燃料電池システム１０は、燃料電池（ＦＣ）１００と、燃料電池用コンバータ１１０と、二次電池（ＢＴ）１２０と、二次電池用コンバータ１３０と、補機１４０と、モータ用インバータ１５０と、エアコンプレッサ用インバータ１６０と、ＰＭ制御部１７０と、ＦＣ制御部１８０と、ＦＤＣ制御部１９０と、ＭＧ制御部２００と、駆動モータ２２０と、を備える。また、燃料電池システム１０は、反応ガス供給機構１０２と、反応ガス供給機構１０２の一部であるエアコンプレッサ１０４と、を備える。また、図示を省略するが燃料電池システム１０には、燃料タンクや燃料電池の温度、反応ガス（水素、空気）の流量や圧力、温度、冷媒の温度、冷媒の流量、各種バルブの動作状態、エアコンプレッサや水素ポンプの回転数等の動作状態、等を検出するための各種センサ（不図示）や、燃料電池のセル電圧を検出するセルモニタ（不図示）等が設けられている。
燃料電池１００は、反応ガスである水素と酸素の電気化学反応によって発電するユニットであり、燃料電池システム１０が出力する駆動モータ２２０の動力源として機能する。燃料電池１００は、単セルを複数積層して形成される。単セルは、それぞれが単体でも発電可能な発電要素であり、電解質膜を有する膜電極接合体の両面にガス拡散層が配された膜電極ガス拡散層接合体と、膜電極ガス拡散層接合体の両外側に配置されるセパレータと、を有する。電解質膜は、内部に水分を包含した湿潤状態のときに良好なプロトン伝導性を示す固体高分子薄膜によって構成される。燃料電池１００は、種々の型を適用可能であるが、本実施形態では、固体高分子型を用いている。燃料電池１００は、ＦＣ出力配線ＦＣＬを介して燃料電池用コンバータ１１０と電気的に接続されている。なお、ＦＣ出力配線ＦＣＬには、燃料電池１００の出力（電圧および電流から求められる電力）を計測するＦＣ出力センサＳＰ１が設けられている。
反応ガス供給機構１０２は、燃料電池１００のアノードに燃料ガス（「アノードガス」とも呼ぶ）である水素を供給するための燃料ガス供給部と、カソードに酸化ガス（「カソードガス」とも呼ぶ）である酸素を含む空気を燃料電池１００に供給するための酸化ガス供給部と、冷却媒体（例えば、冷却水）を燃料電池１００の冷媒流路に供給する冷媒供給部と、有する。各供給部の図示および説明は省略する。なお、エアコンプレッサ１０４は、酸化ガス供給部の一部であり、燃料電池１００のカソードに空気を供給する。
燃料電池用コンバータ１１０は、昇圧型のコンバータ装置であり、燃料電池１００の出力電圧を目標の電圧まで昇圧する昇圧動作を行う。燃料電池用コンバータ１１０は、高圧直流配線ＤＣＨを介してモータ用インバータ１５０およびエアコンプレッサ用インバータ１６０に電気的に並列に接続されている。
二次電池１２０は、燃料電池１００とともに、駆動モータ２２０の動力源として機能する。本実施形態では、二次電池１２０は、リチウムイオン電池によって構成される。他の実施形態では、二次電池１２０は、鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池など他の種類の電池であってもよい。二次電池１２０は、低圧直流配線ＤＣＬを介して、二次電池用コンバータ１３０と電気的に接続されている。低圧直流配線ＤＣＬの二次電池１２０側の端部には、二次電池１２０の出力（電圧および電流から求められる電力）を計測するＢＴ出力センサＳＰ２が設けられている。
二次電池用コンバータ１３０は、昇降型のコンバータ装置であり、燃料電池用コンバータ１１０と類似の構成を有する。二次電池用コンバータ１３０は、高圧直流配線ＤＣＨを介して、燃料電池用コンバータ１１０とモータ用インバータ１５０およびエアコンプレッサ用インバータ１６０と電気的に並列に接続されている。二次電池用コンバータ１３０は、モータ用インバータ１５０およびエアコンプレッサ用インバータ１６０の入力電圧である高圧直流配線ＤＣＨにおける電圧を調整し、二次電池１２０の充放電を制御する。
二次電池用コンバータ１３０は、燃料電池用コンバータ１１０からの出力電力が目標出力電力に対して不足する場合には、二次電池１２０に放電させて、二次電池１２０の出力電力を変換して高圧直流配線ＤＣＨ側に出力する。二次電池用コンバータ１３０から高圧直流配線ＤＣＨに出力された電力は、モータ用インバータ１５０およびエアコンプレッサ用インバータ１６０を介して駆動モータ２２０およびエアコンプレッサ１０４に供給される。一方、二次電池用コンバータ１３０は、駆動モータ２２０において回生電力が発生する場合には、この回生電力を変換して低圧直流配線ＤＣＬ側に出力する。また、二次電池用コンバータ１３０は、燃料電池１００の出力電力を変換して低圧直流配線ＤＣＬ側に出力する。これにより、二次電池用コンバータ１３０は、低圧直流配線ＤＣＬに出力した電力を、二次電池１２０に充電するとともに、補機１４０に供給することができる。なお、二次電池用コンバータ１３０は、燃料電池用コンバータ１１０とは異なる構成を有していてもよい。
補機１４０は、燃料電池１００の運転に使用される補機であり、反応ガス供給機構１０２の一部を構成する。補機１４０は、低圧直流配線ＤＣＬに電気的に接続されており、低圧直流配線ＤＣＬに供給される電力を消費して稼動する。補機１４０には、例えば、燃料電池１００にアノードガスとしての水素を循環させるための水素循環ポンプ、燃料電池１００を冷却する冷却装置の冷媒ポンプ等が含まれる。
モータ用インバータ１５０は、燃料電池１００および二次電池１２０から高圧直流配線ＤＣＨを介して直流で供給される電力を三相交流の電力に変換する。モータ用インバータ１５０は、車両に備えられた駆動モータ２２０と電気的に接続し、三相交流電力を駆動モータ２２０に供給する。また、モータ用インバータ１５０は、駆動モータ２２０において発生する回生電力を直流電力に変換して高圧直流配線ＤＣＨに出力する。エアコンプレッサ用インバータ１６０も、燃料電池１００および二次電池１２０から高圧直流配線ＤＣＨを介して直流で供給される電力を三相交流の電力に変換する。エアコンプレッサ用インバータ１６０は、エアコンプレッサ１０４と電気的に接続し、三相交流電力をエアコンプレッサ１０４に供給する。なお、モータ用インバータ１５０と駆動モータ２２０とを接続する配線には、駆動モータ２２０へ供給される出力（電圧および電流から求められる電力）を計測するＤＭ出力センサＳＰ３が設けられている。なお、燃料電池１００および二次電池１２０から高圧直流配線ＤＣＨを介してモータ用インバータ１５０に供給される出力が正常であり、かつ、インバータ１５０の動作が正常な場合、駆動モータ２２０へ供給される出力は、駆動モータ２２０の動力（出力）に相当するものとして差し支えない。この場合、駆動モータ２２０の出力不足は駆動モータ２２０へ供給される電力の出力不足となって現れる。
駆動モータ２２０は、燃料電池１００および二次電池１２０からの電力が供給されて駆動する動力発生装置である。また、駆動モータ２２０は、アクセル２１０が減速指示を受け付けると、回生運転に移行するまでの間、出力（トルク）を減少させる。本実施形態では、駆動モータ２２０は、アクセル２１０が減速指示を受け付けたのちアクセル開度がゼロになってから一定時間経過すると、力行運転から回生運転に移行する。他の実施形態では、駆動モータ２２０は、出力（トルク）が設定値以下になったときに、力行運転から回生運転に移行してもよい。
ＰＭ制御部１７０は、燃料電池システム１０の各部の動作を制御する。ＰＭ制御部１７０は、燃料電池システム１０の各部の動作を制御するために、ＦＣ制御部１８０、ＦＤＣ制御部１９０、および、ＭＧ制御部２００等の各種制御部の動作を統括して制御する統括制御部である。
ＰＭ制御部１７０は、アクセル開度に応じた駆動モータ２２０へ要求するモータ出力要求の値（以下、「ＤＭ出力要求値」とも呼ぶ）と、燃料電池１００に要求するＦＣ出力要求の値（以下、「ＦＣ出力要求値」とも呼ぶ）と、二次電池１２０に要求するＢＴ出力要求の値（以下、「ＢＴ出力要求値」とも呼ぶ）と、を求める。アクセル２１０が受け付けたアクセル開度は、アクセル２１０の全可動範囲に対する実際の操作量の割合（％）である。アクセル開度は、不図示のアクセルセンサによって検出された信号の大きさに応じて求められる。駆動モータ２２０の動力源は燃料電池１００および二次電池１２０であるので、ＤＭ出力要求値に対応する電力を供給するのは、燃料電池１００および二次電池１２０である。そこで、ＦＣ出力要求値およびＢＴ出力要求値は、燃料料電池１００の動作状態（例えば、出力制限状態か否か）、および、二次電池１２０の動作状態（例えば、ＳＯＣ（充電状態））、に応じてモータ出力要求値を分配することにより決定される。
また、ＰＭ制御部１７０は、ＦＣ出力要求値を示す信号をＦＣ制御部１８０に出力するとともに、ＦＣ出力要求値に応じた電力を燃料電池用コンバータ１１０から出力させるための電力要求信号をＦＤＣ制御部１９０に出力する。また、ＰＭ制御部１７０は、エアコンプレッサ１０４をＦＣ出力要求値に応じて稼働させるためのコンプレッサ要求信号をＭＧ制御部２００に出力する。また、ＰＭ制御部１７０は、ＢＴ出力要求値に応じた電力を二次電池用コンバータ１３０から出力させるためのＢＴ要求信号をＭＧ制御部２００に出力する。また、ＰＭ制御部１７０は、モータ出力要求値（モータトルク要求値）に応じた状態で駆動モータ２２０を作動させるための電力をモータ用インバータ１５０から出力させるために、モータ出力要求値（ＤＭ出力要求値）を示す信号をＭＧ制御部２００に出力する。
ＦＣ制御部１８０は、ＦＣ出力要求値に応じた状態で燃料電池１００の運転（発電）が実行されるように、反応ガス供給機構１０２の動作を制御する。これにより、反応ガス供給機構１０２は、ＦＣ出力要求値に応じた燃料電池１００への反応ガスの供給動作および燃料電池１００の冷却動作を実行する。
ＦＤＣ制御部１９０は、ＦＣ出力要求値に対応する電力を燃料電池用コンバータ１１０が出力するように燃料電池用コンバータ１１０の動作を制御する。これにより、燃料電池用コンバータ１１０は、ＦＣ出力要求値に応じた電力を高圧直流配線ＤＣＨに出力する。
ＭＧ制御部２００は、高電圧ユニット制御部である。ＭＧ制御部２００は、コンプレッサ要求信号に応じてエアコンプレッサ用インバータ１６０の動作を制御し、エアコンプレッサ１０４を動作させる。また、ＭＧ制御部２００は、ＢＴ要求信号に応じて二次電池用コンバータ１３０の動作を制御する。二次電池用コンバータ１３０は、ＢＴ出力要求値に応じた電力を高圧直流配線ＤＣＨに出力する。また、二次電池用コンバータ１３０は、駆動モータ２２０からモータ用インバータ１５０を介して高圧直流配線ＤＣＨに電力が回生される場合には、回生された電力を低圧直流配線ＤＣＬに出力する。また、ＭＧ制御部２００は、モータ出力要求値に応じてモータ用インバータ１５０の動作を制御する。モータ用インバータ１５０は、モータ出力要求値に応じた状態で駆動モータ２２０を作動させるための電力を駆動モータ２２０に供給する。
ＰＭ制御部１７０、ならびに、ＰＭ制御部１７０が統括制御するＦＣ制御部１８０、ＦＤＣ制御部１９０、および、ＭＧ制御部２００は、それぞれ、不図示のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ、および、インタフェース等を有するコンピュータである。各制御部は、メモリに記憶されているソフトウェアを実行することにより、上述したそれぞれの機能を実行する機能制御部として動作する。なお、二次電池用コンバータ１３０、モータ用インバータ１５０、および、エアコンプレッサ用インバータ１６０は、ＭＧ制御部２００で制御されるものとしているが、それぞれ独立した制御部で制御されるようにしてもよい。また、制御部１８０，１９０，２００は、ＰＭ制御部１７０に含まれる構成としてもよい。
なお、ＰＭ制御部１７０は、車両制御履歴（ＲｏＢ）を記憶するために予め割り当てられたメモリの領域１７２を有している。以下では、この領域１７２を単に「車両制御履歴１７２」とも呼ぶ。ＰＭ制御部１７０は、不図示の各種センサやセルモニタ等から受信した信号を利用して、車両に搭載された燃料電池システム１０の各部の動作状態を監視し、その履歴を、車両制御履歴１７２中に適宜記憶する。例えば、ＰＭ制御部１７０は、以下で説明するように、ＤＭ出力センサＳＰ３で計測される駆動モータ２２０の動力（出力）、ＦＣ出力センサＳＰ１で計測されるＦＣ出力値、およびＢＴ出力センサＳＰ２で計測されるＢＴ出力値に基づいて、出力不足の発生を履歴として車両制御履歴１７２中に記憶する。車両制御履歴１７２は、サービス店等においてメンテナンスや修理等のために利用される。
図２は、燃料電池システム１０が搭載された車両における出力不足の履歴の扱いを制御する処理（以下、「履歴制御処理」とも呼ぶ）を示すフローチャートである。この履歴制御処理は、ＰＭ制御部１７０によって、不図示のパワースイッチのＯＮ操作によって燃料電池システム１０（図１）が始動し、ＯＦＦ操作によって停止するまでの稼動中において、継続して実施される。
まず、ステップＳ１０では、ユーザのアクセル２１０の操作に応じたアクセル開度から、駆動モータ２２０に要求される動力を示すモータトルク（モータ出力）の値、すなわち、モータ出力要求値（ＤＭ出力要求値）が算出され、燃料電池出力要求値（ＦＣ出力要求値）および二次電池出力要求値（ＢＴ出力要求値）が算出される。なお、ＦＣ出力要求値およびＢＴ出力要求値の算出は、上述したように、燃料料電池１００の動作状態（例えば、出力制限状態か否か）、および、二次電池１２０の動作状態（例えば、ＳＯＣ（充電状態））に従った、ＤＭ出力要求値の分配計算である。
次に、ステップＳ２０では、ＤＭ出力センサＳＰ３で計測された出力値が駆動モータ２２０のＤＭ出力値として取得される。また、ＦＣ出力センサＳＰ１で計測された出力値が燃料電池１００のＦＣ出力値として取得される。また、ＢＴ出力センサＳＰ２で計測された出力値が二次電池１２０のＢＴ出力値として取得される。なお、ＤＭ出力値が「駆動モータの実出力値」に相当し、ＦＣ出力値が「燃料電池の実出力値」に相当し、ＢＴ出力値が「二次電池の実出力値」に相当する。
そして、ステップＳ３０では、ＤＭ出力値がＤＭ出力要求値によって定められる基準値よりも小さいか否か判断される。この判断は、ユーザが車両の出力（駆動モータ２２０の動力）が不足していると感じるほど、ＤＭ出力値がＤＭ出力要求値に比べて小さくなっているか否かを判断するものである。この判断には、以下の（ａ１）あるいは（ａ２）の処理が適用可能である。
（ａ１）ＤＭ出力値およびＤＭ出力要求値を、それぞれ、ＤＭ出力値ＰｍおよびＤＭ出力要求値Ｐｍｒｑを基準とする割合（％）で表したＤＭ出力割合ＲＰｍおよびＤＭ出力要求割合ＲＰｍｒｑで扱うこととする。また、ユーザが出力不足と感じない範囲のＤＭ出力割合ＲＰｍの最小値を基準値ＲＰｒとする。そして、ＤＭ出力割合ＲＰｍが基準値ＲＰｒよりも小さい場合に、ユーザが車両の出力が不足していると感じるほど、ＤＭ出力割合ＲＰｍがＤＭ出力要求割合ＲＰｍｒｑに比べて小さくなっていると判断する。
（ａ２）ＤＭ出力値およびＤＭ出力要求値を、それぞれ、ＤＭ出力値ＰｍおよびＤＭ出力要求値Ｐｍｒｑを基準とする割合（％）で表したＤＭ出力割合ＲＰｍおよびＤＭ出力要求割合ＲＰｍｒｑで扱うこととする。そして、ＤＭ出力要求割合ＲＰｍｒｑとＤＭ出力割合ＲＰｍとの差ΔＲＰｍ（＝ＲＰｍｒｑ−ＲＰｍ）が許容値ＲＰｔｌｒより大きい場合に、ユーザが車両の出力が不足していると感じるほど、ＤＭ出力割合ＲＰｍがＤＭ出力要求割合ＲＰｍｒｑに比べて小さくなっていると判断される。なお、許容値ＲＰｔｌｒは、ユーザが出力不足と感じない範囲として許容されるＤＭ出力割合ＲＰｍの減少値である。換言すると、ＤＭ出力割合ＲＰｍが、ＤＭ出力要求割合ＲＰｍｒｑから許容値ＲＰｔｌｒを差し引いた値よりも小さい場合に、ユーザが車両の出力が不足していると感じるほど、ＤＭ出力割合ＲＰｍがＤＭ出力要求割合ＲＰｍｒｑに比べて小さくなっていると判断される。この場合、ＤＭ出力要求割合ＲＰｍｒｑから許容値ＲＰｔｌｒを差し引いた値が基準値に相当する。
ここで、出力不足と感じるＤＭ出力割合ＲＰｍには個人差があるので、上記の基準値ＲＰｒや許容値ＲＰｔｌｒは、個人差を考慮して予め実験等により設定されることが好ましい。通常、ＤＭ出力割合ＲＰｍがＤＭ出力要求割合ＲＰｍｒｑに対して４０％を超えて低下すれば、ほとんどのユーザが違和感を覚えると考えられる。そこで、基準値ＲＰｒは、例えば、６０％≦ＲＰｒ≦８０％の範囲の何れかに設定されることが好ましい。また、許容値ＲＰｔｌｒは２０％≦ＲＰｔｌｒ≦４０％の範囲の何れかに設定されることが好ましい。
なお、上記（ａ１），（ａ２）では、ＤＭ出力値およびＤＭ出力要求値を、ＤＭ出力割合ＲＰｍおよびＤＭ出力要求割合ＲＰｍｒｑで扱うことを前提とした。この理由は、ＤＭ出力要求値Ｐｍｒｑの大きさに関係なく、同様に扱うことが可能となるからである。但し、これに限定されるものではなく、ＤＭ出力値ＰｍおよびＤＭ出力要求値Ｐｍｒｑを直接用いて、以下の（ａ３）あるいは（ａ４）の処理を適用することも可能である。
（ａ３）あらかじめ、ＤＭ出力要求値Ｐｍｒｑと、ユーザが出力不足と感じない範囲のＤＭ出力値Ｐｍの最小値である基準値Ｐｒとの関係を定めておく。そして、この関係からＤＭ出力要求値Ｐｍｒｑに対応する基準値Ｐｒが決定され、ＤＭ出力値Ｐｍが基準値Ｐｒよりも小さい場合に、ユーザが車両の出力が不足していると感じるほど、ＤＭ出力値ＰｍがＤＭ出力要求値Ｐｍｒｑに比べて小さくなっていると判断される。
（ａ４）ＤＭ出力要求値Ｐｍｒｑと、ユーザが出力不足と感じない範囲のＤＭ出力値Ｐｍの減少値（許容値）Ｐｔｌｒとの関係を定めておき、この関係からＤＭ出力要求値Ｐｍｒｑに対応する許容値Ｐｔｌｒが決定される。そして、ＤＭ出力要求値ＰｍｒｑとＤＭ出力値Ｐｍとの差ΔＰｍ（＝Ｐｍｒｑ−Ｐｍ）が、許容値Ｐｔｌｒより大きい場合に、ユーザが車両の出力が不足していると感じるほど、ＤＭ出力値ＰｍがＤＭ出力要求値Ｐｍｒｑに比べて小さくなっていると判断される。換言すると、ＤＭ出力値Ｐｍが、ＤＭ出力要求値Ｐｍｒｑから許容値Ｐｔｌｒを差し引いた値よりも小さい場合に、ユーザが車両の出力が不足していると感じるほど、ＤＭ出力値ＰｍがＤＭ出力要求値Ｐｍｒｑに比べて小さくなっていると判断される。この場合、ＤＭ出力要求値Ｐｍｒｑから許容値Ｐｔｌｒを差し引いた値が基準値に相当する。
ここで、ＤＭ出力値が基準値以上の場合には（ステップＳ３０：ＮＯ）、ステップＳ１０からの処理が繰り返される。これに対して、ＤＭ出力値が基準値未満の場合には(ステップＳ３０：ＹＥＳ）、ステップＳ４０において、車両の出力不足が発生していると判断され、出力不足発生の概略データが車両制御履歴１７２（図１）に保存される。なお、この際保存される概略データは、出力不足の発生を把握できる程度の情報量を有するデータである。概略データには、例えば、駆動モータ２２０へのＤＭ出力要求値および計測されたＤＭ出力値と、燃料電池１００へのＦＣ出力要求値および計測されたＦＣ出力値と、二次電池１２０へのＢＴ出力要求値および計測されたＢＴ出力値と、が少なくとも含まれる。
次に、以下で説明するように、駆動モータ２２０の動力源である燃料電池１００と二次電池１２０のいずれに出力不足が発生しているか特定され、特定された動力源の動作状態に関するデータが車両制御履歴１７２に保存される。
まず、ステップＳ５０において、二次電池１２０のＢＴ出力値がＢＴ出力要求値以上で、かつ、燃料電池１００のＦＣ出力値がＦＣ出力要求値未満であるか否か判断される。
二次電池１２０のＢＴ出力値がＢＴ出力要求値以上で、かつ、燃料電池１００のＦＣ出力値がＦＣ出力要求値未満である場合には（ステップＳ５０：ＹＥＳ）、ステップＳ５２において、燃料電池１００の出力不足（ＦＣ出力不足）と判断されて、燃料電池１００の動作状態に関するデータ（以下、「ＦＣ系データ」とも呼ぶ）が車両制御履歴１７２に保存される（ステップＳ５２）。このとき、後述する二次電池１２０の動作状態に関するデータ（以下、「ＢＴ系データ」とも呼ぶ）は車両制御履歴１７２に保存されない。
ＦＣ出力不足でない場合には（ステップＳ５０：ＮＯ）、ステップＳ６０において、ＦＣ出力値がＦＣ出力要求値に等しく、かつ、ＢＴ出力値がＢＴ出力要求値未満であるか否か判断される。
ＦＣ出力値がＦＣ出力要求値に等しく、かつ、ＢＴ出力値がＢＴ出力要求値未満である場合には（ステップＳ６０：ＹＥＳ）、ステップＳ６２において、二次電池１２０の出力不足（ＢＴ出力不足）と判断されて、二次電池１２０の動作状態に関するデータ（ＢＴ系データ）が車両制御履歴１７２に保存される。このとき、燃料電池１００の動作状態に関するデータ（ＦＣ系データ）は車両制御履歴１７２に保存されない。
ＦＣ出力不足でもＢＴ出力不足でもない場合には（ステップＳ６０：ＮＯ）、出力不足の要因である動力源を特定できないので、データが上書き消去されてしまう可能性よりもデータの保存を優先して、出力不足に関係する燃料電池システム１０の全ての系に関するデータ、すなわち、ＦＣ系データおよびＢＴ系データが車両制御履歴１７２に保存される（ステップＳ８０）。車両制御履歴１７２へのデータの保存後は、ステップＳ１０からの処理が繰り返される。
なお、燃料電池１００の出力不足の要因には、燃料電池１００自体の出力不足と、燃料電池用コンバータ１１０の動作不良による出力不足と、が挙げられる。このため、ＦＣ系データには、燃料電池１００の出力不足の要因を解析するために要するデータとして、燃料電池１００自体の動作状態に関するデータ、および、燃料電池用コンバータ１１０の動作状態に関するデータが含まれる。
燃料電池１００自体の動作状態に関するデータとしては、燃料電池１００の出力電圧、出力可能電流、セル電圧、燃料欠状態の発生の有無等のデータや、反応ガス供給機構１０２の燃料ガス供給部の構成する各部の動作状態を示すデータ、酸化ガス供給部を構成する各部の動作状態を示すデータ、冷媒供給部を構成する各部の動作状態を示すデータ、等が含まれる。燃料ガス供給部を構成する各部の動作状態を示すデータには、燃料タンク温度、燃料ガス供給圧力、燃料ガスポンプの回転数、等の燃料電池１００自体の動作状態を把握するために利用可能な種々のデータが含まれる。酸化ガス供給部を構成する各部の動作状態を示すデータには、酸化ガス流量、酸化ガス圧力、エアコンプレッサ回転数等の燃料電池１００自体の動作状態を把握するために利用可能な種々のデータが含まれる。冷媒供給部を構成する各部の動作状態を示すデータには、冷媒温度、冷媒ポンプ回転数等の燃料電池１００自体の動作状態を把握するために利用可能な種々のデータが含まれる。
燃料電池用コンバータ１１０の動作状態に関するデータとしては、入力電圧、昇圧電圧、目標出力電力等の種々のデータが含まれる。
また、ＢＴ系データには、二次電池１２０の出力不足の要因を解析するために要するデータとして、二次電池１２０自体の動作状態に関するデータや二次電池用コンバータ１３０の動作状態に関するデータが含まれる。二次電池１２０自体の動作状態に関するデータには、ＳＯＣや温度、電圧、等が含まれる。二次電池用コンバータ１３０の動作状態に関するデータには、入力電圧、昇圧電圧、目標出力電力等の種々のデータが含まれる。
出力不足に関係する燃料電池システム１０の全ての系に関するデータとしては、ＦＣ系データおよびＢＴ系データだけでなく、駆動モータ２２０に関するデータ（ＤＭ系データ）も含まれる。ＤＭ系データには、駆動モータ２２０の出力不足の要因を解析するために要するデータとして、モータ用インバータ１５０の動作状態に関する種々のデータ、例えば、温度、入力電圧、ＤＭ出力値（ＤＭトルク値）等の種々のデータが含まれる。
以上のように、第１実施形態においては、ＰＭ制御部１７０は、ユーザが感じるほどの車両の出力（駆動モータ２２０の動力）の不足が発生している場合に（ステップＳ３０：ＹＥＳ）、駆動モータ２２０の動力源である燃料電池１００と二次電池１２０のいずれの出力に不足が発生しているか特定する（ステップＳ５０，Ｓ６０参照）。そして、ＰＭ制御部１７０は、特定した動力源の出力不足の要因を解析するために要するデータを車両制御履歴１７２に保存する（ステップＳ５２，Ｓ６２参照）。これにより、車両を持ち込んだサービス店等でユーザが説明を行いやすく、その内容の確認が容易となる。また、車両制御履歴１７２に残されているデータの内容とユーザが感じた不具合（出力不足）とを一致させることにより、不具合の解析が容易になり、不具合の改善等に役立てることが容易となる。また、特定された出力不足要因の動力源に関するデータのみを車両制御履歴１７２に保存するので、データを記憶するためのメモリの容量を低減しつつ、出力不足の要因を解析するために要するデータの全てを記憶し、車両制御履歴１７２に保存しておくことが可能となる。
Ｂ．第２実施形態：
図３は、第２実施形態における履歴制御処理を示すフローチャートである。なお、第２実施形態の燃料電池システムの構成は、基本的に第１実施形態の燃料電池システム１０（図１）と同じであり、ＰＭ制御部１７０が図２の履歴制御処理に替えて、図３の履歴制御処理を実行する。この履歴制御処理は、第１実施形態の履歴制御処理（図２）と比較すればわかるように、ステップＳ６０とステップＳ８０との間に、ステップＳ７０の判断処理およびこれに伴うステップＳ７２の処理が追加されている。以下では、この点について説明を加える。
ステップＳ７０では、ＦＣ出力不足でもＢＴ出力でもない場合（ステップＳ５０：ＮＯ、かつ、ステップＳ６０：ＮＯ）、燃料電池１００のＦＣ出力値がＦＣ出力要求値に等しく、かつ、二次電池１２０のＢＴ出力値がＢＴ出力要求値に等しいか否か判断される。
燃料電池１００のＦＣ出力値がＦＣ出力要求値に等しく、かつ、二次電池１２０のＢＴ出力値がＢＴ出力要求値に等しい場合には（ステップＳ７０：ＹＥＳ）、ステップＳ７２において、駆動モータ２２０自体の出力不足（ＤＭ出力不足）と判断されて、駆動モータ２２０に関するデータ（ＤＭ系データ）が車両制御履歴１７２に保存される。この判断は以下の理由による。ＦＣ出力値がＦＣ出力要求値に等しいことは燃料電池用コンバータ１１０を含む燃料電池１００の出力が正常であることを示し、二次電池１２０のＢＴ出力値がＢＴ出力要求値に等しいことは二次電池用コンバータ１３０を含む二次電池１２０の出力が正常であることを示している。すなわち、駆動モータ２２０の動力源が全て正常であることを示している。このため、駆動モータ２２０の出力不足の要因は、通常、モータ用インバータ１５０を含む駆動モータ２２０自体の出力不足（ＤＭ出力不足）と考えられるからである。そして、動力源である燃料電池１００および二次電池１２０の出力不足でなく、動力発生装置である駆動モータ２２０の出力不足でもない場合には（ステップＳ７０：ＮＯ）、出力不足の要因を特定できない。そこで、この場合には、データが上書き消去されてしまう可能性よりもデータの保存を優先して、出力不足に関係する燃料電池システム１０の全ての系に関するデータ、すなわち、ＦＣ系データとＢＴ系データとＤＭ系データが車両制御履歴１７２に保存される（ステップＳ８０）。
以上のように、第２実施形態においては、ＰＭ制御部１７０は、ユーザが感じるほどの車両の出力（駆動モータ２２０の動力）の不足が発生している場合に、駆動モータ２２０の動力源である燃料電池１００と二次電池１２０のいずれに出力不足が発生しているか否か、さらには、動力発生装置である駆動モータ２２０自体に出力不足が発生しているか否かを特定する（ステップＳ７０参照）。そして、特定した動力源あるいは動力発生装置の出力不足の要因を解析するために要するデータを車両制御履歴１７２に保存する（ステップＳ７２参照）。これにより、車両を持ち込んだサービス店等でユーザが説明を行いやすく、その内容の確認が容易となる。また、車両制御履歴１７２に残されている出力不足に関するデータの内容とユーザが感じた不具合（出力不足）とを一致させることにより、不具合の解析が容易になり、不具合の改善等に役立てることが容易となる。また、特定された出力不足要因に関する動力源あるいは動力発生装置に関するデータのみを車両制御履歴１７２に保存するので、データを記憶するためのメモリの容量を低減しつつ、出力不足の要因を解析するために要するデータの全てを記憶し、車両制御履歴１７２に保存しておくことができる。
Ｃ．他の実施形態：
（１）上記実施形態では、燃料電池および二次電池の２つを動力源とした例を説明したが、動力源としては、２つの動力源以外の動力源を含む構成としてもよい。動力源としては、上記二次電池とは別の独立した二次電池や、上記燃料電池とは別の独立した燃料電池、発電機等の種々の動力源を適用することができる。
（２）第２実施形態において、図３に示したフローチャートのステップＳ５０，Ｓ６０，Ｓ７０の判断は、順番を任意の順番に入れ替えることができる。図４は、図３のステップＳ６０とステップＳ７０の順番を入れ替えた例のフローチャートである。図４のステップＳ６０Ａ，Ｓ６２Ａは、図３のステップＳ７０，Ｓ７２に相当し、図４のステップＳ７０Ａ，Ｓ７２Ａは、図３のステップＳ６０，Ｓ６２に相当する。
（３）ユーザが感じるほどの車両の出力の不足が発生する要因は、通常、燃料電池１００のＦＣ出力不足と、二次電池１２０のＢＴ出力不足と、駆動モータ２２０のＤＭ出力不足の３つに特定できる。そこで、図３のステップＳ７０，Ｓ８０および図４のステップＳ７０Ａ，Ｓ８０を省略することも可能である。
（４）第１実施形態で説明したように、燃料電池１００のＦＣ出力不足の要因には、燃料電池１００自体の出力不足と、燃料電池用コンバータ１１０の動作不良による出力不足と、が挙げられる。そこで、履歴制御処理（図２，図３，図４）のステップＳ５０においてＦＣ出力不足と判断される場合には、さらに、燃料電池１００の出力制限の有無や燃料電池１００の動作状態、燃料電池用コンバータ１１０の動作状態等を利用して、ＦＣ出力不足の要因が、燃料電池１００自体にあるか燃料電池用コンバータ１１０にあるかを判断して、特定した方の動作状態に関するデータを車両制御履歴１７２に保存するようにしてもよい。
また、同様に、二次電池１２０のＢＴ出力不足の要因には、二次電池１２０自体の出力不足と、二次電池用コンバータ１３０の動作不良による出力不足と、が挙げられる。そこで、履歴制御処理（図２，図３，図４）のステップＳ６０においてＢＴ出力不足と判断される場合には、さらに、二次電池１２０の出力制限の有無や二次電池１２０の動作状態、二次電池用コンバータ１３０の動作状態等を利用して、ＢＴ出力不足の要因が、二次電池１２０自体にあるか二次電池用コンバータ１３０にあるかを判断して、特定した方の動作状態に関するデータを車両制御履歴１７２に保存するようにしてもよい。
（５）上記実施形態では、ＰＭ制御部１７０は、駆動モータ２２０のＤＭ出力値（実出力値）とＤＭ出力要求値によって定められる基準値と比較して、基準値よりも小さい場合に、ユーザが感じるほどの車両の出力（駆動モータ２２０の動力）の不足が発生していると判断し、その要因の特定を行ない、特定した要因に関するデータを車両制御履歴１７２に保存する。しかしながら、この判断は、ＰＭ制御部１７０の外部で実行されるようにしてもよい。そして、この場合、ＰＭ制御部１７０は、その結果に応じて特定される要因に関するデータを車両制御履歴１７２に保存するようにしてもよい。すなわち、ＰＭ制御部１７０でこの判断が実行されるか否かに関わらず、駆動モータ２２０のＤＭ出力値（実出力値）がＤＭ出力要求値によって定められる基準値よりも小さく、ユーザが感じるほどの車両の出力（駆動モータ２２０の動力）の不足が発生していると思われるときには、その要因の特定を行ない、特定した要因に関するデータを車両制御履歴１７２に保存するようにしてもよい。
また、ＰＭ制御部１７０は、燃料電池１００のＦＣ出力値（実出力値）とＦＣ出力要求値とを比較し、ＦＣ出力値がＦＣ出力要求値未満のときには、燃料電池１００（燃料電池用コンバータ１１０を含む）の出力不足と判断し、燃料電池１００及び燃料電池用コンバータ１１０の動作状態に関するデータを車両制御履歴１７２に保存する。同様に、ＰＭ制御部１７０は、二次電池１２０のＢＴ出力値（実出力値）とＢＴ出力要求値とを比較し、ＢＴ出力値がＢＴ出力要求値未満のときには、二次電池１２０（二次電池用コンバータ１３０を含む）の出力不足と判断し、二次電池１２０及び二次電池用コンバータ１３０の動作状態に関するデータを車両制御履歴１７２に保存する。すなわち、ＰＭ制御部１７０は、一つの動力源（燃料電池あるいは二次電池）の実出力値とその動力源に対する出力要求値（動力源出力要求値）とを比較して、実出力値が動力源出力要求値よりも小さいときには、その動力源の出力不足と判断し、その動力源の動作状態に関するデータを車両制御履歴１７２に保存する。しかしながら、一つの動力源（燃料電池あるいは二次電池）の実出力値とその動力源出力要求値とを比較して、実出力値が動力源出力要求値よりも小さいときを判断することは、ＰＭ制御部１７０の外部で実行されるようにしてもよい。そして、この場合、ＰＭ制御部１７０は、その結果に応じて出力不足として特定される動力源の動作状態に関するデータを車両制御履歴１７２に保存するようにしてもよい。すなわち、ＰＭ制御部１７０は、ＰＭ制御部１７０で一つの動力源の実出力値とその動力源出力要求値との比較判断を行なうか否かに関係なく、一つの動力源の実出力値がその動力源出力要求値よりも小さいときに、その動力源の動作状態に関するデータを車両制御履歴１７２に保存するようにしてもよい。
（６）上述の実施形態では、車両に搭載された燃料電池システムを例に説明したが、これに限定されるものではなく、電力を動力発生装置（駆動モータ）の動力源とする船舶、飛行機などの移動体に搭載される燃料電池システムにも適用可能である。
本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部または全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
１０…燃料電池システム
１００…燃料電池（ＦＣ）
１０２…反応ガス供給機構
１０４…エアコンプレッサ
１１０…燃料電池用コンバータ
１２０…二次電池（ＢＴ）
１３０…二次電池用コンバータ
１４０…補機
１５０…モータ用インバータ
１６０…エアコンプレッサ用インバータ
１７０…ＰＭ制御部
１７２…車両制御履歴（ＲｏＢ）
１８０…ＦＣ制御部
１９０…ＦＤＣ制御部
２００…ＭＧ制御部
２１０…アクセル
２２０…駆動モータ（ＤＭ）
ＦＣＬ…ＦＣ出力配線
ＤＣＨ…高圧直流配線
ＤＣＬ…低圧直流配線
ＳＰ１…ＦＣ出力センサ
ＳＰ２…ＢＴ出力センサ
ＳＰ３…ＤＭ出力センサ

Claims (4)

  1. 車両に搭載される燃料電池システムであって、
    前記車両を動かすための駆動モータと、
    燃料電池および二次電池を含む複数の動力源と、
    前記駆動モータの出力の不具合に関するデータを履歴として記憶するメモリと、
    前記メモリへの前記不具合のデータの書き込みを制御する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、前記駆動モータの実出力値が前記駆動モータへの出力要求値によって定められる基準値よりも小さい場合に、前記複数の動力源のうちの１つの動力源の実出力値が前記１つの動力源に対する動力源出力要求値と比べて小さいときには、前記複数の動力源のうち前記１つの動力源以外の動力源の動作状態に関するデータを前記メモリに記憶せず、前記１つの動力源の動作状態に関するデータを前記メモリに記憶する、燃料電池システム。
  2. 請求項１に記載の燃料電池システムであって、
    前記制御部は、各動力源の実出力値が前記各動力源に対する動力源出力要求値と等しいときには、前記駆動モータに関するデータを前記メモリに記憶する、燃料電池システム。
  3. 請求項２に記載の燃料電池システムであって、
    前記動力源は、前記燃料電池および前記二次電池であり、
    前記制御部は、
    （ａ）前記燃料電池の実出力値が前記燃料電池に対する燃料電池出力要求値よりも小さいときには、前記二次電池の動作状態に関するデータを前記メモリに記憶せず、前記燃料電池の動作状態に関するデータを前記メモリに記憶し、
    （ｂ）前記二次電池の実出力値が前記二次電池に対する二次電池出力要求値よりも小さいときには、前記燃料電池の動作状態に関するデータを前記メモリに記憶せず、前記二次電池の動作状態に関するデータを前記メモリに記憶し、
    （ｃ）前記燃料電池の実出力値が前記燃料電池出力要求値と等しく、かつ、前記二次電池の実出力値が前記二次電池出力要求値と等しいときには、前記駆動モータに関するデータを前記メモリに記憶する、燃料電池システム。
  4. 車両に搭載され、前記車両を動かすための駆動モータと、燃料電池および二次電池を含む複数の動力源と、前記駆動モータの出力の不具合に関するデータを履歴として記憶するメモリと、前記メモリへの前記不具合のデータの書き込みを制御する制御部と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、
    前記制御部は、前記駆動モータの実出力値が前記駆動モータへの出力要求値によって定められる基準値よりも小さい場合に、前記複数の動力源のうちの１つの動力源の実出力値が前記１つの動力源に対する動力源出力要求値と比べて小さいときには、前記複数の動力源のうち前記１つの動力源以外の動力源の動作状態に関するデータを前記メモリに記憶せず、前記１つの動力源の動作状態に関するデータを前記メモリに記憶する、燃料電池システムの制御方法。
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