KR101839188B1 - 연료 전지 시스템 및 에어 컴프레서의 회전수 제어 방법 - Google Patents

연료 전지 시스템 및 에어 컴프레서의 회전수 제어 방법 Download PDF

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Abstract

에어 컴프레서의 회전수가 오버슈트하는 것을 억제한다.
연료 전지 시스템은, 연료 전지 차량에 구비된 연료 전지에 산화제 가스를 공급하기 위한 에어 컴프레서와, 에어 컴프레서의 회전수의 측정값을 취득하는 회전수 측정값 취득부와, 상기 연료 전지에 대한 요구 전력에 기초하여 상기 에어 컴프레서의 회전수 지령값을 산출하고, 상기 산출된 회전수 지령값과 상기 에어 컴프레서의 현재의 회전수에 기초하여 상기 에어 컴프레서의 토크 지령값을 산출하고, 상기 산출된 토크 지령값에 기초하여 상기 에어 컴프레서의 회전수를 제어하는 제어부를 구비한다. 제어부는, 상기 취득한 상기 회전수의 측정값과, 상기 산출된 토크 지령값의 이력에 기초하여, 상기 에어 컴프레서의 현재의 회전수를 예측하고, 상기 예측된 회전수를 사용하여 토크 지령값을 산출한다.

Description

연료 전지 시스템 및 에어 컴프레서의 회전수 제어 방법{FUEL CELL SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING ROTATIONAL SPEED OF AIR COMPRESSOR}
본원은, 2014년 11월 14일에 출원된 출원 번호 제2014-231880호의 일본 특허 출원에 기초하는 우선권을 주장하고, 그 개시의 모두가 참조에 의해 본원에 포함된다.
본 발명은 연료 전지 시스템과, 에어 컴프레서의 회전수 제어 방법에 관한 것이다.
종래의 연료 전지 시스템에서는, 연료 전지에 요구되는 발전 전력에 따라, 에어 컴프레서에 부여하는 토크 지령값을 조정함으로써, 에어 컴프레서의 회전수를 제어하고 있다. 이 토크 지령값을 구할 때에, JP2011-211770A에서는, 에어 컴프레서의 구동 모터에 설치한 센서의 출력 신호로부터 구한 회전수의 측정값을 사용하고 있다.
그러나, 상기 종래의 기술에서는, 예를 들어 복수의 ECU의 사이에서 회전수의 측정값을 통신할 때에, 상기 측정값을 수신하는 데 지연이 있는 경우, 수신한 측정값이, 현재의 회전수의 실제의 값으로부터 괴리되어 버린다. 그로 인해, 에어 컴프레서의 회전수가 목표로 하는 회전수에 대해 크게 오버슈트하는 문제가 있었다.
본 발명은 상술한 과제의 적어도 일부를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 이하의 형태로서 실현하는 것이 가능하다.
(1) 본 발명의 일 형태는, 연료 전지 차량에 탑재되는 연료 전지 시스템이다. 연료 전지 시스템은, 상기 연료 전지 차량에 구비된 연료 전지에 산화제 가스를 공급하기 위한 에어 컴프레서와, 상기 에어 컴프레서의 회전수의 측정값을 취득하는 회전수 측정값 취득부와, 상기 연료 전지에 대한 요구 전력에 기초하여 상기 에어 컴프레서의 회전수 지령값을 산출하고, 상기 산출된 회전수 지령값과 상기 에어 컴프레서의 현재의 회전수에 기초하여 상기 에어 컴프레서의 토크 지령값을 산출하고, 상기 산출된 토크 지령값에 기초하여 상기 에어 컴프레서의 회전수를 제어하는 제어부를 구비하고 있어도 된다. 상기 제어부는, 상기 회전수 측정값 취득부에 의해 취득한 상기 회전수의 측정값과, 상기 산출된 토크 지령값의 이력에 기초하여, 상기 에어 컴프레서의 현재의 회전수를 예측하고, 상기 예측된 회전수를 사용하여 상기 토크 지령값의 산출을 행하고 있어도 된다. 이 구성의 연료 전지 시스템에 따르면, 에어 컴프레서의 현재의 회전수(시간 지연을 수반함) 자체를 사용하는 것이 아니라, 토크 지령값의 과거의 이력을 고려하여 예측한 에어 컴프레서의 현재의 회전수를 사용하여 토크 지령값을 구한다. 이로 인해, 회전수의 측정값의 시간 지연에 의한 영향을 억제할 수 있다. 이 결과, 에어 컴프레서의 회전수가 목표로 하는 회전수에 대해 오버슈트하는 것을 억제할 수 있다.
(2) 상기 형태의 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 제어부는, 상기 회전수 측정값 취득부에 의해 취득한 상기 회전수의 측정값에 대해 필터 처리를 실시하고, 상기 필터 처리를 실시한 후의 회전수와, 상기 산출된 토크 지령값의 이력에 기초하여, 상기 현재의 회전수를 예측하고, 상기 예측된 회전수를 사용하여 상기 토크 지령값을 산출하도록 해도 된다. 이 연료 전지 시스템에 따르면, 필터 처리에 의한 효과를 얻으면서, 필터 처리에 기인하여 회전수의 측정값의 시간 지연이 발생하는 경우의 오버슈트를 억제할 수 있다.
(3) 상기 형태의 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 제어부는, 상기 토크 지령값을 산출하는 제1 컴퓨터와, 상기 토크 지령값에 기초하여 상기 에어 컴프레서의 회전수를 제어하는 제2 컴퓨터를 갖고 있어도 된다. 상기 제2 컴퓨터는 상기 회전수 측정값 취득부에 의해 취득된 회전수를 상기 제1 컴퓨터에 전송하고 있어도 된다. 이 연료 전지 시스템에 따르면, 제1 컴퓨터와 제2 컴퓨터 사이의 통신 지연에 기인하여 회전수의 측정값의 수신 지연이 발생하는 경우에, 오버슈트를 억제할 수 있다.
(4) 상기 형태의 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 제어부는, 상기 산출된 토크 지령값에 평활화 처리를 실시하여, 토크 지령 실행값을 생성하고, 상기 토크 지령 실행값을 사용하여 상기 회전수의 제어를 행하고, 상기 산출된 토크 지령값의 이력의 각각에 대응하는 상기 토크 지령 실행값을 예측하고, 상기 예측한 각 토크 지령 실행값과, 상기 회전수의 측정값에 기초하여 상기 현재의 회전수의 예측을 행하도록 해도 된다. 이 연료 전지 시스템에 따르면, 에어 컴프레서의 회전수 제어를 정밀도가 높은 것으로 할 수 있다.
(5) 상기 형태의 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 산출된 토크 지령값의 이력은, 상기 산출에 의해 얻어진 최신의 토크 지령값으로부터 소급하여 복수회분의 토크 지령값이어도 된다. 이 연료 전지 시스템에 따르면, 현재의 회전수의 예측의 정밀도를 높일 수 있다.
(6) 본 발명의 다른 형태는, 연료 전지 차량에 구비된 연료 전지에 산화제 가스를 공급하기 위한 에어 컴프레서를 구비하는 연료 전지 시스템에 있어서의 에어 컴프레서의 회전수 제어 방법이다. 에어 컴프레서의 회전수 제어 방법은, 상기 에어 컴프레서의 회전수의 측정값을 취득하는 공정과, 상기 연료 전지에 대한 요구 전력에 기초하여 상기 에어 컴프레서의 회전수 지령값을 산출하고, 상기 산출된 회전수 지령값과 상기 에어 컴프레서의 현재의 회전수에 기초하여 상기 에어 컴프레서의 토크 지령값을 산출하고, 상기 산출된 토크 지령값에 기초하여 상기 에어 컴프레서의 회전수를 제어하는 공정을 구비하고 있어도 된다. 상기 에어 컴프레서의 회전수를 제어하는 공정은, 상기 회전수의 측정값을 취득하는 공정에 의해 취득한 상기 측정값과, 상기 산출된 토크 지령값의 이력에 기초하여, 상기 에어 컴프레서의 현재의 회전수를 예측하고, 상기 예측된 회전수를 사용하여 상기 토크 지령값의 산출을 행하고 있어도 된다. 이 구성의 에어 컴프레서의 회전수 제어 방법에 따르면, 상기 형태의 연료 전지 시스템과 마찬가지로, 에어 컴프레서의 회전수가 목표로 하는 회전수에 대해 오버슈트하는 것을 억제할 수 있다.
본 발명은 연료 전지 시스템이나 에어 컴프레서의 회전수 제어 방법 이외의 다양한 형태로 실현하는 것도 가능하다. 연료 전지 시스템을 구비하는 차량, 에어 컴프레서의 회전수 제어 방법의 각 공정에 대응한 기능을 실현하기 위한 컴퓨터 프로그램, 그 컴퓨터 프로그램을 기록한 기록 매체 등의 형태로 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태로서의 연료 전지 차량의 개략 구성을 나타내는 설명도.
도 2는 에어 컴프레서의 회전수 제어를 설명하기 위한 제어 블록도.
도 3은 실시 형태에 의해 실현되는 에어 컴프레서의 회전수와 토크 지령값의 시간 변화를 나타내는 타이밍 차트.
다음으로, 본 발명의 실시 형태를 설명한다.
A. 하드웨어의 구성:
도 1은 본 발명의 일 실시 형태로서의 연료 전지 차량(20)의 개략 구성을 나타내는 설명도이다. 연료 전지 차량(20)은, 사륜 자동차이며, 연료 전지 시스템(30), 배터리(80), 전력 공급 기구(85) 및 구동 기구(90)를 구비한다.
연료 전지 시스템(30)은, 연료 전지 스택(40), 공기 공급 배출 기구(60) 및 제어 유닛(100)을 구비한다. 연료 전지 시스템(30)은, 공기 공급 배출 기구(60) 외에, 유로계로서 수소 가스 공급 배출 기구 및 냉각수 순환 기구를 구비하고 있지만, 수소 가스 공급 배출 기구 및 냉각수 순환 기구는, 본 발명과 직접 관계가 없으므로, 설명을 생략한다.
연료 전지 스택(40)은, 수소와 산소의 전기 화학 반응에 의해 발전하는 유닛이며, 복수의 단셀(41)을 적층하여 형성된다. 단셀(41)은, 애노드, 캐소드, 전해질, 세퍼레이터 등으로 구성된다. 연료 전지 스택(40)은, 수많은 형태를 적용 가능하지만, 본 실시 형태에서는, 고체 고분자형을 사용하는 것으로 하였다.
공기 공급 배출 기구(60)는, 연료 전지 스택(40)에 산화제 가스로서의 공기의 공급 및 배출을 행한다. 공기 공급 배출 기구(60)는, 공기 공급로(61)와, 공기 배출로(66)를 구비한다. 공기 공급로(61) 및 공기 배출로(66)는, 연료 전지 스택(40)과, 공기 공급로(61) 및 공기 배출로(66)가 각각 구비하는 대기 개방구를 접속하는 유로이다. 공기 공급로(61)의 대기 개방구에는, 에어 클리너가 설치되어 있다.
공기 공급 배출 기구(60)는, 에어 컴프레서(62)를 구비한다. 에어 컴프레서(62)는, 공기 공급로(61)의 도중에 설치되고, 공기 공급로(61)의 대기 개방구측으로부터 공기를 흡입하여 압축한다. 에어 컴프레서(62)는, 구동용의 에어 컴프레서용 모터(62m)와, 에어 컴프레서(62)의 회전수를 검출하기 위한 에어 컴프레서용 회전수 센서(62s)를 구비한다.
공기 공급 배출 기구(60)는, 압력 검출부로서의 압력 센서(65)를 구비한다. 압력 센서(65)는, 공기 공급로(61) 내의 공기압을 검출한다.
전력 공급 기구(85)는, 연료 전지 스택(40)에 접속되고, 연료 전지 스택(40)에 의해 발전된 전력을 전동 기기에 공급한다. 전동 기기라 함은, 예를 들어 구동 기구(90)에 구비되는 구동륜(92)을 구동하는 모터(91)나, 공조를 위한 컴프레서(도시 없음) 등을 말한다. 또한, 전력 공급 기구(85)는, 연료 전지 시스템(30) 외에, 배터리(80)와의 사이에서 전력의 교환을 행하도록 구성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 연료 전지 스택(40)을 차량의 주된 동력원으로서 사용하지만, 연료 전지 차량(20)의 기동 직후 등, 연료 전지 스택(40)의 발전력이 작은 경우에는, 연료 전지 차량(20)을 움직이게 하기 위한 전력원으로서 배터리(80)를 사용한다. 배터리(80)는, 충방전 가능한 이차 전지이며, 예를 들어 니켈 수소 배터리 등에 의해 구성되어 있다.
연료 전지 시스템(30)의 운전은, 제어 유닛(100)에 의해 제어된다. 제어 유닛(100)은, 에어 컴프레서(62)의 동작을 비롯한 다양한 동작을 제어한다. 이들 제어를 행하기 위해, 제어 유닛(100)에는 다양한 신호가 입력된다. 이들 신호에는, 예를 들어 연료 전지 스택(40)의 발전 전압을 검출하는 전압 센서(43), 연료 전지 차량(20)의 액셀러레이터 페달(150)의 조작량(이하, 「액셀러레이터 위치」라 함)을 검출하는 액셀러레이터 위치 센서(150s) 등으로부터의 출력 신호가 포함된다. 액셀러레이터 페달(150)은, 운전자에 의해 조작된다.
제어 유닛(100)은 상세하게는, 제1 ECU(Electronic Control Unit)(110)와, 제2 ECU(120)와, 제3 ECU(130)를 갖는다. 각 ECU(110, 120, 130)는, 내부에 CPU와 RAM과 ROM을 구비한 마이크로컴퓨터이다. 제1 ECU(110)는, 연료 전지 시스템(30)을 제어한다. 제2 ECU(120)는, 에어 컴프레서(62)를 제어한다. 제3 ECU(130)는, 제1 ECU(110) 및 제2 ECU(120)와 쌍방향으로 통신 가능하게 접속되고, 차량의 파워 트레인을 통괄적으로 제어한다. 구체적으로는, 제3 ECU(130)는, 액셀러레이터 위치 센서(150s)에서 검출된 액셀러레이터 위치에 따라 차량의 구동 토크를 정하고, 정해진 구동 토크를 실현하도록 제어한다. 또한, 제1 ECU(110), 제2 ECU(120) 및 제3 ECU(130)가 협조하여 처리를 행함으로써, 에어 컴프레서(62)의 회전수를 제어한다.
본 실시 형태에서는, 제어 유닛(100)은, 3개의 ECU(110, 120, 130)를 구비하는 구성으로 하였지만, 이것 대신에, 이들을 하나의 ECU로 구성해도 된다. 또한, 제2 ECU(120)와 제3 ECU(130)를 하나의 ECU로 통합해도 되고, 제1 ECU(110)와 제3 ECU(130)를 하나의 ECU로 통합해도 된다.
B. 에어 컴프레서의 회전수 제어:
도 2는 에어 컴프레서(62)의 회전수 제어를 설명하기 위한 제어 블록도이다. 도시하는 바와 같이, 액셀러레이터 위치 센서(150s)에서 검출된 액셀러레이터 위치 θ는, 제3 ECU(130)에 보내진다.
제3 ECU(130)는, 기능적인 구성 요소로서, 요구 전력 연산부(131)를 구비한다. 요구 전력 연산부(131)는, 액셀러레이터 위치 θ에 기초하여, 연료 전지 스택(40)에 대한 요구 전력을 산출한다. 요구 전력의 산출 시에, 연료 전지 차량(20)의 보조 기계류나 공조 장치의 소비 전력을 고려해도 되고, 배터리(80)로부터 인출할 수 있는 전력을 고려해도 된다. 이 산출된 요구 전력은, 제1 ECU(110)에 보내진다. 또한, 액셀러레이터 위치 θ를, 직접, 제1 ECU(110)에 송신하고, 제1 ECU(110)측에서 요구 전력을 산출하도록 해도 된다.
제1 ECU(110)는, 기능적인 구성 요소로서, 에어 컴프레서(이하, 필요에 따라 「ACP」라고 약기함) 회전수 지령값 연산부(112)를 구비한다. ACP 회전수 지령값 연산부(112)는, 우선, 제3 ECU(130)로부터 보내져 오는 요구 전력을 취득하고, 그 요구 전력을 연료 전지 스택(40)으로부터 출력시키기 위해 연료 전지 스택(40)에 공급해야 할 공기의 유량을 산출한다. ACP 회전수 지령값 연산부(112)는, 계속해서, 상기 산출된 유량의 공기를 공급하기 위해 필요한 에어 컴프레서(62)의 회전수 지령값(Sn)을 산출한다.
ACP 회전수 지령값 연산부(112)에 있어서의 각종의 산출은, ROM에 미리 준비된 맵의 참조나, 계산 등에 의해 행해진다. 그 후, 제1 ECU(110)는, ACP 회전수 지령값 연산부(112)에 의해 산출된 회전수 지령값(Sn)을, 제3 ECU(130)에 송신한다.
제3 ECU(130)는, 기능적인 구성 요소로서, (i) ACP 모터 토크 지령값 연산부(132)와, (ii) ACP 모터 토크 실행 예측값 연산부(134)와, (iii) ACP 회전수 미가공값 예측값 연산부(136)를 구비한다. ACP 모터 토크 지령값 연산부(132)는, 제1 ECU(110)로부터 보내져 온 회전수 지령값(Sn)을 취득함과 함께, ACP 회전수 미가공값 예측값 연산부(136)로부터 회전수 미가공값 예측값(Ne)을 취득한다. 회전수 미가공값 예측값(Ne)은, 에어 컴프레서(62)의 현재의 회전수의 값(즉, 미가공값, 바꿔 말하면 현재값)을 나타내는 것으로, ACP 회전수 미가공값 예측값 연산부(136)에 의해 구해진 예측값이다. 현재의 회전수의 미가공값의 예측은, ACP 모터 토크 실행 예측값 연산부(134)와, ACP 회전수 미가공값 예측값 연산부(136)가 협조하여 처리를 행함으로써 이루어진다. ACP 모터 토크 실행 예측값 연산부(134) 및 ACP 회전수 미가공값 예측값 연산부(136)의 작용에 대해서는 후술한다.
ACP 모터 토크 지령값 연산부(132)는, 계속해서, 상기 취득한 에어 컴프레서(62)의 회전수 지령값(Sn)과 회전수 미가공값 예측값(Ne)을 사용하여, 에어 컴프레서(62)에 대한 토크 지령값(St)을 산출한다. 에어 컴프레서(62)의 회전수를 올리는 경우에는, 토크 지령값(St)은 플러스의 값이며, 에어 컴프레서(62)의 회전수를 내리는 경우에는, 토크 지령값(St)은 마이너스의 값 또는 제로로 된다. 이 산출은, ROM에 미리 준비된 맵의 참조 등에 의해 행해진다. 그 후, 제3 ECU(130)는, ACP 모터 토크 지령값 연산부(132)에 의해 산출된 토크 지령값(St)을, 제2 ECU(120)에 송신한다.
제2 ECU(120)는, 기능적인 구성 요소로서, (i) ACP 모터 토크 지령값 입력 처리부(122), (ii) ACP 인버터 전류 지령값 산출부(124)와, (iii) ACP 회전수 측정값 연산부(126)와, (iv) 필터 처리부(128)를 구비한다. ACP 모터 토크 지령값 입력 처리부(122)는, 제3 ECU(130)로부터 보내져 온 토크 지령값(St)을 취득한다. ACP 모터 토크 지령값 입력 처리부(122)는, 이어서, 상기 취득된 토크 지령값(St)에 대해 평활화 처리를 실시한다. 평활화 처리는, 현재의 토크 지령값(St)을, 과거의 소정 시간의 동안의 토크 지령값으로 평활화하는 주지의 처리이다. 평활화 처리 후의 토크 지령값은, 토크 지령 실행값(St*1)으로서 ACP 인버터 전류 지령값 산출부(124)에 보내진다.
ACP 인버터 전류 지령값 산출부(124)는, ACP 모터 토크 지령값 입력 처리부(122)로부터 보내져 온 토크 지령 실행값(St*1)에 기초하여, 에어 컴프레서용 모터(62m)에 접속된 인버터에 지령하는 인버터 전류 지령값(Si)을 구한다. ACP 인버터 전류 지령값 산출부(124)는, 그 후, 산출된 인버터 전류 지령값(Si)을 에어 컴프레서용 모터(62m)의 인버터에 출력한다.
제3 ECU(130)의 ACP 모터 토크 지령값 연산부(132)의 연산에 필요해지는 회전수 미가공값 예측값(Ne)은, 본 실시 형태에서는, 앞서 설명한 바와 같이, 에어 컴프레서(62)의 현재의 회전수의 미가공값의 예측값으로 하였다. 에어 컴프레서용 회전수 센서(62s)의 센서 신호로부터 구한 측정값을 그대로 사용하지 않고, 예측값으로 한 것은, 다음의 2개의 이유로부터이다.
측정값에는 노이즈 등이 포함되고, 노이즈 제거를 위해 필터 처리가 실시되는 것이 보통이다. 이로 인해, 측정값에는 현재의 회전수의 미가공값에 비해 시간 지연이 있다. 또한, 제3 ECU(130)와 제2 ECU(120) 사이에 통신 지연이 있다. 이들 시간 지연에 기인하는 해를 제거하기 위해, 에어 컴프레서용 회전수 센서(62s)의 센서 신호로부터 구한 측정값을 그대로 사용하지 않고, 예측값을 사용한다.
에어 컴프레서(62)의 현재의 회전수의 미가공값의 예측값은, 다음과 같이 하여 구해진다. 우선, 에어 컴프레서용 회전수 센서(62s)로부터의 센서 신호(SS)를 제2 ECU(120)는 수신한다.
제2 ECU(120)에 구비된 ACP 회전수 측정값 연산부(126)는, 에어 컴프레서용 회전수 센서(62s)로부터의 센서 신호(SS)에 기초하여, ACP 에어 컴프레서(62)의 회전수의 측정값(Ns)을 산출한다.
필터 처리부(128)는, ACP 회전수 측정값 연산부(126)에 의해 산출된 회전수 측정값(Ns)에 대해, 노이즈 제거를 위한 필터 처리를 실시한다. 필터 처리로서는, 평활화 처리(둔화시키는 처리)를 채용하였다. 또한, 필터 처리는, 반드시 평활화 처리일 필요는 없고, 시간을 횡축으로 하고 회전수 측정값을 종축으로 하였을 때에, 회전수 측정값의 그래프에 포함되는 소정 주파수 이상의 고주파 성분을 제거할 수 있는 처리라면, 평활화 처리 이외의 처리여도 된다. 필터 처리 후의 회전수 측정값(Ns)은, 회전수 필터 처리값(Ns*)으로서 제3 ECU(130)에 보내진다.
제3 ECU(130)의 ACP 모터 토크 실행 예측값 연산부(134)에서는, ACP 모터 토크 지령값 연산부(132)에 의해 산출된 토크 지령값(St)으로부터 토크 실행 예측값(St*2)을 산출하는 처리가 행해진다. 이 처리는, 에어 컴프레서(62)에 대해 실제로 토크를 부여하는 토크 지령 실행값(St*1)(또는 그것에 가까운 값)을 제3 ECU(130)에 있어서 얻기 위해 행해지는 것으로, ACP 모터 토크 지령값 입력 처리부(122)와 동일한 평활화 처리가 행해진다. 평활화 처리 후의 값을, 토크 실행 예측값(St*2)으로서 RAM에 일단 기억한다. 상세하게는, ACP 모터 토크 실행 예측값 연산부(134)를 실행할 때마다 얻어진 토크 실행 예측값(St*2)을, 최신으로부터 소급하여 복수회분(본 실시 형태에서는, 3회분)을 RAM에 기억하도록 하고 있고, 그 기억된 복수회분의 토크 실행 예측값(St*2)을, ACP 회전수 미가공값 예측값 연산부(136)에 보낸다. 또한, 토크 실행 예측값(St*2)의 이력의 수는, 상기한 3회 대신에, 2회, 4회, 5회 등의 다른 복수의 횟수로 해도 된다.
ACP 회전수 미가공값 예측값 연산부(136)에서는, 상기 복수회분의 토크 실행 예측값(St*2)과, 제2 ECU(120)로부터 보내져 온 회전수 필터 처리값(Ns*)으로부터, 에어 컴프레서(62)의 현재의 회전수의 미가공값의 예측값인 회전수 미가공값 예측값(Ne)을 구한다.
에어 컴프레서용 모터(62m)는, 일반적인 모터와 마찬가지로, 토크와 회전수(시간당 회전수로, 회전 속도) 사이에 상관 관계가 있고, 에어 컴프레서(62)의 현재의 회전수의 미가공값과, 에어 컴프레서용 모터(62m)에 실제로 부여하는 토크를 알면, 그 토크에 의해 실현되는 회전수를 알 수 있다. 이로 인해, ACP 회전수 미가공값 예측값 연산부(136)에서는, 최신으로부터 소급하여 복수회분의 실제의 토크 지령값의 예측값을 토크 실행 예측값(St*2)으로서 ACP 모터 토크 실행 예측값 연산부(134)로부터 취득하고, 그들 토크 실행 예측값(St*2)에 기초하는 회전수의 변화율을 사용하여, 제2 ECU(120)로부터 보내져 온 회전수 필터 처리값(Ns*)을 가공함으로써, 시간 지연분의 회전수의 변화를 반영시켜, 에어 컴프레서(62)의 현재의 회전수의 예측값으로서, 회전수 미가공값 예측값(Ne)을 구한다.
이상과 같이, 제1 ECU(110), 제2 ECU(120) 및 제3 ECU(130)가 협조함으로써, 에어 컴프레서(62)의 회전수가 제어되고, 그 결과, 연료 전지 스택(40)의 출력 전력이 요구 전력에 따른 크기로 적정하게 제어할 수 있다.
C. 실시 형태의 효과:
도 3은 본 실시 형태에 의해 실현되는 에어 컴프레서(62)의 회전수와 토크 지령값의 시간 변화를 나타내는 타이밍 차트이다. 도면 중의 그래프 a에는 회전수가 나타내어지고, 도면 중의 그래프 b에는 토크 지령값이 나타내어진다.
도 3의 그래프 a에 있어서, 일점 쇄선은, 제2 ECU(120)의 필터 처리부(128)에 의해 얻어지는 회전수 필터 처리값(Ns*)을 나타내고, 실선은, ACP 회전수 미가공값 예측값 연산부(136)에 의해 얻어지는 회전수 미가공값 예측값(Ne)을 나타낸다. 세선은, 제1 ECU(110)에 의해 구해진 회전수 지령값(Sn)을 나타낸다.
회전수 지령값(Sn)이 목표로 하는 회전수이지만, 종래 기술에서는, 이점 쇄선에 나타내는 바와 같이, 실제의 회전수(N*)는, 회전수 지령값(Sn)에 대해 크게 오버슈트하고 있었다. 이에 반해, 본 실시 형태에서는, ACP 모터 토크 지령값 연산부(132)에 있어서, ACP 회전수 미가공값 예측값 연산부(136)에서 산출한 회전수 미가공값 예측값(Ne)을 사용하여 토크 지령값을 구하도록 구성하고 있으므로, 도 3의 그래프 a에 나타내는 회전수 미가공값 예측값(Ne)에 있어서, 회전수 미가공값 예측값(Ne)이 회전수 지령값(Sn)의 소정 비율(여기에서는 90％)에 달한 시점 t1에서, 피드백 제어를 위해, 토크 지령 실행값(St*1)은 하강하기 시작한다(도 3의 그래프 b). 이와 같이, 회전수 미가공값 예측값(Ne)이, 측정값에만 기초하는 회전수(N*)에 비해 빨리 상승하므로, 에어 컴프레서(62)에 대한 토크 지령의 타이밍이, 종래 기술에 비해 개선된다. 이 결과, 도 3의 그래프 a에 나타내는 바와 같이, 회전수 필터 처리값(Ns*)은, 종래 기술에 비해, 오버슈트량을 줄일 수 있다.
이상 상세하게 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 연료 전지 시스템(30)에 따르면, 에어 컴프레서(62)의 회전수가 목표로 하는 회전수에 대해 오버슈트하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 연료 전지 스택(40)의 출력 전력을, 연료 전지 스택(40)의 요구 전력에 따른 크기로 적정하게 제어할 수 있다.
D. 변형예:
·변형예 1:
상기 실시 형태에서는, 에어 컴프레서(62)의 회전수의 측정값을 수신하는 데 지연이 발생하는 이유는, 필터 처리가 있는 것과, 제3 ECU(130)와 제2 ECU(120) 사이에서 통신 지연이 있는 것의 2개를 포함한다. 그러나, 상기 2개의 이유 중 어느 한쪽을 이유로 하여, 에어 컴프레서의 회전수의 측정값을 수신하는 데 지연이 발생하는 시스템에 본 발명을 적용해도 된다. 또한, 상기한 2개의 이유에 의해 지연에 한하지 않고, 에어 컴프레서의 회전수의 측정값을 수신하는 데 지연이 발생하는 시스템이라면, 어느 구성의 시스템에도 적용할 수 있다.
·변형예 2:
상기 실시 형태에서는, 제3 ECU(130)에 의해 구해진 토크 지령값(St)에 대해, 제2 ECU(120)의 ACP 모터 토크 지령값 입력 처리부(122)에 의해 평활화 처리를 실시하여, 그 평활화 처리 후의 토크 지령 실행값(St*1)에 기초하여, ACP 인버터 전류 지령값 산출부(124)에 의한 토크 실행을 행하도록 하고 있었다. 이에 반해, ACP 모터 토크 지령값 입력 처리부(122)에 의한 평활화 처리는 행하지 않고, 제3 ECU(130)에 의해 구해진 토크 지령값(St)을 사용하여 토크 실행을 행하도록 해도 된다. 이 경우에는, 제3 ECU(130)에서는, ACP 모터 토크 실행 예측값 연산부(134)의 처리를 행하지 않고, ACP 모터 토크 지령값 연산부(132)에 의해 구해진 토크 지령값(St)에 관한 최신으로부터 소급하여 복수회분(예를 들어, 3회분)을 토크 지령값의 이력으로서, ACP 회전수 미가공값 예측값 연산부(136)에 송신하면 된다. 또한, 토크 지령값의 이력은, 최신으로부터 소급하여 3회분에 한하지 않고, 최신의 토크 지령값의 n개(n은, 0 이상의 정수) 전의 토크 지령값으로부터 m개(m은, 1 이상의 정수)분의 토크 지령값으로 할 수 있다.
·변형예 3:
상기 실시 형태에서는, 제3 ECU(130)에 있어서, 액셀러레이터 위치 θ에 기초하여, 연료 전지 스택(40)에 대한 요구 전력을 산출하고 있었다. 그러나, 요구 전력의 산출은, 이것에 한정할 필요는 없고, 예를 들어 자동 운전을 행하는 차량에 있어서는, 액셀러레이터 위치 θ에 관계없이 차량의 운전 상태에 따라 요구 전력을 산출하도록 해도 된다.
상기 실시예에 있어서 소프트웨어로 실현되고 있는 기능의 일부를 하드웨어(예를 들어 집적 회로)로 실현해도 되고, 혹은, 하드웨어로 실현되고 있는 기능의 일부를 소프트웨어로 실현해도 된다.
본 발명은 상술한 실시 형태나 변형예에 한정되는 것이 아니라, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 다양한 구성으로 실현할 수 있다. 예를 들어, 발명의 내용의 란에 기재한 각 형태 중의 기술적 특징에 대응하는 실시 형태, 변형예 중의 기술적 특징은, 상술한 과제의 일부 또는 전부를 해결하기 위해, 혹은, 상술한 효과의 일부 또는 전부를 달성하기 위해, 적절히 대체나 조합을 행하는 것이 가능하다. 또한, 전술한 실시 형태 및 각 변형예에 있어서의 구성 요소 중의, 독립 청구항에서 기재된 요소 이외의 요소는, 부가적인 요소이며, 적절히 생략 가능하다.
20 : 연료 전지 차량
30 : 연료 전지 시스템
40 : 연료 전지 스택
41 : 단셀
43 : 전압 센서
60 : 공기 공급 배출 기구
61 : 공기 공급로
62 : 에어 컴프레서
62m : 에어 컴프레서용 모터
62s : 에어 컴프레서용 회전수 센서
65 : 압력 센서
66 : 공기 배출로
80 : 배터리
85 : 전력 공급 기구
90 : 구동 기구
91 : 모터
92 : 구동륜
100 : 제어 유닛
110 : 제1 ECU
112 : 회전수 지령값 연산부
120 : 제2 ECU
122 : ACP 모터 토크 지령값 입력 처리부
124 : ACP 인버터 전류 지령값 산출부
126 : ACP 회전수 측정값 연산부
128 : 필터 처리부
130 : 제3 ECU
131 : 요구 전력 연산부
132 : ACP 모터 토크 지령값 연산부
134 : ACP 모터 토크 실행 예측값 연산부
136 : ACP 회전수 미가공값 예측값 연산부
150 : 액셀러레이터 페달
150s : 액셀러레이터 위치 센서
St : 토크 지령값
St*1 : 토크 지령 실행값
St*2 : 토크 실행 예측값
Ne : 회전수 미가공값 예측값
Si : 인버터 전류 지령값
Sn : 회전수 지령값
Ns : 회전수 측정값
Ns* : 회전수 필터 처리값

Claims (10)

  1. 연료 전지 차량에 탑재되는 연료 전지 시스템이며,
    상기 연료 전지 차량에 구비된 연료 전지에 산화제 가스를 공급하기 위한 에어 컴프레서와,
    상기 에어 컴프레서의 회전수의 측정값을 취득하는 회전수 측정값 취득부와,
    상기 연료 전지에 대한 요구 전력에 기초하여 상기 에어 컴프레서의 회전수 지령값을 산출하고, 상기 산출된 회전수 지령값과 상기 에어 컴프레서의 예측된 현재의 회전수에 기초하여 상기 에어 컴프레서의 토크 지령값을 산출하고, 상기 산출된 토크 지령값에 기초하여 상기 에어 컴프레서의 회전수를 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 제어부는,
    상기 회전수 측정값 취득부에 의해 취득한 상기 회전수의 측정값과, 상기 산출된 토크 지령값의 이력에 기초하여, 상기 에어 컴프레서의 현재의 회전수를 예측하고, 상기 예측된 현재의 회전수를 사용하여 상기 토크 지령값의 산출을 행하는, 연료 전지 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 회전수 측정값 취득부에 의해 취득한 상기 회전수의 측정값에 대해 필터 처리를 실시하고, 상기 필터 처리를 실시한 후의 회전수와, 상기 산출된 토크 지령값의 이력에 기초하여, 상기 현재의 회전수를 예측하고, 상기 예측된 회전수를 사용하여 상기 토크 지령값을 산출하는, 연료 전지 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 토크 지령값을 산출하는 제1 컴퓨터와,
    상기 토크 지령값에 기초하여 상기 에어 컴프레서의 회전수를 제어하는 제2 컴퓨터를 갖고,
    상기 제2 컴퓨터는,
    상기 회전수 측정값 취득부에 의해 취득된 회전수를 상기 제1 컴퓨터에 전송하는, 연료 전지 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 산출된 토크 지령값에 평활화 처리를 실시하여 토크 지령 실행값을 생성하고, 상기 토크 지령 실행값을 사용하여 상기 회전수의 제어를 행하고,
    상기 산출된 토크 지령값의 이력의 각각에 대응하는 상기 토크 지령 실행값을 예측하고, 상기 예측한 각 토크 지령 실행값과, 상기 회전수의 측정값에 기초하여 상기 현재의 회전수의 예측을 행하는, 연료 전지 시스템.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 산출된 토크 지령값의 이력은, 상기 산출에 의해 얻어진 최신의 토크 지령값으로부터 소급하여 복수회분의 토크 지령값인, 연료 전지 시스템.
  6. 연료 전지 차량에 구비된 연료 전지에 산화제 가스를 공급하기 위한 에어 컴프레서를 구비하는 연료 전지 시스템에 있어서의 에어 컴프레서의 회전수 제어 방법이며,
    상기 에어 컴프레서의 회전수의 측정값을 취득하는 공정과,
    상기 연료 전지에 대한 요구 전력에 기초하여 상기 에어 컴프레서의 회전수 지령값을 산출하고, 상기 산출된 회전수 지령값과 상기 에어 컴프레서의 예측된 현재의 회전수에 기초하여 상기 에어 컴프레서의 토크 지령값을 산출하고, 상기 산출된 토크 지령값에 기초하여 상기 에어 컴프레서의 회전수를 제어하는 공정을 구비하고,
    상기 에어 컴프레서의 회전수를 제어하는 공정은,
    상기 회전수의 측정값을 취득하는 공정에 의해 취득한 상기 측정값과, 상기 산출된 토크 지령값의 이력에 기초하여, 상기 에어 컴프레서의 현재의 회전수를 예측하는 것과,
    상기 예측된 현재의 회전수를 사용하여 상기 토크 지령값의 산출을 행하는 것을 포함하는, 에어 컴프레서의 회전수 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 토크 지령값의 산출은,
    상기 회전수의 측정값을 취득하는 공정에 의해 취득한 상기 회전수의 측정값에 대해 필터 처리를 실시하는 것과,
    상기 필터 처리를 실시한 후의 회전수와, 상기 산출된 토크 지령값의 이력에 기초하여 예측된 상기 현재의 회전수를 사용하여, 상기 토크 지령값을 산출하는 것을 포함하는, 에어 컴프레서의 회전수 제어 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 연료 전지 시스템은,
    상기 토크 지령값을 산출하는 제1 컴퓨터와,
    상기 토크 지령값에 기초하여 상기 에어 컴프레서의 회전수를 제어하는 제2 컴퓨터를 갖고,
    상기 제2 컴퓨터가, 상기 회전수의 측정값을 취득하는 공정에 의해 취득된 회전수를 상기 제1 컴퓨터에 전송하는, 에어 컴프레서의 회전수 제어 방법.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 에어 컴프레서의 회전수의 제어는, 상기 산출된 토크 지령값에 평활화 처리를 실시하여 토크 지령 실행값을 생성하고, 상기 토크 지령 실행값을 사용하여 상기 회전수의 제어를 행하는 것을 포함하고,
    상기 에어 컴프레서의 회전수 지령값의 산출은, 상기 산출된 토크 지령값의 이력의 각각에 대응하는 상기 토크 지령 실행값을 예측하고, 상기 예측한 각 토크 지령 실행값과, 상기 회전수의 측정값에 기초하여 상기 현재의 회전수의 예측을 행하는 것을 포함하는, 에어 컴프레서의 회전수 제어 방법.
  10. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 산출된 토크 지령값의 이력은, 상기 산출에 의해 얻어진 최신의 토크 지령값으로부터 소급하여 복수회분의 토크 지령값인, 에어 컴프레서의 회전수 제어 방법.
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