本発明に係る電力供給システムの実施の� ��態について図面に基づいて詳細に説明する� ��本実施の形態に係る電力供給システムは、� ��発明に係る移動体である自動車(車両)100の� �動装置である駆動モータに対して電力を供� �する、燃料電池300およびバッテリ400で構成� �れる燃料電池システムである。

 <実施例1>
 図1は、本発明の第一実施例としての車両100 の構成を概略的に示す説明図である。この車 両100は、水素と酸素との電気化学反応を利用 して発電を行う燃料電池300と、充放電可能な 蓄電装置としてのバッテリ400と、電力変換装 置としてのDC-DCコンバータ200とを備えている� ��燃料電池300とバッテリ400とは、DC-DCコンバ� �タ200を介して互いに接続されている。DC-DCコ ンバータ200は、燃料電池300またはバッテリ400 から入力された電圧を、目標電圧に変換して 出力する双方向DC-DCコンバータである。燃料� ��池300としては、例えば固体高分子型燃料電� ��が用いられ、バッテリ400としては、例えば� ��蓄電池やニッケル-水素蓄電池が用いられる 。

 燃料電池300とDC-DCコンバータ200との間の� �源配線には、インバータ310を介して、車両10 0の駆動装置としての第一モータ320が接続さ� �ている。同様に、バッテリ400とDC-DCコンバー タ200との間の電源配線には、インバータ410を 介して、車両100の駆動装置としての第二モー タ420が接続されている。第一モータ320および 第二モータ420は、共に、回生機能を有する三 相同期モータである。第一モータ320は、その 出力軸が差動ギア330を介して後輪駆動軸340と 接続されており、第一モータ320の出力軸の回 転によって後輪駆動軸340、およびそれに接続 された後輪370が駆動される。一方、第二モー タ420は、その出力軸が差動ギア430を介して前 輪駆動軸440と接続されており、第二モータ420 の出力軸の回転によって前輪駆動軸440、およ びそれに接続された前輪470が駆動される。イ ンバータ310、410は、燃料電池300やバッテリ400 から出力される直流電力を三相交流電力へと 変換して、第一モータ320および第二モータ420 へと供給する。

 燃料電池300とDC-DCコンバータ200との間の� �源配線には、さらに、例えば改質器やエア� �ンプレッサを含む燃料電池補機類350が接続� �れている。燃料電池補機類350は、燃料電池30 0での発電に要する水素を含む燃料ガスと酸� �を含む空気とを、燃料電池300に供給するた� �の装置等であり、その稼動電力を接続され� �いる電源配線から取得する。また、バッテ� �400とDC-DCコンバータ200との間の電源配線には 、さらに、例えば照明機器やオーディオ機器 を含む車両補機類450が接続されており、その 接続配線から各機器の稼動電力が取得される 。

 車両100は、さらに、ECU500を備えている。E CU500は、CPU510と、ROM520と、RAM530と、入出力ポ� ��ト540とを有している。ECU500には、車両100の� ��部に配されたセンサが電気的に接続され、� ��こで検出された各検出信号が入出力ポート5 40を介して入力される。ECU500は、これらの検� ��信号を基に、燃料電池300とバッテリ400から� ��モータへの電力供給を制御する。

 なお、車両100の各部に配されECU500に電気� ��に接続されているセンサとしては、例えば� ��アクセルペダル610の踏み込みによるアクセ� ��の開度を検出するアクセル開度センサ612、� ��テアリング630の操舵角を検出する操舵角セ� ��サ632、後輪駆動軸340および前輪駆動軸440の� ��転数を検出する駆動軸センサ640、車速を検� ��するスピードセンサ650、車両の回転モーメ� ��トを検出するモーメントセンサ660、燃料電� ��300の運転状態を検出する図示しない温度セ� ��サおよび電圧計、バッテリ400の蓄電状態を� ��出する図示しない充電容量センサおよび電� ��計がある。また、ECU500による燃料電池300と� ��ッテリ400から各モータへの電力供給の制御� ��、例えば、CPU510が、ROM520に格納された動作� ��御プログラムをRAM530上に読み出して実行す� ��ことにより行われる。

 このように構成される車両100においては� ��駆動装置である第一モータ320と第二モータ4 20への電力供給は、燃料電池300とバッテリ400� ��よって行われる。燃料電池300とバッテリ400� ��DC-DCコンバータ200を介して接続されている� �め、燃料電池300とバッテリ400のそれぞれか� �各モータ320、420に対して電力を供給するこ� �は可能である。しかし、燃料電池300から第� �モータ420に又はバッテリ400から第一モータ32 0に電力を供給しようとすると、DC-DCコンバー タ200介して電力供給が行われるため、DC-DCコ� ��バータ200において電力損失が生じ、電力の� ��給効率が低下する。そこで、図2Aおよび図2B に基づいて、図1に示す車両100における第一� �ータ320と第二モータ420へ電力供給を行う際� �その供給効率の低下を可及的に回避するこ� �が可能な電力供給制御について説明する。� �、図2Aおよび図2Bは、一つの電力供給制御の� ��ローを紙面の都合により、二つに分けて示� ��ている。

 先ず、S101では、アクセル開度センサ612か らの検出信号により、車両100の移動状態(停� �状態を含む)におけるアクセルの開度が検出� ��れる。このアクセル開度は、車両100を運転� ��るユーザが、該車両100に要求する走行性能( 速度等)に関連するパラメータである。S101の� ��理が終了すると、S102へ進む。S102では、現� �点における第一モータ320と第二モータ420の� �転数(回転速度)が検出される。この各モータ の回転数は、各モータに備えられているロー タリエンコーダからの出力や、駆動軸センサ 640及びスピードセンサ650からの検出信号に基 づいて検出又は算出される。

 また、上記S101、S102以外の処理として、� �舵角センサ632を介したステアリング630の操� �角の検出、モーメントセンサ660を介した車� �100の回転モーメントの検出が行われる。こ� �らは、現時点における車両100の移動状態を� �握するために行われるものである。これら� �処理が終了すると、S103及びS104の処理が行わ れる。

 上述したS101、S102およびそれ以外の処理� �よって検出された車両100の移動状態に基づ� �て、ユーザから車両100に対して要求された� �行性能を実現するために、現時点において� �一モータ320及び第二モータ420が発揮すべき� �力、即ち第一モータ320に対して要求される� �力Pm1がS103において算出され、第二モータ420� ��対して要求される出力Pm2がS104において算出 される。尚、本実施例に係る車両100は、前輪 が第二モータ420によって駆動され、後輪が第 一モータ320によって駆動されることで、最大 で四輪駆動が可能な車両である。尚、第一モ ータ320と第二モータ420の最大瞬間出力は同程 度であるが、定格連続出力については第一モ ータ320の方が高く、高出力駆動を長時間行う ことが可能である。従って、車両100において は、後輪が主駆動輪であって、その主駆動輪 を駆動する第一モータ320に対してDC-DCコンバ� ��タ200を介さずに電力を供給できるように配� ��されているのは、燃料電池300である。

 ここで、第一モータ320及び第二モータ420� ��要求出力Pm1、Pm2の算出は、検出されたアク� ��ル開度および各モータの回転数に加えて、� ��テアリング630の操舵角や車両100の回転モー� ��ント等の車両100の移動状態を示すパラメー� ��を考慮して、ユーザが要求する走行性能や� ��車両100の走行安定性等を踏まえて行われる� ��例えば、ユーザから車速を上げる要求があ� ��た場合は、各モータの出力を上昇すること� ��車両100のスピードアップを図る。また、ス� ��アリング630の操舵角が所定角より大きい場� ��には、車両100の走行安定性が低くなる可能� ��があるため、車両100の後輪と前輪の駆動力� ��アンバランスとならないように各モータの� ��求出力が決定される。尚、各モータの要求� ��力の算出においては、上述したように第一� ��ータ320が主駆動輪を駆動するモータである� ��とが考慮される。S104の処理が終了すると、 S105へ進む。

 S105では、現時点における燃料電池300が出 力可能な最大出力Pfcが算出される。この最大 可能出力Pfcは、燃料電池300に対して最大量の 水素が供給されたと仮定して、現時点におけ る出力に影響するパラメータ、例えば燃料電 池300のセル温度等を考慮した上で決定される 。S105の処理が終了すると、S106へ進む。

 S106では、S105で算出された燃料電池300の� �大可能出力Pfcが、第一モータ320の要求出力Pm 1と燃料電池補機類350の駆動に要する出力で� �るFC補機損αfcとの和以上であるか否かが判� �される。当該出力和は、図1からも明らかな� ��うに、DC-DCコンバータ200を基準として、電� �的に燃料電池300側に配置されている装置等(� ��言すると、電気的にバッテリ400側に配置さ� ��ていない装置等)の駆動に要する出力和であ る。従って、S106における判定は、第一モー� �320および燃料電池補機類350に対して、DC-DCコ ンバータ200を介さずに燃料電池300から電力を 供給することができるか否かを判定するもの と言うことができる。S106での判定において� �定判定されるとS107へ進み、否定判定される� ��S108へ進む。

 S106で肯定判定されることは、第一モータ 320および燃料電池補機類350(以下、単に「第� �モータ等」という。)に対して、DC-DCコンバ� �タ200を介さずに燃料電池300から電力を供給� �ることができることを意味するため、S107で� ��、燃料電池300の最大可能出力Pfcの一部が第� ��モータ320等に供給される。このとき、この� ��給電力はDC-DCコンバータ200を介さずに第一� �ータ320等に供給されるため、DC-DCコンバータ 200における電力損失は発生しない。また、こ の肯定判定される場合は、S107の処理により� �バッテリ400から第一モータ320等への電力供� �は、結果的に禁止されている。これにより� �DC-DCコンバータ200を介した電力供給は行われ ないことになる。

 次に、S106で否定判定されることは、第一 モータ320および燃料電池補機類350に対して、 DC-DCコンバータ200を介さずに燃料電池300から� ��力を供給することができないことを意味す� ��ため、S108以降(S108~S111)の処理ではバッテリ4 00から第一モータ320等への電力供給が考慮さ� ��る。S108では、現時点におけるバッテリ400の 最大可能出力Pbt1が算出される。この最大可� �出力Pbt1は、バッテリ400が現時点で有してい� ��蓄電量を全て放電したと仮定して、現時点� ��おける出力に影響するパラメータ、例えば� ��ッテリ400の温度等を考慮した上で算出され� ��。S108の処理が終了すると、S109へ進む。

 S109では、上記最大可能出力Pfcと、S108で� �出されたバッテリ400の最大可能出力Pbt1が、� ��述した要求出力Pm1とFC補機損αfcとの和以上� ��あるか否かが判定される。換言すると、S109 における判定は、第一モータ320等に対して、 DC-DCコンバータ200を介さずに燃料電池300から� ��力を供給しつつ、DC-DCコンバータ200を介し� �バッテリ400から電力を供給することで、第� �モータ320等の出力要求に応えることが可能� �否かを判定するものである。S109での判定に� ��いて肯定判定されるとS110へ進み、否定判定 されるとS111へ進む。

 S109で肯定判定されることは、第一モータ 320等の出力要求に答えることが可能であるこ とを意味するため、S110では、燃料電池300の� �時点における最大可能出力Pfc分の全出力を� �一モータ320等に供給するとともに、それで� �足りない不足分の出力については、バッテ� �400の蓄電電力から賄われる。従って、DC-DCコ ンバータ200を介して供給される電力を可及的 に少なくできるため、DC-DCコンバータ200にお� ��る電力損失を可及的に回避することができ� ��。

 一方で、S109で否定判定されることは、第 一モータ320等の出力要求に答えることが可能 であることを意味するため、S111では、燃料� �池300とバッテリ400による各最大可能出力が� �て第一モータ320等に供給されることになる� �このとき、燃料電池300での発電を最大限発� �するために、燃料電池300等からの電力は優� �的に燃料電池補機類350に供給され、残余電� �が第一モータ320に供給されるのが好ましい� �この場合、第一モータ320が発揮できる出力� �不十分となる可能性が生じる。

 S107、S110、S111の何れかの処理が終了する� ��、S112へ進む。S112では、現時点におけるバ� �テリ400の使用可能出力Pbt2が算出される。こ� ��使用可能出力Pbt2は、S107、S110、S111の処理を 経た結果バッテリ400が有している蓄電量を全 て放電したと仮定して、その時点における出 力に影響するパラメータ、例えばバッテリ400 の温度等を考慮した上で算出される。例えば 、S107の処理後におけるS112では、S107において はバッテリ400からの放電は行われていないた め、本制御が開始された時点でバッテリ400に 蓄電された電力がこの使用可能出力Pbt2の算� �対象となる。また、S110又はS111の処理後にお けるS112では、S110においてはバッテリ400から� ��放電が行われたため、その放電後にバッテ� ��400に蓄電されていた電力がこの使用可能出� ��Pbt2の算出対象となり、又はS111においては� �ッテリ400から全ての電力が放電されたため� �使用可能出力Pbt2は零となる。S112の処理が終 了すると、S113へ進む。

 S113では、S112で算出されたバッテリ400の� �用可能出力Pbt2が、第二モータ420の要求出力P m2と車両補機類450の駆動に要する出力である� ��両補機損αbtとの和以上であるか否かが判定 される。当該出力和は、図1からも明らかな� �うに、DC-DCコンバータ200を基準として、電気 的にバッテリ400側に配置されている装置等(� �言すると、電気的に燃料電池300側に配置さ� �ていない装置等)の駆動に要する出力和であ� ��。従って、S113における判定は、第二モータ 420および車両補機類450に対して、DC-DCコンバ� ��タ200を介さずにバッテリ400から電力を供給� ��ることができるか否かを判定するものと言� ��ことができる。S113での判定において肯定判 定されるとS114へ進み、否定判定されるとS115� ��進む。

 S113で肯定判定されることは、第二モータ 420および車両補機類450(以下に、単に「第二� �ータ等」という。)に対して、DC-DCコンバー� �200を介さずにバッテリ400から電力を供給す� �ことができることを意味するため、S114では� ��バッテリ400の使用可能出力Pbt2の一部が第二 モータ420等に供給される。このとき、この供 給電力はDC-DCコンバータ200を介さずに第二モ� ��タ420等に供給されるため、DC-DCコンバータ20 0における電力損失は発生しない。また、こ� �肯定判定される場合は、S114の処理により、� ��料電池300から第二モータ420等への電力供給� ��、結果的に禁止されている。これにより、D C-DCコンバータ200を介した電力供給は行われ� �いことになる。

 次に、S113で否定判定されることは、第二 モータ420および車両補機類450に対して、DC-DC� ��ンバータ200を介さずにバッテリ400から十分� ��電力を供給することができないことを意味� ��る。この場合は、S115において、バッテリ400 が有する使用可能出力Pbt2の全てが第二モー� �420等に供給されることになる。このとき、� �二モータ420の出力を最大限発揮させるため� �、バッテリ400からの電力は優先的に第二モ� �タ200に供給され、残余電力が車両補機類450� �供給されるのが好ましい。この場合、車両� �機類450が十分に駆動されない可能性が生じ� �。S114又はS115の処理後、本制御を終了する。

 本制御によると、第一モータ320等と第二� ��ータ420等がそれぞれ燃料電池300とバッテリ4 00からの供給電力によって十分に駆動される� ��きは、DC-DCコンバータ200を介した電力の供� �は禁止される。一方で、車両10の主駆動輪で ある後輪を駆動する第一モータ320について、 その第一モータ320を駆動するのに必要な出力 を燃料電池300で賄うことができない場合に限 って、DC-DCコンバータ200を介してバッテリ400� ��ら第一モータ320への電力供給が許可される� ��とになる。このようにDC-DCコンバータ200を� �した電力供給の実行を所定の条件下に限定� �ることで、DC-DCコンバータ200における電力損 失を回避し、以て各モータ等への電力の供給 効率の低下を可及的に回避することができる 。

 <実施例2>
 図1に示す車両100における第一モータ320と第 二モータ420へ電力供給を行う際、その供給効 率の低下を可及的に回避することが可能な電 力供給制御の他の実施例について、図3A、3B� �び図4に基づいて説明する。図3A、3Bは、図2A� ��2Bと同様に電力供給制御のフローを示す図� �あって、一つの電力供給制御のフローを紙� �の都合により、二つに分けて示している。� �た、図4は、バッテリ400における、蓄電状態( SOC)と該バッテリ400に対して行うべき充放電� �程度を数値化した充放電負荷Pbt3との相関を� ��す図である。

 図3A、3Bに示す電力供給制御において図2A� ��2Bに示す電力供給制御と同一の処理につい� �は、同一の参照番号を付すことで、当該処� �の詳細な説明は省略する。本実施例に係る� �力供給制御においては、S105の処理後S201の処 理が行われる。S201では、バッテリ400の蓄電� �態がSOCで検出される。バッテリ400において� �完全充電状態の出力電圧をSOC100%とし、蓄電� ��が零のときの出力電圧をSOC0%としたとき、� �時点でのバッテリ400による出力を、このSOC� �算出する。S201の処理が終了すると、S202へ進 む。

 S202では、S201で算出されたバッテリ400のSO Cに基づいて、バッテリ400のための充放電負� �Pbt3が算出される。具体的には、図4に示すSOC と充放電負荷Pbt3との相関を表すマップがECU50 0内に格納されており、該マップにアクセス� �ることでS202の処理が行われる。SOCと充放電� ��荷Pbt3との相関は、図4に示すように、SOCが45 %~55%の範囲(以下、「適正SOC範囲」という。)� �は充放電負荷Pbt3が零となる。このことは、� ��ッテリ400においては、バッテリ400の出力特� ��の維持やバッテリ400の劣化防止等の観点か� ��、SOCがこの範囲にあるときがバッテリ400の� ��電状態が最も好ましい状態であるので、バ� ��テリ400に対して充電又はバッテリ400から放� ��を行う必要がないことを意味する。一方で� ��SOCが45%以下であるときは、バッテリ400の蓄� ��量が少ないことを意味し、充放電負荷Pbt3が 正の値となりバッテリ400に対して充電を行う 必要があり、そして充放電負荷Pbt3の値が大� �くなるに従い必要な充電量は増える。また� �SOCが55%以上であるときは、バッテリ400の蓄� �量が多いことを意味し、充放電負荷Pbt3が負� ��値となりバッテリ400から放電を行う必要が� ��り、そして充放電負荷Pbt3の値が小さくなる に従い必要な放電量は増える。S202の処理が� �了すると、S203へ進む。

 S203では、S105で算出された燃料電池300の� �大可能出力Pfcが、第一モータ320の要求出力Pm 1と、燃料電池補機類350の駆動に要する出力� �あるFC補機損αfcと、S202で算出された充放電� ��荷Pbt3との和以上であるか否かが判定される 。当該出力和は、実施例1で述べたように、DC -DCコンバータ200を基準として、電気的に燃料 電池300側に配置されている装置等の駆動に要 する出力と、バッテリ400のSOCを適正SOC範囲に 維持するのに必要な出力との和である。従っ て、S203における判定は、第一モータ320およ� �燃料電池補機類350に対して、DC-DCコンバータ 200を介さずに燃料電池300から電力を供給する とともに、燃料電池300の発電によりバッテリ 400を適正な充電状態に維持することができる か否かを判定するものと言うことができる。 S203での判定において肯定判定されるとS204へ� ��み、否定判定されるとS205へ進む。

 S203で肯定判定されることは、第一モータ320 および燃料電池補機類350に対して、DC-DCコン� ��ータ200を介さずに燃料電池300から電力を供� ��することができるとともに、燃料電池400の� ��電状態を適正な状態にすることができるこ� ��を意味する。そこで、S204では、燃料電池300 で発電された電力を、第一モータ320等に供給 するとともに、バッテリ400に対して充放電を 行う。即ち、充放電負荷Pbt3が正の値であれ� �燃料電池300からバッテリ400に対して電力が� �給され、逆に充放電負荷Pbt3が負の値であれ� ��バッテリ400から電力が放電されて、その放� ��された電力は第一モータ320等に供給される� ��とになる。この結果、第一モータ320等への� ��力供給はDC-DCコンバータ200を介さずに行わ� �るとともに、バッテリ400の
充電状態は適正な状態に維持される。

 また、S203で否定判定されることは、第一 モータ320および燃料電池補機類350に対して、 DC-DCコンバータ200を介さずに燃料電池300から� ��力を供給することと、燃料電池400の充電状� ��を適正な状態にすることを同時に達成する� ��とができないことを意味する。そこで、S205 では、燃料電池300によって発電された電力を 優先的に第一モータ320等に供給し、充放電負 荷Pbt3が正の値であればその残余電力をバッ� �リ400に供給する。尚、充放電負荷Pbt3が負の� ��であれば、バッテリ400から放出された電力� ��第一モータ320等に供給すればよい。

 S204又はS205の処理が終了すると、S112へ進� ��。S112では、上述したように、バッテリ400の 使用可能出力Pbt2が算出されるが、S204の処理� ��に行われるS112では、バッテリ400のSOCは必ず 適正SOC範囲に属しているため、バッテリ400に よる電力供給が安定的に行うことが可能であ る。

 本制御によると、実施例1と同様に、DC-DC� ��ンバータ200を介した電力供給の実行を所定� ��条件下に限定することで、DC-DCコンバータ20 0における電力損失を回避し、以て各モータ� �への電力の供給効率の低下を可及的に回避� �ることができる。更には、バッテリ400の充� �状態を可及的に適正な状態に維持すること� �可能となる。