JP2006223061A - Controller of fuel cell vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池車両に搭載された燃料電池システムのアイドルストップ期間を制御する燃料電池車両の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for a fuel cell vehicle that controls an idle stop period of a fuel cell system mounted on the fuel cell vehicle.
従来、この種の技術としては、例えば以下に示す文献に記載されたものが知られている(特許文献1参照)。この文献に記載された技術では、燃料電池車両の速度、走行用モータ等のモータ出力(電気負荷)、ブレーキのオン/オフ状態の判定結果、ならびに蓄電装置の残蓄電量に基づいて、燃料電池動作の停止/起動判断を行う構成となっていた。すなわち、燃料電池車両の車速が所定の速度よりも小さく、走行用モータ等の出力が所定のモータ出力よりも小さく、ブレーキがオン状態で、蓄電装置の端子間電圧が所定電圧よりも大きいという条件がすべて成立した場合に、アイドル停止の実行許可を与えていた。
このような上記従来の燃料電池車両の制御装置においては、燃料電池車両の運転状態や燃料電池システムの運転状態で、燃料電池のアイドル停止や起動のタイミングが一義的に決まってしまい、燃料電池車両にとって必ずしも最適なアイドル停止期間を実現することができないおそれがあった。 In such a conventional control device for a fuel cell vehicle, the timing of the fuel cell idle stop and start is uniquely determined by the operation state of the fuel cell vehicle and the operation state of the fuel cell system, and the fuel cell vehicle Therefore, there is a possibility that the optimum idle stop period cannot be realized.
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、燃料電池車両に搭載された燃料電池システムのアイドルストップ期間の最適化を図った燃料電池車両の制御装置を提供することにある。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a control device for a fuel cell vehicle that optimizes the idle stop period of the fuel cell system mounted on the fuel cell vehicle. It is to provide.
上記目的を達成するために、本発明の課題を解決する手段は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により燃料電池で発電を行い、発電で得られた電力を走行用モータに供給制御する燃料電池システムと、前記燃料電池システムで得られた電力ならびに前記走行用モータからの回生電力で充電され、充電した電力を前記走行用モータに供給する蓄電手段とを備え、前記走行用モータで駆動走行する燃料電池車両の制御装置において、前記燃料電池の電流−電圧特性ならびに前記燃料電池のフラッディングの発生状態に基づいて、前記燃料電池が発電を開始した際に、発電電力の応答速度を推定する発電応答推定手段と、前記蓄電手段の蓄電状態に基づいて、前記蓄電手段が前記燃料電池車両の駆動系に供給可能な電力を演算する放電可能電力演算手段と、前記燃料電池車両の走行状態に基づいて、前記燃料電池車両の駆動走行に必要な電力の最大値の時間的な推移を推定する駆動電力推移推定手段と、前記発電応答推定手段で推定された応答速度、前記放電可能電力演算手段で得られた供給可能電力、ならびに前記駆動電力推移推定手段で推定された電力の推移に基づいて、前記燃料電池システムがアイドルストップ状態から発電を復帰するタイミングを決定する起動タイミング演算手段とを有することを特徴とする In order to achieve the above object, the means for solving the problems of the present invention is to generate power in a fuel cell by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas, and to control the supply of electric power obtained by the power generation to a traveling motor. And a power storage unit that is charged with electric power obtained by the fuel cell system and regenerative electric power from the traveling motor and supplies the charged electric power to the traveling motor. In a control device for a fuel cell vehicle that is driven, the response speed of the generated power is estimated when the fuel cell starts power generation based on the current-voltage characteristics of the fuel cell and the occurrence of flooding of the fuel cell. Based on the power storage state of the power generation response estimating means and the power storage means, the dischargeable power for calculating the power that the power storage means can supply to the drive system of the fuel cell vehicle A calculating means, a driving power transition estimating means for estimating a temporal transition of a maximum value of electric power required for driving the fuel cell vehicle based on a traveling state of the fuel cell vehicle, and a power generation response estimating means; Based on the estimated response speed, the suppliable power obtained by the dischargeable power calculating means, and the power transition estimated by the drive power transition estimating means, the fuel cell system returns to the power generation from the idle stop state. And a start timing calculating means for determining the timing to perform
本発明によれば、燃料電池の発電応答速度、駆動系が要求する駆動電力、二次電池から駆動系に供給可能な電力に基づいて、燃料電池システムの起動タイミングを決定することで、アイドルストップ期間を最適化することができる。 According to the present invention, the idle stop is determined by determining the start timing of the fuel cell system based on the power generation response speed of the fuel cell, the drive power required by the drive system, and the power that can be supplied from the secondary battery to the drive system. The period can be optimized.
以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の実施例を説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The best embodiment for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明の実施例1に係る燃料電池車両の制御装置を含む燃料電池システムの構成を示す図である。図1に示す実施例1のシステムは、燃料ガスを貯留する燃料ガスタンク1と、燃料ガスタンク1から供給される燃料ガスの圧力を制御する圧力制御弁2と、圧力制御弁2によって圧力が制御された燃料ガスを燃料電池7に供給する流路3と、燃料電池7から排出された燃料ガスが循環する流路と流路3の合流部分に設けられたエゼクタ4と、燃料電池7に酸化剤ガスの空気を供給するコンプレッサ5と、コンプレッサ5から供給される空気を燃料電池7に供給する流路6と、燃料ガスと空気を利用して発電する燃料電池7と、燃料電池7が排出した空気を排出する排気管9と、排気管9から排出される空気の圧力を制御する圧力制御弁8とを備えている。 FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a fuel cell system including a control device for a fuel cell vehicle according to Embodiment 1 of the present invention. The system of the first embodiment shown in FIG. 1 has a fuel gas tank 1 that stores fuel gas, a pressure control valve 2 that controls the pressure of the fuel gas supplied from the fuel gas tank 1, and a pressure control valve 2 that controls the pressure. The flow path 3 for supplying the fuel gas to the fuel cell 7, the flow path for circulating the fuel gas discharged from the fuel cell 7, the ejector 4 provided at the junction of the flow path 3, and the fuel cell 7 with the oxidant The compressor 5 for supplying gas air, the flow path 6 for supplying the air supplied from the compressor 5 to the fuel cell 7, the fuel cell 7 for generating power using the fuel gas and air, and the fuel cell 7 discharged. An exhaust pipe 9 that exhausts air and a pressure control valve 8 that controls the pressure of air exhausted from the exhaust pipe 9 are provided.
一方、上記燃料電池システムの制御系は、流路6内を流れる空気の流量を検出する空気流量計10と、燃料電池7の出力電流を検出する電流計11と、燃料電池7の出力電圧を検出する電圧計12と、燃料電池7の出力を制御する出力制御器13と、燃料電池7の温度を検出する温度センサ14と、圧力制御弁2及びコンプレッサ5を制御することにより、燃料電池7に供給する燃料ガス及び空気の圧力や流量を制御するコントローラ15とを備えている。
On the other hand, the control system of the fuel cell system includes an
コントローラ15は、本システムの運転を制御する制御中枢として機能し、プログラムに基づいて各種動作処理を制御するコンピュータに必要な、CPU、記憶装置、入出力装置等の資源を備えた例えばマイクロコンピュータ等により実現される。コントローラ15は、本システムにおける空気流量計10、電流計11、電圧計12、温度センサ14からの信号を読み込み、読み込んだ各種信号ならびに予め内部に保有する制御ロジック(プログラム)に基づいて、本システムの各構成要素に指令を送り、以下に説明するアイドルストップ期間の制御動作を含む本システムの運転/停止に必要なすべての動作を統括管理して制御する。したがって、コントローラ15は、マイクロコンピュータ等で構成することで、後述する図2に示す処理手順を実行する図3〜図6に示す手段を実現する機能を備えている。
The
燃料電池7の出力を制御する出力制御器13には、駆動モータ制御手段17が接続され、燃料電池7から取り出された電力が駆動モータ制御手段17を介して燃料電池車両の駆動走行モータへ供給される。また、充放電可能な二次電池16が駆動モータ制御手段17と並列に接続され、出力制御器13を介して燃料電池7から取り出された電力、ならびに駆動走行モータの回生電力は二次電池16に充電され、あるいは二次電池16に蓄電された電力が駆動モータ制御手段17を介して駆動走行モータへ供給可能な構成となっている。
A drive motor control means 17 is connected to the
次に、図2のフローチャートを参照して、この実施例1の制御手順を説明する。 Next, the control procedure of the first embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
図2に示す制御手順は、所定時間毎、例えば10[msec]毎に実行され、また先の図1に示す燃料電池システムの発電を停止し、所定のアクチュエータも停止した状態(以下アイドルストップと呼ぶ)からの復帰に際してのみ、処理が有効となる。 The control procedure shown in FIG. 2 is executed every predetermined time, for example, every 10 [msec], and the power generation of the fuel cell system shown in FIG. 1 is stopped and the predetermined actuator is also stopped (hereinafter referred to as idle stop). The processing is effective only when returning from (calling).
図2において、先ずアイドルストップからの復帰要求があるか否かを判定し(ステップS101)、復帰要求がある場合には、以下に説明するステップS102〜S104の処理を実行する一方、復帰要求がない場合には制御処理を終了する。 In FIG. 2, it is first determined whether or not there is a return request from idle stop (step S101). If there is a return request, the processing of steps S102 to S104 described below is executed, while the return request is received. If not, the control process ends.
アイドルストップの復帰要求がある場合には、アイドルストップからの復帰時に、駆動走行モータの最大トルク値を制限してよいか否かを判定する(ステップS102)。その後、駆動走行モータのトルクを制限する際には、そのトルク制限値の演算、及びトルク応答目標の変更を設定する(ステップS103)。続いて、アイドルストップ復帰要求後の燃料電池システムの発電開始タイミングを決定する(ステップS104)。 If there is a request for returning from the idle stop, it is determined whether or not the maximum torque value of the drive motor can be limited when returning from the idle stop (step S102). Thereafter, when limiting the torque of the drive motor, calculation of the torque limit value and change of the torque response target are set (step S103). Subsequently, the power generation start timing of the fuel cell system after the idle stop return request is determined (step S104).
次に、図3〜図6のブロック図を参照して、図2のフローチャートに示す制御手順を実現する手段について詳細に説明する。 Next, means for realizing the control procedure shown in the flowchart of FIG. 2 will be described in detail with reference to the block diagrams of FIGS.
図3は図2のステップS102、ステップS103を実行する手段を示すブロック図であり、図3に示す手段で車両状態を推定してトルク最大値を制限し、トルク応答を早くしてもよいか否かを判定する。 FIG. 3 is a block diagram showing means for executing steps S102 and S103 of FIG. 2. Is it possible to estimate the vehicle state by means shown in FIG. 3 to limit the maximum torque value and speed up the torque response? Determine whether or not.
図3において、制御手順を実行する手段は、勾配検出手段31、アクセル開速度検出手段32、車両総重量検出手段33、渋滞判定手段34ならびに判定演算手段35を備えて構成されている。 In FIG. 3, the means for executing the control procedure includes a gradient detection means 31, an accelerator opening speed detection means 32, a vehicle gross weight detection means 33, a traffic jam determination means 34, and a determination calculation means 35.
勾配検出手段31は、車両が進行しようとしている道路の路面勾配を検出する機能手段で、衛星からの位置情報及び地図情報から路面勾配を算出してもよく、あるいは車両前後方向の斜度を検出する手段を設けてもよい。 The gradient detecting means 31 is a functional means for detecting the road surface gradient of the road on which the vehicle is going to travel, and may calculate the road surface gradient from the position information and map information from the satellite or detect the inclination in the vehicle front-rear direction. Means to do this may be provided.
アクセル開速度検出手段32は、運転者の操作するアクセルペダルの開速度を検出する機能手段で、アクセル開度を検出する手段と、この検出手段で得られたアクセル開度情報の時間当たりの変化量を検出する手段とを有することで実現される。 The accelerator opening speed detecting means 32 is a functional means for detecting the opening speed of the accelerator pedal operated by the driver. The accelerator opening speed detecting means 32 is a means for detecting the accelerator opening, and a change per unit time in the accelerator opening information obtained by the detecting means. It is implement | achieved by having a means to detect quantity.
車両総重量検出手段33は、車両の総重量を検出する手段で、乗員数や積載状態によって変化する車両総重量を推定する。推定方法としては、トルクの最大値を制限してよいか否かを判定する以前に、勾配検出手段31と同様な機能を有する手段で平坦路と判定された状態で、駆動力と車両加速度を検出し、検出結果から車両重量を推定する。あるいは、車両のサスペンション部のコイルスプリングの長さを検出する手段を設け、車両停止中で鍵がキーシリンダに差し込まれ、燃料電池システムが起動され、全てのドアが閉じられている状態、即ち人や荷物が載せ終わり、走行開始準備が整っていると想定される状態を、積載時の長さとして検出し、その長さとコイルスプリングのばね定数から車両重量を推定するようにしてもよい。 The vehicle total weight detection means 33 is a means for detecting the total weight of the vehicle, and estimates the total vehicle weight that changes depending on the number of passengers and the loading state. As an estimation method, before determining whether or not the maximum value of the torque may be limited, the driving force and the vehicle acceleration are calculated in a state in which it is determined that the road is a flat road by means having the same function as the gradient detecting means 31. The vehicle weight is detected from the detection result. Alternatively, a means for detecting the length of the coil spring of the suspension part of the vehicle is provided, the vehicle is stopped, the key is inserted into the key cylinder, the fuel cell system is activated, and all the doors are closed, that is, a person Alternatively, it is possible to detect a state assumed to have been loaded and ready to start running as a length when loaded, and to estimate the vehicle weight from the length and the spring constant of the coil spring.
渋滞判定手段34は、走行路の交通状態が渋滞しているか否かを判定する機能手段で、ある所定時間前の平均車速を検出する手段を設け、その検出された速度が所定値以下か否かを判定し、所定値以下であれば渋滞路を走行中と判定する。あるいは、道路交通情報センターで編集、処理された渋滞や交通規制などの道路交通情報をリアルタイムに送信し、カーナビゲーションなどの車載機に文字、図形で表示する情報通信システムのVICS等外部からの交通情報を受信し、それに基づいて判断してもよい。 The traffic jam judging means 34 is a functional means for judging whether or not the traffic state of the travel road is jammed. The traffic jam judging means 34 is provided with means for detecting an average vehicle speed before a predetermined time, and whether the detected speed is equal to or less than a predetermined value. If it is below a predetermined value, it is determined that the vehicle is traveling on a congested road. Alternatively, traffic from outside such as VICS of an information communication system that sends traffic traffic information such as traffic jams and traffic regulations edited and processed at the Road Traffic Information Center in real time and displays them in characters and figures on in-vehicle devices such as car navigation Information may be received and determined based on it.
判定演算手段35は、上記勾配検出手段31、アクセル開速度検出手段32、車両総重量検出手段33ならびに渋滞判定手段34で得られた情報を集約し、駆動走行モータのトルク最大値を制限してもよいか否かの許可判定、及びその制限値の演算を行う。 The determination calculation means 35 aggregates the information obtained by the gradient detection means 31, the accelerator opening speed detection means 32, the vehicle total weight detection means 33, and the traffic congestion determination means 34, and limits the torque maximum value of the drive travel motor. The permission determination as to whether or not it is acceptable and the limit value are calculated.
具体的には、車両が登り勾配にあると判定された場合には、トルク最大値の制限は許可せず、登坂性能を維持する。また、アクセル開速度がある所定値より小さい場合には、運転者が早急な加速を要求していないと判定し、トルク最大値の制限を許可し、同時にトルクの応答を通常(駆動トルクを制限しない場合)より速くし、加速感の減少を少なくする。また、車両総重量がある所定値以上であるか否かを判定し、ある所定値以上である場合には、トルク最大値の制限を許可せず、加速性能を維持する。また、渋滞の中を走行していると判定された場合には、トルク最大値の制限を許可し、同時にトルクの応答を通常より速くし、加速感の減少を少なくする。 Specifically, when it is determined that the vehicle is on the climb slope, the maximum torque limit is not permitted and the climb performance is maintained. If the accelerator opening speed is smaller than a predetermined value, it is determined that the driver does not request immediate acceleration, and the maximum torque value is allowed to be limited. At the same time, the torque response is normal (the drive torque is limited). If not, make it faster and reduce the decrease in acceleration feeling. In addition, it is determined whether or not the total vehicle weight is equal to or greater than a predetermined value. If the total vehicle weight is equal to or greater than a predetermined value, the limitation on the maximum torque value is not permitted and the acceleration performance is maintained. If it is determined that the vehicle is traveling in a traffic jam, the maximum torque value is allowed to be restricted, and at the same time, the torque response is made faster than usual to reduce the decrease in acceleration feeling.
なお、トルク制限値は、予め決められた係数、例えば70%程度を用いて、制限する前の値に計数を乗算して算出してもよく、あるいはアクセル開速度の遅さ加減、または車両総重量の軽さ加減に基づいて可変する係数を用いて求めてもよい。 The torque limit value may be calculated by multiplying the value before the limit by a predetermined coefficient, for example, about 70%, or by adding or subtracting the accelerator opening speed delay, or the vehicle total You may obtain | require using the coefficient which changes based on the lightness adjustment of a weight.
なおまた、車両が登り勾配にあると判定された場合にはトルク最大値を制限せず、トルクの応答だけを通常より速くするようにしてもよい。これにより、坂道発進等で起こりえるロールバック感の低減が期待できるという効果が得られる。 In addition, when it is determined that the vehicle is on an uphill slope, the torque maximum value may not be limited, and only the torque response may be made faster than usual. Thereby, the effect that reduction of the rollback feeling which may occur by slope start etc. can be anticipated is acquired.
図4は図2のステップS104を実行する手段を示すブロック図であり、燃料電池システムの起動タイミングを決定する手段を示す。図4において、制御手順を実行する手段は、IV推定手段41、フラッディング発生推定手段42、発電応答推定手段43、放電可能電力演算手段44、駆動電力推移推定手段45ならびに起動タイミング演算手段46を備えて構成されている。 FIG. 4 is a block diagram showing means for executing step S104 of FIG. 2, and shows means for determining the start timing of the fuel cell system. In FIG. 4, means for executing the control procedure includes IV estimation means 41, flooding generation estimation means 42, power generation response estimation means 43, dischargeable power calculation means 44, drive power transition estimation means 45, and start timing calculation means 46. Configured.
IV推定手段41は、燃料電池7の電流−電圧特性を推定する手段で、温度センサ14により燃料電池7を代表する温度を検出し、予め実験等で算出された温度毎の電流−電圧特性を参照することにより、その時点での電流−電圧特性を推定する。
The IV estimation means 41 is a means for estimating the current-voltage characteristics of the fuel cell 7, detects the temperature representative of the fuel cell 7 by the
フラッディング発生推定手段42は、燃料電池7内でフラッディングが発生している可能性があるか否かを推定する手段である。燃料電池7でフラッディングが発生し、水分がガス流路の一部を塞いだ場合には、反応面積が減少することで電圧の低下が部分的に起こることがある。その結果として燃料電池全体の電圧が想定している値を下回ることも考えられる。 The flooding occurrence estimation means 42 is a means for estimating whether or not there is a possibility that flooding has occurred in the fuel cell 7. When flooding occurs in the fuel cell 7 and the water blocks a part of the gas flow path, the reaction area is reduced, and the voltage may be partially reduced. As a result, the voltage of the entire fuel cell may be less than the expected value.
したがって、燃料電池7から所望の出力を得るには、IV推定手段41で推定した電流−電圧特性から想定した電流より、更に大きな電流値を引き出すことが必要となり、それに応じて空気流量を増大させることになり、フラッディングが発生していない場合に比べて燃料電池7の出力応答として時間を余計に要する結果となる。よって、燃料電池7の内部でフラッディングが発生している可能性があるか否かを推定し、その結果に応じて燃料電池システムの応答速度の推定値を補正するようにしている。 Therefore, in order to obtain a desired output from the fuel cell 7, it is necessary to draw a larger current value than the current assumed from the current-voltage characteristics estimated by the IV estimation means 41, and the air flow rate is increased accordingly. As a result, the output response of the fuel cell 7 requires more time than when no flooding occurs. Therefore, it is estimated whether there is a possibility of flooding inside the fuel cell 7, and the estimated value of the response speed of the fuel cell system is corrected according to the result.
フラッディングの推定方法としては、燃料電池7の温度を代表する値、例えば冷却水の出口温度を検出する温度センサを設け、温度センサで計測された冷却水温度の単位時間当たりの変化量が、予め設定されたしきい値を超えて低下したと判定された場合に、フラッディングが起き易いと判断してもよい。あるいは、燃料電池7を構成する各セルの電圧を検出する手段と、検出されたセル電圧のバラツキを判定する手段とを設け、最小の値を示すセル電圧が他のセルの電圧より予め設定された所定値以上下回り、かつ他セルの電圧が予め設定された所定値以内で揃っていると判定された場合には、フラッディングが発生していると判定してもよい。 As a flooding estimation method, a value representative of the temperature of the fuel cell 7, for example, a temperature sensor that detects the outlet temperature of the cooling water is provided, and the amount of change per unit time of the cooling water temperature measured by the temperature sensor is previously determined. It may be determined that flooding is likely to occur when it is determined that the threshold value has dropped beyond a set threshold. Alternatively, means for detecting the voltage of each cell constituting the fuel cell 7 and means for determining variation in the detected cell voltage are provided, and the cell voltage indicating the minimum value is set in advance from the voltages of the other cells. If it is determined that the voltage is lower than the predetermined value and the voltages of other cells are within a predetermined value set in advance, it may be determined that flooding has occurred.
発電応答推定手段43は、IV推定手段41で推定された電流−電圧特性と、フラッディング発生推定手段42で推定されたフラッディングの発生状態とに基づいて、燃料電池7の発電に関する応答速度を推定する。即ちアイドルストップからの復帰に際して、復帰開始からの経過時間に対して燃料電池7がどの程度の電力を発電できるかを推定する。この発電応答推定手段43は、図5に示す手段で構成されている。
The power generation
図5において、発電応答推定手段43は、IV補正手段51、空気系応答算出手段52、電流−供給空気流量特性算出手段53ならびに発電応答推定手段54を備えて構成されている。
In FIG. 5, the power generation
IV補正手段51は、図4に示すIV推定手段41で推定された電流−電圧特性を、図4に示すフラッディング発生推定手段42で判定されたフラッディング推定値を用いて補正を行う。補正の内容は、電流−電圧特性の電圧値をフラッディングが予想された場合に、予め設定された所定値だけ減じてもよい。あるいは、最小の電圧を示すセルの電圧値と、他のセルの平均値との乖離幅に応じて、電圧値を減じてもよい。
The
空気系応答算出手段52は、空気供給系の応答、即ちどの程度の時間で燃料電池7へ供給する空気量を増加させることができるかを算出して出力する。なお、この空気の応答情報は、予め実験等で算出してもよく、あるいは走行中の吸入空気温度や気圧等からその質量流量を補正するようにしてもよい。 The air system response calculation means 52 calculates and outputs the response of the air supply system, that is, how long the amount of air supplied to the fuel cell 7 can be increased. The air response information may be calculated in advance through experiments or the like, or the mass flow rate may be corrected from the intake air temperature, the atmospheric pressure, or the like during traveling.
電流−供給空気流量特性算出手段53は、燃料電池7の発電電流と供給空気流量との関係を算出して記憶する。燃料電池7の発電電流と供給空気流量との関係は、実験や机上検討により算出される。 The current-supply air flow rate characteristic calculating means 53 calculates and stores the relationship between the power generation current of the fuel cell 7 and the supply air flow rate. The relationship between the power generation current of the fuel cell 7 and the supply air flow rate is calculated through experiments and desk studies.
発電応答推定手段54は、空気系応答算出手段52で得られた空気流量特性と、電流−供給空気流量特性算出手段53に記憶されている発電電流と供給空気流量との関係とに基づいて、アイドルストップからの復帰時における発電電流の立ち上がり応答特性を得る。発電応答推定手段54は、得られた発電電流の立ち上がり応答特性と、IV補正手段51で補正された電圧特性とを乗算することで、燃料電池7の発電電力の応答特性を得る。
The power generation
図5に戻って、放電可能電力演算手段44は、二次電池16からどれだけの電力を放電することができるかを推定演算する機能を備えた手段であり、例えば蓄電装置の蓄電状態を認識するバッテリマネージャー等で構成される。
Returning to FIG. 5, the dischargeable power calculation means 44 is a means having a function of estimating and calculating how much power can be discharged from the
駆動電力推移推定手段45は、駆動系から要求される電力最大値の時間変化を推定する手段であり、図6に示すように構成されている。図6において、駆動電力推移推定手段45は、勾配検出手段61、車両総重量検出手段62、走行抵抗演算手段63、車両速度推移演算手段64ならびに駆動電力推移演算手段65を備えて構成されている。 The drive power transition estimation means 45 is a means for estimating the time change of the maximum power value requested from the drive system, and is configured as shown in FIG. In FIG. 6, the drive power transition estimation means 45 includes a gradient detection means 61, a vehicle total weight detection means 62, a running resistance calculation means 63, a vehicle speed transition calculation means 64, and a drive power transition calculation means 65. .
勾配検出手段61は、車両が走行する道路状況を判定し、カーナビゲーションシステムに代表される、衛星からの位置情報と予め記録された地図情報とに基づいて、道路勾配を推定し、先の図3に示す勾配検出手段31と同様に構成される。 The gradient detection means 61 determines the road condition on which the vehicle is traveling, estimates the road gradient based on the position information from the satellite and the previously recorded map information, represented by the car navigation system, and 3 is configured similarly to the gradient detecting means 31 shown in FIG.
車両総重量検出手段62は、走行中の発生トルクと加速度との関係から車両の総重量を算出してもよく、あるいは各サスペンションのばねの長さを停止中や加速度が低いことを検出した際に計測し、計測結果を車両総重量に置き換え換算して求めてもよい。もしくは空車重量と乗員1人分程度の重量を予め固定値として記憶しておき、これを用いてもよい。
The vehicle total
走行抵抗演算手段63は、勾配検出手段61で検出された道路勾配情報、車両総重量検出手段62で検出された車両の総重量情報、ならびに車両の空気抵抗係数や前面投影面積といった車両諸元とに基づいて、車両の走行抵抗を演算する。 The running resistance calculation means 63 includes vehicle specifications such as road gradient information detected by the gradient detection means 61, vehicle total weight information detected by the vehicle total weight detection means 62, and the air resistance coefficient and front projection area of the vehicle. Based on this, the running resistance of the vehicle is calculated.
車両速度推移演算手段64は、走行抵抗演算手段63で得られた走行抵抗と、図3に示す判定演算手段35で決定したトルクの制限された最大値とに基づいて、車両の加速度を算出し、更にその加速度を積分することで車両速度の推移を推定する。
The vehicle speed transition calculating means 64 calculates the acceleration of the vehicle based on the running resistance obtained by the running
駆動電力推移演算手段65は、車両速度推移演算手段64で得られた車両速度の推移と、図3に示す判定演算手段35で決定したトルクの制限された最大値とを乗算し、駆動走行モータの駆動に必要な電力の最大値の推移を得る。 The driving power transition calculating means 65 multiplies the vehicle speed transition obtained by the vehicle speed transition calculating means 64 by the maximum torque-limited value determined by the determination calculating means 35 shown in FIG. The transition of the maximum value of the power required for driving is obtained.
図4に戻って、起動タイミング演算手段46は、上述した発電応答推定手段43、放電可能電力演算手段44ならびに駆動電力推移推定手段45で得られた情報に基づいて、駆動走行モータのトルク制限値及びトルク応答値を演算する。 Returning to FIG. 4, the start timing calculation means 46 is based on the information obtained by the power generation response estimation means 43, the dischargeable power calculation means 44, and the drive power transition estimation means 45 described above, and the torque limit value of the drive travel motor. And a torque response value is calculated.
車両がアイドルストップ状態から発進する際に、駆動系が消費する電力が増大しつつ、燃料電池システムの発電が立ち上がるまでは、二次電池16が駆動系へ電力を供給する構成としている。即ち、駆動系が消費する電力が、二次電池16が供給できる電力を超える直前に燃料電池7からの電力供給が開始されないと、駆動系の消費電力をそれ以降その値以上に増やすことができなくなる。この場合には、駆動力の変化に違和感を生じるおそれがある。
When the vehicle starts from the idle stop state, the
そこで、発電応答推定手段43で推定した燃料電池システムからの発電出力の時間応答と、放電可能電力演算手段44で演算した二次電池16の最大放電電力と、駆動電力推移推定手段45で推定した駆動系が要求する電力の推移推定結果とに基づいて、駆動系が要求する要求電力が、二次電池16の最大放電可能電力を超えない時間内で、燃料電池システムからの発電が開始されるように、駆動系の最大トルク制限値、ならびに燃料電池システムの起動開始タイミングを演算する。
Therefore, the time response of the power generation output from the fuel cell system estimated by the power generation response estimation means 43, the maximum discharge power of the
このように、アイドルストップからの復帰時に、図7(a)に示すように、駆動走行モータの発生トルクの最大値を制限し、同時にトルクの応答速度を通常時に比べて速める制御を実施することで、同図(b)に示すように、燃料電池システムがアイドルストップからの復帰時に必要とする電力(要求出力)の増加速度を、車両の加速感を損なわずに低減することができる。この結果、図7(b)に示すように、燃料電池システムの発電タイミングを従来に比べて遅らせることが可能となり、アイドルストップ期間を延長することができる。 As described above, when returning from the idle stop, as shown in FIG. 7A, the maximum value of the generated torque of the drive motor is limited, and at the same time, the control for increasing the response speed of the torque is performed compared to the normal time. Thus, as shown in FIG. 6B, the increase rate of the electric power (required output) required when the fuel cell system returns from the idle stop can be reduced without impairing the acceleration feeling of the vehicle. As a result, as shown in FIG. 7B, the power generation timing of the fuel cell system can be delayed as compared with the conventional case, and the idle stop period can be extended.
また、車両の走行状態に基づいて発生トルクの最大値を制限することで、車両の運転性能への影響を極力減らすことができる。 Further, by limiting the maximum value of the generated torque based on the traveling state of the vehicle, the influence on the driving performance of the vehicle can be reduced as much as possible.
さらに、燃料電池7の発電応答速度、駆動系が要求する駆動電力ならびに二次電池16が供給可能な電力に基づいて、燃料電池システムのアイドルストップ復帰タイミングを決定することで、アイドルストップ期間の最適化を実現することができる。
Furthermore, by determining the idle stop return timing of the fuel cell system based on the power generation response speed of the fuel cell 7, the drive power required by the drive system, and the power that can be supplied by the
1…燃料ガスタンク
2…圧力制御弁
3,6…流路
4…エゼクタ
5…コンプレッサ
7…燃料電池
8…圧力制御弁
9…排気管
10…空気流量計
11…電流計
12…電圧計
13…出力制御器
14…温度センサ
15…コントローラ
16…二次電池
17…駆動モータ制御手段
31,61…勾配検出手段
32…アクセル開速度検出手段
33,62…車両総重量検出手段
34…渋滞判定手段
35…判定演算手段
41…IV推定手段
42…フラッディング発生推定手段
43…発電応答推定手段
44…放電可能電力演算手段
45…駆動電力推移推定手段
46…起動タイミング演算手段
51…IV補正手段
52…空気系応答算出手段
53…供給空気流量特性算出手段
54…発電応答推定手段
63…走行抵抗演算手段
64…車両速度推移演算手段
65…駆動電力推移演算手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Fuel gas tank 2 ... Pressure control valve 3, 6 ... Flow path 4 ... Ejector 5 ... Compressor 7 ... Fuel cell 8 ... Pressure control valve 9 ...
Claims (3)
前記燃料電池の電流−電圧特性ならびに前記燃料電池のフラッディングの発生状態に基づいて、前記燃料電池が発電を開始した際に、発電電力の応答速度を推定する発電応答推定手段と、
前記蓄電手段の蓄電状態に基づいて、前記蓄電手段が前記燃料電池車両の駆動系に供給可能な電力を演算する放電可能電力演算手段と、
前記燃料電池車両の走行状態に基づいて、前記燃料電池車両の駆動走行に必要な電力の最大値の時間的な推移を推定する駆動電力推移推定手段と、
前記発電応答推定手段で推定された応答速度、前記放電可能電力演算手段で得られた供給可能電力、ならびに前記駆動電力推移推定手段で推定された電力の推移に基づいて、前記燃料電池システムがアイドルストップ状態から発電を復帰するタイミングを決定する起動タイミング演算手段と
を有することを特徴とする燃料電池車両の制御装置。 A fuel cell system that generates electric power in a fuel cell by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidant gas, and supplies and controls the electric power obtained by the electric power generation to a traveling motor, the electric power obtained by the fuel cell system, and the traveling In a control device for a fuel cell vehicle, which is charged with regenerative power from a motor for driving, and includes a power storage means for supplying the charged power to the driving motor, and is driven by the driving motor.
Based on the current-voltage characteristics of the fuel cell and the occurrence state of flooding of the fuel cell, when the fuel cell starts power generation, power generation response estimation means for estimating the response speed of the generated power;
Dischargeable power calculating means for calculating the power that the power storage means can supply to the drive system of the fuel cell vehicle based on the power storage state of the power storage means;
Driving power transition estimating means for estimating a temporal transition of the maximum value of power required for driving the fuel cell vehicle based on the traveling state of the fuel cell vehicle;
The fuel cell system is idle based on the response speed estimated by the power generation response estimating means, the suppliable power obtained by the dischargeable power calculating means, and the power transition estimated by the drive power transition estimating means. A control apparatus for a fuel cell vehicle, comprising start timing calculation means for determining a timing for returning power generation from the stop state.
前記起動タイミング演算手段は、前記燃料電池の発電を復帰するタイミングを駆動トルクを制限しない場合に比べて遅くする
ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池車両の制御装置。 When the maximum value of the drive torque generated by the travel motor is selectively limited and the drive torque is not limited when the fuel cell system returns to the power generation from the idle stop state. Compared with torque calculation means to speed up response characteristics of drive torque,
2. The control apparatus for a fuel cell vehicle according to claim 1, wherein the start timing calculating means delays the timing for returning the power generation of the fuel cell as compared with the case where the drive torque is not limited. 3.
ことを特徴とする請求項2に記載の燃料電池車両の制御装置。 The torque calculation means includes at least one of a road gradient on which the fuel cell vehicle is traveling, a traffic state in which the fuel cell vehicle is traveling, an opening speed of an accelerator pedal operated by a driver, and a mass of the fuel cell vehicle. 3. The control apparatus for a fuel cell vehicle according to claim 2, wherein the driving torque generated by the travel motor is selectively limited based on the control.
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