JP3852841B2 - 燃料電池自動車の制御装置、及び制御方法 - Google Patents
燃料電池自動車の制御装置、及び制御方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3852841B2 JP3852841B2 JP2002345981A JP2002345981A JP3852841B2 JP 3852841 B2 JP3852841 B2 JP 3852841B2 JP 2002345981 A JP2002345981 A JP 2002345981A JP 2002345981 A JP2002345981 A JP 2002345981A JP 3852841 B2 JP3852841 B2 JP 3852841B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- power
- amount
- regenerative power
- cell vehicle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
Landscapes
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池によって駆動される燃料電池自動車の制御装置、及び燃料電池自動車の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池自動車は電気自動車の一種であり、燃料電池を搭載して発電し、この発電電力で走行モータを駆動する。燃料電池は、空気供給系から酸化剤ガスとしての空気の供給を受けると共に、水素供給系から燃料ガスとしての水素の供給を受け、空気中の酸素と燃料ガス中の水素とから電気化学的に発電し、発電した電力を走行モータの他、コンプレッサ等の補機からなる電力消費系に供給する。
【０００３】
ところで、この燃料電池自動車では、減速時や降坂時に走行モータに回生制動を行わせ、通常の自動車と同様の走行フィーリングが運転者に得られるようにしている。また、この回生制動により得られる回生電力を燃料電池の起動あるいは過渡状態に対処するために用意されたコンデンサや２次電池等の蓄電手段に蓄え、次の発進時や加速時等に利用することで燃費の改善が行われる。
このとき、蓄電手段が満充電に近い状態であってもなるべく回生電力量を多くして回生制動力を向上するために、トルクを発生させない無効電力を増やし、つまりコンプレッサ、冷却水循環ポンプ等燃料電池の補機の効率を落とし、回生電力を消費させるための制御が行われていた（特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２０４５０５号公報（段落番号１３、１８等）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしならが、燃料電池の補機の効率を落として回生電力を消費させると、回生制動が効いて空走感はなくなるものの、効率を落とすために無駄な仕事によって熱が発生し、その熱を放熱するために、回生後の冷却系の負荷が高まるといった欠点があった。
【０００６】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、蓄電手段が満充電に近い場合でも回生電力量を確保することができる燃料電池自動車の制御装置、及び燃料電池自動車の制御方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、燃料電池と、前記燃料電池が発電した電力を蓄える蓄電手段と、前記燃料電池及び蓄電手段の少なくとも一方により供給される電力で燃料電池自動車を駆動する走行モータと、前記燃料電池自動車を走行させるために必要な補機とを備え、前記補機は、前記燃料電池を冷却するために冷却水を循環させるポンプ及び当該循環する冷却水を冷却させるファンである複数の冷却系補機を備える、燃料電池自動車の制御装置であって、前記燃料電池自動車の減速時に発生する前記走行モータからの回生電力量が前記蓄電手段の充電上限値を超えるときに、回生電力を、前記冷却系補機に優先的に消費させる運転制御手段を備えたことを特徴とする燃料電池自動車の制御装置である。
【０００８】
このような燃料電池自動車の制御装置によれば、運転制御手段が、燃料電池自動車の減速時に発生する回生電力量が蓄電手段の充電上限値を超えるときに、回生電力を、補機のうち燃料電池自動車における冷却系の補機に優先的に消費させることで回生電力量を確保できるため減速時に空走感を与えることなく、減速時に再加速時の発熱量の増大を予測した先取り的な冷却が可能となるため、迅速な再加速を実現できる。
【０００９】
また、前記運転制御手段は、車速に基づいて目標アクセル回生電力量を得、当該目標アクセル回生電力量と前記蓄電手段の充電量とに基づいて、前記複数の冷却系補機の全体電力消費量を増減させることを特徴とする燃料電池自動車の制御装置である。
【００１０】
また、前記運転制御手段は、車速に基づいて目標アクセル回生電力量を得、当該目標アクセル回生電力量と前記蓄電手段の充電量とに基づいて余剰回生電力量のレベル判定を行い、当該レベルに応じて余剰回生電力をあらかじめ優先順位が付与された前記冷却系補機にその優先順位に応じて消費させることを特徴とする燃料電池自動車の制御装置である。
このような燃料電池自動車の制御装置によれば、運転制御手段が、目標アクセル回生電力量と蓄電手段の充電量とに基づいて余剰回生電力量のレベル判定を行い、当該レベルに応じて余剰回生電力をあらかじめ優先順位が付与された燃料電池自動車の冷却系の補機にその優先順位に応じて消費させることにより目標回生電力量を確保することができ、従って、減速時に空走感を与えることがなく、また、減速後の加速を想定して冷却系を先行して冷やすことができるため、迅速な再加速が可能となる。
【００１１】
また、前記課題を解決するための手段として、本発明は、燃料電池と、前記燃料電池が発電した電力を蓄える蓄電手段と、前記燃料電池及び蓄電手段の少なくとも一方により供給される電力で燃料電池自動車を駆動する走行モータと、前記燃料電池自動車を走行させるために必要な補機とを備え、前記補機は、前記燃料電池を冷却するために冷却水を循環させるポンプ及び当該循環する冷却水を冷却させるファンである複数の冷却系補機を備える、燃料電池自動車の制御方法であって、前記燃料電池自動車の減速時に発生させる前記走行モータからの回生電力量を、前記冷却系補機に優先的に消費させることで、前記蓄電手段に充電しきれない回生電力の発生を許容することを特徴とする燃料電池自動車の制御方法である。
このような燃料電池自動車の制御方法によれば、蓄電手段に充電できる電力量が少ない場合でも、冷却系の補機で電力を消費するので、蓄電手段に充電しきれない回生電力（余剰回生電力量）の発生を許容する。これにより、回生電力量を確保することができるので、回生制動を効かせて空走感を低減ないしは無くすことができる。しかも、冷却系の補機で消費させることで、減速の後に来る再加速時の発熱量の増大を先取りした冷却が可能となる。
【００１２】
また、車速に基づいて目標アクセル回生電力量を得、当該目標アクセル回生電力量と前記蓄電手段の充電量とに基づいて、前記複数の冷却系補機の全体消費電力量を増減させることを特徴とする燃料電池自動車の制御方法である。
さらに、車速に基づいて目標アクセル回生電力量を得、当該目標アクセル回生電力量と前記蓄電手段の充電量とに基づいて余剰回生電力量のレベル判定を行い、当該レベルに応じて余剰回生電力をあらかじめ優先順位が付与された前記冷却系補機にその優先順位に応じて消費させることを特徴とする燃料電池自動車の制御方法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の制御装置及び制御方法が採用される燃料電池自動車の概略構造を説明するために引用した図、図２は、燃料電池自動車に使用される燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【００１４】
燃料電池自動車は電気自動車の一種であり、本実施形態では、走行モータ３８は、床下に搭載された燃料電池システムＦＣＳから電力供給を受ける仕組みになっている。燃料電池システムＦＣＳは、燃料電池１（図３参照）を中核とした発電システムであり、燃料電池１は、燃料電池システムＦＣＳが備える空気供給系２から酸化剤ガスとしての空気の供給を受けると共に、同じく燃料電池システムＦＣＳが備える水素供給系３（水素タンクＨ２）から燃料ガスとしての水素の供給を受け、空気中の酸素と水素とから電気化学的に発電する。そして、発電した電力を走行モータ３８（Ｍ）と、スーパチャージャ３９（Ｓ／Ｃ）、冷却水ポンプ４０、４１（Ｗ／Ｐ）、ラジエタファン４２，４３等の補機からなる電力消費系に供給する。ここでスーパチャージャ３９は、燃料電池１に酸化剤としての空気を供給する電動のエアコンプレッサである。
【００１５】
なお、冷却水ポンプ４０，４１、ラジエタファン４２，４３およびラジエタ４４，４５は、走行モータ３８を冷却するＤＴ冷却系４、および燃料電池１を冷却するＦＣ冷却系５、のそれぞれに設けられ、ここでは、ＦＣ冷却系５に設けられる冷却水ポンプ、ラジエタおよびラジエタファンを、それぞれＦＣ冷却水ポンプ４０、ＦＣラジエタ４４、ＦＣラジエタファン４２と称し、ＤＴ冷却系４に設けられる冷却水ポンプ、ラジエタおよびラジエタファンを、それぞれＤＴ冷却水ポンプ、ＤＴラジエタ４５、ＤＴラジエタファン４３と称する。なお、総称するときには、例えばラジエタ４４，４５や冷却水ポンプ４０，４１のようにＦＣ／ＤＴを省略する。
ちなみに、ラジエタ４４，４５はいずれも燃料電池自動車の前面に配置され、冷却水ポンプ４０、４１によって循環される熱媒である冷却水の熱を系外に放出するための放熱手段となり動作する。
【００１６】
図３は、本実施形態にかかる燃料電池自動車の運転制御装置における電力消費系を説明するために引用した図である。
図３において、燃料電池１は、蓄電手段としてのキャパシタ（電気二重層コンデンサ）３２と共に電力消費系に電力を供給する。キャパシタ３２は、燃料電池１が発電した電力および走行モータ３８の回生電力を蓄えて燃料電池システムの始動時および過渡状態に対処する他、キャパシタ３２の電圧と燃料電池１の発電電圧等との関係で充放電を繰り返し、燃料電池１の負荷変動を滑らかなものとする。
【００１７】
具体的には、キャパシタ３２は、加速時（運転者がアクセルペダルを踏み込んだとき）に、空気の増加指令に対してスーパチャージャ３９の回転速度が上昇して空気の流量が増加し、その結果として燃料電池１の発電電力の増加が追従するまで走行モータ３８に対して電力を供給し、燃料電池１の発電電力の不足分を補う。一方、減速時（運転者がアクセルペダルの踏み込みを解放したとき）に、空気の減少指令に対してスーパチャージャ３９の回転速度が低下して空気の流量が減少し、その結果として燃料電池１の発電電力の減少が追従するまで燃料電池１の発電電力によって充電される。加えて、減速時は、走行モータ３８による回生電流によっても充電される。なお、燃料電池１の電圧とキャパシタ３２の電圧が同じ定常状態ではキャパシタ３２の充放電は行われず、走行モータ３８等が消費する電力は燃料電池１から供給される。
【００１８】
なお、キャパシタ３２の充電量はＳＯＣ（Status Of Charge）で表されるが、この値が大きいほどキャパシタ３２はたくさん充電されていることを示す。一方、ＳＯＣの値が小さいほどキャパシタ３２は少ししか充電されていないことを示す。ちなみに、ＳＯＣは、キャパシタ３２の端子電圧の自乗に比例した値になる。
【００１９】
次に、燃料電池１が発電した電力は、ＶＣＵ（Voltage Control Unit）３３を介して走行モータ３８へ供給される他に、スーパチャージャ３９、ＦＣ冷却水ポンプ４０、１２Ｖ負荷であるＤＴ冷却水ポンプ４１、ＦＣラジエタファン４２、ＤＴラジエタファン４３等補機にも供給される。キャパシタ３２の蓄電電力もまた、前記した走行モータ３８の他、前記した補機３９…に供給される。なお、走行モータ３８はＰＤＵ（Power Drive Unit）３４を介して、スーパチャージャ３９はスーパチャージャ（ＳＣ）インバータ３５を介して、ＦＣ冷却水ポンプ４０は冷却水ポンプインバータ３６を介して、１２Ｖ負荷（ＤＴ冷却水ポンプ４１、ＦＣラジエタファン４２、ＤＴラジエタファン４３）は、１２Ｖコンバータ３７を介して、それぞれ燃料電池１やキャパシタ３２から電力を供給される。
【００２０】
ＶＣＵ３３は、リミッタ機能を持つ電力調整器であり、燃料電池１から取り出された電流を後述するＥＣＵ（Electric Control Unit）５０の制御の下で制限してＰＤＵ３４、ＳＣインバータ３５、冷却水ポンプインバータ３６、１２Ｖコンバータ３７に供給する。
【００２１】
ＰＤＵ３４は、ＥＣＵ５０によって生成される走行モータ制御信号により走行モータ３８の駆動を制御する。ＳＣインバータ３５はスーパチャージャ３９に、冷却水ポンプインバータ３６はＦＣ冷却水ポンプ４０に電力を供給する。ＳＣインバータ３５および冷却水ポンプインバータ３６は、共にＥＣＵ５０から回転速度指令値を得てスーパチャージャ３９およびＦＣ冷却水ポンプ４０の駆動制御を行う。１２Ｖコンバータ３７は、図示しない１２Ｖバッテリに供給される電圧を１２Ｖに電圧変換して１２Ｖ負荷（ＤＴ冷却水ポンプ４１、ＦＣラジエタファン４２、ＤＴラジエタファン４３）のそれぞれに供給する。
【００２２】
なお、ＥＣＵ５０は、本実施形態における燃料電池自動車の制御装置の制御中枢となり、内蔵マイコンにより、前記した空気供給系２、水素供給系３、ＤＴ冷却系４、ＦＣ冷却系５、補機３９〜４５を含む電力消費系の全てを制御する。
本発明と特に関係するところでは、アクセルペダルから図示しないセンサを介してアクセル信号ＡＰを得、また、図示しない車速センサから車速信号ＶＳＰを得て走行モータ３８の駆動を制御する走行モータ制御信号を生成し、また、燃料電池１に対して後述する目標発電電流指令値（ＩＦＣＣＭＤ）を設定し、燃料電池１の発電電流の制御も行う。
【００２３】
更に、ＥＣＵ５０は、車速信号ＶＳＰと走行モータ３８の回転速度を得、目標アクセル回生電力量を設定する。また、ＥＣＵ５０は、キャパシタ３２のＳＯＣを得、このＳＯＣと設定した目標アクセル回生電力量とから、燃料電池自動車の減速時に発生させる回生電力量（目標アクセル回生電力量）がキャパシタ３２の充電上限値を超えるときに、超える部分の余剰回生電力（キャパシタ３２からすれば自己の容量の不足分）を、補機のうち燃料電池自動車における冷却系４，５の補機（ＦＣ冷却水ポンプ４０、ＤＴ冷却水ポンプ４１、ＦＣラジエタファン４２、ＤＴラジエタファン４３）に優先的に消費させる運転制御手段（次に説明する回生時電力消費制御手段４００）としての機能も合わせ持つ。
【００２４】
図４は、本実施形態の燃料電池自動車の制御装置における機能および動作を説明するために引用した機能ブロックである。この機能ブロック図に示されるのは、キャパシタ３２の充電上限値を超えるときに、超える部分の回生電力量（余剰回生電力量）を、冷却系４，５の補機４０〜４３に優先的に消費させる回生時電力消費制御手段（運転制御手段）４００である。
【００２５】
この回生時電力消費制御手段４００は、車速に基づいてアクセル全閉時の目標アクセル回生電力量を得、当該目標アクセル回生電力量とキャパシタ（蓄電手段）３２の充電量とに基づいて余剰回生電力量のレベル判定を行い、当該レベル判定のレベル値に応じて、余剰回生電力量をあらかじめ優先順位が付与された冷却系４，５の補機４０，４１…にその優先順位に応じて消費させる機能を有する。更に、この回生時電力消費制御手段４００は、車速からアクセル全閉時の目標アクセル回生電力量を得、当該目標アクセル回生電力量とキャパシタ３２の充電量との差によって決まる出力増加量を、燃料電池１の目標発電電流指令基準値に加算する機能を有する。
【００２６】
この機能を実現するため、回生時電力消費制御手段４００は、アクセル回生電力量マップ検索部４０１、アクセル回生電力量余剰レベル判断部４０２、偏差演算部４０３、ＦＣラジエタファン消費電力増減判定部４０４、ＤＴラジエタファン消費電力増減判定部４０５、ＦＣ冷却水ポンプ消費電力増減判定部４０６、ＤＴ冷却水ポンプ消費電力増減判定部４０７、ＰＩＤ制御部４０８、加算部４０９を含んで構成される。
【００２７】
このうち、アクセル回生電力量マップ検索部４０１は、アクセルペダルの踏み込み解放時、車速（車速信号ＶＳＰ）とモータ回転速度を入力して目標アクセル回生電力量を設定する機能を有する。アクセル回生電力量余剰レベル判断部４０２は、目標アクセル回生電力量とキャパシタ３２の充電量であるＳＯＣを入力して目標アクセル回生電力量の余剰量を求め、目標アクセル回生電力量の余剰レベルを０〜５までの６段階のフラグ（レベル値）として設定する機能を有する（図５参照）。偏差演算部４０３は、目標アクセル回生電力量とＳＯＣとの偏差を演算する機能を有する。ＦＣラジエタファン消費電力増減判定部４０４等、各判定部４０４〜４０７は、後で詳しく説明するように、レベル値に応じて冷却系４，５の補機４０〜４３の電力消費量増減を指示する機能を有する（消費電力量を増加する指示、増加した消費電力量をキャンセルする指示）。
【００２８】
また、回生時電力消費制御手段４００のＰＩＤ制御部４０８は、偏差演算部４０３で演算された目標アクセル回生電力量とＳＯＣの偏差（キャパシタ３２に充電しきれない目標アクセル回生電力量）を入力してＰ（比例）、Ｉ（積分）、Ｄ（微分）の各処理を行って偏差がゼロになるように、ＩＦＣＣＭＤベース値（目標発電電流指令基準値）に加算する値である出力増加量を設定する機能を有する。また、加算部４０９は、ＰＩＤ制御部４０８が設定した出力増加量（電流値）と、入力したＩＦＣＣＭＤベース値（電流値）を加算する機能を有する。ちなみに、出力増加量とＩＦＣＣＭＤベース値の加算量が大きな値になるほど、スーパチャージャ３９の回転速度は速くなる（消費電力量が増加する）。
【００２９】
次に、図４に示す機能ブロック図を参照しながら、図１〜図３に示す本実施形態の動作について詳細に説明する。また、各機能についての補足説明を行う。
【００３０】
図４において（アクセルペダルの踏み込み解放時）、ＥＣＵ５０（回生時電力消費制御手段４００のアクセル回生電力量マップ検索部４０１）は、まず、図示しないセンサを介して走行モータ３８の回転速度と車速（車速信号ＶＳＰ）を入力として得、アクセルペダルの踏み込み解放時の目標アクセル回生電力量をあらかじめ用意されたマップを検索して設定する。ここで用意される目標アクセル回生電力量を設定するマップ（目標アクセル回生電力量設定マップ）は、車速が早いほど、走行モータ３８の回転速度が早いほど、大きな目標アクセル回生電力量が設定されるようになっている。
【００３１】
次に、マップ検索の結果得られる目標アクセル回生電力量とキャパシタ３２のＳＯＣとを比較して、余剰回生電力量のレベル判定を行う。そしてそのレベル値に応じて燃料電池１の冷却系４，５の補機（ＤＴラジエタファン４３、ＤＴ冷却水ポンプ４１、ＦＣラジエタファン４２、ＦＣ冷却水ポンプ４０）を動作させてアクセル全閉時（アクセルペダルの踏み込み解放時）に発生する回生電力量を確保する構成になっている。
このとき、各消費電力増減判定部４０４〜４０７において消費電力の増減判定が行われ、この判定に基づいてＤＴ冷却制御、ＦＴ冷却制御、あるいは燃料電池１の制御が行われる。この消費電力の増減判定は以下のように行われる。
【００３２】
まず、図５に示すように、アクセルペダルの踏み込み解放時は、余剰回生電力量のレベルおよび補機３９，４０，４１…の最大電力消費量に応じて、どの補機３９，４０，４１…の消費電力を増加させるかが規定されている。図５では、余剰回生電力量が少ない場合は、最大消費電力が小さい補機であるＦＣラジエタファン４２の消費電力が増加されるようになっている。
【００３３】
ちなみに、この図５の表は、余剰回生電力量のレベルに応じて、余剰回生電力をあらかじめ優先順位が付与された冷却系４，５の補機４０，４１…に、その優先順位に応じて消費させるためのものである。なお、図５に示すように、レベル値は０から５までの６段階（６段階のフラグ）とし、レベル値が大きくなるにつれ余剰回生電力が大きくなるものとする。また、冷却系４，５の補機４０，４１は、右側に行くほど最大消費電力量が大きくなるものとする。ここで、キャパシタ３２に充電できる電力量が目標アクセル回生電力量よりも大きな場合（レベル値０）は、最低限の回生電力量は確保されているため何も行わないこととする（消費電力の増加は行わない）。
【００３４】
このように、レベル値０〜レベル値５までの６段階のフラグを用い、フラグの数字が大きくなるにつれて余剰回生電力を適切に消費できるようにするため、ＦＣラジエタファン消費電力判定部４０４では、レベル値１〜レベル値５のフラグが入力された場合は、ＦＣラジエタファン４２の回転速度を増加するようにＦＣ冷却系５を制御する。なお、回転速度が増加すると消費電力も増加する（以下同じである）。一方、レベル値０のフラグが入力された場合は、ＦＣラジエタファン４２の前記した回転速度の増加を取り止めるようにＦＣ冷却系５を制御する。
【００３５】
また、ＤＴラジエタファン消費電力増減判定部４０５では、レベル値２〜レベル値５のフラグが入力された場合は、ＤＴラジエタファン４３の回転速度を増加するようにＤＴ冷却系４の制御を行う。一方、レベル値０又はレベル値１のフラグが入力された場合は、ＤＴラジエタファン４３の前記した回転速度の増加を取り止めるようにＤＴ冷却系４を制御する。
【００３６】
また、ＦＣ冷却水ポンプ消費電力増減判定部４０６では、レベル値３〜レベル値５のフラグが入力された場合は、ＦＣ冷却水ポンプ４０の回転速度を増加するようにＦＣ冷却系５の制御を行う。一方、レベル値０〜レベル値２のフラグが入力された場合は、ＦＣ冷却水ポンプ４０の前記した回転速度の増加を取り止めるようにＦＣ冷却系５を制御する。
【００３７】
また、ＤＴ冷却水ポンプ消費電力増減判定４０７では、レベル値４又はレベル値５のフラグが入力された場合は、ＤＴ冷却水ポンプ４１の回転速度を増加するようにＤＴ冷却系４の制御を行う。一方、レベル値０〜レベル値３のフラグが入力された場合は、ＤＴ冷却水ポンプ４１の前記した回転速度の増加を取り止めるようにＤＴ冷却系４を制御する。
【００３８】
また、ＰＩＤ制御部４０８は、レベル値５のフラグが入力された場合は、偏差演算部４０３から入力した偏差に基づいて、ＩＦＣＣＭＤベース値に加算する出力増加量を設定する制御を行う。一方、レベル値０〜レベル値４のフラグが入力された場合は、出力増加量を０にする。ちなみに、出力増加量が増えると、スーパチャージャ３９の回転速度が増加するようになる。すなわち、燃料電池１に供給される空気量が増加する。
【００３９】
これにより、余剰回生電力のレベルに応じて、消費電力の小さい補機（ここではＦＣラジエタファン４２）から順に消費電力量が増加されていく。なお、増加する消費電力は、それぞれの補機４０，４１…ごとに設定されているものとする（例えば各補機４０，４１…ごとに増加するデューティを決めているものとする）。また、この実施形態では、余剰回生電力が最も大きいとき（レベル値５）は、最大消費電力が最も大きなスーパチャージャ３９の消費電力が、偏差（余剰回生電力量）に応じて増加される。これにより、大きな余剰回生電力が生じても（目標アクセル回生電力量−ＳＯＣが大きくなって）、余剰回生電力を消費できる。
【００４０】
このため、キャパシタ３２に充電しきれない余剰回生電力が生じても（余剰回生電力の発生を許容しても）、回生制動をよく効かすことができ、空走感を低減ないしは無くすことができる。しかも、冷却を行うことができ、例えば、制動（減速）の次に来る加速の際に冷却能力が不足することを防止することができる。つまり、減速後に想定される再加速のための発熱量の増大を先取り的に冷却することで、スムーズな再加速を実現することができる。
【００４１】
なお、発電電力指令値基準値に出力増加量を加算すると燃料電池１の発電量（発電電力量）が増加するが、発電量の増加は所定のタイムラグの後に生じるので、補機４０…の消費電力を増加する一方で、全く同時に燃料電池１の発電量を増加することはない。
【００４２】
ちなみに、前記説明した目標アクセル回生電力量設定マップは、余剰回生電力量を補機４０…（及びスーパチャージャ３９）で消費できることを踏まえて設定されている。
【００４３】
なお、本発明は前記した実施形態に限定されることなく、幅広く変形実施することができる。例えば、レベル値により消費電力量を増加する機器の順序を変更してもよい。また、アクセル信号ＡＰはアクセルペダルが踏み込まれているか踏み込まれていないかのＯＮ／ＯＦＦを示す信号であったが、これをアクセル開度信号として、目標アクセル回生量をアクセル開度（アクセルの戻し量）に応じたものにしてもよい。この場合、前記した目標アクセル回生電力量設定マップは、アクセル戻し量の時間微分値が大きいほど目標アクセル回生電力量を大きく設定するマップになる。また、各補機４０…の消費電力の増加は、補機４０…の稼動状況を参照して、設定するようにしてもよい。また、走行モータ３８からの回生電力量がキャパシタ３２の充電上限値を超える場合のレベル判定（どの補機を動かすかの判定）は、例えばキャパシタ３２に充電した後に判定しても、例えば回生電力が発生したときに判定してもよい。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明のように本発明によれば、回生電力量が蓄電手段の充電上限値を超える場合でも、回生電力を消費できるので、減速時の回生電力量を確保できる。このため、減速時に空走感を低減ないし無くすことができる。また、燃料電池の冷却系に優先的に回生電力を消費させることにより、例えば減速後の加速を想定して冷却系を先行冷却できるため、例えば迅速な再加速が可能となる。
また、余剰回生電力量のレベル判定を行うことで、蓄電手段から見て充電できる電力量がわずかな場合でも、より的確に回生電力量を確保することができる。
さらに、蓄電手段に充電できない回生電力の発生を許容できるので、回生制動により空走感を低減ないしは無くすことができる。また、この際、蓄電手段に充電しきれない回生電力を冷却系の作動に使用するので、例えば減速後の加速を想定して冷却系を先行冷却することができるため、例えば迅速な再加速が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明が採用される燃料電池自動車の概略構造を説明するために引用した図である。
【図２】 本発明において用いられる燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【図３】 本発明の燃料電池自動車の運転制御装置における電力消費系を説明するために引用した図である。
【図４】 本発明の燃料電池自動車の制御装置における動作の流れを説明するために引用した機能ブロック図である。
【図５】 本発明の燃料電池自動車の制御装置において用いられるアクセル余剰回生電力量レベルと補機の作動状態との関係を説明するために引用した図である。
【符号の説明】
３１…燃料電池（ＦＣ）、３２…キャパシタ（Ｃ：蓄電手段）、３３…ＶＣＵ、３４…ＰＤＵ、３５…ＳＣインバータ、３６…冷却水インバータ、３７…１２Ｖコンバータ、３８…走行モータ（Ｍ）、３９…スーパチャージャ（Ｓ／Ｃ）、４０…ＦＣ冷却水ポンプ、４１…ＤＴ冷却水ポンプ、４２…ＦＣラジエタファン、４３…ＤＴラジエタファン，４００…回生時電力消費制御手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池によって駆動される燃料電池自動車の制御装置、及び燃料電池自動車の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池自動車は電気自動車の一種であり、燃料電池を搭載して発電し、この発電電力で走行モータを駆動する。燃料電池は、空気供給系から酸化剤ガスとしての空気の供給を受けると共に、水素供給系から燃料ガスとしての水素の供給を受け、空気中の酸素と燃料ガス中の水素とから電気化学的に発電し、発電した電力を走行モータの他、コンプレッサ等の補機からなる電力消費系に供給する。
【０００３】
ところで、この燃料電池自動車では、減速時や降坂時に走行モータに回生制動を行わせ、通常の自動車と同様の走行フィーリングが運転者に得られるようにしている。また、この回生制動により得られる回生電力を燃料電池の起動あるいは過渡状態に対処するために用意されたコンデンサや２次電池等の蓄電手段に蓄え、次の発進時や加速時等に利用することで燃費の改善が行われる。
このとき、蓄電手段が満充電に近い状態であってもなるべく回生電力量を多くして回生制動力を向上するために、トルクを発生させない無効電力を増やし、つまりコンプレッサ、冷却水循環ポンプ等燃料電池の補機の効率を落とし、回生電力を消費させるための制御が行われていた（特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２０４５０５号公報（段落番号１３、１８等）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしならが、燃料電池の補機の効率を落として回生電力を消費させると、回生制動が効いて空走感はなくなるものの、効率を落とすために無駄な仕事によって熱が発生し、その熱を放熱するために、回生後の冷却系の負荷が高まるといった欠点があった。
【０００６】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、蓄電手段が満充電に近い場合でも回生電力量を確保することができる燃料電池自動車の制御装置、及び燃料電池自動車の制御方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、燃料電池と、前記燃料電池が発電した電力を蓄える蓄電手段と、前記燃料電池及び蓄電手段の少なくとも一方により供給される電力で燃料電池自動車を駆動する走行モータと、前記燃料電池自動車を走行させるために必要な補機とを備え、前記補機は、前記燃料電池を冷却するために冷却水を循環させるポンプ及び当該循環する冷却水を冷却させるファンである複数の冷却系補機を備える、燃料電池自動車の制御装置であって、前記燃料電池自動車の減速時に発生する前記走行モータからの回生電力量が前記蓄電手段の充電上限値を超えるときに、回生電力を、前記冷却系補機に優先的に消費させる運転制御手段を備えたことを特徴とする燃料電池自動車の制御装置である。
【０００８】
このような燃料電池自動車の制御装置によれば、運転制御手段が、燃料電池自動車の減速時に発生する回生電力量が蓄電手段の充電上限値を超えるときに、回生電力を、補機のうち燃料電池自動車における冷却系の補機に優先的に消費させることで回生電力量を確保できるため減速時に空走感を与えることなく、減速時に再加速時の発熱量の増大を予測した先取り的な冷却が可能となるため、迅速な再加速を実現できる。
【０００９】
また、前記運転制御手段は、車速に基づいて目標アクセル回生電力量を得、当該目標アクセル回生電力量と前記蓄電手段の充電量とに基づいて、前記複数の冷却系補機の全体電力消費量を増減させることを特徴とする燃料電池自動車の制御装置である。
【００１０】
また、前記運転制御手段は、車速に基づいて目標アクセル回生電力量を得、当該目標アクセル回生電力量と前記蓄電手段の充電量とに基づいて余剰回生電力量のレベル判定を行い、当該レベルに応じて余剰回生電力をあらかじめ優先順位が付与された前記冷却系補機にその優先順位に応じて消費させることを特徴とする燃料電池自動車の制御装置である。
このような燃料電池自動車の制御装置によれば、運転制御手段が、目標アクセル回生電力量と蓄電手段の充電量とに基づいて余剰回生電力量のレベル判定を行い、当該レベルに応じて余剰回生電力をあらかじめ優先順位が付与された燃料電池自動車の冷却系の補機にその優先順位に応じて消費させることにより目標回生電力量を確保することができ、従って、減速時に空走感を与えることがなく、また、減速後の加速を想定して冷却系を先行して冷やすことができるため、迅速な再加速が可能となる。
【００１１】
また、前記課題を解決するための手段として、本発明は、燃料電池と、前記燃料電池が発電した電力を蓄える蓄電手段と、前記燃料電池及び蓄電手段の少なくとも一方により供給される電力で燃料電池自動車を駆動する走行モータと、前記燃料電池自動車を走行させるために必要な補機とを備え、前記補機は、前記燃料電池を冷却するために冷却水を循環させるポンプ及び当該循環する冷却水を冷却させるファンである複数の冷却系補機を備える、燃料電池自動車の制御方法であって、前記燃料電池自動車の減速時に発生させる前記走行モータからの回生電力量を、前記冷却系補機に優先的に消費させることで、前記蓄電手段に充電しきれない回生電力の発生を許容することを特徴とする燃料電池自動車の制御方法である。
このような燃料電池自動車の制御方法によれば、蓄電手段に充電できる電力量が少ない場合でも、冷却系の補機で電力を消費するので、蓄電手段に充電しきれない回生電力（余剰回生電力量）の発生を許容する。これにより、回生電力量を確保することができるので、回生制動を効かせて空走感を低減ないしは無くすことができる。しかも、冷却系の補機で消費させることで、減速の後に来る再加速時の発熱量の増大を先取りした冷却が可能となる。
【００１２】
また、車速に基づいて目標アクセル回生電力量を得、当該目標アクセル回生電力量と前記蓄電手段の充電量とに基づいて、前記複数の冷却系補機の全体消費電力量を増減させることを特徴とする燃料電池自動車の制御方法である。
さらに、車速に基づいて目標アクセル回生電力量を得、当該目標アクセル回生電力量と前記蓄電手段の充電量とに基づいて余剰回生電力量のレベル判定を行い、当該レベルに応じて余剰回生電力をあらかじめ優先順位が付与された前記冷却系補機にその優先順位に応じて消費させることを特徴とする燃料電池自動車の制御方法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の制御装置及び制御方法が採用される燃料電池自動車の概略構造を説明するために引用した図、図２は、燃料電池自動車に使用される燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【００１４】
燃料電池自動車は電気自動車の一種であり、本実施形態では、走行モータ３８は、床下に搭載された燃料電池システムＦＣＳから電力供給を受ける仕組みになっている。燃料電池システムＦＣＳは、燃料電池１（図３参照）を中核とした発電システムであり、燃料電池１は、燃料電池システムＦＣＳが備える空気供給系２から酸化剤ガスとしての空気の供給を受けると共に、同じく燃料電池システムＦＣＳが備える水素供給系３（水素タンクＨ２）から燃料ガスとしての水素の供給を受け、空気中の酸素と水素とから電気化学的に発電する。そして、発電した電力を走行モータ３８（Ｍ）と、スーパチャージャ３９（Ｓ／Ｃ）、冷却水ポンプ４０、４１（Ｗ／Ｐ）、ラジエタファン４２，４３等の補機からなる電力消費系に供給する。ここでスーパチャージャ３９は、燃料電池１に酸化剤としての空気を供給する電動のエアコンプレッサである。
【００１５】
なお、冷却水ポンプ４０，４１、ラジエタファン４２，４３およびラジエタ４４，４５は、走行モータ３８を冷却するＤＴ冷却系４、および燃料電池１を冷却するＦＣ冷却系５、のそれぞれに設けられ、ここでは、ＦＣ冷却系５に設けられる冷却水ポンプ、ラジエタおよびラジエタファンを、それぞれＦＣ冷却水ポンプ４０、ＦＣラジエタ４４、ＦＣラジエタファン４２と称し、ＤＴ冷却系４に設けられる冷却水ポンプ、ラジエタおよびラジエタファンを、それぞれＤＴ冷却水ポンプ、ＤＴラジエタ４５、ＤＴラジエタファン４３と称する。なお、総称するときには、例えばラジエタ４４，４５や冷却水ポンプ４０，４１のようにＦＣ／ＤＴを省略する。
ちなみに、ラジエタ４４，４５はいずれも燃料電池自動車の前面に配置され、冷却水ポンプ４０、４１によって循環される熱媒である冷却水の熱を系外に放出するための放熱手段となり動作する。
【００１６】
図３は、本実施形態にかかる燃料電池自動車の運転制御装置における電力消費系を説明するために引用した図である。
図３において、燃料電池１は、蓄電手段としてのキャパシタ（電気二重層コンデンサ）３２と共に電力消費系に電力を供給する。キャパシタ３２は、燃料電池１が発電した電力および走行モータ３８の回生電力を蓄えて燃料電池システムの始動時および過渡状態に対処する他、キャパシタ３２の電圧と燃料電池１の発電電圧等との関係で充放電を繰り返し、燃料電池１の負荷変動を滑らかなものとする。
【００１７】
具体的には、キャパシタ３２は、加速時（運転者がアクセルペダルを踏み込んだとき）に、空気の増加指令に対してスーパチャージャ３９の回転速度が上昇して空気の流量が増加し、その結果として燃料電池１の発電電力の増加が追従するまで走行モータ３８に対して電力を供給し、燃料電池１の発電電力の不足分を補う。一方、減速時（運転者がアクセルペダルの踏み込みを解放したとき）に、空気の減少指令に対してスーパチャージャ３９の回転速度が低下して空気の流量が減少し、その結果として燃料電池１の発電電力の減少が追従するまで燃料電池１の発電電力によって充電される。加えて、減速時は、走行モータ３８による回生電流によっても充電される。なお、燃料電池１の電圧とキャパシタ３２の電圧が同じ定常状態ではキャパシタ３２の充放電は行われず、走行モータ３８等が消費する電力は燃料電池１から供給される。
【００１８】
なお、キャパシタ３２の充電量はＳＯＣ（Status Of Charge）で表されるが、この値が大きいほどキャパシタ３２はたくさん充電されていることを示す。一方、ＳＯＣの値が小さいほどキャパシタ３２は少ししか充電されていないことを示す。ちなみに、ＳＯＣは、キャパシタ３２の端子電圧の自乗に比例した値になる。
【００１９】
次に、燃料電池１が発電した電力は、ＶＣＵ（Voltage Control Unit）３３を介して走行モータ３８へ供給される他に、スーパチャージャ３９、ＦＣ冷却水ポンプ４０、１２Ｖ負荷であるＤＴ冷却水ポンプ４１、ＦＣラジエタファン４２、ＤＴラジエタファン４３等補機にも供給される。キャパシタ３２の蓄電電力もまた、前記した走行モータ３８の他、前記した補機３９…に供給される。なお、走行モータ３８はＰＤＵ（Power Drive Unit）３４を介して、スーパチャージャ３９はスーパチャージャ（ＳＣ）インバータ３５を介して、ＦＣ冷却水ポンプ４０は冷却水ポンプインバータ３６を介して、１２Ｖ負荷（ＤＴ冷却水ポンプ４１、ＦＣラジエタファン４２、ＤＴラジエタファン４３）は、１２Ｖコンバータ３７を介して、それぞれ燃料電池１やキャパシタ３２から電力を供給される。
【００２０】
ＶＣＵ３３は、リミッタ機能を持つ電力調整器であり、燃料電池１から取り出された電流を後述するＥＣＵ（Electric Control Unit）５０の制御の下で制限してＰＤＵ３４、ＳＣインバータ３５、冷却水ポンプインバータ３６、１２Ｖコンバータ３７に供給する。
【００２１】
ＰＤＵ３４は、ＥＣＵ５０によって生成される走行モータ制御信号により走行モータ３８の駆動を制御する。ＳＣインバータ３５はスーパチャージャ３９に、冷却水ポンプインバータ３６はＦＣ冷却水ポンプ４０に電力を供給する。ＳＣインバータ３５および冷却水ポンプインバータ３６は、共にＥＣＵ５０から回転速度指令値を得てスーパチャージャ３９およびＦＣ冷却水ポンプ４０の駆動制御を行う。１２Ｖコンバータ３７は、図示しない１２Ｖバッテリに供給される電圧を１２Ｖに電圧変換して１２Ｖ負荷（ＤＴ冷却水ポンプ４１、ＦＣラジエタファン４２、ＤＴラジエタファン４３）のそれぞれに供給する。
【００２２】
なお、ＥＣＵ５０は、本実施形態における燃料電池自動車の制御装置の制御中枢となり、内蔵マイコンにより、前記した空気供給系２、水素供給系３、ＤＴ冷却系４、ＦＣ冷却系５、補機３９〜４５を含む電力消費系の全てを制御する。
本発明と特に関係するところでは、アクセルペダルから図示しないセンサを介してアクセル信号ＡＰを得、また、図示しない車速センサから車速信号ＶＳＰを得て走行モータ３８の駆動を制御する走行モータ制御信号を生成し、また、燃料電池１に対して後述する目標発電電流指令値（ＩＦＣＣＭＤ）を設定し、燃料電池１の発電電流の制御も行う。
【００２３】
更に、ＥＣＵ５０は、車速信号ＶＳＰと走行モータ３８の回転速度を得、目標アクセル回生電力量を設定する。また、ＥＣＵ５０は、キャパシタ３２のＳＯＣを得、このＳＯＣと設定した目標アクセル回生電力量とから、燃料電池自動車の減速時に発生させる回生電力量（目標アクセル回生電力量）がキャパシタ３２の充電上限値を超えるときに、超える部分の余剰回生電力（キャパシタ３２からすれば自己の容量の不足分）を、補機のうち燃料電池自動車における冷却系４，５の補機（ＦＣ冷却水ポンプ４０、ＤＴ冷却水ポンプ４１、ＦＣラジエタファン４２、ＤＴラジエタファン４３）に優先的に消費させる運転制御手段（次に説明する回生時電力消費制御手段４００）としての機能も合わせ持つ。
【００２４】
図４は、本実施形態の燃料電池自動車の制御装置における機能および動作を説明するために引用した機能ブロックである。この機能ブロック図に示されるのは、キャパシタ３２の充電上限値を超えるときに、超える部分の回生電力量（余剰回生電力量）を、冷却系４，５の補機４０〜４３に優先的に消費させる回生時電力消費制御手段（運転制御手段）４００である。
【００２５】
この回生時電力消費制御手段４００は、車速に基づいてアクセル全閉時の目標アクセル回生電力量を得、当該目標アクセル回生電力量とキャパシタ（蓄電手段）３２の充電量とに基づいて余剰回生電力量のレベル判定を行い、当該レベル判定のレベル値に応じて、余剰回生電力量をあらかじめ優先順位が付与された冷却系４，５の補機４０，４１…にその優先順位に応じて消費させる機能を有する。更に、この回生時電力消費制御手段４００は、車速からアクセル全閉時の目標アクセル回生電力量を得、当該目標アクセル回生電力量とキャパシタ３２の充電量との差によって決まる出力増加量を、燃料電池１の目標発電電流指令基準値に加算する機能を有する。
【００２６】
この機能を実現するため、回生時電力消費制御手段４００は、アクセル回生電力量マップ検索部４０１、アクセル回生電力量余剰レベル判断部４０２、偏差演算部４０３、ＦＣラジエタファン消費電力増減判定部４０４、ＤＴラジエタファン消費電力増減判定部４０５、ＦＣ冷却水ポンプ消費電力増減判定部４０６、ＤＴ冷却水ポンプ消費電力増減判定部４０７、ＰＩＤ制御部４０８、加算部４０９を含んで構成される。
【００２７】
このうち、アクセル回生電力量マップ検索部４０１は、アクセルペダルの踏み込み解放時、車速（車速信号ＶＳＰ）とモータ回転速度を入力して目標アクセル回生電力量を設定する機能を有する。アクセル回生電力量余剰レベル判断部４０２は、目標アクセル回生電力量とキャパシタ３２の充電量であるＳＯＣを入力して目標アクセル回生電力量の余剰量を求め、目標アクセル回生電力量の余剰レベルを０〜５までの６段階のフラグ（レベル値）として設定する機能を有する（図５参照）。偏差演算部４０３は、目標アクセル回生電力量とＳＯＣとの偏差を演算する機能を有する。ＦＣラジエタファン消費電力増減判定部４０４等、各判定部４０４〜４０７は、後で詳しく説明するように、レベル値に応じて冷却系４，５の補機４０〜４３の電力消費量増減を指示する機能を有する（消費電力量を増加する指示、増加した消費電力量をキャンセルする指示）。
【００２８】
また、回生時電力消費制御手段４００のＰＩＤ制御部４０８は、偏差演算部４０３で演算された目標アクセル回生電力量とＳＯＣの偏差（キャパシタ３２に充電しきれない目標アクセル回生電力量）を入力してＰ（比例）、Ｉ（積分）、Ｄ（微分）の各処理を行って偏差がゼロになるように、ＩＦＣＣＭＤベース値（目標発電電流指令基準値）に加算する値である出力増加量を設定する機能を有する。また、加算部４０９は、ＰＩＤ制御部４０８が設定した出力増加量（電流値）と、入力したＩＦＣＣＭＤベース値（電流値）を加算する機能を有する。ちなみに、出力増加量とＩＦＣＣＭＤベース値の加算量が大きな値になるほど、スーパチャージャ３９の回転速度は速くなる（消費電力量が増加する）。
【００２９】
次に、図４に示す機能ブロック図を参照しながら、図１〜図３に示す本実施形態の動作について詳細に説明する。また、各機能についての補足説明を行う。
【００３０】
図４において（アクセルペダルの踏み込み解放時）、ＥＣＵ５０（回生時電力消費制御手段４００のアクセル回生電力量マップ検索部４０１）は、まず、図示しないセンサを介して走行モータ３８の回転速度と車速（車速信号ＶＳＰ）を入力として得、アクセルペダルの踏み込み解放時の目標アクセル回生電力量をあらかじめ用意されたマップを検索して設定する。ここで用意される目標アクセル回生電力量を設定するマップ（目標アクセル回生電力量設定マップ）は、車速が早いほど、走行モータ３８の回転速度が早いほど、大きな目標アクセル回生電力量が設定されるようになっている。
【００３１】
次に、マップ検索の結果得られる目標アクセル回生電力量とキャパシタ３２のＳＯＣとを比較して、余剰回生電力量のレベル判定を行う。そしてそのレベル値に応じて燃料電池１の冷却系４，５の補機（ＤＴラジエタファン４３、ＤＴ冷却水ポンプ４１、ＦＣラジエタファン４２、ＦＣ冷却水ポンプ４０）を動作させてアクセル全閉時（アクセルペダルの踏み込み解放時）に発生する回生電力量を確保する構成になっている。
このとき、各消費電力増減判定部４０４〜４０７において消費電力の増減判定が行われ、この判定に基づいてＤＴ冷却制御、ＦＴ冷却制御、あるいは燃料電池１の制御が行われる。この消費電力の増減判定は以下のように行われる。
【００３２】
まず、図５に示すように、アクセルペダルの踏み込み解放時は、余剰回生電力量のレベルおよび補機３９，４０，４１…の最大電力消費量に応じて、どの補機３９，４０，４１…の消費電力を増加させるかが規定されている。図５では、余剰回生電力量が少ない場合は、最大消費電力が小さい補機であるＦＣラジエタファン４２の消費電力が増加されるようになっている。
【００３３】
ちなみに、この図５の表は、余剰回生電力量のレベルに応じて、余剰回生電力をあらかじめ優先順位が付与された冷却系４，５の補機４０，４１…に、その優先順位に応じて消費させるためのものである。なお、図５に示すように、レベル値は０から５までの６段階（６段階のフラグ）とし、レベル値が大きくなるにつれ余剰回生電力が大きくなるものとする。また、冷却系４，５の補機４０，４１は、右側に行くほど最大消費電力量が大きくなるものとする。ここで、キャパシタ３２に充電できる電力量が目標アクセル回生電力量よりも大きな場合（レベル値０）は、最低限の回生電力量は確保されているため何も行わないこととする（消費電力の増加は行わない）。
【００３４】
このように、レベル値０〜レベル値５までの６段階のフラグを用い、フラグの数字が大きくなるにつれて余剰回生電力を適切に消費できるようにするため、ＦＣラジエタファン消費電力判定部４０４では、レベル値１〜レベル値５のフラグが入力された場合は、ＦＣラジエタファン４２の回転速度を増加するようにＦＣ冷却系５を制御する。なお、回転速度が増加すると消費電力も増加する（以下同じである）。一方、レベル値０のフラグが入力された場合は、ＦＣラジエタファン４２の前記した回転速度の増加を取り止めるようにＦＣ冷却系５を制御する。
【００３５】
また、ＤＴラジエタファン消費電力増減判定部４０５では、レベル値２〜レベル値５のフラグが入力された場合は、ＤＴラジエタファン４３の回転速度を増加するようにＤＴ冷却系４の制御を行う。一方、レベル値０又はレベル値１のフラグが入力された場合は、ＤＴラジエタファン４３の前記した回転速度の増加を取り止めるようにＤＴ冷却系４を制御する。
【００３６】
また、ＦＣ冷却水ポンプ消費電力増減判定部４０６では、レベル値３〜レベル値５のフラグが入力された場合は、ＦＣ冷却水ポンプ４０の回転速度を増加するようにＦＣ冷却系５の制御を行う。一方、レベル値０〜レベル値２のフラグが入力された場合は、ＦＣ冷却水ポンプ４０の前記した回転速度の増加を取り止めるようにＦＣ冷却系５を制御する。
【００３７】
また、ＤＴ冷却水ポンプ消費電力増減判定４０７では、レベル値４又はレベル値５のフラグが入力された場合は、ＤＴ冷却水ポンプ４１の回転速度を増加するようにＤＴ冷却系４の制御を行う。一方、レベル値０〜レベル値３のフラグが入力された場合は、ＤＴ冷却水ポンプ４１の前記した回転速度の増加を取り止めるようにＤＴ冷却系４を制御する。
【００３８】
また、ＰＩＤ制御部４０８は、レベル値５のフラグが入力された場合は、偏差演算部４０３から入力した偏差に基づいて、ＩＦＣＣＭＤベース値に加算する出力増加量を設定する制御を行う。一方、レベル値０〜レベル値４のフラグが入力された場合は、出力増加量を０にする。ちなみに、出力増加量が増えると、スーパチャージャ３９の回転速度が増加するようになる。すなわち、燃料電池１に供給される空気量が増加する。
【００３９】
これにより、余剰回生電力のレベルに応じて、消費電力の小さい補機（ここではＦＣラジエタファン４２）から順に消費電力量が増加されていく。なお、増加する消費電力は、それぞれの補機４０，４１…ごとに設定されているものとする（例えば各補機４０，４１…ごとに増加するデューティを決めているものとする）。また、この実施形態では、余剰回生電力が最も大きいとき（レベル値５）は、最大消費電力が最も大きなスーパチャージャ３９の消費電力が、偏差（余剰回生電力量）に応じて増加される。これにより、大きな余剰回生電力が生じても（目標アクセル回生電力量−ＳＯＣが大きくなって）、余剰回生電力を消費できる。
【００４０】
このため、キャパシタ３２に充電しきれない余剰回生電力が生じても（余剰回生電力の発生を許容しても）、回生制動をよく効かすことができ、空走感を低減ないしは無くすことができる。しかも、冷却を行うことができ、例えば、制動（減速）の次に来る加速の際に冷却能力が不足することを防止することができる。つまり、減速後に想定される再加速のための発熱量の増大を先取り的に冷却することで、スムーズな再加速を実現することができる。
【００４１】
なお、発電電力指令値基準値に出力増加量を加算すると燃料電池１の発電量（発電電力量）が増加するが、発電量の増加は所定のタイムラグの後に生じるので、補機４０…の消費電力を増加する一方で、全く同時に燃料電池１の発電量を増加することはない。
【００４２】
ちなみに、前記説明した目標アクセル回生電力量設定マップは、余剰回生電力量を補機４０…（及びスーパチャージャ３９）で消費できることを踏まえて設定されている。
【００４３】
なお、本発明は前記した実施形態に限定されることなく、幅広く変形実施することができる。例えば、レベル値により消費電力量を増加する機器の順序を変更してもよい。また、アクセル信号ＡＰはアクセルペダルが踏み込まれているか踏み込まれていないかのＯＮ／ＯＦＦを示す信号であったが、これをアクセル開度信号として、目標アクセル回生量をアクセル開度（アクセルの戻し量）に応じたものにしてもよい。この場合、前記した目標アクセル回生電力量設定マップは、アクセル戻し量の時間微分値が大きいほど目標アクセル回生電力量を大きく設定するマップになる。また、各補機４０…の消費電力の増加は、補機４０…の稼動状況を参照して、設定するようにしてもよい。また、走行モータ３８からの回生電力量がキャパシタ３２の充電上限値を超える場合のレベル判定（どの補機を動かすかの判定）は、例えばキャパシタ３２に充電した後に判定しても、例えば回生電力が発生したときに判定してもよい。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明のように本発明によれば、回生電力量が蓄電手段の充電上限値を超える場合でも、回生電力を消費できるので、減速時の回生電力量を確保できる。このため、減速時に空走感を低減ないし無くすことができる。また、燃料電池の冷却系に優先的に回生電力を消費させることにより、例えば減速後の加速を想定して冷却系を先行冷却できるため、例えば迅速な再加速が可能となる。
また、余剰回生電力量のレベル判定を行うことで、蓄電手段から見て充電できる電力量がわずかな場合でも、より的確に回生電力量を確保することができる。
さらに、蓄電手段に充電できない回生電力の発生を許容できるので、回生制動により空走感を低減ないしは無くすことができる。また、この際、蓄電手段に充電しきれない回生電力を冷却系の作動に使用するので、例えば減速後の加速を想定して冷却系を先行冷却することができるため、例えば迅速な再加速が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明が採用される燃料電池自動車の概略構造を説明するために引用した図である。
【図２】 本発明において用いられる燃料電池システムの概略構成を示す模式図である。
【図３】 本発明の燃料電池自動車の運転制御装置における電力消費系を説明するために引用した図である。
【図４】 本発明の燃料電池自動車の制御装置における動作の流れを説明するために引用した機能ブロック図である。
【図５】 本発明の燃料電池自動車の制御装置において用いられるアクセル余剰回生電力量レベルと補機の作動状態との関係を説明するために引用した図である。
【符号の説明】
３１…燃料電池（ＦＣ）、３２…キャパシタ（Ｃ：蓄電手段）、３３…ＶＣＵ、３４…ＰＤＵ、３５…ＳＣインバータ、３６…冷却水インバータ、３７…１２Ｖコンバータ、３８…走行モータ（Ｍ）、３９…スーパチャージャ（Ｓ／Ｃ）、４０…ＦＣ冷却水ポンプ、４１…ＤＴ冷却水ポンプ、４２…ＦＣラジエタファン、４３…ＤＴラジエタファン，４００…回生時電力消費制御手段
Claims (4)
- 燃料電池と、前記燃料電池が発電した電力を蓄える蓄電手段と、前記燃料電池及び蓄電手段の少なくとも一方により供給される電力で燃料電池自動車を駆動する走行モータと、前記燃料電池自動車を走行させるために必要な補機とを備え、
前記補機は、前記燃料電池を冷却するために冷却水を循環させるポンプ及び当該循環する冷却水を冷却させるファンである複数の冷却系補機を備える、
燃料電池自動車の制御装置であって、
前記燃料電池自動車の減速時に発生する前記走行モータからの回生電力量が前記蓄電手段の充電上限値を超えるときに、回生電力を、前記冷却系補機に優先的に消費させる運転制御手段を備え、
前記運転制御手段は、車速に基づいて目標アクセル回生電力量を得、当該目標アクセル回生電力量と前記蓄電手段の充電量とに基づいて余剰回生電力量のレベル判定を行い、当該レベルに応じて余剰回生電力をあらかじめ優先順位が付与された前記冷却系補機にその優先順位に応じて消費させることを特徴とする燃料電池自動車の制御装置。 - 前記運転制御手段は、
車速に基づいて目標アクセル回生電力量を得、当該目標アクセル回生電力量と前記蓄電手段の充電量とに基づいて、前記複数の冷却系補機の全体電力消費量を増減させることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池自動車の制御装置。 - 燃料電池と、前記燃料電池が発電した電力を蓄える蓄電手段と、前記燃料電池及び蓄電手段の少なくとも一方により供給される電力で燃料電池自動車を駆動する走行モータと、前記燃料電池自動車を走行させるために必要な補機とを備え、
前記補機は、前記燃料電池を冷却するために冷却水を循環させるポンプ及び当該循環する冷却水を冷却させるファンである複数の冷却系補機を備える、
燃料電池自動車の制御方法であって、
前記燃料電池自動車の減速時に発生させる前記走行モータからの回生電力量を、前記冷却系補機に優先的に消費させることで、前記蓄電手段に充電しきれない回生電力の発生を許容すると共に、
車速に基づいて目標アクセル回生電力量を得、当該目標アクセル回生電力量と前記蓄電手段の充電量とに基づいて余剰回生電力量のレベル判定を行い、当該レベルに応じて余剰回生電力をあらかじめ優先順位が付与された前記冷却系補機にその優先順位に応じて消費させることを特徴とする燃料電池自動車の制御方法。 - 車速に基づいて目標アクセル回生電力量を得、当該目標アクセル回生電力量と前記蓄電手段の充電量とに基づいて、前記複数の冷却系補機の全体消費電力量を増減させることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池自動車の制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002345981A JP3852841B2 (ja) | 2002-11-28 | 2002-11-28 | 燃料電池自動車の制御装置、及び制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002345981A JP3852841B2 (ja) | 2002-11-28 | 2002-11-28 | 燃料電池自動車の制御装置、及び制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004180461A JP2004180461A (ja) | 2004-06-24 |
| JP3852841B2 true JP3852841B2 (ja) | 2006-12-06 |
Family
ID=32707026
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002345981A Expired - Fee Related JP3852841B2 (ja) | 2002-11-28 | 2002-11-28 | 燃料電池自動車の制御装置、及び制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3852841B2 (ja) |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4555136B2 (ja) | 2005-03-31 | 2010-09-29 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池の電気システム、燃料電池車両及び電力供給方法 |
| JP4783580B2 (ja) | 2005-03-31 | 2011-09-28 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池の電気システム、燃料電池車両及び電力供給方法 |
| JP5336903B2 (ja) * | 2009-03-31 | 2013-11-06 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池システム |
| KR101124973B1 (ko) * | 2009-12-03 | 2012-03-27 | 현대자동차주식회사 | 하이브리드 차량의 모터 구동 시스템 및 이의 고장 제어 방법 |
| JP5772309B2 (ja) * | 2011-07-05 | 2015-09-02 | トヨタ自動車株式会社 | 電力変換装置 |
| KR101294421B1 (ko) | 2011-08-24 | 2013-08-07 | 현대자동차주식회사 | 연료저감을 위한 차량용 발전제어시스템 및 이의 제어방법 |
| KR101283254B1 (ko) | 2011-09-01 | 2013-07-11 | 기아자동차주식회사 | 연료저감을 위한 차량용 발전제어시스템 및 이의 제어방법 |
| JP5772541B2 (ja) * | 2011-11-24 | 2015-09-02 | トヨタ自動車株式会社 | 車両、蓄電装置の診断方法、および診断プログラム |
| JP2013116703A (ja) * | 2011-12-05 | 2013-06-13 | Denso Corp | 車両用電力管理システム、車両用電力情報管理装置、及び車両用電気負荷 |
| JP6148617B2 (ja) * | 2013-12-25 | 2017-06-14 | 株式会社Kcm | ハイブリッド式作業車両 |
| JP6137067B2 (ja) * | 2014-06-24 | 2017-05-31 | トヨタ自動車株式会社 | 車両およびその制御方法 |
| JP2017157270A (ja) * | 2016-02-29 | 2017-09-07 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
| JP6788228B2 (ja) * | 2017-03-31 | 2020-11-25 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池車両 |
| GB2581483A (en) * | 2019-02-15 | 2020-08-26 | Avid Tech Limited | Energy storage and release in an electric vehicle |
| JP7156194B2 (ja) * | 2019-07-17 | 2022-10-19 | トヨタ自動車株式会社 | ハイブリッド車両 |
| JP7409905B2 (ja) * | 2020-02-28 | 2024-01-09 | 株式会社シマノ | 人力駆動車用制御装置 |
| JP7347325B2 (ja) * | 2020-05-22 | 2023-09-20 | トヨタ自動車株式会社 | 車両 |
| JP7519485B1 (ja) | 2023-02-24 | 2024-07-19 | 本田技研工業株式会社 | 車両システム |
-
2002
- 2002-11-28 JP JP2002345981A patent/JP3852841B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2004180461A (ja) | 2004-06-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3852841B2 (ja) | 燃料電池自動車の制御装置、及び制御方法 | |
| JP3655277B2 (ja) | 電動モータ電源管理システム | |
| US6580977B2 (en) | High efficiency fuel cell and battery for a hybrid powertrain | |
| US6336063B1 (en) | Method and arrangement in a hybrid vehicle for improving battery state-of-charge control and minimizing driver perceptible disturbances | |
| US6512967B2 (en) | Method and arrangement in a hybrid vehicle for maximizing total torque output by minimizing differential torque capacities of the engine and generator | |
| US6453222B1 (en) | Method and arrangement in a hybrid vehicle for matching engine and generator torques at times of engagement and disengagement | |
| US6397963B1 (en) | Method and arrangement in a hybrid vehicle for maintaining a catalyst in an effective state | |
| EP1211117B1 (en) | A method and arrangement for starting in a hybrid vehicle | |
| US6705418B2 (en) | Arrangement for providing a compact battery with autonomous cooling | |
| US20020065165A1 (en) | Method and arrangement in a hybrid vehicle for maximizing efficiency by operating the engine at sub-optimum conditions | |
| JP2004048987A (ja) | ハイブリッド電気自動車の制御方法 | |
| JP2001275205A (ja) | ２次電池と発電機の併用システムの制御装置 | |
| WO2014058045A1 (ja) | 発電制御装置 | |
| JP2017011940A (ja) | 燃料電池自動車の制御方法及び燃料電池自動車 | |
| US10160443B2 (en) | Control system for vehicle | |
| JP2002058111A (ja) | ハイブリッド電気自動車用発電制御装置 | |
| KR100579298B1 (ko) | 환경 차량의 보조 배터리 충전 제어방법 | |
| JP2004312964A (ja) | 電気自動車および性能設定方法 | |
| EP1316460A1 (en) | Method and arrangement for controlling the power-split of a hybrid electric vehicle | |
| JP3824896B2 (ja) | 燃料電池自動車 | |
| US11904727B2 (en) | Battery thermal management via current control | |
| JP2002141091A (ja) | 燃料電池電源装置の制御装置 | |
| EP1316694A1 (en) | A method and arrangement for maintaining an exhaust gas catalyst in an effective state | |
| JP7498078B2 (ja) | 燃料電池車両の燃料電池システム | |
| JP2020162236A (ja) | 冷却水系統の制御装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20041130 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060324 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060329 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060525 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060621 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060808 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060830 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060901 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100915 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100915 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110915 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110915 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120915 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120915 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130915 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140915 Year of fee payment: 8 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |