JP2001325976A - 燃料電池と充放電可能な蓄電部とを利用した電力の供給 - Google Patents
燃料電池と充放電可能な蓄電部とを利用した電力の供給Info
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Abstract
開度に対する出力応答性を確保しつつ、燃料電池を電力
供給源として有効に活用する技術を提供する。 【解決手段】 動力源となるモータの電源として燃料電
池とバッテリとを備える電力供給装置を搭載する車両に
おいて、アクセル開度の変化に対して燃料電池の出力が
追従できる範囲で燃料電池が出力すべき目標出力値を設
定する。このとき、バッテリの残存容量が少ないほど燃
料電池の目標出力値を大きく設定する。バッテリは、ア
クセル開度に応じた要求電力と燃料電池の出力との差を
補償するように充放電する。
Description
可能な蓄電部とを利用した電力の供給に関し、詳しく
は、燃料電池と充放電可能な蓄電部とを利用した電力供
給装置、電力供給装置の制御方法、前記電力供給装置を
搭載した動力出力装置、および前記電力供給装置を搭載
した車両に関する。
てエンジンとモータとを搭載したハイブリッド自動車、
更には、モータのみを搭載した電気自動車が提案されて
いる。また、これらの自動車に搭載されたモータへ電力
を供給するための燃料電池を有する電力供給装置も提案
されている。燃料電池とは、燃料として最終的に供給さ
れる水素の酸化により発電を行う装置をいう。燃料電池
から排出されるのは、主として水蒸気であり、有害な成
分が含まれない。この作用に基づき、燃料電池を用いた
ハイブリッド自動車あるいは電気自動車は、環境性に優
れるという特性を有する。
一般に要求電力に対する出力応答性が低いという特性も
有している。これは、燃料電池への燃料ガスの供給の応
答性が低いことに起因している。常に燃料電池に大量な
燃料ガスを供給して十分な発電を行っていれば、アクセ
ルの急な操作に対応して電力を供給することが可能では
あるが、常に燃料電池へ燃料ガスを供給するためにエネ
ルギを消費し続けなければならないので、燃費を損ねる
という別の課題を招く。
要求電力に対する出力応答性を補償することは、電力供
給装置に燃料電池と出力応答性の高いバッテリとを備え
ることにより可能ではある。例えば、燃料電池とバッテ
リとを備える電力供給装置では、電力供給装置を構成す
る回路に設けられた所定の接点を開閉することによっ
て、電力供給装置に接続された負荷に対する電力の供給
を制御する。負荷の変動(要求電力の変動)が小さいと
きには、燃料電池はその変動に追従することができるの
で、燃料電池が単独で負荷に対して電力を供給する。ま
た、負荷の変動が大きいときには、燃料電池はその変動
に追従することができないので、燃料電池とバッテリと
の双方が負荷に対して電力を供給するように回路の接続
を切り替える。また、バッテリの残存容量が低下したと
きには、燃料電池は負荷に電力を供給すると共にバッテ
リを充電するように回路の接続を切り替える。燃料電池
とバッテリとを併設する上記構成を採ることによって、
負荷の変動が大きいときにも十分な出力応答性を得るこ
とができる。
ている装置である。従って、特に、燃料電池とバッテリ
を備える電力供給装置において、両者の有する特性の長
所どうしを最適に組みあわせる点でまだ十分に検討され
ていなかった。
されたものであり、燃料電池を搭載した電力供給装置に
おいて、要求電力に対する出力応答性を確保しつつ、燃
料電池を電力供給源としてより有効に活用する技術を提
供することを目的とする。
述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明は次
の構成を採った。本発明の第1の電力供給装置は、燃料
電池と充放電可能な蓄電部とを有する電力供給部を備
え、前記燃料電池と前記蓄電部のうちの少なくとも1つ
を用いて負荷に対して電力の供給を行う電力供給装置で
あって、前記電力供給部への要求電力に関与した所定の
パラメータ値を随時入力する要求電力入力部と、前記パ
ラメータ値と前記燃料電池が出力すべき目標出力値との
関係を記憶した記憶手段を参照して前記パラメータ値に
応じて前記目標出力値を設定する目標出力値設定部と、
前記目標出力値に応じて前記燃料電池の運転を制御する
燃料電池制御部と、前記要求電力と前記目標出力値とに
基づいて前記蓄電部の充放電を制御する蓄電制御部と、
を備え、前記記憶手段は、前記パラメータ値と前記目標
出力値との関係を、前記パラメータ値の変化量に対する
前記目標出力値の変化量の傾きが前記燃料電池の出力応
答性に基づいて定まる所定値を超えない範囲で定めた記
憶手段であることを要旨とする。
力応答性が低い。従って、例えば、要求電力が急激に増
加する場合、燃料電池の出力応答性に基づいて定まる所
定値を超える目標出力値を設定しても燃料電池はそれに
追従して電力を供給できない。本発明では、要求電力に
関与した所定のパラメータ値(以下、単に「要求電力」
ともいう)に応じて燃料電池の目標出力値を燃料電池の
出力応答性に基づいて定まる所定値を超えない範囲、換
言すれば、要求電力の変化に対して燃料電池の出力が追
従できる範囲で設定するので、燃料電池の出力は目標出
力値に追従して安定に電力を出力することができる。こ
の結果、燃料電池の出力をスムーズに制御することがで
きる。なお、「要求電力に関与した所定のパラメータ
値」とは、例えば、本発明を車両に適用した場合には、
例えばアクセル開度がこれに相当する。
記蓄電制御部は、単に前記要求電力と前記目標出力値と
に基づいて前記蓄電部の充放電を制御することも可能で
はあるが、前記蓄電制御部は、前記要求電力と前記燃料
電池が供給する電力との差を補償する制御を行うことが
好ましい。
次電池やキャパシタがこれに相当する。これらは、要求
電力に対する出力応答性に優れている。なお、「要求電
力と燃料電池が供給する電力との差を補償する」とは、
要求電力が燃料電池の出力を上回るときには、蓄電部が
放電をして燃料電池の出力の不足分を補い、下回るとき
には燃料電池の出力の一部を充電して回収することを意
味している。こうすることによって、電力供給装置の要
求電力に対する出力応答性を確保しつつ、燃料電池を電
力供給源として有効に活用することができる。
段は、前記パラメータ値が小さい所定の領域において、
前記要求電力よりも大きい目標出力値を定めた記憶手段
としてもよい。
が大きい所定の領域において、前記要求電力よりも小さ
い目標出力値を定めた記憶手段としてもよい。
電効率の高い領域と低い領域とが存在する。本発明で
は、燃料電池の発電効率の高い領域に目標出力値を設定
し、発電するようにしている。従って、要求電力と目標
出力値とは必ずしも一致しない。例えば、要求電力の低
い領域では、要求電力よりも大きな目標出力値を設定
し、燃料電池から要求電力よりも大きな電力を出力して
余剰の電力を蓄電部に充電する。また、要求電力の高い
領域では、要求電力よりも小さい目標出力値を設定し、
燃料電池からは要求電力よりも小さな電力を出力し、不
足した電力を蓄電部からの出力で補う。こうすることに
よって、燃料電池を有効に利用することができる。
に、前記蓄電部の残存容量を検出する検出部を備え、前
記記憶手段は、前記残存容量に応じて前記パラメータ値
と前記目標出力値との関係を記憶した記憶手段であるこ
とが好ましい。
少ないほど前記目標出力値を大きく定めた記憶手段であ
ることが好ましい。
容量が少なくなった場合には燃料電池からの出力を大き
くして蓄電部の充電を行うことができるため、蓄電部
は、所定の範囲の残存容量を確保することができる。ま
た、蓄電部の充電が速やかに行われるので、蓄電部の容
量を小さくし、電力供給装置の小型化を図ることもでき
る。
と充放電可能な蓄電部とを有する電力供給部を備え、前
記燃料電池と前記蓄電部とのうちの少なくとも1つを用
いて負荷に対して電力の供給を行う電力供給装置であっ
て、前記電力供給部への要求電力に関与した所定のパラ
メータ値の変化率を検出する変化率検出部と、前記変化
率の絶対値が所定の値を超えたときに、前記燃料電池が
出力すべき目標出力値を前記パラメータ値に応じて変更
する目標出力値設定部と、前記目標出力値に応じて前記
燃料電池の運転を制御する燃料電池制御部と、前記要求
電力と前記燃料電池が供給する電力との差を補償するよ
うに前記蓄電部の充放電を制御する蓄電制御部と、を備
えることを要旨とする。
が低い。本発明では、目標出力値の更新を次の所定のタ
イミングで行う。つまり、要求電力の変化率が所定の値
を超えたタイミングで、燃料電池に新たな目標出力値を
設定する。一方、要求電力の変化率が所定の値以下の場
合には、目標出力値を変更せずにそのまま一定に保つ。
即ち、要求電力の小さな変動に対する燃料電池の目標出
力値設定の感度を鈍らせている。これにより、燃料電池
を安定に制御することができる。そして、要求電力の急
変による燃料電池からの出力の不足分や、要求電力の変
化率が所定値以下の場合の要求電力の変動分を蓄電部か
らの出力によって補償する。このようにしても、電力供
給装置の要求電力に対する出力応答性を確保しつつ、燃
料電池を電力供給源として有効に活用することができ
る。
る出力応答性を確保しつつ、燃料電池の運転効率を向上
できる利点もある。例えば、本発明を適用しない場合に
は、以下のような課題がある。燃料電池の出力は、燃料
電池の目標出力値を要求電力に応じて随時更新しても、
出力応答性が低いため目標出力値に追従することができ
ない。燃料電池が所定の一定の電力を出力し、蓄電部で
要求電力と燃料電池の出力との差を補償すれば、出力応
答性の問題は解決できる。しかし、燃料電池が出力する
電力と実際の要求電力との差が大きい場合には、蓄電部
で補償する電力が大きくなる。これは、蓄電部の充放電
のアンバランスを招きやすい。また、充放電に伴う損失
を考慮するとエネルギ効率も低下する。本発明によれ
ば、燃料電池を一定の目標出力値で運転し、蓄電部で要
求電力と燃料電池の出力との差を補償するので応答性は
確保できる。しかも、所定のタイミングで燃料電池の目
標出力値を更新するため、要求電力近傍で燃料電池の運
転を行うことができ、蓄電部で補償する電力を抑制でき
る。この結果、上記の課題を解決して燃料電池を電力供
給源として効率よく活用することができる。
に、前記蓄電部の残存容量を検出する検出部と、前記残
存容量の変化に応じて前記目標出力値を補正する目標出
力値補正部と、を備えるようにすることが好ましい。
容量が少なくなった場合には燃料電池からの出力を大き
くして蓄電部の充電を行うことができるため、蓄電部
は、所定の範囲の残存容量を確保することができる。
と充放電可能な蓄電部とを有する電力供給部を備え、前
記燃料電池と前記蓄電部のうちの少なくとも1つを用い
て負荷に対して電力の供給を行う電力供給装置であっ
て、前記電力供給部への要求電力に関与した所定のパラ
メータ値を随時入力する要求電力入力部と、将来の負荷
の運転状態に関与した所定の情報を予め記憶した負荷情
報記憶手段と、前記負荷情報に基づいて前記電力供給部
への所定時間後の要求電力を予測する要求電力予測部
と、前記所定時間後の要求電力と、前記パラメータ値に
応じた現在の要求電力と、前記燃料電池の出力応答性と
に基づいて現在前記燃料電池が出力すべき目標出力値を
設定する目標出力値設定部と、前記目標出力値に応じて
前記燃料電池の運転を制御する燃料電池制御部と、前記
現在の要求電力と前記燃料電池が供給する電力との差を
補償するように前記蓄電部の充放電を制御する蓄電制御
部と、を備えることを要旨とする。
した所定の情報に基づいて、所定時間後の要求電力を予
測する。そして、所定時間後の要求電力と、現在の要求
電力と、燃料電池の出力応答性とに基づいて燃料電池の
目標出力値を設定する。従って、所定時間後に要求電力
が変化したときには、燃料電池では既にその要求電力を
出力する準備ができており、蓄電部への負荷を軽減しつ
つ、電力供給装置は要求電力に応じて応答性よく電力を
供給することができる。また、蓄電部は現在の要求電力
と燃料電池が供給する電力との差を補償するので、現在
の要求電力が先に予測された要求電力と異なっていて
も、電力供給装置は応答性よく電力を供給することがで
きる。こうすることによって、電力供給装置の要求電力
に対する出力応答性を確保しつつ、燃料電池を電力供給
源として有効に活用することができる。
前記目標出力値設定部は、前記要求電力予測部が予測し
た電力が増加したときに予め前記目標出力値を増加させ
るようにしてもよい。
電力予測部が予測した電力が減少したときに予め前記目
標出力値を減少させるようにしてもよい。
に、前記蓄電部の残存容量を検出する検出部と、前記残
存容量の変化に応じて前記目標出力値を補正する目標出
力値補正部と、を備えるようにすることが好ましい。
容量が少なくなった場合には燃料電池からの出力を大き
くして蓄電部の充電を行うことができるため、蓄電部
は、常に所定の範囲の残存容量を確保することができ
る。
ての構成の他、電力供給装置の制御方法として構成する
ことができる。この制御方法においても、上記の電力供
給装置で示した種々の付加的要素を考慮することができ
る。
える動力出力装置としても構成することができる。即
ち、上記の電力供給装置と、前記負荷として前記電力供
給装置から供給される電力によって駆動するモータと、
を備える動力出力装置である。
料の燃焼によって駆動するエンジンと、前記モータと前
記エンジンとのうちの少なくとも一方を駆動させて動力
を出力する制御手段と、を備える動力出力装置としても
よい。
力供給装置において、例えば燃料電池と蓄電部とが共に
電力を供給できない場合に、エンジンを用いて動力を出
力することができる。
える車両として構成することもできる。即ち、動力源と
してモータを備える車両であって、上述した本発明の第
1または第2の電力供給装置を備え、前記モータは、前
記負荷の1つであり、前記要求電力入力部に入力される
パラメータ値は、アクセル開度である、車両である。
じて応答性よくモータに電力を供給してモータを駆動
し、このモータを動力源として環境性に優れた車両を構
成することができる。
あって、上述した本発明の第3の電力供給装置を備え、
前記モータは、前記負荷の1つであり、前記パラメータ
値は、アクセル開度であり、前記負荷情報記憶手段は、
前記車両が将来的に走行する経路情報を予め記憶した経
路情報記憶手段であり、前記要求電力予測部は、前記経
路情報に基づいて前記電力供給部への所定時間後の要求
電力を予測する、車両である。
ョンシステムがこれに相当する。ナビゲーションシステ
ムを搭載した車両に本発明を適用することによって、ナ
ビゲーションシステムからの,車両が将来的に走行する
経路情報に基づいて、予め燃料電池からモータへ電力を
供給する準備をしておくことができる。ここで、経路情
報とは、車両が走行する通路の勾配などの情報を含んで
いる。例えば、本発明を自動車に適用した場合に、進行
先に登り坂がある場合や、高速道路に進入する場合に
は、予め燃料電池の目標出力値を上げて、出力を上げて
おくことができる。この結果、アクセル開度に応じて応
答性よくモータに電力を供給してモータを駆動すること
ができる。また、環境性に優れた車両を構成することが
できる。
として前記電力供給装置から供給される電力によって駆
動するモータと、燃料の燃焼によって駆動するエンジン
とを備え、前記モータと前記エンジンとのうちの少なく
とも一方を駆動させて動力を出力する動力出力装置を備
える車両としてもよい。
イブリッド車両において、本発明を採用することによっ
ても、燃料電池と蓄電部とを有効に活用することができ
る。また、環境性に優れた車両を構成することができ
る。
わゆるハイブリッド車両に適用した場合の実施例に基づ
いて説明する。 (1)装置の構成:図1は、第1実施例のハイブリッド
車両の概略構成図である。本実施例のハイブリッド車両
の動力源は、エンジン10とモータ20である。図示す
る通り、本実施例のハイブリッド車両の動力系統は、上
流側からエンジン10、入力クラッチ18、モータ2
0、トルクコンバータ30、および変速機100を直列
に結合した構成を有している。即ち、エンジン10のク
ランクシャフト12は、入力クラッチ18を介してモー
タ20に結合されている。入力クラッチ18をオン・オ
フすることにより、エンジン10からの動力の伝達を断
続することができる。モータ20の回転軸13は、ま
た、トルクコンバータ30にも結合されている。トルク
コンバータ30の出力軸14は変速機100に結合され
ている。変速機100の出力軸15はディファレンシャ
ルギヤ16を介して車軸17に結合されている。以下、
それぞれの構成要素について順に説明する。
ある。但し、エンジン10は、ガソリンと空気の混合気
をシリンダに吸い込むための吸気バルブ、および燃焼後
の排気をシリンダから排出するための排気バルブの開閉
タイミングを、ピストンの上下運動に対して相対的に調
整可能な機構を有している(以下、この機構をVVT機
構と呼ぶ)。VVT機構の構成については、周知である
ため、ここでは詳細な説明を省略する。エンジン10
は、ピストンの上下運動に対して各バルブが遅れて閉じ
るように開閉タイミングを調整することにより、いわゆ
るポンピングロスを低減することができる。この結果、
エンジン10をモータリングする際にモータ20から出
力すべきトルクを低減させることもできる。ガソリンを
燃焼して動力を出力する際には、VVT機構は、エンジ
ン10の回転数に応じて最も燃焼効率の良いタイミング
で各バルブが開閉するように制御される。
外周面に複数個の永久磁石を有するロータ22と、回転
磁界を形成するための三相コイルが巻回されたステータ
24とを備える。モータ20はロータ22に備えられた
永久磁石による磁界とステータ24の三相コイルによっ
て形成される磁界との相互作用により回転駆動する。ま
た、ロータ22が外力によって回転させられる場合に
は、これらの磁界の相互作用により三相コイルの両端に
起電力を生じさせる。なお、モータ20には、ロータ2
2とステータ24との間の磁束密度が円周方向に正弦分
布する正弦波着磁モータを適用することも可能である
が、本実施例では、比較的大きなトルクを出力可能な非
正弦波着磁モータを適用した。
と燃料電池システム60とが備えられている。但し、主
電源は燃料電池システム60である。バッテリ50は燃
料電池システム60が故障した場合や、十分な電力を出
力することができない過渡的な運転状態にある場合など
に、これを補完するようモータ20に電力を供給する電
源として使用される。バッテリ50の電力は、主として
ハイブリッド車両の制御を行う制御ユニット70や、照
明装置などの電力機器に主として供給される。
を切り替えるための切替スイッチ84が設けられてい
る。切替スイッチ84は、バッテリ50,燃料電池シス
テム60,モータ20の3者間の接続状態を任意に切り
替えることができる。ステータ24は、切替スイッチ8
4および駆動回路51を介してバッテリ50に電気的に
接続される。また、切替スイッチ84および駆動回路5
2を介して燃料電池システム60に接続される。駆動回
路51,52は、それぞれトランジスタインバータで構
成されており、モータ20の三相それぞれに対して、ソ
ース側とシンク側の2つを一組としてトランジスタが複
数備えられている。これらの駆動回路51,52は、制
御ユニット70と電気的に接続されている。制御ユニッ
ト70が駆動回路51,52の各トランジスタのオン・
オフの時間をPWM制御するとバッテリ50および燃料
電池システム60を電源とする擬似三相交流がステータ
24の三相コイルに流れ、回転磁界が形成される。モー
タ20は、かかる回転磁界の作用によって、先に説明し
た通りモータまたは発電機として機能する。なお、燃料
電池システム60と、バッテリ50と、駆動回路51,
52と、制御ユニット70と、切換スイッチ84とは、
電力供給装置として機能する。また、これらと、モータ
20や、エンジン10等を含めて、動力出力装置として
機能する。
す説明図である。燃料電池システム60は、メタノール
を貯蔵するメタノールタンク61、水を貯蔵する水タン
ク62、燃焼ガスを発生するバーナ63、空気の圧縮を
行なう圧縮機64、バーナ63と圧縮機64とを併設し
た蒸発器65、改質反応により燃料ガスを生成する改質
器66、燃料ガス中の一酸化炭素(CO)濃度を低減す
るCO低減部67、電気化学反応により起電力を得る燃
料電池60Aを主な構成要素とする。これらの各部の動
作は、制御ユニット70により制御される。
燃料電池であり、電解質膜、カソード、アノード、およ
びセパレータとから構成されるセルを複数積層して構成
されている。電解質膜は、例えばフッ素系樹脂などの固
体高分子材料で形成されたプロトン伝導性のイオン交換
膜である。カソードおよびアノードは、共に炭素繊維を
織成したカーボンクロスにより形成されている。セパレ
ータは、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カ
ーボンなどガス不透過の導電性部材により形成されてい
る。カソードおよびアノードとの間に燃料ガスおよび酸
化ガスの流路を形成する。
通り接続されている。メタノールタンク61は配管で蒸
発器65に接続されている。配管の途中に設けられたポ
ンプP2は、流量を調整しつつ、原燃料であるメタノー
ルを蒸発器65に供給する。水タンク62も同様に配管
で蒸発器65に接続されている。配管の途中に設けられ
たポンプP3は、流量を調整しつつ、水を蒸発器65に
供給する。メタノールの配管と、水の配管とは、それぞ
れポンプP2,P3の下流側で一つの配管に合流し、蒸
発器65に接続される。
とを気化させる。蒸発器65には、バーナ63と圧縮機
64とが併設されている。蒸発器65は、バーナ63か
ら供給される燃焼ガスによってメタノールと水とを沸
騰、気化させる。バーナ63の燃料は、メタノールであ
る。メタノールタンク61は、蒸発器65に加えてバー
ナ63にも配管で接続されている。メタノールは、この
配管の途中に設けられたポンプP1により、バーナ63
に供給される。バーナ63には、また、燃料電池60A
での電気化学反応で消費されずに残った燃料排ガスも供
給される。バーナ63は、メタノールと燃料排ガスのう
ち、後者を主として燃焼させる。バーナ63の燃焼温度
はセンサT1の出力に基づいて制御されており、約80
0℃から1000℃に保たれる。バーナ63の燃焼ガス
は、蒸発器65に移送される際にタービンを回転させ、
圧縮機64を駆動する。圧縮機64は、燃料電池システ
ム60の外部から空気を取り込んでこれを圧縮し、この
圧縮空気を燃料電池60Aの陽極側に供給する。
されている。蒸発器65で得られた原燃料ガス、即ちメ
タノールと水蒸気の混合ガスは、改質器66に搬送され
る。改質器66は、供給されたメタノールと水とからな
る原燃料ガスを改質して水素リッチな燃料ガスを生成す
る。なお、蒸発器65から改質器66への搬送配管の途
中には、温度センサT2が設けられており、この温度が
通常約250℃の所定値になるようにバーナ63に供給
するメタノール量が制御される。なお、改質器66にお
ける改質反応では酸素が関与する。この改質反応に必要
な酸素を供給するために、改質器66には外部から空気
を供給するためのブロワ68が併設されている。
接続されている。改質器66で得られた水素リッチな燃
料ガスは、CO低減部67に供給される。改質器66で
の反応課程において、通常は燃料ガスに一酸化炭素(C
O)が一定量含まれる。CO低減部67は、この燃料ガ
ス中の一酸化炭素濃度を低減させる。固体高分子型の燃
料電池では、燃料ガス中に含まれる一酸化炭素が、アノ
ードにおける反応を阻害して燃料電池の性能を低下させ
てしまうからである。CO低減部67は、燃料ガス中の
一酸化炭素を二酸化炭素へと酸化することにより、一酸
化炭素濃度を低減させる。
ドとは、配管で接続されている。一酸化炭素濃度が下げ
られた燃料ガスは、燃料電池60Aの陰極側における電
池反応に供される。また、先に説明した通り、燃料電池
60Aのカソード側には圧縮された空気を送り込むため
の配管が接続されている。この空気は、酸化ガスとして
燃料電池60Aの陽極側における電池反応に供される。
は、メタノールと水を用いた化学反応によって電力を供
給することができる。本実施例では、メタノールおよび
水を用いる燃料電池システム60を搭載しているが、燃
料電池システム60は、これに限定されず、ガソリン・
天然ガス改質や、純水素を用いるもの等、種々の構成を
適用することができる。なお、以下の説明では燃料電池
システム60をまとめて燃料電池60と称するものとす
る。
利用した周知の動力伝達機構である。トルクコンバータ
30の入力軸、即ちモータ20の出力軸13と、トルク
コンバータ30の出力軸14とは機械的に結合されては
おらず、互いに滑りをもった状態で回転可能である。ま
た、トルクコンバータ30には、両回転軸の滑りが生じ
ないように、所定の条件下で両者を結合するロックアッ
プクラッチも設けられている。ロックアップクラッチの
オン・オフは制御ユニット70により制御される。
ッチ、ワンウェイクラッチ、ブレーキ等を備え、変速比
を切り替えることによってトルクコンバータ30の出力
軸14のトルクおよび回転数を変換して出力軸15に伝
達可能な機構である。本実施例では前進5段、後進1段
の変速段を実現可能な変速機を適用した。変速機100
の変速段は、制御ユニット70が車速等に応じて設定す
る。運転者は、車内に備えられたシフトレバーを手動で
操作し、シフトポジションを選択することによって、使
用される変速段の範囲を変更することが可能である。
ン10、モータ20、トルクコンバータ30、変速機1
00、補機駆動用モータ80等の運転を制御ユニット7
0が制御している(図1参照)。制御ユニット70は、
内部にCPU、RAM,ROM等を備えるワンチップ・
マイクロコンピュータであり、ROMに記録されたプロ
グラムに従い、CPUが後述する種々の制御処理を行
う。制御ユニット70には、かかる制御を実現するため
に種々の入出力信号が接続されている。図3は、制御ユ
ニット70に対する入出力信号の結線を示す説明図であ
る。図中の左側に制御ユニット70に入力される信号を
示し、右側に制御ユニット70から出力される信号を示
す。
々のスイッチおよびセンサからの信号である。かかる信
号には、例えば、燃料電池温度、燃料電池燃料残量、バ
ッテリ残存容量SOC、バッテリ温度、エンジン10の
水温、イグニッションスイッチ、エンジン10の回転
数、ABSコンピュータ、デフォッガ、エアコンのオン
・オフ、車速、トルクコンバータ30の油温、シフトポ
ジション、サイドブレーキのオン・オフ、フットブレー
キの踏み込み量、エンジン10の排気を浄化する触媒の
温度、アクセルペダル55の操作量に応じたアクセル開
度、カム角センサ、駆動力源ブレーキ力スイッチ、レゾ
ルバ信号などがある。制御ユニット70には、その他に
も多くの信号が入力されているが、ここでは図示を省略
した。
エンジン10,モータ20,トルクコバータ30,変速
機100等を制御するための信号である。かかる信号に
は、例えば、電子スロットル弁を制御するための信号、
エンジン10の点火時期を制御する点火信号、燃料噴射
を制御する燃料噴射信号、モータ20の運転を制御する
モータ制御信号、減速装置の制御信号、ABSアクチュ
エータの制御信号、モータ20の電源切換スイッチ84
の制御信号、バッテリ50の制御信号、燃料電池システ
ム60の制御信号などがある。制御ユニット70から
は、その他にも多くの信号が出力されているが、ここで
は図示を省略した。
ブリッド車両の一般的動作について説明する。先に図1
で説明した通り、本実施例のハイブリッド車両は動力源
としてエンジン10とモータ20とを備える。制御ユニ
ット70は、車両の走行状態、即ち車速およびトルクに
応じて両者を使い分けて走行する。両者の使い分けは予
めマップとして設定され、制御ユニット70内のROM
に記憶されている。
を示す説明図である。図中の領域MGはモータ20を動
力源として走行する領域である。領域MGの外側の領域
は、エンジン10を動力源として走行する領域(領域E
G)である。以下、前者をEV走行と呼び、後者をエン
ジン走行と呼ぶものとする。図1の構成によれば、エン
ジン10とモータ20の双方を動力源として走行するこ
とも可能ではあるが、本実施例では、かかる走行領域は
設けていない。
両は、イグニッションスイッチ88がオンの状態で走行
を開始すると、まずEV走行で発進する。かかる領域で
は、入力クラッチ18をオフにして走行する。EV走行
により発進した車両が図4のマップにおける領域MGと
領域EGの境界近傍の走行状態に達した時点で、制御ユ
ニット70は、入力クラッチ18をオンにするととも
に、エンジン10を始動する。入力クラッチ18をオン
にすると、エンジン10はモータ20により回転させら
れる。制御ユニット70は、エンジン10の回転数が所
定値まで増加したタイミングで燃料を噴射し点火する。
こうしてエンジン10が始動して以後、領域EG内では
エンジン10のみを動力源として走行する。かかる領域
での走行が開始されると、制御ユニット70は駆動回路
51,52のトランジスタを全てシャットダウンする。
この結果、モータ20は単に空回りした状態となる。
行状態に応じて動力源を切り替える制御を行うととも
に、変速機100の変速段を切り替える処理も行う。変
速段の切り替えは動力源の切り替えと同様、車両の走行
状態に予め設定されたマップに基づいてなされる。マッ
プは、シフトポジションによっても相違する。図5には
Dポジション、4ポジション、3ポジションに相当する
マップを示した。このマップに示す通り、制御ユニット
70は、車速が増すにつれて変速比が小さくなるように
変速段の切り替えを実行する。
力出力処理について説明する。図5は、第1実施例にお
ける領域MGにおける動力出力処理ルーチンのフローチ
ャートである。車両が作動状態にある場合、換言すれ
ば、イグニッションスイッチ88がオンの状態にある場
合に実行される処理である。イグニッションスイッチ8
8がオフである場合には、車両全体の作動が停止してい
るため、この処理は実行されない。この処理が開始され
ると、CPUは、種々のセンサおよびスイッチの信号を
入力する(ステップS100)。次に、CPUは燃料電
池(FC:Fuel Cell)60が発電可能な状態
であるか否かを判定する(ステップS110)。
度や燃料電池燃料残量等から判断して、燃料電池60が
発電可能な状態であれば、燃料電池60が出力すべき目
標出力値の設定処理を行う(ステップS120)。この
処理では、ステップS100で入力された信号のうち、
バッテリ50の残存容量SOCと、アクセル開度とが用
いられる。そして、後述するROMに記憶されたテーブ
ルを参照して、これらに応じて燃料電池60の目標出力
値が設定される。ここでアクセル開度は、燃料電池60
およびバッテリ50を含む電力供給装置への要求電力に
関与したパラメータであり、アクセルペダル55の操作
量によって決まる。
の残存容量SOCと、アクセル開度と、燃料電池60の
目標出力値との関係を示す説明図である。また、アクセ
ル開度に応じた電力供給装置への要求電力を細線Lで示
した。本実施例では、アクセル開度とバッテリ50の残
存容量SOCに応じて燃料電池60の目標出力値が設定
される。実線で示した線L1と、破線で示した線L2
と、一点鎖線で示した線L3は、それぞれバッテリ50
の残存容量SOCが異なっており、この順序で低くな
る。これらの関係は、テーブルとして制御ユニット70
内のROMに記憶されている。なお、本実施例では、バ
ッテリ50の残存容量SOCに応じてアクセル開度に対
する燃料電池60の目標出力値を3段階に設定している
が、より多段階または連続的に変化するように設定する
ようにしてもよい。
セル開度の変化量に対する目標出力値の変化量の傾きが
所定の最大傾きを超えないように設定した。この最大値
は、アクセル開度が急変しても、燃料電池60の出力が
目標出力値に追従することができる値である。
領域X)においては、要求電力よりも目標出力値を高く
設定し、アクセル開度が比較的大きい領域(図中の領域
Y)においては、要求電力よりも目標出力値を低く設定
した。つまり、燃料電池60の出力が図示した領域Aに
収まるようにした。本実施例の燃料電池60は、図示し
た領域Aにおいて発電効率が高い。従って、このように
目標出力値を設定するによって、燃料電池60を効率的
に活用することができる。
通常の状態であるときに(線L1)、アクセル開度とし
て比較的小さい値Pが入力されると、要求電力Diより
も高い目標値Dp1が設定される。こうすることによっ
て、要求電力よりも大きな電力が燃料電池60から出力
される。燃料電池60から出力された電力のうちの余剰
の電力は、バッテリ50に充電される。
ない状態のときに(線L2)、アクセル開度として値P
が入力されると、バッテリ50の残存容量SOCが通常
の状態であるときの目標出力値Dp1よりも高い目標出
力値Dp2が設定される。こうすることによって、通常
よりも大きな電力が燃料電池60から出力される。燃料
電池60から出力された電力のうちの余剰の電力は、残
存容量SOCが減少しているバッテリ50に充電され
る。
OCが少ないほど燃料電池60の目標出力値を高く設定
している。こうすることによって、バッテリ50の残存
容量SOCが少ないときに、より急速に充電して早期に
バッテリ50の残存容量SOCを回復することができ
る。
と、燃料電池60は、それに応じて電力を出力する(図
5のステップS130)。そして、バッテリ50は、燃
料電池60の出力とアクセル開度に応じた要求電力との
差を補償するように充放電する(ステップS140)。
これらの制御は、制御ユニット70から出力される電源
切替スイッチ84の制御信号に従って行われる。即ち、
バッテリ50の充放電が必要な場合には、バッテリ50
とモータ20と燃料電池60との接続を切替スイッチ8
4によって切替え、電圧差に応じた充放電が行われる。
であるときの電力の出力について説明した。図5のステ
ップS110において燃料電池60が発電不能の状態で
あれば、バッテリ50の残存容量SOCがその制御下限
LoS%以上あるか否かを判定する(ステップS15
0)。バッテリ50の残存容量SOCがLoS%未満で
あれば、エンジン10を始動して、動力を出力する(ス
テップS160)。また、バッテリ50の残存容量SO
CがLoS%以上であれば、バッテリ50を主電源とし
て出力する(ステップS170)。
ル開度およびバッテリ50の残存容量SOCをサンプリ
ングして行われる。
図7は、第1実施例におけるアクセル開度に対する燃料
電池60の目標出力値と、実際の燃料電池60からの出
力と、バッテリ50からの出力とを示す一例としてのタ
イムチャートである。
する。この期間、燃料電池60の目標出力値、燃料電池
60の出力、バッテリ50の出力も0である。なお、時
刻t1においてイグニッションスイッチ88がオンにさ
れると、実際には燃料電池60の暖機運転が必要ではあ
るが、燃料電池60およびバッテリ50は出力可能な状
態になるものとする。
加したとする。すると、燃料電池60の目標出力値もテ
ーブル(図6参照)に従って急激に増加する。なお、図
6から分かるように、目標出力値と要求電力とは必ずし
も一致していない。時刻t2における目標出力値は、走
行に必要な要求電力よりも大きな値が設定される。燃料
電池60の出力は、応答性が低いため目標出力値の急増
に追従することができないので、最大の傾きで増加す
る。このときバッテリ50は、燃料電池60の出力の不
足分を補償するように出力する。これにより、バッテリ
50の残存容量SOCは減少する。
やかに増加したとする。すると、燃料電池60の目標出
力値もテーブルに従って緩やかに増加する。なお、図6
から分かるように、燃料電池60の目標出力値の変化率
は、アクセル開度に応じた要求電力の変化率よりも小さ
くなる。制御ユニット70は、時刻t3においてバッテ
リ50の残存容量SOCが低下していることを検知した
とする。すると、その低下に応じて目標出力値を通常の
目標出力値よりも増加させる。燃料電池60の出力は、
時刻t3’において燃料電池60の目標出力値に到達す
るまでは最大の傾きで増加する。時刻t3’〜t4にお
いては目標出力値の変化率が燃料電池60の出力応答性
よりも小さく追従することができるので、燃料電池60
の出力は目標出力値に応じて増加する。バッテリ50
は、時刻t3’において燃料電池60の出力が目標出力
値に到達するまでは燃料電池60の出力の不足分を補償
するように出力する。時刻t3’以降の燃料電池60の
出力は、要求電力よりも大きいので、その余剰電力を用
いてバッテリ50の充電を行う。バッテリ50は、時刻
t3’〜t4においては燃料電池60の出力のみで要求
電力を出力することができるので、出力しない。
少したとする。すると、燃料電池60の目標出力値もテ
ーブルに従って急激に減少する。なお、時刻t4におい
て制御ユニット70は、バッテリ50の残存容量SOC
は十分に充電されたことを検知して、通常の目標出力値
に戻している。燃料電池60の出力は、目標出力値の変
化率が燃料電池の出力応答性よりも小さいので追従する
ことができ、目標出力値に応じて減少する。バッテリ5
0は、燃料電池60の出力のみでアクセル開度に応じた
要求電力を出力することができるので出力しない。
t5において増加し、時刻t5〜t6において減少し、
時刻t6以降において増加したとする。この期間、燃料
電池60の目標出力値もテーブルに従ってアクセル開度
の変化率よりも小さな変化率で増減し、燃料電池60の
出力は、目標出力値に追従して増減する。バッテリ50
は、燃料電池60の出力のみでアクセル開度に応じた要
求電力を出力することができるので出力しない。
するために、燃料電池60とバッテリ50の従来の制御
を比較例として示す。図8は、比較例のアクセル開度に
対する燃料電池60の目標出力値と、実際の燃料電池6
0からの出力と、バッテリ50からの出力とを示す一例
としてのタイムチャートである。アクセル開度は、図7
に示したものと同じである。比較例の燃料電池60の目
標出力値は、アクセル開度に応じた要求電力と同じ値が
設定される。
ある。この期間、燃料電池60の目標出力値、燃料電池
60の出力、バッテリ50の出力も0である。
加する。すると、燃料電池60の目標出力値もアクセル
開度に応じて急激に増加する。燃料電池60の出力は、
応答性が低いため目標出力値の急増に追従することがで
きないので、最大の傾きで増加する。このときバッテリ
50は、燃料電池60の出力の不足分を補償するように
出力する。これにより、バッテリ50の残存容量SOC
は減少する。
やかに増加する。すると、燃料電池60の目標出力値も
アクセル開度に応じて緩やかに増加する。燃料電池60
の出力は、時刻t3において燃料電池60の目標出力値
に到達するまでは最大の傾きで増加する。バッテリ50
は、時刻t3において燃料電池60の出力が目標出力値
に到達するまでは燃料電池60の出力の不足分を補償す
るように出力する。時刻t3〜t4においては目標出力
値の変化率が燃料電池60の出力応答性よりも小さく追
従することができるので、燃料電池60の出力は目標出
力値に応じて増加する。バッテリ50は、時刻t3〜t
4においては燃料電池60の出力のみで要求電力を出力
することができるので、出力しない。
少する。すると、燃料電池60の目標出力値もアクセル
開度に応じて急激に減少する。このとき、燃料電池60
の出力は、目標出力値に追従することができ、目標出力
値に応じて減少する。バッテリ50は、燃料電池60の
出力のみでアクセル開度に応じた要求電力を出力するこ
とができるので出力しない。
加する。この期間、燃料電池60の目標出力値は、アク
セル開度に応じて増加する。燃料電池60の出力は、燃
料電池60の目標出力値の変化率が第1実施例よりも大
きいため、目標出力値に追従することができず、最大の
傾きで増加する。バッテリ50は、燃料電池60の出力
の不足分を補償するように出力する。これにより、バッ
テリ50の残存容量SOCは減少する。
少する。この期間、燃料電池60の目標出力値は、アク
セル開度に応じて増加する。燃料電池60の出力は、目
標出力値に到達する時刻t5’まで最大の傾きで増加
し、到達後は目標出力値に応じて減少する。バッテリ5
0は燃料電池60の出力が目標出力値に到達する時刻t
5’まで燃料電池60の出力の不足分を補償するように
出力し、到達後は燃料電池60のみでアクセル開度に応
じた要求電力を出力することができるので出力しない。
する。この期間、燃料電池60の目標出力値はアクセル
開度に応じて増加する。燃料電池60の出力は、目標出
力値の変化率が燃料電池の出力応答性よりも小さいの
で、目標出力値に追従して増減する。バッテリ50は、
燃料電池60の出力のみでアクセル開度に応じた要求電
力を出力することができるので出力しない。
例と同様にバッテリ50が燃料電池60の出力の不足分
を補償するように出力するので、応答性は確保できる。
しかし、燃料電池60の目標出力値が要求電力と同じ値
に設定されるので、アクセル開度の変動が大きい場合に
は、燃料電池60の出力が目標出力値に追従できず、目
標出力値に応じた安定した制御を行うことができない場
合が生じる。また、バッテリ50の残存容量SOCに応
じた目標出力値の設定を行っていないため、残存容量S
OCが確保できず、残存容量SOCが所定値以下になっ
た場合、充電のためにエンジン10を運転しなければな
らない場合が生じ得る。
の変動が大きい場合でも、燃料電池60の目標出力値の
変動は出力応答性よりも小さいので、燃料電池60の出
力を安定して制御することができる。この結果、アクセ
ル開度に応じて出力応答性を確保しつつ、燃料電池60
を電力供給源として有効に活用することができる。ま
た、バッテリ50の残存容量SOCに応じた目標出力値
の設定を行っているので、速やかに効率よくバッテリ5
0の充電を行うことができる。この結果、バッテリ50
の容量を小さくすることができ、電力供給装置の小型化
および軽量化を図ることができる。
の間隔でバッテリ50の残存容量SOCとアクセル開度
をサンプリングし、随時これらに応じて燃料電池60の
目標出力値を設定した。第2実施例では、一定の間隔で
サンプリングしたアクセル開度からアクセル開度の変化
率を算出し、これに応じて燃料電池60の目標出力値の
設定処理を変更する場合を示す。装置の構成は、第1実
施例と同じである。また、燃料電池60の目標出力値の
設定処理以外の動力出力処理ルーチンの流れも同じであ
る。
の目標出力値の設定処理を示すフローチャートである。
この処理が開始されると、CPUは、まずアクセル開度
を読込む(ステップS200)。そして、前回読込んだ
アクセル開度と、今回読込んだアクセル開度と、サンプ
リング時間とからアクセル開度の変化率rを算出し(ス
テップS210)、アクセル開度の変化率の絶対値|r
|と予めROMに記憶された変化率の閾値Rthとを比
較する(ステップS220)。アクセル開度の変化率の
絶対値|r|が閾値Rthを超えると、アクセル開度に
応じて新たに目標出力値の設定を行う(ステップS23
0)。ここで設定する目標出力値は、図6に示した第1
実施例のバッテリ50の残存容量SOCが通常の状態で
あるときの目標出力値である。但し、アクセル開度と燃
料電池60の目標出力値との関係を記憶したテーブル
(図6参照)は任意に設定可能である。アクセル開度の
変化率の絶対値|r|が閾値Rth以下であれば、新た
な目標出力値の設定は行わず、直前の目標出力値がその
まま保持される。即ち、アクセル開度の変化率が大きい
ときに新たな目標出力値に変更し、変化率が小さいとき
には随時目標出力値の変更はしない制御を行う。
る。例えば、閾値Rthは、固定にしてもよい。また、
ドライバのアクセルペダル55の操作の傾向や、過去の
燃料電池60およびバッテリ50の運転状況から判断し
て、随時変更するようにしてもよい。また、アクセル開
度の変化率rが正のときと負のときとで閾値Rthを異
なる値としてもよい。
込み(ステップS240)、残存容量SOCが所定の値
LO%以上であるか否かを判定する(ステップS25
0)。残存容量SOCが所定の値LO%以上であれば、
バッテリ50の残存容量SOCは十分にあると判断し
て、この処理を終了する。残存容量SOCが所定の値L
O%未満であれば、燃料電池60からの出力によってバ
ッテリ50を充電できるように目標出力値を高くするた
めの補正値を設定し(ステップS260)。それを加え
て新たな目標出力値とする(ステップS270)。
ある。ただし、LOを高く設定し過ぎると、ステップS
260,S270の目標出力値の補正が頻繁に行われ、
燃料電池60の運転を安定して行うことができなくなる
場合がある。一方、LOを低く設定し過ぎると、バッテ
リ50の使用が多くなり、燃料電池60が効率的に活用
できない場合がある。
図10は、第2実施例におけるアクセル開度に対する燃
料電池60の目標出力値と、実際の燃料電池60からの
出力と、バッテリ50からの出力とを示す一例としての
タイムチャートである。アクセル開度は、図7に示した
ものと同じである。
ある。この期間、燃料電池60の目標出力値、燃料電池
60の出力、バッテリ50の出力も0である。
加する。このとき、アクセル開度の変化率の絶対値が閾
値Rthを超えたものとする。すると、燃料電池60の
目標出力値もアクセル開度に応じて急激に増加する。燃
料電池60の出力は、応答性が低いため目標出力値の急
増に追従することができないので、最大の傾きで増加す
る。このときバッテリ50は、燃料電池60の出力の不
足分を補償するように出力する。
やかに増加する。この期間、アクセル開度の変化率の絶
対値は閾値Rth以下とする。燃料電池60の目標出力
値は、時刻t2で設定された値が保持される。燃料電池
60の出力は、時刻t3において目標出力値に到達する
までは最大の傾きで増加する。時刻t3〜t4において
は、目標出力値に応じて一定の電力を出力する。バッテ
リ50は、燃料電池60の出力の不足分を補償するよう
に出力する。
少する。このとき、アクセル開度の変化率の絶対値が閾
値Rthを超えたものとする。すると、燃料電池60の
目標出力値もアクセル開度に応じて急激に減少する。燃
料電池60の出力は、目標出力値に追従して減少する。
バッテリ50は、燃料電池60の出力のみでアクセル開
度に応じた要求電力を出力することができるので出力し
ない。
加する。この期間、アクセル開度の変化率の絶対値は閾
値Rth以下とする。すると、燃料電池60の目標出力
値は時刻t4で設定された値が保持される。燃料電池6
0は、目標出力値に応じて一定の電力を出力する。バッ
テリ50は、燃料電池60の出力の不足分を補償するよ
うに出力する。
少する。この期間、アクセル開度の変化率の絶対値は閾
値Rth以下とする。すると、燃料電池60の目標出力
値は、制御ユニット70がバッテリ50の残存容量SO
CがLO%未満になったことを検知する時刻t5’ま
で、時刻t4(または時刻t5)の値が保持される。燃
料電池60は、時刻t5’まで目標出力値に応じて出力
する。バッテリ50は、燃料電池60の出力の不足分を
補償するように出力する。
バッテリ50の残存容量SOCがLO%未満になったこ
とを検知するものとする。すると、この時刻、アクセル
開度は減少しているが、燃料電池60の目標出力値は、
バッテリ50を速やかに充電できるように高く補正され
る。燃料電池60の出力は、応答性が低いため、この目
標出力値の増加に追従することができず、最大の傾きで
増加する。
かに増加する。この期間、アクセル開度の変化率の絶対
値は閾値Rth以下とする。すると、燃料電池60の目
標出力値は時刻t5’で設定された値が保持される。燃
料電池60は、目標出力値に応じて一定の電力を出力す
る。バッテリ50は、燃料電池60の出力のみでアクセ
ル開度に応じた要求電力を出力することができるので出
力しない。図示した時刻t5’以降の燃料電池60の出
力は、要求電力よりも大きいので、その余剰電力を用い
てバッテリ50の充電を行う。なお、図示していない
が、アクセル開度が急激に増加した後に緩やかに減少す
る場合、即ち、アクセル開度の変化率の絶対値が閾値R
th以下である場合にも、燃料電池60の目標出力値は
減少しないので、バッテリ50の充電を行うことができ
る。
力応答性の低い燃料電池60については、アクセル開度
に対する感度を悪くすることによって、燃料電池60を
安定して運転する制御を行っている。そして、アクセル
開度の急変に対しては出力応答性のよいバッテリ50を
用いている。このようにすることによっても、アクセル
開度に応じて出力応答性を確保しつつ、バッテリ50の
過度な充放電を抑制し、燃料電池60を電力供給源とし
て有効に活用することができる。
ッド車両は、ナビゲーションシステムを搭載している。
図11は、第3実施例のハイブリッド車両の概略構成図
である。ナビゲーションシステム90は、制御ユニット
70Bに接続されており、制御ユニット70には、車両
が将来的に走行する経路情報が入力される。これ以外の
ハード構成は、第1実施例と同じである。また、第1実
施例と第3実施例とでは、動力出力処理が一部異なって
いる。
チンのフローチャートである。この処理が開始される
と、CPUは、種々のセンサおよびスイッチの信号を入
力する(ステップS300)。次に、CPUは、燃料電
池60が発電可能な状態であるか否かを判定する。(ス
テップS310)。
燃料電池60が出力すべき目標出力値の設定処理を行う
(ステップS320)。この処理は、第1実施例と同じ
である。燃料電池60の目標出力値が設定されると、ナ
ビゲーションシステム90を用いて走行中か否かの判定
を行う(ステップS330)。ナビゲーションシステム
90を用いて走行していなければ、第1実施例と同様
に、燃料電池60は目標出力値に応じて電力を出力し
(ステップS350)、バッテリ50は燃料電池60の
出力と、アクセル開度に応じた要求電力との差を補償す
るように充放電する(ステップS360)。ナビゲーシ
ョンシステム90を用いて走行している場合には、目標
出力値にナビゲーションシステム走行用の補正処理を行
う。
ている場合等には、ステップS330においてナビゲー
ションシステム90を用いて走行していないと判定する
ようにしてもよい。
の目標出力値補正処理のフローチャートである。この処
理が開始されると、CPUは、ナビゲーションシステム
90から経路情報を読込む(ステップS400)。この
経路情報には、登り坂や下り坂の勾配についての情報、
あるいは、高速道路の情報等が含まれる。そして、この
経路情報に基づいて将来の所定時における要求電力を予
測する(ステップS410)。例えば、CPUは、ナビ
ゲーションシステム90から将来登り坂があることを検
知すると、その登り坂を登るために必要な電力を予測す
る。そして、予測された将来の要求電力に基づいて将来
の所定時における目標出力値を設定する(ステップS4
20)。次に、この将来の目標出力値と、図12のステ
ップ320で設定された目標出力値と、将来の所定時に
おける目標出力値と、燃料電池60の出力特性(出力可
能な最大の傾き)とから目標出力値の補正を行う(ステ
ップS430)。
度に対する燃料電池60の目標出力値と、実際の燃料電
池60からの出力と、バッテリ50からの出力とを示す
一例としてのタイムチャートである。アクセル開度は、
時刻t2まで一定であり、電力PW1を要求する。時刻
t2〜t3においては登り坂になり、PW2まで増加
し、時刻t3〜t5において一定となる。時刻t5〜t
6においては下り坂になり、PW1まで減少する。時刻
t6以降は一定である。
テム90からの経路情報に基づいて、登り坂にさしかか
る時刻t2以前に将来的に登り坂が存在することを認識
することができる。そして、現在の目標出力値PW1と
将来の目標出力値PW2と燃料電池60の出力特性とか
ら、燃料電池60の出力がPW1からPW2に増加する
のに要する応答時間を求め、時刻t1において目標出力
値をPW2に増加すべきことを算出し、目標出力値を補
正する。燃料電池60は、この補正された目標出力値に
応じて出力を予め増加しておき、将来的な出力の増加に
備えておくことができる。なお、図14では、時刻t1
において、燃料電池60の目標出力値をPW1からPW
2に急増させているが、登り坂にさしかかるときにアク
セル開度に応じて燃料電池60が要求電力を出力できる
ように徐々に増加させてもよい。
ンシステム90からの経路情報に基づいて、下り坂にさ
しかかる時刻t5以前に将来的に下り坂が存在すること
を認識することができる。そして、現在の目標出力値P
W2と、将来の目標出力値PW1と、燃料電池60の出
力特性とから、時刻t4において目標出力値をPW2に
減少して、バッテリ50の電力を消費しても、下り坂で
充電可能なことを認識し、目標出力値を補正する。時刻
t4〜t6においては燃料電池60からの出力は要求電
力に足りないので、バッテリ50が不足分を出力する。
力の増加および減少を登り坂と下り坂の場合に適用して
説明したが、例えば、高速道路に進入して加速する場合
等に適用して出力の増加に備えるようにすることも可能
である。
であるときの動力の出力について説明した。図12のス
テップS310において燃料電池60が発電不能の状態
であれば、バッテリ50の残存容量SOCがその制御下
限LoS%以上あるか否かを判定する(ステップS37
0)。バッテリ50の残存容量SOCがLoS%未満で
あれば、エンジン10を始動して、動力を出力する(ス
テップS380)。また、バッテリ50の残存容量SO
CがLoS%以上であれば、バッテリ50を主電源とし
て出力する(ステップS390)
ションシステム90を搭載した車両において、アクセル
開度に対する出力応答性を確保しつつ、燃料電池60を
電力供給源として有効に活用することができる。
実施の形態について説明したが、本発明はこのような実
施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を
逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能
である。例えば、以下のような変形例も可能である。
リ50の残存容量SOCと、アクセル開度と、燃料電池
60の目標出力値との関係をテーブルとして記憶してい
るが、バッテリ50の残存容量SOCと、アクセル開度
をパラメータとして燃料電池60の目標出力値を求める
ようにしてもよい。
率によって燃料電池60の目標出力値の補正を行うか否
かを判定しているが、アクセル開度の変化率とアクセル
開度の変化量とによって、燃料電池60の目標出力値の
補正を行うようにしてもよい。こうすることによって、
アクセル開度の変化率が小さいままアクセル開度が所定
値以上変化した場合に、バッテリ50の過度な充放電を
抑制し、適切な目標出力値を設定することができる。
サンプリングしたアクセル開度からアクセル開度の変化
率を算出しているが、アクセル開度の変化率は、直接的
にセンサを用いて検出してもよい。
両へ適用した場合について例示したが、エンジンを搭載
しない電気車両に適用するものとしてもよい。図15
は、電気車両の概略構成図である。この電気車両は、燃
料電池60Bと、バッテリ50Bと、制御ユニット70
Bと、切替スイッチ84Bと、インバータ52Bと、モ
ータ20Bと、アクセルペダル55Bと、ディファレン
シャルギヤ16Bと、車軸17B等によって構成され
る。図15では、主要な信号、電力および動力の伝達経
路のみを示し、図1に示した補記駆動装置82や、変速
機100等は省略した。
てバッテリ50を用いているが、キャパシタ等の蓄電手
段を用いるようにしてもよい。
軸17に伝達可能なハイブリッド車両、即ち、パラレル
ハイブリッド車両を例示したが、シリーズハイブリッド
車両に適用してもよい。
がソフトウェアを実行することによって実現している
が、これらの制御処理をハード的に実現することもでき
る。
ある。
る。
示す説明図である。
である。
処理ルーチンのフローチャートである。
OCと、アクセル開度と、燃料電池60の目標出力値と
の関係を示す説明図である。
電池60の目標出力値と、実際の燃料電池60からの出
力と、バッテリ50からの出力とを示す一例としてのタ
イムチャートである。
目標出力値と、実際の燃料電池60からの出力と、バッ
テリ50からの出力とを示す一例としてのタイムチャー
トである。
の設定処理を示すフローチャートである。
料電池60の目標出力値と、実際の燃料電池60からの
出力と、バッテリ50からの出力とを示す一例としての
タイムチャートのである。
である。
チャートである。
補正処理のフローチャートである。
料電池60の目標出力値と、実際の燃料電池60からの
出力と、バッテリ50からの出力とを示す一例としての
タイムチャートである。
Claims (20)
- 【請求項1】 燃料電池と充放電可能な蓄電部とを有す
る電力供給部を備え、前記燃料電池と前記蓄電部のうち
の少なくとも1つを用いて負荷に対して電力の供給を行
う電力供給装置であって、 前記電力供給部への要求電力に関与した所定のパラメー
タ値を随時入力する要求電力入力部と、 前記パラメータ値と前記燃料電池が出力すべき目標出力
値との関係を記憶した記憶手段を参照して前記パラメー
タ値に応じて前記目標出力値を設定する目標出力値設定
部と、 前記目標出力値に応じて前記燃料電池の運転を制御する
燃料電池制御部と、 前記要求電力と前記目標出力値とに基づいて前記蓄電部
の充放電を制御する蓄電制御部と、 を備え、 前記記憶手段は、前記パラメータ値と前記目標出力値と
の関係を、前記パラメータ値の変化量に対する前記目標
出力値の変化量の傾きが前記燃料電池の出力応答性に基
づいて定まる所定値を超えない範囲で定めた記憶手段で
ある、電力供給装置。 - 【請求項2】 請求項1記載の電力供給装置であって、 前記蓄電制御部は、前記要求電力と前記燃料電池が供給
する電力との差を補償する制御を行う、電力供給装置。 - 【請求項3】 請求項2記載の電力供給装置であって、 前記記憶手段は、前記パラメータ値が小さい所定の領域
において、前記要求電力よりも大きい目標出力値を定め
た記憶手段である、電力供給装置。 - 【請求項4】 請求項2記載の電力供給装置であって、 前記記憶手段は、前記パラメータ値が大きい所定の領域
において、前記要求電力よりも小さい目標出力値を定め
た記憶手段である、電力供給装置。 - 【請求項5】 請求項1記載の電力供給装置であって、
更に、 前記蓄電部の残存容量を検出する検出部を備え、 前記記憶手段は、前記残存容量に応じて前記パラメータ
値と前記目標出力値との関係を記憶した記憶手段であ
る、電力供給装置。 - 【請求項6】 請求項5記載の電力供給装置であって、 前記記憶手段は、前記残存容量が少ないほど前記目標出
力値を大きく定めた記憶手段である、電力供給装置。 - 【請求項7】 燃料電池と充放電可能な蓄電部とを有す
る電力供給部を備え、前記燃料電池と前記蓄電部とのう
ちの少なくとも1つを用いて負荷に対して電力の供給を
行う電力供給装置であって、 前記電力供給部への要求電力に関与した所定のパラメー
タ値の変化率を検出する変化率検出部と、 前記変化率の絶対値が所定の値を超えたときに、前記燃
料電池が出力すべき目標出力値を前記パラメータ値に応
じて変更する目標出力値設定部と、 前記目標出力値に応じて前記燃料電池の運転を制御する
燃料電池制御部と、 前記要求電力と前記燃料電池が供給する電力との差を補
償するように前記蓄電部の充放電を制御する蓄電制御部
と、 を備える、電力供給装置。 - 【請求項8】 請求項7記載の電力供給装置であって、
更に、 前記蓄電部の残存容量を検出する検出部と、 前記残存容量の変化に応じて前記目標出力値を補正する
目標出力値補正部と、 を備える、電力供給装置。 - 【請求項9】 燃料電池と充放電可能な蓄電部とを有す
る電力供給部を備え、前記燃料電池と前記蓄電部のうち
の少なくとも1つを用いて負荷に対して電力の供給を行
う電力供給装置であって、 前記電力供給部への要求電力に関与した所定のパラメー
タ値を随時入力する要求電力入力部と、 将来の前記負荷の運転状態に関与した所定の情報を予め
記憶した負荷情報記憶手段と、 前記負荷情報に基づいて前記電力供給部への所定時間後
の要求電力を予測する要求電力予測部と、 前記所定時間後の要求電力と、前記パラメータ値に応じ
た現在の要求電力と、前記燃料電池の出力応答性とに基
づいて現在前記燃料電池が出力すべき目標出力値を設定
する目標出力値設定部と、 前記目標出力値に応じて前記燃料電池の運転を制御する
燃料電池制御部と、 前記現在の要求電力と前記燃料電池が供給する電力との
差を補償するように前記蓄電部の充放電を制御する蓄電
制御部と、 を備える、電力供給装置。 - 【請求項10】 請求項9記載の電力供給装置であっ
て、 前記目標出力値設定部は、前記要求電力予測部が予測し
た電力が増加したときに予め前記目標出力値を増加させ
る、電力供給装置。 - 【請求項11】 請求項9記載の電力供給装置であっ
て、 前記目標出力値設定部は、前記要求電力予測部が予測し
た電力が減少したときに予め前記目標出力値を減少させ
る、電力供給装置。 - 【請求項12】 請求項9記載の電力供給装置であっ
て、更に、 前記蓄電部の残存容量を検出する検出部と、 前記残存容量の変化に応じて前記目標出力値を補正する
目標出力値補正部と、を備える、電力供給装置。 - 【請求項13】 燃料電池と充放電可能な蓄電部とを有
する電力供給部を備え、前記燃料電池と前記蓄電部のう
ちの少なくとも1つを用いて負荷に対して電力の供給を
行う電力供給装置を制御する制御方法であって、 (a)前記電力供給部への要求電力に関与した所定のパ
ラメータ値を随時入力する工程と、 (b)前記パラメータ値と前記燃料電池が出力すべき目
標出力値との関係を記憶した記憶手段を参照して前記パ
ラメータ値に応じて前記目標出力値を設定する工程と、 (c)前記目標出力値に応じて前記燃料電池の運転を制
御する工程と、 (d)前記要求電力と前記目標出力値とに基づいて前記
蓄電部の充放電を制御する工程と、 を備え、 前記工程(b)において、前記記憶手段は、前記パラメ
ータ値と前記目標出力値との関係を、前記パラーメータ
値の変化量に対する前記目標出力値の変化量の傾きが前
記燃料電池の出力応答性に基づいて定まる所定値を超え
ない範囲で定めた記憶手段である、制御方法。 - 【請求項14】 燃料電池と充放電可能な蓄電部とを有
する電力供給部を備え、前記燃料電池と前記蓄電部のう
ちの少なくとも1つを用いて負荷に対して電力の供給を
行う電力供給装置を制御する制御方法であって、 (a)所定のタイミングで前記電力供給部への要求電力
に関与した所定のパラメータ値に応じて前記燃料電池が
出力すべき目標出力値を設定する工程と、 (b)前記目標出力値に応じて前記燃料電池と前記蓄電
部の運転を制御する工程と、 を備え、 前記工程(a)において、前記所定のタイミングは、前
記パラメータ値の変化率が所定値を超えたタイミングで
ある、制御方法。 - 【請求項15】 燃料電池と充放電可能な蓄電部とを有
する電力供給部を備え、前記燃料電池と前記蓄電部のう
ちの少なくとも1つを用いて負荷に対して電力の供給を
行う電力供給装置を制御する制御方法であって、 (a)前記電力供給部への要求電力に関与した所定のパ
ラメータ値を随時入力する工程と、 (b)将来の前記負荷の運転状態に関与した所定の情報
に基づいて前記電力供給部への所定時間後の要求電力を
予測する工程と、 (c)前記所定時間後の要求電力と、現在の要求電力
と、前記燃料電池の出力応答性とに基づいて現在前記燃
料電池が出力すべき目標出力値を設定する工程と、 (d)前記目標出力値に応じて前記燃料電池の運転を制
御する工程と、 (e)前記現在の要求電力と前記燃料電池が供給する電
力との差を補償するように前記蓄電部の充放電を制御す
る工程と、 を備える、制御方法。 - 【請求項16】 請求項1ないし12のいずれかに記載
の電力供給装置と、前記負荷として前記電力供給装置か
ら供給される電力によって駆動するモータと、を備え
る、動力出力装置。 - 【請求項17】 請求項16記載の動力出力装置であっ
て、更に、 燃料の燃焼によって駆動するエンジンと、 前記モータと前記エンジンとのうちの少なくとも一方を
駆動させて動力を出力する制御手段と、を備える、動力
出力装置。 - 【請求項18】 動力源としてモータを備える車両であ
って、 請求項1ないし8のいずれかに記載の電力供給装置を備
え、 前記モータは、前記負荷の1つであり、 前記要求電力入力部に入力されるパラメータ値は、アク
セル開度である、 車両。 - 【請求項19】 動力源としてモータを備える車両であ
って、 請求項9記載の電力供給装置を備え、 前記モータは、前記負荷の1つであり、 前記パラメータ値は、アクセル開度であり、 前記負荷情報記憶手段は、前記車両が将来的に走行する
経路情報を予め記憶した経路情報記憶手段であり、 前記要求電力予測部は、前記経路情報に基づいて前記電
力供給部への所定時間後の要求電力を予測する、 車両。 - 【請求項20】 動力源として請求項17記載の動力出
力装置を備える車両。
Priority Applications (9)
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---|---|---|---|
JP2000141822A JP5140894B2 (ja) | 2000-05-15 | 2000-05-15 | 燃料電池と充放電可能な蓄電部とを利用した電力の供給 |
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US10/275,941 US7301302B2 (en) | 2000-05-15 | 2001-04-19 | Supply of electric power using fuel cell and chargeable/dischargeable storage |
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