JP2005005009A - 電源装置の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】改質型燃料電池と、この燃料電池が発生させた電気を蓄える蓄電装置とを含んで構成される電源装置において、容量の比較的に小さな蓄電装置により燃料電池からの電力の余剰分を常に回収可能とする。
【解決手段】燃料電池の発電中に、改質装置への原燃料の供給を停止させた場合に燃料電池の発電が実際に停止するまでに燃料電池が発生させる余剰発電量Agを推定する。バッテリの目標充電状態Tsocを推定した余剰発電量Agに応じて変化させ、余剰発電量Agが大きいときほど目標充電状態Tsocを減少させる。
【選択図】 図5
【解決手段】燃料電池の発電中に、改質装置への原燃料の供給を停止させた場合に燃料電池の発電が実際に停止するまでに燃料電池が発生させる余剰発電量Agを推定する。バッテリの目標充電状態Tsocを推定した余剰発電量Agに応じて変化させ、余剰発電量Agが大きいときほど目標充電状態Tsocを減少させる。
【選択図】 図5
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源装置の制御装置に関し、詳細には、改質型燃料電池と、この燃料電池が発生させた電気を蓄える蓄電装置とを含んで構成される電源装置において、蓄電装置の充電状態を制御する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
メタノール又はガソリン等の原燃料を改質して発生させた水素により発電する燃料電池は、改質型燃料電池として知られており、改質型燃料電池を含んで構成される電源装置として、この燃料電池が発生させた電気を蓄える蓄電装置を備えるものが知られている。また、このような電源装置を含んで構成された駆動源を備える電気自動車又はハイブリッド自動車が知られており(特許文献1)、この電気自動車等の駆動源において、燃料電池及び蓄電装置は、駆動輪を回転させる共通の電気モータに接続される。主として燃料電池からの電力により電気モータを作動させ、要求電力に対する不足分が生じたときは、その不足分を蓄電装置からの電力により賄う。逆に、燃料電池からの電力が要求電力を上回るときは、余剰分を蓄電装置の充電に充てる。このように燃料電池からの電力に要求電力に対する過不足が生じるのは、燃料電池の出力応答性が低いためであり、この燃料電池の出力応答性の低さは、原燃料の改質反応に起因する。すなわち、原燃料の改質には反応速度の制限があるため、要求電力の変化に応じ、改質装置に供給する原燃料を増加させたとしても発生する水素はすぐには増加せず、また、供給する原燃料を減少させたとしても発生する水素はすぐには減少しない。燃料電池及び蓄電装置を併設して電源装置を構成することで、出力応答性が低いという燃料電池の特性を蓄電装置により補い、電源装置として高い出力応答性を確保するとともに、燃料電池の特性を利用して蓄電装置を効率的に充電することが可能である。
【0003】
【特許文献1】
特開2001−325976号公報(段落番号0041,0065)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の電源装置には、次のような問題がある。すなわち、上記の電源装置では、燃料電池からの電力に要求電力に対する余剰分が生じたときは、その余剰分を蓄電装置の充電に充てることとしている。ここで、要求電力が瞬時に0に減少されることにより燃料電池からの電力に大きな余剰分が生じ、かつそのときの蓄電装置の充電状態が満状態に近く、この余剰分を蓄電装置に良好に回収させることができないときは、過充電により蓄電装置を劣化させたり、電気自動車等の運転性を悪化させたりすることが考えられる。このような事態を回避するため、余剰分のすべてを常に回収可能とするには、蓄電装置の容量を必要以上に大きなものとしなければならない。
【0005】
本発明は、改質型燃料電池と、この燃料電池が発生させた電力を蓄える蓄電装置とを含んで構成される電源装置において、容量の比較的に小さな蓄電装置により燃料電池からの電力の余剰分を常に回収可能とし、蓄電装置の劣化等の不具合を防止しつつ蓄電装置を効率的に充電することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、原燃料を改質して水素を発生させる改質装置と、改質装置が発生させた水素により発電する燃料電池と、燃料電池が発生させた電気を蓄える蓄電装置とを含んで構成される電源装置の制御装置を提供する。本発明に係る装置は、燃料電池の発電中に、改質装置への原燃料の供給を停止させた場合に燃料電池の発電が実際に停止するまでに燃料電池が発生させる余剰発電量を推定し、推定した余剰発電量に基づいて蓄電装置の充電状態を制御することを特徴とする。
【0007】
本発明によれば、改質装置への原燃料の供給を停止させた場合に燃料電池が発生させる電力の余剰分を見越して蓄電装置の充電状態が制御されることになるので、生じた余剰分のすべてを常に蓄電装置の充電に充て、劣化等の不具合を防止しつつ蓄電装置を効率的に充電することが可能となる。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る電気自動車の駆動系101の構成を示している。
【0009】
この駆動系101は、動力源として電気モータ1を備えており、電気モータ1からのトルクTrをディファレンシャルギア2を介して車軸3,3に伝達させ、車軸3,3と結合する駆動輪4,4を回転させるように構成されている。電気モータ1の電源装置は、燃料電池111と、蓄電装置としての充電及び放電が可能なバッテリ121とを含んで構成される。燃料電池111に対し、原燃料としてのガソリンを改質して水素を発生させる改質装置112が設けられており、燃料電池111は、発生した水素を燃料として発電する。電気モータ1は、要求出力や、バッテリ112の充電状態等に応じ、燃料電池111及びバッテリ121のいずれか一方又はこれらの双方からの電力により作動する。
【0010】
電気モータ1のトルクTrは、統合コントローラ151からのモータトルク指令値Dtmに応じてモータコントローラ181により制御される。電気モータ1に供給される電力は、統合コントローラ151からの指令値に応じ、燃料電池コントローラ161が燃料電池111の発電電力Pw1を制御し、バッテリコンロローラ171がバッテリ121の充放電電力Pw2を制御することにより制御される。
【0011】
具体的には、統合コントローラ151に対してアクセルセンサ152及び車速センサ153が設けられており、統合コントローラ151は、検出されたアクセル開度APO及び車速VSPに基づいて電気モータ1の目標駆動出力を算出する。統合コントローラ151は、目標駆動出力を電気モータ1の回転速度(車速VSPに比例する。)で除算して電気モータ1の目標トルクを算出し、目標トルクに応じた大きさのモータトルク指令値Dtmをモータコントローラ181に出力する。また、統合コントローラ151は、目標駆動出力に電気モータ1の損失分を加算して電気モータ1の消費電力を算出し、消費電力にバッテリ121の目標充放電電力を加算して燃料電池111の目標発電電力を算出する。統合コントローラ151は、目標発電電力に応じた大きさの発電指令値Dgを燃料電池コントローラ161に出力する。統合コントローラ151は、バッテリ121の目標充電状態Tsocと実際の充電状態SOCとの偏差に応じた目標充放電電力を設定し、バッテリ121の充電状態をフィードバック制御する。
【0012】
燃料電池コントローラ161は、統合コントローラ151から発電指令値Dgを入力し、入力したDgに基づいて原燃料噴射量Qfを演算する。改質装置112には、図示しないインジェクタが設置されており、インジェクタは、開弁率(原燃料噴射量Qfに比例する。)に応じた量のガソリンを噴射する。改質装置112では、噴射されたガソリンの量に応じた量の水素が改質により発生する。燃料電池111は、発生した水素の量に応じた大きさの電力を発生させ、電気モータ1に供給する。
【0013】
バッテリ121には、電圧センサ172及び電流センサ173が設置されており、検出されたバッテリ121の電圧V及び電流iは、バッテリコントローラ171に出力される。バッテリコントローラ171は、入力したV,iに基づいてバッテリ121の充電状態SOC、劣化度合い及び入出力可能電力Pb1を演算する。バッテリコントローラ171は、算出したSOC等を統合コントローラ151に出力する。本実施形態では、バッテリ121の劣化度合いを示す指標として、バッテリ121の内部抵抗Rを採用する。
【0014】
モータコントローラ181は、統合コントローラ151からモータトルク指令値Dtmを入力し、入力したDtmに応じて電気モータ1が発生させるトルクTrを制御する。
【0015】
本実施形態では、改質装置112に対して水素発生量計191が設けられており、水素発生量計191により燃料電池111の余剰発電量Agが演算され、統合コントローラ151に出力される。改質装置112には、改質装置112の温度(以下「改質温度」という。)Trを検出する温度センサ192と、改質装置112内の水素圧力Phを検出する圧力センサ193とが設置されており、検出された改質温度Tr及び水素圧力Phは、水素発生量計191に出力される。水素発生量計191は、入力したTr,Phに基づいて水素発生量Qhを演算するとともに、余剰発電量Agを演算する。
【0016】
次に、水素発生量計191の動作をフローチャートにより説明する。
図2は、余剰発電量演算ルーチンのフローチャートであり、たとえば10ms毎に実行される。
【0017】
S101では、原燃料噴射量Qf(燃料電池コントローラ161から出力される。)を読み込むとともに、改質温度Tr及び水素圧力Phを読み込む。
S102では、読み込んだQf,Trに基づいて水素発生量Qhを演算する。水素発生量Qhの演算は、原燃料噴射量Qfに応じた基本値(=Qf×r:rをガソリンの水素含有率とする。)を算出し、これに改質温度Trに応じた補正値Ktrを乗算することにより行う(Qh=Qf×r×Ktr)。補正値Ktrは、原燃料噴射量Qf及び改質温度Trに応じてKtrを割り付けたマップを検索して算出する。
【0018】
S103では、水素発生量Qh及び水素圧力Phに基づいて燃料電池111の発電電力Pgを演算する。発電電力Pgの演算は、水素発生量Qh及び水素圧力Phに応じてPgを割り付けたマップを検索することにより行う。
【0019】
S104では、算出したPgに基づいて燃料電池111の余剰発電量Agを演算し、算出したAgを統合コントローラ151に出力する。余剰発電量Agは、統合コントローラ151からの発電指令値Dgが0に減少された場合に、改質装置112へのガソリンの供給が停止された後、燃料電池111の発電が実際に停止するまでに燃料電池111が発生させる発電量である。図3は、発電指令値Dgが0に減少された場合の燃料電池111の発電電力Pw1の変化を示している。改質装置112における改質反応のため、燃料電池111の発電は、発電指令値Dgが0に減少された後も継続し、発電電力Pw1は、その後時間の経過とともに減少する。改質装置112へのガソリンの供給が停止された時刻t1から燃料電池111の発電電力Pw1が0となる時刻t2までの発電電力Pw1の積算値(すなわち、図中の斜線部の面積)が余剰発電量Agに相当する。
【0020】
次に、統合コントローラ151の動作をフローチャートにより説明する。
図4は、充電状態制御ルーチンのフローチャートであり、たとえば10ms毎に実行される。
【0021】
S201では、余剰発電量Ag、バッテリ121の充電状態SOC及び内部抵抗Rを読み込む。
S202では、読み込んだAgに基づいてバッテリ121の目標充電状態Tsocを設定する。目標充電状態Tsocの設定は、次のようにテーブルを検索することにより行う。
【0022】
図5は、余剰発電量Agに応じて設定すべき目標充電状態Tsocを定めたテーブルを示している。図5に示すテーブルにおいて、目標充電状態Tsocは、Ag=0に対応する最大値(以下「最小出力時目標充電状態」という。)Aと、Ag=最大値に対応する最小値(以下「最大出力時目標充電状態」という。)Bとの間を負の傾きで変化するように設定されている。目標充電状態A,Bは、バッテリ121の劣化度合い(すなわち、内部抵抗R)に応じて変更され、図6に示すように内部抵抗Rが大きいときほど小さな値に設定される。内部抵抗Rがバッテリ121が故障していることを示す所定値R1であるときは、目標充電状態A,Bは、目標充電状態Tsocの下限値Tsoc0に設定される。なお、制動操作時等に電気モータ1により電気を回生させるときは、そのときに発生する回生発電量をも考慮して目標充電状態Tsocを設定する。この場合の目標充電状態Tsocの設定は、たとえば余剰発電量Agにより図5に示すテーブルから読み出した目標充電状態Tsocを基本値として、これを車速VSP(回生発電量は、車速VSPが高いときほど大きいと考えられる。)に応じて補正することにより行う。
【0023】
S203では、バッテリ121の充電状態SOCが目標充電状態Tsocよりも大きいか否かを判定する。Tsocよりも大きいときは、S204へ進み、Tsoc以下であるときは、このルーチンをリターンする。
【0024】
S204では、充電状態SOCの目標充電状態Tsocに対する偏差(以下「充電状態偏差」という。)ΔSOC(=SOC−Tsoc)を算出し、その大きさに応じた電力をバッテリ121から放電させて、バッテリ121の充電状態SOCを目標充電状態Tsocに制御する。図7は、充電状態偏差ΔSOCに応じて消費すべきバッテリ121からの電力Leを示しており、消費電力Leは、充電状態偏差ΔSOCの増大に応じて大きな値に設定される。統合コントローラ151は、消費電力Leに応じた数の補機を作動させ、電気負荷を変化させる。すなわち、統合コントローラ151は、消費電力Leの増大に応じて作動させる補機の数を増加させる。
【0025】
次に、バッテリコントローラ171の動作をフローチャートにより説明する。
図8は、充電状態及び内部抵抗演算ルーチンのフローチャートであり、たとえば10ms毎に実行される。
【0026】
S301では、バッテリ121の電圧V及び電流iを読み込む。
S302では、読み込んだV,iに基づいてバッテリ121の充電状態SOCを演算する。充電状態SOCの演算は、電圧Vと電流iとを乗算して電力を算出するとともに、電力を積算し、算出した電力積算値をバッテリ121の容量Cで除算することにより行う(SOC=Σ(V×i)/C)。
【0027】
S303では、バッテリ121の劣化度合いとしての内部抵抗Rを検出する。内部抵抗Rの検出は、バッテリ121が充電又は放電する際に複数組の電流i及び電圧Vをサンプリングし、その結果から特定される電流−電圧直線の傾き(内部抵抗Rに相当する。)を算出することにより行う。
【0028】
S304では、バッテリ121の充電状態SOC及び内部抵抗Rを統合コントローラ151に出力する。
本実施形態では、図2に示すフローチャート全体の機能を備える水素発生量計191が余剰発電量推定手段を、図4のフローチャート全体の機能を備える統合コントローラ151が充電状態制御手段を構成する。
【0029】
本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
第1に、燃料電池111の発電中に燃料電池111の余剰発電量Agを推定し、推定したAgに基づいてバッテリ121の目標充電状態Tsocを設定することとしたので、発電指令値Dgが0に減少された後に生じる実際の余剰発電量をバッテリ121の充電に充て、バッテリ121を効率的に充電することができる。ここで、目標充電状態Tsocを余剰発電量Agが大きいときほど減少させることとしたので、実際の余剰発電量を常に、かつ劣化等の不具合を生じさせることなくバッテリ121に回収させることができる。
【0030】
第2に、バッテリ121の充電状態SOCが目標充電状態Tsocを上回る場合に、充電状態偏差ΔSOCに応じた数の補機を作動させることによりバッテリ121からの電力Leを積極的に消費することとしたので、充電状態偏差ΔSOCを速やかに0に収束させることができる。なお、本実施形態では、統合コントローラ151により充電状態SOCをフィードバック制御することとしているので、目標充電状態Tsocを低下させるだけでもバッテリ121からの電力Leを消費することができる。すなわち、目標充電状態Tsocが低下して充電状態偏差ΔSOCが正の値となれば、バッテリ121の目標充放電電力が放電を要求する負の値となり、燃料電池111の目標発電電力が電気モータ1の消費電力よりも小さくなるので、バッテリ121からの電力Leは、電気モータ1により消費される。本実施形態により補機を作動させることとすれば、充電状態偏差ΔSOCをより速やかに0に収束させることができる。
【0031】
第3に、燃料電池111の発電電力Pgを水素発生量Qh以外に改質装置112の温度Trに基づいて演算することとしたので、発電電力Pgを正確な値として算出し、余剰発電量Agを高い精度で推定することができる。
【0032】
第4に、バッテリ121の目標充電状態Tsocをバッテリ121の内部抵抗Rの増大に応じて減少させることとしたので、バッテリ121に対し、余剰発電量を回収するための余裕を常に持たせておくことができる。
【0033】
以下に、他の実施形態について説明する。なお、第1の実施形態に係るものと同じ機能を持つ構成要素は、同じ符号で示すこととする。
図9は、本発明の第2の実施形態に係る電気自動車の駆動系201の構成を示している。
【0034】
この駆動系201は、余剰発電量推定手段として水素発生量計191に代え、発電電力計291を設置した点に特徴がある。発電電力計291には、統合コントローラ151から発電指令値Dgが、バッテリコントローラ171からバッテリ121の入出力電力Pb2が入力される。発電指令値Dgは、燃料電池コントローラ161にも入力される。発電電力計291は、入力したDg,Pb2に基づいて燃料電池111の余剰発電量Agを演算し、算出したAgを統合コントローラ151に出力する。バッテリコントローラ171は、電圧センサ172及び電流センサ173からバッテリ121の電圧V及び電流iを入力し、入力したV,iに基づいて入出力電力Pb2を演算する。
【0035】
次に、発電電力計291の動作をフローチャートにより説明する。
図10は、余剰発電量演算ルーチンのフローチャートであり、たとえば10ms毎に実行される。
【0036】
S401では、発電指令値Dg及び入出力電力Pb2を読み込む。
S402では、読み込んだDgからPb2を減算し、燃料電池111の発電電力Pg(=Dg−Pb2)を算出する。
【0037】
S403では、算出したPgに基づいて燃料電池111の余剰発電量Agを演算し、算出したAgを統合コントローラ151に出力する。
本実施形態によれば、水素発生量計191による場合と比較して、燃料電池111の発電電力Pgを簡単に算出することができる。
【0038】
図11は、本発明の第3の実施形態に係る自動車の駆動系301の構成を示している。
この駆動系301は、動力源としてエンジン5を備えており、エンジン5からのトルクTrをトランスミッション6により増減させた後、ディファレンシャルギア2を介して車軸3,3に伝達させ、車軸3,3と結合する駆動輪4,4を回転させるように構成されている。また、エンジン5からのトルクTrは、発電装置としてのオルタネータ7にも伝達される。オルタネータ7が発生させた電気は、補機306の作動及びバッテリ121の充電のために使用される。補機306は、オルタネータ7以外に燃料電池111及びバッテリ121とも接続されており、主として燃料電池111からの電力により作動し、負荷に応じてオルタネータ7及びバッテリ121のいずれか又はこれらの双方から電力が供給される。
【0039】
エンジン5のトルクTrは、統合コントローラ151からのエンジントルク指令値Dte(アクセル開度APOに基づいて演算される。)に基づいてエンジンコントローラ181により制御される。エンジンコントローラ181は、エンジントルク指令値Dteに応じたストッロル開度TVOを設定し、トルクTrを制御する。また、エンジン5には、クランク角センサ182が設置されており、エンジンコントローラ181は、検出された単位クランク角信号又は基準クランク角信号に基づいてエンジン回転数Neを演算し、算出したNeを統合コントローラ151に出力する。
【0040】
燃料電池111の発電電力Pw1は、統合コントローラ151からの発電指令値Dgに基づいて燃料電池コントローラ161により制御される。統合コントローラ151は、補機306の要求電力Prに応じた発電指令値Dgを設定し、燃料電池コントローラ161に出力する。燃料電池コントローラ161は、入力したDgに基づいて改質装置112に設けられた図示しないインジェクタを制御する。改質装置112は、噴射された原燃料(ガソリンを使用する。)の量に応じた量の水素を発生させ、燃料電池111に供給する。燃料電池111は、供給された水素の量に応じた大きさの電力を発生させる。燃料電池111の発電電力Pw1の要求電力Prに対する不足分は、オルタネータ7又はバッテリ121からの電力により賄われ、余剰分は、バッテリ121の充電に充てられる。
【0041】
バッテリ121には、電圧センサ172及び電流センサ173が設置されており、検出されたバッテリ121の電圧V及び電流iは、バッテリコントローラ171に出力される。バッテリコントローラ171は、入力したV,iに基づいてバッテリ121の充電状態SOC、内部抵抗R(劣化度合いを示す。)及び入出力可能電力Pb1を演算し、算出したSOC等を統合コントローラ151に出力する。統合コントローラ151は、バッテリ151の目標充電状態Tsocを設定し、充電状態偏差ΔSOC(=SOC−Tsoc)に応じてバッテリ121の充電状態を制御する。
【0042】
本実施形態では、余剰発電量推定手段として水素発生量計191が設けられている。水素発生量計191は、図2に示すフローチャートにより改質装置112における水素発生量Qhを演算するとともに、燃料電池111の余剰発電量Agを演算し、算出したAgを統合コントローラ151に出力する。
【0043】
次に、統合コントローラ151の動作をフローチャートにより説明する。
図12は、充電状態制御ルーチンのフローチャートであり、たとえば10ms毎に実行される。
【0044】
S501では、エンジントルク指令値Dte及びエンジン回転数Neを読み込む。
S502では、読み込んだDte,Neを乗算し、エンジン出力Pe(=Dte×Ne)を算出する。
【0045】
S503では、燃料電池111の余剰発電量Ag、バッテリ121の充電状態SOC及び内部抵抗Rを読み込む。
S504では、エンジン出力Peに基づいて最小出力時目標充電状態A及び最大出力時目標充電状態Bの補正値Ka,Kbを演算する。補正値Ka,Kbの演算は、エンジン出力Peにより図13に示すテーブルを検索することにより行う。図13に示すテーブルにおいて、補正値Ka,Kbは、大きなエンジン出力Peに対応するものほど小さな値に設定されている。
【0046】
S505では、目標充電状態Tsocを設定する。目標充電状態Tsocの設定は、内部抵抗Rに応じて定められる図5のテーブルの最小及び最大出力時目標充電状態A,Bを、補正値Ka,Kbを乗算することにより補正し、エンジン出力Peによる補正後のテーブルを余剰発電量Agにより検索して行う。
【0047】
S506では、バッテリ121の充電状態SOCが目標充電状態Tsocよりも大きいか否かを判定する。Tsocよりも大きいときは、S507へ進み、Tsoc以下であるときは、このルーチンをリターンする。
【0048】
S507では、充電状態偏差ΔSOCを算出し、その大きさに応じた数の補機を作動させて、バッテリ121の充電状態SOCを目標充電状態Tsocに制御する。
【0049】
本実施形態では、図12に示すフローチャート全体の機能を備える統合コントローラ151が充電状態制御手段を構成する。
本実施形態によれば、燃料電池111を補助動力源として用いる場合に、出力応答性の低さをバッテリ121からの電力により補うとともに、余剰発電量Agを劣化等の不具合を生じさせずにバッテリ121に回収させ、バッテリ121を効率的に充電することができる。
【0050】
また、バッテリ121の目標充電状態Tsocをエンジン出力Peに応じて変化させることとしたので、燃料電池111からの電力Pw1の要求電力Prに対する不足分をオルタネータ7からの電力Pw3により賄うことができるときは、バッテリ121の充電状態を低く抑え、余剰発電量Agを確実に回収することのできる状態にしておくことができる。
【0051】
図14は、本発明の第4の実施形態に係る自動車の駆動系401の構成を示している。
この駆動系401は、エンジン5を動力源とするものにおいて、余剰発電量推定手段として発電電力計291を設けた点に特徴がある。発電電力計291は、統合コントローラ151から発電指令値Dgを、バッテリコントローラ171からバッテリ121の入出力電力Pb2を入力する。入力したDg,Pb2に基づいて図10に示すフローチャートにより燃料電池111の発電電力Pgを演算するとともに、余剰発電量Agを演算し、算出したAgを統合コントローラ151に出力する。
【0052】
本実施形態によれば、燃料電池111の発電電力Pgを簡単に算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る電気自動車の駆動系
【図2】余剰発電量演算ルーチンのフローチャート
【図3】余剰発電量Agの説明
【図4】充電状態制御ルーチンのフローチャート
【図5】目標充電状態Tsocのテーブル
【図6】最小及び最大出力時目標充電状態A,Bのテーブル
【図7】充電状態制御時消費電力Leのテーブル
【図8】充電状態及び内部抵抗演算ルーチンのフローチャート
【図9】本発明の第2の実施形態に係る電気自動車の駆動系
【図10】余剰発電量演算ルーチンのフローチャート
【図11】本発明の第3の実施形態に係る自動車の駆動系
【図12】充電状態制御ルーチンのフローチャート
【図13】最小及び最大出力時目標充電状態補正値Ka,Kbのテーブル
【図14】本発明の第4の実施形態に係る自動車の駆動系
【符号の説明】
1…電気モータ、2…ディファレンシャル、3…車軸、4…駆動輪、5…エンジン、6…トランスミッション、7…発電装置としてのオルタネータ、111…燃料電池、121…蓄電装置としてのバッテリ、151…統合コントローラ、152…アクセルセンサ、153…車速センサ、161…燃料電池コントローラ、171…バッテリコントローラ、172…バッテリ電圧センサ、173…バッテリ電流センサ、181…モータコントローラ、191…水素発生量計、192…改質温度センサ、193…水素圧力センサ、291…発電電力計。
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源装置の制御装置に関し、詳細には、改質型燃料電池と、この燃料電池が発生させた電気を蓄える蓄電装置とを含んで構成される電源装置において、蓄電装置の充電状態を制御する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
メタノール又はガソリン等の原燃料を改質して発生させた水素により発電する燃料電池は、改質型燃料電池として知られており、改質型燃料電池を含んで構成される電源装置として、この燃料電池が発生させた電気を蓄える蓄電装置を備えるものが知られている。また、このような電源装置を含んで構成された駆動源を備える電気自動車又はハイブリッド自動車が知られており(特許文献1)、この電気自動車等の駆動源において、燃料電池及び蓄電装置は、駆動輪を回転させる共通の電気モータに接続される。主として燃料電池からの電力により電気モータを作動させ、要求電力に対する不足分が生じたときは、その不足分を蓄電装置からの電力により賄う。逆に、燃料電池からの電力が要求電力を上回るときは、余剰分を蓄電装置の充電に充てる。このように燃料電池からの電力に要求電力に対する過不足が生じるのは、燃料電池の出力応答性が低いためであり、この燃料電池の出力応答性の低さは、原燃料の改質反応に起因する。すなわち、原燃料の改質には反応速度の制限があるため、要求電力の変化に応じ、改質装置に供給する原燃料を増加させたとしても発生する水素はすぐには増加せず、また、供給する原燃料を減少させたとしても発生する水素はすぐには減少しない。燃料電池及び蓄電装置を併設して電源装置を構成することで、出力応答性が低いという燃料電池の特性を蓄電装置により補い、電源装置として高い出力応答性を確保するとともに、燃料電池の特性を利用して蓄電装置を効率的に充電することが可能である。
【0003】
【特許文献1】
特開2001−325976号公報(段落番号0041,0065)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の電源装置には、次のような問題がある。すなわち、上記の電源装置では、燃料電池からの電力に要求電力に対する余剰分が生じたときは、その余剰分を蓄電装置の充電に充てることとしている。ここで、要求電力が瞬時に0に減少されることにより燃料電池からの電力に大きな余剰分が生じ、かつそのときの蓄電装置の充電状態が満状態に近く、この余剰分を蓄電装置に良好に回収させることができないときは、過充電により蓄電装置を劣化させたり、電気自動車等の運転性を悪化させたりすることが考えられる。このような事態を回避するため、余剰分のすべてを常に回収可能とするには、蓄電装置の容量を必要以上に大きなものとしなければならない。
【0005】
本発明は、改質型燃料電池と、この燃料電池が発生させた電力を蓄える蓄電装置とを含んで構成される電源装置において、容量の比較的に小さな蓄電装置により燃料電池からの電力の余剰分を常に回収可能とし、蓄電装置の劣化等の不具合を防止しつつ蓄電装置を効率的に充電することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、原燃料を改質して水素を発生させる改質装置と、改質装置が発生させた水素により発電する燃料電池と、燃料電池が発生させた電気を蓄える蓄電装置とを含んで構成される電源装置の制御装置を提供する。本発明に係る装置は、燃料電池の発電中に、改質装置への原燃料の供給を停止させた場合に燃料電池の発電が実際に停止するまでに燃料電池が発生させる余剰発電量を推定し、推定した余剰発電量に基づいて蓄電装置の充電状態を制御することを特徴とする。
【0007】
本発明によれば、改質装置への原燃料の供給を停止させた場合に燃料電池が発生させる電力の余剰分を見越して蓄電装置の充電状態が制御されることになるので、生じた余剰分のすべてを常に蓄電装置の充電に充て、劣化等の不具合を防止しつつ蓄電装置を効率的に充電することが可能となる。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る電気自動車の駆動系101の構成を示している。
【0009】
この駆動系101は、動力源として電気モータ1を備えており、電気モータ1からのトルクTrをディファレンシャルギア2を介して車軸3,3に伝達させ、車軸3,3と結合する駆動輪4,4を回転させるように構成されている。電気モータ1の電源装置は、燃料電池111と、蓄電装置としての充電及び放電が可能なバッテリ121とを含んで構成される。燃料電池111に対し、原燃料としてのガソリンを改質して水素を発生させる改質装置112が設けられており、燃料電池111は、発生した水素を燃料として発電する。電気モータ1は、要求出力や、バッテリ112の充電状態等に応じ、燃料電池111及びバッテリ121のいずれか一方又はこれらの双方からの電力により作動する。
【0010】
電気モータ1のトルクTrは、統合コントローラ151からのモータトルク指令値Dtmに応じてモータコントローラ181により制御される。電気モータ1に供給される電力は、統合コントローラ151からの指令値に応じ、燃料電池コントローラ161が燃料電池111の発電電力Pw1を制御し、バッテリコンロローラ171がバッテリ121の充放電電力Pw2を制御することにより制御される。
【0011】
具体的には、統合コントローラ151に対してアクセルセンサ152及び車速センサ153が設けられており、統合コントローラ151は、検出されたアクセル開度APO及び車速VSPに基づいて電気モータ1の目標駆動出力を算出する。統合コントローラ151は、目標駆動出力を電気モータ1の回転速度(車速VSPに比例する。)で除算して電気モータ1の目標トルクを算出し、目標トルクに応じた大きさのモータトルク指令値Dtmをモータコントローラ181に出力する。また、統合コントローラ151は、目標駆動出力に電気モータ1の損失分を加算して電気モータ1の消費電力を算出し、消費電力にバッテリ121の目標充放電電力を加算して燃料電池111の目標発電電力を算出する。統合コントローラ151は、目標発電電力に応じた大きさの発電指令値Dgを燃料電池コントローラ161に出力する。統合コントローラ151は、バッテリ121の目標充電状態Tsocと実際の充電状態SOCとの偏差に応じた目標充放電電力を設定し、バッテリ121の充電状態をフィードバック制御する。
【0012】
燃料電池コントローラ161は、統合コントローラ151から発電指令値Dgを入力し、入力したDgに基づいて原燃料噴射量Qfを演算する。改質装置112には、図示しないインジェクタが設置されており、インジェクタは、開弁率(原燃料噴射量Qfに比例する。)に応じた量のガソリンを噴射する。改質装置112では、噴射されたガソリンの量に応じた量の水素が改質により発生する。燃料電池111は、発生した水素の量に応じた大きさの電力を発生させ、電気モータ1に供給する。
【0013】
バッテリ121には、電圧センサ172及び電流センサ173が設置されており、検出されたバッテリ121の電圧V及び電流iは、バッテリコントローラ171に出力される。バッテリコントローラ171は、入力したV,iに基づいてバッテリ121の充電状態SOC、劣化度合い及び入出力可能電力Pb1を演算する。バッテリコントローラ171は、算出したSOC等を統合コントローラ151に出力する。本実施形態では、バッテリ121の劣化度合いを示す指標として、バッテリ121の内部抵抗Rを採用する。
【0014】
モータコントローラ181は、統合コントローラ151からモータトルク指令値Dtmを入力し、入力したDtmに応じて電気モータ1が発生させるトルクTrを制御する。
【0015】
本実施形態では、改質装置112に対して水素発生量計191が設けられており、水素発生量計191により燃料電池111の余剰発電量Agが演算され、統合コントローラ151に出力される。改質装置112には、改質装置112の温度(以下「改質温度」という。)Trを検出する温度センサ192と、改質装置112内の水素圧力Phを検出する圧力センサ193とが設置されており、検出された改質温度Tr及び水素圧力Phは、水素発生量計191に出力される。水素発生量計191は、入力したTr,Phに基づいて水素発生量Qhを演算するとともに、余剰発電量Agを演算する。
【0016】
次に、水素発生量計191の動作をフローチャートにより説明する。
図2は、余剰発電量演算ルーチンのフローチャートであり、たとえば10ms毎に実行される。
【0017】
S101では、原燃料噴射量Qf(燃料電池コントローラ161から出力される。)を読み込むとともに、改質温度Tr及び水素圧力Phを読み込む。
S102では、読み込んだQf,Trに基づいて水素発生量Qhを演算する。水素発生量Qhの演算は、原燃料噴射量Qfに応じた基本値(=Qf×r:rをガソリンの水素含有率とする。)を算出し、これに改質温度Trに応じた補正値Ktrを乗算することにより行う(Qh=Qf×r×Ktr)。補正値Ktrは、原燃料噴射量Qf及び改質温度Trに応じてKtrを割り付けたマップを検索して算出する。
【0018】
S103では、水素発生量Qh及び水素圧力Phに基づいて燃料電池111の発電電力Pgを演算する。発電電力Pgの演算は、水素発生量Qh及び水素圧力Phに応じてPgを割り付けたマップを検索することにより行う。
【0019】
S104では、算出したPgに基づいて燃料電池111の余剰発電量Agを演算し、算出したAgを統合コントローラ151に出力する。余剰発電量Agは、統合コントローラ151からの発電指令値Dgが0に減少された場合に、改質装置112へのガソリンの供給が停止された後、燃料電池111の発電が実際に停止するまでに燃料電池111が発生させる発電量である。図3は、発電指令値Dgが0に減少された場合の燃料電池111の発電電力Pw1の変化を示している。改質装置112における改質反応のため、燃料電池111の発電は、発電指令値Dgが0に減少された後も継続し、発電電力Pw1は、その後時間の経過とともに減少する。改質装置112へのガソリンの供給が停止された時刻t1から燃料電池111の発電電力Pw1が0となる時刻t2までの発電電力Pw1の積算値(すなわち、図中の斜線部の面積)が余剰発電量Agに相当する。
【0020】
次に、統合コントローラ151の動作をフローチャートにより説明する。
図4は、充電状態制御ルーチンのフローチャートであり、たとえば10ms毎に実行される。
【0021】
S201では、余剰発電量Ag、バッテリ121の充電状態SOC及び内部抵抗Rを読み込む。
S202では、読み込んだAgに基づいてバッテリ121の目標充電状態Tsocを設定する。目標充電状態Tsocの設定は、次のようにテーブルを検索することにより行う。
【0022】
図5は、余剰発電量Agに応じて設定すべき目標充電状態Tsocを定めたテーブルを示している。図5に示すテーブルにおいて、目標充電状態Tsocは、Ag=0に対応する最大値(以下「最小出力時目標充電状態」という。)Aと、Ag=最大値に対応する最小値(以下「最大出力時目標充電状態」という。)Bとの間を負の傾きで変化するように設定されている。目標充電状態A,Bは、バッテリ121の劣化度合い(すなわち、内部抵抗R)に応じて変更され、図6に示すように内部抵抗Rが大きいときほど小さな値に設定される。内部抵抗Rがバッテリ121が故障していることを示す所定値R1であるときは、目標充電状態A,Bは、目標充電状態Tsocの下限値Tsoc0に設定される。なお、制動操作時等に電気モータ1により電気を回生させるときは、そのときに発生する回生発電量をも考慮して目標充電状態Tsocを設定する。この場合の目標充電状態Tsocの設定は、たとえば余剰発電量Agにより図5に示すテーブルから読み出した目標充電状態Tsocを基本値として、これを車速VSP(回生発電量は、車速VSPが高いときほど大きいと考えられる。)に応じて補正することにより行う。
【0023】
S203では、バッテリ121の充電状態SOCが目標充電状態Tsocよりも大きいか否かを判定する。Tsocよりも大きいときは、S204へ進み、Tsoc以下であるときは、このルーチンをリターンする。
【0024】
S204では、充電状態SOCの目標充電状態Tsocに対する偏差(以下「充電状態偏差」という。)ΔSOC(=SOC−Tsoc)を算出し、その大きさに応じた電力をバッテリ121から放電させて、バッテリ121の充電状態SOCを目標充電状態Tsocに制御する。図7は、充電状態偏差ΔSOCに応じて消費すべきバッテリ121からの電力Leを示しており、消費電力Leは、充電状態偏差ΔSOCの増大に応じて大きな値に設定される。統合コントローラ151は、消費電力Leに応じた数の補機を作動させ、電気負荷を変化させる。すなわち、統合コントローラ151は、消費電力Leの増大に応じて作動させる補機の数を増加させる。
【0025】
次に、バッテリコントローラ171の動作をフローチャートにより説明する。
図8は、充電状態及び内部抵抗演算ルーチンのフローチャートであり、たとえば10ms毎に実行される。
【0026】
S301では、バッテリ121の電圧V及び電流iを読み込む。
S302では、読み込んだV,iに基づいてバッテリ121の充電状態SOCを演算する。充電状態SOCの演算は、電圧Vと電流iとを乗算して電力を算出するとともに、電力を積算し、算出した電力積算値をバッテリ121の容量Cで除算することにより行う(SOC=Σ(V×i)/C)。
【0027】
S303では、バッテリ121の劣化度合いとしての内部抵抗Rを検出する。内部抵抗Rの検出は、バッテリ121が充電又は放電する際に複数組の電流i及び電圧Vをサンプリングし、その結果から特定される電流−電圧直線の傾き(内部抵抗Rに相当する。)を算出することにより行う。
【0028】
S304では、バッテリ121の充電状態SOC及び内部抵抗Rを統合コントローラ151に出力する。
本実施形態では、図2に示すフローチャート全体の機能を備える水素発生量計191が余剰発電量推定手段を、図4のフローチャート全体の機能を備える統合コントローラ151が充電状態制御手段を構成する。
【0029】
本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
第1に、燃料電池111の発電中に燃料電池111の余剰発電量Agを推定し、推定したAgに基づいてバッテリ121の目標充電状態Tsocを設定することとしたので、発電指令値Dgが0に減少された後に生じる実際の余剰発電量をバッテリ121の充電に充て、バッテリ121を効率的に充電することができる。ここで、目標充電状態Tsocを余剰発電量Agが大きいときほど減少させることとしたので、実際の余剰発電量を常に、かつ劣化等の不具合を生じさせることなくバッテリ121に回収させることができる。
【0030】
第2に、バッテリ121の充電状態SOCが目標充電状態Tsocを上回る場合に、充電状態偏差ΔSOCに応じた数の補機を作動させることによりバッテリ121からの電力Leを積極的に消費することとしたので、充電状態偏差ΔSOCを速やかに0に収束させることができる。なお、本実施形態では、統合コントローラ151により充電状態SOCをフィードバック制御することとしているので、目標充電状態Tsocを低下させるだけでもバッテリ121からの電力Leを消費することができる。すなわち、目標充電状態Tsocが低下して充電状態偏差ΔSOCが正の値となれば、バッテリ121の目標充放電電力が放電を要求する負の値となり、燃料電池111の目標発電電力が電気モータ1の消費電力よりも小さくなるので、バッテリ121からの電力Leは、電気モータ1により消費される。本実施形態により補機を作動させることとすれば、充電状態偏差ΔSOCをより速やかに0に収束させることができる。
【0031】
第3に、燃料電池111の発電電力Pgを水素発生量Qh以外に改質装置112の温度Trに基づいて演算することとしたので、発電電力Pgを正確な値として算出し、余剰発電量Agを高い精度で推定することができる。
【0032】
第4に、バッテリ121の目標充電状態Tsocをバッテリ121の内部抵抗Rの増大に応じて減少させることとしたので、バッテリ121に対し、余剰発電量を回収するための余裕を常に持たせておくことができる。
【0033】
以下に、他の実施形態について説明する。なお、第1の実施形態に係るものと同じ機能を持つ構成要素は、同じ符号で示すこととする。
図9は、本発明の第2の実施形態に係る電気自動車の駆動系201の構成を示している。
【0034】
この駆動系201は、余剰発電量推定手段として水素発生量計191に代え、発電電力計291を設置した点に特徴がある。発電電力計291には、統合コントローラ151から発電指令値Dgが、バッテリコントローラ171からバッテリ121の入出力電力Pb2が入力される。発電指令値Dgは、燃料電池コントローラ161にも入力される。発電電力計291は、入力したDg,Pb2に基づいて燃料電池111の余剰発電量Agを演算し、算出したAgを統合コントローラ151に出力する。バッテリコントローラ171は、電圧センサ172及び電流センサ173からバッテリ121の電圧V及び電流iを入力し、入力したV,iに基づいて入出力電力Pb2を演算する。
【0035】
次に、発電電力計291の動作をフローチャートにより説明する。
図10は、余剰発電量演算ルーチンのフローチャートであり、たとえば10ms毎に実行される。
【0036】
S401では、発電指令値Dg及び入出力電力Pb2を読み込む。
S402では、読み込んだDgからPb2を減算し、燃料電池111の発電電力Pg(=Dg−Pb2)を算出する。
【0037】
S403では、算出したPgに基づいて燃料電池111の余剰発電量Agを演算し、算出したAgを統合コントローラ151に出力する。
本実施形態によれば、水素発生量計191による場合と比較して、燃料電池111の発電電力Pgを簡単に算出することができる。
【0038】
図11は、本発明の第3の実施形態に係る自動車の駆動系301の構成を示している。
この駆動系301は、動力源としてエンジン5を備えており、エンジン5からのトルクTrをトランスミッション6により増減させた後、ディファレンシャルギア2を介して車軸3,3に伝達させ、車軸3,3と結合する駆動輪4,4を回転させるように構成されている。また、エンジン5からのトルクTrは、発電装置としてのオルタネータ7にも伝達される。オルタネータ7が発生させた電気は、補機306の作動及びバッテリ121の充電のために使用される。補機306は、オルタネータ7以外に燃料電池111及びバッテリ121とも接続されており、主として燃料電池111からの電力により作動し、負荷に応じてオルタネータ7及びバッテリ121のいずれか又はこれらの双方から電力が供給される。
【0039】
エンジン5のトルクTrは、統合コントローラ151からのエンジントルク指令値Dte(アクセル開度APOに基づいて演算される。)に基づいてエンジンコントローラ181により制御される。エンジンコントローラ181は、エンジントルク指令値Dteに応じたストッロル開度TVOを設定し、トルクTrを制御する。また、エンジン5には、クランク角センサ182が設置されており、エンジンコントローラ181は、検出された単位クランク角信号又は基準クランク角信号に基づいてエンジン回転数Neを演算し、算出したNeを統合コントローラ151に出力する。
【0040】
燃料電池111の発電電力Pw1は、統合コントローラ151からの発電指令値Dgに基づいて燃料電池コントローラ161により制御される。統合コントローラ151は、補機306の要求電力Prに応じた発電指令値Dgを設定し、燃料電池コントローラ161に出力する。燃料電池コントローラ161は、入力したDgに基づいて改質装置112に設けられた図示しないインジェクタを制御する。改質装置112は、噴射された原燃料(ガソリンを使用する。)の量に応じた量の水素を発生させ、燃料電池111に供給する。燃料電池111は、供給された水素の量に応じた大きさの電力を発生させる。燃料電池111の発電電力Pw1の要求電力Prに対する不足分は、オルタネータ7又はバッテリ121からの電力により賄われ、余剰分は、バッテリ121の充電に充てられる。
【0041】
バッテリ121には、電圧センサ172及び電流センサ173が設置されており、検出されたバッテリ121の電圧V及び電流iは、バッテリコントローラ171に出力される。バッテリコントローラ171は、入力したV,iに基づいてバッテリ121の充電状態SOC、内部抵抗R(劣化度合いを示す。)及び入出力可能電力Pb1を演算し、算出したSOC等を統合コントローラ151に出力する。統合コントローラ151は、バッテリ151の目標充電状態Tsocを設定し、充電状態偏差ΔSOC(=SOC−Tsoc)に応じてバッテリ121の充電状態を制御する。
【0042】
本実施形態では、余剰発電量推定手段として水素発生量計191が設けられている。水素発生量計191は、図2に示すフローチャートにより改質装置112における水素発生量Qhを演算するとともに、燃料電池111の余剰発電量Agを演算し、算出したAgを統合コントローラ151に出力する。
【0043】
次に、統合コントローラ151の動作をフローチャートにより説明する。
図12は、充電状態制御ルーチンのフローチャートであり、たとえば10ms毎に実行される。
【0044】
S501では、エンジントルク指令値Dte及びエンジン回転数Neを読み込む。
S502では、読み込んだDte,Neを乗算し、エンジン出力Pe(=Dte×Ne)を算出する。
【0045】
S503では、燃料電池111の余剰発電量Ag、バッテリ121の充電状態SOC及び内部抵抗Rを読み込む。
S504では、エンジン出力Peに基づいて最小出力時目標充電状態A及び最大出力時目標充電状態Bの補正値Ka,Kbを演算する。補正値Ka,Kbの演算は、エンジン出力Peにより図13に示すテーブルを検索することにより行う。図13に示すテーブルにおいて、補正値Ka,Kbは、大きなエンジン出力Peに対応するものほど小さな値に設定されている。
【0046】
S505では、目標充電状態Tsocを設定する。目標充電状態Tsocの設定は、内部抵抗Rに応じて定められる図5のテーブルの最小及び最大出力時目標充電状態A,Bを、補正値Ka,Kbを乗算することにより補正し、エンジン出力Peによる補正後のテーブルを余剰発電量Agにより検索して行う。
【0047】
S506では、バッテリ121の充電状態SOCが目標充電状態Tsocよりも大きいか否かを判定する。Tsocよりも大きいときは、S507へ進み、Tsoc以下であるときは、このルーチンをリターンする。
【0048】
S507では、充電状態偏差ΔSOCを算出し、その大きさに応じた数の補機を作動させて、バッテリ121の充電状態SOCを目標充電状態Tsocに制御する。
【0049】
本実施形態では、図12に示すフローチャート全体の機能を備える統合コントローラ151が充電状態制御手段を構成する。
本実施形態によれば、燃料電池111を補助動力源として用いる場合に、出力応答性の低さをバッテリ121からの電力により補うとともに、余剰発電量Agを劣化等の不具合を生じさせずにバッテリ121に回収させ、バッテリ121を効率的に充電することができる。
【0050】
また、バッテリ121の目標充電状態Tsocをエンジン出力Peに応じて変化させることとしたので、燃料電池111からの電力Pw1の要求電力Prに対する不足分をオルタネータ7からの電力Pw3により賄うことができるときは、バッテリ121の充電状態を低く抑え、余剰発電量Agを確実に回収することのできる状態にしておくことができる。
【0051】
図14は、本発明の第4の実施形態に係る自動車の駆動系401の構成を示している。
この駆動系401は、エンジン5を動力源とするものにおいて、余剰発電量推定手段として発電電力計291を設けた点に特徴がある。発電電力計291は、統合コントローラ151から発電指令値Dgを、バッテリコントローラ171からバッテリ121の入出力電力Pb2を入力する。入力したDg,Pb2に基づいて図10に示すフローチャートにより燃料電池111の発電電力Pgを演算するとともに、余剰発電量Agを演算し、算出したAgを統合コントローラ151に出力する。
【0052】
本実施形態によれば、燃料電池111の発電電力Pgを簡単に算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る電気自動車の駆動系
【図2】余剰発電量演算ルーチンのフローチャート
【図3】余剰発電量Agの説明
【図4】充電状態制御ルーチンのフローチャート
【図5】目標充電状態Tsocのテーブル
【図6】最小及び最大出力時目標充電状態A,Bのテーブル
【図7】充電状態制御時消費電力Leのテーブル
【図8】充電状態及び内部抵抗演算ルーチンのフローチャート
【図9】本発明の第2の実施形態に係る電気自動車の駆動系
【図10】余剰発電量演算ルーチンのフローチャート
【図11】本発明の第3の実施形態に係る自動車の駆動系
【図12】充電状態制御ルーチンのフローチャート
【図13】最小及び最大出力時目標充電状態補正値Ka,Kbのテーブル
【図14】本発明の第4の実施形態に係る自動車の駆動系
【符号の説明】
1…電気モータ、2…ディファレンシャル、3…車軸、4…駆動輪、5…エンジン、6…トランスミッション、7…発電装置としてのオルタネータ、111…燃料電池、121…蓄電装置としてのバッテリ、151…統合コントローラ、152…アクセルセンサ、153…車速センサ、161…燃料電池コントローラ、171…バッテリコントローラ、172…バッテリ電圧センサ、173…バッテリ電流センサ、181…モータコントローラ、191…水素発生量計、192…改質温度センサ、193…水素圧力センサ、291…発電電力計。
Claims (11)
- 原燃料を改質して水素を発生させる改質装置と、
改質装置が発生させた水素により発電する燃料電池と、
燃料電池が発生させた電気を蓄える蓄電装置と、を含んで構成される電源装置の制御装置であって、
燃料電池の発電中に、改質装置への原燃料の供給を停止させた場合に燃料電池の発電が実際に停止するまでに燃料電池が発生させる余剰発電量を推定する余剰発電量推定手段と、
推定した余剰発電量に基づいて蓄電装置の充電状態を制御する充電状態制御手段と、を含んで構成される電源装置の制御装置。 - 余剰発電量推定手段は、燃料電池の運転状態を検出し、検出した運転状態に基づく演算値として余剰発電量を推定する請求項1に記載の電源装置の制御装置。
- 余剰発電量推定手段は、前記運転状態として燃料電池が発生させている電力を検出する請求項2に記載の電源装置の制御装置。
- 余剰発電量推定手段は、改質装置が発生させている水素の量を検出し、検出した水素の量に基づく演算値として燃料電池が発生させている電力を検出する請求項3に記載の電源装置の制御装置。
- 余剰発電量推定手段は、改質装置の温度を検出し、検出した水素の量及び改質装置の温度に基づく演算値として燃料電池が発生させている電力を検出する請求項4に記載の電源装置の制御装置。
- 余剰発電量推定手段は、蓄電装置に入力され又は蓄電装置から出力される電力を蓄電装置の入出力電力として検出し、検出した蓄電装置の入出力電力に基づく演算値として燃料電池が発生させている電力を検出する請求項3に記載の電源装置の制御装置。
- 充電状態制御手段は、蓄電装置の劣化度合いを検出し、推定した余剰発電量及び検出した蓄電装置の劣化度合いに基づいて蓄電装置の充電状態を制御する請求項1〜6のいずれかに記載の電源装置の制御装置。
- 充電状態制御手段は、蓄電装置の目標充電状態を設定し、蓄電装置の充電状態を設定した目標充電状態に制御する場合に、推定した余剰発電量に応じて目標発電量を変化させる請求項1〜7のいずれかに記載の電源装置の制御装置。
- 蓄電装置が蓄える電気により作動する補機を更に含んで構成され、充電状態制御手段は、前記補機により蓄電装置が蓄える電気を消費させて蓄電装置の充電状態を制御する請求項1〜8のいずれかに記載の電源装置の制御装置。
- 電源装置の電力供給対象として、燃料電池が発生させた電気と、蓄電装置が放電した電気とが供給される共通の電気装置が含まれる請求項1〜9のいずれかに記載の電源装置の制御装置。
- エンジンと、エンジンにより駆動されて発電する発電装置とを更に含んで構成され、発電装置が発生させた電気が前記共通の電気装置に供給される場合に、充電状態制御手段は、エンジンの運転状態を検出し、検出したエンジンの運転状態に基づいて蓄電装置の充電状態を制御する請求項10に記載の電源装置の制御装置。
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