JP2006020468A - Control unit for fuel cell vehicle - Google Patents

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Motoharu Nishio
元治 西尾
Hiromitsu Toyoda
博充 豊田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve fuel performance by stopping power generation of a fuel cell during regenerative braking, and to supply a sufficient drive power during re-acceleration. <P>SOLUTION: A brake computer 20 uses both the regenerative braking by a motor and a frictional braking by a friction braking apparatus to execute braking control. A travelling control system computer 10, the brake computer 20 and a fuel cell computer 103 cooperate with each other to put the fuel cell 11 into a state from which power can be taken out, before the regenerative braking is switched to the friction braking during braking a vehicle, enabling a sufficient drive power to be supplied during re-acceleration. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、車両駆動モータによる回生制動を行う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 performs regenerative braking by a vehicle drive motor.

燃料電池は、水素ガスなどの燃料ガスと酸素を有する酸化ガスとを電解質を介して電気化学的に反応させ、電解質両面に設けた電極間から電気エネルギを直接取り出すものである。特に固体高分子電解質を用いた固体高分子型燃料電池は、動作温度が低く、取り扱いが容易なことから電動車両用の電源として注目されている。すなわち、燃料電池車両は、高圧水素タンク、液体水素タンク、水素吸蔵合金タンクなどの水素貯蔵装置を車両に搭載し、そこから供給される水素と、酸素を含む空気とを燃料電池に送り込んで反応させ、燃料電池から取り出した電気エネルギで駆動輪につながるモータを駆動するものであり、排出物質は水だけであるという究極のクリーン車両である。   In a fuel cell, a fuel gas such as hydrogen gas and an oxidizing gas containing oxygen are electrochemically reacted through an electrolyte, and electric energy is directly taken out between electrodes provided on both surfaces of the electrolyte. In particular, a polymer electrolyte fuel cell using a polymer electrolyte has attracted attention as a power source for electric vehicles because of its low operating temperature and easy handling. That is, a fuel cell vehicle is equipped with a hydrogen storage device such as a high-pressure hydrogen tank, a liquid hydrogen tank, or a hydrogen storage alloy tank in the vehicle, and reacts by supplying hydrogen supplied therefrom and air containing oxygen to the fuel cell. This is the ultimate clean vehicle that drives the motor connected to the drive wheels with the electric energy extracted from the fuel cell, and the only exhaust material is water.

通常、ハイブリッド車両や燃料電池車両は、回生制動により車両の運動エネルギーを電力に変換して二次電池に貯蔵することにより、次回の発進または加速に利用している。この回生制動中は、少しでも燃費性能を向上させるため、二次電池の充電状態などに応じてエンジンや燃料電池の発電を停止することがよく知られている(例えば、特許文献1〜3)。   Normally, hybrid vehicles and fuel cell vehicles are used for the next start or acceleration by converting the kinetic energy of the vehicle into electric power by regenerative braking and storing it in a secondary battery. During this regenerative braking, in order to improve the fuel efficiency even a little, it is well known that the power generation of the engine or fuel cell is stopped according to the state of charge of the secondary battery (for example, Patent Documents 1 to 3). .

一方で低車速領域では、ブレーキペダルのストロークに応じた微妙な制動を行うには回生制動の応答速度が遅いため、所定車速以下の領域では機械的な摩擦力を使用した摩擦制動装置による制動を実施する必要がある。
特開2001−245405号公報(第5頁、図6) 特開2002−135903号公報(第2頁、図10) 特開平11−289605号公報(第5頁、図1)
On the other hand, in the low vehicle speed range, the response speed of regenerative braking is slow to perform delicate braking according to the stroke of the brake pedal. Therefore, in the region below the predetermined vehicle speed, braking by a friction braking device using mechanical friction force is performed. Need to be implemented.
JP 2001-245405 A (5th page, FIG. 6) JP 2002-135903 A (second page, FIG. 10) JP-A-11-289605 (5th page, FIG. 1)

しかしながら、回生制動から摩擦制動に切り換えると、回生電力の供給がなくなり二次電池から放電する一方になり、二次電池の充電量が減少しつづける。また燃料電池システムを起動するためには、回生制動を停止する応答時間よりもはるかに長い起動時間を必要とする。   However, when switching from regenerative braking to friction braking, regenerative power is not supplied and the secondary battery is discharged, and the amount of charge of the secondary battery continues to decrease. Moreover, in order to start a fuel cell system, the start time much longer than the response time which stops regenerative braking is required.

この燃料電池の起動の間、二次電池から電力が持ち出される一方となり、再加速時に駆動用電力が不足したり、二次電池の蓄電容量不足が発生するという問題点があった。   During the start-up of the fuel cell, power is taken out from the secondary battery, and there is a problem that the driving power is insufficient at the time of reacceleration or the storage capacity of the secondary battery is insufficient.

本発明は、上記課題を解決するため、水素を含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、充電可能な二次電池と、前記燃料電池及び前記二次電池の少なくとも一方から供給された電力により車両を駆動するとともに、車両制動時に回転エネルギーを電気エネルギーに変換する回生制動を行うことができる車両駆動モータと、摩擦力により車両を制動する摩擦制動装置と、車両制動時に前記車両駆動モータによる回生制動と前記摩擦制動装置による制動とを併用することができる制動制御手段と、前記回生制動による制動状態から前記摩擦制動装置のみによる制動状態へ移行する前に、前記燃料電池を電力取り出し可能状態に制御する燃料電池制御手段と、を備えたことを要旨とする燃料電池車両の制御装置である。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides a fuel cell that generates power by receiving supply of a fuel gas containing hydrogen and an oxidant gas containing oxygen, a rechargeable secondary battery, the fuel cell, and the secondary battery. A vehicle drive motor capable of driving the vehicle with electric power supplied from at least one of them, and performing regenerative braking that converts rotational energy into electrical energy during vehicle braking, and a friction braking device that brakes the vehicle with frictional force; Before the transition from the braking state by the regenerative braking to the braking state by only the friction braking device, the braking control means that can use both the regenerative braking by the vehicle drive motor and the braking by the friction braking device during vehicle braking, And a fuel cell control means for controlling the fuel cell to a state where electric power can be taken out. .

本発明によれば、発電電力が不要なときには燃料電池システムを停止して燃費性能を向上させると共に、需要に応じて即座に燃料電池から電力を供給できるため、駆動用電力が不足することなく高い駆動性能を有する燃料電池車両を提供することができる。   According to the present invention, when the generated power is unnecessary, the fuel cell system is stopped to improve the fuel efficiency, and the power can be supplied from the fuel cell immediately according to the demand. A fuel cell vehicle having driving performance can be provided.

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。   Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明に係る燃料電池車両の制御装置を搭載した車両の制御系の構成を示すブロック図であり、図2は、この車両の制動系、駆動系を表す概略構成図である。   FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a control system of a vehicle equipped with a control device for a fuel cell vehicle according to the present invention, and FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a braking system and a drive system of the vehicle.

まず、図2を参照して、本発明が適用される燃料電池車両の構成を説明する。この燃料電池車両は、車両駆動源として回生制動も行うモータ12を有し、モータ12への電力は燃料電池11および二次電池であるバッテリ16の少なくとも一方からインバータ15を介してモータへ供給される。モータ12の駆動力は、ディファレンシャルギヤ17を介して駆動輪である前輪FR、FLに伝達される。   First, a configuration of a fuel cell vehicle to which the present invention is applied will be described with reference to FIG. This fuel cell vehicle has a motor 12 that also performs regenerative braking as a vehicle drive source, and electric power to the motor 12 is supplied to the motor via an inverter 15 from at least one of the fuel cell 11 and a battery 16 that is a secondary battery. The The driving force of the motor 12 is transmitted to the front wheels FR and FL which are driving wheels via the differential gear 17.

モータ12は、例えば、交流同期型であり、インバータ15から供給される3相交流の周波数制御により回転速度が制御される。インバータ15は、回生制動時に、モータ12が発生した交流電力を整流してバッテリー16へ充電、または燃料電池車両内で消費する制御を行う。   The motor 12 is, for example, an AC synchronous type, and the rotation speed is controlled by the three-phase AC frequency control supplied from the inverter 15. The inverter 15 performs control to rectify AC power generated by the motor 12 and charge the battery 16 or consume it in the fuel cell vehicle during regenerative braking.

一方、各車輪FR、FL、RR、RLには、摩擦制動装置である液圧ブレーキ23が設置されている。そして、電動モータやアキュムレーターからなるブレーキ液圧源21と、このブレーキ液圧源21の液圧を基にして各液圧ブレーキ23に供給する作動液圧を調整する液圧調整部22を備えている。   On the other hand, each wheel FR, FL, RR, RL is provided with a hydraulic brake 23 which is a friction braking device. A brake hydraulic pressure source 21 including an electric motor and an accumulator and a hydraulic pressure adjusting unit 22 that adjusts the hydraulic pressure supplied to each hydraulic brake 23 based on the hydraulic pressure of the brake hydraulic pressure source 21 are provided. ing.

本発明に係る燃料電池車両の制御装置は、図1に示されるブレーキコンピュータ20と、走行制御系コンピュータ(ECU)10、さらにモータECU101、バッテリーECU102、燃料電池ECU103からなる。   A control apparatus for a fuel cell vehicle according to the present invention includes a brake computer 20 and a travel control system computer (ECU) 10 shown in FIG. 1, a motor ECU 101, a battery ECU 102, and a fuel cell ECU 103.

液圧ブレーキ23を制御するブレーキコンピュータ20は、ブレーキ液圧源21と液圧調整部22を制御するものであり、図示しないブレーキペダルの操作量を検出するブレーキセンサ30の出力が供給されている。   The brake computer 20 that controls the hydraulic brake 23 controls the brake hydraulic pressure source 21 and the hydraulic pressure adjustment unit 22, and is supplied with an output of a brake sensor 30 that detects an operation amount of a brake pedal (not shown). .

走行制御系コンピュータ10は、主として駆動系を制御するものであり、車速Vを検出する車速センサ31、図示しないアクセルペダルの開度を検出するアクセルセンサ32、車両の前後加速度を検出する前後加速度センサ33の出力信号が供給されている。また走行系コンピュータ10は、モータECU101、バッテリーECU102、燃料電池ECU103を制御するとともに、ブレーキコンピュータ20との通信により制御に必要な情報を共有し、協調して制動制御を行う。   The travel control computer 10 mainly controls the drive system, and includes a vehicle speed sensor 31 that detects the vehicle speed V, an accelerator sensor 32 that detects the opening of an accelerator pedal (not shown), and a longitudinal acceleration sensor that detects longitudinal acceleration of the vehicle. 33 output signals are supplied. In addition, the traveling computer 10 controls the motor ECU 101, the battery ECU 102, and the fuel cell ECU 103, shares information necessary for control through communication with the brake computer 20, and performs braking control in cooperation.

モータECU101は、インバータ15を制御してモータ12の駆動力及び回生制動力を制御する。   The motor ECU 101 controls the inverter 15 to control the driving force and regenerative braking force of the motor 12.

バッテリーECU102は、バッテリー16の充電状態(SOC)を監視するとともにSOCに基づいてバッテリー16の充放電を制御する。   The battery ECU 102 monitors the state of charge (SOC) of the battery 16 and controls charging / discharging of the battery 16 based on the SOC.

また、燃料電池ECU103は、燃料電池11の起動、停止及び運転状態を制御している。   The fuel cell ECU 103 controls the start, stop, and operation state of the fuel cell 11.

次に、この燃料電池車両の制動時の動作について説明する。まず、図示しないブレーキペダルが踏み込まれると、ブレーキペダルの操作量はブレーキセンサ30からブレーキコンピュータ20へと供給される。ブレーキコンピュータ20は、走行制御系コンピュータ10に回生制動要求を行う。   Next, the operation at the time of braking of the fuel cell vehicle will be described. First, when a brake pedal (not shown) is depressed, an operation amount of the brake pedal is supplied from the brake sensor 30 to the brake computer 20. The brake computer 20 makes a regenerative braking request to the travel control system computer 10.

走行制御系コンピュータ10は、この回生制動要求を受けて、モータECU101を介してインバータ15を制御することで、ディファレンシャルギヤ17を介して接続されている駆動輪FL、FRの回転力でモータ12を駆動させることにより発電を行い、得られた電力によりバッテリー16の充電を行う。   In response to this regenerative braking request, the travel control computer 10 controls the inverter 15 via the motor ECU 101 to control the motor 12 with the rotational force of the drive wheels FL and FR connected via the differential gear 17. Electricity is generated by driving, and the battery 16 is charged with the obtained electric power.

この回生制動による発電の際、モータ12の回転に対する抵抗により車両を制動する制動力が得られる。この制動力がブレーキセンサ30の出力信号から算出した要求制動力に不足している場合、ブレーキコンピュータ20は液圧調整部22を作動させて、各ブレーキ23に供給する液圧を調整することにより摩擦制動力を調整して制動を行う。   During power generation by regenerative braking, a braking force for braking the vehicle is obtained by resistance to rotation of the motor 12. When the braking force is insufficient for the required braking force calculated from the output signal of the brake sensor 30, the brake computer 20 operates the hydraulic pressure adjusting unit 22 to adjust the hydraulic pressure supplied to each brake 23. Braking is performed by adjusting the friction braking force.

図3は、この回生協調制御のゼネラルフローチャートである。   FIG. 3 is a general flowchart of this regenerative cooperative control.

この制御は、車両のブレーキコンピュータ20がオンになってから所定タイミングで繰り返し実行されるものである。   This control is repeatedly executed at a predetermined timing after the vehicle brake computer 20 is turned on.

まずステップS1では、ブレーキコンピュータ20、走行制御系コンピュータ10はそれぞれ車両状態量を読み込む。この車両状態量には、ブレーキセンサ30から送られるブレーキ操作量、車速センサ31から送られる車速V、アクセルセンサ32から送られるアクセル開度、前後加速度センサ33から送られる車両の前後加速度G等がある。   First, in step S1, the brake computer 20 and the travel control computer 10 read the vehicle state quantities. The vehicle state quantity includes a brake operation amount sent from the brake sensor 30, a vehicle speed V sent from the vehicle speed sensor 31, an accelerator opening degree sent from the accelerator sensor 32, a longitudinal acceleration G of the vehicle sent from the longitudinal acceleration sensor 33, and the like. is there.

ステップS2では、ブレーキコンピュータ20は、得られた車両状態量から目標減速度(EBA(t))を演算する。   In step S2, the brake computer 20 calculates a target deceleration (EBA (t)) from the obtained vehicle state quantity.

次に、ステップS3では、バッテリーECU102がバッテリー16の充電状態に基づいてバッテリー16が満充電か否かを判定する。バッテリー16が満充電状態でないときは、ステップS4へと移行し、ブレーキコンピュータ20は走行制御系コンピュータ10に対して回生制動要求を送り、走行制御系コンピュータ10は必要な減速度が得られるようモータECU101を介してインバータ15を制御し、回生ブレーキを作動させる。すなわち、モータ12を発電機として機能させることで車両の運動エネルギを電力として回収し、バッテリー16を充電する。   Next, in step S <b> 3, the battery ECU 102 determines whether the battery 16 is fully charged based on the state of charge of the battery 16. When the battery 16 is not fully charged, the process proceeds to step S4, the brake computer 20 sends a regenerative braking request to the traveling control system computer 10, and the traveling control system computer 10 obtains the necessary deceleration. The inverter 15 is controlled via the ECU 101 to activate the regenerative brake. That is, by making the motor 12 function as a generator, the kinetic energy of the vehicle is recovered as electric power, and the battery 16 is charged.

一方、ステップS3の判定でバッテリー16が満充電状態の時には、ステップS5へと移行し、ブレーキコンピュータ20は液圧調整部22を制御して各液圧ブレーキ23で付加する制動力を制御し、必要な減速度を得る。   On the other hand, when the battery 16 is fully charged as determined in step S3, the process proceeds to step S5, where the brake computer 20 controls the hydraulic pressure adjusting unit 22 to control the braking force applied by each hydraulic brake 23, Get the necessary deceleration.

次に、燃料電池車両の駆動源である燃料電池11の基本的な構成について図4を用いて説明する。   Next, a basic configuration of the fuel cell 11 which is a drive source of the fuel cell vehicle will be described with reference to FIG.

燃料電池11は、それぞれ図示しない加湿器により加湿された水素、空気が供給されるアノード(水素極)11a及びカソード(空気極)11bを備えて、これら反応ガスの電気化学反応により直接発電するものである。   The fuel cell 11 includes an anode (hydrogen electrode) 11a and a cathode (air electrode) 11b to which hydrogen and air humidified by a humidifier (not shown) are respectively supplied, and directly generates electric power by an electrochemical reaction of these reaction gases. It is.

空気は、大気からコンプレッサ200で加圧され、図示しない空気加湿器で加湿された後、燃料電池のカソード11bへ供給され、カソード11bで未使用の空気はカソード圧力調整バルブ205から大気へ排出される。   The air is pressurized from the atmosphere by the compressor 200 and humidified by an air humidifier (not shown), and then supplied to the cathode 11b of the fuel cell. Unused air at the cathode 11b is discharged from the cathode pressure adjustment valve 205 to the atmosphere. The

燃料電池のカソード11bへ供給される空気の流量と圧力は、コンプレッサ200の回転数およびカソード圧力調整バルブ205の開度により制御される。   The flow rate and pressure of air supplied to the cathode 11b of the fuel cell are controlled by the rotational speed of the compressor 200 and the opening of the cathode pressure adjustment valve 205.

コンプレッサ200は図示しないモータにより駆動され、燃料電池コンピュータ103は、モータ回転数を参照して、モータが目標の回転数となるようにモータを制御する。   The compressor 200 is driven by a motor (not shown), and the fuel cell computer 103 refers to the motor rotation speed and controls the motor so that the motor reaches the target rotation speed.

また、水素は、高圧で水素が充填された水素貯蔵器201からアノード圧力調整バルブ201、エゼクタ203を経由して、図示しない水素加湿器で加湿された後、燃料電池のアノード11aへ供給され、燃料電池で未使用の水素は、エゼクタ203によって燃料電池のアノード11aへ循環される。   Further, hydrogen is humidified by a hydrogen humidifier (not shown) from a hydrogen reservoir 201 filled with hydrogen at a high pressure via an anode pressure adjusting valve 201 and an ejector 203, and then supplied to the anode 11a of the fuel cell. Unused hydrogen in the fuel cell is circulated by the ejector 203 to the anode 11a of the fuel cell.

燃料電池のアノード11aへ供給される水素の圧力は、アノード圧力調整バルブ202の開度で制御される。燃料電池コンピュータ103は、燃料電池のアノード11aへ供給される水素の圧力が目標の圧力となるようにアノード圧力調整バルブ202を制御する。   The pressure of hydrogen supplied to the anode 11 a of the fuel cell is controlled by the opening degree of the anode pressure adjustment valve 202. The fuel cell computer 103 controls the anode pressure adjustment valve 202 so that the pressure of hydrogen supplied to the anode 11a of the fuel cell becomes a target pressure.

水素パージバルブ204は、燃料電池の状態に応じて燃料電池コンピュータ103が開閉制御することにより、燃料電池内部の水つまりや、カソード11bからアノード11aへの空気のリークによる出力低下および効率低下を防止するために使用するものである。   The hydrogen purge valve 204 is controlled by the fuel cell computer 103 in accordance with the state of the fuel cell, thereby preventing output decrease and efficiency decrease due to water in the fuel cell, that is, air leakage from the cathode 11b to the anode 11a. It is intended for use.

燃料電池コンピュータ103は、走行制御系コンピュータ10からの燃料電池の起動要求、または停止要求を受けて、燃料電池11に供給する水素及び空気の供給開始または供給停止を制御する。   The fuel cell computer 103 controls the start or stop of the supply of hydrogen and air supplied to the fuel cell 11 in response to a request for starting or stopping the fuel cell from the travel control system computer 10.

次に本発明の実施例1における燃料電池車両の制御装置について、図5および図6を用いて説明する。図5は回生協調時に回生ブレーキから液圧ブレーキにすりかわる時の状況を時系列に示したタイムチャートである。   Next, a control apparatus for a fuel cell vehicle in Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a time chart showing, in time series, the situation when switching from regenerative braking to hydraulic braking during regenerative coordination.

図5(a)において、運転者が急にブレーキペダルを踏み込み、ペダルストロークが立ち上がったとする。しかし図5(c)に示すように回生制動によるトルク(駆動トルクを+、制動トルクを−で示す)の立ち上がりが遅いので、図5(d)に示すように制動の初期には、摩擦制動装置へ供給する制動液圧を一時的に高めて、ブレーキペダル操作に応じた制動レスポンスを得ている。次いで、回生制動トルクの立ち上がりに応じて、摩擦制動トルク減少するように制動液圧を低下させる。その後回生制動トルクのみによる制動状態が続くが、図5(b)に示す車速が液圧制動介入切り替え車速(例えば、20〔km/h〕)となると、制動液圧を高めながら回生制動トルクを低下させ、回生制動から摩擦制動へ切れ目なく滑らかに切り替える。車速が回生協調終了車速(例えば、10〔km/h〕)以下となると、全制動トルクは摩擦制動トルクとなるように制御している。これにより低車速時の高いブレーキレスポンス特性を得ている。   In FIG. 5A, it is assumed that the driver suddenly steps on the brake pedal and the pedal stroke rises. However, as shown in FIG. 5C, the rise of torque due to regenerative braking (the driving torque is indicated by + and the braking torque is indicated by-) is slow, so that friction braking is performed at the initial stage of braking as shown in FIG. The braking hydraulic pressure supplied to the device is temporarily increased to obtain a braking response corresponding to the brake pedal operation. Next, in response to the rise of the regenerative braking torque, the brake fluid pressure is reduced so as to reduce the friction braking torque. After that, the braking state continues only with the regenerative braking torque, but when the vehicle speed shown in FIG. 5 (b) reaches the hydraulic braking intervention switching vehicle speed (for example, 20 [km / h]), the regenerative braking torque is increased while increasing the braking hydraulic pressure. Reduce and switch smoothly from regenerative braking to friction braking. When the vehicle speed becomes equal to or lower than the regeneration cooperation end vehicle speed (for example, 10 [km / h]), the entire braking torque is controlled to be the friction braking torque. As a result, high brake response characteristics at low vehicle speeds are obtained.

図6は、実施例1における燃料電池車両の制御装置の制御内容を示したフローチャートである。   FIG. 6 is a flowchart showing the control contents of the control device for the fuel cell vehicle in the first embodiment.

まずステップ(以下、ステップをSと略す)11にて、車速センサ31が検出した車速Vを走行制御系コンピュータ10が読み込む。次いでS12で、走行制御系コンピュータ10は、この車速Vが設定車速V0より低いか否かを判定する。ここで、設定車速V0は、図5のタイムチャートでいえば、回生制動から摩擦制動に切り替え開始する車速である液圧制動介入切り替え車速(例えば20〔km/h〕)より大きい車速である。   First, at step 11 (hereinafter step is abbreviated as S), the traveling control computer 10 reads the vehicle speed V detected by the vehicle speed sensor 31. Next, in S12, the traveling control computer 10 determines whether or not the vehicle speed V is lower than the set vehicle speed V0. Here, in the time chart of FIG. 5, the set vehicle speed V0 is a vehicle speed that is higher than the hydraulic braking intervention switching vehicle speed (for example, 20 [km / h]) that is the vehicle speed at which switching from regenerative braking to friction braking is started.

S12の判定で、車速Vが設定車速V0より小さい場合には、S13において走行制御系コンピュータ10は、燃料電池コンピュータ103に対して燃料電池システムの起動要求信号を出力する。この起動要求信号を受けた燃料電池コンピュータ103は、燃料電池システムを起動する。   If the vehicle speed V is smaller than the set vehicle speed V0 as determined in S12, the traveling control system computer 10 outputs a fuel cell system activation request signal to the fuel cell computer 103 in S13. The fuel cell computer 103 that has received the activation request signal activates the fuel cell system.

S12の判定で、車速Vが設定車速V0以上であれば、S14において、走行制御系コンピュータ10から燃料電池コンピュータ103へ燃料電池システム停止要求信号が出力される。燃料電池システム停止要求信号を受けた燃料電池コンピュータ103は、燃料電池システムが運転中であれば、その運転を停止させ、燃料電池システムが停止中であれば何もしない。   If it is determined in S12 that the vehicle speed V is equal to or higher than the set vehicle speed V0, a fuel cell system stop request signal is output from the traveling control system computer 10 to the fuel cell computer 103 in S14. The fuel cell computer 103 that has received the fuel cell system stop request signal stops the operation if the fuel cell system is operating, and does nothing if the fuel cell system is stopped.

次いでS15において、走行制御系コンピュータ10は、車速Vが液圧制動介入切り替え車速V1(図5の例では、20〔km/h〕)より低いか否かを判定する。S15の判定で、車速Vが液圧制動介入切り替え車速V1より低ければ、S16へ進み、走行制御系コンピュータ10は、ブレーキコンピュータ20と、モータECU101に対して、液圧制動介入切り替え(すり替え)開始を指示して、リターンする。   Next, in S15, the traveling control computer 10 determines whether or not the vehicle speed V is lower than the hydraulic braking intervention switching vehicle speed V1 (20 [km / h] in the example of FIG. 5). If it is determined in S15 that the vehicle speed V is lower than the hydraulic braking intervention switching vehicle speed V1, the process proceeds to S16, and the traveling control system computer 10 starts hydraulic braking intervention switching (replacement) for the brake computer 20 and the motor ECU 101. And return.

ブレーキコンピュータ20は、液圧制動介入切り替え(すり替え)開始の指示を受けると、モーターECU101と協調して、徐々に制動液圧を上昇させて各輪のブレーキ(23FL、23FR、23RL、23RR)による摩擦制動トルクを増加させると共に、モータ12による回生制動トルクを減少させるように制御する。   When the brake computer 20 receives an instruction to start the hydraulic braking intervention switching (replacement), it cooperates with the motor ECU 101 to gradually increase the braking hydraulic pressure and to brake each wheel (23FL, 23FR, 23RL, 23RR). Control is performed so that the friction braking torque is increased and the regenerative braking torque by the motor 12 is decreased.

S15の判定で、車速Vが液圧制動介入切り替え車速V1以上であれば、S17へ進み、走行制御系コンピュータ10は、液圧制動介入切り替え(すり替え)待機状態として、リターンする。   If it is determined in S15 that the vehicle speed V is equal to or higher than the hydraulic braking intervention switching vehicle speed V1, the process proceeds to S17, and the traveling control system computer 10 returns to a standby state for hydraulic braking intervention switching (replacement).

以上説明した本実施例によれば、発電電力が不要なときには燃料電池システムを停止して燃費性能を向上させると共に、需要に応じて即座に燃料電池から電力を供給できるため、駆動用電力が不足することなく高い駆動性能を有する燃料電池車両を提供することができる。   According to the embodiment described above, when the generated power is unnecessary, the fuel cell system is stopped to improve the fuel efficiency, and the power can be supplied from the fuel cell immediately according to the demand. It is possible to provide a fuel cell vehicle having high driving performance without the need to do so.

次に、本発明に係る燃料電池車両の制御装置の実施例2を説明する。実施例2の制御装置が適用される燃料電池車両の構成、及び制御装置全体の構成は、図1乃至図5を参照して説明した実施例1と同様であるので、重複する説明を省略する。   Next, a second embodiment of the control apparatus for a fuel cell vehicle according to the present invention will be described. The configuration of the fuel cell vehicle to which the control device of the second embodiment is applied and the overall configuration of the control device are the same as those of the first embodiment described with reference to FIGS. .

実施例2の特徴は、回生制動状態から摩擦制動状態への切り替え開始までの時間と、燃料電池システムの起動時間とを比較し、起動時間より切り替え開始までの時間が短いと判断されるときに、燃料電池システムの起動制御を開始する点にある。   The feature of the second embodiment is that the time until the start of switching from the regenerative braking state to the friction braking state is compared with the start time of the fuel cell system, and it is determined that the time until the start of switching is shorter than the start time. The point is that start control of the fuel cell system is started.

次に、図7の制御フローチャートを参照して実施例2について説明する。   Next, Embodiment 2 will be described with reference to the control flowchart of FIG.

まず、S21において走行制御系コンピュータ10は、車速センサ31が検出した車速Vと、前後加速度センサ33が検出した前後加速度Gとを読み込む。尚、前後加速度センサ33を備えず、車速センサ31が検出した車速Vの時間微分値を前後加速度Gとしてもよい。次いで、S22において、走行制御系コンピュータ10は、車速V及び前後加速度Gの値より、回生制動状態から摩擦制動状態への液圧制動介入切り替え(すり替え)制御開始車速V1(図5の例では、20〔km/h〕)に到達するまでの所要時間T1を算出する。次いでS23において、走行制御系コンピュータ10は、このT1が燃料電池システムを起動するのに要する時間である起動所要時間Tsより短いか否かを判定する。   First, in S21, the traveling control computer 10 reads the vehicle speed V detected by the vehicle speed sensor 31 and the longitudinal acceleration G detected by the longitudinal acceleration sensor 33. Note that the longitudinal acceleration sensor 33 is not provided, and the time differential value of the vehicle speed V detected by the vehicle speed sensor 31 may be used as the longitudinal acceleration G. Next, in S22, the travel control system computer 10 determines the hydraulic braking intervention switching (replacement) control start vehicle speed V1 from the regenerative braking state to the friction braking state based on the values of the vehicle speed V and the longitudinal acceleration G (in the example of FIG. 5, 20 [km / h]) is calculated as required time T1. Next, in S23, the traveling control system computer 10 determines whether or not T1 is shorter than the required startup time Ts, which is the time required to start the fuel cell system.

S23の判定において、T1が起動所要時間Tsより短いと判定されたときには、S24において、走行制御系コンピュータ10は、燃料電池コンピュータ103へ燃料電池システムの起動要求信号を送信する。この起動要求信号を受信した燃料電池コンピュータ103は、燃料電池システムを起動する。既に燃料電池システムが起動状態であれば何もしない。   If it is determined in S23 that T1 is shorter than the required startup time Ts, the travel control system computer 10 transmits a fuel cell system startup request signal to the fuel cell computer 103 in S24. The fuel cell computer 103 that has received the activation request signal activates the fuel cell system. If the fuel cell system is already activated, nothing is done.

S23の判定において、T1が起動所要時間Ts以上であると判定されたときには、S25において、走行制御系コンピュータ10は、燃料電池コンピュータ103へ燃料電池システムの停止要求信号を送信する。この停止要求信号を受信した燃料電池コンピュータ103は、燃料電池システムを停止する。既に停止していたときには、燃料電池コンピュータ103は何もせず終了する。   If it is determined in S23 that T1 is equal to or longer than the required startup time Ts, in S25, the traveling control computer 10 transmits a fuel cell system stop request signal to the fuel cell computer 103. The fuel cell computer 103 that has received the stop request signal stops the fuel cell system. If it has already stopped, the fuel cell computer 103 ends without doing anything.

以上説明した実施例2によれば、適切なタイミングで燃料電池システムを再起動するため、燃料電池の電力が得られない状態を短時間に抑制することができ、電力不足を防止することができる。   According to the second embodiment described above, since the fuel cell system is restarted at an appropriate timing, the state where the power of the fuel cell cannot be obtained can be suppressed in a short time, and the shortage of power can be prevented. .

次に、本発明に係る燃料電池車両の制御装置の実施例3を説明する。実施例3の制御装置が適用される燃料電池車両の構成、及び制御装置全体の構成は、図1乃至図5を参照して説明した実施例1と同様であるので、重複する説明を省略する。   Next, a third embodiment of the control apparatus for a fuel cell vehicle according to the present invention will be described. The configuration of the fuel cell vehicle to which the control device of the third embodiment is applied and the overall configuration of the control device are the same as those of the first embodiment described with reference to FIGS. .

実施例3の特徴は、実施例2において、バッテリ16の充電状態が所定値を超えたときに、回生制動状態から摩擦制動状態への切り替え開始までの時間に比べて燃料電池システムの起動時間が長い場合に、燃料電池の発電を継続させる一方、回生制動状態から摩擦制動状態への切り替え開始までの時間に比べて燃料電池システムの起動時間が短い場合に、燃料電池の発電を停止させることである。   The feature of the third embodiment is that, in the second embodiment, when the state of charge of the battery 16 exceeds a predetermined value, the startup time of the fuel cell system is longer than the time until the start of switching from the regenerative braking state to the friction braking state. When the fuel cell system continues to generate power in a long time, while the start time of the fuel cell system is shorter than the time from the start of switching from the regenerative braking state to the friction braking state, the fuel cell power generation is stopped. is there.

次に、図8の制御フローチャートを参照して実施例3について説明する。   Next, Embodiment 3 will be described with reference to the control flowchart of FIG.

まず、S31において走行制御系コンピュータ10は、車速センサ31が検出した車速Vと、前後加速度センサ33が検出した前後加速度Gとを読み込む。尚、前後加速度センサ33を備えず、車速センサ31が検出した車速Vの時間微分値を前後加速度Gとしてもよい。次いで、S32において、走行制御系コンピュータ10は、車速V及び前後加速度Gの値より、回生制動状態から摩擦制動状態への液圧制動介入切り替え(すり替え)制御開始車速V1(図5の例では、20〔km/h〕)に到達するまでの所要時間T1を算出する。次いでS33において、走行制御系コンピュータ10は、このT1が燃料電池システムを起動するのに要する時間である起動所要時間Tsより短いか否かを判定する。   First, in S <b> 31, the travel control computer 10 reads the vehicle speed V detected by the vehicle speed sensor 31 and the longitudinal acceleration G detected by the longitudinal acceleration sensor 33. Note that the longitudinal acceleration sensor 33 is not provided, and the time differential value of the vehicle speed V detected by the vehicle speed sensor 31 may be used as the longitudinal acceleration G. Next, in S32, the traveling control computer 10 determines the hydraulic braking intervention switching (replacement) control start vehicle speed V1 from the regenerative braking state to the friction braking state based on the values of the vehicle speed V and the longitudinal acceleration G (in the example of FIG. 5, 20 [km / h]) is calculated as required time T1. Next, in S33, the traveling control computer 10 determines whether or not T1 is shorter than the required startup time Ts, which is the time required to start the fuel cell system.

S33の判定において、T1が起動所要時間Tsより短いと判定されたときには、S34において、走行制御系コンピュータ10は、燃料電池コンピュータ103へ燃料電池システムの起動要求信号を送信する。この起動要求信号を受信した燃料電池コンピュータ103は、燃料電池システムを起動する。既に燃料電池システムが起動状態であれば何もしない。S33の判定において、T1が起動所要時間Ts以上であると判定されたときには、S35において、走行制御系コンピュータ10は、バッテリECU102が検出したバッテリ16の充電状態(SOC)を読み込む。次いで、走行制御系コンピュータ10は、S36において、読み込んだSOCが所定充電状態(SOC_TOP)を超えているか否かを判定する。ここで、所定充電状態とは、満充電より多少少なく過渡的な充電が可能な充電状態であり、例えば、SOC=95〔%〕の充電状態である。   If it is determined in S33 that T1 is shorter than the required startup time Ts, the travel control system computer 10 transmits a startup request signal for the fuel cell system to the fuel cell computer 103 in S34. The fuel cell computer 103 that has received the activation request signal activates the fuel cell system. If the fuel cell system is already activated, nothing is done. If it is determined in S33 that T1 is equal to or longer than the required startup time Ts, in S35, the traveling control computer 10 reads the state of charge (SOC) of the battery 16 detected by the battery ECU 102. Next, the traveling control computer 10 determines in S36 whether or not the read SOC exceeds a predetermined charged state (SOC_TOP). Here, the predetermined charging state is a charging state in which transient charging can be performed slightly less than full charging, for example, a charging state of SOC = 95 [%].

S36の判定で、SOCがSOC_TOPを超えていなければ、余剰電力でバッテリ16を充電可能であるとして、走行制御系コンピュータ10の制御は、S34に進む。   If it is determined in S36 that the SOC does not exceed SOC_TOP, it is determined that the battery 16 can be charged with surplus power, and the control of the traveling control computer 10 proceeds to S34.

S36の判定で、SOCがSOC_TOPを超えていれば、走行制御系コンピュータ10の制御は、バッテリ16の充電を停止するためS37へ進み、燃料電池コンピュータ103へ燃料電池システムの停止要求信号を送信する。この停止要求信号を受信した燃料電池コンピュータ103は、燃料電池システムを停止する。既に停止していたときには、燃料電池コンピュータ103は何もせず終了する。   If it is determined in S36 that the SOC exceeds SOC_TOP, the control of the traveling control computer 10 proceeds to S37 in order to stop the charging of the battery 16, and transmits a fuel cell system stop request signal to the fuel cell computer 103. . The fuel cell computer 103 that has received the stop request signal stops the fuel cell system. If it has already stopped, the fuel cell computer 103 ends without doing anything.

以上説明した実施例3によれば、二次電池の充電状態が所定値以上のときでも過渡的に燃料電池の発電を続けるので、次にアクセルを踏み込まれたときに駆動電力不足となることなく安定して電力をモータに供給できる。   According to the third embodiment described above, since the power generation of the fuel cell is continued even when the state of charge of the secondary battery is equal to or higher than the predetermined value, the driving power is not insufficient when the accelerator is depressed next time. Power can be stably supplied to the motor.

本発明に係る燃料電池車両の制御装置を搭載した車両の制御系の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the control system of the vehicle carrying the control apparatus of the fuel cell vehicle which concerns on this invention. 本発明に係る燃料電池車両の制動系、駆動系を示す概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram showing a braking system and a drive system of a fuel cell vehicle according to the present invention. 本発明に係る燃料電池車両の制御装置における回生協調制御のゼネラルフローチャートである。4 is a general flowchart of regenerative cooperative control in the control apparatus for a fuel cell vehicle according to the present invention. 燃料電池のパワープラントを示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the power plant of a fuel cell. 実施例1の燃料電池車両の制御装置における回生協調制御を説明するタイムチャートである。3 is a time chart illustrating regenerative cooperative control in the control device for a fuel cell vehicle according to the first embodiment. 実施例1の燃料電池車両の制御装置における回生協調制御のフローチャートである。3 is a flowchart of regenerative cooperative control in the control apparatus for a fuel cell vehicle according to the first embodiment. 実施例2の燃料電池車両の制御装置における回生協調制御のフローチャートである。It is a flowchart of the regeneration cooperation control in the control apparatus of the fuel cell vehicle of Example 2. 実施例3の燃料電池車両の制御装置における回生協調制御のフローチャートである。6 is a flowchart of regenerative cooperative control in a control device for a fuel cell vehicle according to a third embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10…走行制御系コンピュータ、
11…燃料電池、
12…モータ、
15…インバータ、
16…バッテリー、
17…ディファレンシャルギヤ、
20…ブレーキコンピュータ、
21…ブレーキ液圧源、
22…液圧調整部、
23…液圧ブレーキ、
30…ブレーキセンサ、
31…車速センサ、
32…アクセルセンサ、
33…前後加速度センサ、
101…モータECU、
102…バッテリーECU、
103…燃料電池コンピュータ。
10 ... running control computer,
11 ... Fuel cell,
12 ... motor,
15 ... an inverter,
16 ... Battery,
17 ... differential gear,
20 ... brake computer,
21 ... Brake hydraulic pressure source,
22 ... hydraulic pressure adjusting part,
23 ... Hydraulic brake,
30 ... Brake sensor,
31 ... Vehicle speed sensor,
32 ... accelerator sensor,
33. Longitudinal acceleration sensor,
101 ... Motor ECU,
102 ... Battery ECU,
103: Fuel cell computer.

Claims (3)

水素を含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、
充電可能な二次電池と、
前記燃料電池及び前記二次電池の少なくとも一方から供給される電力により車両を駆動するとともに、車両制動時に回転エネルギーを電気エネルギーに変換する回生制動を行うことができる車両駆動モータと、
摩擦力により車両を制動する摩擦制動装置と、を備えた燃料電池車両において、
車両制動時に前記車両駆動モータによる回生制動と前記摩擦制動装置による制動とを併用することができる制動制御手段と、
前記回生制動による制動状態から前記摩擦制動装置のみによる制動状態へ移行する前に、前記燃料電池を電力取り出し可能状態に制御する燃料電池制御手段と、
を備えたことを特徴とする燃料電池車両の制御装置。
A fuel cell that generates power by receiving supply of a fuel gas containing hydrogen and an oxidant gas containing oxygen;
Rechargeable secondary battery,
A vehicle drive motor capable of driving the vehicle with electric power supplied from at least one of the fuel cell and the secondary battery and performing regenerative braking for converting rotational energy into electrical energy during vehicle braking;
In a fuel cell vehicle comprising a friction braking device that brakes the vehicle with frictional force,
Braking control means capable of using both regenerative braking by the vehicle drive motor and braking by the friction braking device during vehicle braking; and
Fuel cell control means for controlling the fuel cell to a state where electric power can be taken out before shifting from the braking state by the regenerative braking to the braking state by only the friction braking device;
A control apparatus for a fuel cell vehicle, comprising:
車速検出手段と、
前後加速度検出手段と、を備え、
検出された前後加速度と車速とに基づいて、前記回生制動による制動状態から前記摩擦制動装置による制動状態に移行するまでの制動状態移行時間を推定算出し、
前記制動状態移行時間と燃料電池を起動するまでに必要な起動時間とを比較し、該起動時間より前記制動状態移行時間が短いと判断されたときに、燃料電池の起動制御を開始することを特徴とする請求項1記載の燃料電池車両の制御装置。
Vehicle speed detection means;
Longitudinal acceleration detection means,
Based on the detected longitudinal acceleration and vehicle speed, the braking state transition time from the braking state by the regenerative braking to the transition to the braking state by the friction braking device is estimated and calculated,
Comparing the braking state transition time with the starting time required until starting the fuel cell, and starting the fuel cell starting control when it is determined that the braking state transition time is shorter than the starting time. 2. The control device for a fuel cell vehicle according to claim 1, wherein:
前記二次電池の充電状態を検出する充電状態検出手段を備え、
前記燃料電池制御手段は、
前記制動状態移行時間に比べて前記起動時間が長い場合に、前記充電状態が所定値を超えていても前記燃料電池の発電を開始させる一方、前記制動状態移行時間に比べて前記起動時間が短い場合に、前記充電状態と所定値との比較に応じて前記燃料電池の起動/停止を制御することを特徴とする請求項2記載の燃料電池車両の制御装置。
A charge state detection means for detecting a charge state of the secondary battery;
The fuel cell control means includes
When the startup time is longer than the braking state transition time, power generation of the fuel cell is started even if the charging state exceeds a predetermined value, while the startup time is shorter than the braking state transition time. 3. The fuel cell vehicle control device according to claim 2, wherein start / stop of the fuel cell is controlled in accordance with a comparison between the state of charge and a predetermined value.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US11472296B2 (en) * 2019-04-16 2022-10-18 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell vehicle and control method of fuel cell vehicle
US11479125B2 (en) 2019-04-03 2022-10-25 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell vehicle

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