JP2007053051A - Control unit of fuel cell vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池の発電電力を駆動動力源として利用する燃料電池車両の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for a fuel cell vehicle that uses power generated by a fuel cell as a drive power source.
従来より、車両がこれから走行する走行路の走行条件に関する情報をナビゲーションシステムから取得し、取得した情報に基づいてエンジンとモータジェネレータの運転量を試算し、試算結果に従ってバッテリの充電量を制御するハイブリッド車両の制御装置が知られている(特許文献1を参照)。具体的には、この制御装置は、登坂路のようにエンジンが効率よく運転される際に得られる出力EOeよりも大きい出力E1を必要とする走行路では、出力の不足分E1−EOeをバッテリからの出力で補うことができるようにバッテリの目標充電量SOC(State Of Charge)を制御する。一方、必要とされる出力EOがエンジンが効率よく運転される際に得られる出力EOeよりも小さい走行路では、この制御装置は、出力の余剰分EOe−EOをバッテリに充電するように制御する。 Conventionally, a hybrid that obtains information about the driving conditions of the road on which the vehicle will travel from the navigation system, calculates the operating amounts of the engine and the motor generator based on the acquired information, and controls the charge amount of the battery according to the calculated results A vehicle control device is known (see Patent Document 1). Specifically, this control device uses a shortage of output E1-EOe as a battery on a road that requires an output E1 that is larger than the output EOe obtained when the engine is operated efficiently, such as an uphill road. The target charge amount SOC (State Of Charge) of the battery is controlled so that it can be compensated by the output from the battery. On the other hand, on a travel path where the required output EO is smaller than the output EOe obtained when the engine is operated efficiently, this control device controls the battery to charge the excess output EOe-EO to the battery. .
ところで、近年の環境問題、特に自動車の排出ガスによる大気汚染や二酸化炭素に伴う地球温暖化に対する対策の一つとして注目されている燃料電池は、水素を含む燃料ガスと空気等の酸化剤ガスが電解質・電極触媒複合体に供給されるのに応じて電気化学反応によって発電するが、この電気化学反応は発熱反応であるために、燃料電池は発電に伴い発熱する。また、反応熱だけでなく集電体等に電流が流れることによってジュール熱も発生する。従って、燃料電池は、発電量が大きくなるほど発熱し、温度が高くなる。ところが、燃料電池の電解質として用いられている高分子膜は所定の許容温度(一般的には100℃前後)以上に温度が上昇すると破損する可能性があるために、燃料電池は所定の許容温度以下に冷却しながら使用する必要がある。 By the way, fuel cells that are attracting attention as one of the countermeasures against environmental problems in recent years, especially air pollution caused by automobile exhaust gas and global warming due to carbon dioxide, include fuel gas containing hydrogen and oxidant gas such as air. Electricity is generated by an electrochemical reaction in response to being supplied to the electrolyte / electrode catalyst complex. Since this electrochemical reaction is an exothermic reaction, the fuel cell generates heat as the electric power is generated. Further, not only reaction heat but also Joule heat is generated by current flowing through the current collector or the like. Therefore, the fuel cell generates heat and the temperature increases as the power generation amount increases. However, since a polymer membrane used as an electrolyte of a fuel cell may be damaged when the temperature rises above a predetermined allowable temperature (generally around 100 ° C.), the fuel cell has a predetermined allowable temperature. It is necessary to use while cooling below.
このような背景から、燃料電池システムには燃料電池を冷却するための冷却システムが必要不可欠な要素となっており、燃料電池の発電電力を駆動動力源として有する燃料電池車両には、空冷式の熱交換器(ラジエータ)により燃料電池の熱量を冷却水を介して大気側に放出する冷却システムが設けられている。ところが、冷却システムを車両に搭載する場合、熱交換器の搭載スペースが限られる上に、燃料電池の許容温度は通常のエンジンの許容温度よりも低いことから、冷却水と外気との気液温度差が小さいために、燃料電池の負荷が高い状況においては、燃料電池の発熱量が熱交換器の冷却性能を大きく上回ることがある。このため、登坂路のように車速が小さい割には大きな出力が必要になる走行状況においては、燃料電池の破損を防ぐために、燃料電池の温度が許容上限温度を超えないように燃料電池の発電量を調整しなければならず、運転者が要求する走行性能を維持することができなくなる。
燃料電池車両が抱える上記のような問題を解決する方法としては、上述のハイブリッド車両の制御装置を燃料電池車両に適用する方法が考えられる。ところが、一般に、燃料電池に供給される反応ガスの総エネルギー量に対する車両が利用可能な総エネルギー量の割合を示す燃料電池システムの効率はエンジンの効率と比べると高いが、最も高い効率を示す時に得られる燃料電池システムの出力は最大出力の20%程度になり、エンジンと比較すると、最大効率を示す時の出力の最大出力に対する割合は小さい。これは、燃料電池の出力が高い程、発電に必要な補器類の消費電力が大きくなるためであり、特に酸化剤ガスを加圧して燃料電池に供給するために必要なコンプレッサの消費電力がその主要因となっている。このため、上述のハイブリッド車両の制御装置を燃料電池車両に適用した場合、登坂路のように大きな出力が必要な走行状況では、効率が高い領域で燃料電池を運転させるように不足する出力をバッテリから補うことになる。なお、燃料電池の効率が高い領域では、上述の通り、燃料電池の出力は最大出力の20%程度の出力であるため、燃料電池の発熱量はそれほど大きくなく、燃料電池の発熱量が熱交換器の冷却性能を上回る状況は回避することができる。 As a method for solving the above-described problems of the fuel cell vehicle, a method of applying the above-described hybrid vehicle control device to the fuel cell vehicle is conceivable. However, in general, the efficiency of the fuel cell system, which indicates the ratio of the total energy amount that can be used by the vehicle to the total energy amount of the reaction gas supplied to the fuel cell, is higher than the efficiency of the engine. The output of the obtained fuel cell system is about 20% of the maximum output, and the ratio of the output to the maximum output when showing the maximum efficiency is small compared to the engine. This is because the higher the output of the fuel cell, the greater the power consumption of the auxiliary equipment necessary for power generation. In particular, the power consumption of the compressor required to pressurize the oxidant gas and supply it to the fuel cell. It is the main factor. For this reason, when the above-described hybrid vehicle control device is applied to a fuel cell vehicle, in a traveling situation where a large output is required, such as an uphill road, the battery has insufficient output so as to operate the fuel cell in a high efficiency region. Will make up for. In the region where the efficiency of the fuel cell is high, as described above, the output of the fuel cell is about 20% of the maximum output, so the amount of heat generated by the fuel cell is not so large, and the amount of heat generated by the fuel cell is heat exchange. The situation exceeding the cooling performance of the vessel can be avoided.
しかしながら、燃料電池システムを効率が高い運転領域で運転させるように制御すると、上述の通り燃料電池の出力が小さいために、走行に必要な出力に対して不足する出力量が大きく、また出力が不足する頻度も多くなることから、出力量を補うためには高いバッテリ出力が頻繁に必要になる。このため、上述のハイブリッド車両の制御装置を燃料電池車両に適用した場合には、バッテリ温度が上昇し、バッテリの入出力制限が生じることにより、必要な時にバッテリからの出力の補填や回生エネルギーの回収ができなくなり、結果として、運転者が要求する走行性能を維持することができなくなる。すなわち、上述のハイブリッド車両の制御装置を燃料電池車両に適用したとしても、運転者が要求する走行性能を維持できないことがある。 However, if the fuel cell system is controlled to operate in an operating region with high efficiency, the output of the fuel cell is small as described above, so that the output amount that is insufficient for the output required for traveling is large and the output is insufficient. Therefore, a high battery output is frequently required to compensate for the output amount. For this reason, when the above-described hybrid vehicle control device is applied to a fuel cell vehicle, the battery temperature rises and the input / output of the battery is restricted, so that the output from the battery is compensated and the regenerative energy is reduced when necessary. The vehicle cannot be recovered, and as a result, the driving performance required by the driver cannot be maintained. That is, even if the hybrid vehicle control device described above is applied to a fuel cell vehicle, the driving performance required by the driver may not be maintained.
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、走行状況に関わりなく運転者が要求する走行性能を維持することが可能な燃料電池車両の制御装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a control device for a fuel cell vehicle capable of maintaining the driving performance required by the driver regardless of the driving situation. There is.
上述の課題を解決するために、本発明に係る燃料電池車両の制御装置は、発電に伴う燃料電池の発熱量が熱交換器の放熱量以上になる燃料電池車両の走行区間を予測し、予測された走行区間において冷却水の温度が所定の許容上限温度を超えないように燃料電池の発電量を制御し、予測された走行区間を走行する際に不足する発電量を蓄電装置からの出力で補えるように蓄電装置の目標充電量を設定する。 In order to solve the above-described problems, a control apparatus for a fuel cell vehicle according to the present invention predicts and predicts a travel section of a fuel cell vehicle in which the amount of heat generated by the fuel cell accompanying power generation is greater than or equal to the amount of heat released from the heat exchanger The power generation amount of the fuel cell is controlled so that the temperature of the cooling water does not exceed a predetermined allowable upper limit temperature in the travel section, and the power generation amount that is insufficient when traveling in the predicted travel section is output from the power storage device. A target charge amount of the power storage device is set so as to compensate.
本発明に係る燃料電池車両の制御装置によれば、燃料電池システムの冷却水温度やバッテリ温度が上昇することによってバッテリの入出力制限が生じることがないので、走行状況に関わりなく運転者が要求する走行性能を維持することができる。 According to the control apparatus for a fuel cell vehicle according to the present invention, since the input / output restriction of the battery does not occur due to the rise of the coolant temperature or the battery temperature of the fuel cell system, the driver demands regardless of the driving situation. Running performance can be maintained.
本発明に係る燃料電池車両の制御装置は、例えば図1に示すような燃料電池車両に適用することができる。以下、図面を参照して、本発明に係る燃料電池車両の制御装置が適用された本発明の実施形態となる燃料電池車両の構成及び動作について詳しく説明する。 The control apparatus for a fuel cell vehicle according to the present invention can be applied to, for example, a fuel cell vehicle as shown in FIG. Hereinafter, the configuration and operation of a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention to which a control device for a fuel cell vehicle according to the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.
〔燃料電池車両の構成〕
始めに、図1を参照して、本発明の実施形態となる燃料電池車両の構成について説明する。なお、図1中、二重線,実線,太い破線,及び細い破線はそれぞれ、機械力の伝達経路,電力線,燃料電池システムの冷却水循環経路,及び制御線を示す。
[Configuration of fuel cell vehicle]
First, the configuration of a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 1, a double line, a solid line, a thick broken line, and a thin broken line indicate a mechanical force transmission path, a power line, a coolant circulation path of the fuel cell system, and a control line, respectively.
本発明の実施形態となる燃料電池車両は、図1に示すように、駆動系として、燃料電池1、駆動用バッテリ(以下、バッテリと略記)2、モータ3、減速装置4、差動装置5、駆動輪6、DC/DCコンバータ7,8、インバータ9、及び燃料電池駆動補器10を主な構成要素として備える。そして、この燃料電池車両では、燃料電池1及びバッテリ2からの電力はインバータ9に供給されてモータ3の駆動動力源として利用される。
As shown in FIG. 1, a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention includes a fuel cell 1, a driving battery (hereinafter abbreviated as a battery) 2, a motor 3, a
また、燃料電池車両の減速時には、モータ3の回生エネルギーはインバータ9を介してバッテリ2に供給されて充電される。また、DC/DCコンバータ7は燃料電池1とバッテリ2の電圧を等電位に調整し、DC/DCコンバータ8は燃料電池1やバッテリ2の高電圧を低電圧に変換して燃料電池駆動補器10やウィンカーやライト等の車両補器(図示せず)に電力を分配する。
When the fuel cell vehicle decelerates, the regenerative energy of the motor 3 is supplied to the
なお、バッテリ2としては、リチウムイオン電池,ニッケル水素電池,鉛電池等の各種電池や、電気二重層キャパシタやレドックスキャパシタ等の各種キャパシタを用いることができる。また、この実施形態では、バッテリ2は、インバータ9を介して燃料電池1からモータ3に供給される電力がモータ3が必要とする電力よりも低い時に不足電力を補完するためにモータ3に電力を供給するように設定されている。
In addition, as the
上記燃料電池車両は、冷却系として、燃料電池1及び燃料電池駆動補器10に冷却水を循環させることによって燃料電池1及び燃料電池駆動補器10を冷却する循環ポンプ11と、外気との間の熱交換によって冷却水を冷却するラジエータ12とを備え、ラジエータ12はラジエータ本体に外気を送ることによってラジエータ本体の熱交換処理を補助するラジエータファン(図示せず)を有する。
The fuel cell vehicle has, as a cooling system, between a
上記燃料電池車両は、制御系として、車両コントローラ13,バッテリコントローラ14,及び燃料電池コントローラ15を備える。車両コントローラ13は、マイクロコンピュータにより構成され、ナビゲーションシステム16,燃料電池車両の速度を検出する車速センサ17,及び燃料電池車両外部の温度(外気温)を検出する外気温センサ18に接続されている。なお、車両コントローラ13の内部構成の詳細については後述する。
The fuel cell vehicle includes a
車両コントローラ13は、運転者からの要求に応じてモータ3の出力トルクを制御し、所定の出力をインバータ9に供給することを燃料電池コントローラ15に指示する。また、車両コントローラ13は、バッテリコントローラ14により検出されたバッテリ2の充電状態に応じて電力をバッテリ2に充電することを燃料電池コントローラ15に指示したり、燃料電池車両の減速時にバッテリ2に対するモータ3の回生エネルギーの充電量を制御したりする。
The
上記バッテリコントローラ14は、マイクロコンピュータにより構成され、バッテリ2の温度を検出する温度センサ19に接続されている。そして、バッテリコントローラ14は、温度センサ19により検出されたバッテリ2の温度やバッテリ2の充電状態の情報を車両コントローラ13に出力する。
The
上記燃料電池コントローラ15は、マイクロコンピュータにより構成され、燃料電池1内部の冷却水の温度TFを検出する水温センサ20に接続されている。そして、燃料電池コントローラ15は、車両コントローラ13からの出力要求に応じて燃料電池1が所定の発電量を出力できるように燃料電池駆動補器10を制御する。また、燃料電池コントローラ15は、水温センサ20により検出された冷却水温度TFに応じて循環ポンプ11から燃料電池1に供給される冷却水の流量を制御する。
The
なお、上記車両コントローラ13は、マイクロコンピュータ内部のCPUが制御プログラムを実行することにより、図2に示すように、車速予測手段31,駆動力予測手段32、燃料電池状態予測手段33,燃料電池冷却水温判定手段34,燃料電池システム発電量補正手段35,及びバッテリ目標SOC計画手段36として機能する。また、燃料電池状態予測手段32は、燃料電池システム発電量予測手段37,燃料電池システム発熱量予測手段38,ラジエータ放熱量予測手段39,及び燃料電池冷却水温予測手段40を有し、燃料電池システム発電量補正手段35は、燃料電池冷却水温計画手段41,ラジエータ放熱量補正手段42,燃料電池システム発熱量補正手段43,燃料電池システム発電量補正手段44を有する。
The
また、上記ナビゲーションシステム16は、公知の経路誘導装置により構成され、内部のCPUが制御プログラムを実行することにより、図3に示すように、絶対位置演算手段51,マップマッチング手段52,誘導経路算出手段53,道路環境抽出手段54,ブロック決定手段55,及び分割区間決定手段56として機能する。絶対位置演算手段51は、衛星信号受信アンテナ57がGPS衛星等から受信した経度,緯度情報に従って燃料電池車両の絶対位置を演算する。
The
マップマッチング手段52は、地図情報記憶手段58に記憶されている道路地図や道路環境情報と、絶対位置演算手段51により演算される燃料電池車両の絶対位置の変化の様子等から、燃料電池車両の絶対位置を補正すると共に、燃料電池車両が走行している道路を決定する。誘導経路算出手段53は、燃料電池車両の絶対位置から目的地入力手段59を介して入力された目的地までの最適な走行経路を誘導経路として算出する。
The
道路環境抽出手段54は、地図情報記憶手段58に記憶されている道路地図や道路環境情報に基づいて、誘導経路算出手段53により算出された誘導経路の車速情報や勾配情報を抽出し、抽出された情報をブロック決定手段55や車両コントローラ13に出力する。ブロック決定手段55は、道路環境抽出手段54により抽出された勾配情報に基づいて、図4(a)に示すように登坂路の終点が分割点となるように誘導経路算出手段53により算出された誘導経路を複数ブロックに分割する。
The road environment extraction means 54 extracts and extracts the vehicle speed information and gradient information of the guidance route calculated by the guidance route calculation means 53 based on the road map and road environment information stored in the map information storage means 58. The information is output to the block determination means 55 and the
分割区間決定手段56は、図4(b)に示すように交通の流れや駆動負荷が大きく変化する地点を基準としてブロック決定手段55により分割された各ブロックをさらに複数の区間に分割する(図4(a),(b)に示す例では、ブロック(2)をさらに15の区間に分割している)。なお、上記地点としては、交差点,道路勾配が変化する地点,制限速度が変化する地点(有料道路の料金所等),VICS等のインフラ設備からの道路情報に基づいた渋滞最後尾地点,渋滞最前列地点,工事区間開始地点,制限速度の規制地点,市街地,山岳路等の地域変化地点が含まれる。 As shown in FIG. 4B, the divided section determining means 56 further divides each block divided by the block determining means 55 into a plurality of sections with reference to a point where the traffic flow and driving load change greatly (see FIG. 4B). In the example shown in 4 (a) and 4 (b), the block (2) is further divided into 15 sections). Note that the above points include intersections, points where the road gradient changes, points where the speed limit changes (toll gates for toll roads, etc.), traffic congestion last point based on road information from infrastructure equipment such as VICS, traffic congestion maximum This includes local change points such as front row points, construction section start points, speed limit restriction points, urban areas, and mountain roads.
そして、このような構成を有する燃料電池車両では、車両コントローラ13が以下に示す出力制御処理を実行することにより、走行状況に関わりなく運転者が要求する走行性能を維持する。以下、図5に示すフローチャートを参照して、この出力制御処理を実行する際の車両コントローラ13の動作について説明する。
In the fuel cell vehicle having such a configuration, the
〔出力制御処理〕
図5に示すフローチャートは、燃料電池車両のイグニッションスイッチがオン状態になるのに応じて開始となり、出力制御処理はステップS1の処理に進む。
[Output control processing]
The flowchart shown in FIG. 5 starts in response to the ignition switch of the fuel cell vehicle being turned on, and the output control process proceeds to step S1.
ステップS1の処理では、ナビゲーションシステム16が、誘導経路の勾配情報に基づいて誘導経路を複数ブロックに分割し、複数ブロックに分割された誘導経路の情報を車両コントローラ13に入力する(誘導経路分割処理)。なお、この誘導経路分割処理の詳細については図7に示すフローチャートを参照して後述する。これにより、ステップS1の処理は完了し、出力制御処理はステップS2の処理に進む。
In the process of step S1, the
ステップS2の処理では、車両コントローラ13が、駆動力予測手段32として機能することにより、道路環境抽出手段54により抽出された誘導経路の道路情報に基づいて車速予測手段31により予測された車速でステップS1の処理により分割された各ブロックを走行するために必要な駆動力を予測する。
In the process of step S2, the
そして、車両コントローラ13は、燃料電池状態予測手段33として機能することにより、予測された駆動力から各ブロック終点までの燃料電池1の発電プロファイルPFn(t)及び各ブロック終点(=登坂路の終点)での燃料電池1の冷却水温TFnを予測する(冷却水温予測処理)。
Then, the
ここで、発電プロファイルPFn(t)及び冷却水温TFnの添え字nはブロック内のn番目の区間を示し、PF7(t)はブロック内の7番目の区間における発電プロファイルを意味する。なお、この冷却水温予測処理の詳細について図8に示すフローチャートを参照して後述する。また、本明細書中において、「プロファイル」とは時間tに伴う変化の様子を意味する。これにより、ステップS2の処理は完了し、出力制御処理はステップS3の処理に進む。 Here, the subscript n of the power generation profile PFn (t) and the cooling water temperature TFn indicates the nth section in the block, and PF7 (t) indicates the power generation profile in the seventh section in the block. Details of this cooling water temperature prediction process will be described later with reference to a flowchart shown in FIG. Further, in this specification, “profile” means a change with time t. Thereby, the process of step S2 is completed, and the output control process proceeds to the process of step S3.
ステップS3の処理では、車両コントローラ13が、燃料電池冷却水温判定手段34として機能することにより、ステップS2の処理に予測された各ブロック終点での燃料電池1の冷却水温TFnが限界上限水温TFLと同じ又はそれ以上であるか否かを判別する。そして、判別の結果、冷却水温TFnが限界上限水温TFLと同じ又はそれ以上でない場合、車両コントローラ13は出力制御処理をステップS7の処理に進める。一方、冷却水温TFnが限界上限水温TFLと同じ又はそれ以上である場合には、車両コントローラ13は出力制御処理をステップS4の処理に進める。
In the process of step S3, the
ステップS4の処理では、車両コントローラ13が、燃料電池システム発電量補正手段35として機能することにより、各ブロック内の登坂区間における燃料電池1の目標冷却水温TFnpを設定し、設定した目標冷却水温TFnpになるような燃料電池1の目標発電プロファイルPFnp(t)を設定する(燃料電池発電計画設定処理)。なお、この燃料電池発電計画設定処理の詳細については図11に示すフローチャートを参照して後述する。これにより、ステップS4の処理は完了し、出力制御処理はステップS5の処理に進む。
In the process of step S4, the
ステップS5の処理では、車両コントローラ13が、燃料電池システム発電量補正手段35として機能することにより、ステップS2の処理により予測された発電プロファイルPFn(t)とステップS4の処理で設定した目標発電プロファイルPFnp(t)とを比較し、登坂区間において走行性能を維持するために目標発電プロファイルPFnp(t)では不足する発電量PBnpを算出する。
In the process of step S5, the
そして、車両コントローラ13は、バッテリ目標SOC計画手段36として機能することにより、不足する発電量PBnpをバッテリ2の電力で補足する場合に必要な登坂区間直前の区間終点でのバッテリSOC値SOCTnを設定する。具体的には、図6に示す例では、区間12〜15が登坂区間に相当し(図6(a)参照)、この場合、図6(g)に示すチング領域が発電量PBnp同等の電気量となる。これにより、ステップS5の処理は完了し、出力制御処理はステップS6の処理に進む。
The
ステップS6の処理では、車両コントローラ13が、燃料電池システム発電量補正手段35として機能することにより、登坂区間直前のブロック終点においてステップS5の処理により設定されたバッテリSOC目標値SOCTnを達成するために必要な各ブロックでの燃料電池システムの目標発電プロファイルPFnp(t)を設定する。
In the process of step S6, the
なお、このとき、目標発電プロファイルPFnp(t)は、登坂区間直前のブロック終点における冷却水温TFnp(図6に示す例では、11番目のブロック区間終点Lにおける冷却水温TF11p)がステップS2の処理において予測したブロック終点における予想冷却水温(図6に示す例では予想水温TF11)と同じ、若しくはそれ以下になるように設定する。 At this time, the target power generation profile PFnp (t) is set such that the cooling water temperature TFnp at the block end point immediately before the uphill section (in the example shown in FIG. 6, the cooling water temperature TF11p at the eleventh block section end point L) is the processing in step S2. The predicted cooling water temperature at the predicted block end point (the predicted water temperature TF11 in the example shown in FIG. 6) is set to be equal to or lower than that.
より具体的には、図6(f)は各ブロック区間終点における冷却水温を示し、また予想発電プロファイルPFn(t)による予想冷却水温TFn及び目標発電プロファイルPFnp(t)による目標冷却水温TFnpをそれぞれ破線及び実線で示すが、目標発電プロファイルPFnp(t)によって登坂区間直前の冷却水温を上昇させないためには、燃料電池システムの発電を伴わない回生エネルギーによるバッテリ2への充電や、図6(d)に実線で示した目標発電プロファイルのように、走行に必要な出力が小さく、且つ、燃料電池1の発熱量とラジエータ12の放熱量が釣り合う区間や、ラジエータ12の放熱量が燃料電池1の発熱量を大きく上回る区間7のような下り勾配区間において、燃料電池1による発電を行い、発電電力をバッテリ2に充電する。また、図6(g)は各区間におけるバッテリSOC値の変化を示し、発電プロファイルPFn(t)の変化に伴うSOC値の変化及び目標発電プロファイルPFnp(t)の変化に伴うSOC値の変化をそれぞれ破線及び実線で示すが、登坂区間直前のブロック終点でのバッテリSOC値はSOCT11として示されている。これにより、ステップS6の処理は完了し、出力制御処理はステップS7の処理に進む。
More specifically, FIG. 6 (f) shows the cooling water temperature at the end of each block section, and the predicted cooling water temperature TFn based on the predicted power generation profile PFn (t) and the target cooling water temperature TFnp based on the target power generation profile PFnp (t), respectively. As indicated by a broken line and a solid line, in order not to raise the cooling water temperature immediately before the uphill section by the target power generation profile PFnp (t), charging the
ステップS7の処理では、車両コントローラ13が、燃料電池車両が目的地に到達したか否かを判別する。そして、判別の結果、燃料電池車両が目的地に到達していない場合、車両コントローラ13は出力制御処理をステップS1の処理に戻す。一方、燃料電池車両が目的地に到達した場合には、車両コントローラ13は一連の出力制御処理を終了する。
In step S7, the
〔誘導経路分割処理〕
次に、図7に示すフローチャートを参照して、上記誘導経路分割処理を実行する際のナビゲーションシステム16の動作の流れについて説明する。
[Guidance route split processing]
Next, with reference to the flowchart shown in FIG. 7, the flow of operation of the
図7に示すフローチャートは、燃料電池車両のイグニッションスイッチがオン状態になるのに応じて開始となり、誘導経路分割処理はステップS11の処理に進む。 The flowchart shown in FIG. 7 starts in response to the ignition switch of the fuel cell vehicle being turned on, and the guidance route dividing process proceeds to step S11.
ステップS11の処理では、ナビゲーションシステム16が、絶対位置演算手段51及びマップマッチング手段52として機能することにより、燃料電池車両の現在位置及び現在走行している道路を決定する。これにより、ステップS11の処理は完了し、誘導経路分割処理はステップS12の処理に進む。
In the processing of step S11, the
ステップS12の処理では、ナビゲーションシステム16が、目的地入力手段59を介して目的地の入力がなされ、既に経路誘導処理が行われているか否かを判別する。そして、判別の結果、目的地の入力がなされていない場合、ナビゲーションシステム16は、ステップS13の処理として目的地入力手段59を介して目的地が入力されるのに応じて、誘導経路分割処理をステップS15の処理に進める。一方、目的地の入力がなされている場合には、ナビゲーションシステム16は誘導経路分割処理をステップS14の処理に進める。
In the process of step S12, the
ステップS14の処理では、ナビゲーションシステム16が、燃料電池車両の現在位置が誘導経路から外れていないか否かを判別する。そして、判別の結果、燃料電池車両の現在位置が誘導経路から外れていない場合、ナビゲーションシステム16は誘導経路分割処理をステップS18の処理に進める。一方、燃料電池車両の現在位置が誘導経路から外れている場合には、ナビゲーションシステム16は誘導経路分割処理をステップS15の処理に進める。
In step S14, the
ステップS15の処理では、ナビゲーションシステム16が、誘導経路算出手段53として機能することにより燃料電池車両の現在位置から目的地までの誘導経路を算出する。これにより、ステップS15の処理は完了し、誘導経路分割処理はステップS16の処理に進む。
In the process of step S15, the
ステップS16の処理では、ナビゲーションシステム16が、道路環境抽出手段54として機能することにより、ステップS15の処理により算出された誘導経路中に含まれる登坂路の情報を抽出する。これにより、ステップS16の処理は完了し、誘導経路分割処理はステップS17の処理に進む。
In the process of step S16, the
ステップS17の処理では、ナビゲーションシステム16が、ブロック決定手段55として機能することにより、ステップS16の処理により抽出された登坂路の終点を分割点として、ステップS15の処理により算出された誘導経路を複数ブロックに分割する。これにより、ステップS17の処理は完了し、誘導経路分割処理はステップS18の処理に進む。
In the process of step S17, the
ステップS18の処理では、ナビゲーションシステム16が、ステップS17の分割結果を参照して燃料電池車両の現在位置がブロックの最終区間内に位置するか否かを判別する。そして、判別の結果、現在位置が最終区間内に位置する場合、ナビゲーションシステム16は誘導経路分割処理をステップS19の処理に進める。一方、現在位置が最終区間内に位置しない場合には、ナビゲーションシステム16は誘導経路分割処理をステップS20の処理に進める。
In the process of step S18, the
ステップS19の処理では、ナビゲーションシステム16が、分割区間決定手段56として機能することにより、次のブロックの誘導経路情報を入手し、次のブロックを複数区間に分割する。これにより、ステップS19の処理は完了し、一連の誘導経路分割処理は終了する。
In the process of step S19, the
ステップS20の処理では、ナビゲーションシステム16が、分割区間決定手段56として機能することにより、燃料電池車両の現在位置からブロック終点各までの誘導経路を複数区間に分割する。これにより、ステップS20の処理は完了し、一連の誘導経路分割処理は終了する。
In the process of step S20, the
〔冷却水温予測処理〕
次に、図8に示すフローチャートを参照して、上記冷却水温予測処理を実行する際の車両コントローラ13の動作の流れについて説明する。
[Cooling water temperature prediction processing]
Next, the flow of the operation of the
図8に示すフローチャートは、ステップS1の処理が完了するのに応じて開始となり、冷却水温予測処理はステップS21の処理に進む。 The flowchart shown in FIG. 8 starts when the process of step S1 is completed, and the cooling water temperature prediction process proceeds to the process of step S21.
ステップS21の処理では、車両コントローラ13が、外気温センサ18と水温センサ20を利用して現在の外気温T0と冷却水温TF0の情報を車両状態情報として取得する。これにより、ステップS21の処理は完了し、冷却水温予測処理はステップS22の処理に進む。
In step S21, the
ステップS22の処理では、車両コントローラ13が、燃料電池車両の現在位置がブロックの最終区間内に位置しているか否かを判別する。そして、判別の結果、最終区間内に位置していない場合、車両コントローラ13は冷却水温予測処理をステップS24の処理に進める。一方、最終区間内に位置している場合には、車両コントローラ13は冷却水温予測処理をステップS23の処理に進める。
In the process of step S22, the
ステップS23の処理では、車両コントローラ13が、次に走行予定のブロックの道路情報を取得する。これにより、ステップS23の処理は完了し、冷却水温予測処理はステップS24の処理に進む。
In the process of step S23, the
ステップS24の処理では、車両コントローラ13が、車速予測手段31及び駆動力予測手段32として機能することにより、燃料電池車両が現在走行中のブロックの経路情報を利用して、図6(b)及び図6(c)に示すような現在地点からブロック終点までの車速プロファイルVSn(t)及び駆動力プロファイルPMn(t)を予測する。なお、車速プロファイルを予測する際、車両コントローラ13は、経路情報だけでなく車両の走行履歴の情報を利用してもよい。
In the process of step S24, the
また、車両コントローラ13は、予め登録されている車両重量データ,車速センサ17から得られる車速の変化量(加速度値)及びナビゲーションシステム16から得られる道路勾配情報を利用して車両の走行抵抗を算出し、算出された走行抵抗,車速プロファイルVSn(t),及び道路勾配情報を利用して駆動力プロファイルPMn(t)を予測する。これにより、ステップS24の処理は完了し、冷却水温予測処理はステップS25の処理に進む。
In addition, the
ステップS25の処理では、車両コントローラ13が、燃料電池システム発電量予測手段37として機能することにより、ステップS24の処理に予測された駆動力プロファイルPMn(t)を実現するために必要な図6(d)に破線で示すような燃料電池システムの発電プロファイルPFn(t)を予測する。これにより、ステップS25の処理完了し、冷却水温予測処理はステップS26の処理に進む。
In the process of step S25, the
ステップS26の処理では、車両コントローラ13が、燃料電池システム発熱量予測手段38として機能することにより、図9に示すような冷却水温TFに対する燃料電池システムの発熱性能を出力毎に示す発熱特性マップを利用して、現在の冷却水温TF0に対応する図6(e)に示すような現在地点からブロック終点までの燃料電池システムの発熱量プロファイルQFn(t)を予測する。また、車両コントローラ13は、ラジエータ放熱量予測手段39として機能することにより、図10に示すような外気温とラジエータ12の入口側の冷却水温の温度差に対するラジエータ12の放熱特性を車速毎に示す放熱特性マップを利用して、現在の外気温T0と冷却水温TF0の差に対応する現在地点からブロック終点までのラジエータ12の放熱量プロファイルQRn(t)を予測する。
In the process of step S26, the
さらに、車両コントローラ13は、燃料電池冷却水温予測手段40として機能することにより、以下の数式1を用いて発熱量プロファイルQFn(t)と放熱量プロファイルQRn(t)の差から現在地点からブロック終点までの冷却水温の時間変化量ΔTFdtを予測する。そして、車両コントローラ13は、以下の数式2を用いることにより、冷却水温の時間変化量ΔTFdtからブロック終点における冷却水温TFnを予測する。なお、数式1,2中のパラメータCw,hcはそれぞれ冷却水の熱容量及び燃料電池システムの冷却係数を示し、冷却係数hcは、冷却水の流量や冷却配管の径,冷却配管の材質等によって異なり、システム固有の数値となる。これにより、ステップS26の処理は完了し、一連の冷却水温予測処理は終了する。
なお、燃料電池システムの発熱量プロファイルQFn(t)を予測する際、車両コントローラ13は、燃料電池1の出力が最大出力であるとして燃料電池システムの発熱量プロファイルQFn(t)を予測することが望ましい。このような処理によれば、登坂路等の熱収支が厳しい経路において、環境情報から予測した駆動力以上の走行状態を運転者が要求した場合であっても、冷却水温度が上昇することによるバッテリ2の出力制限を生じさせることなく、走行性能を維持することができる。
When predicting the calorific value profile QFn (t) of the fuel cell system, the
〔発電プロファイル設定処理〕
最後に、図11に示すフローチャートを参照して、上記発電プロファイル設定処理を実行する際の車両コントローラ13の動作の流れについて説明する。
[Power generation profile setting processing]
Finally, with reference to the flowchart shown in FIG. 11, the flow of the operation of the
図11に示すフローチャートは、ステップS3の処理において冷却水温TFnが限界上限水温TFLと同じ、又はそれ以上であると判断されるのに応じて開始となり、発電プロファイル設定処理はステップS31の処理に進む。 The flowchart shown in FIG. 11 starts when the cooling water temperature TFn is determined to be equal to or higher than the limit upper limit water temperature TFL in the process of step S3, and the power generation profile setting process proceeds to the process of step S31. .
ステップS31の処理では、車両コントローラ13が、燃料電池冷却水温計画手段41として機能することにより、各区間終点における冷却水温TFnがブロック終点におて限界上限水温TFL以上にならないように登坂区間における目標冷却水温プロファイルTFnp(t)を設定する。これにより、ステップS31の処理は完了し、発電プロファイル設定処理はステップS32の処理に進む。
In the process of step S31, the
ステップS32の処理では、車両コントローラ13が、ラジエータ放熱量補正手段42として機能することにより、図10に示す放熱特性マップを参照して車速プロファイルVSn(t)及び目標冷却水温プロファイルTFnp(t)からラジエータ放熱量補正プロファイルQRn(t)を設定する。これにより、ステップS32の処理は完了し、発電プロファイル設定処理はステップS33の処理に進む。
In the process of step S32, the
ステップS33の処理では、車両コントローラ13が、燃料電池システム発熱量補正手段43として機能することにより、図9に示す燃料電池システム発熱特性マップを参照して目標冷却水温TFnp,放熱量補正プロファイルQRn(t)から登坂区間終点における目標冷却水温TFNpが限界上限水温TFL以下になるように登坂区間の発熱量補正プロファイルQFnp(t)を設定する。これにより、ステップS33の処理は完了し、発電プロファイル設定処理はステップS34の処理に進む。
In the process of step S33, the
ステップS34の処理では、車両コントローラ13が、燃料電池システム発電量補正手段44として機能することにより、図9に示す燃料電池システム発熱特性マップを参照して目標冷却水温TFnp,発熱量補正プロファイルQFnp(t)から登坂区間終点における目標冷却水温TFnpが限界上限水温TFL以下になるように登坂区間の目標発電プロファイルPfnp(t)を設定する。これにより、ステップS34の処理は完了し、一連の発電プロファイル設定処理は終了する。
In the process of step S34, the
以上の説明から明らかなように、本発明の実施形態となる燃料電池車両によれば、ナビゲーションシステム16が、現在位置から目的地までの燃料電池車両の走行経路を誘導経路として算出し、車両コントローラ13が、誘導経路に含まれる道路の環境情報を参照して、誘導経路の中から登坂区間を抽出し、燃料電池車両が登坂区間を走行する際に必要な駆動力を予測し、予測された駆動力を得るために必要な燃料電池1の発電量を予測する。そして、車両コントローラ13は、燃料電池1の発熱特性及びラジエータ12の放熱特性に基づいて、予測された発電量を燃料電池1が発電した際の冷却水の温度を予測し、冷却水の温度と冷却水の許容上限温度との差を判定し、判定結果に応じて冷却水の温度が許容上限温度を超えないように燃料電池1の発電量を補正し、補正された燃料電池1の発電量と予測された駆動力を得るために必要な燃料電池1の発電量の差異に応じてバッテリ2の目標SOC値を設定する。
As is apparent from the above description, according to the fuel cell vehicle according to the embodiment of the present invention, the
このような構成によれば、冷却水温度が上昇することによってバッテリ2の入出力制限が生じることがなく、また、バッテリ2からの出力を必要最小限にすることによりバッテリ2の温度が上昇してバッテリ2の入出力制限が生じることがないので、走行状況に関わりなく運転者が要求する走行性能を維持することができる。
According to such a configuration, the input / output restriction of the
以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。このように、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。 As mentioned above, although embodiment which applied the invention made | formed by this inventor was described, this invention is not limited with the description and drawing which make a part of indication of this invention by this embodiment. As described above, it is a matter of course that all other embodiments, examples, operation techniques, and the like made by those skilled in the art based on the above embodiments are included in the scope of the present invention.
1:燃料電池
2:バッテリ
3:モータ
4:減速装置
5:差動装置
6:駆動輪
7,8:DC/DCコンバータ
9:インバータ
10:燃料電池駆動補器
11:循環ポンプ
12:ラジエータ
13:車両コントローラ
14:バッテリコントローラ
15:燃料電池コントローラ
16:ナビゲーションシステム
17:車速センサ
18:外気温センサ
19:温度センサ
20:水温センサ
1: Fuel cell 2: Battery 3: Motor 4: Deceleration device 5: Differential device 6: Drive
Claims (3)
発電に伴う前記燃料電池の発熱量が前記熱交換器の放熱量以上になる燃料電池車両の走行区間を予測し、予測された走行区間において前記冷却水の温度が所定の許容上限温度を超えないように前記燃料電池の発電量を制御し、予測された走行区間を走行する際に不足する発電量を蓄電装置からの出力で補えるように蓄電装置の目標充電量を設定することを特徴とする燃料電池車両の制御装置。 A motor for driving a vehicle, a fuel cell system for supplying the generated power of the fuel cell to the motor, a power storage device for transferring power between the motor and the fuel cell system, and supplying cooling water to the fuel cell A control device for a fuel cell vehicle having a heat exchanger for cooling the fuel cell by
Predicting the travel section of the fuel cell vehicle in which the heat generation amount of the fuel cell accompanying power generation is greater than or equal to the heat dissipation amount of the heat exchanger, and the temperature of the cooling water does not exceed a predetermined allowable upper limit temperature in the predicted travel section The power generation amount of the fuel cell is controlled as described above, and the target charge amount of the power storage device is set so that the power generation amount that is insufficient when traveling in the predicted travel section is compensated by the output from the power storage device A control device for a fuel cell vehicle.
第1の走行地点から第2の走行地点までの燃料電池車両の走行経路を誘導経路として算出する誘導経路算出手段と、
前記誘導経路算出手段により算出された誘導経路に含まれる道路の環境情報を検出する環境情報検出手段と、
前記環境情報を参照して前記誘導経路の中から所定の走行条件となる経路区間を抽出し、燃料電池車両が当該経路区間を走行する際に必要な駆動力を予測し、予測された駆動力を得るために必要な燃料電池の発電量を予測し、燃料電池の発熱特性及び熱交換器の放熱特性に基づいて予測された発電量を燃料電池が発電した際の冷却水の温度を予測する燃料電池状態予測手段と、
前記燃料電池状態予測手段により予測された冷却水の温度と冷却水の許容上限温度との差を判定し、判定結果に応じて冷却水の温度が許容上限温度を超えないように前記燃料電池の発電量を補正する燃料電池システム発電計画手段と、
前記燃料電池システム発電計画手段により補正された燃料電池の発電量と予測された駆動力を得るために必要な燃料電池の発電量の差異に応じて前記蓄電装置の目標充電量を設定する目標充電量計画手段と
を備えることを特徴とする燃料電池車両の制御装置。 A motor for driving a vehicle, a fuel cell system for supplying the generated power of the fuel cell to the motor, a power storage device for transferring power between the motor and the fuel cell system, and supplying cooling water to the fuel cell A control device for a fuel cell vehicle having a heat exchanger for cooling the fuel cell by
Guidance route calculation means for calculating a travel route of the fuel cell vehicle from the first travel point to the second travel point as a guide route;
Environmental information detection means for detecting environmental information of a road included in the guidance route calculated by the guidance route calculation means;
A route section that is a predetermined travel condition is extracted from the guidance route with reference to the environment information, and a driving force required when the fuel cell vehicle travels the route section is predicted. Predict the amount of power generated by the fuel cell to obtain the required temperature, and the temperature of the cooling water when the fuel cell generates the predicted amount of power generated based on the heat generation characteristics of the fuel cell and the heat dissipation characteristics of the heat exchanger Fuel cell state prediction means;
The difference between the coolant temperature predicted by the fuel cell state predicting means and the allowable upper limit temperature of the coolant is determined, and the temperature of the coolant is determined so as not to exceed the allowable upper limit temperature according to the determination result. A fuel cell system power generation plan means for correcting the power generation amount;
Target charging for setting the target charging amount of the power storage device according to the difference between the power generation amount of the fuel cell corrected by the fuel cell system power generation planning means and the power generation amount of the fuel cell necessary for obtaining the predicted driving force And a fuel cell vehicle control device.
前記燃料電池状態予測手段は、燃料電池の発電量が最大出力であるとして冷却水の温度を予測することを特徴とする燃料電池車両の制御装置。 A control device for a fuel cell vehicle according to claim 2,
The control apparatus for a fuel cell vehicle, wherein the fuel cell state prediction means predicts the temperature of the cooling water assuming that the power generation amount of the fuel cell is the maximum output.
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