JP2020092520A - 電動車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】乗員が燃料電池の出力調整を容易に行うことができる電動車両の制御装置を提供する。【解決手段】駆動モータ１１に電力を供給する二次電池２０と、二次電池２０に電力を供給する燃料電池３０とを備える電動車両１０を制御する制御装置５０が、予め設定された異なる条件で燃料電池３０の作動状態が調整される複数のオートモードと、乗員が燃料電池３０の作動状態を調整できるマニュアルモードと、を乗員の要求に応じて切り替えるモード切替手段と、マニュアルモードに切り替えられた場合に、燃料電池３０の出力を調整する際の目安となる目安情報を乗員に提示する提示手段と、を備えるようにする。【選択図】図１

Description

本発明は、電動車両の制御装置に関し、より具体的には、駆動モータに電力を供給する二次電池と、二次電池に電力を供給するレンジエクステンダーとしての燃料電池と、を備える電動車両を制御する制御装置に関する。

近年、二次電池の出力により駆動する駆動モータを備える電動車両には、二次電池を充電するための燃料電池（以下、ＦＣとも称する）を、いわゆるレンジエクステンダーとして備えているものがある（例えば、特許文献１）。

レンジエクステンダーとしての燃料電池を備える電動車両では、電動車両の走行状態や二次電池の充電率（ＳＯＣ：State Of Charge）等に基づいて燃料電池の作動状態（始動・停止等）を制御装置によって適宜制御することで、航続距離の延長が図られている。例えば、二次電池の充電率が所定値よりも低くなった場合に、制御装置が燃料電池を作動させて二次電池の充電を行う。

特開２０１８−１３７８７７号公報

燃料電池の作動状態を制御装置が適宜制御することで、電動車両の航続距離の延長を図ることはできる。しかしながら、燃料電池の出力を乗員（運転者）が任意に設定したいという要望もある。

このような要望は、既存の技術を採用することで実現することはできる。ただし、燃料電池の作動状態を乗員が設定できたとしても、自身の要望に合うように燃料電池の出力を調整するのは難しいと考えられる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、乗員が燃料電池の出力調整を容易に行うことができる電動車両の制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の一つの態様は、駆動モータに電力を供給する二次電池と、二次電池に電力を供給する燃料電池とを備える電動車両を制御する制御装置であって、予め設定された異なる条件で前記燃料電池の作動状態が調整される複数のオートモードと、乗員が前記燃料電池の作動状態を調整できるマニュアルモードと、を乗員の要求に応じて切り替えるモード切替手段と、前記マニュアルモードに切り替えられた場合に、前記燃料電池の出力を調整する際の目安となる目安情報を乗員に提示する提示手段と、を備えることを特徴とする電動車両の制御装置にある。

ここで、前記提示手段は、前記マニュアルモードでの航続距離と共に、前記オートモードのそれぞれでの航続距離の一覧を前記目安情報として表示装置に表示することが好ましい。

さらに前記提示手段が表示させる前記航続距離には、前記燃料電池の出力によるＦＣ航続距離と、前記ＦＣ航続距離に前記二次電池の出力によるＥＶ航続距離を加算した総合航続距離と、が含まれていることが好ましい。

また前記マニュアルモードが選択された状態で、乗員が前記燃料電池の出力を変化させた場合、前記提示手段は、複数の前記オートモードのうち、航続距離が前記マニュアルモードの航続距離に近いモードの情報を強調表示することが好ましい。

さらに前記提示手段は、前記強調表示として前記オートモードの情報の明度を高めることが好ましい。また提示手段は、前記強調表示として前記オートモードの情報の表示色を、他の情報とは異なる色に変更することが好ましい。

かかる本発明の電動車両の制御装置によれば、乗員が燃料電池の出力調整を容易に行うことができるようになる。

本発明の一実施形態に係る電動車両の概略構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る制御装置を説明するブロック図である。 本発明の一実施形態に係る表示装置及び表示の一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る表示装置及び表示の一例を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は本実施形態に係る電動車両の概略図であり、図２は本実施形態に係る制御装置を説明するブロック図である。図１に示す電動車両１０は、燃料電池を搭載したプラグインハイブリッド電気自動車であり、車輪を駆動させる駆動モータ（Ｍ）１１と、駆動モータ１１に電力を供給する二次電池２０と、二次電池２０に電力を供給する燃料電池（ＦＣ）３０と、表示装置４０と、制御装置５０と、を備えている。

駆動モータ１１は、主として二次電池２０からの電力によって作動し、電動車両１０の駆動輪を駆動するための駆動力（トルク）を発生する。二次電池２０は、例えばリチウムイオン電池であり、図示は省略するが、インバータ及びＤＣ／ＤＣコンバータを介して駆動モータ１１に接続されている。また二次電池２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して燃料電池３０に接続されている。

二次電池２０の直流電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータにより所定電圧に調整されると共にインバータにより交流電力に変換されて駆動モータ１１に供給され、燃料電池３０で発電された直流電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータにより所定電圧に調整されて二次電池２０に供給されるようになっている。

燃料電池３０は、燃料ガスとして水素と、酸化ガスとして空気が供給され、酸素と水素の電気化学反応によって発電する固体高分子形燃料電池である。燃料電池３０の具体的な構成は特に限定はないが、ここでは、複数のセル（図示せず）が積層されたスタック構造を有する。各セルは、固体高分子電解質膜の両面にアノードとカソードとを配置した膜電極接合体と、膜電極接合体の外側に設けられたガス拡散層とを備えている。また、各セルのアノード及びカソードには、触媒として白金が含まれている。このようなセルがセパレータを介して複数積層されることでスタック構造の燃料電池３０が形成されている。

なお電動車両１０は、図示は省略するが、燃料ガスタンクから燃料電池３０に燃料ガス（例えば、水素ガス）を供給する燃料ガス供給系と、酸化ガス（例えば、電動車両１０の外部から取り込んだ空気）を供給する酸化ガス供給系と、を備えている。

表示装置４０は、車室内の前方側に設けられ、乗員（運転者）に対して各種情報を表示するモニタ４１を備えている。また表示装置４０は、詳しくは後述するが、電動車両１０の走行モードを選択するための選択ボタン４２と、燃料電池３０の出力を設定する設定ダイヤル４３と、をさらに備えている（図３参照）。

制御装置５０は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）とも呼ばれ、中央処理装置と主記憶装置とを備えるマイクロコンピューターによって構成されており、燃料電池３０を含む電動車両１０の総括的な制御を行う。制御装置５０は、例えば、電動車両１０が備える各種センサから検知信号を取得し、その取得結果に応じて燃料電池３０の制御を行うＦＣ制御部５１を備えている。ＦＣ制御部５１は、走行状態検出手段５２と、ＳＯＣ検出手段５３と、作動状態制御手段５４と、モード切替手段５５と、提示手段５６と、を備えている。

走行状態検出手段５２は、電動車両１０の走行状態を検出する。例えば、本実施形態では、電動車両１０は、車速を検出する車速センサ１５、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ１６等の各種センサを備えており、走行状態検出手段５２は、これらセンサ類の情報に基づいて電動車両１０の走行状態を検出する。

ＳＯＣ検出手段５３は、二次電池２０の充電率（ＳＯＣ）を検出する。二次電池２０には、図示しないが、例えば、電圧センサや電流センサ等であるバッテリセンサが設けられており、ＳＯＣ検出手段５３は、このバッテリセンサからの情報に基づいて、二次電池２０の充電率を検出（演算）する。

作動状態制御手段５４は、走行状態検出手段５２及びＳＯＣ検出手段５３の検出結果に基づいて、燃料電池３０を適宜制御する。すなわち作動状態制御手段５４は、燃料電池３０の始動・停止を制御すると共に、燃料電池３０の出力を適宜調整する。その際、作動状態制御手段５４は、走行モードに応じた燃料電池３０の作動状態となるように、燃料電池３０を適宜制御する。

電動車両１０の走行モードは、モード切替手段５５によって切り替えられる。モード切替手段５５は、乗員の要求に応じて、電動車両１０の走行モードの切り替えを行う。本実施形態では、上述のように各走行モードに対応する複数の選択ボタン４２が表示装置４０に設けられており、乗員が選択ボタン４２の一つを押すことで所望の走行モードが選択される。モード切替手段５５は、この選択に従って、つまり乗員の要求に従って、電動車両１０の走行モードの切り替えを行う。

ここで、電動車両１０の走行モードには、複数のオートモードと、マニュアルモードと、がある。オートモードとは、予め設定された異なる条件で燃料電池３０の作動状態が調整されるモードである。言い換えれば、オートモードとは、ＦＣ制御部５１によって燃料電池３０の作動状態が適宜制御されるモードである。本実施形態では、オートモードとして、ＥＶモード、ＲＥＸモード（レンジエクステンドモード）、ＰＥＸモード（パワーエクステンドモード）及びエフィシェンシーモードの４つのモードが設定されている。またマニュアルモードとは、乗員（運転者）が燃料電池３０の作動状態を任意に調整できるモードである。

ＥＶモードは、二次電池２０の電力で駆動モータ１１を駆動させる（燃料電池３０を作動させない）モードであり、ＦＣ制御部５１は、電動車両１０の走行状態にかかわらず、燃料電池３０を作動させることはない。このためＥＶモードにおける航続距離は、二次電池２０の充電率（ＳＯＣ）によって決まり、当然ながらＥＶモードは、複数の走行モードの中で航続距離が最も短くなる。

ＲＥＸモードは、コスト優先で航続距離の延長を図るモードであり、ＦＣ制御部５１は、二次電池２０の充電率（ＳＯＣ）が低下し、二次電池２０の電力で駆動モータ１１を駆動できない状況になると、燃料電池３０を作動させて二次電池２０への電力供給を実施する。すなわち燃料電池３０の電力により駆動モータ１１を駆動させる。

このようにＲＥＸモードでは、二次電池２０の電力を消費した後に、必要に応じて燃料電池３０を作動させている。したがって、燃料電池３０の作動時間を極力短くしてコストを抑えつつ航続距離を延長することができる。ただし、燃料電池３０を作動させた場合、駆動モータ１１の出力は、燃料電池３０の最高出力で制限されることになる。

ＰＥＸモードは、出力優先で航続距離の延長を図るモードであり、ＦＣ制御部５１は、二次電池２０の充電率（ＳＯＣ）に拘わらず、二次電池２０が充電可能な状態であれば（例えば、二次電池２０が満充電に近い状態でなければ）、燃料電池３０を作動させて二次電池２０への電力供給を行う。その際、燃料電池３０の出力は、二次電池２０の充電率を極力高く維持できるように調整する。

このＰＥＸモードでは、二次電池２０の充電率（ＳＯＣ）は比較的高い状態に保持されるため、駆動モータ１１の出力の低下を抑制しつつ航続距離の延長を図ることができる。ただし、燃料電池３０の電力による航続距離は、ＲＥＸモードに比べて短くなる。

エフィシェンシーモードは、距離優先で航続距離の延長を図るモードであり、ＦＣ制御部５１は、二次電池２０が充電可能な状態であれば、常に、燃料電池３０を最高効率点付近で作動させ続ける。これにより、電動車両１０の航続距離を最大限まで延長することができる。ただし、駆動モータ１１の出力は、ＰＥＸモードに比べて低下してしまう場合がある。

マニュアルモードは、乗員（運転者）が燃料電池３０の作動状態を任意に設定・調整できるモードである。マニュアルモードに切り替えられた場合、乗員は表示装置４０に設けられている設定ダイヤル４３を操作することで、燃料電池３０の出力を０％〜１００％の範囲で燃料電池３０の出力を任意に調整することができる。なお燃料電池３０の出力調整の範囲は特に限定されるものではなく、必ずしも０％〜１００％でなくてもよい。燃料電池３０の出力が設定されると、ＦＣ制御部５１は、電動車両１０の走行状態にかかわらず、乗員によって設定された出力が得られるように燃料電池３０を作動させる。

提示手段５６は、乗員（運転者）に対し各種情報の提示を行う。具体的には、提示手段５６は、図３に示すように、表示装置４０のモニタ４１に、ＥＶモード、ＲＥＸモード、ＰＥＸモード、エフィシェンシーモード及びマニュアルモードの５つの走行モードに対応する各種情報を表示させる。

より詳細には、提示手段５６は、各走行モードに対応する航続距離の一覧を表示する。本実施形態では、提示手段５６は、各走行モードに対応する航続距離として、燃料電池３０の電力によって走行可能な航続距離（ＦＣ航続距離）と、ＦＣ航続距離に二次電池２０の電力によって走行可能な航続距離（ＥＶ航続距離）を加算した総合航続距離と、をそれぞれモニタ４１に表示する。

乗員は、このようにモニタ４１に表示された情報を参照することで、複数の走行モードの中から、電動車両１０の走行状態や目的地までのルート等に適した走行モードを選択することができる。

また提示手段５６は、マニュアルモードに切り替えられた場合には、設定ダイヤル４３によって燃料電池３０の出力を調整する際の目安となる目安情報を乗員に提示する。例えば、モニタ４１に表示されている上記情報も、走行モードがマニュアルモードに切り替えられた場合、燃料電池３０の出力を調整する際の目安にはなる。すなわち各走行モードにおける電動車両１０の航続距離（ＦＣ航続距離及び総合航続距離）がモニタ４１に表示されているため、運転者は、この表示を参考にすることで、燃料電池３０の出力を所望の値に設定し易くなる。

さらにマニュアルモードが選択されている状態で、乗員が設定ダイヤル４３を操作して燃料電池３０の出力を変化させた場合、提示手段５６は、複数のオートモードのうち、航続距離がマニュアルモードの航続距離に近いモードの情報を強調表示する。例えば、図３に示すように、マニュアルモードでのＦＣ航続距離が１８０ｋｍである場合、ＦＣ航続距離が最も近い値（２１０ｋｍ）となっているＰＥＸモードを強調表示する。

また乗員が設定ダイヤル４３を操作して燃料電池３０の出力を変更（低下）させ、例えば、図４に示すように、マニュアルモードでのＦＣ航続距離が２３０ｋｍに変更された場合には、ＰＥＸモードは通常表示に戻り、ＦＣ航続距離が最も近い値（２４０ｋｍ）となっているＲＥＸモードが強調表示されることになる。

このような強調表示を行うことで、乗員は設定ダイヤル４３を操作している際に、燃料電池３０の出力がどの程度になるかを、より容易に把握することができる。なお、この例では、提示手段５６は、ＦＣ航続距離に基づいて強調表示を行っているが、例えば、総合航続距離に基づいて強調表示を行うようにしてもよい。

また、図３及び図４の例では、提示手段５６は、一つのオートモード（走行モード）の情報を強調表示するようにしたが、複数のオートモードの情報を強調表示するようにしてもよい。その場合、マニュアルモードとの航続距離の差が小さいほど、強調の程度を強くすることが好ましい。

強調表示の方法は、特に限定されないが、例えば、情報部分の明度を高めたり、情報部分を大きく表示したりすること等が挙げられる。さらには、強調表示するオートモードの情報の表示色を、他の情報とは異なる色としてもよい。

何れの方法を採用した場合でも、乗員は、モニタ４１に表示されている情報を参照することで、燃料電池３０の出力を所望の値に設定し易くなる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、勿論、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。

例えば、上述の実施形態では、目安情報の一例として、各走行モードにおける航続距離（ＦＣ航続距離、総合航続距離）を表示するようにしたが、目安情報は航続距離に限定されるものではない。すなわち目安情報は、燃料電池の出力を設定する際の目安になる情報であればよく、勿論、燃料電池の出力自体をモニタに表示するようにしてもよい。

さらに提示手段は、モニタに情報を表示するようにしたが、例えば、音声等により目安情報を乗員（運転者）に提示するようにしてもよい。

また例えば、上述の実施形態では、表示装置が、選択ボタン及び設定ダイヤルを備えるようにしたが、これら選択ボタン及び設定ダイヤルの構成は特に限定されるものではない。例えば、表示装置が、タッチパネルからなるモニタを備えるようにし、選択ボタン及び設定ダイヤルがモニタに表示されるようにしてもよい。勿論、選択ボタン及び設定ダイヤルは、表示装置とは別に設けられていてもよい。

１０ 電動車両
１１ 駆動モータ
１５ 車速センサ
１６ アクセル開度センサ
２０ 二次電池
３０ 燃料電池
４０ 表示装置
４１ モニタ
４２ 選択ボタン
４３ 設定ダイヤル
５０ 制御装置
５１ ＦＣ制御部
５２ 走行状態検出手段
５３ ＳＯＣ検出手段
５４ 作動状態制御手段
５５ モード切替手段
５６ 提示手段

Claims (6)

1. 駆動モータに電力を供給する二次電池と、二次電池に電力を供給する燃料電池とを備える電動車両を制御する制御装置であって、
   予め設定された異なる条件で前記燃料電池の作動状態が調整される複数のオートモードと、乗員が前記燃料電池の作動状態を調整できるマニュアルモードと、を乗員の要求に応じて切り替えるモード切替手段と、
   前記マニュアルモードに切り替えられた場合に、前記燃料電池の出力を調整する際の目安となる目安情報を乗員に提示する提示手段と、を備える
   ことを特徴とする電動車両の制御装置。
2. 請求項１に記載の電動車両の制御装置であって、
   前記提示手段は、前記マニュアルモードでの航続距離と共に、前記オートモードのそれぞれでの航続距離の一覧を前記目安情報として表示装置に表示する
   ことを特徴とする電動車両の制御装置。
3. 請求項２に記載の電動車両の制御装置であって、
   前記提示手段が表示させる前記航続距離には、前記燃料電池の出力によるＦＣ航続距離と、前記ＦＣ航続距離に前記二次電池の出力によるＥＶ航続距離を加算した総合航続距離と、が含まれている
   ことを特徴とする電動車両の制御装置。
4. 請求項２又は３に記載の電動車両の制御装置であって、
   前記マニュアルモードが選択された状態で、乗員が前記燃料電池の出力を変化させた場合、
   前記提示手段は、複数の前記オートモードのうち、航続距離が前記マニュアルモードの航続距離に近いモードの情報を強調表示する
   ことを特徴とする電動車両の制御装置。
5. 請求項４に記載の電動車両の制御装置であって、
   前記提示手段は、前記強調表示として前記オートモードの情報の明度を高める
   ことを特徴とする電動車両の制御装置。
6. 請求項４又は５に記載の電動車両の制御装置であって、
   前記提示手段は、前記強調表示として前記オートモードの情報の表示色を、他の情報とは異なる色に変更する
   ことを特徴とする電動車両の制御装置。