JP2021023015A - Vehicle electrical power system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両の電源システムに関する。 The present invention relates to a vehicle power supply system.
近年、駆動用モータを駆動源として走行する電動車両が広く利用されており、電動車両の中で、駆動用モータの電力源として燃料電池および二次電池を備える電源システムが搭載されているものがある。このような電動車両では、二次電池の電力の枯渇を適切に抑制することが重要である。例えば、特許文献1では、燃料電池および二次電池を電力源として備える車両の電源システムにおいて、メインスイッチがオフとなっている時間を二次電池の充電に有効に利用することによって、二次電池の電力の枯渇を抑制する技術が開示されている。
In recent years, electric vehicles that travel using a drive motor as a drive source have been widely used, and some electric vehicles are equipped with a power supply system equipped with a fuel cell and a secondary battery as a power source for the drive motor. is there. In such an electric vehicle, it is important to appropriately suppress the depletion of the electric power of the secondary battery. For example, in
しかしながら、燃料電池および二次電池を備える車両の電源システムにおいて、二次電池の電力の枯渇をより適切に抑制することが望まれている。具体的には、電源システムの再起動直後(つまり、車両の再発進直後)には、燃料電池の立ち上がり時間が存在するので、その時間において、二次電池に蓄電されている電力を用いて駆動用モータを駆動する必要が生じる。ゆえに、電源システムの再起動直後に高負荷走行(つまり、要求駆動力が閾値より高くなる走行)が行われた場合、電源システムが再起動される際の二次電池の残存容量(以下、SOC(State Of Charge)とも呼ぶ)によっては、二次電池の電力が枯渇してしまうおそれがある。 However, in a vehicle power supply system including a fuel cell and a secondary battery, it is desired to more appropriately suppress the depletion of electric power of the secondary battery. Specifically, immediately after the power supply system is restarted (that is, immediately after the vehicle restarts), there is a start-up time of the fuel cell, and in that time, the fuel cell is driven by the electric power stored in the secondary battery. It becomes necessary to drive the motor. Therefore, if high-load driving (that is, driving in which the required driving force is higher than the threshold value) is performed immediately after the power supply system is restarted, the remaining capacity of the secondary battery (hereinafter referred to as SOC) when the power supply system is restarted. (Also called System Of Charge)), the power of the secondary battery may be exhausted.
そこで、本発明は、このような課題に鑑み、二次電池の電力の枯渇をより適切に抑制することが可能な車両の電源システムを提供することを目的としている。 Therefore, in view of such a problem, an object of the present invention is to provide a vehicle power supply system capable of more appropriately suppressing the depletion of electric power of a secondary battery.
上記課題を解決するために、本発明の車両の電源システムは、駆動用モータと、駆動用モータに供給される電力を発電する燃料電池と、駆動用モータに供給される電力を蓄電する二次電池と、二次電池の充放電を制御する制御装置と、を備え、制御装置は、二次電池の残存容量が第1目標残存容量に近づくように二次電池の充放電を制御する第1充放電制御を実行し、所定の条件が満たされた場合、二次電池の残存容量が第1目標残存容量より高い第2目標残存容量に近づくように二次電池の充放電を制御する第2充放電制御を実行する。 In order to solve the above problems, the vehicle power supply system of the present invention includes a drive motor, a fuel battery that generates power supplied to the drive motor, and a secondary battery that stores power supplied to the drive motor. A first control device comprising a battery and a control device for controlling the charge / discharge of the secondary battery, the control device controls the charge / discharge of the secondary battery so that the remaining capacity of the secondary battery approaches the first target remaining capacity. A second charge / discharge control is performed, and when a predetermined condition is satisfied, the charge / discharge of the secondary battery is controlled so that the remaining capacity of the secondary battery approaches the second target remaining capacity, which is higher than the first target remaining capacity. Execute charge / discharge control.
第2目標残存容量は、要求駆動力が閾値より高くなる高負荷走行が電源システムの再起動から所定時間内に行われた場合において燃料電池の立ち上がり時間中に駆動用モータに要求駆動力を出力させるために必要な電力量に対応する残存容量であってもよい。 The second target remaining capacity outputs the required driving force to the driving motor during the start-up time of the fuel cell when high-load driving in which the required driving force is higher than the threshold value is performed within a predetermined time from the restart of the power supply system. It may be the remaining capacity corresponding to the amount of electric power required for the operation.
制御装置は、要求駆動力が閾値より高くなる高負荷走行が電源システムの再起動から所定時間内に行われる可能性が基準より高いか否かを予測し、所定の条件として、高負荷走行が電源システムの再起動から所定時間内に行われる可能性が基準より高いと予測された場合、第2充放電制御を実行してもよい。 The control device predicts whether or not it is more likely that high-load driving in which the required driving force is higher than the threshold value will be performed within a predetermined time from the restart of the power supply system, and the high-load driving is performed as a predetermined condition. If it is predicted that it is more likely to be performed within a predetermined time from the restart of the power supply system, the second charge / discharge control may be executed.
制御装置は、車両の目的地を示す情報に基づいて、高負荷走行が電源システムの再起動から所定時間内に行われる可能性が基準より高いか否かを予測してもよい。 Based on the information indicating the destination of the vehicle, the control device may predict whether or not the high-load driving is more likely to occur within a predetermined time from the restart of the power supply system.
制御装置は、車両の走行ルートを示す情報に基づいて、高負荷走行が電源システムの再起動から所定時間内に行われる可能性が基準より高いか否かを予測してもよい。 Based on the information indicating the travel route of the vehicle, the control device may predict whether or not the high-load travel is more likely to occur within a predetermined time from the restart of the power supply system.
制御装置は、車両が当該車両の目的地に到着する前に二次電池の残存容量が第2目標残存容量に到達するように、第2充放電制御を実行してもよい。 The control device may execute the second charge / discharge control so that the remaining capacity of the secondary battery reaches the second target remaining capacity before the vehicle arrives at the destination of the vehicle.
制御装置は、電源システムの再起動から所定時間内に行われる要求駆動力が閾値より高くなる高負荷走行における要求駆動力と関連するパラメータに基づいて、第2目標残存容量を変化させてもよい。 The control device may change the second target remaining capacity based on the parameters related to the required driving force in high load driving in which the required driving force performed within a predetermined time from the restart of the power supply system becomes higher than the threshold value. ..
本発明によれば、燃料電池および二次電池を備える車両の電源システムにおいて、二次電池の電力の枯渇をより適切に抑制することが可能となる。 According to the present invention, in a vehicle power supply system including a fuel cell and a secondary battery, it is possible to more appropriately suppress the depletion of electric power of the secondary battery.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。 Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, other specific numerical values, and the like shown in the embodiment are merely examples for facilitating the understanding of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified. In the present specification and drawings, elements having substantially the same function and configuration are designated by the same reference numerals to omit duplicate description, and elements not directly related to the present invention are not shown. To do.
<電源システムの構成>
図1および図2を参照して、本発明の実施形態に係る電源システム1の構成について説明する。
<Power system configuration>
The configuration of the
図1は、電源システム1の概略構成を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a
電源システム1は、具体的には、電動車両に搭載され、車両内の各装置に電力を供給するために用いられるシステムである。
Specifically, the
なお、以下で説明する電源システム1は、あくまでも本発明に係る電源システムの一例であり、後述するように、本発明に係る電源システムの構成は電源システム1の構成に特に限定されない。
The
具体的には、図1に示されるように、電源システム1は、駆動用モータ30と、駆動用モータ30に供給される電力を発電する燃料電池10と、駆動用モータ30に供給される電力を蓄電する二次電池20と、二次電池20の充放電を制御する制御装置100とを備える。さらに、電源システム1は、燃料電池コンバータ41と、二次電池コンバータ42と、インバータ43と、ナビゲーション装置50と、二次電池センサ60とを備える。なお、本明細書において、充放電は、充電または放電の少なくとも一方を意味する。つまり、後述する充放電制御は、充電のみを実行するものも含む。
Specifically, as shown in FIG. 1, the
電源システム1が搭載される車両(以下、単に車両とも呼ぶ)は、燃料電池10または二次電池20の少なくとも一方から供給される電力を用いて駆動される駆動用モータ30を駆動源として走行する。詳細には、主として燃料電池10により発電される電力が駆動用モータ30の駆動に用いられ、例えば、駆動用モータ30の駆動に要求される電力に対して燃料電池10により発電される電力が不足する場合に二次電池20に蓄電される電力が利用される。
The vehicle on which the
電源システム1において、燃料電池10は、燃料電池コンバータ41を介してインバータ43と接続されている。二次電池20は、二次電池コンバータ42を介してインバータ43と接続されている。二次電池20および二次電池コンバータ42は、燃料電池10および燃料電池コンバータ41に対して並列にインバータ43と接続されている。インバータ43は、駆動用モータ30と接続されており、当該駆動用モータ30が駆動輪9と接続されている。
In the
燃料電池10は、燃料ガス(具体的には、水素ガス)と酸化ガス(具体的には、空気)とを反応させることにより発電する電池である。具体的には、燃料電池10は、水素タンク(図示省略)と接続されており、水素タンクには、例えば、燃料電池10に供給される高圧水素が充填されている。そして、モータポンプ(図示省略)等により水素タンクから燃料電池10へ水素ガスが供給されるようになっている。また、燃料電池10には、コンプレッサ(図示省略)等により酸化ガスとしての空気が供給される。燃料電池10への水素ガスおよび空気の供給量が制御されることによって、燃料電池10の出力が制御される。
The
燃料電池コンバータ41は、燃料電池10により発電される電力を昇圧可能な電力変換装置である。例えば、燃料電池コンバータ41は、いわゆるチョッパ方式の回路を含むDCDCコンバータであり、当該回路に設けられるスイッチング素子の動作が制御されることによって、燃料電池コンバータ41による電力変換が制御される。燃料電池10により発電される電力は、燃料電池コンバータ41およびインバータ43を介して駆動用モータ30に供給され、駆動用モータ30の駆動に利用される。また、燃料電池10により発電される電力は、燃料電池コンバータ41および二次電池コンバータ42を介して二次電池20に供給され、二次電池20の充電にも利用され得る。
The
二次電池20は、電力を充放電可能な電池である。二次電池20としては、例えば、リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池または鉛蓄電池が用いられるが、これら以外の電池が用いられてもよい。
The
二次電池コンバータ42は、二次電池20に蓄電される電力を昇圧可能であり、さらに燃料電池コンバータ41またはインバータ43から供給される電力を降圧可能な電力変換装置である。例えば、二次電池コンバータ42は、いわゆるチョッパ方式の回路を含むDCDCコンバータであり、当該回路に設けられるスイッチング素子の動作が制御されることによって、二次電池コンバータ42による電力変換が制御される。二次電池20に蓄電される電力は、二次電池コンバータ42およびインバータ43を介して駆動用モータ30に供給され、駆動用モータ30の駆動に利用される。なお、二次電池20に蓄電される電力は車両内の補機に供給されてもよく、その場合、例えば、二次電池20と補機との間には、二次電池20に蓄電される電力を降圧して補機に供給可能なDCDCコンバータが設けられる。
The
駆動用モータ30は、動力を出力可能であり、駆動用モータ30から出力される動力は、駆動輪9に伝達される。駆動用モータ30としては、例えば、多相交流式(例えば、三相交流式)のモータが用いられる。また、駆動用モータ30は、車両の減速時に回生駆動されて駆動輪9の回転エネルギを用いて発電する発電機としての機能(つまり、回生機能)を有してもよい。
The
インバータ43は、燃料電池コンバータ41または二次電池コンバータ42から供給される直流電力を交流電力に変換して駆動用モータ30に供給可能であり、さらに駆動用モータ30により発電される交流電力を直流電力に変換して二次電池コンバータ42に供給可能な電力変換装置である。インバータ43は、例えば、多相ブリッジ回路(例えば、三相ブリッジ回路)を含み、当該回路に設けられるスイッチング素子の動作が制御されることによって、インバータ43による電力変換が制御される。駆動用モータ30により発電される電力は、インバータ43および二次電池コンバータ42を介して二次電池20に供給され、二次電池20の充電に利用される。
The
ナビゲーション装置50は、ユーザによる入力操作に応じて車両の現在位置からユーザが所望する目的地までのルートを案内する装置である。また、ナビゲーション装置50は、情報を視覚的に表示する機能を有し、ルート案内に関する情報であるナビゲーション情報(例えば、車両の現在位置、車両が現在走行中のルートを含む案内の対象となる走行ルート、目的地の位置、車両の現在位置から目的地までの走行ルート上での距離および目的地までの到達時間等)を表示する。
The
図2は、ナビゲーション情報の一例を概略的に示す模式図である。具体的には、図2は、ナビゲーション装置50により表示されるナビゲーション情報の表示例に相当し、図2には、ナビゲーション情報として、車両の出発地点P1、目的地P2、現在位置C1および走行ルートL1が示されている。これらのナビゲーション情報は、ナビゲーション装置50から制御装置100に出力され、後述するように、制御装置100が行う処理に利用される。なお、ナビゲーション装置50は、GPS(Global Positioning System)衛星からの電波を受信すること等によって車両の現在位置を特定し得る。
FIG. 2 is a schematic diagram schematically showing an example of navigation information. Specifically, FIG. 2 corresponds to a display example of navigation information displayed by the
二次電池センサ60は、二次電池20の各種状態量を検出し、制御装置100へ出力する。具体的には、二次電池センサ60は、二次電池20のSOCを検出する。
The
制御装置100は、電源システム1における電力の供給を制御する。
The
例えば、制御装置100は、演算処理装置であるCPU(Central Processing Unit)、CPUが使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する記憶素子であるROM(Read Only Memory)およびCPUの実行において適宜変化するパラメータ等を一時記憶する記憶素子であるRAM(Random Access Memory)等で構成される。
For example, the
具体的には、制御装置100は、燃料電池10、燃料電池コンバータ41、二次電池コンバータ42およびインバータ43の動作を制御することによって、電源システム1における電力の供給を制御する。
Specifically, the
例えば、制御装置100は、燃料電池10および二次電池20から駆動用モータ30への電力の供給を制御することによって、駆動用モータ30の出力を制御することができる。
For example, the
また、例えば、制御装置100は、燃料電池10から二次電池20への電力の供給を制御すること等によって、二次電池20の充放電を制御することができる。
Further, for example, the
また、制御装置100は、ナビゲーション装置50および二次電池センサ60と通信することによって、これらの各装置から出力される各種情報を取得する。このように得られる情報は、電源システム1における電力の供給の制御に関する処理に利用される。
Further, the
制御装置100は、上述したように、電源システム1に搭載される各装置と通信を行う。制御装置100と各装置との通信は、例えば、CAN(Controller Area Network)通信を用いて実現される。
As described above, the
なお、本実施形態に係る制御装置100が有する機能は複数の制御装置により少なくとも部分的に分割されてもよく、複数の機能が1つの制御装置によって実現されてもよい。制御装置100が有する機能が複数の制御装置により少なくとも部分的に分割される場合、当該複数の制御装置は、CAN等の通信バスを介して、互いに接続されてもよい。
The function of the
上記のように、制御装置100は、二次電池20の充放電を制御する。具体的には、制御装置100は、通常時に、二次電池20のSOCが第1目標残存容量(以下、第1目標SOCとも呼ぶ)に近づくように二次電池20の充放電を制御する第1充放電制御を実行する。第1目標SOCは、二次電池20を健全な状態で持続的に使用するためのSOCである。なお、通常時は、後述するように所定の条件が満たされて第2充放電制御が実行されている時以外の時を基本的に意味する。
As described above, the
ここで、制御装置100は、所定の条件が満たされた場合、二次電池20のSOCが第1目標残存容量より高い第2目標残存容量(以下、第2目標SOCとも呼ぶ)に近づくように二次電池20の充放電を制御する第2充放電制御を実行する。それにより、二次電池20の電力の枯渇をより適切に抑制することが可能となる。第2目標SOCは、後述するように、具体的には、要求駆動力が閾値より高くなる高負荷走行が電源システム1の再起動から所定時間内に行われた場合において燃料電池10の立ち上がり時間中に駆動用モータ30に要求駆動力を出力させるために必要な電力量に対応するSOCである。このような、制御装置100により行われる第2充放電制御に関する処理の詳細については、後述にて説明する。
Here, the
<電源システムの動作>
続いて、図3〜図5を参照して、本発明の実施形態に係る電源システム1の動作について説明する。なお、以下では、電源システム1の制御装置100が行う処理の流れの例として、第1の例および第2の例をこの順に説明する。
<Operation of power supply system>
Subsequently, the operation of the
[第1の例]
まず、図3および図4を参照して、制御装置100が行う処理の流れの第1の例について説明する。
[First example]
First, a first example of the flow of processing performed by the
図3は、制御装置100が行う処理の流れの第1の例を示すフローチャートである。図3に示される第1の例に係る制御フローは、具体的には、制御装置100により行われる第2充放電制御に関する処理の流れであり、電源システム1の起動後(例えば、燃料電池10の立ち上がり時間経過後)に開始される。なお、図3に示される第1の例に係る制御フローは、第1充放電制御が行われている状態で開始される。
FIG. 3 is a flowchart showing a first example of the flow of processing performed by the
図3に示される第1の例に係る制御フローが開始されると、まず、ステップS501において、制御装置100は、車両の目的地を示す情報を取得する。
When the control flow according to the first example shown in FIG. 3 is started, first, in step S501, the
例えば、制御装置100は、ナビゲーション装置50から出力されるナビゲーション情報に含まれる車両の目的地を示す情報を取得する。なお、目的地を示す情報の取得は、新たな目的地が設定されたときに行われてもよく、車両の走行中において定期的または不定期に行われてもよい。
For example, the
次に、ステップS502において、制御装置100は、車両が目的地に停車した場合における電源システム1の再起動から所定時間内に高負荷走行が行われる可能性が基準より高いか否かを予測する。なお、以下では、電源システム1の再起動から所定時間内に高負荷走行が行われる可能性を、高負荷走行可能性とも呼ぶ。車両が目的地に停車した場合における高負荷走行可能性が基準より高いと予測された場合(ステップS502/YES)、ステップS503に進む。一方、車両が目的地に停車した場合における高負荷走行可能性が基準以下であると予測された場合(ステップS502/NO)、ステップS501に戻り、ステップS501およびステップS502の処理が繰り返される。
Next, in step S502, the
なお、高負荷走行は、要求駆動力(つまり、車両の走行に要求される駆動力)が閾値より高くなる走行を意味する。当該閾値は、車両の通常負荷走行または低負荷走行時の要求駆動力の平均値よりも高い値に設定される。なお、当該閾値は、車両の仕様等に応じて適宜異なっていてもよい。また、上記の所定時間は、電源システム1の再起動が行われた時点から少なくとも燃料電池10の立ち上がりが完了するまでの時間を意味する。
In addition, high load running means running in which the required driving force (that is, the driving force required for running the vehicle) is higher than the threshold value. The threshold value is set to a value higher than the average value of the required driving force during normal load driving or low load driving of the vehicle. The threshold value may be appropriately different depending on the specifications of the vehicle and the like. Further, the above-mentioned predetermined time means a time from the time when the
ここで、制御装置100は、車両の目的地を示す情報に基づいて、ステップS502の予測処理を行う。
Here, the
例えば、制御装置100は、車両の目的地が山岳路上の地点であることをもって、車両が目的地に停車した場合における高負荷走行可能性が基準より高いと予測する。
For example, the
なお、制御装置100は、車両の目的地が山岳路上の地点以外の他の地点であることをもって、車両が目的地に停車した場合における高負荷走行可能性が基準より高いと予測してもよい。
Note that the
例えば、制御装置100は、車両の目的地が高速道路上の地点(例えば、インターチェンジまたはサービスエリア等)であることをもって、車両が目的地に停車した場合における高負荷走行可能性が基準より高いと予測してもよい。また、例えば、制御装置100は、車両の目的地が山岳路上の地点または高速道路上の地点の近傍の地点であることをもって、車両が目的地に停車した場合における高負荷走行可能性が基準より高いと予測してもよい。
For example, the
なお、ステップS502の予測処理における基準は、例えば、50%等の基準値であってもよく、数値以外のものであってもよい。当該基準は、電源システム1の再起動直後の燃料電池10の立ち上がり時間における二次電池20の電力の枯渇が抑制される確実性を向上させる観点と第2充放電制御が不要に実行される頻度を低減する観点とのバランスから適宜設定され得る。具体的には、上記基準を低く設定するほど、電源システム1の再起動直後の燃料電池10の立ち上がり時間における二次電池20の電力の枯渇が抑制される確実性を向上させる効果が増大する一方で、第2充放電制御が不要に実行される頻度も増大する。また、上記判定における基準を高く設定するほど、電源システム1の再起動直後の燃料電池10の立ち上がり時間における二次電池20の電力の枯渇が抑制される確実性を向上させる効果が減少する一方で、第2充放電制御が不要に実行される頻度も減少する。
The reference value in the prediction process in step S502 may be, for example, a reference value such as 50%, or may be something other than a numerical value. The criteria are from the viewpoint of improving the certainty that the depletion of electric power of the
ステップS502でYESと判定された場合、ステップS503において、制御装置100は、目的地までの到達時間が基準時間を下回ったか否かを判定する。目的地までの到達時間が基準時間を下回ったと判定された場合(ステップS503/YES)、ステップS504に進む。一方、目的地までの到達時間が基準時間に達していないと判定された場合(ステップS503/NO)、ステップS503の処理が繰り返される。
If YES is determined in step S502, in step S503, the
例えば、制御装置100は、ナビゲーション情報に含まれる車両の現在位置から目的地までの到達時間を示す情報に基づいて、ステップS503の予測処理を行うことができる。
For example, the
ここで、基準時間は、第2充放電制御を開始した時点から二次電池20のSOCが第2目標SOCに到達するまでにかかる時間として十分な時間に設定される。例えば、基準時間は、第2充放電制御を開始した時点で二次電池20のSOCが第1充放電制御の実行中に取り得る最も低いSOCであった場合において、第2充放電制御を開始した時点から二次電池20のSOCが第2目標SOCに到達するまでにかかる時間として想定される時間よりも長い時間に設定される。
Here, the reference time is set to a sufficient time as the time required for the SOC of the
ステップS503でYESと判定された場合、ステップS504において、制御装置100は、第2充放電制御を開始する。
If YES is determined in step S503, in step S504, the
上述したように、第2充放電制御では、二次電池20のSOCが第1目標SOCより高い第2目標SOCに近づくように二次電池20の充放電が制御される。それにより、第2充放電制御を実行することにより、二次電池20のSOCを、第1充放電制御におけるSOCの目標値である第1目標SOCと比較して高いSOCである第2目標SOCの近傍の値まで上昇させることができる。
As described above, in the second charge / discharge control, the charge / discharge of the
ところで、上述したように、電源システム1の再起動直後(つまり、車両の再発進直後)には、燃料電池10の立ち上がり時間が存在するので、その時間において、二次電池20に蓄電されている電力を用いて駆動用モータ30を駆動する必要が生じる。ゆえに、電源システム1の再起動から所定時間内に高負荷走行が行われた場合、電源システム1が再起動される際の二次電池20のSOCが第1目標SOC程度しかないとすると、二次電池20の電力が枯渇してしまうおそれがある。よって、電源システム1の再起動から所定時間内に高負荷走行が行われた場合であっても、電源システム1が再起動されるまでに二次電池20のSOCを第2目標SOCの近傍の値まで上昇させておくことにより、燃料電池10の立ち上がり時間に二次電池20の電力が枯渇することを抑制することができる。
By the way, as described above, immediately after the
ここで、電源システム1の再起動直後の燃料電池10の立ち上がり時間における二次電池20の電力の枯渇を適切に抑制する観点では、第2目標SOCは、高負荷走行が電源システム1の再起動から所定時間内に行われた場合において燃料電池10の立ち上がり時間中に駆動用モータ30に要求駆動力を出力させるために必要な電力量に対応するSOCであることが好ましい。
Here, from the viewpoint of appropriately suppressing the depletion of the electric power of the
また、電源システム1の再起動直後の燃料電池10の立ち上がり時間における二次電池20の電力の枯渇をさらに適切に抑制する観点では、制御装置100は、電源システム1の再起動から所定時間内に行われる高負荷走行における要求駆動力と関連するパラメータに基づいて、第2目標SOCを変化させることが好ましい。具体的には、制御装置100は、上記パラメータに基づいて予測される上記要求駆動力が大きいほど、第2目標SOCを大きくすることが好ましい。
Further, from the viewpoint of more appropriately suppressing the depletion of the electric power of the
例えば、制御装置100は、上記パラメータとして、車両の目的地またはその近傍における道路に関する各種情報(例えば、勾配、制限速度、摩擦係数、起伏の程度、信号機に関する情報または渋滞情報等)に基づいて、第2目標SOCを変化させてもよい。また、例えば、制御装置100は、上記パラメータとして、ドライバのアクセル操作量の傾向を示すパラメータ(例えば、ドライバがアクセルを強く踏み込む傾向があるか否かを示すパラメータ)に基づいて、第2目標SOCを変化させてもよい。
For example, the
上記のように、図3に示される制御フローでは、目的地までの到達時間が基準時間を下回った時点で第2充放電制御が開始される。ゆえに、制御装置100は、車両が当該車両の目的地に到着する前に二次電池20のSOCが第2目標SOCに到達するように、第2充放電制御を実行することができる。それにより、車両が当該車両の目的地に到着してドライバの操作による電源システム1の停止要求が生じる時点までに二次電池20のSOCを第2目標SOCに適切に到達させることができる。ゆえに、ドライバの操作による電源システム1の停止要求が生じた時点以降に第2充放電制御が継続して実行される(つまり、燃料電池10の発電電力を用いた二次電池20の充電が行われる)ことを抑制することができる。
As described above, in the control flow shown in FIG. 3, the second charge / discharge control is started when the arrival time to the destination falls below the reference time. Therefore, the
次に、図3に示される制御フローは終了する。 Next, the control flow shown in FIG. 3 ends.
なお、第1の例では、第2充放電制御は、例えば、電源システム1が停止することをトリガとして終了する。また、電源システム1の再起動後には、例えば、燃料電池10の立ち上がり時間中には目標SOCを用いた二次電池20の充放電制御は行われず、当該時間経過後に第1充放電制御が開始される。
In the first example, the second charge / discharge control ends, for example, when the
ここで、図4を参照して、図3に示される制御フローが実行される場合における各種状態量の推移の一例について説明する。 Here, with reference to FIG. 4, an example of the transition of various state quantities when the control flow shown in FIG. 3 is executed will be described.
図4は、電源システム1が停止する前後に亘る要求駆動力および二次電池20のSOCの推移の一例を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an example of the transition of the required driving force and the SOC of the
図4に示される例は、時刻T1以前の時点において、車両が目的地に停車した場合における高負荷走行可能性が基準より高いと予測され、時刻T1において、目的地までの到達時間が基準時間を下回ったと判定された場合の例に相当する。 In the example shown in FIG. 4, it is predicted that the possibility of high-load driving when the vehicle stops at the destination is higher than the reference time before the time T1, and the arrival time to the destination at the time T1 is the reference time. Corresponds to the example when it is determined that the value is less than.
時刻T1までの間、第1充放電制御が実行された状態で車両が走行しているので、図4に示されるように、二次電池20のSOCは、第1目標SOCの近傍の値に維持されている。そして、時刻T1において、第2充放電制御が開始されることに伴って、二次電池20のSOCが上昇し始め、時刻T1より後の時刻T2において、二次電池20のSOCが第2目標SOCに到達する。その後、時刻T3において、車両が目的地に到着して停車し、ドライバの操作により電源システム1が停止する。ゆえに、図4に示されるように、時刻T3において、車両が停車することに伴って要求駆動力が0[N]となっている。
Since the vehicle is running with the first charge / discharge control executed until the time T1, the SOC of the
そして、時刻T3より後の時刻T4において、車両が再発進することに伴い電源システム1の再起動が行われる。ここで、図4に示される例では、電源システム1の再起動が行われる時刻T4の直後において、走行状態が高負荷走行に相当する程度に要求駆動力が高い値F0となっている。ところで、二次電池20のSOCは、第2充放電制御が実行されることによって、時刻T4において、第2目標SOCの近傍の値まで上昇している。ゆえに、電源システム1の再起動が行われる時刻T4の直後の燃料電池10の立ち上がり時間において、二次電池20に蓄電されている電力を用いて駆動用モータ30を駆動することに起因して二次電池20の電力が枯渇することを抑制することができる。
Then, at time T4 after the time T3, the
上記のように、図3を参照して説明した第1の例では、制御装置100は、車両の目的地を示す情報に基づいて、高負荷走行が電源システム1の再起動から所定時間内に行われる可能性(つまり、高負荷走行可能性)が基準より高いか否かを予測する。そして、制御装置100は、所定の条件として、高負荷走行が電源システム1の再起動から所定時間内に行われる可能性が基準より高いと予測された場合、第2充放電制御を実行する。それにより、車両が目的地に停車した場合において電源システム1の再起動から所定時間内に高負荷走行が行われる可能性が基準より高いときに、第2充放電制御を実行することができる。ゆえに、車両が目的地に停車した後の電源システム1の再起動から所定時間内に高負荷走行が行われた場合であっても、電源システム1が再起動されるまでに二次電池20のSOCを第2目標SOCの近傍の値まで上昇させておくことができるので、燃料電池10の立ち上がり時間に二次電池20の電力が枯渇することを抑制することができる。
As described above, in the first example described with reference to FIG. 3, the
[第2の例]
次に、図5を参照して、制御装置100が行う処理の流れの第2の例について説明する。
[Second example]
Next, a second example of the flow of processing performed by the
図5を参照して説明する第2の例は、上述した第1の例と比較して、高負荷走行可能性が基準より高いか否かの予測処理において車両の走行ルートを示す情報を用いる点が異なる。 The second example described with reference to FIG. 5 uses information indicating the traveling route of the vehicle in the prediction processing of whether or not the high load traveling possibility is higher than the reference as compared with the first example described above. The point is different.
図5は、制御装置100が行う処理の流れの第2の例を示すフローチャートである。図5に示される第2の例に係る制御フローは、上述した第1の例に係る制御フローと同様に、具体的には、制御装置100により行われる第2充放電制御に関する処理の流れであり、電源システム1の起動後(例えば、燃料電池10の立ち上がり時間経過後)に開始される。なお、図5に示される第2の例に係る制御フローは、上述した第1の例に係る制御フローと同様に、第1充放電制御が行われている状態で開始される。
FIG. 5 is a flowchart showing a second example of the flow of processing performed by the
図5に示される第2の例に係る制御フローが開始されると、まず、ステップS601において、制御装置100は、車両の走行ルートを示す情報を取得する。
When the control flow according to the second example shown in FIG. 5 is started, first, in step S601, the
例えば、制御装置100は、ナビゲーション装置50から出力されるナビゲーション情報に含まれる車両の走行ルートを示す情報を取得する。
For example, the
次に、ステップS602において、制御装置100は、車両が走行ルート上で停車した場合における電源システム1の再起動から所定時間内に高負荷走行が行われる可能性(つまり、高負荷走行可能性)が基準より高いか否かを予測する。車両が走行ルート上で停車した場合における高負荷走行可能性が基準より高いと予測された場合(ステップS602/YES)、ステップS603に進む。一方、車両が走行ルート上で停車した場合における高負荷走行可能性が基準以下であると予測された場合(ステップS602/NO)、ステップS601に戻り、ステップS601およびステップS602の処理が繰り返される。
Next, in step S602, the
ここで、制御装置100は、車両の走行ルートを示す情報に基づいて、ステップS602の予測処理を行う。
Here, the
例えば、制御装置100は、車両の走行ルートが山岳路であることをもって、車両が走行ルート上で停車した場合における高負荷走行可能性が基準より高いと予測する。
For example, the
なお、制御装置100は、車両の走行ルートが山岳路以外の他のルートであることをもって、車両が走行ルート上で停車した場合における高負荷走行可能性が基準より高いと予測してもよい。
The
例えば、制御装置100は、車両の走行ルートが高速道路であることをもって、車両が走行ルート上で停車した場合における高負荷走行可能性が基準より高いと予測してもよい。
For example, the
また、制御装置100は、車両の走行ルートにおける現在位置と当該現在位置よりも先方の位置との間で道路の種類が異なる場合、走行ルートにおける現在位置よりも先方の位置での道路の種類に基づいて、ステップS602の予測処理を行ってもよい。例えば、走行ルートにおける現在位置での道路の種類が一般道であっても、走行ルートにおける現在位置よりも先方の位置での道路の種類が高速道路であることをもって、車両が走行ルート上で停車した場合における高負荷走行可能性が基準より高いと予測してもよい。
Further, when the type of road is different between the current position in the traveling route of the vehicle and the position ahead of the current position, the
なお、ステップS602の予測処理における基準は、上述した第1の例に係る制御フローにおけるステップS502の予測処理と同様に、電源システム1の再起動直後の燃料電池10の立ち上がり時間における二次電池20の電力の枯渇が抑制される確実性を向上させる観点と第2充放電制御が不要に実行される頻度を低減する観点とのバランスから適宜設定され得る。
The reference in the prediction process of step S602 is the same as the prediction process of step S502 in the control flow according to the first example described above, that is, the
ステップS602でYESと判定された場合、ステップS603において、制御装置100は、第2充放電制御を開始する。
If YES is determined in step S602, the
次に、図5に示される制御フローは終了する。 Next, the control flow shown in FIG. 5 ends.
なお、第2の例では、第1の例と同様に、第2充放電制御は、例えば、電源システム1が停止することをトリガとして終了し、電源システム1の再起動後において、例えば、燃料電池10の立ち上がり時間経過後に第1充放電制御が開始される。
In the second example, as in the first example, the second charge / discharge control ends, for example, when the
上記のように、図5を参照して説明した第2の例では、制御装置100は、車両の走行ルートを示す情報に基づいて、高負荷走行が電源システム1の再起動から所定時間内に行われる可能性(つまり、高負荷走行可能性)が基準より高いか否かを予測する。そして、制御装置100は、所定の条件として、高負荷走行が電源システム1の再起動から所定時間内に行われる可能性が基準より高いと予測された場合、第2充放電制御を実行する。それにより、車両が、高負荷走行が予想される山岳路または高速道路等の走行ルート上で停車した場合における電源システム1の再起動から所定時間内に高負荷走行が行われる可能性が基準より高いときに、第2充放電制御を実行することができる。ゆえに、車両が走行ルート上で停車した後の電源システム1の再起動から所定時間内に高負荷走行が行われた場合であっても、電源システム1が再起動されるまでに二次電池20のSOCを第2目標SOCの近傍の値まで上昇させておくことができるので、燃料電池10の立ち上がり時間に二次電池20の電力が枯渇することを抑制することができる。
As described above, in the second example described with reference to FIG. 5, the
上記では、図3および図5に示される各制御フローを参照して、制御装置100が行う処理の流れの例として第1の例および第2の例を説明したが、制御装置100が行う処理は、これらの例に特に限定されない。
In the above, with reference to each control flow shown in FIGS. 3 and 5, the first example and the second example have been described as examples of the flow of processing performed by the
例えば、第1の例では、目的地までの到達時間が基準時間を下回った時点で第2充放電制御が開始され、第2の例では、高負荷走行可能性が基準より高いと予測された時点で第2充放電制御が開始されるが、第2充放電制御の開始タイミングは、これらの例に限定されない。例えば、第2充放電制御は、高負荷走行可能性が基準より高いと予測された後、車両が停車した時点で開始されてもよい。なお、この場合、ドライバの操作による電源システム1の停止要求が生じた時点以降において、二次電池20のSOCを第2目標SOCに到達させるまでの間、第2充放電制御が継続して実行されてもよい(つまり、燃料電池10の発電電力を用いた二次電池20の充電が行われてもよい)。
For example, in the first example, the second charge / discharge control is started when the arrival time to the destination is less than the reference time, and in the second example, it is predicted that the high load running possibility is higher than the reference time. The second charge / discharge control is started at a time point, but the start timing of the second charge / discharge control is not limited to these examples. For example, the second charge / discharge control may be started when the vehicle stops after the high load traveling possibility is predicted to be higher than the reference. In this case, after the time when the stop request of the
また、例えば、第1の例および第2の例では、高負荷走行可能性が基準より高いか否かが予測され、高負荷走行可能性が基準より高いと予測された場合に第2充放電制御が実行されたが、このような予測によらずに第2充放電制御が実行されてもよい。例えば、制御装置100は、高負荷走行可能性が基準より高いか否かの予測を行わず、所定の条件として、車両が停車した場合に、第2充放電制御を実行してもよい。
Further, for example, in the first example and the second example, it is predicted whether or not the high load running possibility is higher than the standard, and when the high load running possibility is predicted to be higher than the standard, the second charge / discharge is performed. Although the control has been executed, the second charge / discharge control may be executed without such a prediction. For example, the
<電源システムの効果>
続いて、本発明の実施形態に係る電源システム1の効果について説明する。
<Effect of power supply system>
Subsequently, the effect of the
本実施形態に係る電源システム1では、制御装置100は、二次電池20のSOCが第1目標SOCに近づくように二次電池20の充放電を制御する第1充放電制御を実行し、所定の条件が満たされた場合、二次電池20のSOCが第1目標SOCより高い第2目標SOCに近づくように二次電池20の充放電を制御する第2充放電制御を実行する。ゆえに、第2充放電制御を実行することによって、二次電池20のSOCを、第1充放電制御におけるSOCの目標値である第1目標SOCと比較して高いSOCである第2目標SOCの近傍の値まで上昇させることができる。それにより、電源システム1の再起動から所定時間内に高負荷走行が行われた場合であっても、電源システム1が再起動されるまでに二次電池20のSOCを第2目標SOCの近傍の値まで上昇させておくことにより、燃料電池10の立ち上がり時間に二次電池20の電力が枯渇することを抑制することができる。よって、燃料電池10および二次電池20を備える車両の電源システム1において、二次電池20の電力の枯渇をより適切に抑制することができる。
In the
さらに、本実施形態に係る電源システム1によれば、二次電池20の容量を増大させることなく、電源システム1の再起動直後の燃料電池10の立ち上がり時間における二次電池20の電力の枯渇を抑制することができるので、電源システム1の重量の増大、コストの増大および電費の悪化を抑制することができる。
Further, according to the
さらに、本実施形態に係る電源システム1によれば、第1充放電制御におけるSOCの目標値である第1目標SOCを増大させることなく、電源システム1の再起動直後の燃料電池10の立ち上がり時間における二次電池20の電力の枯渇を抑制することができる。ここで、例えば、第2充放電制御を実行せずに第1充放電制御におけるSOCの目標値を従来よりも高くする場合には、二次電池20のSOCが従来よりも基本的に常時高くなってしまうので、駆動用モータ30の回生機能を適切に働かすことが困難な状況が生じるおそれや二次電池20の劣化が促進されるおそれがある。ゆえに、本実施形態に係る電源システム1では、このような問題を回避しつつ、電源システム1の再起動直後の燃料電池10の立ち上がり時間における二次電池20の電力の枯渇を抑制することができる。
Further, according to the
また、本実施形態に係る電源システム1では、第2目標SOCは、高負荷走行が電源システム1の再起動から所定時間内に行われた場合において燃料電池10の立ち上がり時間中に駆動用モータ30に要求駆動力を出力させるために必要な電力量に対応するSOCであることが好ましい。それにより、燃料電池10の立ち上がり時間において、二次電池20に蓄電されている電力を用いて駆動用モータ30を駆動することに起因して二次電池20の電力が枯渇することを適切に抑制することができる。
Further, in the
また、本実施形態に係る電源システム1では、制御装置100は、所定の条件として、高負荷走行が電源システム1の再起動から所定時間内に行われる可能性が基準より高いか否かを予測し、高負荷走行が電源システム1の再起動から所定時間内に行われる可能性が基準より高いと予測された場合、第2充放電制御を実行することが好ましい。それにより、高負荷走行が電源システム1の再起動から所定時間内に行われる可能性が基準より高いときに、第2充放電制御を適切に実行することができるので、電源システム1の再起動直後の燃料電池10の立ち上がり時間における二次電池20の電力の枯渇を適切に抑制することができる。
Further, in the
また、本実施形態に係る電源システム1では、制御装置100は、車両の目的地を示す情報に基づいて、高負荷走行が電源システム1の再起動から所定時間内に行われる可能性が基準より高いか否かを予測することが好ましい。それにより、車両が目的地に停車した場合における電源システム1の再起動から所定時間内に高負荷走行が行われる可能性が基準より高いときに、第2充放電制御を実行することができる。ゆえに、車両が目的地に停車した後の電源システム1の再起動から所定時間内に高負荷走行が行われた場合であっても、電源システム1が再起動されるまでに二次電池20のSOCを第2目標SOCの近傍の値まで上昇させておくことができるので、燃料電池10の立ち上がり時間に二次電池20の電力が枯渇することを抑制することができる。
Further, in the
また、本実施形態に係る電源システム1では、制御装置100は、車両の走行ルートを示す情報に基づいて、高負荷走行が電源システム1の再起動から所定時間内に行われる可能性が基準より高いか否かを予測することが好ましい。それにより、車両が走行ルート上で停車した場合における電源システム1の再起動から所定時間内に高負荷走行が行われる可能性が基準より高いときに、第2充放電制御を実行することができる。ゆえに、車両が走行ルート上で停車した後の電源システム1の再起動から所定時間内に高負荷走行が行われた場合であっても、電源システム1が再起動されるまでに二次電池20のSOCを第2目標SOCの近傍の値まで上昇させておくことができるので、燃料電池10の立ち上がり時間に二次電池20の電力が枯渇することを抑制することができる。
Further, in the
また、本実施形態に係る電源システム1では、制御装置100は、車両が当該車両の目的地に到着する前に二次電池20のSOCが第2目標SOCに到達するように、第2充放電制御を実行することが好ましい。それにより、車両が当該車両の目的地に到着してドライバの操作による電源システム1の停止要求が生じる時点までに二次電池20のSOCを第2目標SOCに適切に到達させることができる。ゆえに、ドライバの操作による電源システム1の停止要求が生じた時点以降に第2充放電制御が継続して実行される(つまり、燃料電池10の発電電力を用いた二次電池20の充電が行われる)ことを抑制することができる。
Further, in the
また、本実施形態に係る電源システム1では、制御装置100は、電源システム1の再起動から所定時間内に行われる高負荷走行における要求駆動力と関連するパラメータに基づいて、第2目標SOCを変化させることが好ましい。それにより、高負荷走行が電源システム1の再起動から所定時間内に行われた場合において燃料電池10の立ち上がり時間中に駆動用モータ30に要求駆動力を出力させるために必要な電力量に応じて第2目標SOCを適切に変化させることができる。ゆえに、燃料電池10の立ち上がり時間において、二次電池20に蓄電されている電力を用いて駆動用モータ30を駆動することに起因して二次電池20の電力が枯渇することをさらに適切に抑制することができる。よって、電源システム1の再起動直後の燃料電池10の立ち上がり時間における二次電池20の電力の枯渇をさらに適切に抑制することができる。
Further, in the
以上、添付図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されないことは勿論であり、特許請求の範囲に記載された範疇における各種の変更例または修正例についても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications within the scope of claims are described. It goes without saying that the modified examples also belong to the technical scope of the present invention.
例えば、上記では、図1を参照して、電源システム1の構成について説明したが、本発明に係る電源システムの構成は、このような例に限定されず、例えば、図1に示される電源システム1に対して一部の構成要素を削除、追加または変更を加えたものであってもよい。例えば、図1に示される電源システム1から二次電池コンバータ42を削除したものも、本発明に係る電源システムに含まれる。
For example, in the above, the configuration of the
また、例えば、本明細書においてフローチャートを用いて説明した処理は、必ずしもフローチャートに示された順序で実行されなくてもよい。また、追加的な処理ステップが採用されてもよく、一部の処理ステップが省略されてもよい。 Further, for example, the processes described by using the flowchart in the present specification do not necessarily have to be executed in the order shown in the flowchart. Further, additional processing steps may be adopted, and some processing steps may be omitted.
本発明は、電源システムに利用できる。 The present invention can be used in power supply systems.
1 電源システム
9 駆動輪
10 燃料電池
20 二次電池
30 駆動用モータ
41 燃料電池コンバータ
42 二次電池コンバータ
43 インバータ
50 ナビゲーション装置
60 二次電池センサ
100 制御装置
1
Claims (7)
前記駆動用モータに供給される電力を発電する燃料電池と、
前記駆動用モータに供給される電力を蓄電する二次電池と、
前記二次電池の充放電を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記二次電池の残存容量が第1目標残存容量に近づくように前記二次電池の充放電を制御する第1充放電制御を実行し、
所定の条件が満たされた場合、前記二次電池の残存容量が前記第1目標残存容量より高い第2目標残存容量に近づくように前記二次電池の充放電を制御する第2充放電制御を実行する、
車両の電源システム。 Drive motor and
A fuel cell that generates electric power supplied to the drive motor,
A secondary battery that stores the electric power supplied to the drive motor,
A control device that controls the charging and discharging of the secondary battery,
With
The control device is
The first charge / discharge control for controlling the charge / discharge of the secondary battery is executed so that the remaining capacity of the secondary battery approaches the first target remaining capacity.
When a predetermined condition is satisfied, the second charge / discharge control for controlling the charge / discharge of the secondary battery so that the remaining capacity of the secondary battery approaches the second target remaining capacity higher than the first target remaining capacity is performed. Execute,
Vehicle power system.
請求項1に記載の車両の電源システム。 The second target remaining capacity is set in the driving motor during the start-up time of the fuel cell when a high-load running in which the required driving force is higher than the threshold value is performed within a predetermined time from the restart of the power supply system. The remaining capacity corresponding to the amount of power required to output the required driving force,
The vehicle power supply system according to claim 1.
前記所定の条件として、前記高負荷走行が前記電源システムの再起動から前記所定時間内に行われる可能性が前記基準より高いと予測された場合、前記第2充放電制御を実行する、
請求項1または2に記載の車両の電源システム。 The control device predicts whether or not it is more likely than the reference that high-load driving in which the required driving force is higher than the threshold value is performed within a predetermined time from the restart of the power supply system.
As the predetermined condition, when it is predicted that the high load running is more likely to be performed within the predetermined time from the restart of the power supply system than the reference, the second charge / discharge control is executed.
The vehicle power supply system according to claim 1 or 2.
請求項3に記載の車両の電源システム。 Based on the information indicating the destination of the vehicle, the control device predicts whether or not the high load traveling is more likely to be performed within the predetermined time from the restart of the power supply system than the reference.
The vehicle power supply system according to claim 3.
請求項3または4に記載の車両の電源システム。 Based on the information indicating the traveling route of the vehicle, the control device predicts whether or not the high load traveling is more likely to be performed within the predetermined time from the restart of the power supply system than the reference.
The vehicle power supply system according to claim 3 or 4.
請求項1〜5のいずれか一項に記載の車両の電源システム。 The control device executes the second charge / discharge control so that the remaining capacity of the secondary battery reaches the second target remaining capacity before the vehicle arrives at the destination of the vehicle.
The vehicle power supply system according to any one of claims 1 to 5.
請求項1〜6のいずれか一項に記載の車両の電源システム。 The control device changes the second target remaining capacity based on the parameters related to the required driving force in high load driving in which the required driving force performed within a predetermined time from the restart of the power supply system becomes higher than the threshold value. Let,
The vehicle power supply system according to any one of claims 1 to 6.
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