JP2021093790A - 燃料電池車の制御装置及び燃料電池車 - Google Patents

Abstract

【課題】被牽引車を牽引する燃料電池車の車速の低下を精度よく予測し、車速の低下が予測される場合には、その旨を運転者に報知する燃料電池車の制御装置及び燃料電池車を提供する。【解決手段】燃料電池スタック４を電力源としモータ５０を駆動源として走行する燃料電池車１の制御装置３は、燃料電池の温度に相関する温度相関値が温度が温度閾値以上である場合に燃料電池の出力を制限する出力制限部と、被牽引車の重量を算出する算出部と、燃料電池車の走行が予定される走行予定経路中の各地点での上り勾配を取得する勾配取得部と、被牽引車の重量及び上り勾配に基づき、燃料電池車が被牽引車を走行している最中に出力制限部により燃料電池の出力が制限されるか否かを予測する予測部と、を備える。予測部により燃料電池の出力が制限されると予測された場合、報知部を通じて燃料電池車の車速が低下する可能性がある旨の警告を報知する。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池車の制御装置及び燃料電池車に関する。

エンジン車が被牽引車を牽引して走行する場合がある（例えば特許文献１参照）。

特開２０１７−００７４４２号公報

エンジン車と同様に、燃料電池車が被牽引車を牽引して走行することが考えられる。ここで燃料電池が高出力状態に維持されると、燃料電池の温度が過度に上昇する可能性がある。このような場合には燃料電池の温度を低下させるためにその出力が制限される。ここで燃料電池車が重量の大きい被牽引車を牽引しながら上り勾配が大きい経路を走行している最中に、燃料電池が高温となって出力が制限され、車速が低下する可能性がある。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、被牽引車を牽引する燃料電池車の車速の低下を精度よく予測し、車速の低下を予測した場合にはその旨を運転者に報知できる燃料電池車の制御装置及び燃料電池車を提供することを目的とする。

上記目的は、燃料電池を電力源としモータを駆動源として走行する燃料電池車の制御装置において、前記燃料電池の温度に相関する温度相関値が、前記温度が温度閾値以上であることを示す場合に、前記燃料電池の出力を制限する出力制限部と、前記燃料電池車に牽引される被牽引車の重量を算出する算出部と、前記燃料電池車の走行が予定される走行予定経路中の各地点での上り勾配を取得する勾配取得部と、前記被牽引車の重量と前記上り勾配とに基づいて、前記燃料電池車が前記被牽引車を牽引して走行した牽引走行状態で前記走行予定経路を走行している最中に前記出力制限部により前記燃料電池の出力が制限されるか否かを予測する予測部と、前記予測部により前記燃料電池の出力が制限されると予測された場合に、前記燃料電池車に搭載された報知部を通じて、前記燃料電池車が前記牽引走行状態で前記走行予定経路を走行している最中に前記燃料電池車の車速が低下する可能性がある旨の警告を報知する制御部と、を備えた燃料電池車の制御装置によって達成できる。

被牽引車の重量と上り勾配とに基づいて、被牽引車を牽引した燃料電池車の燃料電池の出力が制限されるか否かを予測することにより、出力の制限による車速の低下を精度よく予測できる。また、車速の低下が予測された場合には、運転者に報知することができる。尚、「前記燃料電池車が前記牽引走行状態で前記走行予定経路を走行している最中に前記燃料電池車の車速が低下する可能性がある旨の警告を報知する」とは、必ずしもこのようなメッセージの表示や音声を出力することに限定されず、例えば予め運転者に上記の警告内容を意味するブザー音をスピーカから出力することや、所定の点灯パターンで点灯装置を点灯すること、所定の記号等をディスプレイに表示させることを含む。

前記予測部は、前記被牽引車の重量が重量閾値以上であって、各地点での前記上り勾配のうち少なくとも一つが勾配閾値以上である場合に、前記燃料電池の出力が制限されると予測してもよい。

前記牽引走行状態で前記燃料電池車が走行している路面の傾斜角度、及び前記牽引走行状態で前記燃料電池車が前記傾斜角度の路面を走行している際の前記モータのトルク、を含む牽引走行状態情報を取得する情報取得部を備え、前記算出部は、前記牽引走行状態情報に基づいて、前記被牽引車の重量を算出してもよい。

前記牽引走行状態情報は、前記牽引走行状態で前記燃料電池車が前記傾斜角度の路面を走行している際の前記燃料電池車の車速を含んでもよい。

前記トルクと前記傾斜角度と前記車速と前記被牽引車の重量との関係を規定したマップを記憶した記憶部を備え、前記算出部は、前記マップを参照して前記被牽引車の重量を算出してもよい。

前記牽引走行状態情報は、前記燃料電池車の重量、及び前記牽引走行状態で前記燃料電池車が前記傾斜角度の路面を走行している際の前記燃料電池車の空気抵抗と前記燃料電池車の加速度と前記燃料電池車の変速機の変速比、を含んでもよい。

前記トルクと前記傾斜角度と前記燃料電池車の重量と前記空気抵抗と前記加速度と前記変速比と前記被牽引車の重量との関係を規定した演算式を記憶した記憶部を備え、前記算出部は、前記演算式に基づいて前記被牽引車の重量を算出してもよい。

前記制御部は、前記報知部を通じて前記走行予定経路の走行の回避を促す警告を報知してもよい。

前記制御部は、前記被牽引車の重量が大きいほど、前記報知部を通じて警告を強調して報知してもよい。

前記制御部は、前記上り勾配が大きいほど、前記報知部を通じて警告を強調して報知してもよい。

前記勾配取得部は、前記走行予定経路が設定されたナビゲーション装置から前記上り勾配を取得してもよい。

前記制御部は、前記予測部により前記燃料電池の出力が制限されると予測された場合に、前記報知部を通じて前記ナビゲーション装置に設定された前記走行予定経路の変更を促す警告を報知してもよい。

前記燃料電池車は、乗用車であってもよい。

上記目的は、前記燃料電池と、前記モータと、前記燃料電池車の制御装置と、を備えた燃料電池車によっても達成できる。

本発明によれば、被牽引車を牽引する燃料電池車の車速の低下を精度よく予測し、車速の低下を予測した場合にはその旨を運転者に報知できる燃料電池車の制御装置及び燃料電池車を提供できる。

図１は、燃料電池車の構成図である。 図２は、燃料電池車と燃料電池車に牽引される被牽引車とを示した図である。 図３は、ＥＣＵが実行する制御の一例を示したフローチャートである。 図４は、警告処理の一例を示したフローチャートである。 図５Ａ〜図５Ｅは、それぞれインパネディスプレイに表示される画像の一例である。 図６は、新たな案内ルートが発見された場合でのナビゲーションディスプレイに表示される画像の一例の図である。 図７Ａは、警告処理の第１変形例を示したフローチャートである。図７Ｂは、警告処理の第２変形例を示したフローチャートである。 図８Ａ及び図８Ｂは、それぞれインパネディスプレイに表示される画像の一例である。 図９は、牽引重量の算出処理の一例を示したフローチャートである。 図１０は、モータのトルクと車速と牽引重量とを路面の傾斜角度毎に規定した複数のマップの一例を示した図である。

［燃料電池車１の概略構成］
図１は、燃料電池車１の構成図である。燃料電池車１は、燃料電池スタック（以下、ＦＣと称する）４を電力源としモータ５０を駆動源として走行する。燃料電池車１は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３、ＦＣ４、二次電池（以下、ＢＡＴと称する）８、酸化剤ガス供給系１０、燃料ガス供給系２０、電力制御系３０、冷却系４０を含む。また、燃料電池車１には、アクセル開度センサ６、イグニッションスイッチ７、インパネディスプレイ９、走行用のモータ５０、変速機５２、車輪５５、ナビゲーション装置６０を備えている。インパネディスプレイ９は、車室内の運転者から操作可能な位置に設けられている。ナビゲーション装置６０は、運転者が操作可能なタッチパネル式であるナビゲーションディスプレイ６１を有している。

ＦＣ４は、酸化剤ガスと燃料ガスの供給を受けて発電する。ＦＣ４は、固体高分子電解質型の単セルを複数積層している。単セルは、電解質膜の両面に電極を配置した発電体である膜電極接合体と、膜電極接合体を挟持する一対のセパレータと、を備える。電解質膜は、スルホン酸基を有するフッ素系樹脂材料又は炭化水素系樹脂材料で形成された固体高分子膜であり、湿潤状態において良好なプロトン伝導性を有する。電極は、カーボン担体と、スルホン酸基を有する固体高分子であって湿潤状態で良好なプロトン伝導性を有するアイオノマーと、を含んで構成されている。カーボン担体には、発電反応を促進させるための触媒（例えば白金又は白金−コバルト合金など）が担持されている。各単セルには、反応ガスや冷却水を流すためのマニホールドが設けられている。マニホールドを流れる反応ガスは、各単セルに設けられたガス流路を介して、各単セルの発電領域に供給される。

酸化剤ガス供給系１０は、酸化剤ガスとして酸素を含む空気をＦＣ４に供給し、供給管１１、排出管１２、バイパス管１３、エアコンプレッサ１４、バイパス弁１５、インタークーラ１６、及び背圧弁１７を含む。供給管１１は、ＦＣ４のカソード入口マニホールドに接続されている。排出管１２は、ＦＣ４のカソード出口マニホールドに接続されている。バイパス管１３は供給管１１及び排出管１２を連通している。バイパス弁１５は、供給管１１とバイパス管１３との接続部分に設けられている。バイパス弁１５は供給管１１とバイパス管１３との連通状態を切り替える。エアコンプレッサ１４、バイパス弁１５、及びインタークーラ１６は、供給管１１上に上流側から順に配置されている。背圧弁１７は、排出管１２上であって、排出管１２とバイパス管１３との接続部分よりも上流側に配置されている。エアコンプレッサ１４は、酸化剤ガスとして酸素を含む空気を、供給管１１を介してＦＣ４に供給する。ＦＣ４に供給された酸化剤ガスは、排出管１２を介して排出される。インタークーラ１６は、ＦＣ４に供給される酸化剤ガスを冷却する。背圧弁１７は、ＦＣ４のカソード側の背圧を調整する。エアコンプレッサ１４、バイパス弁１５、及び背圧弁１７の駆動は、ＥＣＵ３により制御される。ＥＣＵ３は、エアコンプレッサ１４の回転速度を制御することにより、ＦＣ４に供給される酸化剤ガスの流量を調整できる。また、ＥＣＵ３は、バイパス弁１５及び背圧弁１７の開度を制御することにより、ＦＣ４に供給される酸化剤ガスの流量及びバイバスされる酸化剤ガスの流量を調整することができる。

燃料ガス供給系２０は、燃料ガスとして水素ガスをＦＣ４に供給し、タンク２０Ｔ、供給管２１、排出管２２、循環管２３、タンク弁２４、調圧弁２５、インジェクタ（以下、ＩＮＪと称する）２６、気液分離器２７、排水弁２８、及び水素循環ポンプ（以下、ＨＰと称する）２９を含む。タンク２０ＴとＦＣ４のアノード入口マニホールドは、供給管２１により接続されている。タンク２０Ｔには、燃料ガスである水素ガスが貯留されている。排出管２２は、ＦＣ４のアノード出口マニホールドに接続されている。循環管２３は、気液分離器２７と供給管２１とを連通している。タンク弁２４、調圧弁２５、及びＩＮＪ２６は、供給管２１の上流側から順に配置されている。タンク弁２４が開いた状態で、調圧弁２５の開度が調整され、ＩＮＪ２６が燃料ガスを噴射する。これにより、ＦＣ４に燃料ガスが供給される。排出管２２には、気液分離器２７及び排水弁２８が、上流側から順に配置されている。気液分離器２７は、ＦＣ４から排出された燃料ガスから水分を分離して貯留する。気液分離器２７に貯留された水は、排水弁２８が開くことにより、排出管２２を介して燃料電池車１の外部へと排出される。循環管２３は、燃料ガスをＦＣ４へ還流させるため配管であり、上流側の端部が気液分離器２７に接続され、ＨＰ２９が配置されている。ＦＣ４から排出された燃料ガスは、ＨＰ２９によって適度に加圧され、供給管２１へ導かれる。タンク弁２４、調圧弁２５、ＩＮＪ２６、排水弁２８、及びＨＰ２９の駆動は、ＥＣＵ３により制御される。

電力制御系３０は、燃料電池ＤＣ／ＤＣコンバータ（以下、ＦＤＣと称する）３２、バッテリＤＣ／ＤＣコンバータ（以下、ＢＤＣと称する）３４、モータインバータ（以下、ＭＩＮＶと称する）３８、補機インバータ（以下、ＡＩＮＶと称する）３９を含む。ＦＤＣ３２は、ＥＣＵ３から送信される要求電流値に基づきＦＣ４による出力電流を制御すると共に、ＦＣ４からの直流電力を調整してＭＩＮＶ３８やＡＩＮＶ３９に出力する。ＢＤＣ３４は、ＢＡＴ８からの直流電力を調整してＭＩＮＶ３８やＡＩＮＶ３９に出力する。ＦＣ４の発電電力は、ＢＡＴ８に充電可能である。ＭＩＮＶ３８は、入力された直流電力を三相交流電力に変換してモータ５０へ供給する。モータ５０は、変速機５２を介して車輪５５を回転させることにより燃料電池車１は走行する。ＦＣ４及びＢＡＴ８の電力は、ＡＩＮＶ３９を介して負荷装置に供給可能である。負荷装置は、ＦＣ４用の補機と車両用の補機とを含む。ＦＣ４用の補機とは、上述したエアコンプレッサ１４、バイパス弁１５、背圧弁１７、タンク弁２４、調圧弁２５、ＩＮＪ２６、排水弁２８、ＨＰ２９を含む。車両用の補機は、例えば空調設備や、照明装置、ハザードランプ等を含む。

冷却系４０は、冷却水を所定の経路を経て循環させることによりＦＣ４を冷却する。冷却系４０は、供給管４１、排出管４２、ラジエータ４３、ウォータポンプ（以下、ＷＰと称する）４４、及び温度センサ４Ｔを含む。供給管４１は、ＦＣ４の冷却水供給マニホールドに接続されている。排出管４２は、ＦＣ４の冷却水排出マニホールドに接続されている。ラジエータ４３は、供給管４１と排出管４２とに接続されている。ＷＰ４４は、供給管４１上に配置されている。ＷＰ４４は、冷媒としての冷却水を、供給管４１及び排出管４２を介してＦＣ４とラジエータ４３との間で循環させる。ラジエータ４３は、ＦＣ４から排出された冷却水を外気と熱交換することにより冷却する。ＷＰ４４の駆動は、ＥＣＵ３により制御される。

温度センサ４Ｔは、排出管４２上に設けられており、ＦＣ４から排出されてラジエータ４３を流れる前の冷却水の温度を検出する。ＥＣＵ３は、その検出結果を取得する。温度センサ４Ｔの検出温度は、ＦＣ４から排出されてラジエータ４３に流れる前の冷却水の温度を検出するため、この検出温度が高いほどＦＣ４の温度も高いことを示す。温度センサ４Ｔが検出する冷却水の温度は、ＦＣ４の温度に相関する温度相関値の一例である。尚、ＦＣ４の温度として、温度センサ４Ｔにより検出される冷却水の温度を用いたがこれに限定されず、例えばＦＣ４の温度を直接検出するセンサを設けて、このセンサによりＦＣ４の温度を検出してもよい。

ＥＣＵ３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）を含む。ＥＣＵ３は、アクセル開度センサ６、イグニッションスイッチ７、インパネディスプレイ９、エアコンプレッサ１４、バイパス弁１５、背圧弁１７、タンク弁２４、調圧弁２５、ＩＮＪ２６、排水弁２８、ＨＰ２９、ＦＤＣ３２、及びＢＤＣ３４が電気的に接続されている。ＥＣＵ３は、アクセル開度センサ６の検出値や上述した車両用の補機及びＦＣ４用の補機の駆動状態、ＢＡＴ８の蓄電電力等に基づいて、ＦＣ４への要求出力を算出し、この要求出力に基づいてＦＣ４への要求電流値を算出する。また、ＥＣＵ３は、ＦＣ４への要求出力に応じてエアコンプレッサ１４やＩＮＪ２６を制御してＦＣ４に供給される酸化剤ガス及び燃料ガスの流量を制御しつつ、ＦＣ４の要求電流値に基づいてＦＤＣ３２を制御することによりＦＣ４の出力電流を制御する。ＥＣＵ３は、燃料電池車１全体を統合制御する燃料電池車１の制御装置の一例である。

［牽引状態］
図２は、燃料電池車１と燃料電池車１に牽引される被牽引車１００とを示した図である。燃料電池車１は、車体２の後端部に後方に突出したヒッチ２ａが設けられている。ヒッチ２ａは、例えば、鉛直方向に立設された柱状部材の上端部に設けられた球状のヒッチボール２ｂを有する。

被牽引車１００は、トレーラとも呼ばれ、本体１０２と、車輪１０５と、連結部材１０６と、カプラ１０８とを備える。カプラ１０８は、連結部材１０６の前端部に設けられている。カプラ１０８には、ヒッチボール２ｂを覆う球状の凹部が形成されている。カプラ１０８がヒッチボール２ｂを覆うことによって、被牽引車１００は燃料電池車１に対して旋回可能に連結される。このような状態で、燃料電池車１は走行することができる。

［出力制限］
ＦＣ４は上述したように冷却水により冷却されるが、ＦＣ４が高出力状態に維持され、ＦＣ４から冷却水が受ける熱量がラジエータ４３での冷却水の放熱能力を超えると、冷却水の温度が上昇してＦＣ４の温度も上昇する。ＦＣ４が高温になりすぎると、ＦＣ４の電解質膜などが溶損する可能性がある。このためＥＣＵ３は、温度センサ４Ｔの検出温度が予め定めた閾値以上となった場合に、ＦＣ４の最大出力がＦＣ４の最大定格出力よりも下回るように、ＦＣ４の出力を制限する。この処理は、ＦＣ４の温度に相関する温度相関値が、ＦＣ４の温度が温度閾値以上であることを示す場合に、ＦＣ４の出力を制限する出力制限部が実行する処理の一例である。具体的には、ＥＣＵ３は、エアコンプレッサ１４の回転速度を低下させＩＮＪ２６の燃料ガス噴射量を低下させる等することにより、ＦＣ４に供給される酸化剤ガス及び燃料ガスを通常時よりも減少させてＦＣ４の出力を制限して温度を低下させる。

例えば燃料電池車１が上述したように被牽引車１００を牽引して走行する際に、被牽引車１００の重量と走行路面の上り勾配とによっては、ＦＣ４の出力が増大して高温となり、ＦＣ４の出力が制限される可能性がある。これにより、燃料電池車１の車速が、ＦＣ４の出力が制限されていない場合と比較して低下する可能性がある。本実施例でのＥＣＵ３は、このように被牽引車１００を牽引した燃料電池車１の運転者に、車速が低下する可能性がある状況であることを事前に認識させるための制御を実行する。

［ＥＣＵ３の制御］
図３は、ＥＣＵ３が実行する制御の一例を示したフローチャートである。図４は、後述する警告処理の一例を示したフローチャートである。図５Ａ〜図５Ｅは、それぞれインパネディスプレイ９に表示される画像Ｄ１〜Ｄ５の一例である。尚、インパネディスプレイ９に画像Ｄ１〜Ｄ５を表示した場合には、その画像内のメッセージも燃料電池車１の車室内のスピーカから音声出力される。インパネディスプレイ９や車室内のスピーカは、報知部の一例である。

最初に、図３を参照してＥＣＵ３が実行する制御を説明する。この制御は所定時間ごとに繰り返し実行される。ＥＣＵ３は、燃料電池車１が牽引していると予想される被牽引車の重量である牽引重量ｆを算出する算出処理を実行する（ステップＳ１）。ステップＳ１の処理は、算出部が実行する処理の一例である。牽引重量ｆの具体的な算出方法については後述する。

次にＥＣＵ３は、牽引重量ｆの算出結果に基づいて燃料電池車１が被牽引車を牽引しているか否かを判定する（ステップＳ２）。具体的には、算出された牽引重量ｆが所定値以上であれば燃料電池車１は被牽引車を牽引していると判定し、牽引重量ｆが所定値未満であれば燃料電池車１は被牽引車を牽引していないと判定する。ここで所定値は、例えば燃料電池車１の最大積載量よりも大きい値に設定される。ステップＳ２でＮｏの場合には本制御は終了する。

ステップＳ２でＹｅｓの場合にＥＣＵ３は、運転者に被牽引車１００の確認を促すための画像Ｄ１をインパネディスプレイ９に表示させる（ステップＳ３）。画像Ｄ１には、「トレーラ牽引を検知。間違いありませんか？」というメッセージと、「はい」、「いいえ」、「キャンセル」が表示される。ＥＣＵ３は、画像Ｄ１上の「はい」の領域が操作されたか否かを判定する（ステップＳ４）。ステップＳ４でＮｏの場合、即ち「いいえ」又は「キャンセル」の領域が操作された場合には、ＥＣＵ３は画像Ｄ１を消去し（ステップＳ５）、本制御を終了する。

ステップＳ４でＹｅｓの場合、ＥＣＵ３はナビゲーション装置６０に対して案内ルートが既に設定済みであるか否かを判定する（ステップＳ６）。ステップＳ６でＮｏの場合には、ＥＣＵ３は運転者に安全運転を促す画像Ｄ５をインパネディスプレイ９に表示する（ステップＳ１０）。例えば画像Ｄ５には「安全に注意して運転してください。」というメッセージが表示される。画像Ｄ５は、インパネディスプレイ９に所定時間表示された後消去される。その後に本制御は終了する。

ステップＳ６でＹｅｓの場合、ＥＣＵ３はナビゲーション装置６０に設定済みの案内ルート上での各地点での上り勾配ｒ［％］を取得する（ステップＳ７）。ステップＳ７の処理は勾配取得部が実行する処理の一例である。

次にＥＣＵ３は、牽引重量ｆが閾値α以上であるか否かを判定する（ステップＳ８）。閾値αは例えば２０００ｋｇである。閾値αは重量閾値の一例である。ステップＳ８でＮｏの場合には、ステップＳ１０の処理が実行されて本制御は終了する。

ステップＳ８でＹｅｓの場合には、ＥＣＵ３は、案内ルート上に上り勾配ｒが閾値β以上となる地点が存在するか否かを判定する（ステップＳ９）。閾値βは例えば８％である。閾値βは、勾配閾値の一例である。ここで、ステップＳ８及びＳ９での閾値α及びβは、それぞれ、燃料電池車１が被牽引車を牽引して案内ルートを走行している最中に、ＦＣ４の温度が上昇してＦＣ４の出力が制限されることが予測される牽引重量及び上り勾配に設定されている。閾値α及びβは、例えば実験結果に基づいて設定されている。ステップＳ８及びＳ９の処理は、案内ルートを走行している最中に出力制限部によりＦＣ４の出力が制限されるか否かを予測する予測部が実行する処理の一例である。ステップＳ９でＮｏの場合には、ステップＳ１０の処理を実行されて本制御は終了する。尚、ステップＳ８及びＳ９の順序は問わない。

ステップＳ９でＹｅｓの場合、ＥＣＵ３は警告処理を実行する（ステップＳ１１）。警告処理は、運転者に車速の低下の可能性がある旨の警告を報知するための処理である。以上のように、牽引重量ｆと案内ルート上の上り勾配ｒとに基づいて、ＦＣ４の出力が制限されて車速が低下する可能性があることを精度よく予測でき、車速の低下が予測された場合にはその旨を運転者に事前に報知することができる。具体的な警告処理の内容について以下に詳しく説明する。

［警告処理］
図４に示すように警告処理では、ＥＣＵ３は画像Ｄ２をインパネディスプレイ９に表示させる（ステップＳ２１）。画像Ｄ２は、坂道で車速が低下する可能性があることを運転者に報知するとともに現在ナビゲーション装置６０で設定されている案内ルートを変更するか否かの判断を運転者に促す画像である。例えば画像Ｄ２には、「坂道で車速低下の可能性があります。案内ルートを変更しますか？」というメッセージと、「はい」、「いいえ」、及び「キャンセル」が表示される。このように運転者に車速が低下する可能性があることを事前に認識させることができるため、実際に車速が低下した場合であっても運転者の違和感や不安感を軽減できる。ステップＳ２１の処理は制御部が実行する処理の一例である。画像Ｄ２は、燃料電池車１が牽引走行状態で走行予定経路を走行している最中に燃料電池車１の車速が低下する可能性がある旨の警告の一例であり、また、ナビゲーション装置６０に設定された走行予定経路の変更を促す警告の一例でもある。

次にＥＣＵ３は、案内ルート変更の指示があるか否かを判定する（ステップＳ２２）。ステップＳ２２でＮｏの場合、即ち、画像Ｄ２の「いいえ」又は「キャンセル」の領域が操作されると、ＥＣＵ３は画像Ｄ５をインパネディスプレイ９に表示させて（ステップＳ２９）、本制御を終了する。

ステップ２２ＳでＹｅｓの場合、即ち、画像Ｄ２の「はい」の領域が操作されると、ＥＣＵ３は、閾値β以上の勾配ｒとなる地点を含まない新たな案内ルートを再検索させる指示をナビゲーション装置６０に出力する（ステップＳ２３）。

次にＥＣＵ３は、ナビゲーション装置６０との通信によりこのようなナビゲーション装置６０が案内ルートを発見したか否かを判定する（ステップＳ２４）。ステップＳ２４でＮｏの場合にＥＣＵ３は、新たな案内ルートは発見できなかったことを運転者に報知する画像Ｄ３をインパネディスプレイ９に表示させる（ステップＳ２５）。例えば画像Ｄ３には、「案内ルートが見つかりませんでした。」というメッセージが表示される。その後にＥＣＵ３はステップＳ２９の処理を実行して本制御は終了する。

ステップＳ２４でＹｅｓの場合にＥＣＵ３は、新たな案内ルートへの変更を運転者に促す画像Ｄ４をインパネディスプレイ９に表示させる（ステップＳ２６）。例えば画像Ｄ４には、「新たに案内ルートを検索しました。変更したい案内ルートにタッチしてください。」というメッセージと「キャンセル」が表示される。ステップＳ２６の処理は制御部が実行する処理の一例である。図６は、新たな案内ルートが発見された場合のナビゲーションディスプレイ６１に表示される画像の一例の図である。図６は、既に設定済みの案内ルートＲ１と、新たに再探索された案内ルートＲ２及びＲ３を示している。運転者は、案内ルートＲ２及びＲ３の何れかをタッチすることにより案内ルートを変更できる。

次にＥＣＵ３は、画像Ｄ４の「キャンセル」の領域が操作されたか否かを判定する（ステップＳ２７）。ステップＳ２７でＹｅｓの場合、ＥＣＵ３はステップＳ２９の処理を実行して本制御は終了する。

ステップＳ２７でＮｏの場合には、ＥＣＵ３はナビゲーション装置６０からの信号に基づいて案内ルートが変更されたか否かを判定する（ステップＳ２８）。ステップＳ２８でＮｏの場合には、再度ステップＳ２７の処理が実行される。ステップＳ２８でＹｅｓの場合には、ＥＣＵ３はステップＳ２９の処理を実行して本制御は終了する。

［警告処理の変形例］
次に、警告処理の複数の変形例について説明する。図７Ａは、警告処理の第１変形例を示したフローチャートである。図７Ｂは、警告処理の第２変形例を示したフローチャートである。図８Ａ及び図８Ｂは、それぞれインパネディスプレイ９に表示される画像Ｄ６及びＤ７の一例である。尚、インパネディスプレイ９に画像Ｄ６及びＤ７を表示した場合には、その画像内のメッセージも燃料電池車１の車室内のスピーカから音声出力される。

最初に警告処理の第１変形例について説明する。図７Ａに示すように、ＥＣＵ３は牽引重量ｆが閾値α１以上か否かを判定する（ステップＳ３１）。閾値α１は上述した閾値αよりも所定値大きい値である。閾値α１は例えば３０００ｋｇである。閾値α１は重量閾値の一例である。ステップＳ３１でＹｅｓの場合、即ち、牽引重量ｆが比較的重い場合には、ＥＣＵ３は画像Ｄ６をインパネディスプレイ９に表示させる（ステップＳ３２）。ステップＳ３１でＮｏの場合、即ち、牽引重量ｆが閾値α以上であるが閾値α１未満の場合には、ＥＣＵ３は画像Ｄ７をインパネディスプレイ９に表示させる（ステップＳ３３）。画像Ｄ６では、画像Ｄ７よりも、車速低下の可能性を強調しており且つ案内ルートの走行の回避についても強調している。例えば画像Ｄ６では、「坂道で大幅な車速低下の可能性があります。案内ルートの走行は極力避けてください。」というメッセージが表示される。例えば画像Ｄ７では、「坂道で車速低下の可能性があります。案内ルートの走行を避けることを推奨します。」というメッセージが表示される。このように、ナビゲーション装置６０に既に設定された案内ルートの変更を促すことなく、牽引重量ｆが大きいほど警告を強調して報知してもよい。ステップＳ３２の処理は、制御部が実行する処理の一例である。画像Ｄ６及びＤ７は、燃料電池車１が牽引走行状態で走行予定経路を走行している最中に燃料電池車１の車速が低下する可能性がある旨の警告の一例であり、また走行予定経路の走行の回避を促す警告の一例でもある。

次に、警告処理の第２変形例について説明する。図７Ｂに示すようにＥＣＵ３は、既にナビゲーション装置６０に設定された案内ルート上に、勾配ｒが閾値β１以上となる地点があるか否かを判定する（ステップＳ３１ａ）。閾値β１は上述した閾値βよりも所定値大きい値である。閾値β１は、勾配閾値の一例である。閾値β１は、例えば１２％である。ステップＳ３１ａでＹｅｓの場合、即ち、案内ルート上に上り勾配が比較的急な地点が存在している場合、ＥＣＵ３はステップＳ３２の処理を実行する。ステップＳ３１ａでＮｏの場合、即ち、上り勾配ｒが閾値β以上であるが閾値β１未満の場合には、ＥＣＵ３はステップＳ３３の処理を実行する。このように、ナビゲーション装置６０に既に設定された案内ルートの変更を促すことなく、案内ルート上での上り勾配が急であるほど警告を強調してもよい。

［牽引重量ｆの算出処理］
次に、牽引重量ｆの算出処理について説明する。図９は、牽引重量ｆの算出処理の一例を示したフローチャートである。ＥＣＵ３は、燃料電池車１がモータ５０の駆動による前進走行中であるか否かを判定する（ステップＳ４１）。モータ５０が停止している状態やモータ５０が回生運転状態にある場合には、後述する牽引重量ｆを算出するための牽引走行状態情報を取得できないからである。ここで回生運転とは、燃料電池車１の減速時や降坂時に、モータ５０を発電機として運転して燃料電池車１の制動力を得ると共に、発生した回生電力の少なくとも一部をＢＡＴ８に充電する運転である。尚、ステップＳ４１の処理は、具体的には、車速センサが示す車速やモータ５０の消費電力に基づいて、燃料電池車１がモータ５０の駆動による前進走行中であるか否かを判定する。車速センサが示す車速がゼロよりも大きい値であってモータ５０の消費電力がゼロよりも大きい値であれば、燃料電池車１はモータ５０の駆動による前進走行中であると判定される。モータ５０の消費電力は、モータ５０の駆動電流や回転速度に基づいて算出できる。ステップＳ４１でＮｏの場合には、本制御を終了する。

ステップＳ４１でＹｅｓの場合、ＥＣＵ３は牽引走行状態情報を取得する（ステップＳ４２）。牽引走行状態情報は、燃料電池車１が被牽引車１００を牽引して走行した牽引走行状態で、燃料電池車１が走行している路面の傾斜角度、牽引走行状態で燃料電池車１がその傾斜角度の路面を走行している際のモータ５０のトルク及び燃料電池車１の車速を含む。路面の傾斜角度［ｒａｄ］は、燃料電池車１の傾斜角センサから取得できる。モータ５０のトルク［Ｎ］は、例えばモータ５０の消費電力［Ｗ］をモータ５０の回転速度［ｒ／ｍｉｎ］で除して、所定の係数を乗算することにより算出できる。モータ５０の消費電力は、上述したようにモータ５０の駆動電流や回転速度に基づいて算出できる。モータ５０の駆動電流は、モータ５０に取り付けられた電流センサから取得してもよい。モータ５０の回転速度は、モータ５０に設けられた回転速度センサにより取得できる。車速［ｋｍ／ｈ］は、燃料電池車１の車速センサから取得できる。ステップＳ４２の処理は、情報取得部が実行する処理の一例である。

次にＥＣＵ３は、マップを参照して牽引走行状態情報に基づいて牽引重量ｆを算出する（ステップＳ４３）。図１０は、モータ５０のトルクと車速と牽引重量ｆとを路面の傾斜角度θ１、θ２、θ３…毎に規定した複数のマップの一例を示した図である。これらのマップは、予めＥＣＵ３のメモリに記憶されている。ＥＣＵ３のメモリは記憶部の一例である。傾斜角度θ１、θ２、θ３…は、上り勾配の場合も下り勾配の場合も含まれる。図１０に示したマップでは、傾斜角度θ１が上り勾配の場合を示している。

各マップには、トルク等値線Ｔ１〜Ｔ３を示している。トルク等値線Ｔ１〜Ｔ３のうちトルク等値線Ｔ１が最も大きいトルクを示し、トルク等値線Ｔ３が最も小さいトルクを示す。傾斜角度は、上り勾配のみならず、下り勾配も含まれている。傾斜角度が上り勾配でのマップは、モータ５０のトルクが大きいほど、車速が遅いほど、上り勾配での傾斜角度が小さいほど、牽引重量ｆを大きい値として規定している。牽引重量ｆが大きいほど、被牽引車１００を牽引するために必要とされるモータ５０のトルクが増大する傾向があるからである。また、牽引重量ｆが大きいほど、車速が低下する傾向があるからである。また、モータ５０のトルク及び車速が同じ条件の場合には、上り勾配での傾斜角度が小さいほど、牽引重量ｆは大きいことを示すからである。また、傾斜角度が緩やかな下り勾配でのマップについても同様に、モータ５０のトルクが大きいほど、車速が遅いほど、下り勾配の傾斜角度が小さいほど、牽引重量ｆを大きい値として規定している。傾斜角度が緩やかな下り勾配では、重力の作用による加速への影響が小さく、転がり抵抗も大きいため、傾斜角度が上り勾配の場合と同様となる。傾斜角度が急な下り勾配でのマップは、モータ５０のトルクが小さいほど、車速が速いほど、下り勾配の傾斜角度が小さいほど、牽引重量ｆを大きい値として規定している。この場合には、重力の作用による加速が大きくなって転がり抵抗が小さくなるため、モータ５０のトルクが小さくても被牽引車１００を牽引することができるからである。このようなマップを用いて牽引重量ｆを算出することにより、ＥＣＵ３の処理負荷を低減できる。

［牽引重量ｆの算出処理の変形例］
また、以下の演算式を用いて牽引重量ｆを算出してもよい。
ｆ＝｛（Ｔ×Ｇｒ÷Ｄ−Ｒａ）／（ｇ（μ＋ｓｉｎθ）＋ａ）｝−Ｆ…（１）
ＥＣＵ３のメモリには、式（１）が記憶されている。θ［ｒａｄ］は、燃料電池車１が現時点で走行している路面の傾斜角度を示す。路面の傾斜角度は、上述したように燃料電池車１の傾斜角センサから取得できる。Ｔ［Ｎ・ｍ］は、牽引走行状態で燃料電池車１がその傾斜角度の路面を走行している際のモータ５０のトルクを示す。Ｇｒ［−］は、牽引走行状態で燃料電池車１がその傾斜角度の路面を走行している際の変速機５２の変速比を示す。変速機５２の変速比が固定されているのであれば、変速比は常に一定の値として予めＥＣＵ３のメモリに記憶されている。変速機５２が複数の変速比に切り替え可能な多段変速機であれば、センサなどから変速比を検出する。Ｄ［ｍ］は、車輪５５の外径であり、燃料電池車１の固有値として予めＥＣＵ３のメモリに記憶されている。Ｒａ［Ｎ］は、牽引走行状態で燃料電池車１がその傾斜角度の路面を走行している際の燃料電池車１の空気抵抗を示す。空気抵抗は、車速が増大するほど指数関数的に増大する。ＥＣＵ３のメモリには、空気抵抗と車速との関係を規定したマップが記憶されており、このマップを参照して現時点での車速から空気抵抗を算出できる。

ｇ［ｍ／ｓ^２］は重力加速度し、予めＥＣＵ３のメモリに記憶されている。μ［−］は転がり抵抗係数を示し、燃料電池車１の固有値として予めＥＣＵ３のメモリに記憶されている。ａ［ｍ／ｓ^２］は、牽引走行状態で燃料電池車１がその傾斜角度の路面を走行している際の燃料電池車１の加速度を示す。加速度は、燃料電池車１に搭載された加速度センサにより検出してもよい。Ｆ［ｋｇ］は、燃料電池車１の重量を示し、燃料電池車１の固有値として予めＥＣＵ３のメモリに記憶されている。このように演算式を用いることにより、精度よく牽引重量ｆを算出できる。

［その他］
インパネディスプレイ９を報知部として用いて画像Ｄ１〜Ｄ７を表示させたが、これに限定されない。例えばナビゲーションディスプレイ６１を報知部として用いて画像Ｄ１〜Ｄ７を表示させることにより警告を報知してもよい。また、車室内に設けられたスピーカ又はナビゲーション装置６０に設けられたスピーカを報知部として用い、画像Ｄ１〜Ｄ７に表示されたメッセージをこのスピーカを通じて音声出力することにより警告を報知してもよい。画像表示又は音声出力の一方のみにより警告を報知してもよい。また、インパネディスプレイ９等に所定の記号や図形、マーク等を表示させることにより警告を報知してもよい。また、車室内に設けられたＬＥＤなどの点灯装置を報知部として用い、この点灯装置を点灯させたり、又は点灯装置を点滅させる等の点灯パターンを変更させたりすることにより上述した警告を報知してもよい。また、スピーカを通じてブザー音により上述した警告を報知してもよい。また、強調して警告を報知する場合には、インパネディスプレイ９等に表示される記号を拡大して表示したり、点滅させたりしてもよいし、ブザー音を大きくしたり、ブザーの種類を変更したり、ＬＥＤの点灯パターンを変更したりしてもよい。

ステップＳ１及びＳ２のように牽引重量ｆを算出して牽引重量ｆの大きさにより燃料電池車１が被牽引車を牽引しているか否かを判定したが、これに限定されない。例えば、燃料電池車１に燃料電池車１の後方を撮像するカメラが搭載されている場合には、このカメラの撮像画像を画像認識処理により燃料電池車１が被牽引車を牽引しているか否かを判定してもよい。また、ヒッチボール２ｂとカプラ１０８とが係合したことを検出するセンサをヒッチボール２ｂ周辺のヒッチ２ａに設けて、このセンサにより燃料電池車１が被牽引車を牽引しているか否かを判定してもよい。何れの場合も、燃料電池車１が被牽引車を牽引しているか否かを判定とは別に牽引重量ｆを算出する必要がある。

上述した閾値α、α１、β、及びβ１は固定値であるが、これに限定されない。例えば牽引重量ｆが大きいほど、閾値β及びβ１の少なくとも何れかを小さくしてもよい。牽引重量ｆが大きいほど、上り勾配が小さくてもＦＣ４の出力が増大して高温化し、ＦＣ４の出力が制限される可能性があるからである。また、外気温が低いほど、閾値α、α１、β、及びβ１の少なくとも何れかを大きくしてもよい。外気温が低いほど、ラジエータ４３での冷却水の放熱が促進されてＦＣ４の高温化が抑制され、ＦＣ４の出力が制限される可能性が低減するからである。

ＥＣＵ３は、ナビゲーションディスプレイ６１に、上り勾配が閾値α又はα１以上となる地点を、例えば点滅させるなど強調表示してもよい。これにより、運転者はその地点の走行を回避することが容易となる。

ＥＣＵ３は、算出された牽引重量ｆをインパネディスプレイ９等に表示してもよい。

燃料電池車１は、乗用車であり、大型乗用車、中型乗用車、小型乗用車の何れでもよい。また、牽引重量を直接検出するセンサ等が設けられていない燃料電池車であれば乗用車以外であってもよい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１ 燃料電池車
３ ＥＣＵ（制御装置、出力制限部、算出部、勾配取得部、予測部、制御部、情報取得部、記憶部）
４ 燃料電池スタック
９ インパネディスプレイ
１０ 酸化剤ガス供給系
２０ 燃料ガス供給系
３０ 電力制御系
４０ 冷却系
４Ｔ 温度センサ
５０ モータ
６０ ナビゲーション装置
１００ 被牽引車

Claims (14)

1. 燃料電池を電力源としモータを駆動源として走行する燃料電池車の制御装置において、
   前記燃料電池の温度に相関する温度相関値が、前記温度が温度閾値以上であることを示す場合に、前記燃料電池の出力を制限する出力制限部と、
   前記燃料電池車に牽引される被牽引車の重量を算出する算出部と、
   前記燃料電池車の走行が予定される走行予定経路中の各地点での上り勾配を取得する勾配取得部と、
   前記被牽引車の重量と前記上り勾配とに基づいて、前記燃料電池車が前記被牽引車を牽引して走行した牽引走行状態で前記走行予定経路を走行している最中に前記出力制限部により前記燃料電池の出力が制限されるか否かを予測する予測部と、
   前記予測部により前記燃料電池の出力が制限されると予測された場合に、前記燃料電池車に搭載された報知部を通じて、前記燃料電池車が前記牽引走行状態で前記走行予定経路を走行している最中に前記燃料電池車の車速が低下する可能性がある旨の警告を報知する制御部と、を備えた燃料電池車の制御装置。
2. 前記予測部は、前記被牽引車の重量が重量閾値以上であって、各地点での前記上り勾配のうち少なくとも一つが勾配閾値以上である場合に、前記燃料電池の出力が制限されると予測する、請求項１の燃料電池車の制御装置。
3. 前記牽引走行状態で前記燃料電池車が走行している路面の傾斜角度、及び前記牽引走行状態で前記燃料電池車が前記傾斜角度の路面を走行している際の前記モータのトルク、を含む牽引走行状態情報を取得する情報取得部を備え、
   前記算出部は、前記牽引走行状態情報に基づいて、前記被牽引車の重量を算出する、請求項１又は２の燃料電池車の制御装置。
4. 前記牽引走行状態情報は、前記牽引走行状態で前記燃料電池車が前記傾斜角度の路面を走行している際の前記燃料電池車の車速を含む、請求項３の燃料電池車の制御装置。
5. 前記トルクと前記傾斜角度と前記車速と前記被牽引車の重量との関係を規定したマップを記憶した記憶部を備え、
   前記算出部は、前記マップを参照して前記被牽引車の重量を算出する、請求項４の燃料電池車の制御装置。
6. 前記牽引走行状態情報は、前記燃料電池車の重量、及び前記牽引走行状態で前記燃料電池車が前記傾斜角度の路面を走行している際の前記燃料電池車の空気抵抗と前記燃料電池車の加速度と前記燃料電池車の変速機の変速比、を含む、請求項３の燃料電池車の制御装置。
7. 前記トルクと前記傾斜角度と前記燃料電池車の重量と前記空気抵抗と前記加速度と前記変速比と前記被牽引車の重量との関係を規定した演算式を記憶した記憶部を備え、
   前記算出部は、前記演算式に基づいて前記被牽引車の重量を算出する、請求項６の燃料電池車の制御装置。
8. 前記制御部は、前記報知部を通じて前記走行予定経路の走行の回避を促す警告を報知する、請求項１乃至７の何れかの燃料電池車の制御装置。
9. 前記制御部は、前記被牽引車の重量が大きいほど、前記報知部を通じて警告を強調して報知する、請求項１乃至８の何れかの燃料電池車の制御装置。
10. 前記制御部は、前記上り勾配が大きいほど、前記報知部を通じて警告を強調して報知する、請求項１乃至９の何れかの燃料電池車の制御装置。
11. 前記勾配取得部は、前記走行予定経路が設定されたナビゲーション装置から前記上り勾配を取得する、請求項１乃至１０の何れかの燃料電池車の制御装置。
12. 前記制御部は、前記予測部により前記燃料電池の出力が制限されると予測された場合に、前記報知部を通じて前記ナビゲーション装置に設定された前記走行予定経路の変更を促す警告を報知する、請求項１１の燃料電池車の制御装置。
13. 前記燃料電池車は、乗用車である、請求項１乃至１２の何れかの燃料電池車の制御装置。
14. 前記燃料電池と、
    前記モータと、
    請求項１乃至１３の何れかの前記燃料電池車の制御装置と、を備えた燃料電池車。

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