JP4020646B2

JP4020646B2 - ハイブリッド電気自動車の制御方法

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Publication number: JP4020646B2
Application number: JP2002007595A
Authority: JP
Inventors: カールバーバジョセフ; ディンイ
Original assignee: フォードグローバルテクノロジーズ、リミテッドライアビリティカンパニー
Priority date: 2001-01-16
Filing date: 2002-01-16
Publication date: 2007-12-12
Anticipated expiration: 2022-01-16
Also published as: DE10200120A1; GB0129933D0; US20020095247A1; CA2367707A1; GB2373382A; US6580977B2; JP2002320303A; GB2373382B; DE10200120B4

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概略的にはハイブリッド電気自動車に関し、具体的には、運転性が良好で効率的であり、かつコスト的に有利なパワートレインを得るための、燃料電池とバッテリーを組合せた電力システムを制御する新規な方法及びシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関（internal combustion engine略してICE）により駆動される自動車などの車両による、燃料消費量と汚染物質を低減する必要性は、良く知られている。代わりのエネルギー源により駆動される車両は開発中である。例えば、バッテリー駆動形の電気推進モーターを持つ車両は、従来技術において良く知られている。他の電気駆動形モーター車両として、負荷従属形電流発生器を持つものが知られている。その様な負荷従属形システムの例として、燃料電池システムがある。
【０００３】
燃料電池は、水素と酸素の様な、燃料と酸化剤の電気化学的反応を通じて、電力を発生する。水素と酸素を用いる燃料電池の中での電気化学的反応の生成物は、水であり、容易に廃棄できるものである（概略的には米国特許5,991,670号を参照）。
【０００４】
電気モーター駆動の車両が望ましいことは、明らかである。そうではあるが、車両性能を向上させるための方法を開発する余地が、かなり残っている。例えば、一般的なバッテリー駆動形電気自動車において、電気モーター駆動システム（負荷）は、電気モーターを駆動するのに必要とされるだけ、多かれ少なかれ「開ループ」で、バッテリーから電流を引出す。この場合、バッテリーは自動的に負荷に従い、これが、「負荷追従」である。
【０００５】
燃料電池などの負荷従属形電流発生器では、問題がより複雑になる。この場合、電気モーター駆動システムが、上述の「開ループ」の状態で電流を引出すことは出来ない。この形式のシステムにおける制御は、従来技術として知られている。この様な制御は、燃料電池システム（fuel cell system略してFCS）へ、その瞬間の「利用可能電流」となるその出力電力を調整するために、「電流命令」を発しなければならない。これは、FCSがまた、「負荷追従形」となるのを可能とする。
【０００６】
負荷により実際に引出される電流が、「利用可能電流」の大きさにならないときに、問題又は望ましくない結果が生じる。第１に、負荷により実際に引出される電流が、FCSが利用可能とするものよりも大きい場合、FCSにより生成される高電圧の直流バスが、望ましくない態様で降下することになる。例えば、高電圧直流バスが予測したよりも低く降下する可能性があり、それが、FCS内での問題を生じる。第２に、負荷により実際に引出される直流バス電流が、FCSが利用可能とするものよりも大きいとき、車両のバッテリー・パックは、電流命令を満たすのに必要とされる余分の電流を供給することが出来る（「負荷平準機能」）。
【０００７】
燃料電池駆動形車両の実用化には、別の技術的障害がある。冷間始動に、大きな問題が残っている。今のところ、迅速かつ清浄である冷間始動を示したものはなかった。大きな熱的質量の迅速な加熱には、ある要件がある。燃料処理器は、いくつかの触媒ベッドを持ち、そして、耐久性のための大きな質量と、応答速度のための軽量化との間で、妥協の必要がある。冷間始動についてはまた、制御技術に対して注意を払う必要がある。処理装置内でのバッチ制御は、この点に関して多くのものを提供する。
【０００８】
冷間始動に加えて、燃料電池の過渡動作も問題である。処理の選択とその実行は、正しい過渡性能を得るのに基本的なものである。乗用車については、過渡動作は、運転性基準に合致させる動力を発生しながら排出基準に合致させるということにより、制限を受ける。制御や「ハイブリッド化（hybridization）」の様なシステム的な問題は、その様な基準に合致させるために、根本的な問題である。都市内走行において、機械的エネルギーは、頻繁な停止中に熱として放散され得る。バッテリーの様な負荷平準化形電力と組み合わせられると、回生制動は、大きな量のエネルギーを回収し、そして燃料効率を増大させる。
【０００９】
それで、車両の運転性を維持しながら、負荷追従形電源（例えば燃料電池システム）と負荷平準化形電源（例えばバッテリー）との組合せを制御する、効率的かつコスト的に有利な方法及びシステムを開発する必要性がある。
【００１０】
燃料電池とバッテリーを組合せた電力制御システムに対する電力制御方法が、従来技術において公知である。米国特許5,929,595号は、ディーゼル・エンジンの様な補助電力源を持つ電気自動車に対する制御を開示している。このシステムは、バッテリー充電状態を考慮し、そして負荷平準化のためにバッテリーを使用しながら、一般的なICE車両の動作をすることを意図している。有用ではあるが、この発明は、システムを制御するための最も効率的な手段に向けられたものではない。
【００１１】
電動パワートレインの制御については、他の特許も存在する。米国特許5,780,980号は、電気自動車用制御器を開示しているが、その燃料電池は小さく、バッテリー充電状態がある限界まで下がったときにバッテリーを充電するために用いられるのみである。米国特許5,820,172号には、燃料コストを最小にしながら燃料要求を満たすことの出来る燃料電池とバッテリーの組合せが記載されている。このシステムは、負荷追従のためのFCSの使用と、負荷平準化のためのバッテリーの使用に、主に依拠するものではない。更に、この特許は、始動補助（燃料電池の加熱、燃料ポンプへの電力の供給及び駆動モーターへの電力の供給が含まれる）のためのバッテリーの補助と共に運動エネルギーを回収する回生制動を考慮するものではない。またこの特許は、バッテリーと燃料電池の寿命、耐久性及び性能を考慮するものではない。
【００１２】
米国特許5,898,282号は、車速、回生制動及びシステム電圧レベルに基き、エネルギー発生源（例えば、ICE、燃料電池又は金属空気電池）を一つ持つハイブリッド電気自動車を制御する効率的な方法を記載している。
再び、この制御システムは、燃料電池システムの冷間始動に向けられたものではない。バッテリー充電状態及び冷間始動は、この制御を有効なものとはしない。更にこの特許は、バッテリー寿命に対するバッテリー使用パターンの影響を考慮するものではない。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
不幸なことに、回生制動、燃料効率を高めるための効率的なバッテリーの充電、冷間始動、そして負荷の平準化に対処する、許容可能な運転性を持ち、効率的でコスト的に有利な、ハイブリッド電気自動車の制御方法は、存在していない。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
従って、本発明は、運転性が良好で、排出量がゼロ又は低減された、効率的でコスト的に有利なパワートレインとするために、燃料電池とバッテリーが組合せられたシステムを制御する、新規な方法を提供する。
【００１５】
本発明の制御方法は、バッテリー寿命及び燃料効率を高めることにより、車両の維持コストを低減する。
【００１６】
すなわち、本発明は、負荷従属型電流発生システムと貯蔵型電力源とを備えるハイブリッド電気自動車の制御方法であって、
上記貯蔵型電力源の充電状態に基づき、該充電状態が第一所定値より低いときは、上記負荷従属型電流発生システムを用いて車両を動作させ、上記充電状態が上記第一所定値より大きな値に設定されている第二所定値より大きいときは、上記貯蔵型電力源の電力を上記車両の動作のために供給する一方、上記負荷従属型電流発生システムを上記車両動作のための車両負荷からの電力要求に対する不足を満たす為に用い、上記充電状態が上記第二所定値以下のときは、回生制動を用いて上記貯蔵型電力源を充電するよう、上記負荷従属型電流発生システム及び貯蔵型電力源を制御することを特徴とする。
上記負荷従属型電流発生システムの始動時において、上記貯蔵型電力源の充電状態が上記第一所定値より小さな値に設定されている第三所定値より大きいときは、上記貯蔵型電力源からの補助を用いて上記負荷従属型電流発生システムを始動することが好ましい。
上記貯蔵型電力源の充電状態が、上記第一所定値より大きく且つ上記第二所定値より小さい第四所定値より小さいときは、上記負荷従属型電流発生システムにより上記貯蔵型電力源を充電することが好ましい。その場合、上記車両負荷からの電力要求の値が上記負荷従属型電流発生システムが高効率で作動する値より小さいときは、その差異を用いて上記貯蔵型電力源を充電する。また、上記車両負荷からの電力要求の値が上記負荷従属型電流発生システムの最大出力電流より小さいとき、その差異を用いて上記貯蔵型電力源を充電する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明は概略的には、交流又は直流電気モーター駆動部と、燃料電池システム（FCS）の様な負荷従属形電流発生システムを持つ車両に関する。FCSが好ましい実施形態として記載されているものの、本発明は、内燃機関と金属空気電池の様な負荷従属形電流発生システムを持つ、いかなる電気駆動車両にも関連するものである。
【００１８】
本発明は、負荷追従形電源（燃料電池）と共に、負荷平準化形電源（好ましくはバッテリー）を用いる車両電力システム構成を用いるものである。本発明は、電気自動車を効率的に駆動すると共に、冷間始動を含む負荷に対する高速の応答を実現するために、新規な構成と動作モードを提供するものである。
【００１９】
図１は、汎用電気推進モーターを用いる本発明の燃料電池とバッテリーの実施形態の主な構成部品の図である。ドライバーの要求は、車両システム制御部（vehicle system control略してVSC）20内の適用制御器18により判定され、アクセル位置センサー22、ブレーキ位置センサー24、キー・オン／オフ・センサー26、変速セレクター・センサー28及び各システムの温度センサー30の出力を受ける。他のシステムの限界及び条件もまた、ドライバーの要求を判定するのに考慮される。
【００２０】
適用制御器18は、車両の電気推進モーター36へ命令を行うモーター制御器34へトルク要求Iq 32を出力する。適用制御器18はまた、モーター制御器34からモーター制御器フィードバック・データ38を受ける。モーター制御器34は、システムにより用いられるモーター36の形式に応じた高速で滑らかで効率的な態様で適用制御器18のトルク命令を実行しなければならない。
【００２１】
ドライバーの要求に基き、適用制御器18はまた、燃料電池システム制御器42へ目標電流命令can＿out＿curr＿demand 40を出力する。燃料電池システム制御器42はそして、車両の燃料電池システム44及びバッテリー制御器50へ命令を行い、更にバッテリー制御器が車両のバッテリー54に命令をする。この適用制御器18はまた、燃料電池システム制御器42及びバッテリー制御器50からcan＿in＿curr＿aval 46及びcan＿in＿max＿curr 52を受信する。燃料電池システム制御器42から適用制御器18へ入力されるcan＿in＿curr＿aval 46とcan＿in＿max＿curr 52はそれぞれ、燃料電池システム44が供給することが可能な電流48の最大値（can＿in＿max＿curr 52）と、利用可能な電流48の瞬間値（can＿in＿curr＿aval 46）を表している。バッテリー制御器50から適用制御器18へ入力されるcan＿in＿curr＿aval 46とcan＿in＿max＿curr 52はそれぞれ、バッテリー54が供給することが出来る電流48の最大値（can＿in＿max＿curr 52）と、利用可能な電流48の瞬間値（can＿in＿curr＿aval 46）を表している。
【００２２】
要するに、図１に示される様に、適用制御器18から燃料電池システム制御器42及びバッテリー制御器50への本質的な出力は、電流要求can＿out＿curr＿demand 40である。適用制御器18からモーター制御器34への最も重要な出力は、要求されるトルクの量Iq 32である。モーター制御器34から適用制御器18への最も重要な入力は、モーター制御用の各種フィードバック・データ38である。燃料電池システム制御器42及びバッテリー制御器50から適用制御器18への最も重要な入力は、燃料電池システム44とバッテリー54が供給することの出来る電流48の量（can＿in＿max＿curr 52）及び、利用可能な電流48の瞬間量（can＿in＿curr＿aval 46）である。加えて、キー・センサー26が、キー・オフ位置を検出したときには、適用制御器18は、モーター36がオフ又は不作動にされたときに要求される電流48がゼロであることを確実なものとする。
【００２３】
図２に示される様に、FCS 44の効率は電力出力に応じて変化する。図２において、燃料電池システムの効率60が、Ｙ軸上にパーセントで示されており、燃料電池システムの電力出力62が、X軸上にパーセントで示されている。燃料電池システムの効率曲線64は、燃料電池システムの電力出力62が低いときに、燃料電池システムの効率60が非常に低いことを示している。燃料電池システムの効率60は、燃料電池システムの電力出力62がその最大電力出力の6%から60%のときに、最大値に到達する。
【００２４】
本発明は、車両のFCS 44にこの最も効率的な6%から60%の範囲で動作し続けさせると共に、冷間始動中のFCS 44を補助し、FCS 44の過渡的な動的応答を提供することを狙っている。これは、適用制御器18とバッテリー54における制御の使用を必要とする。
【００２５】
FCS 44は、それの補機の負荷故にその出力が低いとき、バッテリー54よりも低い効率で動作する。エア・コンプレッサー、燃料ポンプ等からの補機負荷は、かなりの量の電気エネルギーを消費する。不幸なことに、バッテリー54は比較的低いエネルギー密度を持つ。本発明におけるバッテリー54は、冷間始動時の動的応答の必要性を満たすための負荷平準化装置として機能すると考えられ、回生制動によりエネルギーを回収する。バッテリー54からの補助電力を用いることはまた、燃料電池の大きさを小さくし、そして、コストを低減する。
【００２６】
FCS 44はまた、車両トルク要求又は負荷が小さいとき、又はバッテリー54の充電状態が小さいとき、バッテリー54を充電することが出来る。バッテリー54の充電効率は、車両の燃料効率に影響する。FCS 44とバッテリー54を適切に組合せた構成は、燃料効率を高めることが出来る。
【００２７】
負荷平準化形バッテリー54が不適切な充放電を経験するならば、バッテリー54の補助電力は、その期間に限りがあることになり、また燃料効率を低下させることになる。能力の早期の損失は、バッテリー54の寿命の減少を招くことになる。バッテリー54の寿命が限られると、車両の維持コストが増大することになる。
【００２８】
図３は、並列に接続された（車両システム制御器20の接続部は示されていない）燃料電池システム44とバッテリー54（又はバッテリー・モジュール）を持つ電力システムを示している。ダイオード56（又はダイオードを有するシステムや絶縁ゲート形バイポーラ・トランジスター（insulated gate bipolar transistor略してIGBT）で良い）が、いくつかの機能を持つ。負荷（モーター36）からの電力要求が低いとき、FCS 44は、バッテリー54の充電状態（SOC）が低いときに効率的にバッテリー54を充電する電流又は電圧を供給する。電力要求が高いとき、バッテリー54とFCS 44とが必要負荷を満たすために共に電力を供給する。インバーター58もまた、本発明の制御方法により要求される様な適切な電力及び電力分配を確実なものとするために、FCS 44及び／又はバッテリー54に付随すべきである。
【００２９】
本発明の制御は、各種構成部品についての下記の想定を用いると、最も良く理解される。FCS44の最大電力出力Pfmax = P1である。FCS 44の充電状態（state of charge略してSOC）をSOCfと名付ける。FCS 44の効率が高い動作範囲は、Pfである。FCS 44の過渡的に利用可能な電力は、Paである。SOCfが下限SOCf1未満のとき、警告信号が与えられることになる。
【００３０】
バッテリー54の最大電力出力（ピーク又は保持電力限界）Pbmax = P2である。バッテリー54の充電状態（SOC）をSOCbと名付ける。車両負荷（例えばモーター36）からの電力要求は、Preqである。好ましい実施形態においては、バッテリー54とFCS 44が、並列に接続される。
【００３１】
インバーター58は、本発明の制御方法が要求する様な適切な電力及び電力分配を確実なものとするために、FCS 44及び／又はバッテリー54に付随すべきである。例えば、FCS 44の開回路電圧は450Vであり、240セルのNi/MHバッテリー・パックの開回路電圧は（完全充電時で）340Vである。FCS 44とバッテリー54との両方が負荷要求へピーク電力を供給することは出来ない。インバーターは、FCS 44とバッテリー54に必要とされる電力を供給させるために、柔軟性を持つ必要がある。
【００３２】
バッテリー54が電力供給を停止するためのSOCの下限は、SOCb1である。バッテリー54が高電圧バスへ電力を供給するのを停止する（又は、FCS 44の始動に必要とされる電力を含まないFCS 44の電力不足を満たす電力を供給する）SOCの下限は、SOCb2である。バッテリー54がFCS 44から再充電するのを始動するSOCの下限は、SOCb3である。バッテリー54がFCS 44からの充電を停止するSOCの上限は、SOCb4である。回生制動によりバッテリー54を充電するのを停止するSOCの上限は、SOCb5である。ここで、0-10%<SOCb1<10-20%; 10-20%<SOCb2<30-50%; 40-50%<SOCb3<70-80%, 70-80%<SOCb4<90%; 75-85%<SOCb5≦100%である。
【００３３】
負荷からの電力要求（インバーター58に必要な電力）は、Preqである。インバーター58は、バッテリー54及びFCS 44から必要とされる要求電力を得る充分な柔軟性を持つ必要がある。
【００３４】
バッテリー54の充電モード（FCS 44又は回生制動による）は、定電流、定電圧又はこれら２つの組合せとすることが出来る。FCS 44及び回生制動からのバッテリー54の充電には、バッテリー54の充電効率を高めバッテリー54の寿命を延ばすパルス充電法を使用することも出来る。パルス充電モードについては、図４に示されたもののいずれとすることも出来る。図４において、パルス期間212及びパルス振幅66は、充電過程中で変調することも出来る。パルス振幅66は、0.1Cから10Cの速度にすることが出来る。ここで、速度Cとは、バッテリーを定格能力の分だけ1時間で放電させることの出来る電流を用いることを意味し、0.1Cは、この速度1Cの10分の1の電流で、速度10Cは速度1Cの10倍である。パルス期間212は、1マイクロ秒から10秒までとなり得る。休止期間68は、0.1ミリ秒から10秒までとなり得る。
【００３５】
FCS 44の始動中に、SOCb4>SOCb>SOCb2である場合には、FCS 44の始動（FCS 44の加熱を含む）を補助する（と共に電力をFCS 44へ供給する）ためにバッテリー54を常時使用する。これは、燃料電池の始動を補助するのに必要とされるエネルギーが、周囲の温度に応じて変化し、バッテリー54の能力が、バッテリー54の放電速度と共に周囲温度に応じて変化するからである。SOCb2, SOCb3及びSOCb4は、周囲温度の変化に応じて変化する様にすることが出来る。例えば、燃料電池の始動のためには、周囲温度が非常に低い場合（例えば−１５℃）、SOCb2を最大で95%まで高めることが出来る。
【００３６】
上述の想定を用いて、本発明の制御方法が、図５、６及び７に示されている。この方法は、燃料効率及び車両運転性の観点から動作モードを用いている。
【００３７】
図５は、FCS 44とバッテリー54の組合せからなる車両電力システムのための、FCS 44始動中の制御方法を示している。始動制御が開始すると、VSC 20はステップ70において、SOCf>0か否かを判定する。SOCf> 0でない場合には、制御は命令72を発し、FCSの始動を中止し、車両操作者に警告信号を発する。ステップ70でSOCf>0の場合には、制御はステップ74に進む。ステップ74において、制御はSOCf>SOCf1か否かを判定する。SOCf> SOCf1でない場合には、制御は命令76を発し、車両操作者に警告信号を送り、ステップ78へ進む。ステップ74でSOCf>SOCf1の場合には、制御はステップ78へ進む。ステップ78において、制御はSOCb≧SOCb1か否かを判定する。ステップ78でSOCb≧SOCb1でない場合には、制御は命令80を発して、バッテリー54の補助無しにFCS 44を始動する。ステップ78でSOCb≧SOCb1の場合には、制御は命令82を発し、バッテリー54からの補助を用いてFCS 44を始動する。
【００３８】
図６は、FCS 44とバッテリー54との組合せからなる車両電力システムのための、負荷変化中の制御方法を示している。制御が開始すると、最初にステップ84においてSOCf>0であるか否かを判定する。SOCf>0でない場合、制御は命令86を発し、FCS 44から電力を引出すのを停止して、車両操作者に警告信号を発する。SOCf>0の場合、制御はステップ88へ進む。ステップ88において、制御は、SOCf>SOCf1であるか否かを判定する。SOCf>SOCf1でない場合には、制御は命令90を発し、操作者に警告信号を送り、ステップ92へ進む。ステップ88において、SCOf>SOCf1の場合には、制御はステップ92へ進む。ステップ92において、制御は、SOCb≧SOCb2であるか否か判定する。SOCb≧SOCb2でない場合には、制御は命令94を発し、電力要求に関わりなくバッテリー54の補助なしにFCS 44を用いて車両を動作させる。SOCb≧SOCb2の場合には、制御はステップ96へ進む。ステップ96において、制御はSOCb≦SOCb5であるか否か判定する。SOCb≦SOCb5でない場合には、制御は、命令98を発し、回生制動を用いてバッテリー54を充電するのを中止し、SOCがSOCb4に降下するまで、バッテリーから電力を供給し、そして、電力要求のいかなる不足にも対応する様にFCS 44を用いる。SOCb≦SOCb5の場合には、制御は命令200を発し、SOC=SOCb5になるまで、回生制動を用いてバッテリー54を充電し、ステップ100へ進む。ステップ100において、制御はSOCb≦SOCb4であるか否かを判定する。SOCb≦SOCb4でない場合には、制御は命令102を発し、SOCがSOCb2まで降下するまで、FCS 44を負荷追従形として、そして、バッテリー54を電力補助のために（例えば、電力不足を満たすために）、用いる。SOCb≦SOCb4の場合には、制御はステップ104へ進む。ステップ104において、制御は、SOCb≦SOCb3であるか否かを判定する。SOCb≦SOCb3でない場合には、制御は命令106を発し、SOC = SOCb5になるまで回生制動からバッテリー54を充電し、SOCがSOCb2まで降下するまで、FCS 44を負荷追従形として、そして、バッテリー54を電力補助のために（例えば、電力不足を満たすために）、用いる。SOCb≦SOCb3の場合には、制御はステップ108へ進む。ステップ108において、制御はSOCb≦SOCb2であるか否かを判定する。SOCb≦SOCb2でない場合には、制御は命令112を発し、SOC=SOCb4になるまでFCS 44からバッテリー54を充電し（効率的な範囲つまりピーク電力の状態で作動）、SOCがSOCb2まで降下するまで、FCS 44を負荷追従形として、そして、バッテリー54を電力補助のために（例えば、電力不足を満たすために）、用いる。SOCb≦SOCb2の場合には、制御は命令110を発し、SOC=SOCb4になるまで、効率的な範囲つまりピーク電力の状態にあるFCS 44からバッテリー54を充電し、そして、車両電力要求を満たすためにFCS 44を用いる。
【００３９】
図７は、FCS 44とバッテリー54の組合せから構成される車両電力システムのための、FCS 44が始動中又は車両負荷変化中でないときの、制御ロジックを示している。制御が開始すると、最初にステップ114において、SOCf>0であるか否かを判定する。SOCf>0でない場合には、制御は、命令116を発し、FCS 44から電力を引出すのを停止して、車両操作者に警告信号を発し、ステップ118へ進む。SOCf>0の場合、制御はステップ118へ進む。ステップ118において、制御は、SOCf>SOCf1であるか否かを判定する。SOCf>SOCf1でない場合、制御は命令120を発し、車両操作者に警告信号を発して、ステップ122へ進む。SOCf>SOCf1の場合、制御はステップ122へ進む。ステップ122において、制御は、SOCb≧SOCb2であるか否かを判定する。SOCb≧SOCb2でない場合、制御は命令124を発し、負荷からの電力要求に関わらず、バッテリー54の補助無しにFCS 44を用いて車両を動作させる。SOCb≧SOCb2である場合には、制御はステップ126へ進む。ステップ126において、制御は、SOCb≦SOCb5であるか否かを判定する。SOCb≦SOCb5でない場合には、制御は、命令128を発し、回生制動によりバッテリー54を充電するのを停止し、SOCがSOCb4へ降下するまで、バッテリー54の電力を供給する。FCS 44は、電力要求に対する不足を満たすために、用いられる。SOCb≦SOCb5である場合には、制御は命令130を発し、SOC=SOCb5になるまで、回生制動を用いてバッテリー54を充電し、ステップ132へ進む。ステップ132において、制御はSOCb≦SOCb4であるか否かを判定する。SOCb≦SOCb4でない場合には、制御は命令134を発し、SOCがSOCb2まで降下するまで、FCS 44を負荷追従形として、そして、バッテリー54を電力補助のために（例えば、電力不足を満たすために）、用いる。SOCb≦SOCb4の場合には、制御はステップ136へ進む。ステップ136において、制御はSOCb≦SOCb3であるか否か判定する。SOCb≦SOCb3でない場合には、制御はステップ138へ進み、Preq>Pfであるか否か判定する。Preq>Pfでない場合、制御は命令140を発し、SOCb=SOCb4となるまで、Pf-Preqを用いてバッテリー54を充電する。Preq>Pfの場合、制御はステップ142へ進み、Preq>P1であるか否か判定する。Preq>P1でない場合、制御は命令144を発し、SOCb=SOCb4となるまで、P1−Preqを用いてバッテリー54を充電する。Preq>P1の場合、制御は命令146を発し、SOCがSOCb2まで降下するまで、FCS 44を負荷追従形として、そして、バッテリー54を電力補助のために（例えば、電力不足を満たすために）、用いる。
【００４０】
ステップ136へ戻り、SOCb≦SOCb3の場合、制御はステップ148へ進み、SOCb≦SOCb2であるか否か判定する。SOCb=SOCb2でない場合、制御はステップ150へ進み、Preq>Pfであるか否かを判定する。Preq>Pfでない場合、制御は命令210を発して、SOCb=SOCb4となるまで、Pf-Preqを用いて、バッテリー54を充電する。Preq>Pfの場合、制御はステップ152へ進み、Preq>P1であるか否かを判定する。Preq>P1でない場合、制御は命令154を発し、SOCb=SOCb4となるまで、P1-Preqを用いて、バッテリー54を充電する。Preq>P1の場合、制御は命令156を発し、SOCがSOCb2まで降下するまで、FCS 44を負荷追従形として、そして、バッテリー54を電力補助のために（例えば、電力不足を満たすために）、用いる。
【００４１】
ステップ148へ戻り、SOCb≦SOCb2の場合、制御はステップ158へ進み、Preq>P1であるか否か判定する。Preq>P1でない場合、制御は、命令160へ進み、SOCb=SOCb4となるまで、P1-Preqを用いて、バッテリー54を充電する。Preq>P1の場合、制御は命令162を発し、車両の電力要求を満たすために、FCS 44を用いる。
【００４２】
【発明の効果】
要約すると、本発明は、燃料電池エンジンとバッテリー・パックが組合せられた電力システムの燃料効率に対処する制御ロジックを提供するものである。更に、この制御ロジックは、バッテリーの寿命を延ばし、燃料効率を高めることにより、車両の維持コストを低減し、車両コストを低減し、負荷変化に迅速に応答することが出来、迅速なFCSの始動と回生制動を提供し、加速及び登坂のためのバッテリーの補助を可能とし、それで、FCSを、より小型で、安価で、効率的にするのを可能とする。
【００４３】
本発明を詳細に説明そして図示したが、本明細書が限定して解釈されるべきではないことが、明らかに理解されるはずである。本発明の思想及び範囲は、添付の請求項の語句によってのみ限定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】何らかの電気推進モーターを用いる燃料電池システムへの一般的な車両システムの制御部を示す図である。
【図２】電力出力の関数として燃料電池のシステム効率を示す図である。
【図３】燃料電池システムと並列に接続されたバッテリー・パック（又はバッテリー・モジュール）からなる電力システムを示す図である。
【図４】バッテリーのパルス充電モードのパルス波形を示す図である。
【図５】FCS 44とバッテリー54の組合せからなる車両電力システムのための、FCS 44始動中の制御ロジックを示す図である。
【図６】FCS 44とバッテリー54の組合せからなる車両電力システムのための、負荷変化中の制御ロジックを示す図である。
【図７】FCS 44とバッテリー54の組合せからなる車両電力システムのための、定常負荷状態での制御ロジックを示す図である。
【符号の説明】
44 負荷従属形電流発生システム（燃料電池）
54 貯蔵形電力源（バッテリー）

Claims

負荷従属型電流発生システムと貯蔵型電力源とを備えるハイブリッド電気自動車の制御方法であって、
上記貯蔵型電力源の充電状態に基づき、該充電状態が第一所定値より低いときは、上記負荷従属型電流発生システムを用いて車両を動作させ、上記充電状態が上記第一所定値より大きな値に設定されている第二所定値より大きいときは、上記貯蔵型電力源の電力を上記車両の動作のために供給する一方、上記負荷従属型電流発生システムを上記車両動作のための車両負荷からの電力要求に対する不足を満たす為に用い、上記充電状態が上記第二所定値以下のときは、回生制動を用いて上記貯蔵型電力源を充電するよう、上記負荷従属型電流発生システム及び貯蔵型電力源を制御することを特徴とするハイブリッド電気自動車の制御方法。
請求項１において、
上記負荷従属型電流発生システムの始動時において、上記貯蔵型電力源の充電状態が上記第一所定値より小さな値に設定されている第三所定値より大きいときは、上記貯蔵型電力源からの補助を用いて上記負荷従属型電流発生システムを始動することを特徴とするハイブリッド電気自動車の制御方法。
請求項１又は請求項２において、
上記貯蔵型電力源の充電状態が、上記第一所定値より大きく且つ上記第二所定値より小さい第四所定値より小さいときは、上記負荷従属型電流発生システムにより上記貯蔵型電力源を充電することを特徴とするハイブリッド電気自動車の制御方法。
請求項３において、
上記車両負荷からの電力要求の値が上記負荷従属型電流発生システムが高効率で作動する値より小さいときは、その差異を用いて上記貯蔵型電力源を充電することを特徴とするハイブリッド電気自動車の制御方法。
請求項３において、
上記車両負荷からの電力要求の値が上記負荷従属型電流発生システムの最大出力電流より小さいときは、その差異を用いて上記貯蔵型電力源を充電することを特徴とするハイブリッド電気自動車の制御方法。