JP4337188B2 - Hybrid moving body and control method thereof - Google Patents

Hybrid moving body and control method thereof Download PDF

Info

Publication number
JP4337188B2
JP4337188B2 JP31642299A JP31642299A JP4337188B2 JP 4337188 B2 JP4337188 B2 JP 4337188B2 JP 31642299 A JP31642299 A JP 31642299A JP 31642299 A JP31642299 A JP 31642299A JP 4337188 B2 JP4337188 B2 JP 4337188B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
engine
energy
energy output
hybrid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP31642299A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2001069610A (en
Inventor
淳 田端
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP31642299A priority Critical patent/JP4337188B2/en
Priority to US09/576,444 priority patent/US6672415B1/en
Priority to DE60007917T priority patent/DE60007917T2/en
Priority to EP00110847A priority patent/EP1055545B1/en
Publication of JP2001069610A publication Critical patent/JP2001069610A/en
Priority to US10/686,861 priority patent/US7028795B2/en
Priority to US11/325,501 priority patent/US7273120B2/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4337188B2 publication Critical patent/JP4337188B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L1/00—Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles
    • B60L1/006—Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles to power outlets
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池と熱機関とをエネルギ出力源として備えるハイブリッドシステムおよびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エンジンと電動機とを搭載したハイブリッド車両が提案されている。ハイブリッド車両の一形態として、電動機とエンジンの双方の動力を駆動軸に出力可能なパラレルハイブリッド車両と呼ばれる構成がある。パラレルハイブリッド車両は、機械的動力および電力の双方を含めた意味でのエネルギ出力源として、エンジンおよびバッテリの２種類を備えている。即ち、パラレルハイブリッド車両は、エンジンから動力を出力して走行する他、バッテリから供給される電力で電動機をして走行することもできる。このように２種類のエネルギ出力源を適宜使い分けることによって、エンジンを効率の良い領域で運転させることができる。また、電動機による回生制動を行うことにより、車両の運動エネルギを電力としてバッテリに回収することができる。これらの作用に基づき、パラレルハイブリッド車両は、燃費および環境性に優れるという特性を有する。
【０００３】
ハイブリッド車両には、他の形態として、シリーズハイブリッド車両と呼ばれる構成がある。シリーズハイブリッド車両は、駆動軸に結合された電動機から出力される動力で走行する。エンジンは駆動軸と切り離されて設けられており、発電機を駆動して電力を発生させる。駆動軸に結合された電動機は、こうして発電された電力、およびバッテリから供給される電力の少なくとも一方により駆動される。シリーズハイブリッド車両も、２種類のエネルギ出力源を有するとともに、両者を適宜使い分けることができ、燃費および環境性に優れる特性を有する。
【０００４】
こうしたパラレルハイブリッド車両の中には、エネルギ出力源の一つとして、燃料電池を搭載した車両も提案されている（例えば、特開平３−１４８３３０記載の車両）。燃料電池とは、燃料として最終的に供給される水素の酸化により発電を行う装置をいう。燃料電池から排出されるのは、水蒸気であり、有害な成分が含まれないため環境性に非常に優れるという利点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、燃料電池は、昨今開発が行われている装置である。従って、燃料電池と熱機関という２種類のエネルギ出力源の有する特性の長所どうしを最適に組みあわせる点でまだ不十分であった。特に、燃料電池は電気的エネルギを出力する点で二次電池と共通するものの、二次電池と異なり不可逆的なエネルギ出力源である特徴がある。二次電池はハイブリッド車両の走行中においても充電によりエネルギ状態を回復することができるのに対し、燃料電池は燃料を外部から補給しないことには、発電能力を回復することができない。また、燃料電池は応答性が低いという特性も有している。
【０００６】
従来、提案されていた燃料電池を備えるハイブリッド車両では、かかる特徴を踏まえて燃料電池および熱機関をエネルギ出力源として、どのように活用すべきかという点について十分検討されてはいなかった。特に、通常の走行時と異なる特定の条件下での運転時における、エネルギ出力源の使い分けについてはほとんど検討されていなかった。また、高効率かつ環境性に優れた電源としての燃料電池の特性を活用してハイブリッド車両の利便性を向上する観点からの検討もなされていなかった。これらの課題は、ハイブリッド車両のみならず燃料電池を含む種々のハイブリッドシステムにおいて共通の課題であった。本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、燃料電池を搭載したハイブリッドシステムにおいて、燃料電池をエネルギ出力源として有効活用し、燃費、環境性、利便性を向上したハイブリッドシステムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の課題を解決するために、本発明は次の構成を採った。
本発明のハイブリッドシステムは、
少なくとも燃料電池と熱機関とを含むエネルギ出力源と、該エネルギ出力源のエネルギを利用可能な形態で外部に出力するエネルギ伝達手段とを備えるハイブリッドシステムであって、
出力すべき総エネルギを設定する要求エネルギ設定手段と、
前記燃料電池を優先的に使用して前記総エネルギを出力する態様で、前記燃料電池、熱機関および前記エネルギ伝達手段の各目標運転状態を設定する目標運転状態設定手段と、
前記システムの作動状態に関する所定の条件が満たされているか否かを判定する判定手段と、
該所定の条件が満たされている場合には、前記燃料電池、熱機関およびエネルギ伝達手段の少なくとも一つの目標運転状態を前記所定の条件に応じて予め設定された状態に変更する状態変更手段と、
前記エネルギ出力源および前記エネルギ伝達手段のそれぞれを設定された目標運転状態に制御する運転制御手段とを備えることを要旨とする。
【０００８】
本発明のハイブリッドシステムは、エネルギ出力源として燃料電池と熱機関とを備える。エネルギ出力源とは、機械的エネルギおよび電気的エネルギなど種々の形態でエネルギを出力する源を意味する。燃料電池は電気的エネルギを出力するエネルギ出力源に相当する。熱機関は機械的エネルギを出力するエネルギ出力源に相当する。また、エネルギ伝達手段は、エネルギ出力源から出力されるエネルギおよび外部に出力するエネルギの種類に応じたものを備える。電気的エネルギを伝達および出力するための手段としては導電線およびコンセントなどが相当する。機械的エネルギを伝達および出力するための手段としてはギヤ等の伝達機構および駆動軸などが相当する。また、エネルギ伝達手段には、エネルギ出力源から出力されるエネルギの形態を変更する装置も含まれる。即ち、機械的エネルギを出力すべき場合には、エネルギ出力源から出力された電気的エネルギを機械的エネルギに変換する電動機が含まれる。また、電気的エネルギを出力すべき場合には、エネルギ出力源から出力された機械的エネルギを用いて発電する発電機が含まれる。
【０００９】
上記ハイブリッドシステムは、通常の作動時は燃料電池を優先して運転する。優先とは、要求された総エネルギを出力するために使用するエネルギ出力源に選択の余地がある場合に、燃料電池を優先して使用する意味である。例えば、燃料電池と熱機関のいずれかによりエネルギを出力すれば足りる場合には燃料電池を使用することになる。この場合、熱機関は、燃料電池では十分なエネルギを出力できない場合などに使用されることになる。また、優先には、複数のエネルギ出力源のうち燃料電池から出力されるエネルギの割合を最も高くする態様も含まれる。燃料電池は、高効率で発電を行うことができ、また、有害な排出物を伴わないことから、環境性にも優れるエネルギ出力源である。本発明のハイブリッドシステムは、燃料電池を優先的に使用することにより、作動時の効率および環境性を向上することができる。なお、ここで、作動とは、必ずしもハイブリッドシステムが走行、飛行など移動等している場合のみならず、停止している場合であっても利用可能な何らかのエネルギをハイブリッドシステムから出力している状態をいう。
【００１０】
本発明のハイブリッドシステムは、上述の通り、基本的には燃料電池を優先的に使用するが、所定の条件が満たされている場合には、状態変更手段がエネルギ出力源およびエネルギ伝達手段という各要素の運転状態を変更する。変更後の運転状態は「所定の条件」に応じて、種々設定される。所定の条件とは、システムの作動状態に関するものを意味しており、例えば、特定の運転モードが選択されている場合や、システムの構成要素が特定の運転状態にある場合などが含まれる。基本的には燃料電池を優先して使用することで効率および環境性に優れた作動を実現することができるが、多岐に亘る作動状態の一部では、エネルギ出力源のかかる使い分けが適さない場合もある。例えば、効率および環境性を犠牲にしつつも燃料電池の運転を控える必要が生じる場合もある。また、燃料電池の使用による運転効率の向上効果が十分に現れない場合もある。本発明のハイブリッドシステムによれば、所定の条件下では、各要素の運転状態を変更することにより、それぞれ適した作動を実現することができる。
【００１１】
ここで、本発明における上記制御の意義について説明する。既に説明した通り、燃料電池は不可逆的な特性を有するエネルギ出力源である。バッテリ等の二次電池は、ハイブリッドシステムの走行中でも充電を行えばエネルギ状態の回復を図ることができる。これに対し、燃料電池用の燃料（以下、ＦＣ燃料と呼ぶ）は一旦消費すると、外部から補給しない限りエネルギ状態を回復することができない。燃料電池のかかる特性を考慮すると、必ずしも燃料電池を優先的に使用することによりハイブリッドシステムの効率および環境性を向上できるという保証はなかった。ＦＣ燃料を早期に消費してしまえば、その後は熱機関など比較的低効率のエネルギ出力源を使用せざるを得なくなり、平均した運転効率の低下を招く可能性もあったからである。
【００１２】
本願の発明者は、燃料電池と熱機関を含むエネルギ出力源を搭載したハイブリッドシステムが採る種々の作動状態およびその頻度を検討した。エネルギ出力源の使い分けについては、「燃料電池を優先して使用する態様」、「燃料電池の使用をできるだけ控え、ＦＣ燃料の消費を抑制する態様」、「燃料電池と熱機関を均等に使用する態様」など種々の態様が考えられる中、上記検討結果に基づき、燃料電池を優先して使用する態様が運転効率および環境性の向上に寄与し得るとの結論に達し、本発明を完成するに至った。また、特定の条件下では、各要素をそれに応じた運転状態に変更することにより、さらに適切な作動を実現するとの結論に達した。本願は、このように燃料電池の特性およびハイブリッドシステムに搭載した場合の使用頻度などを考慮して適切な運転を実現した点に意義がある。
【００１３】
なお、ハイブリッドシステムにおいては、単位時間当たりのエネルギを考慮して運転の制御がなされることが多い。従って、本明細書において、エネルギという用語は、特に断らない限り、単位時間当たりのエネルギを意味するものとする。従って、本明細書では、エネルギは、原則として動力および電力と同義の用語である。
【００１４】
本発明のハイブリッドシステムにおいて、「所定の条件」およびそれに応じた各要素の運転状態は、種々の態様があげられる。
第１の態様として、
運転者が運転モードを指定するために操作するスイッチを備えるハイブリッドシステムにおいては、
前記判定手段における所定の条件は、前記スイッチの操作状態であるものとすることができる。
こうすることにより、燃料電池、熱機関等の各要素の運転状態を運転者がスイッチ操作で任意に設定することができ、ハイブリッドシステムの利便性を向上することができる。
【００１５】
このようにスイッチ操作で運転モードを指定可能なハイブリッドシステムにおいては、
前記エネルギは電気的エネルギであり、
前記所定の条件は、前記スイッチにより、電気的エネルギの外部への出力を許可する運転モードが指定されている条件であり、
前記状態変更手段における前記変更は、前記熱機関の運転の禁止であるものとすることができる。
【００１６】
上記ハイブリッドシステムは、電気的エネルギを外部に出力することができる。熱機関の機械的エネルギを電気的エネルギに変換するための発電機、熱機関および燃料電池から出力された電気的エネルギを出力するためのコンセント等をエネルギ伝達手段として備えることになる。かかるコンセントを設けることにより、例えば目的地で種々の電気製品を利用することが可能となるなど、ハイブリッドシステムの利便性を向上することができる。
【００１７】
本発明のハイブリッドシステムは、通常の運転モードでは、燃料電池を優先的に使用し、燃料電池の出力が要求出力に満たないなどの場合に熱機関を運転する。これに対し、上記構成において、コンセント等から電力の供給を許可する運転モードが指定されている場合には、熱機関の運転を禁止する。一般に目的地での電力の使用は、比較的重要性の低い要求である場合が多い。かかる場合に、熱機関の運転を許可したままにしておくと、電力の供給時に熱機関が始動され、ハイブリッドシステムの効率および環境性を損ねる。また、熱機関は作動音が大きいのが通常であるため、静粛性を損ねる場合もある。上記構成のハイブリッドシステムによれば、電気的エネルギを利用する運転モードにおいては、熱機関の運転を禁止することができるため、かかる弊害を回避することができる。
【００１８】
このように熱機関の運転を停止する場合においては、
さらに、運転者が前記熱機関の始動を指示するために操作する始動スイッチを備え、
前記所定の条件は、前記運転モードが指定されている状態において、前記始動スイッチの操作により前記熱機関の始動が指示される条件であり、
前記状態変更手段における前記変更は、前記熱機関の始動であるものとすることも望ましい。
こうすれば、目的地において電力を供給する必要性が高い場合には、運転者の操作により熱機関を始動して電力を出力することができる。従って、ハイブリッドシステムの利便性を向上することができる。ここでは、燃料電池と熱機関の運転にのみ言及しているが、その他のエネルギ出力源を備えるものを排除する趣旨ではない。
【００１９】
このようにスイッチ操作で運転モードを指定可能なハイブリッドシステムにおいては、別の態様として、
前記エネルギは機械的エネルギであり、
前記所定の条件は、前記スイッチにより、燃料電池および熱機関のいずれか一方を用いる運転モードが選択されている条件であり、
前記状態変更手段における前記変更は、該選択されたエネルギ出力源の運転実行、および他方のエネルギ出力源の運転禁止であるものとすることもできる。
【００２０】
上記ハイブリッドシステムは、機械的エネルギを外部に出力することができる。燃料電池の電気的エネルギを機械的エネルギに変換するための電動機、熱機関および燃料電池から出力された機械的エネルギを出力する駆動軸などをエネルギ伝達手段として備えることになる。出力された動力を走行に使用するものとすれば、燃料電池および熱機関のいずれによっても走行可能となる。
【００２１】
本発明のハイブリッドシステムは、通常の運転モードでは、燃料電池を優先的に使用し、燃料電池の出力が要求出力に満たないなどの場合に熱機関を運転する。これに対し、上記ハイブリッドシステムによれば、動力源を運転者が任意に選択することができる。第１の例として、目的地において燃料電池から出力される電力を利用したい場合には、熱機関を用いる運転モードを選択することにより、目的地に到着するまでのＦＣ燃料の消費を抑制することができる。この結果、目的地で燃料電池をより有効に活用することができる。第２の例として、車両の応答性に対する要求に応じた使い分けをすることもできる。一般に燃料電池は出力の応答性が低い特性を有している。かかる場合に熱機関を用いる運転モードを選択すれば、高い応答性で車両を運転することができる。第３の例として、騒音の抑制に関する要求に応じた使い分けをすることもできる。一般に熱機関は作動音が大きいため、深夜の走行時など騒音を抑制する要求が高い場合には、燃料電池を用いる運転モードを選択することにより、静粛性を保った運転を実現することができる。このように動力源を運転者が任意に選択可能とすることにより、ハイブリッドシステムの利便性を向上することができる。
【００２２】
熱機関の運転を停止する場合においては、
さらに、運転者が前記他方のエネルギ出力源の始動を指示するために操作する始動スイッチを備え、
前記所定の条件は、前記運転モードが指定されている状態において、前記始動スイッチの操作により前記他方のエネルギ出力源の始動が指示される条件であり、
前記状態変更手段における前記変更は、該他方のエネルギ出力源の始動であるものとすることが望ましい。
こうすれば、必要に応じて他方のエネルギ出力源を始動することができる。従って、動力を出力する必要性に応じてエネルギ出力源の運転を行うことができ、ハイブリッドシステムの利便性を向上することができる。ここでは、燃料電池と熱機関の運転にのみ言及しているが、その他のエネルギ出力源を備えるものを排除する趣旨ではない。
【００２３】
また、類似の態様として、
前記エネルギは機械的エネルギであり、
前記所定の条件は、前記スイッチにより、燃料電池のみをエネルギ出力源とする運転モードが選択されている条件であり、
前記状態変更手段における前記変更は、前記燃料電池の運転実行、かつ前記熱機関の暖機禁止であるものとしてもよい。
【００２４】
運転者がスイッチの操作によって動力源を選択することができる利点は、上述の態様と同様である。ここに示した類似の態様では、燃料電池のみをエネルギ出力源とする運転モードが選択されている場合には、熱機関の運転を禁止するのみならず、暖機、即ち運転準備をも禁止する点で相違する。こうすれば、熱機関の暖機をも禁止することにより、ハイブリッドシステムの燃費および環境性をより向上することができる。
【００２５】
なお、熱機関の暖機を禁止するため、熱機関の動力が必要になった場合に若干応答が遅れるという不利益はあるものの、燃料電池のみをエネルギ出力源とする運転モードは運転者が自らの意思で選択するものであるため、かかる応答性の低下が生じても運転感覚に与える影響は小さい。運転感覚に大きな変動が生じないように各運転モードを設定するのが通常であるが、運転モードはその特性を理解した上で運転者の意思で選択するものであるという着眼から、運転感覚の変動という制限を考慮することなく、燃費および環境性を特に重視した運転モードを設けた点に、この態様の意義がある。
【００２６】
もちろん、こうした制御は、燃料電池が運転可能な状態にあることが前提であり、燃料電池のみをエネルギ出力源とする運転モードが選択されている場合であっても、燃料電池が運転不可能な場合には、自動または手動で熱機関の運転を許可するものとしてもよい。
【００２７】
「所定の条件」およびそれに応じた各要素の運転状態に関する第２の態様として、
前記燃料電池の発電能力を検出する検出手段を備えるハイブリッドシステムにおいては、
前記所定の条件は、該発電能力が所定値以下に低下する条件であり、
前記状態変更手段における前記変更は、前記燃料電池の出力の抑制であるものとすることができる。
【００２８】
この場合において、発電能力は種々のパラメータにより検出することができ、例えば、前記検出手段は、前記燃料電池用の残燃料量に基づいて前記発電能力を検出する手段であるものとしてもよいし、
前記検出手段は、前記燃料電池の温度に基づいて前記発電能力を検出する手段であるものとしてもよい。
【００２９】
ＦＣ燃料の残量に応じて発電能力を検出する場合、発電能力の低下は、ＦＣ燃料の残量の低下を意味する。上記構成のハイブリッドシステムでは、このようにＦＣ燃料の残量が低下した場合には、燃料電池の出力を抑制することにより、ＦＣ燃料の過度の消費を抑制することができる。既に説明した通り、燃料電池は不可逆的なエネルギ出力源であるから、ＦＣ燃料を消費した後は、燃料電池を使用することができなくなる。これに対し、上記構成のハイブリッドシステムでは、ＦＣ燃料の消費を抑制することができ、長期間に亘って燃料電池を使用可能な状態に維持することができるため、燃料電池をより有効性が高い作動時に活用することができる。
【００３０】
燃料電池の温度に応じて発電能力を検出する場合、発電能力の低下は、燃料電池が異常に高温になった場合や、いわゆる暖機前の状態で発電を行える温度に十分達していない場合などが対応する。かかる場合に燃料電池に高い出力を要求すれば、燃料電池の寿命を著しく縮める等の弊害を生じる可能性がある。上記構成によれば、燃料電池の出力を抑制することにより、かかる弊害を回避することができる。
【００３１】
発電能力に応じて燃料電池の出力を抑制するハイブリッドシステムでは、
前記状態変更手段における前記変更は、前記熱機関の出力の増大であるものとしてもよい。
こうすれば、燃料電池の出力低下による影響を抑制し、要求された総エネルギを出力することが可能となる。
【００３２】
また、
前記エネルギは回転軸の回転エネルギであり、
前記エネルギ伝達手段は、前記エネルギ出力源から出力された回転エネルギを２以上の変速比で変速して出力可能な変速手段である場合には、
前記状態変更手段における前記変更は、前記変速手段の変速比の増大であるものとすることもできる。
回転エネルギの場合、出力の低下に伴うトルク低下の影響が比較的大きい。上記構成によれば、変速比を大きくすることにより、出力トルクの低下を抑制することができる。
【００３３】
「所定の条件」およびそれに応じた各要素の運転状態に関する第３の態様として、
前記熱機関の温度を検出する温度検出手段を備えるハイブリッドシステムにおいては、
前記所定の条件は、検出された熱機関の温度が所定値以下である条件であり、
前記状態変更手段における前記変更は、前記熱機関の暖機運転実行であるものとすることができる。
【００３４】
一般に熱機関の運転効率および排気浄化性を向上するためには、運転時に十分暖機をしておくことが望ましい。本発明のハイブリッドシステムは、燃料電池をエネルギ出力源として作動している場合には、熱機関の温度が低下する可能性がある。上記ハイブリッドシステムによれば、熱機関の温度が低くなった場合には、その暖機を行うことができる。従って、出力が要求される際の熱機関の運転効率および排気浄化性を向上することができる。なお、上記構成において、さらに条件を追加し、熱機関からの出力が要求される可能性が高いと判断される場合に暖機を行うものとしてもよい。こうすれば、暖機に要する燃料を抑制することができ、さらに運転効率を向上することができる。
【００３５】
「所定の条件」およびそれに応じた各要素の運転状態に関する第４の態様として、
前記熱機関の温度を検出する温度検出手段と、
前記燃料電池で発生した熱エネルギの少なくとも一部を前記熱機関に搬送する熱搬送手段とを備えるハイブリッドシステムにおいては、
前記所定の条件は、検出された熱機関の温度が所定値以下である条件であり、
前記状態変更手段における前記変更は、前記燃料電池の出力の増大であるものとすることもできる。
熱搬送手段は種々の構成を適用することができ、例えば燃料電池と熱機関の冷却機構を両者共通の機構として構成することにより熱搬送手段として活用することができる。
【００３６】
かかる構成のハイブリッドシステムにおいても熱機関の暖機を行うことができる。但し、上記構成のハイブリッドシステムでは、燃料電池から発生した熱を利用して熱機関の暖機を行う点で相違する。熱機関を別途暖機運転する必要がないため、燃料消費を抑制することができる。なお、上記構成においても熱機関からの出力が要求される可能性が高いと判断される場合に暖機を行うものとすれば、さらに運転効率を向上することができる。
【００３７】
また、本発明は、少なくとも燃料電池と熱機関とを含むエネルギ出力源と、該エネルギ出力源のエネルギを利用可能な形態で外部に出力するエネルギ伝達手段とを備えるハイブリッドシステムであって、
前記エネルギ出力源のいずれを使用するかを該ハイブリッドシステムの運転者の操作により選択するためのエネルギ出力源選択スイッチと、
該エネルギ出力源選択スイッチにより選択状態に応じて、前記燃料電池、熱機関およびエネルギ伝達手段の各目標運転状態を設定する目標運転状態設定手段と、
前記エネルギ出力源および前記エネルギ伝達手段のそれぞれを設定された目標運転状態に制御する運転制御手段とを備えるハイブリッドシステムとして構成することもできる。
かかつ場合において、
前記目標運転状態設定手段は、前記エネルギ出力源選択スイッチにより、前記燃料電池のみがエネルギ出力源として選択されている場合には、前記熱機関の運転を禁止するのみならず、暖機をも禁止する状態に目標運転状態を設定する手段であるものとしてもよい。
【００３８】
こうすれば、エネルギ出力源選択スイッチを操作することによって、運転者が自由にエネルギ出力源を使い分けることができる。一例として、燃料電池、熱機関を備える場合のエネルギ出力源の選択態様としては、燃料電池のみを使用する場合、熱機関のみを使用する場合、双方を使用する場合の３つが考えられる。上記ハイブリッドシステムによれば、これらの態様の中から運転者の意志に沿った態様を選択することができ、エネルギ出力源を意志に応じて使い分けることができるためハイブリッドシステムの利便性を向上することができる。更に、燃料電池のみが選択されている場合に熱機関の暖機をも禁止する制御を併せて行うものとすれば、既に説明した通り、ハイブリッドシステムの燃費および環境性を共に向上することができる。
【００３９】
以上で説明した種々のハイブリッドシステムは、必ずしも燃料電池と熱機関のみを備える場合に限定されるものではない。
さらに、可逆的なエネルギ出力手段である蓄電手段を備えることもでき、
この場合において、
前記目標運転状態設定手段は、前記蓄電手段に入出力される電気的エネルギを考慮して前記目標運転状態を設定する手段であるものとすることができる。
【００４０】
蓄電手段は、ハイブリッドシステムの作動中において充電によりエネルギ状態を回復することができる可逆的なエネルギ出力源である。蓄電手段としては、いわゆる二次電池やキャパシタなどが挙げられる。上記ハイブリッドシステムは、電気的エネルギを出力するエネルギ出力源として、高効率であるが不可逆的な特性を有する燃料電池と、可逆的である蓄電手段とを備える。このように特性の異なるエネルギ出力源を併用することにより、それぞれの特性を活用し、ハイブリッドシステムの効率、環境性、利便性を向上することができる。なお、上記ハイブリッドシステムにおいては、蓄電手段を燃料電池よりも優先的に使用するものとしてもよいし、燃料電池を蓄電手段よりも優先的に使用するものとしてもよい。いずれを優先して使用するかは、それぞれの出力定格や蓄電手段が蓄えておくことができる電力量に応じて設定可能である。
【００４１】
本発明は、プラント、産業機械など種々のシステムに適用することができる。また、地上に固定されたシステムのみならず移動体に適用することもできる。移動体には、車両、船舶、航空機、飛行船その他の飛翔体など動力を利用して移動する種々の移動体が含まれる。必ずしも人や物を輸送するものに限られない。また、乗員が搭乗するものにも限らない。
【００４２】
本発明は、
少なくとも燃料電池と熱機関とを含むエネルギ出力源と、該エネルギ出力源のエネルギを利用可能な形態で外部に出力するエネルギ伝達手段とを備えるハイブリッドシステムであって、
前記燃料電池および熱機関の双方がエネルギを出力可能な状態にある場合は、燃料電池を優先的に使用してエネルギを出力するよう、該燃料電池および熱機関の運転を制御する制御手段を備えるハイブリッドシステムとして構成することもできる。
【００４３】
かかるハイブリッドシステムによれば、燃料電池を優先的に使用するため、先に説明したハイブリッドシステムと同様、システム運転時の効率および環境性を大きく向上することができる。なお、かかるハイブリッドシステムにおいても、上記ハイブリッドシステムで説明した種々の付加的要素を考慮することができることはいうまでもない。
【００４４】
本発明をハイブリッド式移動体として構成する場合、例えば、以下の構成を採ることができる。即ち、
少なくとも燃料電池と熱機関とを含むエネルギ出力源と、該エネルギ出力源のエネルギを利用可能な形態で外部に出力するエネルギ伝達手段とを備えるハイブリッド式移動体であって、
前記燃料電池および熱機関のうち少なくとも一方の劣化を検出する劣化検出手段と、
前記燃料電池および熱機関の一方に劣化が検出された場合には、該劣化に伴うエネルギ出力への影響を補償する方向に、少なくとも他方の出力を制御する劣化時制御手段とを備えるハイブリッド式移動体とすることもできる。
【００４５】
また、少なくとも燃料電池と熱機関とを含む動力出力源と、該動力出力源から出力された動力を変速機を介して駆動軸に伝達する伝達機構とを備えるハイブリッド式移動体であって、
前記燃料電池の劣化を検出する劣化検出手段と、
前記燃料電池の劣化が検出された場合には、該劣化に伴うエネルギ出力への影響を補償する方向に、前記変速機を制御する変速機制御手段とを備えるハイブリッド式移動体とすることもできる。
【００４６】
前者のハイブリッド式移動体によれば、燃料電池または熱機関の劣化が生じている場合には、劣化が生じていない側の出力を制御して、その影響を抑制することができる。ここで劣化とは故障、燃料の不足、経時変化などにより、本来の出力が得られなくなる状態をいう。また、上記構成においては、燃料電池と熱機関の双方の劣化を検出するものとしてもよいし、いずれか一方のみを検出するものとしてもよい。後者のハイブリッド式移動体によれば、燃料電池の劣化が生じている場合には、変速機を制御することにより、劣化の影響を抑制することができる。なお、これらのハイブリッド式移動体において、先にハイブリッドシステムで説明した種々の付加的要素を併せて適用することができることはいうまでもない。
【００４７】
本発明は、以下に示すハイブリッドシステムの制御方法として構成することもできる。
即ち、本発明の制御方法は、
少なくとも燃料電池と熱機関とを含むエネルギ出力源と、該エネルギ出力源のエネルギを利用可能な状態で外部に出力するエネルギ伝達手段とを備えるハイブリッドシステムの運転を制御する制御方法であって、
（ａ） 出力すべき総エネルギを設定する工程と、
（ｂ） 前記燃料電池を優先的に使用して前記総エネルギを出力する態様で、前記燃料電池、熱機関および前記エネルギ伝達手段の各目標運転状態を設定する工程と、
（ｃ） 前記システムの作動状態に関する所定の条件が満たされているか否かを判定する工程と、
（ｄ） 該所定の条件が満たされている場合には、前記燃料電池、熱機関およびエネルギ伝達手段の少なくとも一つの目標運転状態を前記所定の条件に応じて予め設定された状態に変更する工程と、
（ｅ） 前記エネルギ出力源および前記エネルギ伝達手段を制御して、前記設定された総エネルギを出力する工程とを備える制御方法である。
【００４８】
かかる制御方法によれば、先にハイブリッドシステムで説明したのと同様の作用により、燃料電池および熱機関という２種類のエネルギ出力源を、種々の作動状態において有効に活用することができる。この結果、ハイブリッドシステムの運転効率、環境性、利便性を向上することができる。なお、制御方法の発明においても、先にハイブリッドシステムの発明で説明した種々の付加的要素を考慮することができることはいうまでもない。
【００４９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、ハイブリッド車両に適用した場合の実施例に基づいて、以下の順序で説明する。
Ａ．装置の構成：
Ｂ．一般的動作：
Ｃ．ＥＶ走行制御処理：
Ｄ．外部電源稼働制御処理：
Ｅ．第１の変形例：
Ｆ．第２の変形例：
Ｇ．第３の変形例：
Ｈ．第２実施例：
Ｉ．第２実施例における変形例：
Ｊ．第３実施例：
Ｋ．４輪駆動への適用：
【００５０】
Ａ．装置の構成：
図１は実施例としてのハイブリッド車両の概略構成図である。本実施例のハイブリッド車両の動力源は、エンジン１０とモータ２０である。図示する通り、本実施例のハイブリッド車両の動力系統は、上流側からエンジン１０、入力クラッチ１８、モータ２０、トルクコンバータ３０、および変速機１００を直列に結合した構成を有している。即ち、エンジン１０のクランクシャフト１２は、入力クラッチ１８を介してモータ２０に結合されている。入力クラッチ１８をオン・オフすることにより、エンジン１０からの動力の伝達を断続することができる。モータ２０の回転軸１３は、また、トルクコンバータ３０にも結合されている。トルクコンバータの出力軸１４は変速機１００に結合されている。変速機１００の出力軸１５はディファレンシャルギヤ１６を介して車軸１７に結合されている。以下、それぞれの構成要素について順に説明する。
【００５１】
エンジン１０は通常のガソリンエンジンである。但し、エンジン１０は、ガソリンと空気の混合気をシリンダに吸い込むための吸気バルブ、および燃焼後の排気をシリンダから排出するための排気バルブの開閉タイミングを、ピストンの上下運動に対して相対的に調整可能な機構を有している（以下、この機構をＶＶＴ機構と呼ぶ）。ＶＶＴ機構の構成については、周知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。エンジン１０は、ピストンの上下運動に対して各バルブが遅れて閉じるように開閉タイミングを調整することにより、いわゆるポンピングロスを低減することができる。この結果、エンジン１０をモータリングする際にモータ２０から出力すべきトルクを低減させることもできる。ガソリンを燃焼して動力を出力する際には、ＶＶＴ機構は、エンジン１０の回転数に応じて最も燃焼効率の良いタイミングで各バルブが開閉するように制御される。
【００５２】
モータ２０は、三相の同期モータであり、外周面に複数個の永久磁石を有するロータ２２と、回転磁界を形成するための三相コイルが巻回されたステータ２４とを備える。モータ２０はロータ２２に備えられた永久磁石による磁界とステータ２４の三相コイルによって形成される磁界との相互作用により回転駆動する。また、ロータ２２が外力によって回転させられる場合には、これらの磁界の相互作用により三相コイルの両端に起電力を生じさせる。なお、モータ２０には、ロータ２２とステータ２４との間の磁束密度が円周方向に正弦分布する正弦波着磁モータを適用することも可能であるが、本実施例では、比較的大きなトルクを出力可能な非正弦波着磁モータを適用した。
【００５３】
モータ２０の電源としては、バッテリ５０と燃料電池システム６０とが備えられている。但し、主電源は燃料電池システム６０である。バッテリ５０は燃料電池システム６０が故障した場合や十分な電力を出力することができない過渡的な運転状態にある場合などに、これを補完するようモータ２０に電力を供給する電源として使用される。バッテリ５０の電力は、主としてハイブリッド車両の制御を行う制御ユニット７０や、照明装置などの電力機器に主として供給される。
【００５４】
モータ２０と各電源との間には、接続状態を切り替えるための切替スイッチ８４が設けられている。切替スイッチ８４は、バッテリ５０，燃料電池システム６０，モータ２０の３者間の接続状態を任意に切り替えることができる。ステータ２４は切替スイッチ８４および駆動回路５１を介してバッテリ５０に電気的に接続される。また、切替スイッチ８４および駆動回路５２を介して燃料電池システム６０に接続される。駆動回路５１，５２は、それぞれトランジスタインバータで構成されており、モータ２０の三相それぞれに対して、ソース側とシンク側の２つを一組としてトランジスタが複数備えられている。これらの駆動回路５１，５２は、制御ユニット７０と電気的に接続されている。制御ユニット７０が駆動回路５１，５２の各トランジスタのオン・オフの時間をＰＷＭ制御するとバッテリ５０および燃料電池システム６０を電源とする擬似三相交流がステータ２４の三相コイルに流れ、回転磁界が形成される。モータ２０は、かかる回転磁界の作用によって、先に説明した通り電動機または発電機として機能する。
【００５５】
図２は燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。燃料電池システム６０は、メタノールを貯蔵するメタノールタンク６１、水を貯蔵する水タンク６２、燃焼ガスを発生するバーナ６３、空気の圧縮を行なう圧縮機６４、バーナ６３と圧縮機６４とを併設した蒸発器６５、改質反応により燃料ガスを生成する改質器６６、燃料ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）濃度を低減するＣＯ低減部６７、電気化学反応により起電力を得る燃料電池６０Ａを主な構成要素とする。これらの各部の動作は、制御ユニット７０により制御される。
【００５６】
燃料電池６０Ａは、固体高分子電解質型の燃料電池であり、電解質膜、カソード、アノード、およびセパレータとから構成されるセルを複数積層して構成されている。電解質膜は、例えばフッ素系樹脂などの固体高分子材料で形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜である。カソードおよびアノードは、共に炭素繊維を織成したカーボンクロスにより形成されている。セパレータは、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボンなどガス不透過の導電性部材により形成されている。カソードおよびアノードとの間に燃料ガスおよび酸化ガスの流路を形成する。
【００５７】
燃料電池システム６０の各構成要素は次の通り接続されている。メタノールタンク６１は配管で蒸発器６５に接続されている。配管の途中に設けられたポンプＰ２は、流量を調整しつつ、原燃料であるメタノールを蒸発器６５に供給する。水タンク６２も同様に配管で蒸発器６５に接続されている。配管の途中に設けられたポンプＰ３は、流量を調整しつつ、水を蒸発器６５に供給する。メタノールの配管と、水の配管とは、それぞれポンプＰ２，Ｐ３の下流側で一つの配管に合流し、蒸発器６５に接続される。
【００５８】
蒸発器６５は、供給されたメタノールと水とを気化させる。蒸発器６５には、バーナ６３と圧縮機６４とが併設されている。蒸発器６５は、バーナ６３から供給される燃焼ガスによってメタノールと水とを沸騰、気化させる。バーナ６３の燃料は、メタノールである。メタノールタンク６１は、蒸発器６５に加えてバーナ６３にも配管で接続されている。メタノールは、この配管の途中に設けられたポンプＰ１により、バーナ６３に供給される。バーナ６３には、また、燃料電池６０Ａでの電気化学反応で消費されずに残った燃料排ガスも供給される。バーナ６３は、メタノールと燃料排ガスのうち、後者を主として燃焼させる。バーナ６３の燃焼温度はセンサＴ１の出力に基づいて制御されており、約８００℃から１０００℃に保たれる。バーナ６３の燃焼ガスは、蒸発器６５に移送される際にタービンを回転させ、圧縮機６４を駆動する。圧縮機６４は、燃料電池システム６０の外部から空気を取り込んでこれを圧縮し、この圧縮空気を燃料電池６０Ａの陽極側に供給する。
【００５９】
蒸発器６５と改質器６６とは配管で接続されている。蒸発器６５で得られた原燃料ガス、即ちメタノールと水蒸気の混合ガスは、改質器６６に搬送される。改質器６６は、供給されたメタノールと水とからなる原燃料ガスを改質して水素リッチな燃料ガスを生成する。なお、蒸発器６５から改質器６６への搬送配管の途中には、温度センサＴ２が設けられており、この温度が通常約２５０℃の所定値になるようにバーナ６３に供給するメタノール量が制御される。なお、改質器６６における改質反応では酸素が関与する。この改質反応に必要な酸素を供給するために、改質器６６には外部から空気を供給するためのブロワ６８が併設されている。
【００６０】
改質器６６とＣＯ低減部６７とは配管で接続されている。改質器６６で得られた水素リッチな燃料ガスは、ＣＯ低減部６７に供給される。改質器６６での反応課程において、通常は燃料ガスに一酸化炭素（ＣＯ）が一定量含まれる。ＣＯ低減部６７は、この燃料ガス中の一酸化炭素濃度を低減させる。固体高分子型の燃料電池では、燃料ガス中に含まれる一酸化炭素が、アノードにおける反応を阻害して燃料電池の性能を低下させてしまうからである。ＣＯ低減部６７は、燃料ガス中の一酸化炭素を二酸化炭素へと酸化することにより、一酸化炭素濃度を低減させる。
【００６１】
ＣＯ低減部６７と燃料電池６０Ａのアノードとは配管で接続されている。一酸化炭素濃度が下げられた燃料ガスは、燃料電池６０Ａの陰極側における電池反応に供される。また、先に説明した通り、燃料電池６０Ａのカソード側には圧縮された空気を送り込むための配管が接続されている。この空気は、酸化ガスとして燃料電池６０Ａの陽極側における電池反応に供される。
【００６２】
以上の構成を有する燃料電池システム６０は、メタノールと水を用いた化学反応によって電力を供給することができる。本実施例では、メタノールタンク６１，水タンク６２内のメタノールおよび水の残量に応じて、燃料電池の運転状態を制御する。かかる制御を実現するため、それぞれのタンクには、容量センサ６１ａ、６２ａが設けられている。なお、本実施例では、メタノールおよび水を用いる燃料電池システム６０を搭載しているが、燃料電池システム６０は、これに限定されるものではなく、種々の構成を適用することができる。
【００６３】
燃料電池システム６０には、冷却系統が備えられている。エンジン１０にも冷却系統が備えられているが、図１では図示を省略した。燃料電池システム６０の冷却系統は、エンジン１０の冷却系統とは個別に備えられている。この冷却系統は、図示する通り、冷却水が通過する冷媒路９４と、冷却水の放熱を行うためのラジエータ９２と、冷却水を循環させるためのポンプ９３とからなる。ポンプ９３は、後述する補機駆動装置８２で駆動される。
【００６４】
なお、以下の説明では燃料電池システム６０をまとめて燃料電池６０と称するものとする。また、燃料電池での発電に使用されるメタノールおよび水を総称してＦＣ燃料と呼ぶものとする。両者の容量は常に同一とは限らない。以下の説明においてＦＣ燃料量というときは、燃料電池での発電に制約を与える側の容量を意味するものとする。つまり、メタノールおよび水のうち、発電を継続した場合に先に不足する側の容量を意味するものとする。
【００６５】
本実施例のハイブリッド車両は、外部に電力を供給するためのコンセント９１を備えており、燃料電池６０およびバッテリ５０は、このコンセント９１の電源としても活用される。コンセント９１と燃料電池６０およびバッテリ５０とは、切替スイッチ９０を介して接続されており、切替スイッチ９０の切り替えによって電源を燃料電池６０とバッテリ５０との間で切り替えることができる。切替スイッチ９０は制御ユニット７０からの制御信号によって切り替えられる。コンセント９１は、後述する補機駆動用モータ８０とも電気的に接続されている。従って、補機駆動用モータ８０を発電機として駆動すれば、その電力をコンセント９１から出力することも可能である。
【００６６】
トルクコンバータ３０は、流体を利用した周知の動力伝達機構である。トルクコンバータ３０の入力軸、即ちモータ２０の出力軸１３と、トルクコンバータ３０の出力軸１４とは機械的に結合されてはおらず、互いに滑りをもった状態で回転可能である。両者の末端には、それぞれ複数のブレードを有するタービンが備えられており、モータ２０の出力軸１３のタービンとトルクコンバータ３０の出力軸１４のタービンとが互いに対向する状態でトルクコンバータ内部に組み付けられている。トルクコンバータ３０は密閉構造をなしており、中にはトランスミッション・オイルが封入されている。このオイルが前述のタービンにそれぞれ作用することで、一方の回転軸から他方の回転軸に動力を伝達することができる。しかも、両者はすべりをもった状態で回転可能であるから、一方の回転軸から入力された動力を、回転数およびトルクの異なる回転状態に変換して他方の回転軸に伝達することができる。トルクコンバータ３０には、両回転軸の滑りが生じないよう、所定の条件下で両者を結合するロックアップクラッチも設けられている。ロックアップクラッチのオン・オフは制御ユニット７０により制御される。
【００６７】
変速機１００は、内部に複数のギヤ、クラッチ、ワンウェイクラッチ、ブレーキ等を備え、変速比を切り替えることによってトルクコンバータ３０の出力軸１４のトルクおよび回転数を変換して出力軸１５に伝達可能な機構である。図３は変速機１００の内部構造を示す説明図である。本実施例の変速機１００は、大きくは副変速部１１０（図中の破線より左側の部分）と主変速部１２０（図中の破線より右側の部分）とから構成されており、図示する構造により前進５段、後進１段の変速段を実現することができる。
【００６８】
変速機１００の構成について回転軸１４側から順に説明する。図示する通り、回転軸１４から入力された動力は、オーバードライブ部として構成された副変速部１１０によって所定の変速比で変速されて回転軸１１９に伝達される。副変速部１１０は、シングルピニオン型の第１のプラネタリギヤ１１２を中心に、クラッチＣ０と、ワンウェイクラッチＦ０と、ブレーキＢ０により構成される。第１のプラネタリギヤ１１２は、遊星歯車とも呼ばれるギヤであり、中心で回転するサンギヤ１１４、サンギヤの周りで自転しながら公転するプラネタリピニオンギヤ１１５、更にプラネタリピニオンギヤの外周で回転するリングギヤ１１８の３種類のギヤから構成されている。プラネタリピニオンギヤ１１５は、プラネタリキャリア１１６と呼ばれる回転部に軸支されている。
【００６９】
一般にプラネタリギヤは、上述の３つのギヤのうち２つのギヤの回転状態が決定されると残余の一つのギヤの回転状態が決定される性質を有している。プラネタリギヤの各ギヤの回転状態は、機構学上周知の計算式（１）によって与えられる。
Ｎｓ＝（１＋ρ）／ρ×Ｎｃ−Ｎｒ／ρ；
Ｎｃ＝ρ／（１＋ρ）×Ｎｓ＋Ｎｒ／（１＋ρ）；
Ｎｒ＝（１＋ρ）Ｎｃ−ρＮｓ；
Ｔｓ＝Ｔｃ×ρ／（１＋ρ）＝ρＴｒ；
Ｔｒ＝Ｔｃ／（１＋ρ）；
ρ＝サンギヤの歯数／リングギヤの歯数 ・・・（１）；
【００７０】
ここで、
Ｎｓはサンギヤの回転数；
Ｔｓはサンギヤのトルク；
Ｎｃはプラネタリキャリアの回転数；
Ｔｃはプラネタリキャリアのトルク；
Ｎｒはリングギヤの回転数；
Ｔｒはリングギヤのトルク；
である。
【００７１】
副変速部１１０では、変速機１００の入力軸に相当する回転軸１４がプラネタリキャリア１１６に結合されている。またこのプラネタリキャリア１１６とサンギヤ１１４との間にワンウェイクラッチＦ０とクラッチＣ０とが並列に配置されている。ワンウェイクラッチＦ０はサンギヤ１１４がプラネタリキャリア１１６に対して相対的に正回転、即ち変速機への入力軸１４と同方向に回転する場合に係合する方向に設けられている。サンギヤ１１４には、その回転を制止可能な多板ブレーキＢ０が設けられている。副変速部１１０の出力に相当するリングギヤ１１８は回転軸１１９に結合されている。回転軸１１９は、主変速部１２０の入力軸に相当する。
【００７２】
かかる構成を有する副変速部１１０は、クラッチＣ０又はワンウェイクラッチＦ０が係合した状態ではプラネタリキャリア１１６とサンギヤ１１４とが一体的に回転する。先に示した式（１）に照らせば、サンギヤ１１４とプラネタリキャリア１１６の回転数が等しい場合には、リングギヤ１１８の回転数もこれらと等しくなるからである。このとき、回転軸１１９は入力軸１４と同じ回転数となる。またブレーキＢ０を係合させてサンギヤ１１４の回転を止めた場合、先に示した式（１）においてサンギヤ１１４の回転数Ｎｓに値０を代入すれば明らかな通り、リングギヤ１１８の回転数Ｎｒはプラネタリキャリア１１６の回転数Ｎｃよりも高くなる。即ち、回転軸１４の回転は増速されて回転軸１１９に伝達される。このように副変速部１１０は、回転軸１４から入力された動力を、そのままの状態で回転軸１１９に伝える役割と、増速して伝える役割とを選択的に果たすことができる。
【００７３】
次に、主変速部１２０の構成を説明する。主変速部１２０は三組のプラネタリギヤ１３０，１４０，１５０を備えている。また、クラッチＣ１，Ｃ２、ワンウェイクラッチＦ１，Ｆ２およびブレーキＢ１〜Ｂ４を備えている。各プラネタリギヤは、副変速部１１０に備えられた第１のプラネタリギヤ１１２と同様、サンギヤ、プラネタリキャリアおよびプラネタリピニオンギヤ、並びにリングギヤから構成されている。三組のプラネタリギヤ１３０，１４０，１５０は次の通り結合されている。
【００７４】
第２のプラネタリギヤ１３０のサンギヤ１３２と第３のプラネタリギヤ１４０のサンギヤ１４２とは互いに一体的に結合されており、これらはクラッチＣ２を介して入力軸１１９に結合可能となっている。これらのサンギヤ１３２，１４２が結合された回転軸には、その回転を制止するためのブレーキＢ１が設けられている。また、該回転軸が逆転する際に係合する方向にワンウェイクラッチＦ１が設けられている。さらにこのワンウェイクラッチＦ１の回転を制止するためのブレーキＢ２が設けられている。
【００７５】
第２のプラネタリギヤ１３０のプラネタリキャリア１３４には、その回転を制止可能なブレーキＢ３が設けられている。第２のプラネタリギヤ１３０のリングギヤ１３６は、第３のプラネタリギヤ１４０のプラネタリキャリア１４４および第４のプラネタリギヤ１５０のプラネタリキャリア１５４と一体的に結合されている。更に、これら三者は変速機１００の出力軸１５に結合されている。
【００７６】
第３のプラネタリギヤ１４０のリングギヤ１４６は、第４のプラネタリギヤ１５０のサンギヤ１５２に結合されるとともに、回転軸１２２に結合されている。回転軸１２２はクラッチＣ１を介して主変速部１２０の入力軸１１９に結合可能となっている。第４のプラネタリギヤ１５０のリングギヤ１５６には、その回転を制止するためのブレーキＢ４と、リングギヤ１５６が逆転する際に係合する方向にワンウェイクラッチＦ２とが設けられている。
【００７７】
変速機１００に設けられた上述のクラッチＣ０〜Ｃ２およびブレーキＢ０〜Ｂ４は、それぞれ油圧によって係合および解放する。図１中に示す通り、変速機１００には電動式の油圧ポンプ１０２から、これらのクラッチおよびブレーキを作動させるための作動油が供給されている。詳細な図示は省略したが、変速機１００には作動を可能とする油圧配管および油圧を制御するためのソレノイドバルブ等が設けられた油圧制御部１０４により、油圧を制御することができる。本実施例のハイブリッド車両では、制御ユニット７０が油圧制御部１０４内のソレノイドバルブ等に制御信号を出力することによって、各クラッチおよびブレーキの作動を制御する。
【００７８】
本実施例の変速機１００は、クラッチＣ０〜Ｃ２およびブレーキＢ０〜Ｂ４の係合および解放の組み合わせによって、前進5段・後進1段の変速段を設定することができる。また、いわゆるパーキングおよびニュートラルの状態も実現することができる。図４は各クラッチ、ブレーキ、およびワンウェイクラッチの係合状態と変速段との関係を示す説明図である。この図において、○印はクラッチ等が係合した状態であることを意味し、◎は動力源ブレーキ時に係合することを意味し、△印は係合するものの動力伝達に閑係しないことを意味している。動力源ブレーキとは、エンジン１０およびモータ２０による制動をいう。なお、ワンウェイクラッチＦ０〜Ｆ２の係合状態は、制御ユニット７０の制御信号に基づくものではなく、各ギヤの回転方向に基づくものである。
【００７９】
図４に示す通り、パーキング（Ｐ）およびニュートラル（Ｎ）の場合には、クラッチＣ０およびワンウェイクラッチＦ０が係合する。クラッチＣ２およびクラッチＣ１の双方が解放状態であるから、主変速部１２０の入力軸１１９から下流には動力の伝達がなされない。
【００８０】
第１速（１ｓｔ）の場合には、クラッチＣ０，Ｃ１およびワンウェイクラッチＦ０，Ｆ２が係合する。また、エンジンブレーキをかける場合には、さらにブレーキＢ４が係合する。この状態では、変速機１００の入力軸１４は第４のプラネタリギヤ１５０のサンギヤ１５２に直結された状態に等しくなり、動力は第４のプラネタリギヤ１５０の変速比に応じた変速比で出力軸１５に伝達される。リングギヤ１５６は、ワンウェイクラッチＦ２の作用により逆転しないように拘束され、事実上回転数は値０となる。
【００８１】
第２速（２ｎｄ）の場合には、クラッチＣ１、ブレーキＢ３、ワンウェイクラッチＦ０が係合する。また、エンジンブレーキをかける場合には、さらにクラッチＣ０が係合する。この状態では、変速機１００の入力軸１４は第４のプラネタリギヤ１５０のサンギヤ１５２および第３のプラネタリギヤ１４０のリングギヤ１４６に直結された状態に等しい。一方、第２のプラネタリギヤ１３０のプラネタリキャリア１３４は固定された状態となる。第２のプラネタリギヤ１３０および第３のプラネタリギヤ１４０について見れば、両者のサンギヤ１３２、１４２の回転数は等しい。また、リングギヤ１３６とプラネタリキャリア１４４の回転数は等しい。これらの条件下で、先に説明した式（１）に照らせば、プラネタリギヤ１３０、１４０の回転状態は一義的に決定される。出力軸１５の回転数Ｎｏｕｔは第１速（１ｓｔ）の回転数よりも高くなり、トルクＴｏｕｔは第１速（１ｓｔ）のトルクよりも低くなる。
【００８２】
第３速（３ｒｄ）の場合には、クラッチＣ０，Ｃ１、ブレーキＢ２、ワンウェイクラッチＦ０，Ｆ１が係合する。また、エンジンブレーキをかける場合には、さらにブレーキＢ１が係合する。この状態では、変速機１００の入力軸１４は第４のプラネタリギヤ１５０のサンギヤ１５２および第３のプラネタリギヤ１４０のリングギヤ１４６に直結された状態に等しい。一方、第２および第２のプラネタリギヤ１３０、１４０のサンギヤ１３２、１４２はブレーキＢ２およびワンウェイクラッチＦ１の作用により逆転が禁止された状態となり、事実上回転数は値０となる。かかる条件下で、第２速（２ｎｄ）の場合と同様、先に説明した式（１）に照らせば、プラネタリギヤ１３０、１４０の回転状態は一義的に決定され、出力軸１５の回転数も一義的に決定される。出力軸１５の回転数Ｎｏｕｔは第２速（２ｎｄ）の回転数よりも高くなり、トルクＴｏｕｔは第２速（２ｎｄ）のトルクよりも低くなる。
【００８３】
第４速（４ｔｈ）の場合には、クラッチＣ０〜Ｃ２およびワンウェイクラッチＦ０が係合する。ブレーキＢ２も同時に係合するが、動力の伝達には無関係である。この状態では、クラッチＣ１，Ｃ２が同時に係合するため、入力軸１４は第２のプラネタリギヤ１３０のサンギヤ１３２、第３のプラネタリギヤ１４０のサンギヤ１４２およびリングギヤ１４６、第４のプラネタリギヤ１５０のサンギヤ１５２に直結された状態となる。この結果、第３のプラネタリギヤ１４０は入力軸１４と同じ回転数で一体的に回転する。従って、出力軸１５も入力軸１４と同じ回転数で一体的に回転する。従って第４速（４ｔｈ）では、出力軸１５は第３速（３ｒｄ）よりも高い回転数で回転する。出力軸１５の回転数Ｎｏｕｔは第３速（３ｒｄ）の回転数よりも高くなり、トルクＴｏｕｔは第３速（３ｒｄ）のトルクよりも低くなる。
【００８４】
第５速（５ｔｈ）の場合には、クラッチＣ１、Ｃ２、ブレーキＢ０が係合する。ブレーキＢ２も係合するが、動力の伝達には無関係である。この状態では、クラッチＣ０が解放されるため、副変速部１１０で回転数が増速される。つまり、変速機１００の入力軸１４の回転数は、増速されて主変速部１２０の入力軸１１９に伝達される。一方、クラッチＣ１，Ｃ２が同時に係合するため、第４速（４ｔｈ）の場合と同様、入力軸１１９と出力軸１５とは同じ回転数で回転する。先に説明した式（１）に照らせば、副変速部１１０の入力軸１４と出力軸１１９の回転数、トルクの関係を求めることができ、出力軸１５の回転数、トルクを求めることができる。出力軸１５の回転数Ｎｏｕｔは第４速（４ｔｈ）の回転数よりも高くなり、トルクＴｏｕｔは第４速（４ｔｈ）のトルクよりも低くなる。
【００８５】
リバース（Ｒ）の場合には、クラッチＣ２、ブレーキＢ０、Ｂ４が係合する。このとき、入力軸１４の回転数は副変速部１１０で増速された上で、第２のプラネタリギヤ１３０のサンギヤ１３２、第３のプラネタリギヤ１４０のサンギヤ１４２に直結された状態となる。既に説明した通り、リングギヤ１３６、プラネタリキャリア１４４、１５４の回転数は等しくなる。リングギヤ１４６とサンギヤ１５２の回転数も等しくなる。また、第４のプラネタリギヤ１５０のリングギヤ１５６の回転数はブレーキＢ４の作用により値０となる。これらの条件下で先に説明した式（１）に照らせば、プラネタリギヤ１３０、１４０、１５０の回転状態は一義的に決定される。このとき出力軸１５は負の方向に回転し、後進が可能となる。
【００８６】
以上で説明した通り、本実施例の変速機１００は、前進５段、後進１段の変速を実現することができる。入力軸１４から入力された動力は、回転数およびトルクの異なる動力として出力軸１５から出力される。出力される動力は、第１速（１ｓｔ）から第５速（５ｔｈ）の順に回転数が上昇し、トルクが低減する。これは入力軸１４に負のトルク、即ち制動力が付加されている場合も同様である。入力軸１４にエンジン１０およびモータ２０により、一定の制動力が付加された場合、第１速（１ｓｔ）から第５速（５ｔｈ）の順に出力軸１５に付加される制動力は低減する。なお、変速機１００としては、本実施例で適用した構成の他、周知の種々の構成を適用可能である。変速段が前進５速よりも少ないものおよび多いもののいずれも適用可能である。
【００８７】
変速機１００の変速段は、制御ユニット７０が車速等に応じて設定する。運転者は、車内に備えられたシフトレバーを手動で操作し、シフトポジションを選択することによって、使用される変速段の範囲を変更することが可能である。図５は本実施例のハイブリッド車両におけるシフトポジションの操作部１６０を示す説明図である。この操作部１６０は車内の運転席横のフロアに車両の前後方向に沿って備えられている。
【００８８】
図示する通り、操作部としてシフトレバー１６２が備えられている。運転者はシフトレバー１６２を前後方向にスライドすることにより種々のシフトポジションを選択することができる。シフトポジションは、前方からパーキング（Ｐ）、リバース（Ｒ）、ニュートラル（Ｎ）、ドライブポジション（Ｄ）、４ポジション（４）、３ポジション（３）、２ポジション（２）およびローポジション（Ｌ）の順に配列されている。
【００８９】
パーキング（Ｐ）、リバース（Ｒ）、ニュートラル（Ｎ）は、それぞれ図４で示した係合状態に対応する。ドライブポジション（Ｄ）は、図４に示した第１速（１ｓｔ）から第５速（５ｔｈ）までを使用して走行するモードの選択を意味する。以下、４ポジション（４）は第４速（４ｔｈ）まで、３ポジション（３）は第３速（３ｒｄ）まで、２ポジション（２）は第２速（２ｎｄ）までおよびローポジション（Ｌ）は第１速（１ｓｔ）のみを使用して走行するモードの選択を意味する。
【００９０】
操作部１６０には、この他、車両の作動状態を運転者が指示するための種々のスイッチが設けられている。スポーツモードスイッチ１６３、動力源切替スイッチ１６４、およびマニュアル発電スイッチ１６５である。スポーツモードスイッチ１６３は、頻繁に加減速を行う場合などに運転者により操作される。通常、変速機１００の変速段は車速とアクセル開度に応じて設定されたマップに従って切り替えられる。スポーツモードスイッチ１６３がオンになっている場合は、全体に低速段側の変速段が使用されるようにマップが変更される。
【００９１】
動力源切替スイッチ１６４は、走行時における動力源の使い分けを指示するためのスイッチである。このスイッチは、図中の「ＡＵＴＯ」の表示が付されている部分を中心にシーソーのように前後方向に回動し、３態様の操作状態を採る。図中の「ＥＧ」の表示を付した部分を押して前方に倒した状態（以下、この状態に対応する運転モードをエンジンモードと呼ぶ）、図中の「ＦＣ」の表示を付した部分を押して後方に倒した状態（以下、この状態に対応する運転モードをＦＣモードと呼ぶ）、そして、中立状態（以下、この状態に対応する運転モードを自動モードと呼ぶ）の３態様である。それぞれの運転モードの意味については、後述する制御処理と併せて説明する。
【００９２】
マニュアル発電スイッチ１６５は、コンセント９１からの電力の取り出しを許可するスイッチである。マニュアル発電スイッチ１６５がオンになっている期間は、後述する制御処理により、ハイブリッド車両に電力を供給する能力が残されていれば、コンセント９１にプラグを差し込むことにより、種々の電気機器を使用することができる状態になる。マニュアル発電スイッチ１６５がオフになっている場合は、車両に発電能力があるか否かに関わらずコンセント９１を利用することはできない。
【００９３】
なお、シフトポジションの選択を行うための操作部は、本実施例で示した構成（図５）以外にも種々の構成を適用することが可能である。また、スポーツモードスイッチ１６３に代えて、またはスポーツモードスイッチ１６３とともに運転者が変速段をマニュアルで切り替えられるモードを設けるものとしてもよい。変速段をマニュアルで切り替えるモードを設けた場合、シフトレバー１６２で変速段を切り替えるものとしてもよいし、これとは別の操作部を設けるものとしてもよい。後者としては、例えば、ステアリング部に変速段をアップ・ダウンするためのスイッチを設ける構成が挙げられる。
【００９４】
本実施例のハイブリッド車両では、エンジン１０などのエネルギ出力源から出力される動力は、補機の駆動にも用いられる。図１に示す通り、エンジン１０には補機駆動装置８２が結合されている。補機には、エアコンのコンプレッサやパワーステアリング用のポンプ、燃料電池６０の冷却系統に含まれるポンプ９３等が含まれる。ここでは、エンジン１０などの動力を利用して駆動される補機類をまとめて補機駆動装置８２として示した。補機駆動装置８２は、具体的にはエンジン１０のクランクシャフトに補機クラッチ１９を介して設けられたプーリにベルトを介して結合されており、クランクシャフトの回転動力によって駆動される。
【００９５】
補機駆動装置８２には、また、補機駆動用モータ８０も結合されている。補機駆動用モータ８０は、切替スイッチ８３を介して燃料電池６０およびバッテリ５０に接続されている。補機駆動用モータ８０は、モータ２０と同様の構成を有しており、エンジン１０の動力によって運転され、発電を行うことができる。補機駆動用モータ８０で発電された電力はバッテリ５０に充電することができる。また、補機駆動用モータ８０は、バッテリ５０および燃料電池６０から電力の供給を受けて力行することもできる。本実施例のハイブリッド車両は、後述する通り、所定の条件下では、エンジン１０の運転が停止される。補機駆動用モータ８０を力行すれば、エンジン１０が停止している時でも補機駆動装置８２を駆動することができる。もちろん、エンジン１０が停止している場合に、入力クラッチ１８をオンにして、モータ２０の動力で補機駆動装置８２を駆動するものとしてもよい。補機駆動用モータ８０で補機を駆動する際には、負担を軽減するために、エンジン１０と補機駆動装置８２との間の補機クラッチ１９を解放する。
【００９６】
本実施例のハイブリッド車両は、主なエネルギ出力源としてエンジン１０と燃料電池６０とを備える。バッテリ５０の電力は主として走行に使用されるものではないため、ここでは主なエネルギ出力源には含めない。燃料電池６０からは電気的エネルギを出力することができ、また、モータ２０を力行することにより駆動軸１５に機械的エネルギを出力することもできる。エンジン１０は駆動軸１５に機械的エネルギを出力することができ、また、モータ２０または補機駆動用モータ８０を発電機として駆動することにより電気的エネルギを出力することもできる。本実施例では、後述する通り、これら２つの主なエネルギ出力源を使い分けて走行する。両者の使い分けは、ＦＣ燃料に応じて変動する。本実施例では、運転者が違和感なく運転できるよう、両者のいずれをエネルギ源として走行しているかを運転者に知らせるための表示部が設けられている。
【００９７】
図６は本実施例におけるハイブリッド車両の計器板を示す説明図である。この計器板は、通常の車両と同様、運転者の正面に設置されている。計器板には、運転者から見て左側にガソリンの燃料計２０２、燃料電池用の燃料計２０３、速度計２０４が設けられており、右側にエンジン水温計２０８、エンジン回転計２０６が設けられている。エンジン回転計２０６の下方には、ＥＶインジケータ２２３が設けられている。ＥＶインジケータ２２３はモータ２０の動力によって走行している場合に点灯する。速度計の下方には、外部電源インジケータ２２４が設けられている。外部電源インジケータ２２４はコンセント９１から電力を取り出し得る場合に点灯する。エンジン燃料電池用の燃料計２０３は、図示する通り、メタノールの残量と、改質に用いられる水の残量とを左右の指針でそれぞれ示すように構成されている。中央部にはシフトポジションを表示するシフトポジションインジケータ２２０が設けられており、その左右に方向指示器インジケータ２１０Ｌ、２１０Ｒが設けられている。また、スポーツモードインジケータ２２２がシフトポジションインジケータ２２０の上方に設けられている。スポーツモードインジケータ２２２は、スポーツモードが選択されている場合に点灯する。
【００９８】
本実施例のハイブリッド車両では、エンジン１０、モータ２０、トルクコンバータ３０、変速機１００、補機駆動用モータ８０等の運転を制御ユニット７０が制御している（図１参照）。制御ユニット７０は、内部にＣＰＵ、ＲＡＭ，ＲＯＭ等を備えるワンチップ・マイクロコンピュータであり、ＲＯＭに記録されたプログラムに従い、ＣＰＵが後述する種々の制御処理を行う。制御ユニット７０には、かかる制御を実現するために種々の入出力信号が接続されている。図７は制御ユニット７０に対する入出力信号の結線を示す説明図である。図中の左側に制御ユニット７０に入力される信号を示し、右側に制御ユニット７０から出力される信号を示す。
【００９９】
制御ユニット７０に入力される信号は、種々のスイッチおよびセンサからの信号である。かかる信号には、例えば、ガソリン残量、ＦＣ燃料残量、燃料電池温度、エンジン１０の回転数、エンジン１０の水温、イグニッションスイッチ、バッテリ残容量ＳＯＣ、バッテリ温度、車速、トルクコンバータ３０の油温、シフトポジション、サイドブレーキのオン・オフ、フットブレーキの踏み込み量、エンジン１０の排気を浄化する触媒の温度、アクセル開度、スポーツモードスイッチ１６３のオン・オフ、車両の加速度センサ、動力源切替スイッチ１６４の状態、マニュアル発電スイッチ１６５のオン・オフなどがある。制御ユニット７０には、その他にも多くの信号が入力されているが、ここでは図示を省略した。
【０１００】
制御ユニット７０から出力される信号は、エンジン１０，モータ２０，トルクコバータ３０，変速機１００等を制御するための信号である。かかる信号には、例えば、エンジン１０の点火時期を制御する点火信号、燃料噴射を制御する燃料噴射信号、補機駆動用モータ８０の運転を制御する補機駆動用モータ制御信号、モータ２０の運転を制御するモータ制御信号、変速機１００の変速段を切り替える変速機制御信号、変速機１００の油圧を制御するためのＡＴソレノイド信号およびＡＴライン圧コントロールソレノイド信号、エンジン１０からモータ２０側への動力の伝達をオン・オフする入力クラッチ１８を制御する入力クラッチ１８コントロールソレノイド、トルクコンバータ３０のロックアップを行うためのＡＴロックアップコントロールソレノイド、モータ２０の電源の切替スイッチ８４の制御信号、補機駆動用モータ８０の電源の切替スイッチ８３の制御信号、燃料電池システム６０の制御信号などがある。制御ユニット７０からは、その他にも多くの信号が出力されているが、ここでは図示を省略した。
【０１０１】
Ｂ．一般的動作：
次に、本実施例のハイブリッド車両の一般的動作について説明する。先に図１で説明した通り、本実施例のハイブリッド車両は動力源としてエンジン１０とモータ２０とを備える。制御ユニット７０は、車両の走行状態、即ち車速およびトルクに応じて両者を使い分けて走行する。両者の使い分けは予めマップとして設定され、制御ユニット７０内のＲＯＭに記憶されている。
【０１０２】
図８は車両の走行状態と動力源との関係を示す説明図である。図中の領域ＭＧはモータ２０を動力源として走行する領域である。領域ＭＧの外側の領域は、エンジン１０を動力源として走行する領域である。以下、前者をＥＶ走行と呼び、後者をエンジン走行と呼ぶものとする。図１の構成によれば、エンジン１０とモータ２０の双方を動力源として走行することも可能ではあるが、本実施例では、かかる走行領域は設けていない。
【０１０３】
図示する通り、本実施例のハイブリッド車両は、まずＥＶ走行で発進する。かかる領域では、入力クラッチ１８をオフにして走行する。ＥＶ走行により発進した車両が図８のマップにおける領域ＭＧと領域ＥＧの境界近傍の走行状態に達した時点で、制御ユニット７０は、入力クラッチ１８をオンにするとともに、エンジン１０を始動する。入力クラッチ１８をオンにすると、エンジン１０はモータ２０により回転させられる。制御ユニット７０は、エンジン１０の回転数が所定値まで増加したタイミングで燃料を噴射し点火する。また、ＶＶＴ機構を制御して、吸気バルブおよび排気バルブの開閉タイミングをエンジン１０の運転に適したタイミングに変更する。
【０１０４】
こうしてエンジン１０が始動して以後、領域ＥＧ内ではエンジン１０のみを動力源として走行する。かかる領域での走行が開始されると、制御ユニット７０は駆動回路５１，５２のトランジスタを全てシャットダウンする。この結果、モータ２０は単に空回りした状態となる。
【０１０５】
制御ユニット７０は、このように車両の走行状態に応じて動力源を切り替える制御を行うとともに、変速機１００の変速段を切り替える処理も行う。変速段の切り替えは動力源の切り替えと同様、車両の走行状態に予め設定されたマップに基づいてなされる。マップは、シフトポジションによっても相違する。図８にはＤポジション、４ポジション、３ポジションに相当するマップを示した。このマップに示す通り、制御ユニット７０は、車速が増すにつれて変速比が小さくなるように変速段の切り替えを実行する。
【０１０６】
ドライブポジション（Ｄ）では、図８に示す通り、第５速（５ｔｈ）までの変速段を用いて走行する。４ポジションでは、このマップにおいて、第４速（４ｔｈ）までの変速段を用いて走行する。４ポジションでは、図８における５ｔｈの領域であっても第４速（４ｔｈ）が使用される。同様に３ポジションの場合には、図８のマップにおいて、第３速（３ｒｄ）までの変速段を用いて走行する。
【０１０７】
２ポジション、Ｌポジションでは、マップを各シフトポジションに固有のものに変更して変速段の制御を行う。図９は２ポジションにおける変速段の切り替えの様子を示す説明図である。２ポジションでは、第１速および第２速の変速段が使用される。２ポジションのマップ（図９）において、第１速と第２速の切り替えを行う境界は、Ｄポジションのマップ（図８）と同じである。２ポジションでは、Ｄポジションに比較して領域ＭＧの範囲が相違する。
【０１０８】
２ポジションでは、第３速が使用されないため、領域ＭＧについて、Ｄポジションのマップ（図８）中の第３速を使用する領域（ハッチングを付した部分）を領域ＭＧから除外する設定とすることも可能である。本実施例では、かかる領域よりも広い範囲で２ポジションにおける領域ＭＧを設定した。図９中の破線は、Ｄポジションのマップとの対比のために示したものであり、Ｄポジションのマップ中の第２速と第３速との境界に対応する曲線である。このように領域ＭＧ中で第２速に対応する領域を広げることにより、２ポジションにおいても十分にモータ２０を動力源として活用することができ、ハイブリッド車両の燃費を向上することができる。なお、第２速に対応する領域の設定に当たっては、モータ２０の定格を考慮して、広げた領域（図９中のハッチングを付した領域）における走行感覚がＤポジションにおける該当領域と大差ないよう設定することが望ましい。
【０１０９】
図１０はＬポジションにおける変速段の切り替えの様子を示す説明図である。Ｌポジションでは、第１速のみが使用される。２ポジションにおけるマップの設定で説明したのと同様の理由により、Ｌポジションでは、２ポジションに比較して領域ＭＧの範囲が相違する。Ｌポジションにおける領域ＭＧは、２ポジションのマップにおいて、領域ＭＧ中の第１速に対応する領域よりも広い範囲に設定されている。図１１はＲポジションにおける変速段の切り替えの様子を示す説明図である。Ｒポジションでは後進するため、領域ＭＧの広さは前進方向のシフトポジションにおけるマップとは個別に設定した。
【０１１０】
変速段の切り替えはこのマップによる切り替えの他、運転者がアクセルペダルを急激に踏み込むことにより一段変速比が高い側に変速段を移す、いわゆるキックダウンと呼ばれる切り替えも行われる。また、スポーツモードが選択されている場合には、変速比の低い変速段を使用する領域をそれぞれ拡張して設定したマップに基づいて変速が行われる。これらの切り替え制御は、エンジンのみを動力源とし、自動変速装置を備えた周知の車両と同様である。なお、変速段と車両の走行状態との関係は、図８〜図１１に示した他、変速機１００の変速比に応じて種々の設定が可能である。
【０１１１】
なお、図８〜図１１では、車両の走行状態に応じてＥＶ走行とエンジン走行とを使い分ける場合のマップを示した。本実施例の制御ユニット７０は、全ての領域をエンジン走行で行う場合のマップも備えている。かかるマップは、図８〜図１１において、ＥＶ走行の領域（領域ＭＧ）を除いたものとなっている。ＥＶ走行には電力が必要である。制御ユニット７０は、バッテリ５０および燃料電池システム６０から電力を確保できる場合には、ＥＶ走行とエンジン走行とを使い分けて運転を行う。十分な電力を確保できない場合には、エンジン走行で運転する。ＥＶ走行で発進を開始した場合でも、発進後に電力が十分確保できない状況に至った場合には、車両の走行状態が領域ＭＧ内にあってもエンジン走行に切り替えられる。かかる使い分けの制御については後述する。
【０１１２】
次に、本実施例のハイブリッド車両の制動について説明する。本実施例のハイブリッド車両は、ブレーキペダルを踏み込むことによって付加されるホイールブレーキと、エンジン１０およびモータ２０からの負荷トルクによる動力源ブレーキの２種類のブレーキによる制動が可能である。モータ２０の負荷トルクによるブレーキとは、いわゆる回生制動であり、ハイブリッド車両の運動エネルギをモータ２０で電力として回収する制動方法である。回収された電力はバッテリ５０に充電される。動力源ブレーキによる制動は、アクセルペダルの踏み込みを緩めた場合に行われる。ブレーキペダルを踏み込めば、車両には動力源ブレーキとホイールブレーキの総和からなる制動力が付加される。
【０１１３】
本実施例のハイブリッド車両は、制御ユニット７０が、エンジン１０、モータ２０等を制御することによって、上述した走行を可能としている。制御は、車両の種々の運転モードごとに用意された所定の制御処理を実行することにより、行われる。以下では、本実施例のハイブリッド車両について、代表的な運転モードに対し、それぞれ制御処理の内容を説明する。
【０１１４】
Ｃ．ＥＶ走行制御処理：
図１２はＥＶ走行制御処理ルーチンのフローチャートである。制御ユニット７０内のＣＰＵが所定の時間間隔で周期的に実行する処理である。車両の走行状態が図８〜図１１に示したＭＧ領域にある場合に実行される処理である。この処理が開始されると、ＣＰＵは車両の運転状態を入力する（ステップＳ１０）。図７で示した種々のセンサからの入力がなされるが、特に、シフトポジション、車速、アクセル開度、ガソリン残量ＧＳＬ、バッテリ残容量ＳＯＣ、燃料電池用の残燃料量ＦＣＬ、イグニッションスイッチの状態、動力源切替スイッチ１６４の状態などが以後の処理に関与する。
【０１１５】
次に、ＣＰＵは動力源切替スイッチ１６４の状態に基づいて、エンジンモードが指定されているか否かを判定する（ステップＳ２０）。エンジンモードとは、エンジン１０のみを動力源として走行する運転モードである。エンジンモードが指定されている場合には、車両の走行状態がＭＧ領域にある場合でも、モータ２０を動力源とするＥＶ走行は行わない。ステップＳ２０においてエンジンモードが指定されていると判断された場合、ＣＰＵはガソリン残量ＧＳＬが所定の値Ｇ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ６０）。残量が所定の値Ｇ１以上の場合には、エンジン１０を運転してもよい状態にあると判定し、エンジン１０を動力源とする走行を行う（ステップＳ６５）。残量が所定の値Ｇ１に満たない場合には、エンジン１０の運転を停止すべきと判定し、エンジン１０の運転を停止する（ステップＳ７０）。この際、エンジンモードではモータ２０の運転も停止される（ステップＳ７０）。
【０１１６】
所定の値Ｇ１は、上述の通り、エンジン１０の運転を許可するか否かの判定基準となる値であり、０以上の任意の値に設定することができる。Ｇ１を値０に設定すれば、ガソリンを完全に消費するまでエンジンモードで走行することが可能となる。本実施例では、エンジンモードは運転者が任意に選択するモードである点を考慮し、Ｇ１の値を正の所定値とした。即ち、エンジンモードでは、実際にはエンジン１０の運転を継続可能な状態でその運転が禁止されることになる。運転者は、例えば自動モードを選択することにより、モータ２０とエンジン１０とを使い分けた走行を継続することが可能となる。
【０１１７】
ステップＳ２０においてエンジンモードが選択されていない場合、即ち自動モードまたはＦＣモードが選択されていると判断される場合には、ＣＰＵはそれぞれの運転モードに対応した状態で動力源の使い分けを実行する。ＣＰＵは燃料電池６０が使用可能な状態にあるか否かを判定するため、ＦＣ燃料の残量ＦＣＬが所定の値Ｆ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ３０）。所定の値Ｆ１の設定については後述する。残量がＦ１以上である場合には、燃料電池６０が使用可能であると判定し、モータ２０を動力源とする走行を行う（ステップＳ３５）。また、違和感のない運転を実現するため、ＥＶインジケータ２２３を点灯する。モータ２０を動力源とする旨を運転者ににこのとき、エンジン１０は停止される。（ステップＳ３５）。ここではエンジンの運転可否を特定するフラグをオフにする。実際には、別途用意されたエンジンの運転の制御処理で、その運転が停止される。
【０１１８】
モータ２０を駆動するために、ＣＰＵは、電源の切替スイッチ８４を制御して、燃料電池６０とモータ２０とを接続する。また、モータ２０の運転の可否を示すフラグをオンにするとともに、モータ２０の目標運転状態、即ち目標回転数と目標トルクとを特定する。本実施例では、モータ２０の運転自体は、別途用意されたルーチンで実行するものとしているため、ここでは、該ルーチンに受け渡すデータの設定を行うのである。目標回転数は、ステップＳ１０で入力された車速に変速機１００の変速比およびディファレンシャルギヤの変速比などを乗じることで特定される。目標トルクは、車速とアクセル開度とに応じて予め設定されたマップによって特定される。これらの目標運転状態が、別途用意された制御処理に受け渡されることにより、モータ２０は該目標運転状態で運転される。
【０１１９】
モータ２０を駆動する制御処理について説明する。図１３はモータ駆動制御ルーチンを示すフローチャートである。この処理が開始されると、ＣＰＵはモータ２０の駆動を許可する運転フラグがオンになっているか否かを判定する（ステップＳ１）。運転フラグがオンでない場合には、モータ２０を駆動すべきでないと判断して、何も処理を行うことなくモータ駆動制御ルーチンを終了する。
【０１２０】
モータ２０の運転フラグがオンになっている場合には、次に、モータ２０の目標運転状態、即ち目標回転数および目標トルクを入力する（ステップＳ２）。目標運転状態は、上述のＥＶ走行制御処理などの運転制御処理でそれぞれ設定されている。こうして入力された目標運転状態に基づき、ＣＰＵはモータ２０に印加すべき電圧Ｖｄ、Ｖｑを設定する（ステップＳ３）。Ｖｄ，Ｖｑとは、それぞれモータ２０のｄ軸電圧、ｑ軸電圧を意味する。本実施例では、同期モータの制御方法として周知の技術であるベクトル制御を適用する。ベクトル制御では、ロータの回転とともに回転するｄ軸およびｑ軸方向の電圧がモータ２０の出力トルクを制御する本質的なパラメータとして扱われる。これらの電圧は、目標回転数および目標トルクに応じて予め設定され、テーブルとして記憶されている。ＣＰＵはステップＳ２で入力された目標運転状態に基づき、このテーブルを参照して、印加電圧Ｖｄ，Ｖｑを設定するのである。
【０１２１】
こうしてｄ軸方向、ｑ軸方向の電圧を設定すると、ＣＰＵはそれらの電圧をモータ２０のＵ，Ｖ，Ｗ相の各コイルに印加すべき電圧に変換する（ステップＳ４）。かかる変換は、２相／３相変換と呼ばれる。ｄ軸方向およびｑ軸方向の電圧値に、ロータの回転位置に応じた周知のマトリックスを乗じることで変換することができる。こうして設定された各相の電圧に基づき、ＣＰＵはトランジスタをＰＷＭ制御する（ステップＳ５）。即ち、各相に接続されたそれぞれのトランジスタのオン・オフの割合を電圧に応じて調整する制御を行う。以上の処理により、ＣＰＵはモータ２０の運転を制御することができる。
【０１２２】
なお、燃料電池６０は要求された電力が出力されるまでに通常、一定の遅れ時間を要する。本実施例では、かかる立ち上がり遅れによる影響を抑制するために、バッテリ５０を補助的に使用する。即ち、要求された電力が十分出力されるまでの間、不足分の電力を補償するようにバッテリ５０から電力を供給し、燃料電池６０から所望の電力が出力されるようになった時点で完全に燃料電池６０を電源とする。かかる制御は、モータ２０をバッテリ５０および燃料電池６０の双方に接続された状態にし、各駆動回路５１，５２のスイッチングをそれぞれ制御して、各電源から供給される電圧を徐々に変更することにより実現可能である。もちろん、立ち上がり遅れが生じるか否かに関わらず、当初から燃料電池６０のみを電源としても構わない。
【０１２３】
ステップＳ３０において、ＦＣ燃料の残量ＦＣＬが所定の値Ｆ１よりも小さい場合には、燃料電池６０を使用すべきでないと判断する。ＣＰＵは、次に動力源切替スイッチ１６４の状態に基づいてＦＣモードが設定されているか否かを判定する（ステップＳ４０）。ＦＣモードは、燃料電池６０をエネルギ出力源として走行する運転モードである。自動モードは燃料電池６０とエンジン１０とを使い分けて走行する運転モードである。従って、ＦＣモードが選択されていない場合においてＦＣ燃料の残量が消費されている場合には、エンジン１０を動力源として走行する（ステップＳ６５）。エンジン１０を動力源として走行する場合には、ＥＶインジケータ２２３は消灯される。
【０１２４】
一方、ＦＣモードが選択されている場合には、エンジン１０の使用が原則として禁止される。ＣＰＵは次にイグニッションスイッチがオンになっているか否かを判定する（ステップＳ５０）。イグニッションスイッチがオンになっていない場合には、原則通り、エンジン１０の運転を禁止し、燃料電池６０の運転も停止する（ステップＳ５５）。ハイブリッド車両は、動力源を失い停車することになる。一方、イグニッションスイッチがオンになっている場合には、運転者からエンジン１０の始動要求があったものと判断され、換言すれば、ＦＣモードが解除されたものと判断され、エンジン１０を動力源として走行する（ステップＳ６５）。
【０１２５】
エンジン１０を動力源として走行する場合には（ステップＳ６５）、バッテリ５０の残容量ＳＯＣを増加する処理を同時に行う。本実施例ではバッテリ５０の残容量ＳＯＣが所定の下限値以上を維持するように制御されている。バッテリ５０の残容量がこの下限値に満たない場合には、エンジン１０の動力で補機駆動用モータ８０を発電機として駆動することによる充電や、燃料電池６０による充電を行う。ステップＳ６５でエンジン１０を動力源として走行する場合には、ＦＣ燃料が不足している可能性が高い。従って、電力の要求に即応できるようバッテリ５０の下限値を増大するのである。
【０１２６】
ここで、バッテリ５０の残容量ＳＯＣの設定について説明する。図１４はバッテリ５０の充電状態と回生電力の活用との関係を示す説明図である。ここでは、バッテリ５０の充電状態をＣＡＳＥ１〜ＣＡＳＥ３の３通りに変化させた場合の状態をそれぞれ示した。ＣＡＳＥ１は比較的高い充電状態値ＳＯＣ１にある場合に対応する。バッテリ５０には、図中のハッチングで示す電力が維持される。かかる状態でハイブリッド車両を回生制動した場合を考える。回生制動によって得られる電力（以下、回生電力と呼ぶ）は制動前後の車速や車両の重量に応じて変動するが、ここでは平均的な回生電力を図示した。バッテリ５０の下限値を高い値に設定したＣＡＳＥ１では、バッテリ５０の充電限界内で回生電力を全て充電することができなくなる。従って、ＣＡＳＥ１では回生電力の一部（図中の塗りつぶした部分）が廃棄される。この分、ハイブリッド車両は、車両の運動エネルギを活用できなくなるため、エネルギ効率が低下する。
【０１２７】
ＣＡＳＥ２は中程度の充電状態ＳＯＣ２にある場合に対応する。かかる状態では、回生電力を充電限界内でバッテリ５０に充電することができる。ＣＡＳＥ３は低い充電状態ＳＯＣ３にある場合に対応する。かかる状態でも、回生電力を十分にバッテリ５０に充電することができる。これらの設定であれば、ハイブリッド車両の運動エネルギを効率的に活用することが可能となる。このように回生電力を有効に活用する観点からは、バッテリ５０の充電量は低い値に維持しておくことが望ましい。
【０１２８】
一方、バッテリ５０の充電量は、要求される電力を十分出力することができる値以上に維持する必要がある。先に説明した通り、バッテリ５０の電力は、燃料電池６０の運転開始当初の立ち上がり遅れを補償するのに使用される。この場合は、比較的多くの電力を出力する必要がある。通常は、これらを考慮して、バッテリ５０の充電状態の下限値を、図中のＳＯＣ３に相当する値に設定されている。上記ステップＳ６５では、バッテリ５０の残容量の下限値を、例えば図中のＳＯＣ２に相当する値など、回生電力を充電可能な範囲で増大する。
【０１２９】
次に、上述の処理で用いられたＦ１（ステップＳ３０）の設定について説明する。所定の値Ｆ１は燃料電池６０を電源として使用するか否かの基準となる値である。所定の値Ｆ１については、値０以上の範囲で任意に設定可能である。値０に設定すれば、燃料が残っている限り、燃料電池６０を電源として使用することになる。ＥＶ走行のみを考慮すれば、値０として設定するのが運転効率および環境性の観点から好ましい。しかし、値０にした場合には、他の運転モードで燃料電池を使用する必要性が生じた場合に、ＥＶ走行で既に燃料が消費されており、燃料電池を使用し得ない可能性も生じる。
【０１３０】
本実施例では、他の運転モードを考慮して、正の所定値に設定した。即ち、ＥＶ走行制御処理では、燃料電池用の燃料を完全に消費することがないように設定した。本実施例のハイブリッド車両は、後述する通り、ＥＶ走行以外の運転モードにおいても、種々のモードで電源を必要とする。運転効率および環境性の観点から、ＥＶ走行よりも電源の必要性が高い運転モードも存在する。かかるモードで燃料電池を電源として確保しやすくするため、本実施例では、ＥＶ走行時には、燃料電池用の燃料の使用を抑制するものとした。換言すれば、所定の値Ｆ１以上の燃料が存在し、燃料に比較的余裕がある場合にのみ燃料電池を電源とすることにしているのである。なお、本実施例の処理では、ＦＣモードが選択されている場合と、自動モードが選択されている場合とで所定の値Ｆ１は共通としている。Ｆ１の値は、運転モードに応じて変更することも可能である。
【０１３１】
以上で説明したＥＶ走行制御処理によれば、ＭＧ領域において、通常は燃料電池６０を優先的に使用して走行することができる。従って、効率および環境性に優れた運転を実現することができる。また、上記実施例では、動力源切替スイッチ１６４の操作により、走行中に使用する動力源を運転者が任意に指定することができる。従って、運転者の意図に応じた作動状態を実現することができ、ハイブリッド車両の利便性を向上することができる。
【０１３２】
動力源の選択により利便性が向上する場面の具体例を示す。第１の例として、目的地において燃料電池６０を用いてコンセント９１を利用したい場合には、エンジンモードを選択することにより、目的地に到着するまでのＦＣ燃料の消費を抑制することができる。この結果、目的地で燃料電池６０をより有効に活用することができる。第２の例として、車両の応答性に対する要求に応じた使い分けをすることもできる。一般に燃料電池６０は出力の応答性が低い特性を有している。かかる場合にエンジンモードを選択すれば、高い応答性で車両を運転することができる。第３の例として、騒音の抑制に関する要求に応じた使い分けをすることもできる。一般にエンジン１０は作動音が大きいため、深夜の走行時など騒音を抑制する要求が高い場合には、ＦＣモードを選択することにより、静粛性を保った運転を実現することができる。このように動力源を運転者が任意に選択可能とすることにより、ハイブリッド車両の利便性を向上することができる。
【０１３３】
なお、上記制御処理では、ＦＣモードが選択されている場合において、ＦＣ燃料が少なくなると、イグニッションスイッチが操作されるまでハイブリッド車両は停車する場合を例示した（図１２のステップＳ５５参照）。運転者が予期しないまま、ＦＣ燃料の消費により停車すれば、運転者が故障と誤判断するなど、ハイブリッド車両の利便性を損ねる可能性もある。かかる誤判断を回避するため、上記制御処理においては、所定値Ｆ１付近にまでＦＣ燃料が低減した時点で、ＥＶインジケータ２２３を点滅させるなどして、運転者に報知する処理を含めることも望ましい。
【０１３４】
Ｄ．外部電源稼働制御処理：
図１５は外部電源稼働制御処理のフローチャートである。図１に示した通り、本実施例のハイブリッド車両は、電気機器を接続して利用するためのコンセント９１を備えている。外部電源稼働制御処理は、コンセント９１への電力の供給を制御する処理である。
【０１３５】
この処理が開始されると、ＣＰＵは各センサおよびスイッチからの信号を入力する（ステップＳ１１０）。図７で示した種々のセンサ等からの入力がなされるが、特に、マニュアル発電スイッチ１６５、シフトポジション、バッテリ残容量ＳＯＣ、ＦＣ燃料の残量ＦＣＬ、イグニッションスイッチのオン・オフが以後の処理に関与する。
【０１３６】
次に、ＣＰＵはマニュアル発電スイッチ１６５がオンになっているか否かを判定する（ステップＳＳ１１０）。マニュアル発電スイッチ１６５がオフになっている場合には、コンセント９１の使用が許可されない。従って、ＣＰＵは外部電源をオフにする処理、即ちコンセント９１への電力の供給を禁止する処理を行い、外部電源インジケータ２２４を消灯する（ステップＳ１４０）。外部電源のオフは、切替スイッチ９０を中立状態にすることで実現される。
【０１３７】
マニュアル発電スイッチ１６５がオンとなっている場合には、次にＣＰＵはシフトポジションがＰポジションであるか否かを判定する（ステップＳＳ１１５）。この判定は、必ずしも必要となるものではないが、本実施例では、コンセント９１の使用は停車中である可能性が高いという事情を考慮し、確認のためにかかる判定を行っている。Ｐポジションでない場合には、外部電源の使用は許可されない。従って、ＣＰＵは外部電源をオフにする処理を行い、外部電源インジケータ２２４を消灯する（ステップＳ１４０）。走行中にもコンセント９１を使用する必要性が高い場合には、ステップＳ１１５の判断処理を省略するものとしてもよい。
【０１３８】
一方、Ｐポジションであると判断された場合には、コンセント９１から電力を出力するための処理を行う。ハイブリッド車両はバッテリ５０と燃料電池６０という２種類の電源を備えている。さらに、エンジン１０により補機駆動用モータ８０を発電機として駆動することにより電源として使用することもできる。本実施例では、バッテリ５０、燃料電池６０、エンジン１０の優先順位で電源を使用するものとした。
【０１３９】
上記使い分けを実現するために、ＣＰＵはまず、バッテリ５０の残容量ＳＯＣが所定の値Ａ％以上であるか否かを判定する（ステップＳ１２０）。Ａ％以上のＳＯＣの場合には、バッテリ５０に余裕があるものと判断して、外部電源をオンにするとともに、外部電源インジケータ２２４を点灯する処理を行う（ステップＳ１２５）。この際、コンセント９１に電力を供給する電源はバッテリ５０であり、燃料電池６０およびエンジン１０はともに運転を停止している。
【０１４０】
所定の値Ａ％は、バッテリ５０の電力を使用するか否かの判断基準となる値であり、任意の値に設定可能である。本実施例では、既に説明した通り、燃料電池６０の立ち上がり遅れをバッテリ５０で補償するものとしている。このため、バッテリ５０には、かかる補償を実現可能な電力を残しておくことが望ましい。本実施例では、かかる観点から、所定の値Ａ％を図１４におけるＳＯＣ３に若干余裕を見込んだ値に設定した。もちろん、これ以外の値に設定するものとしても構わない。
【０１４１】
ステップＳ１２０において、残容量ＳＯＣがＡ％に満たない場合、ＣＰＵはＦＣ燃料の残容量ＦＣＬが所定の値Ｆ２以上であるか否かを判定する（ステップＳ１３０）。残容量ＦＣＬが値Ｆ２以上である場合には、燃料電池６０の発電能力に余裕があるものと判断して、外部電源をオンにするとともに、外部電源インジケータ２２４を点灯する処理を行う（ステップＳ１５０）。この際、コンセント９１に電力を供給する電源は燃料電池６０であり、エンジン１０はともに運転を停止している。
【０１４２】
所定の値Ｆ２は、燃料電池６０を使用するか否かの判断基準となる値であり、任意の値に設定可能である。ここで、コンセント９１は、ハイブリッド車両の利便性を向上するための装備であり、車両の本質的な機能に必須の装備ではない。かかる観点から、本実施例では、外部電源の使用は、燃料電池６０の発電能力に十分な余裕がある場合に制限している。従って、所定の値Ｆ２は、正の所定値に設定した。また、先に説明したＥＶ走行制御処理（図１２）における必要性も考慮し、値Ｆ２はＥＶ走行制御処理で用いられる所定の値Ｆ１よりも大きい値に設定した。もちろん、値Ｆ２はかかる設定に限定されるものではないことは言うまでもない。
【０１４３】
ステップＳ１３０において残容量ＦＣＬが所定の値Ｆ２に満たない場合は、原則として外部電源の使用が禁止される。つまり、エンジン１０を動力源とするコンセント９１への電力の供給は、運転者により別途指示された場合にのみ実行する。かかる判断を行うため、ＣＰＵはイグニッションスイッチがオンになっているか否かを判定する（ステップＳ１３５）。イグニッションスイッチがオンになっていない場合には、原則通り、外部電源の使用を禁止し、外部電源インジケータ２２４を消灯する（ステップＳ１４０）。一方、イグニッションスイッチがオンになっている場合には、運転者からエンジン１０を動力源とする電源供給が指示されたものと判断され、外部電源をオンにするとともに、外部電源インジケータ２２４を点灯する処理を行う（ステップＳ１４５）。この際、コンセント９１に電力の供給るエンジン１０の動力で補機駆動用モータ８０を発電機として駆動することにより行われる。燃料電池６０は運転を停止する。
【０１４４】
以上で説明した外部電源稼働制御処理ルーチンによれば、コンセント９１から電力を出力することができ、ハイブリッド車両の利便性を向上することができる。この際、可逆的な電源であるバッテリ５０を優先的に使用することにより、車両の本質的機能である走行に影響を与えることなく電力を出力することができる。バッテリ５０および燃料電池６０を電源として使用し、原則としてエンジン１０を動力源とする電力の供給を禁止することにより、燃費および環境性を損ねることなくコンセント９１からの電力を活用することができる。また、エンジン１０の運転を禁止することにより、コンセント９１を使用する際の静粛性も確保することができる。
【０１４５】
上記制御処理では、イグニッションスイッチをオンにすることで、エンジン１０を用いた電力の供給を行うことができる。従って、コンセント９１を利用する必要性が高い場合には、運転者の意志により電力の供給を確保することができ、ハイブリッド車両の利便性を向上することができる。
【０１４６】
Ｅ．第１の変形例：
以上で説明した第１実施例のハイブリッド車両によれば、燃料電池６０をエンジン１０よりも優先的に使用することにより、車両の作動時の運転効率および環境性を向上することができる。また、運転者がマニュアルで運転モードを選択したり、コンセント９１の作動状態を指定したりすることができるため、運転者の意図に応じた作動状態を実現することができ、ハイブリッド車両の利便性を向上することができる。さらに、エンジン１０を使用するのが適さない運転モードにおいては、原則としてエンジン１０の運転を禁止するため、エンジン１０の運転に伴う燃費および環境性の低下を回避することができる。また、かかる場合においても、イグニッションスイッチの操作によってエンジン１０の運転を許可することにより、運転者の意図に応じた作動状態を実現でき、ハイブリッド車両の利便性を向上することができる。
【０１４７】
上記実施例のハイブリッド車両および制御処理においては、種々の変形例を構成することができる。ＥＶ走行制御処理における変形例について第１の変形例として説明する。図１６は第１の変形例におけるＥＶ走行制御処理ルーチンのフローチャートである。ここでは、第１実施例と相違する部分のみを図示した。第１実施例では、ＦＣ燃料の残量ＦＣＬが所定の値Ｆ１以上であるか否かによって燃料電池６０を使用するか否かを判定した（図１２のステップＳ３０）。この際、所定の値Ｆ１は一定値であるものとした。これに対し、第１の変形例では残容量ＦＣＬが所定の値ＦＧＳＬ以上であるか否かによって燃料電池６０の使用の可否を変更する点で相違する。所定の値ＦＧＳＬはガソリンの残量ＧＳＬに応じて変化する値である。
【０１４８】
図１７はガソリンの残量ＧＳＬと所定の値ＦＧＳＬとの関係を示す説明図である。図示する通り、ガソリンの残量ＧＳＬが多くなるにつれて所定の値ＦＧＳＬが多くなる。これは、ガソリンの残量ＧＳＬが多い程、早期に燃料電池６０の使用が抑制されることを意味する。ガソリンの残量ＧＳＬが多い場合には、ハイブリッド車両が走行する時間が長い可能性が高い。従って、燃料電池６０を使用すべき機会も多くなる可能性が高い。図１７に示した設定とすれば、ガソリンの残量ＧＳＬが多くなる程、ＦＣ燃料の使用が抑制されるから、燃料電池６０の発電能力が長時間に亘って確保されるようになる。この結果、燃料電池６０をより有効性の高い場面で活用することができる。なお、図１７ではガソリンの残量ＧＳＬに応じて値ＦＧＳＬを直線的に変化させた場合を例示した。値ＦＧＳＬはかかる設定のみならず、曲線的に変化させるものとしてもよいし、段階的に変化させるものとしてもよい。
【０１４９】
Ｆ．第２の変形例：
第１実施例および第１の変形例では、ＦＣ燃料の残量に基づいて燃料電池６０の発電能力を評価して、その使用を抑制する場合を例示した。燃料電池６０の発電能力は、その他のパラメータで評価することも可能である。燃料電池６０の発電能力を温度で評価した場合の制御処理を第２の変形例として説明する。
【０１５０】
図１８は第２の変形例におけるＥＶ走行制御処理ルーチンのフローチャートである。第１実施例等と同様、この処理が開始されると、ＣＰＵは車両の運転状態を入力する（ステップＳ２１０）。ここでは、燃料電池６０の温度、車速、アクセル開度、シフトポジション、バッテリ残容量ＳＯＣ、が以後の処理に関与する。
【０１５１】
ＣＰＵは次に燃料電池６０の温度が所定の値ＴＦＣ１以上であるか否かを判定する（Ｓ２３０）。燃料電池６０の温度が非常に高い場合には、発電を継続すると過熱状態になり、燃料電池６０の寿命を著しく縮める等の弊害を招く可能性がある。上記温度ＴＦＣ１は、燃料電池６０が過熱状態になる可能性を判断する基準となる値であり、燃料電池ごとに適切な温度を設定することができる。
【０１５２】
ステップＳ２３０において、燃料電池６０の温度が所定の値ＴＦＣ１に満たない場合には、燃料電池６０の使用を継続することができると判断し、ＣＰＵは燃料電池６０を電源としてモータ２０を駆動する処理を実行する（ステップＳ２４０）。これに対し、燃料電池６０の温度が所定の値ＴＦＣ１以上である場合には、燃料電池６０の使用を抑制すべきと判断し、他の動力源を使う処理に移行する。ここで、第１実施例および第１変形例では、ＥＶ走行時にはバッテリ５０を使用しない場合を例示した。第２変形例では、バッテリ５０を使用する場合を示す。
【０１５３】
バッテリ５０の使用可能性を判断するため、ＣＰＵは残容量ＳＯＣが所定の値ＬＯ以上であるか否かを判定する（ステップＳ２５０）。値ＬＯは任意の値に設定可能であるが、ここでは正の所定値に設定した。第２変形例の場合、温度で燃料電池６０の発電能力を評価しているため、しばらく使用を抑制し、温度が低下すれば、再び燃料電池６０を使用する可能性が生じる。かかる場合には、燃料電池６０の立ち上がり遅れをバッテリ５０の電力で補償する必要が生じる。所定の値ＬＯは、かかる場合の電力を確保できる範囲で設定した。つまり、先に示した図１４中の値ＳＯＣ３以上の範囲で設定した。
【０１５４】
バッテリ５０の残容量ＳＯＣが値ＬＯ以上である場合には、バッテリ５０に余裕があるものと判断し、バッテリ５０を電源としてモータ２０を駆動する（ステップＳ２６０）。残容量ＳＯＣが値ＬＯに満たない場合には、バッテリ５０を使用すべきでないと判断し、エンジン１０を動力源として使用する（ステップＳ２７０）。
【０１５５】
図１９は第２の変形例における燃料電池の温度等の変化を示す説明図である。図１８に示した制御処理が実行された場合について、燃料電池の温度（ＦＣ温度）、燃料電池の出力（ＦＣ出力）、エンジン１０の出力、およびモータ２０の出力の時間的変化を示した。当初、燃料電池６０を電源とするＥＶ走行がなされていたものとする。図示する通り、ＦＣ出力およびモータ２０の出力は正の所定値を採り、エンジン１０の出力は０となる。また、時間の経過とともにＦＣ温度は上昇する。
【０１５６】
図示する通り、時刻ａ１においてＦＣ温度が所定の値ＴＦＣ１を超えたものとする。先に示した制御処理に基づき、燃料電池６０の出力が抑制され、図示する通り、時刻ａ２で出力は０となる。ここではバッテリ５０の残容量ＳＯＣが十分でなかったものとする。かかる場合には、燃料電池６０の出力の低下とともにエンジン１０を動力源とする走行が行われる。従って、図示する通り、時刻ａ１〜ａ２の区間において、モータ２０の出力が低下するとともに、エンジン１０の出力が増大する。こうして燃料電池６０の温度が値ＴＦＣ１よりも低くなるまでエンジン１０を動力源とする走行が継続される。
【０１５７】
燃料電池６０の使用が停止された結果、時刻ａ５において燃料電池６０の温度が再びＴＦＣ１よりも低くなったものとする。この結果、燃料電池６０の運転が再開され、その出力は時刻ａ５〜ａ６の区間に示す通り上昇する。また、これに伴い、エンジン１０の出力が低下し、モータ２０の出力が増大する。かかる制御処理により燃料電池６０は、温度が値ＴＦＣ１を大きく超えない範囲で運転される。なお、第２変形例において、燃料電池６０の温度がＴＦＣ１近傍である場合に運転と停止が頻繁に切り替わることを回避するために、ステップＳ２３０においては適当なヒステリシスを設けておくことが望ましい。
【０１５８】
以上で説明した第２変形例の制御処理によれば、燃料電池６０の温度に基づいて発電能力を評価し、過熱状態を招かない範囲で燃料電池６０を使用することができる。従って、第２変形例の制御処理によれば、過熱状態に起因する燃料電池６０の寿命低下を回避することができる。また、所定の温度ＴＦＣ１以上になった時点で燃料電池６０の使用が抑制されるため、燃料電池６０の冷却系統は温度ＴＦＣ１までの範囲で適切な冷却を行う構成とすれば済む。この結果、燃料電池６０の全ての作動状態において適切な冷却を確保する必要がなくなり、冷却系統の小型化を図ることができる。
【０１５９】
なお、第２変形例では、バッテリ５０を走行に使用する。第２変形例の場合、バッテリ５０は、燃料電池６０の温度が低下するまでの一時的な使用でよい。従って、補助的な使用を目的としたバッテリ５０でもこの用途に活用することができる。このようにバッテリ５０を用いることにより、エンジン１０の運転を抑制することができ、ハイブリッド車両の運転効率、環境性の低下を回避することができる。もちろん、第２変形例の制御処理は一例に過ぎず、バッテリ５０を用いない処理を行うものとしても構わない。この処理は、図１８のステップＳ２５０の条件を必ず満たさないものと判断した場合の処理に相当する。
【０１６０】
第２変形例では、燃料電池６０の温度が所定以上の場合には、完全にその使用を停止し、電源をバッテリ５０に切り替える場合を例示した。これに対し、温度の上昇を抑制できる程度に燃料電池６０の出力を低減しつつ、低減した分の電力をバッテリ５０で補償するものとしてもよい。
【０１６１】
また、以上で説明した実施例および変形例において、エンジン１０を動力源とする場合には、種々の態様でその運転を制御することができる。例えば、エンジン１０のみを動力源とする通常の車両と同様、停車中もエンジン１０をアイドル運転するものとしてもよい。また、別の態様として、停車中はエンジン１０の運転を停止するものとしてもよい。但し、この場合、停車中でも空調装置やパワーステアリング、燃料電池６０の冷却系統を駆動するポンプ９３などの補機は駆動する必要がある。従って、停車中にはエンジン１０の運転を停止しつつ、バッテリ５０を電源として補機駆動用モータ８０を駆動するものとしてもよい。かかる制御を行う場合には、さらに残容量ＳＯＣに応じて、バッテリ５０による補機の駆動と、エンジン１０による補機の駆動とを使い分けることもできる。
【０１６２】
Ｇ．第３の変形例：
以上で説明した実施例および変形例では、図８〜図１１に示すマップに従って、所定の走行領域でのみモータ２０を使用する場合を例示した。これに対し、全ての走行領域でエンジン１０とモータ２０とを使用することもできる。かかる場合の制御処理を第３の変形例として説明する。図２０は第３の変形例における出力配分について示す説明図である。駆動軸１５に出力されるトルクは変速機１００の変速段によって変動するため、ここでは、変速機１００の入力軸１４のトルクとアクセル開度との関係を示した。図示する通り、第３変形例では、アクセル開度の全範囲においてモータ２０とエンジン１０とを動力源として使用する。アクセル開度に応じて設定された総出力をエンジン１０とモータ２０とで配分して出力するのである。
【０１６３】
ここで第３変形例では、燃料電池６０の発電能力に応じてモータ２０とエンジン１０との出力の配分を変更する。通常は、図２０に示す曲線Ｃ１で示す配分が適用される。曲線Ｃ１より下方の範囲がエンジン１０の出力トルクに相当し、総出力（図中の実線）と曲線Ｃ１の間の範囲がモータ２０の出力トルクに相当する。これに対し、燃料電池６０の発電能力が低下した場合には、モータ２０の出力トルクを低下させる。つまり、出力配分を図中の曲線Ｃ２に切り替える。図示する通り、通常時よりもモータ２０の出力を低下し、その分をエンジン１０の出力配分を増大することで補償する。かかる制御を実現する処理内容について以下に説明する。
【０１６４】
図２１は第３の変形例における走行制御処理ルーチンのフローチャートである。この処理が開始されるとＣＰＵは車両の運転状態を入力する（ステップＳ３０５）。ここでは、車速、アクセル開度、シフトポジション、ＦＣ燃料の残量、バッテリ５０の残容量ＳＯＣ、燃料電池６０から出力されている電力などが関与する。
【０１６５】
次に、ＣＰＵは燃料電池６０が劣化しているか否かを判定する（ステップＳ３１０）。この判定は、燃料電池６０への要求電力と、現実に出力されている電力との偏差に基づいて行われる。現実に出力されている電力が要求電力に満たない方向に所定以上の偏差が現れている場合には、燃料電池６０が劣化しているものと判断される。燃料電池６０は既に説明した通り、立ち上がり遅れが生じることが知られているから、誤判断を回避するため、かかる判断は燃料電池６０の温度が十分に上昇してから行われる。
【０１６６】
燃料電池６０が劣化していないと判断された場合には、燃料電池６０の電力でモータ２０を駆動し、アクセル開度に応じたトルクを出力する（ステップＳ３４５）。フローチャートでは図示を省略したが、図２０の曲線Ｃ１で設定された運転状態に相当し、ステップＳ３４５では、燃料電池６０とともにエンジン１０も図２０の曲線Ｃ１で設定される所定のトルクを出力するように運転される。
【０１６７】
ステップＳ３１０において、燃料電池６０が劣化していると判断された場合には、劣化に伴う出力低下を補償するための処理に移行する。ＣＰＵはまずバッテリ５０の残容量ＳＯＣが所定の値ＬＯＳ以上であるか否かを判定する（ステップＳ３１５）。残容量ＳＯＣがＬＯＳ以上である場合には、バッテリ５０に余裕があると判断され、バッテリ５０の電力を用いてモータ２０を駆動する（ステップＳ３２０）。この場合は、図２０に示した曲線Ｃ１の配分のままモータ２０を駆動する。上述の値ＬＯＳは、モータ２０からかかるトルクを出力可能な電力を確保可能な範囲で設定することができる。
【０１６８】
残容量ＳＯＣが所定の値ＬＯＳよりも低い場合には、次にＦＣ燃料の残量ＦＣＬが所定の値Ｆ４以上であるか否かを判定する（ステップＳ３２５）。即ち、劣化しているものの燃料電池６０の運転を継続することが可能であるか否かを判定するのである。所定の値Ｆ４はかかる判定の基準となる値であり、既に説明した実施例等と同様、他の運転モードも考慮して適切な値を設定することができる。
【０１６９】
残量ＦＣＬが所定の値Ｆ４に満たない場合には、燃料電池６０の運転を継続することができないため、エンジン１０を動力源とする運転に切り替え、燃料電池６０の運転を停止する（ステップＳ３５０）。この場合は、アクセル開度に応じて出力の全てをエンジン１０から出力する。但し、図２０に示した総出力に相当するトルクを十分出力することはできないため、エンジン１０が出力可能な範囲のトルクを出力する。
【０１７０】
一方、残量ＦＣＬがＦ４以上である場合には、燃料電池６０の出力とエンジン１０との出力配分を変更しつつ、両者の運転を継続する。つまり、ＣＰＵは燃料電池６０を電源とするモータ２０の運転を継続する（ステップＳ３３０）。この場合、モータ２０の出力は、図２０中の曲線Ｃ２で設定された範囲に抑制される。一方、モータ２０の出力が抑制された分、エンジン１０の出力を増大する（ステップＳ３３５）。図２０中の曲線Ｃ２で設定されたトルクを出力する。なお、これと同時に変速機１００の変速段を制御し、変速比を大きくする（ステップＳ３４０）。図２０では説明の便宜上、モータ２０とエンジン１０の出力配分を曲線Ｃ２に変更することにより、通常と同じ総出力を維持できる状態を示した。実際には、通常時の出力はモータ２０およびエンジン１０のトルクを十分に活用できる範囲で設定されているため、燃料電池６０の劣化が生じた場合には、出力配分を変更しても総出力を維持できない場合がある。かかる場合には、変速比を大きくすることにより駆動軸１５に出力されるトルクを通常時と同等に維持することができる。ステップＳ３４０では、かかる目的で変速比を大きい側に切り替えるのである。
【０１７１】
以上で説明した第３の変形例における制御処理によれば、燃料電池６０の発電能力が低下した場合でも、エンジン１０とモータ２０との出力配分を変更することにより、通常時と同等の出力を維持することができる。また、変速機１００の変速段を制御することにより、駆動軸１５の出力トルクを同等に維持することができる。この結果、上記制御処理によれば、燃料電池６０の劣化が生じた場合でも違和感のない運転を実現することができる。
【０１７２】
なお、第３の変形例では、エンジン１０とモータ２０の出力配分の変更と変速段の制御とを併せて行う場合を例示した。両者の制御はいずれか一方のみを行うものとしても構わない。また、第３の変形例では、全走行領域でモータ２０とエンジン１０とを併用する場合を例示した。これに対し、アクセル開度が所定値以上になった場合にのみモータ２０とエンジン１０とを併用する場合に適用することもできる。
【０１７３】
Ｈ．第２実施例：
次に第２実施例について説明する。図２２は第２実施例のハイブリッド車両の概略構成を示す説明図である。第２実施例では、冷却系統の構成が第１実施例と相違する。第１実施例では、燃料電池６０の冷却系統とエンジン１０の冷却系統とは個別に構成されていた。第２実施例では、両者は共通の冷却系統として構成されている。即ち、第２実施例では、冷却水を搬送する冷媒路９４’は燃料電池６０およびエンジン１０の双方を通過するように構成されている。冷却水はポンプ９３によって冷媒路９４’を通過し、ラジエータ９２で放熱することで燃料電池６０およびエンジン１０の冷却を行う。
【０１７４】
第２実施例のハイブリッド車両における走行の制御処理は、第１実施例と同様である。第２実施例では、冷却系統の構成の相違に起因して、エンジン１０の暖機を行う処理に特徴がある。以下、この処理について説明する。
【０１７５】
図２３は第２実施例におけるエンジン暖機処理ルーチンのフローチャートである。第１実施例と同様、制御ユニット７０のＣＰＵが繰り返し実行する処理である。この処理が開始されると、ＣＰＵは車両の運転状態を入力する（ステップＳ４０５）。車速、アクセル開度、シフトポジション、エンジン水温、ＦＣ燃料の残量などが以下の処理に関与する。
【０１７６】
次に、ＣＰＵはアクセル開度および車速に基づき、車両の走行状態が図８〜図１１に示したＭＧ領域に該当するか否かを判定する（ステップＳ４１０）。この領域に該当しない場合には、エンジン１０の暖機が済んでいるか否かに関わらずエンジン１０を動力源として走行する（ステップＳ４４０）。
【０１７７】
一方、ＭＧ領域に該当すると判断された場合には、次にエンジン１０の暖機が必要であるか否かを判定する（ステップＳ４１５）。この判断は、エンジン水温が所定以上であるか否かに基づいて行われる。エンジン１０の暖機が必要でない場合には、ＭＧ領域における通常の運転状態に従い、モータ２０を燃料電池６０で駆動して走行する（ステップＳ４２０）。
【０１７８】
エンジン１０の暖機が必要であると判断された場合には、次にエンジン走行の可能性があるか否かを判定する（ステップＳ４２５）。この判定方法は、種々の態様が挙げられるため、後述する。エンジン走行の可能性がないと判定された場合には、無用なエンジン１０の暖機を避け、ＭＧ領域における通常の運転状態、即ちモータ２０を燃料電池６０で駆動して走行する（ステップＳ４２０）。
【０１７９】
エンジン走行の可能性があると判定された場合には、ＭＧ領域における通常の運転状態としてモータ２０を燃料電池６０で駆動しつつ（ステップＳ４３０）、併せてエンジン１０の暖機運転を行う（ステップＳ４３５）。エンジン１０の暖機運転とは、エンジン１０をいわゆるアイドル回転数で運転することをいう。第２実施例では、暖機運転を行う際には、エンジン１０とモータ２０との間に設けられた入力クラッチ１８を解放する。こうすることにより、エンジン１０の動力が駆動軸１５の出力に影響を与えることを回避できる。また、暖機中は通常、エンジン１０の運転効率および排気浄化性が非常に低い。入力クラッチ１８を係合したままエンジン１０を暖機運転すると、車両の走行状態によってはエンジン１０の回転数がアイドル回転数よりも高くなる可能性がある。暖機中にエンジン１０の回転数を増大させれば、ハイブリッド車両の運転効率等の低下を招く。入力クラッチ１８を解放して暖機運転を行うことにより、かかる弊害を回避することができる。
【０１８０】
ここで、エンジン走行の可能性の判断方法について説明する。この判断は、種々の方法で行うことができる。例えば、ＭＧ領域内における車速の変化に基づいて、エンジン領域での走行が行われるか否かを判断するものとしてもよい。また、ＦＣ燃料の残量に基づいて判断することもできる。第２実施例のハイブリッド車両は、燃料電池６０とエンジン１０の冷却系統が共通の系統として構成されている。このことは燃料電池６０で発生した熱が冷却水を媒介としてエンジン１０に搬送されることを意味する。つまり、燃料電池６０の運転時に発生する熱によってエンジン１０の暖機運転を行うことができることを意味する。
【０１８１】
図２４はエンジン温度と暖機までに要するＦＣ燃料との関係を示す説明図である。図中の温度ＴＨはエンジン１０の暖機が完了したと判断される温度である。エンジン温度が低い程、温度ＴＨに到達するまでに長時間を要する。燃料電池６０の熱によって暖機を行う場合には、その間に消費するＦＣ燃料が増大する。従って、エンジン温度が低くなる程、暖機に必要なＦＣ燃料が増大する図２４の関係が得られる。なお、ここでは両者の関係を直線で示したが、冷却系統、エンジン１０の熱容量などに応じて両者の関係は変化する。
【０１８２】
ＦＣ燃料の残容量が、図２４の関係に基づいて定まる所定量よりも多い場合には、燃料電池６０の運転を継続することによりエンジン１０の暖機を完了することができる。ＦＣ燃料の残容量が上記所定量よりも少ない場合には、燃料電池６０の運転のみではエンジン１０の暖機を完了することができない。第１実施例で示したＥＶ走行制御処理（図１２）によれば、エンジン１０の暖機を完了する前にＦＣ燃料の残量が低下し、モータ２０からエンジン１０への動力源の切り替えが行われることになる。かかる意味で、ＦＣ燃料の残容量が上記所定量よりも少ない場合には、ＭＧ領域での走行が継続される場合であっても、エンジン１０の運転が開始される可能性があると判断される。
【０１８３】
また、別の態様として、予め走行経路が既知の場合には、該走行経路に基づいてエンジン１０の運転の可能性を判断することもできる。近年では、いわゆるナビゲーションシステム、即ち予め設定された車両の走行経路を表示するシステムなどが提案されている。かかるシステムを搭載している車両の場合には、その入力から、制御ユニット７０が将来の走行予定経路を知ることができ、高速道路など明らかにエンジン領域で走行する区間が存在するか否かを判断することができる。上記ステップＳ４２５では、かかる情報に基づいて、エンジン走行の可能性を判断することもできる。なお、エンジン走行の可能性判断においては、これら種々の態様のいずれかを適用するものとしてもよいし、複数を適用し、総合的に判断するものとしてもよい。
【０１８４】
以上で説明した第２実施例のハイブリッド車両によれば、駆動軸１５から出力する動力とは独立にエンジン１０を暖機運転することができる。従って、ハイブリッド車両の運転効率、環境性の極端な低下を招くことなくエンジン１０の暖機を行うことができる。また、エンジン１０の運転の可能性があると判断された場合に暖機を行うため、無用な暖機を回避することができ、運転効率の低下を回避することができる。さらに、燃料電池６０で発生する熱を利用してエンジン１０の暖機を行うことができるため、エネルギ効率を高めることができる。なお、上述の第２実施例では、燃料電池６０とエンジン１０の冷却系統を共通化した構成を例示したが、燃料電池６０の熱を利用した暖機を考慮しない場合には、両者の冷却系統を個別に設けた構成（第１実施例の構成）に適用することも可能である。
【０１８５】
Ｉ．第２実施例における変形例：
第２実施例においても変形例を構成することができる。図２５は第２実施例における変形例としてのエンジン暖機処理ルーチンのフローチャートである。ここでは第２実施例における処理（図２３）と相違する部分のみを示した。
【０１８６】
第２実施例では、エンジン１０の運転可能性があると判断された場合には（図２３のステップＳ４２５）、エンジンの暖機を行うものとした。変形例では、エンジン１０の運転の可能性を、図２４に示したＦＣ燃料に基づいて判断する。即ち、変形例では、図２３のステップＳ４２５に代えて、ＦＣ燃料がエンジン１０の暖機までに必要な量以上あるか否かを判定する（ステップＳ４２５’）。ＦＣ燃料が十分残っていないと判断された場合には、燃料電池６０の運転だけではエンジン１０の暖機を完了することができないことを意味するから、エンジン１０の暖機処理を実行する（ステップＳ４２７）。
【０１８７】
これに対し、ＦＣ燃料が十分残っていると判断された場合には、燃料電池６０の運転によるエンジン１０の暖機を行う。この際、エンジン１０の暖機を速やかに完了するため、ＣＰＵは燃料電池６０の出力を増大する（ステップＳ４３０’）。燃料電池６０の出力は、基本的にはモータ２０の駆動に使用され、余剰の電力はバッテリ５０に充電される。また、これと同時にエンジン１０とモータ２０との間に設けられた入力クラッチ１８を係合する（ステップＳ４３２）。入力クラッチ１８を係合することにより、モータ２０の動力でエンジン１０をモータリングすることができる。従って、エンジン１０のピストンとシリンダ間で摩擦熱が生じ、またシリンダ内の空気の圧縮などに起因する熱が生じる。かかる発熱もエンジン１０の暖機に寄与する。
【０１８８】
変形例のエンジン暖機処理によれば、ＦＣ燃料が十分残っている場合に燃料電池６０の出力を増大することにより、エンジン１０の暖機を速やかに行うことができる。従って、暖機による燃料消費を回避することができ、ハイブリッド車両の運転効率および環境性を向上することができる。燃料電池６０から余剰に出力された電力は一旦バッテリ５０に蓄えられ、必要に応じて使用されるため、運転効率の極端な低下を招くことはない。なお、変形例ではエンジン１０の暖機処理を完了するまでに必要となる量だけＦＣ燃料が残っているか否かの判断を行う場合を例示した（ステップＳ４２５’）。必ずしもかかる判断を行う必要はなく、ＦＣ燃料が残っている範囲で、燃料電池６０によるエンジン１０の暖機を行うものとしてもよい。即ち、ステップＳ４２５’の判断を省略し、常にステップＳ４３０’、Ｓ４３２の処理を実行するものとしてもよい。また、入力クラッチの係合を省略するものとしても構わない。
【０１８９】
Ｊ．第３実施例：
次に、第３実施例としてのハイブリッド車両について説明する。第３実施例のハイブリッド車両は、基本的なハードウェア構成は第１実施例と同じであるが（図１〜図７参照）、選択可能な運転モードの種類が第１実施例と相違する。第１実施例では、図５に示す通り、動力源切替スイッチ１６４により、エンジンモード、ＦＣモード、自動モードの３種類の運転モードを選択可能であった。これに対し、第３実施例では、「エンジン単独モード」、「ＦＣ単独モード」、「併用モード」の３種類を選択可能である。これらの運転モードは、図５に示した動力源切替スイッチ１６４と同様のスイッチにより選択することができる。
【０１９０】
「エンジン単独モード」とは、エンジン１０のみを動力源として走行する運転モード、「ＦＣ単独モード」は、燃料電池６０によりモータ２０を駆動して走行する運転モードを意味する。「併用モード」は車両の走行状態に応じてエンジン１０とモータ２０とを切り替えて使用する運転モードである。両者の切り替えは、第１実施例と同様、図８〜図１１に例示したマップに従って行われる。
【０１９１】
第１実施例における「エンジンモード」「ＦＣモード」は車両の走行状態が図８〜図１１中のＭＧ領域にある場合に、動力源の使い分けを行うための運転モードであった。これに対し、第３実施例の「エンジン単独モード」、「ＦＣ単独モード」はハイブリッド車両の運転領域全体を対象としている点で相違する。つまり、「エンジン単独モード」が選択されている場合には、ＭＧ領域内であってもモータ２０は走行に使用されず、「ＦＣ単独モード」の場合には、ＭＧ領域外であってもエンジン１０の運転に切り替わらない。従って、「ＦＣ単独モード」では、高速走行時に出力されるトルクが併用モードに比べて低くなる。本実施例では、このように運転モードによって運転感覚に相違があることを許容している。運転モードごとに運転感覚が変ることを認識した上で、運転者は運転モードを選択すると考えられ、ハイブリッド車両の運転に大きな支障はないと考えられるからである。かかる観点から、エンジン１０は高速での走行状態を重視して排気量などが設定されており、「エンジン単独モード」が選択された場合、低速の領域では「ＦＣ単独モード」よりもトルクが小さくなる。このように設定することで、エンジン１０の出力トルクを不必要に高くする必要がなく、エンジン１０を小型化できる利点がある。
【０１９２】
第３実施例では、上述の３つの運転モードの使い分けにおいて、より燃費および環境性を重視した制御を行う点に特徴がある。ＦＣ単独モードが選択されている場合には、エンジン１０を使用する可能性は非常に低いため、燃料電池６０が使用可能な状態にある限り、エンジン１０の暖機をも禁止するのである。こうすることによって、エンジン１０の暖機に要する無駄な燃料消費を抑制することができ、燃費および環境性が向上するのである。かかる制御の内容について説明する。
【０１９３】
図２６は第３実施例におけるＥＶ走行制御処理ルーチンのフローチャートである。第１実施例と同様、制御ユニット７０のＣＰＵが実行する処理である。この処理が開始されると、ＣＰＵは車両の運転状態を入力する（ステップＳ４１０）。図７で示した種々のセンサからの入力がなされるが、特に、シフトポジション、車速、アクセル開度、ガソリン残量ＧＳＬ、バッテリ残容量ＳＯＣ、燃料電池用の残燃料量ＦＣＬ、イグニッションスイッチの状態、動力源切替スイッチ１６４の状態などが以後の処理に関与する。
【０１９４】
次に、ＣＰＵはエンジン１０のみを動力源とする条件が満たされているか否かを判定する（ステップＳ４２０）。この条件とは、燃料電池６０が使用が禁止されるべき状態にあること、即ちＦＣ燃料の残量ＦＣＬが所定の値Ｆ１に満たない状態にあること、またはエンジン単独モードが選択されていることである。これらの条件の少なくとも一方が満たされている場合には、エンジン１０を動力源として走行することになる。所定の値Ｆ１は第１実施例と同様、正の一定値に設定されている。この場合、ＣＰＵはエンジン１０を動力源として選択するとともに、必要に応じてエンジン１０を暖機する制御を実行する（ステップＳ４３０）。
【０１９５】
ステップＳ４３０における処理内容には、種々の態様が考えられる。例えば、エンジン１０の暖機が完了しているか否かに関わらず、エンジン１０のみを使用して走行するものとしてもよい。かかる場合には、暖機処理は改めて実行する必要はない。これに対し、エンジン１０の暖機を完了してから、動力源として使用するものとしてもよい。かかる場合は、暖機が完了していない間は、エンジン１０をアイドル運転して暖機する一方、一時的に燃料電池６０とモータ２０を用いて走行することができる。さらに、エンジン単独モードが選択されている場合には前者の態様で運転を行い、その他のモードが選択されている場合には後者の態様で運転を行うものとしてもよい。ステップＳ４３０の処理は、これらの態様のいずれかを選択して設定しておくものとする。
【０１９６】
ステップＳ４２０における条件をいずれも満たさない場合には、燃料電池６０をも用いて走行すべき運転状態にあるものと判断される。次に、ＣＰＵは運転モードがＦＣ単独モードであるか否かを判定し（ステップＳ４４０）、その結果に応じて動力源を選択する。ＦＣ単独モードが選択されている場合には、燃料電池６０を電源としてモータ２０を駆動して走行する（ステップＳ４５０）。この運転モードが選択されている場合には、燃料電池６０が使用可能な状態にある限り、エンジン１０が動力源として使用されることはない。従って、ＣＰＵはエンジン１０の運転のみならず、暖機をも禁止する（ステップＳ４５０）。エンジンの運転可否を特定するフラグをオフにすることで、別途用意されたエンジンの運転の制御処理で、その一切の運転が停止される。
【０１９７】
なお、上記ステップＳ４４０とＳ４５０の間に、燃料電池６０が故障などによって使用不能な状態になっていないかどうかを判断する処理を設け、燃料電池６０が使用可能な場合にのみ上記ステップＳ４５０の処理を実行し、使用不能な場合には、エンジン１０の暖機を許可するものとしてもよい。一例として、燃料電池６０が使用不能と判断された場合には、エンジン１０を動力源として走行するステップＳ４３０の処理を実行するものとしてもよい。
【０１９８】
一方、ステップＳ４４０において、併用モードが選択されている場合には、車両の走行状態に応じてエンジン１０とモータ２０とを使い分けて走行する（ステップＳ４６０）。図８〜図１１に示したＭＧ領域にある間はエンジン１０は使用されないが、併用モードでは車両の運転状態によって動力源をエンジン１０に速やかに切り替える必要があるため、ＭＧ領域にある間もエンジンの暖機処理を実行する（ステップＳ４６０）。
【０１９９】
以上で説明した第３実施例のハイブリッド車両によれば、原則的にエンジン１０を使用しない「ＦＣ単独モード」を設け、この場合にエンジンの暖機をも禁止することにより、ハイブリッド車両の燃費および環境性を大きく向上することができる。かかる運転モードでは、ＦＣ燃料の消費などによって燃料電池６０が使用できなくなった場合や運転者が他の運転モードを選択した場合に、動力源をエンジン１０に切り替える際、暖機が必要となり応答性が低下するなどの不利益が生じる可能性があるが、運転者はかかる特徴を了解した上で運転モードの選択を行うと考えられるため、こうした不利益はハイブリッド車両を運転する上で支障にはならないと言える。なお、ここでは、車両の全走行領域を対象として、スイッチで動力源の使い分けを行う場合を例示したが、第１実施例のようにＭＧ領域を対象として動力源を使い分ける場合についてもエンジン１０の暖機を禁止して燃費および環境性を向上する制御を適用可能であることはいうまでもない。
【０２００】
Ｋ．４輪駆動への適用：
以上で説明した実施例および変形例では、いわゆる２輪駆動するハイブリッド車両を例示した。本発明は、４輪駆動するハイブリッド車両に適用するものとしてもよい。図２７は４輪駆動するハイブリッド車両の概略構成を示す説明図である。ここでは、２つの車軸１７、１７Ａの双方に動力を出力可能な構成を示す。
【０２０１】
車軸１７に動力を出力するための構成は、実施例と同じである。即ち、エンジン１０、モータ２０、トルクコンバータ３０および変速機１００が直列に結合された構成となっている。モータ２０への電力は実施例と同様、バッテリ５０および燃料電池６０のそれぞれから供給可能となっている。
【０２０２】
車軸１７Ａに動力を出力するための構成は次の通りである。車軸１７Ａにはディファレンシャルギヤ１６Ａを介してモータ２０Ａが結合されている。モータ２０Ａはモータ２０と同様、三相同期モータである。モータ２０Ａにはバッテリ５０、燃料電池６０および補機駆動用モータ８０の３種類から電力を供給することができる。バッテリ５０および燃料電池６０の電力は、それぞれ駆動回路５１Ａ，５２Ａを介してモータ２０Ａに供給される。駆動回路５１Ａ，５２Ａは駆動回路５１，５２と同様、トランジスタインバータで構成されている。補機駆動用モータ８０はエンジン１０の動力によって発電することができる。モータ２０Ａには補機駆動用モータ８０で発電された電力を直接供給することが可能となっている。
【０２０３】
モータ２０Ａに電力を供給する電源は、切替スイッチ８５，８６の接続状態により切り替えることができる。図示する通り、切替スイッチ８６を切り替えることにより、バッテリ５０および燃料電池６０側と補機駆動用モータ８０側との間で電源を切り替えることができる。切替スイッチ８５を切り替えることにより、バッテリ５０と燃料電池６０との間で電源を切り替えることができる。
【０２０４】
なお、車軸１７、１７Ａはいずれを前車軸および後車軸としても構わない。エンジン１０が車両の前方に搭載されている場合、車軸１７側を後車軸として構成すれば、エンジン１０からの機械的な動力を車体を縦断して後車軸に伝達するためのプロペラシャフトが必要となる。これに対し、車軸１７Ａ側を後車軸として構成すれば、プロペラシャフトが不要となる。従って、エンジン１０と車軸１７とを近接させる構成を採ることにより、動力系統の構成を比較的簡易なものにすることができる利点がある。
【０２０５】
かかる構成のハイブリッド車両においても、上述した種々の制御処理を適用することができ、燃料電池６０を優先的に使用することで、効率および環境性に優れた運転を実現することができる。また、特定の条件下では上述した種々の制御処理に従い、燃料電池６０、エンジン１０等の使い分けをすることができる。
【０２０６】
以上で説明した種々の実施例では、バッテリ５０を備える場合を例示した。本発明の適用に際しては、必ずしもバッテリ５０を搭載する必要はない。各実施例からバッテリ５０を省略した構成を適用するものとしてもよい。また、バッテリ５０に代えてキャパシタなど別の蓄電手段を用いることもできる。
【０２０７】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、更に種々なる形態で実施し得ることは勿論である。例えば、本実施例のハイブリッド車両ではガソリンエンジンを用いたが、ディーゼルエンジンその他の熱機関を用いることができる。本実施例では、モータとして全て三相同期モータを適用したが、誘導モータその他の交流モータおよび直流モータを用いるものとしてもよい。本実施例では、種々の制御処理をＣＰＵがソフトウェアを実行することにより実現しているが、かかる制御処理をハード的に実現することもできる。本実施例では、車両に適用した場合を示したが、本発明は列車、船舶、航空機、飛行船その他の飛翔体など種々の移動体に適用することが可能である。また、必ずしも運転者が搭乗するものに限らず、遠隔操作するものであっても構わない。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例としてのハイブリッド車両の概略構成図である。
【図２】燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。
【図３】変速機１００の内部構造を示す説明図である。
【図４】各クラッチ、ブレーキ、およびワンウェイクラッチの係合状態と変速段との関係を示す説明図である。
【図５】本実施例のハイブリッド車両におけるシフトポジションの操作部１６０を示す説明図である。
【図６】本実施例におけるハイブリッド車両の計器板を示す説明図である。
【図７】制御ユニット７０に対する入出力信号の結線を示す説明図である。
【図８】車両の走行状態と動力源との関係を示す説明図である。
【図９】２ポジションにおける変速段の切り替えの様子を示す説明図である。
【図１０】Ｌポジションにおける変速段の切り替えの様子を示す説明図である。
【図１１】Ｒポジションにおける変速段の切り替えの様子を示す説明図である。
【図１２】ＥＶ走行制御処理ルーチンのフローチャートである。
【図１３】モータ駆動制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１４】バッテリ５０の充電状態と回生電力の活用との関係を示す説明図である。
【図１５】外部電源稼働制御処理のフローチャートである。
【図１６】第１の変形例におけるＥＶ走行制御処理ルーチンのフローチャートである。
【図１７】ガソリンの残量ＧＳＬと所定の値ＦＧＳＬとの関係を示す説明図である。
【図１８】第２の変形例におけるＥＶ走行制御処理ルーチンのフローチャートである。
【図１９】第２の変形例における燃料電池の温度等の変化を示す説明図である。
【図２０】第３の変形例における出力配分について示す説明図である。
【図２１】第３の変形例における走行制御処理ルーチンのフローチャートである。
【図２２】第２実施例のハイブリッド車両の概略構成を示す説明図である。
【図２３】第２実施例におけるエンジン暖機処理ルーチンのフローチャートである。
【図２４】エンジン温度と暖機までに要するＦＣ燃料との関係を示す説明図である。
【図２５】第２実施例における変形例としてのエンジン暖機処理ルーチンのフローチャートである。
【図２６】第３実施例におけるＥＶ走行制御処理ルーチンのフローチャートである。
【図２７】４輪駆動するハイブリッド車両の概略構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１０…エンジン
１２…クランクシャフト
１３、１４，１５…回転軸
１６…ディファレンシャルギヤ
１６Ａ…ディファレンシャルギヤ
１７，１７Ａ…車軸
１８…入力クラッチ
１９…補機クラッチ
２０，２０Ａ…モータ
２２…ロータ
２４…ステータ
３０…トルクコンバータ
５０…バッテリ
５１，５１Ａ，５２，５２Ａ…駆動回路
６０…燃料電池
６０Ａ…燃料電池
６１…メタノールタンク
６１ａ…容量センサ
６２…水タンク
６３…バーナ
６４…圧縮機
６５…蒸発器
６６…改質器
６８…ブロワ
７０…制御ユニット
８０…補機駆動用モータ
８２…補機駆動装置
８３…切替スイッチ
８４…切替スイッチ
８５，８６，９０…切替スイッチ
９１…コンセント
９２…ラジエータ
９３…ポンプ
９４…冷媒路
１００…変速機
１０２…油圧ポンプ
１０４…油圧制御部
１１０…副変速部
１１２…第１のプラネタリギヤ
１１４…サンギヤ
１１５…プラネタリピニオンギヤ
１１６…プラネタリキャリア
１１８…リングギヤ
１１９…出力軸
１２０…主変速部
１２２…回転軸
１３０，１４０，１５０…プラネタリギヤ
１３２，１４２，１５２…サンギヤ
１３４，１４４，１５４…プラネタリキャリア
１３６，１４６，１５６…リングギヤ
１６０…操作部
１６２…シフトレバー
１６３…スポーツモードスイッチ
１６４…動力源切替スイッチ
１６５…マニュアル発電スイッチ
２０２，２０３…燃料計
２０４…速度計
２０６…エンジン回転計
２０８…エンジン水温計
２１０Ｒ，２１０Ｌ…方向指示器インジケータ
２２０…シフトポジションインジケータ
２２２…スポーツモードインジケータ
２２３…ＥＶインジケータ
２２４…外部電源インジケータ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a hybrid system including a fuel cell and a heat engine as energy output sources, and a control method therefor.
[0002]
[Prior art]
In recent years, hybrid vehicles equipped with an engine and an electric motor have been proposed. As one form of the hybrid vehicle, there is a configuration called a parallel hybrid vehicle capable of outputting the power of both the electric motor and the engine to the drive shaft. The parallel hybrid vehicle includes two types of engines and batteries as energy output sources in the sense including both mechanical power and electric power. In other words, the parallel hybrid vehicle can run by outputting power from the engine, and can also run by using an electric motor with electric power supplied from a battery. Thus, by properly using the two types of energy output sources, the engine can be operated in an efficient region. Further, by performing regenerative braking by the electric motor, the kinetic energy of the vehicle can be collected as electric power in the battery. Based on these actions, the parallel hybrid vehicle has the characteristics of excellent fuel efficiency and environmental performance.
[0003]
As another form, the hybrid vehicle has a configuration called a series hybrid vehicle. A series hybrid vehicle travels with power output from an electric motor coupled to a drive shaft. The engine is provided separately from the drive shaft, and drives the generator to generate electric power. The electric motor coupled to the drive shaft is driven by at least one of the electric power thus generated and the electric power supplied from the battery. The series hybrid vehicle also has two types of energy output sources, and can appropriately use both of them, and has characteristics that are excellent in fuel efficiency and environmental performance.
[0004]
Among such parallel hybrid vehicles, a vehicle equipped with a fuel cell has been proposed as one of energy output sources (for example, a vehicle described in JP-A-3-148330). A fuel cell refers to a device that generates power by oxidizing hydrogen that is finally supplied as fuel. It is water vapor that is discharged from the fuel cell, and since it does not contain harmful components, it has the advantage of being very environmentally friendly.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the fuel cell is a device that has been developed recently. Therefore, it is still insufficient in combining the advantages of the characteristics of the two types of energy output sources of the fuel cell and the heat engine optimally. In particular, although the fuel cell is common with the secondary battery in that it outputs electrical energy, it is characterized by being an irreversible energy output source unlike the secondary battery. While the secondary battery can recover its energy state by charging even while the hybrid vehicle is running, the fuel cell cannot recover its power generation capability without replenishing fuel from the outside. In addition, the fuel cell has a characteristic of low response.
[0006]
Conventionally, in a hybrid vehicle equipped with a fuel cell that has been proposed, it has not been sufficiently studied how to use a fuel cell and a heat engine as an energy output source based on such characteristics. In particular, little consideration has been given to the proper use of energy output sources during operation under specific conditions different from normal driving. Moreover, the examination from the viewpoint of improving the convenience of the hybrid vehicle by utilizing the characteristics of the fuel cell as a power source having high efficiency and excellent environmental performance has not been made. These problems are common to various hybrid systems including fuel cells as well as hybrid vehicles. The present invention has been made to solve such a problem, and in a hybrid system equipped with a fuel cell, a hybrid system in which the fuel cell is effectively used as an energy output source and fuel efficiency, environmental performance, and convenience are improved. The purpose is to provide.
[0007]
[Means for solving the problems and their functions and effects]
In order to solve the above-described problems, the present invention has the following configuration.
The hybrid system of the present invention
A hybrid system comprising: an energy output source including at least a fuel cell and a heat engine; and energy transmission means for outputting the energy of the energy output source to the outside in a usable form,
Required energy setting means for setting the total energy to be output;
Target operating state setting means for setting each target operating state of the fuel cell, the heat engine, and the energy transmission means in a mode of outputting the total energy by using the fuel cell preferentially;
Determination means for determining whether or not a predetermined condition relating to the operating state of the system is satisfied;
State changing means for changing at least one target operating state of the fuel cell, the heat engine, and the energy transfer means to a state set in advance according to the predetermined condition when the predetermined condition is satisfied; ,
The gist is provided with operation control means for controlling each of the energy output source and the energy transmission means to a set target operation state.
[0008]
The hybrid system of the present invention includes a fuel cell and a heat engine as energy output sources. The energy output source means a source that outputs energy in various forms such as mechanical energy and electrical energy. The fuel cell corresponds to an energy output source that outputs electrical energy. The heat engine corresponds to an energy output source that outputs mechanical energy. The energy transmission means is provided with energy corresponding to the energy output from the energy output source and the type of energy output to the outside. A means for transmitting and outputting electrical energy corresponds to a conductive wire, an outlet, and the like. As a means for transmitting and outputting mechanical energy, a transmission mechanism such as a gear, a drive shaft, and the like correspond. The energy transmission means also includes a device that changes the form of energy output from the energy output source. That is, when mechanical energy is to be output, an electric motor that converts electrical energy output from the energy output source into mechanical energy is included. When electrical energy is to be output, a generator that generates power using mechanical energy output from an energy output source is included.
[0009]
The hybrid system operates with priority on the fuel cell during normal operation. The priority means that the fuel cell is preferentially used when there is a choice in the energy output source used to output the requested total energy. For example, when it is sufficient to output energy by either a fuel cell or a heat engine, a fuel cell is used. In this case, the heat engine is used when the fuel cell cannot output sufficient energy. The priority also includes a mode in which the ratio of the energy output from the fuel cell among the plurality of energy output sources is maximized. A fuel cell is an energy output source that is capable of generating power with high efficiency and has no harmful emissions, and is excellent in environmental performance. The hybrid system of the present invention can improve the efficiency and environmental performance during operation by preferentially using the fuel cell. Here, the operation is not limited to the case where the hybrid system is traveling, flying, or the like, but is a state in which some energy that can be used is output from the hybrid system even when it is stopped. Say.
[0010]
As described above, the hybrid system of the present invention basically uses the fuel cell preferentially. However, when a predetermined condition is satisfied, the state change means is an energy output source and an energy transmission means. Change the operating state of an element. Various operating states after the change are set according to “predetermined conditions”. The predetermined condition means a condition related to an operating state of the system, and includes, for example, a case where a specific operation mode is selected and a case where a system component is in a specific operation state. Basically, fuel cells can be used preferentially to achieve efficient and environmentally friendly operation, but in some of the wide range of operating conditions, such use of energy output sources is not appropriate There is also. For example, it may be necessary to refrain from operating the fuel cell while sacrificing efficiency and environmental performance. In addition, there is a case where the effect of improving the operation efficiency due to the use of the fuel cell does not sufficiently appear. According to the hybrid system of the present invention, suitable operations can be realized by changing the operating state of each element under predetermined conditions.
[0011]
Here, the significance of the control in the present invention will be described. As already explained, a fuel cell is an energy output source with irreversible characteristics. A secondary battery such as a battery can recover its energy state if it is charged while the hybrid system is running. On the other hand, once the fuel for the fuel cell (hereinafter referred to as FC fuel) is consumed, the energy state cannot be recovered unless replenished from the outside. Considering such characteristics of the fuel cell, there is no guarantee that the efficiency and environmental performance of the hybrid system can be improved by preferentially using the fuel cell. This is because if FC fuel is consumed at an early stage, a relatively low-efficiency energy output source such as a heat engine must be used thereafter, and the average operation efficiency may be reduced.
[0012]
The inventor of the present application examined various operating states and frequencies of the hybrid system equipped with an energy output source including a fuel cell and a heat engine. Regarding the proper use of the energy output source, “a mode in which fuel cells are used preferentially”, “a mode in which the use of fuel cells is avoided as much as possible and FC fuel consumption is suppressed”, “fuel cells and heat engines are used equally. While various modes such as “mode” are conceivable, the conclusion that the mode in which the fuel cell is used preferentially can contribute to the improvement of the operation efficiency and the environmental performance based on the above examination results is reached, and the present invention is completed. It came. It was also concluded that under certain conditions, each element could be changed to a corresponding operating state to achieve a more appropriate operation. The present application is significant in that proper operation is realized in consideration of the characteristics of the fuel cell and the frequency of use when the fuel cell is mounted in a hybrid system.
[0013]
In hybrid systems, operation is often controlled in consideration of energy per unit time. Therefore, in the present specification, the term energy means energy per unit time unless otherwise specified. Therefore, in this specification, energy is a term synonymous with power and electric power in principle.
[0014]
In the hybrid system of the present invention, there are various modes for the “predetermined conditions” and the operating states of the elements corresponding thereto.
As a first aspect,
In a hybrid system having a switch operated by a driver to specify a driving mode,
The predetermined condition in the determination means may be an operation state of the switch.
By doing so, the operating state of each element such as the fuel cell and the heat engine can be arbitrarily set by the driver by the switch operation, and the convenience of the hybrid system can be improved.
[0015]
In the hybrid system that can specify the operation mode by switch operation in this way,
The energy is electrical energy;
The predetermined condition is a condition in which an operation mode that permits output of electrical energy to the outside is specified by the switch,
The change in the state change means may be prohibition of operation of the heat engine.
[0016]
The hybrid system can output electrical energy to the outside. A generator for converting the mechanical energy of the heat engine into electric energy, an outlet for outputting the electric energy output from the heat engine and the fuel cell, and the like are provided as energy transmission means. By providing such an outlet, the convenience of the hybrid system can be improved, for example, various electric products can be used at the destination.
[0017]
In the normal operation mode, the hybrid system of the present invention preferentially uses the fuel cell, and operates the heat engine when the output of the fuel cell is less than the required output. On the other hand, in the above configuration, when the operation mode in which power supply is permitted from an outlet or the like is designated, the operation of the heat engine is prohibited. In general, the use of power at the destination is often a relatively insignificant requirement. In such a case, if the operation of the heat engine is permitted, the heat engine is started when power is supplied, and the efficiency and environmental performance of the hybrid system are impaired. In addition, the heat engine usually has a large operating noise, so it may impair silence. According to the hybrid system configured as described above, in the operation mode using electric energy, the operation of the heat engine can be prohibited, so that such an adverse effect can be avoided.
[0018]
When stopping the operation of the heat engine in this way,
And a start switch operated by a driver to instruct start of the heat engine,
The predetermined condition is a condition in which the start of the heat engine is instructed by operation of the start switch in a state where the operation mode is designated,
It is also preferable that the change in the state change means is a start of the heat engine.
In this way, when it is highly necessary to supply power at the destination, the heat engine can be started and output by the driver's operation. Therefore, the convenience of the hybrid system can be improved. Here, reference is made only to the operation of the fuel cell and the heat engine, but this does not exclude the provision of other energy output sources.
[0019]
In the hybrid system in which the operation mode can be specified by the switch operation as described above, as another aspect,
The energy is mechanical energy;
The predetermined condition is a condition that an operation mode using either one of a fuel cell and a heat engine is selected by the switch,
The change in the state changing means may be execution of operation of the selected energy output source and prohibition of operation of the other energy output source.
[0020]
The hybrid system can output mechanical energy to the outside. An electric motor for converting electrical energy of the fuel cell into mechanical energy, a heat engine, a drive shaft for outputting mechanical energy output from the fuel cell, and the like are provided as energy transmission means. If the output power is used for traveling, the fuel cell and the heat engine can travel.
[0021]
In the normal operation mode, the hybrid system of the present invention preferentially uses the fuel cell, and operates the heat engine when the output of the fuel cell is less than the required output. On the other hand, according to the hybrid system, a driver can arbitrarily select a power source. As a first example, if you want to use the power output from the fuel cell at the destination, select the operation mode that uses the heat engine to reduce the consumption of FC fuel until it reaches the destination. Can do. As a result, the fuel cell can be used more effectively at the destination. As a second example, it is possible to selectively use the vehicle in response to a request for vehicle responsiveness. In general, a fuel cell has a characteristic that output responsiveness is low. In such a case, if an operation mode using a heat engine is selected, the vehicle can be driven with high responsiveness. As a third example, it is possible to selectively use according to a request for noise suppression. In general, a heat engine has a large operating noise, so when there is a high demand for suppressing noise such as when driving at midnight, it is possible to realize operation with quietness by selecting an operation mode using a fuel cell. . Thus, the convenience of the hybrid system can be improved by allowing the driver to arbitrarily select the power source.
[0022]
When stopping the operation of the heat engine,
And a start switch operated by the driver to instruct start of the other energy output source,
The predetermined condition is a condition in which starting of the other energy output source is instructed by operation of the start switch in a state where the operation mode is specified,
It is desirable that the change in the state change means is a start of the other energy output source.
In this way, the other energy output source can be started as required. Therefore, the operation of the energy output source can be performed according to the necessity of outputting power, and the convenience of the hybrid system can be improved. Here, reference is made only to the operation of the fuel cell and the heat engine, but this does not exclude the provision of other energy output sources.
[0023]
Moreover, as a similar aspect,
The energy is mechanical energy;
The predetermined condition is a condition in which an operation mode in which only the fuel cell is an energy output source is selected by the switch,
The change in the state changing means may be the operation execution of the fuel cell and the warm-up prohibition of the heat engine.
[0024]
The advantage that the driver can select the power source by operating the switch is the same as in the above-described embodiment. In the similar mode shown here, when the operation mode in which only the fuel cell is used as the energy output source is selected, not only the operation of the heat engine is prohibited, but also the warm-up, that is, the operation preparation is also prohibited. It is different in point. In this way, it is possible to further improve the fuel efficiency and environmental performance of the hybrid system by prohibiting warm-up of the heat engine.
[0025]
Although there is a disadvantage that the response is slightly delayed when the power of the heat engine is required to prohibit the warm-up of the heat engine, the driver himself is in the operation mode using only the fuel cell as the energy output source. Therefore, even if such a decrease in responsiveness occurs, the influence on driving feeling is small. Normally, each driving mode is set so that there is no significant fluctuation in driving sensation, but from the viewpoint that the driving mode is selected by the driver's intention after understanding its characteristics, This aspect is significant in that an operation mode in which fuel efficiency and environmental performance are particularly emphasized is provided without considering the limitation of fluctuation.
[0026]
Of course, such control is based on the premise that the fuel cell is in an operable state, and the fuel cell cannot be operated even when the operation mode using only the fuel cell as the energy output source is selected. In some cases, the operation of the heat engine may be permitted automatically or manually.
[0027]
As a second aspect regarding the “predetermined condition” and the operating state of each element according to it,
In a hybrid system comprising detection means for detecting the power generation capacity of the fuel cell,
The predetermined condition is a condition in which the power generation capacity decreases to a predetermined value or less,
The change in the state change means may be suppression of the output of the fuel cell.
[0028]
In this case, the power generation capacity can be detected by various parameters. For example, the detection unit may be a unit that detects the power generation capacity based on the amount of remaining fuel for the fuel cell.
The detection means may be means for detecting the power generation capacity based on the temperature of the fuel cell.
[0029]
When the power generation capacity is detected according to the remaining amount of FC fuel, the decrease in power generation capacity means a decrease in the remaining amount of FC fuel. In the hybrid system having the above-described configuration, when the remaining amount of FC fuel decreases in this way, excessive consumption of FC fuel can be suppressed by suppressing the output of the fuel cell. As already explained, since the fuel cell is an irreversible energy output source, the fuel cell cannot be used after the FC fuel is consumed. On the other hand, in the hybrid system configured as described above, the consumption of FC fuel can be suppressed, and the fuel cell can be maintained in a usable state for a long period of time, so that the fuel cell is more effective. It can be used during operation.
[0030]
When the power generation capacity is detected according to the temperature of the fuel cell, the decrease in power generation capacity is caused when the fuel cell becomes abnormally hot, or when the temperature at which power generation is possible before the so-called warm-up is not sufficiently reached. Corresponds. In such a case, if a high output is demanded from the fuel cell, there is a possibility that a bad effect such as remarkably shortening the life of the fuel cell may occur. According to the above configuration, such an adverse effect can be avoided by suppressing the output of the fuel cell.
[0031]
In the hybrid system that suppresses the output of the fuel cell according to the power generation capacity,
The change in the state changing means may be an increase in the output of the heat engine.
In this way, it is possible to suppress the influence due to the decrease in the output of the fuel cell and output the requested total energy.
[0032]
Also,
The energy is the rotational energy of the rotating shaft;
In the case where the energy transmission means is a speed change means capable of shifting and outputting the rotational energy output from the energy output source at a speed ratio of 2 or more,
The change in the state change unit may be an increase in a gear ratio of the transmission unit.
In the case of rotational energy, the influence of torque reduction accompanying a reduction in output is relatively large. According to the above configuration, a decrease in output torque can be suppressed by increasing the gear ratio.
[0033]
As a third aspect regarding the “predetermined conditions” and the operation state of each element corresponding to the “predetermined conditions”
In a hybrid system comprising temperature detection means for detecting the temperature of the heat engine,
The predetermined condition is a condition that the detected temperature of the heat engine is a predetermined value or less,
The change in the state changing means may be execution of warm-up operation of the heat engine.
[0034]
Generally, in order to improve the operation efficiency and exhaust gas purification performance of a heat engine, it is desirable to warm up sufficiently during operation. In the hybrid system of the present invention, when the fuel cell is operated as an energy output source, the temperature of the heat engine may be lowered. According to the hybrid system, when the temperature of the heat engine becomes low, the warm-up can be performed. Therefore, it is possible to improve the operating efficiency and exhaust purification performance of the heat engine when output is required. In the above-described configuration, it is possible to add a condition and perform warm-up when it is determined that there is a high possibility that output from the heat engine is required. In this way, the fuel required for warm-up can be suppressed, and the operating efficiency can be further improved.
[0035]
As a fourth aspect regarding the “predetermined condition” and the operation state of each element according to it,
Temperature detecting means for detecting the temperature of the heat engine;
In a hybrid system comprising a heat transfer means for transferring at least a part of heat energy generated in the fuel cell to the heat engine,
The predetermined condition is a condition that the detected temperature of the heat engine is a predetermined value or less,
The change in the state changing means may be an increase in the output of the fuel cell.
Various configurations can be applied to the heat transfer means. For example, a cooling mechanism for the fuel cell and the heat engine can be used as a common mechanism for the heat transfer means.
[0036]
Even in the hybrid system having such a configuration, the heat engine can be warmed up. However, the hybrid system configured as described above is different in that the heat engine is warmed up using the heat generated from the fuel cell. Since it is not necessary to warm up the heat engine separately, fuel consumption can be suppressed. Even in the above configuration, if it is determined that there is a high possibility that the output from the heat engine is required, the operation efficiency can be further improved if the warm-up is performed.
[0037]
The present invention is a hybrid system comprising an energy output source including at least a fuel cell and a heat engine, and energy transmission means for outputting the energy of the energy output source to the outside in a usable form.
An energy output source selection switch for selecting which of the energy output sources to use by an operation of a driver of the hybrid system;
Target operating state setting means for setting the respective target operating states of the fuel cell, the heat engine, and the energy transfer means in accordance with the state selected by the energy output source selection switch;
It can also be configured as a hybrid system comprising an operation control means for controlling each of the energy output source and the energy transmission means to a set target operation state.
In some cases,
The target operation state setting means not only prohibits operation of the heat engine but also warm-up when only the fuel cell is selected as an energy output source by the energy output source selection switch. It is good also as a means to set a target driving | running state in the state to carry out.
[0038]
In this way, the driver can freely use the energy output source by operating the energy output source selection switch. As an example, there are three possible energy output source selection modes when a fuel cell and a heat engine are provided, in which case only the fuel cell is used, only the heat engine is used, and both are used. According to the hybrid system, a mode in accordance with the driver's will can be selected from these modes, and the energy output source can be properly used according to the will, thereby improving the convenience of the hybrid system. Can do. In addition, if only the fuel cell is selected, if the control for prohibiting the warm-up of the heat engine is also performed, both the fuel efficiency and environmental performance of the hybrid system can be improved as already described. .
[0039]
The various hybrid systems described above are not necessarily limited to the case where only the fuel cell and the heat engine are provided.
Furthermore, it can also be provided with power storage means that is reversible energy output means,
In this case,
The target operation state setting means may be means for setting the target operation state in consideration of electrical energy input / output to / from the power storage means.
[0040]
The power storage means is a reversible energy output source that can recover the energy state by charging during operation of the hybrid system. Examples of power storage means include so-called secondary batteries and capacitors. The hybrid system includes a fuel cell having high efficiency but irreversible characteristics as an energy output source that outputs electrical energy, and reversible power storage means. By using together energy output sources having different characteristics in this way, it is possible to improve the efficiency, environmental friendliness, and convenience of the hybrid system by utilizing the respective characteristics. In the hybrid system, the power storage means may be used preferentially over the fuel cell, or the fuel cell may be used preferentially over the power storage means. Which one is used preferentially can be set according to the respective output ratings and the amount of power that can be stored in the power storage means.
[0041]
The present invention can be applied to various systems such as plants and industrial machines. Further, the present invention can be applied not only to a system fixed on the ground but also to a moving body. The moving body includes various moving bodies that move using power, such as a vehicle, a ship, an aircraft, an airship, and other flying bodies. It is not necessarily limited to transporting people and goods. Moreover, it is not restricted to what a passenger | crew gets on.
[0042]
The present invention
A hybrid system comprising: an energy output source including at least a fuel cell and a heat engine; and energy transmission means for outputting the energy of the energy output source to the outside in a usable form,
When both the fuel cell and the heat engine are in a state where energy can be output, the fuel cell and the heat engine are provided with control means for controlling the operation of the fuel cell and the heat engine so as to output the energy preferentially. It can also be configured as a hybrid system.
[0043]
According to such a hybrid system, since the fuel cell is preferentially used, the efficiency and environmental performance during system operation can be greatly improved as in the hybrid system described above. In this hybrid system, it goes without saying that various additional elements described in the hybrid system can be considered.
[0044]
When the present invention is configured as a hybrid mobile body, for example, the following configuration can be adopted. That is,
A hybrid mobile body comprising: an energy output source including at least a fuel cell and a heat engine; and energy transmission means for outputting the energy of the energy output source to the outside in a usable form.
Deterioration detecting means for detecting deterioration of at least one of the fuel cell and the heat engine;
When the deterioration is detected in one of the fuel cell and the heat engine, the hybrid type movement is provided with a deterioration-time control means for controlling at least the other output in a direction to compensate for the influence on the energy output accompanying the deterioration. It can also be a body.
[0045]
Further, a hybrid mobile body comprising a power output source including at least a fuel cell and a heat engine, and a transmission mechanism that transmits power output from the power output source to a drive shaft via a transmission,
Deterioration detecting means for detecting deterioration of the fuel cell;
When the deterioration of the fuel cell is detected, a hybrid mobile body including transmission control means for controlling the transmission in a direction to compensate for the influence on the energy output due to the deterioration may be provided. .
[0046]
According to the former hybrid type moving body, when the deterioration of the fuel cell or the heat engine occurs, the output on the side where the deterioration does not occur can be controlled to suppress the influence. Here, the deterioration refers to a state in which an original output cannot be obtained due to a failure, a shortage of fuel, a change with time, and the like. In the above configuration, the deterioration of both the fuel cell and the heat engine may be detected, or only one of them may be detected. According to the latter hybrid type moving body, when the fuel cell is deteriorated, the influence of the deterioration can be suppressed by controlling the transmission. In addition, it goes without saying that various additional elements described above in the hybrid system can be applied together in these hybrid mobile bodies.
[0047]
The present invention can also be configured as a hybrid system control method described below.
That is, the control method of the present invention is
A control method for controlling the operation of a hybrid system, comprising: an energy output source including at least a fuel cell and a heat engine; and an energy transmission means for outputting the energy of the energy output source to the outside in a usable state.
(A) setting the total energy to be output;
(B) setting each target operating state of the fuel cell, the heat engine, and the energy transmission means in a mode of outputting the total energy by using the fuel cell preferentially;
(C) determining whether a predetermined condition relating to the operating state of the system is satisfied;
(D) When the predetermined condition is satisfied, a step of changing at least one target operation state of the fuel cell, the heat engine, and the energy transfer means to a state set in advance according to the predetermined condition When,
And (e) controlling the energy output source and the energy transmission means to output the set total energy.
[0048]
According to such a control method, two types of energy output sources, that is, a fuel cell and a heat engine, can be effectively used in various operating states by the same operation as described in the hybrid system. As a result, the driving efficiency, environmental performance, and convenience of the hybrid system can be improved. In the control method invention, it is needless to say that various additional elements described in the hybrid system invention can be considered.
[0049]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples when applied to a hybrid vehicle.
A. Device configuration:
B. General behavior:
C. EV travel control processing:
D. External power supply operation control processing:
E. First modification:
F. Second modification:
G. Third modification:
H. Second embodiment:
I. Modification in the second embodiment:
J. et al. Third embodiment:
K. Application to four-wheel drive:
[0050]
A. Device configuration:
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a hybrid vehicle as an embodiment. The power source of the hybrid vehicle of this embodiment is the engine 10 and the motor 20. As shown in the figure, the power system of the hybrid vehicle of this embodiment has a configuration in which the engine 10, the input clutch 18, the motor 20, the torque converter 30, and the transmission 100 are connected in series from the upstream side. That is, the crankshaft 12 of the engine 10 is coupled to the motor 20 via the input clutch 18. By turning the input clutch 18 on and off, the transmission of power from the engine 10 can be interrupted. The rotating shaft 13 of the motor 20 is also coupled to the torque converter 30. The output shaft 14 of the torque converter is coupled to the transmission 100. The output shaft 15 of the transmission 100 is coupled to the axle 17 via a differential gear 16. Hereinafter, each component will be described in order.
[0051]
The engine 10 is a normal gasoline engine. However, the engine 10 sets the opening / closing timing of the intake valve for sucking a mixture of gasoline and air into the cylinder and the exhaust valve for discharging exhaust gas after combustion from the cylinder relative to the vertical movement of the piston. An adjustable mechanism is provided (hereinafter, this mechanism is referred to as a VVT mechanism). Since the configuration of the VVT mechanism is well known, detailed description thereof is omitted here. The engine 10 can reduce so-called pumping loss by adjusting the opening / closing timing so that each valve is closed with a delay with respect to the vertical movement of the piston. As a result, the torque to be output from the motor 20 when the engine 10 is motored can be reduced. When burning gasoline and outputting power, the VVT mechanism is controlled so that each valve opens and closes at the timing with the best combustion efficiency in accordance with the rotational speed of the engine 10.
[0052]
The motor 20 is a three-phase synchronous motor, and includes a rotor 22 having a plurality of permanent magnets on the outer peripheral surface, and a stator 24 around which a three-phase coil for forming a rotating magnetic field is wound. The motor 20 is driven to rotate by the interaction between a magnetic field generated by a permanent magnet provided in the rotor 22 and a magnetic field formed by a three-phase coil of the stator 24. When the rotor 22 is rotated by an external force, an electromotive force is generated at both ends of the three-phase coil by the interaction of these magnetic fields. Note that a sine wave magnetized motor in which the magnetic flux density between the rotor 22 and the stator 24 is sinusoidally distributed in the circumferential direction can be applied to the motor 20, but in this embodiment, a relatively large torque is used. Applied a non-sinusoidal magnetized motor.
[0053]
As a power source for the motor 20, a battery 50 and a fuel cell system 60 are provided. However, the main power source is the fuel cell system 60. The battery 50 is used as a power source for supplying electric power to the motor 20 so as to compensate for this when the fuel cell system 60 fails or when it is in a transient operating state where sufficient power cannot be output. The electric power of the battery 50 is mainly supplied to a control unit 70 that mainly controls the hybrid vehicle and an electric power device such as a lighting device.
[0054]
A changeover switch 84 for switching the connection state is provided between the motor 20 and each power source. The changeover switch 84 can arbitrarily switch the connection state among the three members of the battery 50, the fuel cell system 60, and the motor 20. The stator 24 is electrically connected to the battery 50 via the changeover switch 84 and the drive circuit 51. Further, the fuel cell system 60 is connected via the changeover switch 84 and the drive circuit 52. The drive circuits 51 and 52 are each composed of a transistor inverter, and each of the three phases of the motor 20 is provided with a plurality of transistors, each including a source side and a sink side. These drive circuits 51 and 52 are electrically connected to the control unit 70. When the control unit 70 PWM-controls the ON / OFF time of each transistor of the drive circuits 51 and 52, a pseudo three-phase alternating current using the battery 50 and the fuel cell system 60 as power supplies flows to the three-phase coil of the stator 24, and a rotating magnetic field is generated. It is formed. The motor 20 functions as an electric motor or a generator as described above by the action of the rotating magnetic field.
[0055]
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the fuel cell system. A fuel cell system 60 includes a methanol tank 61 that stores methanol, a water tank 62 that stores water, a burner 63 that generates combustion gas, a compressor 64 that compresses air, and an evaporation that includes the burner 63 and the compressor 64. Main components are a reactor 65, a reformer 66 that generates a fuel gas by a reforming reaction, a CO reduction unit 67 that reduces the concentration of carbon monoxide (CO) in the fuel gas, and a fuel cell 60A that obtains an electromotive force by an electrochemical reaction. It is a component. The operations of these units are controlled by the control unit 70.
[0056]
The fuel cell 60A is a solid polymer electrolyte type fuel cell, and is configured by stacking a plurality of cells including an electrolyte membrane, a cathode, an anode, and a separator. The electrolyte membrane is a proton-conductive ion exchange membrane formed of a solid polymer material such as a fluorine-based resin. Both the cathode and the anode are formed of carbon cloth woven from carbon fibers. The separator is formed of a gas-impermeable conductive member such as dense carbon which is compressed by gas and impermeable to gas. A flow path of fuel gas and oxidizing gas is formed between the cathode and the anode.
[0057]
Each component of the fuel cell system 60 is connected as follows. The methanol tank 61 is connected to the evaporator 65 by piping. A pump P2 provided in the middle of the pipe supplies methanol, which is a raw fuel, to the evaporator 65 while adjusting the flow rate. Similarly, the water tank 62 is connected to the evaporator 65 by piping. A pump P3 provided in the middle of the pipe supplies water to the evaporator 65 while adjusting the flow rate. The methanol pipe and the water pipe merge into one pipe on the downstream side of the pumps P <b> 2 and P <b> 3, respectively, and are connected to the evaporator 65.
[0058]
The evaporator 65 vaporizes the supplied methanol and water. The evaporator 65 is provided with a burner 63 and a compressor 64. The evaporator 65 boils and vaporizes methanol and water with the combustion gas supplied from the burner 63. The fuel for the burner 63 is methanol. The methanol tank 61 is connected to the burner 63 in addition to the evaporator 65 by piping. Methanol is supplied to the burner 63 by a pump P1 provided in the middle of this pipe. The burner 63 is also supplied with the fuel exhaust gas remaining without being consumed by the electrochemical reaction in the fuel cell 60A. The burner 63 mainly burns the latter of methanol and fuel exhaust gas. The combustion temperature of the burner 63 is controlled based on the output of the sensor T1, and is maintained at about 800 ° C. to 1000 ° C. When the combustion gas of the burner 63 is transferred to the evaporator 65, the turbine is rotated to drive the compressor 64. The compressor 64 takes in air from the outside of the fuel cell system 60, compresses the air, and supplies the compressed air to the anode side of the fuel cell 60A.
[0059]
The evaporator 65 and the reformer 66 are connected by piping. The raw fuel gas obtained by the evaporator 65, that is, a mixed gas of methanol and water vapor, is conveyed to the reformer 66. The reformer 66 reforms the raw fuel gas composed of the supplied methanol and water to generate a hydrogen-rich fuel gas. A temperature sensor T2 is provided in the middle of the transfer pipe from the evaporator 65 to the reformer 66, and the amount of methanol supplied to the burner 63 so that this temperature is usually a predetermined value of about 250 ° C. Be controlled. Note that oxygen is involved in the reforming reaction in the reformer 66. In order to supply oxygen necessary for the reforming reaction, the reformer 66 is provided with a blower 68 for supplying air from the outside.
[0060]
The reformer 66 and the CO reduction unit 67 are connected by piping. The hydrogen-rich fuel gas obtained by the reformer 66 is supplied to the CO reduction unit 67. In the reaction process in the reformer 66, the fuel gas usually contains a certain amount of carbon monoxide (CO). The CO reduction unit 67 reduces the carbon monoxide concentration in the fuel gas. This is because in the polymer electrolyte fuel cell, carbon monoxide contained in the fuel gas inhibits the reaction at the anode and deteriorates the performance of the fuel cell. The CO reduction unit 67 reduces the carbon monoxide concentration by oxidizing carbon monoxide in the fuel gas into carbon dioxide.
[0061]
The CO reduction unit 67 and the anode of the fuel cell 60A are connected by piping. The fuel gas with the reduced carbon monoxide concentration is subjected to a cell reaction on the cathode side of the fuel cell 60A. Further, as described above, a pipe for sending compressed air is connected to the cathode side of the fuel cell 60A. This air is used as an oxidizing gas for the cell reaction on the anode side of the fuel cell 60A.
[0062]
The fuel cell system 60 having the above configuration can supply electric power by a chemical reaction using methanol and water. In this embodiment, the operation state of the fuel cell is controlled according to the remaining amounts of methanol and water in the methanol tank 61 and the water tank 62. In order to realize such control, capacity sensors 61a and 62a are provided in each tank. In the present embodiment, the fuel cell system 60 using methanol and water is mounted. However, the fuel cell system 60 is not limited to this, and various configurations can be applied.
[0063]
The fuel cell system 60 is provided with a cooling system. The engine 10 is also provided with a cooling system, which is not shown in FIG. The cooling system of the fuel cell system 60 is provided separately from the cooling system of the engine 10. As shown in the figure, this cooling system includes a refrigerant path 94 through which the cooling water passes, a radiator 92 for radiating the cooling water, and a pump 93 for circulating the cooling water. The pump 93 is driven by an auxiliary machine driving device 82 described later.
[0064]
In the following description, the fuel cell system 60 is collectively referred to as the fuel cell 60. In addition, methanol and water used for power generation in a fuel cell are collectively referred to as FC fuel. Both capacities are not always the same. In the following description, the FC fuel amount means the capacity on the side that restricts the power generation in the fuel cell. In other words, it means the capacity of methanol and water that is deficient first when power generation is continued.
[0065]
The hybrid vehicle of the present embodiment includes an outlet 91 for supplying electric power to the outside, and the fuel cell 60 and the battery 50 are also used as a power source for the outlet 91. The outlet 91, the fuel cell 60, and the battery 50 are connected via a changeover switch 90, and the power source can be switched between the fuel cell 60 and the battery 50 by switching the changeover switch 90. The changeover switch 90 is changed over by a control signal from the control unit 70. The outlet 91 is also electrically connected to an auxiliary machine driving motor 80 described later. Therefore, if the auxiliary machine driving motor 80 is driven as a generator, the electric power can be output from the outlet 91.
[0066]
The torque converter 30 is a well-known power transmission mechanism using a fluid. The input shaft of the torque converter 30, that is, the output shaft 13 of the motor 20 and the output shaft 14 of the torque converter 30 are not mechanically coupled, and can rotate while slipping from each other. At both ends, a turbine having a plurality of blades is provided, and the turbine of the output shaft 13 of the motor 20 and the turbine of the output shaft 14 of the torque converter 30 are assembled inside the torque converter so as to face each other. ing. The torque converter 30 has a sealed structure, in which transmission oil is enclosed. This oil acts on each of the turbines described above, so that power can be transmitted from one rotating shaft to the other rotating shaft. And since both can rotate in the state which slipped, the motive power input from one rotating shaft can be converted into the rotating state from which rotation speed and torque differ, and can be transmitted to the other rotating shaft. The torque converter 30 is also provided with a lock-up clutch that couples both of the rotating shafts under a predetermined condition so that the both shafts do not slip. On / off of the lockup clutch is controlled by the control unit 70.
[0067]
The transmission 100 includes a plurality of gears, clutches, one-way clutches, brakes, and the like inside, and can convert the torque and the rotational speed of the output shaft 14 of the torque converter 30 by switching the gear ratio and transmit the torque and the rotational speed to the output shaft 15. Mechanism. FIG. 3 is an explanatory diagram showing the internal structure of the transmission 100. The transmission 100 according to the present embodiment is mainly composed of a sub-transmission unit 110 (a portion on the left side of the broken line in the drawing) and a main transmission unit 120 (a portion on the right side of the broken line in the drawing). As a result, it is possible to realize five forward speeds and one reverse speed.
[0068]
The configuration of the transmission 100 will be described in order from the rotating shaft 14 side. As shown in the figure, the power input from the rotating shaft 14 is shifted at a predetermined speed ratio by the auxiliary transmission unit 110 configured as an overdrive unit and transmitted to the rotating shaft 119. The sub-transmission unit 110 includes a clutch C0, a one-way clutch F0, and a brake B0 around a single pinion type first planetary gear 112. The first planetary gear 112 is a gear called a planetary gear, and has three types of gears: a sun gear 114 that rotates around the center, a planetary pinion gear 115 that rotates while revolving around the sun gear, and a ring gear 118 that rotates on the outer periphery of the planetary pinion gear. It is composed of The planetary pinion gear 115 is pivotally supported by a rotating part called a planetary carrier 116.
[0069]
In general, the planetary gear has a property that when the rotational state of two of the three gears described above is determined, the rotational state of the remaining one gear is determined. The rotation state of each gear of the planetary gear is given by a calculation formula (1) well known in mechanics.
Ns = (1 + ρ) / ρ × Nc−Nr / ρ;
Nc = ρ / (1 + ρ) × Ns + Nr / (1 + ρ);
Nr = (1 + ρ) Nc−ρNs;
Ts = Tc × ρ / (1 + ρ) = ρTr;
Tr = Tc / (1 + ρ);
ρ = number of teeth of sun gear / number of teeth of ring gear (1);
[0070]
here,
Ns is the rotation speed of the sun gear;
Ts is the sun gear torque;
Nc is the rotational speed of the planetary carrier;
Tc is the planetary carrier torque;
Nr is the rotational speed of the ring gear;
Tr is the torque of the ring gear;
It is.
[0071]
In the auxiliary transmission unit 110, a rotating shaft 14 corresponding to the input shaft of the transmission 100 is coupled to the planetary carrier 116. A one-way clutch F0 and a clutch C0 are arranged in parallel between the planetary carrier 116 and the sun gear 114. The one-way clutch F0 is provided in a direction to be engaged when the sun gear 114 is rotated forward relative to the planetary carrier 116, that is, rotated in the same direction as the input shaft 14 to the transmission. The sun gear 114 is provided with a multi-plate brake B0 that can stop its rotation. A ring gear 118 corresponding to the output of the auxiliary transmission unit 110 is coupled to the rotating shaft 119. The rotation shaft 119 corresponds to the input shaft of the main transmission unit 120.
[0072]
In the sub-transmission unit 110 having such a configuration, the planetary carrier 116 and the sun gear 114 rotate integrally when the clutch C0 or the one-way clutch F0 is engaged. This is because, when the number of rotations of the sun gear 114 and the planetary carrier 116 is equal, the number of rotations of the ring gear 118 is also equal to the above equation (1). At this time, the rotation shaft 119 has the same rotation speed as the input shaft 14. When the rotation of the sun gear 114 is stopped by engaging the brake B0, if the value 0 is substituted for the rotation speed Ns of the sun gear 114 in the equation (1), the rotation speed Nr of the ring gear 118 is It becomes higher than the rotational speed Nc of the planetary carrier 116. That is, the rotation of the rotating shaft 14 is increased and transmitted to the rotating shaft 119. Thus, the auxiliary transmission unit 110 can selectively fulfill the role of transmitting the power input from the rotary shaft 14 to the rotary shaft 119 as it is and the role of transmitting the power at an increased speed.
[0073]
Next, the configuration of the main transmission unit 120 will be described. The main transmission unit 120 includes three sets of planetary gears 130, 140, and 150. Further, clutches C1, C2, one-way clutches F1, F2 and brakes B1-B4 are provided. Each planetary gear is composed of a sun gear, a planetary carrier, a planetary pinion gear, and a ring gear, like the first planetary gear 112 provided in the auxiliary transmission unit 110. The three sets of planetary gears 130, 140, and 150 are coupled as follows.
[0074]
The sun gear 132 of the second planetary gear 130 and the sun gear 142 of the third planetary gear 140 are integrally coupled to each other, and these can be coupled to the input shaft 119 via the clutch C2. The rotating shaft to which the sun gears 132 and 142 are coupled is provided with a brake B1 for stopping the rotation. In addition, a one-way clutch F1 is provided in a direction to be engaged when the rotating shaft reversely rotates. Furthermore, a brake B2 for stopping the rotation of the one-way clutch F1 is provided.
[0075]
The planetary carrier 134 of the second planetary gear 130 is provided with a brake B3 that can stop its rotation. The ring gear 136 of the second planetary gear 130 is integrally coupled to the planetary carrier 144 of the third planetary gear 140 and the planetary carrier 154 of the fourth planetary gear 150. Further, these three members are coupled to the output shaft 15 of the transmission 100.
[0076]
Ring gear 146 of third planetary gear 140 is coupled to sun gear 152 of fourth planetary gear 150 and to rotating shaft 122. The rotating shaft 122 can be coupled to the input shaft 119 of the main transmission unit 120 via the clutch C1. The ring gear 156 of the fourth planetary gear 150 is provided with a brake B4 for stopping its rotation and a one-way clutch F2 in a direction to engage when the ring gear 156 reversely rotates.
[0077]
The above-described clutches C0 to C2 and brakes B0 to B4 provided in the transmission 100 are engaged and released by hydraulic pressure, respectively. As shown in FIG. 1, hydraulic oil for operating these clutches and brakes is supplied to the transmission 100 from an electric hydraulic pump 102. Although detailed illustration is omitted, the hydraulic pressure can be controlled by the hydraulic pressure control unit 104 in which the transmission 100 is provided with a hydraulic pipe enabling operation and a solenoid valve for controlling the hydraulic pressure. In the hybrid vehicle of this embodiment, the control unit 70 controls the operation of each clutch and brake by outputting a control signal to a solenoid valve or the like in the hydraulic control unit 104.
[0078]
The transmission 100 according to the present embodiment can set five forward speeds and one reverse speed according to a combination of engagement and release of the clutches C0 to C2 and the brakes B0 to B4. Also, so-called parking and neutral conditions can be realized. FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between the engagement states of the clutches, brakes, and one-way clutches and the shift speed. In this figure, ◯ means that the clutch or the like is in an engaged state, ◎ means that it is engaged during power source braking, and △ means that it is engaged, but it is not involved in power transmission. I mean. The power source brake refers to braking by the engine 10 and the motor 20. The engaged state of the one-way clutches F0 to F2 is not based on the control signal of the control unit 70 but based on the rotation direction of each gear.
[0079]
As shown in FIG. 4, in the case of parking (P) and neutral (N), the clutch C0 and the one-way clutch F0 are engaged. Since both the clutch C2 and the clutch C1 are in the disengaged state, power is not transmitted downstream from the input shaft 119 of the main transmission unit 120.
[0080]
In the first speed (1st), the clutches C0 and C1 and the one-way clutches F0 and F2 are engaged. Further, when the engine brake is applied, the brake B4 is further engaged. In this state, the input shaft 14 of the transmission 100 is equal to the state of being directly connected to the sun gear 152 of the fourth planetary gear 150, and the power is transmitted to the output shaft 15 at a gear ratio according to the gear ratio of the fourth planetary gear 150. Is done. The ring gear 156 is constrained so as not to reverse by the action of the one-way clutch F2, and the rotational speed is effectively zero.
[0081]
In the case of the second speed (2nd), the clutch C1, the brake B3, and the one-way clutch F0 are engaged. Further, when the engine brake is applied, the clutch C0 is further engaged. In this state, the input shaft 14 of the transmission 100 is equivalent to a state in which the input shaft 14 is directly connected to the sun gear 152 of the fourth planetary gear 150 and the ring gear 146 of the third planetary gear 140. On the other hand, the planetary carrier 134 of the second planetary gear 130 is fixed. If it sees about the 2nd planetary gear 130 and the 3rd planetary gear 140, both rotation speed of the sun gears 132 and 142 is equal. Moreover, the rotation speeds of the ring gear 136 and the planetary carrier 144 are equal. Under these conditions, the rotational state of the planetary gears 130 and 140 is uniquely determined in view of the equation (1) described above. The rotational speed Nout of the output shaft 15 is higher than the rotational speed at the first speed (1st), and the torque Tout is lower than the torque at the first speed (1st).
[0082]
In the case of the third speed (3rd), the clutches C0 and C1, the brake B2, and the one-way clutches F0 and F1 are engaged. Further, when the engine brake is applied, the brake B1 is further engaged. In this state, the input shaft 14 of the transmission 100 is equivalent to a state in which the input shaft 14 is directly connected to the sun gear 152 of the fourth planetary gear 150 and the ring gear 146 of the third planetary gear 140. On the other hand, the sun gears 132 and 142 of the second and second planetary gears 130 and 140 are in a state in which reverse rotation is prohibited by the action of the brake B2 and the one-way clutch F1, and the rotational speed is effectively zero. Under such conditions, as in the case of the second speed (2nd), the rotational state of the planetary gears 130 and 140 is uniquely determined and the rotational speed of the output shaft 15 is also unambiguous in light of the equation (1) described above. To be determined. The rotational speed Nout of the output shaft 15 is higher than the rotational speed at the second speed (2nd), and the torque Tout is lower than the torque at the second speed (2nd).
[0083]
In the case of the fourth speed (4th), the clutches C0 to C2 and the one-way clutch F0 are engaged. The brake B2 is also engaged at the same time, but is irrelevant to the transmission of power. In this state, since the clutches C1 and C2 are simultaneously engaged, the input shaft 14 is directly connected to the sun gear 132 of the second planetary gear 130, the sun gear 142 and the ring gear 146 of the third planetary gear 140, and the sun gear 152 of the fourth planetary gear 150. It will be in the state. As a result, the third planetary gear 140 rotates integrally at the same rotational speed as the input shaft 14. Therefore, the output shaft 15 also rotates integrally at the same rotational speed as the input shaft 14. Accordingly, at the fourth speed (4th), the output shaft 15 rotates at a higher rotational speed than the third speed (3rd). The rotational speed Nout of the output shaft 15 is higher than the rotational speed at the third speed (3rd), and the torque Tout is lower than the torque at the third speed (3rd).
[0084]
In the case of the fifth speed (5th), the clutches C1, C2 and the brake B0 are engaged. The brake B2 is also engaged but is irrelevant to the transmission of power. In this state, the clutch C0 is disengaged, so that the rotation speed is increased by the auxiliary transmission unit 110. That is, the rotational speed of the input shaft 14 of the transmission 100 is increased and transmitted to the input shaft 119 of the main transmission unit 120. On the other hand, since the clutches C1 and C2 are simultaneously engaged, the input shaft 119 and the output shaft 15 rotate at the same rotational speed as in the case of the fourth speed (4th). In light of Equation (1) described above, the relationship between the rotational speed and torque of the input shaft 14 and the output shaft 119 of the auxiliary transmission unit 110 can be obtained, and the rotational speed and torque of the output shaft 15 can be obtained. . The rotational speed Nout of the output shaft 15 is higher than the rotational speed at the fourth speed (4th), and the torque Tout is lower than the torque at the fourth speed (4th).
[0085]
In the case of reverse (R), the clutch C2 and the brakes B0 and B4 are engaged. At this time, the rotational speed of the input shaft 14 is increased by the auxiliary transmission unit 110 and then directly connected to the sun gear 132 of the second planetary gear 130 and the sun gear 142 of the third planetary gear 140. As already described, the rotation speeds of the ring gear 136 and the planetary carriers 144 and 154 are equal. The rotational speeds of ring gear 146 and sun gear 152 are also equal. Further, the rotation speed of the ring gear 156 of the fourth planetary gear 150 becomes 0 due to the action of the brake B4. In view of the above-described equation (1) under these conditions, the rotational state of the planetary gears 130, 140, 150 is uniquely determined. At this time, the output shaft 15 rotates in the negative direction, allowing reverse travel.
[0086]
As described above, the transmission 100 according to the present embodiment can realize a shift of five forward speeds and one reverse speed. The power input from the input shaft 14 is output from the output shaft 15 as power having different rotational speed and torque. The output power increases in rotational speed and torque decreases in the order from the first speed (1st) to the fifth speed (5th). This is the same when a negative torque, that is, a braking force is applied to the input shaft 14. When a constant braking force is applied to the input shaft 14 by the engine 10 and the motor 20, the braking force applied to the output shaft 15 decreases in the order from the first speed (1st) to the fifth speed (5th). As the transmission 100, various known configurations can be applied in addition to the configuration applied in the present embodiment. Any of those with fewer and more gears than the fifth forward speed can be applied.
[0087]
The gear stage of the transmission 100 is set by the control unit 70 according to the vehicle speed and the like. The driver can change the range of the gear stage to be used by manually operating a shift lever provided in the vehicle and selecting a shift position. FIG. 5 is an explanatory diagram showing the shift position operation unit 160 in the hybrid vehicle of this embodiment. The operation unit 160 is provided on the floor next to the driver's seat in the vehicle along the front-rear direction of the vehicle.
[0088]
As illustrated, a shift lever 162 is provided as an operation unit. The driver can select various shift positions by sliding the shift lever 162 in the front-rear direction. Shift positions are parking (P), reverse (R), neutral (N), drive position (D), 4 position (4), 3 position (3), 2 position (2) and low position (L) from the front It is arranged in the order.
[0089]
Parking (P), reverse (R), and neutral (N) respectively correspond to the engaged states shown in FIG. The drive position (D) means selection of a mode in which the vehicle travels using the first speed (1st) to the fifth speed (5th) shown in FIG. 4 position (4) up to 4th speed (4th), 3 position (3) up to 3rd speed (3rd), 2 position (2) up to 2nd speed (2nd) and low position (L) This means selection of a mode in which the vehicle travels using only the first speed (1st).
[0090]
In addition, the operation unit 160 is provided with various switches for the driver to instruct the operation state of the vehicle. A sports mode switch 163, a power source changeover switch 164, and a manual power generation switch 165. The sports mode switch 163 is operated by the driver when acceleration / deceleration is frequently performed. Normally, the gear stage of the transmission 100 is switched according to a map set according to the vehicle speed and the accelerator opening. When the sport mode switch 163 is turned on, the map is changed so that the lower gear stage is used as a whole.
[0091]
The power source changeover switch 164 is a switch for instructing proper use of the power source during traveling. This switch rotates in the front-rear direction like a seesaw around the portion marked “AUTO” in the figure, and takes three modes of operation. Press the part marked “EG” in the figure and push it forward (hereinafter, the operation mode corresponding to this state is called engine mode), press the part marked “FC” in the figure There are three modes: a state of being tilted backward (hereinafter, an operation mode corresponding to this state is referred to as an FC mode), and a neutral state (hereinafter, an operation mode corresponding to this state is referred to as an automatic mode). The meaning of each operation mode will be described together with the control process described later.
[0092]
The manual power generation switch 165 is a switch that permits extraction of power from the outlet 91. During the period when the manual power generation switch 165 is on, if the ability to supply electric power to the hybrid vehicle remains by the control processing described later, various electric devices are used by plugging into the outlet 91. Ready to go. When the manual power generation switch 165 is off, the outlet 91 cannot be used regardless of whether or not the vehicle has power generation capability.
[0093]
It should be noted that the operation unit for selecting the shift position can apply various configurations other than the configuration shown in the present embodiment (FIG. 5). Moreover, it is good also as what replaces with the sport mode switch 163 or the mode in which a driver | operator can switch a gear stage manually with the sport mode switch 163 is provided. When a mode for manually switching the shift speed is provided, the shift speed may be switched by the shift lever 162, or another operation unit may be provided. As the latter, for example, a configuration in which a switch for raising and lowering the gear position is provided in the steering unit.
[0094]
In the hybrid vehicle of this embodiment, the power output from the energy output source such as the engine 10 is also used to drive the auxiliary machine. As shown in FIG. 1, an auxiliary machine driving device 82 is coupled to the engine 10. The auxiliary machine includes a compressor for an air conditioner, a pump for power steering, a pump 93 included in the cooling system of the fuel cell 60, and the like. Here, the auxiliary machines driven by using the power of the engine 10 or the like are collectively shown as an auxiliary machine driving device 82. Specifically, the accessory driving device 82 is coupled to a pulley provided on the crankshaft of the engine 10 via the accessory clutch 19 via a belt, and is driven by the rotational power of the crankshaft.
[0095]
An auxiliary machine driving motor 80 is also coupled to the auxiliary machine driving device 82. The accessory driving motor 80 is connected to the fuel cell 60 and the battery 50 via the changeover switch 83. The accessory drive motor 80 has the same configuration as that of the motor 20 and can be driven by the power of the engine 10 to generate electric power. The electric power generated by the auxiliary machine driving motor 80 can charge the battery 50. Further, the accessory drive motor 80 can also be powered by receiving power from the battery 50 and the fuel cell 60. As will be described later, in the hybrid vehicle of this embodiment, the operation of the engine 10 is stopped under predetermined conditions. If the auxiliary drive motor 80 is powered, the auxiliary drive device 82 can be driven even when the engine 10 is stopped. Of course, when the engine 10 is stopped, the input clutch 18 may be turned on to drive the accessory driving device 82 with the power of the motor 20. When the accessory is driven by the accessory drive motor 80, the accessory clutch 19 between the engine 10 and the accessory drive device 82 is released in order to reduce the burden.
[0096]
The hybrid vehicle of the present embodiment includes an engine 10 and a fuel cell 60 as main energy output sources. Since the electric power of the battery 50 is not mainly used for running, it is not included in the main energy output source here. Electric energy can be output from the fuel cell 60, and mechanical energy can also be output to the drive shaft 15 by powering the motor 20. The engine 10 can output mechanical energy to the drive shaft 15, and can also output electrical energy by driving the motor 20 or the accessory drive motor 80 as a generator. In this embodiment, as described later, these two main energy output sources are used properly. The use of both varies depending on the FC fuel. In the present embodiment, a display unit is provided for informing the driver which one of the two is running as an energy source so that the driver can drive comfortably.
[0097]
FIG. 6 is an explanatory view showing an instrument panel of the hybrid vehicle in this embodiment. This instrument panel is installed in front of the driver as in a normal vehicle. The instrument panel is provided with a gasoline fuel gauge 202, a fuel cell fuel gauge 203, and a speedometer 204 on the left side as viewed from the driver, and an engine water temperature gauge 208 and an engine tachometer 206 on the right side. Yes. Below the engine tachometer 206, an EV indicator 223 is provided. The EV indicator 223 is lit when traveling by the power of the motor 20. An external power indicator 224 is provided below the speedometer. The external power indicator 224 is lit when power can be taken out from the outlet 91. As shown in the figure, the engine fuel cell fuel gauge 203 is configured to indicate the remaining amount of methanol and the remaining amount of water used for reforming with left and right hands, respectively. A shift position indicator 220 for displaying the shift position is provided at the center, and direction indicator indicators 210L and 210R are provided on the left and right sides thereof. A sports mode indicator 222 is provided above the shift position indicator 220. The sport mode indicator 222 is lit when the sport mode is selected.
[0098]
In the hybrid vehicle of this embodiment, the control unit 70 controls the operation of the engine 10, the motor 20, the torque converter 30, the transmission 100, the accessory driving motor 80, and the like (see FIG. 1). The control unit 70 is a one-chip microcomputer having a CPU, RAM, ROM, and the like inside, and the CPU performs various control processes to be described later according to programs recorded in the ROM. Various input / output signals are connected to the control unit 70 in order to realize such control. FIG. 7 is an explanatory diagram showing input / output signal connections to the control unit 70. In the drawing, the signal input to the control unit 70 is shown on the left side, and the signal output from the control unit 70 is shown on the right side.
[0099]
Signals input to the control unit 70 are signals from various switches and sensors. Such signals include, for example, gasoline remaining amount, FC fuel remaining amount, fuel cell temperature, engine 10 rotation speed, engine 10 water temperature, ignition switch, remaining battery capacity SOC, battery temperature, vehicle speed, and torque converter 30 oil temperature. , Shift position, side brake on / off, foot brake depression amount, catalyst temperature for purifying exhaust of engine 10, accelerator opening, sport mode switch 163 on / off, vehicle acceleration sensor, power source switch 164 state, manual power switch 165 on / off and the like. Although many other signals are input to the control unit 70, illustration is omitted here.
[0100]
The signal output from the control unit 70 is a signal for controlling the engine 10, the motor 20, the torque converter 30, the transmission 100, and the like. Such signals include, for example, an ignition signal for controlling the ignition timing of the engine 10, a fuel injection signal for controlling fuel injection, an auxiliary machine drive motor control signal for controlling the operation of the auxiliary machine drive motor 80, and the operation of the motor 20. A motor control signal for controlling the transmission, a transmission control signal for switching the gear position of the transmission 100, an AT solenoid signal and an AT line pressure control solenoid signal for controlling the hydraulic pressure of the transmission 100, and the power from the engine 10 to the motor 20 side. Input clutch 18 control solenoid for controlling the input clutch 18 for turning on / off the transmission, AT lockup control solenoid for locking the torque converter 30, control signal for the power source changeover switch 84 of the motor 20, auxiliary drive Control signal of the power source changeover switch 83 of the motor 80, fuel power Control signal of the system 60, and the like. Many other signals are output from the control unit 70, but the illustration is omitted here.
[0101]
B. General behavior:
Next, general operation of the hybrid vehicle of the present embodiment will be described. As described above with reference to FIG. 1, the hybrid vehicle of this embodiment includes the engine 10 and the motor 20 as power sources. The control unit 70 travels by using both in accordance with the traveling state of the vehicle, that is, the vehicle speed and torque. The use of both is set in advance as a map and stored in the ROM in the control unit 70.
[0102]
FIG. 8 is an explanatory diagram showing the relationship between the running state of the vehicle and the power source. A region MG in the drawing is a region where the motor 20 is used as a power source. The region outside the region MG is a region that travels using the engine 10 as a power source. Hereinafter, the former is referred to as EV traveling, and the latter is referred to as engine traveling. According to the configuration of FIG. 1, it is possible to travel using both the engine 10 and the motor 20 as power sources, but in this embodiment, such a travel region is not provided.
[0103]
As shown in the figure, the hybrid vehicle according to the present embodiment first starts by EV traveling. In such a region, the vehicle travels with the input clutch 18 turned off. When the vehicle started by EV traveling reaches a traveling state in the vicinity of the boundary between the region MG and the region EG in the map of FIG. 8, the control unit 70 turns on the input clutch 18 and starts the engine 10. When the input clutch 18 is turned on, the engine 10 is rotated by the motor 20. The control unit 70 injects and ignites fuel at the timing when the rotational speed of the engine 10 increases to a predetermined value. In addition, the VVT mechanism is controlled to change the opening / closing timing of the intake valve and the exhaust valve to a timing suitable for the operation of the engine 10.
[0104]
Thus, after the engine 10 is started, the vehicle travels using only the engine 10 as a power source in the region EG. When traveling in such a region is started, the control unit 70 shuts down all the transistors of the drive circuits 51 and 52. As a result, the motor 20 is simply idled.
[0105]
The control unit 70 performs control for switching the power source in accordance with the traveling state of the vehicle as described above, and also performs processing for switching the gear position of the transmission 100. Similar to the switching of the power source, the shift stage is switched based on a map preset in the running state of the vehicle. The map also differs depending on the shift position. FIG. 8 shows a map corresponding to D position, 4 position, and 3 position. As shown in this map, the control unit 70 switches the gear position so that the gear ratio decreases as the vehicle speed increases.
[0106]
In the drive position (D), as shown in FIG. 8, the vehicle travels using the shift speeds up to the fifth speed (5th). At the 4 position, the vehicle travels using the shift speeds up to the fourth speed (4th) in this map. In the fourth position, the fourth speed (4th) is used even in the 5th region in FIG. Similarly, in the case of 3 positions, the vehicle travels using the shift speeds up to the third speed (3rd) in the map of FIG.
[0107]
At the 2 position and L position, the map is changed to a map unique to each shift position to control the shift speed. FIG. 9 is an explanatory diagram showing a state of switching of the gear position at the two positions. In the second position, the first speed and the second speed are used. In the two-position map (FIG. 9), the boundary for switching between the first speed and the second speed is the same as in the D-position map (FIG. 8). In the 2 position, the range of the region MG is different compared to the D position.
[0108]
Since the 3rd speed is not used in the 2 position, the area MG is set to exclude the area using the 3rd speed (hatched part) in the map of the D position (FIG. 8) from the area MG. Is also possible. In the present embodiment, the region MG at two positions is set in a wider range than this region. The broken line in FIG. 9 is shown for comparison with the map of the D position, and is a curve corresponding to the boundary between the second speed and the third speed in the map of the D position. Thus, by expanding the region corresponding to the second speed in the region MG, the motor 20 can be sufficiently utilized as a power source even in the two positions, and the fuel efficiency of the hybrid vehicle can be improved. In setting the region corresponding to the second speed, the driving feeling in the widened region (the hatched region in FIG. 9) should not be significantly different from the corresponding region in the D position in consideration of the rating of the motor 20. It is desirable to set.
[0109]
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a state of switching of the gear position at the L position. In the L position, only the first speed is used. For the same reason as described in the map setting at two positions, the range of the region MG is different at the L position compared to the two positions. The region MG at the L position is set to a wider range than the region corresponding to the first speed in the region MG in the two-position map. FIG. 11 is an explanatory diagram showing the state of shifting of the gear position at the R position. Since the vehicle moves backward at the R position, the width of the region MG is set separately from the map at the shift position in the forward direction.
[0110]
In addition to the switching based on this map, the shift stage is also switched by a so-called kick-down, in which the driver shifts the shift stage to a higher one-stage gear ratio by suddenly depressing the accelerator pedal. In addition, when the sports mode is selected, the shift is performed based on a map that is set by expanding each region in which the gear position having a low gear ratio is used. These switching controls are the same as those of a well-known vehicle that uses only an engine as a power source and includes an automatic transmission. The relationship between the shift speed and the running state of the vehicle can be variously set according to the gear ratio of the transmission 100 in addition to those shown in FIGS.
[0111]
In addition, in FIGS. 8-11, the map in the case of selectively using EV driving | running | working and engine driving | running | working according to the driving | running | working state of the vehicle was shown. The control unit 70 of the present embodiment also includes a map in the case where all the regions are performed by engine running. Such a map is obtained by removing the EV traveling area (area MG) in FIGS. Electric power is required for EV traveling. When the electric power can be secured from the battery 50 and the fuel cell system 60, the control unit 70 operates by separately using EV traveling and engine traveling. If sufficient electric power cannot be secured, the engine is driven. Even when the start is started by EV travel, if the vehicle reaches a situation where sufficient electric power cannot be secured after the start, the vehicle is switched to engine travel even if the travel state of the vehicle is within the region MG. Such use control will be described later.
[0112]
Next, braking of the hybrid vehicle of this embodiment will be described. The hybrid vehicle of the present embodiment can be braked by two types of brakes, a wheel brake applied by depressing a brake pedal and a power source brake by load torque from the engine 10 and the motor 20. The braking by the load torque of the motor 20 is so-called regenerative braking, which is a braking method in which the kinetic energy of the hybrid vehicle is recovered as electric power by the motor 20. The collected power is charged in the battery 50. Braking by the power source brake is performed when the accelerator pedal is released. When the brake pedal is depressed, a braking force consisting of the sum of the power source brake and the wheel brake is applied to the vehicle.
[0113]
In the hybrid vehicle of the present embodiment, the control unit 70 controls the engine 10, the motor 20, and the like to enable the above-described traveling. Control is performed by executing predetermined control processing prepared for each of various driving modes of the vehicle. Below, the contents of the control process will be described for each of the typical driving modes for the hybrid vehicle of this embodiment.
[0114]
C. EV travel control processing:
FIG. 12 is a flowchart of the EV traveling control process routine. This process is periodically executed by the CPU in the control unit 70 at predetermined time intervals. This process is executed when the running state of the vehicle is in the MG region shown in FIGS. When this process is started, the CPU inputs the driving state of the vehicle (step S10). Inputs from the various sensors shown in FIG. 7 are made. In particular, the shift position, the vehicle speed, the accelerator opening, the gasoline remaining amount GSL, the remaining battery capacity SOC, the remaining fuel amount FCL for the fuel cell, and the state of the ignition switch The state of the power source changeover switch 164 is involved in the subsequent processing.
[0115]
Next, the CPU determines whether or not the engine mode is designated based on the state of the power source changeover switch 164 (step S20). The engine mode is an operation mode that travels using only the engine 10 as a power source. When the engine mode is designated, EV traveling using the motor 20 as a power source is not performed even when the traveling state of the vehicle is in the MG region. When it is determined in step S20 that the engine mode is designated, the CPU determines whether or not the gasoline remaining amount GSL is equal to or greater than a predetermined value G1 (step S60). If the remaining amount is equal to or greater than the predetermined value G1, it is determined that the engine 10 may be operated, and traveling using the engine 10 as a power source is performed (step S65). If the remaining amount is less than the predetermined value G1, it is determined that the operation of the engine 10 should be stopped, and the operation of the engine 10 is stopped (step S70). At this time, the operation of the motor 20 is also stopped in the engine mode (step S70).
[0116]
As described above, the predetermined value G1 is a value that serves as a criterion for determining whether or not to permit the operation of the engine 10, and can be set to an arbitrary value of 0 or more. If G1 is set to a value of 0, it is possible to run in the engine mode until gasoline is completely consumed. In this embodiment, considering that the engine mode is a mode arbitrarily selected by the driver, the value of G1 is set to a positive predetermined value. That is, in the engine mode, the operation is actually prohibited in a state where the operation of the engine 10 can be continued. For example, by selecting the automatic mode, the driver can continue traveling using the motor 20 and the engine 10 properly.
[0117]
When the engine mode is not selected in step S20, that is, when it is determined that the automatic mode or the FC mode is selected, the CPU executes the use of the power source in a state corresponding to each operation mode. In order to determine whether or not the fuel cell 60 is in a usable state, the CPU determines whether or not the remaining amount FCL of the FC fuel is equal to or greater than a predetermined value F1 (step S30). The setting of the predetermined value F1 will be described later. When the remaining amount is F1 or more, it is determined that the fuel cell 60 can be used, and traveling using the motor 20 as a power source is performed (step S35). In addition, the EV indicator 223 is turned on to realize a driving without a sense of incongruity. At this time, the engine 10 is stopped for the driver to use the motor 20 as a power source. (Step S35). Here, a flag for specifying whether or not the engine can be operated is turned off. Actually, the operation is stopped by a separately prepared engine operation control process.
[0118]
In order to drive the motor 20, the CPU controls the power source changeover switch 84 to connect the fuel cell 60 and the motor 20. In addition, a flag indicating whether or not the motor 20 can be operated is turned on, and a target operation state of the motor 20, that is, a target rotational speed and a target torque are specified. In this embodiment, since the operation of the motor 20 is executed by a separately prepared routine, the data to be transferred to the routine is set here. The target rotational speed is specified by multiplying the vehicle speed input in step S10 by the gear ratio of the transmission 100, the gear ratio of the differential gear, and the like. The target torque is specified by a map set in advance according to the vehicle speed and the accelerator opening. These target operation states are transferred to a separately prepared control process, whereby the motor 20 is operated in the target operation state.
[0119]
A control process for driving the motor 20 will be described. FIG. 13 is a flowchart showing a motor drive control routine. When this process is started, the CPU determines whether or not an operation flag permitting driving of the motor 20 is turned on (step S1). If the operation flag is not on, it is determined that the motor 20 should not be driven, and the motor drive control routine is terminated without performing any processing.
[0120]
If the operation flag of the motor 20 is on, next, the target operation state of the motor 20, that is, the target rotational speed and the target torque are input (step S2). The target operation state is set in each operation control process such as the EV travel control process described above. Based on the target operation state thus input, the CPU sets the voltages Vd and Vq to be applied to the motor 20 (step S3). Vd and Vq mean the d-axis voltage and the q-axis voltage of the motor 20, respectively. In the present embodiment, vector control, which is a well-known technique, is applied as a synchronous motor control method. In the vector control, the voltages in the d-axis and q-axis directions that rotate with the rotation of the rotor are treated as essential parameters for controlling the output torque of the motor 20. These voltages are preset according to the target rotational speed and the target torque, and are stored as a table. The CPU sets the applied voltages Vd and Vq with reference to this table based on the target operating state input in step S2.
[0121]
When the voltages in the d-axis direction and the q-axis direction are thus set, the CPU converts these voltages into voltages to be applied to the U, V, and W-phase coils of the motor 20 (step S4). Such a conversion is called a two-phase / 3-phase conversion. The voltage values in the d-axis direction and the q-axis direction can be converted by multiplying a known matrix corresponding to the rotational position of the rotor. Based on the voltage of each phase thus set, the CPU performs PWM control of the transistor (step S5). That is, control is performed to adjust the on / off ratio of each transistor connected to each phase in accordance with the voltage. With the above processing, the CPU can control the operation of the motor 20.
[0122]
Note that the fuel cell 60 normally requires a certain delay time until the requested power is output. In the present embodiment, the battery 50 is used in an auxiliary manner in order to suppress the influence of the rise delay. That is, power is supplied from the battery 50 so as to compensate for the shortage of power until the required power is sufficiently output, and when the desired power is output from the fuel cell 60, the power is completely output. The fuel cell 60 is used as a power source. Such control is achieved by making the motor 20 connected to both the battery 50 and the fuel cell 60, controlling the switching of each drive circuit 51, 52, and gradually changing the voltage supplied from each power source. It is feasible. Of course, only the fuel cell 60 may be used as a power source from the beginning regardless of whether or not a rise delay occurs.
[0123]
In step S30, if the remaining amount FCL of the FC fuel is smaller than the predetermined value F1, it is determined that the fuel cell 60 should not be used. Next, the CPU determines whether or not the FC mode is set based on the state of the power source changeover switch 164 (step S40). The FC mode is an operation mode that travels using the fuel cell 60 as an energy output source. The automatic mode is an operation mode in which the fuel cell 60 and the engine 10 are used separately. Therefore, when the FC mode is not selected and the remaining amount of FC fuel is consumed, the vehicle travels using the engine 10 as a power source (step S65). When traveling using the engine 10 as a power source, the EV indicator 223 is turned off.
[0124]
On the other hand, when the FC mode is selected, the use of the engine 10 is prohibited in principle. Next, the CPU determines whether or not the ignition switch is turned on (step S50). When the ignition switch is not turned on, as a rule, the operation of the engine 10 is prohibited and the operation of the fuel cell 60 is also stopped (step S55). The hybrid vehicle loses its power source and stops. On the other hand, when the ignition switch is on, it is determined that the driver has requested to start the engine 10, in other words, it is determined that the FC mode has been released, and the engine 10 is connected to the power source. (Step S65).
[0125]
When traveling using the engine 10 as a power source (step S65), processing for increasing the remaining capacity SOC of the battery 50 is simultaneously performed. In the present embodiment, the remaining capacity SOC of the battery 50 is controlled so as to maintain a predetermined lower limit value or more. When the remaining capacity of the battery 50 is less than this lower limit, charging by driving the auxiliary drive motor 80 as a generator with the power of the engine 10 or charging by the fuel cell 60 is performed. When the engine 10 is driven using the engine 10 as a power source in step S65, there is a high possibility that the FC fuel is insufficient. Therefore, the lower limit value of the battery 50 is increased so that the power demand can be quickly met.
[0126]
Here, the setting of the remaining capacity SOC of the battery 50 will be described. FIG. 14 is an explanatory diagram showing the relationship between the state of charge of the battery 50 and the utilization of regenerative power. Here, the states when the charge state of the battery 50 is changed in three ways, CASE1 to CASE3, are shown. CASE1 corresponds to the case where the charge state value SOC1 is relatively high. The battery 50 maintains power indicated by hatching in the figure. Consider a case where the hybrid vehicle is regeneratively braked in such a state. Electric power obtained by regenerative braking (hereinafter referred to as regenerative power) varies depending on the vehicle speed before and after braking and the weight of the vehicle, but here, average regenerative power is shown. In CASE 1 in which the lower limit value of the battery 50 is set to a high value, it is impossible to charge all the regenerative power within the charging limit of the battery 50. Therefore, in CASE 1, a part of the regenerative power (filled portion in the figure) is discarded. As a result, the hybrid vehicle cannot use the kinetic energy of the vehicle, so that the energy efficiency is lowered.
[0127]
CASE2 corresponds to the case in the middle state of charge SOC2. In such a state, the regenerative power can be charged to the battery 50 within the charging limit. CASE3 corresponds to the case in the low state of charge SOC3. Even in such a state, the battery 50 can be sufficiently charged with the regenerative power. With these settings, the kinetic energy of the hybrid vehicle can be used efficiently. Thus, from the viewpoint of effectively using the regenerative power, it is desirable to maintain the charge amount of the battery 50 at a low value.
[0128]
On the other hand, the amount of charge of the battery 50 needs to be maintained at a value that can sufficiently output the required power. As described above, the electric power of the battery 50 is used to compensate for the rise delay at the beginning of the operation of the fuel cell 60. In this case, it is necessary to output a relatively large amount of power. Normally, in consideration of these, the lower limit value of the state of charge of the battery 50 is set to a value corresponding to SOC3 in the drawing. In step S65, the lower limit value of the remaining capacity of the battery 50 is increased within a range where regenerative power can be charged, such as a value corresponding to SOC2 in the figure.
[0129]
Next, the setting of F1 (step S30) used in the above process will be described. The predetermined value F1 is a value serving as a reference for determining whether or not to use the fuel cell 60 as a power source. The predetermined value F1 can be arbitrarily set within a range of 0 or more. If the value is set to 0, the fuel cell 60 is used as a power source as long as fuel remains. Considering only EV traveling, it is preferable to set the value as 0 from the viewpoint of driving efficiency and environmental performance. However, when the value is set to 0, when it becomes necessary to use the fuel cell in another operation mode, the fuel is already consumed in the EV traveling, and there is a possibility that the fuel cell cannot be used. .
[0130]
In this embodiment, the positive predetermined value is set in consideration of other operation modes. That is, the EV travel control process is set so that fuel for the fuel cell is not completely consumed. As will be described later, the hybrid vehicle of the present embodiment requires a power source in various modes even in an operation mode other than EV traveling. From the viewpoint of driving efficiency and environmental performance, there is an operation mode in which the necessity of a power source is higher than that of EV traveling. In order to make it easy to secure the fuel cell as a power source in this mode, in this embodiment, the use of fuel for the fuel cell is suppressed during EV travel. In other words, the fuel cell is used as a power source only when there is fuel of a predetermined value F1 or more and the fuel has a relatively large margin. In the processing of this embodiment, the predetermined value F1 is common between the case where the FC mode is selected and the case where the automatic mode is selected. The value of F1 can be changed according to the operation mode.
[0131]
According to the EV traveling control process described above, in the MG region, it is usually possible to travel using the fuel cell 60 preferentially. Accordingly, it is possible to realize an operation with excellent efficiency and environmental performance. In the above embodiment, the driver can arbitrarily specify the power source to be used during traveling by operating the power source changeover switch 164. Therefore, the operation state according to the driver's intention can be realized, and the convenience of the hybrid vehicle can be improved.
[0132]
The example of the scene where convenience improves by selection of a power source is shown. As a first example, when it is desired to use the outlet 91 using the fuel cell 60 at the destination, it is possible to suppress the consumption of FC fuel until the destination is reached by selecting the engine mode. As a result, the fuel cell 60 can be used more effectively at the destination. As a second example, it is possible to selectively use the vehicle in response to a request for vehicle responsiveness. In general, the fuel cell 60 has a characteristic that output responsiveness is low. If the engine mode is selected in such a case, the vehicle can be driven with high responsiveness. As a third example, it is possible to selectively use according to a request for noise suppression. In general, since the engine 10 has a large operating noise, when the demand for suppressing noise is high, such as when driving at midnight, the operation with quietness can be realized by selecting the FC mode. Thus, the convenience of the hybrid vehicle can be improved by allowing the driver to arbitrarily select the power source.
[0133]
Note that, in the above control process, when the FC mode is selected, the case where the hybrid vehicle stops until the ignition switch is operated when the FC fuel is reduced (see step S55 in FIG. 12). If the driver unexpectedly stops due to the consumption of FC fuel, the convenience of the hybrid vehicle may be impaired, such as the driver misjudging it as a failure. In order to avoid such misjudgment, it is desirable that the control process includes a process of notifying the driver by blinking the EV indicator 223 when the FC fuel is reduced to the vicinity of the predetermined value F1.
[0134]
D. External power supply operation control processing:
FIG. 15 is a flowchart of the external power supply operation control process. As shown in FIG. 1, the hybrid vehicle of this embodiment includes an outlet 91 for connecting and using an electric device. The external power supply operation control process is a process for controlling the supply of power to the outlet 91.
[0135]
When this process is started, the CPU inputs signals from each sensor and switch (step S110). Inputs from the various sensors shown in FIG. 7 are made. In particular, manual power generation switch 165, shift position, remaining battery capacity SOC, FC fuel remaining amount FCL, and ignition switch on / off are used for the subsequent processing. concern.
[0136]
Next, the CPU determines whether or not the manual power generation switch 165 is turned on (step SS110). When manual power generation switch 165 is off, use of outlet 91 is not permitted. Accordingly, the CPU performs a process of turning off the external power supply, that is, a process of prohibiting the supply of power to the outlet 91, and turns off the external power supply indicator 224 (step S140). The external power supply is turned off by setting the changeover switch 90 to the neutral state.
[0137]
If the manual power generation switch 165 is on, the CPU next determines whether or not the shift position is the P position (step SS115). Although this determination is not necessarily required, in this embodiment, the determination is made for confirmation in consideration of the fact that the use of the outlet 91 is likely to be stopped. If it is not the P position, use of an external power supply is not permitted. Therefore, the CPU performs a process of turning off the external power supply, and turns off the external power supply indicator 224 (step S140). If it is highly necessary to use the outlet 91 during traveling, the determination process in step S115 may be omitted.
[0138]
On the other hand, when it is determined that the position is the P position, processing for outputting electric power from the outlet 91 is performed. The hybrid vehicle includes two types of power sources, a battery 50 and a fuel cell 60. Further, the auxiliary drive motor 80 can be driven as a generator by the engine 10 to be used as a power source. In this embodiment, the power source is used in the priority order of the battery 50, the fuel cell 60, and the engine 10.
[0139]
In order to realize the above-described proper use, the CPU first determines whether or not the remaining capacity SOC of the battery 50 is equal to or greater than a predetermined value A% (step S120). If the SOC is greater than or equal to A%, it is determined that the battery 50 has room, and the external power supply is turned on and the external power supply indicator 224 is turned on (step S125). At this time, the power source for supplying power to the outlet 91 is the battery 50, and both the fuel cell 60 and the engine 10 are stopped.
[0140]
The predetermined value A% is a value that serves as a criterion for determining whether to use the power of the battery 50, and can be set to an arbitrary value. In the present embodiment, as described above, the battery 50 compensates for the rise delay of the fuel cell 60. For this reason, it is desirable to leave the battery 50 with electric power capable of realizing such compensation. In this embodiment, from this point of view, the predetermined value A% is set to a value that allows a slight margin for SOC3 in FIG. Of course, other values may be set.
[0141]
In step S120, if the remaining capacity SOC is less than A%, the CPU determines whether or not the remaining capacity FCL of the FC fuel is equal to or greater than a predetermined value F2 (step S130). If the remaining capacity FCL is equal to or greater than the value F2, it is determined that the power generation capacity of the fuel cell 60 is sufficient, and the external power supply is turned on and the external power supply indicator 224 is turned on (step S150). ). At this time, the power source for supplying power to the outlet 91 is the fuel cell 60, and the engine 10 has stopped operating.
[0142]
The predetermined value F2 is a value serving as a criterion for determining whether or not to use the fuel cell 60, and can be set to an arbitrary value. Here, the outlet 91 is equipment for improving the convenience of the hybrid vehicle, and is not essential equipment for essential functions of the vehicle. From this point of view, in this embodiment, the use of the external power source is limited to a case where the power generation capability of the fuel cell 60 has a sufficient margin. Therefore, the predetermined value F2 is set to a positive predetermined value. In consideration of the necessity in the EV traveling control process (FIG. 12) described above, the value F2 is set to a value larger than the predetermined value F1 used in the EV traveling control process. Of course, it goes without saying that the value F2 is not limited to such a setting.
[0143]
When the remaining capacity FCL is less than the predetermined value F2 in step S130, the use of the external power supply is prohibited in principle. That is, the supply of electric power to the outlet 91 using the engine 10 as a power source is executed only when instructed separately by the driver. In order to make such a determination, the CPU determines whether or not the ignition switch is on (step S135). When the ignition switch is not turned on, as a rule, the use of the external power supply is prohibited and the external power supply indicator 224 is turned off (step S140). On the other hand, when the ignition switch is on, it is determined that the driver has instructed power supply using the engine 10 as a power source, and the external power supply is turned on and the external power indicator 224 is turned on. Processing is performed (step S145). In this case, the auxiliary drive motor 80 is driven as a generator by the power of the engine 10 that supplies power to the outlet 91. The fuel cell 60 stops operation.
[0144]
According to the external power supply operation control processing routine described above, power can be output from the outlet 91, and the convenience of the hybrid vehicle can be improved. At this time, by preferentially using the battery 50 that is a reversible power source, it is possible to output electric power without affecting the running that is an essential function of the vehicle. By using the battery 50 and the fuel cell 60 as a power source and prohibiting the supply of electric power using the engine 10 as a power source in principle, the electric power from the outlet 91 can be utilized without impairing fuel efficiency and environmental performance. In addition, by prohibiting the operation of the engine 10, it is possible to ensure quietness when the outlet 91 is used.
[0145]
In the control process, power can be supplied using the engine 10 by turning on the ignition switch. Therefore, when the necessity to use the outlet 91 is high, it is possible to ensure the supply of electric power according to the driver's will and improve the convenience of the hybrid vehicle.
[0146]
E. First modification:
According to the hybrid vehicle of the first embodiment described above, by using the fuel cell 60 preferentially over the engine 10, it is possible to improve the driving efficiency and environmental performance during operation of the vehicle. In addition, since the driver can manually select the operation mode or specify the operation state of the outlet 91, the operation state according to the driver's intention can be realized, and the convenience of the hybrid vehicle can be realized. Can be improved. Furthermore, in the operation mode in which it is not suitable to use the engine 10, since the operation of the engine 10 is prohibited in principle, it is possible to avoid a decrease in fuel consumption and environmental performance associated with the operation of the engine 10. Even in such a case, by permitting the operation of the engine 10 by operating the ignition switch, an operating state according to the driver's intention can be realized, and the convenience of the hybrid vehicle can be improved.
[0147]
Various modifications can be configured in the hybrid vehicle and the control process of the above embodiment. A modification of the EV traveling control process will be described as a first modification. FIG. 16 is a flowchart of an EV traveling control process routine in the first modification. Here, only the parts different from the first embodiment are shown. In the first embodiment, whether or not to use the fuel cell 60 is determined based on whether or not the remaining amount FCL of the FC fuel is equal to or greater than a predetermined value F1 (step S30 in FIG. 12). At this time, the predetermined value F1 is assumed to be a constant value. On the other hand, the first modification is different in that whether or not the fuel cell 60 can be used is changed depending on whether or not the remaining capacity FCL is equal to or greater than a predetermined value FGSL. The predetermined value FGSL is a value that varies according to the gasoline remaining amount GSL.
[0148]
FIG. 17 is an explanatory diagram showing the relationship between the gasoline remaining amount GSL and a predetermined value FGSL. As illustrated, the predetermined value FGSL increases as the gasoline remaining amount GSL increases. This means that the more the gasoline remaining amount GSL is, the earlier the use of the fuel cell 60 is suppressed. When the gasoline remaining amount GSL is large, there is a high possibility that the hybrid vehicle travels for a long time. Therefore, there is a high possibility that opportunities for using the fuel cell 60 are increased. With the setting shown in FIG. 17, as the gasoline remaining amount GSL increases, the use of FC fuel is suppressed, so that the power generation capability of the fuel cell 60 is ensured for a long time. As a result, the fuel cell 60 can be used in a more effective scene. FIG. 17 illustrates a case where the value FGSL is linearly changed according to the gasoline remaining amount GSL. The value FGSL may be changed not only in such a setting but also in a curved line or in a stepwise manner.
[0149]
F. Second modification:
In the first embodiment and the first modification, the case where the power generation capability of the fuel cell 60 is evaluated based on the remaining amount of FC fuel and its use is suppressed is illustrated. The power generation capability of the fuel cell 60 can be evaluated using other parameters. A control process when the power generation capability of the fuel cell 60 is evaluated by temperature will be described as a second modification.
[0150]
FIG. 18 is a flowchart of an EV traveling control process routine in the second modification. As in the first embodiment, when this process is started, the CPU inputs the driving state of the vehicle (step S210). Here, the temperature of the fuel cell 60, the vehicle speed, the accelerator opening, the shift position, and the remaining battery charge SOC are involved in the subsequent processing.
[0151]
Next, the CPU determines whether or not the temperature of the fuel cell 60 is equal to or higher than a predetermined value TFC1 (S230). When the temperature of the fuel cell 60 is very high, if the power generation is continued, the fuel cell 60 is overheated, which may cause adverse effects such as significantly shortening the life of the fuel cell 60. The temperature TFC1 is a value serving as a reference for determining the possibility that the fuel cell 60 is overheated, and an appropriate temperature can be set for each fuel cell.
[0152]
In step S230, when the temperature of the fuel cell 60 is less than the predetermined value TFC1, it is determined that the use of the fuel cell 60 can be continued, and the CPU drives the motor 20 using the fuel cell 60 as a power source. Is executed (step S240). On the other hand, when the temperature of the fuel cell 60 is equal to or higher than the predetermined value TFC1, it is determined that the use of the fuel cell 60 should be suppressed, and the process proceeds to a process using another power source. Here, in the first embodiment and the first modification, the case where the battery 50 is not used during EV traveling is illustrated. In the second modification, a case where the battery 50 is used is shown.
[0153]
In order to determine the availability of the battery 50, the CPU determines whether or not the remaining capacity SOC is equal to or greater than a predetermined value LO (step S250). Although the value LO can be set to an arbitrary value, it is set to a positive predetermined value here. In the case of the second modified example, since the power generation capacity of the fuel cell 60 is evaluated based on the temperature, if the use is suppressed for a while and the temperature decreases, the fuel cell 60 may be used again. In such a case, it is necessary to compensate for the rise delay of the fuel cell 60 with the power of the battery 50. The predetermined value LO is set within a range that can secure power in such a case. That is, it was set in the range of the value SOC3 or more in FIG.
[0154]
If the remaining capacity SOC of the battery 50 is greater than or equal to the value LO, it is determined that the battery 50 has a margin, and the motor 20 is driven using the battery 50 as a power source (step S260). If the remaining capacity SOC is less than the value LO, it is determined that the battery 50 should not be used, and the engine 10 is used as a power source (step S270).
[0155]
FIG. 19 is an explanatory diagram showing changes in the temperature of the fuel cell in the second modification. When the control process shown in FIG. 18 is executed, the temporal change of the temperature of the fuel cell (FC temperature), the output of the fuel cell (FC output), the output of the engine 10, and the output of the motor 20 is shown. Initially, it is assumed that EV traveling using the fuel cell 60 as a power source has been performed. As shown in the figure, the FC output and the output of the motor 20 take positive predetermined values, and the output of the engine 10 becomes zero. Also, the FC temperature rises with time.
[0156]
As shown in the figure, it is assumed that the FC temperature exceeds a predetermined value TFC1 at time a1. Based on the control processing described above, the output of the fuel cell 60 is suppressed, and as shown in the figure, the output becomes 0 at time a2. Here, it is assumed that the remaining capacity SOC of the battery 50 is not sufficient. In such a case, traveling using the engine 10 as a power source is performed as the output of the fuel cell 60 decreases. Therefore, as shown in the figure, the output of the motor 20 decreases and the output of the engine 10 increases in the section between times a1 and a2. Thus, the travel using the engine 10 as a power source is continued until the temperature of the fuel cell 60 becomes lower than the value TFC1.
[0157]
As a result of stopping the use of the fuel cell 60, it is assumed that the temperature of the fuel cell 60 again becomes lower than TFC1 at time a5. As a result, the operation of the fuel cell 60 is resumed, and its output rises as shown in the section from time a5 to a6. As a result, the output of the engine 10 decreases and the output of the motor 20 increases. With this control process, the fuel cell 60 is operated in a range where the temperature does not greatly exceed the value TFC1. In the second modification, it is desirable to provide an appropriate hysteresis in step S230 in order to avoid frequent switching between operation and stop when the temperature of the fuel cell 60 is near TFC1.
[0158]
According to the control process of the second modification described above, the power generation capacity can be evaluated based on the temperature of the fuel cell 60, and the fuel cell 60 can be used within a range that does not cause an overheating state. Therefore, according to the control process of the second modification, it is possible to avoid a decrease in the life of the fuel cell 60 due to the overheated state. Further, since the use of the fuel cell 60 is suppressed when the temperature reaches the predetermined temperature TFC1 or higher, the cooling system of the fuel cell 60 may be configured to perform appropriate cooling in the range up to the temperature TFC1. As a result, it is not necessary to ensure proper cooling in all operating states of the fuel cell 60, and the cooling system can be downsized.
[0159]
In the second modification, the battery 50 is used for traveling. In the case of the second modification, the battery 50 may be temporarily used until the temperature of the fuel cell 60 decreases. Therefore, the battery 50 intended for auxiliary use can also be utilized for this purpose. By using the battery 50 in this way, it is possible to suppress the operation of the engine 10 and to avoid a decrease in driving efficiency and environmental performance of the hybrid vehicle. Of course, the control processing of the second modification is merely an example, and processing without using the battery 50 may be performed. This process corresponds to the process when it is determined that the condition of step S250 in FIG. 18 is not necessarily satisfied.
[0160]
In the second modification, when the temperature of the fuel cell 60 is equal to or higher than the predetermined value, the use is completely stopped and the power source is switched to the battery 50. On the other hand, it is good also as what compensates the electric power for the reduced part with the battery 50, reducing the output of the fuel cell 60 to such an extent that the rise in temperature can be suppressed.
[0161]
In the embodiment and the modification described above, when the engine 10 is used as a power source, the operation can be controlled in various modes. For example, the engine 10 may be idling while the vehicle is stopped, as in a normal vehicle that uses only the engine 10 as a power source. As another aspect, the operation of the engine 10 may be stopped while the vehicle is stopped. However, in this case, it is necessary to drive the auxiliary equipment such as the air conditioner, the power steering, and the pump 93 that drives the cooling system of the fuel cell 60 even when the vehicle is stopped. Therefore, the auxiliary machine driving motor 80 may be driven by using the battery 50 as a power source while stopping the operation of the engine 10 while the vehicle is stopped. When such control is performed, the driving of the auxiliary machine by the battery 50 and the driving of the auxiliary machine by the engine 10 can be selectively used according to the remaining capacity SOC.
[0162]
G. Third modification:
In the embodiment and the modification described above, the case where the motor 20 is used only in a predetermined traveling region is illustrated according to the maps shown in FIGS. On the other hand, the engine 10 and the motor 20 can also be used in all travel regions. The control process in such a case will be described as a third modification. FIG. 20 is an explanatory diagram showing output distribution in the third modification. Since the torque output to the drive shaft 15 varies depending on the gear position of the transmission 100, the relationship between the torque of the input shaft 14 of the transmission 100 and the accelerator opening is shown here. As shown in the figure, in the third modification, the motor 20 and the engine 10 are used as power sources over the entire accelerator opening range. The total output set according to the accelerator opening is distributed and output between the engine 10 and the motor 20.
[0163]
Here, in the third modification, the distribution of the output between the motor 20 and the engine 10 is changed according to the power generation capacity of the fuel cell 60. Normally, the distribution indicated by the curve C1 shown in FIG. 20 is applied. The range below the curve C1 corresponds to the output torque of the engine 10, and the range between the total output (solid line in the figure) and the curve C1 corresponds to the output torque of the motor 20. On the other hand, when the power generation capacity of the fuel cell 60 is reduced, the output torque of the motor 20 is reduced. That is, the output distribution is switched to the curve C2 in the figure. As shown in the figure, the output of the motor 20 is reduced compared to the normal time, and the amount is compensated by increasing the output distribution of the engine 10. The contents of processing for realizing such control will be described below.
[0164]
FIG. 21 is a flowchart of a travel control processing routine in the third modification. When this process is started, the CPU inputs the driving state of the vehicle (step S305). Here, vehicle speed, accelerator opening, shift position, remaining amount of FC fuel, remaining capacity SOC of the battery 50, electric power output from the fuel cell 60, and the like are involved.
[0165]
Next, the CPU determines whether or not the fuel cell 60 has deteriorated (step S310). This determination is made based on the deviation between the required power to the fuel cell 60 and the power actually output. When a deviation of a predetermined value or more appears in a direction where the actually output power does not satisfy the required power, it is determined that the fuel cell 60 has deteriorated. Since the fuel cell 60 is known to have a rising delay as described above, such a determination is made after the temperature of the fuel cell 60 has sufficiently increased in order to avoid erroneous determination.
[0166]
If it is determined that the fuel cell 60 has not deteriorated, the motor 20 is driven by the electric power of the fuel cell 60, and torque corresponding to the accelerator opening is output (step S345). Although not shown in the flowchart, this corresponds to the operating state set by the curve C1 in FIG. 20, and in step S345, the engine 10 together with the fuel cell 60 outputs a predetermined torque set by the curve C1 in FIG. Drive to.
[0167]
If it is determined in step S310 that the fuel cell 60 has deteriorated, the process proceeds to a process for compensating for a decrease in output accompanying the deterioration. First, the CPU determines whether or not the remaining capacity SOC of the battery 50 is equal to or greater than a predetermined value LOS (step S315). When the remaining capacity SOC is equal to or greater than LOS, it is determined that the battery 50 has a margin, and the motor 20 is driven using the power of the battery 50 (step S320). In this case, the motor 20 is driven with the distribution of the curve C1 shown in FIG. The above-described value LOS can be set within a range in which electric power capable of outputting the torque applied from the motor 20 can be secured.
[0168]
If the remaining capacity SOC is lower than the predetermined value LOS, it is next determined whether or not the remaining amount FCL of the FC fuel is greater than or equal to a predetermined value F4 (step S325). That is, it is determined whether or not it is possible to continue the operation of the fuel cell 60 although it has deteriorated. The predetermined value F4 is a value serving as a reference for such determination, and an appropriate value can be set in consideration of other operation modes as in the embodiments described above.
[0169]
When the remaining amount FCL is less than the predetermined value F4, the operation of the fuel cell 60 cannot be continued, so the operation is switched to the operation using the engine 10 as a power source, and the operation of the fuel cell 60 is stopped (step S350). ). In this case, all of the output is output from the engine 10 according to the accelerator opening. However, since the torque corresponding to the total output shown in FIG. 20 cannot be sufficiently output, the torque within the range that the engine 10 can output is output.
[0170]
On the other hand, when the remaining amount FCL is equal to or greater than F4, the operation of both is continued while changing the output distribution of the fuel cell 60 and the output of the engine 10. That is, the CPU continues to operate the motor 20 using the fuel cell 60 as a power source (step S330). In this case, the output of the motor 20 is suppressed to the range set by the curve C2 in FIG. On the other hand, the output of the engine 10 is increased as much as the output of the motor 20 is suppressed (step S335). The torque set by the curve C2 in FIG. 20 is output. At the same time, the gear position of the transmission 100 is controlled to increase the gear ratio (step S340). For convenience of explanation, FIG. 20 shows a state in which the same total output as usual can be maintained by changing the output distribution of the motor 20 and the engine 10 to the curve C2. Actually, the normal output is set within a range where the torque of the motor 20 and the engine 10 can be fully utilized. Therefore, if the fuel cell 60 is deteriorated, the total output is obtained even if the output distribution is changed. May not be maintained. In such a case, the torque output to the drive shaft 15 can be maintained at the same level as normal by increasing the gear ratio. In step S340, the gear ratio is switched to the larger side for this purpose.
[0171]
According to the control process in the third modified example described above, even when the power generation capability of the fuel cell 60 is reduced, the output distribution between the engine 10 and the motor 20 is changed to obtain an output equivalent to that in the normal time. Can be maintained. Further, by controlling the gear position of the transmission 100, the output torque of the drive shaft 15 can be maintained at the same level. As a result, according to the control process, even when the fuel cell 60 is deteriorated, it is possible to realize an operation without a sense of incongruity.
[0172]
In the third modification, the case where the change of the output distribution of the engine 10 and the motor 20 and the control of the shift speed are performed together is exemplified. The control of both may be performed only for either one. Moreover, in the 3rd modification, the case where the motor 20 and the engine 10 were used together in all the driving | running | working areas was illustrated. On the other hand, it can also be applied to the case where the motor 20 and the engine 10 are used together only when the accelerator opening is equal to or greater than a predetermined value.
[0173]
H. Second embodiment:
Next, a second embodiment will be described. FIG. 22 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the hybrid vehicle of the second embodiment. In the second embodiment, the configuration of the cooling system is different from that of the first embodiment. In the first embodiment, the cooling system of the fuel cell 60 and the cooling system of the engine 10 are configured separately. In the second embodiment, both are configured as a common cooling system. That is, in the second embodiment, the refrigerant path 94 ′ that conveys the cooling water is configured to pass through both the fuel cell 60 and the engine 10. The cooling water passes through the refrigerant path 94 ′ by the pump 93 and dissipates heat by the radiator 92, thereby cooling the fuel cell 60 and the engine 10.
[0174]
The travel control process in the hybrid vehicle of the second embodiment is the same as that of the first embodiment. The second embodiment is characterized by the process of warming up the engine 10 due to the difference in the configuration of the cooling system. Hereinafter, this process will be described.
[0175]
FIG. 23 is a flowchart of an engine warm-up process routine in the second embodiment. Similar to the first embodiment, this process is repeatedly executed by the CPU of the control unit 70. When this process is started, the CPU inputs the driving state of the vehicle (step S405). Vehicle speed, accelerator opening, shift position, engine water temperature, remaining amount of FC fuel, etc. are involved in the following processing.
[0176]
Next, the CPU determines whether the traveling state of the vehicle corresponds to the MG region shown in FIGS. 8 to 11 based on the accelerator opening and the vehicle speed (step S410). If not, the vehicle travels using the engine 10 as a power source regardless of whether or not the engine 10 has been warmed up (step S440).
[0177]
On the other hand, if it is determined that it falls within the MG region, it is next determined whether or not the engine 10 needs to be warmed up (step S415). This determination is made based on whether the engine water temperature is equal to or higher than a predetermined value. When the engine 10 does not need to be warmed up, the motor 20 is driven by the fuel cell 60 in accordance with the normal operation state in the MG region (step S420).
[0178]
If it is determined that the engine 10 needs to be warmed up, it is next determined whether or not there is a possibility of engine running (step S425). Since this determination method includes various modes, it will be described later. If it is determined that there is no possibility of engine running, avoid unnecessary warm-up of the engine 10 and run in the normal operating state in the MG region, that is, the motor 20 is driven by the fuel cell 60 (step S420). .
[0179]
If it is determined that there is a possibility of engine running, the motor 20 is driven by the fuel cell 60 as a normal operating state in the MG region (step S430), and at the same time, the engine 10 is warmed up (step S430). S435). The warm-up operation of the engine 10 means that the engine 10 is operated at a so-called idle speed. In the second embodiment, when the warm-up operation is performed, the input clutch 18 provided between the engine 10 and the motor 20 is released. By doing so, it is possible to avoid the power of the engine 10 from affecting the output of the drive shaft 15. Further, during warm-up, the operating efficiency and exhaust purification performance of the engine 10 are usually very low. If the engine 10 is warmed up while the input clutch 18 is engaged, the engine 10 may have a higher rotational speed than the idle rotational speed depending on the traveling state of the vehicle. Increasing the number of revolutions of the engine 10 during warm-up causes a reduction in driving efficiency and the like of the hybrid vehicle. Such adverse effects can be avoided by releasing the input clutch 18 and performing the warm-up operation.
[0180]
Here, a method for determining the possibility of engine running will be described. This determination can be made by various methods. For example, it may be determined whether traveling in the engine region is performed based on a change in vehicle speed in the MG region. It can also be determined based on the remaining amount of FC fuel. In the hybrid vehicle of the second embodiment, the fuel cell 60 and the cooling system of the engine 10 are configured as a common system. This means that the heat generated in the fuel cell 60 is transferred to the engine 10 through the coolant. That is, it means that the engine 10 can be warmed up by the heat generated during operation of the fuel cell 60.
[0181]
FIG. 24 is an explanatory diagram showing the relationship between the engine temperature and the FC fuel required for warming up. The temperature TH in the figure is a temperature at which it is determined that the engine 10 has been warmed up. The lower the engine temperature, the longer it takes to reach the temperature TH. When warming up by the heat of the fuel cell 60, the FC fuel consumed during that time increases. Therefore, the relationship of FIG. 24 is obtained in which the FC fuel required for warming up increases as the engine temperature decreases. Here, the relationship between the two is shown by a straight line, but the relationship between the two changes depending on the cooling system, the heat capacity of the engine 10, and the like.
[0182]
When the remaining capacity of the FC fuel is larger than a predetermined amount determined based on the relationship of FIG. 24, the engine 10 can be warmed up by continuing the operation of the fuel cell 60. When the remaining capacity of the FC fuel is smaller than the predetermined amount, the warm-up of the engine 10 cannot be completed only by operating the fuel cell 60. According to the EV traveling control process (FIG. 12) shown in the first embodiment, the remaining amount of FC fuel decreases before the warm-up of the engine 10 is completed, and the power source is switched from the motor 20 to the engine 10. Will be done. In this sense, when the remaining amount of FC fuel is less than the predetermined amount, it is determined that there is a possibility that the operation of the engine 10 may be started even when traveling in the MG region is continued. The
[0183]
As another aspect, when the travel route is known in advance, the possibility of driving the engine 10 can be determined based on the travel route. In recent years, a so-called navigation system, that is, a system for displaying a preset traveling route of a vehicle has been proposed. In the case of a vehicle equipped with such a system, from the input, the control unit 70 can know a future planned travel route, and whether or not there is a section that clearly runs in the engine region such as an expressway. Judgment can be made. In step S425, the possibility of engine running can also be determined based on such information. In determining the possibility of engine running, any of these various modes may be applied, or a plurality may be applied to make a comprehensive determination.
[0184]
According to the hybrid vehicle of the second embodiment described above, the engine 10 can be warmed up independently of the power output from the drive shaft 15. Therefore, the engine 10 can be warmed up without causing an extreme decrease in the driving efficiency and environmental performance of the hybrid vehicle. Further, since warming up is performed when it is determined that there is a possibility of operation of the engine 10, unnecessary warming up can be avoided, and a decrease in operating efficiency can be avoided. Furthermore, since the engine 10 can be warmed up using the heat generated in the fuel cell 60, energy efficiency can be improved. In the above-described second embodiment, the configuration in which the fuel cell 60 and the cooling system of the engine 10 are made common is illustrated. However, when the warm-up using the heat of the fuel cell 60 is not considered, both cooling systems are used. It is also possible to apply to the configuration (configuration of the first embodiment) provided separately.
[0185]
I. Modification in the second embodiment:
Variations can also be configured in the second embodiment. FIG. 25 is a flowchart of an engine warm-up process routine as a modification of the second embodiment. Here, only the parts different from the processing in the second embodiment (FIG. 23) are shown.
[0186]
In the second embodiment, when it is determined that the engine 10 can be operated (step S425 in FIG. 23), the engine is warmed up. In the modification, the possibility of operation of the engine 10 is determined based on the FC fuel shown in FIG. That is, in the modified example, instead of step S425 in FIG. 23, it is determined whether or not the amount of FC fuel is more than the amount necessary for warming up the engine 10 (step S425 ′). If it is determined that there is not enough FC fuel left, it means that the engine 10 cannot be warmed up only by the operation of the fuel cell 60, and therefore the engine 10 is warmed up (step) S427).
[0187]
On the other hand, when it is determined that sufficient FC fuel remains, the engine 10 is warmed up by the operation of the fuel cell 60. At this time, the CPU increases the output of the fuel cell 60 in order to quickly complete the warm-up of the engine 10 (step S430 ′). The output of the fuel cell 60 is basically used for driving the motor 20, and surplus power is charged in the battery 50. At the same time, the input clutch 18 provided between the engine 10 and the motor 20 is engaged (step S432). By engaging the input clutch 18, the engine 10 can be motored by the power of the motor 20. Therefore, frictional heat is generated between the piston of the engine 10 and the cylinder, and heat is generated due to compression of air in the cylinder. Such heat generation also contributes to warming up of the engine 10.
[0188]
According to the engine warm-up process of the modification, the engine 10 can be warmed up quickly by increasing the output of the fuel cell 60 when sufficient FC fuel remains. Therefore, fuel consumption due to warm-up can be avoided, and driving efficiency and environmental performance of the hybrid vehicle can be improved. Since the surplus power output from the fuel cell 60 is once stored in the battery 50 and used as necessary, the operating efficiency is not extremely lowered. In the modification, the case where it is determined whether or not the FC fuel remains in an amount necessary for completing the warm-up process of the engine 10 is illustrated (step S425 ′). It is not always necessary to make such a determination, and the engine 10 may be warmed up by the fuel cell 60 as long as the FC fuel remains. That is, the determination in step S425 ′ may be omitted, and the processes in steps S430 ′ and S432 may be always executed. Further, the engagement of the input clutch may be omitted.
[0189]
J. et al. Third embodiment:
Next, a hybrid vehicle as a third embodiment will be described. The hybrid vehicle of the third embodiment has the same basic hardware configuration as that of the first embodiment (see FIGS. 1 to 7), but the types of selectable operation modes are different from those of the first embodiment. In the first embodiment, as shown in FIG. 5, the operation mode of the engine mode, the FC mode, and the automatic mode can be selected by the power source changeover switch 164. On the other hand, in the third embodiment, three types of “engine single mode”, “FC single mode”, and “combination mode” can be selected. These operation modes can be selected by a switch similar to the power source changeover switch 164 shown in FIG.
[0190]
“Engine single mode” refers to an operation mode in which the engine 10 travels using only the engine 10 as a power source, and “FC single mode” refers to an operation mode in which the motor 20 is driven by the fuel cell 60 to travel. “Combination mode” is an operation mode in which the engine 10 and the motor 20 are switched and used in accordance with the traveling state of the vehicle. Switching between the two is performed according to the maps illustrated in FIGS. 8 to 11 as in the first embodiment.
[0191]
The “engine mode” and “FC mode” in the first embodiment are operation modes for selectively using the power source when the traveling state of the vehicle is in the MG region in FIGS. On the other hand, the “engine single mode” and “FC single mode” of the third embodiment are different in that they cover the entire driving region of the hybrid vehicle. That is, when the “engine single mode” is selected, the motor 20 is not used for traveling even in the MG region, and in the “FC single mode”, the engine 20 is out of the MG region. Do not switch to 10 driving. Therefore, in the “FC single mode”, the torque output during high-speed traveling is lower than in the combined mode. In this embodiment, it is allowed that there is a difference in driving feeling depending on the driving mode. This is because it is considered that the driver selects the driving mode after recognizing that the driving sensation changes for each driving mode, and it is considered that there is no big trouble in driving the hybrid vehicle. From this point of view, the engine 10 is set with the exhaust amount and the like set with an emphasis on the running state at high speed, and when “engine single mode” is selected, the torque is smaller in the low speed region than the “FC single mode”. Become. By setting in this way, there is an advantage that the output torque of the engine 10 does not need to be increased unnecessarily, and the engine 10 can be downsized.
[0192]
The third embodiment is characterized in that control is performed with more emphasis on fuel efficiency and environmental performance in properly using the three operation modes described above. When the FC single mode is selected, the possibility of using the engine 10 is very low. Therefore, as long as the fuel cell 60 is in a usable state, warming up of the engine 10 is also prohibited. By doing so, useless fuel consumption required for warming up the engine 10 can be suppressed, and fuel efficiency and environmental performance are improved. The contents of such control will be described.
[0193]
FIG. 26 is a flowchart of an EV traveling control process routine in the third embodiment. Similar to the first embodiment, the process is executed by the CPU of the control unit 70. When this process is started, the CPU inputs the driving state of the vehicle (step S410). Inputs from the various sensors shown in FIG. 7 are made. In particular, the shift position, the vehicle speed, the accelerator opening, the gasoline remaining amount GSL, the remaining battery capacity SOC, the remaining fuel amount FCL for the fuel cell, and the state of the ignition switch The state of the power source changeover switch 164 is involved in the subsequent processing.
[0194]
Next, the CPU determines whether or not a condition using only the engine 10 as a power source is satisfied (step S420). This condition is that the fuel cell 60 should be prohibited from being used, that is, that the remaining amount of FC fuel FCL is less than the predetermined value F1, or that the engine single mode is selected. It is. When at least one of these conditions is satisfied, the engine 10 is driven using the power source. The predetermined value F1 is set to a positive constant value as in the first embodiment. In this case, the CPU selects the engine 10 as a power source and executes control for warming up the engine 10 as necessary (step S430).
[0195]
Various aspects can be considered for the processing contents in step S430. For example, the vehicle may travel using only the engine 10 regardless of whether the engine 10 has been warmed up. In such a case, it is not necessary to perform the warm-up process again. On the other hand, it may be used as a power source after the warm-up of the engine 10 is completed. In such a case, while the warm-up is not completed, the engine 10 is idled to warm up, while the fuel cell 60 and the motor 20 can be used for temporary travel. Further, the operation may be performed in the former mode when the engine single mode is selected, and the operation may be performed in the latter mode when other modes are selected. The process in step S430 is set by selecting any one of these modes.
[0196]
If none of the conditions in step S420 is satisfied, it is determined that the vehicle is in an operating state in which the fuel cell 60 should be used for traveling. Next, the CPU determines whether or not the operation mode is the FC single mode (step S440), and selects a power source according to the result. When the FC single mode is selected, the vehicle travels by driving the motor 20 using the fuel cell 60 as a power source (step S450). When this operation mode is selected, the engine 10 is not used as a power source as long as the fuel cell 60 is in a usable state. Therefore, the CPU prohibits not only the operation of the engine 10 but also the warm-up (step S450). By turning off the flag for specifying whether or not the engine can be operated, all the operations are stopped by a separately prepared engine operation control process.
[0197]
A process for determining whether or not the fuel cell 60 is in an unusable state due to a failure or the like is provided between steps S440 and S450, and the process of step S450 is performed only when the fuel cell 60 is usable. When the engine is not usable, the engine 10 may be allowed to warm up. As an example, when it is determined that the fuel cell 60 is unusable, the process of step S430 of running with the engine 10 as a power source may be executed.
[0198]
On the other hand, when the combined mode is selected in step S440, the engine 10 and the motor 20 are used properly according to the traveling state of the vehicle (step S460). While the engine 10 is not used while in the MG region shown in FIGS. 8 to 11, in the combined mode, it is necessary to quickly switch the power source to the engine 10 depending on the driving state of the vehicle. Is performed (step S460).
[0199]
According to the hybrid vehicle of the third embodiment described above, in principle, the “FC single mode” that does not use the engine 10 is provided, and in this case, engine warm-up is also prohibited, thereby reducing the fuel consumption of the hybrid vehicle. Environmental performance can be greatly improved. In such an operation mode, when the fuel cell 60 cannot be used due to the consumption of FC fuel or when the driver selects another operation mode, when the power source is switched to the engine 10, warm-up is required and the responsiveness is required. However, since it is considered that the driver will select the driving mode after understanding such characteristics, such disadvantages may hinder the driving of the hybrid vehicle. I can't say that. Here, the case where the power source is selectively used with the switch for the entire travel region of the vehicle is illustrated, but the case where the power source is selectively used for the MG region as in the first embodiment is also described. It goes without saying that control for prohibiting warm-up and improving fuel economy and environmental performance can be applied.
[0200]
K. Application to four-wheel drive:
In the embodiment and the modification described above, a so-called two-wheel drive hybrid vehicle is illustrated. The present invention may be applied to a hybrid vehicle that drives four wheels. FIG. 27 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a hybrid vehicle that drives four wheels. Here, the structure which can output motive power to both the two axle shafts 17 and 17A is shown.
[0201]
The configuration for outputting power to the axle 17 is the same as in the embodiment. That is, the engine 10, the motor 20, the torque converter 30, and the transmission 100 are coupled in series. The electric power to the motor 20 can be supplied from each of the battery 50 and the fuel cell 60 as in the embodiment.
[0202]
The configuration for outputting power to the axle 17A is as follows. A motor 20A is coupled to the axle 17A via a differential gear 16A. Similar to the motor 20, the motor 20 </ b> A is a three-phase synchronous motor. Electric power can be supplied to the motor 20A from the three types of the battery 50, the fuel cell 60, and the accessory driving motor 80. The electric power of the battery 50 and the fuel cell 60 is supplied to the motor 20A via the drive circuits 51A and 52A, respectively. Similarly to the drive circuits 51 and 52, the drive circuits 51A and 52A are configured by transistor inverters. The accessory driving motor 80 can generate electric power by the power of the engine 10. The motor 20A can be directly supplied with the electric power generated by the auxiliary drive motor 80.
[0203]
The power source that supplies power to the motor 20 </ b> A can be switched according to the connection state of the changeover switches 85 and 86. As shown in the figure, the power source can be switched between the battery 50 and the fuel cell 60 side and the auxiliary machine driving motor 80 side by switching the changeover switch 86. By switching the changeover switch 85, the power source can be switched between the battery 50 and the fuel cell 60.
[0204]
Any of the axles 17 and 17A may be used as a front axle and a rear axle. When the engine 10 is mounted in the front of the vehicle, if the axle 17 side is configured as a rear axle, a propeller shaft for transmitting mechanical power from the engine 10 to the rear axle through the vehicle body is required. Become. On the other hand, if the axle 17A side is configured as a rear axle, a propeller shaft is not necessary. Therefore, there is an advantage that the configuration of the power system can be made relatively simple by adopting a configuration in which the engine 10 and the axle 17 are brought close to each other.
[0205]
Also in the hybrid vehicle having such a configuration, the above-described various control processes can be applied, and by using the fuel cell 60 preferentially, it is possible to realize driving with excellent efficiency and environmental performance. Further, the fuel cell 60, the engine 10, and the like can be properly used according to the various control processes described above under specific conditions.
[0206]
In the various embodiments described above, the case where the battery 50 is provided is illustrated. When applying the present invention, the battery 50 is not necessarily installed. A configuration in which the battery 50 is omitted from each embodiment may be applied. Further, instead of the battery 50, another power storage means such as a capacitor can be used.
[0207]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to such embodiment at all, and in the range which does not deviate from the summary of this invention, it can implement with a various form. Of course. For example, although a gasoline engine is used in the hybrid vehicle of this embodiment, a diesel engine or other heat engine can be used. In the present embodiment, all three-phase synchronous motors are applied as motors, but induction motors, other AC motors, and DC motors may be used. In this embodiment, various control processes are realized by the CPU executing software, but such control processes can also be realized in hardware. In this embodiment, the case where the present invention is applied to a vehicle is shown, but the present invention can be applied to various moving bodies such as trains, ships, aircraft, airships and other flying bodies. In addition, the driver is not necessarily on board, and may be remotely operated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a hybrid vehicle as an embodiment.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system.
3 is an explanatory diagram showing an internal structure of the transmission 100. FIG.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a relationship between engagement states of gears, brakes, and one-way clutches and shift speeds.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a shift position operation section 160 in the hybrid vehicle of the present embodiment.
FIG. 6 is an explanatory view showing an instrument panel of a hybrid vehicle in the present embodiment.
7 is an explanatory diagram showing connection of input / output signals to / from a control unit 70. FIG.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a relationship between a running state of a vehicle and a power source.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a state of shifting of the gear position at two positions.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing how the gear position is switched at the L position.
FIG. 11 is an explanatory diagram showing how the gear position is switched at the R position.
FIG. 12 is a flowchart of an EV traveling control process routine.
FIG. 13 is a flowchart showing a motor drive control routine.
FIG. 14 is an explanatory diagram showing a relationship between a charged state of a battery and utilization of regenerative power.
FIG. 15 is a flowchart of an external power supply operation control process.
FIG. 16 is a flowchart of an EV traveling control process routine in a first modified example.
FIG. 17 is an explanatory diagram showing a relationship between a gasoline remaining amount GSL and a predetermined value FGSL;
FIG. 18 is a flowchart of an EV traveling control process routine in a second modified example.
FIG. 19 is an explanatory diagram showing changes in the temperature and the like of the fuel cell in a second modification.
FIG. 20 is an explanatory diagram showing output distribution in a third modification.
FIG. 21 is a flowchart of a travel control processing routine in a third modified example.
FIG. 22 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a hybrid vehicle of a second embodiment.
FIG. 23 is a flowchart of an engine warm-up process routine in the second embodiment.
FIG. 24 is an explanatory diagram showing the relationship between engine temperature and FC fuel required for warm-up.
FIG. 25 is a flowchart of an engine warm-up process routine as a modification of the second embodiment.
FIG. 26 is a flowchart of an EV traveling control process routine in the third embodiment.
FIG. 27 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a hybrid vehicle that drives four wheels.
[Explanation of symbols]
10 ... Engine
12 ... Crankshaft
13, 14, 15 ... rotating shaft
16 ... Differential gear
16A ... Differential gear
17, 17A ... axle
18 ... Input clutch
19 ... Auxiliary clutch
20, 20A ... motor
22 ... Rotor
24 ... Stator
30 ... Torque converter
50 ... Battery
51, 51A, 52, 52A ... drive circuit
60 ... Fuel cell
60A ... Fuel cell
61 ... Methanol tank
61a: Capacitance sensor
62 ... Water tank
63 ... Burner
64 ... Compressor
65 ... Evaporator
66 ... reformer
68 ... Blower
70 ... Control unit
80 ... Auxiliary drive motor
82 ... Auxiliary drive
83 ... changeover switch
84 ... changeover switch
85, 86, 90 ... changeover switch
91 ... Outlet
92 ... Radiator
93 ... Pump
94: Refrigerant path
100 ... transmission
102 ... Hydraulic pump
104 ... Hydraulic control unit
110 ... sub transmission unit
112 ... 1st planetary gear
114 ... Sun gear
115 ... Planetary pinion gear
116 ... Planetary carrier
118 ... Ring gear
119 ... Output shaft
120 ... main transmission section
122 ... Rotating shaft
130,140,150 ... Planetary gear
132, 142, 152 ... sun gear
134, 144, 154 ... Planetary carrier
136, 146, 156 ... Ring gear
160 ... operation unit
162 ... shift lever
163 ... Sports mode switch
164 ... Power source switch
165 ... Manual power generation switch
202, 203 ... Fuel gauge
204 ... Speedometer
206 ... Engine tachometer
208 ... Engine water temperature gauge
210R, 210L ... Direction indicator indicator
220: Shift position indicator
222 ... Sports mode indicator
223 ... EV indicator
224 ... External power indicator

Claims (15)

少なくとも併用可能な燃料電池と熱機関と充電可能な蓄電手段とを含むエネルギ出力源と、該エネルギ出力源のエネルギを駆動軸からの機械的なエネルギとして外部に出力するエネルギ伝達手段とを備えるハイブリッド式移動体であって、
当該ハイブリッド移動体の前記駆動軸に結合され、前記蓄電手段からの電力によって駆動可能であり、前記ハイブリッド移動体の制動エネルギの回収を行なう際には、前記蓄電手段を充電する電動機と、
前記エネルギ出力源のうち、前記燃料電池および前記熱機関のいずれを使用するかを該ハイブリッド式移動体の運転者の操作により選択するためのスイッチであって、前記燃料電池および前記熱機関のいずれか一方を使用するモードまたは双方を併用する特定のモードを選択可能なエネルギ出力源選択スイッチと、
該エネルギ出力源選択スイッチによる選択状態に応じて、前記燃料電池、熱機関およびエネルギ伝達手段の少なくとも一つの目標運転状態を、予め設定された状態に変更する状態変更手段と、
前記エネルギ出力源および前記エネルギ伝達手段のそれぞれを設定された目標運転状態に制御する運転制御手段と、
を備え、
当該ハイブリッド式移動体が、前記電動機を動力源として走行すべき走行領域として予め定められた走行領域にあり、かつ前記エネルギ出力源選択スイッチにより、前記エネルギ出力源として、前記燃料電池および前記熱機関のいずれか一方を使用するモードが選択されたとき、該燃料電池および該熱機関のいずれか一方を運転すると共に、前記蓄電手段の電力を用いて前記電動機を駆動するＥＶ走行を実施しないハイブリッド式移動体。A hybrid comprising at least an energy output source including a fuel cell that can be used in combination, a heat engine, and a chargeable storage means, and an energy transmission means for outputting the energy of the energy output source to the outside as mechanical energy from a drive shaft A moving body,
Coupled to the drive shaft of the hybrid mobile, it can be driven by electric power from the accumulator unit, when Nau line recovery of braking energy of the hybrid mobile body, an electric motor to charge the accumulator unit,
Among the energy output sources , a switch for selecting which one of the fuel cell and the heat engine is to be used by the operation of the driver of the hybrid mobile body, which of the fuel cell and the heat engine An energy output source selection switch capable of selecting a mode using one or a specific mode using both;
According to the selection state by the energy output source selection switch, the fuel cell, at least one target operating state of the heat Institutions Contact and energy transfer means, and a state changing means for changing the state set in advance,
Operation control means for controlling each of the energy output source and the energy transmission means to a set target operation state;
With
The hybrid moving body is in a travel region that is predetermined as a travel region to travel using the electric motor as a power source, and the fuel cell and the heat engine are used as the energy output source by the energy output source selection switch. When the mode using any one of the above is selected, either the fuel cell or the heat engine is operated, and the hybrid running that does not perform the EV traveling that drives the electric motor using the electric power of the power storage means Moving body. 請求項１記載のハイブリッド式移動体であって、
前記エネルギ出力源選択スイッチにより、前記エネルギ出力源として、前記燃料電池および前記熱機関の双方を使用する前記特定のモードが選択されたとき、前記蓄電手段の電力を用いて前記電動機を駆動するＥＶ走行を実施しないハイブリッド式移動体。The hybrid mobile body according to claim 1,
When the energy output source selection switch selects the specific mode in which both the fuel cell and the heat engine are used as the energy output source, the EV that drives the electric motor using the electric power of the power storage means A hybrid mobile that does not run . 請求項１記載のハイブリッド式移動体であって、
前記エネルギ出力源選択スイッチは、前記エネルギ出力源として、前記燃料電池および前記熱機関のいずれか一方を使用するモードとして、燃料電池および熱機関のいずれか一方を用いる運転モードを選択可能であり、
前記いずれか一方を用いる運転モードが選択されると、該選択されたエネルギ出力源の運転を実行すると共に、他方のエネルギ出力源の運転を禁止するハイブリッド式移動体。The hybrid mobile body according to claim 1,
The energy output source selection switch can select an operation mode using either the fuel cell or the heat engine as the energy output source, as a mode of using either the fuel cell or the heat engine,
When the operation mode using any one of the above is selected, the hybrid mobile body executes the operation of the selected energy output source and prohibits the operation of the other energy output source. 請求項３記載のハイブリッド式移動体であって、
さらに、運転者が前記他方のエネルギ出力源の始動を指示するために操作する始動スイッチを備え、
前記いずれか一方を用いる運転モードが指定されている状態において、前記始動スイッチの操作により前記他方のエネルギ出力源の始動を指示されたとき、該他方のエネルギ出力源を始動するハイブリッド式移動体。The hybrid mobile body according to claim 3,
And a start switch operated by the driver to instruct start of the other energy output source,
In a state where an operation mode using any one of the above is specified, when the start of the other energy output source is instructed by operation of the start switch, the hybrid mobile body starts the other energy output source. 請求項１記載のハイブリッド式移動体であって、
前記エネルギ出力源選択スイッチにより、燃料電池のみをエネルギ出力源とする運転モードが選択されている場合には、前記燃料電池の運転を実行すると共に、前記熱機関の暖機を禁止するハイブリッド式移動体。The hybrid mobile body according to claim 1,
The pre-Symbol energy output source selection switch, when the operation mode of only the fuel cell and the energy output source is selected, and executes the operation of the fuel cell, a hybrid that prohibits warm-up of the heat engine Moving body. 請求項１記載のハイブリッド式移動体であって、
前記燃料電池の発電能力を検出する検出手段を備え、
前記エネルギ出力源選択スイッチより、前記燃料電池を用いるモードが選択されており、前記検出した発電能力が所定値以下に低下している場合には、前記燃料電池の出力を抑制するハイブリッド式移動体。The hybrid mobile body according to claim 1,
A detection means for detecting the power generation capacity of the fuel cell;
When the mode using the fuel cell is selected from the energy output source selection switch, and the detected power generation capacity is reduced to a predetermined value or less, the hybrid type mobile body that suppresses the output of the fuel cell . 請求項６記載のハイブリッド式移動体であって、
前記検出手段は、前記燃料電池用の残燃料量に基づいて前記発電能力を検出する手段であるハイブリッド式移動体。The hybrid mobile body according to claim 6,
The hybrid mobile body, wherein the detection means is means for detecting the power generation capacity based on the amount of remaining fuel for the fuel cell. 請求項６記載のハイブリッド式移動体であって、
前記検出手段は、前記燃料電池の温度に基づいて前記発電能力を検出する手段であるハイブリッド式移動体。The hybrid mobile body according to claim 6,
The hybrid moving body, wherein the detecting means is means for detecting the power generation capacity based on the temperature of the fuel cell. 請求項１記載のハイブリッド式移動体であって、
前記燃料電池の発電能力を検出する検出手段を備え、
前記エネルギ出力源選択スイッチより、前記燃料電池を用いるモードが選択されており、前記検出した発電能力が所定値以下に低下している場合には、前記熱機関の出力を増大するハイブリッド式移動体。The hybrid mobile body according to claim 1,
A detection means for detecting the power generation capacity of the fuel cell;
When the mode using the fuel cell is selected by the energy output source selection switch, and the detected power generation capacity is lower than a predetermined value, the hybrid type moving body that increases the output of the heat engine . 請求項９記載のハイブリッド式移動体であって、
前記エネルギは前記駆動軸の回転エネルギであり、
前記エネルギ伝達手段は、前記エネルギ出力源から出力された回転エネルギを２段階以上の変速比で変速して出力可能な変速手段であり、
前記熱機関の出力の増大に合わせて、前記変速手段の変速比を増大するハイブリッド式移動体。The hybrid mobile body according to claim 9, wherein
The energy is rotational energy of the drive shaft;
The energy transmission means is a transmission means capable of shifting and outputting the rotational energy output from the energy output source at a gear ratio of two or more stages,
A hybrid type moving body that increases a transmission ratio of the transmission unit in accordance with an increase in output of the heat engine. 請求項１記載のハイブリッド式移動体であって、
前記目標運転状態設定手段は、前記エネルギ出力源選択スイッチにより、前記燃料電池のみがエネルギ出力源として選択されている場合には、前記熱機関の運転を禁止するのみならず、暖機をも禁止する状態に目標運転状態を設定する手段であるハイブリッド式移動体。The hybrid mobile body according to claim 1,
The target operating state setting means not only prohibits the operation of the heat engine but also warms up when only the fuel cell is selected as the energy output source by the energy output source selection switch. A hybrid mobile body that is means for setting a target operation state to a state to be performed. 請求項１記載のハイブリッド式移動体であって、
前記目標運転状態設定手段は、前記蓄電手段に入出力される電気的エネルギを考慮して前記目標運転状態を設定する手段であるハイブリッド式移動体。The hybrid mobile body according to claim 1,
The target operating state setting means is a hybrid type moving body which is means for setting the target operating state in consideration of electrical energy input / output to / from the power storage means. 請求項１記載のハイブリッド式移動体であって、さらに、
前記燃料電池の劣化を検出する劣化検出手段と、
前記燃料電池および前記熱機関の双方を併用するときには、前記燃料電池から出力されるエネルギの割合を最も高くするとともに、前記燃料電池および熱機関の一方に劣化が検出された場合には、該劣化に伴うエネルギ出力への影響を補償する方向に、少なくとも他方の出力を制御する劣化時制御手段とを備えるハイブリッド式移動体。The hybrid mobile body according to claim 1, further comprising:
Deterioration detecting means for detecting deterioration of the fuel cell;
When both the fuel cell and the heat engine are used in combination, the ratio of the energy output from the fuel cell is maximized, and when deterioration is detected in one of the fuel cell and the heat engine, the deterioration is detected. A hybrid mobile body comprising deterioration-time control means for controlling at least the other output in a direction to compensate for an influence on energy output associated with. 請求項１記載のハイブリッド式移動体であって、さらに、
前記燃料電池の劣化を検出する劣化検出手段と、
前記燃料電池および前記熱機関の双方を併用するときには、前記燃料電池から出力されるエネルギの割合を最も高くするとともに、前記燃料電池の劣化が検出された場合には、該劣化に伴うエネルギ出力への影響を補償する方向に、前記変速機を制御する変速機制御手段とを備えるハイブリッド式移動体。The hybrid mobile body according to claim 1, further comprising:
Deterioration detecting means for detecting deterioration of the fuel cell;
When both the fuel cell and the heat engine are used in combination, the ratio of the energy output from the fuel cell is maximized, and when the deterioration of the fuel cell is detected, the energy output accompanying the deterioration is increased. A hybrid moving body comprising transmission control means for controlling the transmission in a direction to compensate for the influence of the transmission. 少なくとも併用可能な燃料電池と熱機関と充電可能な蓄電手段とを含むエネルギ出力源と、該エネルギ出力源のエネルギを駆動軸からの機械的なエネルギとして外部に出力するエネルギ伝達手段とを備えるハイブリッド式移動体の運転を制御する制御方法であって、
前記蓄電手段からの電力によって当該ハイブリッド式移動体の前記駆動軸に結合された電動機を駆動するＥＶ走行や、前記蓄電手段を充電するためにハイブリッド移動体のエネルギの回収を該電動機によって行なう回生モードを実施可能とし、
前記エネルギ出力源のうち、前記燃料電池および前記熱機関のいずれを使用するかを前記ハイブリッド式移動体の利用者の操作により選択するためのエネルギ出力源選択スイッチの選択状態によって、前記燃料電池および前記熱機関のいずれか一方を使用するモードまたは双方を併用する特定のモードを選択し、
該エネルギ出力源選択スイッチによる選択状態に応じて、前記燃料電池、熱機関およびエネルギ伝達手段の少なくとも一つの目標運転状態を、予め用意された状態の一つに設定し、
前記エネルギ出力源および前記エネルギ伝達手段のそれぞれを、該設定された目標運転状態に制御し、
当該ハイブリッド式移動体が、前記電動機を動力源として走行すべき走行領域として予め定められた走行領域にあり、かつ前記エネルギ出力源選択スイッチにより、前記エネルギ出力源として、前記燃料電池および前記熱機関のいずれか一方を使用するモードが選択されたときには、該燃料電池および該熱機関のいずれか一方を運転すると共に、前記蓄電手段の電力を用いて前記電動機を駆動するＥＶ走行を実施しない
ハイブリッド式移動体の制御方法。A hybrid comprising an energy output source including at least a fuel cell that can be used in combination, a heat engine, and a chargeable storage means, and an energy transmission means for outputting the energy of the energy output source to the outside as mechanical energy from a drive shaft A control method for controlling the operation of a mobile vehicle,
EV mode for driving an electric motor coupled to the drive shaft of the hybrid mobile body with electric power from the power storage means, and a regeneration mode in which the motor recovers energy of the hybrid mobile body to charge the power storage means. Can be implemented,
Of the energy output sources , the fuel cell and the heat engine are selected according to a selection state of an energy output source selection switch for selecting by operation of a user of the hybrid mobile body, Select a mode that uses either one of the heat engines or a specific mode that combines both,
According to the selection state by the energy output source selection switch, the fuel cell, at least one target operating state of the heat Institutions Contact and energy transfer means, is set to one state prepared in advance,
Controlling each of the energy output source and the energy transmission means to the set target operating state;
The hybrid mobile body is in a travel region that is predetermined as a travel region to travel using the electric motor as a power source, and the fuel cell and the heat engine are used as the energy output source by the energy output source selection switch. When a mode that uses any one of the above is selected, either the fuel cell or the heat engine is operated, and the hybrid running that does not perform the EV traveling that drives the electric motor using the electric power of the power storage means Control method for moving objects.
JP31642299A 1999-05-26 1999-11-08 Hybrid moving body and control method thereof Expired - Fee Related JP4337188B2 (en)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP31642299A JP4337188B2 (en) 1999-06-25 1999-11-08 Hybrid moving body and control method thereof
US09/576,444 US6672415B1 (en) 1999-05-26 2000-05-22 Moving object with fuel cells incorporated therein and method of controlling the same
DE60007917T DE60007917T2 (en) 1999-05-26 2000-05-22 Hybrid motor vehicle with built-in fuel cells and control processes therefor
EP00110847A EP1055545B1 (en) 1999-05-26 2000-05-22 Hybrid vehicle with fuel cells incorporated therein and method of controlling the same
US10/686,861 US7028795B2 (en) 1999-05-26 2003-10-17 Moving object with fuel cells incorporated therein and method of controlling the same
US11/325,501 US7273120B2 (en) 1999-05-26 2006-01-05 Moving object with fuel cells incorporated therein and method of controlling the same

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP17912899 1999-06-25
JP11-179128 1999-06-25
JP31642299A JP4337188B2 (en) 1999-06-25 1999-11-08 Hybrid moving body and control method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2001069610A JP2001069610A (en) 2001-03-16
JP4337188B2 true JP4337188B2 (en) 2009-09-30

Family

ID=26499079

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP31642299A Expired - Fee Related JP4337188B2 (en) 1999-05-26 1999-11-08 Hybrid moving body and control method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4337188B2 (en)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4278348B2 (en) * 2002-06-26 2009-06-10 日産自動車株式会社 Control device for hybrid vehicle
AU2003288040A1 (en) * 2003-02-18 2004-09-09 Behr Gmbh And Co. Kg Air-conditioning system for a motor vehicle
JP4626212B2 (en) * 2004-08-06 2011-02-02 株式会社エクォス・リサーチ Status output device for vehicle fuel cell device
JP4113525B2 (en) * 2004-10-22 2008-07-09 トヨタ自動車株式会社 AC power supply
JP4241593B2 (en) 2004-12-08 2009-03-18 トヨタ自動車株式会社 Hybrid system
JP2007043846A (en) * 2005-08-04 2007-02-15 Toyota Motor Corp Moving body
JP4353197B2 (en) 2006-03-13 2009-10-28 トヨタ自動車株式会社 Vehicles and electrical equipment
JP4432928B2 (en) * 2006-04-04 2010-03-17 トヨタ自動車株式会社 Vehicle support system
JP4862621B2 (en) 2006-11-15 2012-01-25 トヨタ自動車株式会社 Hybrid vehicle and control method thereof
JP5152746B2 (en) * 2007-08-08 2013-02-27 本田技研工業株式会社 Fuel cell power supply
JP5093199B2 (en) * 2009-07-31 2012-12-05 株式会社エクォス・リサーチ Power supply status output device
JP2013017313A (en) * 2011-07-04 2013-01-24 Denso Corp Electric vehicle control device
JP5926899B2 (en) * 2011-07-15 2016-05-25 日野自動車株式会社 Hybrid vehicle
JP2013086529A (en) * 2011-10-13 2013-05-13 Daimler Ag Power control device of hybrid vehicle
JP5884802B2 (en) * 2013-09-24 2016-03-15 トヨタ自動車株式会社 Control device for hybrid vehicle
CN106143107B (en) * 2015-03-23 2018-09-07 比亚迪股份有限公司 Power drive system and vehicle with it
CN117301966B (en) * 2023-11-30 2024-03-08 成都岷山绿氢能源有限公司 Control method, device, equipment and medium of vehicle-mounted fuel cell system

Also Published As

Publication number Publication date
JP2001069610A (en) 2001-03-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4306085B2 (en) Vehicle equipped with fuel cell and control method thereof
JP4337188B2 (en) Hybrid moving body and control method thereof
US7028795B2 (en) Moving object with fuel cells incorporated therein and method of controlling the same
JP4131309B2 (en) Hybrid system of fuel cell and internal combustion engine
JP2013071551A (en) Control apparatus of hybrid vehicle
KR20130058758A (en) Control device and control method for hybrid vehicle
JP2014196104A (en) Hybrid vehicle and hybrid vehicle control method
JP2001325976A (en) Power supply using fuel cell and chargeable/ dischargeable storage part
JP5765319B2 (en) Hybrid vehicle control system and hybrid vehicle
JP2008179283A (en) Mode switching controller for hybrid car
JP2001023666A (en) Waste heat recovering device and its control method
JP4207346B2 (en) Mobile body including fuel cell and control method thereof
JP3864625B2 (en) Driving device for moving body
JP4258513B2 (en) Control device for driving device
JP4200635B2 (en) Hybrid vehicle and control method thereof
CN110920599A (en) Control device for hybrid vehicle
JP4135325B2 (en) Mobile body having a hybrid drive source
JP2001233044A (en) Heating system for movable body having fuel cell
JP2001298806A (en) Vehicle controlling device, controlling method and vehicle
JP2008163867A (en) Vehicle control device
JP4253937B2 (en) Control device for vehicle drive device
JP2003077514A (en) Fuel cell system
JP2004153947A (en) Power output arrangement and power supply device
JP2012091561A (en) Hybrid vehicle control device
JP5375873B2 (en) Power supply using fuel cell and chargeable / dischargeable power storage unit

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060525

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070327

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070517

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080115

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080314

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080930

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20081128

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20090609

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20090622

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120710

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees