JP6270010B2 - Vehicle power control device - Google Patents

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Description

本発明は、電気モータで走行駆動する車両に搭載した発電ユニットの発電制御技術に関する。   The present invention relates to a power generation control technique for a power generation unit mounted on a vehicle that is driven to travel by an electric motor.

車載バッテリから供給された電力により電気モータを駆動して走行する電気自動車において、発電ユニットであるレンジエクステンダーを搭載した車両が開発されている。レンジエクステンダーは、例えば小型の発電専用エンジンと発電機とから構成されており、発電した電力を電気モータに供給したり車載バッテリの充電に使用したりすることで、電気自動車の航続距離を増加させることができる。
ところで、近年では燃料電池の開発が進み、燃料電池を搭載した車両が提案されている。更に、電気自動車のレンジエクステンダーとして、エンジンの代わりに燃料電池を用いる車両が提案されている。
例えば、特許文献1では、燃料電池を搭載した車両において、燃料電池とバッテリを電力供給源として電気モータに供給して駆動輪を駆動し走行可能になっている。更に特許文献1では、バッテリの電力が使用された後に、当該バッテリの充電率(SOC)が下限値に近く設定された目標充電率に維持されるように燃料電池の出力を制御する技術が開示されている。
In an electric vehicle that travels by driving an electric motor with electric power supplied from an in-vehicle battery, a vehicle equipped with a range extender that is a power generation unit has been developed. A range extender is composed of a small power generation engine and a generator, for example, and increases the cruising range of an electric vehicle by supplying the generated power to an electric motor or using it for charging an in-vehicle battery. be able to.
By the way, in recent years, development of fuel cells has progressed, and vehicles equipped with fuel cells have been proposed. Furthermore, vehicles that use fuel cells instead of engines have been proposed as range extenders for electric vehicles.
For example, in Patent Document 1, in a vehicle equipped with a fuel cell, the fuel cell and the battery are supplied to an electric motor as a power supply source to drive a drive wheel so that the vehicle can run. Further, Patent Document 1 discloses a technique for controlling the output of the fuel cell so that the battery charge rate (SOC) is maintained at a target charge rate set close to the lower limit after the battery power is used. Has been.

特許第5101583号公報Japanese Patent No. 5101583

上記特許文献1に開示された車両では、バッテリの充電率が目標充電率に到達するまではバッテリから電気モータへ電力が供給され、バッテリの充電率が目標充電率より低下した場合には、電気モータ等で使用する車両の消費電力をまかなうとともに目標充電率を維持するように、バッテリの現在の充電率と目標充電率との差に基づいて燃料電池からの出力を制御する。   In the vehicle disclosed in Patent Document 1, electric power is supplied from the battery to the electric motor until the battery charging rate reaches the target charging rate, and when the battery charging rate falls below the target charging rate, The output from the fuel cell is controlled based on the difference between the current charging rate of the battery and the target charging rate so as to cover the power consumption of the vehicle used by the motor or the like and maintain the target charging rate.

しかしながら、燃料電池は一般的に出力が増加したり、出力が変動したりすると効率が低下する。また、燃料電池の代わりにエンジン駆動の発電機を使用したとしてもエンジンの効率のよい回転速度範囲が限られている。したがって、特許文献1のように目標充電率に達してから充電率と目標充電率とに基づいて発電ユニットの発電出力を設定すると、車両消費電力に足りるように発電ユニットから出力させなければならず、特に高速走行時のように車両消費電力が高い場合、あるいは車両消費電力が変動する場合には、発電ユニットの効率が低下してしまう可能性がある。したがって、バッテリの電力を消費してからの走行時に燃料を多く消費してしまうといった問題点がある。   However, the efficiency of a fuel cell generally decreases when the output increases or the output fluctuates. Even if an engine-driven generator is used instead of the fuel cell, the engine speed range is limited. Therefore, when the power generation output of the power generation unit is set based on the charge rate and the target charge rate after reaching the target charge rate as in Patent Document 1, it must be output from the power generation unit so that the vehicle power consumption is sufficient. In particular, when the vehicle power consumption is high, such as when driving at high speed, or when the vehicle power consumption fluctuates, the efficiency of the power generation unit may be reduced. Therefore, there is a problem that a large amount of fuel is consumed during traveling after the battery power is consumed.

本発明は、この様な問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、燃料電池等の発電ユニットの燃料消費を抑えることのできる車両の電力制御装置を提供することにある。   The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a vehicle power control device that can suppress fuel consumption of a power generation unit such as a fuel cell. .

上記の目的を達成するために、本願発明の車両の電力制御装置は、燃料を消費して発電する発電ユニット及びバッテリから走行駆動用の電気モータに電力を供給する車両の電力制御装置であって、前記発電ユニットを停止させて前記バッテリから供給される電力により前記電気モータを駆動して走行する第1のモードから前記発電ユニットを強制的に起動させて走行する第2のモードへ切り替え選択をするモード選択部と、前記発電ユニットの発電出力を制御する発電制御部と、を備え、前記発電制御部は、前記車両の走行開始の際に前記第1のモードを選択し、前記モード選択部により前記第2のモードが選択されてから前記バッテリの充電率が所定の到達目標充電率未満となるまで、前記発電ユニットの発電出力を一定の所定値に制御することを特徴とする。   In order to achieve the above object, a power control device for a vehicle according to the present invention is a power control device for a vehicle that supplies power from a power generation unit that consumes fuel and a power generation to an electric motor for driving. , Selection of switching from the first mode in which the power generation unit is stopped and the electric motor is driven by the electric power supplied from the battery to the second mode in which the power generation unit is forcibly started to travel A mode selection unit that controls the power generation output of the power generation unit, and the power generation control unit selects the first mode when the vehicle starts to travel, and the mode selection unit The power generation output of the power generation unit is controlled to a constant predetermined value until the charge rate of the battery becomes less than a predetermined target charge rate after the second mode is selected by It is characterized in.

また、好ましくは、前記発電制御部は、前記第1のモードが選択されているときには、前記車両の走行開始から前記発電ユニットの充電率が前記到達目標充電率未満となるまで、前記発電ユニットを停止させて前記バッテリから供給される電力により前記電気モータを駆動させるとよい。
また、好ましくは、前記到達目標充電率を設定する到達目標充電率設定部を備えるとよい。
また、好ましくは、前記前記バッテリの現在の充電率を検出する充電率検出部を備え、前記発電制御部は、前記発電ユニットの充電率が前記到達目標充電率未満となった際には、前記到達目標充電率と前記現在の充電率との差に基づいて前記発電出力を制御するとよい。
Preferably, when the first mode is selected, the power generation control unit switches the power generation unit from the start of travel of the vehicle until the charge rate of the power generation unit becomes less than the target target charge rate. The electric motor may be driven by electric power supplied from the battery after being stopped.
In addition, it is preferable that a reaching target charging rate setting unit for setting the reaching target charging rate is provided.
In addition, preferably, a charge rate detection unit that detects a current charge rate of the battery, the power generation control unit, when the charge rate of the power generation unit becomes less than the target target charge rate, The power generation output may be controlled based on the difference between the target charging rate and the current charging rate.

また、好ましくは、前記発電ユニットの燃料残量を検出する燃料残量検出部と、前記車両の消費電力に基づいて前記発電ユニットの発電開始判定をする発電開始判定部と、を備え、前記発電制御部は、前記発電開始判定された際には、前記燃料残量が減少するに伴って減少するように前記バッテリの目標充電率を設定し、前記目標充電率に基づいて前記発電出力を制御するとよい。
また、好ましくは、前記発電開始判定部は、前記車両の消費電力に基づいて車速相当値を演算し、当該車速相当値が所定の閾値を超えた際に前記発電開始判定するとよい。
また、好ましくは、前記バッテリの現在の充電率を検出する充電率検出部を備え、前記発電制御部は、前記発電開始判定された際には、前記目標充電率と前記現在の充電率との差に基づいて前記発電出力を制御するとよい。
また、好ましくは、前記発電ユニットは、燃料電池であるとよい。
Preferably, the power generation unit includes: a fuel remaining amount detection unit that detects a remaining amount of fuel in the power generation unit; and a power generation start determination unit that determines power generation start of the power generation unit based on power consumption of the vehicle. When the power generation start determination is made, the control unit sets a target charging rate of the battery so as to decrease as the remaining fuel amount decreases, and controls the power generation output based on the target charging rate. Good.
Preferably, the power generation start determination unit calculates a vehicle speed equivalent value based on power consumption of the vehicle, and determines the power generation start when the vehicle speed equivalent value exceeds a predetermined threshold.
Preferably, a charge rate detection unit that detects a current charge rate of the battery is provided, and the power generation control unit determines whether the target charge rate and the current charge rate are the same when the power generation start determination is made. The power generation output may be controlled based on the difference.
Preferably, the power generation unit is a fuel cell.

本願発明の車両の電力制御装置によれば、車両の走行開始の際にバッテリから供給される電力により電気モータを駆動して走行する第1のモードを選択し、第2のモードが選択されてからはバッテリの充電率が所定の到達目標充電率未満となるまで、発電ユニットの発電出力が一定の所定値に制御されるので、バッテリの充電率が所定の到達目標充電率未満となる前に発電ユニットにより発電を開始することでバッテリの充電率低下を遅らせることができる。充電率が所定の到達目標充電率未満となるまでは、発電により燃料を消費するが効率の高い一定の発電出力で発電できるので、燃料消費を抑えられる。そして、バッテリの充電率低下を遅らせることで、充電率が到達目標充電率未満となった以降の燃料消費効率が悪化する運転を遅延させて、車両走行開始から終了までの全体での燃料消費を抑制することができる。   According to the vehicle power control apparatus of the present invention, the first mode in which the electric motor is driven by the electric power supplied from the battery when the vehicle starts to travel is selected, and the second mode is selected. Since the power generation output of the power generation unit is controlled to a certain predetermined value until the battery charging rate becomes less than the predetermined target charging rate, before the battery charging rate becomes less than the predetermined target charging rate By starting the power generation by the power generation unit, it is possible to delay the decrease in the charging rate of the battery. Until the charging rate becomes less than the predetermined target charging rate, fuel is consumed by power generation, but power can be generated with a constant power output with high efficiency, so that fuel consumption can be suppressed. Then, by delaying the battery charge rate decrease, the operation that deteriorates the fuel consumption efficiency after the charge rate becomes less than the target charge rate is delayed, and the overall fuel consumption from the start to the end of vehicle travel is reduced. Can be suppressed.

本発明の一実施形態に係る電気自動車の駆動系の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the drive system of the electric vehicle which concerns on one Embodiment of this invention. 本実施形態のEV優先モード及びTOTAL燃費優先モードでの車両走行時における充電率、燃料残量、発電出力の推移の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of transition of the charging rate at the time of vehicles running in EV priority mode and TOTAL fuel consumption priority mode of this embodiment, fuel remaining, and power generation output. 本実施形態の低出力・低速走行状態でのEV優先モードと、高出力・高速走行状態とでの車両走行時における充電率、燃料残量、発電出力の推移の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of transition of the charging rate, fuel remaining amount, and electric power generation output at the time of vehicle driving | running | working by the EV priority mode in the low output and low speed driving state of this embodiment, and a high output and high speed driving state.

以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る車両1の駆動系の概略構成図である。
本発明の一実施形態に係る電力制御装置2を採用した車両1は、電気モータ3によりデフ4を介して左右の走行駆動輪5を駆動する電気自動車である。
車両1には、走行駆動用の電気モータ3に電力を供給する電源装置として、バッテリ6と燃料電池8を搭載している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a drive system of a vehicle 1 according to an embodiment of the present invention.
A vehicle 1 that employs a power control device 2 according to an embodiment of the present invention is an electric vehicle that drives left and right traveling drive wheels 5 via a differential 4 by an electric motor 3.
The vehicle 1 is equipped with a battery 6 and a fuel cell 8 as a power supply device that supplies electric power to the electric motor 3 for driving.

燃料電池8は、車両に搭載した燃料タンク9に貯蔵された水素を燃料として発電する。燃料電池8によって発電された電力は、DC−DCコンバータ10の1次側に供給されて昇圧され、DC−DCコンバータ10の2次側からインバータ11を介して電気モータ3に供給可能となっている。また、バッテリ6はインバータ11を介して電気モータ3に電力を供給可能となっている。
DC−DCコンバータ10を介した燃料電池8とバッテリ6とは並列に接続されており、燃料電池8から出力された電力の余剰電力は、バッテリ6に供給されてバッテリ6を充電する。また、電気モータ3の駆動に必要な電力に対して発電ユニット7から出力された電力が不足する場合には、バッテリ6から電力が供給される。
The fuel cell 8 generates electricity using hydrogen stored in a fuel tank 9 mounted on the vehicle as fuel. The electric power generated by the fuel cell 8 is supplied to the primary side of the DC-DC converter 10 to be boosted, and can be supplied from the secondary side of the DC-DC converter 10 to the electric motor 3 via the inverter 11. Yes. The battery 6 can supply power to the electric motor 3 via the inverter 11.
The fuel cell 8 and the battery 6 via the DC-DC converter 10 are connected in parallel, and surplus power output from the fuel cell 8 is supplied to the battery 6 to charge the battery 6. Further, when the power output from the power generation unit 7 is insufficient with respect to the power required for driving the electric motor 3, the power is supplied from the battery 6.

また、車両1には、充電機12が搭載されている。充電機12はAC−DCコンバータであり、コンセント13を介して外部電源から供給された交流電圧を直流に変換し、バッテリ6に供給してバッテリ6の充電を可能としている。
燃料タンク9には、燃料残量(水素残量)を検出する燃料残量検出器20(燃料残量検出部)が備えられている。また、バッテリ6には、バッテリ6の充電率を監視するバッテリモニタリングユニット21(充電率検出部)が備えられている。
The vehicle 1 is equipped with a charger 12. The charger 12 is an AC-DC converter, which converts an AC voltage supplied from an external power supply through an outlet 13 into a direct current, and supplies the direct current to the battery 6 to charge the battery 6.
The fuel tank 9 is provided with a fuel remaining amount detector 20 (fuel remaining amount detecting unit) for detecting the remaining amount of fuel (remaining amount of hydrogen). Further, the battery 6 is provided with a battery monitoring unit 21 (charge rate detection unit) that monitors the charge rate of the battery 6.

また、車両1には、運転者が操作可能なモード切換装置23(モード選択部)及び到達目標充電率設定装置24(到達目標充電率設定部)と、走行可能距離表示装置25を備えている。モード切換装置23は、EV優先モード(第1のモード)とTOTAL燃費優先モード(第2のモード)に切換可能であり、走行開始時あるいはREADYON時(車両電源オン時)には、強制的にEV優先モードに選択され、運転者の操作によりTOTAL燃費優先モードを選択可能である。EV優先モードは、バッテリ6の電力を優先して使用するモードであり、TOTAL燃費優先モードは、バッテリ6及び燃料電池8の両方の電力を使用して、燃料の消費を抑えるモードである。到達目標充電率設定装置24は、車両1を走行終了した際に、最低限確保すべきバッテリ6の充電率である到達目標充電率SOCbを設定する装置であり、運転者が設定可能である。走行可能距離表示装置25は、運転者に視認可能な位置に配置されており、後述するバッテリ6の電力のみでの走行可能距離を表示する機能を有する。   The vehicle 1 also includes a mode switching device 23 (mode selection unit) that can be operated by the driver, a target charging rate setting device 24 (target reaching charge rate setting unit), and a travelable distance display device 25. . The mode switching device 23 can be switched between an EV priority mode (first mode) and a TOTAL fuel consumption priority mode (second mode). Forcibly at the start of driving or at the time of READYON (when the vehicle power is on) The EV priority mode is selected, and the TOTAL fuel consumption priority mode can be selected by the driver's operation. The EV priority mode is a mode in which the power of the battery 6 is used with priority, and the TOTAL fuel consumption priority mode is a mode in which the power consumption of both the battery 6 and the fuel cell 8 is used to suppress fuel consumption. The target target charge rate setting device 24 is a device that sets the target target charge rate SOCb, which is the charge rate of the battery 6 that should be ensured at a minimum when the vehicle 1 finishes traveling, and can be set by the driver. The travelable distance display device 25 is disposed at a position visible to the driver, and has a function of displaying a travelable distance using only the power of the battery 6 described later.

コントロールユニット22(発電開始判定部、発電制御部)は、CPU(中央演算装置)、記憶装置(ROM、RAM)及び入出力インターフェース等を備えており、燃料残量検出器20から燃料タンク9の燃料残量、バッテリモニタリングユニット21からバッテリ6の充電率、モード切換装置23から選択したモード、到達目標充電率設定装置24から到達目標充電率SOCb、及びその他車両1のアクセル操作量、エアコン等の車載機器の作動情報等の車両運転情報を入力し、インバータ11を介した電気モータ3の作動制御、DC−DCコンバータ10を介した燃料電池8の出力制御を行うとともに、モード切換装置23の切換操作の参考として走行可能距離表示装置25により走行可能距離を表示させる。   The control unit 22 (power generation start determination unit, power generation control unit) includes a CPU (Central Processing Unit), a storage device (ROM, RAM), an input / output interface, and the like. The remaining amount of fuel, the charging rate of the battery 6 from the battery monitoring unit 21, the mode selected from the mode switching device 23, the reaching target charging rate SOCb from the reaching target charging rate setting device 24, the accelerator operation amount of the vehicle 1, the air conditioner, etc. The vehicle operation information such as the operation information of the in-vehicle device is inputted, the operation control of the electric motor 3 through the inverter 11, the output control of the fuel cell 8 through the DC-DC converter 10, and the switching of the mode switching device 23. As a reference for the operation, the travelable distance display device 25 displays the travelable distance.

コントロールユニット22は、車両1のREADYON時、即ち走行開始する際に、バッテリモニタリングユニット21からバッテリ6の充電率を入力し、平坦地での通常走行でバッテリ6の電力のみでの走行可能距離を演算して表示する。運転者は、この走行可能距離以下の距離の運転をする予定であれば、モード切換装置23を操作せずにEV優先モードとし、走行可能距離よりも長い距離の運転をする予定であれば、モード切換装置23をTOTAL燃費優先モードに切換えればよい。
図2は、本実施形態のEV優先モード及びTOTAL燃費優先モードでの車両走行時におけるバッテリ6の充電率、燃料残量、発電出力の推移の一例を示すグラフである。
The control unit 22 inputs the charging rate of the battery 6 from the battery monitoring unit 21 when the vehicle 1 is READYON, that is, when the vehicle starts to travel. Calculate and display. If the driver intends to drive for a distance less than or equal to the travelable distance, the driver switches to the EV priority mode without operating the mode switching device 23, and if the driver plans to drive for a distance longer than the travelable distance, The mode switching device 23 may be switched to the TOTAL fuel consumption priority mode.
FIG. 2 is a graph showing an example of the transition of the charging rate of the battery 6, the remaining fuel amount, and the power generation output when the vehicle is traveling in the EV priority mode and the TOTAL fuel efficiency priority mode of the present embodiment.

図2では、バッテリ6の充電率SOCが100%でありかつ燃料残量が100%に近い値Qfaである状態から車両1を走行開始して最大限可能な走行が終了するまでの、A)バッテリ6の充電率SOC、(B)燃料残量Qf、(C)燃料電池8の発電出力Pfの推移を示している。図2中において、実線がTOTAL燃費優先モード、破線がEV優先モードを示している。
コントロールユニット22は、車両走行開始時から、モード切換装置23においてTOTAL燃費優先モードへの操作が入力するまでは、EV優先モードによる燃料電池8の出力制御を行う。
In FIG. 2, from the state where the charging rate SOC of the battery 6 is 100% and the remaining amount of fuel is a value Qfa close to 100%, the vehicle 1 starts traveling and the maximum possible traveling is completed A) The graph shows the transition of the charging rate SOC of the battery 6, (B) the remaining fuel amount Qf, and (C) the power generation output Pf of the fuel cell 8. In FIG. 2, the solid line indicates the TOTAL fuel consumption priority mode, and the broken line indicates the EV priority mode.
The control unit 22 performs output control of the fuel cell 8 in the EV priority mode from when the vehicle travels until the operation to the TOTAL fuel consumption priority mode is input in the mode switching device 23.

コントロールユニット22は、TOTAL燃費優先モードの非選択時であるEV優先モードでは、バッテリモニタリングユニット21からバッテリ6の充電率SOCを逐次入力し、図2中破線で示すように、バッテリ充電率SOCが到達目標充電率設定装置24において入力した到達目標充電率SOCb未満となるまで、燃料電池8による発電を行わない。したがって、車両消費電力の全てをバッテリ6からの出力によってまかない、これに伴ってバッテリ6の充電率SOCは低下する。そして、バッテリ6の充電率SOCが到達目標充電率SOCbに達してからは、充電率SOCが到達目標充電率SOCbを維持するように、現在の充電率SOCと到達目標充電率SOCbとの偏差に基づいて、燃料電池8から電力を供給する。   The control unit 22 sequentially inputs the charging rate SOC of the battery 6 from the battery monitoring unit 21 in the EV priority mode when the TOTAL fuel consumption priority mode is not selected. As shown by the broken line in FIG. The power generation by the fuel cell 8 is not performed until the target target charging rate SOCb input by the target target charging rate setting device 24 is less than the SOCb. Therefore, not all of the vehicle power consumption is covered by the output from the battery 6, and accordingly, the charging rate SOC of the battery 6 decreases. Then, after the charge rate SOC of the battery 6 reaches the target target charge rate SOCb, the deviation between the current charge rate SOC and the target target charge rate SOCb is set so that the charge rate SOC maintains the target target charge rate SOCb. Based on this, electric power is supplied from the fuel cell 8.

車両を走行開始してから現在の充電率SOCが到達目標充電率SOCbに達する前にモード切換装置23がTOTAL燃費優先モードに切換えられたときに、その時点から燃料電池8の発電が開始され、その発電出力は所定値Pf1に設定される。所定値Pf1は、燃料電池8の出力効率(=発電量/燃料消費量)の最も高い値に設定すればよい。燃料電池8は、一般的に低出力で出力効率が高い。そして、バッテリ6の充電率SOCが到達目標充電率SOCbに達してからは、EV優先モードと同様に、充電率SOCが到達目標充電率SOCbを維持するように、現在の充電率SOCと到達目標充電率SOCbとの偏差に基づいて、燃料電池8から電力を供給する。
これにより、本実施形態では、走行開始してから、EV優先モードのままに設定されていると、到達目標充電率SOCbに達するまでバッテリ6の電力のみ使用される。したがって、走行距離が短くバッテリ6の電力のみで走行を終了する場合には燃料消費しない。
When the mode switching device 23 is switched to the TOTAL fuel consumption priority mode before the current charging rate SOC reaches the target target charging rate SOCb after the vehicle starts running, the power generation of the fuel cell 8 is started from that point, The power generation output is set to a predetermined value Pf1. The predetermined value Pf1 may be set to the highest value of the output efficiency (= power generation amount / fuel consumption amount) of the fuel cell 8. The fuel cell 8 generally has a low output and a high output efficiency. Then, after the charging rate SOC of the battery 6 has reached the attainment target charging rate SOCb, as in the EV priority mode, the current charging rate SOC and the reaching target are set so that the charging rate SOC maintains the reaching target charging rate SOCb. Electric power is supplied from the fuel cell 8 based on the deviation from the charging rate SOCb.
Thus, in the present embodiment, if the EV priority mode is set after the start of traveling, only the power of the battery 6 is used until the ultimate target charging rate SOCb is reached. Therefore, when the travel distance is short and the travel is completed only with the electric power of the battery 6, no fuel is consumed.

一方、TOTAL燃費優先モードに切換えると、燃料電池8が低出力で発電するので、充電率SOCの低下が抑制される。これにより、充電率SOCが到達目標充電率SOCbに達するまで低下する時期をEV優先モードよりも後に延ばすことができる。TOTAL燃費優先モードでは、発電開始してから充電率SOCが到達目標充電率SOCbに達するまでは、出力効率のよい低出力(所定値Pf1)で燃料電池8が発電するので、燃料の消費が抑えられる。EV優先モードでは、充電率が到達目標充電率SOCbに達するまでは燃料を消費しないものの、到達目標充電率SOCb未満となった後は車両消費電力に応じた出力となり燃料消費が大幅に増加して、すぐに燃料残量が低下してしまう。しかし、TOTAL燃費優先モードでは、燃料消費を抑えた発電時間を長く確保して、例えば図2中の(a)の時点までのように、バッテリ6の電力のみで走行可能な距離よりも長く走行する場合に、EV優先モードよりも燃料残量を抑えることができる。これにより、TOTAL燃費優先モードでは、走行可能な時間を延長し航続距離を増加させることができる。   On the other hand, when the mode is switched to the TOTAL fuel consumption priority mode, the fuel cell 8 generates power at a low output, so that a reduction in the charging rate SOC is suppressed. Thereby, the time when the charging rate SOC decreases until it reaches the attainment target charging rate SOCb can be extended after the EV priority mode. In the TOTAL fuel consumption priority mode, the fuel cell 8 generates power with a low output (predetermined value Pf1) with good output efficiency until the charge rate SOC reaches the target charge rate SOCb after the start of power generation. It is done. In the EV priority mode, the fuel is not consumed until the charging rate reaches the target charging rate SOCb, but after it becomes less than the target charging rate SOCb, the output is determined according to the vehicle power consumption and the fuel consumption is greatly increased. Immediately, the remaining fuel level will drop. However, in the TOTAL fuel economy priority mode, a long power generation time with reduced fuel consumption is ensured and the vehicle travels longer than the distance that can be traveled only by the power of the battery 6, for example, up to the point (a) in FIG. 2. In this case, the remaining amount of fuel can be suppressed as compared with the EV priority mode. Thereby, in the TOTAL fuel consumption priority mode, it is possible to extend the travelable time and increase the cruising distance.

更に、本実施形態では、モード切換装置23の切換えに拘わらず、高出力・高速走行状態では、航続距離を延長する機能を備えている。
コントロールユニット22は、車両走行時において、車両1の高出力・高速走行状態を判定する発電開始判定を行う(発電開始判定部)。コントロールユニット22は、電気モータ3の消費電力及びその他の車載機器の消費電力を合計した車両消費電力を逐次演算し、当該車両消費電力をフィルタ等を用いて平滑化して、車速変化相当値を求める。そして、この車速変化相当値が所定時間Ta以上継続してあらかじめ設定された所定の閾値Vaを超えた場合に、車両1が高出力・高速走行状態であるとして発電を開始する判定(発電開始判定)をする。なお、所定の閾値Va及び所定時間Taは、燃料電池8からの出力効率が低下するような高出力・高速走行状態であることを判定できる値に適宜設定すればよい。また、車両消費電力が所定時間Ta以上継続して閾値Vaを超えなくとも、バッテリ6の充電率が到達目標充電率SOCbに達した場合には、その時点においても発電開始判定をする。
Furthermore, in this embodiment, a function of extending the cruising distance is provided in a high output / high speed traveling state regardless of the switching of the mode switching device 23.
The control unit 22 performs power generation start determination for determining the high output / high speed travel state of the vehicle 1 during vehicle travel (power generation start determination unit). The control unit 22 sequentially calculates the vehicle power consumption that is the sum of the power consumption of the electric motor 3 and the power consumption of other in-vehicle devices, and smoothes the vehicle power consumption using a filter or the like to obtain a vehicle speed change equivalent value. . Then, when this vehicle speed change equivalent value continues for a predetermined time Ta or more and exceeds a predetermined threshold value Va set in advance, it is determined that the vehicle 1 is in a high output / high speed running state (power generation start determination). )do. The predetermined threshold value Va and the predetermined time Ta may be appropriately set to values that can determine that the output state from the fuel cell 8 is in a high output / high speed running state. Even if the vehicle power consumption continues for the predetermined time Ta or more and does not exceed the threshold value Va, when the charging rate of the battery 6 reaches the target reaching charging rate SOCb, the power generation start determination is also made at that time.

コントロールユニット22は、更に、発電開始判定された以降では、燃料電池8の発電出力Pfを所定の演算周期(例えば数msec)毎に演算して制御する。発電出力Pfは、以下の式(1)により演算される。
Pf=α×(SOCt−SOC)・・・(1)
式(1)において、SOCは、バッテリモニタリングユニット21から入力したバッテリ6の現在の充電率である。SOCtは目標充電率であり、下記の式(2)により式(1)とともに所定の演算周期毎に演算される。αは出力ゲインであり、例えば充電率SOCが目標充電率SOCtより高い場合には0、充電率SOCが目標充電率SOCtより低い場合に目標充電率SOCtと充電率SOCとの差が増加するに伴って出力ゲインαが増加するように設定すればよい。
SOCt=SOCb+(SOCa−SOCb)×{(Qf−Qfb)/(Qfa−Qfb)}・・・(2)
The control unit 22 further calculates and controls the power generation output Pf of the fuel cell 8 every predetermined calculation cycle (for example, several milliseconds) after the power generation start determination is made. The power generation output Pf is calculated by the following equation (1).
Pf = α × (SOCt−SOC) (1)
In Equation (1), SOC is the current charging rate of the battery 6 input from the battery monitoring unit 21. SOCt is a target charging rate, and is calculated for each predetermined calculation period together with equation (1) by the following equation (2). α is an output gain, for example, 0 when the charging rate SOC is higher than the target charging rate SOCt, and the difference between the target charging rate SOCt and the charging rate SOC increases when the charging rate SOC is lower than the target charging rate SOCt. Accordingly, the output gain α may be set to increase.
SOCt = SOCb + (SOCa−SOCb) × {(Qf−Qfb) / (Qfa−Qfb)} (2)

式(2)において、SOCaは開始時充電率であり、上記発電開始判定されたときのバッテリ6の充電率を記憶して用いられる。Qfは燃料残量検出器20から入力した現在の燃料残量であり、Qfaは開始時燃料残量である。開始時燃料残量Qfaは、上記発電開始判定されたときの燃料残量を記憶して用いられる。Qfbは、到達目標燃料残量であり、車両を走行終了したときに少なくとも必要とする燃料の残量である。到達目標燃料残量Qfbは運転者が設定可能としてもよいし、例えば0に近い正の値にあらかじめ設定されていてもよい。   In Equation (2), SOCa is a charging rate at the start, and is used by storing the charging rate of the battery 6 when the power generation start determination is made. Qf is the current remaining fuel amount input from the remaining fuel amount detector 20, and Qfa is the starting fuel amount. The starting fuel remaining amount Qfa is used by storing the fuel remaining amount when the power generation start determination is made. Qfb is an attainment target fuel remaining amount, which is at least the remaining amount of fuel that is required when the vehicle finishes traveling. The target fuel remaining amount Qfb may be set by the driver, or may be set in advance to a positive value close to 0, for example.

図3は、本実施形態の低出力・低速走行状態でのEV優先モードと、高出力・高速走行状態とでの車両走行時におけるバッテリ6の充電率、燃料残量、発電出力の推移の一例を示すグラフである。
図3では、図2と同様に、バッテリ6の充電率SOCが100%でありかつ燃料残量が100%に近い値Qfaである状態から車両1を走行開始して可能な限り走行するまでの、(A)バッテリ6の充電率SOC、(B)燃料残量Qf、(C)燃料電池8の発電出力Pfの推移を示している。図3中において、実線が上記式(1)及び(2)を用いて発電出力Pfを設定する高出力・高速走行状態での推移であり、破線は低出力・低速走行状態でのEV優先モードでの推移を示している。また、図2(A)における二点鎖線は、高出力・高速走行状態において設定される目標充電率SOCtの推移を示している。
FIG. 3 shows an example of changes in the charging rate of the battery 6, the remaining amount of fuel, and the power generation output when the vehicle is traveling in the EV priority mode in the low output / low speed traveling state and in the high output / high speed traveling state of the present embodiment. It is a graph which shows.
In FIG. 3, as in FIG. 2, from the state where the charging rate SOC of the battery 6 is 100% and the remaining amount of fuel is a value Qfa close to 100%, the vehicle 1 starts traveling and travels as much as possible. , (A) the charging rate SOC of the battery 6, (B) the remaining fuel amount Qf, and (C) the power generation output Pf of the fuel cell 8. In FIG. 3, the solid line is the transition in the high output / high speed running state where the power generation output Pf is set using the above formulas (1) and (2), and the broken line is the EV priority mode in the low output / low speed running state. It shows the transition. In addition, a two-dot chain line in FIG. 2A indicates a transition of the target charging rate SOCt set in the high output / high speed traveling state.

上記のように、車両1が高出力・高速走行状態となって車両消費電力が所定時間Ta以上継続して閾値Vaを超えた場合には、例えEV優先モードでバッテリ6の充電率SOCが到達目標充電率SOCbまで低下しなくとも、発電開始判定され燃料電池8の発電が開始される。したがって、図3に示すように、高出力・高速走行状態では、低出力・低速走行状態でのEV優先モードよりも早期に発電が開始される。このように早期に発電を開始することで、燃料電池8の出力を抑えることができ、車両消費電力に対する不足分はバッテリ6からの出力で補われる。
発電が開始してからは、燃料残量Qfが低下するに伴って目標充電率SOCtが低下するように設定され、燃料残量Qfが到達目標燃料残量Qfbに達することと目標充電率SOCtが到達目標充電率SOCbに達することが同時となるように目標充電率SOCtが設定される。そして、この目標充電率SOCtと現在の充電率SOCとの差に基づいて発電出力Pfを演算するので、充電率SOCが目標充電率SOCtに一致するように正確にフィードバック制御される。
As described above, when the vehicle 1 is in a high output / high speed running state and the vehicle power consumption continues for a predetermined time Ta or more and exceeds the threshold value Va, the charge rate SOC of the battery 6 reaches the EV priority mode, for example. Even if the target charging rate SOCb does not decrease, it is determined that power generation is started and power generation of the fuel cell 8 is started. Therefore, as shown in FIG. 3, in the high output / high speed running state, power generation is started earlier than the EV priority mode in the low output / low speed running state. By starting power generation early in this way, the output of the fuel cell 8 can be suppressed, and the shortage relative to the vehicle power consumption is compensated by the output from the battery 6.
After the power generation is started, the target charge rate SOCt is set to decrease as the fuel remaining amount Qf decreases, and the fuel remaining amount Qf reaches the target fuel remaining amount Qfb and the target charge rate SOCt is The target charging rate SOCt is set so that the reaching target charging rate SOCb is reached at the same time. Since the power generation output Pf is calculated based on the difference between the target charge rate SOCt and the current charge rate SOC, feedback control is accurately performed so that the charge rate SOC matches the target charge rate SOCt.

目標充電率SOCtは、燃料残量Qfの減少とともに徐々に低下し、燃料残量Qfが到達目標燃料残量Qfbに達することと同時期に到達目標充電率SOCbに達するように制御されるので、実際のバッテリ6の充電率SOCも目標充電率SOCtに合わせて略同時期に到達目標充電率SOCbに達する。したがって、バッテリ6の充電率が100%であり燃料残量が開始時燃料残量Qfaの状態から、到達目標充電率SOCb及び燃料残量Qfbになるまで車両が走行する距離が最大走行可能な航続距離となる。そして高出力・高速走行状態では、燃料残量Qfが到達目標燃料残量Qfbに達するまで燃料電池8から出力することになり、目標充電率SOCtを燃料残量Qfの減少とともに徐々に低下させることで、発電開始から走行終了まで発電時間を確保し、燃料電池8の出力を抑えることが可能となる。   Since the target charging rate SOCt is gradually lowered as the remaining fuel amount Qf decreases and is controlled so as to reach the reaching target charging rate SOCb at the same time as the remaining fuel amount Qf reaches the reaching target fuel remaining amount Qfb. The actual charging rate SOC of the battery 6 also reaches the target charging rate SOCb at substantially the same time as the target charging rate SOCt. Accordingly, the cruising range in which the vehicle can travel the maximum distance from the state where the charging rate of the battery 6 is 100% and the remaining fuel amount is the starting fuel remaining amount Qfa to the ultimate target charging rate SOCb and the remaining fuel amount Qfb is possible. Distance. In the high power / high speed running state, the fuel cell 8 outputs until the fuel remaining amount Qf reaches the target fuel remaining amount Qfb, and the target charging rate SOCt is gradually decreased as the fuel remaining amount Qf decreases. Thus, it is possible to secure a power generation time from the start of power generation to the end of travel, and to suppress the output of the fuel cell 8.

低出力・低速走行状態でのEV優先モードでは、発電開始以降では、すでにバッテリ6の充電率SOCが到達目標充電率SOCbに達しているので、バッテリ6からの出力増加が困難であり、よって車両消費電力が大きく増加した場合には、その変動に合わせて燃料電池8からの出力を大きく増加させなければならない。これに対し、高出力・高速走行状態では、発電開始してから走行終了までの期間で充電率SOCが到達目標充電率SOCbを上回っているので、車両消費電力が一時的に増加したとしてもバッテリ6からの出力が増加して燃料電池8の出力の変動を抑制することができる。   In the EV priority mode in the low output / low speed running state, since the charging rate SOC of the battery 6 has already reached the ultimate target charging rate SOCb after the start of power generation, it is difficult to increase the output from the battery 6. When the power consumption is greatly increased, the output from the fuel cell 8 must be greatly increased in accordance with the fluctuation. On the other hand, in the high output / high speed running state, since the charging rate SOC exceeds the ultimate target charging rate SOCb in the period from the start of power generation to the end of running, even if the vehicle power consumption temporarily increases, the battery As a result, the output from the fuel cell 8 can be increased and fluctuations in the output of the fuel cell 8 can be suppressed.

以上のように、EV優先モードであっても高出力・高速走行状態では、充電開始時期を早め、かつ燃料残量Qfが到達目標燃料残量Qfbに到達するまで燃料残量Qfの減少に伴って目標充電率SOCtを低下させることで、発電時間を確保して燃料電池8の出力を一定に抑えることができる。燃料電池8は、一般的に出力が増加するに伴って効率が低下するので、燃料電池8の出力が抑えられることで、燃料電池8の効率が向上する。また、車両消費電力の変動に対しても燃料電池8の出力の変動が抑えられるので、この点でも燃料電池8の効率を向上させることができる。   As described above, even in the EV priority mode, in the high power / high speed running state, the charging start timing is advanced and the remaining fuel amount Qf decreases until the remaining fuel amount Qf reaches the target fuel remaining amount Qfb. By reducing the target charging rate SOCt, it is possible to secure the power generation time and to keep the output of the fuel cell 8 constant. Since the efficiency of the fuel cell 8 generally decreases as the output increases, the efficiency of the fuel cell 8 is improved by suppressing the output of the fuel cell 8. Further, since the fluctuation of the output of the fuel cell 8 can be suppressed even with respect to the fluctuation of the vehicle power consumption, the efficiency of the fuel cell 8 can be improved also in this respect.

以上のように、高出力・高速走行状態で航続距離を延長させる機能を有することで、走行距離の予定が立てらずに例えモード切換装置23をEV優先モードにしておいても、例えば高速道路を走行するときのように高出力・高速走行状態が続く状況では、燃料電池8を効率よく発電させることができ、燃料消費を抑え、航続距離を増加させることができる。
なお、EV優先モードにおける低出力・低速走行状態では、早期に発電開始判定されないが、電気モータ3の消費電力が少ないので、燃料電池8を高出力にする必要がなく、よって燃料電池8の効率低下は抑えられる。
As described above, by having the function of extending the cruising distance in a high output / high speed traveling state, even if the mode switching device 23 is set to the EV priority mode without scheduling the traveling distance, for example, a highway In the situation where the high power / high speed driving state continues like when driving, the fuel cell 8 can generate power efficiently, the fuel consumption can be suppressed, and the cruising distance can be increased.
In the low power / low speed driving state in the EV priority mode, the power generation start determination is not made at an early stage, but the power consumption of the electric motor 3 is small, so that the fuel cell 8 does not need to have a high output, and thus the efficiency of the fuel cell 8 is improved. The decline is suppressed.

また、本実施形態では、車両消費電力を平滑化して演算した車速相当値によって発電開始判定を行っており、当該車速相当値が所定時間Ta以上閾値Vaを超えた場合に車両が高出力・高速走行状態であるとして、発電開始するように判定する。したがって、車両消費電力を平滑化した車速相当値によって発電開始判定を判定していることで、登坂や下り坂等での影響を受け難く、かつ加減速による出力変動の影響も抑制して、車両の高出力・高速走行状態を安定して正確に判定することができる。   Further, in this embodiment, the power generation start determination is performed based on the vehicle speed equivalent value calculated by smoothing the vehicle power consumption, and when the vehicle speed equivalent value exceeds the threshold value Va for a predetermined time Ta or more, the vehicle outputs high power and high speed. Assuming that the vehicle is in a running state, it is determined to start power generation. Therefore, since the power generation start determination is determined based on the vehicle speed equivalent value obtained by smoothing the vehicle power consumption, it is difficult to be affected by uphill or downhill slopes, and the influence of output fluctuation due to acceleration / deceleration is also suppressed. The high output / high speed driving state can be determined stably and accurately.

以上で発明の実施形態の説明を終えるが、発明の形態は本実施形態に限定されるものではない。
例えば、本実施形態では、高出力・高速走行状態において目標充電率SOCtを設定して航続距離を延長させる機能を有しているが、この機能を削除してもよい。本発明は、少なくともTOTAL燃費優先モードを可能にすることで、バッテリ6からの電力のみで走行可能な距離よりも長く走行する際に、燃料消費を抑えることができる。
This is the end of the description of the embodiment of the invention, but the invention is not limited to this embodiment.
For example, the present embodiment has a function of setting the target charging rate SOCt and extending the cruising distance in a high output / high speed traveling state, but this function may be deleted. In the present invention, by enabling at least the TOTAL fuel consumption priority mode, fuel consumption can be suppressed when traveling longer than the distance that can be traveled only by the electric power from the battery 6.

また、本実施形態では、発電ユニットとして燃料電池8を使用しているが、燃料電池8の代わりにエンジンと発電機を組み合わせたユニットを用いてもよい。この場合、車両はシリーズモードが可能なハイブリッド車となるが、このような車両においても、発電機及びエンジンを駆動制御して当該発電機からの出力を、上記燃料電池の出力制御と同様に制御することで、エンジンを効率よく作動させ、航続距離を増加させることができる。   In the present embodiment, the fuel cell 8 is used as the power generation unit, but a unit in which an engine and a generator are combined may be used instead of the fuel cell 8. In this case, the vehicle is a hybrid vehicle capable of the series mode, but even in such a vehicle, the generator and the engine are driven and controlled, and the output from the generator is controlled in the same manner as the output control of the fuel cell. By doing so, the engine can be operated efficiently and the cruising distance can be increased.

1 車両
3 電気モータ
6 バッテリ
8 燃料電池(発電ユニット)
20 燃料残量検出器(燃料残量検出部)
21 バッテリモニタリングユニット(充電率検出部)
22 コントロールユニット(発電開始判定部、発電制御部)
23 モード切換装置 (モード選択部)
24 到達目標充電率設定装置(到達目標充電率設定部)
1 Vehicle 3 Electric Motor 6 Battery 8 Fuel Cell (Power Generation Unit)
20 Fuel level detector (fuel level detector)
21 Battery monitoring unit (charge rate detector)
22 Control unit (power generation start determination unit, power generation control unit)
23 Mode switching device (mode selection part)
24 Target charging rate setting device (target charging rate setting unit)

Claims (7)

燃料を消費して発電する発電ユニット及びバッテリから走行駆動用の電気モータに電力を供給する車両の電力制御装置であって、
前記発電ユニットを停止させて前記バッテリから供給される電力により前記電気モータを駆動して走行する第1のモードから前記発電ユニットを強制的に起動させて走行する第2のモードへ切り替え選択をするモード選択部と、
前記発電ユニットの発電出力を制御する発電制御部と、
前記バッテリの現在の充電率を検出する充電率検出部と、を備え、
前記発電制御部は、前記車両の走行開始の際に前記第1のモードを選択し、前記モード選択部により前記第2のモードが選択されてから前記バッテリの充電率が所定の到達目標充電率未満となるまで、前記発電ユニットの発電出力を一定の所定値に制御し、前記第1のモードが選択されているときには、前記車両の走行開始から前記バッテリの充電率が前記到達目標充電率未満となるまで、前記発電ユニットを停止させて前記バッテリから供給される電力により前記電気モータを駆動することを特徴とする車両の電力制御装置。
A power control device for a vehicle that supplies power from a power generation unit that consumes fuel and generates electricity to an electric motor for driving from a battery,
The power generation unit is stopped and the electric motor is driven by the electric power supplied from the battery to switch to the second mode in which the power generation unit is forced to start and travel. A mode selector,
A power generation control unit for controlling the power generation output of the power generation unit;
A charge rate detector for detecting a current charge rate of the battery,
The power generation control unit selects the first mode at the start of travel of the vehicle, and the battery charging rate is a predetermined target charging rate after the second mode is selected by the mode selection unit. The power generation output of the power generation unit is controlled to a constant predetermined value until the power is less than the value, and when the first mode is selected, the battery charge rate is less than the target target charge rate from the start of travel of the vehicle. The electric power control apparatus for a vehicle is characterized in that the electric power generation unit is stopped until the electric motor is driven, and the electric motor is driven by electric power supplied from the battery.
前記到達目標充電率を設定する到達目標充電率設定部を備えたことを特徴とする請求項1に記載の車両の電力制御装置。  The vehicle power control apparatus according to claim 1, further comprising an attainment target charge rate setting unit that sets the attainment target charge rate. 前記発電制御部は、前記バッテリの充電率が前記到達目標充電率未満となった際には、前記到達目標充電率と前記現在の充電率との差に基づいて前記発電出力を制御することを特徴とする請求項1または3に記載の車両の電力制御装置。  The power generation control unit controls the power generation output based on a difference between the target charging rate and the current charging rate when the charging rate of the battery becomes less than the target charging rate. The power control apparatus for a vehicle according to claim 1 or 3. 前記発電ユニットの燃料残量を検出する燃料残量検出部と、
前記車両の消費電力に基づいて前記発電ユニットの発電開始判定をする発電開始判定部と、を備え、
前記発電制御部は、前記発電開始判定された際には、前記燃料残量が減少するに伴って減少するように前記バッテリの目標充電率を設定し、前記目標充電率に基づいて前記発電出力を制御することを特徴とする請求項1、3、4のいずれかに記載の車両の電力制御装置。
A fuel remaining amount detecting unit for detecting the remaining amount of fuel in the power generation unit;
A power generation start determination unit that determines the power generation start of the power generation unit based on the power consumption of the vehicle,
The power generation control unit sets a target charging rate of the battery so as to decrease as the remaining fuel amount decreases when the power generation start determination is made, and the power generation output based on the target charging rate The vehicle power control device according to claim 1, wherein the vehicle power control device controls the power of the vehicle.
前記発電開始判定部は、前記車両の消費電力に基づいて車速相当値を演算し、当該車速相当値が所定の閾値を超えた際に前記発電開始判定することを特徴とする請求項5に記載の車両の電力制御装置。  The power generation start determination unit calculates a vehicle speed equivalent value based on power consumption of the vehicle, and determines the power generation start when the vehicle speed equivalent value exceeds a predetermined threshold. Vehicle power control device. 前記発電制御部は、前記発電開始判定された際には、前記目標充電率と前記現在の充電率との差に基づいて前記発電出力を制御することを特徴とする請求項5または6に記載の車両の電力制御装置。  The power generation control unit controls the power generation output based on a difference between the target charging rate and the current charging rate when the power generation start determination is made. Vehicle power control device. 前記発電ユニットは、燃料電池であることを特徴とする請求項1、3から7のいずれかに記載の車両の電力制御装置。  The vehicle power control apparatus according to claim 1, wherein the power generation unit is a fuel cell.
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