JP6635062B2 - 燃料電池の出力予測装置及び燃料電池の出力予測方法 - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池の出力予測装置及び燃料電池の出力予測方法に関する。
ナビゲーション装置の情報を用いて、車両に走行用に搭載された燃料電池の出力を予測する技術が開示されている。ナビゲーション装置の情報とは、現在地から目的地までの走行予定経路、走行予定経路に沿った標高情報、規制速度情報である（例えば特許文献１参照）。
特開２００５−０４４７４９号
しかしながら、上述した走行予定経路や標高情報、規制速度情報には、車両がその走行予定経路をどのように走行するかに関する情報は含まれていない。また、燃料電池の出力は、車両の空調装置によっても消費されるところ、上述の情報には空調装置に関する情報も含まれていない。このため、燃料電池の出力を精度よく予測できない可能性がある。
そこで、燃料電池の出力を精度よく予測できる燃料電池の出力予測装置及び燃料電池の出力予測方法を提供することを目的とする。
上記目的は、燃料電池を動力源として走行する車両の走行予定経路上での前記車両の予測加速度に基づいて算出された前記燃料電池の第１要求出力を取得する第１取得部と、前記車両の空調装置により要求される前記燃料電池の第２要求出力を取得する第２取得部と、前記第１及び第２要求出力に基づいて、前記走行予定経路上で出力されると予測される前記燃料電池の予測出力値に相関するパラメータを算出する算出部と、を備えた燃料電池の出力予測装置によって達成できる。また、上記目的は、燃料電池を動力源として走行する車両の走行予定経路上での前記車両の予測車速又は予測加速度に基づいて算出された前記燃料電池の第１要求出力を取得する第１取得部と、前記車両の空調装置により要求される前記燃料電池の第２要求出力を取得する第２取得部と、前記第１及び第２要求出力に基づいて、前記走行予定経路上で出力されると予測される前記燃料電池の予測出力値に相関するパラメータを算出する算出部と、前記燃料電池の出力の不足分を補填する二次電池の目標充電量を変更する充電量変更部と、を備え、前記充電量変更部は、前記パラメータが閾値を超えている場合に、前記パラメータが前記閾値以下の場合よりも、予め前記目標充電量を増大させる、燃料電池の出力予測装置によって達成できる。また、上記目的は、燃料電池を動力源として走行する車両の走行予定経路上での前記車両の予測車速又は予測加速度に基づいて算出された前記燃料電池の第１要求出力を取得する第１取得部と、前記車両の空調装置により要求される前記燃料電池の第２要求出力を取得する第２取得部と、前記第１及び第２要求出力に基づいて、前記走行予定経路上で出力されると予測される前記燃料電池の予測出力値に相関するパラメータを算出する算出部と、を備え、前記予測加速度は、前記車両を含む又は含まない車両群が前記走行予定経路上を走行した際の前記車両群の加速度の平均値である平均加速度に基づいて算出されている、燃料電池の出力予測装置によっても達成できる。
上記構成のように、燃料電池の予測出力値に相関するパラメータは、車両の予測車速又は予測加速度に基づく燃料電池の第１要求出力と、車両の空調装置に基づく燃料電池の第２要求出力とにより算出される。このため、燃料電池の出力を精度よく算出できる。
前記第１要求出力は、更に前記走行予定経路の勾配に基づいて算出されていてもよい。
前記予測車速は、前記車両を含む又は含まない車両群が前記走行予定経路上を走行した際の前記車両群の走行速度の平均値である平均車速に基づいて算出されていてもよい。
前記第１要求出力は、無線通信を介して前記車両の外部に配置されたサーバから取得された前記予測車速又は前記予測加速度に基づいて算出されていてもよい。
上記目的は、燃料電池を動力源として走行する車両の走行予定経路上での前記車両の予測加速度に基づいて算出された前記燃料電池の第１要求出力を取得する第１取得ステップと、前記車両の空調装置により要求される前記燃料電池の第２要求出力を取得する第２取得ステップと、前記第１及び第２要求出力に基づいて、前記走行予定経路上で出力されると予測される前記燃料電池の予測出力値に相関するパラメータを算出する算出ステップと、を備えた燃料電池の出力予測方法によっても達成できる。また、上記目的は、燃料電池を動力源として走行する車両の走行予定経路上での前記車両の予測車速又は予測加速度に基づいて算出された前記燃料電池の第１要求出力を取得する第１取得ステップと、前記車両の空調装置により要求される前記燃料電池の第２要求出力を取得する第２取得ステップと、前記第１及び第２要求出力に基づいて、前記走行予定経路上で出力されると予測される前記燃料電池の予測出力値に相関するパラメータを算出する算出ステップと、前記燃料電池の出力の不足分を補填する二次電池の目標充電量を変更する充電量変更ステップと、を備え、前記充電量変更ステップでは、前記パラメータが閾値を超えている場合に、前記パラメータが前記閾値以下の場合よりも、予め前記目標充電量を増大させる、燃料電池の出力予測方法によっても達成できる。また、上記目的は、燃料電池を動力源として走行する車両の走行予定経路上での前記車両の予測車速又は予測加速度に基づいて算出された前記燃料電池の第１要求出力を取得する第１取得ステップと、前記車両の空調装置により要求される前記燃料電池の第２要求出力を取得する第２取得ステップと、前記第１及び第２要求出力に基づいて、前記走行予定経路上で出力されると予測される前記燃料電池の予測出力値に相関するパラメータを算出する算出ステップと、を備え、前記予測加速度は、前記車両を含む又は含まない車両群が前記走行予定経路上を走行した際の前記車両群の加速度の平均値である平均加速度に基づいて算出されている、燃料電池の出力予測方法によっても達成できる。
燃料電池の出力を精度よく予測できる燃料電池の出力予測装置及び燃料電池の出力予測方法を提供できる。
図１は、車両の構成図である。 図２は、出力予測システムの構成図である。 図３Ａはサーバの構成図であり、図３ＢはサーバのＨＤＤに記憶された平均車速の一例である。 図４Ａは、平均車速を算出する制御の一例を示したフローチャートであり、図４Ｂは、走行予定経路上での各地点での、平均車速と勾配を示した概念図である。 図５は、本実施例の出力予測制御の一例を示したフローチャートである。 図６は、燃料電池への要求出力を、車速及び勾配毎に規定したマップである。 図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ冷房時及び暖房時での空調装置の状態を示している。 図８は、空調装置による燃料電池への要求出力と外気温との関係を規定したマップである。 図９は、予測出力値の推移を示したグラフの一例である。 図１０は、第１変形例の出力予測制御の一例を示したフローチャートである。 図１１は、第２変形例の出力予測制御の一例を示したフローチャートである。 図１２は、燃料電池への要求出力の増加量を、加速度及び勾配毎に規定したマップである。 図１３は、積算値の推移を示したグラフの一例である。 図１４Ａは、サーバのＨＤＤに記憶された平均加速度の一例であり、図１４Ｂは、平均加速度を算出する制御の一例を示したフローチャートである。 図１５は、第３変形例の出力予測制御の一例を示したフローチャートである。
図１は、燃料電池車（以下、車両と称する）の構成図である。図１に示すように、車両１は、酸化剤ガス配管系３０、燃料ガス配管系４０、電力系５０、及び制御装置６０を含む。燃料電池２０は、酸化剤ガスと燃料ガスの供給を受けて発電する。酸化剤ガス配管系３０は、酸化剤ガスとしての、酸素を含む空気を燃料電池２０に供給する。燃料ガス配管系４０は、燃料ガスとしての水素ガスを燃料電池２０に供給する。電力系５０は、システムの電力を充放電する。制御装置６０は、車両１全体を統括制御する。燃料電池２０は、固体高分子電解質型であり、複数のセルを積層したスタック構造を備えている。燃料電池２０には、出力電流及び電圧をそれぞれ検出する電流センサ２ａ及び電圧センサ２ｂ、燃料電池２０の温度を検出する温度センサ２ｃが取り付けられている。
酸化剤ガス配管系３０は、エアコンプレッサ３１、酸化剤ガス供給路３２、加湿モジュール３３、酸化剤オフガス流路３４、及びエアコンプレッサ３１を駆動するモータＭ１を有している。エアコンプレッサ３１は、モータＭ１により駆動され、外気から取り込んだ酸素を含む空気（酸化剤ガス）を圧縮して燃料電池２０のカソード極に供給する。モータＭ１には、その回転数を検出する回転数検出センサ３ａが取り付けられている。酸化剤ガス供給路３２は、エアコンプレッサ３１から供給される空気を燃料電池２０のカソード極に導く。燃料電池２０のカソード極からは酸化剤オフガスが酸化剤オフガス流路３４を介して排出される。加湿モジュール３３は、燃料電池２０に供給される酸化剤ガスを適度に加湿する。酸化剤オフガス流路３４は、酸化剤オフガスをシステム外に排気し、カソード極出口付近には背圧調整弁Ｖが配設されている。酸化剤オフガス流路３４における燃料電池２０と背圧調整弁Ｖの間には、カソード背圧を検出する圧力センサ３ｂが取り付けられている。
燃料ガス配管系４０は、燃料タンク４１、燃料ガス供給路４２、燃料ガス循環路４３、アノードオフガス流路４４、水素循環ポンプ４５、気液分離器４６、及び水素循環ポンプ４５を駆動するためのモータＭ２を有している。燃料タンク４１は、燃料電池２０へ燃料ガスである水素ガスを供給するタンクである。燃料ガス供給路４２は、燃料タンク４１から放出される燃料ガスを燃料電池２０のアノード側に導き、上流側から順にタンクバルブＨ１、水素調圧バルブＨ２、インジェクタＨ３が配設されている。これらバルブ及びインジェクタは、燃料電池２０へ燃料ガスを供給、遮断する。燃料ガス循環路４３は、未反応燃料ガスを燃料電池２０へ還流させ、上流側から順に気液分離器４６、水素循環ポンプ４５、及び不図示の逆止弁が配設されている。燃料電池２０から排出された未反応燃料ガスは、水素循環ポンプ４５によって適度に加圧され、燃料ガス供給路４２へ導かれる。アノードオフガス流路４４には、燃料電池２０から排出された水素オフガスを含むアノードオフガスや気液分離器４６内に貯留された水をシステム外に排気し、排気排水弁Ｈ５が配設されている。
電力系５０は、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５１、バッテリ５２、トラクションインバータ５３、補機インバータ５４、トラクションモータＭ３、及び補機モータＭ４を備えている。高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５１は、燃料電池２０からの直流電圧を調整してバッテリ５２に出力可能である。高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５１により、燃料電池２０の出力電圧が制御される。バッテリ５２は、充放電可能な二次電池であり、余剰電力の充電や補助的な電力供給が可能である。燃料電池２０で発電された直流電力の一部は、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５１により昇降圧され、バッテリ５２に充電される。バッテリ５２には、その充電状態を検出するＳＯＣセンサ５ａが取り付けられている。トラクションインバータ５３、補機インバータ５４は、燃料電池２０又はバッテリ５２から出力される直流電力を三相交流電力に変換してトラクションモータＭ３及び補機モータＭ４へ供給する。トラクションモータＭ３は、車輪Ｗを駆動する。トラクションモータＭ３が回生を行う場合には、トラクションモータＭ３からの出力電力は、トラクションインバータ５３を介して直流電力に変換されてバッテリ５２に充電される。トラクションモータＭ３には、その回転数を検出する回転数検出センサ５ｂが取り付けられている。
車両１には、車室内を冷暖房可能な空調装置７０が搭載されている。空調装置７０については詳しくは後述する。
制御装置６０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６１、ＲＯＭ（Read Only Memory）６２、ＲＡＭ（Random Access Memory）６３、メモリ６４、ネットワークインタフェース６５、入出力インタフェース６６等を備え、各部はバス６９により接続されている。また、制御装置６０には、入力される各センサ信号に基づき、当該システムの各部を統合的に制御する。具体的には、制御装置６０のＣＰＵ６１は、入出力インタフェース６６を介して、アクセルペダル８０の回動を検出するアクセルペダルセンサ８１、車速センサ８３、ＳＯＣセンサ５ａ、回転数検出センサ５ｂから送出される各センサ信号に基づいて、燃料電池２０の発電を制御する。また、入出力インタフェース６６には、ナビゲーション装置９０や空調装置７０が接続されている。ナビゲーション装置９０の記憶装置には、地図データや車両１の過去の走行履歴等が記憶されている。また、ナビゲーション装置９０は、車両１の位置情報を取得するＧＰＳ（Global Positioning System）受信機を内蔵している。制御装置６０のＣＰＵ６１は、ネットワークインタフェース６５により、後述するネットワークＮを介してサーバ１００と無線通信可能である。
また制御装置６０は、燃料電池２０の出力を予測する出力予測制御を実行可能である。この出力予測制御は、制御装置６０のＣＰＵ６１、ＲＯＭ６２、ＲＡＭ６３、及びメモリ６４により機能的に実現される第１取得部、第２取得部、及び算出部により実行される。従って、制御装置６０は、燃料電池２０の出力予測装置の一例である。尚、本明細書において燃料電池２０の出力とは、燃料電池２０の発電によって生じる出力電力を意味する。
図２は、出力予測システムＳの構成図である。出力予測システムＳでは、車両群とサーバ１００とが、インターネットなどのネットワークＮに接続されている。具体的には、車両１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ…のそれぞれ搭載された制御装置が、ネットワークＮに接続されている。ここで、車両１以外の車両１ａ〜１ｆ等は、例えば、エンジン車両や、ハイブリッド車両、電気自動車両や、燃料電池車両等の車両群である。サーバ１００には、車両１〜１ｆの各制御装置からネットワークＮを介して、車両１〜１ｆ等の各位置情報と各車速とが対応付けられて無線送信されている。
次に、サーバ１００について説明する。図３Ａは、サーバ１００の構成図である。サーバ１００は、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）１０４、ネットワークインタフェース１０５等を備え、各部はバス１０９により接続されている。サーバ１００では、ＲＯＭ１０２あるいはＨＤＤ１０４に格納されているプログラムをＣＰＵ１０１が実行することにより、各種の機能が実現される。ネットワークインタフェース１０５は、車両１の制御装置６０と通信可能であり、車両１以外のその他の車両１ａ〜１ｆ等の各制御装置とも通信可能である。ＨＤＤ１０４には、これら車両群から取得した各車両の位置情報と車速情報と、各地点での平均車速とが記憶されている。尚、これらの情報を記憶保持できれば、ＨＤＤ１０４に限定されず、その他の記憶装置を用いてもよい。ここで、平均車速とは、車両１〜１ｆ等を含む車両群が、その地点を走行した際のこれら車両群の走行速度の平均値である。図３Ｂは、ＨＤＤ１０４に記憶された平均車速の一例である。図３Ｂでは、地点Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４…、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４…、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４…毎に、平均車速が算出されている。
次に、サーバ１００が実行する平均車速を算出する制御について説明する。図４Ａは、平均車速を算出する制御の一例を示したフローチャートである。この制御は一定周期で繰り返し実行される。まず、ネットワークＮを介して、複数の車両から、各車両の現在の位置とその位置での車速とが取得される（ステップＳ１０１）。車両の現在の位置は、例えば、各車両に搭載されたＧＰＳ受信機からの位置情報により取得される。各車両の車速は、各車両に搭載された車速センサからの情報が取得される。次に、取得された位置と車速とが互いに対応付けされてＨＤＤ１０４に記憶される（ステップＳ１０３）。次に、同一地点での取得された複数の車速に基づいて、車速の平均値である平均車速が算出される（ステップＳ１０５）。算出された平均車速は、地点毎に対応付けされてＨＤＤ１０４に記憶、更新される（ステップＳ１０７）。従って、各地点の平均車速は、車両１がその地点を走行したことがある場合には車両１を含む車両群の平均車速となり、車両１がその地点を走行したことがない場合には、車両１を含まない車両群の平均車速となる。
次に、車両１の制御装置６０が実行する制御について説明する。車両１の制御装置６０は、車両１の現在地から目的地までの走行予定経路上での各地点での平均車速をサーバ１００から取得する。走行予定経路は、車両１の現在地から、ユーザによってナビゲーション装置９０に設定された目的地までナビゲーション装置９０が案内する経路、又は目的地が設定されていない場合にはナビゲーション装置９０に記憶されている過去の走行履歴から推測される経路である。制御装置６０は、ナビゲーション装置９０から走行予定経路を取得する。また、制御装置６０は、平均車速が取得された走行予定経路上での各地点での道路の勾配をナビゲーション装置９０に記憶されている地図データから取得する。図４Ｂは、走行予定経路上での各地点Ａ１〜Ａ３、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１、及びＥ１での平均車速と勾配を示した概念図である。制御装置６０は、このような各地点での平均車速と勾配とに基づいて、走行予定経路上での燃料電池２０への要求出力を算出する。
次に、制御装置６０が実行する出力予測制御について具体的に説明する。図５は、本実施例の出力予測制御の一例を示したフローチャートである。この出力予測制御は、所定の周期で繰り返し実行される。
最初に、上述したようにナビゲーション装置９０から走行予定経路が取得される（ステップＳ１）。次に、走行予定経路上での各地点の勾配がナビゲーション装置９０の地図データから取得される（ステップＳ３）。次に、走行予定経路上での各地点の平均車速がサーバ１００から取得される（ステップＳ５）。この平均車速は、走行予定経路を走行する車両１の予測車速の一例として取得される。尚、予測車速の代わりに、予測加速度を用いてもよいが、予測加速度を用いる例については後述する。
次に、取得した勾配及び平均車速に基づいて、各地点での燃料電池２０への要求出力が算出されて取得される（ステップＳ７）。ここでの要求出力とは、所定の勾配を有した所定の地点をその地点での平均車速での車両１の走行を実現するために、燃料電池２０に要求される要求出力である。具体的には、燃料電池２０への要求出力は、上記のような走行を実現するために必要となる、トラクションモータＭ３や補機モータＭ４等で消費される電力値と略同じとみなすことができる。図６は、燃料電池２０への要求出力を、車速及び勾配毎に規定したマップである。このマップは、予め実験により算出され予め制御装置６０のメモリ６４に記憶されている。燃料電池２０への要求出力は、車速が増大するほど増大し、上り勾配が増大するほど増大する。下り勾配の場合には、所定の車速以下で燃料電池２０への要求出力がゼロとなる。この要求出力がゼロとなる区間は、下り勾配の傾斜角度が増大するほど、増大する。このマップを参照して、走行予定経路上での各地点での燃料電池２０の要求出力が算出される。ステップＳ７は、燃料電池２０を動力源として走行する車両１の走行予定経路上での車両１の予測車速又は予測加速度に基づいて算出された燃料電池２０の第１要求出力を取得する第１取得部が実行する処理の一例である。
次に、空調装置７０により要求される燃料電池２０の要求出力が取得される（ステップＳ９）。ステップＳ９は、車両１の空調装置７０により要求される燃料電池２０の第２要求出力を取得する第２取得部が実行する処理の一例である。この処理について詳細に説明する前に、空調装置７０の構成について説明する。
図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ冷房時及び暖房時での空調装置７０の状態を示している。空調装置７０は、エアコンコンプレッサ７１ｂや、エバポレータ７６ａ、室内コンデンサ７６ｂ等を有しており、これらは冷媒が流通する配管で接続されている。冷房時には、以下のように冷媒が循環するように、三方弁７４ａ、開閉弁７４ｂ及び７４ｃの開閉状態が制御される。図７Ａに示すように、気相の冷媒が、エアコンコンプレッサ７１ｂで凝縮され、高温・高圧の状態で、室内コンデンサ７６ｂ、三方弁７４ａを経て、室外熱交換器７１ａで外気との熱交換により冷却され液相となり、エキスパンションバルブ７３ａによってエバポレータ７６ａに噴射されて気化する。その際に冷媒は、ファンＦからの送風と熱交換する。熱交換された冷風は、車室内に連通したダクト７７ａを介して、シャッタ７７ｃが隔壁７７ｂによって隔てられて冷房用の送風路７８ａを開き、暖房用の送風路７８ｂを閉じた状態で、車室内に送られる。
暖房時には、以下のように冷媒が循環するように、三方弁７４ａ、開閉弁７４ｂ及び７４ｃの開閉状態が制御される。図７Ｂに示すように、気相の冷媒は、エアコンコンプレッサ７１ｂによって凝縮され、高温・高圧の状態で、室内コンデンサ７６ｂにおいて、ファンＦからの送風との間で熱交換される。熱交換された温風は、シャッタ７７ｃが送風路７８ａを閉じ送風路７８ｂを開いた状態で、車室内に送られる。室内コンデンサ７６ｂで液化した冷媒は、三方弁７４ａを介して、エキスパンションバルブ７３ｂによって霧状の状態となって室外熱交換器７１ａへと流入し、室外熱交換器７１ａにおいて気化する際に外気と熱交換する。気化した冷媒は、再びエアコンコンプレッサ７１ｂによって凝縮される。
このような空調装置７０による燃料電池２０への要求出力は、外気温に基づいて算出される。図８は、空調装置７０による燃料電池２０への要求出力と外気温との関係を規定したマップである。このマップは、予め実験により算出され、制御装置６０のメモリ６４に記憶されている。このマップでは、車室内の温度を所定温度、例えば２５度に維持する場合に、外気温に応じて変動する、空調装置７０による燃料電池２０への要求出力を規定している。所定温度と外気温との差が大きいほど、エアコンコンプレッサ７１ｂにより搬送される冷媒の流量を増大させる必要があり、エアコンコンプレッサ７１ｂの消費電力が増大するため、燃料電池２０への要求出力も増大する。尚、外気温は、車両１の周辺の外気温を意味し、車両１に搭載された外気温センサにより制御装置６０が取得する。
次に、走行予定経路上での各地点の勾配及び平均車速と、空調装置７０による燃料電池２０への要求出力とに基づいて、現時点から所定時間後まで、具体的には３０分後までに燃料電池２０が出力すると予測される予測出力値Ｐが算出される（ステップＳ１１）。詳細には、勾配及び車速に基づく各地点での燃料電池２０への要求出力に、空調装置７０による燃料電池２０の要求出力を加算した値を、各地点での燃料電池２０の予測出力値Ｐとして算出される。ステップＳ１１は、予測車速又は予測加速度と、空調装置７０による燃料電池２０の要求出力とに基づいて、走行予定経路上で出力されると予測される燃料電池２０の予測出力値に相関するパラメータを算出する算出部が実行する処理の一例である。燃料電池２０の予測出力値Ｐは、燃料電池２０の予測出力値に相関するパラメータの一例である。
図９は、算出された予測出力値Ｐの推移を示したグラフの一例である。時刻ｔ１は現在時刻を示し、時刻ｔ３０は時刻ｔ１から３０分後を示す。尚、図９には、空調装置７０により消費される燃料電池２０からの出力値Ｐｃを示している。出力値Ｐｃは、上述した第２要求出力に相当する。予測出力値Ｐは、上述した第１及び第２要求出力の合計に相当する。
このように、燃料電池２０の予測出力値を算出する際に、走行予定経路上での勾配及び予測車速に加えて、空調装置７０による燃料電池２０の要求出力も考慮されるため、燃料電池２０の予測出力値Ｐをより精度よく算出できる。
また、車両１の制御装置６０は、このように算出された予測出力値Ｐを、所定の処理の実行の可否の判断に用いてもよい。例えば制御装置６０は、予測出力値Ｐが比較的大きい場合には所定の処理を実行し、予測出力値Ｐが比較的小さい場合にはその処理を実行しないように制御してもよい。
上記実施例では、現時点から所定時間までの予測出力値Ｐの推移を予測したが、これに限定されない。例えば、現時点から所定時間までの予測出力値Ｐの平均値を予測してもよい。予測出力値Ｐの平均値は、例えば現時点から所定時間までの間の各地点での予測出力値Ｐの合計値を地点の数で除算することにより算出してもよい。また、現時点から所定時間までの予測出力値Ｐの最大値を予測してもよい。また、現時点から所定時間までの予測出力値Ｐの積算値を予測してもよい。これら平均値、最大値、及び積算値は、予測出力値が増大するほど増大し、予測出力値に相関するパラメータの一例である。このようなパラメータを精度よく算出できるため、燃料電池２０の出力も精度よく算出できる。尚、このような平均値、最大値、又は積算値についても、所定の処理の実行の可否の判断に用いてもよい。
また、図５に示した出力予測制御は、車両１の制御装置６０とサーバ１００とが協働で実行してもよい。例えば、サーバ１００がステップＳ１〜Ｓ７を実行し、制御装置６０がステップＳ９〜Ｓ１１を実行してもよい。この場合、サーバ１００がステップＳ１〜Ｓ５を実行し更に予測車速等に基づく燃料電池２０の要求出力を算出し、車両１の制御装置６０は、この算出された要求出力を、無線通信を介して取得してもよい。
また、サーバ１００がステップＳ１〜Ｓ１１を実行してもよい。この場合、図８のマップは、車両の種別ごとに、車両の識別情報と対応付けてサーバ１００のＨＤＤ１０４に記憶させておく。また、サーバ１００は、上述した第１取得部、第２取得部、及び算出部を備えた燃料電池２０の出力予測装置に相当する。制御装置６０は、車両１の識別情報とＨＤＤ１０４に記憶されている識別情報とを参照して、サーバ１００により算出された予測出力値Ｐを取得し、予測出力値Ｐに応じて所定の処理の実行の可否を決定してもよい。
次に、出力予測制御の複数の変形例について説明する。出力予測制御の変形例について、同一の処理は、同一の符号を用いることにより重複する説明を省略する。第１変形例の出力予測制御について説明する。第１変形例では、所定の条件成立時にバッテリ５２の目標充電量が増大される。第１変形例の出力予測制御は、制御装置６０のＣＰＵ６１、ＲＯＭ６２、ＲＡＭ６３、及びメモリ６４により機能的に実現される第１取得部、第２取得部、算出部、及び充電量変更部により実行される。
図１０は、第１変形例の出力予測制御の一例を示したフローチャートである。第１変形例では、現時点から所定時間後まで、具体的には３０分後までの期間での予測出力値Ｐの最大値Ｐｍａｘが算出される（ステップＳ１１ａ）。次に、最大値Ｐｍａｘが閾値Ｐ１を超えているか否かが判定される（ステップＳ１３）。否定判定の場合には、本制御は終了する。肯定判定の場合には、バッテリ５２の目標充電量が所定量だけ増大されて（ステップＳ１５）、本制御は終了する。ステップＳ１５は、燃料電池２０の出力の不足分を補填するバッテリ５２の目標充電量を変更する充電量変更部が実行する処理の一例である。
ここで、ステップＳ１３で肯定判定される場合とは、燃料電池２０への要求出力が大きくなると予測される場合である。このように予測される場合に、バッテリ５２の目標充電量を一時的に増大させることにより、バッテリ５２よる燃料電池２０の出力の補填を可能にすることができる。
第１変形例についても、制御装置６０とサーバ１００とが協働で実行してもよい。例えば、サーバ１００がステップＳ１〜Ｓ７を実行し、車両１の制御装置６０がステップＳ９以降の処理を実行してもよい。また、サーバ１００がステップＳ１〜Ｓ１１ａを実行し、車両１の制御装置６０がステップＳ１３及びＳ１５を実行してもよい。
また、サーバ１００がステップＳ１〜Ｓ１３を実行し、車両１の制御装置６０がステップＳ１５を実行してもよい。この場合、閾値Ｐ１は、車両の種別ごとに、車両の識別情報と対応付けてサーバ１００のＨＤＤ１０４に記憶させておく。制御装置６０は、車両１の識別情報とＨＤＤ１０４に記憶されている識別情報とを参照して、サーバ１００により判定されたステップＳ１３の判定結果を取得する。
第１変形例のステップＳ１１ａ及びＳ１３で最大値Ｐｍａｘを用いたが、これに限定されない。例えば、所定期間での予測出力値Ｐの平均値を算出し、平均値が所定の閾値を超えたか否かを判定してもよい。所定期間での予測出力値Ｐが、所定の閾値を超えた累積時間が所定時間を超えたか否かを判定してもよい。所定期間での予測出力値Ｐの軌跡が所定の出力値を示す線分を超えた範囲での予測出力値の軌跡とこの線分とにより囲まれる領域の面積が、所定の閾値を超えたか否かを判定してもよい。上記の最大値や、平均値、累積時間、面積は、いずれも燃料電池２０の予測出力値が大きいほど増大するものであり、予測出力値に相関するパラメータの一例である。
第２変形例の出力予測制御について説明する。第２変形例では、勾配及び加速度に基づいて予測出力値Ｐの積算値Ｐｉが算出される。図１１は、第２変形例の出力予測制御の一例を示したフローチャートである。
上記実施例では平均車速が取得されたが、第２変形例では加速度が算出されて取得される（ステップＳ５ｂ）。加速度は、具体的には以下のようにして算出される。サーバ１００から取得された走行予定経路上での所定の第１地点での平均車速から、この第１地点の次に走行予定の隣接する第２地点での平均車速を減算することにより、第１及び第２地点間の速度差が算出される。次に、ナビゲーション装置９０の地図データから得られる第１及び第２地点間の距離を、第１地点での平均車速と第２地点での平均車速との平均値で除算することにより、車両１が第１地点から第２地点にまで走行するのに要すると予測される予測時間が算出される。次に、算出された速度差を予測時間で除算することにより、第１及び第２地点間での加速度が算出される。このような算出方法により、走行予定経路上での各地点間での加速度が算出される。
次に、取得した勾配及び加速度に基づいて、各地点での燃料電池２０への要求出力の増加量が算出され取得される（ステップＳ７ｂ）。燃料電池２０への要求出力の増加量は、具体的には以下のようにして算出、取得される。図１２は、燃料電池２０への要求出力の増加量を、加速度及び勾配毎に規定したマップである。このマップは、予め実験により算出され予め制御装置６０のメモリ６４に記憶されている。加速度が正の値の場合には加速を示し、加速度が負の値の場合には減速を示す。勾配が０°では、加速度が正の値の場合、加速度が増大するほど燃料電池２０への要求出力の増加量も増大し、加速度が負の値の場合、加速度の絶対値が増大するほど燃料電池２０への要求出力の低下量が増大する。勾配が例えば３°の上り勾配では、加速度がゼロの場合でも燃料電池２０への要求出力の増加量は正の値となる。勾配が例えば−３°の下り勾配では、加速度がゼロの場合でも、燃料電池２０への要求出力の増加量は負の値となる。このマップを参照して、走行予定経路上での各地点での燃料電池２０の要求出力の増加量が算出される。
次に、上述した実施例と同様にステップＳ９を実行して、現時点から所定時間経過後での、具体的には現時点から３０分後での予測出力値Ｐの積算値Ｐｉが算出される（ステップＳ１１ｂ）。積算値Ｐｉは、予測出力値に相関するパラメータの一例である。積算値Ｐｉは具体的には以下のようにして算出される。最初に、現時点での車速及び勾配に基づく燃料電池２０の要求出力を算出する。現時点での車速及び勾配に基づく燃料電池２０の要求出力は、車両１に搭載された不図示の車速センサの出力に基づいて現時点の車速を取得し、車両１に搭載された不図示の傾斜センサ又はナビゲーション装置９０の地図データから現在地点での勾配を取得し、図１２に示したマップに基づいて算出される。次に、現時点での車速及び勾配に基づく燃料電池２０の要求出力と、空調装置７０による燃料電池２０の要求出力との合計値を、初期値として算出する。次にこの初期値に、図１２で示した燃料電池２０への要求出力の増加量を現時点から３０分後までそれぞれ積算した値を各時刻における勾配等に基づく要求出力として算出し、空調装置７０による燃料電池２０の要求出力を現時点から３０分後までそれぞれ積算した値を各時刻における空調装置７０に基づく要求出力として算出し、時刻毎に勾配等に基づく要求出力と空調装置７０に基づく要求出力とを加算した値が、積算値Ｐｉとして算出される。
図１３は、積算値Ｐｉの推移を示したグラフの一例である。図１３には、空調装置７０により消費される燃料電池２０への要求出力の積算値Ｐｃｉを示している。このように、積算値Ｐｉを算出する場合であっても、走行予定経路上での勾配及び予測車速に加えて空調装置７０による燃料電池２０の要求出力も考慮されているため、精度よく算出されている。
第２変形例についても、制御装置６０とサーバ１００とが協働で実行してもよい。例えば、サーバ１００がステップＳ１〜Ｓ７ｂを実行し、車両１の制御装置６０がステップＳ９ｂ以降の処理を実行してもよい。また、サーバ１００がステップＳ１〜Ｓ１１ｂを実行してもよい。
次に第３変形例の出力予測制御について説明する。第３変形例では、平均車速ではなくサーバ１００に記憶された平均加速度に基づいて、積算値Ｐｉが算出される。まず、平均加速度について説明する。図１４Ａは、サーバ１００のＨＤＤ１０４に記憶された平均加速度の一例である。ＨＤＤ１０４には、地点毎に車両の平均加速度が記憶されている。
次に、サーバ１００が実行する平均加速度を算出する制御について説明する。図１４Ｂは、平均加速度を算出する制御の一例を示したフローチャートである。この制御は一定周期で繰り返し実行される。まず、ネットワークＮを介して、複数の車両から、各車両の現在の位置とその位置での各車両の加速度とが取得される（ステップＳ１０１ａ）。次に、取得された位置と加速度とが互いに対応付けされてＨＤＤ１０４に記憶される（ステップＳ１０３ａ）。次に、同一地点での取得された複数の加速度に基づいて、加速度の平均値である平均加速度が算出される（ステップＳ１０５ａ）。算出された平均加速度は、地点毎に対応付けされてＨＤＤ１０４に記憶、更新される（ステップＳ１０７ａ）。従って、各地点の平均加速度は、車両１がその地点を走行したことがある場合には車両１を含む車両群の加速度の平均値となり、車両１がその地点を走行したことがない場合には、車両１を含まない車両群の加速度の平均値となる。
図１５は、第３変形例の出力予測制御の一例を示したフローチャートである。ステップＳ３で走行予定経路上での各地点の勾配が取得された後に、走行予定経路上での各地点の平均加速度がサーバ１００から取得される（ステップＳ５ｃ）。この平均加速度は、走行予定経路を走行する車両１の予測加速度の一例として取得される。ステップＳ５ｃは、予測加速度をサーバ１００から取得する第１取得部が実行する処理の一例である。その後に、第２変形例と同様に、ステップＳ７ｂ、Ｓ９、及びＳ１１ｂが実行される。このように、勾配と、予測車速ではなく予測加速度と、空調装置７０による燃料電池２０への要求出力とに基づいて、精度よく積算値Ｐｉが算出される。
第３変形例についても、制御装置６０とサーバ１００とが協働で実行してもよい。例えば、サーバ１００がステップＳ１〜Ｓ７ｂを実行し、車両１の制御装置６０がステップＳ９以降の処理を実行してもよい。また、サーバ１００がステップＳ１〜Ｓ１１ｂを実行してもよい。
上記実施例や第１及び第２変形例では、予測車速の一例として、サーバ１００から取得した平均車速を用いたが、予測車速はこれに限定されない。例えば予測車速は、走行予定経路を走行した全車両での平均車速ではなく、全車両のうち所定の基準で分類された一部の車両群の平均車速であってもよい。例えば、一定の走行距離区間で加速度が所定値以上になる頻度が多い車両群と少ない車両群とのそれぞれの平均車速のうち、車両１が該当する車両群の平均車速を、車両１の予測車速として用いてもよい。この場合、サーバ１００は、車両１〜１ｆ等のそれぞれから随時送信される識別情報と加速度とに基づいて上記の頻度が多い車両群と少ない車両群とに分類し、それぞれの平均車速を算出して、ＨＤＤ１０４に記憶する。車両１の制御装置６０は、車両１の識別情報とＨＤＤ１０４に記憶されている識別情報を参照して、ＨＤＤ１０４から車両１が該当する車両群での平均車速を取得する。これにより、車両１の運転者の運転操作の癖が考慮された車両１の予測車速を取得でき、燃料電池２０の予測出力値を更に精度よく算出できる。同様に、各地点での制限速度に相関する閾値を超える頻度が多い車両群と少ない車両群とのそれぞれの平均車速のうち、車両１が該当する車両群の平均車速を、車両１の予測車速として用いてもよい。この場合、サーバ１００は、車両１〜１ｆ等のそれぞれから送信される識別情報と共に各地点での車速と制限速度に相関する閾値との差分に基づいて上記の頻度が多い車両群と少ない車両群とに分類し、それぞれの平均車速を算出し、ＨＤＤ１０４に記憶する。車両１の制御装置６０は、車両１の識別情報とＨＤＤ１０４に記憶されている識別情報を参照して、ＨＤＤ１０４から車両１が該当する車両群での平均車速を取得する。尚、車両の識別情報は、例えばナンバープレートに記載された登録番号、フレームナンバー、燃料電池車両の場合には燃料電池のシリアルナンバー等である。
また、車両１の予測車速の一例として、サーバ１００に記憶された最新の平均車速を用いたがこれに限定されず、例えば過去の平均車速を用いてもよい。過去の平均車速としては、例えば、前日の同一時刻での平均車速であってもよいし、先週の同一曜日での平均車速を用いてもよい。この場合、サーバ１００は、各車両から送信される位置と車速と日時とを対応付けてＨＤＤ１０４に記憶し、日時毎に各地点での平均車速を算出し、ＨＤＤ１０４に記憶する。即ち、図３Ｂに示した平均車速の情報が、日時毎にＨＤＤ１０４に記憶される。
また、車両１の予測車速は、サーバ１００に記憶された平均車速に基づいて算出されたものであってもよい。例えば、所定の走行区間での実際の車両１の車速からサーバ１００に記憶されている平均車速を減算した速度差が所定値以上の正の値の場合には、平均車速に係数ｍ（ｍ＞１）を乗算した値を予測車速とし、速度差が負の値であってその速度差の絶対値が所定値以上の場合には、平均車速に係数ｌ（０＜ｌ＜１）を乗算した値を予測車速としてもよい。この場合、車両１の制御装置６０が、所定の走行区間での車両１の実際の車速を記憶しておき、実際の車速とサーバ１００から取得した平均車速とに基づいて、予測車速を算出してもよい。また、車両１の制御装置６０が車両１の実際の車速をサーバ１００に送信しておき、サーバ１００が実際の車速と平均車速とに基づいて、予測車速を算出して制御装置６０に送信してもよい。
また、サーバ１００に、車両１の走行予定経路上の何れかの地点の平均車速が、一台の車両の車速のみに基づくものであった場合、その一台の車両の車速を、車両１の予測車速として用いる。この場合、サーバ１００に記憶されている車速は、車両１が過去に走行した際の車速であってもよいし、他の車両の車速であってもよい。
また、車両１の予測車速は、サーバ１００に記憶された、走行予定経路を過去に実際に車両１が走行した時の車速であってもよい。この場合、サーバ１００は、各車両の識別情報と位置と車速とをＨＤＤ１０４に随時記憶しておく。車両１の制御装置６０は、車両１の識別情報とＨＤＤ１０４に記憶された識別情報とを参照して、車両１の走行予定経路上での車速をＨＤＤ１０４から取得して、車両１の予測車速として用いる。また、車両１の予測車速は、車両１が過去に走行した走行予定経路上の地点での、同一時間帯での車速であってもよい。この場合、サーバ１００は、各車両から送信された識別情報と位置と車速と日時とを対応付けてＨＤＤ１０４に随時記憶しておく。
また、第３変形例においても上記実施例や第１及び第２変形例と同様に以下のようにしてもよい。サーバ１００から取得される平均加速度は、全車両のうち所定の基準で分類された一部の車両群の平均加速度であってもよい。サーバ１００に記憶された過去の平均加速度を用いてもよい。また、サーバ１００に、車両１の走行予定経路上の何れかの地点の平均加速度が、一台の車両の加速度のみに基づくものであった場合、その一台の車両の加速度に基づいて、積算値Ｐｉを算出してもよい。この場合、サーバ１００に記憶されている加速度は、車両１が過去に走行した際の加速度であってもよいし、他の車両の加速度であってもよい。
上記実施例や変形例では、制御装置６０は、車両１に搭載されたナビゲーション装置９０から走行予定経路を取得したが、これに限定されない。例えば、サーバ１００のＨＤＤ１０４に車両１の過去の走行経路が記憶されている場合に、制御装置６０は、過去の走行経路を走行予定経路として取得してもよい。この場合、サーバ１００は、各車両の識別情報と位置とを対応付けて、各車両が走行した出発地から到達地までの経路を走行済みの経路としてＨＤＤ１０４に記憶させる。制御装置６０は、車両１の識別情報とＨＤＤ１０４に記憶されている識別情報とを参照してＨＤＤ１０４から車両１の走行済みの経路を取得し、車両１の現在地が走行済みの経路に含まれる場合には、走行済みの経路の到達地を今回の走行の目的地として設定し、現在地から目的地までの経路を走行予定経路として取得する。
また、上記実施例や変形例では、燃料電池２０の予測出力値を、勾配及び予測車速に基づいて要求される燃料電池２０への要求出力と空調装置７０により燃料電池２０への要求出力との合計値とみなしたが、これに限定されない。例えば、燃料電池２０の出力を補償するバッテリ５２の出力を考慮して、上記の合計値から、バッテリ５２の補償分の出力に対応した所定値を減算した値を、燃料電池２０の予測出力値としてもよい。また、燃料電池２０の出力を補償するバッテリ５２の出力を考慮して、予測出力値に所定の係数ｋ（０＜ｋ＜１）を乗算した値を燃料電池２０の最終的な予測出力値としてもよい。
また、上記の実施例及び変形例では、ステップＳ７では勾配及び予測車速に基づいて要求出力が算出され、ステップＳ７ｂでは勾配及び予測加速度に基づいて要求出力が算出されるが、これに限定されない。例えば、ステップＳ７では予測車速のみに基づいて、ステップＳ７ｂでは予測加速度のみに基づいて算出してもよい。運転者が一般に走行する範囲は、道路の勾配が小さい、または勾配の平均値が０に近い場合も多く、車速や加速度の影響が支配的であると考えられるためである。
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
１ 車両
２０ 燃料電池
５２ バッテリ（二次電池）
６０ 制御装置（燃料電池の出力予測装置、第１取得部、第２取得部、算出部）
７０ 空調装置
９０ ナビゲーション装置
１００ サーバ
Ｓ 出力予測システム

Claims (9)

  1. 燃料電池を動力源として走行する車両の走行予定経路上での前記車両の予測加速度に基づいて算出された前記燃料電池の第１要求出力を取得する第１取得部と、
    前記車両の空調装置により要求される前記燃料電池の第２要求出力を取得する第２取得部と、
    前記第１及び第２要求出力に基づいて、前記走行予定経路上で出力されると予測される前記燃料電池の予測出力値に相関するパラメータを算出する算出部と、
    を備えた燃料電池の出力予測装置。
  2. 燃料電池を動力源として走行する車両の走行予定経路上での前記車両の予測車速又は予測加速度に基づいて算出された前記燃料電池の第１要求出力を取得する第１取得部と、
    前記車両の空調装置により要求される前記燃料電池の第２要求出力を取得する第２取得部と、
    前記第１及び第２要求出力に基づいて、前記走行予定経路上で出力されると予測される前記燃料電池の予測出力値に相関するパラメータを算出する算出部と、
    前記燃料電池の出力の不足分を補填する二次電池の目標充電量を変更する充電量変更部と、を備え、
    前記充電量変更部は、前記パラメータが閾値を超えている場合に、前記パラメータが前記閾値以下の場合よりも、予め前記目標充電量を増大させる、燃料電池の出力予測装置。
  3. 燃料電池を動力源として走行する車両の走行予定経路上での前記車両の予測車速又は予測加速度に基づいて算出された前記燃料電池の第１要求出力を取得する第１取得部と、
    前記車両の空調装置により要求される前記燃料電池の第２要求出力を取得する第２取得部と、
    前記第１及び第２要求出力に基づいて、前記走行予定経路上で出力されると予測される前記燃料電池の予測出力値に相関するパラメータを算出する算出部と、を備え、
    前記予測加速度は、前記車両を含む又は含まない車両群が前記走行予定経路上を走行した際の前記車両群の加速度の平均値である平均加速度に基づいて算出されている、燃料電池の出力予測装置。
  4. 前記第１要求出力は、更に前記走行予定経路の勾配に基づいて算出されている、請求項１乃至３の何れかの燃料電池の出力予測装置。
  5. 前記予測車速は、前記車両を含む又は含まない車両群が前記走行予定経路上を走行した際の前記車両群の走行速度の平均値である平均車速に基づいて算出されている、請求項２又は３の燃料電池の出力予測装置。
  6. 前記第１要求出力は、無線通信を介して前記車両の外部に配置されたサーバから取得された前記予測車速又は前記予測加速度に基づいて算出されている、請求項２又は３の燃料電池の出力予測装置。
  7. 燃料電池を動力源として走行する車両の走行予定経路上での前記車両の予測加速度に基づいて算出された前記燃料電池の第１要求出力を取得する第１取得ステップと、
    前記車両の空調装置により要求される前記燃料電池の第２要求出力を取得する第２取得ステップと、
    前記第１及び第２要求出力に基づいて、前記走行予定経路上で出力されると予測される前記燃料電池の予測出力値に相関するパラメータを算出する算出ステップと、
    を備えた燃料電池の出力予測方法。
  8. 燃料電池を動力源として走行する車両の走行予定経路上での前記車両の予測車速又は予測加速度に基づいて算出された前記燃料電池の第１要求出力を取得する第１取得ステップと、
    前記車両の空調装置により要求される前記燃料電池の第２要求出力を取得する第２取得ステップと、
    前記第１及び第２要求出力に基づいて、前記走行予定経路上で出力されると予測される前記燃料電池の予測出力値に相関するパラメータを算出する算出ステップと、
    前記燃料電池の出力の不足分を補填する二次電池の目標充電量を変更する充電量変更ステップと、を備え、
    前記充電量変更ステップでは、前記パラメータが閾値を超えている場合に、前記パラメータが前記閾値以下の場合よりも、予め前記目標充電量を増大させる、燃料電池の出力予測方法。
  9. 燃料電池を動力源として走行する車両の走行予定経路上での前記車両の予測車速又は予測加速度に基づいて算出された前記燃料電池の第１要求出力を取得する第１取得ステップと、
    前記車両の空調装置により要求される前記燃料電池の第２要求出力を取得する第２取得ステップと、
    前記第１及び第２要求出力に基づいて、前記走行予定経路上で出力されると予測される前記燃料電池の予測出力値に相関するパラメータを算出する算出ステップと、を備え、
    前記予測加速度は、前記車両を含む又は含まない車両群が前記走行予定経路上を走行した際の前記車両群の加速度の平均値である平均加速度に基づいて算出されている、燃料電池の出力予測方法。
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