JP7043908B2 - 発電装置を備えた車両および車両搭載発電装置の発電制御方法 - Google Patents
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Description
このため、かかる車両は、検出されたスリップの大きさが予め定めた閾値より大きい場合には、駆動モータの駆動用電力量が駆動輪のスリップに応じて減少する分を反映した要求発電量を更に低減するので、要求発電量に対する発電装置の発電に存在する応答の遅れにより、実際の発電量が過剰になるという問題を抑制できる。この処理を、発電量低減処理と呼ぶ。
(2)かかる車両において;前記発電制御部は、前記発電量低減処理として、前記検出されたスリップ量により生じる前記駆動モータの駆動に要する電力量の低減分を求め、前記低減分を上回る電力量を前記要求発電量から低減するものとしてよい。こうすれば、発電量が過剰となるという問題を、より確実に抑制できる。
(3)この車両において;前記発電制御部は;前記駆動モータに対する前記電力量の低減分が前記駆動モータの実トルクとして現れるまでの伝達関数と;前記発電装置に対する前記要求発電量の低減量が前記発電装置の実発電量として現れるまでの伝達関数とから定まる総伝達関数に従って、前記駆動モータの駆動に要する電力量の低減分から、前記発電装置の前記要求発電量の低減量を演算するものとしてよい。こうすれば、総伝達関数に従って発電装置の要求発電量の低減値を演算するので、発電装置の制御の遅れに対応した要求発電量にできる。結果的に、過不足のない発電量に近付けることができる。
(4)こうした車両において;前記蓄電装置の受け入れ可能な充電可能量を求める充電可能量検出部を備え;前記発電制御部は、前記充電可能量が予め定めた閾値未満である場合に、前記発電量低減処理を行なうものとしてもよい。こうすれば、蓄電装置の充電可能量が大きい場合には、発電量低減処理を行なう必要がなく、処理を簡便なものにできる。もとより、蓄電装置の充電可能量に関係なく、発電量低減処理を行なうものとしてもよい。あるいは、充電可能量よりも大きいかを判断する閾値を、蓄電装置の経年劣化などを考慮して定める構成としてもよい。
(5)こうした車両において;前記発電制御部は、前記発電量低減処理を;[1]前記スリップ検出器が車輪のスリップを検出している期間;[2]前記スリップ検出器が車輪のスリップを検出してから、予め定めた期間;[3]前記スリップ検出器が車輪のスリップを検出すると予測される期間の少なくともいずれか一つの期間に亘って行なうものとてもよい。これらの期間であれば、スリップの発生より駆動モータに要求される電力量が一時的に低下することが想定されるからである。スリップの発生の予測は、スリップ率などの経時的な変化から行なってもよいし、あるいは路面の摩擦係数などを、専用の検出輪などで測定して推定してもよい。
(6)こうした車両において;前記スリップ検出部は;車両の車体速度を検出する車体速度検出部と;前記駆動輪の回転速度を検出する回転速度検出部とを備え:前記検出された前記車体速度に対応した前記駆動輪の回転速度と、前記検出された駆動輪の回転速度との差によって前記スリップの大きさを求めるものとしてもよい。こうすれば、車両におけるスリップの発生を的確に検出できる。スリップの発生はスリップ率によって判断してもよいし、駆動輪と従動輪の回転数の差により判断してもよい。
(7)前記発電装置は、燃料電池、または燃料の燃焼により駆動される発電機であってもよい。発電装置は、燃料電池のように電気化学反応を用いるものや、内燃機関により駆動される発電機のように燃焼によるエネルギを用いて駆動される構成などが想定される。要求発電量を発電装置に与えても、応答に所定以上の遅れがある場合、その遅れによる余剰な電力の発生を低減することができるからである。
図1は、以下に説明する各実施形態に共通する燃料電池車両(以下、単に車両という)10のハードウェア構成を示す概略構成図である。この車両10は、発電装置としての燃料電池20を搭載し、燃料電池20で発電した電力の少なくとも一部を用いて、車両駆動用の駆動モータ40を駆動する。車両10は、従動輪51と駆動輪53とが設けられており、駆動モータ40の駆動力は、図示しない動力伝達機構を介して駆動輪53に伝達され、車両の走行に用いられる。
[1]燃料電池20を、車両10全体の電力要求に応えられる状態とするための燃料電池運転部14の制御、
[2]必要な電力量を燃料電池20から引き出すための燃料電池コンバータ31の制御、
[3]車両10を加速または減速させるトルクを駆動モータ40に出力させるためのインバータ32の制御、
[4]余剰または不足の電力をバッテリ35との間でやり取りするためのバッテリコンバータ33の制御。
[5]図示しない補機類の駆動制御。
以上のハードウェア構成を用いてECU50が行なう発電量の制御について説明する。上述したようにECU50は、燃料電池20による発電からバッテリ35の充放電状態まで、車両10全体電力の需給関係がバランスするように制御を行なっている。そうした制御の1つとして、車両10にスリップが発生した場合の発電量制御について以下説明する。
β=100×|Nt-Nv|/Nv …(1)
両回転速度差の絶対値を用いるのは、減速時のスリップ率も、正の値として求めるが一般的だからである。スリップ率βを求めるECU50の処理がスリップ検出部としての構成に相当する。
ΔPmg=ΔTmg×ωmg …(2)
ここで求めた電力減少分ΔPmgは、駆動輪53の空転により実際に減少した電力量であり、燃料電池20に対する要求発電量がスリップに応じて減少する分を反映した減少分に相当する。
ΔPBfc=ΔPmg …(3)
次に、スリップが発生したことによる割増低減量ΔPSfcを求める。この割増低減量ΔPSfcは、標準低減量ΔPBfcとして求めた低減量を更に割り増すためのものであり、割増率γ(0<γ<1)を用いて、次式(4)として求める。
ΔPSfc=γ×ΔPBfc …(4)
その上で、要求発電量低減分ΔPfcを、次式(5)として求める。
ΔPfc=ΔPBfc+ΔPSfc …(5)
ΔPfc=(1+γ)×ΔPBfc …(6)
となるから、γが割増率として設定されたものであることが理解される。つまり、ステップS160の演算は、駆動輪53に生じたスリップにより減少した駆動モータ40に供給すべき電力量ΔPmgに見合った要求発電量の減少分ΔPBfcよりも更に燃料電池20への要求発電量を減少させるように、要求発電量減少分ΔPfcを求めることに相当する。
PPfc=Pfc+ΔPfc …(7)
ここで、Pfcは、ステップS110で求めた平常要求発電量Pfcであり、ステップ分により要求発電量を修正する前の要求発電量に相当する。
ΔPfc=ΔPBfc+ΔPSfc
だけ、電力量を低減する。これに基づき、燃料電池運転部14に出力される要求発電量は、低減処理済み要求発電量PPfcとなる。これを、図3におけるFCパワーのグラフFPtとして示した。この結果、実際に燃料電池20が発電する実発電量は、図3にグラフFPrとして示したように推移する。この実発電量FPrは、スリップ発生により駆動モータ40に出力する必要がなくなった電力量によく追従しているので、車両10全体で見た場合の余剰電量はあまり生じることがない。このため、制御の遅れなどにより余剰電力が生じ、バッテリ35がこれを受け入れて充電されるとしても、図3最下段に示すように、バッテリ35への充電パワーBCPは僅かに留まり、バッテリ35が受け入れ可能な充電可能量Winの内に納まっている。
次に第2実施形態としての発電制御について説明する。第2実施形態の車両10は図1に示したハードウェア構成を備え、発電量制御処理ルーチンの一部が第1実施形態と異なる。第2実施形態では、図2のステップS160における要求発電量低減分ΔPfcを、次式(8)により求める。
ΔPfc=ΔPmg×(τfcs+1)/(τmgs+1) …(8)
ここで、τfcは、発電装置である燃料電池20に対する要求発電量の低減量が燃料電池20の実発電量として現れるまでの伝達関数である。また、同様に、τmgは、駆動モータ40に対する電力量の低減分が駆動モータ40の実トルクとして現れるまでの伝達関数である。「s」はラプラス変換の媒介変数である。従って、第2実施形態では、要求発電量低減分ΔPfcを、駆動モータ40の駆動に要する電力量の低減分ΔPmgから、燃料電池20の要求発電量の低減量を直接演算することになる。
次に第3実施形態としての発電制御について説明する。第3実施形態の車両10は図1に示したハードウェア構成を備え、発電量制御処理ルーチンの一部が第1,第2実施形態と異なる。第3実施形態では、図2のステップS160における要求発電量低減分ΔPfcを、図5に示す処理により求める。ステップS160以外の処理は、第1,第2実施形態と同様である。
次に、第4実施形態としての発電制御について説明する。第4実施形態の車両10は図1に示したハードウェア構成を備え、発電量制御処理ルーチンの一部が第1実施形態と異なる。第4実施形態では、図2のステップS160における要求発電量低減分ΔPfcを図6に示す処理により求める。ステップS160以外の処理は、第1,第2実施形態と同様である。第4実施形態は、第2実施形態で説明した伝達関数を利用した要求発電量低減分ΔPfcの演算を行なうか否かを、第3実施形態の手法で判断して、要求発電量低減分ΔPfcを求めている。
上記実施形態では、要求発電量低減分ΔPfcをモータ電力減少分ΔPmgに対応する電力量の低減よりも更に低減させる割増低減量ΔPSfcを、式(4)などに従って求めたが、モータ電力減少分ΔPmgに基づいて求める必要は必ずしもない。割増低減量ΔPSfcを、予め定めた所定の電力量として求めても良いし、その時点の燃料電池20の発電量に応じた値として求めても良い。
12…燃料電池スタック
14…燃料電池運転部
20…燃料電池
31…燃料電池コンバータ
32…インバータ
33…バッテリコンバータ
35…バッテリ
40…駆動モータ
41…第1回転速度センサ
43…第2回転速度センサ
51…従動輪
53…駆動輪
Claims (7)
- 車両であって、
燃料を用いて発電する発電装置と、
前記発電装置に要求発電量を指示して前記発電装置を制御する発電制御部と、
前記発電装置により発電された電力の少なくとも一部を用いて駆動され、当該車両の駆動輪を駆動する駆動モータと、
前記発電装置の発電電力に生じた余剰電力を蓄電する蓄電装置と、
前記駆動輪のスリップの大きさを検出するスリップ検出部と
を備え、
前記発電制御部は、前記検出されたスリップの大きさが予め定めた閾値より大きい場合には、前記発電装置への要求発電量を、前記駆動モータの駆動用電力量が前記駆動輪のスリップの大きさに応じて減少する分を反映した標準低減量と前記標準低減量とは別の所定量とにより低減した低減処理済み要求発電量とする発電量低減処理を行なう
車両。 - 請求項1記載の車両であって、
前記発電制御部は、
前記駆動モータに対する前記駆動用電力量の低減分が前記駆動モータの実トルクとして現れるまでの伝達関数と、
前記発電装置に対する前記要求発電量の低減量が前記発電装置の実発電量として現れるまでの伝達関数と
から定まる総伝達関数に従って、前記駆動モータの駆動に要する電力量の低減分から、前記発電装置の前記要求発電量の低減量を演算し、前記低減量を用いて前記低減処理済み要求発電量を求める、
車両。 - 請求項1から請求項2のいずれか一項に記載の車両であって、
前記蓄電装置の受け入れ可能な充電可能量を求める充電可能量検出部を備え、
前記発電制御部は、前記充電可能量が予め定めた閾値未満である場合に、前記発電量低減処理を行なう車両。 - 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の車両であって、
前記発電制御部は、前記発電量低減処理を、
[1]前記スリップ検出部が車輪のスリップを検出している期間、
[2]前記スリップ検出部が車輪のスリップを検出してから、予め定めた期間、
[3]前記スリップ検出部が車輪のスリップを検出すると予測される期間
の少なくともいずれか一つの期間に亘って行なう
車両。 - 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の車両であって、
前記スリップ検出部は、
車両の車体速度を検出する車体速度検出部と、
前記駆動輪の回転速度を検出する回転速度検出部とを備え、
前記検出された前記車体速度に対応した前記駆動輪の回転速度と、前記検出された駆動輪の回転速度との差によって前記スリップの大きさを求める
車両。 - 前記発電装置は、燃料電池、または燃料の燃焼により駆動される発電機である請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の車両。
- 車両に搭載された発電装置の発電量を制御する方法であって、
前記発電装置に要求発電量を指示して前記発電装置を制御し、
要求発電量に応じて前記発電装置が発電した電力の少なくとも一部を用いて、前記車両の駆動輪を駆動する駆動モータを運転し、
前記発電装置の発電電力に生じた余剰電力を蓄電装置に蓄え、
前記駆動輪に、予め定めた以上のスリップが発生したか否かを検出し、
前記検出されたスリップの大きさが予め定めた閾値より大きい場合には、前記発電装置への要求発電量を、前記駆動モータの駆動用電力量が前記駆動輪のスリップの大きさに応じて減少する分を反映した標準低減量と前記標準低減量とは別の所定量とにより低減した低減処理済み要求発電量とする発電量低減処理を行なう
車両搭載発電装置の発電量制御方法。
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