JPWO2016151696A1 - 車両の電力制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
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。
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。
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。
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。
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)
Claims (8)
- 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車両の電力制御装置。 - 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する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。
- 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または2に記載の車両の電力制御装置。
- 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ことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の車両の電力制御装置。 - 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から4のいずれかに記載の車両の電力制御装置。 - 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。
- 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。 - 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から7のいずれかに記載の車両の電力制御装置。
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