WO2016151695A1 - 車両の電力制御装置 - Google Patents

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亮二 加藤
市川　耕司
晶士 ▲高▼橋
一芳 中根
川島　一仁
渡邊　哲也
田代　圭介
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Mitsubishi Motors Corp
Mitsubishi Automotive Engineering Co Ltd
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Mitsubishi Motors Corp
Mitsubishi Automotive Engineering Co Ltd
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Definitions

  • the present invention relates to power generation control technology of a power generation unit mounted on a vehicle driven by an electric motor.
  • a vehicle equipped with a range extender which is a power generation unit, has been developed.
  • the range extender is composed of, for example, a small-sized generator-only engine and a generator, and increases the cruising distance of the electric vehicle by supplying the generated electric power to the electric motor or using it to charge the on-vehicle battery. be able to.
  • development of a fuel cell advances in recent years, and the vehicle carrying a fuel cell is proposed.
  • vehicles using fuel cells instead of engines have been proposed as range extenders for electric vehicles.
  • Patent Document 1 in a vehicle equipped with a fuel cell, the fuel cell and the battery are supplied to the electric motor as a power supply source, and driving wheels can be driven to travel. Furthermore, Patent Document 1 discloses a technology for controlling the output of a fuel cell so that the battery charging rate (SOC) is maintained at a target charging rate set near the lower limit value after the battery power is used. It is done.
  • SOC battery charging rate
  • the power generation unit must output the power generation unit so as to be sufficient for the vehicle power consumption. If the power consumption of the vehicle is high as in high-speed driving, the output from the fuel cell must be increased, which may reduce the efficiency. And, since the fuel of the power generation unit mounted on the vehicle is limited, the reduction in the efficiency of the power generation unit results in the reduction of the cruising distance of the vehicle.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to control a power generation unit such as a fuel cell to output efficiently and to increase the cruising distance. To provide.
  • a power control device for a vehicle is a power generation device for consuming fuel and generating power, and a power control device for a vehicle for supplying power from a battery to a driving motor.
  • a fuel remaining amount detection unit that detects a fuel remaining amount of the power generation unit; a power generation start determination unit that determines a power generation start of the power generation unit; and a power generation control unit that controls a power generation output of the power generation unit.
  • the power generation control unit sets a target charging rate of the battery so as to decrease as the remaining amount of fuel decreases after the power generation start determination, and controls the power generation output based on the target charging rate. It is characterized by
  • the power generation start determination unit calculates the vehicle speed equivalent value based on the power supplied from the battery and determines the power generation start when the vehicle speed equivalent value exceeds a predetermined threshold.
  • the power generation start determination unit may calculate the vehicle speed equivalent value by smoothing the power supplied from the battery.
  • the battery pack further includes a charging rate detection unit that detects a current charging rate of the battery, and the power generation control unit controls the power generation output based on a difference between the target charging rate and the current charging rate.
  • the power generation unit is a fuel cell.
  • the target charging rate decreases as the fuel remaining amount of the power generation unit decreases, so the target charging rate is set to gradually decrease with the operation of the power generation unit. Ru.
  • the fuel consumption and the decrease in the charge ratio of the battery progress simultaneously at the time when the power generation start is determined, and it is possible to secure the power generation time and to suppress the power generation output. Therefore, since power generation can be performed with a suppressed power generation output, the power generation efficiency of the power generation unit can be improved, and the amount of power generation with limited fuel can be increased to increase the cruising distance of the vehicle.
  • 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 adopting 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 with an electric motor 3 via a differential 4.
  • a battery 6 and a fuel cell 8 are mounted on the vehicle 1 as a power supply device for supplying electric power to the electric motor 3 for driving.
  • the fuel cell 8 generates electric power using hydrogen stored in a fuel tank 9 mounted on a vehicle.
  • the electric power generated by the fuel cell 8 is supplied to the primary side of the DC-DC converter 10 and boosted, and can be supplied from the secondary side of the DC-DC converter 10 to the electric motor 3 through the inverter 11.
  • 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 the surplus power of the power output from the fuel cell 8 is supplied to the battery 6 to charge the battery 6.
  • a charger 12 is mounted on the vehicle 1.
  • 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 it to the battery 6 to enable charging of the battery 6.
  • the fuel tank 9 is provided with a fuel remaining amount detector 20 (fuel remaining amount detecting unit) for detecting a fuel remaining amount (hydrogen remaining amount).
  • the battery 6 is provided with a battery monitoring unit 21 (charging rate detection unit) that monitors the charging rate of the battery 6.
  • the control unit 22 power generation start determination unit, power generation control unit
  • the other vehicle operation information such as the remaining amount of fuel, the charge rate of the battery 6, the accelerator operation amount of the vehicle 1, and the operation information of on-vehicle devices such as air conditioners are input from the battery monitoring unit 21.
  • the operation control is performed, and the output control of the fuel cell 8 is performed via the DC-DC converter 10.
  • the control unit 22 performs the power generation start determination to determine the high output and high speed traveling state of the vehicle 1 when the vehicle is traveling (power generation start determination unit).
  • the control unit 22 sequentially calculates vehicle power consumption obtained by adding the power consumption of the electric motor 3 and the power consumption of other on-vehicle devices, that is, the power supplied from the battery, and smoothes the vehicle power consumption using a filter or the like. To obtain a vehicle speed change equivalent value. Then, when the vehicle speed change equivalent value continues for a predetermined time Ta or more and exceeds a predetermined threshold Va set in advance, it is determined that the power generation is started as the vehicle 1 is in the high output / high speed traveling state (generation start determination )do.
  • the predetermined threshold value Va and the predetermined time Ta may be appropriately set to values capable of determining that the vehicle is in a high output / high speed traveling state in which the output efficiency from the fuel cell 8 is reduced.
  • the power generation start determination is also performed at that time when the charging rate of the battery 6 reaches a target charging rate SOCb described later.
  • 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 msec) after the power generation start determination is made (power generation control unit).
  • SOC is the current charging rate of the battery 6 input from the battery monitoring unit 21.
  • the SOCt is a target charging rate, and is calculated at each predetermined operation cycle together with the equation (1) according to the following equation (2).
  • ⁇ is an output gain, for example, 0 when the charging rate SOC is higher than the target charging rate SOCt, and when the charging rate SOC is lower than the target charging rate SOCt, the difference between the target charging rate SOCt and the charging rate SOC increases Accordingly, the output gain ⁇ may be set to increase.
  • SOCt SOCb + (SOCa-SOCb) ⁇ ⁇ (Qf-Qfb) / (Qfa-Qfb) ⁇ (2)
  • SOCa is a start charging rate, and is used by storing the charging rate of the battery 6 when it is determined that the power generation has been started.
  • the SOCb is an ultimate target charging rate, and is a charging rate of the battery 6 required at least when the vehicle 1 ends traveling, and is set to, for example, a positive value close to zero.
  • Qf is the present fuel remaining amount input from the fuel remaining amount detector 20, and Qfa is the start fuel remaining amount.
  • the start time fuel remaining amount Qfa is used by storing the fuel remaining amount when it is determined that the power generation is started.
  • Qfb is the attainment target fuel remaining amount, which is at least the remaining amount of fuel required when traveling of the vehicle 1 is completed.
  • the target fuel remaining amount Qfb is set to, for example, a positive value close to zero.
  • FIG. 2 is a graph showing an example of the transition of the battery charging rate SOC, the remaining amount of fuel Qf, and the power generation output Pf during traveling of the vehicle according to the present embodiment.
  • the charge ratio SOC of (B), the remaining amount of fuel Qf, and (C) the power generation output Pf of the fuel cell 8 are shown.
  • the solid line is the present embodiment in which the power generation output Pf is set using the above formulas (1) and (2), and the broken line shows the transition in the comparative example.
  • the dashed-two dotted line in FIG. 2 (A) has shown transition of the target charging rate SOCt set in this embodiment.
  • the electric motor 3 is driven only with the power from the battery 6 until the charging rate SOC of the battery 6 reaches the target goal charging rate SOCb, and the target is reached after the target goal charging rate SOCb is reached.
  • power is supplied from the fuel cell 8 based on the difference between the current charging rate SOC and the target charging rate SOCb.
  • the vehicle 1 is in a high output and high speed traveling state, and the vehicle power consumption is longer than a predetermined time Ta If the threshold value Va is continuously exceeded, it is determined that the power generation is started, and the power generation of the fuel cell 8 is started. Therefore, power generation is started earlier than in the comparative example in the high power / high speed running state. Thus, by starting power generation early, the output of the fuel cell 8 can be suppressed, and the shortage for the vehicle power consumption is compensated by the output from the battery 6.
  • the target charging 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 charging rate SOCt
  • the target charging rate SOCt is set so as to simultaneously reach the reaching target charging rate SOCb.
  • the power generation output Pf is calculated based on the difference between the target charging rate SOCt and the current charging rate SOC, feedback control is accurately performed so that the charging rate SOC matches the target charging rate SOCt.
  • the target charging rate SOCt gradually decreases with the decrease of the remaining fuel amount Qf, 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 target fuel remaining amount Qfb.
  • the actual charging rate SOC of the battery 6 also reaches the target charging rate SOCb substantially simultaneously with the target charging rate SOCt. Therefore, from the state where the charge rate of battery 6 is 100% and the remaining amount of fuel is at the time of start fuel remaining amount Qfa, the distance traveled by vehicle 1 until the charge rate SOCa and the remaining amount of fuel Qfb reaches the maximum travel distance It becomes.
  • the fuel cell 8 outputs the fuel until the remaining fuel amount Qf reaches the attainment target fuel remaining amount Qfb, and the target charging rate SOCt is gradually decreased with the decrease of the remaining fuel amount Qf. It is possible to secure the power generation time from the start to the end of traveling and to suppress the output of the fuel cell 8.
  • the charging rate SOC of the battery 6 since the charging rate SOC of the battery 6 has already reached the target charging rate SOCb after the start of power generation, it is difficult to increase the output from the battery 6, and accordingly, when the vehicle power consumption increases significantly.
  • the output from the fuel cell 8 must be greatly increased in accordance with the increase.
  • the charging rate SOC exceeds the attainment target charging rate SOCb in the period from the start of power generation to the end of traveling, even if the vehicle power consumption temporarily increases, The output is increased, and the fluctuation of the output of the fuel cell 8 can be suppressed.
  • the charging start timing is advanced, and the fuel remaining amount Qf reaches the target fuel remaining amount Qfb.
  • the charging rate SOCt By reducing the charging rate SOCt, it is possible to secure the power generation time and keep the output of the fuel cell 8 constant. Since the fuel cell 8 generally decreases in efficiency as the output increases, the output of the fuel cell 8 is suppressed, and the efficiency of the fuel cell 8 is improved. Further, since the fluctuation of the output of the fuel cell 8 can be suppressed also against the fluctuation of the vehicle power consumption, the efficiency of the fuel cell 8 can be improved also in this respect.
  • the fuel cell 8 can be efficiently generated, fuel consumption can be suppressed, and the cruising distance can be increased.
  • the power generation start is not judged early, and power generation is started after the charging rate SOC of the battery 6 reaches the reaching target charging rate SOCb as in the comparative example. Therefore, since the power consumption of the electric motor 3 is small, it is not necessary to make the fuel cell 8 have a high output, and therefore the efficiency drop of the fuel cell 8 can be suppressed.
  • the power generation start determination is performed based on the vehicle speed equivalent value calculated by smoothing the vehicle power consumption, and the vehicle 1 has high output when the vehicle speed equivalent value exceeds the threshold value Va for a predetermined time or more. It is determined to start power generation, assuming that the vehicle is traveling at high speed. On the other hand, for example, when it is determined that the vehicle is in a high output / high speed traveling state when the vehicle speed itself is equal to or higher than the threshold, the vehicle speed fluctuates even if the output is constant on an uphill or downhill, for example. It is difficult to accurately determine the high-speed running state.
  • the power generation start determination is determined based on the vehicle speed equivalent value obtained by smoothing the vehicle power consumption, so it is not easily affected by the uphill or the downhill, and the influence of the output fluctuation due to acceleration and deceleration is also suppressed.
  • the high output and high speed traveling state of the vehicle 1 can be determined stably and accurately.
  • a fuel cell is used as the power generation unit, but instead of the fuel cell, a unit in which an engine and a generator are combined may be used.
  • the vehicle is a hybrid vehicle capable of series mode, but even in such a vehicle, the generator and the engine are drive-controlled to control the output from the generator in the same manner as the output control of the fuel cell. By doing this, the engine can be operated efficiently and the cruising distance can be increased.
  • Fuel cell 1 vehicle 3 electric motor 6 battery 8 fuel cell (power generation unit) 20 Fuel level detector (fuel level detector) 21 Battery monitoring unit (charging rate detection unit) 22 Control unit (generation start determination unit, generation control unit)

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Abstract

　車両１に搭載したバッテリ６と燃料電池８から走行駆動用の電気モータ３に電力を供給する車両１の電力制御装置２であって、コントロールユニット２２は、高出力・高速走行時に燃料電池８の発電を開始してから、燃料電池８の燃料残量Ｑfが減少するに伴って減少するようにバッテリ６の目標充電率ＳＯＣtを設定し、目標充電率ＳＯＣtと現在の充電率ＳＯＣとの差に基づいて燃料電池８の発電出力Ｐfを制御する。

Description

車両の電力制御装置
　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。
　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。
特許第５１０１５８３号公報
　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。
　しかしながら、燃料電池は一般的に出力が増加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、高速走行時のように車両消費電力が高い場合に燃料電池からの出力を高くしなければならなくなり、効率が低下してしまう可能性がある。そして、車両に搭載される発電ユニットの燃料は限られるので、発電ユニットの効率低下は、結果的に車両の航続距離を減少させることになってしまう。
　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が効率よく出力するよう制御し、航続距離を増加させる車両の電力制御装置を提供することにある。
　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、前記発電ユニットの燃料残量を検出する燃料残量検出部と、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、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、前記発電開始判定されてから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。
　また、好ましくは、前記発電開始判定部は、前記バッテリから供給される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、前記発電開始判定部は、前記バッテリから供給される電力を平滑化して前記車速相当値を演算するとよい。
　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。
　本願発明の車両の電力制御装置によれば、発電ユニットの燃料残量が減少するに伴って目標充電率が減少するので、発電ユニットの作動に伴って目標充電率が徐々に低下するよう設定される。これにより、発電開始判定されてから燃料の消費とバッテリの充電率の低下が同時に進行するようになり、発電時間を確保して発電出力を抑制することができる。したがって、抑制された発電出力にて発電できるため発電ユニットの発電効率を向上させることができ、限られた燃料で可能な発電量を増加させて、車両の航続距離を増加させることができる。
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。 本実施形態の車両走行時におけるバッテリ充電率、燃料残量、発電出力の推移の一例を示すグラフである。
　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。
　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。
　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。
　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、及び車両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その他車両運転情報を入力し、インバータ１１を介して電気モータ３の作動制御を行うとともに、ＤＣ－ＤＣコンバータ１０を介して燃料電池８の出力制御を行う。
　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、すなわち、バッテリから供給される電力を逐次演算し、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の充電率が後述する到達目標充電率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。
　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（発電制御部）。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）
　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。ＳＯＣbは、到達目標充電率であり、車両１を走行終了したときに少なくとも必要とするバッテリ６の充電率であり、例えば０に近い正の値に設定されている。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１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は例えば０に近い正の値に設定されている。
　図２は、本実施形態の車両走行時におけるバッテリ充電率ＳＯＣ、燃料残量Ｑf、発電出力Ｐfの推移の一例を示すグラフである。
　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２中において、実線が上記式（１）及び（２）を用いて発電出力Ｐfを設定する本実施形態であり、破線は比較例における推移を示している。また、図２（Ａ）における二点鎖線は、本実施形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。
　図２に記載された比較例では、バッテリ６の充電率ＳＯＣが到達目標充電率ＳＯＣbに達するまでバッテリ６からの電力のみで電気モータ３を駆動し、到達目標充電率ＳＯＣbに達してから到達目標充電率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との差に基づいて、燃料電池８から電力を供給する。
　一方、本実施形態では、上記のように、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、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、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、高出力・高速走行状態において、比較例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。
　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、充電率ＳＯＣa及び燃料残量Ｑfbになるまで車両１が走行する距離が最大走行可能な航続距離となる。そして本実施形態では、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。
　比較例では、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、その増加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、本実施形態では、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。
　以上のように、本実施形態では、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。
　これにより、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、低出力・低速走行状態では、早期に発電開始判定されず、比較例と同様にバッテリ６の充電率ＳＯＣが到達目標充電率ＳＯＣbに達してから発電開始するが、低出力・低速走行状態であることから電気モータ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、したがって燃料電池８の効率低下は抑えられる。
　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１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。これに対して、例えば車速そのものが閾値以上である場合に高出力・高速走行状態であると判定すると、例えば登坂や下り坂では出力が一定でも車速が変動してしまうので、車両の高出力・高速走行状態を正確に判定することが困難となる。また、単純に車両消費電力が閾値以上である場合に高出力・高速走行状態であると判定すると、車両消費電力は加減速により大きく変動することから、閾値近辺で頻繁に判定結果が切り換わってしまう可能性が高くなる。したがって、この頻繁な判定結果の切り換わりを抑制するように閾値を設定することが困難となる。本実施形態では、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１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。
　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、発電ユニットとして燃料電池を使用しているが、燃料電池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。
　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）

Claims (5)

  1. 　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、
    　前記発電ユニットの燃料残量を検出する燃料残量検出部と、
    　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、
    　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、前記発電開始判定されてから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車両の電力制御装置。
  2. 　前記発電開始判定部は、前記バッテリから供給される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１に記載の車両の電力制御装置。
  3. 　前記発電開始判定部は、前記バッテリから供給される電力を平滑化して前記車速相当値を演算することを特徴とする請求項２に記載の車両の電力制御装置。
  4. 　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。
  5. 　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４のいずれかに記載の車両の電力制御装置。
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