WO2016151697A1 - 車両の電力制御装置 - Google Patents

車両の電力制御装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2016151697A1
WO2016151697A1 PCT/JP2015/058561 JP2015058561W WO2016151697A1 WO 2016151697 A1 WO2016151697 A1 WO 2016151697A1 JP 2015058561 W JP2015058561 W JP 2015058561W WO 2016151697 A1 WO2016151697 A1 WO 2016151697A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
power generation
charging rate
power
vehicle
output
Prior art date
Application number
PCT/JP2015/058561
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
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
Original Assignee
三菱自動車工業株式会社
三菱自動車エンジニアリング株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱自動車工業株式会社, 三菱自動車エンジニアリング株式会社 filed Critical 三菱自動車工業株式会社
Priority to PCT/JP2015/058561 priority Critical patent/WO2016151697A1/ja
Priority to JP2017507163A priority patent/JP6270011B2/ja
Publication of WO2016151697A1 publication Critical patent/WO2016151697A1/ja

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/75—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using propulsion power supplied by both fuel cells and batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

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 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 charge ratio of the battery fluctuates to increase or decrease the target charge ratio, power generation is turned on and off, and the life of the fuel cell is particularly reduced.
  • 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. It is 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 detecting unit detecting a fuel remaining amount of the power generating unit; a charging rate detecting unit detecting a current charging rate of the battery; and a power generation control unit controlling a power generation output of the power generating unit
  • the power generation control unit is characterized in that the power generation output is calculated based on a deviation between a target charging rate calculated based on the fuel remaining amount and the current charging rate.
  • the power generation control unit increases the power generation output as the deviation increases when the deviation obtained by subtracting the current charging rate from the target charging rate becomes a positive value.
  • the power generation output is calculated.
  • the power generation control unit changes the rate of change of the power generation output as the deviation increases.
  • the power generation output may be calculated so as to increase.
  • the power generation control unit may maintain the power generation output as a constant value without stopping power generation even when the deviation obtained by subtracting the current charging rate from the target charging rate is 0 or less.
  • the power generation unit is a fuel cell.
  • the power generation output of the power generation unit is calculated based on the deviation between the target charging rate calculated based on the remaining amount of fuel and the current charging rate. Is set to gradually decrease the target charging rate. Therefore, power can be generated before the battery decreases to the final target charging rate, and even if the vehicle power consumption fluctuates and temporarily increases, the output from the battery increases and the power generation output of the power generation unit fluctuates Can be suppressed. As a result, the efficiency of the power generation unit can be improved, the power generation amount of the power generation unit can be increased with limited fuel, the range of the vehicle can be increased, and the life of the power generation unit can be improved. Can.
  • 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 the vehicle 1 as a fuel.
  • 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.
  • the power output from the power generation unit 7 is insufficient for the power required to drive the electric motor 3, the power is supplied from 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 includes a CPU (central processing unit), a storage device (ROM, RAM), an input / output interface, and the like.
  • Other vehicle driving information such as the charging rate of the battery 6, the accelerator operation amount of the vehicle 1, the operation information of the on-vehicle apparatus such as an air conditioner is input from the monitoring unit 21 and the operation control of the electric motor 3 is performed via the inverter 11.
  • 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.
  • the control unit 22 sequentially calculates the vehicle power consumption obtained by adding the power consumption of the electric motor 3 and the power consumption of other in-vehicle devices, smoothes the vehicle power consumption using a filter or the like, and obtains the 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).
  • the power generation output Pf is calculated by the following equation (1).
  • Pf ⁇ ⁇ (SOCt ⁇ SOC) (1)
  • 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, which is calculated using the map shown in FIG. 2 as described later.
  • 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 map for calculating the output gain ⁇ .
  • the control unit 22 calculates the output gain ⁇ from the deviation between the target state of charge SOCt and the current state of charge SOC using the calculation map shown in FIG.
  • the output gain ⁇ is set to a predetermined value ⁇ 1.
  • the predetermined value ⁇ 1 is a constant set such that the power generation output Pf calculated in the equation (1) is in the vicinity of the lower limit value within the range where the fuel cell 8 efficiently outputs.
  • the output gain is increased as the target charging rate deviation ⁇ SOC increases between the predetermined value ⁇ 1 and the maximum value ⁇ max. It is set to increase ⁇ and further to increase its change rate.
  • the second order of the target charging rate deviation ⁇ SOC may be set to be proportional to the output gain ⁇ .
  • the maximum value ⁇ max may be set to a value such that the power generation output Pf does not exceed the maximum output of the fuel cell 8.
  • FIG. 3 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.
  • FIG. 3 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 is started to travel until the maximum possible travel ends (A 4) shows the transition of the charging rate SOC of the battery 6, (B) the remaining amount of fuel Qf, and (C) the generated output Pf of the fuel cell 8.
  • the solid line is the present embodiment in which the power generation output Pf is set using the above equations (1) and (2), and the broken line shows the transition in the comparative example.
  • the dashed-two dotted line in FIG. 3 (A) has shown transition of the target charging rate SOCt set in this embodiment.
  • the electric motor 3 is driven only by 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 deviation 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. Then, since the power generation output Pf is calculated based on the deviation 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 amount of remaining fuel is at the time of start fuel remaining amount Qfa, the distance traveled by vehicle 1 can be maximized until reaching the target charging rate SOCb and remaining fuel amount Qfb. It will be the cruising distance.
  • 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 fluctuation.
  • 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, whereby 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, and fuel consumption can be suppressed. Therefore, the amount of power generated by the fuel cell 8 can be increased with the limited fuel (hydrogen) mounted on the vehicle 1, and the cruising distance of the vehicle 1 can be increased. Further, by suppressing the fluctuation of the output of the fuel cell 8, the life of the fuel cell 8 can be improved.
  • the low power / low speed traveling state continues, power generation start is not determined early, and power generation is started after the charging rate SOC of the battery 6 reaches the target charging rate SOCb as in the comparative example. Since the electric motor 3 consumes less power because it is in a low-speed traveling state, it is not necessary to increase the output of the fuel cell 8, 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. Therefore, it is possible to stably and accurately determine the high power / high speed traveling state of the vehicle 1 while being unlikely to be affected by climbing or descending slope and suppressing the influence of output fluctuation due to acceleration and deceleration.
  • the output gain ⁇ is set to increase as the target charging rate deviation ⁇ SOC increases, and in particular, the change rate of the output gain ⁇ increases as the target charging rate deviation ⁇ SOC increases.
  • the output gain ⁇ is suppressed near the predetermined value ⁇ 1 in the positive region where the target charging rate deviation ⁇ SOC is close to 0.
  • the charging rate SOC is the target charging rate SOCt Even if it fluctuates in the vicinity, the fluctuation of the generated power Pf can be suppressed.
  • the output gain ⁇ sharply increases to increase the generated power Pf, more than the charging rate SOC
  • the battery 6 can be protected by suppressing the decrease of the voltage.
  • the target charging rate deviation ⁇ SOC is 0 or less, that is, when the charging rate SOC is the target charging rate SOCt or more, the output gain ⁇ is set to the predetermined value ⁇ 1, the fuel cell 8 efficiently Generate electricity. As a result, even if, for example, the state of charge SOC shifts to raise or lower the target state of charge, the fuel cell 8 continues to generate power without being turned on and off, so the efficiency and the life of the fuel cell 8 can be improved.
  • 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 control unit)

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

　車両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、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、当該目標充電率ＳＯＣtから現在の充電率ＳＯＣを減算して求めた偏差ΔＳＯＣに基づいて燃料電池８の発電出力Ｐfを制御する。この発電出力Ｐfを制御する際に、偏差ΔＳＯＣが正の値で大きくなるに伴って偏差ΔＳＯＣに対する発電出力Ｐfの変化率が増加するように設定する。

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偏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、例えばアクセル操作等によって車両の消費電力が変化し、これに伴ってバッテリの充電率が目標充電率近辺で変動した場合には、発電電力も合わせて変化させることになり、このような発電電力の変動は、燃料電池等の発電ユニットの効率を低下させてしまう。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。また、バッテリの充電率が目標充電率を上下するように変動した場合、発電をオンオフさせることとなり、特に燃料電池では寿命が低下するといった問題点もある。
　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、前記バッテリの現在の充電率を検出する充電率検出部と、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、前記燃料残量に基づいて演算された目標充電率と前記現在の充電率との偏差に基づいて前記発電出力を演算することを特徴とする。
　また、好ましくは、前記発電制御部は、前記目標充電率から前記現在の充電率を減算した前記偏差が正の値となる場合には、前記偏差が大きくなるに伴って前記発電出力が増加するように前記発電出力を演算するとよい。
　また、好ましくは、前記発電制御部は、前記目標充電率から前記現在の充電率を減算した前記偏差が正の値となる場合には、前記偏差が大きくなるに伴って前記発電出力の変化率が増加するように前記発電出力を演算するとよい。
　また、好ましくは、前記発電制御部は、前記目標充電率から前記現在の充電率を減算した前記偏差が０以下の場合でも発電出力を一定の値として発電を停止させることなく維持するとよい。
　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、燃料残量に基づいて演算された目標充電率と現在の充電率との偏差に基づいて発電ユニットの発電出力が演算されるので、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。したがって、バッテリが最終的な目標充電率に低下する前から発電させることができ、車両消費電力が変動して一時的に増加したとしてもバッテリからの出力が増加して発電ユニットの発電出力の変動を抑制することができる。これにより、発電ユニットの効率を向上させることができ、限られた燃料で発電ユニットの可能な発電量を増加させ、車両の航続距離を増加させることができるとともに、発電ユニットの寿命を向上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。 出力ゲインの演算用マップである。 本実施形態の車両走行時におけるバッテリの充電率、燃料残量、発電出力の推移の一例を示すグラフである。
　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１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。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、後述するように図２に示すマップを用いて演算される。
　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、出力ゲインαの演算用マップである。
　コントロールユニット２２は、図３に示す演算用マップを用いて、目標充電率ＳＯＣtと現在の充電率ＳＯＣとの偏差から出力ゲインαを演算する。
　コントロールユニット２２は、式（２）により求めた目標充電率ＳＯＣtから現在の充電率ＳＯＣを減算して目標充電率偏差ΔＳＯＣ（＝ＳＯＣt－ＳＯＣ）を演算する。そして、図２に示すように、目標充電率偏差ΔＳＯＣが０以下である場合、即ち現在の充電率ＳＯＣが目標充電率ＳＯＣt以上である場合は、出力ゲインαを所定値α1にする。所定値α1は、式（１）において演算された発電出力Ｐfが、燃料電池８が効率よく出力する範囲内での下限値付近になるように設定される定数である。
　目標充電率偏差ΔＳＯＣが０より大きい場合、即ち現在の充電率ＳＯＣが目標充電率ＳＯＣｔより低い場合は、所定値α1と最大値αmaxの間で目標充電率偏差ΔＳＯＣが増加するに伴って出力ゲインαが増加し、更にその変化率も増えるように設定する。例えば、所定値α1と最大値αmaxの間で、目標充電率偏差ΔＳＯＣの２次数と出力ゲインαが比例するように設定すればよい。なお、最大値αmaxは、発電出力Ｐfが燃料電池８の最大出力を超えないような値に設定すればよい。
　図３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３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３（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３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との偏差に基づいて、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との偏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、到達目標充電率ＳＯＣb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、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、燃料消費を抑えることができる。したがって、車両１に搭載した限られた燃料(水素)で燃料電池８が可能な発電量を増加させて、車両１の航続距離を増加させることができる。また、燃料電池８の出力の変動を抑えることで、燃料電池８の寿命を向上させることができる。
　なお、低出力・低速走行状態が続く場合では、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。したがって、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。
　更に、本実施形態では、目標充電率偏差ΔＳＯＣが増加するに伴って出力ゲインαが増えるように設定しており、特に目標充電率偏差ΔＳＯＣが増加するに伴って出力ゲインαの変化率が増えるように設定するので、目標充電率偏差ΔＳＯＣが０に近い正の領域では出力ゲインαは所定値α1付近に抑えられる。これにより、バッテリ６の充電率ＳＯＣが目標充電率ＳＯＣtよりわずかに低下した場合に出力ゲインαは抑えられ、発電電力Ｐfが抑えられるので、車両消費電力の変動により充電率ＳＯＣが目標充電率ＳＯＣt付近で変動しても、発電電力Ｐfの変動を抑えることができる。一方、目標充電率偏差ΔＳＯＣが大きくなると、即ちバッテリ６の充電率ＳＯＣが目標充電率ＳＯＣtより大きく低下すると、出力ゲインαが急激に増加して発電電力Ｐfを増加させ、充電率ＳＯＣのそれ以上の低下を確実に抑制して、バッテリ６の保護を図ることができる。
　このように、目標充電率偏差ΔＳＯＣに対する発電出力Ｐfの変化率が目標充電率偏差ΔＳＯＣに伴って変化するので、目標充電率偏差ΔＳＯＣの変動に対する発電出力Ｐfの変動を抑える領域を設定することができる。したがって、電気モータ３の消費電力の変動等により充電率ＳＯＣが変動して、目標充電率偏差ΔＳＯＣが変動したとしても、当該領域で発電出力Ｐfの変動を抑え、燃料電池８の効率を更に向上させることができる。
　また、目標充電率偏差ΔＳＯＣが０以下、即ち充電率ＳＯＣが目標充電率ＳＯＣt以上である場合には、出力ゲインαが所定値α1に設定されるので、少ない発電量で燃料電池８が効率よく発電をする。これにより、例えば充電率ＳＯＣが目標充電率を上下するように推移しても燃料電池８はオンオフせずに発電し続けるので、燃料電池８の効率及び寿命を向上させることができる。
　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、
    　前記バッテリの現在の充電率を検出する充電率検出部と、
    　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、前記燃料残量に基づいて演算された目標充電率と前記現在の充電率との偏差に基づいて前記発電出力を演算することを特徴とする車両の電力制御装置。
  2. 　前記発電制御部は、
    　前記目標充電率から前記現在の充電率を減算した前記偏差が正の値となる場合には、前記偏差が大きくなるに伴って前記発電出力が増加するように前記発電出力を演算することを特徴とする請求項１の車両の電力制御装置。
  3. 　前記発電制御部は、
    　前記目標充電率から前記現在の充電率を減算した前記偏差が正の値となる場合には、前記偏差が大きくなるに伴って前記発電出力の変化率が増加するように前記発電出力を演算することを特徴とする請求項１又は２の車両の電力制御装置。
  4. 　前記発電制御部は、
    　前記目標充電率から前記現在の充電率を減算した前記偏差が０以下の場合でも発電出力を一定の値として発電を停止させることなく維持することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項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１項に記載の車両の電力制御装置。
PCT/JP2015/058561 2015-03-20 2015-03-20 車両の電力制御装置 WO2016151697A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2015/058561 WO2016151697A1 (ja) 2015-03-20 2015-03-20 車両の電力制御装置
JP2017507163A JP6270011B2 (ja) 2015-03-20 2015-03-20 車両の電力制御装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2015/058561 WO2016151697A1 (ja) 2015-03-20 2015-03-20 車両の電力制御装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016151697A1 true WO2016151697A1 (ja) 2016-09-29

Family

ID=56977125

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2015/058561 WO2016151697A1 (ja) 2015-03-20 2015-03-20 車両の電力制御装置

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6270011B2 (ja)
WO (1) WO2016151697A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200135914A (ko) * 2017-06-29 2020-12-04 도요타지도샤가부시키가이샤 연료 전지 시스템 및 연료 전지 시스템의 제어 방법

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112590759B (zh) * 2020-12-21 2022-05-03 佛山仙湖实验室 一种混合动力汽车线控驱动与制动协调控制方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000032606A (ja) * 1998-07-14 2000-01-28 Toyota Motor Corp 車 輌
JP2002058111A (ja) * 2000-08-10 2002-02-22 Mitsubishi Electric Corp ハイブリッド電気自動車用発電制御装置
JP2004320946A (ja) * 2003-04-18 2004-11-11 Toyota Motor Corp 電気自動車およびその制御方法
JP2006296106A (ja) * 2005-04-12 2006-10-26 Toyota Motor Corp 燃料電池車両
JP2010173360A (ja) * 2009-01-27 2010-08-12 Nissan Motor Co Ltd ハイブリッド車両の制御装置
JP2013075615A (ja) * 2011-09-30 2013-04-25 Equos Research Co Ltd 電動駆動車両

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000032606A (ja) * 1998-07-14 2000-01-28 Toyota Motor Corp 車 輌
JP2002058111A (ja) * 2000-08-10 2002-02-22 Mitsubishi Electric Corp ハイブリッド電気自動車用発電制御装置
JP2004320946A (ja) * 2003-04-18 2004-11-11 Toyota Motor Corp 電気自動車およびその制御方法
JP2006296106A (ja) * 2005-04-12 2006-10-26 Toyota Motor Corp 燃料電池車両
JP2010173360A (ja) * 2009-01-27 2010-08-12 Nissan Motor Co Ltd ハイブリッド車両の制御装置
JP2013075615A (ja) * 2011-09-30 2013-04-25 Equos Research Co Ltd 電動駆動車両

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200135914A (ko) * 2017-06-29 2020-12-04 도요타지도샤가부시키가이샤 연료 전지 시스템 및 연료 전지 시스템의 제어 방법
KR102209538B1 (ko) 2017-06-29 2021-02-01 도요타지도샤가부시키가이샤 연료 전지 시스템 및 연료 전지 시스템의 제어 방법

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2016151697A1 (ja) 2017-08-17
JP6270011B2 (ja) 2018-01-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6270009B2 (ja) 車両の電力制御装置
US11007893B2 (en) Control device for electric vehicle and electric vehicle
US9744874B2 (en) Electric vehicle and control method for electric vehicle
US10093305B2 (en) Travel driving apparatus of vehicle
KR101687305B1 (ko) 비수 이차 전지의 제어 장치 및 제어 방법
KR101742392B1 (ko) 연료 전지 탑재 차량의 외부 급전 시스템의 제어 방법 및 외부 급전 시스템
US20130241466A1 (en) Regenerative power supply system
JP5097687B2 (ja) 鉄道車両及び鉄道車両用駆動装置
US20110260659A1 (en) Control apparatus of electric vehicle
JP6982787B2 (ja) 燃料電池制御装置およびその制御方法、燃料電池自動車
CN105599636B (zh) 由电动马达驱动的车辆和车辆的控制方法
JP2017184405A (ja) 電力供給システム及び輸送機器、並びに、電力伝送方法
JP2012090456A (ja) 充電制御装置
JP2008278561A (ja) 電気機器および電気機器の制御方法
JP6270011B2 (ja) 車両の電力制御装置
KR101157413B1 (ko) 직렬형 하이브리드 차량 및 이의 전력 제어 방법
JP5445702B2 (ja) 充電制御装置
KR20170025605A (ko) 친환경 자동차의 전력변환 제어방법
JP4064398B2 (ja) 電動機用バッテリの充放電制御装置
JP6270010B2 (ja) 車両の電力制御装置
JP6690376B2 (ja) 燃料電池車両の制御装置
JP2014011826A (ja) 車両のバッテリ充電状態制御装置
JP6639796B2 (ja) 充電制御装置、及び充電制御方法
JP2010178432A (ja) 電動車両用電源の残容量検出装置
JP2017127073A (ja) 車両用回生制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15886254

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2017507163

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15886254

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1