JP2004178965A

JP2004178965A - Control device of vehicle

Info

Publication number: JP2004178965A
Application number: JP2002343531A
Authority: JP
Inventors: Takezo Yamaguchi; 武蔵山口; Susumu Komiyama; 晋小宮山; Hiroshi Iwano; 岩野　　浩; Hideaki Watanabe; 英明渡辺
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-11-27
Filing date: 2002-11-27
Publication date: 2004-06-24

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve efficiency of a vehicle by reducing an amount of fuel consumption. <P>SOLUTION: The fuel cell vehicle, travelling by a driving motor 3 driven by electric power supplied either from a fuel cell 1 or from a storage battery 2, estimates a travelling pattern in future, and settles a responding property of the fuel cell depending on the estimated travelling pattern, and controls power generation of the fuel cell depending on the settled power generation responding property of the fuel cell. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境保護性に優れた電源として燃料電池を駆動源として搭載した燃料電池車両が注目されている。
【０００３】
燃料電池は供給される燃料ガスの供給量を制限することで、要求に応じた電力を出力するように制御される。燃料電池では燃料ガスの供給指令値に対して燃料ガスの実供給量に応答遅れが生じるため、発電電力の応答性が低くなることがある。この課題を解消するためにバッテリを併用し、燃料電池の発電電力の遅れ分を補う電源システムが提案され、燃料電池とバッテリを並列に接続する構成を持つ（例えば、特許文献１を参照。）。また、さらに燃料電池の発電電力をＤＣ−ＤＣコンバータで変換することにより、バッテリと燃料電池を併用した電源システムの出力効率の向上を図っている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１１８９８１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来技術では、燃料電池の応答速度を積極的に変更しておらず、車両全体としての効率について改善の余地が残されていた。
【０００６】
したがって、本発明は、上述の課題を鑑みて車両の走行パターンに基づき燃料電池の発電応答性を設定し、車両全体の効率を向上することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記燃料電池と蓄電装置の少なくとも一方から供給される電力により作動する駆動モータにより走行する燃料電池車両において、将来の車両走行パターンを予測し、予測された走行パターンに基づいて前記燃料電池の応答性を設定し、設定された発電応答性に基づいて前記燃料電池の発電を制御することを特徴とする。
【０００８】
【発明の効果】
本発明によれば、目的地までの走行パターンを推定し、この走行パターンに基づき燃料電池の発電応答性を設定し、設定した発電応答性毎に目的地までの燃料消費量を演算し、最も少ない燃料消費量となる発電応答性で燃料電池の発電を制御するため、車両としての効率を改善することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１に本発明を適用する車両のシステム構成図を示す。本車両は、いわゆる燃料電池車両であって、この車両のパワートレインは、燃料電池１で発電した電力と蓄電装置２に蓄えられた電力の少なくとも一方から供給される電力により駆動される駆動モータ３で構成する。駆動モータ３のトルクはファイナルギヤ４を介してタイヤ５に伝達され、車両が走行する。
【００１０】
本車両システムを統合制御する統合コントローラ６が設置され、燃料電池の発電状態を制御するための目標発電電力指令値は、統合コントローラ６から燃料電池コントローラ７に出力される。燃料電池コントローラ７はその値に基づき燃料電池１の発電電力および燃料電池１に燃料ガスを供給するための図示しないコンプレッサの運転を制御する。
【００１１】
蓄電装置コントローラ８は蓄電装置２の電流・電圧を検出し、蓄電装置（例えば、バッテリ）２の充電状態（以下、ＳＯＣという。）と充放電可能電力を算出し、統合コントローラ６に出力する。
【００１２】
また、駆動モータコントローラ９は、統合コントローラ６で演算された目標駆動トルク指令値に基づき駆動モータ３のトルクをベクトル制御する。
【００１３】
図中、１０はナビゲーション手段であり、ドライバが入力した目的地までの走行経路を算出し、道路勾配や種別などから経路走行中の消費電力を算出し、統合コントローラ６に出力する。ナビゲーション手段１０は、目的地を入力する目的地入力手段と、車両の現在地を算出する現在地算出手段と、地図情報を記憶する地図情報記憶手段と、目的地までの誘導経路、走行パターンを算出する誘導経路算出手段と、道路情報を記憶した道路環境抽出手段とから構成される。
【００１４】
なお、実施例では燃料電池１は、固体高分子形の燃料電池を用い、燃料ガスである水素ガスは水素ボンベに貯蔵された場合を例として説明を行う。しかし、燃料電池は上記に限らず燐酸型、溶融炭酸塩型など種々のタイプの燃料電池を適用可能であるし、改質器を用いて水素ガスをアルコール等の原料を改質して生成する場合でも適用可能である。但し、改質器を用いる場合には、水素ガスを生成する際の改質器の応答性も発電応答性に考慮する。
【００１５】
次に、統合コントローラ６が実施する本発明に係る制御内容についての概略を図２のフローチャートを用いて説明する。各ステップの詳細については図３、図４を用いて後述する。
【００１６】
まず、ステップ１では、前述のナビゲーション手段１０を用いて、将来の車両の走行パターンを予測する。続くステップ２では、燃料電池１の発電応答性を仮設定し、ステップ３で仮設定した発電応答性に基づいた発電パターンを設定する。
【００１７】
ステップ４は、ステップ３で設定した発電パターンで発電した場合の目的地までの走行全体の燃料消費量を算出する。ステップ５では、すべての設定した発電応答性について燃料消費量を演算したかどうかを判定し、ステップ６で、仮の発電応答性毎の燃料消費量の結果に基づき、走行全体の燃料消費量を最も低減することができる発電応答性を設定する。設定された発電応答性に基づく統合コントローラ６が燃料電池１を制御する。
【００１８】
次に図２のフローチャートの各ステップの詳細を図３と図４を用いて説明する。
【００１９】
図３に示すフローチャートは、図２のステップ１の将来の走行パターンを予測するステップの詳細な処理を示したものである。
【００２０】
まず、ステップ１１において、ナビゲーション手段１０の現在地算出手段を用いて現在の車両位置を示す座標位置（ｘ、ｙ）を演算する。ステップ１２において、目的地入力手段によってドライバが入力した目的地を読み込む。
【００２１】
ステップ１３において、現在地座標（ｘ、ｙ）と地図情報記憶手段が記憶する道路情報から誘導経路算出手段により誘導経路を設定する。ただし、誘導経路を決定するにあたっては、目的地までの到達時間が最小となる経路や目的地までの景色が良い経路などをナビゲーション手段１０が提供し、ドライバが選択する形態であっても良い。
【００２２】
ステップ１４において、設定した誘導経路における道路情報（経路距離、経路内平均勾配、交差点位置、カーブの曲率半径の大小、標高など）を、道路環境抽出手段から読み込む。
【００２３】
ステップ１５において、ステップ１４において抽出した道路環境情報に基づいて、現在位置から目的地までにおける予測車両速度ｐ＿ｖｓｐ（ｋｍ／ｈ）と、予測制駆動力指令値ｐ＿ｔＴｄ（Ｎｍ）を求める。
【００２４】
車両速度ｐ＿ｖｓｐの予測方法としては、誘導経路内において道路の法定速度を巡航車速として走ることを基本とし、曲がる交差点があれば、例えば減速度０．１（Ｇ）で車速がゼロになり、３秒停止後加速度０．１（Ｇ）で巡航速度に至るよう予測し、カーブ区間であれば予めカーブの曲率に応じた加減速度とカーブ通過速度との関係をマップ化し、このマップに基づいて車速ｐ＿ｖｓｐを予測し、インフラ（ＶＩＣＳ等）から受信した渋滞区間にあっては、渋滞度合いに応じて渋滞度合いが激しいほど渋滞区間の平均車速が低くなるように予測する。
【００２５】
また、制駆動力指令値としては経路の車速ｐ＿ｖｓｐに応じた走行抵抗分（空気抵抗分＋転がり抵抗分）の駆動力と、車両加減速度に応じた加減速分の制駆動力と、道路勾配による車両のポテンシャルエネルギー変化を実現する分の制駆動力、の和の制駆動力として求められる。
【００２６】
ステップ１６において、ステップ１５において予測した予測車両速度ｐ＿ｖｓｐと予測駆動力指令値ｐ＿ｔＴｄに基づいて、走行開始から所定時間ｔ（秒）後において必要となる駆動電力Ｐｄ（ｋＷ）を式（１）から算出する。
【００２７】
【数１】

式（１）において、Ｇは減速装置のギヤ比（−）、Ｒはタイヤの有効半径（ｍ）を示す。
【００２８】
以上の処理を走行開始時から目的地到着時まで行うことにより駆動電力パターンを作成することができる。
【００２９】
なお、駆動電力パターンはモータ消費電力変化の様子を示しており、走行パターンは車速の変化の様子を示すものである。走行パターンが決まれば駆動電力パターンも一義的に対応する。
【００３０】
図２のフローチャートのステップ２では、燃料電池の発電応答性を仮設定する。発電応答性は目標発電電力に対する発電応答時定数でも良いし、変化量を制限するものであっても良い、また両者を組合せたものであっても良い。本実施例では、発電応答性を目標発電電力に対する発電応答時定数とした場合を例に挙げて説明を行う。
【００３１】
本実施例では、発電応答時定数を１〜５秒の範囲内で変化できる場合を例に挙げ、発電応答時定数を１〜５秒までを、１秒刻みで仮設定していく方法について説明する。また、他の仮設定の方法としては、発電応答時定数が小さな方から順に設定し、各発電応答時定数の発電パターンを作成した場合に蓄電装置の充放電電力が充放電可能電力を超えてしまう、つまり過充放電が予想されるまで発電応答時定数を大きく設定する方法もある。
【００３２】
図４は、仮設定した発電応答性を用いて発電パターンを設定する図２のステップ３で行われる詳細な処理内容を示したものである。
【００３３】
ステップ２１は、ステップ１の駆動電力パターンに対して仮設定した発電応答時定数を用いて一次遅れ処理を行ったものを発電パターンに仮設定し、この発電パターンでの発電電力を算出する。ステップ２２では、現在地から目的地到着までのある時刻において、ステップ２１で設定した発電パターンに基づく発電電力を得るためのコンプレッサ１１の目標回転数を算出する。コンプレッサ１１の目標回転数は、発電電力を実現するために必要な燃料ガスの流量から、その流量を得るために必要なコンプレッサ１１の回転数を予め実験などにより求め、図５に示すようなテーブルを検索することにより算出することができる。
【００３４】
ステップ２３において、ステップ２２で求めたコンプレッサ１１の目標回転数と実回転数からコンプレッサ１１の消費電力Ｐｃｏｍｐ（ｋＷ）を算出する。ここで実回転数は、コンプレッサ１１の目標回転数が応答遅れ（例えば、時定数０．１（秒）の一次遅れ）をもって実現されていると仮定して算出することができる。コンプレッサ１１の消費電力は、例えば予め実験などにより求めた図７に示すマップを検索することにより算出できる。図６のマップの破線はコンプレッサ１１の回転数が変化しない定常状態での消費電力を示す。目標回転数が実回転数よりも大きい場合には、コンプレッサ１１の目標トルクが実トルクより増大することを示し、その差が大きいほど消費電力が増大する。また、目標回転数が実回転数よりも小さい場合には、その差が大きいほど回生電力が増大する。また、マップはコンプレッサ１１運転時に発生する損失を考慮して作成すると、より正確なコンプレッサ消費電力が得られる。
【００３５】
ここで、発電応答性を遅くすると発電電力の変化が緩やかな発電パターンが作成される。これに伴いコンプレッサ１１の目標回転数の変化が抑制されるため、その分コンプレッサ１１の消費電力を低減することが可能になる。
【００３６】
ステップ２４では、現在地から目的地到着までのある時刻におけるグロス発電電力Ｐｇｒｏｓｓ（ｋＷ）を求める。グロス発電電力は、ステップ２２で求めたコンプレッサ消費電力Ｐｃｏｍｐ（ｋＷ）に基づいて式（２）から求めることができる。
【００３７】
【数２】

ここで、Ｐｎｅｔは燃料電池１のネット発電電力、即ち目標発電電力（ｋＷ）であり、Ｐｆｃ＿ａｕｘは、燃料電池１の発電にかかわる補機の消費電力（ｋＷ）である。
【００３８】
ステップ２５は、ステップ１において求めた走行開始から所定時間ｔ（秒）後における駆動電力Ｐｄ（ｋＷ）と発電電力に基づいてバッテリの充放電電力Ｐｂａｔ（ｋＷ）を求める。
【００３９】
【数３】

ここでＰｖｅｈ＿ａｕｘ（ｋＷ）は、エアコンやラジエータファンなどの車両補機負荷であり、例えば０．５（ｋＷ）のように固定値を与える。ＥＦＦｂａｔ（−）はバッテリの充放電効率であり、バッテリの内部抵抗で発生する損失電力を考慮して、バッテリ入力電力に対して実際バッテリに蓄えられる電力の割合（１以下の値）、また、バッテリ出力電力に対して実際バッテリから放電した電力の割合（１以上の値）を示す。
【００４０】
ステップ２６は、ステップ２５で求めたバッテリ充放電電力を積算し、経路走行中の電力収支を計算する。また、走行開始時のＳＯＣとバッテリ充放電電力から走行開始から所定時間ｔ（秒）後におけるＳＯＣを計算することができる。
【００４１】
ステップ２７は、ステップ２６において算出した目的地でのＳＯＣと目的地到着時の目標ＳＯＣが等しい場合には、処理を終了し、等しくなければステップ２１に戻り、目的地到着時の目標ＳＯＣとなるように発電パターンを作成し、ステップ２２以降のステップを続ける。なお、目的地到着時の目標ＳＯＣは、ドライバーが直接設定しても良いし、目的地の標高が高く次の車両直後に坂道を下ることが予想される場合には、回生電力の受け入れに備えて目標ＳＯＣを低め（例えば目標ＳＯＣ＝３５（％））に設定すれば良い。
【００４２】
ここで、目的地到着時の目標ＳＯＣと等しくない場合の発電パターンの設定について説明する。ステップ２７で目的地到着時のＳＯＣが目標ＳＯＣに満たない場合には、ステップ２１に戻り、ステップ１６で算出した駆動電力Ｐｄ（ｋＷ）に対して目標ＳＯＣと実ＳＯＣの差に基づき設定する所定値ΔＰｄ１（ｋＷ）を加算し、ステップ２７で目的地到着時のＳＯＣが目標ＳＯＣよりも多い場合には駆動電力Ｐｄ（ｋＷ）に対して目標ＳＯＣと実ＳＯＣの差に基づき設定する所定値ΔＰｄ２（ｋＷ）を減算したものに対し一次遅れ処理したものを発電パターンとする。
【００４３】
図２のステップ４は、目的地到着時のＳＯＣが目標ＳＯＣとなる発電パターンを走行した際の燃料消費量を算出する。
【００４４】
まず、走行開始から所定時間ｔ（秒）後における燃料消費率ＦＣ（ｇ／秒）を求める。燃料消費率は、発電電力を実現するために必要な燃料ガス流量を予め実験などにより求め、図７に示すテーブルを検索することにより算出することができる。
【００４５】
次に、現在地から目的地到着までの各時刻における燃料消費率ＦＣ（ｇ／秒）を積算し、走行全体の燃料消費量Ｆｃｔｏｔａｌ（ｇ）を算出する。
【００４６】
続くステップ５では、仮設定したすべての発電応答時定数（本実施例では、１、２、３、４、５（秒）を発電応答時定数とした。）での燃料消費量Ｆｃｔｏｔａｌ（ｇ）を演算したかを判定し、演算していなければステップ２に戻り、演算を終えていればステップ６に進む。
【００４７】
ステップ６は、算出した各発電応答時定数における走行全体の燃料消費量Ｆｃｔｏｔａｌ（ｇ）の内、最も値が小さい発電応答時定数を今後の走行に用いる発電応答時定数とする。
【００４８】
ここで設定された発電応答時定数は、統合コントローラ６で燃料電池１の目標発電電力を設定する際に用いられ、燃料電池コントローラ７に設定した目標発電電力に基づく指令値を送る。燃料電池コントローラ７では指令値に基づき目標発電電力を実現するように燃料ガスの供給量等を制御する。
【００４９】
一般に、燃料電池システムにおいては、図８に示すように発電電力の応答性を高くしようと大量の燃料ガスを送り込もうとするとコンプレッサの消費電力が増大して燃料電池の発電効率は低下してしまう。一方、発電効率の低下を抑制するためにコンプレッサの消費電力が増大しない、運転効率の良好な範囲で発電電力の応答性を制限した場合には、駆動電力に対する発電の遅れが増大し、その遅れを補うためバッテリからの放電電力が増加する。また、放電に伴い発生する損失が増大してしまう。
【００５０】
このため、電源システムの出力効率を改善するには、燃料電池における発電効率の向上とバッテリでの損失の低減の双方を両立する発電電力の応答性を設定することが重要となる。
【００５１】
本発明においては、燃料電池または蓄電装置を駆動源とした車両において、目的地までの走行パターンを推定し、この走行パターンに基づき燃料電池の発電応答性を設定し、設定した発電応答性毎に目的地までの燃料消費量を演算し、最も少ない燃料消費量となる発電応答性で燃料電池の発電を制御するため、車両としての効率を改善することができる。
【００５２】
なお、発電応答性の設定にあたっては、走行中駆動電力パターンの平均変化率と発電応答性を対応付けておき、平均変化率が小さいほど発電応答性を遅く対応付けることによって発電応答性を設定してもよい。
【００５３】
図９に本発明を適用する第２の実施例としてのシリーズハイブリッド車両の構成図を示す。なお、第１の実施例と同様の構成には同じ符号を付した。
【００５４】
この車両のパワートレインは、内燃機関２１と、内燃機関２１に直結され、内燃機関２１の出力を電力に変換する発電機２２と、発電機２２で発電された電力と蓄電装置２に蓄えられている電力の少なくとも一方の電力で駆動される駆動モータ３で構成され、駆動モータ３のトルクはファイナルギヤ４を介してタイヤ５に伝達され、車両を走行する。
【００５５】
内燃機関２１のトルクは、図示しないスロットル弁の開度により制御され、統合コントローラ６から出力される内燃機関トルク指令値に基づき内燃機関コントローラ２３がスロットル弁の開度を制御する。また、内燃機関２１及び発電機２２の回転速度は、統合コントローラ６から出力される回転速度指令値と等しくなるように発電機コントローラ２４によって発電機２２でベクトル制御を行う。
【００５６】
蓄電装置コントローラ８は蓄電装置２の電圧・電流を検出し、入力可能電力を演算し、統合コントローラ６に出力する。また、駆動モータコントローラ９は統合コントローラ６のモータトルク指令値に基づき駆動モータ３のトルクをベクトル制御する。１０は第１の実施例と同様のナビゲーション手段であり、ドライバが入力した目的地までの走行経路を算出し、道路勾配や種別などから経路走行中の消費電力を算出し、統合コントローラ６に出力する。
【００５７】
以下、制御内容について説明する。まず制御内容の概略を示す図２のステップ１とステップ２の内容は、燃料電池が発電装置となる点を除いて第１の実施例と同様であり、説明を削除する。
【００５８】
図１０は、図２に示すステップ３の発電パターン作成の詳細フローチャートであり、第１の実施例と異なる内容を備えている。
【００５９】
ステップ３１で、ステップ１の駆動電力パターンに対して仮設定した発電応答時定数を用いて一次遅れ処理を行ったものを発電パターンに仮設定し、この発電パターンでの発電電力を算出する。
【００６０】
続くステップ３２で、ステップ１において求めた走行開始から所定時間ｔ（秒）後における駆動電力Ｐｄ（ｋＷ）と発電電力に基づいてバッテリの充放電電力Ｐｂａｔ（ｋＷ）を次式から求める。
【００６１】
【数３】

ステップ３３は、ステップ３２で求めたバッテリ充放電電力を積算し、経路走行中の電力収支を計算する。また、走行開始時のＳＯＣとバッテリ充放電電力から走行開始から所定時間ｔ（秒）後におけるＳＯＣを計算する。
【００６２】
ステップ３４では、ステップ３３において算出した目的地でのＳＯＣと目的地到着時の目標ＳＯＣが等しい場合には、処理を終了し、等しくなければステップ３１に戻り、目的地到着時の目標ＳＯＣとなるように発電パターンを作成し、ステップ３２以降のステップを続ける。なお、目的地到着時の目標ＳＯＣの設定は、第１の実施例と同様である。
【００６３】
ここで、目的地到着時の目標ＳＯＣと等しくない場合の発電パターンの設定について説明する。ステップ３４で目的地到着時のＳＯＣが目標ＳＯＣに満たない場合には、ステップ３１に戻り、ステップ１６で算出した駆動電力Ｐｄ（ｋＷ）に対して目標ＳＯＣと実ＳＯＣの差に基づき設定する所定値ΔＰｄ１（ｋＷ）を加算し、ステップ３４で目的地到着時のＳＯＣが目標ＳＯＣよりも多い場合には駆動電力Ｐｄ（ｋＷ）に対して目標ＳＯＣと実ＳＯＣの差に基づき設定する所定値ΔＰｄ２（ｋＷ）を減算したものに対し一次遅れ処理したものを発電パターンとする。
【００６４】
図２に戻り、次にステップ４において、発電パターンを走行した際の燃料消費量を算出する。
【００６５】
現在地から目的地到着までのある時刻ｔ（秒）における燃料消費率ＦＣ（ｇ／秒）を求める。燃料消費率は、発電電力を実現するために要する燃料消費率を予め実験などにより求め、図１１に示すようなマップを検索することにより算出することができる。
【００６６】
図１１において発電時の動作点は、燃費最良線上を移動し、予め内燃機関２１の燃料消費率、発電機の損失電力を考慮して内燃機関２１と発電機２２で最も効率が良く発電できる内燃機関のトルクと回転数を求めることができる。但し、内燃機関の回転数が変化できる速度より早く内燃機関の出力を上げようとすると燃費最良線からずれてしまう。このため、図１１のマップは発電電力が変化する際に燃費最良線上からずれてしまう影響を考慮して作成すれば良い。
【００６７】
図１２は、図１１のマップの概要を示すものであり、縦軸にある時刻ｔ（秒）における発電電力、横軸は前回燃料消費率を演算した際の発電電力を示している。燃料消費率は発電電力の変化が大きいほど燃費最良線からずれてしまうので悪化し、一方、発電電力の変化が小さい場合には定常運転状態の燃料消費率、つまり最良燃費線上の燃料消費率に近くなる。
【００６８】
ステップ５は、算出した各発電応答時定数における走行全体の燃料消費量Ｆｃｔｏｔａｌ（ｇ）の内、最も値が小さい発電応答時定数を今後の走行に用いる発電応答時定数とする。
【００６９】
ここで設定された発電応答時定数は、統合コントローラ６での目標発電電力を生成する際に用いられ、統合コントローラ６は、目標発電電力を実現するための内燃機関２１の動作点と発電機２２の動作点をそれぞれ内燃機関コントローラ２３、発電機コントローラ２４に送る。内燃機関コントローラ２３では目標発電電力を実現するようにスロットル開度や燃料噴射量等を制御し、発電機コントローラ２４では目標発電電力を実現するようにベクトル制御を行う。
【００７０】
したがって、本発明においては、発電装置と蓄電装置を備えた車両において、目的地までの走行パターンを推定し、この走行パターンに基づき発電装置の発電応答性を設定し、設定した発電応答性毎に目的地までの燃料消費量を演算し、最も少ない燃料消費量となる発電応答性で燃料電池の発電を制御するため、車両としての効率を改善することができる。
【００７１】
図１３は第３の実施例の構成を示しており、本発明を適用するパラレルハイブリッド車両の構成図を示す。なお、第１、第２の実施例と同様の構成には同じ符号を付した。
【００７２】
パラレルハイブリッド車両のパワートレインは、駆動源としての内燃機関２１と、内燃機関２１の回転により発電する機能を備えるとともに駆動源として機能する駆動発電モータ３１と、内燃機関２１または駆動発電モータ３１の少なくとも一方の回転を所定回転速度にしてファイナルギア４に伝達する無段変速機３２とを備える。駆動発電モータ３１で発電された電力を蓄電するための蓄電装置２が備えられ、車両の運転状態に応じて、駆動源が駆動発電モータ３１または内燃機関２１のいずれかまたは併用して車両を走行させる。
【００７３】
このパラレルハイブリッド車両を統合的に制御する統合コントローラ６が設けられるとともに、内燃機関２１、駆動発電モータ３１、無段変速機３２及び蓄電装置２にはそれぞれの構成を制御するためのコントローラ２３、３３、８、３４が設置される。
【００７４】
このパラレルハイブリッド車両の統合コントローラ６は、車両走行状態（車速、アクセル開度）に応じて目標駆動出力を算出し、この目標駆動出力に応じて内燃機関の目標出力を算出し、この目標出力と現在の変速機入力軸回転速度とから内燃機関の目標トルクを算出し、この目標トルクに応じた内燃機関トルク指令値を内燃機関コントローラ２３に出力する。
【００７５】
また、内燃機関の目標出力と内燃機関の最良燃費運転条件データとから目標変速機入力軸回転速度を算出し、この目標変速機入力軸回転速度と現在の変速機入力軸回転速度（車速に比例する）とから目標変速比を算出し、この目標変速比に応じた変速機変速指令値を変速機コントローラ３４へ出力する。
【００７６】
さらに、目標駆動出力と現在の内燃機関出力との偏差を算出し、この偏差出力と現在の変速機入力軸回転速度とから駆動発電モータ３１の目標トルクを算出し、この目標トルクに応じた駆動発電モータトルク指令値をモータコントローラ３３へ出力する。駆動発電モータトルク指令値が正値のときは駆動発電モータによるトルクアシストが行われ、負値のときは駆動発電モータによる電力の回生（発電）が行われる。
【００７７】
このようなパラレルハイブリッド車両の場合、目標駆動出力から内燃機関２１の目標出力を算出する際の応答性を走行パターンに応じて設定すればよい。例えば、目標駆動出力に一次遅れ処理を行ったものを内燃機関２１の目標出力とするようにし、この一次遅れ処理における応答時定数を最適に設定する。具体的な設定方法は第２の実施例と同様である。
【００７８】
このようの本実施例においては、目的地までの将来起こる走行パターンを推定し、この走行パターンに基づき、最も燃料消費の少ない内燃機関出力の応答性を設定し、この設定した応答性に基づいて内燃機関の出力を制御するため、車両としての効率を改善することができる。
【００７９】
なお、ステップ２６、ステップ３３の電力収支を演算するステップにおいて求めたＳＯＣを用い、予めＳＯＣの関数として求めておいたバッテリの充放電可能電力を算出する。更に温度センサを追加し蓄電装置２の温度を読み込み、充放電電力をＳＯＣと温度の関数としてマップ化しておけば精度は一層向上する。
【００８０】
もし、ステップ２１、ステップ３１で設定した発電パターンにおいてステップ２５、ステップ３２で求めたバッテリ充放電電力Ｐｂａｔ（ｋｗ）が充放電可能電力を超えてしまう場合には、バッテリの過充放電が発生を防止するため、ステップ５において、たとえ走行全体の燃料消費量ＦＣｔｏｔａｌ（ｇ）が少ないとしても、その際に用いた発電応答性を最終的な発電応答性として設定しない。その代わり、過充放電が発生しない範囲の発電応答性の中から、燃料消費量Ｆｃｔｏｔａｌ（ｇ）が最も少なくなる発電応答性を設定する。
【００８１】
なお、図２に示すフローチャートの処理は走行開始前に行う。但し、目的地が変更された場合には再度前記のフローチャートに示す処理を行うこととする。
【００８２】
本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内でさまざまな変更がなしうることは明白である。
【００８３】
なお、特許請求の範囲の構成要件と実施形態の対応関係は以下の通りである。
【００８４】
燃料電池が燃料電池１、蓄電装置が蓄電装置２、駆動モータが駆動モータ３、走行パターン予測手段が統合コントローラ６（図３のフローチャート）、発電応答性設定手段が、統合コントローラ６（図２のフローチャート）、発電制御手段が統合コントローラ６に対応する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料電池車両の構成図である。
【図２】メイン処理を示すフローチャートである。
【図３】走行パターン予測処理を示すフローチャートである。
【図４】発電パターン作成処理を示すフローチャートである。
【図５】コンプレッサ目標回転数と発電電力との関係を示す図である。
【図６】コンプレッサ消費電力とコンプレッサ実回転数との関係を示す図である。
【図７】燃料消費率と発電電力との関係を示す図である。
【図８】燃料電池の発電応答性とシステム全体の効率を示す図である。
【図９】シリーズハイブリッド車両の構成図である。
【図１０】発電パターン作成処理を示すフローチャートである。
【図１１】シリーズハイブリッド車両の効果を説明する図である。
【図１２】走行パターンと蓄電装置の損失の関係を示す図である。
【図１３】パラレルハイブリッド車両の構成図である。
【符号の説明】
１燃料電池
２蓄電装置
３駆動モータ
６統合コントローラ
７燃料電池コントローラ
８蓄電装置コントローラ
９駆動モータコントローラ
１０ナビゲーション手段
２１内燃機関
２２発電機
２３内燃機関コントローラ
２４発電機コントローラ
３１駆動発電モータ
３２無段変速機
３３モータコントローラ
３４変速機コントローラ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for a vehicle.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, fuel cell vehicles equipped with a fuel cell as a driving source as a power source having excellent environmental protection properties have attracted attention.
[0003]
The fuel cell is controlled so as to output electric power as required by limiting the amount of supplied fuel gas. In the fuel cell, a response delay occurs in the actual supply amount of the fuel gas with respect to the supply command value of the fuel gas, so that the responsiveness of the generated power may decrease. In order to solve this problem, a power supply system that uses a battery in combination and compensates for the delay of the power generated by the fuel cell has been proposed, and has a configuration in which the fuel cell and the battery are connected in parallel (for example, see Patent Document 1). . Further, by converting the power generated by the fuel cell with a DC-DC converter, the output efficiency of a power supply system using both the battery and the fuel cell is improved.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-118981
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described prior art, the response speed of the fuel cell is not actively changed, and there is room for improvement in the efficiency of the entire vehicle.
[0006]
Therefore, an object of the present invention is to set the power generation responsiveness of a fuel cell based on a running pattern of a vehicle in view of the above-described problems, and to improve the efficiency of the entire vehicle.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is directed to a fuel cell vehicle that is driven by a drive motor that is operated by electric power supplied from at least one of the fuel cell and the power storage device.The fuel cell vehicle predicts a future vehicle driving pattern, and based on the predicted driving pattern, The response of the battery is set, and the power generation of the fuel cell is controlled based on the set power generation response.
[0008]
【The invention's effect】
According to the present invention, the travel pattern to the destination is estimated, the power generation response of the fuel cell is set based on the travel pattern, and the fuel consumption to the destination is calculated for each set power generation response. Since the power generation of the fuel cell is controlled with the power generation responsiveness resulting in a small fuel consumption, the efficiency of the vehicle can be improved.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 shows a system configuration diagram of a vehicle to which the present invention is applied. The present vehicle is a so-called fuel cell vehicle, and the power train of the vehicle includes a drive motor 3 driven by power supplied from at least one of the power generated by the fuel cell 1 and the power stored in the power storage device 2. It consists of. The torque of the drive motor 3 is transmitted to the tires 5 via the final gear 4, and the vehicle runs.
[0010]
An integrated controller 6 for integrally controlling the vehicle system is installed, and a target generated power command value for controlling the power generation state of the fuel cell is output from the integrated controller 6 to the fuel cell controller 7. The fuel cell controller 7 controls the power generated by the fuel cell 1 and the operation of a compressor (not shown) for supplying fuel gas to the fuel cell 1 based on the values.
[0011]
The power storage device controller 8 detects the current and voltage of the power storage device 2, calculates the state of charge (hereinafter, referred to as SOC) of the power storage device (for example, battery) 2 and the chargeable / dischargeable power, and outputs the calculated power to the integrated controller 6.
[0012]
Further, the drive motor controller 9 performs vector control of the torque of the drive motor 3 based on the target drive torque command value calculated by the integrated controller 6.
[0013]
In the figure, reference numeral 10 denotes a navigation means, which calculates a travel route to a destination input by a driver, calculates power consumption during travel of the route from a road gradient, a type, and the like, and outputs the power consumption to the integrated controller 6. The navigation means 10 calculates a destination input means for inputting a destination, a current position calculation means for calculating a current position of the vehicle, a map information storage means for storing map information, and a guidance route and a traveling pattern to the destination. It comprises a guidance route calculating means and a road environment extracting means storing road information.
[0014]
In the embodiment, the fuel cell 1 is a polymer electrolyte fuel cell, and an example in which hydrogen gas as a fuel gas is stored in a hydrogen cylinder will be described. However, the fuel cell is not limited to the above, and various types of fuel cells such as a phosphoric acid type and a molten carbonate type can be applied, and hydrogen gas is produced by reforming a raw material such as alcohol using a reformer. Even if applicable. However, when a reformer is used, the responsiveness of the reformer when generating hydrogen gas is also considered in the power generation response.
[0015]
Next, an outline of the control contents according to the present invention performed by the integrated controller 6 will be described with reference to the flowchart of FIG. Details of each step will be described later with reference to FIGS.
[0016]
First, in step 1, the future running pattern of the vehicle is predicted using the navigation means 10 described above. In the following step 2, the power generation response of the fuel cell 1 is provisionally set, and a power generation pattern based on the power generation response provisionally set in step 3 is set.
[0017]
Step 4 calculates the fuel consumption of the entire travel to the destination when power is generated according to the power generation pattern set in step 3. In step 5, it is determined whether or not the fuel consumption has been calculated for all the set power generation responsivenesses. In step 6, the fuel consumption of the entire travel is calculated based on the result of the fuel consumption for each provisional power generation responsiveness. Set the power generation response that can be reduced most. The integrated controller 6 controls the fuel cell 1 based on the set power generation response.
[0018]
Next, details of each step of the flowchart of FIG. 2 will be described with reference to FIGS.
[0019]
The flowchart shown in FIG. 3 shows the detailed processing of the step of predicting a future traveling pattern in Step 1 of FIG.
[0020]
First, in step 11, the current position calculating means of the navigation means 10 calculates the coordinate position (x, y) indicating the current vehicle position. In step 12, the destination inputted by the driver by the destination input means is read.
[0021]
In step 13, a guidance route is set by the guidance route calculation means from the current location coordinates (x, y) and the road information stored in the map information storage means. However, when determining the guidance route, the navigation means 10 may provide a route that minimizes the time to reach the destination or a route with a good view to the destination, and the driver may select the route.
[0022]
In step 14, the road information (route distance, average gradient in the route, intersection position, magnitude of curvature radius of the curve, altitude, etc.) of the set guidance route is read from the road environment extracting means.
[0023]
In step 15, based on the road environment information extracted in step 14, the predicted vehicle speed p_vsp (km / h) from the current position to the destination and the predicted braking / driving force command value p_tTd (Nm) are obtained.
[0024]
The method of predicting the vehicle speed p_vsp is basically based on running the legal speed of the road in the guidance route as the cruising vehicle speed. If there is a turning intersection, the vehicle speed becomes zero at a deceleration of 0.1 (G), for example. After a second stop, the acceleration is predicted to reach the cruising speed at an acceleration of 0.1 (G), and in the case of a curve section, the relationship between the acceleration / deceleration according to the curvature of the curve and the curve passing speed is mapped in advance, and the vehicle speed is determined based on this map. p_vsp is predicted, and in a congested section received from an infrastructure (such as VICS), the average vehicle speed in the congested section is predicted to be lower as the degree of congestion becomes more severe according to the degree of congestion.
[0025]
The braking / driving force command value includes a driving force corresponding to the traveling resistance (air resistance + rolling resistance) corresponding to the vehicle speed p_vsp of the route, a braking / driving force corresponding to the acceleration / deceleration corresponding to the vehicle acceleration / deceleration, and a road gradient. Is obtained as the sum of the braking / driving forces for realizing the change in the potential energy of the vehicle.
[0026]
In step 16, based on the predicted vehicle speed p_vsp and the predicted driving force command value p_tTd predicted in step 15, the driving power Pd (kW) required after a predetermined time t (seconds) from the start of traveling is calculated from the equation (1). calculate.
[0027]
(Equation 1)

In the equation (1), G represents the gear ratio of the reduction gear (-), and R represents the effective radius (m) of the tire.
[0028]
By performing the above processing from the start of traveling to the arrival at the destination, a driving power pattern can be created.
[0029]
Note that the driving power pattern indicates a state of a change in motor power consumption, and the traveling pattern indicates a state of a change in a vehicle speed. Once the driving pattern is determined, the driving power pattern also uniquely corresponds.
[0030]
In step 2 of the flowchart in FIG. 2, the power generation response of the fuel cell is provisionally set. The power generation responsiveness may be a power generation response time constant with respect to the target generated power, may limit the amount of change, or may be a combination of both. In the present embodiment, an example will be described in which the power generation response is a power generation response time constant for the target generated power.
[0031]
In the present embodiment, a method in which the power generation response time constant can be changed within a range of 1 to 5 seconds will be described as an example, and a method of temporarily setting the power generation response time constant from 1 to 5 seconds in increments of 1 second will be described. I do. As another temporary setting method, the power generation response time constant is set in ascending order, and when a power generation pattern of each power generation response time constant is created, the charge / discharge power of the power storage device exceeds the chargeable / dischargeable power. In other words, there is a method in which the power generation response time constant is set large until overcharging and discharging are expected.
[0032]
FIG. 4 shows the details of the processing performed in step 3 of FIG. 2 for setting the power generation pattern using the temporarily set power generation response.
[0033]
In step 21, a first-order lag process that has been subjected to the first-order lag processing using the power generation response time constant provisionally set for the drive power pattern in step 1 is temporarily set as the power generation pattern, and the generated power in this power generation pattern is calculated. In step 22, at a certain time from the current position to the arrival at the destination, the target rotation speed of the compressor 11 for obtaining the generated power based on the power generation pattern set in step 21 is calculated. The target number of revolutions of the compressor 11 is obtained from the flow rate of the fuel gas necessary for realizing the generated power, the number of revolutions of the compressor 11 required to obtain the flow rate is determined in advance by an experiment or the like, and a table as shown in FIG. Can be calculated by searching for
[0034]
In step 23, the power consumption Pcomp (kW) of the compressor 11 is calculated from the target rotation speed and the actual rotation speed of the compressor 11 obtained in step 22. Here, the actual rotation speed can be calculated on the assumption that the target rotation speed of the compressor 11 is realized with a response delay (for example, a primary delay of 0.1 (second) time constant). The power consumption of the compressor 11 can be calculated, for example, by searching a map shown in FIG. A dashed line in the map of FIG. 6 indicates power consumption in a steady state where the number of revolutions of the compressor 11 does not change. When the target rotation speed is higher than the actual rotation speed, it indicates that the target torque of the compressor 11 is higher than the actual torque, and the power consumption increases as the difference increases. When the target rotation speed is smaller than the actual rotation speed, the regenerative power increases as the difference increases. Further, if the map is created in consideration of the loss that occurs during the operation of the compressor 11, more accurate compressor power consumption can be obtained.
[0035]
Here, when the power generation response is slowed, a power generation pattern in which the generated power changes slowly is created. As a result, a change in the target rotation speed of the compressor 11 is suppressed, so that the power consumption of the compressor 11 can be reduced accordingly.
[0036]
In step 24, the gross generated power Pgross (kW) at a certain time from the current position to the arrival at the destination is obtained. The gross generated power can be obtained from Expression (2) based on the compressor power consumption Pcomp (kW) obtained in Step 22.
[0037]
(Equation 2)

Here, Pnet is the net generated power of the fuel cell 1, that is, the target generated power (kW), and Pfc_aux is the power consumption (kW) of the auxiliary equipment related to the power generation of the fuel cell 1.
[0038]
In step 25, the charging / discharging power Pbat (kW) of the battery is obtained based on the driving power Pd (kW) and the generated power after a predetermined time t (second) from the start of traveling obtained in step 1.
[0039]
[Equation 3]

Here, Pveh_aux (kW) is a load of vehicle auxiliary equipment such as an air conditioner and a radiator fan, and gives a fixed value such as 0.5 (kW). EFFbat (−) is the charge / discharge efficiency of the battery, and is a ratio of the power actually stored in the battery to the battery input power (value of 1 or less) in consideration of the loss power generated by the internal resistance of the battery; The ratio of the power actually discharged from the battery to the battery output power (a value of 1 or more) is shown.
[0040]
In step 26, the battery charge / discharge power obtained in step 25 is integrated, and the power balance during traveling on the route is calculated. Further, the SOC at a predetermined time t (second) after the start of traveling can be calculated from the SOC at the start of traveling and the battery charge / discharge power.
[0041]
In step 27, when the SOC at the destination calculated in step 26 is equal to the target SOC at the arrival at the destination, the process ends, otherwise, the process returns to step 21 to become the target SOC at the arrival at the destination. The power generation pattern is created as described above, and the steps after step 22 are continued. Note that the target SOC at the arrival at the destination may be set directly by the driver, or in the case where the altitude of the destination is high and it is expected that the vehicle will descend on a slope immediately after the next vehicle, the target SOC is prepared for receiving regenerative power. The target SOC may be set lower (for example, target SOC = 35 (%)).
[0042]
Here, the setting of the power generation pattern when it is not equal to the target SOC at the time of arrival at the destination will be described. If the SOC at the destination is less than the target SOC in step 27, the process returns to step 21 and sets the drive power Pd (kW) calculated in step 16 based on the difference between the target SOC and the actual SOC. The value ΔPd1 (kW) is added, and if the SOC at the destination is greater than the target SOC in step 27, the predetermined value ΔPd2 is set for the drive power Pd (kW) based on the difference between the target SOC and the actual SOC. The result obtained by performing the first-order lag processing on the result obtained by subtracting (kW) is used as a power generation pattern.
[0043]
Step 4 in FIG. 2 calculates the fuel consumption when the vehicle travels in a power generation pattern in which the SOC at the destination reaches the target SOC.
[0044]
First, a fuel consumption rate FC (g / sec) after a predetermined time t (second) from the start of traveling is determined. The fuel consumption rate can be calculated by previously obtaining the fuel gas flow rate necessary for realizing the generated power by an experiment or the like and searching a table shown in FIG. 7.
[0045]
Next, the fuel consumption rate FC (g / sec) at each time from the current position to the arrival at the destination is integrated, and the fuel consumption Fctotal (g) of the entire travel is calculated.
[0046]
In the following step 5, the fuel consumption Fctotal (g) at all provisionally set power generation response time constants (1, 2, 3, 4, and 5 (seconds) are power generation response time constants in this embodiment). It is determined whether has been calculated. If the calculation has not been performed, the process returns to step 2, and if the calculation has been completed, the process proceeds to step 6.
[0047]
In step 6, the power generation response time constant having the smallest value among the fuel consumption amounts Fctotal (g) of the entire travel at the calculated power generation response time constants is set as the power generation response time constant to be used for future travel.
[0048]
The power generation response time constant set here is used when the integrated controller 6 sets the target power generation of the fuel cell 1, and sends a command value based on the target power generation set to the fuel cell controller 7. The fuel cell controller 7 controls the supply amount of the fuel gas and the like so as to achieve the target generated power based on the command value.
[0049]
Generally, in a fuel cell system, as shown in FIG. 8, when a large amount of fuel gas is sent to increase the response of the generated power, the power consumption of the compressor increases, and the power generation efficiency of the fuel cell decreases. I will. On the other hand, if the power consumption of the compressor is not increased to suppress the decrease in the power generation efficiency, and if the responsiveness of the generated power is limited in a good operating efficiency range, the power generation delay with respect to the drive power increases, and the delay increases. To compensate for the increase in the discharge power from the battery. Further, the loss caused by the discharge increases.
[0050]
Therefore, in order to improve the output efficiency of the power supply system, it is important to set the responsiveness of the generated power to achieve both improvement of the power generation efficiency in the fuel cell and reduction of the loss in the battery.
[0051]
In the present invention, in a vehicle that uses a fuel cell or a power storage device as a drive source, a traveling pattern to a destination is estimated, and a power generation response of the fuel cell is set based on the traveling pattern. Since the fuel consumption to the destination is calculated and the power generation of the fuel cell is controlled with the power generation responsiveness that minimizes the fuel consumption, the efficiency of the vehicle can be improved.
[0052]
In setting the power generation responsiveness, the average change rate of the driving power pattern during driving is associated with the power generation responsiveness, and the power generation responsiveness is set by associating the power generation responsiveness with a smaller average change rate. Is also good.
[0053]
FIG. 9 shows a configuration diagram of a series hybrid vehicle as a second embodiment to which the present invention is applied. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
[0054]
The power train of the vehicle is connected to the internal combustion engine 21, a generator 22 which is directly connected to the internal combustion engine 21 and converts the output of the internal combustion engine 21 into electric power, and the electric power generated by the electric generator 22 and the electric power stored in the electric storage device 2. The driving motor 3 is driven by at least one of the electric powers, and the torque of the driving motor 3 is transmitted to the tires 5 via the final gear 4 to drive the vehicle.
[0055]
The torque of the internal combustion engine 21 is controlled by the opening degree of a throttle valve (not shown), and the internal combustion engine controller 23 controls the opening degree of the throttle valve based on the internal combustion engine torque command value output from the integrated controller 6. Further, the generator 22 performs vector control by the generator 22 so that the rotation speeds of the internal combustion engine 21 and the generator 22 are equal to the rotation speed command value output from the integrated controller 6.
[0056]
The power storage device controller 8 detects the voltage and current of the power storage device 2, calculates the inputtable power, and outputs the calculated power to the integrated controller 6. The drive motor controller 9 performs vector control of the torque of the drive motor 3 based on the motor torque command value of the integrated controller 6. Numeral 10 denotes a navigation means similar to that of the first embodiment. The navigation means 10 calculates a travel route to the destination input by the driver, calculates the power consumption during the travel of the route from the road gradient and the type, and outputs the power to the integrated controller 6. I do.
[0057]
Hereinafter, the control contents will be described. First, the contents of

steps

1 and 2 in FIG. 2 showing the outline of the control contents are the same as those of the first embodiment except that the fuel cell is a power generation device, and the description is omitted.
[0058]
FIG. 10 is a detailed flowchart of the generation of the power generation pattern in step 3 shown in FIG. 2, which has different contents from the first embodiment.
[0059]
In step 31, a first-order lag process that has been performed on the drive power pattern of step 1 using the temporarily set power generation response time constant is temporarily set as a power generation pattern, and the generated power in this power generation pattern is calculated.
[0060]
In the following step 32, the charge / discharge power Pbat (kW) of the battery is obtained from the following equation based on the driving power Pd (kW) and the generated power after a predetermined time t (second) from the start of traveling obtained in step 1.
[0061]
[Equation 3]

In step 33, the battery charge / discharge power obtained in step 32 is integrated, and the power balance during traveling on the route is calculated. Further, the SOC at a predetermined time t (second) after the start of running is calculated from the SOC at the start of running and the battery charge / discharge power.
[0062]
In step 34, when the SOC at the destination calculated in step 33 is equal to the target SOC at the arrival at the destination, the processing is terminated, otherwise, the process returns to step 31 to become the target SOC at the arrival at the destination. The power generation pattern is created as described above, and the steps after step 32 are continued. The setting of the target SOC at the time of arrival at the destination is the same as in the first embodiment.
[0063]
Here, the setting of the power generation pattern when it is not equal to the target SOC at the time of arrival at the destination will be described. If the SOC at the arrival at the destination is less than the target SOC in step 34, the process returns to step 31 and sets the drive power Pd (kW) calculated in step 16 based on the difference between the target SOC and the actual SOC. The value ΔPd1 (kW) is added, and when the SOC at the destination is larger than the target SOC in step 34, a predetermined value ΔPd2 set based on the difference between the target SOC and the actual SOC with respect to the drive power Pd (kW). The result obtained by performing the first-order lag processing on the result of subtracting (kW) is defined as a power generation pattern.
[0064]
Returning to FIG. 2, next, in step 4, the fuel consumption when traveling in the power generation pattern is calculated.
[0065]
The fuel consumption rate FC (g / sec) at a certain time t (sec) from the current position to the arrival at the destination is obtained. The fuel consumption rate can be calculated by previously obtaining the fuel consumption rate required for realizing the generated power by an experiment or the like and searching a map as shown in FIG.
[0066]
In FIG. 11, the operating point at the time of power generation moves on the best fuel efficiency line, and the internal combustion engine 21 and the generator 22 can generate the most efficient power in consideration of the fuel consumption rate of the internal combustion engine 21 and the power loss of the generator in advance. The engine torque and rotation speed can be obtained. However, if an attempt is made to increase the output of the internal combustion engine faster than the speed at which the rotation speed of the internal combustion engine can change, the output deviates from the best fuel efficiency line. For this reason, the map of FIG. 11 may be created in consideration of the influence of deviation from the best fuel consumption line when the generated power changes.
[0067]
FIG. 12 shows an outline of the map of FIG. 11, in which the vertical axis represents the generated power at time t (second), and the horizontal axis represents the generated power when the fuel consumption rate was calculated last time. The fuel consumption rate deteriorates because the larger the change in the generated power, the more it deviates from the best fuel consumption line.On the other hand, if the change in the generated power is small, the fuel consumption rate in the steady operation state, that is, the fuel consumption rate on the best fuel consumption line, Get closer.
[0068]
In step 5, the power generation response time constant having the smallest value among the fuel consumption amounts Fctotal (g) of the entire travel at the calculated power generation response time constants is set as the power generation response time constant to be used for future travel.
[0069]
The power generation response time constant set here is used when generating the target power generation by the integrated controller 6, and the integrated controller 6 determines the operating point of the internal combustion engine 21 and the generator 22 for realizing the target power generation. Are sent to the internal combustion engine controller 23 and the generator controller 24, respectively. The internal combustion engine controller 23 controls the throttle opening, the fuel injection amount, and the like so as to realize the target generated power, and the generator controller 24 performs vector control so as to realize the target generated power.
[0070]
Therefore, in the present invention, in a vehicle including a power generation device and a power storage device, a traveling pattern to a destination is estimated, and the power generation response of the power generation device is set based on the traveling pattern. Since the fuel consumption to the destination is calculated and the power generation of the fuel cell is controlled with the power generation responsiveness that minimizes the fuel consumption, the efficiency of the vehicle can be improved.
[0071]
FIG. 13 shows a configuration of the third embodiment, and shows a configuration diagram of a parallel hybrid vehicle to which the present invention is applied. Note that the same reference numerals are given to the same configurations as those of the first and second embodiments.
[0072]
The power train of the parallel hybrid vehicle includes an internal combustion engine 21 as a drive source, a drive generation motor 31 having a function of generating power by rotation of the internal combustion engine 21 and functioning as a drive source, and at least one of the internal combustion engine 21 and the drive generation motor 31. A continuously variable transmission 32 that transmits one rotation to the final gear 4 at a predetermined rotation speed. A power storage device 2 for storing the electric power generated by the drive generator motor 31 is provided, and the drive source drives the vehicle using either the drive generator motor 31 or the internal combustion engine 21 or a combination thereof in accordance with the operation state of the vehicle. Let it.
[0073]
An integrated controller 6 for integrally controlling the parallel hybrid vehicle is provided, and the internal combustion engine 21, the drive / generator motor 31, the continuously variable transmission 32, and the power storage device 2 have

controllers

23, 33 for controlling respective configurations. , 8, and 34 are installed.
[0074]
The integrated controller 6 of the parallel hybrid vehicle calculates a target drive output according to the vehicle running state (vehicle speed, accelerator opening), calculates a target output of the internal combustion engine according to the target drive output, and calculates the target output and the target output. A target torque of the internal combustion engine is calculated from the current transmission input shaft rotation speed and the internal combustion engine torque command value corresponding to the target torque is output to the internal combustion engine controller 23.
[0075]
Further, a target transmission input shaft rotation speed is calculated from the target output of the internal combustion engine and the best fuel efficiency operating condition data of the internal combustion engine, and the target transmission input shaft rotation speed and the current transmission input shaft rotation speed (proportional to the vehicle speed) ), And outputs a transmission speed change command value corresponding to the target speed ratio to the transmission controller 34.
[0076]
Further, a deviation between the target drive output and the current internal combustion engine output is calculated, a target torque of the drive generator motor 31 is calculated from the deviation output and the current transmission input shaft rotation speed, and a drive corresponding to the target torque is calculated. The generated motor torque command value is output to the motor controller 33. When the drive generation motor torque command value is a positive value, torque generation is performed by the drive generation motor, and when the drive generation motor torque command value is a negative value, power regeneration (power generation) is performed by the drive generation motor.
[0077]
In the case of such a parallel hybrid vehicle, the responsiveness when calculating the target output of the internal combustion engine 21 from the target drive output may be set according to the traveling pattern. For example, a value obtained by performing a first-order lag process on the target drive output is set as a target output of the internal combustion engine 21, and a response time constant in the first-order lag process is optimally set. The specific setting method is the same as in the second embodiment.
[0078]
In the present embodiment as described above, the future traveling pattern to the destination is estimated, and based on this traveling pattern, the responsiveness of the internal combustion engine output that consumes the least fuel is set, and based on the set responsiveness. Since the output of the internal combustion engine is controlled, the efficiency of the vehicle can be improved.
[0079]
The chargeable / dischargeable power of the battery, which is obtained in advance as a function of the SOC, is calculated using the SOC obtained in the steps of calculating the power balance in

steps

26 and 33. Further, if a temperature sensor is added to read the temperature of the power storage device 2 and the charge / discharge power is mapped as a function of the SOC and the temperature, the accuracy is further improved.
[0080]
If the battery charge / discharge power Pbat (kw) obtained in

steps

25 and 32 exceeds the chargeable / dischargeable power in the power generation pattern set in

steps

21 and 31, overcharge / discharge of the battery occurs. In order to prevent this, in step 5, even if the fuel consumption FCtotal (g) of the entire travel is small, the power generation response used at that time is not set as the final power generation response. Instead, the power generation responsiveness that minimizes the fuel consumption Fctotal (g) is set from the power generation responsiveness in a range in which overcharging and discharging do not occur.
[0081]
The processing of the flowchart shown in FIG. 2 is performed before the start of traveling. However, when the destination is changed, the processing shown in the flowchart is performed again.
[0082]
The present invention is not limited to the embodiments described above, and it is apparent that various modifications can be made within the scope of the technical idea of the present invention.
[0083]
The correspondence between the constituent elements of the claims and the embodiments is as follows.
[0084]
The fuel cell is the fuel cell 1, the power storage device is the power storage device 2, the drive motor is the drive motor 3, the running pattern predicting means is the integrated controller 6 (flow chart in FIG. 3), and the power generation responsiveness setting means is the integrated controller 6 (FIG. 2). Flowchart), the power generation control means corresponds to the integrated controller 6.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell vehicle of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart illustrating a main process.
FIG. 3 is a flowchart illustrating a traveling pattern prediction process.
FIG. 4 is a flowchart showing a power generation pattern creation process.
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a target compressor speed and generated power.
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between compressor power consumption and actual compressor speed;
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between a fuel consumption rate and generated power.
FIG. 8 is a diagram showing the power generation response of the fuel cell and the efficiency of the entire system.
FIG. 9 is a configuration diagram of a series hybrid vehicle.
FIG. 10 is a flowchart showing a power generation pattern creation process.
FIG. 11 is a diagram illustrating the effect of the series hybrid vehicle.
FIG. 12 is a diagram illustrating a relationship between a traveling pattern and a loss of a power storage device.
FIG. 13 is a configuration diagram of a parallel hybrid vehicle.
[Explanation of symbols]
1 fuel cell
2 Power storage device
3 Drive motor
6 Integrated controller
7 Fuel cell controller
8 Power storage device controller
9 Drive motor controller
10 Navigation means
21 Internal combustion engine
22 generator
23 Internal combustion engine controller
24 Generator Controller
31 Drive generator motor
32 continuously variable transmission
33 Motor controller
34 Transmission controller

Claims

燃料電池と、
蓄電装置と、
前記燃料電池と蓄電装置の少なくとも一方から供給される電力により作動する駆動モータと、
を備えた燃料電池車両において、
将来の車両走行パターンを予測する走行パターン予測手段と、
予測された走行パターンに基づいて前記燃料電池の応答性を設定する発電応答性設定手段と、
設定された発電応答性に基づいて前記燃料電池の発電を制御する発電制御手段と、
からなることを特徴とする車両の制御装置。A fuel cell,
A power storage device,
A drive motor that operates by electric power supplied from at least one of the fuel cell and the power storage device,
In a fuel cell vehicle equipped with
Traveling pattern prediction means for predicting a future vehicle traveling pattern;
Power generation responsiveness setting means for setting responsiveness of the fuel cell based on the predicted traveling pattern,
Power generation control means for controlling power generation of the fuel cell based on the set power generation response,
A control device for a vehicle, comprising:

前記発電応答性設定手段は、前記走行パターンに基づく前記燃料電池と蓄電装置の消費電力が最小となる発電応答性を設定することを特徴とする請求項１に記載の車両の制御装置。2. The control device according to claim 1, wherein the power generation responsiveness setting unit sets the power generation responsiveness based on the traveling pattern so that power consumption of the fuel cell and the power storage device is minimized. 3.

内燃機関と発電機からなる発電装置と、
この発電装置が発電した電力を蓄電する蓄電装置と、
蓄電装置からの電力により作動する駆動モータと、
を備えたハイブリッド車両において、
将来の車両走行パターンを予測する走行パターン予測手段と、
予測された走行パターンに基づいて前記発電装置の応答性を設定する発電応答性設定手段と、
設定された発電応答性に基づいて前記発電装置の発電を制御する発電制御手段と、
からなることを特徴とする車両の制御装置。A power generator comprising an internal combustion engine and a generator,
A power storage device for storing power generated by the power generation device;
A drive motor operated by electric power from the power storage device;
In a hybrid vehicle equipped with
Traveling pattern prediction means for predicting a future vehicle traveling pattern;
Power generation responsiveness setting means for setting responsiveness of the power generation device based on the predicted traveling pattern,
Power generation control means for controlling the power generation of the power generation device based on the set power generation response,
A control device for a vehicle, comprising:

前記発電応答性設定手段は、前記走行パターンに基づく前記発電装置と蓄電装置の消費電力が最小となる発電応答性を設定することを特徴とする請求項３に記載の車両の制御装置。4. The control device according to claim 3, wherein the power generation responsiveness setting unit sets the power generation responsiveness based on the traveling pattern so as to minimize power consumption of the power generation device and the power storage device. 5.

内燃機関と、
蓄電装置と、
蓄電装置の電力により作動する駆動モータと、
前記内燃機関または駆動モータのトルクを伝達する無段変速機と、
を備えたハイブリッド車両において、
将来の車両走行パターンを予測する走行パターン予測手段と、
予測された走行パターンに基づいて前記内燃機関の出力応答性を設定するエンジン応答性設定手段と、
設定された出力応答性に基づいて前記内燃機関の出力を制御する内燃機関制御手段と、
からなることを特徴とする車両の制御装置。An internal combustion engine,
A power storage device,
A drive motor operated by the power of the power storage device;
A continuously variable transmission that transmits torque of the internal combustion engine or the drive motor,
In a hybrid vehicle equipped with
Traveling pattern prediction means for predicting a future vehicle traveling pattern;
Engine responsiveness setting means for setting the output responsiveness of the internal combustion engine based on the predicted traveling pattern,
Internal combustion engine control means for controlling the output of the internal combustion engine based on the set output responsiveness,
A control device for a vehicle, comprising:

前記エンジン応答性設定手段は、前記走行パターンに基づく前記エンジンの消費出力が最小となる出力応答性を設定することを特徴とする請求項５に記載の車両の制御装置。The vehicle control device according to claim 5, wherein the engine responsiveness setting means sets an output responsiveness that minimizes the consumption output of the engine based on the traveling pattern.

前記発電応答設定手段は、
前記蓄電装置の充放電可能電力を算出する充放電可能電力算出手段を備え、
算出した充放電可能電力に基づき発電応答性を設定することを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の車両の制御装置。The power generation response setting means,
A chargeable / dischargeable power calculating unit for calculating chargeable / dischargeable power of the power storage device,
The vehicle control device according to any one of claims 1 to 4, wherein the power generation response is set based on the calculated chargeable / dischargeable power.

前記エンジン応答設定手段は、
前記蓄電装置の充放電可能電力を算出する充放電可能電力算出手段を備え、
算出した充放電可能電力に基づき出力応答性を設定することを特徴とする請求項５または６に記載の車両の制御装置。The engine response setting means,
A chargeable / dischargeable power calculating unit for calculating chargeable / dischargeable power of the power storage device,
7. The control device for a vehicle according to claim 5, wherein the output responsiveness is set based on the calculated chargeable / dischargeable power.

前記発電応答設定手段は、
前記蓄電装置の充電状態を算出する充電状態算出手段を備え、
算出した充電状態に基づき発電応答性を設定することを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の車両の制御装置。The power generation response setting means,
A charge state calculation unit that calculates a charge state of the power storage device,
The control device for a vehicle according to any one of claims 1 to 4, wherein the power generation responsiveness is set based on the calculated state of charge.

前記エンジン応答設定手段は、
前記蓄電装置の充電状態を算出する充電状態算出手段を備え、
算出した充電状態に基づき出力応答性を設定することを特徴とする請求項５または６に記載の車両の制御装置。The engine response setting means,
A charge state calculation unit that calculates a charge state of the power storage device,
The vehicle control device according to claim 5, wherein the output responsiveness is set based on the calculated state of charge.

前記発電応答設定手段は、
前記蓄電装置の温度を算出する温度算出手段を備え、
算出した温度に基づき発電応答性を設定することを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の車両の制御装置。The power generation response setting means,
A temperature calculating unit for calculating a temperature of the power storage device,
The control device for a vehicle according to any one of claims 1 to 4, wherein the power generation response is set based on the calculated temperature.

前記エンジン応答設定手段は、
前記蓄電装置の温度を算出する温度算出手段を備え、
算出した温度に基づき出力応答性を設定することを特徴とする請求項５または６に記載の車両の制御装置。The engine response setting means,
A temperature calculating unit for calculating a temperature of the power storage device,
The control device for a vehicle according to claim 5, wherein the output responsiveness is set based on the calculated temperature.