JP2011211868A - 冷却制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】冷却制御方法は、燃料電池車の走行経路を記憶する走行経路記憶工程(ステップS10)と、走行経路記憶工程による走行経路の記憶時に、走行経路上の地点の燃料電池の温度を計測し、この計測した温度を記憶する電源装置温度記憶工程(ステップS10)と、走行経路と燃料電池の温度とを記憶した後に、記憶された走行経路上の地点を走行することが予測された場合、燃料電池の許容上限温度と、記憶された燃料電池の温度との差分に基づく温度余裕度を算出する温度余裕度算出工程(ステップS30)と、温度余裕度算出工程により算出された温度余裕度が所定値以下の場合には、予測されている走行経路上の地点に前記電動車両が到着する前に、燃料電池の冷却を促進する冷却促進工程(ステップS50)とからなる。
【選択図】図2
Description
このため、車両がこれから走行する走行路の走行条件に関する情報をナビゲーションシステムから取得し、取得した情報に基づいて冷却水の温度が許容上限温度を超えないように燃料電池の発電量を補正すると共に、補正された燃料電池の発電量と予測される出力を得るために必要な燃料電池の発電量の差異に応じて、バッテリの目標SOC値を設定する技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
(燃料電池車)
次に、この発明の第一実施形態を図1〜図7に基づいて説明する。
図1は、燃料電池車1に搭載されている燃料電池システム2のブロック図である。
同図に示すように、燃料電池システム2は、動力源となる駆動システム50と、この駆動システム3の電源となる電源システム60とを備えている。
駆動モータ4は、不図示のギヤを介して燃料電池車1の車輪に接続されている。駆動モータ4が回転することにより、燃料電池車1が走行するようになっている。
電源システム60は、燃料電池13と、燃料電池13を冷却するための燃料電池冷却システム14と、燃料電池13にVCU6を介して接続されている高圧バッテリ15とを備えている。
燃料電池13は、例えば、数十個から数百個のセルが積層されたスタック構造である。各セルは、膜電極構造体(MEA)を一対のセパレータで挟持して構成される。膜電極構造体は、アノード電極(陽極)およびカソード電極(陰極)の2つの電極と、これら電極に挟持された固体高分子電解質膜とで構成される。通常、両電極は、固体高分子電解質膜に接して酸化・還元反応を行う触媒層と、この触媒層に接するガス拡散層とから形成される。
また、高圧バッテリ15には、これを送風することにより、高圧バッテリ15を冷却するバッテリ用ファン22と、高圧バッテリ15の温度を検出するバッテリ用温度センサ23とが設けられている。
より具体的には、コントローラ30は、VCU6と、駆動系冷却システム7のDT用冷却水ポンプ9、DT用ラジエータファン11と、燃料電池冷却システム14のFC用冷却水ポンプ17、FC用ラジエータファン19、およびFC用温度センサ21に接続されている。
より詳しく、図1〜図5に基づいて、冷却制御方法について説明する。
ここで、駆動システム50、燃料電池13、および高圧バッテリ15の冷却制御方法は、駆動システム50の温度に基づいて処理するか、燃料電池13のスタック温度に基づいて処理するか、または高圧バッテリ15の温度に基づいて処理するかの違いであって、基本的な制御方法は全て同一である。このため、以下の説明においては、主に燃料電池13の冷却制御方法について説明し、必要に応じて駆動システム50、および高圧バッテリ15を冷却する場合について説明する。
図1、図2に示すように、まず、燃料電池車1のイグニションスイッチをオンにすると、コントローラ30が起動して燃料電池13の冷却制御が開始する。そして、燃料電池車1が道路R上の走行を始めると、走行履歴記憶部31における処理を開始する(ステップS10)。
図2、図3(a)に示すように、走行履歴記憶部31における処理が完了すると、GPS装置25によって求められた燃料電池車1の走行位置が以前走行したことのある地点P1,P2,P3に近づいているか否かの判断を行う(ステップS20)。
そして、事前に燃料電池13を冷却する必要があるか否かの判断を行う(ステップS40)。
ステップS40における判断が「Yes」、つまり、事前に燃料電池13を冷却する必要がある場合、冷却促進制御部33における処理を開始する(ステップS50)。そして、以前走行したことのある地点P1を通過するまでに燃料電池13の事前冷却を完了させる(図3(c)参照)。
ステップS60における判断が「No」、つまり、イグニションスイッチがオフされていない場合、再びステップS10に戻り、走行履歴記憶部31における処理を開始する。
また、ステップS40における判断が「No」、つまり、事前に燃料電池13を冷却する必要がない場合もステップS60に進み、イグニションスイッチがオフか否かの判断を行う。
次に、図4に基づいて、走行履歴記憶部31における処理について説明する。
図4は、走行履歴記憶部31における処理の流れを示すフローチャートである。
同図に示すように、走行履歴記憶部31では、まず、GPS装置25によって求められた燃料電池車1の走行位置を位置データとして記憶すると共に、記憶された走行位置での燃料電池13のスタック温度をスタック温度データとして記憶する(走行経路記憶工程、電源装置温度記憶工程)。
これら位置データとスタック温度データは、互いに対応付けされて記憶値として保存される。
一方、ステップS11における判断が「Yes」、つまり、呼出した温度データが今回検出された燃料電池13のスタック温度よりも低い場合、位置データを記憶すると共に(ステップS13)、スタック温度データを更新する(ステップS14、記憶値更新工程)。そして、走行履歴記憶部31における処理が完了し、ステップS20(図2参照)に進む。
ステップS14において、月日や季節情報を記憶することによって、これらの情報を加味してスタック温度データを更新するか否かを判断することも可能になる。すなわち、季節や時間帯によって平均外気温に差が生じるので、例えば季節ごとに各地点のスタック温度データの最高温度を記憶しておくことが可能になる。
また、ステップS14において、スタック温度データが、例えば3ヶ月間など所定期間更新されない場合、以前に更新されたスタック温度データの信頼性が低くなっていると判断し、所定期間経過後に強制的にスタック温度データを更新するようにしてもよい。
次に、図5に基づいて、余裕度判断部32における処理について説明する。
図5は、余裕度判断部32における処理の流れを示すフローチャートである。
同図に示すように、余裕度判断部32では、まず、スタック温度許容上限値から以前に記憶されたスタック温度データ、つまり、走行履歴記憶部31により更新されている記憶値であるスタック温度データを減算し、温度余裕度A1を算出する(ステップS31、温度余裕度算出工程)。
また、温度余裕度A1を、走行履歴記憶部31により記憶されている月日や季節情報、および外気温に基づいて補正してもよい(温度余裕度補正工程)。例えば、以前に記憶された外気温よりも現在の外気温が高ければ、温度余裕度A1の値を小さく補正する。
ここで、所定値B1とは、算出された温度余裕度A1の値が燃料電池13を事前に冷却する必要があるか否かを判断するための指標となる値である。すなわち、例えば、図3における地点P1において、以前に地点P1を通過した際の温度余裕度A1の値が所定値B1以下であれば、スタック温度がスタック温度許容上限値に近似した値だったということになる。このため、事前に燃料電池13を冷却することにより、燃料電池13の出力制限がかかるのを阻止できる。
また、所定値B1の値は、走行履歴記憶部31により記憶されている地点ごとに予め設定されている。例えば、コントローラ30に予め地図情報等を記憶しておき、登坂路等の高負荷走行となる地点では、スタック温度の上昇率が大きくなるので、この分所定値B1を大きく設定しておく。
一方、ステップS32における判断が「No」、つまり、温度余裕度A1が所定値B1よりも大きい場合、燃料電池13を事前に冷却する必要がないと判断する(ステップS34)。そして、余裕度判断部32における処理が完了し、ステップS40(図2参照)に進む。
次に、図6に基づいて、冷却促進制御部33における処理について説明する。
図6は、冷却促進制御部33における処理の流れを示すフローチャートである。
同図に示すように、冷却促進制御部33では、余裕度判断部32により、燃料電池13を事前に冷却する必要があると判断された場合、FC用冷却水ポンプ17、およびFC用ラジエータファン19に増量信号を出力する。
このため、その地点を走行する際、燃料電池13のスタック温度が許容上限値を超えるように上昇することが防止され、燃料電池13に出力制限がかかるのが防止できる(図3(c)参照)。
図7は、縦軸を燃料電池13の出力、燃料電池13のスタック温度、FC用冷却水ポンプ17、およびFC用ラジエータ18による冷却増量制御とし、横軸を燃料電池車1の走行距離とした場合の、燃料電池13の出力、燃料電池13のスタック温度、FC用冷却水ポンプ17、およびFC用ラジエータ18による冷却増量制御の変化を示すグラフである。なお、図7中、本第一実施形態の冷却制御を行った場合の燃料電池13の出力、および燃料電池13のスタック温度の変化を破線で示し、従来の燃料電池13の出力、および燃料電池13のスタック温度の変化を実線で示している。
一方、本第一実施形態の冷却制御を行う場合、高負荷運転地点に近づくと、燃料電池13の冷却が促進され、高負荷運転地点に近づく前に、燃料電池13のスタック温度が十分に下がる。このため、高負荷運転地点付近で燃料電池13のスタック温度が急上昇した場合であっても、この温度が許容上限値を超えることがない。このため、燃料電池13に出力制限がかからず、所望の出力を発揮できる。
ここで、以下に燃料電池13の事前冷却を行う場合の処理と、駆動システム50の事前冷却を行う場合の処理、および高圧バッテリ15の事前冷却を行う場合の処理との違いについて説明する。
一方、高圧バッテリ15の冷却制御を行う場合、以前に記憶されている高圧バッテリ15の温度よりも今回検出された高圧バッテリ15の温度が低いか否かの判断を行う。
一方、高圧バッテリ15の冷却制御を行う場合、高圧バッテリ15の温度許容上限値、つまり、高圧バッテリ15が熱による劣化を起こさない許容上限温度から走行履歴記憶部31により更新されている記憶値である高圧バッテリ15の温度データを減算し、温度余裕度A1を算出する。
一方、高圧バッテリ15の冷却制御を行う場合、バッテリ用ファン22によって風量を増加する。
したがって、上述の第一実施形態によれば、実際に燃料電池車1が走行した走行経路上の地点における燃料電池13のスタック温度に基づいて、燃料電池13の冷却制御を行うことができる。このため、燃料電池車1による運転状況の差を考慮して必要な場合のみ燃料電池13の冷却を行うことができる。また、事前に必要な冷却を行うので、燃料電池13の出力が制限される可能性を低減できる。よって、適正な制御を行うことにより、運転者が要求する走行性能を確実に維持することが可能になる。
そして、所定値B1の値は、走行履歴記憶部31により記憶されている地点ごとに予め設定されているので、必要以上に所定値B1を設定する必要がなく、余裕度判断部32でのデータ量を必要最低限に抑えることができる。このため、制御の簡素化を図ることが可能になる。また、例えば、コントローラ30に予め地図情報等を記憶しておき、登坂路等の高負荷走行となる地点では、スタック温度の上昇率が高いので、この分所定値B1を大きく設定しておくことで、余裕度判断部32での判断結果の精度を高めることができる。
次に、この発明の第二実施形態を図2、図6を援用し、図8〜図13に基づいて説明する。なお、第一実施形態と同一態様には、同一符号を付して説明する。
図8は、燃料電池車1に搭載されている燃料電池システム200のブロック図である。
この第二実施形態において、燃料電池システム200は、動力源となる駆動システム50と、この駆動システム3の電源となる電源システム60とを備えている点、駆動システム50は、駆動モータ4と、駆動モータ4の駆動を制御するPDU5と、燃料電池システム2から駆動モータ4に供給される電力を調整するVCU6と、駆動モータ4、およびPDU5を冷却するための駆動系冷却システム7とを備えている点、電源システム60は、燃料電池13と、燃料電池13を冷却するための燃料電池冷却システム14と、燃料電池13にVCU6を介して接続されている高圧バッテリ15とを備えている点、駆動系冷却システム7、燃料電池冷却システム14、およびバッテリ用ファン22には、コントローラ300が接続されており、このコントローラ300によってそれぞれの冷却能力を制御することができるようになっている点等の基本的構成は、前述した第一実施形態と同様である。
すなわち、コントローラ300は、駆動システム50の出力、燃料電池13の出力、および高圧バッテリ15の出力を検出可能に構成されている。コントローラ300は、走行履歴記憶部310と、余裕度判断部320と、冷却促進制御部33とを有している。
なお、前述の第一実施形態と同様、駆動システム50、燃料電池13、および高圧バッテリ15の冷却制御方法は、駆動システム50の出力に基づいて処理するか、燃料電池13の出力に基づいて処理するか、または高圧バッテリ15の出力に基づいて処理するかの違いであって、基本的な制御方法は全て同一である。このため、以下の説明においては、主に燃料電池13の冷却制御方法について説明し、必要に応じて駆動システム50、および高圧バッテリ15について説明する。
まず、図9に基づいて、走行履歴記憶部310における処理について説明する。
図9は、走行履歴記憶部310における処理の流れを示すフローチャートである。
同図に示すように、走行履歴記憶部310では、GPS装置25によって求められた燃料電池車1の走行位置を位置データとして記憶すると共に、記憶された走行位置での燃料電池13の目標出力を目標出力データとして記憶する(走行経路記憶工程、目標出力記憶工程)。これら位置データと目標出力データは、互いに対応付けされて記憶値として保存される。
また、目標出力データを記憶すると同時に、実際の燃料電池13の出力を実測出力データとして記憶する(実測出力記憶工程)。位置データと実測出力データも、互いに対応付けされて記憶値として保存される。
一方、ステップS110における判断が「Yes」、つまり、呼出した目標出力データが今回検出された燃料電池13の目標出力データよりも低い場合、実測出力データを呼出し、この呼出した実測出力データと今回検出された燃料電池13の実測出力データとを比較する。そして、呼出した実測出力データが今回検出された燃料電池13の実測出力データよりも低いか否かの判断を行う(ステップS130)。
一方、ステップS130における判断が「Yes」、つまり、呼出した実測出力データが今回検出された燃料電池13の実測出力データよりも低い場合、位置データを記憶すると共に(ステップS140)、目標出力データ、および実測出力データを更新する(ステップS150、記憶値更新工程)。これら目標出力データ、および実測出力データを更新することにより、後述の出力余裕度A2が更新されることになる。そして、走行履歴記憶部31における処理が完了し、ステップS20(図2参照)に進む。
次に、図10、図11に基づいて、余裕度判断部320における処理について説明する。
図10は、余裕度判断部320における処理の流れを示すフローチャートである。
同図に示すように、余裕度判断部320では、まず、走行履歴記憶部310で記憶された実測出力データから目標出力データを減算し、出力余裕度A2を算出する(ステップS310、出力余裕度算出工程)。
なお、前述の第一実施形態と同様に、出力余裕度A2を、走行履歴記憶部310により記憶されている月日や季節情報、および外気温に基づいて補正してもよい(出力余裕度補正工程)。
ここで、所定値B2とは、出力余裕度A2の値が燃料電池13を事前に冷却する必要があるか否かを判断するための指標となる値である。
図11は、縦軸を出力余裕度A2とし、横軸を実測出力データから目標出力データを減算した値とした場合の出力余裕度A2の変化を示すグラフ、図12は、正常運転時の燃料電池13、駆動システム50、および高圧バッテリ15の出力変化を示すグラフ、図13は、出力制限がかかる場合の燃料電池13、駆動システム50、および高圧バッテリ15の出力変化を示すグラフである。
つまり、正常運転時には、実測出力J1(図12における実線参照)が目標出力M1(図12における点線参照)を満たす。また、燃料電池13、駆動システム50、および高圧バッテリ15の上限出力U1,U1’(図12における破線参照)が目標出力M1,M1’を下回ることがない。
ここで、所定値B2よりも出力余裕度A2が下回った場合、燃料電池13のスタック温度の上昇に起因して実測出力データが小さくなっていると判断する。
また、所定値B2の値は、走行履歴記憶部310により記憶されている地点ごとに予め設定されている。例えば、コントローラ300に予め地図情報等を記憶しておき、登坂路等の高負荷走行となる地点では、スタック温度の上昇率が高いので、この分所定値B2を大きく設定しておく。
一方、ステップS320における判断が「No」、つまり、出力余裕度A2が所定値B2よりも大きい場合、燃料電池13を事前に冷却する必要がないと判断する(ステップS340)。そして、余裕度判断部320における処理が完了し、ステップS40(図2参照)に進む。
例えば、上述の第一実施形態では、GPS装置25によって求められた燃料電池車1の走行位置を位置データとして記憶すると共に、記憶された走行位置での各温度データを記憶する一方、第二実施形態では、各出力データを記憶する場合について説明した。
しかしながら、これに限られるものではなく、所定の走行区間ごとに各温度データ、または各出力データを記憶し、所定の走行区間に近づいたとき、各部の事前冷却を行うか否か判断してもよい。
しかしながら、これに限られるものではなく、少なくとも駆動システム50、および燃料電池13の何れか一方をコントローラ300によって冷却するように構成されていればよい。
さらに、上述の実施形態では、燃料電池車1に搭載されている燃料電池システム2,200を冷却する冷却制御方法について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、ハイブリッド車や電気自動車の駆動システムや高圧バッテリにも上述の実施形態を適用することが可能である。
Claims (8)
- 電動車両に備えられた電源装置を冷却するための冷却制御方法であって、
前記電動車両の走行経路を記憶する走行経路記憶工程と、
前記走行経路記憶工程による前記走行経路の記憶時に、前記走行経路上の区間、および地点の何れか一方における電源装置温度を計測し、この計測した温度を記憶する電源装置温度記憶工程と、
前記走行経路と前記電源装置温度とを記憶した後に、記憶された前記走行経路上の区間、および前記地点の何れか一方を走行することが予測された場合、前記電源装置の許容上限温度と、記憶された前記電源装置温度との差分に基づく温度余裕度を算出する温度余裕度算出工程と、
前記温度余裕度算出工程により算出された温度余裕度が閾値以下の場合には、予測された前記走行経路上の区間、および地点の何れか一方に前記電動車両が到着する前に、前記電源装置の冷却を促進する冷却促進工程と、
からなることを特徴とする冷却制御方法。 - 請求項1に記載の冷却制御方法であって、
前記温度余裕度算出工程により算出された温度余裕度を、以前に算出した際の外気温と今回算出した際の外気温とに基づいて補正する温度余裕度補正工程を含むことを特徴とする冷却制御方法。 - 請求項1または請求項2に記載の冷却制御方法であって、
前記冷却促進工程により事前に冷却を促進した後、記憶された前記走行経路上の区間、および地点の何れか一方を走行した際、
以前に記憶された前記電源装置温度が、今回記憶された前記電源装置温度よりも低い場合には、記憶する値を今回の電源装置温度に更新する記憶値更新工程を含むことを特徴とする冷却制御方法。 - 電動車両に少なくとも一つの電源装置と駆動装置とを備え、これら電源装置、および駆動装置の少なくとも何れか一方を冷却するための冷却制御方法であって、
前記電動車両の走行経路を記憶する走行経路記憶工程と、
前記走行経路記憶工程による前記走行経路の記憶時に、前記走行経路上の区間、および地点の何れか一方における前記電源装置、および前記駆動装置の少なくとも何れか一方の目標出力値を記憶する目標出力記憶工程と、
前記走行経路記憶工程による前記走行経路の記憶時に、前記走行経路上の区間、および地点の何れか一方における前記電源装置、および前記駆動装置の少なくとも何れか一方の実測出力値を記憶する実測出力記憶工程と、
前記走行経路と出力を記憶したよりも後に、記憶された走行経路上の区間、および地点の何れか一方を走行することが予測された場合、記憶された前記目標出力値と前記実測出力値とに基づいて出力余裕度を算出する出力余裕度算出工程と、
前記出力余裕度算出工程により算出された出力余裕度が閾値以下の場合には、予測されている前記走行経路上の区間、および地点の何れか一方に前記電動車両が到着するよりも前に、前記電源装置、および前記駆動装置の少なくとも何れか一方の冷却を促進する冷却促進工程と、
からなることを特徴とする冷却制御方法。 - 請求項4に記載の冷却制御方法であって、
前記出力余裕度算出工程により算出された出力余裕度を、以前に算出した際の外気温と今回算出した際の外気温とに基づいて補正する出力余裕度補正工程を含むことを特徴とする冷却制御方法。 - 請求項4または請求項5に記載の冷却制御方法であって、
前記冷却促進工程により事前に冷却を促進した後、記憶された前記走行経路上の区間、および地点の何れか一方を走行した際、
以前に記憶された前記出力余裕度が、今回記憶された前記出力余裕度よりも低い場合には、記憶する値を今回の出力余裕度に更新する記憶値更新工程を含むことを特徴とする冷却制御方法。 - 請求項1〜請求項6の何れかに記載の冷却制御方法であって、
前記閾値は、前記走行経路上の所定の区間ごと、または所定の地点ごとに設定されていることを特徴とする冷却制御方法。 - 請求項1〜請求項7の何れかに記載の冷却制御方法であって、
前記電源装置は、燃料電池を含み、
前記電動車両は、燃料電池車であることを特徴とする冷却制御方法。
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