WO2019030910A1 - ハイブリッド車両の制御方法及び制御装置 - Google Patents

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hybrid vehicle
output
travelable distance
control method
battery
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PCT/JP2017/029174
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小幡　武昭
一秀 島田
瑛介 福島
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日産自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to control of a hybrid vehicle that supplies a load with battery power and power generated by a generator.
  • JP 2012-101616 A discloses a series hybrid vehicle in which a generator is driven by an internal combustion engine. And, in the above-mentioned document, it is based on the electric power which can be generated by using the driving distance calculated based on the current remaining charge amount of the battery and the remaining amount of fuel in the fuel tank to drive the internal combustion engine. The addition value with the calculated travelable distance is taken as the total travelable distance.
  • the vehicle when the power of the battery is lost, the motor is directly driven by the power generated by the generator. Therefore, when the power generation output of the generator is smaller than the required traveling output, if the battery power is exhausted, the vehicle can not travel according to the driver's request even if the fuel for driving the generator remains. .
  • the power generation output of the generator when the power generation output of the generator is smaller than the required travel output in high load operation as when traveling on a highway, the generator alone can not generate an output according to the high load operation. After the battery power is exhausted, high load operation can not be continued.
  • the power generation output of the generator being limited during cold operation or the like, it may be smaller than the required travel output.
  • the distance in which the traveling according to the required traveling output can be continued is determined by the remaining charge amount of the battery. Therefore, the distance which can actually continue the required traveling output is obtained by adding the travelable distance based on the remaining charge amount of the battery and the travelable distance based on the remaining amount of fuel for driving the generator as described in the above-mentioned document. Less than the total travelable distance obtained. Therefore, when the total travel distance calculated by the calculation method of the above document is displayed for the driver, the travel output may be reduced at an unexpected timing by the driver, which may cause the driver to feel discomfort.
  • the shortage of the power generation output of the generator with respect to the required traveling output and the remaining charge of the battery is calculated based on the amount.
  • FIG. 1 is a system configuration diagram of a hybrid vehicle.
  • FIG. 2A is a first diagram illustrating a type of power supply from a fuel cell system to an external load.
  • FIG. 2B is a second diagram illustrating a type of power supply from a fuel cell system to an external load.
  • FIG. 2C is a third diagram illustrating a type of power supply from a fuel cell system to an external load.
  • FIG. 2D is a fourth diagram illustrating a type of power supply from a fuel cell system to an external load.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the relationship between the required output and the total travelable distance.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a control routine for estimating the total traveling distance according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a control routine for estimating the total traveling distance according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a first diagram showing the result of the total travelable distance calculation.
  • FIG. 6 is a second diagram showing the result of the total travelable distance calculation.
  • FIG. 7 is a flowchart showing a control routine for estimating the total traveling distance according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is a third diagram showing the result of the total travelable distance calculation.
  • FIG. 9 is a flowchart showing a control routine for estimating the total traveling distance according to the third embodiment.
  • FIG. 1 is a system configuration diagram of a hybrid vehicle to which the first embodiment of the present invention is applied.
  • This hybrid vehicle is a so-called series hybrid vehicle that travels by supplying the power of the battery and the power generated by the generator to the drive motor 1 as a load.
  • This hybrid vehicle includes an external load 100 including a drive motor 1 and a battery 2, a fuel cell system 200 as a generator, and a controller 8.
  • the fuel cell system 200 includes a fuel cell stack 3, a compressor 6 for supplying a cathode gas to the fuel cell stack 3, a fuel tank 7 for storing fuel to be supplied to the fuel cell stack 3, and generated power of the fuel cell stack 3. And DC-DC converter 4 for boosting.
  • the fuel cell stack 3 is a solid oxide fuel cell (SOFC).
  • SOFC solid oxide fuel cell
  • the fuel tank 7 stores a reforming fuel made of, for example, a liquid obtained by mixing ethanol and water.
  • the fuel cell system 200 in FIG. 1 is simplified by omitting a reformer, a fuel pump, an evaporator, a heat exchanger, and the like.
  • the DC-DC converter 4 boosts the voltage of the fuel cell stack 3 with respect to the voltage of the drive motor 1 and the battery 2 so that the generated power of the fuel cell stack 3 can be taken out to the drive motor 1 and the battery 2 It is a controller.
  • the DC-DC converter 4 is connected in parallel to the fuel cell stack 3, boosts the output voltage of the fuel cell stack 3 on the primary side, and supplies generated power to the external load 100 on the secondary side.
  • the DC-DC converter 4 raises the voltage of several tens of volts output from the fuel cell stack 3 to the voltage level of several hundreds of volts, for example, so that power is supplied to the external load 100.
  • the drive motor 1 is connected to the battery 2 and the DC-DC converter 4 via an inverter (not shown).
  • the drive motor 1 is a motive power source for driving a vehicle.
  • the drive motor 1 can generate regenerative electric power using a braking force required when braking a vehicle, and can charge the battery 2 with the regenerative electric power.
  • the battery 2 is a power supply source for supplying the stored power to the drive motor 1.
  • the battery 2 is the main power supply source, and the fuel cell stack 3 is mainly used to charge the battery 2 when the charge amount of the battery 2 becomes low. Further, the power of the fuel cell stack 3 may be supplied to the drive motor 1.
  • the controller 8 includes a microcomputer, a microprocessor, a general-purpose electronic circuit including a CPU, and peripheral devices, and executes a specific program to execute processing for controlling the fuel cell system 200 and the external load 100.
  • the controller 8 receives signals output from the current sensor 9, the accelerator opening sensor 10, and other various sensors, acquires the remaining charge amount of the battery 2 according to these signals, Calculate or obtain the required travel output. Then, the controller 8 controls the operation state of each of the drive motor 1, the fuel cell system 200, and the like based on the obtained or calculated values.
  • the controller 8 is connected to an operation unit (not shown) that outputs a start command signal or a stop command signal of the fuel cell system 200.
  • the operation unit includes an EV key, and outputs a start command signal to the controller 8 when the EV key is turned on by the occupant, and outputs a stop command signal to the controller 8 when the EV key is turned off.
  • the controller 8 When the controller 8 receives a start command signal from the operation unit, the controller 8 performs start operation for starting the fuel cell system 200, and after completion of the start operation, the controller 8 of the fuel cell stack 3 is operated according to the operation state of the external load 100. Implement power generation operation to control power generation.
  • the fuel cell system 200 may be activated when the charge amount of the battery 2 becomes equal to or less than a predetermined value requiring charging.
  • the controller 8 obtains the power required of the fuel cell stack 3 in accordance with the operating state of the external load 100. Then, the controller 8 calculates the supply flow rates of the cathode gas and the anode gas necessary for the power generation of the fuel cell stack 3 based on the required power, and calculates the anode gas and the cathode gas of the calculated supply flow rates. Supply to Then, the controller 8 performs switching control of the DC-DC converter 4 to supply the power output from the fuel cell system 200 to the external load 100.
  • the controller 8 controls the flow rates of the cathode gas and the anode gas based on the required power to the fuel cell stack 3 to control the amount of power generation of the fuel cell stack 3.
  • the required power to the fuel cell stack 3 increases as the depression amount of the accelerator pedal increases. Therefore, the supply flow rate of the cathode gas and the anode gas supplied to the fuel cell stack 3 increases as the depression amount of the accelerator pedal increases.
  • the cathode gas supplied to the fuel cell stack 3 may be controlled based on the deviation between the target temperature and the actual temperature of the fuel cell stack 3. When the actual temperature is higher than the target temperature and the deviation is large, the amount of cathode gas supplied is increased compared to when the deviation is small.
  • the controller 8 suppresses the power generation of the fuel cell stack 3 and makes the fuel cell suitable for power generation. Implement a self-sustaining operation to maintain the condition.
  • the system state in which the power supply from the fuel cell system 200 to the external load 100 is stopped is referred to as an “idle stop (IS) state”, and the self-sustaining operation is referred to as an “IS operation”.
  • the controller 8 controls the DC-DC converter 4 to stop the power supply from the fuel cell system 200 to the external load 100.
  • the generated power of the fuel cell stack 3 may be supplied to the auxiliary device provided in the fuel cell system 200, or the power supply from the fuel cell stack 3 to the auxiliary device is not performed. It is also good.
  • the controller 8 When the controller 8 receives the stop command signal from the operation unit, the controller 8 carries out the stop operation for stopping the operation of the fuel cell system 200.
  • FIGS. 2A to 2D are diagrams for explaining the type of power supply to external load 100 in fuel cell system 200 in which the EV key is in the ON state.
  • FIG. 2A is a conceptual view showing a state in which the drive motor 1 is in a stopped state and power is supplied from the fuel cell system 200 to the battery 2.
  • the state shown in FIG. 2A can occur when the vehicle is in a stopped state and the charge amount of the battery 2 is small.
  • FIG. 2B is a conceptual view showing a state where the drive motor 1 is in a power running state and power is supplied to the drive motor 1 from both the fuel cell system 200 and the battery 2.
  • the state shown in FIG. 2B may occur when the vehicle is accelerating and the load (output) of the drive motor 1 is high.
  • FIG. 2C is a conceptual view showing a state where the drive motor 1 is in the power running state or the regeneration state and the power supply from the fuel cell system 200 to both the drive motor 1 and the battery 2 is stopped.
  • the state shown in FIG. 2C may occur when the drive motor 1 is being driven at low or medium load while the vehicle is traveling, and the battery 2 is fully charged. It may also occur when the vehicle is in a decelerating state and there is room to charge the capacity of the battery 2.
  • FIG. 2D is a conceptual view showing a state in which the drive motor 1 is in the stop state and the battery 2 is fully charged.
  • the state shown in FIG. 2D can occur when the vehicle is at rest and the battery 2 is fully charged.
  • the states shown in FIGS. 2C and 2D that is, the system in which the power supply from the fuel cell system 200 to both the drive motor 1 and the battery 2 is stopped.
  • the state corresponds to the IS state of the fuel cell system 200.
  • the external load 100 When the external load 100 is in the IS state, the external load 100 transmits an IS operation request to the fuel cell system 200.
  • the fuel cell system 200 is IS It can be in a state. In such a case, the required power to the fuel cell stack 3 is zero, and the IS operation is performed.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the relationship between the required output and the total travelable distance.
  • Battery SOC in the drawing is a travelable distance by the power of the battery 2
  • fuel is a travelable distance by the power generated by the fuel cell stack 3.
  • the power that can be used to drive the vehicle is the power of the battery 2 and the power generated by the fuel cell stack 3. Since the power consumption increases as the required output increases, the battery SOC and the fuel become shorter. Therefore, it seems that the total travelable distance can be accurately estimated by adding the battery SOC and the fuel.
  • the calculated value may not be appropriate as an estimated value of the total travelable distance.
  • the SOFC used as the fuel cell stack 3 has a characteristic that the calorific value during operation is large. Considering the suppression of the thermal expansion of the stacked cells accompanying the power generation of the fuel cell stack 3 and the like, it is not desirable to increase the number of stacked cells. Therefore, the fuel cell stack 3 used in the present embodiment has a low power output of about 10 to 20 kW.
  • the output required when the vehicle travels (also referred to as “vehicle required output” or simply “required output”) is equal to or less than the above-described generated power in low load traveling such as traveling in a city area. It is. However, in the case of high load traveling as in the case of traveling on an expressway, the required vehicle output becomes larger than the power generation output of the fuel cell stack 3.
  • the required output of the vehicle can not be generated by the fuel cell stack 3 alone, and the traveling under a heavy load can not be continued. That is, in the region where the required output in FIG. 3 is larger than the SOFC maximum output, the travelable distance of the fuel indicated by the broken line is the travelable distance at an output smaller than the required output. Therefore, the value obtained by simply adding the battery SOC and the fuel is a value different from the actual distance at which the vehicle can travel at the required output, so it is not appropriate as an estimate of the total travelable distance. .
  • the following control is executed to accurately estimate the total travelable distance even when the required output is larger than the SOFC maximum output.
  • the total travelable distance obtained by adding the travelable distance for the battery charge SOC and the travelable distance for the fuel is illustrated as an operation state in which the travelable distance is not appropriate, it is not limited thereto.
  • the fuel cell stack 3 is in a cold state, when the power generation output is limited, there may be a case where the required output can not be satisfied with only the fuel cell stack 3 even if it is not high load traveling.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a control routine for estimating the total traveling distance in the present embodiment.
  • This control routine is repeatedly executed by the controller 8 at intervals of, for example, several milliseconds. Note that this control routine is executed when the start-up operation of the fuel cell stack 3 is completed.
  • the total travelable distance is calculated by different methods depending on whether the required output is larger or smaller than the power generation output of the fuel cell stack 3.
  • step S10 the controller 8 acquires a request output.
  • the request output may be obtained by any of the following methods.
  • the first method calculates the output requested by the driver, for example, by map search, based on the traveling state, that is, the detected value of the accelerator opening sensor 10 and the detected value of the vehicle speed sensor (not shown). It is a way to
  • the second method is a method of using an average value calculated based on accumulated past travel data. For example, the transition of the required output for the last one hour is accumulated as traveling data, and the average value of these is used as the required output.
  • working data is not necessarily limited to the last 1 hour, For example, various settings are possible like the last 30 minutes or the present trip start to the present.
  • the third method is a method using a preset value. For example, a representative required output for each traveling state is set in advance, and the required output to be used is determined based on the current traveling state.
  • the fourth method is a method of using a required output in the case of high load traveling regardless of the current traveling state. In this method, it is necessary to set in advance the required output when traveling with a high load.
  • the fifth method is a method of using a required output in the case of low load traveling regardless of the current traveling state. In this method, it is necessary to set in advance the required output for low load traveling.
  • the sixth method is a method of performing both the fourth method and the fifth method.
  • step S10 the driver may select one of the first to sixth methods for acquisition.
  • step S ⁇ b> 20 the controller 8 calculates the battery outputtable power amount, which is the power amount that can be output by the remaining charge amount of the battery 2.
  • the calculation method is also a method of calculating using the mathematical expression with the remaining charge amount (hereinafter also referred to as “SOC”) of the battery 2 as a parameter, mapping in advance the relationship between the SOC of the battery 2 and the available output power amount It may be a method of searching for this.
  • the SOC of the battery 2 may be acquired, for example, by detecting and integrating the current value output to and input from the battery 2 by the current sensor 9, or may be acquired by another existing method.
  • step S30 the controller 8 acquires an average vehicle speed.
  • the average vehicle speed referred to here is an average value of the vehicle speeds when traveling with the required output acquired in step S10.
  • the calculation may be performed using a mathematical expression having the required output as a parameter, or the relationship between the required output and the average vehicle speed may be mapped in advance and retrieved.
  • step S40 the controller 8 determines whether the required output is greater than the power generation output of the fuel cell stack 3.
  • the power generation output used here is basically the maximum power generation output of the fuel cell stack 3, but is limited when the power generation output of the fuel cell stack 3 is limited due to, for example, a cold state. Use the value.
  • the controller 8 executes the first total travelable distance calculation in step S50 if the determination result is yes, and executes the second total travelable distance calculation in step S60 if the determination result is no.
  • the first and second total travelable distance calculations will be described later.
  • the controller 8 displays the total travelable distance obtained by the calculation at step S50 or S60 to the driver.
  • the display location may be any location visible to the driver. Not only the total travelable distance may be displayed, but also the travelable distance may be displayed together with the total travelable distance. For example, in the case where the required output is obtained by the first to third methods in step S10, it is displayed that the distance which can be traveled while maintaining the current traveling state is possible. In addition, in the case where the required output is obtained by the fourth to sixth methods in step S10, it is displayed whether the high load traveling distance or the low load traveling distance is possible. With these displays, the driver can utilize the total travelable distance more effectively.
  • the required output is larger than the power generation output of the fuel cell stack 3
  • the remaining charge of the battery 2 is exhausted, that is, if the available output of the battery 2 is used, the request is made even if fuel remains. It will not be possible to drive at the output.
  • the excess of the required output with respect to the power generation output of the fuel cell stack 3 can be covered by the available output power of the battery 2, traveling at the required output is possible.
  • the total travelable distance is the travel distance until the available output power amount of the battery 2 is used up due to the excess of the required output with respect to the power generation output of the fuel cell stack 3. This is expressed by equation (1).
  • Ltotal Wbat [kWh] ⁇ (F [kW] ⁇ P [kW]) ⁇ Vave [km / h] (1) Ltotal: Total travelable distance, Wbat: Battery outputable electric energy, F: Required output, P: Fuel cell power output, Vave: Average vehicle speed
  • equation (1) is as follows.
  • the fuel cell power generation output is determined by the specification of the fuel cell stack 3, and the average vehicle speed is also determined if the required output is determined. Therefore, various values are substituted for the battery outputable electric energy and the demand output to calculate the equation (1), and based on the calculation result, a map of the total travelable distance is created, and the acquired battery output
  • the total travelable distance can also be determined by searching the map with the available power and the required output. Determining the total travelable distance by map search is also included in "calculate”.
  • the second total travelable distance calculation is a calculation method of the above-mentioned document.
  • the electric power obtained by using the travelable distance calculated based on the remaining charge amount of the battery 2 and the remaining amount of fuel in the fuel tank to drive the fuel cell stack 3 (hereinafter referred to as “remaining fuel It is a method of adding the travelable distance calculated based on “the amount of power”. If this is a formula, it will become a formula (2).
  • Ltotal (Wbat [kWh] + Wfuel [kWh]) ⁇ F [kW] ⁇ Vave [km / h] (2) Ltotal: total travelable distance, Wbat: battery outputable power amount, Wfuel: remaining fuel power amount, F: required output, Vave: average vehicle speed
  • traveling can be performed according to the required output even after the power of the battery 2 is used up.
  • the distance can be calculated. Therefore, the calculation method of the above-mentioned document is used as the second total travelable distance calculation.
  • the second total travelable distance calculation may also be calculated by the map search in the same manner as the first total travelable distance.
  • the parameters used for the map search are the battery outputable power amount, the required output and the remaining fuel power amount.
  • the total travelable distance calculated by the second total travelable distance calculation is also referred to as “second total travelable distance”.
  • first total travelable distance the total travelable distance calculated by the first total travelable distance calculation.
  • first total travelable distance the total travelable distance calculated by the calculation method of the above-mentioned document when the required output is larger than the fuel cell power generation output.
  • the battery outputtable power amount is 10 kWh
  • the remaining fuel power amount is 80 kWh
  • the required outputs are 20 kW, 25 kW and 30 kW.
  • the battery outputtable power amount is 10 kWh
  • the remaining fuel power amount is 40 kWh
  • the required outputs are 20 kW, 25 kW, and 30 kW.
  • the power generation output of the fuel cell stack 3 is 15 [kW] which is the maximum power generation output.
  • the comparative example is generally longer. Then, the error between the two increases as the required output increases.
  • the total travelable distance of the comparative example actually includes the travelable distance of the fuel that can not travel according to the required output. Therefore, in the calculation method of the comparative example, a distance longer than the distance that can actually travel is displayed to the driver as the total travelable distance, and the larger the required output, the more the actual total travelable distance Deviation from the displayed total travel distance increases.
  • the control routine of this embodiment is appropriate for the driver.
  • the total travelable distance can be displayed.
  • the required output is larger than the generated output of the fuel cell stack 3
  • the shortage of the generated output of the fuel cell stack 3 (generator) with respect to the required traveling output and the remaining charge amount of the battery 2 Calculate the total travelable distance based on. Thereby, even when the required output exceeds the power generation output of the fuel cell stack 3, the total travelable distance can be appropriately calculated.
  • the power generation output of the fuel cell stack 3 used to calculate the total travelable distance may be the maximum power generation output of the fuel cell stack 3.
  • the required output exceeds the power generation output of the fuel cell stack 3
  • traveling according to the required output can be performed even if the fuel remains, the larger the power generation output of the fuel cell stack 3 Fuel consumption increases. That is, by setting the power generation output of the fuel cell stack 3 used for calculating the total travelable distance to the maximum output, it is possible to calculate the total travelable distance when the remaining amount of fuel is effectively used.
  • the required output can be a value calculated based on past travel data. In this case, it is possible to calculate the total travelable distance according to the driving characteristics of the actual driver.
  • the required output can be set as a representative required traveling output for each traveling state stored in advance.
  • the total travelable distance can be calculated according to the general travel situation.
  • the required output can be set to a value at the time of high load traveling. According to this, for example, when traveling on an expressway, it is possible to calculate the total travelable distance according to the actual situation.
  • the required output can be set to a value at low load traveling. According to this, for example, when traveling on a general road, it is possible to calculate the total travelable distance according to the actual situation.
  • the calculated total travelable distance is displayed to the driver. Thereby, the driver can recognize the total travelable distance.
  • the driver selects one of the various required outputs described above, and the total travelable distance is calculated based on the selected required travel output, and the calculation result is output to the driver. May be displayed. In this case, the total travelable distance corresponding to the driver's travel intention is calculated, and the driver can recognize it.
  • the high-load total travelable distance is calculated based on the required output for high-load travel
  • the low-load total travelable distance is calculated based on the required output for low-load travel.
  • the total loadable distance traveled and the low-load total travelable distance may be displayed to the driver. In this case, the driver can recognize the difference in the total travelable distance according to the difference in the traveling load.
  • the system configuration of the hybrid vehicle of this embodiment is the same as that of the first embodiment, but a part of the control routine for calculating and displaying the total travelable distance is different from that of the first embodiment. The differences will be mainly described below.
  • the control routine of the present embodiment is also executed in the state where the start-up operation of the fuel cell stack 3 is completed, as in the first embodiment.
  • FIG. 7 is a flowchart showing a control routine for estimating the total traveling distance in the present embodiment.
  • This control routine is repeatedly executed by the controller 8 at intervals of, for example, several milliseconds.
  • the controller 8 performs the first total travelable distance calculation (step S50)
  • the remaining amount of fuel in the fuel tank is insufficient relative to the amount required to travel the first total travelable distance.
  • This step is different from the control routine of FIG. 4 in that the determination (step S55) as to whether or not it is performed is performed.
  • the first total travelable distance calculation is based on the premise that fuel is continuously supplied to the fuel cell stack 3 during the travel of the distance. For example, as in the first embodiment, when the required output is 20 kW, the fuel cell power generation output is 15 kW, the current battery outputable electric energy is 10 kWh, and the required output is 20 kW.
  • the average vehicle speed of is 100 [km / h].
  • the equation is modified in the same manner as in the first embodiment, it is possible to travel for 2 hours at an average vehicle speed of 100 km / h, so that the first total travelable distance is 200 km. That is, the first total travelable distance of 200 [km] is a value based on the premise that the fuel has two hours.
  • the fuel consumption rate at the time of generating the power generation output of the fuel cell stack 3 in equation (1) is 5 [L / h] and the remaining amount of fuel is 5 [L]
  • the fuel is 1 hour As it disappears, it can not travel 200 km.
  • the controller 8 determines in step S55 whether the amount of remaining fuel in the fuel tank is insufficient for the amount necessary to travel the first total travelable distance. Specifically, first, the controller 8 calculates the time until the fuel remaining amount disappears from the fuel consumption rate of the fuel cell stack 3 and the fuel remaining amount. The controller 8 stores in advance the fuel consumption rate for each power generation output of the fuel cell stack 3. Further, the remaining amount of fuel is detected by a known method. For example, a fuel sensor is provided in the fuel tank 7 for detection.
  • the controller 8 compares the time until the fuel runs out with the travelable time calculated in the process of the first total travelable distance calculation, and if the time until the fuel runs out is shorter, the fuel runs out. I judge that there is.
  • FIG. 8 is a diagram comparing the first total travelable distance with the second travelable distance.
  • the battery outputable electric energy is 10 kWh
  • the remaining fuel electric energy is 15 kWh
  • the required outputs are 20 kW, 25 kW and 30 kW.
  • the remaining fuel electric energy of 15 [kW] means that the remaining amount of fuel is 5 [L].
  • the first total travelable distance calculation can actually be traveled rather than the second total travelable distance calculation. It is possible to calculate a value close to the However, in FIG. 8, when the required output is 20 [kW], the first total travelable distance is 200 [km], but as described above, the vehicle actually travels 200 [km] due to lack of fuel. It is not possible. In other words, the accuracy of the first total travelable distance is worse than the second total travelable distance since the premise of the first total travelable distance calculation that the fuel has is broken.
  • step S55 determines whether the determination result in step S55 is yes. If the determination result in step S55 is yes, the controller 8 executes the second total travelable distance calculation in step S60.
  • the controller 8 displays the first total travelable distance in step S70.
  • a total travelable distance is obtained by adding the travelable distance determined from the remaining charge amount and the travelable distance determined from the amount of electric power obtained by generating power using all of the remaining fuel amount. According to this, when the first total travelable distance can not actually travel because the fuel is depleted earlier than the power of the battery 2, the total travelable distance is calculated with higher accuracy than the first total travelable distance it can.
  • the fuel tank 7 is provided with a fuel sensor for detecting the remaining amount of fuel, and the detected remaining amount of fuel is generally displayed to the driver. Then, in general, the driver refuels when the remaining amount of fuel decreases. Therefore, the situation where the remaining amount of fuel disappears earlier than the power of the battery 2 hardly occurs.
  • control routine for calculating the total travelable distance in the state where the start-up operation of the fuel cell stack 3 is completed has been described, but in the present embodiment, the fuel cell stack 3 is operated A control routine capable of calculating the total travelable distance with high accuracy even in the non-operation state will be described.
  • the system configuration of the hybrid vehicle to which the present embodiment is applied is the same as the configuration of the first embodiment.
  • the fuel cell stack 3 used in the present embodiment is an SOFC, and the SOFC takes several tens of minutes or more from the start of the start operation to the end of the start operation.
  • the total travelable distance is estimated in consideration of the above change.
  • FIG. 9 is a flowchart showing a control routine for estimating the total traveling distance in the present embodiment.
  • the controller 8 calculates the total travelable distance by adding the travel distance up to the end of the start-up operation and the travelable distance after the end of the start-up operation. Do.
  • the control routine is repeatedly executed by the controller 8 at intervals of, for example, several milliseconds. Steps S10 to S70 are the same as the control routine of FIG. 7 according to the second embodiment.
  • step S2 the controller 8 determines whether or not the fuel cell stack 3 is in operation. If it is in operation, the controller 8 executes the processing of step S10 and subsequent steps described in the second embodiment.
  • the controller 8 determines in step S2 that the fuel cell stack 3 is not in operation, it estimates the traveling distance until the startup operation ends in step S4. Specifically, the controller 8 stores in advance the time required from the start of the start operation of the fuel cell stack 3 to the end of the start operation, and estimates the traveling distance to the end of the start operation from this time and the above-described average vehicle speed. Do.
  • step S6 the controller 8 estimates the SOC of the battery 2 at the end of the startup operation. Specifically, controller 8 calculates the amount of power consumed by traveling the distance estimated in step S2, and based on this amount of power and the SOC of battery 2 at present, the SOC of battery 2 at the end of startup operation. Estimate
  • step S8 the controller 8 estimates the remaining amount of fuel at the end of the start-up operation. Specifically, the controller 8 calculates the amount of fuel consumed from the start of the start operation to the end of the start operation, and estimates the remaining amount of fuel at the end of the start operation from the amount of fuel and the current remaining amount of fuel.
  • step S8 the controller 8 executes the processes of step S10 and subsequent steps.
  • step S20 the controller 8 calculates the battery outputtable power amount which is the power amount that can be output by the battery SOC estimated in step S6.
  • step S50 the controller 8 sets a value obtained by adding the travel distance up to the end of the start-up driving to the value calculated by the first total travelable distance calculation described above as the first total travelable distance.
  • step S60 the controller 8 calculates the total travelable distance using the remaining fuel electric energy Wfuel of equation (2) as the electric energy with the remaining fuel amount at the end of the start operation, and uses this calculated value as the travel distance until the start operation ends Is the second total travelable distance.
  • the controller 8 determines the traveling distance until the start-up operation of the fuel cell stack 3 ends and the start-up operation ends based on the required output. The remaining charge amount of the battery 2 and the remaining amount of fuel at the time point of time are estimated. Then, the controller 8 performs the first total travelable distance calculation or the second total travelable distance calculation based on the estimated value of the remaining charge amount of the battery 2 and the estimated value of the remaining fuel amount at the time when the start-up operation is finished. , Calculate the total travelable distance after the start of the driving operation.
  • the controller 8 sets a total travelable distance as a sum of the total travelable distance after the start-up driving ends and the travel distance until the start-up driving ends.
  • each embodiment can be applied also when using a system including an internal combustion engine and a generator driven by the internal combustion engine to generate electric power. This is because, when the power generation output of the generator that generates power with the internal combustion engine is lower than the required output, the same problems as the problems solved in the first to third embodiments occur.
  • the time required from the start to the end of the start-up operation of the internal combustion engine is significantly shorter than that of the SOFC, and the change in SOC and the remaining amount of fuel in the battery 2 between the start and the end of the start-up operation can be ignored. .

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Abstract

バッテリの電力と発電機で発電した電力とを負荷としての駆動モータに供給することによって走行するハイブリッド車両の制御方法において、要求走行出力に対する発電機の発電出力の不足分と、バッテリの残充電量と、に基づいて総走行可能距離を算出する。具体的には、要求走行出力に対する発電機の発電出力の不足分をバッテリの残充電量で賄える時間を算出し、この時間で走行できる距離を総走行可能距離とする。

Description

ハイブリッド車両の制御方法及び制御装置
　本発明は、バッテリの電力と発電機で発電した電力とを負荷に供給するハイブリッド車両の制御に関する。
　従来から、バッテリの電力で負荷としてのモータを駆動することによって走行する電動車両に、いわゆるレンジエクステンダーとして、バッテリを充電し又は直接モータへ電力を供給する発電機を付加したハイブリッド車両が知られている。例えば、ＪＰ ２０１２－１０１６１６ Ａには発電機を内燃機関で駆動するシリーズハイブリッド車両が開示されている。そして、上記文献では、バッテリの現在の残充電量に基づいて算出される走行可能距離と、燃料タンクの燃料残量の全てを内燃機関の駆動に用いて発電させることによって得られる電力に基づいて算出される走行可能距離との加算値を総走行可能距離としている。
　ところで、シリーズハイブリッド車両では、バッテリの電力がなくなると、発電機で発電した電力で直接モータを駆動することとなる。したがって、発電機の発電出力が要求走行出力より小さい場合には、バッテリの電力を使い果たすと、発電機を駆動するための燃料が残っていたとしても、運転者の要求に応じた走行ができなくなる。例えば、発電機の発電出力が、高速道路を走行する場合のような高負荷運転における要求走行出力よりも小さい場合には、発電機だけでは高負荷運転に応じた出力を発生することができないので、バッテリの電力を使い果たした後は、高負荷運転を継続することができない。また、冷機運転中等に発電機の発電出力が制限された結果、要求走行出力よりも小さくなる場合もある。
　上記の通り、発電機の発電出力が要求走行出力より小さい場合には、要求走行出力に応じた走行を継続できる距離はバッテリの残充電量によって定まる。したがって、実際に要求走行出力を継続できる距離は、上記文献のようにバッテリの残充電量に基づく走行可能距離と、発電機を駆動するための燃料の残量に基づく走行可能距離とを加算して得られる総走行可能距離よりも短い。このため、上記文献の演算方法で算出された総走行距離を運転者に対して表示すると、運転者が予期せぬタイミングで走行出力が低下して、運転者に違和感を与えるおそれがある。
　そこで本発明では、実際に走行可能な距離をより精度良く算出する方法及び装置を提供することを目的とする。
　本発明のある態様によれば、バッテリの電力と発電機で発電した電力とを負荷に供給するハイブリッド車両の制御方法として、要求走行出力に対する発電機の発電出力の不足分と、バッテリの残充電量とに基づいて総走行可能距離の算出を行う。
図１は、ハイブリッド車両のシステム構成図である。 図２Ａは、燃料電池システムから外部負荷への電力供給の類型を説明する第１の図である。 図２Ｂは、燃料電池システムから外部負荷への電力供給の類型を説明する第２の図である。 図２Ｃは、燃料電池システムから外部負荷への電力供給の類型を説明する第３の図である。 図２Ｄは、燃料電池システムから外部負荷への電力供給の類型を説明する第４の図である。 図３は、要求出力と総走行可能距離との関係を説明する為の図である。 図４は、第１実施形態にかかる総走行距離を推定するための制御ルーチンを示すフローチャートである。 図５は、総走行可能距離演算の結果を示す第１の図である。 図６は、総走行可能距離演算の結果を示す第２の図である。 図７は、第２実施形態にかかる総走行距離を推定するための制御ルーチンを示すフローチャートである。 図８は、総走行可能距離演算の結果を示す第３の図である。 図９は、第３実施形態にかかる総走行距離を推定するための制御ルーチンを示すフローチャートである。
　以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
　（第１実施形態）
　図１は、本発明の第１実施形態を適用するハイブリッド車両のシステム構成図である。このハイブリッド車両は、バッテリの電力と発電機で発電した電力とを負荷としての駆動モータ１に供給することによって走行する、いわゆるシリーズハイブリッド車両である。
　このハイブリッド車両は、駆動モータ１及びバッテリ２からなる外部負荷１００と、発電機としての燃料電池システム２００と、コントローラ８と、を含んで構成されている。
　燃料電池システム２００は、燃料電池スタック３と、燃料電池スタック３にカソードガスを供給するコンプレッサ６と、燃料電池スタック３に供給する燃料を貯留する燃料タンク７と、燃料電池スタック３の発電電力を昇圧するＤＣ－ＤＣコンバータ４と、を含んで構成される。
　燃料電池スタック３は、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ：Solid oxide fuel Cell）である。
　燃料タンク７には、例えばエタノールと水を混合させた液体からなる改質用の燃料が蓄えられる。なお、図１の燃料電池システム２００は、改質器、燃料ポンプ、蒸発器、熱交換器等を省略して簡略化したものである。
　ＤＣ－ＤＣコンバータ４は、駆動モータ１とバッテリ２との電圧に対し、燃料電池スタック３の電圧を昇圧して、燃料電池スタック３の発電電力を駆動モータ１やバッテリ２へ取り出せるようにする電力制御器である。ＤＣ－ＤＣコンバータ４は、燃料電池スタック３に並列に接続され、１次側の燃料電池スタック３の出力電圧を昇圧して２次側の外部負荷１００に発電電力を供給する。ＤＣ－ＤＣコンバータ４は、例えば、外部負荷１００に電力が供給されるように、燃料電池スタック３から出力される数十Ｖの電圧を数百Ｖの電圧レベルまで上昇させる。
　駆動モータ１は、不図示のインバータを介してバッテリ２とＤＣ－ＤＣコンバータ４とにそれぞれ接続される。駆動モータ１は、車両を駆動する動力源である。また、駆動モータ１は、車両を制動する場合に必要となる制動力を用いて回生電力を発生させ、この回生電力をバッテリ２に充電させることができる。
　バッテリ２は、蓄えられた電力を駆動モータ１に供給する電力供給源である。本実施形態では、バッテリ２がメインの電力供給源であり、燃料電池スタック３は、バッテリ２の充電量が低くなったときに、バッテリ２を充電するために主に用いられる。また、燃料電池スタック３の電力を駆動モータ１に供給しても良い。
　コントローラ８は、マイクロコンピュータ、マイクロプロセッサ、ＣＰＵを含む汎用の電子回路と周辺機器から構成され、特定のプログラムを実行することにより燃料電池システム２００及び外部負荷１００を制御するための処理を実行する。
　コントローラ８は、電流センサ９、アクセル開度センサ１０及びその他の各種センサから出力される信号を受信し、これらの信号に応じてバッテリ２の残充電量を取得したり、後述する走行可能距離を算出したり、要求走行出力を取得したりする。そしてコントローラ８は、これら取得または算出した値に基づいて駆動モータ１及び燃料電池システム２００等の各々の作動状態を制御する。
　コントローラ８には、燃料電池システム２００の起動指令信号又は停止指令信号を出力する不図示の操作部が接続されている。操作部は、ＥＶキーを含み、乗員によりＥＶキーがＯＮに操作されると起動指令信号をコントローラ８に出力し、ＥＶキーがＯＦＦに操作されると停止指令信号をコントローラ８に出力する。
　コントローラ８は、操作部から起動指令信号を受信した場合には、燃料電池システム２００を起動させる起動運転を実施し、起動運転終了後は、外部負荷１００の作動状態に応じて燃料電池スタック３の発電を制御する発電運転を実施する。なお、燃料電池システム２００は、バッテリ２の充電量が充電を必要とする所定値以下となったときに、起動しても良い。
　発電運転では、コントローラ８は、外部負荷１００の作動状態に応じて燃料電池スタック３に要求される電力を求める。そして、コントローラ８は、その要求電力に基づいて、燃料電池スタック３の発電に必要となるカソードガス及びアノードガスの供給流量を算出し、算出した供給流量のアノードガス及びカソードガスを燃料電池スタック３に供給する。そして、コントローラ８は、ＤＣ－ＤＣコンバータ４をスイッチング制御して燃料電池システム２００から出力される電力を外部負荷１００に供給する。
　すなわち、コントローラ８は、燃料電池スタック３に対する要求電力に基づいてカソードガス及びアノードガスの流量を制御して、燃料電池スタック３の発電量を制御する。例えば、燃料電池スタック３に対する要求電力は、アクセルペダルの踏込み量が大きくなるほど大きくなる。このため、アクセルペダルの踏込み量が大きくなるほど、燃料電池スタック３に供給されるカソードガス及びアノードガスの供給流量は大きくなる。なお、燃料電池スタック３に供給されるカソードガスは、燃料電池スタック３の目標温度と実温度との偏差に基づき制御されても良い。目標温度より実温度が高い場合であって、偏差が大きい時は、偏差が小さい時に比して、カソードガスの供給量を増加させる。
　また、ＥＶキーがＯＮ状態で燃料電池システム２００から外部負荷１００への電力供給が停止されたシステム状態においては、コントローラ８は、燃料電池スタック３の発電を抑制するとともに燃料電池を発電に適した状態に維持する自立運転を実施する。以下では、燃料電池システム２００から外部負荷１００への電力供給が停止されたシステム状態のことを「アイドルストップ（ＩＳ）状態」と称し、自立運転のことを「ＩＳ運転」と称する。
　燃料電池スタック３に対する要求電力が所定の値、例えばゼロになった場合には、燃料電池システム２００の運転状態が発電運転からＩＳ運転に遷移する。そして、コントローラ８がＤＣ－ＤＣコンバータ４を制御して、燃料電池システム２００から外部負荷１００への電力供給を停止する。
　そのため、ＩＳ運転中は、燃料電池システム２００に設けられた補機に対して、燃料電池スタック３の発電電力を供給してもよいし、燃料電池スタック３から補機に電力供給をしなくてもよい。
　操作部から停止指令信号を受信した場合には、コントローラ８は、燃料電池システム２００の作動を停止させる停止運転を実施する。
　図２Ａ－図２Ｄは、ＥＶキーがＯＮ状態の燃料電池システム２００における外部負荷１００への電力供給の類型を説明する図である。
　図２Ａは、駆動モータ１が停止状態であって燃料電池システム２００からバッテリ２に電力を供給している状態を示す観念図である。図２Ａに示した状態は、車両が停止状態であり、かつ、バッテリ２の充電量が少ないような場合に起り得る。
　図２Ｂは、駆動モータ１が力行状態であって燃料電池システム２００及びバッテリ２の両者から駆動モータ１に電力を供給している状態を示す観念図である。図２Ｂに示した状態は、車両が加速状態であり、駆動モータ１の負荷（出力）が高いような場合に起り得る。
　図２Ｃは、駆動モータ１が力行状態又は回生状態であって燃料電池システム２００から駆動モータ１及びバッテリ２の両者への電力供給を停止している状態を示す観念図である。図２Ｃに示した状態は、車両の走行中に駆動モータ１が低負荷又は中負荷で駆動しているような状態であり、かつ、バッテリ２が満充電となっている場合に起り得る。また、車両が減速状態であり、かつ、バッテリ２の容量に充電する余裕がある場合にも起り得る。
　図２Ｄは、駆動モータ１が停止状態であってバッテリ２が満充電になっている状態を示す観念図である。図２Ｄに示した状態は、車両が停止状態であり、かつ、バッテリ２が満充電となっている場合に起り得る。
　このように、図２Ａから図２Ｄまでに示した状態のうち、図２Ｃ及び図２Ｄに示した状態、すなわち燃料電池システム２００から駆動モータ１及びバッテリ２の両者への電力供給が停止されたシステム状態が燃料電池システム２００のＩＳ状態に該当する。外部負荷１００は、ＩＳ状態になると、燃料電池システム２００に対してＩＳ運転要求を送信する。
　したがって、車両の走行中に駆動モータ１の回生動作によってバッテリ２が満充電になった場合や、バッテリ２が満充電状態で車両が走行又は停止している場合などに、燃料電池システム２００がＩＳ状態になり得る。このような場合には、燃料電池スタック３への要求電力はゼロとなり、ＩＳ運転が実施される。
　次に、現時点からの走行可能な距離、つまり総走行可能距離の算出方法について説明する。
　図３は、要求出力と総走行可能距離との関係を説明するための図である。図中の「バッテリＳＯＣ分」はバッテリ２の電力での走行可能距離であり、「燃料分」は燃料電池スタック３で発電した電力での走行可能距離である。
　本実施形態にかかるハイブリッド車両において、車両走行に使える電力は、バッテリ２の電力と、燃料電池スタック３で発電した電力である。そして、要求出力が大きくなるほど電力消費量が多くなるので、バッテリＳＯＣ分及び燃料分は短くなる。したがって、バッテリＳＯＣ分と燃料分とを加算すれば、総走行可能距離を精度良く推定できるようにも思われる。
　しかし、以下に説明するように、上記算出方法では算出した値は総走行可能距離の推定値として適切でない場合がある。
　燃料電池スタック３として使用するＳＯＦＣは、運転中の発熱量が大きいという特性を有する。燃料電池スタック３の発電に伴う積層セルの熱膨張の抑制等を考慮すると、セルの積層枚数をあまり多くすることは望ましくない。このため、本実施形態で用いる燃料電池スタック３は、発電出力が１０－２０ｋＷ程度の低出力のものである。
　一方、車両が走行する際に必要となる出力（「車両要求出力」または単に「要求出力」ともいう）は、市街地を走行する場合のような低負荷走行では上記の発電電力と同等またはそれ以下である。しかし、高速道路を走行する場合のような高負荷走行では、車両要求出力は燃料電池スタック３の発電出力よりも大きくなる。
　このため、例えば高負荷走行をしている最中にバッテリ２の電力を使いきると、燃料電池スタック３だけでは車両要求出力を発生することができないので、高負荷走行を継続できなくなる。つまり、図３における要求出力がＳＯＦＣ最大出力より大きい領域では、破線で示した燃料分の走行可能距離は要求出力よりも小さい出力での走行可能距離となる。したがって、バッテリＳＯＣ分と燃料分とを単純に加算した値は、要求出力での走行が可能な実際の距離とは乖離した値となってしまうので、総走行可能距離の推定値として適切ではない。
　そこで、本実施形態では、要求出力がＳＯＦＣ最大出力よりも大きい場合でも精度良く総走行可能距離を推定するために、以下の制御を実行する。
　なお、上記説明ではバッテリテリＳＯＣ分の走行可能距離と燃料分の走行可能距離とを加算した総走行可能距離が適切でない運転状態として高負荷走行時を例示したが、これに限られるものではない。例えば、燃料電池スタック３が冷機状態のときのように、発電出力が制限されることによって、高負荷走行でなくても燃料電池スタック３だけでは要求出力を満足することができない場合が生じる。
　図４は、本実施形態における総走行距離を推定するための制御ルーチンを示すフローチャートである。この制御ルーチンは、コントローラ８によって、例えば数ミリ秒程度の間隔で繰り返し実行される。なお、この制御ルーチンが実行されるのは、燃料電池スタック３の起動運転が完了している状態である。
　本実施形態では、以下に説明する通り、要求出力が燃料電池スタック３の発電出力より大きい場合と小さい場合とで、異なる方法で総走行可能距離を算出する。
　ステップＳ１０で、コントローラ８は要求出力を取得する。要求出力の取得方法は、下記のいずれでもよい。
　第１の方法は、走行状態、つまりアクセル開度センサ１０の検出値及び不図示の車速センサの検出値に基づいて、例えばマップ検索等によって運転者の要求する出力を算出し、これを要求出力とする方法である。
　第２の方法は、蓄積しておいた過去の走行データに基づいて算出した平均値を用いる方法である。例えば、直近１時間の要求出力の推移を走行データとして蓄積しておき、これらの平均値を要求出力とする。なお、走行データを蓄積する期間は直近１時間に限られるわけではなく、例えば、直近３０分や今回のトリップ開始から現在までのように種々の設定が可能である。
　第３の方法は、予め設定しておいた値を用いる方法である。例えば、走行状態毎の代表的な要求出力を予め設定しておき、現在の走行状態に基づいて、使用する要求出力を決定する。
　第４の方法は、現在の走行状態によらずに、高負荷走行する場合の要求出力を用いる方法である。この方法では、高負荷走行する場合の要求出力を予め設定しておく必要がある。
　第５の方法は、現在の走行状態によらずに、低負荷走行する場合の要求出力を用いる方法である。この方法では、低負荷走行する場合の要求出力を予め設定しておく必要がある。
　第６の方法は、第４の方法と第５の方法の両方を行う方法である。
　なお、ステップＳ１０において、第１－第６のいずれの方法で取得するのかを運転者が選択するようにしてもよい。
　ステップＳ２０で、コントローラ８は、バッテリ２の残充電量で出力可能な電力量であるバッテリ出力可能電力量を算出する。算出方法は、バッテリ２の残充電量（以下「ＳＯＣ」ともいう）をパラメータとする数式を用いて演算する方法でも、バッテリ２のＳＯＣと出力可能電力量との関係を予めマップ化しておき、これを検索する方法でもよい。
　なお、バッテリ２のＳＯＣは、例えば、バッテリ２に出入力される電流値を電流センサ９により検出して積算することによって取得してもよいし、その他の既存の手法によって取得してもよい。
　ステップＳ３０で、コントローラ８は、平均車速を取得する。ここでいう平均車速とは、ステップＳ１０で取得した要求出力で走行する場合の車速の平均値である。要求出力をパラメータとする数式を用いた演算を実行してもいし、要求出力と平均車速との関係を予めマップ化しておき、これを検索してもよい。
　ステップＳ４０で、コントローラ８は、要求出力が燃料電池スタック３の発電出力より大きいか否かを判定する。ここで用いる発電出力は、基本的には燃料電池スタック３の最大発電出力とするが、例えば冷機状態である等の理由により燃料電池スタック３の発電出力が制限される場合には、制限された値を用いる。
　コントローラ８は、判定結果がｙｅｓの場合はステップＳ５０で第１の総走行可能距離演算を実行し、判定結果がｎｏの場合はステップＳ６０で第２の総走行可能距離演算を実行する。第１、第２の総走行可能距離演算については後述する。
　そして、ステップＳ７０でコントローラ８は、ステップＳ５０またはＳ６０の演算により求めた総走行可能距離を運転者に対して表示する。表示場所は、運転者が視認可能な場所であればよい。なお、単に総走行可能距離を表示するだけでなく、その総走行可能距離がどのような走行状態で走行可能な距離なのかも併せて表示するようにしてもよい。例えば、ステップＳ１０において第１－第３の方法で要求出力を取得する場合には、現在の走行状態を維持した走行が可能な距離である旨を表示する。また、ステップＳ１０において第４－第６の方法で要求出力を取得する場合には、高負荷走行可能な距離なのか低負荷走行可能な距離なのかを表示する。これらの表示をすることにより、運転者が総走行可能距離をより有効に活用することができる。
　ここで、第１の総走行可能距離演算について説明する。
　上述した通り、要求出力が燃料電池スタック３の発電出力より大きい場合には、バッテリ２の残充電量がなくなると、つまりバッテリ２の出力可能電力量を使いきると、たとえ燃料が残っていても要求出力での走行ができなくなる。換言すると、燃料電池スタック３の発電出力に対する要求出力の超過分をバッテリ２の出力可能電力量で賄える間は要求出力での走行が可能である。つまり、バッテリ２の出力可能電力量を燃料電池スタック３の発電出力に対する要求出力の超過分で使いきるまでの走行距離が総走行可能距離となる。これを式で表すと式（１）になる。
　　Ltotal＝Wbat[kWh]÷（F[kW]－P[kW]）×Vave[km/h]　　　・・・（１）
　　Ltotal：総走行可能距離、Wbat：バッテリ出力可能電力量、F：要求出力、P:燃料電池発電出力、Vave：平均車速
　例えば、要求出力が２０[kW]、燃料電池発電出力が１５[ｋW]、現在のバッテリ出力可能電力量が１０[kWh]、要求出力が２０[kW]のときの平均車速が１００[km/h]とすると、式（１）は下記の通りになる。
　　Ltotal＝１０[kWh]÷（２０[kW]－１５[kW]）×１００[km/h]
　　　　　＝２[h]×１００[km/h]
　　　　　＝２００[km]
　なお、燃料電池発電出力は燃料電池スタック３の仕様によって定まるものであり、要求出力が決まれば平均車速も決まる。そこで、予めバッテリ出力可能電力量と要求出力に様々の値を代入して式（１）の演算を行い、その演算結果に基づいて総走行可能距離のマップを作成しておき、取得したバッテリ出力可能電力量と要求出力でマップ検索することによって総走行可能距離を求めることもできる。マップ検索によって総走行可能距離を求めることも、「算出する」に含まれることとする。
　次に、第２の総走行可能距離演算について説明する。
　第２の総走行可能距離演算は上述した文献の算出方法である。つまり、バッテリ２の残充電量に基づいて算出される走行可能距離と、燃料タンクの燃料残量の全てを燃料電池スタック３の駆動に用いて発電させることによって得られる電力（以下、「残燃料電力量」ともいう）に基づいて算出される走行可能距離とを加算する方法である。これを式にすると式（２）になる。
　　Ltotal＝(Wbat[kWh]+Wfuel[kWh])÷F[kW]×Vave[km/h]　　・・・（２）
　　Ltotal：総走行可能距離、Wbat：バッテリ出力可能電力量、Wfuel：残燃料電力量、F：要求出力、Vave：平均車速
　要求出力が燃料電池スタック３の発電出力と同等またはそれ以下であれば、バッテリ２の電力を使い果たした後も要求出力に応じた走行が可能なので、上述した文献の算出方法でも適切な総走行可能距離を算出できる。そこで、第２の総走行可能距離演算として、上述した文献の算出方法を用いる。
　第２の総走行可能距離演算も、第１の総走行可能距離と同様にマップ検索によって算出してもよい。この場合、マップ検索に用いるパラメータは、バッテリ出力可能電力量、要求出力及び残燃料電力量である。なお、以下の説明においては、第２の総走行可能距離演算で算出された総走行可能距離を「第２総走行可能距離」ともいう。
　図５及び図６は、第１の総走行可能距離演算で算出された総走行可能距離（以下、「第１総走行可能距離」ともいう）の一例を示す図である。図中には比較例として、要求出力が燃料電池発電出力より大きい場合に上述した文献の算出方法により算出した総走行可能距離を示してある。
　図５では、バッテリ出力可能電力量は１０[kWh]、残燃料電力量は８０[kWh]であり、要求出力は２０[kW]、２５[kW]及び３０[kW]である。図６では、バッテリ出力可能電力量は１０[kWh]、残燃料電力量は４０[kWh]であり、要求出力は２０[kW]、２５[kW]及び３０[kW]である。図５、６のいずれも、燃料電池スタック３の発電出力は、最大発電出力である１５[kW]である。
　第１総走行可能距離と比較例の算出方法で算出された総走行可能距離とを比較すると、総じて比較例の方が長い。そして、両者の誤差は要求出力が大きくなるほど大きくなっている。上述した通り、比較例の総走行可能距離には実際には要求出力に応じた走行ができない燃料分の走行可能距離が含まれている。したがって、比較例の算出方法では、運転者に対して実際に走行可能な距離よりも長い距離を総走行可能距離として表示することになり、かつ、要求出力が大きくなるほど実際の総走行可能距離と表示された総走行可能距離との乖離が大きくなる。
　これに対し、第１総走行可能距離には、実際には要求出力に応じた走行ができない燃料分の走行可能距離が含まれないので、本実施形態の制御ルーチンは運転者に対して適切な総走行可能距離を表示することができる。
　以上の通り本実施形態では、要求出力が燃料電池スタック３の発電出力より大きい場合に、要求走行出力に対する燃料電池スタック３（発電機）の発電出力の不足分と、バッテリ２の残充電量と、に基づく総走行可能距離の算出を行う。これにより、要求出力が燃料電池スタック３の発電出力を超える場合でも総走行可能距離を適切に算出できる。
　また、本実施形態では、総走行可能距離の算出に用いる燃料電池スタック３の発電出力を、燃料電池スタック３の最大発電出力としてもよい。要求出力が燃料電池スタック３の発電出力を超える場合には、バッテリ２の電力がなくなれば燃料が残っていても要求出力に応じた走行はできなるところ、燃料電池スタック３の発電出力が大きいほど燃料消費量は多くなる。つまり、総走行可能距離の算出に用いる燃料電池スタック３の発電出力を最大出力にすることで、燃料残量を有効に利用した場合の総走行可能距離を算出することができる。
　また、本実施形態では、要求出力を過去の走行データに基づいて算出した値とすることができる。この場合、実際の運転者の運転特性に応じた総走行可能距離を算出することができる。
　また、本実施形態では、要求出力を、予め記憶した走行状態毎の代表的な要求走行出力とすることができる。この場合、一般的な走行状況に応じた総走行可能距離を算出することができる。
　また、本実施形態では、要求出力を高負荷走行時の値とすることができる。これによれば、例えば高速道路を走行する際には、実情に即した総走行可能距離を算出することができる。
　また、本実施形態では、要求出力を低負荷走行時の値とすることができる。これによれば、例えば一般道を走行する際には、実情に即した総走行可能距離を算出することができる。
　また、本実施形態では、算出した総走行可能距離を運転者に対して表示する。これにより、運転者は総走行可能距離を認識することが可能となる。
　また、本実施形態では、運転者が上述した種々の要求出力のいずれかを選択するようにして、選択された要求走行出力に基づいて総走行可能距離を算出し、算出結果を運転者に対して表示してもよい。この場合、運転者の走行意図に応じた総走行可能距離が算出され、運転者はそれを認識することができる。
　また、本実施形態では、高負荷走行する場合の要求出力に基づいて高負荷総走行可能距離を算出し、低負荷走行する場合の要求出力に基づいて低負荷総走行可能距離を算出し、高負荷総走行可能距離及び低負荷総走行可能距離を運転者に対して表示してもよい。この場合、運転者が走行負荷の違いに応じた総走行可能距離の違いを認識することができる。
　（第２実施形態）
　本実施形態は、ハイブリッド車両のシステム構成は第１実施形態と同様であるが、総走行可能距離を算出、表示する制御ルーチンの一部が第１実施形態と異なる。以下、相違点を中心に説明する。なお、本実施形態の制御ルーチンも、第１実施形態と同様に燃料電池スタック３の起動運転が完了している状態で実行される。
　図７は、本実施形態における総走行距離を推定するための制御ルーチンを示すフローチャートである。この制御ルーチンは、コントローラ８によって、例えば数ミリ秒程度の間隔で繰り返し実行される。図７の制御ルーチンは、コントローラ８が第１の総走行可能距離演算（ステップＳ５０）の後に、燃料タンクの燃料残量が第１総走行可能距離を走行するのに必要な量に対して不足しているか否かの判定（ステップＳ５５）を実行する点が図４の制御ルーチンと相違する。
　第１総走行可能距離演算は、当該距離を走行する期間中は燃料電池スタック３に燃料が供給され続けることが前提となっている。例えば、第１実施形態と同様に、要求出力が２０[kW]、燃料電池発電出力が１５[ｋW]、現在のバッテリ出力可能電力量が１０[kWh]、要求出力が２０[kW]のときの平均車速が１００[km/h]の場合を考える。この場合、第１実施形態と同様に式を変形すると、平均車速１００[km/h]で２時間の走行が可能なので第１総走行可能距離は２００[km]という結果になる。つまり、２００[km]という第１総走行可能距離は、燃料が２時間もつことを前提とした値である。
　しかし、例えば、式（１）における燃料電池スタック３の発電出力を発生する際の燃料消費率が５[L/h]で燃料残量が５[L]の場合には、燃料は１時間でなくなるので２００[km]を走行することができない。
　そこでコントローラ８は、ステップＳ５５において燃料タンクの燃料残量が第１総走行可能距離を走行するのに必要な量に対して不足しているか否かを判定する。具体的には、まず、コントローラ８は燃料電池スタック３の燃料消費率と燃料残量とから、燃料残量がなくなるまでの時間を算出する。なお、コントローラ８は燃料電池スタック３の発電出力毎の燃料消費率を予め記憶している。また、燃料残量は公知の手法で検出する。例えば燃料タンク７に燃料センサを設けて検出する。
　そして、コントローラ８は、燃料がなくなるまでの時間と第１の総走行可能距離演算の過程において算出される走行可能時間とを比較し、燃料がなくなるまでの時間の方が短い場合に燃料不足であると判断する。
　図８は、第１総走行可能距離と第２走行可能距離を対比した図である。バッテリ出力可能電力量は１０[kWh]、残燃料電力量は１５[kWh]であり、要求出力は２０[kW]、２５[kW]及び３０[kW]である。残燃料電力量が１５[kW]ということは、燃料残量が５[L]であることを意味する。
　第１実施形態で説明した通り、要求出力が燃料電池スタック３の発電出力より大きい場合には、第２の総走行可能距離演算よりも第１の総走行可能距離演算の方が実際に走行可能な距離に近い値を算出できる。しかし、図８において、要求出力が２０[kW]の場合には第１総走行可能距離は２００[km]になっているが、上述したように実際には燃料不足によって２００[ｋｍ]走行することはできない。すなわち、燃料がもつという第１の総走行可能距離演算の前提が崩れるため、第１総走行可能距離の精度は第２総走行可能距離よりも悪化する。
　そこで、コントローラ８は、ステップＳ５５の判定結果がｙｅｓの場合はステップＳ６０で第２の総走行可能距離演算を実行する。
　判定結果がｎｏの場合は、第１総走行可能距離を走行可能ということなので、コントローラ８はステップＳ７０で第１総走行可能距離を表示する。
　以上のように本実施形態では、燃料電池スタック３を稼働するための燃料が無くなるまでの時間が、走行に使用可能なバッテリ２の電力がなくなるまでの時間よりも短い場合には、バッテリ２の残充電量から定まる走行可能距離と、残燃料量の全てを用いて発電することによって得られる電力量から定まる走行可能距離とを加算したものを総走行可能距離とする。これによれば、バッテリ２の電力よりも先に燃料が無くなるために実際には第１総走行可能距離を走行できない場合に、第１総走行可能距離よりも精度の高い総走行可能距離を算出できる。
　なお、燃料タンク７には燃料残量を検知する燃料センサが設けられ、検知した燃料残量を運転者に対して表示するのが一般的である。そして、一般的には、燃料残量が少なくなれば運転者は燃料を補給する。したがって、バッテリ２の電力よりも先に燃料残量がなくなる事態は生じにくい。
　（第３実施形態）
　第１実施形態及び第２実施形態では、燃料電池スタック３の起動運転が完了している状態で総走行可能距離を算出する制御ルーチンについて説明したが、本実施形態では燃料電池スタック３が稼働していない状態でも精度よく総走行可能距離を算出できる制御ルーチンについて説明する。
　本実施形態を適用するハイブリッド車両のシステム構成は第１実施形態の構成と同様である。このハイブリッド車両では、燃料電池スタック３が稼働していない状況ではバッテリ２の電力だけで走行することになる。また、本実施形態で使用する燃料電池スタック３はＳＯＦＣであり、ＳＯＦＣは起動運転開始から起動運転終了までに数十分以上の時間を要する。
　したがって、燃料電池スタック３の起動運転が終了していない状態で総走行可能距離を推定する場合には、バッテリ２のＳＯＣや燃料残量が起動運転開始から起動運転終了までに変化することを考慮する必要がある。そこで本実施形態では、上記の変化を考慮して総走行可能距離を推定することとする。
　図９は、本実施形態における総走行距離を推定するための制御ルーチンを示すフローチャートである。以下に説明する通り、燃料電池スタック３が稼働していない場合には、コントローラ８は起動運転終了までの走行距離と、起動運転終了後の走行可能距離とを加算して総走行可能距離を算出する。なお、この制御ルーチンは、コントローラ８によって、例えば数ミリ秒程度の間隔で繰り返し実行される。ステップＳ１０－Ｓ７０は、第２実施形態にかかる図７の制御ルーチンと同じである。
　図９ではステップＳ１０の処理を実行する前に、以下に説明するステップＳ２－Ｓ８の処理を実行する。
　ステップＳ２で、コントローラ８は、燃料電池スタック３が稼働しているか否かを判定し、稼働している場合には第２実施形態で説明したステップＳ１０以下の処理を実行する。
　コントローラ８は、ステップＳ２で燃料電池スタック３が稼働していないと判定した場合には、ステップＳ４にて起動運転終了までの走行距離を推定する。具体的には、コントローラ８は、燃料電池スタック３の起動運転開始から起動運転終了までに要する時間を予め記憶しておき、この時間と上述した平均車速とから起動運転終了までの走行距離を推定する。
　ステップＳ６で、コントローラ８は、起動運転終了時のバッテリ２のＳＯＣを推定する。具体的には、コントローラ８は、ステップＳ２で推定した距離を走行することで消費する電力量を算出し、この電力量と現在のバッテリ２のＳＯＣとから、起動運転終了時におけるバッテリ２のＳＯＣを推定する。
　ステップＳ８で、コントローラ８は起動運転終了時の燃料残量を推定する。具体的には、コントローラ８は起動運転開始から起動運転終了までに消費する燃料量を算出し、この燃料量と現在の燃料残量とから、起動運転終了時における燃料残量を推定する。
　コントローラ８は、ステップＳ８の処理が終了したら、ステップＳ１０以降の処理を実行する。その際、ステップＳ２０では、コントローラ８はステップＳ６で推定したバッテリＳＯＣで出力可能な電力量であるバッテリ出力可能電力量を算出する。ステップＳ５０では、コントローラ８は上述した第１の総走行可能距離演算で算出した値に、起動運転終了までの走行距離を加算したものを第１総走行可能距離とする。ステップＳ６０では、コントローラ８は式（２）の残燃料電力量Wfuelを起動運転終了時の燃料残量での電力量として総走行可能距離を算出し、この算出値に起動運転終了までの走行距離を加算したものを第２総走行可能距離とする。
　以上のように本実施形態では、燃料電池スタック３が稼働していない場合にコントローラ８は、要求出力に基づいて、燃料電池スタック３の起動運転が終了するまでの走行距離と、起動運転が終了した時点におけるバッテリ２の残充電量及び燃料残量と、を推定する。そして、コントローラ８は起動運転が終了した時点におけるバッテリ２の残充電量の推定値及び燃料残量の推定値に基づいて第１総走行可能距離演算または第２総走行可能距離演算を行うことによって、起動運転終了後の総走行可能距離を算出する。コントローラ８は、起動運転終了後の総走行可能距離と、起動運転が終了するまでの走行距離とを加算したものを総走行可能距離とする。これにより、燃料電池スタック３が稼働していない場合に、起動運転の終了を待つ間のバッテリ２のＳＯＣの変化や燃料残量の変化に応じた適切な総走行可能距離を算出することができる。
　なお、第１－第３実施形態では、発電機が燃料電池システム２００である場合について説明したが、これに限られるわけではない。例えば、燃料電池システム２００に代えて、内燃機関と内燃機関で駆動されて発電する発電機とからなるシステムを用いる場合にも各実施形態を適用できる。内燃機関で発電する発電機の発電出力が要求出力より低い場合には、第１－第３実施形態で解決する課題と同様の課題が生じるからである。また、内燃機関は起動運転の開始から終了までに要する時間がＳＯＦＣに比べて大幅に短く、起動運転の開始から終了までの間のバッテリ２のＳＯＣ変化量や燃料残量の変化は無視し得る。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

Claims (15)

  1. 　バッテリの電力と発電機で発電した電力とを負荷に供給するハイブリッド車両の制御方法において、
    　要求走行出力に対する前記発電機の発電出力の不足分と、前記バッテリの残充電量と、に基づく総走行可能距離の算出を行う、
    ハイブリッド車両の制御方法。
  2. 　請求項１に記載されたハイブリッド車両の制御方法において、
    　前記要求走行出力が前記発電機の発電出力より大きい場合に、前記総走行可能距離の算出を行うハイブリッド車両の制御方法。
  3. 　請求項１または２に記載されたハイブリッド車両の制御方法において、
    　前記発電機の発電出力は、前記発電機の最大発電出力であるハイブリッド車両の制御方法。
  4. 　請求項１から３のいずれか一項に記載されたハイブリッド車両の制御方法において、
    　前記発電機の駆動に用いる燃料が無くなるまでの時間が、走行に使用可能な前記バッテリの電力がなくなるまでの時間よりも短い場合には、
    　前記総走行可能距離の算出の結果に代えて、前記バッテリの残充電量から定まる走行可能距離と、前記燃料の残量の全てを用いて発電することによって得られる電力量から定まる走行可能距離と、を加算したものを前記総走行可能距離とするハイブリッド車両の制御方法。
  5. 　請求項１から３のいずれか一項に記載されたハイブリッド車両の制御方法において、
    　前記発電機が稼働していない場合は、
    　前記要求走行出力に基づいて、前記発電機の起動運転が終了するまでの走行距離を算出し、
    　前記要求走行出力に基づいて、前記発電機の起動運転が終了した時点における前記バッテリの残充電量及び燃料の残量を推定し、
    　前記要求走行出力に対する前記発電機の発電出力の不足分と、前記発電機の起動運転が終了した時点における前記バッテリの残充電量の推定値と、に基づいて前記発電機の起動運転が終了した後の走行可能距離を算出し、
    　前記発電機の起動運転が終了するまでの走行距離と、前記発電機の起動運転が終了した後の走行可能距離と、を加算したものを前記総走行可能距離とするハイブリッド車両の制御方法。
  6. 　請求項４に記載されたハイブリッド車両の制御方法において、
    　前記発電機が稼働していない場合は、
    　前記要求走行出力に基づいて、前記発電機の起動運転が終了するまでの走行距離を算出し、
    　前記要求走行出力に基づいて、前記発電機の起動運転が終了した時点における前記バッテリの残充電量及び前記燃料の残量を推定し、
    　前記バッテリの残充電量から定まる走行可能距離を、前記発電機の起動運転が終了した時点における前記バッテリの残充電量から定まる値とし、前記燃料の残量の全てを用いて発電することによって得られる電力量から定まる走行可能距離を、前記発電機の起動運転が終了した時点における前記燃料の残量の推定値から定まる値とするハイブリッド車両の制御方法。
  7. 　請求項１から６のいずれか一項に記載されたハイブリッド車両の制御方法において、
    　前記要求走行出力は、過去の走行データに基づいて算出した値であるハイブリッド車両の制御方法。
  8. 　請求項１から６のいずれか一項に記載されたハイブリッド車両の制御方法において、
    　前記要求走行出力は、予め記憶した走行状態毎の要求走行出力であるハイブリッド車両の制御方法。
  9. 　請求項１から６のいずれか一項に記載されたハイブリッド車両の制御方法において、
    　前記要求走行出力は、高負荷走行時の値であるハイブリッド車両の制御方法。
  10. 　請求項１から６のいずれか一項に記載されたハイブリッド車両の制御方法において、
    　前記要求走行出力は、低負荷走行時の値であるハイブリッド車両の制御方法。
  11. 　請求項１から１０のいずれか一項に記載されたハイブリッド車両の制御方法において、
    　算出した前記総走行可能距離を運転者に対して表示するハイブリッド車両の制御方法。
  12. 　前記要求走行出力として、請求項７から１０のいずれか一項に記載された値から運転者が選択したものを用いるハイブリッド車両の制御方法。
  13. 　請求項１２に記載されたハイブリッド車両の制御方法において、
    　運転者が選択した要求走行出力に基づいて前記総走行可能距離を算出し、算出した前記総走行可能距離を運転者に対して表示するハイブリッド車両の制御方法。
  14. 　請求項１から６のいずれか一項に記載されたハイブリッド車両の制御方法において、
    　高負荷走行する場合の要求走行出力に基づいて高負荷総走行可能距離を算出し、
    　低負荷走行する場合の要求走行出力に基づいて低負荷総走行可能距離を算出し、
    　前記高負荷総走行可能距離及び前記低負荷総走行可能距離を運転者に対して表示するハイブリッド車両の制御方法。
  15. 　バッテリの電力と発電機で発電した電力とを負荷に供給するハイブリッド車両の制御装置において、
    　要求走行出力を取得する要求走行出力取得部と、
    　前記バッテリの残充電量を取得する残充電量取得部と、
    　要求走行出力に対する前記発電機の発電出力の不足分と、前記バッテリの残充電量と、に基づいて総走行可能距離を算出する走行可能距離算出部と、
    を備えるハイブリッド車両の制御装置。
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