(57)【要約】【課題】電動車両の状況に応じて燃料電池を起動させることで電欠を回避し、かつ燃費を向上することができる電動車両を提供する。【解決手段】二次電池４と、二次電池４を充電することが可能な燃料電池３と、二次電池４及び燃料電池３の電力で駆動するモーター２とを備えた電動車両１であって、電動車両１の状況を取得するセンサー群１０と、二次電池４の充電量が所定の閾値以下となったときに燃料電池３を起動させ、センサー群１０により取得した状況に基づいて、例えば、乗員の人数が所定人数より多い状況では、閾値を増加させる制御装置２０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池と、前記二次電池を充電することが可能な燃料電池と、前記二次電池及び前記燃料電池の電力で駆動するモーターとを備えた電動車両であって、
前記電動車両の状況を取得する状況取得手段と、
前記二次電池の充電量が所定の閾値以下となったときに前記燃料電池を起動させる制御手段と、
前記状況取得手段により取得した前記状況に基づいて前記閾値を変更する閾値変更手段と、を備える
ことを特徴とする電動車両。
【請求項２】
請求項１に記載の電動車両であって、
前記閾値変更手段は、前記状況の下で前記電動車両が走行したときにおける電力消費率が所定より高い場合、前記閾値を増加する
ことを特徴とする電動車両。
【請求項３】
請求項２に記載の電動車両であって、
前記電動車両の起動時において、
前記状況取得手段は、前記状況として前記電動車両に搭乗した乗員の重量を取得し、
前記閾値変更手段は、乗員の重量が所定値を超えているならば、前記閾値を増加する
ことを特徴とする電動車両。
【請求項４】
請求項２に記載の電動車両であって、
前記電動車両の起動時において、
前記状況取得手段は、前記状況として前記電動車両に搭乗した乗員の人数を取得し、前記人数から乗員の重量を推定する
ことを特徴とする電動車両。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載の電動車両において、
前記状況取得手段は、前記状況として外気温を取得し、
前記閾値変更手段は、前記外気温が所定気温未満であるならば、前記閾値を増加する
ことを特徴とする電動車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池と燃料電池とを備えた電動車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池及び燃料電池を搭載し、これらの電力によりモーターを駆動して走行させる電動車両が提案されている。燃料電池は、二次電池の充電量等に応じて起動又は停止するように制御される。これにより、二次電池の電欠が回避され、また、充電量が十分であれば高価な水素を消費しないようにすることができる。
【０００３】
このような燃料電池を起動させるために、種々の制御方法が提案されている。例えば、二次電池の電力のみでモーターを駆動して走行している際、停止している燃料電池を次回起動するときに必要な充電量を推定し、その充電量に基づいて燃料電池を起動する制御を行うものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。これによれば、燃料電池を次回起動するのに必要な充電量を二次電池に確保することができ、燃料電池を確実に起動することができるようになっている。
【０００４】
しかしながら、燃料電池を起動させる際には、様々な状況が考えられる。例えば、電動車両の乗員数が多ければ、より多くの電力を消費することが想定される。上述した従来の電動車両においては、このような状況を考慮して燃料電池を起動させるものではなかった。このため、想定以上に電力が消費され、燃料電池の起動が遅れ、電欠する虞がある。また、状況によっては電力の消費が少ない場合もありえる。このような状況にも関わらず燃料電池を起動させると、水素を消費し、燃費が上昇してしまうという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２３９６３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、電動車両の状況に応じて燃料電池を起動させることで電欠を回避し、かつ燃費を向上することができる電動車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、二次電池と、前記二次電池を充電することが可能な燃料電池と、前記二次電池及び前記燃料電池の電力で駆動するモーターとを備えた電動車両であって、前記電動車両の状況を取得する状況取得手段と、前記二次電池の充電量が所定の閾値以下となったときに前記燃料電池を起動させる制御手段と、前記状況取得手段により取得した前記状況に基づいて前記閾値を変更する閾値変更手段と、を備えることを特徴とする電動車両にある。
【０００８】
第１の態様では、状況取得手段から得た状況に基づいて閾値を変更することで、燃料電池の起動時期を通常よりも早期に又は遅らせて実行する。これにより、状況に応じて、燃料電池の起動タイミングを制御することができ、電欠を回避し、水素の消費を抑制することができる。
【０００９】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の電動車両であって、前記閾値変更手段は、前記状況の下で前記電動車両が走行したときにおける電力消費率が所定より高い場合、前記閾値を増加することを特徴とする電動車両にある。
【００１０】
第２の態様では、電力消費率が所定よりも高いという状況、換言すれば、二次電池の充電量が早く減少する状況においては、閾値が増加される。これにより、二次電池の充電量が比較的高い場合でも、燃料電池が起動される。つまり、二次電池の充電量が早く減少することが予想されるような状況では、閾値を増加することで、燃料電池を起動させる時期を早め、二次電池へ充電し、電欠を回避することができる。
【００１１】
本発明の第３の態様は、第２の態様に記載の電動車両であって、前記電動車両の起動時において、前記状況取得手段は、前記状況として前記電動車両に搭乗した乗員の重量を取得し、前記閾値変更手段は、乗員の重量が所定値を超えているならば、前記閾値を増加することを特徴とする電動車両にある。
【００１２】
第３の態様では、乗員の重量が所定値を超えているならば、電力消費率が増加するような状況であると判定し、閾値を増加する。このように、本態様では、乗員の重量に基づいてこのような状況であるかを判定することができる。
【００１３】
本発明の第４の態様は、第２の態様に記載の電動車両であって、前記電動車両の起動時において、前記状況取得手段は、前記状況として前記電動車両に搭乗した乗員の人数を取得し、前記人数から乗員の重量を推定することを特徴とする電動車両にある。
【００１４】
第４の態様では、乗員の重量を人数に基づいて簡易に推定することができる。
【００１５】
本発明の第５の態様は、第１又は第２の態様に記載の電動車両において、前記状況取得手段は、前記状況として外気温を取得し、前記閾値変更手段は、前記外気温が所定気温未満であるならば、前記閾値を増加することを特徴とする電動車両にある。
【００１６】
第５の態様では、外気温が所定値未満であるならば、電力消費率が増加するような状況であると判定し、閾値を増加する。このように、本態様では、外気温に基づいてこのような状況であるかを判定することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、電動車両の状況に応じて燃料電池を起動させることで電欠を回避し、かつ燃費を向上することができる電動車両が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】電動車両の概略図である。
【図２】電動車両の制御装置の概略図である。
【図３】電動車両の動作を示すフローである。
【図４】電動車両の動作を示すフローである。
【図５】電動車両の動作を示すフローである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。なお、実施形態の説明は例示であり、本発明は以下の説明に限定されない。
【００２０】
〈実施形態１〉
図１は本実施形態に係る電動車両の概略図であり、図２は本実施形態に係る電動車両の制御装置の概略図である。
【００２１】
電動車両１は、燃料電池を搭載したプラグインハイブリッド電気自動車であり、車輪を駆動させるモーター２と、燃料電池３（図ではＦＣと略記している）と、二次電池４と、センサー群１０と、制御装置２０とを備えている。
【００２２】
モーター２は、燃料電池３及び二次電池４からの電力によって、電動車両１の駆動輪を駆動するための駆動力（トルク）を発生する。また、モーター２は、減速時等には発電機として作動し回生力（トルク）を発生する。モーター２は、インバータ（図示せず）を介して燃料電池３及び二次電池４に接続されている。インバータは、燃料電池３で発電された直流電力や、二次電池４に充電された直流電力を交流電力に変換してモーター２に供給する。また、モーター２で発電された回生電力は、インバータにより直流電力に変換され二次電池４に充電される。
【００２３】
燃料電池３は、燃料ガスとして水素と、酸化ガスとして空気が供給され、酸素と水素の電気化学反応によって発電する固体高分子形燃料電池である。燃料電池３の具体的な構成は特に限定はないが、ここでは、複数のセル（図示せず）が積層されたスタック構造を有する。各セルは、固体高分子電解質膜の両面にアノードとカソードとを配置した膜電極接合体と、膜電極接合体の外側に設けられたガス拡散層とを備えている。また、各セルのアノード及びカソードには、触媒として白金が含まれている。このようなセルがセパレータを介して複数積層されることでスタック構造の燃料電池３が形成されている。
【００２４】
なお、特に図示しないが、電動車両１には、燃料電池３に燃料ガス（例えば、水素ガス）及び酸化ガス（例えば、電動車両１の外部から取り込んだ空気）を供給する供給手段が備わっている。
【００２５】
二次電池４は、例えばリチウムイオン電池であり、燃料電池３で発電された電力やモーター２で発電された回生電力を充電する。また、二次電池４は、充電した電力を主としてモーター２に供給する。さらに、二次電池４は、ＳＯＣ検出部（図示せず）を有している。ＳＯＣ検出部は、二次電池４の充電状態であるＳＯＣ（State of Charge）を検出し、制御装置２０に送信する。また、二次電池４は、電動車両１の外部に設置された外部給電装置５から充電可能となっている。
【００２６】
センサー群１０は、電動車両１の状況を取得するための状況取得手段の一例である。本発明でいう状況とは、電動車両１が走行する際に、二次電池４に充電された電力の電力消費率（単位時間あたりの電力の消費量）に影響を及ぼすものをいう。例えば、電動車両１に搭乗した乗員の重量や外気温である。乗員の重量が多ければ電力消費率は増加し、また、外気温が低ければ電力消費率は増加する。
【００２７】
このようなセンサー群１０は、シートベルト警告用センサー１１、シート内蔵ロードセル１２、車両重量測定センサー１３、冷却水温センサー１４、及び外気温センサー１５とからなる。
【００２８】
シートベルト警告用センサー１１は、シート毎に設けられており、シートベルト着用の有無を制御装置２０に伝達する。
【００２９】
シート内蔵ロードセル１２は、シート毎に設けられており、シートに掛かる荷重を計量し、制御装置２０に伝達する。
【００３０】
車両重量測定センサー１３は、電動車両１の重量を測定するセンサーであり、当該重量を制御装置２０に伝達する。
【００３１】
冷却水温センサー１４は、燃料電池３を冷却する冷却水の温度を測定するセンサーであり、当該温度を制御装置２０に伝達する。
【００３２】
外気温センサー１５は、電動車両１の外部の気温を測定するセンサーであり、当該気温を制御装置２０に伝達する。
【００３３】
制御装置２０は、本実施形態では、車両ＥＣＵ２１、ＦＣ−ＥＣＵ２２、モーターＥＣＵ２３、バッテリＥＣＵ２４を総称したものである。これらの各ＥＣＵ（Electronic Control Unit）は、中央処理装置と主記憶装置とを備えるマイクロコンピューターによって構成されており、各種機器を制御する。なお、制御装置２０は、請求項に記載の制御手段及び閾値変更手段の一例である。
【００３４】
車両ＥＣＵ２１は、ＦＣ−ＥＣＵ２２、モーターＥＣＵ２３、バッテリＥＣＵ２４を統括管理する機能を有する。また、車両ＥＣＵ２１は、センサー群１０から検出値を取得することが可能となっており、検出値を用いて各種装置を制御する。
【００３５】
車両ＥＣＵ２１は、二次電池４の充電量に基づいて燃料電池３の起動の制御を行う。具体的には、車両ＥＣＵ２１は、バッテリＥＣＵ２４から二次電池４の充電量を得る。そして、車両ＥＣＵ２１は、当該充電量が所定の閾値以下となったとき、ＦＣ−ＥＣＵ２２を介して燃料電池３を起動させる。以降、上記閾値を起動閾値と称する。
【００３６】
また、車両ＥＣＵ２１は、センサー群１０から得た状況に基づいて起動閾値を変更する機能を有する。例えば、車両ＥＣＵ２１は、その状況下で電動車両１が走行したときの電力消費率が所定よりも高い状況であるときは起動閾値を増加させる。
【００３７】
電力消費率が所定よりも高いという状況は、換言すれば、二次電池４の充電量が早く減少する状況である。このような状況においては、車両ＥＣＵ２１により起動閾値が増加される。これにより、二次電池４の充電量が比較的高い場合でも、燃料電池３が起動される。
【００３８】
つまり、二次電池４の充電量が早く減少することが予想されるような状況では、起動閾値を増加することで、燃料電池３の起動時期を早め、二次電池４へ充電し、電欠を回避することができる。なお、電力消費率が所定よりも高いか否かは、例えば、乗員の標準的な重量や標準的な外気温の元で走行したときの電力消費率を基準とし、この基準との比較により判定する。
【００３９】
電力消費率が所定よりも高いような状況であるかを判定する具体例について説明する。まず、車両ＥＣＵ２１は、シート内蔵ロードセル１２から乗員の重量を取得する。そして、車両ＥＣＵ２１は、取得した重量が所定値を超えているならば、電力消費率が増加するような状況であると判定する。
【００４０】
このように、車両ＥＣＵ２１は、シート内蔵ロードセル１２から乗員の重量を直接的に取得してもよいが、乗員の人数から間接的に取得してもよい。例えば、車両ＥＣＵ２１は、シートベルト警告用センサー１１から、シートベルトを着用した乗員の数を得る。乗員の数と、予め定めた乗員の平均体重を乗じることで、乗員の重量と推定してもよい。他にも、車両ＥＣＵ２１は、車両重量測定センサー１３から乗員を含む電動車両１の重量を得て、当該重量から電動車両１のみの重量を引くことで、乗員の重量としてもよい。
【００４１】
電力消費率が所定よりも高い状況であるかを判定する他の具体例としては、車両ＥＣＵ２１は、外気温センサー１５から外気温を取得する。そして、車両ＥＣＵ２１は、取得した外気温が所定値以下であるならば、電力消費率が増加するような状況であると判定する。
【００４２】
このように、車両ＥＣＵ２１は、外気温センサー１５から外気温を直接的に取得してもよいが、冷却水の温度から間接的に取得してもよい。冷却水の温度は外気温に相関していると考えられることから、冷却水と外気温との対応マップを予め設定しておく。そして、車両ＥＣＵ２１は、冷却水温センサー１４から燃料電池３の冷却水の温度を得て、この温度と対応マップとから外気温を得る。
【００４３】
ＦＣ−ＥＣＵ２２は、燃料電池３の状態取得や、起動、停止などの動作制御を行う。モーターＥＣＵ２３は、モーター２やインバータを制御する。バッテリＥＣＵ２４は、二次電池４の管理や制御を行う。これらは、何れも車両ＥＣＵ２１に接続されており、車両ＥＣＵ２１に燃料電池３等の状態を伝達したり、車両ＥＣＵ２１からの制御により燃料電池３等を制御する。
【００４４】
図３は本実施形態に係る電動車両１の動作を示すフローである。同図を用いて、電動車両１の乗員の人数に基づいて燃料電池３を起動させる動作について説明する。
【００４５】
この動作は、電動車両１の起動時に行う。具体的には、車両ＥＣＵ２１は、バッテリＥＣＵ２４から二次電池４の充電量（ＳＯＣ）を参照する（ステップＳ１）。次に、車両ＥＣＵ２１は、起動閾値をリセットする（ステップＳ２）。このときの起動閾値としては、電動車両１の乗員が所定人数で走行した際に設定する値とする。
【００４６】
次に、車両ＥＣＵ２１は、電動車両１の乗員人数が所定人数より多いか否かを判定する（ステップＳ３）。乗員人数は、シートベルト警告用センサー１１から得ることができる。また、所定人数は予め車両ＥＣＵ２１に設定しておく。
【００４７】
乗員人数が所定人数よりも多い場合（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、車両ＥＣＵ２１は、起動閾値を増加させる（ステップＳ４）。一方、乗員人数が所定人数以下である場合（ステップＳ３：Ｎｏ）、起動閾値は維持し、処理を終了する。
【００４８】
このようにして電動車両１の起動時に、乗員人数が所定人数よりも多い状況では起動閾値を増加させる。これにより、その状況で実際に走行した際には、燃料電池３の起動時期を、乗員人数が所定人数のときよりも早めることができ、二次電池４へ充電し、電欠を回避することができる。また、二次電池４の充電量が起動閾値より高いのであれば、燃料電池３を起動しない。これにより、水素の消費を抑え、燃費を向上することができる。
【００４９】
図４は本実施形態に係る電動車両１の動作を示すフローである。同図を用いて、電動車両１の乗員の重量に基づいて燃料電池３を起動させる動作について説明する。
【００５０】
この動作は、電動車両１の起動時に行う。具体的には、車両ＥＣＵ２１は、バッテリＥＣＵ２４から二次電池４の充電量（ＳＯＣ）を参照する（ステップＳ１０）。次に、車両ＥＣＵ２１は、起動閾値をリセットする（ステップＳ１１）。このときの起動閾値としては、電動車両１の乗員の重量が所定重量で走行した際に設定する値とする。
【００５１】
次に、車両ＥＣＵ２１は、電動車両１の乗員重量が所定重量より多いか否かを判定する（ステップＳ１２）。乗員重量は、シート内蔵ロードセル１２又は車両重量測定センサー１３から得ることができる。また、所定重量は予め車両ＥＣＵ２１に設定しておく。
【００５２】
乗員重量が所定重量よりも多い場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、車両ＥＣＵ２１は、起動閾値を増加させる（ステップＳ１３）。一方、乗員重量が所定重量である場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）、起動閾値は維持し、処理を終了する。
【００５３】
このようにして電動車両１の起動時に、乗員重量が所定重量よりも多い状況では起動閾値を増加させる。これにより、その状況で実際に走行した際には、燃料電池３の起動時期を、乗員重量が所定重量のときよりも早めることができ、二次電池４へ充電し、電欠を回避することができる。また、二次電池４の充電量が起動閾値より高いのであれば、燃料電池３を起動しない。これにより、水素の消費を抑え、燃費を向上することができる。
【００５４】
図５は本実施形態に係る電動車両１の動作を示すフローである。同図を用いて、電動車両１の外部の外気温に基づいて燃料電池３を起動させる動作について説明する。
【００５５】
この動作は、電動車両１の起動時に行う。具体的には、車両ＥＣＵ２１は、バッテリＥＣＵ２４から二次電池４の充電量（ＳＯＣ）を参照する（ステップＳ２０）。次に、車両ＥＣＵ２１は、起動閾値をリセットする（ステップＳ２１）。このときの起動閾値としては、外気温が所定気温であるときに設定する値とする。
【００５６】
次に、車両ＥＣＵ２１は、外気温が所定気温未満であるかを判定する（ステップＳ２２）。外気温は、冷却水温センサー１４又は外気温センサー１５から得ることができる。また、所定気温は予め車両ＥＣＵ２１に設定しておく。
【００５７】
外気温が所定気温未満である場合（ステップＳ２２：Ｙｅｓ）、車両ＥＣＵ２１は、起動閾値を増加させる（ステップＳ２３）。一方、外気温が所定気温以上である場合（ステップＳ２２：Ｎｏ）、起動閾値は維持し、処理を終了する。
【００５８】
このようにして電動車両１の起動時に、外気温が所定気温よりも低い状況では起動閾値を増加させる。これにより、その状況で実際に走行した際には、燃料電池３の起動時期を、外気温が所定気温以上であるときよりも早めることができ、二次電池４へ充電し、電欠を回避することができる。また、二次電池４の充電量が起動閾値より高いのであれば、燃料電池３を起動しない。これにより、水素の消費を抑え、燃費を向上することができる。
【００５９】
なお、外気温に基づく閾値の変更は、電動車両１の起動時のみに実行する場合に限定されず、走行中に実行してもよい。この場合、起動閾値のリセット（ステップＳ２１）は起動時のみ行い、外気温が所定気温未満であるかの判定（ステップＳ２２）と、起動閾値増加（ステップＳ２３）とを一定間隔ごとに繰り返せばよい。これにより、走行中に外気温が変化した場合についても、適切な起動閾値にすることができる。
【００６０】
〈他の実施形態〉
なお、本発明の実施形態について説明したが、勿論、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。
【００６１】
例えば、図３から図５に説明した動作において、起動閾値を増加させる程度としては、特に限定はないが、乗員の人数、重量、外気温に基づいて増加する程度を定めてもよい。具体的には、乗員の人数と所定の乗員との差が大きくなるほど、起動閾値の増加幅を大きくするようにしてもよい。同様に、乗員重量と所定重量との差、外気温と所定気温との差が大きくなるほど、起動閾値の増加幅を大きくするようにしてもよい。
【００６２】
さらに、乗員の人数が所定人数を下回った状況では、起動閾値を減少するようにしてもよい。このような状況では、二次電池４の電力の電力消費率が、所定人数で走行する場合の電力消費率よりも低いと想定される。したがって、起動閾値を減少することで、燃料電池３の起動を、所定人数で走行する場合よりも遅くことができる。これにより、二次電池４の電力で走行する時間が長くなり、燃料電池３の水素の消費を抑制することができる。これと同様に、乗員の重量が所定重量を超える状況や、外気温が所定気温よりも高い状況においても、起動閾値を減少するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１…電動車両、２…モーター、３…燃料電池、４…二次電池、５…外部給電装置、１０…センサー群（状況取得手段）、２０…制御装置（制御手段、閾値変更手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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