(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪を駆動するモータと、
前記モータに接続され、反応ガスを反応させて発電して出力する燃料電池と、
当該燃料電池と並列に前記モータに接続され、電力を蓄電するとともに蓄電した電力を出力する蓄電装置と、
前記燃料電池および前記蓄電装置に分岐する分岐点と前記蓄電装置との間に設けられたＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記分岐点における目標電圧を設定するとともに、当該ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、前記分岐点の電圧を前記目標電圧へ変化させることで、前記燃料電池の余剰発電量を調整する制御手段と、
前走車両との車間距離を測定する車間距離測定センサと、を備えた燃料電池車両であって、
前記制御手段は、前記車間距離測定センサで測定した車間距離が基準値以上である場合には、前記目標電圧を前記燃料電池の目標発電量に応じた値に設定し、基準値未満である場合には、前記目標電圧を前記燃料電池の目標発電量に応じた値よりも上昇させることを特徴とする燃料電池車両。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池車両において、
当該燃料電池車両の操舵角を検出する舵角センサをさらに備え、
前記制御手段は、前記車間距離測定センサで測定した車間距離が前記基準値未満である場合において、前記舵角センサで検出した操舵角が所定値未満であるときは、当該操舵角が増加するに従い低下するように前記目標電圧を補正することを特徴とする燃料電池車両。
【請求項３】
請求項１または２に記載の燃料電池車両において、
当該燃料電池車両の旋回時の遠心力を検出するヨーレートセンサをさらに備え、
前記制御手段は、前記車間距離測定センサで測定した車間距離が前記基準値未満である場合において、前記ヨーレートセンサで検出した旋回時の遠心力が所定値未満であるときは、当該遠心力が増大するに従い低下するように前記目標電圧を補正することを特徴とする燃料電池車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池車両に関する。詳しくは、燃料電池を搭載した燃料電池車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、燃料電池を搭載した燃料電池車両が知られている。燃料電池車両は、例えば、車両を駆動するモータと、反応ガスを反応させて発電する燃料電池と、燃料電池で発電した電力を蓄電するとともに蓄電した電力を出力するバッテリと、を備える。
燃料電池は、モータに接続され、バッテリは、燃料電池と並列にモータに接続される。
燃料電池およびバッテリに分岐する分岐点と前記蓄電装置との間には、この分岐点の電圧を変化させるＤＣ／ＤＣコンバータが設けられる。
【０００３】
この燃料電池車両では、燃料電池の目標とする発電量は、モータが必要とする電力に余裕分を加えたものとなる。この余裕分の電力は、加速性能を確保するためのものであり、モータが必要とする電力に所定の係数を乗算したり、所定の電力を加算したりすることで算出される。
【０００４】
よって、道路が渋滞している場合や前走車両に接近している場合など、車両を加速しないような状況であっても、燃料電池は、常に、モータが要求する電力を上回る電力を発電する。この場合、モータで消費されなかった余剰電力は、バッテリに蓄電される。その後、バッテリが満充電になると、燃料電池の発電量を減少させて、燃料電池で発電した電力およびバッテリからの電力によりモータを駆動する。
【０００５】
しかしながら、以上のように燃料電池車両が動作すると、燃料電池からＤＣ／ＤＣコンバータを介してバッテリに電力が供給されたり、バッテリからＤＣ／ＤＣコンバータを介してモータに電力が供給されたりするため、ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチング損失やバッテリの充電損失および放電損失が発生する。したがって、燃料電池車両の加速性能を確保できるものの、エネルギ効率が低い、という問題があった。
【０００６】
この問題を解決するため、前走車両との車間距離を測定し、この測定した車間距離が基準距離より長いか否かを判定し、基準距離より長い場合には、水素を生成する燃料改質器に投入する原燃料を増量する手法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−３９９３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、燃料改質器に投入する原燃料を増量してから、この増量分の電力を燃料電池から取り出し可能になるまでに、かなりのタイムラグが発生する。
例えば、前走車両の車線変更や右左折により、燃料電池車両の前方に大きな空間ができた場合、車間距離は急激に長くなる。このような場合、燃料電池車両の運転者がアクセルペダルを踏んでも、直ちに加速できないおそれがある。
また、他の車両の車線変更や右左折により、この車両が前走車両として燃料電池車両の前方に出現した場合、車間距離が急激に短くなる。このような場合、余分な発電量が多くなってしまい、エネルギ効率が低下するおそれがある。
したがって、上述の手法では、実際には、車間距離の変化に迅速に対応できず、エネルギ効率の向上や加速性能の確保が困難であった。
【０００９】
本発明は、エネルギ効率を向上させつつ、加速性能を確保できる燃料電池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】
【００１０】
本発明の燃料電池車両（例えば、後述の燃料電池車両１）は、車輪を駆動するモータ（例えば、後述のモータ４）と、前記モータに接続され、反応ガスを反応させて発電して出力する燃料電池（例えば、後述の燃料電池１０）と、当該燃料電池と並列に前記モータに接続され、電力を蓄電するとともに蓄電した電力を出力する蓄電装置（例えば、後述のバッテリ３）と、前記燃料電池および前記蓄電装置に分岐する分岐点（例えば、後述の分岐点７）と前記蓄電装置との間に設けられたＤＣ／ＤＣコンバータ（例えば、後述のＤＣ／ＤＣコンバータ５）と、当該ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、前記分岐点の電圧を変化させることで、前記燃料電池の余剰発電量を調整する制御手段（例えば、後述の制御装置２０）と、前走車両との車間距離を測定する車間距離測定センサ（例えば、後述のレーザレーダ１１）と、を備えた燃料電池車両であって、前記制御手段は、前記車間距離測定センサで測定した車間距離が基準値未満である場合には、前記分岐点の電圧を昇圧することを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、車間距離測定センサで測定した車間距離が基準値以上である場合には、分岐点の電圧を昇圧せず、燃料電池の余剰発電量を確保する制御を行う。一方、車間距離測定センサで測定した車間距離が基準値未満である場合には、分岐点の電圧を昇圧し、燃料電池の余剰発電量を抑制する。よって、燃料電池車両システムのエネルギ効率を向上できるとともに、加速性能を確保することができる。
【００１２】
この場合、当該燃料電池車両の操舵角を検出する舵角センサ（例えば、後述の舵角センサ１２）をさらに備え、前記制御手段は、当該舵角センサで検出した操舵角に基づいて、前記分岐点の電圧を補正することが好ましい。
【００１３】
燃料電池車両の旋回中では、前走車両が燃料電池車両の正面に位置しないため、車間距離測定センサで測定した車間距離に誤差が生じる場合がある。
しかしながら、この発明によれば、舵角センサで検出した操舵角に基づいて、分岐点の電圧を補正したので、燃料電池車両の旋回中に測定した車間距離に誤差が生じても、精度よく制御できる。
【００１４】
この場合、当該燃料電池車両の旋回時の遠心力を検出するヨーレートセンサ（例えば、後述のヨーレートセンサ１３）をさらに備え、前記制御手段は、当該ヨーレートセンサで検出した旋回時の遠心力に基づいて、前記分岐点の電圧を補正することが好ましい。
【００１５】
燃料電池車両の旋回中では、前走車両が燃料電池車両の正面に位置しないため、車間距離測定センサで測定した車間距離に誤差が生じる場合がある。
しかしながら、この発明によれば、ヨーレートセンサで検出した遠心力に基づいて、分岐点の電圧を補正したので、燃料電池車両の旋回中に測定した車間距離に誤差が生じても、精度よく制御できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、車間距離測定センサで測定した車間距離が基準値以上である場合には、分岐点の電圧を昇圧せず、燃料電池の余剰発電量を確保する制御を行う。一方、車間距離測定センサで測定した車間距離が基準値未満である場合には、分岐点の電圧を昇圧し、燃料電池の余剰発電量を抑制する。よって、燃料電池車両システムのエネルギ効率を向上できるとともに、加速性能を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の実施形態の説明にあたって、同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る燃料電池車両１のブロック図である。
燃料電池車両１は、車輪を駆動するモータ４と、燃料電池１０と、蓄電装置としてのバッテリ３と、ＤＣ／ＤＣコンバータ５と、これらを制御する制御装置２０と、を有する。
【００１８】
燃料電池１０は、反応ガスを反応させて発電するものであり、アノード電極（陽極）側に水素ガスが供給され、カソード電極（陰極）側に酸素を含むエアが供給されると、電気化学反応により発電する。
燃料電池１０は、高圧ケーブル６を介して、モータ４に接続されている。
【００１９】
バッテリ３は、電力を蓄電するとともに蓄電した電力を出力するものである。このバッテリ３は、高圧ケーブル６を介して、燃料電池１０と並列にモータ４に接続されている。つまり、高圧ケーブル６は、モータ４から燃料電池１０まで延びるとともに、分岐点７で分岐して、バッテリ３まで延びている。
【００２０】
ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、分岐点７とバッテリ３との間に設けられている。このＤＣ／ＤＣコンバータ５は、バッテリから出力された電力を昇圧して、高圧ケーブル６に出力する。これにより、燃料電池１０からの電力をモータ４およびバッテリ３に供給する際に、燃料電池１０およびバッテリ３の電力の分配率を調整したり、燃料電池１０およびバッテリ３からモータ４に電力を供給する際に、燃料電池１０およびバッテリ３の電力の分担率を調整したりする。
【００２１】
また、燃料電池車両１には、レーザ光を利用して前走車両との車間距離を測定するレーザレーダ１１と、燃料電池車両１の操舵角を検出する舵角センサ１２と、燃料電池車両１の旋回時の遠心力を検出するヨーレートセンサ１３と、が設けられる。
【００２２】
制御装置２０は、モータ４を制御するモータ制御装置２１、ＤＣ／ＤＣコンバータ５を制御するＤＣ／ＤＣコンバータ制御装置２２、バッテリ３を制御するバッテリ制御装置２３と、これらの制御装置２１〜２３を制御する統括制御装置２４と、を備える。
【００２３】
この制御装置２０は、分岐点７の電圧を変化させることで、燃料電池１０の余剰発電量を調整する。
具体的には、図２に示すように、レーザレーダ１１で測定した車間距離が基準値以上である場合には、分岐点７の電圧を昇圧せず、燃料電池１０の余剰発電量を確保する。一方、レーザレーダ１１で測定した車間距離が基準値未満である場合には、車両が加速する可能性が低くなるから、分岐点７の電圧を昇圧し、燃料電池１０の余剰発電量を抑制する。
【００２４】
図２は、車間距離と分岐点における目標電圧との関係を示す図である。なお、以下の図２、図３、および図４では、説明の便宜を考慮して、モータの要求する電力が一定であることを前提とする。しかしながら、実際の車両の走行では、モータの要求する電力が変化することは言うまでもない。
車間距離が基準値以上である場合、目標電圧を一定にするが、車間距離が基準値未満である場合、車間距離が短くなるに従って、目標電圧を上昇させる。
【００２５】
さらに、制御装置２０は、図２および図３に示すように、舵角センサ１２で検出された操舵角と、ヨーレートセンサ１３で検出された旋回時遠心力とに基づいて、分岐点７における目標電圧を補正する。
【００２６】
図３は、操舵角と補正後の分岐点の目標電圧との関係を示す図である。
操舵角がゼロから所定値までの間では、操舵角が増加するに従って分岐点の目標電圧を低下させる。その後、操舵角が所定値以上になると、分岐点の目標電圧を一定とする。
これは、操舵角が増大するに従って、レーザレーダ１１で測定した車間距離に誤差が生じる可能性が高くなるので、目標電圧値を低下させて、燃料電池１０の余剰発電量を増加させ、通常制御における目標電圧に接近させるためである。
【００２７】
図４は、旋回時遠心力と補正後の分岐点の目標電圧との関係を示す図である。
旋回時遠心力がゼロから所定値までの間では、旋回時遠心力が増加するに従って目標電圧を低下させる。その後、旋回時遠心力が所定値以上になると、目標電圧を一定とする。
これは、旋回時遠心力が増大するに従って、レーザレーダ１１で測定した車間距離に誤差が生じる可能性が高くなるので、目標電圧値を低下させて、燃料電池１０の余剰発電量を増加させ、通常制御における目標電圧に接近させるためである。
【００２８】
図５は、統括制御装置の構成を示すブロック図である。
統括制御装置２４は、システム要求電力算出部２４１と、エネルギ分担率決定部２４２と、分岐点電圧算出部２４３と、を備える。
【００２９】
システム要求電力算出部２４１は、レーザレーダ１１で測定した車間距離と、舵角センサ１２で検出した操舵角と、ヨーレートセンサ１３で検出した旋回時遠心力と、車両速度すなわちモータ４の回転数と、に基づいて、システムが要求する電力をシステム要求電力として算出する。
【００３０】
エネルギ分担率決定部２４２は、システム要求電力について、燃料電池１０およびバッテリ３の電力の分担率を決定する。これにより、燃料電池１０が目標とする発電量およびバッテリ３が供給する電力量が決定される。
【００３１】
分岐点電圧算出部２４３は、図６に示すように、燃料電池１０の目標発電量に基づいて、分岐点７における目標電圧を求める。
図６は、燃料電池１０の目標発電量と分岐点７における目標電圧との関係を示す図である。
燃料電池１０の目標発電量が増大するに従って、分岐点７における目標電圧を低下させる必要があることが判る。
【００３２】
ＤＣ／ＤＣコンバータ制御装置２２は、分岐点７における電圧が分岐点電圧算出部２４３で求めた目標電圧になるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ５を制御して、バッテリ３から出力される電力を昇圧する。
【００３３】
システム要求電力算出部２４１の動作を、図７のフローチャートを参照しながら説明する。
ＳＴ１では、車両速度および車間距離に基づいて、現在の状態から可能な最大の加速度を可能最大加速度として算出する。可能最大加速度は、前方車両との車間距離が短い場合には、それほど加速できないので、低くなるが、前方車両との車間距離が長い場合には、大きく加速することが可能となるため、高くなる。
【００３４】
ＳＴ２では、車間距離の履歴に基づいて、可能最大加速度を補正する。すなわち、図８に従って補正係数を求めて、この求めた補正係数を用いて、以下の式（１）に従い、可能最大加速度の補正値を算出する。
【００３５】
図８は、短い車間距離の発生頻度と補正係数との関係を示す図である。
図８に示すように、短い車間距離の発生頻度がゼロから所定値の間では、補正係数を１．０とする。その後、短い車間距離の発生頻度が所定値以上になると、発生頻度が増加するに従って、補正係数を低下させる。
【００３６】
可能最大加速度の補正値＝可能最大加速度×補正係数・・・・・（１）
【００３７】
ＳＴ３では、補正した可能最大加速度に基づいて、現在の状態から可能な最大の加速トルクを可能最大加速トルクとして算出する。すなわち、以下の式（２）に従い、可能最大加速度をトルク換算する。
【００３８】
可能最大加速トルク＝可能最大加速度×車両重量×トルク換算係数・・・・・・（２）
【００３９】
ＳＴ４では、操舵角および旋回時遠心力に基づいて、可能最大加速トルクを補正する。すなわち、以下の式（３）に従い、可能最大加速トルクの補正値を算出する。
【００４０】
可能最大加速トルクの補正値
＝可能最大加速トルク×操舵角の補正係数×旋回時遠心力の補正係数・・・（３）
【００４１】
ここで、操舵角の補正係数は、操舵角が増大するに従って１．０に接近する。また、旋回時遠心力の補正係数も、旋回時遠心力が増大するに従って１．０に接近する。これは、操舵角および旋回時遠心力が増大すると、車間距離に誤差が生じる可能性が高くなるので、加速性能を確保するために、燃料電池の余剰発電量を増加させる必要があるからである。
【００４２】
ＳＴ５では、目標トルクを求める。目標トルクは、モータが目標とするトルクであり、例えばアクセルペダルの開度に基づいて求められる。
【００４３】
ＳＴ６では、目標トルクおよび可能最大加速トルクの補正値に基づいて、以下の式（４）に従い、システムが要求するトルクをシステム要求トルクとして算出する。
【００４４】
システム要求トルク＝可能最大加速トルクの補正値＋目標トルク・・・・・（４）
【００４５】
ＳＴ７では、システム要求トルクに基づいて、以下の式（５）に従い、第１のシステム要求電力を算出する。この第１のシステム要求電力は、余剰発電量を抑制した電力である。
【００４６】
第１のシステム要求電力＝システム要求トルク×電力換算係数・・・・・（５）
【００４７】
ＳＴ８では、目標トルクに基づいて、以下の式（６）に従い、第２のシステム要求電力を算出する。ここで、目標トルクを電力に換算して目標電力とし、目標電力の所定割合を余裕電力とする。この第２のシステム要求電力は、余剰発電量を確保した電力である。
【００４８】
第２のシステム要求電力＝目標電力＋余裕電力・・・・・（６）
【００４９】
ＳＴ９では、第１のシステム要求電力および第２のシステム要求電力に基づいて、システム要求電力を求める。第１のシステム要求電力は、車間距離が基準値以上である場合、可能最大加速度が過大となるため、第２のシステム要求電力以上の値となるが、車間距離が基準値未満である場合には、第２のシステム要求電力未満となる。そこで、第１のシステム要求電力および第２のシステム要求電力のうち低い方の値を、システム要求電力として採用する。
【００５０】
本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）レーザレーダ１１で測定した車間距離が基準値以上である場合には、分岐点７の電圧を昇圧せず、燃料電池１０の余剰発電量を確保する制御を行う。一方、レーザレーダ１１で測定した車間距離が基準値未満である場合には、分岐点７の電圧を昇圧し、燃料電池１０の余剰発電量を抑制する。よって、燃料電池車両１のシステムのエネルギ効率を向上できるとともに、加速性能を確保することができる。
【００５１】
（２）舵角センサ１２で検出した操舵角に基づいて、分岐点７の電圧を補正したので、燃料電池車両１の旋回中に測定した車間距離に誤差が生じても、精度よく制御できる。
【００５２】
（３）ヨーレートセンサ１３で検出した遠心力に基づいて、分岐点７の電圧を補正したので、燃料電池車両１の旋回中に測定した車間距離に誤差が生じても、精度よく制御できる。
【００５３】
〔第２実施形態〕
本実施形態では、システム要求電力算出部２４１の動作が、第１実施形態と異なる。
【００５４】
システム要求電力算出部２４１の動作を、図９のフローチャートを参照しながら説明する。
ここで、図９におけるＳＴ１、ＳＴ２およびＳＴ８は、図７のフローチャートにおけるＳＴ１、ＳＴ２およびＳＴ９と同様の処理である。
【００５５】
ＳＴ３では、補正した可能最大加速度に基づいて、現在の状態から可能最大加速度で加速するのに必要になる電力を可能最大電力として算出する。すなわち、以下の式（７）に従い、可能最大加速度を電力換算する。
【００５６】
可能最大電力＝可能最大加速度×電力換算係数・・・・・・（７）
【００５７】
ＳＴ４では、操舵角および旋回時遠心力に基づいて、可能最大電力を補正する。すなわち、以下の式（８）に従い、可能最大電力の補正値を算出する。
【００５８】
可能最大電力の補正値
＝可能最大電力×操舵角の補正係数×旋回時遠心力の補正係数・・・・・（８）
【００５９】
ここで、操舵角の補正係数は、操舵角が増大するに従って１．０に接近する。また、旋回時遠心力の補正係数も、旋回時遠心力が増大するに従って１．０に接近する。これは、操舵角および旋回時遠心力が増大すると、車間距離に誤差が生じる可能性が高くなるので、加速性能を確保するために、燃料電池の余剰発電量を増加させる必要があるからである。
【００６０】
ＳＴ５では、目標電力を求める。目標電力は、モータが必要とする電力であり、例えばアクセルペダルの開度に基づいて求められる。
【００６１】
ＳＴ６では、目標トルクおよび可能最大加速トルクの補正値に基づいて、以下の式（９）に従い、システムが要求する電力を第１のシステム要求電力として算出する。この第１のシステム要求電力は、余剰発電量を抑制した電力である。
【００６２】
第１のシステム要求電力＝可能最大電力の補正値＋目標電力・・・・・（９）
【００６３】
ＳＴ７では、目標電力に基づいて、以下の式（１０）に従い、第２のシステム要求電力を算出する。ここで、目標電力の所定割合を余裕電力とする。この第２のシステム要求電力は、余剰発電量を確保した電力である。
【００６４】
第２のシステム要求電力＝目標電力＋余裕電力・・・・・（１０）
【００６５】
本実施形態によれば、上述の（１）〜（３）の効果と同様の効果がある。
【００６６】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る燃料電池車両のブロック図である。
【図２】前記実施形態に係る燃料電池車両について、車間距離と分岐点における目標電圧との関係を示す図である。
【図３】前記実施形態に係る燃料電池車両について、操舵角と補正後の目標電圧との関係を示す図である。
【図４】前記実施形態に係る燃料電池車両について、旋回時遠心力と補正後の目標電圧との関係を示す図である。
【図５】前記実施形態に係る燃料電池車両の統括制御装置の構成を示すブロック図である。
【図６】前記実施形態に係る燃料電池車両について、燃料電池の目標発電量と分岐点における目標電圧との関係を示す図である。
【図７】前記実施形態に係る燃料電池車両の制御手段のフローチャートである。
【図８】前記実施形態に係る燃料電池車両について、短い車間距離の発生頻度と補正係数との関係を示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る燃料電池車両の制御手段のフローチャートである。
【符号の説明】
【００６８】
１      燃料電池車両
３      バッテリ（蓄電装置）
４      モータ
５      ＤＣ／ＤＣコンバータ
７      分岐点
１０    燃料電池
１１    レーザレーダ（車間距離測定センサ）
１２    舵角センサ
１３    ヨーレートセンサ
２０    制御装置（制御手段）
【図１】
0004729052.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0004729052.tif 000008
【図８】
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【図９】
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