(57)【要約】【課題】必要なときに回生ブレーキを使えるように回生制御を実行する。【解決手段】燃料電池車両１０の回生制御装置４００であって、燃料電池車両の走行環境から、燃料電池車両の前方に存在する降坂路を走行する際に電動モーターの回生制動により回生される回生電力を予測する回生電力予測部４１０と、バッテリの充電可能容量を算出する充電可能容量算出部４２０と、予測された回生電力がバッテリの充電可能容量を越えない場合には、降坂路に入る前に燃料電池車両の運転者により油圧ブレーキが作動されたときに、油圧ブレーキによる制動に加え、電動モーターによる回生制動を実行させ、回生電力が前記バッテリの充電可能容量を越える場合には、燃料電池車両の運転者により前記油圧ブレーキが作動されても電動モーターによる回生制動を中止させて油圧ブレーキのみの制動を実行させる回生制御部４３０と、を有する。【選択図】図１
2013233051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モーターとバッテリと燃料電池とを有する燃料電池車両の回生制御装置であって、
前記燃料電池車両の走行環境から前記燃料電池車両の前方に降坂路が存在したときに、前記降坂路を走行する際に前記電動モーターの回生制動により回生される回生電力を予測する回生電力予測部と、
前記バッテリの充電可能容量を算出する充電可能容量算出部と、
前記予測された回生電力が前記バッテリの充電可能容量を越えない場合には、前記降坂路に入る前に前記燃料電池車両の運転者により油圧ブレーキが作動されたときに、前記油圧ブレーキによる制動に加え、前記電動モーターによる回生制動を実行させ、前記回生電力が前記バッテリの充電可能容量を越える場合には、前記燃料電池車両の運転者により前記油圧ブレーキが作動されても前記電動モーターによる回生制動を中止させて前記油圧ブレーキのみの制動を実行させる回生制御部と、
を有する、回生制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池車両における回生制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン（内燃機関）とモータジェネレータ（発電機）とを有するハイブリッド車両において、制動する場合、油圧ブレーキにより制動すると共に、モータジェネレータによる回生制動手段により、バッテリに充電しつつ回生制動を行う。ここで、バッテリの充電量（バッテリＳＯＣ）が大きくなり飽和状態になると、回生制動を中止し、エンジンによるエンジンブレーキを掛ける技術が知られている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２１７２０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、車両が長い下り坂で油圧ブレーキを酷使すると、フェード現象やベーパーロック現象が起こり易くなる。そのため、内燃機関によるエンジンを有している車両ではエンジンブレーキを用い、内燃機関によるエンジンを有していない燃料電池車両は、モータジェネレータの回生制動による回生ブレーキを用いる。しかし、回生電力のバッテリへの充電によりバッテリの充電量（バッテリＳＯＣ）が大きくなり飽和状態になると、それ以上はバッテリに回生電力を充電できなくなり、回生ブレーキにより減速することが困難となるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、燃料電池車両において、必要なときに回生ブレーキを使えるように回生制御を実行することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］
電動モーターとバッテリと燃料電池とを有する燃料電池車両の回生制御装置であって、前記燃料電池車両の走行環境から前記燃料電池車両の前方に降坂路が存在したときに、前記降坂路を走行する際に前記電動モーターの回生制動により回生される回生電力を予測する回生電力予測部と、前記バッテリの充電可能容量を算出する充電可能容量算出部と、前記予測された回生電力が前記バッテリの充電可能容量を越えない場合には、前記降坂路に入る前に前記燃料電池車両の運転者により油圧ブレーキが作動されたときに、前記油圧ブレーキによる制動に加え、前記電動モーターによる回生制動を実行させ、前記回生電力が前記バッテリの充電可能容量を越える場合には、前記燃料電池車両の運転者により前記油圧ブレーキが作動されても前記電動モーターによる回生制動を中止させて前記油圧ブレーキのみの制動を実行させる回生制御部と、を有する、回生制御装置。
この適用例によれば、燃料電池車両の走行環境から燃料電池車両アクセルがオフされたときに回生される回生電力を予測して、その予測された回生電力がバッテリの充電可能容量を越える場合には、油圧ブレーキが作動されても電動モーターによる回生制動を中止させる。その結果、降坂路に入る前の油圧ブレーキの作動中にバッテリへの充電が行われない結果、バッテリの充電可能容量が減少しないので、降坂路で燃料電池車両アクセルがオフされたときに、バッテリの充電量が飽和し難く、回生制動を実行することができる。
【０００８】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池車両における回生制御装置の他、燃料電池車両、燃料電池車両における回生制御方法等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】燃料電池車両で用いられる燃料電池システムの概略構成図である。
【図２】本実施例における回生制御のフローチャートである。
【図３】アクセルオフ時の減速度目標値マップの一例である。
【図４】アクセルオフ時の減速度を実現するための要求出力をプロットしたグラフの一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、燃料電池車両で用いられる燃料電池システムの概略構成図である。燃料電池車両１０は、燃料電池１００と、バッテリ２００と、モーター３００と、エアコンプレッサ１１０と、高圧コンバータ３１０と、燃料電池電子制御装置４００（ＦＣ  ＥＣＵ、以下単に「ＥＣＵ４００」と呼ぶ。）と、ブレーキＥＣＵ４５０と、ブレーキペダル４５５と、ブレーキペダルストロークセンサ４６０と、油圧ブレーキ４６５と、アクセルペダル４７０と、アクセル開度センサ４７５と、車速センサ４８０と、補機４８５と、ナビゲーション装置４９０と、補機４９５と、を備える。
【００１１】
燃料電池１００は、燃料ガスである水素と酸素とを反応させて、電力（電流と電圧）を発生させる。この電力は、モーター３００を駆動し、あるいは、バッテリ２００に充電される。バッテリ２００は、燃料電池１００で生成された電力を充電し、燃料電池車両１０が減速するときに、モーター３００により生成された回生電力を充電する。燃料電池車両１０は、一般に、燃料電池１００により生成された電力により駆動される。また、燃料電池車両１０は、バッテリ２００からの電力により駆動され、あるいは、燃料電池１００により生成された電力と、バッテリ２００からの電力と、の両方によって駆動される。燃料電池１００により生成された電力と、バッテリ２００からの電力により駆動される場合、それらの割合は、ＥＣＵ４００により制御される。モーター３００は、ＥＣＵ４００からモータートルク指令を受けて、燃料電池車両１０を駆動する。このとき、モーター３００は、燃料電池１００あるいは、バッテリ２００から電力の供給を受けて燃料電池車両１０を駆動する。また、モーター３００は、燃料電池車両１０が減速するときには、発電機として機能し、燃料電池車両１０の運動エネルギーを電気エネルギーとして回生する。
【００１２】
ＥＣＴ４００は、回生電力予測部４１０と、ＳＯＣ取得部４２０と、回生制御部４３０と、を備える。回生電力予測部４１０は、燃料電池車両１０の走行環境、例えば、燃料電池車両１０の速度、燃料電池車両１０の進行方向が降坂路であるか否か、等に基づいて、アクセルペダル４７０をオフにしたときにどれくらいの電力を回生出来るかを予測する。ＳＯＣ取得部４２０は、バッテリ２００のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ：バッテリの充填状態）を取得する。ＳＯＣは、バッテリ２００が空の時を０％、満充電のときを１００％として、満充電の何％が充電されているか、で示される。回生制御部４３０は、制動が掛けられたときに、回生を行うか否か、あるいは、回生を行う場合には、どの程度の強さで回生を行うかを制御する。
【００１３】
ブレーキＥＣＵ４５０は、制動に関する制御を行う。ブレーキペダルストロークセンサ４６０は、ブレーキペダル４５５の踏量を検知し、ブレーキストローク信号としてブレーキＥＣＵ４５０に伝達する。ブレーキＥＣＵ４５０は、油圧ブレーキ４６５に対してブレーキ液圧指令を送る。油圧ブレーキ４６５は、ブレーキ液圧指令を受けると、制動を行う。また、ブレーキＥＣＵ４５０は、モーター３００に発生される回生制動のための回生要求トルク（「制動トルク」とも呼ぶ）をＥＣＵ４００に要求する。一方、ＥＣＵ４００は、実際に回生したトルクを実回生トルクとして、ブレーキＥＣＵ４５０に送る。なお、回生電力予測部４１０から得られた回生電力が、ＳＯＣ取得部４２０から得られたバッテリ２００のＳＯＣとから得られたバッテリ２００に回生可能な電力量を上まわる場合には、ＥＣＵ４００は、回生を行わないと決定し、ブレーキＥＣＵ４５０からの回生要求トルクを受け付けず、実回生トルクをゼロとする。かかる場合、回生ブレーキが使えないので、ブレーキＥＣＵ４５０は、回生ブレーキが使える場合よりも、ブレーキ液圧指令を大きくしても良い。
【００１４】
アクセル開度センサ４７５は、アクセルペダル４７０の踏量から、どの程度アクセルが開かれているかを算出し、アクセル開度としてＥＣＵ４００に送る。アクセル開度に応じて燃料電池１００に燃料ガスが供給される。車速センサ４８０は、燃料電池車両１０の車速を取得して、ＥＣＵ４００に送る。車速は、回生するときの回生電力を予測するときに用いられる。
【００１５】
ナビゲーション装置４９０は、燃料電池車両１０が走行する道路の状態、例えば、進行方向の坂路の勾配及び坂路区間の長さ（坂路形態情報）をＥＣＵ４００に送る。ＥＣＵ４００は、坂路形態情報を用いて、その坂路で回生ブレーキが必要か否か、必要な場合、どの程度の大きさの回生ブレーキが必要か、を判断するために用いられる。なお、ナビゲーション装置４９０は、燃料電池車両１０の社外に設けられているセンター６００（例えば、道路交通情報通信システムセンター）から坂路形態情報を得ても良い。
【００１６】
エアコンプレッサ１１０は、ＥＣＵ４００からのエア流量指令を受けて、燃料電池１００に空気（酸素）を圧縮して供給し、実際に供給した空気の量を実エア流量として、ＥＣＵ４００に伝える。高圧コンバータ３１０は、ＥＣＵ４００からＦＣ電圧指令を受けてモーター３００に供給する電力の電圧を、高圧に昇圧する。補機４８５は、例えば、ワイパー、ヘッドライトなどの装置を含むものである。
【００１７】
図２は、本実施例における回生制御のフローチャートである。ステップＳ１００では、ＥＣＵ４００は、前方に距離と勾配に関する所定の条件を満たす降坂路が有るか否かを判断する。このような条件は、例えば、降坂路の連続距離が５００ｍ以上で、勾配が−３％以上に設定することが可能である。また、この条件としては、降坂路の連続距離と勾配の二次元マップとしてあらかじめ設定されていることが好ましい。また、降坂路の連続距離と勾配のいずれか一方のマップであってもよい。ＥＣＵ４００は、前方に所定の条件を満たす降坂路が有る場合には、処理をステップＳ１１０に移行し、無い場合には、処理を終了する。ＥＣＵ４００は、坂路形態情報を、ナビゲーション装置４９０から、あるいは、ナビゲーション装置と例えば通信により接続されるセンター６００から入手しても良い。なお、以前に同じ降坂路を走行した時の回生ブレーキにより、バッテリ２００が満充電になったことがあった場合には、その情報を、ナビゲーション装置４９０あるいはＥＣＵ４００に登録しても良い。登録された地点に車両が近づいた場合には、油圧ブレーキが作動されても、ＥＣＵ４００は、回生を実行させず、バッテリ２００の充電量を増やさずに、登録地点における回生可能な電力量を大きくしても良い。
【００１８】
ステップＳ１１０では、ＥＣＵ４００は、降坂路の平均通過速度を算出する。具体的には、ＥＣＵ４００は、ナビゲーション装置４９０の情報（例えば制限速度情報）またはナビゲーション装置４９０と通信で連携したセンター６００からの現時点の道路交通情報（ＶＩＣＳ情報：Vehicle Information and Communication System）にもとづいて、降坂路の平均通過速度を算出する（ＶＩＣＳは登録商標）。
【００１９】
ステップＳ１２０では、ＥＣＵ４００は、アクセルがオフされた時に必要な減速度を算出する。ＥＣＵ４００は、ステップＳ１１０で求めた平均通過速度から平均減速度を算出する。図３は、アクセルオフ時の減速度目標値マップの一例である。ステップＳ１１０で求めた平均通過速度から、図３を用いて平均減速度を求める。
【００２０】
ステップＳ１３０では、ＥＣＵ４００は、要求出力Ｐを算出する。要求出力Ｐは、以下の式（１）、式（２）の２つの式により求めることが出来る。
P＝F×v  …（１）
F＝M×a−μ×M×g−（ρ×Cd×A×v2）/2  …（２）
上の２つの式において、Ｍは燃料電池車両の車重［ｋｇ］、ａは加速度［ｍ／ｓ2］、μは転がり抵抗係数、ｇは重力加速度［ｍ／ｓ2］、ρは空気の密度［ｋｇ／ｍ3］、Ｃｄは空気抵抗係数、Ａは前影投影面積［ｍ２］、ｖは車速［ｍ／ｓ］である。すなわち、出力は、式（１）に示すように、力（Ｆ［Ｎ］）×速度（ｖ［ｍ／ｓ］）で示すことが出来る。力（Ｆ［Ｎ］）を表す式（２）において、第１項（Ｍ×ａ）は、加速（減速）に起因する力、第２項（μ×Ｍ×ｇ）は、転がり抵抗に起因する力、第３項（（ρ×Ｃｄ×Ａ×ｖ2）／２）は、空気抵抗に起因する力である。図４は、アクセルオフ時の減速度を実現するための要求出力をプロットしたグラフの一例である。なお、本実施例では減速なので、図４では、要求出力はマイナスの値となっている。
【００２１】
ステップＳ１４０では、ＥＣＵ４００は、前方にある降坂区間を走行したときの回生エネルギー量Ｅ１を、以下の式（３）、式（４）の２つの式を用いて予測する。
E1＝−P×T  …（３）
T＝L/V  …（４）
式（３）においてＰは、式（１）で求めた要求出力Ｐである。また、式（４）において、Ｌは、降坂区間の長さ［ｋｍ］、Ｖは降坂区間における平均速度［ｍ／ｓ］である。
【００２２】
ステップＳ１５０では、ＥＣＵ４００は、現時点のバッテリ２００のＳＯＣ（「ＳＯＣｎ」と呼ぶ。）を取得する。例えば、ＥＣＵ４００は、バッテリ残量計を用いて、現時点のバッテリ２００のＳＯＣｎを取得することができる。また、より精度を上げるために、ＥＣＵ４００は、バッテリ２００に充電される電気量（燃料電池１００から充電される電力と、回生電力）及びバッテリ２００から放電される電気量（バッテリからモーター３００に供給される電力及びリークにより失われる電力）とを用いて、現時点のバッテリ２００のＳＯＣｎを取得してもよい。
【００２３】
ステップＳ１６０では、ＥＣＵ４００は、バッテリ２００の回生可能なエネルギー量Ｅ２を以下の式（５）を用いて算出する。
E2＝B×（SOClim−SOCn）/100  …（５）
式（５）において、Ｂはバッテリの定格容量であり、ＳＯＣｌｉｍは、バッテリを通常用いるときにおけるＳＯＣの上限値である。なお、一般に充電量（ＳＯＣ）が高すぎる（１００％に近い）と、バッテリ２００が劣化し易いので、ＳＯＣｌｉｍの値としては、例えば９０％程度の値が用いられる。
【００２４】
ステップＳ１７０では、ＥＣＵ４００は、ステップＳ１４０で予測した降坂区間を走行したときの回生エネルギー量Ｅ１と、ステップＳ１６０で算出したバッテリ２００の回生可能なエネルギー量Ｅ２と、を比較する。Ｅ１＞Ｅ２であれば、ＥＣＵ４００は処理をステップＳ１８０に移行する。
【００２５】
ステップＳ１８０では、ＥＣＵ４００は、運転手によりブレーキペダル４５５が踏まれ、ブレーキＥＣＵ４５０から回生要求トルクが要求される場合であっても、回生要求トルクの要求を受け付けず、実回生トルクをゼロとする。すなわち、油圧ブレーキ４６５のみを作動させ、回生ブレーキを作動させない。なお、ステップＳ１７０で、Ｅ１≦Ｅ２の時には、ＥＣＵ４００は処理をステップＳ１８０に移行せず、その結果、運転手によりブレーキペダル４５５が踏まれたときには、油圧ブレーキと共に、モーター３００による回生ブレーキが作動される。
【００２６】
油圧ブレーキ４６５を掛けた後の回生ブレーキによりバッテリ２００の充電量が飽和しないように、回生制御を行えばよく、本実施例では、例えば、前方に降坂路があり、当該降坂路において回生ブレーキが必要となる可能性が有る場合、当該降坂路において回生ブレーキを十分に使うことが出来るように、当該降坂路に入る前に油圧ブレーキが作動されたときに、回生ブレーキを実行せず、バッテリの充電可能量Ｅ２を減らさないようにする。すなわち、ＥＣＵ４００は、ナビゲーション装置４９０から情報に基づいて、前方に回生ブレーキが必要となるような降坂路があるか否かを判断し、ある場合には、降坂路を走行するときの回生ブレーキによる回生エネルギー量Ｅ１を予測し、次いで、バッテリ２００の回生可能なエネルギー量Ｅ２を算出する。そして、Ｅ１＞Ｅ２の場合には、運転手から、ブレーキペダル４５５が踏まれ、油圧ブレーキ４６５を作動させるように指示され、ブレーキＥＣＵ４５０から回生要求トルクの要求を受けても、モーター３００に対して回生動作を実行させず、実回生トルクをゼロとする。その結果、バッテリ２００への充電可能量に余裕が残り、降坂路を走行するときの回生ブレーキにより、バッテリ２００に回生電力が充電されても、バッテリ２００のＳＯＣがＳＯＣｌｉｍを越えることはない。すなわち、降坂路を走行するときに、回生ブレーキを実行させることができる。なお、バッテリ２００の回生可能なエネルギー量Ｅ２が、バッテリで回生可能なエネルギー量Ｅ１以下の場合には(例えば平坦路、あるいは短い降坂路のような場合、あるいは、現時点のＳＯＣが低い場合)、ブレーキ作動時の回生要求トルクを実現することにより、燃料電池車両１０の運動エネルギーを最大限に回収可能となる。
【００２７】
本実施例では、ＥＣＵ４００は、ナビゲーション装置４９０からの坂路形態情報に基づいて、回生エネルギー量Ｅ１を予測し、回生制御を行っているが、過去の走行履歴に基づいて回生制御を行ってもよい。例えば、過去において回生エネルギー量が多く、バッテリのＳＯＣがＳＯＣｌｉｍを越えたことが有った地点が前方に有る場合には、ＥＣＵ４００は、油圧ブレーキが掛けられても、回生を行わないように制御してもよい。また、ＥＣＵ４００は、渋滞情報をセンター６００から受信し、渋滞情報に基づいて受け回生制御をしてもよい。すなわち、前方が渋滞している場合には、回生ブレーキを使う場合が多いため、油圧ブレーキが掛けられても、回生を行わないように制御してもよい。
【００２８】
以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。
【符号の説明】
【００２９】
１０…燃料電池車両
１００…燃料電池
１１０…エアコンプレッサ
２００…バッテリ
３００…モーター
３１０…高圧コンバータ
４００…燃料電池電子制御装置（ＥＣＵ）
４１０…回生電力予測部
４２０…ＳＯＣ取得部
４３０…回生制御部
４５０…ブレーキＥＣＵ
４５５…ブレーキペダル
４６０…ブレーキペダルストロークセンサ
４６５…油圧ブレーキ
４７０…アクセルペダル
４７５…アクセル開度センサ
４８０…車速センサ
４８５…補機
４９０…ナビゲーション装置
４９５…補機
６００…センター
【図１】
2013233051.tif 000003
【図２】
2013233051.tif 000004
【図３】
2013233051.tif 000005
【図４】
2013233051.tif 000006