CN117719367A - 燃料电池车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提供能够以低成本改善燃油效率的燃料电池车辆。本发明的燃料电池车辆具备：燃料电池；储气罐，储存压缩空气；以及控制部，基于所述储气罐内的所述压缩空气的压力即第一压力，选择将外部空气和所述储气罐内的所述压缩空气中的哪一个向所述燃料电池供给。

Description

燃料电池车辆

技术领域

本发明涉及使用由燃料电池发电而产生的电力进行行驶的燃料电池车辆。

背景技术

使大气中的氧气与燃料气体(氢气等)反应来发电，并使用所发的电力产生驱动力的燃料电池车辆的开发正在进行中。在设想卡车等大型车辆为燃料电池车辆的情况下，与轿车等相比，需要从燃料电池单元得到较大的输出功率。

然而，若使燃料电池单元大输出化，则氢气的消耗量会增大。因此，期望改善燃油效率。

日本专利特开2014-241215号公报中公开了如下技术：在燃料电池的发电电力中有剩余电力的情况下，使用该发电电力使压缩机运转，并向储气罐供给压缩空气。通过这种技术，剩余电力被转换为储气罐的空气压力，并有效利用于制动动作、门的开闭等，从而改善燃油效率。

发明内容

发明要解决的问题

然而，在日本专利特开2014-241215号公报所公开的技术中使燃料电池的发电电力产生剩余电力，因此需要确保较大的燃料电池的发电能力。由此会导致车辆的制造成本增大。

本发明的目的在于，提供能够以低成本改善燃油效率的燃料电池车辆。

解决问题的方案

本发明的一个方式的燃料电池车辆具备：燃料电池；储气罐，储存压缩空气；以及控制部，基于所述储气罐内的所述压缩空气的压力即第一压力，来进行将外部空气和所述储气罐内的所述压缩空气中的哪一个向所述燃料电池供给的选择。

发明效果

根据本发明，能够以低成本改善燃油效率。

附图说明

图1是示意性地表示本发明的实施方式的燃料电池车辆的结构的图。

图2是用于说明控制部进行的、向燃料电池供给空气的空气供给源的选择控制的流程图。

图3是用于说明选择了将储气罐内的压缩空气向燃料电池供给的情况下的空气的供给路径的图。

图4是用于说明通过压缩机将外部空气压缩并向燃料电池和储气罐供给的情况下的空气的供给路径的图。

图5是用于说明将储气罐内的压缩空气经由压缩机向燃料电池供给的情况下的空气的供给路径的图。

图6是用于说明控制部进行的再生电力的供给目标的选择控制的流程图。

附图标记说明

100：燃料电池车辆；

1：燃料电池；

2：储氢罐；

3：行驶用电机；

4：电池；

5：压缩机；

6：储气罐；

7：空气压力装置；

8：进气口；

10：控制部。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的各实施方式进行详细说明。但是，有时会省略对已经周知的事项的详细说明、和实质上相同的结构的重复说明等。

<车辆的结构>

图1是示意性地表示本发明的实施方式的燃料电池车辆100的结构的图。作为燃料电池车辆100，例如假设了卡车等大型的车辆。

如图1所示，燃料电池车辆100具备：燃料电池1、储氢罐2、行驶用电机3、作为二次电池的电池4、压缩机5、储气罐6、空气压力装置7以及进气口8。另外，燃料电池车辆100还具备对各结构进行控制的控制部10。在图1中，实线的箭头表示气体(空气或氢气)的流动。虚线的箭头表示由燃料电池1或电池4供给的电力的流动。单点划线的箭头表示行驶用电机3的再生所产生的电力的流动。

燃料电池1是使在储氢罐2中储存的氢气与从进气口8吸入的空气(外部空气)反应来进行发电的电池。对于使空气与氢气反应的燃料电池1，已知有各种各样的种类，但作为本发明中的燃料电池1，可以使用任意种类的燃料电池。另外，作为用于与空气反应的燃料气体，使用何种气体都可以，并不限于氢气。

行驶用电机3是利用由燃料电池1发电而产生的电力驱动燃料电池车辆100的车轮的电机。另外，行驶用电机3也可以利用在电池4中充电的电力驱动车轮。行驶用电机3通过逆变器与燃料电池1或电池4连接。对于行驶用电机3使用燃料电池1的电力还是电池4的电力来驱动车轮，由控制部10控制。

另外，在燃料电池车辆100进行制动时等，行驶用电机3以车轮的旋转力作为输入功率来进行发电。在本说明书中，将制动时等由行驶用电机3进行的发电表述为“再生发电”，并将通过再生发电产生的电力表述为“再生电力”。再生电力既可以充电到电池4，也可以在燃料电池车辆100所具有的、利用电气来动作的结构中消耗。作为利用电气来动作的结构的例子，可列举：压缩机5、氢泵(将储氢罐2内的氢气向燃料电池1供给的结构)等辅机类以及空调、收音机等配件类。在以下的说明中，将燃料电池车辆100的利用电气来动作的结构表述为电动设备。

电池4是本发明的二次电池的一例。电池4储存由燃料电池1发电而产生的电力、和通过行驶用电机3进行再生发电而得到的电力中的至少一部分，并根据需要向燃料电池车辆100的电动设备供给电力。一般地，已知多种电池，但不特别地限定搭载于本发明的燃料电池车辆100的电池4的种类。

压缩机5是对空气进行压缩的压缩机。在压缩机5的入口侧连接有从进气口8和储气罐6的出口侧延伸的配管。压缩机5对从进气口8吸入的外部空气进行压缩，或者，压缩机5吸入储气罐6内的被压缩后的空气并对其进一步进行压缩。在压缩机5的出口侧连接有向储气罐6及燃料电池1的入口侧延伸的配管。由压缩机5压缩后的空气在控制部10的控制下被供给到储气罐6或燃料电池1。

储气罐6是储存被压缩后的空气的罐。储存在储气罐6中的压缩空气主要由空气压力装置7使用。空气压力装置7是利用空气压力的力来进行工作的装置。作为空气压力装置7的例子，可列举：变速器、制动器、悬架等。

另外，在储存在储气罐6中的压缩空气的压力足够高的情况下，储存在储气罐6中的压缩空气在控制部10的控制下供给到燃料电池1。在该情况下，由于已经被压缩的空气从储气罐6向燃料电池1供给，有时不需要通过压缩机5将外部空气压缩。关于控制部10的控制的细节将在后面描述。

进气口8将外部空气吸入到燃料电池车辆100。进气口8经由压缩机5与燃料电池1及储气罐6连接。

控制部10对燃料电池车辆100的各结构总括地进行控制。下面，对控制部10的控制进行详细说明。

(1)向燃料电池1供给空气的空气供给源的控制

控制部10配合燃料电池车辆100的状况选择性地决定向燃料电池1供给压缩空气的供给源。下面，对该情况下的控制进行说明。

图2是用于说明控制部10进行的、向燃料电池1供给空气的空气供给源的选择控制的流程图。

在步骤S1中，控制部10接受驾驶员的请求操作，该操作是请求进行需要燃料电池1的发电的动作的操作。需要燃料电池1的发电的动作例如是燃料电池车辆100的行驶。更具体而言，在驾驶员踩踏加速踏板时，控制部10使氢气和空气被向燃料电池1供给以进行如下发电，即，产生供行驶用电机3产生与踩踏量相应的驱动力的电力的发电。或者，也可以是，在驾驶员操作其他电动设备即例如配件类的启动开关时，控制部10根据想要动作的电动设备的消耗电力来使氢气和空气被向燃料电池1供给。

在步骤S2中，控制部10获取储气罐6内的压缩空气的压力。下面，将储气罐6内的压缩空气的压力表述为“第一压力”。与第一压力相关的数据例如可从设置于储气罐6内的压力传感器等得到。

在步骤S3中，控制部10计算燃料电池1产生如下电力所需的压缩空气的压力即第二压力，该电力是为了响应步骤S1的操作而需要的电力。控制部10例如可以通过如下方式求出第二压力。首先，控制部10计算为了响应步骤S1的操作而燃料电池1应该发电的发电量(要求电力[kW])。然后，基于要求电力来计算燃料电池1所需的压缩空气的每小时的流量(要求空气流量[L/s])。然后，基于要求空气流量来计算第二压力。

应予说明，在图2所示的例子中，步骤S2的第一压力的获取是在步骤S3的第二压力的计算之前进行的，但在实际操作中，这些步骤可以按相反的顺序进行，也可以同时进行。

在步骤S4中，控制部10对第一压力和第二压力进行比较。当在步骤S4中判断为第一压力为第二压力以上的情况下(步骤S4：“是”)，控制部10将处理向步骤S5推进。否则(步骤S4：“否”)，控制部10将处理向步骤S6推进。

在第一压力为第二压力以上的情况下，可以认为，储气罐6内的压缩空气满足燃料电池1发电而产生要求电力所需的要求压力。因此，在步骤S4中判断为第一压力为第二压力以上的情况下，控制部10在步骤S5中选择将储气罐6内的压缩空气向燃料电池1供给。

图3是用于说明选择将储气罐6内的压缩空气向燃料电池1供给的情况下的空气的供给路径的图。粗线的箭头表示供给路径。

另一方面，在第一压力低于第二压力的情况下，可以认为，在储气罐6内未储存向燃料电池1供给所需的足够的压缩空气。在该情况下，控制部10在步骤S6中进一步对第一压力和比第二压力小的阈值即第三压力进行比较。当在步骤S6中判断为第一压力低于第三压力的情况下(步骤S6：“是”)，控制部10将处理向步骤S7推进。否则(步骤S6：“否”)，控制部10将处理向步骤S9推进。

第三压力是为了使空气压力装置7动作而最起码需要的储气罐6内的压缩空气的压力。即，若第一压力低于第三压力，则表示储气罐6内所需的压缩空气不足。在该情况下，在步骤S7中，控制部10选择通过压缩机5将从进气口8吸入的外部空气压缩并向燃料电池1供给。然后，在步骤S8中，控制部10通过压缩机5将从进气口8吸入的外部空气压缩并向储气罐6供给，进行补充储气罐6内的压缩空气的动作。

图4是用于说明通过压缩机5将外部空气压缩并向燃料电池1和储气罐6供给的情况下的空气的供给路径的图。粗线的箭头表示供给路径。

当在步骤S6中判断为第一压力低于第二压力且为第三压力以上的情况下，可以认为，储气罐6内的压缩空气的压力虽然没有低到需要补充的程度，但是，如果保持不变则不满足产生要求电力所需的要求压力。因此，在步骤S9中，控制部10选择通过压缩机5将储气罐6内的压缩空气升压至要求压力并向燃料电池1供给。

图5是用于说明将储气罐6内的压缩空气经由压缩机5向燃料电池1供给的情况下的空气的供给路径的图。粗线的箭头表示供给路径。

在选择了向燃料电池1供给压缩空气的供给源后，控制部10在步骤S10中对燃料电池车辆100的各部进行控制，以从所选择的供给源向燃料电池1供给压缩空气。该控制例如是使在将各结构之间连接的空气供给配管所设置的阀进行开闭，并且根据需要使压缩机5动作的控制。

例如每隔规定时间反复执行以上说明的控制。由此，例如在驾驶员使加速器的踩踏量变化等，要求电力发生了变化的情况下，能够随时使第二压力变化，以使其与发生了变化的要求电力对应。

通过以上说明的控制，能够适当决定燃料电池1进行发电的情况下的压缩空气的供给源。在作为向燃料电池1供给的压缩空气而使用储气罐6内的压缩空气的情况下，由于不需要将外部空气通过压缩机5压缩来供给，因此，能够减少燃料电池车辆100的消耗能量，进而，能够提高燃料电池车辆100的燃油效率。另外，在储气罐6内的压缩空气的压力低于要求压力时，通过压缩机5将储气罐6内的压缩空气压缩并向燃料电池1供给的情况下，由于储气罐6内的压缩空气的压力比外部空气的压力高，因此，与将外部空气压缩的情况相比，所需要的能量少。由此，能够减少燃料电池车辆100的消耗能量，进而能够提高燃料电池车辆100的燃油效率。

(2)再生发电产生的电力的供给目标的控制

另外，控制部10选择性地决定行驶用电机3的再生发电所产生的电力(以下，再生电力)的供给目标。下面，对该情况下的控制进行说明。

图6是用于说明控制部10进行的再生电力的供给目标的选择控制的流程图。

在步骤S11中，控制部10获取电池4的充电剩余量。

在步骤S12中，控制部10判断充电剩余量是否为规定的第一阈值以上。第一阈值例如是能够使燃料电池车辆100的电动设备充分地动作的电力量。例如可以基于通过实验运用燃料电池车辆100而得到的消耗电力量来事先设定第一阈值。

在充电剩余量为第一阈值以上的情况下(步骤S12：“是”)，控制部10使处理向步骤S13推进。否则(步骤S12：“否”)，控制部10使处理向步骤S15推进。

在充电剩余量为第一阈值以上的情况下，控制部10在步骤S13中将再生电力的供给目标选择为压缩机5。然后，控制部10在步骤S14中使得从进气口8吸入的外部空气通过压缩机5被压缩并储存在储气罐6中。

另一方面，在充电剩余量低于第一阈值的情况下，控制部10在步骤S15中将再生电力的供给目标选择为电池4。

通过如上所述的控制，在有足够的电池4的充电剩余量而将再生电力向电池4供给的必要性小的情况下，控制部10可以使再生电力被向压缩机5供给，且使得外部空气被压缩并储存在储气罐6中。由此，能够防止再生电力失去去处而导致再生浪费(再生失效)。利用再生电力而通过压缩机5被压缩后的空气，之后根据需要使空气压力装置7动作，或被向燃料电池1供给而用于发电，从而被有效利用。因此，能够提高行驶用电机3进行的再生的效率。

<作用及效果>

如以上说明的那样，本发明的实施方式的燃料电池车辆100具备：燃料电池1；储气罐6，储存压缩空气；以及控制部10，基于储气罐6内的压缩空气的压力即第一压力，来进行将外部空气和储气罐内的压缩空气中的哪一个向燃料电池1供给的选择。

根据这种结构，能够适当决定由燃料电池1进行发电的情况下的压缩空气的供给源。在将储气罐6内的压缩空气用作向燃料电池1供给的压缩空气的情况下，由于不需要将外部空气通过压缩机5压缩来供给，因此，能够减少燃料电池车辆100的消耗能量，进而，能够提高燃料电池车辆100的燃油效率。

另外，根据本发明的实施方式的燃料电池车辆100，在储气罐6内的压缩空气的压力(第一压力)低于要求压力(第二压力)时，将储气罐6内的压缩空气通过压缩机5压缩并向燃料电池1供给。此时，由于储气罐6内的压缩空气的压力比外部空气的压力高，因此，与将外部空气压缩并向燃料电池1供给的情况相比，所需要的能量少。因此，能够减少燃料电池车辆100的消耗能量，进而能够提高燃料电池车辆100的燃油效率。

另外，根据本发明的实施方式的燃料电池车辆100，在有足够的电池4的充电剩余量而将再生电力向电池4供给的必要性小的情况下，控制部10可以使再生电力被向压缩机5供给，且使得外部空气被压缩并储存在储气罐6中。由此，能够防止再生电力失去去处而导致再生浪费(再生失效)。利用再生电力而通过压缩机5被压缩后的空气，之后根据需要使空气压力装置7动作，或被向燃料电池1供给而用于发电，从而被有效利用。因此，能够提高再生的效率。

根据如上所述的结构，本发明的实施方式的燃料电池车辆100能够减少使燃料电池1进行发电所需的消耗能量，并且能够防止再生失效等引起的能量的损失。因此，能够燃料电池车辆100整体的节能。例如，在卡车等大型车辆中，与轿车等相比，运用所需要的能量大幅增大，但即使在这种情况下，也可根据本发明的结构来抑制能量消耗而提高燃油效率。另外，在燃料电池车辆中，与利用内燃机进行行驶的车辆不同，为了用于使燃料电池发电的辅机进行动作而需要电力，但根据本发明的结构，能够确保使辅机动作所需的电力。

工业实用性

本发明对搭载有燃料电池的燃料电池车辆是有用的。

Claims (8)

1.一种燃料电池车辆，其特征在于，具备：

燃料电池；

储气罐，储存压缩空气；以及

控制部，基于所述储气罐内的所述压缩空气的压力即第一压力，来进行将外部空气和所述储气罐内的所述压缩空气中的哪一个向所述燃料电池供给的选择。

2.如权利要求1所述的燃料电池车辆，其中，

所述控制部基于第二压力与所述第一压力的关系来进行所述选择，所述第二压力是所述燃料电池发电而产生所希望的电力所需的所述压缩空气的压力。

3.如权利要求2所述的燃料电池车辆，其中，

在所述第一压力为所述第二压力以上时，所述控制部选择所述储气罐内的所述压缩空气。

4.如权利要求2所述的燃料电池车辆，其中，

还具备对空气进行压缩的压缩机，

在所述第一压力小于所述第二压力的情况下，所述控制部选择通过所述压缩机将所述储气罐内的所述压缩空气进一步压缩并向所述燃料电池供给。

5.如权利要求4所述的燃料电池车辆，其中，

在所述第一压力小于规定的第三压力的情况下，所述控制部选择通过所述压缩机将所述外部空气压缩并向所述燃料电池供给，所述第三压力小于所述第二压力。

6.如权利要求1所述的燃料电池车辆，其中，

还具备行驶用电机和二次电池，

在所述行驶用电机进行再生发电的情况下，所述控制部基于所述二次电池的充电剩余量，来选择通过所述再生发电得到的电力的供给目标。

7.如权利要求6所述的燃料电池车辆，其中，

在所述充电剩余量低于规定的第一阈值的情况下，所述控制部将通过所述再生发电得到的电力向所述二次电池供给。

8.如权利要求6所述的燃料电池车辆，其中，

还具备对空气进行压缩的压缩机，

在所述充电剩余量为所述第一阈值以上的情况下，所述控制部将通过所述再生发电得到的电力向所述压缩机供给，且使所述压缩机将外部空气压缩并储存在所述储气罐中。