JP2004022460A - Starting control apparatus of fuel cell vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池システムを電源とするモータで駆動される燃料電池車両の起動制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
固体高分子型燃料電池は、運転温度が室温〜100℃程度と低く、起動時間が短く、高出力密度で小型軽量であることから電動車両の電源として鋭意研究開発されている。
【0003】
固体高分子型燃料電池の動作原理は以下の通りである。燃料(水素)ガスは、燃料極(アノード)で触媒による酸化反応によって水素イオン(H+、プロトン)と電子に分かれる。水素イオンは、水和状態(H+・xH2O)で周囲に数個の水分子を伴って高分子電解質中を燃料極から酸化剤極(カソード)へ移動する。一方、電子は電子導電性の電極を移動して外部の負荷回路(モータなど)を経てカソードへと移動する。外部回路を移動してきた電子と、高分子電解質中を移動してきた水素イオンは、外部から供給される空気中の酸素によってカソードで還元反応して水を生成する。
【0004】
固体高分子型燃料電池で使用する固体高分子電解質は、湿潤状態でなければ良好な水素イオン伝導性を発揮しない。またアノードで解離した水素イオンは、水和状態で電解質中をカソードへ移動するため、電解質膜のアノード表面付近では、水が不足する状態となり、連続して発電を維持するためには水を補給する必要がある。通常、この水の補給は、アノードに供給する水素ガスを加湿することで行われている。また、カソードへ供給する空気を加湿する場合もある。
【0005】
上記燃料電池を電源とする電気モータで駆動される燃料電池車両としては、特開2001−307758号公報記載の燃料電池システム及び電気自動車が公知である。
【0006】
この従来技術によれば、燃料電池と2次電池とを電源として備え、低負荷時には燃料電池の発電運転を停止させて、2次電池から電力を供給し、再度高負荷になったら燃料電池の発電運転を再開することにより、燃料電池システムの発電効率が低下する低負荷域での発電運転を回避している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術にあっては、燃料電池システムの発電運転を停止した場合、燃料電池の温度が低下するため、燃料電池内部にある加湿ガスの温度も低下し、燃料電池システム内部で水蒸気が凝縮し水滴が生じることになる。燃料電池内部の水分量が多くなりすぎる場合、燃料電池の電極が過度に濡れ、水素や酸素の拡散が阻害されてしまう。したがって、燃料電池システムの起動時には、この停止時間中に生じる凝縮水の影響を考慮した起動方法が必要になる。
【0008】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料電池システムの停止時間中に生じる凝縮水の影響を考慮した最適な起動方法を実現することができる燃料電池車両の起動制御装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明は、上記目的を達成するために、燃料電池を電源とするモータで駆動される燃料電池車両の起動制御装置において、燃料電池システムの起動前の停止時間を計測する停止時間計測手段と、該停止時間計測手段が計測した前記停止時間に応じて起動時の前記燃料電池システムの運転方法を変更する運転方法変更手段と、を備えたことを要旨とする。
【0010】
請求項2記載の発明は、上記目的を達成するために、請求項1記載の燃料電池車両の起動制御装置において、要求負荷が低負荷の場合に、自動的に燃料電池の発電および発電のための補機の運転を停止させる自動停止手段と、要求負荷が増加した場合に、自動的に燃料電池システムを再起動する自動再起動手段と、を備え、前記停止時間は、前記自動停止から前記自動再起動までの時間であることを要旨とする。
【0011】
請求項3記載の発明は、上記目的を達成するために、請求項1または請求項2記載の燃料電池車両の起動制御装置において、前記運転方法変更手段は、前記燃料電池へ供給する空気量を前記停止時間に応じて所定期間増加させる空気量増加手段を備えたことを要旨とする。
【0012】
請求項4記載の発明は、上記目的を達成するために、請求項1乃至請求項3の何れか1項記載の燃料電池車両の起動制御装置において、前記運転方法変更手段は、前記燃料電池へ供給する燃料量を前記停止時間に応じて所定期間増加させる燃料量増加手段を備えたことを要旨とする。
【0013】
請求項5記載の発明は、上記目的を達成するために、請求項3または請求項4記載の燃料電池車両の起動制御装置において、前記空気量増加手段または前記燃料量増加手段は、前記燃料電池へ供給する空気量または燃料量を前記停止時間に応じて増加させる時間を、前記停止時間に応じて長くすることを要旨とする。
【0014】
請求項6記載の発明は、上記目的を達成するために、請求項2記載の燃料電池車両の起動制御装置において、前記自動再起動手段は、前記自動停止状態の継続時間が所定時間を超えたときには、要求負荷に関わらず燃料電池システムを自動的に再起動させることを要旨とする。
【0015】
【発明の効果】
本発明によれば、燃料電池システムの起動前の停止時間に応じて起動時の運転方法を変更する構成としたため、停止中に発生する凝縮水の影響を考慮した最適な燃料電池システムの起動が可能となる。
【0016】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【0017】
〔第1実施形態〕
図1は、本発明に係る起動制御装置が適用される燃料電池車両の全体構成を説明する概略構成図である。同図において、燃料電池車両1は、水素ガスなどの燃料ガスと酸素を有する酸化ガスとを電解質を介して電気化学的に反応させ、電極間から電気エネルギを直接取り出す燃料電池システム3と、燃料電池システム3または2次電池11の直流を交流に変換してモータ7へ供給する一方モータ7の回生電力を直流に変換して2次電池を充電するコンバータ5と、駆動輪9を回転させる一方回生ブレーキ時に回生電力を発電するモータ7と、モータ7により回転され車両を駆動する駆動輪9と、燃料電池システム3に起動用電力を供給する2次電池11と、車両の各種状態を入力して燃料電池システムの発電を制御する燃料電池システム制御装置13と、キーSW15と、アクセル踏み込み量を検出するアクセルセンサ17と、車速センサ19と、従動輪21とを備えている。
【0018】
燃料電池システム制御装置13は、2次電池11からその充電状態(SOC)、キーSW15からキーSWのON/OFF状態、アクセルセンサ17からアクセル踏み込み量、車速センサ19から車両速度、をそれぞれ入力して、燃料電池に対する負荷を判断し、燃料電池システム3の起動/停止制御、運転状態制御を行うものである。
【0019】
上記燃料電池車両1では、燃料電池システム3の発電量は、基本的にドライバが要求する駆動力に応じて決定される。駆動力はアクセルや車速等によって時々刻々演算されるので、燃料電池の発電量もそれに応じて変化する。燃料電池は前述のように、燃料ガスと酸化ガスとを反応させて電気エネルギを取り出すものであるので、燃料電池へのガス供給量を発電量にしたがって変化させるのが効率的である。
【0020】
図2は、燃料電池システム3の詳細な構成を説明する構成図である。同図において、燃料電池システム3は、空気極111および水素極112により発電する燃料電池110と、空気及び水素を加湿して燃料電池110へ供給する加湿器120と、空気を加圧して加湿器120へ送り込むコンプレッサ130と、水素を貯蔵する高圧水素ボンベ140と、高圧水素ボンベ140からの水素ガス圧力を調整する水素調圧弁150と、水素極112からの排気と水素調圧弁150からの水素を混合するエゼクタ160と、空気極111の出口から未使用の空気を大気へ放出する空気調圧弁170と、水素極112の出口から水素を外部へ放出する水素パージ弁180と、空気極111の入口圧力を検出する空気圧力センサ310と、水素極112の入口圧力を検出する水素圧力センサ320と、を備えている。
【0021】
また、燃料電池システム制御装置13は、要求負荷が低負荷の場合に自動的に燃料電池の発電および発電のための補機の運転を停止させる自動停止手段23と、要求負荷が増加した場合に自動的に燃料電池システムを再起動する自動再起動手段25と、燃料電池システムの起動前の停止時間を計測する停止時間計測手段27と、停止時間計測手段27が計測した停止時間に応じて起動時の燃料電池システム13の運転方法を変更する運転方法変更手段29とを備えている。
【0022】
さらに、運転方法変更手段29は、燃料電池110へ供給する空気量を停止時間計測手段27が計測した停止時間に応じて所定期間増加させる空気量増加手段31と、燃料電池110へ供給する燃料量を停止時間計測手段27が計測した停止時間に応じて所定期間増加させる燃料量増加手段33とを備えている。
【0023】
燃料電池システム制御装置13は、本実施形態では、マイクロコンピュータであり、自動停止手段23と、自動再起動手段25と、停止時間計測手段27と、運転方法変更手段29と、空気量増加手段31と、燃料量増加手段33とは、このマイクロコンピュータのプログラムにより実現されている。
【0024】
空気は、大気からコンプレッサ130で加圧され、空気加湿器121で図示しない純水で加湿された後、燃料電池110の空気極111へ供給され、燃料電池110で未使用の空気は、空気調圧弁170により大気へ排出される。
【0025】
燃料電池110の空気極111へ供給される空気の流量と圧力は、コンプレッサ130の回転数および空気調圧弁170の開度により制御される。
【0026】
コンプレッサ130はモータ131により駆動され、燃料電池システム制御装置13はモータ回転センサ330を参照して、モータ131が目標の回転数となるように制御する。
【0027】
また、燃料電池システム制御装置13は空気圧力センサ310を参照し、燃料電池110の空気極111へ供給される空気の圧力が目標の圧力となるように空気調圧弁170を制御する。
【0028】
一方燃料ガスである水素は、高圧水素ボンベ140から水素調圧弁150、エゼクタ160を経由して、水素加湿器122で図示しない純水で加湿された後、燃料電池110の水素極112へ供給され、燃料電池110で未使用の水素は、エゼクタ160によって燃料電池110の水素極112へ循環される。燃料電池110の水素極112へ供給される水素の圧力は、水素調圧弁150の開度で制御される。燃料電池システム制御装置13は水素圧力センサ320を参照し、燃料電池110の水素極112へ供給される水素の圧力が目標の圧力となるように水素調圧弁150を制御する。
【0029】
水素パージ弁180は、燃料電池110の状態に応じて開閉することにより、燃料電池110の内部の水つまりや、空気極111から水素極112への空気のリークによる出力低下および効率低下を防止するために使用するものである。
【0030】
また、燃料電池システム制御装置13は本発明の起動制御装置としても機能するものである。
【0031】
本発明の第1の実施形態における燃料電池車両の起動制御装置について、図3,図4を用いて説明する。図3は、図2における燃料電池システム制御装置13の演算に用いられる起動時の目標空気量テーブルである。
【0032】
この目標空気量テーブルは、燃料電池110の発電電流に対する燃料電池110へ供給するべき空気量(空気流量)を表している。テーブルに示すとおり、起動前の停止時間が長くなれば目標空気量が増加している。この目標空気量が得られるようにコンプレッサ130の回転数を制御する。
【0033】
すなわちこれらが、本発明の“停止時間に応じて起動時の燃料電池システムの運転方法を変更する運転方法変更手段”であり、請求項3の“燃料電池へ供給する空気量を停止時間に応じて所定期間増加させる空気量増加手段”に相当する。
【0034】
空気量を増大させれば、燃料電池110の空気極111に凝縮した凝縮水を速やかに排出することができる。
【0035】
なお、図3におけるA点は、燃料電池110の運転時に最低確保しなければならない電流値を示す。すなわち、燃料電池システムを起動中は発電を停止することはできず、発電を継続しなければならない。
【0036】
図4は、第1実施形態における空気量制御を説明するフローチャートである。図4において、まずステップ(以下、ステップをSと略す)1010において、アクセルセンサ17からのアクセル踏み込み量、車速センサ19からの車両速度などから目標発電電流を決定する。
【0037】
次いで、S1020で起動からの経過時間が設定時間以内であるかを判定し、設定時間以内であれば、S1030へ移り起動前の停止時間を判定する。具体的には停止時に停止時間タイマを起動させておく、あるいは停止時刻をメモリに記憶しておき、現在時刻との差を算出して停止時間を求める、といった方法がある。
【0038】
次いで、S1040において、判定した起動前停止時間に応じた目標空気量を図3のマップから読み出して目標空気量を設定してS1050へ移る。S1050では、設定された目標空気量に基づいてコンプレッサ130のモータ131を制御する。
【0039】
S1020の判定で起動から設定時間を超えていれば、通常の運転状態であるので、S1060へ移り、通常運転用の目標空気量を図3のマップから読み出して目標空気量を設定して、S1050へ移る。
【0040】
同様に停止時間に応じた目標水素量の制御も行うことが可能である。ただし、図2のような水素循環系の場合、水素量増加は水素パージ弁180を開放することにより達成される。水素パージ弁180を開放すれば、遮断しているときに比較して、燃料電池110の水素極112を通過する水素量が増大する。水素量を増大させれば、燃料電池110の水素極112に凝縮した凝縮水を速やかに排出することができる。
【0041】
図5は、図2における燃料電池システム制御装置13の演算に用いられる起動時の目標パージ弁開度テーブルである。
【0042】
図5のテーブルに示すとおり、起動前の停止時間が長くなれば目標パージ弁開度が増加している。この目標パージ弁開度が得られるように水素パージ弁180を制御する。
【0043】
すなわちこれらが、請求項4の“燃料電池へ供給する燃料量を停止時間に応じて所定期間増加させる燃料量増加手段”に相当する。
【0044】
図6は、第1実施形態における燃料量制御を説明するフローチャートである。図6において、まずS1010において、アクセルセンサ17からのアクセル踏み込み量、車速センサ19からの車両速度などから目標発電電流を決定する。
【0045】
次いで、S1020で起動からの経過時間が設定時間以内であるかを判定し、設定時間以内であれば、S1030へ移り起動前の停止時間を判定する。具体的には停止時にタイマを起動させておく、あるいは停止時刻をメモリしておく、といった方法がある。
【0046】
次いで、S1042において、判定した起動前停止時間に応じた目標パージ弁開度を図5のマップから読み出して目標パージ弁開度を設定してS1052へ移る。S1052では、設定された目標パージ弁開度に基づいて水素パージ弁180の開度を制御する。
【0047】
S1020の判定で起動から設定時間を超えていれば、通常の運転状態であるので、S1062へ移り、通常運転用の目標パージ弁開度を図5のマップから読み出して目標パージ弁開度を設定して、S1052へ移る。
【0048】
なお、水素パージ弁180がON/OFF弁の場合、オリフィスが目標水素流量を流すことができる径を確保していれば、もちろん十分であり、その場合には開とする時間を調整することが同様の効果を得られる。
【0049】
また、S1020の設定時間は3分程度の定数としてもよいが、図7に示すように起動前の停止時間が長いほど長くすると、停止中に燃料電池110内で凝縮した凝縮水の影響を排除するための流量アップ制御を不必要に継続することがなくなるため、コンプレッサ130で消費する電力量や水素パージ弁180から排出される水素量を節約することが可能となる(請求項5に相当)。
【0050】
以上本実施形態によれば、起動前の停止時間に応じて起動時の運転方法を変更する構成としたため、停止中に発生する凝縮水の影響を考慮した燃料電池システムの起動が可能となる。
【0051】
特に、停止時間に応じて燃料電池に供給する空気量を増加させる構成としたため、燃料電池システムの起動時における燃料電池のカソード極の凝縮水を排出することができ、速やかな起動が可能となる。
【0052】
さらに、停止時間に応じて燃料電池に供給する燃料量(水素量)を増加させる構成としたため、燃料電池システムの起動時における燃料電池のアノード極の凝縮水も排出することができ、速やかな起動が可能となる。
【0053】
また、本実施形態によれば、起動時に燃料電池に供給する空気量あるいは水素量を増加する時間を停止時間に応じて変化させる構成としたため、凝縮水の排出に要する電力や水素を最小限にすることが可能となる。
【0054】
〔第2実施形態〕
次に、本発明に係る燃料電池車両の起動制御装置の第2実施形態を説明する。第2実施形態は、要求負荷が低負荷の場合には、車両のキーSW(イグニッションスイッチ)15がオンのままであっても自動的に発電および、発電のための補機(コンプレッサ130)の運転を停止し、要求負荷が増加した場合に自動的に再起動するアイドルストップ機能を有するものである。第2実施形態の構成は、図2に示した燃料電池システムの構成と同様である。
【0055】
図8は、図2における燃料電池システム制御装置13のアイドルストップ機能に関するフローチャートである。図8において、まずS101では、アクセルセンサ17からのアクセルペダルの踏み込み量、車速センサ19からの車両速度などから駆動力要求あり/なしを判定する。すなわち要求負荷が低負荷であるか否かを判定する。駆動力要求なしの場合、S107へ移行し、駆動力要求ありの場合102へ移行する。このとき目標発電電流も設定しておく。
【0056】
S102では、アイドルストップ中か否かを判定する。アイドルストップ中でない場合S106へ、アイドルストップ中の場合S103へ移行する。
【0057】
S103では、アイドルストップを中止して、燃料電池システムの再起動を行う。このとき停止時間(アイドルストップ継続時間)を判定しておく。具体的には後述のS109でカウントを開始したタイマで判定する。
【0058】
S104では、図3により停止時間に応じて流量アップされる目標空気量を設定する。
【0059】
S105では、S104,S104Aで設定された目標空気量に基づきコンプレッサ130を駆動するモータ131を制御する。
【0060】
S106では、再起動からの経過時間(空気量アップ時間)が設定時間経過したか否かを判定する。経過していない場合はS104へ移行し空気量アップ制御を継続し、経過した場合はS104Aへ移行し、空気量アップ制御を終了し通常運転時用の目標空気量を設定する(図3)。
【0061】
なおこの設定時間は第1実施形態と同様、定数でもよいが、図7のように停止時間が長いほど長く設定するとなおよい。
【0062】
S107では、燃料電池システムが発電中か否かを判定する。発電中でない、すなわちアイドルストップ中である場合はそのまま処理ルーチンを抜ける。発電中である、すなわちアイドルストップ中でない場合はS108へ移行する。
【0063】
S108では、アイドルストップ処理、すなわち燃料電池システムの停止処理を行う。S109では、停止時間の計測を開始する。
【0064】
つまり、アイドルストップで燃料電池システムを停止していた時間に応じて起動時に空気量増加制御を行う。
【0065】
同様に、S104,S104A,S105を第1実施形態のS1042,S1062,S1052のように変更することで、水素量増加制御とすることも出来るが、このステップの詳細は第1実施形態に説明したものと同様であるので説明は省略する。
【0066】
また、空気量増加制御、または燃料量増加制御を継続する時間も上記停止時間に応じて変更することにより、停止中に燃料電池110内で凝縮した凝縮水の影響を排除するための流量アップ制御を不必要に継続することがなくなるため、コンプレッサ130を駆動するモータ131で消費する電力量や水素パージ弁180から排出される水素量を節約することが可能となる。
【0067】
第1実施形態では図3に示したとおり、燃料電池システム運転中は最小電流Aを出力する発電を継続しなければならなかったが、本実施形態では駆動力要求が無い場合、燃料電池システムを停止(アイドルストップ)することで燃料消費量を節約できる。
【0068】
ところでアイドルストップを行う本実施形態の場合、燃料電池システムの停止時間が短く、しかも毎回停止時間の長さが異なるため、凝縮水のたまる量が毎回異なる。これに対して、運転者がキーOFFすることによる通常の停止の場合、停止時間がある程度以上になれば凝縮水のたまる量は停止時間にあまり依存せずほぼ一定になる。
【0069】
運転者がキーONすることによる通常の起動の場合、状況としては駐車状態で発生するものなので起動時間がある程度長くても運転者へ与える違和感は少ないが、アイドルストップする運転状況は、通常運転中の一時停止や降坂時の回生ブレーキ動作中に発生するものなので、アイドルストップから通常運転への移行は、なるべく短時間にしたいという要求がある。
【0070】
本実施形態ではアイドルストップの継続時間に応じて起動方法を変更する構成としたため、アイドルストップ中に発生する凝縮水の影響を最小限の時間で排除し、通常運転に移行することが可能となる。
【0071】
〔第3実施形態〕
次に、本発明に係る燃料電池車両の起動制御装置の第3実施形態を説明する。第3実施形態は、自動停止状態の継続時間が所定時間を超えたときには、要求負荷に関わらず自動的に燃料電池システムを再起動させる自動再起動手段を備えている(請求項6に相当)。即ち、アイドリングストップ状態の継続時間が所定時間を超えたときには、要求負荷に関わらずアイドリングストップを中断して、燃料電池システムを再起動するようにして、凝縮水による再起動への影響を少なくしている。その他の点は、第2実施形態と同様である。
【0072】
本実施形態における燃料電池車両の起動制御装置の動作について、図9のフローチャートを用いて説明する。図9は基本的には図8と同一なので異なる部分の周辺のみを示す。
【0073】
図9において、S107で、燃料電池システムが発電中でない、すなわちアイドルストップ中である場合はS107へ移行する。S108では、アイドルストップ処理、すなわち燃料電池システムの停止処理を行う。
【0074】
S110では、アイドルストップ継続時間、すなわち燃料電池システムの停止時間が所定時間を経過したかを判定する。経過していない場合はそのまま処理ルーチンを抜け、経過した場合はS103へ移行する。ここで、所定時間は、停止中に燃料電池110内に凝縮した凝縮水の影響が起動に影響を起こさないよう、言い換えれば、凝縮水排除のための流量アップ時間が長くなりすぎないように、例えば5〜10分程度に設定する。ただし最適な時間は燃料電池の大きさにより異なる。
【0075】
つまり、凝縮水が再起動に大きな影響を及ぼす前にアイドルストップを中止し、燃料電池システムを再起動させるのである。これにより、第2実施形態で述べた流量アップ制御を行う時間が過大になることなく再起動が可能となる。流量アップ制御は、燃料電池110へ供給する空気流量を増加させるためにコンプレッサ回転を上昇させる必要があり、騒音の問題がある。アイドルストップ中は、車両が停止している場合がほとんどであり、燃料電池システムの運転の騒音は非常に目立ってしまう。この制御を行うことにより、この問題が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の起動制御装置が適用される燃料電池車両の全体構成を説明する構成図である。
【図2】燃料電池システムの詳細な構成を説明する構成図である。
【図3】発電電流に対する目標空気量を示すマップの例である。
【図4】第1実施形態における空気量制御を説明するフローチャートである。
【図5】起動前停止時間に対するパージ弁開度の目標値を示すマップの例である。
【図6】第1実施形態におけるパージ弁制御を説明するフローチャートである。
【図7】起動前停止時間に対する設定時間の例を説明するマップの例である。
【図8】第2実施形態におけるアイドルストップ機能を説明するフローチャートである。
【図9】第3実施形態におけるアイドルストップ機能を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
13…燃料電池システム制御装置(起動制御装置)
23…自動停止手段
25…自動再起動手段
27…停止時間計測手段
29…運転方法変更手段
31…空気量増加手段
33…燃料量増加手段[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a startup control device for a fuel cell vehicle driven by a motor powered by a fuel cell system.
[0002]
[Prior art]
BACKGROUND ART A polymer electrolyte fuel cell has been intensively researched and developed as a power source for an electric vehicle because of its low operating temperature of room temperature to about 100 ° C., short startup time, high power density, and small size and light weight.
[0003]
The operating principle of the polymer electrolyte fuel cell is as follows. Fuel (hydrogen) gas is separated into hydrogen ions (H + , protons) and electrons by a catalytic oxidation reaction at a fuel electrode (anode). Hydrogen ions move from the fuel electrode to the oxidant electrode (cathode) in the polymer electrolyte with several water molecules around in the hydrated state (H + .xH 2 O). On the other hand, the electrons move through the electron conductive electrode, and move to the cathode via an external load circuit (such as a motor). The electrons that have moved through the external circuit and the hydrogen ions that have moved through the polymer electrolyte undergo a reduction reaction at the cathode with oxygen in the air supplied from the outside to produce water.
[0004]
The solid polymer electrolyte used in the polymer electrolyte fuel cell does not exhibit good hydrogen ion conductivity unless it is in a wet state. In addition, hydrogen ions dissociated at the anode move to the cathode in the electrolyte in a hydrated state.Therefore, there is a shortage of water near the anode surface of the electrolyte membrane, and water is supplied to maintain power generation continuously. There is a need to. Normally, this water is supplied by humidifying the hydrogen gas supplied to the anode. In some cases, the air supplied to the cathode is humidified.
[0005]
As a fuel cell vehicle driven by an electric motor using the fuel cell as a power source, a fuel cell system and an electric vehicle described in JP-A-2001-307758 are known.
[0006]
According to this conventional technique, a fuel cell and a secondary battery are provided as power supplies, and when the load is low, the power generation operation of the fuel cell is stopped, and power is supplied from the secondary battery. By restarting the power generation operation, the power generation operation in a low load region where the power generation efficiency of the fuel cell system is reduced is avoided.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional technology, when the power generation operation of the fuel cell system is stopped, the temperature of the fuel cell decreases, so the temperature of the humidified gas inside the fuel cell also decreases, and water vapor is generated inside the fuel cell system. It will condense and produce water droplets. If the amount of water in the fuel cell becomes too large, the electrodes of the fuel cell become excessively wet, and the diffusion of hydrogen and oxygen is hindered. Therefore, when starting up the fuel cell system, a start-up method that takes into account the influence of condensed water that occurs during this stop time is required.
[0008]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a fuel cell vehicle capable of realizing an optimal starting method in consideration of the influence of condensed water generated during a stop time of the fuel cell system. An object of the present invention is to provide an activation control device.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a start-up control apparatus for a fuel cell vehicle driven by a motor powered by a fuel cell, wherein the stop time before the start of the fuel cell system is measured. The gist of the present invention includes a measuring unit and an operating method changing unit that changes an operating method of the fuel cell system at the time of starting according to the stop time measured by the stop time measuring unit.
[0010]
According to a second aspect of the present invention, in order to achieve the above object, in the start-up control device for a fuel cell vehicle according to the first aspect, when the required load is a low load, the fuel cell automatically generates and generates power. Automatic stop means for stopping the operation of the auxiliary equipment, and automatic restart means for automatically restarting the fuel cell system when the required load increases, the stop time is from the automatic stop to the The point is that it is the time until automatic restart.
[0011]
According to a third aspect of the present invention, in order to achieve the above object, in the start-up control device for a fuel cell vehicle according to the first or second aspect, the operating method changing means controls an amount of air supplied to the fuel cell. The gist of the present invention is to include an air amount increasing means for increasing the air amount for a predetermined period according to the stop time.
[0012]
According to a fourth aspect of the present invention, in order to achieve the above object, in the start-up control device for a fuel cell vehicle according to any one of the first to third aspects, the driving method changing means includes a control unit for controlling the operation of the fuel cell. The gist of the present invention is to provide a fuel amount increasing means for increasing a supplied fuel amount for a predetermined period according to the stop time.
[0013]
According to a fifth aspect of the present invention, in order to achieve the above object, in the start control device for a fuel cell vehicle according to the third or fourth aspect, the air amount increasing means or the fuel amount increasing means comprises: The gist is that the time for increasing the amount of air or fuel to be supplied to the stop time is increased according to the stop time.
[0014]
According to a sixth aspect of the present invention, in order to achieve the above object, in the start-up control device for a fuel cell vehicle according to the second aspect, the automatic restarting means determines that the duration of the automatic stop state exceeds a predetermined time. In some cases, the gist is to automatically restart the fuel cell system regardless of the required load.
[0015]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the operation method at the time of startup is changed according to the stop time before the start of the fuel cell system, the optimal start of the fuel cell system in consideration of the influence of condensed water generated during the stop is achieved. It becomes possible.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0017]
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an overall configuration of a fuel cell vehicle to which a start control device according to the present invention is applied. Referring to FIG. 1, a fuel cell vehicle 1 includes a
[0018]
The fuel
[0019]
In the fuel cell vehicle 1, the amount of power generated by the
[0020]
FIG. 2 is a configuration diagram illustrating a detailed configuration of the
[0021]
Further, the fuel cell
[0022]
Further, the operating
[0023]
In the present embodiment, the fuel
[0024]
The air is pressurized from the atmosphere by a
[0025]
The flow rate and pressure of the air supplied to the
[0026]
The
[0027]
Further, the fuel cell
[0028]
On the other hand, hydrogen as a fuel gas is humidified from a high-
[0029]
The
[0030]
Further, the fuel cell
[0031]
A startup control device for a fuel cell vehicle according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a target air amount table at the time of startup used for the calculation of the fuel cell
[0032]
This target air amount table indicates an air amount (air flow rate) to be supplied to the
[0033]
That is, these are the "operating method changing means for changing the operating method of the fuel cell system at the time of startup according to the stop time" of the present invention. Means for increasing the air amount for a predetermined period.
[0034]
If the amount of air is increased, condensed water condensed on the
[0035]
Note that point A in FIG. 3 indicates a current value that must be secured at the minimum during operation of the
[0036]
FIG. 4 is a flowchart illustrating the air amount control in the first embodiment. In FIG. 4, first, in step (hereinafter, step is abbreviated as S) 1010, a target power generation current is determined based on the accelerator depression amount from
[0037]
Next, in S1020, it is determined whether or not the elapsed time from the start is within the set time, and if it is within the set time, the process proceeds to S1030 to determine the stop time before the start. Specifically, there is a method in which a stop time timer is activated at the time of stop, or a stop time is stored in a memory, and a difference from the current time is calculated to obtain a stop time.
[0038]
Next, in S1040, the target air amount corresponding to the determined pre-activation stop time is read from the map of FIG. 3, the target air amount is set, and the flow proceeds to S1050. In S1050, the motor 131 of the
[0039]
If it is determined in step S1020 that the time exceeds the set time from the start, the operation is in the normal operation state. Therefore, the process proceeds to step S1060, the target air amount for normal operation is read from the map in FIG. 3, and the target air amount is set. Move to
[0040]
Similarly, it is possible to control the target hydrogen amount according to the stop time. However, in the case of the hydrogen circulation system as shown in FIG. 2, the increase in the amount of hydrogen is achieved by opening the
[0041]
FIG. 5 is a target purge valve opening degree table at the time of startup used in the calculation of the fuel cell
[0042]
As shown in the table of FIG. 5, the target purge valve opening increases as the stop time before activation increases. The
[0043]
That is, these correspond to claim 4 of "fuel amount increasing means for increasing the amount of fuel supplied to the fuel cell for a predetermined period according to the stop time".
[0044]
FIG. 6 is a flowchart illustrating the fuel amount control in the first embodiment. In FIG. 6, first, in S1010, a target power generation current is determined from the accelerator pedal depression amount from the
[0045]
Next, in S1020, it is determined whether or not the elapsed time from the start is within the set time, and if it is within the set time, the process proceeds to S1030 to determine the stop time before the start. Specifically, there is a method of starting a timer at the time of stop, or storing a stop time.
[0046]
Next, in S1042, the target purge valve opening corresponding to the determined pre-start stop time is read from the map of FIG. 5, the target purge valve opening is set, and the routine goes to S1052. In S1052, the opening of the
[0047]
If it is determined in step S1020 that the time exceeds the set time from the start, the operation is in the normal operation state. Therefore, the process proceeds to step S1062, and the target purge valve opening for normal operation is read from the map of FIG. Then, the process proceeds to S1052.
[0048]
When the
[0049]
Further, the set time of S1020 may be a constant of about 3 minutes. However, as shown in FIG. 7, if the stop time before the start is longer, the influence of the condensed water condensed in the
[0050]
As described above, according to the present embodiment, since the operation method at the time of startup is changed according to the stop time before startup, it is possible to start up the fuel cell system in consideration of the influence of condensed water generated during the stop.
[0051]
In particular, since the configuration is such that the amount of air supplied to the fuel cell is increased in accordance with the stop time, condensed water at the cathode of the fuel cell can be discharged when the fuel cell system is started, and quick start is possible. .
[0052]
Further, since the amount of fuel (the amount of hydrogen) supplied to the fuel cell is increased according to the stop time, condensed water at the anode of the fuel cell at the time of starting the fuel cell system can also be discharged. Becomes possible.
[0053]
Further, according to the present embodiment, since the time for increasing the amount of air or hydrogen supplied to the fuel cell at the time of startup is changed according to the stop time, the power and hydrogen required for discharging condensed water are minimized. It is possible to do.
[0054]
[Second embodiment]
Next, a second embodiment of the startup control device for a fuel cell vehicle according to the present invention will be described. In the second embodiment, when the required load is low, the power is automatically generated even when the key switch (ignition switch) 15 of the vehicle remains ON, and the auxiliary device (compressor 130) for power generation is used. It has an idle stop function that stops the operation and automatically restarts when the required load increases. The configuration of the second embodiment is the same as the configuration of the fuel cell system shown in FIG.
[0055]
FIG. 8 is a flowchart relating to the idle stop function of the fuel cell
[0056]
In S102, it is determined whether or not idle stop is being performed. If it is not during idle stop, the process proceeds to S106, and if it is during idle stop, the process proceeds to S103.
[0057]
In S103, the idle stop is stopped, and the fuel cell system is restarted. At this time, the stop time (idle stop continuation time) is determined. Specifically, the determination is made by the timer that has started counting in S109 described later.
[0058]
In S104, a target air amount whose flow rate is increased according to the stop time is set according to FIG.
[0059]
In S105, the motor 131 that drives the
[0060]
In S106, it is determined whether or not the elapsed time from the restart (the air amount increasing time) has elapsed the set time. If it has not elapsed, the process proceeds to S104 to continue the air amount up control, and if it has elapsed, the process proceeds to S104A to end the air amount up control and set the target air amount for normal operation (FIG. 3).
[0061]
Note that the set time may be a constant as in the first embodiment, but it is more preferable to set the longer as the stop time is longer as shown in FIG.
[0062]
In S107, it is determined whether or not the fuel cell system is generating power. If power generation is not being performed, that is, if idle stop is being performed, the processing routine is exited. If power generation is being performed, that is, if idle stop is not being performed, the process proceeds to S108.
[0063]
In S108, an idle stop process, that is, a stop process of the fuel cell system is performed. In S109, measurement of the stop time is started.
[0064]
That is, the air amount increase control is performed at the time of startup according to the time during which the fuel cell system has been stopped at idle stop.
[0065]
Similarly, by changing S104, S104A, and S105 to S1042, S1062, and S1052 in the first embodiment, it is possible to perform hydrogen amount increase control. The details of this step are described in the first embodiment. The description is omitted because it is the same as that described above.
[0066]
In addition, the time during which the air amount increase control or the fuel amount increase control is continued is also changed according to the stop time, so that the flow rate increase control for eliminating the influence of condensed water condensed in the
[0067]
In the first embodiment, as shown in FIG. 3, the power generation for outputting the minimum current A had to be continued during the operation of the fuel cell system. However, in the present embodiment, when there is no driving force request, the fuel cell system is operated. Stopping (idle stop) can save fuel consumption.
[0068]
By the way, in the case of the present embodiment in which the idle stop is performed, the stop time of the fuel cell system is short and the length of the stop time is different each time, so that the amount of the condensed water accumulated differs each time. On the other hand, in the case of a normal stop due to the driver turning off the key, if the stop time exceeds a certain level, the amount of the condensed water accumulated becomes almost constant without much depending on the stop time.
[0069]
In the case of normal startup by the driver turning on the key, the situation occurs in a parking state, so that even if the startup time is somewhat long, there is little discomfort given to the driver, but the driving situation in which the idle stop is performed during normal driving This occurs during the temporary stop of the vehicle or during the regenerative braking operation when descending a slope, and there is a demand that the transition from the idle stop to the normal operation should be as short as possible.
[0070]
In the present embodiment, since the starting method is changed according to the duration of the idle stop, it is possible to eliminate the influence of the condensed water generated during the idle stop in a minimum time and shift to the normal operation. .
[0071]
[Third embodiment]
Next, a third embodiment of the start-up control device for a fuel cell vehicle according to the present invention will be described. The third embodiment includes an automatic restart unit that automatically restarts the fuel cell system regardless of the required load when the duration of the automatic stop state exceeds a predetermined time (corresponding to claim 6). . That is, when the duration of the idling stop state exceeds the predetermined time, the idling stop is interrupted regardless of the required load, and the fuel cell system is restarted to reduce the influence of the condensed water on the restart. ing. Other points are the same as in the second embodiment.
[0072]
The operation of the startup control device for a fuel cell vehicle in the present embodiment will be described with reference to the flowchart in FIG. FIG. 9 is basically the same as FIG. 8 and shows only the periphery of the different parts.
[0073]
In FIG. 9, in S107, when the fuel cell system is not generating power, that is, when the fuel cell system is in idle stop, the process proceeds to S107. In S108, an idle stop process, that is, a stop process of the fuel cell system is performed.
[0074]
In S110, it is determined whether the idle stop continuation time, that is, the stop time of the fuel cell system has passed a predetermined time. If it has not elapsed, the processing routine exits as it is, and if it has elapsed, the process proceeds to S103. Here, the predetermined time is set so that the influence of the condensed water condensed in the
[0075]
That is, the idle stop is stopped before the condensed water has a great effect on the restart, and the fuel cell system is restarted. Thus, the restart can be performed without the time for performing the flow rate increase control described in the second embodiment becoming excessive. In the flow rate increase control, it is necessary to increase the rotation of the compressor in order to increase the flow rate of the air supplied to the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an overall configuration of a fuel cell vehicle to which a startup control device according to the present invention is applied.
FIG. 2 is a configuration diagram illustrating a detailed configuration of a fuel cell system.
FIG. 3 is an example of a map showing a target air amount with respect to a generated current.
FIG. 4 is a flowchart illustrating air amount control according to the first embodiment.
FIG. 5 is an example of a map showing a target value of a purge valve opening degree with respect to a stop time before starting.
FIG. 6 is a flowchart illustrating purge valve control according to the first embodiment.
FIG. 7 is an example of a map illustrating an example of a set time with respect to a pre-activation stop time.
FIG. 8 is a flowchart illustrating an idle stop function according to the second embodiment.
FIG. 9 is a flowchart illustrating an idle stop function according to the third embodiment.
[Explanation of symbols]
13. Fuel cell system controller (startup controller)
23 ... Automatic stopping means 25 ... Automatic restarting means 27 ... Stop time measuring means 29 ... Operating method changing means 31 ... Air amount increasing means 33 ... Fuel amount increasing means
Claims (6)
燃料電池システムの起動前の停止時間を計測する停止時間計測手段と、
該停止時間計測手段が計測した前記停止時間に応じて起動時の前記燃料電池システムの運転方法を変更する運転方法変更手段と、
を備えたことを特徴とする燃料電池車両の起動制御装置。In a startup control device for a fuel cell vehicle driven by a motor powered by a fuel cell,
A stop time measuring means for measuring a stop time before starting the fuel cell system,
An operation method change unit that changes an operation method of the fuel cell system at the time of startup according to the stop time measured by the stop time measurement unit,
A start-up control device for a fuel cell vehicle, comprising:
要求負荷が増加した場合に、自動的に燃料電池システムを再起動する自動再起動手段と、を備え、
前記停止時間は、前記自動停止から前記自動再起動までの時間であることを特徴とする請求項1記載の燃料電池車両の起動制御装置。Automatic stop means for automatically stopping the operation of the fuel cell power generation and auxiliary equipment for power generation when the required load is low load;
Automatic restart means for automatically restarting the fuel cell system when the required load increases,
The start control device for a fuel cell vehicle according to claim 1, wherein the stop time is a time from the automatic stop to the automatic restart.
前記燃料電池へ供給する空気量を前記停止時間に応じて所定期間増加させる空気量増加手段を備えたことを特徴とする請求項1または請求項2記載の燃料電池車両の起動制御装置。The driving method changing means,
3. The start-up control device for a fuel cell vehicle according to claim 1, further comprising air amount increasing means for increasing an amount of air supplied to the fuel cell for a predetermined period according to the stop time.
前記燃料電池へ供給する燃料量を前記停止時間に応じて所定期間増加させる燃料量増加手段を備えたことを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項記載の燃料電池車両の起動制御装置。The driving method changing means,
4. The fuel cell vehicle according to claim 1, further comprising a fuel amount increasing unit configured to increase a fuel amount supplied to the fuel cell for a predetermined period according to the stop time. Control device.
前記燃料電池へ供給する空気量または燃料量を前記停止時間に応じて増加させる時間を、前記停止時間に応じて長くすることを特徴とする請求項3または請求項4記載の燃料電池車両の起動制御装置。The air amount increasing means or the fuel amount increasing means,
5. The fuel cell vehicle according to claim 3, wherein a time for increasing the amount of air or fuel supplied to the fuel cell in accordance with the stop time is lengthened in accordance with the stop time. Control device.
前記自動停止状態の継続時間が所定時間を超えたときには、要求負荷に関わらず燃料電池システムを自動的に再起動させることを特徴とする請求項2記載の燃料電池車両の起動制御装置。The automatic restart means,
3. The start-up control device for a fuel cell vehicle according to claim 2, wherein when the duration of the automatic stop state exceeds a predetermined time, the fuel cell system is automatically restarted regardless of a required load.
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