JP2004129433A - Fuel cell powered vehicle and its control method - Google Patents

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    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enable restarting of a vehicle in a short time from an idling stop, while improving fuel consumption by stopping the feed of reactive gas to a fuel cell at idle stop. <P>SOLUTION: Air block mechanisms (shut valves 25, 26) for blocking an air pole passage in the idle stop are arranged at an air feed system of the fuel cell 2. Air is sealed in the air pole passage, while keeping the pressure of the air, by blocking the air pole passage with an air blocking mechanisms in the idle stop. When restarting, the rise in the air pressure necessary for reaching pressure required for extracting prescribed power does not need to be large, thus enabling restart within a short time. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池を駆動源として搭載する燃料電池車両及びその制御方法に関するものであり、特に、アイドル停止時における制御技術の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年の環境問題、特に車両からの排出ガスによる大気汚染や二酸化炭素による地球温暖化の問題等に対する対策として、クリーンな排気及び高エネルギ効率を可能とする燃料電池技術が注目を浴びている。燃料電池は、燃料となる水素あるいは水素リッチな改質ガス及び空気を電解質・電極触媒複合体に供給し、電気化学反応を起こし、化学エネルギを電気エネルギに変換するエネルギ変換システムである。なかでも、固体高分子膜を電解質として用いた固体高分子電解質型燃料電池は、低コストでコンパクト化が容易であり、しかも高い出力密度を有することから、車両の駆動源としての用途が期待されている。
【0003】
ところで、以上のような燃料電池を駆動源として搭載した燃料電池車両では、車両が一時停止状態となるアイドル停止時における燃料電池の運転制御が問題になる。アイドル停止時にも燃料電池から電力供給を行うようにすると、燃料電池の低出力領域での発電効率が悪いことに起因して、燃費が悪化する。
【0004】
そこで、燃料電池車両がアイドル停止状態にあることを検出した場合に、反応ガスの供給を停止して、燃料電池の発電を停止するアイドル制御装置が開発されている(例えば、特許文献1参照)。この特許文献1記載のアイドル制御装置では、燃料電池車両を駆動するモータの回転数が所定値以下で、ブレーキがオンの状態、バッテリ残容量が所定残容量以上、電気的負荷が所定値以下であるある場合に、アイドル状態であると判断して反応ガスである空気や水素の供給を停止して、燃料電池での発電を停止するようにしている。
【0005】
【特許文献1】
特開2001−359204号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術のようにアイドル停止時に反応ガスの供給を停止すると、燃料電池内の反応ガスの圧力が次第に低下していき、特に再起動時に支障を来す虞れがある。一般に、燃料電池の発電電力が大きくなるほど、供給する反応ガスは、流量の他、その圧力も大きくする必要がある。したがって、以上のようにアイドル停止時に反応ガスの供給を停止して燃料電池内の反応ガス圧力が低下してしまうと、次に発電を行う際に、所定の電力を取り出すのに必要な圧力まで反応ガス圧力を上昇させるのに時間が必要となる。
【0007】
そのため、例えば信号待ちによる燃料電池車両の一時停止時等、アイドル停止後に短時間で燃料電池を再起動させる必要がある場合には、このような制御方法では起動に時間が掛かりすぎてしまい、素速い起動、すなわち素速い電力取り出し要求に応えることができない。また、特に、燃料電池の空気極側はコンプレッサで空気圧力を高める構成であるため、以上のような圧力低下を補おうとすると、多大なエネルギーが消費されることになる。
【0008】
本発明は、従来技術の有する前記課題を解消することを目的として提案されたものである。すなわち、本発明は、アイドル停止時には反応ガスの供給を停止することで燃費を改善することができると共に、再起動時には短時間で燃料電池から所望の電力を取り出すことが可能な燃料電池車両及びその制御方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、上述の目的を達成するために、空気供給手段及び水素供給手段と、前記空気供給手段からの空気を燃料電池スタックの空気極へと導く空気極通路及び前記水素供給手段からの水素を燃料電池スタックの水素極へと導く水素極通路とを備える燃料電池が駆動源として搭載された燃料電池車両において、燃料電池の空気極通路の入口側及び出口側に空気遮断機構を設ける。そして、アイドル停止時には、この空気遮断機構により燃料電池の空気極通路を遮断し、燃料電池の空気極通路内の圧力を維持するようにする。
【0010】
このように、アイドル停止時に空気を圧力を保ったまま燃料電池の空気極通路内に密閉することにより、次回起動時に所定の電力を取り出すために必要な圧力まで到達させるための空気圧力の上昇は僅かなもので済む。したがって、アイドル停止を解除して再度燃料電池で発電を行う際に、圧力上昇に要する時間を大幅に短縮して燃料電池での発電を短時間で再開できると共に、コンプレッサでのエネルギー消費も抑制される。
【0011】
【発明の効果】
本発明によれば、アイドル停止時には反応ガスの供給を停止しているので、燃費を大幅に改善することができると共に、アイドル停止時には、空気遮断機構により燃料電池の空気極通路を遮断して、燃料電池の空気極通路内の圧力を維持するようにしているので、素速い再起動、素速い電力の取り出しが可能である。さらに、再起動時におけるコンプレッサ等でのエネルギー消費も抑制することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した燃料電池車両及びその制御方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【0013】
(第1の実施形態)
図1は、燃料電池車両の基本構成を示すものである。燃料電池車両は、車両本体1に駆動電源として燃料電池発電システム(以下、単に燃料電池という。)2を搭載してなるものであり、更にインバータ3や、駆動モータ4、駆動輪5、車速センサ6、2次電池7、リレー8、及び制御コントローラ9等を備えている。
【0014】
燃料電池2は、駆動モータ4が消費する電力や2次電池7の充電に必要な電力が発電できるように、燃料電池スタックに供給する水素や空気の圧力、流量等が圧力調整弁、コンプレッサ等で制御されるようになっている。また、インバータ3は、燃料電池2で発電される直流電力を交流電力に変換し、制御コントローラ9から指示される駆動モータ出力トルクとなるように、駆動モータ4を制御する。
【0015】
駆動輪5は、駆動モータ4と機械的に接続されており、駆動モータ4の駆動トルクをタイヤに伝達し、駆動力を発生させる。ここには車速センサ6が設けられており、駆動輪5の回転速度はこの車速センサ6によって検出されるようになっている。
【0016】
2次電池7は、アイドル停止時など、燃料電池2から電力が供給されない場合に、駆動モータ4に電力を供給する。また、リレー8は、制御コントローラ9からの指令に基づいて、燃料電池2と負荷回路とを接続/切断する。
【0017】
次に、燃料電池2の具体的構成について、図2を参照して説明する。燃料電池2は、図2に示すように、燃料電池スタック11と、この燃料電池スタック11に燃料である水素(あるいは水素リッチガス)を供給するための水素供給系と、燃料電池スタック11に酸化剤である空気を供給するための空気供給系とを有している。
【0018】
燃料電池スタック11は、水素が供給される水素極11aと酸素(空気)が供給される空気極11bとが電解質・電極触媒複合体を挟んで重ね合わされた発電セルを多段積層してなるものであり、電気化学反応により化学エネルギーを電気エネルギーに変換する発電部を構成するものである。水素極11aでは、水素が供給されることで水素イオンと電子に解離し、水素イオンは電解質を通り、電子は外部回路を通って電力を発生させ、空気極11bにそれぞれ移動する。空気極11bでは、供給された空気中の酸素と上記水素イオン及び電子が反応して水が生成し、外部に排出される。
【0019】
燃料電池スタック11の電解質としては、高エネルギー密度化、低コスト化、軽量化等を考慮して、例えば固体高分子電解質が用いられる。固体高分子電解質は、例えばフッ素樹脂系イオン交換膜等、イオン(プロトン)伝導性の高分子膜からなるものであり、飽和含水することによりイオン伝導性電解質として機能する。
【0020】
水素供給系は、水素供給手段からの水素を水素極通路によって燃料電池スタック11の水素極11aへと導くようになっている。すなわち、この水素供給系は、水素供給手段としての高圧水素タンク12や水素調圧弁13、エゼクタ14と、水素極通路となる水素供給配管15、水素循環配管16とを有している。また、燃料電池スタック11の水素極11aの入口近傍には、水素圧力センサ17が設けられている。そして、水素供給源である高圧水素タンク12から供給される水素ガスは、水素調圧弁13及びエゼクタ14を通って水素供給配管15へと送り込まれ、燃料電池スタック11の水素極11aに供給される。このとき、水素調圧弁13は、水素圧力センサ16からの出力に基づいて制御され、燃料電池スタック11の水素極11a及び水素極通路内の圧力が負荷に応じた圧力になるように、供給される水素ガスの圧力を調整している。
【0021】
燃料電池スタック11では、供給された水素ガスが全て消費されるわけではなく、消費されなかった水素ガス(燃料電池スタック11から排出される水素ガス)は、水素循環配管17を通ってエゼクタ14により循環され、新たに供給される水素ガスと混合されて、再び燃料電池スタック11の燃料極11aに供給される。これにより、水素のストイキ比(供給流量/消費流量)を1以上にすることができ、セル電圧が安定化する。
【0022】
なお、燃料電池スタック11の出口側には、パージ弁18及びパージ配管19が設けられている。パージ弁18は、通常は閉じられており、燃料電池スタック11の水詰まりや不活性ガスの蓄積等によるセル電圧の低下を検知すると開放されるようになっている。水素循環配管17内には水素ガスを循環させることで不純物や窒素等が蓄積され、これにより水素分圧が降下して燃料電池2の効率が低下する場合もある。そこで、燃料電池スタック11の出口側にパージ弁18やパージ配管19を設け、必要に応じてパージ弁18を開放して水素パージを行うことで、水素循環配管17内から不純物や窒素等を除去できるようにしている。
【0023】
空気供給系は、空気供給手段からの空気を空気極通路によって燃料電池スタック11の空気極11bへと導くようになっている。すなわち、この空気供給系は、空気供給手段としてのコンプレッサ20や空気調圧弁21と、空気極通路となる空気供給配管22とを有している。ここで、コンプレッサ20は燃料電池スタック11の空気極11bに空気を送り込むものであり、例えばモータ駆動により圧縮した空気を空気供給配管22を通して燃料電池スタック11の空気極11bへと供給する。空気調圧弁21はコンプレッサ20によって供給される空気の圧力を調整するものであり、燃料電池スタック11の空気極11bの出口側に設けられている。また、燃料電池スタック11の空気極11bの入口近傍には、空気圧力センサ23が設けられており、空気調圧弁21は、この空気圧力センサ23からの出力に基づいて制御され、燃料電池スタック11の空気極11b及び空気極通路内の圧力が負荷に応じた圧力になるように、コンプレッサ20によって供給される空気の圧力を調整している。なお、燃料電池スタック11で消費されなかった酸素及び空気中の他の成分は、燃料電池スタック11から空気調圧弁23を介して排出される。
【0024】
以上のよう構成の燃料電池2において、固体高分子電解質型の燃料電池スタック11は、適正な作動温度が80℃前後と比較的低く、過熱時には冷却することが必要である。したがって、以上のような燃料電池2においては、通常、冷却水を循環させて燃料電池スタック11を冷却し、これを最適な温度に維持する冷却機構が設けられているが、ここではその説明は省略する。
【0025】
以上が燃料電池2の具体的構成であるが、本実施形態では、上述した水素供給系及び空気供給系に、それぞれ遮断機構であるシャット弁を設け、アイドル停止時には水素極通路及び空気極通路の圧力を保持するようにしている。具体的には、水素供給系には、高圧水素タンク12と水素調圧弁13との間に高圧シャット弁24を設け、水素極通路の燃料電池スタック11入口側を遮断できるようにするとともに、パージ弁18を遮断機構として機能させて、水素極通路の燃料電池スタック11出口側を遮断できるようにしている。また、空気供給系には、コンプレッサ20と空気圧力センサ23との間に入口側空気シャット弁25を設けるとともに、空気調圧弁21の下流側に出口側空気シャット弁26を設け、燃料電池スタック11入口側及び出口側を遮断できるようにしている。
【0026】
燃料電池2においては、車速センサ6からの情報等に基づいて制御コントローラ9でアイドル状態と判定されると、遮断機構である各シャット弁24,25,26及びパージ弁18が制御コントローラ9からの制御信号に基づいて操作され、水素極通路及び空気極通路と燃料電池スタック11とが密閉されて、これらの内部における圧力低下が防止される。以下、このアイドル停止時の制御フローについて説明する。
【0027】
図3は、燃料電池スタック11の発電電力と水素圧力、空気圧力の関係の一例を示すものである。この図3からも分かるように、発電電力が大きくなるほど水素や空気の流量の他、これらの圧力も大きくする必要がある。したがって、再起動を考えると、アイドル停止時の圧力低下は極力抑えることが好ましく、以下の制御フローが有効になる。
【0028】
本実施形態における制御フローは、アイドル停止か否かの判定のためのアイドル停止判定フローと、アイドル停止と判定された場合のアイドル停止時操作フローからなる。
【0029】
先ず、アイドル停止判定フローを図4に示す。アイドル停止か否かの判定に際しては、最初に、運転者により操作される図示しないイグニッションスイッチがオンであるかオフであるかを検出する(ステップS1)。ここで、イグニッションスイッチがオフであれば、その後直ちに発電が要求されることは無いと考えられるので、完全に車両(燃料電池発電システム)を停止させるための運転停止操作を行う(ステップS7)。
【0030】
運転停止操作では、コンプレッサ20の作動を停止するとともに、高圧シャット弁24を閉じ、新たな空気・水素の供給を停止する。また、パージ弁18、出口側空気シャット弁26、空気調圧弁23を全て全開とし、燃料電池スタック11及び水素極通路内、空気極通路内を大気開放する。
【0031】
イグニッションスイッチがオンである場合には、要求発電量(運転者の駆動力要求)が所定値以下であるか否か(ステップS2)、車速が所定の速度以下であるか否か(ステップS3)、バッテリの充電容量が十分であるか否か(ステップS4)を各ステップにおいて検出し、アイドル停止を行うか否かを判定する。これらの条件を満たした場合、すなわち要求発電量が所定値以下であり、車速が所定の速度以下であり、バッテリの充電容量が十分である場合には、その時点では燃料電池スタック11での発電を停止しても構わないが、直後(数分以内)に発電を再開する必要が生まれる可能性が高いので、運転停止操作ではなくアイドル停止を行うと判定し、アイドル停止モード(ステップS5)に移行する。なお、アイドル停止の判定については、従来技術と同様、他の運転パラメータを追加してもよいし、また、他の判定方法を適用してもよい。
【0032】
なお、上記各ステップ(ステップS2、ステップS3、ステップS4)の何れかにおいて条件を満たさない場合、すなわち、要求発発電量が所定値以上であったり、車速が所定の速度以上であったり、バッテリの充電容量が不十分である場合には、燃料電池スタック11の発電を継続する(ステップS6)。
【0033】
以上のアイドル停止判定フローによりアイドル停止を行うと判定された場合、図5に示すアイドル停止時操作フローに基づいて各シャット弁等の操作を行う。
【0034】
アイドル停止時には、先ず、水素供給系のパージ弁18を開放する(ステップS11)。次いで、リレー8をオフし、燃料電池スタック11を負荷回路から切断する(ステップS12)。これによって燃料電池スタック11からの電力取出しは行われなくなる。
【0035】
次に、水素供給系に設けられた高圧シャット弁24を閉じ、新たな水素供給が行われないようにする(ステップS13)。その後、水素調圧弁13を開放し、水素調圧弁13上流の水素ガスを燃料電池スタック11の入口へ流す(ステップS14)。
【0036】
続いて、燃料電池スタック11の入口に設けられた水素圧力センサ17での検出値を基に、燃料電池スタック11入口の水素圧力が所定値以上であるか否かを判定する。ここでいう所定値は、図3に示した特性から、アイドル停止から復帰する時にどのくらいの発電を瞬時に行えるようにするかを基に決めればよい(ステップS15)。このステップS15において、水素圧力センサ16での検出値が所定値以上と判定された場合には、所定値以下と判定されるまで、ステップS15の処理を繰り返す。そして、水素圧力センサ16での検出値が所定値より小さいと判定されると、パージ弁18を閉じて、水素極通路を密閉する(ステップS16)。
【0037】
次いで、コンプレッサ20を停止し(ステップS17)、出口側空気シャット弁26を閉じる(ステップS18)。そして、空気調圧弁21をほぼ全開とし、空気供給系全体の圧力平衡を図る(ステップS19)。ここでは、コンプレッサ20が絞りとなり、比較的緩やかに空気供給系の圧力が推移することになる。
【0038】
ステップ20では、燃料電池スタック11の入口に設けられた空気圧力センサ2での検出値を基に、燃料電池スタック11入口の空気圧力が所定値以上か否かが判定される。ここの所定値は、水素側と同様に、図3に示した特性から、アイドル停止から復帰する時にどのくらいの発電を瞬時に行えるようにするかを基に決定すればよい。また、水素極側との差圧を所定値以内にする必要がある場合には、それも考慮して決定すればよい。このステップS20において、空気圧力が所定値以上と判定された場合は、所定値以下と判定されるまで、ステップS20の処理を繰り返す。そして、空気圧力が所定値より小さいと判定されると、入口側空気シャット弁25を閉じ、空気極通路を密閉する(ステップS21)。
【0039】
以上がアイドル停止時における制御フローであるが、従来技術では、アイドル停止するときには反応ガスの供給が停止されると共に、水素極通路及び空気極通路が開放されるため、これらの圧力が低下するようになっていた。このような構成では、次回発電を行う際に、所定の電力を取り出すために必要な圧力まで空気や水素圧力を上昇させる時間が必要となる。そのために、自動車のアイドルストップに要求されるような素速い起動、電力取り出し要求に応えることができないという問題があった。
【0040】
これに対して、本実施形態では、水素と空気の圧力を保ったまま水素極通路及び空気極通路を密閉しているので、アイドル停止を解除し、再度燃料電池を発電する際に、僅かな時間で必要な圧力まで水素や空気圧力を上昇させことができる。
【0041】
また、アイドル停止に入る際に上述のような動作順序を規定することで、アイドル停止実行時に水素圧力と空気圧力の差圧が大きくなることを抑制することができ、燃料電池スタック11の高分子膜の性能劣化を防ぐことができる。
【0042】
さらに、発電停止時に長期間水素と空気を圧力を保ったまま密閉すると、圧力バランスが崩れて燃料電池の耐久性を悪化させる場合があるといった弊害も考えられるが、本実施形態においては、発電停止時に水素と空気とを圧力を保ったまま密閉するのはアイドル停止の場合のみであり、通常の運転停止時には大気開放するので、このような弊害が生ずることもない。
【0043】
なお、本実施形態では、水素ガスの循環系に必要なパージ弁18を水素極通路の密閉のためのシャット弁として利用しているので、コストアップを抑制できるという利点も有する。
【0044】
(第2の実施形態)
本実施形態は、上述した第1の実施形態のアイドル停止時操作フローに、燃料電池スタック11の空気極と水素極との差圧を抑制するステップを加えた例である。本実施形態における燃料電池車両及び燃料電池2の基本構成は、上述した第1の実施形態のものと同様であるので、ここではその説明は省略する。
【0045】
本実施形態におけるアイドル停止時操作フローを図6に示す。本実施形態においても、上述した第1の実施形態と同様に、アイドル停止の判定(図4参照)を行った後、図6に示すアイドル停止時操作フローを実施する。
【0046】
本実施形態におけるステップS31〜ステップS39までは、図5に示す制御フローのステップS11〜ステップS19までと同じであるので、説明は省略する。ステップS39により空気調圧弁21を全開にした後、燃料電池スタック11入口の空気圧力センサ22の検出値と、燃料電池スタック11入口の水素圧力センサ16の検出値とを比較し、空気圧力が水素圧力より所定値以上小さいか否かを判定する(ステップS40)。
【0047】
このステップS40において所定値以上小さいと判定された場合、すなわち、燃料電池スタック11入口の空気圧力が水素圧力より小さく、且つその差圧が所定値以上である場合には、コンプレッサ20を再び駆動する(ステップ41)。このとき、出口側空気シャット弁26が閉状態であるので、空気供給系の空気極通路内の圧力が上がることになる。そして、再びステップS40に戻り、上記差圧が所定値以下と判定されるまでステップS41の処理を繰り返す。そして、上記差圧が所定値より小さいと判定されると、入口側空気シャット弁25及び出口側空気シャット弁26を閉じ、空気極通路を密閉する(ステップS42)。
【0048】
本実施形態では、空気と水素との差圧が所定値以上である場合、コンプレッサ20の下流の入口側空気シャット弁25を閉じる前に、コンプレッサ20を駆動し、燃料電池スタック11入口の空気圧力を調整する構成となっている。したがて、アイドル停止実行時に水素圧力と空気圧力の差圧が大きくなるのを抑制することができ、燃料電池スタック11の高分子膜の性能劣化を防ぐことができる。
【0049】
また、第1の実施形態での効果に加え、空気圧力と水素圧力との差圧コントロールが容易にでき、より高い圧力で密閉することが可能となることから、アイドル停止からの復帰時に、燃料電池スタック11からより多くの電力を素速く取り出すことが可能になる。
【0050】
(第3の実施形態)
本実施形態は、燃料電池スタック11に供給する空気、水素を加湿する場合のアイドル停止時操作フローに関するものである。燃料電池2の構成は、第1の実施形態において図2に示したものと基本的には同じであるが、図7に示すように、燃料電池スタック11の入口側に空気及び水素ガスを加湿する加湿器27が追加されている。
【0051】
一般的な高分子膜タイプの燃料電池2では、燃料電池スタック11の電解質に用いられる高分子膜を湿潤させるために、空気や水素を加湿する何らかの加湿デバイスが必要である。このような加湿デバイスを設けた場合のアイドル停止時操作フローを図8に示す。なお、このアイドル停止時操作フローも、上述した第1の実施形態と同様に、アイドル停止の判定(図4参照)を行った後に実施されるものである。
【0052】
アイドル停止時には、先ず、水素供給系のパージ弁18を開放する(ステップS51)。次いで、リレー8をオフし、燃料電池スタック11を負荷回路から切断する(ステップS52)。これによって燃料電池スタック11からの電力取出しは行われなくなる。
【0053】
次に、燃料電池スタック11からの電力取り出しが行われなくなったことを受けて、加湿器27の加湿動作を停止する(ステップS53)。この加湿動作の停止の手法としては、例えば加湿器27への純水供給を停止する方法でもよいし、加湿器27をバイパスするガス流路を設けて、水素ガス、空気とも加湿器27を通過させないようにする方法でも構わない。
【0054】
以降のステップS54〜ステップS63については、第2の実施形態におけるステップS33〜ステップS42と同じであるので、ここではその説明は省略する。
【0055】
本実施形態では、密閉する水素及び空気の加湿を行わないので、第1の実施形態や第2の実施形態での効果に加え、発電停止時の燃料電池スタック11内の温度低下による凝縮水の生成を抑制できるという効果を得ることができる。このため、アイドル停止からの復帰時に、燃料電池スタック11内の水詰まりによるセル電圧の低下を抑制することができ、燃料電池スタック11からより多くの電力を素速く取り出すことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】燃料電池車両の基本構成を示す模式図である。
【図2】燃料電池発電システムの具体的な構成例を示す図である。
【図3】燃料電池の発電電力とそれに必要な水素圧力、空気圧力の関係を示す特性図である。
【図4】第1の実施形態におけるアイドル停止判定フローを示すフローチャートである。
【図5】第1の実施形態におけるアイドル停止時操作フローを示すフローチャートである。
【図6】第2の実施形態におけるアイドル停止時操作フローを示すフローチャートである。
【図7】加湿デバイスを追加した燃料電池発電システムの具体的構成例を示す図である。
【図8】第3の実施形態におけるアイドル停止時操作フローを示すフローチャートである。
【符号の説明】
1 車両本体
2 燃料電池
3 インバータ
4 駆動モータ
6 車速センサ
7 2次電池
8 リレー
9 制御コントローラ
11 燃料電池スタック
11a 水素極
11b 空気極
13 水素調圧弁
15 水素供給配管
16 水素循環配管
17 水素圧力センサ
18 パージ弁
20 コンプレッサ
21 空気調圧弁
22 空気供給配管
23 空気圧力センサ
24 高圧シャット弁
25 入口側空気シャット弁
26 出口側空気シャット弁
27 加湿器
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell vehicle equipped with a fuel cell as a drive source and a control method thereof, and more particularly to an improvement in control technology at the time of idle stop.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Fuel cell technology that enables clean exhaust and high energy efficiency has attracted attention as a countermeasure against environmental problems in recent years, in particular, air pollution caused by exhaust gas from vehicles and global warming caused by carbon dioxide. 2. Description of the Related Art A fuel cell is an energy conversion system that supplies hydrogen or a hydrogen-rich reformed gas and air as a fuel to an electrolyte-electrode catalyst composite, causes an electrochemical reaction, and converts chemical energy into electric energy. Above all, solid polymer electrolyte fuel cells using solid polymer membranes as electrolytes are inexpensive, easy to make compact, and have a high power density, so they are expected to be used as driving sources for vehicles. ing.
[0003]
By the way, in a fuel cell vehicle equipped with the above-described fuel cell as a drive source, there is a problem in controlling the operation of the fuel cell at the time of idle stop in which the vehicle is temporarily stopped. If power is supplied from the fuel cell even at the time of idling stop, fuel efficiency deteriorates due to poor power generation efficiency in the low output region of the fuel cell.
[0004]
Accordingly, an idle control device has been developed that stops the supply of the reactant gas and stops the power generation of the fuel cell when it is detected that the fuel cell vehicle is in the idle stop state (for example, see Patent Document 1). . In the idle control device described in Patent Document 1, when the rotation speed of the motor driving the fuel cell vehicle is equal to or less than a predetermined value, the brake is on, the remaining battery charge is equal to or more than the predetermined charge, and the electric load is equal to or less than the predetermined value. In some cases, it is determined that the fuel cell is in an idle state, and the supply of air or hydrogen as a reaction gas is stopped to stop the power generation in the fuel cell.
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2001-359204 A
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, if the supply of the reaction gas is stopped at the time of idling stop as in the above-described prior art, the pressure of the reaction gas in the fuel cell gradually decreases, and there is a possibility that trouble may occur particularly at the time of restart. In general, as the power generated by the fuel cell increases, the supplied reaction gas needs to have a higher flow rate and a higher pressure. Therefore, when the supply of the reaction gas is stopped at the time of the idle stop as described above and the pressure of the reaction gas in the fuel cell decreases, the pressure required to take out the predetermined power at the time of next power generation is reduced. Time is required to increase the reaction gas pressure.
[0007]
Therefore, when it is necessary to restart the fuel cell in a short time after the idle stop, for example, when the fuel cell vehicle is temporarily stopped due to waiting for a traffic light, such a control method takes too much time to start up, and the control method takes too much time. Fast start-up, i.e., unable to respond to fast power draw requests. In particular, since the air electrode side of the fuel cell is configured to increase the air pressure by the compressor, a large amount of energy is consumed to compensate for the above-described pressure drop.
[0008]
The present invention has been proposed for the purpose of solving the above-mentioned problems of the prior art. That is, the present invention can improve fuel efficiency by stopping the supply of reactant gas at the time of idling stop, and at the time of restart, can extract desired electric power from the fuel cell in a short time, and a fuel cell vehicle. It is an object to provide a control method.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, in order to achieve the above object, an air supply means and a hydrogen supply means, an air electrode passage for guiding air from the air supply means to an air electrode of a fuel cell stack, and a hydrogen supply means In a fuel cell vehicle in which a fuel cell including a hydrogen electrode passage for guiding hydrogen to a hydrogen electrode of a fuel cell stack is mounted as a driving source, an air shutoff mechanism is provided on an inlet side and an outlet side of an air electrode passage of the fuel cell. When the engine is idle, the air cutoff mechanism shuts off the air electrode passage of the fuel cell and maintains the pressure in the air electrode passage of the fuel cell.
[0010]
As described above, by closing the air in the air electrode passage of the fuel cell while maintaining the pressure at the time of idling stop, an increase in the air pressure to reach a pressure necessary for extracting predetermined power at the next start-up is prevented. Only a few are needed. Therefore, when the idle stop is released and power is again generated by the fuel cell, the time required for pressure increase can be greatly reduced, power generation by the fuel cell can be resumed in a short time, and energy consumption by the compressor is suppressed. You.
[0011]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the supply of the reaction gas is stopped at the time of the idle stop, the fuel efficiency can be greatly improved.At the time of the idle stop, the air electrode passage of the fuel cell is shut off by the air shutoff mechanism. Since the pressure in the air electrode passage of the fuel cell is maintained, quick restart and quick power extraction are possible. Further, energy consumption by the compressor or the like at the time of restart can be suppressed.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a fuel cell vehicle to which the present invention is applied and a control method thereof will be described in detail with reference to the drawings.
[0013]
(1st Embodiment)
FIG. 1 shows a basic configuration of a fuel cell vehicle. The fuel cell vehicle has a vehicle body 1 on which a fuel cell power generation system (hereinafter, simply referred to as a fuel cell) 2 is mounted as a driving power source, and further includes an inverter 3, a driving motor 4, a driving wheel 5, a vehicle speed sensor. 6, a secondary battery 7, a relay 8, a controller 9, and the like.
[0014]
The fuel cell 2 controls the pressure and flow rate of hydrogen and air supplied to the fuel cell stack by using a pressure regulating valve, a compressor, and the like so that power consumed by the drive motor 4 and power required for charging the secondary battery 7 can be generated. It is controlled by. The inverter 3 converts the DC power generated by the fuel cell 2 into AC power, and controls the drive motor 4 so that the drive motor output torque is instructed by the controller 9.
[0015]
The drive wheel 5 is mechanically connected to the drive motor 4 and transmits the drive torque of the drive motor 4 to the tire to generate a drive force. Here, a vehicle speed sensor 6 is provided, and the rotation speed of the drive wheel 5 is detected by the vehicle speed sensor 6.
[0016]
The secondary battery 7 supplies electric power to the drive motor 4 when electric power is not supplied from the fuel cell 2 such as at idle stop. The relay 8 connects / disconnects the fuel cell 2 and the load circuit based on a command from the controller 9.
[0017]
Next, a specific configuration of the fuel cell 2 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2, the fuel cell 2 includes a fuel cell stack 11, a hydrogen supply system for supplying hydrogen (or a hydrogen-rich gas) as fuel to the fuel cell stack 11, and an oxidant And an air supply system for supplying air.
[0018]
The fuel cell stack 11 is formed by stacking power generation cells in which a hydrogen electrode 11a to which hydrogen is supplied and an air electrode 11b to which oxygen (air) is supplied are stacked with an electrolyte / electrode catalyst composite interposed therebetween. There is a power generation unit that converts chemical energy into electric energy by an electrochemical reaction. At the hydrogen electrode 11a, when hydrogen is supplied, hydrogen is dissociated into hydrogen ions and electrons, the hydrogen ions pass through the electrolyte, and the electrons generate electric power through an external circuit and move to the air electrode 11b. At the air electrode 11b, oxygen in the supplied air reacts with the hydrogen ions and electrons to generate water, which is discharged to the outside.
[0019]
As the electrolyte of the fuel cell stack 11, for example, a solid polymer electrolyte is used in consideration of high energy density, low cost, light weight, and the like. The solid polymer electrolyte is an ion (proton) conductive polymer membrane such as a fluororesin-based ion exchange membrane, and functions as an ion conductive electrolyte when saturated with water.
[0020]
The hydrogen supply system guides the hydrogen from the hydrogen supply means to the hydrogen electrode 11a of the fuel cell stack 11 through the hydrogen electrode passage. That is, this hydrogen supply system has a high-pressure hydrogen tank 12 as a hydrogen supply means, a hydrogen pressure regulating valve 13, an ejector 14, a hydrogen supply pipe 15 serving as a hydrogen electrode passage, and a hydrogen circulation pipe 16. Further, a hydrogen pressure sensor 17 is provided near the inlet of the hydrogen electrode 11a of the fuel cell stack 11. Then, the hydrogen gas supplied from the high-pressure hydrogen tank 12 serving as the hydrogen supply source is sent to the hydrogen supply pipe 15 through the hydrogen pressure regulating valve 13 and the ejector 14 and supplied to the hydrogen electrode 11 a of the fuel cell stack 11. . At this time, the hydrogen pressure regulating valve 13 is controlled based on the output from the hydrogen pressure sensor 16 and is supplied so that the pressure in the hydrogen electrode 11a and the pressure in the hydrogen electrode passage of the fuel cell stack 11 becomes a pressure corresponding to the load. The hydrogen gas pressure is adjusted.
[0021]
In the fuel cell stack 11, not all of the supplied hydrogen gas is consumed. Unused hydrogen gas (hydrogen gas discharged from the fuel cell stack 11) passes through the hydrogen circulation pipe 17 and is ejected by the ejector 14. The fuel gas is circulated, mixed with newly supplied hydrogen gas, and supplied again to the fuel electrode 11 a of the fuel cell stack 11. Thereby, the stoichiometric ratio (supply flow rate / consumption flow rate) of hydrogen can be made 1 or more, and the cell voltage is stabilized.
[0022]
A purge valve 18 and a purge pipe 19 are provided on the outlet side of the fuel cell stack 11. The purge valve 18 is normally closed, and is opened when a decrease in cell voltage due to water clogging of the fuel cell stack 11 or accumulation of inert gas is detected. Impurities, nitrogen, and the like are accumulated in the hydrogen circulation pipe 17 by circulating the hydrogen gas, which may lower the hydrogen partial pressure and reduce the efficiency of the fuel cell 2 in some cases. Therefore, a purge valve 18 and a purge pipe 19 are provided on the outlet side of the fuel cell stack 11, and the purge valve 18 is opened as necessary to perform hydrogen purging, thereby removing impurities, nitrogen, and the like from the hydrogen circulation pipe 17. I can do it.
[0023]
The air supply system guides the air from the air supply means to the air electrode 11b of the fuel cell stack 11 through the air electrode passage. That is, this air supply system has a compressor 20 and an air pressure regulating valve 21 as air supply means, and an air supply pipe 22 as an air electrode passage. Here, the compressor 20 sends air to the air electrode 11b of the fuel cell stack 11, and supplies, for example, air compressed by driving a motor to the air electrode 11b of the fuel cell stack 11 through the air supply pipe 22. The air pressure regulating valve 21 regulates the pressure of the air supplied by the compressor 20, and is provided on the outlet side of the air electrode 11b of the fuel cell stack 11. Further, an air pressure sensor 23 is provided near the inlet of the air electrode 11b of the fuel cell stack 11, and the air pressure regulating valve 21 is controlled based on the output from the air pressure sensor 23. The pressure of the air supplied by the compressor 20 is adjusted so that the pressure in the air electrode 11b and the air electrode passage becomes a pressure corresponding to the load. Note that oxygen and other components in the air that are not consumed in the fuel cell stack 11 are discharged from the fuel cell stack 11 through the air pressure regulating valve 23.
[0024]
In the fuel cell 2 configured as described above, the solid polymer electrolyte type fuel cell stack 11 has a relatively low operating temperature of about 80 ° C., and needs to be cooled when overheated. Therefore, in the fuel cell 2 as described above, a cooling mechanism for cooling the fuel cell stack 11 by circulating cooling water and maintaining the fuel cell stack 11 at an optimum temperature is provided. Omitted.
[0025]
Although the specific configuration of the fuel cell 2 has been described above, in the present embodiment, the above-described hydrogen supply system and air supply system are provided with shut-off valves, respectively, as shut-off mechanisms. The pressure is maintained. Specifically, in the hydrogen supply system, a high-pressure shutoff valve 24 is provided between the high-pressure hydrogen tank 12 and the hydrogen pressure regulating valve 13 so that the inlet side of the fuel cell stack 11 of the hydrogen electrode passage can be shut off and purged. The valve 18 functions as a shut-off mechanism to shut off the fuel cell stack 11 outlet side of the hydrogen electrode passage. In the air supply system, an inlet-side air shutoff valve 25 is provided between the compressor 20 and the air pressure sensor 23, and an outlet-side air shutoff valve 26 is provided downstream of the air pressure regulating valve 21. The entrance and exit sides can be shut off.
[0026]
In the fuel cell 2, when the controller 9 determines that the fuel cell 2 is in the idle state based on information from the vehicle speed sensor 6, the shutoff valves 24, 25, and 26 and the purge valve 18, which are shutoff mechanisms, are transmitted from the controller 9. The operation is performed based on the control signal, and the hydrogen electrode passage, the air electrode passage, and the fuel cell stack 11 are hermetically sealed, so that a pressure drop inside these is prevented. Hereinafter, a control flow at the time of the idle stop will be described.
[0027]
FIG. 3 shows an example of the relationship between the power generated by the fuel cell stack 11, the hydrogen pressure, and the air pressure. As can be seen from FIG. 3, the larger the generated power, the higher the flow rates of hydrogen and air, and the higher these pressures must be. Therefore, in consideration of restarting, it is preferable to suppress the pressure drop during the idle stop as much as possible, and the following control flow becomes effective.
[0028]
The control flow in the present embodiment includes an idle stop determination flow for determining whether or not an idle stop is performed, and an idle stop operation flow when it is determined that the idle stop is performed.
[0029]
First, the idle stop determination flow is shown in FIG. When determining whether or not to stop idling, first, it is detected whether an ignition switch (not shown) operated by the driver is on or off (step S1). Here, if the ignition switch is turned off, it is considered that power generation is not required immediately thereafter, so that an operation stop operation for completely stopping the vehicle (fuel cell power generation system) is performed (step S7).
[0030]
In the operation stop operation, the operation of the compressor 20 is stopped, the high-pressure shutoff valve 24 is closed, and the supply of new air and hydrogen is stopped. Further, the purge valve 18, the outlet-side air shutoff valve 26, and the air pressure regulating valve 23 are all fully opened, and the fuel cell stack 11, the hydrogen electrode passage, and the air electrode passage are opened to the atmosphere.
[0031]
When the ignition switch is ON, it is determined whether or not the required power generation amount (driver's driving force request) is equal to or lower than a predetermined value (step S2), and whether or not the vehicle speed is equal to or lower than a predetermined speed (step S3). In each step, it is determined whether or not the charge capacity of the battery is sufficient (step S4), and it is determined whether or not to perform the idle stop. When these conditions are satisfied, that is, when the required power generation amount is equal to or less than the predetermined value, the vehicle speed is equal to or lower than the predetermined speed, and the charge capacity of the battery is sufficient, the power generation in the fuel cell stack 11 at that time is performed. May be stopped, but it is highly likely that power generation will need to be restarted immediately (within a few minutes). Therefore, it is determined that idle stop is to be performed instead of operation stop operation, and the idle stop mode (step S5) is entered. Transition. As to the determination of the idle stop, other operation parameters may be added, or another determination method may be applied, as in the related art.
[0032]
If the condition is not satisfied in any of the above steps (step S2, step S3, step S4), that is, the required power generation amount is equal to or higher than a predetermined value, the vehicle speed is equal to or higher than a predetermined speed, If the charge capacity of the fuel cell stack is insufficient, the power generation of the fuel cell stack 11 is continued (step S6).
[0033]
When it is determined that the idle stop is to be performed according to the idle stop determination flow described above, the shutoff valves and the like are operated based on the idle stop operation flow shown in FIG.
[0034]
At the time of idling stop, first, the purge valve 18 of the hydrogen supply system is opened (step S11). Next, the relay 8 is turned off, and the fuel cell stack 11 is disconnected from the load circuit (step S12). As a result, power is not taken out from the fuel cell stack 11.
[0035]
Next, the high-pressure shutoff valve 24 provided in the hydrogen supply system is closed so that new supply of hydrogen is not performed (step S13). Thereafter, the hydrogen pressure regulating valve 13 is opened, and the hydrogen gas upstream of the hydrogen pressure regulating valve 13 flows to the inlet of the fuel cell stack 11 (step S14).
[0036]
Subsequently, it is determined whether the hydrogen pressure at the inlet of the fuel cell stack 11 is equal to or higher than a predetermined value, based on the value detected by the hydrogen pressure sensor 17 provided at the inlet of the fuel cell stack 11. The predetermined value here may be determined based on the characteristic shown in FIG. 3 on the basis of how much power can be instantaneously generated when returning from idle stop (step S15). If it is determined in step S15 that the value detected by the hydrogen pressure sensor 16 is equal to or greater than the predetermined value, the processing in step S15 is repeated until it is determined that the value is equal to or less than the predetermined value. If it is determined that the value detected by the hydrogen pressure sensor 16 is smaller than the predetermined value, the purge valve 18 is closed to close the hydrogen electrode passage (step S16).
[0037]
Next, the compressor 20 is stopped (Step S17), and the outlet-side air shut-off valve 26 is closed (Step S18). Then, the air pressure regulating valve 21 is almost fully opened to balance the pressure of the entire air supply system (step S19). Here, the compressor 20 acts as a throttle, and the pressure of the air supply system changes relatively slowly.
[0038]
In step 20, it is determined whether or not the air pressure at the inlet of the fuel cell stack 11 is equal to or higher than a predetermined value based on the value detected by the air pressure sensor 2 provided at the inlet of the fuel cell stack 11. The predetermined value here may be determined based on the characteristic shown in FIG. 3 based on how much power can be instantaneously generated when returning from the idle stop, similarly to the hydrogen side. Further, when it is necessary to make the pressure difference with the hydrogen electrode side equal to or less than a predetermined value, the pressure difference may be determined in consideration of the difference. If it is determined in step S20 that the air pressure is equal to or higher than the predetermined value, the process of step S20 is repeated until it is determined that the air pressure is equal to or lower than the predetermined value. When it is determined that the air pressure is smaller than the predetermined value, the inlet-side air shut-off valve 25 is closed to close the air electrode passage (step S21).
[0039]
The above is the control flow at the time of idling stop. In the related art, the supply of the reactant gas is stopped and the hydrogen electrode passage and the air electrode passage are opened at the time of idling stop. Had become. In such a configuration, the next time power generation is performed, a time is required to increase the pressure of air or hydrogen to a pressure necessary for extracting predetermined power. For this reason, there has been a problem that it is not possible to respond to a quick start and power take-out request as required for an idle stop of an automobile.
[0040]
On the other hand, in the present embodiment, since the hydrogen electrode passage and the air electrode passage are sealed while keeping the pressure of hydrogen and air, when the idle stop is released and the fuel cell is again powered, The hydrogen or air pressure can be raised to the required pressure over time.
[0041]
Further, by defining the above-described operation order when the idle stop is started, it is possible to suppress an increase in the differential pressure between the hydrogen pressure and the air pressure when the idle stop is performed. Deterioration of the performance of the film can be prevented.
[0042]
Furthermore, if hydrogen and air are sealed while maintaining the pressure for a long time when power generation is stopped, there is a possibility that the pressure balance may be lost and the durability of the fuel cell may be degraded, but in this embodiment, power generation is stopped. In some cases, the hydrogen and the air are sealed while maintaining the pressure only when the engine is stopped at an idle state. At the time of a normal operation stop, the air is released to the atmosphere, so that such an adverse effect does not occur.
[0043]
In the present embodiment, since the purge valve 18 required for the hydrogen gas circulation system is used as a shut-off valve for closing the hydrogen electrode passage, there is also an advantage that cost increase can be suppressed.
[0044]
(Second embodiment)
This embodiment is an example in which a step of suppressing the pressure difference between the air electrode and the hydrogen electrode of the fuel cell stack 11 is added to the idling stop operation flow of the above-described first embodiment. The basic configurations of the fuel cell vehicle and the fuel cell 2 in the present embodiment are the same as those in the above-described first embodiment, and thus description thereof will be omitted.
[0045]
FIG. 6 shows an operation flow at the time of idling stop in this embodiment. Also in the present embodiment, similarly to the first embodiment described above, after determining the idle stop (see FIG. 4), the idle stop operation flow shown in FIG. 6 is performed.
[0046]
Steps S31 to S39 in the present embodiment are the same as steps S11 to S19 of the control flow shown in FIG. After the air pressure regulating valve 21 is fully opened in step S39, the detection value of the air pressure sensor 22 at the entrance of the fuel cell stack 11 and the detection value of the hydrogen pressure sensor 16 at the entrance of the fuel cell stack 11 are compared. It is determined whether the pressure is lower than a predetermined value or more (step S40).
[0047]
If it is determined in step S40 that the pressure is smaller than the predetermined value, that is, if the air pressure at the inlet of the fuel cell stack 11 is lower than the hydrogen pressure and the differential pressure is higher than the predetermined value, the compressor 20 is driven again. (Step 41). At this time, since the outlet side air shutoff valve 26 is in the closed state, the pressure in the air electrode passage of the air supply system increases. Then, the process returns to step S40 again, and repeats the process of step S41 until it is determined that the differential pressure is equal to or less than the predetermined value. Then, when it is determined that the differential pressure is smaller than the predetermined value, the inlet side air shutoff valve 25 and the outlet side air shutoff valve 26 are closed to close the air electrode passage (Step S42).
[0048]
In the present embodiment, when the differential pressure between air and hydrogen is equal to or higher than a predetermined value, the compressor 20 is driven before closing the inlet-side air shut-off valve 25 downstream of the compressor 20, and the air pressure at the inlet of the fuel cell stack 11 is increased. Is adjusted. Therefore, it is possible to suppress an increase in the differential pressure between the hydrogen pressure and the air pressure during execution of the idle stop, and to prevent performance degradation of the polymer membrane of the fuel cell stack 11.
[0049]
Further, in addition to the effects of the first embodiment, the differential pressure between the air pressure and the hydrogen pressure can be easily controlled, and the hermetic seal can be performed at a higher pressure. More electric power can be quickly extracted from the battery stack 11.
[0050]
(Third embodiment)
The present embodiment relates to an idling stop operation flow when humidifying air and hydrogen supplied to the fuel cell stack 11. The configuration of the fuel cell 2 is basically the same as that shown in FIG. 2 in the first embodiment, but humidifies air and hydrogen gas on the inlet side of the fuel cell stack 11 as shown in FIG. A humidifier 27 is added.
[0051]
The general polymer membrane type fuel cell 2 needs some humidifying device for humidifying air or hydrogen in order to wet the polymer membrane used for the electrolyte of the fuel cell stack 11. FIG. 8 shows an operation flow at the time of idling stop when such a humidifying device is provided. This idle stop operation flow is also executed after the determination of the idle stop (see FIG. 4), as in the first embodiment.
[0052]
At the time of idling stop, first, the purge valve 18 of the hydrogen supply system is opened (step S51). Next, the relay 8 is turned off, and the fuel cell stack 11 is disconnected from the load circuit (Step S52). As a result, power is not taken out from the fuel cell stack 11.
[0053]
Next, in response to the fact that power is not taken out from the fuel cell stack 11, the humidifying operation of the humidifier 27 is stopped (step S53). As a method of stopping the humidifying operation, for example, a method of stopping the supply of pure water to the humidifier 27 may be provided, or a gas flow path may be provided to bypass the humidifier 27, and both the hydrogen gas and the air pass through the humidifier 27. A method that does not cause a problem may be used.
[0054]
Subsequent steps S54 to S63 are the same as steps S33 to S42 in the second embodiment, and a description thereof will be omitted.
[0055]
In the present embodiment, since the humidification of the sealed hydrogen and air is not performed, in addition to the effects of the first and second embodiments, the condensed water due to the temperature drop in the fuel cell stack 11 when the power generation is stopped. The effect that generation can be suppressed can be obtained. For this reason, at the time of return from the idle stop, a decrease in the cell voltage due to water clogging in the fuel cell stack 11 can be suppressed, and more power can be quickly extracted from the fuel cell stack 11.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a basic configuration of a fuel cell vehicle.
FIG. 2 is a diagram showing a specific configuration example of a fuel cell power generation system.
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the power generated by a fuel cell and the required hydrogen pressure and air pressure.
FIG. 4 is a flowchart illustrating an idle stop determination flow according to the first embodiment.
FIG. 5 is a flowchart illustrating an operation flow at the time of idling stop according to the first embodiment.
FIG. 6 is a flowchart illustrating an idling stop operation flow according to a second embodiment.
FIG. 7 is a diagram illustrating a specific configuration example of a fuel cell power generation system to which a humidifying device is added.
FIG. 8 is a flowchart showing an operation flow at the time of idling stop in the third embodiment.
[Explanation of symbols]
1 vehicle body
2 Fuel cell
3 Inverter
4 Drive motor
6 Vehicle speed sensor
7 Secondary battery
8 Relay
9 Control controller
11 Fuel cell stack
11a Hydrogen electrode
11b Air electrode
13 Hydrogen pressure regulating valve
15 Hydrogen supply piping
16 Hydrogen circulation piping
17 Hydrogen pressure sensor
18 Purge valve
20 Compressor
21 Air pressure regulating valve
22 Air supply piping
23 Air pressure sensor
24 High pressure shut-off valve
25 Inlet side air shutoff valve
26 Outlet side air shut-off valve
27 Humidifier

Claims (14)

  1. 空気供給手段及び水素供給手段と、前記空気供給手段からの空気を燃料電池スタックの空気極へと導く空気極通路及び前記水素供給手段からの水素を燃料電池スタックの水素極へと導く水素極通路とを備える燃料電池が駆動源として搭載された燃料電池車両において、
    前記空気極通路には、前記燃料電池スタックに対する入口側及び出口側に、アイドル停止時に当該空気極通路を遮断する空気遮断機構が設けられていることを特徴とする燃料電池車両。
    Air supply means and hydrogen supply means, an air electrode passage for guiding air from the air supply means to the air electrode of the fuel cell stack, and a hydrogen electrode passage for guiding hydrogen from the hydrogen supply means to the hydrogen electrode of the fuel cell stack In a fuel cell vehicle in which a fuel cell having
    The fuel cell vehicle according to claim 1, wherein the air electrode passage is provided with an air shutoff mechanism on the inlet side and the outlet side with respect to the fuel cell stack, which shuts off the air electrode passage when idling is stopped.
  2. 前記空気供給手段は、前記燃料電池スタックの空気極に空気を送り込むコンプレッサと、前記燃料電池スタックの空気極へ供給する空気の流量及び圧力のうちの少なくとも一方を制御する空気調整弁とを有し、
    前記空気調整弁は、前記空気極通路の出口側に設けられており、
    前記空気遮断機構は、前記コンプレッサの下流側と前記空気調整弁の下流側とにそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池車両。
    The air supply unit includes a compressor that feeds air to an air electrode of the fuel cell stack, and an air adjustment valve that controls at least one of a flow rate and a pressure of air supplied to an air electrode of the fuel cell stack. ,
    The air regulating valve is provided on an outlet side of the air electrode passage,
    2. The fuel cell vehicle according to claim 1, wherein the air cutoff mechanism is provided on a downstream side of the compressor and a downstream side of the air regulating valve, respectively. 3.
  3. アイドル停止時には、前記コンプレッサの駆動が停止されることを特徴とする請求項2に記載の燃料電池車両。3. The fuel cell vehicle according to claim 2, wherein the drive of the compressor is stopped when the engine is idling.
  4. アイドル停止状態を判定する制御手段を有し、この制御手段からの情報に基づいて前記空気遮断機構が開閉操作されることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の燃料電池車両。The fuel cell vehicle according to any one of claims 1 to 3, further comprising control means for determining an idle stop state, wherein the air cutoff mechanism is opened and closed based on information from the control means.
  5. 前記水素極通路には、前記燃料電池スタックに対する入口側及び出口側に、アイドル停止時に当該水素極通路を遮断する水素遮断機構が設けられていることを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の燃料電池車両。The hydrogen electrode passage is provided with a hydrogen shutoff mechanism for shutting off the hydrogen electrode passage when idling is stopped on an inlet side and an outlet side with respect to the fuel cell stack. A fuel cell vehicle according to claim 1.
  6. 前記水素供給手段は、水素供給源と、前記燃料電池スタックの水素極へ供給する水素の流量及び圧力のうちの少なくとも一方を制御する水素調整弁とを有し、
    前記水素調整弁は、前記水素極通路の入口側に設けられており、
    前記水素遮断機構は、前記水素供給源と前記水素調整弁との間に設けられていることを特徴とする請求項5に記載の燃料電池車両。
    The hydrogen supply unit includes a hydrogen supply source, and a hydrogen adjustment valve that controls at least one of a flow rate and a pressure of hydrogen supplied to a hydrogen electrode of the fuel cell stack,
    The hydrogen regulating valve is provided on the inlet side of the hydrogen electrode passage,
    The fuel cell vehicle according to claim 5, wherein the hydrogen cutoff mechanism is provided between the hydrogen supply source and the hydrogen regulating valve.
  7. 前記水素供給手段は、前記燃料電池スタックの水素極からの排出水素を循環する循環経路とパージ弁とを有し、このパージ弁が前記水素遮断機構として機能することを特徴とする請求項5又は6に記載の燃料電池車両。6. The hydrogen supply device according to claim 5, wherein the hydrogen supply unit has a circulation path for circulating hydrogen discharged from a hydrogen electrode of the fuel cell stack and a purge valve, and the purge valve functions as the hydrogen cutoff mechanism. 7. The fuel cell vehicle according to 6.
  8. 前記燃料電池スタックに供給される水素及び空気のうちの少なくとも一方を加湿する加湿器を備えることを特徴とする請求項1乃至7の何れかに記載の燃料電池車両。The fuel cell vehicle according to any one of claims 1 to 7, further comprising a humidifier for humidifying at least one of hydrogen and air supplied to the fuel cell stack.
  9. 空気供給手段及び水素供給手段と、前記空気供給手段からの空気を燃料電池スタックの空気極へと導く空気極通路及び前記水素供給手段からの水素を燃料電池スタックの水素極へと導く水素極通路とを備える燃料電池が駆動源として搭載された燃料電池車両の制御方法において、
    前記空気極通路の前記燃料電池スタックに対する入口側及び出口側に、当該空気極通路を遮断する空気遮断機構を設け、アイドル停止時には、この空気遮断機構により前記空気極通路を遮断することを特徴とする燃料電池車両の制御方法。
    Air supply means and hydrogen supply means, an air electrode passage for guiding air from the air supply means to the air electrode of the fuel cell stack, and a hydrogen electrode passage for guiding hydrogen from the hydrogen supply means to the hydrogen electrode of the fuel cell stack In a control method of a fuel cell vehicle in which a fuel cell including
    An air shutoff mechanism for shutting off the air electrode passage is provided on an inlet side and an outlet side of the air electrode passage with respect to the fuel cell stack, and when the idle is stopped, the air electrode passage is shut off by the air shut off mechanism. Control method for a fuel cell vehicle.
  10. 前記水素極通路の前記燃料電池スタックに対する入口側及び出口側に、当該水素極通路を遮断する遮断機構を設け、アイドル停止時には、この水素遮断機構により前記水素極通路を遮断することを特徴とする請求項9に記載の燃料電池車両の制御方法。A shutoff mechanism for shutting off the hydrogen electrode passage is provided on an inlet side and an outlet side of the hydrogen electrode passage with respect to the fuel cell stack, and when the idle is stopped, the hydrogen electrode passage is shut off by the hydrogen shutoff mechanism. The control method for a fuel cell vehicle according to claim 9.
  11. 前記水素供給手段として、前記燃料電池スタックの水素極からの排出水素を循環する循環経路とパージ弁とを設け、このパージ弁を前記水素遮断機構として機能させることを特徴とする請求項10に記載の燃料電池車両の制御方法。11. The hydrogen supply device according to claim 10, wherein a circulation path for circulating hydrogen discharged from a hydrogen electrode of the fuel cell stack and a purge valve are provided, and the purge valve functions as the hydrogen cutoff mechanism. Control method for a fuel cell vehicle.
  12. 前記空気供給手段として、前記燃料電池スタックの空気極に空気を送り込むコンプレッサと、前記燃料電池スタックの空気極へ供給する空気の流量及び圧力のうちの少なくとも一方を制御する空気調整弁とを設け、前記空気調整弁を前記空気極通路の出口側に設けるとともに、前記空気遮断機構を前記コンプレッサの下流側と前記空気調整弁の下流側とにそれぞれ設け、
    前記水素供給手段として、水素供給源と、前記燃料電池スタックの水素極へ供給する水素の流量及び圧力のうちの少なくとも一方を制御する水素調整弁とを設け、前記水素調整弁を前記水素極通路の入口側に設けるとともに、前記水素遮断機構を前記水素供給源と前記水素調整弁との間に設け、
    アイドル停止時には、先ず、前記パージ弁を開放し、次に、前記水素供給源と前記水素調整弁との間に設けた水素遮断機構を遮断し、次に、前記水素調整弁を開放し、次に、前記パージ弁を遮断し、次に、前記コンプレッサの駆動を停止し、次に、前記空気調整弁の下流側に設けた空気遮断機構を遮断し、次に、前記空気調整弁を全開にし、次に、前記コンプレッサの下流側に設けた空気遮断機構を遮断することを特徴とする請求項11に記載の燃料電池車両の制御方法。
    As the air supply means, a compressor that feeds air to the air electrode of the fuel cell stack, and an air adjustment valve that controls at least one of the flow rate and pressure of air supplied to the air electrode of the fuel cell stack, The air regulating valve is provided on the outlet side of the air electrode passage, and the air shutoff mechanism is provided on the downstream side of the compressor and on the downstream side of the air regulating valve, respectively.
    As the hydrogen supply means, a hydrogen supply source and a hydrogen adjustment valve for controlling at least one of a flow rate and a pressure of hydrogen supplied to a hydrogen electrode of the fuel cell stack are provided, and the hydrogen adjustment valve is connected to the hydrogen electrode passage. And the hydrogen shutoff mechanism is provided between the hydrogen supply source and the hydrogen regulating valve,
    At the time of idle stop, first, the purge valve is opened, then the hydrogen shutoff mechanism provided between the hydrogen supply source and the hydrogen adjustment valve is shut off, and then the hydrogen adjustment valve is opened. Next, shut off the purge valve, then stop driving the compressor, then shut off the air shutoff mechanism provided downstream of the air adjustment valve, and then fully open the air adjustment valve 12. The method according to claim 11, further comprising shutting off an air shutoff mechanism provided downstream of the compressor.
  13. アイドル停止時に、前記空気極通路における空気圧力と前記水素極通路における水素圧力とを比較し、空気圧力が水素圧力より所定値以上小さい場合には、前記空気供給手段から空気を供給して空気圧力を調整することを特徴とする請求項9乃至12の何れかに記載の燃料電池車両の制御方法。At the time of idle stop, the air pressure in the air electrode passage is compared with the hydrogen pressure in the hydrogen electrode passage. If the air pressure is smaller than the hydrogen pressure by a predetermined value or more, air is supplied from the air supply means to reduce the air pressure. The method for controlling a fuel cell vehicle according to any one of claims 9 to 12, wherein:
  14. 燃料電池スタックに供給される水素及び空気のうちの少なくとも一方を加湿する加湿器を設置し、アイドル停止時には前記加湿器の加湿動作を停止、または加湿能力を低下させることを特徴とする請求項9乃至13の何れかに記載の燃料電池車両の制御方法。10. A humidifier for humidifying at least one of hydrogen and air supplied to the fuel cell stack, wherein a humidifying operation of the humidifier is stopped or a humidifying capacity is reduced when idling is stopped. 14. The control method for a fuel cell vehicle according to any one of claims 13 to 13.
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Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005043663A1 (en) * 2003-11-04 2005-05-12 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system and mobile body
JP2005251483A (en) * 2004-03-02 2005-09-15 Toyota Motor Corp Fuel cell system
JP2005339845A (en) * 2004-05-24 2005-12-08 Toyota Motor Corp Fuel cell system
JP2005353305A (en) * 2004-06-08 2005-12-22 Toyota Motor Corp Fuel cell system
JP2006280108A (en) * 2005-03-29 2006-10-12 Nissan Motor Co Ltd Electric motor system and control method of electric motor system
JP2007026843A (en) * 2005-07-15 2007-02-01 Honda Motor Co Ltd Fuel cell powered vehicle and its control method
JP2007066721A (en) * 2005-08-31 2007-03-15 Honda Motor Co Ltd Fuel cell system and method for controlling it
JP2007250427A (en) * 2006-03-17 2007-09-27 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2007250199A (en) * 2006-03-13 2007-09-27 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2007273234A (en) * 2006-03-31 2007-10-18 Honda Motor Co Ltd Fuel cell automobile
WO2008007689A1 (en) * 2006-07-13 2008-01-17 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system and fuel cell vehicle
JP2008021485A (en) * 2006-07-12 2008-01-31 Toyota Motor Corp Fuel cell system
JP2011018461A (en) * 2009-07-07 2011-01-27 Toyota Motor Corp Fuel cell system
WO2011104762A1 (en) * 2010-02-26 2011-09-01 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system
JP2013527569A (en) * 2010-04-30 2013-06-27 ダイムラー・アクチェンゲゼルシャフト Energy management control method for fuel cell system
US10556494B2 (en) 2016-06-06 2020-02-11 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Air-cooled fuel cell vehicle

Cited By (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005043663A1 (en) * 2003-11-04 2005-05-12 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system and mobile body
JP2005251483A (en) * 2004-03-02 2005-09-15 Toyota Motor Corp Fuel cell system
JP2005339845A (en) * 2004-05-24 2005-12-08 Toyota Motor Corp Fuel cell system
JP2005353305A (en) * 2004-06-08 2005-12-22 Toyota Motor Corp Fuel cell system
JP4569350B2 (en) * 2005-03-29 2010-10-27 日産自動車株式会社 Electric motor system and method for controlling electric motor system
JP2006280108A (en) * 2005-03-29 2006-10-12 Nissan Motor Co Ltd Electric motor system and control method of electric motor system
JP4612493B2 (en) * 2005-07-15 2011-01-12 本田技研工業株式会社 Fuel cell moving body and control method thereof
JP2007026843A (en) * 2005-07-15 2007-02-01 Honda Motor Co Ltd Fuel cell powered vehicle and its control method
JP2007066721A (en) * 2005-08-31 2007-03-15 Honda Motor Co Ltd Fuel cell system and method for controlling it
JP2007250199A (en) * 2006-03-13 2007-09-27 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2007250427A (en) * 2006-03-17 2007-09-27 Nissan Motor Co Ltd Fuel cell system
JP2007273234A (en) * 2006-03-31 2007-10-18 Honda Motor Co Ltd Fuel cell automobile
JP2008021485A (en) * 2006-07-12 2008-01-31 Toyota Motor Corp Fuel cell system
WO2008007689A1 (en) * 2006-07-13 2008-01-17 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system and fuel cell vehicle
JP5012801B2 (en) * 2006-07-13 2012-08-29 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system and fuel cell vehicle
US8334077B2 (en) 2006-07-13 2012-12-18 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system and fuel cell vehicle
JP2011018461A (en) * 2009-07-07 2011-01-27 Toyota Motor Corp Fuel cell system
WO2011104762A1 (en) * 2010-02-26 2011-09-01 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system
US20120308908A1 (en) * 2010-02-26 2012-12-06 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system
JP5299556B2 (en) * 2010-02-26 2013-09-25 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell system
US8986901B2 (en) 2010-02-26 2015-03-24 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell system
JP2013527569A (en) * 2010-04-30 2013-06-27 ダイムラー・アクチェンゲゼルシャフト Energy management control method for fuel cell system
US10556494B2 (en) 2016-06-06 2020-02-11 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Air-cooled fuel cell vehicle

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