JP2004173450A

JP2004173450A - Fuel cell automobile

Info

Publication number: JP2004173450A
Application number: JP2002338205A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Hasuka; 芳信蓮香; Hibiki Saeki; 響佐伯; Junji Uehara; 順司上原; Kenichiro Ueda; 健一郎上田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2002-11-21
Filing date: 2002-11-21
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2022-11-21
Also published as: JP3866187B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell automobile whose driveability can be improved by securing restartability from the idling stop state of a fuel cell regardless of driving conditions. <P>SOLUTION: This fuel cell automobile is provided with the fuel cell 2 that generates electric power receiving the supply of fuel gas and oxidizer gas, and an idling stopping means that stops the power generation of the fuel cell 2 when the demand capacity of the power generation to the fuel cell 2 is equal to or less than a prescribed value with regard to the power generation. Also, an idling-stop inhibiting means is provided that inhibits the idling stopping means from operating when idling-stop inhibiting conditions are met. <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備え、前記燃料電池の発電を停止させるアイドル停止手段を備えた燃料電池自動車に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＰＥＭ型燃料電池には、固体高分子電解質膜の両側にアノードとカソードとを備え、アノードに燃料ガス（例えば水素ガス）を供給し、カソードに酸化剤ガス（例えば酸素あるいは空気）を供給して、これらガスの酸化還元反応にかかる化学エネルギーを直接電気エネルギーとして抽出するようにしたものがある。
【０００３】
このような燃料電池を搭載した燃料電池自動車としては、例えば、特許文献１に記載されているように、燃料電池自動車の停止条件等が満たされる場合に燃料電池を駆動するための機器の動作を停止して、燃料電池での発電を禁止するアイドル停止を行うことで燃費の向上を図るものが知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３５９２０４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、燃料電池自動車の状態によっては、燃料電池自動車の停止条件等が満たされる場合であっても、アイドル停止を行うことが好ましくない場合がある。このような場合にまでアイドル停止を行うと、アイドル停止から復帰する際に、燃料電池での発電出力が低下して駆動出力が制限されてしまう等の不具合を生じる虞があり、走行性能の維持やドライバビリティの確保の点で好ましくない。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、アイドル停止を行っても走行性能を維持するととともにドライバビリティを確保できる燃料電池自動車を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、本発明の請求項１に係る発明は、燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給されて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池に対する発電要求量が、所定値以下の場合に、前記燃料電池の発電を停止させるアイドル停止手段（例えば、後述する実施の形態におけるＥＣＵ９のステップＳ１４の処理）を備えた燃料電池自動車であって、前記発電要求量が前記所定値以下であっても、前記燃料ガスが供給される燃料電池のアノード入口での水素圧力が、所定値以下である場合には、前記アイドル停止手段の作動を禁止するアイドル停止禁止手段（例えば、後述する実施の形態におけるＥＣＵ９のステップＳ２４の処理）を備えたことを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、前記水素圧力が前記所定値以下の場合にはアイドル停止が禁止されるため、アイドル停止時の燃料電池の発電出力を前記所定値より上に維持することができ、アイドル停止から復帰する際の燃料電池の発電出力を確保することができる。
【０００９】
また、請求項２に係る発明は、燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給されて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池に対する発電要求量が、所定値以下の場合に、前記燃料電池の発電を停止させるアイドル停止手段を備えた燃料電池自動車であって、前記発電要求量が前記所定値以下であっても、前記燃料ガスが供給される燃料電池のアノード入口での水素圧力と大気圧との差圧が、所定値以上である場合には、前記アイドル停止手段の作動を禁止するアイドル停止禁止手段（例えば、後述する実施の形態におけるＥＣＵ９のステップＳ２２の処理）を備えたことを特徴とする
【００１０】
この発明によれば、前記差圧が前記所定値以上の場合にはアイドル停止が禁止されるため、アイドル停止時の燃料電池の差圧（極間差圧）を前記所定値より下の適正な状態に維持することができ、燃料電池に対する信頼性を確保できる。
【００１１】
また、請求項３に係る発明は、燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給されて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池に対する発電要求量が、所定値以下の場合に、前記燃料電池の発電を停止させるアイドル停止手段を備えた燃料電池自動車であって、前記発電要求量が前記所定値以下であっても、前記燃料電池を構成するセルの電圧が、所定値以下である場合には、前記アイドル停止手段の作動を禁止するアイドル停止禁止手段（例えば、後述する実施の形態におけるＥＣＵ９のステップＳ２６の処理）を備えたことを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、前記セルの電圧が前記所定値以下である場合にはアイドル停止が禁止されるため、アイドル停止時の燃料電池の発電出力を前記所定値より上に維持することができ、アイドル停止から復帰する際の燃料電池の発電出力を確保することができる。
【００１３】
また、請求項４に係る発明は、燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給されて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池に対する発電要求量が、所定値以下の場合に、前記燃料電池の発電を停止させるアイドル停止手段を備えた燃料電池自動車であって、前記発電要求量が前記所定値以下であっても、前記燃料電池をアノード出口に配設された水素希釈手段（例えば、後述する実施の形態における希釈ボックス２１）の水素濃度が、所定値以上である場合には、前記アイドル停止手段の作動を禁止するアイドル停止禁止手段（例えば、後述する実施の形態におけるＥＣＵ９のステップＳ２８の処理）を備えたことを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、前記水素希釈手段の水素濃度が前記所定値以上である場合にはアイドル停止が禁止されるため、アイドル停止時の前記水素希釈手段の水素濃度を前記所定値より下に維持することができ、アイドル停止から復帰する際に水素パージ処理を行った場合であっても、前記水素希釈手段の水素濃度を一定以内に抑えることができる。
【００１５】
また、請求項５に係る発明は、燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給されて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池に対する発電要求量が、所定値以下の場合に、前記燃料電池の発電を停止させるアイドル停止手段を備えた燃料電池自動車であって、前記発電要求量が前記所定値以下であっても、前記燃料電池の水素パージ処理直後から所定時間以内である場合には、前記アイドル停止手段の作動を禁止するアイドル停止禁止手段（例えば、後述する実施の形態におけるＥＣＵ９のステップＳ３０の処理）を備えたことを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、前記水素パージ処理直後から所定時間以内である場合にはアイドル停止が禁止されるため、水素希釈手段の水素濃度を一定以下に保持して運転させることが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態における燃料電池自動車を図面と共に説明する。
図１は本発明の実施の形態における燃料電池自動車を示す概略構成図である。この燃料電池自動車は、燃料電池（ＦＣ）２とキャパシタ７とを電源装置として備えている。
【００１８】
この燃料電池２は、電解質膜をアノードとカソードで両側から挟み込んで形成されたセルに対し、複数のセルを所定数積層して構成されたスタックからなり、供給される反応ガス（燃料ガスおよび酸化剤ガス）を電気化学反応させることで駆動出力が得られる。
【００１９】
前記燃料電池２には、水素供給システム１６、空気供給システム１７が接続されている。水素供給システム１６は、例えば高圧で水素を保持する高圧水素タンクを備えており、燃料電池２のアノードに水素を供給する。空気供給システム１７は、エアコンプレッサを備えており、燃料電池２のカソードに酸化剤である空気（エア）を供給する。
【００２０】
これらのシステム１６，１７から反応ガス（水素、エア）が燃料電池２に供給されると、アノードの反応面（図示せず）に供給された水素がイオン化され、固体高分子電解質膜を介してカソードの方に移動する。この間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギーとして利用される。
【００２１】
前記燃料電池２にはセル電圧センサ２４が設けられ、このセンサ２４により各セルの電圧を検出する。また、前記燃料電池２のアノード入口側には、水素圧力センサ２３が設けられ、このセンサ２３により燃料電池２に供給される水素圧力ＰＨを検出する。
【００２２】
そして、前記燃料電池２で発電に供された反応済の水素ガス（水素オフガス）や空気（空気オフガス）は、それぞれの排出流路を介して希釈ボックス２１にて合流せしめられ、該希釈ボックス２１内で水素の濃度を十分に低減した後、希釈ボックス２１から排出される。
また、水素オフガスの排出流路には、水素排出バルブ１９が前記希釈ボックス２１上流側に設けられ、このバルブ１９を制御することで、水素オフガスの排出処理が制御される。また、空気オフガスの排出流路には、、背圧制御バルブ２０が前記希釈ボックス２１上流側に設けられ、このバルブ２０を制御することで、カソード入口側の圧力を制御する。
【００２３】
また、発電により消費されなかった未反応の水素ガスは、水素オフガスの排出流路からエゼクタ１８を介して再び燃料電池２のアノードに供給される。これにより、水素ガスの利用率を高めることができる。
本実施の形態においては、図１に示したように、前記燃料電池２や、希釈ボックス２１、エゼクタ１８等を燃料電池ボックス３に収容し、これらの機器の保護を図っている。
【００２４】
また、前記燃料電池２には、冷却システム４が循環流路を介して接続されている。冷却システム４は、前記循環流路内の冷却媒体（例えば、水）を燃料電池２に供給するためのポンプ等を備えており、冷却媒体（冷却水）を燃料電池２に供給することにより、燃料電池２の冷却を行う。
燃料電池２出口側の循環流路には、水温検出センサ５が設けられ、該水温検出センサ５により燃料電池２を冷却した冷却水の水温ＴＷを検出する。
【００２５】
前記燃料電池２での発電電力（出力）は、電流制限器（ＶＣＵ）１３を介してキャパシタ７や負荷２６に供給される。前記電流制限器１３は、前記燃料電池２からの出力を必要に応じて制限してキャパシタ７や負荷２６に供給する。
【００２６】
キャパシタ７は例えば電気二重層キャパシタとされ、前記燃料電池２の発電電流で充電されるとともに、該キャパシタ７が蓄えた電力を前記負荷２６に供給して燃料電池２の発電を補助する機能も備えている。
【００２７】
前記キャパシタ７や前記電流制限器１３は、負荷２６を構成するインバータ２５や補機類１４に接続され、これらの機器２５、１４に電力を供給する。前記インバータ２５は走行モータ６にも接続され、インバータ２５に供給された電力を直流から交流に変換して走行モータ６に供給して、該走行モータ６を回転駆動させる。この走行モータ６による駆動力がトランスミッション（図示せず）等を介して車輪（図示せず）に伝達されることで、車両が走行する。
また、前記走行モータ６により、車両の減速時に車輪から入力される減速エネルギーを回生エネルギーに変換して、この回生エネルギーを電気エネルギーとしてキャパシタ７に充電することもできる。
【００２８】
また、本実施の形態における燃料電池自動車は、制御装置（ＥＣＵ）９を備えている。この制御装置９は、上述した各センサ５、２２、２３、２４に接続され、これらのセンサ２２、２３、２４、２７で検出した水温ＴＷ、水素濃度、水素圧力ＰＨ、セル電圧Ｖの値がそれぞれ入力される。また、制御装置９は、アクセルペダル開度ＡＰやイグニッションスイッチＩＧの開閉、大気圧力（空気圧力）ＰＡについての信号を受信して、各機器１３、１６，１７、２６への制御を行う。そして、以下に示すように、車両のアイドル停止やアイドル停止を禁止する制御を行う。これについて、図２を用いて説明する。
【００２９】
図２は図１に示した燃料電池自動車におけるアイドル停止判断における制御を示すフローチャートである。ステップＳ１０で、アイドル停止判断条件の制御を開始すると、ステップＳ１２で、車両が停止状態かどうかを判断する。この判断は、車速が所定値以下か、走行モータ６での予想消費電力が所定値以下か、キャパシタ７の容量が所定値以上か、補機類１４の消費電力が所定値以上か、により行う。これらの条件が全て満たされている場合には、車両停止状態と判断し、いずれか一つでも満たされていない場合には、車両停止状態ではないと判断する。
【００３０】
そして、ステップＳ１４で、上記判断結果が車両停止状態か否かを判定し、判定結果がＮＯであれば、アイドル停止を行うことなく一連の処理を終了する。また、この判定結果がＹＥＳであれば、ステップＳ１６に進んで燃料電池システムのアイドル停止判断の処理を行う。
【００３１】
図３はステップＳ１６におけるアイドル停止禁止判断の処理を示すフローチャートである。まず、ステップＳ２２で、前記水素圧力センサ２３で検出した水素圧力ＰＨと、大気圧センサ（図示せず）で検出した大気圧力ＰＡとの差圧（水素ゲージ圧力）が、差圧に関する所定値以下かどうかを判定する。この判定結果がＮＯであれば、ステップＳ３４に進んで燃料電池システムのアイドル停止禁止の判断を行って、ステップＳ１８の処理に進む。ステップＳ１８では、上記判断結果がアイドル停止禁止か否かを判定する。この場合は、判定結果がＮＯであるので、アイドル停止を行うことなく一連の処理を終了する。
【００３２】
発電を停止すると、空気供給システム１７のコンプレッサを停止するために、カソード入口圧は大気圧まで低下するので、アノード圧力が高い状態で発電を停止すると極間差圧が増加する。よって、本実施の形態においては、前記差圧が前記所定値以上の場合にはアイドル停止を禁止することにより、アイドル停止時の燃料電池２の差圧（極間差圧）を前記所定値より下の適正な状態に維持することができ、燃料電池２に対する信頼性を確保できる。
また、ステップＳ２２における判定結果がＹＥＳであれば、ステップＳ２４の処理に進む。
【００３３】
ステップＳ２４では、前記水素圧力ＰＨが、圧力に関する所定値以上かどうかを判定し、この判定結果がＮＯであれば、ステップＳ３４に進んで燃料電池システムのアイドル停止禁止の判断を行って、ステップＳ１８の処理に進む。この場合は、ステップＳ１８での判定結果がＮＯであるので、アイドル停止を行うことなく一連の処理を終了する。
【００３４】
このように、燃料電池２内のガス通路の水素圧が十分確保されていない状態では（水素圧力ＰＨが前記所定値以下の場合には）アイドル停止を禁止するため、アイドル停止時の燃料電池２の発電出力を前記所定値より上に維持することができ、アイドル停止から復帰する際の燃料電池２の発電出力を確保することができる。
また、ステップＳ２４における判定結果がＹＥＳであれば、ステップＳ２６の処理に進む。
【００３５】
ステップＳ２６では、前記セル電圧センサで検出した各セルの電圧値のうち、最低の電圧（最低セル電圧）が、電圧に関する所定値以上かどうかを判定し、この判定結果がＮＯであれば、ステップＳ３４に進んで燃料電池システムのアイドル停止禁止の判断を行って、ステップＳ１８の処理に進む。この場合は、ステップＳ１８での判定結果がＮＯであるので、アイドル停止を行うことなく一連の処理を終了する。
【００３６】
このように、発電電圧が低下し、発電不安定な状態では（前記セルの電圧が前記所定値以下である場合には）アイドル停止を禁止するため、アイドル停止時の燃料電池２の発電出力を前記所定値より上に維持することができ、アイドル停止から復帰する際の燃料電池２の発電出力を確保することができる。
また、ステップＳ２６における判定結果がＹＥＳであれば、ステップＳ２８の処理に進む。
【００３７】
ステップＳ２８では、前記水素濃度センサ２２で検出した希釈ボックス２１出口の水素濃度が、水素濃度に関する所定値以下かどうかを判定し、この判定結果がＮＯであれば、ステップＳ３４に進んで燃料電池システムのアイドル停止禁止の判断を行って、ステップＳ１８の処理に進む。この場合は、ステップＳ１８での判定結果がＮＯであるので、アイドル停止を行うことなく一連の処理を終了する。
【００３８】
このように、前記希釈ボックス２１の水素濃度が前記所定値以上である場合にはアイドル停止が禁止されるため、アイドル停止から復帰して再始動する発電不安定時に水素パージを行った場合であっても、アイドル停止時の前記希釈ボックス２１の水素濃度を前記所定値より下に維持することができ、アイドル停止から復帰する際に水素パージ処理を行った場合であっても、前記希釈ボックス２１の水素濃度を一定以内に抑えることができる。
また、ステップＳ２８における判定結果がＹＥＳであれば、ステップＳ３０の処理に進む。
【００３９】
ステップＳ３０では、前記水素排出バルブ１９が開かれて行われた水素パージ処理直後から所定時間以内であるかどうかを判定し、この判定結果がＮＯであれば、ステップＳ３４に進んで燃料電池システムのアイドル停止禁止の判断を行って、ステップＳ１８の処理に進む。この場合は、ステップＳ１８での判定結果がＮＯであるので、アイドル停止を行うことなく一連の処理を終了する。
【００４０】
このように、前記水素パージ処理直後から所定時間以内である場合にはアイドル停止が禁止されるため、希釈ボックス２１の水素濃度を一定以下に保持して運転させることが可能となる。
また、ステップＳ３０における判定結果がＹＥＳであれば、ステップＳ３２の処理に進んで、燃料電池システムのアイドル停止禁止の判断を行って、ステップＳ１８の処理に進む。この場合は、ステップＳ１８での判定結果がＹＥＳであるので、燃料電池２に反応ガスの供給を停止するアイドル停止を行って、一連の処理を終了する。
【００４１】
以上説明したように、前記発電要求量が前記所定値以下でありアイドル停止可能な状態であっても、アイドル停止禁止手段にてアイドル停止を禁止する制御を行うことにより、アイドル停止による燃費の向上を図りつつ、走行性能を維持してドライバビリティを確保できる。
【００４２】
なお、本実施の形態においては、アイドル停止を禁止するアイドル停止禁止条件として、上述したステップＳ２２〜ステップＳ３０の処理を適用したが、これらの処理は、状況に応じて任意に変更することができる。また、アイドル停止禁止条件として、冷却システム４の水温ＴＷが温度に関する所定値以下の場合を加えてもよい。この場合には、前記冷却システム４の水温ＴＷが前記所定値以下の場合にはアイドル停止が禁止されるため、アイドル停止時の燃料電池２の温度を前記所定値より上の、発電に適した温度に維持することができる。他にも発明の要旨を逸脱しない範囲での変更を行ってもよいことはもちろんである。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、アイドル停止から復帰する際の燃料電池の発電出力を確保することができる。これにより、アイドル停止を行っても走行性能を維持するととともにドライバビリティを確保できる。
【００４４】
請求項２に係る発明によれば、アイドル停止時の燃料電池の差圧（極間差圧）を前記所定値より下の適正な状態に維持することができ、燃料電池に対する信頼性を確保できる。これにより、アイドル停止を行っても走行性能を維持するととともにドライバビリティを確保できる。
【００４５】
請求項３に係る発明によれば、アイドル停止時の燃料電池の発電出力を前記所定値より上に維持することができ、アイドル停止から復帰する際の燃料電池の発電出力を確保することができる。これにより、アイドル停止を行っても走行性能を維持するととともにドライバビリティを確保できる。
【００４６】
請求項４に係る発明によれば、アイドル停止から復帰する際に水素パージ処理を行った場合であっても、前記水素希釈手段の水素濃度を一定以内に抑えることができる。これにより、アイドル停止を行っても走行性能を維持するととともにドライバビリティを確保できる。
【００４７】
請求項５に係る発明によれば、水素希釈手段の水素濃度を一定以下に保持して運転させることが可能となる。これにより、アイドル停止を行っても走行性能を維持するととともにドライバビリティを確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る燃料電池自動車を示す概略構成図である。
【図２】図１に示した燃料電池自動車におけるアイドル停止判断の処理を示すフローチャートである。
【図３】図２に示したステップＳ１６におけるアイドル停止禁止処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
２燃料電池
３燃料電池ボックス
９ＥＣＵ
２１希釈ボックス
２２水素濃度センサ
２３水素圧力センサ
２４セル電圧センサ[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 an idle stop means for stopping power generation of the fuel cell.
[0002]
[Prior art]
A PEM fuel cell includes an anode and a cathode on both sides of a solid polymer electrolyte membrane, supplies a fuel gas (eg, hydrogen gas) to the anode, and supplies an oxidant gas (eg, oxygen or air) to the cathode. There is a method in which chemical energy involved in the oxidation-reduction reaction of these gases is directly extracted as electric energy.
[0003]
As a fuel cell vehicle equipped with such a fuel cell, for example, as described in Patent Literature 1, the operation of a device for driving the fuel cell when a stop condition of the fuel cell vehicle or the like is satisfied. It is known to improve fuel efficiency by stopping the engine and performing an idle stop that inhibits power generation by the fuel cell.
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2001-359204 A
[Problems to be solved by the invention]
However, depending on the state of the fuel cell vehicle, it may not be preferable to perform the idle stop even when the stop condition of the fuel cell vehicle is satisfied. If the idle stop is performed in such a case, when returning from the idle stop, there is a possibility that a problem such as a decrease in the power generation output of the fuel cell and a limitation of the drive output may occur, and the running performance may be maintained. And drivability are not preferred.
[0006]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a fuel cell vehicle that can maintain running performance and secure drivability even when an idle stop is performed.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made to achieve the above object, and an invention according to claim 1 of the present invention is directed to a fuel cell that is supplied with a fuel gas and an oxidizing gas to generate power, and a power generation request for the fuel cell. A fuel cell vehicle provided with idle stop means (for example, the processing of step S14 of the ECU 9 in an embodiment described later) for stopping power generation of the fuel cell when the amount is equal to or less than a predetermined value, wherein Even if the amount is equal to or less than the predetermined value, if the hydrogen pressure at the anode inlet of the fuel cell to which the fuel gas is supplied is equal to or less than a predetermined value, the operation of the idle stop means is inhibited. (E.g., processing in step S24 of the ECU 9 in an embodiment described later).
[0008]
According to the present invention, when the hydrogen pressure is equal to or less than the predetermined value, the idle stop is prohibited, so that the power generation output of the fuel cell at the time of the idle stop can be maintained above the predetermined value. Power generation output of the fuel cell when returning from the state can be secured.
[0009]
Further, the invention according to claim 2 is a fuel cell that performs power generation by supplying a fuel gas and an oxidizing gas, and stops the power generation of the fuel cell when a required power generation amount for the fuel cell is equal to or less than a predetermined value. A fuel cell vehicle provided with idle stopping means for causing the fuel gas to be supplied to the fuel cell and supplying the fuel gas to the fuel cell. When the pressure is equal to or higher than a predetermined value, an idle stop prohibiting unit (for example, a process of step S22 of the ECU 9 in an embodiment described later) for prohibiting the operation of the idle stop unit is provided. 0010
According to the present invention, when the differential pressure is equal to or more than the predetermined value, the idle stop is prohibited, so that the fuel cell differential pressure (interelectrode pressure) at the time of the idle stop is set to an appropriate value lower than the predetermined value. The state can be maintained, and the reliability of the fuel cell can be ensured.
[0011]
Further, the invention according to claim 3 is a fuel cell that generates power by being supplied with a fuel gas and an oxidizing gas, and stops the power generation of the fuel cell when a required power generation amount for the fuel cell is equal to or less than a predetermined value. A fuel cell vehicle provided with idle stop means for causing the fuel cell to be idle when the voltage of a cell constituting the fuel cell is equal to or less than a predetermined value even when the required power generation amount is equal to or less than the predetermined value. An idle stop prohibiting unit (for example, the process of step S26 of the ECU 9 in the embodiment described later) for prohibiting the operation of the stopping unit is provided.
[0012]
According to the present invention, when the voltage of the cell is equal to or less than the predetermined value, the idle stop is prohibited, so that the power generation output of the fuel cell during the idle stop can be maintained above the predetermined value, The power output of the fuel cell when returning from the idle stop can be secured.
[0013]
Further, the invention according to claim 4 is a fuel cell that performs power generation by supplying a fuel gas and an oxidizing gas, and stops the power generation of the fuel cell when a required power generation amount for the fuel cell is equal to or less than a predetermined value. A fuel cell vehicle provided with idle stopping means for causing the fuel cell to be disposed at an anode outlet even if the required power generation amount is equal to or less than the predetermined value. When the hydrogen concentration in the dilution box 21) is equal to or higher than a predetermined value, an idle stop prohibiting unit (for example, the process of step S28 of the ECU 9 in an embodiment described later) that prohibits the operation of the idle stop unit is provided. It is characterized by having.
[0014]
According to the present invention, when the hydrogen concentration of the hydrogen dilution means is equal to or higher than the predetermined value, the idle stop is prohibited, so that the hydrogen concentration of the hydrogen dilution means at the time of the idle stop is maintained below the predetermined value. The hydrogen concentration of the hydrogen dilution means can be kept within a certain range even when the hydrogen purge process is performed when returning from the idle stop.
[0015]
In addition, the invention according to claim 5 is a fuel cell that performs power generation by supplying a fuel gas and an oxidizing gas, and stops the power generation of the fuel cell when a required power generation amount for the fuel cell is equal to or less than a predetermined value. A fuel cell vehicle provided with idle stop means for causing the idle stop means to be operated within a predetermined time immediately after the hydrogen purging process of the fuel cell even if the required power generation amount is equal to or less than the predetermined value. An idle stop prohibiting unit (for example, the process of step S30 of the ECU 9 in an embodiment described later) for prohibiting the operation of the ECU is provided.
[0016]
According to the present invention, idle stop is prohibited within a predetermined time immediately after the hydrogen purging process, so that the hydrogen dilution means can be operated with the hydrogen concentration maintained at a certain level or less.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention. This fuel cell vehicle includes a fuel cell (FC) 2 and a capacitor 7 as a power supply device.
[0018]
The fuel cell 2 has a stack in which a predetermined number of cells are stacked on a cell formed by sandwiching an electrolyte membrane between an anode and a cathode from both sides, and a reaction gas (fuel gas and oxidation gas) supplied thereto is provided. A driving output is obtained by electrochemically reacting the agent gas).
[0019]
A hydrogen supply system 16 and an air supply system 17 are connected to the fuel cell 2. The hydrogen supply system 16 includes, for example, a high-pressure hydrogen tank that holds hydrogen at a high pressure, and supplies hydrogen to the anode of the fuel cell 2. The air supply system 17 includes an air compressor, and supplies air (air) as an oxidant to the cathode of the fuel cell 2.
[0020]
When a reaction gas (hydrogen, air) is supplied from these systems 16 and 17 to the fuel cell 2, the hydrogen supplied to the reaction surface (not shown) of the anode is ionized and passes through the solid polymer electrolyte membrane. Move to the cathode. The electrons generated during this time are taken out to an external circuit and used as DC electric energy.
[0021]
The fuel cell 2 is provided with a cell voltage sensor 24, which detects the voltage of each cell. A hydrogen pressure sensor 23 is provided on the anode inlet side of the fuel cell 2, and detects a hydrogen pressure PH supplied to the fuel cell 2 by the sensor 23.
[0022]
The reacted hydrogen gas (hydrogen off-gas) and air (air off-gas) used for power generation in the fuel cell 2 are merged in the dilution box 21 via the respective discharge passages. After sufficiently reducing the concentration of hydrogen in the chamber, the hydrogen is discharged from the dilution box 21.
Further, a hydrogen discharge valve 19 is provided on the upstream side of the dilution box 21 in the discharge channel of the hydrogen off gas, and by controlling this valve 19, the discharge process of the hydrogen off gas is controlled. A back pressure control valve 20 is provided in the air off gas discharge flow path on the upstream side of the dilution box 21. By controlling this valve 20, the pressure on the cathode inlet side is controlled.
[0023]
Unreacted hydrogen gas not consumed by power generation is supplied again to the anode of the fuel cell 2 via the ejector 18 from the hydrogen off-gas discharge flow path. Thereby, the utilization rate of hydrogen gas can be increased.
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the fuel cell 2, the dilution box 21, the ejector 18 and the like are accommodated in the fuel cell box 3 to protect these devices.
[0024]
Further, a cooling system 4 is connected to the fuel cell 2 via a circulation channel. The cooling system 4 includes a pump or the like for supplying a cooling medium (for example, water) in the circulation flow path to the fuel cell 2, and supplies a cooling medium (cooling water) to the fuel cell 2. The fuel cell 2 is cooled.
A water temperature detection sensor 5 is provided in the circulation flow path on the fuel cell 2 outlet side, and the water temperature detection sensor 5 detects the temperature TW of the cooling water that has cooled the fuel cell 2.
[0025]
The power (output) generated by the fuel cell 2 is supplied to a capacitor 7 and a load 26 via a current limiter (VCU) 13. The current limiter 13 limits the output from the fuel cell 2 as necessary and supplies the output to the capacitor 7 and the load 26.
[0026]
The capacitor 7 is, for example, an electric double layer capacitor, which is charged with the current generated by the fuel cell 2 and has a function of supplying the power stored in the capacitor 7 to the load 26 to assist the power generation of the fuel cell 2. ing.
[0027]
The capacitor 7 and the current limiter 13 are connected to an inverter 25 and accessories 14 constituting a load 26 and supply power to these devices 25 and 14. The inverter 25 is also connected to the traveling motor 6, converts the electric power supplied to the inverter 25 from DC to AC, supplies the converted power to the traveling motor 6, and drives the traveling motor 6 to rotate. The driving force of the traveling motor 6 is transmitted to wheels (not shown) via a transmission (not shown) or the like, so that the vehicle travels.
Further, the traveling motor 6 can convert the deceleration energy input from the wheels at the time of deceleration of the vehicle into regenerative energy, and charge the capacitor 7 as electric energy.
[0028]
The fuel cell vehicle according to the present embodiment includes a control device (ECU) 9. The control device 9 is connected to the sensors 5, 22, 23, and 24 described above, and the values of the water temperature TW, the hydrogen concentration, the hydrogen pressure PH, and the cell voltage V detected by the sensors 22, 23, 24, and 27 are obtained. Each is entered. Further, the control device 9 receives signals about the accelerator pedal opening AP, the opening and closing of the ignition switch IG, and the atmospheric pressure (air pressure) PA, and controls the devices 13, 16, 17, and 26. Then, as described below, control is performed to prohibit the vehicle from idling stop or idling stop. This will be described with reference to FIG.
[0029]
FIG. 2 is a flowchart showing the control in the idle stop determination in the fuel cell vehicle shown in FIG. When the control of the idle stop determination condition is started in step S10, it is determined in step S12 whether the vehicle is in a stopped state. This determination is made based on whether the vehicle speed is equal to or less than a predetermined value, the expected power consumption of the traveling motor 6 is equal to or less than a predetermined value, the capacity of the capacitor 7 is equal to or more than a predetermined value, and the power consumption of the auxiliary devices 14 is equal to or more than a predetermined value. . If all of these conditions are satisfied, it is determined that the vehicle is not in a stopped state. If any one of these conditions is not satisfied, it is determined that the vehicle is not in a stopped state.
[0030]
Then, in step S14, it is determined whether or not the above determination result indicates that the vehicle is in a stopped state. If the determination result is NO, a series of processing is terminated without performing idle stop. If the result of this determination is YES, the process proceeds to step S16 to perform idle stop determination processing of the fuel cell system.
[0031]
FIG. 3 is a flowchart showing the process of the idle stop prohibition determination in step S16. First, in step S22, the differential pressure (hydrogen gauge pressure) between the hydrogen pressure PH detected by the hydrogen pressure sensor 23 and the atmospheric pressure PA detected by an atmospheric pressure sensor (not shown) is equal to or less than a predetermined value relating to the differential pressure. Is determined. If the result of this determination is NO, the operation proceeds to step S34 to determine whether or not to prohibit the idle stop of the fuel cell system, and then proceeds to the process of step S18. In step S18, it is determined whether or not the above determination result indicates that the idle stop is prohibited. In this case, since the determination result is NO, the series of processing is ended without performing the idle stop.
[0032]
When the power generation is stopped, the cathode inlet pressure is reduced to the atmospheric pressure in order to stop the compressor of the air supply system 17. Therefore, when the power generation is stopped in a state where the anode pressure is high, the gap difference pressure increases. Therefore, in the present embodiment, when the differential pressure is equal to or more than the predetermined value, the idling stop is prohibited, so that the differential pressure (inter-electrode pressure) of the fuel cell 2 at the time of the idling stop is made smaller than the predetermined value. The lower proper state can be maintained, and the reliability of the fuel cell 2 can be ensured.
If the determination result in step S22 is YES, the process proceeds to step S24.
[0033]
In step S24, it is determined whether or not the hydrogen pressure PH is equal to or higher than a predetermined pressure-related value. If the determination result is NO, the process proceeds to step S34 to determine whether to prohibit the idle stop of the fuel cell system. Proceed to processing. In this case, since the result of the determination in step S18 is NO, a series of processing ends without performing idle stop.
[0034]
As described above, in a state where the hydrogen pressure in the gas passage in the fuel cell 2 is not sufficiently ensured (when the hydrogen pressure PH is equal to or lower than the predetermined value), the idle stop is prohibited. Can be maintained above the predetermined value, and the power output of the fuel cell 2 when returning from the idle stop can be secured.
If the determination result in step S24 is YES, the process proceeds to step S26.
[0035]
In step S26, it is determined whether or not the lowest voltage (minimum cell voltage) among the voltage values of the cells detected by the cell voltage sensor is equal to or higher than a predetermined voltage-related value. Proceeding to S34, a determination is made to prohibit the idle stop of the fuel cell system, and then proceed to step S18. In this case, since the result of the determination in step S18 is NO, a series of processing ends without performing idle stop.
[0036]
As described above, in the state where the power generation voltage decreases and the power generation is unstable (when the voltage of the cell is equal to or less than the predetermined value), the idle stop is prohibited. It can be maintained above the predetermined value, and the power output of the fuel cell 2 when returning from the idle stop can be secured.
If the determination result in step S26 is YES, the process proceeds to step S28.
[0037]
In step S28, it is determined whether or not the hydrogen concentration at the outlet of the dilution box 21 detected by the hydrogen concentration sensor 22 is equal to or less than a predetermined value relating to the hydrogen concentration. If the determination result is NO, the process proceeds to step S34 to proceed to the fuel cell system. Is determined to prohibit idle stop, and the process proceeds to step S18. In this case, since the result of the determination in step S18 is NO, a series of processing ends without performing idle stop.
[0038]
As described above, since the idle stop is prohibited when the hydrogen concentration in the dilution box 21 is equal to or higher than the predetermined value, the hydrogen purge may be performed when the power generation is unstable when returning from the idle stop and restarting. However, even when the hydrogen concentration in the dilution box 21 at the time of idling stop can be maintained below the predetermined value, and the hydrogen purge process is performed when returning from the idle stop, the dilution box 21 Can be suppressed within a certain level.
If the determination result in step S28 is YES, the process proceeds to step S30.
[0039]
In step S30, it is determined whether or not it is within a predetermined time immediately after the hydrogen purging process performed by opening the hydrogen discharge valve 19. If the determination result is NO, the process proceeds to step S34, and the process proceeds to step S34. It is determined that the idle stop is prohibited, and the process proceeds to step S18. In this case, since the result of the determination in step S18 is NO, a series of processing ends without performing idle stop.
[0040]
As described above, since the idle stop is prohibited within a predetermined time immediately after the hydrogen purging process, the dilution box 21 can be operated while keeping the hydrogen concentration in the dilution box 21 at a certain level or less.
If the decision result in the step S30 is YES, the process proceeds to a step S32, where it is determined that the idle stop of the fuel cell system is prohibited, and the process proceeds to a step S18. In this case, since the determination result in step S18 is YES, idle stop for stopping the supply of the reaction gas to the fuel cell 2 is performed, and a series of processing ends.
[0041]
As described above, even when the required power generation amount is equal to or less than the predetermined value and the idle stop can be performed, the idle stop prohibiting unit performs the control to prohibit the idle stop, thereby improving the fuel efficiency due to the idle stop. While maintaining the driving performance, drivability can be ensured.
[0042]
In the present embodiment, the above-described processes of steps S22 to S30 are applied as the idle stop prohibition condition for prohibiting the idle stop, but these processes can be arbitrarily changed according to the situation. . Further, as the idle stop prohibition condition, a case where the water temperature TW of the cooling system 4 is equal to or lower than a predetermined value relating to the temperature may be added. In this case, when the water temperature TW of the cooling system 4 is equal to or lower than the predetermined value, the idle stop is prohibited. Therefore, the temperature of the fuel cell 2 at the time of the idle stop is higher than the predetermined value, which is suitable for power generation. Temperature can be maintained. Of course, other changes may be made without departing from the spirit of the invention.
[0043]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the invention, it is possible to secure the power output of the fuel cell when returning from the idle stop. As a result, the driving performance can be maintained even when the vehicle is idling and the drivability can be ensured.
[0044]
According to the second aspect of the present invention, the pressure difference (interelectrode pressure difference) of the fuel cell at the time of idling stop can be maintained in an appropriate state lower than the predetermined value, and the reliability of the fuel cell can be ensured. . As a result, the driving performance can be maintained even when the vehicle is idling and the drivability can be ensured.
[0045]
According to the invention according to claim 3, the power generation output of the fuel cell during idle stop can be maintained above the predetermined value, and the power output of the fuel cell when returning from idle stop can be ensured. . As a result, the driving performance can be maintained even when the vehicle is idling and the drivability can be ensured.
[0046]
According to the fourth aspect of the present invention, the hydrogen concentration of the hydrogen diluting means can be kept within a certain range even when the hydrogen purge process is performed when returning from the idle stop. As a result, the driving performance can be maintained even when the vehicle is idling and the drivability can be ensured.
[0047]
According to the invention according to claim 5, it is possible to operate the hydrogen dilution means while maintaining the hydrogen concentration at a certain level or less. As a result, the driving performance can be maintained even when the vehicle is idling and the drivability can be ensured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing a process of determining an idle stop in the fuel cell vehicle shown in FIG.
FIG. 3 is a flowchart showing idle stop prohibition processing in step S16 shown in FIG. 2;
[Explanation of symbols]
2 Fuel cell 3 Fuel cell box 9 ECU
21 Dilution box 22 Hydrogen concentration sensor 23 Hydrogen pressure sensor 24 Cell voltage sensor

Claims

A fuel cell that is supplied with fuel gas and oxidant gas to generate power,
A fuel cell vehicle equipped with idle stop means for stopping the power generation of the fuel cell when the power generation request amount for the fuel cell is equal to or less than a predetermined value,
Even if the required power generation amount is equal to or less than the predetermined value, when the hydrogen pressure at the anode inlet of the fuel cell to which the fuel gas is supplied is equal to or less than a predetermined value,
A fuel cell vehicle comprising an idle stop prohibiting unit for prohibiting operation of the idle stop unit.

A fuel cell that is supplied with fuel gas and oxidant gas to generate power,
A fuel cell vehicle equipped with idle stop means for stopping the power generation of the fuel cell when the power generation request amount for the fuel cell is equal to or less than a predetermined value,
Even if the required power generation amount is equal to or less than the predetermined value, when the pressure difference between the hydrogen pressure and the atmospheric pressure at the anode inlet of the fuel cell to which the fuel gas is supplied is equal to or more than a predetermined value,
A fuel cell vehicle comprising an idle stop prohibiting unit for prohibiting operation of the idle stop unit.

A fuel cell that is supplied with fuel gas and oxidant gas to generate power,
A fuel cell vehicle equipped with idle stop means for stopping the power generation of the fuel cell when the power generation request amount for the fuel cell is equal to or less than a predetermined value,
Even if the required power generation amount is equal to or less than the predetermined value, when the voltage of the cells constituting the fuel cell is equal to or less than a predetermined value,
A fuel cell vehicle comprising an idle stop prohibiting unit for prohibiting operation of the idle stop unit.

A fuel cell that is supplied with fuel gas and oxidant gas to generate power,
A fuel cell vehicle equipped with idle stop means for stopping the power generation of the fuel cell when the power generation request amount for the fuel cell is equal to or less than a predetermined value,
Even if the required amount of power generation is equal to or less than the predetermined value, when the hydrogen concentration of the hydrogen diluting means disposed at the anode outlet of the fuel cell is equal to or more than a predetermined value,
A fuel cell vehicle comprising an idle stop prohibiting unit for prohibiting operation of the idle stop unit.

A fuel cell that is supplied with fuel gas and oxidant gas to generate power,
A fuel cell vehicle equipped with idle stop means for stopping the power generation of the fuel cell when the power generation request amount for the fuel cell is equal to or less than a predetermined value,
Even if the required power generation amount is equal to or less than the predetermined value, if within a predetermined time immediately after the hydrogen purging process of the fuel cell,
A fuel cell vehicle comprising an idle stop prohibiting unit for prohibiting operation of the idle stop unit.