JP2006282101A - Fuel cell vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池で発生した電力により走行する燃料電池車両に関し、特に、燃料電池で反応して排出されたガスを調圧するためのバルブを有する燃料電池車両に関する。 The present invention relates to a fuel cell vehicle that travels using electric power generated by a fuel cell, and more particularly to a fuel cell vehicle that has a valve for regulating the pressure of gas discharged by reaction in the fuel cell.
自動二輪車等の車両では、アクセル操作に対してエンジン出力を調整するために給気通路に内にスロットルバルブが設けられており、アクセル操作に連動してスロットルバルブの開閉が行われる。 In a vehicle such as a motorcycle, a throttle valve is provided in the air supply passage in order to adjust the engine output in response to an accelerator operation, and the throttle valve is opened and closed in conjunction with the accelerator operation.
近時、スロットルバルブの開閉をコントローラ及びモータを介して開閉することにより、車両走行状況に応じてエンジンに対する空気供給量をより適切に設定することが可能となっている。この場合、スロットルバルブの開度は所定のセンサにより検知及びフィードバックされ、コントローラによって所定の目標開度となるように制御される。 Recently, by opening and closing the throttle valve via a controller and a motor, it is possible to more appropriately set the air supply amount to the engine in accordance with the vehicle running situation. In this case, the opening degree of the throttle valve is detected and fed back by a predetermined sensor, and is controlled by the controller so as to reach a predetermined target opening degree.
モータによる開閉を行うスロットルバルブとして、例えば特許文献1に記載されたものを挙げることができる。このスロットルバルブでは、所定の制御部の作用下に減速ギア列を介してバタフライバルブを回動させることにより、給気管路の管路の開閉制御を行っている。この場合、バタフライバルブの回動軸に設けられた最終段ギアにはポテンショメータが設けられており、回動軸の回転量を検出して制御部に供給することによりフィードバック制御が行われている。このポテンショメータは、回動軸の側面に設けられたブラシと、該ブラシに対面する基板上の抵抗体からなり、ブラシが抵抗体に対して摺動することにより回転量が検出される。 An example of a throttle valve that opens and closes by a motor is described in Patent Document 1. In this throttle valve, the opening and closing control of the air supply pipe line is performed by rotating the butterfly valve via a reduction gear train under the action of a predetermined control unit. In this case, a potentiometer is provided in the final gear provided on the rotation shaft of the butterfly valve, and feedback control is performed by detecting the amount of rotation of the rotation shaft and supplying it to the control unit. This potentiometer is composed of a brush provided on the side surface of the rotation shaft and a resistor on the substrate facing the brush, and the amount of rotation is detected by sliding the brush against the resistor.
さて、引用文献2には、燃料電池用ガス循環ポンプシステムが開示されている。該文献に開示されたシステムでは、水素ガス供給装置及び空気供給装置から燃料電池に対して水素ガス及び空気が供給される。燃料電池を通過した水素及び酸素は、それぞれ対応する調圧弁を通過して排気側に流れる。このような調圧弁を設けることにより、燃料電池内の内圧を制御することができ、例えば、燃料電池に供給される水素及び酸素の圧力に変動が生じた場合でも燃料電池における発電量を所定値に保つことができる。そのため、特許文献1に開示されたバルブシステムを特許文献2に開示された燃料電池システムの調圧弁に適用することができる。
Now,
ところで、前記の特許文献1に記載されたスロットルバルブでは、ポテンショメータにより回転軸の回動量を検出しているためその検出信号はアナログ信号となり、電気的ノイズが加わりやすい。電気的ノイズが加わったアナログ信号に基づいてフィードバック制御を行うとバタフライバルブに微動が発生する懸念がある。 By the way, in the throttle valve described in Patent Document 1, since the rotation amount of the rotary shaft is detected by a potentiometer, the detection signal becomes an analog signal, and electrical noise is easily added. When feedback control is performed based on an analog signal to which electrical noise is added, there is a concern that fine movement may occur in the butterfly valve.
そのため、特許文献1に開示されたバルブを特許文献2に記載された燃料電池システムに適用した場合には、燃料電池の内圧を正確に制御することが困難となり、燃料電池における発電量に変動が生じる場合がある。
Therefore, when the valve disclosed in Patent Document 1 is applied to the fuel cell system described in
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、廉価な構成で、流体通路の開度を高精度に調整することにより、燃料電池における内圧を正確に制御し、燃料電池における発電量を安定化させる燃料電池車両を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of such problems, and with an inexpensive configuration, by adjusting the opening of the fluid passage with high accuracy, the internal pressure in the fuel cell is accurately controlled, and power generation in the fuel cell is achieved. It aims at providing the fuel cell vehicle which stabilizes quantity.
本発明に係る燃料電池車両は、反応ガスと水素ガスを反応させて電力を発生する燃料電池と、前記燃料電池に対して反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、前記燃料電池に対して水素ガスを供給する水素ガス供給手段と、前記燃料電池内の反応で生じた排ガスを調圧するためのバルブと、を備え、前記燃料電池で発生した電力により走行する燃料電池二輪車において、前記バルブは、回動するバルブ軸に連結され、流体通路を開閉するバルブ体と、前記バルブ軸を回転駆動するモータと、前記モータの出力軸に連結され、該出力軸の回転量を示すパルス信号を出力するエンコーダと、前記エンコーダから供給される前記回転量に基づいて、前記バルブ体の開度が所定の目標開度と一致するように前記モータの駆動制御を行う制御部とを有することを特徴とする。 A fuel cell vehicle according to the present invention includes a fuel cell that generates electric power by reacting a reaction gas and hydrogen gas, a reaction gas supply unit that supplies the reaction gas to the fuel cell, and a hydrogen gas to the fuel cell. In a fuel cell two-wheeled vehicle that travels with electric power generated in the fuel cell, comprising a hydrogen gas supply means for supplying gas and a valve for regulating the exhaust gas generated by the reaction in the fuel cell, the valve is A valve body connected to a rotating valve shaft, which opens and closes a fluid passage, a motor which rotationally drives the valve shaft, and a pulse signal which is connected to an output shaft of the motor and indicates the amount of rotation of the output shaft. An encoder, and a control unit that controls the drive of the motor so that the opening of the valve body matches a predetermined target opening based on the rotation amount supplied from the encoder It is characterized in.
このように、エンコーダが出力するパルス信号に基づいてバルブ体の開度を制御することにより、電気的ノイズの影響を低減することができ、バルブ体の振動を抑制して流体通路の開度を高精度に制御することができる。また、エンコーダはポテンショメータ等のアナログ式のセンサと比較して直線性、温度特性等が優れており、比較的廉価の型であっても所定の精度を実現することができる。このようなバルブを燃料電池システムの調圧弁に用いることにより、燃料電池における内圧を正確に制御し、燃料電池における発電量を安定化させることができる。発電量が安定することにより、例えば、燃料電池車両の走行性能が向上する。 Thus, by controlling the opening of the valve body based on the pulse signal output from the encoder, the influence of electrical noise can be reduced, and the opening of the fluid passage can be reduced by suppressing the vibration of the valve body. It can be controlled with high accuracy. In addition, the encoder is superior in linearity, temperature characteristics, and the like as compared with an analog sensor such as a potentiometer, and can achieve a predetermined accuracy even if it is a relatively inexpensive type. By using such a valve as a pressure regulating valve of the fuel cell system, it is possible to accurately control the internal pressure in the fuel cell and stabilize the power generation amount in the fuel cell. By stabilizing the amount of power generation, for example, the traveling performance of the fuel cell vehicle is improved.
この場合、前記モータと前記バルブ軸との間には、前記モータの前記出力軸の回転を減速して前記バルブ軸に伝達するための減速機構が設けられているとよい。これにより、バルブ軸の回転は増速されてエンコーダに伝達されることとなり、実質的にバルブ軸の回転検出の分解能が向上する。また、仮にエンコーダ出力信号にノイズが加わってもその影響は減速機構の減速比に応じて低減され、バルブ体が発生する振動を抑制することができる。 In this case, a speed reduction mechanism may be provided between the motor and the valve shaft to decelerate and transmit the rotation of the output shaft of the motor to the valve shaft. Thereby, the rotation of the valve shaft is accelerated and transmitted to the encoder, and the resolution of the rotation detection of the valve shaft is substantially improved. Further, even if noise is added to the encoder output signal, the influence is reduced according to the reduction ratio of the speed reduction mechanism, and vibration generated by the valve body can be suppressed.
さらに、前記減速機構は、複数のギアと、該ギア同士の噛合を補強するための補強手段とを備えることにより、減速機構におけるギア同士の滑りを防止し、バルブの開度精度を向上させることができる。 Furthermore, the speed reduction mechanism includes a plurality of gears and a reinforcing means for reinforcing the meshing between the gears, thereby preventing slippage between the gears in the speed reduction mechanism and improving the valve opening accuracy. Can do.
本発明に係る燃料電池車両によれば、エンコーダが出力するパルス信号に基づいてバルブ体の開度を制御することにより、電気的ノイズの影響を低減することができ、これによりバルブ軸の微動の発生を防止して流体通路の開度を高精度に制御することができる。また、エンコーダはポテンショメータ等のアナログ式のセンサと比較して直線性、温度特性等が優れており、比較的廉価の型であっても所定の精度の検出が可能である。 According to the fuel cell vehicle of the present invention, the influence of electrical noise can be reduced by controlling the opening degree of the valve body based on the pulse signal output from the encoder, thereby reducing the fine movement of the valve shaft. Generation | occurrence | production can be prevented and the opening degree of a fluid passage can be controlled with high precision. In addition, the encoder is superior in linearity, temperature characteristics and the like as compared with an analog type sensor such as a potentiometer, and can detect a predetermined accuracy even if it is a relatively inexpensive type.
さらに、このようなバルブを燃料電池システムの調圧弁に用いることにより、燃料電池における内圧を正確に制御し、燃料電池における発電量を安定化させる発電量が安定し、燃料電池車両の走行性能が向上する。 Further, by using such a valve as a pressure regulating valve of the fuel cell system, the internal pressure in the fuel cell is accurately controlled, the power generation amount that stabilizes the power generation amount in the fuel cell is stabilized, and the running performance of the fuel cell vehicle is improved. improves.
以下、本発明に係る燃料電池車両について実施の形態を挙げ、添付の図1〜図8を参照しながら説明する。 Embodiments of a fuel cell vehicle according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
図1に示すように、本実施の形態に係る燃料電池車両としての燃料電池二輪車10は、燃料電池12を搭載しており該燃料電池12から得られる電力を用いてモータ14を駆動することにより走行する。燃料電池12は、端子電池(単位セル)を多数枚積層して構成される個体高分子膜型燃料電池(PEMFC)であり、アノード電極に供給される燃料ガス(水素ガス)とカソード電極に供給される反応ガス(空気)とを電気化学反応させることで電力を発生する。燃料電池二輪車10は、操舵輪である前輪16と、駆動輪である後輪18と、前輪16を操舵するハンドル20と、フレーム22と、運転者及び同乗者が着座するシート24とを有する。
As shown in FIG. 1, a fuel cell two-
燃料電池二輪車10の燃料電池システム26は、図2に示すように、燃料電池12に対して反応ガスを供給する反応ガス供給手段28と、燃料電池12に対して水素ガスを供給する水素ガス供給手段30と、燃料電池12内の反応で生じた排ガスを排出する排出手段32と、システムの運転を統括的に制御するECU(Electric Control Unit)34とを有する。排出手段32には、排出ガスを調圧するための背圧弁58が設けられている。
As shown in FIG. 2, the
燃料ガスとしての水素ガスは、水素ボンベ36から遮断弁38を介して所定圧力をもって燃料電池12に供給され、且つ発電に供された後には水素循環流路40内に導入される。該水素循環流路40において、未反応の水素ガスは、水素ボンベ36からの導入される水素ガスと合流し、燃料電池12に対して再度供給される。水素循環流路40内を循環する水素ガスは、パージ弁42を介して希釈装置44内に導入される。
Hydrogen gas as fuel gas is supplied to the
一方、反応ガスとしての空気は、エアクリーナ46を介して加給器48内に導入された後に、所定圧力に加圧された状態で燃料電池12に供給され、且つ発電に供された後には希釈装置44内に導入される。インタークーラ52は燃料電池12への供給空気を冷却し、加湿器54は、反応ガスに水分を供給する。また、バイパスバルブ56は燃料電池12の低温時等にインタークーラ52及び加湿器54を介さずに空気を供給する。背圧弁58は燃料電池12における反応ガスの圧力を調整する。この背圧弁58の構成、作用については後述する。
On the other hand, after the air as the reaction gas is introduced into the
水素循環流路40に設けられたパージ弁42が開動作することによって、反応後の水素ガスが希釈装置44に導入され、該希釈装置44において燃料電池12からの排出ガスと混合、希釈処理された後に、サイレンサ60を介して大気に放出される。ここで、燃料電池12からの生成水は、排出ガスとともに加湿器54内に導入される際に集積され、反応ガスに供給する水分として再利用される。また加湿器54で集積されなかった水分(例えば水蒸気)は、希釈装置44を経た後に反応済みガスと共に排出される。
When the purge valve 42 provided in the
具体的には、ECU34には水素ガス及び反応ガスの圧力及び温度に関する信号、車速及び加給器48の回転数に関する信号、燃料電池12及びその冷却水温に関する信号等が入力され、これらの各信号に対応して加給器48、バイパスバルブ56、背圧弁58、パージ弁42及び遮断弁38等の動作が制御される。
Specifically, the ECU 34 receives a signal related to the pressure and temperature of the hydrogen gas and the reactive gas, a signal related to the vehicle speed and the rotational speed of the
また、ECU34にはスロットルグリップ64からの加速要求信号が入力され、該信号に対応して後輪18駆動用のモータ14が駆動制御される。モータ14は、燃料電池12又は二次電池としてのバッテリ66からの直流電流が、インバータユニットとしてのモータドライバ(制御部)68において三相交流電源に変換された後に供給されて駆動する三相交流モータとして構成されている。
Further, an acceleration request signal from the
燃料電池システムにおける冷却系は、燃料電池12及びモータ14のウォータジャケット、及びインタークーラ52内及びモータドライバ68に隣接する冷却板(冷却器)70内の各水路を連通させる冷却水路72を構成し、該冷却水路72にウォータポンプ74及びラジエータ76が設けられている。
The cooling system in the fuel cell system includes a water jacket for the
このような冷却系において、ウォータポンプ74の動作により冷却水路72内を冷却水が流通、循環することで、燃料電池12、モータ14、反応ガス、及びモータドライバ68から吸熱されるとともにこの熱がラジエータ76にて放熱される。サーモスタット78は、燃料電池12の低温時にラジエータ76を介さずに冷却水を循環させる。
In such a cooling system, the cooling water flows and circulates in the
次に、燃料電池二輪車10の排出手段32に設けられる背圧弁58及び該背圧弁58を制御するバルブ開度制御装置100について説明する。
Next, the
図3に示すように、バルブ開度制御装置100は、吸気通路112の途中に設けられた背圧弁58と、ECU34から指示される目標スロットル開度θaに基づいて背圧弁58を制御するコントローラドライバ118とを有する。ECU34では、スロットルグリップ64の操作量Acc、バッテリ66の残容量及び車速信号Vに基づいて燃料電池12における発電量を決定し、それに基づいて加給器48の回転を制御するとともに目標スロットル開度θaを求めてコントローラドライバ118に供給する。ECU34とコントローラドライバ118との間においては、目標スロットル開度θa以外にも動作指示情報及びエラー情報等についての相互通信が行われる。操作量Acc、車速信号V及び目標スロットル開度θaの通信には、他のコントローラに対しても通信可能な所定の車内通信網を用いてもよい。
As shown in FIG. 3, the valve
図4〜図6に示すように、背圧弁58はボディ123をベースとして構成されており、該ボディ123を貫通する断面円形の流体通路124と、バルブ軸126に連結され、流体通路124を開閉するバルブ体としての円板状のバタフライバルブ128と、該バタフライバルブ128の回転駆動源としてのブラシレスモータ130と、ブラシレスモータ130の出力軸130aの回転を減速してバルブ軸126に伝達するための複数のギアからなる減速機構132とを有する。また、出力軸130aには、回転量を示すパルス信号を出力するロータリエンコーダ134が連結されており、バルブ軸126には、回転量を検出するポテンショメータ136が連結されている。ブラシレスモータ130はU、V及びW相の三相駆動の交流型であって、コントローラドライバ118の作用下にパルス駆動される(図3参照)。ポテンショメータ136とコントローラドライバ118は電源ラインとしてのVcc及びGndと、信号供給ラインとしてのSgの3本のラインで接続されている(図3参照)。
As shown in FIGS. 4 to 6, the
ボディ123は、流体通路124の一方を前記吸気通路112に接続するパイプ140と、流体通路124の他方をボルト締結により所定の流体供給機器(例えば、加給器48)に接続するためのブロック部142とを有する。バルブ軸126は流体通路124内に設けられた円形のバタフライバルブ128に接続されるとともに、流体通路124に対する直交方向の支軸孔144に回動自在に挿入されており、バルブ軸126が回動することによりバタフライバルブ128が傾動し、その傾動角θに応じて流体通路124の開度が調整される。流体通路124は、バタフライバルブ128の傾動角θが0°のとき全閉となり、90°のとき全開となる(図7参照)。
The
バルブ軸126はボディ123を挟んだ両側をスラストベアリング146a、146bで回転支持されており滑らかに回動可能である。また、流体通路124を挟んで両側の支軸孔144にはバルブ軸126に当接するOリング148a、148bが設けられており、流体通路124を通過する流体の漏れを防止するとともに、流体通路124に外部から異物が侵入することを防止している。
The
減速機構132は、ブラシレスモータ130の出力軸130aに接続された歯数の少ない初段ギア150と、該初段ギア150に噛合する歯数の多い第1中間ギア152と、該第1中間ギア152と同軸一体的に回転する歯数の少ない第2中間ギア154と、該第2中間ギア154に噛合する歯数の多い終段ギア156とを有する。終段ギア156はバルブ軸126の一端に接続されており、減速機構132によってブラシレスモータ130の回転が減速されてバルブ軸126に伝達されることになる。なお、バルブ軸126の他端には前記のポテンショメータ136が連結されている。
The
また、終段ギア156は、バタフライバルブ128の傾動角θを、0°≦θ≦90°の可動範囲とするのに十分な約180°の扇形として形成されている(図5参照)。ボディ123には、終段ギア156が時計方向及び反時計方向に過度に回転することを防止する第1ストッパ158及び第2ストッパ160が設けられている。第1ストッパ158及び第2ストッパ160には突出量が調整可能な調整ボルト162a、162bが設けられており、終段ギア156における扇形の周方向各端面が調整ボルト162a、162bの端部に接触することによりそれ以上の回転が防止される。傾動角θの機械的可動角は動作的余裕を考慮して−2°≦θ≦92°となるように調整ボルト162a、162bにより調整されている。
Further, the
一方、ECU34から供給される目標スロットル開度θaは、0°≦θa≦90°として表され、通常動作時には終段ギア156が第1ストッパ158又は第2ストッパ160を強く押圧する状態、いわゆる突き当て状態の発生が防止され、目標スロットル開度θaと傾動角θとの偏差が存在することに基づくブラシレスモータ130に対する過電流を防止することができる。
On the other hand, the target throttle opening degree θa supplied from the
ボディ123と終段ギア156との間におけるバルブ軸126の周りにはリターンスプリング164が設けられており、終段ギア156を図5における時計方向に付勢している。これにより、ブラシレスモータ130が非通電状態であるときには、終段ギア156は調整ボルト162aに当接し(図5に示す状態)、バタフライバルブ128の傾動角θは、θ=−2°の位置で保持される。また、リターンスプリング164は、減速機構132に予圧を与えるため各ギア同士の噛合を補強するための補強手段として作用し、ギア同士の滑りを防止し、バルブの開度精度を向上させることができる。リターンスプリング164には、例えばトーションスプリングが用いられる。
A
バルブ軸126の周りには、さらにコイルスプリング166が設けられており、スラストベアリング146aの端面に対して予圧としての付勢力を与え、がたの発生を防止している。なお、減速機構132、リターンスプリング164及びコイルスプリング166は、塵挨等から保護するためのカバー168によって覆われているが、図5に示す側面図においては、減速機構132を視認できるようにカバー168を取り外した状態で図示している。
A
図4に示すように、ブラシレスモータ130における出力軸130aの一端には前記の初段ギア150が設けられており、他端はロータリエンコーダ134に連結されている。
As shown in FIG. 4, the
ロータリエンコーダ134はいわゆるインクリメンタル型であって、ブラシレスモータ130の出力軸130aに連結された検出軸134aと、該検出軸134aに設けられた円板134bと、該円板134bを挟んだ対向位置に設けられた複数の発光素子134c及び複数の受光素子134dと、受光素子134dの検出信号を調整するアンプ134eとを有する。円板134bには回転角度に応じた多数のスリットが設けられており、受光素子134dではスリットを介して受光した検出信号をアンプ134eに供給する。このようなロータリエンコーダ134ではスリットのパターンに基づいて、回転角度に対応したパルス信号であるA相信号と、該A相信号に対して90°位相の異なるB相信号と、所定の基準角度を示すZ信号とを出力し、それぞれコントローラドライバ118に供給する。また、コントローラドライバ118からはロータリエンコーダ134に対して、電源ラインとしてのVcc及びGndを介して電力供給を行っている(図3参照)。
The
次に、このように構成されるバルブ開度制御装置100の作用について、図8を参照しながら説明する。図8に示される処理は、搭乗者が図示しないイグニッションキーをオンにする操作に基づいてコントローラドライバ118に電源が供給されることにより処理が開始され、具体的には、内部のCPU(Central Processing Unit)により所定の記憶部からプログラムを読み込み実行することによりソフトウェア処理として行われる。
Next, the operation of the valve opening
先ず、ステップS1において、所定の初期化処理を行う。つまり、ポテンショメータ136から得られる角度に関する信号Sgを確認して断線等の異常がないことを確認するとともに、その他の所定のフェイル調査を行う。フェイル調査により断線等の異常が認められた場合には、その旨をECU34に通知するとともに、所定のフェイル対応処理であるステップS11に移る。異常が認められない場合には次のステップS2へ移る。
First, in step S1, a predetermined initialization process is performed. That is, the signal Sg related to the angle obtained from the
また、ステップS1においては、終段ギア156がリターンスプリング164から付勢されていることにより、θ≒−2°となっていると想定されることから、信号Sgに基づいてバルブ軸126の傾動角θが−2°近傍の値となっていることを確認する。
In step S1, since it is assumed that θ≈−2 ° because the
さらに、この時点で出力軸130aの回動角計測用のアップダウンカウンタCnの値を0にリセットする。この後、図示しない並列的な専用処理(又は割り込み処理等)において、アップダウンカウンタCnはロータリエンコーダ134から得られるA相信号及びB相信号のパルスに基づいてリアルタイムで増減される。
Further, at this time, the value of the up / down counter Cn for measuring the rotation angle of the
ステップS2において、ECU34から動作開始指示を受けることにより初期動作としてブラシレスモータ130を駆動し、傾動角θが0°となりロータリエンコーダ134からZ信号を受信するまでブラシレスモータ130を回転させ、Z信号を受信した時点で駆動を一時停止し、所定の位置保持処理を行う。
In step S2, upon receiving an operation start instruction from the
また、Z信号を受信した時点で位置補正パラメータCzに対する設定として、Cz←Cnとして代入処理を行う。以後、アップダウンカウンタCnから位置補正パラメータCzを減算することにより、傾動角θが0°である位置を基準とした正確な角度検出が可能となる。すなわち、傾動角θはθ=Cn−Czとして表されることになる。 In addition, as a setting for the position correction parameter Cz when the Z signal is received, substitution processing is performed as Cz ← Cn. Thereafter, by subtracting the position correction parameter Cz from the up / down counter Cn, it is possible to accurately detect the angle based on the position where the tilt angle θ is 0 °. That is, the tilt angle θ is expressed as θ = Cn−Cz.
ステップS3において、ECU34からの動作許可信号がその時点において有効に存続しているか否かを確認し、動作許可信号が無効である場合には待機し、有効である場合にはステップS4へ移る。
In step S3, it is confirmed whether or not the operation permission signal from the
ステップS4において、所定の電源回路から供給される電源電圧値を確認し、規定範囲内であればステップS5へ移り、規定範囲外であればステップS11のフェイル処理へ移る。つまり、電源電圧が過大である場合にはブラシレスモータ130に対してダメージを与えるおそれがあり、過小である場合には必要な回転トルクが得られないおそれがあるため、ステップS4における電源電圧監視処理を行うことによりこのような事態が発生することを防止している。
In step S4, the power supply voltage value supplied from the predetermined power supply circuit is confirmed. If it is within the specified range, the process proceeds to step S5. That is, if the power supply voltage is excessive, the
ステップS5において、ECU34から供給される目標スロットル開度θaの値を確認し、前回値と比較して変化の有無に基づく分岐処理を行う。つまり、目標スロットル開度θaが不変である場合にはステップS8へ移り所定の現状位置保持処理を行い、変化がある場合にはステップS6へ移る。
In step S5, the value of the target throttle opening θa supplied from the
ステップS6においては、ブラシレスモータ130をパルス駆動するための出力パルス数Poの算出を次の(1)式に基づいて行う。
In step S6, the number of output pulses Po for driving the
ここで、Rは減速機構132の減速比であり、Peはロータリエンコーダ134が出力する1回転当たりのパルス数であり、ともに固定値である。この(1)式の右辺第1項によれば、0°〜90°の単位で供給される目標スロットル開度θaを360°で除算するとともに減速比R及びパルス数Peを乗算することにより、1回転あたりR×Peとなるように単位変換される。また、バルブ軸126の回転角度として表される目標スロットル開度θaをブラシレスモータ130の出力軸130aの回転角度として表すことができる。仮に、R=20、Pe=500とすると、0°〜90°の目標スロットル開度θaは、出力パルス数Poとして0〜2500のパルスで表されることになる。
Here, R is the reduction ratio of the
また、この値(つまり、(1)式の右辺第1項)から(1)式の右辺第2項を差し引くことによって、その時点の角度偏差をパルス数に変換した値として出力パルス数Poが求められる。(1)式の右辺第2項は、アップダウンカウンタCnから位置補正パラメータCzを減算した値であり、傾動角θがθ=0°となる位置を基準とした出力軸130aの回転角度を示す。
Further, by subtracting the second term on the right side of equation (1) from this value (that is, the first term on the right side of equation (1)), the output pulse number Po is obtained as a value obtained by converting the angular deviation at that time into the pulse number. Desired. The second term on the right side of the equation (1) is a value obtained by subtracting the position correction parameter Cz from the up / down counter Cn, and indicates the rotation angle of the
(1)式から明らかなように、この出力パルス数Poの単位は、0.036°(=90/2500)であり、十分小さい値とすることができる。換言すれば、バルブ軸126が1/4回転(0°〜90°)する際に出力軸130aは増速されて5回転することになり、ロータリエンコーダ134の1回転当たりの出力パルス数Po(=500)のさらに5倍のパルス数(=2500)の計測精度が得られることになる。
As is apparent from the equation (1), the unit of the output pulse number Po is 0.036 ° (= 90/2500), which can be a sufficiently small value. In other words, when the
ステップS7において、ステップS6で求められた出力パルス数Poに基づいてブラシレスモータ130をパルス駆動する。これにより、出力軸130aが回転するとともにバルブ軸126が従動的に回転し、バルブ軸126の傾動角θが目標スロットル開度θaに一致する。この場合、ブラシレスモータ130の出力トルクも減速比Rに応じて増大してバルブ軸126に伝達されるため、流体力や摩擦力等に抗してバルブ軸126を確実に動作させることができる。
In step S7, the
また、出力パルス数Poは、その時点の角度偏差をパルス数に変換した値として求められて出力されることから、一種のフィードバック制御がなされることになる。 Further, the output pulse number Po is obtained and outputted as a value obtained by converting the angular deviation at that time into the pulse number, and therefore, a kind of feedback control is performed.
ステップS7又はステップS8の処理後、ステップS9において、ブラシレスモータ130に対する過電流判定処理を行い、過電流が発生していると判定される場合にはステップS11のフェイル処理へ移り、電流値が正常範囲内である場合にはステップS10へ移る。
After the process of step S7 or step S8, in step S9, an overcurrent determination process is performed on the
ステップS10において、背圧弁58の各種の異常判定を行い、正常である場合にはステップS3へ戻ってブラシレスモータ130の制御を継続し、異常が認められる場合には、ステップS11のフェイル処理へ移る。このステップS10において行う異常判定としては、例えばブラシレスモータ130の駆動に対してポテンショメータ136の信号Sgが正常に追従していることの確認判定が挙げられる。信号Sgが追従してないと認められる場合には、減速機構132等に不具合があると判断されるため、ステップS11へ移る。
In step S10, various abnormalities of the
なお、図8に示す処理は微小時間で繰り返し実行されており、仮に異常が発生した場合であってもステップS1、S4、S9及びS10の各異常判定処理によって即時にフェイル処理であるステップS11へ移行することにより、背圧弁58を適切に保護することができる。また、ステップS11は不測の事態に対応するために設けられているものであり、通常はこのような異常が発生することがないように設定されていることはもちろんである。
Note that the process shown in FIG. 8 is repeatedly executed in a very short time, and even if an abnormality occurs, the process immediately proceeds to step S11 which is a fail process by each abnormality determination process in steps S1, S4, S9 and S10. By shifting, the
上述したように、本実施の形態に係る燃料電池二輪車10においては、排出手段32に排ガスの圧力を調整する背圧弁58が設けられ、バルブ開度制御装置100により制御される。背圧弁58に供給される空気は加給器48によって圧縮されており、しかも供給管路は比較的小径であるため、通過空気量を適正に保つためには傾動角θを高精度に調整する必要がある。
As described above, in the fuel cell two-wheeled
これに対して、バルブ開度制御装置100においては、ロータリエンコーダ134が出力するパルス信号であるA相信号、B相信号及びZ信号に基づいてブラシレスモータ130の出力軸130aの回動量及びバルブ軸126の傾動角θを求めることにより、電気的ノイズの影響を低減することができ、これによりバタフライバルブ128の微動を防止して流体通路124の開度を高精度に制御することができる。したがって、燃料電池12における内圧を正確に制御でき発電量が安定する。発電量が安定することにより、例えば、燃料電池二輪車10の走行性能が向上する。
On the other hand, in the valve opening
また、ロータリエンコーダ134はアナログ式のセンサと比較して直線性、温度特性等が優れており、比較的廉価の型であっても所定の精度の検出が可能である。バルブ開度制御装置100では、アナログ式のポテンショメータ136を併用しているが、該ポテンショメータ136は、基本的には減速機構132の異常検出等の不測事態に対応するためのものであり、設計事項に基づいて省略することも可能である。すなわち、バルブ開度制御装置100では、回転検出用にロータリエンコーダ134のみを用いて背圧弁58の制御が可能であり、廉価に構成することができる。また、多くのブラシレスモータには、回転制御用にロータリエコーダが付属していることから、これをバルブ軸126の傾動角θの検出用に兼用も可能である。
Further, the
ブラシレスモータ130とバルブ軸126との間には減速機構132が設けられていることから、バルブ軸126の回転は増速されてロータリエンコーダ134に伝達されることとなり、実質的に傾動角θの回転検出の分解能が向上する。また、仮にロータリエンコーダ134の出力信号にノイズが加わってもその影響は減速機構132の減速比Rに応じて低減され、バタフライバルブ128が発生する振動を抑制することができる。
Since the
さらに、アクチュエータとしてはブラシレスモータ130に限らず種々のモータを用いることができる。回転検出センサとしてはロータリエンコーダ134に限らず、ホールICやレゾルバを用いても同様の効果が得られる。
Furthermore, the actuator is not limited to the
燃料電池二輪車10のバルブ開度制御装置100においてはロータリエンコーダ134が駆動側のブラシレスモータ130の側に設けられていることから、受動側であるバルブ体の構造、形状、大きさに対して制限がなく、例えばアクチュエータにより駆動されるニードルバルブやスプールバルブに適用してもよい。
In the valve opening
本発明に係る燃料電池車両は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。 The fuel cell vehicle according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, but can of course adopt various configurations without departing from the gist of the present invention.
10…燃料電池二輪車 12…燃料電池
26…燃料電池システム 28…反応ガス供給手段
30…水素ガス供給手段 32…排出手段
58…背圧弁 100…バルブ開度制御装置
112…吸気通路 118…コントローラドライバ
124…流体通路 126…バルブ軸
128…バタフライバルブ 130…ブラシレスモータ
130a…出力軸 132…減速機構
134…ロータリエンコーダ 150…初段ギア
164…リターンスプリング(補強手段)
θ…傾動角 θa…目標スロットル開度
DESCRIPTION OF
θ ... Tilt angle θa ... Target throttle opening
Claims (3)
前記燃料電池に対して反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、
前記燃料電池に対して水素ガスを供給する水素ガス供給手段と、
前記燃料電池内の反応で生じた排ガスを調圧するためのバルブと、
を備え、前記燃料電池で発生した電力により走行する燃料電池二輪車において、
前記バルブは、回動するバルブ軸に連結され、流体通路を開閉するバルブ体と、
前記バルブ軸を回転駆動するモータと、
前記モータの出力軸に連結され、該出力軸の回転量を示すパルス信号を出力するエンコーダと、
前記エンコーダから供給される前記回転量に基づいて、前記バルブ体の開度が所定の目標開度と一致するように前記モータの駆動制御を行う制御部とを有することを特徴とする燃料電池車両。 A fuel cell that generates electric power by reacting a reaction gas with hydrogen gas; and
Reactive gas supply means for supplying a reactive gas to the fuel cell;
Hydrogen gas supply means for supplying hydrogen gas to the fuel cell;
A valve for regulating the exhaust gas generated by the reaction in the fuel cell;
In a fuel cell two-wheeled vehicle that travels by electric power generated in the fuel cell,
The valve is connected to a rotating valve shaft, and opens and closes a fluid passage; and
A motor that rotationally drives the valve shaft;
An encoder connected to the output shaft of the motor and outputting a pulse signal indicating the amount of rotation of the output shaft;
A fuel cell vehicle comprising: a control unit that performs drive control of the motor based on the rotation amount supplied from the encoder so that the opening degree of the valve body coincides with a predetermined target opening degree. .
前記モータと前記バルブ軸との間には、前記モータの前記出力軸の回転を減速して前記バルブ軸に伝達するための減速機構が設けられていることを特徴とする燃料電池車両。 The fuel cell vehicle according to claim 1, wherein
A fuel cell vehicle characterized in that a speed reduction mechanism is provided between the motor and the valve shaft to decelerate the rotation of the output shaft of the motor and transmit it to the valve shaft.
前記減速機構は、複数のギアと、該ギア同士の噛合を補強するための補強手段とを備えることを特徴とする燃料電池車両。 The fuel cell vehicle according to claim 2, wherein
The speed reduction mechanism includes a plurality of gears and a reinforcing means for reinforcing meshing between the gears.
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