JP2007157505A - Fuel cell mounted moving body and fuel cell system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell mounted moving body capable of moving in automatic operation mode, improving driving property by saving fuel consumption. <P>SOLUTION: The fuel cell mounted moving body is provided with a fuel cell 10 generating power by receiving supply of fuel gas, a driving device (motor 2 or the like) generating driving force by receiving power from the fuel cell 10, and a fuel supply amount control means (control device 7) controlling fuel gas supply amount to the fuel cell 10 on the basis of requirement of load from the driving device; and capable of switching non-automatic operation mode controlling operation of driving device by operation of an operator, and automatic operation mode controlling operation of driving device on the basis of requirement of load preset regardless of operation of an operator. The fuel supply amount control means sets an excessive fuel supply ratio at automatic operation mode smaller than that at non-automatic operation mode. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池搭載型移動体（特に燃料電池を搭載した車両）及び燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell-equipped moving body (particularly a vehicle equipped with a fuel cell) and a fuel cell system.

現在、反応ガス（燃料ガス及び酸化ガス）の供給を受けて発電を行う燃料電池を搭載した燃料電池車両等の移動体が提案され、実用化されている。かかる燃料電池搭載型移動体においては、燃料電池へのガス供給の遅れが生じる場合があり、負荷要求に対する出力（発電）の応答性が課題となっている。   Currently, a moving body such as a fuel cell vehicle equipped with a fuel cell that generates power by receiving a supply of reaction gas (fuel gas and oxidizing gas) has been proposed and put into practical use. In such a fuel cell-mounted mobile body, there may be a delay in the gas supply to the fuel cell, and the responsiveness of the output (power generation) with respect to the load request is an issue.

このため、駆動モータ等の負荷装置の状態に基づいて燃料電池に対する負荷要求の変動を予測し、予測結果に基づいて燃料電池への燃料供給量を決定することにより、出力応答性を向上させる制御技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。かかる制御技術においては、負荷要求変動の予測結果に基づいて、負荷要求に対応する燃料量（基準燃料量）と、実際に燃料電池に供給する燃料量（供給燃料量）と、の比（以下、「余剰燃料供給比」という）を変更することにより、出力応答性を向上させている。
特開２００５−９３１２０号公報 For this reason, control for improving output responsiveness by predicting fluctuations in load requirements for the fuel cell based on the state of the load device such as a drive motor and determining the amount of fuel supplied to the fuel cell based on the prediction result A technique has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In such a control technique, based on the prediction result of the load demand fluctuation, the ratio of the fuel amount corresponding to the load demand (reference fuel amount) and the fuel amount actually supplied to the fuel cell (supply fuel amount) (hereinafter referred to as the fuel amount) The output responsiveness is improved by changing the “excess fuel supply ratio”.
JP 2005-93120 A

ところで、車両には加速要求値を出力するためのアクセルが設けられ、運転者がこのアクセルを操作して負荷要求を変動させることにより、走行速度の調整を行うのが一般的であるが、近年においては、長時間走行の際や道路渋滞時等における運転者の負担を軽減する目的で、自動運転技術の開発が進められている。自動運転技術としては、アクセルを操作することなく自動的に一定速度での走行を実現させる技術や、アクセルを操作することなく先行車との車間距離を自動的に一定に維持する技術が挙げられる。このような自動運転技術を採用した運転モード（自動運転モード）においては、負荷要求の急激な変動が少ないため、高い出力応答性は必要とされない。   By the way, an accelerator for outputting the acceleration request value is provided in the vehicle, and it is common for the driver to adjust the traveling speed by operating the accelerator and changing the load request. In Japan, automatic driving technology is being developed for the purpose of reducing the burden on the driver when traveling for a long time or during traffic congestion. Autonomous driving technology includes technology that automatically realizes traveling at a constant speed without operating the accelerator, and technology that automatically maintains the inter-vehicle distance from the preceding vehicle without operating the accelerator. . In an operation mode (automatic operation mode) that employs such an automatic operation technique, a rapid change in load demand is small, so that high output responsiveness is not required.

しかし、前記した特許文献１に記載の制御技術を採用すると、自動運転モードにあるか否かに関係なく、出力応答性を向上させるような余剰燃料供給比を設定することとなるため、自動運転モードで走行する場合における燃料消費量の節減が困難であった。出力応答性を向上させるために余剰燃料供給比を大きく設定すると、燃料供給用の各種機器（ポンプ等）を作動させる際に余分な電力を消費することとなり、燃料消費量が増大するおそれがあるからである。   However, if the control technique described in Patent Document 1 is adopted, the surplus fuel supply ratio is set to improve the output response regardless of whether or not the automatic operation mode is set. It was difficult to reduce fuel consumption when driving in mode. If the surplus fuel supply ratio is set to be large in order to improve output responsiveness, extra power is consumed when operating various fuel supply devices (pumps, etc.), which may increase fuel consumption. Because.

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、自動運転モードでの移動が可能な燃料電池搭載型移動体において、燃料消費量を節減して航続性能を向上させることを目的とする。また、本発明は、自動運転モードで負荷装置を作動させることが可能な燃料電池システムにおいて、燃料消費量を節減することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to reduce fuel consumption and improve cruising performance in a fuel cell-mounted mobile body capable of moving in an automatic operation mode. Another object of the present invention is to reduce fuel consumption in a fuel cell system capable of operating a load device in an automatic operation mode.

前記目的を達成するため、本発明に係る燃料電池搭載型移動体は、燃料ガスの供給を受けて発電を行う燃料電池と、この燃料電池から電力を受けて移動推進力を発生させる推進装置と、この推進装置からの負荷要求に基づいて燃料電池に対する燃料ガスの供給量を制御する燃料供給量制御手段と、操作者の操作による負荷要求に基づいて推進装置の作動を制御する非自動運転モードと操作者の操作と無関係に予め設定した負荷要求に基づいて推進装置の作動を制御する自動運転モードとを切り替えて推進装置の作動を制御する制御装置と、を備える燃料電池搭載型移動体であって、燃料供給量制御手段は、自動運転モードにおける余剰燃料供給比を、非自動運転モードにおける余剰燃料供給比よりも小さく設定するものである。   In order to achieve the above object, a fuel cell-mounted mobile body according to the present invention includes a fuel cell that generates electric power by receiving supply of fuel gas, and a propulsion device that generates electric power by receiving electric power from the fuel cell. , A fuel supply amount control means for controlling the supply amount of the fuel gas to the fuel cell based on the load request from the propulsion device, and a non-automatic operation mode for controlling the operation of the propulsion device based on the load request by the operation of the operator And a control device for controlling the operation of the propulsion device by switching between the automatic operation mode for controlling the operation of the propulsion device based on a preset load request regardless of the operation of the operator. The fuel supply amount control means sets the surplus fuel supply ratio in the automatic operation mode to be smaller than the surplus fuel supply ratio in the non-automatic operation mode.

かかる構成によれば、自動運転モードにおける余剰燃料供給比を、非自動運転モードにおける余剰燃料供給比よりも小さく設定することができる。従って、自動運転モードで移動する場合における燃料消費量の節減を実現させて、航続性能を向上させることが可能となる。また、非自動運転モードにおける余剰燃料供給比を自動運転モードにおける余剰燃料供給比よりも大きく設定することができるため、非自動運転モードにおける応答性が低下することがない。この結果、航続性能と応答性との両立が可能となる。ここで、「余剰燃料供給比」とは、供給燃料量（実際に燃料電池に供給する燃料量）を基準燃料量（負荷要求に対応する燃料量）で除した値を意味する。   According to this configuration, the surplus fuel supply ratio in the automatic operation mode can be set smaller than the surplus fuel supply ratio in the non-automatic operation mode. Therefore, it is possible to realize a reduction in fuel consumption when moving in the automatic operation mode, and to improve cruising performance. Moreover, since the surplus fuel supply ratio in the non-automatic operation mode can be set larger than the surplus fuel supply ratio in the automatic operation mode, the responsiveness in the non-automatic operation mode does not deteriorate. As a result, it is possible to achieve both cruising performance and responsiveness. Here, the “surplus fuel supply ratio” means a value obtained by dividing the amount of supplied fuel (the amount of fuel actually supplied to the fuel cell) by the reference fuel amount (the amount of fuel corresponding to the load request).

前記燃料電池搭載型移動体として、燃料電池から電力を受けて作動する電動機と、この電動機によって回転駆動される車軸及び車輪と、を有する推進装置を備えた燃料電池車両を採用することができる。かかる燃料電池車両において、自動運転モードとして、移動速度（走行速度）を略一定に維持する速度自動調整運転モードを採用することができる。また、自動運転モードとして、前方を移動（走行）する他の移動体（先行車両）との距離（車間距離）を略一定に維持する距離自動調整運転モードを採用することもできる。   A fuel cell vehicle including a propulsion device having an electric motor that operates by receiving electric power from the fuel cell, and an axle and wheels that are rotationally driven by the electric motor can be employed as the fuel cell-mounted moving body. In such a fuel cell vehicle, an automatic speed adjustment operation mode in which the moving speed (traveling speed) is maintained substantially constant can be adopted as the automatic operation mode. Further, as the automatic operation mode, an automatic distance adjustment operation mode in which the distance (distance between the vehicles) with another moving body (preceding vehicle) that moves (runs) forward can be maintained substantially constant.

また、本発明に係る燃料電池システムは、燃料ガスの供給を受けて発電を行う燃料電池と、この燃料電池から電力を受けて作動する負荷装置と、この負荷装置からの負荷要求に基づいて燃料電池に対する燃料ガスの供給量を制御する燃料供給量制御手段と、操作者の操作による負荷要求に基づいて負荷装置の作動を制御する非自動運転モードと操作者の操作と無関係に予め設定した負荷要求に基づいて負荷装置の作動を制御する自動運転モードとを切り替えて負荷装置の作動を制御する制御装置と、を備える燃料電池システムであって、燃料供給量制御手段は、自動運転モードにおける余剰燃料供給比を、非自動運転モードにおける余剰燃料供給比よりも小さく設定するものである。   In addition, a fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell that generates power by receiving fuel gas supply, a load device that operates by receiving electric power from the fuel cell, and a fuel based on a load request from the load device. Fuel supply amount control means for controlling the supply amount of fuel gas to the battery, a non-automatic operation mode for controlling the operation of the load device based on a load request by an operator's operation, and a load set in advance regardless of the operator's operation And a control device for controlling the operation of the load device by switching the automatic operation mode for controlling the operation of the load device based on the request, wherein the fuel supply amount control means is a surplus in the automatic operation mode. The fuel supply ratio is set smaller than the surplus fuel supply ratio in the non-automatic operation mode.

かかる構成によれば、自動運転モードにおける余剰燃料供給比を、非自動運転モードにおける余剰燃料供給比よりも小さく設定することができる。従って、自動運転モードで移動する場合における燃料消費量の節減を実現させることが可能となる。   According to this configuration, the surplus fuel supply ratio in the automatic operation mode can be set smaller than the surplus fuel supply ratio in the non-automatic operation mode. Therefore, it is possible to realize a reduction in fuel consumption when moving in the automatic operation mode.

本発明によれば、自動運転モードでの移動が可能な燃料電池搭載型移動体において、燃料消費量を節減して航続性能を向上させることが可能となる。また、本発明によれば、自動運転モードで負荷装置を作動させることが可能な燃料電池システムにおいて、燃料消費量を節減することが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in the fuel cell mounting-type mobile body which can be moved in the automatic operation mode, it becomes possible to reduce fuel consumption and improve cruising performance. In addition, according to the present invention, it is possible to reduce fuel consumption in a fuel cell system capable of operating a load device in an automatic operation mode.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る燃料電池搭載型移動体について説明する。本実施形態においては、燃料電池から供給される電力で作動するモータを備える燃料電池車両に本発明を適用した例について説明する。   Hereinafter, with reference to the drawings, a fuel cell mounted mobile body according to an embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, an example in which the present invention is applied to a fuel cell vehicle including a motor that operates with electric power supplied from the fuel cell will be described.

まず、図１〜図４を用いて、本実施形態に係る燃料電池車両の構成について説明する。燃料電池車両は、図１に示すように、反応ガスの供給を受けて発電を行う燃料電池１０を含む発電システム１、燃料電池１０で発生した電力で作動するモータ２、モータ２の駆動力により回転する車軸３及び車輪４、モータ２の駆動力や回転数を変換するトルクコンバータ５及び変速機６、車両に搭載された各種電子機器を統合制御する制御装置７、搭乗者が操作可能な（図示されていない）アクセル等を備えて構成されている。   First, the configuration of the fuel cell vehicle according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, the fuel cell vehicle includes a power generation system 1 including a fuel cell 10 that generates power by receiving supply of a reaction gas, a motor 2 that operates with electric power generated by the fuel cell 10, and a driving force of the motor 2. A rotating axle 3 and wheels 4, a torque converter 5 and a transmission 6 for converting driving force and rotational speed of the motor 2, a control device 7 for integrated control of various electronic devices mounted on the vehicle, and a passenger can operate ( It is configured with an accelerator (not shown).

発電システム１は、図２に示すように、反応ガス（酸化ガス及び燃料ガス）の供給を受けて電力を発生する燃料電池１０を備えるとともに、燃料電池１０に酸化ガスとしての空気を供給する酸化ガス配管系２０、燃料電池１０に燃料ガスとしての水素ガスを供給する水素ガス配管系３０、燃料電池１０を冷却する冷却配管系４０等を備えている。   As shown in FIG. 2, the power generation system 1 includes a fuel cell 10 that generates power by receiving supply of reaction gas (oxidation gas and fuel gas), and an oxidation that supplies air as an oxidation gas to the fuel cell 10. A gas piping system 20, a hydrogen gas piping system 30 that supplies hydrogen gas as fuel gas to the fuel cell 10, a cooling piping system 40 that cools the fuel cell 10, and the like are provided.

燃料電池１０は、反応ガスの供給を受けて発電する単電池を所要数積層して構成したスタック構造を有している。燃料電池１０で発生した電力は、図１に示した駆動回路１１を介してモータ２に供給される。なお、駆動回路１１の構成については、後述する。   The fuel cell 10 has a stack structure in which a required number of unit cells that generate power upon receiving a reaction gas are stacked. The electric power generated in the fuel cell 10 is supplied to the motor 2 via the drive circuit 11 shown in FIG. The configuration of the drive circuit 11 will be described later.

酸化ガス配管系２０は、図２に示すように、加湿器２１により加湿された酸化ガス（空気）を燃料電池１０に供給する空気供給流路２２と、燃料電池１０から排出された酸化オフガスを加湿器２１に導く空気排出流路２３と、加湿器２１から外部に酸化オフガスを導くための排気流路２４と、を備えている。空気供給流路２２には、大気中の酸化ガスを取り込んで加湿器２１に圧送するコンプレッサ２５が設けられている。コンプレッサ２５の動作は、制御装置７により制御される。   As shown in FIG. 2, the oxidizing gas piping system 20 includes an air supply channel 22 that supplies the oxidizing gas (air) humidified by the humidifier 21 to the fuel cell 10, and the oxidizing off-gas discharged from the fuel cell 10. An air discharge passage 23 that leads to the humidifier 21 and an exhaust passage 24 that guides the oxidizing off gas from the humidifier 21 to the outside are provided. The air supply flow path 22 is provided with a compressor 25 that takes in the oxidizing gas in the atmosphere and pumps it to the humidifier 21. The operation of the compressor 25 is controlled by the control device 7.

水素ガス配管系３０は、図２に示すように、高圧の水素ガスを貯留した水素タンク３１と、水素タンク３１の水素ガスを燃料電池１０に供給するための水素供給流路３２と、燃料電池１０から排出された水素オフガスを水素供給流路３２に戻すための循環流路３３と、を備えている。   As shown in FIG. 2, the hydrogen gas piping system 30 includes a hydrogen tank 31 storing high-pressure hydrogen gas, a hydrogen supply passage 32 for supplying the hydrogen gas in the hydrogen tank 31 to the fuel cell 10, and a fuel cell. And a circulation flow path 33 for returning the hydrogen off-gas discharged from 10 to the hydrogen supply flow path 32.

水素供給流路３２には、水素タンク３１からの水素ガスの供給を遮断又は許容する遮断弁３４と、水素ガスの圧力を調整するレギュレータ３５と、が設けられている。循環流路３３には、気液分離器３６及び排気排水弁３７を介して排出流路３８が接続されている。気液分離器３６は、水素オフガスから水分を回収するものである。排気排水弁３７は、制御装置７からの指令によって作動することにより、気液分離器３６で回収した水分と、循環流路３３内の不純物を含む水素オフガスと、を外部に排出するものである。また、循環流路３３には、その内部の水素オフガスを加圧して水素供給流路３２側へ送り出す水素ポンプ３９が設けられている。遮断弁３４、レギュレータ３５及び水素ポンプ３９の動作は、制御装置７により制御される。   The hydrogen supply flow path 32 is provided with a shut-off valve 34 that shuts off or allows the supply of hydrogen gas from the hydrogen tank 31 and a regulator 35 that adjusts the pressure of the hydrogen gas. A discharge flow path 38 is connected to the circulation flow path 33 via a gas-liquid separator 36 and an exhaust / drain valve 37. The gas-liquid separator 36 collects moisture from the hydrogen off gas. The exhaust / drain valve 37 is operated according to a command from the control device 7 to discharge moisture collected by the gas-liquid separator 36 and hydrogen off-gas containing impurities in the circulation channel 33 to the outside. . In addition, the circulation flow path 33 is provided with a hydrogen pump 39 that pressurizes the hydrogen off gas therein and sends it to the hydrogen supply flow path 32 side. Operations of the shut-off valve 34, the regulator 35 and the hydrogen pump 39 are controlled by the control device 7.

冷却配管系４０は、図２に示すように、燃料電池１０の冷却水供給口に接続された冷却水供給用配管４１と、燃料電池１０の冷却水排出口に接続された冷却水排出用配管４２と、を備えており、冷却水供給用配管４１を介して燃料電池１０に冷却水が供給される一方、冷却水排出用配管４２を介して燃料電池１０から冷却水が外部に排出される。冷却水供給用配管４１と冷却水排出用配管４２とは、冷却ファン４３を有するラジエータ４４を介して接続されている。冷却水供給用配管４１には、冷却水を加圧して循環させる冷却水ポンプ４５が設けられている。冷却ファン４３や冷却水ポンプ４５の動作は、制御装置７により制御される。   As shown in FIG. 2, the cooling pipe system 40 includes a cooling water supply pipe 41 connected to the cooling water supply port of the fuel cell 10 and a cooling water discharge pipe connected to the cooling water discharge port of the fuel cell 10. 42, and the cooling water is supplied to the fuel cell 10 via the cooling water supply pipe 41, while the cooling water is discharged from the fuel cell 10 to the outside via the cooling water discharge pipe 42. . The cooling water supply pipe 41 and the cooling water discharge pipe 42 are connected via a radiator 44 having a cooling fan 43. The cooling water supply pipe 41 is provided with a cooling water pump 45 that pressurizes and circulates the cooling water. The operations of the cooling fan 43 and the cooling water pump 45 are controlled by the control device 7.

モータ２は、車軸３及び車輪４を回転させて燃料電池車両の移動推進力を発生させる電動機として機能するとともに、発電システム１の各種補機（コンプレッサ２５や水素ポンプ３９）を駆動するための電力を発生させる発電機として機能する。本実施形態においては、図１に示すように、ステータ及びロータを有する三相交流式のモータ２を採用している。駆動回路１１は、モータ２の三相各々に対応するトランジスタを有するトランジスタインバータで構成されており、制御装置７と電気的に接続されている。制御装置７が駆動回路１１の各トランジスタのオン・オフの時間をＰＷＭ制御すると、燃料電池１０を電源とする擬似三相交流がモータ２のステータの三相コイルに流れ、回転磁界が形成される。モータ２は、このような回転磁界の作用によって、電動機又は発電機として機能することとなる。   The motor 2 functions as an electric motor that rotates the axle 3 and the wheels 4 to generate a moving propulsion force of the fuel cell vehicle, and also power for driving various auxiliary machines (the compressor 25 and the hydrogen pump 39) of the power generation system 1. It functions as a generator that generates electricity. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, a three-phase AC motor 2 having a stator and a rotor is employed. The drive circuit 11 is composed of a transistor inverter having transistors corresponding to the three phases of the motor 2, and is electrically connected to the control device 7. When the control device 7 PWM-controls the on / off time of each transistor of the drive circuit 11, a pseudo three-phase alternating current using the fuel cell 10 as a power source flows in the three-phase coil of the stator of the motor 2 to form a rotating magnetic field. . The motor 2 functions as an electric motor or a generator by the action of the rotating magnetic field.

モータ２の回転軸１２は、図１に示すように、トルクコンバータ５に結合されており、トルクコンバータ５の出力軸１３は変速機６に結合されている。そして、変速機６の出力軸１４は、ディファレンシャルギア１５を介して車軸３に連結されている。トルクコンバータ５は、流体を利用した動力伝達機構である。変速機６は、その内部に複数のギアやクラッチ等を有し、変速比を切り替えることによってトルクコンバータ５の出力軸１３のトルク及び回転数を変換して出力軸１４に伝達する機構である。トルクコンバータ５及び変速機６の動作は、制御装置７により制御される。   As shown in FIG. 1, the rotating shaft 12 of the motor 2 is coupled to the torque converter 5, and the output shaft 13 of the torque converter 5 is coupled to the transmission 6. The output shaft 14 of the transmission 6 is connected to the axle 3 via a differential gear 15. The torque converter 5 is a power transmission mechanism using a fluid. The transmission 6 has a plurality of gears, clutches, and the like inside thereof, and is a mechanism that converts the torque and the rotational speed of the output shaft 13 of the torque converter 5 by switching the gear ratio and transmits the torque to the output shaft 14. The operations of the torque converter 5 and the transmission 6 are controlled by the control device 7.

制御装置７は、アクセル信号等の制御情報を受けて、各種電子機器の動作を制御するものであり、図示されていないコンピュータシステムによって構成されている。かかるコンピュータシステムは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、入出力インタフェース及びディスプレイ等を備えるものであり、ＲＯＭに記録された各種制御プログラムをＣＰＵが読み込んで実行することにより、各種制御動作が実現されるようになっている。   The control device 7 receives control information such as an accelerator signal and controls operations of various electronic devices, and is configured by a computer system (not shown). Such a computer system includes a CPU, ROM, RAM, HDD, input / output interface, display, and the like, and various control operations are realized by the CPU reading and executing various control programs recorded in the ROM. It is like that.

具体的には、制御装置７は、推進装置からの負荷要求に基づいて、燃料電池１０に対する反応ガス（水素ガス及び空気）の供給量を制御する。すなわち、制御装置７は、本発明における燃料供給量制御手段の一実施形態として機能する。なお、「推進装置からの負荷要求」とは、モータ２が燃料電池１０に対して要求する出力であり、搭乗者（操作者）のアクセル操作等に基づいて算出される。   Specifically, the control device 7 controls the supply amount of the reaction gas (hydrogen gas and air) to the fuel cell 10 based on a load request from the propulsion device. That is, the control device 7 functions as an embodiment of the fuel supply amount control means in the present invention. The “load request from the propulsion device” is an output requested by the motor 2 to the fuel cell 10 and is calculated based on an accelerator operation or the like of a passenger (operator).

また、制御装置７は、搭乗者（操作者）のアクセル操作による負荷要求に基づいてモータ２の作動を制御する「非自動運転モード」と、搭乗者（操作者）のアクセル操作と無関係に予め設定した負荷要求に基づいてモータ２の作動を制御する「自動運転モード」と、を切り替えてモータ２の作動を制御する。そして、制御装置７は、「自動運転モード」における余剰燃料供給比を、「非自動運転モード」における余剰燃料供給比よりも小さく設定する。ここで、余剰燃料供給比とは、実際に燃料電池１０に供給する水素ガスの流量（供給燃料量）を、負荷要求に対応して算出された水素ガスの流量（基準燃料量）で除した値を意味する。   In addition, the control device 7 preliminarily relates to the “non-automatic operation mode” in which the operation of the motor 2 is controlled based on the load request by the accelerator operation of the passenger (operator), regardless of the accelerator operation of the passenger (operator). The operation of the motor 2 is controlled by switching to the “automatic operation mode” in which the operation of the motor 2 is controlled based on the set load request. Then, the control device 7 sets the surplus fuel supply ratio in the “automatic operation mode” to be smaller than the surplus fuel supply ratio in the “non-automatic operation mode”. Here, the surplus fuel supply ratio is obtained by dividing the flow rate of hydrogen gas (supply fuel amount) actually supplied to the fuel cell 10 by the flow rate of hydrogen gas (reference fuel amount) calculated corresponding to the load demand. Mean value.

例えば、制御装置７は、図３に示すような基準燃料量算出マップを用いて、負荷要求（アクセル開度Ａ）に対応する基準燃料量ＱSを算出する。そして、制御装置７は、燃料電池車両の運転モードが「自動運転モード」にあるか「非自動運転モード」にあるかを判定し、「非自動運転モード」にある場合に、図４に示すような非自動運転用の供給燃料量算出マップを用いて供給燃料量ＱR1を算出する。一方、制御装置７は、燃料電池車両の運転モードが「自動運転モード」にある場合に、自動運転用の供給燃料量算出マップを用いて供給燃料量ＱR2を算出する。同一の基準燃料量ＱSで比較すると、図４に示すように、「自動運転モード」における余剰燃料供給比Ｐ2（＝ＱR2／ＱS）は「非自動運転モード」における余剰燃料供給比Ｐ1（＝ＱR1／ＱS）よりも小さくなっている（Ｐ2＜Ｐ1）。 For example, the control device 7 uses the reference fuel amount calculation map as shown in FIG. 3 to calculate the reference fuel amount Q S corresponding to the load request (accelerator opening A). Then, the control device 7 determines whether the operation mode of the fuel cell vehicle is in the “automatic operation mode” or the “non-automatic operation mode”. The supplied fuel amount QR1 is calculated using the supplied fuel amount calculation map for non-automatic operation. On the other hand, the control device 7, when the operation mode of the fuel cell vehicle is in the "automatic operation mode", and calculates the fuel supply amount Q R2 with fuel supply amount calculating map for automatic operation. When comparing with the same reference fuel amount Q S , as shown in FIG. 4, the surplus fuel supply ratio P 2 (= Q R2 / Q S ) in the “automatic operation mode” is the surplus fuel supply ratio in the “non-automatic operation mode”. It is smaller than P 1 (= Q R1 / Q S ) (P 2 <P 1 ).

本実施形態においては、「自動運転モード」として、走行速度を略一定に維持する速度自動調整運転モードや、前方を走行する他の車両（先行車両）との車間距離を略一定に維持する車間距離自動調整運転モードを採用している。「非自動運転モード」と「自動運転モード」との間の切替は、自動運転用スイッチ等の操作により実現させることができる。   In the present embodiment, as the “automatic driving mode”, an automatic speed adjustment operation mode in which the traveling speed is maintained substantially constant, or an inter-vehicle distance in which the distance between the vehicle and another vehicle (a preceding vehicle) traveling in front is maintained substantially constant. The automatic distance adjustment operation mode is adopted. Switching between the “non-automatic operation mode” and the “automatic operation mode” can be realized by operating an automatic operation switch or the like.

なお、モータ２は本発明における負荷装置の一実施形態であり、モータ２、トルクコンバータ５、変速機６、車軸３、車輪４等から本発明における推進装置の一実施形態が構成される。また、燃料電池１０、モータ２（負荷装置）、制御装置７（燃料供給量制御手段）等によって本発明における燃料電池システムの一実施形態が構成される。   The motor 2 is an embodiment of the load device in the present invention, and the motor 2, the torque converter 5, the transmission 6, the axle 3, the wheels 4, and the like constitute an embodiment of the propulsion device in the present invention. Further, the fuel cell 10, the motor 2 (load device), the control device 7 (fuel supply amount control means) and the like constitute one embodiment of the fuel cell system in the present invention.

続いて、図５のフローチャートを用いて、本実施形態に係る燃料電池車両の制御方法について説明する。   Subsequently, a control method of the fuel cell vehicle according to the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.

燃料電池車両の制御装置７は、まず、運転モードが「自動運転モード」にあるか「非自動運転モード」にあるかを判定する（運転モード判定工程：Ｓ１）。そして、制御装置７は、運転モード判定工程Ｓ１において燃料電池車両の運転モードが「自動運転モード」にあると判定した場合には、その負荷要求を検出する（自動運転負荷要求検出工程：Ｓ２）。例えば、燃料電池車両の運転モードが、一定速度Ｖで走行するように設定された「速度自動調整運転モード」にある場合には、その一定速度Ｖを実現させるような負荷要求が検出される。   The control device 7 for the fuel cell vehicle first determines whether the operation mode is the “automatic operation mode” or the “non-automatic operation mode” (operation mode determination step: S1). When it is determined in the operation mode determination step S1 that the operation mode of the fuel cell vehicle is in the “automatic operation mode”, the control device 7 detects the load request (automatic operation load request detection step: S2). . For example, when the operation mode of the fuel cell vehicle is in the “automatic speed adjustment operation mode” set to travel at a constant speed V, a load request for realizing the constant speed V is detected.

次いで、制御装置７は、自動運転負荷要求検出工程Ｓ２で検出した負荷要求に対応する基準燃料量（ＱS）を算出する（自動運転基準量算出工程：Ｓ３）。そして、制御装置７は、図４に示したようなマップを用いて、自動運転基準量算出工程Ｓ３で算出した基準燃料量（ＱS）に対応する供給燃料量（ＱR1）を算出する（自動運転供給量算出工程：Ｓ４）。その後、制御装置７は、発電システム１の遮断弁３４及びレギュレータ３５を制御することにより、自動運転供給量算出工程Ｓ４で算出した供給燃料量（ＱR1）を燃料電池１０に供給し（燃料供給工程：Ｓ５）、自動運転を実現させる（自動運転工程：Ｓ６）。 Next, the control device 7 calculates a reference fuel amount (Q S ) corresponding to the load request detected in the automatic driving load request detecting step S2 (automatic driving reference amount calculating step: S3). Then, the control device 7 calculates the supply fuel amount (Q R1 ) corresponding to the reference fuel amount (Q S ) calculated in the automatic operation reference amount calculation step S3 using the map as shown in FIG. Automatic operation supply amount calculation step: S4). Thereafter, the control device 7 controls the shutoff valve 34 and the regulator 35 of the power generation system 1 to supply the fuel cell 10 with the fuel supply amount (Q R1 ) calculated in the automatic operation supply amount calculation step S4 (fuel supply). Step: S5), automatic operation is realized (automatic operation step: S6).

一方、制御装置７は、運転モード判定工程Ｓ１において燃料電池車両の運転モードが「非自動運転モード」にあると判定した場合には、搭乗者（操作者）の操作したアクセルの開度により負荷要求を検出する（非自動運転負荷要求検出工程：Ｓ７）。次いで、制御装置７は、図３に示したようなマップを用いて、非自動運転負荷要求検出工程Ｓ７で検出した負荷要求に対応する基準燃料量（ＱS）を算出する（非自動運転基準量算出工程：Ｓ８）。そして、制御装置７は、図４に示したようなマップを用いて、非自動運転基準量算出工程Ｓ８で算出した基準燃料量（ＱS）に対応する供給燃料量（ＱR2）を算出する（非自動運転供給量算出工程：Ｓ９）。そして、制御装置７は、発電システム１の遮断弁３４及びレギュレータ３５を制御することにより、非自動運転供給量算出工程Ｓ９で算出した供給燃料量（ＱR2）を燃料電池１０に供給し（燃料供給工程：Ｓ１０）、非自動運転を実現させる（非自動運転工程：Ｓ１１）。 On the other hand, if the control device 7 determines that the operation mode of the fuel cell vehicle is in the “non-automatic operation mode” in the operation mode determination step S1, the load is determined by the accelerator opening operated by the passenger (operator). A request is detected (non-automatic driving load request detection step: S7). Next, the control device 7 uses the map as shown in FIG. 3 to calculate a reference fuel amount (Q S ) corresponding to the load request detected in the non-automatic operation load request detection step S7 (non-automatic operation reference). Quantity calculation step: S8). Then, the control device 7 calculates the supply fuel amount (Q R2 ) corresponding to the reference fuel amount (Q S ) calculated in the non-automatic operation reference amount calculation step S8, using the map as shown in FIG. (Non-automatic operation supply amount calculation step: S9). Then, the control device 7 controls the shutoff valve 34 and the regulator 35 of the power generation system 1 to supply the fuel cell 10 with the supplied fuel amount (Q R2 ) calculated in the non-automatic operation supply amount calculating step S9 (fuel). Supply process: S10), non-automatic operation is realized (non-automatic operation process: S11).

以上説明した実施形態に係る燃料電池車両においては、「自動運転モード」における余剰燃料供給比（Ｐ2＝ＱR2／ＱS）を、「非自動運転モード」における余剰燃料供給比（Ｐ1＝ＱR1／ＱS）よりも小さく設定することができる。従って、「自動運転モード」で走行する場合における燃料消費量の節減を実現させて、航続性能を向上させることが可能となる。また、「非自動運転モード」における余剰燃料供給比（Ｐ1）を「自動運転モード」における余剰燃料供給比（Ｐ2）よりも大きく設定することができるため、「非自動運転モード」における応答性が低下することがない。この結果、航続性能と応答性との両立が可能となる。 In the fuel cell vehicle according to the embodiment described above, the surplus fuel supply ratio (P 2 = Q R2 / Q S ) in the “automatic operation mode” is set to the surplus fuel supply ratio (P 1 = P Q R1 / Q S ) can be set smaller. Accordingly, it is possible to realize a reduction in fuel consumption when traveling in the “automatic operation mode” and to improve the cruising performance. Further, since the surplus fuel supply ratio (P 1 ) in the “non-automatic operation mode” can be set larger than the surplus fuel supply ratio (P 2 ) in the “automatic operation mode”, the response in the “non-automatic operation mode” There is no decline in sex. As a result, it is possible to achieve both cruising performance and responsiveness.

なお、以上の実施形態においては、発電システム１の水素供給流路３２に設けた遮断弁３４及びレギュレータ３５を制御することにより、燃料電池１０への燃料供給量を調整した例を示したが、遮断弁としての機能と可変調圧弁としての機能との双方を有するインジェクタを設け、このインジェクタを制御することにより燃料電池１０への燃料供給量を調整することもできる。インジェクタを採用すると遮断弁３４やレギュレータ３５を省くことができるため、発電システム及び燃料電池車両の小型化及び低廉化が可能となる。   In the above embodiment, the example in which the fuel supply amount to the fuel cell 10 is adjusted by controlling the shutoff valve 34 and the regulator 35 provided in the hydrogen supply flow path 32 of the power generation system 1 has been described. It is also possible to provide an injector having both a function as a shut-off valve and a function as a variable pressure control valve, and the amount of fuel supplied to the fuel cell 10 can be adjusted by controlling the injector. When the injector is employed, the shut-off valve 34 and the regulator 35 can be omitted, so that the power generation system and the fuel cell vehicle can be reduced in size and cost.

また、以上の実施形態においては、循環流路３３に水素ポンプ３９を設けた例を示したが、水素ポンプ３９に代えてエジェクタを採用してもよい。また、以上の実施形態においては、排気と排水との双方を実現させる排気排水弁３７を循環流路３３に設けた例を示したが、気液分離器３６で回収した水分を外部に排出する排水弁と、循環流路３３内のガスを外部に排出するための排気弁と、を別々に設け、制御装置７で排気弁を制御することもできる。   Moreover, in the above embodiment, although the example which provided the hydrogen pump 39 in the circulation flow path 33 was shown, it replaces with the hydrogen pump 39 and an ejector may be employ | adopted. Moreover, in the above embodiment, although the example which provided the exhaust drain valve 37 which implement | achieves both exhaust_gas | exhaustion and waste_water | drain in the circulation flow path 33 was shown, the water | moisture content collect | recovered with the gas-liquid separator 36 is discharged | emitted outside. A drain valve and an exhaust valve for exhausting the gas in the circulation channel 33 to the outside can be provided separately, and the exhaust valve can be controlled by the control device 7.

また、以上の実施形態においては、発電システム１に設けた水素タンク３１から放出される水素ガスを燃料ガスとして燃料電池１０に供給する構成を採用したが、改質反応により燃料ガスを生成する改質器を発電システム１に設け、この改質器から供給される水素リッチな燃料ガスを燃料電池１０に供給する構成を採用することもできる。   Moreover, in the above embodiment, the configuration in which the hydrogen gas released from the hydrogen tank 31 provided in the power generation system 1 is supplied to the fuel cell 10 as the fuel gas is adopted. It is also possible to adopt a configuration in which a quality device is provided in the power generation system 1 and hydrogen-rich fuel gas supplied from the reformer is supplied to the fuel cell 10.

また、以上の実施形態においては、基準燃料量と、各運転モード（自動運転モード及び非自動運転モード）の供給燃料量と、の関係を表す特定のマップを用いて、各運転モードの供給燃料量を算出した例を示したが、供給燃料量の算出方法はこれに限られるものではない。例えば、各運転モードに対応する余剰燃料供給比を予め用意し、運転モードに応じて何れかの余剰燃料供給比を選択し、この選択した余剰燃料供給比を基準燃料量に乗じることにより、各運転モードの供給燃料量を算出することもできる。   Moreover, in the above embodiment, the supply fuel of each operation mode is used using the specific map showing the relationship between the reference fuel amount and the supply fuel amount of each operation mode (automatic operation mode and non-automatic operation mode). Although the example which calculated quantity was shown, the calculation method of supply fuel quantity is not restricted to this. For example, by preparing an excess fuel supply ratio corresponding to each operation mode in advance, selecting any excess fuel supply ratio according to the operation mode, and multiplying the selected excess fuel supply ratio by the reference fuel amount, The amount of fuel supplied in the operation mode can also be calculated.

また、以上の実施形態においては、燃料電池車両を駆動するためのモータとして三相交流式のモータを採用し、このモータの駆動力をトルクコンバータ及び変速機を介して車軸（車輪）に伝達した例を示したが、モータや動力伝達機構の構成はこれに限られるものではない。   In the above embodiment, a three-phase AC motor is used as a motor for driving the fuel cell vehicle, and the driving force of this motor is transmitted to the axle (wheel) via the torque converter and the transmission. Although an example has been shown, the configuration of the motor and the power transmission mechanism is not limited to this.

また、以上の実施形態においては、モータに電力を供給する電源として燃料電池のみを採用した例を示したが、二次バッテリ等の蓄電装置を補助的な電源として設け、燃料電池から供給される電力と蓄電装置から供給される電力との双方でモータを駆動することもできる。   Moreover, in the above embodiment, although the example which employ | adopted only the fuel cell as a power supply which supplies electric power to a motor was shown, power storage devices, such as a secondary battery, are provided as an auxiliary power supply, and are supplied from a fuel cell. The motor can be driven by both the electric power and the electric power supplied from the power storage device.

また、以上の各実施形態においては、本発明を燃料電池車両に適用した例を示したが、他の燃料電池搭載型移動体（ロボット、船舶、航空機等）であって「非自動運転モード」と「自動運転モード」の切替を可能とするものに本発明を適用することもできる。   Further, in each of the above embodiments, an example in which the present invention is applied to a fuel cell vehicle has been described. However, the fuel cell mounted mobile body (robot, ship, aircraft, etc.), and “non-automatic operation mode” The present invention can also be applied to a device that enables switching between “automatic operation mode” and “automatic operation mode”.

本発明の実施形態に係る燃料電池搭載型移動体（燃料電池車両）の構成図である。It is a block diagram of the fuel cell mounting type mobile body (fuel cell vehicle) which concerns on embodiment of this invention. 図１に示した燃料電池車両に含まれる発電システムの構成図である。It is a block diagram of the electric power generation system contained in the fuel cell vehicle shown in FIG. 図１に示した燃料電池車両の負荷要求と基準燃料量との関係を表すマップである。2 is a map showing a relationship between a load requirement and a reference fuel amount of the fuel cell vehicle shown in FIG. 1. 図１に示した燃料電池車両の基準燃料量と供給燃料量との関係を表すマップである。2 is a map showing a relationship between a reference fuel amount and a supplied fuel amount of the fuel cell vehicle shown in FIG. 1. 図１に示した燃料電池車両の制御方法を説明するためのフローチャートである。3 is a flowchart for explaining a control method of the fuel cell vehicle shown in FIG. 1.

符号の説明Explanation of symbols

２…モータ（電動機、負荷装置、推進装置の一部）、３…車軸（推進装置の一部）、４…車輪（推進装置の一部）、７…制御装置（燃料供給量制御手段）、１０…燃料電池

2 ... motor (electric motor, load device, part of propulsion device), 3 ... axle (part of propulsion device), 4 ... wheel (part of propulsion device), 7 ... control device (fuel supply amount control means), 10. Fuel cell

Claims (5)

燃料ガスの供給を受けて発電を行う燃料電池と、この燃料電池から電力を受けて移動推進力を発生させる推進装置と、この推進装置からの負荷要求に基づいて前記燃料電池に対する燃料ガスの供給量を制御する燃料供給量制御手段と、操作者の操作による負荷要求に基づいて前記推進装置の作動を制御する非自動運転モードと操作者の操作と無関係に予め設定した負荷要求に基づいて前記推進装置の作動を制御する自動運転モードとを切り替えて前記推進装置の作動を制御する制御装置と、を備える燃料電池搭載型移動体であって、
前記燃料供給量制御手段は、前記自動運転モードにおける余剰燃料供給比を、前記非自動運転モードにおける余剰燃料供給比よりも小さく設定する燃料電池搭載型移動体。 A fuel cell that generates power upon receipt of fuel gas supply, a propulsion device that receives electric power from the fuel cell and generates a moving propulsion force, and supply of fuel gas to the fuel cell based on a load request from the propulsion device The fuel supply amount control means for controlling the amount, the non-automatic operation mode for controlling the operation of the propulsion device based on the load request by the operation of the operator, and the load request set in advance regardless of the operation of the operator A fuel cell-equipped moving body comprising: a control device that controls an operation of the propulsion device by switching an automatic operation mode for controlling the operation of the propulsion device,
The fuel supply amount control means is a fuel cell-equipped moving body that sets a surplus fuel supply ratio in the automatic operation mode to be smaller than a surplus fuel supply ratio in the non-automatic operation mode. 前記推進装置は、
前記燃料電池から電力を受けて作動する電動機と、この電動機によって回転駆動される車軸及び車輪と、を有する請求項１に記載の燃料電池搭載型移動体。 The propulsion device is
The fuel cell-equipped moving body according to claim 1, comprising: an electric motor that operates by receiving electric power from the fuel cell; and an axle and wheels that are rotationally driven by the electric motor. 前記自動運転モードは、
移動速度を略一定に維持する速度自動調整運転モードである請求項２に記載の燃料電池搭載型移動体。 The automatic operation mode is
The fuel cell-equipped mobile body according to claim 2, which is in a speed automatic adjustment operation mode in which the movement speed is maintained substantially constant. 前記自動運転モードは、
前方を移動する他の移動体との距離を略一定に維持する距離自動調整運転モードである請求項２に記載の燃料電池搭載型移動体。 The automatic operation mode is
The fuel cell-equipped moving body according to claim 2, wherein the distance-adjusting operation mode maintains a substantially constant distance from another moving body that moves forward. 燃料ガスの供給を受けて発電を行う燃料電池と、この燃料電池から電力を受けて作動する負荷装置と、この負荷装置からの負荷要求に基づいて前記燃料電池に対する燃料ガスの供給量を制御する燃料供給量制御手段と、操作者の操作による負荷要求に基づいて前記負荷装置の作動を制御する非自動運転モードと操作者の操作と無関係に予め設定した負荷要求に基づいて前記負荷装置の作動を制御する自動運転モードとを切り替えて前記負荷装置の作動を制御する制御装置と、を備える燃料電池システムであって、
前記燃料供給量制御手段は、前記自動運転モードにおける余剰燃料供給比を、前記非自動運転モードにおける余剰燃料供給比よりも小さく設定する燃料電池システム。

A fuel cell that receives power from the fuel gas to generate power, a load device that operates by receiving power from the fuel cell, and controls the amount of fuel gas supplied to the fuel cell based on a load request from the load device The fuel supply amount control means, the non-automatic operation mode for controlling the operation of the load device based on the load request by the operation of the operator, and the operation of the load device based on the preset load request regardless of the operation of the operator A control device that controls the operation of the load device by switching an automatic operation mode that controls the fuel cell system,
The fuel supply amount control means sets the surplus fuel supply ratio in the automatic operation mode to be smaller than the surplus fuel supply ratio in the non-automatic operation mode.

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