JP2014183676A - 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】燃料電池システムは、触媒を有する燃料電池と、燃料電池システムの制御を行う制御部と、燃料電池車両の現在の位置から目的地に至るまでの経路を推定するナビゲーション装置と、燃料電池車両の燃料消費量を推定する燃料消費量推定部と、を備え、燃料電池車両の運転状態があらかじめ定められたアイドリング状態に変わったときに、燃料消費量推定部は、ナビゲーション装置から、前記経路を取得し、経路に沿って燃料電池車両が走行したときの燃料消費量について、燃料電池の触媒に対する回復処理が行われたと仮定したときの前記目的地までに消費される第1の燃料消費量と、前記回復処理が行われなかったと仮定したときの目的地までに消費される第2の燃料消費量と、を推定し、制御部は、第1の燃料消費量と回復処理に必要な燃料消費量との和が、第2の燃料消費量以下の場合に、回復処理を実行する。
【選択図】図7
Description
前記燃料消費量推定部は、前記道路の勾配と燃費との関係を用いて前記第1と第2の燃料消費量を推定してもよい。この形態の燃料電池システムによれば、燃料消費量推定部は、目的地までの燃料消費量をより正確に推定できる。
図1は本発明の一実施例としての燃料電池システムの構成を示す概略図である。この燃料電池システム100は、燃料電池車両などに搭載され、運転者からの要求に応じて、駆動力として用いられる電力を出力する。燃料電池システム100は、燃料電池10と、制御部20と、カソードガス供給部30と、カソードガス排出部40と、アノードガス供給部50と、アノードガス循環排出部60と、冷媒供給部70とを備える。
<第1の燃料消費量(回復処理有りの場合の燃料消費量)の推定に用いる燃費>
(1)燃料電池車両の出発後に回復処理が行われた否かに拘わらず、燃料電池車両の出発後にあらかじめ定められた第1の距離(図9ではxkm)まで走行した期間における平均燃費(第1の燃費)
(2)燃料電池車両の出発後に回復処理が行われた否かに拘わらず、燃料電池車両の出発から現在位置に至るまでの走行距離があらかじめ定められた第2の距離(図9ではykm、y<x)以下の場合には、その距離(ykm)の走行期間における平均燃費(第2の燃費)
(3)燃料電池車両の出発後に現在位置に到達する前に燃料電池の回復処理が1回以上行われた場合には、それぞれの回復処理の直後にあらかじめ定められた第1の距離(図9ではxkm)走行した期間における平均燃費の平均値(第3の燃費)
(4)燃料電池車両の出発後に現在位置に到達する前に燃料電池の回復処理が1回だけ行われた場合であって、その回復処理からの走行距離が第2の距離(ykm、y<x)以下の場合には、その距離(ykm)の走行期間における平均燃費(第4の燃費)
<第2の燃料消費量(回復処理なしの場合の燃料消費量)の推定方法>
(5)燃料電池車両の出発後に現在位置に至るまでのあらかじめ定められた距離(図9ではxkm)の期間に回復処理が行われなかった場合には、その距離(xkm)の走行期間における平均燃費(第5の燃費)
(6)燃料電池車両の出発後に現在位置に到達する前に燃料電池の1回以上の回復処理が行われた場合には、最後の回復処理の直後にあらかじめ定められた距離(図9ではxkm)走行した後から現在位置に至る期間における平均燃費(第6の燃費)
(7)燃料電池車両の出発後に現在位置に到達する前に燃料電池の1回以上の回復処理が行われた場合には、現在位置からxkm離れたT点から現在位置に至る期間における平均燃費(第7の燃費)
第2の実施形態の装置構成は、第1の実施形態の装置構成と同じであるが、その制御方法が異なる。第2の実施形態では、制御部20は、冷媒の温度Ta(燃料電池の温度)を用い、冷媒の温度が一定の範囲内にある場合に回復処理を実行するとともに、初期セル電圧V0と、セル電圧V1bと、冷媒の温度Taと、を用いて、回復処理電圧Vt1と回復処理時間t1を取得する。
第3の実施形態の装置構成は、第2の実施形態の装置構成と同じであるが、その制御方法が異なる。第2の実施形態では、制御部20は、燃料電池10の温度Taが所定に範囲内になる場合に燃料電池10の回復処理を実行する。第3の実施形態では、制御部20は、燃料電池10の温度Taだけでなく、シフトレバーの位置を検出して回復処理時間を変更する。燃料電池10の触媒の回復処理は、上述したように、停車中のアイドリング運転中に実行される。ここで、停車時間が長い場合には、回復処理時間t1を長く設定することが可能となる。ところで、運転手によっては、比較的長い信号待ち等において、シフトレバーをP(パーキング)あるいはN(ニュートラル)にする場合がある。さらに、パーキングブレーキを引く場合がある。かかる場合には、制御部20は、回復処理時間t1を長く設定してもよい。なお、近年、足踏み式のパーキンブレーキもあり、この場合パーキングブレーキを「引く」ではなく「踏む」と表現すべきであるが、本願では、「引く」と表現する。
第1〜第3も実施形態では、燃料電池10の回復処理において、制御部20は、DC/DCコンバータ82で引く電流を制御することにより燃料電池10の発電体11のセル電圧を低下させて回復処理を実行する。これに対して、第4の実施形態では、制御部20は、燃料電池10に供給されるカソードガスの量を減少させることにより、燃料電池10の発電体11のセル電圧を低下させる。すなわち、制御部20は、燃料電池10へのカソードガスの供給量を減らして燃料電池10における発電反応を抑制し、燃料電池10の発電体11のセル電圧を下げてもよい。
11…発電体
20…制御部
21…燃料消費量推定部
30…カソードガス供給部
31…カソードガス配管
32…エアコンプレッサ
33…エアフロメータ
34…開閉弁
35…加湿部
36…バイパスバルブ
37…カソードガスバイパス管
40…カソードガス排出部
41…カソード排ガス配管
43…調圧弁
44…圧力計測部
50…アノードガス供給部
51…アノードガス配管
52…水素タンク
53…開閉弁
54…レギュレータ
55…水素供給装置
56…圧力計測部
60…アノードガス循環排出部
61…アノード排ガス配管
62…気液分離部
63…アノードガス循環配管
64…水素循環用ポンプ
65…アノード排水配管
66…排水弁
67…圧力計測部
68…アノード排ガス排出バルブ
69…アノード排ガス排出管
70…冷媒供給部
71…冷媒用配管
71a…上流側配管
71b…下流側配管
71c…バイパス配管
72…ラジエータ
73…三方弁
75…冷媒循環用ポンプ
76a…冷媒温度計測部
81…二次電池
91…セル電圧計測部
92…電流計測部
93…インピーダンス計測部
95…開閉スイッチ
100…燃料電池システム
101…外気温センサ
102…車速センサ
103…シフトレバーセンサ
104…アクセル
105…ナビゲーション装置
106…地図
107…経路決定指示部
108…道路交通情報受信部
200…モータ
DCL…直流配線
Ta…温度
Tlow…しきい値
Thigh…しきい値
t1…回復処理時間
t2…回復処理時間
V0…初期電圧
V1…セル電圧
V1a…セル電圧
V1b…セル電圧
V2a…セル電圧
V2b…セル電圧
Vt1…回復処理電圧
Vt2…回復処理電圧
ΔV1a…電圧差
ΔV1b…電圧差
ΔV2a…電圧差
ΔV2b…電圧差
Claims (14)
- 燃料電池車両に搭載される燃料電池システムであって、
電極触媒として白金を含む触媒を有する燃料電池と、
前記燃料電池システムの制御を行う制御部と、
前記燃料電池車両の出発地から目的地に至るまでの経路を推定するナビゲーション装置と、
前記経路に従って前記燃料電池車両が走行する際の燃料消費量を推定する燃料消費量推定部と、
を備え、
前記燃料電池車両の運転状態があらかじめ定められたアイドリング状態に変わったときに、
(i)前記燃料消費量推定部は、前記経路に沿って前記燃料電池車両が走行したときの燃料消費量について、前記燃料電池の触媒に対する回復処理が行われたと仮定したときの前記目的地までに消費される第1の燃料消費量と、前記回復処理が行われなかったと仮定したときの前記目的地までに消費される第2の燃料消費量と、前記燃料電池の回復処理に必要な燃料消費量と、を推定し、
(ii)前記制御部は、前記第1の燃料消費量と前記回復処理に必要な燃料消費量との和が、前記第2の燃料消費量より少ない場合に、前記回復処理を実行する、
燃料電池システム。 - 請求項1に記載の燃料電池システムにおいて、さらに、
前記工程(ii)において、前記第1の燃料消費量と前記回復処理に必要な燃料消費量との和が、前記第2の燃料消費量より少ない場合には、さらに、
前記制御部は、前記燃料電池の電圧を一旦0.6V以下に下げた後、
前記燃料消費量推定部は、前記第1の燃料消費量と前記第2の燃料消費量と回復処理に必要な燃料消費量とを再び推定し、
前記制御部は、再推定後の前記第1の燃料消費量と前記回復処理に必要な燃料消費量との和が、再推定後の前記第2の燃料消費量より少ない場合に、前記回復処理を実行する、する、燃料電池システム。 - 請求項1または2に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料消費量推定部は、前記燃料電池車両の燃費の履歴を利用して前記第1と第2の燃料消費量を推定する、燃料電池システム。 - 請求項3に記載の燃料電池システムにおいて、
前記ナビゲーション装置は、地図を有しており、
前記ナビゲーション装置は、前記地図から前記経路中の道路の勾配を取得し、
前記燃料消費量推定部は、前記道路の勾配と燃費との関係を用いて前記第1と第2の燃料消費量を推定する、燃料電池システム。 - 請求項3または4に記載の燃料電池システムにおいて、
前記ナビゲーション装置は、地図を有しており、
前記ナビゲーション装置は、前記地図から前記経路中の信号の数を取得し、
前記燃料消費量推定部は、前記経路中の信号の数と燃費との関係を用いて前記第1と第2の燃料消費量を推定する、燃料電池システム。 - 請求項3〜5のいずれか一項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記ナビゲーション装置は、道路交通情報を外部から受信する道路交通情報受信部を有しており、
前記道路交通情報受信部は、前記経路中の道路の混雑状況を取得し、
前記燃料消費量推定部は、前記経路中の道路の混雑状況と燃費との関係を用いて前記第1と第2の燃料消費量を推定する、燃料電池システム。 - 請求項1〜6のいずれか一項に記載の燃料電池システムにおいて、さらに、
二次電池を備え、
前記燃料消費量推定部は、前記二次電池の現在の充電量と、前記二次電池の目標充電量との差を用いて、前記第1の燃料消費量と、前記第2の燃料消費量と、を補正する、燃料電池システム。 - 燃料電池車両に搭載され、電極触媒として白金を含む触媒を有する燃料電池を有する燃料電池システムの制御方法であって、
(a)前記燃料電池車両の出発地からから目的地に至るまでの経路を取得する工程と、
(b)前記燃料電池車両の運転状態があらかじめ定められたアイドリング状態に変わったときに、
(b−i)前記経路に沿って前記燃料電池車両が走行したときの燃料消費量について、前記燃料電池の触媒に対する回復処理が行われたと仮定したときの前記目的地までに消費される第1の燃料消費量と、前記回復処理が行われなかったと仮定したときの前記目的地までに消費される第2の燃料消費量と、を推定する工程と、
(b−ii)前記第1の燃料消費量と前記回復処理に必要な燃料消費量との和が、前記第2の燃料消費量より小さい場合には、前記回復処理を実行する工程と、
を実行する、燃料システムの制御方法。 - 請求項8に記載の燃料電池システムの制御方法において、
さらに、
前記工程(b−ii)において、前記第1の燃料消費量と前記回復処理に必要な燃料消費量との和が、前記第2の燃料消費量より少ない場合には、さらに、
前記燃料電池の電圧を一旦0.6V以下に下げる工程と、
前記第1の燃料消費量と前記第2の燃料消費量と回復処理に必要な燃料消費量とを再び推定する工程と、
再推定後の前記第1の燃料消費量と前記回復処理に必要な燃料消費量との和が、再推定後の前記第2の燃料消費量より少ない場合に、前記回復処理を実行する工程と、
が実行される、燃料電池システムの制御方法。 - 請求項8または9に記載の燃料電池システムの制御方法において、
前記燃料電池車両の燃費の履歴を利用して前記第1と第2の燃料消費量を推定する、燃料電池システムの制御方法。 - 請求項10に記載の燃料電池システムの制御方法において、
前記経路中の道路の勾配を取得する工程と、
前記経路中の道路の勾配と燃費との関係とを用いて前記第1と第2の燃料消費量を推定する工程と、
を実行する、燃料電池システムの制御方法。 - 請求項10または11に記載の燃料電池システムの制御方法において、さらに、
前記経路中の信号の数を取得する工程と、
前記経路中の信号の数と燃費との関係とを用いて前記第1と第2の燃料消費量を推定する工程と、
を実行する、燃料電池システムの制御方法。 - 請求項10〜12のいずれか一項に記載の燃料電池システムの制御方法において、さらに、
道路交通情報を外部から受信して前記経路中の道路の混雑状況を取得する工程と、
前記経路中の道路の混雑状況と燃費との関係を用いて前記第1と第2の燃料消費量を推定する工程と、
を実行する、燃料電池システムの制御方法。 - 請求項9〜13のいずれか一項に記載の燃料電池システムの制御方法において、
前記燃料電池システムは二次電池を備えており、さらに、
前記二次電池の現在の充電量と、前記二次電池の目標充電量との差を用いて、前記第1の燃料消費量と、前記第2の燃料消費量と、を補正する工程を実行する、燃料電池システムの制御方法。
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