JP2016096619A

JP2016096619A - 燃料電池車の制御方法

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Publication number: JP2016096619A
Application number: JP2014230189A
Authority: JP
Inventors: 陽平岡本; Yohei Okamoto; 今西　啓之; Hiroyuki Imanishi; 啓之今西; 灘　光博; Mitsuhiro Nada; 光博灘; 山田　貴史; Takashi Yamada; 貴史山田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-11-12
Filing date: 2014-11-12
Publication date: 2016-05-26
Anticipated expiration: 2034-11-12
Also published as: DE102015118800A1; US10744903B2; CN105584379B; CA2911084A1; CN105584379A; US20200298729A1; JP6136022B2; DE102015118800B4; KR20160056788A; US11491893B2; CA2911084C; US20160129807A1

Abstract

【課題】車両の外部にいるユーザに燃料電池が発電を停止し、外部給電が止まる虞があることを知らせ、予期せぬ給電停止による不都合の発生を回避することができる燃料電池車の制御方法を提供する。【解決手段】外部給電装置５０を備える燃料電池車１００の制御方法は、外部給電中に燃料電池２０の劣化または燃料電池２０に燃料を供給するための駆動装置の故障が生じる限界点を超えたと判断された場合に、燃料電池２０が発電をする停止する前に車両１０の外部に向かって警告を出す。【選択図】図２

Description

本発明は、外部給電装置を備え、外部給電可能な燃料電池車の制御方法に関する。

燃料電池は、燃料ガスとしての水素と空気（酸素）を電気化学反応させて発電を行い、水のみを排出するクリーンエネルギー源である。燃料電池車は、当該燃料電池で発電した電気によってモータを駆動して走行する。

近年、燃料電池車は、外部給電可能な発電装置としても注目されている。したがって、燃料電池車には、燃料電池で発電した電力を外部へ供給するための外部給電装置を備えるものが存在する。外部給電装置としては、インバータ回路を備えたものが知られている。

外部給電装置を備える燃料電池車の外部給電に関連する技術としては、例えば、外部給電中にインバータ異常があった場合に、運転席のドライバーに警告することが開示されている（特許文献１参照）。

特開２０１３−１９８２９２号公報

ところで、特許文献１にあっては、外部給電中にインバータ異常があった場合に、運転席のドライバーに対して警告が行われる。しかし、外部給電装置からの外部給電中において、ユーザは車両の外部にいることが多いと想定される。よって、特許文献１に開示された警告方法では、車両の外部にいるユーザに燃料電池の故障や劣化を知らせることができず、ユーザの知らぬ間に給電停止する虞があった。

本発明は、上記の事情に鑑みて創案されたものであり、車両の外部にいるユーザに燃料電池が発電を停止し、外部給電が止まる虞があることを知らせることができる燃料電池車の制御方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る燃料電池車の制御方法は、外部給電装置を備える燃料電池車の制御方法であって、外部給電中に燃料電池の劣化または燃料電池に燃料を供給するための駆動装置の故障が生じる限界点を超えたと判断された場合に、燃料電池が発電を停止する前に車両の外部に向かって警告を出すことを特徴とする。

上記燃料電池車の制御方法において、上記警告は、燃料電池の制御部にて制御される補機によってなされることが好ましい。
例えば、上記警告は、燃料電池車のホーンまたはライトによってなされてもよい。また、上記警告は、燃料電池車のラジエータのファンの回転で行ってもよい。

また上記警告後に上記限界点以内に戻ったと判断された場合に上記警告を停止するように制御してもよい。

本発明に係る燃料電池車の制御方法によれば、燃料電池が発電をする停止する前に車両の外部に向かって警告を出すので、車両の外部にいるユーザに対して、燃料電池が発電を停止し、外部給電が遮断する虞を告知しうる。そのため、ユーザは外部給電が止まる前に適切な処理を施すことができ、予期せぬ給電停止による不都合の発生を回避することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池車の制御方法を適用する燃料電池車の模式図である。第１の実施の形態に係る燃料電池車の制御方法のフローチャートである。第１の実施の形態に係る燃料電池車の制御方法の説明に供する図である。本発明の第２の実施の形態に係る燃料電池車の制御方法を適用する燃料電池車の模式図である。第２の実施の形態に係る燃料電池車の制御方法の説明に供する図である。

以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

〔第１の実施の形態〕
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池車の制御方法を適用する燃料電池車について説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池車の制御方法を適用する燃料電池車の模式図である。

図１に示すように、燃料電池車１００は、燃料電池２０で発電した電気によってモータ３０を駆動して走行する。燃料電池２０には、燃料ガスとして、水素タンク４０から水素がポンプ２２により供給されるとともに、空気がコンプレッサ２４により供給される。なお、図示しないバッテリーにより燃料電池２０の余剰電力や燃料電池車１００の回生電力を蓄電可能に構成されている。

燃料電池２０は、燃料電池セルが複数積層された燃料電池スタックを有する（いずれも図示せず）。例えば、固体高分子型燃料電池の燃料電池セルは、少なくとも、イオン透過性の電解質膜と、該電解質膜を挟持するアノード側触媒層（電極層）およびカソード側触媒層（電極層）とからなる膜電極接合体（ＭＥＡ：ＭｅｍｂｒａｎｅＥｌｅｃｔｒｏｄｅＡｓｓｅｍｂｌｙ）と、該膜電極接合体に燃料ガスもしくは酸化剤ガスを供給するためのガス拡散層を備えている。燃料電池セルは、一対のセパレータで挟持される。

燃料電池車１００は、外部へ電力を供給するための外部給電装置５０を備えている。外部給電装置５０は、例えば、インバータ回路を備えており、燃料電池２０と電気的に接続されている。燃料電池２０は、制御部である電子制御ユニット（ＥＣＵ；Electronic Control Unit）６０によってコントロールされる。

ＥＣＵ６０には、車両１０の外部に向かって警告を出すための専用の補機７０が電気的に接続されている。補機７０としては、例えば、ホーンやライト、外部メータ等の車両１０の外部に異常を告知することができる機器が挙げられる。これらライトやフォン、外部メータは、外部給電時に車両１０の外部にいるユーザが知覚可能な機器である。

次に、図１から図４を参照して、第１の実施の形態に係る燃料電池車の制御方法について説明する。図２は第１の実施の形態に係る燃料電池車の制御方法のフローチャートである。図３は第１の実施の形態に係る燃料電池車の制御方法の説明に供する図である。

図１に示すように、燃料電池車１００の燃料電池２０によって発電された電力は、外部給電装置５０を通じて外部給電することができる。この外部給電時に、燃料電池２０の負荷によっては、出力を保てない状況が生じる。無理に高負荷を続けると、燃料電池２０の故障や劣化、燃料電池に燃料を供給するための駆動装置（例えば、ポンプ２２やコンフレッサ２４）を招くため、状況によっては燃料電池２０への要求パワー（発電指示量）を制限したり外部給電を停止させたりすることが必要である。

図２に示すように、ＥＣＵ６０は、燃料電池車１００全体を制御する。すなわち、外部給電が開始されると（Ｓ１１０）、ＥＣＵ６０は燃料電池２０の状態を監視する（Ｓ１２０）。燃料電池２０の状態は、例えば図示しない温度センサにより燃料電池２０の内部温度や周辺温度を測定することにより把握する。燃料電池２０の状態を監視することにより、ＥＣＵ６０は、外部給電中に燃料電池２０の劣化または燃料電池２０に燃料を居休するための駆動装置（ポンプ２２やコンプレッサ２４等）に故障が生じうる状態にあるか否かを予想することができる（Ｓ１３０）。

ＥＣＵ６０が燃料電池２０の劣化または燃料電池２０に燃料を供給するための駆動装置の故障が生じうる状態にあると予想した場合（Ｓ１３０／ＹＥＳ）、燃料電池２０が発電を停止する前に、車両１０の外部に向かって警告を出す（Ｓ１４０）。

燃料電池２０の劣化または駆動装置の故障が生じうる状態は、燃料電池２０に劣化を生じたり駆動装置に故障を生じたりすると判断できる閾値である限界点を超えたか否かで判断可能である。このような限界点は、例えば図３に示すように、燃料電池２０のための出力制御開始温度Ｔ'として設定できる。燃料電池システムにおいて高負荷状態の運転を継続することにより燃料電池２０の内部温度や周辺温度が図３に示す出力制限開始温度Ｔ’以上となった場合には、燃料電池２０は発電量を一定に保持できなくなり、燃料電池２０の発電電力の上限値を規定する出力制限電力Ｐが低減されるようになる。さらに出力制限電力Ｐが低下し所定の閾値Ｐｔｈを下回ると燃料電池２０の出力電圧ＦＣＶがシャットダウンされる電圧に達し、燃料電池２０の発電が停止する。ＥＣＵ６０は、図示しない温度センサで測定される燃料電池２０の内部温度や環境温度を入力値として、図３に対応する燃料電池温度Ｔと出力制限値Ｐとの関係を記録した関係テーブルまたは関係式を参照し、限界点（図３の例では出力制限開始温度Ｔ’）と比較する。そして、燃料電池２０の出力電圧ＦＣＶがシャットダウウンするような閾値に達する前に、燃料電池２０の内部温度や環境温度が限界点である出力制限開始温度Ｔ’を超えた段階で車両１０の外部へ警告を出すのである。

車両１０の外部への警告は、例えば、ＥＣＵ６０にて制御される補機７０によってなされる。具体的には、ホーンまたはライトによってなされることが好ましい。音や光により容易に外部にいるユーザに高負荷状態を告知することができるからである。外部給電中に外部給電に必要なＥＣＵ６０によって制御される補機７０にて警告することにより、警告のためのＥＣＵを別途設ける必要がない。他方、ＥＣＵ６０が燃料電池の故障や劣化、駆動装置の故障を予想しない場合（Ｓ１３０：ＮＯ）は、ＥＣＵ６０による燃料電池の監視を続行する。

例えば、補機７０がライトである場合には、ライトが点灯または点滅するように制御することで、外部給電が過負荷であることを告知することが可能である。補機７０がホーンである場合には、継続的にまたは断続的にホーンに発音させることで、外部給電が過負荷であることを告知することが可能である。補機７０が外部メータである場合には過負荷領域に達している表示を行うことで、外部給電が過負荷であることを告知することが可能である。また、これら複数の補機による警告を並行して実施してもよい。

さらに、燃料電池２０の状態に応じて補機７０による警告の態様を変化させてもよい。例えば、図３において、燃料電池２０の温度が出力制限開始温度Ｔ’を超えたらライトによる警告を開始し、外部給電の負荷軽減等の措置がされずに燃料電池２０の温度がＦＣＶシャットダウンの温度を超えたり燃料電池２０の出力制限値Ｐが閾値Ｐｔｈを下回ったりしたらホーンによる警告を併用する等の対応が挙げられる。補機７０による警告の態様を変化させることにより、事態の緊急度を告知することが可能である。

車両１０の外部に向かって警告を出した後、外部給電が継続される場合（Ｓ１５０：ＹＥＳ）は、再びステップＳ１２０に戻り、燃料電池２０の状態監視を繰り返す（Ｓ１３０〜Ｓ１４０）。他方、外部給電を停止する場合（Ｓ１５０：ＮＯ）は、当該処理を終了する（Ｓ１６０）。

なお図２のフローチャートから明らかなように、一旦、燃料電池２０の劣化または駆動装置の故障の限界点を超えて（Ｓ１３０：ＹＥＳ）車両の外部に向かって警告が発せられたても（Ｓ１４０）、その後の外部給電が継続される過程で（Ｓ１５０：ＹＥＳ）、燃料電池２０の状態が限界点以下に戻った場合には（Ｓ１３０：ＮＯ）、車両の外部に向かっての警告は停止することになる。このような処理により、車両の外部にいるユーザは、警告により過負荷状態を知った後に外部給電を一時休止したり給電量を減少させたりする措置を採った結果として再び燃料電池２０が過負荷状態を免れたことを知ることができる。そして引き続き外部給電作業を中断することなく継続することが可能となる。

以上、説明したように、第１の実施の形態に係る燃料電池車の制御方法によれば、燃料電池２０が発電をする停止する前までに、ＥＣＵ６０が車両１０の外部に向かって警告を出す。車両１０の外部への警告は、燃料電池車１００のＥＣＵ６０にてコントロールされる補機７０によってなされる。したがって、補機７０の警告により、車両１０の外部にいるユーザに対して、燃料電池２０が発電を停止し、外部給電が遮断する虞を告知しうる。ユーザは、外部給電が止まる前に外部給電装置５０への要求パワーを減らしたり負荷を減らしたりするなどの処理によって、不測の給電停止を回避することができるという優れた効果を奏する。

〔第２の実施の形態〕
次に、図４および図５を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る燃料電池車の制御方法を適用する燃料電池車について説明する。図４は本発明の第２の実施の形態に係る燃料電池車の制御方法を適用する燃料電池車の模式図である。図５は第２の実施の形態に係る燃料電池車の制御方法の説明に供する図である。

上記第1の実施の形態では、燃料電池車１００の補機７０によって外部への警告を実施していたが、当該第２の実施の形態に係る燃料電池車の制御方法では、車両１０の外部への警告は、図４に示すように、燃料電池車１００のラジエータ８０のファン８１の回転で行われる。ラジエータ８０のファン８１は、燃料電池２０を制御するＥＣＵ６０と電気的に接続されている。したがって、第２の実施の形態では、別途、補機に対して警告用のＥＣＵを起動したり制御したりする必要がない。

具体的には、図５に示すように、燃料電池２０の発電が止まる前に、ラジエータ８０のファン８１の回転を高速回転と低速回転とを繰り返すハンチング制御８２させることにより、ファン８１の回転音を断続的に変化させる。ファン８１の回転音の変化により、車両１０の外部にいるユーザに対して警告を出すことができる。

なお、燃料電池２０の状態に応じてファン８１の回転の制御による警告の態様を変化させてもよい。例えば、図３において、燃料電池２０の温度が出力制限開始温度Ｔ’を超えたら相対的に長い周期でファン８１の回転をハンチングさせ、外部給電の負荷軽減等の措置がされずに燃料電池２０の温度がＦＣＶシャットダウンの温度を超えたり燃料電池２０の出力制限値Ｐが閾値Ｐｔｈを下回ったりしたら相対的に短い周期でファン８１の回転をハンチングさせる等の対応が挙げられる。ファン８１の回転のハンチングによる警告の態様を変化させることにより、事態の緊急度を告知することが可能である。

さらに、上記第1の実施の形態による補機７０による警告とファン８１の回転による警告とを組み合わせてもよい。例えば、図３において、燃料電池２０の温度が出力制限開始温度Ｔ’を超えたらファン８１の回転のハンチングを開始させ、外部給電の負荷軽減等の措置がされずに燃料電池２０の温度がＦＣＶシャットダウンの温度を超えたり燃料電池２０の出力制限値Ｐが閾値Ｐｔｈを下回ったりしたら補機７０による警告も追加する等の対応が挙げられる。ファン８１による警告と補機７０による警告とを組み合わせて警告の態様を変化させることにより、事態の緊急度を告知することが可能である。

第２の実施の形態に係る燃料電池車の制御方法は、基本的に第１の実施の形態に係る燃料電池車の制御方法と同様の作用効果を奏する。特に、第２の実施の形態に係る燃料電池車の制御方法によれば、外部給電中に使用される補機により警告が行われるので、別途、外部給電とは直接関係の無い補機を駆動する必要がないという有利な効果を奏する。

〔その他の実施の形態〕
上記のように本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、上記実施の形態では、単一の補機によって車両の外部に警告を行っているが、複数の補機を組み合わせて警告を行っても構わない。このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。

１０車両
２０燃料電池
２２ポンプ
２４コンプレッサ
５０外部給電装置
６０電子制御ユニット（ＥＣＵ）
７０補機
８０ラジエータ
８１ファン
１００燃料電池車

Claims

外部給電装置を備える燃料電池車の制御方法であって、
外部給電中に燃料電池の劣化または前記燃料電池に燃料を供給するための駆動装置の故障が生じる限界点を超えたと判断された場合に、前記燃料電池が発電を停止する前に車両の外部に向かって警告を出すことを特徴とする燃料電池車の制御方法。
前記警告は、前記燃料電池の制御部にて制御される補機によってなされる、請求項１に記載の燃料電池車の制御方法。
前記警告は、前記燃料電池車のホーンまたはライトによってなされる、請求項１または２に記載の燃料電池車の制御方法。
前記警告は、前記燃料電池車のラジエータのファンの回転で行われる、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の燃料電池車の制御方法。
前記警告後に前記限界点以内に戻ったと判断された場合に前記警告を停止する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の燃料電池車の制御方法。