JP2018182833A - 燃料電池車両 - Google Patents

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Abstract

【課題】外部の画像を用いる所定の制御への影響を抑制しつつ、燃料電池システム内から水分を排出できる燃料電池車両を提供することを課題とする。【解決手段】燃料電池を含む燃料電池システムを搭載した燃料電池車両であって、前記燃料電池システムから前記燃料電池により生成された水分を前記燃料電池車両の外部へ排出する排出機構と、前記燃料電池車両の外部の画像を撮影するカメラと、イグニッションスイッチがオンの状態で前記燃料電池車両の運転状態又は運転モードに応じて実行又は停止されかつ前記画像を用いる所定の制御が、実行中であるか否かを判定する制御判定部と、前記所定の制御が実行中であると判定された場合には、前記所定の制御が停止中であると判定された場合よりも、前記排出機構から前記燃料電池車両の外部へ排出される水蒸気の排出流量を低減する低排出処理を実行する低排出処理部と、を備えた燃料電池車両。【選択図】図３

Description

本発明は、燃料電池車両に関する。
燃料電池システムが搭載された燃料電池車両では、燃料電池システム内の水分が燃料電池車両の外部へ排出される。また、このような車両には、燃料電池車両の外部の画像を撮影するカメラが設けられ、撮影された車両外部の画像を用いる所定の制御が実行されるものが知られている（例えば特許文献１参照）。
特開２０１６−１８７２７３号
燃料電池システムでは、燃料電池の発電等により生じた水分が燃料電池システム内から車両外部へと排出される構成が採用されている。このような水分が車両の外部に排出される際には、水分の少なくとも一部である水蒸気が排出される場合がある。このため、例えば車両外部の画像を用いる所定の制御が実行されている最中に、上述した水蒸気の排出流量が多いと、カメラによる車両の外部の視認性に影響を与える可能性がある。これにより、実行中の制御に適した画像が得られない可能性がある。
そこで、外部の画像を用いる所定の制御への影響を抑制しつつ、燃料電池システム内から水分を排出できる燃料電池車両を提供することを目的とする。
上記目的は、燃料電池を含む燃料電池システムを搭載した燃料電池車両であって、前記燃料電池システムから前記燃料電池により生成された水分を前記燃料電池車両の外部へ排出する排出機構と、前記燃料電池車両の外部の画像を撮影するカメラと、イグニッションスイッチがオンの状態で前記燃料電池車両の運転状態又は運転モードに応じて実行又は停止されかつ前記画像を用いる所定の制御が、実行中であるか否かを判定する制御判定部と、前記所定の制御が実行中であると判定された場合には、前記所定の制御が停止中であると判定された場合よりも、前記排出機構から前記燃料電池車両の外部へ排出される水蒸気の排出流量を低減する低排出処理を実行する低排出処理部と、を備えた燃料電池車両によって達成できる。
燃料電池車両の外部の画像を用いる所定の制御の実行中には、停止中の場合よりも水蒸気の排出流量が低減されるため、カメラによる車両の外部の視認性への影響を抑制できる。これにより、外部の画像を用いる制御への影響を抑制しつつ、燃料電池システム内から水分を排出できる。
前記燃料電池車両の外部の外気温度及び外気湿度のうち少なくとも一方に基づいて、前記燃料電池車両の外部に排出された前記水蒸気が前記燃料電池車両の外部で凝結しやすいか否かを予測する予測部を備え、前記低排出処理は、前記水蒸気は凝結しやすいと予測された場合には、前記水蒸気は凝結しないと予測された場合よりも、前記排出流量を低減してもよい。
前記排出機構は、前記水分を液水の状態で貯留可能な貯水部と、前記貯留部に貯留された前記液水を開弁することにより前記燃料電池車両の外部へと排出する排水弁とを含み、前記低排出処理は、前記所定の制御が実行中であると判定された場合には、前記所定の制御が停止中と判定された場合よりも、前記排水弁が開弁するタイミングの時間間隔を短縮してもよい。
前記排出機構は、前記燃料電池のカソードから前記水分を前記燃料電池車両の外部へ排出する排出通路を含み、前記低排出処理は、前記所定の制御が実行中であると判定された場合には、前記所定の制御が停止中と判定された場合よりも、前記カソードの掃気の実行の時間間隔を短縮してもよい。
前記低排出処理は、前記所定の制御が実行中であると判定された場合には、前記所定の制御が停止中と判定された場合よりも、前記燃料電池から排出される前記水分を含む排出ガスの温度を低下させてもよい。
前記所定の制御は、前記画像を用いて前記燃料電池車両の運転支援を行う運転支援制御であってもよい。
前記画像を表示可能な表示部を備え、
前記所定の制御は、前記燃料電池車両が後退走行中に前記画像を前記表示部に表示させる表示制御であってもよい。
外部の画像を用いる所定の制御への影響を抑制しつつ、燃料電池システム内から水分を排出できる燃料電池車両を提供できる。
図１Ａ及び図１Ｂは、燃料電池車両の概略図である。 図２は、燃料電池システムの概略図である。 図３は、本実施例の排出制御の一例を示したフローチャートである。 図４Ａ及び図４Ｂは、通常排出処理及び低排出処理の一例をそれぞれ示したフローチャートである。 図５Ａ及び図５Ｂは、第１変形例の排出制御での通常排出処理及び低排出処理をそれぞれ示したフローチャートである。 図６Ａ及び図６Ｂは、第２変形例の排出制御での通常排出処理及び低排出処理をそれぞれ示したフローチャートである。 図７は、第３変形例の排出制御の一例を示したフローチャートである。 図８Ａは、所定値を規定したマップであり、図８Ｂは、第２低排出処理の一例を示したフローチャートである。 図９Ａは、第４変形例の排出制御での第２低排出処理を示したフローチャートであり、図９Ｂは、第５変形例の排出制御での第２低排出処理を示したフローチャートである。
図１Ａ及び図１Ｂは、燃料電池車両１（以下、車両１と称する）の概略図である。図１Ａは、車両１を上方側から見た場合を示し、図１Ｂは、車両１を側方側から見た場合を示している。車両１は、燃料電池システム２、カメラＣａ〜Ｃｄ、ディスプレイ７０等を備えている。燃料電池システム２は、燃料電池１０や排出口パイプ１００等を備える。燃料電池１０は、後述する走行用のモータ等に発電電力を供給する。排出口パイプ１００は、燃料電池システム２内の水分を車両１の外部、詳細には車両１の後方側に排出する。排出口パイプ１００は、車両１の後方側に配置され、詳しくは後述するが水分を車両１の外部へと排出する。
カメラＣａ〜Ｃｄは、ＣＣＤ（charge coupled device）やＣＩＳ（CMOS image sensor）等の撮像素子を内蔵するデジタルカメラであり、車両１の外部を撮影する。具体的には、カメラＣａ〜Ｃｄは、それぞれ、車両１の前方側、後方側、右側、及び左側に配置されて、車両１の前方側、後方側、右側、及び左側を撮影する。詳細には、カメラＣａは、車室内のフロントガラスの近傍に配置されている。カメラＣｂは、車両１のリヤトランクのドアの下方の壁部に設けられている。カメラＣｃ及びＣｄは、それぞれ右側及び左側のドアミラーに設けられている。詳しくは後述するが、カメラＣａ〜Ｃｄのうち少なくとも一つにより撮影された画像を用いて、運転支援制御が実行される。また、ディスプレイ７０は、車室内に配置され、カメラＣａ〜Ｃｄのうち少なくとも一つにより撮影された画像を表示可能であり、表示部の一例である。
次に、燃料電池システム２の構成について説明する。図２は、燃料電池システム２の概略図である。燃料電池システム２は、燃料電池１０、カソードガス供給部２０、アノードガス供給部３０、排出機構４０、電力部５０、冷却部６０、及び制御ユニット９０を備える。
燃料電池１０は、カソード１１及びアノード１２を備えた固体高分子電解質型であり、複数のセルを積層したスタック構造を備えている。燃料電池１０には、出力電流及び電圧をそれぞれ検出する電流センサ２ａ及び電圧センサ２ｂが取り付けられている。
カソードガス供給部２０は、外気を取り込み、カソードガス管２１を介して燃料電池１０のカソード１１にカソードガスとして供給する。カソードガス管２１には、エアコンプレッサー２３及び開閉弁２５が上流側からこの順で設けられている。エアコンプレッサー２３は、外気を取り込むとともに所定の圧力まで圧縮して下流側に送り出す。開閉弁２５は、カソード１１に対するカソードガスの出入りを制御する。開閉弁２５は、通常は閉じた状態であり、上流側から所定の圧力のカソードガスが流入したときに開く。
アノードガス供給部３０は、水素タンク３１に充填された高圧水素を、アノードガス管３３を介してアノードガスとして燃料電池１０のアノード１２に供給する。アノードガス管３３には上流側から、タンクバルブ３５、調圧バルブ３７、及びインジェクター３９が設けられている。タンクバルブ３５と調圧バルブ３７とは、インジェクター３９の上流側における水素の圧力を制御する。インジェクター３９は、水素をアノード１２に供給する。
排出機構４０は、燃料電池１０のカソード１１からの排ガスおよび排水を車両１の外部へと排出し、アノード１２からの排ガスをアノード１２に再循環させるとともにアノード１２からの排水を、アノード１２からの排ガスの一部とともに外部へと排出する。排出機構４０は、カソード系統４１と、アノード系統４２と、合流排出部４３と、を備える。
カソード系統４１は、カソード排ガス管４１１及び調圧弁４１２を備える。カソード排ガス管４１１は、燃料電池１０のカソード１１の出口と合流排出部４３の合流管４３１とを接続し、カソード１１側の排水および排ガスを合流排出部４３の合流管４３１へと流入させる。調圧弁４１２はカソード排ガス管４１１のカソード１１の出口近傍に取り付けられており、カソード１１の背圧の調整に用いられる。
アノード系統４２は、アノード排ガス管４２１、気液分離部４２３、排水管４２４、排水弁４２５、循環配管４２６、及び循環ポンプ４２７を備える。アノード排ガス管４２１は、燃料電池１０のアノード１２の出口と気液分離部４２３の入口とを接続する。
気液分離部４２３はアノード排ガスに含まれる気体（水素）と液水とを分離し、気体については、循環配管４２６に誘導され、液水については気液分離部４２３内で貯留される。気液分離部４２３は、このような液水を貯留する貯留部の一例である。循環配管４２６は、アノードガス供給部３０のアノードガス管３３に接続されており、循環配管４２６の途中には循環ポンプ４２７が取り付けられている。気液分離部４２３において分離された水素は、循環ポンプ４２７によって、循環配管４２６を介してアノードガス供給部３０のアノードガス管３３へ送り出される。
気液分離部４２３には、排水管４２４が接続されており、排水管４２４は、カソード系統４１のカソード排ガス管４１１とともに、合流排出部４３の合流管４３１に接続されている。排水弁４２５は、排水管４２４に取り付けられており、所定のタイミングで開弁することにより、気液分離部４２３で貯留された液水、及びアノード排ガス管４２１を流通するアノード排ガスが、合流排出部４３の合流管４３１に流入する。気液分離部４２３からの排水については、詳しくは後述する。
合流排出部４３は、合流管４３１、マフラー４３２、及び排出口パイプ１００を備える。合流管４３１では、カソード１１からのカソード排ガスと、排水弁４２５が開弁することに伴う気液分離部４２３からの液水及びアノード排ガス管４２１からのアノード排ガスとが流通する。マフラー４３２は合流管４３１の途中に設けられており、合流管４３１内や排出口パイプ１００における排ガスの流れに伴って発生する乱流やノイズを低減する。排出口パイプ１００は、合流管４３１の下流側端部に取り付けられており、上述した排ガス及び液水を車両１の外部へと排出する。排水弁４２５は、気液分離部４２３に貯留された液水を開弁することにより車両１の外部へと排出する排水弁の一例である。
電力系５０は、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５１、バッテリ５２、トラクションインバータ５３、補機インバータ５４、トラクションモータＭ３、及び補機モータＭ４を備えている。高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５１は、燃料電池１０からの直流電圧を調整してバッテリ５２に出力可能である。高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５１により、燃料電池１０の出力電圧が制御される。バッテリ５２は、充放電可能な二次電池であり、余剰電力の充電や補助的な電力供給が可能である。燃料電池１０で発電された直流電力の一部は、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ５１により昇降圧され、バッテリ５２に充電される。バッテリ５２には、その充電状態を検出するＳＯＣセンサ５ａが取り付けられている。トラクションインバータ５３、補機インバータ５４は、燃料電池１０又はバッテリ５２から出力される直流電力を三相交流電力に変換してトラクションモータＭ３及び補機モータＭ４へ供給する。トラクションモータＭ３は、車輪Ｗを駆動する。トラクションモータＭ３が回生を行う場合には、トラクションモータＭ３からの出力電力は、トラクションインバータ５３を介して直流電力に変換されてバッテリ５２に充電される。トラクションモータＭ３には、その回転数を検出する回転数検出センサ５ｂが取り付けられている。
冷却部６０は、ラジエータ６６、ファン６７、循環経路６１、バイパス経路６２、三方弁６３、循環ポンプ６４、イオン交換器６５、及び温度センサ２ｃ備える。循環ポンプ６４により圧送される冷媒は、循環経路６１を流通し、ファン６７による送風と車両１の走行風とによりラジエータ６６で熱交換されて冷媒が冷却される。冷却された冷媒は、燃料電池１０に供給されて燃料電池１０が冷却される。温度センサ２ｃは、燃料電池１０から排出された冷媒の温度を検出する。バイパス経路６２は、循環経路６１から分岐してラジエータ６６をバイパスし、三方弁６３は、ラジエータ６６への冷媒の供給量を調整する。イオン交換器６５は、バイパス経路６２上に、バイパス経路６２を流れる冷媒の一部が流れるように設けられている。循環ポンプ６４は、燃料電池１０への冷媒の供給量を調整する。また、燃料電池１０の温度は、温度センサ２ｃにより検出された冷媒の温度が目標温度となるように、循環ポンプ６４の回転速度やラジエータ６６への冷媒の供給量が調整されることにより、略一定の温度に維持される。
制御ユニット９０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、メモリ等を備え、燃料電池システム２やその他車両１に搭載された機器を統合的に制御する。具体的には、制御ユニット９０は、アクセルペダル８０の操作を検出するアクセルペダルセンサ８１、ＳＯＣセンサ５ａ、回転数検出センサ５ｂ等から送出される各センサ信号に基づいて、燃料電池１０の発電を制御する。また、制御ユニット９０は、エアコンプレッサー２３、開閉弁２５、タンクバルブ３５、調圧バルブ３７、インジェクター３９、調圧弁４１２、排水弁４２５、循環ポンプ４２７及び６４、及び三方弁６３に電気的に接続され、制御ユニット９０はこれらを制御する。更に制御ユニット９０には、電流センサ２ａ、電圧センサ２ｂ、温度センサ２ｃ、シフト位置センサ８２、外気温度センサ８３、外気湿度センサ８５、及びイグニッションスイッチＩＧが電気的に接続されている。シフト位置センサ８２は、シフトレバーの位置を検出する。外気温度センサ８３及び外気湿度センサ８５は、車両１の外気温度及び外気湿度をそれぞれ検出する。
また、制御ユニット９０には、上述したカメラＣａ〜Ｃｄ及びディスプレイ７０が電気的に接続されている。制御ユニット９０は、上述したカメラＣａ〜Ｃｄのうちの少なくとも一つにより撮影された画像を用いて、運転支援制御を行う。具体的には運転支援制御では、カメラＣａ〜Ｃｄのうちの少なくとも一つにより撮影された画像のデータにパターンマッチング等の画像処理を実施して車両１周辺の検知対象物を認識し、これに基づいて運転者の運転操作を支援するための制御が実行される。例えば、運転支援制御の実行中において制御ユニット９０は、カメラＣａの画像から車両１が走行中の道路の白線を検知し、車両１が走行中の車線から逸脱したと判断した場合には、ディスプレイ７０に警告画像を表示し車室内のスピーカから警告音を報知して運転者に注意を促す。運転支援制御は上記の例に限定されず、例えばカメラＣａ〜Ｃｄの少なくとも一つの画像から車両１周辺の障害物を検知し、車両１が障害物に接近した場合には上述と同様の手法で運転者に注意を促してもよい。また、カメラＣｂ〜Ｃｄの少なくとも一つの画像からドアミラーに映らない死角を並走する並走車両を検知し、上述と同様に運転者に注意を促してもよい。また、カメラＣａの画像から車両１の先行車両を検知し、アクセルペダル８０を操作しなくても先行車両の車速変化にあわせた追従走行を行ってもよい。その他、運転支援制御は、カメラＣａ〜Ｃｄの少なくとも一つの画像から検知対象物を特定して、車両１の走行速度や加速度、ブレーキ操作、ステアリングの操舵角等の少なくとも一つを制御するものであってもよい。また、運転支援制御は、運転者が車両１を操作することなく、カメラＣａ〜Ｃｄの少なくとも一つの画像から検知対象物を特定して、車両１の走行速度や加速度、ブレーキ操作、ステアリングの操舵角等のそれぞれを制御する、自律走行制御を含む。
尚、このような運転支援制御は、ディスプレイ７０のタッチパネル等からの操作により運転モードが運転支援モードに切替えられた場合に実行され、運転モードが通常運転モードに切替えられた場合には、運転支援制御は停止される。従って、運転支援制御は、イグニッションスイッチＩＧがオンの状態で運転モードに応じて実行又は停止され、かつカメラＣａ〜Ｃｄの少なくとも一つの画像を用いる所定の制御の一例であり、この画像を用いて車両１の運転支援を行う運転支援制御の一例である。
また制御ユニット９０は、上記の運転支援制御とは別に、車両１が後退走行中にカメラＣｂによる車両１の後方側の画像をディスプレイ７０に表示させる、後退走行表示制御を実行する。これにより運転者は、後退走行中での車両１の後方側の状況を容易に把握できる。後退走行表示制御は、車両１の後退走行時に実行され、それ以外の車両１の運転状態では停止される。後退走行表示制御は、イグニッションスイッチＩＧがオンの状態で車両１の運転状態に応じて実行又は停止されかつカメラＣｂの画像を用いる所定の制御の一例であり、車両１が後退走行中にカメラＣｂの画像をディスプレイ７０に表示させる表示制御の一例である。
尚、上述の運転支援制御及び後退走行表示制御を所定の制御の一例として説明したが、イグニッションスイッチＩＧがオンの状態で車両１の運転状態又は運転モードに応じて実行又は停止されかつカメラにより撮影された車両１の外部の画像を用いる制御であればこれに限定されない。但し所定の制御には、イグニッションスイッチＩＧがオンの状態で運転状態や運転モードに関わらずに常に実行される制御は含まれない。例えば、所定の制御には、イグニッションスイッチＩＧがオンの状態で運転状態や運転モードに関わらずにカメラにより撮影された画像を常にメモリに記憶する制御は含まれない。
次に、図１Ａ及び図１Ｂに戻り、気液分離部４２３からの排水について説明する。上述したように、排水弁４２５が所定のタイミングで開弁することにより、気液分離部４２３に貯留された液水は、排水管４２４及び合流管４３１を介して、排ガスと共に排出口パイプ１００から車両１の外部へ排出される。この際に、排出口パイプ１００からは液水と共に水蒸気が排出される。液水が気液分離部４２３から車両１の外部へ排出されるまでに排ガスにより攪拌されて、液水の一部が水蒸気となるからである。排出口パイプ１００からの水蒸気の排出流量が多いと、例えば排出口パイプ１００近傍にあるカメラＣｂのレンズやその周辺に水蒸気が水滴となって付着して、カメラＣｂによる車両１の後方側の視認性に影響を与える可能性がある。このため、例えば上述した後退走行表示制御の実行中に排出口パイプ１００からの水蒸気の排出流量が多いと、車両１の後方側の状況の把握が容易な画像を運転者に提供できずに、この制御に適した画像が得られない可能性がある。
また、車両１が旋回走行している場合や車両１周辺の風向きなどによって、排出口パイプ１００から排出された水蒸気が車両１周辺に回り込んで、その他のカメラＣａ、Ｃｃ、及びＣｄによる車両１の外部の視認性にも影響を与える可能性がある。従って、例えばカメラＣａ〜Ｃｄのうちの少なくとも一つの画像を用いる運転支援制御の実行中に排出口パイプ１００からの水蒸気の排出流量が多いと、検知対象物の認識精度が低下して、運転支援制御に適した画像が得られない可能性がある。そこで制御ユニット９０は、上記の点を考慮した排出制御を実行する。この排出制御は、制御ユニット９０のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及びメモリにより機能的に実現される、制御判定部及び低排出処理部により実現される。
次に、制御ユニット９０が実行する排出制御について具体的に説明する。図３は、本実施例の排出制御の一例を示したフローチャートである。この排出制御は、所定の周期で繰り返し実行される。最初に、上述した後退走行表示制御の実行中であるか否かが判定される（ステップＳ１）。具体的には、シフト位置センサ８２により検出値されたシフト位置が後退位置にあり、アクセルペダルセンサ８１によりアクセルペダル８０への操作が検出されたか否か、即ち、後退走行中であるか否かが判定される。尚、後退走行中には後退走行表示制御が実行される。ここで言う後退走行中には、シフト位置センサ８２により検出値されたシフト位置が後退位置にあり、アクセルペダルセンサ８１によりアクセルペダル８０への操作がされていない状態を含んでもよい。シフト位置が後退位置にあれば、アクセルペダル操作がされていなくても、すぐに後退走行に移行すると考えられるからである。
ステップＳ１で否定判定の場合には、上述した運転支援制御の実行中であるか否かが判定される（ステップＳ３）。具体的には、運転モードが運転支援モードに設定されているか否かに基づいて判定される。ステップＳ１及びＳ３の処理は、車両１の運転状態又は運転モードに応じて実行又は停止されかつ画像を用いる所定の制御が、実行中であるか否かを判定する制御判定部が実行する処理の一例である。
ステップＳ３で否定判定の場合、即ちステップＳ１及びＳ３の双方で否定判定の場合には、通常排出処理が実行される（ステップＳ５）。これに対してステップＳ１及びＳ３の何れかで肯定判定の場合には、低排出処理（ステップＳ７）が実行される。低排出処理は、通常排出処理よりも、排出口パイプ１００から車両１の外部へと排出される水蒸気の排出流量が低減する処理である。ステップＳ１及びＳ３の双方で否定判定の場合には、カメラＣａ〜Ｃｄの少なくとも一つの画像を用いる上述の制御は停止中であるため、排出口パイプ１００からの水蒸気の排出流量が多くても問題はない。しかしながら、ステップＳ１及びＳ３の何れかで肯定判定の場合には、カメラＣａ〜Ｃｄの少なくとも一つの画像を用いる上述の制御は実行中であるため、水蒸気の排出流量が低減される低排出処理が実行される。ステップＳ７の処理は、後退走行表示制御及び運転支援制御の少なくとも一つが実行中であると判定された場合には、両制御が停止中であると判定された場合よりも、排出機構４０から車両１の外部へ排出される水蒸気の排出流量を低減する低排出処理の一例である。
次に、通常排出処理と低排出処理とについて説明する。図４Ａ及び図４Ｂは、通常排出処理及び低排出処理の一例をそれぞれ示したフローチャートである。最初に通常排出処理について説明する。図４Ａに示すように通常排出処理では、貯水量閾値は貯水量Ｗ１に設定される（ステップＳ１１）。ここで貯水量閾値は、気液分離部４２３での貯水量が排出を実行するタイミングにあるか否かを判定するための閾値である。次に、気液分離部４２３での貯水量が貯水量Ｗ１以上であるか否かが判定される（ステップＳ１３）。肯定判定の場合には、排水弁４２５が開弁されて排水が実行される（ステップＳ１５）。否定判定の場合には、排水は実行されずに本処理は終了する。次に、低排出処理について説明する。図４Ｂに示すように低排出処理では、上述の貯水量閾値は、貯水量Ｗ１よりも小さい貯水量Ｗ２に設定される（ステップＳ２１）。次に、気液分離部４２３での貯水量が貯水量Ｗ２以上であるか否かが判定される（ステップＳ２３）。肯定判定の場合には、排水弁４２５が開弁されることにより排水が実行される（ステップＳ２５）。否定判定の場合には、排水は実行されずに本処理は終了する。尚、気液分離部４２３での貯水量は、気液分離部４２３内に設けられるレベルセンサによって検知してもよいし、燃料電池１０の負荷電流等と燃料電池１０により生成される水分量とが対応付けされた関係式やマップ等を用いて制御ユニット９０により算出してもよい。
以上のように、低排出処理において貯水量閾値が貯水量Ｗ１よりも小さい貯水量Ｗ２に設定されるため、低排出処理では通常排出処理よりも貯水量が少ないうちに排水が実行されて、車両１の外部への排水量が低減される。換言すれば、燃料電池１０の運転状態や周辺環境が同じ条件であれば、低排出処理の方が通常排出処理よりも、車両１の走行中において排水が実行される時間間隔は短くなり、一度の排水の実行による水分の排出量も低下する。
ここで、排水に伴う車両１の外部への水蒸気の排出量は、液水の排出量が少ないほど低減する。上述したように液水が排水管４２４や合流管４３１を通過中に排気ガスに攪拌されて液水の一部が水蒸気として排出されため、液水の排出量が低減されることに伴って水蒸気の排出量も低減するからである。このため、低排出処理では、通常排出処理よりも、一度の排水により車両１の外部へ排出される水蒸気の排出量が低減され、即ち、水蒸気の排出流量が低減される。よって、カメラＣａ〜Ｃｄによる車両１の外部の視認性への影響を抑制でき、車両１の外部の画像を用いる制御への影響を抑制しつつ燃料電池システム２内から水分を排出できる。
また、カメラＣａ〜Ｃｄの少なくとも一つの画像を用いる制御が停止中の場合には、通常排出処理が実行され、低排出処理よりも排水の時間間隔は長期となり、排水の実行頻度が少なくなる。これにより、排水の実行頻度の増大に伴う電力消費量の増大を抑制できる。
尚、気液分離部４２３からの排水の実行は、気液分離部４２３での貯水量に基づいたものに限定されない。例えば、アノード排ガス中の水素濃度が濃度閾値以下になった場合に排水弁４２５を開弁して、液水と共にアノード排ガスを車両１の外部へ排出してもよい。燃料電池１０の運転時間が長期になるにつれ、循環配管４２６を循環するアノード排ガス中の不純物濃度が増大して水素濃度が低下し、このようなアノード排ガスを車両１の外部へ排出するためである。この場合には、通常排出処理では上記の濃度閾値を濃度Ｄ１に設定し、低排出処理では濃度閾値を濃度Ｄ１よりも大きい濃度Ｄ２に設定してもよい。このため低排出処理では通常排出処理よりも、アノード排ガス中の水素濃度が高いうちに排水が実行され、換言すれば、排水の実行の時間間隔が短くなり、気液分離部４２３の貯水量が少ないうちに排水が実行される。従ってこの場合においても、低排出処理では通常排出処理よりも車両１の外部へ排出される水蒸気の排出流量が低減される。
尚、カソード排ガス管４１１上に燃料電池１０のカソード１１から排出された液水を貯留する貯水部を設けて、この貯水部で貯留された液水を利用してカソードガスを加湿する構成が採用される場合がある。この場合にも、貯水部での貯水量が貯水量閾値以上となった場合に、排水弁を介して車両１の外部へと排出する構成を採用することが考えられる。このような場合にも貯水量閾値を、低排出処理の方が通常排出処理の場合よりも小さい値に設定することにより、車両１の外部への水蒸気の排出流量を低減できる。尚、この場合での貯水量も、貯水部内に設けられるレベルセンサにより検知してもよいし、燃料電池１０の負荷電流等と燃料電池１０で生成される水分量とが対応付けされた関係式やマップ等を用いて算出してもよい。
次に、排出制御の複数の変形例について説明する。変形例については、上述した実施例と類似の処理については、類似の符号を付することにより重複する説明は省略する。最初に、第１変形例の排出制御での通常排出処理及び低排出処理について説明する。尚、第１変形例での排出制御自体については、図３の制御と同様であるため、説明を省略する。第１変形例の排出制御での通常排出処理及び低排出処理では、上述した場合と異なり排水弁４２５による排水の実行の時間間隔が異なっているのではなく、燃料電池１０のカソード１１内に残留した液水を車両１の外部へ排出する掃気が実行される時間間隔が異なっている。掃気は、以下のような場合に実行される。燃料電池１０のカソード１１内での残留した液水の量が多いと、燃料電池１０のカソード１１内の細孔やセパレータの流路を塞ぐフラッディングが発生して、高負荷運転時に燃料電池１０の電圧が低下し、燃料電池１０の出力性能が低下する。このように高負荷運転時での燃料電池１０の電圧が電圧閾値以下となった場合に、制御ユニット９０はエアコンプレッサー２３の出力を増大して燃料電池１０のカソード１１を流通するカソードガスの流量を増大させて、燃料電池１０から液水を排出する掃気を実行する。尚、掃気が実行されると、燃料電池１０のカソード１１に残留していた液水は、カソード排ガス管４１１及び合流管４３１を介して排出口パイプ１００から車両１の外部へと排出される。従って第１変形例の排出制御での通常排出処理及び低排出処理では、カソード排ガス管４１１、合流管４３１、及び排出口パイプ１００は、燃料電池１０のカソード１１から液水を車両１の外部へ排出する排出通路の一例である。
図５Ａ及び図５Ｂは、第１変形例の排出制御での通常排出処理及び低排出処理をそれぞれ示したフローチャートである。図５Ａに示すように第１変形例の排出制御での通常排出処理では、上記の電圧閾値は電圧値Ｖ１に設定され（ステップＳ１１ａ）、高負荷運転時での燃料電池１０の電圧値が電圧値Ｖ１以下か否かが判定され（ステップＳ１３ａ）、肯定判定の場合には掃気が実行され（ステップＳ１５ａ）、否定判定の場合には本処理は終了する。図５Ｂに示すように第１変形例の排出制御での低排出処理では、上記の電圧閾値は電圧値Ｖ１よりも大きい電圧値Ｖ２に設定され（ステップＳ２１ａ）、高負荷運転時での燃料電池１０の電圧値が電圧値Ｖ２以下か否かが判定され（ステップＳ２３ａ）、肯定判定の場合には掃気が実行され（ステップＳ２５ａ）、否定判定の場合には本処理は終了する。ステップＳ１５ａ及びＳ２５ａの処理は、燃料電池１０のカソード１１を掃気する掃気処理部が実行する処理の一例である。尚、燃料電池１０の電圧値は電圧センサ２ｂにより検出される。
以上のように、低排出処理において電圧閾値が電圧値Ｖ１よりも大きい電圧値Ｖ２に設定されることにより、低排出処理の方が通常排出処理よりも、フラッディングによる電圧低下量が小さいうちに掃気が実行される。換言すれば、燃料電池１０の運転状態や周辺環境が同じ条件であれば、低排出処理の方が通常排出処理よりも、掃気が実行される時間間隔は短くなり、一度の掃気の実行による液水の排出量も低減される。このため、低排出処理の方が通常排出処理よりも掃気による水蒸気の排出流量が低減され、車両１の外部の画像を用いる制御への影響を抑制しつつ燃料電池システム２内から水分を排出できる。
次に、第２変形例の排出制御での通常排出処理及び低排出処理について説明する。尚、第２変形例での排出制御自体については、図３に示した制御と同様であるため、説明を省略する。第２変形例の排出制御での通常排出処理及び低排出処理では、燃料電池１０の発電反応に起因して生成される水分の一部である水蒸気の量が制御される。この水蒸気は、燃料電池１０の発電中に常時カソード排ガス管４１１及び合流管４３１を介して排出口パイプ１００から車両１の外部へと排出される。従って第２変形例の排出制御での通常排出処理及び低排出処理では、カソード排ガス管４１１、合流管４３１、及び排出口パイプ１００は、燃料電池１０のカソード１１から水分を車両１の外部へ排出する排出通路の一例である。
図６Ａ及び図６Ｂは、第２変形例の排出制御での通常排出処理及び低排出処理をそれぞれ示したフローチャートである。図６Ａに示すように第２変形例の排出制御での通常排出処理では、燃料電池１０の目標温度は温度Ｔ１に設定される（ステップＳ１１ｂ）。温度Ｔ１は、燃料電池１０の運転状態に基づいて設定される温度である。一方、図６Ｂに示すように第２変形例の排出制御での低排出処理では、燃料電池１０の目標温度は温度Ｔ１よりも低い温度Ｔ２に設定される（ステップＳ２１ｂ）。温度Ｔ２は、温度Ｔ１よりも予め規定された所定温度だけ低い温度であり、燃料電池１０の発電に影響が出ない範囲での温度である。このため、低排出処理のほうが通常排出処理よりも燃料電池１０が低温に制御され、燃料電池１０から排出される水分を含む排出ガスの温度も低下する。ここで、主にカソード１１内で燃料電池１０の発電反応に起因して水分が生成される。燃料電池１０により生成された水分には、液相の液水と気相の水蒸気とが含まれる。上述のように、低排出処理の方が通常排出処理よりも燃料電池１０を低温に制御して燃料電池１０から排出される排気ガスの温度も低下することにより、排気ガス中の水蒸気の凝結が促進され、生成された水分全体に対する液水の割合は増大するが、生成された水分全体に対する水蒸気の割合は低減される。このため、燃料電池１０の発電反応に起因して発生する水蒸気の排出口パイプ１００からの排出流量が低減される。
尚、上記の実施例及び変形例の排出制御での通常排出処理及び低排出処理は、組み合わせて実行してもよい。例えば、低排出処理において、上述した排水の実行の時間間隔の短縮、掃気の実行の時間間隔の短縮、及び燃料電池１０の制御温度の低下、のうち少なくとも２つを実行してもよい。これにより、車両１の外部の画像を用いる制御への影響をより抑制して、燃料電池システム２内から水分を排出できる。
次に、第３変形例の排出制御について説明する。第３変形例の排出制御では、図４Ａ及び図４Ｂで説明したように気液分離部４２３からの排水が実行される。第３変形例の排出制御では、通常排出処理が実行されない場合には、外気温度及び外気湿度に基づいて第１及び第２低排出処理の何れかが実行される。第２低排出処理は、第１低排出処理よりも水蒸気の排出流量を更に低減する処理である。詳しくは後述する。図７は、第３変形例の排出制御を示したフローチャートである。この排出制御は、所定の周期で繰り返し実行される。第３変形例の排出制御は、制御ユニット９０のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及びメモリにより機能的に実現される、制御判定部、低排出処理部、及び予測部により実現される。
ステップＳ１及びＳ３の何れかで肯定判定の場合には、外気温度センサ８３及び外気湿度センサ８５に基づいて、外気温度及び外気湿度が取得される（ステップＳ６ａ）。次に、外気温度が所定値以下か否かが判定される（ステップＳ６ｂ）。ここで、所定値は、第１及び第２低排出処理の何れを実行すべきかを決定するための値であり、外気湿度に応じて変化する値である。所定値は、取得された外気湿度に対応して規定された所定のマップを参照して取得される。図８Ａは、所定値を規定したマップである。縦軸は外気温度を示し、横軸は外気湿度を示している。このマップは、予め実験により取得され制御ユニット９０のメモリに記憶されている。ここで、車両１の外部へ排出された水蒸気は、外気温度が低いほど、及び外気湿度が高いほど、車両１の外部で凝結しやすい状態にある。換言すれば、車両１の外部に排出された水蒸気に起因して、カメラＣａ〜Ｃｄの少なくとも一つの周辺に結露が発生しやすい状態である。上記の所定値は、車両１の外部に排出された水蒸気が車両１の外部で凝結しやすいか否かを定める値である。従って、ステップＳ６ｂの処理は、車両１の外部の外気温度及び外気湿度に基づいて、車両１の外部に排出された水蒸気が車両１の外部で凝結しやすいか否かを予測する予測部が実行する処理の一例である。尚、凝結しやすい、とは水蒸気のうちの任意の割合以上が凝結することを意味し、例えば水蒸気を車両１の外部へ排出する排出口パイプ１００とこれに最も近いカメラＣｂとの距離等を考慮して上記の所定値を任意に設定してもよい。
従って、ステップＳ６ｂで否定判定の場合には、第１低排出処理が実行され（ステップＳ７´）、肯定判定の場合には、第１低排出処理よりも水蒸気の排出流量が更に低減される第２低排出処理が実行される（ステップＳ９）。第１低排出処理は、図４Ｂに示した低排出処理と同じであるため、説明を省略する。即ち、水蒸気が凝結しやすい外部環境の場合に、水蒸気の排出流量が更に低減される。
図８Ｂは、第２低排出処理の一例を示したフローチャートである。貯水量閾値は上述した貯水量Ｗ１及びＷ２の何れよりも小さい貯水量Ｗ３に設定される（ステップＳ３１）。次に、気液分離部４２３での貯水量が貯水量Ｗ３以上であるか否かが判定され（ステップＳ３３）、肯定判定の場合には排水が実行され（ステップＳ３５）、否定判定の場合には排水は実行されずに本処理が終了する。貯水量閾値が貯水量Ｗ１及びＷ２の何れよりも小さい貯水量Ｗ３に設定されることにより、第１低排出処理よりも更に排水の実行の時間間隔が短くなり、一度の排水による水蒸気の排出流量も低減される。
以上のように、車両１の外部に排出された水蒸気が凝結してカメラＣａ〜Ｃｄの少なくとも一つの周辺に結露が発生すると予測される外部環境の場合に、水蒸気の排出流量が更に低減される。このため、このような外部環境下でも、車両１の外部の画像を用いる制御への影響を抑制しつつ燃料電池システム２内から水分を排出できる。
尚、上記ステップＳ６ｂの処理では、外気温度が、外気湿度に応じて規定される所定値以下か否かが判定されたが、これに限定されない。例えば、取得された外気湿度が、図８Ａのマップにより規定された外気温度に応じた所定値以上か否かを判定する処理を実行してもよい。また、外気温度のみを取得し、外気温度が所定値以下であるか否かを判定する処理を実行してもよいし、外気湿度のみを取得し、外気湿度が所定値以上であるか否かを判定する処理を実行してもよい。
また、アノード排ガス中の水素濃度が濃度閾値以下になった場合に排水弁４２５を開弁する場合には、第１低排出処理では上述したように濃度閾値を濃度Ｄ２に設定し、第２低排出処理では濃度閾値を濃度Ｄ２よりも高い濃度Ｄ３に設定してもよい。
次に、第４変形例の排出制御での第２低排出処理について説明する。尚、第４変形例での排出制御での第１低排出処理は、図５Ｂに示した低排出処理と同じであるため、説明を省略する。図９Ａは、第４変形例の排出制御での第２低排出処理を示したフローチャートである。第４変形例の排出制御での第２低排出処理では、電圧閾値は電圧値Ｖ１及びＶ２の何れよりも大きい電圧値Ｖ３に設定され（ステップＳ３１ａ）、電圧値が電圧値Ｖ３以下であるか否かが判定され（ステップＳ３３ａ）、肯定判定の場合には掃気が実行され（ステップＳ３５ａ）、否定判定の場合には本処理は終了する。電圧閾値が電圧値Ｖ１及びＶ２の何れよりも大きい電圧値Ｖ３に設定されることにより、第１低排出処理よりも更に掃気の実行の時間間隔が短くなり、一度の掃気による水蒸気の排出流量も低減される。
次に、第５変形例の排出制御での第２低排出処理について説明する。尚、第５変形例での排出制御での第１低排出処理は、図６Ｂに示した低排出処理を同じであるため、説明を省略する。図９Ｂは、第５変形例の排出制御での第２低排出処理の一例を示したフローチャートである。第５変形例の排出制御での第２低排出処理では、燃料電池１０の目標温度は温度Ｔ１及びＴ２の何れよりも小さい温度Ｔ３に設定される（ステップＳ３１ｂ）。温度Ｔ３は、温度Ｔ２よりも予め規定された所定温度だけ低い温度であり、燃料電池１０の発電に影響が出ない範囲での温度である。これにより、第２低排出処理の方が第１低排出処理よりも燃料電池１０を更に低温に制御でき、燃料電池１０の発電反応に起因して発生する水蒸気の排出流量が更に低減される。
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
第２及び第５変形例では、燃料電池１０を低温に制御することにより燃料電池１０から排出される水分を含む排気ガスの温度を低下させたが、燃料電池１０から排出される水分を含む排気ガスの温度を低下させる手法はこれに限定されない。例えば、燃料電池１０から排出された排気ガスを冷却できる冷却機構を燃料電池システムに設け、この冷却機構により排気ガスを冷却してから、水分を車両１の外部へと排出してもよい。この場合での冷却機構は、例えば車両１の室内の空調用の冷媒との熱交換器や、外気を導入する機構等である。
上記実施例及び変形例では、燃料電池１０を制御する制御ユニット９０が運転支援制御を実行する構成を例に説明したが、これに限定されず、制御ユニット９０とは別に運転支援制御を実行する運転支援制御ユニットが設けられていてもよい。この場合、制御ユニット９０が運転支援制御ユニットからの情報に基づいて、運転支援中であるか否かを判定してもよい。
上記実施例及び変形例では、燃料電池１０を制御する制御ユニット９０が、上述した制御判定部の機能を担うが、これに限定されない。例えば、制御ユニット９０とは別に運転支援制御を実行する運転支援制御ユニットが設けられており、運転支援制御ユニットが制御判定部の機能を担ってもよい。即ち、燃料電池１０を制御する制御ユニット９０と別の制御ユニットとが協働して、上述した制御判定部や低排出処理部の機能を担ってもよい。
上記実施例及び変形例では、後退走行表示制御及び運転支援制御の何れも実行可能な車両１について説明したが、何れか一方のみが実行される車両であってもよい。例えば、運転支援制御を実現する機能を有しておらずに、後退走行表示制御のみが実行される車両では、後退走行表示制御の実行中では低排出処理が実行され、停止中には通常排出処理が実行するように構成してもよい。
車両１に対するカメラＣａ〜Ｃｄや排出口パイプ１００の位置は、上述した場合に限定されない。即ち、排出口パイプ１００と排出口パイプ１００に最も近いカメラとの距離が、図１Ａに示した場合よりも離れてもよい。この場合であっても、車両１の外部への水蒸気の排出流量が多いと、車両１の走行状態や風向きなどによっては、カメラによる視認性に影響を与える可能性があるからである。
１ 燃料電池車両
２ 燃料電池システム
１０ 燃料電池
１１ カソード
１２ アノード
２０ カソードガス供給部
２３ エアコンプレッサー
３０ アノードガス供給部
４０ 排出機構
５０ 電力部
６０ 冷却部
７０ ディスプレイ
９０ 制御ユニット（制御判定部、排出処理部、予測部）
１００ 排出口パイプ
４２３ 気液分離部
４２５ 排水弁
Ｃａ〜Ｃｄ カメラ
ＩＧ イグニッションスイッチ

Claims (7)

  1. 燃料電池を含む燃料電池システムを搭載した燃料電池車両であって、
    前記燃料電池システムから前記燃料電池により生成された水分を前記燃料電池車両の外部へ排出する排出機構と、
    前記燃料電池車両の外部の画像を撮影するカメラと、
    イグニッションスイッチがオンの状態で前記燃料電池車両の運転状態又は運転モードに応じて実行又は停止されかつ前記画像を用いる所定の制御が、実行中であるか否かを判定する制御判定部と、
    前記所定の制御が実行中であると判定された場合には、前記所定の制御が停止中であると判定された場合よりも、前記排出機構から前記燃料電池車両の外部へ排出される水蒸気の排出流量を低減する低排出処理を実行する低排出処理部と、を備えた燃料電池車両。
  2. 前記燃料電池車両の外部の外気温度及び外気湿度のうち少なくとも一方に基づいて、前記燃料電池車両の外部に排出された前記水蒸気が前記燃料電池車両の外部で凝結しやすいか否かを予測する予測部を備え、
    前記低排出処理は、前記水蒸気は凝結しやすいと予測された場合には、前記水蒸気は凝結しないと予測された場合よりも、前記排出流量を低減する、請求項１の燃料電池車両。
  3. 前記排出機構は、前記水分を液水の状態で貯留可能な貯水部と、前記貯留部に貯留された前記液水を開弁することにより前記燃料電池車両の外部へと排出する排水弁とを含み、
    前記低排出処理は、前記所定の制御が実行中であると判定された場合には、前記所定の制御が停止中と判定された場合よりも、前記排水弁が開弁するタイミングの時間間隔を短縮する、請求項１又は２の燃料電池車両。
  4. 前記排出機構は、前記燃料電池のカソードから前記水分を前記燃料電池車両の外部へ排出する排出通路を含み、
    前記低排出処理は、前記所定の制御が実行中であると判定された場合には、前記所定の制御が停止中と判定された場合よりも、前記カソードの掃気の実行の時間間隔を短縮する、請求項１又は２の燃料電池車両。
  5. 前記低排出処理は、前記所定の制御が実行中であると判定された場合には、前記所定の制御が停止中と判定された場合よりも、前記燃料電池から排出される前記水分を含む排出ガスの温度を低下させる、請求項１又は２の燃料電池車両。
  6. 前記所定の制御は、前記画像を用いて前記燃料電池車両の運転支援を行う運転支援制御である、請求項１乃至５の何れかの燃料電池車両。
  7. 前記画像を表示可能な表示部を備え、
    前記所定の制御は、前記燃料電池車両が後退走行中に前記画像を前記表示部に表示させる表示制御である、請求項１乃至５の何れかの燃料電池車両。
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