JP2020014352A - Fuel cell vehicle - Google Patents

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Tomohiro Ogawa
朋宏 小川
智隆 石川
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智隆 石川
真司 麻生
Shinji Aso
真司 麻生
富夫 山中
Tomio Yamanaka
富夫 山中
潤一 松尾
Junichi Matsuo
潤一 松尾
良輔 大矢
Ryosuke Oya
良輔 大矢
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Abstract

To provide a technique for more accurately reflecting the actual frozen state in a fuel cell to a determination result of a travel permission.SOLUTION: When a start instruction is inputted to a fuel cell vehicle, the power generation of the fuel cell is set to start, and the amount of generated electric charge after the start instruction is inputted is to be detected using the output current of the fuel cell. In the case of the temperature of the fuel cell being below the freezing point and the amount of generated electric charge is less than a preset reference value, it is determined that traveling of the fuel cell vehicle cannot be permitted. In the case of the temperature of the fuel cell exceeding the freezing point, and in the case of the temperature of the fuel cell being below the freezing point and the amount of generated electric charge is equal to the preset reference value or greater, the fuel cell vehicle is set in a travelable state.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、燃料電池車両に関する。   The present invention relates to a fuel cell vehicle.

燃料電池車両は、種々の温度条件下で始動されることが想定される。燃料電池は、一般に、発電に伴って生成水を生じるため、燃料電池内の反応ガス流路で液水が滞留する場合がある。氷点下の温度条件下で燃料電池車両が始動される際に、燃料電池内に滞留した液水が凍結していると、燃料電池内において反応ガスが十分に流通できないため、燃料電池の発電に支障が生じる可能性がある。そのため、従来、低温条件下での始動時の対策として、燃料電池車両の始動時に冷媒の出口温度が氷点下であるか否かを判定し、氷点下の場合には、冷媒の出口温度が予め定めた条件を満たした場合に、燃料電池車両に対して走行許可を出すシステムを搭載することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。   It is assumed that the fuel cell vehicle is started under various temperature conditions. In a fuel cell, since water is generally generated with power generation, liquid water may stay in a reaction gas flow path in the fuel cell. When the fuel cell vehicle is started under a subzero temperature condition, if the liquid water remaining in the fuel cell is frozen, the reaction gas cannot be sufficiently circulated in the fuel cell, which hinders the power generation of the fuel cell. May occur. Therefore, conventionally, as a countermeasure at the time of starting under low temperature conditions, it is determined whether or not the outlet temperature of the refrigerant is below freezing at the time of starting the fuel cell vehicle. It has been proposed to mount a system for issuing a driving permission to a fuel cell vehicle when a condition is satisfied (for example, see Patent Document 1).

特開2017−195021号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2017-195021

しかしながら、上記した従来知られるシステムでは、燃料電池内を循環する冷却媒体の出口温度を、燃料電池の凍結状態を表わす指標として間接的に用いて、燃料電池車両の走行許可の判定を行なっている。そのため、実際の凍結状態が正確に走行許可の判定結果に反映されない可能性があった。   However, in the above-described known system, the permission of running of the fuel cell vehicle is determined by indirectly using the outlet temperature of the cooling medium circulating in the fuel cell as an index indicating the frozen state of the fuel cell. . For this reason, the actual frozen state may not be accurately reflected in the determination result of the traveling permission.

本発明は、以下の形態として実現することが可能である。   The present invention can be realized as the following modes.

本発明の一形態によれば、燃料電池を搭載する燃料電池車両が提供される。この燃料電池車両は、前記燃料電池の温度を測定可能な温度センサと、前記燃料電池の出力電圧が目標電圧よりも低下したときに、前記燃料電池の出力電流を制限する出力制限部と、前記燃料電池車両の走行状態を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記燃料電池車両に対して始動の指示が入力された際に、前記燃料電池の発電を開始させると共に、前記燃料電池の出力電流を用いて、前記始動の指示が入力された後の前記燃料電池における発電電荷量を検出し、前記温度センサが検出した前記燃料電池の温度が氷点下であり、且つ、前記発電電荷量が予め定めた基準値未満の場合において、前記燃料電池車両の走行を許可できないと判定し、前記温度センサが検出した前記燃料電池の温度が氷点を超える場合と、前記温度センサが検出した前記燃料電池の温度が氷点下であり、且つ、前記発電電荷量が前記基準値以上である場合と、において、前記燃料電池車両を走行可能状態にする。
この形態の燃料電池車両によれば、燃料電池の温度が氷点下であるときに、始動の指示により燃料電池の発電を開始してからの発電電荷量に基づいて、燃料電池の走行を許可できないとするか、燃料電池を走行可能状態にするか、を判断している。すなわち、燃料電池の発電電荷量が基準値未満であれば、凍結により水素供給不足になって燃料電池の出力が得られず出力電流が制限されたと考えられるため、燃料電池が凍結状態であることにより走行を許可できないと判断する。このように、燃料電池の低温始動時には、燃料電池内で実際に生じる現象に基づいて凍結判定することにより、燃料電池内を循環する冷媒温度等に基づいて間接的に凍結状態を推定する場合に比べて正確に凍結判定を行ない、その結果を走行許可の判定に反映させることができる。
本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池車両の制御方法、その制御方法を実現するコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した一時的でない記録媒体等の形態で実現することができる。
According to one aspect of the present invention, a fuel cell vehicle equipped with a fuel cell is provided. The fuel cell vehicle has a temperature sensor capable of measuring the temperature of the fuel cell, an output limiting unit that limits an output current of the fuel cell when an output voltage of the fuel cell falls below a target voltage, A control unit that controls a running state of the fuel cell vehicle, wherein the control unit causes the fuel cell vehicle to start power generation when a start instruction is input to the fuel cell vehicle, and Using the output current of the battery, the amount of generated electric charge in the fuel cell after the start instruction is input is detected, the temperature of the fuel cell detected by the temperature sensor is below freezing, and the generated electric charge is When the amount is less than a predetermined reference value, it is determined that traveling of the fuel cell vehicle cannot be permitted, and when the temperature of the fuel cell detected by the temperature sensor exceeds a freezing point, Temperature of the fuel cell out is below freezing, and, in the case the amount of the power generation electric charge is equal to or larger than the reference value, at, to the travelable state the fuel cell vehicle.
According to the fuel cell vehicle of this embodiment, when the temperature of the fuel cell is below freezing, it is not possible to permit the fuel cell to travel based on the amount of charge generated after the fuel cell starts generating power according to the start instruction. Or whether the fuel cell can be run. That is, if the amount of generated electric charge of the fuel cell is less than the reference value, it is considered that the output of the fuel cell is limited due to lack of hydrogen supply due to freezing and the output of the fuel cell is not obtained, and therefore the fuel cell is in a frozen state. It is determined that the vehicle cannot be permitted to travel. As described above, when the fuel cell is started at a low temperature, the freezing determination is performed based on a phenomenon that actually occurs in the fuel cell, and the frozen state is indirectly estimated based on the temperature of the refrigerant circulating in the fuel cell. In comparison, the determination of freezing can be made more accurately, and the result can be reflected in the determination of travel permission.
The present invention can be realized in various forms, for example, in the form of a control method for a fuel cell vehicle, a computer program for realizing the control method, a non-transitory recording medium storing the computer program, and the like. can do.

燃料電池車両の概略構成を表わすブロック図である。FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a fuel cell vehicle. 制御部を機能ブロックによって示した説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a control unit by functional blocks. 走行可否判定処理ルーチンを表わすフローチャートである。It is a flowchart showing a running permission / inhibition determination processing routine. 暖機運転開始後に発電電荷量が変化する様子を表わす説明図である。It is explanatory drawing showing the mode that the amount of generated electric charges changes after a warming-up operation | movement start. 走行可否判定処理ルーチンを表わすフローチャートである。It is a flowchart showing a running permission / inhibition determination processing routine. 暖機運転開始後に発電電荷量が変化する様子を表わす説明図である。It is explanatory drawing showing the mode that the amount of generated electric charges changes after a warming-up operation | movement start. 制御部を機能ブロックによって示した説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a control unit by functional blocks. 走行可否判定処理ルーチンを表わすフローチャートである。It is a flowchart showing a running permission / inhibition determination processing routine. 走行可否判定処理ルーチンを表わすフローチャートである。It is a flowchart showing a running permission / inhibition determination processing routine.

A.第1実施形態:
(A−1)燃料電池車両の全体構成:
図1は、本発明に係る第1実施形態としての燃料電池車両20の概略構成を表わすブロック図である。燃料電池車両20は、車体22に、車両の駆動力を発生するモータ170と、燃料電池100を備える燃料電池システム30と、燃料電池車両20を駆動するための電力を供給可能な二次電池172と、制御部200と、を搭載する。燃料電池車両20では、燃料電池100および二次電池172の各々が単独で、あるいは、燃料電池100および二次電池172の双方から同時に、モータ170を含む負荷に対して電力を供給可能となっている。燃料電池100と、モータ170を含む負荷との間は、DC/DCコンバータ104および配線178を介して接続されており、二次電池172と、モータ170を含む負荷との間は、DC/DCコンバータ174および配線178を介して接続されている。DC/DCコンバータ104とDC/DCコンバータ174とは、配線178に対して並列に接続されている。
A. First embodiment:
(A-1) Overall configuration of fuel cell vehicle:
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a fuel cell vehicle 20 as a first embodiment according to the present invention. The fuel cell vehicle 20 includes a motor 170 that generates driving force for the vehicle, a fuel cell system 30 including the fuel cell 100, and a secondary battery 172 that can supply power for driving the fuel cell vehicle 20 to the vehicle body 22. And a control unit 200. In the fuel cell vehicle 20, each of the fuel cell 100 and the secondary battery 172 can supply power to the load including the motor 170 independently or simultaneously from both of the fuel cell 100 and the secondary battery 172. I have. The fuel cell 100 and the load including the motor 170 are connected via the DC / DC converter 104 and the wiring 178. The DC / DC converter is connected between the secondary battery 172 and the load including the motor 170. They are connected via a converter 174 and a wiring 178. The DC / DC converter 104 and the DC / DC converter 174 are connected in parallel to the wiring 178.

燃料電池システム30は、燃料電池100に加えて、水素タンク110を含む水素ガス供給部120と、コンプレッサ130を含む空気供給部140と、を備える。また、燃料電池システム30は、燃料電池100の温度を所定範囲に保つための冷媒を燃料電池100内に流通させる図示しない冷媒循環部を、さらに備えている。   The fuel cell system 30 includes, in addition to the fuel cell 100, a hydrogen gas supply unit 120 including a hydrogen tank 110 and an air supply unit 140 including a compressor 130. Further, the fuel cell system 30 further includes a not-shown refrigerant circulating unit for circulating a refrigerant for keeping the temperature of the fuel cell 100 within a predetermined range in the fuel cell 100.

燃料電池100は、単セルが複数積層されたスタック構成を有している。本実施形態の燃料電池100は、固体高分子形燃料電池であるが、他種の燃料電池を用いてもよい。燃料電池100を構成する各単セルでは、電解質膜を間に介して、アノード側に燃料ガスである水素が流れる流路(以後、アノード側流路とも呼ぶ)が形成され、カソード側に酸化ガスである空気が流れる流路(以後、カソード側流路とも呼ぶ)が形成されている。燃料電池100とDC/DCコンバータ104とを接続する配線178には、燃料電池100の出力電圧を検出する電圧センサ102と、燃料電池100の出力電流を検出する電流センサ103と、が設けられている。さらに、燃料電池100には、燃料電池100の温度を測定可能な温度センサ105が設けられている。温度センサ105は、例えば、既述した冷媒の流路に設けられて、燃料電池100内を循環した後に燃料電池100から排出される冷媒の温度を検出する温度センサとすることができる。あるいは、温度センサ105として、燃料電池100の内部温度を直接検出するセンサを用いてもよい。さらに、燃料電池100には、燃料電池100を構成する各々の単セルの出力電圧を検出して、負電圧を生じている単セルを検出するために用いる図示しないセルモニタが設けられている。電圧センサ102、電流センサ103、温度センサ105、およびセルモニタの検出信号は、制御部200に出力される。   The fuel cell 100 has a stack configuration in which a plurality of single cells are stacked. Although the fuel cell 100 of this embodiment is a polymer electrolyte fuel cell, other types of fuel cells may be used. In each unit cell constituting the fuel cell 100, a flow path through which hydrogen as a fuel gas flows (hereinafter, also referred to as an anode flow path) is formed on the anode side with an electrolyte membrane interposed therebetween, and an oxidizing gas flow is formed on the cathode side. (Hereinafter, also referred to as a cathode-side flow path) is formed. A wiring 178 connecting the fuel cell 100 and the DC / DC converter 104 is provided with a voltage sensor 102 for detecting an output voltage of the fuel cell 100 and a current sensor 103 for detecting an output current of the fuel cell 100. I have. Further, the fuel cell 100 is provided with a temperature sensor 105 capable of measuring the temperature of the fuel cell 100. The temperature sensor 105 may be, for example, a temperature sensor that is provided in the above-described refrigerant flow path and detects the temperature of the refrigerant discharged from the fuel cell 100 after circulating in the fuel cell 100. Alternatively, a sensor that directly detects the internal temperature of the fuel cell 100 may be used as the temperature sensor 105. Further, the fuel cell 100 is provided with a cell monitor (not shown) that is used to detect the output voltage of each single cell constituting the fuel cell 100 and detect a single cell that generates a negative voltage. The detection signals of the voltage sensor 102, the current sensor 103, the temperature sensor 105, and the cell monitor are output to the control unit 200.

水素ガス供給部120が備える水素タンク110は、例えば、高圧の水素ガスを貯蔵するタンクとすることができる。水素ガス供給部120は、水素タンク110から燃料電池100に到る水素供給流路121と、未消費の水素ガス(アノードオフガス)を水素供給流路121に循環させる循環流路122と、アノードオフガスを大気放出するための水素放出流路123と、を備える。水素ガス供給部120において、水素タンク110に貯蔵された水素ガスは、水素供給流路121の開閉バルブ124の流路開閉と、減圧バルブ125での減圧を経て、減圧バルブ125の下流の水素供給機器126(例えば、インジェクタ)から、燃料電池100のアノード側流路に供給される。循環流路122を循環する水素の圧力は、循環ポンプ127によって調節される。水素供給機器126および循環ポンプ127の駆動量は、圧力センサ128が検出した循環水素の圧力を参照しつつ、負荷要求に応じて制御部200によって調節される。   The hydrogen tank 110 included in the hydrogen gas supply unit 120 can be, for example, a tank that stores high-pressure hydrogen gas. The hydrogen gas supply unit 120 includes a hydrogen supply channel 121 extending from the hydrogen tank 110 to the fuel cell 100, a circulation channel 122 for circulating unconsumed hydrogen gas (anode off gas) to the hydrogen supply channel 121, and an anode off gas. And a hydrogen release channel 123 for releasing hydrogen into the atmosphere. In the hydrogen gas supply unit 120, the hydrogen gas stored in the hydrogen tank 110 passes through the opening and closing of the opening and closing valve 124 of the hydrogen supply passage 121 and the pressure of the hydrogen is reduced by the pressure reducing valve 125. The fuel is supplied from the device 126 (for example, an injector) to the anode-side flow path of the fuel cell 100. The pressure of hydrogen circulating in the circulation channel 122 is adjusted by a circulation pump 127. The driving amounts of the hydrogen supply device 126 and the circulation pump 127 are adjusted by the control unit 200 according to the load request while referring to the pressure of the circulating hydrogen detected by the pressure sensor 128.

なお、循環流路122を流れる水素ガスの一部は、循環流路122から分岐した水素放出流路123の開閉バルブ129の開閉調整を経て、所定のタイミングで大気放出される。これにより、循環流路122内を循環する水素ガス中の水素以外の不純物(水蒸気や窒素など)を流路外に排出することができ、燃料電池100に供給される水素ガス中の不純物濃度の上昇を抑制することができる。上記した開閉バルブ124の開閉のタイミングは、制御部200によって調節される。   A part of the hydrogen gas flowing through the circulation channel 122 is released to the atmosphere at a predetermined timing after opening and closing the opening and closing valve 129 of the hydrogen release channel 123 branched from the circulation channel 122. Thereby, impurities other than hydrogen (such as water vapor and nitrogen) in the hydrogen gas circulating in the circulation channel 122 can be discharged to the outside of the channel, and the impurity concentration in the hydrogen gas supplied to the fuel cell 100 can be reduced. The rise can be suppressed. The opening / closing timing of the opening / closing valve 124 is adjusted by the control unit 200.

空気供給部140は、コンプレッサ130の他に、第1の空気流路141、第2の空気流路145、第3の空気流路146、分流弁144、空気放出流路142、背圧弁143、および流量センサ147を備える。第1の空気流路141は、コンプレッサ130が取り込んだ空気の全量が流れる流路である。第2の空気流路145および第3の空気流路146は、第1の空気流路141から分岐して設けられている。分流弁144は、第1の空気流路141が第2の空気流路145および第3の空気流路146に分岐する部位に設けられており、この分流弁144の開弁状態を変更することにより、第1の空気流路141から第2の空気流路145または第3の空気流路146へと流れる空気の分配割合を変更可能となっている。第2の空気流路145の一部は、燃料電池100内においてカソード側流路を形成している。第3の空気流路146は、燃料電池100を経由することなく空気を導くバイパス流路である。第2の空気流路145と第3の空気流路146とは合流して、空気放出流路142となる。背圧弁143は、第2の空気流路145において、カソード側流路よりも下流側であって、第3の空気流路146との合流箇所より上流側に設けられた絞り弁である。背圧弁143の開度を調節することにより、燃料電池100におけるカソード側流路の背圧を変更することができる。空気放出流路142は、第3の空気流路146を通過した空気と共に、第2の空気流路145を通過した空気(カソードオフガス)を大気放出するための流路である。空気放出流路142には、既述した水素放出流路123が接続されており、水素放出流路123を介して放出される水素は、大気放出に先立って、空気放出流路142を流れる空気によって希釈される。流量センサ147は、第1の空気流路141に設けられて、第1の空気流路141を介して取り込まれる空気の総流量を検出する。   The air supply unit 140 includes, in addition to the compressor 130, a first air flow path 141, a second air flow path 145, a third air flow path 146, a branch valve 144, an air discharge flow path 142, a back pressure valve 143, And a flow sensor 147. The first air flow path 141 is a flow path through which the entire amount of air taken in by the compressor 130 flows. The second air flow path 145 and the third air flow path 146 are provided to be branched from the first air flow path 141. The flow dividing valve 144 is provided at a location where the first air flow path 141 branches into the second air flow path 145 and the third air flow path 146, and changes the open state of the flow dividing valve 144. Thereby, the distribution ratio of the air flowing from the first air passage 141 to the second air passage 145 or the third air passage 146 can be changed. Part of the second air flow path 145 forms a cathode-side flow path in the fuel cell 100. The third air flow path 146 is a bypass flow path that guides air without passing through the fuel cell 100. The second air flow path 145 and the third air flow path 146 merge to form an air discharge flow path 142. The back pressure valve 143 is a throttle valve provided in the second air flow path 145 downstream of the cathode-side flow path and upstream of a junction with the third air flow path 146. By adjusting the opening degree of the back pressure valve 143, the back pressure of the cathode side flow path in the fuel cell 100 can be changed. The air release channel 142 is a channel for releasing the air (cathode off-gas) passing through the second air channel 145 to the atmosphere together with the air passing through the third air channel 146. The above-described hydrogen release channel 123 is connected to the air release channel 142, and hydrogen released through the hydrogen release channel 123 is supplied to the air flowing through the air release channel 142 prior to atmospheric release. Diluted by The flow rate sensor 147 is provided in the first air flow path 141 and detects a total flow rate of air taken in through the first air flow path 141.

空気供給部140において、コンプレッサ130の駆動量、分流弁144の開弁状態、および、背圧弁143の開度から選択される少なくとも1つの条件を変更することにより、燃料電池100のカソード側流路に供給される空気の流量(酸素流量)を調節することができる。コンプレッサ130の駆動量、分流弁144の開弁状態、および、背圧弁143の開度は、制御部200によって調節される。なお、空気供給部140は、例えば第1の空気流路141において、燃料電池100に供給するための空気を加湿する加湿装置を備えることとしてもよい。   In the air supply unit 140, by changing at least one condition selected from the driving amount of the compressor 130, the opening state of the flow dividing valve 144, and the opening degree of the back pressure valve 143, the cathode-side flow path of the fuel cell 100 is changed. The flow rate (oxygen flow rate) of the air supplied to the device can be adjusted. The drive amount of the compressor 130, the open state of the flow dividing valve 144, and the opening of the back pressure valve 143 are adjusted by the control unit 200. The air supply unit 140 may include a humidifier that humidifies the air to be supplied to the fuel cell 100, for example, in the first air flow path 141.

二次電池172は、例えばリチウムイオン電池やニッケル水素電池で構成することができる。二次電池172には、二次電池モニタ173が設けられている。二次電池モニタ173は、二次電池172の出力可能状態として、二次電池172の残存容量、および、二次電池172に許容される出力電力の最大値である最大出力(以下、二次電池出力Woutとも呼ぶ)を検出する。検出された二次電池172の出力可能状態は、制御部200に出力される。   The secondary battery 172 can be composed of, for example, a lithium ion battery or a nickel hydride battery. The secondary battery 172 is provided with a secondary battery monitor 173. The rechargeable battery monitor 173 sets the remaining capacity of the rechargeable battery 172 and the maximum output that is the maximum value of the output power allowed for the rechargeable battery 172 (hereinafter, referred to as the rechargeable battery Output Wout). The detected output possible state of the secondary battery 172 is output to the control unit 200.

二次電池172の残存容量は、二次電池172がどの程度充電されているかを示す指標である。二次電池モニタ173は、例えば、二次電池172における充電および放電の電流値と時間とを積算することにより、残存容量を検出することとすればよい。あるいは、二次電池172の電圧を用いて残存容量を求めることとしてもよい。   The remaining capacity of the secondary battery 172 is an index indicating how much the secondary battery 172 is charged. The secondary battery monitor 173 may detect the remaining capacity by, for example, integrating the charge and discharge current values and time in the secondary battery 172 with time. Alternatively, the remaining capacity may be obtained using the voltage of the secondary battery 172.

二次電池出力Woutは、二次電池172の劣化を抑制しつつ二次電池172から電力供給する場合の出力電力の最大値であり、二次電池172の残存容量と温度とに依存する。一般に、二次電池172の残存容量が大きければ、二次電池出力Woutは大きく、二次電池172の残存容量が小さければ、二次電池出力Woutは小さくなる。また、二次電池172の温度が低いほど、二次電池出力Woutは小さくなり、二次電池172の温度が高いほど、二次電池出力Woutは大きくなる傾向にある。そのため、例えば、二次電池172の残存容量と温度と二次電池出力Woutとの関係を、予め実験等により求めてマップとして記憶しておき、このマップを参照して、二次電池172の残存容量と温度とに基づいて、二次電池出力Woutを求めればよい。ただし、二次電池172の残存容量が二次電池172の通常動作の範囲内の値であれば、二次電池出力Woutへの残存容量の影響は少なく、二次電池出力Woutは、ほぼ温度のみに依存する。そのため、二次電池出力Woutは、二次電池172の温度のみを用いて求めてもよい。図1では、二次電池172が二次電池モニタ173を備えることとして記載しているが、二次電池モニタ173が実行する上記機能は、例えば制御部200が備えていてもよい。   The secondary battery output Wout is the maximum value of output power when power is supplied from the secondary battery 172 while suppressing deterioration of the secondary battery 172, and depends on the remaining capacity and the temperature of the secondary battery 172. Generally, if the remaining capacity of the secondary battery 172 is large, the output Wout of the secondary battery is large, and if the remaining capacity of the secondary battery 172 is small, the output Wout of the secondary battery is small. The lower the temperature of the secondary battery 172, the lower the secondary battery output Wout, and the higher the temperature of the secondary battery 172, the higher the secondary battery output Wout. Therefore, for example, the relationship between the remaining capacity and temperature of the secondary battery 172 and the output Wout of the secondary battery 172 is obtained in advance through experiments or the like and stored as a map. The secondary battery output Wout may be obtained based on the capacity and the temperature. However, if the remaining capacity of the secondary battery 172 is a value within the range of the normal operation of the secondary battery 172, the effect of the remaining capacity on the secondary battery output Wout is small, and the secondary battery output Wout is substantially the only temperature. Depends on. Therefore, the secondary battery output Wout may be obtained using only the temperature of the secondary battery 172. Although FIG. 1 illustrates that the secondary battery 172 includes the secondary battery monitor 173, the above-described function executed by the secondary battery monitor 173 may be included in, for example, the control unit 200.

DC/DCコンバータ104は、制御部200の制御信号を受けて、燃料電池100の出力状態を変更する機能を有している。具体的には、DC/DCコンバータ104は、燃料電池100から上記負荷に向けて電流および電圧を取り出して、DC/DCコンバータ104におけるスイッチング制御によって、燃料電池100から取り出す電流および電圧を制御する。また、DC/DCコンバータ104は、燃料電池100が発電した電力をモータ170等の負荷に供給する際に、燃料電池100の出力電圧を、上記負荷で利用可能な電圧に昇圧する。   The DC / DC converter 104 has a function of receiving a control signal from the control unit 200 and changing the output state of the fuel cell 100. Specifically, the DC / DC converter 104 extracts current and voltage from the fuel cell 100 toward the load, and controls the current and voltage extracted from the fuel cell 100 by switching control in the DC / DC converter 104. Further, when supplying the power generated by the fuel cell 100 to a load such as the motor 170, the DC / DC converter 104 boosts the output voltage of the fuel cell 100 to a voltage usable by the load.

DC/DCコンバータ174は、二次電池172の充放電を制御する充放電制御機能を有しており、制御部200の制御信号を受けて二次電池172の充放電を制御する。この他、DC/DCコンバータ174は、出力側の目標電圧を制御部200の制御下で設定することにより、二次電池172の蓄電電力の引出とモータ170への電圧印加とを行い、電力引出状態とモータ170に掛かる電圧レベルを可変に調整する。なお、DC/DCコンバータ174は、二次電池172において充放電を行なう必要のないときには、二次電池172と配線178との接続を切断する。   The DC / DC converter 174 has a charge / discharge control function of controlling the charge / discharge of the secondary battery 172, and controls the charge / discharge of the secondary battery 172 in response to a control signal from the control unit 200. In addition, the DC / DC converter 174 sets the target voltage on the output side under the control of the control unit 200, thereby extracting the stored power of the secondary battery 172 and applying the voltage to the motor 170, and thereby extracting the power. The state and the voltage level applied to the motor 170 are variably adjusted. The DC / DC converter 174 disconnects the connection between the secondary battery 172 and the wiring 178 when the secondary battery 172 does not need to be charged and discharged.

制御部200は、論理演算を実行するCPUやROM、RAM等を備えたいわゆるマイクロコンピュータで構成される。制御部200は、水素ガス供給部120や空気供給部140が備える既述したセンサの他、アクセル開度センサ180、シフトポジションセンサ、車速センサ、および外気温センサ等、種々のセンサから検出信号を取得して、燃料電池車両20に係る種々の制御を行なう。例えば、制御部200は、アクセル開度センサ180の検出信号等に基づいて負荷要求の大きさを求め、負荷要求に応じた電力が燃料電池100と二次電池172との少なくとも一方から得られるように、各部に駆動信号を出力する。具体的には、燃料電池100から電力を得る場合には、所望の電力が燃料電池100から得られるように、水素ガス供給部120や空気供給部140からのガス供給量を制御する。また、制御部200は、燃料電池100と二次電池172のうちの少なくとも一方からモータ170等の負荷に対して所望の電力が供給されるように、DC/DCコンバータ104、174を制御する。なお、制御部200は、さらにタイマを備えており、種々の信号を入力した後、あるいは、種々の処理を実行した後の、経過時間を計測可能となっている。   The control unit 200 is configured by a so-called microcomputer including a CPU that executes a logical operation, a ROM, a RAM, and the like. The control unit 200 outputs detection signals from various sensors such as an accelerator opening sensor 180, a shift position sensor, a vehicle speed sensor, and an outside temperature sensor, in addition to the sensors described above included in the hydrogen gas supply unit 120 and the air supply unit 140. After the acquisition, various controls related to the fuel cell vehicle 20 are performed. For example, the control unit 200 obtains the magnitude of the load request based on the detection signal of the accelerator opening sensor 180 and the like, and the power corresponding to the load request is obtained from at least one of the fuel cell 100 and the secondary battery 172. Then, a drive signal is output to each unit. Specifically, when power is obtained from the fuel cell 100, the amount of gas supplied from the hydrogen gas supply unit 120 and the air supply unit 140 is controlled so that desired power is obtained from the fuel cell 100. Further, control unit 200 controls DC / DC converters 104 and 174 such that desired power is supplied from at least one of fuel cell 100 and secondary battery 172 to a load such as motor 170. The control unit 200 further includes a timer, and can measure an elapsed time after inputting various signals or executing various processes.

(A−2)始動時の制御:
図2は、制御部200を、制御部200が実行する機能の一部を表わす機能ブロックによって示した説明図である。制御部200は、機能ブロックとして、電荷検出部210、凍結判定部220、走行判定部230、走行制御部240、発電制御部250、および出力制限部260を備える。本実施形態の燃料電池車両20は、低温条件下で始動する際には、暖機運転を行ないつつ、燃料電池100内の反応ガス流路が凍結しているか否かを判定し、その結果に基づいて、燃料電池車両20が走行可能であるか否かを判定している。反応ガス流路が凍結している状態で燃料電池100の発電を行なうと、燃料電池100内で反応ガスが十分に流通できないために、発電に支障が生じる可能性があるためである。図2に示す機能ブロックは、このような動作の実行に関与する。以下では、燃料電池車両20の始動時の動作について説明する。
(A-2) Startup control:
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the control unit 200 by functional blocks representing some of the functions executed by the control unit 200. The control unit 200 includes, as functional blocks, a charge detection unit 210, a freeze determination unit 220, a travel determination unit 230, a travel control unit 240, a power generation control unit 250, and an output restriction unit 260. When starting under low temperature conditions, the fuel cell vehicle 20 of the present embodiment determines whether or not the reaction gas flow path in the fuel cell 100 is frozen while performing a warm-up operation. Based on this, it is determined whether the fuel cell vehicle 20 can run. If the fuel cell 100 performs power generation in a state where the reaction gas flow path is frozen, the reaction gas cannot be sufficiently circulated in the fuel cell 100, which may hinder power generation. The functional blocks shown in FIG. 2 are involved in performing such an operation. Hereinafter, the operation at the time of starting the fuel cell vehicle 20 will be described.

図3は、燃料電池車両20の始動時に、制御部200のCPUで実行される走行可否判定処理ルーチンを表わすフローチャートである。本ルーチンは、燃料電池車両20を走行可能にするために燃料電池システム30を始動させる指示が入力されたとき、具体的には、運転者によりスタートスイッチ25(図2参照)が押されたときに、起動される。   FIG. 3 is a flowchart showing a running permission / inhibition determination processing routine executed by CPU of control unit 200 when fuel cell vehicle 20 is started. This routine is executed when an instruction to start the fuel cell system 30 is input to enable the fuel cell vehicle 20 to travel, specifically, when the start switch 25 (see FIG. 2) is pressed by the driver. Is started.

本ルーチンが起動されると、制御部200のCPUは、燃料電池100の発電制御を行なって、燃料電池100の暖機運転を開始させる(ステップS100)。暖機運転とは、燃料電池100の温度が、定常状態として予め定めた温度範囲に達するように、燃料電池100を積極的に昇温させる運転状態を指す。始動時における燃料電池100の温度が氷点下である場合には、まず、燃料電池100の温度が氷点を超えるように、暖機運転が行なわれる。暖機運転によって燃料電池100の温度が氷点を超えた後、あるいは、始動時における燃料電池100の温度が氷点を超える低温条件である場合には、燃料電池100の温度が、定常状態として予め定めた温度範囲に達するように、暖機運転が行なわれる。燃料電池100の温度が氷点を超える低温条件で実行される暖機運転では、燃料電池100が氷点下のときに実行される暖機運転に比べて、より多くの電力が燃料電池100から出力可能となる。   When this routine is started, the CPU of the control unit 200 controls the power generation of the fuel cell 100 to start the warm-up operation of the fuel cell 100 (step S100). The warm-up operation refers to an operation state in which the temperature of the fuel cell 100 is actively raised so that the temperature of the fuel cell 100 reaches a predetermined temperature range as a steady state. When the temperature of the fuel cell 100 at the time of startup is below freezing, first, a warm-up operation is performed so that the temperature of the fuel cell 100 exceeds the freezing point. After the temperature of the fuel cell 100 exceeds the freezing point due to the warm-up operation, or in a low temperature condition where the temperature of the fuel cell 100 at the time of starting is higher than the freezing point, the temperature of the fuel cell 100 is predetermined as a steady state. The warm-up operation is performed so as to reach the set temperature range. In the warm-up operation performed under a low temperature condition in which the temperature of the fuel cell 100 exceeds the freezing point, more power can be output from the fuel cell 100 than in the warm-up operation performed when the fuel cell 100 is below the freezing point. Become.

暖機運転としては、例えば、燃料電池100に供給する酸化ガス流量を制御して酸素濃度過電圧を増大させることにより、燃料電池100の発電損失を増やし、自己発熱によって昇温させる方法を採用することができる。ステップS100の動作は、発電制御部250が実行する(図2参照)。   As the warming-up operation, for example, a method of increasing the power generation loss of the fuel cell 100 by increasing the oxygen concentration overvoltage by controlling the flow rate of the oxidizing gas supplied to the fuel cell 100 and increasing the temperature by self-heating is adopted. Can be. The operation of step S100 is performed by the power generation control unit 250 (see FIG. 2).

ステップS100において暖機運転が開始されると、暖機運転と共に、燃料電池100の出力状態に基づいて燃料電池100の出力電流を制限する制御が行なわれる。暖機運転の際には、既述したように自己発熱が多くなるように、燃料電池100の発電ポイント、すなわち燃料電池100の目標電圧および目標電流が設定される。そして、設定された発電ポイントにて暖機運転を行なう際に、燃料電池100内の燃料ガス流路が凍結していると、アノードに供給される水素が不足して、凍結が生じた単セルにおいて負電圧が発生する。このような状態で暖機運転を続行すると、燃料電池100が損傷する等の不都合が生じる可能性がある。本実施形態では、負電圧の単セルが検出されたときには、出力電流を制限して発電量を抑制し、上記不都合を抑えている。このような出力電流を制限する制御は、制御部200の出力制限部260が実行している(図2参照)。出力制限部260は、負電圧の単セルが検出されたときには、予め定めた上限値以下に出力電流が制限されるように、発電制御部250が設定する暖機運転時の運転ポイントを変更させる。なお、上記した出力電流の制限は、負電圧の単セルの検出時に限らず、アノードに供給される水素が不足する単セルの存在を検知したときに行なえばよい。例えば、燃料電池100から取り出す電流に対して交流信号を重畳し、交流インピーダンス法によって燃料電池100のインピーダンスを検出すればよい。そして、低周波数(例えば、1〜100Hz)の交流信号を印加したときの燃料電池100のインピーダンスの値が、予め定めた基準値よりも大きくなったときに、水素が不足する単セルが生じていると判断して、出力電流を制限してもよい。上記のように低周波数の交流信号を重畳する場合には、得られるインピーダンスは、抵抗成分に加えて、ガスの移動抵抗を反映するリアクタンスをさらに含むため、このような判断が可能になる。   When the warm-up operation is started in step S100, control for limiting the output current of the fuel cell 100 based on the output state of the fuel cell 100 is performed together with the warm-up operation. At the time of the warm-up operation, the power generation point of the fuel cell 100, that is, the target voltage and the target current of the fuel cell 100 are set so that the self-heating is increased as described above. When the fuel gas flow path in the fuel cell 100 is frozen when the warm-up operation is performed at the set power generation point, the amount of hydrogen supplied to the anode is insufficient, and the single cell in which the freeze occurs , A negative voltage is generated. If the warm-up operation is continued in such a state, inconveniences such as damage to the fuel cell 100 may occur. In the present embodiment, when a single cell with a negative voltage is detected, the output current is limited to suppress the power generation amount, thereby suppressing the above-described inconvenience. The control for limiting the output current is performed by the output limiting unit 260 of the control unit 200 (see FIG. 2). When a single cell with a negative voltage is detected, output limiter 260 changes the operation point during warm-up operation set by power generation controller 250 so that the output current is limited to a predetermined upper limit or less. . The limitation of the output current described above is not limited to the detection of a single cell with a negative voltage, but may be performed when the presence of a single cell with insufficient hydrogen supplied to the anode is detected. For example, an AC signal may be superimposed on a current drawn from the fuel cell 100, and the impedance of the fuel cell 100 may be detected by an AC impedance method. When the impedance value of the fuel cell 100 when an AC signal of a low frequency (for example, 1 to 100 Hz) is applied becomes larger than a predetermined reference value, a single cell deficient in hydrogen occurs. And the output current may be limited. When the low-frequency AC signal is superimposed as described above, the obtained impedance further includes, in addition to the resistance component, a reactance that reflects the moving resistance of the gas.

ステップS100で暖機運転を開始すると、制御部200は、温度センサ105から燃料電池100の温度を取得して、燃料電池100の温度が氷点下であるか否かを判定する(ステップS110)。ステップS110において、常圧の環境下では、燃料電池100の温度が0℃以下であるか否かを判断する。大気圧がより低い高地等で燃料電池車両20を用いる場合には、使用環境の大気圧に応じて、ステップS110における比較対象としての氷点を、適宜変更すればよい。使用環境における大気圧は、燃料電池車両20に大気圧センサを設けて直接検出してもよく、あるいは、燃料電池車両20の位置情報に基づいて、燃料電池車両20が位置する場所の標高から推定してもよい。   When the warm-up operation is started in step S100, control unit 200 acquires the temperature of fuel cell 100 from temperature sensor 105, and determines whether the temperature of fuel cell 100 is below freezing (step S110). In step S110, it is determined whether the temperature of the fuel cell 100 is equal to or lower than 0 ° C. under the normal pressure environment. When the fuel cell vehicle 20 is used at a high altitude where the atmospheric pressure is lower, the freezing point to be compared in step S110 may be appropriately changed according to the atmospheric pressure of the use environment. The atmospheric pressure in the use environment may be directly detected by providing an atmospheric pressure sensor on the fuel cell vehicle 20, or may be estimated from the altitude of the location where the fuel cell vehicle 20 is located based on the position information of the fuel cell vehicle 20. May be.

ステップS110で、燃料電池100の温度が氷点を超えていると判定すると(ステップS110:NO)、制御部200はステップS130に移行し、燃料電池車両20の走行を可能にして、本ルーチンを終了する。ステップS130については、後述する。   If it is determined in step S110 that the temperature of the fuel cell 100 is above the freezing point (step S110: NO), the control unit 200 proceeds to step S130, enables the fuel cell vehicle 20 to run, and ends this routine. I do. Step S130 will be described later.

ステップS110で、燃料電池100の温度が氷点下であると判定すると(ステップS110:YES)、制御部200は、燃料電池100の発電電荷量が、予め定めた基準値以上であるか否かを判定する(ステップS120)。燃料電池100の発電電荷量は、燃料電池車両20に対して始動の指示が入力された後の燃料電池100の出力電流と時間との積を積分することにより求めることができる。燃料電池100の発電電荷量は、電流センサ103の検出信号を入力された電荷検出部210が算出する。凍結判定部220は、温度センサ105から検出信号を入力されてステップS110の判断を行なうと共に、電荷検出部210から燃料電池100の発電電荷量を受信して、ステップS120の判断を行なう。   If it is determined in step S110 that the temperature of fuel cell 100 is below the freezing point (step S110: YES), control unit 200 determines whether or not the amount of charge generated by fuel cell 100 is equal to or greater than a predetermined reference value. (Step S120). The amount of electric charge generated by the fuel cell 100 can be obtained by integrating the product of the output current of the fuel cell 100 and time after the start instruction is input to the fuel cell vehicle 20. The charge detection unit 210 to which the detection signal of the current sensor 103 is input calculates the amount of charge generated by the fuel cell 100. Freezing determination section 220 receives the detection signal from temperature sensor 105 and makes the determination in step S110, and receives the amount of electric charge generated by fuel cell 100 from charge detection section 210, and makes the determination in step S120.

図4は、燃料電池100の暖機運転開始後に、燃料電池100の発電電荷量が変化する様子を表わす説明図である。横軸は時間を表わし、縦軸は発電電荷量を表わす。燃料電池システム30の始動時、すなわち、暖機運転開始時の時間を時間t1として示している。凍結が生じていない正常時には、燃料電池100の発電電荷量は、時間の経過と共に増加する。これに対して、凍結が生じている場合には、発電電荷量が電荷量αに達するまでは、正常時と同じように発電電荷量が増加するが、その後、発電電荷量の増加の程度が大きく抑えられる。電荷量αとは、始動時に燃料電池100の内部に残留する水素を用いて発電可能な電荷量を表わす。燃料電池100の内部に残留する水素を用いて発電を行なった後は、凍結が生じている場合には、アノードに供給される水素量が不足して、既述したように燃料電池100の出力電流が制限されるため、発電電荷量の増加の程度が大きく抑えられる。   FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a state in which the amount of generated power of the fuel cell 100 changes after the warm-up operation of the fuel cell 100 starts. The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents generated electric charge. The time when the fuel cell system 30 is started, that is, the time when the warm-up operation starts is indicated as time t1. In a normal state in which freezing does not occur, the amount of electric charge generated by the fuel cell 100 increases with time. On the other hand, when freezing has occurred, the amount of generated electric charge increases as in the normal state until the amount of generated electric charge reaches the amount of electric charge α. Can be greatly suppressed. The charge amount α indicates a charge amount that can be generated by using hydrogen remaining inside the fuel cell 100 at the time of startup. After power generation is performed using the hydrogen remaining inside the fuel cell 100, if freezing occurs, the amount of hydrogen supplied to the anode is insufficient, and the output of the fuel cell 100 is reduced as described above. Since the current is limited, the degree of increase in the amount of generated electric charge is greatly suppressed.

本実施形態では、ステップS120での判断に用いる基準値として、電荷量βが用いられている。電荷量βは、燃料電池100内の凍結を解消できる可能性が十分に高くなる程度の熱を発生するまでに燃料電池100から得られる発電電荷量として、予め定められている。そのため、ステップS120において発電電荷量が電荷量β以上であれば、燃料電池100は凍結していないと判断することができ、発電電荷量が電荷量β未満であれば、燃料電池100は凍結していると判断することができる。ステップS120の動作は、燃料電池100内の反応ガスの流路が凍結しているか否かを判定する凍結判定の動作ということができる。   In the present embodiment, the charge amount β is used as the reference value used for the determination in step S120. The charge amount β is predetermined as a generated charge amount obtained from the fuel cell 100 until heat is generated to such an extent that the possibility of eliminating the freezing in the fuel cell 100 is sufficiently high. Therefore, if the generated electric charge is equal to or more than the electric charge β in step S120, it can be determined that the fuel cell 100 is not frozen. If the generated electric charge is less than the electric charge β, the fuel cell 100 freezes. It can be determined that. The operation of step S120 can be said to be an operation of determining whether or not the flow path of the reaction gas in the fuel cell 100 is frozen.

ステップS120において、発電電荷量が電荷量β未満の場合には(ステップS120:NO)、制御部200は、ステップS120の動作を繰り返す。このようにして、暖機運転を続行しつつ、ステップS120の動作を繰り返すと、暖機運転に伴う発熱により、燃料電池100の凍結が次第に解消される。このようにして暖機運転が続行されて発電電荷量が電荷量β以上となったとき、あるいは、始動時から燃料電池100が凍結しておらず、発電電荷量が速やかに電荷量β以上となったときには(ステップS120:YES)、燃料電池100が凍結状態に該当しないと判定されて、制御部200は、燃料電池車両20の走行を可能にして(ステップS130)、本ルーチンを終了する。   If the generated electric charge is less than the electric charge β in step S120 (step S120: NO), the control unit 200 repeats the operation of step S120. In this way, when the operation of step S120 is repeated while continuing the warm-up operation, the freezing of the fuel cell 100 is gradually eliminated by the heat generated by the warm-up operation. In this manner, when the warm-up operation is continued and the generated electric charge becomes equal to or more than the electric charge β, or when the fuel cell 100 is not frozen from the start, the generated electric charge quickly becomes equal to or more than the electric charge β. When it does (step S120: YES), it is determined that the fuel cell 100 does not correspond to the frozen state, the control unit 200 enables the fuel cell vehicle 20 to run (step S130), and ends this routine.

ステップS130の動作は、走行判定部230および走行制御部240において実行される。走行判定部230は、燃料電池100の温度が氷点を超える場合に(ステップS110:NO)、燃料電池車両20の走行を許可できると判定する。また、走行判定部230は、燃料電池100の温度が氷点下であり、且つ、凍結判定部220によって、燃料電池100が凍結状態ではないと判定された場合に(ステップS120:YES)、燃料電池車両20の走行を許可できると判定する。そして、この場合には、走行制御部240が、燃料電池車両20の走行状態を制御して、燃料電池車両20を走行可能状態にする。具体的には、走行制御部240は、運転席前方に配置されたインストルメントパネル等に設けられた、燃料電池車両20が走行可能であることを示すインジケータ(READYインジケータとも呼ぶ)を点灯させて、運転者に、燃料電池車両20が走行可能であることを報知する。そして、走行制御部240は、アクセル開度等に基づく負荷要求に従って、燃料電池100および二次電池172を電源として用いる走行を行なう制御を開始する。ただし、燃料電池100の温度が、定常状態として予め定めた温度範囲に達するまでは、燃料電池100において発熱を優先する発電を行なうことにより、燃料電池100の出力を抑えた制御が行なわれる。   The operation of step S130 is performed by travel determination section 230 and travel control section 240. When the temperature of fuel cell 100 exceeds the freezing point (step S110: NO), traveling determination unit 230 determines that traveling of fuel cell vehicle 20 can be permitted. When the temperature of the fuel cell 100 is below freezing and the freeze determination unit 220 determines that the fuel cell 100 is not frozen (step S120: YES), the traveling determination unit 230 determines whether the fuel cell vehicle is running. It is determined that traveling of the vehicle 20 can be permitted. Then, in this case, the traveling control unit 240 controls the traveling state of the fuel cell vehicle 20 to make the fuel cell vehicle 20 operable. Specifically, the traveling control unit 240 turns on an indicator (also referred to as a READY indicator) provided on an instrument panel or the like disposed in front of the driver's seat and indicating that the fuel cell vehicle 20 can travel. , The driver is notified that the fuel cell vehicle 20 can run. Then, the traveling control unit 240 starts control for performing traveling using the fuel cell 100 and the secondary battery 172 as power supplies in accordance with a load request based on the accelerator opening and the like. However, until the temperature of the fuel cell 100 reaches a predetermined temperature range as a steady state, the fuel cell 100 performs power generation giving priority to heat generation, thereby controlling the output of the fuel cell 100 to be suppressed.

なお、走行判定部230は、燃料電池100の温度が氷点下であり(ステップS110:YES)、発電電荷量が電荷量β未満であって凍結判定部220によって燃料電池100が凍結状態であると判定されているときには(ステップS120:NO)、燃料電池車両20の走行を許可できないと判定して、待機する。   The traveling determination unit 230 determines that the temperature of the fuel cell 100 is below the freezing point (step S110: YES), the generated electric charge is less than the electric charge β, and the freezing determination unit 220 determines that the fuel cell 100 is in a frozen state. If it has been performed (step S120: NO), it is determined that traveling of the fuel cell vehicle 20 cannot be permitted, and the process stands by.

以上のように構成された本実施形態の燃料電池車両20によれば、燃料電池100の温度が氷点下であるときに、始動の指示により燃料電池100の発電を開始してからの発電電荷量に基づいて、燃料電池100の走行を許可できないとするか、燃料電池100を走行可能状態にするか、を判断している。すなわち、燃料電池100の発電電荷量が予め定めた基準値未満であれば、凍結により水素供給不足になって燃料電池100の出力が得られず出力電流が制限されたと考えられるため、燃料電池100が凍結状態であることにより、燃料電池車両20の走行を許可できないと判断する。このように、燃料電池100の低温始動時には、燃料電池100内で実際に生じる現象に基づいて凍結判定することにより、燃料電池100内を循環する冷媒温度等に基づいて間接的に凍結状態を推定する場合に比べて、正確に凍結判定することができる。その結果、正確な凍結判定の結果を走行許可の判定に反映させ、より適切に走行制御を行なうことが可能になる。   According to the fuel cell vehicle 20 of the present embodiment configured as described above, when the temperature of the fuel cell 100 is below the freezing point, the amount of charge generated after the power generation of the fuel cell 100 is started by the start instruction is started. Based on the determination, it is determined whether the travel of the fuel cell 100 cannot be permitted or whether the fuel cell 100 is in a travelable state. That is, if the amount of generated electric charge of the fuel cell 100 is less than a predetermined reference value, it is considered that the supply of hydrogen is insufficient due to freezing, the output of the fuel cell 100 is not obtained, and the output current is limited. Is in a frozen state, it is determined that traveling of the fuel cell vehicle 20 cannot be permitted. As described above, when the fuel cell 100 is started at a low temperature, the freezing state is estimated indirectly based on the temperature of the refrigerant circulating in the fuel cell 100 by determining the freezing based on the phenomenon actually occurring in the fuel cell 100. This makes it possible to accurately determine whether or not freezing has occurred. As a result, the result of the accurate freeze determination is reflected in the determination of the travel permission, and the travel control can be more appropriately performed.

B.第2実施形態:
図5は、第2実施形態の燃料電池車両20の始動時に、燃料電池車両20の制御部200において実行される走行可否判定処理ルーチンを表わすフローチャートである。第2実施形態の燃料電池車両20は、図1および図2に示す第1実施形態の燃料電池車両20と同様の構成を有するため、共通する部分には同じ参照番号を付して、詳しい説明を省略する。図5に示す走行可否判定処理ルーチンは、第1実施形態における図3の走行可否判定処理ルーチンに代えて実行される。図5において、図3と共通する工程には、同じステップ番号を付して詳しい説明を省略する。
B. Second embodiment:
FIG. 5 is a flowchart showing a running permission / inhibition determination processing routine executed by control unit 200 of fuel cell vehicle 20 when starting fuel cell vehicle 20 of the second embodiment. Since the fuel cell vehicle 20 according to the second embodiment has the same configuration as the fuel cell vehicle 20 according to the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2, common portions are denoted by the same reference numerals, and are described in detail. Is omitted. The traveling propriety determination processing routine shown in FIG. 5 is executed instead of the traveling propriety determination processing routine of FIG. 3 in the first embodiment. In FIG. 5, steps common to those in FIG. 3 are denoted by the same step numbers, and detailed description is omitted.

スタートスイッチ25の操作により始動の指示が入力されて、本ルーチンが起動されると、制御部200のCPUは、燃料電池100の暖機運転を開始させ(ステップS100)、その後、燃料電池100の温度が氷点下であるか否かを判定する(ステップS110)。そして、燃料電池100の温度が氷点を超えると判定される場合には(ステップS110:NO)、燃料電池100は凍結状態ではないと判定されるため、ステップS130に移行し、燃料電池車両20の走行を可能にして、本ルーチンを終了する。燃料電池100の温度が氷点下であると判定される場合には(ステップS110:YES)、制御部200は、始動からの発電電荷量が基準値以上であるか否かを判定する(ステップS120)。始動からの発電電荷量が基準値以上である場合には(ステップS120:YES)、燃料電池100が凍結状態ではないと判定されるため、制御部200は、燃料電池車両20の走行を可能にして(ステップS130)、本ルーチンを終了する。   When a start instruction is input by operating the start switch 25 and this routine is started, the CPU of the control unit 200 starts the warm-up operation of the fuel cell 100 (step S100). It is determined whether the temperature is below the freezing point (step S110). If it is determined that the temperature of the fuel cell 100 exceeds the freezing point (step S110: NO), it is determined that the fuel cell 100 is not in a frozen state, so the process proceeds to step S130, and the fuel cell vehicle 20 The vehicle is allowed to run, and this routine ends. When it is determined that the temperature of the fuel cell 100 is below the freezing point (step S110: YES), the control unit 200 determines whether or not the amount of charge generated from the start is equal to or more than the reference value (step S120). . If the amount of electric charge generated from the start is equal to or more than the reference value (step S120: YES), it is determined that the fuel cell 100 is not in a frozen state, and thus the control unit 200 enables the fuel cell vehicle 20 to travel. Then (step S130), this routine ends.

本実施形態では、始動からの発電電荷量が基準値未満である場合に(ステップS120:NO)、第1実施形態の様に単にステップS120の動作を繰り返すのではなく、始動時の発電開始からの経過時間が、予め定めた基準時間を経過したか否かをさらに判定する(ステップS140)。   In the present embodiment, when the amount of electric charge generated from the start is less than the reference value (step S120: NO), the operation of step S120 is not simply repeated as in the first embodiment, but from the start of power generation at the start. It is further determined whether or not the elapsed time has passed a predetermined reference time (step S140).

図6は、燃料電池100の暖機運転開始後に、燃料電池100の発電電荷量が変化する様子を表わす説明図である。図4と同様に、横軸は時間を表わし、縦軸は発電電荷量を表わし、暖機運転開始時の時間を時間t1として示している。図4で説明したように、燃料電池100が凍結しているときには、始動時に燃料電池100の内部に残留する水素を消費した後には、燃料電池100の発電電荷量は、大きく抑えられる。本実施形態の凍結判定部220は、凍結判定を行なう際に、発電電荷量の基準値である電荷量βに加えて、予め定めた基準時間Tを用いている。   FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a state in which the amount of generated power of the fuel cell 100 changes after the warm-up operation of the fuel cell 100 starts. As in FIG. 4, the horizontal axis represents time, the vertical axis represents generated electric charge, and the time at the start of the warm-up operation is shown as time t1. As described with reference to FIG. 4, when the fuel cell 100 is frozen, the amount of electric charge generated by the fuel cell 100 is largely suppressed after the hydrogen remaining inside the fuel cell 100 is consumed at the time of starting. When performing the freeze determination, the freeze determination unit 220 of the present embodiment uses a predetermined reference time T in addition to the charge amount β that is the reference value of the generated charge amount.

ステップS120において、発電電荷量が基準値である電荷量β未満であると判断すると(ステップS120:NO)、制御部200の凍結判定部220は、発電開始(t1)から、予め定めた基準時間(T)が経過したか否かを判定する(ステップS140)。図6では、時間t2における発電開始からの経過時間(t2−t1)が、基準時間Tである様子を示している。   In step S120, if it is determined that the generated electric charge is less than the electric charge β which is the reference value (step S120: NO), the freezing determination unit 220 of the control unit 200 determines a predetermined reference time from the start of power generation (t1). It is determined whether (T) has elapsed (step S140). FIG. 6 shows a state in which the elapsed time (t2−t1) from the start of power generation at time t2 is the reference time T.

基準時間Tが経過していないときには(ステップS140:NO)、制御部200は、ステップS120に戻って、発電電荷量が基準値以上であるか否かの判断を行なう。ステップS120およびステップS140の動作を繰り返し、基準時間Tが経過するまでに、ステップS120において発電電荷量が電荷量β以上であると判断されれば、制御部200は、燃料電池100が凍結状態ではなくなったと判断して、ステップS130に移行して車両走行可能にする。発電電荷量が電荷量β未満である状態が基準時間T以上継続したときには(ステップS140:YES)、制御部200の凍結判定部220は、燃料電池100が凍結状態であると判定する(ステップS150)。この場合には、走行判定部230は、燃料電池100の走行を許可できないと判定し、走行制御部240は、燃料電池システム30を停止させて(ステップS160)、本ルーチンを終了する。   If the reference time T has not elapsed (step S140: NO), the control unit 200 returns to step S120 and determines whether or not the generated charge amount is equal to or more than the reference value. The operation of steps S120 and S140 is repeated, and if it is determined in step S120 that the generated electric charge amount is equal to or more than the electric charge amount β before the reference time T elapses, the control unit 200 determines that the fuel cell 100 is in a frozen state. When it is determined that the vehicle has run out, the process proceeds to step S130 to enable the vehicle to run. When the state where the amount of generated electric charge is less than the amount of electric charge β has continued for the reference time T or more (step S140: YES), the freeze determination unit 220 of the control unit 200 determines that the fuel cell 100 is in a frozen state (step S150). ). In this case, the traveling determination unit 230 determines that traveling of the fuel cell 100 cannot be permitted, and the traveling control unit 240 stops the fuel cell system 30 (step S160), and terminates this routine.

ステップS160で燃料電池システム30を停止させる際には、走行制御部240は、既述したREADYインジケータが消灯している状態を維持する。そして、インストルメントパネルに設けたディスプレイ等に、凍結により燃料電池システム30が停止したため走行できないことを報知するための表示を行なう。   When stopping the fuel cell system 30 in step S160, the traveling control unit 240 maintains the state in which the above-described READY indicator is turned off. Then, a display is provided on a display or the like provided on the instrument panel to notify that the vehicle cannot run because the fuel cell system 30 has been stopped due to freezing.

本実施形態によれば、第1実施形態と同様に、始動の指示により暖機運転を開始してからの、燃料電池100の発電電荷量に基づいて、燃料電池100が凍結状態であるか否かの凍結判定を行なっている。このように、凍結時に燃料電池100内で実際に生じる現象に基づいて凍結判定することにより、燃料電池100内を循環する冷媒温度等に基づいて間接的に凍結状態を推定する場合に比べて正確に凍結判定を行ない、その結果を走行許可の判定に反映させることができる。   According to the present embodiment, as in the first embodiment, whether or not the fuel cell 100 is in a frozen state is determined based on the amount of charge generated by the fuel cell 100 after the warm-up operation is started according to the start instruction. Is determined to be frozen. As described above, the freezing determination is performed based on a phenomenon that actually occurs in the fuel cell 100 at the time of freezing, so that it is more accurate than in the case where the frozen state is indirectly estimated based on the temperature of the refrigerant circulating in the fuel cell 100 or the like. Can be determined, and the result can be reflected in the determination of travel permission.

さらに、本実施形態では、凍結判定部220が凍結判定する際に、発電電荷量が電荷量β未満である状態が、基準時間T以上継続するときには、凍結状態であると判定し、発電電荷量が基準時間T内に電荷量βに達したときには、凍結状態ではないと判定している。このように、基準時間T内における発電電荷量に基づいて凍結判定を行なうことで、第1実施形態に比べて、より正確に凍結判定を行なうことができる。燃料電池100内が凍結している状態で暖機運転を行なう場合には、出力電流は抑えられているものの、微小な発電が継続されることにより、始動時からの発電電荷量は次第に増大する。そのため、凍結状態が解消されていなくても、暖機運転を長時間継続することにより、始動時からの発電電荷量が基準値以上になる可能性がある。本実施形態では、凍結判定の際に基準時間以内であるか否かの判断も行なっているため、上記のように燃料電池100内が凍結しているにもかかわらず、凍結状態ではないと判断されることを抑えることができる。   Furthermore, in the present embodiment, when the freeze determination unit 220 determines that the charge is free, when the state in which the generated charge is less than the charge amount β continues for the reference time T or more, it is determined that the state is the frozen state, and the generated charge amount is determined. When the charge reaches the charge amount β within the reference time T, it is determined that the vehicle is not in the frozen state. As described above, by performing the freezing determination based on the generated electric charge amount within the reference time T, the freezing determination can be performed more accurately than in the first embodiment. When the warm-up operation is performed in a state where the inside of the fuel cell 100 is frozen, although the output current is suppressed, the amount of electric charge generated from the start is gradually increased by continuing the minute power generation. . Therefore, even if the frozen state has not been eliminated, there is a possibility that the amount of electric charge generated from the start may be equal to or more than the reference value by continuing the warm-up operation for a long time. In the present embodiment, since it is also determined whether or not the fuel cell 100 is within the reference time at the time of the freeze determination, it is determined that the fuel cell 100 is not in a frozen state despite being frozen as described above. Can be suppressed.

C.第3実施形態:
図7は、第3実施形態の燃料電池車両20の制御部200を、制御部200が実行する機能の一部を表わす機能ブロックによって示した説明図である。第3実施形態の燃料電池車両20は、図1に示す第1実施形態の燃料電池車両20と同様の構成を有するため、共通する部分には同じ参照番号を付して、詳しい説明を省略する。
C. Third embodiment:
FIG. 7 is an explanatory diagram showing the control unit 200 of the fuel cell vehicle 20 according to the third embodiment by using functional blocks representing some of the functions executed by the control unit 200. Since the fuel cell vehicle 20 of the third embodiment has the same configuration as the fuel cell vehicle 20 of the first embodiment shown in FIG. 1, common portions are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted. .

第3実施形態の制御部200は、図7に示すように、機能ブロックとして、第1実施形態と同様の電荷検出部210、凍結判定部220、走行判定部230、走行制御部240、発電制御部250、および出力制限部260に加えて、さらに二次電池検出部270および退避走行判定部280を備える。二次電池検出部270は、既述した二次電池モニタ173から、二次電池172の出力可能状態として、二次電池172の残存容量、および、二次電池172に許容される出力電力の最大値である最大出力(二次電池出力Wout)を取得する。退避走行判定部280は、二次電池検出部270から、上記二次電池172の残存容量および二次電池出力Woutを取得して、燃料電池車両20が退避走行可能か否かを判定する。すなわち、二次電池172の残存容量および二次電池出力Woutに基づいて、燃料電池100からの出力が無い場合であっても、二次電池172のみを電源として用いて、安全な場所まで燃料電池車両20に退避走行させることが可能か否かを判定する。退避走行可能か否かの判定のためには、例えば、一般的な退避走行に要する走行距離を設定し、そのような距離を二次電池172のみを電源として走行可能となるような、二次電池172の残存容量および二次電池出力Woutの各々の最小値を、予め設定して記憶しておけばよい。そして、二次電池172の残存容量および二次電池出力Woutの双方が、上記最小値以上であれば、退避走行可能と判断することができる。なお、本実施形態では、退避走行可能か否かを判定するために、二次電池172の残存容量および二次電池出力Woutの双方を用いているが、一方のみを用いてもよい。すなわち、当該一方が、予め定めた上記最小値以上である場合には、退避走行可能と判定することとしてもよい。   As shown in FIG. 7, the control unit 200 of the third embodiment includes, as functional blocks, the same charge detection unit 210, freeze determination unit 220, travel determination unit 230, travel control unit 240, power generation control as in the first embodiment. In addition to the section 250 and the output restricting section 260, a secondary battery detecting section 270 and an evacuation traveling determining section 280 are further provided. From the secondary battery monitor 173 described above, the secondary battery detection unit 270 sets the remaining capacity of the secondary battery 172 and the maximum output power allowed for the secondary battery 172 as the output enabled state of the secondary battery 172. A maximum output (secondary battery output Wout) that is a value is acquired. The evacuation traveling determination unit 280 acquires the remaining capacity of the secondary battery 172 and the output Wout of the secondary battery from the secondary battery detection unit 270, and determines whether or not the fuel cell vehicle 20 can perform the evacuation traveling. That is, based on the remaining capacity of the secondary battery 172 and the output Wout of the secondary battery, even when there is no output from the fuel cell 100, the fuel cell 100 is used only as a power source to reach the fuel cell to a safe place. It is determined whether or not the vehicle 20 can be evacuated. In order to determine whether evacuation traveling is possible, for example, a traveling distance required for general evacuation traveling is set, and such a distance is set such that the traveling is possible using only the secondary battery 172 as a power source. The minimum values of the remaining capacity of the battery 172 and the secondary battery output Wout may be set and stored in advance. If both the remaining capacity of the secondary battery 172 and the secondary battery output Wout are equal to or greater than the minimum value, it can be determined that the vehicle can be evacuated. In the present embodiment, both the remaining capacity of the secondary battery 172 and the output Wout of the secondary battery 172 are used to determine whether the vehicle can be evacuated, but only one of them may be used. That is, if one of them is equal to or larger than the predetermined minimum value, it may be determined that the vehicle can be evacuated.

図8は、燃料電池車両20の始動時に、制御部200のCPUで実行される走行可否判定処理ルーチンを表わすフローチャートである。図8に示す走行可否判定処理ルーチンは、第1実施形態における図3の走行可否判定処理ルーチンに代えて実行される。   FIG. 8 is a flowchart showing a traveling permission / inhibition determination processing routine executed by CPU of control unit 200 when fuel cell vehicle 20 is started. The traveling permission / inhibition determination processing routine shown in FIG. 8 is executed instead of the traveling permission / inhibition determination processing routine of FIG. 3 in the first embodiment.

スタートスイッチ25の操作により始動の指示が入力されて、本ルーチンが起動されると、制御部200のCPUは、燃料電池100の暖機運転を開始させ(ステップS200)、その後、燃料電池100の温度が氷点下であるか否かを判定する(ステップS210)。上記ステップS200およびステップS210の処理は、図3におけるステップS100およびステップS110と同様の処理である。   When a start instruction is input by operating the start switch 25 and this routine is started, the CPU of the control unit 200 starts the warm-up operation of the fuel cell 100 (step S200), and then starts the fuel cell 100 operation. It is determined whether the temperature is below the freezing point (step S210). The processing in steps S200 and S210 is the same as the processing in steps S100 and S110 in FIG.

ステップS210において燃料電池100の温度が氷点下であると判定されると(ステップS210:YES)、制御部200は、燃料電池車両20が退避走行可能であるか否かを判定する(ステップS220)。このステップS220の動作は、既述したように退避走行判定部280が実行する。なお、ステップS210において、燃料電池100の温度が氷点を超えると判定された場合には(ステップS210:NO)、制御部200の走行判定部230は、燃料電池100の走行を許可できると判定し、走行制御部240が燃料電池車両20を走行可能状態にして(ステップS260)、本ルーチンを終了する。ステップS260については、後述する。   If it is determined in step S210 that the temperature of fuel cell 100 is below the freezing point (step S210: YES), control unit 200 determines whether fuel cell vehicle 20 is capable of evacuating (step S220). The operation in step S220 is performed by the evacuation traveling determination unit 280 as described above. When it is determined in step S210 that the temperature of the fuel cell 100 exceeds the freezing point (step S210: NO), the traveling determination unit 230 of the control unit 200 determines that traveling of the fuel cell 100 can be permitted. Then, the travel control unit 240 sets the fuel cell vehicle 20 in a travelable state (step S260), and terminates this routine. Step S260 will be described later.

ステップS220で退避走行可能と判断すると(ステップS220:YES)、制御部200の走行判定部230は、燃料電池100の走行を許可できると判定し、走行制御部240が燃料電池車両20を走行可能状態にする(ステップS230)。具体的には、ステップS230において走行制御部240は、READYインジケータを点灯させて、運転者に燃料電池車両20が走行可能であることを報知する。そして、走行制御部240は、少なくとも二次電池172を電源として用いる走行を行なう制御を開始する。このとき、燃料電池100が凍結状態であるとき、あるいは、凍結状態でなくても燃料電池100の温度が定常状態の温度範囲に達しておらず暖機運転が終了していないときには、燃料電池100の出力は抑えられる。燃料電池100の暖機運転が終了していれば、燃料電池100の出力を用いた通常の走行が可能になる。   If it is determined in step S220 that evacuation travel is possible (step S220: YES), travel determination section 230 of control section 200 determines that travel of fuel cell 100 can be permitted, and travel control section 240 can travel fuel cell vehicle 20. The state is set (step S230). Specifically, in step S230, traveling control unit 240 turns on the READY indicator to notify the driver that fuel cell vehicle 20 can travel. Then, travel control section 240 starts control for performing travel using at least secondary battery 172 as a power supply. At this time, when the fuel cell 100 is in a frozen state, or when the temperature of the fuel cell 100 has not reached the steady-state temperature range and the warm-up operation has not been completed, the fuel cell 100 Output is suppressed. If the warm-up operation of the fuel cell 100 has been completed, normal traveling using the output of the fuel cell 100 becomes possible.

ステップS230で燃料電池車両20を走行可能にすると、制御部200は、燃料電池100の内部が凍結状態であるか否かを判定し(ステップS240)、凍結状態ではないと判定すると(ステップS240:NO)、本ルーチンを終了する。この後、燃料電池車両20は、暖機状態に応じた走行を続行することができる。ステップS240において凍結状態であると判定したときには(ステップS240:YES)、再びステップS240の工程を実行する。既述したように、始動時にはステップS200で暖機運転を開始しているため、暖機運転に伴って燃料電池100は次第に昇温し、凍結状態はやがて解消され得る。制御部200は、凍結状態ではないと判定されるまで、ステップS240を繰り返す。   When the fuel cell vehicle 20 is enabled to travel in step S230, the control unit 200 determines whether the inside of the fuel cell 100 is frozen (step S240), and determines that the fuel cell 100 is not frozen (step S240: NO), this routine ends. Thereafter, the fuel cell vehicle 20 can continue running according to the warm-up state. When it is determined in step S240 that the vehicle is in a frozen state (step S240: YES), the process of step S240 is performed again. As described above, since the warm-up operation has been started in step S200 at the time of startup, the temperature of the fuel cell 100 gradually rises with the warm-up operation, and the frozen state may eventually be eliminated. Control unit 200 repeats step S240 until it is determined that it is not in the frozen state.

ステップS240の動作は、凍結判定部220において実行される。ステップS240の凍結判定の動作は、例えば、第1実施形態のステップS120と同様とすることができる。すなわち、燃料電池車両20に対して始動の指示が入力された後の燃料電池100の出力電流と時間との積を積分して得られる燃料電池100の発電電荷量と、予め定めた基準値である電荷量βとを、比較すればよい。そして、燃料電池100の発電電荷量が電荷量β以上のときに、燃料電池100は凍結していないと判定し、燃料電池100の発電電荷量が電荷量β未満のときに、燃料電池100は凍結していると判定すればよい。ただし、ステップS240の凍結判定は、燃料電池100の発電電荷量を用いる方法以外の方法により行なってもよい。例えば、温度センサ105が検出する燃料電池100の温度、具体的には、燃料電池100から排出される冷媒温度等に基づいて、燃料電池100内部が凍結しているか否かを推定してもよい。   The operation of step S240 is performed by freeze determination section 220. The operation of the freeze determination in step S240 can be, for example, similar to step S120 in the first embodiment. That is, the amount of generated electric charge of the fuel cell 100 obtained by integrating the product of the output current of the fuel cell 100 and the time after the start instruction is input to the fuel cell vehicle 20, and a predetermined reference value What is necessary is just to compare with a certain charge amount β. When the generated electric charge of the fuel cell 100 is equal to or more than the electric charge β, it is determined that the fuel cell 100 is not frozen. When the generated electric charge of the fuel cell 100 is less than the electric charge β, the fuel cell 100 What is necessary is just to determine that it is frozen. However, the determination of freezing in step S240 may be performed by a method other than the method using the amount of charge generated by the fuel cell 100. For example, whether the inside of the fuel cell 100 is frozen may be estimated based on the temperature of the fuel cell 100 detected by the temperature sensor 105, specifically, the temperature of the refrigerant discharged from the fuel cell 100 or the like. .

ステップS220で退避走行判定部280が退避走行不能と判定すると(ステップS220:NO)、制御部200の凍結判定部220は、燃料電池100の内部が凍結状態であるか否かを判定する(ステップS250)。このステップS250の動作は、上記したステップS240の動作と同様である。ステップS250において燃料電池100が凍結状態であると判定されるときには(ステップS250:YES)、走行判定部230は燃料電池車両20の走行を許可できないと判定し、凍結判定部220は、燃料電池100が凍結状態ではないと判定されるまで、ステップS250の動作を繰り返す。ステップS250において燃料電池100が凍結状態ではないと判定されると(ステップS250:NO)、走行判定部230は燃料電池車両20の走行を許可できると判定し、走行制御部240が燃料電池車両20を走行可能状態にして(ステップS260)、本ルーチンを終了する。   When the evacuation traveling determination unit 280 determines that the evacuation traveling is not possible in step S220 (step S220: NO), the freezing determination unit 220 of the control unit 200 determines whether the inside of the fuel cell 100 is frozen (step S220). S250). The operation in step S250 is the same as the operation in step S240 described above. When it is determined in step S250 that fuel cell 100 is in a frozen state (step S250: YES), travel determination unit 230 determines that travel of fuel cell vehicle 20 cannot be permitted, and freeze determination unit 220 determines that fuel cell 100 is in a frozen state. Until it is determined that is not frozen, the operation of step S250 is repeated. When it is determined in step S250 that fuel cell 100 is not in a frozen state (step S250: NO), travel determination unit 230 determines that travel of fuel cell vehicle 20 can be permitted, and travel control unit 240 determines that fuel cell vehicle 20 Is set in a runnable state (step S260), and this routine ends.

ステップS260において、走行制御部240は、READYインジケータを点灯させて、運転者に燃料電池車両20が走行可能であることを報知する。そして、走行制御部240は、アクセル開度等に基づく負荷要求に従って、少なくとも燃料電池100を電源として用いる走行を行なう制御を開始する。ただし、燃料電池100の温度が、定常状態として予め定めた温度範囲に達するまでは、燃料電池100において発熱を優先する発電を行なうことにより、燃料電池100の出力を抑えた制御が行なわれる。また、燃料電池100の発電に伴って、二次電池172の充電が行なわれる。   In step S260, the travel control unit 240 turns on the READY indicator to notify the driver that the fuel cell vehicle 20 can travel. Then, the traveling control unit 240 starts control for performing traveling using at least the fuel cell 100 as a power supply in accordance with a load request based on the accelerator opening and the like. However, until the temperature of the fuel cell 100 reaches a predetermined temperature range as a steady state, the fuel cell 100 performs power generation giving priority to heat generation, thereby controlling the output of the fuel cell 100 to be suppressed. In addition, the secondary battery 172 is charged as the fuel cell 100 generates power.

本実施形態によれば、燃料電池車両20が退避走行可能と判定されるときには、燃料電池100が凍結状態であるか否かの凍結判定を行なうことなく、燃料電池車両20を走行可能状態にしている。すなわち、燃料電池車両20が退避走行可能であれば、凍結判定終了まで待機することなく、直ちに燃料電池車両20を走行させることができる。したがって、低温条件下で燃料電池車両20を始動する場合であっても、燃料電池車両20が実際に走行可能な状態になるまでに発生するタイムラグを抑えることができる。このとき、燃料電池車両20は、退避走行可能であることが確認されているため、車両走行の開始後に、燃料電池100の暖機運転に何らかの支障が生じる場合があっても、燃料電池100の発電を停止して、退避走行を行なうことができる。   According to the present embodiment, when it is determined that the fuel cell vehicle 20 can perform the limp-home run, the fuel cell vehicle 20 is set in the runnable state without performing the freeze determination whether the fuel cell 100 is in the frozen state. I have. That is, if the fuel cell vehicle 20 is capable of the limp-home run, the fuel cell vehicle 20 can be made to travel immediately without waiting for the freeze determination to end. Therefore, even when the fuel cell vehicle 20 is started under a low-temperature condition, a time lag that occurs until the fuel cell vehicle 20 can actually run can be suppressed. At this time, since it is confirmed that the fuel cell vehicle 20 can perform the limp-home operation, even if there is any trouble in the warm-up operation of the fuel cell 100 after the vehicle starts running, the fuel cell Power generation can be stopped and evacuation travel can be performed.

また、本実施形態のステップS240およびステップS250において、第1実施形態と同様に、始動の指示により暖機運転を開始してからの燃料電池100の発電電荷量に基づいて凍結判定を行なう場合には、間接的に凍結状態を推定する場合に比べて正確に凍結判定することができる。凍結に起因する水素の供給不足により、凍結時に実際に燃料電池100内で実際に生じる現象に基づいて、凍結判定するためである。   Further, in steps S240 and S250 of the present embodiment, similar to the first embodiment, when the freeze determination is performed based on the amount of charge generated by the fuel cell 100 after the warm-up operation is started by the start instruction. Can more accurately determine freezing than when indirectly estimating a frozen state. This is for determining freezing on the basis of a phenomenon that actually occurs in the fuel cell 100 during freezing due to a shortage of hydrogen supply due to freezing.

D.第4実施形態:
図9は、第4実施形態の燃料電池車両20の始動時に、燃料電池車両20の制御部200において実行される走行可否判定処理ルーチンを表わすフローチャートである。第4実施形態の燃料電池車両20は、図1に示す第1実施形態の燃料電池車両20と同様の構成を有しており、第4実施形態の制御部200は、図7に示す第3実施形態の制御部200と同様の構成を有するため、これらと共通する部分には同じ参照番号を付して、詳しい説明を省略する。図9に示す走行可否判定処理ルーチンは、第1実施形態における図3の走行可否判定処理ルーチンに代えて実行される。なお、図9において、図8と共通する工程には、同じステップ番号を付して詳しい説明を省略する。
D. Fourth embodiment:
FIG. 9 is a flowchart illustrating a running permission / inhibition determination processing routine executed by control unit 200 of fuel cell vehicle 20 when starting fuel cell vehicle 20 of the fourth embodiment. The fuel cell vehicle 20 according to the fourth embodiment has the same configuration as the fuel cell vehicle 20 according to the first embodiment shown in FIG. 1, and the control unit 200 according to the fourth embodiment uses the third configuration shown in FIG. Since the control unit 200 has the same configuration as that of the control unit 200 according to the embodiment, the same reference numerals are given to the same parts as those of the control unit 200, and the detailed description will be omitted. The traveling permission / inhibition determination processing routine shown in FIG. 9 is executed instead of the traveling permission / inhibition determination processing routine of FIG. 3 in the first embodiment. In FIG. 9, steps common to those in FIG. 8 are denoted by the same step numbers, and detailed description is omitted.

スタートスイッチ25の操作により始動の指示が入力されて、本ルーチンが起動されると、制御部200のCPUは、燃料電池100の暖機運転を開始させ(ステップS200)、その後、燃料電池100の温度が氷点下であるか否かを判定する(ステップS210)。ステップS210において燃料電池100の温度が氷点下であると判定されると(ステップS210:YES)、制御部200は、燃料電池車両20が退避走行可能であるか否かを判定する(ステップS220)。なお、ステップS210において、燃料電池100の温度が氷点を超えていると判定された場合には(ステップS210:NO)、制御部200の走行判定部230は、燃料電池100の走行を許可できると判定し、走行制御部240が燃料電池車両20を走行可能状態にして(ステップS260)、本ルーチンを終了する。   When a start instruction is input by operating the start switch 25 and this routine is started, the CPU of the control unit 200 starts the warm-up operation of the fuel cell 100 (step S200), and then starts the fuel cell 100 operation. It is determined whether the temperature is below the freezing point (step S210). If it is determined in step S210 that the temperature of fuel cell 100 is below the freezing point (step S210: YES), control unit 200 determines whether fuel cell vehicle 20 is capable of evacuating (step S220). If it is determined in step S210 that the temperature of fuel cell 100 is above the freezing point (step S210: NO), travel determination unit 230 of control unit 200 determines that travel of fuel cell 100 can be permitted. The determination is made, and the travel control unit 240 sets the fuel cell vehicle 20 in a travelable state (step S260), and ends this routine.

ステップS220で退避走行可能と判断されると(ステップS220:YES)、制御部200の走行判定部230は、燃料電池100の走行を許可できると判定し、走行制御部240が燃料電池車両20を走行可能状態にする(ステップS230)。ステップS230で燃料電池車両20を走行可能にすると、制御部200は、燃料電池100の内部が凍結状態であるか否かを判定し(ステップS240)、凍結状態ではないと判定すると(ステップS240:NO)、本ルーチンを終了する。ステップS240において凍結状態であると判定したときには(ステップS240:YES)、制御部200の走行制御部240は、燃料電池システム30を停止させ(ステップS242)、二次電池172からの出力電力のみを用いた退避走行が可能な状態にして(ステップS244)、本ルーチンを終了する。本実施形態では、退避走行の際には、アクセル開度等に基づく負荷要求に対してモータ170の出力を抑えた制御が行なわれる。   If it is determined in step S220 that evacuation travel is possible (step S220: YES), travel determination section 230 of control section 200 determines that travel of fuel cell 100 can be permitted, and travel control section 240 controls fuel cell vehicle 20. The vehicle is brought into a runnable state (step S230). When the fuel cell vehicle 20 is enabled to travel in step S230, the control unit 200 determines whether the inside of the fuel cell 100 is frozen (step S240), and determines that the fuel cell 100 is not frozen (step S240: NO), this routine ends. When it is determined in step S240 that the vehicle is in the frozen state (step S240: YES), the traveling control unit 240 of the control unit 200 stops the fuel cell system 30 (step S242), and outputs only the output power from the secondary battery 172. The state where the used limp-home mode can be performed is set (step S244), and the routine ends. In the present embodiment, at the time of evacuation traveling, control is performed in which the output of the motor 170 is suppressed in response to a load request based on the accelerator opening and the like.

本実施形態のステップS240における凍結判定は、例えば、第2実施形態のステップS120、ステップS140、およびステップS150と同様とすることができる。すなわち、ステップS240では、凍結判定部220は、燃料電池車両20に対して始動の指示が入力された後の燃料電池100の発電電荷量と、予め定めた基準値である電荷量βとを、比較すればよい。そして、発電電荷量が電荷量β未満である状態が、予め定めた基準時間T以上継続したときには、燃料電池100が凍結状態であると判定し、発電電荷量が基準時間T内に電荷量βに達したときには、燃料電池100が凍結状態ではないと判定すればよい。ただし、ステップS240の凍結判定は、燃料電池100の発電電荷量を用いる方法以外の方法により行なってもよい。例えば、温度センサ105が検出する燃料電池100の温度、具体的には、燃料電池100から排出される冷媒温度等に基づいて、燃料電池100内部が凍結しているか否かを推定してもよい。   The freeze determination in step S240 of the present embodiment can be, for example, the same as that of step S120, step S140, and step S150 of the second embodiment. That is, in step S240, the freeze determination unit 220 compares the generated electric charge amount of the fuel cell 100 after the start instruction is input to the fuel cell vehicle 20 and the electric charge amount β that is a predetermined reference value, Just compare. When the state in which the generated electric charge is less than the electric charge β continues for a predetermined reference time T or more, it is determined that the fuel cell 100 is in a frozen state, and the generated electric charge becomes less than the electric charge β within the reference time T. Is reached, it may be determined that the fuel cell 100 is not in a frozen state. However, the determination of freezing in step S240 may be performed by a method other than the method using the amount of charge generated by the fuel cell 100. For example, whether the inside of the fuel cell 100 is frozen may be estimated based on the temperature of the fuel cell 100 detected by the temperature sensor 105, specifically, the temperature of the refrigerant discharged from the fuel cell 100 or the like. .

ステップS220で退避走行判定部280が退避走行不能と判定すると(ステップS220:NO)、制御部200の凍結判定部220は、燃料電池100の内部が凍結状態であるか否かを判定する(ステップS250)。このステップS250の動作は、上記したステップS240の動作と同様である。ステップS250において燃料電池100が凍結状態であると判定されるときには(ステップS250:YES)、走行判定部230は燃料電池車両20の走行を許可できないと判定し、走行制御部240は燃料電池システム30を停止させ(ステップS255)、本ルーチンを終了する。ステップS255で燃料電池システム30を停止させる際には、走行制御部240は、既述したREADYインジケータが消灯している状態を維持する。そして、インストルメントパネルに設けたディスプレイ等に、凍結によりシステムが停止したため走行できないことを報知するための表示を行なう。   When the evacuation traveling determination unit 280 determines that the evacuation traveling is not possible in step S220 (step S220: NO), the freezing determination unit 220 of the control unit 200 determines whether the inside of the fuel cell 100 is frozen (step S220). S250). The operation in step S250 is the same as the operation in step S240 described above. When it is determined in step S250 that fuel cell 100 is in a frozen state (step S250: YES), travel determination unit 230 determines that travel of fuel cell vehicle 20 cannot be permitted, and travel control unit 240 determines that fuel cell system 30 Is stopped (step S255), and this routine ends. When stopping the fuel cell system 30 in step S255, the traveling control unit 240 maintains the state in which the above-described READY indicator is turned off. Then, a display is provided on a display or the like provided on the instrument panel to notify that the vehicle cannot run because the system has been stopped due to freezing.

ステップS250において燃料電池100が凍結状態ではないと判定されるときには(ステップS250:NO)、走行判定部230は燃料電池車両20の走行を許可できると判定し、走行制御部240が燃料電池車両20を走行可能状態にして(ステップS260)、本ルーチンを終了する。ステップS260において、走行制御部240は、READYインジケータを点灯させて、運転者に燃料電池車両20が走行可能であることを報知する。そして、走行制御部240は、アクセル開度等に基づく負荷要求に従って、少なくとも燃料電池100を電源として用いる走行を行なう制御を開始する。ただし、燃料電池100の温度が、定常状態として予め定めた温度範囲に達するまでは、燃料電池100において発熱を優先する発電を行なうことにより、燃料電池100の出力を抑えた制御が行なわれる。また、燃料電池100の発電に伴って、二次電池172の充電が行なわれる。   When it is determined in step S250 that fuel cell 100 is not in a frozen state (step S250: NO), travel determination unit 230 determines that travel of fuel cell vehicle 20 can be permitted, and travel control unit 240 determines Is set in a runnable state (step S260), and this routine ends. In step S260, the travel control unit 240 turns on the READY indicator to notify the driver that the fuel cell vehicle 20 can travel. Then, the traveling control unit 240 starts control for performing traveling using at least the fuel cell 100 as a power supply in accordance with a load request based on the accelerator opening and the like. However, until the temperature of the fuel cell 100 reaches a predetermined temperature range as a steady state, the fuel cell 100 performs power generation giving priority to heat generation, thereby controlling the output of the fuel cell 100 to be suppressed. In addition, the secondary battery 172 is charged as the fuel cell 100 generates power.

本実施形態によれば、燃料電池車両20が退避走行可能と判定されるときには、燃料電池100が凍結状態であるか否かの凍結判定を行なうことなく、燃料電池車両20を走行可能状態にしている。すなわち、燃料電池車両20が退避走行可能であれば、凍結判定終了まで待機することなく、直ちに燃料電池車両20を走行させることができる。したがって、第3実施形態と同様に、低温条件下で燃料電池車両20を始動する場合であっても、燃料電池車両20が実際に走行可能な状態になるまでに発生するタイムラグを抑えることができる。このとき、燃料電池車両20は、退避走行可能であることが確認されているため、車両走行の開始後に燃料電池100が凍結していると判定される場合には、燃料電池100の発電を停止して、退避走行を行なうことができる。   According to the present embodiment, when it is determined that the fuel cell vehicle 20 can perform the limp-home run, the fuel cell vehicle 20 is set in the runnable state without performing the freeze determination whether the fuel cell 100 is in the frozen state. I have. That is, if the fuel cell vehicle 20 is capable of the limp-home run, the fuel cell vehicle 20 can be made to travel immediately without waiting for the freeze determination to end. Therefore, similarly to the third embodiment, even when the fuel cell vehicle 20 is started under a low temperature condition, it is possible to suppress a time lag that occurs until the fuel cell vehicle 20 becomes in a state where the fuel cell vehicle 20 can actually run. . At this time, since it is confirmed that the fuel cell vehicle 20 is able to perform the limp-home run, if it is determined that the fuel cell 100 is frozen after the vehicle starts running, the power generation of the fuel cell 100 is stopped. Then, the evacuation traveling can be performed.

また、本実施形態のステップS240およびステップS250において、第2実施形態と同様に、始動の指示により暖機運転を開始してからの燃料電池100の発電電荷量に基づいて凍結判定を行なう場合には、凍結時に燃料電池100内で実際に生じる現象に基づいて凍結判定することにより、間接的に凍結状態を推定する場合に比べて正確に凍結判定することができる。さらに、本実施形態では、凍結判定部220が凍結判定する際に、発電電荷量が電荷量β未満である状態が、基準時間T以上継続するときには、凍結状態であると判定し、発電電荷量が基準時間T内に電荷量βに達したときには、凍結状態ではないと判定している。このように、基準時間T内における発電電荷量に基づいて凍結判定を行なうことで、第3実施形態に比べて、より正確に凍結判定を行なうことができる。暖機運転を長時間継続することにより、始動時からの発電電荷量が基準値以上になって、凍結状態であるにも関わらず凍結状態ではないと判断されることを抑えられるためである。   Further, in steps S240 and S250 of the present embodiment, similar to the second embodiment, when the freezing determination is performed based on the amount of electric charge generated by the fuel cell 100 after the warm-up operation is started by the start instruction. By performing freezing determination based on a phenomenon actually occurring in the fuel cell 100 during freezing, freezing determination can be performed more accurately than when indirectly estimating a frozen state. Furthermore, in the present embodiment, when the freeze determination unit 220 determines that the charge is free, when the state in which the generated charge is less than the charge amount β continues for the reference time T or more, it is determined that the state is the frozen state, and the generated charge amount is determined. When the charge reaches the charge amount β within the reference time T, it is determined that the vehicle is not in the frozen state. As described above, by performing the freeze determination based on the amount of generated electric charge within the reference time T, the freeze determination can be performed more accurately than in the third embodiment. This is because, by continuing the warm-up operation for a long time, it is possible to prevent the amount of generated electric charge from the time of starting from being equal to or more than the reference value, and to suppress the determination that the vehicle is not in a frozen state despite being in a frozen state.

本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented with various configurations without departing from the spirit thereof. For example, the technical features of the embodiments corresponding to the technical features in each embodiment described in the summary of the invention may be used to solve some or all of the above-described problems, or to provide some of the above-described effects. Or, in order to achieve all of them, replacement and combination can be appropriately performed. Unless the technical features are described as essential in the present specification, they can be deleted as appropriate.

20…燃料電池車両、22…車体、25…スタートスイッチ、30…燃料電池システム、100…燃料電池、102…電圧センサ、103…電流センサ、104…DC/DCコンバータ、105…温度センサ、110…水素タンク、120…水素ガス供給部、121…水素供給流路、122…循環流路、123…水素放出流路、124…開閉バルブ、125…減圧バルブ、126…水素供給機器、127…循環ポンプ、128…圧力センサ、129…開閉バルブ、130…コンプレッサ、140…空気供給部、141…第1の空気流路、142…空気放出流路、143…背圧弁、144…分流弁、145…第2の空気流路、146…第3の空気流路、147…流量センサ、170…モータ、172…二次電池、173…二次電池モニタ、174…DC/DCコンバータ、178…配線、180…アクセル開度センサ、200…制御部、210…電荷検出部、220…凍結判定部、230…走行判定部、240…走行制御部、250…発電制御部、260…出力制限部、270…二次電池検出部、280…退避走行判定部 Reference Signs List 20: fuel cell vehicle, 22: body, 25: start switch, 30: fuel cell system, 100: fuel cell, 102: voltage sensor, 103: current sensor, 104: DC / DC converter, 105: temperature sensor, 110: Hydrogen tank, 120: hydrogen gas supply unit, 121: hydrogen supply channel, 122: circulation channel, 123: hydrogen release channel, 124: open / close valve, 125: pressure reducing valve, 126: hydrogen supply device, 127: circulation pump , 128 pressure sensor, 129 opening / closing valve, 130 compressor, 140 air supply unit, 141 first air flow path, 142 air release flow path, 143 back pressure valve, 144 flow dividing valve, 145 flow 2 air flow path, 146 third air flow path, 147 flow rate sensor, 170 motor, 172 secondary battery, 173 secondary battery monitor, 17 ... DC / DC converter, 178 ... wiring, 180 ... accelerator opening sensor, 200 ... control unit, 210 ... charge detection unit, 220 ... freezing determination unit, 230 ... travel determination unit, 240 ... travel control unit, 250 ... power generation control Unit, 260: output limiting unit, 270: secondary battery detection unit, 280: evacuation traveling determination unit

Claims (1)

燃料電池を搭載する燃料電池車両であって、
前記燃料電池の温度を測定可能な温度センサと、
前記燃料電池の出力電圧が目標電圧よりも低下したときに、前記燃料電池の出力電流を制限する出力制限部と、
前記燃料電池車両の走行状態を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記燃料電池車両に対して始動の指示が入力された際に、前記燃料電池の発電を開始させると共に、前記燃料電池の出力電流を用いて、前記始動の指示が入力された後の前記燃料電池における発電電荷量を検出し、
前記温度センサが検出した前記燃料電池の温度が氷点下であり、且つ、前記発電電荷量が予め定めた基準値未満の場合において、前記燃料電池車両の走行を許可できないと判定し、
前記温度センサが検出した前記燃料電池の温度が氷点を超える場合と、前記温度センサが検出した前記燃料電池の温度が氷点下であり、且つ、前記発電電荷量が前記基準値以上である場合と、において、前記燃料電池車両を走行可能状態にする
燃料電池車両。
A fuel cell vehicle equipped with a fuel cell,
A temperature sensor capable of measuring the temperature of the fuel cell,
When the output voltage of the fuel cell drops below the target voltage, an output limiting unit that limits the output current of the fuel cell,
A control unit for controlling a running state of the fuel cell vehicle;
With
The control unit includes:
When a start instruction is input to the fuel cell vehicle, power generation of the fuel cell is started, and the fuel cell after the start instruction is input using an output current of the fuel cell. The amount of charge generated in
When the temperature of the fuel cell detected by the temperature sensor is below the freezing point, and when the amount of generated electric charge is less than a predetermined reference value, it is determined that traveling of the fuel cell vehicle cannot be permitted,
When the temperature of the fuel cell detected by the temperature sensor exceeds the freezing point, and when the temperature of the fuel cell detected by the temperature sensor is below the freezing point, and the generated electric charge is equal to or more than the reference value, The fuel cell vehicle according to claim 1, wherein the fuel cell vehicle is set in a running state.
JP2018136340A 2018-07-20 2018-07-20 Fuel cell vehicle Pending JP2020014352A (en)

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