JP2020170628A - Fuel cell system - Google Patents

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淳一 大浦
Junichi Oura
淳一 大浦
良一 難波
Ryoichi Nanba
良一 難波
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Abstract

To provide a technology that can make braking force more stable in a fuel cell system.SOLUTION: In a scavenging process execution unit of a fuel cell system, an operation of a compressor is controlled to change the supply flow rate of oxidizing gas to a cathode such that the rate of a change in regenerative braking torque calculated from an estimated power generation output during a period of braking a fuel cell vehicle is slower than the rate of a change in friction braking torque which is braking torque using a friction brake.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本発明は、燃料電池システムの技術に関する。 The present invention relates to a fuel cell system technology.

従来、回生制動トルクと摩擦制動トルクとを協調作動させてドライバーからの要求制動力を実現する技術が知られている(特許文献1)。従来の技術では、ブレーキペダルの踏み増し操作に伴う制動トルク変動を許容範囲内にするために、回生制動トルク制限値を補正している。 Conventionally, there is known a technique of coordinating a regenerative braking torque and a friction braking torque to realize a braking force required by a driver (Patent Document 1). In the conventional technique, the regenerative braking torque limit value is corrected in order to keep the braking torque fluctuation due to the stepping operation of the brake pedal within an allowable range.

特開2015−105075号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-105075

ここで、燃料電池を動力源とする燃料電池車両において、回生制動トルクと摩擦制動トルクとを協調作動している期間において、ドライバーの操作によらない燃料電池の突発的な発電、すなわち掃気処理による発電が生じる場合がある。燃料電池が発電した場合、蓄電装置によって発電電力を回収するために、蓄電できる回生電力量が減少して回生制動トルクが低下する場合がある。この場合において、制動力をより安定させる技術が望まれている。 Here, in a fuel cell vehicle powered by a fuel cell, during a period in which the regenerative braking torque and the friction braking torque are coordinated, the fuel cell suddenly generates electricity without the driver's operation, that is, due to the scavenging process. Power generation may occur. When the fuel cell generates power, the amount of regenerative power that can be stored may decrease and the regenerative braking torque may decrease because the power storage device recovers the generated power. In this case, a technique for making the braking force more stable is desired.

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 forms.

本発明の一形態によれば、燃料電池車両に搭載される燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、回生動作が可能であり、前記燃料電池車両を駆動する駆動モータと、カソードとアノードとを有し、前記駆動モータに電力を供給可能な燃料電池と、前記カソードに酸化ガスを送り込むコンプレッサと、前記燃料電池車両を制動する摩擦ブレーキと、前記駆動モータに電力を供給することと、前記燃料電池が発電した発電電力および前記回生動作によって発生した回生電力を予め定めた上限値以下の範囲で蓄電することが可能な蓄電装置と、前記コンプレッサの動作を制御して前記カソードへの前記酸化ガスの供給流量を制御する制御装置と、を備え、前記燃料電池システムは、前記燃料電池車両の制動を行っている期間において、前記燃料電池の発電出力が増加するに従い、前記駆動モータの前記回生動作によって生じる回生制動トルクを減少させるように構成され、前記制御装置は、前記カソードへの前記酸化ガスの供給流量に対する前記燃料電池の発電出力を推定する発電出力推定部と、前記燃料電池内に滞留する滞留水の量を推定する滞留水推定部と、推定した前記滞留水の量が、予め定めた閾値を超えた場合に、前記コンプレッサによって前記酸化ガスを前記カソードに供給することによって前記滞留水を前記燃料電池外へ排出させる掃気処理を実行する掃気処理実行部と、前記燃料電池の電圧が、予め定めた上限電圧に到達した場合に、前記燃料電池を発電させることで前記電圧を前記上限電圧以下に維持する電圧維持部と、を備え、前記掃気処理実行部は、前記期間において、推定した前記発電出力から算出した前記回生制動トルクの変化速度が、前記摩擦ブレーキを用いた制動トルクである摩擦制動トルクの変化速度よりも遅くなるように、前記コンプレッサの動作を制御して前記カソードへの前記酸化ガスの供給流量を変化させる。この形態によれば、燃料電池の発電に伴う回生制動トルクの変化速度が、摩擦制動トルクの変化速度よりも遅くなるように、酸化ガスの供給流量を変化させることで、回生制動トルクの変化量を摩擦制動トルクで補うことができる。これにより、制動力がより安定できる。
本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、上記の燃料電池システムの他に、例えば、燃料電池システムを搭載する燃料電池車両、燃料電池システムの制御方法、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 embodiment of the present invention, a fuel cell system mounted on a fuel cell vehicle is provided. This fuel cell system has a drive motor that is capable of regenerative operation and drives the fuel cell vehicle, a fuel cell that has a cathode and an anode and can supply power to the drive motor, and an oxide gas at the cathode. A predetermined upper limit value of the compressor that feeds the fuel cell, the friction brake that brakes the fuel cell vehicle, the power supply to the drive motor, the generated power generated by the fuel cell, and the regenerated power generated by the regenerative operation. The fuel cell system includes a power storage device capable of storing electricity in the following range and a control device that controls the operation of the compressor to control the supply flow rate of the oxide gas to the cathode. During the period of braking the battery vehicle, as the power generation output of the fuel cell increases, the regenerative braking torque generated by the regenerative operation of the drive motor is configured to decrease, and the control device moves to the cathode. A power generation output estimation unit that estimates the power generation output of the fuel cell with respect to the supply flow rate of the oxide gas, a stagnant water estimation unit that estimates the amount of stagnant water that stays in the fuel cell, and an estimated amount of the stagnant water. However, when the value exceeds a predetermined threshold value, the scavenging process execution unit that executes the scavenging process for discharging the accumulated water to the outside of the fuel cell by supplying the oxidation gas to the cathode by the compressor, and the fuel. When the voltage of the battery reaches a predetermined upper limit voltage, the fuel cell is provided with a voltage maintenance unit that maintains the voltage below the upper limit voltage by generating power, and the scavenging processing execution unit is described. During the period, the operation of the compressor is controlled so that the change speed of the regenerative braking torque calculated from the estimated power generation output becomes slower than the change speed of the friction braking torque, which is the braking torque using the friction brake. The supply flow rate of the oxide gas to the cathode is changed. According to this form, the amount of change in the regenerative braking torque is changed by changing the supply flow rate of the oxide gas so that the change speed of the regenerative braking torque due to the power generation of the fuel cell becomes slower than the change speed of the friction braking torque. Can be supplemented with friction braking torque. As a result, the braking force can be made more stable.
The present invention can be realized in various forms, and in addition to the above-mentioned fuel cell system, for example, a fuel cell vehicle equipped with a fuel cell system, a control method of the fuel cell system, and a control method thereof are realized. It can be realized in the form of a computer program, a non-temporary recording medium on which the computer program is recorded, or the like.

実施形態における燃料電池車両の概略構成を示す説明図。The explanatory view which shows the schematic structure of the fuel cell vehicle in an embodiment. 制御装置の機能ブロック図。Functional block diagram of the control device. 回生協調制動時の制動トルクの変化を模式的に説明するための図。The figure for exemplifying the change of the braking torque at the time of regenerative cooperative braking. 蓄電装置の充電量について説明するための図。The figure for demonstrating the charge amount of a power storage device. 回生協調制動時の制動トルクの変化を模式的に示す参考図。A reference diagram schematically showing a change in braking torque during regenerative cooperative braking. 制御装置が協調制動期間に実行する処理のフローチャート。A flowchart of the process executed by the control device during the coordinated braking period. 本実施形態におけるブレーキ踏込量、酸化ガス供給流量および制動トルクのタイミングチャートの一例。An example of a timing chart of the brake depression amount, the oxide gas supply flow rate, and the braking torque in this embodiment. 参考例のタイミングチャート。Reference example timing chart.

A.実施形態:
図1は、実施形態における燃料電池車両20の概略構成を示す説明図である。燃料電池車両20は、燃料電池システム30と、前輪FWと、後輪RWとを備える。燃料電池システム30は、燃料電池100と、蓄電装置421と、駆動モータ40と、摩擦ブレーキ50と、アクセルペダル70と、ブレーキペダル72と、車速検出部60と、制御装置80と、を備えている。
A. Embodiment:
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the fuel cell vehicle 20 in the embodiment. The fuel cell vehicle 20 includes a fuel cell system 30, front wheel FW, and rear wheel RW. The fuel cell system 30 includes a fuel cell 100, a power storage device 421, a drive motor 40, a friction brake 50, an accelerator pedal 70, a brake pedal 72, a vehicle speed detection unit 60, and a control device 80. There is.

燃料電池車両20は、アクセルペダル70やブレーキペダル72の操作に応じて駆動または制動される。本実施形態の駆動モータ40は、回生動作が可能であり、燃料電池車両20を駆動する。つまり、駆動モータ40は、燃料電池車両20を駆動する力行モードと、燃料電池車両20を制動する回生モードとで動作可能である。力行モード時の駆動モータ40は、燃料電池システム30から電力の供給を受けて、前輪FWと後輪RWとの少なくとも一方を回転させることによって燃料電池車両20を駆動する。回生モード時の駆動モータ40は、燃料電池車両20の運動エネルギを電力に変換することによって燃料電池車両20を制動する。回生モード時の駆動モータ40による制動のことを、回生ブレーキとも呼ぶ。本実施形態の燃料電池車両20は、回生ブレーキと摩擦ブレーキ50とを併用した回生協調ブレーキによって制動される。摩擦ブレーキによる制動トルクのことを摩擦制動トルクとも呼び、回生ブレーキによる制動トルクのことを回生制動トルクとも呼び、回生協調ブレーキによる制動トルクのことを回生協調制動トルクとも呼ぶ。 The fuel cell vehicle 20 is driven or braked according to the operation of the accelerator pedal 70 and the brake pedal 72. The drive motor 40 of the present embodiment is capable of regenerative operation and drives the fuel cell vehicle 20. That is, the drive motor 40 can operate in the power running mode for driving the fuel cell vehicle 20 and the regenerative mode for braking the fuel cell vehicle 20. The drive motor 40 in the power running mode drives the fuel cell vehicle 20 by receiving electric power from the fuel cell system 30 and rotating at least one of the front wheel FW and the rear wheel RW. The drive motor 40 in the regenerative mode brakes the fuel cell vehicle 20 by converting the kinetic energy of the fuel cell vehicle 20 into electric power. Braking by the drive motor 40 in the regenerative mode is also called regenerative braking. The fuel cell vehicle 20 of the present embodiment is braked by a regenerative cooperative brake in which a regenerative brake and a friction brake 50 are used in combination. The braking torque due to the friction brake is also called the friction braking torque, the braking torque due to the regenerative braking is also called the regenerative braking torque, and the braking torque due to the regenerative cooperative braking is also called the regenerative cooperative braking torque.

本実施形態の燃料電池システム30は、燃料電池100に加え、水素給排系200と、空気給排系300と、電力供給系400とを備えている。本実施形態の燃料電池100は、固体高分子形の燃料電池である。燃料電池100は、電気化学反応によって起電力を発生させる。燃料電池100は、アノードとカソードとを有する。燃料電池100の反応ガスには、燃料ガスとして水素ガスが用いられ、酸化ガスとして空気が用いられる。燃料電池100は、複数の単セルが積層したスタック構造を有し、それぞれの単セル同士は直列に接続されている。それぞれの単セルは、電解質膜の両面に電極触媒層を有する膜電極接合体と、膜電極接合体を挟持する一対のセパレータとを備えている。アノード側における膜電極接合体とセパレータとの間には、水素ガスが流通可能なアノード流路が形成されている。カソード側における膜電極接合体とセパレータとの間には、空気が流通可能なカソード流路が形成されている。燃料電池100は、駆動モータ40に電力を供給可能である。 The fuel cell system 30 of the present embodiment includes a hydrogen supply / exhaust system 200, an air supply / exhaust system 300, and a power supply system 400 in addition to the fuel cell 100. The fuel cell 100 of the present embodiment is a polymer electrolyte fuel cell. The fuel cell 100 generates an electromotive force by an electrochemical reaction. The fuel cell 100 has an anode and a cathode. As the reaction gas of the fuel cell 100, hydrogen gas is used as the fuel gas, and air is used as the oxidation gas. The fuel cell 100 has a stack structure in which a plurality of single cells are stacked, and each single cell is connected in series. Each single cell includes a membrane electrode assembly having electrode catalyst layers on both sides of the electrolyte membrane, and a pair of separators sandwiching the membrane electrode assembly. An anode flow path through which hydrogen gas can flow is formed between the membrane electrode assembly and the separator on the anode side. A cathode flow path through which air can flow is formed between the membrane electrode assembly and the separator on the cathode side. The fuel cell 100 can supply electric power to the drive motor 40.

水素給排系200は、水素供給部210と、水素循環部220と、水素排出部230とを備えている。水素供給部210は、水素タンク211と、水素供給流路212と、主止弁213と、減圧弁214と、インジェクタ215とを備えている。水素タンク211は、燃料電池100に供給するための水素ガスを高圧の状態で貯蔵している。水素供給流路212は、水素タンク211と燃料電池100のアノード流路とを接続する流路である。水素供給流路212には、上流側から順に、主止弁213と、減圧弁214とが設けられている。主止弁213が開弁されることによって、水素タンク211に貯蔵された高圧の水素ガスが、水素供給流路212へと流れる。高圧の水素ガスは、減圧弁214によって所定の圧力まで減圧された後、燃料電池100の発電要求に応じてインジェクタ215から燃料電池100へと供給される。 The hydrogen supply / discharge system 200 includes a hydrogen supply unit 210, a hydrogen circulation unit 220, and a hydrogen discharge unit 230. The hydrogen supply unit 210 includes a hydrogen tank 211, a hydrogen supply flow path 212, a main check valve 213, a pressure reducing valve 214, and an injector 215. The hydrogen tank 211 stores hydrogen gas for supplying to the fuel cell 100 in a high pressure state. The hydrogen supply flow path 212 is a flow path that connects the hydrogen tank 211 and the anode flow path of the fuel cell 100. The hydrogen supply flow path 212 is provided with a main stop valve 213 and a pressure reducing valve 214 in this order from the upstream side. When the main check valve 213 is opened, the high-pressure hydrogen gas stored in the hydrogen tank 211 flows into the hydrogen supply flow path 212. The high-pressure hydrogen gas is depressurized to a predetermined pressure by the pressure reducing valve 214, and then supplied from the injector 215 to the fuel cell 100 in response to the power generation request of the fuel cell 100.

水素循環部220は、水素循環流路221と、水素循環ポンプ222とを備えている。水素循環流路221は、燃料電池100のアノード流路と、水素供給流路212におけるインジェクタ215よりも下流側とを接続する流路である。水素循環流路221には、水素循環ポンプ222が設けられている。燃料電池100から排出されたアノードオフガスに含まれる未消費の水素ガスは、循環ポンプによって、水素供給流路212に循環する。尚、アノードオフガスには、未消費の水素ガスの他に、燃料電池100の発電に伴う生成水や窒素ガスが含まれる。このため、水素循環流路221における燃料電池100と循環ポンプとの間に設けられた図示しない気液分離器によって、未消費の水素ガスと、生成水や窒素ガスとが分離される。 The hydrogen circulation unit 220 includes a hydrogen circulation flow path 221 and a hydrogen circulation pump 222. The hydrogen circulation flow path 221 is a flow path that connects the anode flow path of the fuel cell 100 and the downstream side of the hydrogen supply flow path 212 with respect to the injector 215. A hydrogen circulation pump 222 is provided in the hydrogen circulation flow path 221. The unconsumed hydrogen gas contained in the anode off gas discharged from the fuel cell 100 is circulated to the hydrogen supply flow path 212 by the circulation pump. In addition to the unconsumed hydrogen gas, the anode off gas includes generated water and nitrogen gas generated by the power generation of the fuel cell 100. Therefore, the unconsumed hydrogen gas and the generated water or nitrogen gas are separated by a gas-liquid separator (not shown) provided between the fuel cell 100 and the circulation pump in the hydrogen circulation flow path 221.

水素排出部230は、水素排出流路231と、排気排水弁232とを備えている。水素排出流路231は、水素循環流路221における燃料電池100と水素循環ポンプ222との間と、後述する空気排出流路321とを接続する流路である。水素排出流路231には、排気排水弁232が設けられている。排気排水弁232が開弁されることによって、アノードオフガスが、空気排出流路321を介して大気へと排出される。 The hydrogen discharge unit 230 includes a hydrogen discharge flow path 231 and an exhaust drain valve 232. The hydrogen discharge flow path 231 is a flow path connecting the fuel cell 100 and the hydrogen circulation pump 222 in the hydrogen circulation flow path 221 and the air discharge flow path 321 described later. An exhaust drain valve 232 is provided in the hydrogen discharge flow path 231. When the exhaust drain valve 232 is opened, the anode off gas is discharged to the atmosphere through the air discharge flow path 321.

空気給排系300は、空気供給部310と、空気排出部320とを備えている。空気供給部310は、空気導入流路311と、エアフローメータ312と、コンプレッサ313と、分流弁314と、空気供給流路315と、空気バイパス流路316とを備えている。空気導入流路311は、大気に連通する流路であり、分流弁314によって空気供給流路315と空気バイパス流路316とに接続されている。空気導入流路311には、上流側から順に、エアフローメータ312と、コンプレッサ313と、分流弁314とが設けられている。エアフローメータ312は、空気導入流路311に導入された空気の流量を検出するセンサである。コンプレッサ313は、空気導入流路311へと空気を導入して、導入した空気を燃料電池100へと送り込むための圧縮機である。本実施形態のコンプレッサ313は、ターボコンプレッサである。コンプレッサ313は、ターボ式圧縮機に限られず、容積式圧縮機であってもよい。分流弁314は、空気供給流へと流れる空気の流量と、空気バイパス流路316へと流れる空気の流量とを、開度に応じて調節可能である。空気供給流路315は、分流弁314と燃料電池100のカソード流路とを接続する流路である。空気バイパス流路316は、分流弁314と後述する空気排出流路321とを接続する流路である。尚、空気バイパス流路316は、空気排出流路321に接続されずに、大気に連通してもよい。 The air supply / exhaust system 300 includes an air supply unit 310 and an air discharge unit 320. The air supply unit 310 includes an air introduction flow path 311, an air flow meter 312, a compressor 313, a flow dividing valve 314, an air supply flow path 315, and an air bypass flow path 316. The air introduction flow path 311 is a flow path communicating with the atmosphere, and is connected to the air supply flow path 315 and the air bypass flow path 316 by a flow dividing valve 314. The air introduction flow path 311 is provided with an air flow meter 312, a compressor 313, and a flow dividing valve 314 in this order from the upstream side. The air flow meter 312 is a sensor that detects the flow rate of the air introduced into the air introduction flow path 311. The compressor 313 is a compressor for introducing air into the air introduction flow path 311 and sending the introduced air to the fuel cell 100. The compressor 313 of this embodiment is a turbo compressor. The compressor 313 is not limited to the turbo compressor, and may be a positive displacement compressor. The shunt valve 314 can adjust the flow rate of the air flowing into the air supply flow and the flow rate of the air flowing into the air bypass flow path 316 according to the opening degree. The air supply flow path 315 is a flow path that connects the flow dividing valve 314 and the cathode flow path of the fuel cell 100. The air bypass flow path 316 is a flow path that connects the flow dividing valve 314 and the air discharge flow path 321 described later. The air bypass flow path 316 may communicate with the atmosphere without being connected to the air discharge flow path 321.

空気排出部320は、空気排出流路321と、調圧弁322とを備えている。空気排出流路321は、燃料電池100のカソード流路に接続された、大気に連通する流路である。空気排出流路321には、調圧弁322が設けられている。調圧弁322の開度が調節されることによって、燃料電池100のカソード流路内の空気の圧力や、コンプレッサ313によって吐出される空気の流量が調節される。空気排出流路321における調圧弁322よりも下流側には、上流側から順に、上述した空気バイパス流路316と、水素排出流路231とが接続されている。燃料電池100のカソードから排出されたカソードオフガスは、空気バイパス流路316から流入した空気や、水素排出流路231から流入したアノードオフガスとともに、空気排出流路321を流れて、大気へと排出される。 The air discharge unit 320 includes an air discharge flow path 321 and a pressure regulating valve 322. The air discharge flow path 321 is a flow path that is connected to the cathode flow path of the fuel cell 100 and communicates with the atmosphere. A pressure regulating valve 322 is provided in the air discharge flow path 321. By adjusting the opening degree of the pressure regulating valve 322, the pressure of the air in the cathode flow path of the fuel cell 100 and the flow rate of the air discharged by the compressor 313 are adjusted. On the downstream side of the pressure regulating valve 322 in the air discharge flow path 321, the above-mentioned air bypass flow path 316 and the hydrogen discharge flow path 231 are connected in order from the upstream side. The cathode off gas discharged from the cathode of the fuel cell 100 flows through the air discharge flow path 321 together with the air flowing in from the air bypass flow path 316 and the anode off gas flowing in from the hydrogen discharge flow path 231 and is discharged to the atmosphere. To.

燃料電池システム30は、さらに、燃料電池100の温度を調節するための図示しない冷媒循環系を備えている。冷媒循環系は、燃料電池100を冷却した冷媒が、冷媒を放熱させるラジエータを経由して、燃料電池100に循環するように構成されている。 The fuel cell system 30 further includes a refrigerant circulation system (not shown) for adjusting the temperature of the fuel cell 100. The refrigerant circulation system is configured such that the refrigerant that has cooled the fuel cell 100 circulates to the fuel cell 100 via a radiator that dissipates the refrigerant.

電力供給系400は、昇圧コンバータ411と、インバータ412と、蓄電装置421と、昇降圧コンバータ422と、第1配線431と、第2配線432とを備えている。燃料電池100と、昇圧コンバータ411と、インバータ412とが第1配線431によってこの順に電気的に接続されている。蓄電装置421と、昇降圧コンバータ422と、第1配線431における昇圧コンバータ411とインバータ412との間とが第2配線432によってこの順に電気的に接続されている。燃料電池100によって発電された直流電力は、昇圧コンバータ411によって昇圧された後に、インバータ412によって三相交流電力に変換されて、駆動モータ40に供給される。蓄電装置421によって蓄電された直流電力は、昇降圧コンバータ422によって昇圧された後に、インバータ412によって三相交流電力に変換されて、駆動モータ40に供給される。昇降圧コンバータ422は、蓄電装置421に蓄電された電力を昇圧可能なだけでなく、燃料電池100によって発電された電力や、回生モード時の駆動モータ40によって発電された電力を降圧可能に構成されている。インバータ412は、直流電力から交流電力に変換可能に構成されているだけでなく、交流電力から直流電力に変換可能に構成されている。 The power supply system 400 includes a boost converter 411, an inverter 412, a power storage device 421, a buck-boost converter 422, a first wiring 431, and a second wiring 432. The fuel cell 100, the boost converter 411, and the inverter 412 are electrically connected in this order by the first wiring 431. The power storage device 421, the buck-boost converter 422, and the boost converter 411 and the inverter 412 in the first wiring 431 are electrically connected in this order by the second wiring 432. The DC power generated by the fuel cell 100 is boosted by the boost converter 411, then converted into three-phase AC power by the inverter 412, and supplied to the drive motor 40. The DC power stored by the power storage device 421 is boosted by the buck-boost converter 422, then converted into three-phase AC power by the inverter 412, and supplied to the drive motor 40. The buck-boost converter 422 is configured not only to be able to boost the power stored in the power storage device 421, but also to be able to step down the power generated by the fuel cell 100 and the power generated by the drive motor 40 in the regeneration mode. ing. The inverter 412 is not only configured to be convertible from DC power to AC power, but is also configured to be convertible from AC power to DC power.

蓄電装置421は、燃料電池100が発電した発電電力と、回生モード時の駆動モータ40の回生動作によって発生した回生電力と、を蓄電することが可能である。発電電力と回生電力とを合計した電力が、コンプレッサ313と水素循環ポンプ222とを含む燃料電池システム30の補機等によって消費される電力を上回る場合、上回った量の電力は、蓄電装置421に蓄電される。蓄電装置421は、予め定めた上限値以下の蓄電量の範囲で蓄電される。蓄電装置421に蓄電された電力は、駆動モータ40や、燃料電池システム30の補機に供給可能である。蓄電装置421として、例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等を用いることができる。尚、蓄電装置421は、二次電池ではなく、キャパシタであってもよい。 The power storage device 421 can store the generated power generated by the fuel cell 100 and the regenerative power generated by the regenerative operation of the drive motor 40 in the regenerative mode. When the total power of the generated power and the regenerated power exceeds the power consumed by the auxiliary equipment of the fuel cell system 30 including the compressor 313 and the hydrogen circulation pump 222, the excess amount of power is transferred to the power storage device 421. It is stored. The power storage device 421 is stored in a range of a power storage amount equal to or less than a predetermined upper limit value. The electric power stored in the power storage device 421 can be supplied to the drive motor 40 and the auxiliary equipment of the fuel cell system 30. As the power storage device 421, for example, a lithium ion battery, a nickel hydrogen battery, or the like can be used. The power storage device 421 may be a capacitor instead of a secondary battery.

摩擦ブレーキ50は、燃料電池車両20の運動エネルギを摩擦による熱エネルギに変換することによって、燃料電池車両20を制動するための減速装置である。本実施形態の摩擦ブレーキ50は、アクチュエータによって駆動する油圧式ディスクブレーキである。燃料電池車両20は、摩擦ブレーキ50のマスタシリンダ圧力であるブレーキ油圧を検出する液圧センサ52を有する。尚、摩擦ブレーキ50は、アクチュエータによって駆動するドラムブレーキであってもよい。 The friction brake 50 is a speed reducing device for braking the fuel cell vehicle 20 by converting the kinetic energy of the fuel cell vehicle 20 into thermal energy due to friction. The friction brake 50 of the present embodiment is a hydraulic disc brake driven by an actuator. The fuel cell vehicle 20 has a hydraulic pressure sensor 52 that detects the brake hydraulic pressure, which is the master cylinder pressure of the friction brake 50. The friction brake 50 may be a drum brake driven by an actuator.

車速検出部60は、燃料電池車両20の車速を検出する。本実施形態の車速検出部60は、車輪速センサによって得られた燃料電池車両20の各車輪の回転速度を用いて車速を検出する。尚、車速検出部60は、加速度センサによって得られた燃料電池車両20の加速度を用いて車速を検出してもよいし、GNSS(Global Navigation Satellite System)によって得られた位置情報を用いて車速を検出してもよい。 The vehicle speed detection unit 60 detects the vehicle speed of the fuel cell vehicle 20. The vehicle speed detection unit 60 of the present embodiment detects the vehicle speed by using the rotation speed of each wheel of the fuel cell vehicle 20 obtained by the wheel speed sensor. The vehicle speed detection unit 60 may detect the vehicle speed by using the acceleration of the fuel cell vehicle 20 obtained by the acceleration sensor, or may use the position information obtained by GNSS (Global Navigation Satellite System) to determine the vehicle speed. It may be detected.

制御装置80は、燃料電池車両20の動作を制御する。制御装置80は、例えば、コンプレッサ313の動作を制御してカソードへの酸化ガスの供給流量を制御する。 The control device 80 controls the operation of the fuel cell vehicle 20. The control device 80 controls, for example, the operation of the compressor 313 to control the supply flow rate of the oxidizing gas to the cathode.

図2は、制御装置80の機能ブロック図である。制御装置80は、CPU81と、記憶部89と、各部品が接続されるインターフェース回路と、を備えたコンピュータとして構成されている。記憶部89は、ROMやROMなどによって構成され、燃料電池車両20を制御するための各種プログラムや、各種データが記憶されている。記憶部89には、例えば、回生制動トルクマップ(図示せず)が記憶されている。回生制動トルクマップは、回生協調制動時における、燃料電池100の発電出力と、車速によって定まる駆動モータ40の回転数とによって定まる回生制動トルクを規定するマップである。CPU81は、記憶部89に記憶された各種プログラムを実行することにより、発電出力推定部82と、滞留水推定部83と、掃気処理実行部84と、電圧維持部86と、動力制御部87として機能する。 FIG. 2 is a functional block diagram of the control device 80. The control device 80 is configured as a computer including a CPU 81, a storage unit 89, and an interface circuit to which each component is connected. The storage unit 89 is composed of a ROM, a ROM, or the like, and stores various programs for controlling the fuel cell vehicle 20 and various data. For example, a regenerative braking torque map (not shown) is stored in the storage unit 89. The regenerative braking torque map is a map that defines the regenerative braking torque determined by the power generation output of the fuel cell 100 and the rotation speed of the drive motor 40 determined by the vehicle speed during the regenerative cooperative braking. By executing various programs stored in the storage unit 89, the CPU 81 serves as a power generation output estimation unit 82, a stagnant water estimation unit 83, a scavenging processing execution unit 84, a voltage maintenance unit 86, and a power control unit 87. Function.

発電出力推定部82は、燃料電池100のカソードへの酸化ガスの供給流量に対する燃料電池100の発電出力[kW]を推定する。発電出力推定部82は、例えば、記憶部89に記憶された、酸化ガスの供給流量と発電出力の関係を示したマップを用いて、発電出力を推定する。なお、他の実施形態では、発電出力推定部82は、燃料電池100の電圧を検出する電圧センサ(図示せず)と、燃料電池100の電流を検出する電流センサ(図示せず)とを用いて燃料電池100の発電出力として推定してもよい。 The power generation output estimation unit 82 estimates the power generation output [kW] of the fuel cell 100 with respect to the supply flow rate of the oxidizing gas to the cathode of the fuel cell 100. The power generation output estimation unit 82 estimates the power generation output by using, for example, a map stored in the storage unit 89 showing the relationship between the supply flow rate of the oxide gas and the power generation output. In another embodiment, the power generation output estimation unit 82 uses a voltage sensor (not shown) for detecting the voltage of the fuel cell 100 and a current sensor (not shown) for detecting the current of the fuel cell 100. It may be estimated as the power generation output of the fuel cell 100.

滞留水推定部83は、燃料電池100内に滞留する滞留水の量を推定する。具体的には、滞留水推定部83は、単位時間当たりの滞留水の増加量を推定し、推定した単位時間当たりの滞留水の増加量を推定し、初期値に対して推定した単位時間当たりの滞留水の増加量を積算することによって滞留水の量を推定する。初期値は、例えば、ゼロに設定されている。また、滞留水推定部83は、後述する掃気処理が完了した時点で、滞留水の量を初期値に戻す。 The stagnant water estimation unit 83 estimates the amount of stagnant water staying in the fuel cell 100. Specifically, the stagnant water estimation unit 83 estimates the amount of increase in stagnant water per unit time, estimates the amount of increase in stagnant water per estimated unit time, and per unit time estimated with respect to the initial value. The amount of stagnant water is estimated by integrating the amount of increase in stagnant water. The initial value is set to, for example, zero. Further, the stagnant water estimation unit 83 returns the amount of stagnant water to the initial value when the scavenging treatment described later is completed.

滞留水推定部83は、単位時間当たりに燃料電池100の発電に伴って生じる生成水の量と、単位時間当たりに燃料電池100からカソードオフガスとともに排出される水分の量との差を、単位時間当たりの滞留水の増加量として推定する。単位時間当たりに燃料電池100の発電に伴って生じる生成水の量は、燃料電池100から出力される電流と、水の分子量などを用いて算出できる。単位時間当たりに燃料電池100からカソードオフガスとともに排出される水分の量は、燃料電池100内の温度における飽和水蒸気量と、燃料電池100内に供給される空気の流量などを用いて算出できる。なお、燃料電池100から出力される電流は、電流センサを用いて測定できる。燃料電池100内の温度として、燃料電池100の冷媒出口近傍における冷媒の温度を用いることができる。燃料電池100の冷媒出口近傍における冷媒の温度は、温度センサを用いて測定できる。 The stagnant water estimation unit 83 determines the difference between the amount of generated water generated by the power generation of the fuel cell 100 per unit time and the amount of water discharged from the fuel cell 100 together with the cathode off gas per unit time. Estimated as the amount of increase in accumulated water per hit. The amount of generated water generated by the power generation of the fuel cell 100 per unit time can be calculated by using the current output from the fuel cell 100, the molecular weight of water, and the like. The amount of water discharged from the fuel cell 100 together with the cathode off gas per unit time can be calculated by using the amount of saturated water vapor at the temperature inside the fuel cell 100, the flow rate of air supplied into the fuel cell 100, and the like. The current output from the fuel cell 100 can be measured using a current sensor. As the temperature inside the fuel cell 100, the temperature of the refrigerant in the vicinity of the refrigerant outlet of the fuel cell 100 can be used. The temperature of the refrigerant in the vicinity of the refrigerant outlet of the fuel cell 100 can be measured using a temperature sensor.

掃気処理実行部84は、滞留水推定部83が推定した滞留水の量が、予め定めた閾値を超えた場合に、掃気処理を実行する。掃気処理は、燃料電池車両20からの要求電力に拘わらず、コンプレッサ313によって予め定めた目標流量の酸化ガスをカソードに供給することによって燃料電池100内の滞留水を燃料電池100外へ排出させる処理である。なお、掃気処理の実行中において、燃料電池100のアノードへは、予め定めた流量のアノードガスが供給されている。 The scavenging process execution unit 84 executes the scavenging process when the amount of stagnant water estimated by the stagnant water estimation unit 83 exceeds a predetermined threshold value. The scavenging process is a process of discharging the accumulated water in the fuel cell 100 to the outside of the fuel cell 100 by supplying the cathode with an oxidation gas having a predetermined target flow rate by the compressor 313, regardless of the power required from the fuel cell vehicle 20. Is. During the execution of the scavenging process, the anode gas of the fuel cell 100 is supplied with a predetermined flow rate of the anode gas.

電圧維持部86は、燃料電池100の電圧が予め定めた上限電圧に到達した場合に、燃料電池100から引く電流を調整して燃料電池100を発電させることで、燃料電池100の電圧を上限電圧以下に維持する。具体的には、電圧維持部86は、図示しない燃料電池100の電圧センサの検出値が上限電圧に到達した場合に、昇圧コンバータ411を制御して、燃料電池100から電流を引くことで燃料電池100を発電させて、電圧を上限電圧以下に維持する。燃料電池100の電圧が予め定めた上限電圧以下に維持されることで、燃料電池100が劣化することを抑制できる。燃料電池100の劣化は、燃料電池100が有する白金などの触媒が溶出することで生じ得る。動力制御部87は、摩擦制動トルクと回生制動トルクとの割合を制御する。 When the voltage of the fuel cell 100 reaches a predetermined upper limit voltage, the voltage maintenance unit 86 adjusts the current drawn from the fuel cell 100 to generate the fuel cell 100, thereby setting the voltage of the fuel cell 100 to the upper limit voltage. Keep below. Specifically, the voltage maintenance unit 86 controls the boost converter 411 when the detection value of the voltage sensor of the fuel cell 100 (not shown) reaches the upper limit voltage, and draws a current from the fuel cell 100 to draw a current from the fuel cell 100. 100 is generated to maintain the voltage below the upper limit voltage. Deterioration of the fuel cell 100 can be suppressed by maintaining the voltage of the fuel cell 100 to be equal to or lower than a predetermined upper limit voltage. Deterioration of the fuel cell 100 can occur due to elution of a catalyst such as platinum contained in the fuel cell 100. The power control unit 87 controls the ratio between the friction braking torque and the regenerative braking torque.

図3は、回生協調制動時の制動トルクの変化を模式的に説明するための図である。横軸は、回生協調ブレーキによる制動を開始してから燃料電池車両20が停車するまでの時間を表している。縦軸は、回生協調制動トルクを表している。一般に、駆動モータ40が回生電力を発生させるための駆動輪からのトルクが、十分に得られない低速度域では、回生制動トルクは低下する。そのため、本実施形態の制御装置80は、安定した回生協調制動トルクを確保するために、燃料電池車両20が低速になるにつれて、回生制動トルクの割合を減少させる。 FIG. 3 is a diagram for schematically explaining a change in braking torque during regenerative cooperative braking. The horizontal axis represents the time from the start of braking by the regenerative cooperative brake until the fuel cell vehicle 20 stops. The vertical axis represents the regenerative cooperative braking torque. Generally, the regenerative braking torque decreases in a low speed range in which the torque from the drive wheels for generating the regenerative power of the drive motor 40 is not sufficiently obtained. Therefore, the control device 80 of the present embodiment reduces the ratio of the regenerative braking torque as the fuel cell vehicle 20 becomes slower in order to secure a stable regenerative cooperative braking torque.

図4は、蓄電装置421の充電量について説明するための図である。蓄電装置421は、予め定めた上限値Cu以下の範囲で蓄電できるように制御装置80によって制御される。回生協調ブレーキが実行されている協調制動期間において、燃料電池100の発電が停止されている場合には、より多くの回生電力を蓄電装置421に蓄電できる。一方で、協調制動期間において、掃気処理が実行され、電圧を上限電圧以下に維持するために燃料電池100を発電させた場合、燃料電池車両20の走行のために必要な電力以上の発電電力が発生する場合がある。このため、余剰分の発電電力を蓄電装置421で蓄電するために、蓄電できる回生電力が減少する。 FIG. 4 is a diagram for explaining the charge amount of the power storage device 421. The power storage device 421 is controlled by the control device 80 so that power can be stored in a range of Cu or less, which is a predetermined upper limit value. When the power generation of the fuel cell 100 is stopped during the coordinated braking period in which the regenerative cooperative braking is executed, more regenerative electric power can be stored in the power storage device 421. On the other hand, in the coordinated braking period, when the scavenging process is executed and the fuel cell 100 is generated to maintain the voltage below the upper limit voltage, the generated power exceeding the power required for the running of the fuel cell vehicle 20 is generated. It may occur. Therefore, since the surplus generated power is stored in the power storage device 421, the regenerative power that can be stored decreases.

図5は、回生協調制動時の制動トルクの変化を模式的に示す参考図である。図5では、回生制動トルクが発生した状態で掃気処理が実行された場合における、回生協調制動トルクの変化を表している。掃気処理が実行されると、蓄電装置421において回生電力の蓄電量が減少する(図4)。これにより、蓄電装置421の充電量が上限値Cuに達した場合、回生電力の蓄電または消費先がなくなって、駆動モータ40からの電流が流れなくなる。そのため、燃料電池システム30において、燃料電池100の発電出力が増加するに伴って、駆動モータ40が駆動輪の回転を制動するための磁力が低下して、回生制動トルクが低下する。回生制動トルクが低下した場合、摩擦ブレーキ50の摩擦制動トルクを上げて、ドライバーが意図する制動トルクを補うように制御される。 FIG. 5 is a reference diagram schematically showing a change in braking torque during regenerative cooperative braking. FIG. 5 shows a change in the regenerative cooperative braking torque when the scavenging process is executed in a state where the regenerative braking torque is generated. When the scavenging process is executed, the amount of regenerative power stored in the power storage device 421 decreases (FIG. 4). As a result, when the charge amount of the power storage device 421 reaches the upper limit value Cu, there is no storage or consumption destination of the regenerative power, and the current from the drive motor 40 does not flow. Therefore, in the fuel cell system 30, as the power generation output of the fuel cell 100 increases, the magnetic force for the drive motor 40 to brake the rotation of the drive wheels decreases, and the regenerative braking torque decreases. When the regenerative braking torque decreases, the friction braking torque of the friction brake 50 is increased to supplement the braking torque intended by the driver.

本実施形態の掃気処理実行部84は、掃気処理によって低下した回生制動トルクを摩擦ブレーキ50による摩擦制動トルクで補えるように、摩擦ブレーキ50の応答性に合わせて掃気処理における酸化ガスの供給流量を変化させる。詳細には、掃気処理実行部84は、協調制動期間において、掃気処理における推定した発電出力から算出した駆動モータ40の回生制動トルクの変化速度が、摩擦ブレーキ50を用いた摩擦制動トルクの変化速度よりも遅くなるように、コンプレッサ313の動作を制御してカソードへの酸化ガスの供給流量を変化させる。 The scavenging process execution unit 84 of the present embodiment adjusts the supply flow rate of the oxide gas in the scavenging process according to the responsiveness of the friction brake 50 so that the regenerative braking torque reduced by the scavenging process can be compensated by the friction braking torque by the friction brake 50. Change. Specifically, in the scavenging process execution unit 84, the change speed of the regenerative braking torque of the drive motor 40 calculated from the estimated power generation output in the scavenging process during the coordinated braking period is the change speed of the friction braking torque using the friction brake 50. The operation of the compressor 313 is controlled to change the supply flow rate of the oxide gas to the cathode so as to be slower than the above.

本実施形態において、摩擦ブレーキ50の応答性は、ブレーキ油圧の高低によって変化する。つまり、ブレーキ油圧が高い場合は摩擦ブレーキ50の応答性が早く、ブレーキ油圧が低い場合は摩擦ブレーキ50の応答性が低い。 In the present embodiment, the responsiveness of the friction brake 50 changes depending on the level of the brake hydraulic pressure. That is, when the brake hydraulic pressure is high, the responsiveness of the friction brake 50 is fast, and when the brake hydraulic pressure is low, the responsiveness of the friction brake 50 is low.

図6は、制御装置80が協調制動期間に実行する処理のフローチャートである。制御装置80は、掃気処理要求があるか否かを判定する(ステップS10)。具体的には、掃気処理実行部84は、滞留水推定部83が推定した滞留水の量が、予め定めた閾値を超えた場合には掃気処理要求があると判定する。一方で、掃気処理実行部84は、滞留水推定部83が推定した滞留水の量が、予め定めた閾値以下の場合には掃気処理要求がないと判定し、繰り返しステップS10の判定を実行する。 FIG. 6 is a flowchart of processing executed by the control device 80 during the cooperative braking period. The control device 80 determines whether or not there is a scavenging process request (step S10). Specifically, the scavenging treatment execution unit 84 determines that there is a scavenging treatment request when the amount of stagnant water estimated by the stagnant water estimation unit 83 exceeds a predetermined threshold value. On the other hand, the scavenging treatment execution unit 84 determines that there is no scavenging treatment request when the amount of stagnant water estimated by the stagnant water estimation unit 83 is equal to or less than a predetermined threshold value, and repeatedly executes the determination in step S10. ..

ステップS10において「Yes」の判定が成された場合、掃気処理実行部84は、摩擦ブレーキ50が準備状態か否かを判定する(ステップS12)。具体的には、掃気処理実行部84は、液圧センサ52の検出圧が予め定めた基準圧以上か否かを判定する。ステップS12において、検出圧が基準圧以上である場合には摩擦ブレーキ50の応答性が早いと判定できる。 When the determination of "Yes" is made in step S10, the scavenging processing execution unit 84 determines whether or not the friction brake 50 is in the ready state (step S12). Specifically, the scavenging process execution unit 84 determines whether or not the detected pressure of the hydraulic pressure sensor 52 is equal to or higher than a predetermined reference pressure. In step S12, when the detected pressure is equal to or higher than the reference pressure, it can be determined that the responsiveness of the friction brake 50 is fast.

ステップS12で「Yes」の判定が成された場合には、掃気処理実行部84は、掃気処理における目標流量に到達するまでの、カソードへ供給する酸化ガスの供給流量の上昇速度を第1値に設定する(ステップS14)。一方で、ステップS14で「No」の判定が成された場合には、掃気処理実行部84は、掃気処理における目標流量に到達するまでの、カソードへ供給する酸化ガスの供給流量の上昇速度を第2値に設定する(ステップS16)。第2値は、第1値よりも小さい値である。第1値および第2値は、協調制動期間において、掃気処理における推定した発電出力から算出した駆動モータ40の回生制動トルクの変化速度が、摩擦ブレーキ50を用いた摩擦制動トルクの変化速度よりも遅くなるという条件を満たす範囲で設定されている。 When the determination of "Yes" is made in step S12, the scavenging process execution unit 84 sets the ascending speed of the supply flow rate of the oxidizing gas supplied to the cathode until the target flow rate in the scavenging process is reached. Is set to (step S14). On the other hand, when the determination of "No" is made in step S14, the scavenging process execution unit 84 increases the rate of increase in the supply flow rate of the oxidizing gas supplied to the cathode until the target flow rate in the scavenging process is reached. It is set to the second value (step S16). The second value is a value smaller than the first value. The first and second values are such that the change speed of the regenerative braking torque of the drive motor 40 calculated from the estimated power generation output in the scavenging process during the coordinated braking period is higher than the change speed of the friction braking torque using the friction brake 50. It is set within the range that satisfies the condition of being slow.

ステップS14またはステップS16において、上昇速度を設定した後に、掃気処理実行部84は、設定した上昇速度となるようにコンプレッサ313の回転数を制御して、掃気処理を実行する(ステップS18)。掃気処理は、例えば、カソードに供給されたカソードガスの総量が予め定めた値に到達したときに終了する。 After setting the ascending speed in step S14 or step S16, the scavenging processing execution unit 84 controls the rotation speed of the compressor 313 so as to have the set ascending speed, and executes the scavenging processing (step S18). The scavenging process ends, for example, when the total amount of cathode gas supplied to the cathode reaches a predetermined value.

図7は、本実施形態におけるブレーキ踏込量、酸化ガス供給流量および制動トルクのタイミングチャートの一例である。ブレーキペダル72が踏み込まれると、踏込量に応じて目標となる制動トルク、すなわちドライバーが意図する制動トルクが定まる。時刻t0においてブレーキペダル72の踏み込みが開始されると、動力制御部87は回生協調ブレーキによって目標となる制動トルクを生じさせる。 FIG. 7 is an example of a timing chart of the brake depression amount, the oxide gas supply flow rate, and the braking torque in the present embodiment. When the brake pedal 72 is depressed, the target braking torque, that is, the braking torque intended by the driver is determined according to the amount of depression. When the depression of the brake pedal 72 is started at time t0, the power control unit 87 generates a target braking torque by the regenerative cooperative braking.

掃気処理要求があり、協調制動期間における時刻t1に掃気処理を開始する場合において、掃気処理実行部84は、図6に示すステップS14またはステップS16で設定した酸化ガスの供給流量の上昇速度となるように、コンプレッサ313の動作を制御する。これにより、目標となる酸化ガス流量に到達するまでの、供給流量の上昇速度は第1値または第2値となる。図7において、点線で示すラインL1は上昇速度が第1値のときの上昇速度を示すラインであり、ラインL2は上昇速度が第2値のときの上昇速度を示すラインである。図7に示すタイミングチャートでは、時刻t2において掃気処理が停止する。なお、本実施形態では、掃気処理実行部84は、掃気処理を停止する場合において、制動トルクが目標となる制動トルクを大幅に越えないように、酸化ガスの供給流量の下降速度を調整している。 When there is a scavenging process request and the scavenging process is started at time t1 in the coordinated braking period, the scavenging process execution unit 84 becomes the rate of increase in the supply flow rate of the oxide gas set in step S14 or step S16 shown in FIG. As described above, the operation of the compressor 313 is controlled. As a result, the rate of increase in the supply flow rate until the target oxidation gas flow rate is reached becomes the first value or the second value. In FIG. 7, the dotted line L1 is a line indicating the ascending speed when the ascending speed is the first value, and the line L2 is a line indicating the ascending speed when the ascending speed is the second value. In the timing chart shown in FIG. 7, the scavenging process is stopped at time t2. In the present embodiment, the scavenging process execution unit 84 adjusts the descending speed of the supply flow rate of the oxide gas so that the braking torque does not significantly exceed the target braking torque when the scavenging process is stopped. There is.

図8は、参考例のタイミングチャートである。図8では、掃気処理が開始された時刻t1以降において、目標とする酸化ガスの供給流量に至までの供給流量の上昇速度が実施形態に比べて速い場合のタイミングチャートである。掃気処理が開示されると、燃料電池100の発電出力が急激に上昇することで、蓄電装置421の蓄電量が急激に上昇する。これにより、回生電力の蓄電または消費先がなくなり、回生制動トルクが急激に低下する。また、掃気処理を停止する際に、酸化ガスの供給流量の低下速度を急激にした場合、回生制動トルクが急激に増加する。 FIG. 8 is a timing chart of a reference example. FIG. 8 is a timing chart in the case where the rate of increase of the supply flow rate up to the target supply flow rate of the oxidizing gas is faster than that of the embodiment after the time t1 when the scavenging process is started. When the scavenging process is disclosed, the power generation output of the fuel cell 100 rises sharply, so that the amount of electricity stored in the power storage device 421 rises sharply. As a result, there is no storage or consumption destination of the regenerative power, and the regenerative braking torque drops sharply. Further, when the scavenging process is stopped and the rate of decrease in the supply flow rate of the oxidizing gas is abruptly increased, the regenerative braking torque is abruptly increased.

一方で、上記実施形態によれば、掃気処理実行部84は、燃料電池100の発電に伴う回生制動トルクの変化速度が、摩擦制動トルクの変化速度よりも遅くなるように、酸化ガスの供給流量を変化させている(図6のステップS14またはステップS16)。これにより、回生制動トルクの変化量を摩擦制動トルクで補うことができるので、制動力がより安定できる。これにより、燃料電池車両20のドライバビリティが低下することを抑制できる。 On the other hand, according to the above embodiment, the scavenging processing execution unit 84 supplies the oxide gas so that the rate of change of the regenerative braking torque accompanying the power generation of the fuel cell 100 is slower than the rate of change of the friction braking torque. Is changed (step S14 or step S16 in FIG. 6). As a result, the amount of change in the regenerative braking torque can be supplemented by the friction braking torque, so that the braking force can be made more stable. As a result, it is possible to prevent the drivability of the fuel cell vehicle 20 from being lowered.

また上記実施形態によれば、摩擦ブレーキ50が準備状態であり、摩擦ブレーキ50の応答性が比較的早い状態の場合には、酸化ガスの供給流量の上昇速度を第2値よりも高い第1値に設定している(図6のステップS14)。これにより、掃気処理の時間を短縮できるので、コンプレッサ313の駆動時間を短縮できる。よって、コンプレッサ313の消費電力を低減できる。またこれにより、燃料電池100内の滞留水の滞留時間を短縮できるので、燃料電池100の耐久性が低下することを抑制できる。 Further, according to the above embodiment, when the friction brake 50 is in the ready state and the responsiveness of the friction brake 50 is relatively fast, the rate of increase in the supply flow rate of the oxidizing gas is higher than the second value. It is set to a value (step S14 in FIG. 6). As a result, the time for the scavenging process can be shortened, so that the driving time of the compressor 313 can be shortened. Therefore, the power consumption of the compressor 313 can be reduced. Further, as a result, the residence time of the accumulated water in the fuel cell 100 can be shortened, so that the durability of the fuel cell 100 can be suppressed from being lowered.

B.他の実施形態:
B−1.他の実施形態1:
上記実施形態では、燃料電池100の発電に伴う回生制動トルクの変化速度が、摩擦制動トルクの変化速度よりも遅くなるように、掃気処理実行部84は酸化ガスの供給流量の上昇速度を第1値または第2値に設定した。しかしながら、掃気処理実行部84は上記実施形態に限定されるものではない。例えば掃気処理実行部84は、燃料電池100の発電に伴う回生制動トルクの変化速度が、摩擦制動トルクの変化速度よりも遅くなるように、摩擦ブレーキ50のブレーキ油圧の値に応じて酸化ガスの供給流量の上昇速度を変化させてもよい。具体的には、掃気処理実行部84はブレーキ油圧が高くなるほど、酸化ガスの供給流量の上昇速度を高い値に設定してもよい。
B. Other embodiments:
B-1. Other Embodiment 1:
In the above embodiment, the scavenging processing execution unit 84 first increases the rate of increase in the supply flow rate of the oxide gas so that the rate of change of the regenerative braking torque accompanying the power generation of the fuel cell 100 is slower than the rate of change of the friction braking torque. Set to a value or a second value. However, the scavenging process execution unit 84 is not limited to the above embodiment. For example, the scavenging processing execution unit 84 determines that the rate of change of the regenerative braking torque accompanying the power generation of the fuel cell 100 is slower than the rate of change of the friction braking torque according to the value of the brake oil of the friction brake 50. The rate of increase in the supply flow rate may be changed. Specifically, the scavenging processing execution unit 84 may set the rate of increase in the supply flow rate of the oxidizing gas to a higher value as the brake hydraulic pressure increases.

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明をわかりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の変形態様の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の変形態様の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、実施形態と変形態様と変形例とを組み合わせてもよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications. For example, the above-described embodiment has been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to the one including all the described configurations. Further, it is possible to replace a part of the configuration of one embodiment with the configuration of another modification, and it is also possible to add the configuration of another modification to the configuration of one embodiment. Further, it is possible to add / delete / replace a part of the configuration of each embodiment with another configuration. Further, the embodiment, the modified mode, and the modified example may be combined.

20…燃料電池車両、30…燃料電池システム、40…駆動モータ、50…摩擦ブレーキ、52…液圧センサ、60…車速検出部、70…アクセルペダル、72…ブレーキペダル、80…制御装置、81…CPU、82…発電出力推定部、83…滞留水推定部、84…掃気処理実行部、86…電圧維持部、87…動力制御部、89…記憶部、100…燃料電池、200…水素給排系、210…水素供給部、211…水素タンク、212…水素供給流路、213…主止弁、214…減圧弁、215…インジェクタ、220…水素循環部、221…水素循環流路、222…水素循環ポンプ、230…水素排出部、231…水素排出流路、232…排気排水弁、300…空気給排系、310…空気供給部、311…空気導入流路、312…エアフローメータ、313…コンプレッサ、314…分流弁、315…空気供給流路、316…空気バイパス流路、320…空気排出部、321…空気排出流路、322…調圧弁、400…電力供給系、411…昇圧コンバータ、412…インバータ、421…蓄電装置、422…昇降圧コンバータ、431…第1配線、432…第2配線、Cu…上限値、FW…前輪、RW…後輪 20 ... Fuel cell vehicle, 30 ... Fuel cell system, 40 ... Drive motor, 50 ... Friction brake, 52 ... Hydraulic pressure sensor, 60 ... Vehicle speed detector, 70 ... Accelerator pedal, 72 ... Brake pedal, 80 ... Control device, 81 ... CPU, 82 ... Power generation output estimation unit, 83 ... Retained water estimation unit, 84 ... Scavenging processing execution unit, 86 ... Voltage maintenance unit, 87 ... Power control unit, 89 ... Storage unit, 100 ... Fuel cell, 200 ... Hydrogen supply Exhaust system, 210 ... Hydrogen supply unit, 211 ... Hydrogen tank, 212 ... Hydrogen supply flow path, 213 ... Main stop valve, 214 ... Pressure reducing valve, 215 ... Inverter, 220 ... Hydrogen circulation unit, 221 ... Hydrogen circulation flow path, 222 ... Hydrogen circulation pump, 230 ... Hydrogen discharge section, 231 ... Hydrogen discharge flow path, 232 ... Exhaust drain valve, 300 ... Air supply / exhaust system, 310 ... Air supply section, 311 ... Air introduction flow path, 312 ... Air flow meter, 313 ... Compressor, 314 ... Divergence valve, 315 ... Air supply flow path, 316 ... Air bypass flow path, 320 ... Air discharge section, 321 ... Air discharge flow path, 322 ... Pressure regulating valve, 400 ... Power supply system, 411 ... Boost converter 412 ... Inverter, 421 ... Power storage device, 422 ... Buck-boost converter, 431 ... 1st wiring, 432 ... 2nd wiring, Cu ... Upper limit value, FW ... Front wheel, RW ... Rear wheel

Claims (1)

燃料電池車両に搭載される燃料電池システムであって、
回生動作が可能であり、前記燃料電池車両を駆動する駆動モータと、
カソードとアノードとを有し、前記駆動モータに電力を供給可能な燃料電池と、
前記カソードに酸化ガスを送り込むコンプレッサと、
前記燃料電池車両を制動する摩擦ブレーキと、
前記駆動モータに電力を供給することと、前記燃料電池が発電した発電電力および前記回生動作によって発生した回生電力を予め定めた上限値以下の範囲で蓄電することが可能な蓄電装置と、
前記コンプレッサの動作を制御して前記カソードへの前記酸化ガスの供給流量を制御する制御装置と、を備え、
前記燃料電池システムは、前記燃料電池車両の制動を行っている期間において、前記燃料電池の発電出力が増加するに従い、前記駆動モータの前記回生動作によって生じる回生制動トルクを減少させるように構成され、
前記制御装置は、
前記カソードへの前記酸化ガスの供給流量に対する前記燃料電池の発電出力を推定する発電出力推定部と、
前記燃料電池内に滞留する滞留水の量を推定する滞留水推定部と、
推定した前記滞留水の量が、予め定めた閾値を超えた場合に、前記コンプレッサによって前記酸化ガスを前記カソードに供給することによって前記滞留水を前記燃料電池外へ排出させる掃気処理を実行する掃気処理実行部と、
前記燃料電池の電圧が、予め定めた上限電圧に到達した場合に、前記燃料電池を発電させることで前記電圧を前記上限電圧以下に維持する電圧維持部と、を備え、
前記掃気処理実行部は、前記期間において、推定した前記発電出力から算出した前記回生制動トルクの変化速度が、前記摩擦ブレーキを用いた制動トルクである摩擦制動トルクの変化速度よりも遅くなるように、前記コンプレッサの動作を制御して前記カソードへの前記酸化ガスの供給流量を変化させる、燃料電池システム。
Fuel cell A fuel cell system installed in a vehicle.
A drive motor that is capable of regenerative operation and drives the fuel cell vehicle,
A fuel cell having a cathode and an anode and capable of supplying electric power to the drive motor,
A compressor that sends an oxidizing gas to the cathode,
The friction brake that brakes the fuel cell vehicle and
A power storage device capable of supplying power to the drive motor and storing the generated power generated by the fuel cell and the regenerative power generated by the regenerative operation within a predetermined upper limit or less.
A control device for controlling the operation of the compressor and controlling the supply flow rate of the oxidizing gas to the cathode is provided.
The fuel cell system is configured to reduce the regenerative braking torque generated by the regenerative operation of the drive motor as the power generation output of the fuel cell increases during the period of braking the fuel cell vehicle.
The control device is
A power generation output estimation unit that estimates the power generation output of the fuel cell with respect to the supply flow rate of the oxidation gas to the cathode, and
A stagnant water estimation unit that estimates the amount of stagnant water that stays in the fuel cell,
When the estimated amount of stagnant water exceeds a predetermined threshold value, scavenging is performed by supplying the oxidized gas to the cathode by the compressor to discharge the stagnant water to the outside of the fuel cell. Processing execution part and
A voltage maintenance unit that maintains the voltage below the upper limit voltage by generating electricity when the voltage of the fuel cell reaches a predetermined upper limit voltage is provided.
In the period, the scavenging processing execution unit makes the change speed of the regenerative braking torque calculated from the estimated power generation output slower than the change speed of the friction braking torque which is the braking torque using the friction brake. , A fuel cell system that controls the operation of the compressor to change the supply flow rate of the oxide gas to the cathode.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4155112A4 (en) * 2020-11-10 2024-01-17 Great Wall Motor Company Limited Coasting torque obtaining method and apparatus, storage medium, and computer program
CN117954656A (en) * 2024-02-01 2024-04-30 佛山市清极能源科技有限公司 Tail hydrogen discharge concentration control method and system for fuel cell system

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4155112A4 (en) * 2020-11-10 2024-01-17 Great Wall Motor Company Limited Coasting torque obtaining method and apparatus, storage medium, and computer program
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