JP2021197291A - 燃料電池車 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストの増大を抑制して車両内のスペースも確保しつつ、燃料タンクの温度低下を抑制する燃料電池車を提供することを課題とする。【解決手段】燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックを冷却する冷却水を放熱するラジエータと、前記ラジエータでの冷却水の放熱を促進するラジエータファンと、前記燃料電池スタックに供給するための燃料ガスを貯留した燃料タンクと、前記ラジエータファンを駆動する制御装置と、備え、前記ラジエータファンの送風方向の下流側に、前記燃料電池スタック、前記燃料タンクが順に並び、前記制御装置は、前記燃料タンクの温度が閾値以下に低下したとみなされた場合に前記ラジエータファンを駆動する、燃料電池車。【選択図】図２

Description

本発明は、燃料電池車に関する。

乗車室内の空気を燃料タンク室に導き、燃料タンクの温度低下を抑制する技術が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２００７−１１２３３３号公報

上記の技術では、乗車室内の空気を燃料タンク室に導くための専用のファンを設ける必要がある。これにより、製造コストが増大し、車両内のスペースが削減されるおそれがある。

本発明は、製造コストの増大を抑制して車両内のスペースも確保しつつ、燃料タンクの温度低下を抑制する燃料電池車を提供することを目的とする。

上記目的は、燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックを冷却する冷却水を放熱するラジエータと、前記ラジエータでの冷却水の放熱を促進するラジエータファンと、前記燃料電池スタックに供給するための燃料ガスを貯留した燃料タンクと、前記ラジエータファンを駆動する制御装置と、備え、前記ラジエータファンの送風方向の下流側に、前記燃料電池スタック、前記燃料タンクが順に並び、前記制御装置は、前記燃料タンクの温度が閾値以下に低下したとみなされた場合に前記ラジエータファンを駆動する、燃料電池車によって達成できる。

本発明によれば、製造コストの増大を抑制して車両内のスペースも確保しつつ、燃料タンクの温度低下を抑制する燃料電池車を提供できる。

図１は、本実施例の燃料電池車の前方側の内部構成を示した概略図である。 図２は、ＥＣＵが実行するタンク温度低下抑制制御の一例を示したフローチャートである。

図１は、本実施例の燃料電池車１（以下、車両１と称する）の前方側の内部構成を示した概略図である。車両１の車体２には、車体前方側に前輪Ｗｆが搭載され、車体後方側に後輪と後輪を駆動する走行用のモータとが搭載されている。車体２の中央部に位置する搭乗室４よりも車体前方側には、フロントコンパートメント３が設けられている。フロントコンパートメント３内には、燃料電池スタック（以下、ＦＣスタックと称する）５０、ラジエータ６０、及びラジエータファン７０が配置されている。ＦＣスタック５０は、モータに供給される電力を発電する。ラジエータ６０は、ＦＣスタック５０を冷却する冷却水と外気との熱交換を促進することにより冷却水の放熱を促進させる。ラジエータファン７０は、ラジエータ６０よりも後方側に配置されて、ラジエータファン７０が駆動することにより、車体前方からフロントコンパートメント３内に取り込まれた空気がラジエータ６０を通過する。これによりラジエータ６０での冷却水と外気との熱交換が更に促進される。

ＦＣスタック５０は、フロントサスペンションメンバ（以下、サスペンションメンバと称する）４０にマウント部Ｍ１及びＭ２を介して支持されている。サスペンションメンバ４０は、車体２の一部を構成している部材である。サスペンションメンバ４０は、不図示のフロントサイドメンバに吊り下げられ、前輪Ｗｆに加わる衝撃を吸収する不図示のショックアブソーバを支持している。ＦＣスタック５０は、燃料タンク２０よりも前方側に間隔を空けて配置されている。詳細には、ＦＣスタック５０は、燃料タンク２０と水平方向に部分的に重なっている。具体的には、ＦＣスタック５０及び燃料タンク２０を車体２の前方側から見た場合には、ＦＣスタック５０の下方側の一部と燃料タンク２０の上方側が重なって見える。但し、ＦＣスタック５０の位置はこのような位置に限定されない。

ラジエータ６０及びラジエータファン７０は、ＦＣスタック５０よりも前方側に配置され、不図示のフロントサイドメンバに架けられたサポート部材により支持されている。また、ラジエータファン７０はラジエータ６０よりも後方側に対向するように配置されている。

車体２の中央部には、ＦＣスタック５０に供給される燃料である水素ガスを貯蔵した燃料タンク２０が搭載されている。燃料タンク２０は、車体２の前方側から後方側に並び、長手方向が車体２の前後方向となるように配置されているが、これに限定されず、例えば長手方向が車体２の車幅方向となるように配置されていてもよい。燃料タンク２０は、サスペンションメンバ４０よりも後方側に配置されたフロアパネル１１の略中央に前後方向に沿ったセンタートンネルパネル１３の下面側に、金属製のバンド８０により固定されている。フロアパネル１１は、搭乗室４の床に相当する。また、燃料タンク２０には燃料タンク２０の外側表面の温度を検出する温度センサＴｓが設けられている。

尚、搭乗室４よりも車体後方側には、ＦＣスタック５０の電力を昇圧するコンバータ、コンバータにより昇圧された電力を交流に変換してモータに供給するパワーコントロールユニットが搭載されている。

ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成され、車両１全体の動作を制御する。具体的には、ＥＣＵ１００はアクセル開度の大きさや補機の要求に応じてＦＣスタック５０への要求出力を算出し、要求出力に応じた電力を発電できるようにＦＣスタック５０に供給される燃料ガス及び酸化剤ガスの流量を制御する。また、ＥＣＵ１００はラジエータファン７０の駆動を制御する。ＥＣＵ１００は、温度センサＴｓの検出値を取得する。尚、図１においては、ＥＣＵ１００をダッシュボード付近に示しているが、ＥＣＵ１００が設けられる位置はこれに限定されない。

図１に示すように、ラジエータファン７０が駆動することにより、フロントコンパートメント３内に取り込まれた空気は、ラジエータ６０を通過し、その後にＦＣスタック５０周辺を通過して燃料タンク２０へと流れる。これは、ラジエータファン７０の送風方向下流側に、ＦＣスタック５０、燃料タンク２０が順に並ぶように設けられているからである。これにより、燃料タンク２０周辺を通過する空気は、ラジエータ６０及びＦＣスタック５０の熱を既に受けているため、燃料タンク２０の環境温度は外気温よりも高温になりやすい。

ここで、燃料ガスが燃料タンク２０からＦＣスタック５０に供給されて燃料タンク２０内の圧力が低下すると、燃料タンク２０の温度は低下する。燃料タンク２０の温度が大きく低下すると、それに伴い燃料タンク２０が収縮して燃料タンク２０が損傷を受ける可能性がある。例えば燃料タンク２０が合成樹脂製の場合には、このような問題が生じるおそれがある。また、燃料タンク２０が金属製であっても燃料タンク２０が収縮することにより、例えば燃料タンク２０を固定する部材との間に隙間が生じたり、また燃料タンク２０周辺に配置された合成樹脂製の部材が収縮したりする可能性がある。そこでＥＣＵ１００は、以下に示すように、既存のラジエータファン７０を用いて燃料タンク２０の温度の低下を抑制するためのタンク温度低下抑制制御を実行する。

図２は、ＥＣＵ１００が実行するタンク温度低下抑制制御の一例を示したフローチャートである。本制御は繰り返し実行される。最初に、ＥＣＵ１００は、ＦＣスタック５０の暖機運転が完了したか否かを判定する（ステップＳ１）。暖機運転とは、ＦＣスタック５０に供給される酸化剤ガスの流量を低下させて非効率的にＦＣスタック５０を発電させることによりＦＣスタック５０の昇温を図る運転である。例えばＦＣスタック５０の冷却水出口に設けられた温度センサが検出した冷却水の温度が所定温度以上の場合には、暖機運転が完了したものと判定する。暖機運転中は、冷却水はラジエータ６０をバイパスして冷却水の放熱が抑制される。ステップＳ１でＮｏの場合には、本制御は終了する。

ステップＳ１でＹｅｓの場合には、温度センサＴｓにより検出された燃料タンク２０の温度が閾値以下であるか否かが判定される（ステップＳ２）。閾値は、燃料タンク２０が低温になりすぎることにより問題が生じる温度よりも所定のマージンだけ高い温度に設定されている。ステップＳ２でＮｏの場合には、本制御は終了する。

ステップＳ２でＹｅｓの場合に、ＥＣＵ１００はラジエータファン７０を駆動する（ステップＳ３）。ラジエータファン７０を駆動することにより、上述したようにラジエータ６０及びＦＣスタック５０により熱を受けた空気が燃料タンク２０周辺を流れることになり、燃料タンク２０の環境温度を上昇し、燃料タンク２０のそれ以上の温度低下が抑制される。また、ラジエータ６０での冷却水の放熱の促進のために設けられている既存のラジエータファン７０を用いて燃料タンク２０の温度低下を抑制することができるため、新たに専用のファンを設ける必要はなく、製造コストの増大を抑制でき、更に車両１内のスペースも確保することができる。

尚、上記のステップＳ１でＮｏの場合のように、ＦＣスタック５０が暖機運転中の場合にはラジエータファン７０は駆動されない理由は、暖機運転中はＦＣスタック５０の温度が上昇中にあるため、暖機が完了してＦＣスタック５０が高温となってからラジエータファン７０を駆動した方が、燃料タンク２０の温度低下を効果的に抑制することができるからである。但し、ステップＳ１の判定を行うことなくラジエータファン７０を駆動してもよい。即ち、ＦＣスタック５０が暖機運転中である場合にラジエータファン７０の駆動を開始してもよい。暖機運転中のＦＣスタック５０は温度が上昇中であるが、この際のＦＣスタック５０の温度は外気よりも高温となっている場合も多く（例えば冷間始動時等）、早期にラジエータファン７０を駆動することによって、燃料タンク２０の温度低下を抑制することができる場合もあるからである。

上記実施例では、温度センサＴｓは燃料タンク２０の外側表面の温度を検出したが、温度センサＴｓの代わりに燃料タンク２０内の燃料ガスの温度を検出するガス温度センサを用いてもよい。また、このようなセンサの代わりに、燃料タンク２０の温度を推定し、推定温度が閾値以下の場合にラジエータファン７０を駆動するようにしてもよい。また、ＦＣスタック５０の出力電流を監視し、出力電流が電流閾値以上となる時間が所定時間以上継続した場合には、燃料タンク２０は低温であるとみなして、ラジエータファン７０を駆動してもよい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１ 燃料電池車
３ フロントコンパートメント
２０ 燃料タンク
５０ 燃料電池スタック
６０ ラジエータ
７０ ラジエータファン
１００ ＥＣＵ（制御装置）

Claims (1)

1. 燃料電池スタックと、
   前記燃料電池スタックを冷却する冷却水を放熱するラジエータと、
   前記ラジエータでの冷却水の放熱を促進するラジエータファンと、
   前記燃料電池スタックに供給するための燃料ガスを貯留した燃料タンクと、
   前記ラジエータファンを駆動する制御装置と、
   を備え、
   前記ラジエータファンの送風方向の下流側に、前記燃料電池スタック、前記燃料タンクが順に並び、
   前記制御装置は、前記燃料タンクの温度が閾値以下に低下したとみなされた場合に前記ラジエータファンを駆動する、燃料電池車。
   

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