JP3858799B2

JP3858799B2 - Fuel cell vehicle and control method thereof

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Publication number: JP3858799B2
Application number: JP2002292461A
Authority: JP
Inventors: 勇風間
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-10-04
Filing date: 2002-10-04
Publication date: 2006-12-20
Anticipated expiration: 2022-10-04
Also published as: JP2004129433A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池を駆動源として搭載する燃料電池車両及びその制御方法に関するものであり、特に、アイドル停止時における制御技術の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の環境問題、特に車両からの排出ガスによる大気汚染や二酸化炭素による地球温暖化の問題等に対する対策として、クリーンな排気及び高エネルギ効率を可能とする燃料電池技術が注目を浴びている。燃料電池は、燃料となる水素あるいは水素リッチな改質ガス及び空気を電解質・電極触媒複合体に供給し、電気化学反応を起こし、化学エネルギを電気エネルギに変換するエネルギ変換システムである。なかでも、固体高分子膜を電解質として用いた固体高分子電解質型燃料電池は、低コストでコンパクト化が容易であり、しかも高い出力密度を有することから、車両の駆動源としての用途が期待されている。
【０００３】
ところで、以上のような燃料電池を駆動源として搭載した燃料電池車両では、車両が一時停止状態となるアイドル停止時における燃料電池の運転制御が問題になる。アイドル停止時にも燃料電池から電力供給を行うようにすると、燃料電池の低出力領域での発電効率が悪いことに起因して、燃費が悪化する。
【０００４】
そこで、燃料電池車両がアイドル停止状態にあることを検出した場合に、反応ガスの供給を停止して、燃料電池の発電を停止するアイドル制御装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１記載のアイドル制御装置では、燃料電池車両を駆動するモータの回転数が所定値以下で、ブレーキがオンの状態、バッテリ残容量が所定残容量以上、電気的負荷が所定値以下であるある場合に、アイドル状態であると判断して反応ガスである空気や水素の供給を停止して、燃料電池での発電を停止するようにしている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−３５９２０４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術のようにアイドル停止時に反応ガスの供給を停止すると、燃料電池内の反応ガスの圧力が次第に低下していき、特に再起動時に支障を来す虞れがある。一般に、燃料電池の発電電力が大きくなるほど、供給する反応ガスは、流量の他、その圧力も大きくする必要がある。したがって、以上のようにアイドル停止時に反応ガスの供給を停止して燃料電池内の反応ガス圧力が低下してしまうと、次に発電を行う際に、所定の電力を取り出すのに必要な圧力まで反応ガス圧力を上昇させるのに時間が必要となる。
【０００７】
そのため、例えば信号待ちによる燃料電池車両の一時停止時等、アイドル停止後に短時間で燃料電池を再起動させる必要がある場合には、このような制御方法では起動に時間が掛かりすぎてしまい、素速い起動、すなわち素速い電力取り出し要求に応えることができない。また、特に、燃料電池の空気極側はコンプレッサで空気圧力を高める構成であるため、以上のような圧力低下を補おうとすると、多大なエネルギーが消費されることになる。
【０００８】
本発明は、従来技術の有する前記課題を解消することを目的として提案されたものである。すなわち、本発明は、アイドル停止時には反応ガスの供給を停止することで燃費を改善することができると共に、再起動時には短時間で燃料電池から所望の電力を取り出すことが可能な燃料電池車両及びその制御方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、上述の目的を達成するために、空気供給手段及び水素供給手段と、前記空気供給手段からの空気を燃料電池スタックの空気極へと導く空気極通路及び前記水素供給手段からの水素を燃料電池スタックの水素極へと導く水素極通路とを備える燃料電池が駆動源として搭載された燃料電池車両において、燃料電池の空気極通路の入口側及び出口側に空気遮断機構を設ける。そして、アイドル停止時には、この空気遮断機構により燃料電池の空気極通路を遮断し、燃料電池の空気極通路内の圧力を維持するようにする。
【００１０】
このように、アイドル停止時に空気を圧力を保ったまま燃料電池の空気極通路内に密閉することにより、次回起動時に所定の電力を取り出すために必要な圧力まで到達させるための空気圧力の上昇は僅かなもので済む。したがって、アイドル停止を解除して再度燃料電池で発電を行う際に、圧力上昇に要する時間を大幅に短縮して燃料電池での発電を短時間で再開できると共に、コンプレッサでのエネルギー消費も抑制される。
【００１１】
【発明の効果】
本発明によれば、アイドル停止時には反応ガスの供給を停止しているので、燃費を大幅に改善することができると共に、アイドル停止時には、空気遮断機構により燃料電池の空気極通路を遮断して、燃料電池の空気極通路内の圧力を維持するようにしているので、素速い再起動、素速い電力の取り出しが可能である。さらに、再起動時におけるコンプレッサ等でのエネルギー消費も抑制することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した燃料電池車両及びその制御方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
（第１の実施形態）
図１は、燃料電池車両の基本構成を示すものである。燃料電池車両は、車両本体１に駆動電源として燃料電池発電システム（以下、単に燃料電池という。）２を搭載してなるものであり、更にインバータ３や、駆動モータ４、駆動輪５、車速センサ６、２次電池７、リレー８、及び制御コントローラ９等を備えている。
【００１４】
燃料電池２は、駆動モータ４が消費する電力や２次電池７の充電に必要な電力が発電できるように、燃料電池スタックに供給する水素や空気の圧力、流量等が圧力調整弁、コンプレッサ等で制御されるようになっている。また、インバータ３は、燃料電池２で発電される直流電力を交流電力に変換し、制御コントローラ９から指示される駆動モータ出力トルクとなるように、駆動モータ４を制御する。
【００１５】
駆動輪５は、駆動モータ４と機械的に接続されており、駆動モータ４の駆動トルクをタイヤに伝達し、駆動力を発生させる。ここには車速センサ６が設けられており、駆動輪５の回転速度はこの車速センサ６によって検出されるようになっている。
【００１６】
２次電池７は、アイドル停止時など、燃料電池２から電力が供給されない場合に、駆動モータ４に電力を供給する。また、リレー８は、制御コントローラ９からの指令に基づいて、燃料電池２と負荷回路とを接続／切断する。
【００１７】
次に、燃料電池２の具体的構成について、図２を参照して説明する。燃料電池２は、図２に示すように、燃料電池スタック１１と、この燃料電池スタック１１に燃料である水素（あるいは水素リッチガス）を供給するための水素供給系と、燃料電池スタック１１に酸化剤である空気を供給するための空気供給系とを有している。
【００１８】
燃料電池スタック１１は、水素が供給される水素極１１ａと酸素（空気）が供給される空気極１１ｂとが電解質・電極触媒複合体を挟んで重ね合わされた発電セルを多段積層してなるものであり、電気化学反応により化学エネルギーを電気エネルギーに変換する発電部を構成するものである。水素極１１ａでは、水素が供給されることで水素イオンと電子に解離し、水素イオンは電解質を通り、電子は外部回路を通って電力を発生させ、空気極１１ｂにそれぞれ移動する。空気極１１ｂでは、供給された空気中の酸素と上記水素イオン及び電子が反応して水が生成し、外部に排出される。
【００１９】
燃料電池スタック１１の電解質としては、高エネルギー密度化、低コスト化、軽量化等を考慮して、例えば固体高分子電解質が用いられる。固体高分子電解質は、例えばフッ素樹脂系イオン交換膜等、イオン（プロトン）伝導性の高分子膜からなるものであり、飽和含水することによりイオン伝導性電解質として機能する。
【００２０】
水素供給系は、水素供給手段からの水素を水素極通路によって燃料電池スタック１１の水素極１１ａへと導くようになっている。すなわち、この水素供給系は、水素供給手段としての高圧水素タンク１２や水素調圧弁１３、エゼクタ１４と、水素極通路となる水素供給配管１５、水素循環配管１６とを有している。また、燃料電池スタック１１の水素極１１ａの入口近傍には、水素圧力センサ１７が設けられている。そして、水素供給源である高圧水素タンク１２から供給される水素ガスは、水素調圧弁１３及びエゼクタ１４を通って水素供給配管１５へと送り込まれ、燃料電池スタック１１の水素極１１ａに供給される。このとき、水素調圧弁１３は、水素圧力センサ１６からの出力に基づいて制御され、燃料電池スタック１１の水素極１１ａ及び水素極通路内の圧力が負荷に応じた圧力になるように、供給される水素ガスの圧力を調整している。
【００２１】
燃料電池スタック１１では、供給された水素ガスが全て消費されるわけではなく、消費されなかった水素ガス（燃料電池スタック１１から排出される水素ガス）は、水素循環配管１７を通ってエゼクタ１４により循環され、新たに供給される水素ガスと混合されて、再び燃料電池スタック１１の燃料極１１ａに供給される。これにより、水素のストイキ比（供給流量／消費流量）を１以上にすることができ、セル電圧が安定化する。
【００２２】
なお、燃料電池スタック１１の出口側には、パージ弁１８及びパージ配管１９が設けられている。パージ弁１８は、通常は閉じられており、燃料電池スタック１１の水詰まりや不活性ガスの蓄積等によるセル電圧の低下を検知すると開放されるようになっている。水素循環配管１７内には水素ガスを循環させることで不純物や窒素等が蓄積され、これにより水素分圧が降下して燃料電池２の効率が低下する場合もある。そこで、燃料電池スタック１１の出口側にパージ弁１８やパージ配管１９を設け、必要に応じてパージ弁１８を開放して水素パージを行うことで、水素循環配管１７内から不純物や窒素等を除去できるようにしている。
【００２３】
空気供給系は、空気供給手段からの空気を空気極通路によって燃料電池スタック１１の空気極１１ｂへと導くようになっている。すなわち、この空気供給系は、空気供給手段としてのコンプレッサ２０や空気調圧弁２１と、空気極通路となる空気供給配管２２とを有している。ここで、コンプレッサ２０は燃料電池スタック１１の空気極１１ｂに空気を送り込むものであり、例えばモータ駆動により圧縮した空気を空気供給配管２２を通して燃料電池スタック１１の空気極１１ｂへと供給する。空気調圧弁２１はコンプレッサ２０によって供給される空気の圧力を調整するものであり、燃料電池スタック１１の空気極１１ｂの出口側に設けられている。また、燃料電池スタック１１の空気極１１ｂの入口近傍には、空気圧力センサ２３が設けられており、空気調圧弁２１は、この空気圧力センサ２３からの出力に基づいて制御され、燃料電池スタック１１の空気極１１ｂ及び空気極通路内の圧力が負荷に応じた圧力になるように、コンプレッサ２０によって供給される空気の圧力を調整している。なお、燃料電池スタック１１で消費されなかった酸素及び空気中の他の成分は、燃料電池スタック１１から空気調圧弁２３を介して排出される。
【００２４】
以上のよう構成の燃料電池２において、固体高分子電解質型の燃料電池スタック１１は、適正な作動温度が８０℃前後と比較的低く、過熱時には冷却することが必要である。したがって、以上のような燃料電池２においては、通常、冷却水を循環させて燃料電池スタック１１を冷却し、これを最適な温度に維持する冷却機構が設けられているが、ここではその説明は省略する。
【００２５】
以上が燃料電池２の具体的構成であるが、本実施形態では、上述した水素供給系及び空気供給系に、それぞれ遮断機構であるシャット弁を設け、アイドル停止時には水素極通路及び空気極通路の圧力を保持するようにしている。具体的には、水素供給系には、高圧水素タンク１２と水素調圧弁１３との間に高圧シャット弁２４を設け、水素極通路の燃料電池スタック１１入口側を遮断できるようにするとともに、パージ弁１８を遮断機構として機能させて、水素極通路の燃料電池スタック１１出口側を遮断できるようにしている。また、空気供給系には、コンプレッサ２０と空気圧力センサ２３との間に入口側空気シャット弁２５を設けるとともに、空気調圧弁２１の下流側に出口側空気シャット弁２６を設け、燃料電池スタック１１入口側及び出口側を遮断できるようにしている。
【００２６】
燃料電池２においては、車速センサ６からの情報等に基づいて制御コントローラ９でアイドル状態と判定されると、遮断機構である各シャット弁２４，２５，２６及びパージ弁１８が制御コントローラ９からの制御信号に基づいて操作され、水素極通路及び空気極通路と燃料電池スタック１１とが密閉されて、これらの内部における圧力低下が防止される。以下、このアイドル停止時の制御フローについて説明する。
【００２７】
図３は、燃料電池スタック１１の発電電力と水素圧力、空気圧力の関係の一例を示すものである。この図３からも分かるように、発電電力が大きくなるほど水素や空気の流量の他、これらの圧力も大きくする必要がある。したがって、再起動を考えると、アイドル停止時の圧力低下は極力抑えることが好ましく、以下の制御フローが有効になる。
【００２８】
本実施形態における制御フローは、アイドル停止か否かの判定のためのアイドル停止判定フローと、アイドル停止と判定された場合のアイドル停止時操作フローからなる。
【００２９】
先ず、アイドル停止判定フローを図４に示す。アイドル停止か否かの判定に際しては、最初に、運転者により操作される図示しないイグニッションスイッチがオンであるかオフであるかを検出する（ステップＳ１）。ここで、イグニッションスイッチがオフであれば、その後直ちに発電が要求されることは無いと考えられるので、完全に車両（燃料電池発電システム）を停止させるための運転停止操作を行う（ステップＳ７）。
【００３０】
運転停止操作では、コンプレッサ２０の作動を停止するとともに、高圧シャット弁２４を閉じ、新たな空気・水素の供給を停止する。また、パージ弁１８、出口側空気シャット弁２６、空気調圧弁２３を全て全開とし、燃料電池スタック１１及び水素極通路内、空気極通路内を大気開放する。
【００３１】
イグニッションスイッチがオンである場合には、要求発電量（運転者の駆動力要求）が所定値以下であるか否か（ステップＳ２）、車速が所定の速度以下であるか否か（ステップＳ３）、バッテリの充電容量が十分であるか否か（ステップＳ４）を各ステップにおいて検出し、アイドル停止を行うか否かを判定する。これらの条件を満たした場合、すなわち要求発電量が所定値以下であり、車速が所定の速度以下であり、バッテリの充電容量が十分である場合には、その時点では燃料電池スタック１１での発電を停止しても構わないが、直後（数分以内）に発電を再開する必要が生まれる可能性が高いので、運転停止操作ではなくアイドル停止を行うと判定し、アイドル停止モード（ステップＳ５）に移行する。なお、アイドル停止の判定については、従来技術と同様、他の運転パラメータを追加してもよいし、また、他の判定方法を適用してもよい。
【００３２】
なお、上記各ステップ（ステップＳ２、ステップＳ３、ステップＳ４）の何れかにおいて条件を満たさない場合、すなわち、要求発発電量が所定値以上であったり、車速が所定の速度以上であったり、バッテリの充電容量が不十分である場合には、燃料電池スタック１１の発電を継続する（ステップＳ６）。
【００３３】
以上のアイドル停止判定フローによりアイドル停止を行うと判定された場合、図５に示すアイドル停止時操作フローに基づいて各シャット弁等の操作を行う。
【００３４】
アイドル停止時には、先ず、水素供給系のパージ弁１８を開放する（ステップＳ１１）。次いで、リレー８をオフし、燃料電池スタック１１を負荷回路から切断する（ステップＳ１２）。これによって燃料電池スタック１１からの電力取出しは行われなくなる。
【００３５】
次に、水素供給系に設けられた高圧シャット弁２４を閉じ、新たな水素供給が行われないようにする（ステップＳ１３）。その後、水素調圧弁１３を開放し、水素調圧弁１３上流の水素ガスを燃料電池スタック１１の入口へ流す（ステップＳ１４）。
【００３６】
続いて、燃料電池スタック１１の入口に設けられた水素圧力センサ１７での検出値を基に、燃料電池スタック１１入口の水素圧力が所定値以上であるか否かを判定する。ここでいう所定値は、図３に示した特性から、アイドル停止から復帰する時にどのくらいの発電を瞬時に行えるようにするかを基に決めればよい（ステップＳ１５）。このステップＳ１５において、水素圧力センサ１６での検出値が所定値以上と判定された場合には、所定値以下と判定されるまで、ステップＳ１５の処理を繰り返す。そして、水素圧力センサ１６での検出値が所定値より小さいと判定されると、パージ弁１８を閉じて、水素極通路を密閉する（ステップＳ１６）。
【００３７】
次いで、コンプレッサ２０を停止し（ステップＳ１７）、出口側空気シャット弁２６を閉じる（ステップＳ１８）。そして、空気調圧弁２１をほぼ全開とし、空気供給系全体の圧力平衡を図る（ステップＳ１９）。ここでは、コンプレッサ２０が絞りとなり、比較的緩やかに空気供給系の圧力が推移することになる。
【００３８】
ステップ２０では、燃料電池スタック１１の入口に設けられた空気圧力センサ２での検出値を基に、燃料電池スタック１１入口の空気圧力が所定値以上か否かが判定される。ここの所定値は、水素側と同様に、図３に示した特性から、アイドル停止から復帰する時にどのくらいの発電を瞬時に行えるようにするかを基に決定すればよい。また、水素極側との差圧を所定値以内にする必要がある場合には、それも考慮して決定すればよい。このステップＳ２０において、空気圧力が所定値以上と判定された場合は、所定値以下と判定されるまで、ステップＳ２０の処理を繰り返す。そして、空気圧力が所定値より小さいと判定されると、入口側空気シャット弁２５を閉じ、空気極通路を密閉する（ステップＳ２１）。
【００３９】
以上がアイドル停止時における制御フローであるが、従来技術では、アイドル停止するときには反応ガスの供給が停止されると共に、水素極通路及び空気極通路が開放されるため、これらの圧力が低下するようになっていた。このような構成では、次回発電を行う際に、所定の電力を取り出すために必要な圧力まで空気や水素圧力を上昇させる時間が必要となる。そのために、自動車のアイドルストップに要求されるような素速い起動、電力取り出し要求に応えることができないという問題があった。
【００４０】
これに対して、本実施形態では、水素と空気の圧力を保ったまま水素極通路及び空気極通路を密閉しているので、アイドル停止を解除し、再度燃料電池を発電する際に、僅かな時間で必要な圧力まで水素や空気圧力を上昇させことができる。
【００４１】
また、アイドル停止に入る際に上述のような動作順序を規定することで、アイドル停止実行時に水素圧力と空気圧力の差圧が大きくなることを抑制することができ、燃料電池スタック１１の高分子膜の性能劣化を防ぐことができる。
【００４２】
さらに、発電停止時に長期間水素と空気を圧力を保ったまま密閉すると、圧力バランスが崩れて燃料電池の耐久性を悪化させる場合があるといった弊害も考えられるが、本実施形態においては、発電停止時に水素と空気とを圧力を保ったまま密閉するのはアイドル停止の場合のみであり、通常の運転停止時には大気開放するので、このような弊害が生ずることもない。
【００４３】
なお、本実施形態では、水素ガスの循環系に必要なパージ弁１８を水素極通路の密閉のためのシャット弁として利用しているので、コストアップを抑制できるという利点も有する。
【００４４】
（第２の実施形態）
本実施形態は、上述した第１の実施形態のアイドル停止時操作フローに、燃料電池スタック１１の空気極と水素極との差圧を抑制するステップを加えた例である。本実施形態における燃料電池車両及び燃料電池２の基本構成は、上述した第１の実施形態のものと同様であるので、ここではその説明は省略する。
【００４５】
本実施形態におけるアイドル停止時操作フローを図６に示す。本実施形態においても、上述した第１の実施形態と同様に、アイドル停止の判定（図４参照）を行った後、図６に示すアイドル停止時操作フローを実施する。
【００４６】
本実施形態におけるステップＳ３１〜ステップＳ３９までは、図５に示す制御フローのステップＳ１１〜ステップＳ１９までと同じであるので、説明は省略する。ステップＳ３９により空気調圧弁２１を全開にした後、燃料電池スタック１１入口の空気圧力センサ２２の検出値と、燃料電池スタック１１入口の水素圧力センサ１６の検出値とを比較し、空気圧力が水素圧力より所定値以上小さいか否かを判定する（ステップＳ４０）。
【００４７】
このステップＳ４０において所定値以上小さいと判定された場合、すなわち、燃料電池スタック１１入口の空気圧力が水素圧力より小さく、且つその差圧が所定値以上である場合には、コンプレッサ２０を再び駆動する（ステップ４１）。このとき、出口側空気シャット弁２６が閉状態であるので、空気供給系の空気極通路内の圧力が上がることになる。そして、再びステップＳ４０に戻り、上記差圧が所定値以下と判定されるまでステップＳ４１の処理を繰り返す。そして、上記差圧が所定値より小さいと判定されると、入口側空気シャット弁２５及び出口側空気シャット弁２６を閉じ、空気極通路を密閉する（ステップＳ４２）。
【００４８】
本実施形態では、空気と水素との差圧が所定値以上である場合、コンプレッサ２０の下流の入口側空気シャット弁２５を閉じる前に、コンプレッサ２０を駆動し、燃料電池スタック１１入口の空気圧力を調整する構成となっている。したがて、アイドル停止実行時に水素圧力と空気圧力の差圧が大きくなるのを抑制することができ、燃料電池スタック１１の高分子膜の性能劣化を防ぐことができる。
【００４９】
また、第１の実施形態での効果に加え、空気圧力と水素圧力との差圧コントロールが容易にでき、より高い圧力で密閉することが可能となることから、アイドル停止からの復帰時に、燃料電池スタック１１からより多くの電力を素速く取り出すことが可能になる。
【００５０】
（第３の実施形態）
本実施形態は、燃料電池スタック１１に供給する空気、水素を加湿する場合のアイドル停止時操作フローに関するものである。燃料電池２の構成は、第１の実施形態において図２に示したものと基本的には同じであるが、図７に示すように、燃料電池スタック１１の入口側に空気及び水素ガスを加湿する加湿器２７が追加されている。
【００５１】
一般的な高分子膜タイプの燃料電池２では、燃料電池スタック１１の電解質に用いられる高分子膜を湿潤させるために、空気や水素を加湿する何らかの加湿デバイスが必要である。このような加湿デバイスを設けた場合のアイドル停止時操作フローを図８に示す。なお、このアイドル停止時操作フローも、上述した第１の実施形態と同様に、アイドル停止の判定（図４参照）を行った後に実施されるものである。
【００５２】
アイドル停止時には、先ず、水素供給系のパージ弁１８を開放する（ステップＳ５１）。次いで、リレー８をオフし、燃料電池スタック１１を負荷回路から切断する（ステップＳ５２）。これによって燃料電池スタック１１からの電力取出しは行われなくなる。
【００５３】
次に、燃料電池スタック１１からの電力取り出しが行われなくなったことを受けて、加湿器２７の加湿動作を停止する（ステップＳ５３）。この加湿動作の停止の手法としては、例えば加湿器２７への純水供給を停止する方法でもよいし、加湿器２７をバイパスするガス流路を設けて、水素ガス、空気とも加湿器２７を通過させないようにする方法でも構わない。
【００５４】
以降のステップＳ５４〜ステップＳ６３については、第２の実施形態におけるステップＳ３３〜ステップＳ４２と同じであるので、ここではその説明は省略する。
【００５５】
本実施形態では、密閉する水素及び空気の加湿を行わないので、第１の実施形態や第２の実施形態での効果に加え、発電停止時の燃料電池スタック１１内の温度低下による凝縮水の生成を抑制できるという効果を得ることができる。このため、アイドル停止からの復帰時に、燃料電池スタック１１内の水詰まりによるセル電圧の低下を抑制することができ、燃料電池スタック１１からより多くの電力を素速く取り出すことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料電池車両の基本構成を示す模式図である。
【図２】燃料電池発電システムの具体的な構成例を示す図である。
【図３】燃料電池の発電電力とそれに必要な水素圧力、空気圧力の関係を示す特性図である。
【図４】第１の実施形態におけるアイドル停止判定フローを示すフローチャートである。
【図５】第１の実施形態におけるアイドル停止時操作フローを示すフローチャートである。
【図６】第２の実施形態におけるアイドル停止時操作フローを示すフローチャートである。
【図７】加湿デバイスを追加した燃料電池発電システムの具体的構成例を示す図である。
【図８】第３の実施形態におけるアイドル停止時操作フローを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１車両本体
２燃料電池
３インバータ
４駆動モータ
６車速センサ
７２次電池
８リレー
９制御コントローラ
１１燃料電池スタック
１１ａ水素極
１１ｂ空気極
１３水素調圧弁
１５水素供給配管
１６水素循環配管
１７水素圧力センサ
１８パージ弁
２０コンプレッサ
２１空気調圧弁
２２空気供給配管
２３空気圧力センサ
２４高圧シャット弁
２５入口側空気シャット弁
２６出口側空気シャット弁
２７加湿器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell vehicle equipped with a fuel cell as a drive source and a control method therefor, and more particularly to an improvement in control technology during idling stop.
[0002]
[Prior art]
Fuel cell technology that enables clean exhaust and high energy efficiency is attracting attention as a countermeasure against environmental problems in recent years, particularly air pollution caused by exhaust gas from vehicles and global warming caused by carbon dioxide. A fuel cell is an energy conversion system that supplies hydrogen or hydrogen-rich reformed gas and air as fuel to an electrolyte / electrode catalyst complex, causes an electrochemical reaction, and converts chemical energy into electric energy. In particular, a solid polymer electrolyte fuel cell using a solid polymer membrane as an electrolyte is easy to downsize at a low cost and has a high output density, so that it is expected to be used as a vehicle drive source. ing.
[0003]
By the way, in the fuel cell vehicle in which the fuel cell as described above is mounted as a drive source, the operation control of the fuel cell during idle stop when the vehicle is temporarily stopped becomes a problem. If power is supplied from the fuel cell even when idling is stopped, fuel efficiency deteriorates due to poor power generation efficiency in the low output region of the fuel cell.
[0004]
In view of this, an idle control device has been developed that stops supply of reaction gas and stops power generation of the fuel cell when it is detected that the fuel cell vehicle is in an idle stop state (see, for example, Patent Document 1). . In the idle control device described in Patent Document 1, the number of revolutions of the motor driving the fuel cell vehicle is equal to or less than a predetermined value, the brake is on, the remaining battery capacity is equal to or higher than the predetermined remaining capacity, and the electrical load is equal to or lower than the predetermined value. In some cases, it is determined that the engine is in an idle state, and the supply of air and hydrogen as reaction gases is stopped to stop power generation in the fuel cell.
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2001-359204 A
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the supply of the reaction gas is stopped at the time of idling stop as in the above-described prior art, the pressure of the reaction gas in the fuel cell gradually decreases, and there is a possibility of causing trouble especially at the time of restart. In general, as the generated power of the fuel cell increases, the reaction gas to be supplied needs to increase its pressure in addition to the flow rate. Therefore, if the supply of the reaction gas is stopped at the time of idling stop as described above and the reaction gas pressure in the fuel cell decreases, the pressure required to take out the predetermined power when the power generation is performed next time. Time is required to increase the reaction gas pressure.
[0007]
For this reason, for example, when it is necessary to restart the fuel cell in a short time after idling, such as when the fuel cell vehicle is temporarily stopped by waiting for a signal, such a control method takes too long to start. It is not possible to respond to fast start-up, that is, quick power extraction requirements. In particular, since the air electrode side of the fuel cell is configured to increase the air pressure with a compressor, a large amount of energy is consumed if the above pressure drop is to be compensated.
[0008]
The present invention has been proposed for the purpose of solving the above-described problems of the prior art. That is, the present invention provides a fuel cell vehicle capable of improving fuel efficiency by stopping the supply of the reaction gas at the time of idling stop and capable of taking out desired power from the fuel cell in a short time at the time of restart and its An object is to provide a control method.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, in order to achieve the above-described object, the air supply means and the hydrogen supply means, the air electrode passage for guiding the air from the air supply means to the air electrode of the fuel cell stack, and the hydrogen supply means In a fuel cell vehicle in which a fuel cell including a hydrogen electrode passage that guides hydrogen to a hydrogen electrode of a fuel cell stack is mounted as a drive source, an air blocking mechanism is provided on the inlet side and the outlet side of the air electrode passage of the fuel cell. At the time of idling stop, the air electrode passage of the fuel cell is blocked by the air blocking mechanism so that the pressure in the air electrode passage of the fuel cell is maintained.
[0010]
Thus, by sealing the air in the air electrode passage of the fuel cell while maintaining the pressure at the time of idling stop, the increase of the air pressure for reaching the pressure necessary for taking out the predetermined power at the next start-up is Only a few are required. Therefore, when releasing power from the idle stop and generating power again with the fuel cell, the time required to increase the pressure can be greatly shortened and power generation with the fuel cell can be resumed in a short time, and energy consumption at the compressor is also suppressed. The
[0011]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the supply of the reaction gas is stopped at the time of idling stop, fuel efficiency can be greatly improved, and at the time of idling stop, the air electrode passage of the fuel cell is shut off by the air shut-off mechanism, Since the pressure in the air electrode passage of the fuel cell is maintained, quick restart and quick power extraction are possible. Furthermore, energy consumption in the compressor or the like at the time of restart can be suppressed.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a fuel cell vehicle to which the present invention is applied and a control method thereof will be described in detail with reference to the drawings.
[0013]
(First embodiment)
FIG. 1 shows a basic configuration of a fuel cell vehicle. A fuel cell vehicle has a vehicle body 1 mounted with a fuel cell power generation system (hereinafter simply referred to as a fuel cell) 2 as a drive power source, and further includes an inverter 3, a drive motor 4, drive wheels 5, a vehicle speed sensor. 6, secondary battery 7, relay 8, and controller 9 are provided.
[0014]
In the fuel cell 2, the pressure, flow rate, etc. of hydrogen and air supplied to the fuel cell stack are adjusted so that the power consumed by the drive motor 4 and the power necessary for charging the secondary battery 7 can be generated. It is controlled by. Further, the inverter 3 converts the DC power generated by the fuel cell 2 into AC power, and controls the drive motor 4 so that the drive motor output torque is instructed from the controller 9.
[0015]
The drive wheel 5 is mechanically connected to the drive motor 4 and transmits the drive torque of the drive motor 4 to the tire to generate a drive force. A vehicle speed sensor 6 is provided here, and the rotational speed of the drive wheel 5 is detected by the vehicle speed sensor 6.
[0016]
The secondary battery 7 supplies power to the drive motor 4 when power is not supplied from the fuel cell 2 such as when idling is stopped. The relay 8 connects / disconnects the fuel cell 2 and the load circuit based on a command from the controller 9.
[0017]
Next, a specific configuration of the fuel cell 2 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2, the fuel cell 2 includes a fuel cell stack 11, a hydrogen supply system for supplying hydrogen (or hydrogen rich gas) as a fuel to the fuel cell stack 11, and an oxidant for the fuel cell stack 11. And an air supply system for supplying air.
[0018]
The fuel cell stack 11 is formed by stacking power generation cells in which a hydrogen electrode 11a supplied with hydrogen and an air electrode 11b supplied with oxygen (air) are stacked with an electrolyte / electrode catalyst composite interposed therebetween. There is a power generation unit that converts chemical energy into electrical energy by an electrochemical reaction. In the hydrogen electrode 11a, hydrogen is dissociated into hydrogen ions and electrons by supplying hydrogen, the hydrogen ions pass through the electrolyte, the electrons pass through an external circuit, generate electric power, and move to the air electrode 11b. In the air electrode 11b, oxygen in the supplied air reacts with the hydrogen ions and electrons to generate water, which is discharged to the outside.
[0019]
As the electrolyte of the fuel cell stack 11, for example, a solid polymer electrolyte is used in consideration of high energy density, low cost, light weight, and the like. The solid polymer electrolyte is made of an ion (proton) conductive polymer film such as a fluororesin ion exchange membrane, and functions as an ion conductive electrolyte when saturated with water.
[0020]
The hydrogen supply system guides hydrogen from the hydrogen supply means to the hydrogen electrode 11a of the fuel cell stack 11 through the hydrogen electrode passage. That is, this hydrogen supply system has a high-pressure hydrogen tank 12, a hydrogen pressure regulating valve 13, an ejector 14 as hydrogen supply means, a hydrogen supply pipe 15 serving as a hydrogen electrode passage, and a hydrogen circulation pipe 16. A hydrogen pressure sensor 17 is provided in the vicinity of the inlet of the hydrogen electrode 11 a of the fuel cell stack 11. The hydrogen gas supplied from the high-pressure hydrogen tank 12 that is a hydrogen supply source is sent to the hydrogen supply pipe 15 through the hydrogen pressure regulating valve 13 and the ejector 14, and is supplied to the hydrogen electrode 11 a of the fuel cell stack 11. . At this time, the hydrogen pressure regulating valve 13 is controlled based on the output from the hydrogen pressure sensor 16, and is supplied so that the pressure in the hydrogen electrode 11a and the hydrogen electrode passage of the fuel cell stack 11 becomes a pressure corresponding to the load. The hydrogen gas pressure is adjusted.
[0021]
In the fuel cell stack 11, not all of the supplied hydrogen gas is consumed, and hydrogen gas that has not been consumed (hydrogen gas discharged from the fuel cell stack 11) passes through the hydrogen circulation pipe 17 and is ejected by the ejector 14. It is circulated, mixed with newly supplied hydrogen gas, and supplied again to the fuel electrode 11 a of the fuel cell stack 11. Thereby, the stoichiometric ratio (supply flow rate / consumption flow rate) of hydrogen can be 1 or more, and the cell voltage is stabilized.
[0022]
A purge valve 18 and a purge pipe 19 are provided on the outlet side of the fuel cell stack 11. The purge valve 18 is normally closed, and is opened when a drop in the cell voltage due to clogging of the fuel cell stack 11 or accumulation of inert gas is detected. Impurities, nitrogen, and the like are accumulated by circulating hydrogen gas in the hydrogen circulation pipe 17, which may reduce the hydrogen partial pressure and reduce the efficiency of the fuel cell 2. Therefore, a purge valve 18 and a purge pipe 19 are provided on the outlet side of the fuel cell stack 11, and if necessary, the purge valve 18 is opened and hydrogen purge is performed to remove impurities, nitrogen, and the like from the hydrogen circulation pipe 17. I can do it.
[0023]
The air supply system guides air from the air supply means to the air electrode 11b of the fuel cell stack 11 through the air electrode passage. That is, this air supply system has a compressor 20 and an air pressure regulating valve 21 as air supply means, and an air supply pipe 22 as an air electrode passage. Here, the compressor 20 feeds air to the air electrode 11 b of the fuel cell stack 11, and supplies air compressed by, for example, motor driving to the air electrode 11 b of the fuel cell stack 11 through the air supply pipe 22. The air pressure regulating valve 21 adjusts the pressure of the air supplied by the compressor 20, and is provided on the outlet side of the air electrode 11 b of the fuel cell stack 11. An air pressure sensor 23 is provided near the inlet of the air electrode 11 b of the fuel cell stack 11, and the air pressure regulating valve 21 is controlled based on the output from the air pressure sensor 23, and the fuel cell stack 11. The pressure of the air supplied by the compressor 20 is adjusted so that the pressure in the air electrode 11b and the air electrode passage becomes a pressure corresponding to the load. Note that oxygen and other components in the air that have not been consumed in the fuel cell stack 11 are discharged from the fuel cell stack 11 via the air pressure regulating valve 23.
[0024]
In the fuel cell 2 configured as described above, the solid polymer electrolyte type fuel cell stack 11 has a relatively low proper operating temperature of around 80 ° C. and needs to be cooled when overheated. Therefore, in the fuel cell 2 as described above, a cooling mechanism is usually provided that cools the fuel cell stack 11 by circulating the cooling water and maintains it at an optimum temperature. Omitted.
[0025]
The specific configuration of the fuel cell 2 has been described above. In the present embodiment, the hydrogen supply system and the air supply system described above are each provided with a shut valve that is a shut-off mechanism, and when the engine is idled, the hydrogen electrode passage and the air electrode passage are provided. The pressure is maintained. Specifically, the hydrogen supply system is provided with a high-pressure shut valve 24 between the high-pressure hydrogen tank 12 and the hydrogen pressure regulating valve 13 so that the inlet side of the fuel cell stack 11 in the hydrogen electrode passage can be shut off and purged. The valve 18 is made to function as a shut-off mechanism so that the fuel cell stack 11 outlet side of the hydrogen electrode passage can be shut off. In the air supply system, an inlet side air shut valve 25 is provided between the compressor 20 and the air pressure sensor 23, and an outlet side air shut valve 26 is provided on the downstream side of the air pressure regulating valve 21. The entrance side and the exit side can be blocked.
[0026]
In the fuel cell 2, when it is determined that the controller 9 is in an idle state based on information from the vehicle speed sensor 6, the shut valves 24, 25, 26 and the purge valve 18 that are shut-off mechanisms are connected from the controller 9. Operated based on the control signal, the hydrogen electrode passage and the air electrode passage and the fuel cell stack 11 are sealed, and a pressure drop inside these is prevented. Hereinafter, the control flow at the time of idling stop will be described.
[0027]
FIG. 3 shows an example of the relationship between the generated power of the fuel cell stack 11, the hydrogen pressure, and the air pressure. As can be seen from FIG. 3, in addition to the flow rate of hydrogen and air, these pressures need to be increased as the generated power increases. Therefore, in consideration of restarting, it is preferable to suppress the pressure drop during idle stop as much as possible, and the following control flow is effective.
[0028]
The control flow in the present embodiment includes an idle stop determination flow for determining whether or not the engine is idle stopped, and an operation flow at the time of idle stop when the idle stop is determined.
[0029]
First, an idle stop determination flow is shown in FIG. When determining whether or not to stop idling, it is first detected whether an ignition switch (not shown) operated by the driver is on or off (step S1). Here, if the ignition switch is off, it is considered that power generation is not required immediately thereafter, so an operation for stopping the vehicle (fuel cell power generation system) is completely stopped (step S7).
[0030]
In the operation stop operation, the operation of the compressor 20 is stopped, the high pressure shut valve 24 is closed, and the supply of new air / hydrogen is stopped. Further, the purge valve 18, the outlet side air shut valve 26, and the air pressure regulating valve 23 are all fully opened, and the fuel cell stack 11, the hydrogen electrode passage, and the air electrode passage are opened to the atmosphere.
[0031]
If the ignition switch is on, whether the required power generation amount (driver's driving force request) is less than or equal to a predetermined value (step S2) and whether the vehicle speed is less than or equal to a predetermined speed (step S3). In each step, it is determined whether or not the charge capacity of the battery is sufficient (step S4), and it is determined whether or not to perform idle stop. When these conditions are satisfied, that is, when the required power generation amount is equal to or less than a predetermined value, the vehicle speed is equal to or less than the predetermined speed, and the charge capacity of the battery is sufficient, power generation in the fuel cell stack 11 at that time However, it is highly likely that it will be necessary to restart the power generation immediately (within a few minutes), so it is determined that the idle stop is performed instead of the operation stop operation, and the idle stop mode (step S5) is entered Transition. In addition, about the determination of idle stop, other operation parameters may be added similarly to the prior art, and other determination methods may be applied.
[0032]
In addition, when the condition is not satisfied in any of the above steps (step S2, step S3, step S4), that is, the required power generation amount is a predetermined value or more, the vehicle speed is a predetermined speed or more, or the battery If the charging capacity is insufficient, the power generation of the fuel cell stack 11 is continued (step S6).
[0033]
When it is determined that the idle stop is performed according to the above-described idle stop determination flow, each shut valve and the like are operated based on the operation flow at the time of idle stop shown in FIG.
[0034]
At the time of idling stop, first, the purge valve 18 of the hydrogen supply system is opened (step S11). Next, the relay 8 is turned off, and the fuel cell stack 11 is disconnected from the load circuit (step S12). As a result, power is not taken out from the fuel cell stack 11.
[0035]
Next, the high pressure shut valve 24 provided in the hydrogen supply system is closed so that no new hydrogen is supplied (step S13). Thereafter, the hydrogen pressure regulating valve 13 is opened, and the hydrogen gas upstream of the hydrogen pressure regulating valve 13 is caused to flow to the inlet of the fuel cell stack 11 (step S14).
[0036]
Subsequently, based on the detected value of the hydrogen pressure sensor 17 provided at the inlet of the fuel cell stack 11, it is determined whether or not the hydrogen pressure at the inlet of the fuel cell stack 11 is equal to or higher than a predetermined value. The predetermined value here may be determined based on the characteristics shown in FIG. 3 based on how much power generation can be instantaneously performed when returning from idle stop (step S15). If it is determined in step S15 that the value detected by the hydrogen pressure sensor 16 is equal to or greater than the predetermined value, the process of step S15 is repeated until it is determined that the value is equal to or smaller than the predetermined value. If it is determined that the value detected by the hydrogen pressure sensor 16 is smaller than the predetermined value, the purge valve 18 is closed and the hydrogen electrode passage is sealed (step S16).
[0037]
Next, the compressor 20 is stopped (step S17), and the outlet side air shut valve 26 is closed (step S18). Then, the air pressure regulating valve 21 is almost fully opened to achieve pressure balance of the entire air supply system (step S19). Here, the compressor 20 becomes a throttle, and the pressure of the air supply system changes relatively slowly.
[0038]
In step 20, it is determined whether or not the air pressure at the inlet of the fuel cell stack 11 is greater than or equal to a predetermined value based on the detection value of the air pressure sensor 2 provided at the inlet of the fuel cell stack 11. Similar to the hydrogen side, the predetermined value here may be determined based on the characteristics shown in FIG. 3 based on how much power can be instantaneously generated when returning from idle stop. Further, when the differential pressure with the hydrogen electrode side needs to be within a predetermined value, it may be determined in consideration thereof. In step S20, when it is determined that the air pressure is equal to or higher than the predetermined value, the process of step S20 is repeated until it is determined that the air pressure is equal to or lower than the predetermined value. When it is determined that the air pressure is smaller than the predetermined value, the inlet side air shut valve 25 is closed and the air electrode passage is sealed (step S21).
[0039]
The above is the control flow at the time of idling stop. However, in the prior art, when the idling stop is performed, the supply of the reaction gas is stopped and the hydrogen electrode passage and the air electrode passage are opened. It was. In such a configuration, when power generation is performed next time, it is necessary to increase the air or hydrogen pressure to a pressure required to extract predetermined power. For this reason, there has been a problem that it is impossible to respond to a quick start-up and power extraction request required for an idle stop of an automobile.
[0040]
On the other hand, in the present embodiment, the hydrogen electrode passage and the air electrode passage are sealed while maintaining the pressure of hydrogen and air. Therefore, when the idle stop is released and the fuel cell is generated again, a slight amount is generated. Hydrogen and air pressure can be increased to the required pressure over time.
[0041]
Also, by defining the operation sequence as described above when entering the idling stop, it is possible to suppress an increase in the differential pressure between the hydrogen pressure and the air pressure during the idling stop execution. It is possible to prevent the performance deterioration of the film.
[0042]
Furthermore, if hydrogen and air are kept sealed for a long time when power generation is stopped, the pressure balance may be lost and the durability of the fuel cell may be deteriorated. In this embodiment, however, power generation is stopped. Occasionally, hydrogen and air are sealed with pressure maintained only when idling is stopped, and when the normal operation is stopped, the air is released to the atmosphere.
[0043]
In this embodiment, since the purge valve 18 necessary for the hydrogen gas circulation system is used as a shut valve for sealing the hydrogen electrode passage, there is also an advantage that an increase in cost can be suppressed.
[0044]
(Second Embodiment)
The present embodiment is an example in which a step of suppressing the differential pressure between the air electrode and the hydrogen electrode of the fuel cell stack 11 is added to the operation flow at the time of idling stop of the first embodiment described above. Since the basic configuration of the fuel cell vehicle and the fuel cell 2 in this embodiment is the same as that of the first embodiment described above, the description thereof is omitted here.
[0045]
FIG. 6 shows an operation flow during idling stop in the present embodiment. Also in the present embodiment, the idle stop operation flow shown in FIG. 6 is performed after the idle stop determination (see FIG. 4) is made, as in the first embodiment described above.
[0046]
Steps S31 to S39 in the present embodiment are the same as steps S11 to S19 in the control flow shown in FIG. After the air pressure regulating valve 21 is fully opened in step S39, the detected value of the air pressure sensor 22 at the inlet of the fuel cell stack 11 is compared with the detected value of the hydrogen pressure sensor 16 at the inlet of the fuel cell stack 11. It is determined whether it is smaller than the pressure by a predetermined value or more (step S40).
[0047]
If it is determined in step S40 that the pressure is smaller than the predetermined value, that is, if the air pressure at the inlet of the fuel cell stack 11 is smaller than the hydrogen pressure and the differential pressure is larger than the predetermined value, the compressor 20 is driven again. (Step 41). At this time, since the outlet side air shut valve 26 is closed, the pressure in the air electrode passage of the air supply system increases. And it returns to step S40 again and repeats the process of step S41 until it determines with the said differential pressure | voltage being below a predetermined value. If it is determined that the differential pressure is smaller than the predetermined value, the inlet side air shut valve 25 and the outlet side air shut valve 26 are closed, and the air electrode passage is sealed (step S42).
[0048]
In this embodiment, when the differential pressure between air and hydrogen is equal to or greater than a predetermined value, the compressor 20 is driven before closing the inlet side air shut valve 25 downstream of the compressor 20, and the air pressure at the inlet of the fuel cell stack 11. It is the composition which adjusts. Therefore, it is possible to suppress an increase in the differential pressure between the hydrogen pressure and the air pressure when the idle stop is executed, and it is possible to prevent the performance deterioration of the polymer membrane of the fuel cell stack 11.
[0049]
Further, in addition to the effects of the first embodiment, the differential pressure control between the air pressure and the hydrogen pressure can be easily performed, and the sealing can be performed at a higher pressure. It becomes possible to quickly extract more power from the battery stack 11.
[0050]
(Third embodiment)
The present embodiment relates to an operation flow at the time of idling stop when humidifying air and hydrogen supplied to the fuel cell stack 11. The configuration of the fuel cell 2 is basically the same as that shown in FIG. 2 in the first embodiment. However, as shown in FIG. 7, air and hydrogen gas are humidified on the inlet side of the fuel cell stack 11. A humidifier 27 is added.
[0051]
In the general polymer membrane type fuel cell 2, in order to wet the polymer membrane used for the electrolyte of the fuel cell stack 11, some humidification device that humidifies air or hydrogen is necessary. FIG. 8 shows an operation flow during idling stop when such a humidifying device is provided. Note that this idle stop operation flow is also performed after the idle stop determination (see FIG. 4) is performed, as in the first embodiment described above.
[0052]
At the time of idling stop, first, the purge valve 18 of the hydrogen supply system is opened (step S51). Next, the relay 8 is turned off, and the fuel cell stack 11 is disconnected from the load circuit (step S52). As a result, power is not taken out from the fuel cell stack 11.
[0053]
Next, the humidifying operation of the humidifier 27 is stopped in response to the fact that the electric power is not taken out from the fuel cell stack 11 (step S53). As a method for stopping the humidification operation, for example, a method of stopping the supply of pure water to the humidifier 27 may be used, or a gas flow path that bypasses the humidifier 27 is provided so that both hydrogen gas and air pass through the humidifier 27. The method of not letting you do not matter.
[0054]
Since subsequent steps S54 to S63 are the same as steps S33 to S42 in the second embodiment, description thereof is omitted here.
[0055]
In this embodiment, since humidification of hydrogen and air to be sealed is not performed, in addition to the effects in the first embodiment and the second embodiment, the condensed water due to the temperature drop in the fuel cell stack 11 when power generation is stopped. The effect that generation | occurrence | production can be suppressed can be acquired. For this reason, at the time of return from idle stop, it is possible to suppress a decrease in cell voltage due to water clogging in the fuel cell stack 11, and it is possible to quickly extract more power from the fuel cell stack 11.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a basic configuration of a fuel cell vehicle.
FIG. 2 is a diagram showing a specific configuration example of a fuel cell power generation system.
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the power generated by the fuel cell and the hydrogen pressure and air pressure required for it.
FIG. 4 is a flowchart showing an idle stop determination flow in the first embodiment.
FIG. 5 is a flowchart showing an operation flow during idling stop in the first embodiment.
FIG. 6 is a flowchart showing an operation flow during idling stop in the second embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing a specific configuration example of a fuel cell power generation system to which a humidifying device is added.
FIG. 8 is a flowchart showing an operation flow during idling stop in the third embodiment.
[Explanation of symbols]
1 Vehicle body
2 Fuel cell
3 Inverter
4 Drive motor
6 Vehicle speed sensor
7 Secondary battery
8 Relay
9 Control controller
11 Fuel cell stack
11a Hydrogen electrode
11b Air electrode
13 Hydrogen pressure regulating valve
15 Hydrogen supply piping
16 Hydrogen circulation piping
17 Hydrogen pressure sensor
18 Purge valve
20 Compressor
21 Air pressure regulating valve
22 Air supply piping
23 Air pressure sensor
24 High pressure shut valve
25 Inlet air shut-off valve
26 Outlet air shut-off valve
27 Humidifier

Claims

Air supply means and hydrogen supply means, an air electrode passage for introducing air from the air supply means to the air electrode of the fuel cell stack, and a hydrogen electrode passage for introducing hydrogen from the hydrogen supply means to the hydrogen electrode of the fuel cell stack In a fuel cell vehicle equipped with a fuel cell comprising:
The fuel cell vehicle characterized in that the air electrode passage is provided with an air shut-off mechanism on the inlet side and the outlet side with respect to the fuel cell stack at the time of idling stop.

The air supply means includes a compressor that sends air to the air electrode of the fuel cell stack, and an air adjustment valve that controls at least one of the flow rate and pressure of air supplied to the air electrode of the fuel cell stack. ,
The air regulating valve is provided on the outlet side of the air electrode passage,
2. The fuel cell vehicle according to claim 1, wherein the air blocking mechanism is provided on each of a downstream side of the compressor and a downstream side of the air regulating valve.

The fuel cell vehicle according to claim 2, wherein the driving of the compressor is stopped when idling is stopped.

4. The fuel cell vehicle according to claim 1, further comprising a control unit that determines an idle stop state, wherein the air shut-off mechanism is opened and closed based on information from the control unit.

5. The hydrogen electrode passage is provided with a hydrogen shut-off mechanism that shuts off the hydrogen electrode passage when idling is stopped on an inlet side and an outlet side of the fuel cell stack. The fuel cell vehicle described in 1.

The hydrogen supply means includes a hydrogen supply source and a hydrogen regulating valve that controls at least one of a flow rate and a pressure of hydrogen supplied to the hydrogen electrode of the fuel cell stack,
The hydrogen regulating valve is provided on the inlet side of the hydrogen electrode passage,
The fuel cell vehicle according to claim 5, wherein the hydrogen shut-off mechanism is provided between the hydrogen supply source and the hydrogen regulating valve.

6. The hydrogen supply means has a circulation path for circulating hydrogen discharged from a hydrogen electrode of the fuel cell stack and a purge valve, and the purge valve functions as the hydrogen shut-off mechanism. 6. The fuel cell vehicle according to 6.

The fuel cell vehicle according to any one of claims 1 to 7, further comprising a humidifier that humidifies at least one of hydrogen and air supplied to the fuel cell stack.

Air supply means and hydrogen supply means, an air electrode passage for introducing air from the air supply means to the air electrode of the fuel cell stack, and a hydrogen electrode passage for introducing hydrogen from the hydrogen supply means to the hydrogen electrode of the fuel cell stack In a control method of a fuel cell vehicle in which a fuel cell comprising:
An air blocking mechanism for blocking the air electrode passage is provided on an inlet side and an outlet side of the air electrode passage with respect to the fuel cell stack, and the air electrode passage is blocked by the air blocking mechanism when idling is stopped. To control a fuel cell vehicle.

A shut-off mechanism for shutting off the hydrogen electrode passage is provided on an inlet side and an outlet side of the hydrogen electrode passage with respect to the fuel cell stack, and the hydrogen electrode passage is shut off by the hydrogen shut-off mechanism when idling is stopped. The method for controlling a fuel cell vehicle according to claim 9.

11. The hydrogen supply means is provided with a circulation path for circulating discharged hydrogen from the hydrogen electrode of the fuel cell stack and a purge valve, and the purge valve functions as the hydrogen shut-off mechanism. Fuel cell vehicle control method.

As the air supply means, a compressor that sends air to the air electrode of the fuel cell stack, and an air adjustment valve that controls at least one of the flow rate and pressure of air supplied to the air electrode of the fuel cell stack, The air regulating valve is provided on the outlet side of the air electrode passage, and the air blocking mechanism is provided on the downstream side of the compressor and the downstream side of the air regulating valve, respectively.
As the hydrogen supply means, a hydrogen supply source and a hydrogen adjustment valve that controls at least one of a flow rate and a pressure of hydrogen supplied to the hydrogen electrode of the fuel cell stack are provided, and the hydrogen adjustment valve is connected to the hydrogen electrode passage. And the hydrogen shut-off mechanism is provided between the hydrogen supply source and the hydrogen regulating valve,
At the time of idling stop, first, the purge valve is opened, then the hydrogen shutoff mechanism provided between the hydrogen supply source and the hydrogen regulating valve is shut off, and then the hydrogen regulating valve is opened. Next, shut off the purge valve, then stop driving the compressor, then shut off the air shut-off mechanism provided on the downstream side of the air regulating valve, and then fully open the air regulating valve. Then, the control method for the fuel cell vehicle according to claim 11, wherein an air shut-off mechanism provided downstream of the compressor is shut off.

When idling is stopped, the air pressure in the air electrode passage is compared with the hydrogen pressure in the hydrogen electrode passage. If the air pressure is smaller than the hydrogen pressure by a predetermined value or more, air is supplied from the air supply means to The method of controlling a fuel cell vehicle according to any one of claims 9 to 12, wherein:

10. A humidifier for humidifying at least one of hydrogen and air supplied to the fuel cell stack is installed, and the humidifying operation of the humidifier is stopped or the humidifying capacity is lowered when idling is stopped. 14. A control method for a fuel cell vehicle according to any one of claims 13 to 13.