JP3899881B2 - 燃料電池車両の制御装置 - Google Patents
燃料電池車両の制御装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3899881B2 JP3899881B2 JP2001303071A JP2001303071A JP3899881B2 JP 3899881 B2 JP3899881 B2 JP 3899881B2 JP 2001303071 A JP2001303071 A JP 2001303071A JP 2001303071 A JP2001303071 A JP 2001303071A JP 3899881 B2 JP3899881 B2 JP 3899881B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- fuel
- hydrogen
- hydrogen gas
- amount
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims description 147
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 claims description 32
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 28
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 26
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 18
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims description 14
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 14
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 9
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims description 5
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 4
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 149
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 62
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 62
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 35
- 238000000034 method Methods 0.000 description 15
- 230000008569 process Effects 0.000 description 11
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 9
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 8
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 3
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 3
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 description 2
- 229920005597 polymer membrane Polymers 0.000 description 2
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002120 nanofilm Substances 0.000 description 1
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の駆動源となるモータに供給する電力を発電する燃料電池スタック内での燃料ガス圧力を制御する燃料電池車両の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、燃料電池システムは、酸化剤ガスとして空気を供給すると共に、燃料ガスとして水素を供給して燃料電池スタックを発電させて、例えば車両の駆動源となるモータを駆動するものとして知られている。この燃料電池システムの水素系流路には、通常、水素圧力を制御したり、水素を循環させるために、一又は複数の弁が設けらており、閉鎖系となっている（特開平８−１９５２１０号公報参照）。
【０００３】
これにより、燃料電池システムでは、燃料電池スタックの水素極内の水素圧力を制御して燃料電池スタックの動作を制御したり、燃料電池スタックから排出された水素を燃料電池スタックの水素供給側に循環して水素を有効利用することを実現している。
【０００４】
このような燃料電池システムにおいて、車両の駆動源となるモータの負荷がステップ的に低下した場合には、燃料電池で発電する必要のある電力がステップ的に低下し、燃料電池スタックによる水素消費量が急激に減少する。このため、燃料電池スタックの水素極の圧力が上昇してしまう。このように水素極の圧力が上昇した状態を放置すると、高圧力により燃料電池スタックの機能を低下させる恐れがあった。
【０００５】
このように急激にモータの負荷が変動することに対応するため、特開平２−３０９５６２号公報に開示された燃料電池システムでは、水素ガス供給流路に燃料電池スタックの通常運転時に用いる流量調整弁とは別に、動作の応答性の高い高速開閉弁を設けている。そして、この燃料電池システムでは、モータの負荷が減少したときには、瞬時に高速開閉弁を閉じ、燃料電池スタックの水素極に必要以上の水素ガスを供給しないようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、燃料電池システムでは、水素系流路が閉鎖系となっているので、水素極での水素ガス圧力を一定値に保つためには、水素極での水素ガス圧力を制御するための圧力制御弁を介して水素極に供給する水素ガス量と、燃料電池スタックで消費される水素ガス量とが同量でなければならない。
【０００７】
従来の燃料電池システムでは、負荷が急激に変動したことに応じて高速開閉弁を瞬時に開閉しているが、実際に瞬時に開閉することは不可能である。したがって、モータの負荷が急激に低下して水素ガス消費量が減少した後であっても、高速開閉弁が開状態から閉状態になるまでの期間に水素極に水素ガスが供給され続けることにより、水素極での水素ガス圧力が上昇してしまう。
【０００８】
また、高速開閉弁を閉状態にした後であっても、水素ガス圧力は上昇しないが、高速開閉弁が閉状態になる前に上昇した水素ガス圧力が保持されてしまう。このような状態では、燃料電池スタックの水素極と酸素極との圧力差が過大な状態になり、燃料電池スタック内部の高分子膜の機能を低下させる恐れがある。
【０００９】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、負荷が急激に減少する場合であっても燃料電池スタック内で水素ガス圧力が上昇するのを回避することができる燃料電池車両の制御装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、請求項１に係る発明では、電解質膜を酸化剤極と燃料極とにより挟んで構成され、上記酸化剤極側に酸化剤ガスが供給されると共に、上記燃料極側に燃料ガスが供給されて発電して、発電した電力を車両の駆動源となるモータに供給する燃料電池と、上記燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、上記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、上記燃料電池の燃料ガス排出側の燃料ガス排出流路に設けられ、上記燃料電池から排出された燃料ガスを外部に放出する放出弁とを備えた燃料電池車両を制御する燃料電池車両の制御装置において、上記燃料電池に要求される発電電力である要求発電電力が低下したことに応じて、上記燃料電池の燃料ガス消費量の減少量を算出し、当該燃料ガス消費量の減少量を上記放出弁から排出させる動作量で上記放出弁を開状態にする制御をして、上記燃料極内の上昇したガス圧力分のガスを上記放出弁から放出させる制御手段を備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項２では、請求項１に係る発明であって、上記燃料電池車両は、車両状態に応じて車両の駆動輪の駆動力を低下させる駆動力低下動作をするトラクションコントロールシステムを有し、上記制御装置は、上記トラクションコントロールシステムによる駆動力低下動作に応じて上記要求発電電力が低下したと判定し、上記放出弁を開状態にする制御をすること特徴とする。
【００１２】
請求項３に係る発明では、請求項２に係る発明であって、上記制御装置は、上記トラクションコントロールシステムによる駆動力低下動作が解除されたことに応じて、上記放出弁を開状態から閉状態にする制御をすることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に係る発明では、請求項２又は請求項３に係る発明であって、上記制御装置は、上記トラクションコントロールシステムによる駆動力低下動作前の上記燃料電池の状態及び上記トラクションコントロールシステムの駆動力低下動作による上記モータの駆動力の低下量に基づいて燃料ガス消費量の減少量を算出し、上記放出弁を開状態とするときの上記放出弁の動作量を決定することを特徴とする。
【００１４】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、燃料電池に要求される発電電力である要求発電電力が低下したことに応じて放出弁を開状態にする制御をして、燃料極内の上昇した燃料ガス圧力分の燃料ガスを放出弁から放出させるので、モータの駆動力が急激に低下した場合であっても、燃料極内で燃料ガス圧力が上昇することを抑制することができる。
【００１５】
請求項２に係る発明によれば、トラクションコントロールシステムによる駆動力低下動作に応じて要求発電電力が低下したと判定し、放出弁を開状態にするので、トラクションコントロールによりモータの駆動力が急激に低下した場合であっても、燃料極内で燃料ガス圧力が上昇することを抑制し、燃料極と酸化剤極との圧力差が過大な状態になって、燃料電池内部の高分子膜の機能を低下させることを回避することができる。
【００１６】
ところで、放出弁の作動は燃料ガスを発電に用いることなく放出するものであるから、必要以上に作動させると燃費の悪化を伴う。例えば、要求発電量が低下した場合であっても、その低下速度が非常に小さなものである場合には放出弁を開状態としなくとも燃料極内で燃料ガス圧力が上昇することはないので、このような場合にも放出弁を開状態とすることは燃費の悪化に繋がる恐れがある。
【００１７】
そこで、要求発電量の低下速度を算出して、これに応じて放出弁を制御することも考えられるが、放出弁を開状態としなければならないような要求発電量の急低下時には、少しでも速く放出弁を開状態とすべきで、要求発電量の低下速度を算出してからでは応答が遅れてしまう。
【００１８】
本発明では、トラクションコントロールシステムの作動時には多くの場合に要求発電量が急低下するので、この作動信号を利用して放出弁を制御することで、要求発電量の低下速度を算出することなく真に放出弁を開状態とすべき時に限り開状態とすることができるので燃費の悪化を抑制できる。
【００１９】
請求項３に係る発明によれば、トラクションコントロールシステムによる駆動力低下動作が解除されたことに応じて、放出弁を開状態から閉状態にするので、請求項１の発明の効果に加えて、燃料電池の燃料極の燃料ガス圧力を速やかにトラクションコントロールシステムが作動する前の燃料ガス圧力に戻すことができる。
【００２０】
請求項４に係る発明によれば、トラクションコントロールシステムによる駆動力低下動作前の燃料電池の状態及びトラクションコントロールシステムの駆動力低下動作によるモータの駆動力の低下量に基づいて、放出弁を開状態とするときの放出弁の動作量を決定するので、より精度良く燃料極の燃料ガス圧力を制御することができる。したがって、請求項４に係る発明によれば、モータの駆動力が急激に変化して燃料ガス消費量が急激に変化した場合であっても、燃料電池内での燃料ガス圧力と空気圧力との圧力差を更に小さくすることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２２】
本発明は、例えば図１に示すように構成された燃料電池車両に適用される。
【００２３】
［燃料電池車両の構成］
この燃料電池車両は、図１に示すように、車両に燃料電池システム１、インバータ２、駆動モータ３が搭載され、燃料電池システム１、インバータ２をコントローラ４で制御することにより駆動モータ３を駆動する。
【００２４】
燃料電池システム１は、固体高分子電解質膜を酸素極１１ｂ（酸化剤極）と水素極１１ａ（燃料極）とにより挟んで構成された燃料電池構造体が、セパレータを介して複数積層されてなるスタック構造の燃料電池スタック１１を備える。この燃料電池スタックは、水素極で水素が電子を放出することでイオン化して固体高分子電解質膜を通過し、空気極で酸素とイオン化した水素とが結合して水を生成することで発電をする。
【００２５】
この燃料電池システム１は、発電させた電力をインバータ２に供給する。この燃料電池システム１の動作は、コントローラ４からの制御信号により制御される。なお、この燃料電池システム１の構成については後述する。
【００２６】
インバータ２は、燃料電池システム１からの直流電力を交流電力に変換して駆動モータ３に出力する。インバータ２は、コントローラ４によりモータトルクを指定するモータトルク指令が入力され、モータトルク指令に応じた交流電流を駆動モータ３に供給することにより、駆動モータ３に指定されたモータトルクを発生させる。
【００２７】
また、この燃料電池車両は、駆動モータ３に機械的に接続した一対の駆動輪５と、駆動モータ３に接続されていない一対の従動輪６とを備え、駆動モータ３により発生するモータトルクをタイヤに伝達して駆動力を発生させる。
【００２８】
更に、燃料電池車両は、駆動モータ３と駆動輪５との機械的接続部分に駆動輪側車速センサ７を備える。この駆動輪側車速センサ７は、駆動輪５の回転速度を検出してセンサ信号としてコントローラ４に出力する。また、この燃料電池車両は、一対の従動輪６の機械的接続部分に従動輪側車速センサ８を備える。この従動輪側車速センサ８は、従動輪６の回転速度を検出してセンサ信号としてコントローラ４に出力する。
【００２９】
コントローラ４は、通常、例えばアクセル操作量やブレーキ操作量等のセンサ信号が入力され、センサ信号に基づいて駆動モータ３に要求されるモータトルク量を演算する。そして、コントローラ４は、要求されるモータトルク量を実現するために、燃料電池システム１での発電電力量を制御すると共に、インバータ２から駆動モータ３に供給する交流電力量を制御して駆動モータ３を駆動させる。
【００３０】
また、コントローラ４は、駆動輪側車速センサ７及び従動輪側車速センサ８からセンサ信号が入力され、センサ信号に基づいてモータトルク量を変動させるトラクションコントロールシステム（Traction Control System：ＴＣＳ）として機能する。
【００３１】
具体的には、コントローラ４は、駆動輪側車速センサ７からのセンサ信号に応じた駆動輪５の回転速度と、従動輪側車速センサ８からのセンサ信号に応じた従動輪６の回転速度との速度差を演算し、速度差に応じて駆動輪５のトルクダウン量を決定する。コントローラ４は、駆動輪５の回転速度が従動輪６の回転速度よりも大きいほど、トルクダウン量を大きくするように演算をする。
【００３２】
更に、コントローラ４は、決定したトルクダウン量に従って、インバータ２から駆動モータ３に供給する交流電力量を低下させることを示すトルクダウン指令を生成して、インバータ２に出力する。また、コントローラ４は、トルクダウン指令を出力すると共に、燃料電池システム１のパージ弁１９を開状態にする開指令を出力する。
【００３３】
更にまた、コントローラ４は、トルクダウン指令に応じてインバータ２が動作することで駆動モータ３のモータトルク量が低下し、モータトルク量を元の値に戻すためにトラクションコントロールを非動作（解除）とするときには、インバータ２から駆動モータ３に交流電力を供給する指令を出力する。同時に、コントローラ４は、後述の燃料電池システム１のパージ弁１９を閉状態にする閉指令を出力する。
【００３４】
「燃料電池システム１の構成」
図２に、燃料電池システム１の構成を示す。
【００３５】
この燃料電池システム１は、水素ガス（燃料ガス）となる水素を貯蔵している水素貯蔵ボンベ１２と、水素ガス供給流路１３に設けられた水素ガス圧力調整弁１４とを備える。水素ガス圧力調整弁１４には、開度調整をするための第１アクチュエータ１５が接続されている。第１アクチュエータ１５は、コントローラ４からの制御信号に応じて水素ガス圧力調整弁１４の開度を調整する。
【００３６】
この燃料電池システム１では、水素ガス圧力調整弁１４の開度を調整することにより、水素極１１ａ内での水素ガス圧力を制御する。
【００３７】
燃料電池スタック１１の水素極１１ａのガス排出側には、燃料電池スタック１１の水素極１１ａからの排気を、再び水素ガス供給流路１３に戻すための水素循還流路１６が設けられている。また、燃料電池システム１において、水素循還流路１６と水素ガス供給流路１３との接続部には、水素循還流路１６からの水素ガスを燃料電池スタック１１の水素ガス供給口に供給するエグゼクタポンプ１７が配設されている。
【００３８】
また、燃料電池スタック１１の水素極１１ａのガス排出側には、水素ガス排出流路１８を介して水素ガス及び水蒸気を外部に放出するためのパージ弁１９（放出弁）が配設されている。パージ弁１９は、開閉状態がコントローラ４によって制御される開閉弁により構成されている。パージ弁１９には、開閉動作させるための第２アクチュエータ２０が接続されている。第２アクチュエータ２０は、コントローラ４からの制御信号に応じてパージ弁１９を開閉動作させる。
【００３９】
このような燃料電池システム１では、燃料電池スタック１１のセル電圧安定化を目的とし、水素ガスのストイキ比（供給水素ガス流量／消費水素ガス流量）を１以上にするために、水素極１１ａで消費しきれなかった余剰水素ガスを再度燃料電池スタック１１の水素極１１ａに供給するように構成されている。
【００４０】
なお、このパージ弁１９は、開閉弁で構成される場合のみならず、開度調整が可能な開度調整弁で構成されていても良い。
【００４１】
更に、燃料電池システム１において、燃料電池スタック１１の水素極１１ａのガス排出側には、パージ弁１９を介して水素ガス排出流路１８に接続された水素燃焼器２１を備える。
【００４２】
更にまた、この燃料電池システム１は、外部から空気（酸化剤ガス）を吸気して圧縮し、燃料電池スタック１１の酸素極１１ｂに空気を供給するコンプレッサ２２を備えている。コンプレッサ２２は、例えば燃料電池スタック１１の運転状態に応じて、所定流量となるように、その回転数がコントローラ４により制御される。また、コンプレッサ２２によって吸気された空気は、空気供給流路２３を通して燃料電池スタック１１の酸素極１１ｂに供給される。
【００４３】
更にまた、燃料電池システム１は、燃料電池スタック１１の空気排出側に、空気排出流路２４を介して空気圧力調整弁２５が設けられている。空気圧力調整弁２５には、開度調整をするための第３アクチュエータ２６が接続されている。第３アクチュエータ２６は、コントローラ４からの制御信号に応じて空気圧力調整弁２５の開度を調整する。
【００４４】
この燃料電池システム１では、空気圧力調整弁２５の開度を調整することにより、酸素極１１ｂ内での空気圧力を制御する。
【００４５】
更にまた、燃料電池スタック１１の水素ガス供給口には水素ガス圧力を検出する水素圧力センサ２７が配設されていると共に、燃料電池スタック１１の空気供給口には空気圧力を検出する空気圧力センサ２８が配設されている。そして、水素圧力センサ２７及び空気圧力センサ２８は、検出した水素ガス圧力及び空気圧力をセンサ信号としてコントローラ４に出力する。
【００４６】
このような燃料電池システム１において、コントローラ４は、空気圧力センサ２８からのセンサ信号を参照し、要求されるモータトルク量に応じた発電電力を発生させる空気圧力とするように第３アクチュエータ２６を制御して空気圧力調整弁２５の開度を調整する。
【００４７】
また、この燃料電池システム１において、コントローラ４は、水素圧力センサ２７からのセンサ信号を参照し、要求されるモータトルク量に応じた電力を発生させる水素ガス圧力とするように第１アクチュエータ１５を制御して水素ガス圧力調整弁１４の開度を調整する。
【００４８】
［コントローラ４の処理］
「第１処理例」
図３に、上述のコントローラ４の第１処理例の処理手順のフローチャートを示す。
【００４９】
コントローラ４は、燃料電池システム１が動作しているときに、図３に示す処理を例えば所定時間ごとに行うことで、ステップＳ１以降の処理を開始する。
【００５０】
ステップＳ１において、図示しない燃料電池スタック１１のセル電圧を検出するセル電圧センサからのセンサ信号を入力し、コントローラ４により、燃料電池スタック１１に水つまりが発生したか否かの判定をする。例えばセル電圧が低下することで水つまりが発生したと判定したときには処理をステップＳ２に進め、水つまりが発生していないと判定したときには処理をステップＳ３に進める。
【００５１】
ステップＳ２では、燃料電池スタック１１に発生した水つまりを解消するために、コントローラ４により、パージ弁１９を所定時間だけ開状態にするように第２アクチュエータ２０を制御して処理を終了する。
【００５２】
ステップＳ３では、コントローラ４により、駆動輪側車速センサ７及び従動輪側車速センサ８からのセンサ信号に基づいて、トラクションコントロールを作動させるか否かの判定をする。
【００５３】
ステップＳ３でトラクションコントロールを作動させると判定したときには、ステップＳ４に処理を進め、コントローラ４により、パージ弁１９を開状態にするように第２アクチュエータ２０を制御する。同時に、コントローラ４により、インバータ２にトルクダウン指令を出力する。
【００５４】
ステップＳ３でトラクションコントロールを作動させないと判定したときには、ステップＳ５に処理を進め、パージ弁１９を閉状態のままにして処理を終了する。
【００５５】
このような処理をするコントローラ４を備えた燃料電池車両では、図４に示すように、時刻ｔ１でステップＳ３における判定によりトラクションコントロールを作動させると、インバータ２にトルクダウン指令を出力することで駆動モータ３のモータトルクが急激に低下する（図４（ａ））。
【００５６】
また、時刻ｔ１では、コントローラ４からインバータ２にトルクダウン指令が出力されることにより、インバータ２から駆動モータ３に供給する交流電流が急激に低下し、駆動モータ３の負荷電流が急激に低下する（図４（ｂ））。すなわち、燃料電池スタック１１からインバータ２に出力する直流電力量が急激に低下することにより、水素極１１ａでの水素ガス消費量が急激に低下する。
【００５７】
これに対し、上述したように、トルクダウン指令をインバータ２に出力するのと同時にパージ弁１９を開状態にすることにより（図４（ｄ））、モータトルク量の急激な減少に伴って水素極１１ａで消費されなかった余剰水素ガスを放出する。
【００５８】
そして、時刻ｔ２でトラクションコントロールの作動を解除すると（図４（ａ））、インバータ２にモータトルク指令を出力することにより水素極１１ａの水素ガス消費量が上昇し（図４（ｂ））、同時に、パージ弁１９を開状態から閉状態にする（図４（ｄ））。
【００５９】
これにより、図４（ｃ）に示すように、モータトルク量が急激に低下した場合であっても、水素極１１ａ内で水素ガス圧力が上昇することを抑制することができる。したがって、この燃料電池システム１によれば、トラクションコントロールシステムを作動させることにより燃料電池スタック１１の水素極１１ａと酸素極１１ｂとの圧力差が過大な状態になって、燃料電池スタック１１内部の高分子膜の機能を低下させることを回避することができる。
【００６０】
また、トラクションコントロールを解除したときに、同時にパージ弁１９を開状態から閉状態にするので、燃料電池スタック１１の水素極１１ａの水素ガス圧力を速やかにトラクションコントロールシステムが作動する前の水素ガス圧力に戻すことができる。
【００６１】
これに対し、トラクションコントロールを作動させたときにパージ弁１９を開状態にしない場合のモータトルク、水素ガス消費量、水素ガス圧力の時間変化を図５に示す。図４に示す場合と同様に、時刻ｔ１１でトラクションコントロールを作動させることによりモータトルクが急激に低下すると（図５（ａ））、水素極での水素ガス消費量が急激に低下する（図５（ｂ））。
【００６２】
このとき、燃料電池スタックの水素ガス供給側に設けられた圧力調整弁により水素極内の水素ガス圧力を調整する場合では、図５（ｃ）中の特性Ａで示すように、水素ガス消費量が低下したにも拘わらず圧力調整弁が閉状態になるまでの期間に水素極に水素ガスが供給されることにより水素ガス圧力が上昇する。これにより、空気ガス圧力と水素ガス圧力との圧力差が発生してしまう。そして、時刻ｔ１２においてトラクションコントロールが非作動になって水素ガス消費量が上昇すると（図５（ａ）、（ｂ））、水素極で水素ガスの消費が再開されて水素ガス圧力が徐々に低下する（図５（ｃ））。
【００６３】
また、燃料電池スタックの水素ガス供給側に圧力調整弁とは別に高速開閉弁を設けた場合では、時刻ｔ１１でトラクションコントロールが作動し始めてから高速開閉弁を閉状態に動作させるので、図５（ｃ）中の特性Ｃで示すように時刻ｔ１１から遅れた時刻ｔ１３で高速開閉弁が閉状態になる。このように高速開閉弁を使用した場合であっても、高速開閉弁が閉状態になるまでの期間に水素極に水素ガスが供給されていまい、空気ガス圧力と水素ガス圧力との圧力差が発生し、時刻ｔ１３以降において圧力差がある状態で水素ガス圧力が保持されてしまう。
【００６４】
これに対し、上述したように、水素ガス消費量が急激に低下したときに燃料電池スタック１１の水素ガス排出側に設けたパージ弁１９を開状態にすることにより、水素ガス圧力の上昇を回避することができる。
【００６５】
また、パージ弁１９の開閉が瞬時に行えない場合であって水素ガス圧力が上昇しても、パージ弁１９が開き始めることにより水素ガス圧力を元の圧力値に戻す作用を実現することができ、水素極で水素ガス圧力が上昇した分だけパージ弁１９から排出される水素ガス量を上昇させることができる。
【００６６】
「第２処理例」
図６に、上述のコントローラ４の第２処理例の処理手順のフローチャートを示す。なお、上述した第１処理例と同様の処理については同じステップ番号を付することによりその詳細な説明を省略する。
【００６７】
第２処理例では、ステップＳ３でトラクションコントロールが作動したと判定したらステップＳ１１に処理を進め、コントローラ４により、トラクションコントロールが作動したことによる水素ガス消費量の減少量を算出する。このとき、コントローラ４により、トラクションコントロールによるトルクダウン量を換算することで水素ガス消費量の減少量を算出する。ここで、図７（ａ）の○で示すような水素ガス消費量で燃料電池スタック１１が運転していた場合において、トルクダウン量に応じて水素ガス消費量の減少量が異なる。
【００６８】
次のステップＳ１２において、コントローラ４により、水素極１１ａでの水素ガス圧力をトルクダウン指令を出力する前の圧力値に保持するために、トルクダウン量により減少する水素ガス消費量分をパージ弁１９から排出するために、パージ弁１９を開状態にするときの動作量を算出する。
【００６９】
トルクダウン指令を出力する前の水素ガス圧力を０．３ＭＰａとすると、図７（ｂ）に示すような燃料電池スタック１１の水素ガス供給口での水素ガス圧力と、パージ弁１９の通過水素ガス流量との関係から、水素ガス供給口での水素ガス圧力における、トルクダウン量により減少する水素ガス消費量分を排出するためのパージ弁動作量を演算する。
【００７０】
トルクダウン指令を出力する前の水素ガス圧力が０．３ＭＰａである場合において、第１トルクダウン量に応じた水素ガス消費量の減少分が図７（ａ）に示すようになるときには、図７（ｂ）に示すように、水素ガス消費量減少分をパージ弁１９から放出するためのパージ弁１９の開度は図７（ｂ）の第１パージ弁動作量となる。また、第２トルクダウン量、第３トルクダウン量についても図７（ａ）、図７（ｂ）に示すような第２パージ弁動作量、第３パージ弁動作量となる。
【００７１】
次のステップＳ１３において、コントローラ４から第３アクチュエータ２６に制御信号を出力して、ステップＳ１２で算出した動作量だけパージ弁１９を開状態にするように制御する。
【００７２】
このような処理をするコントローラ４を備えた燃料電池車両によれば、トルクダウン指令を出力する前の水素極１１ａでの水素ガス圧力と、トルクダウン指令によるトルクダウン量とに基づいて、パージ弁１９の動作量を決定するため、より精度良く水素極１１ａの水素ガス圧力を制御することができる。したがって、この燃料電池車両では、モータトルクが急激に変化して水素ガス消費量が急激に変化した場合であっても、燃料電池スタック１１内での水素ガス圧力と空気圧力との圧力差を更に小さくすることができる。
【００７３】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【００７４】
すなわち、本発明を適用した燃料電池車両では、トラクションコントロールシステムによるトルクダウン指令が発生したときにパージ弁を開状態にしたが、これに限らず、例えばアクセル開度が急激に減少した場合であってもパージ弁を開状態にして水素極圧力の上昇を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した燃料電池車両の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明を適用した燃料電池車両における燃料電池システムの構成を示す図である。
【図３】本発明を適用した燃料電池車両を制御するコントローラの第１処理例における処理手順を示すフローチャートである。
【図４】トラクションコントロールシステムが作動したときの本発明を適用した燃料電池車両の動作を示すタイムチャートであり、（ａ）はモータトルク、（ｂ）は駆動モータに供給する電流（水素ガス消費量）、（ｃ）は水素極での水素ガス圧力及び空気圧力、（ｄ）はパージ弁の動作状態を示す。
【図５】トラクションコントロールシステムが作動したときの比較例としての動作を示すタイムチャートであり、（ａ）はモータトルク、（ｂ）は駆動モータに供給する電流（水素ガス消費量）、（ｃ）は水素極での水素ガス圧力及び空気圧力を示す。
【図６】本発明を適用した燃料電池車両を制御するコントローラの第２処理例における処理手順を示すフローチャートである。
【図７】本発明を適用した燃料電池車両においてトルクダウン量に応じてパージ弁動作量を決定することを説明するための図であり、（ａ）は燃料電池スタックでの電流値と水素ガス消費量との関係、（ｂ）は燃料電池スタックの水素ガス供給口での水素ガス圧力とパージ弁通過流量との関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 燃料電池システム
２ インバータ
３ 駆動モータ
４ コントローラ
５ 駆動輪
６ 従動輪
７ 駆動輪側車速センサ
８ 従動輪側車速センサ
１１ 燃料電池スタック
１１ａ 水素極
１１ｂ 酸素極
１２ 水素貯蔵ボンベ
１３ 水素ガス供給流路
１４ 水素ガス圧力調整弁
１５ 第１アクチュエータ
１６ 水素循還流路
１７ エグゼクタポンプ
１８ 水素ガス排出流路
１９ パージ弁
２０ 第２アクチュエータ
２１ 水素燃焼器
２２ コンプレッサ
２３ 空気供給流路
２４ 空気排出流路
２５ 空気圧力調整弁
２６ 第３アクチュエータ
２７ 水素圧力センサ
２８ 空気圧力センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の駆動源となるモータに供給する電力を発電する燃料電池スタック内での燃料ガス圧力を制御する燃料電池車両の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、燃料電池システムは、酸化剤ガスとして空気を供給すると共に、燃料ガスとして水素を供給して燃料電池スタックを発電させて、例えば車両の駆動源となるモータを駆動するものとして知られている。この燃料電池システムの水素系流路には、通常、水素圧力を制御したり、水素を循環させるために、一又は複数の弁が設けらており、閉鎖系となっている（特開平８−１９５２１０号公報参照）。
【０００３】
これにより、燃料電池システムでは、燃料電池スタックの水素極内の水素圧力を制御して燃料電池スタックの動作を制御したり、燃料電池スタックから排出された水素を燃料電池スタックの水素供給側に循環して水素を有効利用することを実現している。
【０００４】
このような燃料電池システムにおいて、車両の駆動源となるモータの負荷がステップ的に低下した場合には、燃料電池で発電する必要のある電力がステップ的に低下し、燃料電池スタックによる水素消費量が急激に減少する。このため、燃料電池スタックの水素極の圧力が上昇してしまう。このように水素極の圧力が上昇した状態を放置すると、高圧力により燃料電池スタックの機能を低下させる恐れがあった。
【０００５】
このように急激にモータの負荷が変動することに対応するため、特開平２−３０９５６２号公報に開示された燃料電池システムでは、水素ガス供給流路に燃料電池スタックの通常運転時に用いる流量調整弁とは別に、動作の応答性の高い高速開閉弁を設けている。そして、この燃料電池システムでは、モータの負荷が減少したときには、瞬時に高速開閉弁を閉じ、燃料電池スタックの水素極に必要以上の水素ガスを供給しないようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、燃料電池システムでは、水素系流路が閉鎖系となっているので、水素極での水素ガス圧力を一定値に保つためには、水素極での水素ガス圧力を制御するための圧力制御弁を介して水素極に供給する水素ガス量と、燃料電池スタックで消費される水素ガス量とが同量でなければならない。
【０００７】
従来の燃料電池システムでは、負荷が急激に変動したことに応じて高速開閉弁を瞬時に開閉しているが、実際に瞬時に開閉することは不可能である。したがって、モータの負荷が急激に低下して水素ガス消費量が減少した後であっても、高速開閉弁が開状態から閉状態になるまでの期間に水素極に水素ガスが供給され続けることにより、水素極での水素ガス圧力が上昇してしまう。
【０００８】
また、高速開閉弁を閉状態にした後であっても、水素ガス圧力は上昇しないが、高速開閉弁が閉状態になる前に上昇した水素ガス圧力が保持されてしまう。このような状態では、燃料電池スタックの水素極と酸素極との圧力差が過大な状態になり、燃料電池スタック内部の高分子膜の機能を低下させる恐れがある。
【０００９】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、負荷が急激に減少する場合であっても燃料電池スタック内で水素ガス圧力が上昇するのを回避することができる燃料電池車両の制御装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、請求項１に係る発明では、電解質膜を酸化剤極と燃料極とにより挟んで構成され、上記酸化剤極側に酸化剤ガスが供給されると共に、上記燃料極側に燃料ガスが供給されて発電して、発電した電力を車両の駆動源となるモータに供給する燃料電池と、上記燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、上記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、上記燃料電池の燃料ガス排出側の燃料ガス排出流路に設けられ、上記燃料電池から排出された燃料ガスを外部に放出する放出弁とを備えた燃料電池車両を制御する燃料電池車両の制御装置において、上記燃料電池に要求される発電電力である要求発電電力が低下したことに応じて、上記燃料電池の燃料ガス消費量の減少量を算出し、当該燃料ガス消費量の減少量を上記放出弁から排出させる動作量で上記放出弁を開状態にする制御をして、上記燃料極内の上昇したガス圧力分のガスを上記放出弁から放出させる制御手段を備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項２では、請求項１に係る発明であって、上記燃料電池車両は、車両状態に応じて車両の駆動輪の駆動力を低下させる駆動力低下動作をするトラクションコントロールシステムを有し、上記制御装置は、上記トラクションコントロールシステムによる駆動力低下動作に応じて上記要求発電電力が低下したと判定し、上記放出弁を開状態にする制御をすること特徴とする。
【００１２】
請求項３に係る発明では、請求項２に係る発明であって、上記制御装置は、上記トラクションコントロールシステムによる駆動力低下動作が解除されたことに応じて、上記放出弁を開状態から閉状態にする制御をすることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に係る発明では、請求項２又は請求項３に係る発明であって、上記制御装置は、上記トラクションコントロールシステムによる駆動力低下動作前の上記燃料電池の状態及び上記トラクションコントロールシステムの駆動力低下動作による上記モータの駆動力の低下量に基づいて燃料ガス消費量の減少量を算出し、上記放出弁を開状態とするときの上記放出弁の動作量を決定することを特徴とする。
【００１４】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、燃料電池に要求される発電電力である要求発電電力が低下したことに応じて放出弁を開状態にする制御をして、燃料極内の上昇した燃料ガス圧力分の燃料ガスを放出弁から放出させるので、モータの駆動力が急激に低下した場合であっても、燃料極内で燃料ガス圧力が上昇することを抑制することができる。
【００１５】
請求項２に係る発明によれば、トラクションコントロールシステムによる駆動力低下動作に応じて要求発電電力が低下したと判定し、放出弁を開状態にするので、トラクションコントロールによりモータの駆動力が急激に低下した場合であっても、燃料極内で燃料ガス圧力が上昇することを抑制し、燃料極と酸化剤極との圧力差が過大な状態になって、燃料電池内部の高分子膜の機能を低下させることを回避することができる。
【００１６】
ところで、放出弁の作動は燃料ガスを発電に用いることなく放出するものであるから、必要以上に作動させると燃費の悪化を伴う。例えば、要求発電量が低下した場合であっても、その低下速度が非常に小さなものである場合には放出弁を開状態としなくとも燃料極内で燃料ガス圧力が上昇することはないので、このような場合にも放出弁を開状態とすることは燃費の悪化に繋がる恐れがある。
【００１７】
そこで、要求発電量の低下速度を算出して、これに応じて放出弁を制御することも考えられるが、放出弁を開状態としなければならないような要求発電量の急低下時には、少しでも速く放出弁を開状態とすべきで、要求発電量の低下速度を算出してからでは応答が遅れてしまう。
【００１８】
本発明では、トラクションコントロールシステムの作動時には多くの場合に要求発電量が急低下するので、この作動信号を利用して放出弁を制御することで、要求発電量の低下速度を算出することなく真に放出弁を開状態とすべき時に限り開状態とすることができるので燃費の悪化を抑制できる。
【００１９】
請求項３に係る発明によれば、トラクションコントロールシステムによる駆動力低下動作が解除されたことに応じて、放出弁を開状態から閉状態にするので、請求項１の発明の効果に加えて、燃料電池の燃料極の燃料ガス圧力を速やかにトラクションコントロールシステムが作動する前の燃料ガス圧力に戻すことができる。
【００２０】
請求項４に係る発明によれば、トラクションコントロールシステムによる駆動力低下動作前の燃料電池の状態及びトラクションコントロールシステムの駆動力低下動作によるモータの駆動力の低下量に基づいて、放出弁を開状態とするときの放出弁の動作量を決定するので、より精度良く燃料極の燃料ガス圧力を制御することができる。したがって、請求項４に係る発明によれば、モータの駆動力が急激に変化して燃料ガス消費量が急激に変化した場合であっても、燃料電池内での燃料ガス圧力と空気圧力との圧力差を更に小さくすることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２２】
本発明は、例えば図１に示すように構成された燃料電池車両に適用される。
【００２３】
［燃料電池車両の構成］
この燃料電池車両は、図１に示すように、車両に燃料電池システム１、インバータ２、駆動モータ３が搭載され、燃料電池システム１、インバータ２をコントローラ４で制御することにより駆動モータ３を駆動する。
【００２４】
燃料電池システム１は、固体高分子電解質膜を酸素極１１ｂ（酸化剤極）と水素極１１ａ（燃料極）とにより挟んで構成された燃料電池構造体が、セパレータを介して複数積層されてなるスタック構造の燃料電池スタック１１を備える。この燃料電池スタックは、水素極で水素が電子を放出することでイオン化して固体高分子電解質膜を通過し、空気極で酸素とイオン化した水素とが結合して水を生成することで発電をする。
【００２５】
この燃料電池システム１は、発電させた電力をインバータ２に供給する。この燃料電池システム１の動作は、コントローラ４からの制御信号により制御される。なお、この燃料電池システム１の構成については後述する。
【００２６】
インバータ２は、燃料電池システム１からの直流電力を交流電力に変換して駆動モータ３に出力する。インバータ２は、コントローラ４によりモータトルクを指定するモータトルク指令が入力され、モータトルク指令に応じた交流電流を駆動モータ３に供給することにより、駆動モータ３に指定されたモータトルクを発生させる。
【００２７】
また、この燃料電池車両は、駆動モータ３に機械的に接続した一対の駆動輪５と、駆動モータ３に接続されていない一対の従動輪６とを備え、駆動モータ３により発生するモータトルクをタイヤに伝達して駆動力を発生させる。
【００２８】
更に、燃料電池車両は、駆動モータ３と駆動輪５との機械的接続部分に駆動輪側車速センサ７を備える。この駆動輪側車速センサ７は、駆動輪５の回転速度を検出してセンサ信号としてコントローラ４に出力する。また、この燃料電池車両は、一対の従動輪６の機械的接続部分に従動輪側車速センサ８を備える。この従動輪側車速センサ８は、従動輪６の回転速度を検出してセンサ信号としてコントローラ４に出力する。
【００２９】
コントローラ４は、通常、例えばアクセル操作量やブレーキ操作量等のセンサ信号が入力され、センサ信号に基づいて駆動モータ３に要求されるモータトルク量を演算する。そして、コントローラ４は、要求されるモータトルク量を実現するために、燃料電池システム１での発電電力量を制御すると共に、インバータ２から駆動モータ３に供給する交流電力量を制御して駆動モータ３を駆動させる。
【００３０】
また、コントローラ４は、駆動輪側車速センサ７及び従動輪側車速センサ８からセンサ信号が入力され、センサ信号に基づいてモータトルク量を変動させるトラクションコントロールシステム（Traction Control System：ＴＣＳ）として機能する。
【００３１】
具体的には、コントローラ４は、駆動輪側車速センサ７からのセンサ信号に応じた駆動輪５の回転速度と、従動輪側車速センサ８からのセンサ信号に応じた従動輪６の回転速度との速度差を演算し、速度差に応じて駆動輪５のトルクダウン量を決定する。コントローラ４は、駆動輪５の回転速度が従動輪６の回転速度よりも大きいほど、トルクダウン量を大きくするように演算をする。
【００３２】
更に、コントローラ４は、決定したトルクダウン量に従って、インバータ２から駆動モータ３に供給する交流電力量を低下させることを示すトルクダウン指令を生成して、インバータ２に出力する。また、コントローラ４は、トルクダウン指令を出力すると共に、燃料電池システム１のパージ弁１９を開状態にする開指令を出力する。
【００３３】
更にまた、コントローラ４は、トルクダウン指令に応じてインバータ２が動作することで駆動モータ３のモータトルク量が低下し、モータトルク量を元の値に戻すためにトラクションコントロールを非動作（解除）とするときには、インバータ２から駆動モータ３に交流電力を供給する指令を出力する。同時に、コントローラ４は、後述の燃料電池システム１のパージ弁１９を閉状態にする閉指令を出力する。
【００３４】
「燃料電池システム１の構成」
図２に、燃料電池システム１の構成を示す。
【００３５】
この燃料電池システム１は、水素ガス（燃料ガス）となる水素を貯蔵している水素貯蔵ボンベ１２と、水素ガス供給流路１３に設けられた水素ガス圧力調整弁１４とを備える。水素ガス圧力調整弁１４には、開度調整をするための第１アクチュエータ１５が接続されている。第１アクチュエータ１５は、コントローラ４からの制御信号に応じて水素ガス圧力調整弁１４の開度を調整する。
【００３６】
この燃料電池システム１では、水素ガス圧力調整弁１４の開度を調整することにより、水素極１１ａ内での水素ガス圧力を制御する。
【００３７】
燃料電池スタック１１の水素極１１ａのガス排出側には、燃料電池スタック１１の水素極１１ａからの排気を、再び水素ガス供給流路１３に戻すための水素循還流路１６が設けられている。また、燃料電池システム１において、水素循還流路１６と水素ガス供給流路１３との接続部には、水素循還流路１６からの水素ガスを燃料電池スタック１１の水素ガス供給口に供給するエグゼクタポンプ１７が配設されている。
【００３８】
また、燃料電池スタック１１の水素極１１ａのガス排出側には、水素ガス排出流路１８を介して水素ガス及び水蒸気を外部に放出するためのパージ弁１９（放出弁）が配設されている。パージ弁１９は、開閉状態がコントローラ４によって制御される開閉弁により構成されている。パージ弁１９には、開閉動作させるための第２アクチュエータ２０が接続されている。第２アクチュエータ２０は、コントローラ４からの制御信号に応じてパージ弁１９を開閉動作させる。
【００３９】
このような燃料電池システム１では、燃料電池スタック１１のセル電圧安定化を目的とし、水素ガスのストイキ比（供給水素ガス流量／消費水素ガス流量）を１以上にするために、水素極１１ａで消費しきれなかった余剰水素ガスを再度燃料電池スタック１１の水素極１１ａに供給するように構成されている。
【００４０】
なお、このパージ弁１９は、開閉弁で構成される場合のみならず、開度調整が可能な開度調整弁で構成されていても良い。
【００４１】
更に、燃料電池システム１において、燃料電池スタック１１の水素極１１ａのガス排出側には、パージ弁１９を介して水素ガス排出流路１８に接続された水素燃焼器２１を備える。
【００４２】
更にまた、この燃料電池システム１は、外部から空気（酸化剤ガス）を吸気して圧縮し、燃料電池スタック１１の酸素極１１ｂに空気を供給するコンプレッサ２２を備えている。コンプレッサ２２は、例えば燃料電池スタック１１の運転状態に応じて、所定流量となるように、その回転数がコントローラ４により制御される。また、コンプレッサ２２によって吸気された空気は、空気供給流路２３を通して燃料電池スタック１１の酸素極１１ｂに供給される。
【００４３】
更にまた、燃料電池システム１は、燃料電池スタック１１の空気排出側に、空気排出流路２４を介して空気圧力調整弁２５が設けられている。空気圧力調整弁２５には、開度調整をするための第３アクチュエータ２６が接続されている。第３アクチュエータ２６は、コントローラ４からの制御信号に応じて空気圧力調整弁２５の開度を調整する。
【００４４】
この燃料電池システム１では、空気圧力調整弁２５の開度を調整することにより、酸素極１１ｂ内での空気圧力を制御する。
【００４５】
更にまた、燃料電池スタック１１の水素ガス供給口には水素ガス圧力を検出する水素圧力センサ２７が配設されていると共に、燃料電池スタック１１の空気供給口には空気圧力を検出する空気圧力センサ２８が配設されている。そして、水素圧力センサ２７及び空気圧力センサ２８は、検出した水素ガス圧力及び空気圧力をセンサ信号としてコントローラ４に出力する。
【００４６】
このような燃料電池システム１において、コントローラ４は、空気圧力センサ２８からのセンサ信号を参照し、要求されるモータトルク量に応じた発電電力を発生させる空気圧力とするように第３アクチュエータ２６を制御して空気圧力調整弁２５の開度を調整する。
【００４７】
また、この燃料電池システム１において、コントローラ４は、水素圧力センサ２７からのセンサ信号を参照し、要求されるモータトルク量に応じた電力を発生させる水素ガス圧力とするように第１アクチュエータ１５を制御して水素ガス圧力調整弁１４の開度を調整する。
【００４８】
［コントローラ４の処理］
「第１処理例」
図３に、上述のコントローラ４の第１処理例の処理手順のフローチャートを示す。
【００４９】
コントローラ４は、燃料電池システム１が動作しているときに、図３に示す処理を例えば所定時間ごとに行うことで、ステップＳ１以降の処理を開始する。
【００５０】
ステップＳ１において、図示しない燃料電池スタック１１のセル電圧を検出するセル電圧センサからのセンサ信号を入力し、コントローラ４により、燃料電池スタック１１に水つまりが発生したか否かの判定をする。例えばセル電圧が低下することで水つまりが発生したと判定したときには処理をステップＳ２に進め、水つまりが発生していないと判定したときには処理をステップＳ３に進める。
【００５１】
ステップＳ２では、燃料電池スタック１１に発生した水つまりを解消するために、コントローラ４により、パージ弁１９を所定時間だけ開状態にするように第２アクチュエータ２０を制御して処理を終了する。
【００５２】
ステップＳ３では、コントローラ４により、駆動輪側車速センサ７及び従動輪側車速センサ８からのセンサ信号に基づいて、トラクションコントロールを作動させるか否かの判定をする。
【００５３】
ステップＳ３でトラクションコントロールを作動させると判定したときには、ステップＳ４に処理を進め、コントローラ４により、パージ弁１９を開状態にするように第２アクチュエータ２０を制御する。同時に、コントローラ４により、インバータ２にトルクダウン指令を出力する。
【００５４】
ステップＳ３でトラクションコントロールを作動させないと判定したときには、ステップＳ５に処理を進め、パージ弁１９を閉状態のままにして処理を終了する。
【００５５】
このような処理をするコントローラ４を備えた燃料電池車両では、図４に示すように、時刻ｔ１でステップＳ３における判定によりトラクションコントロールを作動させると、インバータ２にトルクダウン指令を出力することで駆動モータ３のモータトルクが急激に低下する（図４（ａ））。
【００５６】
また、時刻ｔ１では、コントローラ４からインバータ２にトルクダウン指令が出力されることにより、インバータ２から駆動モータ３に供給する交流電流が急激に低下し、駆動モータ３の負荷電流が急激に低下する（図４（ｂ））。すなわち、燃料電池スタック１１からインバータ２に出力する直流電力量が急激に低下することにより、水素極１１ａでの水素ガス消費量が急激に低下する。
【００５７】
これに対し、上述したように、トルクダウン指令をインバータ２に出力するのと同時にパージ弁１９を開状態にすることにより（図４（ｄ））、モータトルク量の急激な減少に伴って水素極１１ａで消費されなかった余剰水素ガスを放出する。
【００５８】
そして、時刻ｔ２でトラクションコントロールの作動を解除すると（図４（ａ））、インバータ２にモータトルク指令を出力することにより水素極１１ａの水素ガス消費量が上昇し（図４（ｂ））、同時に、パージ弁１９を開状態から閉状態にする（図４（ｄ））。
【００５９】
これにより、図４（ｃ）に示すように、モータトルク量が急激に低下した場合であっても、水素極１１ａ内で水素ガス圧力が上昇することを抑制することができる。したがって、この燃料電池システム１によれば、トラクションコントロールシステムを作動させることにより燃料電池スタック１１の水素極１１ａと酸素極１１ｂとの圧力差が過大な状態になって、燃料電池スタック１１内部の高分子膜の機能を低下させることを回避することができる。
【００６０】
また、トラクションコントロールを解除したときに、同時にパージ弁１９を開状態から閉状態にするので、燃料電池スタック１１の水素極１１ａの水素ガス圧力を速やかにトラクションコントロールシステムが作動する前の水素ガス圧力に戻すことができる。
【００６１】
これに対し、トラクションコントロールを作動させたときにパージ弁１９を開状態にしない場合のモータトルク、水素ガス消費量、水素ガス圧力の時間変化を図５に示す。図４に示す場合と同様に、時刻ｔ１１でトラクションコントロールを作動させることによりモータトルクが急激に低下すると（図５（ａ））、水素極での水素ガス消費量が急激に低下する（図５（ｂ））。
【００６２】
このとき、燃料電池スタックの水素ガス供給側に設けられた圧力調整弁により水素極内の水素ガス圧力を調整する場合では、図５（ｃ）中の特性Ａで示すように、水素ガス消費量が低下したにも拘わらず圧力調整弁が閉状態になるまでの期間に水素極に水素ガスが供給されることにより水素ガス圧力が上昇する。これにより、空気ガス圧力と水素ガス圧力との圧力差が発生してしまう。そして、時刻ｔ１２においてトラクションコントロールが非作動になって水素ガス消費量が上昇すると（図５（ａ）、（ｂ））、水素極で水素ガスの消費が再開されて水素ガス圧力が徐々に低下する（図５（ｃ））。
【００６３】
また、燃料電池スタックの水素ガス供給側に圧力調整弁とは別に高速開閉弁を設けた場合では、時刻ｔ１１でトラクションコントロールが作動し始めてから高速開閉弁を閉状態に動作させるので、図５（ｃ）中の特性Ｃで示すように時刻ｔ１１から遅れた時刻ｔ１３で高速開閉弁が閉状態になる。このように高速開閉弁を使用した場合であっても、高速開閉弁が閉状態になるまでの期間に水素極に水素ガスが供給されていまい、空気ガス圧力と水素ガス圧力との圧力差が発生し、時刻ｔ１３以降において圧力差がある状態で水素ガス圧力が保持されてしまう。
【００６４】
これに対し、上述したように、水素ガス消費量が急激に低下したときに燃料電池スタック１１の水素ガス排出側に設けたパージ弁１９を開状態にすることにより、水素ガス圧力の上昇を回避することができる。
【００６５】
また、パージ弁１９の開閉が瞬時に行えない場合であって水素ガス圧力が上昇しても、パージ弁１９が開き始めることにより水素ガス圧力を元の圧力値に戻す作用を実現することができ、水素極で水素ガス圧力が上昇した分だけパージ弁１９から排出される水素ガス量を上昇させることができる。
【００６６】
「第２処理例」
図６に、上述のコントローラ４の第２処理例の処理手順のフローチャートを示す。なお、上述した第１処理例と同様の処理については同じステップ番号を付することによりその詳細な説明を省略する。
【００６７】
第２処理例では、ステップＳ３でトラクションコントロールが作動したと判定したらステップＳ１１に処理を進め、コントローラ４により、トラクションコントロールが作動したことによる水素ガス消費量の減少量を算出する。このとき、コントローラ４により、トラクションコントロールによるトルクダウン量を換算することで水素ガス消費量の減少量を算出する。ここで、図７（ａ）の○で示すような水素ガス消費量で燃料電池スタック１１が運転していた場合において、トルクダウン量に応じて水素ガス消費量の減少量が異なる。
【００６８】
次のステップＳ１２において、コントローラ４により、水素極１１ａでの水素ガス圧力をトルクダウン指令を出力する前の圧力値に保持するために、トルクダウン量により減少する水素ガス消費量分をパージ弁１９から排出するために、パージ弁１９を開状態にするときの動作量を算出する。
【００６９】
トルクダウン指令を出力する前の水素ガス圧力を０．３ＭＰａとすると、図７（ｂ）に示すような燃料電池スタック１１の水素ガス供給口での水素ガス圧力と、パージ弁１９の通過水素ガス流量との関係から、水素ガス供給口での水素ガス圧力における、トルクダウン量により減少する水素ガス消費量分を排出するためのパージ弁動作量を演算する。
【００７０】
トルクダウン指令を出力する前の水素ガス圧力が０．３ＭＰａである場合において、第１トルクダウン量に応じた水素ガス消費量の減少分が図７（ａ）に示すようになるときには、図７（ｂ）に示すように、水素ガス消費量減少分をパージ弁１９から放出するためのパージ弁１９の開度は図７（ｂ）の第１パージ弁動作量となる。また、第２トルクダウン量、第３トルクダウン量についても図７（ａ）、図７（ｂ）に示すような第２パージ弁動作量、第３パージ弁動作量となる。
【００７１】
次のステップＳ１３において、コントローラ４から第３アクチュエータ２６に制御信号を出力して、ステップＳ１２で算出した動作量だけパージ弁１９を開状態にするように制御する。
【００７２】
このような処理をするコントローラ４を備えた燃料電池車両によれば、トルクダウン指令を出力する前の水素極１１ａでの水素ガス圧力と、トルクダウン指令によるトルクダウン量とに基づいて、パージ弁１９の動作量を決定するため、より精度良く水素極１１ａの水素ガス圧力を制御することができる。したがって、この燃料電池車両では、モータトルクが急激に変化して水素ガス消費量が急激に変化した場合であっても、燃料電池スタック１１内での水素ガス圧力と空気圧力との圧力差を更に小さくすることができる。
【００７３】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【００７４】
すなわち、本発明を適用した燃料電池車両では、トラクションコントロールシステムによるトルクダウン指令が発生したときにパージ弁を開状態にしたが、これに限らず、例えばアクセル開度が急激に減少した場合であってもパージ弁を開状態にして水素極圧力の上昇を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した燃料電池車両の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明を適用した燃料電池車両における燃料電池システムの構成を示す図である。
【図３】本発明を適用した燃料電池車両を制御するコントローラの第１処理例における処理手順を示すフローチャートである。
【図４】トラクションコントロールシステムが作動したときの本発明を適用した燃料電池車両の動作を示すタイムチャートであり、（ａ）はモータトルク、（ｂ）は駆動モータに供給する電流（水素ガス消費量）、（ｃ）は水素極での水素ガス圧力及び空気圧力、（ｄ）はパージ弁の動作状態を示す。
【図５】トラクションコントロールシステムが作動したときの比較例としての動作を示すタイムチャートであり、（ａ）はモータトルク、（ｂ）は駆動モータに供給する電流（水素ガス消費量）、（ｃ）は水素極での水素ガス圧力及び空気圧力を示す。
【図６】本発明を適用した燃料電池車両を制御するコントローラの第２処理例における処理手順を示すフローチャートである。
【図７】本発明を適用した燃料電池車両においてトルクダウン量に応じてパージ弁動作量を決定することを説明するための図であり、（ａ）は燃料電池スタックでの電流値と水素ガス消費量との関係、（ｂ）は燃料電池スタックの水素ガス供給口での水素ガス圧力とパージ弁通過流量との関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 燃料電池システム
２ インバータ
３ 駆動モータ
４ コントローラ
５ 駆動輪
６ 従動輪
７ 駆動輪側車速センサ
８ 従動輪側車速センサ
１１ 燃料電池スタック
１１ａ 水素極
１１ｂ 酸素極
１２ 水素貯蔵ボンベ
１３ 水素ガス供給流路
１４ 水素ガス圧力調整弁
１５ 第１アクチュエータ
１６ 水素循還流路
１７ エグゼクタポンプ
１８ 水素ガス排出流路
１９ パージ弁
２０ 第２アクチュエータ
２１ 水素燃焼器
２２ コンプレッサ
２３ 空気供給流路
２４ 空気排出流路
２５ 空気圧力調整弁
２６ 第３アクチュエータ
２７ 水素圧力センサ
２８ 空気圧力センサ
Claims (4)
- 電解質膜を酸化剤極と燃料極とにより挟んで構成され、上記酸化剤極側に酸化剤ガスが供給されると共に、上記燃料極側に燃料ガスが供給されて発電して、発電した電力を車両の駆動源となるモータに供給する燃料電池と、上記燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、上記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、上記燃料電池の燃料ガス排出側の燃料ガス排出流路に設けられ、上記燃料電池から排出された燃料ガスを外部に放出する放出弁とを備えた燃料電池車両を制御する燃料電池車両の制御装置において、
上記燃料電池に要求される発電電力である要求発電電力が低下したことに応じて、上記燃料電池の燃料ガス消費量の減少量を算出し、当該燃料ガス消費量の減少量を上記放出弁から排出させる動作量で上記放出弁を開状態にする制御をして、上記燃料極内の上昇したガス圧力分のガスを上記放出弁から放出させる制御手段を備えることを特徴とする燃料電池車両の制御装置。 - 上記燃料電池車両は、車両状態に応じて車両の駆動輪の駆動力を低下させる駆動力低下動作をするトラクションコントロールシステムを有し、上記制御装置は、上記トラクションコントロールシステムによる駆動力低下動作に応じて上記要求発電電力が低下したと判定し、上記放出弁を開状態にする制御をすること特徴とする請求項１に記載の燃料電池車両の制御装置。
- 上記制御装置は、上記トラクションコントロールシステムによる駆動力低下動作が解除されたことに応じて、上記放出弁を開状態から閉状態にする制御をすることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池車両の制御装置。
- 上記制御装置は、上記トラクションコントロールシステムによる駆動力低下動作前の上記燃料電池の状態及び上記トラクションコントロールシステムの駆動力低下動作による上記モータの駆動力の低下量に基づいて燃料ガス消費量の減少量を算出し、上記放出弁を開状態とするときの上記放出弁の動作量を決定することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の燃料電池車両の制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001303071A JP3899881B2 (ja) | 2001-09-28 | 2001-09-28 | 燃料電池車両の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001303071A JP3899881B2 (ja) | 2001-09-28 | 2001-09-28 | 燃料電池車両の制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003109627A JP2003109627A (ja) | 2003-04-11 |
| JP3899881B2 true JP3899881B2 (ja) | 2007-03-28 |
Family
ID=19123213
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001303071A Expired - Fee Related JP3899881B2 (ja) | 2001-09-28 | 2001-09-28 | 燃料電池車両の制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3899881B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4752171B2 (ja) * | 2003-06-02 | 2011-08-17 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池システム |
| JP4617638B2 (ja) * | 2003-06-09 | 2011-01-26 | トヨタ自動車株式会社 | 動力システム |
| JP5119568B2 (ja) * | 2004-10-06 | 2013-01-16 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池システムの制御装置及び燃料電池システムの制御方法 |
| JP5051989B2 (ja) | 2005-08-04 | 2012-10-17 | トヨタ自動車株式会社 | 電圧制御システム及び移動体 |
| JP4935563B2 (ja) | 2007-07-30 | 2012-05-23 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 |
| JP4624457B2 (ja) * | 2008-10-27 | 2011-02-02 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池車両の制御装置および燃料電池車両の制御方法 |
| US20150004512A1 (en) * | 2011-12-28 | 2015-01-01 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel cell system |
| CN104170142A (zh) * | 2012-03-13 | 2014-11-26 | 日产自动车株式会社 | 燃料电池系统以及燃料电池系统的控制方法 |
-
2001
- 2001-09-28 JP JP2001303071A patent/JP3899881B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2003109627A (ja) | 2003-04-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5858139B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| US20100316926A1 (en) | Fuel cell system | |
| WO2007069554A1 (ja) | 燃料電池システム及び移動体 | |
| JP4525112B2 (ja) | 燃料電池車両の制御装置 | |
| CA2392212C (en) | Reactive gas supply regulating fuel cell power supply device | |
| JP2009054553A (ja) | 燃料電池システム及びその制御方法 | |
| JP4185671B2 (ja) | 燃料電池システムの制御装置 | |
| US10930953B2 (en) | Fuel cell system and method of controlling fuel cell system | |
| WO2015005034A1 (ja) | 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法 | |
| KR100547638B1 (ko) | 연료 전지용 제어 장치 | |
| JP3899881B2 (ja) | 燃料電池車両の制御装置 | |
| JP6079788B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| US7442458B2 (en) | Fuel cell system and activation system thereof | |
| JP5013307B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2008041329A (ja) | 燃料電池システム | |
| US8334077B2 (en) | Fuel cell system and fuel cell vehicle | |
| JP5380914B2 (ja) | 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 | |
| JP4180998B2 (ja) | 燃料電池発電システム | |
| US7851099B2 (en) | Fuel cell system and control method for fuel cell | |
| WO2015022836A1 (ja) | 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法 | |
| JP2006309977A (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2006109650A (ja) | 車両用制御装置及び車両制御方法 | |
| JP4941641B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| JP5277596B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2004072895A (ja) | 燃料電池車両の制御装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040524 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041130 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050125 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060404 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060526 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20061205 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20061218 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |