JP4432958B2 - 燃料電池を搭載した移動体 - Google Patents
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Description
A.第1実施例:
A1.車両の構成:
図1は、本発明の一実施例としての車両1000の概略構成を示す説明図である。この車両1000は、いわゆる電気自動車であり、図示するように、電源システムPSと、モータ600とを備えている。
電源システムPSは、燃料電池スタック等を備える燃料電池システム100と、二次電池200と、DC/DCコンバータ300と、インバータ400と、制御ユニット500とを備えている。二次電池200は、本発明における第2の電池に相当する。なお、燃料電池システム100については、後に詳述する。
図2は、車両1000に搭載された燃料電池システム100の概略構成を示す説明図である。この燃料電池システム100では、運転者が車両1000に備えられたアクセル(図示省略)を操作すると、図示しないアクセル開度センサによって検出された操作量に応じて発電が行われる。
本実施例の車両1000では、走行モードとして、FC走行と、EV走行とが用意されている。FC走行とは、燃料電池スタック10によって発電された電力によってモータ600を駆動して走行する走行モードである。また、EV走行とは、二次電池200から出力された電力によってモータ600を駆動して走行する走行モードである。これらの走行モードの切り換えは、先に説明した制御ユニット500が、切換スイッチ320a,320b(図1参照)を切り換えることによって行われる。したがって、例えば、電源システムPSへの要求出力が比較的高い場合に、FC走行を行い、電源システムPSへの要求出力が比較的低い場合に、EV走行を行う等の運転制御が可能である。なお、本実施例において、FC走行とは、燃料電池スタック10から出力された電力のみによって走行する場合に限られず、主として、燃料電池スタック10から出力された電力によって走行し、補助的に、二次電池200から出力された電力によって走行する場合も含んでいる。
車両1000によって、冠水路上を走行した場合には、スタックケース12内に水が浸入する場合がある。この場合、スタックケース12内の水を排水しても、スタックケース12内が十分に乾燥しない間は、燃料電池スタック10と、スタックケース12とが、水によって短絡している場合がある。そして、この状態で、燃料電池システム100の起動を行うと、燃料電池システム100の故障を招く。そこで、本実施例では、車両1000によって、冠水路上を走行した後に、車両1000の起動を行う場合には、以下に説明する起動処理を実行する。
第2実施例の車両1000の構成は、搭載された燃料電池システムの構成が一部異なっていること以外は、第1実施例の車両1000と同じである。したがって、以下、第2実施例の燃料電池システム100Aについて説明する。
図5は、第2実施例の燃料電池システム100Aの概略構成を示す説明図である。図示するように、この燃料電池システム100Aは、第1実施例の燃料電池システム100とほぼ同じであるので、ここでは、第1実施例の燃料電池システム100と異なる部分についてのみ説明し、共通する部分については、説明を省略する。
図6は、第2実施例の運転制御処理の流れを示すフローチャートである。この処理は、車両1000によるFC走行中に、制御ユニット500のCPUが実行する処理である。
第3実施例の車両1000の構成は、燃料電池システムの構成を含めて、第1実施例と車両1000と同じである。したがって、以下、第3実施例の運転制御についてのみ説明する。
第4実施例の車両1000の構成は、搭載された燃料電池システムの構成が一部異なっていること以外は、第1実施例の車両1000と同じである。したがって、以下、第2実施例の燃料電池システム100Bについて説明する。
以上、本発明のいくつかの実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態になんら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様での実施が可能である。例えば、以下のような変形が可能である。
上記第2実施例の運転制御処理(図6参照)において、ステップS340の後に、再度、水位センサ72によって、路面上に存在する水の水位Hwを検出し、検出された水位Hwが、閾値Hthよりも大きい所定の閾値Htha以上であるか否かを判断し、水位Hwが閾値Htha以上である場合に、排出バルブ62を閉弁するようにしてもよい。閾値Hthaの値は、任意に設定可能である。こうすることによって、圧縮空気の背圧によっても、排出口から配管60への水や土砂等の流入を防止できない場合に、水や土砂等の流入を防止することができる。
上記第1実施例、第2実施例、第4実施例では、それぞれ、燃料電池システム100,100A,100Bを備えるものとしたが、これら各実施例に、第2実施例の燃料電池システム100Aを適用するようにしてもよい。そして、上記第3実施例の運転制御処理(図7参照)において、ステップS420の後に、さらに、第1実施例の運転制御処理(図3参照)や、第2実施例の運転制御処理(図6参照)を行うようにしてもよい。
上記実施例では、本発明における検出部として、水位センサ72を用いるものとしたが、本発明は、これに限られない。車両1000の周囲の状況を検出する機能を有する他の手段を適用してもよい。例えば、情報センタとの通信によって取得した冠水情報等によって路面上における閉塞物の存在状況を判断するようにしてもよいし、走行中の路面状況を車載されたカメラによって撮像し、撮像された画像を画像処理等によって解析することによって路面上における閉塞物の存在状況を判断するようにしてもよい。
上記実施例では、本発明における第2の電池として、二次電池200を用いるものとしたが、本発明は、これに限られない。第2の電池としては、燃料電池以外の電池を用いればよく、例えば、一次電池や、太陽電池等を用いるようにしてもよい。
上記第2実施例の車両1000では、燃料電池システム100Aは、本発明における酸化剤ガス供給部、および、空気供給部として、1つのエアコンプレッサ32を共用するものとしたが、本発明は、これに限られない。上記第2実施例の運転制御処理のステップS330において、配管36内の背圧を上昇させるための専用のエアコンプレッサを、エアコンプレッサ32とは別に備えるようにしてもよい。この場合、燃料電池システム100Aは、バイパス配管35や、三方弁37を備える必要はない。ただし、上記第2実施例によれば、燃料電池システム100Aは、本発明における酸化剤ガス供給部、および、空気供給部として、1つのエアコンプレッサ32を共用するので、燃料電池システム100や、車両1000の小型化を図ることができる。
上記実施例では、燃料電池スタック10から排出されるアノードオフガスを、配管28等を介して、すべて外部に排出するものとしたが、配管28と配管26との間に、循環配管や、循環ポンプ等を設けるようにし、アノードオフガスを配管28から配管26に再循環させるようにしてもよい。こうすることによって、アノードオフガスに含まれる水素を、燃料電池スタック10による発電に再利用し、水素の利用効率を向上させることができる。
上記実施例では、本発明を車両1000に適用した場合について説明したが、本発明は、これに限られない。本発明は、燃料電池を搭載し、この燃料電池によって発電された電力を動力源として、移動する種々の移動体に適用可能である。このような移動体としては、上述した車両の他に、例えば、航空機や、船舶等が挙げられる。
上記実施例の車両1000では、水位センサ72によって検出された水位Hwに基づいて、冠水路上を走行するための運転制御処理を行うものとしたが、本発明は、これに限られない。本発明は、一般に、移動体の周囲の状況を検出し、この検出結果に基づいて、配管60の端部に設けられた排出口を閉塞させる閉塞物が、排出口を閉塞する可能性、または、排出口から流入する可能性があるか否かを判断し、この判断結果に基づいて、すなわち、閉塞物が、排出口を閉塞する可能性、または、排出口から流入する可能性があると判断されたときに、先に説明した各種制御を行えばよい。したがって、例えば、閉塞物として、上述した冠水路上の水以外に、路面上に存在する土砂や、上空からの落下物や、飛来物や、浮遊物の存在を検出し、この検出結果に基づいて、上記判断、および、制御を行うようにしてもよい。
100,100A,100B…燃料電池システム
10…燃料電池(FC)スタック
12…スタックケース
20…水素タンク
22…シャットバルブ
24…レギュレータ
26,28…配管
29…バルブ
30…エアクリーナ
32…エアコンプレッサ
34…配管
35…バイパス配管
36…配管
37…三方弁
40…ラジエータ
41…循環ポンプ
42…配管
43…バイパス配管
44…三方弁
45…イオン交換器
46…配管
50…希釈器
52…気液分離器
54…マフラ
60…配管
62…排出バルブ
72…水位センサ
74…絶縁抵抗測定器
200…二次電池
210…残存容量センサ
300…DC/DCコンバータ
320a,320b…切換スイッチ
400…インバータ
500…制御ユニット
600…モータ
700…出力軸
800…駆動軸
810…車速センサ
900L,900L…車輪
PS…電源システム
Claims (12)
- 燃料電池を搭載した移動体であって、
前記燃料電池から出力される電力によって駆動する電動機と、
前記燃料電池から排出された排出流体を、排出口を介して、前記移動体の外部に排出するための排出管と、
前記移動体の周囲の状況を検出する検出部と、
前記検出部によって検出された検出結果に基づいて、前記排出口を閉塞させる閉塞物が、前記排出口を閉塞する可能性、または、前記排出口から流入する可能性があるか否かを判断する判断部と、
前記判断部によって、前記閉塞物が、前記排出口を閉塞する可能性、または、前記排出口から流入する可能性があると判断されたときに、前記燃料電池による発電を停止する制御部と、
を備える移動体。 - 請求項1記載の移動体であって、さらに、
前記燃料電池以外の第2の電池と、
前記電動機を、前記燃料電池から出力される電力によって駆動するか、前記第2の電池から出力される電力によって駆動するかを切り換える切換スイッチと、を備え、
前記制御部は、前記判断部によって、前記閉塞物が、前記排出口を閉塞する可能性、または、前記排出口から流入する可能性があると判断されたときに、さらに、前記第2の電池から出力される電力によって前記電動機を駆動するように、前記切換スイッチを切り換える、
移動体。 - 請求項1または2記載の移動体であって、
前記排出口、または、前記排出管には、排出バルブが備えられており、
前記制御部は、前記判断部によって、前記閉塞物が、前記排出口を閉塞する可能性、または、前記排出口から流入する可能性があると判断されたときに、さらに、前記排出バルブを閉弁する、
移動体。 - 請求項1または2記載の移動体であって、さらに、
前記排出管における前記排出流体の背圧よりも高い圧力の空気を、前記排出管に供給する空気供給部を備え、
前記制御部は、前記判断部によって、前記閉塞物が、前記排出口を閉塞する可能性、または、前記排出口から流入する可能性があると判断されたときに、さらに、前記空気供給部によって、前記空気を前記排出管に供給する、
移動体。 - 請求項4記載の移動体であって、
前記燃料電池に、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部を備え、
前記酸化剤ガス供給部は、前記酸化剤ガスとしての空気を圧縮するエアコンプレッサを備え、
前記エアコンプレッサは、前記空気供給部に共用される、
移動体。 - 請求項5記載の移動体であって、さらに、
前記エアコンプレッサによって圧縮された圧縮空気を、前記燃料電池をバイパスして、前記排気管に供給するためのバイパス配管と、
前記圧縮空気を、前記燃料電池に供給するか、前記バイパス配管を介して、前記排出管に供給するかを切り換える切換バルブと、を備え、
前記制御部は、前記判断部によって、前記閉塞物が、前記排出口を閉塞する可能性、または、前記排出口から流入する可能性があると判断されたときに、さらに、前記圧縮空気が、前記バイパス配管を介して、前記排出管に供給されるように、前記切換バルブを切り換える、
移動体。 - 請求項4ないし6のいずれかに記載の移動体であって、
前記排出管は、
前記燃料電池のアノードから排出されたアノードオフガスを流すためのアノードオフガス排出配管と、
前記燃料電池のカソードから排出されたカソードオフガスを流すためのカソードオフガス排出配管と、を備え、
前記アノードオフガス排出配管は、前記カソードオフガス排出配管と合流しており、
前記アノードオフガス排出配管には、該アノードオフガス排出配管の連通、または、非連通を切り換える連通切換バルブが配設されており、
前記制御部は、前記判断部によって、前記閉塞物が、前記排出口を閉塞する可能性、または、前記排出口から流入する可能性があると判断されたときに、さらに、前記アノードオフガス排出配管が非連通となるように、前記連通切換バルブを切り換える、
移動体。 - 燃料電池を搭載した移動体であって、
前記燃料電池から出力される電力によって駆動する電動機と、
前記燃料電池に、燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、
前記燃料電池に、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、
前記燃料電池から排気された排気ガスを、排出口を介して、前記移動体の外部に排出するための排出管と、
前記移動体の周囲の状況を検出する検出部と、
前記検出部によって検出された検出結果に基づいて、前記排出口を閉塞させる閉塞物が、前記排出口を閉塞する可能性、または、前記排出口から流入する可能性があるか否かを判断する判断部と、
前記判断部によって、前記閉塞物が、前記排出口を閉塞する可能性、または、前記排出口から流入する可能性があると判断されたときに、前記燃料ガス供給部による前記燃料電池への前記燃料ガスの供給量、および、前記酸化剤ガス供給部による前記燃料電池への前記酸化剤ガスの供給量のうちの少なくとも一方を、前記燃料電池に対する要求出力に関わらずに増大させる制御部と、
を備える移動体。 - 請求項8記載の移動体であって、
前記排出管は、
前記燃料電池のアノードから排出されたアノードオフガスを流すためのアノードオフガス排出配管と、
前記燃料電池のカソードから排出されたカソードオフガスを流すためのカソードオフガス排出配管と、を備え、
前記アノードオフガス排出配管は、前記カソードオフガス排出配管と合流しており、
前記アノードオフガス排出配管には、該アノードオフガス排出配管の連通、または、非連通を切り換える連通切換バルブが配設されており、
前記制御部は、前記判断部によって、前記閉塞物が、前記排出口を閉塞する可能性、または、前記排出口から流入する可能性があると判断されたときに、前記酸化剤ガス供給部による前記燃料電池への前記酸化剤ガスの供給量を、前記燃料電池に対する要求出力に関わらずに増大させるとともに、前記アノードオフガス排出配管が非連通となるように、前記連通切換バルブを切り換える、
移動体。 - 請求項9記載の移動体であって、
前記制御部は、
前記判断部によって、前記閉塞物が、前記排出口を閉塞する可能性、または、前記排出口から流入する可能性があると判断され、前記酸化剤ガス供給部による前記燃料電池への前記酸化剤ガスの供給量を、前記燃料電池に対する要求出力に関わらずに増大させるとともに、前記アノードオフガス排出配管が非連通となるように、前記連通切換バルブを切り換える制御を行った後、
所定期間経過後に、さらに、前記判断部によって、前記閉塞物が、前記排出口を閉塞する可能性、または、前記排出口から流入する可能性があると判断された場合に、
前記アノードオフガス排出配管が連通するように、前記連通切換バルブを切り換えるとともに、前記アノードオフガス排出配管における前記アノードオフガスの背圧を、前記カソードオフガス排出配管における前記カソードオフガスの背圧よりも高い圧力に増大させる、
移動体。 - 移動体に搭載された燃料電池の制御方法であって、
前記移動体は、
前記燃料電池から出力される電力によって駆動する電動機と、
前記燃料電池から排出された排出流体を、排出口を介して、前記移動体の外部に排出するための排出管と、を備えており、
前記制御方法は、
前記移動体の周囲の状況を検出する検出工程と、
前記検出工程によって検出された検出結果に基づいて、前記排出口を閉塞させる閉塞物が、前記排出口を閉塞する可能性、または、前記排出口から流入する可能性があるか否かを判断する判断工程と、
前記判断工程によって、前記閉塞物が、前記排出口を閉塞する可能性、または、前記排出口から流入する可能性があると判断されたときに、前記燃料電池による発電を停止する制御工程と、
を備える制御方法。 - 移動体に搭載された燃料電池の制御方法であって、
前記移動体は、
前記燃料電池から出力される電力によって駆動する電動機と、
前記燃料電池に、燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、
前記燃料電池に、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、
前記燃料電池から排気された排気ガスを、排出口を介して、前記移動体の外部に排出するための排出管と、を備えており、
前記制御方法は、
前記移動体の周囲の状況を検出する検出工程と、
前記検出工程によって検出された検出結果に基づいて、前記排出口を閉塞させる閉塞物が、前記排出口を閉塞する可能性、または、前記排出口から流入する可能性があるか否かを判断する判断工程と、
前記判断工程によって、前記閉塞物が、前記排出口を閉塞する可能性、または、前記排出口から流入する可能性があると判断されたときに、前記燃料ガス供給部による前記燃料電池への前記燃料ガスの供給量、および、前記酸化剤ガス供給部による前記燃料電池への前記酸化剤ガスの供給量のうちの少なくとも一方を、前記燃料電池に対する要求出力に関わらずに増大させる制御工程と、
を備える制御方法。
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