JP5375274B2

JP5375274B2 - 燃料電池自動車用水素供給装置

Info

Publication number: JP5375274B2
Application number: JP2009088891A
Authority: JP
Inventors: 滋人梶原; 博之鈴木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-04-01
Filing date: 2009-04-01
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2029-04-01
Also published as: JP2010246178A

Description

本発明は、複数の水素タンクを備える燃料電池自動車用水素供給装置に関する。

燃料電池から供給される電力によって走行する燃料電池自動車について広く研究開発が行われている。燃料電池は酸素と水素との化学反応によって電力を発生する。電力発生用の酸素としては空気中の酸素を用いることができる。そこで、燃料電池自動車には水素タンクが搭載される。燃料電池は、水素タンクから送り込まれた水素と、外部から燃料電池に送り込まれた空気中の酸素とを用いて発電する。

燃料電池自動車には複数の水素タンクが搭載されるものがある。このような燃料電池自動車には、各水素タンクから放出された水素を合わせて燃料電池に供給する方式、複数の水素タンクのうちいずれかを順に選択し、選択された水素タンクから放出された水素燃料電池に供給する方式等が採用される。

特開２００６−１４０１３２号公報特開２００４−１２７７４８号公報

燃料電池自動車には、水素タンクの内部圧力等を監視することで水素タンクに異常がないか否かを判定し、判定結果を記憶装置に記録するシステムが搭載される。記録結果によって水素タンクに異常があることが明らかになったときには、異常がある水素タンクを交換する必要がある。このとき、交換対象の水素タンクに水素が残留している場合、残留水素を抜き出すために作業工程が増加するという問題があった。

本発明はこのような課題に対してなされたものである。すなわち、複数の水素タンクを備える燃料電池自動車用水素供給装置において、異常が検出された水素タンクの交換を容易にすることを目的とする。

本発明は、複数の水素タンクと、各水素タンクから燃料電池に至る流通経路と、を備える燃料電池自動車用水素供給装置において、水素タンクの異常を検出する異常検出部と、燃料電池の補機に電力を供給する補機駆動回路と、流通経路に設けられた弁、補機、および補機駆動回路を制御するコントロールユニットと、を備え、コントロールユニットは、異常が検出されていない水素タンクから燃料電池に至る流通経路に設けられた弁を閉状態とする処理と、異常が検出された水素タンクから燃料電池に至る流通経路に設けられた弁を開状態とする処理と、補機を制御して、水素タンクが正常である場合よりも、燃料電池に供給される水素の流量および燃料電池の発電電力を増加させる処理と、補機駆動回路を制御して燃料電池から補機に電力を供給する処理と、を実行することを特徴とする。

本発明によれば、複数の水素タンクを備える燃料電池自動車用水素供給装置において、異常が検出された水素タンクの交換を容易に行うことができる。

車両搭載用燃料電池システムの構成を示す図である。コントロールユニットが実行する処理を示すフローチャートである。

図１に本発明の実施形態に係る車両搭載用燃料電池システムの構成を示す。車両搭載用燃料電池システムは、複数の水素タンク１０を備え、水素タンク１０から放出された水素を燃料電池２０に供給する。供給の方式としては、各水素タンク１０から放出された水素を合わせて燃料電池２０に供給する方式、または、複数の水素タンク１０のうちいずれかを順に選択し、選択された水素タンク１０から放出された水素を燃料電池２０に供給する方式を採用することができる。

各水素タンク１０には、コントロールユニット１８によって制御される主止弁１２が設けられる。主止弁１２は、水素タンク１０から燃料電池２０に水素を供給するときには開状態とされ、水素タンク１０から燃料電池２０に水素を供給しないときには閉状態とされる。

各水素タンク１０に接続された管は圧力調整合成路１６に接続される。圧力調整合成路１６は、主止弁１２が開状態となっている水素タンク１０から放出される水素の圧力をコントロールユニット１８の制御に応じて調整する。そして、開状態の各水素タンク１０から放出された水素をまとめ、水素ポンプ３６の駆動力によって燃料電池２０へと導く。

各水素タンク１０には、水素タンク１０内の圧力等に基づいて異常を検出する異常検出センサ１４が設けられる。異常検出センサ１４は、異常を検出したときは、水素タンク１０を識別するための水素タンク識別情報、異常が発生した旨の情報等を含む異常情報をコントロールユニット１８に無線送信する。ここで、異常検出センサ１４とコントロールユニット１８とを通信線で接続し、有線通信によって異常検出センサ１４からコントロールユニット１８へと異常情報を送信する構成としてもよい。コントロールユニット１８は、異常検出センサ１４から取得した異常情報を記憶部２２に記憶する。

図２（ａ）に水素タンク１０の異常が検出された場合において、コントロールユニット１８が実行する処理のフローチャートを示す。

コントロールユニット１８は、異常検出センサ１４から送信される異常情報、記憶部２２に記憶された異常情報等によって、水素タンク１０の異常を検出する（Ｓ１０１）。コントロールユニット１８は、水素タンク１０の異常を検出した場合には、異常情報に含まれる水素タンク識別情報に基づいて異常が生じた水素タンク１０を特定し、その水素タンク１０の主止弁１２を開状態とする（Ｓ１０２）。そして、その水素タンク１０についての最大限の放出流量を以てその水素タンク１０から水素が放出されるよう、圧力調整合成路１６を制御する（Ｓ１０３）。異常が生じた水素タンク１０についての最大限の放出流量は、運転操作、走行状態、異常が生じた水素タンク１０およびその他の水素タンク１０の残留水素量、水素放出圧力若しくは水素温度等によって定まる。

このような処理によれば、複数の水素タンク１０のうちいずれかに異常が生じた場合には、異常が生じた水素タンク１０内の水素を優先的に用いることができる。これによって、例えば、燃料電池自動車が修理工場に向かう場合には、修理工場に到着するまでの走行によって、異常が生じた水素タンク１０の水素を優先的に消費させることができる。異常が生じた水素タンク１０内の水素が修理工場に到着したときに使い果たされていれば、水素タンク１０に残留している水素を抜き出す処理を行うことなく水素タンク１０の交換を行うことができる。

車両搭載用燃料電池システムには、各水素タンク１０の蓄積水素量を測定し測定結果をコントロールユニット１８に送信する蓄積水素量測定センサ、水素タンク１０に異常が生じたこと、および異常が生じた水素タンク１０に水素が残留していることをコントロールユニット１８の制御に応じて警告する警告表示器等を設けることが好ましい。このような構成によれば、水素タンク１０の交換を行う者は、交換すべき水素タンク１０に水素が残留しているか否かを警告表示によって確認することができる。

車両搭載用燃料電池システムでは、タンク内水素消費モードの処理を実行することができる。このモードは、異常が生じた水素タンク１０に残留する水素を積極的に消費させるモードである。図２（ｂ）にタンク内水素消費モードにおいてコントロールユニット１８が実行する処理のフローチャートを示す。

コントロールユニット１８は、コックピット等に設けられたタンク内水素消費モードボタンが押されたことを検出する（Ｓ２０１）。そして、タンク内水素消費モードボタンが押されたときは、異常が生じていない水素タンク１０の主止弁１２を閉状態とし（Ｓ２０２）、異常が生じた水素タンク１０の主止弁１２を開状態とする（Ｓ２０３）。また、異常が生じた水素タンク１０から燃料電池２０への流通経路が形成されるよう圧力調整合成路１６を制御する（Ｓ２０４）。コントロールユニット１８は、燃料電池２０からバッテリ２６へと電力が供給されるよう降圧コンバータ２４を制御し、燃料電池２０から二次バッテリ４０へと電力が供給されるよう昇降圧コンバータ３８を制御する（Ｓ２０５）。また、燃料電池２０から補機３０へと電力が供給されるよう補機駆動回路２８を制御する（Ｓ２０６）。

バッテリ２６は、ヘッドライト、ウインカ、ラジオ、オーディオ機器等のアクセサリ機器に電力を供給するためのものである。また、二次バッテリ４０は、燃料電池自動車を駆動する駆動用モータ、若しくはコンプレッサ３２、ウォータポンプ３４、水素ポンプ３６等に用いられる補機モータに電力を供給するものである。降圧コンバータ２４、昇降圧コンバータ３８および補機駆動回路２８には、与えられた電圧をスイッチング素子のオンオフ制御によって調整して出力する回路を採用することができる。補機３０には、燃料電池２０に空気を送るコンプレッサ３２、燃料電池２０に冷媒を循環させるウォータポンプ３４、燃料電池２０に水素を送る水素ポンプ３６等が含まれる。

コントロールユニット１８は、燃料電池２０での発電電圧が通常電圧よりも大きくなるよう、高電圧発電モードで補機３０を制御する（Ｓ２０７）。例えば、燃料電池２０における水素循環系のパージ量を排気水素濃度限界レベルまで上昇させる。

このような処理によれば、異常が生じた水素タンク１０に残留している水素によって発電した電力をバッテリ２６および二次バッテリ４０へと供給し、バッテリ２６および二次バッテリ４０を充電することができる。また、残留水素によって発電した電力を補機３０に供給し、残留水素による発電を促進することができる。さらに、高電圧発電モードで補機３０を制御することで補機３０における電力消費を増加させ、水素の消費を促進することができる。これによって、異常が生じた水素タンク１０に残留した水素を迅速に消費させることができる。

１０水素タンク、１２主止弁、１４異常検出センサ、１６圧力調整合成路、１８コントロールユニット、２０燃料電池、２２記憶部、２４降圧コンバータ、２６バッテリ、２８補機駆動回路、３０補機、３２コンプレッサ、３４ウォータポンプ、３６水素ポンプ、３８昇降圧コンバータ、４０二次バッテリ。

Claims

複数の水素タンクと、
各水素タンクから燃料電池に至る流通経路と、
を備える燃料電池自動車用水素供給装置において、
水素タンクの異常を検出する異常検出部と、
燃料電池の補機に電力を供給する補機駆動回路と、
流通経路に設けられた弁、補機、および補機駆動回路を制御するコントロールユニットと、
を備え、
コントロールユニットは、
異常が検出されていない水素タンクから燃料電池に至る流通経路に設けられた弁を閉状態とする処理と、
異常が検出された水素タンクから燃料電池に至る流通経路に設けられた弁を開状態とする処理と、
補機を制御して、水素タンクが正常である場合よりも、燃料電池に供給される水素の流量および燃料電池の発電電力を増加させる処理と、
補機駆動回路を制御して燃料電池から補機に電力を供給する処理と、
を実行することを特徴とする燃料電池自動車用水素供給装置。