JP6845640B2 - 燃料電池車両の始動制御方法及びシステム - Google Patents
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Description
したがって、外気温度が低い状態で、キーオフの際にスタック内に残留する水を除去しなければ、この水の氷結により次回の冷始動が困難となる。つまり、スタック内に生成された氷が溶けていない状態で始動する場合、水素および空気の供給経路を妨害して始動不良現象が発生し、燃料電池の定常運転が難しくなる。
ところが、このような方法を実施する場合でも、スタック内部の氷を除去するにはスタックの温度を上昇させなければならないので、瞬間のスタック温度の上昇に伴う潜熱によって問題が発生するおそれがある。特に、始動オフの後に氷除去を行う途中で始動を再びオンにする場合には、燃料電池スタックの温度を正確に把握することができないため、実際には冷間走行モードで走行しなければならない状態にも拘らず、定常走行モードで走行する場合が発生するおそれがある。
第一に、始動オフ時の車両の状態を再始動時の始動段階に適用することにより、以前の始動段階で冷間モードなど定常状態ではなかったとしても、次期の始動でこれを反映して次期始動時の走行安定性を確保することができる。
第二に、冷却水の温度によって低温モードと極低温モードを区分し、再始動段階を変えて適用することにより、燃料電池スタックの耐久性を向上させることができる。
本発明は、図1に示すように、車両始動オフの際に、制御部が、燃料電池の冷却水の温度を含む冷間走行モード条件を感知する感知段階(S100)と、制御部で、冷却水の温度が、メモリに予め設定されている第1設定値未満であるか否かを比較する第1設定値比較段階(S200)と、冷却水の温度が第1設定値未満である場合、制御部が車両始動オフ時の車両状態情報を利用してメモリに車両再始動プロセスを設定する設定段階(S220)とを含むことができる。
感知段階(S100)において、冷間走行モードの条件はスタック発熱量や燃料電池スタック推定温度などの様々な要素を利用することができるが、最も代表的な条件は冷却水の温度である。冷却水の温度は様々な方法で感知することができる。燃料電池の冷却水の温度を直接感知することが可能なセンサーを設け、制御部へ温度情報を直接伝達することができ、冷却水の温度値を導出することができる様々な変数値、例えば、燃料電池スタックの電流などの情報を利用して制御部で冷却水の温度を導出することもできる。但し、本発明は、燃料電池の冷却水の温度を利用して再始動プロセスを設定しているので、正確に燃料電池の冷却水の温度を測定することが最も重要である。よって、冷却水の温度を直接感知することが可能なセンサーを用いることが最も好ましい。
燃料電池車両における燃料電池スタックの温度状態は非常に重要である。なぜなら、燃料電池車両は水素と酸素の反応でエネルギーを生成することが基本原理であるから、燃料電池の内部には水素と酸素の反応の副産物たる水が常に存在するためである。よって、燃料電池の温度が低くなって水の氷点以下に下がると、燃料電池の内部に存在する水が凍って燃料電池の効率性が低下する。このような理由から、燃料電池車両の温度が低い場合、燃料電池の効率を向上させ、車両の走行安定性を確保するために、車両始動時に直ちに定常走行モードに入らず、冷間モードに入る。
上述した説明によれば、制御部で感知した冷却水の温度が第1設定値未満であれば、車両の始動オフ時に車両の運行状態が定常モードではなかったことになる。よって、この場合、車両再始動の際に制御部に始動オフ時の情報を入力する要がある。なぜなら、始動オフの後に行われる一定の段階によって、再始動時に制御部が車両状態情報として実際の車両の状態とは異なる情報を把握するおそれがあるためである。
したがって、本発明では、このような場合を防止するために、車両始動オフ時の車両状態情報を利用してメモリに車両再始動プロセスを設定する段階を備えているのである。
前述したように、冷却水の温度が第1設定値以上である場合には、始動オフ時の車両が定常モードで走行中であることを意味するので、始動オフの後、一連の段階によって再始動時に予期せぬ誤りまたはエラーが発生することがない。よって、冷却水の温度が第1設定値以上である場合には、始動オン状態での車両情報を利用して始動段階を経ればよいので、メモリに設定されている再始動プロセスを削除するのである。
一方、冷却水の温度が第1設定値未満であると判断され、車両再始動プロセスを設定する設定段階(S220)を実施すると、図1に示すように、制御部で車両の再始動信号を受信した場合、始動がオフになったときから再始動信号が受信されたときまでの経過時間を導出する経過時間導出段階と、制御部で、始動がオフになったときから再始動信号が受信されたときまでの経過時間が、メモリに予め設定されている基準時間未満であるか否かを比較する時間比較段階(S300)と、始動がオフになったときから再始動信号が受信されたときまでの経過時間が基準時間未満である場合、制御部が、メモリに設定されている車両再始動プロセスを維持する維持段階(S320)とを実施する。
いずれの時点にしても、両時点を定めたならば、制御部で、始動がオフになったときから再始動信号を受信したときまでの経過時間を導出し、これをメモリに予め設定されている基準時間未満であるか比較する時間比較段階(S300)を経る。
したがって、本発明では、図1に示すように、始動がオフになったときから再始動信号が受信されたときまでの経過時間が基準時間を超過する場合には、制御部が、メモリに設定されている車両再始動プロセスを削除する削除段階(S260)を備えている。
ここで、基準時間は様々な値として存在することができる。これは燃料電池の冷却水の流量や燃料電池スタックの性能などの様々な因子によって算出することができる。
維持段階(S320)の後には、図1に示すように、制御部が再始動時に、メモリに設定されている車両再始動プロセスに基づいて車両を再始動する再始動段階(S340)を実施する。
ここで、再始動段階とは、定常走行モードではない状態で始動オンを行うための段階を意味する。燃料電池の種類および車両の種類に応じて様々な段階が存在することができる。例えば、燃料電池スタックに一定の負荷をかけて燃料電池スタックの性能を確認する段階がある。定常走行モードではない状態、たとえば低温のような状態ではスタックの性能が低下したおそれがあるので、一般にスタック性能が正常であるかどうかをチェックするために、一定の負荷をかけて確認した後、始動を完了する段階を経る。
第2設定値比較段階(S400)における第2設定値と呼ばれる新しい値が登場する。第2設定値は、第1設定値よりも小さい値に設定されるが、前述したように、メモリに設定されている第1設定値は、始動オフの際に車両が定常走行モード中であったか、冷間走行モード中てあったかを区別する冷却水の温度の基準値であった。よって、第1設定値よりも小さい第2設定値も当然、車両が冷間走行モード中の冷却水の温度値である。但し、本発明において、第1設定値よりも小さい第2設定値と呼ばれる新たな基準を与えた理由は、冷却水の温度が低温である状態と極低温である状態を区分するためである。
第2設定値は、極低温状態を判別するための基準値であって、燃料電池を保護するために設けられたものなので、その値は、第1設定値よりも小さいという条件の下で固定される必要なく多様に存在することができる。一般に、燃料電池がどの程度の低温状態まで効率的な性能を発揮するかが、第2設定値を設定するにあたり最大の尺度になる。
第2設定値と比較する段階を介して、始動オフ時の車両の状態が極低温にあったことが感知された場合、前述した再始動段階(S340)に燃料電池保護のための段階が追加されるが、本発明では、このために、制御部が燃料電池スタックの温度を上昇させる温度上昇段階(S420)を備えている。よって、本発明に係る場合、スタックの温度が第2設定値よりも低い値であっても、自体的にスタックの温度を上昇させることができるので、燃料電池の耐久性および効率性を向上させることができる。
前述した燃料電池車両の始動制御方法は、メモリに設定された車両再始動プロセスを利用する場合に該当する。よって、再始動プロセスが削除された場合、すなわち、第1設定値比較段階(S200)で感知した冷却水の温度が第1設定値以上である場合と、時間比較段階(S300)で始動がオフになったときから再始動信号が受信されたまでの経過時間が超過する場合の始動制御方法が問題となる。
したがって、本発明では、このような場合、図1に示すように、削除段階(S260)の後に、車両再始動の際に制御部が燃料電池の冷却水の温度を感知する冷却水温度感知段階(S280)と、制御部で、冷却水の温度が、メモリに予め設定されている第1設定値よりも小さい第2設定値未満であるか否かを比較する第2温度比較段階(S500)とを備えている。
したがって、図1に示すように、車両の冷却水の温度が第2設定値未満である場合には、制御部が燃料電池スタックの温度を上昇させる温度上昇段階(S420)と、制御部が冷間走行モードに車両運転モードを設定する冷間モード設定段階(S700)とを行う。
一方、車両の冷却水の温度が第2設定値以上である場合には、制御部で、冷却水の温度が、メモリに予め設定されている第1設定値未満であるか否かを比較する第1温度比較段階(S600)を経る。本段階で、第1設定値を冷却水の温度の上限に定め、第2設定値を下限に定めた理由は、第1設定値は燃料電池車両の定常走行モードと冷間走行モードを判別する基準値に該当し、第2設定値は燃料電池が極低温状態にあるかを判別する基準値に該当するためである。
最後に、第1温度比較段階(S600)で車両の冷却水の温度が第1設定値以上である場合には、制御部が定常モードに車両運転モードを設定する定常モード設定段階(S800)を行う。
燃料電池の冷却水の温度が第1設定値以上であるというのは、冷間運転モードなしに運転モード状態をすぐに定常モードに進入させても、燃料電池の出力に負担がかかる状況ではないことを意味する。よって、この場合には、別の始動手続きを経ることなく、始動と共に、直ちに車両の走行モードを定常走行モードに設定することが好ましい。
200 制御部
300 メモリ部
S100 感知段階
S200 第1設定値比較段階
S300 時間比較段階
S400 第2設定値比較段階
S500 第2温度比較段階
S600 第1温度比較段階
S700 冷間モード設定段階
S800 定常モード設定段階
Claims (9)
- 車両始動オフの際に、制御部が、燃料電池の冷却水の温度を含む冷間走行モード条件を感知する感知段階と、
前記制御部で、前記燃料電池の冷却水の温度が、メモリに予め設定されている第1設定値未満であるか否かを比較する第1設定値比較段階と、
前記第1設定値比較段階における冷却水の温度が第1設定値未満である場合、前記制御部が車両始動オフ時の前記燃料電池の冷却水の温度を利用して前記メモリに車両再始動プロセスを設定する設定段階と、を含み、
前記設定段階の後には、
前記制御部で車両の再始動信号を受信した場合、始動がオフになったときから前記再始動信号が受信されたときまでの経過時間を導出する経過時間導出段階と、
前記制御部で、始動がオフになったときから前記再始動信号が受信されたときまでの経過時間が、前記メモリに予め設定されている基準時間未満であるか否かを比較する時間比較段階と、
前記始動がオフになったときから前記再始動信号が受信されたときまでの経過時間が前記基準時間未満である場合、前記制御部が、前記メモリに設定されている車両再始動プロセスを維持する維持段階と、を含むことを特徴とする燃料電池車両の始動制御方法。 - 前記第1設定値比較段階の後には、
前記第1設定値比較段階における冷却水の温度が第1設定値以上である場合、制御部が、前記メモリに設定されている車両再始動プロセスを削除する削除段階を含むことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池車両の始動制御方法。 - 前記維持段階の後には、
前記制御部が再始動時に、前記メモリに設定されている車両再始動プロセスに基づいて車両を再始動する再始動段階と、
前記制御部が冷間走行モードに車両運転モードを設定する冷間モード設定段階とを含むことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池車両の始動制御方法。 - 前記再始動段階は、
前記制御部で、車両始動オフ時に感知した前記燃料電池の冷却水の温度が、前記メモリに予め設定されている第1設定値よりも小さい第2設定値未満であるか否かを比較する第2設定値比較段階と、
前記第2設定値比較段階における冷却水の温度が第2設定値未満である場合には、前記制御部が燃料電池スタックの温度を上昇させる温度上昇段階と、を含むことを特徴とする請求項3に記載の燃料電池車両の始動制御方法。 - 前記時間比較段階の後には、
始動がオフになったときから再始動信号が受信されたときまでの経過時間が基準時間を超過する場合、前記制御部が、前記メモリに設定されている車両再始動プロセスを削除する削除段階を含むことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池車両の始動制御方法。 - 前記削除段階の後には、
前記車両の再始動時に前記制御部が前記燃料電池の冷却水の温度を感知する冷却水温度感知段階と、
前記制御部で、前記燃料電池の冷却水の温度が、前記メモリに予め設定されている第1設定値よりも小さい第2設定値未満であるか否かを比較する第2温度比較段階と、
前記第2温度比較段階における燃料電池の冷却水の温度が第2設定値未満である場合、制御部が燃料電池スタックの温度を上昇させる温度上昇段階と、
前記制御部が冷間走行モードに車両運転モードを設定する冷間モード設定段階とを含むことを特徴とする請求項2または5に記載の燃料電池車両の始動制御方法。 - 前記第2温度比較段階の後には、
前記第2温度比較段階における燃料電池の冷却水の温度が第2設定値以上である場合には、前記制御部で、第2温度比較段階における燃料電池の冷却水の温度が、前記メモリに予め設定されている第1設定値未満であるか否かを比較する第1温度比較段階と、
前記第2温度比較段階における燃料電池の冷却水の温度が第1設定値未満である場合、前記制御部が冷間走行モードに車両運転モードを設定する冷間モード設定段階と、を含むことを特徴とする請求項6に記載の燃料電池車両の始動制御方法。 - 前記第1温度比較段階の後には、
前記第1温度比較段階における燃料電池の冷却水の温度が第1設定値以上である場合には、前記制御部が定常モードに車両運転モードを設定する定常モード設定段階を含むことを特徴とする請求項7に記載の燃料電池車両の始動制御方法。 - 燃料電池の冷却水の温度を含む冷間走行モード条件を導出する導出部と、
車両再始動プロセスおよび第1設定値を格納するメモリと、
前記燃料電池の冷却水の温度とメモリに設定されている第1設定値とを比較して、前記燃料電池の冷却水の温度が前記第1設定値未満である場合、車両始動オフ時の前記燃料電池の冷却水の温度を利用して前記メモリに車両再始動プロセスを設定し、
前記設定の後には、
車両の再始動信号を受信した場合、始動がオフになったときから再始動信号が受信されたときまでの経過時間を導出し、
始動がオフになったときから前記再始動信号が受信されたときまでの経過時間が、前記メモリに予め設定されている基準時間未満であるか否かを比較し、
前記始動がオフになったときから前記再始動信号が受信されたときまでの経過時間が前記基準時間未満である場合、前記メモリに設定されている車両再始動プロセスを維持する制御部と、を含むことを特徴とする燃料電池車両の始動制御システム。
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