JP7127600B2 - 燃料電池車両および燃料電池車両の制御方法 - Google Patents

Description

本開示は、燃料電池車両および燃料電池車両の制御方法に関する。

特許文献１には、燃料電池が発電した電力や、回生ブレーキによる回生電力を蓄電可能な二次電池を搭載した燃料電池車両が記載されている。この燃料電池車両では、燃料電池内に残留する水分を、燃料電池外へ排出させるための掃気処理が行われる。

特開２０１６－０９６０５８号公報

本願の発明者らは、回生ブレーキと摩擦ブレーキとを併用して制動力を発生させる回生摩擦協調ブレーキが用いられる燃料電池車両では、制動中に掃気処理が行われることによって、回生ブレーキの制動力が一時的に低減する場合があることを見出した。したがって、回生摩擦協調ブレーキの制動力を安定させることが望まれている。

本開示は、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本開示の一形態によれば、燃料電池車両が提供される。この燃料電池車両は、燃料電池と、前記燃料電池内に反応ガスを供給するガス供給部と、前記燃料電池車両を制動する摩擦ブレーキと、前記燃料電池車両を駆動する力行モードと、前記燃料電池車両を制動する回生モードとで動作可能な電動発電機と、前記燃料電池によって発電された電力と、前記回生モード時の前記電動発電機によって発電された電力とを蓄電可能な蓄電装置と、前記燃料電池車両の車速を検出する車速検出部と、制動要求に応じて発生させる制動力における、前記摩擦ブレーキによる摩擦制動力と前記回生モード時の前記電動発電機による回生制動力との割合を、少なくとも前記車速に応じて決定し、決定した前記割合に応じて、前記摩擦ブレーキと前記回生モード時の前記電動発電機とを制御する制動制御部と、前記燃料電池内に滞留する滞留水の量を推定し、推定した前記滞留水の量が予め定められた閾値以上であり、かつ、予め定められた許可条件が満たされた場合に、前記ガス供給部から反応ガスを前記燃料電池内に供給することによって前記滞留水を前記燃料電池外へ排出させる掃気処理を実行する掃気制御部と、を備える。前記許可条件は、前記車速が予め定められた第１速度以下である状態が予め定められた第１期間以上継続された、という条件である。
この形態の燃料電池車両によれば、掃気処理を実行するための許可条件として、燃料電池車両の車速が所定の速度以下である状態が、所定期間継続されたという条件を設定できるため、回生制動力が発生しない速度域において掃気処理を実行することができる。そのため、回生摩擦協調ブレーキの制動力を安定させることができる。
（２）上記形態の燃料電池車両において、前記制動制御部は、前記車速が第２速度以下である場合には、制動要求に応じて発生させる制動力における、前記回生制動力の割合をゼロとし、前記第１速度は、前記第２速度よりも低くてもよい。
この形態の燃料電池車両によれば、第２速度以下では、回生制動力が発生せず、掃気処理は、第２速度よりも小さい第１速度以下にて実行される。そのため、回生摩擦協調ブレーキの制動力をより確実に安定させることができる。
（３）上記形態の燃料電池車両において、前記掃気制御部は、前記許可条件が満たされて前記掃気処理が実行されている間に、予め定められた中断条件が満たされた場合、前記掃気処理を終了させ、前記滞留水の量の推定値を初期値に戻してもよい。
この形態の燃料電池車両によれば、掃気処理の中断と実行とが繰り返されることが抑制される。そのため、掃気処理が繰り返されて燃料電池内が乾燥することを抑制できる。
（４）上記形態の燃料電池車両において、前記掃気制御部は、前記許可条件が満たされて前記掃気処理が実行されている間に、前記車速が前記第１速度を超えた場合であっても、前記燃料電池車両がアクセルオン状態である場合には、前記掃気処理を終了させずに継続してもよい。
この形態の燃料電池車両によれば、掃気処理が実行されている間に、許可条件が満たされなくなったとしても、回生制動力が発生しないアクセルオン状態である場合には、掃気処理が継続される。そのため、許可条件が満たされなくなった場合に掃気処理が中断される形態に比べて、燃料電池内の滞留水が排出されやすくなり、滞留水が燃料電池内に滞留する期間を短くできる。
（５）上記形態の燃料電池車両において、前記掃気制御部は、前記許可条件が満たされて前記掃気処理が実行されている間に、前記車速が前記第１速度を超えた場合には、前記燃料電池車両がアクセルオフ状態であることを検出したタイミングで前記掃気処理を終了してもよい。
この形態の燃料電池車両によれば、掃気処理を中断するタイミングとアクセルオフ状態とされるタイミングとを一致させることができる。そのため、回生摩擦協調ブレーキの制動力を安定させることができる。
本開示は、燃料電池車両以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、燃料電池車両の制御方法、燃料電池車両に搭載された燃料電池の掃気方法等の形態で実現することができる。

第１実施形態における燃料電池車両の概略構成を示す説明図。 回生摩擦協調制動力の変化を模式的に示す説明図。 回生摩擦協調制動力の変化を模式的に示す参考図。 第１実施形態における掃気許可判定処理の処理内容を示すフローチャート。 第１実施形態における掃気処理中の加速度変化を示すタイムチャート。 比較例における掃気処理中の加速度変化を示すタイムチャート。 第２実施形態における掃気許可判定処理の処理内容を示すフローチャート。 第３実施形態における掃気許可判定処理の処理内容を示すフローチャート。

Ａ．第１実施形態：
図１は、第１実施形態における燃料電池車両２０の概略構成を示す説明図である。燃料電池車両２０は、燃料電池１００と蓄電装置４２１とを含む燃料電池システム３０と、電動発電機４０と、摩擦ブレーキ５０と、アクセルペダル７０と、ブレーキペダル８０と、車速検出部６０と、制御部５００とを備えている。燃料電池車両２０は、アクセルペダル７０やブレーキペダル８０の操作に応じて駆動または制動される。本実施形態の電動発電機４０は、燃料電池車両２０を駆動する力行モードと、燃料電池車両２０を制動する回生モードとで動作可能である。力行モード時の電動発電機４０は、燃料電池システム３０から電力の供給を受けて、前輪ＦＷと後輪ＲＷとの少なくとも一方を回転させることによって燃料電池車両２０を駆動する。回生モード時の電動発電機４０は、燃料電池車両２０の運動エネルギを電力に変換することによって燃料電池車両２０を制動する。回生モード時の電動発電機４０による制動のことを、回生ブレーキとも呼ぶ。本実施形態の燃料電池車両２０は、回生ブレーキと摩擦ブレーキ５０とを併用した回生摩擦協調ブレーキによって制動される。摩擦ブレーキによる制動力のことを摩擦制動力と呼び、回生ブレーキによる制動力のことを回生制動力と呼び、回生摩擦協調ブレーキによる制動力のことを回生摩擦協調制動力と呼ぶ。

本実施形態の燃料電池システム３０は、燃料電池１００と、水素給排系２００と、空気給排系３００と、電力供給系４００とを備えている。本実施形態の燃料電池１００は、固体高分子形の燃料電池１００である。燃料電池１００は、電気化学反応によって起電力を発生させる。燃料電池１００の反応ガスには、燃料ガスとして水素ガスが用いられ、酸化ガスとして空気が用いられる。燃料電池１００は、複数の単セルが積層したスタック構造を有し、それぞれの単セル同士は直列に接続されている。それぞれの単セルは、電解質膜の両面に電極触媒層を有する膜電極接合体と、膜電極接合体を挟持する一対のセパレータとを備えている。アノード側における膜電極接合体とセパレータとの間には、水素ガスが流通可能なアノード流路が形成されている。カソード側における膜電極接合体とセパレータとの間には、空気が流通可能なカソード流路が形成されている。

水素給排系２００は、水素供給部２１０と、水素循環部２２０と、水素排出部２３０とを備えている。水素供給部２１０は、水素タンク２１１と、水素供給流路２１２と、主止弁２１３と、減圧弁２１４と、インジェクタ２１５とを備えている。水素タンク２１１は、燃料電池１００に供給するための水素ガスを高圧の状態で貯蔵している。水素供給流路２１２は、水素タンク２１１と燃料電池１００のアノード流路とを接続する流路である。水素供給流路２１２には、上流側から順に、主止弁２１３と、減圧弁２１４と、レギュレータとが設けられている。主止弁２１３が開弁されることによって、水素タンク２１１に貯蔵された高圧の水素ガスが、水素供給流路２１２へと流れる。高圧の水素ガスは、減圧弁２１４によって所定の圧力まで減圧された後、燃料電池１００の発電要求に応じてインジェクタ２１５から燃料電池１００へと供給される。

水素循環部２２０は、水素循環流路２２１と、水素循環ポンプ２２２とを備えている。水素循環流路２２１は、燃料電池１００のアノード流路と、水素供給流路２１２におけるインジェクタ２１５よりも下流側とを接続する流路である。水素循環流路２２１には、水素循環ポンプ２２２が設けられている。燃料電池１００から排出されたアノードオフガスに含まれる未消費の水素ガスは、循環ポンプによって、水素供給流路２１２に循環する。尚、アノードオフガスには、未消費の水素ガスの他に、燃料電池１００の発電に伴う生成水や窒素ガスが含まれるため、水素循環流路２２１における燃料電池１００と循環ポンプとの間に設けられた図示しない気液分離器によって、未消費の水素ガスと、生成水や窒素ガスとが分離される。

水素排出部２３０は、水素排出流路２３１と、排気排水弁２３２とを備えている。水素排出流路２３１は、水素循環流路２２１における燃料電池１００と水素循環ポンプ２２２との間と、後述する空気排出流路３２１とを接続する流路である。水素排出流路２３１には、排気排水弁２３２が設けられている。排気排水弁２３２が開弁されることによって、アノードオフガスが、空気排出流路３２１を介して大気へと排出される。

空気給排系３００は、空気供給部３１０と、空気排出部３２０とを備えている。空気供給部３１０は、空気導入流路３１１と、エアフローメータ３１２と、エアコンプレッサ３１３と、分流弁３１４と、空気供給流路３１５と、空気バイパス流路３１６とを備えている。空気導入流路３１１は、大気に連通する流路であり、分流弁３１４によって空気供給流路３１５と空気バイパス流路３１６とに接続されている。空気導入流路３１１には、上流側から順に、エアフローメータ３１２と、エアコンプレッサ３１３と、分流弁３１４とが設けられている。エアフローメータ３１２は、空気導入流路３１１に導入された空気の流量を検出するセンサである。エアコンプレッサ３１３は、空気導入流路３１１へと空気を導入して、導入した空気を燃料電池１００へと圧送するための圧縮機である。エアコンプレッサ３１３のことをガス供給部と呼ぶこともある。本実施形態のエアコンプレッサ３１３は、ターボコンプレッサである。エアコンプレッサ３１３は、ターボ式圧縮機に限られず、容積式圧縮機であってもよい。分流弁３１４は、空気供給流へと流れる空気の流量と、空気バイパス流路３１６へと流れる空気の流量とを、開度に応じて調節可能である。空気供給流路３１５は、分流弁３１４と燃料電池１００のカソード流路とを接続する流路である。空気バイパス流路３１６は、分流弁３１４と後述する空気排出流路３２１とを接続する流路である。尚、空気バイパス流路３１６は、空気排出流路３２１に接続されずに、大気に連通してもよい。

空気排出部３２０は、空気排出流路３２１と、調圧弁３２２とを備えている。空気排出流路３２１は、燃料電池１００のカソード流路に接続された、大気に連通する流路である。空気排出流路３２１には、調圧弁３２２が設けられている。調圧弁３２２の開度が調節されることによって、燃料電池１００のカソード流路内の空気の圧力や、エアコンプレッサ３１３によって吐出される空気の流量が調節される。空気排出流路３２１における調圧弁３２２よりも下流側には、上流側から順に、上述した空気バイパス流路３１６と、水素排出流路２３１とが接続されている。燃料電池１００から排出されたカソードオフガスは、空気バイパス流路３１６から流入した空気や、水素排出流路２３１から流入したアノードオフガスとともに、空気排出流路３２１を流れて、大気へと排出される。

燃料電池システム３０は、図示しない冷媒循環系を備えている。冷媒循環系は、燃料電池１００を冷却した冷媒が、冷媒を放熱させるラジエータを経由して、燃料電池１００に循環するように構成されている。

電力供給系４００は、昇圧コンバータ４１１と、インバータ４１２と、蓄電装置４２１と、昇降圧コンバータ４２２と、第１配線４３１と、第２配線４３２とを備えている。燃料電池１００と、昇圧コンバータ４１１と、インバータ４１２とが第１配線４３１によってこの順に電気的に接続されている。蓄電装置４２１と、昇降圧コンバータ４２２と、第１配線４３１における昇圧コンバータ４１１とインバータ４１２との間とが第２配線４３２によってこの順に電気的に接続されている。燃料電池１００によって発電された直流電力は、昇圧コンバータ４１１によって昇圧された後に、インバータ４１２によって三相交流電力に変換されて、電動発電機４０に供給される。蓄電装置４２１によって蓄電された直流電力は、昇降圧コンバータ４２２によって昇圧された後に、インバータ４１２によって三相交流電力に変換されて、電動発電機４０に供給される。昇降圧コンバータ４２２は、蓄電装置４２１に蓄電された電力を昇圧可能なだけでなく、燃料電池１００によって発電された電力や、回生モード時の電動発電機４０によって発電された電力を降圧可能に構成されている。インバータ４１２は、直流電力から交流電力に変換可能に構成されているだけでなく、交流電力から直流電力に変換可能に構成されている。

蓄電装置４２１は、燃料電池１００によって発電された電力と、回生モード時の電動発電機４０によって発電された電力とを蓄電可能である。燃料電池１００によって発電された電力のことを発電電力と呼ぶ。回生モード時の電動発電機４０によって発電された電力のことを回生電力と呼ぶ。発電電力と回生電力とを合計した電力が、エアコンプレッサ３１３と水素循環ポンプ２２２とを含む燃料電池システム３０の補機等によって消費される電力を上回る場合、上回った量の電力は、蓄電装置４２１に蓄電される。蓄電装置４２１に蓄電された電力は、電動発電機４０や、燃料電池システム３０の補機を駆動するための電力として消費可能である。本実施形態の蓄電装置４２１は、充放電可能な二次電池である。二次電池として、例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等を用いることができる。尚、蓄電装置４２１は、二次電池ではなく、キャパシタであってもよい。

摩擦ブレーキ５０は、燃料電池車両２０の運動エネルギを摩擦による熱エネルギに変換することによって、燃料電池車両２０を制動するための減速装置である。本実施形態の摩擦ブレーキ５０は、アクチュエータによって駆動するディスクブレーキである。尚、摩擦ブレーキ５０は、アクチュエータによって駆動するドラムブレーキであってもよい。

車速検出部６０は、燃料電池車両２０の車速を検出する。本実施形態の車速検出部６０は、車輪速センサによって得られた燃料電池車両２０の各車輪の回転速度を用いて車速を検出する。尚、車速検出部６０は、加速度センサによって得られた燃料電池車両２０の加速度を用いて車速を検出してもよいし、ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）によって得られた位置情報を用いて車速を検出してもよい。

制御部５００は、ＣＰＵと、メモリと、各部品が接続されるインターフェース回路とを備えたコンピュータとして構成されている。制御部５００は、各種センサから取得した情報に基づいて、燃料電池システム３０の発電を制御し、電動発電機４０を力行モードや回生モードで制御する。本実施形態の制御部５００は、制動制御部５１０と、掃気制御部５２０とを含んでいる。

制動制御部５１０は、摩擦ブレーキ５０のアクチュエータと、回生モード時の電動発電機４０とを制御することによって、回生摩擦協調ブレーキを実現する。制動制御部５１０は、ドライバからの制動要求に応じて発生させる回生摩擦協調制動力における、摩擦ブレーキ５０による摩擦制動力と回生モード時の電動発電機４０による回生制動力との割合を、車速検出部６０によって取得した車速に応じて決定する。制動制御部５１０は、決定した摩擦制動力と回生制動力との割合に応じて、摩擦ブレーキ５０と回生モード時の電動発電機４０とを制御する。尚、制動制御部５１０は、車速の他に、例えば、各車輪のスリップ状況に応じて摩擦制動力と回生制動力との割合を決定してもよい。

掃気制御部５２０は、エアコンプレッサ３１３から燃料電池１００に空気を供給することによって、燃料電池１００内に滞留した滞留水を燃料電池１００外へ排出させる掃気処理を実行可能に構成されている。掃気制御部５２０のＣＰＵは、メモリに記憶された制御プログラムを実行することによって、エアコンプレッサ３１３を制御して、後述する掃気許可判定処理を実行する。

図２は、回生摩擦協調制動力の変化を模式的に示す説明図である。横軸は、回生摩擦協調ブレーキによる制動を開始してから燃料電池車両２０が停車するまでの時間を表している。縦軸は、制動力の大きさを表している。上述したように、回生摩擦協調制動力は、摩擦制動力と、回生制動力とを合わせた制動力であり、回生摩擦協調制動力における、摩擦制動力と回生制動力との割合は、制動制御部５１０によって制御される。一般に、電動発電機４０が回生電力を発生させるための駆動輪からのトルクが、十分に得られない低速度域では、回生制動力は低下する。そのため、本実施形態の制動制御部５１０は、安定した回生摩擦協調制動力を確保するために、燃料電池車両２０が低速になるにつれて、回生制動力の割合を減少させる。特に、燃料電池車両２０の車速が後述する第１速度よりも高い第２速度以下である場合には、制動制御部５１０は、ドライバからの制動要求に応じて発生させる回生摩擦協調制動力における回生制動力の割合をゼロとして、摩擦制動力のみによって燃料電池車両２０を制動させる。

図３は、回生摩擦協調制動力の変化を模式的に示す参考図である。図３では、回生制動力が発生した状態で掃気処理が実行された場合における、回生摩擦協調制動力の変化を表している。掃気処理が実行されると、エアコンプレッサ３１３は、燃料電池１００内の滞留水を排出させるために、燃料電池１００内に空気を供給する。そのため、燃料電池１００は、予定よりも多くの電力を発電してしまう可能性がある。回生制動力が発生した状態で、換言すれば、回生電力が発生した状態で掃気処理が実行されることによって、蓄電装置４２１の充電量制限に達した場合、回生電力の蓄電または消費先がなくなって、電動発電機４０からの電流が流れなくなる。そのため、電動発電機４０が駆動輪の回転を制動するための磁力が低下して、回生制動力が低下してしまう。

図４は、本実施形態における掃気許可判定処理の処理内容を示すフローチャートである。この処理は、燃料電池システム３０による発電が行われる期間内において、掃気制御部５２０によって繰り返し実行される。まず、掃気制御部５２０は、滞留水の量を推定する（ステップＳ１１０）。本実施形態では、推定される滞留水の量の初期値は、ゼロに設定されている。推定される滞留水の量の初期値は、ゼロでなくてもよく、実際に燃料電池１００内に滞留する滞留水の量により近い値であることが好ましい。

本実施形態では、掃気制御部５２０は、単位時間当たりの滞留水の増加量を推定し、推定した単位時間当たりの滞留水の増加量を積算することによって、滞留水の量を推定する。単位時間当たりの滞留水の増加量は、単位時間当たりに燃料電池１００の発電に伴って生じる生成水の量と、単位時間当たりに燃料電池１００からカソードオフガスとともに排出される水分の量との差を用いて推定できる。単位時間当たりに燃料電池１００の発電に伴って生じる生成水の量は、燃料電池１００から出力される電流と、水の分子量等を用いて算出できる。単位時間当たりに燃料電池１００からカソードオフガスとともに排出される水分の量は、燃料電池１００内の温度における飽和水蒸気量と、燃料電池１００内に供給される空気の流量等を用いて算出できる。尚、燃料電池１００から出力される電流は、電流計を用いて測定できる。燃料電池１００内の温度として、燃料電池１００の冷媒出口近傍における冷媒の温度を用いることができる。燃料電池１００の冷媒出口近傍における冷媒の温度は、温度センサを用いて測定できる。

次に、掃気制御部５２０は、滞留水の推定量が予め定められた閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１２０）。滞留水の推定量が予め定められた閾値以上であると判断されなかった場合（ステップＳ１２０：ＮＯ）、掃気制御部５２０は、処理をステップＳ１１０に戻し、再び、滞留水の量を推定する。一方、滞留水の推定量が予め定められた閾値以上であると判断された場合（ステップＳ１２０：ＹＥＳ）、掃気制御部５２０は、予め定められた許可条件を満たしたか否かを判定する（ステップＳ１３０）。

本実施形態では、許可条件として、車速検出部６０によって検出された燃料電池車両２０の車速が予め定められた第１速度以下である状態が予め定められた第１期間以上継続された、という条件が設定されている。本実施形態では、第１速度として、回生制動力が発生しない第２速度よりも低い速度が設定されている。回生制動力が発生した状態で掃気処理が実行されないように、第１速度と第２速度との速度差は、車速検出部６０の測定誤差や、車速検出部６０と掃気制御部５２０との間の通信遅れ等を考慮して設定されることが好ましい。第１速度と第２速度との速度差は、例えば、１～１０ｋｍ／ｈとすることができる。第１期間は、回生制動力が発生していない状態が比較的安定したと判断できる期間として設定されることが好ましい。第１期間は、例えば、掃気処理の実行のための所要時間の１０～２０％程度の時間とすることができる。例えば、掃気処理の実行のための所要時間が５～１０秒間である場合には、第１期間は、０．５～２秒間とすることができる。

予め定められた許可条件を満たしたと判断されなかった場合（ステップＳ１３０：ＮＯ）、掃気制御部５２０は、処理をステップＳ１１０に戻し、再び、滞留水の量を推定する。一方、予め定められた許可条件を満たしたと判断された場合（ステップＳ１３０：ＹＥＳ）、掃気制御部５２０は、エアコンプレッサ３１３から燃料電池１００内に空気を供給することによって滞留水を燃料電池１００外へ排出させる掃気処理の実行を開始する（ステップＳ１４０）。つまり、掃気制御部５２０は、燃料電池１００内に滞留する滞留水の量を推定し、推定した滞留水の量が予め定められた閾値以上であり、かつ、予め定められた許可条件を満たす場合に、掃気処理の実行を開始する。

掃気処理の実行が開始された後、掃気制御部５２０は、掃気処理が完了したか否かを判定する（ステップＳ１５０）。本実施形態では、予め定められた単位時間当たりの流量の空気がエアコンプレッサ３１３から燃料電池１００内に供給される状態が、予め定められた期間継続された場合に、掃気制御部５２０は、掃気処理が完了したと判断する。掃気制御部５２０は、単位時間当たりに燃料電池１００内に供給される空気の流量と、エアコンプレッサ３１３の回転数と、分流弁３１４の開度と、調圧弁３２２の開度との関係について表されたマップを参照することによって、予め定められた単位時間当たりの流量の空気がエアコンプレッサ３１３から燃料電池１００内に供給される状態が、予め定められた期間継続されたか否かを判断できる。単位時間当たりに燃料電池１００内に供給される空気の流量と、エアコンプレッサ３１３の回転数と、分流弁３１４の開度と、調圧弁３２２の開度との関係について表されたマップは、予め行われる試験によって設定できる。

掃気処理が完了したと判断されなかった場合（ステップＳ１５０：ＮＯ）、掃気制御部５２０は、掃気処理が完了したと判断されるまで、ステップＳ１５０の処理を繰り返す。一方、掃気処理が完了したと判断された場合（ステップＳ１５０：ＹＥＳ）、掃気制御部５２０は、滞留水の推定量をリセットし、つまり、滞留水の推定量を初期値に戻し（ステップＳ１６０）、この処理を終了する。掃気制御部５２０は、燃料電池システム３０による発電が行われる期間内において、この処理を繰り返す。

図５は、本実施形態における掃気処理中の加速度の変化を示すタイムチャートの一例である。図５には、上から順に、燃料電池車両２０の車速と、回生制動力と、掃気処理の実行についてのオンオフと、燃料電池１００内に供給される空気の流量と、燃料電池１００の発電電力と、燃料電池車両２０の加速度との関係を表している。図５に示した例では、燃料電池車両２０の車速が、回生摩擦協調制動力における回生制動力の割合がゼロにされる第２速度以下となり、さらに、第２速度よりも低速な第１速度以下である状態が、第１期間以上継続された後に、掃気処理が実行される。掃気処理が実行されることによって、燃料電池１００内に供給される空気の流量が増加して、燃料電池１００の発電電力が増加する。燃料電池１００の発電電力が増加して、蓄電装置４２１の充電量制限に達したとしても、第１速度以下では回生制動力が発生していないため、回生制動力が変動することはない。

図６は、比較例における掃気処理中の加速度の変化を示すタイムチャートの一例である。図５に示した例では、回生制動力が発生した状態で、掃気処理は実行されない。これに対して、図６に示した例では、回生制動力が発生した状態で、掃気処理が実行され、蓄電装置４２１の充電量制限に達した場合を表している。この場合、蓄電装置４２１の充電量制限に達したタイミングにて、回生制動力が低下するため、燃料電池車両２０の加速度には、大きな変動が生じる。

以上で説明した本実施形態の燃料電池車両２０によれば、掃気処理を実行するための許可条件として、燃料電池車両２０の車速が所定の速度以下である状態が、所定期間継続されたという条件を設定できるため、掃気制御部５２０は、回生制動力が発生しない速度域において掃気処理を実行することができる。そのため、掃気処理に起因して回生制動力が変動することが抑制され、回生摩擦協調ブレーキの制動力を安定させることができる。特に、本実施形態では、燃料電池車両２０の車速が、回生制動力が発生しない第１速度以下である場合において、掃気制御部５２０は、掃気処理を実行する。そのため、掃気処理の影響を受けることなく、回生摩擦協調ブレーキの制動力を安定させることができる。

尚、掃気処理の影響を受けることなく回生摩擦協調ブレーキの制動力を安定させるために、燃料電池車両２０の車速とは無関係に、回生制動力が発生した状態であるか否かを判定し、回生制動力が発生した状態であると判断された場合に、掃気処理の実行を開始しない、または、実行中の掃気処理を終了する、という掃気処理を禁止する条件を設定することによって、回生制動力の変動を抑制する形態が考えられる。しかし、回生制動力が発生した状態であると判断された場合に掃気処理を禁止する形態では、掃気処理の実行と中断とが繰り返される可能性があり、燃料電池１００内の乾燥が促進されて、膜電極接合体の劣化が生じる可能性がある。これに対して、本実施形態によれば、掃気処理の実行機会を過度に制限せずに、回生制動力が発生した状態で、掃気処理が実行される可能性を低減できる。

Ｂ．第２実施形態：
図７は、第２実施形態における掃気許可判定処理の処理内容を示すフローチャートである。第２実施形態における燃料電池車両２０の構成は、特に説明しない限り第１実施形態と同じである。

本実施形態の掃気許可判定処理において、掃気制御部５２０が滞留水の量を推定してから掃気処理の実行を開始するまでの処理内容は第１実施形態と同じであるため、説明を省略する（ステップＳ２１０～ステップＳ２４０）。その後、掃気制御部５２０は、許可条件が満たされて掃気処理が実行されている間に、予め定められた中断条件が満たされたか否かを判定する（ステップＳ２４５）。中断条件として、回生制動力が発生する可能性がある条件を設定することができる。本実施形態では、燃料電池車両２０の車速が第１速度を超えた状態であり、かつ、燃料電池車両２０がアクセルオフ状態であることが、中断条件として設定されている。掃気制御部５２０は、例えば、アクセル開度センサを用いて、アクセルオフ状態であるか否かを判定できる。

予め定められた中断条件が満たされたと判断されなかった場合（ステップＳ２４５：ＮＯ）、掃気制御部５２０は、第１実施形態と同様にして、掃気処理が完了したか否かを判定する（ステップＳ２５０）。掃気処理が完了したと判断されなかった場合（ステップＳ２５０：ＮＯ）、掃気制御部５２０は、処理をステップＳ２４５に戻し、再度、中断条件を満たしたか否かを判定する。一方、掃気処理が完了したと判断された場合（ステップＳ２５０：ＹＥＳ）、掃気制御部５２０は、滞留水の推定量をリセットし、つまり、滞留水の推定量を初期値に戻し（ステップＳ２６０）、この処理を終了する。掃気制御部５２０は、燃料電池システム３０による発電が行われる期間内において、この処理を繰り返す。

予め定められた中断条件が満たされたと判断された場合（ステップＳ２４５：ＹＥＳ）、掃気制御部５２０は、ステップＳ２５０の処理をスキップして掃気処理を終了させ、滞留水の推定量を初期値に戻し（ステップＳ２６０）、この処理を終了する。掃気制御部５２０は、燃料電池システム３０による発電が行われる期間内において、この処理を繰り返す。

以上で説明した本実施形態の燃料電池車両２０によれば、掃気処理の実行が開始されてから完了されるまでの間に、回生制動力が発生する可能性がある状態となった場合には、掃気制御部５２０によって、掃気処理が中断される。そのため、掃気処理の影響を受けることなく、回生摩擦協調ブレーキの制動力を安定させることができる。

また、本実施形態では、掃気制御部５２０は、掃気処理を中断した場合には、滞留水の推定量を初期値に戻すため、掃気処理の中断と開始とが短期間に繰り返されることが抑制される。そのため、掃気処理の中断と開始とが短期間に繰り返されることによる、燃料電池１００内の乾燥に伴う膜電極接合体の劣化や、騒音・振動の発生、燃費の低下等を抑制できる。

Ｃ．第３実施形態：
図８は、第３実施形態における掃気許可判定処理の処理内容を示すフローチャートである。第３実施形態における燃料電池車両２０の構成は、特に説明しない限り第１実施形態と同じである。

本実施形態の掃気許可判定処理において、掃気制御部５２０が滞留水の量を推定してから掃気処理の実行を開始するまでの処理内容は第１実施形態と同じであるため、説明を省略する（ステップＳ３１０～ステップＳ３４０）。その後、掃気制御部５２０は、許可条件が満たされて掃気処理の実行が開始された後に、燃料電池車両２０の車速が第１速度を超えたか否かを判定する（ステップＳ３４５）。

燃料電池車両２０の車速が第１速度を超えたと判断されなかった場合（ステップＳ３４５：ＮＯ）、掃気制御部５２０は、第１実施形態と同様にして、掃気処理が完了したか否かを判定する（ステップＳ３５０）。掃気処理が完了したと判断されなかった場合（ステップＳ３５０：ＮＯ）、掃気制御部５２０は、ステップＳ３４５に処理を戻し、再度、第１速度を超えたか否かを判定する。掃気処理が完了したと判断された場合（ステップＳ３５０：ＹＥＳ）、掃気制御部５２０は、滞留水の推定量をリセットし、つまり、滞留水の推定量を初期値に戻し（ステップＳ３６０）、この処理を終了する。掃気制御部５２０は、燃料電池システム３０による発電が行われる期間内において、この処理を繰り返す。

ステップＳ３４５にて、燃料電池車両２０の車速が第１速度を超えたと判断された場合（ステップＳ３４５：ＹＥＳ）、掃気制御部５２０は、燃料電池車両２０がアクセルオン状態であるか否かを判定する（ステップＳ３４７）。掃気制御部５２０は、例えば、アクセル開度センサを用いて、アクセルオン状態であるか否かを判定できる。燃料電池車両２０がアクセルオン状態であると判断された場合（ステップＳ３４７：ＹＥＳ）、第１速度を超えても回生制動力は発生しない。そのため、掃気制御部５２０は、掃気処理が完了したか否かを判定し（ステップＳ３５０）、掃気処理が完了したと判断されなかった場合には、ステップＳ３４５に処理を戻し、掃気処理を継続する。一方、燃料電池車両２０がアクセルオン状態であると判断されなかった場合（ステップＳ３４７：ＮＯ）、換言すれば、燃料電池車両２０がアクセルオフ状態であると判断された場合には、ステップＳ３５０の処理をスキップして、滞留水の推定量を初期値に戻し（ステップＳ３６０）、アクセルオフ状態にされたタイミングと一致するタイミングにて掃気処理を終了する。掃気制御部５２０は、燃料電池システム３０による発電が行われる期間内において、この処理を繰り返す。

以上で説明した本実施形態の燃料電池車両２０によれば、許可条件が満たされて掃気処理が実行されている間に、車速が第１速度を超えた場合であっても、燃料電池車両２０がアクセルオン状態である場合には、回生制動力が発生しないため、掃気制御部５２０は、掃気処理を終了させずに継続する。そのため、許可条件が満たされなくなった場合に掃気処理が中断される形態に比べて、燃料電池１００内の滞留水が排出されやすくなり、滞留水が燃料電池１００内に滞留する期間を短くできる。

また、本実施形態では、許可条件が満たされて掃気処理が実行されている間に、車速が第１速度を超えた場合には、掃気制御部５２０は、燃料電池車両２０がアクセルオフ状態であることを検出したタイミングで掃気処理を終了する。つまり、この場合、掃気制御部５２０は、掃気処理を中断するタイミングとアクセルオフ状態とされるタイミングとを一致させる。そのため、ドライバの意図しないタイミングにて、掃気処理が終了して回生制動力が変動することを抑制でき、回生摩擦協調ブレーキの制動力を安定させることができる。

尚、本実施形態において、燃料電池車両２０の車速が第１速度を超えたと判断された場合（ステップＳ３４５：ＹＥＳ）、かつ、燃料電池車両２０がアクセルオン状態であると判断されなかった場合（ステップＳ３４７：ＮＯ）は、第２実施形態における中断条件を満たした場合と捉えることもできる。

Ｄ．他の実施形態
（Ｄ１）上述した各実施形態における燃料電池車両２０では、掃気制御部５２０は、燃料電池１００内のカソード側における滞留水を燃料電池１００外へと排出するために掃気処理を実行する。これに対して、掃気制御部５２０は、燃料電池１００内のアノード側における滞留水を排出するために掃気処理を実行してもよい。掃気制御部５２０は、例えば、水素循環ポンプを２２２駆動することによって、燃料電池１００内に滞留した滞留水を燃料電池１００外へと排出させることができる。この場合、水素循環ポンプ２２２のことをガス供給部と呼ぶこともある。また、水素タンク２１１から燃料電池１００内へと水素ガスを供給することによって、燃料電池１００内に滞留した滞留水を燃料電池１００外へと排出させてもよい。この場合、水素タンク２１１のことをガス供給部と呼ぶこともある。

（Ｄ２）上述した第３実施形態における燃料電池車両２０では、掃気制御部５２０は、許可条件が満たされて掃気処理が実行されている間に、車速が第１速度を超えた場合には、燃料電池車両２０がアクセルオフ状態であることを検出したタイミングで掃気処理を終了する。これに対して、掃気制御部５２０は、燃料電池車両２０がアクセルオフ状態であることを検出したタイミングよりも後のタイミングにて掃気処理を終了してもよい。この場合、滞留水が燃料電池１００内に滞留する期間をより短くできる。

（Ｄ３）上述した各実施形態における燃料電池車両２０では、掃気処理の実行を開始するための許可条件として、燃料電池車両２０の車速が予め定められた第１速度以下である状態が予め定められた第１期間以上継続された、という条件が設定されている。これに対して、許可条件として、他の条件がさらに設定されてもよい。例えば、燃料電池車両２０がアクセルオン状態である、という条件を許可条件に含んでもよい。この場合、掃気処理の実行機会を増加させることができ、滞留水が燃料電池内１００に滞留する期間を短くできる。

（Ｄ４）上述した各実施形態における燃料電池車両２０では、許可条件における第１速度として、第２速度よりも低い速度が設定されている。これに対して、許可条件における第１速度は、第２速度と同じ速度であってもよい。この場合であっても、回生制動力が発生しない速度域において掃気処理を実行することができるため、掃気処理の影響を受けることなく回生摩擦協調ブレーキの制動力を安定させることができる。

本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

２０…燃料電池車両、３０…燃料電池システム、４０…電動発電機、５０…摩擦ブレーキ、６０…車速検出部、７０…アクセルペダル、８０…ブレーキペダル、１００…燃料電池、２００…水素給排系、２１０…水素供給部、２１１…水素タンク、２１２…水素供給流路、２１３…主止弁、２１４…減圧弁、２１５…インジェクタ、２２０…水素循環部、２２１…水素循環流路、２２２…水素循環ポンプ、２３０…水素排出部、２３１…水素排出流路、２３２…排気排水弁、３００…空気給排系、３１０…空気供給部、３１１…空気導入流路、３１２…エアフローメータ、３１３…エアコンプレッサ、３１４…分流弁、３１５…空気供給流路、３１６…空気バイパス流路、３２０…空気排出部、３２１…空気排出流路、３２２…調圧弁、４００…電力供給系、４１１…昇圧コンバータ、４１２…インバータ、４２１…蓄電装置、４２２…昇降圧コンバータ、４３１…第１配線、４３２…第２配線、５００…制御部、５１０…制動制御部、５２０…掃気制御部。

Claims (6)

1. 燃料電池車両であって、
   燃料電池と、
   前記燃料電池内に反応ガスを供給するガス供給部と、
   前記燃料電池車両を制動する摩擦ブレーキと、
   前記燃料電池車両を駆動する力行モードと、前記燃料電池車両を制動する回生モードとで動作可能な電動発電機と、
   前記燃料電池によって発電された電力と、前記回生モード時の前記電動発電機によって発電された電力とを蓄電可能な蓄電装置と、
   前記燃料電池車両の車速を検出する車速検出部と、
   制動要求に応じて発生させる制動力における、前記摩擦ブレーキによる摩擦制動力と前記回生モード時の前記電動発電機による回生制動力との割合を、少なくとも前記車速に応じて決定し、決定した前記割合に応じて、前記摩擦ブレーキと前記回生モード時の前記電動発電機とを制御する制動制御部と、
   前記燃料電池内に滞留する滞留水の量を推定し、推定した前記滞留水の量が予め定められた閾値以上であり、かつ、予め定められた許可条件が満たされた場合に、前記ガス供給部から反応ガスを前記燃料電池内に供給することによって前記滞留水を前記燃料電池外へ排出させる掃気処理を実行する掃気制御部と、
   を備え、
   前記許可条件は、前記車速が予め定められた第１速度以下である状態が予め定められた第１期間以上継続された、という条件である、
   燃料電池車両。
2. 請求項１に記載の燃料電池車両であって、
   前記制動制御部は、前記車速が第２速度以下である場合には、制動要求に応じて発生させる制動力における、前記回生制動力の割合をゼロとし、
   前記第１速度は、前記第２速度よりも低い、燃料電池車両。
3. 請求項１または請求項２に記載の燃料電池車両であって、
   前記掃気制御部は、前記許可条件が満たされて前記掃気処理が実行されている間に、予め定められた中断条件が満たされた場合、前記掃気処理を終了させ、前記滞留水の量の推定値を初期値に戻す、燃料電池車両。
4. 請求項１または請求項２に記載の燃料電池車両であって、
   前記掃気制御部は、前記許可条件が満たされて前記掃気処理が実行されている間に、前記車速が前記第１速度を超えた場合であっても、前記燃料電池車両がアクセルオン状態である場合には、前記掃気処理を終了させずに継続する、燃料電池車両。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の燃料電池車両であって、
   前記掃気制御部は、前記許可条件が満たされて前記掃気処理が実行されている間に、前記車速が前記第１速度を超えた場合には、前記燃料電池車両がアクセルオフ状態であることを検出したタイミングで前記掃気処理を終了する、燃料電池車両。
6. 燃料電池車両の制御方法であって、
   前記燃料電池車両は、
   燃料電池と、
   前記燃料電池内に反応ガスを供給するガス供給部と、
   前記燃料電池車両を制動する摩擦ブレーキと、
   前記燃料電池車両を駆動する力行モードと、前記燃料電池車両を制動する回生モードとで動作可能な電動発電機と、
   前記燃料電池によって発電された電力と、前記回生モード時の前記電動発電機によって発電された電力とを蓄電可能な蓄電装置と、
   前記燃料電池車両の車速を検出する車速検出部と、
   を備え、
   制動要求に応じて発生させる制動力における、前記摩擦ブレーキによる摩擦制動力と前記回生モード時の前記電動発電機による回生制動力との割合を、少なくとも前記車速に応じて決定し、決定した前記割合に応じて、前記摩擦ブレーキと前記回生モード時の前記電動発電機とを制御し、
   前記燃料電池内に滞留する滞留水の量を推定し、推定した前記滞留水の量が予め定められた閾値以上であり、かつ、予め定められた許可条件が満たされた場合に、前記ガス供給部から反応ガスを前記燃料電池内に供給することによって前記滞留水を前記燃料電池外へ排出させる掃気処理を実行し、
   前記許可条件は、前記車速が予め定められた速度以下である状態が予め定められた期間以上継続された、という条件である、
   燃料電池車両の制御方法。

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