JP7159675B2 - 燃料電池車両および燃料電池車両の制御方法 - Google Patents
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Description
この形態の燃料電池車両によれば、燃料電池車両の低温始動時に、燃料電池の出力状態が、基準時間以上継続して低出力状態である場合には、駆動モータのモータ出力が予め定められた第1上限出力以下に抑えられて二次電池のみを電源として用いる第1走行状態に、燃料電池車両の走行状態を設定する。そのため、低温始動時に燃料電池の出力が不足する状態が続いても、二次電池が過放電になって急に車両停止しなければいけなくなるという不具合の発生を抑えることができる。
(2)上記形態の燃料電池車両において、前記検出部は、前記運転状態として、前記燃料電池の出力電力を検出し、前記低出力状態は、前記第1走行状態となった場合に前記駆動モータが消費し得る電力の最大値として予め定められた第1電力と、前記第1電力と同量の電力を前記燃料電池が発電する場合に前記燃料電池の補機が消費する第2電力と、の和よりも、前記検出部が検出した前記燃料電池の出力電力が小さい状態であることとしてもよい。この形態の燃料電池車両によれば、燃料電池の出力電力に基づいて、前記燃料電池の出力状態が低出力状態であるか否かを、適切に判定することができる。
(3)上記形態の燃料電池車両において、前記検出部は、前記温度センサを用いて、前記運転状態として前記燃料電池の昇温速度を検出し、前記低出力状態は、前記燃料電池の内部が凍結していない状態で暖機運転を行なう場合の前記燃料電池の昇温速度として予め定められた基準昇温速度よりも、前記検出部が検出した前記昇温速度が小さい状態であることとしてもよい。この形態の燃料電池車両によれば、燃料電池の昇温速度に基づいて、前記燃料電池の出力状態が低出力状態であるか否かを、適切に判定することができる。
(4)上記形態の燃料電池車両において、前記検出部は、前記運転状態として、前記燃料電池においてアノードに供給される水素が不足する水素欠セルが存在するか否かを検出し、前記低出力状態は、前記検出部によって前記水素欠セルの存在が検出された状態であることとしてもよい。この形態の燃料電池車両によれば、水素欠セルが存在するか否かに基づいて、前記燃料電池の出力状態が低出力状態であるか否かを、適切に判定することができる。
(5)上記形態の燃料電池車両は、さらに、前記蓄電装置の残存容量を検出する残存容量モニタを備え、前記制御部は、前記燃料電池の始動時において、前記温度センサが検出した前記燃料電池の温度が氷点下であって、前記燃料電池の前記出力状態が前記低出力状態に該当しない場合に、前記残存容量モニタが検出した前記蓄電装置の残存容量が、予め定められた基準値以下であるか否かを判定し、前記蓄電装置の残存容量が前記基準値以下の場合には、前記モータ出力が予め定められた第2上限出力以下に抑えられて、少なくとも前記燃料電池を電源として用いる第2走行状態に、前記燃料電池車両の走行状態を設定することとしてもよい。この形態の燃料電池車両によれば、低温始動時に二次電池の残存容量が望ましくない程度に低下することを抑えることができる。
本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池車両の制御方法、その制御方法を実現するコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した一時的でない記録媒体等の形態で実現することができる。
(A-1)燃料電池車両の全体構成:
図1は、本発明に係る第1実施形態としての燃料電池車両20の概略構成を表わすブロック図である。燃料電池車両20は、車体22に、車両の駆動力を発生する駆動モータ170と、燃料電池100を備える燃料電池システム30と、燃料電池車両20を駆動するための電力を供給可能な二次電池172と、制御部200と、を搭載する。燃料電池車両20では、燃料電池100および二次電池172の各々が単独で、あるいは、燃料電池100および二次電池172の双方から同時に、駆動モータ170を含む負荷に対して電力を供給可能となっている。燃料電池100と、駆動モータ170を含む負荷との間は、DC/DCコンバータ104および配線178を介して接続されており、二次電池172と、駆動モータ170を含む負荷との間は、DC/DCコンバータ174および配線178を介して接続されている。DC/DCコンバータ104とDC/DCコンバータ174とは、配線178に対して並列に接続されている。
図2は、燃料電池車両20の始動時に、制御部200のCPUで実行される暖機運転処理ルーチンを表わすフローチャートである。以下では、まず、図2に基づいて、燃料電池車両20の始動時に実行される暖機運転の概要について説明する。本ルーチンは、燃料電池車両20を走行可能にするために燃料電池システム30を始動させる指示が入力されたとき、例えば、運転者によって燃料電池車両20のスタートスイッチ(図示せず)が押されたときに起動されて実行される。
図3は、制御部200を、制御部200が実行する機能の一部を表わす機能ブロックによって示した説明図である。制御部200は、機能ブロックとして、検出部210、低出力判定部220、走行制御部230、発電制御部240、および出力制限部250を備える。本実施形態の燃料電池車両20は、低温条件下で始動する際には、既述した暖機運転を行ないつつ、燃料電池100の出力状態が、所定の低出力状態に該当するか否かを判定し、その結果に基づいて、燃料電池車両20を退避走行させるべきか否かを判定している。図3に示す機能ブロックは、このような動作の実行に関与する。
第1実施形態では、低温始動時における燃料電池100の出力状態が、既述した低出力状態に該当しない場合には(ステップS210:NO)、ステップS250で燃料電池100が凍結する可能性のある低温状態を脱したと判定されるまで、ステップS210の低出力状態であるか否かの判断を繰り返す。このとき、燃料電池車両20では、燃料電池100と二次電池172とを電源として、駆動モータ170に要求される要求出力に応じた走行が行なわれている。燃料電池100の出力状態が低出力状態に該当しない場合であっても、暖機運転中の燃料電池100の発電量は定常状態の発電量よりも抑えられている。そのため、ステップS210の判断を繰り返しながら上記のように車両走行する状態が長く続くと、二次電池172の残存容量が望ましくない程度に低下する可能性がある。以下では、第2実施形態として、低温始動時における燃料電池100の出力状態が、既述した低出力状態に該当しないときに(ステップS210:NO)、二次電池172の残存容量に基づいて、燃料電池車両20の走行状態を第2走行状態に設定する構成について説明する。第2走行状態とは、駆動モータ170が出力するモータ出力が予め定められた第2上限出力以下に抑えられる走行状態であって、第1走行状態とは異なり、少なくとも燃料電池100を電源として用いる走行状態をいう。
第1および第2実施形態では、検出部210が検出する燃料電池100の運転状態として、燃料電池100の出力電力を用いて、出力電力が(a)「退避時モータ消費電力」と(b)「退避時補機消費電力」との和以上であるか否かに基づいて、ステップS210の低出力状態に係る判断を行なったが、異なる構成としてもよい。例えば、燃料電池100の運転状態として燃料電池100の出力電力を用いる場合に、燃料電池100の実際の出力電力が、ステップS110で設定される暖機時運転ポイントにおける燃料電池100の出力電力よりも小さい場合に、燃料電池100が低出力状態であると判定してもよい。このような構成としても、第1実施形態あるいは第2実施形態と同様の効果が得られる。
第1実施形態では、燃料電池100の運転状態として燃料電池100の出力電力を用いて、ステップS210において燃料電池100が低出力状態であるか否かを判断したが、異なる構成としてもよい。以下では、第4実施形態として、燃料電池100の運転状態として燃料電池100の昇温速度を用いる構成を説明する。
以下では、第5実施形態として、燃料電池100を構成する複数の単セルのうちのいずれかが、アノードに供給される水素が不足するセル(以下、水素欠セルとも呼ぶ)であるか否かに係る情報を、燃料電池100の運転状態として用いる構成を説明する。第5実施形態の燃料電池車両20は、第1実施形態の燃料電池車両20と同様の構成を有しているため、詳しい説明を省略する。第5実施形態の燃料電池車両20は、低温始動時には、第1実施形態の燃料電池車両20と同様の制御を行なうが、ステップS210における判断の動作が異なる。
Claims (7)
- 燃料電池車両であって、
燃料電池と、
充電可能な蓄電装置と、
前記燃料電池および前記蓄電装置のうちの少なくとも一方から電力を供給されて、前記燃料電池車両を駆動する駆動モータと、
前記燃料電池の温度を測定可能な温度センサと、
前記燃料電池の運転状態を検出する検出部と、
前記燃料電池車両の走行状態を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記燃料電池の始動時において、前記温度センサが検出した前記燃料電池の温度が氷点下である場合に、
前記運転状態が示す前記燃料電池の出力状態が、予め定められた基準時間以上継続して、予め定められた低出力状態に該当する場合には、前記燃料電池の発電が停止されて前記蓄電装置のみを電源として前記駆動モータが駆動され、前記駆動モータが出力するモータ出力が予め定められた第1上限出力以下に抑えられた第1走行状態に、前記燃料電池車両の走行状態を設定し、
前記検出部は、前記運転状態として、前記燃料電池の出力電力を検出し、
前記低出力状態は、前記第1走行状態となった場合に前記駆動モータが消費し得る電力の最大値として予め定められた第1電力と、前記第1電力と同量の電力を前記燃料電池が発電する場合に前記燃料電池の補機が消費する第2電力と、の和よりも、前記検出部が検出した前記燃料電池の出力電力が小さい状態である
燃料電池車両。 - 燃料電池車両であって、
燃料電池と、
充電可能な蓄電装置と、
前記燃料電池および前記蓄電装置のうちの少なくとも一方から電力を供給されて、前記燃料電池車両を駆動する駆動モータと、
前記燃料電池の温度を測定可能な温度センサと、
前記燃料電池の運転状態を検出する検出部と、
前記燃料電池車両の走行状態を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記燃料電池の始動時において、前記温度センサが検出した前記燃料電池の温度が氷点下である場合に、
前記運転状態が示す前記燃料電池の出力状態が、予め定められた基準時間以上継続して、予め定められた低出力状態に該当する場合には、前記燃料電池の発電が停止されて前記蓄電装置のみを電源として前記駆動モータが駆動され、前記駆動モータが出力するモータ出力が予め定められた第1上限出力以下に抑えられた第1走行状態に、前記燃料電池車両の走行状態を設定し、
前記検出部は、前記温度センサを用いて、前記運転状態として前記燃料電池の昇温速度を検出し、
前記低出力状態は、前記燃料電池の内部が凍結していない状態で暖機運転を行なう場合の前記燃料電池の昇温速度として予め定められた基準昇温速度よりも、前記検出部が検出した前記昇温速度が小さい状態である
燃料電池車両。 - 燃料電池車両であって、
燃料電池と、
充電可能な蓄電装置と、
前記燃料電池および前記蓄電装置のうちの少なくとも一方から電力を供給されて、前記燃料電池車両を駆動する駆動モータと、
前記燃料電池の温度を測定可能な温度センサと、
前記燃料電池の運転状態を検出する検出部と、
前記燃料電池車両の走行状態を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記燃料電池の始動時において、前記温度センサが検出した前記燃料電池の温度が氷点下である場合に、
前記運転状態が示す前記燃料電池の出力状態が、予め定められた基準時間以上継続して、予め定められた低出力状態に該当する場合には、前記燃料電池の発電が停止されて前記蓄電装置のみを電源として前記駆動モータが駆動され、前記駆動モータが出力するモータ出力が予め定められた第1上限出力以下に抑えられた第1走行状態に、前記燃料電池車両の走行状態を設定し、
前記検出部は、前記運転状態として、前記燃料電池においてアノードに供給される水素が不足する水素欠セルが存在するか否かを検出し、
前記低出力状態は、前記検出部によって前記水素欠セルの存在が検出された状態である
燃料電池車両。 - 請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載された燃料電池車両であって、さらに、
前記蓄電装置の残存容量を検出する残存容量モニタを備え、
前記制御部は、前記燃料電池の始動時において、前記温度センサが検出した前記燃料電池の温度が氷点下であって、前記燃料電池の前記出力状態が前記低出力状態に該当しない場合に、
前記残存容量モニタが検出した前記蓄電装置の残存容量が、予め定められた基準値以下であるか否かを判定し、
前記蓄電装置の残存容量が前記基準値以下の場合には、前記モータ出力が予め定められた第2上限出力以下に抑えられて、少なくとも前記燃料電池を電源として用いる第2走行状態に、前記燃料電池車両の走行状態を設定する
燃料電池車両。 - 駆動用電源として燃料電池および蓄電装置を備える燃料電池車両の制御方法であって、
前記燃料電池の始動時であって、前記燃料電池の温度が氷点下であるときに、
前記燃料電池の運転状態として、前記燃料電池の出力電力を検出し、
前記燃料電池の前記運転状態が示す前記燃料電池の出力状態が、予め定められた基準時間以上継続して、予め定められた低出力状態に該当する場合には、前記燃料電池の発電が停止されて前記蓄電装置のみを電源として、前記燃料電池車両を駆動する駆動モータが駆動され、前記駆動モータが出力するモータ出力が予め定められた第1上限出力以下に抑えられた第1走行状態に、前記燃料電池車両の走行状態を設定し、
前記低出力状態は、前記第1走行状態となった場合に前記駆動モータが消費し得る電力の最大値として予め定められた第1電力と、前記第1電力と同量の電力を前記燃料電池が発電する場合に前記燃料電池の補機が消費する第2電力と、の和よりも、検出した前記燃料電池の出力電力が小さい状態である
燃料電池車両の制御方法。 - 駆動用電源として燃料電池および蓄電装置を備える燃料電池車両の制御方法であって、
前記燃料電池の始動時であって、前記燃料電池の温度が氷点下であるときに、
前記燃料電池の運転状態として、前記燃料電池の昇温速度を検出し、
前記燃料電池の前記運転状態が示す前記燃料電池の出力状態が、予め定められた基準時間以上継続して、予め定められた低出力状態に該当する場合には、前記燃料電池の発電が停止されて前記蓄電装置のみを電源として、前記燃料電池車両を駆動する駆動モータが駆動され、前記駆動モータが出力するモータ出力が予め定められた第1上限出力以下に抑えられた第1走行状態に、前記燃料電池車両の走行状態を設定し、
前記低出力状態は、前記燃料電池の内部が凍結していない状態で暖機運転を行なう場合の前記燃料電池の昇温速度として予め定められた基準昇温速度よりも、検出した前記昇温速度が小さい状態である
燃料電池車両の制御方法。 - 駆動用電源として燃料電池および蓄電装置を備える燃料電池車両の制御方法であって、
前記燃料電池の始動時であって、前記燃料電池の温度が氷点下であるときに、
前記燃料電池の運転状態として、前記燃料電池においてアノードに供給される水素が不足する水素欠セルが存在するか否かを検出し、
前記燃料電池の前記運転状態が示す前記燃料電池の出力状態が、予め定められた基準時間以上継続して、予め定められた低出力状態に該当する場合には、前記燃料電池の発電が停止されて前記蓄電装置のみを電源として、前記燃料電池車両を駆動する駆動モータが駆動され、前記駆動モータが出力するモータ出力が予め定められた第1上限出力以下に抑えられた第1走行状態に、前記燃料電池車両の走行状態を設定し、
前記低出力状態は、前記水素欠セルの存在が検出された状態である
燃料電池車両の制御方法。
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