JP7272162B2 - fuel cell car - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池車に関する。 The present invention relates to fuel cell vehicles.

需要電力の変動に対応するに際し、燃料電池の部分負荷運転を行うとともに、２つの蓄電池への充放電を行う燃料電池システムが知られている。 BACKGROUND ART A fuel cell system is known that performs partial-load operation of a fuel cell and charges and discharges two storage batteries in response to fluctuations in power demand.

この従来の燃料電池システムは、一方の蓄電池を充電対応に設定し、他方の蓄電池を放電対応に設定して切り替え制御を行う。従来の燃料電池システムは、充電対応に設定された蓄電池の電圧レベルが一定レベルを超えると、電圧がより高い蓄電池を放電対応に切り替え、電圧が低い蓄電池を充電対応に切替えて、電力を経済的に運用する（例えば、特許文献１参照）。 In this conventional fuel cell system, switching control is performed by setting one storage battery for charging and setting the other storage battery for discharging. In a conventional fuel cell system, when the voltage level of a storage battery set for charging exceeds a certain level, the storage battery with the higher voltage is switched to support discharge, and the storage battery with lower voltage is switched to support charging, thereby saving power economically. (See Patent Document 1, for example).

特開２００５－１０８５７３号公報JP 2005-108573 A

加湿機能を有していない燃料電池では、発電しない状態が長期間続くと、燃料電池セルの電解質膜が乾燥して一時的に性能が低下する。この一時的な性能の低下は、燃料電池を高電流領域で運転し、発電反応の過程で生成される水分で電解質膜を湿潤させることで回復できる。このような回復方法は自己加湿と呼ばれる。この自己加湿は、燃料電池の暖機の一態様である。 In a fuel cell that does not have a humidification function, if a state in which no power is generated continues for a long period of time, the electrolyte membrane of the fuel cell dries up and the performance temporarily deteriorates. This temporary deterioration in performance can be recovered by operating the fuel cell in a high current region and moistening the electrolyte membrane with water generated during the power generation reaction. Such a recovery method is called self-humidification. This self-humidification is a mode of warming up the fuel cell.

このような燃料電池からインバーターを介して駆動輪を駆動させる電動機へ直接的に電力を供給する燃料電池車では、燃料電池の一時的な性能の低下によって電力の供給が不十分になる。 In a fuel cell vehicle that supplies power directly from such a fuel cell to an electric motor that drives the drive wheels through an inverter, temporary deterioration in performance of the fuel cell results in insufficient power supply.

また、自己加湿中の燃料電池の出力で車載された蓄電池を充電することができるが、蓄電池の充電率や端子電圧の状況次第では、自己加湿が終了する前に蓄電池が満充電状態に達して、自己加湿を終了できない場合がある。 In addition, the on-board storage battery can be charged with the output of the fuel cell during self-humidification. , the self-humidification may not be finished.

さらに、燃料電池を低温環境下で始動させる場合には、燃料電池の暖機が終了するまで十分な出力が得られない。そうすると、燃料電池車の始動直後の出力応答性が低下する。また、暖機中、燃料電池は車両側の要求に係わらず出力を継続することになり、余剰に発電する虞がある。 Furthermore, when the fuel cell is started in a low temperature environment, sufficient output cannot be obtained until the fuel cell is warmed up. As a result, the output responsiveness immediately after starting the fuel cell vehicle is lowered. In addition, during warm-up, the fuel cell will continue to output regardless of the request from the vehicle side, and there is a risk of excessive power generation.

そこで、本発明は、燃料電池の自己加湿を含む暖機運転の確実な遂行と、電動機への安定した電力の供給と、を両立可能な燃料電池車を提案することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a fuel cell vehicle capable of achieving both reliable warm-up operation including self-humidification of the fuel cell and stable power supply to the electric motor.

前記の課題を解決するため本発明に係る燃料電池車は、駆動輪と、前記駆動輪の駆動力を発生させる電動機と、第一蓄電池と、第二蓄電池と、酸化剤ガスと燃料ガスとを反応させて発電する燃料電池と、前記第一蓄電池、前記第二蓄電池、および前記燃料電池と前記電動機との電気的な接続状態を切り替えて前記電動機の駆動を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記燃料電池の暖機条件が成立した場合には、前記燃料電池の出力で前記第一蓄電池を充電し、前記第二蓄電池の出力で前記電動機を駆動させる。 In order to solve the above problems, a fuel cell vehicle according to the present invention includes driving wheels, an electric motor for generating driving force for the driving wheels, a first storage battery, a second storage battery, an oxidant gas, and a fuel gas. a fuel cell that reacts to generate power; and a control unit that switches the electrical connection state between the first storage battery, the second storage battery, the fuel cell, and the electric motor to control the driving of the electric motor, The control unit charges the first storage battery with the output of the fuel cell and drives the electric motor with the output of the second storage battery when the warm-up condition for the fuel cell is satisfied.

本発明によれば、燃料電池が自己加湿を含む暖機運転の確実な遂行と、電動機への安定した電力の供給と、を両立可能な燃料電池車を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a fuel cell vehicle in which the fuel cell can reliably perform warm-up operation including self-humidification and stably supply electric power to the electric motor.

本発明の実施形態に係る燃料電池車のブロック図。1 is a block diagram of a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention; FIG. 本発明の実施形態に係る燃料電池車が実行するスイッチング制御におけるスイッチングステータスの一例を纏めた図表。4 is a table summarizing an example of switching status in switching control executed by the fuel cell vehicle according to the embodiment of the present invention; 本発明の実施形態に係る燃料電池車が実行する燃料電池の運転制御のアルゴリズムの一例を表現するフローチャート。4 is a flowchart representing an example of a fuel cell operation control algorithm executed by a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention; 本発明の実施形態に係る燃料電池車が実行する燃料電池の暖機運転モードのアルゴリズムの一例を表現するフローチャート。4 is a flowchart representing an example of a fuel cell warm-up mode algorithm executed by the fuel cell vehicle according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る燃料電池車が実行する燃料電池の通常運転モードのアルゴリズムの一例を表現するフローチャート。4 is a flowchart representing an example of an algorithm for a fuel cell normal operation mode executed by a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention; 本発明の実施形態に係る燃料電池車が実行する燃料電池の停止モードのアルゴリズムの一例を表現するフローチャート。4 is a flowchart representing an example of a fuel cell stop mode algorithm executed by a fuel cell vehicle according to an embodiment of the present invention;

本発明に係る燃料電池車の実施形態について図１から図６を参照して説明する。なお、複数の図面中、同一または相当する構成には同一の符号を付す。 An embodiment of a fuel cell vehicle according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6. FIG. In addition, the same code|symbol is attached|subjected to the same or corresponding structure in several drawings.

図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池車のブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram of a fuel cell vehicle according to an embodiment of the invention.

図１に示すように、本実施形態に係る燃料電池車１は、酸化剤ガスと燃料ガスとを反応させて発電する燃料電池５と、複数の蓄電池６、７と、駆動輪１１と、駆動輪１１の駆動力を発生させる電動機１２と、を備えている。燃料電池車１は、燃料電池５、および複数の蓄電池６、７の少なくともいずれか１つから電動機１２へ電力を供給して駆動輪１１を駆動させて走行する。燃料電池車１は、例えば、普通乗用車、バス、トラック、電動車椅子などを含む。 As shown in FIG. 1, a fuel cell vehicle 1 according to the present embodiment includes a fuel cell 5 that generates electricity by reacting an oxidant gas and a fuel gas, a plurality of storage batteries 6 and 7, a drive wheel 11, a drive and an electric motor 12 that generates driving force for the wheels 11 . The fuel cell vehicle 1 runs by supplying electric power from the fuel cell 5 and at least one of the plurality of storage batteries 6 and 7 to the electric motor 12 to drive the drive wheels 11 . Fuel cell vehicles 1 include, for example, ordinary passenger cars, buses, trucks, electric wheelchairs, and the like.

燃料電池車１は、燃料電池５の出力を定められた電圧に調整して出力するＤＣ／ＤＣコンバーター１３と、燃料電池５、第一蓄電池６、および第二蓄電池７と電動機１２との電気的な接続状態を切り替えるスイッチ群１５と、スイッチ群１５によって切り替えられる燃料電池５、第一蓄電池６、および第二蓄電池７のいずれかの出力を交流に変換して電動機１２へ出力するインバーター１６と、スイッチ群１５を制御して電動機１２の駆動を制御する制御部１７と、を備えている。 The fuel cell vehicle 1 includes a DC/DC converter 13 that adjusts the output of the fuel cell 5 to a predetermined voltage for output, and an electric motor 12 that connects the fuel cell 5, the first storage battery 6, the second storage battery 7, and the electric motor 12. an inverter 16 that converts the output of any one of the fuel cell 5, the first storage battery 6, and the second storage battery 7 switched by the switch group 15 into alternating current and outputs it to the electric motor 12; and a control unit 17 that controls the driving of the electric motor 12 by controlling the switch group 15 .

燃料電池５は、積層された多数の燃料電池セルを備えている。そのため、燃料電池５は、燃料電池スタックとも呼ばれる。燃料電池５は、燃料電池セルを最小単位とし、この燃料電池セルを数十から数百積層した燃料電池スタックとして使用される。 The fuel cell 5 comprises a large number of stacked fuel cells. Therefore, the fuel cell 5 is also called a fuel cell stack. The fuel cell 5 is used as a fuel cell stack in which tens to hundreds of fuel cells are stacked as a minimum unit.

燃料電池５は、積層された複数の燃料電池セルと、積層された燃料電池セルを両方の外側から挟む一対のエンドプレートと、一対のエンドプレートを燃料電池セルの積層体に固定する締結部材と、を備えている。 The fuel cell 5 includes a plurality of stacked fuel cells, a pair of end plates that sandwich the stacked fuel cells from the outside, and fastening members that fix the pair of end plates to the stack of fuel cells. , is equipped with

それぞれの燃料電池セルは、燃料極（負極）、電解質膜、空気極（正極）を一体化した膜電極接合体（(Membrane Electrode Assembly、MEA）と、膜電極接合体を表裏から挟む一対のセパレーターと、を備えている。セパレーターは、反応ガスの供給路を有している。 Each fuel cell consists of a membrane electrode assembly (MEA) that integrates a fuel electrode (negative electrode), an electrolyte membrane, and an air electrode (positive electrode), and a pair of separators that sandwich the membrane electrode assembly from the front and back. and The separator has a reactant gas supply channel.

それぞれの燃料電池セルには、反応ガスとして酸化剤ガスと燃料ガスとが供給される。これら、酸化剤ガスと燃料ガスとが膜電極接合体を挟んで反応してそれぞれの燃料電池セルに電圧が生じる。それぞれの燃料電池セルに生じた電圧の総和が燃料電池５の出力電圧である。 Each fuel cell is supplied with an oxidant gas and a fuel gas as reaction gases. These oxidant gas and fuel gas react across the membrane electrode assembly to generate voltage in each fuel cell. The sum of the voltages generated in each fuel cell is the output voltage of the fuel cell 5 .

第一蓄電池６および第二蓄電池７は、例えばリチウムイオンバッテリー、ニッケル水素バッテリー、または鉛蓄電池である。第二蓄電池７の蓄電容量は、第一蓄電池６の蓄電容量よりも大きいことが好ましい。第二蓄電池７の充放電制御における充電率の上限値は、第一蓄電池６の充放電制御における充電率の上限値より高く設定されている。例えば、制御部１７は、第二蓄電池７に満充電を許容し、第一蓄電池６に満充電を許さず、充電率の上限値を６０パーセントに抑える。 The first storage battery 6 and the second storage battery 7 are, for example, lithium-ion batteries, nickel-metal hydride batteries, or lead-acid batteries. The power storage capacity of the second storage battery 7 is preferably larger than the power storage capacity of the first storage battery 6 . The upper limit value of the charging rate in the charge/discharge control of the second storage battery 7 is set higher than the upper limit value of the charging rate in the charge/discharge control of the first storage battery 6 . For example, the control unit 17 allows the second storage battery 7 to be fully charged, does not allow the first storage battery 6 to be fully charged, and limits the upper limit of the charging rate to 60%.

スイッチ群１５は、５つのスイッチ２１、２２、２３、２４、２５を含んでいる。 The switch group 15 includes five switches 21 , 22 , 23 , 24 and 25 .

５つのスイッチ２１、２２、２３、２４、２５は、例えば半導体スイッチであり、具体的にはＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）である。第一スイッチ２１、第二スイッチ２２、第三スイッチ２３、第四スイッチ２４、および第五スイッチ２５のそれぞれのゲート端子（図示省略）は、制御部１７に接続されている。５つのスイッチ２１、２２、２３、２４、２５は、制御部１７によってそれぞれ個別に開閉（開く／閉じる、切る／入れる、オフする／オンする、開放する／投入する、オープン／クローズ、遮断／導通のいずれの表現も、電路の切断と接続とを切り替える意味で同意である。）される。 The five switches 21, 22, 23, 24, and 25 are, for example, semiconductor switches, specifically MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors). Gate terminals (not shown) of the first switch 21 , the second switch 22 , the third switch 23 , the fourth switch 24 , and the fifth switch 25 are connected to the control section 17 . The five switches 21, 22, 23, 24, and 25 are individually opened/closed (open/closed, turned off/on, turned off/on, opened/turned on, open/closed, cut off/conducted) by the control unit 17, respectively. are the same in the sense of switching between disconnection and connection of the electric circuit).

第一スイッチ２１は、燃料電池５と電動機１２との間、燃料電池５と第一蓄電池６との間、かつ燃料電池５と第二蓄電池７との間に配置されている。第一スイッチ２１は、燃料電池５の負荷側を電動機１２および複数の蓄電池６、７のいずれかに切り替える。 The first switch 21 is arranged between the fuel cell 5 and the electric motor 12 , between the fuel cell 5 and the first storage battery 6 , and between the fuel cell 5 and the second storage battery 7 . A first switch 21 switches the load side of the fuel cell 5 to either the electric motor 12 or the plurality of storage batteries 6 and 7 .

第二スイッチ２２は、第一スイッチ２１と第一蓄電池６との間、かつ第一スイッチ２１と第二蓄電池７との間に配置されている。第二スイッチ２２は、第一スイッチ２１を介して燃料電池５の負荷側を第一蓄電池６および第二蓄電池７のいずれかに切り替える。 The second switch 22 is arranged between the first switch 21 and the first storage battery 6 and between the first switch 21 and the second storage battery 7 . The second switch 22 switches the load side of the fuel cell 5 to either the first storage battery 6 or the second storage battery 7 via the first switch 21 .

第三スイッチ２３は、第一蓄電池６と電動機１２との間、かつ第二蓄電池７と電動機１２との間に配置されている。第三スイッチ２３は、電動機１２を第一蓄電池６の負荷側および第二蓄電池７の負荷側のいずれかに接続する。 The third switch 23 is arranged between the first storage battery 6 and the electric motor 12 and between the second storage battery 7 and the electric motor 12 . The third switch 23 connects the electric motor 12 to either the load side of the first storage battery 6 or the load side of the second storage battery 7 .

第四スイッチ２４は、第三スイッチ２３と電動機１２との間に配置されている。第四スイッチ２４は、第四スイッチ２４は、第三スイッチ２３を介して第一蓄電池６および第二蓄電池７のいずれかの負荷側を電動機１２に接続し、または第一蓄電池６および第二蓄電池７の両方の負荷側と電動機１２との接続を断つ。 A fourth switch 24 is arranged between the third switch 23 and the electric motor 12 . The fourth switch 24 connects the load side of either the first storage battery 6 or the second storage battery 7 to the electric motor 12 via the third switch 23, or connects the first storage battery 6 and the second storage battery Both load sides of 7 and the motor 12 are disconnected.

第五スイッチ２５は、第一蓄電池６と第二蓄電池７と間に配置されている。第五スイッチ２５は、第一蓄電池６の負荷側を第二蓄電池７の入力側に接続し、または第一蓄電池６と第二蓄電池７との接続を断つ。 A fifth switch 25 is arranged between the first storage battery 6 and the second storage battery 7 . The fifth switch 25 connects the load side of the first storage battery 6 to the input side of the second storage battery 7 or disconnects the connection between the first storage battery 6 and the second storage battery 7 .

なお、燃料電池５と第一スイッチ２１との間には、電動機１２、および複数の蓄電池６、７から燃料電池５へ電流が逆流することを阻止するダイオード２７が設けられている。また、第五スイッチ２５を介して第一蓄電池６の負荷側を第二蓄電池７の入力側に接続する電路には、昇圧回路（図示省略）が設けられている。この昇圧回路は、第一蓄電池６の出力で第二蓄電池７を充電できるよう、第一蓄電池６の出力電圧を昇圧する。 A diode 27 is provided between the fuel cell 5 and the first switch 21 to prevent reverse current flow from the electric motor 12 and the plurality of storage batteries 6 and 7 to the fuel cell 5 . A booster circuit (not shown) is provided in the electrical path that connects the load side of the first storage battery 6 to the input side of the second storage battery 7 via the fifth switch 25 . This booster circuit boosts the output voltage of the first storage battery 6 so that the output of the first storage battery 6 can charge the second storage battery 7 .

制御部１７は、いわゆるECM（Engine Control Module）である。制御部１７は、信号線２９を介してＤＣ／ＤＣコンバーター１３、燃料電池５、第一蓄電池６、第二蓄電池７、スイッチ群１５、インバーター１６、および電動機１２に接続されている。制御部１７は、これらＤＣ／ＤＣコンバーター１３、燃料電池５、第一蓄電池６、第二蓄電池７、スイッチ群１５、インバーター１６、および電動機１２の運転を制御し、または運転の指令を下す。なお、図１において、信号線２９のＤＣ／ＤＣコンバーター１３、燃料電池５、第一蓄電池６、第二蓄電池７、スイッチ群１５、インバーター１６、および電動機１２側の記載は省略した。 The control unit 17 is a so-called ECM (Engine Control Module). Control unit 17 is connected to DC/DC converter 13 , fuel cell 5 , first storage battery 6 , second storage battery 7 , switch group 15 , inverter 16 , and electric motor 12 via signal line 29 . The control unit 17 controls the operation of the DC/DC converter 13, the fuel cell 5, the first storage battery 6, the second storage battery 7, the switch group 15, the inverter 16, and the electric motor 12, or issues an operation command. 1, the DC/DC converter 13, the fuel cell 5, the first storage battery 6, the second storage battery 7, the switch group 15, the inverter 16, and the electric motor 12 side of the signal line 29 are omitted.

制御部１７は、例えば中央処理装置（Central Processing Unit、ＣＰＵ、図示省略）、中央処理装置で実行（処理）される各種演算プログラム、パラメータなどを記憶する補助記憶装置（例えば、Read Only Memory、ＲＯＭ、図示省略）、プログラムの作業領域が動的に確保される主記憶装置（例えば、Random Access Memory、ＲＡＭ、図示省略）を備えている。 The control unit 17 includes, for example, a central processing unit (CPU, not shown), various arithmetic programs executed (processed) by the central processing unit, an auxiliary storage device (for example, read only memory, ROM , not shown), and a main storage device (for example, random access memory, RAM, not shown) in which a program work area is dynamically secured.

また、燃料電池車１は、酸化剤ガスである空気の吸気および排気と、燃料ガスである水素の受け入れ、供給、および循環と、燃料電池５の運転制御に要する種々のセンサーを備えている。制御部１７は、これら種々のセンサーから取得する情報に基づいて燃料電池５の運転を制御し、電動機１２へ電力を供給する。これら種々のセンサーには、例えば第一蓄電池６の充電率を推定、または算定するための電流センサーや電圧センサーと、第二蓄電池７の充電率を推定、または算定するための電流センサーや電圧センサーと、を含んでいる。 The fuel cell vehicle 1 also includes various sensors required for intake and exhaust of air, which is an oxidant gas, reception, supply, and circulation of hydrogen, which is a fuel gas, and operation control of the fuel cell 5 . The control unit 17 controls the operation of the fuel cell 5 based on information acquired from these various sensors, and supplies electric power to the electric motor 12 . These various sensors include, for example, a current sensor and voltage sensor for estimating or calculating the charging rate of the first storage battery 6, and a current sensor and voltage sensor for estimating or calculating the charging rate of the second storage battery 7. and includes

ところで、燃料電池５の出力は、自己加湿を含む暖機運転が終了するまで、燃料電池車１の安定な走行に不足する場合がある。しかしながら、暖機運転中の燃料電池５の出力を無駄にすることもできない。 By the way, the output of the fuel cell 5 may be insufficient for stable running of the fuel cell vehicle 1 until the warm-up operation including self-humidification is completed. However, the output of the fuel cell 5 during warm-up cannot be wasted.

そこで、制御部１７は、スイッチ群１５のスイッチング制御を組み合わせて、燃料電池５の良好な暖機運転と、燃料電池５の暖機運転中における燃料電池車１の電力需要の充足と、を両立させる。それらスイッチ群１５のスイッチング制御は、第一蓄電池６、および第二蓄電池７の充電率（State of Charge、SOC、「充電状態」とも言う。）に関連付けて行われる。 Therefore, the control unit 17 combines the switching control of the switch group 15 to achieve both good warm-up operation of the fuel cell 5 and satisfaction of the electric power demand of the fuel cell vehicle 1 during the warm-up operation of the fuel cell 5. Let The switching control of the switch group 15 is performed in association with the state of charge (SOC) of the first storage battery 6 and the second storage battery 7 (also referred to as “state of charge”).

そこで先ず、制御部１７が実行するスイッチング制御におけるスイッチ群１５のスイッチングステータスについて説明する。 Therefore, first, the switching status of the switch group 15 in the switching control executed by the control unit 17 will be described.

図２は、本発明の実施形態に係る燃料電池車が実行するスイッチング制御におけるスイッチングステータスの一例を纏めた図表である。 FIG. 2 is a chart summarizing an example of switching status in switching control executed by the fuel cell vehicle according to the embodiment of the present invention.

図２に示すように、本実施形態に係る燃料電池車１の制御部１７は、スイッチ群１５を少なくとも４つのスイッチングステータスに切り替えるスイッチング制御を実行する。 As shown in FIG. 2, the control unit 17 of the fuel cell vehicle 1 according to this embodiment performs switching control to switch the switch group 15 between at least four switching statuses.

第一スイッチ２１を電動機１２側へ切り替えると、燃料電池５の出力がインバーター１６を経て電動機１２へ供給される。燃料電池５の出力が電動機１２へ供給されている場合には、第四スイッチ２４は、第一蓄電池６および第二蓄電池７の両方と電動機１２との接続を断つ。また、第五スイッチ２５は、第一蓄電池６と第二蓄電池７との接続を断つ。スイッチ群１５のこのような切り替え状態を以下「燃料電池走行モード」と呼ぶ。 When the first switch 21 is switched to the electric motor 12 side, the output of the fuel cell 5 is supplied to the electric motor 12 via the inverter 16 . The fourth switch 24 disconnects both the first battery 6 and the second battery 7 from the electric motor 12 when the output of the fuel cell 5 is supplied to the electric motor 12 . Also, the fifth switch 25 disconnects the first storage battery 6 and the second storage battery 7 . Such a switching state of the switch group 15 is hereinafter referred to as a "fuel cell driving mode".

第一スイッチ２１を蓄電池６、７側へ切り替えると、燃料電池５の出力が第二スイッチ２２を介して蓄電池６、７のいずれかへ供給される。燃料電池５の出力が蓄電池６、７のいずれかへ供給されている場合には、第四スイッチ２４は、第一蓄電池６および第二蓄電池７のいずれかの出力先を電動機１２に接続し、第五スイッチ２５は、第一蓄電池６と第二蓄電池７との接続を断つ。 When the first switch 21 is switched to the storage batteries 6 and 7 side, the output of the fuel cell 5 is supplied to one of the storage batteries 6 and 7 via the second switch 22 . When the output of the fuel cell 5 is supplied to one of the storage batteries 6 and 7, the fourth switch 24 connects the output destination of either the first storage battery 6 or the second storage battery 7 to the electric motor 12, A fifth switch 25 disconnects the first storage battery 6 and the second storage battery 7 .

第一スイッチ２１を蓄電池６、７側へ切り替え、かつ第二スイッチ２２を第一蓄電池６側へ切り替えると、燃料電池５の出力が第一蓄電池６へ供給される。燃料電池５の出力が第一蓄電池６へ供給されている場合には、第三スイッチ２３および第四スイッチ２４は、第二蓄電池７の出力を電動機１２に接続する。第五スイッチ２５は、第一蓄電池６と第二蓄電池７との接続を断つ。スイッチ群１５のこのような切り替え状態を以下「燃料電池暖機第一モード」と呼ぶ。 When the first switch 21 is switched to the storage batteries 6 and 7 side and the second switch 22 is switched to the first storage battery 6 side, the output of the fuel cell 5 is supplied to the first storage battery 6 . A third switch 23 and a fourth switch 24 connect the output of the second battery 7 to the electric motor 12 when the output of the fuel cell 5 is supplied to the first battery 6 . A fifth switch 25 disconnects the first storage battery 6 and the second storage battery 7 . Such a switching state of the switch group 15 is hereinafter referred to as "fuel cell warm-up first mode".

第一スイッチ２１を蓄電池６、７側へ切り替え、かつ第二スイッチ２２を第二蓄電池７側へ切り替えると、燃料電池５の出力が第二蓄電池７へ供給される。燃料電池５の出力が第二蓄電池７へ供給されている場合には、第三スイッチ２３および第四スイッチ２４は、第一蓄電池６の出力を電動機１２に接続する。第五スイッチ２５は、第一蓄電池６と第二蓄電池７との接続を断つ。スイッチ群１５のこのような切り替え状態を以下「燃料電池暖機第二モード」と呼ぶ。 When the first switch 21 is switched to the storage batteries 6 and 7 side and the second switch 22 is switched to the second storage battery 7 side, the output of the fuel cell 5 is supplied to the second storage battery 7 . The third switch 23 and the fourth switch 24 connect the output of the first battery 6 to the electric motor 12 when the output of the fuel cell 5 is supplied to the second battery 7 . A fifth switch 25 disconnects the first storage battery 6 and the second storage battery 7 . Such a switching state of the switch group 15 is hereinafter referred to as "fuel cell warm-up second mode".

第一スイッチ２１を電動機１２側へ切り替え、第四スイッチ２４を開き、かつ第五スイッチ２５を閉じると、第一蓄電池６の出力が第二蓄電池７へ供給される。スイッチ群１５のこのような切り替え状態を以下「第一蓄電池消費モード」と呼ぶ。 When the first switch 21 is switched to the electric motor 12 side, the fourth switch 24 is opened, and the fifth switch 25 is closed, the output of the first storage battery 6 is supplied to the second storage battery 7 . Such a switching state of the switch group 15 is hereinafter referred to as a "first battery consumption mode".

図３は、本発明の実施形態に係る燃料電池車が実行する燃料電池の運転制御のアルゴリズムの一例を表現するフローチャートである。 FIG. 3 is a flow chart representing an example of a fuel cell operation control algorithm executed by the fuel cell vehicle according to the embodiment of the present invention.

図３に示すように、本実施形態に係る燃料電池車１の制御部１７は、暖機運転モード、通常運転モード、および停止モードのいずれかのモードで燃料電池５を運転する。 As shown in FIG. 3, the controller 17 of the fuel cell vehicle 1 according to this embodiment operates the fuel cell 5 in one of warm-up operation mode, normal operation mode, and stop mode.

具体的には、制御部１７は、イグニッションオンによって起動すると、暖機条件が成立しているか否かを判断する（ステップＳ１）。 Specifically, when the control unit 17 is activated by turning on the ignition, the control unit 17 determines whether or not the warm-up condition is satisfied (step S1).

暖機条件は、燃料電池５の前回の運転時から所定時間以上経過し、または燃料電池５の周囲温度が所定温度以下の場合に成立する。 The warm-up condition is established when a predetermined time or more has elapsed since the fuel cell 5 was operated last time, or when the ambient temperature of the fuel cell 5 is equal to or lower than a predetermined temperature.

所定時間は、燃料電池セルの電解質膜が乾いて自己加湿が必要になることが予測される時間、例えば１００時間に設定される。なお、自己加湿の要否は、燃料電池５の周囲の環境条件によっても変化するが、例えば一年を通じて相対湿度が最も低くなる条件において自己加湿が必要になることが予測される時間を実験的に確認しておくことでも良い。 The predetermined time is set to a time, for example, 100 hours, during which the electrolyte membrane of the fuel cell is expected to dry and require self-humidification. Whether or not self-humidification is necessary changes depending on the environmental conditions around the fuel cell 5. For example, the time required for self-humidification is predicted to be required under the conditions where the relative humidity is the lowest throughout the year. It is also a good idea to check with

所定温度は、発電反応にともなって燃料電池セル内に生成される水分が凍結してしまうことが余録される温度、例えば摂氏零度に設定される。 The predetermined temperature is set to a temperature at which the water generated in the fuel cell along with the power generation reaction freezes, for example, 0 degrees Celsius.

ステップＳ１の判断が肯定された場合、つまり暖機条件が成立した場合、換言すると、燃料電池５の前回の運転時から所定時間以上経過した場合、または燃料電池５の周囲温度が所定温度以下の場合（ステップＳ１ Ｙｅｓ）には、制御部１７は、燃料電池５を暖機運転モードで運転する（ステップＳ２）。 If the determination in step S1 is affirmative, that is, if the warm-up condition is met, in other words, if a predetermined time or more has elapsed since the previous operation of the fuel cell 5, or if the ambient temperature of the fuel cell 5 is below a predetermined temperature. If so (step S1 Yes), the controller 17 operates the fuel cell 5 in the warm-up mode (step S2).

次いで、制御部１７は、燃料電池５が暖機運転モードで運転している間、燃料電池５の出力が安定したか否かを判断する（ステップＳ３）。燃料電池５の安定した出力は、燃料電池５の性能諸元によって適宜に定まる。このステップＳ３は、燃料電池５の暖機が終了しているか否かを判断している。燃料電池５が予め定める閾値以上に出力可能な場合には、燃料電池５の暖機が終了していると判断する。例えば、燃料電池５の出力電圧が所定電圧以上あって、かつ燃料電池５の出力電流が所定電流以上あれば、燃料電池５の出力が安定していると判断される。 Next, the controller 17 determines whether or not the output of the fuel cell 5 has stabilized while the fuel cell 5 is operating in the warm-up mode (step S3). A stable output of the fuel cell 5 is appropriately determined by the performance specifications of the fuel cell 5 . This step S3 determines whether or not the warm-up of the fuel cell 5 has been completed. If the fuel cell 5 can output more than the predetermined threshold value, it is determined that the fuel cell 5 has been warmed up. For example, when the output voltage of the fuel cell 5 is equal to or higher than a predetermined voltage and the output current of the fuel cell 5 is equal to or higher than a predetermined current, it is determined that the output of the fuel cell 5 is stable.

ステップＳ３の判断が否定された場合、つまり燃料電池５の出力が不安定の場合（ステップＳ３ Ｎｏ）には、制御部１７は、ステップＳ２に戻って燃料電池５の暖機運転モードを継続する。 If the determination in step S3 is negative, that is, if the output of the fuel cell 5 is unstable (step S3 No), the controller 17 returns to step S2 to continue the warm-up operation mode of the fuel cell 5. .

ステップＳ１の判断が否定された場合、つまり暖機条件が不成立の場合、換言すると、燃料電池５の前回の運転時から経過した時間が所定時間未満であって、かつ燃料電池５の周囲温度が所定温度より大きい場合（ステップＳ１ Ｎｏ）には、制御部１７は、燃料電池５を通常運転モードで運転する（ステップＳ４）。また、ステップＳ３の判断が肯定された場合、つまり、燃料電池５の出力が安定している場合（ステップＳ３ Ｙｅｓ）には、制御部１７は、燃料電池５を通常運転モードで運転する（ステップＳ４）。 If the determination in step S1 is negative, that is, if the warm-up condition is not satisfied, in other words, the time that has elapsed since the previous operation of the fuel cell 5 is less than the predetermined time, and the ambient temperature of the fuel cell 5 is If the temperature is higher than the predetermined temperature (step S1 No), the controller 17 operates the fuel cell 5 in the normal operation mode (step S4). If the determination in step S3 is affirmative, that is, if the output of the fuel cell 5 is stable (Yes in step S3), the controller 17 operates the fuel cell 5 in the normal operation mode (step S4).

制御部１７は、燃料電池５が通常運転モードで運転している間、燃料電池車１のイグニッションオフ操作が行われたか否かを判断する（ステップＳ５）。 The control unit 17 determines whether or not the ignition of the fuel cell vehicle 1 has been turned off while the fuel cell 5 is operating in the normal operation mode (step S5).

ステップＳ５の判断が否定された場合、つまりイグニッションオフの操作が行われるまで（ステップＳ５ Ｎｏ）には、制御部１７は、ステップＳ４に戻って燃料電池５の通常運転モードを継続する。 If the determination in step S5 is negative, that is, until the ignition is turned off (step S5 No), the control section 17 returns to step S4 to continue the normal operation mode of the fuel cell 5 .

ステップＳ５の判断が肯定された場合、つまりイグニッションオフの操作が行われた（ステップＳ５ Ｙｅｓ）場合には、制御部１７は、燃料電池５を停止モードで運転し（ステップＳ６）、停止モードの終了後に本制御を終了させる。 If the determination in step S5 is affirmative, that is, if the ignition has been turned off (Yes in step S5), the control unit 17 operates the fuel cell 5 in the stop mode (step S6), and switches to the stop mode. After the end, terminate this control.

次いで、燃料電池５の各運転モードにおいて制御部１７が実行するスイッチング制御について説明する。 Next, switching control executed by the control unit 17 in each operation mode of the fuel cell 5 will be described.

図４は、本発明の実施形態に係る燃料電池車が実行する燃料電池の暖機運転モードのアルゴリズムの一例を表現するフローチャートである。 FIG. 4 is a flow chart representing an example of a fuel cell warm-up mode algorithm executed by the fuel cell vehicle according to the embodiment of the present invention.

図４に示すように、本実施形態に係る燃料電池車１の制御部１７は、燃料電池５の暖機条件が成立した場合には、燃料電池５の出力で第一蓄電池６を充電し、第二蓄電池７の出力で電動機１２を駆動させる。 As shown in FIG. 4, the controller 17 of the fuel cell vehicle 1 according to the present embodiment charges the first storage battery 6 with the output of the fuel cell 5 when the warm-up condition for the fuel cell 5 is satisfied. The electric motor 12 is driven by the output of the second storage battery 7 .

また、制御部１７は、燃料電池５の暖機運転中に第一蓄電池６が実質的に満充電に達した場合には、燃料電池５の出力で第二蓄電池７を充電し、第一蓄電池６の出力で電動機１２を駆動させる。 Further, when the first storage battery 6 is substantially fully charged during the warm-up operation of the fuel cell 5, the control unit 17 charges the second storage battery 7 with the output of the fuel cell 5, and The output of 6 drives the electric motor 12 .

さらに、制御部１７は、燃料電池５の暖機運転中に第一蓄電池６が実質的に電欠に達した場合には、燃料電池５の出力で第一蓄電池６を充電し、第二蓄電池７の出力で電動機１２を駆動させる。 Furthermore, when the first storage battery 6 substantially runs out of power during the warm-up operation of the fuel cell 5, the control unit 17 charges the first storage battery 6 with the output of the fuel cell 5, and The output of 7 drives the electric motor 12 .

また、制御部１７は、燃料電池５の暖機運転中に第二蓄電池７が実質的に満充電に達した場合には、燃料電池５の出力で第一蓄電池６を充電し、第二蓄電池７の出力で電動機１２を駆動させる。 Further, when the second storage battery 7 is substantially fully charged during the warm-up operation of the fuel cell 5, the control unit 17 charges the first storage battery 6 with the output of the fuel cell 5, and The output of 7 drives the electric motor 12 .

さらに、制御部１７は、燃料電池５の暖機運転中に第二蓄電池７が実質的に電欠に達した場合には、燃料電池５の出力で第二蓄電池７を充電し、第一蓄電池６の出力で電動機１２を駆動させる。 Furthermore, when the second storage battery 7 substantially runs out of power during the warm-up operation of the fuel cell 5, the control unit 17 charges the second storage battery 7 with the output of the fuel cell 5, The output of 6 drives the electric motor 12 .

具体的には、制御部１７は、燃料電池５の暖機運転モードを開始すると、第一スイッチ２１を蓄電池６、７側へ繋ぐ（ステップＳ１１）。 Specifically, when the warm-up operation mode of the fuel cell 5 is started, the control unit 17 connects the first switch 21 to the storage batteries 6 and 7 (step S11).

次いで、制御部１７は、第二スイッチ２２を第一蓄電池６側へ繋ぎ、第三スイッチ２３を第二蓄電池７側へ繋ぎ、第四スイッチ２４を閉じる（ステップＳ１２）。換言すると、制御部１７は、スイッチ群１５を燃料電池暖機第一モードに切り替える。そうすると、燃料電池５の出力で第一蓄電池６が充電され、第二蓄電池７の出力で電動機１２が駆動される。 Next, the control unit 17 connects the second switch 22 to the first storage battery 6 side, connects the third switch 23 to the second storage battery 7 side, and closes the fourth switch 24 (step S12). In other words, the control unit 17 switches the switch group 15 to the fuel cell warm-up first mode. Then, the output of the fuel cell 5 charges the first storage battery 6 , and the output of the second storage battery 7 drives the electric motor 12 .

このように、暖機中の燃料電池５の出力の蓄電池と、電動機１２へ出力する蓄電池とを異ならせておくことによって、燃料電池車１は、燃料電池５の暖機運転の確実な継続と、暖機中の燃料電池５の出力の無駄の防止と、電動機１２への安定的な電力供給とを、並立させることができる。 In this way, by differentiating the storage battery for the output of the fuel cell 5 during warm-up from the storage battery for output to the electric motor 12, the fuel cell vehicle 1 can reliably continue the warm-up operation of the fuel cell 5. , prevention of wasteful output of the fuel cell 5 during warm-up and stable power supply to the electric motor 12 can be achieved simultaneously.

次いで、制御部１７は、第一蓄電池６の充電率、および第二蓄電池７の充電率を監視する。制御部１７は、暖機中の燃料電池５によって充電される第一蓄電池６が満充電に達したか否か、または電動機１２へ出力する第二蓄電池７が電欠に達したか否か、を判断する（ステップＳ１３）。 Next, the control unit 17 monitors the charging rate of the first storage battery 6 and the charging rate of the second storage battery 7 . The control unit 17 determines whether the first storage battery 6 charged by the warm-up fuel cell 5 has reached full charge, or whether the second storage battery 7 outputting to the electric motor 12 has run out of electricity. (step S13).

ステップＳ１３の判断が否定された場合、つまり暖機中の燃料電池５によって充電される第一蓄電池６が満充電に至らず、または電動機１２へ出力する第二蓄電池７が電欠に至らないと（ステップＳ１３ Ｎｏ）、制御部１７は、各スイッチ２１、２２、２３、２４、２５の状態を維持したまま、ステップＳ１３の判断を繰り返す。 If the determination in step S13 is negative, that is, if the first storage battery 6 charged by the warm-up fuel cell 5 has not reached full charge, or the second storage battery 7 that outputs power to the electric motor 12 has not run out of electricity. (No at step S13), the control unit 17 repeats the determination at step S13 while maintaining the states of the switches 21, 22, 23, 24, and 25. FIG.

そして、ステップＳ１３の判断が肯定された場合、つまり暖機中の燃料電池５によって充電される第一蓄電池６が満充電に達する、または電動機１２へ出力する第二蓄電池７が電欠に達すると（ステップＳ１３ Ｙｅｓ）、制御部１７は、第一スイッチ２１および第四スイッチ２４の状態を維持したまま、第二スイッチ２２を第二蓄電池７側へ繋ぎ、第三スイッチ２３を第一蓄電池６側へ繋ぐ（ステップＳ１４）。換言すると、制御部１７は、スイッチ群１５を燃料電池暖機第二モードに切り替える。そうすると、燃料電池５の出力で第二蓄電池７が充電され、第一蓄電池６の出力で電動機１２が駆動される。 Then, if the determination in step S13 is affirmative, that is, if the first storage battery 6 charged by the warmed-up fuel cell 5 reaches full charge, or the second storage battery 7 that outputs power to the electric motor 12 reaches a shortage of electricity. (Step S13 Yes), the control unit 17 connects the second switch 22 to the second storage battery 7 side while maintaining the states of the first switch 21 and the fourth switch 24, and connects the third switch 23 to the first storage battery 6 side. (step S14). In other words, the control unit 17 switches the switch group 15 to the fuel cell warm-up second mode. Then, the output of the fuel cell 5 charges the second storage battery 7 , and the output of the first storage battery 6 drives the electric motor 12 .

次いで、制御部１７は、第一蓄電池６の充電率、および第二蓄電池７の充電率を監視する。制御部１７は、暖機中の燃料電池５によって充電される第二蓄電池７が満充電に達したか否か、または電動機１２へ出力する第一蓄電池６が電欠に達したか否か、を判断する（ステップＳ１５）。 Next, the control unit 17 monitors the charging rate of the first storage battery 6 and the charging rate of the second storage battery 7 . The control unit 17 determines whether the second storage battery 7 charged by the warm-up fuel cell 5 has reached full charge, or whether the first storage battery 6 that outputs power to the electric motor 12 has run out of electricity. is determined (step S15).

ステップＳ１５の判断が否定された場合、つまり暖機中の燃料電池５によって充電される第二蓄電池７が満充電に至らず、または電動機１２へ出力する第一蓄電池６が電欠に至らないと（ステップＳ１５ Ｎｏ）、制御部１７は、各スイッチ２１、２２、２３、２４、２５の状態を維持したまま、ステップＳ１５の判断を繰り返す。 If the determination in step S15 is negative, that is, if the second storage battery 7 charged by the warm-up fuel cell 5 has not reached full charge, or the first storage battery 6 that outputs power to the electric motor 12 has not run out of electricity. (No at step S15), the control unit 17 repeats the determination at step S15 while maintaining the states of the switches 21, 22, 23, 24, and 25. FIG.

そして、ステップＳ１５の判断が肯定された場合、つまり暖機中の燃料電池５によって充電される第二蓄電池７が満充電に達する、または電動機１２へ出力する第一蓄電池６が電欠に達すると（ステップＳ１５ Ｙｅｓ）、制御部１７は、第一スイッチ２１および第四スイッチ２４の状態を維持したまま、ステップＳ１２へ戻る。そうすると、燃料電池５の出力で第一蓄電池６が充電され、第二蓄電池７の出力で電動機１２が駆動される。 Then, if the determination in step S15 is affirmative, that is, if the second storage battery 7 charged by the warmed-up fuel cell 5 reaches full charge, or the first storage battery 6 that outputs power to the electric motor 12 reaches a lack of electricity. (Step S15 Yes), the controller 17 returns to step S12 while maintaining the states of the first switch 21 and the fourth switch 24 . Then, the output of the fuel cell 5 charges the first storage battery 6 , and the output of the second storage battery 7 drives the electric motor 12 .

なお、第一蓄電池６の満充電における充電率、第一蓄電池６の電欠における充電率、第二蓄電池７の満充電における充電率、第二蓄電池７の電欠における充電率は、それぞれの電池の劣化が極端に進行しないよう設定される。つまり、満充電における充電率は、１００パーセントよりも低く、例えば８０パーセントに設定される。電欠における充電率は、零パーセントよりも高く、例えば２０パーセントに設定される。満充電における充電率は、電欠における充電率よりも高い。また、満充電における充電率、および電欠における充電率は、それぞれの蓄電池６、７で異なっていても良い。 The charging rate when the first storage battery 6 is fully charged, the charging rate when the first storage battery 6 is out of electricity, the charging rate when the second storage battery 7 is fully charged, and the charging rate when the second storage battery 7 is out of electricity is set so that the deterioration of the That is, the charging rate at full charge is set to lower than 100%, for example, 80%. The charging rate in the absence of electricity is set to be higher than zero percent, for example 20 percent. The charging rate at full charge is higher than the charging rate at low power. Also, the charging rate at full charge and the charging rate at low power may be different for each of the storage batteries 6 and 7 .

このように、暖機中の燃料電池５の出力の蓄電池と、電動機１２へ出力する蓄電池とを適宜に切り替えることによって、燃料電池車１は、燃料電池５の暖機運転の確実な継続と、暖機中の燃料電池５の出力の無駄の防止と、電動機１２への安定的な電力供給とを、並立させることができる。 In this way, by appropriately switching between the storage battery for the output of the fuel cell 5 during warming up and the storage battery for output to the electric motor 12, the fuel cell vehicle 1 reliably continues the warm-up operation of the fuel cell 5, Prevention of wasteful output of the fuel cell 5 during warm-up and stable power supply to the electric motor 12 can be achieved at the same time.

図５は、本発明の実施形態に係る燃料電池車が実行する燃料電池の通常運転モードのアルゴリズムの一例を表現するフローチャートである。 FIG. 5 is a flow chart representing an example of a fuel cell normal operation mode algorithm executed by the fuel cell vehicle according to the embodiment of the present invention.

図５に示すように、本実施形態に係る燃料電池車１の制御部１７は、燃料電池５の暖機が終了した場合（図３のステップＳ３の判断が成立した場合）、つまり、燃料電池５が予め定める閾値以上に出力可能な場合には、燃料電池５の出力で電動機１２を駆動させる。 As shown in FIG. 5, the control unit 17 of the fuel cell vehicle 1 according to the present embodiment operates when the warm-up of the fuel cell 5 is completed (when the determination in step S3 in FIG. 3 is established), that is, when the fuel cell If the output of the fuel cell 5 is equal to or higher than a predetermined threshold, the electric motor 12 is driven by the output of the fuel cell 5 .

また、制御部１７は、燃料電池車１の起動時に第二蓄電池７の充電率が第一蓄電池６の充電率より高くなるようスイッチ群１５の切り替え制御を行う。 Further, the control unit 17 performs switching control of the switch group 15 so that the charging rate of the second storage battery 7 becomes higher than the charging rate of the first storage battery 6 when the fuel cell vehicle 1 is started.

さらに、制御部１７は、次回の燃料電池５の暖機運転中の出力先である第一蓄電池６の充電率を電欠にさせる。 Furthermore, the control unit 17 causes the charging rate of the first storage battery 6, which is the output destination during the warm-up operation of the fuel cell 5 next time, to be depleted.

具体的には、制御部１７は、燃料電池車１のアクセル（図示省略）が操作されるなどして、出力要求がある場合には（ステップＳ２１ Ｙｅｓ）、第一スイッチ２１を電動機１２側へ繋ぐ（ステップＳ２２）。つまり、制御部１７は、スイッチ群１５を燃料電池走行モードに切り替える。そうすると、電動機１２は、燃料電池５の出力で駆動する。 Specifically, when the accelerator (not shown) of the fuel cell vehicle 1 is operated and there is an output request (step S21 Yes), the control unit 17 turns the first switch 21 to the electric motor 12 side. Connect (step S22). That is, the control unit 17 switches the switch group 15 to the fuel cell running mode. Then, the electric motor 12 is driven by the output of the fuel cell 5 .

燃料電池車１の出力要求がない場合には（ステップＳ２１ Ｎｏ）、第一スイッチ２１を蓄電池６、７側へ繋ぎ、第二スイッチ２２を第二蓄電池７側へ繋ぐ（ステップＳ２３）。そうすると、燃料電池５の出力で第二蓄電池７が充電される。ステップＳ２３の後、制御部１７は、ステップＳ２１へ戻って処理を繰り返す。 If there is no output request for the fuel cell vehicle 1 (step S21 No), the first switch 21 is connected to the storage batteries 6 and 7, and the second switch 22 is connected to the second storage battery 7 (step S23). Then, the output of the fuel cell 5 charges the second storage battery 7 . After step S23, the controller 17 returns to step S21 and repeats the process.

次いで、制御部１７は、第一蓄電池６の充電率を監視する。制御部１７は、第一蓄電池６が電欠に達しているか否かを判断する（ステップＳ２４）。 Next, the controller 17 monitors the charging rate of the first storage battery 6 . The control unit 17 determines whether or not the first storage battery 6 has run out of electricity (step S24).

ステップＳ２４の判断が否定された場合、つまり第一蓄電池６が電欠に達していない場合には（ステップＳ２４ Ｎｏ）、制御部１７は、第三スイッチ２３を第一蓄電池６側へ繋ぎ、第四スイッチ２４を閉じる（ステップＳ２５）。そうすると、電動機１２は、燃料電池５および第一蓄電池６の出力で駆動する。 If the determination in step S24 is negative, that is, if the first storage battery 6 has not run out of electricity (step S24 No), the control unit 17 connects the third switch 23 to the first storage battery 6 side, The fourth switch 24 is closed (step S25). Then, the electric motor 12 is driven by the outputs of the fuel cell 5 and the first storage battery 6 .

次いで、制御部１７は、再度、第一蓄電池６の充電率を監視する。制御部１７は、第一蓄電池６が電欠に達しているか否かを判断する（ステップＳ２６）。 Next, the control unit 17 monitors the charging rate of the first storage battery 6 again. The control unit 17 determines whether or not the first storage battery 6 has run out of electricity (step S26).

ステップＳ２６の判断が否定された場合、つまり第一蓄電池６が電欠に達していない場合には（ステップＳ２６ Ｎｏ）、制御部１７は、各スイッチ２１、２２、２３、２４、２５の状態を維持したまま、ステップＳ２６の判断を繰り返す。 If the determination in step S26 is negative, that is, if the first storage battery 6 has not reached the shortage of electricity (step S26 No), the control unit 17 changes the states of the switches 21, 22, 23, 24, and 25 to The judgment of step S26 is repeated while maintaining.

そして、ステップＳ２４の判断が肯定された場合、つまり第一蓄電池６が電欠に達している場合には（ステップＳ２４ Ｎｏ）、制御部１７は、第一スイッチ２１を電動機１２側へ繋いだまま、第三スイッチ２３を第二蓄電池７側へ繋ぎ、第四スイッチ２４を閉じる（ステップＳ２７）。そうすると、電動機１２は、燃料電池５および第二蓄電池７の出力で駆動する。ステップＳ２６の判断が肯定された場合にも、同様である。ステップＳ２７の後、制御部１７は、ステップＳ２１へ戻って処理を繰り返す。 Then, if the determination in step S24 is affirmative, that is, if the first storage battery 6 has run out of electricity (step S24 No), the control unit 17 connects the first switch 21 to the electric motor 12 side. , the third switch 23 is connected to the second storage battery 7 side, and the fourth switch 24 is closed (step S27). Then, the electric motor 12 is driven by the outputs of the fuel cell 5 and the second storage battery 7 . The same applies when the determination in step S26 is affirmative. After step S27, the control unit 17 returns to step S21 and repeats the process.

ところで、燃料電池車１の走行距離によっては、第一蓄電池６が電欠に達しない場合がある。 By the way, depending on the travel distance of the fuel cell vehicle 1, the first storage battery 6 may not run out of electricity.

そこで、制御部１７は、燃料電池５を停止させる場合には、次回の燃料電池５の暖機運転時に、電動機１２へ供給する電力の総和（蓄電池６、７の充電率の総和）を確保しつつ、暖機中の燃料電池５の出力を受け入れるための余地を確保しておく。 Therefore, when stopping the fuel cell 5, the control unit 17 secures the total power supplied to the electric motor 12 (sum of the charging rates of the storage batteries 6 and 7) during the next warm-up operation of the fuel cell 5. At the same time, a room is secured for receiving the output of the fuel cell 5 during warm-up.

図６は、本発明の実施形態に係る燃料電池車が実行する燃料電池の停止モードのアルゴリズムの一例を表現するフローチャートである。 FIG. 6 is a flowchart representing an example of a fuel cell stop mode algorithm executed by the fuel cell vehicle according to the embodiment of the present invention.

図６に示すように、本実施形態に係る燃料電池車１の制御部１７は、燃料電池５を停止させる場合には、燃料電池５の出力で第二蓄電池７を充電する。 As shown in FIG. 6 , the control unit 17 of the fuel cell vehicle 1 according to this embodiment charges the second storage battery 7 with the output of the fuel cell 5 when stopping the fuel cell 5 .

つまり、制御部１７は、図５および図６のアルゴリズムを経て、次回の燃料電池５の暖機運転時に、燃料電池５の出力を受け入れる蓄電池６、７の余力と電動機１２への安定した電力供給を両立可能なように、それぞれの蓄電池６、７の充電率を異ならせ、両方の蓄電池６、７が同時に満充電になることを回避する。 5 and 6, the control unit 17 controls the remaining capacity of the storage batteries 6 and 7 for receiving the output of the fuel cell 5 and stable power supply to the electric motor 12 during the next warm-up operation of the fuel cell 5. are made compatible with each other, the charging rates of the respective storage batteries 6 and 7 are made different to avoid both of the storage batteries 6 and 7 being fully charged at the same time.

具体的には、制御部１７は、第一蓄電池６の充電率を監視する。制御部１７は、燃料電池５の次回の暖機運転において、燃料電池５によって充電される第一蓄電池６の充電率が、電欠よりも高く、満充電よりも低い所定の充電率、例えば４０パーセント以上か否かを判断する（ステップＳ３１）。 Specifically, the control unit 17 monitors the charging rate of the first storage battery 6 . In the next warm-up operation of the fuel cell 5, the control unit 17 sets the charging rate of the first storage battery 6, which is charged by the fuel cell 5, to a predetermined charging rate, for example, 40, which is higher than the lack of electricity and lower than the full charge. It is determined whether or not the percentage is greater than or equal to the percentage (step S31).

なお、本処理の実行が開始される時点では、第四スイッチ２４は開かれて蓄電池６、７から電動機１２への電力の供給は遮断されている。 It should be noted that the fourth switch 24 is opened and the supply of electric power from the storage batteries 6 and 7 to the electric motor 12 is cut off when the execution of this process is started.

ステップＳ３１の判断が肯定される場合、つまり第一蓄電池６の充電率が所定の充電率以上の場合には（ステップＳ３１ Ｙｅｓ）、制御部１７は、第一スイッチ２１を蓄電池６、７側へ繋ぎ、第二スイッチ２２を第二蓄電池７側へ繋ぐ（ステップＳ３２）。そして、制御部１７は、燃料電池５の出力で第二蓄電池７の充電率が満充電よりも低い所定の充電率、例えば７０パーセントに達すると、燃料電池５を停止させて（ステップＳ３３）本処理を終了する。 If the determination in step S31 is affirmative, that is, if the charging rate of the first storage battery 6 is equal to or higher than the predetermined charging rate (step S31 Yes), the control unit 17 turns the first switch 21 to the storage batteries 6, 7 side. 2nd switch 22 is connected to the 2nd storage battery 7 side (step S32). Then, when the charging rate of the second storage battery 7 with the output of the fuel cell 5 reaches a predetermined charging rate lower than the full charge, for example, 70%, the control unit 17 stops the fuel cell 5 (step S33). End the process.

また、ステップＳ３１の判断が否定される場合、つまり第一蓄電池６の充電率が所定の充電率未満の場合には（ステップＳ３１ Ｎｏ）、制御部１７は、第一スイッチ２１を蓄電池６、７側へ繋ぎ、第二スイッチ２２を第二蓄電池７側へ繋ぐ（ステップＳ３４）。そして、制御部１７は、燃料電池５の出力で第二蓄電池７が満充電に達すると、燃料電池５を停止させて（ステップＳ３５）本処理を終了する。 Further, when the determination in step S31 is negative, that is, when the charging rate of the first storage battery 6 is less than the predetermined charging rate (step S31 No), the control unit 17 causes the first switch 21 to switch between the storage batteries 6 and 7. side, and connect the second switch 22 to the second storage battery 7 side (step S34). Then, when the output of the fuel cell 5 reaches full charge in the second storage battery 7, the control unit 17 stops the fuel cell 5 (step S35) and terminates this process.

このように、燃料電池車１は、複数の蓄電池６、７の充電率を、電欠と満充電との間の適宜の充電率にして燃料電池５を停止させる。そのため、燃料電池車１は、次回に燃料電池５を暖機運転させる際に、燃料電池５の出力で充電される第一蓄電池６の充電率と、電動機１２へ電力を供給する第二蓄電池７の充電率と、を図３に示すような暖機運転モードに適合させる。 In this manner, the fuel cell vehicle 1 sets the charging rate of the plurality of storage batteries 6 and 7 to an appropriate charging rate between the lack of electricity and the full charge, and stops the fuel cell 5 . Therefore, when the fuel cell vehicle 1 warms up the fuel cell 5 next time, the charging rate of the first storage battery 6 charged by the output of the fuel cell 5 and the second storage battery 7 supplying power to the electric motor 12 , and are adapted to the warm-up mode as shown in FIG.

なお、制御部１７は、燃料電池５の起動時および停止時の少なくともいずれかで、第一蓄電池６の出力で第二蓄電池７を充電しても良い。このとき、燃料電池５は停止される。制御部１７は、第五スイッチ２５を閉じて第一蓄電池６の出力で第二蓄電池７を充電する。換言すると、制御部１７は、スイッチ群１５を第一蓄電池消費モードに切り替える。第一蓄電池消費モードでは、燃料電池５を停止させた状態で、第一蓄電池６の充電率、および第二蓄電池７の充電率を、次回の燃料電池５の安定的な暖機と、電動機１２への安定的な電力供給と、に備えておくことができる。 Note that the control unit 17 may charge the second storage battery 7 with the output of the first storage battery 6 at least either when the fuel cell 5 is started or when it is stopped. At this time, the fuel cell 5 is stopped. The control unit 17 closes the fifth switch 25 and charges the second storage battery 7 with the output of the first storage battery 6 . In other words, the control unit 17 switches the switch group 15 to the first battery consumption mode. In the first storage battery consumption mode, while the fuel cell 5 is stopped, the charging rate of the first storage battery 6 and the charging rate of the second storage battery 7 are adjusted according to the next stable warm-up of the fuel cell 5 and the electric motor 12 A stable power supply to and can be prepared for.

また、燃料電池５の起動時に第一蓄電池消費モードを実行することによって、燃料電池車１は、冷間状態の燃料電池５の暖機運転を実行できる。さらに、燃料電池５の停止時に第一蓄電池消費モードを実行することによって、次回の燃料電池車１の起動の直後から車両を走行可能な状態にすることができる。 By executing the first storage battery consumption mode when the fuel cell 5 is activated, the fuel cell vehicle 1 can warm up the fuel cell 5 in a cold state. Furthermore, by executing the first storage battery consumption mode when the fuel cell 5 is stopped, the vehicle can be ready for running immediately after the fuel cell vehicle 1 is started next time.

以上のように、本実施形態に係る燃料電池車１は、燃料電池５の暖機条件が成立した場合には、燃料電池５の出力で第一蓄電池６を充電し、第二蓄電池７の出力で電動機１２を駆動させる。そのため、燃料電池車１は、大きな出力を出すことが困難な暖気中の燃料電池５に安定した暖機運転を継続させること、および電動機１２へ電力を安定供給して車両のドライバビリティを向上させること、を両立できる。 As described above, in the fuel cell vehicle 1 according to the present embodiment, when the warm-up condition for the fuel cell 5 is satisfied, the first storage battery 6 is charged with the output of the fuel cell 5 and the output of the second storage battery 7 is to drive the electric motor 12 . Therefore, the fuel cell vehicle 1 continues the stable warm-up operation of the warm-up fuel cell 5, which is difficult to output a large output, and stably supplies electric power to the electric motor 12, thereby improving the drivability of the vehicle. can be compatible.

また、本実施形態に係る燃料電池車１は、燃料電池５の暖機運転中に第一蓄電池６が実質的に満充電に達した場合には、燃料電池５の出力で第二蓄電池７を充電し、第一蓄電池６の出力で電動機１２を駆動させ、第一蓄電池６が実質的に電欠に達した場合には、燃料電池５の出力で第一蓄電池６を充電し、第二蓄電池７の出力で電動機１２を駆動させ、第二蓄電池７が実質的に満充電に達した場合には、燃料電池５の出力で第一蓄電池６を充電し、第二蓄電池７の出力で電動機１２を駆動させ、第二蓄電池７が実質的に電欠に達した場合には、燃料電池５の出力で第二蓄電池７を充電し、第一蓄電池６の出力で電動機１２を駆動させる。そのため、燃料電池車１は、一方の蓄電池（始めは第一蓄電池６）が満充電に達しても燃料電池５の暖機が終了していない場合であっても、他方の蓄電池（始めは第二蓄電池７）で燃料電池５の出力を受け入れて暖機運転を継続することができる。また、暖機中の燃料電池５の出力の受け入れ先を切り替えた場合には、燃料電池車１は、電動機１２側へ満充電状態の蓄電池から電力を供給することになって、ドライバビリティを維持できる。 Further, in the fuel cell vehicle 1 according to the present embodiment, when the first storage battery 6 is substantially fully charged during the warm-up operation of the fuel cell 5, the second storage battery 7 is powered by the output of the fuel cell 5. The output of the first storage battery 6 drives the electric motor 12, and when the first storage battery 6 substantially runs out of power, the first storage battery 6 is charged with the output of the fuel cell 5, and the second storage battery When the second storage battery 7 is substantially fully charged, the output of the fuel cell 5 charges the first storage battery 6, and the output of the second storage battery 7 drives the electric motor 12. When the second storage battery 7 substantially runs out of electricity, the second storage battery 7 is charged with the output of the fuel cell 5 and the electric motor 12 is driven with the output of the first storage battery 6 . Therefore, in the fuel cell vehicle 1, even if one storage battery (initially the first storage battery 6) reaches full charge and the fuel cell 5 is not yet warmed up, the other storage battery (initially the first storage battery 6) The second storage battery 7) can receive the output of the fuel cell 5 to continue warm-up operation. Further, when the receiving destination of the output of the fuel cell 5 during warm-up is switched, the fuel cell vehicle 1 supplies electric power from the fully charged storage battery to the electric motor 12 side, thereby maintaining drivability. can.

さらに、本実施形態に係る燃料電池車１は、燃料電池車１の起動時に第二蓄電池７の充電率が第一蓄電池６の充電率より高くなるようスイッチ群１５の切り替え制御を行う。そのため、燃料電池車１は、燃料電池５を起動させる都度、確実に好適な燃料電池５の暖機運転を終了すること、および車両の始動時から良好なドライバビリティを提供すること、を両立できる。 Furthermore, the fuel cell vehicle 1 according to the present embodiment performs switching control of the switch group 15 so that the charging rate of the second storage battery 7 becomes higher than the charging rate of the first storage battery 6 when the fuel cell vehicle 1 is started. Therefore, the fuel cell vehicle 1 is capable of both ensuring that the warm-up operation of the fuel cell 5 is suitably completed each time the fuel cell 5 is started, and that excellent drivability is provided from the start of the vehicle. .

また、本実施形態に係る燃料電池車１は、燃料電池５が予め定める閾値以上に出力可能な場合には、燃料電池５の出力で電動機１２を駆動させる。そのため、燃料電池車１は、燃料電池５の暖機の終了を好適に判定できる。 Further, the fuel cell vehicle 1 according to the present embodiment drives the electric motor 12 with the output of the fuel cell 5 when the fuel cell 5 can output more than the predetermined threshold. Therefore, the fuel cell vehicle 1 can suitably determine the end of warm-up of the fuel cell 5 .

さらに、本実施形態に係る燃料電池車１は、第二蓄電池７の充放電制御における充電率の上限値は、第一蓄電池６の充放電制御における充電率の上限値より高く設定される。そのため、燃料電池車１は、大きな出力を出すことが困難な暖気中の燃料電池５に安定した暖機運転を継続させること、および電動機１２へ電力を安定供給して車両のドライバビリティを向上させること、をさらに確実に両立できる。 Furthermore, in the fuel cell vehicle 1 according to the present embodiment, the upper limit value of the charging rate in the charge/discharge control of the second storage battery 7 is set higher than the upper limit value of the charging rate in the charge/discharge control of the first storage battery 6 . Therefore, the fuel cell vehicle 1 continues the stable warm-up operation of the warm-up fuel cell 5, which is difficult to output a large output, and stably supplies electric power to the electric motor 12, thereby improving the drivability of the vehicle. and more reliably.

また、本実施形態に係る燃料電池車１は、燃料電池５の起動時および停止時の少なくともいずれかで、第一蓄電池６の出力で第二蓄電池７を充電する。そのため、燃料電池車１は、例えばシニアカーや小型の二輪車のように出力の小さい燃料電池５や蓄電池６、７で十分に走行可能な車両において、蓄電池６、７間で電力を融通することで、暖機中の燃料電池５の出力の受け入れ先である第一蓄電池６の受入余裕を増加させるとともに、電動機１２で消費可能な第二蓄電池７の充電率を上げてドライバビリティを向上できる。 In addition, the fuel cell vehicle 1 according to the present embodiment charges the second storage battery 7 with the output of the first storage battery 6 at least either when the fuel cell 5 is started or when it is stopped. Therefore, the fuel cell vehicle 1 is a vehicle that can sufficiently run on a low output fuel cell 5 or storage batteries 6, 7, such as a senior car or a small motorcycle. The receiving margin of the first storage battery 6, which receives the output of the fuel cell 5 during warm-up, can be increased, and the charging rate of the second storage battery 7 that can be consumed by the electric motor 12 can be increased to improve drivability.

したがって、本発明に係る燃料電池車１によれば、燃料電池５の自己加湿を含む暖機運転の確実な遂行と、電動機１２への安定した電力の供給と、を両立できる。 Therefore, according to the fuel cell vehicle 1 of the present invention, it is possible to achieve both reliable warm-up operation including self-humidification of the fuel cell 5 and stable power supply to the electric motor 12 .

１…燃料電池車、５…燃料電池、６…第一蓄電池、７…第二蓄電池、１１…駆動輪、１２…電動機、１３…ＤＣ／ＤＣコンバーター、１５…スイッチ群、１６…インバーター、１７…制御部、２１…第一スイッチ、２２…第二スイッチ、２３…第三スイッチ、２４…第四スイッチ、２５…第五スイッチ、２７…ダイオード、２９…信号線。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Fuel cell vehicle, 5... Fuel cell, 6... First storage battery, 7... Second storage battery, 11... Drive wheel, 12... Electric motor, 13... DC/DC converter, 15... Switch group, 16... Inverter, 17... Control part 21... First switch, 22... Second switch, 23... Third switch, 24... Fourth switch, 25... Fifth switch, 27... Diode, 29... Signal line.

Claims (6)

駆動輪と、
前記駆動輪の駆動力を発生させる電動機と、
第一蓄電池と、
第二蓄電池と、
酸化剤ガスと燃料ガスとを反応させて発電する燃料電池と、
前記第一蓄電池、前記第二蓄電池、および前記燃料電池と前記電動機との電気的な接続状態を切り替えて前記電動機の駆動を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記燃料電池の暖機条件が成立した場合には、前記燃料電池の出力で前記第一蓄電池を充電し、前記第二蓄電池の出力で前記電動機を駆動させる燃料電池車。 drive wheels;
an electric motor that generates driving force for the drive wheels;
a first storage battery;
a second storage battery;
a fuel cell that generates electricity by reacting an oxidant gas and a fuel gas;
a control unit that switches an electrical connection state between the first storage battery, the second storage battery, the fuel cell, and the electric motor to control driving of the electric motor;
The control unit charges the first storage battery with the output of the fuel cell and drives the electric motor with the output of the second storage battery when a warm-up condition for the fuel cell is satisfied. 前記制御部は、
前記燃料電池の暖機運転中に前記第一蓄電池が実質的に満充電に達した場合には、前記燃料電池の出力で前記第二蓄電池を充電し、前記第一蓄電池の出力で前記電動機を駆動させ、
前記燃料電池の暖機運転中に前記第一蓄電池が実質的に電欠に達した場合には、前記燃料電池の出力で前記第一蓄電池を充電し、前記第二蓄電池の出力で前記電動機を駆動させ、
前記燃料電池の暖機運転中に前記第二蓄電池が実質的に満充電に達した場合には、前記燃料電池の出力で前記第一蓄電池を充電し、前記第二蓄電池の出力で前記電動機を駆動させ、
前記燃料電池の暖機運転中に前記第二蓄電池が実質的に電欠に達した場合には、前記燃料電池の出力で前記第二蓄電池を充電し、前記第一蓄電池の出力で前記電動機を駆動させる請求項１に記載の燃料電池車。 The control unit
When the first storage battery is substantially fully charged during warm-up operation of the fuel cell, the second storage battery is charged with the output of the fuel cell, and the electric motor is driven with the output of the first storage battery. drive,
When the first storage battery substantially runs out of power during warm-up operation of the fuel cell, the first storage battery is charged with the output of the fuel cell, and the electric motor is driven with the output of the second storage battery. drive,
When the second storage battery is substantially fully charged during warm-up operation of the fuel cell, the output of the fuel cell charges the first storage battery, and the output of the second storage battery drives the electric motor. drive,
When the second storage battery substantially runs out of power during warm-up operation of the fuel cell, the second storage battery is charged with the output of the fuel cell, and the electric motor is driven with the output of the first storage battery. The fuel cell vehicle according to claim 1, which is driven. 前記制御部は、前記燃料電池車の起動時に前記第二蓄電池の充電率が前記第一蓄電池の充電率より高くなるよう切り替え制御を行う請求項１または２に記載の燃料電池車。 3. The fuel cell vehicle according to claim 1, wherein the control unit performs switching control so that the charging rate of the second storage battery becomes higher than the charging rate of the first storage battery when the fuel cell vehicle is started. 前記制御部は、前記燃料電池が予め定める閾値以上に出力可能な場合には、前記燃料電池の出力で前記電動機を駆動させる請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料電池車。 4. The fuel cell vehicle according to any one of claims 1 to 3, wherein the control unit drives the electric motor with the output of the fuel cell when the fuel cell can output more than a predetermined threshold. 前記第二蓄電池の充放電制御における充電率の上限値は、前記第一蓄電池の充放電制御における充電率の上限値より高く設定される請求項１から４のいずれか１項に記載の燃料電池車。 5. The fuel cell according to any one of claims 1 to 4, wherein an upper limit value of the charging rate in the charge/discharge control of the second storage battery is set higher than an upper limit value of the charging rate in the charge/discharge control of the first storage battery. car. 前記制御部は、前記燃料電池の起動時および停止時の少なくともいずれかで、前記第一蓄電池の出力で前記第二蓄電池を充電する請求項１から５のいずれか１項に記載の燃料電池車。 6. The fuel cell vehicle according to any one of claims 1 to 5, wherein the control unit charges the second storage battery with the output of the first storage battery during at least one of starting and stopping of the fuel cell. .
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