JPWO2017017781A1 - 燃料電池車両の制御装置 - Google Patents

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Abstract

燃料電池(1)と、燃料電池(1)の出力を制御する電力変換器(7)と、燃料電池(1)の電力を蓄電する蓄電池(3)と、燃料電池(1)と蓄電池(3)との少なくともいずれか一方の電力によって作動する負荷機器(5)と、を備える。さらに、蓄電池(3)の現在の充電可能電力、負荷機器(5)に現在発生している負荷機器電力及び、燃料電池(1)の現在の発電可能電力を算出し、発電可能電力が、充電可能電力と負荷機器電力との加算値以上のときに、電力変換器(7)により燃料電池(1)の出力を低下させる制御器(25)を備える。

Description

本発明は、燃料電池の出力を制御する電力変換器と、燃料電池の電力を蓄電する蓄電池と、燃料電池の電力によって作動する負荷機器とを備える燃料電池車両の制御装置に関する。
特許文献1の技術は、蓄電池の充放電電流を検出する充電検出器を備え、燃料電池に接続される電圧変換器の出力が、蓄電池にとって過充電となるときに、電圧変換器の出力を低減させている。
特許第5336791号公報
特許文献1の技術は、蓄電池で発生している充放電電流の検知情報に基づいて、フィードバック制御により電圧変換器の出力を制限している。このため、制御応答に遅れが生じ、蓄電池に過渡的な過充電が発生する恐れがある。
そこで、本発明は、蓄電池における過渡的な過充電を抑制することを目的としている。
本発明は、燃料電池と蓄電池と燃料電池の電力によって作動する負荷機器を備え、燃料電池の発電可能電力が、蓄電池の充電可能電力と負荷機器に発生している負荷機器電力との加算値以上のときに、電力変換器により燃料電池の出力を低下させる。
本発明によれば、燃料電池の発電可能電力が、蓄電池の充電可能電力と負荷機器の負荷機器電力との加算値以上であることを事前に把握して、電力変換器により燃料電池の出力を低下させている。これにより、負荷機器の影響を受ける前に、蓄電池の過渡的な過充電を抑制できる。
図1は、本発明の一実施形態に係わる燃料電池車両の制御装置の全体構成図である。 図2は、車両制御器による制御方法の処理手順を示すフローチャートである。 図3は、燃料電池が出力低下運転モードとなったときの処理手順を示すフローチャートである。 図4は、蓄電池の充電可能電力と負荷機器の駆動電力との加算値と、燃料電池の発電可能電力と、燃料電池の出力との関係を示すグラフである。 図5は、出力低下運転モードでの未反応燃料の対策として実施例1を示す燃料電池システムの全体構成図である。 図6は、図5の実施例1での処理手順を示すフローチャートである。 図7は、図5の実施例1での別の処理手順を示すフローチャートである。 図8は、出力低下運転モードでの未反応燃料の対策として実施例2を示す燃料電池システムの全体構成図である。 図9は、図8の実施例2での処理手順を示すフローチャートである。 図10は、出力低下運転モードでの未反応燃料の対策として実施例3を示す燃料電池システムの全体構成図である。 図11は、図10の実施例3での処理手順を示すフローチャートである。 図12は、出力低下運転モードでの未反応燃料の対策として実施例4を示す燃料電池システムの全体構成図である。 図13は、図12の実施例4での処理手順を示すフローチャートである。
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図1に示す燃料電池車両の制御装置は、例えば自動車などの車両に適用され、電力源として燃料電池1及び蓄電池3を備え、車両駆動用の駆動源として三相交流モータ(以下、単にモータとする。)5を備えている。
燃料電池1は、固体酸化物型の燃料電池であり、燃料及び空気が供給されて発電する。燃料電池1が発電した電力は、直流電力変換器(DC−DCコンバータ)7によって電力変換される。直流電力変換器7及び蓄電池3から出力される直流電圧は、インバータ9によって交流電圧に電力変換された後、モータ5に供給される。直流電力変換器7は、燃料電池の出力を制御する電力変換器を構成している。
蓄電池3には、バッテリ制御器11が接続されている。バッテリ制御器11は、蓄電池3の温度や充電量(電流、電圧)を常時検知し、充電可能電力及び放電可能電力を算出する。例えば、バッテリ制御器11は、蓄電池3が、ある一定温度以下の低温か、あるいは充電量が多く満充電に近い状態のときには、全容量に対して充電可能電力が著しく低下していると判断する。
燃料電池1には、燃料電池制御器13が接続されている。燃料電池制御器13は、燃料電池1の温度、電圧及び電流を常時検知し、温度や発電量を制御する。例えば、燃料電池制御器13は、起動時に燃料電池1の空気極に供給する空気を起動用バーナを用いて加熱することで燃料電池1を昇温させ、停止時にはブロアを用いて燃料電池1を強制冷却する。
さらに、燃料電池制御器13は、発電時に燃料電池1の燃料極に投入する燃料流量及び、空気極に投入する空気流量を調整することで、燃料電池1の発電量及び温度を制御する。
直流電力変換器7には、電力変換器制御器15が接続されている。電力変換器制御器15は、燃料電池1から直流電力変換器7への出力(電流、電圧)を、インバータ9を介してモータ5に入力させ、また蓄電池3に充電させるよう、直流電力変換器7のパワーエレクトロニクスを制御する。
モータ5及びインバータ9には、モータ制御器17が接続されている。モータ制御器17は、車両の要求加減速度に応じてモータ5が駆動するよう、インバータ9のパワーエレクトロニクスを制御する。
また、燃料電池車両の制御装置は、走行時の車両に対して制動を行うブレーキ19及び、エアコンやヒータなど補機21を含む。ブレーキ19にはブレーキ制御器23が接続されている。ブレーキ制御器23は、ブレーキ19による車両制動時に、モータ5の回生電力発生時では不足する減速度を補完するようにブレーキ19を制御する。
上記したバッテリ制御器11、燃料電池制御器13、電力変換器制御器15、モータ制御器17及びブレーキ制御器23は、制御器としての車両制御器25に接続されている。車両制御器25は、バッテリ制御器11、燃料電池制御器13、電力変換器制御器15及びモータ制御器17から各種データの入力を受け、燃料電池制御器13、電力変換器制御器15、モータ制御器17及びブレーキ制御器23を制御する。
補機21は、モータ5とともに負荷機器を構成しており、車両制御器25は、補機21から、補機21の駆動時に発生する電力(負荷)の入力を受ける。
車両制御器25は、常時以下の情報の入力を受ける。
(1)燃料電池制御器13が燃料電池1の温度を基に算出する燃料電池1の発電可能電力C
(2)バッテリ制御器11が蓄電池3の充電量及び温度を基に算出する蓄電池3の充電可能電力A
(3)モータ制御器17が算出するモータ5の回生電力を含む出力電力(負荷)
(4)補機21の出力電力(負荷)
(5)車両の要求加減速目標値
上記(3)、(4)は、モータ5及び補機21等の負荷機器が駆動する際に必要な駆動電力Bに相当する。モータ5が回生電力を発生しているときのモータ5の駆動電力は、負(マイナス)の値となる。
車両制御器25は、上記した各種情報の入力を受けて、燃料電池1の目標出力、直流電力変換器7の目標出力、モータ5の目標出力及び、ブレーキ19の目標制動出力をそれぞれ演算し、各制御器13,15,17,23に出力する。
次に、車両制御器25を用いた制御方法の処理手順を図2及び図3のフローチャートに基づき説明する。
図2に示すように、蓄電池3の温度や充電量に基づいて蓄電池3の現在の充電可能電力Aを演算し(ステップS1)、モータ5及び補機21を含む負荷機器の現在発生している駆動電力(負荷電力)Bを演算する(ステップS2)。駆動電力Bのうちモータ5の駆動電力は、車両のブレーキ19による制動時に発生する回生電力を含む。さらに、燃料電池1の現在の発電可能電力Cを燃料電池1の温度に基づき演算する(ステップS3)。
次に、蓄電池3の充電可能電力Aと負荷機器の駆動電力Bとの加算値[A+B]が、燃料電池1の[発電可能電力C+マージン]よりも大きいかどうかを判断する(ステップS4)。ここで、[A+B>C+マージン]と判断したときは、燃料電池1の発電可能電力Cを発電しても、蓄電池3が過充電となる恐れがないので、燃料電池1に対する要求電力の上限値Dを発電可能電力Cに設定する(ステップS5)。
この場合、燃料電池1は通常の運転モードとなり(ステップS6)、このときの直流電力変換器7に対する出力電力の要求値はFとなる(ステップS7)。
逆にステップS4で、[A+B>C+マージン]ではないと判断したとき、つまり発電可能電力Cが、充電可能電力Aと負荷機器電力である駆動電力Bとの加算値以上のときには、燃料電池1に対する要求電力の上限値Dを[A+B]に設定する(ステップS8)。この場合、燃料電池1の発電可能電力Cが大きく、あるいは上記加算値が小さいことにより蓄電池3が過充電となる恐れがあるので、上限値Dを発電可能電力C以下の[A+B]とする。
次に、設定した上限値D=A+Bが、燃料電池1に対する要求出力値Fよりも大きいかどうかを判断する(ステップS9)。ここで、要求出力値Fが上限値Dよりも小さいと判断したときは、蓄電池3が過充電となる恐れがないので、前述したステップS6において燃料電池1が通常の運転モードとなる。
一方、要求出力値Fが上限値D以上と判断したときは、蓄電池3に過充電の恐れがあるとして、燃料電池1の運転状態を出力低下モードに移行させる(ステップS10)。つまり、直流電力変換器7に対する出力電力の要求値Fが、蓄電池3の充電可能電力Aと負荷機器の駆動電力Bとの加算値以上となったときは、燃料電池1の出力を絞ることで、蓄電池3の過充電を未然に抑える。燃料電池1の出力を絞ることで、直流電力変換器7に対する出力電力の要求値が上限値Dとなる(ステップS11)。
次に、燃料電池1が出力低下運転モードとなったときの処理手順を図3に基づき説明する。
燃料電池1を出力低下させて運転するモードと判断された場合には、モータ5が回生電力を発生しているかどうかを判断する(ステップS13)。ここで、モータ5がインバータ9から供給される電力によって力行し、回生電力を発生していない場合には、燃料電池1への燃料供給量を低下させる(ステップS14)。
燃料電池1への燃料供給量を低下させる作業は、燃料電池1の発電する電力量が、前述した燃料電池1に対する要求電力の上限値D以下となるまで実施する(ステップS15)。
一方、ステップS13でモータ5が回生電力を発生していると判断した場合には、モータ5の回生電力を演算し(ステップS16)、さらに燃料電池1への投入燃料の量を図示しない流量センサ等によって検出する(ステップS17)。
燃料流量を検出した後は、投入された燃料による燃料電池1の推定出力を演算し(ステップS18)、燃料電池1の推定出力が、ある一定の閾値(所定値、例えば燃料電池1の最大出力の20%)よりも大きいかどうかを判断する(ステップS19)。
ここで、推定出力が閾値以下と判断された場合には、前記したステップS14にて燃料電池1への燃料投入量を低減し、燃料電池1の発電量を抑える。燃料電池1の発電量を抑えることで、蓄電池3が過充電となることが抑制される。
一方、推定出力が閾値を超える場合は、回生電力が推定出力よりも大きいかどうかを判断する(ステップS20)。ここで、回生電力が推定出力より大きい場合には、回生電力を減少させ、かつ、回生電力の生成に関して応答遅れが発生するようフィルタ処理を行う(ステップS21)。これにより、蓄電池3の過充電を未然に抑える。
回生電力にフィルタ処理を行った場合には、車両制動要求値とモータ回生トルクを演算し(ステップS22)、回生電力減少に伴い不足する制動力を、ブレーキ制御器23へ指令して機械式のブレーキ19で補足する(ステップS23)。
なお、回生電力にフィルタ処理を行った場合、回生電力が減少するため、その分燃料電池1の発電可能電力の上限値Dは増加する。よって、このときの燃料電池1に対する燃料投入量の低下代は小さくなる。
本実施形態では、燃料電池1の発電可能電力Cが、蓄電池3の充電可能電力Aとモータ5や補機21の駆動電力Bとの加算値以上であることを事前に把握して、直流電力変換器7により燃料電池1の出力を低下させている。これにより、負荷機器であるモータ5や補機21の影響を受ける前に、蓄電池3の過渡的な過充電を抑制できる。
また、本実施形態は、負荷機器は、車両を駆動するモータ5と、車両に搭載される補機21との少なくともいずれか一方としている。このため、モータ5に限らず、補機21による負荷の影響を受ける前に、直流電力変換器7により燃料電池1の出力を低下させて、蓄電池3の過渡的な過充電を抑制することができる。
また、本実施形態は、車両制御器25は、直流電力変換器7により燃料電池1の出力を低下させるに際に、燃料電池1に供給する燃料を減少させる。燃料電池1は、供給される燃料が減少することで出力が低下し、蓄電池3の過渡的な過充電抑制に寄与することができる。その際、未燃の反応ガスの排出量が低減する。
また、本実施形態は、車両制御器25は、モータ5が回生電力を発生すると判断したときに、燃料電池1に対する燃料低減量に応じて回生電力の発生量を減少させる。燃料電池1に対する燃料流量の制御は応答性が低いため、回生電力の発生量の増加代を低下させることにより、直流電力変換器7による燃料電池1の出力低下をより素早く実施することができる。
また、本実施形態は、車両を制動するブレーキ19を備え、車両制御器25は、モータ5による回生電力の発生量を減少させるときに、ブレーキ19による制動力を、回生電力の減少量に応じて増大させる。このため、車両の必要とする制動力をブレーキ19により確保しながら、モータ5による回生電力の発生量を減少させることができる。
図4は、蓄電池3の充電可能電力Aと負荷機器の駆動電力Bとの加算値S(A+B)と、燃料電池1の発電可能電力Cと、燃料電池1の出力Pとの関係を示している。
図4において、時間tで車両がブレーキ19を操作されて制動されると、回生電力が発生して蓄電池3は充電されることになるから、加算値Sは急激に低下する。加算値Sの低下に追随するように、直流電力変換器7により燃料電池1の出力Pを低下させることで、蓄電池3に対する過充電が抑制される。
このとき、燃料電池1は、投入された燃料による発電可能電力Cが、燃料電池1の出力Pを大きく上回り、斜線で示す領域に対応する分燃料が未反応のまま排出されることになる。この未反応燃料の対策について、以下に説明する。
図5は、未反応燃料の対策として実施例1を示す燃料電池システムの全体構成図である。燃料電池1は、燃料供給器を構成する燃料ポンプ27から燃料(例えばエタノール)が、空気供給器としてのブロア29から空気が、それぞれ供給されて発電する。
燃料ポンプ27と燃料電池1とを接続する燃料配管31には、燃料ポンプ27側から順に、熱交換器33、気化器35、改質器37が設けられている。一方、ブロア29と燃料電池1とを接続する空気配管39には、ブロア29から順に起動用燃焼器となる起動バーナ41、熱交換器33が設けられている。また、燃料電池1の下流の排気管43には、燃料器としての燃焼触媒45が設けられている。燃焼触媒45には、燃焼器温度検出器としての触媒温度センサ46を設置している。
燃料ポンプ27から吐出された燃料は、熱交換器33で燃焼触媒45から排出された排気と熱交換して昇温し、気化器35で気化する。気化した燃料は、改質器37により高温で分解されてH2,CH4,COなどの組成に改質され、改質燃料が燃料電池1の燃料極に供給される。
一方、ブロア29から吐出される空気は、起動バーナ41の燃焼熱により昇温され、さらに熱交換器33で燃焼触媒45から排出された排気と熱交換して昇温した後、燃料電池1の空気極に供給される。起動バーナ41は、燃料電池システムの起動時に、燃料ポンプ27から燃料が配管47を通って供給されて燃焼する。
燃料電池1では、燃料極と空気極との間でイオン伝導することで発電し、反応後のガスは燃焼触媒45で燃焼してCO2,H2Oが排出され、熱交換器33を通って燃料や空気と熱交換する。
また、ブロア29から吐出される空気は、バイパス空気配管49を経て、燃焼触媒45を強制空冷するべく直接燃焼触媒45に供給される。燃料電池1の起動後は、ブロア29から吐出される空気が、起動バーナ41を通過せずに配管51を通って熱交換器33に向けて流れ、燃料電池1に供給される。バイパス空気配管49には、空気流量調整器としての開閉バルブ53を設置し、ブロア29から吐出される空気のうち、バイパス空気配管49から燃焼触媒45に向けて直接を流れる空気の流量を調整する。
次に実施例1の作用を説明する。
燃料電池1の発電中に、前述した出力低下運転モードに移行して、直流電力変換器7が燃料電池1の出力を低下させると、熱交換器33、気化器35、改質器37に既に供給されている燃料は、未反応のまま燃料電池1を通り抜けることになる。
通常、燃焼触媒45は、燃料電池1で反応しきれなかった未反応燃料を処理するように、容量が設定されている。このため、直流電力変換器7による燃料電池1の出力低下によって、燃焼触媒45で処理する燃料が過剰となり、燃焼触媒45の温度がより高温化する。
そこで、実施例1では、燃焼触媒45の温度を閾値内に抑えるために、出力低下運転モードでは、燃焼触媒45の温度を触媒温度センサ46により検知し、温度が上昇するに伴ってブロア29による空気供給量を増量して燃焼触媒45を強制空冷する。これにより、燃焼触媒45の温度上昇を抑えて劣化を抑制する。
図6は、このときの処理内容を示しており、燃焼触媒45の温度が閾値以上となったときに(ステップS71)、ブロア29の流量を増大する(ステップS72)。このとき、開閉バルブ53は設置していなくてもよく、設置している場合には開度は一定とする。
また、出力低下運転モードでは、燃料電池1は出力が低下しているにも関わらず、空冷媒体である空気の流量が増加するため、燃料電池1の温度が低下して運転効率が低下する。このため、燃料電池1の温度が、運転効率の低下を招くような閾値を下回る場合には、開閉バルブ53の開度を大きくする。これにより、ブロア29から吐出される空気は、燃焼触媒45側で多く、燃料電池1側で少なくなる。
この場合燃料電池1に、燃料電池温度検出器としての燃料電池温度センサ55を設置し、燃料電池温度センサ55の検知温度に基づいて開閉バルブ53の開度を調整する。すなわち、燃料電池温度センサ55の検知温度の低下に伴って、開閉バルブ53の開度を大きくし、これにより、ブロア29から吐出された空気の量を、燃料電池1で少なくする一方、燃焼触媒45で多くなるよう調整する。このとき、ブロア29からの空気の吐出量が一定とする。
図7は、このときの処理内容を示しており、燃料電池1の温度が閾値以下となったときに(ステップS81)、開閉バルブ53の開度を大きくする(ステップS82)。これにより、燃料電池1への空気量が減少して温度低下が抑制される一方、燃焼触媒45への空気量が増大して温度上昇が抑制され、燃料電池1と燃焼触媒45の両方の温度を設計値(閾値)内に収めることができる。
以上により、燃料電池1の出力低下運転モードにおいて、燃料電池1から未反応燃料が多量に発生しても、燃焼触媒45の温度上昇及び、燃料電池1の温度低下を抑えつつ、多量の未反応ガスを燃焼触媒45で効率よく燃焼させることができる。
図8は、未反応燃料の対策として実施例2を示す燃料電池システムの全体構成図である。実施例2は、燃料電池システムとして基本的な構成要素は、図5の実施例1と同様である。実施例2は、実施例1のバイパス空気配管49及び開閉バルブ53に代えて、第1開閉バルブ57、第2開閉バルブ59及び循環ブロア61を設けている。第1開閉バルブ57、第2開閉バルブ59は燃料流量調整器を構成している。
第1開閉バルブ57は、燃料電池1と燃焼触媒45との間の排気管43に設けている。第2開閉バルブ59は、燃焼触媒45から熱交換器33を経てシステム外部に排気を排出する部分の排気管43に設けている。循環ブロア61は、燃料電池1から排出される未反応燃料を気化器35に循環させる循環配管63に設けている。循環配管63は、気化器35、改質器37、燃料電池1を接続しており、循環ブロア61と共に燃料還流機構を構成している。
出力低下運転モードで、直流電力変換器7により燃料電池1の出力が低下すると、前述したように燃料電池1からは未反応燃料が多量に排出され、燃焼触媒45で燃焼される。その際、図9に示すように、触媒温度センサ46で検知する燃焼触媒45の温度が閾値以上となったときに(ステップS101)、第1開閉バルブ57または第2開閉バルブ59の開度を絞り、これと同時に循環ブロア61による未反応ガスの循環量を増加させる(ステップS102)。
第1開閉バルブ57または第2開閉バルブ59の開度を絞ることで、燃焼触媒45に必要以上の未反応燃料が流入するのを抑え、燃焼触媒45の高温化を抑制する。これに伴い、循環ブロア61による未反応燃料の循環流量(燃料環流量)を増加させることによって、未反応燃料を再度気化器35、改質器37を経て燃料電池1に供給し、発電に利用することができる。
実施例2は、燃料電池1の出力低下運転モードにおいて、燃料電池1から排出される未反応燃料を循環ブロア61により燃料電池1に還流させている。このため、燃料電池1から未反応燃料が多量に発生しても、燃焼触媒45の温度上昇を抑えつつ、燃料を有効利用することができる。
また、実施例2は、第1開閉バルブ57または第2開閉バルブ59の開度を絞ることによって、燃焼触媒45に流れる未反応燃料の流量を減少させている。このため、燃料電池1から未反応燃料が多量に発生しても、燃焼触媒45の温度上昇をより確実に抑えつつ、燃料を有効利用することができる。
なお、第1開閉バルブ57、第2開閉バルブ59は、少なくともいずれか一方備えていればよい。しかし、燃料電池1からの未反応燃料の排出直後の位置は800℃程度の高温であることから、バルブの動作性を考慮すると、より低温である熱交換器33の下流の第2開閉バルブ59を設けたほうがよい。
図10は、未反応燃料の対策として実施例3を示す燃料電池システムの全体構成図である。実施例3は、燃料電池システムとして基本的な構成要素は、図5の実施例1と同様である。実施例3は、実施例1に対し、燃料分流調整器としての切換バルブ65、燃料吸着器67、燃料送給器としてのパージブロア69を設けている。
切換バルブ65は、燃料電池1と燃焼触媒45との間の排気管43に設けている。燃料吸着器67は、切換バルブ65と燃焼触媒45とを接続するバイパス配管71及び、起動バーナ41に接続されるパージ配管73にそれぞれ接続されている。パージブロア69は、燃料吸着器67の起動バーナ41と反対側に位置するパージ配管73に設けている。燃料吸着器67は、例えばメタン吸着器として構成され、活性炭や多孔性金属錯体から成る吸着フィルタである。
出力低下運転モードで、直流電力変換器7により燃料電池1の出力が低下すると、前述したように燃料電池1からは未反応燃料が多量に排出され、燃焼触媒45で燃焼される。このとき、図11に示すように、触媒温度センサ46で検知する燃焼触媒45の温度が閾値以上となったときに(ステップS121)、未反応燃料が燃料吸着器67に流れるように切換バルブ65を切り換える(ステップS122)。その際、未反応燃料は、燃料吸着器67に全量流してもよく、燃焼触媒45よりも燃料吸着器67に多く流すようにしてもよい。
これにより、燃料電池1から排出される未反応燃料の一部または全部が燃料吸着器67に吸着される。燃料吸着器67に吸着された燃料は、離脱してから燃焼触媒45で燃焼処理され排気される。このとき、パージブロア69は停止している。
パージブロア69は、燃料電池システムの起動時に作動し、燃料吸着器67に向けて空気を送り込む。これにより、燃料吸着器67に吸着された燃料は、送り込まれる空気によって離脱し、空気加熱器としての起動バーナ41に燃焼用として送られる。未反応燃料は、起動バーナ41で燃焼することによって起動用燃料として利用される。
実施例3は、直流電力変換器7により燃料電池1の出力を低下させる際に、切換バルブ65で調整する未反応燃料の量を、燃料吸着器67で多くなるようしている。これにより、燃焼触媒45に流入する未反応燃料が減少して燃焼触媒45の高温化を抑制できる。
また、実施例3は、パージブロア69によって、燃料吸着器67に吸着された燃料を起動バーナ41に送り込み、起動用燃料として利用するので、燃料の有効利用がなされて燃費の向上に寄与することができる。
図12は、未反応燃料の対策として実施例4を示す燃料電池システムの全体構成図である。実施例4は、燃料電池システムとして基本的な構成要素は、図5の実施例1と同様である。実施例4は、実施例3に対し、燃料吸着器67に代えて第1ポンプ75及び燃料吸着装置77を、パージブロア69に代えて燃料送給器としての第2ポンプ79を設けている。
燃料吸着装置77は、燃料吸着器67と同様な活性炭や多孔性金属錯体から成る吸着フィルタを内部に備える低圧タンクで構成されている。
出力低下運転モードで、直流電力変換器7により燃料電池1の出力が低下すると、前述したように燃料電池1からは未反応燃料が多量に排出され、燃焼触媒45で燃焼される。このとき、図13に示すように、触媒温度センサ46で検知する燃焼触媒45の温度が閾値以上となったときに(ステップS141)、未反応燃料が燃料吸着装置77に流れるように切換バルブ65を切り換える(ステップS142)。その際、未反応燃料は、燃料吸着装置77に全量流してもよく、燃焼触媒45よりも燃料吸着装置77に多く流すようにしてもよい。
燃料吸着装置77に流入した未反応燃料は、内部の吸着フィルタに吸着される。これにより、燃料電池1から排出される未反応燃料の一部または全部が燃料吸着装置77に収容保持される。燃料吸着装置77に収容保持された燃料は、燃焼触媒45で燃焼処理され排気される。このとき、第2ポンプ79は停止している。
第2ポンプ79は、燃料電池システムの起動時に作動し、燃料吸着装置77に収容保持された燃料を起動バーナ41に送り込む。未反応燃料は、起動バーナ41で燃焼することによって起動用燃料として利用される。
実施例4は、第2ポンプ79によって、燃料吸着装置77に収容保持された燃料を起動バーナ41に送り込み、起動用燃料として利用するので、燃料の有効利用がなされて燃費の向上に寄与することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの実施形態は本発明の理解を容易にするために記載された単なる例示に過ぎず、本発明は当該実施形態に限定されるものではない。本発明の技術的範囲は、上記実施形態で開示した具体的な技術事項に限らず、そこから容易に導きうる様々な変形、変更、代替技術なども含むものである。
本発明は、燃料電池の出力を制御する電力変換器と、燃料電池の電力を蓄電する蓄電池と、燃料電池の電力によって作動する負荷機器とを備える燃料電池車両の制御装置に適用される。
1 燃料電池
3 蓄電池
5 モータ(負荷機器)
7 直流電力変換器(電力変換器)
19 ブレーキ
21 補機(負荷機器)
25 車両制御器(制御器)
27 燃料ポンプ(燃料供給器)
29 ブロア(空気供給器)
41 起動バーナ(空気加熱器)
45 燃焼触媒(燃焼器)
46 触媒温度センサ(燃焼器温度検出器)
53 開閉バルブ(空気流量調整器)
55 燃料電池温度センサ(燃料電池温度検出器)
57 第1開閉バルブ(燃料流量調整器)
59 第2開閉バルブ(燃料流量調整器)
61 循環ブロア(燃料還流機構)
63 循環配管(燃料還流機構)
65 切換バルブ(燃料分流調整器)
67 燃料吸着器
69 パージブロア(燃料送給器)
77 燃料吸着装置(燃料吸着器)
79 第2ポンプ(燃料送給器)

Claims (11)

  1. 燃料電池と、
    前記燃料電池の出力を制御する電力変換器と、
    前記燃料電池の電力を蓄電する蓄電池と、
    前記燃料電池の電力によって作動する負荷機器と、
    前記蓄電池の現在の充電可能電力、前記負荷機器に現在発生している負荷機器電力及び、前記燃料電池の現在の発電可能電力を算出し、前記発電可能電力が、前記充電可能電力と前記負荷機器電力との加算値以上のときに、前記電力変換器により前記燃料電池の出力を低下させる制御器と、を備えることを特徴とする燃料電池車両の制御装置。
  2. 前記負荷機器は、車両を駆動するモータと、前記車両に搭載される補機との少なくともいずれか一方であることを特徴とする請求項1に記載の燃料電池車両の制御装置。
  3. 前記燃料電池に燃料を供給する燃料供給器を備え、
    前記制御器は、前記電力変換器により前記燃料電池の出力を低下させるに際に、前記燃料供給器による前記燃料電池に供給する燃料を減少させることを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池車両の制御装置。
  4. 前記負荷機器は、車両を駆動するモータを含み、
    前記制御器は、前記モータが回生電力を発生すると判断したときに、前記燃料供給器による燃料低減量に応じて前記回生電力の発生量を減少させることを特徴とする請求項3に記載の燃料電池車両の制御装置。
  5. 車両を制動するブレーキを備え、
    前記制御器は、前記回生電力の発生量を減少させるときに、前記ブレーキによる制動力を、前記回生電力の減少量に応じて増大させることを特徴とする請求項4に記載の燃料電池車両の制御装置。
  6. 前記燃料電池から排出される燃料を燃焼させる燃焼器と、
    前記燃料電池に空気を供給する空気供給器と、
    前記燃焼器の温度を検出する燃焼器温度検出器と、を備え、
    前記制御器は、前記電力変換器により前記燃料電池の出力を低下させる際に、前記燃焼器温度検出器が検出する前記燃焼器の温度上昇に伴って、前記空気供給器による空気供給量を増大させることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の燃料電池車両の制御装置。
  7. 前記空気供給器から前記燃焼器に流れる空気の量を調整する空気流量調整器と、
    前記燃料電池の温度を検出する燃料電池温度検出器と、を備え、
    前記制御器は、前記燃料電池温度検出器が検出する前記燃料電池の温度の低下に伴って、前記空気流量調整器による空気の供給量を、前記燃料電池で少なくなる一方前記燃焼器で多くなるよう調整することを特徴とする請求項6に記載の燃料電池車両の制御装置。
  8. 前記燃料電池から排出される燃料を前記燃料電池に還流させる燃料還流機構を備え、
    前記制御器は、前記電力変換器により前記燃料電池の出力を低下させる際に、前記燃料還流機構による前記燃料電池への燃料還流量を増大させることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項に記載の燃料電池車両の制御装置。
  9. 前記燃料電池から排出される燃料を燃焼させる燃焼器と、
    前記燃料電池から前記燃焼器へ流れる燃料の量を調整する燃料流量調整器と、を備え、
    前記制御器は、前記電力変換器により前記燃料電池の出力を低下させる際に、前記燃料流量調整器による燃料流量を減少させることを特徴とする請求項8に記載の燃料電池車両の制御装置。
  10. 前記燃料電池から排出される燃料を燃焼させる燃焼器と、
    前記燃料電池から排出される燃料を吸着する燃料吸着器と、
    前記燃料電池から排出される燃料を、前記燃焼器に流れる量と前記燃料吸着器に流れる量との間で調整する燃料分流調整器と、を備え、
    前記制御器は、前記電力変換器により前記燃料電池の出力を低下させる際に、前記燃料分流調整器で調整する燃料の量を、前記燃料吸着器で多くなるよう制御することを特徴とする請求項1ないし9のいずれか1項に記載の燃料電池車両の制御装置。
  11. 前記燃料電池に供給する空気を加熱する空気加熱器と、
    前記燃料吸着器に吸着された燃料を前記空気加熱器に燃焼用として送る燃料送給器と、を備えることを特徴とする請求項10に記載の燃料電池車両の制御装置。
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