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公開番号2021090324
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210610
出願番号2019220817
出願日20191206
発明の名称燃料電池車両の制御方法及び燃料電池車両
出願人本田技研工業株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類B60L 58/40 20190101AFI20210514BHJP(車両一般)
要約【課題】燃料ガスを貯蔵する高圧タンクのバックリングの発生を防止しつつ、燃料電池車両の急激な動力低下を抑制する燃料電池車両の制御方法及び燃料電池車両を提供する。
【解決手段】高圧タンク80内のガス圧Pが第1閾圧P1未満となったときに、蓄電装置14のSOCを余裕SOCmまで増加させ、前記ガス圧Pが前記第1閾圧P1より小さい第2閾圧P2となったときに、前記高圧タンク80から放出される燃料量を制限してバックリングの発生を防止し、且つ前記モータ24による走行駆動力を必要限度に制限する。制限する際、前記蓄電装置14の電力により前記モータ24による走行駆動力が前記必要限度の走行駆動力となるようアシストする。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項1】
燃料ガスを貯蔵する高圧タンクと、前記燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、充放電可能な蓄電装置と、前記燃料電池の電力及び前記蓄電装置の電力の少なくとも一方により走行駆動力を生成するモータと、を搭載した燃料電池車両の制御方法であって、
前記高圧タンク内のガス圧を測定するガス圧測定工程と、
前記ガス圧が満充填圧から出力制限開始閾圧までの間では、主に前記燃料電池の電力により前記モータによる走行駆動力を制限しないで走行させる非制限走行工程と、
前記ガス圧が前記出力制限開始閾圧となったときに、前記高圧タンクから放出される燃料量を制限するとともに、前記モータによる走行駆動力を必要限度に制限して走行させる制限走行工程と、を備え、
前記制限走行工程では、前記モータによる走行駆動力が、前記必要限度の走行駆動力となるように前記蓄電装置の電力によりアシストする
燃料電池車両の制御方法。
続きを表示(約 2,400 文字)【請求項2】
請求項1に記載の燃料電池車両の制御方法において、
前記制限走行工程で、前記ガス圧が前記出力制限開始閾圧未満のタンクガス欠圧となったときに、前記高圧タンクからのガスの放出を遮断し、前記蓄電装置の電力のみにより前記モータによる走行駆動力を生成するガス遮断走行工程を、さらに備える
燃料電池車両の制御方法。
【請求項3】
燃料ガスを貯蔵する高圧タンクと、前記燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、充放電可能な蓄電装置と、前記燃料電池の電力及び前記蓄電装置の電力の少なくとも一方により走行駆動力を生成するモータと、を搭載した燃料電池車両の制御方法であって、
前記高圧タンク内のガス圧を測定するガス圧測定工程と、
前記ガス圧が満充填圧から第1閾圧までの間では、主に前記燃料電池の電力により前記モータによる走行駆動力を制限しないで走行させる非制限走行工程と、
前記ガス圧が前記第1閾圧を下回ると、前記燃料電池の発電量の一部を前記蓄電装置に余分に充電して前記蓄電装置のSOCを余裕SOCまで増加させるSOC増加走行工程と、
前記ガス圧が前記第1閾圧より小さい第2閾圧となったときに、前記高圧タンクから放出される燃料量を制限するとともに、前記モータによる走行駆動力を必要限度に制限して走行させる制限走行工程と、を備え、
前記制限走行工程では、前記モータによる走行駆動力が、前記必要限度の走行駆動力となるように前記蓄電装置の電力によりアシストする
燃料電池車両の制御方法。
【請求項4】
請求項3に記載の燃料電池車両の制御方法において、
前記非制限走行工程では、
前記蓄電装置のSOCが、前記余裕SOC以下であって、且つ前記モータの回生電力を全て取り込める略一定値の必要SOCになるように充放電制御する
燃料電池車両の制御方法。
【請求項5】
請求項3又は4に記載の燃料電池車両の制御方法において、
前記制限走行工程で、前記ガス圧が前記第2閾圧未満の第3閾圧となったときに、前記高圧タンクからのガスの放出を遮断し、前記蓄電装置の電力のみにより前記モータによる走行駆動力を生成するガス遮断走行工程を、さらに備える
燃料電池車両の制御方法。
【請求項6】
請求項3〜5のいずれか1項に記載の燃料電池車両の制御方法において、
前記SOC増加走行工程は、前記制限走行工程が開始する前に完了させる
燃料電池車両の制御方法。
【請求項7】
燃料ガスを貯蔵する高圧タンクと、前記燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、充放電可能な蓄電装置と、前記燃料電池の電力及び前記蓄電装置の電力の少なくとも一方により走行駆動力を生成するモータと、前記高圧タンク内のガス温を測定する温度測定部と、前記高圧タンク内のガス圧を測定するガス圧測定部と、を搭載した燃料電池車両の制御方法であって、
前記高圧タンク内のガス温を測定する温度測定部の異常の有無を検出する温度測定部監視工程と、
前記温度測定部に異常が有る場合、前記高圧タンクから放出される燃料量を制限するとともに、前記モータによる走行駆動力を必要限度に制限して走行させる制限走行工程と、を備え、
前記制限走行工程では、前記モータによる走行駆動力が前記必要限度の走行駆動力となるように前記蓄電装置の電力によりアシストする
燃料電池車両の制御方法。
【請求項8】
燃料ガスを貯蔵する高圧タンクと、前記燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、充放電可能な蓄電装置と、前記燃料電池の電力及び前記蓄電装置の電力の少なくとも一方により走行駆動力を生成するモータと、を搭載した燃料電池車両の制御方法であって、
前記高圧タンク内のガス温及びガス圧を測定するガス温・ガス圧測定工程と、
前記ガス温が第1閾温度を下回ると、前記燃料電池の発電量の一部を蓄電装置に充電して前記蓄電装置のSOCを余裕SOCまで増加させるSOC増加走行工程と、
前記ガス温が前記第1閾温度より低い第2閾温度に低下するまで、主に前記燃料電池の電力により前記モータによる走行駆動力を制限しないで走行させる非制限走行工程と、
前記ガス温が第2閾温度となったとき、前記高圧タンクから放出される燃料量を制限するとともに、前記モータによる走行駆動力を必要限度に制限して走行させる制限走行工程と、を備え、
前記制限走行工程では、前記モータによる走行駆動力が、前記必要限度の走行駆動力となるように前記蓄電装置の電力によりアシストする
燃料電池車両の制御方法。
【請求項9】
燃料ガスを貯蔵する高圧タンクと、前記燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、充放電可能な蓄電装置と、前記燃料電池の電力及び前記蓄電装置の電力の少なくとも一方により走行駆動力を生成するモータと、制御装置と、を搭載した燃料電池車両であって、
前記高圧タンク内のガス圧を測定するガス圧測定部と、
前記ガス圧が満充填圧から出力制限開始閾圧までの間では、主に前記燃料電池の電力により前記モータによる走行駆動力を制限しないで走行させる非制限走行制御部と、
前記ガス圧が前記出力制限開始閾圧となったときに、前記高圧タンクから放出される燃料量を制限するとともに、前記モータによる走行駆動力を必要限度に制限して走行させる制限走行制御部と、を備え、
前記制限走行制御部は、前記モータによる走行駆動力が、前記必要限度の走行駆動力となるように前記蓄電装置の電力によりアシストする
燃料電池車両。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
この発明は、燃料ガス(水素)を貯蔵する高圧タンク(水素タンク)と、前記燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、充放電可能な蓄電装置と、前記燃料電池の電力及び前記蓄電装置の電力の少なくとも一方により走行駆動力を生成するモータと、を搭載した燃料電池車両の制御方法及び燃料電池車両に関する。
続きを表示(約 5,400 文字)【背景技術】
【0002】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の一方の面にアノード電極が、他方の面にカソード電極が、それぞれ配設された電解質膜・電極構造体(MEA)を備えている。電解質膜・電極構造体は、セパレータによって挟持されることにより、発電セルが構成されている。通常、所定の数の発電セルが積層されることにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池車両(燃料電池電気自動車等)に組み込まれている。
【0003】
特許文献1には、水素を収容した高圧タンクを搭載した燃料電池自動車において、ドライバの急加速要求があるときに、バッテリからの供給電力を増加することでエアコンプレッサへの供給電力を増加し、燃料電池自動車の動力性能の低下を抑制する制御方法が開示されている(特許文献1の[0028]、[0075])。
【0004】
特許文献2には、高圧タンクが開示され、この高圧タンクは、樹脂ライナーの周囲を繊維強化樹脂層(CFRP層)によって覆ったタンク本体を有し、このタンク本体にバルブが接続可能な口金部材が取り付けられ、前記タンク本体と前記口金部材とがシールされて形成されると開示されている(特許文献2の[0002])。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
特開2011−211770号公報
特開2009−174700号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
樹脂ライナーを備えるガスタンクに、高圧の燃料ガスが封入されると、当該燃料ガスが樹脂ライナーを透過し、樹脂ライナーとCFRP層との間の空間に透過燃料ガスが滞留される(特許文献2の[0004])。
【0007】
樹脂ライナーとCFRP層との間の空間に透過燃料ガスが滞留(貯留)されている状態からタンク内圧が減圧状態とされ、透過燃料ガス圧が前記タンク内圧より高い状態になると、樹脂ライナーが内側に変形する、いわゆるバックリングの発生が懸念される(特許文献2の[0005])。
【0008】
この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、高圧タンクの樹脂ライナーの変形(バックリングの発生)を防止しつつ、燃料電池車両の急激な動力低下を抑制することを可能とする燃料電池車両の制御方法及び燃料電池車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
この発明の一態様は、燃料ガスを貯蔵する高圧タンクと、前記燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、充放電可能な蓄電装置と、前記燃料電池の電力及び前記蓄電装置の電力の少なくとも一方により走行駆動力を生成するモータと、を搭載した燃料電池車両の制御方法であって、前記高圧タンク内のガス圧を測定するガス圧測定工程と、前記ガス圧が満充填圧から出力制限開始閾圧までの間では、主に前記燃料電池の電力により前記モータによる走行駆動力を制限しないで走行させる非制限走行工程と、前記ガス圧が前記出力制限開始閾圧となったときに、前記高圧タンクから放出される燃料量を制限するとともに、前記モータによる走行駆動力を必要限度に制限して走行させる制限走行工程と、を備え、前記制限走行工程では、前記モータによる走行駆動力が、前記必要限度の走行駆動力となるように前記蓄電装置の電力によりアシストする。
【0010】
この発明の他の態様は、燃料ガスを貯蔵する高圧タンクと、前記燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、充放電可能な蓄電装置と、前記燃料電池の電力及び前記蓄電装置の電力の少なくとも一方により走行駆動力を生成するモータと、を搭載した燃料電池車両の制御方法であって、前記高圧タンク内のガス圧を測定するガス圧測定工程と、前記ガス圧が満充填圧から第1閾圧までの間では、主に前記燃料電池の電力により前記モータによる走行駆動力を制限しないで走行させる非制限走行工程と、前記ガス圧が前記第1閾圧を下回ると、前記燃料電池の発電量の一部を前記蓄電装置に余分に充電して前記蓄電装置のSOCを余裕SOCまで増加させるSOC増加走行工程と、前記ガス圧が前記第1閾圧より小さい第2閾圧となったときに、前記高圧タンクから放出される燃料量を制限するとともに、前記モータによる走行駆動力を必要限度に制限して走行させる制限走行工程と、を備え、前記制限走行工程では、前記モータによる走行駆動力が、前記必要限度の走行駆動力となるように前記蓄電装置の電力によりアシストする。
【0011】
この発明のさらに他の態様は、燃料ガスを貯蔵する高圧タンクと、前記燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、充放電可能な蓄電装置と、前記燃料電池の電力及び前記蓄電装置の電力の少なくとも一方により走行駆動力を生成するモータと、前記高圧タンク内のガス温を測定する温度測定部と、前記高圧タンク内のガス圧を測定するガス圧測定部と、を搭載した燃料電池車両の制御方法であって、前記高圧タンク内のガス温を測定する温度測定部の異常の有無を検出する温度測定部監視工程と、前記温度測定部に異常が有る場合、前記高圧タンクから放出される燃料量を制限するとともに、前記モータによる走行駆動力を必要限度に制限して走行させる制限走行工程と、を備え、前記制限走行工程では、前記モータによる走行駆動力が前記必要限度の走行駆動力となるように前記蓄電装置の電力によりアシストする。
【0012】
この発明のさらに他の態様は、燃料ガスを貯蔵する高圧タンクと、前記燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、充放電可能な蓄電装置と、前記燃料電池の電力及び前記蓄電装置の電力の少なくとも一方により走行駆動力を生成するモータと、を搭載した燃料電池車両の制御方法であって、前記高圧タンク内のガス温及びガス圧を測定するガス温・ガス圧測定工程と、前記ガス温が第1閾温度を下回ると、前記燃料電池の発電量の一部を蓄電装置に充電して前記蓄電装置のSOCを余裕SOCまで増加させるSOC増加走行工程と、前記ガス温が前記第1閾温度より低い第2閾温度に低下するまで、主に前記燃料電池の電力により前記モータによる走行駆動力を制限しないで走行させる非制限走行工程と、前記ガス温が第2閾温度となったとき、前記高圧タンクから放出される燃料量を制限するとともに、前記モータによる走行駆動力を必要限度に制限して走行させる制限走行工程と、を備え、前記制限走行工程では、前記モータによる走行駆動力が、前記必要限度の走行駆動力となるように前記蓄電装置の電力によりアシストする。
【0013】
この発明のさらに他の態様は、燃料ガスを貯蔵する高圧タンクと、前記燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、充放電可能な蓄電装置と、前記燃料電池の電力及び前記蓄電装置の電力の少なくとも一方により走行駆動力を生成するモータと、制御装置と、を搭載した燃料電池車両であって、前記高圧タンク内のガス圧を測定するガス圧測定部と、前記ガス圧が満充填圧から出力制限開始閾圧までの間では、主に前記燃料電池の電力により前記モータによる走行駆動力を制限しないで走行させる非制限走行制御部と、前記ガス圧が前記出力制限開始閾圧となったときに、前記高圧タンクから放出される燃料量を制限するとともに、前記モータによる走行駆動力を必要限度に制限して走行させる制限走行制御部と、を備え、前記制限走行制御部は、前記モータによる走行駆動力が、前記必要限度の走行駆動力となるように前記蓄電装置の電力によりアシストする。
【発明の効果】
【0014】
この発明によれば、燃料ガスを貯蔵する高圧タンクの樹脂ライナーの変形(バックリングの発生)を防止しつつ、燃料電池車両の急激な動力低下を抑制することができる。
【0015】
そして、高圧タンクからの水素供給量を制限する状況が発生したときに、車両商品性の維持に不足する電力を蓄電装置からアシストして供給するので、必要最低限度の商品性を確保することができる。
【0016】
また、高圧タンクが低圧になった場合は、低圧時水素供給量制限の発動に備えて、事前に余分に発電して蓄電装置に充電する制御を実施した場合には、高圧タンクの低圧出力制限開始時点において、所定の電力量を蓄積することができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
図1は、実施形態に係る燃料電池車両の制御方法を実施する実施形態に係る燃料電池車両の構成の一例を示す図である。
図2は、図1に示す燃料電池車両の制御方法及び燃料電池車両の動作説明図である。
図3は、実施形態の動作説明に供されるフローチャートである。
図4は、実施形態の動作説明に供されるタイミングチャートである。
図5は、第1変形例に係る燃料電池車両の制御方法の説明に供されるフローチャートである。
図6A及び図6Bは、第2変形例が解決しようとする課題の説明図である。
図7は、第2変形例に係る燃料電池車両の動作説明に供されるタイムチャートである。
図8は、第3変形例に係る燃料電池車両の構成例を示す図である。
図9は、第4変形例に係る燃料電池車両の制御方法の説明に供されるフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0018】
この発明に係る燃料電池車両の制御方法及び燃料電池車両について実施形態を挙げ、添付の図面を参照して以下に詳細に説明する。
【0019】
[構成]
図1は、実施形態に係る燃料電池車両の制御方法を実施する実施形態に係る燃料電池車両(自車)10の構成例を示す模式的ブロック図である。
【0020】
図1に示すように、燃料電池車両10は、例えば、燃料電池電気自動車である。
【0021】
燃料電池車両10は、燃料電池システム12の他、数百ボルト程度の高電圧Vhを発生する高圧バッテリ(蓄電装置)14、昇圧コンバータ(FCVCU:燃料電池電圧制御ユニット)18、インバータ(回転電機の駆動装置)20、モータ(車両駆動用の回転電機)24、昇降圧(両方向)コンバータ(BATVCU:バッテリ電圧制御ユニット)26、制御装置(ECU)30及びアクセルペダル(加速装置)32を備える。
【0022】
前記制御装置30は、ECU(電子制御ユニット)により構成され、CPUがメモリに記憶されたプログラムを実行することで各種機能制御部等として動作し、燃料電池システム12を含む燃料電池車両10の各構成要素を図示しない制御線(無線も含む。)を通じて統括制御する。
【0023】
この実施形態において、制御装置30は、非制限走行制御部30a、SOC増加制御部30b、制限走行制御部30c及び温度計監視部30d等として機能する。
【0024】
燃料電池システム12は、燃料電池スタック(燃料電池)34、酸化剤ガス供給装置36及び燃料ガス供給装置38を備える。
【0025】
酸化剤ガス供給装置36は、燃料電池スタック34に酸化剤ガス(空気)を供給し、燃料ガス供給装置38は、前記燃料電池スタック34に燃料ガス(水素)を供給する。
【0026】
燃料電池スタック34は、複数の発電セル40が積層される。発電セル40は、電解質膜・電極構造体44と、前記電解質膜・電極構造体44を挟持するセパレータ45、46とを備える。
【0027】
電解質膜・電極構造体44は、例えば、水分を含んだパーフルオロスルホン酸の薄膜である固体高分子電解質膜41と、前記固体高分子電解質膜41を挟持するカソード電極42及びアノード電極43とを備える。
【0028】
カソード電極42及びアノード電極43は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層(図示せず)を有する。白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子は、ガス拡散層の表面に一様に塗布されることにより、電極触媒層(図示せず)が形成される。電極触媒層は、固体高分子電解質膜41の両面に形成される。
【0029】
一方のセパレータ45の電解質膜・電極構造体44に向かう面には酸化剤ガス入口連通口58aと酸化剤ガス出口連通口58bとを連通するカソード流路(酸化剤ガス流路)47が形成される。
【0030】
他方のセパレータ46の電解質膜・電極構造体44に向かう面には、燃料ガス入口連通口56aと燃料ガス出口連通口56bとを連通するアノード流路(燃料ガス流路)48が形成される。
(【0031】以降は省略されています)

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