(57)【要約】【課題】気液分離部内の液体の状態を良好に推定する燃料電池車両及び液体状態推定方法を提供する。【解決手段】燃料電池車両１０は、水素ガスと生成水を分離し、分離した生成水を排出する気液分離部６２を有する燃料電池システム１２を搭載している。燃料電池車両１０は、加速度に関わる情報を検出する加速度センサ８０と、加速度に関わる情報に基づき気液分離部６２からの液体の排出状態を推定する制御部２２とを有する。制御部２２は、気液分離部６２内の液体にかかる加速度により、気液分離部６２から液体が排出される、又は排出されずに残液となることを推定することができる。【選択図】図６
2020184482.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体と液体を分離し、分離した前記液体を排出する気液分離部を有する燃料電池システムを搭載した燃料電池車両であって、
当該燃料電池車両の加速度に関わる情報を検出する加速度検出部と、
前記加速度に関わる情報に基づき前記気液分離部からの前記液体の排出状態を推定する制御部とを有する
燃料電池車両。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池車両において、
前記制御部は、前記加速度に関わる情報に基づき、前記液体にかかる加速度の合力を算出し、算出した前記加速度の合力に基づき前記気液分離部から前記液体が排出される排出領域にあるか、前記気液分離部から前記液体が排出されない残液領域にあるかを判定する
燃料電池車両。
【請求項３】
請求項１又は２記載の燃料電池車両において、
前記気液分離部に接続され、開状態で前記液体を排出させる一方で、閉状態で前記液体の排出を遮断するパージ弁を備え、
前記制御部は、前記加速度に関わる情報に基づき前記気液分離部に残る残液の有無を判定し、前記残液がある場合に前記パージ弁を開状態とし、前記残液がない場合に前記パージ弁を閉状態とする
燃料電池車両。
【請求項４】
請求項３記載の燃料電池車両において、
前記制御部は、前記残液がある場合に残液が生じる残液時間を計測し、
且つ計測した前記残液時間に基づき前記パージ弁の開閉を切り替える
燃料電池車両。
【請求項５】
請求項４記載の燃料電池車両において、
前記制御部は、前記パージ弁が開状態になることに伴い開時間を計測し、
前記開時間に対する前記残液時間の割合が所定の比率閾値以上の場合に前記パージ弁を開状態とし、前記比率閾値以下の場合に前記パージ弁を閉状態とする
燃料電池車両。
【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において、
前記制御部は、前記残液がある場合に前記液体にかかる加速度の合力を算出し、算出した前記加速度の合力に基づき前記パージ弁の開閉を切り替える
燃料電池車両。
【請求項７】
気体と液体を分離し、分離した前記液体を排出する気液分離部を有する燃料電池システムを搭載した燃料電池車両の液体状態推定方法であって、
前記燃料電池車両に設けられた加速度検出部から加速度に関わる情報を制御部が取得する取得工程と、
前記制御部により、前記加速度に関わる情報に基づき前記気液分離部からの前記液体の排出状態を推定する推定工程とを有する
液体状態推定方法。
【請求項８】
請求項７記載の液体状態推定方法において、
前記気液分離部に接続され、開状態で前記液体を排出させる一方で、閉状態で前記液体の排出を遮断するパージ弁を備え、
前記推定工程において、前記制御部により前記気液分離部の残液の有無を判定し、
前記残液がある場合に前記パージ弁を開状態とすることで前記残液を排出する排出工程を実施し、前記残液がない又は少ない場合に前記パージ弁を閉状態とすることで前記排出工程を実施しない
液体状態推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムを搭載した燃料電池車両と、燃料電池システムの気液分離部の液体の排出状態を推定する液体状態推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池車両（燃料電池自動車）は、燃料電池システムの反応ガスに含まれる液体（生成水）を反応ガスから分離する気液分離装置を備える。例えば、特許文献１に開示の気液分離装置は、ケースの下側に液体を貯留すると共に、ケースの下部に設けられた連通路の開口から液体を排出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２３１０７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、燃料電池車両は、走行中等に種々の姿勢になると共に、走行状況に応じて様々な方向から加速度がかかる。そのため、気液分離部内に貯留される液体は、パージ弁が開状態となったとしても、車両の姿勢や加速度の影響を受けることで、開口から離れた位置に移動して排出されないことがある。このことから気液分離部は、一般的に、次の排液タイミングまで残液を貯留するように構成されており、装置の大型化の原因となっていた。
【０００５】
また、気液分離部の液体を水位センサによって検知し、残液がある場合にパージ弁を改めて開放して排液を行うことも考えられる。しかしながら、水位センサにより残液を精度よく検出するには気液分離部の複数箇所に水位センサを設置する必要があり、設計自由度が低下する、充分な小型化がなされない、製造コストの上昇を招く等の不都合が生じる。
【０００６】
本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであり、気液分離部内の液体の状態を良好に推定し、これにより適切な対処をとることを可能とする燃料電池車両及び液体状態推定方法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】
【０００７】
前記の目的を達成するために、本発明の第１の態様は、気体と液体を分離し、分離した前記液体を排出する気液分離部を有する燃料電池システムを搭載した燃料電池車両であって、当該燃料電池車両の加速度に関わる情報を検出する加速度検出部と、前記加速度に関わる情報に基づき前記気液分離部からの前記液体の排出状態を推定する制御部とを有する。
【０００８】
また前記の目的を達成するために、本発明の第２の態様は、気体と液体を分離し、分離した前記液体を排出する気液分離部を有する燃料電池システムを搭載した燃料電池車両の液体状態推定方法であって、前記燃料電池車両に設けられた加速度検出部から加速度に関わる情報を制御部が取得する取得工程と、前記制御部により、前記加速度に関わる情報に基づき前記気液分離部からの前記液体の排出状態を推定する推定工程とを有する。
【発明の効果】
【０００９】
上記の燃料電池車両及び液体状態推定方法は、加速度に関わる情報を用いることで、気液分離部内の液体にかかる加速度が分かるため、気液分離部から液体が排出される、又は排出されずに残液となることを良好に推定することができる。従って、気液分離部に残液が生じた場合には、この残液を排出する等の適切な対処をとることが可能となる。これにより、燃料電池車両は、気液分離部の液体を貯留する部分の容積を小さくすることができ、気液分離部の小型化が図れると共に、水位センサ等を複数設置せずに済み、製造コストを抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池車両を概略的に示すブロック図である。
【図２】図２Ａは、気液分離部の水平姿勢時の状態を概略的に示す斜視図である。図２Ｂは、気液分離部の傾斜姿勢時の状態を概略的に示す斜視図である。
【図３】図３Ａは、燃料電池車両の走行時に生成水が後方に移動する例及び荷重モデルを示す説明図である。図３Ｂは、燃料電池車両の走行時に生成水が前方に移動する例及び荷重モデルを示す説明図である。
【図４】図４Ａは、燃料電池車両の走行時に生成水が右方に移動する例及び荷重モデルを示す説明図である。図４Ｂは、燃料電池車両の走行時に生成水が左方に移動する例及び荷重モデルを示す説明図である。
【図５】液体状態推定方法を実施する制御部の機能を示すブロック図である。
【図６】本実施形態に係る液体状態推定方法の処理を示すフローチャートである。
【図７】図７Ａは、図６の推定工程処理を示すフローチャートである。図７Ｂは、図６の排出工程処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
本発明の一実施形態に係る燃料電池車両１０（燃料電池自動車：以下、単に車両１０という）は、図１に示すように、燃料電池システム１２の発電に基づきモータ等の動力源を回転駆動させることで走行する。車両１０に搭載される燃料電池システム１２は、燃料電池スタック１４、反応ガス系装置１５（アノード系装置１６、カソード系装置１８）、冷却装置２０及び制御部２２（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を備える。
【００１３】
燃料電池スタック１４は、アノード系装置１６から供給されるアノードガス（水素ガス等の燃料ガス）と、カソード系装置１８から供給されるカソードガス（エア等の酸化剤ガス）との電気化学反応により発電する複数の発電セル２４を有する。複数の発電セル２４は、電極面を立位姿勢にして車両１０の車幅方向に沿って積層されている。なお、複数の発電セル２４は、車両１０の前後方向や重力方向に積層されていてもよい。
【００１４】
発電セル２４は、電解質膜・電極構造体２６（以下、「ＭＥＡ２６」という）と、ＭＥＡ２６を挟持する２つのセパレータ２８とで構成される。ＭＥＡ２６は、電解質膜３０（例えば、固体高分子電解質膜（陽イオン交換膜））と、電解質膜３０の一方の面に設けられたアノード電極３２と、電解質膜３０の他方の面に設けられたカソード電極３４とを有する。２つのセパレータ２８のうち一方は、アノード電極３２と対向し合う面にアノードガスを流動させるアノード流路３６を形成する。２つのセパレータ２８のうち他方は、カソード電極３４と対向し合う面にカソードガスを流動させるカソード流路３８を形成する。また、２つのセパレータ２８同士が対向し合う面は、冷媒を流動させる冷媒流路４０を形成する。
【００１５】
さらに、燃料電池スタック１４は、アノードガス、カソードガス及び冷媒を発電セル２４の積層方向に沿って流動させ、アノード流路３６、カソード流路３８及び冷媒流路４０に流通させる複数の連通孔（不図示）を備える。各連通孔は、燃料電池スタック１４に接続されるアノード系装置１６、カソード系装置１８及び冷却装置２０の配管に連通している。
【００１６】
カソード系装置１８は、配管として、燃料電池スタック１４にカソードガスを供給するカソード供給管４２と、燃料電池スタック１４で発電に使用されたカソードオフガスを排出するカソード排出管４４とを有する。また冷却装置２０は、配管として、燃料電池スタック１４に冷媒を供給する冷媒供給管４６と、燃料電池スタック１４から冷媒を排出する冷媒排出管４８とを有する。
【００１７】
アノード系装置１６は、配管として、燃料電池スタック１４にアノードガスを供給するアノード供給管５０と、燃料電池スタック１４で発電に使用されたアノードオフガスを排出するアノード排出管５２とを有する。また、アノード供給管５０とアノード排出管５２の間には、アノード排出管５２のアノードオフガスに含まれる水素ガス（アノードガス）をアノード供給管５０に戻すためのバイパス管５４が接続されている。
【００１８】
アノード系装置１６は、燃料電池スタック１４にアノードガスを供給するための補機として、アノード供給管５０の上流から下流に向かって順に、タンク５６、インジェクタ５８、エジェクタ６０を備える。タンク５６は、アノード供給管５０の一端に接続され、貯留しているアノードガス（高圧水素ガス）をアノード供給管５０に供給する。インジェクタ５８は、アノード供給管５０において上流側のアノードガスを所定の噴出圧で下流側に噴出する。エジェクタ６０は、インジェクタ５８から噴出したアノードガスの流動に基づき、バイパス管５４からアノードガスを吸引しつつ下流側の燃料電池スタック１４にアノードガスを供給する。
【００１９】
さらに、アノード系装置１６は、燃料電池スタック１４からアノードオフガスを排出するための補機として、圧力センサ６１及び気液分離部６２をアノード排出管５２に備える。またアノード系装置１６は、気液分離部６２に対して、バイパス管５４を接続すると共にパージ弁６４を介して排水管６６を接続している。排水管６６（パージ弁６４の下流側）には圧力センサ６７が設けられている。
【００２０】
この気液分離部６２は、例えば、燃料電池スタック１４の車幅方向一端（発電セル２４の積層方向一端）に設置される。なお、本実施形態に係る気液分離部６２は、アノード系装置１６の他の箇所やカソード系装置１８（反応ガス系装置１５）に適用されてもよい。
【００２１】
図２Ａに示すように、気液分離部６２は、内部空間６８ａを有するケース６８（構造体）を備える。気液分離部６２は、内部空間６８ａにおいてアノードオフガス（流体）に含まれる発電に使用されていない未反応の水素ガス（気体）と、燃料電池スタック１４の発電で生じた生成水（液体）とを分離する。ケース６８は、アノードオフガスの流動中に水素ガスと生成水を分離する適宜の分離構造を内部空間６８ａに備えていてもよい。
【００２２】
ケース６８は、例えば、略直方形状に形成され、アノード排出管５２が側面に接続されると共に、バイパス管５４が上面に接続される。また、ケース６８の下部側は、重力方向下側に向かって先細りとなる錐形状に形成されている。一例として、ケース６８の下部側は、開口７０を有する平坦面７２と、平坦面７２に向かって下側に傾斜する四方のテーパ面７４とを有し、平坦面７２にパージ弁６４が取り付けられている。なお、ケース６８の形状は、特に限定されず、種々の形状を適用し得る。
【００２３】
以上の気液分離部６２は、アノードオフガスから分離した生成水をケース６８の下部側の空間（平坦面７２とテーパ面７４とで構成される貯水空間７６）に一時的に溜める。そして、パージ弁６４が閉状態の場合に、生成水を蓄積していく一方で、パージ弁６４が開状態の場合に、開口７０を介して排水管６６に生成水を流出させる。
【００２４】
ここで、内部空間６８ａに貯留される生成水は、車両１０の状態に応じてケース６８内における位置（液溜箇所）が移動する。例えば、車両１０が上り坂を前進（登坂）等している場合に、気液分離部６２は、水平姿勢（図２Ａ参照）に対して、図２Ｂに示すように上部が後方で下部が前方となる姿勢に変化する（傾斜する）。これにより、生成水の位置も、気液分離部６２の水平姿勢に比べてケース６８内の後方に移動する。
【００２５】
そして、気液分離部６２の姿勢変化が大きい場合には、開口７０から離れた位置に生成水が移動することになる。従って、パージ弁６４が開状態となっていても、開口７０から生成水が排出されずにケース６８内で残液（残留した生成水）となる。なお、気液分離部６２内での残液の発生は、車両１０の登坂に限らない。以下、残液が発生する状況について幾つか説明していく。
【００２６】
図３Ａに示すように、ケース６８内の後方に生成水が移動する状況としては、上記した登坂の他に、車両１０の前進方向に加速を行うことも含まれる。すなわち、車両１０が前進方向に加速すると、搭載物や搭乗者は後方に向かう荷重（加速度）を受ける。ケース６８内の生成水も、後方に向かう荷重を受けることで後方に移動し、加速度が大きい場合には生成水が開口７０から離れることになる。なお、車両１０が下り坂を後進する、車両１０の後進時に減速する等の状況でも生成水の位置が後方に移動することは勿論である。
【００２７】
登坂や前進方向に加速した時におけるケース６８内の生成水の位置を、荷重モデルとして図３Ａ中の２次元座標（水平面の座標）で表すと、荷重（加速度）を受けることで、生成水が中央よりも後側に移動する状態と言える。なお、荷重モデルにおいて前後軸と左右軸が交差する中心点には、開口７０が存在する。この荷重モデルは、ケース６８の形状に関わらず、ケース６８の姿勢変化や加速度を受けた際に生成水にかかる荷重に基づき、中心点からの生成水の相対移動を模式的に表したものである。つまり、荷重モデルにおける生成水にかかる荷重の大きさ及び方向は、ケース６８内での生成水の位置と略一致している。
【００２８】
また、荷重モデルにおいて、ケース６８の姿勢変化や加速度を受けた際に生成水にかかる荷重により、生成水の位置が移動しても開口７０から排出できる範囲を排出領域７７と言う。逆に、荷重モデルにおいて、ケース６８の姿勢変化や加速度を受けた際に生成水にかかる荷重により、生成水の位置が移動して開口７０から排出できずに残液となる範囲を残液領域７８と言う。
【００２９】
排出領域７７と残液領域７８の境界７９は、図示例では楕円で記載しているが、開口７０を含むケース６８の形状、設置位置、設置姿勢等によって適宜の形状となる。しかしながら、この境界７９は、ケース６８がどの程度傾くと開口７０から液体が排出されなくなるか、又はケース６８の液体がどの程度の加速度を受けると開口７０から液体が排出されなくなるかを、予め実験等を行うことで把握することが可能である。従って、制御部２２は、境界７９に関わる情報を保有して、この境界７９に関わる情報と生成水にかかる荷重（加速度）とを比較することで、生成水の位置が排出領域７７及び残液領域７８のいずれにあるのかを推定することができる。
【００３０】
また、ケース６８内の生成水の位置が前方に移動する状況について、図３Ｂを参照して説明する。生成水の位置が前方に移動する状況とは、車両１０の前進時にブレーキをかける等により減速する（マイナスの加速度がかかる）、車両１０が下り坂を前進（降坂）している等の状況があげられる。生成水が前方に移動した際も、ケース６８の姿勢変化や加速度を受けた際に生成水にかかる荷重が排出領域７７にあればケース６８から排出されるが、荷重が残液領域７８にあればケース６８内で残液となる（図示例の荷重モデル参照）。なお、車両１０が上り坂を後進する、車両１０の後進時に加速する等の状況でも生成水の位置が前方に移動することは勿論である。
【００３１】
また、ケース６８内の生成水は、図４Ａに示すように、右方に移動する場合もある。生成水が右方に移動する状況とは、車両１０が左側（反時計回り）に旋回して横荷重（遠心力）を受ける、右側が低いカントの道路等を車両１０が走行する等の状況があげられる。生成水が右方に移動した際も、ケース６８の姿勢変化や加速度を受けた際に生成水にかかる荷重が排出領域７７にあればケース６８から排出されるが、荷重が残液領域７８にあればケース６８内で残液となる（図示例の荷重モデル参照）。
【００３２】
或いは、ケース６８内の生成水は、図４Ｂに示すように、左方に移動する場合もある。生成水が左方に移動する状況とは、車両１０が右側（時計回り）に旋回して横荷重（遠心力）を受ける、左側が低いカントの道路等を車両１０が走行する等の状況があげられる。生成水が左方に移動した際も、ケース６８の姿勢変化や加速度を受けた際に生成水にかかる荷重が排出領域７７にあればケース６８から排出されるが、荷重が残液領域７８にあればケース６８内で残液となる（図示例の荷重モデル参照）。
【００３３】
図１に戻り、車両１０に設けられる制御部２２は、上記の気液分離部６２の液体状態（生成水の排出、残液の有無）を推定し、また適宜の処理を行うように構成されている。この制御部２２は、図示しないプロセッサ、メモリ、入出力インタフェースを有するコンピュータに構成されている。制御部２２は、残液監視の専用ＥＣＵとして設けられてもよく、燃料電池システム１２の制御を行う制御装置、車両１０の走行を制御する制御装置等に設けられてもよい。
【００３４】
制御部２２は、上記の圧力センサ６１、６７や車両１０に予め設けられた加速度センサ８０に通信可能に接続され、圧力センサ６１、６７や加速度センサ８０から受信した検出信号を用いて処理を行う。加速度センサ８０は、車両１０の三軸方向（前後軸、左右軸、上下軸）の加速度を各々検出し、各軸の検出結果（加速度に関わる情報）を検出信号として制御部２２に送信する。この種の加速度センサ８０は、車両１０に従来適用されているものを利用してよく、例えば、車両１０に設けられる挙動安定化装置（不図示）の検出器を適用してよい。なお、制御部２２は、加速度センサ８０から加速度情報を取得することに限定されず、他の検出手段で検出したパラメータから加速度を求めてもよい。
【００３５】
制御部２２は、メモリに記憶されたプログラムを、プロセッサが読み出して処理することで、気液分離部６２の液体状態を推定する。具体的には、図５に示すように制御部２２の内部には、生成水量推定部８２、パージ弁駆動制御部８４、排水監視部８６、残液推定部８８及び残液処理部９０が機能ブロックとして構築される。
【００３６】
生成水量推定部８２は、燃料電池スタック１４の発電時にアノード系装置１６に生じる生成水の量（生成水量）に基づき生成水の排出又は排出停止を判定する。例えば、生成水量推定部８２は、燃料電池システム１２の状態量（アノード系装置１６のアノードガスの供給量、燃料電池スタック１４の発電量等）を取得し、取得した状態量を所定の算出式に当てはめることで生成水量を算出する。
【００３７】
また、生成水量推定部８２は、算出した生成水量に基づき気液分離部６２の生成水を排出するか否かを判定する。生成水量推定部８２は、貯水閾値８２ａを予め保有しており、算出された生成水量と貯水閾値８２ａとを比較し、生成水量が貯水閾値８２ａよりも少ない場合には生成水の排出停止の継続を判定し、生成水量が貯水閾値８２ａ以上の場合には生成水の排出を判定する。そして、生成水量推定部８２は、生成水の排出を判定した場合に、パージ弁駆動制御部８４に開指令を出力する。
【００３８】
パージ弁駆動制御部８４は、パージ弁６４への電力の供給及び供給停止を制御することでパージ弁６４の開閉を切り替える。パージ弁６４は、電力供給停止状態で閉状態（閉弁）となっており、パージ弁駆動制御部８４の電力供給に基づき開状態（開弁）に移行する。これにより、パージ弁６４を介して気液分離部６２から水（液体）が排出可能な状態となる。
【００３９】
さらに、パージ弁駆動制御部８４は、パージ弁６４の開状態に移行した際に図示しないタイマ部により、開時間Ａを計測する。なお、パージ弁６４の開状態は、予め設定された開設定期間だけ実施して、パージ弁駆動制御部８４は、開時間Ａが開設定期間となったことに伴いパージ弁６４を閉じる構成でもよい。
【００４０】
排水監視部８６は、圧力センサ６１、６７が検出した圧力情報（検出信号）に基づきパージ弁６４からの生成水又は水素ガスの排出状態を監視する。すなわち、排水監視部８６は、パージ弁６４（気液分離部６２）が排出しているものについて、パージ弁６４の上流の圧力と下流の圧力との差圧に基づき液体又は気体であることを判別できる。液体の排出時の差圧が急激に変化すれば気体の排出に切り替わったと見なせるからである。この種の圧力に基づく液体と気体の判定については公知でるため、具体的な記載は省略する。
【００４１】
排水監視部８６は、例えば生成水量推定部８２からの開指令に基づき、差圧の監視を行う。そして、パージ弁６４の開状態において、気液分離部６２からの排出が液体から気体に切り替わったことを判定すると、パージ弁駆動制御部８４に閉指令を出力する。パージ弁駆動制御部８４は、この閉指令を受信すると、パージ弁６４を閉状態とする。
【００４２】
残液推定部８８は、車両１０の加速度センサ８０の検出信号（加速度に関わる情報）を連続的に取得して、ケース６８内で生成水にかかる荷重のベクトルを算出し、さらに残液が生じるか否かを判定する。詳細には、残液推定部８８は、加速度センサ８０の加速度情報に含まれる車両１０の前後軸及び左右軸の加速度の合力を算出することで、この加速度の合力を生成水にかかる荷重（すなわち生成水の位置）と見なす。加速度の合力は、前後軸の加速度の二乗と左右軸の加速度の二乗を加算したものの平方根を求めることで、簡単に算出することができる。
【００４３】
また、残液推定部８８は、上記した排出領域７７と残液領域７８の境界７９の情報として、実験等により予め設定された加速度閾値８８ａを保有している。残液推定部８８は、気液分離部６２の液体状態を推定する際に、算出した加速度の合力とこの加速度閾値８８ａを比較する。すなわち、加速度の合力が加速度閾値８８ａ以上であれば、生成水の位置（荷重）が残液領域７８にあって生成水が残液となると言える。逆に、加速度の合力が加速度閾値８８ａを下回れば、生成水の位置（荷重）が排出領域７７にあって生成水が排出されると言える。
【００４４】
さらに、残液推定部８８は、生成水の位置が残液領域７８にある場合に、図示しないタイマ部によりその時間（残液時間Ｂ）をカウントする。この残液時間Ｂは、生成水が排出さなれなかった期間を表すことになる。よって、残液時間Ｂと残液の量は概ね比例すると見なすことができる。
【００４５】
残液処理部９０は、残液推定部８８による液体状態の推定結果に基づき、必要に応じて気液分離部６２に存在する残液の処理を行う。すなわち残液がない又は少ない場合（気液分離部６２が許容する残液の量の場合）には、残液があって問題がないため、気液分離部６２からの排出を実施しない。その一方で残液が多い場合には、気液分離部６２からの排出を実施させる。
【００４６】
残液処理部９０による残液の排出処理（パージ弁６４の開状態とする制御）は、開時間Ａに対する残液時間Ｂの割合Ｃが所定以上の場合に行うとよい。これにより残液を確実に排出する一方で、残液の排出が不必要な場合にパージ弁６４への電力供給や水素ガスの漏出が抑えられる。このため、残液処理部９０は、割合Ｃと比較するための比率閾値９０ａを予め保有している。
【００４７】
さらに、残液処理部９０は、残液の位置（ケース６８の姿勢変化や加速度を受けた際に生成水にかかる荷重）が排出領域７７に位置する際に、残液の排出処理を行う。そのため残液処理部９０は、加速度センサ８０から取得した加速度情報に基づき合力を算出する機能を有すると共に、加速度の合力と比較する加速度閾値９０ｂを有する。加速度閾値９０ｂは、残液推定部８８の加速度閾値８８ａと同じでもよく、加速度閾値８８ａよりも小さな値でもよい。これにより、気液分離部６２から残液が確実に排出される状況下で、残液の排出を行うことができる。
【００４８】
本実施形態に係る車両１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、以下、制御部２２による液体状態推定方法について説明する。
【００４９】
車両１０は、燃料電池システム１２の運転開始と共に燃料電池スタック１４から電力供給がなされることで図示しないモータ（駆動源）を駆動して走行を開始する。また、制御部２２は、車両１０の走行開始に伴い、図６に示すように、気液分離部６２の液体状態推定方法の処理フローを実施する。
【００５０】
液体状態推定方法において、制御部２２は、生成水量推定部８２により気液分離部６２に貯留される生成水量を算出する（ステップＳ１０）。そして生成水量推定部８２は、算出した生成水量が貯水閾値８２ａ以上か否かを判定する（ステップＳ１１）。生成水量が貯水閾値８２ａを下回る場合（ステップＳ１１：ＮＯ）には、ステップＳ１０に戻り生成水量の監視を継続する。一方、生成水量が貯水閾値８２ａ以上の場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）には、ステップＳ１２に進む。
【００５１】
ステップＳ１２において、生成水量推定部８２がパージ弁駆動制御部８４に開指令を出力することで、パージ弁駆動制御部８４は、パージ弁６４を閉状態から開状態に切り替える。これにより気液分離部６２に貯留された生成水が開口７０から排出可能となる。また、パージ弁駆動制御部８４は、パージ弁６４の開状態の移行に伴い、生成水を排出する開時間Ａのカウントを開始する（ステップＳ１３）。そして制御部２２は、パージ弁６４の開状態中に、残液推定部８８により推定工程処理のサブルーチンを実施する（ステップＳ１４）。
【００５２】
具体的には図７Ａに示すように、推定工程処理において、制御部２２はまず加速度センサ８０から加速度情報を取得する（ステップＳ１４−１：取得工程）。そして、残液推定部８８は、加速度の合力（生成水の位置）を算出し（ステップＳ１４−２）、算出した加速度の合力と予め保有している加速度閾値８８ａを比較する（ステップＳ１４−３：推定工程）。加速度の合力が加速度閾値８８ａ以上の場合（ステップＳ１４−３：ＹＥＳ）にはステップＳ１４−４に進み、加速度の合力が加速度閾値８８ａを下回る場合（ステップＳ１４−３：ＮＯ）にはステップＳ１４−４、Ｓ１４−５を飛ばしてステップＳ１４−６に進む。
【００５３】
ステップＳ１４−４において、残液推定部８８は、加速度の合力が加速度閾値８８ａ以上となる残液時間Ｂをカウントする。また推定工程処理の実施中に生成水の排出が完了することもあるので、排水監視部８６によりパージ弁６４の差圧を監視して、生成水の排出が完了したか否かを判定する（ステップＳ１４−５）。そして、生成水の排出が完了していない場合（ステップＳ１４−５：ＮＯ）には、ステップＳ１４−１に戻り上記の処理フローを繰り返す。これにより、加速度の合力が加速度閾値８８ａ以上の際は推定工程処理が継続され、残液時間Ｂが累積される。
【００５４】
一方、生成水の排出が完了した場合（ステップＳ１４−５：ＹＥＳ）にはステップＳ１４−６に進む。ステップＳ１４−６において、残液推定部８８は、残液時間Ｂのカウントを停止する。なお、残液時間Ｂをカウントしていなかった場合には、このステップＳ１４−６は実施しない。これにより推定工程処理のサブルーチンが終了する。
【００５５】
図６に戻り、制御部２２は、推定工程処理後に、排水監視部８６によりパージ弁６４の差圧を監視して、生成水の排出が完了したか否かを判定する（ステップＳ１５）。そして、生成水の排出が完了していない場合（ステップＳ１５：ＮＯ）には、ステップＳ１４に戻り推定工程処理を再び実施する。一方、生成水の排出が完了した場合（ステップＳ１５：ＹＥＳ）には、ステップＳ１６に進む。なお、推定工程処理時に生成水の排出完了に基づき推定工程処理を終了した場合は、このステップＳ１５も直ぐにＹＥＳとなる。
【００５６】
ステップＳ１６において、排水監視部８６がパージ弁駆動制御部８４に閉指令を出力することで、パージ弁駆動制御部８４はパージ弁６４を開状態から閉状態に切り替える。
【００５７】
その後、残液処理部９０は、排出工程処理を実施するか否かを判定する（ステップＳ１７）。すなわち、残液処理部９０は、開時間Ａと残液時間Ｂを取得し、開時間Ａに対する残液時間Ｂの割合Ｃ（＝Ｂ／Ａ）を算出し、割合Ｃが所定の比率閾値９０ａ以上か否かを判定する。そして、割合Ｃが所定の比率閾値９０ａ以上の場合（ステップＳ１７：ＹＥＳ）には、ステップＳ１８に進んで排出工程処理のサブルーチンを行う。一方、割合Ｃが比率閾値９０ａを下回る場合（ステップＳ１７：ＮＯ）には、気液分離部６２内に残液がない又は少ないことになるため、排出工程処理を行わずにステップＳ１９に飛ぶ。
【００５８】
図７Ｂに示すように、排出工程処理において、制御部２２はまず加速度センサ８０から加速度情報を取得する（ステップＳ１８−１：取得工程）。そして、残液処理部９０により加速度の合力を算出し（ステップＳ１８−２）、算出した加速度の合力と加速度閾値９０ｂを比較して、加速度の合力が加速度閾値９０ｂを下回るか否かを判定する（ステップＳ１８−３）。気液分離部６２の残液を排出領域７７に確実に位置させるためである。加速度の合力が加速度閾値９０ｂ以上の場合（ステップＳ１８−３：ＮＯ）にはステップＳ１８−１に戻り同じ処理を繰り返し、加速度の合力が加速度閾値９０ｂを下回った場合（ステップＳ１８−３：ＹＥＳ）にステップＳ１８−４に進む。
【００５９】
ステップＳ１８−４において、残液処理部９０は、パージ弁駆動制御部８４に開指令を出力することで、パージ弁駆動制御部８４はパージ弁６４を閉状態から開状態に切り替える。これにより気液分離部６２から貯留された生成水が排出可能となる。
【００６０】
またパージ弁６４の開状態で、排水監視部８６はパージ弁６４の差圧を監視して、残水の排出が完了したか否かを判定する（ステップＳ１８−５）。そして、残水の排出が完了していない場合（ステップＳ１８−５：ＮＯ）にはステップＳ１８−５を継続し、残水の排出が完了した場合（ステップＳ１８−５：ＹＥＳ）にはステップＳ１８−６に進む。ステップＳ１８−６において、排水監視部８６がパージ弁駆動制御部８４に閉指令を出力することで、パージ弁駆動制御部８４はパージ弁６４を開状態から閉状態に切り替える。これにより排出工程処理が終了する。
【００６１】
図６に戻り、排出工程処理の後又はステップＳ１７の後、気液分離部６２からの生成水の排出が１度終わることになり、制御部２２は、開時間Ａや残液時間Ｂのカウンタのリセットを行う（ステップＳ１９）。そして、制御部２２は、ステップＳ１９まで完了すると、ステップＳ１０に戻り上記の処理フローを再び実施する。これにより、車両１０は、走行中に気液分離部６２内の残液を良好に抑制することができる。
【００６２】
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されず、発明の要旨に沿って種々の改変が可能である。例えば、液体状態推定方法では、生成水や残液の排出中に、加速度の合力を監視し続けて（合力の算出、加速度閾値８８ａ、９０ｂとの比較を継続的に行って）、合力が加速度閾値８８ａ、９０ｂ以上の場合に生成水や残液の排出完了の判定を停止してもよい。これにより、生成水や残液の位置（荷重）が残液領域７８にある場合には、排出の完了が判定されないことになり、パージ弁６４が閉状態とならない。そして、制御部２２は、生成水や残液の位置が排出領域７７にある際に、排出完了の判定を行うことで、生成水や残液をより良好に排出することができる。
【００６３】
また、液体状態推定方法では、加速度の合力が加速度閾値８８ａ、９０ｂ以上を判定した場合に、パージ弁６４を開状態から閉状態として排出を停止し、合力が加速度閾値８８ａ、９０ｂを下回ったらパージ弁６４を閉状態から開状態に移行する処理を行ってもよい。これにより、生成水が排出領域７７にある場合にのみ排出を行うことになるので、やはり気液分離部６２から生成水を良好に排出することができる。
【００６４】
さらに、液体状態推定方法では、加速度の合力が加速度閾値８８ａ以上の残液時間Ｂを計測した場合に、パージ弁６４を開状態から閉状態に移行する際に残液時間Ｂに基づきパージ弁６４の開状態を延長する処理を行ってもよい。パージ弁６４の開状態を延長することでも、気液分離部６２から残液を良好に排出することができる。
【００６５】
上記の実施形態から把握し得る技術的思想及び効果について、以下に記載する。
【００６６】
本発明の第１の態様は、気体（水素ガス）と液体（生成水）を分離し、分離した液体を排出する気液分離部６２を有する燃料電池システム１２を搭載した燃料電池車両１０であって、当該燃料電池車両１０の加速度に関わる情報を検出する加速度検出部（加速度センサ８０）と、加速度に関わる情報に基づき気液分離部６２からの液体の排出状態を推定する制御部２２とを有する。
【００６７】
上記によれば、燃料電池車両１０は、加速度に関わる情報を用いることで、気液分離部６２内の液体にかかる加速度が分かるため、気液分離部６２から液体が排出される、又は排出されずに残液となることを良好に推定することができる。従って、気液分離部６２に残液が生じた場合には、この残液を排出する等の適切な対処をとることが可能となる。これにより、燃料電池車両１０は、気液分離部６２の液体を貯留する部分の容積を小さくして、気液分離部６２の小型化が図れると共に、水位センサ等を複数設置せずに済み、製造コストを抑えることが可能となる。
【００６８】
また、制御部２２は、加速度に関わる情報に基づき、液体にかかる加速度の合力を算出し、算出した加速度の合力に基づき気液分離部６２から液体が排出される排出領域７７にあるか、気液分離部６２から液体が排出されない残液領域７８にあるかを判定する。これにより、制御部２２は、排出領域７７及び残液領域７８のいずれに液体が位置するかを精度よく推定することができる。
【００６９】
また、気液分離部６２に接続され、開状態で液体を排出させる一方で、閉状態で液体の排出を遮断するパージ弁６４を備え、制御部２２は、加速度に関わる情報に基づき気液分離部６２に残る残液の有無を判定し、残液がある場合にパージ弁６４を開状態とし、残液がない場合にパージ弁６４を閉状態とする。これにより、燃料電池車両１０は、残液がある場合に残液の排出をスムーズに行うことができる。
【００７０】
また、制御部２２は、残液がある場合に残液が生じる残液時間Ｂを計測し、且つ計測した残液時間Ｂに基づきパージ弁６４の開閉を切り替える。これにより、制御部２２は、残液がどの程度生じるかを推定することができ、パージ弁６４の開状態により残液をより良好に排出することが可能となる。
【００７１】
また、制御部２２は、パージ弁６４が開状態になることに伴い開時間Ａを計測し、開時間Ａに対する残液時間Ｂの割合Ｃが所定の比率閾値９０ａ以上の場合にパージ弁６４を開状態とし、比率閾値９０ａ以下の場合にパージ弁６４を閉状態とする。制御部２２は、開時間Ａに対する残液時間Ｂの割合Ｃに基づきパージ弁６４を開閉することで、残液が少ないにも関わらずパージ弁６４が開放して電力消費や反応ガスが漏れることを抑制することができる。
【００７２】
また、制御部２２は、残液がある場合に液体にかかる加速度の合力を算出し、算出した加速度の合力に基づきパージ弁６４の開閉を切り替える。これにより、制御部２２は、残液を確実に排出することが可能な状態として、開状態となったパージ弁６４を介して残液を良好に排出することができる。
【００７３】
また、本発明の第２の態様は、気体と液体を分離し、分離した液体を排出する気液分離部６２を有する燃料電池システム１２を搭載した燃料電池車両１０において、気液分離部６２の液体の排出状態を推定する液体状態推定方法であって、燃料電池車両１０に設けられた加速度検出部（加速度センサ８０）から加速度に関わる情報を制御部２２が取得する取得工程と、制御部２２により、加速度に関わる情報に基づき気液分離部６２からの液体の排出状態を推定する推定工程とを有する。上記の液体状態推定方法は、加速度に関わる情報を用いることで、気液分離部６２から液体が排出される又は排出されずに残液となることを良好に推定することができ、適切な対処をとることが可能となる。
【００７４】
また、気液分離部６２に接続され、開状態で液体を排出させる一方で、閉状態で液体の排出を遮断するパージ弁６４を備え、推定工程において、制御部２２により気液分離部６２の残液の有無を判定し、残液がある場合にパージ弁６４を開状態とすることで残液を排出する排出工程を実施し、残液がない又は少ない場合にパージ弁６４を閉状態とすることで排出工程を実施しない。液体状態推定方法は、排出工程を実施することで、気液分離部６２に残液が貯留された状態を抑制することができる。
【符号の説明】
【００７５】
１０…燃料電池車両（車両）              １２…燃料電池システム
２２…制御部                            ６２…気液分離部
６４…パージ弁                          ６８…ケース
６８ａ…内部空間                        ７０…開口
７７…排出領域                          ７８…残液領域
８０…加速度センサ                      ８８…残液推定部
９０…残液処理部                        ９０ａ…比率閾値
【図１】
2020184482.tif 000003
【図２】
2020184482.tif 000004
【図３】
2020184482.tif 000005
【図４】
2020184482.tif 000006
【図５】
2020184482.tif 000007
【図６】
2020184482.tif 000008
【図７】
2020184482.tif 000009