(57)【要約】【課題】低温環境下で車両を停止したときに、複数の排出口を切り替えながら燃料電池スタックで生成された水を外部に排出する車両及びその制御方法を提供する。【解決手段】外気温が所定値以下であって、かつ車両が停止中である場合において、燃料電池スタックで生成された水を外部に排出する制御を行う制御手段は、複数の排出口のうち何れか１又は複数の排出口から生成水を所定期間だけ外部に排出し、その所定期間経過後は、まだ生成水が排出されていない他の１又は複数の排出口から水を所定期間だけ外部に排出するように複数の排出口を順次切替えていく。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池を電力源として搭載する車両において、
燃料電池から生成される水を外部に排出する複数の排出口と、
外気温を検出する外気温検出手段と、
車両が停止中であるか否かを判断する車両停止検知手段と、
外気温が所定値以下であって、かつ車両が停止中である場合には前記複数の排出口を切り替えながら前記生成水を外部に排出する制御を行う制御手段と、を備えることを特徴とする車両。
【請求項２】
前記制御手段は、所定期間毎に前記複数の排出口を切り替え、前記生成水を外部に排出することを特徴とする請求項１に記載の車両。
【請求項３】
前記制御手段は、前記複数の排出口のうち、何れか１又は複数の排出口から所定期間だけ前記生成水を外部に排出し、
前記所定期間経過後は、まだ前記生成水が排出されていない他の１又は複数の排出口から所定期間だけ前記生成水を外部に排出するように順次切替えていくことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両。
【請求項４】
前記所定期間は、３秒以内であることを特徴とする請求項３に記載の車両。
【請求項５】
前記制御手段は、前記複数の排出口毎の前記生成水の排出量に基づいて前記複数の排出口を切替え、前記生成水を外部に排出することを特徴とする請求項１に記載の車両。
【請求項６】
前記制御手段は、前記複数の排出口のうち、何れか１又は複数の排出口から所定基準量の前記生成水を外部に排出し、
その排出が終了すると、まだ前記生成水が排出されていない他の１又は複数の排出口から所定基準量の前記生成水を外部に排出するように順次切替えていくことを特徴とする請求項１又は５に記載の車両。
【請求項７】
前記車両は、前記燃料電池より生成された水を貯留する複数の貯留手段を更に備え、該貯留した水を前記複数の排出口から外部に排出することを特徴とする請求項１乃至６に記載の車両。
【請求項８】
燃料電池を電力源として搭載する車両の制御方法において、
外気温が所定値以下であって、かつ車両が停止中である場合には、燃料電池から生成される水を外部に排出する複数の排出口を切り替えながら前記生成水を外部に排出することを特徴とする車両の制御方法。
【請求項９】
所定期間毎に前記複数の排出口を切り替え、前記生成水を外部に排出することを特徴とする請求項８に記載の車両の制御方法。
【請求項１０】
前記複数の排出口毎の前記生成水の排出量に基づいて前記複数の排出口を切り替え、前記生成水を外部に排出することを特徴とする請求項８に記載の車両の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を電力源として搭載する車両及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池を搭載する車両では、発電で発生した水を車体後部へと延出する排気管を通じて外部へ排水することが知られている。また、発電で発生した水を、気液分離器で分離し、その分離された水を回収タンクに一旦蓄えてから複数の放水口から放出する技術についても知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１５３８５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
低温環境下において車両を停止し、発電で発生した水を排気管や複数の放水口を通じて外部に排水するときには、排水時間が長くその排水量が多いほど、排出口周辺に生成される氷雪の量は多くなる。
【０００５】
そのため、低温環境下で車両を停止し、排気管や複数の放出口を通じて一斉に連続して排水を行うと、排出口周辺に生成される氷雪量が多くなってしまうという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、燃料電池を電力源として搭載する車両において、燃料電池で副次的に生成される水を外部に排出する複数の排出口と、外気温を検出する外気温検出手段と、車両が停止中であるか否かを判断する車両停止検知手段と、外気温が低温であって、かつ車両が停止中である場合には前記複数の排出口を切り替えながら生成水を外部に排出する制御を行う制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明において、制御手段は、所定期間毎に排出口を切り替え、燃料電池で副次的に生成される水を外部に排出することが好適である。
【０００８】
本発明において、制御手段は、複数の排出口のうち何れか１又は複数の排出口から燃料電池で副次的に生成される水を所定期間だけ外部に排出し、その所定期間経過後は、まだ生成水が排出されていない他の１又は複数の排出口から水を所定期間だけ外部に排出するように順次切替えていくことが好適である。
【０００９】
本発明において、所定期間は、３秒以内であることが好適である。
【００１０】
かかる構成によれば、燃料電池で副次的に生成される水が各排出口から一斉に連続して排出されることはないため、各排出口周辺に多量の氷雪が生成されることを防止することができる。
【００１１】
本発明において、制御手段は、複数の排出口毎の水の排出量に基づいて複数の排出口を切替え、燃料電池で副次的に生成される水を外部に排出することが好適である。
【００１２】
本発明において、制御手段は、複数の排出口のうち、何れか１又は複数の排出口から燃料電池で副次的に生成される水を所定基準量だけ外部に排出し、その排出が終了すると、まだ水が排出されていない他の１又は複数の排出口から同様に水を所定基準量だけ外部に排出するように順次切替えていくことが好適である。
【００１３】
かかる構成によれば、各排出口から排出される水の量を外部環境に影響を与えない程度の量とすることで、排出口周辺に多量の氷雪が生成されることを防止できる。
【００１４】
本発明は、燃料電池を電力源として搭載する車両の制御方法において、外気温が低温であって、かつ車両が停止中である場合には、複数の排出口を切り替えながら燃料電池で副次的に生成される水を外部に排出することを特徴とする。
【００１５】
本発明の制御方法において、所定期間毎に複数の排出口を切り替え、燃料電池で副次的に生成される水を外部に排出することが好適である。
【００１６】
本発明の制御方法において、複数の排出口毎の水の排出量に基づいて複数の排出手段を切り替え、燃料電池で副次的に生成される水を外部に排出することが好適である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、低温環境下で車両を停止したときに、排出口周辺に多量の氷雪が生成されることを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
「実施形態１」
以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。
【００１９】
図１は、本発明の燃料電池を電力源として搭載した車両７０の搭載機器の配置を例示する配置図である。本発明の実施形態における車両７０は、燃料電池スタック１０、制御部３０、コンプレッサ１２、水素タンク１４、排気管１６、複数の制御弁１８ａ〜１８ｆ及びそれらの下流側に設けられた排出口２０ａ〜２０ｆ、前輪３２ａ，３２ｂ、後輪３４ａ，３４ｂを備える。
【００２０】
本実施形態においては、燃料電池スタック１０は車両７０前方側に配置されており、その更に前方には燃料電池スタック１０に酸化剤である空気を供給するためのコンプレッサ１２が配置されている。そして、燃料電池スタック１０の後方には燃料電池スタック１０に燃料ガスである水素ガスを供給するための水素タンク１４が配置されている。なお、本実施形態においては、車両７０の搭載機器の配置を図１に例示するような構成としたが、各搭載機器の配置はこれに限らず種々の変更が可能であることは勿論であり、例えば燃料電池スタック１０を車両７０中央や車両７０後方側に配置しても良いし、水素タンク１４を車両７０中央や車両前方側に配置しても良い。ここで、燃料電池スタック１０は、単セルを複数積層して構成されている。個々の単セルは、電解質膜（例えば高分子膜）が、アノード電極とカソード電極で挟持され、さらにその両側をセパレータで挟み込む構造となっている。上記単セルの構造は、従来より広く知られている燃料電池の単セル構造と同様である。
【００２１】
そして燃料電池スタック１０は、燃料である水素ガス及び酸化剤である空気の供給を受けて電力を発電する。上述の水素ガス及び空気の供給系統については、図２を参照しながら後述する。
【００２２】
上記発電時の電気化学反応に伴い、燃料電池スタック１０では水が副次的に生成され、その生成水は排気管１６を通じて複数の排出口２０ａ〜２０ｆから排出される。ここで、制御部３０と接続されている制御弁１８ａ〜１８ｆが制御部３０からの信号によって開閉動作し、複数の排出口２０ａ〜２０ｆから水が排出されることになるが、その詳細な動作については後述する。
【００２３】
本実施形態においては、排気管１６は複数に分岐され、それぞれ分岐された排気管に複数の排出口２０ａ〜２０ｆを備える構成としているが、各排出口２０ａ〜２０ｆは局所的な氷雪生成を防止するために所定の間隔を空けて設けることが好ましい。また、本実施形態においては、排出口２０ａ〜２０ｆが６個設けられているが、これらの個数は６個には限定されず、例えば４個などの６個未満の数としても良いし、１０個などの６個を越える個数としても良く、種々の変更が可能であることは勿論である。
【００２４】
図２は、本発明の車両７０に搭載される燃料電池システムの構成の概略を示す図である。本実施形態における燃料電池システムは、燃料電池スタック１０と、燃料電池スタック１０に燃料ガスである水素ガスを供給する水素供給系統５０と、燃料電池スタック１０に酸化剤である空気を供給する空気供給系統６０と、燃料電池スタック１０の空気極（カソード極）からの排気ガス（未反応の空気）とともに空気極での反応（２Ｈ＋＋１／２Ｏ２→Ｈ２Ｏ）によって生成される水を外部に放出する放出系統８０とを備える。
【００２５】
水素供給系統５０は、燃料電池スタック１０を構成する複数の各セルの燃料極（アノード）に水素タンク１４からの水素ガスを供給する水素供給路５２と、未反応の水素ガスを水素供給路５２に戻す水素再循環路５４と、その未反応水素ガスを水素供給路５２に送るための水素再循環ポンプ４２とを備える。
【００２６】
空気供給系統６０は、コンプレッサ１２によって圧送される空気を加湿器４０により加湿して燃料電池スタック１０を構成する複数の各セルの空気極（カソード）に供給する空気供給路６２と、空気極からの排気ガスを空気極での反応によって生成される水とともに排出する排気ガス排出路６４とを備える。その排気ガスは、加湿器４０に供給されてコンプレッサ１２から圧送される供給空気を加湿する。
【００２７】
放出系統８０は、燃料電池スタック１０から排出される排気ガス及び水を外部に放出するための排気管１６と、複数の制御弁１８ａ〜１８ｆと排出口２０ａ〜２０ｆとを備える。制御弁１８ａ〜１８ｆは制御部３０と接続されており、制御部３０によって弁の開閉が制御されるようになっている。また、制御部３０には車両７０の車速を検出するための車速センサ１０１と外気の温度を検出するための外気温センサ１０２が接続されている。
【００２８】
車両７０が通常の走行を行っているときは、制御弁１８ａ〜１８ｆは開状態になり、複数の排出口２０ａ〜２０ｆから燃料電池スタック１０で生成される水を排気ガスとともに一斉に外部に排出する。ここで、制御弁１８ａ〜１８ｆの開度は全開でも良いし、走行状態に応じて調整された開度でも良いし、種々の変形が可能であることは勿論である。
【００２９】
次に、車両７０が停止中であって、かつ外気温度が所定値以下、例えば外気温度が０度以下の場合における制御弁１８ａ〜１８ｆの動作について説明する。この場合は、制御部３０からの信号によって制御弁１８ａ〜１８ｆのうち何れか１つの制御弁を所定期間だけ開状態にし、他の制御弁を閉じる。そして、該１つの制御弁の下流側に配置されている１の排出口から燃料電池スタック１０で生成された水を排気ガスとともに外部に排出する。ここで、開状態にある１つの制御弁の弁開度は全開であっても良いし、外気温に対応させて調整した開度であっても良く、種々の変形が可能であることは勿論である。
【００３０】
上述した所定期間は例えば３秒以内に設定することができ、かかる設定にすると、各排出口から一斉に連続して水が排出されないため、排出口周辺に多量の氷雪が生成されることを防止できる。
【００３１】
上記所定期間を経過すると、開状態になっていた１つの制御弁は閉じられ、次に該１つの制御弁以外の他の複数の制御弁のうちの１つが所定期間だけ開状態になり、その制御弁の下流側に設けられた１つの排出口から水を外部に排出する。以下、同様に制御弁１８ａ〜１８ｆを順に切り替えて各排出口２０ａ〜２０ｆから所定期間だけ水を排気ガスとともに排出していく。
【００３２】
次に、制御部３０によって実行される制御弁１８ａ〜１８ｆの切替制御について説明する。図３は、制御部３０により実行される制御弁１８ａ〜１８ｆの切替制御の一例を示すフローチャートである。
【００３３】
この制御弁１８ａ〜１８ｆの切替制御は、先ずステップＳ２０１において外気温センサ１０２からの信号によって外気温が所定値以下であるか否かが判断され、外気温が所定値以下であると判断された場合は、次のステップＳ２０２に進む。所定値以下でないと判断された場合は、制御弁１８ａ〜１８ｆの切替制御は実行されない。外気温の所定値は例えば０度としても良く、種々の変更が可能であることは勿論である。
【００３４】
ステップＳ２０２においては、車速センサ１０１からの信号によって車両７０が停止状態であるか否かが判断され、車両７０が停止状態であると判断された場合は、次のステップＳ２０３に進む。車両７０が停止状態でないと判断された場合は、制御弁の切替制御は行われない。
【００３５】
ステップＳ２０３においては、制御弁１８ａ〜１８ｆのうち何れか１つの制御弁を開状態にし、他の制御弁を閉じてステップＳ２０４に進む。このとき、燃料電池スタック１０で生成された水は、該開状態の１つの制御弁の下流側に設けられた１つの排出口から外部に排出される。
【００３６】
ステップＳ２０４においては、該１つの制御弁の開状態が所定期間経過したか否か判断され、所定期間経過したときはステップＳ２０５に進む。
【００３７】
ステップＳ２０５においては、該１つの制御弁を閉じてステップＳ２０６に進む。
【００３８】
ステップＳ２０６においては、開状態になっていた制御弁以外の他の制御弁のうち、何れか１つの制御弁を開状態にし、その他の制御弁を閉じてステップＳ２０７に進む。
【００３９】
ステップＳ２０７においては、ステップＳ２０６で開状態になっていた１つの制御弁の該開状態が所定期間経過したか否か判断され、所定期間経過したときはステップＳ２０８に進む。
【００４０】
ステップＳ２０８においては、該１つの制御弁を閉じてステップＳ２０９に進む。
【００４１】
ステップＳ２０９においては、全ての制御弁１８ａ〜１８ｆの下流側に設けられた各排出口２０ａ〜２０ｆからの排水が終了したか否かが判断される。排水が終了したか否かは、例えば全ての制御弁１８ａ〜１８ｆが所定期間開状態になったか否かによって判断することができるが、これに限らず、種々の変更が可能であることは勿論である。そして、排水が終了していないと判断された場合は、ステップＳ２０６に進み、排水が終了したと判断されるまでステップＳ２０６〜ステップＳ２０８の工程が繰り返し行われる。そして、排水が終了したと判断されたときは、制御弁の切替制御を終了する。
【００４２】
本実施形態によれば、低温環境下で車両を停止したときに、各排出口２０ａ〜２０ｆから一斉に連続して水が排出されることが無く、各排出口２０ａ〜２０ｆから外部環境に影響を与えない程度に水を排出することができるため、排出口周辺に多量の氷雪が生成されることを防止できる。
【００４３】
本実施形態においては、複数の制御弁１８ａ〜１８ｆの切替が１周し、全ての制御弁１８ａ〜１８ｆが所定期間ずつ開状態になったときに制御弁の切り替えを終了する例を中心に説明したが、各制御弁が開状態になっている所定期間を例えば１秒に設定し、切替を３周行って各排出口からの総排出時間を外部環境に影響を与えない程度の時間である３秒以内に設定するという構成であっても良く、種々の変更が可能であることは勿論である。
【００４４】
本実施形態においては、制御弁１８ａ〜１８ｆを１つずつ切り替えていく例を中心に説明したが、例えば弁を２個又は３個ずつ切り替えていく構成であっても良く、種々の変更が可能であることは勿論である。
【００４５】
本実施形態においては、車速センサ１０１によって車両７０が停止状態であるか否かを判断する例を中心に説明したが、例えばイグニションキーの入切によって車両の停止状態を判断する構成であっても良く、種々の変更が可能であることは勿論である。
【００４６】
「実施形態２」
図４は、本発明の別の実施形態に係る燃料電池を電力源として搭載した車両９０の搭載機器の配置を例示する配置図である。図５は、本発明の別の実施形態に係る車両９０が搭載する燃料電池システムの構成の概略を示す図である。該実施形態においては、車体後方に延出する分岐しない１本の排気管１６に複数の気液分離器２２ａ〜２２ｆがそれぞれ設けられており、分離された水は気液分離器２２ａ〜２２ｆに貯留され、制御弁２４ａ〜２４ｆの開閉動作によって排出口２６ａ〜２６ｆから外部に排出される。気液分離器２２ａ〜２２ｆは図示しない水位センサを備えており、該水位センサは制御部３０と接続されている。また、排気弁１６の下流端には、分離された排気ガスを外部に排出するための排気弁２８が設けられており、該排気弁２８は制御部と接続されている。他の構成は上述の実施形態と同一であるため、重複する部分については説明を省略する。
【００４７】
図５において、車両が停止中であって、かつ外気温度が所定値以下、例えば外気温度が０度以下の場合における制御弁１８ａ〜１８ｆの動作について説明する。
【００４８】
かかる場合は、制御部３０からの信号によって制御弁２４ａ〜２４ｆのうち何れか１つの制御弁を開状態にし、他の制御弁を閉じる。そして、気液分離器２２ａ〜２２ｆの水位センサからの信号に基づき、所定基準量の水が該１つの制御弁の下流側に設けられた１つの排出口から排出されたと判断されたときは、該１つの制御弁を閉じる。
【００４９】
次に、該１つの制御弁以外の他の制御弁のうちの１つが開状態になり、上記と同様に所定基準量の水が１つの排出口から排出される。以下、同様に制御弁２４ａ〜２４ｆを順に切り替えて各排出口２６ａ〜２６ｆから所定基準量だけ水を排出していく。この所定基準量は、外気温が低温環境下においても各排出口周辺に多量の氷雪が生成されない、外部環境に影響を与えない程度の量であることが好ましい。
【００５０】
ここで、気液分離器２２ａ〜２２ｆで分離された排気ガスは、排気弁２８から外部に排出されることになるが、上記切替動作が終了したときは該排気弁２８を閉じても良いし、開状態にして外部と通気させる構成であっても良い。また、排気弁２８の開度は全開でも所定の調整開度であっても良く、種々の変更が可能であることは勿論である。
【００５１】
次に、制御部３０によって実行される制御弁２４ａ〜２４ｆの切替制御について説明する。図６は制御部３０により実行される制御弁２４ａ〜２４ｆの切替制御の一例を示すフローチャートである。
【００５２】
ステップＳ３０１〜ステップＳ３０３は、上述の実施形態１と同様であるため、説明を省略する。ステップＳ３０４においては、気液分離器２２ａ〜２２ｆの水位センサからの信号に基づき、開状態の１つの制御弁の下流側に設けられた１つの排出口から所定基準量の水が排出されたか否かが判断され、所定基準量の水が排出されたと判断されたときはステップＳ３０５に進み、ステップＳ３０５においては、該開状態の１つの制御弁を閉じてステップＳ３０６に進む。
【００５３】
ステップＳ３０６においては、開状態になっていた制御弁以外の他の制御弁のうち、何れか１つを開状態にし、その他の制御弁を閉じてステップＳ３０７に進む。
【００５４】
ステップＳ３０７においては、上記ステップＳ３０４と同様に、気液分離器２２ａ〜２２ｆの水位センサからの信号に基づき、開状態の１つの制御弁の下流側に設けられた１つの排出口から所定基準量の水が排出されたか否かが判断され、所定基準量の水が排出されたと判断されたときはステップＳ３０８に進み、該１つの制御弁を閉じてステップＳ３０９に進む。
【００５５】
ステップＳ３０９においては、全ての制御弁２４ａ〜２４ｆの下流側に設けられた各排出口２６ａ〜２６ｆからの排水が終了したか否かが判断される。排水が終了したか否かは、例えば気液分離器２２ａ〜２２ｆの水位センサからの信号に基づき、全ての制御弁２４ａ〜２４ｆの下流側に設けられた各排出口２６ａ〜２６ｆからそれぞれ所定基準量の水が排出されたか否かによって判断することができるが、これに限らず種々の変更が可能であることは勿論である。そして、排水が終了していないと判断された場合は、ステップＳ３０６に進み、排水が終了したと判断されるまでステップＳ３０６〜ステップＳ３０８の工程が繰り返し行われる。そして、排水が終了したと判断されたときは、制御弁２４ａ〜２４ｆの切替制御を終了する。
【００５６】
上記構成によれば、低温環境下で車両を停止したときに、外部環境に影響を与えない程度の量だけ各排出口２６ａ〜２６ｆから水が排出されるため、排出口周辺に多量の氷雪が生成されるのを防止できる。
【００５７】
本実施形態においては、車両後方に延出する分岐しない１本の排気管１６に複数の気液分離器２２ａ〜２２ｇと制御弁２４ａ〜２４ｆと排出口２６ａ〜２６ｆとがそれぞれ設けられている例を中心に説明したが、例えば、排気管１６を複数に分岐させて、該分岐した排気管にそれぞれ気液分離器等を設ける構成であっても良い。
【００５８】
本実施形態においては、複数の制御弁２４ａ〜２４ｆの切替が１周して、制御弁２４ａ〜２４ｆの下流側に設けられた排出口２６ａ〜２６ｆから所定基準量の水が排出されたときに制御弁２４ａ〜２４ｆの切替を終了する例を中心に説明したが、例えば、１つの制御弁の１回当たりの開動作に伴ってその下流側に設けられた１つの排出口から排出される水の量を所定基準量よりも下回る量に設定し、制御弁２４ａ〜２４ｆの切替を複数周行って各排出口２４ａ〜２４ｆからの水の総排出量は外部環境に影響を与えない所定基準量以内に設定するという構成であっても良い。
【００５９】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何ら限定されるものではなく、例えば実施形態１と実施形態２とを組み合わせた形態としても良く、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施形態１に係る燃料電池を電力源として搭載した車両の搭載機器の配置図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る車両が搭載する燃料電池システムの構成概略図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る制御部より実行される制御弁の切替制御を説明するフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態２に係る燃料電池を電力源として搭載した車両の搭載機器の配置図である。
【図５】本発明の実施形態２に係る車両が搭載する燃料電池システムの構成概略図である。
【図６】本発明の実施形態２に係る制御部より実行される制御弁の切替制御を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００６１】
１０  燃料電池スタック、１２  コンプレッサ、１４  水素タンク、１６  排気管、１８ａ〜１８ｆ，２４ａ〜２４ｆ  制御弁、２０ａ〜２０ｆ，２６ａ〜２６ｆ  排出口、２２ａ〜２２ｆ  気液分離器、２８  排気弁、３０  制御部、３２ａ，３２ｂ  前輪  ３４ａ，３４ｂ  後輪、４０  加湿器、４２  水素再循環ポンプ、５０  水素供給系統、５２  水素供給路、５４  水素再循環路、６０  空気供給系統、６２  空気供給路、６４  排気ガス排出路、７０，９０  車両、８０  放出系統、１０１  車速センサ、１０２  外気温センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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