(57)【要約】【課題】自車が減速する際に燃料が余分に供給されることを抑え、燃費を向上させることができる燃料電池車を提供する。【解決手段】  本発明に係る燃料電池車は、燃料電池１０に燃料を供給する補機と、自車と前方の他車との車間距離及び相対速度を測定するセンサ４０と、センサ４０により測定された車間距離を相対速度で除した車間時間を算出し、該算出された車間時間に応じて補機の動作を制御するＥＣＵ５０と、を備え、ＥＣＵ５０は、車間時間が急接近判定閾値Ｔs以下になった場合に、補機の動作を制限する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池を搭載した燃料電池車であって、
前記燃料電池に燃料を供給する補機と、
自車と前方の他車との車間距離及び相対速度を測定するセンサと、
前記センサにより測定された車間距離を相対速度で除した車間時間を算出し、該算出された車間時間に応じて前記補機の動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記車間時間が閾値以下になった場合に、前記補機の動作を制限する、ことを特徴とする燃料電池車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池車に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン等の内燃機関を走行用動力源とする車両において、燃料消費量等を減少させるべく、停車中のみならず、減速時にもエンジンを停止させる技術が知られている。
【０００３】
例えば下記特許文献１では、運転者がブレーキを操作して自車が減速している可能性が高いときにエンジンを停止させるシステムが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１４９３０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記システムを、反応ガス（燃料ガス及び酸化ガス）の供給を受けて発電を行う燃料電池を搭載した燃料電池車に適用した場合、車両が減速している可能性が高いときに燃料電池の出力を制限（言い換えれば、燃料電池に燃料ガスを供給する補機の動作を制限）することが想定される。しかしながら、自車が減速している可能性が高いときに、補機の動作を制限しても、燃料電池に燃料を供給する補機は応答性が悪いため、余分に燃料を供給してしまい、燃費が悪化するという問題がある。
【０００６】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、自車が減速する際に燃料が余分に供給されることを抑え、燃費を向上させることができる燃料電池車を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明に係る燃料電池車は、燃料電池に燃料を供給する補機と、自車と前方の他車との車間距離及び相対速度を測定するセンサと、前記センサにより測定された車間距離を相対速度で除した車間時間を算出し、該算出された車間時間に応じて前記補機の動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記車間時間が閾値以下になった場合に、前記補機の動作を制限する。
【０００８】
かかる構成によれば、車間距離を相対速度で除した車間時間が閾値以下になった場合、言い換えれば、自車が前方の他車に急接近し、その後、自車が減速を開始することが予測される車間時間より前の車間時間（すなわち、減速開始予測前の車間時間）以下になった場合に、前もって補機の動作（補機による燃料供給）を制限する。このように、減速開始前に補機の動作を制限するので、減速しているときに補機の動作を制限する構成と比較して、補機の応答遅れによって燃料が余分に供給されることが抑えられ、燃費を向上させることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、自車が減速する際に燃料が余分に供給されることを抑え、燃費を向上させることができる燃料電池車を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態における燃料電池車に搭載される燃料電池システムの構成を示す説明図である。
【図２】図１に示した燃料電池車の制御方法を説明するためのフローチャートである。
【図３】自車が前方車に急接近していると判定されたときの、燃料電池車の制御方法を説明するためのタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００１２】
まず、本実施形態に係る燃料電池車の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る燃料電池車に搭載される燃料電池システムの構成を示す説明図である。
【００１３】
図１に示すように、燃料電池システム１は、反応ガスの供給を受けて発電を行う燃料電池１０と、駆動モータ９０と、バッテリ８０と、水素供給装置６０と、水素ポンプ２０と、エアコンプレッサ３０と、ＥＣＵ５０と、センサ４０（前方車認識センサ）とを備える。
【００１４】
燃料電池１０は、固体高分子電解質型で構成され、多数の単電池（セル）を積層したスタック構造を備えている。燃料電池１０の単電池は、イオン交換膜からなる電解質の一方の面にアノード極（燃料極）を有し、他方の面にカソード極（空気極）を有し、カソード極とアノード極を含む電極には、例えば、多孔質のカーボン素材をベースに、白金Ｐｔが触媒（電極触媒）に用いられている。一方の電極（アノード）には燃料ガス（反応ガス）としての水素ガス、他方の電極（カソード）には空気や酸化剤などの酸化ガス（反応ガス）が供給され、これら２種類の反応ガスにより電気化学反応が生じてセルの起電力が得られるようになっている。燃料電池１０で発生した電力は駆動モータ９０に供給され、当該電力で駆動モータ９０が作動する。
【００１５】
バッテリ８０は、充放電可能な二次電池である。バッテリ８０は、ＥＣＵ５０の制御によって余剰電力を充電したり、補助的に電力を供給したりすることが可能になっている。本実施形態では、後述するように、パワー供給が制限された際に、当該制限によるパワーの不足分がバッテリ８０により賄われる。
【００１６】
水素供給装置６０は、水素ポンプ２０へ水素ガスなどの燃料ガスを供給するもので、例えば、高圧水素タンクや水素貯蔵タンク等によって構成される。燃料ガス供給路６１は、水素供給装置６０から供給される水素ガスを燃料電池１０のアノード極に導くためのガス流路であり、当該ガス流路には、燃料電池１０に水素ガスを圧送する水素ポンプ２０が配設されている。なお、図１では、燃料ガス配管系として通常用いられる電磁弁や水素循環系（水素循環ポンプや水素循環流路等）の図示を省略しているが、燃料ガス配管系として通常用いられる他の機器を適宜配設可能である。
【００１７】
エアコンプレッサ３０は、ＥＣＵ５０の制御指令で作動するモータ（図示略）の駆動力により駆動されて、エアフィルタ（図示略）を介して外気から取り込んだ酸素（酸化剤ガス）を圧縮して燃料電池１０のカソード極に供給する。酸化ガス供給路３１は、エアコンプレッサ３０から供給される酸素を燃料電池１０に導くためのガス流路である。燃料電池１０のカソード極からはカソードオフガスがカソードオフガス流路３２を介して排出される。なお、図１では、酸化ガス配管系として通常用いられる構成の図示を省略しているが、図示の例に限定されず、酸化ガス配管系として通常用いられる他の機器を適宜配設可能である。
【００１８】
なお、本実施形態における「補機」とは、燃料電池１０の運転に使用される種々の電力機器（燃料ガスや酸化ガスの供給に供されるエアコンプレッサ３０や水素ポンプ２０等）をいう。
【００１９】
上述したシステムに用いられる各要素の運転はＥＣＵ５０（制御部）によって制御される。ＥＣＵ５０は、内部にＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを備えたマイクロコンピュータとして構成され、入力される各センサ信号に基づき、各要素の運転を統合的に制御する。本実施形態では、ＥＣＵ５０は、後述するように、センサ４０（前方車認識センサ）から送出されるセンサ信号（車間距離及び相対速度を含むデータ）に基づいて、センサ４０が取得した車間距離を相対速度で除して車間時間を算出し、算出された車間時間が閾値以下になった場合に、補機の動作を制限する。
【００２０】
続いて、上述した構成を備える燃料電池車の制御方法について説明する。図２は、燃料電池車の制御方法を説明するためのフローチャートである。図３は、自車が前方の他車に急接近していると判定されたときの、燃料電池車の制御方法を説明するためのタイムチャートである。
【００２１】
（ステップＳ１１０）
まず、センサ４０により取得された車間距離及び相対速度を含むセンサ信号に基づき、自車と前方の他車（以下、前方車とも称する）との車間時間Ｔ0がＥＣＵ５０により算出される。なお、車間時間とは、車間距離を相対速度で除した時間を示す。
【００２２】
（ステップＳ１２０）
次いで、ＥＣＵ５０により急接近判定が行われる。具体的には、算出された車間時間Ｔ0が閾値（図３に示す急接近判定閾値Ｔs）以下であるか否かがＥＣＵ５０により判定される。そして、ＥＣＵ５０により車間時間Ｔ0が閾値以下であると判定された場合には、自車が前方車に急接近していると判定し、ステップＳ１３０に進む。一方、車間時間Ｔ0が閾値を上回る場合、すなわち自車が前方車に急接近していない場合、以下の燃料電池パワー指令制限を行わずに、ステップＳ１４０に進む。
【００２３】
なお、上記閾値（急接近判定閾値Ｔs）は、自車が前方の他車に急接近し、その後、自車が減速を開始することが予測される車間時間より前の車間時間を判定可能な任意の値に設定される（減速開始が予測される車間時間よりもある程度余裕をもって設定される)。
【００２４】
（ステップＳ１３０）
車間時間Ｔ0が急接近判定閾値Ｔs以下の場合には、図３のパワー指令値に示されるように、燃料電池パワー指令値を一定値以下に制限する（下記式（１）、（２））。
（１）燃料電池パワー指令値を制限：Ｐfc＝Ｐlmt
ただし、Ｐfc＜Ｐlmtの場合は制限不要。
Ｐfc：燃料電池パワー指令値（Ｗ）
Ｐlmt：燃料電池パワー指令制限値（Ｗ）
（２）燃料電池パワー指令値にレート処理実施（燃料電池パワー指令値Ｐfcを直ちに燃料電池パワー指令制限値Ｐlmtに制限するのではなく、徐々に燃料電池パワー指令値を燃料電池パワー指令制限値に向けて落としていく処理を実施する。これにより、燃料電池パワー指令値の急変による補機の動作ショック等を防止することができる。）
【００２５】
（ステップＳ１４０）
次いで、パワー生成に必要な燃料を供給するための補機の駆動指令値を、燃料電池パワー指令値に基づき演算する。すなわち、ステップＳ１３０において、燃料電池パワー指令値が制限されている場合には（Ｐfc＝Ｐlmt）、当該燃料電池パワー指令制限値に基づき補機の駆動指令値を演算する。このように、車間時間Ｔ0が急接近判定閾値Ｔs以下の場合には、燃料電池パワー指令値が一定値以下に制限された燃料電池パワー指令制限値に基づいて補機の駆動指令値が演算される。
一方で、ステップＳ１３０を経由していない場合（すなわち、燃料電池パワー指令値が制限されていない場合）、燃料電池パワー指令値に基づき、補機の駆動指令値を演算する。ステップＳ１４０における補機の駆動指令値演算を、以下（３）、（４）に示す。
（３）エアコンプレッサ駆動指令値演算：Ｕacp＝ｆacp（Ｐfc）
（４）水素ポンプ駆動指令値演算：Ｕhp＝ｆhp（Ｐfc）
Ｕacp：エアコンプレッサ駆動指令値（回転数指令値（rpm）等）
Ｕhp：水素ポンプ駆動指令値（回転数指令値（rpm）等）
ｆacp：エアコンプレッサ駆動指令演算関数
ｆhp：水素ポンプ駆動指令演算関数
【００２６】
（ステップＳ１５０）
次いで、燃料電池パワー指令値、補機の駆動指令値に基づき、燃料電池のパワー生成及び補機による燃料供給を実施する。ステップＳ１３０において燃料電池パワー指令値を制限している場合には、当該制限によるパワーの不足分が生じるおそれがあるので、ＥＣＵ５０によって、当該パワー不足分をバッテリ８０で賄うように制御される。
【００２７】
以上、図２及び図３に示すように、自車が前方車に急接近していると判定された場合には、燃料電池パワー指令値が一定値以下に制限され、当該燃料電池パワー指令制限値に基づき、必要燃料を供給するための補機の駆動指令値を演算する。そして、燃料電池パワー指令制限値及び補機の駆動指令値に基づき燃料供給を行い、パワーの不足分はバッテリ８０により補填される。この際のバッテリによるパワー消費は減速時の回生エネルギーをバッテリに充電させることで回収する。
【００２８】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。
【００２９】
例えば、上述した実施形態では、センサ４０を、自車と他車との車間距離及び相対速度の両方を取得できる一体型のセンサとして説明したが、本発明における「センサ」はこれに限定されない。すなわち、本発明における「センサ」は、車間距離を測定するセンサと、相対速度を測定するセンサとを別体として構成しても良い。
【００３０】
また、本発明における「制御部」は、上述した制御（センサ４０からのセンサ信号に基づいて補機の動作を制限する制御）を司るＥＣＵ５０として独立（専用品として構成）したものでも良く、また、他の制御（上述した制御以外の制御）を司る制御部の一部として一体化されたものでも良い。
【００３１】
また、図１に示すＥＣＵ５０のように、車間時間を算出する機能を有するユニットと補機の動作を制限する機能を有するユニットとが１つの制御部に収められたものを、本発明における「制御部」としても良く、異なる機能を有するユニットが別体として構成されたものを、本発明における「制御部」としても良い。
【００３２】
その他上述した具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００３３】
１：燃料電池システム
１０：燃料電池
２０：水素ポンプ
３０：エアコンプレッサ
３１：酸化ガス供給路
３２：カソードオフガス流路
４０：センサ
５０：ＥＣＵ（制御部）
６０：水素供給装置
６１：燃料ガス供給路
８０：バッテリ
９０：駆動モータ
Ｔ0：車間時間
Ｔs：急接近判定閾値
【図１】
2017189056.tif 000003
【図２】
2017189056.tif 000004
【図３】
2017189056.tif 000005