JP2004153958A - 燃料電池車両の残走行情報報知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】残走行距離の算出精度を向上させる。
【解決手段】制御装置２０は、発電電流を水素の消費量に換算して得た換算水素消費量Ｓ１と、燃料電池１１のアノード３２に供給される水素の圧力とパージ弁１５の開弁状態が継続される積算時間とに基づき算出した水素排出量Ｓ２とを加算し、水素消費総量Ｓを算出する。制御装置２０は、車両の速度から算出した走行距離を水素消費総量Ｓで除算して燃費とし、水素タンク１３の内部における水素の圧力と、水素タンク１３の出口位置における水素の温度とに基づき、水素タンク１３内の水素量を算出し、燃費と水素量とを乗算して、タンク１３内の水素量によって走行可能な距離である残走行距離を算出する。表示装置２１は、燃費または残走行距離を表示する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池車両の残走行情報報知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば固体高分子膜型燃料電池は、固体高分子電解質膜を燃料極（アノード）と酸素極（カソード）とで両側から挟み込んで形成されたセルに対し、複数のセルを積層して構成されたスタックを備えており、燃料極に燃料として水素が供給され、酸素極に酸化剤として空気が供給されて、燃料極で触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を通過して酸素極まで移動して、酸素極で酸素と電気化学反応を起こして発電するようになっている。
ところで、このような燃料電池を駆動用電源として搭載する燃料電池車両として、従来、例えば燃料電池の出力可能量を表示する車両（例えば、特許文献１参照）や、例えば燃料電池を電源とする電動機と熱機関を駆動力源とする車両の運転状態に関して、燃料電池用燃料量によって電動機で走行可能な距離等の各種の情報を報知する車両（例えば、特許文献２参照）が知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２２９９４４号公報
【特許文献２】
特開２００１−２３１１０９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術の一例に係る燃料電池の出力可能量を表示する車両においては、例えば燃料電池の温度や燃料電池に供給される燃料の圧力に基づいて出力可能量を算出するだけであって、車両の運転時に必要とされる燃料の消費率や走行可能な距離の情報を直接的に表示して車両の乗員に容易に認識させることはできないという問題がある。
また、上記従来技術の一例に係る走行可能な距離を報知する車両においては、単に、燃料電池用燃料量、つまり燃料タンク内に残留する燃料の残量に応じて走行可能な距離を算出するだけであって、例えば燃料電池から排出される未使用の燃料を燃料電池へ再循環させる燃料循環系等を備える燃料電池システムにおいては、走行可能な距離や燃料消費率の算出誤差が過剰に増大する虞がある。例えば、燃費と燃料の残量とによって走行可能な距離を算出する場合において、燃料循環系を流通する燃料の量を考慮せずに燃料の残量の変化量のみに基づいて算出した燃費と、燃料電池システムにおいて実際に消費された消費量に基づき算出した燃費とは同等ではなく、燃費つまり燃料消費率の算出結果に誤差が生じ、走行可能な距離の算出精度が低下してしまう場合がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、燃料消費率または残走行距離の算出精度を向上させることが可能な燃料電池車両の残走行情報報知装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の本発明の燃料電池車両の残走行情報報知装置は、燃料電池を駆動用電源として搭載する燃料電池車両の残走行情報報知装置であって、前記燃料電池にて消費される燃料の消費量を算出する消費量算出手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０１）と、前記燃料電池へ前記燃料を供給する燃料供給系の外部に排出される前記燃料の排出量を算出する排出量算出手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０３）と、前記消費量算出手段により算出される前記消費量と、前記排出量算出手段により算出される前記排出量とを加算して、前記燃料の消費総量を算出する消費総量算出手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０４）と、前記消費総量算出手段により算出される前記消費総量に基づき、燃料消費率または走行可能な距離である残走行距離を算出する残走行情報算出手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０５〜ステップＳ０７）と、前記残走行情報算出手段により算出される前記燃料消費率または前記残走行距離を前記燃料電池車両の乗員に報知する報知手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０５またはステップＳ０７が兼ねる）とを備えることを特徴としている。
【０００６】
上記構成の燃料電池車両の残走行情報報知装置によれば、燃料電池の発電により消費される燃料の消費量に加えて、燃料電池の発電には寄与せずに、外部に排出される燃料の排出量に基づき燃料消費率、例えば燃費を算出することによって、例えば発電電流に基づき燃費を算出する場合等に比べて、燃費の算出精度を向上させることができる。また、燃料の残量と燃費により算出可能な残走行距離の算出精度を向上させることができ、より精度の高い燃料消費率または残走行距離を車両の乗員に報知することができる。
【０００７】
さらに、請求項２に記載の本発明の燃料電池車両の残走行情報報知装置は、前記燃料電池へ供給される前記燃料の圧力を検出する圧力検出手段（例えば、実施の形態での供給圧力センサ２５）を備え、前記排出量算出手段は、前記圧力検出手段により検出される前記燃料の圧力に応じて前記排出量を算出することを特徴としている。
【０００８】
上記構成の燃料電池車両の残走行情報報知装置によれば、燃料電池の発電には寄与せずに、外部に排出される燃料の排出量を、燃料電池へ供給される燃料の圧力に応じて算出することにより、排出量の算出精度を向上させることができ、より一層、精度の高い燃料消費率または残走行距離を車両の乗員に報知することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係る燃料電池車両の残走行情報報知装置ついて添付図面を参照しながら説明する。
本実施の形態による燃料電池車両の残走行情報報知装置１０は、例えば図１に示すように、燃料電池１１と、エアーコンプレッサ１２と、水素タンク１３と、供給弁１４と、パージ弁１５と、電流制御器１６と、キャパシタ１７と、出力制御器１８と、モータ１９と、制御装置（ＥＣＵ）２０とを備えて構成される燃料電池システムに備えられており、例えば、制御装置２０と、表示装置２１と、電流センサ２２と、タンク内圧センサ２３と、タンク出口温度センサ２４と、供給圧力センサ２５と、アクセル開度センサ２６と、車速センサ２７とを備えて構成されている。
【００１０】
燃料電池１１は、陽イオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜３１を、アノード触媒およびガス拡散層からなる燃料極（アノード）３２と、カソード触媒およびガス拡散層からなる酸素極（カソード）３３とで挟持してなる電解質電極構造体を、更に一対のセパレータで挟持してなる燃料電池セルを多数組積層して構成されている。
そして、電解質電極構造体と対向する各セパレータの表面上には凹溝が形成されており、各凹溝と電解質電極構造体とによってアノード流路およびカソード流路が形成されている。
【００１１】
燃料電池１１のアノード３２には、アノード流路に接続された入口側配管から高圧の水素タンク１３によって水素からなる燃料ガス（反応ガス）が供給され、アノード３２のアノード触媒上で触媒反応によりイオン化された水素は、適度に加湿された固体高分子電解質膜３１を介してカソード３３へと移動し、この移動に伴って発生する電子が外部回路（図示略）に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。カソード３３には、例えば酸素を含む酸化剤ガス（反応ガス）である空気が、カソード流路に接続された入口側配管からエアーコンプレッサ１２によって供給され、このカソード３３において、水素イオン、電子及び酸素が反応して水が生成される。そして、アノード流路に接続された出口側配管およびカソード流路に接続された出口側配管から未反応の反応ガスを含む排出ガスが燃料電池１１の外部に排出される。
【００１２】
ここで、水素タンク１３と燃料電池１１のアノード３２の入口側配管との間には、例えば水素の流通方向に沿って順次、供給弁１４と、供給圧力センサ２５とが配置されている。
また、燃料電池１１のアノード３２の出口側配管にはパージ弁１５が配置されている。
そして、供給弁１４およびパージ弁１５の各弁開度は制御装置２０により制御されている。
【００１３】
燃料電池１１から取り出される発電電流は電流制御器１６に入力されており、この電流制御器１６には蓄電装置をなす、例えば電気二重層コンデンサや電解コンデンサ等からなるキャパシタ１７が接続されている。
そして、燃料電池１１とキャパシタ１７は、電流制御器１６および出力制御器１８を介して、電気的負荷である走行用のモータ１９等に対して並列に接続されている。
電流制御器１６は、例えばＤＣ−ＤＣチョッパ等を備えて構成されており、制御装置２０から出力される電流指令値つまり燃料電池１１に対する発電指令に基づいて、燃料電池１１から取り出される発電電流の電流値を制御する。
出力制御器１８は、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ）によるＰＷＭインバータを備えており、制御装置２０から出力されるモータ１８に対するトルク指令等に基づき、電流制御器１６を介して燃料電池１１およびキャパシタ１２から出力される直流電力を３相交流電力に変換してモータ１９へ供給する。
なお、モータ１９は、例えば界磁として永久磁石を利用する永久磁石式の３相交流同期モータとされており、出力制御器１８から供給される３相交流電力により駆動制御される。
【００１４】
制御装置２０は、例えば、車両の運転状態や、燃料電池１１のアノード３２に供給される反応ガスに含まれる水素の濃度や、燃料電池１１のアノード３２から排出される排出ガスに含まれる水素の濃度や、燃料電池１１の発電状態、例えば各複数の燃料電池セルの出力電圧であるセル電圧や、燃料電池１１から取り出される発電電流等に基づき、エアーコンプレッサ１２および水素タンク１３から燃料電池１１へ供給される各反応ガスの流量に対する指令値を出力し、燃料電池１１の発電状態を制御すると共に、燃料電池１１に対する発電指令を電流制御器１６へ出力し、燃料電池１１から取り出される発電電流の電流値を制御する。
【００１５】
また、制御装置２０は、出力制御器１８に具備されたＰＷＭインバータの電力変換動作を制御しており、例えばモータ１９に対しては、運転者によるアクセルペダルの踏み込み操作量等に関するアクセル開度の信号に基づいてトルク指令を算出する。そして、このトルク指令を出力制御器１８に入力することで、トルク指令に応じたパルス幅変調信号がＰＷＭインバータに入力され、要求されるトルクを発生させるための各相電流がモータ１９の各相へと出力される。
【００１６】
さらに、制御装置２０は、例えば図２に示すように、換算水素消費量Ｓ１算出部４１と、水素排出量Ｓ２算出部４２と、水素消費総量Ｓ算出部４３と、総皇居値算出部４４と、燃費算出部４５と、水素残量算出部４６と、残層強距離４７とを備えて構成されている。
換算水素消費量Ｓ１算出部４１は、例えば所定の換算テーブルのテーブル検索等により、発電電流の検出値や指令値を水素の消費量に換算することによって、発電により消費された水素の量である換算水素消費量Ｓ１を算出し、水素消費総量Ｓ算出部４３へ出力する。
水素排出量Ｓ２算出部４２は、燃料電池１１のアノード３２に供給される水素の圧力（水素供給圧力）と、パージ弁１５の開弁状態が継続される積算時間とに基づき、パージ弁１５から排出される水素の量である水素排出量Ｓ２を算出し、水素消費総量Ｓ算出部４３へ出力する。
【００１７】
水素消費総量Ｓ算出部４３は、換算水素消費量Ｓ１と水素排出量Ｓ２とを加算して得た値を水素消費総量Ｓに設定し、燃費算出部４５へ出力する。
走行距離算出部４４は、例えば車両の速度（車速）の時間積分等により、車両の走行距離を算出し、燃費算出部４５へ出力する。
燃費算出部４５は、走行距離を水素消費総量Ｓで除算して得た値を燃費に設定し、例えば表示装置２１へ出力すると共に、残走行距離算出部４７へ出力する。
水素残量算出部４６は、例えば水素タンク１３の内部における水素の圧力であるタンク内圧力と、水素タンク１３の出口位置における水素の温度であるタンク出口温度とに基づき、水素タンク１３内の水素の量である水素残量を算出し、残走行距離算出部４７へ出力する。
残走行距離算出部４７は、燃費と水素残量とを乗算して得た値を、走行可能な距離とされる残走行距離に設定し、例えば表示装置２１へ出力する。
【００１８】
このため、制御装置２０には、例えば、電流制御器１９から出力制御器１８へ供給される発電電流の電流値を検出する電流センサ２２から出力される検出信号と、水素タンク１３の内部における水素の圧力を検出するタンク内圧センサ２３から出力される検出信号と、水素タンク１３の出口位置における水素の温度を検出するタンク出口温度センサ２４から出力される検出信号と、供給弁１４と燃料電池１１のアノード３２の入口側配管との間に配置された供給圧力センサ２５から出力される検出信号と、アクセル開度センサ２６から出力される検出信号と、車速センサ２７から出力される検出信号とが入力されている。
【００１９】
本実施の形態による燃料電池車両の残走行情報報知装置１０は上記構成を備えており、次に、この燃料電池車両の残走行情報報知装置１０の動作について添付図面を参照しながら説明する。
【００２０】
先ず、例えば図３に示すステップＳ０１においては、例えば所定の換算テーブルのテーブル検索等により、発電電流の検出値や指令値を水素の消費量に換算することによって、発電により消費された水素の量である換算水素消費量Ｓ１を算出する。
次に、ステップＳ０２においては、パージ弁１５が開状態か否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、後述するステップＳ０４に進む。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ０３に進む。
【００２１】
ステップＳ０３においては、供給圧力センサ２５から出力される水素供給圧力と、パージ弁１５の開弁状態が継続される積算時間とに基づき、パージ弁１５から排出される水素の量である水素排出量Ｓ２を算出する。
次に、ステップＳ０４においては、換算水素消費量Ｓ１と水素排出量Ｓ２とを加算して得た値を水素消費総量Ｓに設定する。
次に、ステップＳ０５においては、例えば車両の速度（車速）の時間積分等により算出した車両の走行距離を水素消費総量Ｓで除算して得た値を燃費として設定し、この燃費を、例えば表示装置２１において表示させたり、例えば音声出力装置（図示略）において音声出力させる。
【００２２】
そして、ステップＳ０６においては、タンク内圧力と、タンク出口温度とに基づき、水素タンク１３内の水素の量である水素残量を算出する。
そして、ステップＳ０７においては、燃費と水素残量とを乗算して得た値を残走行距離に設定し、この残走行距離を、例えば表示装置２１において表示させたり、例えば音声出力装置（図示略）において音声出力させ、一連の処理を終了する。
【００２３】
上述したように、本実施の形態による燃料電池車両の残走行情報報知装置１０によれば、燃料電池１１の発電により消費される水素の量である換算水素消費量Ｓ１に加えて、燃料電池１１の発電には寄与せずに、パージ弁１５から排出される水素の量である水素排出量Ｓ２に基づき、燃費を算出することによって、例えば発電電流に基づき燃費を算出する場合等に比べて、燃費の算出精度を向上させることができる。また、燃料の残量と燃費により算出可能な残走行距離の算出精度を向上させることができ、より精度の高い燃費または残走行距離を車両の乗員に報知することができる。
しかも、水素排出量Ｓ２を、燃料電池１１のアノード３２に供給される水素の圧力（水素供給圧力）と、パージ弁１５の開弁状態が継続される積算時間とに基づき算出することにより、水素排出量Ｓ２の算出精度を向上させることができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の本発明の燃料電池車両の残走行情報報知装置によれば、燃料電池の発電により消費される燃料の消費量に加えて、燃料電池の発電には寄与せずに、外部に排出される排出量に基づき燃費を算出することによって、燃費の算出精度を向上させることができる。また、燃料の残量と燃費により算出可能な残走行距離の算出精度を向上させることができ、より精度の高い燃料消費率または残走行距離を車両の乗員に報知することができる。
さらに、請求項２に記載の本発明の燃料電池車両の残走行情報報知装置によれば、燃料電池の発電には寄与せずに、外部に排出される燃料の排出量の算出精度を向上させることができ、より一層、精度の高い燃料消費率または残走行距離を車両の乗員に報知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池車両の残走行情報報知装置の構成図である。
【図２】図１に示す制御装置のブロック構成図である。
【図３】図１に示す燃料電池車両の残走行情報報知装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０ 燃料電池車両の残走行情報報知装置
２５ 供給圧力センサ（圧力検出手段）
ステップＳ０１ 消費量算出手段
ステップＳ０３ 排出量算出手段
ステップＳ０４ 消費総量算出手段
ステップＳ０５〜ステップＳ０７ 残走行距離算出手段
ステップＳ０５、ステップＳ０７ 報知手段

Claims (2)

1. 燃料電池を駆動用電源として搭載する燃料電池車両の残走行情報報知装置であって、
   前記燃料電池にて消費される燃料の消費量を算出する消費量算出手段と、
   前記燃料電池へ前記燃料を供給する燃料供給系の外部に排出される前記燃料の排出量を算出する排出量算出手段と、
   前記消費量算出手段により算出される前記消費量と、前記排出量算出手段により算出される前記排出量とを加算して、前記燃料の消費総量を算出する消費総量算出手段と、
   前記消費総量算出手段により算出される前記消費総量に基づき、燃料消費率または走行可能な距離である残走行距離を算出する残走行情報算出手段と、
   前記残走行情報算出手段により算出される前記燃料消費率または前記残走行距離を前記燃料電池車両の乗員に報知する報知手段と
   を備えることを特徴とする燃料電池車両の残走行情報報知装置。
2. 前記燃料電池へ供給される前記燃料の圧力を検出する圧力検出手段を備え、
   前記排出量算出手段は、前記圧力検出手段により検出される前記燃料の圧力に応じて前記排出量を算出することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池車両の残走行情報報知装置。

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