(57)【要約】【課題】ユーザに不快感を与えることを抑制しつつ暖機を行い得る燃料電池システム及びその制御方法並びにプログラムを提供する。【解決手段】燃料電池システム１０は、燃料電池１２と、燃料電池にエアを供給するエアポンプ４８と、燃料電池とエアポンプとが搭載された車両１１における搭乗者の有無を判定する搭乗者有無判定部６６と、燃料電池を暖機する際のエアポンプの吐出流量を、車両における搭乗者の有無に応じて決定する吐出流量決定部６８と、吐出流量決定部により決定された吐出流量に基づいてエアポンプを制御する制御部６４とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、
前記燃料電池にエアを供給するエアポンプと、
前記燃料電池と前記エアポンプとが搭載された車両における搭乗者の有無を判定する搭乗者有無判定部と、
前記燃料電池を暖機する際の前記エアポンプの吐出流量を、前記車両における前記搭乗者の有無に応じて決定する吐出流量決定部と、
前記吐出流量決定部により決定された前記吐出流量に基づいて前記エアポンプを制御する制御部と
を有する、燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記車両に備えられた空調設備がオンであるか否かを判定する空調判定部を更に有し、
前記吐出流量決定部は、前記空調設備によって空調が行われる際における前記エアポンプの前記吐出流量を前記車両における前記搭乗者の有無に応じて決定する、燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の燃料電池システムにおいて、
前記吐出流量決定部は、前記車両に前記搭乗者がいる場合には、前記吐出流量を第１の流量と決定し、前記車両に前記搭乗者がいない場合には、前記吐出流量を前記第１の流量より大きい第２の流量と決定する、燃料電池システム。
【請求項４】
燃料電池と、
前記燃料電池にエアを供給するエアポンプと、
前記燃料電池と前記エアポンプとが搭載された車両におけるメインスイッチの状態を判定するメインスイッチ判定部と、
前記車両に備えられた温度センサによって検出される温度が閾値未満であるか否かを判定する温度判定部と、
前記燃料電池を暖機する際の前記エアポンプの吐出流量を、前記メインスイッチの状態と前記温度とに基づいて決定する吐出流量決定部と、
前記吐出流量決定部により決定された前記吐出流量に基づいて前記エアポンプの前記吐出流量を制御する制御部と
を有する、燃料電池システム。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料電池システムにおいて、
前記吐出流量決定部は、前記温度が前記閾値未満であるとともに前記メインスイッチがオフである場合には、前記メインスイッチをオンにした状態で前記車両を走行させることなく前記燃料電池を暖機する際の前記エアポンプの前記吐出流量である第１の流量より大きい第２の流量に前記吐出流量を決定する、燃料電池システム。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の燃料電池システムにおいて、
前記閾値は、氷点である、燃料電池システム。
【請求項７】
燃料電池と、前記燃料電池にエアを供給するエアポンプとを有する燃料電池システムの制御方法であって、
前記燃料電池と前記エアポンプとが搭載された車両における搭乗者の有無を判定するステップと、
前記燃料電池を暖機する際の前記エアポンプの吐出流量を、前記車両における前記搭乗者の有無に応じて決定するステップと、
前記吐出流量を決定するステップにおいて決定された前記吐出流量に基づいて前記エアポンプを制御するステップと
を有する、燃料電池システムの制御方法。
【請求項８】
燃料電池と、前記燃料電池にエアを供給するエアポンプとを有する燃料電池システムの制御方法であって、
前記燃料電池と前記エアポンプとが搭載された車両におけるメインスイッチの状態を判定するステップと、
前記車両に備えられた温度センサによって検出される温度が閾値未満であるか否かを判定するステップと、
前記燃料電池を暖機する際の前記エアポンプの吐出流量を、前記メインスイッチの状態と前記温度とに基づいて決定するステップと、
前記吐出流量を決定するステップにおいて決定された前記吐出流量に基づいて、前記エアポンプの前記吐出流量を制御するステップと
を有する、燃料電池システムの制御方法。
【請求項９】
燃料電池と、前記燃料電池にエアを供給するエアポンプとを有する燃料電池システムに備えられたコンピュータに、
前記燃料電池と前記エアポンプとが搭載された車両における搭乗者の有無を判定するステップと、
前記燃料電池を暖機する際の前記エアポンプの吐出流量を、前記車両における前記搭乗者の有無に応じて決定するステップと、
前記吐出流量を決定するステップにおいて決定された前記吐出流量に基づいて前記エアポンプを制御するステップとを実行させるためのプログラム。
【請求項１０】
燃料電池と、前記燃料電池にエアを供給するエアポンプとを有する燃料電池システムに備えられたコンピュータに、
前記燃料電池と前記エアポンプとが搭載された車両におけるメインスイッチの状態を判定するステップと、
前記車両に備えられた温度センサによって検出される温度が閾値未満であるか否かを判定するステップと、
前記燃料電池を暖機する際の前記エアポンプの吐出流量を、前記メインスイッチの状態と前記温度とに基づいて決定するステップと、
前記吐出流量を決定するステップにおいて決定された前記吐出流量に基づいて、前記エアポンプの前記吐出流量を制御するステップとを実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システム及びその制御方法並びにプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近時では、燃料電池を用いた燃料電池車両が大きな注目を集めている。燃料電池の運転温度は比較的高温である。このため、燃料電池の始動時においては、燃料電池を暖めることが重要である。このような処理は、暖機と称される。また、燃料電池内において生成される水分が凍結することによって生ずる不具合を防止すべく、燃料電池の暖機が適宜行われる。
【０００３】
なお、特許文献１には、以下のようなことが開示されている。即ち、特許文献１では、ＳＯＣセンサ、回転数検知センサ等から送出されるセンサ信号に基づいて燃料電池の出力要求電力が算出される。そして、燃料電池の出力要求電力に対応するＩＶ特性マップと、トラクションモータの最低駆動電圧とに基づいて出力電流指令値が算出される。そして、出力電流指令値に基づいてエアストイキ比が決定され、エアストイキ比に基づいて酸化ガスの流量が算出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１０３２５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、燃料電池の暖機を単に行った場合には、エアポンプによる騒音・振動がユーザに不快感を与えかねない。
【０００６】
本発明の目的は、ユーザに不快感を与えることを抑制しつつ暖機を行い得る燃料電池システム及びその制御方法並びにプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様による燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池にエアを供給するエアポンプと、前記燃料電池と前記エアポンプとが搭載された車両における搭乗者の有無を判定する搭乗者有無判定部と、前記燃料電池を暖機する際の前記エアポンプの吐出流量を、前記車両における前記搭乗者の有無に応じて決定する吐出流量決定部と、前記吐出流量決定部により決定された前記吐出流量に基づいて前記エアポンプを制御する制御部とを有する。
【０００８】
本発明の他の態様による燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池にエアを供給するエアポンプと、前記燃料電池と前記エアポンプとが搭載された車両におけるメインスイッチの状態を判定するメインスイッチ判定部と、前記車両に備えられた温度センサによって検出される温度が閾値未満であるか否かを判定する温度判定部と、前記燃料電池を暖機する際の前記エアポンプの吐出流量を、前記メインスイッチの状態と前記温度とに基づいて決定する吐出流量決定部と、前記吐出流量決定部により決定された前記吐出流量に基づいて前記エアポンプの前記吐出流量を制御する制御部とを有する。
【０００９】
本発明の更に他の態様による燃料電池システムの制御方法は、燃料電池と、前記燃料電池にエアを供給するエアポンプとを有する燃料電池システムの制御方法であって、前記燃料電池と前記エアポンプとが搭載された車両における搭乗者の有無を判定するステップと、前記燃料電池を暖機する際の前記エアポンプの吐出流量を、前記車両における前記搭乗者の有無に応じて決定するステップと、前記吐出流量を決定するステップにおいて決定された前記吐出流量に基づいて前記エアポンプを制御するステップとを有する。
【００１０】
本発明の更に他の態様による燃料電池システムの制御方法は、燃料電池と、前記燃料電池にエアを供給するエアポンプとを有する燃料電池システムの制御方法であって、前記燃料電池と前記エアポンプとが搭載された車両におけるメインスイッチの状態を判定するステップと、前記車両に備えられた温度センサによって検出される温度が閾値未満であるか否かを判定するステップと、前記燃料電池を暖機する際の前記エアポンプの吐出流量を、前記メインスイッチの状態と前記温度とに基づいて決定するステップと、前記吐出流量を決定するステップにおいて決定された前記吐出流量に基づいて、前記エアポンプの前記吐出流量を制御するステップとを有する。
【００１１】
本発明の更に他の態様によるプログラムは、燃料電池と、前記燃料電池にエアを供給するエアポンプとを有する燃料電池システムに備えられたコンピュータに、前記燃料電池と前記エアポンプとが搭載された車両における搭乗者の有無を判定するステップと、前記燃料電池を暖機する際の前記エアポンプの吐出流量を、前記車両における前記搭乗者の有無に応じて決定するステップと、前記吐出流量を決定するステップにおいて決定された前記吐出流量に基づいて前記エアポンプを制御するステップとを実行させる。
【００１２】
本発明の更に他の態様によるプログラムは、燃料電池と、前記燃料電池にエアを供給するエアポンプとを有する燃料電池システムに備えられたコンピュータに、前記燃料電池と前記エアポンプとが搭載された車両におけるメインスイッチの状態を判定するステップと、前記車両に備えられた温度センサによって検出される温度が閾値未満であるか否かを判定するステップと、前記燃料電池を暖機する際の前記エアポンプの吐出流量を、前記メインスイッチの状態と前記温度とに基づいて決定するステップと、前記吐出流量を決定するステップにおいて決定された前記吐出流量に基づいて、前記エアポンプの前記吐出流量を制御するステップとを実行させる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ユーザに不快感を与えることを抑制しつつ暖機を行い得る燃料電池システム及びその制御方法並びにプログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態による燃料電池システムが備えられた車両を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態による燃料電池システムの動作を示すフローチャートである。
【図３】第１実施形態による燃料電池システムの動作の例を示すタイムチャートである。
【図４】第２実施形態による燃料電池システムが備えられた車両を示すブロック図である。
【図５】第２実施形態による燃料電池システムの動作を示すフローチャートである。
【図６】第２実施形態による燃料電池システムの動作の例を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明による燃料電池システム及びその制御方法並びにプログラムについて、好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して以下に詳細に説明する。
【００１６】
［第１実施形態］
第１実施形態による燃料電池システム及びその制御方法並びにプログラムについて図面を用いて説明する。図１は、本実施形態による燃料電池システムが備えられた車両を示すブロック図である。
【００１７】
図１に示すように、車両１１には、本実施形態による燃料電池システム１０が備えられている。車両１１は、燃料電池車両、より具体的には、燃料電池電気自動車である。車両１１には、燃料電池システム１０から流出したカソード排ガスを車両１１の外部に排出する排気管６０が備えられている。
【００１８】
車両１１には、燃料電池システム１０の全体の制御を司るとともに所定の処理を行うＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｕｎｉｔ）６２が備えられている。また、車両１１には、空調設備（エアコンディショナ）８４と、空調設備８４を制御する空調ＥＣＵ７６とが備えられている。空調設備８４は、燃料電池システム１０から供給される電力によって動作する。空調設備８４のオン／オフは、例えば、空調スイッチ７９がユーザにより操作されることによって行われ得る。なお、車両１１には、駆動ＥＣＵ及び制動ＥＣＵが更に備えられているが、ここでは図示を省略している。
【００１９】
車両１１には、車両１１内における搭乗者（ユーザ）の有無を検出する搭乗者センサ７８が備えられている。なお、車両１１には、これらの構成要素以外の構成要素も備えられているが、ここでは説明を省略することとする。
【００２０】
ＥＣＵ６２には、演算部６３と、記憶部７２とが備えられている。演算部６３は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）によって構成され得る。演算部６３は、記憶部７２に記憶されているプログラムに基づいて燃料電池システム１０の各部を制御する。演算部６３には、制御部６４と、搭乗者有無判定部６６と、吐出流量決定部６８と、空調判定部７０とが備えられている。搭乗者有無判定部６６は、搭乗者センサ７８から供給される信号に基づいて車両１１における搭乗者の有無を判定する。吐出流量決定部６８は、燃料電池スタック１２を暖機する際のエアポンプ４８の吐出流量を、車両１１における搭乗者の有無に応じて決定する。吐出流量決定部６８は、車両１１に搭乗者がいる場合には、エアポンプ４８の吐出流量を第１の流量と決定する。吐出流量決定部６８は、車両１１に搭乗者がいない場合には、エアポンプ４８の吐出流量を第１の流量より大きい第２の流量と決定する。空調判定部７０は、空調設備８４がオン状態であるか否かを判定する。制御部６４は、吐出流量決定部６８により決定された吐出流量に基づいてエアポンプ４８を制御する。制御部６４と、搭乗者有無判定部６６と、吐出流量決定部６８と、空調判定部７０とは、記憶部７２に記憶されているプログラムが演算部６３によって実行されることによって実現され得る。
【００２１】
燃料電池システム１０には、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池スタック（ＦＣ  ＳＴＡＣＫ、燃料電池）１２が備えられている。燃料電池システム１０には、燃料電池スタック１２に燃料ガス（例えば、水素ガス）を供給する燃料ガス供給装置２５と、燃料電池スタック１２に酸化剤ガスである空気を供給する酸化剤ガス供給装置２６とが備えられている。燃料電池システム１０には、エネルギ貯蔵装置である不図示のバッテリが更に備えられている。燃料電池スタック１２には、燃料電池スタック１２に冷却媒体を供給する冷却媒体供給装置２７が更に備えられている。
【００２２】
燃料電池スタック１２は、不図示の発電セルを複数積層することにより構成されている。各々の発電セルは、電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）をセパレータによって挟持することによって構成されている。かかる電解質膜・電極接合体は、電解質膜の一方の面にアノード電極を配設し、当該電解質膜の他方の面にカソード電極を配設することによって構成されている。電解質膜としては、例えば高分子イオン交換膜が用いられている。アノード電極に水素を含む燃料ガスを供給し、カソード電極に酸素を含む酸化剤ガスを供給することによって、発電が行われる。
【００２３】
燃料ガス供給装置２５は、高圧の燃料ガス（高圧水素）を貯留する燃料ガスタンク２８と、燃料ガスを燃料電池スタック１２に導く燃料ガス供給ライン３０と、燃料ガス供給ライン３０に設けられたインジェクタ３２とを有する。燃料ガス供給装置２５は、インジェクタ３２の下流側に備えられたエジェクタ３４を更に有する。燃料ガス供給ライン３０は、燃料電池スタック１２の燃料ガス入口２０ａに接続されている。インジェクタ３２とエジェクタ３４とによって燃料ガス噴射装置が構成されている。
【００２４】
燃料電池スタック１２の燃料ガス出口２０ｂには、燃料ガス排出ライン３６が接続されている。燃料ガス排出ライン３６は、燃料電池スタック１２のアノードにおいて少なくとも一部が使用された燃料ガスであるアノード排ガス（燃料オフガス）を、燃料電池スタック１２から導出する。燃料ガス排出ライン３６には、循環ライン４０が連結されている。循環ライン４０は、アノード排ガスをエジェクタ３４に導く。循環ライン４０には、水素ポンプ４２（循環ポンプ）が設けられている。なお、水素ポンプ４２は設けられなくてもよい。
【００２５】
燃料ガス排出ライン３６には、気液分離器３８が設けられる。気液分離器３８の液体排出口３８ｂには、接続ライン３７が接続されている。接続ライン３７には、制御部６４によって開閉制御される排水バルブ３９が設けられている。
【００２６】
酸化剤ガス供給装置２６は、燃料電池スタック１２の酸化剤ガス入口２０ｃに接続された酸化剤ガス供給ライン４４と、燃料電池スタック１２の酸化剤ガス出口２０ｄに接続された酸化剤ガス排出ライン４６とを有する。酸化剤ガス供給装置２６は、燃料電池スタック１２に向けて空気を送給するエアポンプ４８と、燃料電池スタック１２に供給する空気を加湿する加湿器５０とを更に有する。
【００２７】
エアポンプ４８は、空気を圧縮するコンプレッサ４８ａと、コンプレッサ４８ａを回転駆動するモータ４８ｂと、コンプレッサ４８ａに連結されたエキスパンダ４８ｃ（回生機構）とを有する。エアポンプ４８は、制御部６４により制御される。コンプレッサ４８ａは、酸化剤ガス供給ライン４４に設けられている。酸化剤ガス供給ライン４４において、コンプレッサ４８ａよりも上流側にはエアクリーナ５２が設けられている。空気は、エアクリーナ５２を介してコンプレッサ４８ａに導入される。
【００２８】
エキスパンダ４８ｃは、酸化剤ガス排出ライン４６に設けられている。エキスパンダ４８ｃのインペラは、連結シャフト４８ｄを介して、コンプレッサ４８ａのインペラに連結されている。コンプレッサ４８ａのインペラと、連結シャフト４８ｄと、エキスパンダ４８ｃのインペラとは、回転軸（図示せず）を中心に一体に回転する。エキスパンダ４８ｃのインペラにはカソード排ガスが導入されて、カソード排ガスから流体エネルギを回生する。回生エネルギは、コンプレッサ４８ａを回転させるための駆動力の一部を賄う。
【００２９】
加湿器５０は、水分が透過可能な多数の中空糸膜を有している。中空糸膜によって、燃料電池スタック１２に向かう空気と、燃料電池スタック１２から排出された多湿のカソード排ガスとの間で水分交換が行われる。こうして、燃料電池スタック１２に向かう空気が加湿される。
【００３０】
酸化剤ガス供給ライン４４においては、加湿器５０と燃料電池スタック１２の酸化剤ガス入口２０ｃとの間に、気液分離器５４が設けられている。気液分離器５４には、接続ライン３７が接続されている。気液分離器５４の液体排出口５４ａには、ドレイン管５５の一端が接続されている。ドレイン管５５の他端は排気管６０に接続されている。ドレイン管５５には、オリフィス５６が設けられている。なお、気液分離器５４は設けられなくてもよい。気液分離器５４が設けられない場合、接続ライン３７は酸化剤ガス供給ライン４４に直接接続されてもよい。
【００３１】
排気管６０は、エキスパンダ４８ｃの出口４８ｅに接続されている。排気管６０は、エキスパンダ４８ｃの出口４８ｅから延出し、車体（図示せず）の底部に沿って、車体の後部まで延在している。
【００３２】
冷却媒体供給装置２７は、配管２９ａを介して燃料電池スタック１２に冷却媒体を供給する。燃料電池スタック１２に供給された冷却媒体は、配管２９ｂを介して冷却媒体供給装置２７に戻される。配管２９ｂには、温度センサ３１が備えられている。温度センサ３１は、燃料電池スタック１２の温度を検出し得る。
【００３３】
搭乗者センサ７８は、車両１１内における搭乗者の有無を検出し、搭乗者の有無を示す信号をＥＣＵ６２に供給する。
【００３４】
燃料電池システム１０は、通常運転時においては、以下のように動作する。即ち、燃料ガス供給装置２５においては、燃料ガスタンク２８から燃料ガス供給ライン３０に燃料ガスが供給される。この際、燃料ガスは、インジェクタ３２によりエジェクタ３４に向けて噴射され、エジェクタ３４を介して、燃料ガス入口２０ａから燃料電池スタック１２内の燃料ガス流路へと導入され、アノードに供給される。
【００３５】
一方、酸化剤ガス供給装置２６においては、エアポンプ４８（コンプレッサ４８ａ）が回転し、酸化剤ガスである空気が酸化剤ガス供給ライン４４に送られる。空気は、加湿器５０にて加湿された後、酸化剤ガス入口２０ｃから燃料電池スタック１２内の酸化剤ガス流路に導入され、カソードに供給される。各々の発電セルにおいて、アノードに供給される燃料ガスと、カソードに供給される空気中の酸素とが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されることによって、発電が行われる。
【００３６】
アノードで消費されなかった燃料ガスは、アノード排ガスとして燃料ガス出口２０ｂから燃料ガス排出ライン３６に排出される。気液分離器３８にはアノード排ガスとともにアノードから排出された液水が導入される。アノード排ガスは気液分離器３８にて液水から分離され、気液分離器３８の気体排出口３８ａを介して循環ライン４０へ流入する。気液分離器３８内の液量は、制御部６４の指示に基づく排水バルブ３９の開閉によって調整される。なお、燃料電池スタック１２の運転停止時に排水バルブ３９は開弁され、気液分離器３８内の液水は、重力により、接続ライン３７を介して、酸化剤ガス供給ライン４４に設けられた気液分離器５４に排出される。液水は、気液分離器５４からドレイン管５５及び排気管６０を介して車外へと排出される。
【００３７】
アノード排ガスは、燃料ガス排出ライン３６から循環ライン４０を介してエジェクタ３４に導入される。エジェクタ３４に導入されたアノード排ガスは、インジェクタ３２により噴射された燃料ガスと混合されて、燃料電池スタック１２へと供給される。
【００３８】
燃料電池スタック１２の酸化剤ガス出口２０ｄからは、カソードで消費されなかった酸素を含む多湿のカソード排ガスと、カソードでの反応生成物である水とが、酸化剤ガス排出ライン４６へと排出される。カソード排ガスは、加湿器５０にて、燃料電池スタック１２へと向かう空気と水分交換を行った後、エアポンプ４８のエキスパンダ４８ｃに導入される。エキスパンダ４８ｃでは、カソード排ガスからエネルギ回収（回生）を行い、回生エネルギがコンプレッサ４８ａの駆動力の一部となる。カソード排ガス及び水は、エキスパンダ４８ｃから排気管６０へと排出され、排気管６０を介して車外へと放出される。
【００３９】
燃料電池システム１０の運転を開始する際、燃料電池スタック１２の暖機が必要であると制御部６４が判定した場合には、通常運転に先行して暖機運転（暖機処理）が行われる。制御部６４は、例えば、温度センサ３１を用いて検出される燃料電池スタック１２の温度に基づいて、燃料電池スタック１２の暖機が必要であるか否かを判定し得る。暖機運転においては、制御部６４からの指示によって、気液分離器３８に接続された接続ライン３７に設けられた排水バルブ３９が開けられる。そして、通常運転と同様に、燃料ガス供給装置２５により燃料電池スタック１２のアノードに燃料ガスが供給されるとともに、酸化剤ガス供給装置２６により燃料電池スタック１２のカソードに酸化剤ガスが供給されて、発電が行われる。
【００４０】
排水バルブ３９が開弁しているため、接続ライン３７を介して燃料ガスが酸化剤ガス供給ライン４４に導入される。このため、燃料電池スタック１２のカソードには、酸化剤ガスとともに燃料ガスも供給される。その結果、酸化剤ガスと燃料ガスとにより、カソード触媒で発熱反応（触媒燃焼）が生じる。この発熱反応に伴う熱と上記の発電に伴う熱とによって、燃料電池スタック１２が迅速に加熱される。そして、暖機完了温度に到達したと判定された場合には、排水バルブ３９が閉じられ、上述した通常運転に移行する。
【００４１】
本実施形態による燃料電池システムの動作について図２を用いて説明する。図２は、本実施形態による燃料電池システムの動作を示すフローチャートである。
【００４２】
ステップＳ１において、空調判定部７０は、空調設備８４がオン状態であるか否かを、空調ＥＣＵ７６から供給される信号に基づいて判定する。空調設備８４のオン／オフは、例えば、空調スイッチ７９がユーザにより操作されることによって行われ得る。空調設備８４がオン状態である場合。ステップＳ２に遷移する。空調設備８４がオフ状態である場合、所定時間が経過した後、ステップＳ１が再度実行される。
【００４３】
ステップＳ２において、制御部６４は、燃料電池スタック１２の暖機が必要であるか否かを、温度センサ３１により検出された温度に基づいて判定する。温度センサ３１により検出された温度が所定温度未満である場合には、制御部６４は、燃料電池スタック１２の暖機が必要であると判定する。この場合、ステップＳ３に遷移する。温度センサ３１により検出された温度が所定温度以上である場合には、制御部６４は、燃料電池スタック１２の暖機が不要であると判定する。この場合、図２に示す処理が終了する。この場合、燃料電池スタック１２の通常運転が実行される。
【００４４】
ステップＳ３において、搭乗者有無判定部６６は、車両１１における搭乗者の有無を搭乗者センサ７８から供給される信号に基づいて判定する。車両１１に搭乗者がいる場合、ステップＳ４に遷移する。車両１１に搭乗者がいない場合、ステップＳ５に遷移する。
【００４５】
ステップＳ４において、吐出流量決定部６８は、エアポンプ４８における吐出流量を第１の流量と決定する。制御部６４は、吐出流量決定部６８により決定された吐出流量に基づいてエアポンプ４８を制御する。この場合、エアポンプ４８における吐出流量が第１の流量に設定される。第１の流量は比較的小さい流量である。エアポンプ４８の吐出流量が比較的小さいため、エアポンプ４８による振動・騒音は比較的小さい。このため、車両１１内の搭乗者に不快感を与えるのを抑制することができる。
【００４６】
ステップＳ５において、吐出流量決定部６８は、エアポンプ４８における吐出流量を、第１の流量より大きい第２の流量と決定する。制御部６４は、吐出流量決定部６８により決定された吐出流量に基づいてエアポンプ４８を制御する。この場合、エアポンプ４８における吐出流量が第２の流量に設定される。第２の流量は比較的大きい流量である。エアポンプ４８の吐出流量が比較的大きいため、エアポンプ４８による振動・騒音は比較的大きい。しかし、車両１１に搭乗者がいないため、搭乗者に不快感を与えることはない。
【００４７】
こうして、本実施形態による燃料電池システム１０が駆動される。
【００４８】
図３は、本実施形態による燃料電池システムの動作の例を示すタイムチャートである。ここでは、車両１１の走行を開始する前に空調設備８４を用いた空調が行われる場合が例として示されている。
【００４９】
タイミングＴ１において、空調設備８４がオン状態に設定される。空調判定部７０は、空調ＥＣＵ７６から供給される信号に基づいて、空調設備８４がオン状態になったことを判定する。
【００５０】
タイミングＴ２において、燃料電池スタック１２の暖機運転が開始される。車両１１に搭乗者がいる場合には、エアポンプ４８の吐出流量、即ち、エア流量（Ａｉｒ流量）は比較的小さい流量である第１の流量に設定される。エアポンプ４８の吐出流量が比較的小さいため、エアポンプ４８による振動・騒音は比較的小さい。このため、搭乗者に不快感を与えるのを抑制することができる。一方、車両１１に搭乗者がいない場合には、エアポンプ４８の吐出流量は第１の流量より大きい第２の流量に設定される。エアポンプ４８の吐出流量が比較的大きいため、エアポンプ４８による振動・騒音は比較的大きくなるが、車両１１に搭乗者がいないため不快感を与えることはない。タイミングＴ２において、暖機運転が開始されるため、燃料電池スタック１２の温度、即ち、ＦＣ温度は上昇し始める。車両１１の走行を開始する前であるため、車両１１の速度は０ｋｍ／ｈである。
【００５１】
タイミングＴ３において、暖機運転が終了となり、通常運転に移行する。通常運転においては、エアポンプ４８の吐出流量は第２の流量より小さい流量に設定される。ここでは、通常運転におけるエアポンプ４８の吐出流量を第１の流量とする場合を例に説明するが、これに限定されるものではない。
【００５２】
このように、本実施形態によれば、燃料電池スタック１２を暖機する際のエアポンプ４８の吐出流量が、車両１１における搭乗者の有無に応じて決定される。車両１１内に搭乗者がいない状態で暖機を行う場合には、エアポンプ４８の吐出流量が比較的大きく設定され得る。エアポンプ４８の吐出流量が比較的大きく設定されると、エアポンプ４８による振動・騒音は比較的大きくなるが、車両１１に搭乗者がいないため搭乗者に不快感を与えることはない。一方、車両１１内に搭乗者がいる状態で暖機を行う場合には、エアポンプ４８の吐出流量は比較的小さく設定され得る。エアポンプ４８の吐出流量が比較的小さいため、エアポンプ４８による振動・騒音は比較的小さく、搭乗者に不快感を与えるのを抑制することができる。
【００５３】
［第２実施形態］
第２実施形態による燃料電池システム及びその制御方法並びにプログラムについて図面を用いて説明する。図４は、本実施形態による燃料電池システムが備えられた車両を示すブロック図である。第１実施形態による燃料電池システム等と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し又は簡略にする。
【００５４】
本実施形態では、制御部６４と、温度判定部６７と、吐出流量決定部６８と、メインスイッチ判定部７１とが、演算部６３に備えられている。温度判定部６７は、温度センサ３１によって検出される温度が閾値未満であるか否かを判定する。閾値は、例えば氷点とすることができるが、これに限定されるものではない。メインスイッチ判定部７１は、メインスイッチ（イグニッションスイッチ）８０から供給される信号に基づいて、メインスイッチ８０がオン状態であるか否かを判定する。制御部６４と、温度判定部６７と、吐出流量決定部６８と、メインスイッチ判定部７１とは、記憶部７２に記憶されているプログラムが演算部６３によって実行されることによって実現され得る。なお、ここでは、燃料電池スタック１２の温度を検出する温度センサ３１によって検出される温度が閾値未満であるか否かが温度判定部６７によって判定される場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。車両１１の任意の箇所に備えられた温度センサによって検出される温度が閾値未満であるか否かが、温度判定部６７によって判定されるようにしてもよい。
【００５５】
本実施形態による燃料電池システムの動作について図５を用いて説明する。図５は、本実施形態による燃料電池システムの動作を示すフローチャートである。
【００５６】
ステップＳ１１において、メインスイッチ判定部７１は、メインスイッチ８０がオン状態であるか否かを、メインスイッチ８０から供給される信号に基づいて判定する。メインスイッチ８０のオン／オフは、例えば、メインスイッチ８０がユーザにより操作されることによって行われ得る。メインスイッチ８０がオフ状態である場合（ステップＳ１１においてＹＥＳ）、ステップＳ１２に遷移する。メインスイッチ８０がオン状態である場合（ステップＳ１１においてＮＯ）、所定時間が経過した後、ステップＳ１１が再度実行される。
【００５７】
ステップＳ１２において、制御部６４は、燃料電池スタック１２において生成された水分を燃料電池スタック１２内から除去するための暖機が必要であるか否かを判定する。なお、燃料電池スタック１２内において生成された水分を燃料電池スタック１２内から除去するための暖機は、燃料電池スタック１２内に生成された水分が凍結することによって生ずる不具合を防止するために行われる。例えば、燃料電池スタック１２において生成された水分を燃料電池スタック１２内から除去するための暖機が未だ行われていない場合には、制御部６４は、燃料電池スタック１２の暖機が必要であると判定する。この場合、ステップＳ１３に遷移する。例えば、燃料電池スタック１２において生成された水分を燃料電池スタック１２内から除去するための暖機が既に行われた場合には、制御部６４は、燃料電池スタック１２の暖機が不要であると判定する。この場合、図５に示す処理が終了する。
【００５８】
ステップＳ１３において、温度判定部６７は、温度センサ３１によって検出された温度が閾値未満であるか否かを判定する。温度センサ３１によって検出された温度が閾値未満である場合、ステップＳ１４に遷移する。温度センサ３１によって検出された温度が閾値以上である場合、図５に示す処理を終了する。
【００５９】
ステップＳ１４において、吐出流量決定部６８は、エアポンプ４８における吐出流量を、第２の流量と決定する。第２の流量は、メインスイッチ８０をオンにした状態で車両１１を走行させることなく燃料電池スタック１２を暖機する際のエアポンプ４８の吐出流量である第１の流量より大きい。即ち、第２の流量は、通常運転におけるエアポンプ４８の吐出流量である第１の流量より大きい。制御部６４は、吐出流量決定部６８により決定された吐出流量に基づいてエアポンプ４８を制御する。この場合、エアポンプ４８における吐出流量が第２の流量に設定される。
【００６０】
こうして、本実施形態による燃料電池システム１０が駆動される。
【００６１】
図６は、本実施形態による燃料電池システムの動作の例を示すタイムチャートである。ここでは、燃料電池スタック１２内に生成された水分を除去するための暖機が行われる場合の例が図示されている。燃料電池スタック１２内に生成された水分を除去するための暖機は、メインスイッチ８０がオフになっており、且つ、温度センサ３１によって検出される温度が閾値未満である場合に行われ得る。
【００６２】
タイミングＴ１１において、制御部６４は、燃料電池スタック１２内に生成された水分を除去することの指令、即ち、水分除去指令を出力する。
【００６３】
タイミングＴ１２において、燃料電池スタック１２の暖機運転が開始される。エアポンプ４８の吐出流量、即ち、エア流量は比較的大きい流量である第２の流量に設定される。エアポンプ４８の吐出流量が比較的大きいため、エアポンプ４８による振動・騒音は比較的大きい。しかし、メインスイッチ８０がオフ状態であり、しかも、温度センサ３１によって検出される温度も閾値未満であるため、車両１１には搭乗者がいないと考えられる。このため、搭乗者に不快感を与えることはない。タイミングＴ１２において、暖機運転が開始されるため、燃料電池スタック１２の温度、即ち、ＦＣ温度は上昇し始める。車両１１の走行を開始する前であるため、車両１１の速度は０ｋｍ／ｈである。
【００６４】
タイミングＴ１３以降においては、エアポンプ４８の吐出流量は第２の流量より小さい第３の流量に設定される。エアポンプ４８の吐出流量を第３の流量に設定すると、燃料電池スタック１２の温度は一定温度に維持される。
【００６５】
タイミングＴ１４において、暖機運転が終了となる。タイミングＴ１４以降においては、エアポンプ４８の吐出流量は例えば０ｍ3／ｓｅｃに設定される。
【００６６】
このように、本実施形態によれば、車両１１に備えられた温度センサ３１によって検出される温度が閾値未満であり、且つ、メインスイッチ８０がオフの状態で暖機が行われる場合には、以下のようになる。即ち、このような場合には、エアポンプ４８の吐出流量が比較的大きく設定され得る。エアポンプ４８の吐出流量が比較的大きく設定されると、エアポンプ４８による振動・騒音は比較的大きくなる。しかし、車両１１に備えられた温度センサ３１によって検出される温度が閾値未満であり、且つ、メインスイッチ８０がオフの場合には、車両１１に搭乗者がいないと考えられる。このため、本実施形態によれば、搭乗者に不快感を与えるのを抑制することができる。
【００６７】
［変形実施形態］
本発明についての好適な実施形態を上述したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能である。
【００６８】
例えば、上記実施形態では、接続ライン３７に設けられた排水バルブ３９を開けることにより暖機運転を行う場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。暖機運転を行うことが必要な様々な燃料電池システムに本発明を適用することが可能である。
【００６９】
上記実施形態をまとめると以下のようになる。
【００７０】
燃料電池システム（１０）は、燃料電池（１２）と、前記燃料電池にエアを供給するエアポンプ（４８）と、前記燃料電池と前記エアポンプとが搭載された車両（１１）における搭乗者の有無を判定する搭乗者有無判定部（６６）と、前記燃料電池を暖機する際の前記エアポンプの吐出流量を、前記車両における前記搭乗者の有無に応じて決定する吐出流量決定部（６８）と、前記吐出流量決定部により決定された前記吐出流量に基づいて前記エアポンプを制御する制御部（６４）とを有する。このような構成によれば、車両に搭乗者がいない状態で暖機を行う場合には、エアポンプの吐出流量が比較的大きく設定され得る。エアポンプの吐出流量が比較的大きく設定されると、エアポンプによる振動・騒音は比較的大きくなるが、車両に搭乗者がいないため搭乗者に不快感を与えることはない。一方、車両に搭乗者がいる状態で暖機を行う場合には、エアポンプの吐出流量は比較的小さく設定され得る。エアポンプの吐出流量が比較的小さいため、エアポンプによる振動・騒音は比較的小さく、搭乗者に不快感を与えるのを抑制することができる。
【００７１】
燃料電池システムは、前記車両に備えられた空調設備（８４）がオンであるか否かを判定する空調判定部（７０）を更に有し、前記吐出流量決定部は、前記空調設備によって空調が行われる際における前記エアポンプの前記吐出流量を前記車両における前記搭乗者の有無に応じて決定するようにしてもよい。このような構成によれば、車両に搭乗者がいない状態で空調が行われる場合には、エアポンプの吐出流量が比較的大きく設定される。エアポンプの吐出流量が比較的大きく設定されると、エアポンプによる振動・騒音は比較的大きくなるが、車両に搭乗者がいないため搭乗者に不快感を与えることはない。一方、車両に搭乗者がいる状態で空調が行われる場合には、エアポンプの吐出流量が比較的小さく設定される。エアポンプの吐出流量が比較的小さいため、エアポンプによる振動・騒音は比較的小さく、搭乗者に不快感を与えるのを抑制することができる。
【００７２】
前記吐出流量決定部は、前記車両に前記搭乗者がいる場合には、前記吐出流量を第１の流量と決定し、前記車両に前記搭乗者がいない場合には、前記吐出流量を前記第１の流量より大きい第２の流量と決定するようにしてもよい。
【００７３】
燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池にエアを供給するエアポンプと、前記燃料電池と前記エアポンプとが搭載された車両におけるメインスイッチ（８０）の状態を判定するメインスイッチ判定部（７１）と、前記車両に備えられた温度センサ（３１）によって検出される温度が閾値未満であるか否かを判定する温度判定部（６７）と、前記燃料電池を暖機する際の前記エアポンプの吐出流量を、前記メインスイッチの状態と前記温度とに基づいて決定する吐出流量決定部と、前記吐出流量決定部により決定された前記吐出流量に基づいて前記エアポンプの前記吐出流量を制御する制御部とを有する。このような構成によれば、車両に備えられた温度センサによって検出される温度が閾値未満であり、且つ、メインスイッチがオフの状態で暖機が行われる場合には、エアポンプの吐出流量が比較的大きく設定され得る。エアポンプの吐出流量が比較的大きく設定されると、エアポンプによる振動・騒音は比較的大きくなる。しかし、車両に備えられた温度センサによって検出される温度が閾値未満であり、且つ、メインスイッチがオフの場合には、車両に搭乗者がいないと考えられる。このため、このような構成によれば、搭乗者に不快感を与えるのを抑制することができる。
【００７４】
前記吐出流量決定部は、前記温度が前記閾値未満であるとともに前記メインスイッチがオフである場合には、前記メインスイッチをオンにした状態で前記車両を走行させることなく前記燃料電池を暖機する際の前記エアポンプの前記吐出流量である第１の流量より大きい第２の流量に前記吐出流量を決定するようにしてもよい。このような構成によれば、車両に備えられた温度センサによって検出される温度が閾値未満であり、且つ、メインスイッチがオフの状態で暖機が行われる場合には、以下のようになる。即ち、このような場合には、エアポンプの吐出流量が通常の暖機における吐出流量である第１の流量より大きい第２の流量に設定される。エアポンプの吐出流量が第２の流量に設定されると、エアポンプによる振動・騒音は比較的大きくなる。しかし、車両に備えられた温度センサによって検出される温度が閾値未満であり、且つ、メインスイッチがオフの場合には、車両に搭乗者がいないと考えられる。このため、このような構成によれば、搭乗者に不快感を与えるのを抑制することができる。
【００７５】
前記閾値は、氷点であるようにしてもよい。このような構成によれば、燃料電池スタック内に生成された水分が凍結する虞がある際に暖機が行われるため、燃料電池スタック内に生成された水分が凍結することにより生ずる不具合を防止することができる。
【００７６】
燃料電池システムの制御方法は、燃料電池と、前記燃料電池にエアを供給するエアポンプとを有する燃料電池システムの制御方法であって、前記燃料電池と前記エアポンプとが搭載された車両における搭乗者の有無を判定するステップ（Ｓ３）と、前記燃料電池を暖機する際の前記エアポンプの吐出流量を、前記車両における前記搭乗者の有無に応じて決定するステップ（Ｓ４、Ｓ５）と、前記吐出流量を決定するステップにおいて決定された前記吐出流量に基づいて前記エアポンプを制御するステップ（Ｓ４、Ｓ５）とを有する。
【００７７】
燃料電システムの制御方法は、燃料電池と、前記燃料電池にエアを供給するエアポンプとを有する燃料電池システムの制御方法であって、前記燃料電池と前記エアポンプとが搭載された車両におけるメインスイッチの状態を判定するステップ（Ｓ１１）と、前記車両に備えられた温度センサによって検出される温度が閾値未満であるか否かを判定するステップ（Ｓ１３）と、前記燃料電池を暖機する際の前記エアポンプの吐出流量を、前記メインスイッチの状態と前記温度とに基づいて決定するステップ（Ｓ１４）と、前記吐出流量を決定するステップにおいて決定された前記吐出流量に基づいて、前記エアポンプの前記吐出流量を制御するステップ（Ｓ１４）とを有する。
【００７８】
プログラムは、燃料電池と、前記燃料電池にエアを供給するエアポンプとを有する燃料電池システムに備えられたコンピュータに、前記燃料電池と前記エアポンプとが搭載された車両における搭乗者の有無を判定するステップと、前記燃料電池を暖機する際の前記エアポンプの吐出流量を、前記車両における前記搭乗者の有無に応じて決定するステップと、前記吐出流量を決定するステップにおいて決定された前記吐出流量に基づいて前記エアポンプを制御するステップとを実行させる。
【００７９】
プログラムは、燃料電池と、前記燃料電池にエアを供給するエアポンプとを有する燃料電池システムに備えられたコンピュータに、前記燃料電池と前記エアポンプとが搭載された車両におけるメインスイッチの状態を判定するステップと、前記車両に備えられた温度センサによって検出される温度が閾値未満であるか否かを判定するステップと、前記燃料電池を暖機する際の前記エアポンプの吐出流量を、前記メインスイッチの状態と前記温度とに基づいて決定するステップと、前記吐出流量を決定するステップにおいて決定された前記吐出流量に基づいて、前記エアポンプの前記吐出流量を制御するステップとを実行させる。
【符号の説明】
【００８０】
１０…燃料電池システム              １１…車両
１２…燃料電池スタック（燃料電池）  ２０ａ…燃料ガス入口
２０ｂ…燃料ガス出口                ２０ｃ…酸化剤ガス入口
２０ｄ…酸化剤ガス出口              ２５…燃料ガス供給装置
２６…酸化剤ガス供給装置            ２７…冷却媒体供給装置
２８…燃料ガスタンク                ２９ａ、２９ｂ…配管
３０…燃料ガス供給ライン            ３１…温度センサ
３２…インジェクタ                  ３４…エジェクタ
３６…燃料ガス排出ライン            ３７…接続ライン
３８…気液分離器                    ３９…排水バルブ
４０…循環ライン                    ４２…水素ポンプ
４４…酸化剤ガス供給ライン          ４６…酸化剤ガス排出ライン
４８…エアポンプ                    ５０…加湿器
５２…エアクリーナ                  ５４…気液分離器
５５…ドレイン管                    ５６…オリフィス
６０…排気管                        ６２…ＥＣＵ
６３…演算部                        ６４…制御部
６６…搭乗者有無判定部              ６７…温度判定部
６８…吐出流量決定部                ７０…空調判定部
７１…メインスイッチ判定部          ７２…記憶部
７６…空調ＥＣＵ                    ７９…空調スイッチ
８０…メインスイッチ                ８４…空調設備
【図１】
2020064785.tif 000003
【図２】
2020064785.tif 000004
【図３】
2020064785.tif 000005
【図４】
2020064785.tif 000006
【図５】
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【図６】
2020064785.tif 000008