(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にエアを供給するエアポンプ４８と、燃料電池を暖機する際のエアポンプの吐出流量を、燃料電池とエアポンプとが搭載された車両１１の速度又は車両に対する要求駆動出力に応じて決定する吐出流量決定部６５とを有し、吐出流量決定部は、速度又は要求駆動出力が所定の閾値以上である場合には吐出流量を高め、速度又は要求駆動出力が所定の閾値未満である場合には吐出流量を低める。【選択図】図１
2020064782.tif 000002
【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、
前記燃料電池を暖機する際の前記エアポンプの吐出流量を、前記燃料電池と前記エアポンプとが搭載された車両の速度又は前記車両に対する要求駆動出力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し、
前記吐出流量決定部は、前記速度又は前記要求駆動出力が所定の閾値以上である場合には前記吐出流量を高め、前記速度又は前記要求駆動出力が前記所定の閾値未満である場合には前記吐出流量を低める、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、
前記エアポンプの前記吐出流量のうちの前記燃料電池の暖機のために用いられる吐出流量である暖機用吐出流量を、前記速度に基づいて判定する第１の判定部と、
前記暖機用吐出流量を前記要求駆動出力に基づいて判定する第２の判定部とを更に有し、
前記吐出流量決定部は、前記第１の判定部により判定された前記暖機用吐出流量と前記第２の判定部により判定された前記暖機用吐出流量とに基づいて、前記エアポンプの前記吐出流量を決定する、燃料電池システム。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
前記第１の判定部は、前記速度が第１の閾値未満である場合には、前記暖機用吐出流量を第１の流量と判定し、前記速度が前記第１の閾値以上である場合には、前記暖機用吐出流量を前記第１の流量より大きい第２の流量と判定し、
前記第２の判定部は、前記要求駆動出力が第２の閾値未満である場合には、前記暖機用吐出流量を第３の流量と判定し、前記要求駆動出力が前記第２の閾値以上である場合には、前記暖機用吐出流量を前記第３の流量より大きい第４の流量と判定する、燃料電池システム。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の燃料電池システムにおいて、
前記第１の判定部により判定された前記暖機用吐出流量と前記第２の判定部により判定された前記暖機用吐出流量とのうちの大きい方を選択する選択部を更に有し、
前記吐出流量決定部は、前記選択部によって選択された前記暖機用吐出流量に基づいて、前記エアポンプの前記吐出流量を決定する、燃料電池システム。
【請求項５】
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、
前記燃料電池を暖機する際の前記エアポンプの吐出流量を、前記燃料電池と前記エアポンプとが搭載された車両の速度又は前記車両に対する要求駆動出力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、前記エアポンプを制御するステップとを有し、
前記吐出流量を決定するステップでは、前記速度又は前記要求駆動出力が所定の閾値以上である場合には前記吐出流量を高め、前記速度又は前記要求駆動出力が前記所定の閾値未満である場合には前記吐出流量を低める、燃料電池システムの制御方法。
【請求項６】
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、
前記燃料電池を暖機する際の前記エアポンプの吐出流量を、前記燃料電池と前記エアポンプとが搭載された車両の速度又は前記車両に対する要求駆動出力に基づいて決定するステップと、
前記エアポンプの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であって、
前記吐出流量を決定するステップでは、前記速度又は前記要求駆動出力が所定の閾値以上である場合には前記吐出流量を高め、前記速度又は前記要求駆動出力が前記所定の閾値未満である場合には前記吐出流量を低める、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。
【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、前記燃料電池を暖機する際の前記エアポンプの吐出流量を、前記燃料電池と前記エアポンプとが搭載された車両の速度又は前記車両に対する要求駆動出力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し、前記吐出流量決定部は、前記速度又は前記要求駆動出力が所定の閾値以上である場合には前記吐出流量を高め、前記速度又は前記要求駆動出力が前記所定の閾値未満である場合には前記吐出流量を低める。
【０００８】
本発明の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、前記燃料電池を暖機する際の前記エアポンプの吐出流量を、前記燃料電池と前記エアポンプとが搭載された車両の速度又は前記車両に対する要求駆動出力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、前記エアポンプを制御するステップとを有し、前記吐出流量を決定するステップでは、前記速度又は前記要求駆動出力が所定の閾値以上である場合には前記吐出流量を高め、前記速度又は前記要求駆動出力が前記所定の閾値未満である場合には前記吐出流量を低める。
【０００９】
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、前記燃料電池を暖機する際の前記エアポンプの吐出流量を、前記燃料電池と前記エアポンプとが搭載された車両の速度又は前記車両に対する要求駆動出力に基づいて決定するステップと、前記エアポンプの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であって、前記吐出流量を決定するステップでは、前記速度又は前記要求駆動出力が所定の閾値以上である場合には前記吐出流量を高め、前記速度又は前記要求駆動出力が前記所定の閾値未満である場合には前記吐出流量を低める。
【発明の効果】
【００１０】
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】
【００１１】
【図１】一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】一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】一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】一実施形態による燃料電池システムの動作の他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】
【００１２】
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。
【００１３】
［一実施形態］
一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。
【００１４】
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。
【００１５】
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と、駆動ＥＣＵ７６とが更に備えられている。なお、車両１１には、制動ＥＣＵも備えられているが、ここでは図示を省略している。車両１１には、燃料電池システム１０から供給される直流電力を、モータ８２を駆動するための交流の駆動電力に変換するインバータ８４が更に備えられている。車両１１には、インバータ８４から供給される駆動電力によって動作するモータ８２が更に備えられている。
【００１６】
車両１１には、不図示のアクセルペダルの操作量を検出するアクセルペダルセンサ（ＡＰセンサ）７８と、単位時間当たりのモータ８２の回転速度（回転数）を検出する回転速度センサ（Ｎｅセンサ）７９とが更に備えられている。また、車両１１には、モータ８２のトルク（モータトルク）を検出するトルクセンサ８０と、車両１１の速度を検出するための車速センサ７４とが更に備えられている。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。
【００１７】
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、吐出流量決定部６５と、第１の判定部６６と、第２の判定部６８と、選択部７０とが備えられている。制御部６４と、吐出流量決定部６５と、第１の判定部６６と、第２の判定部６８と、選択部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。
【００１８】
第１の判定部６６は、車両１１の速度に基づいて暖機用吐出流量を判定する。暖機用吐出流量は、エアポンプ４８の吐出流量のうちの燃料電池スタック１２の暖機のために用いられる吐出流量である。車両１１を走行させつつ燃料電池スタック１２の暖機を行う場合には、車両１１を走行させるための発電（通常発電）も必要である。このため、車両１１を走行させつつ燃料電池スタック１２の暖機を行う場合には、暖機用吐出流量と通常発電用吐出流量とを加算することにより得られる吐出流量が、暖機運転の際におけるエアポンプ４８の吐出流量とされる。第２の判定部６８は、車両１１に対する要求駆動出力に基づいて暖機用吐出流量を判定する。車両１１に対する要求駆動出力は、車両１１を駆動する際に要求されるとともに消費されるパワー、電力又はトルクのことであり、ユーザによるアクセルペダルの操作量を示すアクセル開度情報等に基づいて算出され得る。
【００１９】
第１の判定部６６は、車両１１の速度が第１の閾値ＴＨ１未満である場合には、暖機用吐出流量を第１の流量と判定する。また、第１の判定部６６は、車両１１の速度が第１の閾値ＴＨ１以上である場合には、暖機用吐出流量を第１の流量より大きい第２の流量と判定する。第２の判定部６８は、車両１１に対する要求駆動出力が第２の閾値ＴＨ２未満である場合には、暖機用吐出流量を第３の流量と判定する。また、第２の判定部６８は、車両１１に対する要求駆動出力が第２の閾値ＴＨ２以上である場合には、暖機用吐出流量を第３の流量より大きい第４の流量と判定する。
【００２０】
選択部７０は、第１の判定部６６により判定された暖機用吐出流量と第２の判定部６８により判定された暖機用吐出流量とのうちの大きい方を選択する。吐出流量決定部６５は、選択部７０によって選択された暖機用吐出流量に基づいて、エアポンプ４８の吐出流量を決定する。このように、吐出流量決定部６５は、第１の判定部６６により判定された暖機用吐出流量と第２の判定部６８により判定された暖機用吐出流量とに基づいて、エアポンプ４８の吐出流量を決定する。吐出流量決定部６５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の速度又は車両１１に対する要求駆動出力に応じて決定する。吐出流量決定部６５は、車両１１の速度又は車両１１に要求駆動出力が所定の閾値以上である場合には吐出流量を高め、車両１１の速度又は車両１１に対する要求駆動出力が所定の閾値未満である場合には吐出流量を低める。制御部６４は、吐出流量決定部６５により決定された吐出流量に基づいて後述するエアポンプ４８を制御する。
【００２１】
駆動ＥＣＵ７６は、モータ８２を含む駆動系全体の制御を司る。駆動ＥＣＵ７６は、アクセルペダルの操作量、モータ８２の回転速度、モータ８２のトルク、及び、車両１１の速度に基づいて、モータ８２の駆動力（駆動出力）を制御する。より具体的には、駆動ＥＣＵ７６は、インバータ８４を制御することによって、モータ８２の駆動力を制御する。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
車速センサ７４は、車両１１の車体（図示せず）の速度、即ち、車速Ｖを検出し、検出した車速ＶをＥＣＵ６２に出力する。車速センサ７４は、例えば、トランスミッション（図示せず）のカウンタシャフト（図示せず）の回転に基づいて車速Ｖを検出する。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
ステップＳ１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Ｓ２及びステップ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。この場合には、ステップＳ１０に遷移する。
【００４４】
ステップＳ２において、第１の判定部６６は、車両１１の速度が第１の閾値ＴＨ１未満であるか否かを判定する。車両１１の速度が第１の閾値ＴＨ１未満である場合、ステップＳ４に遷移する。車両１１の速度が第１の閾値ＴＨ１以上である場合、ステップＳ５に遷移する。
【００４５】
ステップＳ４において、第１の判定部６６は、エアポンプ４８における暖機用吐出流量は第１の流量であると判定する。暖機用吐出流量は、上述したように、燃料電池スタック１２の暖機のために用いられる吐出流量である。上述したように、車両１１を走行させつつ燃料電池スタック１２の暖機を行う場合には、車両１１を走行させるための発電、即ち、通常発電も必要である。このため、上述したように、車両１１を走行させつつ燃料電池スタック１２の暖機を行う場合には、暖機用吐出流量と通常発電用吐出流量とを加算することにより得られる吐出流量が、暖機運転の際におけるエアポンプ４８の吐出流量とされる。この後、ステップＳ８に遷移する。
【００４６】
ステップＳ５において、第１の判定部６６は、エアポンプ４８における暖機用吐出流量は第２の流量であると判定する。この後、ステップＳ８に遷移する。
【００４７】
ステップＳ３において、第２の判定部６８は、車両１１に対する要求駆動出力が第２の閾値ＴＨ２未満であるか否かを判定する。車両１１に対する要求駆動出力は、インバータ８４からモータ８２に供給される駆動電力に対応している。インバータ８４からモータ８２に供給される駆動電力は、駆動ＥＣＵ７６によって制御される。車両１１に対する要求駆動出力が第２の閾値ＴＨ２未満である場合、ステップＳ６に遷移する。車両１１に対する要求駆動出力が第２の閾値ＴＨ２以上である場合、ステップＳ７に遷移する。
【００４８】
ステップＳ６において、第２の判定部６８は、エアポンプ４８における暖機用吐出流量は第３の流量であると判定する。この後、ステップＳ８に遷移する。
【００４９】
ステップＳ７において、第２の判定部６８は、エアポンプ４８における暖機用吐出流量は第４の流量であると判定する。この後、ステップＳ８に遷移する。
【００５０】
ステップＳ８において、選択部７０は、第１の判定部６６により判定された暖機用吐出流量と第２の判定部６８により判定された暖機用吐出流量とのうちの大きい方を選択する。この後、ステップＳ９に遷移する。
【００５１】
ステップＳ９において、吐出流量決定部６５は、選択部７０によって選択された暖機用吐出流量に基づいて、エアポンプ４８の吐出流量を決定する。具体的には、吐出流量決定部６５は、通常発電用吐出流量と、選択部７０によって選択された暖機用吐出流量とを加算することにより得られる吐出流量を、エアポンプ４８の吐出流量として設定する。なお、通常発電用吐出流量は、予め設定されたマップ（テーブル）等を用い、アクセルペダルの操作量、モータ８２の回転速度、モータ８２のトルク、車両１１の速度等に適宜基づいて、決定され得る。制御部６４は、吐出流量決定部６５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。この後、ステップＳ１に戻る。
【００５２】
ステップＳ１０において、吐出流量決定部６５は、通常発電用吐出流量に基づいて、エアポンプ４８の吐出流量を決定する。制御部６４は、吐出流量決定部６５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。
【００５３】
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。
【００５４】
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、説明を簡略化するため、車両１１の速度に応じてエアポンプ４８の吐出流量が変化する場合の例が示されている。
【００５５】
タイミングＴ１において、暖機運転が開始される。また、タイミングＴ１において、車両１１の走行が開始され、車両１１の速度、即ち、車速Ｖが上昇し始める。なお、暖機運転が開始されるタイミングと、車両１１の走行が開始されるタイミングとは、一致していてもよいし、一定していなくてもよい。タイミングＴ１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の速度は第１の閾値ＴＨ１未満であるため、暖機用吐出流量は第１の流量とされる。従って、第１の流量と通常発電用吐出流量とを加算することにより得られる吐出流量が、エアポンプ４８の吐出流量、即ち、エア流量（Ａｉｒ流量）として設定される。このため、エアポンプ４８の吐出流量は比較的小さく設定される。エアポンプ４８の吐出流量が比較的小さく設定されるため、エアポンプ４８による振動・騒音は比較的小さい。車両１１の速度が比較的遅いため、車両１１を走行させることによる振動・騒音は比較的小さいが、エアポンプ４８による振動・騒音が十分に小さいため、ユーザは、エアポンプ４８による振動・騒音があまり気にならない。即ち、ユーザに不快感を与えるのを抑制することができる。
【００５６】
タイミングＴ２において、車両１１の速度が第１の閾値ＴＨ１以上となる。車両１１の速度が第１の閾値ＴＨ１以上となるため、暖機用吐出流量は第２の流量とされる。第２の流量と通常発電用吐出流量とを加算することにより得られる吐出流量が、エアポンプ４８の吐出流量として設定される。エアポンプ４８の吐出流量が比較的大きく設定されるため、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の速度が比較的速いため、車両１１を走行させることによる振動・騒音は十分に大きく、ユーザは、エアポンプ４８による振動・騒音をあまり気にならない。即ち、ユーザに不快感を与えるのを抑制することができる。
【００５７】
タイミングＴ３において、暖機運転が終了となる。これにより、通常発電用吐出流量がエアポンプ４８の吐出流量として設定される。
【００５８】
図４は、本実施形態による燃料電池システムの動作の他の例を示すタイムチャートである。ここでは、説明を簡略化するため、車両１１に対する要求駆動出力に応じてエアポンプ４８の吐出流量が変化する場合の例が示されている。
【００５９】
タイミングＴ１１において、暖機運転が開始される。また、タイミングＴ１１において、車両１１の走行が開始され、車両１１の速度、即ち、車速Ｖが上昇し始める。なお、暖機運転が開始されるタイミングと、車両１１の走行が開始されるタイミングとは、一致していてもよいし、一定していなくてもよい。タイミングＴ１１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に対する要求駆動出力は第２の閾値ＴＨ２未満であるため、暖機用吐出流量は第３の流量とされる。従って、第３の流量と通常発電用吐出流量とを加算することにより得られる吐出流量が、エアポンプ４８の吐出流量、即ち、エア流量として設定される。このため、エアポンプ４８の吐出流量は比較的小さく設定される。エアポンプ４８の吐出流量が比較的小さく設定されるため、エアポンプ４８による振動・騒音は比較的小さい。車両１１に対する要求駆動出力が比較的小さいため、車両１１を走行させることによる振動・騒音は比較的小さいが、エアポンプ４８による振動・騒音が十分に小さいため、ユーザは、エアポンプ４８による振動・騒音があまり気にならない。即ち、ユーザに不快感を与えるのを抑制することができる。
【００６０】
タイミングＴ１２において、車両１１に対する要求駆動出力が第２の閾値ＴＨ２以上となる。車両１１に対する要求駆動出力が第２の閾値ＴＨ２以上となるため、暖機用吐出流量は第４の流量とされる。第４の流量と通常発電用吐出流量とを加算することにより得られる吐出流量が、エアポンプ４８の吐出流量として設定される。エアポンプ４８の吐出流量が比較的大きく設定されるため、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に対する要求駆動出力が比較的大きいため、車両１１を走行させることによる振動・騒音は十分に大きく、ユーザは、エアポンプ４８による振動・騒音をあまり気にならない。即ち、ユーザに不快感を与えるのを抑制することができる。
【００６１】
タイミングＴ１３において、暖機運転が終了となる。これにより、通常発電用吐出流量がエアポンプ４８の吐出流量として設定される。
【００６２】
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の速度又は車両１１に対する要求駆動出力に応じて切り替えられる。車両１１の速度又は車両１１に対する要求駆動出力が所定の閾値以上である場合には吐出流量が高められ、車両１１の速度又は車両１１に対する要求駆動出力が所定の閾値未満である場合には吐出流量が低められる。本実施形態によれば、車両１１を走行させることによる振動・騒音が比較的小さい際には、エアポンプ４８の吐出流量が比較的小さくなるため、エアポンプ４８による振動・騒音は比較的小さく抑えられる。一方、エアポンプ４８による振動・騒音が比較的大きくなるのは、車両１１を走行させることによる振動・騒音が比較的大きくなる際であるため、ユーザはエアポンプ４８による振動・騒音があまり気にならない。従って、本実施形態によれば、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１０を提供することができる。
【００６３】
［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。
【００６４】
例えば、上記実施形態では、車両１１の速度が第１の閾値ＴＨ１未満である場合には暖機用吐出流量を第１の流量とし、車両１１の速度が第１の閾値ＴＨ１以上である場合には暖機用吐出流量を第２の流量とした。即ち、上記実施形態では、車両１１の速度に関する閾値を１つだけ用いた。しかし、これに限定されるものではない。車両１１の速度に関する閾値を、複数用いるようにしてもよい。車両１１の速度に関する閾値として第１の閾値ＴＨ１と、第１の閾値ＴＨ１より大きい第３の閾値ＴＨ３とを用いた場合、以下のようになる。即ち、車両１１の速度が第１の閾値ＴＨ１未満である場合には、暖機用吐出流量を第１の流量とする。車両１１の速度が第１の閾値ＴＨ１以上、第３の閾値ＴＨ３未満である場合には、暖機用吐出流量を第２の流量とする。車両１１の速度が第３の閾値ＴＨ３以上である場合には、暖機用吐出流量を第２の流量より大きい第５の流量とする。
【００６５】
また、上記実施形態では、車両１１に対する要求駆動出力が第２の閾値ＴＨ２未満である場合には、暖機用吐出流量を第３の流量とした。そして、車両１１に対する要求駆動出力が第２の閾値ＴＨ２以上である場合には、暖機用吐出流量を第４の流量とした。即ち、上記実施形態では、車両１１に対する要求駆動出力に関する閾値を１つだけ用いた。しかし、これに限定されるものではない。車両１１に対する要求駆動出力に関する閾値を、複数用いるようにしてもよい。車両１１に対する要求駆動出力に関する閾値として第２の閾値ＴＨ２と、第２の閾値ＴＨ２より大きい第４の閾値ＴＨ４とを用いた場合、以下のようになる。即ち、車両１１に対する要求駆動出力が第２の閾値ＴＨ２未満である場合には、暖機用吐出流量を第３の流量とする。車両１１に対する要求駆動出力が第２の閾値ＴＨ２以上、第４の閾値ＴＨ４未満である場合には、暖機用吐出流量を第４の流量とする。車両１１に対する要求駆動出力が第４の閾値ＴＨ４以上である場合には、暖機用吐出流量を第４の流量より大きい第６の流量とする。
【００６６】
また、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。
【００６７】
上記実施形態をまとめると以下のようになる。
【００６８】
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、前記燃料電池を暖機する際の前記エアポンプの吐出流量を、前記燃料電池と前記エアポンプとが搭載された車両（１１）の速度又は前記車両に対する要求駆動出力に応じて決定する吐出流量決定部（６５）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）とを有し、前記吐出流量決定部は、前記速度又は前記要求駆動出力が所定の閾値以上である場合には前記吐出流量を高め、前記速度又は前記要求駆動出力が前記所定の閾値未満である場合には前記吐出流量を低める。このような構成によれば、車両を走行させることによる振動・騒音が比較的小さい際には、エアポンプの吐出流量が比較的小さくなるため、エアポンプによる振動・騒音は比較的小さく抑えられる。一方、エアポンプによる振動・騒音が比較的大きくなるのは、車両を走行させることによる振動・騒音が比較的大きくなる際であるため、ユーザはエアポンプによる振動・騒音があまり気にならない。従って、このような構成によれば、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を提供することができる。
【００６９】
燃料電池システムは、前記エアポンプの前記吐出流量のうちの前記燃料電池の暖機のために用いられる吐出流量である暖機用吐出流量を、前記速度に基づいて判定する第１の判定部（６６）と、前記暖機用吐出流量を前記要求駆動出力に基づいて判定する第２の判定部（６８）とを更に有し、前記吐出流量決定部は、前記第１の判定部により判定された前記暖機用吐出流量と前記第２の判定部により判定された前記暖機用吐出流量とに基づいて、前記エアポンプの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、車両の速度と要求駆動出力とに適宜基づいて、エアポンプの吐出流量が決定される。このため、このような構成によれば、ユーザに不快感を与えることをより良好に抑制しつつ暖機を行い得る燃料電池システムを提供することができる。
【００７０】
前記第１の判定部は、前記速度が第１の閾値（ＴＨ１）未満である場合には、前記暖機用吐出流量を第１の流量と判定し、前記速度が前記第１の閾値以上である場合には、前記暖機用吐出流量を前記第１の流量より大きい第２の流量と判定し、前記第２の判定部は、前記要求駆動出力が第２の閾値（ＴＨ２）未満である場合には、前記暖機用吐出流量を第３の流量と判定し、前記要求駆動出力が前記第２の閾値以上である場合には、前記暖機用吐出流量を前記第３の流量より大きい第４の流量と判定するようにしてもよい。
【００７１】
燃料電池システムは、前記第１の判定部により判定された前記暖機用吐出流量と前記第２の判定部により判定された前記暖機用吐出流量とのうちの大きい方を選択する選択部（７０）を更に有し、前記吐出流量決定部は、前記選択部によって選択された前記暖機用吐出流量に基づいて、前記エアポンプの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、第１の判定部により判定された暖機用吐出流量と第２の判定部により判定された暖機用吐出流量とのうちの大きい方が選択されるため、ユーザに不快感を与えるのをより確実に抑制することができる。
【００７２】
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、前記燃料電池を暖機する際の前記エアポンプの吐出流量を、前記燃料電池と前記エアポンプとが搭載された車両の速度又は前記車両に対する要求駆動出力に基づいて決定するステップ（Ｓ８）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（Ｓ９）とを有し、前記吐出流量を決定するステップでは、前記速度又は前記要求駆動出力が所定の閾値以上である場合には前記吐出流量を高め、前記速度又は前記要求駆動出力が前記所定の閾値未満である場合には前記吐出流量を低める。
【００７３】
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、前記燃料電池を暖機する際の前記エアポンプの吐出流量を、前記燃料電池と前記エアポンプとが搭載された車両の速度又は前記車両に対する要求駆動出力に基づいて決定するステップと、前記エアポンプの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であって、前記吐出流量を決定するステップでは、前記速度又は前記要求駆動出力が所定の閾値以上である場合には前記吐出流量を高め、前記速度又は前記要求駆動出力が前記所定の閾値未満である場合には前記吐出流量を低める。
【符号の説明】
【００７４】
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
６５…吐出流量決定部                ６６…第１の判定部
６８…第２の判定部                  ７０…選択部
７２…記憶部                        ７４…車速センサ
７６…駆動ＥＣＵ                    ７８…アクセルペダルセンサ
７９…回転速度センサ                ８０…トルクセンサ
８２…モータ                        ８４…インバータ
【図１】
2020064782.tif 000003
【図２】
2020064782.tif 000004
【図３】
2020064782.tif 000005
【図４】
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