(57)【要約】【課題】構成部品の不要な加熱動作を実行することにより起動時間が長くなることを防止する。【解決手段】ＥＣＵ１２が、温度センサ２２が温度を検出する部位と凍結によって機能が保証されなくなる排出制御弁７の部位の温度差を推定し、推定結果に基づいて凍結判断温度を変更する。これにより、凍結によって機能が保証されなくなる排出制御弁７の部位の凍結状況に近い凍結判断を行うことができるので、凍結している可能性がないのにも係わらず凍結している可能性があると誤った判断をして排出制御弁７の加熱動作を実行することにより、起動時間が通常時よりも長くなることを抑制できる。【選択図】図１
2010080403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構成部品を加熱する加熱手段と、
当該構成部品の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段が温度を検出する検出部位と凍結によって当該構成部品の機能が保証されなくなる凍結部位との温度差を、前記加熱手段の作動を停止又は開始してからの経過時間、及び前記加熱手段を作動させた際の前記検出部位と前記凍結部位との温度上昇の関係に応じて推定する温度差推定手段と、
前記温度差推定手段により推定される温度差に応じて温度閾値を変更し、前記温度閾値に基づき前記加熱手段の作動／非作動を制御する制御手段とを備えること
を特徴とする加熱制御装置。
【請求項２】
前記温度を検出する部位と前記構成部品の部位は、前記加熱手段を作動させた際に前記温度を検出する部位の温度が前記構成部品の部位の温度よりも高くなる位置関係にあり、前記温度差推定手段は、前記加熱手段の作動を停止してからの経過時間から前記温度差を推定し、前記制御手段は、前記加熱手段の作動を停止してからの経過時間が長くなるのに応じて前記温度閾値を低くすることを特徴とする請求項１に記載の加熱制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記加熱手段の作動を停止してからの経過時間が所定時間未満である場合、前記温度閾値を第１閾値に設定し、前記加熱手段の作動を停止してからの経過時間が所定時間以上である場合には、前記温度閾値を前記第１閾値より低い第２閾値に設定することを特徴とする請求項２に記載の加熱制御装置。
【請求項４】
前記温度を検出する部位と前記構成部品の部位は、前記加熱手段を作動させた際に前記温度を検出する部位の温度が前記構成部品の部位の温度よりも高くなる位置関係にあり、前記温度差推定手段は、前記加熱手段の作動を開始してからの経過時間から前記温度差を推定し、前記制御手段は、前記加熱手段の作動を開始してからの経過時間が長くなるのに応じて前記温度閾値を高くすることを特徴とする請求項１に記載の加熱制御装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記加熱手段の作動を開始してからの経過時間が所定時間未満である場合、前記温度閾値を第３閾値に設定し、前記加熱手段の作動を開始してからの経過時間が所定時間以上である場合には、前記温度閾値を前記第３閾値より高い第４閾値に設定することを特徴とする請求項４に記載の加熱制御装置。
【請求項６】
前記温度を検出する部位と前記構成部品の部位は、前記加熱手段を作動させた際に前記温度を検出する部位の温度が前記構成部品の部位の温度よりも低くなる位置関係にあり、前記温度差推定手段は、前記加熱手段の作動を停止してからの経過時間から前記温度差を推定し、前記制御手段は、前記加熱手段の作動を停止してからの経過時間が長くなるのに応じて前記温度閾値を高くすることを特徴とする請求項１に記載の加熱制御装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記加熱手段の作動を停止してからの経過時間が所定時間未満である場合、前記温度閾値を第１閾値に設定し、前記加熱手段の作動を停止してからの経過時間が所定時間以上である場合には、前記温度閾値を前記第１閾値より高い第２閾値に設定することを特徴とする請求項６に記載の加熱制御装置。
【請求項８】
前記温度を検出する部位と前記構成部品の部位は、前記加熱手段を作動させた際に前記温度を検出する部位の温度が前記構成部品の部位の温度よりも低くなる位置関係にあり、前記温度差推定手段は、前記加熱手段の作動を開始してからの経過時間から前記温度差を推定し、前記制御手段は、前記加熱手段の作動を開始してからの経過時間が長くなるのに応じて前記温度閾値を低くすることを特徴とする請求項１に記載の加熱制御装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記加熱手段の作動を開始してからの経過時間が所定時間未満である場合、前記温度閾値を第３閾値に設定し、前記加熱手段の作動を開始してからの経過時間が所定時間以上である場合には、前記温度閾値を前記第３閾値より低い第４閾値に設定することを特徴とする請求項８に記載の加熱制御装置。
【請求項１０】
前記温度推定手段は、前記構成部品の冷却条件を考慮して前記温度差を推定することを特徴とする請求項１乃至請求項９のうち、いずれか１項に記載の加熱制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構成部品の温度を検出し、検出された温度に基づいて構成部品を加熱することにより、構成部品の凍結を防止する加熱制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、凍結を防止すべき構成部品の温度を検出し、検出結果に基づいて構成部品の凍結可能性を判断し、判断結果に応じて構成部品をヒータ加熱することにより、構成部品の凍結を防止する加熱制御装置が知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開2004-207093号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の加熱制御装置では、構成部品の凍結可能性は構成部品の温度が所定の温度閾値以下であるか否かによって判断され、温度閾値は構成部品の凍結温度に所定のマージンを加えた温度等の固定値に設定されていた。しかしながら温度閾値を固定値に設定した場合には、構成部品が凍結する可能性があるのにも係わらず凍結する可能性がないと誤った判断をすることを防止するために、加熱動作を実行した際に生じる構成部品の温度を検知するセンサが設置されている部位とヒータによる加熱部位（凍結する可能性がある部位）の温度差の最大値を想定して温度閾値を設定する必要があり、凍結によって機能が保証されなくなる構成部品の部位の状態に合わせて温度閾値を設定することができない。
【０００４】
このような理由から、従来のシステムによれば、システムが停止してから十分な時間が経過した場合や構成部品が凍結するまでには至らないが外気温が０℃付近まで低下している場合等、構成部品の温度を検知するセンサが設置されている部位とヒータによる加熱部位の温度差が小さい場面においてシステムを起動する際、温度閾値がヒータの稼働を想定した高い温度に設定されていることから、構成部品が凍結する可能性がないのにも係わらず凍結する可能性があると誤った判断をして構成部品の加熱動作を実行することにより、起動時間が通常時よりも長くなることがある。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は構成部品の不要な加熱動作を実行することにより起動時間が長くなることを防止可能な加熱制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る加熱制御装置は、温度検出手段が温度を検出する検出部位と凍結によって当該構成部品の機能が保証されなくなる凍結部位との温度差を、加熱手段の作動を停止又は開始してからの経過時間、及び加熱手段を作動させた際の検出部位と凍結部位との温度上昇の関係に応じて推定する。そして、この温度差に応じて温度閾値を変更し、温度閾値に基づき加熱手段の作動／非作動を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る加熱制御装置によれば、検出部位と凍結部位の温度差を推定でき、この温度差に応じて温度閾値を変更し、加熱手段の作動/非作動を制御したので、構成部品の不要な加熱動作を実行することにより起動時間が長くなることを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態となる加熱制御装置を燃料電池システムを例に説明する。
【０００９】
〔第１の実施形態〕
〔燃料電池システムの構成〕
本発明の第１の実施形態となる燃料電池システム１は、図１に示すように、燃料極及び酸化剤極にそれぞれ水素及び空気の供給を受けて発電する燃料電池が複数積層された燃料電池スタック２を備える。燃料電池は、固体高分子型燃料電池により構成され、燃料極側及び酸化剤極側の触媒層とガス拡散電極により挟持された固体電解質膜とから成る膜電極接合体と、燃料極及び酸化剤極にそれぞれ水素及び空気を供給するためのガス流路を有し膜電極接合体を挟持するセパレータとを備える。燃料極及び酸化剤極における電気化学反応及び燃料電池全体としての電気化学反応は以下に示す式（１）〜（３）による。
【００１０】
〔燃料極〕  Ｈ2 →  ２Ｈ+  ＋２ｅ-               …（１）
〔酸化剤極〕  1/2 Ｏ2 ＋２Ｈ+ ＋２ｅ-  → Ｈ2Ｏ     …（２）
〔全体〕      Ｈ2 ＋1/2 Ｏ2     → Ｈ2Ｏ           …（３）
〔水素系の構成〕
燃料電池システム１は、高圧水素タンク３及び水素調圧弁４を備え、水素調圧弁４によって高圧水素タンク３内の高圧水素を燃料電池スタック２の運転条件に適した圧力まで圧力低下させた後、水素供給配管Ｌ１を介して燃料電池スタック２の燃料極に水素を供給する。燃料極から排出された水素は、気液分離装置５において過剰な水分が液化した液水を除去した後、水素循環ポンプ６及び水素循環配管Ｌ２を介して燃料極の上流側へ循環される。水素循環ポンプ６及び水素循環配管Ｌ２を設けることにより、燃料極で未使用の水素を再利用することが可能となり、燃料電池システム１の燃費性能を向上させることができる。なお燃料電池の運転条件と適合すれば、水素循環ポンプ６に代えて流体ポンプであるエゼクタを使用してもよい。
【００１１】
気液分離装置５の貯水タンク（図示せず）には排出制御弁７を介して排出配管Ｌ３が接続されている。これにより、貯水タンクに蓄積された液水は排出制御弁７を開くことにより排出配管Ｌ３を介して系外に排出することができる。水素循環配管Ｌ２には、酸化剤極からリークした空気中の窒素や水蒸気等の不純物ガス又は過剰な水分が液化した液水が蓄積することがある。これらの不純物ガスは、水素の分圧を低下させて発電効率を低下させたり、循環ガスの平均分子量を上昇させ水素の循環を困難にしたり（循環効率が悪化）する。また液水は水素の循環や燃料電池スタック２の発電を妨げる場合がある。このため水素循環配管Ｌ２にはパージ弁８を介して排出配管Ｌ３が接続されている。不純物ガスや液水が蓄積した際には、パージ弁８を開いて排出配管Ｌ３を介して不純物ガスや液水を系外へ排出するパージを行う。これにより、燃料極を含む水素循環配管Ｌ２内の水素分圧や循環性能を回復させることができる。
【００１２】
〔空気系の構成〕
燃料電池システム１はコンプレッサ９を備え、コンプレッサ９は吸入口１０から取り込んだ空気を空気供給配管Ｌ４を介して燃料電池スタック２の酸化剤極に圧縮供給する。酸化剤極の出口側には排出制御弁１１を介して排出配管Ｌ３が接続されている。排出制御弁１１の開度を制御することにより、燃料電池スタック２の酸化剤極に供給される空気の圧力を調整することができると共に酸化剤極から排出された空気を排出配管Ｌ３を介して系外に排出することができる。
【００１３】
〔制御系の構成〕
燃料電池システム１は、水素供給配管Ｌ１内のガス圧力を検出する圧力センサＰ１と、空気供給配管Ｌ４内のガス圧力を検出する圧力センサＰ２と、気液分離装置５の貯水タンク（図示せず）内の水位レベルを検出する水位センサＳ１と、燃料電池システム１全体の動作を制御するＥＣＵ１２とを備える。本実施形態では、ＥＣＵ１２は、ＣＰＵ，プログラムＲＯＭ，作業用ＲＡＭ，及び入出力インタフェースを備えたマイクロプロセッサにより構成されている。
【００１４】
ＥＣＵ１２は、圧力センサＰ１の検知結果に基づいて水素調圧弁４の開度を制御することにより燃料電池スタック２の燃料極に供給される水素の圧力を制御する。ＥＣＵ１２は、圧力センサＰ２の検知結果に基づいて排出制御弁１１の開度を制御することにより燃料電池スタック２の酸化剤極に供給される水素の圧力を制御する。ＥＣＵ１２は、水位センサＳ１の検知結果に基づいて排出制御弁７の開度を制御することにより排水時に水素が排出されないように貯水タンク内の水位レベルを制御する。
【００１５】
〔排出制御弁の構成〕
一般に、気液分離装置５に蓄積された液水の排出を制御する排出制御弁７は液水が凍結した場合に動作が保障されなくなる。そこで本実施形態では、凍結した液水を解凍するために、排出制御弁７の近傍には、図２に示すように、排出制御弁７を加熱するためのヒータ２１が設けられ、また排出制御弁７とヒータ２１との間には排出制御弁７の温度を検出するための温度センサ２２が配置されている。すなわち本実施形態では、排出制御弁７，ヒータ２１，及び温度センサ２２はそれぞれ、ヒータ２１を稼働させた際に温度センサ２２の検知温度が排出制御弁７の温度よりも高くなる位置に配置されている。ヒータ２１はＥＣＵ１２が制御スイッチ２３を制御することによりオン／オフされる。
【００１６】
〔凍結判断処理〕
このような構成を有する燃料電池システム１では、起動時にＥＣＵ１２が以下に示す凍結判断処理を実行することにより、排出制御弁７の不要な加熱動作を実行することにより起動時間が長くなることを防止する。以下、図３に示すフローチャートを参照して、この凍結判断処理を実行する際のＥＣＵ１２の動作について説明する。
【００１７】
図３に示すフローチャートは、ＥＣＵ１２に対し燃料電池システム１の起動命令が入力されたタイミングで開始となり、凍結判断処理はステップＳ１の処理に進む。
【００１８】
ステップＳ１の処理では、ＥＣＵ１２が、前回ヒータ２１により排出制御弁７を加熱してからの経過時間（加熱停止時間）を計測する加熱停止タイマを参照して、加熱停止時間を検出する。これにより、ステップＳ１の処理は完了し、凍結判断処理はステップＳ２の処理に進む。
【００１９】
ステップＳ２の処理では、ＥＣＵ１２が、図４に示すような加熱停止時間と凍結判断温度の関係を示すマップからステップＳ１の処理により検出された加熱停止時間に対応する凍結判断温度を抽出する。本実施形態では、図４に示すマップにおける凍結判断温度の下限値（下限温度）は、排出制御弁７の加熱動作を停止してから十分な時間が経過することによって温度センサ２２と排出制御弁７との間の温度差が十分小さくなっている時に温度センサ２２によって排出制御弁７が凍結したと判断可能な温度に設定されている。
【００２０】
また凍結判断温度の上限値（上限温度）は、ヒータ２１の稼働によって発生する温度センサ２２と排出制御弁７との間の温度差の最大値を下限温度に加算した値に設定されている。そして温度センサ２２と排出制御弁７との間の温度差は加熱停止時間が長くなるほど小さくなっていくことから、上限温度と下限温度との間の凍結判断温度は、温度センサ２２と排出制御弁７との間の温度差の特性に基づいて、加熱停止時間の経過に伴い上限温度から下限温度に漸近するように設定されている。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、凍結判断処理はステップＳ３の処理に進む。
【００２１】
ステップＳ３の処理では、ＥＣＵ１２が、温度センサ２２を介して温度を検出し、検出された温度がステップＳ２の処理により抽出された凍結判断温度以上であるか否かを判別することにより排出制御弁７の凍結可能性を判別する。判別の結果、検出された温度がステップＳ２の処理により抽出された凍結判断温度以上である場合、ＥＣＵ１２は、排出制御弁７が凍結する可能性はないと判断し、凍結判断処理を終了して通常のシステム起動処理を実行する。一方、検出された温度がステップＳ２の処理により抽出された凍結判断温度と同じ、又は凍結判断温度未満である場合には、ＥＣＵ１２は、排出制御弁７が凍結する可能性があると判断し、凍結判断処理をステップＳ４の処理に進める。
【００２２】
ステップＳ４の処理では、ＥＣＵ１２が、制御スイッチ２３をオフ状態からオン状態に切り換えることによりヒータ２１を稼働させて排出制御弁７を加熱する。またこの時同時に、ＥＣＵ１２は、加熱停止タイマをオフすると共に排出制御弁７の加熱時間を計測するための加熱タイマをリセット後にオンすることにより排出制御弁７の加熱時間の計測を開始する。これにより、ステップＳ４の処理は完了し、凍結判断処理はステップＳ５の処理に進む。
【００２３】
ステップＳ５の処理では、ＥＣＵ１２が、加熱タイマを参照して、排出制御弁７の加熱時間を検出する。これにより、ステップＳ５の処理は完了し、凍結判断処理はステップＳ６の処理に進む。
【００２４】
ステップ６の処理では、ＥＣＵ１２が、図５に示すような加熱時間と凍結判断温度の関係を示すマップからステップＳ５の処理により検出された加熱時間に対応する凍結判断温度を抽出する。本実施形態では、図５に示すマップにおける凍結判断温度の下限値（下限温度）及び上限値（上限温度）は図４に示すマップにおける凍結判断温度の下限値（下限温度）及び上限値（上限温度）と同じ値に設定されている。そして温度センサ２２と排出制御弁７との間の温度差は加熱時間が長くなるほど大きくなっていくことから、上限温度と下限温度との間の凍結判断温度は、温度センサ２２と排出制御弁７との間の温度差の特性に基づいて、加熱時間の経過に伴い下限温度から上限温度に漸近するように設定されている。これにより、ステップＳ６の処理は完了し、凍結判断処理はステップＳ７の処理に進む。
【００２５】
ステップＳ７の処理では、ＥＣＵ１２が、温度センサ２２を介して温度を検出し、検出された温度がステップＳ６の処理により抽出された凍結判断温度以上であるか否かを判別することにより排出制御弁７の凍結可能性を判別する。判別の結果、検出された温度がステップＳ６の処理により抽出された凍結判断温度以上である場合、ＥＣＵ１２は、排出制御弁７が凍結している可能性はないと判断し、凍結判断処理をステップＳ８の処理に進める。一方、検出された温度がステップＳ６の処理により抽出された凍結判断温度と同じ、又は凍結判断温度未満である場合には、ＥＣＵ１２は、排出制御弁７が凍結している可能性があると判断し、凍結判断処理をステップＳ５の処理に戻して加熱動作を継続する。
【００２６】
ステップＳ８の処理では、ＥＣＵ１２が、制御スイッチ２３をオン状態からオフ状態に切り換えることによりヒータ２１の稼働を停止させて排出制御弁７の加熱動作を停止する。またこの時同時に、ＥＣＵ１２は、加熱停止タイマをリセット後にオンすると共に加熱タイマをオフする。これにより、ステップＳ８の処理は完了し、ＥＣＵ１２は凍結判断処理を終了して通常のシステム起動処理を実行する。
【００２７】
以上の説明から明らかなように、本発明の第１の実施形態となる燃料電池システムでは、温度センサ１１と凍結によって機能が保証されなくなる排出制御弁７の部位がヒータ２１を稼働させた際に温度センサ１１の温度が排出制御弁７の部位の温度よりも高くなる位置関係にある場合において、ＥＣＵ１２が、温度センサ２２が温度を検出する部位と凍結によって機能が保証されなくなる排出制御弁７の部位の温度差を推定し、推定結果に基づいて凍結判断温度を変更する。このような構成によれば、凍結によって機能が保証されなくなる排出制御弁７の部位の凍結状況に近い凍結判断を行うことができるので、凍結している可能性がないのにも係わらず凍結している可能性があると誤った判断をして排出制御弁７の加熱動作を実行することにより、起動時間が通常時よりも長くなることを抑制できる。
【００２８】
〔第２の実施形態〕
本発明の第２の実施形態となる燃料電池システムでは、排出制御弁７の構成及び凍結判断温度の設定が上記第１の実施形態となる燃料電池システムにおける排出制御弁７の構成及び凍結判断温度の設定と異なる。そこで以下では、本発明の第２の実施形態となる燃料電池システムにおける排出制御弁７の構成及び凍結判断温度の設定についてのみ説明し、本発明の第１の実施形態となる燃料電池システムと共通する構成要素についての説明は省略する。
【００２９】
〔排出制御弁の構成〕
本実施形態では、排出制御弁７，ヒータ２１，及び温度センサ２２はそれぞれ、図６に示すように、ヒータ２１を稼働させた際に排出制御弁７の温度が温度センサ２２の検知温度よりも高く位置に配置されている。
【００３０】
〔凍結判断温度の設定〕
本実施形態では、加熱停止時間と凍結判断温度の関係を示すマップは図７に示すような形態を有する。すなわち本実施形態では、凍結判断温度の上限値（上限温度）が、排出制御弁７の加熱動作を停止してから十分な時間が経過することによって温度センサ２２と排出制御弁７との間の温度差が十分小さくなっている時に温度センサ２２によって排出制御弁７が凍結したと判断可能な温度に設定されている。また凍結判断温度の下限値（下限温度）は、ヒータ２１の稼働によって発生する温度センサ２２と排出制御弁７との間の温度差の最大値を上限温度から減算した値に設定されている。そして温度センサ２２と排出制御弁７との間の温度差は加熱停止時間が長くなるほど小さくなっていくことから、上限温度と下限温度との間の凍結判断温度は、温度センサ２２と排出制御弁７との間の温度差の特性に基づいて、加熱停止時間の経過に伴い下限温度から上限温度に漸近するように設定されている。また本実施形態では、図８に示す加熱時間と凍結判断温度の関係を表すマップにおける凍結判断温度の下限値（下限温度）及び上限値（上限温度）は図７に示すマップにおける下限温度及び上限温度と同じ値に設定されている。そして温度センサ２２と排出制御弁７との間の温度差は加熱時間が長くなるほど大きくなっていくことから、上限温度と下限温度との間の凍結判断温度は、温度センサ２２と排出制御弁７との間の温度差の特性に基づいて、加熱時間の経過に伴い上限温度から下限温度に漸近するように設定されている。
【００３１】
以上の説明から明らかなように、本発明の第２の実施形態となる燃料電池システムでは、温度センサ１１と凍結によって機能が保証されなくなる排出制御弁７の部位がヒータ２１を稼働させた際に温度センサ１１の温度が排出制御弁７の部位の温度よりも低くなる位置関係にある場合において、ＥＣＵ１２が、温度センサ２２が温度を検出する部位と凍結によって機能が保証されなくなる排出制御弁７の部位の温度差を推定し、推定結果に基づいて凍結判断温度を変更する。このような構成によれば、凍結によって機能が保証されなくなる排出制御弁７の部位の凍結状況に近い凍結判断を行うことができるので、凍結している可能性がないのにも係わらず凍結している可能性があると誤った判断をして排出制御弁７の加熱動作を実行することにより、起動時間が通常時よりも長くなることを抑制できる。
【００３２】
〔第３の実施形態〕
本発明の第３の実施形態となる燃料電池システムでは、凍結判断温度の設定が上記第１の実施形態となる燃料電池システムにおける凍結判断温度の設定と異なる。そこで以下では、本発明の第３の実施形態となる燃料電池システムにおける凍結判断温度の設定についてのみ説明し、本発明の第１の実施形態となる燃料電池システムと共通する構成要素についての説明は省略する。
【００３３】
〔凍結判断温度の設定〕
本実施形態では、加熱停止時間と凍結判断温度の関係を示すマップは図９に示すような形態を有する。すなわち本実施形態では、排出制御弁７の加熱動作を停止してから十分な時間が経過していない場合には凍結判断温度は閾値ＴＨ２に設定されている。一方、排出制御弁７の加熱動作を停止してから十分な時間が経過することによって温度センサ２２と排出制御弁７との間の温度差が十分小さくなっている場合には凍結判断温度は閾値ＴＨ２より小さな閾値ＴＨ１に設定されている。また本実施形態では、加熱時間と凍結判断温度の関係を示すマップは図１０に示すような形態を有する。すなわち本実施形態では、加熱動作を開始してから所定時間の間は凍結判断温度は閾値ＴＨ１に設定されている。そして排出制御弁７の加熱動作を開始してから所定時間が経過することによって温度センサ２２と排出制御弁７との間の温度差が大きくなった場合には凍結判断温度を閾値ＴＨ１より大きい閾値ＴＨ２に設定する。なお閾値ＴＨ１，ＴＨ２は共に、システム状況に応じて図４，５に示す凍結判断温度の時間変化よりも高い温度に設定する。具体的には、閾値ＴＨ１については、凍結判断温度を小さくする前に凍結判断がなされて温度閾値を変更する効果が小さくなることから、部品内の温度差が十分小さくなるのに要する時間が長いほど下限温度より高い値に設定し、逆に部品内の温度差が十分小さくなるのに要する時間が短い程下限温度に近い値に設定することが望ましい。
【００３４】
以上の説明から明らかなように、本発明の第３の実施形態となる燃料電池システムでは、ＥＣＵ１２は、加熱停止時間が所定時間未満である場合、凍結判断温度を閾値ＴＨ２に設定し、加熱停止時間が所定時間以上である場合には、凍結判断温度を閾値ＴＨ１より低い閾値ＴＨ２に設定することにより、凍結判断温度を２段階で設定する。また同様にＥＣＵ１２は、加熱時間が所定時間未満である場合、凍結判断温度を閾値ＴＨ１に設定し、加熱時間が所定時間以上である場合には、凍結判断温度を閾値ＴＨ２に設定することにより、凍結判断温度を２段階で設定する。このような構成によれば、１点の温度検知測定点数により凍結判断を行うことができるので、ＥＣＵ１２の処理負荷を大幅に軽減することができる。
【００３５】
〔第４の実施形態〕
本発明の第４の実施形態となる燃料電池システムでは、凍結判断温度の設定が上記第２の実施形態となる燃料電池システムにおける凍結判断温度の設定と異なる。そこで以下では、本発明の第４の実施形態となる燃料電池システムにおける凍結判断温度の設定についてのみ説明し、本発明の第２の実施形態となる燃料電池システムと共通する構成要素についての説明は省略する。
【００３６】
〔凍結判断温度の設定〕
本実施形態では、加熱停止時間と凍結判断温度の関係を示すマップは図１１に示すような形態を有する。すなわち本実施形態では、温度センサ２２と排出制御弁７との間の温度差が小さくなるのに十分な時間が加熱動作を停止してから経過していない場合には凍結判断温度は閾値ＴＨ１に設定されている。一方、温度センサ２２と排出制御弁７との間の温度差が小さくなるのに十分な時間が加熱動作を停止してから経過している場合には凍結判断温度は閾値ＴＨ１より高い閾値ＴＨ２に設定されている。また本実施形態では、加熱時間と凍結判断温度の関係を示すマップは図１２に示すような形態を有する。すなわち本実施形態では、加熱時間が短く温度センサ２２と排出制御弁７との間の温度差が十分に小さい間は凍結判断温度は閾値ＴＨ２に設定されている。そして加熱時間が長く温度センサ２２と排出制御弁７との間の温度差が大きくなる時間が経過した後は凍結判断温度を閾値ＴＨ２より低い閾値ＴＨ１に設定する。なお閾値ＴＨ１，ＴＨ２は共に、システム状況に応じて図７，８に示す凍結判断温度の時間変化よりも高い温度に設定する。具体的には、閾値ＴＨ１については、凍結判断温度を高くする前に凍結判断がなされる条件であれば温度閾値を変更する効果が大きくなることから、温度差が十分小さくなるのに要する時間が長いほど下限温度より高い値に設定し、逆に温度差が十分小さくなるのに要する時間が短い程下限温度に近い値に設定することが望ましい。
【００３７】
以上の説明から明らかなように、本発明の第４の実施形態となる燃料電池システムでは、ＥＣＵ１２は、加熱停止時間が所定時間未満である場合、凍結判断温度を閾値ＴＨ１に設定し、加熱停止時間が所定時間以上である場合には、凍結判断温度を閾値ＴＨ１より高い閾値ＴＨ２に設定することにより、凍結判断温度を２段階で設定する。また同様にＥＣＵ１２は、加熱時間が所定時間未満である場合、凍結判断温度を閾値ＴＨ２に設定し、加熱時間が所定時間以上である場合には、凍結判断温度を閾値ＴＨ１に設定することにより、凍結判断温度を２段階で設定する。このような構成によれば、１点の温度検知測定点数により凍結判断を行うことができるので、ＥＣＵ１２の処理負荷を大幅に軽減することができる。
【００３８】
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。例えば本実施形態では、凍結を防止すべき部品として排出制御弁７を例示したが、本発明は本実施形態に限られることはなく、凍結により機能が保証されなくなる構成部品であれば適用することができる。また本実施形態では、ＥＣＵ１２は温度センサと構成部品との間の温度差に応じて構成部品が凍結しているか否かを判定するための凍結判断温度を変更したが、構成部品が加熱によって解凍されたか否かを判定するための解凍判断温度やヒータを作動させるか否かを判定するためのヒータ作動判断温度を変更するようにしてもよい。
【００３９】
また温度センサと構成部品との間の温度差を推定する際、構成部品の冷却条件を考慮してもよい。ここでいう冷却条件とは、部品周囲の雰囲気温度や自然風と車速度によって決定される風速条件等の環境条件、部品の物性，熱伝導率，熱容量，表面形状，表面積，断熱材の追加等によって決定される部品の放熱特性、燃料電池スタックを通過した流体であれば燃料電池スタックの冷却水温度や燃料電池の発電電流により決まる内部流体温度等の使用条件を示す。図１３乃至図１７はそれぞれ温度センサと構成部品との間の温度差と部品の熱容量，部品の放熱特性，風速，部品温度と雰囲気温度の差，及び部品内部の流体温度との関係を示す。
【００４０】
図１３に示す関係によれば、構成部品の熱容量が小さい程、温度センサと構成部品との間の温度差が早く小さくなることが推定できる。図１４に示す関係によれば、構成部品の放熱特性が大きい程、温度センサと構成部品との間の温度差が早く小さくなることが推定できる。図１５に示す関係によれば、構成部品周囲の風速が大きい程、温度センサと構成部品との間の温度差が早く小さくなることが推定できる。図１６に示す関係によれば、構成部品の温度と構成部品周囲の温度の差が大きい程、温度センサと構成部品との間の温度差が早く小さくなることが推定できる。図１７に示す関係によれば、部品内部の流体温度が低い程、温度センサと構成部品との間の温度差が早く小さくなることが推定できる。
【００４１】
これら冷却条件の少なくとも１つを考慮することにより温度センサと構成部品との間の温度差の推定精度は向上するが、複数の冷却条件を考慮することにより推定精度をより向上させることができる。冷却条件のパラメータは、温度検知手段，風速測定手段，車速測定手段，燃料電池スタック冷却水温度検知手段，及び燃料電池スタックの発電電流測定手段により測定することができる。このように、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施形態となる燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態となる排出制御弁の構成を示す模式図である。
【図３】本発明の実施形態となる凍結判断処理の流れを示すフローチャート図である。
【図４】本発明の第１の実施形態となる凍結判断処理における加熱停止時間と凍結判断温度の関係を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態となる凍結判断処理における加熱時間と凍結判断温度の関係を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態となる排出制御弁の構成を示す模式図である。
【図７】本発明の第２の実施形態となる凍結判断処理における加熱停止時間と凍結判断温度の関係を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態となる凍結判断処理における加熱時間と凍結判断温度の関係を示す図である。
【図９】本発明の第３の実施形態となる凍結判断処理における加熱停止時間と凍結判断温度の関係を示す図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態となる凍結判断処理における加熱時間と凍結判断温度の関係を示す図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態となる凍結判断処理における加熱停止時間と凍結判断温度の関係を示す図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態となる凍結判断処理における加熱時間と凍結判断温度の関係を示す図である。
【図１３】構成部品の熱容量の違いに伴う温度検知部と凍結部位間の温度差と加熱停止時間の関係の変化を示す図である。
【図１４】構成部品の放熱特性の違いに伴う温度検知部と凍結部位間の温度差と加熱停止時間の関係の変化を示す図である。
【図１５】構成部品周囲の風速の違いに伴う温度検知部と凍結部位間の温度差と加熱停止時間の関係の変化を示す図である。
【図１６】構成部品の温度と構成部品周囲の温度の差の違いに伴う温度検知部と凍結部位間の温度差と加熱停止時間の関係の変化を示す図である。
【図１７】構成部品内部の流体温度の違いに伴う温度検知部と凍結部位間の温度差と加熱停止時間の関係の変化を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１：燃料電池システム
２：燃料電池スタック
３：高圧水素タンク
４：水素調圧弁
５：気液分離装置
６：水素循環ポンプ
７，１１：排出制御弁
８：パージ弁
９：コンプレッサ
１０：吸入口
１２：ＥＣＵ
２１：ヒータ
２２：温度センサ
２３：制御スイッチＬ１：水素供給配管
Ｌ２：水素循環配管
Ｌ３：排出配管
Ｌ４：空気供給配管
Ｐ１，Ｐ２：圧力センサ
Ｓ１：水位センサ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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