(57)【要約】  燃料電池から外部負荷への電力供給を許可する前に、燃料電池の発電特性を推定し、燃料電池の温度が第１所定温度以下である場合には、燃料電池の発電特性の推定を制限、若しくは禁止する燃料電池システム。
2014054560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、
前記燃料電池によって発電した電力が供給される外部負荷と、
前記燃料電池によって発電した電力が供給される補機と、
前記燃料電池の発電特性が、所定特性となった場合に、前記燃料電池から前記外部負荷への電力供給を許可する第１許可手段と、
前記第１許可手段によって前記許可が下りる前に、前記燃料電池から前記補機への電力供給により前記燃料電池の暖機運転を行う暖機時制御手段と、
前記補機の負荷を変化させて前記燃料電池からの取り出し電流を所定幅で変化させるとともに、変化に伴う前記燃料電池の発電電圧に基づいて前記発電特性を推定する推定手段と、
前記燃料電池の温度を検出する温度検出手段と、
前記燃料電池の温度が、第１所定温度以下では、前記推定手段による前記発電特性の推定を制限、若しくは禁止する禁止手段と、を備え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であって、
前記第１所定温度は、前記補機の負荷を変化させて前記燃料電池からの取り出し電流を前記所定幅で変化させると前記燃料電池の電圧が前記燃料電池の最低保障電圧よりも低くなる温度である燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の燃料電池システムであって、
前記温度検出手段は、前記燃料電池の冷却水の温度を検出する水温センサである燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記第１許可手段とは別に、前記燃料電池の温度が０℃以上の第２所定温度以上の場合には、前記燃料電池から前記外部負荷への電力供給を許可する第２許可手段を備える燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
冷却水を前記燃料電池に循環させるポンプを備え、
前記第１許可手段、第２許可手段とは別に、ポンプ流量の積算値が所定量以上の場合に、前記燃料電池から前記外部負荷への電力供給を許可する第３許可手段を備える燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
冷却水を前記燃料電池に循環させるポンプを備え、
前記第１許可手段、第２許可手段とは別に、前記ポンプを起動してから所定時間以上の場合に、前記燃料電池から前記外部負荷への電力供給を許可する第３許可手段を備える燃料電池システム。
【請求項７】
請求項２乃至６のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記第１許可手段は、前記燃料電池で発電を開始した時の前記燃料電池の温度が前記第１所定温度よりも高い第３所定温度以上の場合に、前記燃料電池から前記外部負荷への電力供給を許可する燃料電池システム。
【請求項８】
燃料電池と、
前記燃料電池によって発電した電力が供給される外部負荷と、
前記燃料電池によって発電した電力が供給される補機とを備えた燃料電池システムを制御する制御方法であって、
前記燃料電池の発電特性が、所定特性となった場合に、前記燃料電池から前記外部負荷への電力供給を許可し、
前記許可が下りる前に、前記燃料電池から前記補機への電力供給により前記燃料電池の暖機運転を行い、
前記補機の負荷を変化させて前記燃料電池からの取り出し電流を所定幅で変化させるとともに、変化に伴う前記燃料電池の発電電圧に基づいて前記発電特性を推定し、
前記燃料電池の温度を検出し、
前記燃料電池の温度が、第１所定温度以下では、前記発電特性の推定を制限、若しくは禁止する制御方法。
【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制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の発電特性を示すＩＶ特性は、燃料電池の温度によって変化することが知られている。そのため、燃料電池の温度を計測することで燃料電池のＩＶ特性を知ることができる。しかし、燃料電池の温度は、計測位置や湿潤状態によって変化するので、計測した温度だけで燃料電池のＩＶ特性を正確に知ることは困難である。【０００３】
ＪＰ２０００−３５７５２６Ａには、燃料電池の電流、電圧を検出し、検出した値に基づいてＩＶ特性を推定する方法が開示されている。【０００４】
ＪＰ２０００−３５７５２６Ａでは、燃料電池から電力が供給される負荷を制御し、燃料電池から取り出す電流を変化させ、このときの燃料電池の電圧と、取り出す電流との関係からＩＶ特性を推定している。
【発明の概要】
【０００５】
しかし、極低温度環境ではＩＶ特性は極めて悪くなる。そのため、極低温度環境でＩＶ特性を推定するために燃料電池から電流を取り出すと、燃料電池の電圧が最小電圧よりも低くなる、いわゆる電圧落ちが生じるおそれがある。
【０００６】
本発明はこのような問題点を解決するために発明されたもので、極低温度環境で電圧落ちが生じることを抑制することを目的とする。
【０００７】
本発明のある態様に係る燃料電池システムは燃料電池と、燃料電池によって発電した電力が供給される外部負荷と、燃料電池によって発電した電力が供給される補機と、燃料電池の発電特性が、所定特性となった場合に、燃料電池から外部負荷への電力供給を許可する第１許可部と、第１許可部によって許可が下りる前に、燃料電池から補機への電力供給により燃料電池の暖機運転を行う暖機時制御部と、補機の負荷を変化させて燃料電池からの取り出し電流を所定幅で変化させるとともに、変化に伴う燃料電池の発電電圧に基づいて前記発電特性を推定する推定部と、燃料電池の温度を検出する温度検出部と、燃料電池の温度が、第１所定温度以下では、推定部による発電特性の推定を制限、若しくは禁止する禁止部と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は燃料電池システムの概略構成図である。
【図２】図２は燃料電池スタックのＩＶ特性を示すマップである。
【図３】図３は起動制御を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【００１０】
本発明の実施形態について図１を用いて説明する。図１は燃料電池システム１００の概略構成図である。
【００１１】
燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１と、カソードガス給排装置２と、アノードガス給排装置３と、スタック冷却装置４と、電力系５と、コントローラ６と、を備える。
【００１２】
燃料電池スタック１は、数百枚の燃料電池を積層したものであり、アノードガス及びカソードガスの供給を受けて、車両の駆動に必要な電力を発電する。燃料電池スタック１は、電力を取り出す端子として、アノード電極側出力端子１１と、カソード電極側出力端子１２と、を備える。
【００１３】
カソードガス給排装置２は、燃料電池スタック１にカソードガスを供給するとともに、燃料電池スタック１から排出されるカソードオフガスを外気に排出する装置である。カソードガス給排装置２は、カソードガス供給通路２１と、フィルタ２２と、カソードコンプレッサ２３と、カソードガス排出通路２４と、カソードガス圧力調整弁２５とを備える。
【００１４】
カソードガス供給通路２１は、燃料電池スタック１に供給するカソードガスが流れる通路である。カソードガス供給通路２１は、一端がフィルタ２２に接続され、他端が燃料電池スタック１のカソードガス入口孔に接続される。
【００１５】
フィルタ２２は、カソードガス供給通路２１に取り込むカソードガス中の異物を取り除く。
【００１６】
カソードコンプレッサ２３は、カソードガス供給通路２１に設けられる。カソードコンプレッサ２３は、フィルタ２２を介してカソードガスとしての空気（外気）をカソードガス供給通路２１に取り込み、燃料電池スタック１に供給する。
【００１７】
カソードガス排出通路２４は、燃料電池スタック１から排出されるカソードオフガスが流れる通路である。カソードガス排出通路２４は、一端が燃料電池スタック１のカソードガス出口孔に接続され、カソードガス圧力調整弁２５を通過して、他端が開口端となっている。
【００１８】
ここでは図示しないが、燃料電池スタック１の加湿をするために、カソードガス供給通路２１に加湿装置を設けてもよい。
【００１９】
アノードガス給排装置３は、燃料電池スタック１にアノードガスを供給するとともに、燃料電池スタック１から排出されるアノードオフガスを、カソードガス排出通路２４に排出する装置である。アノードガス給排装置３は、高圧タンク３１と、アノードガス供給通路３２と、調圧弁３３と、アノードガス排出通路３４と、パージ弁３５と、を備える。
【００２０】
高圧タンク３１は、燃料電池スタック１に供給するアノードガスを高圧状態に保って貯蔵する。
【００２１】
アノードガス供給通路３２は、高圧タンク３１からアノードガスを燃料電池スタック１に供給するための通路である。アノードガス供給通路３２は、一端が高圧タンク３１に接続され、他端が燃料電池スタック１のアノードガス入口孔に接続される。
【００２２】
調圧弁３３は、アノードガス供給通路３２に設けられる。調圧弁３３は、コントローラ６によって開閉制御されて、高圧タンク３１からアノードガス供給通路３２に流れ出したアノードガスの圧力を所望の圧力に調節する。
【００２３】
アノードガス排出通路３４は、燃料電池スタック１から排出されるアノードオフガスが流れる通路である。アノードガス排出通路３４は、一端が燃料電池スタック１のアノードガス出口孔に接続され、他端がカソードガス排出通路２４に接続される。
【００２４】
パージ弁３５は、アノードガス排出通路３４に設けられる。パージ弁３５は、コントローラ６によって開閉制御され、アノードガス排出通路３４からカソードガス排出通路２４に排出するアノードオフガスの流量を制御する。
【００２５】
スタック冷却装置４は、燃料電池スタック１を冷却し、燃料電池スタック１を発電に適した温度に保つ装置である。スタック冷却装置４は、冷却水循環通路４１と、ラジエータ４２と、バイパス通路４３と、三方弁４４と、循環ポンプ４５と、ＰＴＣヒータ４６と、第１水温センサ４７と、第２水温センサ４８とを備える。
【００２６】
冷却水循環通路４１は、燃料電池スタック１を冷却するための冷却水が循環する通路である。
【００２７】
ラジエータ４２は、冷却水循環通路４１に設けられる。ラジエータ４２は、燃料電池スタック１から排出された冷却水を冷却する。
【００２８】
バイパス通路４３は、ラジエータ４２をバイパスさせて冷却水を循環させることができるように、一端が冷却水循環通路４１に接続され、他端が三方弁４４に接続される。
【００２９】
三方弁４４は、ラジエータ４２よりも下流側の冷却水循環通路４１に設けられる。三方弁４４は、冷却水の温度に応じて冷却水の循環経路を切り替える。具体的には、冷却水の温度が相対的に高いときは、燃料電池スタック１から排出された冷却水が、ラジエータ４２を介して再び燃料電池スタック１に供給されるように冷却水の循環経路を切り替える。逆に、冷却水の温度が相対的に低いときは、燃料電池スタック１から排出された冷却水が、ラジエータ４２を介さずにバイパス通路４３を流れて再び燃料電池スタック１に供給されるように冷却水の循環経路を切り替える。
【００３０】
循環ポンプ４５は、三方弁４４よりも下流側の冷却水循環通路４１に設けられて、冷却水を循環させる。
【００３１】
ＰＴＣヒータ４６は、バイパス通路４３に設けられる。ＰＴＣヒータ４６は、燃料電池スタック１の暖機時に通電されて、冷却水の温度を上昇させる。
【００３２】
第１水温センサ４７は、ラジエータ４２よりも上流側の冷却水循環通路４１に設けられる。第１水温センサ４７は、燃料電池スタック１から排出された冷却水の温度を検出する。
【００３３】
第２水温センサ４８は、循環ポンプ４５と燃料電池スタック１との間の冷却水循環通路４１に設けられる。第２水温センサ４８は、燃料電池スタック１に供給される冷却水の温度を検出する。
【００３４】
電力系５は、電流センサ５１と、電圧センサ５２と、駆動モータ５３と、インバータ５４と、バッテリ５５と、ＤＣ／ＤＣコンバータ５６と、補機類５７とを備える。
【００３５】
電流センサ５１は、燃料電池スタック１から取り出される電流（以下「出力電流」という。）を検出する。
【００３６】
電圧センサ５２は、アノード電極側出力端子１１とカソード電極側出力端子１２の間の端子間電圧（以下「出力電圧」という。）を検出する。
【００３７】
駆動モータ５３は、ロータに永久磁石を埋設し、ステータにステータコイルを巻き付けた三相交流同期モータである。駆動モータ５３は、燃料電池スタック１及びバッテリ５５から電力の供給を受けて回転駆動する電動機としての機能と、ロータが外力によって回転させられる車両の減速時にステータコイルの両端に起電力を生じさせる発電機としての機能と、を有する。
【００３８】
インバータ５４は、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの複数の半導体スイッチから構成される。インバータ５４の半導体スイッチは、コントローラ６によって開閉制御され、これにより直流電力が交流電力に、または、交流電力が直流電力に変換される。インバータ５４は、駆動モータ５３を電動機として機能させるときは、燃料電池スタック１の発電電力とバッテリ５５の出力電力との合成直流電力を三相交流電力に変換して駆動モータ５３に供給する。一方で、駆動モータ５３を発電機として機能させるときは、駆動モータ５３の回生電力（三相交流電力）を直流電力に変換してバッテリ５５に供給する。
【００３９】
バッテリ５５は、駆動モータ５３の回生電力を充電する。バッテリ５５に充電された電力は、必要に応じて補機類５７及び駆動モータ５３に供給される。
【００４０】
ＤＣ／ＤＣコンバータ５６は、燃料電池スタック１の出力電圧を昇降圧させる双方向性の電圧変換機である。ＤＣ／ＤＣコンバータ５６によって燃料電池スタック１の出力電圧を制御することで、燃料電池スタック１の出力電流、ひいては発電電力（出力電流×出力電圧）が制御される。
【００４１】
補機類５７は、カソードコンプレッサ２３、循環ポンプ４５、ＰＴＣヒータ４６などによって構成され、バッテリ５５、または燃料電池スタック１から電力が供給されて駆動する。
【００４２】
コントローラ６は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ６には、前述した第１水温センサ４７、第２水温センサ４８、電流センサ５１及び電圧センサ５２の他にも、外気温を検出する外気温センサ６１や、始動キーのオン・オフに基づいて燃料電池システム１００の始動要求及び停止要求を検出するキーセンサ６２、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルストロークセンサ６３、バッテリ５５の充電率（以下「バッテリ充電率」という。）を検出するＳＯＣ（State Of Charge）センサ６４、バッテリ５５の温度を検出するバッテリ温度センサ６５などの燃料電池システム１００を制御するために必要な各種センサからの信号が入力される。
【００４３】
コントローラ６は、これらの入力信号に基づいて、燃料電池システム１００を制御する。
【００４４】
ここで、燃料電池スタック１のＩＶ推定について説明する。
【００４５】
燃料電池スタック１は、燃料電池スタック１の温度に応じて発電特性を示すＩＶ特性が変化することが知られている。燃料電池スタック１の温度が低くなると、図２に示すように基準ＩＶに対してＩＶ特性が低下し、燃料電池スタック１の発電電力が低くなる。そのため、燃料電池システム１００では、燃料電池スタック１の温度が低い場合には、燃料電池スタック１の発電電力が車両を駆動させることが可能な最小駆動電力（所定特性）以上となるまでは、燃料電池スタック１から駆動モータ５３への電力供給を禁止し、車両の走行を禁止している。
【００４６】
図２において、燃料電池スタック１の発電電力が最小駆動電力となっているときの出力電流を電流Ａとし、出力電流Ａを取り出したときの出力電圧を電圧Ｖ１とする。
【００４７】
図２において破線で示すように燃料電池スタック１の温度が高い場合には、燃料電池スタック１から出力電流Ａを取り出したときの燃料電池スタック１の出力電圧は電圧Ｖ１となり、燃料電池スタック１から最小駆動電力を駆動モータ５３に供給することができるので、燃料電池スタック１から駆動モータ５３への電力供給を許可し、車両の走行を許可する。
【００４８】
一方、図２において一点鎖線で示すように燃料電池スタック１の温度が低い場合には、燃料電池スタック１から出力電流Ａを取り出したときの出力電圧は電圧Ｖ２となり、燃料電池スタック１の発電電力は最小駆動電力よりも小さくなり、燃料電池スタック１から最小駆動電力を駆動モータ５３に供給することができないので、燃料電池スタック１から駆動モータ５３への電力供給を禁止し、車両の走行を禁止する。
【００４９】
車両の走行を素早く許可するには、燃料電池スタック１の発電電力が最小駆動電力となったことを正確に判定する必要があり、燃料電池スタック１の温度を正確に検出することができれば、温度に基づくＩＶ特性から燃料電池スタック１の発電電力を正確に検出することができる。
【００５０】
しかし、燃料電池スタック１と温度センサとを絶縁させる必要があるので、燃料電池スタック１に直接、温度センサを取り付けて燃料電池スタック１の温度を検出することが困難であり、本実施形態では、冷却水循環通路４１に第１水温センサ４７、第２水温センサ４８を設けている。そして、第１水温センサ４７からの信号、及び第２水温センサ４８からの信号に基づいて燃料電池スタック１の温度を検出しているため、実際の燃料電池スタック１の温度と、第１水温センサ４７、及び第２水温センサ４８によって検出した温度とが乖離することがあり、第１水温センサ４７、第２水温センサ４８によって検出した温度に基づいて燃料電池スタック１のＩＶ特性を正確に推定することができない。
【００５１】
そのため、燃料電池スタック１のＩＶ特性を推定するＩＶ推定を行っている。燃料電池スタック１では出力電流Ｉと、基準ＩＶに基づく基準電圧と実際の出力電圧との差ΔＶとの関係は、濃度過電圧の影響が小さい条件において、式（１）に示すように一次関数で近似することができることが知られている。
【００５２】
ΔＶ＝ａＩ＋ｂ・・・（１）
【００５３】
燃料電池スタック１の温度が低く、駆動モータ５３への電力供給を禁止されている場合には、燃料電池スタック１から、消費電力が駆動モータ５３よりも低い補機類５７に発電電力を供給し、出力電流を所定幅で変化させて出力電圧（発電電圧）を複数計測して、出力電流と出力電圧とから式（１）の「ａ」、「ｂ」を算出する。そして、算出した「ａ」、「ｂ」を用いて、燃料電池スタック１のＩＶ特性を推定する。「ａ」、「ｂ」が算出されると、燃料電池スタック１から駆動モータ５３に最小駆動電力を供給する場合の出力電流Ａに対する出力電圧がわかるので、出力電圧が電圧Ｖ１以上となると、燃料電池スタック１が最小駆動電力を駆動モータ５３に供給可能であることがわかる。なお、所定幅は、「ａ」、「ｂ」を正確に算出するために広い範囲に設定することが望ましい。
【００５４】
このように、燃料電池スタック１の温度が低く、燃料電池スタック１から駆動モータ５３への電力供給が禁止されている場合であっても、ＩＶ推定を行うことで燃料電池スタック１から駆動モータ５３へ電力を供給可能かどうか正確に判定することができる。
【００５５】
しかし、極低温時にはＩＶ特性が極めて悪くなり、ＩＶ推定を行うために燃料電池スタック１の出力電流を所定幅で変化させた場合に、燃料電池スタック１の発電が不安定になり、燃料電池スタック１の出力電圧が最低保障電圧よりも低くなる電圧落ちが生じる。ここで最低保障電圧とは、燃料電池スタック１が異常な性能低下なく作動可能な出力電圧の最低圧である。燃料電池システム１００では燃料電池スタック１の各セルの電圧が所定の電圧よりも低くならないようにしなければならないため、燃料電池スタック１の出力電圧が最低保障電圧よりも低くなる場合には、燃料電池システム１００を停止するようになっている。そのため、本実施形態では、以下で説明するように燃料電池システム１００の起動制御を行う。
【００５６】
次に本実施形態の起動制御について図３のフローチャートを用いて説明する。
【００５７】
ステップＳ１００では、コントローラ６は、第１水温センサ４７によって燃料電池スタック１から排出された冷却水の温度を検出し、第２水温センサ４８によって燃料電池スタック１に供給される冷却水の温度を検出する。そして、コントローラ６は、低い方の温度をスタック冷却水温Ｔとして設定する。
【００５８】
ステップＳ１０１では、コントローラ６は、スタック冷却水温Ｔと即起動温度（第３所定温度）Ｔ１とを比較する。即起動温度Ｔ１は、燃料電池スタック１の温度が十分に高く、燃料電池スタック１の発電電力が必ず最小駆動電力以上と判断できる温度である。即起動温度Ｔ１は、例えば５０℃である。処理は、スタック冷却水温Ｔが即起動温度Ｔ１以上の場合にはステップＳ１１１へ進み、スタック冷却水温Ｔが即起動温度Ｔ１よりも低い場合にはステップＳ１０２へ進む。
【００５９】
ステップＳ１０２では、コントローラ６は、スタック冷却水温Ｔと、即起動温度Ｔ１、及びＩＶ推定禁止温度Ｔ２とを比較する。ＩＶ推定禁止温度（第１所定温度）Ｔ２は、ＩＶ推定を行うために燃料電池スタック１の出力電流を所定幅で変化させた場合に、燃料電池スタック１の電圧が最低保障電圧よりも低くなる温度である。例えばＩＶ推定禁止温度Ｔ２は−３５℃である。処理は、スタック冷却水温Ｔが即起動温度Ｔ１よりも低く、かつＩＶ推定禁止温度Ｔ２よりも高い場合にはステップＳ１０３へ進み、スタック冷却水温ＴがＩＶ推定禁止温度Ｔ２以下の場合にはステップＳ１０８へ進む。
【００６０】
ステップＳ１０３では、コントローラ６は、ＩＶ推定を行う。具体的には、コントローラ６は、補機類５７で消費される電力及びバッテリ５５の充放電電力を制御することで燃料電池スタック１の出力電流を所定幅で変化させて、電流センサ５１によって出力電流を検出し、電圧センサ５２によって出力電圧を検出し、検出した出力電流、及び検出した出力電圧に基づいてＩＶ推定を行う。
【００６１】
ステップＳ１０４では、コントローラ６は、暖機運転を行う。具体的には、コントローラ６は、燃料電池スタック１の発電電力を通常時の燃料電池システム１００の最大効率の運転点よりも上げ、発電に伴う自己発熱量を増やすことで暖機運転を行う。燃料電池スタック１で発電された電力は、補機類５７で消費され、ＰＴＣヒータ４６やカソードコンプレッサ２３の消費電力及びバッテリ５５への充電電力を調整することで、燃料電池システム１００のエネルギーバランスを保つ。補機類５７であるＰＴＣヒータ４６は燃料電池スタック１で発電した電力を消費するだけではなく、自己発熱によって冷却水を暖め、暖まった冷却水を燃料電池スタック１に循環させることで燃料電池スタック１の暖機を更に促進することができる。なお、燃料電池スタック１は、発電によって生じる熱によっても暖機される。
【００６２】
ステップＳ１０５では、コントローラ６は、最小駆動電力に対応する出力電流を燃料電池スタック１から取り出した場合の出力電圧を、ＩＶ推定によって推定したＩＶ特性から算出し、これらの値から現在の発電可能電力を算出する。
【００６３】
ステップＳ１０６では、コントローラ６は、発電可能電力と最小駆動電力とを比較する。処理は、発電可能電力が最小駆動電力以上の場合にはステップＳ１１１に進み、発電可能電力が最小駆動電力よりも低い場合にはステップＳ１０７に進む。
【００６４】
ステップＳ１０７では、コントローラ６は、スタック冷却水温Ｔと暖機終了温度（第２所定温度）Ｔ３とを比較する。暖機終了温度Ｔ３は、即起動温度Ｔ１よりも低く、かつ０℃よりも高い温度であり、例えば１０℃である。暖機終了温度Ｔ３は、燃料電池スタック１の暖機が進み、燃料電池スタック１の発電可能電力が最小駆動電力以上となると判断可能な温度である。コントローラ６は、例えば電圧センサ５２の不具合などによりＩＶ推定を正確に行うことができない場合でも、スタック冷却水温Ｔが暖機終了温度Ｔ３以上となると、燃料電池スタック１の暖機が終了したと判定する。処理は、スタック冷却水温Ｔが暖機終了温度Ｔ３以上の場合にはステップＳ１１１へ進み、スタック冷却水温Ｔが暖機終了温度Ｔ３よりも低い場合にはステップＳ１１０へ進む。
【００６５】
ステップＳ１０２によってスタック冷却水温ＴがＩＶ推定禁止温度Ｔ２よりも低いと判定された場合には、ステップＳ１０８によってコントローラ６は、ＩＶ推定を禁止する。このように燃料電池スタック１の温度が極低温である場合には、ＩＶ推定を禁止し、燃料電池スタック１の出力電圧が最低保障電圧よりも低くなることを抑制し、電圧落ちを抑制し、燃料電池システム１００が停止することを抑制する。
【００６６】
ステップＳ１０９では、コントローラ６は、暖機運転を行う。具体的には、コントローラ６は、ステップＳ１０４と同様に燃料電池スタック１を暖機するが、ここでは燃料電池スタック１の出力電圧が最低保障電圧よりも低くならない範囲で、補機類５７に供給する電力を高く設定する。
【００６７】
ステップＳ１１０では、コントローラ６は、第１水温センサ４７によって燃料電池スタック１から排出された冷却水の温度を検出し、第２水温センサ４８によって燃料電池スタック１に流入する冷却水の温度を検出する。そして、コントローラ６は、低い方の温度をスタック冷却水温Ｔとして更新する。その後処理はステップＳ１０２に戻るが、以降の処理では、ステップＳ１１０によって更新されたスタック冷却水温Ｔが用いられる。
【００６８】
ステップＳ１１１では、ＲＥＡＤＹランプを点灯させて、燃料電池スタック１から駆動モータ５３への電力供給を許可する。
【００６９】
本発明の実施形態の効果について説明する。
【００７０】
駆動モータ５３への電力供給を許可する前に補機類５７で消費される電力を変化させて燃料電池スタック１の出力電流を所定幅で変化させて、出力電流と、出力電圧とに基づいてＩＶ推定を行う燃料電池システム１００において、スタック冷却水温ＴがＩＶ推定禁止温度Ｔ２以下の場合にはＩＶ推定を禁止することで、出力電流を所定幅で変化させることによって燃料電池スタック１の発電が不安定になり、燃料電池スタック１の電圧が最低保障電圧よりも低くなることを抑制し、電圧落ちが発生することを抑制することができる。
【００７１】
スタック冷却水温Ｔが暖機終了温度Ｔ３以上の場合には、燃料電池スタック１から駆動モータ５３への電力供給を許可する。これにより、ＩＶ推定を正確に行うことができない場合であっても、燃料電池スタック１から駆動モータ５３へ電力を供給することができる。
【００７２】
スタック冷却水温Ｔが即起動温度Ｔ１以上の場合に、燃料電池スタック１から駆動モータ５３への電力供給を許可する。これにより、燃料電池スタック１の温度が十分に高い場合には、ＩＶ推定、暖機運転を行わず、燃料電池スタック１から駆動モータ５３へ電力を素早く供給可能とすることができる。
【００７３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【００７４】
上記実施形態では、ＩＶ推定要求により燃料電池スタック１の発電電流を上げた場合に最低保障電圧まで低下するほどＩＶ特性が低い状態を想定しており、ＩＶ推定ができたとしても、駆動モータ５３へ電力供給を許可できない状態であることが明らかなため、ＩＶ推定を禁止したが、燃料電池スタック１の出力電流を変化させる所定幅を小さくする、または燃料電池スタック１の出力電流を下げて、出力電流を変化させる所定幅を確保してもよい。このように、ＩＶ推定を制限してもよい。ここで、補機類５７の運転点を変えないで燃料電池スタック１の出力電流を下げる場合は、不足分の電力がバッテリ５５から放電されるため、バッテリ５５の放電能力を考慮して実施する必要がある。これによっても、燃料電池スタック１の電圧が最低保障電圧よりも低くなることを抑制し、電圧落ちが発生することを抑制することができる。
【００７５】
上記実施形態では、スタック冷却水温Ｔが暖機終了温度Ｔ３以上になると燃料電池スタック１から駆動モータ５３への電力供給を許可したが、起動初期の第１水温センサ４７及び第２水温センサ４８と燃料電池スタック１の内部温度では、熱容量及び放熱特性の差から温度差が生じ、燃料電池スタック１の内部温度を精度良く第１水温センサ４７及び第２水温センサ４８で検知することができない場合がある。そこで、燃料電池スタック１の内部冷却水が第１水温センサ４７に到達し、燃料電池スタック１の内部温度を第１水温センサ４７で検知できる状態にあることを判断するために、起動制御を開始してから循環ポンプ４５によって燃料電池スタック１を循環させる冷却水の流量の積算値が所定量以上になったことを判断し、第２許可部を有効とする第３許可部を設定すれば、より正確に燃料電池スタック１から駆動モータ５３への電力供給を許可することができる。所定量は、予め設定される量であり、具体的には燃料電池スタック１から第１水温センサ４７までの冷却水容積である。また、循環ポンプ４５の起動を開始してからの経過時間が所定時間以上になった場合に、第２許可部を有効としてもよい。所定時間は、予め設定される時間であり、具体的には第１水温センサ４７を通過する冷却水流量の積算値が燃料電池スタック１から第１水温センサ４７までの冷却水容積以上になる時間である。これらによっても、ＩＶ推定を正確に行うことができない場合であっても、燃料電池スタック１から駆動モータ５３へ電力を供給することができる。
【００７６】
本願は２０１２年１０月１日に日本国特許庁に出願された特願２０１２−２１９５３４に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【図１】
2014054560.tif 000003
【図２】
2014054560.tif 000004
【図３】
2014054560.tif 000005
【国際調査報告】
2014054560.tif 000006
2014054560.tif 000007
2014054560.tif 000008
2014054560.tif 000009