(57)【要約】【課題】燃料電池システムの確実な氷点下起動を保証する。【解決手段】アノード掃気処理（ステップＳ１３）に必要なエネルギと次回氷点下起動に必要なエネルギを確保できるように、通常発電運転中（ステップＳ２）に、アノード掃気処理が必要な次回の氷点下起動が予測できたとき（ステップＳ３）、イグニッションスイッチオフ時（ステップＳ４：ＹＥＳ）のキャパシタの充電閾値を大きな値に持ち替え（ステップＳ９）、この持ち替えた閾値により充電する（ステップＳ１１）。【選択図】図２
2006179472.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給される両反応ガスにより発電する燃料電池と、
前記燃料電池の出力を補助するとともに、前記燃料電池により充電閾値まで充電される蓄電装置と、
前記蓄電装置の出力により、低温時に前記燃料電池を起動できるようにする低温時起動対策手段と、
前記低温時起動対策手段の作動の要否を判定する低温時起動対策要否判定手段と、
前記低温時起動対策要否判定手段により、前記低温時起動対策手段の作動が必要と判定されたときに、前記燃料電池により前記蓄電装置を充電するときの前記充電閾値を常温時に比較して大きな値に持ち替える閾値持替処理を行う閾値持替手段と
を備える燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池システムにおいて、
さらに、前記燃料電池システムの起動信号及び停止信号を出力するスイッチを有し、
前記閾値持替手段は、前記スイッチから停止信号を検知したときに、前記閾値持替処理を行う
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１記載の燃料電池システムにおいて、
さらに、前記蓄電装置の残容量検出手段と、前記燃料電池システムがアイドル停止状態であるかどうかを検出するアイドル停止状態検出手段を有し、
前記アイドル停止状態検出手段によりアイドル停止状態であることが検出され、かつ前記残容量検出手段により、前記蓄電装置の残容量が所定値以下であることが検出された場合に、前記燃料電池により、前記蓄電装置を、持ち替えた前記充電閾値により充電する
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項２又は３記載の燃料電池システムにおいて、
さらに、前記蓄電装置の温度を検出する蓄電装置温度検出手段を有し、
前記閾値持替手段は、前記蓄電装置温度検出手段により検出された前記蓄電装置の温度に応じて持ち替える前記充電閾値を変化させる
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
供給される両反応ガスにより発電する燃料電池の出力を補助するとともに、前記燃料電池により充電閾値まで充電される蓄電装置の出力により、低温時に前記燃料電池を起動できるようにする低温時起動対策手段の作動の要否を判定する低温時起動対策要否判定ステップと、
前記低温時起動対策要否判定ステップにより、前記低温時起動対策手段の作動が必要と判定されたときに、前記燃料電池により前記蓄電装置を充電するときの前記充電閾値を常温時に比較して大きな値に持ち替える閾値持替処理を行う閾値持替ステップと
を備える燃料電池システムにおける蓄電装置の充電制御方法。
【請求項６】
請求項５記載の燃料電池システムにおける蓄電装置の充電制御方法において、
さらに、前記燃料電池システムの起動信号及び停止信号を出力するスイッチから出力される信号を監視する信号監視ステップを有し、
前記閾値持替ステップでは、前記信号監視ステップにおいて、前記スイッチから停止信号を検知したときに前記閾値持替処理を行う
ことを特徴とする燃料電池システムにおける蓄電装置の充電制御方法。
【請求項７】
請求項５記載の燃料電池システムにおける蓄電装置の充電制御方法において、
さらに、前記蓄電装置の残容量を検出する残容量検出ステップと、前記燃料電池システムがアイドル停止状態であるかどうかを検出するアイドル停止状態検出ステップとを有し、
前記アイドル停止状態検出ステップによりアイドル停止状態であることが検出され、かつ残容量検出ステップにより、前記蓄電装置の残容量が所定値以下であることが検出された場合に、前記燃料電池により、前記蓄電装置を、持ち替えた前記充電閾値により充電する
ことを特徴とする燃料電池システムにおける蓄電装置の充電制御方法。
【請求項８】
請求項６又は７記載の燃料電池システムにおける蓄電装置の充電制御方法において、
さらに、前記蓄電装置の温度を検出する蓄電装置温度検出ステップを有し、
前記閾値持替ステップでは、前記蓄電装置温度検出ステップにより検出された前記蓄電装置の温度に応じて持ち替える前記充電閾値を変化させる
ことを特徴とする燃料電池システムにおける蓄電装置の充電制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池と、この燃料電池の出力を補助するとともに、この燃料電池の発電電流により充電される蓄電装置とを備える燃料電池システム及び燃料電池システムにおける蓄電装置の充電制御方法に関し、特に、燃料電池システムの発電停止時に、アノード系を空気により掃気して氷点下起動等の低温起動に備える燃料電池システム及び燃料電池システムにおける蓄電装置の充電制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の両側にそれぞれアノード電極（燃料極）及びカソード電極（酸化剤極）を設けた電解質膜・電極構造体を、一対のセパレータによって挟んで保持するとともに、アノード電極とセパレータとの間に燃料ガス流路が形成される一方、カソード電極とセパレータとの間に酸化剤流路が形成されている。この燃料電池は、通常、電解質膜・電極構造体及びセパレータを所定数だけ積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
燃料電池において、燃料ガス流路を介してアノード電極に供給された燃料ガス、例えば、水素含有ガスは、電極触媒上で水素イオン化され、適度に加湿された電解質膜を介してカソード電極へと移動し、その移動の間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。カソード電極には、酸化剤ガス流路を介して酸化剤ガス、例えば、空気等の酸素含有ガスが供給されているために、このカソード電極において、水素イオン、電子及び酸素ガスが反応して水が生成される。水分は、カソード側からの逆拡散あるいは燃料ガスの高湿化等を原因としてアノード電極にも貯留される。
【０００４】
水分がいずれかの電極において過多状態になると、水詰まり状態を起こすことがあり、そこで、このような燃料電池システムでは、燃料電池システムの起動時あるいは運転終了時に、カソード電極ばかりではなくアノード電極にも酸化剤ガスを流通させ、燃料電池内の電解質膜・電極構造体やセパレータに付着している生成水等を除去する、いわゆるアノード側酸化剤ガス掃気処理技術（単に、アノード掃気処理技術ともいう。）が提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
このアノード掃気処理を行うためには、燃料電池以外のエネルギ源が必要であり、このため、燃料電池システムには、キャパシタやバッテリ等、燃料電池の出力を補助する蓄電装置が搭載されている。
【０００６】
ところで、燃料電池システムを搭載し駆動源をモータ（走行用モータ）とする燃料電池車両において、イグニッションスイッチのオン状態において、燃料電池車両がアイドル状態とされることがある。燃料電池車両のアイドル状態とは、走行用モータの電気的負荷が所定時間所定値以下である状態をいう。例えば、走行用モータの回転数がゼロを含む所定の低速回転数である状態（以下「停止又は低速走行状態」という。）、燃料電池車両１２の減速時に回生制御力を発生させている状態（以下「回生走行状態」という。）、自動的に速度を一定に保持する走行を行っている状態（以下「クルーズ走行状態」という。）、等が該当する。
【０００７】
このアイドル状態において、燃料電池による発電を行うと、燃料電池の発電電流のほとんどが、燃料電池を作動させるためのエアコンプレッサにて消費されてしまうことから燃料電池の発電効率が悪いことが知られている（特許文献２参照）。
【０００８】
そこで、この特許文献２に係る技術では、上記のアイドル状態を検知した場合、エアコンプレッサの駆動を停止し、また、燃料電池への燃料ガスの供給も停止し、すなわち燃料電池システムの発電を停止し、走行用モータや補機等の電気負荷を蓄電装置のエネルギにより駆動するようにする、いわゆるアイドル停止状態で動作させるようにしている。
【０００９】
そして、この特許文献２に係る技術では、このアイドル停止状態に移行した場合において、蓄電装置の残容量を検出し、残容量が所定値以下に低下した場合には、燃料電池システムの運転を再開する。このアイドル停止状態における燃料電池の運転の場合には、通常の運転領域（走行状態等の高負荷領域）よりも発電効率の良い運転領域（低負荷領域）で発電させ、蓄電装置を充電しつつ電気負荷を駆動するようにして、燃費を向上させるように工夫している。
【００１０】
このアイドル停止状態における蓄電装置の充電のための燃料電池システムの発電運転の再開技術は、アイドル復帰処理あるいはアイドルチャージ処理といわれている。
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−３３１８９３号公報
【特許文献２】特開２００４−５６８６８号公報（図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、上記従来技術に係るアイドル復帰処理を行った後に、イグニッションスイッチをオフ状態としたときに、燃料電池システムでは、次回の再起動に備えて、蓄電装置のエネルギを利用する前記のアノード掃気処理が行われて、燃料電池システムがシステム停止状態とされる。
【００１３】
しかしながら、燃料電池システムのシステム停止後に、外気温が下がり、燃料電池システムを氷点下等の低温時に起動する必要が生じた場合において、アノード掃気処理を行ったこと等を原因とする蓄電装置の残容量の低下のために、氷点下等の低温時に燃料電池システムを再起動することが困難になる場合があることが分かった。
【００１４】
この発明は、上記した課題を考慮してなされたものであって、アノード掃気処理が確実に行え、かつ氷点下等の低温時に確実な起動を可能とする燃料電池システム及び蓄電装置の充電制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この項では、理解の容易化のために添付図面中の符号を付けて説明する。したがって、この項に記載した内容がその符号を付けたものに限定して解釈されるものではない。
【００１６】
この発明に係る燃料電池システムは、供給される両反応ガスにより発電する燃料電池（１４）と、前記燃料電池の出力を補助するとともに、前記燃料電池により充電閾値まで充電される蓄電装置（１６）と、前記蓄電装置の出力により、低温時に前記燃料電池を起動できるようにする低温時起動対策手段（７０：ステップＳ９、Ｓ１１、Ｓ１３、ヒータ６４）と、前記低温時起動対策手段の作動の要否を判定する低温時起動対策要否判定手段（７０：ステップＳ３、Ｓ５）と、前記低温時起動対策要否判定手段により、前記低温時起動対策手段の作動が必要と判定されたときに、前記燃料電池により前記蓄電装置を充電するときの前記充電閾値を常温時に比較して大きな値に持ち替える閾値持替処理（Ｖｔｈａ→Ｖｔｈｂ´、Ｖｔｈｂ）を行う閾値持替手段（７０：ステップＳ９）とを備える。
【００１７】
この発明によれば、燃料電池車両（１２）の氷点下時等の低温（具体的な温度は、燃料電池システム１０毎に決定されるが、外気温Ｔａが常温である２０［℃］より低い温度である。）時において、低温時起動対策手段の作動が必要と判定されたときに、蓄電装置を燃料電池により充電するときの充電閾値を常温時に比較して大きな値に持ち替えるようにしているので、確実に次回の氷点下起動等の低温時起動を保証することができる。
【００１８】
この場合、さらに、前記燃料電池システムの起動信号及び停止信号を出力するスイッチ（７６）を有し、前記閾値持替手段は、前記スイッチから停止信号を検知したときに（ステップＳ４：ＹＥＳ）に、前記閾値持替処理を行うようにする。
【００１９】
この発明によれば、スイッチより停止信号を検知したことを加重要件として閾値持替処理を行うようにしているので、燃料電池システムのシステム終了時（停止時）において、確実に次回の氷点下起動等の低温時起動を保証することができる。
【００２０】
なお、さらに、前記蓄電装置の残容量検出手段（７０、６２：ステップＳ２９）と、前記燃料電池システムがアイドル停止状態であるかどうかを検出するアイドル停止状態検出手段（７０：ステップＳ２７、Ｓ２８）を有し、前記アイドル停止状態検出手段によりアイドル停止状態であることが検出され、かつ前記残容量検出手段により、前記蓄電装置の残容量が所定値以下であることが検出された場合に、前記燃料電池により、前記蓄電装置を、持ち替えた前記充電閾値により充電することを特徴とする。このようにすれば、燃料電池システムの起動中、燃料電池システムの停止信号を出力するスイッチ（７６）からの停止信号の出力の有無に関係なく、次回の低温時起動が必要とされるときには、持ち替えた充電閾値による蓄電装置の充電を行うことができるので、次回の氷点下起動等の低温時起動を確実に保証する。
【００２１】
また、さらに、前記蓄電装置の温度を検出する蓄電装置温度検出手段（７２）を有し、前記閾値持替手段は、前記蓄電装置温度検出手段により検出された前記蓄電装置の温度（Ｔｃ）に応じて持ち替える充電閾値を変化させる（Ｖｔｈｂ）ことを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、蓄電装置の温度に応じて効率よく充電を行うことができる。燃料電池により氷点下起動等の低温時起動を保証する残容量まで蓄電装置を充電する際の燃料ガスの使用量を最小とすることができる。
【００２３】
この発明に係る燃料電池システムにおける蓄電装置の充電制御方法は、供給される両反応ガスにより発電する燃料電池（１４）の出力を補助するとともに、前記燃料電池により充電される蓄電装置（１６）の出力により、低温時に前記燃料電池を起動できるようにする低温時起動対策手段（７０：ステップＳ９、Ｓ１１、Ｓ１３、ヒータ６４）の作動の要否を判定する低温時起動対策要否判定ステップ（ステップＳ３、Ｓ５）と、前記低温時起動対策手段の作動が必要と判定されたときに、前記燃料電池により前記蓄電装置を充電するときの前記充電閾値を常温時に比較して大きな値に持ち替える閾値持替処理（Ｖｔｈａ→Ｖｔｈｂ´、Ｖｔｈｂ）を行う閾値持替ステップ（ステップＳ９）とを備える。
【００２４】
この発明によれば、燃料電池車両（１２）の氷点下時等の低温（具体的な温度は、燃料電池システム１０毎に決定されるが、外気温Ｔａが常温である２０［℃］より低い温度である。）時において、低温時起動対策手段の作動が必要と判定されたときに、蓄電装置を燃料電池により充電するときの充電閾値を常温時に比較して大きな値に持ち替えるようにしているので、確実に次回の氷点下起動を保証することができる。
【００２５】
この場合、さらに、前記燃料電池システムの起動信号及び停止信号を出力するスイッチ（７６）から出力される信号を監視する信号監視ステップ（ステップＳ４）を有し、前記閾値持替ステップでは、前記信号監視ステップにおいて、前記スイッチから停止信号を検知したときに前記閾値持替処理を行うようにしている。
【００２６】
この発明によれば、スイッチより停止信号を検知したことを加重要件として閾値持替処理を行うようにしているので、燃料電池システムのシステム終了時（停止時）において、確実に次回の氷点下起動等の低温時起動を保証することができる。
【００２７】
なお、さらに、前記蓄電装置の残容量を検出する残容量検出ステップ（ステップＳ２９）と、前記燃料電池システムがアイドル停止状態であるかどうかを検出するアイドル停止状態検出ステップ（ステップＳ２７、Ｓ２８）を有し、前記アイドル停止状態検出ステップによりアイドル停止状態であることが検出され、かつ残容量検出ステップにより、前記蓄電装置の残容量が所定値以下であることが検出された場合に、前記燃料電池により、前記蓄電装置を、持ち替えた前記充電閾値により充電する（ステップＳ３０）ことを特徴とする。このようにすれば、燃料電池システムの起動中、燃料電池システムの停止信号を出力するスイッチ（７６）からの停止信号の出力の有無に関係なく、次回の低温時起動が必要とされるときには、持ち替えた充電閾値による蓄電装置の充電を行うことができるので、次回の氷点下起動等の低温時起動を確実に保証する。
【００２８】
また、さらに、前記蓄電装置の温度を検出する蓄電装置温度検出ステップ（ステップＳ３、Ｓ２３）を有し、前記閾値持替ステップでは、前記蓄電装置温度検出ステップにより検出された前記蓄電装置の温度に応じて持ち替える充電閾値を変化させる（Ｖｔｈｂ）ことを特徴とする。
【００２９】
この発明によれば、蓄電装置の温度に応じて効率よく充電を行うことができる。燃料電池により氷点下起動等の低温時起動を保証する残容量まで蓄電装置を充電する際の燃料ガスの使用量を最小とすることができる。
【発明の効果】
【００３０】
この発明によれば、燃料電池のシステムの停止時、あるいはアイドル停止状態時に、次回の起動時に低温時起動対策手段の作動が必要と判定された場合、燃料電池により蓄電装置を充電するときの充電閾値を、通常の充電閾値に比較して大きな値に持ち替えるようにしているので、蓄電装置を持ち替えた充電閾値まで充電することで、確実な氷点下起動等の低温時起動を保証することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、この発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００３２】
図１は、この発明の一実施形態が適用された燃料電池システム１０を備える燃料電池車両１２の概略構成図である。
【００３３】
この燃料電池車両１２は、基本的には、燃料電池１４と、この燃料電池１４の出力を補助するとともに、この燃料電池１４の発電電流Ｉｆにより充電される蓄電装置であるキャパシタ１６と、走行用の駆動モータ、補機（エアコンディショナ、ランプ等）等の負荷１８とから構成される。蓄電装置としては、キャパシタ１６以外にバッテリ代替することも可能であり、両方を用いることもできる。
【００３４】
燃料電池１４は、固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで挟んで保持して構成される燃料電池セルを、複数積層させて一体化させた構造になっている。
【００３５】
燃料電池１４には、この燃料電池１４に、燃料ガス、例えば水素（Ｈ2）ガスを供給するための水素供給口２０と、燃料電池１４から排出される未使用の水素ガスを含む排ガスを排出するための水素排出口２２と、燃料電池１４に、酸化剤ガス、例えば酸素（Ｏ2）を含む空気（エア）を供給するための空気供給口２４と、未使用の酸素を含む空気を燃料電池１４から排出するための空気排出口２６とが設けられている。
【００３６】
水素供給口２０には、水素供給流路２８が連通される。この水素供給流路２８には、エゼクタ４８が設けられ、このエゼクタ４８は、高圧水素を貯留する水素タンク４２から水素供給弁４４を通じて供給される水素ガスを、水素供給流路２８及び水素供給口２０を通じて燃料電池１４に供給するとともに、燃料電池１４で使用されなかった未使用の水素ガスを含む排ガスを水素排出口２２に連通する水素循環流路４６から吸引して燃料電池１４に再供給する。
【００３７】
水素循環流路４６には、アノード電極に溜まった水やカソード電極から電解質膜を透過してアノード電極に混入した窒素ガスを含む燃料ガスを水素パージ流路３２及び図示しない希釈ボックスを介して外部に排出して発電安定性を確保するため通常発電運転時に適宜開放される水素パージ弁３０が設けられる他、水素循環流路４６の図示しないキャッチタンクに溜まった水を水排出流路５２を介して大気に排出するためのドレイン弁５０や、アノード電極やセパレータに留まる水や残留燃料ガスをアノード掃気処理時に水素供給口２０から取り入れた空気とともに水素排出口２２から空気排出流路５８を通じて外気に排出するために開放される空気排出弁５６が設けられている。
【００３８】
なお、空気排出弁５６、ドレイン弁５０、及び水素パージ弁３０は、それぞれオンオフ弁である。
【００３９】
一方、空気供給口２４には、空気供給流路３４が連通され、この空気供給流路３４には、大気からの空気を圧縮して供給するエアコンプレッサ用モータと一体となったエアコンプレッサ３６が接続される。
【００４０】
また、空気排出口２６には、エアコンプレッサ３６から空気供給流路３４及び空気供給口２４を通じて燃料電池１４に供給される空気の圧力を調整するための背圧制御弁３８が設けられ、燃料電池１４の空気排出口２６は、この背圧制御弁３８を介し空気排出流路４０を通じて大気に連通している。
【００４１】
さらに、燃料電池１４の水素供給流路２８と空気供給流路３４との間には、空気導入流路５３を介して水素供給口２０に圧縮空気を導入する、いわゆるアノード掃気処理時に開放されるオンオフ弁の空気導入弁５４が設けられる。
【００４２】
さらに、燃料電池システム１０及びこの燃料電池システム１０を搭載する燃料電池車両１２には、制御装置７０が設けられ、この制御装置７０により、燃料電池システム１０及び燃料電池車両１２の全ての動作が制御される。
【００４３】
制御装置７０は、コンピュータにより構成され、各種入力に基づきメモリに記憶されているプログラムを実行することで各種の機能を実現する機能手段としても動作する。この実施形態において、制御装置７０は、低温時起動対策手段、低温時起動対策要否判定手段、閾値持替手段、キャパシタ残容量検出（算出）手段、アイドル停止状態検出手段等として機能する。なお、図１において、太い実線は電力線を示し、点線は制御線等の信号線を示す。また、二重線は、配管を示している。
【００４４】
燃料電池システム１０の通常発電運転時には制御装置７０による弁制御により、基本的には、水素供給弁４４は開放され背圧制御弁３８が適量に開いた状態になっており、水素パージ弁３０及びドレイン弁５０は適宜開かれるが通常は閉じた状態となっており、さらに、空気導入弁５４及び空気排出弁５６は、閉じた状態になっている。
【００４５】
この通常発電運転時において、燃料電池１４のカソード電極にエアコンプレッサ３６から空気（酸素）が供給される一方、アノード電極に高圧水素タンク４２から水素ガスが供給されると、アノード電極側で水素がイオン化され、水素イオンが固体高分子電解質膜を介してカソード電極の方に移動する。この間に発生した電子が外部回路に発電電流Ｉｆとして取り出される。
【００４６】
このようにして、通常発電運転時に、燃料電池１４から取り出された発電電流Ｉｆは、燃料電池１４の電流・電圧センサ６０を介して負荷（電気負荷）１８及びエアコンプレッサ３６（のエアコンプレッサ用駆動モータ）に供給されるとともに、キャパシタ１６の電流・電圧センサ６２を介してキャパシタ１６に供給されキャパシタ１６が充電される。なお、キャパシタ１６の残容量は、電流・電圧センサ６２の出力に基づき制御装置７０に管理され、記憶される。
【００４７】
キャパシタ１６は、例えば電気二重層コンデンサとされ、制御装置７０の制御下に、燃料電池１４の発電電流Ｉｆで充電される。そして、主に、燃料電池１４の発電停止時に、キャパシタ１６に蓄えられた電力が負荷１８及びエアコンプレッサ３６に供給されるとともに、次回の氷点下等の低温起動時に燃料電池１４を暖めるヒータ６４に供給されるように制御され、燃料電池１４の出力を補助する。なお、燃料電池車両１２の減速時に駆動輪から負荷１８である駆動用モータに駆動力が伝達されると、駆動モータは発電機として機能し、いわゆる回生制動力を発生する。これにより、車体の運動エネルギを電気エネルギとして回収することができ、負荷１８側からキャパシタ１６に電気エネルギが回生（蓄電）される。
【００４８】
通常発電運転時に、この燃料電池システム１０を搭載する燃料電池車両１２において、制御装置７０は、アクセルペダルの踏み込み量Ａｐや車速Ｖｓ等から必要電力を算出し、この算出した必要電力に基づいて燃料電池１４、負荷１８、エアコンプレッサ３６及び背圧制御弁３８等にそれぞれ制御信号を送出する等の各種制御を行う。また、制御装置７０は、負荷１８の制御及び氷点下起動制御等の低温時起動制御を確実に実施するために、電流・電圧センサ６０、６２、キャパシタ１６の温度センサ７２（蓄電装置温度検出手段）及び外気温センサ７４から、それぞれ、発電電流Ｉｆ、キャパシタ１６に流れ込む電流、キャパシタ１６の電圧Ｖｃ、キャパシタ１６の温度Ｔｃ及び外気温Ｔａの各信号を取り込む。これらの信号に基づき、制御装置７０は、キャパシタ１６の残容量及び必要残容量を、常時把握するようにしている。
【００４９】
さらに、制御装置７０には、燃料電池車両１２及び燃料電池システム１０の起動信号（始動信号）及び停止信号を出力するイグニッションスイッチ（ＩＧスイッチ）７６が接続されている。
【００５０】
基本的には、以上のように構成され、かつ動作する燃料電池システム１０及びこの燃料電池システム１０を搭載する燃料電池車両１２の動作について、以下、Ａ．イグニッションスイッチ７６がオン状態からオフ状態に切り替えられたときにキャパシタ１６の充電閾値の持ち替え（変更）及び充電を行う充電制御動作（第１実施例）、Ｂ．イグニッションスイッチ７６がオフ状態に切り替えられる前（燃料電池１４の通常発電中）にキャパシタ１６の充電閾値の持ち替え及び充電を行う充電制御動作（第２実施例）、Ｃ．イグニッションスイッチ７６がオフ状態に切り替えられる前にキャパシタ１６の充電閾値の持ち替え及び充電を行うとともに、イグニッションスイッチ７６がオン状態からオフ状態に切り替えられたときにキャパシタ１６の充電を行う充電制御動作（第３実施例）の順で説明する。
【００５１】
Ａ．第１実施例：イグニッションスイッチ７６がオン状態からオフ状態に切り替えられたときにキャパシタ１６の充電閾値の持ち替え及び充電を行う充電制御動作を図２のフローチャートに基づいて説明する。
【００５２】
ステップＳ１において、制御装置７０が燃料電池システム１０（燃料電池車両１２）の起動信号であるイグニッションスイッチ７６のオン信号（オフからオンに遷移する信号）を検出したとき、ステップＳ２において、上述した燃料電池１４の通常発電動作が実施される。なお、外気温センサ７４により氷点下であることが確認された氷点下起動等の低温時にはキャパシタ１６の電力によりヒータ６４が一定期間通電され燃料電池１４を速暖する。
【００５３】
燃料電池１４の通常発電時には、ステップＳ３において、常時、アノード掃気処理が必要か否かが判定される。
【００５４】
この実施形態において、アノード掃気処理は、燃料電池車両１２の次回の氷点下時等の低温（具体的な温度は、燃料電池システム１０毎に決定されるが、外気温Ｔａが常温である２０［℃］より低い温度である。）時における円滑な起動性を確保するため、燃料電池システム１０の停止時、すなわちイグニッションスイッチ７６がオン状態からオフ状態になった時に、次回の起動が低温時起動になることが現在の外気温Ｔａ等により予測された場合に実施される。
【００５５】
そこで、このステップＳ３のアノード掃気要否判定処理では、イグニッションスイッチ７６がオン状態になっている場合の燃料電池車両１２の外気温センサ７４で検出される外気温Ｔａの最低値が、所定値以下の場合には、イグニッションスイッチ７６のオフ後、外気温Ｔａが氷点下になる可能性があるためアノード掃気処理が必要と判断し、アノード掃気フラグを立てる。
【００５６】
次に、ステップＳ４において、イグニッションスイッチ７６がオン状態からオフ状態に切り替えられたかどうかが判定される。
【００５７】
ステップＳ４の判定において、イグニッションスイッチ７６がオフ状態に切り替えられたことが確認されたとき、ステップＳ５において、アノード掃気処理要求が存在するかどうかを、アノード掃気フラグが立っているかどうかにより判定する。
【００５８】
ステップＳ５において、アノード掃気処理が不要と判定された場合には、キャパシタ１６を発電電流Ｉｆにより充電する充電閾値（充電閾値電圧）Ｖｔｈ［Ｖ］を通常時の充電閾値（充電閾値電圧）Ｖｔｈａ［Ｖ］とし、ステップＳ６において、キャパシタ１６の電圧Ｖｃが、通常充電閾値Ｖｔｈａ以上であるかどうかを判定する。キャパシタ１６の電圧Ｖｃが、通常充電閾値Ｖｔｈａ以上である場合、キャパシタ１６の充電を行わずにステップＳ８に進む。キャパシタ１６の電圧Ｖｃが、通常充電閾値Ｖｔｈａ未満である場合、ステップＳ７において、キャパシタ１６の電圧Ｖｃが、この通常充電閾値Ｖｔｈａとなるまで充電を行う。なお、キャパシタ１６は、その構造上、基本的に、残容量は、充電電圧（端子電圧）の２乗に比例する。すなわち、キャパシタ１６の電圧Ｖｃとキャパシタ１６の静電容量Ｃとからキャパシタ１６の残容量（エネルギ）は、公知のように、（１／２）ＣＶｃ2で算出される。通常、このステップＳ６の判断時点において、キャパシタ１６の残容量を表す電圧Ｖｃは、充電閾値Ｖｔｈａより小さな値になっている。
【００５９】
ステップＳ７での、発電電流Ｉｆによるキャパシタ１６の充電が通常充電閾値Ｖｔｈａまで終了したとき、又はステップＳ６での判定の結果、キャパシタ１６の充電が不要であると判定されたとき、ステップＳ８において発電を停止する。この発電停止処理では、エアコンプレッサ３６が作動停止される他、水素供給弁４４並びに全ての弁５４、３０、５０、５６、３８が閉じられ（ノーマルクローズ状態）、ステップＳ１４において、燃料電池システム１０のシステムが停止され、次回のイグニッションスイッチ７６からの起動信号の待ち状態となる。
【００６０】
一方、ステップＳ５において、アノード掃気フラグが立っていて、アノード掃気処理要求があると判定された場合には、ステップＳ９において、燃料電池１４によりキャパシタ１６を充電するときの充電閾値Ｖｔｈを常温時の充電閾値Ｖｔｈａと比較して大きな値に持ち替える閾値持替処理を行う。
【００６１】
この場合、図３に示すように、充電閾値Ｖｔｈの値を、通常時の充電閾値Ｖｔｈａより大きい一定電圧値の充電閾値（充電閾値電圧）Ｖｔｈｂ´又はキャパシタ温度Ｔｃ［℃］をパラメータとして変化する充電閾値Ｖｔｈｂに持ち替える（変更する）。
【００６２】
ここで、持ち替えられる充電閾値Ｖｔｈｂ、Ｖｔｈｂ´は、次回の氷点下起動等の低温時起動に備えてアノード掃気処理を行うための電力と、次回の氷点下駆動に備えてヒータ６４を駆動するための電力とを併せて確保するための閾値（この場合、電圧値）とされる。
【００６３】
実際上、キャパシタ１６は、キャパシタ温度Ｔｃ［℃］に応じて、内部抵抗と静電容量が変化する。この静電容量の変化を見込んで、アノード掃気処理とヒータ６４の駆動に必要な電気容量（キャパシタ１６の静電容量と、残容量［Ｗｈ］）を確保するために、キャパシタ温度Ｔｃ（通常は、外気温度Ｔａと同じ）をパラメータとして、氷点下温度側では徐々に大きくなる充電閾値Ｖｔｈｂに持ち替えることが、充電により消費される燃料ガスの使用量を少量とする点から好ましい。
【００６４】
次いで、ステップＳ１０において、キャパシタ１６の電圧Ｖｃが、持ち替え後の充電閾値Ｖｔｈｂ又はＶｔｈｂ′以上であるかどうかを判定する。キャパシタ１６の電圧Ｖｃが、持ち替え後の充電閾値Ｖｔｈｂ又はＶｔｈｂ′以上である場合、キャパシタ１６の充電を行わずにステップＳ１２に進む。キャパシタ１６の電圧Ｖｃが、持ち替え後の充電閾値Ｖｔｈｂ又はＶｔｈｂ′未満である場合、ステップＳ１１において、この持ち替えた充電閾値Ｖｔｈｂ、又は持ち替えた充電閾値Ｖｔｈｂ´まで、燃料電池１４からの発電電流Ｉｆによるキャパシタ１６の充電を行う。
【００６５】
次いで、ステップＳ１２において、発電運転を停止し、ステップＳ８と同様の発電停止処理を行う。発電運転を停止した時点で、エアコンプレッサ３６の作動が、燃料電池１４による駆動からキャパシタ１６による駆動に切り替えられる。
【００６６】
次に、ステップＳ１３において、一定時間、タイマにより時間を監視して、アノード掃気処理を行う。
【００６７】
すなわち、このステップＳ１３におけるアノード掃気処理では、キャパシタ１６の電力により駆動されているエアコンプレッサ３６からの圧縮空気をアノード電極側にも導入するために、まず、水素供給弁４４を閉じることで水素ガスの供給を停止し、次いで、空気導入流路５３に設けられている空気導入弁５４を開放し、水素供給口２０と空気供給口２４の両方から燃料電池１４のアノード電極とカソード電極に圧縮空気を導入する。圧縮空気は、燃料電池１４内を流通し、水素排出口２２及び空気排出口２６から排出される。このとき、水素パージ弁３０を一定時間開放して水素パージを行った後、水素パージ弁３０を閉じる。
【００６８】
次に、ドレイン弁５０と空気排出弁５６とを一定時間開放し、導入した掃気用の空気により、燃料電池１４内の電解質膜・電極構造体やセパレータに付着している生成水等を確実に除去する。この場合、カソード電極側では生成水等が空気排出口２６から背圧制御弁３８及び空気排出流路４０を介して大気に掃気用の空気とともに排出されるとともに、アノード電極側では、水が水素排出口２２から空気排出弁５６及び空気排出流路５８（及びドレイン弁５０、水排出流路５２）を通じて大気に掃気用の空気とともに排出される。
【００６９】
このアノード掃気処理を行った後、ステップＳ１４においてシステムの停止状態とされる。
【００７０】
このシステムの停止処理では、ステップＳ８と同様な処理が実施され、エアコンプレッサ３６が作動停止される他、水素供給弁４４並びに全ての弁５４、３０、５０、５６、３８が閉じられる（ノーマルクローズ状態）。
【００７１】
以上説明した第１実施例によれば、燃料電池車両１２の氷点下時等の低温（具体的な温度は、燃料電池システム１０毎に決定されるが、外気温Ｔａが常温である２０［℃］より低い温度である。）時において、アノード掃気処理とヒータ６４とからなる低温時起動対策手段の作動が必要と判定されたときに、蓄電装置であるキャパシタ１６を燃料電池１４により充電するときの充電閾値Ｖｔｈを常温時の充電閾値Ｖｔｈａに比較して大きな充電閾値Ｖｔｈｂ又はＶｔｈｂ´に持ち替えるようにしているので、確実に次回の氷点下起動等の低温時起動を保証することができる。
【００７２】
この場合、さらに、燃料電池システム１０の起動信号及び停止信号を出力するイグニッションスイッチ７６からの停止信号であるオフ信号を検知したことを加重要件として閾値持替処理を行うようにすることで、燃料電池システム１０のシステム終了時（停止時）において、確実に次回の氷点下起動等の低温時起動を保証することができる。
【００７３】
また、キャパシタ１６の温度Ｔｃに応じて、充電閾値Ｖｔｈｂのように変化させることで、燃料ガスである水素ガスの使用量を最小限とし、効率よく充電を行うことができる。
【００７４】
Ｂ．第２実施例：イグニッションスイッチ７６がオフ状態に切り替えられる前（燃料電池１４の通常発電中）にキャパシタ１６の充電閾値の持ち替え及び充電を行う充電制御動作を図４のフローチャートに基づいて説明する。
【００７５】
ステップＳ２１において、制御装置７０が燃料電池システム１０（燃料電池車両１２）の起動信号であるイグニッションスイッチ７６のオン信号（オフからオンに遷移する信号）を検出したとき、ステップＳ２２において、上述した燃料電池１４の通常発電が実施される。なお、外気温センサ７４により、例えば氷点下であることが確認された氷点下起動時にはキャパシタ１６の電力によりヒータ６４が一定期間通電され燃料電池１４を速暖する。
【００７６】
燃料電池１４の通常発電時中の、ステップＳ２３において、常時、上述した、次回の氷点下起動時等における低温起動時に燃料電池システム１０の円滑な起動を目的とするアノード掃気処理が必要か否かが判定される。
【００７７】
ステップＳ２３では、上述したステップＳ３と同様のアノード掃気要否判定処理が行われ、アノード掃気処理が必要と判断された場合には、アノード掃気フラグが立てられる。
【００７８】
次に、ステップＳ２４において、アノード掃気処理要求が存在するかどうかを、アノード掃気フラグが立っているかどうかにより判定する。
【００７９】
ステップＳ２４において、アノード掃気処理が不要と判定された場合には、ステップＳ２５においてキャパシタ１６を発電電流Ｉｆにより充電する充電閾値（充電閾値電圧）Ｖｔｈ［Ｖ］を通常時の充電閾値（充電閾値電圧）Ｖｔｈａ［Ｖ］とする。
【００８０】
一方、ステップＳ２４において、アノード掃気処理要求があると判定された場合には、ステップＳ２６において、上述したステップＳ９と同様の充電閾値Ｖｔｈの持替処理を行う。
【００８１】
すなわち、図３に示したように、充電閾値Ｖｔｈの値を、充電閾値Ｖｔｈａより大きい一定電圧の充電閾値（充電閾値電圧）Ｖｔｈｂ´又はキャパシタ温度Ｔｃ［℃］をパラメータとして変化する充電閾値Ｖｔｈｂに持ち替える（変更する）。
【００８２】
次にステップＳ２７において、燃料電池車両１２がアイドル状態かどうかが判定される。ここで、アイドル状態とは、上述したように、走行用モータ負荷が所定時間所定負荷以下である場合をいい、例えば、上述した「停止又は低速走行状態」、「回生走行状態」、「クルーズ走行状態」等が該当する。
【００８３】
この、ステップＳ２７において、アイドル状態ではないと判定されたときには、ステップＳ２８においてアイドル停止状態への移行は行われず、ステップＳ２２の通常発電動作が行われる。なお、通常発電動作時には、発電電流Ｉｆによりキャパシタ１６への充電も行われる。
【００８４】
ステップＳ２７において、アイドル状態であると判定された場合には、ステップＳ２８において、ステップＳ２９以降のアイドル停止状態への移行処理が実施される。
【００８５】
このアイドル停止状態への移行処理では、まず、ステップＳ２９において、キャパシタ１６の残容量が、その端子電圧Ｖｃにより、ステップＳ２５あるいはステップＳ２６で決定した上記した通常充電閾値Ｖｔｈａ、あるいは持ち替え充電閾値Ｖｔｈｂ、Ｖｔｈｂ´より高いかどうかが判断され、低い電圧値であった場合には、ステップＳ３０において、発電効率の良い低負荷領域で燃料電池１４を発電させ、キャパシタ１６を所定の充電閾値Ｖｔｈａ、Ｖｔｈｂ、Ｖｔｈｂ´まで充電する。
【００８６】
キャパシタ１６を所定の充電閾値Ｖｔｈａ、Ｖｔｈｂ、Ｖｔｈｂ´まで充電後、あるいはステップＳ２９の判定において、キャパシタ１６が既に所定の充電閾値Ｖｔｈａ、Ｖｔｈｂ、Ｖｔｈｂ´以上の残容量を有しているとき、ステップＳ３１における燃料電池１４の発電停止処理が行われ、アイドル停止状態に移行する。
【００８７】
すなわち、水素供給弁４４が閉じられ、エアコンプレッサ３６の駆動も停止される。なお、この状態においても、所定時間、燃料電池１４の中に存在する水素ガス及び空気により発電が継続される。
【００８８】
次いで、ステップＳ３２において、イグニッションスイッチ７６がオン状態からオフ状態に切り替えられたかどうかが判定される。
【００８９】
ステップＳ３２の判定において、イグニッションスイッチ７６がオン状態のままであったときには、再び、ステップＳ２７のアイドル状態の判定が実施される。
【００９０】
ステップＳ２８の判定によりアイドル停止状態に移行した後、ステップＳ３１において発電が停止している状態において、ステップＳ３２の判定が成立しないで、ステップＳ２７のアイドル状態判定以降の処理に戻り、さらに、ステップＳ３０でのキャパシタ１６の充電処理が行われるとき、この充電処理をアイドル復帰処理と称している。アイドル復帰処理後にステップＳ２７のアイドル状態判定処理において、例えば、アクセルペダル等が踏まれてアクセルペダルの踏み込み量Ａｐが検出されたとき、燃料電池１４は、発電停止状態からステップＳ２２の通常発電状態に戻る。
【００９１】
ステップＳ３２において、イグニッションスイッチ７６がオフ状態になったことが確認されたとき、ステップＳ３３において、アノード掃気処理要求が存在するかどうかを、ステップＳ２３でのアノード掃気フラグが立っているかどうかにより判定する。
【００９２】
ステップＳ３３において、アノード掃気処理が不要と判定された場合には、システムの終了処理が行われる。なお、この終了処理後、キャパシタ１６は、略、通常時の充電閾値（充電閾値電圧）Ｖｔｈａ［Ｖ］を保持した状態となっている。
【００９３】
その一方、ステップＳ３３において、アノード掃気処理が必要と判定された場合には、ステップＳ３５において、上記したアノード掃気処理が実施される。
【００９４】
このアノード掃気処理を行った後、ステップＳ３４におけるシステム終了処理が実施される。
【００９５】
なお、このアノード掃気処理を行う場合には、キャパシタ１６は、既に、ステップＳ３０において、持ち替えられた充電閾値Ｖｔｈｂ、Ｖｔｈｂ´まで充電されているので、アノード掃気処理を行っても、次回の確実な氷点下起動等の低温時起動を保証するのに十分な残容量を保持した通常時の充電閾値Ｖｔｈａを超えた値を保持した状態となっている。
【００９６】
したがって、この第２実施例によれば、燃料電池システム１０の停止信号を出力するイグニッションスイッチ７６からの停止信号の出力の有無に関係なく、燃料電池システム１０の起動中に、次回の低温時起動が必要とされるときには、ステップＳ２６及びステップＳ３０の処理により、持ち替えた充電閾値Ｖｔｈｂ、Ｖｔｈｂ´によるキャパシタ１６の充電を行うことができるので、次回の氷点下起動等の低温時起動を確実に保証することができる。
【００９７】
Ｃ．第３実施例：イグニッションスイッチ７６がオフ状態に切り替えられる前にキャパシタ１６の充電閾値の持ち替え及び充電を行うとともに、イグニッションスイッチ７６がオン状態からオフ状態に切り替えられたときにキャパシタ１６の充電を行う充電制御動作を図５〜図９を参照して説明する。
【００９８】
まずは、図５〜図７を参照して、第３実施例に係る充電制御動作を簡略的に説明する。
【００９９】
図５のステップＳ４１において、イグニッションスイッチ７６がオン状態に切り替えられることで燃料電池システム１０が起動されると、燃料電池１４の通常発電が開始される。
【０１００】
続くステップＳ４２において、キャパシタ１６の充電閾値Ｖｔｈを持ち替える必要があるかどうかが判定される。ここでの判定は、図６に示すサブルーチンにより行われる。すなわち、ステップＳ４２１において、低温時起動対策要否判定手段としての制御装置７０は、第１実施例のステップＳ３や第２実施例のステップＳ２３と同様に、外気温Ｔａ等に基づいて低温時起動対策としてのアノード掃気処理の必要性を判定する。そして、ステップＳ４２１での判定結果に基づき、ステップＳ４２２において、低温時起動対策が必要であるかどうかが判定される。
【０１０１】
ステップＳ４２２において、低温時起動対策が不要であると判断された場合、ステップＳ４２３において、通常時の充電閾値Ｖｔｈａが選択され、図５のメインルーチンに戻る。
【０１０２】
ステップＳ４２２において、低温時起動対策が必要であると判断された場合、ステップＳ４２４において、充電閾値ＶｔｈをＶｔｈａからＶｔｈｂ又はＶｔｈｂ′に持ち替え、図５のメインルーチンに戻る。
【０１０３】
続いて、図５のステップＳ４３において、キャパシタ１６の充電の要否が判定される。ここでの判定は、図７に示す基準と、キャパシタ１６の電圧Ｖｃが充電閾値Ｖｔｈ以上であるかとに基づき行われる。詳細については後述する。ステップＳ４３の判定結果に基づき、ステップＳ４４において、キャパシタ１６を充電する必要があるかどうかが判定される。
【０１０４】
ステップＳ４４において、キャパシタ１６の充電が不要であると判定された場合、キャパシタ１６の充電を行わずにステップＳ４６に進む。
【０１０５】
ステップＳ４４において、キャパシタ１６の充電が必要であると判定された場合、ステップＳ４５において、キャパシタ１６の電圧Ｖｃが充電閾値Ｖｔｈ以上になるまでキャパシタ１６の充電が行われる。充電が終了すると、ステップＳ４６に進む。
【０１０６】
ステップＳ４６において、イグニッションスイッチ７６がオフ状態にされると、アノード掃気処理及び発電停止のためのステップＳ４７以降に移る。なお、図示していないが、イグニッションスイッチ７６がオン状態のままであれば、ステップＳ４１に戻り、燃料電池１４の発電が継続される。
【０１０７】
ステップＳ４６において、イグニッションスイッチ７６がオフ状態にされると、ステップＳ４７において、キャパシタ１６の電圧Ｖｃが充電閾値Ｖｔｈ以上であるか否かが判定される。ここでの充電閾値Ｖｔｈは、ステップＳ４２における判定の結果により、通常時の充電閾値Ｖｔｈａ又は持ち替え後の充電閾値Ｖｔｈｂ、Ｖｔｈｂ′とされる。
【０１０８】
ステップＳ４７において、キャパシタ１６の電圧Ｖｃが充電閾値Ｖｔｈ以上であると判定されると、キャパシタ１６の充電を行わずに、ステップＳ４９において燃料電池１４の発電が終了され、燃料電池システム１０が停止される。なお、ステップＳ４２において、持ち替え後の充電閾値Ｖｔｈｂ又はＶｔｈｂ′が選択されている場合、燃料電池１４の発電停止後に上述したアノード掃気処理が行われる。
【０１０９】
ステップＳ４７において、キャパシタ１６の電圧Ｖｃが充電閾値Ｖｃ未満であると判定されると、ステップＳ４８において、キャパシタ１６の電圧Ｖｃが充電閾値Ｖｔｈ以上になるまでキャパシタ１６が充電される。キャパシタ１６の充電が終了すると、ステップＳ４９において、燃料電池１４の発電が終了され、燃料電池システム１０が停止される。
【０１１０】
次に、図７〜図９を参照して、第３実施例に係る充電制御動作を詳細に説明する。
【０１１１】
図８のステップＳ５１において、制御装置７０が燃料電池システム１０（燃料電池車両１２）の起動信号であるイグニッションスイッチ７６のオン信号（オフからオンに遷移する信号）を検出したとき、ステップＳ５２において、上述した燃料電池１４の通常発電が実施される。なお、外気温センサ７４により、例えば氷点下であることが確認された氷点下起動時にはキャパシタ１６の電力によりヒータ６４が一定期間通電され燃料電池１４を速暖する。
【０１１２】
燃料電池１４の通常発電時中の、ステップＳ５３において、常時、上述した、次回の氷点下起動時等における低温起動時に燃料電池システム１０の円滑な起動を目的とするアノード掃気処理が必要か否かが判定される。
【０１１３】
すなわち、ステップＳ５３では、上述したステップＳ３及びＳ２３と同様のアノード掃気要否判定処理が行われ、アノード掃気処理が必要と判断された場合には、アノード掃気フラグが立てられる。
【０１１４】
次に、ステップＳ５４において、アノード掃気処理要求が存在するかどうかを、アノード掃気フラグが立っているかどうかにより判定する。
【０１１５】
ステップＳ５４において、アノード掃気処理が不要と判定された場合には、ステップＳ５５においてキャパシタ１６を発電電流Ｉｆにより充電する充電閾値（充電閾値電圧）Ｖｔｈ［Ｖ］を通常時の充電閾値（充電閾値電圧）Ｖｔｈａ［Ｖ］とする。
【０１１６】
一方、ステップＳ５４において、アノード掃気処理要求があると判定された場合には、ステップＳ５６において、上述したステップＳ９及びＳ２６と同様の充電閾値Ｖｔｈの持替処理を行う。
【０１１７】
すなわち、図３に示したように、充電閾値Ｖｔｈの値を、充電閾値Ｖｔｈａより大きい一定電圧の充電閾値（充電閾値電圧）Ｖｔｈｂ´又はキャパシタ温度Ｔｃ［℃］をパラメータとして変化する充電閾値Ｖｔｈｂに持ち替える（変更する）。
【０１１８】
次いで、ステップＳ５７において、燃料電池車両１２がアイドル状態かどうかが判定される。燃料電池車両１２がアイドル状態でないと判定された場合、ステップＳ５８において、イグニッションスイッチ７６がオン状態からオフ状態に切り替えられているかどうかが判定される。オフ状態に切り替えられていない場合、ステップＳ５２へ戻り、通常発電が継続される。オフ状態に切り替えられている場合、図９のステップＳ６５に進む。
【０１１９】
一方、ステップＳ５７において、燃料電池車両１２がアイドル状態であると判定された場合、ステップＳ５９において、キャパシタ１６の残容量が確認される。続くステップＳ６０において、キャパシタ１６を充電する必要があるかどうかが判定される。キャパシタ１６を充電する必要があるかどうかは、キャパシタ１６の電圧Ｖｃが充電閾値Ｖｔｈ未満であるかどうかで判定される。
【０１２０】
すなわち、ステップＳ６０では、ステップＳ５４における判定結果に基づきステップＳ５５において通常時の充電閾値Ｖｔｈａが選択されている場合、キャパシタ１６の電圧Ｖｃが通常時の充電閾値Ｖｔｈａ未満であれば、キャパシタ１６の充電が必要であると判定される。この場合、ステップＳ６１においてキャパシタ１６を充電閾値Ｖｔｈａまで充電した後、ステップＳ６２へ進む。キャパシタ１６の電圧Ｖｃが通常時の充電閾値Ｖｔｈａ以上であれば、キャパシタ１６の充電は不要であると判定され、キャパシタ１６を充電せずにステップＳ６２へ進む。
【０１２１】
また、ステップＳ６０において、ステップＳ５４における判定結果に基づきステップＳ５６において持ち替えられた充電閾値Ｖｔｈｂ又はＶｔｈｂ′が選択されている場合、キャパシタ１６の電圧Ｖｃが持ち替え後の充電閾値Ｖｔｈｂ又はＶｔｈｂ′未満であれば、キャパシタ１６の充電が必要であると判定され、ステップＳ６１においてキャパシタ１６を充電閾値Ｖｔｈｂ又はＶｔｈｂ′まで充電した後、ステップＳ６２へ進む。キャパシタ１６の電圧Ｖｃが持ち替え後の充電閾値Ｖｔｈｂ又はＶｔｈｂ′以上であれば、キャパシタ１６の充電は不要であると判定され、キャパシタ１６を充電せずにステップＳ６２へ進む。
【０１２２】
ステップＳ６２では、アイドル状態の種類及びキャパシタ１６の残容量に基づいてアイドル停止状態への移行の要否が判定される（図７参照）。図７において、キャパシタ残容量の「低」、「中」及び「高」は、キャパシタ１６の最大残容量に対する割合を示し、例えば、「低」はキャパシタ１６の最大残容量の０〜６０％、「中」は同最大残容量の６１〜８０％、「高」は同最大残容量の８１〜１００％を示す。このため、本実施形態では、少なくとも「低」におけるキャパシタ残容量は、キャパシタ１６の充電閾値Ｖｔｈを下回る場合がある。なお、キャパシタ残容量の「低」、「中」及び「高」は、キャパシタ１６の電圧Ｖｃが、充電閾値Ｖｔｈをどれだけ上回っているかの程度を示すものであってもよい。
【０１２３】
図７に示すように、キャパシタ１６の残容量が同じであっても、アイドル停止状態に移行するか否かをアイドル状態の種類に応じて変化させることができる。例えば、一般に、回生走行状態やクルーズ走行状態は、停止又は低速走行状態と比べて、アイドル復帰処理をした際の電力消費量が大きいと考えられる。そこで、キャパシタ１６の残容量が同じ「中」である場合であっても、「停止又は低速走行状態」では常にアイドル停止状態に移行するのに対し、「回生走行状態」や「クルーズ走行状態」では条件によりアイドル停止状態に移行しない場合がある。
【０１２４】
また、図７に示すように、アイドル状態及びキャパシタ残容量が同じであっても、実際にアイドル停止状態に移行する場合と実際には移行しない場合とを設定することもできる。
【０１２５】
例えば、アイドル状態が「停止又は低速走行状態」でありかつキャパシタ残容量が「低」あっても、エアコンプレッサ３６及びエアコンディショナやランプ等の補機の使用状況に応じて充電閾値を変化させ、補機の電気的負荷が所定値未満である場合は実際にアイドル停止状態に移行し、補機の電気的負荷が所定値以上である場合はアイドル停止状態に移行せず、キャパシタ１６の充電を行わせることができる。
【０１２６】
回生走行状態の場合、例えば、ナビゲーションシステムから得られる位置情報、特に坂の長さや傾斜角度に関する情報に応じてアイドル停止状態への移行の要否を判定してもよい。
【０１２７】
クルーズ走行状態の場合、例えば、設定速度に応じてアイドル停止状態への移行の要否を判定することができる。
【０１２８】
図８のステップＳ６２において、アイドル停止状態への移行が選択されなかった場合、燃料電池１４の発電を停止せずに上述したステップＳ５８へ進む。
【０１２９】
ステップＳ６２においてアイドル停止状態に移行することが選択された場合、ステップＳ６３において、図４のステップＳ３１と同様に、燃料電池１４の発電停止処理が行われ、アイドル停止状態に移行する。アイドル停止状態に移行した後、ステップＳ６４に進む。
【０１３０】
ステップＳ６４では、イグニッションスイッチ７６がオン状態からオフ状態に切り替えられたかどうかが判定される。
【０１３１】
ステップＳ６４の判定において、イグニッションスイッチ７６がオン状態のままであったときには、ステップＳ５７に戻り、再度アイドル状態の判定が実施される。ステップＳ６４において、イグニッションスイッチ７６がオフ状態になったことが確認されたとき、図９のステップＳ６５に進む。
【０１３２】
図９のステップＳ６５では、アノード掃気処理要求が存在するかどうかを、ステップＳ５３でアノード掃気フラグが立っているかどうかにより判定する。アノード掃気処理要求の有無は、キャパシタ１６の充電閾値が持ち替え後の充電閾値Ｖｔｈｂ又はＶｔｈｂ′であるかどうかにより判定してもよい。
【０１３３】
アノード掃気処理要求が存在しない場合、ステップＳ６６において、キャパシタ１６の電圧Ｖｃが通常時の充電閾値Ｖｔｈａ以上であるかどうかが判定される。通常時の充電閾値Ｖｔｈａ未満であれば、ステップＳ６７において通常時の充電閾値Ｖｔｈａまでキャパシタ１６を充電し、ステップＳ６８において燃料電池１４の発電が停止される。キャパシタ１６の電圧Ｖｃが通常時の充電閾値Ｖｔｈａ以上であれば、キャパシタ１６の充電を行わずに、ステップＳ６８において燃料電池１４の発電が停止される。燃料電池１４の発電が停止されると、ステップＳ７３において燃料電池システム１０の停止処理が行われる。
【０１３４】
一方、ステップＳ６５において、アノード掃気処理が必要と判定された場合には、ステップＳ６９において、キャパシタ１６の電圧Ｖｃが持ち替え後の充電閾値Ｖｔｈｂ又はＶｔｈｂ′以上であるかどうかが判定される。キャパシタ１６の電圧Ｖｃが持ち替え後の充電閾値Ｖｔｈｂ又はＶｔｈｂ′未満であれば、ステップＳ７０において持ち替え後の充電閾値Ｖｔｈｂ又はＶｔｈｂ′までキャパシタ１６が充電され、ステップＳ７１において燃料電池１４の発電が停止される。キャパシタ１６の電圧Ｖｃが持ち替え後の充電閾値Ｖｔｈｂ又はＶｔｈｂ′以上であればキャパシタ１６の充電を行うことなしに、ステップＳ７１において燃料電池１４の発電が停止される。燃料電池１４の発電が停止されると、ステップＳ７２において上述したアノード掃気処理が実施された後、ステップＳ７３において燃料電池システム１０の停止処理が行われる。
【０１３５】
この第３実施例によれば、このアノード掃気処理を行う場合には、キャパシタ１６は、既に、ステップＳ７１において、持ち替えられた充電閾値Ｖｔｈｂ、Ｖｔｈｂ´まで充電されているので、アノード掃気処理を行っても、次回の確実な氷点下起動等の低温時起動を保証するのに十分な残容量を保持した通常時の充電閾値Ｖｔｈａを超えた値を保持した状態となっている。
【０１３６】
したがって、この第３実施例によれば、次回の低温時起動が必要とされるときには、ステップＳ５６及びステップＳ７０の処理により、持ち替えた充電閾値Ｖｔｈｂ、Ｖｔｈｂ´によるキャパシタ１６の充電を行うことができるので、次回の氷点下起動等の低温時起動を確実に保証することができる。
【０１３７】
また、この第３実施例では、イグニッションスイッチ７６がオフ状態に切り替えられる前にキャパシタ１６の充電が行われることにより、イグニッションスイッチ７６がオン状態からオフ状態に切り替えられたときには、キャパシタ１６の電圧Ｖｃが充電閾値Ｖｔｈを超えている場合が多い。このため、イグニッションスイッチ７６がオフ状態に切り替えられた際、迅速にシステム停止を行うことができる。
【０１３８】
さらに、イグニッションスイッチ７６がオン状態からオフ状態に切り替えられたときにもキャパシタ１６の充電が行われることにより、イグニッションスイッチ７６がオフ状態に切り替えられた際にキャパシタ１６の電圧Ｖｃが充電閾値Ｖｔｈ未満である場合であっても、確実にキャパシタ１６を充電することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３９】
【図１】この発明の実施形態に係る燃料電池システムを搭載した燃料電池車両の概略構成図である。
【図２】イグニッションスイッチがオフ状態とされた後にキャパシタの充電閾値の持ち替え及び充電を行う充電制御動作の説明に供されるフローチャートである。
【図３】持ち替える充電閾値電圧の説明図である。
【図４】イグニッションスイッチがオフ状態にされる前（燃料電池の通常発電中）にキャパシタの充電閾値の持ち替え及び充電を行う充電制御動作の説明に供されるフローチャートである。
【図５】イグニッションスイッチがオフ状態にされる前にキャパシタの充電閾値の持ち替え及び充電を行うとともに、イグニッションスイッチがオフ状態とされた後にキャパシタの充電を行う充電制御動作のメインルーチンを簡略的に示すフローチャートである。
【図６】図５に示す充電制御動作のサブルーチンを簡略的に示すフローチャートである。
【図７】図５に示す充電制御動作において、アイドル停止状態への移行の判断基準を示す図である。
【図８】図５に示す充電制御動作を詳細に説明する第１のフローチャートである。
【図９】図５に示す充電制御動作を詳細に説明する第２のフローチャートである。
【符号の説明】
【０１４０】
１０…燃料電池システム                １２…燃料電池車両
１４…燃料電池                        １６…キャパシタ
１８…負荷                            ３６…エアコンプレッサ
５４…空気導入弁                      ５６…空気排出弁
７０…制御装置                        ７２…温度センサ
７４…外気温センサ                    ７６…イグニッションスイッチ
【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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