(57)【要約】【課題】  燃料電池の始動時において、燃料電池を保護しつつ、システムの駆動を迅速に開始することができる燃料電池システムを提供する。【解決手段】  燃料電池の始動時に、蓄電装置から供給される電力により前記反応ガス供給手段を駆動して前記燃料電池の発電を開始する発電開始手段と、前記燃料電池の発電電圧と前記蓄電装置の端子間電圧が所定電圧差に達するまで前記燃料電池の発電電力により前記蓄電装置を充電する蓄電装置充電手段と、を備える。燃料電池が活性状態と検知され、且つ、蓄電装置の端子間電圧が所定値以下のときには、燃料電池から取り出す電流量を通常発電開始時に取り出す電流量より多くする。【選択図】    図１
2006351407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給される反応ガスにより発電を行い、負荷へ電力を供給する燃料電池と、
前記燃料電池の発電電圧を検出する発電電圧検出手段と、
前記燃料電池から取り出す電流を制御する取出電流制御手段と、
前記燃料電池の発電エネルギーを蓄積する蓄電装置と、
前記反応ガスを前記燃料電池へ供給する反応ガス供給手段と、
前記燃料電池の活性状態を検知する活性状態検知手段と、
前記蓄電装置の端子間電圧を検知する端子間電圧検知手段と、
前記燃料電池の始動時に、前記蓄電装置から供給される電力により前記反応ガス供給手段を駆動して前記燃料電池の発電を開始する発電開始手段と、
前記燃料電池の発電電圧と前記蓄電装置の端子間電圧が所定電圧差に達するまで前記燃料電池の発電電力により前記蓄電装置を充電する蓄電装置充電手段と、を備え、
前記活性状態検知手段により前記燃料電池が活性状態と検知され、且つ、前記端子間電圧検知手段により検知された前記蓄電装置の端子間電圧が所定値以下のときには、前記取出電流制御手段を制御して前記燃料電池から取り出す電流量を通常発電開始時に取り出す電流量より多くすることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記蓄電装置充電手段は、
前記燃料電池の発電電圧と前記蓄電装置の端子間電圧が一致するまで前記蓄電装置を充電することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料電池の温度を検知する温度検知手段を備え、
前記活性状態検知手段は、前記温度検知手段により検知された前記燃料電池の温度が所定温度を超えたとき燃料電池を活性状態と検知することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記活性状態検知手段は、燃料電池から所定電流を取り出したときの発電電圧が所定電圧以上のとき燃料電池を活性状態と検知することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池と蓄電装置とを備える燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料電池を駆動源として搭載する燃料電池車両に、燃料電池の発電エネルギーを蓄電する蓄電手段を備えているものがある。
例えば、特許文献１には、燃料電池を駆動源として搭載する燃料電池車両として、電気二重層コンデンサや電解コンデンサ等からなるキャパシタを供え、燃料電池の発電エネルギーを蓄電すると共に走行用モータと電気エネルギーの授受を行うようにした燃料電池車両についての技術が提案されている。
【特許文献１】特開２００１−３５７８６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の技術では、以下のような問題がある。
すなわち、従来技術の燃料電池車両の始動時においては、燃料電池へ酸素を供給するエアーコンプレッサ等の機器はキャパシタからの電力供給によって駆動され、この電力供給によってキャパシタの端子間電圧が低下してしまう。このキャパシタの電圧低下により燃料電池との電圧差が生じるので、キャパシタに対して燃料電池を直接的に接続することで、キャパシタを充電する。そして、燃料電池およびキャパシタの端子間電圧の電圧差が所定の電圧差以下になった後に出力電流に対する制限が解除され、いわば燃料電池とキャパシタとが直結状態とされ、この後に走行用モータへ駆動電力が供給されて燃料電池車両の走行が開始される。
【０００４】
しかしながら、キャパシタに対して燃料電池を直接的に接続したときに、両者の電圧差が大きいと、キャパシタの充電に要する時間が大きくなり、燃料電池車両の走行を迅速に開始することを妨げてしまうという問題がある。また、この車両以外の燃料電池システムにおいても、システムの駆動を迅速に開始することを妨げてしまうという問題がある。
本発明は、燃料電池の始動時において、燃料電池を保護しつつ、システムの駆動を迅速に開始することができる燃料電池システム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】
【０００５】
請求項１に係る発明は、供給される反応ガスにより発電を行い、負荷へ電力を供給する燃料電池と、前記燃料電池の発電電圧を検出する発電電圧検出手段（例えば、実施の形態における出力電圧センサ２３）と、前記燃料電池から取り出す電流を制御する取出電流制御手段（例えば、実施の形態における第１電流・電圧制御器１２、第２電流・電圧制御器１３）と、前記燃料電池の発電エネルギーを蓄積する蓄電装置（例えば、実施の形態におけるキャパシタ１４）と、前記反応ガスを前記燃料電池へ供給する反応ガス供給手段（例えば、実施の形態におけるエアーコンプレッサ１８、水素タンク１９ａ）と、前記燃料電池の活性状態を検知する活性状態検知手段（例えば、実施の形態における温度センサ２５、出力電圧センサ２３、制御装置２０）と、前記蓄電装置の端子間電圧を検知する端子間電圧検知手段（例えば、実施の形態における端子電圧センサ２４）と、前記燃料電池の始動時に、前記蓄電装置から供給される電力により前記反応ガス供給手段を駆動して前記燃料電池の発電を開始する発電開始手段（例えば、実施の形態における制御装置２０）と、前記燃料電池の発電電圧と前記蓄電装置の端子間電圧が所定電圧差に達するまで前記燃料電池の発電電力により前記蓄電装置を充電する蓄電装置充電手段（例えば、実施の形態における第１電流・電圧制御器１２、第２電流・電圧制御器１３）と、を備え、前記活性状態検知手段により前記燃料電池が活性状態と検知され、且つ、前記端子間電圧検知手段により検知された前記蓄電装置の端子間電圧が所定値以下のときには、前記取出電流制御手段を制御して前記燃料電池から取り出す電流量を通常発電開始時に取り出す電流量より多くする（例えば、実施の形態における制御装置２０のステップＳ１８、ステップＳ２０、ステップＳ３２）ことを特徴とする。
【０００６】
この発明によれば、前記活性状態検知手段により前記燃料電池が活性状態と検知されているときには前記燃料電池による発電を良好に行うことができるので前記燃料電池の発電電圧は高くなる。この場合において、前記端子間電圧検知手段により検知された前記蓄電装置の端子間電圧が所定値以下であると、前記燃料電池と前記蓄電装置との電位差は所定電位差を越えている。このときに、前記取出電流制御手段を制御して前記燃料電池から取り出す電流量を通常発電開始時に取り出す電流量より多くすることで、前記燃料電池の発電により前記蓄電装置の充電量を増大させて前記蓄電装置の端子間電圧を上昇できるのみならず、前記燃料電池の発電電圧を低下させることができる。従って、前記燃料電池と前記蓄電装置との電位差を迅速に小さくすることができるので、システムの駆動を迅速に開始することが可能となる。そして、前記燃料電池と前記蓄電装置との電位差が所定電位差以内になってから通常発電に移行することで、前記燃料電池に過度な負担が生じることを防止でき、燃料電池を保護することが可能となる。
このとき、前記燃料電池から取り出す電流量を一旦設定した後は、前記蓄電装置との電位差が所定電位差以下になるまで固定するように制御すると、電流指令の変動を抑え、システム操作者（車両の場合は搭乗者）に与える違和感を低減できる点で好ましい。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のものであって、前記蓄電装置充電手段は、前記燃料電池の発電電圧と前記蓄電装置の端子間電圧が一致するまで前記蓄電装置を充電することを特徴とする。
この発明によれば、前記燃料電池の発電電力を前記蓄電装置に供給されることを防止して負荷に全て供給することができるので、前記負荷に供給可能な電力量を拡大でき、負荷の作動領域を拡大でき、利便性を向上できる。
【０００８】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載のものであって、前記燃料電池の温度を検知する温度検知手段を備え、前記活性状態検知手段は、前記温度検知手段により検知された前記燃料電池の温度が所定温度を超えたとき燃料電池を活性状態と検知することを特徴とする。
この発明によれば、前記燃料電池の発電特性は温度に依存するため、前記温度検知手段により検知された温度により活性状態を検知することで、活性状態の判断および燃料電池から取り出す電流量の制御を迅速に行うことが可能となる。
【０００９】
請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載のものであって、前記活性状態検知手段は、燃料電池から所定電流を取り出したときの発電電圧が所定電圧以上のとき燃料電池を活性状態と検知することを特徴とする。
この発明によれば、前記燃料電池の実際の発電電圧に基づいて活性状態を検知することで、前記燃料電池の発電特性を正確に検知でき、よりきめ細かな電流量の制御を行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に係る発明によれば、燃料電池の始動時において、燃料電池を保護しつつ、システムの駆動を迅速に開始することができる。
請求項２に係る発明によれば、前記負荷に供給可能な電力量を拡大でき、負荷の作動領域を拡大でき、利便性を向上できる。
【００１１】
請求項３に係る発明によれば、活性状態の判断および燃料電池から取り出す電流量の制御を迅速に行うことが可能となる。
請求項４に係る発明によれば、燃料電池の発電特性を正確に検知でき、よりきめ細かな電流量の制御を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態に係る燃料電池システムについて図面を参照して説明する。本実施の形態では、燃料電池システムを車両に適用して燃料電池車両とした場合について説明する。
本実施の形態に係る燃料電池車両１は、例えば図１に示すように、燃料電池１１と、第１電流・電圧制御器１２と、第２電流・電圧制御器１３と、蓄電装置であるキャパシタ１４と、パワードライブユニット（ＰＤＵ）１５と、モータ１６と、コンプレッサ出力制御器１７と、エアーコンプレッサ（Ａ／Ｃ）１８と、水素タンク１９ａおよび水素供給弁１９ｂと、制御装置２０と、各種の電気負荷２１と、出力電流センサ２２と、出力電圧センサ２３と、端子電圧センサ２４とを備えて構成されている。
この燃料電池１１では、走行用のモータ１６の駆動力は、例えばオートマチックトランスミッション（ＡＴ）あるいはマニュアルトランスミッション（ＭＴ）等の変速機（Ｔ／Ｍ）を介して車両の駆動輪Ｗ，Ｗに伝達される。また、燃料電池車両１の減速時に駆動輪Ｗ側からモータ１６側に駆動力が伝達されると、モータ１６は発電機として機能していわゆる回生制動力を発生し、車体の運動エネルギーを電気エネルギーとして回収する。
【００１３】
燃料電池１１は、陽イオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜を、アノード触媒およびガス拡散層からなる燃料極（アノード）と、カソード触媒およびガス拡散層からなる酸素極（カソード）とで挟持してなる電解質電極構造体を、更に一対のセパレータで挟持してなる燃料電池セルを多数組積層して構成されている。
燃料電池１１のアノードには、高圧の水素タンク１９ａから水素供給弁１９ｂを介して水素からなる燃料ガス（反応ガス）が供給され、アノードのアノード触媒上で触媒反応によりイオン化された水素は、適度に加湿された固体高分子電解質膜を介してカソードへと移動し、この移動に伴って発生する電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギーとして利用される。カソードには、例えば酸素を含む酸化剤ガス（反応ガス）である空気がエアーコンプレッサ（Ａ／Ｃ）１８によって供給され、このカソードにおいて、水素イオン、電子及び酸素が反応して水が生成される。
【００１４】
燃料電池１１から取り出される発電電流（出力電流）は第１電流・電圧制御器１２に入力されており、この第１電流・電圧制御器１２には、さらに、第２電流・電圧制御器１３を介して、例えば電気二重層コンデンサや電解コンデンサ等からなる複数のキャパシタセルが互いに直列に接続されて構成されたキャパシタ１４が接続されている。
そして、燃料電池１１および第１電流・電圧制御器１２と、第２電流・電圧制御器１３およびキャパシタ１４とは、パワードライブユニット（ＰＤＵ）１５を介して、走行用のモータ１６と、例えば燃料電池１１やキャパシタ１４の冷却装置（図示略）や空調装置（図示略）等の各種補機類からなる電気負荷２１と、エアーコンプレッサ出力制御器１７とに対して並列に接続されている。
【００１５】
第１および第２電流・電圧制御器１２、１３は、例えばチョッパ方式のＤＣ−ＤＣコンバータを備えて構成され、このＤＣ−ＤＣコンバータのチョッピング動作つまりＤＣ−ＤＣコンバータに具備されるスイッチング素子のオン／オフ動作によって、燃料電池１１から取り出される出力電流の電流値、および、キャパシタ１４の充電電流および放電電流の電流値を制御しており、このチョッピング動作は制御装置２０から入力される制御パルスのデューティつまりオン／オフの比率に応じて制御されている。
例えば、燃料電池１１から出力電流の取り出しを禁止する場合において、制御装置２０から第１および第２電流・電圧制御器１２，１３に入力される制御パルスのデューティが０％に設定されると、各電流・電圧制御器１２，１３のＤＣ−ＤＣコンバータに具備されるスイッチング素子がオフ状態に固定され、燃料電池１１とキャパシタ１４とが電気的に遮断される。一方、制御パルスのデューティが１００％とされ、スイッチング素子がオン状態に固定されると、いわば燃料電池１１とキャパシタ１４とが直結状態となり、燃料電池１１の出力電圧とキャパシタ１４の端子電圧とが同等の値となる。
【００１６】
また、例えば、第１電流・電圧制御器１２に入力される制御パルスのデューティが０％〜１００％の間の適宜の値に設定されると、第１電流・電圧制御器１２は、１次側電流とされる燃料電池１１の出力電流を制御パルスのデューティに応じて適宜に制限し、制限して得た電流を２次側電流として出力する。
また、例えば、第２電流・電圧制御器１３に入力される制御パルスのデューティが０％〜１００％の間の適宜の値に設定されると、第２電流・電圧制御器１２は、キャパシタ１４の充電電流または放電電流を制御パルスのデューティに応じて適宜に制限する。
【００１７】
ＰＤＵ１５は、トランジスタのスイッチング素子を複数用いてブリッジ接続してなるブリッジ回路を具備するパルス幅変調（ＰＷＭ）によるＰＷＭインバータを備えて構成され、制御装置２０から出力される制御指令に応じて走行用のモータ１６の駆動および回生動作を制御する。例えばモータ１６の駆動時には、制御装置２０から入力されるトルク指令に基づき、第１および第２電流・電圧制御器１２，１３から出力される直流電力を３相交流電力に変換してモータ１６へ供給する。一方、モータ１６の回生時には、モータ１６から出力される３相交流電力を直流電力に変換して、第２電流・電圧制御器１３を介してキャパシタ１４へ供給し、キャパシタ１４を充電する。
このＰＤＵ１５の電力変換動作は、制御装置２０からＰＷＭインバータの各スイッチング素子に入力されるパルス、つまりパルス幅変調（ＰＷＭ）により各スイッチング素子をオン／オフ駆動させるためのパルスに応じて制御され、このパルスのデューティつまりオン／オフの比率のマップ（データ）は予め制御装置２０に記憶されている。
【００１８】
なお、モータ１６は、例えば界磁として永久磁石を利用する永久磁石式の３相交流同期モータとされており、ＰＤＵ１５から供給される３相交流電力により駆動制御されると共に、燃料電池車両１の減速時において駆動輪Ｗ側から駆動力が伝達されると、発電機として機能して、いわゆる回生制動力を発生し、車体の運動エネルギーを電気エネルギーとして回収する。
【００１９】
エアーコンプレッサ１８は、例えば車両の外部から空気を取り込んで圧縮し、この空気を反応ガスとして燃料電池１１のカソードに供給する。
このエアーコンプレッサ１８を駆動するモータ（図示略）の回転数は、制御装置２０から入力される制御指令に基づき、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ）によるＰＷＭインバータを具備するコンプレッサ出力制御器１７によって制御されている。
【００２０】
制御装置２０は、例えば、燃料電池車両１の運転状態や、燃料電池１１のアノードに供給される反応ガスに含まれる水素の濃度や、燃料電池１１のアノードから排出される排出ガスに含まれる水素の濃度や、燃料電池１１の発電状態、例えば各複数の燃料電池セルの端子電圧や、燃料電池１１から取り出される出力電流等に基づき、エアーコンプレッサ１８から燃料電池１１へ供給される反応ガスの流量に対する指令値および水素供給弁１９ｂの弁開度に対する指令値を出力し、燃料電池１１の発電状態を制御する。
さらに、制御装置２０は、燃料電池１１に対する発電指令に基づき、第１電流・電圧制御器１２の電力変換動作を制御する制御パルスを出力し、燃料電池１１から取り出される出力電流の電流値を制御する。
【００２１】
また、制御装置２０は、ＰＤＵ１５に具備されたＰＷＭインバータの電力変換動作を制御しており、例えばモータ１６の駆動時においては、運転者によるアクセルペダルの踏み込み操作量等に係るアクセル開度の信号に基づいてトルク指令を算出する。そして、制御装置２０が、このトルク指令をＰＤＵ１５に入力することで、トルク指令に応じたパルス幅変調信号がＰＷＭインバータに入力され、要求されたトルクを発生させるための各相電流がモータ１６の各相へと出力される。
さらに、制御装置２０は、キャパシタ１４の状態、例えばキャパシタ１４の温度や、複数のキャパシタセルのキャパシタセル電圧の和である総電圧つまりキャパシタ１４の端子電圧の検出値等に基づき、モータ１６の回生動作を制御する。
【００２２】
また、制御装置２０は、キャパシタ１４の状態に基づき、第２電流・電圧制御器１３の電力変換動作を制御する制御パルスを出力し、キャパシタ１４の充電電流または放電電流の電流値を制御する。
このため、制御装置２０には、例えば、燃料電池１１を構成する各複数の燃料電池セルの端子電圧（燃料電池セル電圧）を検出する燃料電池セル電圧センサ（図示略）から出力される検出信号と、燃料電池１１から取り出される出力電流の電流値を検出する出力電流センサ２２から出力される検出信号と、燃料電池１１の出力電圧を検出する出力電圧センサ２３から出力される検出信号と、キャパシタ１４の端子電圧を検出する端子電圧センサ２４から出力される検出信号と、キャパシタ１４の温度を検出する温度センサ（図示略）から出力される検出信号とが入力されている。さらに、制御装置２０には、イグニッションスイッチ２６のＯＮ・ＯＦＦ信号、燃料電池１１の温度を検出する温度センサ２５から出力する検出信号が入力される。
【００２３】
以下に、上記構成を備える燃料電池車両１の起動制御の処理方法について説明する。図２は燃料電池車両の起動制御の処理内容を示すフローチャートである。同図に示すように、ステップＳ１０で、イグニッションスイッチ２６のＯＮ信号が制御装置２０に入力されると、燃料電池車両１の起動処理が開始される。すなわち、燃料電池１１の反応ガス流通経路中への燃料ガスである水素の漏洩の有無の確認や、燃料電池１１や反応ガス流路の掃気処理、等の安全検知処理を行う。その後、水素供給弁１９ｂを開弁して燃料電池１１のアノードに燃料ガスを供給するとともに、エアーコンプレッサ１８を駆動して燃料電池１１のカソードに酸化剤ガスを供給して、燃料電池１１の発電処理を開始する（図６参照）。これらの処理に必要な電力は、蓄電装置であるキャパシタ１４から供給される。
【００２４】
次に、ステップＳ１２で、端子電圧センサ２４で検出したキャパシタ１４の電圧を、初期キャパシタ電圧として読み込んで、制御装置２０のメモリに記憶する。ステップＳ１４で、燃料電池１１の活性状態を検出し、燃料電池１１が高活性であるか否かを判定し、この判定結果がＹＥＳであればステップＳ１６に進み、この判定結果がＮＯであればステップＳ２０に進む。ここで、燃料電池１１が高活性であるとは、発電性能が所定の高性能に維持されている状態である（図５（ａ）参照）。また、燃料電池１１が低活性であるとは、発電性能が低下している状態である（同図参照）。そして、この場合において、燃料電池１１の活性状態の判定は、温度センサ２５により検出した燃料電池１１の温度に基づいて行っている。
このように、燃料電池１１の活性状態を燃料電池１１の温度に基づいて判定することにより、活性状態の判断および燃料電池１１から取り出す電流量の制御を迅速に行うことが可能となる。
【００２５】
ステップＳ１６では、ステップＳ１２で読み込んだ初期キャパシタ電圧が所定電圧以下であるか否かを判定する。この判定結果がＹＥＳであればステップＳ１８に進み、この判定結果がＮＯであればステップＳ２０に進む。
ステップＳ１８では、ステップＳ１２で読み込んだ初期キャパシタ電圧と、ステップＳ１４で検出した燃料電池１１の温度とに基づいて、燃料電池１１から出力する電流指令値（ＩＦＣ）をマップ検索する（図３参照）。同図には、キャパシタ１４の電圧に基づいて、例として４つのライン（ＩＦＣ−０〜ＩＦＣ−３）を示している。このラインのうち、ＩＦＣ−０のラインは、通常充電指令がされたときの電流指令値である。同図に示すように、電流指令値ＩＦＣ（ＩＦＣ−１〜ＩＦＣ−３）は、キャパシタ１４の電圧が低いほど、また、燃料電池１１の温度が高くなるほど、通常充電指令値ＩＦＣ−０よりも大きくなるように設定されている。従って、燃料電池１１の温度が高く、また、キャパシタ１４の電圧が低いほど、キャパシタ１４は急速に充電されることになる。
一方、ステップＳ２０では、電流指令値をＩＦＣ−０に設定する通常充電指令を行う。
【００２６】
そして、ステップＳ１８またはステップＳ２０の後、ステップＳ２２に進み、電流指令値に従ってキャパシタ１４の充電処理が開始される。この充電処理は、第１および第２電流・電圧制御器１２、１３のチョッピング動作を制御することで、設定された電流指令値でキャパシタ１４を充電する。
【００２７】
次いで、ステップＳ２４で、充電処理が完了したか否かを判定する。この判定結果がＹＥＳであればステップＳ２６に進み、この判定結果がＮＯであればステップＳ２２の処理に戻る。それから、ステップＳ２６で、キャパシタ１４の充電処理（起動処理）を完了して、燃料電池車両１としての通常運転に移行する。
【００２８】
このように、本フローチャートの処理では、燃料電池１１の活性状態と、キャパシタ１４の電圧とに基づいて、燃料電池１１からキャパシタ１４に流す電流指令値の制御を行っている。この処理について、図７〜図９を用いて説明する。
図７は、常温環境下（例えば５℃以上）で停止した燃料電池車両１を常温環境下で起動する場合における燃料電池１１およびキャパシタ１４の状態説明図である。同図のように、常温環境下で燃料電池車両１を起動する場合であれば、キャパシタ１４の電圧ＶＣＡＰが比較的高く、燃料電池１１の出力電圧ＶＦＣが無負荷の状態（例えば、ＯＣＶ：Open Circuit Voltage）まで上昇しても、両者の電圧差は比較的小さい。従って、電流指令値ＩＦＣが低く抑えられた通常の電流指令値ＩＦＣ−０で充電処理を行っても、少ない時間で迅速に電圧差を無くすことができ、燃料電池１１とキャパシタ１４とを直結状態にすることが可能である。
【００２９】
図８は、低温環境下（例えば、氷点下）で燃料電池車両１を起動する場合における燃料電池１１およびキャパシタ１４の状態説明図である。同図のように、低温環境下で燃料電池車両１を起動する場合であれば、発電準備に必要とする電力が大きくなり、キャパシタ１４の電圧ＶＣＡＰがその分低下する。このとき、燃料電池１１の活性も低下しており燃料電池１１の出力電圧ＶＦＣの上昇が抑えられるため、燃料電池１１とキャパシタ１４の電圧差は小さい値に留まる。従って、電流指令値ＩＦＣが低く抑えられた通常の電流指令値ＩＦＣ−０で充電処理を行っても、少ない時間で迅速に電圧差を無くすことができ、燃料電池１１とキャパシタ１４とを直結状態にすることが可能である。
【００３０】
図９は低温環境下で停止した燃料電池車両１を常温環境下で起動する場合における燃料電池１１およびキャパシタ１４の従来例における状態説明図である。同図のように、低温環境下で停止する場合には、燃料電池車両１停止時における処理に必要とする電力が増大し、キャパシタ１４の電圧ＶＣＡＰがその分低下してしまう。これに対し、常温環境下で起動する場合には、燃料電池１１の活性は高くなるため、燃料電池１１とキャパシタ１４の電位差は大きくなる。従って、電流指令値ＩＦＣが低く抑えられた通常の電流指令値ＩＦＣ−０で充電処理を行うと、燃料電池１１とキャパシタ１４の電圧を一致させて直結状態となるまでに、非常に時間がかかってしまう。
【００３１】
本実施の形態では、第１および第２電流・電圧制御器１２、１３を制御して前記燃料電池１１から取り出す電流量を通常発電開始時に取り出す電流量ＩＦＣ−０より多くする（例えば、ＩＦＣ−１〜３）。これにより、前記燃料電池１１の発電により前記キャパシタ１４の充電量を増大させて前記キャパシタ１４の端子間電圧を上昇できるのみならず、前記燃料電池１１の発電電圧を低下させることができる。従って、前記燃料電池１１と前記キャパシタ１４との電位差を迅速に小さくすることができるので、燃料電池車両１の駆動を迅速に開始することが可能となる。そして、前記燃料電池１１と前記キャパシタ１４との電位差が所定電位差以内になってから通常発電に移行することで、前記燃料電池１１に過度な負担が生じることを防止でき、燃料電池１１を保護することが可能となる。
【００３２】
なお、図９に示すような環境下において、燃料電池１１およびキャパシタ１４の電位差を低減する対策として、キャパシタ１４の電圧を高く維持させるために燃料電池車両１の停止時における掃気処理を短縮したり、燃料電池１１の電圧を低下させるために燃料電池１１の発電ストイキを低下させる手法も考えられる。しかしながら、燃料電池車両１の停止時における掃気処理を短縮すると低温環境下での燃料電池車両１の始動性能を確保できない虞があり、また、発電ストイキを低下させると燃料電池１１を劣化させる虞があるため、いずれも好ましいとは言えない。
これに対して、本実施の形態のように充電電流の制御を行うことで、燃料電池１１の始動時において、燃料電池１１を保護しつつ、燃料電池車両１の駆動を迅速に開始することができる点で優れていると言える。
【００３３】
図４は燃料電池車両１の起動制御の他の処理内容を示すフローチャートである。同図に示すように、ステップＳ１２で初期キャパシタ電圧の読込を行った後、ステップＳ３２で、温度センサ２５により検出した燃料電池１１の温度を初期スタック代表温度として読み込んで、制御装置２０のメモリに記憶する。そして、ステップＳ３４では、初期スタック代表温度および初期キャパシタ電圧に基づいてマップ（図５（ｂ）参照）から電流指令値を検索する。以上の点が、図２に示したフローチャートと異なっている。このようにすると、１つのマップに基づいて電流指令値を設定できる点で、制御装置２０のメモリ負担を低減できる。
【００３４】
なお、本発明の内容は実施の形態のみに限定されるものでないことはもちろんであり、例えば、車両以外のシステムに適用したものであってもよい。また、電流指令をマップ検索するパラメータとしては、燃料電池の温度や発電電圧に限定されず、燃料電池の電圧活性が推定できるパラメータであれば、燃料電池の温度以外の物理量でマップを検索するようにしてもよい。例えば、反応ガスである水素やエアの温度、燃料電池を冷却する冷却水の温度、キャパシタをプリチャージするときの電流値、等を用いてもよい。特に、キャパシタの電圧値を用いて電流指令を行う場合には、燃料電池の発電特性を正確に検知でき、よりきめ細かな電流量の制御を行うことが可能となる点で好ましい。また、蓄電装置としてキャパシタを用いた場合について説明したが、これに限らず、例えばバッテリを用いてもよい。また、実施の形態では、設定した電流指令値に固定して蓄電装置であるキャパシタの充電処理を行うことで、充電処理中にコンプレッサから発生する作動音の変動を抑制でき、搭乗者に与える違和感を低減できる点で好ましいが、これに限らず、電流指令値を充電処理中に変更する制御を行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池車両の構成図である。
【図２】燃料電池車両の起動制御の処理内容を示すフローチャートである。
【図３】燃料電池の代表温度と電流指令値との関係を、キャパシタの電圧毎に示したグラフ図である。
【図４】燃料電池車両の起動制御の他の処理内容を示すフローチャートである。
【図５】燃料電池の代表温度と、活性状態、および、キャパシタの電圧毎の電流指令値の関係を示すグラフ図である。
【図６】燃料電池車両の起動の流れを示す説明図である。
【図７】常温環境下で停止した燃料電池車両を常温環境下で起動する場合における燃料電池およびキャパシタの状態説明図である。
【図８】低温環境下で燃料電池車両を起動する場合における燃料電池およびキャパシタの状態説明図である。
【図９】低温環境下で停止した燃料電池車両を常温環境下で起動する場合における燃料電池およびキャパシタの従来例における状態説明図である。
【符号の説明】
【００３６】
１…燃料電池車両（燃料電池システム）
１１…燃料電池
１２…第１電流・電圧制御器（取出電流制御手段、蓄電装置充電手段）
１３…第２電流・電圧制御器（取出電流制御手段、蓄電装置充電手段）
１４…キャパシタ（蓄電装置）
１８…エアーコンプレッサ（反応ガス供給手段）
１９ａ…水素タンク（反応ガス供給手段）
２０…制御装置（活性状態検知手段、発電開始手段）
２３…出力電圧センサ（発電電圧検出手段、活性状態検知手段）
２４…端子電圧センサ（端子間電圧検知手段）
２５…温度センサ（活性状態検知手段）
【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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