(57)【要約】【課題】  燃料電池の作動温度に従って燃料電池のアイドル停止状態を切り替えて、燃料電池の発電の不安定な状態にならないようにし、燃料電池のアイドルによって燃料電池移動体の移動に支障をきたさないようにすること。【解決手段】  ＥＣＵ９は、燃料電池３が発電中で、かつ、アイドルストップ要求があった場合に、出口水温センサ３５が検出する温度TWOUT（作動温度）が所定値よりも低いときには、アイドルストップ禁止指令を出し、燃料電池３のアイドル停止を行わせない。つまり、ＥＣＵ９は、燃料電池３のアイドル停止制御に優先して、燃料電池３を発電状態にする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスおよび酸化剤ガスの反応によって発電を行う燃料電池と、この燃料電池の発電を停止してアイドル停止状態にするアイドル停止手段とを備え、前記燃料電池の電力で駆動する燃料電池移動体であって、
前記燃料電池の作動温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段により検出された作動温度と燃料電池の発電が不安定にならない所定温度とに応じて、前記アイドル停止手段によるアイドル停止制御に優先して前記燃料電池を発電状態にする発電優先手段と、
を備えたことを特徴とする燃料電池移動体。
【請求項２】
燃料ガスおよび酸化剤ガスの反応によって発電を行う燃料電池の発電を停止してアイドル停止状態にするアイドル停止制御を実行する制御手段を備え、前記燃料電池の電力で駆動する燃料電池移動体のアイドル停止制御方法であって、
前記制御手段は、
前記燃料電池の作動温度を検出する温度検出手段により検出される作動温度と燃料電池の発電が不安定にならない所定温度とに応じて、アイドル停止制御に優先して前記燃料電池を発電状態にすることを特徴とする燃料電池移動体のアイドル停止制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車や鉄道等の燃料電池移動体に搭載される燃料電池の発電を停止するアイドル停止制御技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料電池移動体としては、移動停止時に、燃料電池の発電を停止してアイドル停止状態として燃費を向上させるもの（特許文献１参照）や、燃料電池の電圧（セル電圧）を検出して、セル電圧の不安定な状態を判断し、安定なセル電圧になるまでアイドル停止状態を禁止することで、燃料電池による発電を安定して行わせるものが知られている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００１−３５９２０４号公報（段落番号００２６〜００３８、図１〜５）
【特許文献２】特開２００４−１７３４５０号公報（段落番号００１２，００１３，００３５，００３６、図１，３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特許文献１，２に記載のものは、燃料電池の作動温度が低い状態のときに、アイドルを停止すると、暖機の促進が途中で止まってしまう。そのため、セル電圧が不安定な状態が長く続くことになり、例えば、アイドルから再起動する際の再始動性が悪く、燃料電池移動体の移動に支障をきたしてしまうという不具合がある。また、ドライバビリティの悪い状態が続くことにもなる。その一方で、アイドルストップは、燃費の改善の面からは必要である。
【０００４】
そこで、本発明は、燃料電池の作動温度に従って燃料電池のアイドル停止状態を切り替えて、燃料電池の発電が不安定な状態にならないようにし、燃料電池のアイドルによって燃料電池移動体の移動に支障をきたさないようにすることを課題とし、燃料電池移動体の駆動性能（走行性能）維持やドライバビリティが損なわれないようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、前記課題を解決して目的を達成するための手段として、燃料ガスおよび酸化剤ガスの反応によって発電を行う燃料電池と、この燃料電池の発電を停止してアイドル停止状態にするアイドル停止手段とを備え、前記燃料電池の電力で駆動する燃料電池移動体であって、前記燃料電池の作動温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段により検出された作動温度と燃料電池の発電が不安定にならない所定温度とに応じて、前記アイドル停止手段によるアイドル停止制御に優先して前記燃料電池を発電状態にする発電優先手段とを備えるようにした。
【０００６】
また、本発明は、前記課題を解決して目的を達成するための手段として、燃料ガスおよび酸化剤ガスの反応によって発電を行う燃料電池の発電を停止してアイドル停止状態にするアイドル停止制御を実行する制御手段を備え、前記燃料電池の電力で駆動する燃料電池移動体のアイドル停止制御方法であって、前記制御手段は、前記燃料電池の作動温度を検出する温度検出手段により検出される作動温度と燃料電池の発電が不安定にならない所定温度とに応じて、アイドル停止制御に優先して前記燃料電池を発電状態にするようにした。
【０００７】
これによって、燃料電池のアイドル停止時に、燃料電池の作動温度を検出することで、検出した作動温度に応じて、燃料電池の発電が不安定にならないように改善して、燃料電池をアイドル停止状態から優先して発電状態にすることができる。
なお、発電優先手段は、アイドルストップ禁止手段でもある。
【発明の効果】
【０００８】
したがって、本発明によれば、燃料電池の作動温度を検出することで、燃料電池の作動温度に従って燃料電池のアイドル停止状態を切り替えて、燃料電池の発電が不安定な状態にならないようにして安定して行えるという効果が得られる。また、本発明によれば、燃料電池の発電が安定して行えるようになるため、燃料電池のアイドル停止によって燃料電池移動体が支障をきたさずに移動できるという効果が得られる。したがって、本発明によれば、燃料電池が安定して発電を行うことで燃料電池移動体が支障なく移動できるため、燃料電池移動体の駆動性能（走行性能）維持やドライバビリティが損なわれるのを防止できるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下において、燃料電池移動体の一例として、燃料電池自動車の場合を説明するが、鉄道等であっても同様であり、さらに、燃料電池の発電する電力から動力を取り出す据付型の各種機器であっても、同様にアイドリング停止制御を行うことができるため、それらの説明は省略する。
【００１０】
[1.燃料電池自動車の構成]
まず、図１に示すブロック図に従って、燃料電池自動車１の構成を説明する。
この燃料電池自動車１は、図示しない車体を走行させるための動力源である負荷２と、この負荷２に電力を供給する燃料電池３と、この燃料電池３に冷却水を供給する冷却水供給システム４と、燃料電池３に水素を供給する水素供給システム５と、燃料電池３に空気（エア）を供給する空気供給システム６とを備えている。
また、この燃料電池自動車１は、燃料電池３の作動温度を検出するための温度検出手段（水素入口温度センサ３２、水素出口温度センサ３３、入口水温センサ３４、出口水温センサ３５および空気出口温度センサ３６）とを備えている。
【００１１】
さらに、この燃料電池自動車１は、セルＶ電圧器７とエゼクタ８とを備えている。
また、この燃料電池自動車１は、負荷２と燃料電池３と冷却水供給システム４と水素供給システム５と空気供給システム６とに信号線で接続し、各種データのやりとりを行って全体を制御すると共に特に後記するようにアイドル停止をするか否かの判断を行うＥＣＵ（Electronic Control Unit）９を備えている。以下、各部について説明する。
【００１２】
[1.1.負荷]
負荷２は、燃料電池３から供給される電力を消費して、燃料電池自動車１を走行させる動力源であり、インバータ２１と走行モータ２２と補機類２３とを備えている。
インバータ２１は、走行モータ２２に電気的に接続し、燃料電池３から供給される電力を直流から交流に変換して走行モータ２２に供給するものである。
走行モータ２２は、インバータ２１から供給される電力で回転して、図示しないトランスミッション等を介して図示しない車輪に駆動力を伝達し、燃料電池自動車１を走行させるものである。
補機類２３は、インバータ２１と並列に燃料電池３に接続し、走行モータ２２以外の電力を消費するものであり、例えば、ヘッドライト等の電気製品やＥＣＵ９を含む電子機器である。
【００１３】
[1.2.燃料電池]
燃料電池３は、アノード極３ａと、カソード極３ｂと、アノード極３ａおよびカソード極３ｂの間に配置した固体高分子の電解質膜３ｃとからなる複数のセルを積層したスタックから構成されている。なお、図１は構成を簡略化して示している。この燃料電池３は、アノード極３ａ側に水素供給システム５から供給される水素を流し、カソード極３ｂ側に空気供給システム６から供給される空気を流すようになっている。また、燃料電池３は、冷却水供給システム４から供給される冷却水を通すようになっている。
【００１４】
そして、この燃料電池３では、水素供給システム５から供給される水素と、空気供給システム６から供給される空気（エア）とが反応ガスとして供給されると、アノード極３ａの図示しない反応面で水素がイオン化され、電解質膜３ｃを介してカソード極３ｂの方に移動する。この間に生じた電子が取り出され、直流の電力として負荷２に供給される。
【００１５】
[1.3.温度検出手段]
温度検出手段は、前記したとおり、水素入口温度センサ３２と水素出口温度センサ３３と入口水温センサ３４と出口水温センサ３５と空気出口温度センサ３６とである。各センサの温度検出手段が検出する温度と燃料電池３の作動温度との関係は、あらかじめ実験等で求めておく。そして、後記するとおり、各センサの検出する値と、燃料電池３のアイドル停止を行う作動温度との関係から、ＥＣＵ９によるアイドル停止制御が可能になる。以下、各センサについて説明する。
【００１６】
[1.3.1.水素入口温度センサ]
水素入口温度センサ３２は、水素供給システム５から供給されて燃料電池３の入口から流入する水素の温度TH2INを検出するものである。燃料電池３の出口から排出された水素の一部は、エゼクタ８を介して再び燃料電池３の入口から流入する。そのため、燃料電池３の作動温度に応じて温度TH2INが可変する。つまり、燃料電池３の暖機が進んでいないときは、水素の温度も低いといえ、水素の入口温度からも燃料電池３の作動温度を特定することができる。したがって、この温度TH2INにより燃料電池３の作動温度を特定することができる。
[1.3.2.水素出口温度センサ]
水素出口温度センサ３３は、燃料電池３の出口から排出される水素の温度TH2OUTを検出するものである。この温度TH2OUTは、燃料電池３の作動温度に応じて可変するため、作動温度を特定できる。
【００１７】
[1.3.3.入口水温センサ]
入口水温センサ３４は、冷却水供給システム４から供給されて燃料電池３の入口から流入する冷却水の温度TWINを検出するものである。燃料電池３の出口から排出された冷却水が、冷却水供給システム４に戻って再度冷却されて、燃料電池３に供給される場合に、冷却水供給システム４の冷却能力を上げることができないときには、燃料電池３の作動温度に応じて温度TWINも可変する。そのため、前記と同様に、燃料電池３の暖機が進んでいないときは、冷却水の温度も低いといえ、冷却水の入口温度からも燃料電池３の作動温度を特定することができる。したがって、この温度TWINにより燃料電池３の作動温度が特定できる。
【００１８】
[1.3.4.出口水温センサ]
出口水温センサ３５は、燃料電池３の内部を通って出口から排出される冷却水の温度TWOUTを検出するものである。この温度TWOUTも、燃料電池３の作動温度に応じて可変するため、作動温度を特定できる。
[1.3.5.空気出口温度センサ]
空気出口温度センサ３６は、空気供給システム６から供給されて燃料電池３を通って出口から排出される空気の温度TAOUTを検出するものである。この温度TAOUTも、燃料電池３の作動温度に応じて可変するため、作動温度を特定できる。
【００１９】
なお、ここでは、水素入口温度センサ３２、水素出口温度センサ３３、入口水温センサ３４、出口水温センサ３５および空気出口温度センサ３６の５個所の温度検出手段を示してあるが、燃料電池３の作動温度を特定するためには、このうちの少なくとも１箇所の温度を検出すればよい。
そのため、以下の説明では、出口水温センサ３５が検出する冷却水の温度TWOUTにより燃料電池３の作動温度を特定する場合を説明するが、温度TH2IN、温度TH2OUT、温度TWINまたは温度TAOUTであっても同様に作動温度を特定できるため、これらの説明は省略する。
また、ここでは、いずれか１箇所の温度により作動温度を特定するものとして説明するが、少なくとも２箇所の温度が所定値の基準を満たす場合にアイドル停止を行うか否かを判断することも可能である。
【００２０】
[1.4.冷却水・水素・空気供給システム]
冷却水供給システム４は、燃料電池３を冷却する冷却水を循環して供給するものである。そのため、冷却水供給システム４は、循環して燃料電池３から戻ってくる冷却水の図示しない冷却手段や冷却ポンプを備えている。なお、冷却水と同じように燃料電池３を冷却する能力がある冷却媒体であれば、冷却水に限らない。
【００２１】
水素供給システム５は、燃料電池３のアノード極３ａに水素を供給するものである。そのため、水素供給システム５は、例えば、高圧で水素を保持する図示しない高圧水素タンクを備えている。
なお、燃料電池３から排出された水素のうちでエゼクタ８に戻らない水素は、燃料電池３から排出される空気と共に、図示しない希釈ボックスで混合され、濃度を低減して外気中に排出される。
空気供給システム６は、燃料電池３のカソード極３ｂに酸化剤としての空気（エア（特に酸素））を供給するものである。そのため、空気供給システム６は、図示しないエアコンプレッサを備えている。
【００２２】
[1.5.セルＶ電圧器（セルＶ）・エゼクタ]
セルＶ電圧器７は、燃料電池３を構成する複数のセルの各電圧を検出する。ここで検出されるセル電圧は、ＥＣＵ９により監視される。
しかし、本発明では、後記するとおり、ＥＣＵ９が、燃料電池３の作動温度に従ってアイドル停止状態を制御するため、セルＶが不安定な状態にならない。そのため、セルＶ電圧器７が検出するセル電圧は、ＥＣＵ９が正常にアイドル停止制御を行っているか否かの判断の基準として用いることができる。なお、ＥＣＵ９は、セル電圧が不安定なときには、アイドル停止を行わない。
エゼクタ８は、燃料電池３で発電により消費されなかった水素を回収するものである。このエゼクタ８は、水素の利用率を高める目的で配置されている。
【００２３】
[1.6.ＥＣＵ]
ＥＣＵ（制御手段（アイドル停止手段、発電優先手段））９は、前記したとおり、特に、アイドル停止を行うか否かを判断するものであり、以下の各ステップを実行する。
ＥＣＵ９は、セルＶ電圧器７の出力を監視することで、燃料電池３が発電中か否かを判断するステップを実行する。
また、ＥＣＵ９は、アクセルペダル開度ＡＰやイグニッションスイッチＩＧの開閉についての信号を受信して、アイドルストップ要求があるか否かを判断するステップを実行する。
また、ＥＣＵ９は、出口水温センサ３５等の温度検出手段から検出される温度TWOUT等の温度を燃料電池３の作動温度として監視するステップを実行する。
また、ＥＣＵ９は、図示しないメモリから作動温度の閾値（所定値）を読み出す。所定値とは、燃料電池３が安定して発電するのに必要な最小の温度である。ここでは、出口水温センサ３５が検出する温度TWOUTに対応する温度である。
【００２４】
[2.アイドル停止制御]
以下、図２に示すフローチャートに従って、図１を参照しつつＥＣＵ９の行うアイドル停止制御の処理を説明する。
ＥＣＵ９は、セルＶ電圧器７の出力を監視することで、燃料電池３が発電中か否かを判断する（Ｓ１）。ＥＣＵ９は、燃料電池３が発電中である場合（Ｓ１，Ｙｅｓ）には、アイドルストップ要求があるか否かを判断する（Ｓ２）。アイドルストップ要求信号としては、アクセルペダル開度ＡＰとブレーキ信号とを用いることができる。例えば、ＥＣＵ９は、アクセルペダルの踏み込みなしで、車速０ｋｍ／ｈ、かつ、ブレーキスイッチがオンのときにアイドル停止とする。
【００２５】
ＥＣＵ９は、アイドルストップ要求がある場合（Ｓ２，Ｙｅｓ）には、作動温度が所定値以上になっているか否かを判断する（Ｓ３）。ＥＣＵ９は、出口水温センサ３５が検出する温度TWOUT（作動温度）が所定値以上になっている場合（Ｓ３，Ｙｅｓ）には、アイドルストップ許可指令を出して、燃料電池３をアイドル停止状態にする（Ｓ４）。一方、ＥＣＵ９は、出口水温センサ３５が検出する温度TWOUT（作動温度）が所定値よりも低い場合（Ｓ３，Ｎｏ）には、アイドルストップ禁止指令を出し、燃料電池３のアイドル停止を行わせない。つまり、ＥＣＵ９は、燃料電池３のアイドル停止制御に優先して、燃料電池３を発電状態にする。このようにすることで、暖機が促進されて、燃料電池自動車１が移動することとなる。
【００２６】
なお、ＥＣＵ９は、燃料電池３が発電中でない場合（Ｓ１，Ｎｏ）には、燃料電池３が既にアイドル停止状態にあるため、処理を終了する。また、アイドルストップ要求がない場合（Ｓ２，Ｎｏ）には、燃料電池３が発電中（Ｓ１，Ｙｅｓ）であって、燃料電池自動車１が走行中であるため、処理を終了する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施形態に係る燃料電池自動車の構成を説明するブロック図である。
【図２】図１に示したＥＣＵの行うアイドル停止制御の処理を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００２８】
１      燃料電池自動車（燃料電池移動体）
３      燃料電池
３ａ    アノード極
３ｂ    カソード極
３ｃ    電解質膜
４      冷却水供給システム
５      水素供給システム
６      空気供給システム
７      セルＶ電圧器（セルＶ）
８      エゼクタ
９      ＥＣＵ（制御手段（アイドル停止手段、発電優先手段））
３２    水素入口温度センサ（温度検出手段）
３３    水素出口温度センサ（温度検出手段）
３４    入口水温センサ（温度検出手段）
３５    出口水温センサ（温度検出手段）
３６    空気出口温度センサ（温度検出手段）
【図１】
2006134600.tif 000003
【図２】
2006134600.tif 000004