(57)【要約】【課題】  冷却液を加熱するヒータを備えた燃料電池システムにおいて、運転条件に応じて適宜ヒータを作動させることで、運転性能を向上するとともに、省エネルギー化を達成する。【解決手段】  アノードに水素を含むアノードガスの供給を受けると共に、カソードに酸素を含むカソードガスの供給を受けて、電力を発生する燃料電池１２と、燃料電池１２に冷却液を供給する冷却液供給手段１４，１６と、冷却液を加熱するヒータ３０と、ユーザによる暖気モード切換スイッチ４２の操作に応じてヒータ３０の発熱量を制御する制御手段４０と、を備える。ユーザが高出力を要求する場合はヒータの発熱量を増加することで燃料電池の出力を増大することができ、ユーザが省エネルギー運転を要求する場合はヒータの発熱量を抑制することでエネルギー消費を抑えることが可能となる。【選択図】      図１
2006294500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードに水素を含むアノードガスの供給を受けると共に、カソードに酸素を含むカソードガスの供給を受けて、電力を発生する燃料電池と、
前記燃料電池に冷却液を供給する冷却液供給手段と、
前記冷却液を加熱するために設けられたヒータと、
ユーザの設定に基づいて前記ヒータの発熱量を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御手段は、前記ヒータにより前記冷却液を加熱する第１のモードと、前記ヒータによる前記冷却液の加熱を停止または抑制する第２のモードと、を切り換えて制御することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記冷却液の温度を取得する冷却液温度取得手段を備え、
前記第２のモードにおいて、前記燃料電池の温度が所定値よりも低下した場合は、前記ヒータの発熱量を増加することを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池の出力を取得する出力取得手段を備え、
前記第２のモードにおいて、前記燃料電池の出力が前記燃料電池に要求されている出力よりも低下した場合は、前記ヒータの発熱量を増加することを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記制御手段は、過去の前記燃料電池の運転の履歴、又は過去の前記第１のモードと前記第２のモードの切り換えの履歴に基づいて前記ヒータの発熱量を制御することを特徴とする請求項２〜４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】
この発明は、燃料電池システムに関し、特に、冷却液を加熱するヒータを備えたシステムに適用して好適である。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特開２００３−２４９２５１号公報には、燃料電池の冷却水流路にヒータを配置して、燃料電池を加熱するシステムが開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２４９２５１号公報
【特許文献２】特開２００２−３１３３９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の技術において、冷却水をヒータで加熱した場合は燃料電池の出力がヒータで消費されるため、エネルギーの消費が大きくなる。そして、システム内のエネルギーがヒータで消費されると、システムの燃費、効率が低下するという問題が発生する。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、冷却液を加熱するヒータを備えた燃料電池システムにおいて、運転条件に応じて適宜ヒータを作動させることで、運転性能を向上するとともに、省エネルギー化を達成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、アノードに水素を含むアノードガスの供給を受けると共に、カソードに酸素を含むカソードガスの供給を受けて、電力を発生する燃料電池と、前記燃料電池に冷却液を供給する冷却液供給手段と、前記冷却液を加熱するために設けられたヒータと、ユーザの設定に基づいて前記ヒータの発熱量を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明において、前記制御手段は、前記ヒータにより前記冷却液を加熱する第１のモードと、前記ヒータによる前記冷却液の加熱を停止または抑制する第２のモードと、を切り換えて制御することを特徴とする。
【０００８】
第３の発明は、第２の発明において、前記冷却液の温度を取得する冷却液温度取得手段を備え、前記第２のモードにおいて、前記燃料電池の温度が所定値よりも低下した場合は、前記ヒータの発熱量を増加することを特徴とする。
【０００９】
第４の発明は、第２の発明において、前記燃料電池の出力を取得する出力取得手段を備え、前記第２のモードにおいて、前記燃料電池の出力が前記燃料電池に要求されている出力よりも低下した場合は、前記ヒータの発熱量を増加することを特徴とする。
【００１０】
第５の発明は、第２〜第４の発明のいずれかにおいて、前記制御手段は、過去の前記燃料電池の運転の履歴、又は過去の前記第１のモードと前記第２のモードの切り換えの履歴に基づいて前記ヒータの発熱量を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
第１の発明によれば、ユーザの設定に基づいてヒータの発熱量を制御するようにしたため、ユーザが高出力運転を要求する場合はヒータの発熱量を増加することで燃料電池の出力を増大することができ、ユーザが省エネルギー運転を要求する場合はヒータの発熱量を抑制することでエネルギー消費を抑えることが可能となる。従って、ユーザの要望に応じた運転状態でシステムを運転することが可能となる。
【００１２】
第２の発明によれば、ヒータにより冷却液を加熱する第１のモードと、ヒータによる冷却液の加熱を停止または抑制する第２のモードと、を切り換えて制御するようにしたため、燃料電池に高出力を発揮させる場合は第１のモードで冷却液を加熱することで、燃料電池の出力を増大することができる。また、燃料電池に高出力を発揮させる必要がない場合は、第２のモードにより冷却液の加熱を停止又は抑制することで、燃料電池システムのエネルギー消費を抑えることが可能となる。
【００１３】
第３の発明によれば、第２のモードにおいて、燃料電池の温度が所定値よりも低下した場合は、ヒータの発熱量を増加するため、燃料電池の出力を増大することができる。従って、例えばアイドリング状態が継続した場合など、燃料電池の温度低下により出力低下が見込まれる場合であっても、燃料電池の出力が低下してしまうことを確実に抑止できる。
【００１４】
第４の発明によれば、第２のモードにおいて、燃料電池の出力が燃料電池に要求されている出力よりも低下した場合は、ヒータの発熱量を増加するため、燃料電池の出力を増大することができる。従って、要求出力に応じた出力を燃料電池に発揮させることができる。
【００１５】
第５の発明によれば、過去の燃料電池の運転の履歴、又は過去の第１のモードと第２のモードの切り換えの履歴に基づいてヒータの発熱量を制御するため、過去の履歴に基づいてヒータの発熱量を最適に制御することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面に基づいてこの発明のいくつかの実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１７】
実施の形態１．
図１は、本発明の各実施形態に係る燃料電池システム１０の構成を示す模式図である。燃料電池システム１０は、燃料電池自動車などの車両に搭載され、当該車両を駆動するものである。燃料電池システム１０は、水素リッチな燃料ガスを燃料とし、空気を酸化ガスとして用いて、電力を発生する燃料電池（ＦＣ）１２を有している。
【００１８】
燃料電池１２は、発電を行う際に水（水蒸気）を生成する種類のものであればよく、具体的には、固体高分子型（ＰＥＭＦＣ）、固体電解質型（ＳＯＦＣ）、リン酸型（ＰＡＦＣ）等の燃料電池である。例えば固体高分子型を例に挙げると、燃料電池１２は、電解質膜、アノード、カソード、およびセパレータとから構成されるセルを複数積層して構成される。アノード、カソードの間には、燃料ガスおよび酸化ガスの流路が形成されている。電解質膜は、フッ素系樹脂などの固体高分子材料で形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜である。アノードおよびカソードは、共に炭素繊維を織成したカーボンクロスにより形成されている。セパレータは、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボンなどガス不透過の導電性部材により形成されている。
【００１９】
図１に示すように、燃料電池１２には、冷却液供給管１４と冷却液排出管１６が連通している。冷却液供給管１４にはポンプ１８が設けられており、ポンプ１８の作動により冷却液供給管１４内の冷却液が燃料電池１２へ送り込まれる。燃料電池１２内に送られた冷却液は、燃料電池１２の内部を循環し、冷却液排出管１６から排出される。燃料電池１２は所定の動作温度で発電を行うが、冷却液を燃料電池１２の内部に循環させることで、燃料電池１２の温度を適温に保つことができる。
【００２０】
図１に示すように、冷却液供給管１４および冷却液排出管１６は、ラジエター２０に接続されている。また、ラジエター２０に隣接して、ラジエター２０への送風を行う冷却ファン２１が設けられている。燃料電池１２から排出された冷却液は、冷却液排出管１６からラジエター２０に送られて冷却される。ラジエター２０で冷却された冷却液は、冷却液供給管１４から燃料電池１２へ再び送られる。
【００２１】
また、ラジエター２０と並行してバイパス管２２が設けられている。バイパス管２２の一方の端部は冷却液排出管１６に接続され、他方の端部は冷却液供給管１４に接続されている。そして、バイパス管２２と冷却液供給管１４との接続部には三方弁２４が設けられている。三方弁２４によれば、ラジエター２０とバイパス管２２のそれぞれに流れる冷却液の流量比を調整することができ、燃料電池１２から排出された冷却液を適宜バイパス管２２に流すことで、ラジエター２０による冷却液の冷却量を調整することができる。従って、冷却液を最適な温度に制御することができる。
【００２２】
冷却液供給管１４には、燃料電池１２の近傍に温度センサ２６が設けられている。温度センサ２６によれば、燃料電池１２に送られる冷却液の温度（冷却液入口温度Ｔ１）を検出することができる。また、冷却液排出管１６には、燃料電池１２の近傍に温度センサ２８が設けられている。温度センサ２８によれば、燃料電池１２から排出された冷却液の温度（冷却液出口温度Ｔ２）を検出することができる。
【００２３】
燃料電池１２の運転中、冷却液入口温度Ｔ１と冷却液出口温度Ｔ２との差が所定温度以上の場合は、燃料電池１２の内部温度が所定の不均一状態であると判断できる。この場合、ポンプ１８の駆動電圧を上昇させて燃料電池１２の内部温度の平均化を図る制御が行われる。
【００２４】
冷却液供給管１４には熱源としてのヒータ３０が設けられている。燃料電池１２の始動時など冷却液の温度が低下している場合は、ヒータ３０により冷却液が温められる。従って、ヒータ３０により燃料電池１２を暖機することができ、燃料電池１２を短時間で動作温度に到達させることが可能となる。
【００２５】
本実施形態のシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）４０を備えている。ＥＣＵ４０は、本実施形態のシステムを制御する機能を有している。すなわち、ＥＣＵ４０には、温度センサ２６，２８などシステムが備える各種センサ、および燃料電池１２の出力を検出するセンサの出力が供給されている。また、ＥＣＵ４０には、上述したポンプ１８、三方弁２４、ヒータ３０、冷却ファン２１などのアクチュエータ、および燃料電池１２への燃料ガスおよび酸化ガスの供給量を制御するポンプ、制御弁などのアクチュエータが接続されている。ＥＣＵ４０は、それらのセンサ出力を基礎として所定の処理を行うことにより、上述した各種のアクチュエータを適当に駆動することができる。
【００２６】
ＥＣＵ４０には、暖機モード切換スイッチ４２が接続されている。暖機モード切換スイッチ４２は、燃料電池システム１０が搭載された車両の運転者によって操作される。暖機モード切換スイッチ４２は、ヒータ３０により冷却液を加熱して燃料電池１２の出力を増加する出力増加モードと、ヒータ３０による冷却液の加熱を停止または抑制して、燃料電池１２の出力の消費を抑える省エネルギーモードとを切り換える機能を有している。
【００２７】
燃料電池１２は所定の動作温度で最も効率良く動作するため、冷間始動時など冷却液の温度が低下している場合は、早期に燃料電池１２を動作温度に昇温することが好適である。この際、ヒータ３０により冷却液を加熱することで、ヒータ３０の発熱と燃料電池１２の発熱の相乗効果により、燃料電池１２を短時間で動作温度に到達させることが可能となり、始動直後から燃料電池１２の出力を増大することができる。従って、出力増加モードによれば始動直後の高出力運転が可能となり、燃料電池自動車の急加速、高速走行等が可能である。
【００２８】
一方、燃料電池１２は発電に伴って熱を発生するため、ヒータ３０への通電を停止または抑制した場合であっても、燃料電池１２の発熱により冷却液の温度は上昇する。この場合、ヒータ３０で加熱を行った場合に比べて冷却液の温度上昇は緩やかになるが、ヒータ３０は燃料電池１２の電力を利用して発熱するため、ヒータ３０への通電を停止または抑制することで、電力消費を抑えることができる。これにより、ヒータ３０への電力を車両駆動用の電力として利用することができ、システムの効率を高めることが可能となる。従って、低速運転時など消費電力が比較的少ない運転条件では、省エネルギーモードによる運転を行うことで、燃料電池システム１０のエネルギー消費を低減することができ、車両燃費、効率を向上することが可能となる。なお、燃料電池システム１０が２次電池を備えている場合は、ヒータ３０への通電停止、通電抑制により余剰となった電力を２次電池に蓄えることが好適である。
【００２９】
本実施形態では、暖機モード切換スイッチ４２を運転者が操作することで、ヒータ３０により冷却液を加熱する出力増加モードと、ヒータ３０による冷却液の加熱を停止または抑制する省エネルギーモードとを切り換えて燃料電池システム１０を運転できるようにしている。これにより、運転者が始動直後から高出力を要求している場合は出力増加モードにより運転を行い、特に高出力を要求していない場合は省エネルギーモードで運転を行うことで、運転条件に適合した最適なモードでシステムを運転することが可能となり、エネルギーの消費を抑えることができる。
【００３０】
次に、図２のフローチャートに基づいて、本実施形態のシステムにおける処理の手順を説明する。先ず、ステップＳ１では、燃料電池１２の暖機が必要であるか否かを判定する。すなわち、ここでは、温度センサ２６，２８で検出した冷却液の温度と所定のしきい値とを比較し、冷却液の温度がしきい値以下である場合は、燃料電池１２の温度が低下しているため、暖機が必要であると判定する。
【００３１】
ステップＳ１で暖機が必要と判定された場合は、ステップＳ２へ進む。ステップＳ２では、暖機モード切換スイッチ４２により設定されている暖機モードを参照する。一方、ステップＳ１で暖機が不要と判定された場合は、ステップＳ３へ進む。ステップＳ３へ進んだ場合は、冷却液の温度が十分に昇温しているため、暖機モードを参照することなくヒータ３０への通電を停止し、通常運転を行う。ステップＳ３の後は処理を終了する(RETURN)。
【００３２】
ステップＳ２の後はステップＳ４へ進む。ステップＳ４では、ステップＳ２で参照した暖機モードが省エネルギーモードであるか否かを判定する。暖機モードが省エネルギーモードである場合はステップＳ５へ進み、ヒータ３０への通電を停止または抑制する。これにより、暖機が抑制され、ヒータ３０における電力消費を抑えることができる。この場合、燃料電池１２自身の発熱により燃料電池１２が暖機される。なお、外気温が低下している場合などヒータ３０への通電を停止した場合に燃料電池１２の継続的な動作に支障が生じる場合は、燃料電池１２の温度、出力を監視しながら、燃料電池１２が継続動作できる範囲でヒータ３０への通電を抑制することが好適である。ステップＳ５の後は処理を終了する(RETURN)。
【００３３】
一方、ステップＳ４で暖機モードが省エネルギーモードでないと判定された場合、すなわち暖機モードが出力増加モードであると判定された場合は、ステップＳ６へ進む。ステップＳ６では、ヒータ３０への通電を行い、ヒータ３０の最大出力で冷却液を加熱する。これにより、燃料電池１２を短時間で動作温度に到達させることができ、始動直後から燃料電池１２に高出力を発揮させることが可能となる。ステップＳ６の後は処理を終了する(RETURN)。
【００３４】
以上説明したように実施の形態１によれば、暖機モード切換スイッチ４２の操作により暖機モードを切り換えることができるため、始動直後から燃料電池１２に高出力を発揮させたい場合は出力増加モードでヒータ３０への通電を行うことで、燃料電池１２の出力を増大することができる。また、始動直後に燃料電池１２に高出力を発揮させる必要がない場合は、省エネルギーモードによりヒータ３０への通電を停止または抑制することで、燃料電池システム１０のエネルギー消費を抑えることが可能となる。
【００３５】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２のシステムの構成は、図１のシステムと同様である。省エネルギーモードでシステムを運転した場合、ヒータ３０への通電が停止または抑制されているため、アイドリング状態が継続している場合など燃料電池１２の発電量が少ない場合は、冷却液の温度が低下することがある。この場合、燃料電池１２の温度が低下して、出力が低下してしまう場合が想定される。
【００３６】
実施の形態２は、省エネルギーモードで運転している際に燃料電池１２の最大出力が所定の下限値以下となった場合は、ヒータ３０への通電を行い、冷却液を加熱することで下限値以上の出力を確保するものである。ここで、下限値は、例えばシステムが搭載された燃料電池自動車を最低限運転するために必要な出力である。
【００３７】
図３は、実施の形態２のシステムにおける処理の手順を示すフローチャートである。先ず、ステップＳ１１では、燃料電池１２の暖機が必要であるか否かを判定する。すなわち、ここでは、温度センサ２６，２８で検出した冷却液の温度と所定のしきい値とを比較する。そして、冷却液の温度がしきい値以下である場合は、燃料電池１２の温度が低下しているため、暖機が必要であると判定する。
【００３８】
ステップＳ１１で暖機が必要と判定された場合は、ステップＳ１２へ進む。ステップ１Ｓ２では、暖機モード切換スイッチ４２により設定されている暖機モードを参照する。一方、ステップＳ１１で暖機が不要と判定された場合は、ステップＳ１３へ進む。ステップＳ１３へ進んだ場合は、冷却液の温度が十分に昇温しているため、暖機モードを参照することなくヒータ３０への通電を停止し、通常運転を行う。ステップＳ１３の後は処理を終了する(RETURN)。
【００３９】
ステップＳ１２の後はステップＳ１４へ進む。ステップＳ１４では、ステップＳ１２で参照した暖機モードが省エネルギーモードであるか否かを判定する。暖機モードが省エネルギーモードである場合は、ステップＳ１５へ進む。ステップＳ１５では、ヒータ３０への通電を停止または抑制する。これにより、暖機が抑制され、ヒータ３０における電力消費を抑えることができる。この場合、燃料電池１２自身の発熱により燃料電池１２が暖機される。
【００４０】
ステップＳ１５の後はステップＳ１６へ進む。ステップＳ１６では、燃料電池１２の温度と第１のしきい値とを比較し、（燃料電池温度）＜（第１のしきい値）であるか否かを判定する。そして、この状態が継続している時間（積算時間）が所定のしきい値を超えたか否かを判定する。すなわち、ステップＳ１６では、（燃料電池温度）＜（第１のしきい値）が成立し、かつ（積算時間）＞（しきい値）が成立するか否かを判定する。燃料電池１２の温度としては、冷却液出口温度Ｔ２を用いることができる。また、第１のしきい値は、燃料電池１２の最大出力が上述した下限値となる場合の冷却液の温度である。
【００４１】
ステップＳ１６の条件が成立する場合はステップＳ１７へ進む。この場合、燃料電池１２の温度が第１のしきい値よりも低下している状態が所定時間継続しているため、出力低下により車両の走行に支障が生じることが想定される。このため、ステップＳ１７では、ヒータ３０への通電を行い、ヒータ３０の最大出力で暖機を実施する。これにより、冷却液を加熱することができ、燃料電池１２の出力を増大することが可能となる。
【００４２】
一方、ステップＳ１７の条件が成立しない場合は、ステップＳ１５へ戻り、省エネルギーモードによる運転を継続する。
【００４３】
ステップＳ１７の後はステップＳ１８へ進む。ステップＳ１８では、燃料電池１２の温度と第２のしきい値とを比較し、（燃料電池温度）＞（第２のしきい値）であるか否かを判定する。ここで、第２のしきい値は第１のしきい値よりも大きな値であり、燃料電池１２が上述した下限値以上の出力を安定して発揮できるか否かを判定するしきい値である。
【００４４】
ステップＳ１８において、（燃料電池温度）＞（第２のしきい値）の場合は、ステップＳ１９へ進む。この場合、燃料電池１２の温度が第２のしきい値を超えているため、燃料電池１２が上述した下限値以上の出力を安定して発揮できる。従って、ステップＳ１９では、ヒータ３０への通電を停止または抑制し、省エネルギーモードによる運転を行う。ステップＳ１９の後は処理を終了する(RETURN)。
【００４５】
一方、ステップＳ１８において、（燃料電池温度）≦（第２のしきい値）の場合は、ステップＳ１７へ戻る。この場合、燃料電池１２の温度が第２のしきい値以下であるため、燃料電池１２の温度が第１のしきい値よりも小さくなり、燃料電池１２の最大出力が下限値を下回ることが想定される。従って、ステップＳ１７において、ヒータ３０への通電を行い、ヒータ３０の最大出力で暖機を実施する。これにより、燃料電池１２の出力を増大することができる。
【００４６】
ステップＳ１４で暖機モードが省エネルギーモードでないと判定された場合、すなわち暖機モードが出力増加モードであると判定された場合は、ステップＳ２０へ進む。ステップＳ２０では、ヒータ３０への通電を行い、ヒータ３０により冷却液を加熱する。これにより、燃料電池１２を短時間で動作温度に到達させることができ、燃料電池１２に高出力を発揮させることが可能となる。ステップＳ２０の後は処理を終了する(RETURN)。
【００４７】
以上説明したように実施の形態２によれば、省エネルギーモードで運転が行われる場合において、燃料電池１２の温度が低下して最大出力が所定の下限値以下となる場合は、ヒータ３０への通電を行うようにしたため、燃料電池１２の出力を増加することが可能となる。これにより、省エネルギーモードの運転において、燃料電池１２の出力が低下して車両走行に支障が生じてしまうことを抑止できる。
【００４８】
実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について説明する。実施の形態３のシステムの構成は、図１のシステムと同様である。省エネルギーモードでは燃料電池１２の出力が抑えられるため、例えば運転者がアクセルペダルを大きく踏み込んだ場合など、車両からシステムへの要求出力が燃料電池１２の最大出力を超えてしまう場合が想定される。この場合、燃料電池１２に最大出力以上の出力を発揮させることはできないため、燃料電池１２の出力は最大出力以下に制限される。
【００４９】
燃料電池１２の出力に制限がかけられた状態では、アクセルペダルの踏み込み量に応じた加速ができないため、運転者に加速のもたつき感を与え、ドライバビリティが悪化してしまうことが懸念される。
【００５０】
実施の形態３では、このような場合にヒータ３０への通電を行い、冷却液を加熱するようにしている。これにより、燃料電池１２の温度を上昇させることができ、車両からの要求出力に対応した出力を燃料電池１２が発揮することが可能となる。
【００５１】
図４は、実施の形態３のシステムにおける処理の手順を示すフローチャートである。先ず、ステップＳ２１では、燃料電池１２の暖機が必要であるか否かを判定する。すなわち、ここでは、温度センサ２６，２８で検出した冷却液の温度と所定のしきい値とを比較する。そして、冷却液の温度がしきい値以下である場合は、燃料電池１２の温度が低下しているため、暖機が必要であると判定する。
【００５２】
ステップＳ２１で暖機が必要と判定された場合は、ステップＳ２２へ進む。ステップ２Ｓ２では、暖機モード切換スイッチ４２により設定されている暖機モードを参照する。一方、ステップＳ２１で暖機が不要と判定された場合は、ステップＳ２３へ進む。ステップＳ２３へ進んだ場合は、冷却液の温度が十分に昇温しているため、暖機モードを参照することなくヒータ３０への通電を停止し、通常運転を行う。ステップＳ２３の後は処理を終了する(RETURN)。
【００５３】
ステップＳ２２の後はステップＳ２４へ進む。ステップＳ２４では、ステップＳ２２で参照した暖機モードが省エネルギーモードであるか否かを判定する。暖機モードが省エネルギーモードである場合は、ステップＳ２５へ進む。ステップＳ２５では、ヒータ３０への通電を停止または抑制する。これにより、暖機が抑制され、ヒータ３０における電力消費を抑えることができる。この場合、燃料電池１２自身の発熱により燃料電池１２が暖機される。
【００５４】
ステップＳ２５の後はステップＳ２６へ進む。ステップＳ２６では、現時点における燃料電池１２の最大出力と車両からの要求出力とを比較し、（最大出力）＜（要求出力）であるか否かを判定する。ここで、現時点における燃料電池１２の最大出力は、現時点での燃料電池１２の温度（冷却水出口温度Ｔ２）に基づいて求められる。そして、この状態が継続している時間（積算時間）が所定のしきい値を超えたか否かを判定する。すなわち、ステップＳ２６では、（最大出力）＜（要求出力）が成立し、かつ（積算時間）＞（しきい値）が成立するか否かを判定する。なお、（最大出力）＜（要求出力）が成立する頻度に基づいてステップＳ２６の判定を行っても良い。
【００５５】
ステップＳ２６の条件が成立する場合は、ステップＳ２７へ進む。この場合、燃料電池１２の最大出力が要求出力未満である状態が所定時間継続しているため、燃料電池１２が運転者の要求に応じた出力を発揮できない場合が想定され、加速のもたつきなどドライバビリティの悪化が懸念される。このため、ステップＳ２７では、ヒータ３０への通電を行い、ヒータ３０の最大出力で暖機を実施する。これにより、冷却液を加熱することができ、燃料電池１２の出力を増大することが可能となる。
【００５６】
一方、ステップＳ２７の条件が成立しない場合は、ステップＳ２５へ戻り、省エネルギーモードによる運転を継続する。
【００５７】
ステップＳ２７の後はステップＳ２８へ進む。ステップＳ２８では、燃料電池１２の温度と第２のしきい値とを比較し、（燃料電池温度）＞（第３のしきい値）であるか否かを判定する。ここで、第３のしきい値は、要求出力が最大となった場合に、燃料電池１２が要求出力に対応する出力を発揮できる温度である。
【００５８】
ステップＳ２８において、（燃料電池温度）＞（第２のしきい値）の場合は、ステップＳ２９へ進む。この場合、燃料電池１２の温度が第３のしきい値を超えているため、要求出力が最大となった場合においても、燃料電池１が要求出力に対応した出力を発揮できる。従って、ステップＳ２９では、ヒータ３０への通電を停止し、省エネルギーモードによる運転を行う。ステップＳ２９の後は処理を終了する(RETURN)。
【００５９】
一方、ステップＳ２８において、（燃料電池温度）≦（第２のしきい値）の場合は、ステップＳ２７へ戻る。この場合、燃料電池１２の温度が第２のしきい値以下であるため、燃料電池１２の最大出力が下限値を下回ることが想定される。従って、ステップＳ２７において、ヒータ３０への通電を行い、暖機を最大出力で実施することで、燃料電池１２の出力を増大する制御を行う。
【００６０】
ステップＳ２４で暖機モードが省エネルギーモードでないと判定された場合、すなわち暖機モードが出力増加モードであると判定された場合は、ステップＳ３０へ進む。ステップＳ３０では、ヒータ３０への通電を行い、ヒータ３０により冷却液を加熱する。これにより、燃料電池１２を短時間で動作温度に到達させることができ、燃料電池１２に高出力を発揮させることが可能となる。ステップＳ３０の後は処理を終了する(RETURN)。
【００６１】
以上説明したように実施の形態３によれば、省エネルギーモードで運転が行われる場合において、燃料電池１２の最大出力が車両からの要求出力未満となる場合は、ヒータ３０への通電を行うようにしたため、燃料電池１２の出力を増加することが可能となる。これにより、省エネルギーモードの運転において、要求出力に応じた出力を燃料電池１２に発揮させることができ、加速のもたつき等によりドライバビリティが悪化してしまうことを抑止できる。
【００６２】
なお、上述した各実施形態では、出力増加モードと省エネルギーモードとの間で暖機モードを切り換えることとしたが、暖気モードをより多くのモードに分割し、ヒータ３０の発熱量を多段階に制御しても良い。
【００６３】
また、上述した各実施形態では、暖機モード切換スイッチ４２の設定に応じて暖機モードを切り換えることとしたが、運転者によるアクセルペダルの踏み込み量、車速等の走行パターンの履歴、過去の暖気モード切換スイッチ４２の切換履歴等に基づいて、暖機モードの設定をＥＣＵ４０が行うようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の各実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す模式図である。
【図２】実施の形態１のシステムにおける処理の手順を示すフローチャートである。
【図３】実施の形態２のシステムにおける処理の手順を示すフローチャートである。
【図４】実施の形態３のシステムにおける処理の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６５】
１０  燃料電池システム
１２  燃料電池
１４  冷却液供給管
１６  冷却液排出管
３０  ヒータ
２６，２８  温度センサ
４０  ＥＣＵ
４２  暖機モード切換スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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