(57)【要約】【課題】  アイドルストップ状態を解除することなく凝縮水の除去を可能とし、燃費や音振性能の向上を図ることを課題とする。【解決手段】  燃料電池システムがアイドルストップ状態にある場合に、燃料電池スタック２０１の第１の温度と、前回検出された燃料電池スタック２０１の第２の温度とを比較し、第１の温度が第２の温度に低下した場合にはその低下幅を算出し、算出した低下幅が所定値を超えた場合には、燃料電池システムで生じた凝縮水の発生量を推定し、推定した凝縮水の発生量が所定量を超えた場合には、水素循環ポンプ２０６ならびに空気コンプレッサ２１２の補機を駆動させて発生した凝縮水を排出し、排出後補機の駆動を再び停止し、アイドルストップ状態を継続して構成される。【選択図】  図３
2006294458.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池スタックに供給される燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電を行い、電力の要求がない場合には、前記燃料電池スタックに燃料ガスを送出する燃料ガス送出手段と前記燃料電池スタックに酸化剤ガスを送出する酸化剤ガス送出手段との補機の駆動を止め、前記燃料電池スタックに燃料ガスと酸化剤ガスとの供給を停止し、前記燃料電池スタックの発電を停止してシステムをアイドルストップ状態とする燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池スタックの温度を検出する温度検出手段と、
前記燃料電池システムがアイドルストップ状態に移行するとき、アイドルストップ状態に移行する直前の温度を、前記温度検出手段で検出し、前記燃料電池スタックの第１の温度として記憶するアイドルストップ移行時の燃料電池スタック温度記憶手段と、
前記燃料電池システムがアイドルストップ状態にある場合に、前記温度検出手段で検出された前記燃料電池スタックの第２の温度と、前記アイドルストップ移行時の燃料電池スタック温度記憶手段で記憶された前記燃料電池スタックの第１の温度とを比較し、前記第２の温度が前記第１の温度以下に低下した場合にはその低下幅を算出し、算出した低下幅が所定値を超えた場合には、前記補機を駆動させて発生した凝縮水を排出し、排出後前記補機の駆動を再び停止し、アイドルストップ状態を継続する制御手段と
を有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料ガス送出手段はポンプからなり、
前記酸化剤ガス送出手段は酸化剤ガスを圧縮して送出するコンプレッサからなり、
前記ポンプならびにコンプレッサが前記アイドルストップ状態で駆動される場合に、前記燃料電池システムがアイドルストップ状態に移行するときの温度が高いほど、前記ポンプならびにコンプレッサの回転数を高く設定する
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】
前記燃料ガス送出手段はポンプからなり、
前記酸化剤ガス送出手段は酸化剤ガスを圧縮して送出するコンプレッサからなり、
前記ポンプならびにコンプレッサが前記アイドルストップ状態で駆動される場合に、前記燃料電池システムがアイドルストップ状態に移行するときの温度が高いほど、前記ポンプならびにコンプレッサの駆動時間を長く設定する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
燃料電池スタックに供給される燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電を行い、電力の要求がない場合には、前記燃料電池スタックに燃料ガスを送出する燃料ガス送出手段と前記燃料電池スタックに酸化剤ガスを送出する酸化剤ガス送出手段との補機の駆動を止め、前記燃料電池スタックに燃料ガスと酸化剤ガスとの供給を停止し、前記燃料電池スタックの発電を停止してシステムをアイドルストップ状態とする燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池スタックの温度を検出する温度検出手段と、
前記燃料電池システムがアイドルストップ状態に移行するとき、アイドルストップ状態に移行する直前の温度を、前記温度検出手段で検出し、前記燃料電池スタックの第１の温度として記憶するアイドルストップ移行時の燃料電池スタック温度記憶手段と、
前記燃料電池システムがアイドルストップ状態にある場合に、前記温度検出手段で検出された前記燃料電池スタックの第２の温度と、前記アイドルストップ移行時の燃料電池スタック温度記憶手段で記憶された前記燃料電池スタックの第１の温度とを比較し、前記第２の温度が前記第１の温度以下に低下した場合にはその低下幅を算出し、算出した低下幅に応じて前記燃料電池システムで生じた凝縮水の発生量を推定する演算手段と、
前記演算手段で推定された凝縮水の発生量が所定量を超えた場合には、前記補機を駆動させて発生した凝縮水を排出し、排出後前記補機の駆動を再び停止し、アイドルストップ状態を継続する制御手段と
を有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料ガス送出手段はポンプからなり、
前記酸化剤ガス送出手段は酸化剤ガスを圧縮して送出するコンプレッサからなり、
前記ポンプならびにコンプレッサは、前記アイドルストップ状態で駆動される場合には、所定の回転数で所定時間連続して駆動される
ことを特徴とする請求項１，２，３及び４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記燃料ガス送出手段はポンプからなり、
前記酸化剤ガス送出手段は酸化剤ガスを圧縮して送出するコンプレッサからなり、
前記ポンプならびにコンプレッサは、前記アイドルストップ状態で駆動される場合には、所定の回転数で所定時間の間間欠的に駆動される、
ことを特徴とする請求項１，２，３及び４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記凝縮水を排出した後、前記第２の温度を第１の温度として記憶し、次回行われる前記第１の温度と前記第２の温度との比較処理の際に使用する
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記燃料電池スタックの温度は、前記燃料電池スタックから排出された、前記燃料電池スタックを冷却する冷却水の温度とする
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記燃料電池スタックの温度は、前記燃料電池スタックのカソード極から排出された酸化剤オフガスの温度とする
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記燃料電池スタックの温度は、前記燃料電池スタックのアノード極から排出された燃料オフガスの温度とする
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記燃料電池スタックの温度は、システムの雰囲気の外気温とする
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項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、車両の駆動用電源として燃料電池システムを搭載した燃料電池車両がアイドル運転時に、燃料電池システムを発電停止してアイドルストップ状態時の制御手法を改善した燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術としては、例えば以下に示す文献に記載されたものが知られている（特許文献１参照）。この文献１に記載された技術では、車両がアイドル運転状態になったときに燃料電池の発電を停止してアイドルストップとなる燃料電池システムにおいて、アイドルストップ状態の継続時間が所定時間を超えたときには、燃料電池スタックの温度低下量が所定温度幅以上となり凝縮水が発生しているおそれがあるので、要求負荷にかかわらず燃料電池システムのアイドルストップ状態を中断して燃料電池システムを再起動し、凝縮水による再起動への影響を少なくしている。これにより、燃料電池スタックの起動性の悪化を回避し、起動時間が長くなることを防止している。
【特許文献１】特開２００４−０２２４６０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述したようなアイドルストップ機能を備えた燃料電池システムにおいて、燃料電池車両が低温時に高負荷走行した後等では、低温環境下のため燃料電池スタックの温度の低下量が著しく大きくなり短時間で凝縮水が発生してしまうおそれがあるので、燃料電池システムがアイドルストップ状態に入っても、短時間でアイドルストップ状態を解除して燃料電池システムを再起動してしまう可能性が高かった。
【０００４】
このため、アイドルストップ機能を有効に活用することができず、燃料電池システムの運転による燃費の低下や音振性能の悪化を招くおそれがあった。
【０００５】
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、アイドルストップ状態を解除せずに凝縮水の除去を可能とし、燃費や音振性能の向上を図った燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の課題を解決する手段は、燃料電池スタックに供給される燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電を行い、電力の要求がない場合には、前記燃料電池スタックに燃料ガスを送出する燃料ガス送出手段と前記燃料電池スタックに酸化剤ガスを送出する酸化剤ガス送出手段との補機の駆動を止め、前記燃料電池スタックに燃料ガスと酸化剤ガスとの供給を停止し、前記燃料電池スタックの発電を停止してシステムをアイドルストップ状態とする燃料電池システムにおいて、前記燃料電池スタックの温度を検出する温度検出手段と、前記燃料電池システムがアイドルストップ状態に移行するとき、アイドルストップ状態に移行する直前の温度を、前記温度検出手段で検出し、前記燃料電池スタックの第１の温度として記憶するアイドルストップ移行時の燃料電池スタック温度記憶手段と、前記燃料電池システムがアイドルストップ状態にある場合に、前記温度検出手段で検出された前記燃料電池スタックの第２の温度と、前記アイドルストップ移行時の燃料電池スタック温度記憶手段で記憶された前記燃料電池スタックの第１の温度とを比較し、前記第２の温度が前記第１の温度以下に低下した場合にはその低下幅を算出し、算出した低下幅が所定値を超えた場合には、前記補機を駆動させて発生した凝縮水を排出し、排出後前記補機の駆動を再び停止し、アイドルストップ状態を継続する制御手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、燃料電池システムのアイドルストップ状態を解除することなく、凝縮水を除去することが可能となる。これにより、燃費や音振性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の実施例を説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１は本発明の実施例１に係る燃料電池システムが搭載された燃料電池車両の基本構成を示す図であり、図２は本発明の実施例１に係る燃料電池システムの構成を示す図である。
【００１０】
図１において、燃料電池車両は、車両本体１０１に駆動電源として燃料電池システム１０２を搭載してなるものであり、更にインバータ１０３、駆動モータ１０４、駆動輪１０５、車速センサ１０６、２次電池１０７、リレー１０８ならびに制御コントローラ１０９を備えている。また、燃料電池車両は、車両のシフト位置を検出するシフト位置センサ１１１、ブレーキの有無を検出するブレーキセンサ１１２、ならびにアクセルの開度を検出するアクセル開度センサ１１３を備えている。
【００１１】
燃料電池システム１０２は、駆動モータ１０４が消費する電力や２次電池１０７の充電に必要な電力が発電できるように、燃料電池スタックに供給する燃料ガスの水素や酸化剤ガスの空気の圧力、ならびに流量等が図２に示す圧力調整弁、コンプレッサ等で制御される。
【００１２】
インバータ１０３は、燃料電池システム１０２で発電される直流電力を交流電力に変換し、制御コントローラ１０９から指示される駆動モータ１０４を駆動する出力トルクとなるように、駆動モータ１０４を制御する。
【００１３】
駆動輪１０５は、駆動モータ１０４と機械的に接続されており、駆動モータ１０４で得られた駆動トルクが伝達されて、駆動力を発生させて車両を駆動する。車速センサ１０６は駆動輪１０５の回転速度を検出する。
【００１４】
２次電池１０７は、車両のアイドルストップ時など、燃料電池システム１０２から電力が供給されない場合に、駆動モータ１０４や、燃料電池システム１０２が発電するために必要となる補機の圧力調整弁やコンプレッサに電力を供給する。２次電池１０７には、２次電池１０７の電圧を検出する電圧センサ１１４ならびに電流を検出する電流センサ１１５が設けられており、この電圧センサ１１４ならびに電流センサ１１５で検出された電圧ならびに電流に基づいて、２次電池１０７の充電量が推定される。
【００１５】
リレー１０８は、制御コントローラ１０９からの指令に基づいて、燃料電池システム１０２と負荷とを接続／切断する。
【００１６】
制御コントローラ１０９は、本燃料電池車両の運転を制御する制御中枢として機能し、プログラムに基づいて各種動作処理を制御するコンピュータに必要な、ＣＰＵ、記憶装置、入出力装置等の資源を備えた例えばマイクロコンピュータ等により実現される。制御コントローラ１０９は、本車両における上記各センサ類からの信号を読み込み、読み込んだ各種信号ならびに予め内部に保有する制御ロジック（プログラム）に基づいて、本車両の各構成要素に指令を送り、以下に説明する、燃料電池システム１０２のアイドルストップ状態の動作制御を含む本車両の運転／停止動作に必要なすべての動作を統括管理して制御する。
【００１７】
次に、図２を参照して、燃料電池システム１０２について説明する。
【００１８】
図２において、燃料電池システム１０２は、発電を行う燃料電池スタック２０１と、この燃料電池スタック２０１に燃料ガスである水素（あるいは水素リッチガス）を供給するための水素供給系と、燃料電池スタック２０１に酸化剤ガスである酸素を含む空気を供給するための空気供給系とを有している。
【００１９】
燃料電池スタック２０１は、水素が供給される水素極と酸素（空気）が供給される空気極とが電解質・電極触媒複合体を挟んで重ね合わされた発電セルが多段積層され、水素と酸素との電気化学反応により化学エネルギーを電気エネルギーに変換する発電部を構成する。
【００２０】
燃料電池スタック２０１の水素極では、水素が供給されることで水素イオンと電子に解離し、水素イオンは電解質を通り、電子は外部回路を通って電力を発生させ、空気極にそれぞれ移動する。空気極では、供給された空気中の酸素と上記水素イオン及び電子が反応して水が生成され、外部に排出される。
【００２１】
燃料電池スタック２０１の電解質としては、高エネルギー密度化、低コスト化、軽量化等を考慮して、例えば固体高分子電解質が用いられる。固体高分子電解質は、例えばフッ素樹脂系イオン交換膜等、イオン（プロトン）伝導性の高分子膜からなるものであり、飽和含水することによりイオン伝導性電解質として機能する。
【００２２】
水素供給系は、水素供給手段から供給される水素を水素極通路を介して燃料電池スタック２０１の水素極へと導く。すなわち、この水素供給系は、水素供給手段として水素を高圧で貯蔵する水素タンク２０２、燃料電池スタック２０１で行われる発電に必要となる水素が燃料電池スタック２０１に供給されるように燃料電池スタック２０１に供給される水素の圧力を調整する水素調圧弁２０３、燃料電池スタック２０１から排出された水素オフガスをエゼクタ２０４を介して燃料電池スタック２０１の入口側に戻すために水素オフガスを水素循環配管２０５を循環させる水素循環ポンプ２０６、ならびに水素極通路となる水素供給配管２０７を有している。
【００２３】
また、燃料電池スタック２０１の水素極の入口近傍には、燃料電池スタック２０１に供給される水素の圧力を検出する水素圧力センサ２０８、ならびに水素濃度を検出する水素濃度センサ２０９が設けられている。
【００２４】
水素供給源である水素タンク２０２から供給される水素ガスは、水素調圧弁２０３を通って水素供給配管２０７へと送り込まれ、燃料電池スタック２０１の水素極に供給される。このとき、水素調圧弁２０３は、水素圧力センサ２０８で検出された水素圧力に基づいて調圧制御され、燃料電池スタック２０１の水素極及び水素極通路内の圧力が負荷に応じた圧力になるように、供給される水素ガスの圧力を調整している。
【００２５】
燃料電池スタック２０１では、供給された水素ガスが全て消費されるわけではなく、消費されずに燃料電池スタック２０１から排出された水素オフガスは、水素循環配管２０５を通って水素循環ポンプ（ＨＲＢ）２０６により循環され、エゼクタ２０４で新たに供給される水素ガスと混合されて、再び燃料電池スタック２０１の水素極に供給される。これにより、水素のストイキ比（供給流量／消費流量）を１以上にすることができ、セル電圧が安定化する。
【００２６】
水素供給系における燃料電池スタック２０１の出口側には、パージ弁２１０及びパージ配管２１１が設けられている。パージ弁２１０は、通常は閉じられており、燃料電池スタック２０１の水詰まりや不活性ガスの蓄積等によるセル電圧の低下を検知すると開放される。水素循環配管２０５内には水素ガスを循環させることで不純物や窒素等が蓄積され、これにより水素分圧が降下して燃料電池スタック２０１の発電効率が低下する場合がある。そこで、燃料電池スタック２０１の出口側にパージ弁２１０やパージ配管２１１を設け、必要に応じてパージ弁２１０を開放して水素パージを行うことで、水素循環配管２０５内から不純物や窒素等を除去できるようにしている。
【００２７】
燃料電池スタック２０１の空気供給系は、空気供給手段からの空気を空気極通路によって燃料電池スタック２０１の空気極へと導く。すなわち、この空気供給系は、空気供給手段としての空気コンプレッサ２１２や空気調圧弁２１３と、空気極通路となる空気供給配管２１４を有している。
【００２８】
空気コンプレッサ２１２は、燃料電池スタック２０１の空気極に空気を送り込むものであり、例えばモータ駆動により圧縮した空気を空気供給配管２１４を通して燃料電池スタック２０１の空気極へと供給する。
【００２９】
空気調圧弁２１３は、空気コンプレッサ２１２によって燃料電池スタック２０１に供給される空気の圧力を調整するものであり、燃料電池スタック２０１の空気極の出口側の排気管２１５に設けられている。
【００３０】
燃料電池スタック２０１の空気極の入口近傍には、空気圧力センサ２１６が設けられており、空気調圧弁２１３は、この空気圧力センサ２１６で検出された空気の圧力に基づいて調圧制御され、燃料電池スタック２０１の空気極及び空気極通路内の圧力が負荷に応じた圧力になるように、空気コンプレッサ２１２によって供給される空気の圧力を調整している。
【００３１】
燃料電池スタック２０１で消費されなかった酸素及び空気中の他の成分は、燃料電池スタック２０１から排気管２１５ならびに空気調圧弁２１３を介して排出される。
【００３２】
上述した固体高分子電解質膜を用いた燃料電池スタック２０１は、適正な作動温度が８０℃前後と比較的低く、過熱時には冷却することが必要である。このため、通常は燃料電池スタック２０１内に冷却水を循環させて燃料電池スタック２０１を冷却し、燃料電池スタック２０１を最適な温度に維持する冷却機構が設けられている。
【００３３】
すなわち、この冷却機構は、冷却水供給手段として冷却水ポンプ２１７、冷却水を適宜冷却するラジエタ２１８、ならびに冷却水の通路となる冷却水配管２１９を有している。また、燃料電池スタック２０１の冷却水入口近傍には、燃料電池スタック２０１に供給される冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ２２０が設けられている、冷却水ポンプ２１７は、冷却水温度センサ２２０で検出された冷却水温度に基づいて駆動制御され、冷却水配管２１９を流通する冷却水温度が８０℃前後となるように冷却水の流量を調整している。
【００３４】
燃料電池スタック２０１の温度は、燃料電池スタック２０１の水素極から排出された水素オフガスの温度、空気極から排出された空気オフガスの温度、冷却水温度センサ２２０で検出された冷却水の温度、もしくは外気温のいずれか１つの温度で代用される（温度検出手段）。水素オフガスの温度で代用する場合には、水素極の出口近傍に燃料電池スタック２０１から排出された水素オフガスの温度を検出する温度センサ２２１を設け、空気オフガスの温度で代用する場合には、空気極の出口近傍に燃料電池スタック２０１から排出された空気オフガスの温度を検出する温度センサ２２２を設け、外気温で代用する場合には、燃料電池スタック２０１の近傍に外気温を検出する温度センサ（図示せず）を設けるようにすればよい。
【００３５】
また、燃料電池システムはシステム制御部２２４（演算手段、制御手段）を備えている。システム制御部２２４は、本燃料電池システムの運転を制御する制御中枢として機能し、プログラムに基づいて各種動作処理を制御するコンピュータに必要な、ＣＰＵ、記憶装置、入出力装置等の資源を備えた例えばマイクロコンピュータ等により実現され、例えば図１に示す制御コントローラ１０９の一部機能として実現される。システム制御部２２４は、本燃料電池システムにおける上記各センサ類からの信号を読み込み、読み込んだ各種信号ならびに予め内部に保有する制御ロジック（プログラム）に基づいて、本燃料電池システムの各構成要素に指令を送り、以下に説明する、図１に示す燃料電池車両のアイドルストップ時における燃料電池システムのアイドルストップの動作処理を含む、本燃料電池システムの運転／停止に必要なすべての動作を統括管理して制御する。
【００３６】
次に、図３のフローチャートを参照して、車両がアイドルストップした際に、システム制御部２２４の制御の下で実行される燃料電池システムの制御動作を説明する。
【００３７】
図３のフローチャートに示す手順は、予め設定された周期で繰り返し実行される。図３において、図１に示す燃料電池車両がアイドル運転に入ると、車両側から駆動力の要求があるか否かを判別し（ステップＳ３０１）、駆動力の要求がない場合には、続いて燃料電池システムがアイドルストップ状態にあるか否かを判別する（ステップＳ３０２）。判別の結果、燃料電池システムがアイドルストップ状態でない場合には、前述したように燃料電池スタック２０１の温度に代用する温度を検出し、燃料電池スタック２０１の温度として記憶した後（ステップＳ３０３）、燃料電池システムをアイドルストップ状態に移行する（ステップＳ３０４）。
【００３８】
燃料電池システムをアイドルストップ状態に移行する手順は、図４に示すフローチャートにしたがって行われる。図４において、先ず水素調圧弁２０３を閉じて水素の供給を停止した後（ステップＳ４１）、燃料電池スタック２０１の水素の圧力が所定の圧力以下、例えば大気圧よりも低い所定の負圧になったか否かを判別する（ステップＳ４２）。水素の圧力が所定の圧力以下になると、パージ弁２１０を閉じて水素循環ポンプ２０６の駆動を停止し（ステップＳ４３）、かつ空気コンプレッサ２１２の駆動を停止するとともに空気調圧弁２１３を閉じて空気の供給を停止する（ステップＳ４４）。続いて、冷却水ポンプ２１７の駆動を停止して（ステップＳ４５）、燃料電池スタック２０１の発電を停止し、燃料電池システムをアイドルストップ状態に移行する。
【００３９】
このように、燃料電池システムをアイドルストップ状態にすることで、水素循環ポンプ２０６や空気コンプレッサ２１２の補機類の運転を止め、燃費の向上に加えて、音振性能の向上、低消費電力化を図っている。
【００４０】
図３に戻って、燃料電池システムがアイドルストップ状態に移行した後、再び先に説明したステップＳ３０１の処理を実行し、車両側からの駆動要求がある場合には、燃料電池システムがアイドルストップ状態であるか否かを判別し（ステップＳ３０５）、アイドルストップ状態になければ一連の処理を終了する一方、アイドルストップ状態にある場合には、アイドルストップ状態を解除して燃料電池システムを再起動し（ステップＳ３０６）、発電を開始し電力を供給する。
【００４１】
燃料電池システムをアイドルストップ状態から再起動する手順は、図５に示すフローチャートにしたがって行われる。図５において、先ず水素調圧弁２０３を開いて水素の供給を開始した後（ステップＳ５１）、冷却水ポンプ２１７を駆動する（ステップＳ５２）。続いて、空気コンプレッサ２１２を駆動するとともに（ステップＳ５３）、空気調圧弁２１３を開き（ステップＳ５４）、空気の供給を開始する（ステップＳ５４）。引き続いて、パージ弁２１０を一旦開いて窒素等の不純物を排出した後（ステップＳ５５）閉じ、その後発電を開始して燃料電池スタック２０１から電力を取り出す。
【００４２】
再び図３に戻って、燃料電池システムがアイドルストップ状態に移行した後、再び先に説明したステップＳ３０１の処理を実行し、車両側からの駆動要求がない場合には、先に説明したステップＳ３０２の処理を実行し、アイドルストップ中であることが判別されると、先に説明したステップＳ３０３と同様に燃料電池スタック２０１の温度をシステム制御部２２４に読み込む（ステップＳ３０７）。
【００４３】
続いて、ステップＳ３０７の処理で読み込んだ燃料電池スタック２０１の温度と先のステップＳ３０３で記憶した燃料電池スタック２０１の温度との温度差を算出し、燃料電池システムがアイドルストップ状態に移行した後低下した温度の低下幅を演算する（ステップＳ３０８）。演算後、燃料電池スタック２０１の温度の低下幅、ならびに燃料電池システムがアイドルストップ状態に移行するときの燃料電池スタック２０１の温度に基づいて、図６を参照して燃料電池スタック２０１に生じた凝縮水の発生量を推定する（ステップＳ３０９）。
【００４４】
図６は燃料電池システムがアイドルストップ状態に移行するときの燃料電池スタック２０１の温度に応じた、燃料電池スタック２０１の温度の低下幅（ΔＴ１）と凝縮水の量との関係を示す図であり、これらの関係は予め実験や机上検討等により求め、システム制御部２２４の記憶装置に記憶される。
【００４５】
図６において、燃料電池スタック２０１の温度の低下幅と凝縮水の量との関係は、燃料電池システムがアイドルストップ状態（ＩＳ）に移行するときの燃料電池スタック２０１の温度によっても変わる。すなわち、図６に示すように、燃料電池システムがアイドルストップ状態（ＩＳ）に移行するときの燃料電池スタック２０１の温度が高くなるほど、同じ低下幅であっても凝縮水の発生量は多くなる。したがって、このことを考慮して、燃料電池システムがアイドルストップ状態（ＩＳ）に移行するときの燃料電池スタック２０１の温度に応じて、低下幅と凝縮水の量との関係は求められている。
【００４６】
凝縮水の発生量が推定されると、推定された凝縮水の発生量が予め設定された所定量以上か否かを判別する（ステップＳ３１０）。判別の結果、所定量を超えていない場合には、燃料電池システムの起動に影響を与えないものと判断し一連の処理を終了する一方、所定量を上回った場合には、燃料電池システムの起動に影響を及ぼすものと判断し、凝縮水の排出処理を行う。なお、ステップＳ３１０で比較される所定量は、上述した判断内容から明らかなように、凝縮水の量が燃料電池システムの起動に影響を与えるか否かのしきい値として設定される。
【００４７】
なお、先のステップＳ３０９，３１０の処理に代えて、先のステップＳ３０８の処理を行った後、燃料電池スタック２０１の温度の低下幅が予め設定された所定値を越えたか否かを判別する処理を行い、判別の結果低下幅が所定値を越えた場合にはシステムの起動に影響を与える量の凝縮水が発生しているものと推定し、先のステップＳ３１１の処理を行うようにしてもよい。
【００４８】
凝縮水の排出処理では、先ずパージ弁２１０と空気調圧弁２１３を開弁した後、水素循環ポンプ（ＨＲＢ）２０６ならびに空気コンプレッサ（空気Ｃｏｍｐ）２１２の補機を所定の駆動パターンで駆動する（ステップＳ３１１）。これにより、燃料電池スタック２０１の水素極（アノード極）ならびに空気極（カソード極）を含む燃料電池スタック２０１内、ならびに水素や空気の流通経路に送風し、発生した凝縮水を排気管２１５を介して排出する。
【００４９】
凝縮水の排出処理が終了すると、パージ弁２１０と空気調圧弁２１３を閉弁し、水素循環ポンプ（ＨＲＢ）２０６ならびに空気コンプレッサ（空気Ｃｏｍｐ）２１２の補機の駆動を停止する。また、先のステップＳ３０３で記憶した燃料電池スタック２０１の温度に代えて、排出処理後の燃料電池スタック２０１の温度を記憶し、この記憶した温度を再び実行されるステップＳ３０８、ステップＳ３０９において先のステップＳ３０３で記憶した燃料電池スタック２０１の温度に代えて使用する。なお、この記憶した温度は、燃料電池システムのアイドルストップ状態か解除されたときにリセットされる。
【００５０】
水素循環ポンプ２０６と空気コンプレッサ２１２は、例えば図７に示すような駆動パターンで駆動される。図７において、燃料電池システムがアイドルストップ状態に移行した後、燃料電池スタック２０１の温度の低下幅が所定値を下回ると、水素循環ポンプ２０６と空気コンプレッサ２１２とでそれぞれ個別に予め設定された所定の回転数Ｒ１で駆動時間Ｔ１だけ連続して回転駆動する。ここで、それぞれの回転数Ｒ１は、システムの運転状態時のそれぞれの通常回転数に比べて、例えば１０％〜３０％程度の範囲で設定される。このように、水素循環ポンプ２０６と空気コンプレッサ２１２を所定の時間連続して駆動することで、水素循環ポンプ２０６と空気コンプレッサ２１２の音振レベルの変化がないので、車両の乗員に対して違和感を与えにくいという効果が期待できる。
【００５１】
あるいは、水素循環ポンプ２０６と空気コンプレッサ２１２は、例えば図８に示すような駆動パターンで駆動される。図８において、燃料電池システムがアイドルストップ状態に移行した後、燃料電池スタック２０１の温度の低下幅が所定値を下回ると、水素循環ポンプ２０６と空気コンプレッサ２１２とでそれぞれ個別に予め設定された所定の回転数Ｒ２で駆動時間Ｔ２の間間欠的に回転駆動する。このように、水素循環ポンプ２０６と空気コンプレッサ２１２を間欠的に駆動して送風量に強弱を持たせることで、凝縮水を吹き飛ばしやすくなり、排出効果を高めることができる。したがって、水素循環ポンプ２０６と空気コンプレッサ２１２のそれぞれの回転数Ｒ２は、図７に示す駆動パターンのそれぞれの回転数Ｒ１に比べて低回転に設定することが可能となる。
【００５２】
一方、凝縮水の発生量を推定しない場合、すなわち先のステップＳ３０９、Ｓ３１０に代えて燃料電池スタック２０１の温度の低下幅に応じて先のステップＳ３１１の排水処理を実行する場合には、図９に示すように、燃料電池システムをアイドルストップ状態に移行するときの温度が高いほど、水素循環ポンプ２０６と空気コンプレッサ２１２の回転数を高く設定する。これは燃料電池スタック２０１の温度が高いほど、同じ温度低下幅であっても発生する凝縮水の量は多くなるためである。したがって、凝縮水の発生量が多くなると推定される、燃料電池システムをアイドルストップ状態に移行するときの温度が高いほど、水素循環ポンプ２０６と空気コンプレッサ２１２の回転数を高めに設定することで、凝縮水を確実に排出することができる。
【００５３】
また、凝縮水の発生量を推定しない場合、すなわち先のステップＳ３０９、Ｓ３１０に代えて燃料電池スタック２０１の温度の低下幅に応じて先のステップＳ３１１の排水処理を実行する場合には、図９に示すように、燃料電池システムをアイドルストップ状態に移行するときの温度が高いほど、水素循環ポンプ２０６と空気コンプレッサ２１２の駆動時間を長く設定する。これは燃料電池スタック２０１の温度が高いほど、同じ温度低下幅であっても発生する凝縮水の量は多くなるためである。したがって、凝縮水の発生量が多くなると推定される、燃料電池システムをアイドルストップ状態に移行するときの温度が高いほど、水素循環ポンプ２０６と空気コンプレッサ２１２の駆動時間を長く設定することで、凝縮水を確実に排出することができる。
【００５４】
このように、上記実施例１においては、燃料電池システムがアイドルストップ状態に移行すると、アイドルストップ中にシステムの起動時に影響を及ぼす量の凝縮水が発生したか否かを推定し、影響する量の凝縮水が発生していると推定した場合には、燃料電池システムのアイドルストップ状態を解除することなく、水素循環ポンプ２０６ならびに空気コンプレッサ２１２を駆動して凝縮水を排出することが可能となる。これにより、凝縮水を除去するためにアイドルストップ状態を中断することは回避され、アイドルストップ状態を継続することができるので、燃費を向上することができることに加えて、音振性能の悪化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施例１に係る燃料電池システムを搭載した燃料電池車両の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例１に係る燃料電池システムの構成を示す図である。
【図３】本発明の実施例１に係る処理動作の手順を示すフローチャートである。
【図４】燃料電池システムがアイドルストップ状態に移行する際の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】燃料電池システムがアイドルストップ状態から解除される際の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】燃料電池システムがアイドルストップ状態に移行するときの燃料電池スタックの温度に応じた、燃料電池スタックの温度の低下幅と凝縮水の量との関係を示す図である。
【図７】水素循環ポンプならびに空気コンプレッサの駆動パターンと燃料電池スタックの温度変化との関係を示す図である。
【図８】水素循環ポンプならびに空気コンプレッサの他の駆動パターンを示す図である。
【図９】凝縮水の発生量またはアイドルストップ移行時の燃料電池スタックの温度と、補機の駆動回転数または補機の駆動時間との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０１…車両本体
１０２…燃料電池システム
１０３…インバータ
１０４…駆動モータ
１０５…駆動輪
１０６…車速センサ
１０７…２次電池
１０８…リレー
１０９…制御コントローラ
１１１…シフト位置センサ
１１２…ブレーキセンサ
１１３…アクセル開度センサ
１１４…電圧センサ
１１５…電流センサ
２０１…燃料電池スタック
２０２…水素タンク
２０３…水素調圧弁
２０４…エゼクタ
２０５…水素循環配管
２０６…水素循環ポンプ
２０７…水素供給配管
２０８…水素圧力センサ
２０９…水素濃度センサ
２１０…パージ弁
２１１…パージ配管
２１２…空気コンプレッサ
２１３…空気調圧弁
２１４…空気供給配管
２１５…排気管
２１６…空気圧力センサ
２１７…冷却水ポンプ
２１８…ラジエタ
２１９…冷却水配管
２２０…冷却水温度センサ
２２１，２２２…温度センサ
２２４…システム制御部
【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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