(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エアコンプレッサを含むエア供給系と燃料電池とを含む燃料電池システムを搭載した車両の前記燃料電池を暖機運転させるように前記燃料電池へのエアの供給量を制御する制御装置であって、
前記車両の前記エアコンプレッサを含む補機の消費電力を算出し、前記消費電力を前記燃料電池が発電可能な暖機運転用の動作点において前記燃料電池を発電させるために必要な第１エア供給量を算出するエア供給量算出部と、
前記エア供給系より前記燃料電池に連続的にエアを供給可能な最低エア供給量である第２エア供給量と、前記第１エア供給量とを比較する比較部と、
前記第１エア供給量と前記第２エア供給量とのうち少なくない方のエア供給量を前記燃料電池に供給するように前記エア供給系を制御するエア供給制御部と、
を備える、制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の制御装置において、
前記エア供給量算出部は、前記車両に搭載された二次電池が電力を受け入れ可能な場合、前記補機の消費電力と、前記二次電池の受け入れ可能な電力との和を発電可能な暖機運転用の動作点において前記燃料電池を運転させるために必要なエア供給量を前記第１エア供給量として算出する、制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の制御装置において、
前記エア供給量算出部は、
（ｉ）前記補機の消費電力が予め定められた閾値未満の場合には、前記補機の消費電力と、前記二次電池の受け入れ可能な電力との和を発電可能な暖機運転用の動作点において前記燃料電池を発電させるために必要なエア供給量を前記第１エア供給量として算出し、
（ｉｉ）前記補機の消費電力が前記閾値以上の場合には、前記補機の消費電力を発電可能な暖機運転用の動作点において前記燃料電池を発電させるために必要なエア供給量を前記第１エア供給量として算出する、制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池搭載車両の燃料電池の暖機運転を行うためのエア供給量の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、燃料電池搭載車両の燃料電池の暖機運転のために、燃料電池に供給するエア供給量を制御する装置が記載されている。このエア供給量の制御装置は、燃料電池に対する要求熱量（暖機運転用の熱量及び暖房用の熱量）と要求出力とから燃料電池の暖機運転時の動作点を決定し、燃料電池をその動作点で動作させるようにエア供給量を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−０３２６０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料電池に対する要求出力が低い場合は、要求出力に必要とされるエア供給量が少なくて良い。そのため、車両の消費電力が小さい状態（例えば車両の補機しか動作しない状態）では、エアコンプレッサが低回転に制御され、エア供給量が大きく絞られる。ここで、エア供給量を過度に絞る場合、例えばエアコンプレッサを間欠運転させる。燃料電池システムの始動直後であって暖機運転が行われるような寒い環境下においてエアコンプレッサを間欠運転させる場合、停止中にエアが流れなくなり、生成水が凍結するおそれがある。また、エアコンプレッサを過度に低回転とすると、例えばサージングが発生し、エアコンプレッサの動作を不安定にするおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
（１）本発明の一形態によれば、エアコンプレッサを含むエア供給系と燃料電池とを含む燃料電池システムを搭載した車両の前記燃料電池を暖機運転させるように前記燃料電池へのエアの供給量を制御する制御装置が提供される。この制御装置は、前記車両の前記エアコンプレッサを含む補機の消費電力を算出し、前記消費電力を前記燃料電池が発電可能な暖機運転用の動作点において前記燃料電池を発電させるために必要な第１エア供給量を算出するエア供給量算出部と、前記エア供給系より前記燃料電池に連続的にエアを供給可能な最低エア供給量である第２エア供給量と、前記第１エア供給量とを比較する比較部と、前記第１エア供給量と前記第２エア供給量とのうち少なくない方のエア供給量を前記燃料電池に供給するように前記エア供給系を制御するエア供給制御部と、を備える。この形態によれば、暖機運転時に、燃料電池に対する要求出力が低い場合であっても、第１エア供給量と第２エア供給量とのうち少なくない方のエア供給量を燃料電池に供給するようにエア供給系が制御されるので、燃料電池には連続的にエアが供給される。その結果、燃料電池内の生成水が凍結することを抑制できる。また、第２エア供給量以上のエア供給量があるので、エアコンプレッサの動作は不安定にならない。
【０００７】
（２）上記形態の制御装置において、前記エア供給量算出部は、前記車両に搭載された二次電池が電力を受け入れ可能な場合、前記補機の消費電力と、前記二次電池の受け入れ可能な電力との和を発電可能な暖機運転用の動作点において前記燃料電池を運転させるために必要なエア供給量を前記第１エア供給量として算出しても良い。この形態によれば、補機の消費電力が予め定められた値以下の場合には、補機の消費電力を発電可能な動作点において前記燃料電池を運転させるために必要な第１エア供給量が極めて小さくなる可能性がある。かかる場合であっても、補機の消費電力と、二次電池の受け入れ可能な電力との和の電力を発電可能な動作点において燃料電池を運転させるために必要なエア供給量を第１エア供給量として、第１エア供給量と第２エア供給量のうちの大きいエア供給量を前記燃料電池に供給するように前記エアコンプレッサを制御するので、燃料電池内の生成水が凍結することを、抑制できる。また、補機で消費されない余剰電力は、二次電池に充電できるため、燃料電池システムの効率を低下させずに済む。
【０００８】
（３）上記形態の制御装置において、前記エア供給量算出部は、（ｉ）前記補機の消費電力が予め定められた閾値未満の場合には、前記補機の消費電力と、前記二次電池の受け入れ可能な電力との和を発電可能な暖機運転用の動作点において前記燃料電池を発電させるために必要なエア供給量を前記第１エア供給量として算出し、（ｉｉ）前記補機の消費電力が前記閾値以上の場合には、前記補機の消費電力を発電可能な暖機運転用の動作点において前記燃料電池を発電させるために必要なエア供給量を前記第１エア供給量として算出しても良い。補機の消費電力が予め定められた値以上の場合には、二次電池への充電を行わなくても、効率の低下を少なく出来る。
【０００９】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、エア供給量の制御装置の他、燃料電池システム、燃料電池を搭載した移動体、車両、燃料電池におけるエア供給量制御方法等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】燃料電池搭載車両に用いられる燃料電池システムを模式的に示す説明図。
【図２】第１の実施形態における燃料電池の電流−電圧特性を示す説明図。
【図３】燃料電池への要求発電量とエア供給量との関係を示す説明図。
【図４】第１の実施形態における暖機運転時の動作フローチャート。
【図５】エアコンプレッサ以外の補機の消費電力と、エアコンプレッサの消費電力と、発電量との関係を示す説明図。
【図６】発電量とエア供給量との関係を示す説明図。
【図７】第２の実施形態における暖機運転時の動作フローチャート。
【図８】第３の実施形態における暖機運転時の動作フローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
燃料電池システムの構成：
図１は、燃料電池搭載車両（「車両」とも呼ぶ。）に用いられる燃料電池システム１０を模式的に示す説明図である。燃料電池システム１０は、燃料電池１００と、燃料ガス供給系２００と、エア供給系３００と、排ガス系４００と、冷却系５００と、負荷回路６００と、制御装置７００と、を備える。
【００１２】
燃料ガス供給系２００は、燃料ガスタンク２１０と、燃料ガス供給管２２０と、燃料ガス排気管２３０と、燃料ガス還流管２４０と、主止弁２５０と、レギュレーター２６０と、気液分離器２８０と、水素ポンプ２９０と、を備える。燃料ガスタンク２１０は、燃料ガスを貯蔵する。本実施形態では、燃料ガスとして、水素を用いている。燃料ガスタンク２１０と、燃料電池１００とは、燃料ガス供給管２２０で接続されている。燃料ガス供給管２２０上には、燃料ガスタンク２１０側から、主止弁２５０と、レギュレーター２６０とが設けられている。主止弁２５０は、燃料ガスタンク２１０からの燃料ガスの供給をオン、オフする。レギュレーター２６０は、燃料電池１００に供給される燃料ガスの圧力を調整する。
【００１３】
燃料ガス排気管２３０は、燃料電池１００からの燃料排ガスを排出する。燃料ガス還流管２４０は、燃料ガス排気管２３０と、燃料ガス供給管２２０に接続されている。燃料ガス排気管２３０と燃料ガス還流管２４０との間には、気液分離器２８０が設けられている。燃料排ガスには、消費されなかった水素と、燃料電池１００を通って移動してきた窒素などの不純物と、水が含まれている。気液分離器２８０は、燃料排ガス中の水と、ガス（水素と窒素などの不純物）とを分離する。また、燃料ガス還流管２４０には、水素ポンプ２９０が設けられている。燃料電池システムは、燃料ガス還流管２４０及び水素ポンプ２９０を用いて燃料排ガスを燃料電池１００に供給することで、燃料排ガス中の水素を発電に利用する。本実施形態では、水素ポンプ２９０を用いているが、代わりにエジェクタを用いても良い。
【００１４】
エア供給系３００は、エアクリーナ３１０と、エアコンプレッサ３２０と、酸化剤ガス供給管３３０と、分流弁３４０と、大気圧センサ３５０と、外気温センサ３６０と、エアフローメータ３７０と、供給ガス温度センサ３８０と、供給ガス圧力センサ３９０と、を備える。本実施形態の燃料電池１００は、酸化剤ガスとして、空気（空気中の酸素）を用いる。エアクリーナ３１０は、空気を取り込む時に、空気中の塵埃を除去する。エアコンプレッサ３２０は、空気を圧縮し、酸化剤ガス供給管３３０を通して空気を燃料電池１００に送る。分流弁３４０は、酸化剤ガスバイパス管４５０に接続され、空気を燃料電池１００と、酸化剤ガスバイパス管４５０とに分流する。分流弁３４０の分流比は、［燃料電池へのエアの供給量］／［エアコンプレッサ３２０のエア供給量］で定義される。この分流比は、０でない最小値と１以下の最大値の範囲で制御装置７００により調整可能である。大気圧センサ３５０は、大気圧を測定する。外気温センサ３６０は、取り込む前の空気の温度を取得する。エアフローメータ３７０は、取り込んだ空気の量を測定する。この量は、空気を酸化剤ガスバイパス管４５０に分流しなければ、燃料電池１００に供給される空気の供給量（エアの供給量）とほぼ同じである。なお、空気の供給量は、エアコンプレッサ３２０の回転数により変わる。供給ガス温度センサ３８０は、燃料電池１００に供給される空気の温度を測定し、供給ガス圧力センサ３９０は、燃料電池１００に供給される空気の圧力を測定する。
【００１５】
排ガス系４００は、排ガス管４１０と、調圧弁４２０と、燃料ガス排出管４３０と、排気排水弁４４０と、酸化剤ガスバイパス管４５０と、サイレンサー４７０とを備える。排ガス管４１０は、燃料電池１００の酸化剤排ガスを排出する。排ガス管４１０には、調圧弁４２０が設けられている。調圧弁４２０は、燃料電池１００中の空気の圧力を調整する。燃料ガス排出管４３０は、気液分離器２８０と、排ガス管４１０とを接続している。燃料ガス排出管４３０上には、排気排水弁４４０が設けられている。制御装置７００は、燃料排ガス中の窒素濃度が高くなったとき、あるいは、気液分離器２８０中の水の量が多くなったときには、排気排水弁４４０を開けて、水とガスを排出する。排出されるガスは、窒素などの不純物と水素とを含む。本実施形態では、燃料ガス排出管４３０は、排ガス管４１０に接続されており、排出されるガス中の水素は、酸化剤排ガスにより、希釈される。酸化剤ガスバイパス管４５０は、酸化剤ガス供給管３３０と、排ガス管４１０とを接続する。酸化剤ガスバイパス管４５０と酸化剤ガス供給管３３０との接続部には、分流弁３４０が設けられている。制御装置７００は、排気排水弁４４０を開けて、水とガス（窒素などの不純物と水素）を排出するときに、分流弁３４０を開けて酸化剤ガスバイパス管４５０に空気を流し、水素を希釈する。また、制御装置７００は、水素を含むガスを排出するときには、分流弁３４０を開けて酸化剤ガスバイパス管４５０に空気を流し、水素を希釈する。また、制御装置７００は、燃料電池１００に要求される電力が少ない場合には、燃料電池１００の発電量を下げるために、分流弁３４０を開けて酸化剤ガスバイパス管４５０に空気を流しても良い。サイレンサー４７０は、排ガス管４１０の下流部に設けられており、排気音を減少させる。
【００１６】
冷却系５００は、冷却水供給管５１０と、冷却水排出管５１５と、ラジエータ管５２０と、ウォーターポンプ５２５と、ラジエータ５３０と、バイパス管５４０と、三方弁５４５と、温度センサ５５０と、を備える。冷却水供給管５１０は、燃料電池１００に冷却水を供給するための管であり、冷却水供給管５１０にはウォーターポンプ５２５が配置されている。冷却水排出管５１５は、燃料電池１００から冷却水を排出するための管である。冷却水排出管５１５の下流部は、三方弁５４５を介して、ラジエータ管５２０と、バイパス管５４０と、に接続されている。ラジエータ管５２０には、ラジエータ５３０が設けられている。ラジエータ５３０には、ラジエータファン５３５が設けられている。ラジエータファン５３５は、ラジエータ５３０に風を送り、ラジエータ５３０からの放熱を促進する。ラジエータ管５２０の下流部と、バイパス管５４０の下流部とは、冷却水供給管５１０に接続されている。温度センサ５５０は、燃料電池１００から排出される冷却水の温度を測定する。
【００１７】
負荷回路６００は、燃料電池昇圧コンバーター６０５と、インバーター６１０と、主駆動モーター６２０と、ＤＣ／ＤＣコンバーター６３０と、補機６４０と、二次電池６５０と、を備える。燃料電池昇圧コンバーター６０５は、燃料電池１００が発生させる電圧を、主駆動モーター６２０を駆動できる電圧に昇圧する。インバーター６１０は、昇圧された直流電圧を交流電圧に変換して、主駆動モーター６２０に供給する。主駆動モーター６２０は、燃料電池搭載車両を駆動する駆動モーターである。また、主駆動モーター６２０は、燃料電池搭載車両の減速時には、回生モーターとして機能する。ＤＣ／ＤＣコンバーター６３０は、燃料電池１００の電圧を制御する。また、燃料電池１００の電圧を変換して二次電池６５０に供給し、あるいは、二次電池６５０の電圧を変換してインバーター６１０に供給する。二次電池６５０は、燃料電池１００からの電力や、主駆動モーター６２０による回生により得られた電力を充電するとともに、主駆動モーター６２０や補機６４０を駆動するための電源として機能する。補機６４０は、燃料電池システム１０内の各部に配置されている各モーター（例えば、ポンプ類などの動力となるモーター、但し、主駆動モーター６２０を除く）や、これらのモーターを駆動するためのインバーター類、更には各種の車載補機（例えば、エアコンプレッサ、インジェクタ、冷却水循環ポンプ、ラジエータなど）を総称するものである。したがって、図１及び説明では、独立して記載しているが、水素ポンプ２９０、エアコンプレッサ３２０、ウォーターポンプ５２５、ラジエータファン５３５を駆動するモーター（図示せず）等も補機６４０に含まれる。
【００１８】
制御装置７００は、エア供給量算出部７１０と、比較部７２０と、エア供給制御部７３０と、を備える。エア供給量算出部７１０は、燃料電池１００を運転させるために必要なエア供給量を算出する。比較部７２０は、暖機運転時に、エアコンプレッサ３２０の能力により定められた燃料電池１００に連続的にエアを供給可能な最低エア供給量である第２エア供給量Ａ２と、エア供給量算出部７１０が算出した第１エア供給量Ａ１とを比較する。エア供給制御部７３０は、エアコンプレッサ３２０を含むエア供給系３００の動作を制御する。
【００１９】
第１の実施形態：
図２は、第１の実施形態における燃料電池１００の電流−電圧特性を示す説明図である。曲線ＩＶ１は、暖機運転をしない通常運転時における電流−電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）を示し、曲線ＩＶ２は、暖機運転時におけるＩ−Ｖ特性を示す。曲線ＩＶ２を、暖機運転特性曲線ＩＶ２とも呼ぶ。通常運転時では、燃料電池１００は、曲線ＩＶ１上の動作点、例えば動作点Ａ（電流Ｉ１、電圧Ｖ１）で動作する。この動作点Ａでは、水素から得られるエネルギー（「水素エネルギー」あるいは「水素の燃焼エンタルピー」と呼ぶ。）は、ＶＨ×Ｉ１であり、そのうちＶ１×Ｉ１が電気エネルギーとして主駆動モーター６２０や補機６４０に使用され、残りの（ＶＨ−Ｖ１）×Ｉ１は熱となる。ここでＶＨは、水素の燃焼エンタルピー（ΔＨ＝−２８６ｋＪ／ｍｏｌ）から算出される。ＶＨは、具体的には燃焼エンタルピーをファラデー定数と反応電子数（この反応では「２」）で割ることにより算出され、通常、開放電圧であるＯＣＶよりも高い値である。
【００２０】
暖機運転の場合、制御装置７００は、例えば曲線ＩＶ２上の動作点Ｂ（電流Ｉ２、電圧Ｖ２）で燃料電池１００動作させる。動作点Ｂは、補機６４０の消費電力を燃料電池１００が発電可能な暖機運転用の動作点である。制御装置７００は、ＤＣ−ＤＣコンバーター６３０を用いて、燃料電池１００の電圧をＶ２に制御し、制御装置７００のエア供給制御部７３０は燃料電池１００へのエア供給量を制御することで、燃料電池１００の電流をＩ２に制御する。このときの水素エネルギー（−ΔＨ）は、ＶＨ×Ｉ２であり、そのうちのＱ０（＝（ＶＨ−Ｖ２）×Ｉ２）が燃料電池１００を暖機するための熱として使用され、Ｑ１（＝Ｖ２×Ｉ２）が補機６４０や主駆動モーター６２０を動作させる電気エネルギーとして使用される。
【００２１】
図３は、燃料電池１００への要求発電量とエア供給量との関係を示す説明図である。燃料電池１００への要求発電量が増加すれば、エア供給量も増加する。燃料電池１００への要求発電量が同じであれば、暖機運転におけるエア供給量の方が、通常運転におけるエア供給量よりもエア供給量が少ない。エア供給量を制限することで、燃料電池１００の効率を悪くして、燃料電池１００を発熱させることが可能である。
【００２２】
図４は、第１の実施形態における暖機運転時の動作フローチャートである。このフローチャートは、例えば、燃料電池搭載車両のスタータースイッチ（図示せず）が押され、燃料電池システムが起動した後、定期的に実行される。ステップＳ１００では、制御装置７００は、外気温センサ３６０（図１）を用いて外気温Ｔｏを測定する。ステップＳ１０５では、外気温Ｔｏが予め定められた閾値Ｔｏｔｈよりも高いか否かを判断する。この閾値温度Ｔｏｔｈは、暖機運転が必要か否かを判定するために設定された値であり、例えば０℃に設定される。外気温Ｔｏが閾値Ｔｏｔｈよりも高ければ、ステップＳ１９０に移行し、外気温Ｔｏが閾値Ｔｏｔｈ以下であれば、ステップＳ１１０に移行する。ステップＳ１１０では、制御装置７００は、燃料電池１００から排出される冷却水の温度Ｔ１を測定する。ステップＳ１１５では、制御装置７００は、冷却水の温度Ｔ１が予め定められた閾値温度Ｔｔｈ未満か否か、を判断する。この閾値温度Ｔｔｈは、暖機運転が必要か否かを判定するために設定された値であり、例えば７０℃〜８０℃の間の値に設定される。冷却水の温度Ｔ１が閾値温度Ｔｔｈ未満の場合には、暖機運転を行うために、ステップＳ１２０に移行する。一方、冷却水の温度Ｔ１が閾値温度Ｔｔｈ以上の場合には、制御装置７００は、ステップＳ１９０に移行し、暖機運転を行わない運転（通常運転）を行う。外気温Ｔｏが低くても、冷却水の温度Ｔ１が閾値温度Ｔｔｈ以上であれば、燃料電池１００は暖まっており、暖機運転は不要である。なお、制御装置７００は、外気温Ｔｏと冷却水の温度Ｔ１の何れか一方のみで暖機運転を行うか否かを判断しても良い。
【００２３】
ステップＳ１２０では、制御装置７００は、エアコンプレッサ３２０以外の補機の消費電力Ｐ１を決定する。エアコンプレッサ３２０以外の補機とは、例えば、ウォーターポンプ５２５、ラジエータファン５３５を駆動するモーター等である。ステップＳ１４０では、制御装置７００は、補機６４０の消費電力を発電可能な暖機運転要の発電量Ｑ１を算出する。
【００２４】
図５は、エアコンプレッサ３２０以外の補機の消費電力Ｐ１と、エアコンプレッサ３２０の消費電力Ｐ２と、発電量Ｑ１との関係を示す説明図である。左軸の消費電力Ｐ２は、エアコンプレッサ３２０の消費電力である。エアコンプレッサ３２０以外の補機の消費電力Ｐ１が増加する場合、燃料電池１００に供給するエアの量も増加するので、エアコンプレッサ３２０の消費電力Ｐ２も増加する。このように、エアコンプレッサ３２０の消費電力Ｐ２は、エアコンプレッサ３２０以外の補機の消費電力Ｐ１に対応づけられている。エアコンプレッサ３２０以外の補機の消費電力Ｐ１とエアコンプレッサ３２０の消費電力Ｐ２の和は、補機６４０の消費電力であり、燃料電池１００に要求される発電量Ｑ１に等しい。消費電力Ｐ１とＰ２と発電量Ｑ２の関係は、予め実験等によって求めておき、制御装置７００の記憶装置（図示せず）に格納しておくことが好ましい。
【００２５】
図４のステップＳ１６０では、制御装置７００のエア供給量算出部７１０は、燃料電池１００の暖機運転特性（図３）上で、発電量Ｑ１を発電するのに必要なエアの供給量である第１エア供給量Ａ１を算出する。
【００２６】
ステップＳ１７０では、制御装置７００は、エアコンプレッサ３２０から燃料電池１００に連続的にエアを供給可能な最低エア供給量である第２エア供給量Ａ２を算出する。なお、この第２エア供給量Ａ２は、エア供給系３００の構成により定まるので、ステップＳ１７０によって算出するのでは無く、予め実験等により測定しておき、制御装置７００の記憶装置（図示せず）に格納されていても良い。本実施形態では、第２エア供給量Ａ２は、分流弁３４０（図１）の分流比の最小値にエアコンプレッサ３２０の連続運転時の最低エア流量を乗じた値となる。
【００２７】
ステップＳ１８０では、制御装置７００の比較部７２０は、第１エア供給量Ａ１と第２エア供給量Ａ２とを比較する。そして、エア供給制御部７３０は、第１エア供給量Ａ１と第２エア供給量Ａ２とのうちの少なくない方のエア供給量を、エアコンプレッサ３２０を用いて燃料電池１００に供給する。
【００２８】
図６は、発電量Ｑ１とエア供給量との関係を示す説明図である。図６の破線のグラフは、第１エア供給量Ａ１を示し、実線のグラフは、燃料電池へのエア供給量を示す。第１エア供給量Ａ１は、発電量Ｑ１の増加に応じて増加する。実線のグラフで示すように、エア供給制御部７３０は、第１エア供給量Ａ１よりも第２エア供給量Ａ２の方が少ない場合には、第１エア供給量Ａ１のエアを供給するようにエア供給系３００を制御する。なお、エア供給量がＡ２よりも大きい領域では、実線のグラフと破線のグラフは重なっている。一方、第２エア供給量Ａ２よりも第１エア供給量Ａ１の方が少ない場合には、第２エア供給量Ａ２のエアを供給するようにエア供給系３００を制御する。第２エア供給量Ａ２のエアを流す場合であっても、補機６４０に流す電流を増加させなければ、燃料電池１００の発電量は増加しない。なお、制御装置７００は、第２エア供給量Ａ２のエアを流す場合、燃料電池１００の発電量を増加させて、エアコンプレッサ３２０以外の補機に電流を消費させても良い。また、制御装置７００は、第２エア供給量Ａ２のエアを流す場合、第１エア供給量Ａ１を超えるエアについては、分流弁３４０を制御して、酸化剤ガスバイパス管４５０にバイパスさせて燃料電池１００に供給するエアの量を第１エア供給量Ａ１としてもよい。
【００２９】
以上、本実施形態によれば、制御装置７００は、第１エア供給量Ａ１と第２エア供給量Ａ２とのうち少なくない方のエア供給量を供給するようにエア供給系３００を制御するので、エアコンプレッサ３２０が間欠運転により停止することを防止できる。その結果、燃料電池１００には連続的にエアが供給されるので、生成水が十分に排出されずに生成水が凍結することを抑制できる。また、エア供給系３００は、第２エア供給量Ａ２以上のエア供給量を供給するので、エアコンプレッサ３２０の動作は不安定にならない。
【００３０】
本実施形態において、始動直後から車両を自走させる場合については説明しなかったが、主駆動モーター６２０を駆動するための電力は、補機６４０の消費電力よりも大きく、主駆動モーター６２０を駆動するための電力を発生させるためのエア供給量は、第１エア供給量Ａ１、第２エア供給量Ａ２よりも大きい。そのため、エア供給制御部７３０は、主駆動モーター６２０を駆動するための電力を発生させるためのエア供給量を流すようにエア供給系３００を制御すれば良い。
【００３１】
第２の実施形態：
図７は、第２の実施形態における暖機運転時の動作フローチャートである。図４に示す第１の実施形態との違いは、ステップＳ１３０とＳ１３５とＳ１５０とを追加した点である。以下、第１の実施形態と異なる点について説明する。
【００３２】
ステップＳ１３０は、ステップＳ１２０の後に実行されるステップであり、制御装置７００は、二次電池６５０に電力を充電するときの充電速度Ｗｉｎ［Ｗ］を決定する。充電速度Ｗｉｎは、二次電池６５０の温度を用いて設定し、二次電池６５０の温度が常温時よりも低いと、常温時よりも低い値に設定される。この理由は、二次電池６５０の温度が低いときに速い充電速度を設定して充電すると、二次電池６５０を劣化させるおそれがあるからである。なお、制御装置７００は、充電速度Ｗｉｎを決定するときに現在のＳＯＣを考慮しても良い。ＳＯＣは、満充電状態を１００％、完全放電した状態を０％として、二次電池６５０にどれくらいの電力が充電されているかを示すものである。ＳＯＣは、高すぎると二次電池６５０の劣化を早めるおそれがあり、また、回生時に回生電力を充電できない場合がある。一方、ＳＯＣが低すぎると二次電池６５０の電力を使用したいときに使用できない場合がある。そのため、ＳＯＣは、所定の許容範囲、例えば３０％〜７０％の範囲内に収まるように制御される。二次電池６５０の現在のＳＯＣが許容範囲の上限に近い場合には、許容範囲の上限を超えないようにするために、制御部７００は、二次電池６５０への充電速度Ｗｉｎを小さく設定することが好ましい。ステップＳ１３５では、制御装置７００は、二次電池６５０への充電速度が予め定められた閾値Ｗｉｎｔｈ未満か否かを判断する。予め定められた閾値Ｗｉｎｔｈより小さい場合には、ステップＳ１４０に移行し、閾値Ｗｉｎｔｈ以上の場合には、ステップＳ１５０に移行する。
【００３３】
ステップＳ１５０では、制御装置７００は、燃料電池１００に要求する発電量Ｑ２[Ｗ]を算出する。この発電量Ｑ２は、補機６４０の消費電力Ｑ１と、二次電池６５０に充電させる充電速度Ｗｉｎとの和に等しい。このように、燃料電池１００の発電した電力Ｑ２の一部を二次電池６５０に充電することで、燃料電池システム１０の効率の低下を抑制できる。
【００３４】
以上、本実施形態によれば、二次電池６５０が電力を受け入れ可能な場合、制御装置７００は、二次電池６５０に受け入れ可能な電力（充電速度Ｗｉｎに対応する電力）を考慮して燃料電池の発電量Ｑ１を算出して第１エア供給量Ａ１を算出し、第１エア供給量Ａ１と第２エア供給量Ａ２とのうち少なくない方のエア供給量を燃料電池１００に供給するようにエア供給系３００を制御するので、燃料電池１００には連続的にエアが供給され、生成水が十分に排出されずに生成水が凍結することを防止できる。また、発電量の一部Ｗｉｎを二次電池６５０に充電できるので、燃料電池システム１０の効率を低下させにくい。さらに、エア供給系３００は、第２エア供給量Ａ２以上のエア供給量を供給するので、エアコンプレッサ３２０の動作は不安定にならない。
【００３５】
第３の実施形態：
図８は、第３の実施形態における暖機運転時の動作フローチャートである。図７に示す第２の実施形態との違いは、ステップＳ１２２とＳ１２４とを備える点である。ステップＳ１２２は、第２実施形態のステップＳ１４０と同じ動作であるが、ステップＳ１３０を実行する前に行う点が異なっている。補機６４０の消費電力が大きい場合には、第１エア供給量Ａ１が大きくなる。第３の実施形態では、第２の実施形態において、補機６４０の消費電力が大きい場合には、二次電池６５０への充電を行わず、補機６４０の消費電力が小さい場合には、二次電池６５０への充電を行うものである。
【００３６】
ステップＳ１２４では、制御装置７００は、補機６４０の消費電力Ｑ１が閾値Ｑｔｈ未満か否かを判断する。補機６４０の消費電力Ｑ１が閾値Ｑｔｈ未満の場合には、ステップＳ１３０に移行し、補機６４０の消費電力Ｑ１が閾値Ｑｔｈ以上の場合には、ステップＳ１６０に移行する。この閾値Ｑｔｈは、予め定められた値である。ステップＳ１２４からステップＳ１６０に移行した場合、または、ステップＳ１３５において二次電池６５０への充電速度Ｗｉｎが予め定められた閾値Ｗｉｎｔｈよりも小さい場合、第１エア供給量Ａ１を算出するときの燃料電池１００の発電量としてＱ１が用いられる。一方、ステップＳ１３５において二次電池６５０への充電速度Ｗｉｎが予め定められた閾値Ｗｉｎｔｈ以上の場合、第１エア供給量Ａ１を算出するときの燃料電池１００の発電量として、第２の実施形態と同様に、二次電池６５０への充電速度Ｗｉｎを考慮した発電量Ｑ２が用いられる。
【００３７】
第３の実施形態によれば、補機６４０の消費電力Ｑ１が閾値Ｑｔｈ以上の場合には、二次電池６５０への充電を行わなくても、燃料電池システムの効率の低下を少なく出来る。
【００３８】
以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。
【符号の説明】
【００３９】
１０…燃料電池システム
１００…燃料電池
２００…燃料ガス供給系
２１０…燃料ガスタンク
２２０…燃料ガス供給管
２３０…燃料ガス排気管
２４０…燃料ガス還流管
２５０…主止弁
２６０…レギュレーター
２８０…気液分離器
２９０…水素ポンプ
３００…エア供給系
３１０…エアクリーナ
３２０…エアコンプレッサ
３３０…酸化剤ガス供給管
３４０…分流弁
３５０…大気圧センサ
３６０…外気温センサ
３７０…エアフローメータ
３８０…供給ガス温度センサ
３９０…供給ガス圧力センサ
４００…排ガス系
４１０…排ガス管
４２０…調圧弁
４３０…燃料ガス排出管
４４０…排気排水弁
４５０…酸化剤ガスバイパス管
４７０…サイレンサー
５００…冷却系
５１０…冷却水供給管
５１５…冷却水排出管
５２０…ラジエータ管
５２５…ウォーターポンプ
５３０…ラジエータ
５３５…ラジエータファン
５４０…バイパス管
５４５…三方弁
６００…負荷回路
６０５…燃料電池昇圧コンバーター
６１０…インバーター
６２０…主駆動モーター
６３０…ＤＣ／ＤＣコンバーター
６４０…補機
６５０…二次電池
７００…制御装置
７１０…エア供給量算出部
７２０…比較部
７３０…エア供給制御部
【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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