(57)【要約】【課題】必要なときに適切なタイミングで、低温対策制御を実施することが可能な燃料電池システムを提供する。【解決手段】制御ユニット８０は、低温対策制御の必要性を判定する際、ナビゲーションシステム１９０から供給される周囲環境の状態（外気温度など）をあらわす周囲環境情報に基づき、自動判定を行う。そして、制御ユニット８０は、この自動判定の判定結果と、ユーザによる低温対策制御スイッチの操作に基づくスイッチ判定の判定結果の両結果に対して重み付けを行い、重み付けがなされた各判断結果に基づいて最終判定を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低温対策制御の実行を指示するための低温対策操作子を備えた燃料電池システムであって、
取得される環境情報に基づいて低温対策制御の必要性を判定する第１判定手段と、
ユーザによる前記低温対策操作子の操作内容に基づいて低温対策制御の必要性を判定する第２判定手段と、
前記各判定手段による判定結果に重みを付与する重み付け手段と、
重みが付与された各判断結果に基づいて、低温対策制御を実行するか否かの最終判定を行う第３判定手段と
を具備することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記重み付け手段は、取得される前記環境情報の内容に応じて付与する重みを変え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】
前記環境情報には、前記燃料電池の温度、外気温度、当該時点の位置、日付の少なくともいずれか１つをあらわす情報が含まれることを特徴とする請求項１または２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、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
外部温度が低い場合には、燃料電池システムの停止後にその内部で発生した水が凍結し、配管や弁などが破損するといった問題や、凍結した水がガス流路を塞いでしまい、次回燃料電池を起動したときにガスの供給が妨げられて電気化学反応が十分に進行しないといった問題が発生する。
このような問題に鑑み、燃料電池システムの停止要求（イグニッションキーのオフ指令など）があった以後の所定のタイミングで外気温度などの温度情報を取得し、その温度情報から水の凍結を予想してユーザに報知するといった方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
かかる方法によれば、ユーザはディスプレイなどに表示される予想結果（例えば「凍結のおそれ有り」）に基づき低温対策制御（掃気処理など）の要否を判断し、判断結果に応じて低温対策実施ボタンなどを押下するため、ユーザが必要であると判断したときだけ、低温対策制御が行われる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１０８８３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、低温対策制御を実施するか否かをユーザの判断（すなわち、低温対策実施ボタンの押下操作の有無）のみに依存すると、ユーザの誤判断により適切なタイミングで低温対策制御が行われないという問題が発生する。また、ユーザが上記メッセージを見落とした場合にはユーザの意図によらず低温対策制御が行われないという問題が発生する。
【０００６】
本発明は以上説明した事情を鑑みてなされたものであり、必要なときに適切なタイミングで、低温対策制御を実施することが可能な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】
【０００７】
上述した問題を解決するため、本発明に係る燃料電池システムは、低温対策制御の実行を指示するための低温対策操作子を備えた燃料電池システムであって、取得される環境情報に基づいて低温対策制御の必要性を判定する第１判定手段と、ユーザによる前記低温対策操作子の操作内容に基づいて低温対策制御の必要性を判定する第２判定手段と、前記各判定手段による判定結果に重みを付与する重み付け手段と、重みが付与された各判断結果に基づいて、低温対策制御を実行するか否かの最終判定を行う第３判定手段とを具備することを特徴とする。
【０００８】
かかる構成によれば、低温対策制御の必要性を判定する際、環境情報に基づく自動判定の判定結果と、ユーザによる低温対策制御スイッチの操作に基づくスイッチ判定の判定結果の両結果に対して重み付けを行い、重み付けがなされた各判断結果に基づいて最終判定を行う。かかる重み付けを行うことで、低温対策制御の必要性に係る判定精度を向上することができ、無駄な低温対策制御を抑制することができるとともに、必要なときに適切なタイミングで低温対策制御を実施することが可能となる。
【０００９】
ここで、上記構成にあっては、前記重み付け手段は、取得される前記環境情報の内容に応じて付与する重みを変える態様が好ましく、また、前記環境情報には、前記燃料電池の温度、外気温度、当該時点の位置、日付の少なくともいずれか１つをあらわす情報が含まれる態様が好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように、本発明によれば、必要なときに適切なタイミングで、低温対策制御を実施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】
【００１１】
以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１２】
Ａ．本実施形態
（１）実施形態の構成
図１は第１実施形態に係る燃料電池システム１００の要部構成を示す図である。本実施形態では、燃料電池自動車（ＦＣＨＶ；Fuel Cell Hyblid Vehicle）、電気自動車、ハイブリッド自動車などの車両に搭載される燃料電池システムを想定するが、車両のみならず各種移動体（例えば、船舶や飛行機、ロボットなど）や定置型電源にも適用可能である。
【００１３】
燃料電池４０は、供給される反応ガス（燃料ガス及び酸化ガス）から電力を発生する手段であり、固体高分子型、燐酸型、熔融炭酸塩型など種々のタイプの燃料電池を利用することができる。燃料電池４０は、ＭＥＡなどを備えた複数の単セルを直列に積層したスタック構造を有している。この燃料電池４０の出力電圧（以下、ＦＣ電圧）及び出力電流（以下、ＦＣ電流）は、それぞれ電圧センサ１４０及び電流センサ１５０によって検出される。燃料電池４０の燃料極（アノード）には、燃料ガス供給源１０から水素ガスなどの燃料ガスが供給される一方、酸素極（カソード）には、酸化ガス供給源７０から空気などの酸化ガスが供給される。
【００１４】
燃料ガス供給源１０は、例えば水素タンクや様々な弁などから構成され、弁開度やＯＮ／ＯＦＦ時間などを調整することにより、燃料電池４０に供給する燃料ガス量を制御する。
酸化ガス供給源７０は、例えばエアコンプレッサやエアコンプレッサを駆動するモータ、インバータなどから構成され、該モータの回転数などを調整することにより、燃料電池４０に供給する酸化ガス量を調整する。
【００１５】
バッテリ６０は、充放電可能な二次電池であり、例えばニッケル水素バッテリなどにより構成されている。もちろん、バッテリ６０の代わりに二次電池以外の充放電可能な蓄電器（例えばキャパシタ）を設けても良い。このバッテリ６０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０を介して燃料電池４０と並列に接続されている。
【００１６】
インバータ１１０は、例えばパルス幅変調方式のＰＷＭインバータであり、制御ユニット８０から与えられる制御指令に応じて燃料電池４０またはバッテリ６０から出力される直流電力を三相交流電力に変換し、トラクションモータ１１５へ供給する。トラクションモータ１１５は、車輪１１６Ｌ、１１６Ｒを駆動するためのモータ（すなわち移動体の動力源）であり、かかるモータの回転数はインバータ１１０によって制御される。このトラクションモータ１１５及びインバータ１１０は、燃料電池４０側に接続されている。
【００１７】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０は、例えば４つのパワー・トランジスタと専用のドライブ回路（いずれも図示略）によって構成されたフルブリッジ・コンバータである。ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０は、バッテリ６０から入力されたＤＣ電圧を昇圧または降圧して燃料電池４０側に出力する機能、燃料電池４０などから入力されたＤＣ電圧を昇圧または降圧してバッテリ６０側に出力する機能を備えている。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０の機能により、バッテリ６０の充放電が実現される。
【００１８】
バッテリ６０とＤＣ／ＤＣコンバータ１３０の間には、車両補機やＦＣ補機などの補機類１２０が接続されている。バッテリ６０は、これら補機類１２０の電源となる。なお、車両補機とは、車両の運転時などに使用される種々の電力機器（照明機器、空調機器、油圧ポンプなど）をいい、ＦＣ補機とは、燃料電池４０の運転に使用される種々の電力機器（燃料ガスや酸化ガスを供給するためのポンプなど）をいう。
【００１９】
制御ユニット８０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどにより構成され、電圧センサ１４０や電流センサ１５０、燃料電池４０の温度を検出する温度センサ５０、バッテリ６０の充電状態を検出するＳＯＣセンサ、アクセルペダルの開度を検出するアクセルペダルセンサなどから入力される各センサ信号に基づき当該システム各部を中枢的に制御する。
【００２０】
表示装置１６０は、液晶表示装置や各種ランプなどから構成され、音声出力装置１８０は、スピーカ、アンプ、フィルタなどから構成されている。制御ユニット８０は、表示装置１６０及び音声出力装置１８０を用いて各種メッセージを報知する。報知されるメッセージには、暖機処理や掃気処理など低温対策制御に関わるメッセージ（例えば低温対策制御指令の入力を促すメッセージの表示など）も含まれる。
【００２１】
入力装置１７０は、キーボード、マウス、タッチパネルや各種操作スイッチなどにより構成されている。操作スイッチの中には低温対策制御開始／制御停止命令を入力するための特殊スイッチ（以下、低温対策スイッチ）ＳＷ１が含まれる。ユーザは、この低温対策スイッチ（低温対策操作子）ＳＷ１をオン、オフ操作することにより、低温対策制御開始／制御停止の指示を行う。
【００２２】
ナビゲーションシステム１９０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを備えており、ＧＰＳ（Global Positioning System）などを利用して当該車両の位置を測定し、周囲の地図とともに測定した位置を表示する。図２は、ナビゲーションシステム１９０の機能構成を示す図である。
【００２３】
ナビゲーションシステム１９０は、位置情報取得部１９１と、通信部１９２と、日付機構１９３と、外気温度センサ１９４と、環境情報取得部１９５と、制御部１９６とを備えている。
位置情報取得部１９１は、ＧＰＳ、電子コンパスモジュールなどを含み、当該車両の現在位置をあらわす位置情報（緯度、経度を表す情報など）を生成する。
通信部１９２は、種々の通信インタフェースを備えて構成され、ネットワーク（インターネットなど）ＩＮを介して情報サーバ２００との間で種々の情報を授受する。
日付機構１９３は、タイマなどにより構成され、現在の日付や時刻（（２００７年１月１日１時など）をあらわす現時刻情報を生成する。
【００２４】
外気温度センサ１９４は、当該車両の外気温度を検出して外気温度情報を生成するセンサであり、例えば当該車両の外周に設けられている。なお、外気温度を直接検出する代わりに、当該車両に搭載されている様々な部品（各種補機など）の温度を検出することで外気温度を間接的に検出しても良い。
環境情報取得部１９５は、当該車両の周囲環境に関わる情報を取得する手段である。環境情報取得部１９５は、位置情報取得部１９１によって取得された位置情報をネットワークＩＮを介して情報サーバ２００に送信することで、情報サーバ２００から送信される地図情報や天気情報などを取得する。
【００２５】
情報サーバ２００は、地図データベースＤＢ１や天気データベースＤＢ２などを備えて構成され、環境情報取得部１９５からの要求に応じて、当該車両の現在位置や周辺地域をあらわす地図情報、周辺地域の天気をあらわす天気情報などを環境情報取得部１９５へ返す。また、環境情報取得部１９５は、日付機構１９３から現時刻情報を取得するとともに、外気温度センサ１９４から外気温度情報を取得する。さらに、環境情報取得部１９５は、温度センサ５０から燃料電池の温度をあらわすＦＣ温度情報などを取得する。
なお、以下の説明では、地図情報、天気情報、現時刻情報、外気温度情報、ＦＣ温度情報など、当該車両の周囲環境に関わる情報を周囲環境情報と総称する。
【００２６】
制御部１９６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどにより構成され、システム全体を中枢的に制御するとともに、環境情報取得部１９５によって取得された周囲環境情報を制御ユニット８０に送る。
【００２７】
制御ユニット８０は、ナビゲーションシステム１９０から供給される周囲環境情報を表示装置１６０や音声出力装置１８０を介してユーザに報知する（外部に出力する）とともに、この周囲環境情報を利用して低温対策制御が必要か否かの判定を行う（詳細は後述）。
以下、本システムに係る判定処理について説明する。
【００２８】
（２）実施形態の動作
図３は、制御ユニット８０によって実行される判定処理を示すフローチャートである。
制御ユニット（第１判定手段）８０は、当該システムの起動要求（イグニッションオンなど）が入力されたことを検出すると（ステップＳ１）、ナビゲーションシステム１９０から周囲環境情報を取得し、取得した周囲環境情報に基づき低温対策制御が必要であるか否かを自動判定する（ステップＳ２）。そして、制御ユニット８０は、この自動判定の判定結果Ａをメモリ８５の所定領域に格納する（図４参照）。
自動判定について詳述すると、まず、制御ユニット８０は、ナビゲーションシステム１９０に対して周囲環境情報を要求する。ナビゲーションシステム１９０の位置情報取得部１９１は、ＧＰＳや電子コンパスモジュールなどを利用して位置情報を取得し、環境情報取得部１９５に送る。環境情報取得部１９５は、位置情報取得部１９１によって取得された位置情報を通信部１９２、ネットワークＩＮを介して情報サーバ２００に送信する。情報サーバ２００は、受け取った位置情報から当該車両の現在位置（当該時点の位置）や周辺地域をあらわす地図情報、周辺地域の天気をあらわす天気情報などを各データベースＤＢ１、ＤＢ２から抽出し、環境情報取得部１９５へ返す。環境情報取得部１９５は、このようにして地図情報、天気情報を取得するほか、日付機構１９３、外気温度センサ１９４、温度センサ５０からそれぞれ現時刻情報、外気温度情報、ＦＣ温度情報を取得する。環境情報取得部１９５は、これら周囲環境情報を取得すると、制御ユニット８０に供給する。
【００２９】
制御ユニット８０は、環境情報取得部１９５から周囲環境情報を受け取ると、受け取った周囲環境情報に基づき、低温対策制御を行うか否かの自動判定を行う。一例を挙げて説明すると、例えば各情報にそれぞれ閾値を設定し、この閾値を越えたものが３つ以上ある場合には低温対策制御が「必要」であると判断する一方、３つ未満である場合には低温対策制御は「不要」であると判断する。そして、制御ユニット８０は、上記自動判定の結果をあらわす第１判定結果Ａをメモリ８５の所定領域に格納する（図４参照）。もちろん、かかる判断基準はあくまで一例であり、どのような判断基準を採用するかは任意である。
【００３０】
制御ユニット（第２判定手段）８０は、ステップＳ３に進むと、低温対策スイッチＳＷ１の操作状態に基づき、低温対策制御が必要であるか否かのスイッチ判定を行う。具体的には、低温対策スイッチＳＷ１が押下されている場合には、低温対策制御が「必要」であると判断する一方、低温対策スイッチＳＷ１が押下されていない場合には低温対策制御は「不要」であると判断する。そして、制御ユニット８０は、上記スイッチ判定の判定結果Ｂをメモリ８５の所定領域に格納する（図４参照）。
【００３１】
制御ユニット８０は、判定結果Ａ、Ｂをメモリ８５の所定領域に格納すると、上述した周囲環境情報に基づいて環境係数αの導出を行う（ステップＳ４）。この環境係数αは、各判定結果Ａ、Ｂに付与する重みを決定するための係数であり、制御ユニット８０は、周囲環境情報に含まれる地図情報、天気情報、現時刻情報、外気温度情報、ＦＣ温度情報などを利用して環境係数α（０≦α≦１）を求める。なお、周囲環境情報をどのように利用して環境係数αを求めるかは任意であり、例えば周囲環境情報に含まれる一部の情報（地図情報のみ）に基づき、所定のマップや関数を利用して環境係数αを決定してもよく、また該周囲環境情報に含まれる全ての情報に基づき環境係数αを決定しても良い。
【００３２】
制御ユニット（重み付け手段）８０は、このようにして環境係数αを求めると、これを下記式（１）に代入することにより、各判定結果に重み付けを行う（ステップＳ５）。そして、制御ユニット（第３判定手段）８０は、低温対策制御を必要であるか否かの最終判定を行い（ステップＳ６）、この最終判定の判定結果Ｃをメモリ８５の所定領域に格納する（図４参照）。
Ｃ＝α＊Ａ＋（１−α）＊Ｂ        ・・・（１）
【００３３】
図５は、メモリ８５に格納される判定結果Ａ、Ｂを例示した図である。なお、図５では、低温対策制御が必要であるとの判定結果を「必要」、低温対策制御が不要であるとの判定結果を「不要」と表記する。
図５に示すように、判定結果Ａ、Ｂの組み合わせは４通り存在し、判定結果Ａ、Ｂがともに「必要」の場合（ケース１）、判定結果Ａが「必要」で判定結果Ｂが「不要」の場合（ケース２）、判定結果Ａが「不要」で判定結果Ｂが「必要」の場合（ケース３）、判定結果Ａ、Ｂがともに「不要」の場合（ケース４）が存在する。両判定結果が同じ場合には（ケース１、ケース４）、環境係数αの値によって判定結果Ｃは変動しないが、判定結果Ａ、Ｂが異なる場合には（ケース２、ケース３）、環境係数αによって判定結果Ｃは変動する。
【００３４】
例えば、判定結果Ａが「必要」で判定結果Ｂが「不要」の場合（ケース２）、環境係数αが０.５未満に設定されると、制御ユニット８０によって判定結果Ａよりも判定結果Ｂの方に大きな重みが付与され、判定結果Ｃは判定結果Ｂと同じ「不要」になる。一方、判定結果Ａが「必要」で判定結果Ｂが「不要」の場合であっても（ケース２）、環境係数αが０.５以上に設定されると、上記とは逆に、制御ユニット８０によって判定結果Ｂよりも判定結果Ａの方に大きな重みが付与され、判定結果Ｃは判定結果Ａと同じ「必要」になる。このように、設定される環境係数αの値に応じて、制御ユニット８０により付与される重みは変更される。
【００３５】
制御ユニット８０は、以上説明した判定処理を実行することにより、最終判定の判定結果をあらわす判定結果Ｃを得ると、この判定結果に従って本システムを制御する。すなわち、判定結果Ｃが「不要」である場合には、低温対策制御を行うことなく通常運転制御を行う一方、最終判定の判定結果Ｃが「必要」である場合には、この判定結果に従って低温対策制御を行う。ここで、低温対策制御としては、例えば掃気処理などが挙げられる。かかる掃気処理を実行することで、配管などに溜まった水分量を低減することができ、配管に溜まった水が凍結して破損してしまう等の問題を抑制することができる。もちろん、低温対策制御は掃気処理に限られず、例えば発電効率の低い状態で運転（低効率運転）を行い、当該システムを暖機することで配管などに溜まった水分量を低減するようにしても良い。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態によれば、低温対策制御の必要性を判定する際、環境情報に基づく自動判定の判定結果と、ユーザによる低温対策制御スイッチの操作に基づくスイッチ判定の判定結果の両結果に対して重み付けを行い、重み付けがなされた各判断結果に基づいて最終判定を行う。かかる重み付けを行うことで、低温対策制御の必要性に係る判定精度を向上することができ、無駄な低温対策制御を抑制することができるとともに、必要なときに適切なタイミングで低温対策制御を実施することが可能となる。
【００３７】
なお、上述した本実施形態では、システム起動時に上記判定処理を実施したが、当該システムの停止要求があった場合に判定処理を実施しても良く、さらには通常運転中に間欠的に判定処理を実施しても良い。また、上記判定処理において、自動判定による判定結果Ａが「必要」である場合に、低温対策制御指令の入力を促すメッセージを報知しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す図である。
【図２】同実施形態に係るナビゲーションシステムを説明するための図である。
【図３】同実施形態に係る判定処理を示すフローチャートである。
【図４】同実施形態に係るメモリの格納状態を例示した図である。
【図５】同実施形態に係る各判定結果Ａ、Ｂを例示した図である。
【符号の説明】
【００３９】
１００・・・燃料電池システム、８０・・・制御ユニット、４０・・・燃料電池、５０・・・温度センサ、１９０・・・ナビゲーションシステム、１９１・・・位置情報取得部、１９２・・・通信部、１９３・・・日付機構、１９４・・・外気温度センサ、１９５・・・環境情報取得部、１９６・・・制御部、２００・・・情報サーバ。
【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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