(57)【要約】【課題】低温始動時に燃料電池を容易且つ確実に自己発熱させることができ、継続発電を良好に遂行することを可能にする。【解決手段】燃料電池システム１０は、燃料ガス及び酸化剤ガスの電気化学反応により発電する燃料電池スタック１２と、前記燃料電池スタック１２の発電電力を充放電可能であるとともに、前記燃料電池スタック１２に直結可能な高圧エネスト１８と、少なくとも前記燃料電池スタック１２の発電電力又は前記高圧エネスト１８の放電電力により電力供給される負荷群２０と、前記燃料電池スタック１２の発電開始前に、前記負荷群２０の中、いずれかの負荷により前記高圧エネスト１８の残蓄電量を所定値まで低下可能な補機制御部７０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、
前記燃料電池の発電電力を充放電可能であるとともに、前記燃料電池に直結可能な蓄電装置と、
少なくとも前記燃料電池の発電電力又は前記蓄電装置の放電電力により電力供給される負荷群と、
を備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池の発電開始前に、前記負荷群の中、いずれかの負荷により前記蓄電装置の残蓄電量を所定値まで低下可能な残蓄電量低減装置を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池の始動前に、前記燃料電池の発電状態が定常状態になるか否かを判定する発電状態判定装置を備え、
前記燃料電池が前記定常状態にならないと判定された際、前記残蓄電量低減装置による前記蓄電装置の残蓄電量低下処理を行うことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項２記載の燃料電池システムにおいて、前記発電状態判定装置は、前記燃料電池が氷点下起動される際、前記燃料電池が前記定常状態にならないと判定することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、前記所定値は、少なくとも前記蓄電装置の端子電圧が前記燃料電池の出力下限電圧と同等になる値に設定されることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池と前記負荷群とを繋ぐ第１バスと、
前記第１バスの途上と前記蓄電装置とを繋ぐ第２バスと、
前記第２バスに配置され、前記蓄電装置からの放電電力を昇圧可能なコンバータと、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、前記蓄電装置の電圧上昇を抑制する電圧上昇抑制装置を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項７】
請求項６記載の燃料電池システムにおいて、前記蓄電装置の暖機が完了したか否かを判断する暖機完了判定装置を備え、
前記暖機完了判定装置が前記蓄電装置の暖機が完了していないと判断した際に、前記電圧上昇抑制装置が前記蓄電装置の電圧上昇を抑制する処理を行うことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項８】
反応ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、
前記燃料電池の発電電力を充放電可能であるとともに、前記燃料電池に直結可能な蓄電装置と、
少なくとも前記燃料電池の発電電力又は前記蓄電装置の放電電力により電力供給される負荷群と、
を備える燃料電池システムの始動方法であって、
前記燃料電池の発電開始前に、前記負荷群の中、いずれかの負荷により前記蓄電装置の残蓄電量を所定値まで低下させた後、前記燃料電池を始動させることを特徴とする燃料電池システムの始動方法。
【請求項９】
請求項８記載の始動方法において、前記燃料電池の始動前に、前記燃料電池の発電状態が定常状態になるか否かを判定する工程と、
前記燃料電池が前記定常状態にならないと判定された際、前記蓄電装置の残蓄電量低下処理を行う工程と、
を有することを特徴とする燃料電池システムの始動方法。
【請求項１０】
請求項９記載の始動方法において、前記燃料電池が氷点下起動される際、前記燃料電池が前記定常状態にならないと判定することを特徴とする燃料電池システムの始動方法。
【請求項１１】
請求項８〜１０のいずれか１項に記載の始動方法において、前記所定値は、少なくとも前記蓄電装置の端子電圧が前記燃料電池の出力下限電圧と同等になる値に設定されることを特徴とする燃料電池システムの始動方法。
【請求項１２】
請求項８〜１１のいずれか１項に記載の始動方法において、前記蓄電装置の電圧上昇を抑制する工程を有することを特徴とする燃料電池システムの始動方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の始動方法において、前記蓄電装置の暖機が完了したか否かを判断する工程を有し、
前記蓄電装置の暖機が完了していないと判断された際に、前記蓄電装置の電圧上昇を抑制する工程を行うことを特徴とする燃料電池システムの始動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池の発電電力を充放電可能であるとともに、前記燃料電池に直結可能な蓄電装置と、少なくとも前記燃料電池の発電電力又は前記蓄電装置の放電電力により電力供給される負荷群とを備える燃料電池システム及びその始動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料ガス（主に水素を含有するガス）及び酸化剤ガス（主に酸素を含有するガス）をアノード側電極及びカソード側電極に供給して電気化学的に反応させることにより、直流の電気エネルギを得るシステムである。
【０００３】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を設けた電解質膜・電極構造体を、セパレータによって挟持した発電セルを備えている。この種の発電セルは、通常、電解質膜・電極構造体及びセパレータを所定数だけ交互に積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。
【０００４】
この種の燃料電池の用途としては、自動車等の車両に搭載した燃料電池車両が注目されている。発電効率が高く、しかも排気がクリーンであるという利点があるからである。
【０００５】
燃料電池車両では、燃料電池の出力応答性等を補うために、バッテリやキャパシタ（電気二重層コンデンサ）等の蓄電装置を併用するハイブリッド電源システムが採用されている。その際、システムの起動時に、燃料電池が低温であると、この燃料電池を効率的に発電することができない場合がある。
【０００６】
そこで、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池システムでは、燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されて発電する燃料電池と、前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、電力の充放電をする二次電池と、前記燃料電池で発電した発電電力を前記燃料電池の発電に必要な補機に供給して消費させるとともに、前記二次電池に供給して充電させ、前記二次電池を放電させて前記補機に供給する電力分配手段と、システムの起動時に前記燃料電池の発電電力を前記補機及び前記二次電池に供給するように前記電力分配手段を制御する処理と、前記燃料電池の発電電力及び前記二次電池の放電電力を前記補機に供給するように前記電力分配手段を制御する処理とを繰り返して、前記燃料電池及び前記二次電池を暖機させる制御手段とを備えている。
【０００７】
これにより、システム起動時に、燃料電池を安定させて自己発熱により昇温させるとともに、二次電池の充放電を繰り返して自己発電により昇温させることができ、燃料電池及び二次電池の暖機を効果的に行って暖機時間を短期間とすることができる、としている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−２８１２１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
一般的に、上記のシステムにおいて、燃料電池の出力電圧がバッテリの端子電圧と同電位になった（直結した）状態では、前記燃料電池の出力電圧を、この状態からさらに下げることができないため、前記燃料電池から電流が取り出されない。
【００１０】
ここで、バッテリやキャパシタ等のエネルギストレージ（以下、単にエネストともいう）は、充電量が増加するのに伴ってエネスト端子電圧が高くなる特性を有している。一方、燃料電池では、温度に対する電流−電圧特性（以下、Ｉ−Ｖ特性ともいう）が変動し、特に氷点下の低温起動時には、Ｉ−Ｖ特性が著しく低くなっている。
【００１１】
このため、図８に示すように、燃料電池の氷点下起動時には、使用可能な出力発電領域が狭小になり、この燃料電池から少量の電流を取り出しただけで、前記燃料電池の出力電圧がエネスト端子電圧と同電位となってしまう。これにより、燃料電池は、僅かな電流しか取り出すことができず、自己発熱が十分に行われないため、良好な継続発電が遂行されないという問題がある。
【００１２】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、低温始動時に燃料電池を容易且つ確実に自己発熱させることができ、継続発電を良好に遂行することが可能な燃料電池システム及びその始動方法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】
【００１３】
本発明は、反応ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池の発電電力を充放電可能であるとともに、前記燃料電池に直結可能な蓄電装置と、少なくとも前記燃料電池の発電電力又は前記蓄電装置の放電電力により電力供給される負荷群とを備える燃料電池システムに関するものである。
【００１４】
そして、燃料電池システムは、燃料電池の発電開始前に、負荷群の中、いずれかの負荷により蓄電装置の残蓄電量を所定値まで低下可能な残蓄電量低減装置を備えている。
【００１５】
また、燃料電池システムは、燃料電池の始動前に、前記燃料電池の発電状態が定常状態になるか否かを判定する発電状態判定装置を備え、前記燃料電池が前記定常状態にならないと判定された際、残蓄電量低減装置による蓄電装置の残蓄電量低下処理を行うことが好ましい。
【００１６】
さらに、発電状態判定装置は、燃料電池が氷点下起動される際、前記燃料電池が前記定常状態にならないと判定することが好ましい。
【００１７】
さらにまた、所定値は、少なくとも蓄電装置の端子電圧が燃料電池の出力下限電圧と同等になる値に設定されることが好ましい。
【００１８】
また、燃料電池システムは、燃料電池と負荷群とを繋ぐ第１バスと、前記第１バスの途上と蓄電装置とを繋ぐ第２バスと、前記第２バスに配置され、前記蓄電装置からの放電電力を昇圧可能なコンバータとを備えることが好ましい。
【００１９】
さらに、燃料電池システムは、蓄電装置の電圧上昇を抑制する電圧上昇抑制装置を備えることが好ましい。
【００２０】
さらにまた、燃料電池システムは、蓄電装置の暖機が完了したか否かを判断する暖機完了判定装置を備え、前記暖機完了判定装置が前記蓄電装置の暖機が完了していないと判断した際に、電圧上昇抑制装置が前記蓄電装置の電圧上昇を抑制する処理を行うことが好ましい。
【００２１】
また、本発明に係る燃料電池システムの始動方法では、燃料電池の発電開始前に、負荷群の中、いずれかの負荷により蓄電装置の残蓄電量を所定値まで低下させた後、前記燃料電池を始動させている。
【発明の効果】
【００２２】
本発明では、燃料電池の発電開始前に、蓄電装置の残蓄電量を低下させるため、前記蓄電装置の端子電圧が低下し、前記燃料電池の使用可能な出力発電領域が拡大される。従って、燃料電池から取り出される電流を増加させることができ、特に低温始動時に、前記燃料電池を容易且つ確実に自己発熱させることが可能になる。これにより、燃料電池は、良好に暖機されて継続発電が確実に遂行可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は、本発明の実施形態に係る車載用の燃料電池システム１０の概略構成図である。
【００２４】
燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１２と、前記燃料電池スタック１２に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置１４と、前記燃料電池スタック１２に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置１６と、前記燃料電池スタック１２に冷却媒体を供給する冷却媒体供給装置（図示せず）と、前記燃料電池スタック１２の発電電力を充放電可能であるとともに、前記燃料電池スタック１２に直結可能な蓄電装置、例えば、高圧エネスト１８と、少なくとも前記燃料電池スタック１２の発電電力又は前記高圧エネスト１８の放電電力により電力供給される負荷群２０と、前記燃料電池システム１０全体の制御を行う制御装置(コントローラ)２２とを備える。
【００２５】
燃料電池スタック１２は、複数の燃料電池２４を積層して構成される。各燃料電池２４は、図示しないが、固体高分子電解質膜をアノード側電極とカソード側電極とで挟持した電解質膜・電極構造体を備え、前記電解質膜・電極構造体を一対のセパレータで挟持する。
【００２６】
燃料電池スタック１２の積層方向一端部には、空気（酸素含有ガス）等の酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔２６ａと、前記酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔２６ｂとが形成される。燃料電池スタック１２の積層方向他端部には、水素含有ガス等の燃料ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔２８ａと、前記燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔２８ｂとが形成される。
【００２７】
酸化剤ガス入口連通孔２６ａ及び酸化剤ガス出口連通孔２６ｂは、各燃料電池２４を構成する電解質膜・電極構造体と一方のセパレータとの間に形成される酸化剤ガス流路３０に連通する。燃料ガス入口連通孔２８ａ及び燃料ガス出口連通孔２８ｂは、各燃料電池２４を構成する電解質膜・電極構造体と他方のセパレータとの間に形成される燃料ガス流路３２に連通する。
【００２８】
酸化剤ガス供給装置１４は、大気からの空気を圧縮して供給するエアコンプレッサ３４を備え、前記エアコンプレッサ３４が空気供給流路３６に配設される。空気供給流路３６は、燃料電池スタック１２の酸化剤ガス入口連通孔２６ａに連通する。
【００２９】
酸化剤ガス供給装置１４は、酸化剤ガス出口連通孔２６ｂに連通する空気排出流路３８を備える。この空気排出流路３８には、エアコンプレッサ３４から空気供給流路３６を通って燃料電池スタック１２に供給される空気の圧力を調整するための背圧制御弁４０が設けられる。
【００３０】
燃料ガス供給装置１６は、高圧水素（水素含有ガス）を貯留する水素タンク４２を備え、この水素タンク４２は、水素供給流路４４を介して燃料電池スタック１２の燃料ガス入口連通孔２８ａに連通する。この水素供給流路４４には、エゼクタ４６が設けられる。エゼクタ４６は、水素タンク４２から供給される水素ガスを、水素供給流路４４を通って燃料電池スタック１２に供給するとともに、燃料電池スタック１２で使用されなかった未使用の水素ガスを含む排ガスを、燃料ガス出口連通孔２８ｂに連通する水素循環流路４８から吸引して燃料電池スタック１２に再度供給する。
【００３１】
負荷群２０は、エアコンプレッサ３４の他、冷却媒体供給装置を構成するポンプ５０、エアコンを含む高圧補機類５２、燃料電池スタック１２を加温するヒータ５３及び走行用のモータ５４を備える。
【００３２】
燃料電池スタック１２と負荷群２０とは、第１バス５６ａを介して繋がれる。第１バス５６ａの途上と高圧エネスト１８とは、第２バス５６ｂを介して繋がれるとともに、前記第２バス５６ｂには、前記高圧エネスト１８からの放電電力を昇圧可能な昇圧コンバータであるＤＣ−ＤＣコンバータ５８が配設される。高圧エネスト１８としては、例えば、電気二重層コンデンサ等のキャパシタやバッテリが用いられる。第２バス５６ｂには、高圧エネスト１８とＤＣ−ＤＣコンバータ５８との間に位置し、ダウンバータ５７を介してオーディオやライト等の低圧補機類５９が配置される。
【００３３】
燃料ガス供給装置１６は、水素タンク４２とエゼクタ４６との間に第１圧力センサ６０ａが配置されるとともに、前記エゼクタ４６と燃料電池スタック１２の燃料ガス入口連通孔２８ａとの間に第２圧力センサ６０ｂが配置される。水素循環流路４８には、燃料ガス出口連通孔２８ｂに近接して第１温度センサ６２ａが配置される。
【００３４】
第１バス５６ａには、燃料電池スタック１２に近接して第１電圧センサ６４ａ及び第１電流センサ６６ａが配置される。第２バス５６ｂには、高圧エネスト１８に近接して第２電流センサ６６ｂ及び第２電圧センサ６４ｂが配置されるとともに、前記高圧エネスト１８には、前記高圧エネスト１８の温度を検出する第２温度センサ６２ｂが配置される。
【００３５】
制御装置２２は、燃料電池スタック１２の発電開始前に、負荷群２０の中、いずれかの負荷（後述する）により高圧エネスト１８の残蓄電量を所定値（後述する）まで低下可能な補機制御部（残蓄電量低減装置）７０と、前記燃料電池スタック１２の発電制御を行う発電制御部７２と、前記高圧エネスト１８の充電状態（ＳＯＣ）を算出するＳＯＣ算出部７４と、前記高圧エネスト１８のエネスト端子電圧を監視するエネスト端子電圧監視部７６と、前記燃料電池スタック１２の発電状態が定常状態になるか否かを、例えば、氷点下起動されるか否かに基づいて判定する発電状態判定部（発電状態判定装置）７８との機能を備える。
【００３６】
このように構成される燃料電池システム１０の動作について、本発明の第１の実施形態に係る始動方法との関連で、図２に示すフローチャートに沿って以下に説明する。
【００３７】
先ず、燃料電池システム１０の図示しないイグニッションがＯＮされると（ステップＳ１）、ステップＳ２に進んで、発電状態判定部７８を介して燃料電池スタック１２が氷点下起動であるか否かが判断される。
【００３８】
ここで、図３に示すように、燃料電池２４のＩ−Ｖ特性（電流−電圧特性）は、低温時、特に氷点下時に、常温時に比べて著しく低下する。このため、ステップＳ２で、燃料電池スタック１２が氷点下起動であると判断されると（ステップＳ２中、ＹＥＳ）、すなわち、定常状態にはならないと判断されると、ステップＳ３に進んで、負荷によるエネスト消費処理が行われる。
【００３９】
具体的には、補機制御部７０は、負荷群２０を構成する負荷の中、例えば、エアコンプレッサ３４や、ポンプ５０等の燃料電池スタック１２を運転するための補機に高圧エネスト１８から電流を供給する。従って、エアコンプレッサ３４の回転数が上がり、エアの増量及び増圧が行われて高圧エネスト１８によるエネスト消費が行われる。
【００４０】
一方、高圧補機類５２の中、例えば、エアコンヒータやファン等の燃料電池スタック１２の運転とは個別の外部負荷に、高圧エネスト１８から電流を供給することにより、エネスト消費が行われる。さらにまた、ヒータ５３に電流を供給することにより、高圧エネスト１８のエネスト消費を行うとともに、燃料電池スタック１２の暖機を行うこともできる。
【００４１】
この場合、高圧エネスト１８は、図４に示すように、充電状態（ＳＯＣ）によってエネスト端子電圧が変動しており、充電量が減少するのに伴ってエネスト端子電圧が下がるという特性を有している。このため、上記のステップＳ３において、負荷によるエネスト消費を行うと、高圧エネスト１８のエネスト端子電圧が低下する。
【００４２】
なお、負荷によるエネスト消費処理は、実質的に燃料電池スタック１２の発電開始前であればよく、例えば、前記燃料電池スタック１２に燃料ガスを供給する前後であってもよく、あるいは、ＯＣＶ（開回路電圧）のチェック前であってもよい。
【００４３】
ＳＯＣ算出部７４は、第２電流センサ６６ｂ及び第２電圧センサ６４ｂを介して高圧エネスト１８の残蓄電量（充電量）を算出する。一方、ステップＳ４において、エネスト端子電圧監視部７６により第２電圧センサ６４ｂを介して検出される高圧エネスト１８のエネスト端子電圧が、所定値以下になるか否かが判断される。
【００４４】
ここで、所定値は、上記のエネスト消費処理を行う際の雰囲気温度における燃料電池スタック１２の出力下限電圧に近似する値に設定される。そして、高圧エネスト１８から検出されるエネスト端子電圧が、所定値以下であると判断されると（ステップＳ４中、ＹＥＳ）、ステップＳ５に進んで、燃料電池スタック１２による発電処理が開始される。
【００４５】
図１に示すように、酸化剤ガス供給装置１４では、エアコンプレッサ３４が駆動される。このエアコンプレッサ３４から供給される圧縮空気は、空気供給流路３６を介して燃料電池スタック１２の酸化剤ガス入口連通孔２６ａに供給される。一方、燃料ガス供給装置１６では、水素タンク４２から供給される水素ガスは、エゼクタ４６を介し水素供給流路４４を通って燃料電池スタック１２の燃料ガス入口連通孔２８ａに供給される。
【００４６】
燃料電池スタック１２を構成する各燃料電池２４では、酸化剤ガス入口連通孔２６ａに供給された空気（酸化剤ガス）は、酸化剤ガス流路３０に導入されて図示しないカソード側電極の電極面に沿って移動した後、酸化剤ガス出口連通孔２６ｂに排出される。
【００４７】
一方、燃料ガス入口連通孔２８ａに供給された水素ガス（燃料ガス）は、各燃料電池２４の図示しないアノード側電極の電極面に沿って移動した後、燃料ガス出口連通孔２８ｂに排出される。従って、各燃料電池２４では、カソード側電極に供給される空気中の酸素と、アノード側電極に供給される水素とが反応して発電が行われる。
【００４８】
燃料電池スタック１２の燃料ガス出口連通孔２８ｂには、水素循環流路４８が連通している。このため、この水素循環流路４８に排出された排ガス（未使用水素を含む排出燃料ガス）は、エゼクタ４６の吸引作用下に水素供給流路４４の途上に戻された後、再度、燃料ガスとして燃料電池スタック１２に供給される。
【００４９】
上記のように、各燃料電池２４で発電が行われることにより、燃料電池スタック１２は、自己発熱して暖機が行われる。そして、燃料電池スタック１２から第１バス５６ａを介しモータ５４に発電電力が供給されることにより、燃料電池システム１０による通常運転が行われる。その後、ステップＳ６において、イグニッションがＯＦＦされることによって、燃料電池システム１０の発電処理が終了する。
【００５０】
この場合、第１の実施形態では、燃料電池スタック１２の発電開始前に、高圧エネスト１８のエネスト端子電圧を低下させる処理、すなわち、負荷によるエネスト消費処理が行われている。このため、図５に示すように、高圧エネスト１８のエネスト端子電圧は、燃料電池システム１０の下限電圧に近似する値まで低下しており、燃料電池スタック１２の使用可能出力発電領域Ｈ１は、使用可能出力発電領域Ｈ２まで拡大している。
【００５１】
従って、燃料電池スタック１２と高圧エネスト１８との直結領域が十分に拡大し、この燃料電池スタック１２から取り出される電流を有効に増加させることができる。これにより、特に低温始動時に、燃料電池スタック１２を容易且つ確実に自己発熱させることができ、前記燃料電池スタック１２は、良好に暖機されて継続発電が確実に遂行可能になるという効果が得られる。
【００５２】
なお、ＤＣ−ＤＣコンバータ５８は、昇圧可能であるため、所定値は、燃料電池スタック１２の出力下限電圧より低い前記ＤＣ−ＤＣコンバータ５８と高圧エネスト１８の間に繋がれたダウンバータ５７、若しくは、低圧補機類５９の作動保証電圧となる燃料電池システム１０の下限電圧に設定してもよい(図５参照)。
【００５３】
次に、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池スタック１２の始動方法について、図６に示すフローチャートに沿って以下に説明する。第２の実施形態では、制御装置２２は、高圧エネスト１８の暖機が完了したか否かを判断する暖機完了判定装置、及び前記高圧エネスト１８の暖機が完了していないと判断された際、前記高圧エネスト１８の電圧上昇を抑制する電圧上昇抑制装置としての機能を備える。
【００５４】
先ず、イグニッションがＯＮされた後、燃料電池スタック１２の発電が開始されるまでの処理（ステップＳ１１〜Ｓ１５）が、上記の第１の実施形態におけるステップＳ１〜Ｓ５と同様に行われる。
【００５５】
さらに、燃料電池スタック１２の発電が開始された後、ステップＳ１６に進んで、高圧エネスト１８のエネスト端子電圧の上昇を抑制する必要があるか否かが、例えば、前記高圧エネスト１８の暖機が完了したか否かに基づいて判断される。
【００５６】
ここで、高圧エネスト１８は、図４に示すように、充電量が増加するのに伴ってエネスト端子電圧が上昇する特性を有している。また、高圧エネスト１８は、放電中にエネスト端子電圧が一時的に下がる一方、充電中にエネスト端子電圧が一時的に上がる特性を有している。
【００５７】
そして、図７に示すように、高圧エネスト１８のエネスト内部抵抗は、温度が低い程、具体的には、０℃以下になる程、著しく高くなる傾向を有している。従って、氷点下雰囲気中に、すなわち、高圧エネスト１８の暖機完了前に、この高圧エネスト１８の充電を行うと、エネスト端子電圧が一時的に相当大きな値まで上昇してしまう。このため、燃料電池スタック１２から電流を取り出すことができないというおそれがある。
【００５８】
そこで、暖機完了判定装置（制御装置２２）が、第２温度センサ６２ｂの検出温度に基づいて、高圧エネスト１８の暖機が完了したか否かを判断する。そして、高圧エネスト１８の暖機が完了前であると判断されると、エネスト端子電圧の上昇を抑制する必要があると判断され（ステップＳ１６中、ＹＥＳ）、ステップＳ１７に進んで、エネスト端子電圧の上昇抑制処理が行われる。エネスト端子電圧の上昇抑制処理としては、例えば、高圧エネスト１８への充電を行わないことにより、エネスト端子電圧の上昇を阻止する他、前記高圧エネスト１８から放電を行って電流を取り出すことにより、エネスト端子電圧を低下させる処理である。
【００５９】
なお、高圧エネスト１８の放電は、エネスト端子電圧が燃料電池システム１０の下限電圧以下にならないように制御することが必要である。一方、イグニッションがＯＦＦされることにより（ステップＳ１８中、ＹＥＳ）、燃料電池システム１０の暖機処理が終了する。
【００６０】
これにより、第２の実施形態では、燃料電池スタック１２の発電開始後に、高圧エネスト１８の暖機が完了するまで、前記高圧エネスト１８のエネスト端子電圧が上昇することを抑制している。このため、燃料電池スタック１２では、低電圧に至るまで電流を取り出すことができ、前記燃料電池スタック１２の暖機処理が確実に遂行されるとともに、継続発電が良好に行われるという効果が得られる。
【００６１】
なお、ステップＳ１６において、エネスト端子電圧の上昇を抑制する必要があるか否かの判断は、上記の高圧エネスト１８の暖機完了か否かの判断の他、氷点下起動制御中であるか否か、燃料電池スタック１２の出力電圧が高圧エネスト１８の端子電圧と等しいか否か、すなわち、直結中であるか否か、又は、前記燃料電池スタック１２のＩ−Ｖ特性が低いか否かの判断に基づいても、行うことができる。
【００６２】
また、第１及び第２の実施形態では、負荷によるエネスト消費処理に移行する際、燃料電池スタック１２が氷点下起動であるか否かに基づいているが、例えば、燃料電池スタック１２のＩ−Ｖ特性が低いか否かに基づいて判断してもよい。その際、前回発電時のＩ−Ｖ特性を用いて、今回のＩ−Ｖ特性が低いか否かを判定すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施形態に係る車載用の燃料電池システムの概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る始動方法を説明するフローチャートである。
【図３】温度の変化に対する燃料電池のＩ−Ｖ特性説明図である。
【図４】高圧エネストの特性説明図である。
【図５】エネスト端子電圧を下げた際の燃料電池のＩ−Ｖ特性説明図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る始動方法を説明するフローチャートである。
【図７】温度に対するエネスト内部抵抗の説明図である。
【図８】一般的な燃料電池のＩ−Ｖ特性説明図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０…燃料電池システム              １２…燃料電池スタック
１４…酸化剤ガス供給装置            １６…燃料ガス供給装置
１８…高圧エネスト                  ２０…負荷群
２２…制御装置                      ２４…燃料電池
３４…エアコンプレッサ              ４０…背圧制御弁
４２…水素タンク                    ４６…エゼクタ
５０…ポンプ                        ５２…高圧補機類
５４…モータ                        ５６ａ、５６ｂ…バス
５７…ダウンバータ                  ５８…ＤＣ−ＤＣコンバータ
５９…低圧補機類                    ６０ａ、６０ｂ…圧力センサ
６２ａ、６２ｂ…温度センサ          ６４ａ、６４ｂ…電圧センサ
６６ａ、６６ｂ…電流センサ          ７０…補機制御部
７２…発電制御部                    ７４…ＳＯＣ算出部
７６…エネスト端子電圧監視部
【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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