(57)【要約】【課題】要求される発電量を確保するために必要とされる酸素量を好適に確保することができる車載燃料電池システムを提供する。【解決手段】車載燃料電池システムは、水素ガス及び空気が供給されることによって発電する燃料電池スタック１３と、空気を燃料電池スタック１３に供給するコンプレッサ１４と、コンプレッサ１４を駆動制御する制御装置１５と、外気圧を検出するセンサ１６とを備える。制御装置１５は、要求される発電量及びセンサ１６が検出した外気圧に基づいてコンプレッサ１４の回転数を算出する。【選択図】図１
2008112631.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素ガス及び空気が供給されることによって発電する燃料電池スタックと、同空気を同燃料電池スタックに供給するコンプレッサと、同コンプレッサを駆動制御する制御装置とを備える車載燃料電池システムにおいて、
外気圧を検出するセンサを備え、
前記制御装置は、要求される発電量及び前記センサが検出した外気圧に基づいて前記コンプレッサの回転数を算出する
ことを特徴とする車載燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の車載燃料電池システムにおいて、
前記制御装置は、要求される発電量及び前記センサが検出する外気圧に対応する前記コンプレッサの回転数を規定するマップを記憶したメモリを備え、同メモリから記憶された回転数を読み出し、同回転数で前記コンプレッサを駆動制御する
ことを特徴とする車載燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車載燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、水素ガス等の燃料ガスと酸素ガスを含む空気とを電解質を介して電気化学反応により、電解質両面に設けた電極間から電力を取り出すものである。特に電解質に樹脂製の膜（高分子膜）を用いた固体高分子形燃料電池は、小型化が可能であるとともに、１００℃以下という比較的低温で作動させるため取り扱いが容易である。そのため、固体高分子形燃料電池は、車載燃料電池として期待されている（例えば、特許文献１参照。）。ここで、燃料電池においては、電解質を負極及び正極で挟んだものを単セルといい、該単セルをセパレータで挟んで複数の単セルを重ねたものをスタックという。燃料電池は、該スタックに燃料ガス及び空気が供給されることによって電力を発生する。なお、負極には燃料ガスが供給され、正極には空気が供給される。正極への空気の供給には、コンプレッサが用いられる。
【０００３】
このような車載燃料電池を含む燃料電池システムを搭載した燃料電池車両では、アクセルの踏み込み量に基づいて燃料電池での発電量を変化させ、車両の速度を制御している。すなわち、コンプレッサ等を制御する制御装置は、アクセルの踏み込み量に基づいてコンプレッサの回転数を制御することによって、スタックに供給される空気流量を制御している。
【特許文献１】特開２００６−１７９３３１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、制御装置は、要求される発電量に対して一意的にコンプレッサの回転数を決定している。このため、外気圧が初期設定時と異なる使用環境においては、要求される空気流量、すなわち必要な酸素流量が得られない。外気圧が変われば、単位体積当たりに含まれる酸素量も変わる。同じ空気流量を燃料電池スタックへ供給してもそれに含まれる酸素流量が少ないことから、スタックへ供給される酸素流量は少なくなる。このような必要な酸素量が得られない場合には、アクセルの踏み込み量に応じた速度が得られないことによって、運転者に違和感を与えるおそれがある。
【０００５】
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、要求される発電量を確保するために必要とされる酸素量を好適に確保することができる車載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】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について説明する。
請求項１に記載の発明は、水素ガス及び空気が供給されることによって発電する燃料電池スタックと、同空気を同燃料電池スタックに供給するコンプレッサと、同コンプレッサを駆動制御する制御装置とを備える車載燃料電池システムにおいて、外気圧を検出するセンサを備え、前記制御装置は、要求される発電量及び前記センサが検出した外気圧に基づいて前記コンプレッサの回転数を算出することをその要旨としている。
【０００７】
同構成によれば、制御装置がセンサにより検出した外気圧に基づいてコンプレッサの回転数を算出するため、外気圧の変化に伴い、単位体積当たりの酸素量が変化した場合であれ、要求される発電量を確保するために必要とされる空気流量が燃料電池スタックへ供給されるようコンプレッサの回転数制御が行われる。すなわち、要求される発電量を確保するために必要とされる単位体積当たりの酸素供給量が確保される。この結果、単位体積当たりの空気に含まれる酸素量の異なる使用環境であっても必要な酸素流量を燃料電池スタックに供給することができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の車載燃料電池システムにおいて、前記制御装置は、要求される発電量及び前記センサが検出する外気圧に対応する前記コンプレッサの回転数を規定するマップを記憶したメモリを備え、同メモリから記憶された回転数を読み出し、同回転数で前記コンプレッサを駆動制御することをその要旨としている。
【０００９】
同構成によれば、制御装置が要求される空気量及びセンサにより検出された外気圧に対応するコンプレッサの回転数をメモリから読み出し、コンプレッサを駆動制御するため、コンプレッサの回転数を演算処理するものに比べて容易にコンプレッサの回転数を決定することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、要求される発電量を確保するために必要とされる酸素量を好適に確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明にかかる車載燃料電池システムを燃料電池車両に具体化した一実施形態について図１〜３を参照して説明する。
図１は、燃料電池車両の構成を示すブロック図である。同図１に示されるように、燃料電池車両は、発電を行う燃料電池システム１と、該燃料電池システム１で発電される直流電力を交流電力に変換するインバータ２と、インバータ２を通じて供給される交流電力によって駆動されるモータ３と、該モータ３によって回転駆動される駆動輪４と、従動輪５と、運転者のアクセル踏み込み量を検出するアクセルセンサ６とを備えている。燃料電池システム１は、燃料である水素ガスを貯蔵する水素タンク１１と、該水素タンク１１から供給される水素ガスの圧力を調節する調圧弁１２と、負極に水素ガス及び正極に空気が供給され、電力を発生させる燃料電池スタック１３と、該燃料電池スタック１３に空気を送るコンプレッサ１４と、燃料電池システム全体を制御する制御装置１５と、外気圧を検出するセンサ１６とを備えている。
【００１２】
同水素タンク１１から供給される水素ガスは、高圧で同水素タンク１１に充填されているため、調圧弁１２で調圧されて同燃料電池スタック１３の負極に供給される。また、コンプレッサ１４は、酸化剤としての空気を圧縮して燃料電池スタック１３の正極に供給する。制御装置１５は、燃料電池スタック１３へ供給される水素ガスの圧力を運転圧力になるように調圧弁１２を制御する。また、制御装置１５は、アクセルセンサ６から踏み込み量を受信するとともに、センサ１６が検出した外気圧を受信する。制御装置１５は、アクセルセンサ６から踏み込み量の信号を受信すると、該踏み込み量に応じて要求発電量を算出する。そして、制御装置１５は、メモリ１５ａに記憶された外気圧毎に設定された要求発電量と回転数とのマップに基づき、要求発電量及びセンサ１６が検出した外気圧から最適な回転数を求め、同回転数となるようにコンプレッサ１４を駆動制御する。そして、制御装置１５は、インバータ２を通じてモータ３を制御することにより、駆動輪４を駆動させる。
【００１３】
次に、図２，３を併せ参照して、上記燃料電池システムの制御態様について説明する。図２は、センサ１６が検出した外気圧毎の要求発電量に対する必要回転数を示すマップである。図３のフローチャートは、メモリ１５ａに記憶された制御プログラムに基づき、制御装置１５により実行される。
【００１４】
図３に示されるように、制御装置１５は、アクセルセンサ６からアクセルの踏み込みを検出すると、コンプレッサ１４を始動する。制御装置１５は、アクセルセンサ６からの踏み込み量に基づき要求発電量を算出する。次に、制御装置１５は、センサ１６から外気圧の値を取得し（ステップＳ１０）、要求発電量を発生させるために必要な酸素流量（要求酸素流量）及び取得した外気圧に基づいて、図２に示されるマップから必要回転数を算出する（ステップＳ２０）。制御装置１５は、算出した回転数となるようにコンプレッサ１４を駆動制御する（ステップＳ３０）。例えば、低地と高地等の外気圧が異なる場合、外気圧が異なることにより単位体積当たりの酸素量が異なっても、外気圧に応じてコンプレッサ１４の回転数を制御することにより空気流量を変化させ、要求発電量に必要な酸素量が確保できる。そして、制御装置１５は、コンプレッサ１４を停止する停止指令があるか否か判断する（ステップＳ４０）。ここで、停止指令がない場合（ステップＳ４０：ＹＥＳ）、上記ステップＳ１０〜ステップＳ３０を繰り返す。一方、停止指令がある場合（ステップＳ４０：ＮＯ）、コンプレッサ１４を停止する。
【００１５】
以上、説明した実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
（１）制御装置１５がセンサ１６により検出した外気圧に基づいてコンプレッサ１４の回転数を算出するため、外気圧の変化に伴い、単位体積当たりの酸素量が変化した場合であれ、要求される発電量を確保するために必要とされる空気流量が燃料電池スタック１３へ供給されるようコンプレッサ１４の回転数制御が行われる。すなわち、要求される発電量を確保するために必要とされる単位体積当たりの酸素供給量が確保される。この結果、単位体積当たりの空気に含まれる酸素量の異なる使用環境であっても必要な酸素流量を燃料電池スタック１３に供給することができる。
【００１６】
（２）制御装置１５が要求される空気量及びセンサ１６により検出された外気圧に対応するコンプレッサ１４の回転数をメモリ１５ａから読み出し、コンプレッサ１４を駆動制御するため、コンプレッサ１４の回転数をするものに比べて容易にコンプレッサ１４の回転数を決定することができる。
【００１７】
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することができる。
・上記実施形態では、制御装置１５はメモリ１５ａに記憶されたマップからコンプレッサ１４の回転数を算出するようにしたが、要求発電量及び検出された外気圧に基づいて演算処理するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】燃料電池の構成を示すブロック図。
【図２】要求発電量と回転数との関係を示す図。
【図３】制御装置の制御態様を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００１９】
１…燃料電池システム、２…インバータ、３…モータ、４…駆動輪、５…従動輪、６…アクセルセンサ、１１…水素タンク、１２…調圧弁、１３…燃料電池スタック、１４…コンプレッサ、１５…制御装置、１５ａ…メモリ、１６…センサ。
【図１】
2008112631.tif 000003
【図２】
2008112631.tif 000004
【図３】
2008112631.tif 000005