(57)【要約】【課題】低温対応処理の有無に関わらず、ガス供給源内の反応ガスの残量を高精度に把握することが可能な燃料電池システム及びそれを搭載した車両を提供する。【解決手段】水素供給源（ガス供給源）３０における水素ガスの残量を表示する警告灯（表示装置）５１と、水素供給源３０の圧力に基づいて水素ガスの残量を求め、警告灯５１を点灯させることにより水素ガスの残量を表示させる制御部５０とを有する燃料電池システム１において、制御部５０は、燃料電池２０の内部を少なくとも含むガス流路を空気及び水素ガスによってパージするパージ処理（低温対応処理）の有無に応じて、警告灯５１の点灯タイミングを変更（調整）する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
常圧よりも高圧で反応ガスを貯蔵するガス供給源と、
前記ガス供給源から反応ガスが供給されて電気化学反応により発電する燃料電池と、
前記ガス供給源における反応ガスの残量を表示する表示装置と、
前記ガス供給源内の圧力に基づいて前記反応ガスの残量を求め、当該反応ガスの残量を前記表示装置にて表示させる制御部と、を備え、
前記制御部は、システム停止時に実施される低温対応処理の有無に応じて、前記表示装置における表示を調整する燃料電池システム。
【請求項２】
前記低温対応処理は、前記燃料電池の内部を少なくとも含む反応ガス流路を前記反応ガスによってパージするパージ処理である請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記表示装置は、警告灯を備えてなり、
前記制御部は、前記低温対応処理の有無に応じて、前記警告灯の点灯タイミングを変更する請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池システムを搭載してなる車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応ガスが供給されて電気化学反応によって発電する燃料電池を搭載した燃料電池システム及びそれを搭載した車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応によって発電する燃料電池をエネルギ源とした燃料電池自動車等が注目されている。そして、この燃料電池自動車等に搭載された燃料電池システムとしては、燃料ガスを常圧よりも高圧で貯蔵するタンク内の圧力を圧力センサによって検出し、その検出結果に基づいてタンク内の燃料ガスの残量を求めて表示するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−２４０８５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、この種の燃料電池システムでは、発電時の電気化学反応により水が生成されるが、低温環境下では、生成水がガス流路内にて凍結して発電効率の低下を招くため、システム停止時に、燃料ガス及び酸化ガスを送り込むことにより、ガス流路内に残留した生成水をパージする低温対応処理が行われる。したがって、この低温対応処理の有無によって、燃料ガスの消費量に変化が生じ、タンク内の燃料ガスの残量表示が不正確となってしまう。
【０００４】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、低温対応処理の有無に関わらず、ガス供給源内の反応ガスの残量を高精度に把握することが可能な燃料電池システム及びそれを搭載した車両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】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明の燃料電池システムは、常圧よりも高圧で反応ガスを貯蔵するガス供給源と、前記ガス供給源から反応ガスが供給されて電気化学反応により発電する燃料電池と、前記ガス供給源における反応ガスの残量を表示する表示装置と、前記ガス供給源内の圧力に基づいて前記反応ガスの残量を求め、当該反応ガスの残量を前記表示装置にて表示させる制御部と、を備え、前記制御部は、システム停止時に実施される低温対応処理の有無に応じて、前記表示装置における表示を調整するものである。
【０００６】
前記低温対応処理としては、例えば、前記燃料電池の内部を少なくとも含む反応ガス流路を前記反応ガスによってパージするパージ処理がある。
【０００７】
この構成の燃料電池システムによれば、制御部が、例えば反応ガス流路を反応ガスによってパージする等の低温（例えば、氷点下）対応処理の有無に応じ、表示装置における表示を調整するので、システム停止時に低温対応処理が行われることによって反応ガスの消費量が増加したとしても、低温対応処理を行わない場合と併せて表示装置にて反応ガスの残量を高精度に表示させることができる。
【０００８】
本発明の燃料電池システムにおいて、前記表示装置は、警告灯を備えてなり、前記制御部は、前記低温対応処理の有無に応じて、前記警告灯の点灯タイミングを変更するものとしてもよい。
【０００９】
また、上記の燃料電池システムを搭載した本発明の車両によれば、パージ処理等の低温対応処理の有無に関わらず、燃料電池の発電可能時間や走行可能距離を高精度に把握することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、低温対応処理の有無に関わらず、ガス供給源内の反応ガスの残量を高精度に把握することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
まず、本発明の実施形態に係る燃料電池システムの全体構成を説明する。この燃料電池システムは燃料電池車両の車載発電システムであるが、車両搭載用の燃料電池システム以外にも、船舶，航空機，電車、歩行ロボット等のあらゆる移動体用の燃料電池システムや、例えば燃料電池が建物（住宅、ビル等）用の発電設備として用いられる定置用の燃料電池システムへの適用も可能である。
【００１２】
図１に示すように、酸化ガス（反応ガス）としての空気は、空気供給路７１を介して燃料電池２０の空気供給口に供給される。空気供給路７１には、空気から微粒子を除去して清浄するエアクリーナＡ１、空気を加圧するコンプレッサＡ３、供給空気圧を検出する圧力センサＰ４、及び空気に所要の水分を加える加湿装置Ａ２１が設けられている。コンプレッサＡ３は、モータによって駆動される。このモータは、制御部５０によって駆動制御される。
【００１３】
燃料電池２０から排出される空気オフガスは、排気路７２を経て外部に放出される。排気路７２には、排気圧を検出する圧力センサＰ１、圧力調整弁Ａ４、及び加湿器Ａ２１の熱交換器が設けられている。圧力センサＰ１は、燃料電池２０の空気排気口近傍に設けられている。圧力調整弁Ａ４は、燃料電池２０への供給空気圧を設定する調圧器として機能する。
【００１４】
圧力センサＰ４，Ｐ１の検出信号は、制御部５０に送られる。制御部５０は、コンプレッサＡ３のモータ回転数及び圧力調整弁Ａ４の開度面積を調整することによって、燃料電池２０への供給空気圧や供給空気流量を設定する。
【００１５】
燃料ガス（反応ガス）としての水素ガスは、水素供給源３０から燃料供給路７４を介して燃料電池２０の水素供給口に供給される。燃料供給路７４には、水素供給源３０から水素を供給しあるいは供給を停止する遮断弁Ｈ１００、水素供給源３０からの水素ガスの供給圧力を検出する圧力センサＰ６、燃料電池２０への水素ガスの供給圧力を減圧して調整する水素調圧弁Ｈ９、水素調圧弁Ｈ９の下流の水素ガス圧力を検出する圧力センサＰ９、燃料電池２０の水素供給口と燃料供給路７４間を開閉する遮断弁Ｈ２１、及び水素ガスの燃料電池２０の入口圧力を検出する圧力センサＰ５が設けられている。これら圧力センサＰ５，Ｐ６，Ｐ９の検出信号も制御部５０に供給される。
【００１６】
燃料電池２０で消費されなかった水素ガスは、水素オフガスとして水素循環路７５に排出され、燃料供給路７４の水素調圧弁Ｈ９の下流側に戻される。水素循環路７５には、水素オフガスの温度を検出する温度センサＴ３１、燃料電池２０と水素循環路７５を連通／遮断する遮断弁Ｈ２２、水素オフガスから水分を回収する気液分離装置Ｈ４２、回収した生成水を水素循環路７５外の図示しないタンク等に回収する排水弁Ｈ４１、及び水素オフガスを加圧する水素ポンプＨ５０が設けられている。
【００１７】
遮断弁Ｈ２１，Ｈ２２は、燃料電池２０のアノード側を閉鎖する。温度センサＴ３１の図示しない検出信号は、制御部５０に供給される。水素ポンプＨ５０は、制御部５０によって動作が制御される。水素オフガスは、燃料供給路７４で水素ガスと合流し、燃料電池２０に供給されて再利用される。遮断弁Ｈ１００，Ｈ２１，Ｈ２２は、制御部５０からの信号で駆動される。
【００１８】
水素循環路７５は、排出制御弁Ｈ５１を介して、パージ流路７６によって排気路７２に接続されている。排出制御弁Ｈ５１は、電磁式の遮断弁であり、制御部５０からの指令によって作動することにより、水素オフガスを外部に排出（パージ）する。このパージ動作を間欠的に行うことによって、水素オフガスの循環が繰り返されて燃料極側の水素ガスの不純物濃度が増すことによるセル電圧の低下を防止することができる。
【００１９】
燃料電池２０の冷却水出入口には、冷却水を循環させる冷却路７３が設けられている。冷却路７３には、燃料電池２０から排水される冷却水の温度を検出する温度センサＴ１、冷却水の熱を外部に放熱するラジエータ（熱交換器）Ｃ２、冷却水を加圧して循環させるポンプＣ１、及び燃料電池２０に供給される冷却水の温度を検出する温度センサＴ２が設けられている。ラジエータＣ２には、モータによって回転駆動される冷却ファンＣ１３が設けられている。
【００２０】
燃料電池２０は、燃料ガスと酸化ガスの供給を受けて電気化学反応により発電する単セルを所要数積層してなる燃料電池スタックとして構成されている。燃料電池２０が発生した電力は、図示しないパワーコントロールユニットに供給される。パワーコントロールユニットは、車両の駆動モータに電力を供給するインバータと、コンプレッサモータや水素ポンプ用モータなどの各種の補機類に電力を供給するインバータと、二次電池等の蓄電手段への充電や該蓄電手段からのモータ類への電力供給を行うＤＣ−ＤＣコンバータなどが備えられている。
【００２１】
制御部５０は、図示しない車両のアクセル信号などの要求負荷や燃料電池システム１の各部のセンサ（圧力センサ、温度センサ、流量センサ、出力電流計、出力電圧計等）から制御情報を受け取り、システム各部の弁類やモータ類の運転を制御する。
【００２２】
また、この燃料電池システム１には、警告灯（表示装置）５１が設けられており、この警告灯５１は、制御部５０からの信号に基づいて点灯・消灯するようになっている。この警告灯５１は、車両の乗員によって視認可能な場所に設置されており、制御部５０は、水素供給源３０内の水素ガスの残量を算出し、この算出した残量が所定の閾値となった時点にて警告灯５１を点灯させる。
【００２３】
ここで、燃料電池システム１では、発電時の電気化学反応により水が生成されるが、例えば外気温が氷点下等の低温環境下では、生成水がガス流路内にて凍結して発電効率の低下を招く。このため、上記燃料電池システム１は、当該低温環境下において、システム１停止時に、水素ガス及び空気をそれぞれ送り込むことにより、ガス流路内に残留した生成水をパージする低温対応処理が可能とされている。
【００２４】
つまり、この燃料電池システム１は、低温対応処理を行う低温対応処理モードあるいはこの低温対応処理を行わない非低温対応処理モードに切り替え可能とされている。
【００２５】
なお、この低温対応処理モードと非低温対応処理モードとの切り替え手段としては、例えば、乗員によって操作される低温スイッチのＯＮ・ＯＦＦによる切り替えがあり、この場合、例えば、冬期などの外気が低温となる場合に、乗員が低温スイッチをＯＮさせることにより、燃料電池システム１が低温対応処理モードとなる。
【００２６】
また、モードの切り替え手段としては、その他に、ＧＰＳからの位置情報による切り替え、日付・時刻の情報による切り替え、天気予報の情報による切り替えあるいは外気温度の測定結果による切り替えなどがある。
【００２７】
ここで、ＧＰＳからの位置情報による切り替え手段では、位置情報から車両の使用地域が寒冷地である場合に低温対応処理モードとし、日付・時刻の情報による切り替え手段では、外気温が低温となる冬期や夜間等である場合に低温対応処理モードとし、天気予報の情報による切り替え手段では、気温の予報から外気温が低温となると予想される場合に低温対応処理モードとし、外気温度の測定結果による切り替え手段では、車両の外部の温度を直接測定して低温である場合に低温対応処理モードとする。
【００２８】
ところで、この低温対応処理モードとなると、パージ処理のために水素ガスが消費されるため、パージ処理を行わない非低温対応処理モードの場合と比較して、水素ガスの減少の割合が高くなる。このため、低温対応処理の有無、つまり、パージ処理の有無によって、水素ガスの消費量に変化が生じ、システム起動時における水素供給源３０内の水素ガスの残量表示が不正確となってしまう。
【００２９】
したがって、制御部５０は、低温対応処理モードあるいは非低温対応処理モードの切り替えに応じて、以下のように、システム起動時における警告灯５１の点灯・消灯の制御を行う。
【００３０】
図２は、警告灯の点灯制御を説明するフローチャートである。制御部５０は、まず、燃料電池システム１が低温対応処理モードあるいは非低温対応処理モードのいずれかであるかを判断する（ステップＳ０１）。
【００３１】
そして、制御部５０は、燃料電池システム１がパージ処理を行わない非低温対応処理モードであると判断した場合は、圧力センサＰ６からの検出結果に基づいて、水素供給源３０内の水素ガスの残量を算出し、当該残量が通常運転時における燃料電池２０での水素ガスの消費量から算出される第１の残量（第１の閾値）となったと判断した場合に（ステップＳ０２）、警告灯５１へ信号を送信し、この警告灯５１を点灯させる（ステップＳ０３）。
【００３２】
これに対して、制御部５０は、燃料電池システム１がパージ処理を行う低温対応処理モードであると判断した場合は、圧力センサＰ６からの検出結果に基づいて算出した水素供給源３０内の水素ガスの残量が、通常運転時における燃料電池２０での水素ガスの消費量及びシステム停止時におけるパージ処理での水素ガスの消費量の両方から算出される第２の残量（第２の閾値）となったと判断した場合に（ステップＳ０４）、警告灯５１へ信号を送信し、この警告灯５１を点灯させる（ステップＳ０３）。
【００３３】
このように、上記実施形態に係る燃料電池システム１及びそれを搭載した車両によれば、制御部５０が、低温対応処理の一形態であるパージ処理の有無に応じ、警告灯５１における表示のタイミングを調整する（変更する）ので、システム停止時のパージ処理の有無に関わりなく、警告灯５１にて燃料ガスの残量を高精度に表示させることができる。
【００３４】
これにより、車両の乗員は、低温対応処理モードあるいは非低温対応処理モードのいずれの場合であっても、車両の走行可能距離を警告灯５１から高精度に把握することができる。
【００３５】
なお、圧力センサＰ６の検出結果から直接、あるいはこの検出結果から算出した水素供給源３０内の水素ガスの残量から、燃料電池２０の発電可能時間あるいは車両の走行可能距離を求め、これら発電可能時間あるいは走行可能距離が所定の閾値となった時点にて警告灯５１を点灯させても良い。
【００３６】
また、上記実施形態では、水素ガスの残量を警告灯５１によって示したが、残りの発電可能時間あるいは走行可能な距離を、残量計によって示しても良く、この場合、パージ処理の有無に関わらず、残量計の指針によって、燃料電池２０での発電可能時間あるいは車両の走行可能時間を容易にかつ高精度に把握することができる。
【００３７】
また、上記実施形態では、水素供給源３０からの水素ガスの流量を水素調圧弁Ｈ９によって調整して燃料電池２０へ供給したが、水素調圧弁Ｈ９に代えて、弁を電磁駆動力で直接開閉駆動するインジェクタを設け、このインジェクタによって要求されるガス流量を燃料電池２０へ供給する構成としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池システムを概略的に示すシステム構成図である。
【図２】警告灯の点灯制御を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００３９】
１…燃料電池システム、２０…燃料電池、３０…水素供給源（ガス供給源）、５０…制御部、５１…警告灯（表示装置）。
【図１】
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【図２】
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