(57)【要約】【課題】精度良くケミカルフィルタにおける不純物の吸着量を推定可能な技術を提供する。【解決手段】燃料電池の空気極への空気供給路上に配置され、空気中に含まれる不純物を自身に吸着させるケミカルフィルタを収容した吸着器と、前記吸着器を通過した単位時間あたりの空気量を測定する測定手段と、前記測定手段で測定された空気量の空気が前記吸着器に入る前の当該空気に含まれる不純物の濃度を検知する検知手段と、前記空気量と、前記不純物の濃度と、前記ケミカルフィルタの吸着効率とに基づいて、単位時間あたりの前記ケミカルフィルタに吸着した前記不純物の量を推定する推定手段と、前記不純物の量の累積値が所定値を超える場合に、アラームを出力させる出力制御手段とを含む燃料電池システムである。【選択図】図１
2008021499.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池の空気極への空気供給路上に配置され、空気中に含まれる不純物を自身に吸着させるケミカルフィルタを収容した吸着器と、
前記吸着器を通過した単位時間あたりの空気量を測定する測定手段と、
前記測定手段で測定された空気量の空気が前記吸着器に入る前の当該空気に含まれる不純物の濃度を検知する検知手段と、
前記空気量と、前記不純物の濃度と、前記ケミカルフィルタの吸着効率とに基づいて、単位時間あたりの前記ケミカルフィルタに吸着した前記不純物の量を推定する推定手段と、
前記不純物の量の累積値が所定値を超える場合に、アラームを出力させる出力制御手段と
を含む燃料電池システム。
【請求項２】
燃料電池の空気極への空気供給路上に配置され空気中に含まれる不純物を自身に吸着させるケミカルフィルタを収容した吸着器を通過した単位時間あたりの空気量を取得する手段と、
前記測定手段で測定された空気量の空気が前記吸着器に入る前の当該空気に含まれる不純物の濃度を取得する手段と、
前記空気量と、前記不純物の濃度と、記憶手段に格納された前記ケミカルフィルタの吸着効率とに基づいて、単位時間あたりの前記ケミカルフィルタに吸着した前記不純物の量を推定する推定手段と
を含む、燃料電池システムにおけるケミカルフィルタの吸着量推定装置。
【請求項３】
燃料電池の空気極への空気供給路上に配置され、空気中に含まれる不純物を自身に吸着させるケミカルフィルタを収容した吸着器と、
前記吸着器を通過した単位時間あたりの空気量を測定する測定手段と、
前記測定手段で測定された空気量の空気に含まれる不純物の濃度を検知する検知手段と、
前記空気量と、前記不純物の濃度と、前記ケミカルフィルタの吸着効率から求まる比とに基づいて、単位時間あたりの前記ケミカルフィルタに吸着した前記不純物の量を推定する推定手段と、
前記不純物の量の累積値が所定値を超える場合に、アラームを出力させる出力制御手段と
を含む燃料電池システム。
【請求項４】
燃料電池の空気極への空気供給路上に配置され空気中に含まれる不純物を自身に吸着させるケミカルフィルタを収容した吸着器を通過した単位時間あたりの空気量を取得する手段と、
前記測定手段で測定された空気量の空気に含まれる不純物の濃度を取得する手段と、
前記空気量と、前記不純物の濃度と、記憶手段に格納された前記ケミカルフィルタの吸着効率から求まる比とに基づいて、単位時間あたりの前記ケミカルフィルタに吸着した前記不純物の量を推定する推定手段と
を含む、燃料電池システムにおけるケミカルフィルタの吸着量推定装置。
【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】
燃料電池の空気極に酸化剤ガスとして供給される空気から硫黄化合物(例えばＳＯ２や
Ｈ２Ｓ)や窒素酸化物(ＮＯｘ)のような燃料電池に対して有害な不純物成分を除去するた
め、燃料電池に対する酸化剤ガスの供給路上にケミカルフィルタが配置されたものがある。ケミカルフィルタは、活性炭等から構成され、不純物成分を自身に吸着させて除去する。
【０００３】
ケミカルフィルタの寿命を判定するものとして、例えば、自車両が走行している位置の標準不純物濃度と、自車両の平均速度とを含む自車両の走行環境下の情報とに基づいて、ケミカルフィルタに吸着される単位時間あたりの不純物吸着量を求め、求めた単位時間あたりの不純物吸着量を、走行時間により積算してケミカルフィルタの総不純物吸着量を求め、総不純物吸着量が所定値を超えたか否かを判別し、超えている場合には、ケミカルフィルタが寿命であると判定する燃料電池のフィルタ寿命判定システムがある(例えば、特
許文献１)。
【特許文献１】特開２００４−１５２６６９号公報
【特許文献２】特開２００３−１３２９２８号公報
【特許文献３】特開平１１−２２６３４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術では、以下の問題があった。特許文献１の技術では、自車両の単位時間あたりの平均速度Ｖ１を求め、平均速度Ｖ１と濃度との相関式から速度係数Ｖ２を求め、速度係数Ｖ２を標準窒素酸化物濃度Ｎ１に乗じて単位時間あたりの窒素酸化物吸着量ΔＸ１を求めている。速度係数Ｖ２は、平均速度Ｖ１が大きい程、小さくなるように規定されている。
【０００５】
しかしながら、実際の車両走行環境では、上り坂を走行する場合など、速度が小さいにも拘わらず、車両(燃料電池)に対する負荷が大きくなることがある。この場合には、燃料電池に供給すべき空気量(燃料電池へ空気を供給するエアコンプレッサの吸入空気量)も大きくなるので、吸入空気中の不純物量も上昇すると考えられる。このように、走行速度では、吸入空気量が一意に決まらないので、算出される吸着量と実際の吸着量との間に大きな誤差が生じる虞があった。
【０００６】
本発明の目的は、従来に比べて精度良くケミカルフィルタにおける不純物の吸着量を推定可能な技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上述した課題を解決するために以下の構成を採用する。
【０００８】
即ち、本発明は、燃料電池の空気極への空気供給路上に配置され、空気中に含まれる不純物を自身に吸着させるケミカルフィルタを収容した吸着器と、
前記吸着器を通過した単位時間あたりの空気量を測定する測定手段と、
前記測定手段で測定された空気量の空気が前記吸着器に入るときの当該空気に含まれる不純物の濃度を検知する検知手段と、
前記空気量と、前記不純物の濃度と、前記ケミカルフィルタの吸着効率とに基づいて、単位時間あたりの前記ケミカルフィルタに吸着した前記不純物の量を推定する推定手段と、
前記不純物の量の累積値が所定値を超える場合に、アラームを出力させる出力制御手段と
を含む燃料電池システムである。
【０００９】
また、本発明は、燃料電池の空気極への空気供給路上に配置され空気中に含まれる不純物を自身に吸着させるケミカルフィルタを収容した吸着器を通過した単位時間あたりの空気量を取得する手段と、
前記測定手段で測定された空気量の空気が前記吸着器に入るときの当該空気に含まれる不純物の濃度を取得する手段と、
前記空気量と、前記不純物の濃度と、前記ケミカルフィルタの吸着効率とに基づいて、単位時間あたりの前記ケミカルフィルタに吸着した前記不純物の量を推定する推定手段と、
を含む、燃料電池システムにおけるケミカルフィルタの吸着量推定装置である。
【００１０】
また、本発明は、燃料電池の空気極への空気供給路上に配置され空気中に含まれる不純物を自身に吸着させるケミカルフィルタを収容した吸着器を通過した単位時間あたりの空気量を測定するステップと、
前記測定手段で測定された空気量の空気が前記吸着器に入るときの当該空気に含まれる不純物の濃度を取得するステップと、
前記空気量と、前記不純物の濃度と、前記ケミカルフィルタの吸着効率とに基づいて、単位時間あたりの前記ケミカルフィルタに吸着した前記不純物の量を推定するステップと、
前記不純物の量の累積値が所定値を超える場合に、アラームを出力させるステップと
をコンピュータに実行させるプログラムとしても成立する。
【００１１】
本発明によれば、吸着器を経た空気量と、吸着器に入る前の空気中の不純物濃度と、ケミカルフィルタの吸着効率とから吸着量を求めるので、従来に比べて精度の良い吸着量、その累積値を推定することができる。
【００１２】
ここに、吸着効率とは、吸着器を通過する単位量あたりの不純物がケミカルフィルタに吸着される割合を示す。
【００１３】
また、本発明は、燃料電池の空気極への空気供給路上に配置され、空気中に含まれる不純物を自身に吸着させるケミカルフィルタを収容した吸着器と、
前記吸着器を通過した単位時間あたりの空気量を測定する測定手段と、
前記測定手段で測定された空気量の空気に含まれる不純物の濃度を検知する検知手段と、
前記空気量と、前記不純物の濃度と、前記ケミカルフィルタの吸着効率とに基づいて、単位時間あたりの前記ケミカルフィルタに吸着した前記不純物の量を推定する推定手段と、
前記不純物の量の累積値が所定値を超える場合に、アラームを出力させる出力制御手段と
を含む燃料電池システムである。
【００１４】
また、本発明は、燃料電池の空気極への空気供給路上に配置され空気中に含まれる不純物を自身に吸着させるケミカルフィルタを収容した吸着器を通過した単位時間あたりの空気量を取得する手段と、
前記測定手段で測定された空気量の空気に含まれる不純物の濃度を取得する手段と、
前記空気量と、前記不純物の濃度と、記憶手段に格納された前記ケミカルフィルタの吸着効率とに基づいて、単位時間あたりの前記ケミカルフィルタに吸着した前記不純物の量を推定する推定手段と
を含む、燃料電池システムにおけるケミカルフィルタの吸着量推定装置である。
【００１５】
また、本発明は、燃料電池の空気極への空気供給路上に配置され空気中に含まれる不純物を自身に吸着させるケミカルフィルタを収容した吸着器を通過した単位時間あたりの空気量を測定するステップと、
前記測定手段で測定された空気量の空気に含まれる不純物の濃度を取得するステップと、
前記空気量と、前記不純物の濃度と、前記ケミカルフィルタの吸着効率とに基づいて、単位時間あたりの前記ケミカルフィルタに吸着した前記不純物の量を推定するステップと、
前記不純物の量の累積値が所定値を超える場合に、アラームを出力させるステップと
をコンピュータに実行させるプログラムとしても成立する。
【００１６】
本発明は、上記した燃料電池システムや吸着量推定装置と同様の特徴を有する吸着量推定方法の発明としても成立する。また、本発明は、上記したプログラムを記録した記録媒体としても成立する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、従来に比べて精度良くケミカルフィルタにおける不純物の吸着量を推定可能な技術を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。実施形態の構成は例示であり、本発明は実施形態の構成に限定されない。
【００１９】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態における燃料電池システムの構成例を示す図である。この燃料電池システムは、移動体(例えば車両)に搭載される。図１における燃料電池１として、固体高分子型燃料電池(ＰＥＦＣ)が適用されている。燃料電池１は、複数のセルを積層してなるセルスタックで構成されている(但し、図１では、燃料電池１における単セル
の構成を模式的に示す)。
【００２０】
セルは、固体高分子電解質膜２と、固体高分子電解質膜２を両側から挟む燃料極(アノ
ード)３及び空気極(酸化剤極：カソード)４と、燃料極３及び空気極４を挟む燃料極側セ
パレータ５及び空気極側セパレータ６とからなる。
【００２１】
燃料極３は、拡散層と触媒層とを有している。燃料極３には、水素ガスや水素リッチガスなどの水素を含む燃料(燃料ガス)が燃料供給系により供給される。燃料極３に供給された燃料ガスは、拡散層で拡散され触媒層に到達する。触媒層では、燃料ガス中の水素がプロトン(水素イオン)と電子とに分離される。水素イオンは固体高分子電解質膜２を通って空気極４に移動し、電子は外部回路(図示せず)を通って空気極４に移動する。
【００２２】
一方、空気極４は、拡散層と触媒層とを有する。空気極４には、酸化剤ガスとしての空気が酸化剤供給系により供給される。空気極４に供給された空気は、拡散層で拡散され触媒層に到達する。触媒層では、空気と、固体高分子電解質膜２を通って空気極４に到達した水素イオンと、外部回路を通って空気極４に到達した電子とによる反応を通じて水が生
成される。
【００２３】
これらのような燃料極３及び空気極４における反応の際に外部回路を通る電子が、燃料電池１の両端子間に接続される負荷に対する電力として使用される。
【００２４】
図１には、燃料電池１の空気極４を経由する酸化剤ガス流路が示されている。酸化剤ガス流路は、燃料電池１の空気極４と、空気極４の上流側に設けられた酸化剤供給系(空気
供給路)と、空気極４の下流側に設けられた酸化剤排出系とから構成される。
【００２５】
図１において、酸化剤供給系(空気供給路)は、空気取り込み管１１から取り入れられた外気(空気)が導入されるダストフィルタ１２と、ダストフィルタ１２の下流側に配置されたケミカルフィルタ１３とを備えている。空気取り込み管１１の入口は、車両に設けられた外気取り入れ口に向かって開口するように配置されている。さらに、空気取り込み管１１には、収容容器１３Ａ(吸着器)に導入される空気中に含まれる特定種類の不純物の濃度を検知する濃度センサ１８が設けられている。空気取り込み管１１には、気体(ガス状)，液体，固体(粒状、粉状)の不純物成分(硫黄化合物(例えばＳＯ２やＨ２Ｓ)，窒素化合物(ＮＯｘ)等)を含む空気が取り込まれる。
【００２６】
ダストフィルタ１２は、空気中の粒状物を除去する。ケミカルフィルタ１３は、活性炭等からなり、空気に含まれる不純物成分(硫黄化合物(例えばＳＯ２やＨ２Ｓ)，窒素化合
物(ＮＯｘ)等)を自身に吸着させることでこれを除去する。
【００２７】
ダストフィルタ１２及びケミカルフィルタ１３は、両者を有する一つのユニットとして構成されている。図１に示す例では、ダストフィルタ１２及びケミカルフィルタ１３は、空気取り込み管１１及び配管１４が内部で連通するように接合された収容容器１３Ａ内に収容されており、空気取り込み管１１から収容容器１３Ａ内に導入された空気は、ダストフィルタ１２を通過した後にケミカルフィルタ１３を通過し、配管１４内に送り出されるように構成されている。収容容器１３Ａは、ケミカルフィルタを収容した吸着器として機能する。
【００２８】
収容容器１３Ａ内において、ダストフィルタ１２とケミカルフィルタ１３とは両者が接触する状態で配置されても良く、両者間に距離を空けて配置されても良い。また、ダストフィルタ１２及びケミカルフィルタ１３は、異なる収容容器内に配置されるようにしても良い。この場合、二つの収容容器が一体に形成され、各収容容器の内部空間が連通するように構成しても良く、各収容容器の内部空間が配管の内部空間で連通するように構成されても良い。収容容器内におけるケミカルフィルタ１３は、容器内に導入された空気が通過するように配置されていても良く、空気がケミカルフィルタ１３と接触しながら容器内を通過するように配置されていても良い。
【００２９】
ケミカルフィルタ１３を通過した空気は、配管１４を介して、配管１４に接続されたエアフローメータ１５に吸入される。配管１４には、配管１４内の圧力(空気圧)を検知する圧力センサ１６と、配管１４内の温度(空気温)を検知する温度センサ１７とが設けられている。
【００３０】
エアフローメータ１５は、吸入空気量(自身を通過する空気量)を測定する。エアフローメータ１５を通過した空気は、配管１９を介して接続されたエアポンプ(エアコンプレッ
サ)２０に導入される。エアポンプ２０は、モータ２１の駆動によって作動し、空気を燃
料電池１側へ送出する。エアポンプ２０は、配管２２を介してインタクーラ２３に接続されており、エアポンプ２０から送り出された空気は配管２２を通ってインタクーラ２３に導入される。配管２２には、配管２２内の温度(空気温)を検知する温度センサ２４が設け
られている。
【００３１】
インタクーラ２３は、自身に導入された空気を冷却し、配管２５に排出する。配管２５は、燃料電池１の酸化剤ガス入口に接続されている。配管２５には、配管２５内の温度(
インタクーラ２３から排出される空気の温度)を検知する温度センサ２６が設けられてい
る。酸化剤ガス入口に導入された空気は、空気極側セパレータ６に設けられた流路を介して空気極４へ拡散する。空気極４を通過した空気は、燃料電池１の酸化剤ガス出口から外部へ排出される。
【００３２】
図１において、酸化剤排出系は、次のように構成されている。燃料電池１の酸化剤ガス出口には、配管２７が接続されており、配管２７は、レギュレータ(背圧調整弁)２８に接続されている。配管２７には、配管２７内の圧力を検知する圧力センサ２９が設けられている。レギュレータ２８は、弁の開度を変えることで、エアポンプ２０の背圧を調整する。レギュレータ２８には、配管３０を介してマフラ３１が接続されており、マフラ３１を通過した空気は外気中に排出される。
【００３３】
燃料電池システムは、上述した酸化剤供給系及び酸化剤排出系を制御するための制御系(制御手段)として、ＥＣＵ(Electronic Control Unit：コンピュータ)３２を備えている
。ＥＣＵ３２は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)等のプロセッサ，プロセッサにより
実行されるプログラムやプログラムの実行に際して使用されるデータを記憶したメモリ(
記憶装置：記録媒体)、センサ等との間の入出力インタフェース(Ｉ／Ｏ)等から構成され
ている。
【００３４】
ＥＣＵ３２は、上述したエアフローメータ１５，圧力センサ１６，温度センサ１７，濃度センサ１８，温度センサ２４，温度センサ２６，及び圧力センサ２９からの出力信号を受け取る。ＥＣＵ３２は、ＣＰＵがメモリに格納されたプログラムを実行することによって、エアフローメータ１５や各センサからの出力信号に基づき、エアポンプ２０の動作，インタクーラ２３による空気の冷却能力，レギュレータ２８の開度を制御する。さらに、ＥＣＵ３２は、エアフローメータ１５及び濃度センサ１８の出力信号を用いて、ケミカルフィルタ１３の寿命判定処理を行う。
【００３５】
ＥＣＵ３２は、エアフローメータ１５からの出力信号，並びに、圧力センサ１６及び温度センサ１７からのセンサ出力信号を用いて、燃料電池に供給される酸化剤ガス(空気)の量を測定する。即ち、エアフローメータ１５は、吸入空気量に応じた電気信号を出力信号としてＥＣＵ３２に与える。このとき与えられる電気信号は、予め定められた標準としての気圧及び温度条件における空気量を示す。これに対し、空気の密度は、圧力及び温度に依存する。このため、ＥＣＵ３２は、エアフローメータ１５から得られる空気量を圧力センサ１６及び温度センサ１７から受け取る圧力及び温度で補正する。このようにして、ＥＣＵ３２は、正確な空気量を測定する。測定された空気量は、例えば、エアポンプ２０による燃料電池１への空気の供給量制御に使用される。
【００３６】
また、ＥＣＵ３２は、温度センサ２４からの出力信号(配管２２内の温度)を用いて、エアポンプ２０の動作を制御する。即ち、ＥＣＵ３２は、温度センサ２４からの出力信号を用いて、エアポンプ２０から排出(吐出)される空気の温度を監視する。排出空気の温度が所定値以上になることは、エアポンプ２０に過剰な負荷がかかっていることを意味し、そのような状態が継続されるとエアポンプ２０が故障する虞がある。このため、ＥＣＵ３２は、温度が所定値以上になると、モータ２１に制御信号を与えて、エアポンプ２０の回転量を低減したり、エアポンプ２０の動作を停止したりする。
【００３７】
また、ＥＣＵ３２は、温度センサ２６からの出力信号(配管２５内の温度)を用いて、イ
ンタクーラ２３の冷却能力を制御する。発電に適した燃料電池１の温度は決まっており、燃料電池１に供給される空気によって燃料電池１が必要以上に温められると、燃料電池１の適正な発電を阻害する虞がある。ＥＣＵ３２は、例えば、インタクーラ２３から排出される空気の温度が所定値を上回ると、インタクーラ２３に制御信号を与えてインタクーラ２３の冷却能力を高め、所定値以下の空気が燃料電池１に供給されるようにする。例えば、インタクーラ２３が空冷であれば、インタクーラ２３が備えるファンの回転量を制御信号により増加させて、ファンによる冷却用空気の流量を増加させ、インタクーラ２３を通過する空気(酸化剤ガス)の放熱が促進されるようにする。
【００３８】
さらに、ＥＣＵ３２は、圧力センサ２９からの出力信号(配管２７内の圧力)を用いて、レギュレータ２８の開度(背圧)を制御する。例えば、ＥＣＵ３２は、圧力センサ２９から受け取る配管２７内の圧力を監視し、圧力(背圧)が所定値(上限値)を上回ると、レギュレータ２８に制御信号を与えてその開度を大きくし、背圧を下げる。或いは、ＥＣＵ３２は、圧力が所定値(下限値)を下回ると、レギュレータ２８に制御信号を与えてその開度を小さくし、背圧を上げる。ＥＣＵ３２は、燃料電池１の発電量に応じて、上記したような背圧制御を行い、適正な運転が行われるようにする。
【００３９】
次に、燃料電池システムにおけるケミカルフィルタ１３の寿命判定処理について説明する。ＥＣＵ２３は、エアフローメータ１５，圧力センサ１６及び温度センサ１７の出力信号から得られる空気量(単位時間あたりの吸着器を経た空気量)と、濃度センサ１８によって得られる空気取り込み管１１内の空気中の特定種の不純物(不純物Ｘとする)の濃度(単
位時間あたりの吸着器に入る空気中の不純物の濃度)と、ケミカルフィルタ１３のトラッ
プ効率(吸着効率)とに基づいて、ケミカルフィルタ１３に吸着された不純物Ｘの単位時間あたりの吸着量を推定(算出)し、さらに吸着量の累積値を求めてこの累積値が所定値を超えたときに、ケミカルフィルタ１３の寿命(交換時期)が来たものとして、アラームの出力制御を行う。
【００４０】
図２は、ＥＣＵ３２におけるプログラムの実行により実現される、ケミカルフィルタ１３の寿命判定処理の例を示すフローチャートである。図２に示す処理は、例えば、エアポンプ２０の動作がオンにされたことを契機として開始することができる。なお、下記の処理における前提条件として、エアフローメータ１５及び各センサ１６,１７,１８からの出力信号に基づく空気量，圧力，温度，及び濃度は、空気量データ，圧力データ，温度データ，及び濃度データとしてメモリに随時記録(蓄積)される。ＥＣＵ３２は、下記のステップにおいて、メモリから必要なデータを読み出し、後述するＱ１，Ｔ１，Ｐ１，Ｇ１を、時間的な同期をとって算出する。即ち、空気量，温度，圧力，濃度の測定及び記録と、以下のステップで述べる計算とはタイムラグがある。
【００４１】
処理が開始されると、ＥＣＵ３２は、エアフローメータ１５の出力信号(エアフローメ
ータ信号：空気量データ)を取り込み、単位時間あたりの吸入空気量Ｑ１を得る(ステップＳ１)。吸入空気量Ｑ１は、ＥＣＵ３２に含まれるメモリのワークエリアに格納される。
【００４２】
次に、ＥＣＵ３２は、温度センサ１７の出力信号(エア温度信号：温度データ)を取り込み、ステップＳ１で得られた吸入空気量Ｑ１の空気の温度Ｔ１を得る(ステップＳ２)。空気温度Ｔ１は、ＥＣＵ３２に含まれるメモリのワークエリアに格納される。
【００４３】
次に、ＥＣＵ３２は、圧力センサ１６の出力信号(エア圧力信号：圧力データ)を取り込み、ステップＳ１で得られた吸入空気量Ｑ１の空気の圧力たる空気圧Ｐ１を得る(ステッ
プＳ３)。空気圧Ｐ１は、ＥＣＵ３２に含まれるメモリのワークエリアに格納される。
【００４４】
次に、ＥＣＵ３２は、濃度センサ１８の出力信号(濃度信号：濃度データ)を取り込み、
ステップＳ１で得られた吸入空気量Ｑ１の空気が収容容器１３Ａ(吸着器)に導入された際における当該空気に含まれる不純物不純物Ｘの濃度Ｇ１を得る(ステップＳ４)。濃度Ｇ１は、ＥＣＵ３２に含まれるメモリのワークエリアに格納される。  次に、ＥＣＵ３２は、エア流量補正計算を行う(ステップＳ５)。即ち、ＥＣＵ３２は、ワークエリアに格納された吸入空気量Ｑ１を、ワークエリアに格納された空気温度Ｔ１及び空気圧Ｐ１で補正した吸入空気量(エア流量)Ｑ２を算出し、当該ワークエリアに格納する。
【００４５】
次に、ＥＣＵ３２は、導入不純物量計算を行う(ステップＳ６)。即ち、ＥＣＵ３２は、ワークエリアに格納された吸入空気量Ｑ２と濃度Ｇ１とを乗じることによって、吸入空気量Ｑ２の空気中に含まれる不純物Ｘの量、即ち、吸着器たる収容容器１３Ａに導入された不純物Ｘの量を導入不純物量Ｇ２として算出し、ワークエリアに格納する。
【００４６】
次に、ＥＣＵ３２は、導入不純物累積量計算を行う(ステップＳ７)。即ち、ＥＣＵ３２は、ＥＣＵ３２に含まれる不揮発性メモリ(記憶手段)に格納されている導入不純物累積量Ｇ３の値を読み出し、このＧ３の値にワークエリアに格納された導入不純物量Ｇ２を加算して、新たな導入不純物累積量Ｇ３を算出し、この新たな導入不純物累積量Ｇ３を不揮発性メモリに格納(Ｇ３の値を上書き)するとともに、ワークエリアに格納する。
【００４７】
不揮発性メモリに格納される導入不純物累積量Ｇ３の値は、未使用のケミカルフィルタ１３が新たにセットされた場合に零が設定されるように構成されており、ステップＳ７の処理が実行される毎に、当該Ｇ３の値に導入不純物量Ｇ２が加算される。このように、導入不純物累積量Ｇ３は、同一のケミカルフィルタ１３が使用されている間における、収容容器１３Ａに導入された不純物Ｘの量の累積値(累積量)を示す。
【００４８】
次に、ＥＣＵ３２は、トラップ不純物累積量計算を行う(ステップＳ８)。ここに、ケミカルフィルタ１３による、不純物Ｘに対するトラップ効率(吸着効率)、即ち、或る量の不純物Ｘが収容容器１３Ａを通過するときにケミカルフィルタ１３で吸着(トラップ)される比率は、実験等によって予め求められている。不純物不純物ＥＣＵ３２に含まれる不揮発性メモリ(記憶手段)上には、トラップ効率の値ｋが予め格納されている。ＥＣＵ３２は、不揮発性メモリからトラップ効率ｋを読み出し、これを係数として導入不純物累積量Ｇ３に乗じることで、導入不純物累積量Ｇ３に対するトラップ不純物累積量Ｇ４(ケミカルフ
ィルタ１３に吸着されている不純物Ｘの量)を算出し、ワークエリアに格納する。
【００４９】
次に、ＥＣＵ３２は、フィルタ寿命判定を行う(ステップＳ９)。即ち、ＥＣＵ３２は、ワークエリアに格納されたトラップ不純物累積量Ｇ４が、不揮発性メモリに予め格納されている所定値(判定値Ｇ０)以下か否かを判定する。判定値Ｇ０は、実験等を通じて規定されたケミカルフィルタ１３の寿命が尽きたと判定できるトラップ不純物累積量を示す。
【００５０】
トラップ不純物累積量Ｇ４が判定値Ｇ０以下である場合(Ｓ９；ＹＥＳ)には、処理がステップＳ１１に進む。これに対し、トラップ不純物累積量Ｇ４が判定値Ｇ０を超える場合(Ｓ９；ＮＯ)には、ＥＣＵ３２は、アラーム出力処理を行う(ステップＳ１０)。
【００５１】
例えば、図１に示すように、ＥＣＵ３２には、警告灯３３が接続されている。警告灯３３は、トラップ不純物累積量Ｇ４が判定値Ｇ０以下である場合には、消灯状態である。ＥＣＵ３２は、ステップＳ１０において、警告灯３３に点灯信号を与え警告灯３３を点灯させる。このように、ＥＣＵ３２がアラームを出力させることによって、燃料電池システムのユーザ(車両ユーザ)に対して、ケミカルフィルタ１３に寿命が来た(交換時期である)ことを報知することができる。
【００５２】
なお、警告灯３３は、一旦点灯すると、例えばユーザによる消灯スイッチ操作のような
特別な操作が行われない限り、点灯状態を維持する(電源停止状態を除く)。ステップＳ１０が終了すると、処理はステップＳ１に戻される。
【００５３】
一方、ステップＳ１１に処理が進んだ場合には、ＥＣＵ３２は、エアポンプ２０がオフとなっているか否かを判定する。エアポンプ２０がオンの場合(Ｓ１１；ＮＯ)、処理がステップＳ１に戻り、オフの場合(Ｓ１１；ＹＥＳ)、当該寿命判定処理が終了する。
【００５４】
第１実施形態による燃料電池システムによれば、ＥＣＵ３２は、単位時間あたりの収容容器１３Ａ(吸着器)を通過した空気量Ｑ２を測定する測定手段(空気量Ｑ２を取得する手
段)として機能する。また、ＥＣＵ３２は、検知手段たる濃度センサ１８によって検知さ
れた、空気量Ｑ２の空気が収容容器１３Ａ(吸着器)に導入された際における当該空気中の不純物Ｘの濃度Ｇ１を取得する取得手段として機能する。さらに、ＥＣＵ３２は、空気量Ｑ２と濃度Ｇ１とトラップ効率ｋとから単位時間あたりのケミカルフィルタ１３に吸着した不純物Ｘの量を推定する推定手段として機能する。さらに、ＥＣＵ３２は、不純物Ｘの量の累積値(累積量)を求め、累積量が所定値(判定値Ｇ０)を超える場合にアラームを警告灯３３に対して出力させる出力制御手段として機能する。このように、ＥＣＵ３２は、ケミカルフィルタにおける吸着量を推定する吸着量推定装置として機能する。
【００５５】
これによって、精度の高い吸着量を推定することができ、適正なケミカルフィルタ１３の寿命判定を行うことができる。
【００５６】
なお、図２に示した処理において、ステップＳ１,Ｓ２,Ｓ３,Ｓ４の順序は任意である
。また、濃度センサ１８は、累積量の算出対象となる不純物の種類毎に用意される。但し、複数種類の不純物を一つの濃度センサで兼用できる場合には、一つの濃度センサで複数種類の不純物の濃度が検知されるように構成される。図２に示した処理は、不純物の種類毎に、並列に実行されるように構成可能である。
【００５７】
また、警告灯３３の代わりに、ディスプレイ装置が用意され、ディスプレイ装置に寿命(交換時期)が来た旨が表示されるようにしても良い。また、警告灯３３やディスプレイ装置の代わりに、又はこれらに加えて、ＥＣＵ３２が警告ブザー等のような音声出力手段に音声(アラーム音)を出力させるようにしても良い。
【００５８】
或いは、ケミカルフィルタ１３を寿命に応じて交換する構成に代えて、ケミカルフィルタ１３の周囲にヒータのような加熱手段を設け、ＥＣＵ３２が加熱手段の動作を制御して、ケミカルフィルタ１３の加熱再生処理を行うようにしても良い。この場合、アラームは、ケミカルフィルタ１３の加熱再生処理を促すものとなる。
【００５９】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態は、第１実施形態との共通点を含むので、主として相違点について説明する。
【００６０】
図３は、本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムの構成例を示す説明図である。図３に示す燃料電池システムは、濃度センサ１８Ａが空気取り込み管１１ではなく、配管１４に配置され、収容容器１３Ａから排出された(収容容器を通過した)空気中の不純物Ｘの濃度を検知して、ＥＣＵ３２に通知するように構成されている。以上の点を除き、燃料電池システムの構成は、実施形態１と同様である。但し、以下に示すように、ＥＣＵ３２による寿命判定処理が実施形態１と異なる。
【００６１】
図４は、第２実施形態におけるＥＣＵ３２によるケミカルフィルタ１３の寿命判定処理の例を示すフローチャートである。図４に示す処理も、第１実施形態と同様に、エアフロ
ーメータ１５，圧力センサ１６，温度センサ１７及び濃度センサ１８Ａの出力信号による空気量，圧力，温度及び濃度がそれぞれデータとして随時メモリ上に蓄積され、ＥＣＵ３２は、蓄積されたデータを用いて各ステップの処理を実行する。
【００６２】
図４において、ステップＳ１〜Ｓ３，及びＳ５に係る空気量Ｑ２の測定処理は、第１実施形態と同様である。但し、ステップＳ４Ａでは、ＥＣＵ３２は、吸入空気量Ｑ１の空気中の濃度Ｇ１を検知手段たる濃度センサ１８Ａで検知された濃度を元に取得する。
【００６３】
また、ステップＳ６Ａでは、ＥＣＵ３２は、吸着器たる収容容器１３Ａを通過した不純物Ｘの量を通過不純物量Ｇ２として計算する。Ｇ２の算出式自体は第１実施形態と同様である。また、ステップＳ７Ａでは、通過不純物累積量Ｇ３を、次のようにして算出する。
【００６４】
即ち、ＥＣＵ３２は、ＥＣＵ３２に含まれる不揮発性メモリに格納されている通過不純物累積量Ｇ３の値を読み出し、このＧ３の値にワークエリアに格納された通過不純物量Ｇ２を加算して、新たな通過不純物累積量Ｇ３を算出し、この新たな通過不純物累積量Ｇ３を不揮発性メモリに格納(Ｇ３の値を上書き)するとともに、ワークエリアに格納する。
【００６５】
不揮発性メモリ(記憶手段)に格納される通過不純物累積量Ｇ３の値は、未使用のケミカルフィルタ１３が新たにセットされた場合に零が設定されるように構成されており、ステップＳ７の処理が実行される毎に、当該Ｇ３の値に通過不純物量Ｇ２が加算される。このように、通過不純物累積量Ｇ３は、同一のケミカルフィルタ１３が使用されている間における、当該ケミカルフィルタ１３を通過した不純物Ｘの累積量を示す。
【００６６】
ステップＳ８Ａでは、ＥＣＵ３２は、トラップ不純物累積量計算を行う。ここに、ケミカルフィルタ１３のトラップ効率は、実験等によって予め求められており、トラップ効率から、或る量の不純物Ｘが収容容器１３Ａ(吸着器)を通過するときにケミカルフィルタ１３に吸着(トラップ)される不純物Ｘの量(Ｍとする)と、トラップされることなく収容容器１３Ａを通過する不純物Ｘの量(Ｎとする)との比(Ｍ：Ｎ)が求まる。
【００６７】
ＥＣＵ３２に含まれる不揮発性メモリ(記憶手段)上には、例えば、Ｎの値を１とした時のＭの値が予め格納されている。ＥＣＵ３２は、不揮発性メモリからＭの値を読み出し、通過不純物累積量Ｇ３に乗じる(比の計算を行う)ことで、通過不純物累積量Ｇ３に対するトラップ不純物累積量Ｇ４(ケミカルフィルタ１３に吸着されている不純物Ｘの累積量)を算出し、ワークエリアに格納する。
【００６８】
ステップＳ９，Ｓ１０，Ｓ１１の処理は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。第２実施形態では、ＥＣＵ３２は、吸着器(収容容器１３Ａ)を通過した単位時間あたりの空気量Ｑ２を測定する測定手段として機能し、検知手段たる濃度センサ１８Ａにより空気量Ｑ２の空気中の不純物Ｘの濃度Ｇ１を取得する取得手段として機能する。さらに、ＥＣＵ３２は、空気量Ｑ２と濃度Ｇ１とトラップ効率(トラップ効率に基づく値Ｍ)とから単位時間あたりのケミカルフィルタ１３に吸着した不純物Ｘの量を推定する推定手段として機能する。さらに、ＥＣＵ３２は、不純物Ｘの量の累積値(累積量)を求め、累積量が所定値(判定値Ｇ０)を超える場合にアラームを警告灯３３に出力させる出力制御手段として機能する。このように、ＥＣＵ３２は、ケミカルフィルタ１３における吸着量を推定する吸着量推定装置として機能する。
【００６９】
これによって、第１実施形態と同様に、精度の高い吸着量を推定することができ、適正なケミカルフィルタ１３の寿命判定を行うことができる。もっとも、第２実施形態では、濃度センサ１８がケミカルフィルタ１３の下流側に配置されているので、不純物成分がセンサの検知精度に影響を与えるのを抑えることができる。
【００７０】
なお、本発明による燃料電池システム，吸着量推定装置は、車両搭載用のみならず固定載置される燃料電池に対しても適用可能である。また、燃料電池の種類はＰＥＦＣに限られない。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムの構成例を示す説明図である。
【図２】図２は、ＥＣＵによるケミカルフィルタの寿命判定処理の例を示すフローチャートである。
【図３】図３は、本発明の第２実施形態による燃料電池システムの構成例を示す説明図である。
【図４】図４は、ＥＣＵによるケミカルフィルタの寿命判定処理の例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７２】
１・・・燃料電池
２・・・固体高分子電解質膜
３・・・燃料極
４・・・空気極
５・・・燃料極側セパレータ
６・・・空気極側セパレータ
１１・・・空気取り込み管
１２・・・ダストフィルタ
１３・・・ケミカルフィルタ
１４，１９，２２，２５，２７，３０・・・配管
１５・・・エアフローメータ
１６，２９・・・圧力センサ
１７，２４，２６・・・温度センサ
１８，１８Ａ・・・濃度センサ
２０・・・エアポンプ
２１・・・モータ
２３・・・インタクーラ
２８・・・レギュレータ
３１・・・マフラ
３２・・・ＥＣＵ
３３・・・警告灯
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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