(57)【要約】【課題】燃料電池スタックの暖機状態を正確に判断し、暖機時間の短縮及び暖機用消費エネルギーの低減を図る。【解決手段】低温状態からの燃料電池スタック起動時に、暖機用出力制御手段８は、燃料電池スタック１から所定電力を取り出すように制御する。電流計５、電圧計６がそれぞれ、暖機中の燃料電池スタック１の電流値及び電圧値を検出する。走行許可手段７は、電流値及び電圧値が所定の状態となるの応じて、車両の走行を許可する走行許可信号を車両コントローラ９に出力する。これにより、走行許可手段７は、燃料電池の発電可能電力が車両走行用電力に達したか否かを正確に判断できるので、車両の走行までに要する時間や暖機用の消費エネルギーを最小にすることができる。【選択図】      図１
2004296338.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低温状態から燃料電池システムを起動する時に、燃料電池スタックの暖機を行う車両用燃料電池システムの制御装置であって、
前記起動時に、前記燃料電池スタックを発電させて所定の暖機用電力を取り出す暖機用出力制御手段と、
前記暖機用出力制御手段により前記暖機用電力を取り出し中に、燃料電池スタックの電圧値または電流値に基づいて、前記燃料電池スタックが所定の暖機状態になったか否かを判断し、所定の暖機状態になったと判断した場合に、車両の走行を許可する走行許可手段と、
を備えたことを特徴とする車両用燃料電池システムの制御装置。
【請求項２】
前記許可手段は、前記燃料電池スタックの電圧値が所定値以上になった場合に、前記車両の走行を許可することを特徴とする請求項１に記載の車両用燃料電池システムの制御装置。
【請求項３】
前記許可手段は、前記燃料電池スタックの電流値が所定値以下になった場合に、前記車両の走行を許可することを特徴とする請求項１に記載の車両用燃料電池システムの制御装置。
【請求項４】
前記許可手段は、前記燃料電池スタックが発電している際の電流値に応じて前記所定値を決定することを特徴とする請求項２に記載の車両用燃料電池システムの制御装置。
【請求項５】
前記許可手段は、前記燃料電池スタックが発電している際の電圧値に応じて前記所定値を決定することを特徴とする請求項３に記載の車両用燃料電池システムの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低温状態からの起動時に、燃料電池スタックを定格電力より小さい電力で発電させながら燃料電池システムの暖機を行う車両用燃料電池システムの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来までの車両用燃料電池システムでは、氷点下温度等の低温状態から車両を起動した際、燃料電池スタックを所定量発電させることにより車両の走行開始前に燃料電池の暖機を行い、燃料電池スタックの空気極（カソード）排気温度，空気極吸気と空気極排気の温度差，冷却水の温度等の温度因子を参照して、燃料電池スタックの暖機が完了したか否かを判別することにより車両の走行を許可している（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３０５０１３号公報（第５頁、図３）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら車両用燃料電池システムでは、車両駆動電力を賄うために燃料電池スタックが家庭用電源等に比べて大型化しているので、スタック中央部とスタック端部とでは温度部分布のバラツキが大きくなり、起動初期の環境や暖機終了時に要求される燃料電池スタックの出力等の条件によっては、温度因子のみに従って、燃料電池スタックの暖機が完了したか否かの判断を正確に行うことは難しいという問題点があった。
【０００５】
また、例えば、高精度の温度センサを用いて暖機が完了したか否かを判断する方法も考えられるが、この方法では、温度センサにより検出された温度値にばらつきがある場合、安全性を考慮して高めの温度値に基づいて判断しなければならないために、暖機完了と判断するまでに要する時間や暖機に消費するエネルギーまたは燃料量が増大するという問題点があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る車両用燃料電池システムの制御装置は、上記問題点を解決するため、低温状態から燃料電池システムを起動する時に、燃料電池スタックの暖機を行う車両用燃料電池システムの制御装置であって、前記起動時に、前記燃料電池スタックを発電させて定格電力より小さい電力を取り出す暖機用出力制御手段と、該暖機用出力制御手段により燃料電池スタックから前記電力取り出し中に、前記燃料電池スタックの電圧または電流を検出する暖機状態検出手段と、該暖機状態検出手段により検出された電圧または電流に基づいて、前記燃料電池スタックが所定の暖機状態になったと判断した場合に、車両の走行を許可する走行許可手段と、を備えたことを要旨とする。
【０００７】
【発明の効果】
本発明に係る車両用燃料電池システムの制御装置によれば、燃料電池スタックの暖機中に燃料電池スタックから定格電力より小さい電力を取り出した時の燃料電池スタックの電圧値または電流値に従って、燃料電池スタックが所定の暖機状態に達したか否かを判断するようにしたので、燃料電池スタックの電気的特性に基づいた正確な暖機完了判断を行うことができ、暖機完了と判断するまでの時間を最小限に短縮すると共に、暖機に要するエネルギーを節約し、燃料電池車両の燃費性能を向上させることができるという効果がある。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳しく説明する。
図１は、本発明に係る制御装置が適用された車両用燃料電池システムの概要を示す構成図である。同図において、車両用燃料電池システムは、供給された水素及び空気により発電する燃料電池スタック１と、燃料電池スタックが発電した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からの交流電力が供給されて車両を駆動する駆動モータ３と、燃料電池スタック１に空気や冷却水を供給する補機４と、燃料電池スタック１の発電電流を検出する電流計５と、燃料電池スタック１の発電電圧を検出する電圧計６と、制御装置１０の走行許可に応じて車両を走行させる車両コントローラ９とを備えている。
【０００９】
制御装置１０は、燃料電池スタック１の低温からの起動時に燃料電池スタック１を発電させて所定の暖機用電力を取り出す暖機用出力制御手段８と、暖機用出力制御手段８が所定の暖機用出力を取り出し中に、電流計５および電流計６の検出値に基づいて燃料電池スタック１が所定の暖機状態になったと判断した場合に、車両コントローラ９に対して走行を許可する走行許可手段７と、を備えている。
【００１０】
［車両用燃料電池システムの構成］
次に、図２，図３を参照して、制御装置が適用される車両用燃料電池システムの構成について詳細に説明する。
【００１１】
上記制御装置が適用される車両用燃料電池システムは、大きく分けて、燃料電池スタックに空気を供給する空気系、燃料電池スタックに水素ガスを供給する水素系，燃料電池スタックを冷却するクーラント系，システムの動作を制御する電気系の４つの系統により構成される。そこで、以下では、上記制御装置が適用される車両用燃料電池システムの構成を系統毎に分けて詳しく説明する。
【００１２】
〔空気系の構成〕
空気系は、図２に示すように、フローメータ１１を介して取り込んだ空気を加圧するコンプレッサ１２と、加圧された空気の温度を調整する空気温度調整器１３と、温度調整された空気を加湿して燃料電池スタック１４の空気極（カソード）供給マニホールド１４ａに供給する水分交換装置１５を備える。
【００１３】
なお、水分交換装置１５は、燃料電池スタック１４の空気極出口マニホールド１４ｂから排出された空気の水分を除去し、除去した水分を空気極に供給する空気に与える。また、空気極供給マニホールド１４ａと水分交換装置１５との間には、燃料電池スタック１４に供給される空気の圧力を測定するための圧力センサ１６が設けられている。
【００１４】
また、空気系は、水分交換装置１５のオフガス側供給口に接続され、燃料電池スタック１４の空気極出口マニホールド１４ｂから排出された空気の圧力を調整する圧力制御弁１７を備える。そして、圧力制御弁１７によって圧力調整された空気は、燃焼器１８に導かれ、別途供給されるアノードオフガスと共に燃焼された後、大気に排出される。
【００１５】
なお、燃焼器１８は、電熱により触媒活性温度まで加熱される電熱触媒部１８ａと、アノードオフガスを空気と共に燃焼させる触媒燃焼部１８ｂと、アノードオフガスの燃焼熱をクーラントに与える熱交換器１８ｃを有し、電熱触媒部１８ａ及び熱交換器１８ｃにはそれぞれ、温度を測定するための温度センサ１８ｄ，１８ｅが設けられている。
【００１６】
〔水素系の構成〕
水素系は、図２に示すように、シャット弁２１を介して水素タンク２２から供給される水素ガスの温度を調整する水素温度調整器２３と、温度調整された水素ガスの圧力を調整する圧力調整弁２４と、フローメータ２５を介して圧力調整弁２４から供給された水素ガスを、燃料電池スタック１４の水素極（アノード）供給マニホールド１４ｃに供給するイジェクタ２６を備える。
【００１７】
なお、水素極供給マニホールド１４ｃとイジェクタ２６の間には、燃料電池スタック１４に供給される水素ガスの圧力を測定するための圧力センサ２７が設けられている。また、燃料電池スタック１４の水素極出口マニホールド１４ｄから排出された水素ガスは、再びイジェクタ２６に戻り、フローメータ２５を介して供給される水素がすと混合されて、再び燃料電池スタック１４に供給される。
【００１８】
また、水素極出口マニホールド１４ｄとイジェクタ２６との間には排出された水素ガスの分岐流路が設けれ、分岐流路には窒素等の不純物が溜まったアノードガスを放出するパージ弁２８を有する。そして、パージ弁２８から放出された水素ガスは、燃焼器１８において燃焼された後、大気に排出される。
【００１９】
〔クーラント系の構成〕
クーラント系は、図２に示すように、ファン３１を回転駆動して冷却水を冷却するラジエータ３２と、シャット弁３３を介して燃料電池スタック１４のクーラント入口マニホールド１４ｅに冷却水を供給する三方弁３４、燃料電池スタック１４のクーラント出口マニホールド１４ｆから排出された冷却水を循環させるクーラントポンプ３５と、クーラント出口マニホールド１４ｆから排出された冷却水の温度Ｔｓｏ  を測定する温度センサ３６とを備える。
【００２０】
なお、三方弁３４は、分岐点３７においてラジエータ３２方向と熱交換器１８ｃ方向に分岐される冷却水の流量を制御することができる。また、三方弁３４は、分岐点３８を介して空気温度調整器１３と水素温度調整器２３に冷却水を供給することができる。
【００２１】
〔電気系の構成〕
電気系は、図３に示すように、燃料電池パワープラント４１を備え、燃料電池パワープラント４１は、燃料電池スタック１４と、コンプレッサ用インバータ等の強電補機４１ａと、弱電補機４１ｂにより構成される。
【００２２】
また、電気系は、燃料電池スタック１４が発電した電力をパワーマネージャ４２に供給するジャンクションボックス（Ｊ／Ｂ）４３を備え、このジャンクションボックス４３は、燃料電池スタック１４の電流（以下、スタック電流と略記）Ｉｓ及び電圧（以下、スタック電圧と略記）Ｖｓをそれぞれ検出する電流センサ４３ａ及び電圧センサ４３ｂを備える。
【００２３】
ここで、パワーマネージャ４２は、ジャンクションボックス４３から供給された電力を、車両の駆動モータ４４用のインバータ４５、エアコンシステム等の車両強電補機４６、２次バッテリ４７、及び強電補機４１ａに供給する。
【００２４】
また、パワーマネージャ４２は、ジャンクションボックス４３から供給された電力を、ＤＣ／ＤＣコンバータ４８で降圧して、弱電補機４１ｂ、弱電バッテリ４９、及び車両弱電補機５０に供給する。なお、電流センサ４３ａ及び電圧センサ４３ｂはそれぞれ、図１に示す電流径５及び電圧計６に対応する。
【００２５】
また、電気系は、スタック電流Ｉｓ、スタック電圧Ｖｓ、及び車両コントローラ５１から入力される車両要求電力信号に従って、強電補機４１ａと弱電補機４１ｂに駆動信号を入力すると共に、車両コントローラ５１に走行許可信号を入力する燃料電池パワープラントコントローラ５２を備える。ここで、車両コントローラ５１は、走行許可信号が入力されるのに応じて、インバータ４５、車両強電補機４６、及び車両弱電補機５０に駆動信号を入力する。
【００２６】
また、車両コントローラ５１は、２次バッテリ４７から出力されるバッテリの充電状態を示すＳＯＣ信号を参照して、必要とする電力量を示す車両要求電力信号を生成する。なお、燃料電池パワープラントコントローラ５２及び車両コントローラ５１はそれぞれ、図１に示す制御装置１０及び車両コントローラ９に対応する。
【００２７】
［車両用燃料電池システムの動作］
次に、図４〜図１０を参照して、上記車両用燃料電池システムの起動時の動作について説明する。
【００２８】
〔第１の実施の形態〕
始めに、図４に示すフローチャートと図５に示すタイミングチャートを参照して、車両用燃料電池システムの第１の実施形態の起動動作（暖機モード）について詳しく説明する。
【００２９】
図４に示す示すフローチャートは、燃料電池パワープラントコントローラ５２の制御動作を示すものであり、図示しないキースイッチ等による起動要求に従って、開始（図５に示す時刻Ｔ＝０）となり、この起動処理はステップＳ１の処理に進む。
【００３０】
ステップＳ１の処理では、燃料電池システムの起動直後は、車両走行に必要な電力を燃料電池スタック１４が供給できるか否か判らないために、車両走行許可信号の出力をオフ状態にし、ステップＳ２へ進む。
【００３１】
ステップＳ２の処理では、燃料電池パワープラントコントローラ５２が、クーラントポンプ３５を駆動することにより、冷却水の循環を開始させる。なお、この時、三方弁３４は、冷却水が燃料電池スタック１４と燃焼器１８の熱交換器１８ｃとの間を循環するように冷却水の流路を制御する。
【００３２】
次いで、ステップＳ３の処理では、燃料電池パワープラントコントローラ５２が温度センサ３６の検出値を読み込むことにより、クーラント出口マニホールド１４ｆから排出されたクーラントの温度Ｔｓｏ  を検出する。
【００３３】
ステップＳ４の処理では、検出したクーラントの温度Ｔｓｏ  が燃料電池スタック１４の暖機が必要な所定温度Ｔｓ以上であるか否かを判別することにより、車両起動時に燃料電池スタック１４の暖機が必要であるか否かを判断する。なお、温度Ｔｓは燃料電池スタック１４の性能に左右されるが、燃料電池パワープラントコントローラ５２は、クーラントの温度Ｔｓｏ  が確実に暖機の必要がない温度Ｔｓ（例えば２０〔℃〕近傍）以上であれば、走行に必要な出力性能が確保でき、燃料電池スタック１４の暖機の必要がないと判断する。
【００３４】
そして、検出したクーラントの温度Ｔｓｏ  が燃料電池スタック１４の暖機が必要な温度Ｔｓ以上であり、燃料電池スタック１４の暖機が必要でないと判断した場合、燃料電池パワープラントコントローラ５２は、起動処理をステップＳ１１の処理に進める。一方、検出したクーラントの温度Ｔｓｏ  が燃料電池スタック１４の暖機が必要な温度Ｔｓ以下であり、燃料電池スタック１４の暖機が必要であると判断した場合、燃料電池パワープラントコントローラ５２は、起動処理をステップＳ５の処理に進める。
【００３５】
ステップＳ５の処理では、燃料電池パワープラントコントローラ５２が、車両コントローラ５１から出力される、必要とする電力量を示す車両要求電力信号を検出する。なお、この時、燃料電池パワープラントコントローラ５２は、ステップＳ１の処理によって走行許可信号を出力していないので、車両要求電力信号には、車両走行に必要な電力量に対する要求は含まれず、暖房システム、ウィンドウデフォッガシステム等の車両補機の駆動に必要な電力量に対する要求のみが含まれる。これにより、このステップＳ５の処理は完了し、起動処理はステップＳ５の処理からステップＳ６の処理に進む。
【００３６】
ステップＳ６の処理では、燃料電池パワープラントコントローラ５２が、必要とする電力量の発電に必要な空気流量を算出する。なお、車両の走行を禁止している間、燃料電池スタック１４に要求される発電量は補機の最大消費電力の合計値以上になることはない。従って、燃料電池パワープラントコントローラ５２は、この合計値（例えば１０〔ｋＷ〕）程度の発電量を得るために必要な空気流量を算出する。
【００３７】
また、燃料電池パワープラントコントローラ５２は、発電により消費される酸素分を考慮して、燃焼器１８を所定の燃焼温度以下にするために必要な空気流量も算出する。そして、この車両用燃料電池システムでは、燃料電池スタック１４と燃焼器１８が直列に接続されていることから、燃料電池パワープラントコントローラ５２は、燃料電池スタック１４と燃焼器１８が必要とする空気流量を実現するコンプレッサ１２の吐出空気流量を算出する。これにより、このステップＳ６の処理は完了し、起動処理はステップＳ６の処理からステップＳ７の処理に進む。
【００３８】
ステップＳ７の処理では、燃料電池パワープラントコントローラ５２が、燃料電池パワープラント４１内の補機を制御して燃料電池スタック１４を暖機する。具体的には、燃料電池パワープラントコントローラ５２は、必要とされる吐出空気流量に応じてコンプレッサ１２の回転速度を制御する。また、燃料電池パワープラントコントローラ５２は、電熱触媒部１８ａの温度が燃焼器の着火に必要な所定温度以下となるのに応じて、電熱触媒部１８ａに通電する。また、燃料電池パワープラントコントローラ５２は、空気及び水素ガスが所定の圧力となるように、圧力制御弁１７，２４をそれぞれ制御する。また、燃料電池パワープラントコントローラ５２は、パージ弁２８を制御することにより、燃焼器１８への水素ガスの流量を制御する。また、燃料電池パワープラントコントローラ５２は、熱交換器１８ｃが、触媒燃焼部１８ｂで発生した熱量をクーラントに熱交換し、その熱量で燃料電池スタック１４を加熱することができるように、クーラントポンプ３５を駆動制御する。これにより、このステップＳ７の処理は完了し、起動処理はステップＳ７の処理からステップＳ８の処理に進む。
【００３９】
ステップＳ８の処理では、燃料電池パワープラントコントローラ５２が、電流センサ４３ａと電圧センサ４３ｂを介して、スタック電流Ｉｓ及びスタック電圧Ｖｓを検出する。これにより、このステップＳ８の処理は完了し、起動処理はステップＳ８の処理からステップＳ９の処理に進む。
【００４０】
ステップＳ９の処理では、燃料電池パワープラントコントローラ５２が、スタック電流Ｉｓと車両が走行可能なスタック電圧（走行可能電圧、または走行許可電圧）Ｖａの関係を示す例えば図６に示すような電流／電圧特性を参照して、検出したスタック電流Ｉｓに対応する走行可能電圧Ｖａを検索する。これにより、このステップＳ９の処理は完了し、起動処理はステップＳ９の処理からステップＳ１０の処理に進む。
【００４１】
ステップＳ１０の処理では、燃料電池パワープラントコントローラ５２が、検出したスタック電圧Ｖｓが走行可能電圧Ｖａを超えているか否かを判断することにより、燃料電池スタック１４の暖機が完了したか否かを判断する。そして、検出したスタック電圧Ｖｓが走行可能電圧Ｖａ以下であり、車両の暖機が完了していないと判断した場合、燃料電池パワープラントコントローラ５２は、起動処理をステップＳ５の処理に戻す。一方、検出したスタック電圧Ｖｓが走行可能電圧Ｖａを超えていて、燃料電池スタックの暖機が完了したと判断した場合には、燃料電池パワープラントコントローラ５２は、起動処理をステップＳ１１の処理に進める。
【００４２】
ステップＳ１１の処理では、燃料電池パワープラントコントローラ５２が、車両の走行を許可する走行許可信号を車両コントローラ５１に出力する（図５に示す時刻Ｔ＝Ｔ１）。これにより、一連の起動処理が終了し、以後、燃料電池パワープラントコントローラ５２は、車両の走行に必要な電力量に応じて発電を行うように燃料電池パワープラント４１を制御する（図５に示す通常走行モード）。
【００４３】
〔起動処理の概念〕
次に、図７を参照して、上記起動処理の概念について説明する。なお、図７において、左縦軸、右縦軸、及び横軸はそれぞれ、スタック電圧値Ｖｓ［Ｖ］  、スタック出力値［ｋＷ］、スタック電流値Ｉｓ［Ａ］  を示し、実線及び破線はそれぞれ、燃料電池スタック１４の電流／電圧特性（Ａ，Ｂ，Ｃ）及び各電流電圧特性に対応する電流／スタック出力特性（Ａ’，Ｂ’Ｃ’）を示す。
【００４４】
また、スタック電圧値とスタック出力値が一番低い特性Ａ（Ａ’）が燃料電池スタック１４の暖機が必要な極低温（例えば零下２０度）の特性、スタック電圧値とスタック出力値が次に低い特性Ｂ（Ｂ’）が車両の走行許可を行うことが可能なスタック出力値が得られる温度における特性、スタック電圧値とスタック出力値が一番高い特性Ｃ（Ｃ’）がスタックの最高の性能が得られる温度における特性を示す。
【００４５】
いま、暖機開始直後、燃料電池スタック１４が特性Ａ（Ａ’）を示す場合、仮に燃料電池スタック１４からスタック電流Ｉｓを取り出そうとしても、スタック電圧Ｖｓが低下して車両の走行許可を行うことが可能なスタック出力値Ｐｒを得することができない。このことは、暖機中の発電量Ｐｓ（例えば１０［ｋＷ］程度）を発電している際のスタック電流Ｉｓとスタック電圧Ｖｓの大きさから判断することができ、この場合、燃料電池スタック１４は、発電量Ｐｓを得るために、スタック電流Ｉｓ＝Ｉ１及びスタック電圧Ｖｓ＝Ｖ１で動作している。
【００４６】
しかしながら、燃料電池スタック１４を暖機していくと、スタック電圧Ｖｓは徐々に上昇し、特性Ｂ（Ｂ’）では、スタック電流値がＩｒである時に走行許可を行うことが可能なスタック出力値Ｐｒを得ることができるようになる。そして、この特性Ｂでは、発電量Ｐｓを得るためのスタック電流Ｉｓ及びスタック電圧ＶｓはそれぞれＩ２及びＶ２となる。従って、スタック電流ＩｓがＩ２である場合には、走行可能電圧ＶａはＶ２となる。
【００４７】
なお、暖機中の発電量Ｐｓが一定であれば走行可能電圧Ｖａを検索する必要はないが、発電量Ｐｓは暖機中の補機の状態によって変化することがある。従って、特性Ｂを参照してスタック電流Ｉｓに対応する走行可能電圧Ｖａを検索することにより、車両の走行許可の行うか否かの判断を正確に行うことができる。
【００４８】
以上の説明から明らかなように、この第１の実施形態の起動動作によれば、燃料電池パワープラントコントローラ５２が、燃料電池スタック１４の低温からの起動時に燃料電池スタック１４を発電させて所定の暖機用電力を取り出し、この所定の暖機用出力を取り出し中に、燃料電池スタックの電流および電圧の検出値に基づいて燃料電池スタックが所定の暖機状態になったと判断した場合に、車両コントローラ５１に対して走行を許可する走行許可信号を出力する。
【００４９】
これにより、燃料電池パワープラントコントローラ５２は、車両の走行に必要なスタック出力が確保できる状態になったことを正確に判断できるので、車両の走行を許可するか否かの判断を正確に行うことができると共に、車両の走行までに要する時間や消費エネルギーを最小にすることができる。
【００５０】
また、燃料電池パワープラントコントローラ５２が、所定電力を発電している際のスタック電圧Ｖｓを検出することにより、電流／電圧特性を推定し、スタックＶｓ電圧が所定値以上になるのに応じて車両が走行可能であると判断するので、簡単な構成で車両の走行までに要する時間や消費エネルギーを最小にすることができる。
【００５１】
また、燃料電池パワープラントコントローラ５２が、走行許可を判断する電圧の判定値を暖機中の発電の電流量に応じて決定するので、暖機中の発電量が変化しても車両の走行を許可するか否かの判断を正確に行うことができる。
【００５２】
また、特に大容量の二次電池を搭載した車両用燃料電池システムでは、走行に必要な電力の大部分を二次電池で補助することができるので、燃料電池の発電量が得られない低温状態においても車両の走行許可を行うことが可能となる。
【００５３】
また、水を含んだ多孔質プレートを有する燃料電池を使用した燃料電池システムでは、氷点下でその水が凍結したものを暖機により解凍し、氷の解凍途中でも車両の走行許可を行うことが可能な燃料電池出力を得ることができる。
【００５４】
さらに、水を含んだ多孔質プレートを有する燃料電池を使用した燃料電池システムでは、カソード排出ガスやクーラント出口温度は０［℃］近辺で一定になるので、温度上昇を検知することにより走行許可の判断を行う場合には、排出ガスやクーラントの温度が０［℃］以上（例えば５［℃］）になった状態で判断せざるを得ない。従って、このような方法によれば、氷点下で多孔質プレート内の水が凍結した場合、氷が全て解凍するまで走行許可を行うことができず、走行可能となるまでに多くの時間とエネルギーを要する。しかしながら、この燃料電池システムに上記起動動作を適用した場合には、排出ガスやクーラントの温度が０［℃］近辺で一定になる状態でも車両の走行許可の判断を正確に行うことができるので、走行を許可するまでに要する時間や消費エネルギーを最小にすることができる。
【００５５】
〔第２の実施形態〕
次に、図８に示すフローチャートと図９に示すタイミングチャートを参照して、車両用燃料電池システムの制御装置の第２の実施形態の起動動作について詳しく説明する。なお、第２の実施形態の起動動作は、ステップＳ９とステップＳ１０の処理以外、図４に示した第１の実施形態の起動動作と同じである。そこで、以下では、ステップＳ９とステップＳ１０の処理に対応する、第２の実施形態の起動動作のステップＳ９ａ及びステップＳ１０ａの処理についてのみ説明し、その他の処理の説明は省略する。
【００５６】
図８に示すステップＳ９ａの処理は、ステップＳ８の処理の完了に応じて開始となり、燃料電池パワープラントコントローラ５２が、スタック電流Ｖｓと車両が走行可能なスタック電流（走行可能電流）Ｉａの関係を示す例えば図１０に示すような電流／電圧特性を参照して、検出したスタック電圧Ｖｓに対応する走行可能電流Ｉａを検索する。これにより、このステップＳ９ａの処理は完了し、起動処理はステップＳ９ａの処理からステップＳ１０ａの処理に進む。
【００５７】
ステップＳ１０ａの処理では、燃料電池パワープラントコントローラ５２が、検出したスタック電流Ｉｓが走行可能電流Ｉａ以下であるか否かを判断することにより、車両の暖機が完了したか否かを判断する。そして、検出したスタック電流Ｉｓが走行可能電流Ｉａ以下であり、車両の暖機が完了したと判断した場合、燃料電池パワープラントコントローラ５２は、起動処理をステップＳ５の処理に進める。一方、検出したスタック電流Ｉｓが走行可能電流Ｉａ以下でなく、車両の暖機が完了していないと判断した場合には、燃料電池パワープラントコントローラ５２は、起動処理をステップＳ５の処理に戻す。なお、燃料電池スタック１４の暖機終了判断をスタック電流Ｉｓが走行可能電流Ｉａよりも小さくなった時点で行う理由は、暖機中の出力Ｐｓを得るために必要な電流が低下し、電圧が上昇したと判断できるためである。
【００５８】
以上の説明から明らかなように、この第２の実施形態の起動動作によれば、燃料電池パワープラントコントローラ５２が、低温状態からの車両起動時には、燃料電池スタック１４の暖機中に燃料電池スタック１４から所定の暖機用電力を取り出し、暖機用電力の取り出し中の燃料電池スタックの電流／電圧特性が所定の状態となるの応じて、車両の走行を許可する走行許可信号を車両コントローラ５１に出力する。これにより、燃料電池パワープラントコントローラ５２は、車両の走行に必要なスタック出力が確保できる状態になったことを正確に判断できるので、車両の走行を許可するか否かの判断を正確に行うことができると共に、車両の走行までに要する時間や消費エネルギーを最小にすることができる。
【００５９】
また、燃料電池パワープラントコントローラ５２が、所定電力を発電している際のスタック電流Ｉｓを検出することにより、スタック電流が所定値以下になるのに応じて車両が走行可能であると判断するので、簡単な構成で車両の走行までに要する時間や消費エネルギーを最小にすることができる。
【００６０】
また、燃料電池パワープラントコントローラ５２が、走行許可を判断する電流の判定値を暖機中の発電の電圧値に応じて決定するので、暖機中の発電量が変化しても車両の走行を許可するか否かの判断を正確に行うことができる。
【００６１】
［その他の実施形態］
以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。
【００６２】
例えば、スタック電流Ｉｓ及びスタック電圧Ｖｓを他の方法により推定してもよい。また、暖機中の燃料電池スタック１４の発電量がほぼ一定の場合には、スタック電流Ｉｓに応じて走行可能電圧Ｖａを検索せず、走行可能電圧Ｖａを固定値としてもよい。また、同様に、暖機中の燃料電池スタック１４の発電量がほぼ一定の場合には、スタック電圧Ｖｓに応じて走行可能電流Ｉａを検索せず、走行可能電流Ｉａを固定値としてもよい。
【００６３】
このように、この実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態となる車両用燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の制御装置が適用される燃料電池システムの構成を示すシステム構成図である。
【図３】図２に示す燃料電池システムの電気系の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施形態となる車両用燃料電池システムの制御装置による起動動作の流れを示すフローチャート図である。
【図５】図４に示す起動動作実行時のスタック出力、スタック電圧、及びクーラント温度の時間変化を示すタイミングチャート図である。
【図６】スタック電流と走行可能電圧の関係を示す図である。
【図７】暖機処理に伴う燃料電池スタックの電流／電圧特性、及び各電流／電圧特性に対応する電流／スタック出力特性を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態となる車両用燃料電池システムの制御装置による起動動作の流れを示すフローチャート図である。
【図９】図８に示す起動動作実行時のスタック出力、スタック電圧、及びクーラント温度の時間変化を示すタイミングチャート図である。
【図１０】スタック電圧と走行可能電流の関係を示す図である。
【符号の説明】
１…燃料電池スタック、２…インバータ、３…駆動モータ、４…補機、５…電流計、６…電圧計、７…走行許可手段、８…暖機用出力制御手段、９…車両コントローラ、１０…制御装置
【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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【図９】
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【図１０】
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