(57)【要約】【課題】高分子電解質膜への加湿に好適な燃料電池搭載車両を提供する。【解決手段】多孔質体の加湿水透過板８よび燃料極集電板７介して冷却板１０給された冷却水の一部を高分子電解質膜３供給し、その高分子電解質膜を加湿するよう構成した燃料電池スタックを、燃料極５を高分子電解質膜３に対して車両前方に位置させて、そのセル積層方向が車両の前後方向となるよう車両に搭載した。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子電解質膜を燃料極と酸化剤極とで挟持し、さらに酸化剤極集電板および多孔質体からなる燃料極集電板で挟持した単位セルを複数個積層するとともに、各単位セル毎に冷却板を挿入し、多孔質体の加湿水透過板および多孔質体の燃料極集電板を介して上記冷却板に供給された冷却水の一部を高分子電解質膜に供給し、その高分子電解質膜を加湿するように燃料電池スタックを構成し、
前記燃料極を高分子電解質膜に対して車両前方に位置させて燃料電池スタックのセル積層方向が車両の前後方向となるよう車両に搭載したことを特徴とする燃料電池搭載車両。
【請求項２】
高分子電解質膜を燃料極と酸化剤極とで挟持し、さらに酸化剤極集電板および多孔質体からなる燃料極集電板で挟持した単位セルを複数個積層するとともに、各単位セル毎に冷却板を挿入し、多孔質体の加湿水透過板および多孔質体の燃料極集電板を介して上記冷却板に供給された冷却水の一部を高分子電解質膜に供給し、その高分子電解質膜を加湿するように燃料電池スタックを構成し、
前記燃料電池スタックをそのセル積層方向が車両の前後方向となるように車両に搭載し、
前記車両に車両前後方向の加速度を検知する手段を設け、
前記燃料極集電板を流通する燃料ガスと冷却板に流通する冷却水との差圧を前記加速度検知手段で検知する加速度方向に応じて制御することを特徴とする燃料電池搭載車両。
【請求項３】
前記加速度検知手段により車両加速を検出した時には、冷却水圧力を上昇させて燃料極集電板に流通する燃料ガスと冷却板に流通する冷却水との差圧を減少させることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池搭載車両。
【請求項４】
前記加速度検知手段により車両減速を検出した時には、冷却水圧力を低下させて燃料極集電板に流通する燃料ガスと冷却板に流通する冷却水との差圧を増加させることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池搭載車両。
【請求項５】
高分子電解質膜を燃料極と酸化剤極とで挟持し、さらに酸化剤極集電板および多孔質体からなる燃料極集電板で挟持した単位セルを複数個積層するとともに、各単位セル毎に冷却板を挿入し、多孔質体の加湿水透過板および多孔質体の燃料極集電板を介して上記冷却板に供給された冷却水の一部を高分子電解質膜に供給し、その高分子電解質膜を加湿するように燃料電池スタックを構成し、
前記燃料電池スタックをセル積層方向が車両の前後方向と直交するよう車両に搭載し、
前記車両に車両左右方向の加速度を検知する手段を設け、
前記燃料極集電板に流通する燃料ガスと冷却板に流通する冷却水との差圧を前記加速度検知手段で検知する車両旋回方向、左右方向加速度および発電傾向に応じて制御することを特徴とする燃料電池搭載車両。
【請求項６】
前記加速度検知手段は、加速度センサにより構成したことを特徴とする請求項２または請求項５に記載の燃料電池搭載車両。
【請求項７】
前記加速度検知手段は、車輪速度センサから加速度を推定することを特徴とする請求項２または請求項５に記載の燃料電池搭載車両。
【請求項８】
前記加速度検知手段は、車速と運転手の運転動作から加速度を推定することを特徴とする請求項２または請求項５に記載の燃料電池搭載車両。
【請求項９】
前記燃料電池搭載車両は、進行方向の進路障害物との距離を測定する手段を備え、前記距離測定手段による進路障害物との距離に応じて燃料極集電板に流通する燃料ガスと冷却板に流通する冷却水との差圧を制御することを特徴とする請求項２または請求項５に記載の燃料電池搭載車両。
【請求項１０】
前記燃料電池搭載車両は、進行方向の進路障害物との距離を測定する手段を備え、前記距離測定手段による進路障害物との距離と車両のブレーキペダルまたはアクセルペダルの操作変化とに連動して燃料極集電板に流通する燃料ガスと冷却板に流通する冷却水との差圧を制御することを特徴とする請求項２または請求項５に記載の燃料電池搭載車両。
【請求項１１】
前記燃料電池搭載車両は、車両外部から有線または無線にて得られる道路勾配または曲率等の車両走行環境から車両の姿勢変化を推定する手段を備え、車両姿勢変化推定手段よりの推定値に基づいて燃料極集電板に流通する燃料ガスと冷却板に流通する冷却水との差圧を予備制御することを特徴とする請求項２または請求項５に記載の燃料電池搭載車両。
【請求項１２】
前記燃料電池搭載車両は、前記車両姿勢変化推定手段よりの道路の勾配又は曲率とその距離と進入車速から推測される車両加速度のピークに比例して前記制御の目標値の最大値を設定することを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池搭載車両。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池を搭載した燃料電池搭載車両に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から固体高分子型燃料電池を加湿するため、その冷却層に供給する冷却水の一部を加湿水透過板および燃料極集電板に浸透させて高分子膜の加湿を行う直接水供給加湿法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
これは、燃料極と酸化剤極とで高分子電解質膜を挾持した単位セル毎に冷却板を挿入し、冷却板に供給された冷却水の一部を多孔質体の加湿水透過板および多孔質体の燃料極集電板を介して高分子電解質膜に供給して加湿するよう構成している。加えて、発電中に生じる熱を除去するためのポンプにより循環される冷却水の循環速度と電解質膜を加湿するための冷却水系の冷却水圧力を独立して制御できるように構成している。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−９２３１０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、燃料電池を車両に搭載する場合、走行中の車両の挙動により発生する前後方向およびまたは左右方向の加速度が燃料電池にも作用することから、燃料電池の内部に存在する冷却水流路内や加湿水透過板内の水も上記加速度に応じて偏りを生じる。この偏りが電解質膜から水を遠ざける方向に生じる場合には電解質膜への加湿が不足気味となり、逆に前記偏りが電解質膜へ水を近づける方向に生じる場合には電解質膜への加湿が過度となり、いずれの場合においても、発電性能の維持のために電解質膜の加湿を過不足なく行う必要がある。
【０００６】
しかしながら、上記従来例では、発電中に生じる熱を除去するためのポンプにより循環される冷却水の循環速度と電解質膜を加湿するための冷却水系の冷却水圧力を独立して制御できるように構成するのみで、車両搭載時における加速度による水の挙動を考慮するものではなく、車両搭載時に十分に発電性能を発揮できない可能性があった。
【０００７】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、高分子電解質膜への加湿に好適な燃料電池搭載車両を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、多孔質体の加湿水透過板および燃料極集電板を介して冷却板に供給された冷却水の一部を高分子電解質膜に供給し、その高分子電解質膜を加湿するよう構成した燃料電池スタックを、燃料極を高分子電解質膜に対して車両前方に位置させて、そのセル積層方向が車両の前後方向となるよう車両に搭載した。
【０００９】
【発明の効果】
したがって、本発明では、多孔質体の加湿水透過板および燃料極集電板を介して冷却板に供給された冷却水の一部を高分子電解質膜に供給して高分子電解質膜を加湿するよう構成した燃料電池スタックを、燃料極を高分子電解質膜に対して車両前方に位置させて、そのセル積層方向が車両の前後方向となるよう車両に搭載した。このため、加湿水透過板内の水への慣性の方向が車両の加減速とそれに伴う発電要求に応じて、燃料ガスと冷却水との差圧が一定であっても、高分子電解質膜への加湿を自動調整することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の燃料電池搭載車両を各実施形態に基づいて説明する。
【００１１】
（第１実施形態）
図１〜図５は、本発明を適用した燃料電池搭載車両の第１実施形態を示し、図１は搭載する燃料電池スタックの部分断面図、図２は搭載する燃料電池システムの概略構成図、図３は燃料電池スタックの車両搭載状態を示す概略平面図、図４は燃料電池搭載車両の制御フローチャート、図５は動作を示すタイムチャートである。
【００１２】
図１において、燃料電池スタック１の単位セル２は、高分子電解質膜３の両側面に燃料極４および酸化剤極５を、高分子電解質膜３を挾持するよう配設し、酸化剤極４の背面には酸化剤極集電板６を、また、燃料極５の背面には多孔質体からなる燃料極集電板７を夫々配設して備える。そして、燃料極集電板７のさらに背面側に多孔質体からなる加湿水透過板８を介して冷却水流路９を備える冷却板１０を配設し、これらを複数組積層することにより燃料電池スタック１を構成している。
【００１３】
図２において、前記燃料電池スタック１は、燃料極５に燃料を供給する燃料ガス供給系１１と、酸化剤極４に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給系１２と、上記冷却板１０内にポンプ１６により冷却水を循環させ、発電中に生じる熱を除去する冷却水系１３と、その他制御系とにより固体高分子型燃料電池システムを構成する。
【００１４】
前記燃料極５には図示しない燃料源から供給された燃料が燃料処理装置１１Ａで水素に富んだ燃料ガスに改質されて供給され、前記酸化剤極４には酸化剤ガス供給系１２を介して酸化剤ガスが供給される。
【００１５】
前記冷却水系１３は、冷却水１４が貯められた冷却水タンク１５、ポンプ１６、背圧制御弁１７、熱交換器１８を冷却板１０の冷却水流路９と直列に接続して構成しており、冷却板１０に冷却水タンク１５に貯められた冷却水１４をポンプ１６によって供給し、供給された冷却水の一部を加湿水透過板８および燃料極集電板７に浸透させて燃料極５に供給して高分子電解質膜３を加湿するとともに、燃料ガスおよび酸化剤ガス中に蒸発させる。その際の蒸発潜熱は電池反応熱の一部を取り除く。残りの冷却水は、顕熱により残りの電池反応熱の取り除いた後、背圧制御弁１７、熱交換器１８を経て冷却水タンク１５に戻される。
【００１６】
前記冷却板１０から冷却水を熱交換器１８側に導く冷却水戻り配管に設けた背圧制御弁１７は、車両に配置した加速度検出手段２０より入力される加速度信号に応じてコントローラ２１により演算された開度に制御される。背圧制御弁１７の開度は背圧制御弁１７の上流側すなわち冷却板１０の冷却水流路９内の冷却水の圧力を調整する。冷却水の圧力を調整することにより燃料ガスとの差圧を変化させ、加湿水として燃料極５側に供給する水の量を調整することができる。即ち、背圧制御弁１７の開度を変えて冷却水の圧力を上昇させる（即ち、差圧を低下させる）と加湿水として供給する水の量を増加させ、背圧制御弁１７の開度を変えて冷却水の圧力を低下させる（即ち、差圧を増加させる）と加湿水として供給する水の量を減少させる。
【００１７】
本実施形態において、燃料電池スタック１は、図３に示すように、その積層方向Ａが車両前後方向となるよう車両２５に搭載する。図中の矢印Ｂは車両２５の進行方向を示し、２６は前輪、２７は後輪、２８はステアリングハンドルを模式的に示している。燃料電池スタック１に示す矢印Ａは燃料電池の単位セル２の燃料極５から電解質膜３への方向を示し、冷却水の電解質膜３への加湿水が冷却板１０から浸透する方向である。
【００１８】
前記加速度検出手段２０は、車両２５の前後方向の加速度を検出するよう配置する。加速度検出手段２０としては、所定の方向の加速度を検知する加速度計により加速度そのものを検知したり、ＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム、以下ＡＢＳという）などに使用される車輪速センサを用いて単一センサから前後方向加速度を計算したり、左右輪２６の速度差から旋回方向を検知しつつ、外輪の速度から加速度の方向と大きさを計算するものであってもよい。
【００１９】
前記コントローラ２１は、加速度検出手段２０の出力から、車両２５が進行方向に所定値以上加速されていると判断される場合に背圧制御弁１７の開度を減少させ、車両２５が所定値以上減速されていると判断される場合に背圧制御弁１７の開度を増加させるよう制御する。このため、車両２５の前方への所定以上の加速時には冷却水の圧力を上昇させ加湿水として燃料極５側に供給する水の量を増加させ、車両の所定以上の減速時には冷却水の圧力を低下させ加湿水として燃料極５側に供給する水の量を減少させる。
【００２０】
以上の構成の燃料電池搭載車両の動作について以下に説明する。図４のフローチャートは差圧制御弁１７の開度を制御する制御ルーチンを示しており、コントローラ２１において一定周期毎に実行される。以下、図４に基づいて動作を説明する。
【００２１】
先ず、ステップＳ１では、加速度検知手段２０からの加速度信号を読み込み、ステップＳ２へ進む。
【００２２】
ステップＳ２では、ステップＳ１で読込んだ加速度信号の加速度方向、即ち、加速中か減速中かが判定され、加速中であればステップＳ３へ進み、減速中であればステップＳ５へ進む。
【００２３】
ステップＳ３では、読込んだ加速度信号により、加速度の大きさが予め設定した設定加速度より大きいか否かが判断され、加速度値が設定加速度より大きい場合にはステップＳ４へ進み、設定加速度より小さい場合には今回の処理を終了する。
【００２４】
前記ステップＳ３の加速度値が設定加速度より大きい場合には、冷却水流路９に供給された冷却水の一部の加湿水透過板８および燃料極集電板７への浸透が、冷却水が慣性により冷却水流路９側に留まるように作用するため、浸透し難くなり、結果として高分子膜３への加湿に必要な水が到達できなくなる状態である。しかも、車両２５の加速時には燃料電池スタック１からの電力により、図示しないモータを駆動するためにも、燃料電池で発生する電力をより多く要求され、燃料極５から水素イオン(プロトン)を酸化剤極４側に高分子膜３内を移動させて発電反応を促進させるためにも水が必要となる。
【００２５】
ステップＳ４では、背圧制御弁１７に対して所定時間だけ開度を減少させる指令を出力して今回の処理を終了する。前記所定時間は、コントローラ２１により実行される処理の周期を考慮して設定し、次回の処理時には指令が初期状態に復帰されているようにする。背圧制御弁１７の開度の減少は、冷却板１０の冷却水流路９中の冷却水の圧力を上昇させ、加湿水として燃料極５側に供給する水の量を増加させる。このため、水への慣性により燃料極５方向から高分子膜３への加湿が不十分となることが抑制され、加速時に消費される電力を補って発電させることができる。前記背圧制御弁１７の開度の減少量は、予め設定した開度量とすることもできるが、加速度値に応じて減少させる開度を変化させるようにしてもよい。
【００２６】
一方、ステップＳ５では、読込んだ加速度信号により、加速度（この場合には、減速度）の大きさが予め設定した設定加速度（設定減速度）より大きいか否かが判断され、加速度値が設定加速度より大きい場合にはステップＳ６へ進み、設定加速度より小さい場合には今回の処理を終了する。
【００２７】
前記ステップＳ５の加速度値が設定加速度より大きい場合には、冷却水流路９に供給された冷却水の一部の加湿水透過板８および燃料極集電板７への浸透が、冷却水が慣性により車両進行方向、即ち、冷却水流路９から高分子膜３側に浸透させる方向に作用するため、浸透し易くなり、結果として高分子膜３への加湿がより促進される状態となる。減速時には燃料電池に対して発電要求が低くなる傾向であるので、高分子膜３の表面で発電反応に使われない水が停滞しやすくなる。高分子膜３表面に水が停滞すると燃料ガスが高分子膜３へ到達し難くなるため発電反応が不安定になる。
【００２８】
ステップＳ６では、背圧制御弁１７に対して所定時間だけ開度を増加させる指令を出力して今回の処理を終了する。前記所定時間はステップＳ４と同様にコントローラにより実行される処理の周期を考慮して設定し、次回の処理時には指令が初期状態に復帰されているようにする。背圧制御弁１７の開度の増加は、冷却板１０の冷却水流路９中の冷却水の圧力を低下させ、加湿水として燃料極５側に供給する水の量を減少させる。このため、水への慣性により燃料極５方向から高分子膜３への加湿が過度となることを抑制し、減速時に生じる発電反応が不安定となることを防止できる。前記背圧制御弁１７の開度の増加量は、予め設定した開度量とすることもできるが、加速度値に応じて増加させる開度を変化させるようにしてもよい。
【００２９】
図５は、加速度の絶対値を縦軸とし時間を横軸として、加速度検知手段２０の作動を示すタイムチャートであり、加速度検知手段２０としてのセンサ出力値（太い実線）は加速度の真値（細い実線）に対して時間遅れがある。このため、制御動作開始の目標値に加速度の真値が達する三角印の制御動作開始時点ｔ１に対して、センサ出力値が制御動作開始の目標値に達する丸印の制御動作開始時点ｔ２が、基本的に真値から遅れる傾向で制御が動作される。この傾向は、所定の方向の加速度を検知する加速度計により加速度そのものを検知したり、ＡＢＳなどに使用される車輪速センサを用いて単一センサから前後方向加速度を計算したり、左右輪の速度差から旋回方向を検知しつつ、外輪の速度から加速度の方向と大きさを計算する場合等において生じる。しかし、所定の値を超えた場合に背圧制御弁１７を作動させて差圧制御を開始するような場合には、加速度の発生に応じた制御が行える。
【００３０】
以上のように、本実施形態の燃料電池搭載車両においては、冷却水と燃料ガスとの差圧を、加速時には（冷却水圧力を増加させて）減らすことで加湿水として燃料極５側に必要な水の量を増加させることができる。また、減速時には差圧を（冷却水圧力を減少させて）増加させることで必要以上に加湿水が燃料極５側に浸透して高分子膜３の表面が水で覆われやすくなり高分子膜３へのガス供給が不安定になって発生する発電の不安定になることを防ぐことができる。
【００３１】
なお、上記実施形態において、燃料電池スタック１の車両への搭載状態として、燃料極５から電解質膜３への方向が車両前方となる燃料電池スタック１について説明しているが、図示しないが、燃料極から電解質膜への方向が車両後方となる、即ち、燃料極を高分子電解質膜に対して車両前方となる燃料電池スタックとしてもよい。この場合には、冷却水圧力が一定、即ち、燃料ガスと冷却水との差圧が一定であっても、車両加速時には冷却水が慣性によって冷却板から電解質膜側に加湿水として供給され、車両減速時には冷却水が慣性によって冷却板内に留めるよう作用する。したがって、高分子電解質膜への加湿を自動調整することができ、冷却水圧力を背圧制御弁で制御する必要がなくなる。さらに必要であれば、車両加速時に冷却水圧力が低くなるよう背圧制御弁の開度を増加させ、車両減速時に冷却水圧力が高くなるよう背圧制御弁の開度を減少させるようにすればよい。
【００３２】
本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。
【００３３】
（ア）多孔質体の加湿水透過板８および燃料極集電板７を介して冷却板１０に供給された冷却水の一部を高分子電解質膜３に供給して高分子電解質膜３を加湿するよう構成した燃料電池スタック１を、燃料極５を高分子電解質膜３に対して車両前方に位置させて、そのセル積層方向が車両の前後方向となるよう車両に搭載した。このため、加湿水透過板８内の水への慣性の方向が車両の加減速とそれに伴う発電要求に応じて、燃料ガスと冷却水との差圧が一定であっても、高分子電解質膜３への加湿を自動調整することができる。
【００３４】
（イ）燃料電池スタック１をセル積層方向が車両の前後方向となるよう車両に搭載し、車両に車両前後方向の加速度を検知する手段２０を設け、燃料極集電板７を流通する燃料ガスと冷却板１０に流通する冷却水との差圧を前記加速度検知手段２０で検知する加速度方向に応じて制御したので、加湿水透過板８内の水への慣性により電解質膜３への加湿水に過不足が生じる場合に補正することができる。
【００３５】
（ウ）加速度検知手段２０により車両加速を検出した時には、冷却水圧力を上昇させて燃料極集電板７に流通する燃料ガスと冷却板１０に流通する冷却水との差圧を減少させるため、加速時の燃料電池が発電のための化学反応により燃料極５側の水分が不足することによる性能低下を防ぐことができる。
【００３６】
（エ）加速度検知手段２０により車両減速を検出した時には、冷却水圧力を低下させて燃料極集電板７に流通する燃料ガスと冷却板１０に流通する冷却水との差圧を増加させるため、減速時の特に燃料電池への発電要求が高くない時に必要量以上に加湿することで電解質膜３の表面が水で覆われることでおこる電解質膜３へのガス供給効率の低下とそれに伴う発電の不安定化を防ぐことができる。
【００３７】
（オ）加速度検知手段２０を加速度センサにより構成すると、車両への加速度と方向を正確に検知することで制御開始時期の最適化を図ることができる。
【００３８】
（カ）加速度検知手段２０を車輪速度センサから加速度を推定するよう構成すると、ＡＢＳ制御に使用される既存のセンサを流用することができる。
【００３９】
（第２実施形態）
図６は、本発明を適用した燃料電池搭載車両の第２実施形態を示す燃料電池スタックの車両搭載状態の概略平面図である。本実施形態においては、燃料電池スタックをその積層方向が車両左右方向となるように搭載したものである。なお、第１実施形態と同一部分には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
【００４０】
図６に示すように、燃料電池スタック１は、その積層方向Ａが車両左右方向となるよう車両２５に搭載する。図中の矢印Ｂは車両２５の進行方向を示し、２６は前輪、２７は後輪、２８はステアリングハンドルを模式的に示している。燃料電池スタック１に示す矢印Ａは燃料電池の単位セル２の燃料極５から電解質膜３への方向を示し、冷却水の電解質膜３への加湿水が冷却板１０から浸透する方向である。
【００４１】
加速度検出手段２０は、車両２５の左右方向の加速度を検出するよう配置する。加速度検出手段２０としては、左右方向の加速度を検知する加速度計により加速度そのものを検知したり、ＡＢＳなどに使用される車輪速センサを用いて左右輪の速度差から旋回方向を検知しつつ、外輪の速度から加速度の方向と大きさを計算するものであってもよい。
【００４２】
前記コントローラ２１は、加速度検出手段２０の出力から、車両２５が進行方向の右方向に所定値以上加速されている（右方向への横加速度）と判断される場合に背圧制御弁１７の開度を減少させ、車両２５が進行方向左方向に所定値以上加速されている（左方向への横加速度）と判断される場合に背圧制御弁１７の開度を増加させるよう制御する。このため、車両２５の右方向への所定以上の加速時には冷却水の圧力を上昇させ加湿水として燃料極５側に供給する水の量を増加させ、車両の左方向への所定以上の加速時には冷却水の圧力を低下させ加湿水として燃料極５側に供給する水の量を減少させる。
【００４３】
コントローラ２１の具体的制御フローチャートは、図４に示す制御フローチャートと同様であり、ステップＳ２では、括弧内に記載したように、車両２５の旋回方向が右方向であるか左方向であるかが判断され、右旋回である場合にはステップＳ３へ進み、左旋回である場合にはステップＳ５へ進む。
【００４４】
以下、ステップＳ３、５で加速度の大きさが判断され、予め設定した設定加速度を超えている場合には、夫々ステップＳ４、６へ進み、背圧制御弁１７に対して所定時間だけ開度を増加または減少させる指令を出力して今回の処理を終了する。
【００４５】
したがって、冷却水と燃料ガスとの差圧を、右旋回時には（冷却水圧力を増加させて）減らすことで加湿水として燃料極５側に必要な水の量を増加させることができる。また、左旋回時には差圧を（冷却水圧力を減少させて）増加させることで必要以上に加湿水が燃料極５側に浸透して高分子膜３の表面が水で覆われやすくなり高分子膜３へのガス供給が不安定になって発生する発電の不安定になることを防ぐことができる。
【００４６】
ただし、制御を開始する際に、必ずしも加速度の発生と発電要求が一致しないため、発電量の傾向も併せて制御開始の判断要素とすることで、より木目細かい制御が実施できる。例えば、発電量が増加傾向である場合は、高分子膜３への加湿水を増量させるように冷却水の圧力を増加させて、ガスと冷却水の差圧を減らし、減少傾向である場合は加湿水を抑制するように冷却水の圧力を減少させて、ガスと冷却水の差圧を増やすようにする。
【００４７】
本実施形態においても、加速度検知手段２０としてのセンサ出力値は加速度の真値に対して時間遅れがあり、第１実施形態と同様、所定の値を超えた場合に背圧制御弁１７を作動させて差圧制御を開始するような場合には、加速度の発生に応じた制御が行える。
【００４８】
なお、上記実施形態において、燃料電池スタック１の車両への搭載状態として、燃料極５から電解質膜３への方向が車両右側となる燃料電池スタック１について説明しているが、図示しないが、燃料極５から電解質膜３への方向が車両左側となる燃料電池スタック１としてもよく、この場合には、車両右旋回時に冷却水圧力が低くなるよう背圧制御弁１７の開度を増加させ、車両左旋回時に冷却水圧力が高くなるよう背圧制御弁１７の開度を減少させるようにする。
【００４９】
本実施形態においては、第１実施形態における効果（ア）〜（カ）に加えて以下に記載した効果を奏することができる。
【００５０】
（キ）燃料電池スタック１をセル積層方向が車両の前後方向と直交するよう車両に搭載し、車両に車両左右方向の加速度を検知する手段２０を設け、燃料極集電板７に流通する燃料ガスと冷却板１０に流通する冷却水との差圧を加速度検知手段２０で検知する車両旋回方向、左右方向加速度および発電傾向に応じて制御するため、旋回時加速度による加湿水透過板８内の水への慣性で発生する電解質膜３への加湿水の過不足を補正することができる。
【００５１】
（第３実施形態）
図７および図８は、本発明を適用した燃料電池搭載車両の第３実施形態を示し、図７は燃料電池搭載車両の制御フローチャート、図５は動作を示すタイムチャートである。本実施形態においては、加速度検知手段による加速度に基づいて制御することに代えて加速度予測手段による加速度に基づいて制御するようにしたものである。なお、第１実施形態および第２実施形態と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。
【００５２】
図７において、ステップＳ２〜ステップＳ６は、第１実施形態または第２実施形態の制御フローチャートを示す図４のステップＳ２〜ステップＳ６と同様のものであり、ステップＳ１１およびステップＳ１１に加速度情報を入力する加速度検知手段としての加速度予測手段２０Ａを新規な構成としている。
【００５３】
加速度予測手段２０ＡおよびステップＳ１１の第１実施例は、加速度予測手段２０Ａを、車両への加速度を発生するようなアクセル、ブレーキ、または、ステアリングハンドル２８の操作の変化速度を検知し、その時の車速を考慮することで、運動保存則から発生が予想される加速度を予測するものである。
【００５４】
例えば、ドライバーのブレーキペダルまたはアクセルペダルの踏み込み状態、例えば、踏み込み量や踏み込み時間、さらには、車両前方の障害物や車両との距離を検出し、これらの検出結果に基づき、あるいは、組み合わせた結果に基づき、ドライバーが欲求する車両姿勢変化とそれにともなう加速度を推定する。
【００５５】
推定された加速度は、ステップＳ１１に読込まれ、ステップＳ２〜ステップＳ６による背圧制御弁１７の制御の基礎データとして利用される。
【００５６】
図８は、加速度の絶対値を縦軸とし時間を横軸として加速度を示すタイムチャートであり、加速度予測手段２０Ａとしてのセンサ出力値（図中の下の線）は加速度の真値（図中の上の線）に対して先行する。即ち、制御動作開始の目標値に加速度の真値が達する三角印の制御動作開始時点ｔ３に対して、加速度予測手段２０Ａのセンサ出力値が制御動作開始の目標値に達する丸印の制御動作開始時点ｔ４が、基本的に真値より先行する傾向で制御が動作される。したがって、加速度の真値より早い傾向で制御動作が可能となる。
【００５７】
以上の加速度予測手段２０Ａを用いる第１実施例では、車両の加速度に対して背圧制御弁１７（圧力制御系）の応答が遅い場合に、先読み制御を行い必要な応答を達成することができ、背圧制御弁１７による差圧制御を遅れなく実施できる。
【００５８】
加速度予測手段２０ＡおよびステップＳ１１の第２実施例は、加速度予測手段２０Ａを、車両２５のナビゲーションシステム等の有線や無線から得られる目的地までの道路勾配や道路の曲率半径等の道路状況、ドライバーの運転能力やドライバーの癖等から、将来起こりうる車両姿勢変化にともなう加速度を事前に推定するものである。推定された加速度は、ステップＳ１１に読込まれ、ステップＳ２〜ステップＳ６による背圧制御弁１７の制御の基礎データとして利用される。
【００５９】
以上の加速度予測手段２０Ａを用いる第２実施例では、先読み制御を行い必要な応答を達成することができ、背圧制御弁１７による差圧制御の制御の精度を高めることができる。
【００６０】
また、車両のナビゲーションシステム等の有線や無線から得られる道路の勾配または曲率半径、およびその長さと進入速度から車両の最大加速度を事前に推定する機能を加速度予測手段２０Ａに追加するものであってもよい。この推定した最大加速度に応じて背圧制御弁１７による差圧制御の差圧目標値を決定するようにすると、背圧制御の最適化を図ることができる。
【００６１】
本実施形態においては、第１実施形態における効果（ア）〜（カ）および第２実施形態における効果（キ）に加えて、以下に記載する効果を奏することができる。
【００６２】
（ク）車速と運転手の運転動作から加速度を推定する加速度検知手段としての加速度予測手段２０Ａを備えるため、運転手の運転動作から推測される加速度発生を予測することができ、予備制御を行い制御の最適化を図ることができる。
【００６３】
（ケ）進行方向の進路障害物との距離を測定する手段による進路障害物との距離に応じて燃料極集電板７に流通する燃料ガスと冷却板１０に流通する冷却水との差圧を制御するため、車両の走行前方環境を推定し運転者の停止欲求または加速欲求を推測して予備制御することができる。
【００６４】
（コ）進行方向の進路障害物との距離を測定する手段による進路障害物との距離と車両のブレーキペダルまたはアクセルペダルの操作変化とに連動して燃料極集電板７に流通する燃料ガスと冷却板１０に流通する冷却水との差圧を制御するため、より細かく検知してより木目細かい制御が実施できる。
【００６５】
（サ）車両外部から有線または無線にて得られる道路勾配または曲率等の車両走行環境から車両の姿勢変化を推定する手段よりの推定値に基づいて燃料極集電板７に流通する燃料ガスと冷却板に流通する冷却水との差圧を予備制御するため、将来走行が予想される路上での車両走行姿勢を予測することができ、予備制御を行い、制御の最適化を図ることができる。
【００６６】
（シ）車両姿勢変化推定手段２０Ａよりの道路の勾配又は曲率とその距離と進入車速から推測される車両加速度のピークに比例して前記制御の目標値の最大値を設定するため、制御の最適化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す燃料電池搭載車両における燃料電池スタックの部分断面図。
【図２】同じく搭載する燃料電池システムの概略構成図。
【図３】燃料電池スタックの車両搭載状態を示す概略平面図。
【図４】燃料電池搭載車両の制御フローチャート。
【図５】燃料電池搭載車両の動作を示すタイムチャート。
【図６】本発明の第２実施形態を示す燃料電池搭載車両の概略平面図。
【図７】本発明の第３実施形態を示す燃料電池搭載車両の制御フローチャート。
【図８】燃料電池搭載車両の動作を示すタイムチャート。
【符号の説明】
１  燃料電池スタック
２  単位セル
３  高分子電解質膜
４  酸化剤極
５  燃料極
６  酸化剤極集電板
７  燃料極集電板
８  加湿水透過板
９  冷却水流路
１０  冷却板
１３  冷却水系
１５  冷却水タンク
１６  ポンプ
１７  背圧制御弁
２０  加速度検知手段
２１  コントローラ
【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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