(57)【要約】【課題】運転状況に拘わらず燃料電池のアイドル停止時からの再始動性を確保して、ドライバビリティを向上できる燃料電池自動車を提供する。【解決手段】燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給されて発電を行う燃料電池２と、前記燃料電池２に対する発電要求量が、発電に関する所定値以下の場合に、前記燃料電池２の発電を停止させるアイドル停止手段を備えた燃料電池自動車であって、アイドル停止禁止条件が満たされた時には、前記アイドル停止手段の作動を禁止するアイドル停止禁止手段を備えた。【選択図】      図１
2004173450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給されて発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池に対する発電要求量が、所定値以下の場合に、前記燃料電池の発電を停止させるアイドル停止手段を備えた燃料電池自動車であって、
前記発電要求量が前記所定値以下であっても、前記燃料ガスが供給される燃料電池のアノード入口での水素圧力が、所定値以下である場合には、
前記アイドル停止手段の作動を禁止するアイドル停止禁止手段を備えたことを特徴とする燃料電池自動車。
【請求項２】
燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給されて発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池に対する発電要求量が、所定値以下の場合に、前記燃料電池の発電を停止させるアイドル停止手段を備えた燃料電池自動車であって、
前記発電要求量が前記所定値以下であっても、前記燃料ガスが供給される燃料電池のアノード入口での水素圧力と大気圧との差圧が、所定値以上である場合には、
前記アイドル停止手段の作動を禁止するアイドル停止禁止手段を備えたことを特徴とする燃料電池自動車。
【請求項３】
燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給されて発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池に対する発電要求量が、所定値以下の場合に、前記燃料電池の発電を停止させるアイドル停止手段を備えた燃料電池自動車であって、
前記発電要求量が前記所定値以下であっても、前記燃料電池を構成するセルの電圧が、所定値以下である場合には、
前記アイドル停止手段の作動を禁止するアイドル停止禁止手段を備えたことを特徴とする燃料電池自動車。
【請求項４】
燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給されて発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池に対する発電要求量が、所定値以下の場合に、前記燃料電池の発電を停止させるアイドル停止手段を備えた燃料電池自動車であって、
前記発電要求量が前記所定値以下であっても、前記燃料電池をアノード出口に配設された水素希釈手段の水素濃度が、所定値以上である場合には、
前記アイドル停止手段の作動を禁止するアイドル停止禁止手段を備えたことを特徴とする燃料電池自動車。
【請求項５】
燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給されて発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池に対する発電要求量が、所定値以下の場合に、前記燃料電池の発電を停止させるアイドル停止手段を備えた燃料電池自動車であって、
前記発電要求量が前記所定値以下であっても、前記燃料電池の水素パージ処理直後から所定時間以内である場合には、
前記アイドル停止手段の作動を禁止するアイドル停止禁止手段を備えたことを特徴とする燃料電池自動車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池を駆動源として備え、前記燃料電池の発電を停止させるアイドル停止手段を備えた燃料電池自動車に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＰＥＭ型燃料電池には、固体高分子電解質膜の両側にアノードとカソードとを備え、アノードに燃料ガス（例えば水素ガス）を供給し、カソードに酸化剤ガス（例えば酸素あるいは空気）を供給して、これらガスの酸化還元反応にかかる化学エネルギーを直接電気エネルギーとして抽出するようにしたものがある。
【０００３】
このような燃料電池を搭載した燃料電池自動車としては、例えば、特許文献１に記載されているように、燃料電池自動車の停止条件等が満たされる場合に燃料電池を駆動するための機器の動作を停止して、燃料電池での発電を禁止するアイドル停止を行うことで燃費の向上を図るものが知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３５９２０４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、燃料電池自動車の状態によっては、燃料電池自動車の停止条件等が満たされる場合であっても、アイドル停止を行うことが好ましくない場合がある。このような場合にまでアイドル停止を行うと、アイドル停止から復帰する際に、燃料電池での発電出力が低下して駆動出力が制限されてしまう等の不具合を生じる虞があり、走行性能の維持やドライバビリティの確保の点で好ましくない。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、アイドル停止を行っても走行性能を維持するととともにドライバビリティを確保できる燃料電池自動車を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、本発明の請求項１に係る発明は、燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給されて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池に対する発電要求量が、所定値以下の場合に、前記燃料電池の発電を停止させるアイドル停止手段（例えば、後述する実施の形態におけるＥＣＵ９のステップＳ１４の処理）を備えた燃料電池自動車であって、前記発電要求量が前記所定値以下であっても、前記燃料ガスが供給される燃料電池のアノード入口での水素圧力が、所定値以下である場合には、前記アイドル停止手段の作動を禁止するアイドル停止禁止手段（例えば、後述する実施の形態におけるＥＣＵ９のステップＳ２４の処理）を備えたことを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、前記水素圧力が前記所定値以下の場合にはアイドル停止が禁止されるため、アイドル停止時の燃料電池の発電出力を前記所定値より上に維持することができ、アイドル停止から復帰する際の燃料電池の発電出力を確保することができる。
【０００９】
また、請求項２に係る発明は、燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給されて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池に対する発電要求量が、所定値以下の場合に、前記燃料電池の発電を停止させるアイドル停止手段を備えた燃料電池自動車であって、前記発電要求量が前記所定値以下であっても、前記燃料ガスが供給される燃料電池のアノード入口での水素圧力と大気圧との差圧が、所定値以上である場合には、前記アイドル停止手段の作動を禁止するアイドル停止禁止手段（例えば、後述する実施の形態におけるＥＣＵ９のステップＳ２２の処理）を備えたことを特徴とする
【００１０】
この発明によれば、前記差圧が前記所定値以上の場合にはアイドル停止が禁止されるため、アイドル停止時の燃料電池の差圧（極間差圧）を前記所定値より下の適正な状態に維持することができ、燃料電池に対する信頼性を確保できる。
【００１１】
また、請求項３に係る発明は、燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給されて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池に対する発電要求量が、所定値以下の場合に、前記燃料電池の発電を停止させるアイドル停止手段を備えた燃料電池自動車であって、前記発電要求量が前記所定値以下であっても、前記燃料電池を構成するセルの電圧が、所定値以下である場合には、前記アイドル停止手段の作動を禁止するアイドル停止禁止手段（例えば、後述する実施の形態におけるＥＣＵ９のステップＳ２６の処理）を備えたことを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、前記セルの電圧が前記所定値以下である場合にはアイドル停止が禁止されるため、アイドル停止時の燃料電池の発電出力を前記所定値より上に維持することができ、アイドル停止から復帰する際の燃料電池の発電出力を確保することができる。
【００１３】
また、請求項４に係る発明は、燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給されて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池に対する発電要求量が、所定値以下の場合に、前記燃料電池の発電を停止させるアイドル停止手段を備えた燃料電池自動車であって、前記発電要求量が前記所定値以下であっても、前記燃料電池をアノード出口に配設された水素希釈手段（例えば、後述する実施の形態における希釈ボックス２１）の水素濃度が、所定値以上である場合には、前記アイドル停止手段の作動を禁止するアイドル停止禁止手段（例えば、後述する実施の形態におけるＥＣＵ９のステップＳ２８の処理）を備えたことを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、前記水素希釈手段の水素濃度が前記所定値以上である場合にはアイドル停止が禁止されるため、アイドル停止時の前記水素希釈手段の水素濃度を前記所定値より下に維持することができ、アイドル停止から復帰する際に水素パージ処理を行った場合であっても、前記水素希釈手段の水素濃度を一定以内に抑えることができる。
【００１５】
また、請求項５に係る発明は、燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給されて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池に対する発電要求量が、所定値以下の場合に、前記燃料電池の発電を停止させるアイドル停止手段を備えた燃料電池自動車であって、前記発電要求量が前記所定値以下であっても、前記燃料電池の水素パージ処理直後から所定時間以内である場合には、前記アイドル停止手段の作動を禁止するアイドル停止禁止手段（例えば、後述する実施の形態におけるＥＣＵ９のステップＳ３０の処理）を備えたことを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、前記水素パージ処理直後から所定時間以内である場合にはアイドル停止が禁止されるため、水素希釈手段の水素濃度を一定以下に保持して運転させることが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態における燃料電池自動車を図面と共に説明する。
図１は本発明の実施の形態における燃料電池自動車を示す概略構成図である。この燃料電池自動車は、燃料電池（ＦＣ）２とキャパシタ７とを電源装置として備えている。
【００１８】
この燃料電池２は、電解質膜をアノードとカソードで両側から挟み込んで形成されたセルに対し、複数のセルを所定数積層して構成されたスタックからなり、供給される反応ガス（燃料ガスおよび酸化剤ガス）を電気化学反応させることで駆動出力が得られる。
【００１９】
前記燃料電池２には、水素供給システム１６、空気供給システム１７が接続されている。水素供給システム１６は、例えば高圧で水素を保持する高圧水素タンクを備えており、燃料電池２のアノードに水素を供給する。空気供給システム１７は、エアコンプレッサを備えており、燃料電池２のカソードに酸化剤である空気（エア）を供給する。
【００２０】
これらのシステム１６，１７から反応ガス（水素、エア）が燃料電池２に供給されると、アノードの反応面（図示せず）に供給された水素がイオン化され、固体高分子電解質膜を介してカソードの方に移動する。この間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギーとして利用される。
【００２１】
前記燃料電池２にはセル電圧センサ２４が設けられ、このセンサ２４により各セルの電圧を検出する。また、前記燃料電池２のアノード入口側には、水素圧力センサ２３が設けられ、このセンサ２３により燃料電池２に供給される水素圧力ＰＨを検出する。
【００２２】
そして、前記燃料電池２で発電に供された反応済の水素ガス（水素オフガス）や空気（空気オフガス）は、それぞれの排出流路を介して希釈ボックス２１にて合流せしめられ、該希釈ボックス２１内で水素の濃度を十分に低減した後、希釈ボックス２１から排出される。
また、水素オフガスの排出流路には、水素排出バルブ１９が前記希釈ボックス２１上流側に設けられ、このバルブ１９を制御することで、水素オフガスの排出処理が制御される。また、空気オフガスの排出流路には、、背圧制御バルブ２０が前記希釈ボックス２１上流側に設けられ、このバルブ２０を制御することで、カソード入口側の圧力を制御する。
【００２３】
また、発電により消費されなかった未反応の水素ガスは、水素オフガスの排出流路からエゼクタ１８を介して再び燃料電池２のアノードに供給される。これにより、水素ガスの利用率を高めることができる。
本実施の形態においては、図１に示したように、前記燃料電池２や、希釈ボックス２１、エゼクタ１８等を燃料電池ボックス３に収容し、これらの機器の保護を図っている。
【００２４】
また、前記燃料電池２には、冷却システム４が循環流路を介して接続されている。冷却システム４は、前記循環流路内の冷却媒体（例えば、水）を燃料電池２に供給するためのポンプ等を備えており、冷却媒体（冷却水）を燃料電池２に供給することにより、燃料電池２の冷却を行う。
燃料電池２出口側の循環流路には、水温検出センサ５が設けられ、該水温検出センサ５により燃料電池２を冷却した冷却水の水温ＴＷを検出する。
【００２５】
前記燃料電池２での発電電力（出力）は、電流制限器（ＶＣＵ）１３を介してキャパシタ７や負荷２６に供給される。前記電流制限器１３は、前記燃料電池２からの出力を必要に応じて制限してキャパシタ７や負荷２６に供給する。
【００２６】
キャパシタ７は例えば電気二重層キャパシタとされ、前記燃料電池２の発電電流で充電されるとともに、該キャパシタ７が蓄えた電力を前記負荷２６に供給して燃料電池２の発電を補助する機能も備えている。
【００２７】
前記キャパシタ７や前記電流制限器１３は、負荷２６を構成するインバータ２５や補機類１４に接続され、これらの機器２５、１４に電力を供給する。前記インバータ２５は走行モータ６にも接続され、インバータ２５に供給された電力を直流から交流に変換して走行モータ６に供給して、該走行モータ６を回転駆動させる。この走行モータ６による駆動力がトランスミッション（図示せず）等を介して車輪（図示せず）に伝達されることで、車両が走行する。
また、前記走行モータ６により、車両の減速時に車輪から入力される減速エネルギーを回生エネルギーに変換して、この回生エネルギーを電気エネルギーとしてキャパシタ７に充電することもできる。
【００２８】
また、本実施の形態における燃料電池自動車は、制御装置（ＥＣＵ）９を備えている。この制御装置９は、上述した各センサ５、２２、２３、２４に接続され、これらのセンサ２２、２３、２４、２７で検出した水温ＴＷ、水素濃度、水素圧力ＰＨ、セル電圧Ｖの値がそれぞれ入力される。また、制御装置９は、アクセルペダル開度ＡＰやイグニッションスイッチＩＧの開閉、大気圧力（空気圧力）ＰＡについての信号を受信して、各機器１３、１６，１７、２６への制御を行う。そして、以下に示すように、車両のアイドル停止やアイドル停止を禁止する制御を行う。これについて、図２を用いて説明する。
【００２９】
図２は図１に示した燃料電池自動車におけるアイドル停止判断における制御を示すフローチャートである。ステップＳ１０で、アイドル停止判断条件の制御を開始すると、ステップＳ１２で、車両が停止状態かどうかを判断する。この判断は、車速が所定値以下か、走行モータ６での予想消費電力が所定値以下か、キャパシタ７の容量が所定値以上か、補機類１４の消費電力が所定値以上か、により行う。これらの条件が全て満たされている場合には、車両停止状態と判断し、いずれか一つでも満たされていない場合には、車両停止状態ではないと判断する。
【００３０】
そして、ステップＳ１４で、上記判断結果が車両停止状態か否かを判定し、判定結果がＮＯであれば、アイドル停止を行うことなく一連の処理を終了する。また、この判定結果がＹＥＳであれば、ステップＳ１６に進んで燃料電池システムのアイドル停止判断の処理を行う。
【００３１】
図３はステップＳ１６におけるアイドル停止禁止判断の処理を示すフローチャートである。まず、ステップＳ２２で、前記水素圧力センサ２３で検出した水素圧力ＰＨと、大気圧センサ（図示せず）で検出した大気圧力ＰＡとの差圧（水素ゲージ圧力）が、差圧に関する所定値以下かどうかを判定する。この判定結果がＮＯであれば、ステップＳ３４に進んで燃料電池システムのアイドル停止禁止の判断を行って、ステップＳ１８の処理に進む。ステップＳ１８では、上記判断結果がアイドル停止禁止か否かを判定する。この場合は、判定結果がＮＯであるので、アイドル停止を行うことなく一連の処理を終了する。
【００３２】
発電を停止すると、空気供給システム１７のコンプレッサを停止するために、カソード入口圧は大気圧まで低下するので、アノード圧力が高い状態で発電を停止すると極間差圧が増加する。よって、本実施の形態においては、前記差圧が前記所定値以上の場合にはアイドル停止を禁止することにより、アイドル停止時の燃料電池２の差圧（極間差圧）を前記所定値より下の適正な状態に維持することができ、燃料電池２に対する信頼性を確保できる。
また、ステップＳ２２における判定結果がＹＥＳであれば、ステップＳ２４の処理に進む。
【００３３】
ステップＳ２４では、前記水素圧力ＰＨが、圧力に関する所定値以上かどうかを判定し、この判定結果がＮＯであれば、ステップＳ３４に進んで燃料電池システムのアイドル停止禁止の判断を行って、ステップＳ１８の処理に進む。この場合は、ステップＳ１８での判定結果がＮＯであるので、アイドル停止を行うことなく一連の処理を終了する。
【００３４】
このように、燃料電池２内のガス通路の水素圧が十分確保されていない状態では（水素圧力ＰＨが前記所定値以下の場合には）アイドル停止を禁止するため、アイドル停止時の燃料電池２の発電出力を前記所定値より上に維持することができ、アイドル停止から復帰する際の燃料電池２の発電出力を確保することができる。
また、ステップＳ２４における判定結果がＹＥＳであれば、ステップＳ２６の処理に進む。
【００３５】
ステップＳ２６では、前記セル電圧センサで検出した各セルの電圧値のうち、最低の電圧（最低セル電圧）が、電圧に関する所定値以上かどうかを判定し、この判定結果がＮＯであれば、ステップＳ３４に進んで燃料電池システムのアイドル停止禁止の判断を行って、ステップＳ１８の処理に進む。この場合は、ステップＳ１８での判定結果がＮＯであるので、アイドル停止を行うことなく一連の処理を終了する。
【００３６】
このように、発電電圧が低下し、発電不安定な状態では（前記セルの電圧が前記所定値以下である場合には）アイドル停止を禁止するため、アイドル停止時の燃料電池２の発電出力を前記所定値より上に維持することができ、アイドル停止から復帰する際の燃料電池２の発電出力を確保することができる。
また、ステップＳ２６における判定結果がＹＥＳであれば、ステップＳ２８の処理に進む。
【００３７】
ステップＳ２８では、前記水素濃度センサ２２で検出した希釈ボックス２１出口の水素濃度が、水素濃度に関する所定値以下かどうかを判定し、この判定結果がＮＯであれば、ステップＳ３４に進んで燃料電池システムのアイドル停止禁止の判断を行って、ステップＳ１８の処理に進む。この場合は、ステップＳ１８での判定結果がＮＯであるので、アイドル停止を行うことなく一連の処理を終了する。
【００３８】
このように、前記希釈ボックス２１の水素濃度が前記所定値以上である場合にはアイドル停止が禁止されるため、アイドル停止から復帰して再始動する発電不安定時に水素パージを行った場合であっても、アイドル停止時の前記希釈ボックス２１の水素濃度を前記所定値より下に維持することができ、アイドル停止から復帰する際に水素パージ処理を行った場合であっても、前記希釈ボックス２１の水素濃度を一定以内に抑えることができる。
また、ステップＳ２８における判定結果がＹＥＳであれば、ステップＳ３０の処理に進む。
【００３９】
ステップＳ３０では、前記水素排出バルブ１９が開かれて行われた水素パージ処理直後から所定時間以内であるかどうかを判定し、この判定結果がＮＯであれば、ステップＳ３４に進んで燃料電池システムのアイドル停止禁止の判断を行って、ステップＳ１８の処理に進む。この場合は、ステップＳ１８での判定結果がＮＯであるので、アイドル停止を行うことなく一連の処理を終了する。
【００４０】
このように、前記水素パージ処理直後から所定時間以内である場合にはアイドル停止が禁止されるため、希釈ボックス２１の水素濃度を一定以下に保持して運転させることが可能となる。
また、ステップＳ３０における判定結果がＹＥＳであれば、ステップＳ３２の処理に進んで、燃料電池システムのアイドル停止禁止の判断を行って、ステップＳ１８の処理に進む。この場合は、ステップＳ１８での判定結果がＹＥＳであるので、燃料電池２に反応ガスの供給を停止するアイドル停止を行って、一連の処理を終了する。
【００４１】
以上説明したように、前記発電要求量が前記所定値以下でありアイドル停止可能な状態であっても、アイドル停止禁止手段にてアイドル停止を禁止する制御を行うことにより、アイドル停止による燃費の向上を図りつつ、走行性能を維持してドライバビリティを確保できる。
【００４２】
なお、本実施の形態においては、アイドル停止を禁止するアイドル停止禁止条件として、上述したステップＳ２２〜ステップＳ３０の処理を適用したが、これらの処理は、状況に応じて任意に変更することができる。また、アイドル停止禁止条件として、冷却システム４の水温ＴＷが温度に関する所定値以下の場合を加えてもよい。この場合には、前記冷却システム４の水温ＴＷが前記所定値以下の場合にはアイドル停止が禁止されるため、アイドル停止時の燃料電池２の温度を前記所定値より上の、発電に適した温度に維持することができる。他にも発明の要旨を逸脱しない範囲での変更を行ってもよいことはもちろんである。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、アイドル停止から復帰する際の燃料電池の発電出力を確保することができる。これにより、アイドル停止を行っても走行性能を維持するととともにドライバビリティを確保できる。
【００４４】
請求項２に係る発明によれば、アイドル停止時の燃料電池の差圧（極間差圧）を前記所定値より下の適正な状態に維持することができ、燃料電池に対する信頼性を確保できる。これにより、アイドル停止を行っても走行性能を維持するととともにドライバビリティを確保できる。
【００４５】
請求項３に係る発明によれば、アイドル停止時の燃料電池の発電出力を前記所定値より上に維持することができ、アイドル停止から復帰する際の燃料電池の発電出力を確保することができる。これにより、アイドル停止を行っても走行性能を維持するととともにドライバビリティを確保できる。
【００４６】
請求項４に係る発明によれば、アイドル停止から復帰する際に水素パージ処理を行った場合であっても、前記水素希釈手段の水素濃度を一定以内に抑えることができる。これにより、アイドル停止を行っても走行性能を維持するととともにドライバビリティを確保できる。
【００４７】
請求項５に係る発明によれば、水素希釈手段の水素濃度を一定以下に保持して運転させることが可能となる。これにより、アイドル停止を行っても走行性能を維持するととともにドライバビリティを確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る燃料電池自動車を示す概略構成図である。
【図２】図１に示した燃料電池自動車におけるアイドル停止判断の処理を示すフローチャートである。
【図３】図２に示したステップＳ１６におけるアイドル停止禁止処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
２  燃料電池
３  燃料電池ボックス
９  ＥＣＵ
２１  希釈ボックス
２２  水素濃度センサ
２３  水素圧力センサ
２４  セル電圧センサ
【図１】
2004173450.tif 000003
【図２】
2004173450.tif 000004
【図３】
2004173450.tif 000005