(57)【要約】【課題】燃料電池本体部の内部ないし配管などでの水詰まりや凍結の発生のおそれがあることを予め認識して、燃料電池の起動時や運転時における安定した始動性や発電運転効率を確保することが可能な燃料電池システムを提供する。【解決手段】移動体に搭載された燃料電池システムであり、移動体の基準面に対する傾斜角度を検出する傾斜角検出センサ１５，１６によって検出された傾斜角度が所定値以上であると判定したときに警告が発せられる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体に搭載された燃料電池システムであって、
燃料電池本体部と、前記移動体の基準面に対する傾斜角度を検出する検出手段と、前記検出手段によって検出された傾斜角度が所定値以上であると判定したときに警告を発する警告手段とを備えた燃料電池システム。
【請求項２】
前記警告手段は、前記燃料電池本体部の発電運転停止時の前記傾斜角度が所定値以上であると判定したときに警告を発するようにした請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記警告手段は、水が凍結するおそれのある温度以下であって、かつ検出された傾斜角度が所定値以上であると判定したときに警告を発するようにした請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記警告手段は、前記検出手段によって検出された傾斜角度が所定値以上である状態が所定時間を超えたときに警告を発するようにした請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池システムに関し、特に電気自動車等の車両や船舶、航空機等に搭載可能な燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、水素と酸素の電気化学反応によって発電する燃料電池がエネルギー供給源として注目されている。例えば高分子電解質を用いた燃料電池などでは、０℃以下の低温域で保持されると高分子電解質の内部や電極近傍、排出用の配管などに存在する水分が停止中に凍結して、供給される燃料ガス（水素ガスや空気等）などの燃料拡散を阻害したり、高分子電解質でのイオン伝導率が低下する問題がある。そのため、このような低温域では、燃料電池停止後に再起動できなかったり、起動できても発電効率が著しく損なわれてしまう。
【０００３】
上記に対応して従来は、燃焼式ヒータ等により水等の流体を加熱し、加熱された流体（温水）を燃料電池に供給して暖機する等の処置を行なっていたが、燃料電池の熱容量が大きいために、昇温に長時間を要して燃料電池を短時間で起動させることは困難な状況にあった。
【０００４】
また、燃料電池の運転中において、燃料電池内の電気化学反応により生成された生成水の排出方向に高く傾斜した状態で長時間継続して運転された場合には、排出不良に伴なう水詰まりによってやはり発電効率が著しく損なわれたり、発電不能となることがある。
【０００５】
一方、車両に搭載された燃料電池内で生成された生成水の排出性を向上させる技術として、車両が傾斜した際には燃料電池に供給されるガス供給量を増量する等の制御を行なって燃料電池内部からの凝縮水の排出性を向上させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この技術によれば、確かに運転中の凝縮水の排出性を高める点では有効なものの、ガス供給量を増量するために燃料消費が多くなりすぎるほか、車両が傾斜状態で運転停止されてしまうような状況下では凝縮水の排出が充分に行なわれず、再起動時に残存する凝縮水やその凍結によって流路が閉塞され、燃料としてのガス供給が行なえずに再起動不能や所望の出力が得られない等の支障を来すおそれがある。
【０００６】
他方、システム設計上はシステム系内に水が溜まらず、溜まった水に起因して燃料の給排不良や管内の閉塞が起きないような設計がなされるのが通常であるが、車両の限られたスペース内で搭載性を成立させつつ、かつあらゆる傾斜方向に対して水が溜まらない構造とし、構造の簡易化をも図るのは非常に困難である。また、車載する場合には装置が小型で軽量であることが重要となる。
上記に対応して、搭載された燃料電池が傾斜状態で保持されないようにする技術を開示したものもある（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−３７３６８８公報
【特許文献２】
特開２００１−１６３０６３公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特に内部に高分子電解質膜を用いた電極接合体が備えられた燃料電池などでは、燃料電池を良好に運転させるには電極部の触媒に充分に燃料ガスを供給する必要があるが、上記のような現況のもとでは、車両の傾斜に起因して電池内部の残存水分を充分に除去できない場合には停止時の凍結や運転中の水詰まりによって起動もしくは運転時に燃料ガスが効率よく触媒まで達し得ず、発電効率の低下や発電不能を引き起こしてしまう。燃料電池システムを電気自動車等に搭載して主たる電力供給源としようとする場合には、想定されるあらゆる使用状況下で安定した性能を発揮し得ることが必要であり、運転時作動性の安定化を図ると共に氷点下となる低温域での再起動性の更なる安定化が望まれていた。
【０００９】
また、車載する場合には、装置全体が大きすぎたり重量がありすぎると、現実には車両などの限られた場所への搭載は困難となる。
【００１０】
本発明は、上記に鑑み成されたものであり、燃料電池内で生成された生成水の排出性が低下する状態にあり、燃料電池本体部の内部ないし配管などでの水詰まりや凍結の発生のおそれがあることを予め認識して、燃料電池の起動時や運転時における安定した始動性や発電運転効率を確保することが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
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、移動体に搭載して用いられるものであり、燃料電池本体部と、移動体の基準面に対する傾斜角度を検出する検出手段と、該検出手段によって検出された傾斜角度が所定値以上であると判定したときに警告を発する警告手段とで構成したものである。移動体は、電力供給用に燃料電池システムが搭載された移動可能な装置であり、例えば車両、船舶、航空機などが含まれる。
【００１２】
本発明の燃料電池システムにおいては、燃料電池本体部の運転時および停止時に該燃料電池システムを搭載した移動体が所定の角度以上に傾斜した状態にあるときに傾斜状態にあることを警告する。すなわち、移動体が傾斜状態にあるときはそれに搭載された燃料電池システム自体も傾斜した状態にあるため、その傾斜方向が燃料電池内部で生成された生成水の排出性が低下する方向であるような場合に、燃料電池の発電効率が低下する状態や発電不能状態に達する前に予め警告によって運転者に認知させることができる。
【００１３】
これにより、予め傾斜状態で運転が継続されたり運転停止されないように車両の移動もしくは運転停止（停止による水生成の停止）など適切な措置がとれ、発電性能（始動性、発電効率性）を阻害する状態、例えば、燃料ガスとして水素極（アノード）側に水素ガス、酸素極（カソード）側に空気（酸素）が供給されて発電を行なう燃料電池（例えば固体高分子形燃料電池など）では、運転時において燃料電池内の電気化学反応（以下、電池反応ともいう）によってカソード側から酸素密度が低くなった排出空気（カソードオフガス）と共に生成水の排出が行なわれる際に傾斜により該生成水が排出管に溜まって（水詰まり）カソードオフガスの排気性を低下させたり、あるいは停止時において傾斜により排出配管内の生成水が抜けきれない状態におかれたまま凍結して再起動できなくなる、等の状態で保たれるのを回避することが可能となり、起動・運転の際に安定した始動性、発電運転効率を確保することができる。
【００１４】
移動体の傾斜角度は、静止時における車両内の基準面から傾斜した角度であり、燃料電池システムを構成する燃料電池本体部や主として生成水が排出される排出配管などの構造、配置、接続位置等に応じて車両の前後・左右方向をはじめ適宜選択した方向の角度を検出し、各々に対応させて警告範囲を設定することができる。傾斜の程度をみる基準面は、車両本体および燃料電池本体部等におけるいずれの状態の面でもよく、例えば、移動体静止時の車両内の水平面や、車両に水の排出性等から好ましい角度を有して配置された燃料電池本体部の一面、等を基準にすることができる。
【００１５】
検出手段は、移動体の例えば静止時の基準面に対する傾斜角度を検出することで移動体に固定配置された燃料電池システム自体の傾斜の程度を検出するものであり、単体で全方向の角度の検出が可能なもの、単体で一方／他方の二方向の角度の検出が可能なもの、一方向のみ検出可能なもののいずれをも用いることができる。例えば、鉛直振り子式もしくは気泡変位型（液体式）等の傾斜角検出センサなどが好適に挙げられる。
【００１６】
警告手段による警告は、特に燃料電池本体部の発電運転停止時において、検出手段で検出された傾斜角度が所定値以上であると判定されたときに行なうようにすることができる。上記のように、運転を停止する場合に傾斜により排出配管内に生成水が抜けきれないで残留した状態で停止されることがないように認知させ、停止後に氷点下まで冷却された場合でも凍結を防止し再起動できなくなるのを解消することができる。そのため、警告は、水が凍結するおそれのある温度以下であって、かつ検出された傾斜角度が所定値以上であると判定したときに発せられるようにすることが効果的である。
【００１７】
上記の発電運転停止時とは、発電を担う電気化学反応（電池反応）の終了時、例えば水素ガスおよび空気（酸素）の供給を止めて発電を止めるときであり、具体的には、通常の発電運転を停止する時や一時的に発電を停止する時（例えば自動車が信号待ちで停車しているときなど、いつでも出力可能な出力待機の状態時）、その他不具合発生の際の強制停止時などである。
【００１８】
また更に、警告手段による警告は、検出手段によって検出された傾斜角度が所定値以上の状態で所定時間を超えて継続された後に警告を発するようにすることができる。傾斜角度が所定値を超える状況である場合、一時的で電池反応に支障を来さない短期間で解消されるときには必ずしも警告する必要はなく、所定時間を超えて継続して支障を来すおそれのあるときに警告を発するようにし、燃料電池の発電運転効率の低下や発電不能などの重大な支障を来すおそれのある場合に対して選択的に措置がとれるようにすることができる。
【００１９】
本発明に係る燃料電池本体部は、固体高分子形燃料電池に構成することができる。例えば、アノード拡散電極、カソード拡散電極、および前記アノード拡散電極と前記カソード拡散電極との間に狭持された高分子電解質膜を有する膜電極接合体、並びに前記膜電極接合体を狭持すると共に、前記アノード拡散電極との間に燃料が通過する燃料流路と前記カソード拡散電極との間に酸化ガスが通過する酸化ガス流路とを形成する一対のセパレータを備えた単セルを含み、所望によりこの単セルを複数積層したスタック構造に構成することができる。前記アノード拡散電極と前記カソード拡散電極は、電気化学反応を担う触媒層と集電体として機能する拡散層とで構成できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の燃料電池システムの実施形態について説明する。なお、下記の実施形態において、発電運転に用いる燃料として水素ガスおよび空気（酸素）を用いた固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）を中心に説明する。但し、本発明においてはこれら実施形態に制限されるものではない。
【００２１】
（第１実施形態）
本発明の燃料電池システムの第１実施形態を図１〜図３を参照して説明する。本実施形態は、電気エネルギーの供給を受けて車輪を駆動するモータで移動可能な電気自動車に本発明の第１実施形態の燃料電池システムを搭載し、電気自動車の傾斜角度が所定値以上の状態であり、更に運転中はこの状態で所定時間を経過した場合に車両内のウォーニングランプまたは警告音によって警告を発するようにしたものである。また、燃料電池の近傍に二方向の角度の検出が可能な傾斜角検出センサを二つ設けていずれかの傾斜角度が所定以上であると判定したときに警告を発するようになっている。
【００２２】
図１に示すように、本実施形態は、単セルを複数積層してスタック構造に構成された外部に電力を供給する燃料電池本体部１０と、電気自動車の水平面（すなわち静止時）に対する傾斜角度を検出する傾斜角検出センサ（検出手段）１５，１６と、電気自動車の傾斜角度が所定値以上であるときに点灯もしくは警告音を発して警告するウォーニングランプ１７及びウォーニングブザー１８（警告手段）とを備えている。
【００２３】
燃料電池１０は、アノード側において、スタックを構成する単セルの各水素ガス流路の供給口と連通するように、シャットバルブＶ１と高圧レギュレータＶ２と低圧レギュレータＶ３とシャットバルブＶ４とを備えた水素供給管３１の一端が接続されており、水素タンク３０と連通されている。水素タンク３０の壁面には、他端に充填用コネクタが取り付けられた配管（不図示）の一端が接続されて水素ガスを高圧充填できるようになっている。このとき、スタック内への水素ガスの圧力および供給量は、シャットバルブＶ１、高圧レギュレータＶ２、低圧レギュレータＶ３、およびシャットバルブＶ４の開閉状態を制御することで容易に調整可能なようになっている。なお、シャットバルブＶ４は水素を閉じ込める必要がある場合（例えば緊急時など）等に特に使用される。また、水素タンク３０に代えて、アルコール、炭化水素、アルデヒドなどを原料とする改質反応によって水素を生成し、アノード側に供給するようにすることもできる。
【００２４】
また、アノード側には更に、排出ガス（アノードオフガス）を排気するためのバルブＶ５を備えた排気管３２の一端が接続されている。なお、バルブＶ５は通常閉状態にあり、カソード側から単セルを構成する高分子電解質膜を透過してきた生成水や窒素などが溜まって発電性能が低下するのを防止するために、所定時間ごとに開状態にしてこれらの不純物を排出できるようになっている。このアノードオフガスには、発電運転で消費されなかった水素が残留しているため、排気管３２を分岐させて水素供給管３１と接続し、循環させることにより水素を有効活用することもできる。
【００２５】
燃料電池１０のカソード側には、コンプレッサ３８と加湿器３９とを備えたエア供給管３７の一端がスタックを構成する単セルの各エア流路供給口と連通するように接続され、更に調圧バルブＶ６を備えた排出管３４の一端が各エア流路排気口と連通するように接続され、燃料電池１０のエア流路へのエアの供給と、電池反応によって酸素密度が低くなった排出空気（カソードオフガス）および生成水の排出が可能なようになっている。この排出管３４には、排気管３２の他端が接続されている。空気の供給圧は、調圧バルブＶ６の開度によって制御される。また、エア供給管３７の他端にはフィルタ４０が取り付けられており、排出管３４の他端はマフラー３６と接続されている。
【００２６】
燃料電池本体部１０のスタック構造を構成する個々の単セルは、フッ素系イオン交換樹脂膜などの高分子電解質膜がアノード拡散電極とカソード拡散電極との間に狭持されてなる膜電極接合体と、膜電極接合体を更に狭持すると共に、アノード拡散電極との間に水素ガスが通過する、すなわち給排される水素ガス流路と、カソード拡散電極との間に空気（エア）が通過する、即ち給排されるエア流路とを形成する一対のセパレータとで構成されている。燃料電池１０は、水素ガス流路に水素密度の高い水素ガスが供給され、エア流路に酸素を含む空気が供給されて電気化学反応（電池反応）によって外部に電力を供給する。
【００２７】
高分子電解質膜は、イオン導電性を有する電解質で構成することができ、一般にパーフルオロスルホン酸膜などが用いられる。本実施形態では、ナフィオン膜（デュポン社製）で構成してある。この膜は、通常イオン導電性を高める点から湿潤状態とされ、水素ガスが供給されて得たアノード側の水素イオンは該膜を良好にイオン伝導してカソード側に移動することができる。この湿潤状態は、燃料である水素ガスに加水（加湿）することによって形成でき、また、カソード側の酸素を含む空気に加水（加湿）するようにすることもできる。
【００２８】
アノード拡散電極およびカソード拡散電極は、電気化学反応を担う触媒層と集電体として機能する拡散層とで構成される。アノード拡散電極は、高分子電解質膜側から順にアノード触媒層と拡散層とが積層され、カソード拡散電極は、高分子電解質膜側から順にカソード触媒層と拡散層とが積層されて構成されている。
【００２９】
アノード触媒層およびカソード触媒層は、高分子電解質膜の表面に、触媒としての白金または白金と他の金属とからなる合金を塗布してなるものである。塗布は、白金または白金と他の金属とからなる合金を担持したカーボン粉を作製し、このカーボン粉を適当な有機溶剤に分散させ、これに電解質溶液（例えば、Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ社、Ｎａｆｉｏｎ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎ）を適量添加してペースト化し、高分子電解質膜上にスクリーン印刷する方法などによって行なえる。また、前記カーボン粉を含有するペーストを膜成形してシートとし、このシートを高分子電解質膜上にプレスする構成によることもできる。あるいは、白金または白金と他の金属とからなる合金を、高分子電解質膜ではなく、高分子電解質膜と対向する側の拡散層の表面に塗布するようにしてもよい。
【００３０】
各拡散層は、ともに炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロスにより形成されている。なお、拡散層は、カーボンクロスのほか、炭素繊維からなるカーボンペーパーやカーボンフェルトなどで構成した形態も好適である。
【００３１】
セパレータは、膜電極接合体を更に狭持するように設けられると共に、膜電極接合体を構成するアノード拡散電極との間に水素ガス流路が形成され、カソード拡散電極との間にエア流路が形成される。セパレータは、ガス不透過の導電性部材、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボンによって構成することができる。このセパレータは、単セルを複数積層してスタック構造をなすときには一つのセパレータが二つの膜電極接合体の間で共有され、セパレータの両側の面において流路が形成されるようになっている。
【００３２】
電気自動車の傾斜角度を検出する傾斜角検出センサ１５は、車両の進行方向に対して、車両の前後方向（二方向）の水平面に対する傾斜角度を検出できるように構成されており、制御部（ＥＣＵ）２０と電気的に接続されて所定の経時間隔で監視できるようになっている。また、傾斜角検出センサ１６は、車両の進行方向に対する該車両の左右方向（二方向）の、水平面に対する傾斜角度を検出できるように構成されており、同様に制御部２０と電気的に接続されて所定の経時間隔で監視できるようになっている。
【００３３】
ウォーニングランプ１７、ウォーニングブザー１８は、電気自動車の車内の視認し得る場所に配設されており、制御部２０と電気的に接続されて電気自動車の傾斜角度が所定値以上であると判定されたときに各々点灯し若しくは警告音を発し得るようになっている。ウォーニングランプやウォーニングブザーは、公知のもの（例えば、電球、ＬＥＤ等や、電子ブザー等）から適宜選択して適用することができる。
【００３４】
燃料電池本体部１０の発電運転は、燃料電池本体部１０のアノード側において水素ガスが水素タンク３０から水素供給管３１を挿通して所定の水素圧で水素ガス流路に供給されると共に、カソード側においてフィルタ４０を介して吸入され、コンプレッサ３８で圧縮され、さらに加湿器３９で加湿された空気（酸素）がエア供給管３７を挿通して所定の供給圧でエア流路に供給されることで行なわれる。燃料電池においては、一般に供給される水素ガスおよび空気の圧力が増大するほど反応速度が上昇し発電効率が向上するため上記のように加圧される。そして、アノードオフガスは排気管３２を挿通し排出管３４を介して外部に排気され、また、カソードオフガスは排出管３４の他端からマフラー３６を介して排気される。燃料電池本体部１０での電池反応によって生成された生成水は、カソードオフガスと共に排出管３４を挿通して排出される。このとき、所定の傾斜角度以上の傾斜状態にあって生成水が運転中に排出管３４を閉塞したり、停止時に残留するおそれのある場合には、後述する警告タイミングで車内のウォーニングランプ及びウォーニングブザーを用いて警告がなされる。警告制御の詳細については後述する。
【００３５】
燃料電池本体部１０、傾斜角検出センサ１５，１６、ウォーニングランプ１７、ウォーニングブザー１８、並びにバルブＶ１〜Ｖ６および外気温測定センサ４１等は、制御部（ＥＣＵ）２０と電気的に接続されており、制御部２０によって動作タイミングが制御されるようになっている。なお、外気温測定センサ４１は外気温度の測定が必要な場合に測定可能なように設けられている。この制御部２０は、燃料電池本体部１０に接続される負荷の大きさに応じて水素ガスおよび空気の量を調節することにより出力を制御する燃料電池の通常の発電運転制御を担うほか、検出された傾斜角度や経過時間、必要に応じ外気温度に基づいて警告を発する警告制御をも担うものである。
【００３６】
次に、本実施形態に係る燃料電池システムの制御部２０による制御ルーチンについて、特に電気自動車が傾斜状態にあるときに警告する警告制御を行なう制御ルーチンを中心に図２〜図３を参照して説明する。
【００３７】
上記したように燃料電池本体部１０に水素ガスおよび空気を供給して通常の発電運転を行なっている場合において、運転中での傾斜による水詰まりに伴なう発電効率の低下を防止するために、所定の監視間隔（例えば１秒ごと）で検出・測定された傾斜角度および傾斜角度が所定値以上であった経過時間に基づいて警告を行なう警告制御を行なう。本実施形態において、警告の要否を判定する傾斜角度は燃料電池本体部１０の近傍に配置した二つの傾斜角検出センサの検出値を基準とし、経過時間は制御部２０が検出値をみてカウントするようになっている。
【００３８】
図２は、発電運転制御中に一定間隔で監視を行なう定期警告制御ルーチンを示すものである。本ルーチンが実行されると、まずステップ１００において車両の左右方向の傾斜角度θＡが取り込まれ、さらにステップ１１０において車両の前後方向の傾斜角度θＢが取り込まれる。取込まれるθＡ並びにθＢは各々、車両の左方向及び右方向の傾斜角度（θＡＬ，θＡＲ）、並びに車両の前方向及び後方向の傾斜角度（θＢＦ，θＢＲ）であり、取込まれた後、θＡ、θＢの絶対値｜θＡ｜、｜θＢ｜によって各々所定値を超えるかどうかの判断に利用されるようになっている。
【００３９】
次のステップ１２０において、取込まれた傾斜角度｜θＡ｜が所定値αを超えているか、あるいは傾斜角度｜θＢ｜が所定値βを超えているかが判断され、｜θＡ｜および｜θＢ｜のいずれかが所定値α、βを超えていると判断したときは、車両が排出管の閉塞等を起こすほど傾斜した状態にあって発電運転効率が低下するおそれがあると判定され、次のステップ１３０において更に制御部２０で｜θＡ｜＞α又は｜θＢ｜＞βの状態が継続する時間がカウントされ、カウント時間が所定時間Ｔ以上であるか否かが判断される。
【００４０】
ステップ１３０において、時間Ｔ以上の間｜θＡ｜＞α又は｜θＢ｜＞βの状態が継続すると判断したときは、発電運転効率が低下し易い状態にあるため、ステップ１４０に移行して車両室内に設けられたウォーニングランプを点灯する。点灯後に警告制御ルーチンを終了し、所定の監視間隔が経過して再び本ルーチンが実行されるまで燃料電池本体部の通常の発電運転で制御される。
【００４１】
また、ステップ１３０において、｜θＡ｜＞α又は｜θＢ｜＞βの状態が時間Ｔ以上の間継続されないと判断したときには、ステップ１００に戻って再度傾斜角度θＡ及びθＢが取り込まれ、上記同様に処理される。
【００４２】
ステップ１２０において、取込まれた傾斜角度｜θＡ｜及び｜θＢ｜のいずれもが所定値α、βを超えていないと判断したときは、車両が発電運転効率の低下を来すような傾斜状態にないと判定され、ウォーニングランプを点灯せず、あるいは点灯中のウォーニングランプを消灯し、その後燃料電池本体部の通常の発電運転で制御される。
【００４３】
上記の警告制御では、車両の前後・左右の４方向の傾斜角度の全てを監視するようにしているが、例えば生成水の排出方向への傾斜は排出性をむしろ向上させる方向であることからこの方向への傾斜角度は監視せず、警告をしないように構成することもできる。また、警告制御は、基本的には発電運転中において所定の間隔で監視し得るようにし、必要に応じて適宜補助スイッチ等により制御オフにできるように構成することもできる。これにより、不要な警告を回避することができる。
【００４４】
また、ウォーニングランプによるのではなく、警告音を発するようにし、あるいはウォーニングランプを点灯すると共に警告音を発するようにしてもよい。
【００４５】
次に、上記したように燃料電池本体部１０に水素ガスおよび空気を供給して通常の発電運転を行なった後に発電運転を停止する場合の警告制御を説明する。
【００４６】
発電運転の停止時において、停止時の傾斜による本体部内部に残留する水の凍結のおそれを回避して再起動性を確保するために、停止時に検出された傾斜角度に基づいて警告する警告制御を行なう。上記同様に警告の要否を判定する傾斜角度は燃料電池本体部１０の近傍に配置した二つの傾斜角検出センサの検出値を基準とする。
【００４７】
図３は、発電運転停止時に行なう停止時警告制御ルーチンを示すものである。本ルーチンが実行されると、ステップ２００において、燃料電池システムを停止するためのイグニッション（ＩＧ）スイッチがオフされたか否かが判断され、オフされたと判断した場合は、ステップ２１０において燃料電池システム（燃料電池本体部）の停止処理を開始するが、停止後氷点下まで冷却された際の凍結のおそれを回避する必要があるためステップ２２０に移行し、オフされていないと判断した場合はオフされるまで、すなわち燃料電池システムの停止要求があるまで燃料電池本体部の通常の発電運転で制御する。
【００４８】
燃料電池本体部の停止処理が実施された後、まずステップ２２０において車両の左右方向の傾斜角度θＡが取り込まれ、さらにステップ２３０において車両の前後方向の傾斜角度θＢが取り込まれる。上記と同様に、取込まれたθＡ、θＢは各々、｜θＡ｜、｜θＢ｜としてθＡ、θＢの絶対値で判断されるようになっている。
【００４９】
次にステップ２４０において、取込まれた傾斜角度｜θＡ｜が所定値αを超えているか、あるいは傾斜角度｜θＢ｜が所定値βを超えているかが判断され、｜θＡ｜及び｜θＢ｜のいずれかが所定値α、βを超えていると判断した場合は、車両が生成水が抜けきらないほどの傾斜状態にあると判定され、次のステップ２５０において車両室内に設けられたウォーニングブザーによって警告音を鳴らす。そして、予め設定した警告条件（音パターン、時間等）で警告音が発せられると警告制御を終了し、その後ＥＣＵ電源はオフされる。
【００５０】
ステップ２４０において、取込まれた傾斜角度｜θＡ｜及び｜θＢ｜のいずれもが所定値α、βを超えていないと判断した場合は、水の排出性は確保されており、停止後に凍結して再起動不可能となるおそれはないと判定され、警告を発することなく（あるいは警告音を止めて）その後ＥＣＵ電源はオフされる。
【００５１】
停止時の警告制御でも、車両の前後・左右の４方向の傾斜角度の全てを監視するようにしているが、上記したように例えば生成水の排出方向への傾斜角度は監視せず、警告をしないように構成することもできる。また、停止時の警告制御は基本的には常時行なわれるようにし、適宜補助スイッチ等により制御オフにできるように構成することもできる。これにより、夏季等の凍結のおそれのないときにまで警告制御がなされて不要な警告が発せられるのを回避できる。
【００５２】
停止時の警告制御では、警告音を発せずに上記の定期警告制御ルーチンのようにウォーニングランプが点灯するようにしてもよいし、警告音を発すると共にウォーニングランプが点灯するようにしてもよい。
【００５３】
以上のようにして、燃料電池の発電運転中の発電運転効率を保持・向上して安定的な電力供給が可能となると共に、システム停止後の燃料電池内部での水の凍結による発電不能を解消して、安定した始動性を確保することができる。
【００５４】
（第２実施形態）
本発明の燃料電池システムの第２実施形態を図４及び図１を参照して説明する。本実施形態は、第１実施形態の停止時警告制御ルーチンにおいて更に外気温度を監視することにより警告制御を行なうようにしたものである。なお、制御部に電気的に接続された外気温測定センサ４１は外気温度を測定可能なようになっており、発電のための燃料は第１実施形態で使用した燃料を用いることができ、第１実施形態と同様の構成要素には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００５５】
本実施形態では、発電運転の停止時において、停止時の傾斜により車両内部に残留する水が凍結し易い温度環境にある場合に停止後の再起動性を確保するために、停止時の車両の傾斜角度および外気温度に基づいて傾斜角度が所定値以上であって、かつ外気温度が所定値以下であることを認識したときに自動的に警告する警告制御を行なう。第１実施形態と同様、警告の要否を判定する傾斜角度は燃料電池本体部１０の近傍に配置した二つの傾斜角検出センサの検出値を基準とする。
【００５６】
図４に示すように、ステップ３００〜３３０では第１実施形態のステップ２００〜２３０（図３参照）と同様の処理が行なわれ、ステップ３００においてＩＧスイッチがオフされたと判断した場合は、ステップ３１０において燃料電池システム（燃料電池本体部）の停止処理を開始し、ステップ３１０、３２０において傾斜角度θＡおよびθＢが取り込まれ、オフでないと判断された場合は通常の発電運転で制御される。なお、θＡ、θＢは、絶対値｜θＡ｜、｜θＢ｜として傾斜角度の判断に利用されるようになっている。
【００５７】
次にステップ３４０において、取込まれた傾斜角度｜θＡ｜が所定値αを超えているか、あるいは傾斜角度｜θＢ｜が所定値βを超えているかが判断され、｜θＡ｜および｜θＢ｜のいずれかが所定値α、βを超えていると判断したときは、車両が生成水が抜けきらないほどの傾斜状態にあって凍結のおそれがあると判定され、次のステップ３５０において外気温度が凍結を起こすおそれのある温度Ｔｈ〔℃〕以下であるか否かが判断される。
【００５８】
ステップ３５０において、外気温度が温度Ｔｈ以下であると判断されたときには、停止後に凍結のおそれがあって凍結により再起動不可能となる状態であるため、ステップ３６０に移行して車両室内に設けられたウォーニングブザーによって警告音を鳴らす。そして、予め設定した警告条件（音パターン、時間等）で警告音が発せられると警告制御を終了し、その後ＥＣＵ電源はオフされる。
【００５９】
一方、ステップ３５０において外気温度がＴｈを超えていると判断したときには、残留する水が凍結するおそれはないため、そのままＥＣＵ電源はオフされる。なお、停止時に外気温度がＴｈを超えている場合でもその後に気温が下がることもあるため、室内に切換スイッチ等を設けておき、切換スイッチを手動でオンし停止後に外気温度が温度Ｔｈ以下となった後に警告がなされるようにしてもよい。この場合、警告は無線通信を利用してユーザの情報端末に配信されるようにするのが好ましく、これによりユーザが燃料電池システム搭載車から離れた場所にいるときでも警告を伝えることができる。
【００６０】
ステップ３４０において、取込まれた傾斜角度｜θＡ｜及び｜θＢ｜のいずれもが所定値α、βを超えていないと判断したときは、車両が水が抜けきれないほどの傾斜状態になく、停止後に凍結による再起動が不可能となるおそれはないと判定され、警告音を鳴らすことなく（あるいは警告音を止めて）、そのままＥＣＵ電源はオフされる。
【００６１】
本実施形態の停止時の警告制御でも、車両の前後・左右の４方向の傾斜角度の全てを監視するようにしているが、上記したように例えば生成水の排出方向への傾斜角度は監視せず、警告をしないように構成することができる。また、停止時の警告制御は基本的には常時行なわれるようにし、夏季等の凍結のおそれのないときには不要な警告が発せられないように、適宜補助スイッチ等により制御オフにできるように構成することもできる。
【００６２】
停止時の警告制御では、警告音を発せずに第１実施形態の一定間隔で監視を行なう警告制御（定期警告制御ルーチン）のようにウォーニングランプが点灯するようにしてもよいし、警告音を発すると共にウォーニングランプが点灯するようにしてもよい。
【００６３】
本実施形態では、特にシステム停止後の燃料電池内部での水の凍結による発電不能を解消し、迅速かつ安定した始動性（再起動）を確保でき、０℃以下となる低温環境下でも燃料電池の発電運転中における負荷への電力供給を効率よく、安定的に行なうことができる。
【００６４】
上述した実施形態では、燃料に水素ガスを用いた固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）を中心に説明したが、メタノール溶液を用いた直接メタノール形燃料電池（ＤＭＦＣ）の場合においても同様である。
【００６５】
また、燃料電池システムを電気自動車に搭載した例を中心に説明したが、電気自動車以外の他の移動装置や車両、船舶、航空機等への電力供給源として適用することもできる。
【００６６】
【発明の効果】
本発明によれば、燃料電池内で生成された生成水の排出性が低下する状態にあり、燃料電池本体部の内部ないし配管などでの水詰まりや凍結の発生のおそれがあることを予め認識して、燃料電池の起動時や運転時における安定した始動性や発電運転効率を確保することが可能な燃料電池システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池システムを示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る燃料電池システムの発電運転中に実行される定期警告制御ルーチンを示す流れ図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムの発電運転停止時に実行される停止時警告制御ルーチンを示す流れ図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムの発電運転停止時に実行される停止時警告制御ルーチンを示す流れ図である。
【符号の説明】
１０…燃料電池本体部
１５…前後方向検出用の傾斜角検出センサ
１６…左右方向検出用の傾斜角検出センサ
１７…ウォーニングランプ
１８…ウォーニングブザー
２０…制御部
４１…外気温測定センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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