(57)【要約】【課題】燃料電池の出力変動を抑制しつつ、燃料電池の性能を維持することができる燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池１の温度ＴＷを検出する温度検出手段５を備え、該温度検出手段５で検出された燃料電池１の温度ＴＷの時間変化が所定範囲ΔＴ０以内であれば、第１の判定温度で燃料電池１の発電制限処理を行うとともに、前記所定範囲ΔＴ０外であれば、前記第１の判定温度より低い第２の判定温度で燃料電池１の発電制限処理を行う制御手段７を備えた。【選択図】      図１
2004165004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池の温度を検出する温度検出手段を備え、
該温度検出手段で検出された燃料電池の温度の時間変化が所定範囲内であれば、第１の判定温度で燃料電池の発電制限処理を行うとともに、前記所定範囲以上であれば、前記第１の判定温度より低い第２の判定温度で燃料電池の発電制限処理を行う制御手段を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池自動車等に用いられる燃料電池に適用される燃料電池システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池自動車等に搭載される燃料電池には、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を直接電気エネルギとして抽出するようにしたものがある。
【０００３】
燃料電池での発電には発熱を伴うため、発電を継続すると燃料電池の温度が上昇していくことになる。このため、燃料電池を冷却する冷却手段を備え、該冷却手段により燃料電池の温度上昇を抑制する技術が提案されている。例えば、特許文献１には、冷却手段の冷却能力を推定し、燃料電池の発熱量が冷却手段の冷却能力を超える場合に、燃料電池の発電量を冷却可能な発熱量となる範囲に制限する技術が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−８３６２２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、燃料電池の発電量が急速に増加するような運転状況においては、燃料電池の温度変化が大きくなりその温度が急速に上昇する場合がある。このような場合に、燃料電池の発熱量が冷却手段の冷却能力を超えた時点で燃料電池の発電量を制限すると、燃料電池の発電量が急激に変動することになり、燃料電池の性能を維持する上で好ましくない。
さらに、燃料電池自動車においては、燃料電池の発電量を急激に制限すると、出力トルクが急激に減少することになり、走行性能を損なう虞があるという問題があった。
【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、燃料電池の出力変動を抑制しつつ、燃料電池の性能を維持することができる燃料電池システム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、燃料電池の温度を検出する温度検出手段（例えば、後述する実施の形態における水温検出センサ５）を備え、該温度検出手段で検出された燃料電池の温度（例えば、後述する実施の形態における水温ＴＷ）の時間変化が所定範囲（例えば、後述する実施の形態における温度差ΔＴ０）内であれば、第１の判定温度（例えば、後述する実施の形態における判定温度Ｔ２）で燃料電池の発電制限処理を行うとともに、前記所定範囲以上であれば、前記第１の判定温度より低い第２の判定温度（例えば、後述する実施の形態における判定温度Ｔ１）で燃料電池の発電制限処理を行う制御手段（例えば、後述する実施の形態におけるＥＣＵ７）を備えたことを特徴とする燃料電池システムである。
【０００８】
この発明によれば、燃料電池の温度の時間変化が所定範囲以上の場合には、所定範囲内の場合よりも低い温度（第２の判定温度）で燃料電池の発電制限処理を行うため、燃料電池の温度を適正温度内に維持して燃料電池の運転を行うことができ、燃料電池の性能を維持することができるとともに、従来に比して発電制限処理による発電量の変化を緩やかにすることができ、燃料電池に対する保護を高めることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態における燃料電池システムを図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態における燃料電池システムの概略構成図である。前記燃料電池システムが備える燃料電池１は、例えば固体ポリマーイオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜をアノードとカソードとで両側から挟み込んで形成されたセルを複数積層して構成されたスタックからなる。
【００１０】
前記燃料電池１には、燃料供給システム２、エア供給システム３が接続されている。燃料供給システム２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１のアノードに水素を供給する。エア供給システム３は、エアコンプレッサを備えており、燃料電池１のカソードに酸化剤である空気（エア）を供給する。
【００１１】
これらのシステム２，３から反応ガス（水素、エア）が燃料電池１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。燃料電池１には走行モータなどの負荷６が接続されており、該負荷６に燃料電池１からの出力（発電電力）が供給される。
【００１２】
また、前記燃料電池１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１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１に供給することにより、燃料電池１の冷却を行う。また、燃料電池１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１を冷却した冷却水の水温ＴＷを検出する。
【００１３】
前記燃料供給システム２、エア供給システム３、冷却システム４、水温検出センサ５、負荷６には制御装置（ＥＣＵ）７が接続してある。この制御装置７は、負荷６の作動に必要な電力を算出して、この算出した電力に基づいて燃料供給システム２、エア供給システム３にそれぞれ制御信号を送信する。これにより、燃料供給システム２，エア供給システム３から供給される反応ガスの量が調整され、燃料電池１での発電量が制御される。また、制御装置７は、水温検出センサ５で検出された水温ＴＷを一定時間間隔（例えば３秒間隔）で受信する。そして、この受信した水温ＴＷに基づいて、燃料供給システム２、エア供給システム３にそれぞれ制御信号を送信して、燃料電池１での発電量を制限する制御を行う。これについて図２を用いて説明する。
【００１４】
図２は図１に示した燃料電池システムの発電制限処理を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１２で、今回検出された水温ＴＷから前回（例えば３秒前）検出された水温ＴＷ（ＴＷＢＥＦＯＲＥ）を減算し、この値が所定の範囲ΔＴ０以上かどうかを判定する。この判定結果がＹＥＳであればステップＳ１４の処理に、判定結果がＮＯであればステップＳ２０の処理にそれぞれ進む。
【００１５】
まず、ステップＳ１２の判定結果がＮＯの場合（温度変化が所定範囲ΔＴ０内）の場合について説明する。
ステップＳ２０では、今回検出された水温ＴＷが判定温度Ｔ２（例えば８１℃）以上かどうかを判定し、判定結果がＹＥＳであれば、ステップＳ２６に進んで、燃料電池１の発電電流の上限値（電流制限値）から所定値ΔＩ２を減算する制御を行い、ステップＳ２８の処理に進む。このように、水温ＴＷの時間変化が比較的緩やかな場合には、水温ＴＷに応じて燃料電池１の出力を制限して発熱量を減少させることで、燃料電池１の性能を維持して運転することができる。
【００１６】
ステップＳ２０の判定結果がＮＯであれば、ステップＳ２２の処理に進み、前記水温ＴＷが判定温度Ｔ３（例えば８０℃）以上かどうかを判定する。この判定結果がＹＥＳであれば、ステップＳ２４の処理で、電流制限値に所定値ΔＩ３を加算する制御を行い、ステップＳ２８の処理に進む。また、ステップＳ２２の判定結果がＮＯであれば、ステップＳ１８で、電流制限値に所定値ΔＩ４を加算する制御を行う。ここで、所定値ΔＩ４は上述した所定値ΔＩ３よりも大きい値に設定されている。このステップＳ１８の処理を行った後で、ステップＳ２８の処理に進む。このように、検出した水温ＴＷに応じて電流制限値の加算量を変えることにより、燃料電池１の性能を維持しつつ、負荷６に燃料電池１の出力を最大限供給することができる。
【００１７】
ステップＳ１２の判定結果がＹＥＳの場合（温度変化が所定範囲ΔＴ０以上）の場合について説明する。この場合には、ステップＳ１４で、前記水温ＴＷが判定温度Ｔ１（例えば７８℃）より大きいかどうかを判定する。ここで、判定温度Ｔ１は、上述した判定温度Ｔ２よりも低く設定されている。この判定結果がＹＥＳであればステップＳ１６に進み、この判定結果がＮＯであれば上述したステップＳ１８に進む。
【００１８】
ステップＳ１６では、電流制限値から所定値ΔＩ１を減算する制御を行う。ここで、所定値ΔＩ１は上述した所定値ΔＩ２よりも大きい値に設定されている。これにより、燃料電池２の発電出力の制限を上述したステップＳ２６の場合よりも厳しくしている。このステップＳ１６の処理を行った後で、ステップＳ２８の処理に進む。
【００１９】
このように、水温ＴＷの時間変化が比較的急激な場合には、上述した緩やかな場合よりも低い判定温度Ｔ１で水温ＴＷの判定を行って出力制限の制御を行っているため、このような場合であっても、燃料電池１の性能を維持して運転することができる。また、上述のように判定温度Ｔ１を判定温度Ｔ２より低く設定して出力制限を行うことにより、従来に比して、出力変動を緩やかすることができる。加えて、水温ＴＷの時間変化が比較的急激な場合に、燃料電池１の出力の制限を厳しくすることにより、燃料電池１に対する保護を高めて運転することができる。
【００２０】
ステップＳ２８においては、電流制限値のリミット処理を行う。すなわち、上述したステップＳ１６、ステップＳ１８、ステップＳ２４、ステップＳ２６で算出された電流制限値が、下限値０を下回った場合には下限値０に、上限値である定格電流値を上回った場合には該定格電流値に、電流制限値を補正する制御を行う。そして、一連の処理を終了する。
【００２１】
なお、上述した実施の形態においては、燃料電池出口側の冷却水温度を燃料電池の温度として発電制限処理を行ったが、これに限らず、例えば、燃料電池入口側の冷却水温度としてもよく、燃料電池内部の温度を検出して発電制限処理を行ってもよい。また、燃料電池の出口と入口の冷却水の温度差に応じて燃料電池の発電制限処理を行ってもよい。
【００２２】
また、前記燃料電池システムは、燃料電池自動車に好適に用いることができるが、他の用途にも適用することができるのはもちろんである。燃料電池自動車に適用した場合には、燃料電池の発電量を急激に制限することを防止でき、出力トルクの急激に減少を抑制することができるため、走行性能を確保することができる。
【００２３】
【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、燃料電池の性能を維持することができるとともに、従来に比して発電制限処理による発電量の変化を緩やかにすることができ、燃料電池に対する保護を高めることができる。
【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システムを示す概略構成図である。
【図２】図１に示した燃料電池システムの発電制限処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  燃料電池
５  水温検出センサ
７  ＥＣＵ
【図１】
2004165004.tif 000003
【図２】
2004165004.tif 000004