(57)【要約】【課題】雰囲気ガス流量を適切に検出できる燃料電池プラントの制御装置を提供する。【解決手段】発電を行う燃料電池スタック２と、少なくとも燃料電池スタック２を収納するパッケージ６と、パッケージ６内を換気する換気ファン７を備える。また、燃料極２ａ側をパージするか否かを選択するパージ弁４２と、パッケージ６内の換気の流れに対してパージ弁４２の下流側に設置され、燃料ガスを検出する燃料ガス濃度センサ９を備える。さらに、パージ弁４２の駆動を示すパージ弁駆動信号と、燃料ガス濃度センサ９からの出力と、に応じて換気流量を推定する換気流量推定手段１７と、を備える。【選択図】      図１
2004253259.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料極に供給した燃料ガスと、酸化剤極に供給した酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池と、
少なくとも前記燃料電池を収納するパッケージ手段と、
前記パッケージ手段内を換気する換気手段と、
前記燃料電池の燃料極側を、前記パッケージ手段内にパージするか否かを選択するパージ手段と、
前記パッケージ手段内の換気の流れに対して前記パージ手段の下流側に設置され、燃料ガスを検出する燃料ガス検出手段と、
前記パージ手段の駆動を示すパージ信号と、前記燃料ガス検出手段からの出力と、に応じて換気流量を推定する換気流量推定手段と、を備えることを特徴とする燃料電池プラントの制御装置。
【請求項２】
前記換気流量推定手段では、前記パージ信号が出力されてから、前記燃料ガス検出手段が前記燃料極側からパージされた燃料ガスを検知するまでの経過時間に応じて、換気流量を推定する請求項１に記載の燃料電池プラントの制御装置。
【請求項３】
前記燃料ガス検出手段として、燃料ガスの濃度を検出する手段を備え、
前記換気流量推定手段では、前記パージ信号の継続時間と、前記燃料ガス検出手段により検出した前記燃料極側からパージされた燃料ガスの濃度に応じて換気流量を推定する請求項１に記載の燃料電池プラントの制御装置。
【請求項４】
前記換気流量推定手段では、前記パージ信号が維持されている時間と、前記燃料ガス検出手段により前記燃料極側からパージされた燃料ガスを検知している時間と、に応じて換気流量を推定する請求項１に記載の燃料電池プラントの制御装置。
【請求項５】
前記燃料ガス検出手段を、前記パッケージ手段内の換気の流れに沿って少なくとも二つ備え、
前記換気流量推定手段では、上流側に配置した前記燃料ガス検出手段が前記燃料極からパージされた燃料ガスを検知してから、下流側に配置した前記燃料ガス検出手段が検知するまでの経過時間に応じて換気流量を推定する請求項１に記載の燃料電池プラントの制御装置。
【請求項６】
燃料極に供給した燃料ガスと、酸化剤極に供給した酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池と、
少なくとも前記燃料電池を収納するパッケージ手段と、
前記パッケージ手段内を換気する換気手段と、
前記燃料電池の燃料極側を、前記パッケージ手段内にパージするか否かを選択するパージ手段と、
前記パッケージ手段内の換気の流れに対して前記パージ手段の下流側に設置され、燃料ガスを検出する燃料ガス検出手段と、を備え、
前記燃料極側からパージされる燃料ガス流量に応じて設定した必要換気流量と、前記パージ手段の駆動を示す信号と前記燃料ガス検出手段からの出力に応じて推定した推定換気流量と、を比較することにより前記換気手段を制御することを特徴とする燃料電池プラントの制御装置。
【請求項７】
前記換気手段による換気流量の補正を行う際には、前記パージ手段を駆動させて、前記必要換気流量と前記推定換気流量とを比較することにより、換気流量の補正を行う請求項６に記載の燃料電池プラントの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、燃料電池プラントの制御装置に関する。特に、パッケージ手段に収容された燃料電池プラントにおける換気流量の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の燃料電池プラントとして、セル積層体、これに反応ガスを供給・排出する反応ガス配管、電池収納容器、および、雰囲気ガス系統、から構成されたものが知られている。このような燃料電池プラントには、該収納容器もしくは雰囲気ガス系統に漏洩した可燃性ガスを処理するために可燃性ガス処理装置が備えられている。例えば、セル積層体もしくは反応ガス配管から収納容器内部に流出した可燃性ガスの濃度と、雰囲気ガスの流量信号と、から可燃ガスの燃焼に必要な供給必要空気量を算出し、これに応じて酸化剤流量を制御している（例えば、特許文献１、参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特公平７−６６８２５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとしている問題点】
上記従来技術においては、雰囲気ガスの流量信号を得る具体的な方法について述べられていないが、通常は、利用が簡単で、コスト的にも有利な熱型の流量センサが用いられる。熱型の流量センサとしては、例えば、ヒータと抵抗体を対向して設置したものがある。これは、ヒータにより抵抗体を熱した際に、流量を測定したい流体がその間を流れて抵抗体から熱を奪うことで、抵抗体の抵抗値が変化することを利用している。
【０００５】
このような流量センサを用いて収納容器内の雰囲気ガスの流量を測定しようとした場合、収納容器に導入する外気温度が高いと流量を正確に測定することができなくなるという不具合が発生する可能性がある。特に、自動車用途を考えた場合には、このような不具合を頻繁に発生する可能性がある。例えば、動作温度が比較的低温なＰＥＭ型燃料電池を用いた燃料電池プラントを車輌に搭載した場合に、車輌が太陽光等で熱せられた路面上で停止すると、収納容器に取り込まれる外気の温度が通常時よりも高くなってしまう。そのため、雰囲気ガスにより抵抗体の熱を十分に奪うことができなくなり、雰囲気ガス流量が実際より少なく検出される可能性がある。
【０００６】
そこで、本発明は、上記問題を鑑みて、雰囲気ガス流量を適切に検出できる燃料電池プラントの制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【問題点を解決するための手段】
本発明は、燃料極に供給した燃料ガスと、酸化剤極に供給した酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池と、少なくとも前記燃料電池を収納するパッケージ手段と、前記パッケージ手段内を換気する換気手段を備える。また、前記燃料電池の燃料極側を、前記パッケージ手段内にパージするか否かを選択するパージ手段と、前記パッケージ手段内の換気の流れに対して前記パージ手段の下流側に設置され、燃料ガスを検出する燃料ガス検出手段を備える。さらに、前記パージ手段の駆動を示すパージ信号と、前記燃料ガス検出手段からの出力と、に応じて換気流量を推定する換気流量推定手段を備える。
【０００８】
また、燃料極に供給した燃料ガスと、酸化剤極に供給した酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池と、少なくとも前記燃料電池を収納するパッケージ手段と、前記パッケージ手段内を換気する換気手段を備える。また、前記燃料電池の燃料極側を、前記パッケージ手段内にパージするか否かを選択するパージ手段と、前記パッケージ手段内の換気の流れに対して前記パージ手段の下流側に設置され、燃料ガスを検出する燃料ガス検出手段を備える。前記燃料極側からパージされる燃料ガス流量に応じて設定した必要換気流量と、前記パージ手段の駆動を示す信号と前記燃料ガス検出手段からの出力に応じて推定した推定換気流量と、を比較することにより前記換気手段を制御する。
【０００９】
【作用及び効果】
燃料極側をパッケージ手段内にパージするか否かを選択するパージ手段の駆動信号と、パッケージ手段内の換気の流れに対してパージ手段の下流側に設置された燃料ガス検出手段からの出力と、に応じて換気流量を推定する換気流量推定手段を備える。これにより、外部の影響により換気流量を誤検出するのを防ぐことができ、換気流量を適切に検出することができる。
【００１０】
また、燃料極側からパージされる燃料ガス流量に応じて設定した目標換気流量と、パージ手段の駆を示す信号と燃料ガス検出手段からの出力に応じて推定した推定換気流量と、を比較することにより前記換気手段を制御する。これにより、外部の影響により換気流量を誤検出するのを防ぐことができ、換気流量を適切に検出することができるので、換気流量の制御の精度を向上することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
第１の実施形態に用いる燃料電池プラントについて説明する。ここでは、燃料電池システム１において生成した電力を車輌の駆動源として用いる場合について説明する。図１に、本実施形態で用いる燃料電池車輌の駆動装置および駆動制御装置の概略構成を示す。
【００１２】
燃料電池システム１として、燃料極２ａと酸化剤極２ｂとを備えた燃料電池スタック２と、燃料極２ａに燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置３と、酸化剤極２ｂに酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置４を備える。また、燃料極２ａに供給する燃料ガスの貯蔵手段である燃料タンク５を備える。さらに、燃料の供給を選択的に遮断する遮蔽弁５ａを備える。
【００１３】
燃料ガス供給装置３には、燃料タンク５から燃料ガス、例えば水素ガス等が送られる。水素ガスは、燃料ガス供給装置３において図示しない圧力制御弁等により設定された圧力まで減圧されてから、燃料極２ａに供給される。一方、酸化剤ガス供給装置４には、酸化剤、例えば図示しないブロア等により導入された空気が送られ、これを酸化剤極２ｂに供給する。水素ガスおよび空気の供給流量は、後述するコントローラ１０で燃料電池スタック２に要求される出力に応じて制御する。
【００１４】
また、燃料極２ａ側には、燃料ガスの循環ライン４０を備える。循環ライン４０は、燃料極２ａの排出側と燃料極２ａの供給側とを連結するように構成する。つまり、循環ライン４０は燃料極２ａで発電に用いられなかった燃料ガスを再び燃料極２ａに循環させる燃料循環系である。循環ライン４０には、循環ポンプ４１とパージ弁４２を備える。循環ポンプ４１は、燃料極２ａの排出側から排出される残燃料ガスを燃料電池スタック２の燃料極２ａの供給側に循環させる。パージ弁４２は、パッケージ６内に燃料極２ａ側の燃料ガスをパージするか否かを選択する。ここでは、酸化剤極２ｂ側から燃料極２ａ側に浸透してくる窒素などの濃度が上昇した際にパージ弁４２を開放することで、燃料ガスと窒素との混合ガスを循環ライン４０を含む燃料極２ａ側からパージする。
【００１５】
さらに、燃料電池スタック２、燃料ガス供給装置３、酸化剤ガス供給装置４、循環ポンプ４１、パージ弁４２を含む循環ライン４０を格納するパッケージ６を備える。パッケージ６には、外気をパッケージ６に取り入れる換気ファン７、および、パッケージ６内の雰囲気ガスを外部に排出する外気排出口８を備える。換気ファン７を駆動することで外気をパッケージ６内に導入する。導入された外気は、パッケージ６内を通り、外気排出口８を介して排出される。このとき、外気に伴って、パッケージ６内の燃料極２ａ側からパージされた燃料ガスも外気排出口８から排出される。そのため、外気排出口８から排出された雰囲気ガス内には水素が含まれるので、外気排出口８、またはその近傍に燃焼器等の水素処理装置を備えても良い。また、ここでは、換気ファン７によりパッケージ６内の雰囲気ガスを外部に押出す押出し型の換気機構としているが、外気排出口８の替わりに外気取入口を設け、換気ファン７側から排気する引出し型の換気構成としてもよい。
【００１６】
また、燃料ガス濃度センサ９をパッケージ６内の外気排出口８近傍に配置する。この燃料ガス濃度センサ９により、パッケージ６内の雰囲気ガスに含まれる燃料ガスの濃度を検出する。燃料ガスはパッケージ６内で一時的に偏在する場合もあるが、パッケージ６内の雰囲気ガスとして全体に混和され、より偏在が緩和された状態で外気排出口８に向かって流れ出た後、外気排出口８近傍の燃料ガス濃度センサ９によってその濃度が検出される。
【００１７】
一方、車輌を駆動するモータとして、駆動モータ／インバータ３０を備える。駆動モータ／インバータ３０において、後述するコントローラ１０からのモータトルク指令値に応じて駆動トルクを発生する。この際に用いる電力は、リレー２０を通して燃料電池システム１から供給される。駆動モータ／インバータ３０において生じた機械エネルギを、図示しない出力軸を介してタイヤに伝えることにより燃料電池車輌の走行を行う。
【００１８】
次に、このような燃料電池車輌の駆動装置の制御系について説明する。ここでは制御装置としてコントローラ１０を備える。
【００１９】
図示しない車速センサからのパルス信号と、図示しない基準タイマと、から車速を求める車輌状態検出手段１１を備える。また、ドライバのアクセルペダル操作量からアクセル開度を求める運転操作検出手段１２を備える。
【００２０】
また、その時々の車速、アクセル開度からモータトルク指令値を算出する目標出力算出部１３を備える。目標出力算出部１３には、車速とアクセル開度から図２に示すような２次元マップ等を用いて目標駆動力を算出する駆動力算出部と、目標駆動力と車輌質量・タイヤ半径・減速ギア比等のパラメータから目標モータトルクを算出するモータトルク指令値算出部を備える。ここで、図２のＦは、駆動力、車輌質量、タイヤ半径、減速ギア比と、モータトルクとの関係を表す式である。さらに、このモータトルク指令値に従ってモータがトルクを発生するように、駆動モータ／インバータ３０を制御するモータ制御装置１４を備える。モータ制御装置１４では、目標出力算出部１３で求めたモータトルク指令値に応じて駆動モータ／インバータ３０を制御することで、ドライバの運転操作に追従した走行を行う。
【００２１】
さらに、目標出力算出部１３には、燃料電池スタック２に要求される要求電力指令値を算出する要求電力算出部を備える。要求電力算出部では、例えば、駆動モータ／インバータ３０における損失等を考慮して、モータトルク指令値を実現するために駆動モータ／インバータ３０に供給する電力を求める。これに、車輌や燃料電池システム１で消費される補機電力を加算したものを、燃料電池スタック２に要求される要求電力指令値として出力する。
【００２２】
また、燃料電池システム１を要求電力指令値に応じて制御する燃料電池システム制御手段１５を備える。燃料電池システム制御手段１５では、要求電力指令値に応じて電力を正常に取り出せるように、燃料電池システム１を制御する。ここでは、予め定められたロジックに従って燃料ガス供給装置３に備えるアクチュエータと、酸化剤ガス供給装置４に備えるアクチュエータと、を制御する。
【００２３】
さらに、燃料電池システム制御手段１５においては、循環ポンプ４１やパージ弁４２の制御を行う。ここでは、要求電力指令値に従ってパージ弁４２の駆動信号を算出する。例えば、要求電力指令値が大きいほど、パージ弁４２を開く頻度が多くなるようにパージ弁駆動信号を設定する。または、要求電力指令値が大きいほどパージ弁４２を開いている時間が長くなるように設定してもよい。または、パージ弁４２の開度を調整できる場合には、要求電力指令値が大きいほど、パージ時のパージ弁４２の開度を大きく設定してもよい。
【００２４】
また、外部からパッケージ６内に導入されている換気流量を算出する換気流量推定手段１７を備える。ここでは、後述するように、燃料電池システム制御手段１５から伝えられたパージ弁制御信号と、燃料ガス濃度センサ９からの燃料ガス濃度信号に基づき、その時点の換気流量を推定する。
【００２５】
さらに、換気ファン７の目標回転速度を算出する換気ファン制御手段１６を備える。換気ファン制御手段１６では、予め定められたロジックに従い、目標出力算出手段１３で算出された要求電力指令値と、換気流量推定手段１７からの推定換気流量に基づいて、換気ファンの目標回転速度を算出する。例えば、要求電力指令値から、燃料極２ａ側からパッケージ６内にパージされた燃料ガスおよび燃料電池システム１からパッケージ６内に漏洩した燃料ガスの合計流量である燃料ガス排出流量を推定する。この燃料ガス排出流量に対して、パッケージ６内の燃料ガス濃度を許容範囲にするために必要な必要換気流量を算出する。このように算出した必要換気流量と、換気流量推定手段１７から入力された推定換気流量とを比較することにより、換気ファン７の目標回転速度を算出する。この目標回転速度に従って、図示しない換気ファン７を駆動するモータ／モータドライブを制御する。
【００２６】
次に、換気流量推定手段１７における、外部からパッケージ６内に導入されている換気流量の推定方法の詳細を説明する。
【００２７】
図２に、燃料電池システム制御装置１５から出力されるパージ弁駆動信号のタイミングと、燃料極２ａ側からパージされた燃料ガスを燃料ガス濃度センサ９で検知するタイミングを示す。パージ弁駆動信号が出力されてパージ弁４２を開いてから、経過時間ΔＴ１だけ遅れて、燃料ガス濃度センサ９によりパージされた燃料ガスを検知する。ここでは、燃料ガス濃度センサ９により検出される燃料ガス濃度が予め定められた閾値を超えた時点で、パージされた燃料ガスを検知したと判断する。燃料ガスが検知されている間は、燃料ガス濃度信号が出力される。
【００２８】
ここで、経過時間ΔＴ１は、燃料極２ａ側からパージされた燃料ガスがパージ弁４２から燃料ガス濃度センサ９まで移動するのにかかった時間に相当する。よって、パージ弁４２と燃料ガス濃度センサ９との距離と、経過時間ΔＴ１とから、換気流量を推定することができる。ただし、このときには、パージ弁駆動信号が出力されてから実際にパージ弁４２が開くまでに遅れがあるため、経過時間ΔＴ１を補正する必要がある。
【００２９】
本実施形態では、予め実験等により、経過時間ΔＴ１とパッケージ６内の換気流量との関係を求めておき、図３に示すようなテーブルや近似式として換気流量推定手段１７に記憶しておく。パージ弁駆動信号が検知されたら、図示しないタイマ等により燃料ガスが検知されるまでカウントすることによりΔＴ１を検出し、これから換気流量を算出する。ここで、換気流量は、経過時間ΔＴ１が大きいほど小さくなる。これは、換気流量が小さい場合には、パージ弁４２から排出された燃料ガスが燃料ガス濃度センサ９に到達するまでに時間がかかるためである。
【００３０】
このように、パージ弁駆動信号を出力してから、燃料ガスを検知するまでの経過時間ΔＴ１に応じて換気流量を推定する。さらに、この推定換気流量と要求電力指令値から求められる必要換気流量とを比較することで、換気ファン７の適切な回転速度を算出する。
【００３１】
なお、ここでは、燃料ガス濃度信号の検知を燃料ガス濃度が閾値を超えたかどうかで判断しているが、濃度中間値やピーク値に達した時点に検知したと判断してもよい。また、燃料ガスの検知手段として燃料ガス濃度センサ９を用いているが、燃料極２ａ側からパージされた燃料ガスを検知しているか否かを出力するセンサを用いても良い。
【００３２】
また、パージ弁駆動信号を要求電力に応じて設定したが、この限りではない。例えば窒素濃度を検出する手段を備え、窒素濃度が所定濃度を超えたら、パージ弁駆動信号を出力してもよい。また、パージ弁４２が開いたことをパージ弁駆動信号により示しているが、パージ弁４２に備えた開度センサ等を用いても良い。この場合には、パージ弁４２が実際に開いている瞬間を検知することができる。
【００３３】
さらに、ここでは必要換気流量を要求電力指令値に応じて設定しているが、この限りではない。例えば、スタック出力や、スタック電流、スタック電圧、燃料ガスの供給流量等に応じて設定することもできる。
【００３４】
次に、本実施形態の効果について説明する。
【００３５】
燃料極２ａに供給した燃料ガスと、酸化剤極２ｂに供給した酸化剤ガスとを用いて発電を行う燃料電池スタック２と、少なくとも燃料電池スタック２を収納するパッケージ６と、パッケージ６内を換気する換気ファン７を備える。また、燃料極２ａ側を、パッケージ６内にパージするか否かを選択するパージ弁４２と、パッケージ６内の換気の流れに対してパージ弁４２の下流側に設置され、燃料ガスを検出する燃料ガス濃度センサ９を備える。さらに、パージ弁４２の駆動を示すパージ弁駆動信号と、燃料ガス濃度センサ９からの出力と、に応じて換気流量を推定する換気流量推定手段１７と、を備える。これにより、外気温度の影響で流量を誤検出する不具合を解消できる。また、燃料ガス濃度センサ９、燃料ガスのリークを検出するために、そもそも設置されていることが多く、パッケージ６内に流量センサを追加する必要が無く、コストを下げることができる。
【００３６】
また、換気流量推定手段１７では、パージ弁駆動信号が出力されてから、燃料ガス濃度センサ９が燃料極２ａ側からパージされた燃料ガスを検知するまでの経過時間ΔＴ１に応じて、換気流量を推定する。これにより、換気に乗って燃料ガスが移動するのにかかる時間（ΔＴ１に相当）から、直接流量を算出するので、より精度が上がり、センサの追加が無いため、コスト的にも有利である。
【００３７】
また、燃料極２ａ側からパージされる燃料ガス流量に応じて設定した必要換気流量と、パージ弁駆動信号と燃料ガス濃度センサ９からの出力に応じて推定した推定換気流量と、を比較することにより換気ファン７を制御する。これにより、外気温度の影響を受けずに正確に推定された推定換気流量と、必要換気流量とを用いて換気ファン７を制御するので、適切な換気を行うことができる。
【００３８】
次に、第２の実施形態について説明する。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００３９】
燃料電池車輌の駆動装置および駆動制御装置の概略構成を第１の実施形態と同様とする。ただし、換気流量推定手段１７では、以下のような方法で換気流量を推定する。
【００４０】
図４に、燃料電池システム制御装置１５から出力されるパージ弁駆動信号のタイミングと、燃料極２ａ側からパージされた燃料ガスを燃料ガス濃度センサ９で検出するタイミングと、を示す。パージ弁駆動信号が出力されたら、それが継続している時間幅Ｔｗ１を図示しないタイマ等により計測して、換気流量推定手段１７に入力する。時間幅Ｔｗ１は、パージ弁４２が窒素等を含む燃料系の燃料ガスをパージするために開放された時間となる。パージ弁駆動信号が出力されたら、これに遅れて遅れて、燃料ガス濃度信号が検出される。このとき、燃料ガス濃度センサ９により検出された燃料ガス濃度を示す信号のピーク値Ｄｐを検出して、換気流量推定手段１７に入力する。
【００４１】
換気流量推定手段１７には、予め実験等により求めておいた時間幅Ｔｗ１とピーク値Ｄｐに対する換気流量を、図５に示すようなテーブルや近似式として記憶させておく。各パラメータの関係は、図５に示すように、等しいパージ弁駆動時間幅Ｔｗ１に対しては、燃料ガス濃度のピーク値Ｄｐが大きいほど換気流量は小さいと推定できる。これは、同じ量の水素ガスがパージされた場合、換気流量が少ないほど水素濃度が高い状態を維持するためである。
【００４２】
また、燃料ガス濃度ピーク値Ｄｐが等しい場合には、パージ弁駆動信号の時間幅Ｔｗ１が大きいほど、換気流量は大きくなる。ここで、パージ弁４２を開放した時間が長いほど、パージ流量は大きくなる。パージされた燃料ガスをある濃度まで低下させるには、パージ流量が多いときほど多くの換気流量が必要となる。そこで、雰囲気ガス中の水素ガスの濃度が同じ、つまり燃料ガス濃度ピーク値Ｄｐが等しい場合には、時間幅Ｔｗ１が大きいほど換気流量が多いということになる。
【００４３】
このように、その時点における換気流量を推定したら、換気ファン制御手段１６に推定換気流量と、要求電力指令値とを入力する。換気ファン制御手段１６では、要求電力指令値から必要換気流量を算出し、これと推定換気流量とを比較することにより目標回転速度指令値を算出する。この目標回転速度指令値に応じて、図示しない換気ファン７の駆動モータ／モータドライブを制御する。
【００４４】
次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第１の実施形態と異なる効果のみを説明する。
【００４５】
燃料ガス検出手段として、燃料ガスの濃度を検出する燃料ガス濃度センサ９を備える。換気流量推定手段１７では、パージ弁駆動信号の継続時間幅Ｔｗ１と、燃料ガス濃度センサ９により検出した燃料極２ａ側からパージされた燃料ガスの濃度に応じて換気流量を推定する。これにより、流量センサを用いずに換気流量を推定することができるので、外気温度に係わらず正確に換気流量を制御することができる。また、流量センサの追加がないため、コスト的に有利である。
【００４６】
次に、第３の実施形態について説明する。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００４７】
燃料電池車輌の駆動装置および駆動制御装置の概略構成を第１の実施形態と同様とする。ただし、換気流量推定手段１７では、以下のような方法で換気流量を推定する。
【００４８】
図６に、燃料電池システム制御装置１５から出力されるパージ弁駆動信号のタイミングと、燃料極２ａ側からパージされた燃料ガスを燃料ガス濃度センサ９で検出するタイミングと、を示す。パージ弁駆動信号が出されたら、それが継続している時間幅Ｔｗ１を図示しないタイマ等により計測し、換気流量推定手段１７に入力する。パージ弁駆動信号に遅れて、燃料ガス濃度センサ９によりパージされた燃料ガスが検知される。このとき、燃料ガス濃度センサ９によりパージされた燃料ガスが検知された時間幅Ｔｗ２を検出して、換気流量推定手段１７に入力する。ここで、時間幅Ｔｗ２は、燃料ガス濃度センサ９により検知された燃料ガス信号のパルス幅とする。この時間幅Ｔｗ１と時間幅Ｔｗ２との比を拡散比率Ｔ（＝Ｔｗ２／Ｔｗ１）とする。
【００４９】
換気流量推定手段１７には、予め実験等により求めた拡散比率Ｔと換気流量との関係を、図７に示すようなテーブルや近似式として記憶しておく。ここでは、拡散比率が大きいほど換気流量が小さいと推定することができる。換気流量が大きな場合には流速が大きくなるので、パージされた燃料ガスが燃料ガス濃度センサ９付近を通る時間が短いので、パージされた燃料ガスを検知している時間が短くなる。これに対して、換気流量が小さい場合には流速が小さくなるので、パージされた燃料ガスが燃料ガス濃度センサ９近傍を通過するのに時間がかかり、燃料ガス濃度信号が検知される時間が長くなる。
【００５０】
このように、パージ弁駆動信号の時間幅Ｔｗ１と、燃料ガス濃度信号の時間幅Ｔｗ２を検出し、これらの比から換気流量を推定することができる。第１の実施形態と同様に、このように推定した推定換気流量と、必要換気流量とから目標回転速度指令値を算出する。
【００５１】
なお、第１の実施形態と同様に、ここでは、燃料ガス濃度信号の検知を燃料ガス濃度が閾値を超えたかどうかで判断しているが、濃度中間値やピーク値に達した時点に検知したと判断してもよい。また、燃料ガスの検知手段として燃料ガス濃度センサ９を用いているが、燃料極２ａ側からパージされた燃料ガスを検知しているか否かを出力するセンサを用いても良い。
【００５２】
次に、本実施形態の効果を説明する。以下、第１の実施形態と異なる効果のみを説明する。
【００５３】
換気流量推定手段１７では、パージ弁駆動信号が維持されている時間幅Ｔｗ１と、燃料ガス濃度センサ９により燃料極２ａ側からパージされた燃料ガスを検知している時間幅Ｔｗ２と、に応じて換気流量を推定する。これにより、流量センサを用いずに換気流量を推定することができるので、外気温度に係わらず正確に換気流量を制御することができる。また、流量センサの追加がないため、コスト的に有利である。
【００５４】
次に、第４の実施形態について説明する。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００５５】
図８に示すように、パージ弁４２と外気排出口８との間に二つの燃料ガス濃度センサ９ａ、９ｂを備える。ここでは、燃料ガス濃度センサ９ａを外気排出口８近傍に配置する。また、燃料ガス濃度センサ９ｂを、パージ弁４２と燃料ガス濃度センサ９ｂとの中間地点近傍に配置する。つまり、パッケージ６内における雰囲気ガスの概略流れの中で、上流側に燃料ガス濃度センサ９ｂを、下流側に燃料ガス濃度センサ９ａを配置する。
【００５６】
また、換気流量推定手段１７における換気流量の推定方法を以下のようにする。
【００５７】
図９に、燃料電池システム制御装置１５から出力されるパージ弁駆動信号のタイミングを示す。また、燃料極２ａ側からパージされた燃料ガスを燃料ガス濃度センサ９ａ、９ｂで検出するタイミングを示す。パージ弁駆動信号に遅れて燃料ガス濃度センサ９ｂで燃料ガスが検知される。これから更に遅れて、燃料ガス濃度センサ９ａで燃料ガスが検知される。燃料ガス濃度センサ９ｂにおいて燃料ガスが検知されてから、燃料ガス濃度センサ９ａにおいて検知されるまでの経過時間ΔＴ２を図示しないタイマ等により検出する。つまり、経過時間ΔＴ２は、燃料ガスが燃料ガス濃度センサ９ｂの設置位置から燃料ガス濃度センサ９ａの設置位置までに移動するのにかかった時間を示している。
【００５８】
換気流量推定手段１７には、予め実験等により、経過時間ΔＴ２と換気流量との関係を図１０に示すようなテーブルや近似式として記憶させておく。または、燃料ガス濃度センサ９ａと燃料ガス濃度センサ９ｂとの距離を予め測定しておき、この距離と経過時間ΔＴ２とから換気流量を算出することもできる。ここで、換気流量は、経過時間ΔＴ２が大きいほど小さく、経過時間ΔＴ２が小さいほど大きい、と推定される。これは、換気流量が大きいほどパッケージ６内の雰囲気ガスの流速が大きくなるためである。
【００５９】
経過時間ΔＴ２を検出したら、換気流量推定手段１７において推定換気流量を算出し、換気ファン制御装置１６に入力する。この推定換気流量とパージ弁駆動信号とから求めた必要換気流量とを比較することにより、目標回転速度指令値を算出する。
【００６０】
次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第１の実施形態と異なる効果のみを説明する。
【００６１】
燃料ガス濃度センサ９を、パッケージ６内の換気の流れに沿って少なくとも二つ備える。換気流量推定手段１７では、上流側に配置した燃料ガス濃度センサ９ｂが燃料極２ａからパージされた燃料ガスを検知してから、下流側に配置した燃料ガス濃度センサ９ａが検知するまでの経過時間ΔＴ２に応じて換気流量を推定する。これにより、流量センサを用いずに換気流量を推定することができるので、外気温度に係わらず正確に換気流量を制御することができる。また、流量センサの追加がないため、コスト的に有利である。
【００６２】
次に、第５の実施形態について説明する。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００６３】
パージ弁駆動信号を、循環ライン４０に蓄積した燃料ガス以外のガスの排出等を行う必要があると判断された場合に出力するのに加えて、換気流量が適切かどうかを判断する場合にも出力する。これは、例えば、パージが不要な場合や、パージ間隔が長い場合、あるいは、燃料電池システム１の起動時の最初に換気が実行されているか診断する場合などに、換気が適切に実施されているかどうかを確認する際に行われる。このように、換気流量が適切であるかどうかの判断をする際に、パージ信号を出力し、推定換気流量と必要換気流量とを比較することで、換気流量が適切となるように補正することができる。つまり、実際に流れていると思われる推定換気流量が必要換気流量に近づくように、換気ファン７の回転速度を補正することで、換気制御を補正することができる。このとき、換気流量を測定するための流量センサを新たに設ける必要がないので、換気流量を正確に推定することができると共に、コストを抑えることができる。
【００６４】
ここでは、換気流量を確認する際にパージ弁駆動信号を出力するパージ補正手段を備える。ここでは、図１１に示すように、循環ライン４０に蓄積した燃料ガス以外のガスの排出等を行うパージ弁駆動信号と、パージ補正手段から出力されるパージ弁駆動信号を、同一の出力部から出力する。つまり、燃料極２ａのパージを行う必要があるかどうかを表す信号と、換気流量の補正を行う必要があるかどうかを表す信号との論理和ＯＲをパージ弁駆動信号の出力とする。
【００６５】
なお、本実施形態は、第１〜４のいずれの実施形態にも適用することができる。
【００６６】
次に、本実施形態の効果について説明する。以下、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００６７】
換気ファン７による換気流量の補正を行う際には、パージ弁４２を駆動させて、必要換気流量と推定換気流量とを比較することにより、換気流量の補正を行う。これにより、燃料電池スタック２の運転状態がパージを必要としていないような場合でも、必要に応じて、新たに流量センサを設けることなく、換気流量を推定することが可能となる。その結果、換気流量を精度のよく制御することができる。
【００６８】
上記実施の形態においては、燃料極２ａ側のパージを、燃料極２ａ内に多くの窒素が混入していると判断される場合に行ったが、燃料極２ａに水詰まりが生じた場合にも、パージ弁４２を開くことで、水詰まりを解消することができる。
【００６９】
このように、本発明は上記実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術思想の範囲内で、様々な変更が為し得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に用いる燃料電池車輌およびその制御系の概略構成図である。
【図２】第１の実施形態における換気流量推定に用いるパラメータを示す図である。
【図３】経過時間ΔＴ１に対する推定換気流量を示した図である。
【図４】第２の実施形態における換気流量推定に用いるパラメータを示す図である。
【図５】パージ弁駆動信号の時間幅Ｔｗ１と燃料ガス濃度ピーク値Ｄｐに対する換気流量を示す図である。
【図６】第３の実施形態における換気流量推定に用いるパラメータを示す図である。
【図７】拡散比率Ｔに対する推定換気流量を示した図である。
【図８】第４の実施形態における燃料電池車輌およびその制御系の概略構成図である。
【図９】第４の実施形態における換気流量推定に用いるパラメータを示す図である。
【図１０】経過時間ΔＴ２に対する推定換気流量を示す図である。
【図１１】第５の実施形態における、パージ弁駆動信号の出力部分の構成を示す図である。
【符号の説明】
２    燃料電池スタック（燃料電池）
２ａ  燃料極
２ｂ  酸化剤極
６    パッケージ（パッケージ手段）
７    換気ファン（換気手段）
９    燃料ガス濃度センサ（燃料ガス検出手段）
１０  コントローラ
１７  換気流量推定手段
４２  パージ弁（パージ手段）
【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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【図１１】
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