(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、
バッテリ装置と、
前記バッテリ装置から電力が供給されて駆動を開始して、前記燃料電池に空気を供給するエアポンプ装置と、
前記バッテリ装置から取得する電力量に関わる情報に基づき前記エアポンプ装置の駆動を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、起動時に、前記電力量に関わる情報から得られる取得値として前記エアポンプ装置に供給する電力の上限であるエアポンプ電力上限値を算出し、前記エアポンプ電力上限値と保有する少なくとも１つの閾値とを比較し、前記エアポンプ電力上限値が前記閾値以上の場合に前記エアポンプ装置を駆動させ、前記エアポンプ電力上限値が前記閾値より低下した場合に前記エアポンプ装置を駆動しない
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池システムにおいて、
前記制御部は、前記バッテリ装置の電力量から設定され前記バッテリ装置が出力する電力の上限である放電リミットに基づいて前記エアポンプ電力上限値を算出する
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１又は２記載の燃料電池システムにおいて、
前記閾値は、第１閾値と、前記第１閾値よりも低い第２閾値とを含み、
前記制御部は、前記エアポンプ電力上限値が前記第２閾値以上の場合に、前記エアポンプ装置を駆動させ、前記エアポンプ電力上限値が前記第２閾値より低下した場合に、前記エアポンプ装置を駆動しない
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項３記載の燃料電池システムにおいて、
前記制御部は、
前記エアポンプ電力上限値が前記第１閾値以上で、前記エアポンプ装置の駆動を失敗した場合に、前記エアポンプ装置の異常を検知し、
前記エアポンプ電力上限値が前記第１閾値よりも低く且つ前記第２閾値以上で、前記エアポンプ装置の駆動を失敗した場合に、電力が制限されていた旨を検知する
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記制御部は、前記エアポンプ装置の起動開始後に、該エアポンプ装置のエア流量を検出し、所定時間経過後に前記エア流量がエア流量閾値を越えない場合に、その時点での前記エアポンプ電力上限値が前記閾値を上回るか否かを判定し、前記エアポンプ電力上限値が前記閾値を上回る場合に、前記エアポンプ装置の異常を検知する
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
燃料電池と、
バッテリ装置と、
前記バッテリ装置から電力が供給されて駆動を開始して、前記燃料電池に空気を供給するエアポンプ装置と、
前記バッテリ装置から取得する電力量に関わる情報に基づき前記エアポンプ装置の駆動を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、起動時に、前記電力量に関わる情報から得られる取得値と、保有する少なくとも１つの閾値とを比較し、前記取得値が前記閾値以上の場合に前記エアポンプ装置を駆動させ、前記取得値が前記閾値より低下した場合に前記エアポンプ装置を駆動しない構成であり、
且つ前記制御部は、前記エアポンプ装置の駆動内容が燃料電池の発電要求の基づくものか、前記燃料電池の掃気要求に基づくものかを判別し、前記発電要求と前記掃気要求とで前記閾値を変更する
ことを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリから電力が供給されて駆動を開始するエアポンプ装置を備える燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池自動車の燃料電池システムは、起動開始時に、バッテリからエアコンプレッサ（エアポンプ装置）等の補機に電力を供給して補機の起動を行い、その後に燃料電池の発電に移行する（例えば、特許文献１参照）。そのため、燃料電池自動車は、通常、運転終了時に複数回の起動に必要な電力量をバッテリに残して運転を停止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１１／０１３２１３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、燃料電池自動車は、何らかのフェールが発生して燃料電池システムが停止した際に、ユーザにより燃料電池システムの起動要求の操作が繰り返されることがある。しかしながら、フェールの発生に伴って停止した燃料電池システムが、起動要求の操作に応じて起動し再び発電するとは限らない。
【０００５】
そして、燃料電池が発電せずに起動要求が繰り返されて、その度にエアポンプ装置が駆動すると、バッテリの電力が大幅に消費されることになる。場合によっては、バッテリに蓄えられていた電力量が低下し過ぎることで、燃料電池の起動に必要な電力を確保することができなくなり、バッテリを交換しなければならない等の不都合が生じる。
【０００６】
本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであって、バッテリの状態に基づきエアポンプ装置の駆動と非駆動を切り換えることで、バッテリの電力低下を抑えて不要なバッテリ交換を抑制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する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の目的を達成するために、本発明は、燃料電池と、バッテリ装置と、前記バッテリ装置から電力が供給されて駆動を開始して、前記燃料電池に空気を供給するエアポンプ装置と、前記バッテリ装置から取得する電力量に関わる情報に基づき前記エアポンプ装置の駆動を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、起動時に、前記電力量に関わる情報から得られる取得値として前記エアポンプ装置に供給する電力の上限であるエアポンプ電力上限値を算出し、前記エアポンプ電力上限値と保有する少なくとも１つの閾値とを比較し、前記エアポンプ電力上限値が前記閾値以上の場合に前記エアポンプ装置を駆動させ、前記エアポンプ電力上限値が前記閾値より低下した場合に前記エアポンプ装置を駆動しないことを特徴とする。
【０００８】
上記によれば、燃料電池システムは、バッテリ装置の電力量に関わる情報から得られる取得値に基づき、エアポンプ装置の駆動と非駆動とを良好に切り換えることができる。すなわち、取得値が閾値以上の場合にエアポンプ装置を駆動させることで、充電残量が残っているバッテリにより燃料電池システムの起動をトライすることができる。これにより燃料電池が発電する可能性があり、バッテリや負荷に電力を供給することが可能となる。その一方で、燃料電池システムは、取得値が閾値より低下した場合にエアポンプ装置を駆動しないことで、バッテリの電力低下を抑えることが可能となる。その結果、不要なバッテリ交換を抑制することができる。
【００１０】
また、制御部がエアポンプ電力上限値を算出することで、他の補機への電力分配等の要素（ノイズ）を省いて、エアポンプ装置に供給する電力の上限に基づき駆動と非駆動を精度よく判定することができる。
【００１１】
上記構成に加えて、前記制御部は、前記バッテリ装置の電力量から設定され前記バッテリ装置が出力する電力の上限である放電リミットに基づいて前記エアポンプ電力上限値を算出するとよい。
【００１２】
このように、制御部は、放電リミットに基づいてエアポンプ電力上限値を算出することで、取得値を簡単に導出（取得）することができる。
【００１３】
また、前記閾値は、第１閾値と、前記第１閾値よりも低い第２閾値とを含み、前記制御部は、前記エアポンプ電力上限値が前記第２閾値以上の場合に、前記エアポンプ装置を駆動させ、前記エアポンプ電力上限値が前記第２閾値より低下した場合に、前記エアポンプ装置を駆動しないとよい。
【００１４】
このように、燃料電池システムは、エアポンプ電力上限値に対して第１閾値と第２閾値とを用いることで、エアポンプ装置の制御をより詳細に設定することができる。
【００１５】
具体的には、前記制御部は、前記エアポンプ電力上限値が前記第１閾値以上で、前記エアポンプ装置の駆動が失敗した場合に、前記エアポンプ装置の異常を検知し、前記エアポンプ電力上限値が前記第１閾値よりも低く且つ前記第２閾値以上で、前記エアポンプ装置の駆動が失敗した場合に、電力が制限されていた旨を検知する構成とすることができる。
【００１６】
このように、エアポンプ電力上限値が第１閾値以上でエアポンプ装置の駆動を失敗した場合には、エアポンプ装置自体に異常が生じている可能性があるため、その旨を検知することで、メンテナンス等を効率的に行うことができる。これに対し、エアポンプ電力上限値が第１閾値より低く且つ第２閾値以上でエアポンプ装置の駆動を失敗した場合に、電力が制限されていた旨を検知することで、電力の制限により駆動できなかった可能性があることを認識することができる。
【００１７】
また、前記制御部は、前記エアポンプ装置の起動開始後に、該エアポンプ装置のエア流量を検出し、所定時間経過後に前記エア流量がエア流量閾値を越えない場合に、その時点での前記エアポンプ電力上限値が前記閾値を上回るか否かを判定し、前記エアポンプ電力上限値が前記閾値を上回る場合に、前記エアポンプ装置の異常を検知してもよい。
【００１８】
このように、エアポンプ装置の起動開始後も、エア流量とエアポンプ電力上限値の変化を監視することで、エアポンプ装置の異常を検知することができる。
【００２１】
また、前記の目的を達成するために、本発明は、燃料電池と、バッテリ装置と、前記バッテリ装置から電力が供給されて駆動を開始して、前記燃料電池に空気を供給するエアポンプ装置と、前記バッテリ装置から取得する電力量に関わる情報に基づき前記エアポンプ装置の駆動を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、起動時に、前記電力量に関わる情報から得られる取得値と、保有する少なくとも１つの閾値とを比較し、前記取得値が前記閾値以上の場合に前記エアポンプ装置を駆動させ、前記取得値が前記閾値より低下した場合に前記エアポンプ装置を駆動しない構成であり、且つ前記制御部は、前記エアポンプ装置の駆動内容が燃料電池の発電要求の基づくものか、前記燃料電池の掃気要求に基づくものかを判別し、前記発電要求と前記掃気要求とで前記閾値を変更することを特徴とする。
【００２２】
このように、燃料電池の発電要求と掃気要求を判別して閾値を変更することで、エアポンプ装置の駆動内容に即して、該エアポンプ装置の駆動と非駆動とを判定することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、燃料電池システムは、バッテリの状態に基づきエアポンプ装置の駆動と非駆動を切り換えることで、バッテリの電力低下を抑えて不要なバッテリ交換を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの燃料電池と酸化剤ガス供給装置の接続状態を示す説明図である。
【図２】図１の燃料電池システムの制御時のバッテリ装置、エアポンプ装置及び制御部の関係を示すブロック図である。
【図３】バッテリのＳＯＣ、放電リミット、エアポンプ電力上限値の変動を示すタイムチャートである。
【図４】図４Ａは、エアポンプ装置の発電モードにおける電力上限ステータスの設定を説明するグラフであり、図４Ｂは、エアポンプ装置の掃気モードにおける電力上限ステータスの設定を説明するグラフである。
【図５】制御部により電力ステータスを設定する際の処理フローを示すフローチャートである。
【図６】図６Ａは、電力上限ステータスに基づきエアポンプ装置を駆動させる処理を示すタイムチャートであり、図６Ｂは、電力上限ステータスに基づきエアポンプ装置を駆動しない処理を示すタイムチャートである。
【図７】正常なエアポンプ装置における起動開始のエア流量の状態を示すタイムチャートである。
【図８】エア流量低下異常のエアポンプにおける起動開始のエア流量及びエアポンプ電力上限値の状態を示すタイムチャートである。
【図９】エアポンプ電力上限値低下のエアポンプにおける起動開始のエア流量及びエアポンプ電力上限値の状態を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明に係る燃料電池システムについて好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００２６】
本発明の一実施形態に係る燃料電池システム１０は、例えば、燃料電池自動車に搭載され、駆動源等の負荷に電力を供給する。なお、燃料電池システム１０は、車載用に限定されず、適宜の改変を施すことにより定置用等の種々の用途に適用し得る。
【００２７】
図１に示すように、燃料電池システム１０は、燃料電池１２（燃料電池スタック）と、燃料電池１２に接続され酸化剤ガスである空気を供給する酸化剤ガス供給装置１４と、エネルギを貯蔵するバッテリ装置１６と、システム制御装置である制御部１８とを備える。また、燃料電池システム１０は、図示しない他の構成として、燃料ガスである水素ガスを供給する燃料ガス供給装置、及び冷却媒体を供給する冷却媒体供給装置等を有する。
【００２８】
燃料電池１２は、水平方向又は鉛直方向に積層される複数の発電セル２０を内部に備え、燃料ガス供給装置から供給される水素ガスと、酸化剤ガス供給装置１４から供給される空気との化学反応に基づき発電を行う。発電セル２０は、電解質膜・電極構造体２２と、この電解質膜・電極構造体２２を挟持する一対のセパレータ２４とを含む。
【００２９】
電解質膜・電極構造体２２は、例えば、水分が含まれたパーフルオロスルホン酸の薄膜である固体高分子電解質膜２２ａ（ＰＥＭ）と、固体高分子電解質膜２２ａを挟持するアノード電極２２ｂ、カソード電極２２ｃとを備える。固体高分子電解質膜２２ａは、フッ素系電解質の他、ＨＣ系電解質が使用される。
【００３０】
一対のセパレータ２４は、アノード電極２２ｂに水素ガスを供給するための水素ガス流路２４ａと、カソード電極２２ｃに空気を供給するための空気流路２４ｂと、をそれぞれ電解質膜・電極構造体２２との間に形成している。発電セル２０の積層により互いに隣接することになるセパレータ２４同士の間には、冷却媒体を流通させる冷却媒体流路２４ｃが設けられる。
【００３１】
燃料電池１２は、空気入口２６、空気出口２８を有する。空気入口２６は、各発電セル２０の積層方向に貫通すると共に、空気流路２４ｂの供給側に連通する。空気出口２８は、各発電セル２０の積層方向に貫通すると共に、空気流路２４ｂの排出側に連通する。また図示は省略するが、燃料電池１２は、燃料ガス供給装置と水素ガス流路２４ａを連通する水素ガス入口及び水素ガス出口を備えると共に、冷却媒体供給装置と冷却媒体流路２４ｃを連通する冷却媒体入口及び冷却媒体出口を有している。
【００３２】
酸化剤ガス供給装置１４は、燃料電池１２の空気入口２６に連通して燃料電池１２に空気を供給する空気供給路３０と、この空気供給路３０の上流側に設けられるエアポンプ装置３２とを備える。また、空気供給路３０は、エアポンプ装置３２の下流側に供給側開閉弁３４、加湿器３６を有すると共に、加湿器３６を跨いでバイパス供給路３８が接続されている。このバイパス供給路３８にはバイパス開閉弁４０が設けられている。
【００３３】
エアポンプ装置３２は、外部の空気（大気）を圧縮して、空気供給路３０の下流側に供給する。このエアポンプ装置３２は、図２に示すように、内部のモータの回転により空気を送るポンプ本体４２と、燃料電池１２及びバッテリ装置１６に接続されポンプ本体４２を駆動する電力を受けるエアポンプ電力配分ユニット４４（以下、エアポンプＰＤＵ４４という）とを備える。エアポンプＰＤＵ４４は、３相ブリッジ型のインバータを備え、燃料電池１２やバッテリ装置１６の直流電圧を交流電圧に変換すると共に、制御部１８の制御下にポンプ本体４２を制御する。
【００３４】
図１に戻り、酸化剤ガス供給装置１４は、燃料電池１２に供給された排出空気（カソード電極２２ｃで使用された空気）を取り出す空気排出機構４６を、燃料電池１２の空気出口２８に接続している。空気排出機構４６は、空気排出路４８、バイパス流路５０及び空気循環路５２を有する。
【００３５】
空気排出路４８は、空気出口２８から加湿器３６の内部を通って延設されている。加湿器３６は、空気供給路３０の供給空気と、空気排出路４８の排出空気との間で水分や熱を交換する。また、空気排出路４８の加湿器３６よりも下流側には、排出側開閉弁５４、背圧弁５６が設けられ、さらに下流には排出空気を外部に排気するための図示しない希釈部が設けられている。
【００３６】
バイパス流路５０は、一端部が供給側開閉弁３４の上流側に接続され、他端部が排出側開閉弁５４及び背圧弁５６の下流側に接続されて、空気供給路３０と空気排出路４８との間を連通している。バイパス流路５０の途中位置には、この流路内を流通する空気の流量を調整するＢＰ流量調整弁５８が設けられている。また、空気循環路５２は、一端部が供給側開閉弁３４の下流側に接続され、他端部が排出側開閉弁５４の上流側に接続されて、空気供給路３０と空気排出路４８との間を連通している。空気循環路５２には、循環ポンプ６０が配置され、循環ポンプ６０は、空気排出路４８に排出された排出空気を、空気循環路５２を通って空気供給路３０に循環させる。
【００３７】
バッテリ装置１６は、図２に示すように、バッテリ６２及びバッテリコンタクタ６４を含み、高電圧を充放電可能な装置として構成されている。バッテリ６２は、燃料電池１２の発電前に各構成に電力を供給すると共に、燃料電池自動車の駆動時に燃料電池１２の出力をアシストする。また、バッテリ６２は、燃料電池１２が発電した電力や負荷（例えば、減速時のモータ）から回生された電力を貯蔵する。さらに、バッテリ６２は、充電の状態や放電リミットを制御部１８に通知する図示しないバッテリ情報処理部（バッテリＥＣＵ）を有している。
【００３８】
バッテリコンタクタ６４は、バッテリ６２と、燃料電池自動車の負荷（燃料電池システム１０の各種の補機を含む）又は燃料電池１２との間に設けられる。このバッテリコンタクタ６４は、バッテリ６２と負荷、或いはバッテリ６２と燃料電池１２の接続及び遮断を切り換える。
【００３９】
燃料電池システム１０の制御部１８は、燃料電池システム１０の補機（エアポンプ装置３２、加湿器３６、循環ポンプ６０、図示しない水素ポンプ、水ポンプ、インジェクタ等）を駆動制御して、燃料電池１２の発電を行う。また、本実施形態に係る制御部１８は、燃料電池１２の発電による電力と、バッテリ６２に充電されている電力とを合わせて管理することにより、燃料電池自動車の各負荷に電力を供給する。
【００４０】
詳細には、制御部１８は、エネルギ管理ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ：電子制御ユニット）６６及び燃料電池ＥＣＵ６８（以下、ＦＣ＿ＥＣＵ６８という）を備える。エネルギ管理ＥＣＵ６６及びＦＣ＿ＥＣＵ６８は、図示しない入出力インターフェース、プロセッサ及びメモリ等を備えるコンピュータ（マイクロコントローラを含む）が適用される。なお、制御部１８は、本実施形態のように複数のＥＣＵによって機能を分担するだけでなく、１つのＥＣＵにより構成されてもよい。
【００４１】
図２に示すように、エネルギ管理ＥＣＵ６６は、バッテリ６２（バッテリＥＣＵ）及びＦＣ＿ＥＣＵ６８に情報通信可能に接続され、さらに図示しない他のＥＣＵやセンサにも情報通信可能に接続されている。このエネルギ管理ＥＣＵ６６は、各ＥＣＵ及び各センサの情報に基づき燃料電池自動車の状態を認識して、燃料電池自動車内で使用するエネルギを把握する。またエネルギ管理ＥＣＵ６６は、燃料電池１２やバッテリ６２からの情報に基づき燃料電池自動車の各負荷に対する電流の配分、供給量、上限等を設定する。
【００４２】
一方、ＦＣ＿ＥＣＵ６８は、エネルギ管理ＥＣＵ６６に情報通信可能に接続されると共に、燃料電池システム１０の各補機（図２中に示すエアポンプＰＤＵ４４等）に接続されている。このＦＣ＿ＥＣＵ６８は、エネルギ管理ＥＣＵ６６が設定した燃料電池システム１０に関する各構成の電流指令値や電力上限値を受信し、各補機から送信される情報に基づき燃料電池システム１０を駆動させる。
【００４３】
例えば、ＦＣ＿ＥＣＵ６８は、エアポンプ装置３２を駆動する場合に、エアポンプ装置３２への電流指令値に基づきポンプ本体４２のモータの回転数（以下、エアポンプ回転数Ｒという）を設定して、エアポンプＰＤＵ４４に送信する。これによりエアポンプ装置３２は、バッテリ６２からエアポンプＰＤＵ４４にエアポンプ回転数Ｒに基づく電力が供給されて駆動を行う。また、ＦＣ＿ＥＣＵ６８は、エアポンプ装置３２の駆動と非駆動を切り換える場合に、エアポンプ装置３２への回転数指令を制御することにより切り換えを行う。或いは、ＦＣ＿ＥＣＵ６８もしくはバッテリＥＣＵからバッテリコンタクタ６４に指令を出すことによりバッテリ６２とエアポンプＰＤＵ４４の接続又は遮断を切り換えてもよい。
【００４４】
そして、本実施形態に係る燃料電池システム１０の制御部１８は、バッテリ装置１６から取得する電力量に関わる情報に基づきエアポンプ装置３２の駆動を制御する構成となっている。以下、この制御部１８による制御内容（エアポンプ装置３２の制御方法）について詳述していく。
【００４５】
図３に示すように、燃料電池システム１０のバッテリ６２は、燃料電池自動車の運転に応じて、その充電容量に対する充電残量の比であるＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）が変動する。例えば、バッテリ６２は、燃料電池自動車がイグニッションＯＮ（ＩＧＯＮ）により起動を開始して燃料電池１２が発電していない状態（図３中のｔ１〜ｔ２参照）で、エアポンプ装置３２を含む各負荷に電力を供給する。これによりＳＯＣが低下する。逆に、バッテリ６２は、燃料電池１２の発電後（図３中のｔ２〜ｔ３参照）に、燃料電池１２から電力が供給される、又は負荷から電力が回生される等により、充電が行われてＳＯＣが上昇する。
【００４６】
また、バッテリ装置１６は、バッテリ６２の出力電流の上限値である放電リミットＤを設定して、各負荷への電力供給を行う。この放電リミットＤは、バッテリ６２のＳＯＣに概ね比例するように設定される。さらに、バッテリ装置１６は、燃料電池自動車をユーザが運転する等の通常時（以下、オンボード時という）の放電リミットＤＯ（図３中の実線参照）に対し、燃料電池自動車のメンテナンスを行う等のサービス時の放電リミットＤＳ（図３中の１点鎖線参照）を所定値又は所定率だけ高く設定している。従って、オンボード時には、ＳＯＣが低くて電力が負荷に供給されなかったとしても、サービス時には、バッテリ６２からその負荷に電力を供給することが可能となる。
【００４７】
そして、制御部１８（エネルギ管理ＥＣＵ６６）は、図２に示すように、上記の放電リミットＤの情報をバッテリ装置１６から受信して、この放電リミットＤに基づき燃料電池自動車の各負荷への電流指令値ＩＯ及び電力上限値ＰＨ（取得値）を算出する。
【００４８】
電力上限値ＰＨのうちエアポンプ電力上限値ＡＰＨは、取得した放電リミットＤ中でのエアポンプ装置３２に分配する電力の上限値に相当する。エネルギ管理ＥＣＵ６６は、負荷の種類に応じた電力配分の優先順位情報を有することで、優先順位の高いものから電流指令値ＩＯ及び電力上限値ＰＨを割り振り、その際にエアポンプ電流指令値ＡＩＯ及びエアポンプ電力上限値ＡＰＨも設定する。
【００４９】
例えば、優先順位は、常に電力が確保される第１群、可及的に電力が確保される第２群、電力の供給及び供給停止が実施される第３群等に分類され得る。一例として、第１群には、燃料電池自動車の走行や安全性に関わるシステム、他のＥＣＵが含まれ、第２群には、燃料電池システム１０のエアポンプ等のように発電に必要な構成、又はデフロスタ機能を担うシステム（冷却システム）が含まれ、第３群には、車内空調管理、照明又はカーナビゲーション装置等の外部の電気的構成が含まれる。
【００５０】
また図３に示すように、エネルギ管理ＥＣＵ６６は、エアポンプ装置３２の機能に対応した定格値７１を有している。そして、エネルギ管理ＥＣＵ６６は、エアポンプ電力上限値ＡＰＨの設定において、放電リミットＤが充分に高い場合（図３中のｔ２〜ｔ３参照）に、定格値７１に合わせたエアポンプ電力上限値ＡＰＨを設定する。また、エネルギ管理ＥＣＵ６６は、放電リミットＤが低くなると、優先順位の高い補機への電力分配を行った後にエアポンプ電力上限値ＡＰＨの設定を行う。
【００５１】
エネルギ管理ＥＣＵ６６で算出されたエアポンプ電力上限値ＡＰＨは、図２に示すように、ＦＣ＿ＥＣＵ６８に送信され、ＦＣ＿ＥＣＵ６８は、このエアポンプ電力上限値ＡＰＨを超えない範囲でエアポンプ装置３２の駆動を行う。換言すれば、ＦＣ＿ＥＣＵ６８は、バッテリ装置１６の電力量に関わる情報に基づいて、エアポンプの駆動を制御する機能を有していると言い得る。特に、本実施形態では、バッテリ装置１６がバッテリ６２のＳＯＣから放電リミットＤを設定し、エネルギ管理ＥＣＵ６６が放電リミットＤからエアポンプ電力上限値ＡＰＨを設定し、ＦＣ＿ＥＣＵ６８がエアポンプ電力上限値ＡＰＨに基づきエアポンプ装置３２の駆動及び非駆動を判定する構成としている。これにより、バッテリ６２のＳＯＣに含まれているノイズ（他の補機等への電力供給等）が低減される。なお、制御部１８は、ＳＯＣや放電リミットＤに基づき、エアポンプ装置３２の駆動又は非駆動を判定してもよい。
【００５２】
より具体的には、図３に示すように、バッテリ６２のＳＯＣは、幾つかの閾値（退避目標値、オンボード用下限値、サービス用下限値）によって、バッテリ６２の状態を定義することができる。ここで、「退避目標値」とは、燃料電池システム１０の動作終了（退避）において、バッテリ６２を高寿命とするために、退避中にＳＯＣが目指す値である。例えば、何らかのフェールの発生により燃料電池１２の発電が停止した際に、バッテリ装置１６は、退避目標値に至るまでバッテリ６２の電力を各負荷に臨時に供給する（図３中のｔ３〜ｔ４参照）。退避目標値に至った後は、燃料電池自動車の駆動を停止して待機状態に移行する（図３中のｔ４〜ｔ５、ｔ５〜ｔ６参照）。
【００５３】
また、「オンボード用下限値」とは、オンボード時に燃料電池自動車を駆動させるために必要なＳＯＣの限界の値である。ＳＯＣがオンボード用下限値よりもある程度高い場合には、バッテリ６２から燃料電池自動車の各負荷に電力を安定的に供給することができる。また例えば、燃料電池システム１０は、オンボード時にＳＯＣがオンボード用下限値に近づいた場合に、燃料電池１２の高負荷連続運転を行って、オンボード用下限値を上回るように燃料電池１２からバッテリ６２へ充電を行うとよい。
【００５４】
さらに、「サービス用下限値」とは、サービス時に最低限必要な発電量を出させるために必要なＳＯＣの限界の値である。従って、サービス用下限値は、オンボード用下限値よりも低く設定される。サービス用下限値は、サービス時の電力判定に用いられてバッテリ６２の放電リミットＤＳを上げる。なお、バッテリ６２のＳＯＣは、このサービス用下限値よりも低下してしまうと、バッテリ６２から燃料電池自動車の各負荷に電力を供給することがもはやできなくなり、バッテリ交換等が必要になる。
【００５５】
バッテリ６２の放電リミットＤは、例えば、上記のオンボード用下限値及びサービス用下限値に対応して設定される。すなわち、ＳＯＣがオンボード用下限値を下回る段階で（図３中のｔ９、ｔ１０、ｔ１１参照）、オンボード時の放電リミットＤＯが０となる。その一方で、ユーザによりサービスを行う選択がなされた場合には、図３中のｔ１２、ｔ１３に示すように、サービス時の放電リミットＤＳに移行する。つまり、オンボード時にはＳＯＣがオンボード用下限値を下回り放電リミットＤＯが０となっても、サービス時には放電リミットＤＳが０を越えてバッテリ６２からの放電が可能となる。これによりサービス時に、燃料電池システム１０の各負荷に電力を供給することができる。
【００５６】
また、エネルギ管理ＥＣＵ６６は、上記の放電リミットＤに応じてエアポンプ電力上限値ＡＰＨを算出し、ＦＣ＿ＥＣＵ６８でエアポンプ電力上限値ＡＰＨと保有する閾値７０を比較して、エアポンプ装置３２を駆動させる又は駆動しないことを判定する。特に、制御部１８は、この判定を高度に行うため、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、エアポンプ装置３２の駆動内容（発電、掃気）を認識すると共に、算出されたエアポンプ電力上限値ＡＰＨを、さらに４段階に分けた電力上限ステータスに割り振る処理を行う。
【００５７】
なお、図４Ａ中に示す発電モードとは、燃料電池システム１０の制御時に、燃料電池１２に酸化剤ガスとして圧縮空気を供給する制御をいう。この発電モードは、エネルギ管理ＥＣＵ６６から燃料電池１２の発電要求が送信され、且つエネルギ管理ＥＣＵ６６から高圧使用許可のコマンドが送信された場合に実施される。一方、図４Ｂ中に示す掃気モードとは、燃料電池１２の空気流路２４ｂ内に残る酸化剤ガスや水分を排気するため、例えば、発電モードよりも低い回転速度でポンプ本体４２を回転させる制御をいう。掃気モードは、エネルギ管理ＥＣＵ６６から燃料電池１２の発電要求のコマンドが送信されずに、高圧使用許可のコマンドが送信された場合に実施される。
【００５８】
また、４段階の電力上限ステータスは、エアポンプ電力上限値ＡＰＨに数値０、１、２、３を割り振ることで設定される。ここで、数値０は、エアポンプ電力上限値ＡＰＨに基づくステータスを判断する前の状態を示す。数値１は、エアポンプ装置３２が起動できないエアポンプ電力上限値ＡＰＨであることを示す。数値２は、エアポンプ装置３２を起動できない可能性があるエアポンプ電力上限値ＡＰＨであることを示す。数値３は、エアポンプ装置３２が故障でない限りエアポンプ装置３２を起動することができるエアポンプ電力上限値ＡＰＨであることを示す。
【００５９】
そして図４Ａ及び図４Ｂに示すように、ＦＣ＿ＥＣＵ６８が保有する閾値７０は、上記の電力上限ステータスにエアポンプ電力上限値ＡＰＨをリアルタイムに割り振るため、複数用意されている。つまり、発電モードに応じて発電第１閾値７２ａ、発電第２閾値７４ａを有すると共に、掃気モードに応じて掃気第１閾値７２ｂ、掃気第２閾値７４ｂを有する。
【００６０】
発電第１閾値７２ａと掃気第１閾値７２ｂ（まとめて第１閾値７２ともいう。図２も参照）は、この第１閾値７２以上でエアポンプ装置３２の各モードにおける駆動に支障がない境界を示す。発電第２閾値７４ａと掃気第２閾値７４ｂ（まとめて第２閾値７４ともいう。図２も参照）は、第１閾値７２よりも低い値であり、この第２閾値７４以下でエアポンプ装置３２の各モードの駆動に支障が生じる境界を示す。また、第２閾値７４は、図３に示すように、ＳＯＣのオンボード用下限値に対応している。すなわち、ＳＯＣがオンボード用下限値を下回ることと、エアポンプ電力上限値ＡＰＨが第２閾値７４を下回ることは同じ意味である。
【００６１】
ＦＣ＿ＥＣＵ６８は、エアポンプ電力上限値ＡＰＨが、第１閾値７２以上の場合に電力上限ステータス＝３を付与し、第１閾値７２より小さく第２閾値７４以上の場合に電力上限ステータス＝２を付与し、第２閾値７４より小さい場合に電力上限ステータス＝１を付与する。
【００６２】
より具体的には、図５に示すフローチャートのような処理フローを実施して、現在のバッテリ６２の状態に基づくエアポンプ装置３２の電力上限ステータスを設定する。この処理フローにおいて、ＦＣ＿ＥＣＵ６８は、まず、電力算出フラグが０から１になっているか否かを判定する（ステップＳ１）。電力算出フラグは、ＦＣ＿ＥＣＵ６８が内部に保有するレジスタであり、燃料電池システム１０の起動時に、ステータスを割り振るか否かを判断するために使用される。例えば、電力算出フラグは、エネルギ管理ＥＣＵ６６からエアポンプ電力上限値ＡＰＨを受信することに基づき立てられる。
【００６３】
そして、電力算出フラグが０の場合（ステップＳ１：ＮＯの場合）は、ステップＳ２において、電力上限ステータスとして０を割り振って処理フローを終了する。一方、電力算出フラグが１の場合（ステップＳ１：ＹＥＳの場合）は、ステップＳ３において、燃料電池システム１０が発電モードを実施するか否か、すなわちエアポンプ装置３２の駆動内容（発電モード又は掃気モード）を判定する。
【００６４】
発電モードを実施しない場合（ステップＳ３：ＮＯの場合）は、掃気モードを実施する。この場合、ステップＳ４において、エアポンプ電力上限値ＡＰＨと掃気第１閾値７２ｂを比較する。そして、エアポンプ電力上限値ＡＰＨが掃気第１閾値７２ｂよりも小さい場合（ステップＳ４：ＮＯの場合）にステップＳ５に進み、エアポンプ電力上限値ＡＰＨが掃気第１閾値７２ｂ以上の場合（ステップＳ４：ＹＥＳの場合）にステップＳ８に進む。
【００６５】
さらに、ステップＳ５において、エアポンプ電力上限値ＡＰＨと掃気第２閾値７４ｂを比較する。そして、エアポンプ電力上限値ＡＰＨが掃気第２閾値７４ｂよりも小さい場合（ステップＳ５：ＮＯの場合）にステップＳ６に進み、ステップＳ６において、電力上限ステータスとして１を割り振って処理を終了する。一方、エアポンプ電力上限値ＡＰＨが掃気第２閾値７４ｂ以上の場合（ステップＳ５：ＹＥＳの場合）にステップＳ７に進み、ステップＳ７において、電力上限ステータスとして２を割り振って処理を終了する。また、ステップＳ８では、電力上限ステータスとして３を割り振って処理を終了する。
【００６６】
これに対し、発電モードを実施する場合（ステップＳ３：ＹＥＳの場合）は、ステップＳ９において、エアポンプ電力上限値ＡＰＨと発電第１閾値７２ａを比較する。そして、エアポンプ電力上限値ＡＰＨが発電第１閾値７２ａよりも小さい場合（ステップＳ９：ＮＯの場合）にステップＳ１０に進み、エアポンプ電力上限値ＡＰＨが発電第１閾値７２ａ以上の場合（ステップＳ９：ＹＥＳの場合）にステップＳ１３に進む。
【００６７】
さらに、ステップＳ１０において、エアポンプ電力上限値ＡＰＨと発電第２閾値７４ａを比較する。そして、エアポンプ電力上限値ＡＰＨが発電第２閾値７４ａよりも小さい場合（ステップＳ１０：ＮＯの場合）にステップＳ１１に進み、ステップＳ１１において、電力上限ステータスとして１を割り振って処理を終了する。一方、エアポンプ電力上限値ＡＰＨが発電第２閾値７４ａ以上の場合（ステップＳ１０：ＹＥＳの場合）にステップＳ１２に進み、ステップＳ１２において、電力上限ステータスとして２を割り振って処理を終了する。また、ステップＳ１３では、電力上限ステータスとして３を割り振って処理を終了する。
【００６８】
ＦＣ＿ＥＣＵ６８は、以上の処理フローによって、エアポンプ電力上限値ＡＰＨに応じた適宜の電力上限ステータスを設定することができる。すなわち、燃料電池システム１０は、燃料電池１２の発電要求と掃気要求を判別して第１及び第２閾値７２、７４を変更して電力上限ステータスを割り振る。これにより、エアポンプ装置３２の駆動内容に即して、該エアポンプ装置３２の駆動と非駆動とを判定することができる。さらに、燃料電池システム１０は、上記の処理フローを定期的に繰り返すことにより、電力上限ステータスを更新することができる。
【００６９】
電力上限ステータスの設定後、ＦＣ＿ＥＣＵ６８は、エアポンプ駆動要求のコマンドをエアポンプＰＤＵ４４又は燃料電池１２から受信することで、エアポンプ装置３２の駆動又は非駆動を切り換える制御を行う。詳細には、図６Ａに示すように、電力上限ステータスが３の場合には、エアポンプ駆動要求がＯＮされると、エアポンプ駆動許可フラグを０から１にする。なお、制御部１８は、ＩＧＯＮ後でエアポンプ駆動要求がＯＮになるまでの間に、燃料電池自動車がオンボード時であるか、サービス時であるかを判定し、また上述した発電モード又は掃気モードを判定している。図６Ａ及び図６Ｂは発電モード中におけるエアポンプ装置３２の駆動判定を示している。また、図示は省略するが、電力上限ステータスが２の場合にも、エアポンプ駆動要求がＯＮされると、エアポンプ駆動許可フラグを０から１にする。
【００７０】
エアポンプ駆動許可フラグは、ＦＣ＿ＥＣＵ６８が内部に保有するレジスタであり、エアポンプ装置３２の駆動状態を決めるために用いられる。ＦＣ＿ＥＣＵ６８は、このエアポンプ駆動許可フラグが１になったことに基づき、エネルギ管理ＥＣＵ６６から指示されているエアポンプ電流指令値ＡＩＯからエアポンプ回転数Ｒを算出して、算出したエアポンプ回転数ＲをエアポンプＰＤＵ４４に出力する。
【００７１】
そして、イグニションがＯＦＦ操作（ＩＧＯＦＦ）されて、燃料電池システム１０の発電モードが終了すると、エアポンプ駆動要求もＯＦＦされる。ＦＣ＿ＥＣＵ６８は、このエアポンプ駆動要求のＯＦＦに基づき、レジスタにラッチしていたエアポンプ駆動許可フラグを１から０とし、エアポンプ装置３２の駆動を停止する（エアポンプ回転数Ｒを０にする）。
【００７２】
これに対し、図６Ｂに示すように、電力上限ステータスが１の場合には、エアポンプ駆動要求がＯＮされても、エアポンプ駆動許可フラグを立ち上げずに０のままとする。これにより、エアポンプ装置３２の駆動が停止される。また、ＦＣ＿ＥＣＵ６８は、エアポンプ駆動要求のＯＮ時に図示しないタイマにより時間計測を開始し、所定の時間範囲の間に電力上限ステータスが２以上となるか否かを監視する。
【００７３】
そして、所定の時間範囲の間に電力上限ステータスが１のままであった場合には、エアポンプ駆動禁止フラグを０から１とする。エアポンプ駆動禁止フラグは、ＦＣ＿ＥＣＵ６８が内部に保有するレジスタであり、エアポンプ装置３２の駆動停止を決めるために用いられる。このエアポンプ駆動禁止フラグが立ち上がると、ＦＣ＿ＥＣＵ６８は、エアポンプ駆動要求を強制的にＯＦＦとし、燃料電池１２による発電を停止する。逆に、所定の時間範囲の間にエアポンプ電力上限値ＡＰＨが２以上になった場合には、エアポンプ駆動許可フラグを１とすることで、エアポンプを駆動させる。
【００７４】
以上の制御により、制御部１８は、エアポンプ電力上限値ＡＰＨが低い場合に、ポンプ本体４２を無理に回転させることがなく、エアポンプ装置３２の駆動に伴うバッテリ６２の電力消費を避けることができる。また、エアポンプ電力上限値ＡＰＨが第２閾値７４よりも高くエアポンプが起動できる可能性がある場合（電力上限ステータスが２以上の場合）には、エアポンプ装置３２を駆動することで、燃料電池１２の発電を開始させることができる。
【００７５】
さらに、燃料電池システム１０は、電力制限ステータスが２に設定されてエアポンプ装置３２の駆動を失敗した場合に、フェールを検知せずにエアポンプ電力上限値ＡＰＨの低下に基づき発電を停止したことを記録するとよい。これにより、サービス時におけるエアポンプ装置３２の点検等を不必要に行わずに済み、サービス時の作業性が向上する。その一方で、電力制限ステータスが３に設定されてエアポンプ装置３２の駆動を失敗した場合には、エアポンプ装置３２に異常が生じている可能性が高いため、フェールを検知する（ＤＴＣコードを記録する）とよい。これにより、エアポンプ装置３２のメンテナンスを重点的に行うことができる。
【００７６】
また、制御部１８は、エアポンプ装置３２に駆動許可を与えた後に、エアポンプ装置３２のエア流量を監視して、エアポンプ装置３２が正常に起動したか否かを判定するように構成されている。具体的には、エアポンプ装置３２が正常の場合には、図７に示すように、ＦＣ＿ＥＣＵ６８が指令しているエアポンプ回転数Ｒと、実際のエアポンプ装置３２の回転数（実回転数）が一致する。そのため、ＦＣ＿ＥＣＵ６８は、タイマが計測する所定時間のうちに、流量計８０（図１参照）により検出するエア流量が予め保有しているエア流量閾値７６を上回ることを検知する。そして、エアポンプによるエア流量がエア流量閾値７６を越えたことを判定すると、それまで閉塞していたバイパス開閉弁４０を開放して、燃料電池１２へのエアの供給を行う。
【００７７】
これに対し、エアポンプ装置３２に異常がある場合には、図８及び図９に示すように、ＦＣ＿ＥＣＵ６８が指令しているエアポンプ回転数Ｒに対し、エアポンプ装置３２の実回転数が届かない、或いは実回転数が徐々に低下する等の現象を生じさせる。これにより、ＦＣ＿ＥＣＵ６８は、所定時間のうちに、検出しているエア流量がエア流量閾値７６を越えないことを検知する。
【００７８】
そしてこの場合、ＦＣ＿ＥＣＵ６８は、エネルギ管理ＥＣＵ６６から送信されるエアポンプ電力上限値ＡＰＨに基づき、エアポンプ装置３２の異常の内容を特定する。詳細には、取得するエアポンプ電力上限値ＡＰＨが開始後判定閾値７８（例えば、発電モードの場合は発電第２閾値７４ａ、掃気モードの場合は掃気第２閾値７４ｂに一致する値）を下回ったか否かを判定する。
【００７９】
図８に示すように、エアポンプ電力上限値ＡＰＨが開始後判定閾値７８以上の場合は、バッテリ６２がエアポンプ装置３２に供給する電力に問題がないと見なすことができる。この場合の異常としては、ポンプ本体４２又はエアポンプＰＤＵ４４の異常によって回転数が上昇しない、或いは空気供給路３０の圧損が大きい等の原因が考えられる。そのため、ＦＣ＿ＥＣＵ６８は、酸化剤ガス供給装置１４に問題が生じていることを推定して「エア流量低下異常」というフェール（ＤＴＣコード）を特定する。この「エア流量低下異常」のＤＴＣコードは、ＦＣ＿ＥＣＵ６８のメモリに記憶され、また他のＥＣＵに通知される。さらに、ＦＣ＿ＥＣＵ６８は、燃料電池システム１０の発電停止を実施すると共に、報知手段（タッチパネル、インジケータ、スピーカ等）を介して、このＤＴＣコードに基づく異常を報知するとよい。
【００８０】
その一方で、図９に示すように、エアポンプ電力上限値ＡＰＨが開始後判定閾値７８よりも低下した場合は、バッテリ６２がエアポンプ装置３２に供給する電力に問題があると見なすことができる。すなわち、エアポンプ電力上限値ＡＰＨが低くなることが原因である可能性がある。この場合、ＦＣ＿ＥＣＵ６８は、電力供給の異常として、「エアポンプ電力上限値低下」というフェール（ＤＴＣコード）を特定し、メモリに記憶すると共に、他のＥＣＵに通知する。またＦＣ＿ＥＣＵ６８は、「エア流量低下異常」と同様に、燃料電池システム１０の発電停止を実施すると共に、報知手段（タッチパネル、インジケータ、スピーカ等）を介して、このＤＴＣコードに基づく異常を報知するとよい。或いは、エアポンプ電力上限値ＡＰＨが低い場合には、フェールとして検知せずに、電力低下による発電停止である旨を記憶してもよい。
【００８１】
以上のように、本実施形態に係る燃料電池システム１０は、バッテリ装置１６の電力量に関わる情報（放電リミットＤ）から得られるエアポンプ電力上限値ＡＰＨに基づき、エアポンプ装置３２の駆動と非駆動とを良好に切り換えることができる。すなわち、エアポンプ電力上限値ＡＰＨが第２閾値７４以上の場合にエアポンプ装置３２を駆動させることで、充電残量が残っているバッテリ６２により燃料電池システム１０の起動をトライすることができる。これにより燃料電池１２が発電する可能性があり、バッテリ６２や負荷に電力を供給することが可能となる。その一方で、エアポンプ電力上限値ＡＰＨが第２閾値７４より低下した場合にエアポンプ装置３２を駆動しないことで、バッテリ６２の電力低下を抑えることが可能となる。その結果、不要なバッテリ交換を抑制することができる。
【００８２】
また、燃料電池システム１０は、エアポンプ電力上限値ＡＰＨを用いることで、他の補機への電力分配等の要素（ノイズ）を省いて、エアポンプ装置３２に供給する電力の上限に基づき駆動と非駆動を精度よく判定することができる。さらに制御部１８は、バッテリ６２の放電リミットＤを取得することで、エアポンプ電力上限値ＡＰＨを簡単に算出することができる。
【００８３】
またさらに、燃料電池システム１０は、第１閾値７２と第２閾値７４を使用してエアポンプ電力上限値ＡＰＨを判定することで、エアポンプ装置３２の制御をより詳細に設定することができる。例えば、エアポンプ電力上限値ＡＰＨが第１閾値７２以上でエアポンプ装置３２の駆動を失敗した場合には、エアポンプ装置３２自体に異常が生じている可能性があるため、その旨を検知することで、メンテナンス等を効率的に行うことができる。これに対し、エアポンプ電力上限値ＡＰＨが第１閾値７２より低く且つ第２閾値７４以上でエアポンプ装置３２の駆動を失敗した場合に、電力が制限されていた旨を検知することで、電力の制限により駆動できなかった可能性があることを認識することができる。
【００８４】
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能なことは言うまでもない。例えば、本実施形態において、制御部１８は、バッテリ装置１６から電力量に関わる情報として放電リミットＤを取得して、エアポンプ電力上限値ＡＰＨを算出し、このエアポンプ電力上限値ＡＰＨと閾値７０を比較する構成とした。しかしながら、制御部１８は、オンボード時の燃料電池自動車の起動において、バッテリ６２のＳＯＣを取得して、このＳＯＣと、予め保有しているオンボード用下限値とを比較する構成でもよい（図３参照）。
【００８５】
この場合、ＳＯＣがオンボード用下限値以上の場合には、バッテリ装置１６からエアポンプ装置３２への電力供給を行ってエアポンプ装置３２を駆動させる。その一方で、ＳＯＣがオンボード用下限値よりも低下した場合には、バッテリ装置１６からエアポンプ装置３２への電力供給を遮断してエアポンプの駆動を停止する。これにより、ＳＯＣがオンボード用下限値を下回った場合に、バッテリ６２の電力低下が抑えられ、サービス時の電力を確保することができる。
【符号の説明】
【００８６】
１０…燃料電池システム            １２…燃料電池
１４…酸化剤ガス供給装置          １６…バッテリ装置
１８…制御部                      ３２…エアポンプ装置
４２…ポンプ本体                  ４４…エアポンプＰＤＵ
６２…バッテリ                    ６４…バッテリコンタクタ
６６…エネルギ管理ＥＣＵ          ６８…ＦＣ＿ＥＣＵ
７０…閾値                        ７２…第１閾値
７４…第２閾値                    ７６…エア流量閾値
７８…開始後判定閾値              ＡＰＨ…エアポンプ電力上限値
Ｄ、ＤＯ、ＤＳ…放電リミット
【図１】
0006364043.tif 000002
【図２】
0006364043.tif 000003
【図３】
0006364043.tif 000004
【図４】
0006364043.tif 000005
【図５】
0006364043.tif 000006
【図６】
0006364043.tif 000007
【図７】
0006364043.tif 000008
【図８】
0006364043.tif 000009
【図９】
0006364043.tif 000010