(57)【要約】【課題】  短時間で圧力センサを解凍することができ、結果として、システムの起動時間を短縮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】  燃料電池システムにおいては、外気温に基づいて、圧力センサ解凍ヒータ１７，２５，３１による圧力センサ１６，２４，３０の加熱を停止するまでの時間を決定することにより、これら圧力センサ１６，２４，３０の内部が凍結する可能性がある氷点下時にのみ圧力センサ解凍ヒータ１７，２５，３１を作動させることができるため、短時間で当該圧力センサ１６，２４，３０を解凍することができ、結果として、システム全体の起動時間を短縮することができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて燃料電池を発電させる場合に、少なくとも前記燃料ガス及び酸化剤ガスを被測定媒体として圧力を検出して、当該被測定媒体の圧力を制御する燃料電池システムにおいて、
前記被測定媒体の圧力を検出する圧力検出手段と、
前記圧力検出手段の近傍に設置され、起動時に当該圧力検出手段を加熱する加熱手段と、
外気温を検出する外気温検出手段と、
前記外気温検出手段によって検出される外気温に基づいて、システム起動時に前記加熱手段により前記圧力検出手段の加熱を開始してから停止するまでの時間を決定する制御手段と
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
冷却水の温度を検出する冷却水温度検出手段を備え、
前記制御手段は、起動時に前記冷却水温度検出手段によって検出される冷却水の温度に基づいて、前記外気温に基づいて決定した前記加熱手段による前記圧力検出手段の加熱を停止するまでの時間を補正することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
大気圧を検出する大気圧検出手段を備え、
前記圧力検出手段は、
圧力を受けて変位して当該圧力に応じた出力を発生する受圧部と、
前記受圧部に対して前記被測定媒体を導く開口部を有する圧力導入ポートと、
前記圧力導入ポートと連結された空間であって前記受圧部に対して均等に圧力を伝達するように設けた空間である導圧室とを有し、
前記制御手段は、起動時における前記圧力検出手段によって検出された圧力が所定値以上である場合には、当該圧力検出手段の出力が前記大気圧検出手段によって検出された大気圧相当になった時点で、前記加熱手段による前記圧力検出手段の加熱を停止させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば燃料電池車両に搭載可能な燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、燃料ガス及び酸化剤ガスを燃料電池スタックに供給して発電させるときに、燃料ガス及び酸化剤ガスの圧力を調整することによって燃料電池スタックの発電量等を制御する燃料電池システムが知られている。
【０００３】
このような燃料電池システムにおいて、燃料ガスとしての水素や酸化剤ガスとしての空気の圧力は、燃料電池の発電を制御するためには重要なパラメータであり、圧力センサによって測定する必要がある。
【０００４】
ところで、燃料電池システムを氷点下雰囲気に放置した場合には、システムに残存している結露水が凍結し、これに起因してセンサやアクチュエータ等の作動に支障を与える場合がある。燃料電池システムにおいては、発電するに際して水素及び空気の圧力制御が重要となるので、センサやアクチュエータが十分に作動しない場合には、起動することが困難となる。更に、従来では、燃料電池スタックの加湿や温度調整を行うために燃料電池スタックの内部に純水を循環させているが、燃料電池スタック内での純水圧力を調整することも重要となる。
【０００５】
そこで、従来では、例えば特許文献１に記載されているように、燃料電池システムの停止時に、流速の速い空気を発生させて水滴を除去することにより、当該燃料電池システム内の結露水を飛散させ、凍結を防止する技術が提案されている。
【特許文献１】特開２００３−２０３６６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した特許文献１に記載された技術をはじめとし、流速の速い空気を用いて水滴を飛散させる従来の燃料電池システムにおいては、圧力センサにおける圧力導入ポートが閉塞しているので、当該圧力導入ポートに滞留している水滴を飛散させるのは困難であり、水滴が残留してしまい、圧力センサの凍結回避には効果が小さく、水分の凍結を回避することができないという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、上述した問題に鑑みて提案されたものであり、短時間で圧力センサを解凍することができ、結果として、システムの起動時間を短縮することができる燃料電池システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて燃料電池を発電させる場合に、少なくとも前記燃料ガス及び酸化剤ガスを被測定媒体として圧力を検出して、当該被測定媒体の圧力を制御する燃料電池システムにおいて、被測定媒体の圧力を検出する圧力検出手段と、圧力検出手段の近傍に設置され、起動時に当該圧力検出手段を加熱する加熱手段と、外気温を検出する外気温検出手段を備えて、制御手段により、外気温に基づいて、加熱手段による圧力検出手段の加熱を停止するまでの時間を決定することで、上述の課題を解決する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る燃料電池システムによれば、外気温に基づいて、加熱手段による圧力検出手段の加熱を停止するまでの時間を決定することにより、圧力検出手段の内部が凍結する可能性がある氷点下時にのみ加熱手段を作動させることができる。これにより、本発明に係る燃料電池システムによれば、短時間で圧力検出手段を解凍することができ、結果として、システム全体の起動時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を適用した具体的な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１１】
［第１実施形態］
本発明は、例えば図１に示すように構成された第１実施形態に係る燃料電池システムに適用される。
【００１２】
［燃料電池システムの構成］
第１実施形態に係る燃料電池システムは、例えば燃料電池車両に搭載され、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電する燃料電池スタック１に発電反応を行わせ、当該燃料電池スタック１にて発電した発電電力を駆動モータ等の負荷に供給することにより、車両の走行トルクを発生させる。
【００１３】
燃料電池スタック１は、当該燃料電池システムの主電源であって、発電反応を発生させるための水素を多量に含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとしての空気が供給されることによって発電する。この燃料電池スタック１は、例えば、固体高分子電解質膜を挟んで、燃料ガスとしての水素が供給される燃料極（水素極）と酸化剤ガスとしての空気が供給される酸化剤極（空気極）とを対設した燃料電池セルを備え、当該燃料電池セルを複数積層することによって構成されている。すなわち、この燃料電池スタック１による発電は、燃料極にて水素が電子を放出してイオン化し、生成された水素イオン（Ｈ＋）が高分子電解質膜を通過して酸化剤極に到達し、この水素イオンが酸化剤極にて酸素と結合して水（Ｈ２Ｏ）を生成することによって行われる。このような燃料電池スタック１には、特に図示しないが、水素ガスを通過せる水素ガス流路、空気を通過させる空気流路、純水を循環させる純水循環流路が内部に形成されている。
【００１４】
この燃料電池システムは、燃料電池スタック１の発電反応に使用される燃料ガスとしての水素ガスを供給する燃料供給系である水素供給系、燃料電池スタック１の発電反応に使用される酸化剤ガスとしての空気を供給する酸化剤供給系である空気供給系、燃料電池スタック１の加湿及び冷却に使用される純水を循環させる純水循環系を備える。これらの各系は、後述するコントローラ２からの制御信号を入力することによって動作が制御される。
【００１５】
水素供給系には、加湿器１５の水素ガス入口と接続された水素配管Ｌ１に、例えば高圧水素タンク等を含む水素供給装置１１、この水素供給装置１１から供給される高圧水素を減圧する減圧弁１２、水素の圧力を可変制御する水素圧力制御弁１３、及び当該水素配管Ｌ１を流れる水素の流れ方向を後述する水素供給配管Ｌ２又は水素バイパス配管Ｌ４のいずれかに切り換える水素供給方向切換弁１４が設けられている。
【００１６】
また、この水素供給系には、加湿器１５の水素ガス出口と燃料電池スタック１の水素ガス入口とを接続する水素供給配管Ｌ２に、水素の圧力を検出する水素圧力センサ１６、当該水素圧力センサ１６を加熱して解凍する加熱手段である圧力センサ解凍ヒータ１７が設けられている。
【００１７】
さらに、この水素供給系には、燃料電池スタック１の水素ガス出口と接続された水素排出配管Ｌ３に、燃料電池スタック１から排出された余剰分の水素を空気を用いて燃焼させる燃焼器１８が設けられている。さらにまた、この水素供給系には、水素配管Ｌ１の水素供給方向切換弁１４によって分岐されて水素排出配管Ｌ３と接続する水素バイパス配管Ｌ４が設けられている。
【００１８】
このような水素供給系においては、燃料電池スタック１を発電させるに際して、コントローラ２により水素圧力センサ１６からの圧力信号を参照して現在の水素ガス圧力値を認識する。そして、コントローラ２は、減圧弁１２及び水素圧力制御弁１３の開度を調整することによって水素ガスの圧力を調整し、水素供給装置１１から加湿器１５を介して燃料電池スタック１の水素ガス入口に水素ガスを供給させる。これにより、水素供給系においては、燃料電池スタック１の内部に設けられた水素ガス流路を流れる水素ガスの圧力が調整される。このとき、水素供給系においては、コントローラ２により、水素供給方向切換弁１４の加湿器１５側の開閉口を開動作させると共に、水素バイパス配管Ｌ４側の開閉口を閉動作させる。
【００１９】
そして、燃料電池スタック１は、一部の水素を発電反応に使用し、発電反応に使用されなかった一部の水素を水素ガス出口から水素排出配管Ｌ３に排出する。この燃料電池スタック１の水素ガス出口から排出された水素ガスは、水素排出配管Ｌ３を介して燃焼器１８に供給される。
【００２０】
空気供給系には、加湿器１５の空気入口と接続された空気配管Ｌ５に、外気を濾過するエアフィルタ１９、空気流量を検出するエアフローメータ２０、所定の駆動モータ２１によって駆動され、エアフィルタ１９によって濾過された空気を圧縮して吐出するコンプレッサ等を含む空気供給装置２２、及び当該空気配管Ｌ５を流れる空気の流れ方向を後述する空気供給配管Ｌ６又は空気バイパス配管Ｌ８のいずれかに切り換える空気供給空気供給方向切換弁２３が設けられている。
【００２１】
また、この空気供給系には、加湿器１５の空気出口と燃料電池スタック１の空気入口とを接続する空気供給配管Ｌ６に、空気の圧力を検出する空気圧力センサ２４、当該空気圧力センサ２４を加熱して解凍する加熱手段である圧力センサ解凍ヒータ２５が設けられている。さらに、この空気供給系には、燃料電池スタック１の空気出口と接続された空気排出配管Ｌ７に、当該空気供給系を流れる空気の圧力を可変制御する空気圧力制御弁２６が設けられている。さらにまた、この空気供給系には、空気配管Ｌ５の空気供給方向切換弁２３によって分岐され、空気圧力制御弁２６と燃焼器１８との間の空気排出配管Ｌ７と接続する空気供給配管Ｌ８が設けられている。
【００２２】
このような空気供給系においては、燃料電池スタック１を発電させるに際して、コントローラ２により空気圧力センサ２４からの圧力信号を参照して現在の空気圧力値を認識する。そして、コントローラ２は、空気供給装置２１によって外気を圧縮し、水素供給装置１１から加湿器１５を介して燃料電池スタック１の空気入口に圧縮空気を供給させる。このとき、空気供給系においては、コントローラ２により、空気供給方向切換弁２３の加湿器１５側の開閉口を開動作させると共に、空気バイパス配管Ｌ８側の開閉口を閉動作させる。
【００２３】
また、この空気供給系においては、燃料電池スタック１の排空気下流側の空気排出配管Ｌ７の空気圧力制御弁２６の開度がコントローラ２によって調整され、当該燃料電池スタック１の内部に設けられた空気流路を流れる空気の圧力が調整される。
【００２４】
そして、燃料電池スタック１は、供給された圧縮空気を発電反応に使用し、余剰分の空気を空気出口から空気排出配管Ｌ７に排出する。この燃料電池スタック１の空気出口から排出された空気は、空気排出配管Ｌ７を介して燃焼器１８に供給される。
【００２５】
このような燃料電池システムにおいて、燃焼器１８は、燃料電池スタック１から排出された水素ガスと空気とを所定の触媒によって酸化させ、大気へと放出可能な水蒸気等を含む高温の排出ガスへと変化させる。そして、この燃焼器１８から排出された排出ガスは、外部へと排出される。
【００２６】
このとき、燃焼電池システムにおいて、燃焼器１８によって発生した熱を後述する純水循環系を流れる純水に対して伝達する場合には、コントローラ２により、排出ガスの経路を切り換える排出ガス方向切換弁２７の熱交換器２８側を開動作させ、燃焼器１８からの排出ガスを熱交換器２８に通した後、外部へと排出する。一方、燃焼電池システムにおいては、燃焼器１８によって発生した排出ガスを外気に排出する場合には、コントローラ２により、排出ガス方向切換弁２７の外気側を開動作させる。
【００２７】
純水循環系は、固体高分子電解質膜に比較的多くの純水を供給して加湿させたり、燃料電池スタック１の温度を調整するために、燃料電池スタック１の純水循環流路内に純水を循環させる。この純水循環系は、燃料電池スタック１の純水循環流路と接続された純水循環配管Ｌ９を備えて構成される。純水循環配管Ｌ９には、図示しない純水タンクから純水を汲み上げて燃料電池スタック１を冷却したり低温時には暖機したりするための純水を循環させる循環ポンプ２９、燃焼器１８によって発生した熱を純水に対して伝達する熱交換器２８が設けられている。また、この純水循環配管Ｌ９には、純水の圧力を検出する純水圧力センサ３０、当該純水圧力センサ３０を加熱して解凍する加熱手段である圧力センサ解凍ヒータ３１が設けられている。
【００２８】
このような純水循環系においては、燃料電池スタック１が発電している際に、コントローラ２によって純水圧力センサ３０からの圧力信号を参照して現在の純水圧力値を認識する。そして、コントローラ２は、純水圧力値を所定範囲となるように循環ポンプ２９を駆動させる。これにより、純水循環系においては、循環ポンプ２９によって純水タンク内の純水を取り込んで、純水循環配管Ｌ９を介して燃料電池スタック１内の純水循環流路に純水を供給し、純水循環流路から排出された純水を純水タンク内に戻す。このとき、純水循環系においては、純水循環配管Ｌ９の途中に熱交換器２８を設けていることにより、発電している燃料電池スタック１内を通過した純水を調整する。
【００２９】
このような各系を備えた燃料電池システムを通常の温度環境下で運転する時には、上述したように、コントローラ２は、燃料電池スタック１に対して水素ガス及び空気を供給すべく、水素供給方向切換弁１４及び空気供給方向切換弁２３の燃料電池スタック１側を開動作させると共に、水素供給方向切換弁１４及び空気供給方向切換弁２３の水素バイパス配管Ｌ４側及び空気バイパス配管Ｌ８側を閉動作させる。
【００３０】
一方、燃焼電池システムを低温環境下で起動させる時には、コントローラ２は、水素供給方向切換弁１４の水素バイパス配管Ｌ４側及び空気供給方向切換弁２３の空気バイパス配管Ｌ８側を開動作させ、水素バイパス配管Ｌ４を介して水素ガスを燃焼器１８に供給すると共に空気供給配管Ｌ８を介して空気を燃焼器１８に供給し、これら水素ガスと空気とを燃焼させる。さらに、コントローラ２は、排出ガス方向切換弁２７の熱交換器２８側を開動作させ、燃焼器１８からの排出ガスを熱交換器２８に通すことにより、純水循環配管Ｌ９を流れる純水を加熱する。
【００３１】
これにより、燃料電池システムにおいては、純水循環配管Ｌ９の途中に熱交換器２８を設けていることにより、通常運転時には、発電している燃料電池スタック１内を通過することによって暖まった純水を冷却する温度調整機能を備える一方で、低温起動時には、純水と排出ガスとの間での熱交換によって燃料電池スタック１を効率良く暖機を行う機能を備える。
【００３２】
更に、コントローラ２は、燃料電池システムを低温環境下で起動させる場合には、圧力センサ解凍ヒータ１７、圧力センサ解凍ヒータ２５及び圧力センサ解凍ヒータ３１を駆動させて、水素圧力センサ１６、空気圧力センサ２４及び純水圧力センサ３０を暖機する。これにより、コントローラ２は、前回の燃料電池システムの停止時に各水素圧力センサ１６、空気圧力センサ２４及び純水圧力センサ３０に残存して凍結した水分を解凍する。
【００３３】
［圧力センサの内部構造］
つぎに、上述した燃料電池システムの低温起動時において、内部の水分が解凍される水素圧力センサ１６、空気圧力センサ２４、純水圧力センサ３０のそれぞれの内部構造について、図２を用いて説明する。なお、以下の説明においては、水素圧力センサ１６、空気圧力センサ２４及び純水圧力センサ３０を総称する場合には、「圧力センサ１６，２４，３０」と呼び、当該圧力センサ１６，２４，３０に導入される水素ガス、空気及び純水を総称して、「被測定媒体」と呼ぶ。
【００３４】
圧力センサ１６，２４，３０は、被測定媒体の圧力を受けて変位する受圧部であるダイアフラム５１として、２枚のセラミック基板を貼り合わせ、当該２枚のセラミック間に電極５２を挟まれたものを備える。この圧力センサ１６，２４，３０は、セラミック基板が外圧の影響を受けることによって電極５２間の距離が変化することに応じて、静電容量が変化することを検出して当該圧力に応じた出力を発生する。
【００３５】
圧力センサ１６，２４，３０は、金属製のケース５３によってダイアフラム５１を内部に保持し、ダイアフラム５１とコネクタハウジング５４が成形された樹脂とを結合した構造とされる。コネクタハウジング５４の内側には、端子として３本のターミナル５５が設けられる。これらターミナル５５のうちの１本は、当該電源供給用であり、他の１本は、圧力信号出力用であり、さらに他の１本は、接地用である。このターミナル５５には、ケーブル５７を介して回路基板５６が接続されている。この回路基板５６は、ダイアフラム５１に加えられた加重を電圧として出力するためのＩＣ（Integrated Circuit）チップ等の素子５８が搭載されている。
【００３６】
また、圧力センサ１６，２４，３０には、ダイアフラム５１に被測定媒体を導く開口部を有する圧力導入ポート５９と、この圧力導入ポート５９と連結された空間であってダイアフラム５１に対して均等に圧力を伝達するように設けた空間である導圧室６０とが形成されている。さらに、ケース５３の内側には、ダイアフラム５１とケース５３との間隙から被測定媒体が漏洩するのを防止すべく、ゴム製のシール６１が設けられている。
【００３７】
このような圧力センサ１６，２４，３０は、ケース５３にネジ加工が施され、このネジを介して、被測定媒体が流れる配管、すなわち水素供給配管Ｌ２、空気供給配管Ｌ６、純水循環配管Ｌ９に固設される。このとき、圧力センサ１６，２４，３０は、取り付けられた配管との間に、シールとしてのＯリング６２を設け、配管との間隙から被測定媒体が漏洩するのを防止している。
【００３８】
このような構造からなる圧力センサ１６，２４，３０の近傍には、上述したように、圧力センサ解凍ヒータ１７，２５，３１が取り付けられる。ここで、これら３つの圧力センサ解凍ヒータ１７，２５，３１の取り付け構造について、図３を用いて説明する。
【００３９】
圧力センサ１６，２４，３０及び圧力センサ解凍ヒータ１７，２５，３１は、図３に示すように、水素供給配管Ｌ２、空気供給配管Ｌ６、純水循環配管Ｌ９に加工設置された圧力センサ取付部である圧力センサ取付ボス７１に設置される。
【００４０】
圧力センサ解凍ヒータ１７，２５，３１は、電圧を印加することによって発熱する特性となっている、いわゆるＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）ヒータ７２を内蔵している。燃料電池システムにおいては、コントローラ２によって、リレー７３を制御することにより、当該圧力センサ解凍ヒータ１７，２５，３１への電圧供給を制御する。このとき、コントローラ２には、起動判定を行うイグニッションスイッチ７４からの信号と、外気温を検出する外気温センサ７５からの信号とが入力され、これら信号に基づいて、リレー７３を制御すると共にＰＴＣヒータ７２への電流供給量を制御して、発熱量を制御する。また、コントローラ２は、大気圧を検出する大気圧センサ７６を内蔵しており、この大気圧センサ７６による検出信号に基づいて、リレー７３及びＰＴＣヒータ７２への電流供給量を制御する。
【００４１】
［燃料電池システムの動作］
このような圧力センサ１６，２４，３０、並びに圧力センサ解凍ヒータ１７，２５，３１を備える燃料電池システムにおいては、外気温が低温である場合における起動時には、圧力センサ１６，２４，３０内の水分が凍結し、作動しないことが考えられる。そこで、燃料電池システムにおいては、これら圧力センサ１６，２４，３０の近傍に設置された圧力センサ解凍ヒータ１７，２５，３１に対して通電し、当該圧力センサ１６，２４，３０内の水分を解凍する。
【００４２】
ここで、図４及び図５に、圧力センサ１６，２４，３０の圧力導入ポート５９と導圧室６０とが凍結状態となっている様子を示す。なお、図４及び図５は、圧力センサ１６，２４，３０の要部断面図を示しており、図中斜線部が、凍結している箇所を示している。
【００４３】
このような凍結状態は、図４に示すように、圧力導入ポート５９及び導圧室６０の全てが凍結している場合や、図５に示すように、圧力導入ポート５９の一部領域のみが凍結している場合がある。このような凍結状態である場合の圧力センサ１６，２４，３０は、正常な圧力をダイアフラム５１に印加することができないので、正常に作動することができず、正確な圧力値をコントローラ２に出力することができない状態となる。これに対して、コントローラ２は、圧力センサ１６，２４，３０の内部に残留した残留水が存在せず、氷点下でも凍結していない場合を検出して、内部の凍結状態を検知することは不可能である。
【００４４】
ここで、コントローラ２は、圧力センサ１６，２４，３０内の水分が凍結していない場合には、圧力センサ１６，２４，３０内部の水分を解凍する必要がなく、圧力センサ解凍ヒータ１７，２５，３１を作動させる必要はないが、大気圧センサ７６からのセンサ信号を用いて圧力センサ１６，２４，３０内の水分が凍結しているか否かを判定することができない。すなわち、圧力センサ１６，２４，３０は、図５に示すように、圧力導入ポート５９の一部領域のみが凍結している場合には、導圧室６０が大気圧状態で封止されているので、大気圧を検出してしまうためである。
【００４５】
したがって、コントローラ２は、圧力センサ１６，２４，３０が大気圧を検出していることを理由として圧力センサ解凍ヒータ１７，２５，３１を作動させないといった判定を行うことができない。また、コントローラ２は、圧力センサ１６，２４，３０内の水分が凍結していた場合であっても大気圧を測定している場合が存在するので、圧力センサ解凍ヒータ１７，２５，３１に対する通電を開始した後に停止する条件を、圧力センサ１６，２４，３０によって大気圧を検出したこととすることができない。
【００４６】
そこで、コントローラ２は、低温起動時に圧力センサ解凍ヒータ１７，２５，３１を作動を制御する場合に、外気温センサ７５によって検出される外気温を参照し、例えば下記の表１に示すようなテーブル情報に基づいて、当該圧力センサ解凍ヒータ１７，２５，３１をオン状態としてからオフ状態とするまでの時間を可変とする。
【表１】
2005166600.tif 000003
【００４７】
具体的には、燃料電池システムは、コントローラ２の制御のもとに、図６に示すような処理を経ることにより、低温時における起動処理を行う。
【００４８】
まず、コントローラ２は、ステップＳ１において、イグニッションスイッチ７４からの信号に基づいて、当該イグニッションスイッチ７４がオン状態となった旨を検出すると共に、ステップＳ２において、外気温センサ７５からの信号に基づいて、外気温を読み込む。そして、コントローラ２は、ステップＳ３において、ステップＳ２で検出した外気温に基づいて上記の表１に示したようなテーブル情報を参照し、圧力センサ解凍ヒータ１７，２５，３１をオフ状態とするまでの時間を読み込む。
【００４９】
次に、コントローラ２は、ステップＳ４において、リレー７３をオフ状態からオン状態に制御することで圧力センサ解凍ヒータ１７，２５，３１に対して通電することによって当該圧力センサ解凍ヒータ１７，２５，３１をオン状態として作動させ、ステップＳ５において、ステップＳ３で参照したテーブル情報に基づいて、当該圧力センサ解凍ヒータ１７，２５，３１をオン状態とする時間が終了したか否かを判定する。
【００５０】
ここで、コントローラ２は、圧力センサ解凍ヒータ１７，２５，３１をオン状態とする時間が終了していないと判定した場合には、当該時間が経過するまで圧力センサ解凍ヒータ１７，２５，３１をオン状態に維持するようにリレー７３を制御する。
【００５１】
一方、コントローラ２は、圧力センサ解凍ヒータ１７，２５，３１をオン状態とする時間が終了したと判定した場合には、ステップＳ６へと処理を移行し、リレー７３を制御して圧力センサ解凍ヒータ１７，２５，３１に対する通電を停止することによって当該圧力センサ解凍ヒータ１７，２５，３１をオフ状態とし、燃料電池スタック１の起動許可と判定して燃料電池スタック１に供給する各被測定媒体の圧力制御を開始する。
【００５２】
これにより、燃料電池システムは、圧力センサ解凍ヒータ１７，２５，３１に対する通電時間を適切に制御した上で、確実に圧力センサ１６，２４，３０内で凍結している水分を解凍することができる。
【００５３】
［第１実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、第１実施形態に係る燃料電池システムによれば、外気温センサ７５によって検出される外気温に基づいて、圧力センサ解凍ヒータ１７，２５，３１による圧力センサ１６，２４，３０の加熱を停止するまでの時間を決定することにより、圧力センサ１６，２４，３０の内部の水分が凍結する可能性がある氷点下時に確実に圧力センサ解凍ヒータ１７，２５，３１を作動させることができるため、短時間で当該圧力センサ１６，２４，３０内の水分を解凍することができ、結果として、システム全体の起動時間を短縮することができる。
【００５４】
特に、この燃料電池システムにおいては、極低温の状況では圧力センサ解凍ヒータ１７，２５，３１による加熱を停止するまでの時間を長くするので、圧力センサ１６，２４，３０内の水分が解凍されていない状態で当該圧力センサ解凍ヒータ１７，２５，３１による加熱を停止してしまう事態を回避することができ、確実に圧力センサ１６，２４，３０を正常に作動させてから燃料電池スタック１を起動することができる。
【００５５】
［第２実施形態］
つぎに、第２実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。なお、この第２実施形態の説明では、上述の第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付することによってその詳細な説明を省略する。
【００５６】
この第２実施形態に係る燃料電池システムは、システム起動時における冷却水温度を検出することにより、当該燃料電池システムの温度を推測して、圧力センサ解凍ヒータ１７，２５，３１を制御することを特徴とするものである。
【００５７】
この第２実施形態に係る燃料電池システムは、図７に示すように、燃料電池スタック１によって発電した電力によってトルクを発生させて走行する燃料電池車両に適用される。このような燃料電池システムは、燃料電池スタック１が発電した電力を、車輪を駆動するための駆動モータ１０１や、車室内の冷房に用いる冷房用コンプレッサモータ１０２等を駆動する電力として用いる。
【００５８】
また、この燃料電池システムは、燃料電池車両に搭載されたいずれのコンポーネントに電力を供給するかを制御する分電装置１０３と、当該分電装置１０３を冷却対象物とし、不凍液としての冷却水を循環させる冷却システム１０４とを備えている。冷却システム１０４によって循環される冷却水の温度は、冷却水温度検出手段である冷却水温度センサ１０５によって検出される。
【００５９】
このような燃料電池システムにおいては、外気温が氷点下である場合であっても、運転中では冷却水の温度が高く、システムが停止してから再起動するまでの時間が短い場合には、燃料電池システムが冷え切っていないので、圧力センサ１６，２４，３０内の水分が凍結しない場合がある。
【００６０】
したがって、コントローラ２は、起動時に冷却水の温度を検出することにより、燃料電池システムの温度を推測することができ、外気温に基づいて決定した圧力センサ解凍ヒータ１７，２５，３１を停止させるまでの時間を短縮することができるか否かを判定する。このとき、コントローラ２は、外気温に基づいて決定した圧力センサ解凍ヒータ１７，２５，３１を停止させるまでの時間を、例えば下記の表２に示すようなテーブル情報に基づいて補正する。
【００６１】
すなわち、コントローラ２は、上記の表１に示すようなテーブル情報に基づいて決定した圧力センサ解凍ヒータ１７，２５，３１をオフ状態とするまでの時間に対して、下記の表２に示すような補正係数を乗じ、当該圧力センサ解凍ヒータ１７，２５，３１をオフ状態とするまでの時間を補正する。
【表２】
2005166600.tif 000004
【００６２】
例えば冷却水の温度が高温である場合には、圧力センサ１６，２４，３０の温度も高いので、圧力センサ１６，２４，３０内の水分が凍結することはない。したがって、コントローラ２は、表２のテーブル情報を参照して補正係数を例えば“０”とすることにより、外気温に基づいて決定した圧力センサ解凍ヒータ１７，２５，３１をオフ状態とするまでの時間を“０”とする。これにより、圧力センサ解凍ヒータ１７，２５，３１をオン状態とする必要がないとする。
【００６３】
一方、冷却水の温度が低温である場合には、圧力センサ１６，２４，３０の温度も低温となり、圧力センサ１６，２４，３０内の水分が凍結している可能性が高い。したがって、コントローラ２は、表２のテーブル情報を参照して補正係数を“１”とすることにより、外気温に基づいて決定した時間だけ圧力センサ解凍ヒータ１７，２５，３１を作動させる。
【００６４】
具体的には、燃料電池システムは、コントローラ２の制御のもとに、図８に示すような処理を経ることにより、低温時における起動処理を行う。
【００６５】
まず、コントローラ２は、先に図６に示したステップＳ１乃至ステップＳ３の処理を行い、外気温に基づいて、表１に示したようなテーブル情報を参照し、圧力センサ解凍ヒータ１７，２５，３１をオフ状態とするまでの時間を読み込むと、ステップＳ１１において、冷却水温度センサ１０５からの信号に基づいて、冷却水の温度を読み込む。
【００６６】
続いて、コントローラ２は、ステップＳ１２において、冷却水の温度に基づいて、表２に示したようなテーブル情報を参照して補正係数を求め、ステップＳ１３において、ステップＳ３で設定された圧力センサ解凍ヒータ１７，２５，３１をオン状態とする時間を補正する。
【００６７】
そして、コントローラ２は、先に図６に示したステップＳ４乃至ステップＳ６の処理を行い、所定時間経過後に圧力センサ解凍ヒータ１７，２５，３１に対する通電を停止することによって当該圧力センサ解凍ヒータ１７，２５，３１をオフ状態とする。
【００６８】
燃料電池システムは、コントローラ２の制御のもとに、このような処理を経て低温時における起動処理を行うことにより、圧力センサ１６，２４，３０の内部の凍結状態を推測して、圧力センサ解凍ヒータ１７，２５，３１による加熱を停止するまでの時間を補正する。
【００６９】
［第２実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、第２実施形態に係る燃料電池システムによれば、起動時に、例えば分電装置１０３を冷却するために用いられる冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ１０５によって検出される冷却水の温度に基づいて、外気温に基づいて決定した圧力センサ解凍ヒータ１７，２５，３１による圧力センサ１６，２４，３０の加熱を停止するまでの時間を補正することにより、圧力センサ１６，２４，３０内の水分の凍結状態を推測することができる。したがって、この燃料電池システムによれば、圧力センサ解凍ヒータ１７，２５，３１による加熱を停止するまでの時間を短縮することができ、結果として、システム全体の起動時間を短縮することができる。
【００７０】
［第３実施形態］
つぎに、第３実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。なお、この第３実施形態の説明では、上述の第１実施形態及び第２実施形態と同様の部分については同一の符号を付することによってその詳細な説明を省略するものとする。
【００７１】
この第３実施形態に係る燃料電池システムは、圧力センサ１６，２４，３０の被測定媒体が与える受圧状態を検出することにより、当該圧力センサ１６，２４，３０の機能が回復したか否かを判定することを特徴とする。
【００７２】
通常、燃料電池システムは、燃料電池スタック１に被測定媒体を循環させる前では、各配管内部が大気圧となっており、圧力センサ１６，２４，３０の出力電圧（圧力信号）を読み込むと、大気圧を検出する。しかしながら、圧力センサ１６，２４，３０の導圧室６０に水分が充満し、当該水分の凍結による膨張によってダイアフラム５１に対する加圧している状態となっている場合がある。
【００７３】
したがって、第３実施形態に係る燃料電池システムは、燃料電池スタック１に被測定媒体を循環させる前に、圧力センサ１６，２４，３０が加圧されていることを示す圧力信号を検出した場合には、圧力センサ１６，２４，３０内の水分が凍結しているものと判定する。そして、燃料電池システムは、圧力センサ解凍ヒータ１７，２５，３１によって圧力センサ１６，２４，３０内の水分を解凍し、当該圧力センサ１６，２４，３０の出力が大気圧相当となった場合に、当該圧力センサ１６，２４，３０内の水分が解凍したと判定する。
【００７４】
このとき、コントローラ２は、圧力センサ１６，２４，３０の出力が大気圧相当になったことを、圧力センサ１６，２４，３０からの圧力信号と大気圧センサ７６からの出力値とを比較することによって検出する。なお、コントローラ２に内蔵されている大気圧センサ７６は、氷点下であっても凍結することがなく、正常に作動するものである。
【００７５】
また、第３実施形態に係る燃料電池システムは、圧力センサ１６，２４，３０そのものが正常に作動することを確実に確認することができるので、圧力センサ解凍ヒータ１７，２５，３１をオフ状態とするタイミングを決定する際して、圧力センサ１６，２４，３０の受圧状態に基づく判定を、上述した外気温や冷却水の温度に基づく判定よりも優先する。
【００７６】
具体的には、燃料電池システムは、コントローラ２の制御のもとに、図９に示すような処理を経ることにより、低温時における起動処理を行う。
【００７７】
まず、コントローラ２は、先に図６に示したステップＳ１の処理を行い、イグニッションスイッチ７４がオン状態となった旨を検出すると、ステップＳ２１において、圧力センサ１６，２４，３０からの圧力信号に基づいて、各圧力を読み込む。
【００７８】
そして、コントローラ２は、ステップＳ２２において、これら圧力センサ１６，２４，３０によって検出された圧力がそれぞれ所定値以上であるか否かを判定する。ここで、コントローラ２は、圧力センサ１６，２４，３０によって検出された全ての圧力が所定値未満であると判定した場合には、水分の凍結によってダイアフラム５１を加圧していないと判定し、通常の解凍処理を行うべく、先に図６に示したステップＳ２乃至ステップＳ６の処理を行う。ここで、ステップＳ２２における所定値とは、圧力センサ１６，２４，３０内の水分が凍結してダイアフラム５１に加圧している場合の圧力値が実験等によって予め設定されている。
【００７９】
一方、コントローラ２は、圧力センサ１６，２４，３０によって検出された圧力が所定値以上であると判定した場合には、当該圧力センサ１６，２４，３０のダイアフラム５１が加圧されていると判定し、ステップＳ２３へと処理を移行する。そして、コントローラ２は、ステップＳ２３において、リレー７３を制御して圧力センサ解凍ヒータ１７，２５，３１に対して通電することによって当該圧力センサ解凍ヒータ１７，２５，３１をオン状態とする。
【００８０】
続いて、コントローラ２は、ステップＳ２４において、圧力センサ１６，２４，３０からの圧力信号に基づいて、各圧力を読み込むと共に、ステップＳ２５において、大気圧センサ７６からの信号に基づいて、大気圧を読み込む。そして、コントローラ２は、ステップＳ２６において、ステップＳ２４で検出した各圧力と大気圧とを比較する。
【００８１】
次に、コントローラ２は、ステップＳ２７において、ステップＳ２６で各圧力と大気圧とを比較した結果、圧力センサ１６，２４，３０によって検出された各圧力が大気圧相当でないと判定した場合、すなわち、何れかの圧力センサ１６，２４，３０が依然加圧された状態であると判定した場合には、ステップＳ２３からの処理を繰り返す。
【００８２】
一方、コントローラ２は、圧力センサ１６，２４，３０によって検出された全ての圧力値が大気圧相当であると判定した場合には、圧力センサ１６，２４，３０内の水分が解凍されたと判定してステップＳ６へと処理を移行する。
【００８３】
［第３実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、第３実施形態に係る燃料電池システムにおいては、被測定媒体を循環させる前の圧力センサ１６，２４，３０によって検出された圧力が所定値以上である場合には圧力センサ解凍ヒータ１７，２５，３１を作動させ、当該圧力センサ１６，２４，３０の出力が大気圧相当になった時点で圧力センサ解凍ヒータ１７，２５，３１による加熱を停止させる。このように、この燃料電池システムにおいては、圧力センサ１６，２４，３０の受圧状態を検出することにより、当該圧力センサ１６，２４，３０の機能が回復したか否かを判定することができるので、システム全体の起動時間を短縮することができると共に、圧力センサ１６，２４，３０の機能が回復したことを確認した上で起動させることができ、信頼性を向上させることができる。
【００８４】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムが備える圧力センサの内部構造を示す断面図である。
【図３】圧力センサの近傍に設置される圧力センサ解凍ヒータの取り付けの様子を説明するための図である。
【図４】圧力センサの内部構造を示す要部断面図であって、圧力導入ポート及び導圧室の全てが凍結している様子を説明するための図である。
【図５】圧力センサの内部構造を示す要部断面図であって、圧力導入ポートの一部領域のみが凍結している様子を説明するための図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムにおいて、低温時における起動処理を行う際の処理を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムを搭載した燃料電池車両の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムにおいて、低温時における起動処理を行う際の処理を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第３実施形態に係る燃料電池システムにおいて、低温時における起動処理を行う際の処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８６】
１  燃料電池スタック
２  コントローラ
１１  水素供給装置
１２  減圧弁
１３  水素圧力制御弁
１４，２３，２７  方向切換弁
１５  加湿器
１６  水素圧力センサ
１７，２５，３１  圧力センサ解凍ヒータ
１８  燃焼器
１９  エアフィルタ
２０  エアフローメータ
２１，１０１  駆動モータ
２２  空気供給装置
２４  空気圧力センサ
２６  空気圧力制御弁
２８  熱交換器
２９  循環ポンプ
３０  純水圧力センサ
５１  ダイアフラム
５２  電極
５３  ケース
５４  コネクタハウジング
５５  ターミナル
５６  回路基板
５７  ケーブル
５８  素子
５９  圧力導入ポート
６０  導圧室
６１  シール
６２  Ｏリング
７１  圧力センサ取付ボス
７２  ＰＴＣヒータ
７３  リレー
７４  イグニッションスイッチ
７５  外気温センサ
７６  大気圧センサ
１０２  冷房用コンプレッサモータ
１０３  分電装置
１０４  冷却システム
１０５  冷却水温度センサ
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ４  水素供給配管
Ｌ３  水素排出配管
Ｌ５，Ｌ６，Ｌ８  空気供給配管
Ｌ７  空気排出配管
Ｌ９  純水循環配管
【図１】
2005166600.tif 000005
【図２】
2005166600.tif 000006
【図３】
2005166600.tif 000007
【図４】
2005166600.tif 000008
【図５】
2005166600.tif 000009
【図６】
2005166600.tif 000010
【図７】
2005166600.tif 000011
【図８】
2005166600.tif 000012
【図９】
2005166600.tif 000013