(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、
前記燃料電池の発電電力を充放電可能であり、前記燃料電池の出力電圧と同電位になる直結制御を行うことが可能な蓄電装置と、
前記燃料電池及び前記蓄電装置に接続されるＤＣ−ＤＣコンバータと、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータに接続され、少なくとも前記燃料電池の発電電力又は前記蓄電装置の放電電力により駆動可能な負荷と、
前記燃料電池の発電中に前記燃料電池の暖機を行う燃料電池暖機制御部と、
を有する燃料電池システムであって、
前記燃料電池暖機制御部による前記燃料電池の暖機時に、前記負荷に供給される前記燃料電池の出力電圧が、前記蓄電装置の端子電圧以上になるように電圧制御を行う電圧調整部をさらに備え、
前記電圧調整部は、前記燃料電池の暖機中に、前記燃料電池の出力電圧と、前記蓄電装置の端子電圧とが等しくなると推定した際に、前記蓄電装置の充電を禁止し、前記蓄電装置から電流を取り出すことにより前記電圧制御を行う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、前記燃料電池の起動時に、氷点下起動であると判断されると、前記燃料電池の発電開始前に補機による前記蓄電装置の電力消費が行われ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、前記電圧調整部は、前記蓄電装置の端子電圧を降圧することにより電圧制御を行うことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１又は２記載の燃料電池システムにおいて、前記電圧調整部は、前記燃料電池の出力電圧を昇圧することにより電圧制御を行うことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
反応ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、
前記燃料電池の発電電力を充放電可能であり、前記燃料電池の出力電圧と同電位になる直結制御を行うことが可能な蓄電装置と、
前記燃料電池及び前記蓄電装置に接続されるＤＣ−ＤＣコンバータと、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータに接続され、少なくとも前記燃料電池の発電電力又は前記蓄電装置の放電電力により駆動可能な負荷と、
前記燃料電池の発電中に前記燃料電池の暖機を行う燃料電池暖機制御部と、
を有する燃料電池システムの起動方法であって、
前記燃料電池暖機制御部による前記燃料電池の暖機時に、前記燃料電池の出力電圧と、前記蓄電装置の端子電圧とが等しくなるか否かを判断する工程と、
前記燃料電池の出力電圧と、前記蓄電装置の端子電圧とが等しくなると判断された際、前記負荷に供給される前記燃料電池の出力電圧が、前記蓄電装置の端子電圧以上になるように電圧制御を行う工程と、
を有することを特徴とする燃料電池システムの起動方法。
【請求項６】
反応ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、
前記燃料電池の発電電力を充放電可能であり、前記燃料電池の出力電圧と同電位になる直結制御を行うことが可能な蓄電装置と、
前記燃料電池及び前記蓄電装置に接続されるＤＣ−ＤＣコンバータと、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータに接続され、少なくとも前記燃料電池の発電電力又は前記蓄電装置の放電電力により駆動可能な負荷と、
前記燃料電池の発電中に前記燃料電池の暖機を行う燃料電池暖機制御部と、
を有する燃料電池システムの起動方法であって、
前記燃料電池暖機制御部による前記燃料電池の暖機時に、前記燃料電池の出力電圧と、前記蓄電装置の端子電圧とが等しくなるか否かを推定する工程と、
前記燃料電池の出力電圧と、前記蓄電装置の端子電圧とが等しくなると推定された際、前記負荷に供給される前記燃料電池の出力電圧が、前記蓄電装置の端子電圧以上になるように電圧制御を行う工程と、
を有することを特徴とする燃料電池システムの起動方法。
【請求項７】
請求項５又は６記載の起動方法において、前記電圧調整部は、前記蓄電装置の端子電圧を降圧することを特徴とする燃料電池システムの起動方法。
【請求項８】
請求項５又は６記載の起動方法において、前記電圧調整部は、前記燃料電池の出力電圧を昇圧することを特徴とする燃料電池システムの起動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池、蓄電装置、ＤＣ−ＤＣコンバータ、少なくとも前記燃料電池の発電電力又は前記蓄電装置の放電電力により駆動可能な負荷、及び前記燃料電池の発電中に前記燃料電池の暖機を行う燃料電池暖機制御部を有する燃料電池システム及びその起動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料ガス（主に水素を含有するガス）及び酸化剤ガス（主に酸素を含有するガス）をアノード側電極及びカソード側電極に供給して電気化学的に反応させることにより、直流の電気エネルギを得るシステムである。
【０００３】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を設けた電解質膜・電極構造体を、セパレータによって挟持した発電セルを備えている。この種の発電セルは、通常、電解質膜・電極構造体及びセパレータを所定数だけ交互に積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。
【０００４】
この種の燃料電池の用途としては、自動車等の車両に搭載した燃料電池車両が注目されている。発電効率が高く、しかも排気がクリーンであるという利点があるからである。
【０００５】
燃料電池車両では、燃料電池の出力応答性等を補うために、バッテリやキャパシタ（電気二重層コンデンサ）等の蓄電装置を併用するハイブリッド電源システムが採用されている。その際、システムの起動時に、燃料電池が低温であると、この燃料電池を効率的に発電することができない場合がある。
【０００６】
そこで、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池システムでは、燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されて発電する燃料電池と、前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、電力の充放電をする二次電池と、前記燃料電池で発電した発電電力を前記燃料電池の発電に必要な補機に供給して消費させるとともに、前記二次電池に供給して充電させ、前記二次電池を放電させて前記補機に供給する電力分配手段と、システムの起動時に前記燃料電池の発電電力を前記補機及び前記二次電池に供給するように前記電力分配手段を制御する処理と、前記燃料電池の発電電力及び前記二次電池の放電電力を前記補機に供給するように前記電力分配手段を制御する処理とを繰り返して、前記燃料電池及び前記二次電池を暖機させる制御手段とを備えている。
【０００７】
これにより、システム起動時に、燃料電池を安定させて自己発熱により昇温させるとともに、二次電池の充放電を繰り返して自己発電により昇温させることができ、燃料電池及び二次電池の暖機を効果的に行って暖機時間を短期間とすることができる、としている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−２８１２１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
一般的に、上記のシステムにおいて、燃料電池の出力電圧がバッテリの端子電圧と同電位になった（直結した）状態では、前記燃料電池の出力電圧を、この状態からさらに下げることができないため、前記燃料電池から電流が取り出されない。
【００１０】
ここで、バッテリやキャパシタ等のエネルギストレージ（以下、単にエネストともいう）は、充電量が増加するのに伴ってエネスト端子電圧が高くなる特性を有している。一方、燃料電池では、温度に対する電流−電圧特性（以下、Ｉ−Ｖ特性ともいう）が変動し、特に氷点下の低温起動時には、Ｉ−Ｖ特性が著しく低くなっている。
【００１１】
このため、図１０に示すように、燃料電池の氷点下起動時には、使用可能な出力発電領域が狭小になり、この燃料電池から少量の電流を取り出しただけで、前記燃料電池の出力電圧がエネスト端子電圧と同電位となってしまう。これにより、燃料電池は、僅かな電流しか取り出すことができず、自己発熱が十分に行われないため、良好な継続発電が遂行されないという問題がある。
【００１２】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、低温起動時に燃料電池を容易且つ確実に自己発熱させることができ、暖機が促進されて発電性能を急速に向上させることが可能な燃料電池システム及びその起動方法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】
【００１３】
本発明は、反応ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池の発電電力を充放電可能であり、前記燃料電池の出力電圧と同電位になる直結制御を行うことが可能な蓄電装置と、前記燃料電池及び前記蓄電装置に接続されるＤＣ−ＤＣコンバータと、前記ＤＣ−ＤＣコンバータに接続され、少なくとも前記燃料電池の発電電力又は前記蓄電装置の放電電力により駆動可能な負荷と、前記燃料電池の発電中に前記燃料電池の暖機を行う燃料電池暖機制御部とを有する燃料電池システム及びその起動方法に関するものである。
【００１４】
燃料電池システムは、燃料電池暖機制御部による燃料電池の暖機時に、負荷に供給される前記燃料電池の出力電圧が、蓄電装置の端子電圧以上になるように電圧制御を行う電圧調整部をさらに備え、前記電圧調整部は、前記燃料電池の暖機中に、前記燃料電池の出力電圧と、前記蓄電装置の端子電圧とが等しくなると推定した際に、前記蓄電装置の充電を禁止し、前記蓄電装置から電流を取り出すことにより前記電圧制御を行う。
【００１５】
また、燃料電池の起動時に、氷点下起動であると判断されると、前記燃料電池の発電開始前に補機による蓄電装置の電力消費が行われることが好ましい。
【００１８】
また、電圧調整部は、蓄電装置の端子電圧を降圧することにより電圧制御を行うことが好ましい。
【００１９】
さらに、電圧調整部は、燃料電池の出力電圧を昇圧することにより電圧制御を行うことが好ましい。
【００２０】
さらに、燃料電池システムの起動方法では、燃料電池暖機制御部による燃料電池の暖機時に、前記燃料電池の出力電圧と、蓄電装置の端子電圧とが等しくなるか否かを判断する工程と、前記燃料電池の出力電圧と、前記蓄電装置の端子電圧とが等しくなると判断された際、負荷に供給される前記燃料電池の出力電圧が、前記蓄電装置の端子電圧以上になるように電圧制御を行う工程とを有している。
【００２１】
また、燃料電池システムの起動方法では、燃料電池暖機制御部による燃料電池の暖機時に、前記燃料電池の出力電圧と、蓄電装置の端子電圧とが等しくなるか否かを推定する工程と、前記燃料電池の出力電圧と、前記蓄電装置の端子電圧とが等しくなると推定された際、負荷に供給される前記燃料電池の出力電圧が、前記蓄電装置の端子電圧以上になるように電圧制御を行う工程とを有している。
【発明の効果】
【００２２】
本発明では、燃料電池の暖機時に、負荷に供給される前記燃料電池の出力電圧が、蓄電装置の端子電圧以上になるように電圧制御されるため、低温起動時に前記燃料電池を容易且つ確実に自己発熱させることができる。これにより、燃料電池は、暖機が促進されて発電性能を急速に向上させることが可能になり、継続発電が確実に遂行可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る車載用の燃料電池システム１０の概略構成図である。
【００２４】
燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１２と、前記燃料電池スタック１２に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置１４と、前記燃料電池スタック１２に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置１６と、前記燃料電池スタック１２に冷却媒体を供給する冷却媒体供給装置（図示せず）と、前記燃料電池スタック１２の発電電力を充放電可能であるとともに、前記燃料電池スタック１２に直結可能な蓄電装置、例えば、高圧エネスト１８と、前記燃料電池スタック１２及び前記高圧エネスト１８に接続され、前記高圧エネスト１８からの放電電力を昇圧及び降圧可能なＤＣ−ＤＣコンバータ２０と、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ２０に接続され、少なくとも前記燃料電池スタック１２の発電電力又は前記高圧エネスト１８の放電電力により駆動可能な負荷２２と、前記燃料電池システム１０全体の制御を行う制御装置(コントローラ)２４とを備える。
【００２５】
燃料電池スタック１２は、複数の燃料電池２５を積層して構成される。各燃料電池２５は、図示しないが、固体高分子電解質膜をアノード側電極とカソード側電極とで挟持した電解質膜・電極構造体を備え、前記電解質膜・電極構造体を一対のセパレータで挟持する。
【００２６】
燃料電池スタック１２の積層方向一端部には、空気（酸素含有ガス）等の酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス入口連通孔２６ａと、前記酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス出口連通孔２６ｂとが形成される。燃料電池スタック１２の積層方向他端部には、水素含有ガス等の燃料ガスを供給するための燃料ガス入口連通孔２８ａと、前記燃料ガスを排出するための燃料ガス出口連通孔２８ｂとが形成される。
【００２７】
酸化剤ガス入口連通孔２６ａ及び酸化剤ガス出口連通孔２６ｂは、各燃料電池２５を構成する電解質膜・電極構造体と一方のセパレータとの間に形成される酸化剤ガス流路３０に連通する。燃料ガス入口連通孔２８ａ及び燃料ガス出口連通孔２８ｂは、各燃料電池２５を構成する電解質膜・電極構造体と他方のセパレータとの間に形成される燃料ガス流路３２に連通する。
【００２８】
酸化剤ガス供給装置１４は、大気からの空気を圧縮して供給するエアコンプレッサ３４を備え、前記エアコンプレッサ３４が空気供給流路３６に配設される。空気供給流路３６は、燃料電池スタック１２の酸化剤ガス入口連通孔２６ａに連通する。
【００２９】
酸化剤ガス供給装置１４は、酸化剤ガス出口連通孔２６ｂに連通する空気排出流路３８を備える。この空気排出流路３８には、エアコンプレッサ３４から空気供給流路３６を通って燃料電池スタック１２に供給される空気の圧力を調整するための背圧制御弁４０が設けられる。
【００３０】
燃料ガス供給装置１６は、高圧水素（水素含有ガス）を貯留する水素タンク４２を備え、この水素タンク４２は、水素供給流路４４を介して燃料電池スタック１２の燃料ガス入口連通孔２８ａに連通する。この水素供給流路４４には、エゼクタ４６が設けられる。エゼクタ４６は、水素タンク４２から供給される水素ガスを、水素供給流路４４を通って燃料電池スタック１２に供給するとともに、燃料電池スタック１２で使用されなかった未使用の水素ガスを含む排ガスを、燃料ガス出口連通孔２８ｂに連通する水素循環流路４８から吸引して燃料電池スタック１２に再度供給する。
【００３１】
負荷２２は、エアコンプレッサ３４の他、冷却媒体供給装置を構成するポンプ５０、エアコンを含む高圧補機類５２、燃料電池スタック１２を加温するヒータ５３、走行用のモータ５４及びダウンバータ５５を介して接続されるオーディオやライト等の低圧補機類（図示せず）を備える。
【００３２】
燃料電池スタック１２と負荷２２とは、第１バス５６ａを介して繋がれる。第１バス５６ａから第２バス５６ｂが分岐するとともに、前記第２バス５６ｂには、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０を介して高圧エネスト１８が配設される。すなわち、燃料電池スタック１２とＤＣ−ＤＣコンバータ２０との間に、負荷２２が接続されている。高圧エネスト１８としては、例えば、電気二重層コンデンサ等のキャパシタやバッテリが用いられる。
【００３３】
燃料ガス供給装置１６を構成する水素循環流路４８には、燃料ガス出口連通孔２８ｂに近接して温度センサ６２が配置される。第１バス５６ａには、燃料電池スタック１２に近接して第１電圧センサ６４ａ及び第１電流センサ６６ａが配置される。第２バス５６ｂには、高圧エネスト１８に近接して第２電流センサ６６ｂ及び第２電圧センサ６４ｂが配置される。
【００３４】
制御装置２４は、燃料電池スタック１２の発電開始前の処理を行う発電前処理部６８と、前記燃料電池スタック１２の発電開始前に、負荷２２の中、いずれかの負荷（後述する）により高圧エネスト１８の残蓄電量を所定値（後述する）まで低下可能な補機制御部７０と、前記燃料電池スタック１２の発電制御を行う発電制御部７２と、前記燃料電池スタック１２の発電中に前記燃料電池スタック１２の暖機を行う燃料電池暖機制御部７３と、前記高圧エネスト１８の充電状態（ＳＯＣ）を算出するＳＯＣ算出部７４と、前記高圧エネスト１８のエネスト端子電圧を監視するエネスト端子電圧監視部７６と、前記燃料電池スタック１２の発電電圧（出力電圧）と前記高圧エネスト１８の端子電圧との電圧調整が必要か否かを判断（又は推定）する電圧調整要否判断部７８と、前記燃料電池スタック１２の発電電圧又は前記高圧エネスト１８の端子電圧を調整する電圧調整部８０との機能を備える。
【００３５】
このように構成される燃料電池システム１０の動作について、本発明の第１の実施形態に係る起動方法との関連で、図２に示すフローチャートに沿って以下に説明する。
【００３６】
先ず、燃料電池システム１０の図示しないイグニッションがＯＮされると（ステップＳ１）、ステップＳ２に進んで、燃料電池スタック１２が氷点下起動であるか否かが判断される。
【００３７】
ここで、図３に示すように、燃料電池２５のＩ−Ｖ特性（電流−電圧特性）は、低温時、特に氷点下時に、常温時に比べて著しく低下する。このため、ステップＳ２で、燃料電池スタック１２が氷点下起動であると判断されると（ステップＳ２中、ＹＥＳ）、すなわち、定常状態にはならないと判断されると、ステップＳ３に進んで、補機によるエネスト消費処理が行われる。
【００３８】
具体的には、補機制御部７０は、例えば、エアコンプレッサ３４やポンプ５０等の燃料電池スタック１２を運転するための補機に高圧エネスト１８から電流を供給する。従って、エアコンプレッサ３４の回転数が上がり、エアの増量及び増圧が行われて高圧エネスト１８によるエネスト消費が行われる。
【００３９】
また、高圧補機類５２の中、例えば、エアコンやファン等の燃料電池スタック１２の運転とは個別の外部負荷に、高圧エネスト１８から電流を供給することにより、エネスト消費が行われる。さらにまた、ヒータ５３に電流を供給することにより、高圧エネスト１８のエネスト消費を行うとともに、燃料電池スタック１２の暖機を行うこともできる。
【００４０】
この場合、高圧エネスト１８は、図４に示すように、充電状態（ＳＯＣ）によってエネスト端子電圧が変動しており、充電量が減少するのに伴ってエネスト端子電圧が下がるという特性を有している。一方、図５に示すように、高圧エネスト１８のエネスト内部抵抗は、温度が低い程、具体的には、０℃以下になる程、著しく高くなる傾向を有している。従って、氷点下雰囲気中で高圧エネスト１８の充電を行うと、エネスト端子電圧が一時的に相当大きな値まで上昇してしまう。このため、上記のステップＳ３において、補機によるエネスト消費を行うと、高圧エネスト１８のエネスト端子電圧が低下する。
【００４１】
なお、補機によるエネスト消費処理は、実質的に燃料電池スタック１２の発電開始前であればよく、例えば、前記燃料電池スタック１２に燃料ガスを供給する前後であってもよく、あるいは、ＯＣＶ（開回路電圧）のチェック前であってもよい。
【００４２】
ＳＯＣ算出部７４は、第２電流センサ６６ｂ及び第２電圧センサ６４ｂを介して高圧エネスト１８の残蓄電量（充電量）を算出する。一方、ステップＳ４において、エネスト端子電圧監視部７６により第２電圧センサ６４ｂを介して検出される高圧エネスト１８の端子電圧が、所定値以下になるか否かが判断される。
【００４３】
ここで、所定値は、上記のエネスト消費処理を行う際の雰囲気温度における燃料電池スタック１２の出力下限電圧に近似する値に設定される。そして、高圧エネスト１８から検出される端子電圧が、所定値以下であると判断されると（ステップＳ４中、ＹＥＳ）、ステップＳ５に進んで、燃料電池スタック１２による発電処理が開始される。
【００４４】
図１に示すように、酸化剤ガス供給装置１４では、エアコンプレッサ３４が駆動される。このエアコンプレッサ３４から供給される圧縮空気は、空気供給流路３６を介して燃料電池スタック１２の酸化剤ガス入口連通孔２６ａに供給される。一方、燃料ガス供給装置１６では、水素タンク４２から供給される水素ガスは、エゼクタ４６を介し水素供給流路４４を通って燃料電池スタック１２の燃料ガス入口連通孔２８ａに供給される。
【００４５】
燃料電池スタック１２を構成する各燃料電池２５では、酸化剤ガス入口連通孔２６ａに供給された空気（酸化剤ガス）は、酸化剤ガス流路３０に導入されて図示しないカソード側電極の電極面に沿って移動した後、酸化剤ガス出口連通孔２６ｂに排出される。
【００４６】
一方、燃料ガス入口連通孔２８ａに供給された水素ガス（燃料ガス）は、各燃料電池２５の図示しないアノード側電極の電極面に沿って移動した後、燃料ガス出口連通孔２８ｂに排出される。従って、各燃料電池２５では、カソード側電極に供給される空気中の酸素と、アノード側電極に供給される水素とが反応して発電が行われる。
【００４７】
燃料電池スタック１２の燃料ガス出口連通孔２８ｂには、水素循環流路４８が連通している。このため、この水素循環流路４８に排出された排ガス（未使用水素を含む排出燃料ガス）は、エゼクタ４６の吸引作用下に水素供給流路４４の途上に戻された後、再度、燃料ガスとして燃料電池スタック１２に供給される。
【００４８】
上記のように、各燃料電池２５で発電が行われることにより、燃料電池スタック１２は、自己発熱して暖機が行われる。また、燃料電池暖機制御部７３は、燃料電池２５の自己発熱と共に、必要に応じてヒータ５３に電流を供給して燃料電池スタック１２を暖機している。
【００４９】
燃料電池スタック１２の暖機を行っている際、ステップＳ６において、電圧調整が必要であるか否かが判断される。第１の実施形態では、燃料電池スタック１２の出力電圧が高圧エネスト１８の端子電圧と等しいか否か、すなわち、直結中であるか否かの判断に基づいて行う。そして、電圧調整が必要であると判断されると（ステップＳ６中、ＹＥＳ）、ステップＳ７に進んで、電圧調整部８０による電圧調整処理が行われる。
【００５０】
電圧調整処理は、高圧エネスト１８の端子電圧が燃料電池スタック１２の出力電圧よりも低くなるための電圧制御である。第１の実施形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の高圧エネスト１８側電圧を降圧することにより行われる。
【００５１】
次いで、ステップＳ８に進んで、燃料電池システム１０が通常運転されているか否かが判断される。この通常運転時には、燃料電池スタック１２から第１バス５６ａを介しモータ５４に発電電力が供給されることにより、燃料電池システム１０による運転が行われる（ステップＳ８中、ＹＥＳ）。そして、イグニッションがＯＦＦされることにより運転終了されると判断されると（ステップＳ９中、ＹＥＳ）、燃料電池システム１０の発電処理が終了する。
【００５２】
この場合、第１の実施形態では、燃料電池スタック１２の暖機時に、モータ５４等の負荷に供給される前記燃料電池スタック１２の出力電圧が、高圧エネスト１８の端子電圧以上になるように制御されている。具体的には、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の高圧エネスト１８側電圧を降圧させている。このため、図６に示すように、高圧エネスト１８の端子電圧は、燃料電池システム１０の下限電圧に近似する値まで低下しており、燃料電池スタック１２の使用可能出力発電領域Ｈ１は、使用可能出力発電領域Ｈ２まで拡大している。
【００５３】
従って、燃料電池スタック１２と高圧エネスト１８との直結領域が十分に拡大し、この燃料電池スタック１２から取り出される電流を有効に増加させることができる。このため、特に、低温起動時に燃料電池スタック１２を容易且つ確実に自己発熱させることが可能になり、前記燃料電池スタック１２は、暖機が促進されて発電性能を急速に向上させることができ、継続発電が確実に遂行されるという効果が得られる。
【００５４】
なお、第１の実施形態では、燃料電池スタック１２の暖機時に、燃料電池スタック１２と高圧エネスト１８とが直結中であると判断されると、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の高圧エネスト１８側電圧を降圧させているが、これに限定されるものではない。
【００５５】
例えば、高圧エネスト１８への充電を行わないことにより、端子電圧の上昇を阻止する処理を行うことができる。このため、充電による高圧エネスト１８の端子電圧の一時的且つ急激な上昇を阻止し、前記高圧エネスト１８の端子電圧を燃料電池スタック１２の出力電圧以下に確実に維持することが可能になる。
【００５６】
また、高圧エネスト１８から放電を行って電流を取り出すことにより、前記高圧エネスト１８の端子電圧を低下させる処理を行うこともできる。従って、放電による高圧エネスト１８の端子電圧の一時的且つ急激な降圧により、前記高圧エネスト１８の端子電圧を燃料電池スタック１２の出力電圧以下に確実に維持することが可能になる。
【００５７】
次に、本発明の第２の実施形態に係る起動方法との関連で、図７に示すフローチャートに沿って以下に説明する。
【００５８】
なお、第１の実施形態に係る起動方法と同様の工程について、その詳細な説明は省略する。
【００５９】
この第２の実施形態では、先ず、イグニッションがＯＮされた後、燃料電池スタック１２の発電が開始されるまでの処理（ステップＳ１１〜Ｓ１５）が、上記の第１の実施形態におけるステップＳ１〜Ｓ５と同様に行われる。
【００６０】
燃料電池スタック１２の発電が開始された後、前記燃料電池スタック１２の暖機中に、電圧調整要否判断部７８が、前記燃料電池スタック１２と高圧エネスト１８とが直結するか否かを推定する（ステップＳ１６）。具体的には、燃料電池スタック１２が氷点下起動制御中であるか否かが判断される。そして、氷点下起動制御中であると判断されると（ステップＳ１６中、ＹＥＳ）、ステップＳ１７に進んで、電圧調整処理が施される。
【００６１】
このように、第２の実施形態では、燃料電池スタック１２の暖機中に、燃料電池スタック１２と高圧エネスト１８とが直結することを予測し、予め電圧調整が行われている。従って、燃料電池スタック１２の出力電圧と高圧エネスト１８の端子電圧とが同等になった時点で初めて電圧調整を行う場合に比べ、補機に供給される電力の応答性が向上するという効果がある。
【００６２】
なお、ステップＳ１６において、燃料電池スタック１２と高圧エネスト１８とが直結するか否かの推定は、氷点下起動制御中であるか否かに基づいて行われているが、前記燃料電池スタック１２のＩ−Ｖ特性が低いか否かの判断に基づいても、行うことができる。その際、前回発電時のＩ−Ｖ特性が、所定のＩ−Ｖ特性よりも低いか否かを判断、又は、今回起動時のＩ−Ｖ特性が、所定のＩ−Ｖ特性よりも低いか否かを判断して推定すればよい。あるいは、今回起動時のＯＣＶチェック電圧が、所定電圧以下であるか否かを判断して推定してもよい。
【００６３】
図８は、本発明の第３の実施形態に係る起動方法が適用される車載用の燃料電池システム９０の概略構成図である。なお、第１の実施形態に係る燃料電池システム１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００６４】
燃料電池システム９０では、燃料電池スタック１２と負荷２２とを繋ぐ第１バス５６ａに昇圧可能なＤＣ−ＤＣコンバータ９２が配設されるとともに、前記第１バス５６ａから分岐する第２バス５６ｂに高圧エネスト１８が配設される。すなわち、高圧エネスト１８とＤＣ−ＤＣコンバータ９２との間に、負荷２２が接続される。
【００６５】
第３の実施形態に係る起動方法は、図９に示すフローチャートに沿って行われる。先ず、イグニッションがＯＮされた後、燃料電池スタック１２の発電が開始されるまでの処理（ステップＳ２１〜Ｓ２５）が、第１の実施形態におけるステップＳ１〜Ｓ５と同様に行われる。
【００６６】
燃料電池スタック１２の発電が開始された後、前記燃料電池スタック１２の暖機中に、電圧調整要否判断部７８が、前記燃料電池スタック１２と高圧エネスト１８とが直結しているか否かを判断（又は第２の実施形態と同様に推定）する（ステップＳ２６）。
【００６７】
そして、電圧調整が必要であると判断（又は推定）されると（ステップＳ２６中、ＹＥＳ）、ステップＳ２７に進んで、電圧調整部８０による電圧調整処理が行われる。この電圧調整処理は、高圧エネスト１８の端子電圧が燃料電池スタック１２の出力電圧よりも低くなるための電圧制御である。第３の実施形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ９２の燃料電池スタック１２側電圧を昇圧させることにより行われる。
【００６８】
これにより、第３の実施形態では、燃料電池スタック１２の暖機時に、ＤＣ−ＤＣコンバータ９２の燃料電池スタック１２側電圧を昇圧させることにより、前記燃料電池スタック１２の出力電圧が、高圧エネスト１８の端子電圧以上になるように制御されている。従って、高圧エネスト１８の端子電圧を燃料電池スタック１２の出力電圧以下に確実に維持することが可能になり、上記の第１及び第２の実施形態と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る車載用の燃料電池システムの概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る起動方法を説明するフローチャートである。
【図３】温度の変化に対する燃料電池のＩ−Ｖ特性説明図である。
【図４】高圧エネストの特性説明図である。
【図５】温度に対するエネスト内部抵抗の説明図である。
【図６】エネスト端子電圧を下げた際の燃料電池のＩ−Ｖ特性説明図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る起動方法を説明するフローチャートである。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る起動方法が適用される車載用の燃料電池システムの概略構成図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る起動方法を説明するフローチャートである。
【図１０】一般的な燃料電池のＩ−Ｖ特性説明図である。
【符号の説明】
【００７０】
１０、９０…燃料電池システム      １２…燃料電池スタック
１４…酸化剤ガス供給装置          １６…燃料ガス供給装置
１８…高圧エネスト                ２０、９２…ＤＣ−ＤＣコンバータ
２２…負荷                        ２４…制御装置
２５…燃料電池                    ３４…エアコンプレッサ
４０…背圧制御弁                  ４２…水素タンク
４６…エゼクタ                    ５０…ポンプ
５２…高圧補機類                  ５４…モータ
５５…ダウンバータ                ５６ａ、５６ｂ…バス
６２…温度センサ                  ６４ａ、６４ｂ…電圧センサ
６６ａ、６６ｂ…電流センサ        ６８…発電前処理部
７０…補機制御部                  ７２…発電制御部
７３…燃料電池暖機制御部          ７４…ＳＯＣ算出部
７６…エネスト端子電圧監視部      ７８…電圧調整要否判断部
８０…電圧調整部
【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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