(57)【要約】【課題】燃料電池の発電特性が通常発電特性より低下した低下発電特性となっている場合にも、キャパシタに、燃料電池の次回の再起動性を確保するための充電を行えるようにする。【解決手段】制御装置は、キャパシタに対して充電する際、発電特性が所定特性である通常発電特性５１を下回っている低下発電特性５２になっていると判断した場合には、補機の消費電力を制限することで、補機２０への発電電流を低減し（Ｉｆｃａ−ΔＩｆｃ）、結果、充電側電圧である発電電圧Ｖｆｃを上げて、キャパシタに対する充電を行う。これにより、キャパシタに対する所望の充電閾値Ｖｔｈまでの充電を行うことができる。【選択図】図４
2007141717.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応ガスの供給により発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池の発電電力により充電が可能な蓄電素子と、
前記燃料電池の発電電力が供給される補機と、
前記補機の消費電力を制御する電力制御手段と、
前記燃料電池の発電特性を検知する発電特性検知手段と、
前記蓄電素子に対する充電を制御する充電制御手段と、を備え
前記充電制御手段は、前記燃料電池から前記蓄電素子に対して充電を行う際、前記発電特性検知手段により検知された前記発電特性が所定特性を下回っていると判断した場合には、前記電力制御手段を通じて前記補機の消費電力を制限して、前記蓄電素子に対する充電を行う
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、
前記補機は、前記燃料電池へ前記反応ガスを供給する反応ガス供給手段であり、
前記反応ガス供給手段は、前記燃料電池の少なくとも起動時に前記蓄電素子から駆動電力の供給を受けることが可能であり、
前記充電制御手段は、前記燃料電池の停止時に前記充電を行うものであり、
前記充電制御手段による、前記補機の消費電力の制限量は、前記蓄電素子の充電量を、前記反応ガス供給手段による前記燃料電池の次回の起動を可能とする充電量となるまで充電できるようにするための前記燃料電池の発電電圧を確保できる量とする
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
反応ガスの供給により発電を行う燃料電池と、前記燃料電池の発電電力により充電が可能な蓄電素子と、前記燃料電池の発電電力が供給される補機と、前記補機の消費電力を制御する電力制御手段と、前記燃料電池の発電特性を検知する発電特性検知手段と、前記蓄電素子に対する充電を制御する充電制御手段と、を備える燃料電池システムにおける前記蓄電素子の充電制御方法であって、
前記充電制御手段により、前記燃料電池から前記蓄電素子に対して充電する際に、前記発電特性検知手段により前記発電特性を検知するステップと、
前記充電制御手段は、前記発電特性検知手段により検知された前記発電特性が所定特性を下回っていると判断した場合には、前記電力制御手段を通じて前記補機の消費電力を制限して、前記蓄電素子に対する充電を行うステップと
を有することを特徴とする燃料電池システムにおける蓄電素子の充電制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池と、この燃料電池の発電電力により充電されエアコンプレッサ等の補機を駆動可能な蓄電素子とを備える燃料電池システム及び燃料電池システムにおける蓄電素子の充電制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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電極（燃料極）及びカソード電極（酸化剤極）を設けた電解質膜・電極構造体を、一対のセパレータによって挟んで保持するとともに、アノード電極とセパレータとの間に燃料ガス流路が形成される一方、カソード電極とセパレータとの間に酸化剤流路が形成されている。この燃料電池は、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。
【０００３】
燃料電池において、燃料ガス流路を介してアノード電極に供給された燃料ガス、例えば、水素含有ガスは、電極触媒上で水素イオン化され、適度に加湿された電解質膜を介してカソード電極へと移動し、その移動の間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。カソード電極には、酸化剤ガス流路を介して酸化剤ガス、例えば、空気等の酸素含有ガスが供給されているために、このカソード電極において、水素イオン、電子及び酸素ガスが反応して水が生成される。生成された水は、電解質膜を通じてアノード電極側にも貯留される。
【０００４】
このような燃料電池において、燃料電池の停止時に、燃料電池のアノード電極側とカソード電極側に、前記エアコンプレッサから空気を掃気ガスを供給し、前記生成水を外部に吹き飛ばして、氷点下等の低温時の次回の再起動に備えることが必要であり、停止時に、エアコンプレッサ等の補機を駆動するためのエネルギを蓄積しておくエネルギ蓄積手段が必要である。
【０００５】
また、燃料電池の起動時において、燃料電池の発電を開始させるためには、燃料ガスと酸化剤ガスの両反応ガスを燃料電池に供給する必要があり、その起動時にも、反応ガス供給手段としてのエアコンプレッサ等の補機を駆動するためのエネルギを蓄積しておくエネルギ蓄積手段が必要である。
【０００６】
エネルギ蓄積手段として、鉛蓄電池、ニッケル水素２次電池、リチウムイオン２次電池等の２次電池を使用する燃料電池システムが提案されている（特許文献１）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１４６０７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この特許文献１に係る燃料電池システムでは、システムの停止要求があったときに、次の再起動時に必要な２次電池の残容量（予想必要電力量）を決定し、この予想必要電力量と現在の残容量とを比較し、現在の残容量が予想必要電力量を下回っていた場合には、燃料電池の発電を継続して、２次電池の残容量が予想必要電力量となるまで充電した後、システムを停止させる。
【０００９】
ところで、電気化学反応が必要な２次電池をエネルギ蓄積手段として使用する場合には、燃料電池の発電電力により２次電池を充電するまでに時間がかかるという問題がある。この充電中には、前記のエアコンプレッサが作動しているので、騒音が比較的に大きいという課題がある。
【００１０】
特に、燃料電池を搭載した車両において、イグニッションスイッチ等をオン状態からオフ状態とするシステムの停止要求を行った後に、エアコンプレッサが長時間作動しているのでは、運転者等の車両の操作者に違和感を与える。
【００１１】
そこで、この充電時間を短時間とするために、エネルギ蓄積手段として、キャパシタ（静電容量）を蓄電素子として使用することが考えられる。キャパシタは、燃料電池の発電電圧（Ｖ）とキャパシタの静電容量（Ｃ）で決定されるエネルギ｛（１／２）・ＣＶ2｝を短時間で充電することができる。
【００１２】
しかしながら、キャパシタを蓄電素子として使用した場合に、例えば、氷点下等の低温下起動時等には、燃料電池の発電電圧が低くなることを原因として、前記蓄電素子に所望量（燃料電池車両の駆動用モータを有効にアシストして発進をスムーズにするために必要なエネルギ量、及び（又は）燃料電池の次回の再起動の際に反応ガス供給手段を駆動し燃料電池が発電を開始するまでに必要なエネルギ量等）までの電力を蓄積することが困難になる場合があるということが分かった。
【００１３】
この発明は、上記した課題を考慮してなされたものであって、燃料電池の発電電圧が低い場合であっても、キャパシタ等の蓄電素子への充電量を大きくすることを可能とする燃料電池システム及び燃料電池システムにおける蓄電素子の充電制御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】
【００１４】
この項では、理解の容易化のために添付図面中の符号を付けて説明する。したがって、この項に記載した内容がその符号を付けたものに限定して解釈されるものではない。
【００１５】
この発明に係る燃料電池システム１０は、反応ガスの供給により発電を行う燃料電池１４と、前記燃料電池の発電電力により充電が可能な蓄電素子１６と、前記燃料電池の発電電力が供給される補機２０、２４と、前記補機の消費電力を制御する電力制御手段３０と、
前記燃料電池の発電特性を検知する発電特性検知手段３０と、前記蓄電素子に対する充電を制御する充電制御手段３０と、を備え、前記充電制御手段は、前記燃料電池から前記蓄電素子に対して充電を行う際、前記発電特性検知手段により検知された前記発電特性が所定特性５１を下回っていると判断した場合には、前記電力制御手段を通じて前記補機の消費電力を制限して、前記蓄電素子に対する充電を行うことを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、充電制御手段は、燃料電池の発電電力により蓄電素子に対して充電する際に、発電特性検知手段により検知された発電特性が所定特性を下回っていると判断した場合には、電力制御手段を通じて補機の消費電力を制限し、その分、余分に蓄電素子に対する充電を行うようにしているので、蓄電素子に対する所望量の充電量（エネルギ量）を確保することができる。
【００１７】
しかも、キャパシタ等の蓄電素子への充電は、電気化学反応を利用せず、電荷の移動であるので、短時間で終了させることができる。
【００１８】
この場合、前記補機が、前記燃料電池へ前記反応ガスを供給する反応ガス供給手段２０であるとき、前記反応ガス供給手段は、前記燃料電池の少なくとも起動時に前記蓄電素子から駆動電力の供給を受けることが可能であり、前記充電制御手段は、前記燃料電池の停止時に前記充電を行うが、この充電制御手段による、前記補機の消費電力の制限量は、前記蓄電素子の充電量を、前記反応ガス供給手段による前記燃料電池の次回の起動を可能とする充電量となるまで充電できるようにするための前記燃料電池の発電電圧を確保できる量とすることが好ましい。これにより、次回の燃料電池の再起動を確実にすることができる。
【００１９】
この発明に係る燃料電池システム１０における蓄電素子の充電制御方法は、反応ガスの供給により発電を行う燃料電池１４と、前記燃料電池の発電電力により充電が可能な蓄電素子１６と、前記燃料電池の発電電力が供給される補機２０、２４と、前記補機の消費電力を制御する電力制御手段３０と、前記燃料電池の発電特性を検知する発電特性検知手段３０と、前記蓄電素子に対する充電を制御する充電制御手段３０と、を備える燃料電池システムにおける前記蓄電素子の充電制御方法であって、前記充電制御手段により、前記燃料電池から前記蓄電素子に対して充電する際に、前記発電特性検知手段により前記発電特性を検知するステップ（Ｓ５ａ）と、前記充電制御手段は、前記発電特性検知手段により検知された前記発電特性が所定特性を下回っていると判断した場合には、前記電力制御手段を通じて前記補機の消費電力を制限して、前記蓄電素子に対する充電を行うステップ（Ｓ５ｅ）とを有することを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、充電制御手段は、燃料電池の発電電力により蓄電素子に対して充電する際に、発電特性検知手段により検知された発電特性が所定特性を下回っていると判断した場合には、電力制御手段を通じて補機の消費電力を制限し、その分、余分に蓄電素子に対する充電を行うステップを有するようにしているので、蓄電素子に対する所望量の充電量（エネルギ量）を確保することができる。
【００２１】
しかも、キャパシタ等の蓄電素子への充電は、電気化学反応を利用せず、電荷の移動であるので、短時間で終了させることができる。
【発明の効果】
【００２２】
この発明によれば、燃料電池の発電電圧が低い場合であっても、補機の消費電力を制限（低減）して、燃料電池の発電電圧を上げるようにしているので、キャパシタ等の蓄電素子への充電量を大きくすることができる。
【００２３】
より具体的には、氷点下等の低温時における起動時等に、燃料電池の発電特性が低下している場合のキャパシタ等の蓄電素子への充電は、補機の負荷を低減した状態、及び（又は）作動条件を緩やかにした条件とすることで、燃料電池の発電電圧を高くした状態で行うようにしたので、燃料電池の発電電圧まで充電される充電素子の充電量（残容量）を大きくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、この発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２５】
図１は、この発明の一実施形態が適用された燃料電池システム１０を備える燃料電池車両１２の概略構成図である。
【００２６】
この燃料電池車両１２は、基本的には、燃料電池１４と、この燃料電池１４の出力を補助するとともに、この燃料電池１４の発電電力等により充電される蓄電素子であるキャパシタ１６と、エアコンプレッサ２０等の補機とから構成される燃料電池システム１０と、走行用の駆動用モータ１８とを備える。
【００２７】
燃料電池１４は、固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで挟んで保持する燃料電池セルを、複数積層させて一体化させた構造となっている。
【００２８】
燃料電池１４のアノード電極には、高圧の水素タンク１５が接続され、水素タンク１５からアノード電極に、一方の反応ガスであって燃料ガスである水素が供給される。また、燃料電池１４のカソード電極にはエアコンプレッサ２０が接続されており、エアコンプレッサ２０からカソード電極に、他方の反応ガスであって酸化剤ガスである空気（酸素）が供給される。
【００２９】
アノード電極の反応面に水素が供給されると、ここで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電極の方に移動する。この間に生じた電子が電流として電流制限装置２２側に取り出され、直流の電気エネルギーとして利用される。
【００３０】
燃料電池１４には、燃料電池１４の発電電圧Ｖｆｃ及び発電電流Ｉｆｃを検出する電圧・電流センサ２１を通じて電流制限装置２２が接続されている。
【００３１】
電流制限装置２２は、電圧・電流センサ２６を通じてキャパシタ１６に接続されるとともに、駆動用モータ１８、主要な補機であるエアコンプレッサ２０、エアコンプレッサ２０以外の他の補機（車両１２に搭載されたエアコンディショナやヘッドランプなど）２４にも接続され、燃料電池１４からの出力を必要に応じて制限してこれらの機器１６、１８、２０、２４に供給する。
【００３２】
なお、電圧・電流センサ２６は、キャパシタ１６の端子電圧Ｖｃを検出するとともにキャパシタ１６に対して流入出される電流Ｉｃを検出する。
【００３３】
電流制限装置２２は、出力側、例えばキャパシタ１６側から入力側、すなわち燃料電池１４側への電流の逆流を防止する機能を有するとともに、燃料電池１４から出力される方向に電流の通流が可能なダウンコンバータ（不図示）を含み、開閉器（スイッチ）としても機能する。
【００３４】
燃料電池１４とキャパシタ１６との間に、電圧・電流センサ２１、電流制限装置２２、電圧・電流センサ２６、及び電力線が接続されているが、これらの電気部材による電圧降下は、数ボルト以内の電圧であり、したがって、燃料電池１４とキャパシタ１６とが電気的に接続されているときは、実質的に燃料電池１４とキャパシタ１６とは直接的に接続（直結）されているとみなすことができる。また、電流制限装置２２は、燃料電池１４が不調のときには、出力を制限するために、上記開閉器としての機能により、接続（直結）を切り離すことができる。
【００３５】
燃料電池１４で発電される電力の一部は、反応ガス（酸化剤ガス）を供給する反応ガス供給手段としてのエアコンプレッサ２０を駆動するために使用される。
【００３６】
キャパシタ１６は、例えば電気二重層コンデンサとされ、燃料電池１４の発電電力で充電されるとともに、キャパシタ１６が蓄えた電力（エネルギ）を駆動用モータ１８やエアコンプレッサ２０及び他の補機２４に供給して燃料電池１４の発電を補助する機能も備えている。
【００３７】
なお、キャパシタ１６は、電荷蓄積素子であり、エネルギ蓄積量は、最大限、燃料電池１４の発電電圧Ｖｆｃまで充電され、その場合のエネルギ蓄積量、すなわち残容量は、上述した（１／２）Ｃ・Ｖｆｃ2となる。
【００３８】
燃料電池１４及びキャパシタ１６に接続された駆動用モータ１８は、この燃料電池１４やキャパシタ１６から供給された電力を駆動力としている。この駆動力は、リダクション或いはトランスミッションを介して駆動輪に伝達され、これにより、燃料電池車両１２が走行する。
【００３９】
また、燃料電池車両１２の減速時に駆動輪から駆動用モータ１８に駆動力が伝達されると、駆動用モータ１８は発電機として機能し、いわゆる回生制動力を発生する。これにより、車体の運動エネルギーを電気エネルギーとして回収することができ、キャパシタ１６に電気エネルギーが蓄電される。
【００４０】
燃料電池１４、電流制限装置２２、駆動用モータ１８、エアコンプレッサ２０には制御装置３０が接続されている。
【００４１】
制御装置３０は、アクセルペダルの踏み込み量Ａｐや車速Ｖｃなどから必要電力を算出して、この算出した電力に基づいて燃料電池１４や電流制限装置２２、駆動用モータ１８、エアコンプレッサ２０にそれぞれ制御信号を指令として送信する。また、制御装置３０は、イグニッションスイッチ３２からのイグニッション信号（オン信号とオフ信号）Ｉｇに応じて、燃料電池システム１０を起動させ、また停止させる。
【００４２】
制御装置３０により、燃料電池システム１０及び燃料電池車両１２の全ての動作が制御される。
【００４３】
制御装置３０は、コンピュータにより構成され、各種入力に基づきメモリに記憶されているプログラムを実行することで各種の機能を実現する機能手段（機能実現手段）としても動作する。この実施形態において、制御装置３０は、エアコンプレッサ２０及び他の補機２４の消費電力を制御する電力制御手段、燃料電池１４の発電特性を検知する発電特性検知手段、キャパシタ１６に対する充電を制御する充電制御手段の他、低温時一時起動後停止判定手段、キャパシタ残容量検出（算出）手段、計時手段（カウンタ・タイマ）等として機能する。
【００４４】
なお、図１において、太い実線は電力線を示している。
【００４５】
この実施形態に係る燃料電池システム１０を搭載する燃料電池車両１２は、基本的には、以上のように構成され動作する。
【００４６】
次に、制御装置３０によるキャパシタ１６の充電制御動作について、図２のフローチャートを参照しながら、Ａ．イグニッション信号Ｉｇのオフ信号からオン信号への遷移時、すなわち起動時（始動時）、又は通常発電運転時の充電制御、Ｂ．イグニッション信号Ｉｇのオン信号からオフ信号への遷移時、すなわち停止時（システム停止時）の充電制御について説明する。
【００４７】
Ａ．イグニッション信号Ｉｇのオフ信号からオン信号への遷移時、すなわち起動時（始動時）、又は通常発電運転時の充電制御
ステップＳ１において、操作者のイグニッションスイッチ３２のオフからオンへの操作によりイグニッションスイッチ３２から出力されるイグニッション信号Ｉｇがオフ信号からオン信号に切り替わると、ステップＳ２において、燃料電池１４に対して、水素タンク１５から水素ガスが供給されるとともに、エアコンプレッサ２０が駆動されて空気が供給され、両反応ガスの供給により燃料電池１４の発電が行われる。
【００４８】
次いで、ステップＳ３において、イグニッション信号Ｉｇがオン信号からオフ信号に切り替わったかどうかが監視され、オン信号のままであるとき、ステップＳ４において、キャパシタ１６の充電の必要性を判断する。
【００４９】
キャパシタ１６の残容量（エネルギ・電力量）Ｗｃは、上述したように、キャパシタ１６に対して電流Ｉｃが入出力していないときのキャパシタ１６の開放端子間電圧Ｖｃｏと静電容量Ｃとから、次の（１）式で求められる。
【００５０】
Ｗｃ＝（１／２）Ｃ・Ｖｃｏ2                                  …（１）
すなわち、キャパシタ１６の残容量Ｗｃは、キャパシタ１６の開放端子間電圧Ｖｃｏを測定することで、制御装置３０により、上記（１）式を用いて簡単に算出することができる。なお、開放端子間電圧は、キャパシタ１６に対して電流が流入出していない状態で測定することができる。
【００５１】
そこで、ステップＳ４において、キャパシタ１６の開放端子間電圧Ｖｃｏが電圧・電流センサ２６を通じて測定され、測定された開放端子間電圧Ｖｃｏが、閾値電圧Ｖｔｈ以下であるかどうかを判断する。
【００５２】
イグニッションスイッチ３２をオフからオンに切り替えたときの閾値電圧Ｖｔｈは、換言すれば、ステップＳ１の判断が成立した場合の閾値電圧Ｖｔｈは、燃料電池車両１２の発進時の円滑な加速性能を確保するために、キャパシタ１６の蓄積エネルギにより駆動用モータ１８をアシストするのに十分なエネルギに対応した値に設定される。
【００５３】
キャパシタ１６の開放端子間電圧Ｖｃｏが、この閾値電圧Ｖｔｈ以上の値であった場合（ステップＳ４：ＮＯ）には、駆動用モータ１８が燃料電池１４の発電電力とキャパシタ１６の蓄積電力の合成電力によって駆動され、円滑に加速されて走行が開始される。
【００５４】
その一方、キャパシタ１６の開放端子間電圧Ｖｃｏが閾値電圧Ｖｔｈを下回っている場合には（Ｖｃｏ≦Ｖｔｈ）、ステップＳ５において、キャパシタ充電処理が行われる。
【００５５】
ステップＳ５のキャパシタ充電処理では、まず、ステップＳ５ａにおいて、燃料電池１４の現在の発電特性（電流・電圧特性、ＩＶ特性）が検知される。
【００５６】
発電特性は、現在、燃料電池１４から取り出されている発電電流Ｉｆｃと発電電圧Ｖｆｃを測定することで検知することができる。例えば、電流制限装置２２で電流値を何段階か変化させながら、発電電流Ｉｆｃに対する発電電圧Ｖｆｃをプロットすることで図３に示す発電特性５１、５２等を検知乃至推定することができる。
【００５７】
図３に示すように、発電特性は、燃料電池１４が通常状態で動作しているときの、通常発電特性５１と、氷点下等の低温時起動時あるいは燃料電池１４が経年劣化等の劣化したときの通常発電特性５１を下回る、例として描いている、低下発電特性５２とで管理される。すなわち、低下発電特性５２は、所定特性としての通常発電特性５１を下回る領域の特性である。
【００５８】
ステップＳ５ａの判断により発電特性が低下していない通常発電特性５１が検出された場合には、ステップＳ５ｂにおいて現在の発電電流Ｉｆｃａを燃料電池１４から取り出したまま、閾値電圧Ｖｔｈを上回る発電電圧Ｖｆｃ１によりキャパシタ１６の充電を閾値電圧Ｖｔｈまで行う（従来通りの充電）。キャパシタ１６の充電は短時間で終了する。
【００５９】
開放端子間電圧Ｖｃｏが閾値電圧Ｖｔｈとなるまでの充電が完了したとき、充電が終了され所望のエネルギ量（残容量）である（１／２）ＣＶｔｈ2がキャパシタ１６に蓄積されると、以降、駆動用モータ１８が燃料電池１４の発電電力とキャパシタ１６の蓄積電力の合成電力によって駆動され、円滑に加速されて走行が開始される。
【００６０】
その一方、ステップＳ５ａの判断において、現在の発電特性が、通常発電特性５１を下回り、現在の発電電流Ｉｆｃａに対応する発電電圧で充電しても閾値電圧Ｖｔｈを確保することができない発電電圧Ｖｆｃａ（Ｖｆｃａ＜Ｖｔｈ）となる低下発電特性５２であった場合には、ステップＳ５ｃにおいて充電モードを開始するが、その際、エアコンプレッサ２０及び（又は）他の補機２４の消費電力を所定量低減して充電を行う。
【００６１】
ここで、所定量は、図４に示すように、低下発電特性５２上で、エアコンプレッサ２０及び（又は）他の補機２４の補機負荷を低減して、すなわち、エアコンプレッサ２０及び（又は）他の補機２４に供給される発電電流Ｉｆｃを現在の発電電流Ｉｆｃａ（発電電圧Ｖｆｃａ）から、キャパシタ１６を閾値電圧Ｖｔｈまで充電できるようにするため、補機２０、２４への供給電流を電流ΔＩｆｃ分、低減した発電電流Ｉｆｃｂに変更する。
【００６２】
すなわち、制御装置３０は、補機２０、２４への供給電流をΔＩｆｃ分制限して、換言すれば、補機２０、２４の消費電力を低減して、発電電流Ｉｆｃを次の（２）式で決定する値以下の値に制限する。
【００６３】
Ｉｆｃｂ＝Ｉｆｃａ−ΔＩｆｃ                                …（２）
このとき、充電側電圧としての発電電圧Ｖｆｃは、発電電圧Ｖｆｃ＝Ｖｆｃａから発電電圧Ｖｆｃ＝Ｖｔｈまで上昇する。
【００６４】
なお、補機２０、２４の消費電力を効果的に低減するためには、消費電力の大きな、例えば、反応ガス供給手段としてのエアコンプレッサ２０の消費電力を制限することが簡易であり、そのためには、エアコンプレッサ２０の駆動用モータ（エアコンプレッサモータ）の回転数を下げる（作動条件を下げる）、又は燃料電池１４の図示しない空気の背圧制御弁を調整して燃料電池１４への空気の供給圧力を下げることで低減できる。もちろん、他の補機２４であるエアコンディショナ用の供給電流を低減してもよい。
【００６５】
発電電圧Ｖｆｃ＝Ｖｔｈ以上の値による充電により、ステップＳ５ｅにおいて、キャパシタ１６に対して閾値電圧Ｖｔｈまでの充電が完了したとき、ステップＳ５ｄで行った補機２０、２４に対する上述した作動条件及び（又は）供給圧力の制限を解除する。図４例では、補機２０、２４への電流を低減電流ΔＩｆｃ分増加させて、発電電流Ｉｆｃａとする。
【００６６】
このように、補機２０、２４の消費電力を低減し、充電側電圧としての発電電圧Ｖｆｃを高くして（Ｖｆｃ≧Ｖｔｈ）、キャパシタ１６の開放端子電圧Ｖｃｏが閾値電圧Ｖｔｈとなるまでの充電が完了したとき、以降、駆動用モータ１８が燃料電池１４の発電電力とキャパシタ１６の蓄積電力の合成電力によって駆動され、円滑に加速されて走行が開始される。すなわち、イグニッションスイッチ３２をオン状態としたときから、きわめて短時間後に、快適な走行が開始される。
【００６７】
なお、上述したキャパシタ１６の充電制御は、イグニッションスイッチ３２のオン時、換言すれば、イグニッション信号Ｉｇのオフ信号からオン信号への起動時の充電制御について説明したが、この充電制御は、起動時に限らず、起動後の発電運転時には、所定時間毎に、ステップＳ４の判断がなされることから、所定時間毎に実施される。
【００６８】
ただし、ステップＳ５のキャパシタ充電処理は、燃料電池車両１２が、例えば、燃料電池１４のアイドル状態（燃料電池１４からの取り出し電流が少なく、発電電圧Ｖｆｃが高い値になっている状態）で、停止しているとき（走行していないとき）に実行することが好ましい。また、加速や減速を行わない、発電電圧Ｖｆｃが比較的高いクルーズ時等の定速走行状態時に行うことが好ましい。つまり、燃料電池車両１２のアイドル停止前等、燃料電池１４に対する燃料ガスの供給が停止される前に実施することが好ましい。
【００６９】
Ｂ．イグニッション信号Ｉｇのオン信号からオフ信号への遷移時、すなわち停止時（システム停止時）の充電制御について説明する。
【００７０】
ステップＳ３において、イグニッション信号Ｉｇのオン信号からオフ信号への遷移を検知したとき、ステップＳ６において、ステップＳ４と同様に、キャパシタ１６の開放端子間電圧Ｖｃｏが電圧・電流センサ２６を通じて測定され、測定された開放端子間電圧Ｖｃｏが、閾値電圧Ｖｔｈ以下であるかどうかが判断される。
【００７１】
開放端子間電圧Ｖｃｏが、閾低電圧Ｖｔｈ以下であった場合には、ステップＳ５と同じフローでのキャパシタ１６に対する充電処理が行われるが、停止時における閾値電圧Ｖｔｈは、一般には、上述した起動時・運転時の閾値電圧Ｖｔｈとは異なる値（より大きな値）に設定される。停止時におけるキャパシタ１６に対する充電の閾値電圧Ｖｔｈは、燃料電池１４の次回の再起動に必要な十分なエネルギに応じた値に設定される。そして、さらに、停止時における閾値電圧Ｖｔｈは、外気温が、例えば、氷点下等の低温度になることが予測されるときには、常温時に比較して、さらに大きな閾値電圧Ｖｔｈに設定することが好ましい。
【００７２】
なお、より大きな閾値電圧Ｖｔｈまで充電する場合には、図４に示した低減電流量ΔＩｆｃの値をより大きくすることで、すなわち、補機２０、２４の負荷をより小さくして低消費電力とすることで、低下発電特性５２上、より高い閾値電圧Ｖｔｈを確保することができる。
【００７３】
さらにまた、燃料電池１４が、氷点下等の低温時に、起動され（ステップＳ１：ＹＥＳ）てから、ステップＳ３でイグニッション信号Ｉｇがオフ信号とされるまでの時間が、きわめて短い時間であった場合には、換言すれば、燃料電池１４が暖機される前に、運転者の都合等によりイグニッションスイッチ３２がオフ状態にされた場合、このような、低温時一時起動後停止操作（例えば、氷点下起動後に発電短時間にてシステムを停止させる操作、換言すれば、氷点下でちょっと起動した後すぐに停止させる操作）をした場合には、固体高分子電解質膜の活性が十分になされないこと等を原因として、上述した掃気処理を長い時間行わないと燃料電池システムが不安定になる場合があるので、このような、低温時一時起動後停止操作がなされた場合には、さらにより高い閾値電圧Ｖｔｈとして、キャパシタ１６への蓄積エネルギを大きくすることが好ましい。
【００７４】
ステップＳ５のキャパシタ充電処理において、開放端子間電圧Ｖｃｏが、このようにして決定された閾値電圧Ｖｔｈまで充電されたとき、または、ステップＳ６の判定が否定的で、キャパシタ１６が閾値電圧Ｖｔｈの残容量を蓄積保持していた場合には、ステップＳ７において、水素タンク１５の燃料供給弁を閉じる、エアコンプレッサ２０の動作を停止させる等のシステム停止処理を行う。
【００７５】
以上説明したように、上述した実施形態によれば、充電制御手段としての制御装置３０は、燃料電池１４の発電電力（Ｖｆｃ×Ｉｆｃ）により蓄電素子としてのキャパシタ１６に対して充電する際、発電特性検知手段としての制御装置３０により検知された発電特性が所定特性である通常発電特性５１を下回っている領域での特性、例えば図３に示す低下発電特性５２になっていると判断した場合には、電力制御手段としての制御装置３０を通じて補機であるエアコンプレッサ２０及び（又は）他の補機２４の消費電力を制限し、充電側電圧である発電電圧Ｖｆｃを大きくしてキャパシタ１６に対する充電を行うようにしているので、キャパシタ１６に対する所望の充電閾値Ｖｔｈ（所望のエネルギ量）までの充電を短時間で行うことができる。
【００７６】
この場合、補機が、燃料電池１４へ反応ガスである空気を供給する反応ガス供給手段としてのエアコンプレッサ２０であるとき、エアコンプレッサ２０は、燃料電池１４の起動時にキャパシタ１６から駆動電力の供給を受けることができる。充電制御手段としての制御装置３０は、燃料電池１４の停止時にも充電を行うが、この制御装置３０による、エアコンプレッサ２０の消費電力の制限量は、キャパシタ１６の充電量を、エアコンプレッサ２０による燃料電池１４の次回の起動を可能とする充電量に対応する閾値電圧Ｖｔｈとなるまで充電できるようにする、燃料電池１４の発電電圧Ｖｆｃを確保できる量としている。
【００７７】
なお、キャパシタ１６の充電時間は、電気化学反応を必要としないので２次電池に比較して短く、また、蓄積電力は、開放端子間電圧Ｖｃｏの２乗に比例するので、燃料電池１４の発電電圧Ｖｆｃに依存する。結果、燃料電池１４の発電電圧Ｖｆｃが増加すれば、キャパシタ１６への充電可能な充電量（蓄積エネルギ量、残容量）を増加することができる。
【００７８】
そして、充電の際の補機２０、２４の消費電力の低減量を、燃料電池１４の次回の起動に必要なエネルギー確保に必要な充電量に設定することで、発電特性が低く、発電電圧Ｖｆｃが低くなるようなときでも、次回起動時のエネルギの確保が可能となる。
【００７９】
さらに、氷点下起動等の低温起動時に、燃料電池１４の発電特性が低い場合で発電電圧Ｖｆｃが低い場合でも、補機２０、２４の消費電力を制限する（負荷を絞り）ことで、発電電圧Ｖｆｃの高い値でキャパシタ１６を充電することができる。
【００８０】
この充電制御は、燃料電池車両１２の起動時、停止時に限らず、運転時、例えば、燃料電池車両１２がアイドル状態で停止している場合にも適用することができる。
【００８１】
さらにまた、上述した低温時一時起動後停止操作がなされた場合、あるいは燃料電池１４が劣化した場合にも、この充電制御を適用することができる。
【００８２】
このように、この発明では、氷点下等の低温時における起動時等に、燃料電池１４の発電特性が低下している場合のキャパシタ１６への充電は、補機２０、２４の負荷を低減した状態、及び（又は）作動条件を緩やかにした条件とすることで、燃料電池１４の発電電圧Ｖｆｃを高くした状態で行うようにしたので、燃料電池１４の発電電圧Ｖｆｃまで充電されるキャパシタ１６の充電量（残容量）を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】この発明の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概略構成図である。
【図２】図１例の燃料電池車両におけるキャパシタに対する充電制御の動作説明に供されるフローチャートである。
【図３】発電特性の説明図である。
【図４】補機の消費電力を低減してキャパシタに対する充電制御を行う際の説明図である。
【符号の説明】
【００８４】
１０…燃料電池システム                １２…燃料電池車両
１４…燃料電池                        １６…キャパシタ
１８…駆動用モータ                    ２０…エアコンプレッサ
２２…電流制限装置                    ２４…他の補機
３０…制御装置                        ３２…イグニッションスイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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