(57)【要約】【課題】燃料電池のアイドル停止中に発電安定性が低下することを防止する。【解決手段】アイドル停止中のディスチャージ制御中に、エアコン６０が非作動である等、補機電気負荷が小さく、燃料電池１４から水分を排水する必要があるとサーバＥＣＵ７０が判断した場合には、水素ポンプ３０を作動させ、水素循環流路４６に燃料オフガスを流通させて燃料電池１４内に発生した水分を排水する。これによりアイドル停止中における発電安定性の低下を未然に防止することができる。【選択図】図１
2007194042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応ガス供給手段から供給される反応ガスである燃料ガスと酸化剤ガスとにより発電を行う燃料電池から排出される燃料オフガスを燃料ガス供給流路に戻す燃料オフガス循環流路に、前記燃料オフガスを流通させるときに作動される燃料ポンプと、前記燃料オフガスから水を分離して排水する分離排水器とが設けられた燃料電池車両において、
前記燃料電池に対する発電要求量が所定値以下の場合に、前記燃料電池をアイドル状態と判断するアイドル状態判断手段と、
前記アイドル状態と判断されたときに、前記反応ガス供給手段による前記反応ガスの供給を停止してアイドル停止中とするアイドル停止手段と、
前記アイドル停止中に、前記燃料電池に発生している電圧を低下させるため、前記燃料電池に残存している電力を消費する電気負荷と、
前記アイドル停止中に、前記燃料電池から水分を排水する必要があるかどうかを判断する排水要否判断手段と、
排水が必要と判断された場合には、前記燃料ポンプを作動させ、前記燃料オフガス循環流路に前記燃料オフガスを流通させる燃料ポンプ制御手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池車両。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池車両において、
さらに、
前記アイドル状態の間に前記燃料電池により充電されるとともに前記燃料電池の発電出力を補助する蓄電装置と、
前記蓄電装置の残容量を検出する残容量検出手段と、
検出された前記残容量に応じて、前記アイドル状態の間に前記燃料電池を発電させるために前記アイドル停止中から復帰させ、前記反応ガス供給手段を通じて前記燃料電池に前記反応ガスを供給するアイドル復帰手段と、
前記アイドル停止中における前記電気負荷の大きさを検出する電気負荷検出手段と、
を備え、
前記排水要否判断手段は、前記電気負荷検出手段により検出された前記電気負荷の大小に応じて、前記アイドル停止中に前記燃料ポンプを作動させるかどうかを判断する
ことを特徴とする燃料電池車両。
【請求項３】
請求項２記載の燃料電池車両において、
前記排水要否判断手段は、前記電気負荷が小さい場合に前記燃料ポンプを作動させ、前記電気負荷が大きい場合に前記燃料ポンプを作動させない
ことを特徴とする燃料電池車両。
【請求項４】
請求項１記載の燃料電池車両において、
さらに、
前記アイドル状態の間に前記燃料電池により充電されるとともに前記燃料電池の発電出力を補助する蓄電装置と、
前記蓄電装置の残容量を検出する残容量検出手段と、
検出された前記残容量に応じて、前記アイドル状態の間に前記燃料電池を発電させるために前記アイドル停止中から復帰させ、前記反応ガス供給手段を通じて前記燃料電池に前記反応ガスを供給するアイドル復帰手段と、
前記アイドル復帰手段により前記アイドル停止中から復帰されたときに、前記燃料電池を充電するアイドルチャージ手段と、
前記アイドル状態において、前記アイドルチャージ手段による前記燃料電池の充電時間に対応する発電時間と、前記アイドル停止中における前記燃料電池の放電時間に対応する発電停止時間を検出する発電・発電停止時間検出手段と、
を備え、
前記排水要否判断手段は、前記発電・発電停止時間検出手段により検出された前記発電時間が前記発電停止時間より短い場合には、前記アイドル停止中に前記燃料ポンプを作動させる
ことを特徴とする燃料電池車両。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池車両において、
前記電気負荷には、少なくとも電動エアコンが含まれる
ことを特徴とする燃料電池車両。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池車両において、
前記排水要否判断手段による排水要否判断が、前記アイドル停止中に行われる
ことを特徴とする燃料電池車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池車両のアイドル停止中に、燃料電池に発生している電圧を低下させるため、前記燃料電池に残存している電力を消費する電気負荷を接続して電圧を低下させ燃料電池の劣化を防止する機能（ディスチャージ機能といわれる。）が搭載された燃料電池車両に関する。
【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ガス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】
燃料電池システムにおいて、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、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が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、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。
【０００４】
このような燃料電池システムでは、一般に、燃料の利用率を上げて燃費を向上させるために、燃料電池の燃料排出口から消費されずに排出される未反応の水素を含有するガス、いわゆるオフガスを、オフガス循環流路を設けて燃料供給口にもどして循環させ新鮮な燃料ガスと混合して再度燃料電池に供給することで燃料ガスをリサイクル利用している（特許文献１）。
【０００５】
また、燃料電池システムを搭載した燃料電池車両において、発電時において、燃料電池に対する発電要求量が所定値以下のアイドル状態であると判断した場合には、燃料ガスと酸化剤ガスの供給を停止するアイドル停止状態（アイドル停止中）として燃費の向上を図ることが提案されている（特許文献２）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１６５０９４号公報（図１、要約）
【特許文献２】特開２００１−３５９２０４号公報（段落［００２６］、図６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、燃料電池システムをアイドル停止状態としたときに、燃料電池の電気負荷が少ない開回路電圧（ＯＣＶ：Ｏｐｅｎ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｖｏｌｔａｇｅ）状態でのセル電圧が所定値以上で放置されると、燃料電池の劣化が大きくなる。
【０００８】
そこで、アイドル停止状態としたときに、燃料電池に発生している電圧を低下させるために、燃料電池に残存するエネルギを電気負荷（補機や放電抵抗器）で消費させるような制御、いわゆるディスチャージ制御を行う。このディスチャージ制御により燃料電池から電流が取り出され、燃料電池内に残存する反応ガスが消費されることで開回路電圧状態でのセル電圧が低下し、燃料電池の劣化を防止することができる。
【０００９】
しかしながら、ディスチャージ制御中に、燃料電池内で生成された水は燃料電池内に貯留される。このため、ディスチャージ制御が連続して行われた場合には、生成水が多量に発生して電極に付着し（燃料電池セルにフラディングが発生し）、発電安定性が低下するおそれがあることが分かった。
【００１０】
この発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、ディスチャージ制御による生成水が燃料電池内に貯留されないようにすること可能とする燃料電池車両を提供することを目的とする。
【００１１】
また、この発明は、アイドル停止中にディスチャージ制御を行っても発電安定性の低下を防止することを可能とする燃料電池車両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】
【００１２】
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。
【００１３】
この発明に係る燃料電池システムは、反応ガス供給手段（３６、４２）から供給される反応ガスである燃料ガスと酸化剤ガスとにより発電を行う燃料電池（１４）から排出される燃料オフガスを燃料ガス供給流路（２８）に戻す燃料オフガス循環流路（４６）に、前記燃料オフガスを流通させるときに作動される燃料ポンプ（３０）と、前記燃料オフガスから水を分離して排水する分離排水器（３２）とが設けられた燃料電池車両において、以下の特徴（１）〜（６）を有する。
【００１４】
（１）前記燃料電池に対する発電要求量が所定値以下の場合に、前記燃料電池をアイドル状態と判断するアイドル状態判断手段（７０）と、前記アイドル状態と判断されたときに、前記反応ガス供給手段による前記反応ガスの供給を停止してアイドル停止中とするアイドル停止手段（７０）と、前記アイドル停止中に、前記燃料電池に発生している電圧を低下させるため、前記燃料電池に残存している電力を消費する電気負荷（７８、６０）と、前記アイドル停止中に、前記燃料電池から水分を排水する必要があるかどうかを判断する排水要否判断手段（７０）と、排水が必要と判断された場合には、前記燃料ポンプを作動させ、前記燃料オフガス循環流路に前記燃料オフガスを流通させる燃料ポンプ制御手段（７０）と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
この特徴（１）を有する発明によれば、排水要否判断手段によりアイドル停止中に排水が必要と判断された場合には、燃料ポンプ制御手段により燃料ポンプを作動させるようにしているので、アイドル停止中のディスチャージ制御中に燃料電池内に発生した水分を排水することができる。
【００１６】
（２）上記の特徴（１）を有する発明において、さらに、前記アイドル状態の間に前記燃料電池により充電されるとともに、前記燃料電池の発電出力を補助する蓄電装置（１６）と、前記蓄電装置の残容量を検出する残容量検出手段（７６、７０）と、検出された前記残容量に応じて、前記アイドル状態の間に前記燃料電池を発電させるために前記アイドル停止中から復帰させ、前記反応ガス供給手段を通じて前記燃料電池に前記反応ガスを供給するアイドル復帰手段（７０）と、前記アイドル停止中における前記電気負荷の大きさを検出する電気負荷検出手段（７０）と、を備え、前記排水要否判断手段は、前記電気負荷検出手段により検出された前記電気負荷の大小に応じて、前記アイドル停止中に前記燃料ポンプを作動させるかどうかを判断することを特徴とする。
【００１７】
この特徴（２）を有する発明によれば、アイドル停止中に電気負荷検出手段により検出した電気負荷の大小に応じて燃料ポンプの作動・非作動を判断するようにしているので、燃料ポンプで消費される消費電力を最小の値にすることができる。
【００１８】
（３）上記の特徴（２）を有する発明において、前記排水要否判断手段は、具体的に、アイドル停止中の電気負荷が小さい場合には燃料電池内に水分が蓄積される量が多いことを考慮して燃料ポンプを作動させ、電気負荷が大きい場合には燃料電池内から水分が排出されることを考慮して燃料ポンプを作動させないようにしている。
【００１９】
（４）上記の特徴（１）を有する発明において、さらに、前記アイドル状態の間に前記燃料電池により充電されるとともに前記燃料電池の発電出力を補助する蓄電装置（１６）と、前記蓄電装置の残容量を検出する残容量検出手段（７０）と、検出された前記残容量に応じて、前記アイドル状態の間に前記燃料電池を発電させるために前記アイドル停止中から復帰させ、前記反応ガス供給手段を通じて前記燃料電池に前記反応ガスを供給するアイドル復帰手段（７０）と、前記アイドル復帰手段により前記アイドル停止中から復帰されたときに、前記燃料電池を充電するアイドルチャージ手段（７０）と、前記アイドル状態において、前記アイドルチャージ手段による前記燃料電池の充電時間に対応する発電時間と、前記アイドル停止中における前記燃料電池の放電時間に対応する発電停止時間を検出する発電・発電停止時間検出手段（７０）と、を備え、前記排水要否判断手段は、前記発電・発電停止時間検出手段により検出された前記発電時間が前記発電停止時間より短い場合には、前記アイドル停止中に前記燃料ポンプを作動させることを特徴とする。
【００２０】
この特徴（４）を有する発明によれば、アイドル状態中の発電時間と発電停止時間の長短により燃料ポンプの作動・非作動を判断することができる。
【００２１】
（５）上記の特徴（１）〜（４）のいずれか１つの特徴を有する発明において、前記電気負荷には、少なくとも電動エアコン（６０）が含まれるようにすることで、ディスチャージ制御の電力を効率よく利用することができる。
【００２２】
（６）上記の特徴（１）〜（５）のいずれか１つの特徴を有する発明において、前記排水要否判断手段による排水要否判断が、前記アイドル停止中に行われるようにすることで、アイドル停止中に水分が蓄積される不都合を未然に防止することができる。
【発明の効果】
【００２３】
この発明によれば、アイドル停止中に燃料電池に対して行われるディスチャージ制御による生成水を燃料電池内に蓄積されないようにすることができる。その結果、アイドル停止中に発電安定性の低下を未然に防止することができる。
【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に係る燃料電池システム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、高圧のバッテリ１６と、低圧のバッテリ６４と、走行用モータ１８と、エアコン（電動空気調和装置）６０等の補機とから構成される。
【００２７】
高圧のバッテリ１６は、燃料電池１４の出力を補助するとともに、燃料電池１４の発電出力により充電されるキャパシタあるいは二次電池が用いられる。この実施形態ではキャパシタを用いている。
【００２８】
補機には、エアコン６０の他、空気ポンプ（電動エアコンプレッサ）３６、水素ポンプ（電動モータポンプ）３０、図示しない冷媒ポンプ、及びライト等のその他補機６７が含まれる。
【００２９】
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して構成される燃料電池セルを、複数積層させて一体化させたスタック構造になっている。
【００３０】
燃料電池１４には、アノード電極に燃料ガス、例えば水素（Ｈ2）ガスを供給するための水素供給流路（燃料ガス供給流路）２８と、燃料電池１４から排出された未使用の水素ガスを含むオフガスを水素供給流路２８側にもどすための水素循環流路（燃料オフガス循環流路）４６と、カソード電極に酸化剤ガス、例えば酸素（Ｏ2）を含む空気（エア）を供給するための空気供給流路３４と、空気オフガスを排出する空気排出流路４０とが連通する。燃料電池１４には、さらに、図示しない前記冷媒ポンプを通じて冷媒が循環供給される図示しない冷媒循環流路が連通する。
【００３１】
水素供給流路２８にはエゼクタ４８が設けられ、このエゼクタ４８は、高圧水素を貯留する水素タンク４２から水素調整弁４４を通じて供給される新鮮な水素ガスを、水素供給流路２８を通じて燃料電池１４に供給するとともに、燃料電池１４で使用されなかった未使用の水素ガスを含む水素オフガス（燃料オフガス）を水素循環流路４６から吸引して燃料電池１４に再供給する。
【００３２】
前記水素オフガスには、アノード電極に溜まった水が水素ガス及び（又は）水素オフガスの流通によって吹き飛ばされてきた水分が含まれる。
【００３３】
水素循環流路４６には、水素オフガスから水分を分離して貯留する気液分離器３２と、水素調整弁４４が閉弁されて水素タンク４２から高圧の水素ガスが供給されていないときに燃料電池１４内の水分を気液分離器３２に溜めるために水素オフガスを燃料電池１４内に流通させて循環させるための水素ポンプ３０とが設けられている。気液分離器３２の排水口には排水流路５２に連通するドレイン弁５０が設けられている。
【００３４】
一方、空気供給流路３４には、大気からの空気を圧縮して燃料電池１４に供給する空気ポンプ３６が接続される。
【００３５】
燃料電池１４には、出力電流Ｉｆｃと各セル（燃料電池セル）の電圧Ｖｃｅｌｌを測定するための電圧・電流センサ７４が接続され、バッテリ１６にもバッテリ１６の電圧Ｖｂａｔと入・出力電流Ｉｂａｔを測定するための電圧・電流センサ７６が接続される。
【００３６】
燃料電池１４の出力線である高圧線（電力線又は高圧電源線）７２が、バッテリ１６、エアコン６０、ＤＣ／ＤＣコンバータ６２、走行用モータ１８及び空気ポンプ３６に接続される。走行用モータ１８の回生エネルギはバッテリ１６に蓄積される。
【００３７】
また、高圧線７２にディスチャージ抵抗器７８とこのディスチャージ抵抗器７８を接地して燃料電池１４の電気負荷とするためのスイッチ８０が直列に接続されている。
【００３８】
ＤＣ／ＤＣコンバータ６２は高圧を低圧に降圧し、低圧線（低圧電源線）７３を介して低圧のバッテリ６４に充電電力として供給する。ＤＣ／ＤＣコンバータ６２又はバッテリ６４は、低圧線７３を介して、その他補機６７、水素ポンプ３０、及び水素調整弁４４に電力を供給する。
【００３９】
エアコン６０には、制御装置であるエアコンＥＣＵ６８が接続され、このエアコンＥＣＵ６８からの駆動指令によりエアコン６０の作動が制御される。
【００４０】
さらに、燃料電池システム１０及びこの燃料電池システム１０を搭載する燃料電池車両１２には、制御装置であるサーバＥＣＵ７０が設けられ、このサーバＥＣＵ７０により、エアコンＥＣＵ６８の制御（エアコンＥＣＵ６８からの電力要求に基づく電力許可）、バッテリ１６の充放電制御、ディスチャージ用のスイッチ８０のオンオフ制御、水素ポンプ３０と空気ポンプ３６の作動制御、水素調整弁４４の開閉及び弁開度調整制御、ドレイン弁５０の開閉制御、走行用モータ１８の駆動制御等、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。
【００４１】
サーバＥＣＵ７０及びエアコンＥＣＵ６８は、コンピュータ（ＣＰＵ）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としても動作する。この実施形態において、サーバＥＣＵ７０は、それぞれ、アイドル状態判断手段、アイドル停止手段、排水要否判断手段、燃料ポンプ制御手段、残容量検出手段、アイドル復帰手段、電気負荷検出手段、アイドルチャージ手段、計時手段（カウンタ・タイマ）等、各機能手段の全部あるいは一部として機能する。
【００４２】
さらに、このサーバＥＣＵ７０には、燃料電池車両１２及び燃料電池システム１０の起動と停止を行うために操作されるイグニッションスイッチ（不図示）からのイグニッション信号Ｉｇ、アクセルペダルの踏み込み量Ａｐ、車速Ｖｓが、それぞれ入力として供給される。
【００４３】
図１において、太い実線は高圧線７２を示し、点線は信号線・制御線を示し、細い実線は低圧線７３を示し、二重線は配管を示している。
【００４４】
基本的には以上のように構成されかつ動作する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におけるアイドル状態（アイドルモードともいう。）の制御動作について、図２のフローチャートを参照して説明する。
【００４５】
図２中の説明事項に示すように、イグニッション信号Ｉｇが起動状態（オン状態）にある燃料電池車両１２は、アイドル状態又は通常発電状態（通常発電モードともいう。）で動作する。
【００４６】
アイドル状態には、アイドル復帰状態（アイドル復帰モードともいう。）、アイドルチャージ状態（アイドルチャージモードともいう。）、及びアイドル停止状態（アイドル停止モード又はアイドル停止中ともいう。）が含まれる。
【００４７】
ここで、アイドル状態（アイドル復帰状態、アイドルチャージ状態、及びアイドル停止状態）の内容について説明する。
【００４８】
燃料電池車両１２のアイドル状態とは、走行用モータ１８の電気的負荷、換言すれば、燃料電池１４に対する発電要求量が所定値以下である状態をいう。すなわち、アイドル状態とは、例えば、走行用モータ１８の回転数がゼロを含む所定の低速回転数である状態（「停止又は低速走行状態」という。）、燃料電池車両１２の減速時に回生制御力を発生させている状態（「回生走行状態」という。）、自動的に速度を一定に保持する走行を行っている状態（「クルーズ走行状態」という。）等が該当する。
【００４９】
このアイドル状態において、燃料電池１４による発電を行うと、燃料電池１４の出力電流（発電電流）Ｉｆｃのほとんどが、燃料電池１４に酸化剤ガスを供給するための空気ポンプ３６等の補機にて消費されてしまうことから燃料電池１４の発電効率が悪い。
【００５０】
そこで、燃料電池車両１２において、発電時に、燃料電池１４に対する発電要求量が所定値以下のアイドル状態である判断した場合には、空気ポンプ３６を停止させ、かつ水素調整弁４４を閉弁して、水素ガスと酸化剤ガスの供給を停止するアイドル停止状態（アイドル停止中）として燃費の向上を図るようにしている。
【００５１】
このアイドル停止中には、エアコン６０、その他補機６７等が動作している場合があり、これらアイドル停止中の電気負荷は、バッテリ１６の電力により駆動される。そのため、アイドル停止中に、バッテリ１６の残容量（この実施形態ではキャパシタであるので、バッテリ電圧Ｖｂａｔの２乗に比例する。）が所定値（第３所定値又は第３閾値）Ｖｔｈ３以下となった場合には、空気ポンプ３６等を再作動させ、燃料電池１４をアイドル復帰状態として発電させ、バッテリ１６のバッテリ電圧Ｖｂａｔが所定値（第１所定値又は第１閾値）Ｖｔｈ１（Ｖｔｈ１＞Ｖｔｈ３）まで充電（チャージ）させる必要がある。この充電中の状態をアイドルチャージ状態という。
【００５２】
さらに、アイドル状態においては、常時、非アイドル状態になったかどうか、換言すれば、走行用モータ１８の電気的負荷に対応する燃料電池１４に対する発電要求量が所定値以上になったかどうかが判断され、所定値以上になった場合には通常発電状態とされる。
【００５３】
そこで、ステップＳ２において通常発電運転がなされているとき、ステップＳ１において上記のアイドル状態となっているかどうかが判断される。アイドル状態が検出されなかった場合には、ステップＳ２の通常発電運転が継続される。
【００５４】
この通常発電運転時には、水素タンク４２から水素調整弁４４を通じて供給される燃料ガスが、エゼクタ４８を介し水素供給流路２８を通じて燃料電池１４のアノード電極に供給されアノード電極に沿って移動後、水分を含む未使用の水素ガスを含む水素オフガスが、燃料電池１４から排出されて水素循環流路４６に送られる。
【００５５】
水素循環流路４６に排出された水素オフガスは、エゼクタ４８の吸引作用下に、気液分離器３２、水素ポンプ３０を通じて水素供給流路２８の途上に戻された後、再度、燃料電池１４内に燃料ガスとして供給される。なお、通常発電運転中には、基本的に、水素ポンプ３０には作動指令が供給されている。
【００５６】
一方、空気は、外気が圧縮された圧縮空気として空気ポンプ３６から燃料電池１４のカソード電極に供給されカソード電極に沿って移動後、空気オフガスが空気排出流路４０を通じて大気に排出される。
【００５７】
これにより、燃料電池１４を構成する各燃料電池セルでは、アノード電極に供給される燃料ガスである水素と、カソード電極に供給される酸化剤ガス中の酸素とが反応して発電が行われる。発電出力は、高圧線７２を通じて走行用モータ１８、空気ポンプ３６、エアコン６０、バッテリ１６、及びＤＣ／ＤＣコンバータ６２に供給され、ＤＣ／ＤＣコンバータ６２を通じて低圧線７３に接続されるバッテリ６４、水素ポンプ３０、水素調整弁４４、及びその他補機６７に供給される。
【００５８】
この通常発電運転時に、燃料電池車両１２において、サーバＥＣＵ７０は、アクセルペダルの踏み込み量Ａｐや車速Ｖｓ、エアコンＥＣＵ６８の電力要求等から必要電力を算出し、この算出した必要電力、すなわち発電要求量に基づいて走行用モータ１８、エアコン６０、空気ポンプ３６、水素調整弁４４等にそれぞれ電力許可等の制御信号を送出する等の各種制御を行う。
【００５９】
一方、ステップＳ１において、アイドル状態が検出された場合には、ステップＳ３において、ステップＳ５以降のアイドル停止中における補機への電力供給に備えるため、バッテリ１６のバッテリ電圧Ｖｂａｔが所定値Ｖｔｈ１以上であるかどうかが判断される（Ｖｂ≧Ｖｔｈ１＞Ｖｔｈ２＞Ｖｔｈ３）。なお、上述したように、この実施形態において、所定値Ｖｔｈ１はバッテリ１６の所定残容量に対応する。
【００６０】
所定値Ｖｔｈ１以下である場合には、アイドル停止状態に入る前に、燃料電池１４の発電運転を継続し、バッテリ電圧Ｖｂａｔが所定値Ｖｔｈ１になるまで燃料電池１４の出力電流Ｉｆｃの一部を充電電流としてバッテリ１６に供給する。このアイドルチャージ状態におけるバッテリ１６の充電中のステップＳ３では、アクセルペダルの踏み込み量Ａｐ等から非アイドル制御状態になったかどうかも判断される。非アイドル制御状態となっていた場合にはステップＳ１３以降のアイドル復帰処理を行う。
【００６１】
その一方、充電の継続によりステップＳ３の電圧の大小判断が非成立のとき（Ｖｂａｔ＞Ｖｔｈ１）、すなわちバッテリ電圧Ｖｂａｔの充電が完了したか最初からＶｂａｔ＞Ｖｔｈ１の判断が成立していたとき、ステップＳ５において、空気ポンプ３６と水素ポンプ３０の作動を停止するとともに水素調整弁４４を閉弁することでアイドル状態中のアイドル停止状態とする。
【００６２】
このアイドル停止状態（アイドル停止中）において、後述するステップＳ６（アイドル停止状態からアイドル復帰状態への移行判断）、Ｓ７（セル電圧Ｖｃｅｌｌの監視による燃料電池１４の劣化のおそれ検出判断）の判断が成立しないことを条件に、ステップＳ８では、燃料電池１４の劣化を防止するために開回路電圧（ＯＣＶ）を低下させるディスチャージ制御（ディスチャージ作動）が行われる。
【００６３】
このディスチャージ制御は、エアコン６０の作動、その他補機６７の作動（具体的には、ライトの点灯、車内エンタテインメント装置の作動等）、並びに、スイッチ８０の閉作動によるディスチャージ抵抗器７８の作動等、一定値以上の電気負荷による電力消費により実行される。
【００６４】
ディスチャージ制御中のステップＳ６において、アイドル復帰させるかどうかの判断を行うために、バッテリ電圧Ｖｂａｔが所定値Ｖｔｈ２（Ｖｔｈ２＜Ｖｔｈ１）以下となったかどうか（Ｖｂａｔ≦Ｖｔｈ２）、又は非アイドル状態（上記したアイドル状態が解除された状態）となっているかどうかが判断される。
【００６５】
ステップＳ６のいずれかの判断が成立した場合には、ステップＳ１３以降のアイドル復帰処理を行う。
【００６６】
なお、ステップＳ６の判断で非アイドル状態が継続している場合、アイドル停止状態となった後の最初の判断では、バッテリ１６からほとんど電力が取り出されていないのでＶｂａｔ≦Ｖｔｈ２の判断は成立しない。
【００６７】
そこで、ステップＳ７において、ディスチャージ制御中におけるセル電圧Ｖｃｅｌｌが監視され、全てのセル電圧Ｖｃｅｌｌが、燃料電池１４が劣化しないとされる所定セル電圧値Ｖｔｈｃｅｌｌ以下の値になったかどうかが判断される（Ｖｃｅｌｌ≦Ｖｔｈｃｅｌｌ）。
【００６８】
ステップＳ７の判断が成立しない場合には、ディスチャージ制御が継続されるが、ディスチャージ制御中の燃料電池１４の発電により燃料電池１４のアノード電極に水分が発生するので、発生した水分を燃料電池１４内から排水すべきかどうかの判断を行うため、ステップＳ９において補機電気負荷（ディスチャージ負荷）の大きさが所定値より大きいか小さいかが判断される。この補機電気負荷の大小判断についての詳しい説明は後述するが、基本的には、補機電気負荷が大きい場合に排水の必要がないとされ、小さい場合に排水の必要があるとされる。
【００６９】
ステップＳ９の判断において、補機電気負荷が大きいと判断された場合にはステップＳ８のディスチャージ制御が継続され、小さいと判断された場合にはステップＳ１０で水素ポンプ３０が作動される。この水素ポンプ３０の作動により、水素循環流路４６中を燃料オフガスが流通する。これにより、ディスチャージ制御中に、燃料電池１４のアノード電極側に水分が溜まっても、その水分が燃料電池１４内を、水素ポンプ３０の作動下にエゼクタ４８を介して水素オフガスが流通することで吹き飛ばされて水素循環流路４６に排出され、水素循環流路４６中の気液分離器３２で水分が分離され気液分離器３２中に貯留される。なお、ドレイン弁５０は、気液分離器３２中の水分が満杯になる前に開弁される。
【００７０】
このようにして、ステップＳ６：ＮＯ→ステップＳ７：ＮＯ→ステップＳ８→ステップＳ９→（ステップＳ１０→）ステップＳ６でディスチャージ制御が継続される。
【００７１】
そして、ディスチャージ制御中、全てのセル電圧Ｖｃｅｌｌが所定セル電圧値Ｖｔｈｃｅｌｌ以下の値になったとき、燃料電池１４の開回路電圧（ＯＣＶ）が、劣化が発生しない開回路電圧（ＯＣＶ）まで低下したとみなしてステップＳ７の判断が成立する。
【００７２】
次いで、ステップＳ１１で、ディスチャージ制御が停止される。この時、スイッチ８０が閉じられていた場合にはスイッチ８０が開かれ、水素ポンプ３０が作動されていた場合には作動が停止される。
【００７３】
次いで、ステップＳ１２において、バッテリ電圧Ｖｂａｔが、アイドル状態から非アイドル状態（通常発電状態）に戻るときの最低必要電圧（最低必要残容量）、例えば走行用モータ１８による最初の加速時に必要な電圧である所定値Ｖｔｈ３（Ｖｔｈ３＜Ｖｔｈ２＜Ｖｔｈ１）以下の電圧になったかどうかが監視され、また、ステップＳ１２において、非アイドル状態になったかどうかも確認される。
【００７４】
バッテリ電圧Ｖｂａｔが所定値Ｖｔｈ３に等しい値となったとき、又は非アイドル状態が検出されたとき、ステップＳ１３において空気ポンプ３６及び水素ポンプ３０を作動させ圧縮空気を燃料電池１４に供給開始するとともに、水素調整弁４４を開き新鮮な水素ガスを燃料電池１４に供給開始する。これにより、アイドル停止状態からアイドル復帰状態に至る。
【００７５】
次いで、ステップＳ１において、アイドル状態であるか非アイドル状態であるかが確認される。なお、このステップＳ１の判断は、ステップＳ６又はステップＳ１２で非アイドル状態とされていた場合には、実際上、フラグ（アイドル状態フラグ）が立っているかどうかで確認される。
【００７６】
ステップＳ１の判断において、アイドル状態が継続されていた場合には、アイドル状態中におけるエアコン６０等の補機電気負荷の作動を確保するために、ステップＳ３、ステップＳ４のアイドルチャージ状態の制御を行い、バッテリ１６が所定値Ｖｔｈ１になるまで充電される。
【００７７】
ステップＳ３において、充電中のバッテリ１６のバッテリ電圧Ｖｂが所定値Ｖｔｈ１以上であるかどうかが判断され（Ｖｂ≧Ｖｔｈ１）、Ｖｂ≧Ｖｔｈ１となったとき、ステップＳ５において、空気ポンプ３６及び水素ポンプ３０の作動を停止するとともに、水素調整弁４４を閉弁することで、アイドル復帰状態からアイドル停止状態にする。
【００７８】
このようにして、図２のフローチャートに示すアイドル状態の制御フローが実行される。
【００７９】
次に、アイドル状態（アイドル停止状態→アイドル復帰状態→アイドルチャージ状態の繰り返し状態）になっているときのアイドル停止状態（アイドル停止中）におけるステップＳ９の補機電気負荷の大小判断について、図３の水素ポンプ作動条件表に基づいて説明する。なお、この水素ポンプ作動条件表は、サーバＥＣＵ７０中のメモリに予め記憶されている。
【００８０】
補機電気負荷が所定値より小さいと判断される場合について説明すると、例えば、エアコン６０が作動していなくてアイドル状態中におけるステップＳ４のバッテリ充電時間が短くて済む場合には、アイドルチャージ状態におけるステップＳ４で燃料電池１４によりバッテリ１６を充電するための発電運転時間が短いので、燃料電池１４に水素タンク４２から水素ガスが供給されている時間が短いことから、燃料電池１４内の水分が排出されず、水分の蓄積量が大きいと判断される。すなわち、アイドル状態中において、バッテリ充電時間（ステップＳ４）、換言すれば発電時間が発電停止時間に比較して短い場合には、補機電気負荷が小さいと判断される。
【００８１】
なお、補機電気負荷が小さい場合には、アイドル停止中におけるステップＳ１２の判断が成立するまでのバッテリ放電時間が長くなる。したがって、このような場合には、ステップＳ９の判断が成立し、補機電気負荷が小さいと判断されてアイドル停止中で水素ポンプ３０が作動される。
【００８２】
これとは反対に、補機電気負荷が所定値より大きいと判断される場合について説明すると、例えば、エアコン６０が作動していてアイドル状態中におけるステップＳ４のバッテリ充電時間が長くかかる場合には、燃料電池１４によりバッテリ１６を充電するための発電運転時間が長いので、燃料電池１４に水素タンク４２から水素ガスが供給されている時間が長いことから、燃料電池１４内の水分が排出され、水分の蓄積量が小さいと判断される。すなわち、アイドル状態中において、バッテリ充電時間（ステップＳ４）、換言すれば発電時間が発電停止時間に比較して長い場合には、補機電気負荷が大きいと判断される。
【００８３】
なお、補機電気負荷が大きい場合には、アイドル停止中におけるステップＳ１２の判断が成立するまでのバッテリ放電時間が短くなる。したがって、このような場合には、補機電気負荷が大きいと判断されステップＳ９の判断が非成立となることからアイドル停止中に水素ポンプ３０が作動されることがない。
【００８４】
以上説明したように上述した実施形態によれば、燃料ガスと酸化剤ガスとをそれぞれ反応ガスとして供給する反応ガス供給手段としての空気ポンプ３６と水素タンク４２と、供給される両反応ガスにより発電を行う燃料電池１４と、燃料電池１４に前記燃料ガスを供給する水素供給流路２８と、燃料電池１４から排出される燃料オフガスを水素供給流路２８に戻す水素循環流路４６と、水素循環流路４６に設けられ該水素循環流路４６に前記燃料オフガスを流通させるときに作動される水素ポンプ３０と、水素循環流路４６に設けられ該水素循環流路４６に前記燃料オフガスが流通しているとき前記燃料オフガスから水を分離して排水する分離排水器としての気液分離器３２と、燃料電池１４に対する発電要求量が所定値以下の場合に、燃料電池１４をアイドル状態と判断するアイドル状態判断手段としてのサーバＥＣＵ７０と、前記アイドル状態と判断されたときに空気ポンプ３６と水素タンク４２による前記反応ガスの供給を停止してアイドル停止中とするアイドル停止手段としてのサーバＥＣＵ７０と、前記アイドル停止中に燃料電池１４に発生している電圧を低下させるため燃料電池１４に残存している電力を消費する電気負荷としての例えばディスチャージ抵抗器７８とエアコン６０と、前記アイドル停止中に燃料電池１４から水分を排水する必要があるかどうかを判断する排水要否判断手段としてのサーバＥＣＵ７０と、排水が必要と判断された場合には水素ポンプ３０を作動させ水素循環流路４６に前記燃料オフガスを流通させる燃料ポンプ制御手段としてのサーバＥＣＵ７０とを備える。
【００８５】
このように上記実施形態によれば、アイドル停止中に、サーバＥＣＵ７０により燃料電池１４から水分を排水する必要があると判断した場合には、水素ポンプ３０を作動させ、水素循環流路４６に燃料オフガスを流通させるようにしているので、アイドル停止中のディスチャージ制御中に燃料電池１４内に発生した水分を確実に排水することができる。その結果、アイドル停止中における発電安定性の低下を未然に防止することができる。
【００８６】
アイドル停止中にエアコン６０が作動していない等、アイドル停止中の補機電気負荷が小さい場合には、バッテリ１６を燃料電池１４により充電するアイドルチャージ状態が短くなるので、燃料電池１４内に水分が蓄積される可能性が高くなることから、アイドル停止中に水素ポンプ３０を作動させる必要がある。補機電気負荷が大きい場合には、燃料電池１４内から水分が排出されるのでアイドル停止中、水素ポンプ３０を非作動とするので電力を無駄に消費することがなくなる。
【００８７】
補機電気負荷の大小に基づく水素ポンプ３０の作動・非作動は、アイドル状態中の発電時間と発電停止時間の長短により判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】この発明の一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アイドル状態の動作説明に供されるフローチャートである。
【図３】補機電気負荷の大小を判断する水素ポンプ作動条件の説明図である。
【符号の説明】
【００８９】
１０…燃料電池システム            １２…燃料電池車両
１４…燃料電池                    ２８…水素供給流路（燃料ガス供給流路）
３０…水素ポンプ                  ３２…気液分離器
３６…空気ポンプ                  ４２…水素タンク
４６…水素循環流路（燃料オフガス循環流路）
６０…エアコン                    ７０…サーバＥＣＵ
７８…ディスチャージ抵抗器
【図１】
2007194042.tif 000003
【図２】
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【図３】
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