(57)【要約】【課題】燃料電池の停止再始動運転での燃費を向上することができる。【解決手段】所定時間アクセルペダルなどが操作されないなど長時間走行しないという運転者の走行意思が推定されたときには（Ｓ１４０）、バッテリのＳＯＣの上限値を通常時よりも大きい上限値Ｓｕｓｌｐに変更すると共にＳＯＣの下限値を通常時よりも小さい下限値Ｓｄｓｌｐに変更して制御するスリープモード運転を実行する（Ｓ２４０〜Ｓ３２０）。スリープモード運転ではエアブロー及び水素パージ操作を通常時よりも高い頻度で実行する（Ｓ２６０，Ｓ２９０）。ＳＯＣが下限値Ｓｄｓｌｐを下回り再始動条件が成立すると、燃料電池の補機類の作動条件を静粛性を考慮した条件に変更し、ＳＯＣが上限値Ｓｕｓｌｐを超えるまでバッテリを充電するよう燃料電池を制御する（Ｓ３００〜Ｓ３４０）。このように、長時間の停車に適した停止再始動運転を実行する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の停止条件が成立したときには燃料電池の発電運転を停止し所定の再始動条件が成立したときには該燃料電池の発電運転を再開する停止再始動運転を実行する燃料電池システムであって、
走行しないという運転者の走行意思を推定する推定手段と、
前記停止条件及び前記再始動条件のうち少なくとも一方の条件を前記推定手段によって推定された前記運転者の走行意思に基づいて設定する設定手段と、
前記設定手段によって設定された条件で前記燃料電池の発電運転を制御する制御手段と、
を備えた燃料電池システム。
【請求項２】
前記設定手段は、前記推定手段によって長時間走行しないという運転者の走行意思が推定されたときには前記停止条件及び前記再始動条件のうち少なくとも一方の条件を前記燃料電池の発電運転の停止時間が長くなるよう設定する、
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池が発電した電力を蓄電する蓄電手段を備え、
前記設定手段は、前記蓄電手段の蓄電量に関する前記条件を設定する、
燃料電池システム。
【請求項４】
前記設定手段は、前記推定手段によって長時間走行しないという運転者の走行意思が推定されたときには、前記通常の停止再始動運転の前記蓄電手段の下限蓄電量と比べて小さな下限蓄電量を前記再始動条件として設定し、
前記制御手段は、前記蓄電手段の蓄電量が前記下限蓄電量を下回ったときには前記蓄電手段に蓄電するよう前記燃料電池の発電運転を制御する、
請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記設定手段は、前記推定手段によって長時間走行しないという運転者の走行意思が推定されたときには、前記通常の停止再始動運転の前記蓄電手段の上限蓄電量と比べて大きな上限蓄電量を前記停止条件として設定し、
前記制御手段は、前記蓄電手段の蓄電量が前記上限蓄電量を超えたときには、前記蓄電手段への蓄電を停止するよう前記燃料電池の発電運転を制御する、
請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池の発電及び該燃料電池が発電した電力の駆動力への変換の少なくとも一方に用いられる前記燃料電池の補機類、を備え、
前記設定手段は、前記推定手段によって推定された前記運転者の走行意思に基づいて通常の前記停止再始動運転での前記補機類の作動条件とは異なる作動条件を設定し、
前記制御手段は、前記設定手段によって設定された作動条件で前記燃料電池の補機類の運転を制御する、
燃料電池システム。
【請求項７】
前記設定手段は、前記推定手段によって長時間走行しないという運転者の走行意思が推定されたときには、前記補機類の作動条件を通常の停止再始動運転時よりも制限した作動条件に設定する、
請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記設定手段は、前記推定手段によって長時間走行しない前記運転者の走行意思が推定されたあと前記推定手段によって走行するという前記運転者の走行意思が推定されたときには、通常の前記停止条件及び前記再始動条件に変更する、
請求項１〜７のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池に供給された燃料ガスが前記燃料電池を介して循環する循環流路、を備え、
前記設定手段は、前記推定手段によって推定された前記運転者の走行意思に基づいて前記循環流路を循環する燃料ガスを排出すると共に新たな燃料ガスを前記循環流路に導入するパージ操作の実行条件を通常の前記停止再始動運転での該パージ操作の実行条件とは異なる条件に設定し、
前記制御手段は、前記設定手段によって設定された実行条件で前記パージ操作を実行する、
燃料電池システム。
【請求項１０】
前記設定手段は、前記推定手段によって長時間走行しないという運転者の走行意思が推定されたときには、前記パージ操作の実行頻度を通常の停止再始動運転時よりも増加させた実行頻度に設定する、
請求項９に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記推定手段は、前記運転者が操作可能な操作部材の操作状態に基づいて運転者の走行意思を推定する、
請求項１〜１０のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記推定手段は、前記操作状態に基づいて運転者の走行意思を推定するに際して、アクセル開度状態、走行ブレーキ状態、パーキングブレーキ状態及びシフト位置状態のうち少なくとも１つの状態から運転者の走行意思を推定する、
請求項１１に記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記推定手段は、前記運転者から長時間走行しないという走行意思を取得することにより該運転者の走行意思を推定する、
請求項１〜１１のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれかに記載の燃料電池システムを搭載した車両。
【請求項１５】
所定の停止条件が成立したときには燃料電池の発電運転を停止し所定の再始動条件が成立したときには該燃料電池の発電運転を再開する停止再始動運転を実行する燃料電池システムの制御方法であって、
運転者の走行意思を推定し、前記停止条件及び前記再始動条件のうち少なくとも一方の条件を該推定した走行意志に基づいて設定し、該設定した条件で前記燃料電池の発電運転を制御する、
燃料電池システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システム、その制御方法及びそれを搭載した車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両に搭載される燃料電池システムとしては、燃料電池の発電運転の停止再始動を行うものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載されたシステムは、アイドル停止条件が成立すると燃料電池のアイドルを停止しアイドル停止中にキャパシタの残容量が所定値以下に低下したときにはキャパシタの電力によりコンプレッサを起動し、通常の運転領域よりも発電効率のよい運転領域で燃料電池を再始動しキャパシタを充電する。このように、アイドル停止時には発電効率のよい運転領域でキャパシタを充電するため、燃費が向上する。
【特許文献１】特開２００４−５６８６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、この特許文献１に記載された燃料電池システムでは、燃料電池の停止再始動運転において運転者の走行する意思については考慮せずに燃料電池の発電運転を停止・再始動していた。つまり、長時間走行しない場合など、実際には燃料電池を再始動する必要がないときであっても、すぐに走行する場合と同じように燃料電池の再始動を行うため、このような場合には、燃料を無駄に消費することがあった。
【０００４】
本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、燃料電池の停止再始動運転での燃費を向上することができる燃料電池システム及びその制御方法を提供することを目的の一つとする。また、そのような燃料電池システムを搭載した車両を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【０００６】
本発明の燃料電池システムは、
所定の停止条件が成立したときには燃料電池の発電運転を停止し所定の再始動条件が成立したときには該燃料電池の発電運転を再開する停止再始動運転を実行する燃料電池システムであって、
走行しないという運転者の走行意思を推定する推定手段と、
前記停止条件及び前記再始動条件のうち少なくとも一方の条件を前記推定手段によって推定された前記運転者の走行意思に基づいて設定する設定手段と、
前記設定手段によって設定された条件で前記燃料電池の発電運転を制御する制御手段と、
を備えたものである。
【０００７】
この燃料電池システムでは、所定の停止条件が成立したときには燃料電池の発電運転を停止し所定の再始動条件が成立したときには該燃料電池の発電運転を再開する停止再始動運転を実行する。このとき、例えば、運転者が走行をしない意志であるときには走行に備えるような燃料電池の再始動を行わないよう設定するなど、運転者の走行意思に基づいて停止再始動運転の停止条件や再始動条件を設定し、該設定した条件で燃料電池の発電運転を制御する。したがって、燃料電池の停止再始動運転での燃費を向上することができる。
【０００８】
本発明の燃料電池システムにおいて、前記設定手段は、前記推定手段によって長時間走行しないという運転者の走行意思が推定されたときには前記停止条件及び前記再始動条件のうち少なくとも一方の条件を前記燃料電池の発電運転の停止時間が長くなるよう設定してもよい。
【０００９】
本発明の燃料電池システムは、前記燃料電池が発電した電力を蓄電する蓄電手段を備え、前記設定手段は、前記蓄電手段の蓄電量に関する前記条件を設定してもよい。このとき、前記設定手段は、前記推定手段によって長時間走行しないという運転者の走行意思が推定されたときには、前記通常の停止再始動運転の前記蓄電手段の下限蓄電量と比べて小さな下限蓄電量を前記再始動条件として設定し、前記制御手段は、前記蓄電手段の蓄電量が前記下限蓄電量を下回ったときには前記蓄電手段に蓄電するよう前記燃料電池の発電運転を制御してもよい。こうすれば、通常の停止再始動運転よりも長い期間燃料電池の発電運転を停止するため、比較的容易に燃費を向上することができる。このとき、前記設定手段は、前記推定手段によって長時間走行しないという運転者の走行意思が推定されたときには、前記通常の停止再始動運転の前記蓄電手段の上限蓄電量と比べて大きな上限蓄電量を前記停止条件として設定し、前記制御手段は、前記蓄電手段の蓄電量が前記上限蓄電量を超えたときには、前記蓄電手段への蓄電を停止するよう前記燃料電池の発電運転を制御してもよい。こうすれば、下限蓄電量と上限蓄電量との範囲を大きくすることにより燃料電池の発電運転の停止及び再始動が頻繁に起きるのを防止可能であるため、システムを構成する部品の損傷などを低減することができる。
【００１０】
本発明の燃料電池システムは、前記燃料電池の発電及び該燃料電池が発電した電力の駆動力への変換の少なくとも一方に用いられる前記燃料電池の補機類、を備え、前記設定手段は、前記推定手段によって推定された前記運転者の走行意思に基づいて通常の前記停止再始動運転での前記補機類の作動条件とは異なる作動条件を設定し、前記制御手段は、前記設定手段によって設定された作動条件で前記燃料電池の補機類の運転を制御してもよい。このとき、前記設定手段は、前記推定手段によって長時間走行しないという運転者の走行意思が推定されたときには、前記補機類の作動条件を通常の停止再始動運転時よりも制限した作動条件に設定してもよい。こうすれば、長時間走行しないと推定されたとき、つまり長時間停車するときには、燃料電池の補機類が制限された作動条件で作動するため、停車中の静粛性を高めることができる。
【００１１】
本発明の燃料電池システムにおいて、前記設定手段は、前記推定手段によって長時間走行しないという前記運転者の走行意思が推定されたあと前記推定手段によって走行するという前記運転者の走行意思が推定されたときには、通常の前記停止条件及び前記再始動条件に変更してもよい。こうすれば、運転者の走行意志を推定して通常の条件に変更するため、走行に必要な電力をすぐに出力可能な状態とすることができる。
【００１２】
本発明の燃料電池システムは、前記燃料電池に供給された燃料ガスが前記燃料電池を介して循環する循環流路、を備え、前記設定手段は、前記推定手段によって推定された前記運転者の走行意思に基づいて前記循環流路を循環する燃料ガスを排出すると共に新たな燃料ガスを前記循環流路に導入するパージ操作の実行条件を通常の前記停止再始動運転での該パージ操作の実行条件とは異なる条件に設定し、前記制御手段は、前記設定手段によって設定された実行条件で前記パージ操作を実行してもよい。このとき、前記設定手段は、前記推定手段によって長時間走行しないという運転者の走行意思が推定されたときには、前記パージ操作の実行頻度を通常の停止再始動運転時よりも増加させた実行頻度に設定してもよい。こうすれば、燃料電池の発電運転を停止することによって低下した発電環境を十分改善可能であるため、燃料電池の発電運転を安定して行うことができる。
【００１３】
本発明の燃料電池システムにおいて、前記推定手段は、前記運転者が操作可能な操作部材の操作状態に基づいて運転者の走行意思を推定してもよい。こうすれば、操作部材の操作状態に基づいて比較的容易に運転者の走行意思を推定することができる。このとき、前記推定手段は、前記操作状態に基づいて運転者の走行意思を推定するに際して、アクセル開度状態、走行ブレーキ状態、パーキングブレーキ状態及びシフト位置状態のうち少なくとも１つの状態から運転者の走行意思を推定してもよい。
【００１４】
本発明の燃料電池システムにおいて、前記推定手段は、前記運転者から長時間走行しないという走行意思を取得することにより該運転者の走行意思を推定してもよい。こうすれば、より正確に長時間走行しない走行意志を推定することができる。
【００１５】
本発明の車両は、上述した種々の態様のいずれかの燃料電池システムを搭載したものである。本発明の燃料電池システムは、燃料電池の停止再始動運転での燃費を向上することができるから、これを搭載した車両も同様の効果を奏するものとなる。
【００１６】
所定の停止条件が成立したときには燃料電池の発電運転を停止し所定の再始動条件が成立したときには該燃料電池の発電運転を再開する停止再始動運転を実行する燃料電池システムの制御方法であって、
運転者の走行意思を推定し、前記停止条件及び前記再始動条件のうち少なくとも一方の条件を該推定した走行意志に基づいて設定し、該設定した条件で前記燃料電池の発電運転を制御することを含むものである。
【００１７】
この燃料電池システムの制御方法では、
所定の停止条件が成立したときには燃料電池の発電運転を停止し所定の再始動条件が成立したときには該燃料電池の発電運転を再開する停止再始動運転を実行する。このとき、例えば、運転者が走行をしない意志であるときには走行に備えるような燃料電池の再始動を行わないよう設定するなど、運転者の走行意思に基づいて停止再始動運転の停止条件や再始動条件を設定し、該設定した条件で燃料電池の発電運転を制御する。したがって、燃料電池の停止再始動運転での燃費を向上することができる。なお、この燃料電池システムの制御方法において、上述した燃料電池システムの種々の態様を採用してもよいし、また、上述した燃料電池システムの機能を実現するようなステップを追加してもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。
【実施例】
【００１９】
次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一例を表す燃料電池システム１１を搭載した燃料電池自動車１０の構成の概略を示す構成図であり、図２は燃料電池４０の構成の概略を示す断面図である。
【００２０】
燃料電池自動車１０は、燃料ガスとしての水素と酸化ガスとしてのエア中の酸素との電気化学反応により発電する燃料電池４０が複数積層された燃料電池スタック３０と、この燃料電池スタック３０とインバータ５４を介して接続された駆動用モータ５２と、インバータ５４と燃料電池スタック３０とを接続する電力ライン５３にＤＣ／ＤＣコンバータ５６を介して接続されたバッテリ５８と、システム全体をコントロールする電子制御ユニット７０とを備えている。なお、駆動軸６４は、ディファレンシャルギヤ６２を介して駆動輪６３，６３に接続されており、駆動用モータ５２から出力された動力は駆動軸６４を経て最終的には駆動輪６３，６３に出力されるようになっている。
【００２１】
燃料電池スタック３０は、固体高分子型の燃料電池４０を複数（例えば数百個）積層したものである。図２に示すように、燃料電池４０は、フッ素系樹脂などの高分子材料により形成されたプロトン伝導性の膜体である固体電解質膜４２と、白金又は白金と他の金属からなる合金の触媒が練り込められたカーボンクロスにより形成され触媒が練り込められた面で固体電解質膜４２を挟持してサンドイッチ構造を構成するガス拡散電極としてのアノード４３及びカソード４４と、このサンドイッチ構造を両側から挟みつつアノード４３との間に燃料ガス流路４６を形成し、カソード４４との間に酸化ガス流路４７を形成すると共に、隣接する燃料電池４０との隔壁をなす２つのセパレータ４５とにより構成されている。そして、燃料ガス流路４６を通過する燃料ガスとしての水素は、アノード４３でガス拡散され触媒によってプロトンと電子に分かれる。このうちプロトンは湿潤状態の固体電解質膜４２を伝導してカソード４４に移動し、電子は外部回路を通ってカソード４４に移動する。また、酸化ガス流路４７を通過する酸化ガスとしてのエアに含まれる酸素は、カソード４４でガス拡散され触媒上でプロトンと電子とエア中の酸素とが反応して水が生成する。以上の電気化学反応により各燃料電池４０には起電力が生じ電気エネルギが発生する。
【００２２】
燃料電池スタック３０には、水素を供給する水素ボンベ１２と、外気を吸入して圧送するエアコンプレッサ２２が取り付けられている。水素ボンベ１２は、数十ＭＰａの高圧水素を蓄えており、レギュレータ１４により圧力調整された水素を燃料電池スタック３０へ供給するものである。燃料電池スタック３０へ供給された水素は、各燃料電池４０の燃料ガス流路４６（図２参照）を通過したあと燃料ガス排出管３２へと導出される。この燃料ガス排出管３２には、燃料電池スタック３０内の水素濃度を高めるために用いられるアノードパージ弁１８が取り付けられている。図２に示す燃料ガス流路４６内の水素濃度は酸化ガス流路４７内のエア中の窒素がアノード４３側に流入することにより低下するため、所定のインターバルごとに所定の開放時間だけアノードパージ弁１８を開いて燃料ガス流路４６内の窒素を追い出す水素ガスパージ操作を実行するよう設定されている。なお、アノードパージ弁１８から排出された窒素と水素とを含むガスは、酸化ガス排出管３４に送られ空気により希釈されて車外に排出される。また、水素循環ポンプ２０は、燃料ガス排出管３２のうち燃料電池スタック３０とアノードパージ弁１８との間から燃料電池スタック３０とレギュレータ１４との間へ水素を循環させる循環流路２５に配置されている。この水素循環ポンプ２０は、燃料ガス排出管３２内の水素含有ガスを燃料電池スタック３０の供給側に合流させるものであり、その回転数を変動させることで水素供給量を調整することができる。また、燃料電池スタック３０には、冷却液が流通可能なＦＣ用冷却液流路２８ａが形成されており、このＦＣ用冷却液流路２８ａを燃料電池冷却ポンプ２８によって冷却液が循環することにより燃料電池スタック３０が冷却される。
【００２３】
一方、エアコンプレッサ２２は、図示しないエアクリーナを介して大気中から吸入したエアを燃料電池スタック３０へ圧送するものであり、その回転数を変動させることで酸素供給量を調整することができる。このエアコンプレッサ２２と燃料電池スタック３０との間には加湿器２４が設けられ、この加湿器２４はエアコンプレッサ２２によって圧送されたエアを加湿して燃料電池スタック３０へ供給する。燃料電池スタック３０へ供給されたエアは、各燃料電池４０の酸化ガス流路４７（図２参照）を通過したあと酸化ガス排出管３４から排出される。この酸化ガス排出管３４には、エア調圧弁２６が設けられ、このエア調圧弁２６によって酸化ガス流路４７内の圧力が調整される。なお、燃料電池スタック３０から酸化ガス排出管３４へ排出されるエアは電気化学反応によって生じた水により多湿になっているが、加湿器２４はこの多湿なエアからエアコンプレッサ２２から圧送されるエアへ水蒸気を交換する役割を果たす。
【００２４】
なお、レギュレータ１４、アノードパージ弁１８、水素循環ポンプ２０、エアコンプレッサ２２、加湿器２４、エア調圧弁２６などは燃料電池スタック３０又はバッテリ５８から電力の供給を受ける。
【００２５】
駆動用モータ５２は、駆動軸６４に接続され、発電機として駆動することができると共に電動機としても駆動することができる周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ５４を介してバッテリ５８や燃料電池スタック３０と電力のやり取りを行う。また、駆動用モータ５２は、インバータ５４のスイッチング素子のスイッチングにより駆動制御され駆動軸６４と動力のやり取りを行う。
【００２６】
バッテリ５８は、周知のニッケル水素二次電池として構成されており、ＤＣ／ＤＣコンバータ５６を介して燃料電池スタック３０と並列に接続されている。このバッテリ５８は、車両減速時の回生エネルギや燃料電池スタック３０で発生した電気エネルギを吸収したり、蓄積した電気エネルギを放電して燃料電池スタック３０だけでは不足する電力を駆動用モータ５２に供給したりする。ＤＣ／ＤＣコンバータ５６は、電力ライン５３の電圧を調整すると共にバッテリ５８の充放電を行うものであり、燃料電池スタック３０の動作点を調整する役割を果たす。なお、バッテリ５８の代わりにキャパシタを採用してもよい。
【００２７】
電子制御ユニット７０は、ＣＰＵ７２を中心として構成されたワンチップマイクロプロセッサとして構成されており、処理プログラムを記憶したＲＯＭ７４と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ７６と、入出力ポート（図示せず）とを備えている。この電子制御ユニット７０には、図示しない流量計や温度計からの燃料電池スタック３０へ供給される水素及びエアの流量や温度に関する信号、加湿器２４やエアコンプレッサ２２の運転状態に関する信号、駆動用モータ５２を制御するために必要な信号（例えば駆動用モータ５２の回転数Ｎｍや駆動用モータ５２に印加される相電流など）、バッテリ５８を管理するために必要な充放電電流などが入力ポートを介して入力される。また、車速センサ８９からの車速Ｖ，シフトレバー８１の位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ，パーキングレバー８７の位置を検出するパーキングブレーキポジションセンサ８８からのパーキングブレーキポジションＰＰ，システム起動状態（イグニッションオン状態）で長時間走行しないときに運転者により押下されるスリープモード選択スイッチ８０からの信号ＳＬなども入力ポートを介して入力される。一方、電子制御ユニット７０からは、エアコンプレッサ２２への駆動信号、加湿器２４への制御信号、レギュレータ１４やアノードパージ弁１８，エア調圧弁２６への制御信号、燃料電池冷却ポンプ２８やインバータ５４への制御信号、ＤＣ／ＤＣコンバータ５６への制御信号などが出力ポートを介して出力される。
【００２８】
次に、本実施例の燃料電池自動車１０の車両走行時の動作の概略について説明する。この燃料電池自動車１０では、シフトポジションＳＰ，アクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダルポジションＢＰ及び車速Ｖなどの各種情報を入力し、この各種情報に基づいて車両に要求される走行要求パワーＰｄｒ＊を計算し、該計算した走行要求パワーＰｄｒ＊が出力されるように燃料電池スタック３０の補機類（水素循環ポンプ２０、エアコンプレッサ２２及び燃料電池冷却ポンプ２８など）を駆動・制御する。例えば、走行要求パワーＰｄｒ＊に見合うすべての電力が燃料電池スタック３０から出力されるように燃料電池スタック３０の補機類を駆動・制御したり、走行要求パワーＰｄｒ＊に見合う電力が燃料電池スタック３０及びバッテリ５８から出力されるように燃料電池スタック３０の補機類を駆動・制御したり、走行要求パワーＰｄｒ＊とバッテリ５８の充電に必要な電力との和に見合う電力が燃料電池スタック３０から出力されるように燃料電池スタック３０の補機類を駆動・制御したりする。また、この燃料電池自動車１０では、所定の停止条件が成立したときに燃料電池スタック３０の発電運転を停止し、該停止後に所定の再始動条件が成立すると燃料電池スタック３０の発電運転を再始動する停止再始動運転を行うことにより燃費を向上させることができる。
【００２９】
次に、本実施例の燃料電池自動車１０の動作について説明する。図３は、燃料電池自動車１０のＥＣＵ７０のＣＰＵ７２により実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートであり、図６は、駆動制御ルーチンのタイムチャートであり、（ａ）は、通常の停止再始動運転時のタイムチャート、（ｂ）は、スリープモード運転時のタイムチャートである。このルーチンは、ＲＯＭ７４に記憶され、ＣＰＵ７２によりシステムが起動してから所定のタイミングごと（例えば数ｍｓｅｃごと）に繰り返し実行される。
【００３０】
このルーチンが開始されると、ＣＰＵ７２は、まずアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃや車速センサ８９からの車速Ｖ，モータ回転数Ｎｍ，シフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ，パーキングブレーキポジションセンサ８８からのパーキングブレーキポジションＰＰなど制御に必要なデータを入力する（ステップＳ１００）。なお、ＣＰＵ７２は、バッテリ５８の充放電電流の積算値に基づいて残容量（ＳＯＣ）を計算する。次に、駆動軸６４に要求される要求トルクＴｄｒ＊を設定すると共に車両の走行に要求される走行要求パワーＰｄｒ＊を設定する（ステップＳ１１０）。ここで、要求トルクＴｄｒ＊は、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖと要求トルクＴｄｒ＊との関係を予め定めて要求トルク設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとが与えられると記憶したマップから対応する要求トルクＴｄｒ＊を導出して設定するものとした。図４に要求トルク設定用マップの一例を示す。また、走行要求パワーＰｄｒ＊は、設定した要求トルクＴｄｒ＊と駆動軸６４の回転数Ｎｄｒとを乗算して算出するものとした。なお、本実施例では駆動用モータ５２の回転軸が駆動軸６４と直結されているため駆動軸６４の回転数Ｎｄｒは駆動用モータ５２の回転数Ｎｍと一致する。
【００３１】
続いて、燃料電池自動車１０の全体に要求されるシステム要求パワーＰｓｙｓ＊を設定する（ステップＳ１２０）。システム要求パワーＰｓｙｓ＊は、先ほど設定した走行要求パワーＰｄｒ＊と走行以外に燃料電池自動車１０に搭載された電気負荷に要求される負荷要求パワーＰｘ＊との和として算出される。ここで、負荷要求パワーＰｘ＊は、補機類の運転に必要な補機要求パワーやバッテリ５８のＳＯＣが低下しているときに必要な充電要求パワーなどを合算したものである。
【００３２】
続いて、燃料電池スタック３０から出力可能な上限パワーであるＦＣ最大許可パワーＰｆｃｍａｘとバッテリ５８から出力可能な上限のパワーであるバッテリ最大許可パワーＰｂｍａｘとを算出する（ステップＳ１３０）。ＦＣ最大許可パワーＰｆｃｍａｘは、燃料電池スタック３０の温度や供給燃料圧力などの変動要因により定期的に補正した電力−電流特性（Ｐ−Ｉ特性、図５参照）に基づいて算出される。また、バッテリ最大許可パワーＰｂｍａｘは、バッテリ５８のＳＯＣに基づいて算出される。
【００３３】
続いて、システム要求パワーＰｓｙｓ＊を燃料電池スタック３０とバッテリ５８とにどのように分配するかを決定するためのパワー分配処理を実行する（ステップＳ１４０〜Ｓ３２０）。このパワー分配処理が実行されることにより、燃料電池スタック３０に要求されるＦＣ要求パワーＰｆｃ＊とバッテリ５８に要求される放電要求パワーＰｂ＊とが設定される。具体的には、まず、ＣＰＵ７２は、長時間走行しないという運転者の走行意思が推定されたか否かを判定する（ステップＳ１４０）。この長時間走行しないという運転者の走行意思の推定は、所定時間車速Ｖがゼロである、所定時間シフトポジションがパーキングポジションである、所定時間アクセルペダル８３やブレーキペダル８５などが操作されていない、所定時間パーキングレバー８７がオン状態であるなどの条件に基づいて行い、これらの条件をすべて満たしているときに長時間走行しないという運転者の走行意思が推定される。この所定時間は、信号待ちなどで誤った推定をしないような時間（例えば３分など）に設定されている。また、スリープモード選択スイッチ８０が運転者により押下されたときには、その他の条件にかかわらず長時間走行しないという運転者の走行意思が推定される。このとき、再度スリープモード選択スイッチ８０が押下されたり、アクセルペダル８３などの操作があったとき、つまり上記条件が解除されたときには走行するという運転者の走行意思が推定される。本実施例では、ステップＳ１４０で長時間走行しないという運転者の走行意思が推定されなかった場合には、通常の停止再始動運転のパワー分配処理（ステップＳ１５０〜Ｓ２３０）を実行する。
【００３４】
ステップＳ１４０で長時間走行しないという運転者の走行意思が推定されなかったときには、ＳＯＣの上限値を通常の発電運転の停止条件としての上限値Ｓｕｓｔｄに設定すると共にＳＯＣの下限値を通常の発電運転の再始動条件としての下限値Ｓｄｓｔｄに設定する（ステップＳ１５０）。この下限値Ｓｄｓｔｄは、ＳＯＣがこの下限値Ｓｄｓｔｄを下回ると燃料電池スタック３０の発電運転を実行する閾値であり、例えばＳＯＣが４５％などに定められている。一方、上限値Ｓｕｓｔｄは、ＳＯＣがこの上限値Ｓｕｓｔｄを超えるとバッテリ５８への充電を停止する閾値であり、例えばＳＯＣが６０％などに定められている。
【００３５】
次に、燃料電池スタック３０の発電運転が停止中であるか否かを判定する（ステップＳ１６０）。燃料電池スタック３０の発電運転が実行中であるときには、通常のタイミングで水素パージ操作を実行する（ステップＳ１７０）。ここで、発電運転の停止時には、カソード４４から固体電解質膜４２を介して酸化ガス流路４７に残存している空気中の窒素がクロスリークするためアノード４３での窒素濃度が高くなる。このため、発電運転の再開後、所定のタイミングで上述の水素パージ操作を実行する。この水素パージ操作を実行する通常のタイミングは、燃料電池スタック３０を再始動したあと所定時間経過後に１回実行するように設定されている（図６（ａ）参照）。また、このタイミングは、タイマ７８のタイマ値に基づいて判定する。
【００３６】
続いて、燃料電池スタック３０の停止条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ１８０）。燃料電池スタック３０の停止条件が成立したか否かの判定は、例えば燃料電池自動車１０の車速Ｖが所定の低速範囲（例えば時速２０ｋｍ以下など）であり、走行要求パワーＰｄｒ＊が所定値以下で且つバッテリ５８のＳＯＣが下限値Ｓｄｓｔｄ以上であるときなど、走行に要求される電力が小さく、燃料電池スタック３０の発電運転を停止可能であるか否かに基づいて行う。燃料電池スタック３０の停止条件が成立していないときには、バッテリ最大許可パワーＰｂｍａｘとＦＣ最大許可パワーＰｆｃｍａｘとを超えない範囲内で、システム要求パワーＰｓｙｓ＊を燃料電池スタック３０への要求パワーであるＦＣ要求パワーＰｆｃ＊とバッテリへの要求パワーである放電要求パワーＰｂ＊とに分配する（ステップＳ１９０）。具体的には、システム要求パワーＰｓｙｓ＊のうち走行要求パワーＰｄｒ＊については燃料電池スタック３０から出力することを基本とし、加速過渡時や高負荷運転時など燃料電池スタック３０の出力パワーだけでは不足する場合にはバッテリ５８からパワーアシストが行われるように分配される。
【００３７】
続いて、燃料電池スタック３０の補機類の作動条件を通常の作動条件に設定する（ステップＳ２００）。つまり、補機類の作動条件において静粛性などを考慮せず、要求された電力を出力可能な作動条件に設定する。ここでの補機類とは、水素循環ポンプ２０，エアコンプレッサ２２，燃料電池冷却ポンプ２８など、燃料電池スタック３０の発電に用いられるものである。ステップＳ２００のあと、駆動用モータ５２のトルク指令Ｔｍ＊を設定する（ステップＳ３３０）。トルク指令Ｔｍ＊は、燃料電池スタック３０とバッテリ５８とから走行要求パワーＰｄｒ＊を駆動用モータ５２に出力できる場合には走行要求パワーＰｄｒ＊に見合ったトルク値に設定され、走行要求パワーＰｄｒ＊を駆動用モータ５２に出力できない場合には出力可能な範囲内のトルク値に設定される。
【００３８】
続いて、駆動用モータ５２からモータトルク指令Ｔｍ＊に相当するトルクが出力されるようにインバータ５４をスイッチング制御すると共に、設定したＦＣ要求パワーＰｆｃ＊で発電運転するように燃料電池スタック３０の補機類を制御し（ステップＳ３４０）、このルーチンを終了する。具体的には、燃料電池スタック３０からＦＣ要求パワーＰｆｃ＊が出力されるようにステップＳ２００で定めた作動条件に基づきエアコンプレッサ２２の回転数を調節して空気量を増加又は減少させると同時に、燃料電池スタック３０の動作点をＤＣ／ＤＣコンバータ５６によって移動させる。また、バッテリ５８からの電力がＤＣ／ＤＣコンバータ５６やインバータ５４を介して駆動用モータ５２に供給されるようにする。このとき、水素ガスは、電気化学反応によって消費された分を水素ボンベ１２から供給しながら水素循環ポンプ２０によって余剰の燃料ガスを燃料電池スタック３０に供給する。ここで、燃料電池スタック３０の動作点の制御は、ＦＣ要求パワーＰｆｃ＊が決定されると、図５（ａ）に示す電力−電流特性（Ｐ−Ｉ特性）からそのＦＣ要求パワーＰｆｃ＊を出力するための電流Ｉｆｃ＊を決定し、図５（ｂ）に示す電流−電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）からその電流Ｉｆｃ＊に対応した電圧Ｖｆｃ＊を決定し、その電圧Ｖｆｃ＊を目標電圧としてＤＣ／ＤＣコンバータ５６で燃料電池スタック３０の出力電圧を制御することにより行う。
【００３９】
一方、ステップＳ１８０で燃料電池スタック３０の停止条件が成立したときには、ＦＣ要求パワーＰｆｃ＊をゼロに設定すると共に放電要求パワーＰｂ＊をシステム要求パワーＰｓｙｓ＊に設定することによりシステム要求パワーＰｓｙｓ＊の分配を行う（ステップＳ２３０）。つまり、燃料電池スタック３０の発電運転を停止すると共にバッテリ５８からシステム要求パワーＰｓｙｓ＊を出力させる。そして、駆動用モータ５２のトルク指令Ｔｍ＊を設定し（ステップＳ３３０）、駆動用モータ５２からモータトルク指令Ｔｍ＊に相当するトルクが出力されるようにインバータ５４をスイッチング制御すると共に、燃料電池スタック３０の発電運転を停止し（ステップＳ３４０）このルーチンを終了する。ここで、発電運転の停止は、レギュレータ１４を閉じて水素ボンベ１２からの水素ガスの供給を停止すると共に燃料電池スタック３０の補機類を停止することにより実行する。
【００４０】
さて、燃料電池スタック３０の発電運転を停止すると、ステップＳ１６０で燃料電池スタック３０の発電運転が停止中であると判定され、燃料電池スタック３０の再始動条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ２１０）。ここで、発電運転の再始動条件が成立したか否かの判定は、例えば運転停止時間ｔｓが経過したか否か、発電運転の停止中にアクセルペダル８３が踏み込まれることにより要求トルクＴｄｒ＊が所定値を超えたか否か、バッテリ５８のＳＯＣが下限値Ｓｄｓｔｄを下回ったか否かなどに基づいて行われる。この運転停止時間ｔｓは、発電運転の停止による発電能力の低下を考慮した一定値として設定されＲＯＭ７４に記憶されている。なお、運転停止時間ｔｓが終了したか否かの判定はタイマ７８のカウント値に基づいて行う。ステップＳ２１０で、燃料電池スタック３０の再始動条件が成立していないときには、通常のタイミングでエアブローを実行する（ステップＳ２２０）。ここで、発電運転の停止時には、アノード４３から固体電解質膜４２を介して燃料ガス流路４６に残存する水素がクロスリークするためカソード４４での水素濃度が高くなる。また、発電運転の停止時は燃料電池４０の温度が低下するため、酸化ガス流路４７で凝縮水の発生が起きる。このため、発電運転の停止時には所定のタイミングで酸化ガス流路４７に高圧のエアを流通させるエアブローを実行する。このエアブローを実行する通常のタイミングは、燃料電池スタック３０の発電運転を停止したあと所定時間経過後に１回実行するように設定されている（図６（ａ）参照）。また、このタイミングは、タイマ７８のタイマ値に基づいて判定する。続いて、ＦＣ要求パワーＰｆｃ＊をゼロに設定すると共に放電要求パワーＰｂ＊をシステム要求パワーＰｓｙｓ＊に設定し（ステップＳ２３０）、モータトルク指令Ｔｍ＊をゼロに設定し（ステップＳ３３０）、燃料電池スタック３０の発電運転を停止するよう制御し（ステップＳ３４０）、このルーチンを終了する。つまり、発電運転の停止を継続する。
【００４１】
一方、ステップＳ２１０で、燃料電池スタック３０の再始動条件が成立したときには、バッテリ最大許可パワーＰｂｍａｘとＦＣ最大許可パワーＰｆｃｍａｘとを超えない範囲内で、システム要求パワーＰｓｙｓ＊をＦＣ要求パワーＰｆｃ＊と放電要求パワーＰｂ＊とに分配し（ステップＳ１９０）、補機類の作動条件を通常の条件に設定し（ステップＳ２００）モータトルク指令Ｔｍ＊を設定し（ステップＳ３３０）、設定した条件で燃料電池スタック３０及び駆動用モータ５２を制御し（ステップＳ３４０）、このルーチンを終了する。つまり、燃料電池スタック３０を再始動する。
【００４２】
そして、上述のように通常の停止再始動運転を実行しているときに、ステップＳ１４０で長時間走行しないという運転者の走行意思が推定された場合には、以下に説明するスリープモード運転を実行する（ステップＳ２４０〜Ｓ３４０）。このスリープモード運転は、長時間走行しない状態において、燃料電池スタック３０の発電運転の停止時間を通常の停止再始動運転の停止時間に比べて長くすることにより燃料電池スタック３０の燃費を高める運転モードである。また、燃料電池スタック３０の低出力状態の継続による発電能力の低下に対処する処理を通常の停止再始動運転に比べて多くすることにより燃料電池スタック３０の発電能力の低下を抑制する運転モードである。具体的には、まず、ＣＰＵ７２は、ＳＯＣの上限値を上限値Ｓｕｓｌｐに設定すると共にＳＯＣの下限値を下限値Ｓｄｓｌｐに変更して設定する（ステップＳ２４０）。この下限値Ｓｄｓｌｐは、下限値Ｓｄｓｔｄと比べて小さな値として定められており、例えばＳＯＣが４０％などに定められている。一方、上限値Ｓｕｓｔｄは、上限値Ｓｕｓｔｄと比べて大きな値として定められており、例えばＳＯＣが７５％などに定められている。つまり、通常時と比べて大きなＳＯＣの範囲を利用するように停止再始動条件を変更することによって、発電運転の停止時間を長くすると共に発電運転の停止・再始動の頻度を低減するのである。なお、スリープモード運転中に、例えばブレーキペダル８５が踏み込まれるなど、走行するという運転者の走行意思が推定されたときには、ＳＯＣの上限値を上限値Ｓｕｓｔｄに設定しＳＯＣの下限値を下限値Ｓｄｓｔｄに設定しスリープモード運転を解除する（ステップＳ１５０）。
【００４３】
続いて、燃料電池スタック３０の発電運転を停止中であるか否かを判定し（ステップＳ２５０）、発電運転を停止中であるときには、通常の停止再始動運転よりも高い頻度でエアブローを実行する（ステップＳ２６０）。ここで、発電運転の停止時間が長くなるとカソード４４での水素濃度が上昇したり、酸化ガス流路４７での凝縮水の発生が多くなったりする。このため、スリープモード運転時には、通常時に比べて高い頻度でエアブローを実行する（図６（ｂ）参照）。このスリープモード実行時のエアブローの実行タイミングは、燃料電池４０のクロスリーク特性や、凝縮水の発生に基づいて経験的に定められ、ＲＯＭ７４に記憶されている。ステップＳ２６０のあと、燃料電池スタック３０の再始動条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ２７０）。ここでは、アクセルペダル８３やブレーキペダル８５などが操作されていないなどの状態が停車中に継続している場合であるから、再始動条件が成立したか否かの判定は、ＳＯＣが下限値Ｓｄｓｌｐを下回ったか否かに基づいて行う。ステップＳ２７０で再始動条件が成立していない、つまり、ＳＯＣが下限値Ｓｄｓｌｐ以上であると判定されたときには、ＦＣ要求パワーＰｆｃ＊をゼロに設定し、放電要求パワーＰｂ＊をシステム要求パワーＰｓｙｓ＊に設定する（ステップＳ２８０）。そして、駆動用モータ５２のトルク指令Ｔｍ＊をゼロに設定し（ステップＳ３３０）、燃料電池スタック３０の発電運転を停止し（ステップＳ３４０）、このルーチンを終了する。つまり、車両の停車と発電運転の停止とを継続する。
【００４４】
一方、ステップＳ２７０で再始動条件が成立している、つまり、ＳＯＣが下限値Ｓｄｓｌｐを下回っていると判定されたときには、システム要求パワーＰｓｙｓ＊の分配を行う（ステップＳ３１０）。ここでは、停車中にバッテリ５８を充電するために燃料電池スタック３０を再始動する場合であるから、放電要求パワーＰｂ＊をゼロに設定し、システム要求パワーＰｓｙｓ＊を燃料電池スタック３０から出力するように設定する。続いて、補機類の作動条件を通常に比べて制限した条件に設定する（ステップＳ３２０）。ここで、現在は停車中であり、走行意志がないと推定されていることから、燃料電池スタック３０の発電運転を早急に行わなければならないという要求は少ない。このため、補機類の作動条件を補機類の作動時の静粛性を考慮した条件、つまり、制限した作動条件に変更する。ここでは、水素循環ポンプ２０やエアコンプレッサ２２，燃料電池冷却ポンプ２８などの回転数を停止状態から通常よりも緩やかに増加させるように設定されている。そして、モータトルク指令Ｔｍ＊をゼロに設定し（ステップＳ３３０）、設定した条件で燃料電池スタック３０の発電運転を行うよう制御し（ステップＳ３４０）、このルーチンを終了する。つまり、停車状態で燃料電池スタック３０を再始動する。
【００４５】
一方、ステップＳ２５０で発電運転を実行中であるときには、通常の停止再始動運転よりも高い頻度で水素パージ操作を実行する（ステップＳ２９０）。ここで、発電運転の停止時間が長くなるとアノード４３での窒素濃度が高くなる。このため、スリープモード運転時には、通常時に比べて高い頻度で水素パージ操作を実行する（図６（ｂ）参照）。このスリープモード実行時の水素パージ操作の実行タイミングは、燃料電池４０のクロスリーク特性に基づいて経験的に定められ、ＲＯＭ７４に記憶されている。ステップＳ２９０のあと、燃料電池スタック３０の発電運転の停止条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ３００）。ここでは、停車中であり、バッテリ５８の充電のための発電運転を実行している場合であるから、停止条件が成立したか否かの判定は、ＳＯＣが上限値Ｓｕｓｌｐを超えたか否かに基づいて行う。燃料電池スタック３０の発電運転の停止条件が成立していないとき、つまり、ＳＯＣが上限値Ｓｕｓｌｐ以下であるときには、放電要求パワーＰｂ＊をゼロに設定し、システム要求パワーＰｓｙｓ＊を燃料電池スタック３０から出力するように設定し（ステップＳ３１０）、補機類の作動条件を通常に比べて制限した条件に設定する（ステップＳ３２０）。そして、モータトルク指令Ｔｍ＊をゼロに設定し（ステップＳ３３０）、設定した条件で燃料電池スタック３０の発電運転を行うよう制御し（ステップＳ３４０）、このルーチンを終了する。つまり、停車状態で燃料電池スタック３０の発電運転を継続する。
【００４６】
一方、ステップＳ３００で燃料電池スタック３０の発電運転の停止条件が成立したとき、つまり、ＳＯＣが上限値Ｓｕｓｌｐを超えたときには、ＦＣ要求パワーＰｆｃ＊をゼロに設定し、放電要求パワーＰｂ＊をシステム要求パワーＰｓｙｓ＊に設定し（ステップＳ２８０）、駆動用モータ５２のトルク指令Ｔｍ＊をゼロに設定し（ステップＳ３３０）、燃料電池スタック３０の発電運転を停止し（ステップＳ３４０）、このルーチンを終了する。つまり、停車状態で発電運転を停止する。
【００４７】
次に、上述した駆動制御ルーチンの具体例を図６に基づいて説明する。図６（ａ）に示すように、ＥＣＵ７０は、アクセルオンなど走行するという運転者の走行意思が推定されたときには、ＳＯＣの上限値として上限値Ｓｕｓｔｄを設定すると共にＳＯＣの下限値として下限値Ｓｄｓｔｄを設定する。そして、燃料電池スタック３０の発電運転を継続中に、バッテリ５８のＳＯＣが下限値Ｓｄｓｔｄ以上で走行に要求される電力が小さいときなど所定の停止条件が成立すると、発電運転を停止する（時間ｔ０）。すると、車両の要求電力（エアコンなど）をバッテリ５８の蓄電電力で賄うため、ＳＯＣが低下していく（時間ｔ０〜時間ｔ１）。このとき、カソード４４にクロスリークした水素を排除するため、エアブローを１回実行する。そして、ＳＯＣが下限値Ｓｄｓｔｄを下回るなど再始動条件が成立すると、発電運転を再開する（時間ｔ１）。このとき、アノード４３にクロスリークした窒素を排除するため、水素パージ操作を１回実行する。そして、システム要求パワーＰｓｙｓ＊に基づいて発電運転を行い、バッテリ５８を充電する（時間ｔ１〜時間ｔ２）。そして、ＳＯＣが上限値Ｓｕｓｔｄを超え走行に要求される電力が小さいときなど停止条件が成立すると発電運転を停止する（時間ｔ２）。走行するという運転者の走行意思が推定されているときには、このような処理を繰り返す（時間ｔ０〜時間ｔ６）。
【００４８】
一方、図６（ｂ）に示すように、バッテリ５８のＳＯＣが下限値Ｓｄｓｔｄ以上で走行に要求される電力が小さいときなど所定の停止条件が成立し、発電運転を停止したあと（時間ｔ７）、所定時間アクセルペダル８３やブレーキペダル８５が操作されないなど長時間走行しないという運転者の走行意思が推定されたときには、ＳＯＣの上限値が上限値Ｓｕｓｔｄより大きい上限値Ｓｕｓｌｐに変更されると共にＳＯＣの下限値が下限値Ｓｄｓｔｄより小さい下限値Ｓｄｓｌｐに変更される（時間ｔ８）。そして、車両の要求電力（エアコンなど）をバッテリ５８の蓄電電力で賄うため、ＳＯＣが低下していく（時間ｔ８〜時間ｔ９）。このとき、長時間の停止によりカソード４４にクロスリークした水素を排除するため、エアブローを通常よりも高い頻度で実行する。そして、ＳＯＣが下限値Ｓｄｓｌｐを下回り再始動条件が成立すると、発電運転を再開する（時間ｔ９）。このとき、燃料電池スタック３０の補機類の作動条件を静粛性を考慮した条件に変更して駆動・制御を行い、バッテリ５８を充電する（時間ｔ９〜時間ｔ１０）。また、長時間の停止によりアノード４３にクロスリークした窒素を排除するため、水素パージ操作を通常に比べて高い頻度で実行する。そして、ＳＯＣが上限値Ｓｕｓｌｐを超え走行に要求される電力が小さいときなど停止条件が成立すると発電運転を停止する（時間ｔ１０）。このように、ＳＯＣを利用する領域が広がるため、通常の停止再始動運転に比べて発電運転の停止時間が長くなると共に停止・再始動の頻度が低くなる（時間ｔ８〜時間ｔ９，時間ｔ１０〜時間ｔ１１）。
【００４９】
ここで、本実施例の構成要素と本発明の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施例のＥＣＵ７０が本発明の推定手段、設定手段及び制御手段に相当し、バッテリ５８が蓄電手段に相当し、シフトレバー８１、アクセルペダル８３、ブレーキペダル８５及びパーキングレバー８７が操作部材に相当する。なお、本実施例では、燃料電池システム１１の動作を説明することにより本発明の燃料電池システムの制御方法の一例も明らかにしている。
【００５０】
以上詳述した本実施例の燃料電池自動車１０によれば、所定の停止条件が成立したときには燃料電池スタック３０の発電運転を停止し所定の再始動条件が成立したときには燃料電池スタック３０の発電運転を再開する停止再始動運転を実行する。このとき、運転者が長時間走行をしない意志であるときには走行に備えるような燃料電池スタック３０の再始動を行わないよう設定するなど、運転者の走行意思に基づいて通常と異なる停止再始動運転の停止条件や再始動条件を設定し、該設定した条件で燃料電池スタック３０の発電運転を制御する。したがって、燃料電池スタック３０の停止再始動運転での燃費を向上することができる。
【００５１】
また、長時間走行しないという運転者の走行意思が推定されたときには、通常の停止再始動運転のバッテリ５８の下限値Ｓｄｓｔｄと比べて小さな下限値Ｓｄｓｌｐを再始動条件として設定し、バッテリ５８のＳＯＣが下限値Ｓｄｓｌｐを下回ったときにはバッテリ５８に蓄電するよう燃料電池スタック３０の発電運転を制御するため、通常の停止再始動運転よりも長い期間燃料電池スタック３０の発電運転を停止して比較的容易に燃費を向上することができる。更に、長時間走行しないという運転者の走行意思が推定されたときには、通常の停止再始動運転のバッテリ５８の上限値Ｓｕｓｔｄと比べて大きな上限値Ｓｕｓｌｐを停止条件として設定し、バッテリ５８のＳＯＣが上限値Ｓｕｓｌｐを超えたときには、バッテリ５８への蓄電を停止するよう燃料電池スタック３０の発電運転を制御するため、下限値Ｓｄｓｌｐと上限値Ｓｕｓｌｐとの範囲を大きくすることにより燃料電池スタック３０の発電運転の停止及び再始動が頻繁に起きるのを防止可能とし、システムを構成する部品の損傷などを低減することができる。
【００５２】
更にまた、長時間走行しないという運転者の走行意思が推定されたときには、燃料電池スタック３０の補機類の作動条件を通常の停止再始動運転よりも制限した作動条件に設定するため、長時間の停車中での静粛性を高めることができる。
【００５３】
そして、長時間走行しないという運転者の走行意思が推定されたあと走行するという運転者の走行意思が推定されたときには、通常の停止条件及び通常の再始動条件、つまり、上限値Ｓｕｓｌｐから上限値Ｓｕｓｔｄに変更すると共に下限値Ｓｄｓｌｐから下限値Ｓｄｓｔｄに変更するため、運転者の走行意志を推定して通常の条件に変更して、走行に必要な電力をすぐに出力可能に備えることができる。
【００５４】
そしてまた、長時間走行しないという運転者の走行意思が推定されたときには、循環流路２５を循環する水素ガスを排出すると共に新たな水素ガスを循環流路２５に導入するパージ操作の実行頻度を通常の停止再始動運転時よりも増加させてパージ操作を実行するため、燃料電池スタック３０の発電運転を停止することによって低下した発電環境を十分改善可能であり、燃料電池スタック３０の発電運転を安定して行うことができる。また、長時間走行しないという運転者の走行意思が推定されたときには、酸化ガス流路４７に高圧のエアを流通させるエアブローの実行頻度を通常の停止再始動運転時よりも増加させて実行するため、燃料電池スタック３０の発電運転を停止することによって低下した発電環境を十分改善可能であり、燃料電池スタック３０の発電運転を安定して行うことができる。
【００５５】
そして更に、運転者から長時間走行しないという走行意思をスリープモード選択スイッチ８０により取得して運転者の走行意思を推定するため、より確実に長時間走行しない走行意志を推定することができる。
【００５６】
なお、本発明は上述した実施例に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
【００５７】
例えば、上述した実施例では、スリープモード運転において、通常の下限値Ｓｄｓｔｄを下限値Ｓｄｓｌｐに変更すると共に通常の上限値Ｓｕｓｔｄを上限値Ｓｕｓｌｐに変更するとしたが、上限値と下限値のどちらか一方のみを変更するようにしてもよい。こうしても、スリープモード運転でのＳＯＣの利用範囲が通常と比べて広がるため、燃料電池スタック３０の停止時間を通常よりも長くして燃費を向上することができる。
【００５８】
また、上述した実施例では、スリープモード運転において、水素パージ操作の頻度を高めることにより燃料電池スタック３０の発電環境を改善するとしたが、これに加えてまたはこれに代えてスリープモード運転での発電運転の再開時又は再開後において、水素供給量を通常の発電運転と比べて大きくして再始動を実行してもよい。こうすれば、発電しやすい状態で燃料電池スタック３０の発電運転を再開するため、発電環境を十分改善して燃料電池スタック３０を安定した状態で発電運転することができる。あるいは、スリープモード運転において、通常時に比べて水素パージ操作時間を長くすることによって燃料電池スタック３０の発電環境を改善してもよい。こうしても、燃料電池スタック３０を安定した状態で発電運転することができる。なお、エアブローの実行頻度などについても上記水素パージ操作と同様である。また、スリープモード運転において、エアブローの実行頻度と水素パージ操作の頻度とをＩ−Ｖ特性（図５（ｂ）参照）や固体電解質膜４２の湿潤状態を反映する交流インピーダンス値やアノード４３の窒素濃度などに基づいて設定してもよい。つまり、Ｉ−Ｖ特性が低下しているときにはエアブローの実行頻度や水素パージ操作の頻度が高くなるよう設定してもよいし、固体電解質膜４２がフラッディング状態であるときにはエアブローの実行頻度や水素パージ操作の頻度が高くなるよう設定してもよいし、アノード４３の窒素濃度が高いときにはエアブローの実行頻度や水素パージ操作の頻度が高くなるよう設定してもよい。また、エアブローにおいて、アノード４３での水素圧によりクロスリーク量が変わるため、該水素圧に基づいてエアブロー頻度を変えるようにしてもよい。つまり、アノード４３での水素圧が高いときにはエアブローの実行頻度が高くなるよう設定してもよい。なお、上述した実施例では、水素パージ操作を発電運転中に実行するとしたが、発電運転の停止中に実行してもよい。このとき、同時にエアブローも実行してもよい。こうすれば、水素パージ操作によって車外に排出される水素の濃度をエアブローによる空気によって希釈することができる。
【００５９】
更に、上述した実施例では、ＳＯＣが下限値Ｓｄｓｔｄを下回ると発電運転を再開する再始動条件と、ＳＯＣが上限値Ｓｕｓｔｄを超えると発電運転を停止する停止条件とを用いて通常の停止再始動運転を行うとしたが、例えば、ＳＯＣが下限値Ｓｄｓｔｄから上限値Ｓｕｓｔｄの範囲になるように定められたＳＯＣ−充電要求パワーマップを用いて通常の停止再始動運転を行ってもよい。こうしても、燃料電池スタック３０の停止再始動運転での燃費を向上することができる。
【００６０】
更にまた、上述した実施例では、車速Ｖ、シフトポジション、アクセルペダル８３やブレーキペダル８５などの操作及びパーキングブレーキポジションなどの状態に基づいて長時間走行しないという運転者の走行意思を推定するとしたが、これに加えてシートベルト装着状態や車両のドア開閉状態に基づいて長時間走行しないという運転者の走行意思を推定してもよい。つまり、システム起動状態でシートベルトを装着していないときやドアの開閉を行わないときには、走行しないことが多いため、これらに基づいて走行意思を推定してもよい。また、上述した実施例では、車速Ｖ、シフトポジション、アクセルペダル８３やブレーキペダル８５などの操作及びパーキングブレーキポジションのすべてが所定時間操作されていないときに長時間走行しないという運転者の走行意思を推定するとしたが、これらのうちいずれか１つ又は２以上の条件に基づいて走行意思を推定してもよい。
【００６１】
そして、上述した実施例では、スリープモード運転中のステップＳ３１０でバッテリ５８を充電する際にＦＣ要求パワーＰｆｃ＊をシステム要求パワーＰｓｙｓ＊に設定するとしたが、システム要求パワーＰｓｙｓ＊を発電効率の高い領域で発電運転を行うようなシステム要求パワーＰｆｃｗｅｌ＊に再設定してもよい。具体的には、図７に示す発電電力と発電効率との関係を用いて、発電効率の高い領域となるシステム要求パワーＰｆｃｗｅｌ＊に再設定する。こうすれば、燃料電池スタック３０の停止再始動運転での燃費を一層向上することができる。
【００６２】
そしてまた、上述した実施例では特に説明しなかったが、例えば、スリープモード運転中にブレーキペダル８５が踏み込まれたときなど、スリープモード運転を解除するときには、燃料電池スタック３０が発電可能となったあとシフトポジションが変更可能になるようにしてもよい。こうすれば、走行可能な状態であるか否かを運転者に伝えることができる。また、スリープモード運転の解除時にはバッテリ５８によるＥＶ走行を許可してもよい。
【００６３】
そして更に、上述した実施例では、スリープモード運転において、ステップＳ３１０で作動条件を制限する補機類を水素循環ポンプ２０、エアコンプレッサ２２及び燃料電池冷却ポンプ２８としたが、この補機類に、駆動用モータ５２、インバータ５４、ＤＣ／ＤＣコンバータ５６などの発電した電力の駆動力への変換に用いられる補機類や、発電に用いられるエアコンプレッサ２２を含めてもよい。こうすれば、スリープモード運転中の静粛性を一層向上することができる。また、上述した実施例では、ステップＳ３２０でスリープモード運転中の燃料電池スタック３０の再始動時には、補機類の回転数を通常よりも緩やかに増加させるように補機類の作動を制限するとしたが、スリープモード運転中の燃料電池スタック３０の再始動時には、例えば充電要求パワーを通常時に比べて小さく設定するなどして補機類の定常時の回転数を低減させることにより補機類の作動を制限してもよい。こうしても、スリープモード運転中の静粛性を向上することができる。
【００６４】
そして更にまた、上述した実施例では、自動車に搭載した燃料電池システム１１について説明したが、同様の燃料電池システムを列車などの他の車両や船舶や航空機などの移動体に搭載してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本実施例の燃料電池自動車１０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】本実施例の燃料電池４０の構成の概略を示す断面図である。
【図３】本実施例の駆動制御ルーチンのフローチャートである。
【図４】本実施例の要求トルク設定用マップの一例を示す説明図である。
【図５】燃料電池の特性を表すグラフであり、（ａ）はＰ−Ｉ特性、（ｂ）はＩ−Ｖ特性を示す説明図である。
【図６】本実施例の駆動制御ルーチンのタイムチャートであり、（ａ）が通常の停止再始動運転時、（ｂ）がスリープモード運転時のタイムチャートである。
【図７】発電効率曲線の説明図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０  燃料電池自動車、１１  燃料電池システム、１２  水素ボンベ、１４  レギュレータ、１８  アノードパージ弁、２０  水素循環ポンプ、２２  エアコンプレッサ、２４  加湿器、２５  循環流路、２６  エア調圧弁、２８  燃料電池冷却ポンプ、３０  燃料電池スタック、３２  燃料ガス排出管、３４  酸化ガス排出管、４０  燃料電池、４２  固体電解質膜、４３  アノード、４４  カソード、４５  セパレータ、４６  燃料ガス流路、４７  酸化ガス流路、５２  駆動用モータ、５３  電力ライン、５４  インバータ、５６  ＤＣ／ＤＣコンバータ、５８  バッテリ、６２  ディファレンシャルギヤ、６３  駆動輪、６４  駆動軸、７０  電子制御ユニット、７２  ＣＰＵ、７４  ＲＯＭ、７６  ＲＡＭ、７８  タイマ、８０  スリープモード選択スイッチ、８１  シフトレバー、８２  シフトポジションセンサ、８３  アクセルペダル、８４  アクセルペダルポジションセンサ、８５  ブレーキペダル、８６  ブレーキペダルポジションセンサ、８７  パーキングレバー、８８  パーキングブレーキポジションセンサ、８９  車速センサ。
【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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