(57)【要約】【課題】アイドルストップ時の空気供給制御を改善して、発電遅れや燃料電池の劣化を抑制する。【解決手段】燃料電池システム１０２のアイドルストップ状態時に、電圧センサ２２３で計測されたすべての燃料電池セル３０１のセル電圧の内、最小セル電圧が予め設定された第１の下限電圧以上となるように空気コンプレッサ２１２を稼動させて、燃料電池スタック２０１に空気を供給制御して構成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガス供給手段により供給される燃料ガスと、酸化剤ガス供給手段により供給される酸化剤ガスとの電気化学反応により発電を行う燃料電池スタックを備え、電力の要求がない場合には、前記燃料電池スタックに燃料ガスと酸化剤ガスとの供給を停止し、前記燃料電池スタックの発電を停止してシステムをアイドルストップ状態とする燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池スタックを構成する燃料電池セルのセル電圧を計測する電圧計測手段と、
前記燃料電池システムのアイドルストップ状態時に、前記電圧計測手段で計測された前記燃料電池セルのセル電圧に係わる電圧情報が予め設定された下限電圧以上となるように前記酸化剤ガス供給手段を稼動させて、前記燃料電池スタックに酸化剤ガスを供給制御する制御手段と
を有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記電圧情報は、前記燃料電池スタックを構成するすべての燃料電池セルのセル電圧の内、最小値である
ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記電圧情報は、前記燃料電池スタックを構成するすべての燃料電池セルのセル電圧の内、最小値と平均値であり、
前記下限電圧は、前記セル電圧の最小値に対応した下限電圧を第１の下限電圧とし、前記セル電圧の平均値に対応した下限電圧を第２の下限電圧とし、第１の下限電圧＜第２の下限電圧とする
ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記電圧情報は、前記燃料電池スタックに酸化剤ガスが導入されるカソード極入口側のセル電圧である
ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記電圧情報は、前記燃料電池スタックから未使用の酸化剤ガスが排出されるカソード極出口側のセル電圧である
ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記電圧情報は、前記燃料電池スタックに酸化剤ガスが導入されるカソード極入口側のセル電圧と、前記燃料電池スタックから未使用の酸化剤ガスが排出されるカソード極出口側のセル電圧とであり、
前記下限電圧は、前記カソード極の入口側のセル電圧に対応した下限電圧を第１の下限電圧とし、前記カソード極の出口側のセル電圧に対応した下限電圧を第２の下限電圧とし、第１の下限電圧＞第２の下限電圧とする
ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記第１の下限電圧及び／または第２の下限電圧は、前記燃料電池システムを搭載して前記燃料電池システムで得られた電力を駆動エネルギーとする燃料電池車両の車速に基づいて、可変される
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記第１の下限電圧及び／または第２の下限電圧は、前記燃料電池システムがアイドルストップ状態にある時間に基づいて、可変される
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記第１の下限電圧及び／または第２の下限電圧は、前記セル電圧の低下速度に基づいて、可変される
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項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、アイドルストップ状態時における動作制御を改善した燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池を搭載した燃料電池車両では、燃料ガスを効率的に利用するため、燃料電池と２次電池とを併用して、適宜使い分ける制御を行う場合がある。例えば、通常時には両者を併用して駆動源であるモータに電力を供給するが、低速走行時やアイドルリング時等の低負荷や燃料電池の発電効率が低くなるような運転状態時には、燃料電池システムの稼動を停止してシステム全体を停止状態にすることなく、発電に直接係わる空気コンプレッサ等の燃料電池駆動用補機類の動作を停止して燃料電池による発電を停止し燃料電池をアイドルストップ状態とし、２次電池のみからの給電によりモータを駆動するといった制御を行っている。
【０００３】
このようなアイドルストップ機能を備えた燃料電池システムでは、アイドルストップ中は、燃料ガスの例えば水素と酸化剤ガスの例えば空気（酸素）の供給が停止されているので、電解質膜を介してアノード極の残留水素がカソード極に透過する。これにより、透過した水素がカソード極の空気と反応し、カソード極の空気の濃度が低下する。
【０００４】
カソード極の空気濃度が低下すると、燃料電池システムがアイドルストップ状態から通常の発電状態に復帰する際に、カソード極で空気不足となり、発電遅れが生じするおそれがあった。また、カソード極の空気が不足すると、燃料電池のセル電圧が低下し、燃料電池から電流の取り出しを制御するＰＭ（パワーマネージャー）の定格入力電圧が低下し、ＰＭの電流取り出し制御に不具合を生じるおそれがあった。
【０００５】
このような不具合を回避するために、燃料電池システムのアイドルストップ中にカソード極に定期的に空気を供給する、例えば以下に示す文献に記載された技術が知られている（特許文献１参照）。
【０００６】
この文献１に記載された技術では、簡潔運転モードで燃料電池の発電を停止しているときに、所定期間が経過する毎に所定の時間空気コンプレッサを駆動して燃料電池に空気を定期的に供給し、カソード極の空気不足を回避していた。
【特許文献１】特開２００４−１７２０２８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような従来の燃料電池システムにおいて、燃料電池スタックの総電圧（平均電圧）をカソード極に空気を供給する要件として設定すると、燃料電池スタックの入口側の各セルのセル電圧、または出口側の各セルのセル電圧にばらつきがある場合には、セル電圧が他のセルのセル電圧に比べて低いセルが存在する可能性が高いものと推定される。
【０００８】
このような場合に、空気を酸化剤ガスとして使用していると、セル電圧が低いセルでは酸素の濃度も他のセルに比べて低くなっている。このため、アイドルストップ状態から発電状態に復帰する際に、発電遅れが生じるおそれがあった。また、酸素が低い状態で発電を開始して電流を取り出すと、セル電圧が異常に低下してセルの劣化を招くおそれもあった。
【０００９】
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、アイドルストップ時の空気供給制御を改善して、発電遅れや燃料電池の劣化を抑制した燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の課題を解決する手段は、燃料ガス供給手段により供給される燃料ガスと、酸化剤ガス供給手段により供給される酸化剤ガスとの電気化学反応により発電を行う燃料電池スタックを備え、電力の要求がない場合には、前記燃料電池スタックに燃料ガスと酸化剤ガスとの供給を停止し、前記燃料電池スタックの発電を停止してシステムをアイドルストップ状態とする燃料電池システムにおいて、前記燃料電池スタックを構成する燃料電池セルのセル電圧を計測する電圧計測手段と、前記燃料電池システムのアイドルストップ状態時に、前記電圧計測手段で計測された前記燃料電池セルのセル電圧に係わる電圧情報が予め設定された下限電圧以上となるように前記酸化剤ガス供給手段を稼動させて、前記燃料電池スタックに酸化剤ガスを供給制御する制御手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、アイドルストップ状態が解除されて発電が開始される際の、発電遅れを抑制することが可能となる。また、アイドルストップ解除後の電流取り出し時にセル電圧が異常に低下することを防止することが可能となり、燃料電池セルの劣化を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は本発明の実施例１に係る燃料電池システムが搭載された燃料電池車両の基本構成を示す図であり、図２は本発明の実施例１に係る燃料電池システムの構成を示す図である。
【００１４】
図１において、燃料電池車両は、車両本体１０１に駆動電源として燃料電池システム１０２を搭載してなるものであり、更にインバータ１０３、駆動モータ１０４、駆動輪１０５、車速センサ１０６、２次電池１０７、リレー１０８ならびに制御コントローラ１０９を備えている。また、燃料電池車両は、車両のシフト位置を検出するシフト位置センサ１１１、ブレーキの有無を検出するブレーキセンサ１１２、ならびにアクセルの開度を検出するアクセル開度センサ１１３を備えている。
【００１５】
燃料電池システム１０２は、駆動モータ１０４が消費する電力や２次電池１０７の充電に必要な電力が発電できるように、燃料電池スタックに供給する燃料ガスの水素や酸化剤ガスの空気の圧力、ならびに流量等が図２に示す圧力調整弁、コンプレッサ等で制御される。
【００１６】
インバータ１０３は、燃料電池システム１０２で発電される直流電力を交流電力に変換し、制御コントローラ１０９から指示される駆動モータ１０４を駆動する出力トルクとなるように、駆動モータ１０４を制御する。
【００１７】
駆動輪１０５は、駆動モータ１０４と機械的に接続されており、駆動モータ１０４で得られた駆動トルクが伝達されて、駆動力を発生させて車両を駆動する。車速センサ１０６は、駆動輪１０５の回転速度を検出して車速を検出し、車速センサ１０６で検出された車速を燃料電池システムの後述する動作制御に供している。
【００１８】
２次電池１０７は、車両のアイドリングストップ時など、燃料電池システム１０２から電力が供給されない場合に、駆動モータ１０４や、燃料電池システム１０２が発電するために必要となる補機の圧力調整弁やコンプレッサに電力を供給する。２次電池１０７には、２次電池１０７の電圧を検出する電圧センサ１１４ならびに電流を検出する電流センサ１１５が設けられており、この電圧センサ１１４ならびに電流センサ１１５で検出された電圧ならびに電流に基づいて、２次電池１０７の充電量が推定される。
【００１９】
リレー１０８は、制御コントローラ１０９からの指令に基づいて、燃料電池システム１０２と負荷とを接続／切断する。
【００２０】
制御コントローラ１０９は、本燃料電池車両の運転を制御する制御中枢として機能し、プログラムに基づいて各種動作処理を制御するコンピュータに必要な、ＣＰＵ、記憶装置、入出力装置等の資源を備えた例えばマイクロコンピュータ等により実現される。制御コントローラ１０９は、本車両における上記各センサならびにこれらのセンサで得られない燃料電池車両の運転に必要な情報を収集するセンサ（図示せず）からの信号を読み込み、読み込んだ各種信号ならびに予め内部に保有する制御ロジック（プログラム）に基づいて、本車両の各構成要素に指令を送り、以下に説明する、本車両のアイドリングストップ移行後の燃料電池システム１０２の動作処理を含む本車両の運転／停止動作に必要なすべての動作を統括管理して制御する。
【００２１】
次に、図２を参照して、燃料電池システム１０２について説明する。
【００２２】
図２において、燃料電池システム１０２は、発電を行う燃料電池スタック２０１と、この燃料電池スタック２０１に燃料ガスである水素（あるいは水素リッチガス）を供給するための水素供給系と、燃料電池スタック２０１に酸化剤ガスである酸素を含む空気を供給するための空気供給系とを有している。
【００２３】
燃料電池スタック２０１は、水素が供給される水素極と酸素（空気）が供給される空気極とが電解質・電極触媒複合体を挟んで重ね合わされた発電セルが多段積層され、水素と酸素との電気化学反応により化学エネルギーを電気エネルギーに変換する発電部を構成する。
【００２４】
燃料電池スタック２０１の水素極では、水素が供給されることで水素イオンと電子に解離し、水素イオンは電解質を通り、電子は外部回路を通って電力を発生させ、空気極にそれぞれ移動する。空気極では、供給された空気中の酸素と上記水素イオン及び電子が反応して水が生成され、外部に排出される。
【００２５】
燃料電池スタック２０１の電解質としては、高エネルギー密度化、低コスト化、軽量化等を考慮して、例えば固体高分子電解質が用いられる。固体高分子電解質は、例えばフッ素樹脂系イオン交換膜等、イオン（プロトン）伝導性の高分子膜からなるものであり、飽和含水することによりイオン伝導性電解質として機能する。
【００２６】
水素供給系は、水素供給手段から供給される水素を水素極通路を介して燃料電池スタック２０１の水素極へと導く。すなわち、この実施例１の水素供給系は、水素供給手段として水素を高圧で貯蔵する水素タンク２０２、燃料電池スタック２０１で行われる発電に必要となる水素が燃料電池スタック２０１に供給されるように燃料電池スタック２０１に供給される水素の圧力を調整する水素調圧弁２０３、燃料電池スタック２０１から排出された水素オフガスをエゼクタ２０４を介して燃料電池スタック２０１の入口側に戻すために水素オフガスを水素循環配管２０５を循環させる水素循環ポンプ２０６、ならびに水素極通路となる水素供給配管２０７を有している。
【００２７】
水素供給源である水素タンク２０２から供給される水素ガスは、水素調圧弁２０３を通って水素供給配管２０７へと送り込まれ、燃料電池スタック２０１の水素極に供給される。このとき、水素調圧弁２０３は、燃料電池スタック２０１の水素極及び水素極通路内の圧力が負荷に応じた圧力となるように、供給される水素ガスの圧力を調整している。
【００２８】
燃料電池スタック２０１では、供給された水素ガスが全て消費されるわけではなく、消費されずに燃料電池スタック２０１から排出された水素オフガスは、水素循環配管２０５を通って水素循環ポンプ２０６により循環され、エゼクタ２０４で新たに供給される水素ガスと混合されて、再び燃料電池スタック２０１の水素極に供給される。これにより、水素のストイキ比（供給流量／消費流量）を１以上にすることができ、セル電圧が安定化する。
【００２９】
水素供給系における燃料電池スタック２０１の出口側には、パージ弁２１０及びパージ配管２１１が設けられている。パージ弁２１０は、通常は閉じられており、燃料電池スタック２０１の水詰まりや不活性ガスの蓄積等によるセル電圧の低下を検知すると開放される。水素循環配管２０５内には水素ガスを循環させることで不純物や窒素等が蓄積され、これにより水素分圧が降下して燃料電池スタック２０１の発電効率が低下する場合がある。そこで、燃料電池スタック２０１の出口側にパージ弁２１０やパージ配管２１１を設け、必要に応じてパージ弁２１０を開放して水素パージを行うことで、水素循環配管２０５内から不純物や窒素等を除去できるようにしている。
【００３０】
燃料電池スタック２０１の空気供給系は、空気供給手段からの空気を空気極通路によって燃料電池スタック２０１の空気極（カソード極）へと導く。すなわち、実施例１の空気供給系は、空気供給手段としての空気コンプレッサ２１２ならびに空気調圧弁２１３と、空気極通路となる空気供給配管２１４を有している。
【００３１】
空気コンプレッサ２１２は、燃料電池スタック２０１の空気極に空気を送り込むものであり、例えばモータ駆動により圧縮した空気を空気供給配管２１４を通して燃料電池スタック２０１の空気極へと供給する。空気コンプレッサ２１２には、コンプレッサの回転数を検出する回転数センサ２１６が設けられいる。
【００３２】
空気調圧弁２１３は、空気コンプレッサ２１２によって燃料電池スタック２０１に供給される空気の圧力を調整するものであり、燃料電池スタック２０１の空気極の出口側の排気管２１５に設けられている。空気調圧弁２１３は、燃料電池スタック２０１の空気極及び空気極通路内の圧力が負荷に応じた圧力になるように、空気コンプレッサ２１２によって供給される空気の圧力を調整している。
【００３３】
燃料電池スタック２０１で消費されなかった酸素及び空気中の他の成分は、燃料電池スタック２０１から排気管２１５ならびに空気調圧弁２１３を介して排出される。
【００３４】
上述した固体高分子電解質膜を用いた燃料電池スタック２０１は、適正な作動温度が８０℃前後と比較的低く、過熱時には冷却することが必要である。このため、通常は燃料電池スタック２０１内に冷却水を循環させて燃料電池スタック２０１を冷却し、燃料電池スタック２０１を最適な温度に維持する冷却機構（図示せず）が設けられている。
【００３５】
また、燃料電池システムは、電圧センサ２２３、ＰＭ（パワーマネージャー）２２４ならびにシステム制御部（制御手段）２２５を備えている。
【００３６】
電圧センサ２２３は、燃料電池スタック２０１を構成する各燃料電池セルに設けられており、各燃料電池セルの電圧を検出してシステム制御部２２５に与える。すなわち、電圧センサ２２３は、図３に示すように、スタックケース３０２に収納された各燃料電池セル３０１のカソード極の空気が導入される入口側に設けられて入口側のセルのセル電圧を検出する入口側の電圧センサ２２３ＩＮと、各燃料電池セル３０１のカソード極の空気が排出される出口側に設けられて出口側のセルのセル電圧を検出する出口側の電圧センサ２２３ＯＵＴとで構成されている。
【００３７】
図２に戻って、ＰＭ２２４は、システム制御部２２５から与えられる制御指令に基づいて、燃料電池スタック２０１の発電で得られた電流の取り出しを制御し、燃料電池スタック２０１から取り出した電流を駆動モータ１０４や２次電池１０７等の負荷に供給する。
【００３８】
システム制御部２２５は、本燃料電池システム１０２の運転を制御する制御中枢として機能し、プログラムに基づいて各種動作処理を制御するコンピュータに必要な、ＣＰＵ、記憶装置、入出力装置等の資源を備えた例えばマイクロコンピュータ等により実現され、例えば図１に示す制御コントローラ１０９の一部機能として実現される。システム制御部２２５は、本燃料電池システム１０２における上記各センサ類、ならびにこれらのセンサ類で得られない燃料電池システム１０２の運転に必要な情報を収集するセンサ（図示せず）からの信号を読み込み、読み込んだ信号ならびに予め内部に保有する制御ロジック（プログラム）に基づいて、燃料電池システム１０２の各構成要素に指令を送り、以下に説明する、燃料電池システム１０２のアイドルストップ状態における動作を含む、燃料電池システム１０２の運転／停止に必要なすべての動作を統括管理して制御する。
【００３９】
システム制御部２２５は、燃料電池システムがアイドルストップ状態にある時間を計測するタイマ機能を備えており、このタイマ機能で計測されたアイドルストップ状態にある時間を、後述する燃料電池システムのアイドルストップ状態時における動作制御に使用している。
【００４０】
システム制御部２２５は、電圧センサ２２３で検出された各セル電圧の低下速度を算出し、算出した低下速度の内、最も速い低下速度を後述する燃料電池システムのアイドルストップ状態時における動作制御に使用している。
【００４１】
燃料電池システム１０２をアイドルストップ状態に移行する動作は、図４のフローチャートに示す手順にしたがって実行される。
【００４２】
図４において、先ず水素調圧弁２０３を閉じて燃料ガスの水素の供給を停止した後（ステップＳ４１）、燃料電池スタック２０１の水素の圧力が所定の圧力以下、例えば大気圧よりも低い所定の負圧にする減圧処理を行う（ステップＳ４２）。その後、水素圧が所定の圧力以下になったか否かを判別し（ステップＳ４３）、所定の圧力以下になると、減圧処理が終了したものとする（ステップＳ４４）。そして、パージ弁２１０を閉じて水素循環ポンプ２０６の駆動を停止し、空気コンプレッサ２１２の駆動を停止じて空気の供給を停止し（ステップＳ４５）、冷却水を停止する（ステップＳ４６）。これにより、燃料電池スタック２０１の発電を停止し、燃料電池システムをアイドルストップ状態に移行する。
【００４３】
このように、燃料電池システムをアイドルストップ状態にすることで、水素循環ポンプ２０６や空気コンプレッサ２１２の補機類の運転を止め、燃費の向上に加えて、音振性能の向上、低消費電力化を図っている。
【００４４】
燃料電池システムのアイドルストップ状態を解除して発電を再開する手順は、図５に示すフローチャートにしたがって行われる。
【００４５】
図５において、先ず水素調圧弁２０３を開いて水素の供給を開始するとともに（ステップＳ５１）、空気コンプレッサ２１２を駆動し空気調圧弁２１３を開き空気の供給を開始する（ステップＳ５２）。その後、発電を開始するとともに（ステップＳ５３）、冷却水の供給を開始する（ステップＳ５４）。これにより、ＰＭ２２４の制御の下に燃料電池スタック２０１から電流が取り出され、燃料電池システム１０２はアイドルストップ状態から通常の発電状態に戻る。
【００４６】
次に、このようなアイドルストップ機能を備えた燃料電池システム１０２において、燃料電池システム１０２がアイドルストップ状態にあるときの、燃料電池スタック２０１のカソード極への空気の供給制御について説明する。
【００４７】
図６はアイドルストップ状態における燃料電池システム１０２の空気供給系を構成する空気コンプレッサ２１２の制御手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示す制御手順は、システム制御部２２５の制御の下に行われる。
【００４８】
図６において、先ず燃料電池スタック２０１の発電が停止して燃料電池システム１０２がアイドルストップ状態であるか否かを判別する（ステップＳ６１）。判別の結果、燃料電池システム１０２がアイドルストップ状態である場合には、続いて、空気コンプレッサ２１２が稼動されているか否かを判別する（ステップＳ６２）。判別の結果、空気コンプレッサ２１２が稼動されていない場合には、引き続いて空気コンプレッサ２１２の稼動条件が成立しているか否かを判別する（ステップＳ６３）。
【００４９】
ここで、空気コンプレッサ２１２を稼動するか否かを判別する要件は、燃料電池スタック２０１の各セルに設けられた電圧センサ２２３ＩＮ，２２３ＯＵＴで検出された各セルのセル電圧の内、最小セル電圧（最小値）が所定の電圧（第１の下限電圧）に達したか否かとして設定される。
【００５０】
この第１の下限電圧は、燃料電池システム１０２がアイドルストップ状態から通常の発電状態に復帰する際の、カソード極の空気不足による発電遅れを抑え、ＰＭ２２４の仕様によって決まるＰＭ２２４の定格最低入力電圧を確保できる電圧に設定される。なお、セル電圧とカソード極の空気不足との関係は、予め実験や机上検討等によって取得し、取得した関係に基づいて、空気不足とならないセル電圧を設定する。
【００５１】
なお、上記第１の下限電圧は、燃料電池スタック２０１のカソード極の入口側に設けられた電圧センサ２２３ＩＮで検出されたセル電圧に対応した下限電圧と、燃料電池スタック２０１のカソード極の出口側に設けられた電圧センサ２２３ＯＵＴで検出されたセル電圧に対応した下限電圧とのそれぞれに対応して設定するようにしてもよい。この場合には、出口側は入口側に比べて酸素濃度が概して低いことを考慮して、出口側に対応した下限値を入口側に対応した下限値に比べて低く設定する。
【００５２】
ステップＳ６３の判別の結果、最低セル電圧が上記第１の下限電圧に達して空気コンプレッサ２１２の稼動条件が成立した場合には、空気調圧弁２１３を開放した後空気コンプレッサ２１２を稼動してカソード極に空気を供給する（ステップＳ６４）。これにより、図７のタイミングチャートに示すように、最低セル電圧は第１の下限電圧を下回ることなく上昇に転じる。
【００５３】
したがって、セル電圧の最小値は、先の第１の下限電圧を下回ることはなくなり酸素不足は回避され、アイドルストップ状態が解除されて発電を開始する際の発電遅れを防止することができる。さらに、電流を取り出した際のセル電圧の低下が回避されて、セルの劣化を防止することができる。
【００５４】
次に、図６に戻って、先のステップＳ６２の判別結果において、空気コンプレッサ２１２が稼動していると判別された場合には、続いて稼動している空気コンプレッサ２１２を停止する停止条件が成立しているか否かを判別する（ステップＳ６５）。
【００５５】
ここで、空気コンプレッサ２１２の停止要件としては、例えば最大セル電圧もしくは平均セル電圧と予め設定された所定電圧との比較結果であり、最大セル電圧もしくは平均セル電圧がそれぞれに対応して予め設定された所定電圧を超えた場合に、稼動を停止する。あるいは、判別の要件としては、時間の経過であり、最大セル電圧もしくは平均セル電圧が予め設定された所定電圧に達した後予め設定された時間の経過（遅延）後に稼動を停止するようにしてもよく、図７に示すタイミングチャートではこの例を示している。
【００５６】
ステップＳ６５の判別の結果、空気コンプレッサ２１２の稼動停止条件が成立した場合には、空気コンプレッサ２１２の稼動を停止してカソード極への空気の供給を停止する（ステップＳ６６）。これにより、図７に示すように、最大セル電圧もしくは平均セル電圧は下降に転じる。
【００５７】
一方、先のステップＳ６１の判別結果において、燃料電池システム１０２がアイドルストップ状態でない場合には、空気コンプレッサ２１２は通常運転時の制御が行われる（ステップＳ６７）。
【００５８】
この実施例１では、燃料電池スタック２０１のカソード極の入口側ならびに出口側の双方に電圧センサ２２３ＩＮ，２２３ＯＵＴを設置し、入口側と出口側の双方のセル電圧に基づいて空気コンプレッサ２１２の稼動を制御しているが、燃料電池スタック２０１の入口側、出口側のいずれか一方にのみ電圧センサを設置し、その検出結果に基づいて同様に空気コンプレッサ２１２の稼動を制御するようにしてもよい。
【００５９】
空気コンプレッサ２１２を稼動する要件としては、各セル電圧の最小値が第１の下限電圧以上に設定しているが、さらに燃料電池スタック２０１の平均セル電圧が第２の下限電圧以上となる要件を加え、双方の要件を満足させるように空気コンプレッサ２１２を稼動させるようにしてもよい。この場合に、平均セル電圧は、図７に示すように、空気コンプレッサ２１２の稼動／停止に対して最低セル電圧の変化と同様に変化する。
【００６０】
ここで、第２の下限電圧は、先の第１の下限電圧よりも高い値に設定され、第１の下限電圧と同様に、燃料電池システム１０２がアイドルストップ状態から通常の発電状態に復帰する際の、カソード極の空気不足による発電遅れを抑え、ＰＭ２２４の仕様によって決まるＰＭ２２４の定格最低入力電圧を確保できる電圧に設定される。なお、平均セル電圧とカソード極の空気不足との関係は、予め実験や机上検討等によって取得し、取得した関係に基づいて、空気不足とならない平均セル電圧を設定する。
【００６１】
一方、上記第１の下限電圧及び／または第２の下限電圧は、図１に示す燃料電池車両の車速センサ１０６で検出されたアイドルストップ状態における車速に基づいて、可変するように設定してもよい。この場合に、車速と両下限電圧との関係は、例えば図８に示すように、車速が大きくなる程下限値を高く設定する。
【００６２】
アイドルストップ状態時の車速が大きい程アイドルストップ状態解除後の発電時に取り出しが要求される電力は大きくなることが予測される。このため、下限電圧を高く設定してセル電圧を高めに保持することで、アイドルストップ状態時の車速が速い場合であっても、発電遅れや電流取り出し時のセル電圧の低下を確実に防止することが可能となる。
【００６３】
また、上記第１の下限電圧及び／または第２の下限電圧は、システム制御部２２５で計測された燃料電池システム１０２がアイドルストップ状態となっている時間に基づいて、可変するように設定してもよい。この場合に、アイドルストップ状態の時間と両下限電圧との関係は、例えば図９に示すように、アイドルストップ状態の時間が大きくなる程下限値を高く設定する。
【００６４】
アイドルストップ状態の時間が長くなる程カソード極の出口側の酸素濃度が低下し、アノード極の窒素濃度が上昇して発電時のセル電圧の低下が大きくなる。そこで、下限電圧を高く設定してセル電圧を高めに保持することで、アイドルストップ状態の期間が長期化した場合であっても、発電遅れや電流取り出し時のセル電圧の低下を確実に防止することが可能となる。
【００６５】
さらに、上記第１の下限電圧及び／または第２の下限電圧は、システム制御部２２５で算出されたセル電圧の最も大きな低下速度に基づいて、可変するように設定してもよい。この場合に、低下速度と下限電圧との関係は、例えば図１０に示すように、低下速度が大きくなる程下限値を高く設定する。
【００６６】
セル電圧の低下速度が速い場合には、一部のセルにのみ酸素が十分で、燃料電池スタック全体としては酸素が不足している状態にある可能性が高いと推定される。したがって、下限電圧を高く設定してセル電圧を高めに保持することで、燃料電池スタック全体の各セルに酸素が十分に行き渡っていない場合であっても、発電遅れや電流取り出し時のセル電圧の低下を確実に防止してセルの劣化を抑えることが可能となる。
【００６７】
なお、車速、アイドルストップ状態の時間、セル電圧の低下速度に基づいた下限電圧の上記設定手法は、適宜組み合わせて実施してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施例１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図である。
【図２】本発明の実施例１に係る燃料電池システムの構成を示す図である。
【図３】燃料電池スタックの構成を示す図である。
【図４】燃料電池システムのアイドルストップ状態への移行手順を示すフローチャートである。
【図５】燃料電池システムのアイドルストップ状態の解除手順を示すフローチャートである。
【図６】アイドルストップ状態時の空気コンプレッサの制御手順を示すフローチャートである。
【図７】最低セル電圧と空気コンプレッサ回転数とのタイミングチャートである。
【図８】車速と下限電圧との関係を示す図である。
【図９】アイドルストップ時間と下限電圧との関係を示す図である。
【図１０】セル電圧低下速度と下限電圧との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
１０１…車両本体
１０２…燃料電池システム
１０３…インバータ
１０４…駆動モータ
１０５…駆動輪
１０６…車速センサ
１０７…２次電池
１０８…リレー
１０９…制御コントローラ
１１１…シフト位置センサ
１１２…ブレーキセンサ
１１３…アクセル開度センサ
１１４，２２３…電圧センサ
１１５…電流センサ
２０１…燃料電池スタック
２０２…水素タンク
２０３…水素調圧弁
２０４…エゼクタ
２０５…水素循環配管
２０６…水素循環ポンプ
２０７…水素供給配管
２１０…パージ弁
２１１…パージ配管
２１２…空気コンプレッサ
２１３…空気調圧弁
２１４…空気供給配管
２１５…排気管
２１６…回転数センサ
２２４…ＰＭ（パワーマネージャー）
２２５…システム制御部
３０１…燃料電池セル
３０２…スタックケース
【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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