(57)【要約】【課題】燃料電池搭載車両の燃費やノイズバイブレーションを向上させる。【解決手段】燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池のカソード極に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給流路と、前記酸化剤ガス供給流路に設けられ、前記酸化剤ガスを圧縮して前記カソード極に供給するエアコンプレッサと、前記ポンプを駆動し、前記カソード極に滞留する水素を希釈する制御部と、を備える。前記制御部は、前記燃料電池搭載車両の起動後、前記燃料電池搭載車両が停止している間若しくは前記電力供給回路に対する負荷要求が予め定められた値よりも小さい間は、前記エアコンプレッサの動作を停止してカソード極への酸化剤ガスの供給を停止し、カソード極に滞留する水素の希釈を禁止する。【選択図】図４
2016095933.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池搭載車両に用いられる燃料電池システムであって、
燃料電池と二次電池とを有する電力供給回路と、
前記燃料電池のカソード極に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給流路と、
前記酸化剤ガス供給流路に設けられ、前記酸化剤ガスを圧縮して前記カソード極に供給するポンプと、
前記ポンプを駆動し、前記カソード極に滞留する水素を希釈する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記燃料電池搭載車両のスタータースイッチがオフからオンに切り換えられた後、前記燃料電池搭載車両が停止している間、若しくは前記電力供給回路に対する負荷要求が予め定められた値よりも小さい間は、前記ポンプの動作を停止してカソード極への酸化剤ガスの供給を停止し、カソード極に滞留する水素の希釈を禁止する、燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記制御部は、前記燃料電池搭載車両の前記スタータースイッチがオフからオンに切り換えられた後、予め定められた時間が経過したときには、前記燃料電池搭載車両が走行を開始していなくても、前記カソード極に酸化剤ガスを供給し、前記カソード極に滞留する水素を希釈して前記カソード極から排出する、燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記制御部は、前記燃料電池搭載車両の前記スタータースイッチがオフからオンに切り換えられた後、前記電力供給回路に対する負荷要求があった時には、前記燃料電池搭載車両が走行を開始していなくても、前記カソード極に酸化剤ガスを供給し、前記カソード極に滞留する水素を希釈して前記カソード極から排出する、燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池システムを搭載する燃料電池搭載車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池搭載車両に用いられる燃料電池システムおよび燃料電池搭載車両に関し、特に燃料電池搭載車両の起動時の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池を停止すると、アノードの水素が電解質膜を通ってカソードに移動して滞留する。特許文献１には、カソードに酸化剤ガスを供給することにより、カソードに滞留する水素を希釈して排出することが記載されている。酸化剤ガスはポンプ（エアコンプレッサ）によって供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−０２１４８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、燃料電池搭載車両では、一般的には、スタータースイッチをオンにしても、すぐには、走り出さない。そのため、燃料電池への負荷要求はない。燃料電池への負荷要求がない状況で、カソードに滞留する水素を希釈して排出するためだけにエアコンプレッサを駆動して酸化剤ガスを供給することは、燃費やノイズバイブレーション（ノイズや振動）の観点から好ましくない。また、酸化剤ガスが供給されると燃料電池は発電状態となり、水素が余剰に消費されるため燃費を悪化させる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
（１）本発明の一形態によれば、燃料電池搭載車両に用いられる燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、燃料電池と二次電池とを有する電力供給回路と、前記燃料電池のカソード極に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給流路と、前記酸化剤ガス供給流路に設けられ、前記酸化剤ガスを圧縮して前記カソード極に供給するポンプと、前記ポンプを駆動し、前記カソード極に滞留する水素を希釈する制御部と、を備え、前記制御部は、前記燃料電池搭載車両のスタータースイッチがオフからオンに切り換えられた後、前記燃料電池搭載車両が停止している間、若しくは前記電力供給回路に対する負荷要求が予め定められた値よりも小さい間は、前記ポンプの動作を停止してカソード極への酸化剤ガスの供給を停止し、カソード極に滞留する水素の希釈を禁止する。この形態によれば、燃料電池搭載車両が停止している間若しくは前記電力供給回路に対する負荷要求が予め定められた値よりも小さい間は、カソード極に滞留する水素を希釈して前記カソード極から排出しない。そのため、走行以外に消費される燃料の消費を抑えることができるので、燃費を向上できる。また、走行中は、風切り音やロードノイズが発生するため、ポンプの作動音や振動は気にならない。しかし、停止中にポンプが駆動すると、ポンプのノイズバイブレーションが気になるものである。この形態によれば、燃料電池搭載車両の起動後、燃料電池搭載車両が走行を開始していない停止している間は、ポンプの動作を停止するので、ノイズバイブレーションが気にならない。
【０００７】
（２）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記燃料電池搭載車両の前記スタータースイッチがオフからオンに切り換えられた後、予め定められた時間が経過したときには、前記燃料電池搭載車両が走行を開始していなくても、前記カソード極に酸化剤ガスを供給し、前記カソード極に滞留する水素を希釈して前記カソード極から排出してもよい。カソード極に水素が滞留している間は、燃料電池の発電能力が低い。燃料電池が発電する前の走行は、二次電池の電力を用いて行われる。二次電池の耐久性の面から、二次電池の充電量（ＳＯＣ）を所定の範囲内にしておくことが、好ましい。この形態によれば、燃料電池搭載車両の起動後、予め定められた時間が経過したときに、カソード極に酸化剤ガスを供給し、前記カソード極に滞留する水素を希釈して前記カソード極から排出して、燃料電池を発電可能とする。そのため、予め定められた時間が経過すれば、燃料電池の発電能力が高くなっており、その後に走行する場合に、燃料電池の電力を用いて走行できるので、二次電池の充電量（ＳＯＣ）を所定の範囲内にしておくことが可能となる。
【０００８】
（３）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記燃料電池搭載車両の前記スタータースイッチがオフからオンに切り換えられた後、前記電力供給回路に対する負荷要求があった時には、前記燃料電池搭載車両が走行を開始していなくても、前記カソード極に酸化剤ガスを供給し、前記カソード極に滞留する水素を希釈して前記カソード極から排出してもよい。二次電池の耐久性の面から、二次電池の充電量（ＳＯＣ）を所定の範囲内にしておくことが、好ましい。この形態によれば、燃料電池搭載車両を走行させる前であっても、例えばエアコンの起動により電力が必要となり、電力供給回路に対する負荷要求があった時には、燃料電池を発電させるので、二次電池の充電量（ＳＯＣ）を、所定の範囲内にしておくことが可能となる。
【０００９】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、燃料電池システムの他、燃料電池搭載車両等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】燃料電池を搭載した車両を示す説明図である。
【図２】燃料電池搭載車両の燃料電池システムを示す説明図である。
【図３】燃料電池を模式的に示す説明図である。
【図４】第１の実施形態におけるカソード極からの水素排出の制御フローチャートである。
【図５】第１の実施形態におけるタイミングチャートである。
【図６】比較例におけるカソード極からの水素排出の制御フローチャートである。
【図７】比較例におけるタイミングチャートである。
【図８】第２の実施形態におけるカソード極からの水素排出の制御フローチャートである。
【図９】第２の実施形態におけるタイミングチャートである。
【図１０】第３の実施形態におけるカソード極からの水素排出の制御フローチャートである。
【図１１】第３の実施形態におけるタイミングチャートである。
【図１２】第４の実施形態におけるカソード極からの水素排出の制御フローチャートである。
【図１３】第４の実施形態におけるタイミングチャートである
【発明を実施するための形態】
【００１１】
第１の実施形態：
図１は、燃料電池を搭載した車両を示す説明図である。燃料電池搭載車両１０は、燃料電池１００と、制御部１１０（ＥＣＵ（Electronic Control Unit）とも呼ぶ。）と、スタータースイッチ１１５と、要求出力検知部１２０と、速度計１２５と、二次電池１３０と、電力分配コントローラ１４０と、駆動モータ１５０と、ドライブシャフト１６０と、動力分配ギア１７０と、車輪１８０と、を備える。
【００１２】
燃料電池１００は、燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて電力を取り出すための発電装置である。制御部１１０は、要求出力検知部１２０から取得した要求出力値に基づいて、燃料電池１００と二次電池１３０の動作を制御する。要求出力検知部１２０は、燃料電池搭載車両１０のアクセル（図示せず）の踏み込み量を検知し、その踏み込み量の大きさから、運転手からの要求出力を検知する。制御部１１０は、要求出力から、燃料電池１００に要求する要求電力量を算出する。スタータースイッチ１１５は、燃料電池搭載車両１０の起動、停止を切り替えるメインスイッチである。速度計１２５は、燃料電池搭載車両１０の走行速度を測定する。速度計１２５は、駆動モータ１５０の回転数、ドライブシャフト１６０の回転数、動力分配ギア１７０の回転数、車輪１８０の回転数のいずれかを測定して、燃料電池搭載車両１０の走行速度を所得する。二次電池１３０は、燃料電池搭載車両１０の起動直後など、燃料電池１００の発電力が小さい場合に、燃料電池搭載車両を動かすための電力源として用いられる。二次電池１３０として、例えば、ニッケル水素電池や、リチウムイオン電池を採用することが可能である。二次電池１３０への充電は、例えば、燃料電池１００から出力される電力を用いて直接充電することや、燃料電池搭載車両１０が減速するときに燃料電池搭載車両１０の運動エネルギーを駆動モータ１５０により回生して充電すること、により行うことが可能である。電力分配コントローラ１４０は、制御部１１０からの命令を受けて、燃料電池１００から駆動モータ１５０への引き出す電力量と、二次電池１３０から駆動モータ１５０へ引き出す電力量を制御する。また、電力分配コントローラ１４０は、燃料電池搭載車両１０の減速時には、制御部１１０からの命令を受けて、駆動モータ１５０により回生された電力を二次電池１３０に送る。電力分配コントローラ１４０と、燃料電池１００と、二次電池１３０とは、電力供給回路を構成している。駆動モータ１５０は、燃料電池搭載車両１０を動かすための電動機として機能する。また、駆動モータ１５０は、燃料電池搭載車両１０が減速するときには、燃料電池搭載車両１０の運動エネルギーを電気エネルギーに回生する発電機として機能する。ドライブシャフト１６０は、駆動モータ１５０が発する駆動力を動力分配ギア１７０に伝達するための回転軸である。動力分配ギア１７０は、左右の車輪１８０へ駆動力を分配する。
【００１３】
図２は、燃料電池搭載車両１０の燃料電池システムを示す説明図である。燃料電池搭載車両１０は、燃料電池１００と、燃料ガス供給回路２００と、酸化剤ガス供給回路３００と、排ガス回路４００と、冷却回路５００と、を備える。
【００１４】
燃料ガス供給回路２００は、燃料ガスタンク２１０と、燃料ガス供給管２２０と、燃料ガス排気管２３０と、燃料ガス還流管２４０と、主止弁２５０と、レギュレータ２６０と、気液分離器２８０と、水素ポンプ２９０と、を備える。燃料ガスタンク２１０は、燃料ガスを貯蔵する。本実施形態では、燃料ガスとして、水素を用いている。燃料ガスタンク２１０と、燃料電池１００とは、燃料ガス供給管２２０で接続されている。燃料ガス供給管２２０上には、燃料ガスタンク２１０側から、主止弁２５０と、レギュレータ２６０と、が設けられている。主止弁２５０は、燃料ガスタンク２１０からの燃料ガスの供給をオンオフする。レギュレータ２６０は、燃料電池１００に供給される燃料ガスの圧力を調整する。
【００１５】
燃料ガス排気管２３０は、燃料電池１００からの燃料排ガスを排出する。燃料ガス還流管２４０は、燃料ガス排気管２３０と、燃料ガス供給管２２０に接続されている。燃料ガス排気管２３０と燃料ガス還流管２４０との間には、気液分離器２８０が設けられている。燃料排ガスには、消費されなかった水素と、燃料電池１００を通って移動してきた窒素と、水が含まれている。気液分離器２８０は、燃料排ガス中の水と、ガス（水素と窒素）とを分離する。また、燃料ガス還流管２４０には、水素ポンプ２９０が設けられている。燃料電池システムは、燃料ガス還流管２４０及び水素ポンプ２９０を用いて燃料排ガスを燃料電池１００に供給することで、燃料排ガス中の水素を発電に利用する。
【００１６】
酸化剤ガス供給回路３００は、エアクリーナ３１０と、エアコンプレッサ３２０（「ポンプ３２０」とも呼ぶ。）と、酸化剤ガス供給管３３０（「酸化剤ガス供給流路３３０」とも呼ぶ。）と、大気圧センサ３５０と、外気温センサ３６０と、エアフローメータ３７０と、供給ガス温度センサ３８０と、供給ガス圧力センサ３９０と、を備える。本実施形態の燃料電池１００は、酸化剤ガスとして、空気（空気中の酸素）を用いる。エアクリーナ３１０は、空気を取り込む時に、空気中の塵埃を除去する。ポンプ３２０は、空気を圧縮し、酸化剤ガス供給管３３０を通して空気を燃料電池１００に送る。大気圧センサ３５０は、大気圧を測定する。外気温センサ３６０は、取り込む前の空気の温度を取得する。エアフローメータ３７０は、取り込んだ空気の流量を測定する。この流量は、燃料電池１００の供給される空気の量とほぼ同じである。なお、空気の流量は、ポンプ３２０の回転数により変わる。供給ガス温度センサ３８０は、燃料電池１００に供給される空気の温度を測定し、供給ガス圧力センサ３９０は、燃料電池１００に供給される空気の圧力を測定する。
【００１７】
排ガス回路４００は、排ガス管４１０と、調圧弁４２０と、燃料ガス排出管４３０と、排気排水弁４４０と、酸化剤ガスバイパス管４５０と、分流弁４６０と、を備える。排ガス管４１０は、燃料電池１００の酸化排ガスを排出する。排ガス管４１０には、調圧弁４２０が設けられている。調圧弁４２０は、燃料電池１００中の空気の圧力を調整する。燃料ガス排出管４３０は、気液分離器２８０と、排ガス管４１０とを接続している。燃料ガス排出管４３０上には、排気排水弁４４０が設けられている。制御部１１０（図１）は、燃料排ガス中の窒素濃度が高くなる、あるいは、気液分離器２８０中の水の量が多くなったときには、排気排水弁４４０を開けて、水とガス（主として窒素）を排気する。このとき、水素も排出される。本実施形態では、燃料ガス排出管４３０は、排ガス管４１０に接続されており、排出されるガス中の水素は、酸化排ガスにより、希釈される。酸化剤ガスバイパス管４５０は、酸化剤ガス供給管３３０と、排ガス管４１０とを接続する。酸化剤ガスバイパス管４５０と酸化剤ガス供給管３３０との接続部には、分流弁４６０が設けられている。制御部１１０（図１）は、排気排水弁４４０を開けて、水とガス（主として窒素）を排気するときに、分流弁４６０を開けて酸化剤ガスバイパス管４５０に空気を流し、水素を希釈する。また、制御部１１０は、後述するように、燃料電池搭載車両１０の起動時に、燃料電池１００のカソード極内の水素を排出するときに、分流弁４６０を開けて酸化剤ガスバイパス管４５０に空気を流し、水素を希釈する。排ガス管４１０は、酸化剤ガス排出流路であり、燃料ガス排出流路でもある。
【００１８】
冷却回路５００は、冷却水供給管５１０と、冷却水排出管５１５と、ラジエータ管５２０と、ウォーターポンプ５２５と、ラジエータ５３０と、バイパス管５４０と、三方弁５４５と、を備える。冷却水供給管５１０は、燃料電池１００に冷却水を供給するための管であり、冷却水供給管５１０にはウォーターポンプ５２５が配置されている。冷却水排出管５１５は、燃料電池１００から冷却水を排出するための管である。冷却水排出管５１５の下流部は、三方弁５４５を介して、ラジエータ管５２０と、バイパス管５４０と、に接続されている。ラジエータ管５２０には、ラジエータ５３０が設けられている。ラジエータ５３０には、ラジエータファン５３５が設けられている。ラジエータファン５３５は、ラジエータ５３０に風を送り、ラジエータ５３０からの放熱を促進する。ラジエータ管５２０の下流部と、バイパス管５４０の下流部とは、冷却水供給管５１０に接続されている。
【００１９】
冷却水は、ウォーターポンプ５２５により、冷却水供給管５１０を通して燃料電池１００に供給され、燃料電池１００を冷却する。冷却水は、燃料電池１００から熱を回収することで暖められ、冷却水排出管５１５から排出される。暖められた冷却水は三方弁５４５により、ラジエータ管５２０とバイパス管５４０に分配して流される。ラジエータ管５２０に流された冷却水は、ラジエータ５３０により冷却されるが、バイパス管５４０に流された冷却水は冷却されない。三方弁５４５によるラジエータ管５２０とバイパス管５４０への冷却水の分配割合と、外気温と、ラジエータファン５３５からの風量と、により、冷却回路５００の冷却水の温度が制御される。
【００２０】
図３は、燃料電池を模式的に示す説明図である。燃料電池１００は、電解質膜１０１と、カソード側触媒層１０２と、アノード側触媒層１０３と、カソード側ガス流路１０４と、アノード側ガス流路１０５とを備えている。カソード側触媒層１０２とカソード側ガス流路１０４とを合わせてカソード極と呼び、アノード側触媒層１０３とアノード側ガス流路１０５とを合わせてアノード極と呼ぶ。電解質膜は、プロトン伝導性を有する電解質膜であり、例えば、パーフルオロカーボンスルホン酸ポリマのようなフッ素系電解質樹脂（イオン交換樹脂）が用いられる。カソード側触媒層１０２と、アノード側触媒層１０３は、触媒（例えば白金）を担持したカーボンを有している。カソード側ガス流路１０４は、カソード側触媒層１０２に空気を供給するための流路であり、カーボンペーパーで形成されたガス拡散層と、エキスパンドメタルのような多孔性の部材と、を有している。アノード側ガス流路１０５は、アノード側触媒層１０３に空気を供給するための流路であり、カーボンペーパーで形成されたガス拡散層と、セパレーター（図示せず）により形成された、サーペンタイン形状の流路と、を備えている。
【００２１】
図３（Ａ）は、カソード極に水素が滞留する理由を示す説明図である。燃料電池搭載車両１０のスタータースイッチ１１５が切られ、燃料電池搭載車両１０およびその燃料電池システムが停止すると、燃料ガス供給回路２００（図２）の主止弁２５０とレギュレータ２６０が閉じられ、水素ポンプ２９０も停止される。その結果、燃料電池１００のアノード極には、水素が供給されなくなる。しかし、アノード極内には、水素が残留している。水素は、拡散し易いため、電解質膜１０１を通りぬけて、カソード極側に拡散する。カソード極とアノード極の水素分圧が平衡状態に達すれば、カソード極とアノード極の水素の分圧は、一定となる。カソード極に水素が残存している状態では、燃料電池１００の発電能力が低下するため、水素を排出することが好ましい。
【００２２】
図３（Ｂ）は、カソード極からの水素の排出を説明する説明図である。制御部１１０は、燃料電池１００に少量（例えば４％）、酸化剤ガスバイパス管４５０に大量（例えば９６％）の空気が流れるように、分流弁４６０の開度を調整する。制御部１１０は、ポンプ３２０を駆動し、調圧弁４２０を徐々に開けて、空気を燃料電池１００のカソード極に供給する。本実施形態では、ポンプ３２０は、例えば１０００L／ｍｉｎの流量を流し、そのうち燃料電池１００に４％（４０Ｌ／ｍｉｎ）、酸化剤ガスバイパス管４５０に９６％（９６０Ｌ／ｍｉｎ）を流す。流量を１０００Ｌ／ｍｉｎとしたのは、ポンプ３２０のノイズバイブレーション（ノイズと振動）を考慮したものである。燃料電池搭載車両１０が停車しているときにおけるこの流量は、燃料電池搭載車両１０の通常運転時に燃料電池１００に供給される空気の流量よりも少ない値であり、ノイズバイブレーションを考慮して、適正な値とされる。カソード極の水素は、パージされて追い出され、燃料電池１００から排出される。この時に排出される水素は、酸化剤ガスバイパス管４５０を通って流された空気によって希釈され、大気に放出される。放出されるガスの水素濃度は、４％以下とすることが好ましい。
【００２３】
図４は、第１の実施形態における、カソード極からの水素排出の制御フローチャートである。図５は、第１の実施形態におけるタイミングチャートである。図５において、ハッチングを付した部分は、燃料電池搭載車両１０の動作状態によって、様々な値を取り得るところである。図５（ｆ）に示すように、カソード極に滞留する水素は、スタータースイッチ１１５がオフにされた後、平衡状態となるまで徐々に増加する。ステップＳ１００で、燃料電池搭載車両１０のスタータースイッチ１１５がオンにされる。ステップＳ１１０では、制御部１１０は、調圧弁４２０を開き始め開度位置まで開ける。調圧弁４２０を開き始め開度位置まで開けるのは、制御部１１０が調圧弁４２０の開度を決めるときの原点を取得するためである。
【００２４】
制御部１１０は、ステップＳ１２０でポンプ３２０を駆動し、ステップＳ１３０で調圧弁４２０を一定期間開ける。この２つの処理は、燃料電池１００のカソード極内の負圧を正圧にするための処理である。ステップＳ１４０では、制御部１１０は、調圧弁４２０を閉じ、エアコンプレッサを停止する。調圧弁４２０の位置は、開き始め開度位置であっても良い。ステップＳ１５０では、制御部１１０は、後の処理でエアコンプレッサにより空気を供給するときに、燃料電池１００に少量（例えば４％）、酸化剤ガスバイパス管４５０に大量（例えば９６％）の空気が流れるように分流弁４６０の開度を調整する。制御部１１０は、この状態で燃料電池搭載車両１０が走行するのを待機する。
【００２５】
ステップＳ１６０では、制御部１１０は、速度計１２５の値から、燃料電池搭載車両が停止状態（走行中でない）か否かを判断する。停止中の場合は、さらに待機する。停止中でない場合には、制御部１１０は、処理をステップＳ１７０に移行する。このときに走行に必要な電力は、例えば、二次電池１３０から供給される。なお、制御部１１０は、燃料電池搭載車両１０が完全停止中（速度が０ｋｍ／ｈ）でなくても、微速（例えば速度５ｋｍ／ｈ以下）の場合には、停止中とみなしてステップＳ１６０の判断を行っても良い。
【００２６】
燃料電池搭載車両が走行を始めた後、ステップＳ１７０では、制御部１１０は、ポンプ３２０を駆動する。この時のポンプ３２０の回転数は、ＮＶを考慮して、通常運転時におけるエアコンプレッサの回転数よりも少ない回転数であることが好ましい。ステップＳ１８０では、制御部１１０は、調圧弁４２０を徐々に開けていく。これにより図５に示すように、燃料電池１００のカソード極内の水素が徐々に排出されて少なくなっていき、燃料電池１００の出力（出力電圧）がだんだんと大きくなっていく。
【００２７】
ステップＳ１９０では、制御部１１０は、燃料電池１００の出力が既定値以上となったか否かを判断する。本実施形態では、１セル当たりの電圧が０．６Ｖ以上となったか否かで判断している。カソード極に水素が残存していると燃料電池１００の起電力が低いが、カソード極の水素が少なくなれば、起電力が大きくなっていく。１セル当たりの電圧が０．６Ｖ以上となれば、カソード極の水素はほぼ排出されたと判断できる。１セル当たりの電圧が０．６Ｖ以上となった場合には、制御部１１０は、処理をステップＳ２００に移行する。ステップＳ２００では、制御部１１０は、燃料電池１００への要求負荷に応じて、ポンプ３２０、調圧弁４２０、分流弁４６０の開度を制御する。ステップＳ２１０で、スタータースイッチ１１５がオフにされると、制御部１１０は処理をステップＳ２２０に移行し、ポンプ３２０の駆動を停止する。
【００２８】
図６は、比較例における、カソード極からの水素排出の制御フローチャートである。第１の実施形態と比較すると、ステップＳ１３０、Ｓ１４０、Ｓ１６０の処理が実行されない点が異なる。すなわち、第１の実施形態では、燃料電池搭載車両１０が走行するまでは、燃料電池１００のカソード極からの水素の排出を待機するが、比較例では、ステップＳ１００においてスタータースイッチ１１５がオンにされたら、燃料電池搭載車両１０が停止中か、否かを判断せずに、燃料電池１００のカソード極からの水素の排出処理を実行する。
【００２９】
図７は、比較例におけるタイミングチャートである。そのため、図５に示す第１の実施形態では、燃料電池搭載車両１０が走行開始した後で燃料電池１００が通常運転可能な電圧となるのに対し、図７に示す比較例では、燃料電池搭載車両１０が走行開始する前に燃料電池１００が通常運転可能な電圧となる。燃料電池１００が通常運転可能な電圧となれば、燃料が消費される。その結果、比較例では、第１の実施形態よりも早く燃料の消費が始まる。そして、走行開始前の燃料消費は、燃費を悪化させる。
【００３０】
以上、第１の実施形態によれば、燃料電池搭載車両１０が走行を開始してから燃料電池１００による燃料消費が始まるため、比較例よりも、燃費を向上させることが出来る。また、燃料電池搭載車両１０が走行すれば、風切り音やロードノイズ、振動が発生する。風切り音やロードノイズは大きいため、燃料電池搭載車両１０が走行を開始してからポンプ３２０を駆動させれば、ポンプ３２０の駆動に伴うノイズバイブレーションは、風切り音やロードノイズによって、気にならなくなる。
【００３１】
第２の実施形態：
図８は、第２の実施形態におけるカソード極からの水素排出の制御フローチャートである。第１の実施形態との違いは、ステップＳ１６０の前に、ステップＳ２３０を備える点である。ステップＳ２３０では、制御部１１０は、スタータースイッチ１１５がオンにされてから予め定められた時間（所定時間（ｔ１））を経過したか否かを判断する。第２の実施形態では、所定時間（ｔ１）を、１分としている。スタータースイッチ１１５がオンにされてから所定時間（ｔ１）を経過した場合には、燃料電池搭載車両１０が停止しているか否か（ステップＳ１６０）にかかわらず処理をステップＳ１７０に移行する。
【００３２】
図９は、第２の実施形態におけるタイミングチャートである。図５に示す第１の実施形態では、燃料電池搭載車両１０の速度が上がった時点を基点に、ポンプ３２０駆動され、調圧弁４２０が開き、燃料電池１００のカソード極に滞留する水素が減少し始め、燃料電池１００の出力が大きくなる。第２の実施形態では、スタータースイッチ１１５がオンにされてから予め定められた時間（所定時間（ｔ１））を経過した時点を基点に、ポンプ３２０が駆動され、調圧弁４２０が開き、燃料電池１００のカソード極に滞留する水素が減少し始め、燃料電池１００の出力が大きくなる。なお、予め定められた時間（ｔ１）よりも早く燃料電池搭載車両１０が走行を開始した場合には、第１の実施形態で説明した処理が行われる。図９から分かるように、第２の実施形態は、比較例よりも燃費を向上させることができる。なお、第２の実施形態では、所定時間（ｔ１）を、１分としたが、スタータースイッチ１１５がオンにされてから走行が開始されるまでの時間は、運転者により異なる。したがって、制御部１１０は、その燃料電池搭載車両１０の動作の履歴、具体的には、過去のスタータースイッチ１１５がオンにされてから走行が開始されるまでの時間に基づいて、所定時間（ｔ１）を可変制御しても良い。例えば、所定時間（ｔ１）を過去の平均時間の８０％の時間としても良い。あるいは、所定時間（ｔ１）を（過去の平均時間−２０秒）としてもよい。この場合、スタータースイッチ１１５がオンにされてから走行が開始されるまでの時間が長すぎる場合、例えば５分以上の場合には、制御部１１０は、５分として平均値を算出しても良い。
【００３３】
以上第２の実施形態によれば、燃料電池搭載車両１０が走行を開始していなくても、所定期間（ｔ１）を経過すれば、燃料電池１００のカソードの水素が排出され、燃料電池１００は、発電可能な状態となる。燃料電池１００が発電する前の燃料電池搭載車両１０の走行は、二次電池１３０の電力を用いて行われる。二次電池の耐久性の面から、二次電池１３０の充電量（ＳＯＣ）を所定の範囲内にしておくことが好ましい。この実施形態によれば、所定期間（ｔ１）を経過すれば、燃料電池１００の発電能力が高くなっており、その後に走行する場合に、燃料電池１００の電力を用いて走行できるので、二次電池１３０の充電量（ＳＯＣ）を所定の範囲内にしておくことが可能となる。
【００３４】
第３の実施形態：
図１０は、第３の実施形態におけるカソード極からの水素排出の制御フローチャートである。第２の実施形態との違いは、ステップＳ２３０とステップＳ１６０の間に、ステップＳ２４０を備える点である。ステップＳ２４０では、制御部１１０は、燃料電池搭載車両１０からの要求電力（負荷要求）が予め定められた値以上か否かを判断する。燃料電池搭載車両１０からの要求電力が予め定められた値（所定値（Ｐ１））以上となる場合としては、例えば、エアコン（図示せず）の消費電力が大きい場合等が上げられる。なお、制御部１１０は、二次電池１３０の蓄電量が少ない場合には、所定値（Ｐ１）を下げても良い。制御部１１０は、スタータースイッチ１１５がオンにされてから所定時間（ｔ１）を経過していなくても、あるいは、燃料電池搭載車両１０が停止していても、燃料電池搭載車両１０からの要求電力が予め定められた値以上であれば、処理をステップＳ１７０にに移行する。
【００３５】
図１１は、第３の実施形態におけるタイミングチャートである。第３の実施形態では、エアコンが起動された時間を基点に、ポンプ３２０が駆動され、調圧弁４２０が開き、燃料電池１００のカソード極に滞留する水素が減少し始め、燃料電池１００の出力が大きくなる。なお、エアコンの起動が予め定められた時間（ｔ１）よりも遅い場合や、燃料電池搭載車両１０の走行よりも遅い場合には、それぞれ、第２の実施形態、第１の実施形態で説明した処理が行われる。図１１からわかるように、第３の実施形態は、比較例よりも燃費を向上させることができる。また、電力供給回路に対する負荷要求があった時には、燃料電池を発電させるので、二次電池の充電量（ＳＯＣ）を、所定の範囲内にしておくことが可能となる。
【００３６】
第４の実施形態：
図１２は、第４の実施形態におけるカソード極からの水素排出の制御フローチャートである。第１の実施形態では、燃料電池搭載車両１０走行を開始してから、燃料電池１００のカソード極の水素の排出処理を実行したが、第４の実施形態では、スタータースイッチ１１５がオンにされてから、燃料電池１００のカソード極の水素の排出処理を実行する。ただし、比較例と比較して、ゆっくりと水素の排出処理を行う。
【００３７】
ステップＳ１００〜Ｓ１４０の処理は、第１の実施形態における処理と同じである。ステップＳ２５０では、制御部１１０は、燃料電池１００に供給される空気の量と、酸化剤ガスバイパス管４５０に流れる空気の量が所定の比（たとえば４：９６）ととなるように、分流弁４６０を開ける。ステップＳ２６０では、制御部１１０は、調圧弁を少し開け、ステップＳ２７０では、ポンプ３２０を駆動する。ポンプ３２０の回転数は、ポンプ３２０の回転に伴うノイズバイブレーションが所定の値以下となる回転数とすることが好ましい。
【００３８】
ステップＳ２８０では、制御部１１０は調圧弁４２０の開度をゆっくりと大きくしていく。この調圧弁４２０の開度を大きくしていく速度は、第１の実施形態のステップＳ１８０よりも小さいことが好ましい。燃料電池１００のカソード極からの水素の排出が実行され、燃料電池の出力が大きくなっていく。ステップＳ２９０では、制御部１１０は、燃料電池１００の出力が既定値以上となったか否かを判断する。制御部１１０は、第１の実施形態と同様に、１セル当たりの電圧が０．６Ｖ以上となったか否かで判断している。１セル当たりの電圧が０．６Ｖ以上となった場合には、制御部１１０は、処理をステップＳ２００に移行する。
【００３９】
ステップＳ２９０において、燃料電池１００の出力が既定値以上でない場合には、制御部１１０は、処理をステップＳ１６０に移行する。ステップＳ１６０では、制御部１１０は、燃料電池搭載車両１０が停止中か否かを判断する。燃料電池搭載車両１０が停止中であれば処理をステップＳ２８２に移行し、停止中出ない場合、すなわち、走行開始後の場合には、処理をステップＳ１７０に移行する。ステップＳ１７０、Ｓ１８０、Ｓ１９０の処理は、第１の実施形態と同じである。すなわち、燃料電池搭載車両１０が走行を開始したあとは、第１の実施形態と同様の処理が行われる。
【００４０】
図１３は、第４の実施形態におけるタイミングチャートである。第４の実施形態では、スタータースイッチ１１５がオンにされてから、燃料電池１００のカソード極の水素の排出処理が実行される。ただし、比較例と比較して、ゆっくりと水素の排出処理を行う。そのため、比較例と比較すると燃料電池搭載車両１０の走行開始までに燃料電池が発生させる電圧は低く、燃料消費も少ない。また、燃料電池搭載車両１０の走行開始までのポンプ３２０の駆動量も少ないので、ノイズバイブレーションにおいて優れている。
【００４１】
以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。
【符号の説明】
【００４２】
１０…燃料電池搭載車両
１００…燃料電池
１０１…電解質膜
１０２…カソード側触媒層
１０３…アノード側触媒層
１０４…カソード側ガス流路
１０５…アノード側ガス流路
１１０…制御部
１１５…スタータースイッチ
１２０…要求出力検知部
１２５…速度計
１３０…二次電池
１４０…電力分配コントローラ
１５０…駆動モータ
１６０…ドライブシャフト
１７０…動力分配ギア
１８０…車輪
２００…燃料ガス供給回路
２１０…燃料ガスタンク
２２０…燃料ガス供給管
２３０…燃料ガス排気管
２４０…燃料ガス還流管
２５０…主止弁
２６０…レギュレータ
２８０…気液分離器
２９０…水素ポンプ
３００…酸化剤ガス供給回路
３１０…エアクリーナ
３２０…ポンプ（エアコンプレッサ）
３３０…酸化剤ガス供給管
３５０…大気圧センサ
３６０…外気温センサ
３７０…エアフローメータ
３８０…供給ガス温度センサ
３９０…供給ガス圧力センサ
４００…排ガス回路
４１０…排ガス管
４２０…調圧弁
４３０…燃料ガス排出管
４４０…排気排水弁
４５０…酸化剤ガスバイパス管
４６０…分流弁
５００…冷却回路
５１０…冷却水供給管
５１５…冷却水排出管
５２０…ラジエータ管
５２５…ウォーターポンプ
５３０…ラジエータ
５３５…ラジエータファン
５４０…バイパス管
５４５…三方弁
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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