(57)【要約】【課題】バッテリの電力を使用することなく燃料電池の凍結状態を監視することができ、燃料電池の次回起動時に凍結に対して適切な処理を実行することができる燃料電池の制御装置を提供すること。【解決手段】電気化学反応により発電する燃料電池２と、燃料電池２の周辺の温度が凍結温度以下となったことを条件としてオンオフ状態を切り換える、電力の供給を必要としないサーモスイッチ３と、各種情報を報知する報知装置５と、サーモスイッチ３のオンオフ状態が切り換えられた場合に、報知装置５により情報を報知させる制御部６と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気化学反応により発電する燃料電池の周辺の温度が凍結温度以下となったことを条件としてオンオフ状態を切り換える、電力の供給を必要としないサーモスイッチと、
各種情報を報知する報知装置と、
前記サーモスイッチのオンオフ状態が切り換えられた場合に、前記報知装置により情報を報知させる制御部と、を有する燃料電池の制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記燃料電池の駆動が開始される時の前記サーモスイッチのオンオフ状態が、前記燃料電池の駆動が停止された時のオンオフ状態から切り換えられていることを条件として、前記燃料電池を暖める処理を実行する請求項１に記載の燃料電池の制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記燃料電池の駆動が開始される時の前記サーモスイッチのオンオフ状態が、前記燃料電池の駆動が停止された時のオンオフ状態から切り換えられていること、且つ、前記燃料電池の駆動が停止されたときに前記燃料電池を乾燥させる乾燥処理が実行されなかったことを条件として、前記燃料電池を暖める処理を実行する請求項１に記載の燃料電池の制御装置。
【請求項４】
前記燃料電池周辺の温度を検出する温度センサを備え、
前記制御部は、前記温度センサによって検出された温度が、前記凍結温度よりも高い所定の温度以上になったことを条件として、前記サーモスイッチの手動リセットを許可する情報を前記報知装置により報知させる請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料電池の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の凍結状態を監視する燃料電池の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気化学反応により発電する燃料電池が知られており、この燃料電池は、通常、セルと呼ばれる最小構成単位を多数積層して燃料電池スタックを構成している。セルは、水素を供給されるアノード極と、空気中の酸素を供給されるカソード極と、のそれぞれの片側面に拡散層、触媒層、が順に積層され、拡散層、触媒層が積層された面を内側にして中央に電解質を挟み込む構造になっている。アノード極とカソード極との電力の出力端子間には外部回路が接続され、外部回路には、モータなどの負荷が接続される。
【０００３】
アノード極に供給された水素分子は、アノード極側の触媒層において活性な水素原子となり、さらに水素イオンとなって電子を放出する。この水素イオンは、電解質に含まれる水分を伴ってアノード極からカソード極側へと電解質中を移動し、放出された電子はアノード極に接続された外部回路を通じてカソード極へ移動する。この電子の移動により外部回路に接続された負荷に電流が流れる。一方、カソード極に供給された酸素分子は、触媒層において外部回路から移動してきた電子を受け取り酸素イオンとなり、電解質を移動してきた水素イオンと結合して水となる。
【０００４】
このようなセルにおいて、電解質は水分を含んでいるため、燃料電池近傍が氷点下になった場合、凍結するおそれがある。電解質が凍結した場合、セルの各部が損傷する可能性がある。
【０００５】
このような凍結を防止するため、燃料電池の動作が終了したときに電解質の乾燥処理を行うことがある。乾燥処理は、電力や燃料を消費するとともに、終了までの処理時間が長くかかる。
【０００６】
特許文献１では、乾燥処理を行わずに燃料電池の動作を終了させた場合、エンジンコントローラを周期的に起動させ、凍結するか否かを予測し、凍結すると予測されたときに乾燥処理を行うことが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１０４２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の燃料電池の制御装置にあっては、周期的にエンジンコントローラを起動させて凍結するか否かを予測しているため、燃料電池の停止期間が長くなるとバッテリに負担がかかる。
【０００９】
そこで、本発明は、バッテリの電力を使用することなく燃料電池の凍結状態を監視することができ、燃料電池の次回起動時に凍結に対して適切な処理を実行することができる燃料電池の制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、電気化学反応により発電する燃料電池の周辺の温度が凍結温度以下となったことを条件としてオンオフ状態を切り換える、電力の供給を必要としないサーモスイッチと、各種情報を報知する報知装置と、サーモスイッチのオンオフ状態が切り換えられた場合に、報知装置により情報を報知させる制御部と、を有するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、バッテリの電力を使用することなく燃料電池の凍結状態を監視することができ、燃料電池の次回起動時に凍結に対して適切な処理を実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池の制御装置を示す図であり、その概念ブロック図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係る燃料電池の制御装置を示す図であり、そのサーモスイッチの特性例を示す図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係る燃料電池の制御装置を示す図であり、その報知装置をメーターパネルに設けた例を示す図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態に係る燃料電池の制御装置を示す図であり、その燃料電池起動処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１において、本発明の一実施形態に係る燃料電池の制御装置を搭載した車両１は、燃料電池２と、サーモスイッチ３と、温度センサ４と、報知装置５と、制御部６と、を含んで構成される。
【００１４】
燃料電池２は、水素ガスなどの燃料ガスと酸素を有する酸化剤ガスとを電解質を介して電気化学的に反応させ、電解質両面に設けた電極間から電気エネルギーを直接取り出すものである。
【００１５】
サーモスイッチ３は、燃料電池２の近傍に設けられ、温度が凍結温度、例えば０°Ｃより高温ではオフ状態であるが、温度が凍結温度以下になるとオン状態になるスイッチで構成される。サーモスイッチ３は、温度が凍結温度以下になりオン状態になった場合、その後温度が上昇して凍結温度より高温になってもオフ状態には戻らないようになっており、凍結温度より高い所定の温度以上になったことを条件とし、手動の操作でないとサーモスイッチ３をオフ状態に戻すことはできないようになっている。
【００１６】
サーモスイッチ３には、不図示のイグニッションキーがオンにされたときに通電する電源と、抵抗３１と、が直列に接続されており、制御部６は、抵抗３１とサーモスイッチ３の間の電位を検出することによりサーモスイッチ３のオンまたはオフ状態を検出することができる。
【００１７】
サーモスイッチ３の特性例を図２に示す。図２の例では、０°Ｃ以下でオン状態となり、５°Ｃ以上に温度が上昇すると手動によるオフ状態への状態変更（以下、「手動リセット」という）が可能になるようになっている。
【００１８】
温度センサ４は、燃料電池２の近傍に設けられ、燃料電池２近傍の温度を検出するものである。
【００１９】
報知装置５は、燃料電池２の近傍が凍結温度以下になったか否かや、燃料電池２の運転状況や、サーモスイッチ３のリセット可否などを報知するインジケータ５１を備えており、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等が点灯することで各種状態を表示出力するようになっている。報知装置５のインジケータ５１は、例えば、図３に示すように、メーターパネル７に設けられる。
【００２０】
制御部６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、フラッシュメモリと、入力ポートと、出力ポートと、ネットワークモジュールとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。
【００２１】
制御部６のＲＯＭには、各種制御定数や各種マップ等とともに、当該コンピュータユニットを制御部６として機能させるためのプログラムが記憶されている。すなわち、制御部６において、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより、当該コンピュータユニットは、制御部６として機能する。
【００２２】
制御部６の入力ポートには、前述のサーモスイッチ３と、温度センサ４とを含む各種センサ類が接続されている。一方、制御部６の出力ポートには、前述の報知装置５を含む各種制御対象類が接続されている。
【００２３】
制御部６は、イグニッションキーがオフにされ、燃料電池２が停止されると、温度センサ４の検出結果などにより燃料電池２が凍結する可能性があると判定した場合、燃料電池２に乾燥空気を送り込むなどして燃料電池２の乾燥処理を行う。制御部６は、燃料電池２の停止時に乾燥処理を行ったか否かをフラッシュメモリに記憶しておく。
【００２４】
また、制御部６は、イグニッションキーがオンにされ、車両１に通電が行われると、サーモスイッチ３の状態を確認する。
【００２５】
サーモスイッチ３がオフ状態の場合、制御部６は、車両１の停止中に燃料電池２の近傍が凍結温度以下にならなかったと判定し、通常通り燃料電池２を起動する。また、制御部６は、報知装置５のインジケータ５１を消灯させる。
【００２６】
サーモスイッチ３がオン状態の場合、制御部６は、車両１の停止中に燃料電池２の近傍が凍結温度以下になったと判定し、燃料電池２の停止時に乾燥処理を行っている場合は、通常通り燃料電池２を起動する。このとき、制御部６は、温度センサ４の検出温度が、例えば５°Ｃより低い場合は、報知装置５のインジケータ５１を例えば青色に点灯させ、運転者に車両１の停止中に燃料電池２の近傍が凍結温度以下になったことと、サーモスイッチ３の手動リセットができないことを通知する。温度センサ４の検出温度が５°Ｃ以上の場合、制御部６は、報知装置５のインジケータ５１を例えば橙色に点灯させ、運転者に車両１の停止中に燃料電池２の近傍が凍結温度以下になったことと、サーモスイッチ３の手動リセットを受け付けることを通知する。制御部６は、報知装置５のインジケータ５１を橙色に点灯させているとき、サーモスイッチ３が手動リセットされると、報知装置５のインジケータ５１を消灯させる。
【００２７】
サーモスイッチ３がオン状態で、燃料電池２の停止時に乾燥処理を行っていなかった場合、制御部６は、燃料電池２の電解質が凍結したことを前提とした、例えば、燃料電池２を暖めるなどの所定の処理を行う特殊モードを起動し、報知装置５のインジケータ５１を例えば青色に点滅させ、運転者に車両１の停止中に燃料電池２の近傍が凍結温度以下になったことと、特殊モードを起動していることを通知する。特殊モードが終了すると、制御部６は、燃料電池２の停止時に乾燥処理を行った場合と同様に、温度センサ４の検出温度が５°Ｃより低い場合は、報知装置５のインジケータ５１を例えば青色に点灯させる。また、温度センサ４の検出温度が５°Ｃ以上の場合、制御部６は、報知装置５のインジケータ５１を例えば橙色に点灯させ、サーモスイッチ３が手動リセットされると、報知装置５のインジケータ５１を消灯させる。
【００２８】
以上のように構成された本実施形態に係る燃料電池の制御装置による燃料電池起動処理について、図４を参照して説明する。なお、以下に説明する燃料電池起動処理は、燃料電池２の起動時に実行される。
【００２９】
まず、制御部６は、サーモスイッチ３がオン状態であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。サーモスイッチ３がオン状態でないと判定した場合、制御部６は、燃料電池２を通常起動し（ステップＳ１２）、インジケータ５１を消灯させ（ステップＳ１３）、処理を終了する。
【００３０】
一方、サーモスイッチ３がオン状態であると判定した場合、制御部６は、燃料電池２の停止時に乾燥処理を行ったか否かをフラッシュメモリから読み出して判定する（ステップＳ１４）。燃料電池２の停止時に乾燥処理を行ったと判定した場合、制御部６は、燃料電池２を通常起動し（ステップＳ１５）、温度センサ４の検出温度が、５°Ｃ以上か否かを判定する（ステップＳ１６）。温度センサ４の検出温度が５°Ｃ以上ではないと判定した場合、制御部６は、インジケータ５１を青色に点灯させ（ステップＳ１７）、ステップＳ１６に戻って処理を繰り返す。
【００３１】
一方、温度センサ４の検出温度が５°Ｃ以上であると判定した場合、制御部６は、インジケータ５１を橙色に点灯させ（ステップＳ１８）、サーモスイッチ３が手動リセットされたか否かを判定する（ステップＳ１９）。サーモスイッチ３が手動リセットされていないと判定した場合、制御部６は、ステップＳ１６に戻って処理を繰り返す。一方、サーモスイッチ３が手動リセットされたと判定した場合、制御部６は、インジケータ５１を消灯させ（ステップＳ２０）、処理を終了する。
【００３２】
ステップＳ１４において、燃料電池２の停止時に乾燥処理を行っていないと判定した場合、制御部６は、所定の特殊モードの起動を行い（ステップＳ２１）、インジケータ５１を青色に点滅させ（ステップＳ２２）、特殊モードが終了したか否かを判定する（ステップＳ２３）。特殊モードが終了していないと判定した場合、制御部６は、ステップＳ２２に戻って処理を繰り返す。一方、特殊モードが終了したと判定した場合、制御部６は、ステップＳ１６に進む。
【００３３】
このように、上述の実施形態では、燃料電池２の周辺の温度が凍結温度以下となったことを条件としてオンオフ状態を切り換える、電力の供給を必要としないサーモスイッチ３と、サーモスイッチ３のオンオフ状態が切り換えられた場合に、報知装置５により情報を報知させる制御部６と、を備える。
【００３４】
これにより、バッテリの電力を使用することなく燃料電池２の凍結状態がユーザに報知される。このため、長期に渡り安定して燃料電池２の凍結状態を監視することができ、燃料電池２を起動させる際には、凍結に対して適切な処置を実行できる。
【００３５】
また、制御部６は、燃料電池２の駆動が開始される時のサーモスイッチ３のオンオフ状態が、燃料電池２の駆動が停止された時のオンオフ状態から切り換えられていることを条件として、燃料電池２を暖める処理を実行する。
【００３６】
これにより、燃料電池２が凍結しているおそれがある場合は、燃料電池２を暖める処理が実行されて燃料電池２が起動される。このため、凍結したままでの燃料電池２の起動を避けることができ、燃料電池２の長寿命化を図ることができる。
【００３７】
また、制御部６は、燃料電池２の駆動が開始される時のサーモスイッチ３のオンオフ状態が、燃料電池２の駆動が停止された時のオンオフ状態から切り換えられていること、且つ、燃料電池２の駆動が停止されたときに燃料電池２を乾燥させる乾燥処理が実行されなかったことを条件として、燃料電池２を暖める処理を実行する。
【００３８】
これにより、燃料電池２が凍結しているおそれがあり、且つ、前回停止時に乾燥処理が実行されなかった場合は、燃料電池２を暖める処理が実行されて燃料電池２が起動される。このため、精度良く凍結したままでの燃料電池２の起動を避けることができ、燃料電池２の長寿命化を図ることができる。
【００３９】
また、燃料電池２周辺の温度を検出する温度センサ４を備え、制御部６は、温度センサ４によって検出された温度が、凍結温度よりも高い所定の温度以上になったことを条件として、サーモスイッチ３の手動リセットを許可する情報を報知装置５により報知させる。
【００４０】
これにより、サーモスイッチ３の手動リセットが可能となったことが報知装置５によりユーザに報知される。このため、適切にサーモスイッチ３の手動リセットを促すことができ、燃料電池２の凍結監視の精度を向上させることができる。
【００４１】
本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。
【符号の説明】
【００４２】
１  車両
２  燃料電池
３  サーモスイッチ
４  温度センサ
５  報知装置
６  制御部
７  メーターパネル
５１  インジケータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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