JP2003031243A

JP2003031243A - 燃料電池システム及びその制御方法

Info

Publication number: JP2003031243A
Application number: JP2001212644A
Authority: JP
Inventors: Koichi Shiraishi; 剛一白石
Original assignee: Equos Research Co Ltd
Current assignee: Equos Research Co Ltd
Priority date: 2001-07-12
Filing date: 2001-07-12
Publication date: 2003-01-31

Abstract

(57)【要約】【課題】外気温の影響を受けず、安定して燃料電池装置
を発電させ得る燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池装置１０と水タンク５１と水タン
ク５１から供給された水を保有する補機５０とを備えた
燃料電池システム１である。水タンク５１及び補機５０
の少なくとも一方の暖気対象に燃料電池装置１０から排
出される排出空気を案内するダクト２６を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は燃料電池システム及
びその制御方法に関する。この燃料電池システム及びそ
の制御方法は電気自動車、ハイブリッド車等に用いて好
適である。

【０００２】

【従来の技術】従来、燃料電池装置と、この燃料電池装
置に接続された水素供給手段とを備えた燃料電池システ
ムが知られている。

【０００３】燃料電池装置は、大気中の空気が空気流路
により供給される空気極と、水素ガスが水素ガス流路に
より供給される水素極と、空気極及び水素極に挟持され
たイオン交換樹脂からなる固体高分子膜型の電解質層と
を有しており、空気中の酸素と水素ガスとの電気化学反
応により電力を生じ得るようになっている。水素供給手
段は、水素吸蔵合金により水素を貯蔵する水素貯蔵装置
と、水素貯蔵装置と燃料電池装置とを水素ガス給気路と
して接続し、水素極側に水素ガスを供給可能な水素供給
管とを有している。

【０００４】また、燃料電池システムは、水を貯溜する
水タンクと、水タンクと燃料電池装置とを給水路として
接続し、空気極側に水を供給可能な給水管等の補機とを
備えている。

【０００５】この燃料電池システムでは、燃料電池装置
の空気流路に大気中の空気が供給される一方、燃料電池
装置の水素ガス流路に水素供給手段から供給される水素
ガスが供給されることにより、水素極側では、Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^- の反応を生じる。ここで生じたＨ⁺がＨ₃Ｏ⁺の形で電解
質層を移動し、空気極側において、（１／２）Ｏ₂＋２Ｈ⁺＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏの反応を生じる。こうして、水素極と空気極との間にお
いて、Ｈ₂＋（１／２）Ｏ₂→Ｈ₂Ｏの電気化学反応による起電力が得られることとなる。ま
た、これにより空気極側では生成水を生じることとな
る。

【０００６】この際、空気流路に新たに供給される空気
は、上記電気化学反応で生じる熱により加熱され、その
飽和水蒸気圧が上がることから、生成水を取り込んだ形
で排出空気として流れ出てしまうこととなる。特に、生
成水によって空気極に空気中の酸素が接触しないことを
回避すべく、空気流路を上下に延在させている場合に
は、生成水が自重により下方に移動しやすい。こうし
て、燃料電池装置内では、生成水が電解質層中に補充さ
れにくくなり、水素極側からのＨ⁺の移動が困難になっ
てしまう。こうであれば、燃料電池装置の発電効率が低
下してしまう。

【０００７】一方、燃料電池装置の温度がさほど高くな
いのであれば、生成水により電解質層が乾き難くなって
おり、そのままで燃料電池装置の発電効率を確保可能で
ある。つまり、燃料電池装置が高温になりすぎると、燃
料電池装置の発電効率が低下してしまう。

【０００８】このため、燃料電池装置の空気極側には、
燃料電池装置より排出される排出空気の出口温度等に応
じ、水タンクから直噴ノズルにより液体状の水が直接供
給されるようになっており、これにより最適な条件で水
が電解質層中に補充され、水素極側からのＨ⁺の移動を
容易にし、燃料電池装置の発電効率を好適に確保するこ
とがなされている。また、空気極側に供給された水は空
気極の冷却も行い、燃料電池装置の発電効率の低下を防
止している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の燃
料電池システムでは、氷点下等、外気温が低温である環
境下において、水タンク及び水タンクから供給された水
を保有する給水路等の補機内で水が凍結するおそれがあ
る。この場合、燃料電池装置の空気極に水を供給するこ
とが困難となることから、燃料電池装置の発電が不安定
となってしまう。

【００１０】本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされ
たものであって、外気温の影響を受けず、安定して燃料
電池装置を発電させ得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解決すべき課題としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】発明者らは、燃料電池シ
ステムの燃料電池装置内で生じる電気化学反応が発熱反
応であることから、燃料電池装置より排出される排出空
気が比較的高温であることに着目し、本発明を完成させ
るに至った。

【００１２】すなわち、本発明の燃料電池システムは、
大気中の空気が空気流路により供給される空気極と、水
素ガスが水素ガス流路により供給される水素極と、該空
気極及び該水素極に挟持された固体高分子膜型の電解質
層とを有し、該空気中の酸素と該水素ガスとの電気化学
反応により電力を生じ得る燃料電池装置と、水を貯溜す
る水タンクと、該水タンクから供給された水を保有する
補機と、該水タンク及び該補機の少なくとも一方を暖気
対象とし、該暖気対象に該燃料電池装置から排出される
排出空気を案内する案内路とを備えることを特徴とす
る。

【００１３】また、本発明の燃料電池システムの制御方
法は、上記燃料電池装置と、水を貯溜する水タンクと、
該水タンクから供給された水を保有する補機とを備えた
燃料電池システムに対し、該水タンク及び該補機の少な
くとも一方を暖気対象とし、該暖気対象に該燃料電池装
置から排出される排出空気を案内路により案内すること
を特徴とする。

【００１４】本発明の燃料電池システム及び方法では、
水タンク及び補機の少なくとも一方を暖気対象とし、そ
の暖気対象が案内路で燃料電池装置より排出される排出
空気により暖気される。このため、氷点下等、外気温が
低温である環境下においても、それらの内部における水
の凍結を防止することができる。

【００１５】また、上記のように、液体状の水を燃料電
池装置の空気極側に直接供給する必要があるのは、燃料
電池装置の温度がある程度高くなってからである。この
ため、始動時、仮に水タンク内の水が外気温により凍結
していても、始動後、燃料電池装置の温度がある程度高
くなるまでにその氷を解凍すれば足りる。この点、本発
明の燃料電池システム及び方法では、始動後に生じる排
出空気を用いているため、始動時に水タンク内の水が凍
結していても、燃料電池装置の温度がある程度高くなる
までにはその氷を解凍することができる。

【００１６】さらに、水タンク等内の氷を電気式のヒー
タ等の加熱手段により解凍するとすれば、氷の解凍には
３３３ｋＪ／ｋｇの大きな熱量が必要であり、それを燃
料電池装置の起電力又は二次電池で賄うことは燃料電池
システム等の効率上好ましくない。また、水タンク等に
断熱材を取り付けることも考えられるが、こうすると一
旦内部で水が凍結した場合にその断熱効果によってその
解凍が困難になってしまう。また、こうすると、水タン
ク等の容積が大きくなり、車両への搭載性が損なわれて
しまうとともに、製造コストの高騰化を生じてしまう。
この点、本発明の燃料電池システムでは、燃料電池装置
自体が排出する排出空気で水タンク等の暖気を行うた
め、始動時、それらの不具合なく、それらの内部で生じ
た氷の解凍を行うことができる。

【００１７】したがって、この燃料電池システム及び方
法では、外気温にかかわらず、安定して燃料電池装置の
空気極を介して電解質層に水を供給することができるた
め、燃料電池装置の発電を安定させることができる。

【００１８】本発明の燃料電池システムは、暖気対象に
燃料電池装置から排出される排出空気を案内する案内路
を備える。この案内路として、排出空気を大気中に放出
させる際に暖気対象に直接その排出空気が当たるように
燃料電池装置と暖気対象とを配置することも可能であ
る。しかし、燃料電池装置と接続された内部を案内路と
するダクトを設け、このダクトによって導かれる排出空
気により暖気対象を暖気するように構成することが好ま
しい。後者の方が暖気対象を暖気しやすいからである。

【００１９】補機は水タンクから供給される水を保有す
るものである。例えば、水タンクと燃料電池装置とを給
水路として接続し、空気極側に水を供給可能な給水管、
給水管に設けられて給水路を開閉可能な開閉弁、給水管
に設けられて給水路に水を圧送可能な給水ポンプ、これ
らの間に設けられる水フィルタ、給水管と燃料電池装置
との間に設けられる直噴ノズル、排出空気から水を凝縮
する凝縮器、凝縮器と水タンクとを還水路として接続す
る還水管、還水管に設けられて還水路を開閉可能な開閉
弁、還水管に設けられて還水路に水を圧送可能な還水ポ
ンプ、燃料電池装置の水素ガス流路と連通する水素排気
管、逆止弁、開閉弁等である。

【００２０】暖気対象は水タンク及び補機の少なくとも
一方である。水タンク及び補機を全て排出空気により暖
気することが好ましいが、車両等への搭載性の観点から
燃料電池システムの外形寸法に制限を生じる場合、水タ
ンクが排出空気により暖気されることが好ましい。水タ
ンクは補機に比して最も水の収容量が多いことから、こ
れにより十分に発明の効果が得られるからである。

【００２１】暖気対象を排出空気により暖気する場合、
排出空気に含まれている水がこれらに付着し、それが凍
結するおそれがあるため、これら水タンク等は撥水、防
水及び防錆措置が施されていることが好ましい。

【００２２】本発明の燃料電池システムでは、排出空気
を暖気対象から迂回させるバイパス路と、水タンクに設
けられ、水タンク内の水の温度を検出する水温検出手段
とを備え、水温検出手段によって検出された水の温度に
応じて排出空気が案内路とバイパス路とに選択的に供給
されることが好ましい。なぜなら、通常運転時、燃料電
池装置に供給される水の温度が高くなりすぎると（約５
０°Ｃ）、燃料電池装置の発電効率が低下してしまうか
らである。このため、水の温度が燃料電池装置の発電効
率を低めてしまう程高い場合には、排出空気をバイパス
路に流して排出空気が暖気対象を迂回するようにして燃
料電池装置の発電効率を確保し、水の温度が燃料電池装
置の発電効率を低めてしまう程は高くない場合には、排
出空気を案内路に流して暖気対象を暖気して燃料電池装
置の発電効率を確保することが好ましい。

【００２３】また、暖気対象を排出空気で暖気する場
合、排出空気の流路抵抗により、空気流路への新たな空
気の供給が遅れ、発電効率の低下の懸念がある。このた
め、水の凍結のおそれがある程外気温が低い場合には、
排出空気を案内路に流して暖気対象を暖気する一方、水
の凍結のおそれがない程外気温が高い場合には、排出空
気をバイパス路に流して排出空気が暖気対象を迂回する
ようにすれば、外気温が高い場合の発電効率を高めるこ
とができる。

【００２４】本発明の燃料電池システムでは、排出空気
を加熱する加熱手段を有することが好ましい。排出空気
の温度が水の凍結温度（０°Ｃ）以下の場合には、例え
排出空気で暖気対象の暖気を行ったとしても、氷を溶か
すことができないため、排出空気の温度を水の凍結温度
以上にするためである。また、加熱手段により燃料電池
装置に供給される空気をある程度加熱し、電気化学反応
前の空気極にある程度高温の空気を供給することとすれ
ば、電気化学反応が活性化し、高い発電効率が得られ
る。加熱手段としては電気式のヒータ等を採用すること
ができる。この加熱手段は、排出空気を直接加熱するも
のでもよく、燃料電池装置に供給する空気を加熱するこ
とにより加熱された排出空気を得るものでもよい。

【００２５】本発明の燃料電池システム及びその制御方
法において、暖気対象を排出空気により暖気する場合、
以下の優先順位による少なくとも一つの操作が好まし
い。（１）液体状の水の供給量Ｗａを減らすか、無くす。（２）空気の供給量Ｑａを減らす。（３）燃料電池装置の負荷を増やし、電気化学反応で生
じる熱を増加させる。（４）加熱手段により排出空気を加熱する。これらの操作において、水の供給を行いつつ、排出空気
の加熱を行うことはない。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した実施形
態１〜４を図面を参照しつつ説明する。

【００２７】（実施形態１）図１に示すように、実施形
態１の燃料電池システム１は、電気自動車において、Ｄ
Ｃ／ＤＣコンバータ２と接続され、ＤＣ／ＤＣコンバー
タ２はダイオード３を介してインバータ４と接続され、
インバータ４がその電気自動車を駆動するモータ５と接
続されている。また、ダイオード３とインバータ４との
間及びＤＣ／ＤＣコンバータ２とインバータ４との間に
は二次電池としてのバッテリ６が接続されている。そし
て、これら燃料電池システム１、ＤＣ／ＤＣコンバータ
２、インバータ４及びバッテリ６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、
ＲＡＭ及び入出力ポートを備えた制御部７に電気的に接
続されている。

【００２８】燃料電池システム１は、図２に示すよう
に、燃料電池装置１０と、この燃料電池装置１０に接続
された水素供給手段３０と、燃料電池装置１０に接続さ
れた水タンク５１と、水タンク５１から供給された水を
保有する補機５０とを備えている。

【００２９】燃料電池装置１０は、外郭を構成するハウ
ジング１１内に図３にその一部を示すスタック１２が収
納されたものである。スタック１２は複数個のセル１３
を隣り合うセパレータ１３ａを共通させて組み合わせた
ものである。各セル１３は、図４に示すように、対をな
すセパレータ１３ａ、１３ａと、各セパレータ１３ａ、
１３ａ間に設けられた空気極（カソード）１３ｂと、イ
オン交換樹脂からなる固体電解質膜型の電解質層１３ｃ
と、水素極（アノード）１３ｄとで構成されている。空
気極１３ｂの電解質及び水素極１３ｄの電解質には触媒
が担持されている。図３に示すように、スタック１２の
両端に位置するセパレータ１３ａには、上下に延びる複
数本の空気流路１３ｅ又は水平に延びる複数本の水素ガ
ス流路１３ｆが形成され、他のセパレータ１３ａには各
空気流路１３ｅ及び各水素流路１３ｆが形成されてい
る。

【００３０】燃料電池装置１０のハウジング１１の上方
には、図２に示すように、全空気流路１３ｅの上端と連
通する給気マニホールド２１が固定されており、給気マ
ニホールド２１の上流側には、上流側から順にエアフィ
ルタ２２、給気ファン２３及びヒータ２４が接続されて
いる。また、燃料電池装置１０のハウジング１１の下方
には全空気流路１３ｅの下端と連通する排気マニホール
ド２５が固定されている。

【００３１】また、排気マニホールド２５の下端には、
内部を案内路とし、燃料電池装置１０より排出される排
出空気を案内するダクト２６が接続されている。ダクト
２６は水タンク５１、水素供給手段３０の水素貯蔵装置
３１及び凝縮器６１に順次接続されている。

【００３２】水タンク５１は、図５に示すように、上下
にチャンバ５１ａ、５１ｂを有し、両チャンバ５１ａ、
５１ｂは上下に延びる無数の細管５１ｃにより連通され
ている。各細管５１ｃ間をダクト２６内の排出空気が通
るようになっている。この水タンク５１の表面は撥水、
防水及び防錆措置が施され、断熱材を取り付けることは
していない。

【００３３】下段のチャンバ５１ｂには内部を給水路と
する給水管５２が接続されており、給水管５２は、図２
に示すように、水フィルタ５３、給水ポンプ５４及び開
閉弁５５を介して複数個の直噴ノズル５６に接続され、
各直噴ノズル５６は給気マニホールド２１に接続されて
いる。また、給水管５２と水フィルタ５３との間には大
気開放管５７を介して大気開放弁５８が接続されてい
る。

【００３４】他方、図５に示す水タンク５１の上段のチ
ャンバ５１ａには内部を還水路とする還水管５９が接続
されており、還水管５９は、図２に示すように、還水ポ
ンプ６０を介して凝縮器６１の底部に接続されている。
凝縮器６１は、冷却ファン６１ａを有しており、この冷
却ファン６１ａによりダクト２６を経て導かれた排出空
気の冷却を行い、排出空気を空気と水とに分離するよう
になっている。こうして凝縮器６１の底部に貯溜された
水が還水ポンプ６０により汲み上げられ、還水管５９を
経て水タンク５１に還流されるようになっている。ま
た、ダクト２６の凝縮器６１よりも下流側にはエアフィ
ルタ２７が設けられており、凝縮器６１により排出空気
から分離された空気は、エアフィルタ２７によってろ過
された後、大気に放出されるようになっている。これら
給水管５２、水フィルタ５３、給水ポンプ５４、開閉弁
５５、各直噴ノズル５６、大気開放管５７、大気開放弁
５８、還水管５９、還水ポンプ６０及び凝縮器６１が補
機５０である。

【００３５】また、水タンク５１と凝縮器６１との間に
は水素供給手段３０の水素貯蔵装置３１が位置してい
る。水素貯蔵装置３１は外郭を構成するハウジング３２
内に水素吸蔵合金が充填されたものである。水素貯蔵装
置３１のハウジング３２には内部を水素ガス給気路とす
る水素供給管３３が接続されており、水素供給管３３は
調圧弁３５及び開閉弁３６を介して燃料電池装置１０の
ハウジング１１の側方に接続され、図３に示すスタック
１２の全水素ガス流路１３ｆの入り口側に連通してい
る。また、図２に示すように、燃料電池装置１０のハウ
ジング１１の側方には、燃料電池装置１０の全水素ガス
流路１３ｆの出口側と連通する水素排気管３８が接続さ
れており、水素排気管３８には逆止弁３９を介して開閉
弁４０が設けられている。これら水素貯蔵装置３１、水
素供給管３３、調圧弁３５、開閉弁３６、水素排気管３
８、逆止弁３９及び開閉弁４０が水素供給手段３０であ
る。

【００３６】さらに、エアフィルタ２２の上流側には外
気温Ｔ１を検出するための外気温センサ７０が設けら
れ、ダクト２６の排気マニホールド２５に近い位置には
排出空気の出口温度Ｔ３を検出するための排出温度セン
サ７１が設けられている。また、水タンク５１内には内
部に貯溜している水の温度Ｔ２を検出するための水温セ
ンサ７２と、その水の水位を検出するための水位センサ
７３とが設けられている。これら外気温センサ７０、排
出温度センサ７１、水温センサ７２及び水位センサ７３
の検出信号は、図１に示すように、制御部７に入力され
るようになっている。

【００３７】上記開閉弁５５、大気開放弁５８、開閉弁
３６及び開閉弁４０は電磁弁で構成されている。また、
これら開閉弁５５、大気開放弁５８、開閉弁３６及び開
閉弁４０並びに上記給水ポンプ５４、還水ポンプ６０、
給気ファン２３、ヒータ２４及び冷却ファン６１ａも制
御部７に電気的に接続されている。その他、制御部７に
は燃料電池装置１０の電流密度Ｉ等の情報も入力される
ようになっている。

【００３８】上記のように構成された燃料電池システム
１では、制御部７の指令により、開閉弁５５、大気開放
弁５８、開閉弁３６及び開閉弁４０並びに上記給水ポン
プ５４、還水ポンプ６０、給気ファン２３及び冷却ファ
ン６１ａが駆動される。特に、氷点下等、外気温Ｔ１が
低温である環境下においては、制御部７の指令によりヒ
ータ２４が駆動される。

【００３９】これにより、エアフィルタ２２、給気ファ
ン２３、ヒータ２４及び給気マニホールド２１を介して
燃料電池装置１０に大気中の空気が供給される。こうし
て、スタック１２の全空気流路１３ｅに空気が供給され
る。

【００４０】一方、水素貯蔵装置３１内の水素ガスが水
素供給管３３、調圧弁３５及び開閉弁３６を介して燃料
電池装置１０に供給される。こうして、スタック１２の
全水素ガス流路１３ｆに水素ガスが供給される。

【００４１】これにより、スタック１２の全水素極１３
ｄと全空気極１３ｂとの間において電気化学反応を生
じ、起電力が得られる。この際、ヒータ２４により燃料
電池装置１０に供給される空気をある程度加熱すれば、
電気化学反応が活性化し、高い発電効率が得られる。こ
うして得られた起電力はＤＣ／ＤＣコンバータ２により
昇圧又は減圧され、バッテリ６及びインバータ４に印加
される。これによりモータ５が駆動され、電気自動車が
走行可能となる。

【００４２】この間、スタック１２の全空気極１３ｂ側
では生成水を生じるが、全空気流路１３ｅに新たに供給
される空気が生成水を取り込んだ形で排気マニホールド
２５からダクト２６を介して排出空気として流れ出てし
まう。特に、この燃料電池システム１では、全空気流路
１３ｂを上下に延在させているため、生成水が自重によ
り下方に移動する。一方、燃料電池装置１０の温度がさ
ほど高くないのであれば、生成水により電解質層１３ｃ
が乾き難くなっており、そのままで燃料電池装置１０の
発電効率を確保可能である。

【００４３】このため、この燃料電池システム１では、
排出空気の出口温度Ｔ３等に応じ、水タンク５１内に貯
溜されている液体状の水が給水管５２、水フィルタ５
３、給水ポンプ５４、開閉弁５５、各直噴ノズル５６及
び給気マニホールド２１を介して燃料電池装置１０の全
空気極１３ｂ側に直接供給される。これにより最適な条
件で生成水が電解質層１３ｃ中に補充され、燃料電池装
置１０の発電効率を好適に確保する。また、空気極１３
ｂ側に供給された水は空気極１３ｂの冷却も行い、燃料
電池装置１０の発電効率の低下を防止する。

【００４４】そして、電気化学反応を生じなかった酸素
を含む空気と生成水及び余剰の水とからなる排出空気が
排気マニホールド２５からダクト２６を介して流出す
る。

【００４５】この際、この燃料電池システム１では、排
出空気がダクト２６により水タンク５１を暖気する。こ
のため、外気温Ｔ１が低温である環境下においても、水
タンク５１内における水の凍結を防止することができ
る。

【００４６】また、この燃料電池システム１では、始動
後に生じる排出空気を用いているため、始動時、仮に水
タンク５１内の水が外気温Ｔ１により凍結していても、
始動後、燃料電池装置１０の温度がある程度高くなるま
でにはその氷を解凍することができる。

【００４７】さらに、この燃料電池システム１では、水
タンク５１内の氷を電気式のヒータにより解凍しておら
ず、燃料電池システム１等の効率を損なわない。また、
水タンク５１には断熱材を取り付けていないため、一旦
内部で水が凍結した場合にも容易に解凍が可能である。
また、水タンク５１に断熱材を取り付けていないため、
容積は小さく、車両への優れら搭載性を発揮していると
ともに、製造コストの低廉化を実現している。

【００４８】また、水タンク５１には撥水、防水及び防
錆措置を施しているため、排出空気に含まれている水が
付着し難く、表面でその水が凍結するおそれがない。

【００４９】より詳しく説明する。すなわち、この燃料
電池システム１では、外気温センサ７０で検出される外
気温Ｔ１が例えば−３０°Ｃの環境下においては、排出
温度センサ７１で検出される排出空気の出口温度Ｔ３を
０°Ｃに維持しようとすると、図６に示すように、燃料
電池装置１０の電流密度Ｉ（Ａ／ｃｍ²）と、給気ファ
ン２３により燃料電池装置１０に供給される空気の流量
Ｑａ（Ｌ／ｍｉｎ）との間に直線Ｓが成立する。

【００５０】つまり、同図において、直線Ｓよりも右側
であれば、排出空気の出口温度Ｔ３が０°Ｃを超え、排
出空気により水タンク５１等を暖気することが可能であ
る。このため、この燃料電池システム１において、排出
空気により水タンク５１等を暖気しようとすると、モー
タ５等により燃料電池装置１０に０．０２Ａ／ｃｍ²以
上の負荷をかけ、かつ燃料電池装置１０に供給する空気
の流量Ｑａを調整すればよいことがわかる。

【００５１】しかし、実機における調整可能な空気の流
量Ｑａは５０〜５００Ｌ／ｍｉｎ程度であり、空気を５
０Ｌ／ｍｉｎ未満の流量Ｑａで供給しようとすることは
困難である。

【００５２】このため、実機において、排出空気により
水タンク５１等を暖気しようとする場合、モータ５等に
より燃料電池装置１０に０．０４Ａ／ｃｍ²以上の負荷
をかけ、かつ燃料電池装置１０に供給する空気の流量Ｑ
ａを５０〜５００Ｌ／ｍｉｎの範囲内で調整しなければ
ならない。

【００５３】モータ５等により燃料電池装置１０に０．
０４Ａ／ｃｍ²以上の負荷をかけられない場合、水タン
ク５１による水の供給を停止するとともにヒータ２４を
駆動することにより、排出空気により水タンク５１等を
暖気し、水タンク５１による水の供給を開始可能にする
必要がある。こうして、燃料電池装置１０の発電を将来
的に安定させる。

【００５４】すなわち、制御部７は、図７に示すフロー
チャートに従って制御を行う。まず、ステップＳ１０に
おいて、燃料電池装置１０の電流密度Ｉと、外気温セン
サ７０による外気温Ｔ１と、水温センサ７２による水タ
ンク５１内に貯溜されている水の温度Ｔ２と、排出温度
センサ７１による排出空気の出口温度Ｔ３とを読み込
む。

【００５５】そして、ステップＳ１１において、排出空
気の出口温度Ｔ３が凍結温度Ｔｘ（例えば、０°Ｃ）を
超えているか否かを判断する。ここで、出口温度Ｔ３が
凍結温度Ｔｘを超えている場合には（ＹＥＳ）、水の凍
結のおそれが少ないため、ステップＳ１２に進み、水の
温度Ｔ２が凍結温度Ｔｘを超えているか否かを判断す
る。ここで、水の温度Ｔ２が凍結温度Ｔｘを超えている
場合（ＹＥＳ）、水は凍結していないため、ステップＳ
１３に進み、水量要求値Ｗａは電流密度Ｉと排出空気の
出口温度Ｔ３との関数ｆ１（Ｉ、Ｔ３）で算出される。
さらに、ステップＳ１４に進み、燃料電池装置１０の空
気極１３ｂに供給される空気量要求値Ｑａは、電流密度
Ｉと外気温Ｔ１との関数ｆ２（Ｉ、Ｔ１）によって算出
される。ただし、空気量要求値Ｑａは最小制限可能空気
量Ｑｍｉｎ以上である。さらに、ステップＳ１５に進
み、電流密度要求値Ｉａは要求負荷ｘの関数ｆ３（ｘ）
によって算出される。また、ステップＳ１６によりヒー
タ出力要求値Ｐａは０である。

【００５６】ステップＳ１２において、水タンク５１内
の水の温度Ｔ２が凍結温度Ｔｘを超えていない場合（Ｎ
Ｏ）、水は凍結しているおそれがあるため、ステップＳ
１７において、水量要求値Ｗａは０となる。さらに、ス
テップＳ１４に進み、燃料電池装置１０の空気極１３ｂ
に供給される空気量要求値Ｑａは、電流密度Ｉと外気温
Ｔ１との関数ｆ２（Ｉ、Ｔ１）によって算出される。た
だし、空気量要求値Ｑａは最小制限可能空気量Ｑｍｉｎ
以上である。さらに、ステップＳ１５に進み、電流密度
要求値Ｉａは要求負荷ｘの関数ｆ３（ｘ）によって算出
される。また、ステップＳ１６によりヒータ出力要求値
Ｐａは０である。

【００５７】ステップＳ１１において、排出空気の出口
温度Ｔ３が凍結温度Ｔｘを超えてない場合（ＮＯ）、ス
テップＳ１８で空気量要求値Ｑａが図６の直線Ｓ（ｆｓ
（Ｉ））よりも下の領域にあるか否かを判断する。空気
量要求値Ｑａが図６の直線Ｓよりも下の領域にある場合
（ＹＥＳ）、外気温Ｔ１による燃料電池装置１０の冷却
熱量が燃料電池装置１０の発熱量を下回るため、定常的
に出口温度Ｔ３は凍結温度Ｔｘ以上になる。ただし、直
噴水の供給による蒸発潜熱で燃料電池装置１０が冷却さ
れないようにするため、ステップＳ１７において、水量
要求値Ｗａは０となる。さらに、ステップＳ１４に進
み、燃料電池装置１０の空気極１３ｂに供給される空気
量要求値Ｑａは、電流密度Ｉと外気温Ｔ１との関数ｆ２
（Ｉ、Ｔ１）によって算出される。ただし、空気量要求
値Ｑａは最小制限可能空気量Ｑｍｉｎ以上である。さら
に、ステップＳ１５に進み、電流密度要求値Ｉａは要求
負荷ｘの関数ｆ３（ｘ）によって算出される。また、ス
テップＳ１６によりヒータ出力要求値Ｐａは０である。

【００５８】ステップＳ１８において、空気量要求値Ｑ
ａが図６の直線Ｓよりも下の領域にない場合（ＮＯ）、
ステップＳ１９に進み、電流密度Ｉが温度維持必要電流
Ｉｍｉｎよりも大きいか否かを判断する。ここで、電流
密度Ｉが温度維持必要電流Ｉｍｉｎよりも大きい場合
（ＹＥＳ）、ステップＳ２２に進み、水量要求値Ｗａは
０になり、さらにステップＳ２１において、空気量要求
値Ｑａは図６の直線Ｓ上のｆｓ（Ｉ）になるように設定
される。さらに、ステップＳ１５に進み、電流密度要求
値Ｉａは要求負荷ｘの関数ｆ３（ｘ）によって算出され
る。また、ステップＳ１６によりヒータ出力要求値Ｐａ
は０である。

【００５９】ステップＳ１９において、電流密度Ｉが温
度維持必要電流Ｉｍｉｎよりも小さい場合（ＮＯ）、ス
テップＳ２２に進み、水量要求値Ｗａは０になり、さら
にステップＳ２３において、空気量要求値Ｑａは最小制
限可能空気量Ｑｍｉｎに設定される。さらに、ステップ
Ｓ２４において、電流密度要求値Ｉａを温度維持必要電
流Ｉｍｉｎに設定する。ただし、電流密度要求値Ｉａを
温度維持必要電流Ｉｍｉｎに設定しても、実電流値が温
度維持必要電流Ｉｍｉｎに至らない場合があるので、さ
らにステップＳ２５において、ヒータ出力要求値Ｐａを
電流密度Ｉと外気温Ｔ１との関数ｆ４（Ｉ、Ｔ１）によ
って算出する。

【００６０】この後、ステップＳ２６に進み、水量要求
値Ｗａ、空気量要求値Ｑａ、電流密度要求値Ｉａ及びヒ
ータ出力要求値Ｐａとなるように制御する。

【００６１】したがって、この燃料電池システム１で
は、外気温Ｔ１にかかわらず、安定して燃料電池装置１
０の全空気極１３ｂを介して電解質層１３ｃに水を供給
することができるため、燃料電池装置１０の発電を安定
させることができる。特に、この燃料電池システムで
は、燃料電池装置１０と接続されたダクト２６によって
導かれる排出空気により水タンク５１を暖気しているた
め、この効果が大きい。また、この燃料電池システム１
では、ヒータ２４により燃料電池装置１０に供給される
空気をある程度加熱可能であるため、排出空気がより高
温となり、この効果が大きい。

【００６２】また、この燃料電池システム１では、排出
空気がダクト２６により水素貯蔵装置３１の水素吸蔵合
金を暖気するため、水素貯蔵装置３１からの水素ガスの
供給が十分となり、燃料電池装置１０の発電効率を好適
に確保することができる。

【００６３】なお、上記実施形態１では、図５に示す水
タンク５１を採用したが、図８に示す水タンク８１を採
用することもできる。この水タンク８１は上下にチャン
バ８１ａ、８１ｂを有し、両チャンバ８１ａ、８１ｂは
上下に延びる数本の細管８１ｃにより連通され、隣り合
う細管８１ｃが薄いフィン８１ｄにより互いに接続され
ている。各細管８１ｃ間をダクト２６内の排出空気が通
るようになっている。

【００６４】また、上記実施形態１において、水素排気
管３８、逆止弁３９及び開閉弁４０内にもスタック１２
の全電解質層１３ｃ内から染み出した水が浸入すること
があることから、これら水素排気管３８、逆止弁３９及
び開閉弁４０も補機として排出空気により暖気するよう
に構成することもできる。

【００６５】（実施形態２）上記実施形態１では、図２
に示すように、給気マニホールド２１の上流側にヒータ
２４を接続したが、モータ５等により燃料電池装置１０
に０．０４Ａ／ｃｍ ²以上の負荷をかけられる場合又は
外気温Ｔ１が氷点下にならない環境下で使用される電気
自動車等においては、図９に示すように、そのヒータ２
４を省略した燃料電池システムとすることもできる。他
の構成は実施形態１の燃料電池システム１と同様であ
り、同一の構成については同一の符号を付して詳細な構
成の説明を省略する。

【００６６】実施形態２の燃料電池システムでは、図１
０に示すフローチャートに従って制御を行わせることが
できる。この場合、まず、ステップＳ３０において、同
様に電流密度Ｉと、外気温Ｔ１と、水の温度Ｔ２と、出
口温度Ｔ３とを読み込む。

【００６７】そして、ステップＳ３１において、排出空
気の出口温度Ｔ３が凍結温度Ｔｘ（例えば、０°Ｃ）を
超えているか否かを判断する。ここで、出口温度Ｔ３が
凍結温度Ｔｘを超えている場合には（ＹＥＳ）、水の凍
結のおそれが少ないため、ステップＳ３２に進み、水の
温度Ｔ２が凍結温度Ｔｘを超えているか否かを判断す
る。ここで、水の温度Ｔ２が凍結温度Ｔｘを超えている
場合（ＹＥＳ）、水は凍結していないため、ステップＳ
３３に進み、水量要求値Ｗａは電流密度Ｉと排出空気の
出口温度Ｔ３との関数ｆ１（Ｉ、Ｔ３）で算出される。
さらに、ステップＳ３４に進み、燃料電池装置１０の空
気極１３ｂに供給される空気量要求値Ｑａは、電流密度
Ｉと外気温Ｔ１との関数ｆ２（Ｉ、Ｔ１）によって算出
される。ただし、空気量要求値Ｑａは最小制限可能空気
量Ｑｍｉｎ以上である。さらに、ステップＳ３５に進
み、電流密度要求値Ｉａは要求負荷ｘの関数ｆ３（ｘ）
によって算出される。

【００６８】ステップＳ３２において、水タンク５１内
の水の温度Ｔ２が凍結温度Ｔｘを超えていない場合（Ｎ
Ｏ）、水は凍結しているおそれがあるため、ステップＳ
３６において、水量要求値Ｗａは０となる。さらに、ス
テップＳ３４に進み、燃料電池装置１０の空気極１３ｂ
に供給される空気量要求値Ｑａは、電流密度Ｉと外気温
Ｔ１との関数ｆ２（Ｉ、Ｔ１）によって算出される。た
だし、空気量要求値Ｑａは最小制限可能空気量Ｑｍｉｎ
以上である。さらに、ステップＳ３５に進み、電流密度
要求値Ｉａは要求負荷ｘの関数ｆ３（ｘ）によって算出
される。

【００６９】ステップＳ３１において、排出空気の出口
温度Ｔ３が凍結温度Ｔｘを超えてない場合（ＮＯ）、ス
テップＳ３７で空気量要求値Ｑａが図６の直線Ｓ（ｆｓ
（Ｉ））よりも下の領域にあるか否かを判断する。空気
量要求値Ｑａが図６の直線Ｓよりも下の領域にある場合
（ＹＥＳ）、外気温Ｔ１による燃料電池装置１０の冷却
熱量が燃料電池装置１０の発熱量を下回るため、定常的
に出口温度Ｔ３は凍結温度Ｔｘ以上になる。ただし、直
噴水の供給による蒸発潜熱で燃料電池装置１０が冷却さ
れないようにするため、ステップＳ３６において、水量
要求値Ｗａは０となる。さらに、ステップＳ３４に進
み、燃料電池装置１０の空気極１３ｂに供給される空気
量要求値Ｑａは、電流密度Ｉと外気温Ｔ１との関数ｆ２
（Ｉ、Ｔ１）によって算出される。ただし、空気量要求
値Ｑａは最小制限可能空気量Ｑｍｉｎ以上である。さら
に、ステップＳ３５に進み、電流密度要求値Ｉａは要求
負荷ｘの関数ｆ３（ｘ）によって算出される。

【００７０】ステップＳ３７において、空気量要求値Ｑ
ａが図６の直線Ｓよりも下の領域にない場合（ＮＯ）、
ステップＳ３８に進み、電流密度Ｉが温度維持必要電流
Ｉｍｉｎよりも大きいか否かを判断する。ここで、電流
密度Ｉが温度維持必要電流Ｉｍｉｎよりも大きい場合
（ＹＥＳ）、ステップＳ３９に進み、水量要求値Ｗａは
０になり、さらにステップＳ４０において、空気量要求
値Ｑａは図６の直線Ｓ上のｆｓ（Ｉ）になるように設定
される。さらに、ステップＳ３５に進み、電流密度要求
値Ｉａは要求負荷ｘの関数ｆ３（ｘ）によって算出され
る。

【００７１】ステップＳ３８において、電流密度Ｉが温
度維持必要電流Ｉｍｉｎよりも小さい場合（ＮＯ）、ス
テップＳ４１に進み、水量要求値Ｗａは０になり、さら
にステップＳ４２において、空気量要求値Ｑａは最小制
限可能空気量Ｑｍｉｎに設定される。さらに、ステップ
Ｓ４３において、電流密度要求値Ｉａを温度維持必要電
流Ｉｍｉｎに設定する。

【００７２】この後、ステップＳ４４に進み、水量要求
値Ｗａ、空気量要求値Ｑａ、電流密度要求値Ｉａ及びヒ
ータ出力要求値Ｐａとなるように制御する。他の作用効
果は実施形態１と同様である。

【００７３】（実施形態３）実施形態３の燃料電池シス
テムでは、図１１に示すように、ダクト２８が排気マニ
ホールド２５と水タンク５１との間にダンパ２９を有し
ており、ダクト２８は、内部の案内路を流れる排出空気
が水タンク５１に案内される案内管２９ａと、内部のバ
イパス路を流れる排出空気が水タンク５１を迂回するバ
イパス管２９ｂとに分岐されている。ダンパ２９はソレ
ノイドにより駆動可能に構成されており、そのソレノイ
ドも制御部７に電気的に接続されている。他の構成は実
施形態１の燃料電池システム１と同様であり、同一の構
成については同一の符号を付して詳細な構成の説明を省
略する。

【００７４】実施形態３の燃料電池システムでは、制御
部７が水の温度Ｔ２により、排出空気を案内管２９ａ又
はバイパス管２９ｂに選択的に供給させる。

【００７５】より詳しく説明する。すなわち、制御部７
は、図１２に示すフローチャートに従って制御を行うこ
とができる。まず、ステップＳ５０において、同様に電
流密度Ｉと、外気温Ｔ１と、水の温度Ｔ２と、出口温度
Ｔ３とを読み込む。

【００７６】そして、ステップＳ５１において、水の温
度Ｔ２が直噴水最高許容温度Ｔｙ（例えば、約５０°
Ｃ）未満であるか否かを判断する。ここで、水の温度Ｔ
２が直噴水最高許容温度Ｔｙ未満である場合には（ＹＥ
Ｓ）、燃料電池装置１０の発電効率が低下することはな
いため、ステップＳ５２に進み、ダンパ２９により排出
空気を案内管２９ａに案内する。こうして、水タンク５
１を暖気して燃料電池装置１０の発電効率を確保する。

【００７７】他方、ステップＳ５１において、水の温度
Ｔ２が直噴水最高許容温度Ｔｙ以上である場合には（Ｎ
Ｏ）、燃料電池装置１０の発電効率が低下してしまうた
め、ステップＳ５３に進み、ダンパ２９により排出空気
をバイパス管２９ｂに供給させる。こうして、排出空気
が水タンク５１を迂回するようにして燃料電池装置１０
の発電効率を確保する。

【００７８】この後、ステップＳ５４において、排出空
気の出口温度Ｔ３が凍結温度Ｔｘ（例えば、０°Ｃ）を
超えているか否かを判断する。ここで、出口温度Ｔ３が
凍結温度Ｔｘを超えている場合には（ＹＥＳ）、水の凍
結のおそれが少ないため、ステップＳ５５に進み、水の
温度Ｔ２が凍結温度Ｔｘを超えているか否かを判断す
る。ここで、水の温度Ｔ２が凍結温度Ｔｘを超えている
場合（ＹＥＳ）、水は凍結していないため、ステップＳ
５６に進み、水量要求値Ｗａは電流密度Ｉと排出空気の
出口温度Ｔ３との関数ｆ１（Ｉ、Ｔ３）で算出される。
さらに、ステップＳ５７に進み、燃料電池装置１０の空
気極１３ｂに供給される空気量要求値Ｑａは、電流密度
Ｉと外気温Ｔ１との関数ｆ２（Ｉ、Ｔ１）によって算出
される。ただし、空気量要求値Ｑａは最小制限可能空気
量Ｑｍｉｎ以上である。さらに、ステップＳ５８に進
み、電流密度要求値Ｉａは要求負荷ｘの関数ｆ３（ｘ）
によって算出される。また、ステップＳ５９によりヒー
タ出力要求値Ｐａは０である。

【００７９】ステップＳ５５において、水タンク５１内
の水の温度Ｔ２が凍結温度Ｔｘを超えていない場合（Ｎ
Ｏ）、水は凍結しているおそれがあるため、ステップＳ
６０において、水量要求値Ｗａは０となる。さらに、ス
テップＳ５７に進み、燃料電池装置１０の空気極１３ｂ
に供給される空気量要求値Ｑａは、電流密度Ｉと外気温
Ｔ１との関数ｆ２（Ｉ、Ｔ１）によって算出される。た
だし、空気量要求値Ｑａは最小制限可能空気量Ｑｍｉｎ
以上である。さらに、ステップＳ５８に進み、電流密度
要求値Ｉａは要求負荷ｘの関数ｆ３（ｘ）によって算出
される。また、ステップＳ５９によりヒータ出力要求値
Ｐａは０である。

【００８０】ステップＳ５４において、排出空気の出口
温度Ｔ３が凍結温度Ｔｘを超えてない場合（ＮＯ）、ス
テップＳ６１で空気量要求値Ｑａが図６の直線Ｓ（ｆｓ
（Ｉ））よりも下の領域にあるか否かを判断する。空気
量要求値Ｑａが図６の直線Ｓよりも下の領域にある場合
（ＹＥＳ）、外気温Ｔ１による燃料電池装置１０の冷却
熱量が燃料電池装置１０の発熱量を下回るため、定常的
に出口温度Ｔ３は凍結温度Ｔｘ以上になる。ただし、直
噴水の供給による蒸発潜熱で燃料電池装置１０が冷却さ
れないようにするため、ステップＳ６０において、水量
要求値Ｗａは０となる。さらに、ステップＳ５７に進
み、燃料電池装置１０の空気極１３ｂに供給される空気
量要求値Ｑａは、電流密度Ｉと外気温Ｔ１との関数ｆ２
（Ｉ、Ｔ１）によって算出される。ただし、空気量要求
値Ｑａは最小制限可能空気量Ｑｍｉｎ以上である。さら
に、ステップＳ５８に進み、電流密度要求値Ｉａは要求
負荷ｘの関数ｆ３（ｘ）によって算出される。また、ス
テップＳ５９によりヒータ出力要求値Ｐａは０である。

【００８１】ステップＳ６１において、空気量要求値Ｑ
ａが図６の直線Ｓよりも下の領域にない場合（ＮＯ）、
ステップＳ６２に進み、電流密度Ｉが温度維持必要電流
Ｉｍｉｎよりも大きいか否かを判断する。ここで、電流
密度Ｉが温度維持必要電流Ｉｍｉｎよりも大きい場合
（ＹＥＳ）、ステップＳ６３に進み、水量要求値Ｗａは
０になり、さらにステップＳ６４において、空気量要求
値Ｑａは図６の直線Ｓ上のｆｓ（Ｉ）になるように設定
される。さらに、ステップＳ５８に進み、電流密度要求
値Ｉａは要求負荷ｘの関数ｆ３（ｘ）によって算出され
る。また、ステップＳ５９によりヒータ出力要求値Ｐａ
は０である。

【００８２】ステップＳ６２において、電流密度Ｉが温
度維持必要電流Ｉｍｉｎよりも小さい場合（ＮＯ）、ス
テップＳ６５に進み、水量要求値Ｗａは０になり、さら
にステップＳ６６において、空気量要求値Ｑａは最小制
限可能空気量Ｑｍｉｎに設定される。さらに、ステップ
Ｓ６７において、電流密度要求値Ｉａを温度維持必要電
流Ｉｍｉｎに設定する。ただし、電流密度要求値Ｉａを
温度維持必要電流Ｉｍｉｎに設定しても、実電流値が温
度維持必要電流Ｉｍｉｎに至らない場合があるので、さ
らにステップＳ６８において、ヒータ出力要求値Ｐａを
電流密度Ｉと外気温Ｔ１との関数ｆ４（Ｉ、Ｔ１）によ
って算出する。

【００８３】この後、ステップＳ６９に進み、水量要求
値Ｗａ、空気量要求値Ｑａ、電流密度要求値Ｉａ及びヒ
ータ出力要求値Ｐａとなるように制御する。他の作用効
果は実施形態１と同様である。

【００８４】（実施形態４）実施形態４の燃料電池シス
テムでは、ヒータ２４を省略し、他の構成は実施形態３
の燃料電池システム１と同様である。同一の構成につい
ては同一の符号を付して詳細な構成の説明を省略する。

【００８５】実施形態４の燃料電池システムでは、図１
３に示すフローチャートに従って制御を行わせることも
できる。まず、ステップＳ７０において、同様に電流密
度Ｉと、外気温Ｔ１と、水の温度Ｔ２と、出口温度Ｔ３
とを読み込む。

【００８６】そして、ステップＳ７１において、水の温
度Ｔ２が直噴水最高許容温度Ｔｙ（例えば、約５０°
Ｃ）未満であるか否かを判断する。ここで、水の温度Ｔ
２が直噴水最高許容温度Ｔｙ未満である場合には（ＹＥ
Ｓ）、燃料電池装置１０の発電効率が低下することはな
いため、ステップＳ７２に進み、ダンパ２９により排出
空気を案内管２９ａに案内する。こうして、水タンク５
１を暖気して燃料電池装置１０の発電効率を確保する。

【００８７】他方、ステップＳ７１において、水の温度
Ｔ２が直噴水最高許容温度Ｔｙ以上である場合には（Ｎ
Ｏ）、燃料電池装置１０の発電効率が低下してしまうた
め、ステップＳ７３に進み、ダンパ２９により排出空気
をバイパス管２９ｂに案内する。こうして、排出空気が
水タンク５１を迂回するようにして燃料電池装置１０の
発電効率を確保する。

【００８８】この後、ステップＳ７４において、排出空
気の出口温度Ｔ３が凍結温度Ｔｘ（例えば、０°Ｃ）を
超えているか否かを判断する。ここで、出口温度Ｔ３が
凍結温度Ｔｘを超えている場合には（ＹＥＳ）、水の凍
結のおそれが少ないため、ステップＳ７５に進み、水の
温度Ｔ２が凍結温度Ｔｘを超えているか否かを判断す
る。ここで、水の温度Ｔ２が凍結温度Ｔｘを超えている
場合（ＹＥＳ）、水は凍結していないため、ステップＳ
７６に進み、水量要求値Ｗａは電流密度Ｉと排出空気の
出口温度Ｔ３との関数ｆ１（Ｉ、Ｔ３）で算出される。
さらに、ステップＳ７７に進み、燃料電池装置１０の空
気極１３ｂに供給される空気量要求値Ｑａは、電流密度
Ｉと外気温Ｔ１との関数ｆ２（Ｉ、Ｔ１）によって算出
される。ただし、空気量要求値Ｑａは最小制限可能空気
量Ｑｍｉｎ以上である。さらに、ステップＳ７８に進
み、電流密度要求値Ｉａは要求負荷ｘの関数ｆ３（ｘ）
によって算出される。

【００８９】ステップＳ７５において、水タンク５１内
の水の温度Ｔ２が凍結温度Ｔｘを超えていない場合（Ｎ
Ｏ）、水は凍結しているおそれがあるため、ステップＳ
７９において、水量要求値Ｗａは０となる。さらに、ス
テップＳ７７に進み、燃料電池装置１０の空気極１３ｂ
に供給される空気量要求値Ｑａは、電流密度Ｉと外気温
Ｔ１との関数ｆ２（Ｉ、Ｔ１）によって算出される。た
だし、空気量要求値Ｑａは最小制限可能空気量Ｑｍｉｎ
以上である。さらに、ステップＳ７８に進み、電流密度
要求値Ｉａは要求負荷ｘの関数ｆ３（ｘ）によって算出
される。

【００９０】ステップＳ７４において、排出空気の出口
温度Ｔ３が凍結温度Ｔｘを超えてない場合（ＮＯ）、ス
テップＳ８０で空気量要求値Ｑａが図６の直線Ｓ（ｆｓ
（Ｉ））よりも下の領域にあるか否かを判断する。空気
量要求値Ｑａが図６の直線Ｓよりも下の領域にある場合
（ＹＥＳ）、外気温Ｔ１による燃料電池装置１０の冷却
熱量が燃料電池装置１０の発熱量を下回るため、定常的
に出口温度Ｔ３は凍結温度Ｔｘ以上になる。ただし、直
噴水の供給による蒸発潜熱で燃料電池装置１０が冷却さ
れないようにするため、ステップＳ７９において、水量
要求値Ｗａは０となる。さらに、ステップＳ７７に進
み、燃料電池装置１０の空気極１３ｂに供給される空気
量要求値Ｑａは、電流密度Ｉと外気温Ｔ１との関数ｆ２
（Ｉ、Ｔ１）によって算出される。ただし、空気量要求
値Ｑａは最小制限可能空気量Ｑｍｉｎ以上である。さら
に、ステップＳ７８に進み、電流密度要求値Ｉａは要求
負荷ｘの関数ｆ３（ｘ）によって算出される。

【００９１】ステップＳ８０において、空気量要求値Ｑ
ａが図６の直線Ｓよりも下の領域にない場合（ＮＯ）、
ステップＳ８１に進み、電流密度Ｉが温度維持必要電流
Ｉｍｉｎよりも大きいか否かを判断する。ここで、電流
密度Ｉが温度維持必要電流Ｉｍｉｎよりも大きい場合
（ＹＥＳ）、ステップＳ８２に進み、水量要求値Ｗａは
０になり、さらにステップＳ８３において、空気量要求
値Ｑａは図６の直線Ｓ上のｆｓ（Ｉ）になるように設定
される。さらに、ステップＳ７８に進み、電流密度要求
値Ｉａは要求負荷ｘの関数ｆ３（ｘ）によって算出され
る。

【００９２】ステップＳ８１において、電流密度Ｉが温
度維持必要電流Ｉｍｉｎよりも小さい場合（ＮＯ）、ス
テップＳ８４に進み、水量要求値Ｗａは０になり、さら
にステップＳ８５において、空気量要求値Ｑａは最小制
限可能空気量Ｑｍｉｎに設定される。さらに、ステップ
Ｓ８６において、電流密度要求値Ｉａを温度維持必要電
流Ｉｍｉｎに設定する。

【００９３】この後、ステップＳ８７に進み、水量要求
値Ｗａ、空気量要求値Ｑａ、電流密度要求値Ｉａ及びヒ
ータ出力要求値Ｐａとなるように制御する。他の作用効
果は実施形態１と同様である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１〜４に係る電気自動車のブロック構
成図である。

【図２】実施形態１に係る燃料電池システムの構成図で
ある。

【図３】実施形態１〜４に係るスタックの一部斜視図で
ある。

【図４】実施形態１〜４に係るセルの断面図である。

【図５】実施形態１に係る水タンクの斜視図である。

【図６】実施形態１〜４に係る電流密度と空気の流量と
の関係を示すグラフである。

【図７】実施形態１に係る制御部のフローチャートであ
る。

【図８】変形形態に係る水タンクの斜視図である。

【図９】実施形態２、４に係る燃料電池システムの一部
構成図である。

【図１０】実施形態２に係る制御部のフローチャートで
ある。

【図１１】実施形態３に係る燃料電池システムの一部構
成図である。

【図１２】実施形態３に係る制御部のフローチャートで
ある。

【図１３】実施形態４に係る制御部のフローチャートで
ある。

【符号の説明】

１３ｅ…空気流路１３ｂ…空気極１３ｆ…水素ガス流路１３ｄ…水素極１３ｃ…電解質層１０…燃料電池装置５１…水タンク５０…補機（５２…給水管、５２…水フィルタ、５４…
給水ポンプ、５５…開閉弁、５６…直噴ノズル、５７…
大気開放管、５８…大気開放弁、５９…還水管、６０…
還水ポンプ、６１…凝縮器、３８…水素排気管、３９…
逆止弁、４０…開閉弁）１…燃料電池システム２６、２８、２９ａ、２９ｂ…ダクト（２６…案内路、
２９ａ…案内路（案内管）、２９ｂ…バイパス路（バイ
パス管））２４…加熱手段（ヒータ）Ｔ２…水の温度

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】大気中の空気が空気流路により供給される
空気極と、水素ガスが水素ガス流路により供給される水
素極と、該空気極及び該水素極に挟持された固体高分子
膜型の電解質層とを有し、該空気中の酸素と該水素ガス
との電気化学反応により電力を生じ得る燃料電池装置
と、水を貯溜する水タンクと、該水タンクから供給された水を保有する補機と、該水タンク及び該補機の少なくとも一方を暖気対象と
し、該暖気対象に該燃料電池装置から排出される排出空
気を案内する案内路とを備えることを特徴とする燃料電
池システム。
【請求項２】排出空気を暖気対象から迂回させるバイパ
ス路と、水タンクに設けられ、該水タンク内の水の温度
を検出する水温検出手段とを備え、該水温検出手段によって検出された該水の温度に応じて
該排出空気が案内路と該バイパス路とに選択的に供給さ
れ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】排出空気を加熱する加熱手段を備えること
を特徴とする請求項１又は２記載の燃料電池システム。
【請求項４】大気中の空気が空気流路により供給される
空気極と、水素ガスが水素ガス流路により供給される水
素極と、該空気極及び該水素極に挟持された固体高分子
膜型の電解質層とを有し、該空気中の酸素と該水素ガス
との電気化学反応により電力を生じ得る燃料電池装置
と、水を貯溜する水タンクと、該水タンクから供給された水を保有する補機とを備えた
燃料電池システムに対し、該水タンク及び該補機の少なくとも一方を暖気対象と
し、該暖気対象に該燃料電池装置から排出される排出空
気を案内路により案内することを特徴とする燃料電池シ
ステムの制御方法。
【請求項５】燃料電池システムは、排出空気を暖気対象
から迂回させるバイパス路と、水タンクに設けられ、該
水タンク内の水の温度を検出する水温検出手段とを備
え、該水温検出手段によって検出された該水の温度に応じて
排出空気を案内路と該バイパス路とに選択的に供給する
ことを特徴とする請求項４記載の燃料電池システムの制
御方法。
【請求項６】燃料電池システムは、排出空気を加熱する
加熱手段を備えることを特徴とする請求項４又は５記載
の燃料電池システムの制御方法。