JP2004146118A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な電力制御によって燃料電池スタックを安定して起動する。
【解決手段】制御部３０では、燃料電池スタック１の起動をするに際して、二次電池８から電圧を昇圧して電力を取り出す昇圧動作をするようにＤＣ／ＤＣコンバータ１３を制御することで接続点１５の電位を燃料電池スタック１の開放電圧以上にする。これにより、コンプレッサ３から燃料電池スタック１への空気供給を開始する。そして、コンプレッサ３を一定時間運転した後に、開放電圧よりも高い電圧から低くする降圧動作をして、燃料電池スタック１からの電力をコンプレッサ３に供給するようにＤＣ／ＤＣコンバータ１３を制御する。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の電圧が燃料電池スタック１の開放電圧以下となった場合に、燃料電池スタック１から電流が取り出されて、燃料電池スタック１の発電電力によりコンプレッサ３を駆動開始する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば燃料電池車両に搭載されて、主として二次電池の充電電力を用いて燃料電池スタックを起動し、燃料電池スタックの発電電力及び二次電池の充電電力を用いて燃料電池スタックを発電させるための補機を駆動すると共に、車両駆動トルクを発生させる燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば電気自動車の駆動源として駆動モータを使用し、当該駆動モータを燃料電池スタックの発電電力及び二次電池に充電した電力にて駆動する燃料電池システムが知られている。この燃料電池システムでは、燃料電池スタックがダイオードを介してエアコンプレッサ及び駆動モータが接続され、前記ダイオードのカソード側にＤＣ／ＤＣコンバータ及び二次電池が接続されて構成されている。
【０００３】
このような従来の燃料電池システムでは、ＤＣ／ＤＣコンバータにより二次電池の出力電圧を、起動完了後の燃料電池スタックから電力供給するときの電圧（燃料電池スタックの出力電圧）レベルまで昇圧する昇圧動作をすることにより、燃料電池スタックの電力供給先への電力供給を可能にすると共に、燃料電池スタックの出力電圧を二次電池の出力電圧レベルに降圧する降圧動作をして、二次電池を充電する。ＤＣ／ＤＣコンバータにおける昇圧動作と降圧動作とは、任意に選択されて、制御装置からの指令によって切り替える。
【０００４】
このような燃料電池システムにおいて、図９の特性Ａとして燃料電池スタックの温度及び湿度が最適状態であって燃料ガス及び空気が供給されている場合の燃料電池スタックの電圧−電流特性を示し、特性Ｂとして起動最中の燃料電池スタックの電圧−電流特性を示す。起動最中の燃料電池スタックは、温度及び湿度が最適な状態でないために、電流を取り出すと電圧が大きく降下して、所望の電力を得ることができない。
【０００５】
ここで、動作点Ｍ０は燃料電池スタックに何も接続されていない状態での動作点であり、この動作点Ｍ０での電圧と電流をそれぞれＶ０、Ｉ０とする。このとき、Ｉ０の値が「０」なので、両者の積である出力電力Ｐ０の値も「０」となり、Ｖ０が燃料電池スタックの開放電圧値となる。
【０００６】
また、動作点Ｍ２は、エアコンプレッサの駆動に必要な電力であって、燃料電池スタックの起動時の動作点である。この動作点Ｍ２における電力のすべてを燃料電池スタックから供給した場合、電圧と電流とはそれぞれＶ２、Ｉ２となる。
【０００７】
そして、この燃料電池システムでは、ＤＣ／ＤＣコンバータの昇圧動作時の出力電圧の目標値を、燃料電池スタックの開放電圧値Ｖ０からダイオードのオン電圧を引いた値よりも小さく、且つ、燃料電池スタックの起動に必要な電力の全電力を燃料電池スタックから供給した場合の平衡時の燃料電池スタックの出力電圧Ｖ２の値よりも大きい電圧値Ｖ１に設定されている。
【０００８】
すると、ＤＣ／ＤＣコンバータの電力容量が燃料電池スタック起動時のエアコンプレッサの消費電力以上であれば、燃料電池スタックの電圧を目標電圧Ｖ１と同じ値に保つことが可能となる。すなわち、燃料電池スタックに接続されたダイオードのアノード側を目標電圧Ｖ１と同じ値をもってクランプする。このため、燃料電池スタック１は目標電圧Ｖ１よりも小さい電圧で電流を流すことはない。従って、燃料電池スタックが起動中で特性Ｂの状態にあったとしても、燃料電池スタックの電圧が目標電圧Ｖ１でクランプされているため、電流はＩａだけ流れることになる。また、燃料電池スタックの起動が完了して特性Ａの状態になった場合でも、電流はＩｂだけ流れることになり、この値が起動時の燃料電池スタックから流れる電流の最大値となる。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−２２９９４３号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術においては、燃料電池スタックの起動時において、完全に燃料電池スタックが起動していない図９の特性Ｂ状態で、燃料電池スタックから電流を取り出しているために、燃料電池スタックが完全に暖機していない状態や、燃料電池スタック内に燃料ガスや空気以外の不純ガスが混入している状態にて電流を取り出すことになってしまう。このような状態では、燃料電池スタックを構成する触媒が熱劣化して、高分子膜の劣化が発生し、燃料電池スタックの寿命が短くなるという問題があった。
【００１１】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、簡単な電力制御によって燃料電池スタックを安定して起動することができる燃料電池システムを提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明では、燃料ガスと空気とを用いて電力を発生する燃料電池スタックを、ダイオードを介して負荷、及びエアコンプレッサと接続し、電圧変換手段をダイオードを介して燃料電池スタックに接続した構成にした燃料電池システムに適用される。
【００１３】
このような燃料電池システムにおいて、燃料電池スタックの起動をするに際して、燃料電池スタックの開放電圧よりも低い電圧で電力を発生する二次電池から、電圧を昇圧して電力を取り出す昇圧動作をするように電圧変換手段を制御して、二次電池の電力をエアコンプレッサに供給する。これにより、エアコンプレッサから燃料電池スタックへの空気供給を開始して、燃料電池スタックの暖機及び燃料電池スタック内の不純ガスを取り除く。
【００１４】
そして、エアコンプレッサを一定時間運転した後に、開放電圧よりも高い電圧から低くする降圧動作をして二次電池からの電力をエアコンプレッサに供給するように電圧変換手段を制御する。これにより、電圧変換手段の電圧が燃料電池スタックの開放電圧以下となった場合に、燃料電池スタックから電流が取り出されて、燃料電池スタックの発電電力によりエアコンプレッサを駆動開始する。
【００１５】
【発明の効果】
本発明に係る燃料電池システムによれば、燃料電池スタックの起動時に、燃料電池スタックの開放電圧よりも高い電圧にて二次電池からの電力をコンプレッサに供給して一定時間経過した後に、電圧変換手段の電圧を下げて燃料電池スタックからコンプレッサに電力を供給するという簡単な電力制御によりコンプレッサの電力供給源を二次電池から燃料電池スタックに切り換えることができる。また、この燃料電池システムによれば、電圧変換手段の電圧を下げるにより、コンプレッサに対する電力供給源を二次電池から燃料電池スタックに急激に切り換えたり、切り換えの対応遅れをなくすことができ、燃料電池スタックを安定して起動することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態〜第４実施形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
［第１実施形態］
［燃料電池システムの構成］
本発明は、例えば図１に示すように構成された第１実施形態に係る燃料電池システムに適用される。この燃料電池システムは、例えば電気自動車に搭載されて、負荷とした搭載された駆動モータ等に電力供給することで当該電気自動車の駆動トルクを発生させる。
【００１８】
この燃料電池システムは、当該燃料電池システムの主電源であって、燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されることにより発電する燃料電池スタック１を備える。この燃料電池スタック１は、固体高分子電解質膜を挟んで空気極と水素極とを対設した燃料電池セル構造体をセパレータで挟持し、セル構造体を複数積層して構成されている。本例の燃料電池システムにおいては、燃料電池スタック１に発電反応を発生させるための燃料ガスとして例えば水素ガスを燃料極に供給すると共に、酸化剤ガスとして例えば酸素を含む空気を酸化剤極に供給する。
【００１９】
燃料ガスは、燃料ガス供給部２から燃料電池スタック１に供給される。この燃料ガス供給部２は、水素を多量に含む燃料ガスを貯蔵し、制御部３０により制御されることで、燃料ガスの温度及び圧力を調整する。
【００２０】
また、空気は、エアコンプレッサ３から圧送されることで、空気配管４を通じて燃料電池スタック１に供給される。このエアコンプレッサ３は、制御部３０により駆動量が制御されることで、燃料電池スタック１への空気供給量が制御される。
【００２１】
このように燃料ガス及び空気が供給されることで燃料電池スタック１が発電すると、電力分配部５は、制御部３０の制御に従って、燃料電池スタック１にて発電した電力を取り出し、駆動モータ等の負荷６、エアコンプレッサ３に電力供給をする。また、この電力分配部５では、制御部３０の制御に従って、二次電池８に充電された電力をエアコンプレッサ３や負荷６に供給すると共に、例えば電気自動車の減速時に負荷６からの回生電力を二次電池８に充電する。
【００２２】
二次電池８は、燃料電池スタック１によって発電された余剰電力や負荷６の回生電力を電力分配部５を介して充電する。この二次電池８は、充電した電力を燃料電池スタック１の出力電圧よりも低い電圧の電力を発生して放電するように設計されている。すなわち、二次電池８は、車両補機７の弱電系のユニットに電力供給するように設計されている。この二次電池８は、高電圧で駆動される負荷６やエアコンプレッサ３等の強電系のユニットで消費される電力を賄うのに十分な発電が燃料電池スタック１にて行われていない場合に、電力分配部５により充電電力が引き抜かれて強電系ユニットへの不足電力供給を補う。
【００２３】
また、この二次電池８には、充電率（ＳＯＣ）を検出するバッテリセンサ９が設けられている。このバッテリセンサ９では、検出した充電率を制御部３０に送る。これにより、制御部３０では、二次電池８の充電率を監視して、二次電池８の充放電を制御する。
【００２４】
電力分配部５は、燃料電池スタック１に電流が流入するのを防止するダイオード１１、燃料電池スタック１の出力電圧を検出する電圧計１２、直流の電力値を変換するＤＣ／ＤＣコンバータ１３、ダイオード１１を介してエアコンプレッサ３及び負荷６に供給する電流を検出する電流計１４から構成されている。本例において、電圧計１２は、ダイオード１１のアノード側の電圧、すなわち、燃料電池スタック１の出力電圧を検知する。
【００２５】
この電力分配部５は、制御部３０により制御されることで、二次電池８に充電された電力をエアコンプレッサ３及び負荷６に供給するときに、電圧値を昇圧するようにＤＣ／ＤＣコンバータ１３を動作させる。また、この電力分配部５は、負荷６からの回生電力を二次電池８にて充電可能な電圧値に降圧して二次電池８に供給する。また、この電力分配部５において、電圧計１２にて検出した電圧値及び電流計１４にて検出した電流値が、制御部３０へ読み込まれる。
【００２６】
また、この燃料電池システムでは、電力分配部５とエアコンプレッサ３及び負荷６との間にリレー１０が設けられる。このリレー１０は、例えば適当なスイッチで構成されて制御部３０により開閉動作が制御され、燃料電池スタック１の発電電力や二次電池８の充電電力をエアコンプレッサ３及び負荷６に供給すると共に、負荷６の回生電力を電力分配部５側に導く。このリレー１０は、燃料電池スタック１及び二次電池８に対するエアコンプレッサ３及び負荷６の電力遮断部として機能し、異常時等に電力の供給を遮断する。
【００２７】
制御部３０は、内部に起動制御プログラムを記憶したＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）と、制御時のワークエリアとなるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）とを有し、起動時において上述した各部を制御する起動制御プログラムを実行する。これにより、制御部３０では、電圧計１２及び電流計１４からのセンサ信号を読み込んで燃料電池スタック１の出力電圧及び出力電流を認識すると共に、バッテリセンサ９からのセンサ信号を読み込んで二次電池８の充電率を認識する。また、この制御部３０では、燃料ガス供給部２、エアコンプレッサ３、負荷６及びリレー１０の状態を認識しておいて、これらの各部の動作を制御する。
【００２８】
そして制御部３０では、燃料電池スタック１の出力電圧及び二次電池８の充電率に基づいて、二次電池８からの出力電圧を昇圧して負荷６及びエアコンプレッサ３側に電力供給する昇圧動作、又は、燃料電池スタック１、負荷６及びエアコンプレッサ３側からの出力電圧を降圧して二次電池８に電力供給する降圧動作をするようにＤＣ／ＤＣコンバータ１３を切り換え制御する。
【００２９】
また、この制御部３０では、燃料電池スタック１を起動するに際して、起動制御プログラムを実行することで、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の昇圧動作及び降圧動作を制御する。なお、この起動制御処理の詳細な内容については後述する。
【００３０】
［燃料電池スタック１の起動制御処理］
つぎに、上述の燃料電池システムにおいて、燃料電池スタック１を起動するときの制御部３０による起動制御処理の処理手順について図２のフローチャートを参照して説明する。
【００３１】
制御部３０では、先ず、外部からの燃料電池スタック１を起動する命令を入力した場合等に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３を起動する制御をして（ステップＳ１）、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力電圧を燃料電池スタック１の開放電圧以上の規定値まで上昇させる昇圧動作をさせる（ステップＳ２）。
【００３２】
ここで、図３に燃料電池スタック１が起動時以外であって通常運転しているときの電圧−電流特性を示すように、制御部３０は、燃料電池スタック１の開放電圧Ｖ０よりも高い規定値の電圧Ｖｓまで電圧を上昇させて二次電池８からの電力をエアコンプレッサ３に供給するようにＤＣ／ＤＣコンバータ１３を制御する。これにより、エアコンプレッサ３は、二次電池８からの電力により駆動開始して（ステップＳ３）、燃料電池スタック１に空気を供給開始する。また、制御部３０では、燃料ガス供給部２を制御して水素ガスを燃料電池スタック１に供給させて、燃料電池スタック１の発電を開始させる。
【００３３】
また、エアコンプレッサ３を駆動開始したときの燃料電池スタック１のエアコンプレッサ３側、すなわちダイオード１１のカソード側の接続点１５の電位は、電圧Ｖｓとなっており、燃料電池スタック１が起動した場合であっても燃料電池スタック１からエアコンプレッサ３に電力供給がなされない状態となっている。
【００３４】
次に、制御部３０では、内部のタイマ回路等を使用して、ステップＳ３にてエアコンプレッサ３を駆動開始した時刻からの一定時間エアコンプレッサ３を運転させる（ステップＳ４）。ここで、制御部３０では、予め設定しているタイマカウント値を参照してエアコンプレッサ３の駆動時間を管理する。このようにエアコンプレッサ３を一定時間運転させることで、燃料電池スタック１が空気により暖機されると共に、燃料電池スタック１内の不純ガスが除去されて、燃料電池スタック１を起動状態にする。
【００３５】
次に、エアコンプレッサ３を一定時間運転した後に、制御部３０では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３を降圧動作に切り換える（ステップＳ５）。すなわち、制御部３０では、図３の開放電圧Ｖ０以上の電圧Ｖｓにて二次電池８からの電力をエアコンプレッサ３に供給するようにＤＣ／ＤＣコンバータ１３を制御していたのを、図３中の矢印Ｃに示すように徐々に降圧することで、開放電圧Ｖ０以下の電圧値にて二次電池８からの電力をエアコンプレッサ３に供給するようにＤＣ／ＤＣコンバータ１３を制御をする。
【００３６】
そして、制御部３０では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力電圧を、燃料電池スタック１の開放電圧Ｖ０とダイオード１１の順方向ドロップ電圧との和の電圧以下にすると、ダイオード１１が導通して燃料電池スタック１からの電流をエアコンプレッサ３に供給開始する（ステップＳ６）。
【００３７】
［第１実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、第１実施形態に係る燃料電池システムによれば、燃料電池スタック１の起動時には接続点１５の電位を燃料電池スタック１の開放電圧以上の電圧値Ｖｓにし、燃料電池スタック１を起動状態にした後にＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力電圧を下げるという簡易な制御で、エアコンプレッサ３への電力供給源を二次電池８及びＤＣ／ＤＣコンバータ１３から燃料電池スタック１に切り換えることができる。したがって、この燃料電池システムによれば、電力供給の応答遅れや急激な電力変動が無く、電力供給源を切り換えることができ、且つ起動完了前に燃料電池スタック１から電流を持ち出すことがなく、燃料電池スタック１を劣化させることがない。
【００３８】
［第２実施形態］
つぎに、第２実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。なお、上述の第１実施形態と同様の部分については同一符号及び同一ステップ番号を付することによりその詳細な説明を省略する。
【００３９】
第２実施形態に係る燃料電池システムでは、図４に示すような起動制御処理を行う点で第１実施形態に係る燃料電池システムとは異なる。なお、第２実施形態に係る燃料電池システムでは、その構成が第１実施形態と同様であるので詳細な説明を省略する。
【００４０】
第２実施形態に係る燃料電池システムでは、起動制御処理において、図５に示すようにＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力電圧を電圧Ｖｘから開放電圧Ｖ０より小さく低下させた場合に、燃料電池スタック１の電圧−電流特性が特性Ａとなったか、又は特性Ｂとなったかを判定することを特徴とする。
【００４１】
すなわち、図４のステップＳ５にてＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力電圧を降下させて、燃料電池スタック１からの電流取り出しを開始した場合に、電流計１４により燃料電池スタック１から取り出された電流値を検出する（ステップＳ１１）。そして、制御部３０では、電流計１４により検出された電流値（スタック電流）が予め設定した基準値より大きい場合（ステップＳ１２）、更にＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力電圧を降下させ（ステップＳ１３）、燃料電池スタック１からエアコンプレッサ３への電流供給を開始する（ステップＳ１４）。
【００４２】
すなわち、電流計１４にて検出した電流値が基準値より大きいと判定した場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の電圧降下に応じた電流が燃料電池スタック１から取り出されて、燃料電池スタック１が特性Ａの電圧−電流特性となったと判定する。
【００４３】
一方、電流計１４にて検出した電流値が基準値よりも小さいと判定した場合には（ステップＳ１２）、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力電圧を下げても燃料電池スタック１から取り出される電流が少なく、燃料電池スタック１の電圧−電流特性が特性Ｂとなっていると判定し、ステップＳ２に処理を戻す。そして、再度ステップＳ２にて、図５の電圧ＶｘにＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力電圧を上昇させて、ステップＳ３〜ステップＳ５の再度行う。
【００４４】
ここで、ステップＳ１２における基準値は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力電圧を所定電圧だけ降下させた場合に、燃料電池スタック１の電圧−電流特性が特性Ａとなっているか、又は特性Ｂとなっているかが判定可能な電流のしきい値が、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の電圧降下分に応じて予め設定されている。すなわち、図５において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力電圧を電圧Ｖｘから矢印Ｃ方向に降下させた場合に、特性Ａと特性Ｂとの間の電流値であって、燃料電池スタック１が起動完了して電圧−電流特性が特性Ａとなったことを判定する電流値がしきい値として設定されている。
【００４５】
このような起動制御処理を行う燃料電池システムによれば、燃料電池スタック１の起動時において、エアコンプレッサ３を一定時間運転した後であっても燃料電池スタック１から十分な電流が取り出せない場合に、再度ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力電圧値を燃料電池スタック１の開放電圧以上に高くして再度エアコンプレッサ３を一定時間運転させるようにしたので、燃料電池スタック１が起動していない状態で電流を取り出すことを抑制することができる。従って、この燃料電池システムによれば、燃料電池スタック１が起動する前に電流を取り出すことにより燃料電池スタック１の劣化が発生して燃料電池スタック１の寿命が短くなることを抑制することができる。
【００４６】
［第３実施形態］
つぎに、第３実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。なお、上述の実施形態と同様の部分については同一符号及び同一ステップ番号を付することによりその詳細な説明を省略する。
【００４７】
第３実施形態に係る燃料電池システムは、図６に示すように、燃料電池スタック１の温度を検出する温度センサ２１を備え、温度センサ２１にて検出した燃料電池温度に応じてエアコンプレッサ３の駆動時間を設定して起動制御処理を行う点で、上述の実施形態とは異なる。
【００４８】
この燃料電池システムでは、図７に示すような起動制御処理において、ステップＳ３にてエアコンプレッサ３を駆動開始した後に、制御部３０により、温度センサ２１からのセンサ信号を読み込んで燃料電池スタック１の温度を認識する（ステップＳ２１）。
【００４９】
そして、制御部３０では、認識した燃料電池スタック１の温度に応じてステップＳ３にて駆動開始したエアコンプレッサ３の駆動時間を設定する（ステップＳ２２）。このとき、制御部３０では、燃料電池スタック１の温度が高いほど、燃料電池スタック１が暖機するのに必要とされる時間が短いので、エアコンプレッサ３の駆動時間を短くするタイマカウント値を設定する。具体的には、制御部３０は、例えば制御部３０内部のタイマによりタイマカウント値を減算してエアコンプレッサ３の駆動時間を管理する場合には、燃料電池車両の周囲温度が低いために燃料電池スタック１の温度が低いときのタイマカウント値をＴとし、燃料電池スタック１の温度が高いほどタイマカウント値をＴから小さく設定する。
【００５０】
次に制御部３０では、設定したタイマカウント値に応じた駆動時間だけエアコンプレッサ３を駆動して、ステップＳ５以降の処理を行う。
【００５１】
このような燃料電池システムによれば、燃料電池スタック１の温度に応じてエアコンプレッサ３の駆動時間を変化させるので、燃料電池スタック１内に不純ガスを排出するためや燃料電池スタック１を暖機するためにエアコンプレッサ３を必要以上の時間駆動することなく、起動時の電力消費を最小限にすることができる。
【００５２】
なお、この第３実施形態では、ステップＳ２２にてエアコンプレッサ３を駆動させた後に、第２実施形態のように燃料電池スタック１からの電流値を検出して燃料電池スタック１の電圧−電流特性を判定して、燃料電池スタック１が起動していない場合に再度燃料電池スタック１の温度を検出して再度タイマカウント値を設定し直すようにしても良いのは勿論であり、より安定して燃料電池スタック１を起動することができる。
【００５３】
［第４実施形態］
つぎに、第４実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。なお、上述の実施形態と同様の部分については同一符号及び同一ステップ番号を付することによりその詳細な説明を省略する。
【００５４】
第４実施形態に係る燃料電池システムは、温度センサ２１を備え、温度センサ２１にて検出した燃料電池温度に応じてＤＣ／ＤＣコンバータ１３の降圧動作を制御する起動制御処理を行う点で、上述の実施形態とは異なる。
【００５５】
この燃料電池システムでは、図８に示すような起動制御処理において、温度センサ２１からのセンサ信号を読み込んで燃料電池スタック１の温度を認識した後（ステップＳ２１）、燃料電池スタック１の温度に応じてＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力電圧の降下率を決定する（ステップＳ３１）。
【００５６】
このとき、制御部３０では、燃料電池スタック１の温度が高いほど、燃料電池スタック１が暖機するのに必要とされる時間が短いので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力電圧の降下率を高く設定する。具体的には、制御部３０は、燃料電池車両の周囲温度が低いために燃料電池スタック１の温度が低いときの降下率をＲとし、燃料電池スタック１の温度が高いほど降下率をＲから高く設定する。
【００５７】
次に制御部３０では、エアコンプレッサ３を一定時間運転するようにタイマカウントをした後に（ステップＳ４）、ステップＳ３１にて決定した降下率にてＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力電圧を降下させて（ステップＳ３２）、燃料電池スタック１からエアコンプレッサ３に電力供給を開始させる（ステップＳ６）。
【００５８】
このような燃料電池システムによれば、燃料電池スタック１の温度に応じてＤＣ／ＤＣコンバータ１３の出力電圧の降下率を変化させるので、エアコンプレッサ３への電力供給源を二次電池８から燃料電池スタック１に短時間にて切り換えることができ、エアコンプレッサ３の動作時間を短くすることができる。したがって、この燃料電池システムによれば、エアコンプレッサ３を必要以上の時間駆動することなく、起動時の電力消費を最小限にすることができる。
【００５９】
なお、この第４実施形態では、エアコンプレッサ３を駆動させた後に、第２実施形態のように燃料電池スタック１からの電流値を検出して燃料電池スタック１の電圧−電流特性を判定して、燃料電池スタック１が起動していない場合に再度燃料電池スタック１の温度を検出して再度降下率を設定し直すようにしても良いのは勿論であり、より短時間で燃料電池スタック１を起動することができる。
【００６０】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した第１実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明を適用した第１実施形態に係る燃料電池システムによる起動制御処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図３】第１実施形態において起動制御処理をしたときの燃料電池スタックの電圧−電流特性を説明するための図である。
【図４】本発明を適用した第２実施形態に係る燃料電池システムによる起動制御処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】第２実施形態において起動制御処理をしたときの燃料電池スタックの電圧−電流特性を説明するための図である。
【図６】本発明を適用した第３実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図７】本発明を適用した第３実施形態に係る燃料電池システムによる起動制御処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図８】本発明を適用した第４実施形態に係る燃料電池システムによる起動制御処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図９】従来において燃料電池スタックを起動するときの問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
１　燃料電池スタック
２　燃料ガス供給部
３　エアコンプレッサ
４　空気配管
５　電力分配部
６　負荷
７　車両補機
８　二次電池
９　バッテリセンサ
１０　リレー
１１　ダイオード
１２　電圧計
１３　ＤＣ／ＤＣコンバータ
１４　電流計
１５　接続点
２１　温度センサ

Claims (4)

1. 燃料ガスと空気とを用いて電力を発生し、ダイオードを介して少なくとも負荷、及びスタックへ酸化剤を供給するためのエアコンプレッサに電力供給をする燃料電池スタックと、
   上記燃料電池スタックの開放電圧よりも低い電圧で電力を発生する二次電池と、
   上記ダイオードを介して燃料電池スタックと接続され、上記二次電池から電圧を昇圧して電力を取り出す動作、又は電圧を降圧して上記二次電池に電力を供給する動作をする電圧変換手段と、
   上記燃料電池スタックを起動する場合に、上記開放電圧よりも高い電圧にする昇圧動作をして上記二次電池の電力を上記エアコンプレッサに供給するように上記電圧変換手段を制御し、上記エアコンプレッサを一定時間運転した後に、上記開放電圧よりも高い電圧から低くする降圧動作をして上記燃料電池スタックからの電力を上記エアコンプレッサに供給するように上記電圧変換手段を制御する制御手段と
   を備えることを特徴とする燃料電池システム。
2. 上記制御手段は、上記エアコンプレッサを一定時間運転して上記電圧変換手段を降圧動作にしたときに、上記燃料電池スタックの出力電流が予め決められた電流値に達していない場合、上記電圧変換手段を昇圧動作に切り換えて上記二次電池から上記エアコンプレッサに電力供給をし、上記エアコンプレッサを再度一定時間運転した後に、再度上記電圧変換手段を降圧動作に切り換える制御をすることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 上記制御手段は、上記燃料電池スタックの温度に応じて、上記エアコンプレッサを運転開始してから上記電圧変換手段を降圧動作にするまでの時間を変化させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システム。
4. 上記制御手段は、上記電圧変換手段により上記二次電池からの電力を上記開放電圧よりも高い電圧から低くして上記エアコンプレッサに供給する場合に、電圧の降下率を、上記燃料電池スタックの温度に応じて変化させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システム。

Images