JP2004178998A - 燃料電池車両の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】燃料電池スタックの温度が低い状態で起動した場合でも、燃料電池スタックを早期に暖機し、その後の走行に円滑に移行できるようにする。
【解決手段】スタートスイッチ４４がオンとされた起動直後、すぐには走行用モータ１６に走行許可を与えることなく、燃料電池スタック１２の温度に対応する冷却媒体の水温Ｔｗと最低セル電圧とを検出し、水温Ｔｗおよび最低セル電圧からそれぞれ求められる発電制限電流のうち、小さい方の値が閾値電流を上回っているかどうかを判定する。下回っていた場合には、発電電流Ｉｈを補機（循環ポンプ２５，２６，コンプレッサ２４およびエアコン２９）に供給し、燃料電池スタック１２からの取り出し電力をなるべく大きくして、水温Ｔｗおよび最低セル電圧を上昇させ、早期に暖機運転を終了させる。
【選択図】図１
【解決手段】スタートスイッチ４４がオンとされた起動直後、すぐには走行用モータ１６に走行許可を与えることなく、燃料電池スタック１２の温度に対応する冷却媒体の水温Ｔｗと最低セル電圧とを検出し、水温Ｔｗおよび最低セル電圧からそれぞれ求められる発電制限電流のうち、小さい方の値が閾値電流を上回っているかどうかを判定する。下回っていた場合には、発電電流Ｉｈを補機（循環ポンプ２５，２６，コンプレッサ２４およびエアコン２９）に供給し、燃料電池スタック１２からの取り出し電力をなるべく大きくして、水温Ｔｗおよび最低セル電圧を上昇させ、早期に暖機運転を終了させる。
【選択図】図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃料電池スタックの発電電流を推進力として走行する燃料電池車両の制御装置に関し、特に、燃料電池車両の起動時に燃料電池スタックを保護し、かつ早期に走行が可能となるようにした燃料電池車両の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜（陽イオン交換膜）からなる電解質膜の両側にそれぞれアノード電極およびカソード電極を配置した電解質膜（電解質）・電極構造体を、セパレータによって挟んで保持することにより構成されている。この種の燃料電池は、通常、電解質膜・電極構造体およびセパレータからなるセルを所定数だけ積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
燃料電池スタックにおいて、アノード電極に供給された燃料ガス、例えば、水素含有ガスは、電極触媒上で水素イオン化され、適度に加湿された電解質膜を介してカソード電極側へと移動し、その移動の間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギ（発電電流）として利用される。カソード電極には、酸化剤ガス、例えば、空気等の酸素含有ガスが供給されているために、このカソード電極において、前記水素イオン、前記電子および酸素が反応して水が生成される。
【０００４】
上記の燃料電池スタックでは、セパレータの面内に、アノード電極に対向して燃料ガスを流すための燃料ガス流路（反応ガス流路）と、カソード電極に対向して酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路（反応ガス流路）とが設けられている。また、セパレータ間には、必要に応じて冷却媒体を流すための冷却媒体流路が前記セパレータの面に沿って設けられ、燃料電池装置とされている。
【０００５】
このような燃料電池装置を搭載した燃料電池車両を、周囲温度が低い低温下で起動して発電電流を走行用モータに供給し、走行を開始させたとしても、発電が不安定となって発電電流が制限され、円滑に走行することができない。
【０００６】
そこで、低温下における起動時に走行を円滑に開始させる技術が提案されている（特許文献１，特許文献２参照）。
【０００７】
特許文献１の「燃料電池システム」では、燃料電池と２次電池を併用し、燃料電池温度の低温時に燃料電池を起動した場合には、前記２次電池から走行用モータに電流を供給する一方、燃料電池から補機に電力を供給して暖機運転を行い、燃料電池の排出ガスの温度が６０［℃］を超えたときに、２次電池に代替して燃料電池から走行用モータに電流を供給する技術が開示されている。
【０００８】
特許文献２の「動力装置およびその制御方法」では、始動時に、燃料電池温度に基づいて燃料電池が発電可能かどうかを判断し、発電可能な状態にないときには、モータの駆動を禁止する技術が開示されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平９−２３１９９１号公報（段落［００４５］，［００４９］，［００５０］、図１）
【特許文献２】
特開２００１−２６６９１７号公報（段落［００２４］，［００２６］，［００３３］）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記特許文献１に係る技術では、燃料電池による走行用モータの駆動開始を、燃料電池の排出ガスの温度だけで判断しているので、燃料電池スタックを構成する全てのセルが正常な状態でなく燃料電池内で異常発熱しているような場合にも、燃料電池により走行用モータを駆動してしまうおそれがある。
【００１１】
また、上記特許文献２に係る技術でも、起動時に走行用モータを駆動するとき、燃料電池温度のみに基づいて判断しているので、同様に、燃料電池スタックを構成する全てのセルが正常な状態になく燃料電池内で異常発熱しているような場合にも、燃料電池により走行用モータを駆動してしまうおそれがある。
【００１２】
この発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、燃料電池車両の起動時に適切な条件により走行用モータへの発電電流の供給を開始することを可能とする燃料電池車両の制御装置を提供することを目的とする。
【００１３】
また、この発明は、燃料電池車両の起動時に、燃料電池スタックから走行用モータへ発電電流を早期に供給開始することを可能とする燃料電池車両の制御装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この項では、理解の容易化のために添付図面中の符号を付けて説明する。したがって、この項に記載した内容がその符号を付けたものに限定して解釈されるものではない。
【００１５】
この発明の燃料電池車両（１０）の制御装置（２０）は、複数のセル（３２）が電気的に直列に接続された燃料電池スタック（１２）のアノード電極に燃料ガスが供給されカソード電極に空気が供給されて発電し、発電電流（Ｉｈ）を走行用モータ（１６）に供給する燃料電池車両の制御装置において、以下の特徴を有する。
【００１６】
（１） 前記燃料電池スタックの温度（Ｔｗ）を測定する温度センサ（７６）と、前記各セルの電圧（Ｖｃ）を測定する電圧センサ（３０）と、前記燃料電池車両の起動時に、前記測定温度と前記測定各セル電圧中の最低セル電圧に基づき前記燃料電池スタックから取り出し可能な制限電流（Ｉｌｉｍｉｔ）を求め、この制限電流が所定値（Ｉｔｈ）を超えたときに、前記走行用モータに前記発電電流を供給開始する制御器（３０）とを備える。
【００１７】
この発明によれば、燃料電池車両の起動時に、制御器により、燃料電池スタックの温度と最低セル電圧に基づき燃料電池スタックから取り出し可能な制限電流を求め、この制限電流が所定値を超えたときに、走行用モータに発電電流を供給開始するようにしているので、燃料電池車両の起動時に適切な条件（温度が閾値温度（Ｔｔｈ）より高く、最低セル電圧が閾値電圧（Ｖｔｈ）より高い条件）下で走行用モータへの発電電流の供給を開始することができる。
【００１８】
（２） 特徴（１）において、前記制御器は、前記制限電流が所定値を超えていないときには（ステップＳ６「否定」）、前記発電電流を補機に供給するようにすることで（ステップＳ７）、燃料電池スタックの暖機運転が促進され、燃料電池スタックを早期に通常状態に立ち上げることが可能となり、燃料電池スタックから走行用モータへ発電電流を早期に供給開始することができる。
【００１９】
（３） 特徴（１）または（２）において、前記燃料電池スタックの温度は、前記燃料電池スタックを冷却する冷却媒体の流入ポート近傍の温度、前記燃料電池スタックに供給される空気供給ポート近傍の温度、あるいは前記燃料電池スタックに供給される燃料ガス供給ポート近傍の温度の少なくとも一つの温度とする。燃料電池スタックの入口側の冷却媒体の温度、あるいは入口側の反応ガス（燃料ガスまたは空気）の温度に基づき走行用モータへの発電電流の供給を開始するようにすることで、燃料電池装置が搭載された燃料電池車両を起動してよいかどうかの判断を短時間かつ確実に行える。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２１】
図１は、この発明の一実施形態が適用された燃料電池車両１０の構成を示している。
【００２２】
この燃料電池車両１０は、基本的には、燃料電池スタック１２と蓄電装置であるキャパシタ１４とから構成されるハイブリッド型の電源装置と、車両推進用の走行用モータ１６とから構成されている。
【００２３】
燃料電池車両１０の加速時および定速走行時には、燃料電池スタック１２で発生された発電電流Ｉｈが走行用モータ１６に供給され、燃料電池車両１０の減速時には、発電機として機能する走行用モータ１６からキャパシタ１４に電力が回生される。
【００２４】
この燃料電池車両１０には、また、燃料電池スタック１２の制御装置と燃料電池車両１０の制御装置とを兼用する燃料電池スタック制御装置２０が搭載されている。
【００２５】
ここで、燃料電池スタック制御装置２０は、上記の燃料電池スタック１２，キャパシタ１４および走行用モータ１６の他、補機であるコンプレッサ２４，冷却媒体の循環ポンプ２５，燃料ガス水素の循環ポンプ２６，エアコン２９およびこれら全体を制御する制御器としての制御部３０を備えている。
【００２６】
制御部３０は、たとえば走行時に、走行用モータ１６に関するトランスミッションの位置やモータ回転数を取り込み、さらにアクセル開度センサ５０からのアクセル開度Ａｃを取り込んで、目標発電電流Ｉｔａｒｇｅｔを決定し、目標発電電流Ｉｔａｒｇｅｔに対応する発電電流Ｉｈを走行用モータ１６に供給する。
【００２７】
燃料電池スタック１２は、電気的に直列に接続された複数のセル３２が積層された構成とされており、各セル３２は、アノード電極と電解質膜（この実施形態では固体高分子膜）とカソード電極とからなる燃料電池が水素と空気の通路が形成されているセパレータにより挟まれて保持された構造とされている。なお、各セル３２の電圧である全てのセル電圧Ｖｃは、電圧センサとしても機能する制御部３０に取り込まれる。
【００２８】
このように構成される燃料電池スタック１２は、両端に発電電流Ｉｈが取り出されるターミナルプレート３４と、このターミナルプレート３４の両側がエンドプレート３６により保持固定された構造とされている。
【００２９】
発電電流Ｉｈは、メインコンタクタ４２を介して走行用モータ１６および蓄電装置であるキャパシタ１４に供給されるとともに、補機であるコンプレッサ２４および冷却媒体循環ポンプ２５，燃料ガス水素循環ポンプ２６並びにエアコン２９に供給される。
【００３０】
起動時、すなわちスタートスイッチ４４のオフからオンへの変化時に一定時間、キャパシタ１４からの電力が、キャパシタコンタクタ４６を通じて補機であるコンプレッサ２４および循環ポンプ２５，２６に供給されることで燃料電池車両１０を構成する燃料電池スタック１２が起動する（発電電流Ｉｈの発生を開始する）。
【００３１】
この燃料電池スタック１２のアノード電極には、燃料ガスの供給ポート５２と排出ポート５４とが設けられており、カソード電極には、空気の供給ポート５６と排出ポート５８とが設けられている。
【００３２】
燃料ガスの供給ポート５２は、圧力制御弁である燃料供給制御弁６０を介して水素ボンベ２８に連通するとともに、排出ポート５４から排出された水素を供給ポート５２にもどす循環ポンプ２６の吐出側に連通する。
【００３３】
ここで、燃料供給制御弁６０の弁開度制御ポートは、コンプレッサ２４と空気供給ポート５６との間の通路に連通している。すなわち、燃料供給制御弁６０は、空気供給ポート５６の供給圧、換言すればコンプレッサ２４の出口側圧力を信号圧として弁開度が制御される。
【００３４】
水素および水等の排出ポート５４は、水素循環ポンプ２６の流入側に連通するとともに、排出弁（水素パージ弁）５９を介して排気システムに連通する。
【００３５】
その一方、空気および水の排出ポート５８は、排圧制御弁６１を介して大気（外気）に連通する。
【００３６】
上述した空気供給ポート５６は、図示していない加湿器およびコンプレッサ２４を介して大気（外気）と連通する。
【００３７】
さらに、燃料電池スタック１２のエンドプレート３６間には、燃料電池スタック１２における電気化学反応が円滑に行われるように、燃料電池スタック１２を冷却するための冷却媒体の循環通路が設けられている。
【００３８】
冷却媒体は、吐出ポート７２から吐出され、ラジエータ７４および循環ポンプ２５を介して流入ポート７５から燃料電池スタック１２内へ供給される。流入ポート７５の近くに、冷却媒体の温度（水温Ｔｗという。）を測定する温度センサ７６が接続されている。温度センサ７６で検出された燃料電池スタック１２の入口側の水温Ｔｗは制御部３０に取り込まれる。
【００３９】
発電電流制御器としても機能する制御部３０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ ＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）９０，ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）・ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等のメモリ９２，計数・計時手段であるカウンタ・タイマ（タイマという。）９４，Ａ／Ｄ変換器・Ｄ／Ａ変換器・ドライバ等のインタフェース（Ｉ／Ｆ）９６が搭載された制御基板で構成されている。
【００４０】
制御部３０（のＣＰＵ９０）は、各種入力（スタートスイッチ４４からのオンオフ信号、アクセル開度センサ５０からのアクセル開度Ａｃ、温度センサ７６からの水温Ｔｗ、各セル３２からの各セル電圧Ｖｃ等）に対応して、メモリ９２に格納されているプログラムを実行することで、コンプレッサ２４の回転数、排圧制御弁６１の開度、水素パージ弁５９の開閉、循環ポンプ２５，２６の回転数、キャパシタ１４の充放電制御、メインコンタクタ４２とキャパシタコンタクタ４６の開閉制御およびエアコン２９の制御等、燃料電池車両１０全体を統括して制御する。なお、図１中、点線は、制御線を表している。
【００４１】
そして、燃料電池車両１０のたとえば走行時には、アクセル開度センサ５０からのアクセル開度Ａｃに基づいて制御部３０は、反応ガスである水素と空気（酸素含有ガス）を燃料電池スタック１２に供給する。そして、燃料電池スタック１２で電気化学反応により発電された電流（発電電流）Ｉｈが、走行用モータ１６に供給される。
【００４２】
この実施形態に係る燃料電池スタック制御装置２０を備える燃料電池車両１０は、基本的には以上のように構成されかつ動作するものであり、次に、燃料電池車両１０の起動時における制御部３０（のＣＰＵ９０）の制御動作について、図２に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００４３】
まず、ステップＳ１では、燃料電池車両１０の起動を判定するために、イグニッションスイッチに対応するスタートスイッチ４４がオフからオンに変化したかどうかが確認される。
【００４４】
変化がなかった場合には、ステップＳ２において、起動スイッチであるスタートスイッチ４４がオンになっているかどうかが判定され、オンでなかった場合には、再びステップＳ１の処理にもどる。なお、スタートスイッチ４４がオフになっているときには、メインコンタクタ４２およびキャパシタコンタクタ４６はともに開状態になっており、走行用モータ１６へ発電電流Ｉｈが供給されない状態となっている。また、補機に対してキャパシタ１４から電力が供給されない状態となっている。すなわち、燃料電池車両１０が、走行禁止状態となっている。
【００４５】
もちろん、燃料電池スタック１２を作動（運転）させるための補機に電力が供給されていないので、燃料電池スタック１２に対して燃料ガスおよび空気が水素ボンベ２８および外気から取り入れられていない状態となっている。
【００４６】
そして、ステップＳ１において、スタートスイッチ４４がオフからオンへの変化（変移）を検出した場合には、燃料電池車両１０を起動させるために、キャパシタコンタクタ４６を開状態から閉状態にする（図示の状態）。これにより、キャパシタ１４からキャパシタコンタクタ４６を介して、補機（コンプレッサ２４，循環ポンプ２５，２６，エアコン２９）への電力供給が可能な状態となる。
【００４７】
次に、ステップＳ４において、燃料電池スタック１２を冷却する冷却媒体の温度を検出する温度センサ７６から水温Ｔｗが取り込まれ、メモリ９２に記憶されている図３に示す水温・発電制限電流マップ（テーブル）１０２が参照される。
【００４８】
参照することで、現状の水温Ｔｗでの発電制限電流Ｉｌｉｍｉｔが決定される。発電制限電流Ｉｌｉｍｉｔは、現状水温Ｔｗで燃料電池スタック１２から安定して取り出すことの可能な発電電流Ｉｈの上限値を規定している。
【００４９】
この水温・発電制限電流マップ１０２は、水温Ｔｗが低くなるに従い発電制限電流Ｉｌｉｍｉｔを、より制限する特性になっている。
【００５０】
次に、ステップＳ５において、各セル３２の電圧Ｖｃを測定し、測定した各セル電圧Ｖｃ中、電圧が最低のセル電圧を最低セル電圧Ｖｃｍｉｎとして求め、メモリ９２に記憶されている図４に示す最低セル電圧・発電制限電流マップ（テーブル）１０４を参照する。
【００５１】
参照することで、現状の最低セル電圧Ｖｃｍｉｎでの発電制限電流Ｉｌｉｍｉｔが決定される。発電制限電流Ｉｌｉｍｉｔも、同様に、現状の最低セル電圧Ｖｃｍｉｎで燃料電池スタック１２から安定して取り出すことの可能な発電電流Ｉｈの上限値を規定している。
【００５２】
なお、燃料電池スタック１２の全電圧（各セル電圧Ｖｃの総和）ではなく、最低セル電圧Ｖｃｍｉｎを制御の変数としているのは、燃料電池スタック１２は、セル３２が電気的に直列に接続された構成とされているので、各セル３２に流れる電流は、全て発電電流Ｉｈに等しい電流が流れる。そのため、最低セル電圧Ｖｃｍｉｎを発生しているセル３２の内部抵抗に基づく逆起電力が最低セル電圧Ｖｃｍｉｎに比較して相対的に大きくなり、この最低セル電圧Ｖｃｍｉｎを発生しているセル３２が、いわゆる転極等により損傷する可能性を未然に防止するためである。
【００５３】
次に、ステップＳ６では、ステップＳ４とステップＳ５において求めた発電制限電流Ｉｌｉｍｉｔが、両方とも、所定値である閾値電流Ｉｔｈを超えているかどうかが判定される。この閾値電流Ｉｔｈは、たとえば、燃料電池車両１０の運転者等によりアクセルペダルが踏まれてアクセル開度センサ５０からのアクセル開度Ａｃが全開となっても、このアクセル開度Ａｃに即応して取り出され走行用モータ１６に供給可能な発電電流Ｉｈ以上の値に設定されている。換言すれば、閾値電流Ｉｔｈは、通常走行時に運転者等のアクセル操作に伴う加速感等が違和感なく走行可能となる発電電流Ｉｈ以上の値に設定されている。
【００５４】
通常の場合、スタートスイッチ４４をオフからオンにした燃料電池スタック１２の起動時においては、最低セル電圧Ｖｃｍｉｎから求めた発電制限電流Ｉｌｉｍｉｔは、閾値電流Ｉｔｈ以下の値になっており、この判定は肯定とならないので、ステップＳ７の暖機運転処理を行う。
【００５５】
このステップＳ７では、走行用モータ１６の走行を禁止するため、メインコンタクタ４２の開状態を維持する。また、現状の水温Ｔｃに対応して、目標発電電流Ｉｔａｒｇｅｔが決定され、冷却媒体（液冷媒）の循環ポンプ２５の回転数、水素循環ポンプ２６の回転数、排圧制御弁６１の開度およびコンプレッサ２４の回転数がそれぞれ所定回転数に設定される。
【００５６】
設定後に、これらの補機にキャパシタ１４から印加されていた電圧の電源から電流が供給され、液冷媒循環ポンプ２５、水素循環ポンプ２６およびコンプレッサ２４がそれぞれ設定値に応じた所定回転数で回転し、燃料電池スタック１２の暖機運転が開始される。なお、エアコン２９に対しても、設定温度等に応じた電流がキャパシタ１４から供給される。
【００５７】
暖機運転が開始されると、すなわち、排圧制御弁６１の開度とコンプレッサ２４の回転数が所定回転数に調整されると、コンプレッサ２４の出口圧力を信号圧として燃料供給制御弁６０の開度が調節され、目標発電電流Ｉｔａｒｇｅｔに対応した水素の供給量が調節される。そして、この供給量に対応する水素が水素ボンベ２８から、燃料電池スタック１２のアノード電極の供給ポート５２に供給され、その一方、空気が供給ポート５６からカソード電極に供給されることで、燃料電池スタック１２が電気化学反応により発電し、直ちに発電電流Ｉｈが立ち上がり目標発電電流Ｉｔａｒｇｅｔとされる。なお、図示はしていないが、発生された発電電流Ｉｈの電流値は、図示していない電流センサを介して制御部３０に取り込まれている。
【００５８】
そして、発電電流Ｉｈが立ち上がると、キャパシタ１４からの電力に代替して、燃料電池スタック１２の発電電流Ｉｈで各補機（循環ポンプ２５，２６，コンプレッサ２４およびエアコン２９）が駆動される。キャパシタ１４も発電電流Ｉｈにより蓄電される。キャパシタ１４が蓄電されたとき、キャパシタコンタクタ４６が閉状態から開状態に切り替えられる。このように、キャパシタコンタクタ４６は、起動時にごく短い時間だけ補機に電力を供給し、その後発電電流Ｉｈにより補機に電力を供給するように構成されている。
【００５９】
なお、実際上、各補機の合計電流は、走行用モータ１６を駆動するのに必要な電流に比較して小さい電流である。
【００６０】
次に、再び、ステップＳ１の判定がなされるが、スタートスイッチ４４がオンとなっている間は、この判定が否定とされ、ステップＳ２の判定が肯定とされて、ステップＳ４−Ｓ６の処理が再度行われる。
【００６１】
そして、暖機運転により測定した水温Ｔｗが閾値水温Ｔｔｈ以上となって、かつ最低セル電圧Ｖｃｍｉｎが閾値電圧Ｖｔｈ以上となった場合、換言すれば、両方の発電制限電流Ｉｌｉｍｉｔが閾値電流Ｉｔｈを超える値となったときに（図３，図４参照）、ステップＳ６の判定が肯定となり、ステップＳ８においてメインコンタクタ４２が開状態から閉状態とされる。
【００６２】
これにより走行用モータ１６に対する発電電流Ｉｈの供給が開始され、ステップＳ７で設定されていた走行禁止状態が解除される。なお、補機に対する電力の供給は発電電流Ｉｈにより継続される。
【００６３】
そして、ステップＳ９では、走行用モータ１６に関するトランスミッションの位置が確認され、走行許可状態であることを条件に、アクセル開度センサ５０からアクセル開度Ａｃが取り込まれ、アクセル開度Ａｃに応じた目標発電電流Ｉｔａｒｇｅｔが決定され、発生する発電電流Ｉｈが、決定された目標発電電流Ｉｔａｒｇｅｔになるように燃料電池スタック１２全体が制御される。
【００６４】
以上説明したように、上述した実施形態によれば、スタートスイッチ４４がオフからオンとされた起動直後に、すぐには走行用モータ１６に走行許可を与えることなく、燃料電池スタック１２の温度に対応する冷却媒体の水温Ｔｗと最低セル電圧Ｖｃｍｉｎとを検出し、水温Ｔｗから求められる発電制限電流Ｉｌｉｍｉｔと最低セル電圧Ｖｃｍｉｎから求められる発電制限電流Ｉｌｉｍｉｔのうち、小さい方の値が、走行用モータ１６に走行許可を与えるための閾値電流Ｉｔｈを上回っているかどうかを判定する。
【００６５】
そして、発電制限電流Ｉｌｉｍｉｔが閾値電流Ｉｔｈを下回っていた場合には、走行用モータ１６に走行許可は与えず、発電電流Ｉｈを補機（循環ポンプ２５，２６，コンプレッサ２４およびエアコン２９）に供給し、燃料電池スタック１２からの取り出し電力をなるべく大きくして、水温Ｔｗと最低セル電圧Ｖｃｍｉｎを上昇させる。
【００６６】
このように制御することにより、暖機運転の時間を短くし、早期に暖機運転が終了する。
【００６７】
このため、たとえば、燃料電池スタック１２の温度が低い状態で、スタートスイッチ４４のオフからオンへの操作により、燃料電池車両１０を起動した場合でも、燃料電池スタック１２を早期に暖機でき、その後の走行に円滑に移行することができるという効果が達成される。
【００６８】
なお、燃料電池スタック１２の温度の検出は、上述した燃料電池スタック１２を冷却する冷却媒体の流入ポート７５近傍の温度である水温Ｔｗに限らず、燃料電池スタック１２に供給される空気供給ポート５６近傍の温度、あるいは燃料電池スタックに供給される燃料ガス供給ポート５２近傍の温度の少なくとも一つの燃料電池スタックの入口側の温度で検出することができる。燃料電池スタック１２の入口側の冷却媒体の水温Ｔｗ、あるいは入口側の反応ガス（燃料ガスまたは空気）の温度に基づき走行用モータ１６への発電電流Ｉｈの供給を開始するようにすることで、燃料電池スタック制御装置２０が搭載された燃料電池車両１０を起動してよいかどうかの判断を確実かつ短時間で行うことができる。
【００６９】
また、この発明は、上述した実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、燃料電池車両の起動時に適切な条件により走行用モータへの発電電流の供給を開始することができる。
【００７１】
また、この発明は、燃料電池車両の起動時に、燃料電池スタックから走行用モータへ発電電流を早期に供給開始することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態が適用された燃料電池車両の構成を示すブロック図である。
【図２】図１例の燃料電池車両の起動時における走行許可判断に関する制御のフローチャートである。
【図３】冷却媒体の温度（水温）と発電制限電流との関係を示す説明図である。
【図４】セル電圧中、最低セル電圧と発電制限電流との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１０…燃料電池車両 １２…燃料電池スタック
１４…キャパシタ １６…走行用モータ
２０…燃料電池スタック制御装置 ２４…コンプレッサ
２５，２６…循環ポンプ ２９…エアコン
３０…制御部 ３２…セル
３４…ターミナルプレート ３６…エンドプレート
４２…メインコンタクタ ４４…スタートスイッチ
４６…キャパシタコンタクタ ５０…アクセル開度センサ
５２…燃料ガスの供給ポート ５４…燃料ガスの排出ポート
５６…空気の供給ポート ５８…空気の排出ポート
５９…水素パージ弁 ６０…燃料供給制御弁
６１…排圧制御弁 ７２…吐出ポート
７４…ラジエータ ７５…流入ポート
７６…温度センサ ９０…ＣＰＵ
９２…メモリ ９４…タイマ（カウンタ・タイマ）
９６…インタフェース（Ｉ／Ｆ）
１０２…水温・発電制限電流マップ（テーブル）
１０４…最低セル電圧・発電制限電流マップ（テーブル）
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃料電池スタックの発電電流を推進力として走行する燃料電池車両の制御装置に関し、特に、燃料電池車両の起動時に燃料電池スタックを保護し、かつ早期に走行が可能となるようにした燃料電池車両の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜（陽イオン交換膜）からなる電解質膜の両側にそれぞれアノード電極およびカソード電極を配置した電解質膜（電解質）・電極構造体を、セパレータによって挟んで保持することにより構成されている。この種の燃料電池は、通常、電解質膜・電極構造体およびセパレータからなるセルを所定数だけ積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。
【０００３】
燃料電池スタックにおいて、アノード電極に供給された燃料ガス、例えば、水素含有ガスは、電極触媒上で水素イオン化され、適度に加湿された電解質膜を介してカソード電極側へと移動し、その移動の間に生じた電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギ（発電電流）として利用される。カソード電極には、酸化剤ガス、例えば、空気等の酸素含有ガスが供給されているために、このカソード電極において、前記水素イオン、前記電子および酸素が反応して水が生成される。
【０００４】
上記の燃料電池スタックでは、セパレータの面内に、アノード電極に対向して燃料ガスを流すための燃料ガス流路（反応ガス流路）と、カソード電極に対向して酸化剤ガスを流すための酸化剤ガス流路（反応ガス流路）とが設けられている。また、セパレータ間には、必要に応じて冷却媒体を流すための冷却媒体流路が前記セパレータの面に沿って設けられ、燃料電池装置とされている。
【０００５】
このような燃料電池装置を搭載した燃料電池車両を、周囲温度が低い低温下で起動して発電電流を走行用モータに供給し、走行を開始させたとしても、発電が不安定となって発電電流が制限され、円滑に走行することができない。
【０００６】
そこで、低温下における起動時に走行を円滑に開始させる技術が提案されている（特許文献１，特許文献２参照）。
【０００７】
特許文献１の「燃料電池システム」では、燃料電池と２次電池を併用し、燃料電池温度の低温時に燃料電池を起動した場合には、前記２次電池から走行用モータに電流を供給する一方、燃料電池から補機に電力を供給して暖機運転を行い、燃料電池の排出ガスの温度が６０［℃］を超えたときに、２次電池に代替して燃料電池から走行用モータに電流を供給する技術が開示されている。
【０００８】
特許文献２の「動力装置およびその制御方法」では、始動時に、燃料電池温度に基づいて燃料電池が発電可能かどうかを判断し、発電可能な状態にないときには、モータの駆動を禁止する技術が開示されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平９−２３１９９１号公報（段落［００４５］，［００４９］，［００５０］、図１）
【特許文献２】
特開２００１−２６６９１７号公報（段落［００２４］，［００２６］，［００３３］）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記特許文献１に係る技術では、燃料電池による走行用モータの駆動開始を、燃料電池の排出ガスの温度だけで判断しているので、燃料電池スタックを構成する全てのセルが正常な状態でなく燃料電池内で異常発熱しているような場合にも、燃料電池により走行用モータを駆動してしまうおそれがある。
【００１１】
また、上記特許文献２に係る技術でも、起動時に走行用モータを駆動するとき、燃料電池温度のみに基づいて判断しているので、同様に、燃料電池スタックを構成する全てのセルが正常な状態になく燃料電池内で異常発熱しているような場合にも、燃料電池により走行用モータを駆動してしまうおそれがある。
【００１２】
この発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、燃料電池車両の起動時に適切な条件により走行用モータへの発電電流の供給を開始することを可能とする燃料電池車両の制御装置を提供することを目的とする。
【００１３】
また、この発明は、燃料電池車両の起動時に、燃料電池スタックから走行用モータへ発電電流を早期に供給開始することを可能とする燃料電池車両の制御装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この項では、理解の容易化のために添付図面中の符号を付けて説明する。したがって、この項に記載した内容がその符号を付けたものに限定して解釈されるものではない。
【００１５】
この発明の燃料電池車両（１０）の制御装置（２０）は、複数のセル（３２）が電気的に直列に接続された燃料電池スタック（１２）のアノード電極に燃料ガスが供給されカソード電極に空気が供給されて発電し、発電電流（Ｉｈ）を走行用モータ（１６）に供給する燃料電池車両の制御装置において、以下の特徴を有する。
【００１６】
（１） 前記燃料電池スタックの温度（Ｔｗ）を測定する温度センサ（７６）と、前記各セルの電圧（Ｖｃ）を測定する電圧センサ（３０）と、前記燃料電池車両の起動時に、前記測定温度と前記測定各セル電圧中の最低セル電圧に基づき前記燃料電池スタックから取り出し可能な制限電流（Ｉｌｉｍｉｔ）を求め、この制限電流が所定値（Ｉｔｈ）を超えたときに、前記走行用モータに前記発電電流を供給開始する制御器（３０）とを備える。
【００１７】
この発明によれば、燃料電池車両の起動時に、制御器により、燃料電池スタックの温度と最低セル電圧に基づき燃料電池スタックから取り出し可能な制限電流を求め、この制限電流が所定値を超えたときに、走行用モータに発電電流を供給開始するようにしているので、燃料電池車両の起動時に適切な条件（温度が閾値温度（Ｔｔｈ）より高く、最低セル電圧が閾値電圧（Ｖｔｈ）より高い条件）下で走行用モータへの発電電流の供給を開始することができる。
【００１８】
（２） 特徴（１）において、前記制御器は、前記制限電流が所定値を超えていないときには（ステップＳ６「否定」）、前記発電電流を補機に供給するようにすることで（ステップＳ７）、燃料電池スタックの暖機運転が促進され、燃料電池スタックを早期に通常状態に立ち上げることが可能となり、燃料電池スタックから走行用モータへ発電電流を早期に供給開始することができる。
【００１９】
（３） 特徴（１）または（２）において、前記燃料電池スタックの温度は、前記燃料電池スタックを冷却する冷却媒体の流入ポート近傍の温度、前記燃料電池スタックに供給される空気供給ポート近傍の温度、あるいは前記燃料電池スタックに供給される燃料ガス供給ポート近傍の温度の少なくとも一つの温度とする。燃料電池スタックの入口側の冷却媒体の温度、あるいは入口側の反応ガス（燃料ガスまたは空気）の温度に基づき走行用モータへの発電電流の供給を開始するようにすることで、燃料電池装置が搭載された燃料電池車両を起動してよいかどうかの判断を短時間かつ確実に行える。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２１】
図１は、この発明の一実施形態が適用された燃料電池車両１０の構成を示している。
【００２２】
この燃料電池車両１０は、基本的には、燃料電池スタック１２と蓄電装置であるキャパシタ１４とから構成されるハイブリッド型の電源装置と、車両推進用の走行用モータ１６とから構成されている。
【００２３】
燃料電池車両１０の加速時および定速走行時には、燃料電池スタック１２で発生された発電電流Ｉｈが走行用モータ１６に供給され、燃料電池車両１０の減速時には、発電機として機能する走行用モータ１６からキャパシタ１４に電力が回生される。
【００２４】
この燃料電池車両１０には、また、燃料電池スタック１２の制御装置と燃料電池車両１０の制御装置とを兼用する燃料電池スタック制御装置２０が搭載されている。
【００２５】
ここで、燃料電池スタック制御装置２０は、上記の燃料電池スタック１２，キャパシタ１４および走行用モータ１６の他、補機であるコンプレッサ２４，冷却媒体の循環ポンプ２５，燃料ガス水素の循環ポンプ２６，エアコン２９およびこれら全体を制御する制御器としての制御部３０を備えている。
【００２６】
制御部３０は、たとえば走行時に、走行用モータ１６に関するトランスミッションの位置やモータ回転数を取り込み、さらにアクセル開度センサ５０からのアクセル開度Ａｃを取り込んで、目標発電電流Ｉｔａｒｇｅｔを決定し、目標発電電流Ｉｔａｒｇｅｔに対応する発電電流Ｉｈを走行用モータ１６に供給する。
【００２７】
燃料電池スタック１２は、電気的に直列に接続された複数のセル３２が積層された構成とされており、各セル３２は、アノード電極と電解質膜（この実施形態では固体高分子膜）とカソード電極とからなる燃料電池が水素と空気の通路が形成されているセパレータにより挟まれて保持された構造とされている。なお、各セル３２の電圧である全てのセル電圧Ｖｃは、電圧センサとしても機能する制御部３０に取り込まれる。
【００２８】
このように構成される燃料電池スタック１２は、両端に発電電流Ｉｈが取り出されるターミナルプレート３４と、このターミナルプレート３４の両側がエンドプレート３６により保持固定された構造とされている。
【００２９】
発電電流Ｉｈは、メインコンタクタ４２を介して走行用モータ１６および蓄電装置であるキャパシタ１４に供給されるとともに、補機であるコンプレッサ２４および冷却媒体循環ポンプ２５，燃料ガス水素循環ポンプ２６並びにエアコン２９に供給される。
【００３０】
起動時、すなわちスタートスイッチ４４のオフからオンへの変化時に一定時間、キャパシタ１４からの電力が、キャパシタコンタクタ４６を通じて補機であるコンプレッサ２４および循環ポンプ２５，２６に供給されることで燃料電池車両１０を構成する燃料電池スタック１２が起動する（発電電流Ｉｈの発生を開始する）。
【００３１】
この燃料電池スタック１２のアノード電極には、燃料ガスの供給ポート５２と排出ポート５４とが設けられており、カソード電極には、空気の供給ポート５６と排出ポート５８とが設けられている。
【００３２】
燃料ガスの供給ポート５２は、圧力制御弁である燃料供給制御弁６０を介して水素ボンベ２８に連通するとともに、排出ポート５４から排出された水素を供給ポート５２にもどす循環ポンプ２６の吐出側に連通する。
【００３３】
ここで、燃料供給制御弁６０の弁開度制御ポートは、コンプレッサ２４と空気供給ポート５６との間の通路に連通している。すなわち、燃料供給制御弁６０は、空気供給ポート５６の供給圧、換言すればコンプレッサ２４の出口側圧力を信号圧として弁開度が制御される。
【００３４】
水素および水等の排出ポート５４は、水素循環ポンプ２６の流入側に連通するとともに、排出弁（水素パージ弁）５９を介して排気システムに連通する。
【００３５】
その一方、空気および水の排出ポート５８は、排圧制御弁６１を介して大気（外気）に連通する。
【００３６】
上述した空気供給ポート５６は、図示していない加湿器およびコンプレッサ２４を介して大気（外気）と連通する。
【００３７】
さらに、燃料電池スタック１２のエンドプレート３６間には、燃料電池スタック１２における電気化学反応が円滑に行われるように、燃料電池スタック１２を冷却するための冷却媒体の循環通路が設けられている。
【００３８】
冷却媒体は、吐出ポート７２から吐出され、ラジエータ７４および循環ポンプ２５を介して流入ポート７５から燃料電池スタック１２内へ供給される。流入ポート７５の近くに、冷却媒体の温度（水温Ｔｗという。）を測定する温度センサ７６が接続されている。温度センサ７６で検出された燃料電池スタック１２の入口側の水温Ｔｗは制御部３０に取り込まれる。
【００３９】
発電電流制御器としても機能する制御部３０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ ＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）９０，ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）・ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等のメモリ９２，計数・計時手段であるカウンタ・タイマ（タイマという。）９４，Ａ／Ｄ変換器・Ｄ／Ａ変換器・ドライバ等のインタフェース（Ｉ／Ｆ）９６が搭載された制御基板で構成されている。
【００４０】
制御部３０（のＣＰＵ９０）は、各種入力（スタートスイッチ４４からのオンオフ信号、アクセル開度センサ５０からのアクセル開度Ａｃ、温度センサ７６からの水温Ｔｗ、各セル３２からの各セル電圧Ｖｃ等）に対応して、メモリ９２に格納されているプログラムを実行することで、コンプレッサ２４の回転数、排圧制御弁６１の開度、水素パージ弁５９の開閉、循環ポンプ２５，２６の回転数、キャパシタ１４の充放電制御、メインコンタクタ４２とキャパシタコンタクタ４６の開閉制御およびエアコン２９の制御等、燃料電池車両１０全体を統括して制御する。なお、図１中、点線は、制御線を表している。
【００４１】
そして、燃料電池車両１０のたとえば走行時には、アクセル開度センサ５０からのアクセル開度Ａｃに基づいて制御部３０は、反応ガスである水素と空気（酸素含有ガス）を燃料電池スタック１２に供給する。そして、燃料電池スタック１２で電気化学反応により発電された電流（発電電流）Ｉｈが、走行用モータ１６に供給される。
【００４２】
この実施形態に係る燃料電池スタック制御装置２０を備える燃料電池車両１０は、基本的には以上のように構成されかつ動作するものであり、次に、燃料電池車両１０の起動時における制御部３０（のＣＰＵ９０）の制御動作について、図２に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００４３】
まず、ステップＳ１では、燃料電池車両１０の起動を判定するために、イグニッションスイッチに対応するスタートスイッチ４４がオフからオンに変化したかどうかが確認される。
【００４４】
変化がなかった場合には、ステップＳ２において、起動スイッチであるスタートスイッチ４４がオンになっているかどうかが判定され、オンでなかった場合には、再びステップＳ１の処理にもどる。なお、スタートスイッチ４４がオフになっているときには、メインコンタクタ４２およびキャパシタコンタクタ４６はともに開状態になっており、走行用モータ１６へ発電電流Ｉｈが供給されない状態となっている。また、補機に対してキャパシタ１４から電力が供給されない状態となっている。すなわち、燃料電池車両１０が、走行禁止状態となっている。
【００４５】
もちろん、燃料電池スタック１２を作動（運転）させるための補機に電力が供給されていないので、燃料電池スタック１２に対して燃料ガスおよび空気が水素ボンベ２８および外気から取り入れられていない状態となっている。
【００４６】
そして、ステップＳ１において、スタートスイッチ４４がオフからオンへの変化（変移）を検出した場合には、燃料電池車両１０を起動させるために、キャパシタコンタクタ４６を開状態から閉状態にする（図示の状態）。これにより、キャパシタ１４からキャパシタコンタクタ４６を介して、補機（コンプレッサ２４，循環ポンプ２５，２６，エアコン２９）への電力供給が可能な状態となる。
【００４７】
次に、ステップＳ４において、燃料電池スタック１２を冷却する冷却媒体の温度を検出する温度センサ７６から水温Ｔｗが取り込まれ、メモリ９２に記憶されている図３に示す水温・発電制限電流マップ（テーブル）１０２が参照される。
【００４８】
参照することで、現状の水温Ｔｗでの発電制限電流Ｉｌｉｍｉｔが決定される。発電制限電流Ｉｌｉｍｉｔは、現状水温Ｔｗで燃料電池スタック１２から安定して取り出すことの可能な発電電流Ｉｈの上限値を規定している。
【００４９】
この水温・発電制限電流マップ１０２は、水温Ｔｗが低くなるに従い発電制限電流Ｉｌｉｍｉｔを、より制限する特性になっている。
【００５０】
次に、ステップＳ５において、各セル３２の電圧Ｖｃを測定し、測定した各セル電圧Ｖｃ中、電圧が最低のセル電圧を最低セル電圧Ｖｃｍｉｎとして求め、メモリ９２に記憶されている図４に示す最低セル電圧・発電制限電流マップ（テーブル）１０４を参照する。
【００５１】
参照することで、現状の最低セル電圧Ｖｃｍｉｎでの発電制限電流Ｉｌｉｍｉｔが決定される。発電制限電流Ｉｌｉｍｉｔも、同様に、現状の最低セル電圧Ｖｃｍｉｎで燃料電池スタック１２から安定して取り出すことの可能な発電電流Ｉｈの上限値を規定している。
【００５２】
なお、燃料電池スタック１２の全電圧（各セル電圧Ｖｃの総和）ではなく、最低セル電圧Ｖｃｍｉｎを制御の変数としているのは、燃料電池スタック１２は、セル３２が電気的に直列に接続された構成とされているので、各セル３２に流れる電流は、全て発電電流Ｉｈに等しい電流が流れる。そのため、最低セル電圧Ｖｃｍｉｎを発生しているセル３２の内部抵抗に基づく逆起電力が最低セル電圧Ｖｃｍｉｎに比較して相対的に大きくなり、この最低セル電圧Ｖｃｍｉｎを発生しているセル３２が、いわゆる転極等により損傷する可能性を未然に防止するためである。
【００５３】
次に、ステップＳ６では、ステップＳ４とステップＳ５において求めた発電制限電流Ｉｌｉｍｉｔが、両方とも、所定値である閾値電流Ｉｔｈを超えているかどうかが判定される。この閾値電流Ｉｔｈは、たとえば、燃料電池車両１０の運転者等によりアクセルペダルが踏まれてアクセル開度センサ５０からのアクセル開度Ａｃが全開となっても、このアクセル開度Ａｃに即応して取り出され走行用モータ１６に供給可能な発電電流Ｉｈ以上の値に設定されている。換言すれば、閾値電流Ｉｔｈは、通常走行時に運転者等のアクセル操作に伴う加速感等が違和感なく走行可能となる発電電流Ｉｈ以上の値に設定されている。
【００５４】
通常の場合、スタートスイッチ４４をオフからオンにした燃料電池スタック１２の起動時においては、最低セル電圧Ｖｃｍｉｎから求めた発電制限電流Ｉｌｉｍｉｔは、閾値電流Ｉｔｈ以下の値になっており、この判定は肯定とならないので、ステップＳ７の暖機運転処理を行う。
【００５５】
このステップＳ７では、走行用モータ１６の走行を禁止するため、メインコンタクタ４２の開状態を維持する。また、現状の水温Ｔｃに対応して、目標発電電流Ｉｔａｒｇｅｔが決定され、冷却媒体（液冷媒）の循環ポンプ２５の回転数、水素循環ポンプ２６の回転数、排圧制御弁６１の開度およびコンプレッサ２４の回転数がそれぞれ所定回転数に設定される。
【００５６】
設定後に、これらの補機にキャパシタ１４から印加されていた電圧の電源から電流が供給され、液冷媒循環ポンプ２５、水素循環ポンプ２６およびコンプレッサ２４がそれぞれ設定値に応じた所定回転数で回転し、燃料電池スタック１２の暖機運転が開始される。なお、エアコン２９に対しても、設定温度等に応じた電流がキャパシタ１４から供給される。
【００５７】
暖機運転が開始されると、すなわち、排圧制御弁６１の開度とコンプレッサ２４の回転数が所定回転数に調整されると、コンプレッサ２４の出口圧力を信号圧として燃料供給制御弁６０の開度が調節され、目標発電電流Ｉｔａｒｇｅｔに対応した水素の供給量が調節される。そして、この供給量に対応する水素が水素ボンベ２８から、燃料電池スタック１２のアノード電極の供給ポート５２に供給され、その一方、空気が供給ポート５６からカソード電極に供給されることで、燃料電池スタック１２が電気化学反応により発電し、直ちに発電電流Ｉｈが立ち上がり目標発電電流Ｉｔａｒｇｅｔとされる。なお、図示はしていないが、発生された発電電流Ｉｈの電流値は、図示していない電流センサを介して制御部３０に取り込まれている。
【００５８】
そして、発電電流Ｉｈが立ち上がると、キャパシタ１４からの電力に代替して、燃料電池スタック１２の発電電流Ｉｈで各補機（循環ポンプ２５，２６，コンプレッサ２４およびエアコン２９）が駆動される。キャパシタ１４も発電電流Ｉｈにより蓄電される。キャパシタ１４が蓄電されたとき、キャパシタコンタクタ４６が閉状態から開状態に切り替えられる。このように、キャパシタコンタクタ４６は、起動時にごく短い時間だけ補機に電力を供給し、その後発電電流Ｉｈにより補機に電力を供給するように構成されている。
【００５９】
なお、実際上、各補機の合計電流は、走行用モータ１６を駆動するのに必要な電流に比較して小さい電流である。
【００６０】
次に、再び、ステップＳ１の判定がなされるが、スタートスイッチ４４がオンとなっている間は、この判定が否定とされ、ステップＳ２の判定が肯定とされて、ステップＳ４−Ｓ６の処理が再度行われる。
【００６１】
そして、暖機運転により測定した水温Ｔｗが閾値水温Ｔｔｈ以上となって、かつ最低セル電圧Ｖｃｍｉｎが閾値電圧Ｖｔｈ以上となった場合、換言すれば、両方の発電制限電流Ｉｌｉｍｉｔが閾値電流Ｉｔｈを超える値となったときに（図３，図４参照）、ステップＳ６の判定が肯定となり、ステップＳ８においてメインコンタクタ４２が開状態から閉状態とされる。
【００６２】
これにより走行用モータ１６に対する発電電流Ｉｈの供給が開始され、ステップＳ７で設定されていた走行禁止状態が解除される。なお、補機に対する電力の供給は発電電流Ｉｈにより継続される。
【００６３】
そして、ステップＳ９では、走行用モータ１６に関するトランスミッションの位置が確認され、走行許可状態であることを条件に、アクセル開度センサ５０からアクセル開度Ａｃが取り込まれ、アクセル開度Ａｃに応じた目標発電電流Ｉｔａｒｇｅｔが決定され、発生する発電電流Ｉｈが、決定された目標発電電流Ｉｔａｒｇｅｔになるように燃料電池スタック１２全体が制御される。
【００６４】
以上説明したように、上述した実施形態によれば、スタートスイッチ４４がオフからオンとされた起動直後に、すぐには走行用モータ１６に走行許可を与えることなく、燃料電池スタック１２の温度に対応する冷却媒体の水温Ｔｗと最低セル電圧Ｖｃｍｉｎとを検出し、水温Ｔｗから求められる発電制限電流Ｉｌｉｍｉｔと最低セル電圧Ｖｃｍｉｎから求められる発電制限電流Ｉｌｉｍｉｔのうち、小さい方の値が、走行用モータ１６に走行許可を与えるための閾値電流Ｉｔｈを上回っているかどうかを判定する。
【００６５】
そして、発電制限電流Ｉｌｉｍｉｔが閾値電流Ｉｔｈを下回っていた場合には、走行用モータ１６に走行許可は与えず、発電電流Ｉｈを補機（循環ポンプ２５，２６，コンプレッサ２４およびエアコン２９）に供給し、燃料電池スタック１２からの取り出し電力をなるべく大きくして、水温Ｔｗと最低セル電圧Ｖｃｍｉｎを上昇させる。
【００６６】
このように制御することにより、暖機運転の時間を短くし、早期に暖機運転が終了する。
【００６７】
このため、たとえば、燃料電池スタック１２の温度が低い状態で、スタートスイッチ４４のオフからオンへの操作により、燃料電池車両１０を起動した場合でも、燃料電池スタック１２を早期に暖機でき、その後の走行に円滑に移行することができるという効果が達成される。
【００６８】
なお、燃料電池スタック１２の温度の検出は、上述した燃料電池スタック１２を冷却する冷却媒体の流入ポート７５近傍の温度である水温Ｔｗに限らず、燃料電池スタック１２に供給される空気供給ポート５６近傍の温度、あるいは燃料電池スタックに供給される燃料ガス供給ポート５２近傍の温度の少なくとも一つの燃料電池スタックの入口側の温度で検出することができる。燃料電池スタック１２の入口側の冷却媒体の水温Ｔｗ、あるいは入口側の反応ガス（燃料ガスまたは空気）の温度に基づき走行用モータ１６への発電電流Ｉｈの供給を開始するようにすることで、燃料電池スタック制御装置２０が搭載された燃料電池車両１０を起動してよいかどうかの判断を確実かつ短時間で行うことができる。
【００６９】
また、この発明は、上述した実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、燃料電池車両の起動時に適切な条件により走行用モータへの発電電流の供給を開始することができる。
【００７１】
また、この発明は、燃料電池車両の起動時に、燃料電池スタックから走行用モータへ発電電流を早期に供給開始することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態が適用された燃料電池車両の構成を示すブロック図である。
【図２】図１例の燃料電池車両の起動時における走行許可判断に関する制御のフローチャートである。
【図３】冷却媒体の温度（水温）と発電制限電流との関係を示す説明図である。
【図４】セル電圧中、最低セル電圧と発電制限電流との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１０…燃料電池車両 １２…燃料電池スタック
１４…キャパシタ １６…走行用モータ
２０…燃料電池スタック制御装置 ２４…コンプレッサ
２５，２６…循環ポンプ ２９…エアコン
３０…制御部 ３２…セル
３４…ターミナルプレート ３６…エンドプレート
４２…メインコンタクタ ４４…スタートスイッチ
４６…キャパシタコンタクタ ５０…アクセル開度センサ
５２…燃料ガスの供給ポート ５４…燃料ガスの排出ポート
５６…空気の供給ポート ５８…空気の排出ポート
５９…水素パージ弁 ６０…燃料供給制御弁
６１…排圧制御弁 ７２…吐出ポート
７４…ラジエータ ７５…流入ポート
７６…温度センサ ９０…ＣＰＵ
９２…メモリ ９４…タイマ（カウンタ・タイマ）
９６…インタフェース（Ｉ／Ｆ）
１０２…水温・発電制限電流マップ（テーブル）
１０４…最低セル電圧・発電制限電流マップ（テーブル）
Claims (3)
- 複数のセルが電気的に直列に接続された燃料電池スタックのアノード電極に燃料ガスが供給されカソード電極に空気が供給されて発電し、発電電流を走行用モータに供給する燃料電池車両の制御装置において、
前記燃料電池スタックの温度を測定する温度センサと、
前記各セルの電圧を測定する電圧センサと、
前記燃料電池車両の起動時に、前記測定温度と前記測定各セル電圧中の最低セル電圧に基づき前記燃料電池スタックから取り出し可能な制限電流を求め、この制限電流が所定値を超えたときに、前記走行用モータに前記発電電流を供給開始する制御器と
を備えることを特徴とする燃料電池車両の制御装置。 - 請求項１記載の燃料電池車両の制御装置において、
前記制御器は、前記制限電流が所定値を超えていないときには、前記発電電流を補機に供給する
ことを特徴とする燃料電池車両の制御装置。 - 請求項１または２記載の燃料電池車両の制御装置において、
前記燃料電池スタックの温度は、前記燃料電池スタックを冷却する冷却媒体の流入ポート近傍の温度、前記燃料電池スタックに供給される空気供給ポート近傍の温度、あるいは前記燃料電池スタックに供給される燃料ガス供給ポート近傍の温度の少なくとも一つの温度とする
ことを特徴とする燃料電池車両の制御装置。
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