JP2006309971A - 燃料電池システム - Google Patents

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仁 五十嵐
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光浩 小久保
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雅俊 飯尾
Hiromasa Sakai
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Abstract

【課題】 アイドルストップ状態からアイドル状態に移行する際の燃料電池スタックの電圧を抑制し、燃料電池スタックの劣化を防止することを課題とする。
【解決手段】 燃料電池システムのアイドルストップ状態を解除して低負荷運転のアイドル状態に燃料電池システムを移行する際に、システム制御部２２５の制御の下に、燃料電池スタック２０１の電圧が劣化促進電位以下となるように燃料電池スタック２０１から取り出す取り出し電流を設定して構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料電池車両に駆動用電源として搭載された燃料電池システムがアイドルストップ状態からアイドル状態に移行する際の動作制御を改善した燃料電池システムに関する。
従来、燃料電池システムをアイドルストップ状態に移行する技術としては、例えば以下に示す文献に記載されたものが知られている（特許文献１、特許文献２参照）。文献１に記載された技術では、燃料電池車両の走行状態に応じてアイドル停止モードが開始されると、エアコンプレッサ等の燃料電池駆動用補機類の動作が停止されると共に燃料電池本体の出力が停止され、続いて車両の特定の負荷、例えば各種制御装置を除く補機類等の動作を停止することで、燃費の向上を図っている。
一方、文献２に記載された技術では、低負荷時には燃料電池システムを回路から切り離してキャパシタから電力を供給し、燃料電池システムは低出力運転を行い、電源装置全体としてのエネルギー効率の低下を防止している。
特開２００１−３５９２０４ 特開２００４−０１４１５９
上述したように、要求駆動力の小さい領域で燃料電池スタックの発電を停止するアイドストップ機能を備えた燃料電池システムにおいて、長時間のアイドル状態を継続した場合には、燃料電池システムとともに車両に搭載されてシステムの補機類に初期電力を供給するバッテリの容量の制約から、アイドル状態とアイドルストップ状態を交互に繰り返えすことになる。
すなわち、図１０（ｂ）に示すように、バッテリのＳＯＣ（充電状態）レベルがアイドルストップ許可ＳＯＣレベルに達している状態で燃料電池システムがアイドルストップ状態に入ると、バッテリのＳＯＣは低下し始め、バッテリのＳＯＣレベルがアイドルストップ禁止ＳＯＣレベルにまで低下すると、アイドルストップ状態は解除されてアイドル状態となって発電が開始され、発電で得られた電力でバッテリが充電されてバッテリのＳＯＣは上昇する。
このような動作において、アイドルストップ状態からアイドル状態に移行するときには、燃料電池スタックの電圧は、図１０（ａ）に示すように、アイドルストップ状態で発電停止時の低い状態からアイドル状態で発電時の高い状態に遷移する。このように、燃料電池スタックの電圧が所定の電位を下回った状態から上回った状態に横切ると、すなわち図１０（ａ）に示すように劣化促進電位を横切ると燃料電池スタックの劣化が促進されてしまうという問題があった。
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、アイドルストップ状態からアイドル状態に移行する際の燃料電池スタックの電圧を抑制し、燃料電池スタックの劣化を防止した燃料電池システムを提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明の課題を解決する手段は、燃料電池スタックに供給される燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電を行い、電力要求のある場合には、前記燃料電池スタックから取り出す取り出し電流に応じた量および圧力の燃料ガスと酸化剤ガスとを前記燃料電池スタックに供給し、前記燃料電池スタックの発電を行う一方、電力の要求がない場合には、前記燃料電池スタックに燃料ガスと酸化剤ガスとの供給を停止し、前記燃料電池スタックの発電を停止してシステムをアイドルストップ状態とする燃料電池システムにおいて、アイドルストップ状態を解除して低負荷運転のアイドル状態に前記燃料電池システムを移行する際、及びアイドル状態時に、前記燃料電池スタックの電圧が所定電圧以下となるように前記燃料電池スタックから取り出す取り出し電流を設定する制御手段を有することを特徴とする。
本発明によれば、アイドルストップ状態からアイドル状態に移行したときに、燃料電池スタックの電圧が所定電圧を超えないように燃料電池スタックの取り出し電流を設定することで、アイドルストップ状態とアイドル状態とで燃料電池スタックの電位の変化が無くなり、アイドル移行時、及びアイドル時に燃料電池スタックの劣化が促進されることが防止できる。
以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の実施例を説明する。
図１は本発明の実施例１に係る燃料電池システムが搭載された燃料電池車両の基本構成を示す図であり、図２は本発明の実施例１に係る燃料電池システムの構成を示す図である。
図１において、燃料電池車両は、車両本体１０１に駆動電源として燃料電池システム１０２を搭載してなるものであり、更にインバータ１０３、駆動モータ１０４、駆動輪１０５、車速センサ１０６、２次電池１０７、リレー１０８ならびに制御コントローラ１０９を備えている。また、燃料電池車両は、車両のシフト位置を検出するシフト位置センサ１１１、ブレーキの有無を検出するブレーキセンサ１１２、ならびにアクセルの開度を検出するアクセル開度センサ１１３を備えている。
燃料電池システム１０２は、駆動モータ１０４が消費する電力や２次電池１０７の充電に必要な電力が発電できるように、燃料電池スタックに供給する燃料ガスの水素や酸化剤ガスの空気の圧力、ならびに流量等が図２に示す圧力調整弁、コンプレッサ等で制御される。
インバータ１０３は、燃料電池システム１０２で発電される直流電力を交流電力に変換し、制御コントローラ１０９から指示される駆動モータ１０４を駆動する出力トルクとなるように、駆動モータ１０４を制御する。
駆動輪１０５は、駆動モータ１０４と機械的に接続されており、駆動モータ１０４で得られた駆動トルクが伝達されて、駆動力を発生させて車両を駆動する。車速センサ１０６は駆動輪１０５の回転速度を検出する。
２次電池１０７は、車両のアイドリングストップ時など、燃料電池システム１０２から電力が供給されない場合に、駆動モータ１０４や、燃料電池システム１０２が発電するために必要となる補機の圧力調整弁やコンプレッサに電力を供給する。２次電池１０７には、２次電池１０７の電圧を検出する電圧センサ１１４ならびに電流を検出する電流センサ１１５が設けられており、この電圧センサ１１４ならびに電流センサ１１５で検出された電圧ならびに電流に基づいて、２次電池１０７の充電量が推定される。
リレー１０８は、制御コントローラ１０９からの指令に基づいて、燃料電池システム１０２と負荷とを接続／切断する。
制御コントローラ１０９は、本燃料電池車両の運転を制御する制御中枢として機能し、プログラムに基づいて各種動作処理を制御するコンピュータに必要な、ＣＰＵ、記憶装置、入出力装置等の資源を備えた例えばマイクロコンピュータ等により実現される。制御コントローラ１０９は、本車両における上記各センサ類からの信号を読み込み、読み込んだ各種信号ならびに予め内部に保有する制御ロジック（プログラム）に基づいて、本車両の各構成要素に指令を送り、以下に説明する、本車両のアイドリングストップ移行時の燃料電池システム１０２の動作処理を含む本車両の運転／停止動作に必要なすべての動作を統括管理して制御する。
次に、図２を参照して、燃料電池システム１０２について説明する。
図２において、燃料電池システム１０２は、発電を行う燃料電池スタック２０１と、この燃料電池スタック２０１に燃料ガスである水素（あるいは水素リッチガス）を供給するための水素供給系と、燃料電池スタック２０１に酸化剤ガスである酸素を含む空気を供給するための空気供給系とを有している。
燃料電池スタック２０１は、水素が供給される水素極と酸素（空気）が供給される空気極とが電解質・電極触媒複合体を挟んで重ね合わされた発電セルが多段積層され、水素と酸素との電気化学反応により化学エネルギーを電気エネルギーに変換する発電部を構成する。
燃料電池スタック２０１の水素極では、水素が供給されることで水素イオンと電子に解離し、水素イオンは電解質を通り、電子は外部回路を通って電力を発生させ、空気極にそれぞれ移動する。空気極では、供給された空気中の酸素と上記水素イオン及び電子が反応して水が生成され、外部に排出される。
燃料電池スタック２０１の電解質としては、高エネルギー密度化、低コスト化、軽量化等を考慮して、例えば固体高分子電解質が用いられる。固体高分子電解質は、例えばフッ素樹脂系イオン交換膜等、イオン（プロトン）伝導性の高分子膜からなるものであり、飽和含水することによりイオン伝導性電解質として機能する。
水素供給系は、水素供給手段から供給される水素を水素極通路を介して燃料電池スタック２０１の水素極へと導く。すなわち、この水素供給系は、水素供給手段として水素を高圧で貯蔵する水素タンク２０２、燃料電池スタック２０１で行われる発電に必要となる水素が燃料電池スタック２０１に供給されるように燃料電池スタック２０１に供給される水素の圧力を調整する水素調圧弁２０３、燃料電池スタック２０１から排出された水素オフガスをエゼクタ２０４を介して燃料電池スタック２０１の入口側に戻すために水素オフガスを水素循環配管２０５を循環させる水素循環ポンプ２０６、ならびに水素極通路となる水素供給配管２０７を有している。
また、燃料電池スタック２０１の水素極の入口近傍には、燃料電池スタック２０１に供給される水素の圧力を検出する水素圧力センサ２０８、ならびに水素濃度を検出する水素濃度センサ２０９が設けられている。
水素供給源である水素タンク２０２から供給される水素ガスは、水素調圧弁２０３を通って水素供給配管２０７へと送り込まれ、燃料電池スタック２０１の水素極に供給される。このとき、水素調圧弁２０３は、水素圧力センサ２０８で検出された水素圧力に基づいて調圧制御され、燃料電池スタック２０１の水素極及び水素極通路内の圧力が負荷に応じた圧力になるように、供給される水素ガスの圧力を調整している。
燃料電池スタック２０１では、供給された水素ガスが全て消費されるわけではなく、消費されずに燃料電池スタック２０１から排出された水素オフガスは、水素循環配管２０５を通って水素循環ポンプ２０６により循環され、エゼクタ２０４で新たに供給される水素ガスと混合されて、再び燃料電池スタック２０１の水素極に供給される。これにより、水素のストイキ比（供給流量／消費流量）を１以上にすることができ、セル電圧が安定化する。
水素供給系における燃料電池スタック２０１の出口側には、パージ弁２１０及びパージ配管２１１が設けられている。パージ弁２１０は、通常は閉じられており、燃料電池スタック２０１の水詰まりや不活性ガスの蓄積等によるセル電圧の低下を検知すると開放される。水素循環配管２０５内には水素ガスを循環させることで不純物や窒素等が蓄積され、これにより水素分圧が降下して燃料電池スタック２０１の発電効率が低下する場合がある。そこで、燃料電池スタック２０１の出口側にパージ弁２１０やパージ配管２１１を設け、必要に応じてパージ弁２１０を開放して水素パージを行うことで、水素循環配管２０５内から不純物や窒素等を除去できるようにしている。
燃料電池スタック２０１の空気供給系は、空気供給手段からの空気を空気極通路によって燃料電池スタック２０１の空気極へと導く。すなわち、この空気供給系は、空気供給手段としての空気コンプレッサ２１２や空気調圧弁２１３と、空気極通路となる空気供給配管２１４を有している。
空気コンプレッサ２１２は、燃料電池スタック２０１の空気極に空気を送り込むものであり、例えばモータ駆動により圧縮した空気を空気供給配管２１４を通して燃料電池スタック２０１の空気極へと供給する。
空気調圧弁２１３は、空気コンプレッサ２１２によって燃料電池スタック２０１に供給される空気の圧力を調整するものであり、燃料電池スタック２０１の空気極の出口側の排気管２１５に設けられている。
燃料電池スタック２０１の空気極の入口近傍には、空気圧力センサ２１６が設けられており、空気調圧弁２１３は、この空気圧力センサ２１６で検出された空気の圧力に基づいて調圧制御され、燃料電池スタック２０１の空気極及び空気極通路内の圧力が負荷に応じた圧力になるように、空気コンプレッサ２１２によって供給される空気の圧力を調整している。
燃料電池スタック２０１で消費されなかった酸素及び空気中の他の成分は、燃料電池スタック２０１から排気管２１５ならびに空気調圧弁２１３を介して排出される。
上述した固体高分子電解質膜を用いた燃料電池スタック２０１は、適正な作動温度が８０℃前後と比較的低く、過熱時には冷却することが必要である。このため、通常は燃料電池スタック２０１内に冷却水を循環させて燃料電池スタック２０１を冷却し、燃料電池スタック２０１を最適な温度に維持する冷却機構が設けられている。
すなわち、この冷却機構は、冷却水供給手段として冷却水ポンプ２１７、冷却水を適宜冷却するラジエタ２１８、ならびに冷却水の通路となる冷却水配管２１９を有している。また、燃料電池スタック２０１の冷却水入口近傍には、燃料電池スタック２０１に供給される冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ２２０が設けられている、冷却水ポンプ２１７は、冷却水温度センサ２２０で検出された冷却水温度に基づいて駆動制御され、冷却水配管２１９を流通する冷却水温度が８０℃前後となるように冷却水の流量を調整している。
燃料電池スタック２０１の温度は、燃料電池スタック２０１の水素極から排出された水素オフガスの温度、空気極から排出された空気オフガスの温度、冷却水温度センサ２２０で検出された冷却水の温度、もしくは外気温のいずれか１つの温度で代用される。水素オフガスの温度で代用する場合には、水素極の出口近傍に燃料電池スタック２０１から排出された水素オフガスの温度を検出する温度センサ２２１を設け、空気オフガスの温度で代用する場合には、空気極の出口近傍に燃料電池スタック２０１から排出された空気オフガスの温度を検出する温度センサ２２２を設け、外気温で代用する場合には、燃料電池スタック２０１の近傍に外気温を検出する温度センサ（図示せず）を設けるようにすればよい。
また、燃料電池システムは、電圧センサ２２３、電流センサ２２４ならびにシステム制御部２２５（制御手段）を備えている。電圧センサ２２３は、燃料電池スタック２０１の発電で得られたスタック電圧を検出する。電流センサ２２４は、燃料電池スタック２０１から取り出される電流を検出する。
システム制御部２２５は、本燃料電池システムの運転を制御する制御中枢として機能し、プログラムに基づいて各種動作処理を制御するコンピュータに必要な、ＣＰＵ、記憶装置、入出力装置等の資源を備えた例えばマイクロコンピュータ等により実現され、例えば図１に示す制御コントローラ１０９の一部機能として実現される。システム制御部２２５は、本燃料電池システムにおける上記各センサ類からの信号を読み込み、読み込んだ各種信号ならびに予め内部に保有する制御ロジック（プログラム）に基づいて、本燃料電池システムの各構成要素に指令を送り、以下に説明する、燃料電池システムのアイドル状態とアイドルストップ状態との間の移行動作を含む、本燃料電池システムの運転／停止に必要なすべての動作を統括管理して制御する。
次に、図３の制御手順を示すフローチャートを参照して、システム制御部２２５の制御の下で実行される、燃料電池システムのアイドル状態とアイドルストップ状態との制御動作を説明する。なお、図３に示す制御手順は、予め設定された周期毎に繰り返し実行される。
図３において、燃料電池システムのアイドルストップの制御動作を行う場合に、先ず燃料電池システムがアイドルストップ状態にあるか否かを判別し（ステップＳ３０１）、アイドルストップ状態にない場合には、続いて２次電池１０７のＳＯＣ等予め設定されたアイドルストップ状態に移行できる許可条件が成立しているか否かを判別する（ステップＳ３０２）。判別の結果、許可条件が成立している場合には燃料電池システムをアイドルストップ状態に移行する処理を実行し（ステップＳ３０３）、これにより燃料電池システムがアイドルストップ状態に入る（ステップＳ３０４）。
燃料電池システムをアイドルストップ状態に移行する動作は、図４のフローチャートに示す手順にしたがって実行される。図４において、先ず水素調圧弁２０３を閉じて水素の供給を停止した後（ステップＳ４１）、燃料電池スタック２０１の水素の圧力が所定の圧力以下、例えば大気圧よりも低い所定の負圧になったか否かを判別する（ステップＳ４２）。水素の圧力が所定の圧力以下になると、パージ弁２１０を閉じて水素循環ポンプ２０６の駆動を停止し（ステップＳ４３）、かつ空気コンプレッサ２１２の駆動を停止するとともに空気調圧弁２１３を閉じて空気の供給を停止する（ステップＳ４４）。続いて、冷却水ポンプ２１７の駆動を停止して（ステップＳ４５）、燃料電池スタック２０１の発電を停止し、燃料電池システムをアイドルストップ状態に移行する。
このように、燃料電池システムをアイドルストップ状態にすることで、水素循環ポンプ２０６や空気コンプレッサ２１２の補機類の運転を止め、燃費の向上に加えて、音振性能の向上、低消費電力化を図っている。
図３に戻って、先のステップＳ３０３の判別処理において、アイドルストップ許可条件が不成立の場合には、燃料電池システムはアイドルストップ状態に入らずに燃料電池スタック２０１で発電が継続される（ステップＳ３０５）。
一方、先のステップＳ３０１の判別処理において、燃料電池システムがアイドルストップ状態にある場合には、アイドルストップ状態を解除するか否かの第１の判別１を実行する（ステップＳ３０６）。この第１の判別１は、車両側から燃料電池システムに対して駆動力の要求があるか否かを判別する。判別の結果、駆動力の要求がある場合には、アイドルストップ状態を解除して、燃料電池スタック２０１で発電を開始し、通常の発電制御を行う（ステップＳ３０７）。
燃料電池システムをアイドルストップ状態から再起動する手順は、図５に示すフローチャートにしたがって行われる。図５において、先ず水素調圧弁２０３を開いて水素の供給を開始した後（ステップＳ５１）、冷却水ポンプ２１７を駆動する（ステップＳ５２）。続いて、空気コンプレッサ２１２を駆動するとともに（ステップＳ５３）、空気調圧弁２１３を開き（ステップＳ５４）、空気の供給を開始する（ステップＳ５４）。その後、発電を開始して燃料電池スタック２０１から電力を取り出す。また、発電再開後はパージ弁２１０を開いて窒素等の不純物を積極的に排出した後（ステップＳ５５）、通常のパージ制御に戻る。
再び図３に戻って、先のステップＳ３０６の判別処理において、第１の判別１が不成立の場合には、続いてアイドルストップ状態を解除するか否かの第２の判別２を実行する（ステップＳ３０８）。この第２の判別２は、車両側からの駆動要求を伴わずにアイドルストップを解除する解除要件を判別する処理であり、例えば２次電池２０７のＳＯＣが低下して実験や机上検討等により予め設定されたアイドルストップ状態解除レベルを下回ったか否かという解除要件を判別する。判別の結果、解除する要件が成立した場合には、アイドルストップ状態を解除して燃料電池システムをアイドル状態に移行し、アイドル時の発電制御を行う一方（ステップＳ３０９）、解除する要件が不成立の場合には、アイドルストップ状態を継続する（ステップＳ３１０）。
燃料電池システムをアイドルストップ状態からアイドル状態に移行する場合には、アイドル状態に移行して発電が開始されたときの燃料電池スタック２０１の電圧が、予め設定された所定値以下、すなわち燃料電池スタック２０１の劣化が促進される劣化促進電位（例えば０．７Ｖ程度）以下となるように発電量を制御する。この発電量の制御において、図６に示すように、アイドルストップ状態（ＩＳ）が解除された後のアイドル状態における発電では、通常のアイドル状態に比べて燃料電池スタック２０１の電圧が上述した劣化促進電位以下となるように（同図（ａ））、燃料電池スタック２０１から取り出される取り出し電流を設定する。すなわち、燃料電池スタック２０１から取り出される取り出し電流は、図６（ｂ）に示すように、燃料電池スタック２０１の電圧が劣化促進電位よりも高い通常のアイドル状態における発電で取り出される電流よりも多く取り出される。
具体的には、燃料電池スタック２０１から取り出される取り出し電流の値は、図７に示す燃料電池スタック２０１の電圧−電流特性に基づいて設定される。図７に示す電圧−電流特性は、燃料電池スタック２０１の温度に応じて予め実験等で求められ、システム制御部２２５に記憶されている。したがって、燃料電池スタック２０１から取り出される取り出し電流は、燃料電池スタック２０１の温度によって可変され、図７からわかるように、燃料電池スタック２０１の温度が高くなるにつれて増加する。また、燃料電池スタック２０１の電圧が劣化促進電位以下となる取り出し電流は、フィードバック制御されて図７示す特性に基づいてスタック電圧に応じて設定される
また、アイドルストップ状態解除後のアイドル状態では、燃料電池スタック２０１に供給される空気の供給量は、発電量に応じて増加させず、通常のアイドル状態、すなわちアイドルストップ解除後のアイドル状態以外のアイドル状態と同様の供給量とし、図８（ｃ）に示すように、空気コンプレッサ２１２の回転数を通常のアイドル状態と同様の低回転数とする。すなわち、カソード極の空気のストイキ比（供給流量／消費流量：ＳＲ）を低下させて、燃料電池スタック２０１のカソード極における空気の圧力をアノード極との差圧が許容する範囲内で低くし、発電効率を低下させて発電を行う。
カソード極のＳＲを低下させて発電を行う場合に、燃料電池スタック２０１から取り出される取り出し電流の値は、図９に示す燃料電池スタック２０１の電圧−電流特性に基づいて設定される。図９に示す電圧−電流特性は、燃料電池スタック２０１のカソード極のＳＲの高低に応じて予め実験等で求められ、システム制御部２２５に記憶されている。燃料電池スタック２０１から取り出される取り出し電流は、カソード極のＳＲによって可変設定され、図９からわかるように、カソード極のＳＲが低くなるにつれて減少する。
このように、カソード極のＳＲを低く設定することで、アイドル状態時の空気コンプレッサ２１２の回転数は低く抑えられ、空気コンプレッサ２１２におけるアイドルストップ状態時の静かな状態とアイドル状態時の回転音が大きな状態とを繰り返すことは回避され、音振性能の悪化を抑制することができる。また、発電効率を低下させることで、アイドル時の発電で得られる電力が少なくなるので、この発電で得られた電力で２次電池１０７が充電されたときに２次電池１０７のＳＯＣの上昇が抑制され、発電量、すなわち取り出し電流を増やすことが可能となる。
また、アイドルストップ解除後のアイドル状態においては、通常のアイドル状態時に比べて２次電池１０７のＳＯＣの許容値を、例えば５％程度〜１０％程度高めに設定する。これにより、２次電池１０７への充電量が増加するので、取り出し電流を増やして発電量を増加させることができる。また、アイドルストップ解除後のアイドル状態では、その後再度アイドルストップ状態に入る可能性が高いので、アイドル状態で２次電池１０７のＳＯＣが高い状態に充電され、この状態でアイドルストップ状態に移行した場合には、アイドルストップ状態を長く維持することが可能となる。さらに、２次電池１０７のＳＯＣが高い状態でアイドルストップ状態が解除されてしまった場合でも、２次電池１０７への充電が可能となる。
以上説明したように、上記実施例１では、車両側から駆動力の要求がない場合に、燃料電池システムがアイドルストップ状態からアイドル状態に移行して発電が開始されたときに、燃料電池スタック２０１の電圧が劣化促進電位を超えないように燃料電池スタック２０１から取り出される取り出し電流を通常のアイドル時に比べて増加させることで、移行時に燃料電池スタック２０１の劣化が促進されることは防止される。
また、取り出し電流を増加させて発電量を増やし、この発電で得られた電力で２次電池１０７を充電することで、迅速にＳＯＣが高まり、アイドルストップ解除直後の２次電池１０７の充電量が低い状態を短時間で解消することが可能となる。これにより、アイドルストップ状態に移行できる機会を増やすことができる。
本発明の実施例１に係る燃料電池システムを搭載した燃料電池車両の構成を示す図である。 本発明の実施例１に係る燃料電池システムの構成を示す図である。 本発明の実施例１に係る処理動作の手順を示すフローチャートである。 燃料電池システムがアイドルストップ状態に移行する際の処理手順を示すフローチャートである。 燃料電池システムがアイドルストップ状態から解除される際の処理手順を示すフローチャートである。 アイドルストップ状態とアイドルストップ状態解除後のアイドル状態とにおける、燃料電池スタックの電圧と取り出し電流との変化を示す図である。 燃料電池スタックの温度に応じた、燃料電池スタックの電圧−電流特性を示す図である。 アイドルストップ状態とアイドルストップ状態解除後のアイドル状態とにおける、燃料電池スタックの電圧と取り出し電流と空気コンプレッサの回転数との変化を示す図である。 燃料電池スタックのカソード極のＳＲに応じた、燃料電池スタックの電圧−電流特性を示す図である。 アイドルストップ状態とアイドルストップ状態解除後のアイドル状態とにおける、燃料電池スタックの電圧と２次電池のＳＯＣとの変化を示す図である。
符号の説明
１０１…車両本体
１０２…燃料電池システム
１０３…インバータ
１０４…駆動モータ
１０５…駆動輪
１０６…車速センサ
１０７…２次電池
１０８…リレー
１０９…制御コントローラ
１１１…シフト位置センサ
１１２…ブレーキセンサ
１１３…アクセル開度センサ
１１４…電圧センサ
１１５…電流センサ
２０１…燃料電池スタック
２０２…水素タンク
２０３…水素調圧弁
２０４…エゼクタ
２０５…水素循環配管
２０６…水素循環ポンプ
２０７…水素供給配管
２０８…水素圧力センサ
２０９…水素濃度センサ
２１０…パージ弁
２１１…パージ配管
２１２…空気コンプレッサ
２１３…空気調圧弁
２１４…空気供給配管
２１５…排気管
２１６…空気圧力センサ
２１７…冷却水ポンプ
２１８…ラジエタ
２１９…冷却水配管
２２０…冷却水温度センサ
２２１，２２２…温度センサ
２２３…電圧センサ
２２４…電流センサ
２２５…システム制御部

Claims (5)

  1. 燃料電池スタックに供給される燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電を行い、電力要求のある場合には、前記燃料電池スタックから取り出す取り出し電流に応じた量および圧力の燃料ガスと酸化剤ガスとを前記燃料電池スタックに供給し、前記燃料電池スタックの発電を行う一方、電力の要求がない場合には、前記燃料電池スタックに燃料ガスと酸化剤ガスとの供給を停止し、前記燃料電池スタックの発電を停止してシステムをアイドルストップ状態とする燃料電池システムにおいて、
    アイドルストップ状態を解除して低負荷運転のアイドル状態に前記燃料電池システムを移行する際に、前記燃料電池スタックの電圧が所定電圧以下となるように前記燃料電池スタックから取り出す取り出し電流を設定する制御手段
    を有することを特徴とする燃料電池システム。
  2. 前記取り出し電流は、前記燃料電池スタックの温度により可変して設定する
    ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
  3. 前記取り出し電流は、フィードバック制御されて前記燃料電池スタックの電圧に応じて設定される
    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。
  4. アイドルストップ状態からアイドル状態に移行したときの前記燃料電池スタックに供給される酸化剤ガスの供給量は、燃料電池スタックから取り出す取り出し電流に応じず、水素極との差圧を許容値以下に保つだけに減量した量を酸化剤供給量とする
    ことを特徴とする請求項１，２及び３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
  5. 前記燃料電池システムの発電で得られた電力で充電される２次電池を備え、
    アイドルストップ状態から移行したアイドル状態の発電で前記２次電池に蓄えられる許容電力量上限値を、アイドルストップ状態から移行したアイドル状態以外の状態で前記２次電池に蓄えられる許容電力量上限値よりも大きい値に制御する
    ことを特徴とする請求項１，２，３及び４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
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