JP2007095655A - 燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池に対して次回始動時の状況に即した好適な乾燥処理を実施することのできる燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法を提供する。
【解決手段】反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、この燃料電池に対する乾燥処理の実施を制御する制御部と、を備えた燃料電池システムにおいて、前記制御部は、燃料電池の駆動停止指令を受けた後に、次回始動時のセル内温度を予測し（ステップＳ５）、その予測結果に基づき（ステップＳ７）、燃料電池内の水分を低減する乾燥処理を実施する（ステップＳ１１）。次回始動時の燃料電池の温度は、ＧＰＳにて測位された車両位置座標（ステップＳ１）と、この車両位置座標に基づきＩＴＳより取得した過去の気温推移情報及び予想気温推移（ステップＳ３）と、を用いて予測する。
【選択図】図２

Description

本発明は、反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池を備えた燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法に関し、特に、燃料電池の低温始動性向上に有効な技術に関する。

近年、燃料ガスと酸化ガス（以下、これらを反応ガスという。）との電気化学反応によって発電する燃料電池をエネルギ源とした燃料電池システムが注目されている。例えば固体高分子型の燃料電池は、０℃以下の低温環境下におかれると、燃料電池内の拡散層や触媒における凍結により、反応ガスのガス拡散が阻害される。

かかる場合には、燃料電池の駆動（運転）停止後に再始動不能となったり、たとえ始動できたとしても発電効率が著しく損なわれたりすることになる。特許文献１には、低温環境下でも安定した始動性（低温始動性）を確保すべく、停止中に燃料電池の内部が凍結しないように、駆動停止時に乾燥水素及び乾燥空気を導入して、燃料電池の内部を乾燥させる技術が開示されている。
特開２００４−３１１２７７号公報

しかしながら、前記特許文献１に開示されている技術は、燃料電池の駆動停止時の温度をトリガにして燃料電池内部の乾燥処理を実施するものであるから、再始動時の状況に必ずしも好適な乾燥処理を実施するものとはいえない。例えば、駆動停止時の外気温がそれほど低温でなかったにもかかわらず、次回始動時の外気温が停止時と比較して極端に低下した場合等の始動性に課題がある。

そこで、本発明は、燃料電池に対して次回始動時の状況に即した好適な乾燥処理を実施することのできる燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明の燃料電池システムは、反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、この燃料電池内の水分を低減する乾燥処理の実施を制御する制御部と、を備えた燃料電池システムであって、前記制御部は、次回始動時の前記燃料電池の温度又はこの温度と相関を有する温度を予測し、その予測結果に基づき前記乾燥処理を実施するものである。

好ましくは、前記制御部は、燃料電池の駆動停止指令（運転停止指令）を受けた後に、前記乾燥処理を実施する。

また、本発明に係る燃料電池システムの運転方法は、反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池を備えた燃料電池システムの運転方法であって、次回始動時の前記燃料電池の温度又はこの温度と相関を有する温度を予測し、その予測結果に基づき前記燃料電池内の水分を低減する乾燥処理を実施するものである。

好ましくは、前記乾燥処理を前記燃料電池の駆動停止指令（運転停止指令）を受けた後に行う。

以上の構成によれば、次回始動時の燃料電池温度又はそれと相関のある温度（例えば、外気温や燃料電池を冷却する冷媒の温度）を予測し、この予測結果がトリガとなって駆動指令停止後に乾燥処理が実施されるので、次回起動時の状況に即した好適な乾燥処理の実施が可能となる。

また、本発明の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記乾燥処理として、前記燃料電池の運転中に該燃料電池内の温度制御を実施するようにしてもよい。

また、本発明にかかる燃料電池システムの運転方法において、前記乾燥処理として、前記燃料電池の運転中において該燃料電池内の温度を制御するようにしてもよい。

以上の構成によれば、次回始動時の燃料電池温度又はそれと相関のある温度（例えば、外気温、数日以内の最低気温、又は、燃料電池を冷却する冷媒の温度）を予測し、この予測結果に基づいて運転中の燃料電池の温度を制御する。すなわち、燃料電池の温度を運転終了時に適切な乾燥状態が得られるような温度に予め制御する。これにより、運転停止後は例えば掃気運転の実施のみで速やかに所定の乾燥状態を得ることができる。

前記燃料電池システムにおいて、燃料電池に冷媒を供給する冷媒供給路を備える場合には、前記乾燥処理は、駆動時よりも前記冷媒による前記燃料電池の冷却量を減らした状態で前記燃料電池に発電させてもよい。

また、前記燃料電池システムの運転方法において、前記乾燥処理は、駆動時と比較して燃料電池温度を上昇させた状態で前記燃料電池に発電させる処理でもよい。

以上の構成によれば、燃料電池内に滞留している水分蒸発が促進される。例えば、燃料電池に供給する時間当たりの冷媒量を減らすことにより、燃料電池の温度を上昇させることができる。

前記燃料電池システムにおいて、前記制御部は、外気温又は予測した数日以内の最低気温と、前記外気温又は前記最低気温の下において次回前記燃料電池を起動するために必要な燃料電池温度と、の関係を定めたマップを備えてもよい。

また、前記燃料電池の運転方法において、外気温又は予測した数日以内の最低気温と、前記外気温又は前記最低気温の下において前記燃料電池を次回起動するために必要な燃料電池温度と、の関係に基づいて前記温度制御を実施してもよい。

次回始動時の燃料電池温度と相関を有する温度として、運転中の外気温又は予測した数日以内の最低気温から、この環境下において始動する場合に必要な燃料電池の乾燥状態が定まる。最低気温の予測は、後述のように位置情報とＩＴＳによるデータ等を参照して予測することができる。前記マップには、運転終了時に前記燃料電池を乾燥させるために必要な、運転中における燃料電池温度が前記温度と関係づけられて記憶されている。

すなわち、運転中に燃料電池の温度を前記マップから読み出された温度に保つことにより、運転を停止した後に燃料電池を速やかに適切な乾燥状態とすることができる。

前記制御部は、測位された燃料電池の位置座標を用いて取得される温度情報に基づき前記温度を予測してもよい。測位のタイミングは、駆動（運転）停止後に乾燥処理を行う場合には駆動(運転)停止時に、また、運転中に乾燥処理として温度制御を行う場合には運転中に測位してもよい。

例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System：全地球測位システム）等を用いて測位された燃料電池の位置座標（つまり、駆動停止時に燃料電池が存在している場所）を用いて、その土地の次回始動時における燃料電池の温度を直接的又は燃料電池の温度と相関を有する外気温等から間接的に予測する。

外気温は、ＩＴＳ（Intelligent Transport Systems：高度道路交通システム）等から取得される外部データあるいは予め制御部内の記憶装置等に保存されている内部データを参照する等して予測する。

駆動（運転）停止後に乾燥処理を行う場合には、予測された燃料電池の温度が所定の閾値（例えば、０℃）以下である場合には、乾燥処理を必要とすると判定し、燃料電池に対する乾燥処理を実施する。

運転中に乾燥処理として温度制御を行う場合には、予測結果に応じ燃料電池の温度を制御することができる。

また、前記制御部は、燃料電池の位置座標が燃料電池を所定の目的地まで輸送する輸送用移動体上にある場合に、この輸送用移動体の目的地における温度情報（外気温等の情報）に基づき前記温度を予測することもできる。

このようにすることにより、フェリー等の輸送用移動体を用いて燃料電池車両を輸送した結果、燃料電池の運転停止位置の環境と次回始動位置の環境とに大きな差異が生じる場合においても、的確な乾燥処理を実施することが可能となる。例えば、燃料電池の運転停止位置が温暖地であるが、輸送用移動体で燃料電池を輸送した結果、燃料電池の次回始動位置が寒冷地となるような状況を想定する。かかる状況においては、運転停止位置（温暖地）における外気温情報に基づいて次回始動時における燃料電池温度を予測すると、予測値の正確性に欠け、この不正確な予測結果をトリガとして乾燥処理を実施すると、燃料電池の乾燥状態が不十分となる場合がある。これに対して、運転停止位置（温暖地）ではなく次回始動位置（寒冷地）における外気温情報に基づいて次回始動時における燃料電池温度を予測すると、予測値が正確となり、この正確な予測結果をトリガとして乾燥処理を実施することにより、燃料電池を十分に乾燥させることが可能となる。

また、前記制御部は、前記燃料電池の位置座標が所定の建物の内部にある場合であって、前記建物内の温度と前記建物外の温度との差が所定の閾値を超える場合に、前記建物内の温度情報に基づき前記温度を予測することもできる。

このようにすることにより、外気温より大幅に気温が高い屋内に燃料電池車両を駐車して燃料電池の運転を停止させた場合においても、的確な乾燥処理を実施することが可能となる。例えば、燃料電池の運転停止位置が寒冷地であるが、この寒冷地に存在する駐車場等の建物の内部に燃料電池車両を駐車した結果、燃料電池の次回始動時における建物内の温度が比較的高い温度となるような状況を想定する。かかる状況においては、運転停止位置（寒冷地）における外気温情報に基づいて次回始動時における燃料電池温度を予測すると、予測値の正確性に欠け、この不正確な予測結果をトリガとして乾燥処理を実施すると、燃料電池が過剰に乾燥してしまう場合がある。これに対して、運転停止位置（寒冷地）における外気温ではなく建物内の温度の情報に基づいて次回始動時における燃料電池温度を予測すると、予測値が正確となり、この正確な予測結果をトリガとして乾燥処理を実施することにより、燃料電池の過剰な乾燥を抑制することが可能となる。

前記乾燥処理の要否はユーザに選択可能とされていてもよい。

かかる構成によれば、ユーザが予定している又は予想した次回始動の状況（例えば、月，日，時刻，日向，日陰，山間部，平野部等）応じて、乾燥処理の要否をユーザが任意に選択することが可能となる。つまり、制御部が乾燥処理を必要と判定した場合であっても、ユーザ選択によって乾燥処理を強制的に禁止することができる。また、これとは逆に、制御部が乾燥処理を不要と判定した場合であっても、ユーザ選択によって乾燥処理を強制的に実施することができる。

本発明によれば、燃料電池に対して次回始動時の状況に即した好適な乾燥処理を実施することが可能になるので、低温始動性を向上させることができる。

また、運転中に燃料電池の温度を制御することにより、運転終了後に燃料電池を速やかに適切な乾燥状態とすることができる。これにより、次回始動時における低温始動性を向上させることができる。

また、ユーザは前記各処理の要否を任意に選択することができるので、使い勝手も向上する。

次に、本発明に係る燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法の好適な実施の形態を説明する。以下、本発明を燃料電池車両の車載発電システムに適用した場合について説明するが、本発明はこのような適用例に限らず、船舶，航空機，電車等のあらゆる移動体や歩行ロボットへの適用が可能である他、例えば燃料電池が建物（住宅、ビル等）用の発電設備として用いられる定置用発電システムへの適用も可能である。

＜第１実施形態＞
図１に示すように、酸化ガスとしての空気（外気）は、空気供給路７１を介して燃料電池２０の空気供給口に供給される。空気供給路７１には、空気から微粒子を除去するエアフィルタＡ１、空気を加圧するコンプレッサＡ３、供給空気圧を検出する圧力センサＰ４、空気に所要の水分を加える加湿器Ａ２１、加湿器Ａ２１をバイパスするバイパス路８１、及び三方弁等の流路制御弁８２が設けられている。

流路制御弁８２は、燃料電池２０に供給される空気の一部又は全部を加湿器Ａ２１に通すか、加湿器Ａ２１をバイパスさせるかを切り替えるものであり、後述の制御部５０によって制御される。また、コンプレッサＡ３は、モータ（補機）によって駆動される。このモータは、後述の制御部５０によって駆動制御される。なお、エアフィルタＡ１には、空気流用を検出する図示省略のエアフローメータ（流量計）が設けられる。

燃料電池２０から排出される空気オフガスは、排気路７２を経て外部に放出される。排気路７２には、排気圧を検出する圧力センサＰ１、圧力調整弁Ａ４、及び加湿器Ａ２１の熱交換器が設けられている。圧力センサＰ１は、燃料電池２０の空気排気口近傍に設けられている。圧力調整弁（減圧弁）Ａ４は、燃料電池２０への供給空気の圧力（空気圧）を設定する調圧器として機能する。

圧力センサＰ４、Ｐ１の図示しない検出信号は、制御部５０に送られる。制御部５０は、コンプレッサＡ３及び圧力調整弁Ａ４を調整することによって、燃料電池２０への供給空気圧や供給空気流量を設定する。

燃料ガスとしての水素ガスは、水素供給源３０から燃料供給路７４を介して燃料電池２０の水素供給口に供給される。水素供給源３０は、例えば高圧水素タンクが該当するが、いわゆる燃料改質器や水素吸蔵合金等であっても良い。

燃料供給路７４には、水素供給源３０から水素を供給しあるいは供給を停止する遮断弁（水素供給バルブ）Ｈ１００、水素供給源３０からの水素ガスの供給圧力を検出する圧力センサＰ６、燃料電池２０への水素ガスの供給圧力を減圧して調整する水素調圧弁Ｈ９、水素調圧弁Ｈ９の下流の水素ガス圧力を検出する圧力センサＰ９、燃料電池２０の水素供給口と燃料供給路７４間を開閉する遮断弁（ＦＣ入口弁）Ｈ２１、及び水素ガスの燃料電池２０の入口圧力を検出する圧力センサＰ５が設けられている。

水素調圧弁Ｈ９としては、例えば機械式の減圧を行う調圧弁を使用できるが、パルスモータで弁の開度がリニア（あるいは連続的）に調整される弁であっても良い。圧力センサＰ５，Ｐ６，Ｐ９の図示しない検出信号は、制御部５０に供給される。

燃料電池２０で消費されなかった水素ガスは、水素オフガスとして水素循環路７５に排出され、燃料供給路７４の水素調圧弁Ｈ９の下流側に戻される。水素循環路７５には、水素オフガスの温度を検出する温度センサＴ３１、燃料電池２０と水素循環路７５を連通／遮断する遮断弁（ＦＣ出口弁）Ｈ２２、水素オフガスから水分を回収する気液分離器Ｈ４２、回収した生成水を水素循環路７５外の図示しないタンク等に回収する排水弁Ｈ４１、水素オフガスを加圧する水素ポンプＨ５０、及び逆流阻止弁（逆止弁）Ｈ５２が設けられている。

遮断弁Ｈ２１，Ｈ２２は、燃料電池２０のアノード側を閉鎖する。温度センサＴ３１の図示しない検出信号は、制御部５０に供給される。水素ポンプＨ５０は、制御部５０によって動作が制御される。水素オフガスは、燃料供給路７４で水素ガスと合流し、燃料電池２０に供給されて再利用される。逆流阻止弁Ｈ５２は、燃料供給路７４の水素ガスが水素循環路７５側に逆流することを防止する。遮断弁Ｈ１００，Ｈ２１，Ｈ２２は、制御部５０からの信号で駆動される。

水素循環路７５は、排出制御弁（パージ弁）Ｈ５１を介して、パージ流路７６によって排気路７２に接続される。排出制御弁Ｈ５１は、電磁式の遮断弁であり、制御部５０からの指令によって作動することにより、水素オフガスを外部に排出（パージ）する。このパージ動作を間欠的に行うことによって、水素オフガスの循環が繰り返されて燃料極側の水素ガスの不純物濃度が増し、セル電圧が低下することを防止することができる。

更に、燃料電池２０の冷却水出入口には、冷却水（冷媒）を循環させる冷却路（冷媒供給路）７３が設けられる。冷却路７３には、燃料電池２０から排水される冷却水の温度を検出する温度センサＴ１、冷却水の熱を外部に放熱するラジエータ（熱交換器）Ｃ２、冷却水を加圧して循環させるポンプＣ１、及び燃料電池２０に供給される冷却水の温度を検出する温度センサＴ２が設けられている。ラジエータＣ２には、モータによって回転駆動される冷却ファンＣ１３が設けられている。

燃料電池２０は、燃料電池セル（単位セル）を所要数積層した燃料電池スタックとして構成されている。燃料電池２０が発生した電力は、図示しないパワーコントロールユニットに供給される。パワーコントロールユニットは、車両の駆動モータを駆動するインバータと、コンプレッサモータや水素ポンプ用モータなどの各種の補機類を駆動するインバータと、二次電池への充電や二次電池からのモータ類への電力供給を行うＤＣ−ＤＣコンバータなどが備えられている。

制御部５０は、図示しない車両のアクセル信号などの要求負荷や燃料電池システム１の各部のセンサ（圧力センサ、温度センサ、流量センサ、出力電流計、出力電圧計等）から制御情報を受け取り、システム１各部の弁類やモータ類の運転を制御する。

加えて、制御部５０は、例えばユーザ（運転者）がイグニッションをＯＦＦにすること等によって燃料電池２０の駆動停止指令（運転停止指令）を受けた後に、次回始動時の燃料電池２０の温度を予測し、その予測結果に基づき燃料電池２０内の水分を低減する乾燥処理を実施する。なお、乾燥処理は、燃料電池２０内（膜や拡散層、流路）の湿度を必ずしも０％にする必要はなく、水分を低減できさえすればよい。

また、本実施形態においては、この乾燥処理の要否は、制御部５０の予測結果にかかわらず、ユーザが任意に選択できるようになっている。例えば、ユーザがセレクトスイッチを「ＯＮ」に設定した場合、制御部５０は、たとえ予測した温度が所定の閾値を超えていても、乾燥処理を実施する。一方、ユーザがセレクトスイッチを「ＯＦＦ」に設定した場合、制御部５０は、たとえ予測した温度が所定の閾値以下であっても、乾燥処理を実施しない。ユーザがセレクトスイッチを「ＡＵＴＯ」に設定した場合、制御部５０は、予測した温度に基づき乾燥処理を実施する。

次回始動時の燃料電池２０の温度は、例えばＧＰＳ等を用いて測位された車両の位置座標から例えばＩＴＳ等の外部から取得されるその土地における過去の気温推移情報及び予想気温推移情報と、暦情報（月、日等）及び時間情報とを用いて、今後車両が受けると予想される外気温の変化を推測し、予め制御部５０内の記憶装置等に保存されている外気温と燃料電池２０の内部温度（以下、セル内温度）との関係を示すマップを参照する等して、制御部５０が予測する。乾燥処理は、例えばセル内温度が０度以下と予測された場合に実施する。

乾燥処理では、燃料電池２０の駆動時よりも、加湿器Ａ２１による空気の加湿量及び冷却水による燃料電池２０の冷却量を共に減らした状態で、燃料電池２０に発電させる。この乾燥処理運転中、コンプレッサＡ３で加圧された空気は、加湿器Ａ２１を通らずにバイパス路８１を通って燃料電池２０に供給される。一方、冷却路７３に設けられたポンプＣ１又は／及びラジエータＣ２の冷却ファンＣ１３は、駆動時よりも低回転で駆動されている。

なお、制御部５０は、図示しない制御コンピュータシステムによって構成される。この制御コンピュータシステムは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、入出力インタフェース及びディスプレイなどの公知構成から成り、市販されている制御用コンピュータシステムによって構成される。

次に、制御部５０による燃料電池２０の駆動停止動作（運転停止動作）について説明する。制御部５０は、図示しない主制御プログラムにおいて駆動停止動作（例えば、イグニッションＯＦＦ）を指令する命令の発令あるいはフラグが設定された（イベント発生）ことを判別すると、図２のフローチャートに示される処理を実行する。

まず、制御部５０は、本実施形態に係る燃料電池システム１が搭載された車両の位置座標を車載ＧＰＳを介して受信（取得）する（ステップＳ１）。次に、ステップＳ１で受信した位置座標をＩＴＳに送信し、該ＩＴＳからその土地における過去の気温推移情報と予想気温推移情報を受信（取得）する（ステップＳ３）。次いで、これらステップＳ３で受信した気温推移情報及び予想気温推移情報と、暦情報（月、日等）及び時間情報とに基づき、今後車両が受けると予想される温度変化を推測し、外気温とセル内温度との関係を示すマップを参照して次回始動時のセル内温度を予測する（ステップＳ５）。

しかる後、予測したセル内温度が所定の閾値（例えば、０℃）以下であるか、言い換えれば、次回始動時にセル内凍結の虞があるかを判定する（ステップＳ７）。この判定結果が「ＮＯ」の場合は、ステップＳ９に進み、ユーザがセレクトスイッチを「ＯＮ」，「ＯＦＦ」，及び「ＡＵＴＯ」のいずれを選択しているかの判定、つまり、ユーザ設定の判定を行う。

ユーザ設定が「ＯＮ」の場合には、たとえステップＳ７の判定結果が「ＮＯ」であっても、言い換えれば、たとえ次回始動時にセル内凍結の虞がない場合であっても、ユーザの意思に従い、乾燥処理を強制実施する（ステップＳ１１）。一方、ユーザ設定が「ＡＵＴＯ」の場合には、ステップＳ７の判定結果「ＮＯ」に従い、また、ユーザ設定が「ＯＦＦ」の場合には、ユーザの意思に従い、ステップＳ１１の乾燥処理をスキップする。

ステップＳ１１の乾燥処理では、流路制御弁８２を加湿器Ａ２１側からバイパス路８１側に切り替えることにより、コンプレッサＡ３で加圧された空気を加湿器Ａ２１で加湿することなく燃料電池２０に供給する一方で、冷却路７３に設けられたポンプＣ１の回転数又は／及びラジエータＣ２における冷却ファンＣ１３の回転数を駆動時よりも低下させた状態で、燃料電池２０に発電を行わせることにより、燃料電池２０の温度を上昇させる。

この乾燥処理運転を例えば所定時間実施すると、燃料電池２０の内部への水分の流入が抑制されると同時に、燃料電池２０の内部に滞留している水分の蒸発が促進されるので、次回始動時のセル内凍結は効果的に抑制される。ステップＳ１１の処理後、あるいはステップＳ１１の処理をスキップした後は、所定のシステム停止処理（ステップＳ１３）を行い、本ルーチンを終了する。

ステップＳ７の判定結果が「ＹＥＳ」の場合、言い換えれば、次回始動時にセル内凍結の虞がある場合には、ステップＳ２１に進み、ユーザがセレクトスイッチを「ＯＮ」，「ＯＦＦ」，及び「ＡＵＴＯ」のいずれを選択しているかの判定、つまり、ユーザ設定の判定を行う。このユーザ設定の判定処理は、ステップＳ９の処理を同様であるため、その説明は省略する。

ステップＳ２１の判定の結果、ユーザ設定が「ＯＦＦ」の場合には、たとえステップＳ７の判定結果が「ＹＥＳ」であっても、言い換えれば、たとえ次回始動時にセル内凍結の虞がある場合であっても、ユーザの意思に従い、ステップＳ１１の乾燥処理をスキップする。一方、ユーザ設定が「ＡＵＴＯ」の場合には、ステップＳ７の判定結果「ＹＥＳ」に従い、また、ユーザ設定が「ＯＮ」の場合には、ユーザの意思に従い、ステップＳ１１の乾燥処理を実施する。

ステップＳ１１の処理後、あるいはステップＳ１１の処理をスキップした後は、所定のシステム停止処理（ステップＳ１３）を行い、本ルーチンを終了する。

以上説明したように、本実施形態に係る燃料電池システム１及びその運転方法によれば、次回始動時のセル内温度を予測し、この予測結果をトリガにして乾燥処理を実施するので、次回起動時の状況に即した好適な乾燥処理の実施が可能である。よって、低温始動性を向上させることができる。

また、例えばユーザが予定している又は予想した次回始動の状況（例えば、月，日，時刻，日向，日陰，山間部，平野部等）等に応じて、乾燥処理の要否をユーザが任意に選択することができるので、制御部５０が乾燥処理を必要と判定した場合（ステップＳ７：「ＹＥＳ」）であっても、乾燥処理を強制的に禁止することが可能である一方、逆に制御部５０が乾燥処理を不要と判定した場合（ステップＳ７：「ＮＯ」）であっても、乾燥処理を強制的に実施することも可能であり、使い勝手が向上する。

＜第２実施形態＞
次に、本発明に係る燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法の第２の実施形態について説明する。なお、システムの概略構成は前記実施形態と同様であるので、その説明を省略する。

本実施形態では、駆動停止指令（運転停止指令）を受けた後ではなく、運転中において燃料電池２０のセル内温度を制御することで、停止後における燃料電池２０のセルを所定の乾燥状態に保つことを可能とする。

以下、制御部５０による燃料電池２０の温度制御動作について詳細に説明する。制御部５０は、図示しない主制御プログラムにおいて運転開始動作（例えば、イグニッションＯＮ）を指令する命令の発令あるいはフラグが設定された（イベント発生）ことを判別すると、図３のフローチャートに示される処理を実行する。

まず、ステップＳＴ１において燃料電池２０の発電を開始する。次に、燃料電池２０のセル内温度（実測値）を計測する。この計測は温度センサＴ１を用いることにより可能である（ステップＳＴ２）。さらに、数日以内に車両が経験する最低温度（気温）を推定する（ステップＳＴ３）。この推定は、前記第１実施形態と同様に行うことができる。

すなわち、本実施形態に係る燃料電池システム１が搭載された車両の位置座標を車載ＧＰＳを介して受信（取得）するとともに、この位置座標をＩＴＳに送信し、該ＩＴＳからその土地における過去の気温推移情報と予想気温推移情報を受信（取得）する。これら気温推移情報及び予想気温推移情報と、暦情報（月、日等）及び時間情報とに基づき、今後数日以内に車両が受けると予想される温度変化を推測する。

このようにして求めた予測最低気温から、例えば図４に示すような外気温もしくは最低温度と燃料電池温度（冷却水温度）との関係を示すマップＭ１を参照することにより、運転中におけるセル内温度（冷却水温度）の目標値を決定する（ステップＳＴ４）。この目標値の決定は、予測最低気温に基づく代わりに現時点での外気温に基づいても良い。現時点での外気温が低ければ次回始動時も同様に低いことが予想されるからである。

図４のマップＭ１では、外気温又は最低気温が低い場合は、対応するセル内温度は高くなっている。すなわち、観測された外気温又は推定された最低気温が低いほど、運転中におけるセル内温度を上昇させる。これにより、燃料電池停止時に燃料電池のＭＥＡが乾きやすくなる。外気温又は最低気温が高い場合には、セル内温度を低くする。

次いで、前記決定した温度となるようにセル内温度を実際に制御する（ステップＳＴ５）。セル内温度の変更は、ラジエータＣ２による冷却量を制御することにより行う。セル内温度を高くする場合には、冷却路７３に設けられたポンプＣ１の回転数又は／及びラジエータＣ２における冷却ファンＣ１３の回転数を制御してラジエータＣ２による冷却量を抑制することにより、燃料電池２０の冷却水温度を上昇させる。これによりセル内温度が高くなる。一方、セル内温度を低くする場合には、ラジエータＣ２による冷却量を上昇させることにより、燃料電池２０の冷却水温度を低下させる。これによりセル内温度が低くなる。

以上のように、本実施の形態によれば、運転中における燃料電池２０の温度を制御することで、駆動（運転）停止後に速やかにセル内（ＭＥＡ）が乾燥終了するようにする。例えば、駆動停止後直ちに、あるいは駆動停止後に燃料電池２０内を掃気するだけで、低温始動に好適な所定の乾燥状態を得ることが可能となる。

よって、駆動（運転）停止後の乾燥処理を省略ないし低減することが可能となり、そのためのエネルギが不要ないし節約されると共に迅速に駆動停止動作を終了することができる。また、低温雰囲気では、燃料電池２０の発電性能が低下するため、燃料電池温度を上げることで発電性能を向上させることができる。一方、外気温が低いときには、ラジエータによる熱交換効率も向上するため、出力アップに伴い燃料電池温度が上昇しても、燃料電池２０の冷却を容易に行うことができる。

本実施形態においても、前記第１実施形態と同様に、ユーザがセレクトスイッチを操作することにより、前記燃料電池２０の温度制御の実施を選択可能としても良い。

＜他の実施形態＞
前記各実施形態は本発明を説明するための例示であり、本発明をこれに限定するものではなく、その要旨を逸脱しない限り各種構成部品を適宜設計することができる。例えば、加湿器２１をバイパスさせるのは、空気供給路７１側に限らず、排気路７２側でもよい。さらに、コンプレッサＡ３で加圧された空気の一部が加湿器２１をバイパスして、残部が加湿器２１を通過する構成でもよいし、これと同様のことを、排気路７２側で行ってもよい。

また、毎朝ほぼ定刻に自動車通勤する等の比較的短期的なものから月単位又は年単位の中長期的なユーザの行動パターンを学習し、運転時又は運転停止時に、次に始動するタイミング（月、日、時刻等）を取得し、当該タイミングと、燃料電池の温度又は該温度と相関を有する温度とタイミングとが対応付けられた気候（温度）マップとに応じて、次回始動時の温度を予測するようにしてもよい。この気候マップは、燃料電池システムあるいは車両の外部から与えてもよいし、学習してよい。

また、以上の各実施形態においては、制御部が、車載ＧＰＳを介して燃料電池車両の位置座標を取得し、この位置座標に基づいて、燃料電池車両が停止又は走行している土地における過去の気温推移情報及び予想気温推移情報を取得し、これら気温推移情報及び予想気温推移情報等に基づいて、次回始動時の燃料電池温度を予測した例を示したが、次回始動時の燃料電池温度の予測方法を状況に応じて種々変更することもできる。

例えば、燃料電池車両の駐車位置（燃料電池の運転停止位置）が温暖地であるが、燃料電池車両を所定の目的地まで輸送するフェリーや貨物輸送型航空機等の輸送用移動体で燃料電池車両を輸送した結果、燃料電池の次回始動位置が寒冷地となるような状況においては、運転停止位置（温暖地）における外気温情報に基づいて次回始動時における燃料電池温度を予測すると、予測値の正確性に欠け、この不正確な予測結果をトリガとして乾燥処理を実施すると、燃料電池の乾燥状態が不十分となる場合がある。このため、前記したような状況（燃料電池車両の位置座標が輸送用移動体上にあり、運転停止状態にある燃料電池が温暖地から寒冷地に輸送されるような状況）においては、制御部が、運転停止位置（温暖地）ではなく、次回始動位置（寒冷地）における外気温情報に基づいて次回始動時における燃料電池温度を予測するように設定することができる。

このようにすることにより、フェリー等の輸送用移動体を用いて燃料電池車両を輸送した結果、燃料電池の運転停止位置の環境と次回始動位置の環境とに大きな差異が生じる場合においても、次回始動時における燃料電池温度の予測値が正確となり、この正確な予測結果をトリガとして的確な乾燥処理を実施して、燃料電池を十分に乾燥させることが可能となる。

また、燃料電池車両を所定の目的地まで輸送する輸送用移動体の目的地が不明である場合や、目的地が判明しているがその目的地における外気温情報が取得できない（又は取得した外気温情報の信頼性が低い）場合には、輸送用移動体の出発地における外気温情報を用いて乾燥（掃気）処理を実施することもできる。また、輸送用移動体による輸送の途中で目的地が判明した場合には、燃料電池システムの制御部に対して目的地の外気温情報を無線又は有線で入力し、乾燥処理の追加が必要な場合には追加乾燥処理を実施するようにしてもよい。

また、例えば、燃料電池車両の駐車位置（燃料電池の運転停止位置）が寒冷地であるが、この寒冷地に存在する駐車場等の建物の内部に燃料電池車両を駐車した結果、燃料電池の次回始動時における建物内の温度が比較的高い温度となるような状況においては、運転停止位置（寒冷地）における外気温情報に基づいて次回始動時における燃料電池温度を予測すると、予測値の正確性に欠け、この不正確な予測結果をトリガとして乾燥処理を実施すると、燃料電池が過剰に乾燥してしまう場合がある。このため、前記したような状況（燃料電池車両の位置座標が建物内にあり、建物内外の温度差が所定の閾値を超えるような状況）においては、制御部が、運転停止位置（寒冷地）における外気温ではなく、建物内の温度の情報に基づいて次回始動時における燃料電池温度を予測するように設定することができる。

このようにすることにより、外気温より大幅に気温が高い建物内に燃料電池車両を駐車して燃料電池の運転を停止させた場合においても、次回始動時における燃料電池温度の予測値が正確となり、この正確な予測結果をトリガとして的確な乾燥処理を実施して、燃料電池の過剰な乾燥を抑制することが可能となる。また、過剰な乾燥処理を抑制することができるため、乾燥処理の際に消費するエネルギを節減することが可能となる。

本発明に係る燃料電池システムの一実施形態を概略的に示したシステム構成図である。 図１に示した制御部による燃料電池の駆動停止動作を説明するフローチャートである。 第２実施形態として示した燃料電池システムの制御部による燃料電池の温度制御動作を説明するフローチャートである。 予測最低気温とセル内温度との関係を示すマップである。

符号の説明

２０…燃料電池、５０…制御部、７１…空気供給路、７２…排気路、７３…冷却路、８１…バイパス路、８２…流路制御弁、Ａ２１…加湿器、Ｃ１…ポンプ、Ｃ１３…冷却ファン

Claims (14)

1. 反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、この燃料電池内の水分を低減する乾燥処理の実施を制御する制御部と、を備えた燃料電池システムであって、
   前記制御部は、次回始動時の前記燃料電池の温度又はこの温度と相関を有する温度を予測し、その予測結果に基づき前記乾燥処理を実施する、燃料電池システム。
2. 前記制御部は、前記燃料電池の駆動停止指令を受けた後に、前記乾燥処理を実施する、請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記燃料電池に冷媒を供給する冷媒供給路を備え、
   前記乾燥処理は、駆動時よりも前記冷媒による前記燃料電池の冷却量を減らした状態で前記燃料電池に発電させる、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
4. 前記制御部は、前記乾燥処理として、前記燃料電池の運転中において前記燃料電池内の温度制御を実施する、請求項１に記載の燃料電池システム。
5. 前記制御部は、外気温又は予測した数日以内の最低気温と、前記外気温又は前記最低気温の下において次回前記燃料電池を起動するために必要な燃料電池温度と、の関係を定めたマップを備えている、請求項４に記載の燃料電池システム。
6. 前記制御部は、測位された前記燃料電池の位置座標を用いて取得される温度情報に基づき前記温度を予測する、請求項１から５の何れか一項に記載の燃料電池システム。
7. 前記制御部は、前記燃料電池の位置座標が前記燃料電池を所定の目的地まで輸送する輸送用移動体上にある場合に、前記輸送用移動体の前記目的地における温度情報に基づき前記温度を予測する、請求項６に記載の燃料電池システム。
8. 前記制御部は、前記燃料電池の位置座標が所定の建物の内部にある場合であって、前記建物内の温度と前記建物外の温度との差が所定の閾値を超える場合に、前記建物内の温度情報に基づき前記温度を予測する、請求項６に記載の燃料電池システム。
9. 前記乾燥処理の要否がユーザに選択可能とされた、請求項１から８の何れか一項に記載の燃料電池システム。
10. 反応ガスの供給を受けて発電する燃料電池を備えた燃料電池システムの運転方法であって、
    次回始動時の前記燃料電池の温度又はこの温度と相関を有する温度を予測し、その予測結果に基づき前記燃料電池内の水分を低減する乾燥処理を実施する、燃料電池システムの運転方法。
11. 前記乾燥処理を前記燃料電池の駆動停止指令を受けた後に行う、請求項１０に記載の燃料電池システムの運転方法。
12. 前記乾燥処理は、駆動時と比較して燃料電池温度を上昇させた状態で前記燃料電池に発電させる処理である、請求項１１に記載の燃料電池システムの運転方法。
13. 前記乾燥処理として、前記燃料電池の運転中に前記燃料電池内の温度を制御する、請求項１０に記載の燃料電池システムの運転方法。
14. 外気温又は予測した数日以内の最低気温と、前記外気温又は前記最低気温の下において前記燃料電池を次回起動するために必要な燃料電池温度と、の関係に基づいて前記温度制御を実施する、請求項１３に記載の燃料電池システムの運転方法。
    
    

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