JP2007305346A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザに違和感や誤認を生じさせることなく、低温対策用の制御が行われることを報知することが可能な燃料電池システムを提供する。
【解決手段】システム終了時の掃気処理やシステム起動時の暖機処理など、低温対策用の制御を行う場合、当該処理の実施を文字メッセージや音声メッセージなどによってユーザに確実に報知する。このため、イグニッションキーがオフされた後にシステムが作動している状況であっても、ユーザに違和感や誤認を生じさせることはない。
【選択図】図５

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

外部温度が低い場合には、燃料電池システムの停止後にその内部で発生した水が凍結し、配管や弁などが破損するという問題がある。また、一般に燃料電池は他の電源に比べて起動性が悪く、特に、低温下においては所望の電圧／電流を供給することができずに機器を起動できないという問題もあった。

このような問題に鑑み、燃料電池システムの停止時に掃気処理を行うことで燃料電池内部に溜まった水分を外部に排出する方法や（例えば特許文献１参照）、燃料電池システムの起動時に暖気処理を行うことで燃料電池の発電効率を高める方法（例えば特許文献２参照）が提案されている。

特開２００５−１４１９４３号公報 特表２００３−５０４８０７号公報

しかしながら、燃料電池システムの停止時や起動時などに行われる掃気処理や暖気処理（低温対策用の制御）は、通常運転時に行われる処理とは異なるため、該低温対策用の制御が突然行われるとユーザは違和感を覚える。また、このような低温対策用の制御が行われることを知らないユーザは、該低温対策用の制御が行われているにもかかわらず故障だと誤認してしまうおそれもある。

本発明は以上説明した事情を鑑みてなされたものであり、ユーザに違和感や誤認を生じさせることなく、低温対策用の制御が行われることを報知することが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。

上述した問題を解決するため、本発明に係る燃料電池システムは、低温対策用の制御を行う制御手段と、前記低温対策用の制御の実施を報知する報知手段とを具備することを特徴とする。

かかる構成によれば、低温対策用の制御(システム終了時の掃気処理など）を行う場合、例えば文字メッセージや音声メッセージなどによってユーザに確実に報知することができ、ユーザに違和感や誤認を生じさせることはない。

ここで、上記構成にあっては、前記制御手段は、低温対策用の制御としてシステム起動時の暖気処理、またはシステム終了時の掃気処理の少なくともいずれか一方を実施し、前記報知手段は、光、音、映像、熱、振動、風、においの少なくともいずれか１つの体感媒体を用いて報知する態様が好ましい。

また、上記構成にあっては、前記制御手段は、前記システム起動時の暖機処理及び前記システム終了時の掃気運転を実施し、前記報知手段は、前記システム起動時と前記システム終了時との間で報知態様を変えるのが望ましい。さらに、前記報知手段は、前記低温対策用の制御に関わる時間を報知するのが望ましい。さらに、前記報知手段は、前記低温対策用の制御の実施をイメージ表示、またはキャラクター表示する表示装置を備えるのが望ましい。

また、上記構成にあっては、前記制御手段は、低温対策用の制御として掃気処理を実施し、前記燃料電池の低減必要水分量と前記燃料電池の状態量から前記掃気処理に要する時間を推定する推定手段をさらに具備する態様が好ましい。この場合、前記推定手段は、当該時点における前記燃料電池の残水量と、設定された目標残水量から前記低減必要水分量を求める第１の演算出手段と、前記燃料電池の状態量に基づいて該燃料電池の単位時間当たりの水分低減量を求める第２の演算手段と、前記燃料電池の低減必要水分量と該燃料電池の単位時間当たりの水分低減量から前記掃気処理に要する時間を求める第３の演算手段とを具備する態様がより好ましい。さらに、前記燃料電池の状態量には、出力電流、出力電圧、エアストイキ比、排気酸化ガス温度、排気酸化ガス量が含まれる態様が好ましい。

また、本発明に係る掃気所要時間推定方法は、燃料電池システムの掃気処理に要する時間を推定する方法であって、当該時点における燃料電池の残水量と設定された目標残水量から、該燃料電池の低減必要水分量を求める第１のステップと、前記燃料電池の状態量に基づいて該燃料電池の単位時間当たりの水分低減量を求める第２のステップと、前記燃料電池の低減必要水分量と該燃料電池の単位時間当たりの水分低減量から前記掃気処理に要する時間を求める第３のステップとを含むことを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、ユーザに違和感や誤認を生じさせることなく、低温対策用の制御が行われることを報知することが可能となる。

以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照しながら説明する。

Ａ．第１実施形態
図１は第１実施形態に係る燃料電池システム１００の要部構成を示す図である。本実施形態では、燃料電池自動車（ＦＣＨＶ；Fuel Cell Hyblid Vehicle）、電気自動車、ハイブリッド自動車などの車両に搭載される燃料電池システムを想定するが、車両のみならず各種移動体（例えば、船舶や飛行機、ロボットなど）や定置型電源にも適用可能である。

燃料電池４０は、供給される反応ガス（燃料ガス及び酸化ガス）から電力を発生する手段であり、固体高分子型、燐酸型、熔融炭酸塩型など種々のタイプの燃料電池を利用することができる。燃料電池４０は、ＭＥＡなどを備えた複数の単セルを直列に積層したスタック構造を有している。この燃料電池４０の出力電圧（以下、ＦＣ電圧）及び出力電流（以下、ＦＣ電流）は、それぞれ電圧センサ１４０及び電流センサ１５０によって検出される。燃料電池４０の燃料極（アノード）には、燃料ガス供給源１０から水素ガスなどの燃料ガスが供給される一方、酸素極（カソード）には、酸化ガス供給源７０から空気などの酸化ガスが供給される。

燃料ガス供給源１０は、例えば水素タンクや様々な弁などから構成され、弁開度やＯＮ／ＯＦＦ時間などを調整することにより、燃料電池４０に供給する燃料ガス量を制御する。
酸化ガス供給源７０は、例えばエアコンプレッサやエアコンプレッサを駆動するモータ、インバータなどから構成され、該モータの回転数などを調整することにより、燃料電池４０に供給する酸化ガス量を調整する。

図２は、酸化ガス供給源７０と燃料電池４０との間に設けられた加湿器４３を説明するための図である。
加湿器４３は、水蒸気交換膜４３を介して燃料電池４０から排出される酸化オフガスと燃料電池４０に供給される供給酸化ガスとの間で水分交換、熱交換を行う加湿器である。供給酸化ガスは、酸化ガス供給源７０から供給ガス流路４４、加湿器４３などを経由して燃料電池４０に供給される。一方、燃料電池４０から排出される酸化オフガスは、排出ガス流路４５、加湿器４３などを経由して外部に排出される。この排出ガス流路４５には酸化オフガスの温度を測定する温度センサ４６が設けられている。

図１に戻り、バッテリ６０は、充放電可能な二次電池であり、例えばニッケル水素バッテリなどにより構成されている。もちろん、バッテリ６０の代わりに二次電池以外の充放電可能な蓄電器（例えばキャパシタ）を設けても良い。このバッテリ６０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０を介して燃料電池４０と並列に接続されている。

インバータ１１０は、例えばパルス幅変調方式のＰＷＭインバータであり、制御ユニット８０から与えられる制御指令に応じて燃料電池４０またはバッテリ６０から出力される直流電力を三相交流電力に変換し、トラクションモータ１１５へ供給する。トラクションモータ１１５は、車輪１１６Ｌ、１１６Ｒを駆動するためのモータ（すなわち移動体の動力源）であり、かかるモータの回転数はインバータ１１０によって制御される。このトラクションモータ１１５及びインバータ１１０は、燃料電池４０側に接続されている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０は、例えば４つのパワー・トランジスタと専用のドライブ回路（いずれも図示略）によって構成されたフルブリッジ・コンバータである。ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０は、バッテリ６０から入力されたＤＣ電圧を昇圧または降圧して燃料電池４０側に出力する機能、燃料電池４０などから入力されたＤＣ電圧を昇圧または降圧してバッテリ６０側に出力する機能を備えている。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０の機能により、バッテリ６０の充放電が実現される。

バッテリ６０とＤＣ／ＤＣコンバータ１３０の間には、車両補機やＦＣ補機などの補機類１２０が接続されている。バッテリ６０は、これら補機類１２０の電源となる。なお、車両補機とは、車両の運転時などに使用される種々の電力機器（照明機器、空調機器、油圧ポンプなど）をいい、ＦＣ補機とは、燃料電池４０の運転に使用される種々の電力機器（燃料ガスや酸化ガスを供給するためのポンプなど）をいう。

制御ユニット（制御手段）８０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどにより構成され、電圧センサ１４０や電流センサ１５０、燃料電池４０の温度を検出する温度センサ５０、バッテリ６０の充電状態を検出するＳＯＣセンサ、アクセルペダルの開度を検出するアクセルペダルセンサなどから入力される各センサ信号に基づき当該システム各部を中枢的に制御する。また、本実施形態に係る制御ユニット８０は、システム停止時に実行する掃気処理（低温対策用の制御）を行う。

表示装置（報知手段）１６０は、液晶表示装置や各種ランプなどから構成され、音声出力装置（報知手段）１７０は、スピーカ、アンプ、フィルタなどから構成されている。制御ユニット８０は、表示装置１６０及び音声出力装置を用いて各種制御内容を報知する。この制御内容には、システム停止時に実行する掃気処理の制御内容（例えば、掃気処理の終了メッセージの表示や掃気処理終了までに要する時間の算出など；詳細は後述）も含まれる。

図３は、本実施形態に係る掃気処理を説明するためのブロック図である。
制御ユニット８０は、タイミング決定部１８と、インピーダンス測定部１８０と、掃気終了予定時間推定部２８０と、報知制御部３８０、掃気制御部４８０の機能を実現する。

＜タイミング決定部１８＞
タイミング決定部１８は、インピーダンス測定の開始タイミングを決定するものである。タイミング決定部１８は、イグニッションキーがオフされたことを検知すると、掃気処理に必要なインピーダンス測定を開始すべきと判断し、インピーダンス測定の開始命令を重畳信号生成部１８２に送る。なお、本実施形態ではイグニッションキーがオフされたことを契機としてインピーダンス測定の開始命令を送るが、どのようなタイミングでインピーダンス測定の開始命令を送るかは任意である。

＜インピーダンス測定部１８０＞
インピーダンス測定部１８０は、目標電圧決定部１８１、重畳信号生成部１８２、電圧指令信号生成部１８３、演算部１８４とを備えている。

目標電圧決定部１８１は、アクセルペダルセンサやＳＯＣセンサなどから入力される各センサ信号に基づいて出力目標電圧（例えば３００Ｖなど）を決定し、これを電圧指令信号生成部１８３に出力する。

重畳信号生成部１８２は、タイミング決定部１８から送出されるインピーダンス測定の開始命令に従い、出力目標電圧に重畳すべきインピーダンス測定用信号（例えば振幅値２Ｖの特定周波数のサイン波など）を生成し、これを電圧指令信号生成部１８３に出力する。なお、インピーダンス測定用信号の各パラメータ（波形の種類、周波数、振幅値）は、システム設計などに応じて適宜設定すれば良い。

電圧指令信号生成部１８３は、出力目標電圧にインピーダンス測定用信号を重畳し、電圧指令信号ＶｆｃｒとしてＤＣ／ＤＣコンバータ１３０に出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０は、与えられる電圧指令信号Ｖｆｃｒに基づき燃料電池４０等の電圧制御を行う。

演算部１８４は、電圧センサ１４０によって検出される燃料電池４０の電圧（ＦＣ電圧）Ｖｆ及び電流センサ１５０によって検出される燃料電池４０の電流（ＦＣ電流）Ｉｆを所定のサンプリングレートでサンプリングし、フーリエ変換処理（ＦＦＴ演算処理やＤＦＴ演算処理）などを施す。演算部１８４は、フーリエ変換処理後のＦＣ電圧信号をフーリエ変換処理後のＦＣ電流信号で除するなどして燃料電池４０のインピーダンスを求める。演算部１８４は、このようにして求めた燃料電池４０のインピーダンス（以下、スタックインピーダンス）をスタック残水量演算部２８１に出力する。

＜掃気終了予定時間推定部２８０＞
掃気終了予定時間推定部（推定手段）２８０は、スタック残水量演算部２８１、スタック水分低減量演算部２８２、推定部２８３、残水量比較部２８４とを備えている。
スタック残水量演算部２８１は、演算部１８４から供給されるスタックインピーダンスをもとに、スタック内の残水量（スタック残水量）を演算する。スタック残水量演算部２８１には、図４に示すようなスタックインピーダンスとスタック残水量との関係をあらわす関数Ｆが予め格納されている。スタック残水量演算部２８１は、この関数Ｆにスタックインピーダンスを代入することでスタック残水量を求める。スタック残水量演算部２８１は、このように求めたスタック残水量を残水量比較部２８４に出力する。

残水量比較部２８４は、スタック残水量演算部２８１から供給されるスタック残水量Ｗｓと、予め設定されている目標残水量Ｗｏとを比較し、掃気処理が必要か否かを判断する。残水量比較部２８４は、スタック残水量Ｗｓが目標残水量Ｗｏ以下である場合には、掃気処理は不要であると判断し、掃気処理の終了指令を報知制御部３８０に送る。
一方、残水量比較部（第１の演算手段）２８４は、スタック残水量Ｗｓが目標残水量Ｗｏを超えている場合には、掃気処理が必要であると判断し、スタック残水量Ｗｓから目標残水量Ｗｏを減算することで低減すべき水分量（以下、低減必要水分量）Ｗｄを求め、これを推定部２８３に送る。

スタック水分低減量演算部（第２の演算手段）２８２は、単位時間あたりのスタック水分低減量Ｗｄｄを演算するものであり、持ち去り水量演算部２８２ａ、スタック生成水量演算部２８２ｂ、回収水量演算部２８２ｃとを備えている。なお、単位時間あたりのスタック水分低減量Ｗｄｄの具体的な演算方法等については、実施形態の動作説明の項で詳細を明らかにする。

推定部（第３の演算手段）２８３は、残水量比較部２８４から供給される低減必要水分量Ｗｄと、スタック水分低減量演算部２８２から供給される単位時間あたりのスタック水分低減量Ｗｄｄとを用いて、掃気処理に要する時間（以下、掃気所要時間）を推定し、これを報知制御部３８０に出力する。

＜報知制御部３８０＞
報知制御部３８０は、残水量比較部２８４からの通知、または推定部２８３から出力される掃気所要時間に基づき、表示装置１６０及び音声出力装置１６５からの出力内容を制御する。
具体的には、残水量比較部２８４から掃気処理の終了指令が通知された場合には、例えば掃気終了メッセージを表示装置１６０に表示するとともに（図５参照）、該掃気処理が終了したことをあらわす音声メッセージや警告音を音声出力装置１６５から出力する。
一方、推定部２８３から掃気所要時間が出力された場合には、例えば推定部２８３によって推定された掃気所要時間（掃気終了までの予想時間）をあらわすメッセージを表示装置１６０に表示するとともに（図６参照）、該予想時間をあらわす音声メッセージを音声出力装置１６５から出力する。以下、本システムの終了時の動作について説明する。

図７は、本実施形態に係るシステム終了処理を示すフローチャートである。
制御ユニット８０のタイミング決定部１８は、イグニッションキーがオフされたことを検出すると、掃気処理に必要なスタックインピーダンスの測定開始命令を重畳信号生成部１８２に送る（ステップＳ１０→ステップＳ２０）。

インピーダンス演算部１８０の重畳信号生成部１８２は、測定開始命令を受け取ると、出力目標電圧に重畳すべきインピーダンス測定用信号を生成し、これを電圧指令信号生成部１８３に出力する。
電圧指令信号生成部１８３は、目標電圧決定部１８１から供給される出力目電圧に、重畳信号生成部１８２から出力されるインピーダンス測定用信号を重畳し、電圧指令信号ＶｆｃｒとしてＤＣ／ＤＣコンバータ１３０に出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０は、与えられる電圧指令信号Ｖｆｃｒに基づき燃料電池４０等の電圧制御を行う。演算部１８４は、電圧センサ１４０によって検出されるＦＣ電圧Ｖｆ及び電流センサ１５０によって検出されるＦＣ電流Ｉｆを、所定のサンプリングレートでサンプリングした後、フーリエ変換処理を施し、フーリエ変換処理後のＦＣ電圧信号をフーリエ変換処理のＦＣ電流信号で除するなどして燃料電池４０のインピーダンス（すなわち、スタックインピーダンス）を求める（ステップＳ３０）。演算部１８４は、このようにして求めたスタックインピーダンスをスタック残水量演算部３８１に出力する。

掃気終了予定時間推定部２８０のスタック残水量演算部２８１は、受け取ったスタックインピーダンスよりスタック残水量を推定する。具体的には、スタック残水量演算部２８１は、図４に示す関数Ｆに受け取ったスタックインピーダンスを代入することでスタック残水量Ｗｓを求める（ステップＳ４０）。スタック残水量演算部２８１は、このようにして求めたスタック残水量Ｗｓを残水量比較部２８４に出力する。

残水量比較部２８４は、スタック残水量演算部２８１から供給されるスタック残水量Ｗｓと、予め設定されている目標残水量Ｗｏとを比較し、掃気処理を開始（あるいは継続）すべきか否かを判断する（ステップＳ５０）。この目標残水量Ｗｏは、例えば実験などによって求めることができる。

ここで、スタック残水量Ｗｓが目標残水量Ｗｏを超えている場合には（ステップＳ５０；ＮＯ）、残水量比較部２８４は、低減必要水分量Ｗｄ（＝スタック残水量Ｗｓ−目標残水量Ｗｏ）を求め（ステップＳ６０）、これを推定部２８３に送る。さらに、残水量比較部２８４は、掃気制御部４８０に対して掃気処理の開始（あるいは継続）指令を送るとともに、スタック水分低減量演算部２８２に対して単位時間あたりのスタック水分低減量Ｗｄｄの算出指令を送る。

スタック水分低減量演算部２８２は、かかる指令を受け取ると、図８に示すスタック水分低減量演算処理を実行する（ステップＳ７０）。まず、持ち去り水量演算部２８２ａは、下記式（１）にエアストイキ比Ｓａ、ＦＣ電流Ｉｆを代入することで、ＦＣ排気エア量Ａａを算出する。
Ａａ[mol/sec]＝Ｉｆ＊（４００／（Ｆ＊４））＊（１００／２１）＊Ｓａ−Ｉｆ＊４００／（Ｆ＊４） ・・・（１）
Ｆ；ファラデー定数

次に、持ち去り水量演算部２８２ａは、温度センサ４６（図２参照）によって検知されるＦＣ排気エア温度を利用して飽和蒸気分圧Ｐｔを算出し、飽和蒸気分圧Ｐｔ及びＦＣ排気エア量Ａａを下記式（２）に代入することで、持ち去り水量Ｗｃを算出する。持ち去り水量演算部２８２ａは、算出した持ち去り水量Ｗｃを回収水量演算部２８２ｃに出力する。
Ｗｃ[g/sec]＝Ａａ＊Ｐｔ／（（Ｐｔ＋１００）＊１８） ・・・（２）

一方、スタック生成水量演算部２８２ｂは、下記式（３）にＦＣ電流Ｉｆを代入することでＦＣ生成水量Ｗｍを算出し、回収水量演算部２８２ｃに出力する。
Ｗｍ[g/sec]＝Ｉｆ＊４００／（２＊Ｆ）＊１８ ・・・（３）

回収水量演算部２８２ｃは、持ち去り水量演算部２８２ａによって算出されたＦＣ排気エア量Ａａ（式（１）参照）などをもとに、加湿器４３の水蒸気交換率Ｃｒを求める。回収水量演算部２８２ｃは、求めた水蒸気交換率Ｃｒと供給されるＦＣ生成水量Ｗｍを下記式（４）に代入することで、回収水量Ｗｔを算出する。
Ｗｔ[g/sec]＝Ｗｍ＊Ｃｒ ・・・（４）

回収水量演算部２８２ｃによって回収水量Ｗｔが算出されると、スタック水分低減量演算部２８２は、下記式（５）にＦＣ生成水量Ｗｍ、回収水量Ｗｔ、持ち去り水量Ｗｃを代入することで、単位時間当たりのスタック水分低減量Ｗｄｄを導出し、これを推定部２８３に出力し、処理を終了する。
Ｗｄｄ[g/sec]＝Ｗｍ＋Ｗｔ−Ｗｃ ・・・（５）

推定部２８３は、スタック水分低減量演算部２８２から供給される単位時間当たりのスタック水分低減量Ｗｄｄと残水量比較部２８４から供給される低減必要水分量Ｗｄを下記式（６）に代入することで、推定掃気所要時間Ｔｆを算出し（ステップＳ８０）、報知制御部３８０に送る。
Ｔｆ[sec]＝Ｗｄ／Ｗｄｄ ・・・（６）

報知制御部３８０は、推定部２８３から推定掃気所要時間Ｔｆを受け取ると、図６に示すような推定掃気所要時間をあらわすメッセージを表示装置１６０に表示するとともに、該予定時間をあらわす音声メッセージを音声出力装置１６５から出力し（ステップＳ９０）、ステップＳ３０に戻る。ここで、スタック残水量Ｗｓが目標残水量Ｗｏを超えている間は（ステップＳ４０；ＹＥＳ）、上述した処理が繰り返し実行される。

その後、スタック残水量Ｗｓが目標残水量Ｗｏ以下になったことを検知すると（ステップＳ４０；ＹＥＳ）、残水量比較部２８４は、報知制御部３８０及び掃気制御部４８０に対して掃気処理の終了指令を送る。掃気制御部４８０は、かかる指令に基づき掃気処理を終了するための制御（酸化ガスの供給停止など）を行う一方（ステップＳ１００）、報知制御部３８０は、図５に示すような掃気終了メッセージを表示装置１６０に表示するとともに、該掃気処理が終了したことをあらわす音声メッセージなどを音声出力装置１６５から出力し（ステップＳ１１０）、システム終了処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態によれば、システム終了時に掃気処理（すなわち低温対策用の制御）を行う場合、当該処理の実施を文字メッセージや音声メッセージなどによってユーザに確実に報知する。このため、イグニッションキーがオフされた後にシステムが作動している状況であっても、ユーザに違和感や誤認を生じさせることはない。

Ｂ．第２実施形態
上述した第１実施形態では、システム終了時に低温対策用の制御を行う場合について説明したが、例えばシステム起動時に暖機処理などの低温対策用の制御が必要になる場合もある。以下、かかる制御を実現する実施の形態について説明する。なお、第２実施形態に係る燃料電池システムのハードウェア構成は、上記第１実施形態と同様であるため図示及び詳細な説明は省略する。

図９は、本実施形態に係る起動処理を示すフローチャートである。
制御ユニット８０は、イグニッションキーがオンされたことを検出すると、温度センサ５０から当該時点におけるＦＣ温度Ｔｆを把握する（ステップＳ３１０→ステップＳ３２０）。そして、制御ユニット８０は、予め設定された許可温度Ｔｃ（通常運転による始動を許可するか否かを判断するための温度）とＦＣ温度Ｔｆとを比較する（ステップＳ３３０）。

ＦＣ温度Ｔｆが許可温度Ｔｃ以下である場合（ステップＳ３３０；ＮＯ）、制御ユニット８０は、暖機処理（例えば、高負荷状態で発電を行うことにより燃料電池を発熱させるなど）を開始する（ステップＳ３４０）。さらに、制御ユニット８０は、図１０に示すような暖機状態をあらわすグラフなどを表示装置１６０に表示するとともに、該暖機状態をあらわす音声メッセージを音声出力装置１６５から出力する（ステップＳ３５０）。図１０に示すグラフについて詳述すると、制御ユニット８０は、例えば現状のＦＣ温度Ｔｆを０％、許可温度Ｔｃを１００％としてグラフを設定する。その後、暖機処理が開始され、ＦＣ温度が上昇していくと、制御ユニット８０は、該ＦＣ温度の上昇に応じてＦＣ温度をあらわす領域（図１０の網掛け部分）を拡大してゆく表示制御を行う。なお、かかる表示態様は一例であり、どのような表示態様を採用するかは任意である（後述）。

制御ユニット８０は、かかる表示を行うと、ステップＳ３２０に戻り、上記一連の処理を実行する。このような処理を実行している間に、ＦＣ温度Ｔｆが許可温度Ｔｃを超えたことを検知すると（ステップＳ３３０；ＹＥＳ）、制御ユニット８０は、図１１に示すような通常運転が可能になったことをあらわすReady ＯＮメッセージを表示装置１６０に表示するとともに、該Ready ＯＮメッセージを音声出力装置１６５から出力し（ステップＳ３６０）、処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態によれば、システム起動時に暖機処理（すなわち低温対策用の制御）を行う場合、当該処理の実施を文字メッセージや音声メッセージなどによってユーザに確実に報知する。このため、イグニッションキーがオンされた後、通常運転が開始される前にシステムが作動している状況であっても、ユーザに違和感や誤認を生じさせることない。

＜変形例＞
（１）第２実施形態では、ＦＣ温度の変化を表示したが、ＦＣ温度Ｔｆの変化量から許可温度Ｔｃに到達するまでの予定時間（低温対策用の制御に関わる時間；以下、Ready ＯＮ予定時間）を求め、これを表示装置１６０や音声出力装置１６５から出力するようにしてもよい。ここで、Ready ＯＮ予定時間を表示する際には、デジタル表記で通常運転開始までの秒数を表示したり、Ready ＯＮ予定時間に対する経過時間をバーグラフにて表示しても良い。ここで、Ready ＯＮ予定時間については、リアルタイムに演算しながら逐次修正しても良いが、厳密な精度を要求しないのであれば（例えば、Ready ＯＮ予定時間をバーグラフでイメージ表示する場合など）、修正しなくても良い。また、必ずしもReady ＯＮ予定時間を報知する必要はなく、Ready ＯＮ予定時間を表示する代わりに（あるいは加えて）、暖機処理（低温対策用の制御）が行われている間、該暖機処理中であることをあらわす画像（例えばペンギンを模した画像；図１２Ａ参照）や警告マーク（図１２Ｂ参照）を表示装置１６０に表示しても良い。

（２）また、第２実施形態ではＦＣ温度Ｔｆに基づき暖機状態を報知したが、燃料電池システム１００の熱容量がわかっている場合には、発熱量に基づき暖機状態を報知しても良い。詳述すると、制御ユニット８０は、まず下記式（７）にＦＣ温度Ｔｆ及び許可温度Ｔｃを代入することで、必要発熱量Ｑｎを算出する。
Ｑｎ＝（Ｔｃ−Ｔｆ）＊Ｃ ・・・（７）
Ｃ；システムの熱容量

次に、制御ユニット８０は、下記式（８）にＦＣ電圧Ｖｆ及びＦＣ電流Ｉｆを代入することで、システム発熱量積分値Ｄｉを算出する。

制御ユニット８０は、現状のシステム発熱量積分値Ｄｉを０％、必要発熱量Ｑｎを１００％としてグラフを設定する。その後、暖機処理が開始されると、経過時間に応じてシステム発熱量積分値Ｄｉをあらわす領域が拡大し、システム発熱量積分値Ｄｉが必要発熱量Ｑｎに到達すると、通常起動が可能になったことをあらわすReady ＯＮメッセージが表示装置１６０及び音声出力装置１６５から出力される。このように、発熱量に基づき暖機状態を報知しても良い。

Ｃ．その他
上記第２実施形態に係る変形例を上記第１実施形態に適用しても良いのはもちろんである。また、上記第１実施形態にかかる構成と上記第２実施形態にかかる構成を組合せ、システム終了時における掃気処理とシステム起動時における暖機処理を併用するようにしても良い。この場合、掃気処理の進行状況をあらわす報知態様と暖機処理の進行状況をあらわす報知態様とを変えてもよい。具体的には、表示すべき画像の種類や色、文字の種類や大きさ、点灯パターンなどを変えたり、出力すべき音声の種類（男性、女性など）や警告音の種類などを変えても良い。
また、上記各実施形態では、映像や音の体感媒体によって報知する表示装置１６０、音声出力装置１６５を例示したが、光、音、映像、熱、振動、風、においの少なくともいずれか１つの体感媒体を用いて報知する報知手段を利用しても良い。

第１実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す図である。 同実施形態に係る加湿器付近の構成を説明するための図である。 同実施形態に係る制御ユニットの機能構成を示すブロック図である。 同実施形態に係るインピーダンスと残水量の関係を示すグラフである。 同実施形態に係る表示画面を例示した図である。 同実施形態に係る表示画面を例示した図である。 同実施形態に係るシステム終了処理を示すフローチャートである。 同実施形態に係るスタック水分低減量演算処理を示すフローチャートである。 第２実施形態に係るシステム起動処理を示すフローチャートである。 同実施形態に係る表示画面を例示した図である。 同実施形態に係る表示画面を例示した図である。 変形例に係る表示画面を例示した図である。 変形例に係る表示画面を例示した図である。

符号の説明

１００・・・燃料電池システム、１６０・・・表示装置、１６５・・・音声出力装置、８０・・・制御ユニット、４０・・・燃料電池、１６５・・・表示装置、１６５・・・音声出力装置、１８・・・タイミング決定部、１８０・・・インピーダンス測定部、２８０・・・掃気終了予定時間推定部、３８０・・・報知制御部、４８０・・・掃気制御部。

Claims (10)

1. 燃料電池システムにおいて、
   低温対策用の制御を行う制御手段と、
   前記低温対策用の制御の実施を報知する報知手段と
   を具備することを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記制御手段は、低温対策用の制御として暖気処理、または掃気処理の少なくともいずれか一方を実施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. 前記報知手段は、光、音、映像、熱、振動、風、においの少なくともいずれか１つの体感媒体を用いて報知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。
4. 前記制御手段は、前記暖機処理及び前記掃気処理を実施し、
   前記報知手段は、前記暖機処理と前記掃気処理との間で報知態様を変え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。
5. 前記報知手段は、前記低温対策用の制御に関わる時間を報知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。
6. 前記報知手段は、前記低温対策用の制御の実施をイメージ表示、またはキャラクター表示する表示装置を備え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。
7. 前記制御手段は、低温対策用の制御として掃気処理を実施し、
   前記燃料電池の低減必要水分量と前記燃料電池の状態量から前記掃気処理に要する時間を推定する推定手段をさらに具備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。
8. 前記推定手段は、
   当該時点における前記燃料電池の残水量と、設定された目標残水量から前記低減必要水分量を求める第１の演算出手段と、
   前記燃料電池の状態量に基づいて該燃料電池の単位時間当たりの水分低減量を求める第２の演算手段と、
   前記燃料電池の低減必要水分量と該燃料電池の単位時間当たりの水分低減量から前記掃気処理に要する時間を求める第３の演算手段と
   を具備することを特徴とする請求項７に記載の燃料電池システム。
9. 前記燃料電池の状態量には、出力電流、出力電圧、エアストイキ比、排気酸化ガス温度、排気酸化ガス量が含まれることを特徴とする請求項８に記載の燃料電池システム。
10. 燃料電池システムの掃気処理に要する時間を推定する方法であって、
    当該時点における燃料電池の残水量と設定された目標残水量から、該燃料電池の低減必要水分量を求める第１のステップと、
    前記燃料電池の状態量に基づいて該燃料電池の単位時間当たりの水分低減量を求める第２のステップと、
    前記燃料電池の低減必要水分量と該燃料電池の単位時間当たりの水分低減量から前記掃気処理に要する時間を求める第３のステップと
    を含むことを特徴とする掃気所要時間推定方法。

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