JP2007305412A - 燃料電池システムのアイドル制御装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池及びこれに付随するデバイスの耐久性を高めると共に、エネルギ消費を好適に抑えつつアイドル停止可能な燃料電池システムのアイドル制御装置、及び、その制御方法を提供する。
【解決手段】反応ガスが供給されることで発電する燃料電池１０と、燃料電池１０に反応ガスを供給するアノード系２０及びカソード系３０と、燃料電池１０を経由するように冷却液を循環させる冷却液循環系４０と、を備える燃料電池システム１のアイドル状態を制御する制御装置であって、燃料電池システム１が所定アイドル状態であると判定された場合、燃料電池１０への反応ガスの供給をアイドル停止させる停止制御手段と、アイドル停止中に、システム温度が所定システム温度以下に低下したと判定された場合、アイドル停止を解除し、反応ガスを燃料電池１０に供給して発電を再開させる解除制御手段と、を備えた燃料電池システムのアイドル制御装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池システムのアイドル制御装置及び制御方法に関する。

近年、固体高分子型燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell：ＰＥＦＣ）等の燃料電池を搭載し、この燃料電池の発電電力によって、電動式の走行モータを駆動させて走行する燃料電池車（燃料電池移動体）の開発が急速に進められている。
そして、このような燃料電池車の燃費を高めるため、つまり、燃料電池に供給される水素（反応ガス）の消費を抑えるため、例えば、信号待ちによって所定のアイドル状態が検出された場合、水素の供給及び空気を供給するコンプレッサ等を停止（これをアイドル停止という）させる技術が提案されている（特許文献１参照）。
特開２００１−３５９２０４号公報（００１５〜００４０、図２、図４参照）

一方、本願発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、低温（例えば０℃以下）の燃料電池を好適に起動させるには、例えば、燃料電池に通常よりも多量で反応ガスを供給し、その発電による自己発熱によって、燃料電池を良好に発電可能な温度（例えば、ＰＥＦＣの場合、７０℃〜９０℃）に暖機することができるという知見を得ている。そして、このようにして低温の燃料電池を起動させることを低温起動という。これに対し、燃料電池を通常に起動させることを通常起動という。
また、燃料電池の温度が低温になってしまうと、停止前の発電により生成した水が、燃料電池内で凍結する可能性があり、このように凍結すれば、燃料電池が破損するだけでなく、燃料電池に空気を送るコンプレッサ等のデバイスに負担となる可能性がある。

言い換えると、燃費を高めるためにアイドル停止したとしても、外気温度が低く、アイドル停止時間が長い場合、燃料電池の温度が低温起動の必要な程度に下がり、温度低下した燃料電池は、その後、低温起動させる必要があった。そして、このように低温起動すれば、コンプレッサ等を低温起動用に高い回転数等で作動することになり、その結果として、アイドル停止により消費を抑えたエネルギ以上のエネルギが、低温起動によって消費される可能性がある。

そこで、本発明は、燃料電池及びこれに付随するデバイスの耐久性を高めると共に、エネルギ消費を好適に抑えつつアイドル停止可能な燃料電池システムのアイドル制御装置、及び、その制御方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための手段として、本発明は、反応ガスが供給されることで発電する燃料電池と、前記燃料電池に前記反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、前記燃料電池を経由するように冷却液を循環させる冷却液循環手段と、を備える燃料電池システムのアイドル状態を制御する制御装置であって、前記燃料電池システムが所定アイドル状態であると判定された場合、前記燃料電池への反応ガスの供給をアイドル停止させる停止制御手段と、前記アイドル停止中に、システム温度が所定システム温度以下に低下したと判定された場合、当該アイドル停止を解除し、前記反応ガスを前記燃料電池に供給して発電を再開させる解除制御手段と、を備えたことを特徴とする燃料電池システムのアイドル制御装置である。

このような燃料電池システムのアイドル制御装置によれば、停止制御手段が、燃料電池システムが所定アイドル状態であると判定された場合、燃料電池への反応ガスの供給をアイドル停止させる。これにより、反応ガスの消費と、反応ガス供給手段の作動エネルギの消費（例えば、コンプレッサの電力消費）を抑えることができる。

次いで、アイドル停止中に、解除制御手段が、システム温度が所定システム温度以下に低下したと判定された場合、アイドル停止を解除し、反応ガスを燃料電池に供給して発電を再開させる。ここで、所定システム温度は、（１）アイドル停止中に生成水が凍結せず、燃料電池が破損しない温度（氷結判定閾値、例えば０℃以上）や、（２）燃料電池の発電再開時（つまり再起動時）に、燃料電池が安定した状態で発電可能な温度（例えば４０℃以上）に設定される。よって、所定システム温度の設定範囲は、例えば、−１０℃〜５０℃となる。
そして、所定システム温度が前記（１）の温度に設定された場合、アイドル停止中に生成水が燃料電池内で凍結することはなく、燃料電池及びこれに付随するコンプレッサ等のデバイスの耐久性を高めることができる。また、所定システム温度が前記（２）の温度に設定された場合、アイドル停止の解除後において、燃料電池を安定した状態で発電させることができる。

また、前記アイドル停止中に、冷却液の温度が第１冷却液温度以下に低下したと判定された場合、冷却液を循環させる循環制御手段を、さらに備えたことを特徴とする。

このような燃料電池システムのアイドル制御装置によれば、アイドル停止中に、循環制御手段が、冷却液の温度が第１冷却液温度以下に低下したと判定された場合、冷却液を循環させることにより、冷却液の温度を均一にすることで、冷却液の温度を高めることができる。すなわち、冷却液循環手段は、ラジエータ（放熱器）、サーモスタット弁、ウォーターポンプ、及び、これらを接続する配管等を備えて構成されるので、アイドル停止中における冷却液の温度低下率は各部位で異なり、アイドル停止中における冷却液の温度はばらついており、不均一となっている。そこで、このように冷却液を循環させることで、冷却液の温度の均一化を図り、その温度を高めるができる。
なお、第１冷却液温度は、アイドル停止による冷却液の温度の低下が進み、冷却液の循環を開始させるべき温度（例えば−１０℃〜５０℃）に設定される。

そして、このように冷却液の温度を高めることができれば、冷却液が経由する燃料電池の温度は低下しにくくなる。これにより、解除制御手段が、システム温度が所定システム温度以下であると判定するタイミングを遅らせることができる。その結果として、アイドル停止の解除を遅らせることができる。

また、前記システム温度は、前記冷却液の温度を含むと共に、前記解除制御手段は、前記循環制御手段による冷却液の循環後、当該冷却液の温度が第２冷却液温度（所定システム温度）以下であると判定された場合、前記アイドル停止を解除することを特徴とする。

このような燃料電池システムのアイドル制御装置によれば、循環制御手段による冷却液の循環後、冷却液の温度が第２冷却液温度以下であると判定された場合、冷却液の循環よって冷却液の温度が良好に回復していないと判断して、解除制御手段がアイドル停止を解除することができる。

なお、第２冷却液温度は、循環による冷却液の温度の回復程度を判定するため、前記第１冷却液温度よりもやや高めに設定される。また、第２冷却液温度は、前記した所定システム温度であるため、前記したように、（１）アイドル停止中に生成水が凍結しない温度（例えば０℃以上）や、（２）燃料電池の発電再開時に、燃料電池が安定した状態で発電可能な温度（例えば４０℃以上）に設定されるため、その設定範囲は、例えば、０℃〜５０℃となる。

また、前記燃料電池システムは、前記燃料電池の発電電力を蓄えると共に、前記反応ガス供給手段及び前記冷却液循環手段の作動電源となる蓄電装置を備えており、前記蓄電装置の残量を検出する残量検出手段を、さらに備え、前記蓄電装置の残量が第１残量以下であると判定された場合、前記循環制御手段は、冷却液の循環を停止し、前記解除制御手段は、前記アイドル停止を解除して前記燃料電池の発電を再開させることを特徴とする。

ここで、第１残量は、アイドル停止の解除後の発電の再開時において、コンプレッサ等の反応ガス供給手段が必要とする電力に対応した残量に設定される。また、発電の再開直後に燃料電池自動車が急加速するべく大きな電力が必要となる場合もあるため、この電力要求に対応するため、蓄電装置によって燃料電池の発電を補助することを考慮し、第１残量を設定することが好ましい。

このような燃料電池システムのアイドル制御装置によれば、冷却液循環制御手段が、蓄電装置の残量が第１残量以下であると判定された場合、冷却液循環手段による冷却液の循環を停止し、アイドル停止を解除して燃料電池の発電を再開することができる。言い換えると、蓄電装置の残慮不足のため、アイドル停止の解除後の発電の再開時に、反応ガス供給手段が作動不能となることを防止できる。

また、前記燃料電池システムは、前記燃料電池の発電電力を蓄えると共に、前記反応ガス供給手段及び前記冷却液循環手段の作動電源となる蓄電装置を備えており、前記蓄電装置の残量を検出する残量検出手段を、さらに備え、前記循環制御手段は、前記蓄電装置の残量がその後所定時間アイドル停止を継続可能な第２残量以上であると判定された場合、冷却液を循環させることを特徴とする。

ここで、第２残量は、前記した第１残量よりも高い値に設定される。具体的には、第２残量は、第１残量に、その後所定時間アイドル停止を継続するために必要な電力量を加えた値に設定される。

さらに説明すると、冷却液循環手段（後記する実施形態ではポンプ４１）が作動すると、蓄電装置の電力が消費されるうえ、アイドル停止中にも関わらず、その作動音や振動が発生する（デメリット）。一方、冷却液循環手段の作動により、冷却液の温度が回復すれば、アイドル停止の解除が遅れることになり、その結果、アイドル停止が継続される（メリット）。ところが、冷却液循環手段の作動によって蓄電装置の残量が下がるので、冷却液循環手段の作動中、又は、作動直後に、残量が第１残量に下がっていれば、アイドル停止を解除することになり、冷却液循環手段が作動する。よって、第２残量と第１残量との差が小さすぎる場合、冷却液循環手段の作動／停止が頻繁に行われることになり、冷却液循環手段がバタついてしまう（デメリット）。

そこで、第２残量を、第１残量に、その後所定時間アイドル停止を継続するために必要な電力量を加えた値に設定することにより、冷却液循環手段のバタつきを抑えつつ、アイドル停止を継続することができる。よって、所定時間は、燃料電池システムの仕様毎に、アイドル停止中における冷却液循手段やその他機器（ＥＣＵ等）の消費電力を考慮しつつ、燃料電池システムのオペレータ（例えば、燃料電池自動車の運転者）が冷却液循環手段のバタつきを感じないような長さに設定される。

したがって、このような燃料電池システムのアイドル制御装置によれば、循環制御手段が、蓄電装置の残量がその後所定時間アイドル停止を継続可能な第２残量以上であると判定された場合に、冷却液を循環させる。これにより、冷却液循環手段の頻繁な作動／停止を防止しつつ、アイドル停止の解除を遅らせて、アイドル停止を継続することができる。

また、前記システム温度は、前記燃料電池に供給／排出される反応ガスの温度、及び、外気温度の少なくとも１つの温度を含み、前記解除制御手段は、当該少なくとも１つの温度が所定システム温度以下である場合、アイドル停止を解除することを特徴とする。

ここで、「燃料電池に供給／排出される反応ガスの温度」は、燃料電池に供給される反応ガスの温度と、燃料電池から排出されるガスの温度とを意味する。加えて、反応ガスには、連続的に流通する反応ガスに限らず、滞留した反応ガスを含むものとする。

このような燃料電池システムのアイドル制御装置によれば、解除制御手段が、少なくとも１つの温度が所定システム温度以下である場合、アイドル停止を解除することにより、燃料電池内における生成水の凍結を確実に防止できる。
因みに、「所定システム温度」は、燃料電池に供給される反応ガス、燃料電池から排出されるガス、外気について、同一温度に設定してもよいし、別々に設定してもよい。

また、前記システム温度は、前記燃料電池に供給／排出される反応ガスの温度、及び、外気温度の少なくとも１つの温度を含み、前記解除制御手段は、前記冷却液の温度に基づく判定よりも前に、当該少なくとも１つの温度が所定システム温度以下であると判定された場合、アイドル停止を解除することを特徴とする。

このような燃料電池システムのアイドル制御装置によれば、解除制御手段が、循環によって温度分布の均一化を図る冷却液の温度に基づく判定よりも前に、温度が均一となりやすいガスに係る少なくとも１つの温度が所定システム温度以下であると判定された場合、速やかにアイドル停止を解除し、燃料電池の発電を再開させることができる。

また、反応ガスが供給されることで発電する燃料電池と、前記燃料電池に前記反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、前記燃料電池を経由するように冷却液を循環させる冷却液循環手段と、を備える燃料電池システムのアイドル状態の制御方法であって、前記燃料電池システムが所定アイドル状態であると判定された場合、前記燃料電池への反応ガスの供給をアイドル停止させる停止ステップと、前記アイドル停止中に、システム温度が所定システム温度以下に低下したと判定された場合、当該アイドル停止を解除し、前記反応ガスを前記燃料電池に供給して発電を再開させる解除ステップと、を含むことを特徴とする燃料電池システムのアイドル制御方法である。

このような燃料電池システムのアイドル制御方法によれば、燃料電池システムが所定アイドル状態であると判定された場合、燃料電池への反応ガスの供給をアイドル停止させ（停止ステップ）、反応ガスの消費等を抑えることができる。
そして、アイドル停止中に、システム温度が所定システム温度以下に低下したと判定された場合、アイドル停止を解除し、反応ガスを前記燃料電池に供給して発電を再開させることができる（解除ステップ）。

また、前記アイドル停止中に、冷却液の温度が第１冷却液温度以下に低下したと判定された場合、冷却液を循環させる循環ステップを、さらに含むことを特徴とする。

このような燃料電池システムのアイドル制御方法によれば、アイドル停止中に、冷却液の温度が第１冷却液温度以下に低下したと判定された場合、冷却液を循環させることにより（循環ステップ）、冷却液の温度を均一にすることで、冷却液の温度を高めることができる。その結果として、システム温度が所定システム温度以下であると判定するタイミングを遅らせることができ（解除ステップ）、つまり、アイドル停止の解除を遅らせることができる。

また、前記システム温度は、前記冷却液の温度を含むと共に、前記循環ステップにおける冷却液の循環後、当該冷却液の温度が第２冷却液温度（所定システム温度）以下であると判定された場合、前記解除ステップにおいて前記アイドル停止を解除することを特徴とする。

このような燃料電池システムのアイドル制御方法によれば、冷却液の循環後、冷却液の温度が第２冷却液温度以下であると判定された場合、冷却液の循環よって冷却液の温度が良好に回復していないと判断して、アイドル停止を解除することができる。

また、前記燃料電池システムは、前記燃料電池の発電電力を蓄えると共に、前記反応ガス供給手段及び前記冷却液循環手段の作動電源となる蓄電装置を備えており、前記蓄電装置の残量が第１残量以下であると判定された場合、前記冷却液の循環を停止し、前記アイドル停止を解除して前記燃料電池の発電を再開させることを特徴とする。

このような燃料電池システムのアイドル制御方法によれば、蓄電装置の残量が第１残量以下であると判定された場合、冷却液の循環の停止し、アイドル停止を解除して燃料電池の発電を再開させることができる。

また、前記燃料電池システムは、前記燃料電池の発電電力を蓄えると共に、前記反応ガス供給手段及び前記冷却液循環手段の作動電源となる蓄電装置を備えており、前記蓄電装置の残量がその後所定時間にて冷却液を循環可能な第２残量以上であると判定された場合、前記循環ステップにおいて、冷却液を循環させることを特徴とする。

このような燃料電池システムのアイドル制御方法によれば、蓄電装置の残量がその後所定時間アイドル停止を継続可能な第２残量以上であると判定された場合に、冷却液を循環させる。これにより、冷却液循環手段の頻繁な作動／停止を防止しつつ、アイドル停止の解除を遅らせて、アイドル停止を継続することができる。

また、前記システム温度は、前記燃料電池に供給／排出される反応ガスの温度、及び、外気温度の少なくとも１つの温度を含み、当該少なくとも１つの温度が所定システム温度以下である場合、前記解除ステップにおいてアイドル停止を解除することを特徴とする。

このような燃料電池システムのアイドル制御方法によれば、少なくとも１つの温度が所定システム温度以下である場合、アイドル停止を解除することにより（解除ステップ）、燃料電池の凍結を確実に防止できる。

また、前記システム温度は、前記燃料電池に供給／排出される反応ガスの温度、及び、外気温度の少なくとも１つの温度を含み、前記冷却液の温度に基づく判定よりも前に、当該少なくとも１つの温度が所定システム温度以下であると判定された場合、前記解除ステップにおいてアイドル停止を解除することを特徴とする。

このような燃料電池システムのアイドル制御方法によれば、温度が均一となりやすいガスに係る少なくとも１つの温度が所定システム温度以下であると判定された場合、速やかにアイドル停止を解除することができる（解除ステップ）。

本発明によれば、燃料電池及びこれに付随するデバイスの耐久性を高めると共に、エネルギ消費を好適に抑えつつアイドル停止可能な燃料電池システムのアイドル制御装置、及び、その制御方法を提供することができる。

以下、本発明の一実施形態について、図１から図４を参照して説明する。

≪燃料電池システムの構成≫
図１に示す本実施形態に係る燃料電池システム１は、燃料電池自動車（燃料電池移動体）に搭載されている。そして、燃料電池自動車は、燃料電池システム１を構成する電動式の走行モータ５１を動力源として、走行（移動）するようになっている。
燃料電池システム１は、燃料電池１０と、燃料電池１０に水素（燃料ガス、反応ガス）を供給及び排出するアノード系２０（反応ガス供給手段）と、燃料電池１０に酸素を含む空気（酸化剤ガス、反応ガス）を供給及び排出するカソード系３０（反応ガス供給手段）と、燃料電池１０を経由するように冷却液を循環させる冷却液循環系４０（冷却液循環手段）と、燃料電池１０の発電電力を消費する電力消費系５０と、車速センサ６１等の各種機器と、これらを電子制御するＥＣＵ７０（Electronic Control Unit、電子制御装置）と、を主に備えており、燃料電池システム１のアイドル制御装置が組み込まれている。

＜燃料電池＞
燃料電池１０（燃料電池スタック）は、単セルが複数積層されることによって構成された固体高分子型燃料電池である。単セルは、１価の陽イオン交換膜からなる電解質膜（固体高分子膜）の両面をアノード（燃料極）及びカソード（空気極）で挟んでなるＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜電極接合体）と、ＭＥＡを挟む一対のセパレータと、を主に備えている。各セパレータには、各単セルを構成するＭＥＡの全面に水素又は酸素を供給するための溝や、全単セルに水素、酸素を導くための貫通孔等が形成されており、これら溝等がアノード流路１１、カソード流路１２として機能している。

そして、アノード流路１１を介して各アノードに水素が供給され、カソード流路１２を介して各カソードに酸素を含む空気が供給されると、アノード、カソードに含まれる触媒（Ｐｔ等）上で電気化学反応が起こり、各単セルで電位差（いわゆるＯＣＶ（Open Circuit Voltage：開回路電圧））が発生するようになっている。次いで、このように各単セルで電位差が発生した燃料電池１０に対して、走行モータ５１等の外部負荷から発電要求があり、電流が取り出されると、燃料電池１０が発電するようになっている。

また、前記セパレータには、冷却液循環系４０から送られ、燃料電池１０と熱交換する冷却液が流通する冷却液流路１３が形成されている。

＜アノード系＞
アノード系２０は、水素が貯蔵された水素タンク２１と、遮断弁２２とを主に備えている。そして、水素タンク２１から下流側に向かって、配管２１ａと、遮断弁２２と、配管２２ａと、アノード流路１１とが順に接続されており、ＥＣＵ７０によって遮断弁２２が開かれると、水素がアノード流路１１に供給されるようになっている。なお、配管２２ａには、減圧弁（図示しない）が設けられており、水素は所定圧力に減圧されるようになっている。
アノード流路１１の下流側には、配管２２ｂが接続されており、アノードから排出されたアノードオフガスが、配管２２ｂを介して外部に排出されるようになっている。

＜カソード系＞
カソード系３０は、コンプレッサ３１（スーパーチャージャ）と、温度センサ３２（温度検出手段）とを主に備えている。コンプレッサ３１は、配管３１ａを介して、カソード流路１２に接続されており、ＥＣＵ７０の指令によりコンプレッサ３１が作動すると、外気が圧縮されて、空気がカソード流路１２に供給されるようになっている。コンプレッサ３１は、後記する電力制御器５３と接続されており、通常の発電時は燃料電池１０を作動電源として、起動時及びアイドル停止の解除後の起動時等は二次電池５４を作動電源として、作動するようになっている。

また、配管３１ａには、加湿器（図示しない）が設けられており、カソードに送られる空気が適宜に加湿されるようになっている。
カソード流路１２の下流側は、配管３１ｂが接続されており、カソードから排出されたカソードオフガスが、配管３１ｂを介して外部に排出されるようになっている。

温度センサ３２は、燃料電池１０の下流側の配管３１ｂに設けられており、配管３１ｂ内の温度、つまり、アノードオフガスの温度（実測排出空気温度Ｔ２１）を検出するようになっている。また、温度センサ３２は、ＥＣＵ７０と接続されており、ＥＣＵ７０は実測排出空気温度Ｔ２１を監視している。

＜冷却液循環系＞
冷却液循環系４０は、燃料電池１０とラジエータ４２（放熱器）とを経由するように、
冷却液を循環（流通）させて、燃料電池１０が過昇温しないように、燃料電池１０を適宜に冷却する系である。冷却液循環系４０は、ポンプ４１と、ラジエータ４２と、温度センサ４３と、循環する冷却液とを主に備えている。冷却液は、いわゆるラジエータ液であって、エチレングリコール等を主成分とする不凍液から構成される。

続いて、これらの接続状態について説明すると、燃料電池１０の冷却液流路１３の出口から、配管４１ａ、ラジエータ４２、配管４１ｂ、ポンプ４１、配管４１ｃ、冷却液流路１３の入口の順に接続されている。そして、ＥＣＵ７０の指令により、ポンプ４１が作動すると、冷却液が、燃料電池１０、ラジエータ４２を経由して循環するように設計されている。

ポンプ４１は、コンプレッサ３１と同様に、電力制御器５３と接続されている。そして、ポンプ４１は、通常の発電時は燃料電池１０を作動電源として、起動時、アイドル停止中及びアイドル停止の解除後の起動時等は二次電池５４を作動電源として、作動するようになっている。また、ポンプ４１は、ＥＣＵ７０の指令に従って、通常回転速度又は低回転速度で作動するようになっている。

温度センサ４３は、燃料電池１０の下流側の配管４１ａに設けられており、燃料電池１０から排出された冷却液の温度（実測冷却液温度Ｔ３１）を検出するようになっている。また、温度センサ４３はＥＣＵ７０と接続されており、ＥＣＵ７０は実測冷却液温度Ｔ３１を監視している。
その他、サーモスタット弁（図示しない）と共に、ラジエータ４２を迂回する迂回配管（図示しない）が設けられている。そして、冷却液の温度が所定温度より低い場合、サーモスタット弁が作動し、冷却液がラジエータ４２を迂回するようになっている。

このように、冷却液循環系４０は、複数の機器及び配管によって構成されている。また、ラジエータ４２はフロントグリル裏等に配置され、燃料電池１０はボンネット内やフロアパネル下やセンタートンネル内等に配置される。そして、このように配置された燃料電池１０等を接続するために、配管４１ａ等は適所にレイアウトされる。また、ポンプ４１、ラジエータ４２及び燃料電池１０内も冷却液の流路となる。

したがって、後記するようにポンプ４１が停止され、冷却液が循環していない場合、配管４１ａ等内で滞留する冷却液が外部温度によって受ける温度変化は、配管４１ａ等の配置場所によって異なる。さらに説明すると、例えば、ポンプ４１は作動中に発熱していると推定されるため、ポンプ４１の停止後において、ポンプ４１内及びポンプ４１の近傍の配管４１ｃ等内の冷却液の温度は低下しにくいと推定される。これに対し、外気温の影響を受けやすいラジエータ４２内の冷却液の温度は速やかに低下すると推定される。

すなわち、ポンプ４１の停止が継続すると、冷却液循環系４０内を滞留する冷却液には、温度分布が発生する。つまり、冷却液循環系４０は、他の部分よりも外部と断熱されており、冷却液の非循環状態が継続すると、滞留する冷却液の温度が下がりにくい断熱部位４４を有していると考えられる。

＜電力消費系＞
電力消費系５０は、主に燃料電池１０の発電電力を消費する系であり、走行モータ５１と、コンタクタ５２と、電力制御器５３と、二次電池５４（蓄電装置）と、残量検出器５５（残量検出手段）とを主に備えている。この他、コンプレッサ３１やポンプ４１のモータも、電力消費系５０に含まれる。

走行モータ５１は、燃料電池自動車を走行させるモータであり、コンタクタ５２及び電力制御器５３を介して燃料電池１０の出力端子に接続されている。

コンタクタ５２は、燃料電池１０と電力制御器５３及び走行モータ５１等との電気的接続をＯＮ／ＯＦＦするスイッチであって、燃料電池１０と電力制御器５３との間に配置されている。そして、コンタクタ５２はＥＣＵ７０と接続されており、ＥＣＵ７０の指令によってコンタクタ５２がＯＦＦされると、燃料電池１０から電流の取り出しは不能となり、燃料電池１０が発電しない設定となっている。これに対し、ＥＣＵ７０によりコンタクタ５２がＯＮされると、燃料電池１０から電流の取り出しは可能、つまり、燃料電池１０は発電可能となる。

電力制御器５３は、ＤＣ−ＤＣコンバータ等を備えて構成され、ＥＣＵ７０からの指令に従って、燃料電池１０の発電電力を制御する機器である。すなわち、コンタクタ５２のＯＮ状態で、電力制御器５３が適宜に制御されると、燃料電池１０が発電し、発電電力が走行モータ５１に供給される設定となっている。

加えて、電力制御器５３は、二次電池５４と、コンプレッサ３１と、ポンプ４１とそれぞれ接続されている。
コンプレッサ３１及びポンプ４１は、燃料電池１０の通常発電時、つまり、暖機が完了した燃料電池１０が通常に発電している時、燃料電池１０の発電電力を利用して作動するようになっている。一方、燃料電池自動車の始動時や後記するアイドル停止後の再発電時等、燃料電池１０の発電電力が不足する場合、二次電池５４を作動電源とするように設定されている。
この他、燃料電池１０の余剰発電電力や回生時の回生電力が二次電池５４に充電されるようになっている。一方、燃料電池１０の発電出力が不足する場合、二次電池５４に補助されて走行モータ５１が作動するようになっている。

二次電池５４は、燃料電池１０の余剰電力をその内部に蓄えると共に、蓄えた電力によって燃料電池１０を補助する蓄電装置である。このような二次電池５４は、例えば、いわゆる１２Ｖバッテリや、キャパシタ等によって構成される。

また、二次電池５４は、第１残量と、第２残量Ｖ５２とを固有している。
第１残量は、アイドル停止の解除後の発電の再開時において、コンプレッサ３１（反応ガス供給手段）が必要とする電力に対応した最小限の残量に設定される。ただし、発電の再開直後に燃料電池自動車が急加速するべく大きな電力が必要となる場合もあり、この場合において、発電再開後における燃料電池１０の不十分な発電電力を、二次電池５４が補うことになるので、これを考慮して、第１残量を設定することが好ましい。

第２残量Ｖ５２は、アイドル停止中において、ポンプ４１を作動させるメリットがあるか否かを判定するための基準値であり（図３、Ｓ２０５参照）、第１残量よりも高い値に設定される。具体的には、第２残量は、第１残量に、その後（詳細には、ステップＳ２０５の判定の後）、所定時間（例えば５〜１０分間）アイドル停止を継続するために必要な電力量を加えた値に設定される。

この理由について説明すると、アイドル停止中にポンプ４１が作動すると、二次電池５４の電力が消費されるうえ、アイドル停止中にも関わらず、その作動音や振動が発生する（デメリット）。しかし、ポンプ４１の低回転速度での作動により、実測冷却液温度Ｔ３１が回復すれば、アイドル停止の解除を遅らせることができる（メリット）。ところが、ポンプ４１の作動によって二次電池５４の残量が下がるので、ポンプ４１の作動中、作動直後、又は、作動後あまり時間が経過しないうちに、実際の残量（実測残量Ｖ５１）が第１残量に下がれば、アイドル停止が解除されることになり、ポンプ４１が通常の回転数で作動してしまう。すなわち、第２残量Ｖ５２と第１残量との差が小さすぎる場合、ポンプ４１の作動／停止が頻繁に行われることになり、ポンプ４１がバタつき、運転者が不快に感じるおそれがある（デメリット）。

そこで、第２残量を、第１残量に、その後（ステップＳ２０５の判定後）、所定時間アイドル停止を継続するために必要な電力量を加えた値に設定することにより、ポンプ４１のバタつきを抑えつつ、アイドル停止を好適に継続することができる。よって、所定時間は、アイドル停止中におけるポンプ４１やＥＣＵ７０等の作動による二次電池５４の残量の低下を考慮しつつ、燃料電池自動車の運転者がポンプ４１のバタつきを感じないような長さに設定される。

残量検出器５５は、二次電池５４の実測残量Ｖ５１を検出する機器であって、例えば、二次電池５４の起電圧を検出する電圧計を備えている。そして、残量検出器５５はＥＣＵ７０と接続されており、ＥＣＵ７０は実測残量Ｖ５１を監視している。

＜車速センサ等＞
車速センサ６１は、燃料電池自動車の車速を検出するセンサであり、適所に設けられている。そして、車速センサ６１はＥＣＵ７０と接続されており、ＥＣＵ７０は車速を監視している。
電力要求手段６２は、例えば、車内エアコンや車内ステレオ等の燃料電池１０の発電電力によって作動すると共に、燃料電池１０に対して電力を要求する手段である。そして、電力要求手段６２はＥＣＵ７０と接続されており、ＥＣＵ７０は電力要求があるか否かを監視している。

＜ＥＣＵ＞
ＥＣＵ７０（停止制御手段、解除制御手段、循環制御手段）は、燃料電池システム１を電子制御する制御装置であって、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成されている。

＜ＥＣＵ−停止制御機能＞
そして、ＥＣＵ７０は、燃料電池システム１（燃料電池自動車）が所定アイドル状態であるか否かを判定する機能と共に、所定アイドル状態であると判定された場合、水素及び空気の供給を（アイドル）停止させる停止制御機能を有している。

＜ＥＣＵ−第１冷却液温度に基づく循環制御機能＞
また、ＥＣＵ７０は、アイドル停止中において、実測冷却液温度Ｔ３１と、その内部に記憶された第１冷却液温度Ｔ３２（例えば、−１０℃〜５０℃）とに基づいて、実測冷却液温度Ｔ３１の回復を図るべく、低回転速度によるポンプ４１の作動を開始させることで、冷却液を循環させる循環制御機能を有している。第１冷却液温度Ｔ３２は、後記する第２冷却液温度Ｔ３３よりも低い温度に設定される（Ｔ３２＜Ｔ３３）。第１冷却液温度Ｔ３２は、アイドル停止によって、実測冷却液温度Ｔ３１が低下したため、生成水の凍結等による燃料電池１０の破損を防止すると共に、アイドル停止の解除後の再発電時において燃料電池１０が安定して発電可能な温度に設定される。このような第１冷却液温度Ｔ３２は、予備実験等により求められ、ＥＣＵ７０に記憶されている。

＜ＥＣＵ−第２残量に基づく循環制御機能＞
また、ＥＣＵ７０は、アイドル停止中において、実測残量Ｖ５１と、前記した第２残量Ｖ５２とに基づいて、冷却液を循環させる又は冷却液の循環を継続させる循環制御機能を有している。これにより、ポンプ４１のバタつきを抑えつつ、アイドル停止を好適に継続可能となっている。

＜ＥＣＵ−解除制御機能＞
また、ＥＣＵ７０は、アイドル停止中に、所定の判定結果が得られた場合、アイドル停止を解除して、燃料電池１０の発電を再開させる解除制御機能を有している。

＜ＥＣＵ−第２冷却液温度に基づく解除制御機能＞
ＥＣＵ７０は、アイドル停止中であって、後記するステップＳ２１０、Ｓ２１４に示すように、低回転速度でのポンプ４１の作動中に、実測冷却液温度Ｔ３１と、その内部に記憶された第２冷却液温度Ｔ３３（例えば、０℃〜６０℃）とに基づいて、アイドル停止を解除する解除制御機能を有している。第２冷却液温度Ｔ３３は、低回転速度によるポンプ４１の作動の効果があったか否かを判定するための温度であり、第１冷却液温度Ｔ３２よりも高めに設定される。すなわち、低回転速度でのポンプ４１の作動により、冷却液の温度の均一化及びその上昇を図っているにも関わらず、実測冷却液温度Ｔ３１が第２冷却液温度Ｔ３３以上に上昇しない場合、ポンプ４１の作動前から既に冷却液の温度は均一であると考えられる。そして、このように実測冷却液温度Ｔ３１が第２冷却液温度Ｔ３３以上に上昇しない場合、ポンプ４１を低回転速度で作動しても、温度回復が期待できないので、アイドル停止を解除するように設定されている。

また、第２冷却液温度Ｔ３３と第１冷却液温度Ｔ３２との差が小さすぎると、実測冷却液温度Ｔ３１が第２冷却液温度Ｔ３３に到達したことによりポンプ４１を停止した後、すぐに、実測冷却液温度Ｔ３１が第１冷却液温度Ｔ３２に低下し、ポンプ４１が再び作動することになり、ポンプ４１の作動と停止とが頻繁に繰り返され、ポンプ４１がバタついてしまうため、これらを考慮して、第２冷却液温度Ｔ３３は設定される。
そして、このような第２冷却液温度Ｔ３３は、予備実験等により求められ、ＥＣＵ７０に記憶されている。

因みに、このような低回転速度でのポンプ４１の作動中おける第２冷却液温度Ｔ３３に基づく判定は、低回転速度でポンプ４１が連続して作動している作動時間ｔ１が、所定時間ｔ２以上となった場合に行うように設定されている。所定時間ｔ２は、低回転速度でポンプ４１が連続作動により、冷却液の温度が均一になると推定される時間であり、例えば、５〜１０秒である。因みに、所定時間ｔ２は、冷却液の流路長等に依存し、予備実験等により求められ、ＥＣＵ７０に記憶されている。

＜ＥＣＵ−所定排出空気温度に基づく解除制御機能＞
また、ＥＣＵ７０は、アイドル停止中において、実測排出空気温度Ｔ２１と所定排出空気温度Ｔ２２（例えば、−１０℃〜５０℃）とに基づいて、アイドル停止を解除する解除制御機能を有している。所定排出空気温度Ｔ２２は、実測排出空気温度Ｔ２１がこの温度よりも下がってしまうと、凍結によって燃料電池１０等が破損等するおそれがあると推定されると共に、実測排出空気温度Ｔ２１がこの温度以上ならば、アイドル停止の解除後、燃料電池１０が安定して発電可能とされる温度である。このような所定排出空気温度Ｔ２２は、予備実験等により求められ、ＥＣＵ７０に記憶されている。

≪燃料電池システムの動作≫
次に、本実施形態に係る燃料電池システム１の動作と共に、本実施形態に係る燃料電池システム１のアイドル制御方法について説明する。燃料電池システム１のアイドル制御方法は、燃料電池システム１（燃料電池自動車）が所定アイドル状態であると判定された場合、燃料電池１０への水素及び空気の供給をアイドル停止させる停止ステップと、アイドル停止中に、実測排出空気温度Ｔ２１及び実測冷却液温度Ｔ３１（ともにシステム温度）が所定システム温度以下に低下したと判定された場合、アイドル停止を解除し、水素及び空気を燃料電池１０に供給して発電を再開させる解除ステップと、を含んでいる。

まず、アイドル制御方法の基本制御について図２を主に参照して説明し、その後、アイドル停止解除判断処理について図３を主に参照して説明する。また、以下の処理は、燃料電池システム１（燃料電池自動車）の起動スイッチであるイグニッション（図示しない）のＯＮ状態における処理である。さらに、後記するフラグＡ、フラグＢ、及び、フラグＣは、初期状態では０に設定されている。

＜基本制御＞
図２に示すステップＳ１０１において、ＥＣＵ７０は、アイドル停止に対応するフラグＡを参照して、現在、燃料電池システム１がアイドル停止中であるか否かを判定する。そして、フラグＡが１であり、アイドル停止中であると判定した場合（Ｓ１０１・Ｙｅｓ）、ステップＳ１０５に進む。一方、フラグＡが１でなく、アイドル停止中でないと判定した場合（Ｓ１０１・Ｎｏ）、ステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２において、ＥＣＵ７０は、アイドル停止できるか否かを判定する。そして、アイドル停止できると判定した場合（Ｓ１０２・Ｙｅｓ）、ステップＳ１０３に進む。一方、アイドル停止できないと判定した場合（Ｓ１０２・Ｎｏ）、ステップＳ１０２の判定を繰り返す。

ここで、このアイドル停止できるか否かの判定について、さらに説明すると、特開２００１−３５９２０４号公報等に記載されるように、ＥＣＵ７０は、（１）車速センサ６１によって燃料電池自動車の停止を検知している場合であって、（２）電力要求手段６２から発電要求がなく、（３）実測残量Ｖ５１が第３残量以上である場合、アイドル停止できると判定される。逆に、これらの条件が全て満たされていない場合、アイドル停止できないと判定される。
なお、第３残量は、前記した第１残量及び第２残量Ｖ５２よりも高い値に設定される。第３残量は、アイドル停止中にポンプ４１及びＥＣＵ７０による電力消費によって実測残量Ｖ５１が下がるため、アイドル停止に入った後、実測残量Ｖ５１が直ちに第２残量Ｖ５２（＞第１残量）に低下しないように設定される。

ステップＳ１０３において、ＥＣＵ７０は、アイドル停止を実行する。具体的に、ＥＣＵ７０は、遮断弁２２を閉じて水素の供給を停止し、コンプレッサ３１を停止して空気の供給を停止する。これと共に、ＥＣＵ７０は、ポンプ４１を停止して冷却液の循環を停止し、コンタクタ５２をＯＦＦする。

ステップＳ１０４において、ＥＣＵ７０は、アイドル停止中であることを記憶するために、フラグＡに１を代入して、リターンに進み、スタートに戻る。

次に、ステップＳ１０１において、アイドル停止中であると判定され（Ｓ１０１・Ｙｅｓ）、ステップＳ１０５に進んだ場合について説明する。
ステップＳ１０５において、ＥＣＵ７０は、燃料電池自動車の運転者等から発電要求があるか否か判定する。そして、発電要求があると判定した場合（Ｓ１０５・Ｙｅｓ）、ステップＳ１０６に進む。なお、この場合は、運転者等の意図によって、アイドル停止が解除される場合であり、ＥＣＵ７０が、例えば、（１）車速センサ６１によって燃料電池自動車が走行し始めたことや、（２）車内エアコン（電力要求手段６２）がＯＮされたこと等の少なくとも１つを検知した場合である。
一方、ＥＣＵ７０は、発電要求がないと判定した場合（Ｓ１０５・Ｎｏ）、ステップＳ２００に進む。

ステップＳ１０６において、ＥＣＵ７０は、後記するステップＳ２０８によって、低回転速度におけるポンプ４１の作動時間ｔ１を計測するタイマーがスタートしていた場合、これをリセットする。
ステップＳ１０７において、フラグＣが１である場合、フラグＣに０を代入してリセットする。

ステップＳ１０８において、ＥＣＵ７０は、アイドル停止の解除を実行し、燃料電池システム１を再起動して、燃料電池１０の発電を再開させる。具体的に、ＥＣＵ７０は、遮断弁２２を開いて水素の供給を開始し、コンプレッサ３１を作動して空気の供給を開始する。これと共に、ＥＣＵ７０は、ポンプ４１を通常の回転速度で作動し、冷却液を通常に循環させる。並びに、ＥＣＵ７０は、コンタクタ５２をＯＮし、電力制御器５３を適宜に制御して燃料電池１０を発電させる。

ステップＳ１０９において、ＥＣＵ７０は、アイドル停止中でないことを記憶するために、フラグＡに０を代入して、リターンに進み、スタートに戻る。

次に、ステップＳ１０５において、発電要求がないと判定され（Ｓ１０５・Ｎｏ）、ステップＳ２００において、ＥＣＵ７０は、アイドル停止を解除するか否かを判断するアイドル停止解除判断処理を行う。なお、この処理の内容については、後で詳細に説明する。

ステップＳ１１０において、ＥＣＵ７０は、アイドル停止の解除に対応するフラグＢを参照して、アイドル停止を解除する必要があるか否かを判定する。

そして、フラグＢが１であり、アイドル停止を解除する必要があると判定した場合（Ｓ１１０・Ｙｅｓ）、ステップＳ１１１でフラグＢをリセット（０を代入）し、ステップＳ１０６、Ｓ１０７を経由して、ステップＳ１０８でアイドル停止の解除を実行し、燃料電池システム１を再起動させ、燃料電池１０の発電を再開させる。
なお、この場合は、運転者等からの発電要求によってアイドル停止が解除されるのではなく（Ｓ１０５・Ｎｏ）、アイドル停止が継続されている場合であって、後記するように、ポンプ４１の低回転速度での作動によっても、実測冷却液温度Ｔ３１の低下を回避することができず、このままでは、燃料電池１０内の生成水が凍結等してしまうと推定されるため、アイドル停止を解除して、燃料電池システム１を再起動し、燃料電池１０の発電を再開させる必要がある場合である。

一方、ＥＣＵ７０は、フラグＢが１であり、アイドル停止を解除する必要がないと判定した場合（Ｓ１１０・Ｎｏ）、リターンに進み、スタートに戻る。

＜アイドル停止解除判断処理Ｓ２００＞
次に、図３を参照して、アイドル停止解除判断処理Ｓ２００について、具体的に説明する。
ステップＳ２０１において、ＥＣＵ７０は、実測排出空気温度Ｔ２１と、その内部に記憶された所定排出空気温度Ｔ２２とに基づいて、アイドル停止を解除する必要があるか否か判定する。

そして、実測排出空気温度Ｔ２１が所定排出空気温度Ｔ２２以下であり、アイドル停止を解除する必要があると判定した場合（Ｓ２０１・Ｙｅｓ）、ステップＳ２１４に進む。
次いで、ステップＳ２１４において、ＥＣＵ７０は、アイドル停止を解除する必要があることを一時的に記憶するため、フラグＢに１を代入する。続いて、エンドを経由して、図２に示すステップＳ１１０に進む。

一方、実測排出空気温度Ｔ２１が所定排出空気温度Ｔ２２以下でなく、アイドル停止を解除する必要がないと判定した場合（Ｓ２０１・Ｎｏ）、ステップＳ２０２に進む。

ここで、排出空気等のガス（気体）の温度は、冷却液等の液体よりも、速やかに均一となりやすい。したがって、実測排出空気温度Ｔ２１に基づくアイドル停止の解除判定（Ｓ２０１）を、後記する実測冷却液温度Ｔ３１に基づく解除判定（Ｓ２０３、Ｓ２１０）よりも前に実行することにより、アイドル停止の解除を迅速かつ遅れずに行うことができる。

ステップＳ２０２において、ＥＣＵ７０は、低回転速度でのポンプ４１の作動に対応するフラグＣを参照して、現在、ポンプ４１が低回転速度で作動しているか否かを判定する。そして、フラグＣが１であり、ポンプ４１が低回転速度で作動していると判定した場合（Ｓ２０２・Ｙｅｓ）、ステップＳ２０５に進む。一方、フラグＣが１でなく、ポンプ４１が低回転速度で作動していないと判定した場合（Ｓ２０２・Ｎｏ）、ステップＳ２０３に進む。

ステップ２０３において、ＥＣＵ７０は、実測冷却液温度Ｔ３１が第１冷却液温度Ｔ３２以下であるか否かについて判定する。
そして、実測冷却液温度Ｔ３１が第１冷却液温度Ｔ３２以下であると判定した場合（Ｓ２０３・Ｙｅｓ）、ステップＳ２０５に進む。なお、この場合は、アイドル停止が継続したことにより冷却液の温度が低下した場合である。
一方、実測冷却液温度Ｔ３１が第１冷却液温度Ｔ３２以下でないと判定した場合（Ｓ２０３・Ｎｏ）、ステップＳ２０４に進む。なお、この場合は、実測冷却液温度Ｔ３１が第１冷却液温度Ｔ３２に低下していないので、ポンプ４１を作動させずに、アイドル停止を継続できる場合である。

ステップＳ２０４において、ＥＣＵ７０は、アイドル停止を継続すると認識し、つまり、アイドル停止を解除する必要がないとして、フラグＢが０であること維持する。そして、エンドを経由して、図２に示すステップＳ１１０に進む。

次に、ステップＳ２０２又はステップＳ２０３での判定がＹｅｓとなって、ステップＳ２０５に進んだ場合を説明する。
ステップＳ２０５において、ＥＣＵ７０は、実測残量Ｖ５１が第２残量Ｖ５２以上であるか否かを判定する。なお、第２残量Ｖ５２は、前記したように、第１残量に、その後所定時間アイドル停止を継続できる電力量を加えた値である。
そして、実測残量Ｖ５１が第２残量Ｖ５２以上であると判定した場合（Ｓ２０５・Ｙｅｓ）、ステップＳ２０６に進む。一方、実測残量Ｖ５１が第２残量Ｖ５２以上でないと判定した場合（Ｓ２０５・Ｎｏ）、ステップＳ２１４に進む。

ステップＳ２０６において、ＥＣＵ７０は、ポンプ４１を通常回転速度よりも低い低回転速度で作動させ、冷却液を循環させる（循環ステップ）。これにより、断熱部位４４によって、他よりも温度の高い冷却液が存在した場合、この循環によって、冷却液の温度、つまり、実測冷却液温度Ｔ３１が上昇し始める。
なお、ポンプ４１が既に作動中の場合、継続して作動させる。また、通常回転速度とは、燃料電池システム１がアイドル停止状態でなく、通常に運転している場合におけるポンプ４１の回転速度を意味する。

ステップＳ２０７において、ＥＣＵ７０は、ポンプ４１が低回転速度で作動中であることを記憶するために、フラグＣに１を代入する。
ステップＳ２０８において、ＥＣＵ７０は、内部クロックを利用して、低回転速度で作動するポンプ４１の作動時間ｔ１を計測する（タイマースタート）。なお、計測中の場合は、作動時間ｔ１の計測を継続する（タイマー加算）。

ステップＳ２０９において、ＥＣＵ７０は、作動時間ｔ１が所定時間ｔ２以上であるか否かを判定する。
そして、作動時間ｔ１が所定時間ｔ２以上であると判定した場合（Ｓ２０９・Ｙｅｓ）、ステップＳ２１０に進む。一方、作動時間ｔ１が所定時間ｔ２以上でないと判定した場合（Ｓ２０９・Ｎｏ）、ステップＳ２０４に進む。

ステップＳ２１０において、ＥＣＵ７０は、実測冷却液温度Ｔ３１が第２冷却液温度Ｔ３３以下であるか否かを判定する。
実測冷却液温度Ｔ３１が第２冷却液温度Ｔ３３以下であると判定した場合（Ｓ２１０・Ｙｅｓ）、ステップＳ２１４に進み、フラグＢに１を代入して、アイドル停止を解除する必要があることを一時的に記憶する。なお、この場合は、所定時間ｔ２以上の作動時間ｔ１の間、継続してポンプ４１を低回転速度で作動させ、冷却液の温度の均一化による温度上昇を図っているにも関わらず、実測冷却液温度Ｔ３１が第２冷却液温度Ｔ３３以下であり、つまり、冷却液の温度が回復せず、アイドル停止を解除する必要がある場合である。

一方、実測冷却液温度Ｔ３１が第２冷却液温度Ｔ３３以下でないと判定した場合（Ｓ２１０・Ｎｏ）、ステップＳ２１１に進む。なお、この場合は、所定時間ｔ２の間、ポンプ４１を低回転速度で作動させたことにより、冷却液の実測冷却液温度Ｔ３１が第２冷却液温度Ｔ３３よりも高くなった場合（Ｔ３１＞Ｔ３３）である。

ステップＳ２１１において、ＥＣＵ７０は、ステップＳ１０６と同様に、ステップＳ２０８によって、低回転速度におけるポンプ４１の作動時間ｔ１を計測するタイマーをリセットする。
そして、ステップＳ２１２において、ＥＣＵ７０は、ポンプ４１を停止させる。これにより、二次電池５４の残量の無駄な消費を防止できる。
次いで、ステップＳ２１３において、ＥＣＵ７０は、ポンプ４１が低回転速度で作動していないことを記憶するため、フラグＣに０を代入する。その後、ステップＳ２０４に進み、アイドル停止が継続される。

≪燃料電池システムの一動作例≫
次に、図４を主に参照して、燃料電池システム１の一動作例を説明する。
燃料電池１０が発電中、つまり、通常に運転している燃料電池システム１において、燃料電池自動車が停止し、アイドル停止できると判定されると（Ｓ１０２・Ｙｅｓ）、アイドル停止が実行され、遮断弁２２が閉じられ、コンプレッサ３１、コンタクタ５２及びポンプ４１がＯＦＦされ、燃料電池１０は発電停止となる（Ｓ１０３）。これにより、実測排出空気温度Ｔ２１と、実測冷却液温度Ｔ３１とは、徐々に下がり始める。

そして、実測冷却液温度Ｔ３１が第１冷却液温度Ｔ３２に低下した際に（Ｓ２０３・Ｙｅｓ）、実測残量Ｖ５１が第２残量Ｖ５２以上であるので（Ｓ２０５・Ｙｅｓ）、ポンプ４１が低回転速度で作動される（Ｓ２０６）。これにより、断熱部位４４に存在していた、他よりも高温の冷却液が循環すると共に、冷却液の温度の均一化が図られ、実測冷却液温度Ｔ３１が上昇する。所定時間ｔ２経過後（Ｓ２０９・Ｙｅｓ）、実測冷却液温度Ｔ３１が第２冷却液温度Ｔ３３よりも高いので（Ｓ２１０・Ｎｏ）、ポンプ４１が停止される（Ｓ２１２）。因みに、ポンプ４１は二次電池５４を電源として作動するので、実測残量Ｖ５１はポンプ４１の作動に連動して低下する。

この後、実測冷却液温度Ｔ３１が第１冷却液温度Ｔ３２以下に低下した際に（Ｓ２０３・Ｙｅｓ）、第２残量Ｖ５２以上であるので（Ｓ２０５・Ｙｅｓ）、ポンプ４１が作動される（Ｓ２０６）。そして、所定時間ｔ２経過後（Ｓ２０９・Ｙｅｓ）、実測冷却液温度Ｔ３１が回復しているので（Ｓ２１０・Ｎｏ）、ポンプ４１が再び停止される（Ｓ２１２）。

この後、実測冷却液温度Ｔ３１が第１冷却液温度Ｔ３２以下に低下した際に（Ｓ２０３・Ｙｅｓ）、第２残量Ｖ５２以上であるので（Ｓ２０５・Ｙｅｓ）、ポンプ４１が低回転速度で作動される（Ｓ２０６）。ところが、所定時間ｔ２経過後（Ｓ２０９・Ｙｅｓ）、実測冷却液温度Ｔ３１が第２冷却液温度Ｔ３３以下であるので（Ｓ２１０・Ｙｅｓ）、アイドル停止は解除される（Ｓ２１４、Ｓ１１０・Ｙｅｓ）。そして、燃料電池システム１は再起動され、燃料電池１０の発電は再開される（Ｓ１０８）。

このように燃料電池１０の発電が再開すると、発電する燃料電池１０の自己発熱によって、実測排出空気温度Ｔ２１及び実測冷却液温度Ｔ３１が上昇する。また、燃料電池システム１の発電再開の際、コンプレッサ３１及びポンプ４１が二次電池５４を電源とするため、実測残量Ｖ５１が下がる。その後、燃料電池１０の暖機が進み、その発電電力が安定した後、二次電池５４に充電されるので、実測残量Ｖ５１は回復する。

以上、本発明の好適な一実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、例えば以下のような変更をすることができる。

前記した実施形態では、燃料電池システム１が燃料電池自動車に搭載されており、燃料電池自動車の停止等が検出された場合に、所定アイドル状態が検出されたとして、アイドル停止する場合を説明したが、燃料電池システム１の搭載対象、及び、所定アイドル状態はこれに限定されない。
例えば、燃料電池システム１が、自動二輪車、船舶、移動ロボット等の燃料電池移動体に搭載された場合でもよく、この場合、搭載対象に応じて、所定アイドル状態を適宜に設定する。
その他、家庭用の据え置き型の燃料電池システム１であってもよい。この場合、例えば、家庭において電力消費がない場合、又は、所定値以下となった場合に、所定アイドル状態が検出されたとして、アイドル停止する構成とすることができる。

前記した実施形態では、実測排出空気温度Ｔ２１を検出する構成としたが、例えば、配管３１ａに温度センサを設け、燃料電池１０に供給される空気の温度（システム温度）を検出してもよい。また、この温度と実測排出空気温度Ｔ２１とを平均してシステム温度を算出する構成としてもよい。そして、これらシステム温度と、アイドル停止を解除するか否かの判定基準となる所定システム温度（Ｓ２０１参照）とを比較する構成としてもよい。
その他、燃料電池１０に供給される水素の温度や、燃料電池１０から排出された水素（アノードオフガス）の温度や、外気温度（ともにシステム温度）を検出する温度センサを設け（温度検出手段）、これと対応する所定システム温度とに基づいて、アイドル停止を解除するか否かの判定する構成としてもよい（Ｓ２０１参照）。また、燃料電池１０の筐体に温度センサを直接設けて、その検出温度に基づいて判定してもよい。さらに、燃料電池１０に供給される冷却液の温度を検出する構成としてもよい。

前記した実施形態に係る燃料電池システム１のアイドル停止中において、実測残量Ｖ５１と、第１残量とを比較し、実測残量Ｖ５１が第１残量以下であると判定された場合、冷却液の循環を停止し、アイドル停止を解除して、燃料電池１０の発電を再開させる構成としてもよい。
なお、この判定に係るステップは、アイドル停止中に経由すればどのような位置でもよく、例えば、図３に示すステップＳ２０１の前に挿入することができる。

本実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。 本実施形態に係る燃料電池システムの動作を示すフローチャートである。 図２に示すアイドル停止解除判断処理を示すフローチャートである。 本実施形態に係る燃料電池システムの一動作例を示すタイムチャートである。

符号の説明

１ 燃料電池システム
１０ 燃料電池
２０ アノード系（反応ガス供給手段）
２１ 水素タンク
２２ 遮断弁
３０ カソード系（反応ガス供給手段）
３１ コンプレッサ
３２ 温度センサ（反応ガス温度検出手段）
４０ 冷却液循環系（冷却液循環手段）
４１ ポンプ
４３ 温度センサ（冷却液温度検出手段）
５０ 電力消費系
５１ 走行モータ
５２ コンタクタ
５３ 電力制御器
５４ 二次電池（蓄電装置）
５５ 残量検出器（残量検出手段）
７０ ＥＣＵ（停止制御手段、解除制御手段、循環制御手段）
Ｔ２１ 実測排出空気温度（反応ガスの温度）
Ｔ３１ 実測冷却液温度
Ｔ３２ 第１冷却液温度
Ｔ３３ 第２冷却液温度
Ｖ５１ 実測残量
Ｖ５２ 第２残量

Claims (14)

1. 反応ガスが供給されることで発電する燃料電池と、前記燃料電池に前記反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、前記燃料電池を経由するように冷却液を循環させる冷却液循環手段と、を備える燃料電池システムのアイドル状態を制御する制御装置であって、
   前記燃料電池システムが所定アイドル状態であると判定された場合、前記燃料電池への反応ガスの供給をアイドル停止させる停止制御手段と、
   前記アイドル停止中に、システム温度が所定システム温度以下に低下したと判定された場合、当該アイドル停止を解除し、前記反応ガスを前記燃料電池に供給して発電を再開させる解除制御手段と、
   を備えたことを特徴とする燃料電池システムのアイドル制御装置。
2. 前記アイドル停止中に、冷却液の温度が第１冷却液温度以下に低下したと判定された場合、冷却液を循環させる循環制御手段を、さらに備えた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. 前記システム温度は、前記冷却液の温度を含むと共に、
   前記解除制御手段は、前記循環制御手段による冷却液の循環後、当該冷却液の温度が第２冷却液温度以下であると判定された場合、前記アイドル停止を解除することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システムのアイドル制御装置。
4. 前記燃料電池システムは、前記燃料電池の発電電力を蓄えると共に、前記反応ガス供給手段及び前記冷却液循環手段の作動電源となる蓄電装置を備えており、
   前記蓄電装置の残量を検出する残量検出手段を、さらに備え、
   前記蓄電装置の残量が第１残量以下であると判定された場合、
   前記循環制御手段は、冷却液の循環を停止し、
   前記解除制御手段は、前記アイドル停止を解除して前記燃料電池の発電を再開させることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の燃料電池システムのアイドル制御装置。
5. 前記燃料電池システムは、前記燃料電池の発電電力を蓄えると共に、前記反応ガス供給手段及び前記冷却液循環手段の作動電源となる蓄電装置を備えており、
   前記蓄電装置の残量を検出する残量検出手段を、さらに備え、
   前記循環制御手段は、前記蓄電装置の残量がその後所定時間アイドル停止を継続可能な第２残量以上であると判定された場合、冷却液を循環させることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の燃料電池システムのアイドル制御装置。
6. 前記システム温度は、前記燃料電池に供給／排出される反応ガスの温度、及び、外気温度の少なくとも１つの温度を含み、
   前記解除制御手段は、当該少なくとも１つの温度が所定システム温度以下である場合、アイドル停止を解除することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の燃料電池システムのアイドル制御装置。
7. 前記システム温度は、前記燃料電池に供給／排出される反応ガスの温度、及び、外気温度の少なくとも１つの温度を含み、
   前記解除制御手段は、前記冷却液の温度に基づく判定よりも前に、当該少なくとも１つの温度が所定システム温度以下であると判定された場合、アイドル停止を解除することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システムのアイドル制御装置。
8. 反応ガスが供給されることで発電する燃料電池と、前記燃料電池に前記反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、前記燃料電池を経由するように冷却液を循環させる冷却液循環手段と、を備える燃料電池システムのアイドル状態の制御方法であって、
   前記燃料電池システムが所定アイドル状態であると判定された場合、前記燃料電池への反応ガスの供給をアイドル停止させる停止ステップと、
   前記アイドル停止中に、システム温度が所定システム温度以下に低下したと判定された場合、当該アイドル停止を解除し、前記反応ガスを前記燃料電池に供給して発電を再開させる解除ステップと、
   を含むことを特徴とする燃料電池システムのアイドル制御方法。
9. 前記アイドル停止中に、冷却液の温度が第１冷却液温度以下に低下したと判定された場合、冷却液を循環させる循環ステップを、さらに含むことを特徴とする請求項８に記載の燃料電池システムのアイドル制御方法。
10. 前記システム温度は、前記冷却液の温度を含むと共に、
    前記循環ステップにおける冷却液の循環後、当該冷却液の温度が第２冷却液温度以下であると判定された場合、前記解除ステップにおいて前記アイドル停止を解除することを特徴とする請求項９に記載の燃料電池システムのアイドル制御方法。
11. 前記燃料電池システムは、前記燃料電池の発電電力を蓄えると共に、前記反応ガス供給手段及び前記冷却液循環手段の作動電源となる蓄電装置を備えており、
    前記蓄電装置の残量が第１残量以下であると判定された場合、
    前記冷却液の循環を停止し、前記アイドル停止を解除して前記燃料電池の発電を再開させることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の燃料電池システムのアイドル制御方法。
12. 前記燃料電池システムは、前記燃料電池の発電電力を蓄えると共に、前記反応ガス供給手段及び前記冷却液循環手段の作動電源となる蓄電装置を備えており、
    前記蓄電装置の残量がその後所定時間アイドル停止を継続可能な第２残量以上であると判定された場合、
    前記循環ステップにおいて、冷却液を循環させることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の燃料電池システムのアイドル制御方法。
13. 前記システム温度は、前記燃料電池に供給／排出される反応ガスの温度、及び、外気温度の少なくとも１つの温度を含み、
    当該少なくとも１つの温度が所定システム温度以下である場合、前記解除ステップにおいてアイドル停止を解除することを特徴とする請求項８から請求項１２のいずれか１項に記載の燃料電池システムのアイドル制御方法。
14. 前記システム温度は、前記燃料電池に供給／排出される反応ガスの温度、及び、外気温度の少なくとも１つの温度を含み、
    前記冷却液の温度に基づく判定よりも前に、当該少なくとも１つの温度が所定システム温度以下であると判定された場合、前記解除ステップにおいてアイドル停止を解除することを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池システムのアイドル制御方法。

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