JP2010003509A - 燃料電池車両およびその高地における制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高地を走行する際に、燃料電池の出力の低下を抑制し、燃料電池に走行に必要な電力を供給させることができる燃料電池車両を提供する。
【解決手段】アノードガスおよびカソードガスが供給されて発電を行う燃料電池５を備えた燃料電池車両１であって、燃料電池車両１の外気の外気圧を取得する外気圧取得手段４と、燃料電池５から排出されるアノードオフガスから水分を分離し貯留する気液分離器７と、気液分離器７に貯留されている前記水分を排出するドレイン弁８と、水分分離後のアノードオフガスを、燃料電池５にアノードガスを供給するアノード供給路に戻すバイパス路１９と、ドレイン弁８から排出する水分の排出制御する制御部３と、を備え、制御部３は、外気圧が下がる程、ドレイン弁８から排出する水分の排出量を減少させる排出制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、アノードガスおよびカソードガスが供給されて発電を行う燃料電池を備えた燃料電池車両およびその高地における制御方法に関する。

燃料電池車両で高地を走行すると、平地を走行する場合に比べて燃料電池からの出力が低下し、走行に必要な出力が得られない場合があった。燃料電池車両に備えられる燃料電池のカソードガスには、空気（厳密には空気に含まれる酸素）が用いられている。空気は、燃料電池車両の外気からエアコンプレッサによって取り入れられ、燃料電池へ圧送される。燃料電池車両で高地を走行すると、外気の空気が薄くなっているので、平地と同じ量の空気を供給しようとするエアコンプレッサの負荷が大きくなり、走行分の電力が不足するようになる。ところで、平地の走行においては、生成水を排出するため等の理由により、発電に必要な量を超える量の過剰な空気がエアコンプレッサによって燃料電池に供給されている。そこで、高地の走行においては、発電に必要な量を超える量の過剰な空気を削減して、空気の供給量を減少させる手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００８−９１２５７号公報

しかし、従来の手法では、燃料電池のカソード側が乾燥し、燃料電池の出力が低下する場合があった。

本発明は、前記に鑑み、高地を走行する際に、燃料電池の出力の低下を抑制し、燃料電池に走行に必要な電力を供給させることができる燃料電池車両およびその高地における制御方法を提供することを目的とする。

第１の本発明は、アノードガスおよびカソードガス（空気）が供給されて発電を行う燃料電池を備えた燃料電池車両であって、
前記燃料電池車両の外気の外気圧を取得する外気圧取得手段と、前記燃料電池から排出されるアノードオフガスから水分を分離し貯留する気液分離器と、前記気液分離器に貯留されている前記水分を排出するドレイン弁と、前記水分分離後の前記アノードオフガスを、前記燃料電池に前記アノードガスを供給するアノード供給路に戻すバイパス路と、前記ドレイン弁から排出する前記水分の排出制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記外気圧が下がる程、前記ドレイン弁から排出する前記水分の排出量を減少させる排出制御を行うことを特徴とする。

まず、なぜ、高地では、燃料電池のカソード側が乾燥していたかについて説明する。

エアコンプレッサの吸入側の圧力は高地になる程低くなる。その一方で、エアコンプレッサの吐出側の圧力は、高地でも平地と概ね同程度の圧力に昇圧される。このため、（吐出側の圧力）／（吸入側の圧力）で表される圧縮比は、平地よりも高地の方が高くなる。このため、断熱圧縮による温度上昇が平地より高地の方で大きくなり、エアコンプレッサから吐出される空気の温度は、平地より高地の方で高温になっている。

エアコンプレッサから吐出される空気（カソードガス）を冷却するために、エアコンプレッサの後段にインタクーラが設けられている場合もあるが、インタクーラの冷却能力は、高地になると低下してしまうので、その分圧縮された空気の温度を低くし難くなる。ことに、インタクーラが空冷式の場合は、水冷式のインタクーラよりも高地での冷却能力の低下が大きい。このため、インタクーラから出される空気の温度が、平地より高地の方で高いのは変わらず、高地での空気の温度は高止まり、平地での空気の温度との温度差は一層大きくなってしまう。

そして、インタクーラの後段には、加湿器が設けられている場合もある。燃料電池のカソードでは発電を伴う化学反応の副産物として水分が生成されているので、加湿器では、この水分を含んだカソードオフガスを用いて、空気を加湿している。エアコンプレッサから加湿器に入ってくる空気の温度は、平地より高地の方が高くなっているが、空気は、温度が高い程、飽和水蒸気量が上がり、相対湿度（＝湿度量／飽和水蒸気量）は下がることになる。飽和水蒸気量が上がるということは、他のものから水分を奪い取る能力が向上することであると考えられる。そして、加湿とは、この水分を奪い取る能力を低下させることであると言える。ここで、加湿器において、平地と同程度の加湿をしたのでは、平地より高地の方でこの水分を奪い取る能力が高いのは変わらない。また、高地の場合、平地より水分を奪い取る能力が高いままカソードオフガスとなって加湿器に戻ってくるので、水分を奪い取る能力が高い（逆にいうと、水分を放出する能力の低い）カソードオフガスから、空気へ水分を移動させることができず（加湿することができず）、高地での空気の水分を奪い取る能力は高止まり、平地での空気の水分を奪い取る能力との差は一層大きくなってしまう。

加湿器の後段に燃料電池のカソードは配置されており、高地では、平地より水分を奪い取る能力の高い空気（加湿不足気味の空気）が、カソードに供給されることにより、燃料電池のカソード側から、水分が奪われ、乾燥気味になる。前記が、高地で燃料電池のカソード側が乾燥する理由である。なお、理由はともかく、高地では加湿器に向かう空気の温度が高くなる。また、理由はともかく、高地になると加湿器を出た後の空気が加湿不足気味になる。

次に、なぜ、前記制御部が、前記外気圧が下がる程、すなわち高地になる程、前記ドレイン弁から排出する前記水分の排出量を減少させる排出制御を行うと、燃料電池のカソード側の乾燥を防げるかについて説明する。

発電を伴う化学反応の副産物として生成される水分は、カソードで生成され、カソードガスのガス流路内に滞留すると共に、カソードからアノードへ拡散（ディフュージョン）し、アノードガスのガス流路内に滞留する。そして、高地で、燃料電池のカソード側が乾燥すると、水分の濃度勾配が逆転してアノード側よりカソード側の方で水分濃度が低くなるので、アノードへ拡散した水分を逆拡散（バック・ディフュージョン）によりカソードに戻すことができ、カソード側の乾燥を防止することができる。そして、ドレイン弁から排出する水分の排出量を減少させる排出制御を行えば、アノード側に残っている水分量は一層多くなり、より多くの水分を逆拡散によりカソードに戻すことができ、カソード側の乾燥を防止することができる。理由はともかく、カソードからアノードに拡散する水分量が少なくなる。

前記をまとめると、高地になる程外気圧は下がり、外気圧が下がる程空気の温度は上がり、空気の温度が上がる程カソード側は乾燥し、カソード側が乾燥する程に逆拡散する水分量を増やし、逆拡散する水分量を増やす程にドレイン弁から排出する水分の排出量を減少させているのである。

また、第２の本発明は、アノードガスおよびカソードガス（空気）が供給されて発電を行う燃料電池を備えた燃料電池車両であって、
前記燃料電池車両の外気の外気圧を取得する外気圧取得手段と、前記燃料電池から排出されるアノードオフガスから水分を分離する気液分離器と、前記水分分離後の前記アノードオフガスを、前記燃料電池に前記アノードガスを供給するアノード供給路に戻すバイパス路と、前記水分分離後の前記アノードオフガスを排出するパージ弁と、前記パージ弁から排出する前記アノードオフガスの排出制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記外気圧が下がる程、前記パージ弁から排出する前記アノードオフガスの排出量を減少させる排出制御を行うことを特徴とする。

前記した第１の発明では、気液分離して液化した水分をドレイン弁から外部へ排出している。この第２の発明では、気化している水分等をアノードオフガスごとパージ弁から外部へ排出している。アノードオフガスの排出量を減少させれば、アノード側に残留する水分量を増やすことができるので、逆拡散する水分量が増え、カソード側の乾燥を防止することができる。また、アノードオフガスの排出量が減れば、高圧水素タンクから供給される乾燥したアノードガスの供給量を減らすことができる。このことでもアノード側の湿潤を維持でき、逆拡散する水分量を増やせてカソード側の乾燥を防止することができる。

また、前記第１の本発明のおいては、前記水分分離後の前記アノードオフガスを排出するパージ弁を備え、前記制御部は、前記排出制御で前記外気圧が下がる程、前記パージ弁から排出する前記アノードオフガスの排出量を減少させることが好ましい。ドレイン弁とパージ弁の両方で、排出する水分量をより多く削減でき、逆拡散する水分量を増やし（拡散する水分量を減らし）、カソード側の乾燥を防止することができる。

また、前記第１及び第２の本発明においては、前記制御部は、前記燃料電池に供給されている前記カソードガスが乾燥状態であるか否かを判定し、前記カソードガスが乾燥状態であると判定した場合に、前記排出制御を行うことが好ましい。これにより、カソード側の乾燥状態を特定でき、カソード側が乾燥している場合に前記排出制御を行うことができる。

また、前記第１及び第２の本発明においては、燃料電池車両は、前記燃料電池の発電状態を計測する発電状態計測装置を備え、前記制御部は、計測された前記発電状態に基づいて、前記燃料電池に供給されている前記カソードガスが乾燥状態であるか否かを判定することが好ましい。発電状態計測装置は、前記燃料電池に容易に装備させることができるので、容易に乾燥状態の判定結果を取得することができる。

また、前記第１及び第２の本発明においては、燃料電池車両は、前記燃料電池に供給されている前記カソードガスの湿度を計測する湿度計を備え、前記制御部は、計測された前記湿度に基づいて、前記燃料電池に供給されている前記カソードガスが乾燥状態であるか否かを判定することが好ましい。湿度計によれば、直接的に乾燥状態を特定することができ、乾燥状態の正確な判定結果を取得することができる。

また、前記第１及び第２の本発明においては、前記制御部は、前記燃料電池に供給されている前記カソードガス（空気）の供給量を削減するか否かを判定し、前記カソードガスが乾燥状態であると判定し、前記カソードガスの供給量を削減すると判定した場合に、前記外気圧が下がる程、前記カソードガスの供給量を削減する制御を行うことが好ましい。

空気の供給量を削減することで、エアコンプレッサの消費電力を減らすことができるのはもちろん、空気（加湿不足気味）がカソード側から奪い取る水分量を減らすことができ、カソード側の乾燥を防止することができる。なお、空気の供給量を削減すると燃料電池の発電量も減ると考えられるが、空気の供給量には、発電に必須な必須供給量に、余剰分となる過剰供給量が追加されている。削減するのは過剰供給量の分であり、この過剰供給量の分を削減することで、空気の供給量を削減すれば、必須供給量までは削減していないので、発電量を減らすことはない。過剰供給量を追加している目的は、平地において、カソードで発生し滞留する水分を排出側に押し出すことであるので、高地において、カソード側が乾燥し、滞留する水分が僅かな場合には、過剰供給量を削減できるのである。

また、前記第１及び第２の本発明においては、燃料電池車両は、前記燃料電池の負荷状態を計測する負荷状態計測装置を備え、前記制御部は、計測された前記負荷状態が負荷状態閾値より小さい場合に、前記カソードガス（空気）の供給量を削減すると判定することが好ましい。前記過剰供給量は、燃料電池の負荷状態によって変化し、負荷が小さくなる程過剰供給量の割合は大きくなり、負荷が大きくなる程過剰供給量の割合は小さくなる。このことを、いわゆるストイキで言い換えると、ストイキは、（過剰供給量＋必須供給量）／（必須供給量）で表され、負荷が小さくなる程大きくなり、負荷が大きくなる程小さくなり１に近づく。これは負荷が大きくなると発電に必須な必須供給量も多くなるため、発電に必須な必須供給量で水分を排出側に押し出すことが可能になるからである。

また、前記第１及び第２の本発明においては、燃料電池車両は、前記アノードオフガスを、前記燃料電池から排出されるカソードオフガスで希釈し排出する希釈器を備え、前記制御部は、前記アノードオフガスが排出されているか否かを判定し、前記アノードオフガスが排出されていないと判定した場合に、前記カソードガスの供給量を削減すると判定することが好ましい。希釈率の低下を抑制することができる。

また、第３の本発明は、アノードガスおよびカソードガスが供給されて発電を行う燃料電池と、
燃料電池車両の外気の外気圧を取得する外気圧取得手段と、
前記燃料電池から排出されるアノードオフガスから水分を分離し貯留する気液分離器と、
前記気液分離器に貯留されている前記水分を排出するドレイン弁と、
前記水分分離後の前記アノードオフガスを、前記燃料電池に前記アノードガスを供給するアノード供給路に戻すバイパス路と、
前記ドレイン弁から排出する前記水分の排出制御する制御部と、を備えた燃料電池車両の高地における制御方法であって、
前記制御部は、前記外気圧が下がる程、前記ドレイン弁から排出する前記水分の排出量を減少させる排出制御を行うことを特徴とする。この第３の本発明によれば、前記第１の本発明と同様の効果を得ることができる。

また、第４の本発明は、アノードガスおよびカソードガスが供給されて発電を行う燃料電池と、
燃料電池車両の外気の外気圧を取得する外気圧取得手段と、
前記燃料電池から排出されるアノードオフガスから水分を分離する気液分離器と、
前記水分分離後の前記アノードオフガスを、前記燃料電池に前記アノードガスを供給するアノード供給路に戻すバイパス路と、
前記水分分離後の前記アノードオフガスを排出するパージ弁と、
前記パージ弁から排出する前記アノードオフガスの排出制御する制御部と、を備えた燃料電池車両の高地における制御方法であって、
前記制御部は、前記外気圧が下がる程、前記パージ弁から排出する前記アノードオフガスの排出量を減少させる排出制御を行うことを特徴とする。この第４の本発明によれば、前記第２の本発明と同様の効果を得ることができる。

本発明によれば、高地を走行する際に、燃料電池の出力の低下を抑制し、燃料電池に走行に必要な電力を供給させることができる燃料電池車両およびその高地における制御方法を提供できる。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。

図１に、本発明の実施形態に係る燃料電池車両１の構成図を示す。燃料電池車両１は燃料電池システム２を搭載しており、燃料電池システム２は、アノードガスおよびカソードガスが供給されて発電を行う燃料電池（スタック）５を備えている。燃料電池５では、発電する際に、アノードガスとカソードガスとが電気化学反応し、水が生成される。水分は、カソードで生成され、カソードガスのガス流路内に滞留すると共に、カソードからアノードへ拡散（ディフュージョン）し、アノードガスのガス流路内に滞留する。

アノードガスとしては、例えば水素（Ｈ_２）を用いることができる。アノードガスは、エゼクタ６を経由して、燃料電池５のアノードガスのガス経路さらにはアノードに供給される。アノードで未反応のアノードガスや生成・滞留する水分等は、アノードオフガスとして、燃料電池５のアノードガスのガス経路から排出される。気液分離器（キャッチタンク）７において、アノードオフガスの水分の一部を液体成分としてアノードガス等のガス成分から分離される。分離された水分は気液分離器７に貯留される。貯留される水分は、ドレイン弁８が開弁されると、希釈器１０を経由して、燃料電池システム２の外部に排出される。

水分分離後のアノードオフガスは、エゼクタ６で発生する負圧によりエゼクタ６に吸引され、バイパス路１９を経由して、燃料電池５にアノードガスを供給するアノード供給路に戻される。このような、いわゆるアノード循環により、未反応のアノードガスを反応させて減らし、アノードガスの反応効率を高めている。

また、水分の一部は、ガス成分として、水分分離後のアノードオフガスに含まれている。未循環のアノードガスは乾燥しているのでアノードから水分を奪い乾燥させる傾向があるところ、アノードオフガスに含まれる水分はアノードに戻ることになるので、アノードを湿潤に保ち、乾燥を防止することができる。また、アノードオフガスを循環せずに排出すれば、排出分の替わりとして、乾燥した未循環のアノードガスが、高圧水素タンク等から供給され、アノードから水分を奪い、滞留する水分を減少させる。アノードオフガスを循環させると、これらのことも起こらないので、アノードを湿潤に保ち、乾燥を防止することができる。つまり、高地では、乾燥気味なので、パージやドレインを減らすことができ、このことで、アノードガスの外部への排出が少なくなり、さらに、乾燥が防止でき、燃費の点からも都合がよい。

カソードガスには、例えば、空気（Ａｉｒ）、厳密には、空気に含まれる酸素を用いることができる。空気（カソードガス）は、燃料電池システム２の外部の大気から取り入れられ、エアコンプレッサ１１で圧送されて、インタクーラ１２と加湿器１４を経由して、燃料電池５のカソードガスのガス経路さらにはカソードに供給される。インタクーラ１２は、エアコンプレッサ１１で断熱圧縮により昇温したカソードガスを冷却している。

カソードで未反応のカソードガスや滞留する水分等は、カソードオフガスとして、燃料電池５のカソードガスのガス経路から排出される。カソードオフガスは、加湿器１４に送られる。加湿器１４は、カソードオフガスに含まれる水分で、燃料電池５に供給するカソードガスを加湿する。未加湿のカソードガスは乾燥しているのでカソードから水分を奪い乾燥させる傾向があるところ、カソードガスを加湿することで、カソードの乾燥を防止する。ただし、加湿器１４で加湿しても、高地では加湿気味である。背圧弁１５は、燃料電池５のカソードガスのガス経路の圧力を、安定して昇圧している。カソードオフガスは、加湿器１４、背圧弁１５、希釈器１０を経由して、燃料電池システム２の外部に排出される。希釈器１０は、パージ弁９、ドレイン弁８から流入するアノードオフガスを、カソードオフガスで希釈して、外部に排出している。また、加湿器１４の後段で、燃料電池５の前段には、カソードガスの湿度を計測するために、湿度計１３が設けられている。なお、この湿度計は１３は、カソード側の乾燥状態を計測するために設けるものであるので、カソード側の乾燥状態が特定できるのであれば、図１のように配置してカソードガスの湿度からカソード側の乾燥状態を特定してもよいし、湿度計を燃料電池５の後段に配置してカソードオフガスの湿度を測定し、カソードオフガスの湿度からカソード側の乾燥状態を特定してもよい。

また、燃料電池システム２には、燃料電池５の発電状態を計測する発電状態計測装置５ａが設けられている。発電状態計測装置５ａは、燃料電池５の温度を計測する温度計１６や、燃料電池５の出力電圧を計測する電圧計１７や、燃料電池５の出力電流を計測する電流計１８を含んでいる。また、燃料電池システム２には、燃料電池５の負荷状態を計測する負荷状態計測装置５ｂが設けられている。負荷状態計測装置５ｂは、発電状態計測装置５ａによって兼ねてもよい。すなわち、発電状態計測装置５ａ又は制御部３は、発電状態を示す出力電圧と出力電流とから、負荷状態を示す出力電力や出力電流を取得してもよい。

また、燃料電池システム２には、ＥＣＵ（電子制御ユニット：制御部）３が設けられている。制御部３は、詳細は後記するが、ドレイン弁８とパージ弁９から排出する水分の排出制御等を行っている。また、燃料電池システム２には、燃料電池車両１の外気の外気圧を取得する外気圧取得手段４が設けられている。外気圧取得手段４は、エアコンプレッサ１１に吸気される空気の圧力を取得することを目的にしている。このため、外気圧取得手段４として、気圧計を用いて、空気の圧力（外気圧）を直接計測してもよい。また、ＧＰＳナビを用いて、取得した位置情報から地図データベースに基づいて標高を取得し標高から外気圧を算出してもよい。また、標高測定手段を用いて、取得した標高から外気圧を算出してもよい。

図２に、本発明の実施形態に係る燃料電池車両１の高地における制御方法のフローチャートを示す。

まず、ステップＳ１で、制御部３は、イグニションスイッチ（ＩＧ）がオフ（ＯＦＦ）されたか否か判定する。イグニションスイッチがオフされていれば（ステップＳ１、Ｙｅｓ）、燃料電池車両１の高地における制御方法をストップする。イグニションスイッチがオフされていなければ（ステップＳ１、Ｎｏ）、ステップＳ２に進む。

次に、ステップＳ２で、外気圧取得手段４は、外気圧を取得する。

ステップＳ３で、制御部３は、取得した外気圧に基づいて、現在位置が高地か否かの判定を行う。具体的には、外気圧が例えば９０ｋＰａのような圧力閾値以下であれば高地であると判定し、外気圧が圧力閾値を超えていれば高地でないと判定する。高地であれば（ステップＳ３、Ｙｅｓ）、ステップＳ４に進み、高地でなければ（ステップＳ３、Ｎｏ）、ステップＳ１６に進み、制御部３は平地同様の通常動作を行い、その後ステップＳ１に戻る。

ステップＳ４で、湿度計１３は、カソードガスの湿度の計測を行う。又は、発電状態計測装置５ａは、発電状態の計測を行う。具体的には、温度計１６で、燃料電池５の温度の計測を行い、電圧計１７で、負荷への出力電圧の計測を行い、電流計１８で、負荷への出力電流の計測を行う。

ステップＳ５で、制御部３は、燃料電池５のカソード側が乾燥状態か否かの判定を行う。乾燥状態であれば（ステップＳ５、Ｙｅｓ）、ステップＳ６に進み、乾燥状態でなければ（ステップＳ５、Ｎｏ）、ステップＳ１６に進み、制御部３は平地同様の通常動作を行い、その後ステップＳ１に戻る。

そして、例えば、ステップＳ４でカソードガスの湿度の計測を行っているのであれば、湿度が所定の湿度閾値以下であれば乾燥状態であると判定し、湿度が所定の湿度閾値を超えていれば乾燥状態でないと判定する。

また、例えば、ステップＳ４で発電状態の計測を行い、燃料電池５の温度、出力電圧、出力電流の計測を行っているのであれば、制御部３は、予め、温度と出力電圧とが与えられたときに、高地か否かの判定可能な出力電流の閾値電流を出力可能なデータベースを記憶している。制御部３は、計測した温度と出力電圧に基づいて、データベースを利用して対応する閾値電流を取得する。そして、計測した出力電流が閾値電流以下であれば乾燥状態であると判定し、計測した出力電流が閾値電流を超えていれば乾燥状態でないと判定する。なお、制御部３は、温度と出力電流とが与えられたときに、高地か否かの判定可能な出力電圧の閾値電圧を出力可能なデータベースを記憶していてもよい。制御部３は、計測した温度と出力電流に基づいて、データベースを利用して対応する閾値電圧を取得する。そして、計測した出力電圧が閾値電圧以下であれば乾燥状態であると判定し、計測した出力電圧が閾値電圧を超えていれば乾燥状態でないと判定する。

ステップＳ６で、制御部３は、水の排出量を削減する排出制御を、パージ弁９とドレイン弁８に実施する。ステップＳ６では、ステップＳ７のパージ弁９による排出制御と、ステップＳ８のドレイン弁８による排出制御とが実施される。

図３（ａ）に示すように、ステップＳ７のパージ弁９による排出制御では、パージ弁９を、インターバル毎に開弁し、開弁における開弁時間が設定されている。そして、図３（ａ）に示す平地に比べ、図３（ｂ）に示す高地において、水の排出量（パージ量）を削減するためには、インターバル毎の開弁時間を短くすればよい。

図４（ａ）に示すように、ステップＳ８のドレイン弁８による排出制御では、ドレイン弁８を、インターバル毎に開弁し、開弁における開弁時間が設定されている。そして、図４（ａ）に示す平地に比べ、図４（ｂ）に示す高地において、水の排出量（ドレイン量）を削減するためには、インターバル毎の開弁時間を短くすればよい。

そして、図５に示すような、外気圧に対する、ドレイン弁とパージ弁の開弁時間（ドレイン量、パージ量）の関係が、データベースとして制御部３に記憶されている。このデータベースによれば、外気圧が低くなる程、ドレイン弁とパージ弁の開弁時間が短くなるように設定することができる。なお、例えば、９０ｋＰａ以下が高地に相当し、９０ｋＰａを超えると平地に相当すると判定することができる（ステップＳ３）のであるが、図５に示すように、９０ｋＰａを超えるような外気圧に対しても、ドレイン弁とパージ弁の開弁時間を、制御部３のデータベースに記憶しておくことにより、ステップＳ３の高地か否かの判定と、ステップＳ１６の通常動作を省くことができる。この場合、ステップＳ５と後記するステップＳ１０の乾燥状態か否かの判定で否定判定（Ｎｏ）の場合は、ステップＳ１に戻せばよい。

ステップＳ９で、ステップＳ４と同様に、湿度計１３は、カソードガスの湿度の計測を行う。又は、発電状態計測装置５ａは、発電状態の計測を行う。具体的には、温度計１６で、燃料電池５の温度の計測を行い、電圧計１７で、負荷への出力電圧の計測を行い、電流計１８で、負荷への出力電流の計測を行う。

ステップＳ１０で、ステップＳ５と同様に、制御部３は、燃料電池５のカソード側が乾燥状態か否かの判定を行う。乾燥状態であれば（ステップＳ１０、Ｙｅｓ）、ステップＳ１１に進み、乾燥状態でなければ（ステップＳ１０、Ｎｏ）、ステップＳ１６に進み、制御部３は平地同様の通常動作を行い、その後ステップＳ１に戻る。

ステップＳ１１で、制御部３は、パージ弁９とドレイン弁８の開閉信号等に基づいて、アノードオフガスの排出状況を取得する。

ステップＳ１２で、制御部３は、排出状況に基づいて、アノードオフガスが排出中か否かの判定を行う。アノードオフガスが排出中であれば（ステップＳ１２、Ｙｅｓ）、ステップＳ１に戻り、アノードオフガスが排出中でなければ（ステップＳ１２、Ｎｏ）、ステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３で、負荷状態計測装置５ｂは、燃料電池５の負荷状態、例えば、出力電力や出力電流を取得する。

ステップＳ１４で、制御部３は、取得した負荷状態に基づいて、燃料電池５が低負荷状態か否かの判定を行う。具体的には、取得した出力電力や出力電流が所定の閾値以下であれば低負荷状態であると判定し、取得した出力電力や出力電流が所定の閾値を超えていれば低負荷状態でないと判定する。

ステップＳ１５で、制御部３は、カソードガスの供給量を削減することにより、水の排出量を削減する排出制御を実施する。

そして、図６に示すような、外気圧に対する、エアコンプレッサ１１から燃料電池５へ供給されるエア供給量（カソードガスの供給量）の関係が、データベースとして制御部３に記憶されている。このデータベースによれば、外気圧が低くなる程、エア供給量が少なくなるように設定することができる。

本発明の実施形態に係る燃料電池車両の構成図である。 本発明の実施形態に係る燃料電池車両の高地における制御方法のフローチャートである。 （ａ）はパージ弁の平地における開タイミングを示すタイムチャートであり、（ｂ）はパージ弁の高地における開タイミングを示すタイムチャートである。 （ａ）はドレイン弁の平地における開タイミングを示すタイムチャートであり、（ｂ）はドレイン弁の高地における開タイミングを示すタイムチャートである。 外気圧に対する、ドレイン弁とパージ弁の開弁時間（ドレイン量、パージ量）の関係を示すグラフである。 外気圧に対する、エアコンプレッサから燃料電池へ供給されるエア供給量の関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 燃料電池車両
２ 燃料電池システム
３ ＥＣＵ（制御部）
４ 外気圧取得手段
５ 燃料電池（スタック）
５ａ 発電状態計測装置
５ｂ 負荷状態計測装置
６ エゼクタ
７ 気液分離器（キャッチタンク）
８ ドレイン弁
９ パージ弁
１０ 希釈器
１１ エアコンプレッサ
１２ インタクーラ
１３ 湿度計
１４ 加湿器
１５ 背圧弁
１６ 温度計
１７ 電圧計
１８ 電流計
１９ バイパス路

Claims (11)

1. アノードガスおよびカソードガスが供給されて発電を行う燃料電池を備えた燃料電池車両であって、
   前記燃料電池車両の外気の外気圧を取得する外気圧取得手段と、
   前記燃料電池から排出されるアノードオフガスから水分を分離し貯留する気液分離器と、
   前記気液分離器に貯留されている前記水分を排出するドレイン弁と、
   前記水分分離後の前記アノードオフガスを、前記燃料電池に前記アノードガスを供給するアノード供給路に戻すバイパス路と、
   前記ドレイン弁から排出する前記水分の排出制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記外気圧が下がる程、前記ドレイン弁から排出する前記水分の排出量を減少させる排出制御を行うことを特徴とする燃料電池車両。
2. アノードガスおよびカソードガスが供給されて発電を行う燃料電池を備えた燃料電池車両であって、
   前記燃料電池車両の外気の外気圧を取得する外気圧取得手段と、
   前記燃料電池から排出されるアノードオフガスから水分を分離する気液分離器と、
   前記水分分離後の前記アノードオフガスを、前記燃料電池に前記アノードガスを供給するアノード供給路に戻すバイパス路と、
   前記水分分離後の前記アノードオフガスを排出するパージ弁と、
   前記パージ弁から排出する前記アノードオフガスの排出制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記外気圧が下がる程、前記パージ弁から排出する前記アノードオフガスの排出量を減少させる排出制御を行うことを特徴とする燃料電池車両。
3. 前記水分分離後の前記アノードオフガスを排出するパージ弁を備え、
   前記制御部は、前記排出制御で前記外気圧が下がる程、前記パージ弁から排出する前記アノードオフガスの排出量を減少させることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池車両。
4. 前記制御部は、
   前記燃料電池に供給されている前記カソードガスが乾燥状態であるか否かを判定し、
   前記カソードガスが乾燥状態であると判定した場合に、前記排出制御を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池車両。
5. 前記燃料電池の発電状態を計測する発電状態計測装置を備え、
   前記制御部は、計測された前記発電状態に基づいて、前記燃料電池に供給されている前記カソードガスが乾燥状態であるか否かを判定することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池車両。
6. 前記燃料電池に供給されている前記カソードガスの湿度を計測する湿度計を備え、
   前記制御部は、計測された前記湿度に基づいて、前記燃料電池に供給されている前記カソードガスが乾燥状態であるか否かを判定することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池車両。
7. 前記制御部は、
   前記燃料電池に供給されている前記カソードガスの供給量を削減するか否かを判定し、
   前記カソードガスが乾燥状態であると判定し、かつ、前記カソードガスの供給量を削減すると判定した場合に、前記外気圧が下がる程、前記カソードガスの供給量を削減する制御を行うことを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれか１項に記載の燃料電池車両。
8. 前記燃料電池の負荷状態を計測する負荷状態計測装置を備え、
   前記制御部は、計測された前記負荷状態が負荷状態閾値より小さい場合に、前記カソードガスの供給量を削減すると判定することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池車両。
9. 前記アノードオフガスを、前記燃料電池から排出されるカソードオフガスで希釈し排出する希釈器を備え、
   前記制御部は、
   前記アノードオフガスが排出されているか否かを判定し、
   前記アノードオフガスが排出されていないと判定した場合に、前記カソードガスの供給量を削減すると判定することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池車両。
10. アノードガスおよびカソードガスが供給されて発電を行う燃料電池と、
    燃料電池車両の外気の外気圧を取得する外気圧取得手段と、
    前記燃料電池から排出されるアノードオフガスから水分を分離し貯留する気液分離器と、
    前記気液分離器に貯留されている前記水分を排出するドレイン弁と、
    前記水分分離後の前記アノードオフガスを、前記燃料電池に前記アノードガスを供給するアノード供給路に戻すバイパス路と、
    前記ドレイン弁から排出する前記水分の排出制御する制御部と、を備えた燃料電池車両の高地における制御方法であって、
    前記制御部は、前記外気圧が下がる程、前記ドレイン弁から排出する前記水分の排出量を減少させる排出制御を行うことを特徴とする燃料電池車両の高地における制御方法。
11. アノードガスおよびカソードガスが供給されて発電を行う燃料電池と、
    燃料電池車両の外気の外気圧を取得する外気圧取得手段と、
    前記燃料電池から排出されるアノードオフガスから水分を分離する気液分離器と、
    前記水分分離後の前記アノードオフガスを、前記燃料電池に前記アノードガスを供給するアノード供給路に戻すバイパス路と、
    前記水分分離後の前記アノードオフガスを排出するパージ弁と、
    前記パージ弁から排出する前記アノードオフガスの排出制御する制御部と、を備えた燃料電池車両の高地における制御方法であって、
    前記制御部は、前記外気圧が下がる程、前記パージ弁から排出する前記アノードオフガスの排出量を減少させる排出制御を行うことを特徴とする燃料電池車両の高地における制御方法。

Images