JP2010170885A - 車両用燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池のアイドル運転停止禁止からアイドル運転停止に移行可能する。
【解決手段】燃料電池２と水素タンク３との間に設けられた遮断弁６と、燃料電池２の運転状態に応じてエアポンプ１２を制御しカソード極２ｃの空気圧を調整する制御装置２０と、カソード極２ｃの空気圧に基づいてアノード極２ｂへの水素ガスの供給圧を調整するエゼクタ８と、燃料電池２の発電要求量が所定値以下の場合に燃料電池２のアイドル運転を停止をすべきと判定し発電を停止するアイドル停止手段と、アイドル停止手段がアイドル運転を停止すべきと判定したときであってアノード極２ｂのゲージ圧が所定値以上である場合にはアイドル運転の停止を禁止するアイドル停止禁止手段と、アイドル停止禁止手段がアイドル運転停止を禁止した場合に遮断弁６を閉弁し燃料電池２の発電を継続してアノード極２ｂの水素ガス供給圧を低下させる第１のアノード圧低下手段を、備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、燃料電池の発電を停止するアイドル運転停止が可能な車両用燃料電池システムに関するものである。

ＰＥＭ型燃料電池には、固体高分子電解質膜の両側にアノード極とカソード極とを備え、アノード極に燃料ガスとして水素ガスを供給し、カソード極に酸化剤ガスとして空気を供給し、これらガスの酸化還元反応にかかる化学エネルギーを直接電気エネルギーとして抽出するようにしたものがある。

このような燃料電池を搭載した燃料電池自動車には、燃料電池自動車の停止条件等が満たされる場合に燃料電池を駆動するための機器の動作を停止して、燃料電池での発電を停止するアイドル運転停止を行うことで燃費の向上を図るものが知られている。

しかしながら、このように燃料電池のアイドル運転の停止条件が満たされる場合であっても、燃料電池を保護する観点からアイドル運転を停止すべきでない場合がある。例えば、燃料電池のアイドル運転を停止して発電を停止する場合には、カソード極への空気の供給を停止するのでカソード極側の圧力は大気圧となるが、アノード極側はアノード極への水素ガスの供給は停止されるが残圧があるため、カソード極とアノード極との間に差圧が生じる。この差圧が大きいと固体高分子電解質膜に大きな負荷がかかるため好ましくない。
そこで、特許文献１では、燃料電池のアイドル運転の停止条件が満たされる場合であっても、アノード極への水素ガス供給圧と大気圧との差圧が所定値（以下、アイドル停止禁止閾値という）以上であるときにはアイドル運転の停止を禁止するようにしている。

一方、燃料電池のアノード極への水素ガスの供給圧を調整する方法として、カソード極の空気圧を基準圧とし、この空気圧に基づいてアノード極への水素ガスの供給圧力を調整するものがある（例えば、特許文献２参照）。

特許第３８６６１８７号公報 特開２００５−１８３３５７号公報

ここで、カソード極の空気圧に基づいてアノード極への水素ガスの供給圧力を調整するように構成された燃料電池システムにおいて、前述した燃料電池のアイドル運転を停止する制御を行おうとした場合に次のような課題がある。
例えば、走行に必要な駆動モータや補機類等以外の電気負荷（例えば空調装置、ヘッドライト、オーディオなど、以下非駆動系電気負荷と称す）がある状態で走行していた車両を停止させた場合、燃料電池への発電要求量が燃料電池のアイドル運転を停止すべきと判定する閾値よりも小さくなっても、車両の停止直前までは前記非駆動系電気負荷の要求電力に応じた発電を行うためにカソード極への空気圧調整が行われており、このときに非駆動系電気負荷の要求電力が比較的に大きいと、カソード極への空気圧が比較的に高めに調整される場合がある。このようになると、カソード極の空気圧に基づいて調整されるアノード極への水素ガスの供給圧と大気圧との差圧が前記アイドル停止禁止閾値以上となって、燃料電池のアイドル運転の停止が禁止されることが起こり得る。そしてこのアイドル運転停止禁止条件は、非駆動系電気負荷を低減しないと解除されないため、燃費向上を妨げるという課題がある。

また、車両にはバッテリ等の二次電池を搭載しているので、前述のような場合に二次電池の残容量が十分にあるときには二次電池から電気負荷に電気を供給して、燃料電池のアイドル運転を停止した方が燃費向上に貢献できるのであるが、アノード極への水素ガスの供給圧と大気圧との差圧が前記アイドル停止禁止閾値以上となっていてはアイドル運転の停止が禁止されるため、それもできない。

そこで、この発明は、カソード極の空気圧に基づいてアノード極への水素ガスの供給圧力を調整する車両用燃料電池システムにおいて、燃料電池のアイドル運転停止禁止状態からアイドル運転停止可能に移行することができる車両用燃料電池システムを提供するものである。

この発明に係る車両用燃料電池システムでは、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項１に係る発明は、燃料電池（例えば、後述する実施例における燃料電池２）のカソード極（例えば、後述する実施例におけるカソード極２ｃ）に加圧された空気を供給する空気供給手段（例えば、後述する実施例におけるエアポンプ１２）と、前記燃料電池のアノード極（例えば、後述する実施例におけるアノード極２ｂ）に加圧された水素ガスを供給する水素ガス供給手段（例えば、後述する実施例における水素タンク３）と、前記燃料電池のアノード極と前記水素ガス供給手段との間に設けられた遮断弁（例えば、後述する実施例における遮断弁６）と、前記燃料電池の運転状態に応じて前記空気供給手段を制御し前記カソード極の空気圧を調整するカソード圧調整手段（例えば、後述する実施例における制御装置２０）と、前記カソード極の空気圧を基準圧として該空気圧に基づいて前記アノード極への水素ガスの供給圧を調整するアノード供給圧調整手段（例えば、後述する実施例におけるエゼクタ８）と、前記燃料電池の発電要求量が所定値以下の場合に該燃料電池のアイドル運転を停止をすべきと判定し該燃料電池の発電を停止するアイドル停止手段（例えば、後述する実施例におけるステップＳ１０１，Ｓ１０４）と、前記アイドル停止手段がアイドル運転を停止すべきと判定したときであって前記アノード極の水素ガス供給圧と大気圧との差圧が所定値以上である場合には前記アイドル運転の停止を禁止するアイドル停止禁止手段（例えば、後述する実施例におけるステップＳ１０２）と、を備えた車両用燃料電池システム（例えば、後述する実施例における車両用燃料電池システム１）において、前記アイドル停止禁止手段が前記燃料電池のアイドル運転の停止を禁止した場合に前記遮断弁を閉弁し前記燃料電池の発電を継続することにより前記アノード極の水素ガス供給圧を低下させる第１のアノード圧低下手段（例えば、後述する実施例におけるステップＳ１０３）を、さらに備えたことを特徴とする車両用燃料電池システムである。
このように構成することにより、アノード極の水素ガス供給圧と大気圧との差圧が所定値以上あってアイドル停止禁止手段が燃料電池のアイドル運転の停止を禁止したときに、遮断弁を閉じた状態で発電を継続することにより、遮断弁より下流の水素ガスが燃料電池で消費されて、アノード極の水素ガス供給圧を低下させることができる。

請求項２に係る発明は、燃料電池（例えば、後述する実施例における燃料電池２）のカソード極（例えば、後述する実施例におけるカソード極２ｃ）に加圧された空気を供給する空気供給手段（例えば、後述する実施例におけるエアポンプ１２）と、前記燃料電池のアノード極（例えば、後述する実施例におけるアノード極２ｂ）に加圧された水素ガスを供給する水素ガス供給手段（例えば、後述する実施例における水素タンク３）と、前記燃料電池の運転状態に応じて前記空気供給手段を制御し前記カソード極の空気圧を調整するカソード圧調整手段（例えば、後述する実施例における制御装置２０）と、前記カソード極の空気圧を基準圧として該空気圧に基づいて前記アノード極への水素ガスの供給圧を調整するアノード供給圧調整手段（例えば、後述する実施例におけるエゼクタ８）と、前記燃料電池の発電要求量が所定値以下の場合に該燃料電池のアイドル運転を停止をすべきと判定し該燃料電池の発電を停止するアイドル停止手段（例えば、後述する実施例におけるステップＳ２０１，Ｓ２０４）と、前記アイドル停止手段がアイドル運転を停止すべきと判定したときであって前記アノード極の水素ガス供給圧と大気圧との差圧が所定値以上である場合には前記アイドル運転の停止を禁止するアイドル停止禁止手段（例えば、後述する実施例におけるステップＳ２０２）と、備えた車両用燃料電池システムにおいて、前記アイドル停止禁止手段が前記燃料電池のアイドル運転の停止を禁止した場合に前記カソード極の空気圧を徐々に低下させながら前記燃料電池の発電を継続することにより前記アノード極の水素ガス供給圧を低下させる第２のアノード圧低下手段（例えば、後述する実施例におけるステップＳ２０３）を、さらに備えたことを特徴とする車両用燃料電池システムである。
このように構成することにより、アノード極の水素ガス供給圧と大気圧との差圧が所定値以上あってアイドル停止禁止手段が燃料電池のアイドル運転の停止を禁止したときに、カソード極の空気圧を徐々に低下させながら燃料電池の発電を継続することにより、アノード極の水素ガス供給圧を低下させることができる。

請求項１に係る発明によれば、アノード極の水素ガス供給圧と大気圧との差圧が所定値以上あってアイドル停止禁止手段が燃料電池のアイドル運転の停止を禁止したときに、遮断弁を閉じた状態で発電を継続することにより、遮断弁より下流の水素ガスが燃料電池で消費されて、アノード極の水素ガス供給圧を低下させることができる。これにより、カソード極の空気圧が低下しなくても、アノード極の水素ガス供給圧を低下させることができる。そして、アノード極の水素ガス供給圧と大気圧との差圧が所定値よりも小さくなり、アイドル停止手段が燃料電池のアイドル運転を停止をすべきと判定したときに、燃料電池のアイドル運転を停止することができる。その結果、燃料電池システムの効率が向上し、車両の燃費が向上する。

請求項２に係る発明によれば、アノード極の水素ガス供給圧と大気圧との差圧が所定値以上あってアイドル停止禁止手段が燃料電池のアイドル運転の停止を禁止したときに、カソード極の空気圧を徐々に低下させながら燃料電池の発電を継続することにより、アノード極の水素ガス供給圧を低下させることができる。そして、アノード極の水素ガス供給圧と大気圧との差圧が所定値よりも小さくなり、アイドル停止手段が燃料電池のアイドル運転を停止をすべきと判定したときに、燃料電池のアイドル運転を停止することができる。その結果、燃料電池システムの効率が向上し、車両の燃費が向上する。

この発明に係る車両用燃料電池システムの実施例１，２における構成図である。 前記燃料電池システムに使用される可変エゼクタの概略断面図である。 前記可変エゼクタの作用を説明する図（その１）である。 前記可変エゼクタの作用を説明する図（その２）である。 車両用燃料電池システムの実施例１におけるフローチャートである。 車両用燃料電池システムの実施例１におけるタイムチャートである。 車両用燃料電池システムの実施例２におけるフローチャートである。 車両用燃料電池システムの実施例２におけるタイムチャートである。

以下、この発明に係る車両用燃料電池システムの実施例を図１から図８の図面を参照して説明する。
＜実施例１＞
初めに、この発明に係る車両用燃料電池システムの実施例１を図１から図６の図面を参照して説明する。
図１は車両に搭載された車両用燃料電池システム１の概略構成図であり、燃料電池２は、固体高分子電解質膜２ａをアノード極２ｂとカソード極２ｃとで両側から挟み込んで形成されたセルを複数積層して構成されたスタック（図１では単セルのみ示す）からなり、アノード極２ｂに燃料ガスとして水素ガスを供給し、カソード極２ｃに酸化剤ガスとしての酸素を含む空気を供給すると、アノード極２ｂで触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜２ａを通過してカソード極２ｃまで移動し、カソード極２ｃで酸素と電気化学反応を起こして発電する。

燃料電池２には、水素ガス供給システムＡと、空気供給システムＢが接続されている。
水素ガス供給システムＡは、高圧の水素ガスが収容された水素タンク（水素ガス供給手段）３を備え、水素タンク３の水素ガスが水素ガス供給路４を介して燃料電池２のアノード極２ｂに供給される。水素タンク３は電磁弁３ａを備え、水素ガス供給路４には、上流側から順に、第１レギュレータ５、遮断弁６、第２レギュレータ７、エゼクタ（アノード供給圧調整手段）８、が設けられている。水素タンク３の高圧の水素ガスは第１レギュレータ５により所定圧力まで減圧され、第２レギュレータ７によりさらに減圧されてエゼクタ８に供給される。

燃料電池２のアノード極２ｂに供給された水素ガスのうち発電に供されなかった水素ガス、すなわち未反応の水素ガスは、燃料電池１からアノードオフガスとして排出され、アノードオフガス循環路９を通ってエゼクタ８に吸引され、水素タンク３から供給される新鮮な水素ガスと合流して再び燃料電池２のアノード極２ｂに供給される。

また、アノードオフガス循環路９は排出弁１０を備えたアノードオフガス排出路１１を介して希釈器１１に接続されており、所定の条件が満たされたときに排出弁１０が開き、アノードオフガス循環路９からアノードオフガスとともに不純物（水等）が希釈器１１に排出される。

空気供給システムＢはエアポンプ（空気供給手段）１２を備え、エアポンプ１２で加圧された空気が空気供給路１３を介して燃料電池２のカソード極２ｃに供給される。
カソード極２ｃに供給された空気は発電に供された後、燃料電池２からカソードオフガスとしてカソードオフガス路１４を介して希釈器１１に排出される。そして、希釈器１１において、アノードオフガス循環路９から排出されたアノードオフガスがカソードオフガスである空気で希釈され、水素の濃度を十分に低減した後、排出路１５を介して大気へ排出される。
また、空気供給路１３は分岐路１６を介してエゼクタ８に接続されており、燃料電池２のカソード極２ｃに供給される空気の圧力が信号圧としてエゼクタ８に導入されるようになっている。

また、燃料電池システム１は制御装置２０を備えており、この制御装置２０によって、水素タンク３の電磁弁３ａ、遮断弁６、排出弁１０の開閉が制御されるとともに、燃料電池２の運転状態に応じてエアポンプ１２の運転が制御される。そして、エアポンプ１２の運転制御によりカソード極２ｃの空気圧が調整される。そして、水素ガス供給路４においてエゼクタ８と燃料電池２のアノード極２ｂとの間には、燃料電池２のアノード極２ｂに供給される水素ガスの供給圧を検出するために、アノード圧センサ２１が設けられており、アノード圧センサ２１は検出した圧力に応じた電気信号を制御装置２０に出力する。この実施例１において、制御装置２０はカソード圧調整手段を構成する。

そして、燃料電池２の発電電力（出力）は、駆動系電機負荷や非駆動系電気負荷に供給される。ここで、駆動系電気負荷とは、走行用駆動モータや、エアポンプ駆動モータ等補機類など、車両の駆動に関係する電気負荷を言い、非駆動系電気負荷とは、空調装置、オーディオ装置、照明装置（いずれも図示略）など車両の駆動に直接関係しない電気負荷を言う。燃料電池２はキャパシタ等の二次電池にも接続されており、燃料電池２により二次電池を充電したり、二次電池に蓄えられている電力を前記駆動系電気負荷や非駆動系電気負荷に供給することができるように構成されている。

次に、図２から図４の図面を参照して、エゼクタ８について詳述する。
エゼクタ８は、円筒状のボディ３０と、ボディ３０の内部に固定されたニードル３１と、内部にニードル３１を収容しニードル３１に対して相対移動可能にボディ３０に支持されたノズル３２と、を備えている。

ボディ３０には、軸方向の先端に送出口３３が設けられ、送出口３３よりも基部側にアノードオフガス入口３４が設けられ、アノードオフガス入口３４よりもさらに基部側にアノードガス入口３５が設けられ、アノードガス入口３５よりもさらに基部側にカソードガス入口３６が設けられている。ボディ３０においてアノードオフガス入口３４よりも軸方向先部側はディフューザ３７となっていて、ディフューザ３７の内径は送出口３３に接近するにしたがって徐々に縮径している。

ニードル３１は、ボディ３０の軸方向略中央に配置され、ディフューザ３７と同心上に設置されており、ボディ３０の内面から延出した円板状の支持部３８に支持されている。ニードル３１は、その先端を送出口３３に接近する方向に延ばし、先端部３９は先細り形状となっている。

ノズル３２は、ニードル３１の支持部３８よりもボディ３０の基部側に配置される基部４０と、支持部３８よりもボディ３０の先部側に配置される先部４１と、支持部３８の挿通孔３８ａを挿通して基部４０と先部４１とを連結する連結部４２とを備え、基部４０は第１ダイヤフラム４３によってボディ３０に支持され、先部４１は第２ダイヤフラム４４によってボディ３０に支持されており、ボディ３０およびニードル３１に対して軸方向へ相対移動可能に取り付けられている。

ノズル３２の先部４１には、ディフューザ３７と同心上に貫通孔４５が設けられており、貫通孔４５の先部は先細り形状になっていて、先端が吐出口４６となっている。この貫通孔４５にニードル３１が径方向に隙間を有して収容されている。また、先部４１の基部側の端面には支持部３８に当接離反可能なシール材４７が固定されている。

また、ボディ３０の内部は、第１ダイヤフラム４３と第２ダイヤフラム４４によって軸方向に３つの部屋に仕切られており、第１ダイヤフラム４３と第２ダイヤフラム４４との間に位置する第１室５１にアノードガス入口３５が連通し、第２ダイヤフラム４４よりも軸方向先部側に位置する第２室５２にアノードオフガス入口３４が連通し、第１ダイヤフラム４３よりも軸方向基部側に位置する第３室５３にカソードガス入口３６が連通している。

そして、アノードガス入口３５には水素ガス供給路４が接続され、第１室５１にアノードガス（すなわち、水素タンク３の水素ガス）が導入される。また、アノードオフガス入口３４にはアノードオフガス循環路９が接続され、燃料電池１から排出されるアノードオフガスが第２室５２に導入される。また、カソードガス入口３６には分岐路１６が接続され、燃料電池２のカソード極２ｃに供給されるカソードガス（すなわち、空気）の圧力が第３室５３に信号圧として導入される。

このように構成されたエゼクタ８によれば、第１室５１に導入された水素ガスはノズル３２の先部４１とニードル３１との間の隙間を流通して、吐出口４６からディフューザ３７に向かって吐出され、吐出口４６から吐出された水素ガスはディフューザ３７によって流速を高められて送出口３３から送出される。このときにディフューザ３７に発生した負圧によって、第２室５２に導入されたアノードオフガスが吸引され、アノードオフガスは水素ガスと合流して送出口３３から送出される。

また、ノズル３２は、第１室５１に導入される水素ガスの圧力と第３室５３に導入される空気の圧力との差圧に基づいて、ボディ３０およびニードル３１に対する軸方向相対位置が変化し、その結果、吐出口４６の実質的な開口面積が変化して、吐出口４６から吐出される水素ガスの流量が調整される。

例えば、図２に示す状態で平衡しているときに、第３室５３に導入する空気の圧力を低減すると、ノズル３２をボディ３０の基部側へ接近させる方向に第１室５１の圧力と第３室５３の圧力との差圧が増大するため、ノズル３２がボディ３０の基部側へ移動し、ニードル３１の先端部３９が相対的に吐出口４６に接近することとなり、吐出口４６の実質的な開口面積が減少し、吐出口４６から吐出される水素ガスの流量および吐出圧が低減する。その結果、アノードオフガスの吸引量が低減し、送出口３３から送出されるガスの流量および圧力が低減する。

そして、図３に示すように、ノズル３２のシール材４７がニードル３１の支持部３８に密接すると、第１室５１に導入された水素ガスは吐出口４６への流路を閉ざされるため、水素ガスが吐出口４６から吐出されなくなり、第２室５２に導入されたアノードオフガスは吸引されなくなり、送出口３３からガスが送出されなくなる。

一方、図２に示す状態で平衡しているときに、第３室５３に導入する空気の圧力を増大すると、ノズル３２をボディ３０の先部側へ接近させる方向に第１室５１の圧力と第３室５３の圧力との差圧が増大するため、図４に示すようにノズル３２がボディ３０の先部側へ移動し、ニードル３１の先端部３９が相対的に吐出口４６から離間することとなり、吐出口４６の実質的な開口面積が増大し、吐出口４６から吐出される水素ガスの流量および吐出圧が増大する。その結果、アノードオフガスの吸引量が増大し、送出口３３から送出されるガスの流量および圧力が増大する。

すなわち、このエゼクタ８は、アノードオフガスを吸引するポンプとしての機能と、カソード極２ｃの空気圧を基準圧として該空気圧に基づいてアノード極２ｂへの水素ガスの供給圧を調整するアノード供給圧調整手段としての機能を兼ね備えている。

このように構成された車両用燃料電池システム１では、燃料電池自動車の停止条件等が満たされる場合に燃料電池２への水素ガスおよび空気の供給を停止して、燃料電池２での発電を停止するアイドル運転停止を行うことで燃費の向上を図っている。

ここで、燃料電池２のアイドル運転を停止すべきとする条件（すなわち、アイドル運転停止条件）は、例えば、（１）車速が所定値以下、（２）燃料電池２の発電要求量が所定値以下、（３）二次電池の容量が所定値以上などであり、これらの条件が全て満たされた場合に制御装置２０はアイドル停止要求ありと判断し、これら条件のいずれか１つでも満たされていない場合には制御装置２０はアイドル停止要求なしと判断する。

ところで、アイドル運転停止条件が満たされてアイドル停止要求があっても、アノード極２ｂへの水素ガスの供給圧と大気圧との差圧が所定圧Ｐ１以上であるときには、燃料電池２の停止中にアノード極２ｂとカソード極２ｃとの間の差圧が大きくなり、固体高分子電解質膜２ａに大きな負荷がかかるため好ましくない。そこで、この車両用燃料電池システム１では、アイドル運転停止条件が満たされた場合であっても、アノード極２ｂへの水素ガスの供給圧と大気圧との差圧が所定圧Ｐ１以上であるときにはアイドル運転の停止を禁止する。ここで、アノード極２ｂへの水素ガスの供給圧と大気圧との差圧とは、アノード極２ｂへの水素ガス供給圧のゲージ圧にほかならず、この実施例１ではアノード圧センサ２１により検出する。

さらに、この実施例１の車両用燃料電池システム１では、アノード極２ｂへの水素ガスの供給圧と大気圧との差圧が所定圧Ｐ１以上あるために燃料電池２のアイドル運転の停止が禁止された場合に、遮断弁６を閉じて燃料電池２のアノード極２ｂへの水素ガスの供給を停止して発電を継続し、遮断弁６よりも下流に残留する水素ガスを消費することによってアノード極２ｂ側の圧力を低減し、アノード極２ｂ側の水素ガスの圧力と大気圧との差圧を所定圧Ｐ１よりも小さくすることにより、燃料電池２のアイドル運転を停止可能にし、燃費の向上を図る。

以下、この実施例１における燃料電池２のアイドル運転停止制御を、図５のフローチャートと図６のタイムチャートを参照して説明する。
図５のフローチャートに示すアイドル運転停止制御ルーチンは、制御装置２０によって繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１０１において、アイドル停止要求があるか否かを判定する。すなわち、前述したアイドル運転停止条件が満たされたときはアイドル停止要求ありとなるので、ステップＳ１０１において肯定判定され、アイドル運転停止条件が満たされないときはアイドル停止要求なしとなるので、ステップＳ１０１において否定判定される。
ステップＳ１０１における判定結果が「ＮＯ」である場合には、本ルーチンの実行を一旦終了する。

ステップＳ１０１における判定結果が「ＹＥＳ」である場合には、ステップＳ１０２に進み、アノード圧センサ２１により検出された水素ガスの圧力、すなわちアノード極２ｂへの水素ガス供給圧（ゲージ圧）が所定圧Ｐ１よりも小さいか否かを判定する。

ステップＳ１０２における判定結果が「ＮＯ」（≧Ｐ１）である場合には、燃料電池２の固体高分子電解質膜２ａの保護のためアイドル運転停止を禁止して燃料電池２の発電を維持し、ステップＳ１０３に進んで遮断弁６を閉じ、ステップＳ１０２に戻る。これにより、燃料電池２のアノード極２ｂへの水素ガスの供給が停止され、その状態で発電を継続することで、遮断弁６よりも下流に残留する水素ガスが消費され、アノード極２ｂへの水素ガス供給圧が徐々に低下していく。

ステップＳ１０２における判定結果が「ＹＥＳ」（＜Ｐ１）である場合には、ステップＳ１０４に進み、アイドル運転停止を許可し、エアポンプ１２を停止して発電を停止する。これにより、車両用燃料電池システム１の効率が向上し、車両の燃費が向上する。また、アイドル運転停止中も燃料電池２のアノード極２ｂとカソード極２ｃとの極間差圧を許容範囲内に保持することができる。

次に、ステップＳ１０５に進み、アイドル運転停止してから所定時間ｔ１が経過したか否かを判定する。ここで、所定時間ｔ１は、系の遅れなどによりアノード極２ｂ側の圧力が再上昇しない値に設定する。
ステップＳ１０５における判定結果が「ＮＯ」（＜ｔ１）である場合には、ステップＳ１０５に戻る。

ステップＳ１０５における判定結果が「ＹＥＳ」（≧ｔ１）である場合には、ステップＳ１０６に進み、遮断弁６を開き、水素ガスをエゼクタ８に導入して、本ルーチンの実行を一旦終了する。
ここで、遮断弁６を開き水素ガスをエゼクタ８に導入すると、エゼクタ８の第３室５３の空気圧はエアポンプ１２を停止しているため大気圧となり、第１室５１の水素ガスの圧力の方が大きいので、この差圧によってノズル３２が基部側に移動し、図３に示すように、ノズル３２のシール材４７がニードル３１の支持部３８に密接して、吐出口４６への流路が閉ざされる。したがって、遮断弁６を開くことによって新たな水素ガスが燃料電池２のアノード極２ｂに導入されるわけではないが、アイドル運転停止期間中、エゼクタ８まで所定圧力の水素ガスを導いておくことにより、燃料電池２を再起動（発電再開）する際の応答遅れを最小限に抑えることができる。これにより、燃料電池２を再起動した時の出力応答性の向上を図っている。

この実施例１の車両用燃料電池システム１においては、アノード極２ｂへの水素ガスの供給圧と大気圧との差圧が所定圧Ｐ１以上あるために燃料電池２のアイドル運転の停止が禁止された場合に、カソード極２ｃの空気圧が低下しなくても（あるいは低下させなくても）、アノード極２ｂの水素ガス供給圧を低下させることができ、燃料電池２のアイドル運転停止の禁止を解除することができる。

この実施例１においては、制御装置２０がステップＳ１０１，ステップＳ１０４を実行することによりアイドル停止手段が実現され、ステップＳ１０２を実行することによりアイドル停止禁止手段が実現され、ステップＳ１０３を実行することにより第１のアノード圧低下手段が実現される。

＜実施例２＞
次に、この発明に係る車両用燃料電池システムの実施例２を図７、図８の図面を参照して説明する。
実施例２における車両用燃料電池システム１の構成が実施例１のものと相違する点は、図１において破線で示すように、空気供給路１３から分岐した分岐管１６にインジェクタ１７が接続されている点だけである。インジェクタ１７は、分岐管１６内の空気を排出して空気圧を調整するものである。

前述した実施例１では、アノード極２ｂへの水素ガスの供給圧と大気圧との差圧が所定圧Ｐ１以上あるために燃料電池２のアイドル運転の停止が禁止された場合に、遮断弁６を閉じ、燃料電池２の発電を継続することによりアノード極２ｂ側の圧力を低減し、アイドル運転停止に移行させるようにしたが、実施例２では、アノード極２ｂへの水素ガスの供給圧と大気圧との差圧が所定圧Ｐ１以上あるために燃料電池２のアイドル運転の停止が禁止された場合に、遮断弁６は開いたままにして発電を継続させ、インジェクタ１７からの空気の排出量を徐々に増大することによって、アノード極２ｂ側の圧力を低減し、アイドル運転停止に移行させるようにする。

詳述すると、インジェクタ１７からの空気の排出量を徐々に増大すると、分岐管１６内の空気圧が徐々に低減し、これによりエゼクタ８の第３室５３内の圧力が徐々に低減していく。これによりエゼクタ８のノズル３２がボディ３０の基部側へ徐々に移動し、吐出口４６の実質的な開口面積が徐々に縮小し、送出口３３から送出されるガスの圧力が徐々に低減する。その結果、燃料電池２のアノード極２ｂ側の圧力が低減し、大気圧との差圧が所定圧Ｐ１よりも小さくなって、アイドル運転停止に移行させることができる。

以下、この実施例２における燃料電池２のアイドル運転停止制御を、図７のフローチャートと図８のタイムチャートを参照して説明する。
図７のフローチャートに示すアイドル運転停止制御ルーチンは、制御装置２０によって繰り返し実行される。

まず、ステップＳ２０１において、アイドル停止要求があるか否かを判定する。すなわち、前述したアイドル運転停止条件が満たされたときはアイドル停止要求ありとなるので、ステップＳ２０１において肯定判定され、アイドル運転停止条件が満たされないときはアイドル停止要求なしとなるので、ステップＳ２０１において否定判定される。
ステップＳ２０１における判定結果が「ＮＯ」である場合には、本ルーチンの実行を一旦終了する。

ステップＳ２０１における判定結果が「ＹＥＳ」である場合には、ステップＳ２０２に進み、アノード圧センサ２１により検出された水素ガスの圧力、すなわちアノード極２ｂへの水素ガス供給圧（ゲージ圧）が所定圧Ｐ１よりも小さいか否かを判定する。

ステップＳ２０２における判定結果が「ＮＯ」（≧Ｐ１）である場合には、燃料電池２の固体高分子電解質膜２ａの保護のためアイドル運転停止を禁止して燃料電池２の発電を維持し、ステップＳ２０３に進んでインジェクタ１７からの空気の排出量を徐々に増大することによりカソード極２ｃの空気圧を徐々に低下させ、ステップＳ２０２に戻る。これにより、前述したように、燃料電池２のアノード極２ｂへの水素ガス供給圧が徐々に低下していく。

ステップＳ２０２における判定結果が「ＹＥＳ」（＜Ｐ１）である場合には、ステップＳ２０４に進み、アイドル運転停止を許可し、エアポンプ１２を停止して発電を停止し本ルーチンの実行を一旦終了する。これにより、車両用燃料電池システム１の効率が向上し、車両の燃費が向上する。また、アイドル運転停止中も燃料電池２のアノード極２ｂとカソード極２ｃとの極間差圧を許容範囲内に保持することができる。

なお、実施例２では、アイドル運転停止の禁止期間中を含め遮断弁６を閉ざさず、開状態を保持する。このように遮断弁６の開状態を保持しても、アイドル運転停止となってエアポンプ１２が停止されると、エゼクタ８の第３室５３の空気圧が大気圧となるため、実施例１の場合と同様に、ノズル３２のシール材４７がニードル３１の支持部３８に密接して、吐出口４６への流路が閉ざされる。そして、この実施例２においても、アイドル運転停止期間中、エゼクタ８までは所定圧力の水素ガスが導かれているので、燃料電池２を再起動（発電再開）する際の応答遅れを最小限に抑えることができる。これにより、燃料電池２を再起動した時の出力応答性の向上を図ることができる。

この実施例２においては、制御装置２０がステップＳ２０１，ステップＳ２０４を実行することによりアイドル停止手段が実現され、ステップＳ２０２を実行することによりアイドル停止禁止手段が実現され、ステップＳ２０３を実行することにより第２のアノード圧低下手段が実現される。

前述した実施例２では、インジェクタ１７からの空気の排出量を増大することによってカソード極２ｃへの空気圧を低減し、エゼクタ８への信号圧を低減させたが、インジェクタ１７からの空気の排出量を変えずに、エアポンプ１２の駆動モータの回転数を低減することによってカソード極２ｃへの空気の供給圧を低減し、エゼクタ８への信号圧を低減させるようにしてもよい。

〔他の実施例〕
なお、この発明は前述した実施例に限られるものではない。
例えば、前述した各実施例では、カソード極２ｃの空気圧を基準圧として該空気圧に基づいてアノード極２ｂへの水素ガスの供給圧を調整するアノード供給圧調整機能を備えたエゼクタ８を用いたが、このようなエゼクタを用いなくてもこの発明を実施することが可能である。すなわち、エゼクタは単なるポンプとしての機能だけを備えるものを用い、このエゼクタと遮断弁６との間の水素ガス供給路４に、燃料電池２のカソード極２ｃの空気圧を信号圧としてアノード極２ｂへの水素ガスの供給圧を調整する圧力調整弁を設けて、車両用燃料電池システム１を構成することもできる。

１ 車両用燃料電池システム
２ 燃料電池
２ｂ アノード極
２ｃ カソード極
３ 水素タンク（水素ガス供給手段）
６ 遮断弁
８ エゼクタ（アノード供給圧調整手段）
１２ エアポンプ（空気供給手段）
２０ 制御装置（カソード圧調整手段）
Ｓ１０１，Ｓ１０４，Ｓ２０１，Ｓ２０４ アイドル停止手段
Ｓ１０２，Ｓ２０２ アイドル停止禁止手段
Ｓ１０３ 第１のアノード圧低下手段
Ｓ２０３ 第２のアノード圧低下手段

Claims (2)

1. 燃料電池のカソード極に加圧された空気を供給する空気供給手段と、
   前記燃料電池のアノード極に加圧された水素ガスを供給する水素ガス供給手段と、
   前記燃料電池のアノード極と前記水素ガス供給手段との間に設けられた遮断弁と、
   前記燃料電池の運転状態に応じて前記空気供給手段を制御し前記カソード極の空気圧を調整するカソード圧調整手段と、
   前記カソード極の空気圧を基準圧として該空気圧に基づいて前記アノード極への水素ガスの供給圧を調整するアノード供給圧調整手段と、
   前記燃料電池の発電要求量が所定値以下の場合に該燃料電池のアイドル運転を停止をすべきと判定し該燃料電池の発電を停止するアイドル停止手段と、
   前記アイドル停止手段がアイドル運転を停止すべきと判定したときであって前記アノード極の水素ガス供給圧と大気圧との差圧が所定値以上である場合には前記アイドル運転の停止を禁止するアイドル停止禁止手段と、
   を備えた車両用燃料電池システムにおいて、
   前記アイドル停止禁止手段が前記燃料電池のアイドル運転の停止を禁止した場合に前記遮断弁を閉弁し前記燃料電池の発電を継続することにより前記アノード極の水素ガス供給圧を低下させる第１のアノード圧低下手段を、さらに備えたことを特徴とする車両用燃料電池システム。
2. 燃料電池のカソード極に加圧された空気を供給する空気供給手段と、
   前記燃料電池のアノード極に加圧された水素ガスを供給する水素ガス供給手段と、
   前記燃料電池の運転状態に応じて前記空気供給手段を制御し前記カソード極の空気圧を調整するカソード圧調整手段と、
   前記カソード極の空気圧を基準圧として該空気圧に基づいて前記アノード極への水素ガスの供給圧を調整するアノード供給圧調整手段と、
   前記燃料電池の発電要求量が所定値以下の場合に該燃料電池のアイドル運転を停止をすべきと判定し該燃料電池の発電を停止するアイドル停止手段と、
   前記アイドル停止手段がアイドル運転を停止すべきと判定したときであって前記アノード極の水素ガス供給圧と大気圧との差圧が所定値以上である場合には前記アイドル運転の停止を禁止するアイドル停止禁止手段と、
   を備えた車両用燃料電池システムにおいて、
   前記アイドル停止禁止手段が前記燃料電池のアイドル運転の停止を禁止した場合に前記カソード極の空気圧を徐々に低下させながら前記燃料電池の発電を継続することにより前記アノード極の水素ガス供給圧を低下させる第２のアノード圧低下手段を、さらに備えたことを特徴とする車両用燃料電池システム。

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