JP2011192594A - 燃料電池システム - Google Patents

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Abstract

【課題】蓄電装置の電圧を確実に保護することができる燃料電池システムを提供する。
【解決手段】燃料電池１１と、燃料電池で発電された電力を蓄電可能な蓄電装置６０と、蓄電装置に電力を充電する際に、燃料電池と蓄電装置との間に配される蓄電装置充電手段６３と、燃料電池に関する温度を検出可能な温度センサ４２と、温度センサによって検出された温度が所定温度よりも低いか否かを判定する低温判定手段７１を有する制御部４５と、を備えた燃料電池システム１０において、制御部は、低温判定手段において温度が所定温度よりも低いと判定した場合に、蓄電装置への充電を開始する低温時充電開始電圧閾値を、温度が所定温度以上と判定した場合の通常時充電開始電圧閾値よりも高く設定する電圧閾値変更手段７２を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、燃料電池システムに関するものである。
従来から、例えば車両に搭載される燃料電池には、固体高分子電解質膜をアノード電極およびカソード電極で両側から挟んで膜電極構造体を形成し、この膜電極構造体の両側に一対のセパレータを配置して平板状の単位燃料電池（以下、単位セルという。）を構成し、この単位セルを複数積層して燃料電池スタック（以下、燃料電池という。）とするものが知られている。このような燃料電池では、アノード電極とセパレータとの間にアノードガス（燃料ガス）として水素ガスを供給するとともに、カソード電極とセパレータとの間にカソードガス（酸化剤ガス）として空気を供給する。これにより、アノード電極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を透過してカソード電極まで移動し、カソード電極で空気中の酸素と電気化学反応を起こし、発電が行われる。
また、燃料電池を搭載した車両においては、燃料電池で発電された電力を蓄電可能な１２Ｖバッテリが併設されている。この１２Ｖバッテリに蓄電された電力は、車内の空調装置やカーナビゲーションシステムなどを駆動させるために用いられる。
さらに、電源として燃料電池および高電圧バッテリを併設した燃料電池システムを備え、該燃料電池システムにより車両走行用のモータを駆動する燃料電池車両が提案されている。この燃料電池車両では、高電圧バッテリの電力を利用して車両（燃料電池）を起動するとともに、車両走行や補機電力のアシストを行い、あるいは高電圧バッテリのみで所謂ＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）走行が行われる。
そして、このような燃料電池車両において、車両の再始動を確実に行うために、車両の停止時に高電圧バッテリに必要電力を蓄電するように構成した技術が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
特許文献１では、ＧＰＳ電波による車両位置の測位データと日付データとから最低外気温を予測し、この予測結果に基づいてバッテリの必要電力を予測するようにしている。
特許文献２では、外気温に基づいて、再始動時のバッテリ温度を予測し、この予測バッテリ温度に基づきバッテリの必要電力を予測するようにしている。
特許文献３では、次回のエンジン（モータ）始動時のバッテリ温度を予測し、バッテリから所定の出力を得るためのバッテリ温度予測値に応じたＳＯＣを設定し、ＳＯＣ検出値がＳＯＣ設定値となるようにバッテリの充放電を制御するようにしている。
特開２００４−１４６０７５号公報 特開２００７−３１１３０９号公報 特開平１１−３５５９６７号公報
しかしながら、上記特許文献１〜３に係る技術では、再始動時のバッテリ温度を予測により求めており、精度よく停止時などのバッテリ充電量を決定することができない。また、特許文献１に係る技術では、ＧＰＳなどの測位データ受信機を必須の構成要件としているため、ガレージ内など電波を受信できない環境下では外気温を予測することができない。また、特許文献２に係る技術では、車両起動時に温度センサにより外気温を検出するようにしているが、車両起動時には、温度センサにより検出される外気温が急激に変化するため、温度センサにより検出される検出温度（外気温）の精度が低くなる。さらに、特許文献３に係る技術では、バッテリのＳＯＣ設定値を見ながらバッテリの充放電を制御しているが、ＳＯＣは精度よく検出・制御することが困難であり、無駄に充電してしまうことがある。結果として、バッテリを適切な状態に蓄電することができず、特に冬季にはバッテリの電圧低下が生じて起動できなくなる虞がある
そこで、本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、蓄電装置の電圧を確実に保護することができる燃料電池システムを提供するものである。
上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、アノード電極に燃料ガスを、カソード電極に酸化剤ガスを供給し発電を行う燃料電池（例えば、実施形態における燃料電池１１）と、該燃料電池で発電された電力を蓄電可能な蓄電装置（例えば、実施形態における１２Ｖバッテリ６０）と、該蓄電装置に前記電力を充電する際に、前記燃料電池と前記蓄電装置との間に配される蓄電装置充電手段（例えば、実施形態におけるダウンバータ６３）と、前記燃料電池に関する温度を検出可能な温度センサ（例えば、実施形態における温度センサ４２）と、該温度センサによって検出された前記温度が所定温度よりも低いか否かを判定する低温判定手段（例えば、実施形態における低温判定部７１）を有する制御部（例えば、実施形態におけるＥＣＵ４５）と、を備えた燃料電池システム（例えば、実施形態における燃料電池システム１０）において、前記制御部は、前記低温判定手段において前記温度が前記所定温度よりも低いと判定した場合に、前記蓄電装置への充電を開始する低温時充電開始電圧閾値（例えば、実施形態における低温時充電開始電圧閾値Ｖ１）を、前記温度が前記所定温度以上と判定した場合の通常時充電開始電圧閾値（例えば、実施形態における通常時充電開始電圧閾値Ｖ３）よりも高く設定する電圧閾値変更手段（例えば、実施形態における１２ＶＢＡＴＴ充電電圧閾値変換部７２）を備えていることを特徴としている。
請求項２に記載した発明は、前記電圧閾値変更手段は、前記低温判定手段において前記温度が前記所定温度よりも低いと判定した場合に、前記蓄電装置への充電を終了する低温時充電終了電圧閾値（例えば、実施形態における低温時充電終了電圧閾値Ｖ２）を、前記温度が前記所定温度以上と判定した場合の通常時充電終了電圧閾値（例えば、実施形態における通常時充電終了電圧閾値Ｖ４）よりも高く設定することを特徴としている。
請求項３に記載した発明は、前記制御部は、前記低温判定手段において前記温度が前記所定温度よりも低いと判定した場合に、前記蓄電装置充電手段の出力を、前記温度が前記所定温度以上と判定した場合の前記蓄電装置充電手段の出力よりも大きくする出力変更手段（例えば、実施形態におけるダウンバータ出力変換部７３）を備えていることを特徴としている。
請求項４に記載した発明は、前記蓄電装置の電圧を監視する蓄電装置監視手段（例えば、実施形態における電圧センサ６５）を備え、前記制御部は、前記蓄電装置の電圧が所定電圧以下になったか否かを判定する電圧判定手段（例えば、実施形態における１２ＶＢＡＴＴ電圧判定部７５）を有し、該電圧判定手段において前記電圧が前記所定電圧以下であると判定した場合に、前記出力変更手段は前記蓄電装置充電手段の出力をさらに大きく設定することを特徴としている。
請求項５に記載した発明は、前記蓄電装置の電圧を監視する蓄電装置監視手段を備え、前記燃料電池の発電停止中に、前記制御部は、前記蓄電装置の電圧が所定電圧以下になったか否かを判定する電圧判定手段を有し、前記蓄電装置監視手段により前記電圧を定期的に監視し、前記電圧判定手段において前記電圧が前記所定電圧以下であると判定した場合に、前記蓄電装置充電手段により前記蓄電装置の充電を開始することを特徴としている。
請求項１に記載した発明によれば、低温判定手段によって所定温度よりも低い低温状態であると判定した場合に、低温時充電開始電圧閾値を通常時充電開始電圧閾値よりも高く設定するように構成したため、蓄電装置の電圧が低下しすぎる前に充電を開始することができる。したがって、蓄電装置の電圧を確実に保護することができる。
請求項２に記載した発明によれば、低温判定手段によって所定温度よりも低い低温状態であると判定した場合に、低温時充電終了電圧閾値を通常時充電終了電圧閾値よりも高く設定するように構成したため、蓄電装置に十分充電させることができる。したがって、蓄電装置の電圧を確実に保護することができるとともに、蓄電装置を有効に利用することができる。
請求項３に記載した発明によれば、低温判定手段によって所定温度よりも低い低温状態であると判定した場合に、蓄電装置充電手段の出力を通常時よりも大きくするように構成したため、蓄電装置への充電を促進することができる。したがって、蓄電装置への充電効率を向上することができる。
請求項４に記載した発明によれば、低温判定手段によって所定温度よりも低い低温状態であると判定し、かつ、蓄電装置の電圧が所定電圧以下になった場合に、蓄電装置充電手段の出力をさらに大きくするように構成したため、蓄電装置への充電をさらに促進することができる。したがって、蓄電装置への充電効率を向上することができる。
請求項５に記載した発明によれば、燃料電池の発電停止中で、低温判定手段によって所定温度よりも低い低温状態であると判定し、かつ、蓄電装置の電圧が所定電圧以下になった場合に、蓄電装置の充電を開始するように構成したため、蓄電装置の電圧が低下しすぎる前に充電を開始することができる。したがって、蓄電装置の電圧を確実に保護することができる。
本発明の実施形態における燃料電池自動車の概略構成図である。 本発明の実施形態における燃料電池と併設されるバッテリとの関係を示すブロック図である。 本発明の実施形態における燃料電池システムがシステム停止後放置中の場合における１２Ｖバッテリへの充電方法を示すフローチャートである。 図３のフローチャートにおいて、ステップＳ１１で冬季と判定された場合の１２Ｖバッテリの充電の流れを示すタイムチャートである。 本発明の実施形態における燃料電池システムが発電中の場合における１２Ｖバッテリへの充電方法を示すフローチャートである。 図５のフローチャートにおいて、ステップＳ２１で冬季と判定された場合の１２Ｖバッテリの充電の流れを示すタイムチャートである。
次に、本発明に係る燃料電池システムの実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。なお、本実施形態では燃料電池システムを車両に搭載した場合の説明をする。
（燃料電池システム）
図１は燃料電池システムの概略構成図である。
図１に示すように、燃料電池システム１０の燃料電池１１は、水素ガスなどのアノードガスと空気などのカソードガスとの電気化学反応により発電を行う固体高分子膜型燃料電池である。燃料電池１１に形成されたアノードガス供給用連通孔１３（アノードガス流路２１の入口側）にはアノードガス供給配管２３が連結され、その上流端部には水素タンク３０が接続されている。また、燃料電池１１に形成されたカソードガス供給用連通孔１５（カソードガス流路２２の入口側）にはカソードガス供給配管２４が連結され、その上流端部にはエアコンプレッサ３３が接続されている。さらに、燃料電池１１に形成されたアノードオフガス排出用連通孔１４（アノードガス流路２１の出口側）にはアノードオフガス排出配管３５が連結され、カソードオフガス排出用連通孔１６（カソードガス流路２２の出口側）にはカソードオフガス排出配管３８が連結されている。ここで、アノードガス供給配管２３とアノードオフガス排出配管３５とでアノードガス流通配管４６を構成し、カソードガス供給配管２４とカソードオフガス排出配管３８とでカソードガス流通配管４７を構成している。
また、水素タンク３０からアノードガス供給配管２３に供給された水素ガスは、レギュレータ（不図示）により減圧された後、エゼクタ２６を通り、燃料電池１１のアノードガス流路２１に供給される。また、水素タンク３０とエゼクタ２６との間には、電磁駆動式の電磁弁２５が設けられており、水素タンク３０からの水素ガスの供給を遮断することができるように構成されている。
また、アノードオフガス排出配管３５は、エゼクタ２６に接続され、燃料電池１１を通過し排出されたアノードオフガスを再度燃料電池１１のアノードガスとして再利用できるように構成されている。さらに、アノードオフガス排出配管３５には、途中で３本の配管が分岐して設けられており、燃料電池１１で生成された生成水（ドレイン）を排出するためのドレイン排出配管３６と、アノード配管内の水素濃度を適正に保持するために配管内のガス（オフガス）を排出するためのパージガス排出配管３７と、燃料電池１１の停止中に掃気処理を行う際に掃気ガス（空気）を排出するための掃気ガス排出配管３２と、が設けられている。
ドレイン排出配管３６、パージガス排出配管３７および掃気ガス排出配管３２は、それらの下流でともに希釈ボックス３１に接続されている。そして、ドレイン排出配管３６には電磁駆動式のドレイン弁５１が設けられており、パージガス排出配管３７には電磁駆動式のパージ弁５２が設けられており、掃気ガス排出配管３２には電磁駆動式のエア排出弁４８が設けられている。なお、アノードオフガス排出配管３５とドレイン排出配管３６との分岐地点には気液分離器としてキャッチタンク５３が設けられている。
次に、空気（カソードガス）はエアコンプレッサ３３によって加圧され、カソードガス供給配管２４を通過した後、燃料電池１１のカソードガス流路２２に供給される。この空気中の酸素が酸化剤として発電に供された後、燃料電池１１からカソードオフガスとしてカソードオフガス排出配管３８に排出される。カソードオフガス排出配管３８は希釈ボックス３１に接続され、その後、車外へと排気される。なお、カソードオフガス排出配管３８には背圧弁３４が設けられている。なお、カソードガス供給配管２４とカソードオフガス排出配管３８との間に加湿器（不図示）を架け渡して設け、カソードガスがカソードオフガスに含まれる水分の移動により加湿されるように構成してもよい。
また、エアコンプレッサ３３と燃料電池１１との間を繋ぐカソードガス供給配管２４において、配管が分岐され掃気ガス導入配管５４の一端が接続されている。掃気ガス導入配管５４は、アノードガス供給配管２３におけるエゼクタ２６と燃料電池１１との間に他端が接続されている。つまり、エアコンプレッサ３３にて加圧された空気を燃料電池１１のアノードガス流路２１およびアノードガス流通配管４６に供給できるようになっている。なお、掃気ガス導入配管５４には電磁駆動式の電磁弁５５が設けられており、エアコンプレッサ３３からの空気の供給を遮断できるように構成されている。
ここで、燃料電池１１には温度センサ４２が設けられている。例えば、温度センサ４２の検出温度により、燃料電池１１の内部の温度と略同一の温度を検知することができるようになっている。温度センサ４２からの検出結果（センサ出力）は、制御装置（ＥＣＵ）４５へ伝達され、その検出結果に基づいて、各種制御（後に詳述する。）を実行するか否かを決定するように構成されている。
さらに、燃料電池１１で発電された電力（電流）はモータなどの電力消費デバイス５０へ供給されるように構成されている。
図２は、燃料電池１１と併設されるバッテリとの関係を示すブロック図である。図２に示すように、燃料電池１１にはモータなどの電力消費デバイス５０が接続されている。また、本実施形態の車両には、燃料電池１１から発電された電力を充電可能な高電圧バッテリ５９および１２Ｖバッテリ（１２ＶＢＡＴＴ）６０が併設されている。燃料電池１１と両バッテリ５９，６０との間には、電圧調整用のボルテージコントロールユニット（以下、ＶＣＵという。）６２が配されている。また、燃料電池１１と１２Ｖバッテリ６０との間、かつ、高電圧バッテリ５９と１２Ｖバッテリ６０との間には、充電手段として機能するダウンバータ（Ｄ／Ｖ）６３が配されている。さらに、１２Ｖバッテリ６０には、出力電圧を検出可能なる電圧計（蓄電装置監視手段）６５が設けられている。
このように構成された燃料電池システム１０では、燃料電池１１により発電された電力を直接電力消費デバイス５０に供給することができるとともに、高電圧バッテリ５９や１２Ｖバッテリ６０に充電することができる。なお、高電圧バッテリ５９は、モータなどを駆動するための電力として利用され、１２Ｖバッテリ６０は、空調機やカーナビゲーションシステムなど（図示せず）を駆動するための電力として利用される。
ここで、ＥＣＵ４５は、温度センサ４２によって検出された燃料電池１１の温度Ｔが予め設定された所定温度Ｔ０よりも低いか否かを判定する低温判定部７１と、低温判定部７１において検出された温度Ｔが所定温度Ｔ０よりも低いと判定した場合に、１２Ｖバッテリ６０への充電を開始する低温時充電開始電圧閾値Ｖ１を、検出された温度Ｔが所定温度Ｔ０以上と判定した場合の通常時充電開始電圧閾値Ｖ３よりも高く設定するとともに、１２Ｖバッテリ６０への充電を終了する低温時充電終了電圧閾値Ｖ２を、検出された温度Ｔが所定温度Ｔ０以上と判定した場合の通常時充電終了電圧閾値Ｖ４よりも高く設定する１２ＶＢＡＴＴ充電電圧閾値変換部７２と、低温判定部７１において温度Ｔが所定温度Ｔ０よりも低いと判定した場合に、ダウンバータ６３の出力を、温度Ｔが所定温度Ｔ０以上と判定した場合のダウンバータ６３の出力よりも大きくするダウンバータ出力変換部７３と、１２Ｖバッテリ６０の電圧Ｖを監視する１２ＶＢＡＴＴ電圧監視部７４と、１２Ｖバッテリ６０の電圧Ｖが所定電圧Ｖ０（Ｖ１またはＶ３）以下またはＶ５（Ｖ２またはＶ４）以上になったか否かを判定する１２ＶＢＡＴＴ電圧判定部７５と、を備えている。
また、ＥＣＵ４５には、システム停止中の現在時刻カウント機能であるリアルタイムクロック（ＲＴＣ）制御部７６と、タイマ７７とがさらに備えられており、車両の停止中においても定期的（一定時間毎）にＥＣＵ４５の各部を駆動させて、各種制御を実行することができるように構成されている。
さらに、１２ＶＢＡＴＴ電圧判定部７５において電圧Ｖが所定電圧Ｖ０以下であると判定した場合には、ダウンバータ出力変換部７３の指示に基づいてダウンバータ６３の出力を通常時よりも大きく設定することができるように構成されている。また、燃料電池システム１０の停止中に１２ＶＢＡＴＴ電圧監視部７４により１２Ｖバッテリ６０の電圧Ｖを定期的に監視し、１２ＶＢＡＴＴ電圧判定部７５において電圧Ｖが所定電圧Ｖ０以下であると判定した場合に、ダウンバータ６３を起動させて１２Ｖバッテリ６０の充電を開始することができるように構成されている。
なお、ＥＣＵ４５は、燃料電池１１に要求される出力に応じて、電磁弁２５を制御して水素タンク３０から所定量の水素ガスを燃料電池１１に供給することができるようになっている。また、ＥＣＵ４５は、燃料電池１１に要求される出力に応じて、エアコンプレッサ３３を駆動して所定量の空気を燃料電池１１に供給するとともに、背圧弁３４を制御してカソードガス流路２２への空気の供給圧力を調整できるように構成されている。
次に、上述のように構成された燃料電池システム１０における１２Ｖバッテリ６０への充電方法について説明する。
図３は燃料電池システム１０がシステム停止後放置中の場合における１２Ｖバッテリ６０への充電方法を説明するフローチャートであり、車両が停止して燃料電池システム１０がシステム停止後放置状態になった時点（イグニションスイッチがオフされた時点）からこのフローチャートがスタートする。
図３に示すように、ステップＳ１１では、ＥＣＵ４５の指示により燃料電池１１に設けられた温度センサ４２の温度Ｔを検出し、低温判定部７１において温度Ｔが予め設定された所定温度Ｔ０（例えば、５℃）よりも低いか否かを判定する。温度Ｔが所定温度Ｔ０よりも低い場合には冬季であると判定しステップＳ１２へ進み、温度Ｔが所定温度Ｔ０以上の場合には冬季でない通常時と判定しステップＳ１３へ進む。
ステップＳ１２では、冬季の低温環境下にいると判定したため、１２Ｖバッテリ６０の充電を開始する電圧閾値を、通常時充電開始電圧閾値Ｖ３より高い電圧に設定された低温時充電開始電圧閾値Ｖ１に設定するとともに、１２Ｖバッテリ６０の充電を終了する電圧閾値を、通常時充電終了電圧閾値Ｖ４より高い電圧に設定された低温時充電終了電圧閾値Ｖ２に設定し、ステップＳ１４へ進む。
ステップＳ１３では、冬季以外の通常の温度環境下にいると判定したため、１２ＶＢＡＴＴ充電電圧閾値変換部７２において１２Ｖバッテリ６０の充電を開始する電圧閾値を通常時充電開始電圧閾値Ｖ３に設定するとともに、１２Ｖバッテリ６０の充電を終了する電圧閾値を通常時充電終了電圧閾値Ｖ４に設定し、ステップＳ１４へ進む。
ステップＳ１４では、ＲＴＣ制御部７６が所定のタイミング（例えば１０分毎）で起動しているか否かを判定し、ＲＴＣ制御部７６が起動している場合にはステップＳ１５へ進み、ＲＴＣ制御部７６が起動していない場合にはそのまま処理を終了する。
ステップＳ１５では、１２ＶＢＡＴＴ電圧監視部７４からの指示により１２Ｖバッテリ６０に設けられた電圧センサ６５の検出値（電圧Ｖ）を読み取り、１２ＶＢＡＴＴ電圧判定部７５において電圧Ｖが予め設定された所定電圧Ｖ０以下か否かを判定する。電圧Ｖが所定電圧Ｖ０以下の場合にはステップＳ１６へ進み、電圧Ｖが所定電圧Ｖ０より高い場合はステップＳ１９へ進む。なお、所定電圧Ｖ０は、低温時の場合は低温時充電開始電圧閾値Ｖ１が適用され、通常時の場合は通常時充電開始電圧閾値Ｖ３が適用される。
ステップＳ１６では、１２Ｖバッテリ６０の電圧Ｖが所定電圧Ｖ０（充電開始電圧閾値）以下になったため、充電を開始する。つまり、ダウンバータ６３を用いて１２Ｖバッテリ６０の充電を開始し、ステップＳ１７へ進む。
ステップＳ１７では、１２ＶＢＡＴＴ電圧監視部７４からの指示により１２Ｖバッテリ６０に設けられた電圧センサ６５の検出値（電圧Ｖ）を読み取り、１２ＶＢＡＴＴ電圧判定部７５において電圧Ｖが予め設定された所定電圧Ｖ５以上か否かを判定する。電圧Ｖが所定電圧Ｖ５以上の場合にはステップＳ１８へ進み、電圧Ｖが所定電圧Ｖ５より低い場合はステップＳ１６へ戻り、引き続き充電を継続する。なお、所定電圧Ｖ５は、低温時の場合は低温時充電終了電圧閾値Ｖ２が適用され、通常時の場合は通常時充電終了電圧閾値Ｖ４が適用される。
ステップＳ１８では、１２Ｖバッテリ６０の電圧Ｖが所定電圧Ｖ５（充電終了電圧閾値）以上になったため、充電を終了する。１２Ｖバッテリ６０の充電が終了したらステップＳ１９へ進む。
ステップＳ１９では、ＲＴＣ制御部７６の起動を停止して、処理を終了する。
図４は図３のフローチャートにおいて、ステップＳ１１で冬季と判定された場合の１２Ｖバッテリ６０の充電方法を説明するタイムチャートである。
図４に示すように、燃料電池システム１０がシステム停止後放置状態になったときからこのタイムチャートはスタートしている。
（第１期間：システム停止後放置中）
第１期間は、まだＲＴＣ制御部７６が起動する前であるため、実際には１２Ｖバッテリ６０の電圧値は検出されていない。また、１２Ｖバッテリ６０への充電を開始・終了する電圧閾値は、冬季と判定されているため、それぞれ低温時充電開始電圧閾値Ｖ１および低温時充電終了電圧閾値Ｖ２に設定されている。
（第２期間：ＲＴＣ起動中）
第２期間は、ＲＴＣ制御部７６が起動することにより、１２Ｖバッテリ６０の電圧Ｖを電圧センサ６５によって検出する。この電圧Ｖが低温時充電開始電圧閾値Ｖ１と低温時充電終了電圧閾値Ｖ２との間である場合には、１２Ｖバッテリ６０の充電を行わず、電圧の監視のみを継続する。
（第３期間：システム停止後放置中）
第２期間の所定時間内に、１２Ｖバッテリ６０の電圧Ｖが低温時充電開始電圧閾値Ｖ１と低温時充電終了電圧閾値Ｖ２との間から外れなかった場合には、再びシステム停止後放置状態になる。
（第４期間：ＲＴＣ起動中）
第４期間は、ＲＴＣ制御部７６が再び起動する。また、１２Ｖバッテリ６０の電圧Ｖを電圧センサ６５によって検出する。この電圧Ｖが低温時充電開始電圧閾値Ｖ１と低温時充電終了電圧閾値Ｖ２との間である場合には、１２Ｖバッテリ６０の充電を行わず、電圧の監視のみを継続し、電圧Ｖが低温時充電開始電圧閾値Ｖ１以下になった時点で、１２Ｖバッテリ６０の充電を開始する。このとき、ダウンバータ６３を介して充電を開始する。そして、１２Ｖバッテリ６０の電圧Ｖが低温時充電終了電圧閾値Ｖ２以上になるまで充電を行い、１２Ｖバッテリ６０の電圧Ｖが低温時充電終了電圧閾値Ｖ２以上になったら充電を終了するとともに、ＲＴＣ制御部７６の起動を終了させて再びシステム停止後放置状態にする。
（第５期間：システム停止後放置中）
１２Ｖバッテリ６０への充電が終了したため、再びシステム停止後放置状態にする。
図５は燃料電池システム１０が発電中の場合における１２Ｖバッテリ６０への充電方法を説明するフローチャートであり、車両が起動中で燃料電池システム１０が発電状態の時点（イグニションスイッチがオンされた時点）からこのフローチャートがスタートする。
図５に示すように、ステップＳ２１では、ＥＣＵ４５の指示により燃料電池１１に設けられた温度センサ４２の温度Ｔを検出し、低温判定部７１において温度Ｔが予め設定された所定温度Ｔ０よりも低いか否かを判定する。温度Ｔが所定温度Ｔ０よりも低い場合には冬季であると判定しステップＳ２２へ進み、温度Ｔが所定温度Ｔ０以上の場合には冬季でない通常時と判定しステップＳ２４へ進む。
ステップＳ２２では、冬季の低温環境下にいると判定したため、１２Ｖバッテリ６０の充電を開始する電圧閾値を、通常時充電開始電圧閾値Ｖ３より高い電圧に設定された低温時充電開始電圧閾値Ｖ１に設定するとともに、１２Ｖバッテリ６０の充電を終了する電圧閾値を、通常時充電終了電圧閾値Ｖ４より高い電圧に設定された低温時充電終了電圧閾値Ｖ２に設定し、ステップＳ２３へ進む。
ステップＳ２３では、ダウンバータ出力変換部７３においてダウンバータ６３の出力を通常時の出力ＶＴ０よりも大きいＶＴ１（出力、中）に設定し、ステップＳ２６へ進む。
ステップＳ２４では、冬季以外の通常の温度環境下にいると判定したため、１２ＶＢＡＴＴ充電電圧閾値変換部７２において１２Ｖバッテリ６０の充電を開始する電圧閾値を通常時充電開始電圧閾値Ｖ３に設定するとともに、１２Ｖバッテリ６０の充電を終了する電圧閾値を通常時充電終了電圧閾値Ｖ４に設定し、ステップＳ２５へ進む。
ステップＳ２５では、ダウンバータ出力変換部７３においてダウンバータ６３の出力を通常時の出力ＶＴ０（出力、小）のままとして、ステップＳ２６へ進む。
ステップＳ２６では、１２ＶＢＡＴＴ電圧監視部７４からの指示により１２Ｖバッテリ６０に設けられた電圧センサ６５の検出値（電圧Ｖ）を読み取り、１２ＶＢＡＴＴ電圧判定部７５において電圧Ｖが予め設定された所定電圧Ｖ０以下か否かを判定する。電圧Ｖが所定電圧Ｖ０以下の場合にはステップＳ２７へ進み、電圧Ｖが所定電圧Ｖ０より高い場合はステップＳ２９へ進む。なお、所定電圧Ｖ０は、低温時の場合は低温時充電開始電圧閾値Ｖ１が適用され、通常時の場合は通常時充電開始電圧閾値Ｖ３が適用される。
ステップＳ２７では、ダウンバータ出力変換部７３においてダウンバータ６３の出力をステップＳ２３で設定した出力ＶＴ１よりもさらに大きいＶＴ２（出力、大）に設定し、ステップＳ２８へ進む。このようにダウンバータ６３の出力を大きくすることにより１２Ｖバッテリ６０への充電を促進する。
ステップＳ２８では、１２ＶＢＡＴＴ電圧監視部７４からの指示により１２Ｖバッテリ６０に設けられた電圧センサ６５の検出値（電圧Ｖ）を読み取り、１２ＶＢＡＴＴ電圧判定部７５において電圧Ｖが予め設定された所定電圧Ｖ５以上か否かを判定する。電圧Ｖが所定電圧Ｖ５以上の場合にはステップＳ２９へ進み、電圧Ｖが所定電圧Ｖ５より低い場合はそのまま処理を終了する。なお、所定電圧Ｖ５は、低温時の場合は低温時充電終了電圧閾値Ｖ２が適用され、通常時の場合は通常時充電終了電圧閾値Ｖ４が適用される。
ステップＳ２９では、１２Ｖバッテリ６０の電圧が充電開始電圧閾値と充電終了電圧閾値との間の電圧であるため、ダウンバータ６３の出力を通常時の出力ＶＴ０よりも大きいＶＴ１（出力、中）に設定し、処理を終了する。なお、通常時の場合にはダウンバータ６３の出力を通常時の出力ＶＴ０に設定してもよい。
図６は図４のフローチャートにおいて、ステップＳ１１で冬季と判定された場合の１２Ｖバッテリ６０の充電方法を説明するタイムチャートである。
図６に示すように、燃料電池システム１０が発電状態になったときからこのタイムチャートはスタートしている。なお、ダウンバータ６３の出力は通常時の出力ＶＴ０よりも大きい出力ＶＴ１に設定されている。
燃料電池１１の発電中に、１２ＶＢＡＴＴ電圧監視部７４において１２Ｖバッテリ６０の電圧Ｖを電圧センサ６５によって検出し、１２ＶＢＡＴＴ電圧判定部７５において電圧Ｖが低温時充電開始電圧閾値Ｖ１と低温時充電終了電圧閾値Ｖ２との間の電圧値になっているか否かを判定する。
１２Ｖバッテリ６０の電圧Ｖが低温時充電開始電圧閾値Ｖ１以下になると、ダウンバータ６３の出力を出力ＶＴ１よりもさらに大きい出力ＶＴ２に設定して、１２Ｖバッテリ６０への充電を促進する。
そして、１２Ｖバッテリ６０の電圧Ｖが低温時充電終了電圧閾値Ｖ２以上になると、ダウンバータ６３の出力を小さくして、１２Ｖバッテリ６０への充電を終了する。
本実施形態によれば、低温判定部７１において、温度センサ４２によって検出された温度Ｔが所定温度Ｔ０よりも低い低温状態であると判定した場合に、低温時充電開始電圧閾値Ｖ１を通常時充電開始電圧閾値Ｖ３よりも高く設定するように構成したため、１２Ｖバッテリ６０の電圧が低下しすぎる前に充電を開始することができる。したがって、１２Ｖバッテリ６０の電圧を確実に保護することができる。
また、低温判定部７１において低温状態であると判定した場合に、低温時充電終了電圧閾値Ｖ２を通常時充電終了電圧閾値Ｖ４よりも高く設定するように構成したため、１２Ｖバッテリ６０に十分充電させることができる。したがって、１２Ｖバッテリ６０の電圧を確実に保護することができるとともに、１２Ｖバッテリ６０を有効に利用することができる。
また、低温判定部７１において低温状態であると判定した場合に、ダウンバータ６３の出力を通常時よりも大きくするように構成したため、１２Ｖバッテリ６０への充電を促進することができる。したがって、１２Ｖバッテリ６０への充電効率を向上することができる。
さらに、低温判定部７１において低温状態であると判定し、かつ、１２Ｖバッテリ６０の電圧Ｖが低温時充電開始電圧閾値Ｖ１以下になった場合に、ダウンバータ６３の出力をさらに大きくするように構成したため、１２Ｖバッテリ６０への充電をさらに促進することができる。したがって、１２Ｖバッテリ６０への充電効率を向上することができる。
そして、燃料電池システム１０の発電停止中で、低温判定部７１において低温状態であると判定し、かつ、１２Ｖバッテリ６０の電圧Ｖが低温時充電開始電圧閾値Ｖ１以下になった場合に、１２Ｖバッテリ６０の充電を開始するように構成したため、１２Ｖバッテリ６０の電圧が低下しすぎる前に充電を開始することができる。したがって、１２Ｖバッテリ６０の電圧を確実に保護することができる。
なお、本発明は上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な構造や形状などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、本実施形態では、燃料電池１１に直接温度センサ４２を設けた場合の説明をしたが、アノードオフガス排出配管３５におけるアノードオフガス排出用連通孔１４の直後（下流側）に、温度センサを設け、該温度センサの検出値に基づいて１２Ｖバッテリの充電可否を判定するように構成してもよい。また、温度センサを２箇所以上に設置し、それらの平均値によって１２Ｖバッテリの充電可否を判定するように構成してもよい。
また、本実施形態では、低温時の状況を冬季の低温環境下として例示したが、四季の温度差が少ない地域での利用を考慮するときなどでは、特定の低温状況下にあるか否かの見方でフローチャートを設定してもよい。
１０…燃料電池システム １１…燃料電池 ４２…温度センサ ４５…ＥＣＵ（制御部） ６０…１２Ｖバッテリ（蓄電装置） ６３…ダウンバータ（蓄電装置充電手段） ６５…電圧センサ（蓄電装置監視手段） ７１…低温判定部（低温判定手段） ７２…１２ＶＢＡＴＴ充電電圧閾値変換部（電圧閾値変更手段） ７３…ダウンバータ出力変換部（出力変更手段） ７５…１２ＶＢＡＴＴ電圧判定部（電圧判定手段） Ｖ１…低温時充電開始電圧閾値 Ｖ２…低温時充電終了電圧閾値 Ｖ３…通常時充電開始電圧閾値 Ｖ４…通常時充電終了電圧閾値

Claims (5)

  1. アノード電極に燃料ガスを、カソード電極に酸化剤ガスを供給し発電を行う燃料電池と、
    該燃料電池で発電された電力を蓄電可能な蓄電装置と、
    該蓄電装置に前記電力を充電する際に、前記燃料電池と前記蓄電装置との間に配される蓄電装置充電手段と、
    前記燃料電池に関する温度を検出可能な温度センサと、
    該温度センサによって検出された前記温度が所定温度よりも低いか否かを判定する低温判定手段を有する制御部と、を備えた燃料電池システムにおいて、
    前記制御部は、
    前記低温判定手段において前記温度が前記所定温度よりも低いと判定した場合に、前記蓄電装置への充電を開始する低温時充電開始電圧閾値を、前記温度が前記所定温度以上と判定した場合の通常時充電開始電圧閾値よりも高く設定する電圧閾値変更手段を備えていることを特徴とする燃料電池システム。
  2. 前記電圧閾値変更手段は、
    前記低温判定手段において前記温度が前記所定温度よりも低いと判定した場合に、前記蓄電装置への充電を終了する低温時充電終了電圧閾値を、前記温度が前記所定温度以上と判定した場合の通常時充電終了電圧閾値よりも高く設定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. 前記制御部は、
    前記低温判定手段において前記温度が前記所定温度よりも低いと判定した場合に、前記蓄電装置充電手段の出力を、前記温度が前記所定温度以上と判定した場合の前記蓄電装置充電手段の出力よりも大きくする出力変更手段を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システム。
  4. 前記蓄電装置の電圧を監視する蓄電装置監視手段を備え、
    前記制御部は、
    前記蓄電装置の電圧が所定電圧以下になったか否かを判定する電圧判定手段を有し、
    該電圧判定手段において前記電圧が前記所定電圧以下であると判定した場合に、前記出力変更手段は前記蓄電装置充電手段の出力をさらに大きく設定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。
  5. 前記蓄電装置の電圧を監視する蓄電装置監視手段を備え、
    前記燃料電池の発電停止中に、
    前記制御部は、
    前記蓄電装置の電圧が所定電圧以下になったか否かを判定する電圧判定手段を有し、
    前記蓄電装置監視手段により前記電圧を定期的に監視し、
    前記電圧判定手段において前記電圧が前記所定電圧以下であると判定した場合に、前記蓄電装置充電手段により前記蓄電装置の充電を開始することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システム。
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