JP2013171810A - 燃料電池システム及び車両 - Google Patents

Abstract

【課題】時間帯、天候の変化等による温度変化にかかわらず、燃料電池の動作制御を適切に冬季用の制御に設定する。
【解決手段】車両に搭載され、通常運転モードと、冬季運転モードを含む複数の運転モードを有する燃料電池システムであって、燃料電池１００と、気温を定期的に測定する気温測定部４２０と、前記測定された気温を格納する記憶装置４１０と、前記記憶装置から１日毎の気温の最低値を読み出し、第１の日数の期間における前記気温の最低値の平均値が第１の判定値以下の場合に、前記燃料電池の運転モードを冬季運転モードに設定する制御部４００と、を備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、燃料電池システム及び燃料電池システムを搭載した車両に関するものである。

従来から、アイドルストップを行う技術が知られている。例えば特許文献１では、車両の走行中又はアイドルストップ時に温度センサによる検出温度が所定温度以下であるかどうかを判別し、所定温度以下であるとき冬季であると決定し、所定温度以上であるとき冬季を除く通常季（春季、夏季、秋季）であると決定する。また、車両の起動時又はアイドルストップ解除時に、冬季決定を反映して、必要電力増加部及び停止時充電量決定部による冬季制御に切り替える。

特開２０１０−１１０１６４号公報

従来の技術では、車両の走行中又はアイドルストップ時の最低温度をトリガーに冬季制御に移行されるが、温度は、時間帯、天候の変化等により左右されるため、適切に冬季制御に切り替えることが出来なかった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、時間帯、天候の変化等による温度変化にかかわらず、燃料電池の動作制御を適切に冬季用の制御に設定する（切り替える）ことを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
車両に搭載され、通常運転モードと、冬季運転モードを含む複数の運転モードを有する燃料電池システムであって、燃料電池と、気温を定期的に測定する気温測定部と、前記測定された気温を格納する記憶装置と、前記記憶装置から１日毎の気温の最低値を読み出し、第１の日数の期間における前記気温の最低値の平均値が第１の判定値以下の場合に、前記燃料電池の運転モードを冬季運転モードに設定する制御部と、を備える、燃料電池システム。
この適用例によれば、時間帯、天候の変化等による温度変化にかかわらず、燃料電池の動作制御を適切に冬季用の制御に設定することが可能となる。

［適用例２］
適用例１に記載の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記燃料電池の停止後に前記燃料電池内の水分が少なくなるように、前記燃料電池に空気を送る掃気処理を実行し、
前記冬季運転モードは、前記通常運転モードと比較して、前記掃気処理において、前記掃気処理に用いられる空気量を多く、または、掃気処理時間を長くすることにより、前記燃料電池内の水分がより少なくなるように設定されている、燃料電池システム。
この適用例によれば、冬季運転モードでは、燃料電池内の水分が通常運転モードよりも少ないので、水分が凍ることによる影響を抑制し、再起動性を良くすることができる。

［適用例３］
適用例２に記載の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記燃料電池の運転モードを前記冬季運転モードに設定した後は、前記第１の日数よりも多い第２の日数の期間における前記気温の最低値の平均値が前記第１の判定値を越えた場合に、前記冬季運転モードから前記通常運転モードに変更する、燃料電池システム。
この適用例によれば、冬季運転モードから通常運転モードへの移行を緩やかにすることができる。

［適用例４］
適用例２または３に記載の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、現在の気温が第２の判定値以下の場合には、前記平均値による判定にかかわらず、前記燃料電池の運転モードを前記冬季運転モードに設定し、前記現在の気温が前記第２の判定値を越える場合には、前記気温の最低値の平均値が前記第１の判定値以下の場合に、前記燃料電池の運転モードを前記冬季運転モードに設定する、燃料電池システム。
この適用例によれば、温暖な地域から寒冷地へ旅行が行われる場合など、外気温が急激に下がる場合に適切に冬季運転モードへの移行を行うことが可能となる。

［適用例５］
適用例４に記載の燃料電池システムにおいて、前記第２の判定値は、前記第１の判定値以下の温度である、燃料電池システム。
この適用例によれば、外気温が急激に上下する場合にも適切に冬季運転モードに設定することが可能となる。

［適用例６］
適用例２〜５のいずれか一つの適用例に記載の燃料電池システムにおいて、さらに、前記制御部は、前記燃料電池の内部の含水量の制御について、冬季運転モードにおいては、通常運転モードと比較して、
（ｉ）前記燃料電池に供給される空気及び水素のストイキ比を上げる。
（ｉｉ）前記燃料電池の制御温度を上げる。
（ｉｉｉ）適宜、大量の空気を前記燃料電池に供給する。
のうちの少なくとも一つを実行させる、燃料電池システム。
この適用例によれば、運転中の燃料電池の内部の含水量を少なくできるので、水分が凍ることによる影響を抑制し、再起動性を良くすることができる。

［適用例７］
適用例１〜６のいずれか一項に記載の燃料電池システムにおいて、前記冬季運転モードは、前記気温の最低値の平均値が前記第１の判定値以下、かつ、前記第１の判定値よりも低い第３の判定値を超える場合に設定される第１の冬季運転モードと、前記気温の最低値の平均値が前記第３の判定値以下のときに設定される第２の冬季運転モードと、を含み、前記制御部は、前記燃料電池の停止後に前記燃料電池内の水分が少なくなるように、前記燃料電池に空気を送る掃気処理を実行し、前記第１の冬季運転モードは、前記第２の冬季運転モードと比較して、前記掃気処理において、前記掃気処理に用いられる空気量を多く、または、掃気処理時間を長くすることにより、前記燃料電池内の水分がより少なくなるように設定されている、燃料電池システム。
この適用例によれば、より細かく冬季運転モードを設定できるので、燃料電池の再起動性、燃費を総合的に判断して、好ましいモードで運転させることが出来る。

［適用例８］
適用例１〜７のいずれか一つの適用例に記載の燃料電池システムを備える車両。

なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池システムの他、燃料電池システム搭載車両等の形態で実現することができる。

第１の実施例の燃料電池車両を示す説明図である。 第１の実施例における運転モードの切り替えフローチャートを示す説明図である。 第２の実施例における運転モードの切り替えフローチャートを示す説明図である。 第２の実施例の変形例である。 第３の実施例における運転モードの切り替えフローチャートを示す説明図である。 第４の実施例のうちの割り込みルーチンを示す説明図である。 第５の実施例のうちの割り込みルーチンを示す説明図である。 車両の動作モードと５日間の最低外気温の平均と直前の外気温との関係を示す説明図である。

［第１の実施例］
図１は、第１の実施例の燃料電池車両を示す説明図である。燃料電池車両１０（以下「車両１０」と呼ぶ。）は、燃料電池スタック１００と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４０と、バッテリ１５０と、ＰＣＵ（高出力パワーコントロールユニット）１６０と、モーター１７０と、ガスタンク２００と、コンプレッサ３００と、エアフローメーター（ＡＦＭ）３２０と、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）４００と、メモリ４１０と、を備える。

燃料電池スタック１００は、単セル（省略）が直列に積層されて構成されている。単セルは、水素と酸化ガスとを反応させて電力を発生させる装置である。燃料電池スタック１００には、燃料ガス供給管２１０を介して、ガスタンク２００が接続されている。ガスタンク２００は、燃料ガスである水素を貯蔵する。燃料ガス供給管２１０には、弁２３０と、レギュレータ２４０とが設けられている。弁２３０は、燃料電池スタック１００の運転時に開き、停止時に閉じる。この開閉は、ＥＣＵ４００により制御される。レギュレータ２４０は、燃料電池スタック１００に供給される水素の圧力を調整する。燃料電池スタック１００には、燃料排ガス排気管２５０が設けられている。なお、燃料排ガス排気管２５０には、気液分離器２２７が設けられており、気液分離器２２７と、燃料ガス供給管２１０との間には、回収管２２０と、コンプレッサ２２５とが接続されている。燃料排ガスに含まれる水素は気液分離器２２７により水と分離されて回収されて、再び燃料電池スタック１００に供給される。また、燃料排ガス排気管２５０には、燃料排ガスを大気中に放出するための弁２５５が設けられている。

燃料電池スタック１００には、酸化ガス供給管３１０を介して、コンプレッサ３００が接続されている。コンプレッサ３００は、空気を圧縮して燃料電池スタック１００に供給する。コンプレッサ３００の上流には、エアフローメーター３２０が接続されており、空気の流量が測定される。また、エアフローメーター３２０は、空気の温度を測定する外気温センサ４２０を備えている。外気温センサ４２０は、車両の運転中、停止中にかかわらず外気温を測定し、ＥＣＵ４００に送る。酸化ガス供給管３１０には、弁３３０が設けられている。弁３３０は、燃料電池スタック１００の運転時に開き、停止時に閉じる。燃料電池スタック１００には、酸化排ガス排気管３５０が設けられている。酸化排ガス排気管３５０には、背圧調整弁３４０が設けられており、燃料電池スタック１００中の空気の圧力を調整する。

燃料電池スタック１００には、ＤＣ−ＤＣコンバータ１４０を介して、バッテリ１５０が接続されている。バッテリ１５０は、２次電池であり、燃料電池スタック１００が発電した余剰の電力及び車両１０が減速するときに生じる回生電力を貯蔵する。ＤＣ−ＤＣコンバータ１４０は、バッテリ１５０の充電・放電制御を行う。

燃料電池スタック１００には、ＰＣＵ１６０と、モーター１７０とが接続されている。ＰＣＵ１６０は、モーター１７０を駆動するインバーターを備えている。モーター１７０は、車両１０を移動させる駆動装置であり、燃料電池スタック１００およびバッテリ１５０から供給される電力により動作する。減速時には、モーター１７０は、発電機として機能し、車両１０の運動エネルギーから電力を回生する。

ＥＣＵ４００は、車両１０の電子制御装置であり、燃料電池スタック１００への水素や空気の供給、燃料電池スタック１００の掃気、バッテリ１５０のＳＯＣの制御、モーター１７０の回生制御等、車両に関する様々な制御を実行する。ＥＣＵ４００は、また、外気温センサ４２０で測定された外気温のデータをメモリ４１０に一定時間毎に格納するとともに、メモリ４１０に格納された外気温のデータを用いて、車両の動作を冬季運転モードとするか、通常運転モード（春夏秋モード）にするかを決定する。なお、冬季運転モードは複数あってもよい。冬季運転モードが複数の場合については、第３の実施例において説明する。

図２は、第１の実施例における運転モードの切り替えフローチャートを示す説明図である。ステップＳ１００では、ＥＣＵ４００は、あらかじめ定められた間隔（例えば１時間毎）で外気温センサ４２０（図１）が測定した外気温を取得し、メモリ４１０に格納する。

ステップＳ１３０では、ＥＣＵ４００は、メモリ４１０から、直前５日間の各日の最低外気温を読み出し、その平均値を算出する。その平均値が、あらかじめ定められた判定温度Ｔａ℃以下である場合には、ＥＣＵは、処理をステップＳ１６０に移行し、冬季運転モードを設定する。なお、すでに冬季運転モードに設定されている場合には、冬季運転モードを維持する。直前５日間の各日の最低外気温の平均値が、あらかじめ定められた判定温度Ｔａ℃を越える場合には、通常運転モードに設定し、または維持する。ＥＣＵ４００は、処理をステップＳ１００に移行し、同様の処理を繰り返す。本実施例で最低外気温の平均値を用いた理由については、後述する。平均をとる日数については、５日に限られず自由な日数を設定することが可能である。

冬季運転モードについて説明する。冬季は気温が低いため、燃料電池スタック１００内の水分が凍るおそれがある。燃料電池スタック１００内の水分が凍ると、燃料電池スタック１００始動性が悪くなる虞がある。したがって、冬季運転モード時には、燃料電池スタック１００内の水分（含水量）が少なくなるように掃気運転を行う。

以下、掃気運転について説明する。酸化ガス側（カソード側）においては、コンプレッサ３００（図１）からの空気を燃料電池スタック１００に供給し、燃料電池スタック１００内の水分を掃き出す。一方、燃料ガス側（アノード側）では、コンプレッサ２２５により、水素を循環させる。このとき、燃料電池スタック１００からは、未反応の水素と一緒に水分が掃き出される。掃き出された水素と水とは、気液分離器２２７により分離され、水素のみがコンプレッサ２２５により循環し、水は、燃料排ガス排気管２５０を通して排出される。

ＥＣＵ４００は、燃料電池スタック１００の停止後に、上述した掃気運転により、燃料電池スタック１００内の水分を掃き出す。ＥＣＵ４００は、冬季運転モードでは、通常運転モードに比べて、掃気するときの空気量が多くなるようにコンプレッサ３００を制御する。また、ＥＣＵ４００は、コンプレッサ２２５（図１）の回転数を上げて循環する水素の量を多くする。なお、ＥＣＵ４００は、冬季運転モードでは、通常運転モードに比べて、コンプレッサ２２５、３００を駆動する時間を長くして、掃気時間を長くしてもよい。

上記説明では、冬季運転モード時には、燃料電池スタック１００の停止時に、燃料電池スタック１００内の含水量が少なくなるように掃気していたが、ＥＣＵ４００は、燃料電池スタック１００の停止時に限られず、燃料電池スタック１００の長期停止中や、運転中においても、外気温に基づいて、冬季運転モードと、通常運転モードとを切り替える。たとえば、燃料電池スタック１００の長期停止中に外気温が下がると、ＥＣＵ４００は、上記説明した判定条件に従って、冬季運転モードに切り替える。そして、ＥＣＵ４００は、パーキングパージを実行する。パーキングパージは、燃料電池スタック１００の停止時における掃気と同様の手順で行うことが可能である。

ＥＣＵ４００は、冬季運転モードと通常運転モードとの切り替えを運転中（燃料電池スタック１００の動作中）においても実行する。ＥＣＵ４００は、燃料電池スタック１００内の含水量の制御目標値を設定し、冬季運転モードでは、通常運転モードよりも制御目標値が少なくなるように設定する。ＥＣＵ４００は、具体的に冬季モードでは、以下のうち少なくとも一つを実行する。
（ｉ）通常モードよりも、空気や水素のストイキ比を上げる。
（ｉｉ）燃料電池スタック１００の制御温度を上げる。
（ｉｉｉ）適宜、大量の空気を燃料電池スタック１００に供給する。
ストイキ比を上げた場合、余分の空気や水素で燃料電池スタック１００内の水分を吹き飛ばすことが出来る。燃料電池スタック１００の制御温度を上げることで、燃料電池スタック１００内の水分の蒸発を促し、水蒸気を排出させることで、燃料電池スタック１００内の含水量を減少させる。適宜、大量の空気を燃料電池スタック１００に供給することで、燃料電池スタック１００内の水分を吹き飛ばすことができる。なお、大量の空気を燃料電池スタック１００の供給する間隔は、一定間隔毎であっても、一定間隔毎でなくてもよい。燃料電池スタック１００内の含水量が少なくなるので、この状態で燃料電池スタックを停止した後、水分が凍りにくくなり、燃料電池スタック１００の始動性を高めることが出来る。また、燃料電池スタック１００の停止時の掃気において、掃気の空気及び水素の量を少なくし、あるいは、掃気時間を短縮できる。また、掃気時のコンプレッサ２２５、３００の負荷を少なくすることができる。

以上説明した内容は、冬季運転モードと、通常運転モードとの違いの一例であり、異なる点は、上記説明した内容以外にあっても良い。例えば、バッテリ１５０のＳＯＣの目標値を上げるようにしてもよい。

本実施例で最低外気温の平均値を用いたのは、以下の理由による。気温は、時間帯、天候により左右され、大きく変化する場合がある。かかる場合に、１つの温度（例えば直前の温度）のみで運転モードを判断すると、通常運転モードと冬季運転モードとの切り替えが頻繁に行われることになる。その結果、燃料電池スタック１００の含水許容量が頻繁に変更されることになる。本実施例では、このような含水許容量が頻繁に変更を少なくし、必要最低限の処理を行うことで、氷点下などの低温時の燃料電池スタック１００の再始動性を向上させることができる。

以上、本実施例によれば、温度の平均値を用いて車両の動作モードを切り替えるので、時間帯、天候の変化等による温度変化にかかわらず、適切に冬季運転モードに切り替えることができ、特に冬季における燃料電池の始動性を向上させることができる。

なお、本実施例では、ＥＣＵ４００は、冬季運転モードと、通常運転モードとを自動的に切り替える構成であるが、この自動的に切り替える機能は、スイッチにより、オン、オフ出来るように構成されていてもよい。例えば、車両等が輸出される場合に、暖かい地域に輸出される場合はこの機能をオフにし、寒い地域に輸出される場合にはこの機能がオンとなるように構成されていてもよい。

［第２の実施例］
図３は、第２の実施例における運転モードの切り替えフローチャートを示す説明図である。第２の実施例の車両の構成や、冬季運転モードと通常運転モードで行われる制御の内容は、第１の実施例と同様である、なお、第３の実施例以降の各実施例においても車両１０自体の構成や、冬季運転モードと通常運転モードで行われる制御の内容は同様である。これらは、冬季運転モードと通常運転モードの切り替えの判断が第１の実施例と異なる。

第２の実施例では、第１の実施例のステップに加えて、ステップＳ１３５を備えており、第１の実施例のステップＳ１３０において、Ｎｏの場合、すなわち５日間（Ｘ日間）の最低外気温の平均がＴａ℃以下でない場合（Ｔａ℃を越える場合）、さらにステップＳ１３５の判断が実行される点が第１の実施例と異なる。ステップＳ１３５では、８日間（Ｙ日間、Ｘ＜Ｙ）の最低外気温の平均がＴａ℃を越えるか否かを判断する。８日間（Ｙ日間）の最低外気温の平均がＴａ℃を越える場合には、ＥＣＵ４００は、運転モードを通常運転モードに設定し、あるいは維持し、最低外気温の平均がＴａ℃を越えない場合（Ｔａ℃以下の場合）には、運転モードを冬季運転モードに設定し、あるいは維持する。

第２の実施例では、５日間の最低外気温の平均がＴａ℃以下の場合には、冬季運転モードとし、５日間の最低外気温の平均がＴａ℃を越えていても、８日間の最低外気温の平均がＴａ℃以下の場合には、冬季運転モードとなる。すなわち、外気温が上がっていく季節において、冬季運転モードから通常運転モードに戻りにくく構成されており、冬季運転モードから通常運転モードへの切り替えを緩やかにすることができる。

なお、ステップＳ１３５の日数は、８日以外のあらかじめ定められた数でもよい。ただし、ステップＳ１３０の日数（５日あるいは、その他の定められた日数）よりも多いことが好ましい。これにより、冬季運転モードから通常運転モードへの切り替えを緩やかにすることができる。また、ステップＳ１３５の日数は、７の倍数でないことが好ましい。人間の活動は１週間をベースにしているので、この日数を避けることで、人間の活動による影響を避けることができる。また、ＥＣＵ４００は、ステップＳ１３５において、平均をとる日数をステップＳ１３０と同じ日数（５日）にして、判定温度をステップＳ１３０の判定温度Ｔａ℃より上げてもよい。さらに、ＥＣＵ４００は、ステップＳ１３０において平均をとる日数をステップＳ１３０の日数より増やすと共に、判定温度をステップＳ１３０の判定温度Ｔａ℃より上げてもよい。

図４は、第２の実施例の変形例である。この第２の実施例の変形例では、図３の２つのステップＳ１３０、Ｓ１３５のうちで、より長期間の平均気温に基づく判断を行うステップが省略されている。その代わりに、冬季運転モードを決定するステップＳ１６０の後に、戻り判断ルーチンのステップＳ３００（ステップＳ１７０、Ｓ１８０、Ｓ１８５）が追加されている。また、この変形例では、ステップＳ１６０においては、冬季運転モードが設定されるだけであり、冬季運転モードの維持は、ステップＳ１８０で実行される点も異なる。ここでは、追加、変更されたステップについて説明し、第１の実施例で説明したステップについては、説明を省略する。

ＥＣＵ４００は、冬季運転モードに設定された後は、ステップＳ１７０の処理を実行する。ステップＳ１７０では、ＥＣＵ４００は、メモリ４１０から、直前８日間の各日の最低外気温を読み出し、その平均値を算出する。そして、平均値が判定温度Ｔａ℃を越えない場合には、ＥＣＵ４００は、処理をステップＳ１８０に移行して、冬季運転モードを維持する。そして、その後、ステップＳ１８５では、ステップＳ１００と同様に外気温の測定及びメモリ４１０への格納が行われ、ステップＳ１７０に処理が移行する。ステップＳ１８５で行われる処理は、ステップＳ１００で行われる処理と同じであるが、一旦冬季運転モードになった場合には、ステップＳ１３０の処理が実行されないため、ステップＳ１００とは別個にステップＳ１８５を設けている。すなわち、一旦、冬季運転モードになった場合には、ステップＳ１７０、Ｓ１８０、Ｓ１８５が繰り返される。このステップＳ１７０、Ｓ１８０、Ｓ１８５では、冬季運転モードが繰り返されると共に、ステップＳ１７０において冬季運転モードから通常運転モードに戻るか否かが判断されるので、このステップＳ１７０、Ｓ１８０、Ｓ１８５を合わせて「戻り判断ルーチンＳ３００」と呼ぶ。

この冬季運転モードの繰り返し（ステップＳ１７５〜Ｓ１８５の繰り返し）中のステップＳ１７０において、直前８日間の各日の最低外気温の平均が判定温度Ｔａ℃を超えた場合には、ＥＣＵ４００は、処理をステップＳ１５０に移行し、運転モードを通常運転モードに戻す。なお、この変形例において、平均を取る日数や、判定温度については、第２の実施例と同様にしてもよい。

冬季運転モードと通常運転モードの切り替えの判断以外は第２の実施例と同じであるので、これ以上の説明は省略する。以上、この変形例によれば、ＥＣＵ４００は、冬季運転モードから通常運転モードへの切り替えを緩やかにすることができる。

［第３の実施例］
図５は、第３の実施例における運転モードの切り替えフローチャートを示す説明図である。第３の実施例では、冬季運転モードを２つ（冬季運転モード１、冬季運転モード２）有している。冬季運転モード２の方が、より気温が低い状態で実行されるモードである。冬季運転モード２と、冬季運転モード１とは、以下のうちの少なくとも１点が異なる。
ｉ）冬季運転モード２は、冬季運転モード１よりも、燃料電池スタック１００の運転終了後の掃気における空気及び水素をより多く供給し、あるいは、掃気時間がより長くされる。
ｉｉ）冬季運転モード２は、冬季運転モード１よりも、燃料電池スタック１００内の含水量が少なくなるように含水量の制御目標値が低く設定される。
これらにより、燃料電池スタック１００の始動性を向上させるとともに、掃気におけるコンプレッサ３００の負荷を低減できる。
ｉｉｉ）冬季運転モード２は、冬季運転モード１よりも、バッテリのＳＯＣの目標値が高く設定される。

第３の実施例では、第２の実施例のフローチャート（図３）に、ステップＳ１４０、Ｓ１４５、Ｓ１７５の各ステップが加わっている。また、第２の実施例のステップＳ１６０の代わりにＳ１６５が実行される。

ステップＳ１６５は、ステップＳ１６０の代わりに実行されるステップである。第２の実施例では、冬季運転モードは１種類であり、その１つの冬季運転モードが実行されるが、第３の実施例では、２つの冬季運転モードが利用可能であり、ステップＳ１６５では、そのうちのより低温側で実行される冬季運転モード２が実行される点が異なる。

ステップＳ１４０は、ステップＳ１３０、Ｓ１３５において、冬季運転モード２と判定されなかったときに実行される判定処理である。ステップＳ１４０では、ステップＳ１３０と同様に、直前５日間の各日の最低外気温の平均値が、判定温度Ｔｂ℃以下か否かを判断する。ここで判定温度Ｔｂ℃は、判定温度Ｔａ℃よりも高い温度である。直前５日間の各日の最低外気温の平均値が、判定温度Ｔｂ℃以下の場合には、ＥＣＵ４００は処理をステップＳ１７５に移行し、運転モードを２つの冬季運転モードのうちの低温側でない冬季運転モード１に設定し、あるいは、維持する。一方、直前５日間の各日の最低外気温の平均値が、判定温度Ｔｂ℃以下でない場合（Ｔｂ℃越えの場合）には、ＥＣＵ４００は処理をステップＳ１４５に移行する。ステップＳ１４５では、直前８日間の各日の最低外気温の平均値が、判定温度Ｔｂ℃を越えているか否かを判断する。直前８日間の各日の最低外気温の平均値が、判定温度Ｔｂ℃を越えていない場合には（判定温度Ｔｂ℃以下の場合）、ＥＣＵ４００は、処理をステップＳ１７５に移行し、運転モードを冬季運転モード１に設定し、または維持する。直前８日間の各日の最低外気温の平均値が、判定温度Ｔｂ℃を越えている場合（判定温度Ｔｂ℃以下でない場合）には、ＥＣＵ４００は、処理をステップＳ１５０に移行し、運転モードを通常運転モードに設定し、あるいは維持する。

以上、本実施例によれば、冬季運転モードが２つあり、より細かく冬季運転モードを設定できる。一般に冬季運転モードは、燃料電池スタックの再起動性に優れるが、一方、燃費は、通常運転モードよりも若干悪化する。本実施例では、より細かく冬季運転モードを設定できるので、燃料電池スタック４００始動性、寿命や、車両１０の燃費を総合的に判断して、好ましいモードで燃料電池スタックを動作させることができる。なお、第３の実施例においても、第２の実施例の変形例と同様に、ステップＳ１３５、Ｓ１４５を省略し、戻り判断ルーチンをステップＳ１６５、Ｓ１７５の後にそれぞれ備える構成としてもよい。

以上、第３の実施例およびその変形例によれば、冬季モードが２つあり、より細かく冬季運転モードを設定できるので、氷点下などの低温時の様々な温度において燃料電池の含水量を適切に制御し、燃料電池スタック１００の再始動性を向上させることができる。

［第４の実施例］
図６は、第４の実施例のうちの割り込みルーチンを示す説明図である。第４の実施例は、第１あるいは第２の実施例に組み合わせて実行される割り込みルーチンが加わった実施例である。第１、第２の実施例で説明したように、ＥＣＵ４００は、最低外気温の平均により、冬季運転モードとするか、通常運転モードにするか、を判断するが、第４の実施例では、この判断に加えて、ＥＣＵ４００は、直前（現在）の外気温に基づいて、冬季運転モードを判定する。そして、直前（現在）の外気温が所定の条件を満たす場合には、ＥＣＵ４００は、第１あるいは第２の実施例における直前５日間の各日の最低気温の平均値による判断にかかわらず冬季運転モードに移行する。なお、直前（現在）の外気温が所定の条件を満たすか否かを判断することが加わる以外は、第１あるいは第２の実施例の動作と同様である。以下、第２の実施例に組み合わせて実行される例について説明する。

ＥＣＵ４００は、ステップＳ２００で外気温センサ４２０を用いて外気温を測定し、Ｓ２１０でその外気温が判定温度Ｔｃ℃以下か否かを判断する。これらのステップＳ２００、Ｓ２１０は、第１の実施例等における外気温測定の間隔よりも短い間隔で定期的に行われる点が第１の実施例のステップＳ１００と異なる。なお、一般的には、外気温は連続的に測定され、ＥＣＵ４００は、その外気温のうち、例えば毎時００分のときのデータをメモリ４１０に格納するように構成されていればよい。判定温度Ｔｃ℃は、第１の実施例のステップＳ１３０の判定温度Ｔａ℃よりも低い温度であることが好ましいが、同じ温度であってもよい（Ｔｃ≦Ｔａ）。ＥＣＵ４００は、直前の外気温が判定温度Ｔｃ以下の場合には、処理をステップＳ２２０に移行し、冬季運転モードに移行する。なお、その他の事項については、第２の実施例と同様である。

このような割り込み処理を行えば、外気温が急激に低下した場合に冬季運転モードに設定することが可能である。例えば、温暖な地域から寒冷地へ旅行が行われる場合、車両１０は、寒冷地では冬季運転モードで運転されることが好ましい。かかる場合、最低外気温の平均だけでは、温暖な気候における温度データがメモリ４１０に残されているので、最低外気温の平均は高めになり、寒冷地の動作に適合させ難い。したがって、このような場合にそなえて、ＥＣＵ４００は、第４の実施例の処理を行うことが好ましい。

［第５の実施例］
図７は、第５の実施例のうちの割り込みルーチンを示す説明図である。第５の実施例は、第３の実施例（図５）に組み合わせて実行される割り込みルーチンが加わった実施例である。第５の実施例は、第４の実施例（図６）と比較すると、ステップＳ２３０、Ｓ２４０が加わっている。以下、第４の実施例と異なる点を説明する。

ステップＳ２１０で直前の外気温が判定温度Ｔｃ以下の場合には、ＥＣＵ４００は、ステップＳ２２０の処理を実行し、冬季運転モード２に移行する。その後、ＥＣＵ４００は、割り込みを終了する。一方、ステップＳ２１０において、直前の外気温が判定温度Ｔｃを越える場合には、ＥＣＵ４００は、処理をステップＳ２３０に移行し、直前の外気温が判定温度Ｔｄ以下か否かを判断する。なおこの判定温度Ｔｄは、第３の実施例の判定温度Ｔｂ℃よりも低いことが好ましい。ＥＣＵ４００は、直前の外気温が判定温度Ｔｄ以下の場合には、処理をステップＳ２４０に移行し、冬季運転モード１に移行する。なお、ステップＳ２４０で冬季運転モード１に移行した後は、ＥＣＵ４００は、割り込みを終了する。なお、外気温が、ステップＳ２１０あるいはＳ２３０において、Ｙｅｓとなる場合には、再び割り込み処理が実行される。

以上、第５の実施例によれば、第４の実施例と同様に、温暖な地域から寒冷地へ旅行が行われる場合に対応することが出来る。また、第５の実施例では、第４の実施例よりもより細かく対応することができる。

図８は、車両の動作モードと、５日間の最低外気温の平均と、直前の外気温との関係を示す説明図である。車両１０の動作モードは、平均最低外気温と直前の外気温により図８に示すように決められる。ここで判定温度Ｔａ℃〜Ｔｄ℃をそれぞれ、０℃、２℃、０℃、５℃としているが、判定温度は自由に決定することが可能である。なお、この例では、判定温度Ｔａ℃、Ｔｃ℃は０℃で同じ温度であるが、上述したように、判定温度Ｔｃ℃は、判定温度Ｔａ℃以下であることが好ましい。また、通常運転モードに戻す場合には、判定のための平均をとる期間を長くすることで、急激な天候の変化により、外気温が急に上下する場合に、冬季運転モードと通常運転モードの切り替えが頻繁に行われることを回避することができる。

以上のように、第２〜第４の実施例は様々に組み合わせることが可能である。また、第３、第５の実施例では、冬季運転モードを２つにしているが、冬季運転モードを３以上にしてもよい。

以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。

１０…車両（燃料電池車両）
１００…燃料電池スタック
１５０…バッテリ
１７０…モーター
２００…ガスタンク
２１０…燃料ガス供給管
２２０…回収管
２２５…コンプレッサ
２２７…気液分離器
２３０…弁
２４０…レギュレータ
２５０…燃料排ガス排気管
２５５…弁
３００…コンプレッサ
３１０…酸化ガス供給管
３２０…エアフローメーター
３３０…弁
３４０…背圧調整弁
３５０…酸化排ガス排気管
４００…ＥＣＵ
４１０…メモリ
４２０…外気温センサ

Claims (8)

1. 車両に搭載され、通常運転モードと、冬季運転モードを含む複数の運転モードを有する燃料電池システムであって、
   燃料電池と、
   気温を定期的に測定する気温測定部と、
   前記測定された気温を格納する記憶装置と、
   前記記憶装置から１日毎の気温の最低値を読み出し、第１の日数の期間における前記気温の最低値の平均値が第１の判定値以下の場合に、前記燃料電池の運転モードを冬季運転モードに設定する制御部と、
   を備える、燃料電池システム。
2. 請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記制御部は、前記燃料電池の停止後に前記燃料電池内の水分が少なくなるように、前記燃料電池に空気を送る掃気処理を実行し、
   前記冬季運転モードは、前記通常運転モードと比較して、前記掃気処理において、前記掃気処理に用いられる空気量を多く、または、掃気処理時間を長くすることにより、前記燃料電池内の水分がより少なくなるように設定されている、燃料電池システム。
3. 請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記制御部は、前記燃料電池の運転モードを前記冬季運転モードに設定した後は、前記第１の日数よりも多い第２の日数の期間における前記気温の最低値の平均値が前記第１の判定値を越えた場合に、前記冬季運転モードから前記通常運転モードに変更する、燃料電池システム。
4. 請求項２または３に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記制御部は、
   現在の気温が第２の判定値以下の場合には、前記平均値による判定にかかわらず、前記燃料電池の運転モードを前記冬季運転モードに設定し、
   前記現在の気温が前記第２の判定値を越える場合には、前記気温の最低値の平均値が前記第１の判定値以下の場合に、前記燃料電池の運転モードを前記冬季運転モードに設定する、燃料電池システム。
5. 請求項４に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記第２の判定値は、前記第１の判定値以下の温度である、
   燃料電池システム。
6. 請求項２〜５のいずれか一項に記載の燃料電池システムにおいて、さらに、
   前記制御部は、前記燃料電池の内部の含水量の制御について、冬季運転モードにおいては、通常運転モードと比較して、
   （ｉ）前記燃料電池に供給される空気及び水素のストイキ比を上げる。
   （ｉｉ）前記燃料電池の制御温度を上げる。
   （ｉｉｉ）適宜、大量の空気を前記燃料電池に供給する。
   のうちの少なくとも一つを実行させる、燃料電池システム。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記冬季運転モードは、
   前記気温の最低値の平均値が前記第１の判定値以下、かつ、前記第１の判定値よりも低い第３の判定値を超える場合に設定される第１の冬季運転モードと、
   前記気温の最低値の平均値が前記第３の判定値以下のときに設定される第２の冬季運転モードと、
   を含み、
   前記制御部は、前記燃料電池の停止後に前記燃料電池内の水分が少なくなるように、前記燃料電池に空気を送る掃気処理を実行し、
   前記第１の冬季運転モードは、前記第２の冬季運転モードと比較して、前記掃気処理において、前記掃気処理に用いられる空気量を多く、または、掃気処理時間を長くすることにより、前記燃料電池内の水分がより少なくなるように設定されている、
   燃料電池システム。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の燃料電池システムを搭載した車両。

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