JP2014110118A - 車両用電源システムの停止方法 - Google Patents

Abstract

【課題】停止操作後に充電処理と封止ディスチャージ処理とを行う車両用電源システムの停止方法において、予め定められた時間を超えないように処理を適切に完了することを目的とする。
【解決手段】燃料電池システムは、パワースイッチが停止操作された後にスタックで発電した電力をバッテリに充電する充電処理と、カソード流路内の酸素濃度を低減させる封止ディスチャージ処理とを実行する。燃料電池システムの停止方法は、パワースイッチが停止操作された後、所定の停止処理許可時間から封止ディスチャージ処理に必要な時間を減算し、充電処理を実行できる時間に相当する残充電時間を算出する工程（Ｓ５２）と、バッテリへの残目標充電量を算出する工程（Ｓ５４）と、残充電時間及び残目標充電量に基づいてスタックの出力を制御しながら充電処理を実行する工程（Ｓ５６）と、充電処理が終了した後、封止ディスチャージ処理を実行する工程と、を備える。
【選択図】図６

Description

本発明は、車両用電源システムの停止方法に関する。

車両用電源システムとしての燃料電池システムを搭載した燃料電池車両は、空気と水素を燃料電池に供給し、これによって発電した電力を利用して走行モータを駆動し、走行する。燃料電池システムには、燃料電池による発電を開始するために必要な様々な補機を駆動するためのエネルギー源として、燃料電池で発電した電力を蓄えておくバッテリが設けられる。

以上のように燃料電池システムの起動にはバッテリからの電力の供給が必要となることから、例えば特許文献１の燃料電池システムでは、燃料電池システムの停止操作後もなお燃料電池による発電を継続しバッテリを充電しておくことにより、次回の起動に必要なバッテリの残量を確保している。

ところで、燃料電池システムの停止操作後には、上述のような停止後の充電処理の他、空気や水素の流路内のガスの濃度を調整する処理（以下、「濃度調整処理」という）が行われる。この濃度調整処理の具体例としては、例えば、燃料電池のカソード流路内の酸素濃度を低減させ、カソード流路内を低酸素濃度の状態（窒素リッチの状態）にしておく濃度低減処理がある（特許文献２参照）。カソード流路内に酸素が残ったままであると、次回起動時にアノード系に水素を供給したときに燃料電池のカソード側が高電位状態になってしまい、燃料電池の固体高分子電解質膜が劣化するおそれがある。濃度低減処理は、このような次回起動時の燃料電池の劣化を防止するため、燃料電池システムの停止操作後に、上記充電処理と併せて行うことが好ましい。

特開２００７−１６５０５５号公報 特開２００３−１１５３１７号公報

しかしながら、充電処理や濃度調整処理は、何れも利用者による燃料電池車両の停止操作後に行われる処理であるため、これらの処理が長時間にわたって行われると利用者に違和感を与えるおそれがある。加えて、燃料電池車両の停止操作後には直ちに車両のメンテナンスが行われる場合があることも想定されるところ、上記一連の処理は、できるだけ長引かないように予定の時間内に完了することが好ましい。

以上、燃料電池車両用の電源システムを例に説明したが、内燃機関とモータジェネレータとバッテリとを備えた所謂ハイブリッド車両用の電源システムにも同様の課題がある。このようなハイブリッド車両には、停止操作後も内燃機関によってモータジェネレータを駆動し続けることにより、バッテリの充電を行うものがある。したがって、ハイブリッド車両の停止操作後には直ちに車両のメンテナンスが行われる場合がることも想定されるところ、この充電処理は、できるだけ短時間で完了することが好ましい。

本発明は、運転者による停止操作後に少なくとも充電処理を行う車両用電源システムの停止方法において、予め定められた時間を超えないように又はできるだけ短い時間内で、停止操作後に行われる処理を適切に完了することを目的とする。

（１）車両用電源システムは、アノード流路（例えば、後述のアノード流路２１）に燃料ガスが供給されカソード流路（例えば、後述のカソード流路２２）に酸化剤ガスが供給されると発電する燃料電池（例えば、後述のスタック２）と、前記燃料電池で発電した電力を蓄える蓄電装置（例えば、後述のバッテリ６）と、前記燃料電池による発電を停止させる信号を発生する停止スイッチ（例えば、後述のパワースイッチ９）と、前記燃料電池又は前記蓄電装置からの電力の供給によって駆動する負荷（例えば、後述のエアコンプレッサ４１、走行モータ８及び冷却装置５等）と、を備え、前記停止スイッチが操作された後に前記燃料電池で発電した電力を前記蓄電装置に充電する充電処理（例えば、後述の図６のＳ５６の充電処理）と、前記アノード流路内及び前記カソード流路内又はこれらの何れかのガスの濃度を調整する濃度調整処理（例えば、後述の図２のＳ５の封止ディスチャージ処理）とを実行する。本発明に係る車両用電源システムの停止方法は、前記停止スイッチが操作された後、所定の停止処理許可時間（例えば、図６のＳ５２の停止処理許可時間）から前記濃度調整処理に必要な時間（例えば、後述の図６のＳ５１の要求封止ディスチャージ時間）を減算し、充電処理を実行できる時間に相当する充電時間（例えば、後述の図６のＳ５２の残充電時間）を算出する充電処理時間算出工程（例えば、後述の図６のＳ５２の処理）と、前記蓄電装置への目標充電量（例えば、後述の図６のＳ５４の残目標充電量）を算出する目標充電量算出工程（例えば、後述の図２のＳ２の処理及び図６のＳ５４の処理）と、前記充電時間及び前記目標充電量に基づいて前記燃料電池の出力を制御しながら前記充電処理を実行する停止時充電工程（例えば、後述の図６のＳ５６の充電処理）と、前記充電処理が終了した後、前記濃度調整処理を実行する濃度調整工程（例えば、後述の図２のＳ５の封止ディスチャージ処理）と、を備えることを特徴とする。

（２）この場合、前記目標充電量算出工程では、次回の車両用電源システムの起動以降における前記蓄電装置からの電力の持ち出し度合いを推定し、持ち出し度合いが大きいほど目標充電量を大きな値に設定することが好ましい。

（３）この場合、前記目標充電量算出工程では、前記停止スイッチが操作された時期が冬季であったか否かを判断し、冬季であった場合には、冬季以外であった場合よりも目標充電量を大きな値に設定することが好ましい。

（４）この場合、前記目標充電量算出工程では、今回の車両用電源システムの起動が低温環境下での起動である低温起動であったか否かを判断し、低温起動であった場合には、前記車両用電源システムが起動されてから前記停止スイッチが操作されるまでの時間に相当する車両起動時間を取得し、当該車両起動時間が所定の時間より短い場合には、長い場合よりも目標充電量を大きな値に設定することが好ましい。

（５）この場合、前記燃料電池の出力エネルギーから前記負荷の消費エネルギーを減算して得られる値を、前記燃料電池で発電するために前記燃料電池に投入されるエネルギーで除算したものをネット効率と定義し、前記負荷は、前記カソード流路に酸化剤ガスとしての空気を供給するコンプレッサ（例えば、後述のエアコンプレッサ４１）を含み、前記停止時充電工程では、前記充電時間内で前記目標充電量の充電が完了しかつ前記充電処理におけるネット効率が最適になるように前記燃料電池の出力を制御することが好ましい。

（６）この場合、前記負荷は、前記燃料電池を冷却する冷却装置（例えば、後述の冷却装置５）を含み、前記停止時充電工程では、前記冷却装置によって前記燃料電池を冷却しながら前記燃料電池の出力を所定の第１出力値（例えば、後述の図７の充電電流値ＩＦＣ１）に制御して充電処理を行った場合のネット効率を第１ネット効率（例えば、後述の図７のＳ６４の第１ネット効率）として算出し、前記冷却装置による前記燃料電池の冷却が必要なくなるように前記燃料電池の出力を前記第１出力値よりも小さな第２出力値（例えば、後述の図７の第２充電電流値ＩＦＣ２）に制御して充電処理を行った場合のネット効率を第２ネット効率（例えば、後述の図７の第２ネット効率）として算出し、前記第１ネット効率が前記第２ネット効率より大きい場合には前記燃料電池の出力を前記第１出力値に制御し、前記第１ネット効率が前記第２ネット効率以下である場合には前記燃料電池の出力を前記第２出力値に制御することが好ましい。

（７）この場合、前記濃度調整処理は、前記カソード流路内の酸素濃度を低減させる濃度低減処理を含むことが好ましい。

（８）車両用電源システム（例えば、後述の燃料電池システム１、又はハイブリッド車両用電源システム）は、発電手段（例えば、後述の燃料電池スタック２、又はハイブリッド車両における内燃機関及びモータジェネレータ）と、前記発電手段で発電した電力を蓄える蓄電装置と、前記発電手段を停止させる信号を発生する停止スイッチと、を備え、前記停止スイッチが操作された後に前記発電手段で発電した電力を前記蓄電装置に充電する充電処理（例えば、後述の図６のＳ５６の充電処理、又は図９のＳ９５の充電処理）を実行する。本発明に係る車両用電源システムの停止方法は、前記停止スイッチが操作された後、前記蓄電装置への目標充電量を算出する目標充電量算出工程（例えば、後述の図２のＳの処理及び図６のＳ５４の処理、又は図９のＳ９２及びＳ９４の処理）と、前記目標充電量に基づいて前記モータジェネレータの出力を制御し、前記充電処理を実行する停止時充電工程（例えば、後述の図６のＳ５６の充電処理、又は図９のＳ９５の処理）と、を備え、前記目標充電量算出工程では、次回の車両の起動以降における前記蓄電装置からの電力の持ち出し度合いを推定し、持ち出し度合いが大きいほど目標充電量を大きな値に設定する。

（１）本発明では、停止スイッチの操作後に、燃料電池による発電を継続して蓄電装置へ充電する充電処理と、アノード流路内やカソード流路内のガスの濃度を調整する濃度調整処理との両方を行う。本発明によれば、停止スイッチの操作後にこれら２つの処理を行うことにより、次回の起動時に蓄電装置に必要とされる残量を確保しながら、次回起動時に備えてガスの流路内を適切な状態にできる。ここで、濃度調整処理に必要な時間は、これを開始する際における燃料電池の状態に応じて概ね一意的に定まるのに対し、充電処理に必要な時間は、燃料電池の出力を制御することによって長短を調整しやすい。本発明では、予め定められた停止処理許可時間から、濃度調整処理に必要な時間を差し引いて得られる時間を充電時間として充電処理の実行に割り当てる。そして、蓄電装置への目標充電量を算出し、定められた充電時間及び目標充電量に基づいて燃料電池の出力を制御しながら充電処理を実行し、充電処理が完了した後は、濃度調整処理を実行する。これにより、本発明では、予め定められた停止処理許可時間を超えないように充電処理と濃度調整処理との両方を完了させることができる。すなわち、本発明によれば、停止スイッチの操作後、充電処理と濃度調整処理からなる一連の停止処理が長引くことがないので、利用者に与える違和感を緩和し、かつ停止操作後にはできるだけ速やかにメンテナンスを開始できる。

（２）本発明では、次回の車両用電源システムの起動以降における蓄電装置からの電力の持ち出し度合いを推定し、持ち出し度合いが大きいほど目標充電量を大きな値に設定し、充電処理では、設定した目標充電量に応じて燃料電池の出力を制御する。これにより、次回の起動以降に必要とされる分だけの残量を蓄電装置に確保できる。ところで、停止操作前であって比較的高負荷が要求されている状況下での発電（以下、高負荷発電又は通常発電という）と、停止操作後であって比較的低負荷が要求されている状況下での発電（以下、低負荷発電又はアイドル発電という）とを比較すると、低負荷発電の方が高負荷発電よりも発電効率（燃料電池の出力エネルギー／燃料電池で発電するために燃料電池システムに投入されるエネルギー）が低い。このため、停止操作後の充電処理による蓄電装置への充電は、できるだけ最小限に留める方が好ましい。本発明では、持ち出し度合いの推定に応じて目標充電量を変えることにより、停止操作後の充電処理による蓄電装置への充電、ひいては比較的発電効率の低いアイドル発電を最小限に留めることができる。

（３）本発明では、停止スイッチが操作された時期が冬季であったか否かを判断し、冬季であった場合には、冬季以外であった場合よりも目標充電量を大きな値に設定し、充電処理では、設定した目標充電量に応じて燃料電池の出力を制御する。冬季である場合には、システム内で残留水が凍結するのを防止したり燃料電池が劣化するのを防止したりするために冬季以外の場合よりも余分なエネルギーが必要とされ、またこのエネルギーは主に蓄電装置によってまかなわれる。本発明では、停止操作された時期が冬季であった場合には、冬季以外であった場合よりも目標充電量を大きな値に設定することにより、冬季の低温環境下で必要とされる余分なエネルギーを蓄電装置に確保できる。

（４）低温起動でありかつ短時間の起動であった場合、停止操作が行われた時点では、燃料電池の暖機が完了しておらず、燃料電池の発電に伴う生成水が水蒸気となって十分にガスの流路から排出されていないと考えられる。このため、ソーク中に行われる掃気処理では、ガスの流路内の水分を排出するために、それだけ余分なエネルギーが必要となる。本発明では、今回の車両用電源システムの起動が低温起動でありかつ短時間の起動であった場合（いわゆる、低温ちょい切り起動）には、そうでない場合よりも目標充電量を大きな値に設定する。これにより、低温ちょい切り起動時には、ソーク中に掃気処理を行うのに余分に必要となるエネルギーを蓄電装置に確保できる。

（５）燃料電池の出力エネルギーを大きくすればその分だけ短時間で目標充電量の充電を完了できるが、燃料電池で発電させるために必要な負荷を駆動するために必要なエネルギーも増加するため、ネット効率も変化する。本発明の充電処理では、充電時間内で目標充電量の充電が完了しかつ充電処理のネット効率が最適になるように燃料電池の出力を制御する。これにより、できるだけ少ない投入エネルギーで効率的に目標充電量の充電を、充電時間内に完了できる。上述のように、低負荷発電は高負荷発電と比較して発電効率が低いため、本発明のようにネット効率が最適になるところに燃料電池の出力を制御することは特に効果的である。

（６）本発明では、第１ネット効率と第２ネット効率とを比較し、より効率的な態様で燃料電池の出力を制御する。すなわち、第２ネット効率よりも第１ネット効率の方が大きい場合には、燃料電池の出力を比較的大きくしながら冷却装置による冷却も維持し、第１ネット効率よりも第２ネット効率の方が大きい場合には、冷却装置による冷却が不要となるように燃料電池の出力を抑制する。これにより、冷却装置におけるエネルギーの消費を考慮に入れたネット効率が最適になるところに燃料電池の出力を制御できる。

（７）本発明では、停止スイッチの操作後に、充電処理と、カソード流路内の酸素濃度を低減させる濃度低減処理と、を行う。これにより、次回の起動時に蓄電装置に必要とされる残量を確保しながら、次回起動時に燃料電池のカソード側が高電位状態になってしまい、劣化するのを抑制できる。

（８）本発明では、停止スイッチの操作後に、蓄電装置への目標充電量を算出し、この目標充電量に基づいて発電手段の出力を制御しながら充電処理を実行する。また本発明では、次回の車両用電源システムの起動以降における蓄電装置からの電力の持ち出し度合いを推定し、持ち出し度合いが大きいほど目標充電量を大きな値に設定する。これにより、蓄電装置には次回の起動時に必要な分だけの残量を確保できる。換言すれば、本発明では目標充電量を持ち出し度合いの推定に応じて調整することにより、停止操作後の充電処理が必要以上に長引くのを防止できるので、利用者に与える違和感を緩和し、かつ停止操作後にはできるだけ速やかにメンテナンスを開始できる。

本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す図である。 燃料電池システムのシステム停止処理の手順を示すメインフローチャートである。 停止時必要ＳＯＣを算出する手順を示すフローチャートである。 バッテリの残容量を、その用途別に模式的に区分けした図である。 封止ディスチャージ処理の手順を示すフローチャートである。 停止時充電処理の手順を示すフローチャートである。 スタックの出力制御の具体的な手順を示すフローチャートである。 スタックの冷却処理の具体的な手順を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係るハイブリッド車両用の電源システムの停止処理の手順を示すフローチャートである。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る車両用電源システムとしての燃料電池システム１の構成を示す図である。
燃料電池システム１は、燃料電池スタック２と、燃料電池スタック２に燃料ガスとしての水素を供給するアノード系３と、燃料電池スタック２に酸化剤ガスとしての空気を供給するカソード系４と、燃料電池スタック２から排出されたガスの後処理を行う希釈器３７と、燃料電池スタック２を冷却する冷却装置５と、燃料電池スタック２で発電した電力を蓄えるバッテリ６と、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）７と、燃料電池スタック２及びバッテリ６からの電力の供給によって駆動する走行モータ８と、を備える。燃料電池システム１は、走行モータ８で走行する図示しない燃料電池車両に搭載される。

燃料電池スタック（以下、単に「スタック」という）２は、例えば、数十個から数百個のセルが積層されたスタック構造である。各燃料電池セルは、膜電極構造体（ＭＥＡ）を一対のセパレータで挟持して構成される。膜電極構造体は、アノード電極（陰極）及びカソード電極（陽極）の２つの電極と、これら電極に挟持された固体高分子電解質膜とで構成される。通常、両電極は、固体高分子電解質膜に接して酸化・還元反応を行う触媒層と、この触媒層に接するガス拡散層とから形成される。このスタック２は、アノード電極側に形成されたアノード流路２１に水素が供給され、カソード電極側に形成されたカソード流路２２に酸素を含んだ空気が供給されると、これらの電気化学反応により発電する。

発電中のスタック２から取り出される出力電流は、電流制御器２９を介してバッテリ６や負荷（走行モータ８及びエアコンプレッサ４１等）に入力される。電流制御器２９は、図示しないＤＣ−ＤＣコンバータを備えており、そのチョッピング動作によって発電中のスタック２の出力電流を制御する。特に後述の停止時充電処理では、電流制御器２９は、スタック２の出力電流をバッテリ６の充電電流とし、これを所定の電流指令値に制御しながら所定時間をかけてバッテリ６に充電する。

バッテリ６は、スタック２で発電した電力や、走行モータ８によって回生制動力として回収した電気エネルギーを蓄える。また、例えば燃料電池システムの起動時や車両の高負荷運転時には、バッテリ６に蓄えられた電力はスタック２の出力を補うようにして負荷に供給される。

アノード系３は、水素タンク３１と、水素タンク３１からスタック２のアノード流路２１の導入部に至る水素供給管３２と、アノード流路２１の排出部から希釈器３７に至る水素排出管３３と、水素排出管３３から分岐し水素供給管３２に至る水素還流管３４と、を含んで構成される。

水素タンク３１は、水素ガスを高圧で貯蔵する。水素供給管３２には、水素タンク３１から供給された新たな水素を、水素還流管３４を介して導入された含水素のガスとともに水素供給管３２内のスタック２へ向けて供給するイジェクタ３５が設けられている。水素を含んだガスの水素循環流路は、水素供給管３２、アノード流路２１、水素排出管３３及び水素還流管３４によって構成される。

水素排出管３３のうち、上記水素還流管３４との接続部より下流側には、パージ弁３３ａが設けられている。水素循環流路内を循環するガスの水素濃度が低下すると、スタック１の発電効率が低下する。このため、パージ弁３３ａは、スタック２の発電中に適切なタイミングで開かれ、水素循環流路内のガスが希釈器３７へ排出されるとともに、水素タンク３１から新たな水素が水素循環流路内に導入される。

カソード系４は、エアコンプレッサ４１と、エアコンプレッサ４１からカソード流路２２の導入部に至る空気供給管４２と、カソード流路２２の排出部から希釈器３７に至る空気排出管４３と、空気排出管４３から分岐し空気供給管４２に至る空気還流管４５と、を含んで構成される。

エアコンプレッサ４１は、システム外の空気を、空気供給管４２を介してスタック２のカソード流路２２に空気を供給する。また、空気排出管４３には、カソード流路２２内の圧力を調整するための圧力制御弁４３ｂが設けられている。発電中のスタック２のカソード流路２２内の圧力は、エアコンプレッサ４１で空気を供給しながら圧力制御弁４３ｂの開度を調整することにより、スタック２の発電状態に応じた適切な大きさに制御される。

空気還流管４５には、空気排出管４３側のガスを空気供給管４２に圧送するＥＧＲポンプ４６が設けられている。酸素を含んだガスの酸素循環流路は、空気供給管４２、カソード流路２２、空気排出管４３及び空気還流管４５によって構成される。

空気供給管４２のうち空気還流管４５との接続部よりもエアコンプレッサ４１側には、システム１の停止中にエアコンプレッサ４１側からカソード流路２２側へ外気が流入するのを防止する第１封止弁４２ａが設けられている。また、空気排出管４３のうち空気還流管４５との分岐部よりも希釈器３７側には、システム１の停止中に希釈器３７側からカソード流路２２側へ外気が流入するのを防止する第２封止弁４３ａが設けられている。これら封止弁４２ａ、４３ａは、後述のシステム停止処理（例えば、後述の図５の封止ディスチャージ処理参照）において閉じられ、カソード流路２２を封止し、スタック２の劣化を抑制する。

また、カソード系４には、空気供給管４２のうち第１封止弁４２ａ及びエアコンプレッサ４１の間と、空気排出管４３のうち第２封止弁４３ａ及び希釈器３７の間とを接続するバイパス管４７が設けられている。したがって、バイパス管４７に設けられたバイパス弁４７ａを開き、エアコンプレッサ４１を駆動することにより、スタック２を迂回してエアコンプレッサ４１から短時間で多量の空気を希釈器３７に供給できる。

希釈器３７は、空気排出管４３から導入されたガスを希釈ガスとして、水素排出管３３から排出された水素を含んだガスを希釈し、システム外に排出する。

冷却装置５は、スタック２を経路に含む冷媒循環流路５１と、冷媒循環流路５１内の冷媒を所定の方向に圧送する冷媒ポンプ５２と、冷媒循環流路５１の一部となるラジエタ５３と、ラジエタ５３を通流する冷媒を冷却するラジエタファン５４と、を備える。冷却装置５は、冷媒ポンプ５２によって冷媒を循環しスタック２と冷媒との熱交換を促進するとともに、ラジエタファン５４によって冷媒を冷却することにより、スタック２を保護するために定められた上限温度を上回らないようにする。

なお、以上のような燃料電池システム１において、スタック２及びバッテリ６からの電力の供給によって駆動する負荷は、走行モータ８、エアコンプレッサ４１、ＥＧＲポンプ４６、冷媒ポンプ５２及びラジエタファン５４等によって構成される。

ＥＣＵ７には、燃料電池システム１の状態を検出するため、排気温度センサ２４、冷媒温度センサ５５、外気温度センサ２６、アノード圧センサ２７、カソード圧センサ２８、バッテリ電流センサ６１及びバッテリ電圧センサ６２等の各種センサが接続されている。

排気温度センサ２４は、スタック２のカソード流路２２から排出されたガスの温度を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ７に送信する。スタック２の温度は、排気温度センサ２４の出力に基づいて、ＥＣＵ７により算出される。

冷媒温度センサ５５は、冷媒循環流路５１のうちスタック２の出口側の冷媒の温度を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ７に送信する。外気温度センサ２６は、外気の温度を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ７に送信する。アノード圧センサ２７は、水素循環流路内の圧力（以下、「アノード圧」という）を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ７に送信する。カソード圧センサ２８は、酸素循環流路内の圧力（以下、「カソード圧」という）を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ７に送信する。

バッテリ電流センサ６１は、バッテリ６の出力電流を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ７に送信する。バッテリ電圧センサ６２は、バッテリ６の出力電圧を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ７に送信する。バッテリ６の残容量は、これらセンサ６１，６２の出力に基づいて、ＥＣＵ７により算出される。

図示しない車両の運転席には、スタック２による発電の開始（すなわち、燃料電池システム１の起動）又はスタック２による発電の停止（すなわち、燃料電池システム１の停止）を指令するために運転者が操作するパワースイッチ９が設けられている。

パワースイッチ９は、燃料電池システム１が停止した状態で操作されると、システム１の起動を指令する信号を発生する。ＥＣＵ７は、パワースイッチ９からの起動指令信号を受信すると、システム起動処理を開始する。システム起動処理では、バッテリ６に蓄えられた電力を利用して負荷を駆動し、スタック２を発電可能な状態にするとともに車両を走行する。また、スタック２が発電可能な状態になった後は、所定のタイミングで図示しないコンタクタを閉じ、スタック２とバッテリ６や負荷とを電気的に接続し、システムの起動が完了する。

パワースイッチ９は、燃料電池システム１が起動した状態で操作されると、システム１の停止を指令する信号を発生する。ＥＣＵ７は、パワースイッチ９からの停止指令信号を受信したことを契機として、図２を参照して後に詳細に説明するシステム停止処理を開始する。ＥＣＵ７は、システム停止処理が完了すると、上記コンタクタを開いてスタック２とバッテリ６や負荷とを電気的に遮断する。

図２は、システム停止処理の手順を示すメインフローチャートである。
Ｓ１では、現在のバッテリのＳＯＣ［％］を算出し、Ｓ２に移る。なお、バッテリのＳＯＣとは、バッテリの定格容量を１として現在の残容量［ｋＷ］を百分率で表したものであり、バッテリ電流センサ及びバッテリ電圧センサの出力に基づいて図示しない処理により算出される。なお以下では、バッテリの残容量や充電量などは、バッテリの定格容量を１として百分率で表したものを単位として説明する。

Ｓ２では、停止時必要ＳＯＣを算出し、Ｓ３に移る。この停止時必要ＳＯＣは、次回の燃料電池システムの適切な起動を保証するために、システムを停止する際にバッテリに最低限要求される残容量に相当する。また、この停止時必要ＳＯＣは、後述の停止時充電処理を実行する必要があるか否かを判断するために、Ｓ１で算出した現在のＳＯＣに対して設定される閾値でもある。この停止時必要ＳＯＣを算出する具体的な手順は、後に図３及び図４を参照して説明する。

Ｓ３では、現在のＳＯＣが停止時必要ＳＯＣより小さいか否かを判別する。現在のＳＯＣが停止時必要ＳＯＣより小さい場合には、次回の起動に備えてバッテリを充電しておく必要があると判断し、後に図５を参照して説明する停止時充電処理を実行した後に（Ｓ４）、後に図６を参照して説明する封止ディスチャージ処理を実行し（Ｓ５）、システム停止処理を完了する。また、現在のＳＯＣが停止時必要ＳＯＣ以上である場合には、バッテリの残容量は十分であると判断し、停止時充電処理を実行することなく封止ディスチャージ処理のみを実行し（Ｓ５）、システム停止処理を完了する。

図３は、停止時必要ＳＯＣを算出する手順を示すフローチャートである。
図４は、バッテリの残容量を、その用途別に模式的に区分けした図である。以下では、図３の停止時必要ＳＯＣを算出する手順について図４を参照しながら説明する。

Ｓ１１では、停止時必要ＳＯＣの下限値に相当する下限ＳＯＣを算出し、これを停止時必要ＳＯＣの暫定値とし、Ｓ１２に移る。この下限ＳＯＣは、システムを停止する際に最低限確保しておく電力に相当する。この下限ＳＯＣは、システムを１回だけ起動するために必要な電力と、起動したシステムを１回だけ停止するために必要な電力と、水素漏れが生じた場合の対応処理（例えば、水素の換気）を行うために必要な電力と、を含む。

Ｓ１２では、アシスト補正量を算出し、これを暫定値に加算し、Ｓ１３に移る。上述のように、燃料電池車両は、バッテリからの電力を走行モータに供給することにより、スタックの出力の不足分を補うようにして走行できる。このように、燃料電池車両を走行させる際におけるスタックの出力不足を補うためのバッテリからの電力の持ち出し度合いは、例えば運転者の加速要求の大きさや加速要求の頻度等に応じて変化し、過去の走行履歴から推定できる。そこでＳ１２では、過去の走行履歴を参照して、次回のシステムの起動以降におけるバッテリからの電力の持ち出し度合いを推定し、持ち出し度合いが大きいほど大きな値になるようにアシスト補正量を算出する。このようなアシスト補正量を暫定値に加算することにより、停止時必要ＳＯＣは、バッテリからの電力の持ち出し度合いが大きいほど大きな値に補正される。

Ｓ１３では、現在、すなわち停止スイッチが操作された時期が冬季であったか否かを判定する。停止操作時の季節に関する情報は、例えば図示しないＧＰＳ通信手段により取得される。Ｓ１３の判別がＮＯであり、現在の季節が冬季でない場合には、Ｓ１５に移る。

Ｓ１３の判別がＹＥＳであり、現在の季節が冬季である場合には、Ｓ１４に移る。Ｓ１４では、冬季時補正量を算出し、これを暫定値に加算し、Ｓ１５に移る。この冬季時補正量は、図４に示すように、冬季の低温環境下においてシステム内で残留水が凍結するのを防止するために必要な電力（凍結保護分）と、低温環境下においてスタックが劣化するのを抑制するために行われる処理を実行するのに必要な電力（低温劣化抑制処理分）と、を含む。このような冬季時補正量を暫定値に加算することにより、停止時必要ＳＯＣは、冬季でない場合よりも大きな値に補正される。

Ｓ１５では、過去の起動履歴を参照し今回のシステムの起動が低温起動であったか否かを判定する。ここで低温起動とは、例えばスタックが所定の判定温度（例えば、０℃）より低い状態からシステムを起動することをいう。Ｓ１５の判別がＮＯであり、今回の起動が低温起動でない場合（常温起動であった場合）には、Ｓ１９に移る。

Ｓ１５の判別がＹＥＳであり、今回の起動が低温起動であった場合には、Ｓ１６に移る。Ｓ１６では、今回のシステム起動時間を取得し、Ｓ１７に移る。この今回のシステム起動時間とは、今回、システムの起動が指令されてから停止が指令されるまでの時間に相当する。Ｓ１７では、取得したシステム起動時間と所定の閾値とを比較することにより、今回の起動が短時間起動であったか否かを判別する。Ｓ１７の判別がＮＯである場合、すなわち今回の起動が低温起動でありかつ短時間起動でなかった場合には、Ｓ１９に移る。

Ｓ１７の判別がＹＥＳである場合、すなわち今回の起動が低温起動でありかつ短時間起動であった場合、すなわち低温ちょい切り起動であった場合には、Ｓ１８に移る。Ｓ１８では、低温短時間起動補正量を算出し、これを暫定値に加算し、Ｓ１９に移る。このような低温ちょい切り起動であった場合、停止操作が行われた時点では、燃料電池の暖機が完了しておらず、スタックの発電に伴う生成水が水蒸気となって十分にガスの流路から排出されていないと考えられる。このため、スタックのソーク中に行われる掃気処理では、ガスの流路内に残留する水分を排出するために、それだけ余分なエネルギーが必要となる。この低温短時間起動補正量は、図４に示すように、このような掃気処理を行うのに余分に必要となる電力に相当する。低温ちょい切り起動であった場合には、このような低温短時間起動補正量を暫定値に加算することにより、停止時必要ＳＯＣはそうでない場合よりも大きな値に補正される。

Ｓ１９では、以上のようにして算出した暫定値を最終的な停止時必要ＳＯＣとして決定し、この処理を終了する。

なお、停止時充電処理が終わった後に行われる封止ディスチャージ処理の実行中もスタックによる発電は継続されるので、封止ディスチャージ処理中にスタックで発電した電力でバッテリを充電できる。したがって、上述の下限ＳＯＣ又はアシスト補正量は、充電処理の後に行われる封止ディスチャージによるＳＯＣの増加を見込んで、この封止ディスチャージ処理による増加分を減算してもよい。封止ディスチャージ処理では、酸素循環流路内の酸素濃度が規定の濃度（例えば、ほぼ０）まで低下するまでスタックの発電を継続するが、この封止ディスチャージ処理において消費する酸素の量は、例えば循環流路の容積などによりほぼ一意的に定まり、システムを停止する度に大きく変化することはない。したがって、封止ディスチャージ処理を行うことによるＳＯＣの増加分も、予め理論的に計算できる。

図５は、封止ディスチャージ処理の手順を示すフローチャートである。図５に示すように、封止ディスチャージ処理は、酸素循環流路内の酸素濃度を低減する酸素濃度低減処理（Ｓ３４−Ｓ３６）と、この酸素濃度低減処理の前処理としての希釈処理（Ｓ３１−Ｓ３３）と、からなる。酸素濃度低減処理では、エアコンプレッサを停止し、システム外からの空気の供給をほぼ停止した状態で発電を継続するが、エアコンプレッサを停止すると希釈器に導入される希釈ガスの量も低下する。このため、酸素濃度低減処理を行っている間に希釈器による水素の希釈が間に合わなくなるおそれがある。そこで、酸素濃度低減処理に先立ち、希釈器内に残留する水素を希釈しておく希釈処理を行う。以下、これら希釈処理と酸素濃度低減処理の具体的な手順について説明する。

Ｓ３１では、希釈器に多量の空気を供給し短時間で希釈器内の水素を希釈する希釈処理を開始し、Ｓ３２に移る。より具体的には、Ｓ３１では、カソード系については、バイパス弁を開くとともにエアコンプレッサを駆動し、エアコンプレッサからの空気を直接希釈器に供給する。またアノード系については、酸素濃度低減処理の開始に備えて、水素タンクからの新たな水素の供給を停止するとともに、水素循環流路内の圧力を低減する。

Ｓ３２では、水素の希釈が終了したか否かを判別する。より具体的には、希釈器内の水素濃度（又は希釈器内のガスの水素の量）が所定の濃度より低下したか否か、あるいはＳ３１の希釈処理を開始してから、希釈器内の水素濃度が十分に低下したと判断できる程度の時間が経過したか否かを判別する。ここで、希釈器内の水素はパージ弁を開くことで導入されるものであるから、希釈器内の水素濃度は、パージ弁の開閉履歴に基づいて推定される。Ｓ３２の判別がＮＯの場合、Ｓ３１に戻り希釈処理を継続する。Ｓ３２の判別がＹＥＳの場合、Ｓ３３に移り希釈処理を終了した後、Ｓ３４に移る。より具体的には、Ｓ３３では、バイパス弁を閉じるとともにエアコンプレッサを停止する。

Ｓ３４では、酸素循環流路内の酸素濃度を低減させる酸素濃度低減処理を開始し、Ｓ３５に移る。より具体的には、Ｓ３４では、第２封止弁を閉じるとともにＥＧＲポンプを駆動し、システム外からの新たな空気の供給を停止しながら酸素循環流路内でガスを循環させる。すなわち、酸素循環流路内を循環するガス中の酸素をスタック２の発電に消費させることにより、酸素循環流路内のガスの酸素濃度を低減させる。

Ｓ３５では、酸素濃度の低減が終了したか否かを判別する。より具体的には、Ｓ３５では、酸素循環流路内の酸素濃度（又は酸素循環流路内の酸素の量）が所定の判定濃度（例えば、ほぼ０）より低下したか否か、あるいはＳ３４の酸素濃度低減処理を開始してから酸素循環流路内の酸素濃度が十分に低下したと判断できる程度の時間が経過したか否かを判別する。Ｓ３５の判別がＹＥＳの場合、Ｓ３６に移り、酸素濃度低減処理を終了し、封止ディスチャージ処理を終了する。より具体的には、Ｓ３６では、第１封止弁及び第２封止弁を閉じるとともにＥＧＲポンプを停止することにより、十分に酸素濃度が低くなったガスを充填した状態でスタックのカソード流路を封止する。なお、Ｓ３４−Ｓ３６の酸素濃度低減処理では、第２封止弁のみを閉じた状態でＥＧＲポンプを駆動することにより、新たな空気の供給を停止しながら酸素循環流路内でガスを循環させたが、これに限らず第１封止弁と第２封止弁の両方を閉じてもよい。

図６は、停止時充電処理の手順を示すフローチャートである。
停止時充電処理では、以下の手順に従ってスタックの出力を制御することにより、規定の時間内に規定の量をバッテリに充電する。

Ｓ５１では、封止ディスチャージ処理に必要な時間（以下、「要求封止ディスチャージ時間」という）を推定し、Ｓ５２に移る。この封止ディスチャージ処理は、上述のように希釈処理と酸素濃度低減処理とで構成される。

希釈処理では、上述のように希釈器内に残留する水素をコンプレッサから供給した空気で希釈する。したがって、希釈処理に必要な時間は、希釈処理を開始する際における希釈器内に残留している水素の量に基づいて理論的に算出できる。また、希釈器内の水素はパージ弁を開くことで導入されるものであるから、この希釈器内に残留している水素の量は、パージ弁の開弁履歴に基づいて推定できる。

酸素濃度低減処理では、上述のように酸素循環系内の酸素濃度が規定の濃度に低下するまでスタックの発電を継続する。したがって、この酸素濃度低減処理に必要な時間は、酸素濃度低減処理を開始する際におけるスタックの状態、より詳しくはスタックにおける酸素及び水素の消費度合いに応じて変化する。したがって、酸素濃度低減処理に必要な時間は、この処理を開始する際におけるアノード圧、カソード圧及びスタック温度など、スタックにおける酸素及び水素の消費度合いに相関のあるパラメータに基づいて推定できる。Ｓ５１では、以上のようにして推定された希釈処理に必要な時間と酸素濃度低減処理に必要な時間とを合算することにより、必要封止ディスチャージ時間を推定する。

Ｓ５２では、予め定められた停止処理許可時間から、上記Ｓ５１で算出した必要封止ディスチャージ時間と、図６の停止時充電処理を開始してからこれまでに経過した時間（以下、「充電経過時間」という）とを減算することにより、充電処理に充てることができる時間に相当する残充電時間を算出し、Ｓ５３に移る。ここで、停止処理許可時間とは、停止時充電処理と封止ディスチャージ処理に充てられる時間に相当し、燃料電池車両のメンテナンス性及びシステム耐久性等を考慮して予め設定される。例えば、運転者によるパワースイッチの停止操作後、できるだけ速やかに燃料電池車両のメンテナンスを行いたい場合がある。このようなメンテナンス性を考慮すると、停止処理許可時間はできるだけ短い方が好ましい。また、運転者によるパワースイッチの停止操作後もなお、アノード系及びカソード系に水素や酸素が残存しており、スタックの解放電圧が高いままの状態が継続すると、ＭＥＡが劣化してしまう場合がある。このようなシステム耐久性を考慮すると、停止処理許可時間はできるだけ短い方が好ましい。しかしながら、停止時充電処理を完了するのに最低限必要な時間、及び封止ディスチャージ処理を完了するのに最低限必要な時間を考慮すると、停止処理許可時間はむやみに短くできない。これらを考慮した結果、停止処理許可時間は、例えば３分程度に設定される。

Ｓ５３では、現在のバッテリのＳＯＣを算出し、Ｓ５４に移る。Ｓ５４では、図２のＳ２で算出した停止時必要ＳＯＣから、Ｓ５３で算出した現在のＳＯＣを減算したものを残目標充電量［％］とし、Ｓ５５に移る。この残目標充電量は、バッテリのＳＯＣを停止時必要ＳＯＣまで充電するために必要な充電量に相当する。

Ｓ５５では、バッテリへの充電が完了したか否かを判別する。より具体的には、例えば、Ｓ５４で算出した残目標充電量が０以下になった場合、換言すれば現在のＳＯＣが停止時必要ＳＯＣ以上になった場合には、バッテリへの充電が完了したと判断する。また、残目標充電量が０以下にならずとも、Ｓ５２で算出した残充電時間が０以下になった場合にも、バッテリへの充電が完了したと判断する。Ｓ５５の判別がＹＥＳである場合には、図６の停止時充電処理を終了する。Ｓ５５の判別がＮＯである場合には、Ｓ５６に移る。

Ｓ５６では、Ｓ５２で算出した残充電時間及びＳ５４で算出した残目標充電量に基づいてスタックの出力（バッテリへの充電電流）を制御し、バッテリに充電する。ここで、スタックから取り出される充電電流は、残充電時間が０になるまでに残目標充電量の充電が完了し、かつ後述のネット効率が最適になるように制御される。このスタック出力制御の具体的な手順については、後に図７を参照して説明する。

Ｓ５７では、発電中のスタックを必要に応じて冷却する冷却処理を実行し、Ｓ５１に戻る。停止時充電処理では、パワースイッチの操作後もスタックの発電を継続することから、スタックの出力に応じてスタックの温度が上昇する。Ｓ５７の冷却処理では、スタックの温度がスタックを保護するために定められた上限温度を上回らないように冷却装置を制御する。この冷却処理の具体的な手順については、後に図８を参照して説明する。

以上のように、本実施形態の停止時充電処理では、Ｓ５５において充電が完了したと判断されるまで、要求封止ディスチャージ時間、残充電時間及び残目標充電量等のパラメータの算出（Ｓ５１−Ｓ５４）と、これらパラメータに基づくスタックの出力制御（Ｓ５６）と、を繰り返し実行する。スタックで発電を行っているとスタックの状態が変化する。また、スタックの状態が変化すると、その後に行われる封止ディスチャージ処理に必要な時間も変化する。図６の停止時充電処理では、スタックの発電を継続して充電処理を行っている間は、逐次、その時のスタックの状態に応じて必要封止ディスチャージ時間を更新し、これに応じて残充電時間を補正し、さらにこの補正された残充電時間に基づいてスタックの出力を制御する。したがって、図６の停止時充電処理によれば、時々刻々と変化するスタックの状態に応じて正確に必要封止ディスチャージ時間を正確に推定できるので、規定の停止処理許可時間を超えないようにバッテリを充電できる。

図７は、スタックの出力制御（図６のＳ５６）の具体的な手順を示すフローチャートである。図７に示す処理では、以下で説明する手順によって、充電処理におけるネット効率が最適になるように充電電流に対する指令値に相当する電流指令値を設定する。

以下の説明において、充電処理を行っている間におけるネット効率は、充電処理を行っている間におけるスタックの出力エネルギーから、充電処理を行っている間に負荷で消費されたエネルギーを減算し、これを、充電処理を行っている間にスタックで発電するためにスタックに投入されたエネルギーで除算したもので定義する（下記式（１）参照）。
ネット効率＝（スタックの出力エネルギー−負荷の消費エネルギー）
／スタックへの投入エネルギー （１）

Ｓ６１では、残充電時間が経過する前に残目標充電量の充電が完了し、かつ充電処理におけるネット効率が最大になるような第１充電電流値ＩＦＣ１を、予め定められた演算式やマップ等に基づいて算出する。ただし、この第１充電電流値ＩＦＣ１の算出では、ネット効率には冷却装置における消費エネルギーは考慮しないものとする。なお、冷却装置の消費エネルギーを考慮したネット効率の最適化は、後にＳ６４−Ｓ６６において行う。

例えば、残充電時間をかけて残目標充電量の充電を完了しようとすると、充電電流値に対し下限値が定まる。そして、充電電流値をこの下限値より大きくすると、それだけ充電時間は短くなるが、コンプレッサの消費エネルギーが増加する。Ｓ６１では、コンプレッサの消費エネルギーを考慮して、ネット効率が最大になるように上記下限値より大きな第１充電電流値ＩＦＣ１を算出する。

Ｓ６２では、スタックの冷却中であるか否かを判別する。すなわち、現在冷却装置を駆動してスタックを冷却しているか否かを判別する。なお、冷却装置を駆動してスタックを冷却するか否かは、図８に示す処理において、スタックの現在の温度に応じて判断される。

Ｓ６２の判別がＮＯである場合、すなわち現在冷却中でない場合には、Ｓ６３に移り、Ｓ６１で算出した第１充電電流値ＩＦＣ１を電流指令値として設定し、図６のＳ５７に移る。

Ｓ６２の判別がＹＥＳである場合、すなわち現在冷却中である場合には、Ｓ６４以降の処理を実行し、冷却装置による冷却態様も考慮してネット効率が最大になるような電流指令値を設定する。

Ｓ６４では、スタックの電流指令値を第１充電電流値ＩＦＣ１に維持しかつ冷却装置によってスタックを冷却しながらバッテリを充電し続けた場合のネット効率を算出し、これを第１ネット効率とする。

Ｓ６５では、冷却装置による冷却が必要なくなるように、スタックの電流指令値を第１充電電流値ＩＦＣ１より小さな第２充電電流値ＩＦＣ２に制限した場合のネット効率を算出し、これを第２ネット効率とする。ただし、残充電時間内に残目標充電量の充電が完了するように、第２充電電流値ＩＦＣ２は、Ｓ６１で算出した下限値より大きいものとする。

Ｓ６６では、第１ネット効率が第２ネット効率より大きいか否かを判別する。例えば、スタックの出力を大きくすれば、それだけ充電時間が短くなるが、発熱量も大きくなるため、冷却装置の消費エネルギーも増加する。一方、スタックの出力を小さく制限すれば、発熱量が小さくなるため、冷却装置の消費エネルギーも減少するが、それだけ充電時間が長くなる。このため、第１ネット効率の方が大きくなる場合もあれば、第２ネット効率の方が大きくなる場合もある。

Ｓ６６の判別がＹＥＳの場合、冷却装置による冷却を継続してでもスタックの出力電流を制限せずに充電を続けた方が、有利なエネルギー効率で充電できると判断し、上述のＳ６３に移る。
Ｓ６６の判別がＮＯの場合、充電時間が長引いてでも、冷却装置による冷却が必要なくなるようにスタックの出力を制限した方が、有利なエネルギー効率で充電できると判断し、Ｓ６７に移る。Ｓ６７では、Ｓ６５で算出した第２充電電流値ＩＦＣ２を電流指令値として設定し、図６のＳ５７に移る。

図８は、スタックの冷却処理（図６のＳ５７）の具体的な手順を示すフローチャートである。スタックの冷却処理では、発電中のスタックの温度がスタックを保護するために設定された所定の上限温度を上回らないように、以下の手順に従って冷却装置を駆動する。

Ｓ７１では、現在のスタックの温度を取得し、Ｓ７２に移る。Ｓ７２では、スタックの冷却中であるか否か、すなわち現在冷却装置を駆動しているか否かを判別する。

Ｓ７２の判別がＮＯであり、冷却中でない場合には、Ｓ７３に移る。Ｓ７３では現在のスタック温度が所定の冷却開始温度より高いか否かを判別する。Ｓ７３の判別がＮＯである場合には、冷却装置を停止したまま、図６のＳ５１に移る。Ｓ７３の判別がＹＥＳである場合には、Ｓ７４に移り、冷却装置の冷却ポンプ及びラジェタファンをオンにすることによって冷却を開始し、図６のＳ５１に移る。また、冷却中の冷媒の流量及びラジェタファンの風量は、スタックの発熱量に見合った放熱が冷却装置で実現されるように、外気温度及び冷媒温度を考慮しながら制御される。なお、停止時充電処理中のスタックの発熱量は、電流指令値及び残充電時間等に基づいて推定できる。

Ｓ７２の判別がＹＥＳであり、冷却中である場合には、Ｓ７５に移る。Ｓ７５では現在のスタック温度が所定の冷却終了温度より低いか否かを判別する。Ｓ７５の判別がＮＯである場合には、冷却装置をオンにしたまま、図６のＳ５１に移る。Ｓ７５の判別がＹＥＳである場合には、冷却装置の冷却ポンプ及びラジエタファンをオフにすることによって冷却を終了し、図６のＳ５１に移る。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限らず以下のような種々の変形が可能である。

＜変形例１＞
上記実施形態では、残充電時間が経過する前に残目標充電量の充電が完了するように充電処理中のスタックの第１充電電流値ＦＣ１を設定した（図７のＳ６１参照）。しかしながら、例えば、バッテリからの電力の持ち出しが多くなる登坂中に車両を停止した場合など、システム停止時のバッテリのＳＯＣが極端に少ないと、残目標充電量が過剰に大きくなる場合がある。残目標充電量が過剰に大きくなると、残充電時間内に充電を完了させようとして、第１充電電流値ＩＦＣ１が過剰に大きな値に設定される場合がある。本変形例では、このような場合を想定して、第１充電電流値ＩＦＣ１に対し上限値を設定し、スタックの充電電流をこの上限値以下に制限する。

ただし、スタックの充電電流を上限値以下に強制的に制限してしまうと、残充電時間内に残目標充電量の充電を完了できなくなってしまう場合がある。このような場合、スタックやバッテリの状態に応じて、停止時充電処理（図２のＳ４）及び封止ディスチャージ処理（図２のＳ５）の一方を不完全な状態で強制的に終了させてでも他方を優先して完了させることにより、停止時充電処理と封止ディスチャージ処理の両方を規定の停止処理許可時間内に終了させることが好ましい。より具体的には、例えば停止時充電処理において、バッテリに既に下限ＳＯＣ（図３のＳ１１）に相当する残容量が確保されている場合には、充電が完了していなくても（すなわち、残目標充電量が０より大きくても）停止時充電処理を強制的に終了し、封止ディスチャージ処理の正常な完了を優先する方が好ましい。また、図示しない処理によってスタックが劣化していると判定されている場合には、次回起動時にバッテリからの電力の持ち出し量が多くなる可能性が高いと推定されることから、封止ディスチャージ処理の実行時間を強制的に短縮し、停止時充電処理の正常な完了を優先する方が好ましい。

＜変形例２＞
上記実施形態では、図７のＳ６１で説明したように、残充電時間をかけて残目標充電量の充電を完了させようとした場合の充電電流値をスタックの電流指令値の下限値とした。しかしながら、スタックの出力が小さくなり過ぎてしまうと、エアコンプレッサの作動音も小さくなってしまい、利用者は充電処理が行われていることを把握しにくくなってしまう場合がある。充電処理は利用者によるパワースイッチの停止操作後に行われるため、利用者は充電処理が行われていることを特に把握しにくい。これに対し本変形例では、充電処理中におけるエアコンプレッサの作動音が過剰に小さくならないように、充電処理中の電流指令値に対して適切な大きさに下限値を設定する。本変形例によれば、別途装置を設けることなく、充電処理が行われている状態であることを利用者に喚起できる。

＜変形例３＞
上記実施形態では、図６の停止時充電処理の実行中は、常にスタック温度を監視し、スタック温度が所定の冷却開始温度を超えた場合に冷却装置をオンにすることにより（図８のＳ７１−Ｓ７４参照）、スタックの温度が所定の上限温度を超えないようにしたが、冷却装置による冷却の要否の判断はこれに限るものではない。例えば、停止充電処理を開始した時点において、ネット効率が最大となる充電電流値ＩＦＣ１で充電し続けた場合に残目標充電時間内にスタックの温度が上限温度まで到達するか否かを推定し、上限温度に到達する場合の冷却装置をオンにするようにしてもよい。

＜変形例４＞
上記実施形態では、システムの停止操作後に行う濃度調整処理として、カソード流路内の酸素濃度を低減させる封止ディスチャージ処理（図２のＳ５参照）を行う場合について説明したが、本発明はこれに限らない。濃度調整処理には、上述のような封止ディスチャージ処理の他、アノード流路内の水素濃度を低減させる処理（アノード水素濃度低減処理）や、カソード流路の残留水素を希釈する処理（カソード側水素希釈処理）など、様々な処理がある。したがって、システムの停止操作後は、封止ディスチャージ処理に替えて、上記アノード水素濃度低減処理やカソード側水素希釈処理を行ってもよい。また、封止ディスチャージ処理と、上記アノード水素濃度低減処理やカソード側水素希釈処理とを組み合わせた処理を濃度調整処理として行ってもよい。

＜第２実施形態＞
以下、本発明の第２実施形態について、図面を参照しながら説明する。
上記第１実施形態では、本発明の車両用電源システムの停止方法を、燃料電池車両用の電源システム（すなわち、燃料電池システム）に適用した例について説明したが、本発明はこれに限らない。本実施形態では、本発明の車両用電源システムの停止方法を、内燃機関と、バッテリと、内燃機関で発生した駆動力を利用して発電可能でありかつバッテリから供給された電力で走行可能なモータジェネレータとを備えたハイブリッド車両用電源システムに適用した例について説明する。この場合、内燃機関及びモータジェネレータが発電手段に相当する。

図９は、本実施形態のシステム停止処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、図２で説明した燃料電池システムの停止処理と同様に、図示しないパワースイッチが操作されたことにより、ＥＣＵが電源システムの停止を指令する信号を受信したことを契機として開始される。

Ｓ９１では、現在のバッテリのＳＯＣ［％］を算出し、Ｓ９２に移る。
Ｓ９２では、停止時必要ＳＯＣを算出し、Ｓ９３に移る。この停止時必要ＳＯＣは、次回の電源システムの適切な起動を保証するために、システムを停止する際にバッテリに最低限要求される残容量に相当する。より具体的には、Ｓ９３では、システムを停止する際に最低限確保しておく電力に相当する下限ＳＯＣ（図３のＳ１１参照）と、アシスト補正量とを算出し、これらを合算することにより停止時必要ＳＯＣを算出する。

ハイブリッド車両は、バッテリからの電力をモータジェネレータに供給することにより、内燃機関の出力の不足分を補うようにして走行できる。このように、ハイブリッド車両を走行させる再における内燃機関の出力不足を補うためのバッテリからの電力の持ち出し度合いは、例えば運転者の加速要求の大きさや加速要求の頻度等に応じて変化し、過去の走行履歴から推定できる。そこで、Ｓ９３では、過去の走行履歴を参照して、次回のシステム起動以降におけるバッテリからの電力の持ち出し度合いを推定し、持ち出し度合いが大きいほど大きな値になるようにアシスト補正量を算出する。これにより、停止時必要ＳＯＣは、バッテリからの電力の持ち出し度合いが大きいほど大きな値に補正される。

Ｓ９３では、現在のＳＯＣが停止時必要ＳＯＣより小さいか否かを判別する。現在のＳＯＣが停止時必要ＳＯＣより小さい場合には、次回の起動に備えてバッテリを充電しておく必要があると判断し、Ｓ９４に移る。一方、現在のＳＯＣが停止時必要ＳＯＣ以上である場合には、バッテリの残容量は十分であると判断し、直ちにシステム停止処理を完了する。

Ｓ９４では、停止時必要ＳＯＣと現在のＳＯＣとの差分を目標充電量として算出し、Ｓ９５に移る。Ｓ９５では、目標充電量に基づいて発電手段の出力を制御し、発電手段で発電した電力をバッテリに充電する充電処理を実行する。

１…燃料電池システム（車両用電源システム）
２…燃料電池スタック（燃料電池、発電手段）
２１…アノード流路
２２…カソード流路
３…アノード系
４…カソード系
４１…エアコンプレッサ（負荷）
５…冷却装置（負荷）
６…バッテリ（蓄電装置）
７…ＥＣＵ
８…走行モータ
９…パワースイッチ（停止スイッチ）

Claims (8)

1. アノード流路に燃料ガスが供給されカソード流路に酸化剤ガスが供給されると発電する燃料電池と、
   前記燃料電池で発電した電力を蓄える蓄電装置と、
   前記燃料電池による発電を停止させる信号を発生する停止スイッチと、
   前記燃料電池又は前記蓄電装置からの電力の供給によって駆動する負荷と、を備え、
   前記停止スイッチが操作された後に前記燃料電池で発電した電力を前記蓄電装置に充電する充電処理と、前記アノード流路内及び前記カソード流路内又はこれらの何れかのガスの濃度を調整する濃度調整処理とを実行する車両用電源システムの停止方法であって、
   前記停止スイッチが操作された後、所定の停止処理許可時間から前記濃度調整処理に必要な時間を減算し、充電処理を実行できる時間に相当する充電時間を算出する充電処理時間算出工程と、
   前記蓄電装置への目標充電量を算出する目標充電量算出工程と、
   前記充電時間及び前記目標充電量に基づいて前記燃料電池の出力を制御しながら前記充電処理を実行する停止時充電工程と、
   前記充電処理が終了した後、前記濃度調整処理を実行する濃度調整工程と、を備えることを特徴とする車両用電源システムの停止方法。
2. 前記目標充電量算出工程では、次回の車両用電源システムの起動以降における前記蓄電装置からの電力の持ち出し度合いを推定し、持ち出し度合いが大きいほど目標充電量を大きな値に設定することを特徴とする請求項１に記載の車両用電源システムの停止方法。
3. 前記目標充電量算出工程では、前記停止スイッチが操作された時期が冬季であったか否かを判断し、冬季であった場合には、冬季以外であった場合よりも目標充電量を大きな値に設定することを特徴とする請求項１から２の何れかに記載の車両用電源システムの停止方法。
4. 前記目標充電量算出工程では、今回の車両用電源システムの起動が低温環境下での起動である低温起動であったか否かを判断し、低温起動であった場合には、前記車両用電源システムが起動されてから前記停止スイッチが操作されるまでの時間に相当する車両起動時間を取得し、当該車両起動時間が所定の時間より短い場合には、長い場合よりも目標充電量を大きな値に設定することを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の車両用電源システムの停止方法。
5. 前記燃料電池の出力エネルギーから前記負荷の消費エネルギーを減算して得られる値を、前記燃料電池で発電するために前記燃料電池に投入されるエネルギーで除算したものをネット効率と定義し、
   前記負荷は、前記カソード流路に酸化剤ガスとしての空気を供給するコンプレッサを含み、
   前記停止時充電工程では、前記充電時間内で前記目標充電量の充電が完了しかつ前記充電処理におけるネット効率が最適になるように前記燃料電池の出力を制御することを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の車両用電源システムの停止方法。
6. 前記負荷は、前記燃料電池を冷却する冷却装置を含み、
   前記停止時充電工程では、
   前記冷却装置によって前記燃料電池を冷却しながら前記燃料電池の出力を所定の第１出力値に制御して充電処理を行った場合のネット効率を第１ネット効率として算出し、
   前記冷却装置による前記燃料電池の冷却が必要なくなるように前記燃料電池の出力を前記第１出力値よりも小さな第２出力値に制御して充電処理を行った場合のネット効率を第２ネット効率として算出し、
   前記第１ネット効率が前記第２ネット効率より大きい場合には前記燃料電池の出力を前記第１出力値に制御し、前記第１ネット効率が前記第２ネット効率以下である場合には前記燃料電池の出力を前記第２出力値に制御することを特徴とする請求項５に記載の車両用電源システムの停止方法。
7. 前記濃度調整処理は、前記カソード流路内の酸素濃度を低減させる濃度低減処理を含むことを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の車両用電源システムの停止方法。
8. 発電手段と、
   前記発電手段で発電した電力を蓄える蓄電装置と、
   前記発電手段を停止させる信号を発生する停止スイッチと、を備え、
   前記停止スイッチが操作された後に前記発電手段で発電した電力を前記蓄電装置に充電する充電処理を実行する車両用電源システムの停止方法であって、
   前記停止スイッチが操作された後、前記蓄電装置への目標充電量を算出する目標充電量算出工程と、
   前記目標充電量に基づいて前記発電手段の出力を制御し、前記充電処理を実行する停止時充電工程と、を備え、
   前記目標充電量算出工程では、次回の車両用電源システムの起動以降における前記蓄電装置からの電力の持ち出し度合いを推定し、持ち出し度合いが大きいほど目標充電量を大きな値に設定することを特徴とする車両用電源システムの停止方法。

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