JP2018060686A - 電動車両用の燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】触媒の酸化を抑制し、燃料電池の発電性能を維持、回復することができる電動車両用の燃料電池システムを提供する。【解決手段】電動車両の駆動輪を駆動する駆動モータ１０と、燃料電池２０と、燃料電池２０が発電した電力を充電し、駆動モータ１０に電力を供給する二次電池３０と、燃料電池２０から駆動モータ１０及び二次電池３０に供給される電力を断接する断接手段１００と、燃料電池２０及び断接手段１００の制御を行うＥＣＵ５０と、を備え、ＥＣＵ５０は、断接手段１００が切断されたアイドリング状態から第１の所定時間ｃが経過したとき、燃料ガス及び酸化ガスのガス供給量を増大させ、断接手段１００を接続させて燃料電池２０を駆動モータ１０又は二次電池３０に接続し、燃料ガス及び酸化ガスのガス供給量を増大させてから第２の所定時間ｄが経過した際に、燃料電池２０への燃料ガス及び酸化ガスの供給を停止する。【選択図】図１

Description

本発明は、電動車両用の燃料電池システムに関する。

燃料電池自動車等に搭載される燃料電池システムの燃料電池としては、アノードとカソードとで固体高分子電解質膜を挟み、さらにその外側を一対のセパレータで挟持して形成したセルを複数積層して構成したスタックを備えたものがある。そして、アノードに燃料ガスとして水素、カソードに酸化ガスとして空気を供給することで発電させ、その電力で駆動モータを駆動させている（例えば、特許文献１参照）。

例えば、燃料電池自動車が信号待ちで一時停止しているときなどのアイドリング状態では、燃料電池の負荷が小さいので、高いセル電圧で燃料電池が運転を継続することになる。このようなアイドリング状態では、触媒が酸化し、触媒性能が劣化する虞がある。

特許文献１には、アノード及びカソードの触媒の表面に付着した硫黄化合物などの汚染物質を除去する技術が開示されているが、上述したような触媒の酸化による劣化を改善するものではない。

特開２００８−７７９１１号公報

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、触媒の酸化を抑制し、燃料電池の発電性能を維持、回復することができる電動車両用の燃料電池システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、電動車両の駆動輪を駆動する駆動モータと、燃料ガス及び酸化ガスが供給されて発電する燃料電池と、前記燃料電池が発電した電力を充電するとともに前記駆動モータに電力を供給する二次電池と、前記燃料電池から前記駆動モータ及び前記二次電池に供給される電力を断接する断接手段と、前記燃料電池の燃料供給制御と前記断接手段の断接制御とを行う制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記断接手段が切断されたアイドリング状態から第１の所定時間が経過した際に、前記燃料ガス及び前記酸化ガスのうち少なくとも一方のガス供給量を増大させると共に前記断接手段を接続させて前記燃料電池を前記駆動モータ又は前記二次電池に接続し、前記燃料ガス及び前記酸化ガスの少なくとも一方のガス供給量を増大させてから第２の所定時間が経過した際に、前記燃料電池への前記燃料ガス及び前記酸化ガスの供給を停止することを特徴とする電動車両用の燃料電池システムにある。

第１の態様では、アイドリング状態が長く続くことによる触媒機能の劣化を抑制することができ、触媒機能を回復することができる。これにより、燃料電池の発電性能を維持、回復することができる。触媒機能を回復させるために、燃料ガス等を燃料電池に供給して発電させているが、この発電による電力は二次電池に充電されるため、電力を無駄にすることはない。さらに、触媒機能を回復するために燃料電池に発電させている状態を、第２の所定時間以上は継続させないので、燃料ガスを過度に消費することが回避できる。

本発明の第２の態様は、第１の態様に記載する電動車両用の燃料電池システムにおいて、前記制御手段は、前記燃料電池への出力要求の頻度を演算し、前記第２の所定時間を、当該頻度が高いほど長くすることを特徴とする電動車両用の燃料電池システムにある。

第２の態様では、燃料電池への出力要求が頻繁となる可能性が高い運転者に対しては、燃料電池が停止するまでの時間である第２の所定時間が比較的長く設定される。したがって、そのような運転者がアクセルをオンにしたときなど出力要求をするときに、燃料電池が停止している可能性を低くすることができる。

本発明の第３の態様は、第１又は第２の態様に記載する電動車両用の燃料電池システムにおいて、前記制御手段は、前記第１の所定時間が経過したとき、前記燃料電池により発電された電力を放電装置に供給することを特徴とする電動車両用の燃料電池システムにある。

第３の態様では、燃料電池の電力を放電装置へ供給する。二次電池の受入電力に余裕がなく、かつ、電動車両が停車中であるために駆動モータへ駆動力を与えられない場合に有効である。

本発明の第４の態様は、第１から第３の何れか一つの態様に記載する電動車両用の燃料電池システムにおいて、前記二次電池は、前記駆動モータが発電した回生電力を充電することが可能であり、前記制御手段は、前記燃料電池が発電した電力と、前記駆動モータの回生電力との合計が前記二次電池に受入可能な電力を超える場合は、前記駆動モータの回生電力を低減させることを特徴とする電動車両用の燃料電池システムにある。

第４の態様では、燃料電池で発電した電力を二次電池に充電することができる。

本発明によれば、触媒の酸化を抑制し、燃料電池の発電性能を維持、回復することができる電動車両用の燃料電池システムが提供される。

電動車両用の燃料電池システムの概略図である。 電動車両用の燃料電池システムのブロック図である。 セル電圧と白金触媒の酸化数の関係を示すグラフである。 燃料電池のセル電圧のタイミングチャートである。 電動車両用の燃料電池システムの動作を示すフロー図である。

以下、本発明を実施するための形態について説明する。なお、実施形態の説明は例示であり、本発明は以下の説明に限定されない。

〈実施形態１〉
図１は、本実施形態に係る電動車両用の燃料電池システム１の構成を示す概略図であり、図２は、本実施形態に係る電動車両用の燃料電池システムのブロック図である。燃料電池システム１は、電動車両（図示せず）に搭載されており、運転者の要求に応じて、主に電動車両の駆動力として用いられる電力を出力する。燃料電池システム１は、駆動モータ１０と、燃料電池２０（図ではＦＣと略記している）と、二次電池３０と、放電装置４０と、ＥＣＵ５０と、断接手段１００と、を備えている。

駆動モータ１０は、燃料電池２０及び二次電池３０からの電力によって、電動車両の駆動輪（図示せず）を駆動するためのプラス側の駆動力（トルク）を発生する。また、駆動モータ１０は、減速時等には発電機として作動しマイナス側の回生力（トルク）を発生する。駆動モータ１０は、インバータ（図示せず）を介して燃料電池２０及び二次電池３０に接続されている。インバータは、燃料電池２０で発電された直流電力や、二次電池３０に充電された直流電力を交流電力に変換して駆動モータ１０に供給する。また、駆動モータ１０で発電された回生電力は、インバータにより直流電力に変換され二次電池３０に充電されるようになっている。

燃料電池２０は、燃料ガスとして水素と、酸化ガスとして空気が供給され、酸素と水素の電気化学反応によって発電する固体高分子形燃料電池である。燃料電池２０の具体的な構成は特に限定はないが、ここでは、複数のセル（図示せず）が積層されたスタック構造を有する。具体的には、各セルは、固体高分子電解質膜の両面にアノードとカソードとを配置した膜電極接合体と、膜電極接合体の外側に設けられたガス拡散層とを備えている。また、各セルのアノード及びカソードには、触媒として白金が含まれている。このようなセルがセパレータを介して複数積層されることでスタック構造の燃料電池２０が形成されている。

燃料電池システム１は、このような燃料電池２０に、燃料ガスを供給する燃料ガス供給部６０と、酸化ガスを供給する酸化ガス供給部７０とを備えている。

燃料ガス供給部６０は、燃料電池２０に燃料ガスを供給する機能と、燃料電池２０において電気化学反応しなかった燃料ガスを循環させる機能と、アノードから排出される排水を燃料電池システム１の外部に排出する機能と、を有する。具体的には、燃料ガス供給部６０は、燃料ガス配管６１と、燃料ガスタンク６２と、圧力調整弁６３とを備えている。

燃料ガスタンク６２は燃料電池２０のアノード側（水素電極側）に燃料ガス配管６１を介して連結されている。燃料ガス配管６１の途中に圧力調整弁６３が設けられている。圧力調整弁６３は、燃料ガスタンク６２に高圧で貯蔵された水素を所定の圧力まで減圧させ、一定圧力にするための弁である。このような構成により、燃料ガスタンク６２から燃料電池２０のアノードに、燃料ガスが一定圧力で供給される。

燃料ガス供給部６０は、さらに、第１排気管６４と、第１循環用配管６５と、循環用ポンプ６６とを備えている。燃料電池２０のアノード側から排出された排ガスは、第１排気管６４を介して気液分離機（図示せず）に送られる。気液分離機において分離されたガス（電気化学反応しなかった水素）は、第１循環用配管６５に送られる。第１循環用配管６５に誘導された水素は、循環用ポンプ６６により昇圧され、燃料ガス配管６１に供給される。なお、気液分離機において分離された液体は排水として第１排水管６７を介して第１ドレン６８（貯留部）に送られる。

酸化ガス供給部７０は、燃料電池２０に酸化ガスを供給する機能と、燃料電池２０において電気化学反応しなかった酸化ガスを循環させる機能と、カソードから排出される排水を燃料電池システム１の外部に排出する機能と、を有する。具体的には、酸化ガス供給部７０は、酸化ガス配管７１と、ブロア７２と、開閉弁７３とを備えている。

ブロア７２は、外気を取り込んで圧縮した空気を、酸化ガスとして酸化ガス配管７１を介して燃料電池２０のカソードに供給する。開閉弁７３は、通常、閉じた状態であり、ブロア７２から所定の圧力を有する空気が酸化ガス配管７１に供給されたときに開く。このような構成により、ブロア７２から燃料電池２０のカソードに、酸化ガスが一定圧力で供給される。

酸化ガス供給部７０は、さらに、第２排気管７４と、第２循環用配管７５と、を備える。燃料電池２０のカソード側から排出された排ガスは、第２排気管７４を介して気液分離機（図示せず）に送られる。気液分離機において分離されたガス（電気化学反応しなかった空気）は、第２循環用配管７５に誘導される。第２循環用配管７５に誘導された空気は、ブロア７２の上流側に供給される。なお、気液分離機において分離された液体は排水として第２排水管７７を介して第２ドレン７８（貯留部）に送られる。

二次電池３０は、例えばリチウムイオン電池であり、燃料電池２０で発電された電力や駆動モータ１０で発電された回生電力を充電する。また、二次電池３０は、充電した電力を主として駆動モータ１０に供給する。さらに、二次電池３０は、ＳＯＣ検出部（図示せず）を有している。ＳＯＣ検出部は、二次電池３０の充電状態であるＳＯＣ（State of Charge）を検出し、ＥＣＵ５０に送信する。

放電装置４０は、燃料電池２０が発電した電力を放電する装置であり、例えば、アノードとカソードとに電気的に接続する放電抵抗である。ＥＣＵ５０により、放電装置４０は燃料電池２０に電気的に接続され、又は燃料電池２０から電気的に切断される。

他にも、電動車両には、燃料電池システム１を構成する各機器の状態を検知する各種センサが設けられている。例えば、電動車両には、アクセル８０の踏み込み量を検知するアクセルセンサ８１を備えている。

断接手段１００は、燃料電池２０から、駆動モータ１０及び二次電池３０に供給される電力を断接する装置である。なお、本実施形態の断接手段１００は、燃料電池２０から放電装置４０へ供給される電力を断接することも可能となっている。具体的には、断接手段１００は、燃料電池２０と、駆動モータ１０及び二次電池３０とを電気的に切断又は接続することが可能なものであればよく、例えば、コンタクタを用いることができる。

ＥＣＵ５０は、中央処理装置と主記憶装置とを備えるマイクロコンピューターによって構成されている。ＥＣＵ５０は、各種センサから検知信号を得ることが可能であり、上述したアクセルセンサ８１で検知された踏み込み量を取得可能となっている。また、ＥＣＵ５０は、燃料電池システム１を構成する各機器を制御可能である。例えば、ＥＣＵ５０は、圧力調整弁６３、開閉弁７３の開閉を制御したり、断接手段１００の接続又は切断を制御したり、ブロア７２から供給される空気の流量を制御可能である。

また、ＥＣＵ５０は、燃料電池制御手段５１、断接制御手段５２、頻度演算手段５３、及び充放電制御手段５４を備えている。

燃料電池制御手段５１は、燃料電池２０の燃料供給制御を行う。燃料電池２０の制御は、各種センサから読み込んだ検知信号、出力要求、及び主記憶装置上にプログラムに基づいて、圧力調整弁６３、開閉弁７３の開閉を制御したり、ブロア７２から供給される空気の流量を調整することにより行う。
断接制御手段５２は、断接手段１００の断接制御を行う。また、充放電制御手段５４は、二次電池３０の充放電を制御する。

例えば、通常運転時では、充放電制御手段５４は、アクセル８０の踏み込み量に応じて、二次電池３０に電力を駆動モータ１０に供給させ、駆動モータ１０を駆動させる。また、燃料電池制御手段５１は、出力要求に対して、二次電池３０の電力だけでは足りない場合、圧力調整弁６３や開閉弁７３の開閉を制御し、ブロア７２から供給される空気の流量を制御して、燃料電池２０に発電させる。断接制御手段５２は、燃料電池２０から二次電池３０に電力が供給されるよう、断接手段１００を制御する。そして、充放電制御手段５４は、燃料電池２０が発電した電力を駆動モータ１０に供給させる。さらに、充放電制御手段５４が二次電池３０のＳＯＣが所定値以下であることを検知したとき、燃料電池制御手段５１により燃料電池２０が発電した電力を二次電池３０へ供給させる。

このような通常運転時の制御に加えて、本実施形態のＥＣＵ５０は、アイドリング状態から第１の所定時間が経過した際に、カソードに含まれる触媒の回復処理を実行する。

アイドリング状態とは、通常運転時とは異なり、燃料電池２０が駆動モータ１０及び二次電池３０に接続されていない状態、すなわち、燃料電池２０から供給される電力を断接するコンタクタ（断接手段１００）が開状態となっている状態である。また、アイドリング状態は、運転者によりアクセル８０がオフにされているが、アノード及びカソードにそれぞれ燃料ガス及び酸化ガスが供給されており、燃料電池２０のセル電圧が０．９Ｖから１．０Ｖに維持された状態である。一方、アイドリング状態ではなく、燃料電池２０が駆動モータ１０や二次電池３０に接続された状態では、セル電圧が０．１Ｖから０．８Ｖ程度である。アイドリング状態となる一例としては、電動車両が信号待ちで一時停止している状態や、下り坂で運転手がアクセルを踏んでいない状態などが挙げられる。

セル電圧は、燃料電池２０のカソードの触媒の劣化に影響する。このことを図３を用いて説明する。図３は、セル電圧と白金触媒の酸化数の関係を示すグラフである。

図３（ａ）は、アクセルをオフにした時を０秒とし、その前後におけるセル電圧の変化を示すグラフである。０秒以前では、アクセルをオンにしており、通常運転をしている。このときのセル電圧は０．１Ｖ程度である。０秒以後はアイドリング状態であり、セル電圧は１．０Ｖ程度である。

図３（ｃ）は、図３（ａ）に対応する、白金（Ｐｔ）の酸化数の変化を示すグラフである。０秒以前、すなわちアクセルをオンにして通常運転をしているときは、白金の酸化数はゼロである。一方、０秒の時点でアクセルがオフとなり、アイドリング状態となると、時間の経過とともに白金の酸化数は増大している。

図３（ａ）及び図３（ｃ）に示すように、アクセルをオフにした後、アイドリング状態の継続時間が長くなるほど、高いセル電圧によって白金の酸化数が増大し、白金の触媒として機能が劣化することが分かる。

図３（ｂ）は、アクセルをオンにした時を０秒とし、その前後におけるセル電圧の変化を示すグラフである。０秒以前では、アクセルをオフにしており、アイドリング状態である。このときのセル電圧は１．０Ｖ程度である。０秒以後は通常運転であり、セル電圧は０．１Ｖ程度である。

図３（ｄ）は、図３（ｂ）に対応する、白金（Ｐｔ）の酸化数の変化を示すグラフである。０秒以前、すなわちアクセルをオフにしてアイドリング状態であるときは、白金の酸化数は高くなっている。一方、０秒の時点でアクセルがオンとなり、通常運転となると、短時間で白金の酸化数が低減している。

図３（ｂ）及び図３（ｄ）に示すように、アクセルをオンにした後、通常運転に移行すると、セル電圧が降下し、これにより白金の酸化数が減少し、白金の触媒として機能が回復することが分かる。

このようなセル電圧と白金の酸化数との性質に基づいた、ＥＣＵ５０による触媒機能の回復処理について説明する。図４は、燃料電池のセル電圧のタイミングチャートである。同図は、アクセルがオフになったときを０秒（図では０ｓ）としてある。０秒以前では、アクセルはオンであり、燃料電池２０は通常運転をしており、セル電圧は０．６Ｖである。

ここで、各種閾値を定義する。閾値ａは、セル電圧が高いと判定するための値である。閾値ａは、白金の酸化数が上昇し始めるセル電圧を設定すればよく、例えば、０．９から１．０Ｖの間で選択することが好ましい。本実施形態では、閾値ａを１．０Ｖとする。
閾値ｂは、セル電圧が低いと判定するための値である。閾値ｂは、白金の酸化数が減少し始めるセル電圧を設定すればよく、例えば、０．６Ｖから０．８Ｖの間で選択することが好ましい。本実施形態では閾値ｂを０．６Ｖとする。
第１の所定時間ｃは、アイドリング状態を継続させる時間である。第１の所定時間ｃは０秒より長く、３０秒以下であることが好ましい。本実施形態では第１の所定時間ｃを２０秒とする。
第２の所定時間ｄは、第１の所定時間ｃの経過後、燃料電池２０を停止させるまでの時間である。第２の所定時間ｄは、６０秒以上６００秒以下であることが好ましい。本実施形態では、第２の所定時間ｄを６００秒とする。

同図の０秒の段階でアクセルはオフにされ、アイドリング状態へと移行する。アイドリング状態には次のように移行する。ＥＣＵ５０（断接制御手段５２）は、アクセルがオフになったことを検知したとき、燃料電池２０を駆動モータ１０及び二次電池３０から電気的に切断、すなわち、コンタクタ（断接手段１００）を開状態とする。また、ＥＣＵ５０（燃料電池制御手段５１）は、アノード及びカソードに燃料ガス及び酸化ガスを供給することで、燃料電池２０をアイドリング状態にする。燃料電池２０がアイドリング状態となると、セル電圧は１．０Ｖに上昇する。セル電圧１．０Ｖは閾値ａ以上であるので、高いセル電圧であると判定される。

ＥＣＵ５０（燃料電池制御手段５１）は、アイドリング状態から第１の所定時間ｃが経過したときに、燃料ガス及び酸化ガスのガス供給量を増大させる。また、ＥＣＵ５０（断接制御手段５２）は、断接手段１００に接続させて、燃料電池２０により発電された電力を二次電池３０に供給する。

具体的には、ＥＣＵ５０（燃料電池制御手段５１）は、アイドリング状態が開始したときからの経過時間を計測する。そして、経過時間が第１の所定時間ｃを経過したとき、燃料電池制御手段５１は、圧力調整弁６３、開閉弁７３及びブロア７２などを制御して、燃料ガス及び酸化ガスの少なくとも一方のガス供給量を増大させる。一方、ＥＣＵ５０（断接制御手段５２）は、燃料電池２０を二次電池３０に電気的に接続すなわち、コンタクタ（断接手段１００）を閉状態とし、ＥＣＵ５０（充放電制御手段５４）は燃料電池２０の電力を二次電池３０に充電させる。

つまり、アクセルはオフであるにも関わらず、強制的に燃料電池２０に発電させ、その電力を二次電池３０に充電させてアイドリング状態を終わらせている。

図３（ａ）及び図３（ｃ）に示したように、アイドリング状態の継続時間が長いほど白金の酸化数が増大する。例えばアイドリング状態の継続時間が９０秒以上であると、白金の酸化数が限界に達してしまう。しかし、白金の酸化数が限界に達するまでの時間よりも短い時間として、例えば３０秒であれば、白金の酸化数は低く抑えられている。

したがって、図４に示すように、アイドリング状態の継続時間を、第１の所定時間ｃを０〜３０秒以下に短縮することで、白金の酸化数の程度、すなわち白金の触媒機能の劣化を抑えることができる。

また、図３（ｂ）及び図３（ｄ）に示したように、セル電圧が降下すると、白金の酸化数は減少し、ほぼゼロになり、白金の触媒機能が回復する。したがって、図４に示すように、燃料電池２０に発電させ、その電力を二次電池３０に充電させることで、図３（ｂ）でいうアクセルをオンにしたことと同様にセル電圧が降下し、白金の触媒機能を回復することができる。

また、燃料ガス及び酸化ガスのガス供給量を増大させる程度としては、ガス供給量を増大させるほど、早くセル電圧を降下させることができるが、ガス供給量の増大により発電された電力が二次電池３０の受入可能な充電量を超えないことが好ましい。

さらに、ＥＣＵ５０（燃料電池制御手段５１）は、燃料ガス及び酸化ガスの供給量を増大させてから第２の所定時間ｄが経過したとき、燃料電池２０への燃料ガス及び酸化ガスの供給を停止する。

具体的には、ＥＣＵ５０（燃料電池制御手段５１）は、燃料ガス及び酸化ガスの供給量を増大させてからの経過時間を計測する。そして、経過時間が第２の所定時間ｄを経過したとき、ＥＣＵ５０（燃料電池制御手段５１）は、圧力調整弁６３、開閉弁７３及びブロア７２などを制御して、燃料ガス及び酸化ガスの供給を停止する。このような制御により、燃料電池２０を停止させる。燃料電池２０の停止により、セル電圧は０Ｖから０．１Ｖとなる。

アイドリング状態を強制的に終了させた後（時刻Ｔ１以降）は、白金の触媒機能は回復しているが、燃料電池２０では燃料ガス及び酸化ガスを消費して発電している状態である。この状態は、第２の所定時間ｄが経過したときに、燃料電池２０の停止により終了する。したがって、白金の触媒機能を回復するために燃料電池２０に発電させている状態を、第２の所定時間ｄの経過後は継続させないので、燃料ガスを過度に消費することを回避できる。

第２の所定時間ｄは、６０秒以上６００秒以下であることが好ましい。６０秒より短いと、比較的短時間で燃料電池２０が停止するので、次にアクセルをオンにしようとした際に、燃料電池２０が停止している可能性が高くなってしまう。つまり、運転者にとっては、アイドリング状態においてアクセルをオンにしたときに、燃料電池２０が停止している可能性が高くなり、再度始動させるまでの応答が悪くなってしまう。また、第２の所定時間ｄが６００秒を超えると、燃料ガスを過度に消費してしまう。

本実施形態のような制御を行わない場合は、図４の点線で示すように、アイドリング状態が第１の所定時間ｃのみならず第２の所定時間ｃの分長く継続する。この場合、セル電圧が高い状態が続くことになるので、白金の触媒機能が劣化してしまう。

なお、ＥＣＵ５０（燃料電池制御手段５１）は、第１の所定時間ｃの途中や、第２の所定時間ｄの途中においてアクセルがオンになったことを検出したら、これに対応して通常運転に切り替える。

ここで、第２の所定時間ｄは、固定的である必要はなく、燃料電池２０への出力要求の頻度に応じて設定してもよい。

ＥＣＵ５０（頻度演算手段５３）は、燃料電池２０への出力要求の頻度を演算する。燃料電池２０への出力要求の頻度は、運転者の運転操作に起因した、燃料電池２０への出力要求であればよく、例えば、単位時間あたりにアクセルを踏んだ回数を用いることができる。

このような頻度を演算することで、運転者が将来において燃料電池２０に出力要求する可能性を推定することができる。つまり、頻度が高ければ、アクセルをオフにしてアイドリング状態になった後、長い時間を空けずに、再度アクセルをオンにする可能性が高いと推定できる。

そして、ＥＣＵ５０（燃料電池制御手段５１）は、頻度演算手段５３により演算された頻度が高いほど、第２の所定時間ｄを長く設定する。これにより、頻繁にアクセルをオンにする可能性が高い運転者に対しては、燃料電池２０が停止するまでの時間である第２の所定時間ｄが比較的長く設定される。したがって、そのような運転者がアクセルをオンにしたときに、燃料電池２０が停止している可能性を低くすることができる。

また、ＥＣＵ５０（燃料電池制御手段５１）は、燃料電池２０が発電した電力（以降、ＦＣ電力と称する）と、駆動モータ１０の回生電力との合計が二次電池３０に受入可能な電力を超える場合は、駆動モータ１０の回生電力を低減させる。具体的には、ＥＣＵ５０（燃料電池制御手段５１）は、ＦＣ電力と、回生電力とを検知し、これらの合計を計算する。また、ＥＣＵ５０（燃料電池制御手段５１）は、二次電池３０からＳＯＣ検出値を取得する。そして、ＥＣＵ５０（燃料電池制御手段５１）は、ＳＯＣ検出値及び前記合計に基づいて、前記合計が二次電池３０に受入可能な電力を超えるか否かを判定する。

前記合計が二次電池３０に受入可能な電力を超える場合、駆動モータ１０の回生電力を低減させる。具体的には、回生電力を、通常よりも早く減衰させる。駆動モータ１０からの回生電力が低減するので、ＦＣ電力をより多く二次電池３０に充電することができる。これにより、燃料ガスを用いて発電した電力を二次電池３０に充電することができる。

また、ＥＣＵ５０（燃料電池制御手段５１）は、アイドリング状態から第１の所定時間ｃが経過したときに、燃料ガス及び酸化ガスのガス供給量を増大させることで燃料電池２０の出力を増加させ、その電力を二次電池３０に供給したが、これに限定されない。例えば、下り坂などで運転者がアクセルをオフにしたアイドリング状態のときに、ＦＣ電力を駆動モータ１０へ供給してもよい。これにより、白金の触媒機能を回復するために燃料電池２０に発電させた電力を、駆動力として利用することができる。

また、ＦＣ電力を放電装置４０へ供給してもよい。例えば、二次電池３０の受入電力に余裕がなく、かつ、電動車両が停車中であるために駆動モータ１０へ駆動力を与えられないときに、有効である。

図５は、本実施形態の電動車両用の燃料電池システム１の動作を示すフロー図である。以下の処理は、ＥＣＵ５０により実行される。
まず、アクセルがオフであるかを検出する（ステップＳ１）。アクセルがオンであれば（ステップＳ１：Ｎｏ）、ステップＳ１にリターンする。アクセルがオンの場合は、特に図示しないが、アクセルの踏み込み量に応じて燃料電池２０の出力を制御し、また、二次電池３０の放電量を制御して、適切な駆動力で駆動モータ１０を駆動させる。

アクセルがオフであれば（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、燃料電池のセル電圧を検出し（ステップＳ２）、二次電池３０のＳＯＣ検出値を参照し（ステップＳ３）、駆動モータ１０による回生電力を検出する（ステップＳ４）。

次に、ＳＯＣ検出値が所定の閾値Ｘより小さいかを判定する（ステップＳ５）。閾値Ｘは、ＳＯＣ検出値がその閾値Ｘを下回ったら充電を開始すると判定するための値である。検出値が閾値Ｘよりも小さい場合（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、回生電力と、燃料電池が発電した電力（図ではＦＣ電力）との和が、二次電池３０で受入可能な電力以下となるまでＦＣ電力を増大し、それらの回生電力及びＦＣ電力を二次電池３０に充電する（ステップＳ６）。つまり、二次電池３０の充電量が十分ではないと判断し（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、充電を優先的に行う（ステップＳ６）。その後、リターンして、ステップＳ１からの処理を実行する。

ＳＯＣ検出値が閾値Ｘ以上である場合（ステップＳ５：Ｎｏ）、燃料電池２０のセル電圧が所定の閾値ａ以上であるかを判定する（ステップＳ７）。セル電圧が閾値ａ未満である場合（ステップＳ７：Ｎｏ）、ステップＳ１にリターンして上述の処理を繰り返す。すなわち、ステップＳ７がＮｏである場合は、燃料電池２０のセル電圧が高電圧ではないので、白金の酸化による触媒機能の劣化が生じていない、もしくは触媒機能の回復を要するほどではない状態と判断し、ステップＳ１にリターンする。

次に、セル電圧が閾値ａ以上である場合（ステップＳ７：Ｙｅｓ）、アクセルをオフにしてからの時間ｔが第１の所定時間ｃを超えたか（図では「ｔ＞ｃ」と略記してある）を判定する（ステップＳ８）。

時間ｔが第１の所定時間ｃ以下である場合（ステップＳ８：Ｎｏ）、ステップＳ１にリターンする。時間ｔが第１の所定時間ｃを超えている場合（ステップＳ８：Ｙｅｓ）、回生電力とＦＣ電力の和が二次電池の受入電力を超えているかを判定する（ステップＳ９）。

ステップＳ９でＹｅｓの場合、燃料電池２０への燃料ガス及び酸化ガスの供給量を増大し、ＦＣ電力を増大させ、そのＦＣ電力を二次電池に充電する（ステップＳ１０）。さらに、回生電力の出力を下げる（ステップＳ１１）。この回生電力の下げ幅は、回生電力とＦＣ電力との和から、二次電池の受入電力を超えた余剰電力分とする。ステップＳ９でＮｏの場合、燃料電池２０への燃料ガス及び酸化ガスのガス供給量を増大し、ＦＣ電力を増大させ、そのＦＣ電力を二次電池に充電する（ステップＳ１２）。ステップＳ１０、Ｓ１１の処理によってセル電圧が低下するので、白金の触媒機能を回復させることができる。

次に、時間ｔが第２の所定時間ｄを超えたか（図では「ｔ＞ｄ」と略記してある）を判定する（ステップＳ１３）。

時間ｔが第２の所定時間ｄ以下である場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）、ステップＳ１にリターンする。時間ｔが第２の所定時間ｄを超えている場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、燃料電池２０（図ではＦＣと略記している）を停止する（ステップＳ１４）。これにより、過度な燃料ガスの消費を回避することができる。

以上に説明したように、本実施形態の燃料電池システム１は、アクセルがオフであるにも関わらず、アイドリング状態の継続時間が第１の所定時間ｃを経過した後は、強制的に燃料電池２０が発電した電力を二次電池３０に充電させる。このような制御を行うことで、燃料電池２０のセル電圧を降下させ、白金の触媒機能を回復することができる。すなわち、本実施形態の燃料電池システム１によれば、アイドリング状態が長く続くことによる白金の酸化による触媒機能の劣化を抑制することができ、さらに、白金の触媒機能を回復することができる。これにより、燃料電池２０の発電性能を維持、回復することができる。

また、セル電圧を降下させるために、燃料ガス等を燃料電池２０に供給して発電させているが、この発電による電力は二次電池３０に充電されるため、電力を無駄にすることはない。

さらに、白金の触媒機能を回復するために燃料電池２０に発電させている状態を、第２の所定時間ｄ以上は継続させないので、燃料ガスを過度に消費することを回避できる。

また、電動車両用の燃料電池システム１によれば、頻繁にアクセルをオンにするなど、燃料電池２０への出力要求が頻繁となる可能性が高い運転者に対しては、燃料電池２０が停止するまでの時間である第２の所定時間ｄが比較的長く設定される。したがって、そのような運転者がアクセルをオンにしたときに、燃料電池２０が停止している可能性を低くすることができる。

また、電動車両用の燃料電池システム１によれば、アイドリング状態が第１の所定時間ｃを経過した後に、燃料電池２０の電力を放電装置４０へ供給する。二次電池３０の受入電力に余裕がなく、かつ、電動車両が停車中であるために駆動モータ１０へ駆動力を与えられない場合に有効である。

また、電動車両用の燃料電池システム１によれば、燃料電池２０の電力と駆動モータ１０の回生電力との合計が二次電池３０で受入可能な電力を超える場合、駆動モータ１０からの回生電力を低減させ、燃料電池２０の電力をより多く二次電池３０に充電することができる。これにより、燃料ガスを用いて発電した電力を二次電池３０に充電することができる。

〈他の実施形態〉
以上、本発明の一実施形態について説明したが、勿論、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。

実施形態１では、図４に示したように、アイドリング状態が第１の所定時間ｃを経過した後、セル電圧を閾値ｂの０．６Ｖ付近まで直線的に降下させたが、このような態様に限定されない。例えば、燃料ガス及び酸化ガスの供給量を段階的に増やすことで、セル電圧を閾値ｂまでに段階的または曲線状に降下させてもよい。
実施形態１では、頻度に応じて第２の所定時間ｄを設定したが、実施する必要はない。つまり、頻度に関わらず、第２の所定時間ｄを設定してもよい。
実施形態１では、アイドリング状態が第１の所定時間ｃを経過した後、ＦＣ電力を二次電池３０に供給したが、このような態様に限定されない。ＦＣ電力を二次電池３０のみ、駆動モータ１０のみ、二次電池３０及び駆動モータ１０、二次電池３０及び放電装置４０、駆動モータ１０及び放電装置４０に供給してもよい。さらには、ＦＣ電力を二次電池３０、駆動モータ１０及び放電装置４０に供給してもよい。
実施形態１では、ＦＣ電力と、駆動モータの回生電力の合計が二次電池３０の受入電力を超える場合、駆動モータ１０の回生電力を低減させたが、このような態様に限定されない。例えば、駆動モータ１０の回生電力を低減させず、余剰電力を放電装置４０で放電させてもよい。

１ 燃料電池システム
１０ 駆動モータ
２０ 燃料電池
３０ 二次電池
４０ 放電装置
５１ 燃料電池制御手段
５２ 断接制御手段
５３ 頻度演算手段
５４ 充放電制御手段
６０ 燃料ガス供給部
７０ 酸化ガス供給部
１００ 断接手段

Claims (4)

1. 電動車両の駆動輪を駆動する駆動モータと、
   燃料ガス及び酸化ガスが供給されて発電する燃料電池と、
   前記燃料電池が発電した電力を充電するとともに前記駆動モータに電力を供給する二次電池と、
   前記燃料電池から前記駆動モータ及び前記二次電池に供給される電力を断接する断接手段と、
   前記燃料電池の燃料供給制御と前記断接手段の断接制御とを行う制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、
   前記断接手段が切断されたアイドリング状態から第１の所定時間が経過した際に、前記燃料ガス及び前記酸化ガスのうち少なくとも一方のガス供給量を増大させると共に前記断接手段を接続させて前記燃料電池を前記駆動モータ又は前記二次電池に接続し、
   前記燃料ガス及び前記酸化ガスの少なくとも一方のガス供給量を増大させてから第２の所定時間が経過した際に、前記燃料電池への前記燃料ガス及び前記酸化ガスの供給を停止する
   ことを特徴とする電動車両用の燃料電池システム。
2. 請求項１に記載する電動車両用の燃料電池システムにおいて、
   前記制御手段は、前記燃料電池への出力要求の頻度を演算し、前記第２の所定時間を、当該頻度が高いほど長くする
   ことを特徴とする電動車両用の燃料電池システム。
3. 請求項１又は請求項２に記載する電動車両用の燃料電池システムにおいて、
   前記制御手段は、前記第１の所定時間が経過したとき、前記燃料電池により発電された電力を放電装置に供給する
   ことを特徴とする電動車両用の燃料電池システム。
4. 請求項１から請求項３の何れか一項に記載する電動車両用の燃料電池システムにおいて、
   前記二次電池は、前記駆動モータが発電した回生電力を充電することが可能であり、
   前記制御手段は、前記燃料電池が発電した電力と、前記駆動モータの回生電力との合計が前記二次電池に受入可能な電力を超える場合は、前記駆動モータの回生電力を低減させる
   ことを特徴とする電動車両用の燃料電池システム。
   
   
   

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