JP2021190254A - 燃料電池システムおよびその制御方法 - Google Patents

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真洋 伊藤
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Abstract

【課題】燃料電池システムが置かれる環境を踏まえた掃気処理を実行する。【解決手段】燃料電池システムは、燃料電池と、燃料電池システムが搭載された車両における特定位置の温度を取得する温度取得部と、前記燃料電池の運転停止時に燃料電池を掃気する掃気部と、前記燃料電池システムが停止されてから次に起動されるまでの間に前記温度取得部から前記特定位置の温度を１回以上取得し、前記特定位置の温度を用いて、次回の燃料電池システムの停止の際に前記掃気部による停止時掃気の要否の判定を行う制御部と、を備える。【選択図】図２

Description

本開示は、燃料電池システムおよびその制御方法に関する。
特許文献１には、車両に搭載された燃料電池システムが記載されている。この燃料電池システムは、車両走行中の外気温を取得しておき、燃料電池システムの停止時に掃気をするとき、最後に取得された外気温が所定の閾値以下の場合に、最後に取得された外気温が所定の閾値より高い場合に比べて掃気能力を高めて掃気する。
特開２０１７−０１０９０４号公報
特許文献１に記載された燃料電池システムでは、走行中の外気温を用いているため、燃料電池システムの停止中に冷え込む場合など、燃料電池システムが置かれる環境を踏まえた掃気処理については、さらなる改善の余地があった。
本開示は、以下の形態として実現することが可能である。
（１）本開示の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、燃料電池と、燃料電池システムが搭載された車両における特定位置の温度を取得する温度取得部と、前記燃料電池の運転停止時に燃料電池を掃気する掃気部と、前記燃料電池システムが停止されてから次に起動されるまでの間に前記温度取得部から前記特定位置の温度を１回以上取得し、前記特定位置の温度を用いて、次回の燃料電池システムの停止の際に前記掃気部による停止時掃気の要否の判定を行う制御部と、を備える。この形態によれば、制御部は、燃料電池システムの停止中の特定位置の温度から、燃料電池システムが置かれた環境の温度を予測できる。次回、燃料電池システムの停の際に、制御部は、燃料電池システムが置かれた環境を踏まえた掃気処理を実行できる。
（２）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記温度取得部は、特定位置の温度を複数回取得し、前記制御部は、前記停止時掃気の要否の判定において、測定された複数の温度のうちの最低値が予め定められた判定温度以下の場合には、次回の燃料電池システムの停止時掃気を要と判定してもよい。この形態によれば、特定位置の温度の最低値が予め定められた判定温度以下の場合には、燃料電池システムが置かれた環境が、例えば、冬と判定できる。
（３）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記温度取得部は、特定位置の温度を複数回取得し、前記制御部は、前記停止時掃気の要否の判定において、測定された複数の温度の遷移を用いて、前記特定位置の温度の最低値を推定し、推定された前記特定位置の温度の最低値が予め定められた判定温度以下の場合には、次回の燃料電池システムの停止時掃気を要と判定してもよい。この形態によれば、特定位置の温度の遷移から燃料電池システムが置かれた環境を推定できる。
（４）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記判定温度は、水の氷点であってもよい。この形態によれば、次回の燃料電池システムの停止時に、燃料電池内の水が凍結するような環境になるか、否かを判定できる。
（５）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池に冷却媒体を供給する冷却回路を備え、前記特定位置の温度は、前記冷却回路において前記燃料電池から排出される前記冷却媒体の温度であってもよい。燃料電池から冷却媒体が排出される位置の温度は、燃料電池の温度とほぼ同じである。この形態によれば、冷却媒体の温度から次回の燃料電池システムの停止時の燃料電池内の温度を判断できる。
（６）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記特定位置の温度は、前記燃料電池の温度であってもよい。この形態によれば、次回の燃料電池システムの停止時の燃料電池内の温度を直接判断できる。
（７）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記特定位置は、前記車両における外気温を測定可能な位置であってもよい。燃料電池システムの停止時の燃料電池内の温度は、外気温の影響を受けて変化する。この形態によれば、外気温から次回の燃料電池システムの停止時の燃料電池内の温度を判断できる。
（８）上記形態の燃料電池システムにおいて、外部と通信可能な通信部を備え、前記通信部を用いて外部から外気温を前記特定位置の温度として取得してもよい。この形態によれば、燃料電池システムを搭載する車両に、外気温を測定するセンサを備えなくても良い。
本開示は、燃料電池システム以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、燃料電池システムの制御方法や燃料電池の掃気方法遠等の形態で実現することができる。
燃料電池システムの概略構成図である。 制御部の掃気に関する構成を示す説明図である。 最低温度取得部が実行するソーク中の最低温度を記憶する処理フローチャートである。 パワースイッチオフ後の冷却水の温度と外気温の時間変化を示すグラフである。 冬判定の処理フローチャートである。 掃気処理フローチャートである。
図１は、燃料電池搭載車両（「車両」とも呼ぶ。）に用いられる燃料電池システム１０を模式的に示す説明図である。燃料電池システム１０は、燃料電池１００と、燃料ガス供給回路２００と、酸化剤ガス供給回路３００と、排ガス回路４００と、冷却回路５００と、負荷回路６００と、制御部７００と、を備える。
燃料電池１００は、燃料ガスと酸化剤ガスとを用いて発電を行う。本実施形態では、燃料ガスとして、水素を用い、酸化剤ガスとして、空気（空気中の酸素）を用いる。燃料電池１００には、燃料電池１００の温度Ｔｆを測定する温度センサ１０５が設けられている。なお、温度センサ１０５は省略可能である。
燃料ガス供給回路２００は、燃料ガスタンク２１０と、燃料ガス供給管２２０と、燃料ガス排気管２３０と、燃料ガス還流管２４０と、主止弁２５０と、レギュレーター２６０と、インジェクタ２７０と、気液分離器２８０と、水素ポンプ２９０と、を備える。燃料ガスタンク２１０は、燃料ガスを貯蔵する。燃料ガスタンク２１０と、燃料電池１００とは、燃料ガス供給管２２０で接続されている。燃料ガス供給管２２０上には、燃料ガスタンク２１０側から、主止弁２５０と、レギュレーター２６０と、インジェクタ２７０とが設けられている。主止弁２５０は、燃料ガスタンク２１０からの燃料ガスの供給をオン、オフする。レギュレーター２６０は、燃料電池１００に供給される燃料ガスの圧力を調整する。インジェクタ２７０は、燃料電池１００に燃料ガスを噴射する。
燃料ガス排気管２３０は、燃料電池１００からの燃料排ガスを排出する。燃料ガス還流管２４０は、燃料ガス排気管２３０と、燃料ガス供給管２２０に接続されている。燃料ガス排気管２３０と燃料ガス還流管２４０との間には、気液分離器２８０が設けられている。燃料排ガスには、消費されなかった水素と、燃料電池１００を通って移動してきた窒素などの不純物と、水が含まれている。気液分離器２８０は、燃料排ガス中の水と、ガス（水素と窒素などの不純物）とを分離する。燃料ガス還流管２４０には、水素ポンプ２９０が設けられている。水素ポンプ２９０は、気液分離器２８０により分離されたガスを燃料ガス供給管２２０に供給する。これにより、燃料電池システム１０は、燃料排ガスに含まれる消費されなかった水素を燃料として利用する。本実施形態では、水素ポンプ２９０を用いているが、代わりにエジェクタを用いても良い。
酸化剤ガス供給回路３００は、エアクリーナ３１０と、エアエアコンプレッサ３２０と、酸化剤ガス供給管３３０と、入口弁３４０と、大気圧センサ３５０と、外気温センサ３６０と、エアフローメータ３７０と、供給ガス温度センサ３８０と、供給ガス圧力センサ３９０と、を備える。エアクリーナ３１０は、空気を取り込む時に、空気中の塵埃を除去する。エアエアコンプレッサ３２０は、空気を圧縮し、酸化剤ガス供給管３３０を通して空気を燃料電池１００に送る。入口弁３４０は、酸化剤ガス供給管３３０の燃料電池１００への入口に設けられている。大気圧センサ３５０は、大気圧を測定する。外気温センサ３６０は、取り込む前の空気の温度を取得する。エアフローメータ３７０は、取り込んだ空気の量を測定する。なお、空気の供給量は、エアエアコンプレッサ３２０の回転数により変わる。供給ガス温度センサ３８０は、燃料電池１００に供給される空気の温度を測定し、供給ガス圧力センサ３９０は、燃料電池１００に供給される空気の圧力を測定する。
排ガス回路４００は、排ガス管４１０と、調圧弁４２０と、燃料ガス排出管４３０と、排気排水弁４４０と、酸化剤ガスバイパス管４５０と、バイパス弁４６０と、サイレンサー４７０とを備える。排ガス管４１０は、燃料電池１００の酸化剤排ガスを排出する。排ガス管４１０には、調圧弁４２０が設けられている。調圧弁４２０は、燃料電池１００中の空気の圧力を調整する。燃料ガス排出管４３０は、気液分離器２８０と、排ガス管４１０とを接続している。燃料ガス排出管４３０上には、排気排水弁４４０が設けられている。制御部７００は、燃料排ガス中の窒素濃度が高くなったとき、あるいは、気液分離器２８０中の水の量が多くなったときには、排気排水弁４４０を開け、気液分離器２８０に溜まった水とガスを排ガス管４１０に排出する。排出されるガスは、窒素などの不純物と水素とを含む。本実施形態では、燃料ガス排出管４３０は、排ガス管４１０に接続されており、排出されるガス中の水素は、酸化剤排ガスにより、希釈される。酸化剤ガスバイパス管４５０は、酸化剤ガス供給管３３０の入口弁３４０の上流側と、排ガス管４１０の調圧弁４２０の下流側とを接続する。酸化剤ガスバイパス管４５０には、バイパス弁４６０が設けられている。制御部７００は、排気排水弁４４０を開けて、水とガス（窒素などの不純物と水素）を排出するときに、バイパス弁４６０を開けて排ガス管４１０に空気を流し、水素を希釈する。また、燃料電池１００に要求される電力が少ない場合には、制御部７００は、バイパス弁４６０を開けれ、燃料電池１００に供給する空気を減少する。サイレンサー４７０は、排ガス管４１０の下流部に設けられており、排気音を減少させる。なお、入口弁３４０とバイパス弁４６０の代わりに、酸化剤ガス供給管３３０と酸化剤ガスバイパス管４５０との接合部に三方弁を用いても良い。
冷却回路５００は、冷却水供給管５１０と、冷却水排出管５１５と、ラジエータ管５２０と、ウォーターポンプ５２５と、ラジエータ５３０と、バイパス管５４０と、三方弁５４５と、温度センサ５５０と、を備える。冷却水供給管５１０は、燃料電池１００に冷却水を供給するための管であり、冷却水供給管５１０にはウォーターポンプ５２５が配置されている。冷却水排出管５１５は、燃料電池１００から冷却水を排出するための管である。冷却水排出管５１５の下流部は、三方弁５４５を介して、ラジエータ管５２０と、バイパス管５４０と、に接続されている。ラジエータ管５２０には、ラジエータ５３０が設けられている。ラジエータ５３０には、ラジエータファン５３５が設けられている。ラジエータファン５３５は、ラジエータ５３０に風を送り、ラジエータ５３０からの放熱を促進する。ラジエータ管５２０の下流部と、バイパス管５４０の下流部とは、冷却水供給管５１０に接続されている。温度センサ５５０は、燃料電池１００から排出される冷却水の温度Ｔｗを測定する。
負荷回路６００は、燃料電池昇圧コンバーター６０５と、インバーター６１０と、主駆動モーター６２０と、ＤＣ／ＤＣコンバーター６３０と、補機６４０と、二次電池６５０と、を備える。燃料電池昇圧コンバーター６０５は、燃料電池１００が発生させる電圧を、主駆動モーター６２０を駆動できる電圧に昇圧する。インバーター６１０は、昇圧された直流電圧を交流電圧に変換して、主駆動モーター６２０に供給する。主駆動モーター６２０は、燃料電池搭載車両を駆動する駆動モーターである。また、主駆動モーター６２０は、燃料電池搭載車両の減速時には、回生モーターとして機能する。ＤＣ／ＤＣコンバーター６３０は、燃料電池１００の電圧を制御する。また、燃料電池１００の電圧を変換して二次電池６５０に供給し、あるいは、二次電池６５０の電圧を変換してインバーター６１０に供給する。二次電池６５０は、燃料電池１００からの電力や、主駆動モーター６２０による回生により得られた電力を充電するとともに、主駆動モーター６２０や補機６４０を駆動するための電源として機能する。補機６４０は、燃料電池システム１０内の各部に配置されている各モーター（例えば、ポンプ類などの動力となるモーター、但し、主駆動モーター６２０を除く）や、これらのモーターを駆動するためのインバーター類、更には各種の車載補機（例えば、エアコンプレッサ、インジェクタ、冷却水循環ポンプ、ラジエータなど）を総称するものである。したがって、図１及び説明では、独立して記載しているが、水素ポンプ２９０、エアエアコンプレッサ３２０、ウォーターポンプ５２５、ラジエータファン５３５を駆動するモーター（図示せず）等も補機６４０に含まれる。
制御部７００は、燃料ガス供給回路２００と、酸化剤ガス供給回路３００と、排ガス回路４００と、冷却回路５００の動作を制御する。すなわち、制御部７００は、図示しない鉛バッテリの電源Ｖｃｃにより駆動され、燃料電池システム１０が動作していなくても、電源が供給される。
図２は、制御部７００の掃気に関する構成を示す説明図である。制御部７００は、最低温度取得部７１０と、掃気制御部７２０と、ウェイクアップタイマ７２８と、を備える。最低温度取得部７１０は、燃料電池システム１０が停止しているソーク中において、燃料電池システム１０が搭載された車両における予め定められた特定位置の最低温度Ｔｓｍｉｎを取得する。特定位置は、冷却回路５００における燃料電池１００の出口であり、特定位置の温度は、冷却媒体である冷却水の温度Ｔｗであり、温度取得部である温度センサ５５０により取得される。なお、特定位置を燃料電池１００そのものとしてもよい。この場合、特定位置の温度は、燃料電池１００の温度Ｔｆであり、温度センサ１０５により取得される。最低温度取得部７１０は、外気温Ｔａを車両の特定位置の温度としても良い。以下、特定位置を冷却回路５００における燃料電池１００の出口として説明する。
最低温度取得部７１０は、温度比較部７１２と、最低温度格納部７１４と、を備える。最低温度格納部７１４は、特定位置の最低温度Ｔｓｍｉｎを格納する。温度比較部７１２は、冷却水の温度Ｔｗと、最低温度格納部７１４に格納されている特定位置の最低温度Ｔｓｍｉｎとを比較し、低い方の温度を特定位置の最低温度Ｔｓｍｉｎとして最低温度格納部７１４に格納する。なお、冷却水の温度Ｔｗと最低温度格納部７１４に格納されている特定位置の最低温度Ｔｓｍｉｎとが等しい場合には、温度比較部７１２は、最低温度格納部７１４の特定位置の最低温度Ｔｓｍｉｎを、そのまま維持してもよく、冷却水の温度Ｔｗを特定位置の最低温度Ｔｓｍｉｎとして最低温度格納部７１４に格納してもよい。
掃気制御部７２０は、掃気判定部７２２と、フラグ格納部７２４と、掃気実行部７２６と、を備える。掃気判定部７２２は、パワースイッチ７３０がオンにされ、燃料電池システム１０が動作しているときに、最低温度格納部７１４に格納されている特定位置の最低温度Ｔｓｍｉｎと、特定位置の温度Ｔｗと、外気温Ｔａとを用いて、次回の燃料電池システム１０の停止の際の掃気（以下、「停止時掃気」と呼ぶ）の要否を判定する。フラグ格納部７２４は、掃気判定部７２２の判定結果をフラグＦｗとして格納する。掃気判定部７２２は、外気温Ｔａを外気温センサ３６０から取得してもよく、外部と通信可能な通信部７４０を用いて、車両の外部から取得しても良い。例えば、Ｖ２Ｖ（Ｖｅｈｉｃｌｅ−ｔｏ−Ｖｅｈｉｃｌｅ）やＶ２Ｎ（Ｖｅｈｉｃｌｅ−ｔｏ−ｃｅｌｌｕｌａｒ−Ｎｅｔｗｏｒｋ）を用いて、近傍の他の車両や携帯電話やスマートフォンの基地局を介した通信ネットワークで接続されるサーバから外気温Ｔａを取得しても良い。外気温センサ３６０と通信部７４０は、いずれか一方のみ備える構成であってもよい。
掃気実行部７２６は、パワースイッチ７３０がオフにされ、燃料電池システム１０が停止する際に、フラグ格納部７２４に格納されたフラグＦｗの値を読み込み、停止時掃気が要のフラグＦｗが立っている場合に、すなわち、フラグＦｗが値１の場合、エアコンプレッサ３２０及び水素ポンプ２９０を駆動し、排気排水弁４４０を開弁して、停止時掃気を実行する。ウェイクアップタイマ７２８は、一定時間ごとに最低温度取得部７１０をウェイクアップさせるタイマである。
図３は、最低温度取得部７１０が実行するソーク中の最低温度を記憶する処理フローチャートである。最低温度取得部７１０は、ステップＳ１００でパワースイッチ７３０がオフにされたことを受け付けると、処理をステップＳ１１０に移行し、最低温度格納部７１４に格納されている特定位置の最低温度Ｔｓｍｉｎをリセットする。最低温度取得部７１０は、最低温度Ｔｓｍｉｎをパワースイッチ７３０がオフにされる直前の冷却回路５００における燃料電池１００の出口の冷却水の温度Ｔｗとする。なお、最低温度取得部７１０は、最低温度Ｔｓｍｉｎを、冬判定されない十分に高い温度に設定しても良い。最低温度取得部７１０は、その後、処理をステップＳ１２０に移行し、停止する。最低温度取得部７１０の停止とは、最低温度取得部７１０としての動作を休止することを意味する。この状態で、最低温度取得部７１０は、電力をほとんど消費しない状態となる。こうした休止状態は、内部の動作クロック周波数を限りなくゼロに近づけたり、内部状態を不揮発性メモリに保存して自身の電源を完全に落としてしまう、といったことにより実現できる。
ステップＳ１３０で、掃気制御部７２０のウェイクアップタイマ７２８からウェイクアップ指示を受け付けると、最低温度取得部７１０は、ステップＳ１４０で、ウェイクアップする。本実施形態では、ウェイクアップとは、燃料電池システム１０の一部の構成が、制御部７００からの指示により、一時的に動作を開始することを意味する。掃気制御部７２０は、パワースイッチ７３０がオフにされると、最低温度取得部７１０に対し、所定時間ごとに、ウェイクアップ指示を送る。所定時間は、例えば、１時間である。所定時間は、１時間より短い時間、例えば３０分でもよく、１時間より長い時間、例えば２時間でもよい。
ステップＳ１５０では、最低温度取得部７１０は、温度センサ５５０から燃料電池１００の出口における冷却水の温度Ｔｗを取得する。ステップＳ１６０では、最低温度取得部７１０は、最低温度格納部７１４に格納されている特定位置の最低温度Ｔｓｍｉｎを読み出し、ステップＳ１５０で取得した冷却水の温度Ｔｗと比較し、低い方の温度を特定位置の最低温度Ｔｓｍｉｎとして最低温度格納部７１４に格納する。なお、特定位置の最低温度Ｔｓｍｉｎがリセットされた直後には、ステップＳ１５０で取得した冷却水の温度Ｔｗを定位置の最低温度Ｔｓｍｉｎとして最低温度格納部７１４に格納する。その後ステップＳ１７０で、最低温度取得部７１０は、再び動作を停止し、上述した休止状態となる。
ステップＳ１８０でパワースイッチ７３０がオンにされた場合には、ソーク中の最低温度を記憶する処理を停止する。パワースイッチ７３０がオンにされない場合には、処理がステップＳ１３０に移行され、同様に処理が繰り返される。
図４は、パワースイッチ７３０オフ後の冷却水の温度Ｔｗと外気温の時間変化を示すグラフである。冷却回路５００における燃料電池１００の出口の冷却水の温度Ｔｗは、パワースイッチ７３０がオフにされ、燃料電池１００の発電が停止すると、外気温Ｔａに近づこうとする。
時刻ｔ０でパワースイッチ７３０がオフにされると（図３のステップＳ１００）、最低温度取得部７１０は、最低温度格納部７１４に格納されている最低温度Ｔｓｍｉｎをリセットし、パワースイッチ７３０がオフにされる直前の冷却回路５００における燃料電池１００の出口の冷却水の温度Ｔｗを最低温度Ｔｓｍｉｎとして最低温度格納部７１４に格納する。
時刻ｔ１では、最低温度取得部７１０が一時的にウェイクアップする（図３のステップ１４０〜Ｓ１７０）。最低温度取得部７１０は、冷却回路５００における燃料電池１００の出口の冷却水の温度Ｔｗを取得し（図３のステップＳ１５０）、冷却水の温度Ｔｗと最低温度Ｔｓｍｉｎの低い方の温度を最低温度Ｔｓｍｉｎとして、最低温度格納部７１４に格納する。図４の例では、時刻ｔ７までは、Ｔｗ＜Ｔｓｍｉｎなので、最低温度取得部７１０は、冷却水の温度Ｔｗを最低温度Ｔｓｍｉｎとして、最低温度格納部７１４に格納している。時刻ｔ８からパワースイッチ７３０がオンにされる時刻ｔｓまでの間は、Ｔｓｍｉｎ＜Ｔｗなので、最低温度取得部７１０は、最低温度格納部７１４に格納されている最低温度Ｔｓｍｉｎを維持する。
図５は、掃気判定部７２２が実行する冬判定の処理フローチャートである。気判定部７２２は、パワースイッチがオンにされるまで待機し、ステップＳ２００で、パワースイッチ７３０がオンにされると、掃気判定部７２２は、処理をステップＳ２１０に移行する。
ステップＳ２１０では、掃気判定部７２２は、特定位置の最低温度Ｔｓｍｉｎが判定温度Ｔｗｊよりも低いか否かを判断し、特定位置の最低温度Ｔｓｍｉｎが判定温度Ｔｗｊよりも低い場合には、処理をステップＳ２６０に移行し、低くない場合には、処理をステップＳ２２０に移行する。判定温度Ｔｗｊは、例えば、純水の氷点である０℃である。判定温度Ｔｗｊは、０℃より高くても低くてもよい。また、燃料電池１００内の水の氷点は、凝固点降下により、純水の氷点より低い場合があるので、こうした場合には、判定温度Ｔｗｊは、０℃より低くてもよい。
ステップＳ２２０では、掃気判定部７２２は、燃料電池システム１０の起動時における燃料電池１００の出口の冷却水の起動時温度Ｔｗｓを取得する。ステップＳ２３０では、掃気判定部７２２は、冷却水の起動時温度Ｔｗｓが判定温度Ｔｗｊよりも低いか否かを判断し、冷却水の起動時温度Ｔｗｓが判定温度Ｔｗｊよりも低い場合には、処理をステップＳ２６０に移行し、低くない場合には、処理をステップＳ２４０に移行する。
ステップＳ２４０では、掃気判定部７２２は、外気温Ｔａを取得する。ステップＳ２５０では、掃気判定部７２２は、外気温Ｔａが判定温度Ｔａｊ以下か否かを判断し、外気温Ｔａが判定温度Ｔａｊ以下の場合には、処理をステップＳ２６０に移行し、外気温Ｔａが判定温度Ｔａｊよりも高い場合には、処理をステップＳ２８５に移行する。
ステップＳ２６０では、掃気判定部７２２は、冬判定をし、フラグＦｗを立てる。具体的には、掃気判定部７２２は、フラグ格納部７２４に格納するフラグＦｗを値１とする。ここで、冬判定とは、季節的な条件により車両が特定の環境に置かれていることを総合的に判定する処理である。掃気判定部７２２は、冬判定をしたときに、フラグＦｗを値１とする。特に、季節としての「冬」を判定しているのではなく、燃料電池車両の始動条件として、様々な判断と処理を行う場合の総合的な環境条件を判定する処理である。このフラグＦｗの値は、燃料電池の始動時などの制御において、後述する掃気処理（図６）を始めとし、種々の処理において参照されることがある。
ステップＳ２７０では、掃気判定部７２２は、冬判定の解除条件を満たしたか否かを判断する。掃気判定部７２２は、冬判定の解除条件を満たしている場合には、処理をステップＳ２８０に移行し、満たしていない場合には、処理をステップＳ２８５に移行する。ここで、冬判定の解除条件は、例えば、外気温Ｔａが５℃以上であり、かつ、車両が時速３０ｋｍ以上で２分以上走行した場合である。外気温Ｔａのみで冬判定の解除を判定していないのは、例えば、車両が暖かい屋内で走行すると、屋外の外気温が低い場合にも冬判定が解除されてしまうからである。車両が時速３０ｋｍ以上で２分以上、屋内を走行する可能性は、低いため、時速３０ｋｍ以上で２分以上走行できる場合は、屋外での走行と判断できるからである。なお、ステップＳ２７０からわかるように、掃気判定部７２２は、走行中の外気温Ｔａを常にモニタしており、冬判定の解除の判定を実施している。
ステップＳ２８０では、掃気判定部７２２は、冬判定を解除し、フラグＦｗを下ろす。具体的には、掃気判定部７２２は、フラグ格納部７２４に格納するフラグＦｗを値０とする。ステップＳ２８５では、冬判定されている場合は、冬判定を維持し、冬判定をされていない場合には、冬判定されていない状態を維持する。具体的には、掃気判定部７２２は、フラグ格納部７２４に格納するフラグＦｗの値を維持する。
ステップＳ２９０で、パワースイッチ７３０がオフにされると、掃気判定部７２２は、冬判定処理を終了する。
図６は、掃気実行部７２６が実行する掃気処理のフローチャートである。ステップＳ３００で、パワースイッチ７３０がオンにされると、掃気実行部７２６は、処理をステップＳ３１０に移行する。
ステップＳ３１０では、掃気実行部７２６は、フラグ格納部７２４からフラグＦｗの値を取得する。ステップＳ３２０では、掃気実行部７２６は、フラグＦｗが値１か否かを判定する。掃気実行部７２６は、フラグＦｗが値１である場合には、処理をステップＳ３３０に移行し、値１でない場合、すなわち値０の場合には、処理をステップＳ３４０に移行する。
ステップＳ３３０では、掃気実行部７２６は、入口弁３４０と、調圧弁４２０とを開弁し、エアコンプレッサ３２０を駆動し、停止時掃気を実行する。その後、エアコンプレッサ３２０の駆動を停止し、入口弁３４０と、調圧弁４２０とを閉弁する。
ステップＳ３４０では、制御部７００は、燃料電池システムをシャットダウンする。
以上、説明したように、本実施形態では、パワースイッチ７３０がオフにされた状態で、制御部７００は、ソーク中の燃料電池１００の出口における冷却水の温度Ｔｗの最低温度Ｔｓｍｉｎ取得しておき、パワースイッチ７３０がオンにされた状態で冬判定を行い、次回にパワースイッチ７３０がオフにされたとき、その冬判定の結果を用いて停止時掃気の要否を判定する。そのため、燃料電池システム１０の停止中に冷え込む可能性が高い場合においても、停止時掃気を実行できる。
本実施形態では、パワースイッチ７３０がオフにされてから掃気実行部７２６が停止時掃気を実行し、その後、制御部７００が燃料電池システム１０をシャットダウンしている。こうすれば、燃料電池システム１０の停止中に冷え込む場合においても、燃料電池１００内の水が凍る前に掃気できる。なお、パワースイッチ７３０がオフにされた際には、停止時掃気を実行せずに制御部７００が燃料電池システム１０をシャットダウンし、シャットダウン後所定時間経過時に、停止時掃気を実行しても良い。
本実施形態では、掃気実行部７２６は、フラグＦｗが値１の場合に、停止時掃気を実行し、フラグＦｗが値１でない場合に停止時掃気を実行しないようにしたが、掃気実行部７２６は、フラグＦｗが値１の場合に、エアコンプレッサ３２０の回転数を高めて強い停止時掃気を実行し、フラグＦｗが値１でない場合にエアコンプレッサ３２０の回転数を低くして弱い停止時掃気を実行するように、停止時掃気に強弱を変えても良い。
本実施形態では、特定位置を 冷却回路５００において燃料電池から冷却液が排出される出口としているが、燃料電電池スタック１００自身であってもよく、外気温を測定できる位置であってもよい。例えば、外気温センサ３６０の他、エアコンディショナーの外気温センサから外気温を取得しても良い。
本実施形態では、掃気判定部７２２は、ソーク中の特定位置の最低温度を用いて、停止時掃気の要否を判定しているが、特定位置の温度の遷移を用いて、特定位置の最低温度を推定し、停止時掃気の要否を判定に用いても良い。具体的には、掃気判定部７２２は、特定位置の温度を３つ以上取得し、外挿することで、最低温度を推定してもよい。
上記燃料電池システム１０において、燃料電池システム１０の起動と停止は、パワースイッチ７３０への入力に基づいて行われるとして説明したが、他のコントローラーにより、燃料電池システム１０の起動と停止行っても良い。
上記形態において、最低温度取得部７１０は通信部７４０を介して外気温Ｔａを取得する場合、外部のセンターや、自車両の近くの車両から外気温Ｔａを取得してもよい。
本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
１０…燃料電池システム、１００…燃料電池、１０５…温度センサ、２００…燃料ガス供給回路、２１０…燃料ガスタンク、２２０…燃料ガス供給管、２３０…燃料ガス排気管、２４０…燃料ガス還流管、２５０…主止弁、２６０…レギュレーター、２７０…インジェクタ、２８０…気液分離器、２９０…水素ポンプ、３００…酸化剤ガス供給回路、３１０…エアクリーナ、３２０…エアコンプレッサ、３３０…酸化剤ガス供給管、３４０…入口弁、３５０…大気圧センサ、３６０…外気温センサ、３７０…エアフローメータ、３８０…供給ガス温度センサ、３９０…供給ガス圧力センサ、４００…排ガス回路、４１０…排ガス管、４２０…調圧弁、４３０…燃料ガス排出管、４４０…排気排水弁、４５０…酸化剤ガスバイパス管、４６０…バイパス弁、４７０…サイレンサー、５００…冷却回路、５１０…冷却水供給管、５１５…冷却水排出管、５２０…ラジエータ管、５２５…ウォーターポンプ、５３０…ラジエータ、５３５…ラジエータファン、５４０…バイパス管、５４５…三方弁、５５０…温度センサ、６００…負荷回路、６０５…燃料電池昇圧コンバーター、６１０…インバーター、６２０…主駆動モーター、６３０…ＤＣ／ＤＣコンバーター、６４０…補機、６５０…二次電池、７００…制御部、７１０…最低温度取得部、７１２…温度比較部、７１４…最低温度格納部、７２０…掃気制御部、７２２…掃気判定部、７２４…フラグ格納部、７２６…掃気実行部、７２８…ウェイクアップタイマ、７３０…パワースイッチ、７４０…通信部

Claims (9)

  1. 燃料電池システムであって、
    燃料電池と、
    燃料電池システムが搭載された車両における特定位置の温度を取得する温度取得部と、
    前記燃料電池の運転停止時に燃料電池を掃気する掃気部と、
    前記燃料電池システムが停止されてから次に起動されるまでの間に前記温度取得部から前記特定位置の温度を１回以上取得し、前記特定位置の温度を用いて、次回の燃料電池システムの停止の際に前記掃気部による停止時掃気の要否の判定を行う制御部と、
    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であって、
    前記温度取得部は、特定位置の温度を複数回取得し、
    前記制御部は、前記停止時掃気の要否の判定において、測定された複数の温度のうちの最低値が予め定められた判定温度以下の場合には、次回の燃料電池システムの停止時掃気を要と判定する、燃料電池システム。
  3. 請求項１に記載の燃料電池システムであって、
    前記温度取得部は、特定位置の温度を複数回取得し、
    前記制御部は、前記停止時掃気の要否の判定において、測定された複数の温度の遷移を用いて、前記特定位置の温度の最低値を推定し、推定された前記特定位置の温度の最低値が予め定められた判定温度以下の場合には、次回の燃料電池システムの停止時掃気を要と判定する、燃料電池システム。
  4. 請求項２または請求項３に記載の燃料電池システムであって、
    前記判定温度は、水の氷点である、燃料電池システム。
  5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、
    前記燃料電池に冷却媒体を供給する冷却回路を備え、
    前記特定位置の温度は、前記冷却回路において前記燃料電池から排出される前記冷却媒体の温度である、燃料電池システム。
  6. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、
    前記特定位置の温度は、前記燃料電池の温度である、燃料電池システム。
  7. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、
    前記特定位置は、前記車両における外気温を測定可能な位置である、燃料電池システム。
  8. 請求項７に記載の燃料電池システムであって、
    外部と通信可能な通信部を備え、
    前記通信部を用いて外部から外気温を前記特定位置の温度として取得する、燃料電池システム。
  9. 燃料電池システムの制御方法であって、
    燃料電池システムが停止されてから次に起動されるまでの間に、燃料電池システムが搭載された車両における特定位置の温度を１回以上取得し、前記特定位置の温度を用いて、次回の燃料電池システムの停止の際の燃料電池の掃気である停止時掃気を実行するか否かを判定する、燃料電池システムの制御方法。
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