JP4498708B2

JP4498708B2 - 燃料電池運転装置

Info

Publication number: JP4498708B2
Application number: JP2003324811A
Authority: JP
Inventors: 知樹小林; 保紀小谷; 稔魚嶋
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2003-09-17
Filing date: 2003-09-17
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2023-09-17
Also published as: JP2005093231A

Description

この発明は、燃料電池の運転装置に関するものである。

燃料電池の凍結を防止するために燃料電池の固体高分子電解質膜の少なくとも一部が０°Ｃ以下になる前に燃料電池の反応ガス流路から水を排出する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
ここで、カソード側の反応ガスとして空気を用いている場合に、発電停止後にコンプレッサを所定時間だけ運転してカソードに圧縮空気を流通させることによりカソードから水を排出する方法が考えられる。
特表２０００−５１２０６８号公報

しかしながら、発電停止時に燃料電池内に残留する水の量は、停止時の状態（停止前の発電時間の長短や、外部環境温度の相違など）によって異なり、残留する水の量によってコンプレッサの運転時間を変えることが望ましいが、現実には燃料電池内に残留する水の量を計測する手段がなく、水の量に応じたコンプレッサの最適運転時間を設定することは困難であった。その結果、必要以上にコンプレッサを運転してエネルギーを無駄に消費したり、燃料電池内を必要以上に乾燥させる虞もある。
そこで、この発明は、反応ガス流路の凍結を防止でき、排水に必要なエネルギーを最小限に抑えることができる燃料電池運転装置を提供するものである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、各々の流路に反応ガスとしての燃料ガスと酸化剤ガスとを供給し電気化学反応によって発電を行う燃料電池（例えば、後述する実施例における燃料電池１）と、コンプレッサ（例えば、後述する実施例におけるコンプレッサ７）で加圧した酸化剤ガスを前記燃料電池内に供給する供給流路（例えば、後述する実施例における空気供給流路８）と、前記燃料電池内を通過した前記酸化剤ガスを排出する排出流路（例えば、後述する実施例における空気排出流路９）と、前記供給流路内の圧力を検出する第１圧力検出手段（例えば、後述する実施例における入口側圧力センサ２４）と、前記排出流路内の圧力を検出する第２圧力検出手段（例えば、後述する実施例における出口側圧力センサ２５）と、外気温度を検出する外気温検出手段（例えば、後述する実施例における外気温センサ２０）と、前記燃料電池からの電力供給が遮断されたときに前記コンプレッサへの電力供給を可能とする補助電源（例えば、後述する実施例における補助電源）と、前記コンプレッサの運転を制御する制御手段（例えば、後述する実施例におけるＥＣＵ１９）と、を備えた燃料電池運転装置において、前記制御手段は、前記燃料電池の運転停止に際し該燃料電池からの電力の供給を遮断したときに、前記補助電源からの電力供給で前記コンプレッサを運転するとともに、前記燃料電池への酸化剤ガスの供給量を外気温度が低いほど大きい流量に設定し、この設定流量で一定となるように前記コンプレッサの回転数をフィードバック制御し、さらに、前記前記第１圧力検出手段の検出値と前記第２圧力検出手段の検出値の差が所定値以下になったときに前記コンプレッサを停止することを特徴とする。
燃料電池の停止時には、凍結防止のため、発電時に発生する生成水を排出する必要があるが、燃料電池内の酸化剤ガスが流通する流路内に残留している水の量を流路内の圧力変化により推定し、これによりコンプレッサの運転を制御する。

そして、請求項１では、酸化剤ガスの供給流路と排出流路の圧力の差圧を検出することにより、燃料電池内の酸化剤ガスが流通する流路内に残留している水の量を精度良く管理することができるため、前記差圧が所定値以下になったときにコンプレッサを停止することにより、排水に必要なエネルギーを最小に抑えることができる。
また、前記燃料電池への酸化剤ガスの供給量を外気温度が低いほど大きい流量に設定することにより、確実に排水を行わせることが可能となり、また、燃料電池を停止する際に燃料電池内の水を排出するのに必要な時間を常に同等にすることが可能となり、常温時と同等の時間で排水を完了させることが可能となる。
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記制御手段は、外気温度が低いほど前記所定値を小さい値に設定することを特徴とする。
このように構成すると、外気温度に見合った排出量を設定することができるため、排水に必要なエネルギーを過不足なく調整することができる。例えば、氷点下時のような水が凍結してしまう虞があるときには、念入りに排水を行うことが可能となり、凍結の虞がないときには、必要最低限の排水に抑えることができるため、排水に必要なエネルギーを過不足なく調整することができる。

請求項３に係る発明は、各々の流路に反応ガスとしての燃料ガスと酸化剤ガスとを供給し電気化学反応によって発電を行う燃料電池（例えば、後述する実施例における燃料電池１）と、コンプレッサ（例えば、後述する実施例におけるコンプレッサ７）で加圧した酸化剤ガスを前記燃料電池内に供給する供給流路（例えば、後述する実施例における空気供給流路８）と、前記燃料電池内を通過した前記酸化剤ガスを排出する排出流路（例えば、後述する実施例における空気排出流路９）と、前記供給流路内または前記排出流路内の圧力を検出する圧力検出手段（例えば、後述する実施例における入口側圧力センサ２４または出口側圧力センサ２５）と、外気温度を検出する外気温検出手段（例えば、後述する実施例における外気温センサ２０）と、前記燃料電池からの電力供給が遮断されたときに前記コンプレッサへの電力供給を可能とする補助電源（例えば、後述する実施例における補助電源）と、前記コンプレッサの運転を制御する制御手段（例えば、後述する実施例におけるＥＣＵ１９）と、を備えた燃料電池運転装置において、前記制御手段は、前記燃料電池の運転停止に際し該燃料電池からの電力の供給を遮断したときに、前記補助電源からの電力供給で前記コンプレッサを運転するとともに、前記燃料電池への酸化剤ガスの供給量を外気温度が低いほど大きい流量に設定し、この設定流量で一定となるように前記コンプレッサの回転数をフィードバック制御し、さらに、前記圧力検出手段の検出値が、前記燃料電池からの電力の供給を遮断したときの前記圧力検出手段の検出値から所定値以上変化したときに前記コンプレッサを停止する。
燃料電池の停止時には、凍結防止のため、発電時に発生する生成水を排出する必要があるが、燃料電池内の酸化剤ガスが流通する流路内に残留している水の量を流路内の圧力変化により推定し、これによりコンプレッサの運転を制御する。
そして、請求項３では、酸化剤ガスの供給流路内または排出流路内の圧力の変化量を検出することにより、燃料電池内の酸化剤ガスが流通する流路内に残留している水の量を管理することができるため、前記変化量が所定値以上になったときにコンプレッサを停止することにより、排水に必要なエネルギーを最小に抑えることができる。さらに、請求項１に比べて圧力検出手段の数を削減することが可能となる。
また、前記燃料電池への酸化剤ガスの供給量を外気温度が低いほど大きい流量に設定することにより、確実に排水を行わせることが可能となり、また、燃料電池を停止する際に燃料電池内の水を排出するのに必要な時間を常に同等にすることが可能となり、常温時と同等の時間で排水を完了させることが可能となる。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載の発明において、前記制御手段は、外気温度が低いほど前記所定値を大きい値に設定することを特徴とする。
このように構成すると、外気温度に見合った排出量を設定することができるため、排水に必要なエネルギーを過不足なく調整することができる。例えば、氷点下時のような水が凍結してしまう虞があるときには、念入りに排水を行うことが可能となり、凍結の虞がないときには、必要最低限の排水に抑えることができるため、排水に必要なエネルギーを過不足なく調整することができる。

請求項５に係る発明は、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の発明において、前記制御手段は、酸化剤ガスの前記設定流量を、前記燃料電池からの電力の供給を遮断する前のアイドル時における酸化剤ガスの供給量よりも大きい値に設定することを特徴とする。

請求項１および請求項５に係る発明によれば、燃料電池の停止時には凍結防止のため、発電時に発生する生成水を排出する必要があるが、酸化剤ガスの供給流路と排出流路の圧力の差圧を検出することにより、燃料電池内の酸化剤ガスが流通する流路内に残留している水の量を精度良く管理できるため、前記差圧が所定値以下になったときにコンプレッサを停止することにより、排水に必要なエネルギーを最小に抑えることができる。
また、前記燃料電池への酸化剤ガスの供給量を外気温度が低いほど大きい流量に設定することにより、確実に排水を行わせることが可能となり、また、燃料電池を停止する際に燃料電池内の水を排出するのに必要な時間を常に同等にすることが可能となり、常温時と同等の時間で排水を完了させることが可能となる。したがって、燃料電池車両の場合には、運転者に違和感を与えないようにすることができ、商品性が向上する。
請求項２に係る発明によれば、外気温度に見合った排出量を設定することができるため、排水に必要なエネルギーを過不足なく調整することができる。例えば、氷点下時のような水が凍結してしまう虞があるときには、念入りに排水を行うことが可能となり、凍結の虞がないときには、必要最低限の排水に抑えることができるため、排水に必要なエネルギーを過不足なく調整することができる。

請求項３および請求項５に係る発明によれば、燃料電池の停止時には凍結防止のため、発電時に発生する生成水を排出する必要があるが、酸化剤ガスの供給流路内または排出流路内の圧力の変化量を検出することにより、燃料電池内の酸化剤ガスが流通する流路内に残留している水の量を管理することができるため、前記変化量が所定量以上になったときにコンプレッサを停止することにより、排水に必要なエネルギーを最小に抑えることができる。さらに、請求項１に比べて圧力検出手段の数を削減することが可能となるので、装置の簡素化、コストダウンを図ることができる。
また、前記燃料電池への酸化剤ガスの供給量を外気温度が低いほど大きい流量に設定することにより、確実に排水を行わせることが可能となり、また、燃料電池を停止する際に燃料電池内の水を排出するのに必要な時間を常に同等にすることが可能となり、常温時と同等の時間で排水を完了させることが可能となる。したがって、燃料電池車両の場合には、運転者に違和感を与えないようにすることができ、商品性が向上する。

請求項４に係る発明によれば、外気温度に見合った排出量を設定することができるため、排水に必要なエネルギーを過不足なく調整することができる。例えば、氷点下時のような水が凍結してしまう虞があるときには、念入りに排水を行うことが可能となり、凍結の虞がないときには、必要最低限の排水に抑えることができるため、排水に必要なエネルギーを過不足なく調整することができる。

以下、この発明に係る燃料電池運転装置の実施例を図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施例は、燃料電池車両に搭載されて駆動源であるモータに電力を供給する燃料電池の態様である。

この発明の実施例を説明する前に、関連する技術を図１から図６の図面に基づいて説明する。
初めに、第１の関連技術を、図１および図２の図面を参照して説明する。図１は燃料電池車両に搭載された燃料電池運転装置の概略構成図である。
燃料電池１は、例えば固体ポリマーイオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜２をアノード３とカソード４とで両側から挟み込んで形成されたセルを複数積層して構成されたものであり（図１では単セルのみを示す）、アノード３の反応ガス流路５に燃料ガスとして水素ガスを供給し、カソード４の反応ガス流路６に酸化剤ガスとして酸素を含む空気を供給すると、アノード３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２を通過してカソード４まで移動して、カソード４で酸素と電気化学反応を起こして発電し、水が生成される。カソード側で生じた生成水の一部は固体高分子電解質膜２を介してアノード側に逆拡散するため、アノード側にも生成水が存在する。

空気はスーパーチャージャー（Ｓ／Ｃ）などのコンプレッサ７により所定圧力に加圧され、空気供給流路８を通って燃料電池１のカソード４の反応ガス流路６に供給される。燃料電池１に供給された空気は発電に供された後、燃料電池１からカソード側の生成水と共に空気排出流路９に排出され、圧力制御弁２７を介して排出ガス処理装置１０に導入される。以下、燃料電池１に供給される空気を供給空気、燃料電池１から排出される空気を排出空気として区別する。空気供給流路８においてコンプレッサ７よりも上流には、燃料電池１に供給される空気の重量流量を検出する空気重量流量検出センサ２６が設けられている。また、空気供給流路８においてコンプレッサ７よりも下流で燃料電池１に近い部位には、カソード４の反応ガス流路６に流入する直前の供給空気の圧力を検出する入口側圧力センサ（第１圧力検出手段、圧力検出手段）２４が設けられており、空気排出流路９において圧力制御弁２７よりも上流で燃料電池１に近い部位には、カソード４の反応ガス流路６から排出された直後の排出空気の圧力を検出する出口側圧力センサ（第２圧力検出手段、圧力検出手段）２５が設けられている。

一方、水素タンク（Ｈ_２）１１から供給される水素ガスは、水素ガス供給流路（燃料ガス供給流路）１２を通って燃料電池１のアノード３の反応ガス流路５に供給される。そして、消費されなかった未反応の水素ガスは、アノード側から水素ガス排出流路（燃料ガス排出流路）１６を経て水素ガス循環流路（燃料ガス循環流路）１３に排出され、更に、水素ガス循環流路１３に設けた水素ポンプ１４およびエゼクタ２３を介して水素ガス供給流路１２に合流する。つまり、燃料電池１から排出された水素ガスは、水素タンク１１から供給される新鮮な水素ガスと合流して、再び燃料電池１のアノード３の反応ガス流路５に供給される。

水素ガス循環流路１３からは、パージ弁１５を備えた水素ガスパージ流路２２が分岐しており、水素ガスパージ流路２２は排出ガス処理装置１０に接続されている。この排出ガス処理装置１０において燃料電池１の空気排出流路９から排出された排出空気と、水素ガスパージ流路２２から排出された水素ガスとが希釈処理されて排出される。尚、１７は水素タンク１１から供給される水素ガスを遮断する遮断弁、１８は燃料電池１の電気エネルギーにより駆動する車両走行用のモータを示している。

前記燃料電池１は、コントロールユニットであるＥＣＵ１９により制御され、そのため、ＥＣＵ１９には、外気温センサ（外気温検出手段）２０、入口側圧力センサ２４、出口側圧力センサ２５、空気重量流量検出センサ２６からの信号が入力され、コンプレッサ７の回転数、水素ポンプ１４の回転数、遮断弁１７の開閉、パージ弁１５の開閉、圧力制御弁２７の開閉などの制御が行われる。また、ＥＣＵ１９はアクセルペダル２１から入力される加速要求に応じてモータ１８を制御する。

この第１の関連技術の燃料電池運転装置では、燃料電池１からの電力の供給を遮断して燃料電池１を停止する時にコンプレッサ７の運転を継続し、カソード４の反応ガス流路６に圧縮空気を流通させて反応ガス流路６内に残留する水を排出するが、この排水のためのコンプレッサ７の停止時期を反応ガス流路６内の圧力変化に基づいて決定し、コンプレッサ７の運転時間の最適化を図っている。詳述すると、反応ガス流路６に流れるガス流量が同じであっても、反応ガス流路６内に残留する水の量が多いときには、反応ガス流路６における圧力損失が大きいため上流部での圧力が大きく下流部での圧力が小さくなって、その差圧も大きくなるが、反応ガス流路６内に残留する水の量が少ないときには、反応ガス流路６における圧力損失が小さいため上流部および下流部での圧力がともに小さくなって、その差圧も小さくなる。したがって、反応ガス流路６内の圧力変化を管理することにより、反応ガス流路６内に残留する水の量をおおよそ推定することができ、コンプレッサ７を停止すべき時期を決めることができる。

次に、この第１の関連技術における燃料電池１の運転停止処理について、図２のフローチャートに従って説明する。なお、図２に示す燃料電池運転停止処理ルーチンはＥＣＵ１９によって実行される。
燃料電池車両を停止した後、イグニッションスイッチがＯＦＦにされる前は、燃料電池１の発電電流はアイドル発電電流となっており、これに応じて、水素ポンプ１４、コンプレッサ７は、それぞれアイドル回転数となっているものとする。また、燃料電池１の運転停止以降は、コンプレッサ７の運転は図示しないキャパシタ、バッテリなどの補助電源からの電力供給により行われるものとする。

ステップＳ１１において、燃料電池車両を停止してイグニッションスイッチ（ＩＧ）をＯＦＦすると、燃料電池１からの電力の供給が遮断される。そして、ステップＳ１２に進み、パージ条件を設定する。このパージ条件の設定とは、この運転停止処理中における圧縮空気流量を一定にするためのもので、圧力制御弁２７を一定の開度に保持し、空気重量流量検出センサ２６で検出される供給空気流量が所定の一定値になるようにコンプレッサ７の回転数をフィードバック制御する。なお、この一定値は前記アイドル時の供給空気流量よりも大きく設定する。
次に、ステップＳ１３において入口側圧力センサ２４により空気供給流路８内の圧力（以下、反応ガス流路６の入口側圧力という）Ｐ１を読み取り、ステップＳ１４において出口側圧力センサ２５により空気排出流路９内の圧力（以下、反応ガス流路６の出口側圧力という）Ｐ２を読み取り、ステップＳ１５において反応ガス流路６の入口側圧力Ｐ１と出口側圧力Ｐ２の差圧ΔＰを算出する（ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２）。

次に、ステップＳ１６に進み、ステップＳ１５で算出した差圧ΔＰが、予め設定した閾値ΔＰ０以下か否かを判定する。なお、閾値ΔＰ０については、カソード４の反応ガス流路６内に殆ど水が残留していない状態においてステップＳ１２で設定したパージ条件と同じ条件下で圧縮空気を流通させたときに生じる差圧を予め実験的に求め、この実験値に基づいて閾値ΔＰ０を設定する。

ステップＳ１６における判定結果が「ＹＥＳ」（ΔＰ≦ΔＰ０）である場合は、反応ガス流路６内の水が十分に排出されて殆ど残留していないと推定されるので、ステップＳ１７に進んでコンプレッサ７を停止し、本ルーチンの実行を一旦終了する。
一方、ステップＳ１６における判定結果が「ＮＯ」（ΔＰ＞ΔＰ０）ある場合は、反応ガス流路６内の水がまだ十分に排出されていないと推定されるので、ステップＳ１８において一定時間をカウントした後、ステップＳ１９に進み、イグニッションスイッチをＯＦＦした後のコンプレッサの運転時間（以下、パージ運転時間と称す）Ｔ１が予め設定した閾値Ｔ０以上か否かを判定する。

ステップＳ１９における判定結果が「ＮＯ」（Ｔ１＜Ｔ０）である場合は、ステップＳ１３に戻り、再びステップＳ１３〜Ｓ１６の一連の処理を実行する。ステップＳ１９における判定結果が「ＹＥＳ」（Ｔ１≧Ｔ０）である場合は、ステップＳ１７に進んでコンプレッサ７を停止し、本ルーチンの実行を一旦終了する。すなわち、反応ガス流路６の差圧ΔＰが閾値ΔＰ０に達しない場合であっても、パージ運転時間Ｔ１が閾値Ｔ０に達した時には、コンプレッサ７を停止して運転停止処理を終了する。これにより、バッテリ等補助電源の残容量が、燃料電池１を次回起動するために必要な電力を下回るのを防止して、次回起動に必要な電力を確保する。

この第１の関連技術の場合には、入口側圧力センサ２４で空気供給流路８の圧力を検出し、出口側圧力センサ２５で空気排出流路９の圧力を検出し、その差圧ΔＰに基づいてカソード４の反応ガス流路６内に残留する水の量を推定しているので、反応ガス流路６内に残留する水の量を精度良く管理することができ、差圧ΔＰが閾値ΔＰ０以下になったときにコンプレッサ７を停止して圧縮空気の供給を停止しているので、十分且つ確実に水を排出しつつ、排出に必要なエネルギーを最小に抑えることができ、電力消費を低く抑えて、燃料電池車両の燃費向上を図ることができる。

次に、第２の関連技術を図３および図４の図面を参照して説明する。
図３は第２の関連技術における燃料電池運転装置の概略構成図であり、第１の関連技術と同一態様部分には同一符号を付してある。第２の関連技術の燃料電池運転装置が第１の関連技術のものと相違する点は、第２の関連技術では空気排出流路９に出口側圧力センサ２５を備えていないことだけであり、その他の構成は第１の関連技術と全く同じである。
この第２の関連技術２の燃料電池運転装置では、空気供給流路８内の圧力変化、すなわち燃料電池１に流入する直前の供給空気の圧力変化に基づいて、反応ガス流路６内に残留する水の量を推定する。前述したように、反応ガス流路６に流れるガス流量が同じであっても、カソード４の反応ガス流路６内に残留する水の量が多いほど反応ガス流路６の圧力損失が大きいため空気供給流路８内の圧力は高く、残留する水の量が減ってくると反応ガス流路６の圧力損失が小さくなるため空気供給流路８内の圧力は低くなる。したがって、空気供給流路８内の圧力変化の程度によって反応ガス流路６内に残留する水の量を推定することができる。

第２の関連技術における燃料電池１の運転停止処理について、図４のフローチャートに従って説明する。
ステップＳ２１において、燃料電池車両を停止してイグニッションスイッチ（ＩＧ）をＯＦＦすると、燃料電池１からの電力の供給が遮断される。そして、ステップＳ２２に進み、パージ条件を設定する。このパージ条件の設定については、第１の関連技術の場合と同じであるので説明を省略する。
次に、ステップＳ２３において入口側圧力センサ２４により空気供給流路８内の圧力（反応ガス流路６の入口側圧力）Ｐ１を読み取る。第２の関連技術では、ステップＳ２３において検出した入口側圧力Ｐ１を初期値として、以下のステップで圧力変化を検出する。なお、入口側圧力の初期値Ｐ１の検出タイミングは、イグニッションスイッチをＯＦＦする直前であっても構わない。

ステップＳ２４において、現時点の空気供給流路８内の圧力（反応ガス流路６の入口側圧力）Ｐ１ｎを入口側圧力センサ２４により読み取る。
そして、ステップＳ２５に進み、現時点における反応ガス流路６の入口側圧力Ｐ１ｎと入口側圧力の初期値Ｐ１から圧力変化量ΔＰｎを算出する（ΔＰｎ＝Ｐ１−Ｐ１ｎ）。
次に、ステップＳ２６に進み、ステップＳ２５で算出した圧力変化量ΔＰｎが、予め設定した閾値ΔＰ０以上か否かを判定する。なお、閾値ΔＰ０については、ステップＳ２２で設定したパージ条件と同じ条件下で圧縮空気を流通させて、カソード４の反応ガス流路６内に殆ど水が残留しない状態まで流通させたときの圧力変化を予め実験的に求め、この実験値に基づいて閾値ΔＰ０を設定する。

ステップＳ２６における判定結果が「ＹＥＳ」（ΔＰｎ≧ΔＰ０）である場合は、反応ガス流路６内の水が十分に排出されて殆ど残留していないと推定されるので、ステップＳ２７に進んでコンプレッサ７を停止し、本ルーチンの実行を一旦終了する。
一方、ステップＳ２６における判定結果が「ＮＯ」（ΔＰｎ＜ΔＰ０）ある場合は、反応ガス流路６内の水がまだ十分に排出されていないと推定されるので、ステップＳ２８において一定時間をカウントした後、ステップＳ２９に進み、パージ運転時間Ｔ１が予め設定した閾値Ｔ０以上か否かを判定する。

ステップＳ２９における判定結果が「ＮＯ」（Ｔ１＜Ｔ０）である場合は、ステップＳ２４に戻り、再びステップＳ２４〜Ｓ２６の一連の処理を実行する。ステップＳ２９における判定結果が「ＹＥＳ」（Ｔ１≧Ｔ０）である場合は、ステップＳ２７に進んでコンプレッサ７を停止し、本ルーチンの実行を一旦終了する。すなわち、反応ガス流路６内の圧力低下幅ΔＰｎが閾値ΔＰ０に達しない場合であっても、パージ運転時間Ｔ１が閾値Ｔ０に達した時には、次回起動時に必要な電力を補助電源に残すために、コンプレッサ７を停止してパージを終了する。

この第２の関連技術の場合には、空気供給流路８内の圧力変化量に基づいてカソード４の反応ガス流路６内に残留する水の量を推定しているので、反応ガス流路６内に残留する水の量を管理することができ、圧力変化量ΔＰｎが閾値ΔＰ０以上になったときにコンプレッサ７を停止して圧縮空気の供給を停止しているので、十分且つ確実に水を排出しつつ、排出に必要なエネルギーを最小に抑えることができ、電力消費を低く抑えて、燃料電池車両の燃費向上を図ることができる。しかも、圧力センサが入口側圧力センサ２４だけで済み、出口側圧力センサ２５が不要であるので、第１の関連技術よりも部品点数が減ってコストダウンを図ることができる。

なお、第２の関連技術では空気供給流路８内の圧力変化に基づいてコンプレッサ７の停止時期を決定しているが、空気排出流路９内の圧力変化に基づいてコンプレッサ７の停止時期を決定することも可能である。この場合は、入口側圧力センサ２４が不要になり、出口側圧力センサ２５だけを備えていればよい。そして、この場合には、ステップＳ２３，Ｓ２４の処理において、出口側圧力センサ２５により反応ガス流路６の出口側圧力を読み取り、ステップＳ２５で圧力変化量ΔＰｎを算出する。なお、空気排出流路９内の圧力は、反応ガス流路６内に残留する水の量が少なくなるほど高くなっていくので、ステップＳ２６の処理では、圧力変化量ΔＰｎの絶対値が閾値ΔＰ０以上か否か（｜ΔＰｎ｜≧ΔＰ０？）を判定すればよい。

次に、第３の関連技術を図５および図６の図面を参照して説明する。
第３の関連技術における燃料電池運転装置の構成は、第１の関連技術と全く同じであるので、図１を援用してその説明は省略する。
第３の関連技術における運転停止処理は基本的には第１の関連技術と同じであるが、第３の関連技術では、コンプレッサ７の停止時期を決定するための閾値ΔＰ０を外気温度に応じて変えるようにしている。つまり、燃料電池車両の停止時の外気温度が低いほど燃料電池１の温度が下がって反応ガス流路６が凍結する可能性が高いので、外気温度が低いほど閾値ΔＰ０を小さく設定して、反応ガス流路６内の水をより確実に排出する。
図６は、第３の関連技術において使用する外気温マップの一例を示すものであり、外気温度ｔが低いほど閾値ΔＰ０を小さく設定している（Ｐａ＞Ｐｂ＞Ｐｃ・・・）。

次に、この第３の関連技術における燃料電池１の運転停止処理について、図５のフローチャートに従って説明する。
ステップＳ３１において、燃料電池車両を停止してイグニッションスイッチ（ＩＧ）をＯＦＦすると、燃料電池１からの電力の供給が遮断される。そして、ステップＳ３２に進み、パージ条件を設定する。このパージ条件の設定については、第１の関連技術の場合と同じであるので説明を省略する。
次に、ステップＳ３３において、外気温センサ２０により外気温度ｔを読み取り、さらにステップＳ３４に進み、図６に示す外気温マップを参照して、外気温度ｔに応じた閾値を求め、これを閾値ΔＰ０として格納する。
ステップＳ３５〜Ｓ４１の処理は、ステップＳ３８の処理を実行する際にステップＳ３４で設定した閾値ΔＰ０を用いる点を除いて、第１の関連技術におけるフローチャート（図２）におけるステップＳ１３〜Ｓ１９の処理と同じであるので説明を省略する。

この第３の関連技術の場合には、外気温度に基づいて閾値ΔＰ０を変更することにより、外気温度に見合った排出量を設定することができるため、排水に必要なエネルギーを過不足なく調整することができる。これにより、例えば、氷点下時のような水が凍結してしまう虞があるときには、念入りに排水を行うことが可能となり、凍結の虞がないときには、必要最低限の排水に抑えることができるため、排水に必要なエネルギーを過不足なく調整することができる。
なお、第２の関連技術のように反応ガス流路６の入口側圧力の変化量ΔＰｎに基づいてコンプレッサ７の停止時期を決定する場合においても、外気温度に応じて圧力変化量の閾値ΔＰ０の値を変えることも可能であり、その場合には、外気温度が低いほど圧力変化量の閾値ΔＰ０を大きく設定する。

次に、この発明の実施例を図７および図８の図面を参照して説明する。
この実施例における燃料電池運転装置の構成は、第１の関連技術と全く同じであるので、図１を援用してその説明は省略する。
実施例における運転停止処理は基本的には第１の関連技術と同じであるが、実施例では、コンプレッサ７の停止時期を決定するための閾値ΔＰ０と、反応ガス流路６に供給する圧縮空気の供給量を、外気温度に応じて変えるようにしている。つまり、燃料電池車両の停止時の外気温度が低いほど燃料電池１の温度が下がって反応ガス流路６が凍結する可能性が高いので、外気温度が低いほど閾値ΔＰ０を小さく設定するとともに、圧縮空気の供給量を増大させて、反応ガス流路６内の水をより確実に排出する。
図８は、実施例において使用する外気温マップの一例を示すものであり、外気温度ｔが低いほど閾値ΔＰ０を小さく設定するとともに（Ｐａ＞Ｐｂ＞Ｐｃ・・・）、外気温度ｔが低いほどコンプレッサ７の回転数を高くする。

次に、この実施例における燃料電池１の運転停止処理について、図７のフローチャートに従って説明する。
ステップＳ４１において、燃料電池車両を停止してイグニッションスイッチ（ＩＧ）をＯＦＦすると、燃料電池１からの電力の供給が遮断される。そして、ステップＳ４２に進み、圧力制御弁２７の開度を所定の一定開度に設定する。
次に、ステップＳ４３において、外気温センサ２０により外気温度ｔを読み取り、さらにステップＳ４４に進み、図６に示す外気温マップを参照して、外気温度ｔに応じた閾値を求め、これを閾値ΔＰ０として格納し、さらに、ステップＳ４５に進み、図８に示す外気温マップを参照して、外気温度ｔに応じたコンプレッサ７の回転数を求め、該回転数でコンプレッサ７を運転する。
ステップＳ４６〜Ｓ５２の処理は、ステップＳ４９の処理を実行する際にステップＳ４４で設定した閾値ΔＰ０を用いる点を除いて、第１の関連技術におけるフローチャート（図２）におけるステップＳ１３〜Ｓ１９の処理と同じであるので説明を省略する。

この実施例の場合には、外気温度に基づいて閾値ΔＰ０を変更することにより、外気温度に見合った排出量を設定することができるため、排水に必要なエネルギーを過不足なく調整することができる。これにより、例えば、氷点下時のような水が凍結してしまう虞があるときには、念入りに排水を行うことが可能となり、凍結の虞がないときには、必要最低限の排水に抑えることができるため、排水に必要なエネルギーを適宜に調整することができる。
しかも、外気温度が低いほどコンプレッサ７の回転数を高くして圧縮空気の供給量を増大させているので、排水に必要な時間を外気温度にかかわらずほぼ一定にすることができ、その結果、運転者に違和感を与えないようにすることができ、商品性が向上する。
なお、第２の関連技術のように反応ガス流路６の入口側圧力の変化量ΔＰｎに基づいてコンプレッサ７の停止時期を決定する場合においても、外気温度に応じてコンプレッサ７の回転数を変えて圧縮空気の供給量を変更することが可能であり、その場合には、外気温度が低いほどコンプレッサ７の回転数を高めて供給量を増大する。

〔他の実施例〕
なお、この発明は前述した実施例に限られるものではない。
例えば、前述した実施例では、燃料電池を燃料電池車両に搭載した態様で説明したが、燃料電池は車両以外の移動体に搭載されていてもよいし、あるいは定置式の燃料電池に本発明を適用することも可能である。

この発明に係る燃料電池運転装置の実施例における概略構成図である。この発明に関連する第１の関連技術における燃料電池の運転停止処理を示すフローチャートである。この発明に関連する第２の関連技術における燃料電池運転装置の概略構成図である。前記第２の関連技術における燃料電池の運転停止処理を示すフローチャートである。この発明に関連する第３の関連技術における燃料電池の運転停止処理を示すフローチャートである。前記第３の関連技術において使用される外気温マップの一例である。この発明に係る燃料電池運転装置の実施例における燃料電池の運転停止処理を示すフローチャートである。前記実施例において使用される外気温マップの一例である。

１燃料電池
６反応ガス流路
７コンプレッサ
８空気供給流路（供給流路）
９空気排出流路（排出流路）
１９ＥＣＵ（制御手段）
２０外気温センサ（外気温検出手段）
２４入口側圧力センサ（第１圧力検出手段、圧力検出手段）
２５出口側圧力センサ（第２圧力検出手段、圧力検出手段）

Claims

各々の流路に反応ガスとしての燃料ガスと酸化剤ガスとを供給し電気化学反応によって発電を行う燃料電池と、
コンプレッサで加圧した酸化剤ガスを前記燃料電池内に供給する供給流路と、
前記燃料電池内を通過した前記酸化剤ガスを排出する排出流路と、
前記供給流路内の圧力を検出する第１圧力検出手段と、
前記排出流路内の圧力を検出する第２圧力検出手段と、
外気温度を検出する外気温検出手段と、
前記燃料電池からの電力供給が遮断されたときに前記コンプレッサへの電力供給を可能とする補助電源と、
前記コンプレッサの運転を制御する制御手段と、
を備えた燃料電池運転装置において、
前記制御手段は、前記燃料電池の運転停止に際し該燃料電池からの電力の供給を遮断したときに、前記補助電源からの電力供給で前記コンプレッサを運転するとともに、前記燃料電池への酸化剤ガスの供給量を外気温度が低いほど大きい流量に設定し、この設定流量で一定となるように前記コンプレッサの回転数をフィードバック制御し、さらに、前記前記第１圧力検出手段の検出値と前記第２圧力検出手段の検出値の差が所定値以下になったときに前記コンプレッサを停止することを特徴とする燃料電池運転装置。
前記制御手段は、外気温度が低いほど前記所定値を小さい値に設定することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池運転装置。
各々の流路に反応ガスとしての燃料ガスと酸化剤ガスとを供給し電気化学反応によって発電を行う燃料電池と、
コンプレッサで加圧した酸化剤ガスを前記燃料電池内に供給する供給流路と、
前記燃料電池内を通過した前記酸化剤ガスを排出する排出流路と、
前記供給流路内または前記排出流路内の圧力を検出する圧力検出手段と、
外気温度を検出する外気温検出手段と、
前記燃料電池からの電力供給が遮断されたときに前記コンプレッサへの電力供給を可能とする補助電源と、
前記コンプレッサの運転を制御する制御手段と、
を備えた燃料電池運転装置において、
前記制御手段は、前記燃料電池の運転停止に際し該燃料電池からの電力の供給を遮断したときに、前記補助電源からの電力供給で前記コンプレッサを運転するとともに、前記燃料電池への酸化剤ガスの供給量を外気温度が低いほど大きい流量に設定し、この設定流量で一定となるように前記コンプレッサの回転数をフィードバック制御し、さらに、前記圧力検出手段の検出値が、前記燃料電池からの電力の供給を遮断したときの前記圧力検出手段の検出値から所定値以上変化したときに前記コンプレッサを停止することを特徴とする燃料電池運転装置。
前記制御手段は、外気温度が低いほど前記所定値を大きい値に設定することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池運転装置。
前記制御手段は、酸化剤ガスの前記設定流量を、前記燃料電池からの電力の供給を遮断する前のアイドル時における酸化剤ガスの供給量よりも大きい値に設定することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池運転装置。