JP4992258B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

従来、車両に搭載され、車両がアイドル停止状態である場合には、燃料電池で発電を行うために駆動させる機器の動作を停止して発電を休止し、不要な電力消費を抑えて燃費の向上を図る燃料電池システムが知られている（例えば特許文献１参照）。

しかし、車両がアイドル停止状態で発電を休止した場合、燃料電池システムの状態（例えば燃料ガスの圧力が低すぎるなど）によっては、その後発電を再開するときに支障（燃料ガス圧力の上昇遅れなどの支障）が生じ、必要な発電電力が得られないことがあり得る。

そこで、発電を休止したときに燃料電池に所定量の燃料ガスおよび酸化剤ガスを封入するように制御を行う燃料電池システムが知られている。このシステムでは、クロスリークなどによって燃料ガスおよび酸化剤ガスが減少したとしても、新たに燃料ガスおよび酸化剤ガスを燃料電池に供給して、燃料電池に所定量のガスを常時封入するように調整している（例えば特許文献２参照）。
特開２００１−３５９２０４号公報 特開２００４−１７２０２８号公報

しかし、従来の燃料電池システムでは、温度などの要因によって封入するガス量に誤差が生じてしまう。例えば、燃料電池の燃料極側に供給する水素ガス量を制御可能な水素調圧弁は温度によって指令開度と実開度に誤差が生じる。このため、水素調圧弁の温度状態によって、燃料電池に封入するガス量に変化が生じてしまう。これにより、目標となる量のガスを燃料電池に封入することができず、発電再開時に必要な発電電力が得られないことがあり得る。なお、この問題は、他の機器等の温度、弁駆動時の電圧、燃料電池システムの周囲の大気圧、および燃料電池の目標圧力などの要因によっても同様に生じる問題である。

本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、発電再開時に発電性能の向上を図ることが可能な燃料電池システムを提供することにある。

本発明の燃料電池システムは、燃料電池と、蓄電手段と、制御手段とを備えている。燃料電池は、燃料ガスの供給を受ける燃料極と酸化剤ガスの供給を受ける酸化剤極とを有し、供給された燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電するものである。蓄電手段は、要求された電力量のうち前記燃料電池から供給できない不足分の電力量を供給するものである。制御手段は、要求された電力量を前記燃料電池又は前記燃料電池と前記蓄電手段とによって供給する通常発電モードと、要求された電力量を前記蓄電手段によって供給する発電休止モードとを切替可能なものである。さらに、制御手段は、発電休止モードにおいて所定量の燃料ガスおよび酸化剤ガスを燃料電池に封入すると共に、要求された電力量を蓄電手段によって供給可能であり、かつ、燃料電池極への燃料ガスの供給を制御する弁の温度が所定温度以上である場合に、通常発電モードから発電休止モードへの切替を行う構成となっている。

本発明によれば、所定量の燃料ガスおよび酸化剤ガスを燃料電池内に封入するにあたり誤差となる要因が所定条件を満たす場合に通常発電モードから発電休止モードへの切替を行う。このため、温度などの誤差要因により封入するガス量に変化が生じてしまい、所望する量のガスを燃料電池に封入できなくなってしまう場合などには、そもそも発電休止モードに移行させなくすることができる。これにより、発電再開時に所望の電力が得られなくなってしまう頻度を抑制することができる。従って、発電再開時に発電性能の向上を図ることができる。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の本実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。同図に示すように、燃料電池システム１は、燃料電池１０と、燃料ガス供給系２０と、ガス循環系３０と、ガス排出系４０と、酸化剤ガス供給系５０と、酸化剤ガス排出系６０とを備えている。

燃料電池１０は、燃料ガス（水素ガス）の供給を受ける燃料極と、酸化剤ガス（酸素）の供給を受ける酸化剤極とを有し、供給された燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電するものである。このとき、燃料電池１０では、
燃料極 ：Ｈ_２→２Ｈ^＋＋２ｅ⁻
酸化剤極：２Ｈ^＋＋２ｅ⁻＋（１／２）Ｏ_２→Ｈ_２Ｏ
なる反応により発電が行われることとなる。また、燃料極と酸化剤極とは電解質膜を挟んで重ね合わされて発電セルを構成しており、燃料電池１０は、これら発電セルが複数層積層されたスタック構造となっている。

燃料ガス供給系２０は、水素タンク２１と、水素ガス導入配管２２と、水素タンク元弁２３と、減圧弁２４と、水素調圧弁２５とからなっている。水素タンク２１は、燃料電池１０の燃料極に供給する水素ガスを蓄えておくものである。水素ガス導入配管２２は水素タンク２１と燃料電池１０の燃料極側入口とを接続し、水素タンク２１からの水素ガスを燃料電池１０の燃料極まで導くものである。水素タンク元弁２３は、水素タンク２１と水素ガス導入配管２２との接続部分に設けられ、開閉動作することにより水素ガスを水素ガス導入配管２２に流したり遮断したりするものである。減圧弁２４は、水素ガス導入配管２２に設けられ、開閉動作によって水素ガス圧力を減圧するものである。水素調圧弁２５は、水素ガス導入配管２２のうち減圧弁２４から燃料電池１０に至るまでの部分に設けられ、燃料電池１０の燃料極側に供給される水素ガス量を制御するものである。また、水素調圧弁２５は、水素ガスの供給量を制御することにより燃料電池１０の燃料極側の圧力を調整可能となっている。この水素調圧弁２５は、温度によって駆動コイルに流れる電流が変化したり、機械系の摩擦が変化したりするようになっている。このため、水素調圧弁２５は、温度によって指令開度に対する実開度が変化する特性を持っている。特に、水素調圧弁２５は、温度が高くなるほど、指令開度に対する実開度の誤差が小さくなる。

ガス循環系３０は、発電に寄与することなく排出された燃料ガスを再利用するためのものであって、循環配管３１とガス循環装置３２とを備えている。循環配管３１は、一端が燃料電池１０の燃料極側出口に接続され、他端が水素調圧弁２５と燃料電池１０の燃料極側入口との間の水素ガス導入配管２２に接続されており、燃料電池１０の燃料極側から排出されたオフガスを循環させて再度燃料電池１０の燃料極側に送り込む流路となるものである。ガス循環装置３２は、循環配管３１上に設けられ、燃料電池１０の燃料極側から排出されたガスを循環させて再度燃料電池１０の燃料極側に送り込む動力源となるものである。

ガス排出系４０は、ガス循環装置３２によって送り出されるガスが燃料電池１０に至るまでの区間における循環配管３１と外部とを連通させて、燃料電池１０の燃料極側のガスを外部に排出するものである。このガス排出系４０は、ガス排出配管４１と、パージ弁４２とを備えている。ガス排出配管４１は、一端がガス循環装置３２から燃料電池１０に至るまでの循環配管３１に接続され、他端が外部につながっている。パージ弁４２は、開閉自在に制御されるものであり、開閉動作することにより流路を遮断したり開放したりしてガスの排出を制御するものである。

酸化剤ガス供給系５０は、コンプレッサ５１と、空気供給配管５２とからなっている。コンプレッサ５１は、外気を取り込み圧縮して燃料電池１０の酸化剤極側に送り込むものである。このコンプレッサ５１は、温度が上昇することで体積効率が悪化し、回転数に対する流量特性が悪化する。すなわち、コンプレッサ５１は、温度が上昇すると指令した流量を送出でき難くなり、指令流量との誤差が大きくなる。また、コンプレッサ５１は、大気圧力が低下すると吸入する空気密度が低下するため、回転数に対する流量特性が悪化する。すなわち、コンプレッサ５１は、大気圧が１ａｔｍより低くなる高地などにおいて、指令した流量を送出でき難くなり、指令流量との誤差が大きくなってしまう。空気供給配管５２は、コンプレッサ５１と燃料電池１０の酸化剤極側入口とを接続するものであり、コンプレッサ５１により圧送される空気を燃料電池１０の酸化剤極側に導くものである。

酸化剤ガス排出系６０は、酸化剤ガス排出配管６１と、空気調圧弁６２とを備えている。酸化剤ガス排出配管６１は、燃料電池１０の酸化剤極側と外部とを接続し、燃料電池１０の酸化剤極側から排出されたガスを外部に導くものである。空気調圧弁６２は、酸化剤ガス排出配管６１上に設けられ、外部に排出するガス量を制御するものである。

さらに、本実施形態に係る燃料電池システム１は、各種センサ７１〜７７、パワーマネージャー８０、バッテリ（蓄電手段）９０、バッテリコントローラ１００、駆動モータ１１０、希釈装置１２０、およびコントローラ（制御手段）１３０を備えている。

各種センサ７１〜７７のうち、第１圧力センサ（燃料極側圧力検出手段）７１は、水素調圧弁２５から燃料電池１０の燃料極側入口に至るまでの水素ガス導入配管２２上に設けられ、設置個所のガス圧力を検出するようになっている。また、第２圧力センサ７２は、循環配管３１上に設けられ、設置個所のガス圧力を検出するようになっている。

第３圧力センサ７３は、コンプレッサ５１から燃料電池１０の酸化剤極側入口に至るまでの空気供給配管５２上に設けられ、燃料電池１０の酸化剤極側の圧力を検出する構成となっている。大気圧センサ７４は、周囲の気圧を検出するものである。電圧センサ７５は、単セルごと、または複数セルごとに電圧を測定するものである。第１温度センサ７６は、水素調圧弁２５の代表温度を検出するものである。第２温度センサ７７は、コンプレッサ５１の代表温度を検出する。

パワーマネージャー８０は、燃料電池１０から電力を取り出して、バッテリ９０や駆動モータ１１０へ電力を供給するものである。また、パワーマネージャー８０は、電力取り出し制御のために、燃料電池１０から取り出す電流の値を計測する機能を有している。

バッテリ９０は、要求された電力量（駆動モータ１１０の駆動に必要な電力量）のうち燃料電池１０から供給できない不足分の電力量を駆動モータ１１０に供給するものである。また、バッテリ９０は、燃料電池システム１で発電を行うために必要な補機類を駆動させるために必要な電力を供給するようにもなっている。さらに、バッテリ９０は、逆に燃料電池１０の発電電力が余剰になったときに電力を蓄電し、且つ、駆動モータ１１０の回生電力についても蓄電するようになっている。

バッテリコントローラ１００は、バッテリ９０の残容量を検出するものであり、検出結果をコントローラ１３０に送信する構成となっている。希釈装置１２０は、ガス排出配管４１上に設けられ、ガス排出系４０から排出されるガスを希釈するものである。コントローラ１３０は、燃料電池システム１の運転状態（各種弁、ガス供給および排出、並びに電力の取出など）を制御するものである。例えばコントローラ１３０は、水素タンク２１の高圧水素を減圧弁２４で所定圧力まで減圧し、所望の水素供給量を満たすような水素圧にするべく第１圧力センサ７１の検出値を参照しながら水素調圧弁２５を制御する。また、コントローラ１３０は、所望の空気供給量を満たすような空気圧にするべく第２圧力センサ７２の検出値を参照しながらコンプレッサ５１の回転数を制御する。特にコントローラ１３０は、燃料電池１０から大電流を取り出したい場合には、水素調圧弁２５およびコンプレッサ５１を制御して燃料極側および酸化剤極側を加圧し、燃料電池１０内の化学反応効率を上げる。

さらに、コントローラ１３０は、要求された電力量を燃料電池１０のみ又は燃料電池１０とバッテリ９０とによって供給する通常発電モードと、要求された電力量をバッテリ９０のみによって供給する発電休止モードとを切替可能に構成されている。

ここで、コントローラ１３０についてより詳しく説明する。図２は、図１に示したコントローラ１３０の詳細を示す構成図である。同図に示すようにコントローラ１３０は、発電電力決定部１３１、発電休止モード切替部１３２、発電休止モード時制御部１３３、通常発電モード切替部１３４、通常発電モード時制御部１３５、および電力検出部（電力検出手段）１３６を有している。

発電電力決定部１３１は、移動体の運転者が要求する駆動力値を検知し、検出値とバッテリ９０の供給可能電力などに応じて、燃料電池１０の目標発電電力を決定するものである。発電休止モード切替部１３２は、燃料電池１０の目標発電電力、車両の走行状況、バッテリ９０の状態、ならびに燃料電池システム１の状態に基づいて、燃料電池の運転モードを、通常発電モードから発電休止モードの切り替えるか否かを決定するものである。

発電休止モード時制御部１３３は、発電休止モード中の燃料電池システム１の制御を行うものである。通常発電モード切替部１３４は、燃料電池システム１の運転モードを、発電休止モードから通常発電モードへの切り替えるか否かを決定するものである。通常発電モード時制御部１３５は、通常発電モード中の燃料電池システム１の制御を行うものである。

電力検出部１３６は、発電休止モードから通常発電モードへの切替を行って燃料電池１０による発電を再開した結果、再開された発電が正常であったか否かを特定条件のもと判断するものである。この電力検出部１３６は、発電休止モードから通常発電モードへ切り替わる際に、燃料電池１０での目標発電電力と実際の発電電力との差を計算したり、バッテリ９０からの持ち出し電力の大きさを計測したりすることで、再開された発電が正常であったか否かを判断する。

さらに、本実施形態においてコントローラ１３０の発電休止モード時制御部１３３は、発電休止モードにおいて所定量の燃料ガスおよび酸化剤ガスを燃料電池１０に封入しておく構成となっている。すなわち、発電休止モード時制御部１３３は、水素調圧弁２５、パージ弁４２および空気調圧弁６２を閉じ、且つコンプレッサ５１を停止させて、所定量の燃料ガスおよび酸化剤ガスを燃料電池１０に封入する。また、コントローラ１３０は、所定量のガスの封入した後、その封入状態を維持できるように、水素調圧弁２５、パージ弁４２および空気調圧弁６２の開度を、およびコンプレッサ５１の回転数を調整する。

また、発電休止モード切替部１３２は、所定量の燃料ガスおよび酸化剤ガスを燃料電池１０内に封入するにあたり誤差となる要因を、通常発電モードから発電休止モードへの切替条件として記憶している。また、発電休止モード切替部１３２は、この切替条件が所定条件を満たす場合に通常発電モードから発電休止モードへの切替を行うようになっている。

次に、本実施形態に係る燃料電池システム１の動作を説明する。図３は、本実施形態に係る燃料電池システム１の動作を示すフローチャートであり、通常発電モードから発電休止モードへ移行するか否かを判断する処理を示している。

図３に示すように、まず、発電休止モード切替部１３２は、発電電力決定部１３１により決定された目標となる発電電力が所定値以下であるか否かを判断する（ＳＴ１）。目標となる発電電力が所定値以下でないと判断した場合（ＳＴ１：ＮＯ）。所定値以下であると判断されるまで、この処理を繰り返すこととなる。一方、目標となる発電電力が所定値以下であると判断した場合（ＳＴ１：ＹＥＳ）、発電休止モード切替部１３２は、車速が所定車速以下であるか否かを判断する（ＳＴ２）。

車速が所定車速以下でないと判断した場合（ＳＴ２：ＮＯ）、処理はステップＳＴ１に移行する。車速が所定値以下であると判断した場合（ＳＴ２：ＹＥＳ）、発電休止モード切替部１３２は、バッテリ９０の残容量が所定容量以上であるか否かを判断する（ＳＴ３）。

バッテリ９０の残容量が所定容量以上でないと判断した場合（ＳＴ３：ＮＯ）、処理はステップＳＴ１に移行する。バッテリ９０の残容量が所定容量以上であると判断した場合（ＳＴ３：ＹＥＳ）、発電休止モード切替部１３２は、発電休止モードに移行しその後通常発電モードに移行したとき、すなわち発電再開時に支障無く発電を行うことができるか否かを判断する（ＳＴ４）。例えば、燃料電池１０の電圧が所定値以下のときに発電を休止してしまうと、発電再開時に安定した発電ができずに、移動体の駆動力に支障がでるため、発電休止モードへの移行を行わない。特に、本実施形態において発電休止モード切替部１３２は、水素調圧弁２５の温度（切替条件）が第１所定温度Ｔ１℃以上（所定条件）であるか否か、および、コンプレッサ５１の温度（切替条件）が第２所定温度Ｔ２℃以下（所定条件）であるか否かを判断する。そして、発電休止モード切替部１３２は、温度条件のいずれか一方でも満たさない場合には、発電休止モード中に所定量の燃料ガスおよび酸化剤ガスを燃料電池１０に封入できず、発電再開時に安定した発電ができない可能性があると判断し、発電休止モードへの移行を行わない。

ここで、発電再開時に支障無く発電を行うことができないと判断した場合（ＳＴ５：ＹＥＳ）、処理はステップＳＴ１に移行する。一方、発電再開時に支障無く発電を行うことができると判断した場合（ＳＴ５：ＮＯ）、コントローラ１３０は、発電休止モードを開始する（ＳＴ５）。そして、図３に示す処理は終了する。

図４は、本実施形態に係る燃料電池システム１の動作を示すフローチャートであり、発電休止モードから通常発電モードへ移行するか否かを判断する処理を示している。まず、発電休止モードにおいて発電休止モード時制御部１３３は、パージ弁４２を閉じる（ＳＴ１１）。次いで、発電休止モード時制御部１３３は水素調圧弁２５を全閉とする（ＳＴ１２）。そして、発電休止モード時制御部１３３は、コンプレッサ５１を停止させ（ＳＴ１３）、パワーマネージャー８０を制御して電流の取り出しを停止する（ＳＴ１４）。

次に、通常発電モード切替部１３４は、通常発電モードに移行するか否かを判断する（ＳＴ１５）。このとき、通常発電モード切替部１３４は、例えば運転者が要求する駆動力が増加し、燃料電池１０での発電を再開しないと電力供給が満たされない場合や、バッテリ９０残量が不足して、電力供給を満たすことができないなどの条件が成立した場合には、通常発電モードに移行すると判断する。

通常発電モードに移行しないと判断した場合（ＳＴ１５：ＮＯ）、発電休止モード時制御部１３３は、燃料極側の残水素量と酸化剤極側の残酸素量とを制御する（ＳＴ１６）。ここで、燃料電池１０の燃料極側の水素ガスが電解質膜を通じてクロスリークし、酸化剤極側の酸素と反応する。これにより、燃料極側の残水素量は減少していくこととなる。このため、発電休止モード時制御部１３３は、燃料極側の残水素量を所定量に維持するように、パージ弁４２を閉じ水素調圧弁２５の開度を制御することとなる。また、同様に発電休止モード時制御部１３３は、酸化剤極側の残酸素量を所定量に維持するように、コンプレッサ５１の回転数および空気調圧弁６２の開度を制御することとなる。

ところが、温度条件によっては水素調圧弁２５の開度にズレが生じて残水素量が少なくなってしまうことがあり得る。同様に、温度条件によって空気調圧弁６２の開度にもズレが生じ、残酸素量が少なくなってしまうことがあり得る。さらに、大気圧によってコンプレッサ５１から供給される酸素量に変化が生じる。

そこで、通常発電モード切替部１３４は、残水素量が第１所定値以上であるか否かを判断する（ＳＴ１７）。残水素量が第１所定値以上でないと判断した場合（ＳＴ１７：ＮＯ）、処理はステップＳＴ１９に移行する。一方、残水素量が第１所定値以上であると判断した場合（ＳＴ１７：ＹＥＳ）、通常発電モード切替部１３４は、残酸素量が第２所定値以上であるか否かを判断する（ＳＴ１８）。残酸素量が第２所定値以上でないと判断した場合（ＳＴ１８：ＮＯ）、処理はステップＳＴ１９に移行する。一方、残酸素量が第２所定値以上であると判断した場合（ＳＴ１８：ＹＥＳ）、処理はステップＳＴ１５に移行する。このように、通常発電モード切替部１３４は、ステップＳＴ１７およびＳＴ１８の処理によって、発電休止モード中に所定量の燃料ガスおよび酸化剤ガスを燃料電池１０に封入できているか否かを判断している。

ところで、ステップＳＴ１５において、発電休止モード時制御部１３３が通常発電モードに移行すると判断した場合（ＳＴ１５：ＹＥＳ）、コントローラ１３０は、通常発電モードを開始する（ＳＴ１９）。そして、図４に示す処理は終了する。

図５は、本実施形態に係る燃料電池システム１の動作を示すフローチャートであり、通常発電モード時に実行される処理を示している。図５に示すように、まず、コントローラ１３０は、発電休止モード中に所定量の燃料ガスおよび酸化剤ガスを封入できたか否かを判断する（ＳＴ２１）。すなわち、コントローラ１３０は、図４に示したステップＳＴ１７またはＳＴ１８の処理で「ＮＯ」となったか否かを判断することとなる。

ここで、発電休止モード中に所定量の燃料ガスおよび酸化剤ガスを封入できたと判断した場合（ＳＴ２１：ＹＥＳ）、コントローラ１３０は、前回の発電再開時の発電が正常であったか否かを判断する（ＳＴ２２）。このとき、コントローラ１３０は、目標発電電力量と実際の発電電力量との差が一定値以下であるか否かに基づいて発電再開時の発電が正常であったか否かを判断する。また、コントローラ１３０は、燃料電池１０の発電不足によってバッテリ９０の最大放電電流以上の電流がバッテリ９０から放電されたか否かに基づいて発電再開時の発電が正常であったか否かを判断する。

前回の発電再開時の発電が正常であったと判断した場合（ＳＴ２２：ＹＥＳ）、図５に示す処理は終了する。他方、発電休止モード中に所定量の燃料ガスおよび酸化剤ガスを封入できなかったと判断した場合（ＳＴ２１：ＮＯ）、または前回の発電再開時の発電が正常でなかったと判断した場合（ＳＴ２２：ＮＯ）、コントローラ１３０は、発電休止モードへの移行を禁止する（ＳＴ２３）。

次いで、コントローラ１３０は、通常発電モードから発電休止モードへの切替判断を行う際の所定条件を変更する（ＳＴ２４）。このとき、コントローラ１３０は、通常発電モードから発電休止モードへの切替頻度が現在の頻度よりも減少するように所定条件を変更する。これにより、通常発電モードから発電休止モードへ移行しにくくなり、発電再開時に所望の電力が得られなくなってしまう事態を防止することができる。

図６は、図５に示したステップＳＴ２４の具体例を示す図である。例えば、コントローラ１３０は、水素調圧弁２５の温度を通常発電モードから発電休止モードへの切替条件として記憶しているものとする。まず、初期状態でコントローラ１３０は、水素調圧弁２５の温度がＴ度以上であるか否かを判断し、Ｔ度以上である場合に発電休止モードへ移行するものとする。図５に示したステップＳＴ２４では、この温度Ｔ度以上という条件を、温度Ｔをより高い温度Ｔ’という条件に変更する。これにより、水素調圧弁２５の温度がＴ’度以上でなければ、発電休止モードに移行しないこととなる。特に、水素調圧弁２５は温度が高い方が指令開度と実開度との差が少なくなり誤差が小さくなる。このため、条件変更後に発電休止モードへ切り替えられた場合、封入するガス量が不足することが少なくなり、その後発電が再開されたときには、所望の電力が得られなくなってしまう頻度が減少することとなる。

再度、図５を参照する。コントローラ１３０は、発電休止モードにおいて燃料電池１０に封入すべき燃料ガス量および酸化剤ガス量の目標値を増加させる（ＳＴ２５）。なお、ステップＳＴ２５の処理はステップＳＴ２１において「ＮＯ」と判断された場合には実行されず、ステップＳＴ２２において「ＮＯ」と判断された場合のみに実行されてもよい。このように、ステップＳＴ２５において封入すべき燃料ガス量および酸化剤ガス量の目標値を増加させることで、次回以降の発電再開時には多量の燃料ガス等が燃料電池に封入されることとなり、発電再開時の電力の取り出しをスムーズに行うことができる。

その後、コントローラ１３０は、移動体運転者から要求される発電電力量が所定電力以上か否かを判断する（ＳＴ２６）。ここで、移動体運転者から要求される発電電力量が所定電力以上でないと判断した場合（ＳＴ２６：ＮＯ）、所定電力以上であると判断されるまで、この処理が繰り返される。一方、システム利用者によってアクセルペダルが踏み込まれたなどの所定操作がされて、要求される発電電力量が所定電力以上となった場合（ＳＴ２６：ＹＥＳ）、コントローラ１３０は、通常発電モードから発電休止モードへの移行禁止を解除する（ＳＴ２７）。そして、図５に示す処理は終了することとなる。

このようにして、本実施形態に係る燃料電池システム１によれば、所定量の燃料ガスおよび酸化剤ガスを燃料電池１０内に封入するにあたり誤差となる要因が所定条件を満たす場合に通常発電モードから発電休止モードへの切替を行う。このため、温度などの誤差要因により封入するガス量に変化が生じてしまい、所望する量のガスを燃料電池１０に封入できなくなってしまう場合などには、そもそも発電休止モードに移行させなくすることができる。これにより、発電再開時に所望の電力が得られなくなってしまう頻度を抑制することができる。従って、発電再開時に発電性能の向上を図ることができる。

また、発電休止モード中に所定量の燃料ガスおよび酸化剤ガスを燃料電池１０に封入できなかったと判断した場合、通常発電モードから発電休止モードへの切替頻度が現在の頻度よりも減少するように所定条件を変更する。これにより、通常発電モードから発電休止モードへ移行しにくくなり、発電再開時に所望の電力が得られなくなってしまう頻度を減少させることができる。特に、水素調圧弁２５は温度が高い方が指令開度と実開度との差が少なくなり誤差が小さくなる。このため、水素調圧弁２５の温度がＴ度以上であるか否かがモード切替の所定条件である場合、この温度Ｔをより高い温度Ｔ’に変更することにより、指令開度と実開度との差を少なくし、燃料電池１０に封入するガス量を正確なものにすることができる。これにより、発電休止モードへ切り替えられ、その後発電が再開された場合、所望の電力が得られなくなってしまう頻度が減少することとなる。従って、発電再開時に発電性能の向上を図ることができる。

また、発電休止モード中に所定量の燃料ガスおよび酸化剤ガスを燃料電池１０に封入できなかったと判断した場合、通常発電モードから発電休止モードへの移行を禁止し、その後システム利用者による所定操作を検出したときに、通常発電モードから発電休止モードへの移行禁止を解除する。ここで、発電休止モード中に所定量の燃料ガスおよび酸化剤ガスを燃料電池１０に封入できずに通常発電モードに移行した場合、移動体運転者の要求する発電電力量が小さいまま場合があり、即座に発電休止モードに移行してしまうことがある。すなわち、発電休止モードへの移行条件の１つには運転者の要求する発電電力量が小さいことがあり、発電休止モードへ移行したときには要求発電電力量は小さい。このような場合で、所定量の燃料ガスおよび酸化剤ガスを燃料電池１０に封入できずに通常発電モードに移行した場合、要求発電電力量は小さいままであることがあり、発電休止モードへの移行条件の１つを満たし、即座に発電休止モードに移行してしまうことがある。しかし、本実施形態のように、通常発電モードから発電休止モードへの移行を禁止することで、短時間でモード切替が起こってしまうことを防止することができる。

また、システム利用者によって、燃料電池に要求する発電電力量が所定電力以上となる操作を検出したときに、通常発電モードから発電休止モードへの移行禁止を解除する。このため、一旦要求する発電電力量が高くなってから発電休止モードへの移行禁止を解除することとなり、要求する発電電力量が小さいまま発電休止モードへの移行禁止が解除されて、即座に発電休止モードに移行してしまうことを防止することができる。従って、短時間でモード切替が起こってしまうことを防止することができる。

また、発電休止モードから通常発電モードへの切替を行って燃料電池１０による発電を再開した結果、再開された発電が正常であったか否かを特定条件のもと判断する電力検出部１３６を有する。このため、再開後の発電について診断することができる。

また、再開された発電が正常でなかったと判断された場合、通常発電モードから発電休止モードへの切替頻度が現在の頻度よりも減少するように所定条件を変更する。このように、再開された発電が正常でない場合に、発電休止モードへ移行し難くすることで、次回以降の発電再開時に正常でない発電を行ってしまう頻度を少なくすることができる。

また、再開された発電が正常でなかったと判断された場合、発電休止モードにおいて燃料電池１０に封入すべき燃料ガス量および酸化剤ガス量の目標値を増加させる。これにより、次回以降の発電再開時には多量の燃料ガス等が燃料電池１０に封入されることとなり、発電再開時の電力の取り出しをスムーズに行うことができる。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよいし、各実施形態を組み合わせるようにしてもよい。

本発明の本実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。 図１に示したコントローラの詳細を示す構成図である。 本実施形態に係る燃料電池システムの動作を示すフローチャートであり、通常発電モードから発電休止モードへ移行するか否かを判断する処理を示している。 本実施形態に係る燃料電池システムの動作を示すフローチャートであり、発電休止モードから通常発電モードへ移行するか否かを判断する処理を示している。 本実施形態に係る燃料電池システムの動作を示すフローチャートであり、通常発電モード時に実行される処理を示している。 図５に示したステップＳＴ２４の具体例を示す図である。

符号の説明

１…燃料電池システム
１０…燃料電池
２０…燃料ガス供給系
２１…水素タンク
２２…水素ガス導入配管
２３…水素タンク元弁
２４…減圧弁
２５…水素調圧弁
３０…ガス循環系
３１…循環配管
３２…ガス循環装置
４０…ガス排出系
４１…ガス排出配管
４２…パージ弁
５０…酸化剤ガス供給系
５１…コンプレッサ
５２…空気供給配管
６０…酸化剤ガス排出系
６１…酸化剤ガス排出配管
６２…空気調圧弁
７１…第１圧力センサ
７２…第２圧力センサ
７３…第３圧力センサ
７４…大気圧センサ
７５…電圧センサ
７６…第１温度センサ
７７…第２温度センサ
８０…パワーマネージャー
９０…バッテリ（蓄電手段）
１００…バッテリコントローラ
１１０…駆動モータ
１２０…希釈装置
１３０…コントローラ（制御手段）
１３１…発電電力決定部
１３２…発電休止モード切替部
１３３…発電休止モード時制御部
１３４…通常発電モード切替部
１３５…通常発電モード時制御部
１３６…電力検出部（電力検出手段）

Claims (6)

1. 燃料ガスの供給を受ける燃料極と酸化剤ガスの供給を受ける酸化剤極とを有し、供給された燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電する燃料電池と、
   要求された電力量のうち前記燃料電池から供給できない不足分の電力量を供給する蓄電手段と、
   要求された電力量を前記燃料電池又は前記燃料電池と前記蓄電手段とによって供給する通常発電モードと、要求された電力量を前記蓄電手段によって供給する発電休止モードとを切替可能な制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、発電休止モードにおいて所定量の燃料ガスおよび酸化剤ガスを燃料電池に封入すると共に、要求された電力量を前記蓄電手段によって供給可能であり、かつ、前記燃料電池極への燃料ガスの供給を制御する弁の温度が所定温度以上である場合に、通常発電モードから発電休止モードへの切替を行う
   ことを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記制御手段は、発電休止モード中に所定量の燃料ガスを燃料電池に封入できなかったと判断した場合、通常発電モードから発電休止モードへの切替頻度が現在の頻度よりも減少するように前記所定温度をより高い温度に変更する
   ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記制御手段は、発電休止モード中に所定量の燃料ガスおよび酸化剤ガスを燃料電池に封入できなかったと判断した場合、通常発電モードから発電休止モードへの移行を禁止し、その後システム利用者によって燃料電池に要求する発電電力量が所定電力以上となる操作を検出したときに、通常発電モードから発電休止モードへの移行禁止を解除する
   ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
4. 前記制御手段は、発電休止モードから通常発電モードへの切替を行って燃料電池による発電を再開した結果、再開された発電が正常であったか否かを特定条件のもと判断する電力検出手段を有する
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
5. 前記制御手段は、前記電力検出手段により再開された発電が正常でなかったと判断された場合、通常発電モードから発電休止モードへの切替頻度が現在の頻度よりも減少するように前記所定温度をより高い温度に変更する
   ことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
6. 前記制御手段は、前記電力検出手段により再開された発電が正常でなかったと判断された場合、発電休止モードにおいて燃料電池に封入すべき燃料ガス量および酸化剤ガス量の目標値を増加させる
   ことを特徴とする請求項４または請求項５のいずれかに記載の燃料電池システム。

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