JP5038646B2 - 燃料電池自動車 - Google Patents

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Description

本発明は、車両の運転停止を予測して、運転停止前に残留水を減少させる手段を備えた燃料電池自動車に関する。
燃料電池は、水素と酸素との電気化学反応により発電が行われ、その発電と同時に水が生成される。このため、燃料電池が低温環境下で使用されると、燃料電池内部に残留する生成水（残留水）が凍結して、ＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）を劣化させ、また起動性を低下させたりして、商品性を著しく損なうこととなる。そこで、生成水の凍結防止を図るために、燃料電池の運転停止時に、燃料電池内にガスを投入して残留水を減少させる処理（掃気処理ともいう）を行う燃料電池システムが種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２９７３９９号公報（図１）
しかしながら、従来の燃料電池システムにおける掃気処理では、大きなエネルギーが必要で、燃料電池とは異なるバッテリなどの電源装置から電力が供給されるため、電源装置が大型化し、また掃気処理時に発生する騒音によって商品性が損なわれるという問題がある。
本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、掃気処理時のエネルギー消費や騒音を低減することができる燃料電池自動車を提供することを目的とする。
請求項１に係る発明は、反応ガスが供給されて発電を行う燃料電池を搭載した燃料電池自動車であって、前記反応ガスを加湿する加湿器と、車両がアイドリング運転状態であることを検知する車両アイドリング検知手段と、前記アイドリング運転状態において前記車両の運転停止を予測する運転停止予測手段と、前記運転停止予測手段に基づいて前記車両の運転が停止されると予測したときに前記燃料電池内部の残留水を減少させる残留水量制御手段と、を備え、前記残留水量制御手段は、前記加湿器をバイパスし、前記反応ガスを前記アイドリング運転時よりも乾燥させることを特徴とする。
請求項５に係る発明は、反応ガスが供給されて発電を行う燃料電池を搭載した燃料電池自動車であって、前記燃料電池を冷却する冷媒が流通する冷却系と、車両がアイドリング運転状態であることを検知する車両アイドリング検知手段と、前記アイドリング運転状態において前記車両の運転停止を予測する運転停止予測手段と、前記運転停止予測手段に基づいて前記車両の運転が停止されると予測したときに前記燃料電池内部の残留水を減少させる残留水量制御手段と、を備え、前記残留水量制御手段は、前記燃料電池に供給する冷媒による冷却量を前記アイドリング運転時よりも減少させることを特徴とする。
請求項６に係る発明は、反応ガスが供給されて発電を行う燃料電池を搭載した燃料電池自動車であって、車両がアイドリング運転状態であることを検知する車両アイドリング検知手段と、前記アイドリング運転状態において前記車両の運転停止を予測する運転停止予測手段と、前記運転停止予測手段に基づいて前記車両の運転が停止されると予測したときに前記燃料電池内部の残留水を減少させる残留水量制御手段と、を備え、前記残留水量制御手段は、前記燃料電池へ供給する反応ガスの流量を、前記アイドリング運転時よりも増加させることを特徴とする。
請求項７に係る発明は、反応ガスが供給されて発電を行う燃料電池を搭載した燃料電池自動車であって、車両がアイドリング運転状態であることを検知する車両アイドリング検知手段と、前記アイドリング運転状態において前記車両の運転停止を予測する運転停止予測手段と、前記運転停止予測手段に基づいて前記車両の運転が停止されると予測したときに前記燃料電池内部の残留水を減少させる残留水量制御手段と、を備え、前記残留水量制御手段は、前記燃料電池へ供給する反応ガスの圧力を、前記アイドリング運転時よりも減少させることを特徴とする。
請求項１、請求項５、請求項６および請求項７に係る発明によれば、車両の運転停止を予測して、車両の運転停止前に燃料電池内部の残留水を減少させることで、掃気時間を短縮できるようになり、消費エネルギーおよび騒音の低減が可能になる。
請求項１に係る発明によれば、反応ガスの加湿量を減少させることにより、加湿量が減少した反応ガスが燃料電池に供給されるので、燃料電池内部の残留水の持ち去り量（取り込み量）を増やすことができる。
請求項２に係る発明は、前記燃料電池を冷却する冷媒が流通する冷却系を有し、前記残留水量制御手段は、前記燃料電池に供給する冷媒による冷却量を前記アイドリング運転時よりも減少させることを特徴とする。
請求項２および請求項５に係る発明によれば、燃料電池の冷却量を減少させて燃料電池の温度を上昇させることにより、反応ガスの温度が上昇して、反応ガスの飽和水蒸気量が上昇するため、燃料電池内部の残留水の持ち去り量を増やすことができる。
請求項３に係る発明は、前記残留水量制御手段は、前記燃料電池へ供給する反応ガスの流量を、前記アイドリング運転時よりも増加させることを特徴とする。
請求項３および請求項６に係る発明によれば、反応ガスの流量を増加させることにより、燃料電池内部の残留水が吹き飛ばされ易くなり、残留水の排出が促進される。
請求項４に係る発明は、前記残留水量制御手段は、前記燃料電池へ供給する反応ガスの圧力を、前記アイドリング運転時よりも減少させることを特徴とする。
請求項４および請求項７に係る発明によれば、反応ガスの圧力を減少させることにより、反応ガスの体積流量を増加させることができ、反応ガスの流速も上げることができるため、反応ガスの水分持ち去り量を増やすことができる。また、反応ガスの圧力を減少させると、発電効率が減少して燃料電池の内部抵抗が増加するなどの作用によって燃料電池の温度が上昇するので、反応ガスの飽和水蒸気量が上昇して、反応ガスの水分持ち去り量を増やすことが可能になる。
請求項８に係る発明は、前記冷却系は、冷媒を放熱させるラジエータおよび冷媒を循環させる冷媒ポンプを備え、前記燃料電池に供給する冷媒による冷却量を前記アイドリング運転時よりも減少させる処理は、前記冷媒が前記ラジエータをバイパスして流れるようにすること、前記循環ポンプの回転速度を減少または停止させることで行うことを特徴とする。
請求項９に係る発明は、前記燃料電池へ供給する反応ガスの圧力を、前記アイドリング運転時よりも減少させる処理は、前記燃料電池のカソードに供給される反応ガスの圧力を制御する背圧弁の開度を大きくすることで行うことを特徴とする。
請求項１０に係る発明は、前記運転停止予測手段は、前記アイドリング運転状態の開始からの経過時間を取得し、所定時間が経過したと判定した場合には、車両がその後運転を停止すると予測することを特徴とする。
請求項１１に係る発明は、前記運転停止予測手段は、前記アイドリング運転状態であることを検知した後、車両のシフトレバーのシフト位置がニュートラルまたはパーキングであるか否かを判定し、前記ニュートラルまたはパーキングである場合には、車両がその後運転を停止すると予測することを特徴とする。
本発明によれば、掃気処理時のエネルギー消費や騒音を低減することができる燃料電池自動車を提供できる。
図１は本実施形態の燃料電池自動車を示す全体構成図、図２はアイドリング運転時における処理を示すフローチャート、図３は図２の残留水減少モード運転を示すサブフローチャート、図４（ａ）は、空気加湿量と出力との関係を示すグラフ、（ｂ）は冷媒量と出力との関係を示すグラフ、（ｃ）は空気圧力と出力との関係を示すグラフ、（ｄ）は空気流量と出力との関係を示すグラフである。
図１に示すように、本実施形態の燃料電池自動車Ｖは、燃料電池ＦＣ、アノード系１０、カソード系２０、冷却系３０、高電圧系４０、制御部５０などを備えている。
前記燃料電池ＦＣは、プロトン導電性を有する固体高分子電解質膜（以下、電解質膜と略記する）１の一面側をアノード２で、他面側をカソード３で挟み、さらにその両面を導電性のセパレータ４，５で挟んで構成した単セルが複数積層されたものである。なお、電解質膜１、アノード２およびカソード３で構成されたものが、いわゆる膜電極接合体（ＭＥＡ）である。また、燃料電池ＦＣには、反応ガスとしての水素が流通する流路ａ１、反応ガスとしての空気（エア）が流通する流路ａ２、燃料電池ＦＣを冷却する冷媒が流通する流路ａ３が形成されている。
前記アノード系１０は、燃料電池ＦＣのアノード２に対して水素を供給・排出するものであり、アノードガス供給配管１１ａ、アノードオフガス配管１１ｂ、水素タンク１２、遮断弁１３、エゼクタ１４ａ、アノードガス循環配管１４ｂなどで構成されている。
前記アノードガス供給配管１１ａは、燃料電池ＦＣに供給される水素が流通する流路であり、その一端が燃料電池ＦＣの流路ａ１の入口に接続され、他端が遮断弁１３およびエゼクタ１４ａを介して水素タンク１２と接続されている。
前記アノードオフガス配管１１ｂは、燃料電池ＦＣから排出された水素が流通する流路であり、その一端が燃料電池ＦＣの流路ａ１の出口に接続され、他端が車外に連通している。
前記水素タンク１２は、高純度の水素が充填された容器であり、例えば燃料電池自動車Ｖの後方に横置き（図示せず）で設置される。
前記遮断弁１３は、例えば電磁弁であり、水素タンク１２の近傍に設けられ、制御部５０の制御信号によって開閉されるようになっている。なお、遮断弁１３は、水素タンク１２内に設けられた、インタンク式の電磁弁であってもよい。
前記エゼクタ１４ａは、アノードオフガス配管１１ｂとアノードガス循環配管１４ｂを介して接続され、燃料電池ＦＣのアノード２から排出された未反応の水素を再び燃料電池ＦＣに戻す機能を有している。これにより、水素が無駄に排出されることがなくなり、水素を有効に活用することができるようになっている。
前記カソード系２０は、燃料電池ＦＣのカソード３に対して空気（エア）を供給・排出するものであり、カソードガス供給配管２１ａ、カソードオフガス配管２１ｂ、エアコンプレッサ２２、加湿器２３、背圧弁２４、加湿器バイパス配管２５、三方弁２６などで構成されている。
前記カソードガス供給配管２１ａは、燃料電池ＦＣのカソード３に供給される空気が流通する流路であり、その一端が燃料電池ＦＣの流路ａ２の入口に接続され、他端が加湿器２３および三方弁２６を介してエアコンプレッサ２２に接続されている。
前記カソードオフガス配管２１ｂは、燃料電池ＦＣのカソード３から排出されるオフガス（主に空気や生成水）が流通する流路であり、その一端が燃料電池ＦＣの流路ａ２の出口に接続され、他端が加湿器２３および背圧弁２４を介して車外に連通している。
前記エアコンプレッサ２２は、モータにより駆動されるスーパーチャージャなどで構成され、外気（車外の空気）を取り込んで圧縮し、燃料電池ＦＣに向けて供給するものである。
前記加湿器２３は、エアコンプレッサ２２からの空気を加湿する機能を有し、例えば水透過性の中空糸膜を備えて構成されている。このように加湿した空気を燃料電池ＦＣに供給することにより、電解質膜１のプロトン導電性が向上して発電性能が向上するようになっている。
前記背圧弁２４は、例えばバタフライ弁などで構成され、その開度を変化せることによって、燃料電池ＦＣのカソード３に供給される空気の圧力を制御できるようになっている。
前記加湿器バイパス配管２５は、エアコンプレッサ２２からの空気を、加湿器２３をバイパスして燃料電池ＦＣに供給するための流路である。
前記三方弁２６は、カソードガス供給配管２１ａと、上流側の加湿器バイパス配管２５との分岐部に設けられ、エアコンプレッサ２２から導入された空気の一部（または全部）を、加湿器バイパス配管２５に流通させることができるようになっている。
前記冷却系３０は、冷媒（例えば、エチレングリコールなどの不凍液）を循環させて燃料電池ＦＣを冷却するためのものであり、冷却配管３１ａ，３１ｂ，３１ｃ、ラジエータ３２、切替弁３３、循環ポンプ３４などで構成されている。
前記冷却配管３１ａは、その一端が燃料電池ＦＣの流路ａ３の出口に接続され、他端がラジエータ３２の入口に接続されている。前記冷却配管３１ｂは、その一端がラジエータ３２の出口に接続され、他端が切替弁３３および循環ポンプ３４を介して燃料電池ＦＣの流路ａ３の入口に接続されている。前記冷却配管３１ｃは、ラジエータ３２をバイパスする配管であり、その一端が冷却配管３１ａに接続され、他端が冷却配管３１ｂに接続されている。
前記ラジエータ３２は、燃料電池ＦＣで暖められた冷媒を放熱する機能を有し、例えば燃料電池自動車（車両）Ｖの前部に設けられている。
前記切替弁３３は、燃料電池ＦＣから排出された冷媒がラジエータ３２を流通する冷却位置、またはラジエータ３２をバイパスして流通するバイパス位置に切り替えることができる弁である。
前記循環ポンプ３４は、モータを駆動させることにより、燃料電池ＦＣの流路ａ３に対して冷媒を循環させることができるようになっている。
前記高電圧系４０は、電圧制御器（ＶＣＵ；Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）４１、蓄電装置４２、電動機４３などで構成されている。
前記電圧制御器４１は、後記する制御部５０からの発電指令に基づいて燃料電池ＦＣから取り出す発電電流（電力）を制御するものである。
前記蓄電装置４２は、燃料電池ＦＣの補助電力源であり、鉛酸バッテリ、ニッケル水素バッテリ、リチウムイオンバッテリなどのバッテリ、キャパシタなどから構成される。
前記電動機４３は、走行モータであり、例えば永久磁石式の３相交流同期モータで構成され、燃料電池自動車Ｖに設けられた駆動輪Ｗを回転駆動させるようになっている。
前記制御部５０は、図示しない、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、メモリ、入出力インタフェースなどで構成され、本発明の運転停止予測手段を備えている。また、制御部５０は、遮断弁１３、エアコンプレッサ２２、背圧弁２４、三方弁２６、切替弁３３、循環ポンプ３４、イグニッションスイッチ（ＩＧＳＷ）５１、アクセルペダルのスロットルセンサ５２およびタイマ５３と接続されている。この制御部５０の制御によって、遮断弁１３の開閉、エアコンプレッサ２２のモータの回転速度、背圧弁２４の開度、三方弁２６の位置、循環ポンプ３４のモータの回転数がそれぞれ制御されるようになっている。また、制御部５０には、イグニッションスイッチ５１のオフ信号またはオン信号、スロットルセンサ５２のスロットル開度信号、タイマ５３で計測された時間（アイドリング状態からの経過時間）がそれぞれ入力されるようになっている。
次に、本実施形態の燃料電池自動車の動作について図２〜図４を参照（適宜、図１を参照）して説明する。なお、燃料電池自動車Ｖのイグニッションがオフの状態つまり車両の運転が停止している状態では、遮断弁１３が閉じ、エアコンプレッサ２２が停止し、背圧弁２４が閉じ、三方弁２６が加湿器２３をバイパスしない位置に切り替えられ、切替弁３３がラジエータ３２をバイパスする位置に切り替えられ、循環ポンプ３４が停止している。
ステップＳ１００において、制御部５０は、燃料電池自動車Ｖのイグニッションスイッチ５１がオン（ＯＮ）にされたことを検知すると、遮断弁１３を開いて、燃料電池ＦＣのアノード２に水素を供給するとともに、エアコンプレッサ２２を駆動して、燃料電池ＦＣのカソード３に空気を供給する。これにより、燃料電池ＦＣのアノード２では、水素イオン（プロトン）が電解質膜１を透過してカソード３に移動するとともに電子が電動機４３などの外部負荷を介してカソード３に移動し、カソード３では、水素イオンおよび電子と、空気中の酸素とが反応して水が生成される。また、この生成水は、燃料電池ＦＣからカソードオフガス配管２１ｂを通って加湿器２３に送られ、加湿器２３において燃料電池ＦＣに供給される空気を加湿する。
そして、ステップＳ１１０の通常運転では、制御部５０は、スロットルセンサ５２からからのスロットル開度に応じて燃料電池ＦＣから取り出す電力（発電電流）を電圧制御部４１を介して制御する。また、燃料電池ＦＣを冷却する必要がある場合には、制御部５０は、循環ポンプ３４を駆動するとともに、冷媒がラジエータ３２を通る冷却位置に切替弁３３を切替えて、冷媒を燃料電池ＦＣとラジエータ３２との間で循環させて、燃料電池ＦＣを冷却する。そして、燃料電池ＦＣが所定温度まで低下したら、冷媒が冷却配管３１ｃを通るバイパス位置に切替弁３３を切り替える。
そして、ステップＳ１２０に進み、制御部５０は、燃料電池自動車（車両）Ｖがアイドリング状態であるか否かを判断する。このアイドリング状態とは、スロットルセンサ５２から得られるスロットル開度が０（アクセルＯＦＦ）のときである。ステップＳ１２０において、制御部５０がアイドリング状態ではないと判断した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ１１０に戻り、通常運転を継続する。また、ステップＳ１２０において、制御部５０がアイドリング状態であると判断した場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ１３０に進む。
ステップＳ１３０では、制御部５０は、タイマ５３から、アイドリング状態からの経過時間（所定時間）を取得する。ステップＳ１３０において、制御部５０は、アイドリング状態から所定時間が経過していないと判断した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ１１０に戻る。
ステップＳ１３０において、制御部５０は、アイドリング状態から所定時間が経過したと判断した場合には（Ｙｅｓ）、燃料電池自動車（車両）Ｖがその後運転を停止するであろうと予測して、燃料電池ＦＣ内部の残留水を減少させる残留水減少モードに移行する（ステップＳ１４０）。このときの残留水は、燃料電池ＦＣの発電によって発生する生成水である。なお、このステップＳ１３０が、本発明の運転停止予測手段に相当している。
ステップＳ１４０の残留水減少モード運転では、図３に示すように、ステップＳ１４１において、制御部５０は、燃料電池ＦＣに供給される空気（反応ガス）の加湿量を減少させる処理を実行する。すなわち、エアコンプレッサ２２から導入される空気の一部が加湿器バイパス配管２５を流れるように、三方弁２６を切り替えることにより行う。これにより、加湿量が減少した空気が燃料電池ＦＣ内を流れることで、加湿量が減少した空気は、燃料電池ＦＣ内に残留している生成水を取り込み易くなる。そして、生成水を取り込んだ空気は、カソードオフガス配管２１ｂを通って車外へと排出される。なお、ステップＳ１４１では、加湿器バイパス配管２５、三方弁２６および制御部５０が、本発明の残留水量制御手段に相当する。
図４（ａ）に示すように、残留水減少モード運転時の空気の加湿量をアイドリング運転時の加湿量より減少させることにより、燃料電池ＦＣの内部の残留水の持ち去り量を増加させることが可能になる。
そして、ステップＳ１４２に進み、制御部５０は、燃料電池ＦＣを冷却する冷媒による冷却量を減少させる処理を実行する。このときの処理としては、冷媒がラジエータ３２をバイパスする冷却配管３１ｃを通るように切替弁３３を切り替えること、または、循環ポンプ３４の回転数減少や停止することである。なお、ラジエータ３２をバイパスさせない場合には、前記した切替弁３３を、一般的な車両用の冷却系に用いられているようなサーモスタット弁としてもよい。また、ステップＳ１４２では、循環ポンプ３４が、または冷却配管３１ｃ、切替弁３３および制御部５０が、本発明の残留水量制御手段に相当する。
このように、燃料電池ＦＣを流通する冷媒流量を減少させ、または冷媒がラジエータ３２をバイパスするように流通させて、図４（ｂ）に示すように、残留水減少モード運転時の燃料電池ＦＣの冷却量を、アイドリング運転時の燃料電池ＦＣの冷却量より減少させることにより、燃料電池ＦＣの温度上昇によって空気（反応ガス）の温度が上昇して、空気の飽和水蒸気量が増加するため、燃料電池ＦＣ内部の残留水の持ち去り量を増加させることが可能になる。
そして、ステップＳ１４３に進み、制御部５０は、燃料電池ＦＣに供給される空気の流量を増加せる処理を実行する。このときの処理としては、エアコンプレッサ２２の回転数を上げることである。なお、ステップＳ１４３では、エアコンプレッサ２２および制御部５０が本発明の残留水量制御手段に相当する。
図４（ｃ）に示すように、残留水減少モード運転時のガス（空気）流量を、アイドリング運転時のガス（空気）流量より増加させることにより、燃料電池ＦＣ内部の残留水が吹き飛ばされ易くなり、残留水を排出し易くなる。
そして、ステップＳ１４４に進み、制御部５０は、燃料電池ＦＣに供給される空気の圧力を減少させる処理を実行する。このときの処理としては、背圧弁２４の開度を大きくすることである。なお、ステップＳ１４４では、背圧弁２４および制御部５０が本発明の残留水量制御手段に相当する。
図４（ｄ）に示すように、残留水減少モード運転時のガス（空気）圧力を、アイドリング運転時のガス（空気）圧力より減少させることにより、単位体積当りの空気の流量を増加せることができ、流速も上げることができるので、残留水の持ち去り量を増加せることが可能になる。また、空気の圧力を減少させると、燃料電池ＦＣの発電効率が低下して、燃料電池ＦＣの内部抵抗が増加するなどの作用によって、燃料電池ＦＣの温度が上昇する。これにより、空気の飽和水蒸気量が増加して、残留水の持ち去り量を増加させることが可能になる。
そして、図２のフローチャートに戻って、ステップＳ１５０に進み、制御部５０は、イグニッションスイッチ５１がＯＦＦに切り替えられたか否かを判断する。ステップＳ１５０において、イグニッションスイッチ５１がＯＦＦに切り替えられていない場合には（Ｎｏ）、ステップＳ１６０に進み、スロットルセンサ５２から得られるスロットル開度に基づいて、アクセルがＯＮにされたか否かを判断する。
ステップＳ１６０において、アクセルがＯＮされていない場合には（Ｎｏ）、ステップＳ１４０に戻り、残留水減少モード運転を継続し、アクセルがＯＮされた場合には（Ｙｅｓ）、残留水減少モード運転を停止して、ステップＳ１１０の通常運転に戻る。
また、ステップＳ１５０において、残留水減少モード運転時にイグニッションスイッチ５１がＯＦＦにされた場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ１７０に進み、掃気制御に移行する。この掃気制御とは、車両が低温環境下で使用されて残留水が凍結するおそれがある場合に、燃料電池ＦＣの発電停止後に、蓄電装置４２の電力によってエアコンプレッサ２２を駆動して、燃料電池ＦＣに空気を投入し、残留水を車外に排出する処理をいう。
本実施形態では、前記したように、燃料電池自動車Ｖ（車両）が停止すると予測したときに燃料電池ＦＣ内の残留水を減少させる残留水減少モード運転に移行するので、イグニッションスイッチ５１がオフにされて車両が停止したときに、掃気制御する際の掃気時間を従来よりも短縮することが可能になる。したがって、掃気制御する際のエネルギーを少なくできるので蓄電装置４２の小型化を図ることができ、さらに掃気時間を短くできるので騒音の低減を図ることができる。
なお、本実施形態では、残留水減少モード運転が、空気の加湿量減少、燃料電池ＦＣの冷却量減少、空気の圧力減少および空気の流量増加により実行されているが、すべてを実行する必要はなく、少なくともひとつを選択して実行するようにしてもよい。
図５は、アイドリング運転時における別の処理を示すフローチャートである。なお、図５に示すフローチャートは、図２のフローチャートのステップＳ１３０とＳ１６０が異なるだけで、その他のステップは同様であるので、同一ステップを付してその説明を省略する。
すなわち、ステップＳ１２０において、制御部５０は、アイドリング状態であると判断した場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ１３０Ａに進み、シフトレバー（図示せず）のシフト位置がニュートラル（Ｎ）かパーキング（Ｐ）であるか否かを判断する。ステップＳ１３０Ａにおいて、制御部５０は、シフト位置がＮまたはＰでない場合には（Ｎｏ）、ステップＳ１１０に戻り、シフト位置がＮまたはＰである場合には（Ｙｅｓ）、残留水減少モード運転に移行する。この残留水減少モード運転は、図３で説明したサブフローチャートと同様にして処理される。
また、残留水減少モード運転時（ステップＳ１４０）に、イグニッションスイッチ５１がＯＮの状態で（Ｓ１５０、Ｎｏ）、シフトレバー（図示せず）のシフト位置がドライブ（Ｄ）またはリバース（Ｒ）の場合（Ｓ１６０Ａ、Ｙｅｓ）、通常運転に戻り、シフト位置がＤまたはＲでない場合（Ｓ１６０Ａ、Ｎｏ）、残留水減少モード運転を継続する。
なお、運転停止予測手段としては、前記した実施形態（Ｓ１３０、Ｓ１３０Ａ）に限定されるものではなく、その他の例としては、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）等を用いて、運転停止頻度が高い地点を学習させることにより判断してもよい。運転停止頻度が高い地点とは、例えば、自宅の車庫、店舗の駐車場などである。
また、本実施形態では、掃気制御（Ｓ１７０）によって残留水を排出して凍結を防止することにより、燃料電池ＦＣの低温起動性能やＭＥＡの耐久性を向上できる。
なお、前記実施形態では、カソード３側の空気の加湿量、流量および圧力を制御する構成としたが、これに限定されず、アノード２側の水素の加湿量、流量および圧力を制御する構成としてもよい。
本実施形態の燃料電池自動車を示す全体構成図である。 アイドリング運転時における処理を示すフローチャートである。 図２の残留水減少モード運転を示すサブフローチャートである。 （ａ）は空気加湿量と出力との関係を示すグラフ、（ｂ）は冷媒量と出力との関係を示すグラフ、（ｃ）は空気流量と出力との関係を示すグラフ、（ｄ）は空気圧力と出力との関係を示すグラフである。 アイドリング運転時における別の処理を示すフローチャートである。
符号の説明
２２ エアコンプレッサ
２３ 加湿器
２４ 背圧弁
２５ 加湿器バイパス配管
２６ 三方弁
３１ｃ 冷却配管
３３ 切替弁
３４ 循環ポンプ
５０ 制御部（運転停止予測手段）
５２ スロットルセンサ（車両アイドリング検知手段）
５３ タイマ
ＦＣ 燃料電池
Ｖ 燃料電池自動車

Claims (11)

  1. 反応ガスが供給されて発電を行う燃料電池を搭載した燃料電池自動車であって、
    前記反応ガスを加湿する加湿器と、
    車両がアイドリング運転状態であることを検知する車両アイドリング検知手段と、
    前記アイドリング運転状態において前記車両の運転停止を予測する運転停止予測手段と、
    前記運転停止予測手段に基づいて前記車両の運転が停止されると予測したときに前記燃料電池内部の残留水を減少させる残留水量制御手段と、を備え、
    前記残留水量制御手段は、前記加湿器をバイパスし、前記反応ガスを前記アイドリング運転時よりも乾燥させることを特徴とする燃料電池自動車。
  2. 前記燃料電池を冷却する冷媒が流通する冷却系を有し、
    前記残留水量制御手段は、前記燃料電池に供給する冷媒による冷却量を前記アイドリング運転時よりも減少させることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池自動車。
  3. 前記残留水量制御手段は、前記燃料電池へ供給する反応ガスの流量を、前記アイドリング運転時よりも増加させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池自動車。
  4. 前記残留水量制御手段は、前記燃料電池へ供給する反応ガスの圧力を、前記アイドリング運転時よりも減少させることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池自動車。
  5. 反応ガスが供給されて発電を行う燃料電池を搭載した燃料電池自動車であって、
    前記燃料電池を冷却する冷媒が流通する冷却系と、
    車両がアイドリング運転状態であることを検知する車両アイドリング検知手段と、
    前記アイドリング運転状態において前記車両の運転停止を予測する運転停止予測手段と、
    前記運転停止予測手段に基づいて前記車両の運転が停止されると予測したときに前記燃料電池内部の残留水を減少させる残留水量制御手段と、を備え、
    前記残留水量制御手段は、前記燃料電池に供給する冷媒による冷却量を前記アイドリング運転時よりも減少させることを特徴とする燃料電池自動車。
  6. 反応ガスが供給されて発電を行う燃料電池を搭載した燃料電池自動車であって、
    車両がアイドリング運転状態であることを検知する車両アイドリング検知手段と、
    前記アイドリング運転状態において前記車両の運転停止を予測する運転停止予測手段と、
    前記運転停止予測手段に基づいて前記車両の運転が停止されると予測したときに前記燃料電池内部の残留水を減少させる残留水量制御手段と、を備え、
    前記残留水量制御手段は、前記燃料電池へ供給する反応ガスの流量を、前記アイドリング運転時よりも増加させることを特徴とする燃料電池自動車。
  7. 反応ガスが供給されて発電を行う燃料電池を搭載した燃料電池自動車であって、
    車両がアイドリング運転状態であることを検知する車両アイドリング検知手段と、
    前記アイドリング運転状態において前記車両の運転停止を予測する運転停止予測手段と、
    前記運転停止予測手段に基づいて前記車両の運転が停止されると予測したときに前記燃料電池内部の残留水を減少させる残留水量制御手段と、を備え、
    前記残留水量制御手段は、前記燃料電池へ供給する反応ガスの圧力を、前記アイドリング運転時よりも減少させることを特徴とする燃料電池自動車。
  8. 前記冷却系は、冷媒を放熱させるラジエータおよび冷媒を循環させる冷媒ポンプを備え、
    前記燃料電池に供給する冷媒による冷却量を前記アイドリング運転時よりも減少させる処理は、前記冷媒が前記ラジエータをバイパスして流れるようにすること、前記循環ポンプの回転速度を減少または停止させることで行うことを特徴とする請求項２または請求項５に記載の燃料電池自動車。
  9. 前記燃料電池へ供給する反応ガスの圧力を、前記アイドリング運転時よりも減少させる処理は、前記燃料電池のカソードに供給される反応ガスの圧力を制御する背圧弁の開度を大きくすることで行うことを特徴とする請求項４または請求項７に記載の燃料電池自動車。
  10. 前記運転停止予測手段は、前記アイドリング運転状態の開始からの経過時間を取得し、所定時間が経過したと判定した場合には、車両がその後運転を停止すると予測することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の燃料電池自動車。
  11. 前記運転停止予測手段は、前記アイドリング運転状態であることを検知した後、車両のシフトレバーのシフト位置がニュートラルまたはパーキングであるか否かを判定し、前記ニュートラルまたはパーキングである場合には、車両がその後運転を停止すると予測することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の燃料電池自動車。
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