JP5166795B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池の下流にバタフライ弁等の流量制御弁を備える燃料電池システムに関する。

近年、水素（燃料ガス）がアノードに、酸素を含む空気（酸化剤ガス）がカソードに、それぞれ供給されることで、電気化学反応が生じ発電する固体高分子型燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell：ＰＥＦＣ）等の燃料電池が注目されている。このような燃料電池を良好に発電させるには、水素、空気を適切な流量、圧力で供給する必要があり、例えば、カソードの下流に背圧を制御する背圧弁としてバタフライ弁（空気流量制御手段）が設けられる。

一方、例えば、燃料電池が燃料電池自動車等に搭載された場合、燃料電池を含む燃料電池システムが、低温環境（０℃未満等）に曝されてしまう場合がある。そして、このよう2.な低温環境下で燃料電池システムが停止すると、前記バタフライ弁内において、発電により生成した水分等が凍結する虞がある。そうすると、次回起動時において、内部が凍結したバタフライ弁では、カソードに供給される空気の流量、圧力を適切に制御できない虞がある。

そこで、燃料電池システムを停止する場合において、停止後において、バタフライ弁内が凍結する虞があるとき、その内部を流通する空気の流速が高まるようにバタフライ弁を制御し、流速が高まった空気によって、バタフライ弁内の水滴等を吹き飛ばし、バタフライ弁内の凍結を防止する技術が提案されている（特許文献１）。

特許第３８２０９９２号公報

しかしながら、特許文献１のシステム停止時における凍結防止を実行したとしても、例えば、停止中に結露水等が発生し、バタフライ弁が凍結する虞がある。

そこで、本発明は、燃料電池の起動時において、バタフライ弁等の流量制御弁内が凍結していたとしても、流量制御弁を適切に制御可能な燃料電池システムを提供することを課題とする。

前記課題を解決するための手段として、本発明は、反応ガスが供給されることで発電する燃料電池と、前記燃料電池から排出されたガスが流れる排出ガス流路に配置され、流量を制御する流量制御弁と、前記燃料電池の起動を指示する起動指示手段と、前記起動指示手段が起動を指示した場合、当該起動時における前記流量制御弁の全開側及び全閉側の少なくとも一方側の起動時位置を検出する起動時位置検出手段と、前記起動時位置検出手段が検出した前記起動時位置と、前記流量制御弁の弁体の作動範囲に異物が存在しない状態における前記少なくとも一方側の起動時位置である基準位置との差が所定差よりも大きい場合、前記起動時位置検出手段が検出した前記起動時位置を記憶する第１記憶手段と、前記起動時位置検出手段が検出した前記起動時位置と、前記基準位置との差が所定差以下である場合、当該起動時位置を過去起動時位置として記憶する第２記憶手段と、前記流量制御弁の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段が検出した流量制御弁の温度に基づいて、当該流量制御弁の凍結の有無を判定する凍結判定手段と、を備え、前記凍結判定手段が前記流量制御弁は凍結していると判定する間、前記流量制御弁は、前記第１記憶手段に記憶された前記起動時位置を制限値として、制御され、前記凍結判定手段が前記流量制御弁の凍結は解消したと判定した場合、前記流量制御弁は、前記第２記憶手段に記憶された前記過去起動時位置を制限値として、制御されることを特徴とする燃料電池システムである。

このような燃料電池システムによれば、起動指示手段が燃料電池の起動を指示した場合、起動時位置検出手段が、この起動時（今回起動時）における流量制御弁の起動時位置（全開及び／又は全閉の位置）を検出する。そして、今回起動時の起動時位置と、基準位置との差が所定差よりも大きい場合、今回起動時の起動時位置が第１記憶手段に記憶される。

ここで、基準位置とは、流量制御弁を構成する弁体の作動範囲に異物（例えば氷）が存在せず、良好に作動可能な状態における弁体の正規の起動時位置（全閉及び／又は全閉の位置）を意味する。
また、所定差は、弁体及びこれを制御するモータ等の精密性を考慮して、今回起動時の起動時位置が、流量制御弁の正規の起動時位置であることに均しいとみなすことが可能な差に設定される。

そして、温度検出手段により検出された流量制御弁の温度に基づいて、凍結判定手段が流量制御弁は凍結していると判定する間、流量制御弁は、第１記憶手段に記憶されている今回起動時の起動時位置を制限値として、制御される。

すなわち、燃料電池の起動時に流量制御弁が凍結しており、例えば、その弁体の正規の作動範囲に氷が存在するため、弁体が正規の全閉位置まで作動不能であり、今回起動時における全閉の位置と、基準位置（正規の全閉位置）との差が所定差よりも大きい場合、今回起動時の全閉の位置が第１記憶手段に記憶される。
そして、流量制御弁は凍結していると判定される間、流量制御弁は、この今回起動時の全閉の位置を制限値として制御されるので、弁体が氷を噛み込むことはなく、弁体と氷との固着は防止される。また、この弁体を作動させる駆動体（モータ等）への過剰な負荷も防止される。
このようにして、燃料電池の起動時に流量制御弁が凍結していたとしても、この凍結に対応して、流量制御弁を適切に制御することができる。
また、起動時位置検出手段が検出した起動時位置と、基準位置との差が所定差以下である場合、当該起動時位置が過去起動時位置として第２記憶手段に記憶される。そして、凍結判定手段が流量制御弁の凍結は解消したと判定した場合、流量制御弁は、第２記憶手段に記憶された過去起動時位置を制限値として制御される。

また、前記起動時位置検出手段は、前記弁体を駆動するモータに印加電圧を付与して前記起動時位置を検出する際、前記弁体の作動範囲に存在する氷を切削又は除去しない程度の印加電圧を前記モータに付与することを特徴とする燃料電池システムである。

また、前記起動時位置検出手段は、前記弁体を駆動するモータに印加電圧を付与して前記起動時位置を検出する際、前記基準位置に向けて前記弁体を回動させるように制御し、前記基準位置の手前側で前記弁体の回動が止まった場合、前記回動とは逆向きに前記弁体を回動させると共に、前記モータに付与する印加電圧を増圧することを特徴とする燃料電池システムである。

本発明によれば、燃料電池の起動時において、バタフライ弁等の流量制御弁内が凍結していたとしても、流量制御弁を適切に制御可能な燃料電池システムを提供することができる。

以下、本発明の一実施形態について、図１から図６を参照して説明する。

≪燃料電池システムの構成≫
図１に示す燃料電池システム１は、図示しない燃料電池自動車（移動体）に搭載されている。燃料電池システム１は、燃料電池スタック１０と、燃料電池スタック１０のアノードに対して水素（燃料ガス、反応ガス）を給排するアノード系と、燃料電池スタック１０のカソードに対して酸素を含む空気（酸化剤ガス、反応ガス）を給排するカソード系と、燃料電池スタック１０及び後記するバタフライ弁３２（流量制御弁）を経由するように冷媒（ラジエータ液）を循環させる冷媒循環系と、ＩＧ５１（イグニッション）と、これらを電子制御するＥＣＵ６０（Electronic Control Unit、電子制御装置）と、を備えている。

＜燃料電池スタック＞
燃料電池スタック１０は、複数（例えば２００〜４００枚）の固体高分子型の単セルが積層して構成されたスタックであり、複数の単セルは電気的に直列で接続されている。単セルは、ＭＥＡと、これを挟む２枚の導電性を有するセパレータと、を備えている。ＭＥＡは、１価の陽イオン交換膜等からなる電解質膜（固体高分子膜）と、これを挟むアノード及びカソードとを備えている。

アノード及びカソードは、カーボンペーパ等の導電性を有する多孔質体から主に構成されると共に、アノード及びカソードにおける電極反応を生じさせるための触媒（Ｐｔ、Ｒｕ等）を含んでいる。

各セパレータには、各ＭＥＡの全面に水素又は空気を供給するための溝や、全単セルに水素又は空気を給排するための貫通孔が形成されており、これら溝及び貫通孔がアノード流路１１（燃料ガス流路）、カソード流路１２（酸化剤ガス流路）として機能している。そして、アノード流路１１を介して各アノードに水素が供給され、カソード流路１２を介して各カソードに空気が供給されると、電極反応が起こり、各単セルでＯＣＶ（Open Circuit Voltage）、開回路電圧）が発生するようになっている。
次いで、このようにＯＣＶが発生した状態で、燃料電池スタック１０が走行モータ等を含む外部回路（図示しない）に接続され、電流が取り出されると、燃料電池スタック１０が発電するようになっている。

また、各セパレータには、燃料電池スタック１０を冷却するための冷媒が通流する冷媒流路１３を構成する溝、貫通孔が形成されている。

＜アノード系＞
アノード系は、水素タンク２１と、遮断弁２２とを備えている。
水素タンク２１は、配管２１ａ、遮断弁２２、配管２２ａを介して、アノード流路１１の入口に接続されている。そして、ＥＣＵ６０からの指令によって遮断弁２２が開かれると、水素が、水素タンク２１から、遮断弁２２等を経由して、アノード流路１１に供給されるようになっている。
アノード流路１１の出口は、配管２２ｂに接続されており、アノード流路１１から排出されたアノードオフガスは、配管２２ｂを介して、外部に排出されるようになっている。

＜カソード系＞
カソード系は、コンプレッサ３１と、バタフライ弁３２（背圧弁）とを備えている。
コンプレッサ３１は、配管３１ａを介して、カソード流路１２の入口に接続されている。そして、ＥＣＵ６０の指令に従ってコンプレッサ３１が作動すると、酸素を含む空気が取り込まれ、カソード流路１２に供給されるようになっている。また、配管３１ａには加湿器（図示しない）が設けられており、カソード流路１２に供給される空気が適宜に加湿されるようになっている。

カソード流路１２の出口は、配管３２ａ、バタフライ弁３２、配管３２ｂが、順に接続されている。そして、カソード流路１２から排出されたカソードオフガスは、配管３２ａ、バタフライ弁３２、配管３２ｂを介して、外部に排出されるようになっている。
すなわち、バタフライ弁３２は、燃料電池スタック１０から排出されたカソードオフガスが流れる排出ガス流路に配置されている。

バタフライ弁３２は、その開度を調整することで、カソード流路１２を流通する空気の流量及び圧力（背圧）を制御するものである。バタフライ弁３２は、弁箱３３（バルブボディ）と、弁箱３３内において、回動軸部材３４ａ（図３等参照）周りに回動自在で配置された弁体３４と、弁体３４を作動させるモータ３５（ＤＣモータ等）と、バタフライ弁３２の開度、つまり、弁体３４の現在の角度（位置）をする角度センサ３６（位置検出手段）と、を備えている。

モータ３５は、制御回路（図示しない）を介して、燃料電池スタック１０及びバッテリ等の蓄電装置に接続されており、燃料電池スタック１０及び／又は蓄電装置を電源として作動するようになっている。そして、ＥＣＵ６０から前記制御回路に、例えばＰＷＭ信号が送られ、燃料電池スタック１０及び／又は蓄電装置からモータ３５への印加電圧が制御されるようになっている。また、前記ＰＷＭ信号のデューティー比が適宜に制限されることで、モータ３５への印加電圧が適宜に制限されるようになっている。

また、冷媒流路１３から排出された冷媒が、弁箱３３を経由するようになっている。これにより、発電に伴う燃料電池スタック１０の熱が、循環する冷媒を介して、バタフライ弁３２に移動し、バタフライ弁３２が凍結していた場合、この移動した熱により解氷が進むようになっている。

なお、本実施形態では、図３、図４、図６に示すように、弁箱３３内において、カソードオフガスの流れ方向に対して９０°の方向（弁箱３３の輪切り断面方向）を基準（０°）とする。
そして、図３、図６に示すように、基準（０°）と弁体３４とのなす角度（これを基準全開角度θ２とする）が９０°である場合、つまり、カソードオフガスの流れ方向と弁体３４とが平行である場合、弁体３４は基準全開位置に配置されているとする。
また、図４、図６に示すように、基準（０°）と弁体３４とのなす角度が基準全閉角度θ１である場合、弁体３４は基準全閉位置に配置されるとする。基準全閉角度θ１は、０°以上９０°未満に設定され（０°≦θ１＜９０°）、例えば、１０°に設定される。

＜冷媒循環系＞
冷媒循環系は、冷媒流路１３及び弁箱３３を経由するように、冷媒を循環させる系であり、冷媒ポンプ４１と、ラジエータ４２（放熱器）と、温度センサ４３（温度検出手段）とを備えている。

冷媒ポンプ４１の冷媒吐出口は、配管４１ａを介して冷媒流路１３の入口に接続されている。冷媒流路１３の出口は、配管４２ａ、バタフライ弁３２、配管４２ｂ、ラジエータ４２、配管４２ｃを介して、冷媒ポンプ４１の冷媒吸引口に接続されている。そして、ＥＣＵ６０の指令に従って、冷媒ポンプ４１が作動すると、冷媒が冷媒流路１３、バタフライ弁３２を順に経由して循環するようになっている。

温度センサ４３は、バタフライ弁３２の下流の配管４２ｂに配置されており、配管４２ｂを流通する冷媒の温度を、バタフライ弁３２の温度Ｔ１１として検出するようになっている。そして、温度センサ４３は、この温度Ｔ１１をＥＣＵ６０に出力するようになっている。

＜ＩＧ＞
ＩＧ５１は、燃料電池自動車及び燃料電池システム１の起動スイッチであり、運転席周りに設けられている。また、ＩＧ５１はＥＣＵ６０と接続されており、ＥＣＵ６０はＩＧ５１のＯＮ／ＯＦＦ信号を検知するようになっている。

＜ＥＣＵ＞
ＥＣＵ６０は、燃料電池システム１を電子制御する制御装置であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成されており、その内部に記憶されたプログラムに従って、各種機能を発揮し、各種処理を実行するようになっている。

＜ＥＣＵ−起動指示機能＞
ＥＣＵ６０（起動指示手段）は、ＩＧ５１のＯＮ信号を検知した場合、燃料電池スタック１０が起動（発電開始）するように、遮断弁２２、コンプレッサ３１及び冷媒ポンプ４１に、起動指示を送る機能を備えている。

＜ＥＣＵ−バタフライ弁制御機能＞
また、ＥＣＵ６０（バタフライ弁制御手段）は、アクセルペダルの踏み込み量等に基づいて、バタフライ弁３２の開度を適宜に制御し、カソード流路１２を流通する空気の流量及び圧力を制御する機能を備えている。

＜ＥＣＵ−起動時位置検出機能、判定機能＞
さらに、ＥＣＵ６０（起動時位置検出手段）は、遮断弁２２等に起動指示を送った場合、角度センサ３６を介して、この今回起動時におけるバタフライ弁３２の全閉角度θ１１（全閉位置）を検出する機能を備えている。
そして、ＥＣＵ６０は、全閉角度θ１１と基準全閉角度θ１（基準全閉位置）と差の絶対値が、所定角度差Δθ１（所定差）とよりも大きいか否か判定する機能を備えている。なお、所定角度差Δθ１は、バタフライ弁３２の仕様等に関係し、事前試験等により求められ、ＥＣＵ６０に予め記憶されている。

＜ＥＣＵ−凍結判定機能＞
また、ＥＣＵ６０は、温度センサ４３を介して検出されるバタフライ弁３２の現在の温度Ｔ１１と、基準温度Ｔ１（例えば０℃）とに基づいて、バタフライ弁３２が凍結しているか否かを判定する機能を備えている。基準温度Ｔ１は、バタフライ弁３２の凍結の有無を判定するための基準温度であり、事前試験等に求められ、ＥＣＵ６０に予め記憶されている。

＜ＥＣＵ−第１記憶機能＞
さらに、ＥＣＵ６０（第１記憶手段）は、例えば、バタフライ弁３２が凍結しており、弁箱３３と弁体３４との間に氷が存在する等によって（図５参照）、全閉角度θ１１と基準全閉角度θ１と差の絶対値が、所定角度差Δθ１（所定差）よりも大きい場合、この今回起動時の全閉角度θ１１を記憶する第１記憶機能を備えている。
そして、このように今回起動時の全閉角度θ１１が記憶された場合、ＥＣＵ６０（バタフライ弁制御手段）は、この全閉角度θ１１を制限値として、つまり、弁体３４がこの全閉角度θ１１よりも小さくならないように、バタフライ弁３２を制御する機能を備えている。

＜ＥＣＵ−第２記憶機能＞
さらにまた、ＥＣＵ６０（第２記憶手段）は、全閉角度θ１１と基準全閉角度θ１と差の絶対値が、所定角度差Δθ１（所定差）以下である場合、この今回起動時の全閉角度θ１１を更新して記憶する第２記憶機能を備えている。
一方、前記絶対値が所定角度差Δθよりも大きい場合、ＥＣＵ６０（バタフライ弁制御手段）は、過去に、絶対値が所定角度差Δθ１（所定差）以下である場合において、その内部に記憶された全閉角度θ１１と、今回起動時における全閉角度θ１１とに基づいて、バタフライ弁３２を制御する機能を備えている。

≪燃料電池システムの動作≫
次に、図２を参照して、燃料電池システム１の動作を、ＥＣＵ６０に設定されたプログラム（フローチャート）の流れと共に説明する。
ＩＧ５１がＯＮされると、図２のフローチャートに示す処理がスタートする。具体的には、ＩＧ５１のＯＮ信号を検知したＥＣＵ６０は遮断弁２２を開くと共に、コンプレッサ３１を作動させ、燃料電池スタック１０に水素及び空気を供給し、燃料電池スタック１０の発電を開始させる。また、ＥＣＵ６０は、冷媒ポンプ４１を作動させ、冷媒を循環させる。なお、初期状態において、弁体３４は全開位置（図３参照）に配置されている。

ステップＳ１０１において、ＥＣＵ６０は、今回起動時におけるバタフライ弁３２の全閉角度θ１１を検出する。具体的には、ＥＣＵ６０は、仮に、バタフライ弁３２が凍結しており、弁箱３３と弁体３４との間、つまり、弁体３４の正規の作動範囲に氷が存在していたとしても、この氷を切削、除去しない程度の印加電圧をモータ３５に付与し、弁体３４を閉方向に回動する。そして、角度センサ３６を介して検出された最大閉角度を、今回起動時における全閉角度θ１１とする。

なお、温度センサ４３を介して検出されるバタフライ弁３２の温度Ｔ１１が低く（例えば０℃未満）、バタフライ弁３２が凍結していると予想される場合、全閉角度θ１１の検出ステップ（Ｓ１０１）において、氷を除去せず、正確に全閉角度θ１１を検出できるように、弁体３４の回動速度が遅くなるようにモータ３５を制御してもよい。
また、例えば、閉方向に弁体３４を回動制御しているにも関わらず、角度センサ３６を介して検出される弁体３４の角度θ１１が変化しない場合、弁体３４が氷を噛み込んだと判定して、弁体３４を開方向（逆方向）に回動するように制御すると共に、この開方向に回動させる場合において、モータ３５への印加電圧を増圧し、弁体３４の氷への固着を防止するようにしてもよい。

ステップＳ１０２において、ＥＣＵ６０は、ステップＳ１０１で検出された今回起動時の全閉角度θ１１と、基準全閉角度θ１との差の絶対値が、所定角度差Δθ１よりも大きいか否かを判定する。
そして、前記絶対値が所定角度差Δθ１よりも大きいと判定された場合（Ｓ１０２・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ１０３に進む。この場合は、弁体３４の正規の作動範囲に氷等の異物が存在し、バタフライ弁３２が凍結していると判断される場合である。
一方、前記絶対値が所定角度差Δθ１よりも大きくない、つまり、前記絶対値が所定角度差Δθ１以下である場合、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０３において、ＥＣＵ６０は、ステップＳ１０１で検出した今回起動時の全閉角度θ１１を記憶する。

ステップＳ１０４において、過去の起動時において、ステップＳ１０７を経由したことにより、ＥＣＵ６０に記憶されている更新済みの全閉角度θ１１を基準、今回起動時の全閉角度θ１１を制限値（閉方向の制限角度）として、バタフライ弁３２を制御する。これにより、弁体３４による氷Ａの噛み込みは防止される。

ステップＳ１０５において、ＥＣＵ６０は、温度センサ４３を介して、バタフライ弁３２の現在の温度Ｔ１１を検出する。

ステップＳ１０６において、ＥＣＵ６０は、ステップＳ１０５で検出した温度Ｔ１１が、基準温度Ｔ１以下であるか否かを判定する。
温度Ｔ１１が基準温度Ｔ１以下であると判定された場合（Ｓ１０６・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ１０５に進む。この場合は、ＥＣＵ６０がバタフライ弁３２は凍結していると判定する場合であり、ステップＳ１０４に従ったバタフライ弁３２の制御が継続される。
一方、温度Ｔ１１が基準温度以下でないと判定された場合（Ｓ１０６・Ｎｏ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ１０８に進む。

次に、ステップＳ１０２の判定結果がＮｏの場合、つまり、今回の起動時の全閉角度θ１１と、基準全閉角度θ１との差の絶対値が、所定角度差Δθ１よりも大きくない場合（所定角度差Δθ１以下である場合）に進むステップＳ１０７について説明する。
ステップＳ１０７において、ＥＣＵ６０は、全閉角度θ１１を更新、つまり、今回起動時の全閉角度θ１１を、ＥＥＰＲＯＭやバックアップＲＡＭに記憶する。

ステップＳ１０８において、ＥＣＵ６０は、バタフライ弁３２を通常に制御する。
具体的には、ステップＳ１０７からステップＳ１０８に進んだ場合、ＥＣＵ６０は、今回の起動時の全閉角度θ１１を制限値とし、基準全開角度θ２との間で、バタフライ弁３２を制御する。一方、ステップＳ１０６の判定結果がＮｏとなって、ステップＳ１０８に進んだ場合、ＥＣＵ６０は、過去の起動時おいてステップＳ１０７で記憶された全閉角度θ１１を制限値とし、基準全開角度θ２との間で、バタフライ弁３２を制御する。
そして、ＥＣＵ６０の処理はエンドに進む。

≪燃料電池システムの効果≫
このような燃料電池システム１によれば、以下の効果を得ることができる。
ＩＧ５１がＯＮされ、燃料電池スタック１０の発電開始の指示があった場合、今回起動時における全閉角度θ１１と基準全閉角度θ１との差の絶対値が、所定角度差Δθよりも大きい場合、今回起動時の全閉角度θ１１が記憶される。そして、バタフライ弁３２が凍結していると判定される間、弁体３４は、過去の起動時において、ステップＳ１０２の判定がＮｏである場合に更新された更新済みの全閉角度θ１１を基準、今回起動時の全閉角度θ１１を閉側の制限値として制御される。

これにより、弁体３４がその正規の作動範囲に存在する氷等を噛み込むことは防止される。したがって、弁体３４が氷等を噛み込み、氷等に固着し、バタフライ弁３２が制御不能となることを防止できる。その結果、バタフライ弁３２によって、カソード流路１２に供給される空気の流量及び圧力を適切に制御することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、例えば次のように変更することができる。

前記した実施形態では、燃料電池スタック１０の起動時（ＩＧ５１のＯＮ時）における弁体３４の全閉角度θ１１を検出し、この全閉角度θ１１と基準全閉角度θ１とを比較・判定し、この判定結果に基づいて、起動時における全閉角度θ１１を制限値として、弁体３４を制御する構成を例示したが、この技術を弁体３４の全開角度について適用してもよい。

すなわち、起動時において、弁体３４の全開角度（全開位置）を検出し、この全開角度と基準全開角度θ２との差が、所定角度差よりも大きいか否かを判定し、大きい場合には、過去の起動時における更新済みの全開角度を基準、今回起動時の全開角度を制限値として、弁体３４を制御するようにしてもよい。
また、全閉角度と全開角度との両方に本発明を適用してもよい。

前記した実施形態では、ステップＳ１０２の判定がＮｏとなった後、バタフライ弁３２の温度Ｔ１１が上昇し、ステップＳ１０６の判定がＮｏとなるまで、今回起動時の全閉角度θ１１を制限値として弁体３４を制御する構成を例示したが（Ｓ１０４）、例えば、バタフライ弁３２の温度Ｔ１１が基準温度Ｔ１以下であっても（Ｓ１０６・Ｙｅｓ）、温度Ｔ１１の上昇に伴って、解氷が進んだと予測し、弁体３４の作動範囲が広がるように、制限値としている弁体３４の全閉角度を補正する構成としてもよい。

前記した実施形態では、バタフライ弁３２がカソード流路１２の下流に配置された構成を例示したが、バタフライ弁３２がアノード流路１１の下流に配置された構成でもよい。

前記した実施形態では、冷媒がバタフライ弁３２を経由し、バタフライ弁３２から排出された冷媒の温度を検出する温度センサ４３によって、バタフライ弁３２の温度Ｔ１１が検出される構成を例示したが、バタフライ弁３２の温度Ｔ１１を検出方法はこれに限定されず、例えば、外気温センサが検出する外気温度に基づいて、間接的に推定する構成でもよい。

前記した実施形態では、流量制御弁がバタフライ弁３２である場合を例示したが、流量制御弁は、これに限定されず、その他に例えば、ニードル弁であってもよい。

前記した実施形態では、燃料電池システム１が燃料電池自動車に搭載された場合を例示したが、その他に例えば、自動二輪車、列車、船舶に搭載された燃料電池システムに組み込んでもよい。また、家庭用の据え置き型の燃料電池システムや、給湯システムに組み込まれた燃料電池システムでもよい。

本実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。 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る。 本実施形態に係るバタフライ弁の断面図であり、弁体が基準全開位置に配置された状態を示す。 本実施形態に係るバタフライ弁の断面図であり、弁体が基準全閉位置に配置された状態を示す。 本実施形態に係るバタフライ弁の断面図であり、バタフライ弁が凍結しており、弁体の正規の作動範囲に氷が存在する状態を示す。 弁体の基準全開位置、基準全閉位置の関係を示す図である。

符号の説明

１ 燃料電池システム
１０ 燃料電池スタック
２１ 水素タンク
３２ バタフライ弁（流量制御弁）
３４ 弁体
３５ モータ
３６ 角度センサ
４３ 温度センサ（温度検出手段）
６０ ＥＣＵ
Ｔ１１ バタフライ弁の温度

Claims (3)

1. 反応ガスが供給されることで発電する燃料電池と、
   前記燃料電池から排出されたガスが流れる排出ガス流路に配置され、流量を制御する流量制御弁と、
   前記燃料電池の起動を指示する起動指示手段と、
   前記起動指示手段が起動を指示した場合、当該起動時における前記流量制御弁の全開側及び全閉側の少なくとも一方側の起動時位置を検出する起動時位置検出手段と、
   前記起動時位置検出手段が検出した前記起動時位置と、前記流量制御弁の弁体の作動範囲に異物が存在しない状態における前記少なくとも一方側の起動時位置である基準位置との差が所定差よりも大きい場合、前記起動時位置検出手段が検出した前記起動時位置を記憶する第１記憶手段と、
   前記起動時位置検出手段が検出した前記起動時位置と、前記基準位置との差が所定差以下である場合、当該起動時位置を過去起動時位置として記憶する第２記憶手段と、
   前記流量制御弁の温度を検出する温度検出手段と、
   前記温度検出手段が検出した流量制御弁の温度に基づいて、当該流量制御弁の凍結の有無を判定する凍結判定手段と、
   を備え、
   前記凍結判定手段が前記流量制御弁は凍結していると判定する間、
   前記流量制御弁は、前記第１記憶手段に記憶された前記起動時位置を制限値として、制御され、
   前記凍結判定手段が前記流量制御弁の凍結は解消したと判定した場合、
   前記流量制御弁は、前記第２記憶手段に記憶された前記過去起動時位置を制限値として、制御される
   ことを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記起動時位置検出手段は、前記弁体を駆動するモータに印加電圧を付与して前記起動時位置を検出する際、前記弁体の作動範囲に存在する氷を切削又は除去しない程度の印加電圧を前記モータに付与する
   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. 前記起動時位置検出手段は、前記弁体を駆動するモータに印加電圧を付与して前記起動時位置を検出する際、前記基準位置に向けて前記弁体を回動させるように制御し、前記基準位置の手前側で前記弁体の回動が止まった場合、前記回動とは逆向きに前記弁体を回動させると共に、前記モータに付与する印加電圧を増圧する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システム。

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