JP6862954B2 - 燃料電池車両の運転制御方法及び運転制御システム - Google Patents

Description

本開示は、例えば、燃料電池自動車などの燃料電池車両（Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ(ＦＣＶ））（以下、単に、「燃料電池車両」と言う）の運転制御方法及び運転制御システムに関する。

より詳細には、燃料電池車両を、例えば、温泉地周辺、海岸部周辺などにおいて運転する際に、燃料電池の空気極に必要な空気とともに混入する、硫黄成分や塩分などの不純物などによる燃料電池の性能劣化を抑制するために、これらの不純物を効果的に排出することができるとともに、水素極である燃料極（アノード）に供給され、消費される水素の量を低減でき、コストも低減可能な燃料電池車両の運転制御方法及び運転制御システムに関する。

従来、例えば、ハイブリッドカーなどの二次電池と内燃機関（エンジン）が搭載された電動車両に代えて、二次電池と燃料電池を搭載した燃料電池車両が開発され、注目されている。

このような燃料電池として、固体高分子型燃料電池が使用され、燃料電池スタックから構成されている。
すなわち、燃料電池スタックは、固体高分子電解質膜を挟んで、空気極（カソード）と、水素極である燃料極（アノード）とが、対設した構造を有する発電セルを、セパレータで挟持して、これを複数積層することによって構成されている。

そして、燃料ガス供給源である水素タンクから、燃料ガスである水素ガスが、燃料極に供給されるとともに、酸化剤ガスである空気が、コンプレッサを介して、空気極に供給されるように構成されている。

そして、下記に示すような反応が生じて、これらの電極間に発生する起電力により、電気エネルギを取り出すように構成されている。
燃料極（アノード）：Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^-
空気極（カソード）：１／２Ｏ_２＋２Ｈ⁺＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏ

そして、燃料電池車両には、燃料電池で発生される電力が充電され、主電源となる二次電池が備えられており、二次電池に蓄電された電力によって、車両の走行用モータを駆動するように構成されている。

特許第５８０７２０７号公報

このような従来の燃料電池車両では、燃料電池車両を、例えば、温泉地周辺、海岸部周辺などにおいて運転する際に、燃料電池の空気極に必要な空気とともに、硫黄成分や塩分などの不純物などが混入することがある。

このため、これらの硫黄成分や塩分などの不純物などによって、燃料電池の空気極触媒、水素極触媒の性能低下（被毒による性能低下）を生じることになり、その結果、燃料電池車両の運転性能が低下することになる。

このため、特許文献１（特許第５８０７２０７号公報）には、停止中の燃料電池内に存在、または、発現した硫黄系物質が、燃料電池の起動時に電極を被毒する可能性について考慮して、燃料電池の起動時に、酸化剤ガスよりも高加湿にした燃料ガスと、燃料ガスの体積に対して１％〜５％の酸素ガスを、燃料極へ供給する燃料電池システムの運転方法が開示されている。
これにより、燃料極を酸化剤極よりも高加湿な状態とすることにより、起動時における硫黄系物質による電極の被毒を防止することが提案されている。

しかしながら、特許文献１の燃料電池システムの運転方法では、燃料電池の起動時に、燃料ガスと酸素ガスの成分の調整方法が開示されているのみで、上記のような、例えば、温泉地周辺、海岸部周辺などにおいて運転する際に、燃料電池の被毒による性能低下を防止するものではない。

また、燃料電池の空気極に必要な空気とともに混入する、硫黄成分や塩分などの不純物などによる燃料電池の性能劣化を抑制するために、これらの不純物を効果的に排出するために、燃料電池を過加湿運転状態にすることが考えられる。

しかしながら、燃料電池を過加湿運転状態にするには、水素極である燃料極（アノード）に供給され、消費される水素の量が、多くなってしまい、水素は電気より高価であり、回復処理に要するコストが高くなってしまうことになる。

このような現状に鑑み、本発明の少なくとも一つの実施形態は、例えば、温泉地周辺、海岸部周辺などにおいて運転する際に、燃料電池の空気極に必要な空気とともに混入する、硫黄成分や塩分などの不純物を効果的に排出することができるとともに、消費される水素量を低減でき、コスト低減可能な燃料電池車両の運転制御方法及び運転制御システムを提供することを目的とする。

前述したような従来技術における課題及び目的を達成するために発明されたものであって、本発明の少なくとも一つの実施形態は、車両の走行用モータを駆動する主電源となる二次電池と、前記二次電池を充電する副電源を構成する燃料電池と、前記燃料電池を冷却する冷却水が流れるラジエータを備えた冷却水流路と、車両の車内を空調するためのエアコン回路と、を備えた燃料電池車両の運転制御方法であって、燃料電池に流入する空気とともに混入する不純物による燃料電池の性能低下を判定する性能低下判定ステップと、該性能低下判定ステップの結果に基づいて、性能低下が生じていると判定した場合に、前記冷却水流路を流れる冷却水を前記エアコン回路のエバポレータによって冷却することにより、前記燃料電池を冷却して、燃料電池を過加湿運転状態にして前記性能低下を回復させる回復ステップと、を備えることを特徴とする。

また、幾つかの実施形態では、車両の走行用モータを駆動する主電源となる二次電池と、前記二次電池を充電する副電源を構成する燃料電池と、前記燃料電池を冷却する冷却水が流れるラジエータを備えた冷却水流路と、車両の車内を空調するためのエアコン回路と、を備えた燃料電池車両の運転制御システムであって、前記燃料電池に流入する空気とともに混入する不純物による燃料電池の性能低下を判定する性能低下判定部と、該性能低下判定部の判定結果を基に性能低下が生じていると判定した場合に、前記冷却水流路を流れる冷却水を前記エアコン回路のエバポレータによって冷却することにより、前記燃料電池を冷却して、燃料電池を過加湿運転状態にして前記性能低下を回復させる回復運転制御部と、を備えたことを特徴とする。

このように構成することによって、冷却水流路を流れる冷却水を前記エアコン回路のエバポレータによって冷却することにより燃料電池を冷却することができる。
その結果、冷却水流路を流れる冷却水がより冷却されることになり、燃料電池が露点以下に冷却されて、燃料電池を過加湿運転状態にすることができる。

その結果、例えば、温泉地周辺、海岸部周辺などにおいて運転する際に、燃料電池の空気極に必要な空気とともに、硫黄成分や塩分などの不純物などが混入することがあるが、露点以下に冷却された空気に含まれる水分により、硫黄成分や塩分などの不純物などを燃料電池から排出することができる。

これにより、硫黄成分や塩分などの不純物などによる燃料電池の性能劣化を抑制することができるので、アクセルレスポンスを維持しつつ、これらの不純物を効果的に排出することができる。

しかも、冷却水流路を流れる冷却水が、エバポレータにおける熱交換により、さらに冷却されることになり、燃料電池が露点以下に冷却されて、燃料電池を過加湿運転状態にすることができるので、水分生成のために水素極である燃料極（アノード）に供給され、消費される水素の量を低減でき、コストも低減することができる。

また、幾つかの実施形態では、前記燃料電池車両は車両の前部にグリルシャッタが設けられるとともに、前記グリルシャッタの車両後方に前記燃料電池が設けられ、前記回復運転制御部は、前記グリルシャッタを開くとともに、燃料電池を始動して、前記燃料電池を過加湿運転状態にするように制御することを特徴とする。

このように構成することによって、グリルシャッタを介して、車両の前部から導入される空気により、燃料電池がさらに冷却されることになるので、より効果的に燃料電池が露点以下に冷却される。従って、燃料電池を容易に過加湿運転状態にすることができるので、水分生成のために水素極である燃料極（アノード）に供給され、消費される水素の量を低減でき、コストも低減することができる。

また、幾つかの実施形態では、前記回復運転制御部は、高速走行時に、前記グリルシャッタを開くとともに、燃料電池を始動して、前記燃料電池を過加湿運転状態にするように制御することを特徴とする。

このように構成することによって、高速走行時などにおいて、走行風量が大きい場合に、グリルシャッタを開くので、車両の前部から導入される空気により、燃料電池がさらに冷却されることになり、燃料電池が露点以下により効果的に冷却されて、燃料電池を過加湿運転状態にすることができるので、水分生成のために水素極である燃料極（アノード）に供給され、消費される水素の量を低減でき、コストも低減することができる。

また、幾つかの実施形態では、前記回復運転制御部は、外気温度が所定温度より低い場合に、前記グリルシャッタを開くとともに、燃料電池を始動して、前記燃料電池を過加湿運転状態にするように制御することを特徴とする。

このように構成することによって、外気温度が所定温度（例えば、１５〜２０℃）より低い場合に、グリルシャッタを開いて、車両の前部から導入される冷えた空気により、燃料電池がさらに効果的に冷却されることになり、燃料電池が露点以下に冷却されて、燃料電池を過加湿運転状態にすることができるので、水分生成のために水素極である燃料極（アノード）に供給され、消費される水素の量を低減でき、コストも低減することができる。

また、幾つかの実施形態では、前記回復運転制御部は、外気温度が０℃以下の場合には、実行が禁止されることを特徴とする。

このように構成することによって、外気温度が０℃以下の場合には、燃料電池を冷却せず、燃料電池を過加湿運転状態にしなようにする。これによって、燃料電池から生成される水分が凍結するのを防止できる。

また、幾つかの実施形態では、前記回復運転制御部は、前記二次電池の充電状態を示すＳＯＣ値が、所定値を超えることが検知された際に、前記燃料電池を冷却して、燃料電池を過加湿運転状態にするように制御することを特徴とする。

このように構成することによって、二次電池の充電状態を示すＳＯＣ値が、所定値を超えることが検知された際に、グリルシャッタを開くことによって、グリルシャッタを介して車両の前部から導入される空気により、燃料電池が露点以下に冷却されて、燃料電池を過加湿運転状態にしても、ＳＯＣが低下して走行に支障をきたすことがない。
すなわち、燃料電池は冷却されると、燃料電池の発電能力が低下するため、二次電池への充電が十分に行われない恐れがあり、二次電池が電欠状態に陥る危険性がある。このため、所定のＳＯＣを超えたときに燃料電池の冷却を実行するようにしている。これによって、燃料電池の性能回復を二次電池の充電状態を悪化させることなく達成することができる。

これにより、硫黄成分や塩分などの不純物などによる燃料電池の性能劣化を抑制することができるとともに、二次電池の充電状態の悪化を防止してアクセルレスポンスを維持することができる。

本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、冷却水流路を流れる冷却水をエアコン回路のエバポレータによって冷却することにより、燃料電池を冷却することができる。
その結果、冷却水流路を流れる冷却水がより冷却されることになり、燃料電池が露点以下に冷却されて、燃料電池を過加湿運転状態にすることができる。
従って、例えば、温泉地周辺、海岸部周辺などにおいて運転する際に、燃料電池の空気極に必要な空気とともに混入する、硫黄成分や塩分などの不純物を効果的に排出することができるとともに、消費される水素量を低減できる。

本発明の燃料電池車両の運転制御方法及び運転制御システムの概略を示すブロック図である。 本発明の燃料電池車両の運転制御方法及び運転制御システムの概略を示すフローチャートである。 本発明の燃料電池車両の運転制御方法及び運転制御システムの概略を示すフローチャートである。 本発明の燃料電池車両の運転制御方法及び運転制御システムの概略を示す図１のブロック図の部分拡大図である。 本発明の燃料電池車両の運転制御方法及び運転制御システムの概略を示す図１のブロック図の部分拡大図である。 本発明の燃料電池車両の運転制御方法及び運転制御システムの概略を示す図１のブロック図の部分拡大図である。 本発明の燃料電池車両の運転制御方法及び運転制御システムの概略を示す図１のブロック図の部分拡大図である。 本発明の燃料電池車両の運転制御方法及び運転制御システムの実施形態２の概略を示す図２と同様なフローチャート 本発明の燃料電池車両の運転制御方法及び運転制御システムの実施形態２の概略を示す図１のブロック図の部分拡大図である。 本発明の燃料電池車両の運転制御方法及び運転制御システムによる効果を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいてより詳細に説明する。
ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれらに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

（実施形態１）
図１には、本発明の燃料電池車両の運転制御システム１０を搭載した燃料電池車両１２を示している。
本発明の燃料電池車両の運転制御システム１０は、環境への配慮から、ハイブリッドカーなどの二次電池と内燃機関（エンジン）が搭載された電動車両の内燃機関に代えて、燃料電池１４を搭載した燃料電池車両１２に適用されるものである。

図１に示したように、燃料電池車両１２は、水素と酸素の供給を受けて、発電を行う燃料電池１４を備えている。そして、燃料電池１４は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６を介して、電圧が調整されて、燃料電池車両１２の走行用モータ１８を駆動する主電源となる二次電池２０に電力を供給して、二次電池２０を充電するように構成されている。

また、二次電池２０は、三相出力のインバータ２２を介して、燃料電池車両の走行用モータ１８に接続されることによって、走行用モータ１８を駆動する主電源を構成している。

このような燃料電池１４としては、例えば、固体高分子型燃料電池が使用され、燃料電池スタックから構成されている。
すなわち、燃料電池スタックは、固体高分子電解質膜を挟んで、空気極（カソード）と、水素極である燃料極（アノード）とが、対設した構造を有する発電セルを、セパレータで挟持して、これを複数積層することによって構成されている。

そして、燃料ガス供給源である図示しない水素タンクから、燃料ガスである水素ガスが、燃料極に供給されるとともに、酸化剤ガスである空気が、外部（大気）から取り入れられて、図示しない、フィルタ、コンプレッサを介して、空気極に供給されるように構成されている。

下記に示すような反応が生じて、これらの電極間に発生する起電力により、電気エネルギを取り出すように構成されている。
燃料極（アノード）：Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^-
空気極（カソード）：１／２Ｏ_２＋２Ｈ⁺＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏ

そして、燃料電池車両１２には、燃料電池１４で発生される電力が充電され、主電源となる二次電池２０が備えられており、二次電池２０に蓄電された電力によって、燃料電池車両１２の走行用モータ１８を駆動するように構成されている。

また、燃料電池１４の空気極と燃料極にそれぞれ供給された空気、水素ガスは、それぞれ一部が消費され、未使用の空気、水素ガスは、図示しない空気排出管、水素排出管を介して、外部（大気）に排出されるようになっている。

図１に示したように、燃料電池車両１２の前部（前方）には、開閉可能なグリルシャッタ２４が設けられている。
そして、グリルシャッタ２４を開閉することによって、グリルシャッタ２４の後方に設けられた、燃料電池車両１２の駆動部２６に、外部の空気が取り入れられ、後述するように、燃料電池１４、ラジエータ２８を流れる冷却水などが冷却されるようになっている。

また、図１に示したように、燃料電池車両１２には、燃料電池１４を冷却する冷却水が流れるラジエータ２８を備えた冷却水流路３０を備えており、冷却水ポンプ３２により、冷却水が冷却水流路３０内を循環するように構成されている。

また、図１に示したように、燃料電池車両１２には、車両の車内を空調するためのエアコン回路５０が備えられている。このエアコン回路５０は、室内の空気を吸入して、冷媒流路５２からの冷却された冷媒と熱交換することによって、冷風を車室に送出するエバポレータ５８を備えている。

また、エアコン回路５０は、エアコンコンプレッサ５４、コンデンサ（凝縮器）５６、エバポレータ５８を、図１の矢印で示したように循環することによって、エアコンとして機能する、公知のエアコン回路５０から構成されている。

そして、本発明の運転制御システム１０では、図１に示したように、冷却水流路３０から、エアコン回路５０のエバポレータ５８を循環する分岐熱交換流路６０が形成されている。

すなわち、分岐熱交換流路６０は、冷却水流路３０において、ラジエータ２８を経由した後、冷却水が、第１の切り替え弁６２によって切り替えられて、エバポレータ５８に向かう第１の分岐熱交換流路６４を備えている。

また、分岐熱交換流路６０は、エバポレータ５８によって熱交換された冷却水が、第２の切り替え弁６６で切り替えられて、再び、冷却水流路３０に戻る第２の分岐熱交換流路６８を備えている。

なお、図１は、冷却水ポンプ３２が停止しているとともに、第１の切り替え弁６２、第２の切り替え弁６６が閉止しており、分岐熱交換流路６０が、閉止している状態を示している。

図１に示したように、燃料電池車両の運転制御システム１０は、制御部４０を備えており、制御部４０には、燃料電池車両１２の走行状態などを制御するための車両ＥＣＵ４２を備えている。

すなわち、車両ＥＣＵ４２は、ＦＣ−ＥＣＵ３８と、モータＥＣＵ４４と、バッテリＥＣＵ４６とに接続されている。
ＦＣ−ＥＣＵ３８は、燃料電池１４の始動（発電）、停止を制御する以外に、燃料電池に流入する空気とともに混入する不純物による燃料電池１４の性能低下を判定する性能低下判定部３９を有している。
さらに、性能低下判定部３９の判定を基に冷却水ポンプ３２の始動、停止、切り替え弁３６の切り換え制御、グリルシャッタ２４の開閉などを制御して性能回復を行う回復運転制御部４１を有している。なお、回復運転制御部４１は、ＦＣ−ＥＣＵ３８とは別に設けられてもよい。

さらに、回復運転制御部４１は、冷却水ポンプ３２の始動、停止、第１の切り替え弁６２、第２の切り替え弁６６の切り替え制御を行う冷却水制御部４７と、グリルシャッタ２４の開閉制御を行うグリルシャッタ制御部４３とを有している。

また、モータＥＣＵ４４は、インバータ２２に接続されており、インバータ２２を制御することによって、燃料電池車両１２の走行用モータ１８の駆動を制御するように構成されている。

さらに、バッテリＥＣＵ４６は、二次電池２０の充電などを制御するように構成されている。また、二次電池２０の充電状態を示すＳＯＣがＳＯＣ検出手段４５によって検出され、その情報がバッテリＥＣＵ４６に入力され、さらに車両ＥＣＵ４２に入力されるようになっている。

ところで、このような燃料電池車両１２では、燃料電池車両１２を、例えば、温泉地周辺、海岸部周辺などにおいて運転する際に、燃料電池１４の空気極に必要な空気とともに、硫黄成分や塩分などの不純物などが混入することがある。

このため、これらの硫黄成分や塩分などの不純物などによって、燃料電池１４の空気極触媒、水素極触媒の性能低下（被毒による性能低下）を生じることになり、その結果、燃料電池車両１２の運転性能が低下することになる。

また、燃料電池１４を過加湿運転状態にするには、水素極である燃料極（アノード）に供給され、消費される水素の量が、多くなってしまい、水素は電気より高価であり、回復処理に要するコストが高くなってしまうことになる。

このため、本発明の燃料電池車両１２では、運転制御システム１０は、制御部４０において制御されて、以下のように作動されるようになっている。

すなわち、図２のフローチャートに示したように、ステップＳ１において、運転制御システム１０が始動される。
そして、ステップＳ２において、例えば、図示しない温度センサなどによって、外気温が参照される。

次に、ステップＳ３において、ＳＯＣ検出手段４５で検出されたＳＯＣ値が参照される。そして、ステップＳ４において、外気温度が所定温度（例えば、１５〜２０℃）を超えるか否か（外気温≧所定値）が、判断される。

すなわち、外気温度が所定温度を超える場合に、後述するように、冷却水流路３０を流れる冷却水が、エバポレータ５８における熱交換により、さらに冷却されることになり、燃料電池１４が露点以下に冷却されて、燃料電池を過加湿運転状態にすることができるからである。

次に、ステップＳ４において、外気温度が所定温度を超える（外気温≧所定値）と判断された場合には、ステップＳ５に進み、ステップＳ５において、二次電池２０の充電状態を示すＳＯＣ値が、所定値を超えるか否か（ＳＯＣ＞所定値）が判断される。

なお、この場合、ＳＯＣ値の所定値は、車種、走行用モータ１８の性能、環境温度などの条件により決定されるものであって、特に限定されるものではなく、例えば、２０〜４０％の範囲である。

そして、ステップＳ５において、二次電池２０の充電状態を示すＳＯＣ値が、所定値を超える（ＳＯＣ＞所定値）と判断された場合には、ステップＳ６に進み燃料電池１４の被毒状態を回復することが、必要か否かが判断される。被毒回復の要否判定は図１に示すように、ＦＣ−ＥＣＵ３８の性能低下判定部３９で行われる。

この回復必要かの判定は、同一条件下（空気量、空気温度、水素ガス量、水素温度等の燃料電池の発電条件の同一条件下）で、燃料電池１４において、演算周期における前回の発電電圧と、今回の発電電圧とが、等しいか否か（前回の電圧≒今回の電圧）が判断される。

また、所定時間における電圧偏差をあらかじめ設定した判定閾値と比較して回復要否を判定してもよい。さらに、車載のナビゲーションシステムを利用して、温泉地域や海岸地域を所定時間以上走行したか否かを基に判定するようにしてもよい。

さらに、例えば、硫黄成分や塩分などの不純物などを検出する不純物センサを配置して、この不純物センサの検出結果（不純物の濃度）によって回復が必要かを判定してもよい。

ステップＳ６において、燃料電池１４の被毒状態を回復することが、必要と判断された場合には、ステップＳ７に進み、ステップＳ７において、図４に示したように、分岐熱交換流路６０が開放されて、冷却水がエバポレータ５８を経由するように制御される。

すなわち、図４の矢印で示したように、冷却水流路３０において、ラジエータ２８を経由した後、冷却水が、第１の切り替え弁６２によって切り替えられて、第１の分岐熱交換流路６４を介して、エバポレータ５８に導入される。

そして、エバポレータ５８において、熱交換された冷却水が、第２の切り替え弁６６で切り替えられて、第２の分岐熱交換流路６８を介して、再び、冷却水流路３０に戻るように構成されている。

次に、ステップＳ７において、冷却水がエバポレータ５８を経由するように制御された後、ステップＳ８において、エアコンがＯＮになる。
そして、ステップＳ９において、冷却水流路３０を流れる冷却水が、エバポレータ５８における熱交換により、さらに冷却されることになり、燃料電池１４を過加湿運転状態にする、「ＦＣ低温制御」運転が開始される。

次に、ステップＳ１０に進み、回復要否判定が再度行われる。すなわち、ステップＳ１０において、同一条件下で、燃料電池１４において、前回の電圧と、今回の電圧とが、等しいか否か（前回の電圧≒今回の電圧）が判断される。

そして、ステップＳ１０において、燃料電池１４において、前回の電圧と、今回の電圧とが等しい（前回の電圧≒今回の電圧）と判断された場合には、ステップＳ１１に進み、「回復必要ＯＦＦ」となり、ステップＳ１２において、ステップＳ１へリターンされる。

一方、ステップＳ１０において、燃料電池１４において、前回の電圧と、今回の電圧とが等しくないと判断された場合には、ステップＳ１３において、「回復必要ＯＮ」となり、ステップＳ１２へ進みステップＳ１へリターンされて、繰り返される。

一方、ステップＳ５において、二次電池２０の充電状態を示すＳＯＣ値が、所定値を超えない（ＳＯＣ値が、所定値以下）と判断された場合には、ステップＳ１４に進み、通常制御が行われる（ＦＣ温度一定制御）。

すなわち、ステップＳ１４の通常制御（ＦＣ温度一定制御）では、図５に示したように、分岐熱交換流路６０が閉止されて、冷却水がエバポレータ５８を経由しないように制御される。図５に示したように、第１の切り替え弁６２、第２の切り替え弁６６ともに閉止されるように構成されている。
このようにＳＯＣが所定値以下の場合には、ステップＳ９のようにＦＣ低温制御を行うと、燃料電池１４の発電能力が低下するため、二次電池２０への充電が十分に行われない恐れがあり、二次電池２０が電欠状態に陥る危険性があるため、所定のＳＯＣ以下ではＦＣ低温制御は実行しないようにしている。

次に、ステップＳ１４の後、ステップＳ１０に進み、上記と同様に、回復要否判定が行われる。すなわち、ステップＳ１０において、同一条件下で、燃料電池１４において、前回の電圧と、今回の電圧とが、等しいか否か（前回の電圧≒今回の電圧）が判断される。

一方、ステップＳ６において、二次電池２０の充電状態を回復することが、不要と判断された場合には、上記と同様に、ステップＳ１４に進み、通常制御が行われる（ＦＣ温度一定制御）。

一方、ステップＳ４において、外気温度が所定温度を超えない（外気温＜所定値）と判断された場合には、図３のフローチャートに示したように、ステップＳ１５に進む。
そして、ステップＳ１５において、外気温が０℃を超えるか（外気温＞０℃）否かが判断される。

すなわち、外気温度が０℃以下の場合には、燃料電池１４を冷却せず、燃料電池１４を過加湿運転状態にしないように制御するようになっている。
外気温度が０℃以下の場合には、燃料電池１４を冷却せず、燃料電池１４を過加湿運転状態にしないで、冷却水、燃料電池１４などの凍結を防止するためである。

次に、ステップＳ１５において、外気温が０℃を超えると判断された場合には、ステップＳ１６に進み、ステップＳ１６において、ステップＳ６と同様に燃料電池１４の充電状態を回復することが、必要か否かが判断される。

ステップＳ１６において、燃料電池１４の被毒状態を回復することが、必要と判断された場合には、ステップＳ１７に進み、ステップＳ１７において、図６に示したように、グリルシャッタ２４が開かれる。

次に、ステップＳ１８に進み、燃料電池１４を始動（発電）することによって、グリルシャッタ２４を介して燃料電池車両１２の前部から導入される空気により、燃料電池１４が露点以下に冷却されて、燃料電池１４を過加湿運転状態にする、「ＦＣ低温制御」運転が開始される。

次に、ステップＳ１９に進み、回復要否判定が行われる。すなわち、ステップＳ１９において、同一条件下で、燃料電池１４において、前回の電圧と、今回の電圧とが、等しいか否か（前回の電圧≒今回の電圧）が判断される。

そして、ステップＳ１９において、燃料電池１４において、前回の電圧と、今回の電圧とが等しい（前回の電圧≒今回の電圧）と判断された場合には、ステップＳ２０に進み、「回復必要ＯＦＦ」となり、図２のステップＳ１２において、ステップＳ１へリターンされる。

一方、ステップＳ１９において、燃料電池１４において、前回の電圧と、今回の電圧とが等しくないと判断された場合には、ステップＳ２１において、「回復必要ＯＮ」となり、図２のステップＳ１２に進んで、ステップＳ１へリターンされる。

一方、ステップＳ１５において、外気温が０℃を超えない（外気温が０℃以下）と判断された場合には、ステップＳ２２に進み、図７に示したように、グリルシャッタ２４を閉じた状態で、通常制御が行われる（ＦＣ温度一定制御）。

次に、ステップＳ２２の後、ステップＳ１９に進み、上記と同様に、回復要否判定が行われる。すなわち、ステップＳ１９において、同一条件下で、燃料電池１４において、前回の電圧と、今回の電圧とが、等しいか否か（前回の電圧≒今回の電圧）が判断される。

また、ステップＳ１６において、燃料電池１４の被毒状態を回復することが、不要と判断された場合には、ステップＳ２２に進み、グリルシャッタ２４を閉じた状態で、通常制御が行われる（ＦＣ温度一定制御）。

このように構成することによって、冷却水流路３０から、エアコン回路５０のエバポレータ５８を循環する分岐熱交換流路６０を形成して、分岐熱交換流路６０により、冷却水流路３０を流れる冷却水の熱交換を行って冷却することにより、燃料電池１４を冷却することができる。

その結果、冷却水流路３０を流れる冷却水がより冷却されることになり、燃料電池１４が露点以下に冷却されて、燃料電池１４を過加湿運転状態にすることができる。

これにより、例えば、温泉地周辺、海岸部周辺などにおいて運転する際に、燃料電池の空気極に必要な空気とともに、硫黄成分や塩分などの不純物などが混入することがあるが、露点以下に冷却された空気に含まれる水分により、硫黄成分や塩分などの不純物などを燃料電池１４から排出することができる。

これにより、硫黄成分や塩分などの不純物などによる燃料電池１４の性能劣化を抑制することができるとともに、アクセルレスポンスを維持しつつ、これらの不純物を効果的に排出することができる。

しかも、冷却水流路３０を流れる冷却水が、エバポレータ５８における熱交換により、さらに冷却されることになり、燃料電池１４が露点以下に冷却されて、燃料電池１４を過加湿運転状態にすることができるので、水素極である燃料極（アノード）に供給され、消費される水素の量を低減でき、コストも低減することができる。

また、外気温度が所定温度より低い場合に、グリルシャッタ２４を開くとともに、燃料電池１４を始動して、燃料電池１４を過加湿運転状態にするように制御している。

このように構成することによって、外気温度が所定温度（例えば、１５〜２０℃）より低い場合に、グリルシャッタ２４を開いて、燃料電池車両１２の前部から導入される冷えた空気により、燃料電池１４がさらに冷却されることになり、燃料電池１４が露点以下に冷却されて、燃料電池１４を過加湿運転状態にすることができるので、水素極である燃料極（アノード）に供給され、消費される水素の量を低減でき、コストも低減することができる。

また、外気温度が０℃以下の場合には、燃料電池１４を冷却せず、燃料電池１４を過加湿運転状態にしないように制御している。

このように構成することによって、外気温度が０℃以下の場合には、燃料電池１４を冷却せず、燃料電池１４を過加湿運転状態にしないようにする。これによって、燃料電池から生成される水分が凍結するのを防止できる。

図１０は、本発明の燃料電池車両の運転制御方法及び運転制御システムによる効果を示すグラフである。
すなわち、同量の凝縮水量を確保するために必要な条件を示している。図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）に示したように、ＦＣ温度（燃料電池１４の温度）が低下すると、水の飽和蒸気圧に比例して消費水素量が低下する。

一方、図１０（Ａ）、図１０（Ｃ）に示したように、エアコン回路５０のエバポレータ５８を用いて、ＦＣ温度（燃料電池１４の温度）を低下させると、消費電力が増加することになる。

しかしながら、「水素消費量×水素単価」に比べて、「消費電力×電力単価」が安価となるため、エアコン回路５０のエバポレータ５８を用いて、ＦＣ温度（燃料電池１４の温度）を低下させる、「ＦＣ低温制御」運転の方が、より低いコストで、過加湿運転を行うことができ、燃料電池１４の性能を回復させることができる。

（実施形態２）
図８は、本発明の燃料電池車両の運転制御方法及び運転制御システムの概略を示す図２と同様なフローチャート、図９は、本発明の燃料電池車両の運転制御方法及び運転制御システムの別の実施形態２の概略を示す図１のブロック図の部分拡大図である。

この実施形態の燃料電池車両の運転制御システム１１は、図１〜図７に示した実施形態１の運転制御システム１０と基本的には同様な構成であり、同一の構成部材には、同一の参照番号を付して、その詳細な説明を省略する。

この実施形態２の燃料電池車両１２の運転制御システム１１は、以下のように作動されるようになっている。
図８のフローチャートは、基本的には、図２のフローチャートと同様なステップであるので、同一のステップには、同一のステップの参照番号を付して、その詳細な説明を省略する。また、図３のフローチャートの部分のステップは同一であるので、図示を省略する。

この実施形態２の運転制御システム１１では、図８のステップＳ６において、燃料電池１４の被毒状態を回復することが、必要と判断された場合には、ステップＳ３０に進み、図９に示したように、ステップＳ３０において、グリルシャッタ２４が開かれるように制御されている。

そして、ステップＳ３０において、グリルシャッタ２４が開かれた後、実施形態１と同様に、ステップＳ７に進み、ステップＳ７において、図９に示したように、分岐熱交換流路６０が開放されて、冷却水がエバポレータ５８を経由するように制御される。

このように構成することによって、グリルシャッタ２４を開くとともに、燃料電池１４を始動して、燃料電池１４を過加湿運転状態にするように制御している。

従って、グリルシャッタ２４を開くとともに、燃料電池１４を始動（発電）することによって、グリルシャッタ２４を介して、燃料電池車両１２の前部から導入される空気により、燃料電池１４が露点以下に冷却されて、燃料電池１４を過加湿運転状態にすることができる。

しかも、グリルシャッタ２４を介して、燃料電池車両１２の前部から導入される空気により、燃料電池１４がさらに冷却されることになり、燃料電池１４が露点以下に冷却されて、燃料電池１４を過加湿運転状態にすることができるので、水分生成のために水素極である燃料極（アノード）に供給され、消費される水素の量を低減でき、コストも低減することができる。

なお、この場合、ステップＳ３０において、グリルシャッタ２４が開く際には、例えば、図示しない風量検知センサによって、走行風量が大きい場合に、グリルシャッタ２４を開くとともに、燃料電池１４を始動して、燃料電池１４を過加湿運転状態にするように制御するのが望ましい。

このように構成することによって、例えば、高速走行時などにおいて、走行風量が大きい場合に、グリルシャッタ２４を開くので、燃料電池車両１２の前部から導入される空気により、燃料電池１４がさらに冷却されることになり、燃料電池１４が露点以下に冷却されて、燃料電池１４を過加湿運転状態にすることができるので、水素極である燃料極（アノード）に供給され、消費される水素の量を低減でき、コストも低減することができる。

さらに、二次電池２０の充電状態を示すＳＯＣ値が、所定値を超えることが検知された際に、燃料電池１４を冷却して、燃料電池１４を過加湿運転状態にするように制御しているので、燃料電池１４の被毒を二次電池２０の充電状態を悪化させることなく達成することができる。
すなわち、ＦＣ低温制御を行うと、燃料電池１４の発電能力が低下するため、二次電池２０への充電が十分に行われない恐れがあり、二次電池２０が電欠状態に陥る危険性があるため、所定のＳＯＣを超えたときにＦＣ低温制御は実行するようにしている。

以上のように実施形態２によれば、グリルシャッタ２４を介して、車両の前部から導入される空気により、燃料電池１４がさらに冷却されることになるので、より効果的に燃料電池１４が露点以下に冷却できる。従って、燃料電池１４を容易に過加湿運転状態にすることができるので、水分生成のために水素極である燃料極（アノード）に供給され、消費される水素の量を低減でき、コストも低減することができる。

本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、例えば、温泉地周辺、海岸部周辺などにおいて運転する際に、燃料電池の空気極に必要な空気とともに混入する、硫黄成分や塩分などの不純物を効果的に排出することができるとともに、消費される水素量を低減でき、コスト低減可能なため、燃料電池車両の運転制御方法及び運転制御システムへの利用に適している。

１０、１１ 運転制御システム
１２ 燃料電池車両
１４ 燃料電池
１６ ＤＣ−ＤＣコンバータ
１８ 走行用モータ
２０ 二次電池
２２ インバータ
２４ グリルシャッタ
２６ 駆動部
２８ ラジエータ
３０ 冷却水流路
３２ 冷却水ポンプ
３８ ＦＣ−ＥＣＵ
３９ 性能低下判定部
４０ 制御部
４１ 回復運転制御部
４２ 車両ＥＣＵ
４３ グリルシャッタ制御部
４４ モータＥＣＵ
４５ ＳＯＣ検出手段
４６ バッテリＥＣＵ
４７ 冷却水制御部
５０ エアコン回路
５２ 冷媒流路
５４ エアコンコンプレッサ
５８ エバポレータ
６０ 分岐熱交換流路
６２ 第１の切り替え弁
６４ 第１の分岐熱交換流路
６６ 第２の切り替え弁
６８ 第２の分岐熱交換流路

Claims (7)

1. 車両の走行用モータを駆動する主電源となる二次電池と、
   前記二次電池を充電する副電源を構成する燃料電池と、
   前記燃料電池を冷却する冷却水が流れるラジエータを備えた冷却水流路と、
   車両の車内を空調するためのエアコン回路と、
   を備えた燃料電池車両の運転制御方法であって、
   燃料電池に流入する空気とともに混入する不純物による燃料電池の性能低下を判定する性能低下判定ステップと、
   該性能低下判定ステップの結果に基づいて、性能低下が生じていると判定した場合に、前記冷却水流路を流れる冷却水を前記エアコン回路のエバポレータによって冷却することにより、前記燃料電池を冷却して、燃料電池を過加湿運転状態にして前記性能低下を回復させる回復ステップと、を備えることを特徴とする燃料電池車両の運転制御方法。
2. 車両の走行用モータを駆動する主電源となる二次電池と、
   前記二次電池を充電する副電源を構成する燃料電池と、
   前記燃料電池を冷却する冷却水が流れるラジエータを備えた冷却水流路と、
   車両の車内を空調するためのエアコン回路と、
   を備えた燃料電池車両の運転制御システムであって、
   前記燃料電池に流入する空気とともに混入する不純物による燃料電池の性能低下を判定する性能低下判定部と、
   該性能低下判定部の判定結果を基に性能低下が生じていると判定した場合に、前記冷却水流路を流れる冷却水を前記エアコン回路のエバポレータによって冷却することにより、前記燃料電池を冷却して、燃料電池を過加湿運転状態にして前記性能低下を回復させる回復運転制御部と、を備えたことを特徴とする燃料電池車両の運転制御システム。
3. 前記燃料電池車両は車両の前部にグリルシャッタが設けられるとともに、前記グリルシャッタの車両後方に前記燃料電池が設けられ、
   前記回復運転制御部は、前記グリルシャッタを開くとともに、燃料電池を始動して、前記燃料電池を過加湿運転状態にするように制御することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池車両の運転制御システム。
4. 前記回復運転制御部は、高速走行時に、前記グリルシャッタを開くとともに、燃料電池を始動して、前記燃料電池を過加湿運転状態にするように制御することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池車両の運転制御システム。
5. 前記回復運転制御部は、外気温度が所定温度より低い場合に、前記グリルシャッタを開くとともに、燃料電池を始動して、前記燃料電池を過加湿運転状態にするように制御することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池車両の運転制御システム。
6. 前記回復運転制御部は、外気温度が０℃以下の場合には、実行が禁止されることを特徴とする請求項２から５のいずれか一項に記載の燃料電池車両の運転制御システム。
7. 前記回復運転制御部は、前記二次電池の充電状態を示すＳＯＣ値が、所定値を超えることが検知された際に、前記燃料電池を冷却して、燃料電池を過加湿運転状態にするように制御することを特徴とする請求項２から６のいずれか一項に記載の燃料電池車両の運転制御システム。

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