JP7310707B2 - 燃料電池システム及び燃料電池を制御する方法 - Google Patents

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Description

本開示は燃料電池システム及び燃料電池を制御する方法に関する。
燃料電池システムであって、水素通路を含む燃料電池と、水素通路の入口に接続された水素供給路と、水素供給路内に配置されたインジェクタと、水素通路の出口に接続されたアノードオフガス通路と、アノードオフガス通路内に設けられたドレイン制御弁と、を備え、ドレイン制御弁を開弁しつつインジェクタを開弁する水素置換処理を実行する、燃料電池システムが公知である（例えば、特許文献１参照）。水素通路内に存在する、窒素又は水蒸気などの非水素ガスや液水の量が多くなると、燃料電池に十分な水素が供給されないおそれがあり、燃料電池の発電効率が低下するおそれがある。水素置換処理が実行されると、水素通路内の非水素ガスなどが水素によって置換され、したがって燃料電池の良好な発電が確保される。
特開２００９－１７０１９９号公報
ところで、水素置換処理が実行されると、ドレイン制御弁からは、非水素ガスだけでなく、水素も放出される。このため、水素通路内の圧力が高いときに水素置換処理が実行されると、高濃度の水素がドレイン制御弁から放出されるおそれがある。
本開示によれば、以下が提供される。
［構成１］
燃料電池システムであって、
水素通路を含む燃料電池と、
前記水素通路の入口に接続された水素供給路と、
前記水素供給路内に配置されたインジェクタと、
前記水素通路の出口に接続されたアノードオフガス通路と、
前記アノードオフガス通路内に設けられたドレイン制御弁と、
前記ドレイン制御弁を開弁しつつ前記水素通路内の圧力が要求水素圧力になるように前記インジェクタを開弁する水素置換処理を実行するように構成されている置換制御部と、
前記水素通路内の圧力を検出するように構成された圧力センサと、
を備え、
前記置換制御部は更に、
前記水素通路内の圧力が前記要求水素圧力よりも高いと判別されたときに前記水素置換処理を実行しない、
ように構成されている、燃料電池システム。
［構成２］
更に、大気圧を検出するように構成されている大気圧センサを備え、
前記置換制御部は更に、
前記要求水素圧力を前記大気圧センサにより検出された前記大気圧よりもあらかじめ定められた設定値だけ高い値に設定する、
ように構成されている、構成１に記載の燃料電池システム。
［構成３］
燃料電池システムであって、
水素通路を含む燃料電池と、
前記水素通路の入口に接続された水素供給路と、
前記水素供給路内に配置されたインジェクタと、
前記水素通路の出口に接続されたアノードオフガス通路と、
前記アノードオフガス通路内に設けられたドレイン制御弁と、
前記ドレイン制御弁を開弁しつつ前記水素通路内の圧力が要求水素圧力になるように前記インジェクタを開弁する水素置換処理を実行するように構成されている置換制御部と、
大気圧を検出するように構成されている大気圧センサと、
を備え、
前記置換制御部は更に、
前記要求水素圧力を前記大気圧よりもあらかじめ定められた設定値だけ高い値に設定する、
ように構成されている、燃料電池システム。
［構成４］
更に、前記アノードオフガス通路に空気を供給するように構成されているコンプレッサを備え、
前記置換制御部は更に、
前記水素置換処理時に前記コンプッサを作動させ、
前記要求水素圧力を、あらかじめ定められた下限圧力を下回らないように設定する、
ように構成されている、構成３に記載の燃料電池システム。
［構成５］
前記置換制御部は更に、
前記コンプレッサから前記アノードオフガス通路に供給される空気の量を、前記大気圧に対する前記要求水素圧力の差に基づいて設定する、
ように構成されている、構成４に記載の燃料電池システム。
［構成６］
前記置換制御部は更に、
前記コンプレッサから前記アノードオフガス通路に供給される空気の量が目標量よりも少ないと判別されたときに、前記水素置換処理を実行しない、
ように構成されている、構成５に記載の燃料電池システム。
［構成７］
燃料電池システムを制御する方法であって、前記燃料電池システムが、
水素通路を含む燃料電池と、
前記水素通路の入口に接続された水素供給路と、
前記水素供給路内に配置されたインジェクタと、
前記水素通路の出口に接続されたアノードオフガス通路と、
前記アノードオフガス通路内に設けられたドレイン制御弁と、
前記水素通路内の圧力を検出するように構成された圧力センサと、
を備え、前記方法が、
前記水素通路内の圧力が要求水素圧力よりも低いと判別されたときに、前記ドレイン制御弁を開弁しつつ前記水素通路内の圧力が要求水素圧力になるように前記インジェクタを開弁する水素置換処理を実行することと、
前記水素通路内の圧力が前記要求水素圧力よりも高いと判別されたときに前記水素置換処理を実行しないことと、
を含む方法。
［構成８］
燃料電池システムを制御する方法であって、前記燃料電池システムが、
水素通路を含む燃料電池と、
前記水素通路の入口に接続された水素供給路と、
前記水素供給路内に配置されたインジェクタと、
前記水素通路の出口に接続されたアノードオフガス通路と、
前記アノードオフガス通路内に設けられたドレイン制御弁と、
大気圧を検出するように構成されている大気圧センサと、
を備え、前記方法が、
前記ドレイン制御弁を開弁しつつ前記水素通路内の圧力が要求水素圧力になるように前記インジェクタを開弁する水素置換処理を実行することと、
前記要求水素圧力を前記大気圧センサにより検出された前記大気圧よりもあらかじめ定められた設定値だけ高い値に設定することと、
を含む方法。
ドレイン制御弁を介して高濃度の水素が放出されるのを制限することができる。
本開示による実施例の燃料電池システムの概略全体図である。 本開示による実施例の要求水素圧力を示す線図である。 本開示による実施例の始動制御ルーチンを示すフローチャートである。 本開示による実施例の水素置換制御ルーチンを示すフローチャートである。 本開示による実施例の一観点における電子制御ユニットの機能ブロック図である。 本開示による実施例の別観点における電子制御ユニットの機能ブロック図である。
図１を参照すると、本開示による実施例では、燃料電池システム１は燃料電池１０を備える。燃料電池１０は、複数の単セルを互いに積層して形成される。燃料電池１０は、水素通路１０ｈ、空気通路１０ａ、及び冷却水通路１０ｗを備える。一例では、燃料電池システム１は車両に搭載される。
本開示による実施例では、水素通路１０ｈは、燃料電池１０内を入口１０ｈｉから出口１０ｈｏまで延びる。入口１０ｈｉには水素供給路３１が接続される。出口１０ｈｏには水素排出路３２が接続される。水素排出路３２の出口は気液分離器３３の入口に接続される。気液分離器３３の上部出口はリターン通路３４を介して水素供給路３１の合流点３５に接続される。気液分離器３３の下部出口はドレイン通路３６を介して空気排出路５２（後述する）の合流点３７に接続される。本開示による実施例では、水素排出路３２、気液分離器３３、ドレイン通路３６、及び合流点３７下流の空気排出路５２をアノードオフガス通路ＡＰとも称する。
本開示による実施例では、水素供給路３１の入口は水素タンク４１に接続される。また、水素供給路３１内には、上流側から順に、電磁式の主止弁４２、電磁式のレギュレータ４３、及び電磁式のインジェクタ４４が設けられる。上述の合流点３５はインジェクタ４４下流の水素供給路３１に位置する。また、リターン通路３４内には、水素を水素供給路３１に戻すためのリターンポンプ４５が設けられる。更に、ドレイン通路３６内には電磁式のドレイン制御弁３７が配置される。
また、本開示による実施例では、空気通路１０ａは、燃料電池１０内を入口１０ａｉから出口１０ａｏまで延びる。入口１０ａｉには空気供給路５１が接続される。出口１０ａｏには空気排出路５２が接続される。空気供給路５１の分岐点５３と空気排出路５２の合流点５４とは、燃料電池１０を迂回するバイパス通路５５によって互いに接続される。
本開示による実施例では、空気通路１０ａの入口は大気に連通される。また、空気供給路５１内には、コンプレッサ６１が配置される。上述の分岐点５３はコンプレッサ６１下流の空気供給路５１に位置する。分岐点５３下流の空気供給路５１には電磁式の入口弁６１ａが設けられる。また、空気排出路５２内には、電磁式の調圧弁６２が設けられる。また、バイパス通路５５内には、電磁式のバイパス制御弁６３が設けられる。
水素通路１０ｈ内にはアノード極（図示しない）が配置される。また、空気通路１０ａ内にはカソード極（図示しない）が配置される。更に、アノード極とかソード極との間には膜状の電解質（図示しない）が配置される。
通常運転すべきときには、主止弁４２、レギュレータ４３、及びインジェクタ４４が開弁され、燃料電池１０に水素が供給される。一方、コンプレッサ６１が作動され、入口弁６１ａ及び調圧弁６２が開弁され、燃料電池１０に空気又は酸素が供給される。その結果、燃料電池１０において電気化学反応（Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ－，（１／２）Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ－→Ｈ２Ｏ）が起こり、電力が発生される。この電力は燃料電池１０からモータジェネレータ８３、バッテリ８４などに送られる。
このとき水素通路１０ｈから排出されるアノードオフガスは、水素排出路３２を介して気液分離器３３に送られる。アノードオフガスには、未反応の水素、燃料電池１０内で生成した水、空気通路１０ａから電解質膜を透過した窒素及び酸素などが含まれる。気液分離器３３ではアノードオフガスが気体分と液体分とに分離される。アノードオフガスの水素を含む気体分は、リターンポンプ４５により、リターン通路３４を介して水素供給路３１に戻される（循環運転）。一方、空気通路１０ａから排出されるカソードオフガスは、空気排出路５２を介して大気に放出される。
一方、本開示による実施例のドレイン制御弁４６は通常は閉弁されている。ドレイン制御弁４６が開弁されると、アノードオフガスの液体分がドレイン通路３６を介して空気排出路５２に排出される。
更に図１を参照すると、本開示による実施例では、冷却水通路１０ｗは、燃料電池１０内を入口１０ｗｉから出口１０ｗｏまで延びる。入口１０ｗｉと出口１０ｗｏとは、燃料電池１０外において、冷却水循環路７１により互いに接続される。冷却水循環通路７１内には、上流側から順に、ラジエータ７２と、冷却水ポンプ７３と、が設けられる。
更に図１を参照すると、本開示による実施例では、燃料電池１０は昇圧コンバータ８１を介してパワーコントロールユニット８２に電気的に接続される。パワーコントロールユニット８２は例えば、モータジェネレータ８３及びバッテリ８４に電気的に接続される。燃料電池１０で発生された電力はパワーコントロールユニット８２により、電気モータとして作動するモータジェネレータ８３に送られ、車両駆動力を発生するのに用いられ、又は、バッテリ８４に送られて蓄えられる。このとき燃料電池１０の出力電圧は、昇圧コンバータ８１によって、ブースト電圧まで高められる。本開示による実施例では、昇圧コンバータ８１のブースト電圧はパワーコントロールユニット８２によって変更可能である。通常運転時には、ブースト電圧はベースブースト電圧ＶＢＢに維持される。なお、モータジェネレータ８３が回生処理により発電機として作動するときには、モータジェネレータ８３で発生された電力はパワーコントロールユニット８２を介してバッテリ８４に送られる。
本開示による実施例の燃料電池システム１は電子制御ユニット９０を備える。電子制御ユニット９０は例えば、双方向性バスによって互いに通信可能に接続された入出力ポート９１、１又は複数のプロセッサ９２、及び、１又は複数のメモリ９３を含む。プロセッサ９２はマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）などを含む。メモリ９３は例えばＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）などを含む。メモリ９３には種々のプログラムが記憶されており、これらプログラムがプロセッサ９２で実行されることにより種々のルーチンが実行される。
入出力ポート９１には、１又は複数のセンサ９４が通信可能に接続される。センサ９４には例えば、水素通路１０ｈ内の圧力を検出するために、合流点３５と燃料電池１０との間の水素供給路３１に設けられた圧力センサ９４ａ、空気供給路５１内を流通する空気の量を検出するためにコンプレッサ６１上流の空気供給路５１に設けられたエアフローメータ９４ｂ、空気通路１０ａ内の圧力を検出するためにコンプレッサ６１と分岐点５３との間の空気供給路５１に設けられた圧力センサ９４ｃ、冷却水通路１０ｗから流出した冷却水の温度を検出するために冷却水循環路７１に取り付けられた水温センサ９４ｄ、大気圧を検出するための大気圧センサ９４ｅなどが含まれる。エアフローメータ９４ｂにより検出される空気量はコンプレッサ６１から供給される空気の量を表している。圧力センサ９４ｃにより検出される圧力は水素通路１０ｈ内の圧力を表している。水温センサ９４ｄにより検出される温度は燃料電池１０又は燃料電池システム１の温度を表している。プロセッサ９２では、バッテリ８４に送り込まれる電力量及びバッテリ８４から送り出される電力量が繰り返し積算され、それによってバッテリ８４の充電率（ＳＯＣ）が算出される。一方、入出力ポート９１は、燃料電池１０、主止弁４２、レギュレータ４３、インジェクタ４４、リターンポンプ４５、ドレイン制御弁４６、コンプレッサ６１、入口弁６１ａ、調圧弁６２、バイパス制御弁６３、冷却水ポンプ７３、パワーコントロールユニット８２、及びモータジェネレータ８３、などに通信可能に接続される。これら燃料電池１０などは、電子制御ユニット９０からの信号に基づいて制御される。なお、主止弁４２、レギュレータ４３、インジェクタ４４、ドレイン制御弁４６、入口弁６１ａ、調圧弁６２、バイパス制御弁６３、冷却水ポンプ７３、コンプレッサ６１、電子制御ユニット９０などは、少なくとも燃料電池１０での発電が開始されるまでは、バッテリ８４からの電力によって作動する。
さて、本開示による実施例では、燃料電池システム１の始動時に、ドレイン制御弁４６が開弁されつつインジェクタ４４が開弁される水素置換処理が実行される。概略的にいうと、水素置換処理により、インジェクタ４４下流の水素供給路３１、水素通路１０ｈ、水素排出路３２、気液分離器３３、及び、ドレイン制御弁４６上流のドレイン通路３６内の非水素ガスなどが、インジェクタ４４からの水素によって押し出され、置換される。したがって、燃料電池１０における良好な発電が確保される。なお、水素置換処理時にリターンポンプ４５は停止されている。
水素置換処理が実行されると、非水素ガスがドレイン制御弁４６を介し空気排出路５２内に流出し、次いで大気に放出される。一方、本開示による実施例の水素置換処理時には、コンプレッサ６１が作動される。コンプレッサ６１からの空気は空気通路１０ａ又はバイパス通路５５を介して空気排出路５２内を流通する。水素置換処理時にドレイン制御弁４６から放出されるガスには水素も含まれており、コンプレッサ６１からの空気はこの水素を希釈するのに用いられる。
本開示による実施例の水素置換処理では、水素通路１０ｈ内の圧力、すなわち水素圧力ＰＨが要求水素圧力ＰＨＲになるように、インジェクタ４４から水素が供給される。一例では、水素圧力ＰＨが要求水素圧力ＰＨＲを下回らないように、インジェクタ４４が制御される。
ところが、水素通路１０ｈ内の圧力ＰＨが高いときに水素置換処理が行われると、ドレイン制御弁４６から高濃度の水素が放出されるおそれがあり、水素を十分に希釈できないおそれがある。
そこで本開示による実施例では、水素置換処理を開始すべきときの水素圧力ＰＨが要求水素圧力ＰＨＲよりも低いと判別されたときには、まず水素置換処理が実行され、次いで通常運転が開始される。これに対し、水素圧力ＰＨが要求水素圧力ＰＨＲよりも高いと判別されたときには、水素置換処理を実行することなく、通常運転が開始される。言い換えると、水素置換処理がスキップされる。その結果、高濃度の水素が放出されるのが制限され、水素が有効利用される。なお、水素置換処理を開始すべきときの水素圧力ＰＨが高いときには、水素通路１０ｈ内の水素濃度が高く、水素置換処理ないし非水素ガスの除去を必要としない、という見方もできる。
本開示による実施例では、要求水素圧力ＰＨＲは、大気圧Ｐａｔｍよりもあらかじめ定められた設定値、例えば一定値αだけ高い値に設定される（ＰＨＲ＝Ｐａｔｍ＋α）。言い換えると、大気圧Ｐａｔｍに対する要求水素圧力ＰＨＲの差ｄＰ（＝ＰＨＲ－Ｐａｔｍ）が一定値αとなるように、要求水素圧力ＰＨＲが設定される。この圧力差ｄＰはドレイン制御弁４６から空気排出路５２内に流入するガスの量ないし流速を表している。したがって、本開示による実施例では、大気圧Ｐａｔｍに関わらず、ドレイン制御弁４６から放出されるガスの量がほぼ一定に維持される。
この点、要求水素圧力を一定圧力（絶対圧）に設定すると、ドレイン制御弁４６から放出されるガスの量が大気圧に応じて変動し、好ましくない。また、要求水素圧力を高い一定圧力に設定すると、大気圧が高いときにドレイン制御弁４６からのガス放出を確保できるけれども、大気圧が低いときにドレイン制御弁４６から放出されるガスの量が過度に多くなるおそれがある。逆に、要求水素圧力を低い一定圧力に設定すると、大気圧が低いときにドレイン制御弁４６から多量のガスが放出されるのを制限できるけれども、大気圧が高いときにドレイン制御弁４６からガスが放出されないおそれがある。本開示による実施例では、このような問題点が生じない。
ところが、大気圧Ｐａｔｍに一定値αを加算して要求水素圧力ＰＨＲを算出する場合、大気圧Ｐａｔｍが低くなると要求水素圧力ＰＨＲも低くなる。ところが、上述したように、空気排出路５２にはコンプレッサ６１からの空気が流通しており、空気排出路５２内の圧力は大気圧Ｐａｔｍよりも高い。この場合、水素圧力ＰＨ又は要求水素圧力ＰＨＲが空気排出路５２内の圧力よりも低いと、空気排出路５２内を流通する空気がドレイン通路３６内を逆流するおそれがあり、水素通路１０ｈ内に空気が流入するおそれがある。
そこで本開示による実施例では、要求水素圧力ＰＨＲはあらかじめ定められた下限圧力ＰＨＬＬを下回らないように設定される。その結果、空気排出路５２内を流通する空気がドレイン通路３６内を逆流するのが制限される。なお、本開示による実施例の下限圧力ＰＨＬＬは一定圧力に設定される。
図２には、本開示による実施例の要求水素圧力ＰＨＲが示される。図２に示されるように、要求水素圧力ＰＨＲは、大気圧Ｐａｔｍが閾値ＰａｔｍＸよりも高いときにはＰａｔｍ＋αに設定され、大気圧Ｐａｔｍが閾値ＰａｔｍＸよりも低いときには下限圧力ＰＨＬＬに設定される。別の実施例（図示しない）では、下限圧力ＰＨＬＬが設定されず、大気圧Ｐａｔｍ全域にわたり要求水素圧力ＰＨＲがＰａｔｍ＋αに設定される。
図２に示されるように、本開示による実施例の圧力差ｄＰ（＝ＰＨＲ－Ｐａｔｍ）は、大気圧Ｐａｔｍが閾値ＰａｔｍＸよりも高いと一定値αとなり、大気圧Ｐａｔｍが閾値ＰａｔｍＸよりも低いと一定値αよりも大きくなる。このため、大気圧Ｐａｔｍが閾値ＰａｔｍＸよりも低いときには、大気圧Ｐａｔｍが閾値ＰａｔｍＸよりも高いときに比べて、ドレイン制御弁４６から放出されるガス量は多い。この場合、ベルヌーイの定理によれば、大気圧Ｐａｔｍが閾値ＰａｔｍＸよりも低いときのガス量は、大気圧Ｐａｔｍが閾値ＰａｔｍＸよりも高いときのガス量の√（ｄＰ／α）倍となる。
一方、本開示による実施例では、上述したように、水素置換処理時にコンプレッサ６１から空気が供給され、この空気はドレイン制御弁４６から放出された水素を希釈するのに用いられる。この場合の空気の量は、ドレイン制御弁４６から放出されたガスないし水素を希釈するのに十分でなければならない。
そこで本開示による実施例では、水素置換処理のための要求空気量ＱＡＲが圧力差ｄＰに基づいて設定され、コンプレッサ６１からの空気量ＱＡが要求空気量ＱＡＲになるようにコンプレッサ６１が制御される。具体的には、大気圧Ｐａｔｍが閾値ＰａｔｍＸよりも高く圧力差ｄＰが一定値αのときには、要求空気量ＱＡＲはベース空気量ＱＡＢに設定される。これに対し、大気圧Ｐａｔｍが閾値ＰａｔｍＸよりも低く圧力差ｄＰが一定値αよりも大きいときには、要求空気量ＱＡＲはベース空気量ＱＡＢの√（ｄＰ／α）倍に設定される（ＱＡＲ＝√（ｄＰ／α）・ＱＡＢ）。その結果、圧力差ｄＰに関わらず、すなわちドレイン制御弁４６から放出されるガス量に関わらず、水素が確実に希釈される。なお、要求水素圧力ＰＨが大気圧Ｐａｔｍの関数であり、圧力差ｄＰも大気圧Ｐａｔｍの関数であるので、水素置換処理のための要求空気量ＱＡＲも大気圧Ｐａｔｍの関数として算出することができる。
ところが、例えばコンプレッサ６１が故障すると、コンプレッサ６１からの空気量ＱＡが要求空気量ＱＡＲよりも少なくなるおそれがある。この場合、ドレイン制御弁４６からの水素を十分に希釈するのが困難である。
そこで本開示による実施例では、コンプレッサ６１からの空気量ＱＡが要求空気量ＱＡＲよりも多いと判別されたときに水素置換処理が実行され、コンプレッサ６１からの空気量ＱＡが要求空気量ＱＡＲよりも少ないと判別されたときには、水素置換処理がスキップされまたは中断される。その結果、高濃度の水素が放出されるのが制限される。
また、本開示による実施例では、バッテリ８４の充電率ＳＯＣが要求充電率ＳＯＣＲよりも高いと判別されたときに水素置換処理が実行され、バッテリ８４の充電率ＳＯＣが要求充電率ＳＯＣＲよりも低いと判別されたときには、水素置換処理がスキップ又は中断される。ここで、要求充電率ＳＯＣＲは、水素置換処理のためにインジェクタ４４、ドレイン制御弁４６、コンプレッサ６１などを作動させるのに必要な電力量を表している。その結果、水素置換処理が確実に実行される。
ところで、本開示による実施例では、上述したように、通常運転時に、気液分離器３３からの水素を含む気体分がリターンポンプ４５により水素供給路３１に戻される循環運転が行われる。ところが、水素置換処理が実行されないときには、水素通路１０ｈ、水素排出路３２、気液分離器３３などに多量の非水素ガスが残存しているおそれがある。この状態で循環運転が行われると、多量の非水素ガスが水素通路１０ｈに供給され、水素通路１０ｈ内の非水素ガスの濃度が高くなるおそれがある。特に、冷間時に、例えば水素通路１０ｈの出口付近に凍結による詰まりが生じていると、水素通路１０ｈ内の非水素ガスの濃度が過度に高くなるおそれがある。この場合、燃料電池１０において良好な発電を得るのは困難である。
そこで本開示による実施例では、水素置換処理が実行されないときには、循環運転が停止される。具体的には、リターンポンプ４５が停止される。その結果、非水素ガスが水素通路１０ｈに戻されるのが制限される。なお、例えば、燃料電池システム１の次の始動時に水素置換処理が行われたときに、循環運転が行われる。
図３は、本開示による実施例において燃料電池システム１の始動時に実行される始動制御ルーチンを示している。図３を参照すると、ステップ１００では、水素置換処理のための要求空気量ＱＡＲが算出される。続くステップ１０１では、バイパス制御弁６３が正常に動作することが確認される。続くステップ１０２では、調圧弁６２が正常に動作することが確認される。続くステップ１０３では、水素置換処理のためにコンプレッサ６１が作動される。続くステップ１０４では、水素置換処理を実行するための水素置換制御ルーチンが実行される。このルーチンは図４に示される。続くステップ１０５では、入口弁６１ａが正常に動作することが確認される。続くステップ１０６では、燃料電池１０の出力電圧が確認される。その後、燃料電池１０の通常運転が開始される。
図４は、本開示による実施例の水素置換制御ルーチンを示している。図４を参照すると、ステップ２００では、要求水素圧力ＱＨＲが算出される。続くステップ２０１では、水素圧力ＰＨが要求水素圧力ＰＨＲ以下であるか否かが判別される。ＰＨ≦ＰＨＲのときには次いでステップ２０２に進み、コンプレッサ６１からの空気量ＱＡが要求空気量ＱＡＲ以上であるか否かが判別される。ＱＡ≧ＱＡＲのときには次いでステップ２０３に進み、バッテリ８４の充電率ＳＯＣが要求充電率ＳＯＣＲ以上であるか否かが判別される。ＳＯＣ≧ＳＯＣＲのときには次いでステップ２０４に進み、水素置換処理においてドレイン制御弁４６から放出されるガスの目標量ＱＧＴが算出される。続くステップ２０５では、水素置換処理が実行される。続くステップ２０６では、水素置換処理においてドレイン制御弁４６から放出されたガス量ＱＧが目標量ＱＧＴ以上であるか否かが判別される。ＱＧ＜ＱＧＴのときにはステップ２０２に戻る。これに対し、ＱＧ≧ＱＧＴのときには次いでステップ２０８に進み、水素置換処理が停止される。
ステップ２０１においてＰＨ＞ＰＨＲのとき、ステップ２０２においてＱＡ＜ＱＡＲのとき、又はステップ２０３においてＳＯＣ＜ＳＯＣＲのときには、次いでステップ２０８に進み、循環運転が停止される。次いでステップ２０７に進む。したがって、水素置換処理がスキップ又は中断される。
したがって、本開示による実施例の一観点によると、図５の電子制御ユニット９０の機能ブロック図に示されるように、燃料電池システム１であって、水素通路１０ｈを含む燃料電池１０と、前記水素通路１０ｈの入口１０ｈｉに接続された水素供給路３１と、前記水素供給路３１内に配置されたインジェクタ４４と、前記水素通路１０ｈの出口１０ｈｏに接続されたアノードオフガス通路ＡＰと、前記アノードオフガス通路ＡＰ内に設けられたドレイン制御弁４６と、前記ドレイン制御弁４６を開弁しつつ前記水素通路１０ｈ内の圧力ＰＨが要求水素圧力ＰＨＲになるように前記インジェクタ４４を開弁する水素置換処理を実行するように構成されている置換制御部Ａと、前記水素通路１０ｈ内の圧力ＰＨを検出するように構成された圧力センサ９４ａと、を備え、前記置換制御部Ａは更に、前記水素通路１０ｈ内の圧力ＰＨが前記要求水素圧力ＰＨＲよりも高いと判別されたときに前記水素置換処理を実行しない、ように構成されている、燃料電池システム１が提供される。
また、本開示による実施例の別観点によると、図６の電子制御ユニット９０の機能ブロック図に示されるように、燃料電池システム１であって、水素通路１０ｈを含む燃料電池１０と、前記水素通路１０ｈの入口１０ｈｉに接続された水素供給路３１と、前記水素供給路３１内に配置されたインジェクタ４４と、前記水素通路１０ｈの出口１０ｈｏに接続されたアノードオフガス通路ＡＰと、前記アノードオフガス通路ＡＰ内に設けられたドレイン制御弁４６と、前記ドレイン制御弁４６を開弁しつつ前記水素通路１０ｈ内の圧力ＰＨが要求水素圧力ＰＨＲになるように前記インジェクタ４４を開弁する水素置換処理を実行するように構成されている置換制御部Ａと、大気圧Ｐａｔｍを検出するように構成されている大気圧センサ９４ｅと、を備え、前記置換制御部Ａは更に、前記要求水素圧力ＰＨＲを前記大気圧Ｐａｔｍよりもあらかじめ定められた設定値αだけ高い値に設定する、ように構成されている、燃料電池システムが提供される。
１ 燃料電池システム
１０ 燃料電池
１０ｈ 水素通路
３１ 水素供給路
４４ インジェクタ
４６ ドレイン制御弁
９０ 電子制御ユニット
９４ａ 圧力センサ
９４ｅ 大気圧センサ
ＡＰ アノードオフガス通路
Ａ 置換制御部

Claims (3)

  1. 燃料電池システムであって、
    水素通路を含む燃料電池と、
    前記水素通路の入口に接続された水素供給路と、
    前記水素供給路内に配置されたインジェクタと、
    前記水素通路の出口に接続されたアノードオフガス通路と、
    前記アノードオフガス通路内に設けられたドレイン制御弁と、
    前記燃料電池システムの始動時において、前記ドレイン制御弁を開弁しつつ前記水素通路内の圧力が要求水素圧力になるように前記インジェクタを開弁する水素置換処理を実行するように構成されている置換制御部と、
    前記水素通路内の圧力を検出するように構成された圧力センサと、
    を備え、
    前記置換制御部は更に、
    前記燃料電池システムの始動時において、前記水素通路内の圧力が前記要求水素圧力よりも高いと判別されたときに前記水素置換処理を実行しない、
    ように構成されている、燃料電池システム。
  2. 更に、大気圧を検出するように構成されている大気圧センサを備え、
    前記置換制御部は更に、
    前記要求水素圧力を前記大気圧センサにより検出された前記大気圧よりもあらかじめ定められた設定値だけ高い値に設定する、
    ように構成されている、請求項１に記載の燃料電池システム。
  3. 燃料電池システムを制御する方法であって、前記燃料電池システムが、
    水素通路を含む燃料電池と、
    前記水素通路の入口に接続された水素供給路と、
    前記水素供給路内に配置されたインジェクタと、
    前記水素通路の出口に接続されたアノードオフガス通路と、
    前記アノードオフガス通路内に設けられたドレイン制御弁と、
    前記水素通路内の圧力を検出するように構成された圧力センサと、
    を備え、前記方法が、
    前記燃料電池システムの始動時において、前記水素通路内の圧力が要求水素圧力よりも低いと判別されたときに、前記ドレイン制御弁を開弁しつつ前記水素通路内の圧力が要求水素圧力になるように前記インジェクタを開弁する水素置換処理を実行することと、
    前記燃料電池システムの始動時において、前記水素通路内の圧力が前記要求水素圧力よりも高いと判別されたときに前記水素置換処理を実行しないことと、
    を含む方法。
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