JP7380422B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
本願は燃料電池システムに関する。
近年、環境への配慮を目的とした低公害車である燃料電池車両が実用化されており、当該燃料電池車両には燃料ガスと酸化剤ガスとを供給して電気化学反応によって発電する燃料電池システムが搭載されている。かかる電気化学反応は副生成物として水を生成するため、運転中や停止中に水分を排出することが一般的である。このような排水処理に関する技術は、例えば次の文献に記載されている。
特許文献１には、燃料電池システムを搭載した車両が目的地に到着するときに燃料電池内の水分の除去が完了しているように制御することのできる燃料電池システムについて開示されており、かかる水分除去動作は車両が目的地まで所定の距離以内に到達としたと判断したとき若しくは目的地までの到着時間が所定の時間以内になったと判断したときに開始することが記載されている。
特許文献２には、燃料電池内部に存在する水分量が所定値以下の場合には排水処理を無効にする等の処理を行い、燃料電池から過度な排水を抑制することが可能な排水装置が開示されている。特許文献３には、燃料電池車両が目的地に到着したと判断した場合に燃料電池の排水量が生成水量と供給水量との和よりも多くなるように制御する排水モード発電を行い、予め燃料電池内の水を減らして停止操作の時間を短縮することができる技術が開示されている。
ところで、燃料電池車両の排水処理は、それを実施するタイミングによってその音がユーザーに違和感を覚えさせる虞がある。
そこで、本願の目的は、上記実情を鑑み、排水処理を実施するタイミングを制御し、ユーザーに違和感を覚えさせることを抑制することができる燃料電池システム提供することである。
本願は上記課題を解決するための第１の形態として、車両に搭載される燃料電池システムであって、燃料電池と、燃料電池内の水分を排水処理するためのガスを供給可能な排水処理ガス供給部と、現在位置の情報を取得可能な現在位置情報取得部と、目的地の情報を取得可能な目的地情報取得部と、排水処理の実行を制御する排水処理制御部と、を備え、排水処理制御部は、現在位置から目的地までの距離が第１の閾値以上となった場合、前回の排水処理から所定の時間以上が経過した場合、前回の排水処理から所定の距離以上走行した場合、前回の排水処理から所定量以上の水が生成された場合のうち少なくとも１つの条件を満たしたときに排水処理制御部の状態を排水処理許可状態に変更し、排水処理許可状態であり、かつ、現在位置から目的地までの距離が第２の閾値以下となった場合に排水処理を実行し、排水処理を実行した後は排水処理制御部の状態を排水処理禁止状態とする、燃料電池システムを開示する。
上記第１の形態において、排水処理制御部は車両の起動時に排水処理を実行しないこととしても良い。また、第１の形態の燃料電池システムは騒音状態を判定する騒音状態判定部を備え、騒音状態判定部により暗騒音状態であると判断された場合、排水処理制御部は排水処理を実行しないこととしても良い。
また、本願は上記課題を解決するための第２の形態として、車両に搭載される燃料電池システムであって、燃料電池と、燃料電池内の水分を排水処理するためのガスを供給可能な排水処理ガス供給部と、現在の位置情報を取得可能な現在位置情報取得部と、目的地の情報を取得可能な目的地情報取得部と、排水処理の実行を制御する排水処理制御部と、騒音状態を判定する騒音状態判定部と、を備え、排水処理制御部は、現在位置から目的地までの距離が第２の閾値以下となった場合に排水処理を実行し、かつ、現在位置から目的地までの距離が第２の閾値以下となった場合であっても騒音状態判定部により暗騒音状態であると判断された場合には排水処理を実行しない、燃料電池システムを開示する。
本開示の燃料電池システムによれば、排水処理を実施するタイミングを制御し、ユーザーに違和感を覚えさせることを抑制することができる。
［第１実施形態］
本開示の燃料電池システムの第１実施形態について説明する。本開示の第１実施形態は、車両に搭載される燃料電池システムであって、燃料電池と、燃料電池内の水分を排水処理するためのガスを供給可能な排水処理ガス供給部と、現在位置の情報を取得可能な現在位置情報取得部と、目的地の情報を取得可能な目的地情報取得部と、排水処理の実行を制御する排水処理制御部と、を備え、排水処理制御部は、現在位置から目的地までの距離が第１の閾値以上となった場合、前回の排水処理から所定の時間以上が経過した場合、前回の排水処理から所定の距離以上走行した場合、前回の排水処理から所定量以上の水が生成された場合のうち少なくとも１つの条件を満たしたときに排水処理制御部の状態を排水処理許可状態に変更し、排水処理許可状態であり、かつ、現在位置から目的地までの距離が第２の閾値以下となった場合に排水処理を実行し、排水処理を実行した後は排水処理制御部の状態を排水処理禁止状態とする、燃料電池システムである。
本開示の燃料電池システムの第１実施形態について説明する。本開示の第１実施形態は、車両に搭載される燃料電池システムであって、燃料電池と、燃料電池内の水分を排水処理するためのガスを供給可能な排水処理ガス供給部と、現在位置の情報を取得可能な現在位置情報取得部と、目的地の情報を取得可能な目的地情報取得部と、排水処理の実行を制御する排水処理制御部と、を備え、排水処理制御部は、現在位置から目的地までの距離が第１の閾値以上となった場合、前回の排水処理から所定の時間以上が経過した場合、前回の排水処理から所定の距離以上走行した場合、前回の排水処理から所定量以上の水が生成された場合のうち少なくとも１つの条件を満たしたときに排水処理制御部の状態を排水処理許可状態に変更し、排水処理許可状態であり、かつ、現在位置から目的地までの距離が第２の閾値以下となった場合に排水処理を実行し、排水処理を実行した後は排水処理制御部の状態を排水処理禁止状態とする、燃料電池システムである。
以下、第１実施形態の一例である燃料電池システム１００を用いて説明する。図１に燃料電池システム１００のブロック図を示した。ただし、第１実施形態はこれに限定されない。
燃料電池システム１００は車両に搭載されるものであり、図１の通り燃料電池１０と、酸化剤ガス給排部２０、燃料ガス給排部３０、制御部４０を備えている。また、燃料電池システム１００はその他に一般的に燃料電池システムに備えられる部材を備えていても良い。例えば、燃料電池１０を冷却する冷媒を流す冷媒流路等を挙げることができる。
＜燃料電池１０＞
燃料電池１０は酸化剤ガス及び燃料ガスの供給を受けて発電する機能を有する。燃料電池１０としては特に限定されず、燃料電池システム１００に用いることができる公知の燃料電池を用いることができる。例えば、固体高分子系燃料電池を挙げることができる。燃料電池１０は複数の単セルが積層された積層構造を有していてもよい。ここで、燃料電池１０の酸化剤ガス給排部２０が接続されている側の面をカソード、燃料ガス給排部３０が接続されている側の面をアノードということがある。燃料電池１０に供給された酸化剤ガスはカソードにて燃料電池反応により消費されるとともに、当該反応によって生じる水分によって湿潤な状態になって燃料電池１０から排出される。湿潤状態となって燃料電池１０から排出される酸化剤ガスを酸化剤オフガスという。同様に、燃料電池１０に供給された燃料ガスはアノードにて燃料電池反応により消費されるとともに、当該反応によって生じる水分によって湿潤な状態になって燃料電池１０から排出される。湿潤状態となって燃料電池１０から排出される燃料ガスを燃料オフガスという。ここで、燃料ガスとは例えば水素ガスであり、酸化剤ガスとは例えば空気である。
燃料電池１０は酸化剤ガス及び燃料ガスの供給を受けて発電する機能を有する。燃料電池１０としては特に限定されず、燃料電池システム１００に用いることができる公知の燃料電池を用いることができる。例えば、固体高分子系燃料電池を挙げることができる。燃料電池１０は複数の単セルが積層された積層構造を有していてもよい。ここで、燃料電池１０の酸化剤ガス給排部２０が接続されている側の面をカソード、燃料ガス給排部３０が接続されている側の面をアノードということがある。燃料電池１０に供給された酸化剤ガスはカソードにて燃料電池反応により消費されるとともに、当該反応によって生じる水分によって湿潤な状態になって燃料電池１０から排出される。湿潤状態となって燃料電池１０から排出される酸化剤ガスを酸化剤オフガスという。同様に、燃料電池１０に供給された燃料ガスはアノードにて燃料電池反応により消費されるとともに、当該反応によって生じる水分によって湿潤な状態になって燃料電池１０から排出される。湿潤状態となって燃料電池１０から排出される燃料ガスを燃料オフガスという。ここで、燃料ガスとは例えば水素ガスであり、酸化剤ガスとは例えば空気である。
＜酸化剤ガス給排部２０＞
酸化剤ガス給排部２０は、燃料電池１０に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給機能と、燃料電池１０から排出される酸化剤ガス（「酸化剤オフガス」ともいう。）を外部に排出する酸化剤ガス排出機能と、酸化剤ガスを燃料電池１０を介することなく外部に排出するバイパス機能と、備える。
酸化剤ガス給排部２０は、燃料電池１０に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給機能と、燃料電池１０から排出される酸化剤ガス（「酸化剤オフガス」ともいう。）を外部に排出する酸化剤ガス排出機能と、酸化剤ガスを燃料電池１０を介することなく外部に排出するバイパス機能と、備える。
酸化剤ガス給排部２０は、カソードへ供給される酸化剤ガスを流すための配管である酸化剤ガス供給流路２１と、カソードから排出された酸化剤ガスを系外へ排出ための配管である酸化剤ガス排出流路２２と、酸化剤ガス供給流路２１と酸化剤ガス排出流路２２とを接続する配管であるバイパス流路２３とを備えている。酸化剤ガス給排部２０は、その他に一般的に酸化剤ガス給排部に備えられる部材を備えていても良い。
酸化剤ガス供給流路２１はカソードへ供給される酸化剤ガスを流すための配管であり、コンプレッサ２１ａと、入口弁２１ｂとを備える。コンプレッサ２１ａは、吸入側から酸化剤ガスを吸い込んで、圧縮した酸化剤ガスを燃料電池１０側に供給するものである。入口弁２１ｂは、酸化剤ガス供給流路２１の流路抵抗を調整するための電動弁であり、コンプレッサ２１ａよりも下流側に配置されている。燃料電池システム１００において、コンプレッサ２１ａが駆動して燃料電池１０が発電している際には入口弁２１ｂの開度は１００％に設定され、コンプレッサ２１ａが停止して燃料電池１０の発電が停止された際には入口弁２１ｂの開度は０％に設定される。
酸化剤ガス排出流路２２は、燃料電池１０のカソードから酸化剤オフガスを排出するための配管であり、バイパス流路２３が接続されている部分よりも上流側に調圧弁２２ａを備えている。調圧弁２２ａは電動弁であり、制御部４０からの指令に応じて弁開度を変更できる。調圧弁２２ａの弁開度が変更されることで、酸化剤ガス排出流路２２の流路抵抗が変更され、燃料電池１０のカソード側の流路の背圧が調整される。
バイパス流路２３は、一端が酸化剤ガス供給流路２１のコンプレッサ２１ａと入口弁２１ｂとの間に接続され、他端が酸化剤ガス排出流路２２の調圧弁２２ａの下流側に接続された配管である。バイパス流路２３は、コンプレッサ２１ａから吐出された酸化剤ガスを、燃料電池１０を経由することなく外部に排出するための流路である。バイパス流路２３は分流弁２３ａを備えている。分流弁２３ａは電動弁であり、制御部４０からの指令に応じて弁開度を変更できる。分流弁２３ａの弁開度が変更されることで、バイパス流路２３の流路抵抗が変更され、酸化剤ガス供給流路２１からバイパス流路２３に流入する空気の流量が調整される。
＜燃料ガス給排部３０＞
燃料ガス給排部３０は、燃料電池１０に燃料ガスを供給する燃料ガス供給機能と、燃料電池１０のアノードから排出される燃料ガス（「燃料オフガス」ともいう。）を外部に排出する燃料ガス排出機能と、燃料ガスを燃料電池システム１００内において循環させる燃料ガス循環機能とを有する。
燃料ガス給排部３０は、燃料電池１０に燃料ガスを供給する燃料ガス供給機能と、燃料電池１０のアノードから排出される燃料ガス（「燃料オフガス」ともいう。）を外部に排出する燃料ガス排出機能と、燃料ガスを燃料電池システム１００内において循環させる燃料ガス循環機能とを有する。
燃料ガス給排部３０は、燃料ガス供給源３１と、アノードへ供給される燃料ガスを流すための配管である燃料ガス供給流路３２と、アノードから排出された燃料ガスを流すための配管である燃料オフガス排出流路３３と、燃料ガス供給流路３２と燃料オフガス排出流路３３とを接続する配管である循環流路３４とを備える。また、燃料ガス給排部３０はその他に一般的に燃料ガス給排部に備えられる部材を備えていても良い。
燃料ガス供給源３１は、例えば、高圧水素タンクや水素吸蔵合金などで構成されており、例えば３５ＭＰａ又は７０ＭＰａの水素ガスを貯留するものである。開閉弁３２ａを開くと、燃料ガス供給源３１から燃料ガス供給流路３２に水素ガスが流出する。また、燃料ガス供給源３１は、炭化水素系の燃料から水素リッチな改質ガスを生成する改質器と、この改質器で生成した改質ガスを高圧状態にして蓄圧する高圧ガスタンクと、から構成してもよい。
燃料ガス供給流路３２は、一端が燃料ガス供給源３１に接続され、他端が燃料電池１０に接続された配管であり、アノードへ供給される燃料ガスを流すための流路である。燃料ガス供給流路３２は開閉弁３２ａと、減圧弁３２ｂと、インジェクタ３２ｃとを備える。開閉弁３２ａは燃料ガス供給源３１の出側に設けられ、制御部４０の指令に応じて燃料ガス供給流路３２を開閉し、燃料ガス供給源３１から燃料ガス供給流路３２に燃料ガスを流すものである。減圧弁３２ｂは開閉弁３２ａよりも下流側に設けられ、制御部４０からの指令に応じて開度が制御されることで、燃料ガス供給流路３２の燃料ガスの圧力を調整するものである。インジェクタ３２ｃは減圧弁３２ｂよりも下流側に設けられる電磁駆動式開閉弁であり、制御部４０からの指令に応じて開度が制御されることで燃料ガスを燃料電池１０に供給するものである。
燃料オフガス排出流路３３は、一端が燃料電池１０に接続され、他端が酸化剤ガス排出流路２２に接続された配管であり、アノードから排出された燃料オフガスを流すための流路である。燃料オフガスは酸化剤ガス排出流路２２を介して系外に排出される。燃料オフガス排出流路３３は気液分離器３３ａと排気排水弁３３ｂを備えている。気液分離器３３ａは燃料電池１０から排出された燃料オフガス中の気体成分と液水成分とを分離するものである。上述した通り燃料オフガスは水分を含む湿潤状態の燃料ガスであるので、気液分離器３３ａによって分離される気体成分は主に燃料ガスであり、液水成分は主に水である。排気排水弁３３ｂは気液分離器３３ａの下流側に配置されており、気液分離器３３ａにより分離された液水成分の排出を制御するためのものである。排気排水弁３３ｂの開閉は制御部４０によって制御されている。排気排出弁３３ｂから排出された液水は、気体成分とともに酸化剤ガス排出流路２２に送られ系外に排出される。
循環流路３４は燃料ガス供給流路３２と燃料オフガス排出流路３３とを接続する配管であり、気液分離器３３ａで分離された燃料ガスを、再び燃料ガス供給流路３２に戻すための流路である。循環流路３４の一端は燃料ガス供給流路３２のインジェクタ３２ｃの下流側に接続されており、他端は気液分離器３３ａに接続されている。循環流路３４は循環ポンプ３４ａを備え、制御部４０の指令に応じて動作が制御される。循環ポンプ３４ａの動作によって、燃料ガス循環流路３４中の燃料ガスが燃料ガス供給流路３２に送り込まれる。
＜各種センサ＞
ここで、燃料電池システム１００は各種センサを備えている。例えば、車両の走行距離を取得する走行距離取得部や、燃料電池１０内の水分量を取得する水分量取得部を備えている。走行距離は車両の走行情報から得ることができる。燃料電池１０内の水分量は、例えば燃料電池１０のセル抵抗と水分量との関係から得ることができる。セル抵抗は交流インピーダンス法により測定することができる。
ここで、燃料電池システム１００は各種センサを備えている。例えば、車両の走行距離を取得する走行距離取得部や、燃料電池１０内の水分量を取得する水分量取得部を備えている。走行距離は車両の走行情報から得ることができる。燃料電池１０内の水分量は、例えば燃料電池１０のセル抵抗と水分量との関係から得ることができる。セル抵抗は交流インピーダンス法により測定することができる。
＜制御部４０＞
制御部４０は、燃料電池システム１００全体を各種センサからの情報に基づいて制御するものであり、要求に応じて酸化剤ガス給排部２０、燃料ガス給排部３０等を制御している。制御部４０は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等で構成されたコンピュータであり、各種制御に対応するソフトウェアを実行し、燃料電池システム１００全体の制御を行っている。
制御部４０は、燃料電池システム１００全体を各種センサからの情報に基づいて制御するものであり、要求に応じて酸化剤ガス給排部２０、燃料ガス給排部３０等を制御している。制御部４０は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等で構成されたコンピュータであり、各種制御に対応するソフトウェアを実行し、燃料電池システム１００全体の制御を行っている。
また、制御部４０は、現在位置の情報を取得可能な現在位置情報取得部４１と、目的地の情報を取得可能な目的地情報取得部４２と、燃料電池１０内の水分の排水処理の実行を制御する排水処理制御部４３を備えている。
現在位置情報取得部４１は車両の現在位置の情報を取得することが可能なものであり、目的地情報取得部４２は車両の目的地の情報を取得することが可能なものである。現在位置情報取得部４１及び目的地情報取得部４２は、例えばＧＰＳ（グローバル・ポジショニング・システム）を利用したカーナビゲーションシステムである。ここで、「目的地」は、ユーザーに入力された目的地であっても良く、過去に車両が通った道や目的地などの履歴情報から予測された目的地であっても良い。
排水処理制御部４３は、燃料電池１０内の水分の排水処理の実行を制御するものである。「排水処理」とは、酸化剤ガスと燃料ガスとによる電気化学反応により生成した水を燃料電池１０内から系外に排出する処理である。排水処理は、燃料電池１０内の水分を排水処理するためのガスを供給可能な排水処理ガス供給部により実行される。燃料電池システム１００における排水処理ガス供給部は酸化剤ガス給排部２０又は燃料ガス給排部３０のいずれか一方又は両方であり、例えば次のように排水処理を行う。
まず、酸化剤ガス給排部２０による排水処理は、燃料電池１０への燃料ガスの供給を停止した状態で、コンプレッサ２１ａを作動させ、酸化剤ガスを排水処理ガスとして燃料電池１０に供給し、燃料電池１０のカソード内の水分を系外に排水することである。燃料ガス給排部３０による排水処理は、燃料ガス供給源３１から燃料電池１０への燃料ガスの供給を停止した状態で、循環ポンプ３４ａを作動させ、燃料ガスを排水処理ガスとして燃料電池１０に供給し、燃料電池１０のアノード内の水分を系外に排水することである。このように、酸化剤ガス給排部２０又は燃料ガス給排部３０のいずれか一方又は両方を用いて、排水処理を行う。ただし、酸化剤ガス給排部２０及び燃料ガス給排部３０を用いずに、別に設けられた排水処理ガス供給を用いて、燃料電池１０内の排水処理を行っても良い。
次に、排水処理を実行するタイミングについて説明する。特許文献１では目的地までの距離や時間に基づいて排水処理の実行タイミングを決定している。しかし、運転者の意思での寄り道や、カーブ、右左折などによって、目的地までの距離が遠ざかったり、到着時間が伸びたりする場合がある。このような場合、特許文献１の方法では適切なタイミングでの排水処理が実行できない虞がある。また、目的地までの距離が近い場合、すでに実施している排水処理を再度実施してしまう虞がある。このような排水処理はユーザーに違和感を覚えさせる虞があり、顧客満足度の低下につながる。
そこで、燃料電池システム１００は上記の問題を解決するために、排水処理制御部４３は、現在位置から目的地までの距離が第１の閾値以上となった場合、前回の排水処理から所定の時間以上が経過した場合、前回の排水処理から所定の距離以上走行した場合、前回の排水処理から所定量以上の水が生成された場合のうち少なくとも１つの条件を満たしたときに排水処理制御部４３の状態を排水処理許可状態に変更し、排水処理許可状態であり、かつ、現在位置から目的地までの距離が第２の閾値以下となった場合に排水処理を実行し、排水処理を実行した後は排水処理制御部４３の状態を排水処理禁止状態とすることとした。
かかる燃料電池システム１００の排水制御について、図２のフローチャートを用いて説明する。図２の通り、燃料電池システム１００の排水制御は処理Ｓ１１～Ｓ１８を備える。ただし、第１実施形態の排水制御はこれに限定されるものではない。
処理Ｓ１１は、現在位置情報取得部４１と、目的地情報取得部４２と、排水処理制御部４３とが連動して機能しているか否かを判断する。これらが連動して機能していると判断された場合は処理Ｓ１２を行う。連動していないと判断された場合は処理Ｓ１７を行う。
処理Ｓ１２では、現在位置情報取得部４１と目的地情報取得部４２との情報に基づいて、現在位置から目的地までの距離を算出する。当該距離は、例えばカーナビゲーションシステムを用いることにより算出することができる。処理Ｓ１２の完了後は、処理Ｓ１３を行う。
処理Ｓ１３では、排水処理制御部４３の状態が排水処理許可状態であるか否かを判断する。「排水処理許可状態」とは排水処理の実行が許可された状態である。ただし、排水処理許可状態であったとしても、後述するように、現在位置から目的地までの距離が第２の閾値以下となっていない場合には排水処理は実行されない。排水処理許可状態であると判断された場合は処理Ｓ１４を行う。排水処理許可状態でないと判断された場合は処理Ｓ１７を行う。
処理Ｓ１４では、現在位置から目的地までの距離が第２の閾値以下となっているか否かを判断する。「第２の閾値」は排水処理の実行時間を考慮し、排水処理が完了した後に車両が目的地に到達するように設定することができる。現在位置から目的地までの距離が第２の閾値以下であると判断された場合は処理Ｓ１５を行う。現在位置から目的地までの距離が第２の閾値以下でないと判断された場合は処理Ｓ１７を行う。
処理Ｓ１５では、排水処理制御部４３から排水処理ガス供給部に指令を出し、排水処理を実行する。このように、燃料電池システム１００は排水処理許可状態であり、かつ、現在位置から目的地までの距離が第２の閾値以下となった場合に排水処理を実行するものである。処理Ｓ１５の完了後は、処理Ｓ１６を行う。
処理Ｓ１６では、排水処理制御部４３の状態を排水処理禁止状態に変更する。「排水処理禁止状態」とは排水処理の実行が禁止されている状態である。この状態にある場合は、排水処理制御部４３は排水処理を実行しない。このように、燃料電池システム１００は、排水処理を実行した後に再度排水処理を繰り返さないように、排水処理制御部４３の状態を排水処理禁止状態とする。処理Ｓ１６の完了後は再度処理Ｓ１１を行う。
処理Ｓ１７は、処理Ｓ１１において現在位置情報取得部４１と、目的地情報取得部４２と、排水処理制御部４３とが連動していないと判断された場合、処理Ｓ１３において排水処理許可状態でないと判断された場合、処理Ｓ１４において現在位置から目的地までの距離が第２の閾値以下でないと判断された場合に行う処理である。処理Ｓ１７では、下記の（１）～（４）のうち少なくとも１つの条件を満たしているか否かを判断する。（１）～（４）のうち少なくとも１つの条件を満たしている場合は処理Ｓ１８を行う。満たしていない場合は再度処理Ｓ１１を行う。
（１）現在位置から目的地までの距離が第１の閾値以上となった場合、
（２）前回の排水処理から所定の時間以上が経過した場合、
（３）前回の排水処理から所定の距離以上走行した場合、
（４）前回の排水処理から所定量以上の水が生成された場合。
（２）前回の排水処理から所定の時間以上が経過した場合、
（３）前回の排水処理から所定の距離以上走行した場合、
（４）前回の排水処理から所定量以上の水が生成された場合。
（１）は、現在位置から目的地までの距離が排水処理を行う必要があると想定される距離以上となる場合であり、例えば例えば寄り道等を行い目的地から十分遠ざかった場合である。「第１の閾値」は、排水処理が必要となる距離を統計データや実験データ等から算出し、その結果に応じて適宜設定することができる。
（２）は、前回の排水処理から次の排水処理を行う必要があると想定される時間以上となる場合であり、（１）と同様に、例えば寄り道等を行い目的地から十分遠ざかった場合である。「所定の時間」は、前回の排水処理から次の排水処理が必要となるまでの時間を統計データや実験データ等から算出し、その結果に応じて適宜設定することができる。
（３）は、前回の排水処理から次の排水処理を行う必要がある所定の距離以上走行した場合である。「所定の距離」は、走行距離と水の生成量との関係に基づいて、適宜設定することができる。
（４）は、前回の排水処理から次の排水処理を行う必要がある所定量以上の水が生成された場合である。「所定量」は、排水処理を行う必要がある燃料電池１０内の水分量に基づいて、適宜設定することができる。
（２）は、前回の排水処理から次の排水処理を行う必要があると想定される時間以上となる場合であり、（１）と同様に、例えば寄り道等を行い目的地から十分遠ざかった場合である。「所定の時間」は、前回の排水処理から次の排水処理が必要となるまでの時間を統計データや実験データ等から算出し、その結果に応じて適宜設定することができる。
（３）は、前回の排水処理から次の排水処理を行う必要がある所定の距離以上走行した場合である。「所定の距離」は、走行距離と水の生成量との関係に基づいて、適宜設定することができる。
（４）は、前回の排水処理から次の排水処理を行う必要がある所定量以上の水が生成された場合である。「所定量」は、排水処理を行う必要がある燃料電池１０内の水分量に基づいて、適宜設定することができる。
処理Ｓ１８では、排水処理制御部４３の状態を排水処理許可状態に変更する。処理Ｓ１８を行う前の状態において、すでに排水処理許可状態である場合は当該状態を維持する。処理Ｓ１８の完了後は、再度処理Ｓ１１を行う。
以上、燃料電池システム１００を用いて第１実施形態の燃料電池システムについて説明した。このように、第１実施形態の燃料電池システムは、所定の条件を満たすことで排水処理が許可されるため適切なタイミングで排水を行うことができ、また排水処理後は排水処理を禁止するため目的地までの距離が近い状態でも排水処理を繰り返さないようにできる。これにより、排水処理を繰り返し行うことによるユーザーの違和感を抑制することができる。
ここで、（ｉ）第１実施形態の燃料電池システムの排水処理制御部は、車両の起動時に排水処理を実行しなくても良い。車両の起動時に排水処理を行うと、その排水音や振動がユーザーに違和感を覚えさせる虞があるためである。
また、第１実施形態は後述する第２実施形態と組み合わせても良い。すなわち、（ｉｉ）燃料電池システムは騒音状態を判定する騒音状態判定部を備え、騒音状態判定部により暗騒音状態であると判断された場合、排水処理制御部は排水処理を実行しないこととして良い。車両の騒音が大きい状態であるときはコンプレッサの作動音や排水掃気による気流音は目立たないが、暗騒音状態であるときはこれらの音が目立って聞こえてしまい、ユーザーに違和感を覚えさせる虞があるためである。「暗騒音状態」とは、暗騒音（車両由来の騒音以外の騒音）が運転者に聞こえるほど騒音が小さい状態であり、例えばアイドリング中や低車速（例えば時速２０ｋｍ以下）で走行中の状態である。騒音状態判定部は車両の騒音状態を車速センサの数値等の数値から判断することができる。車速が速くなるほど騒音が大きくなる傾向にあるためである。また、マイク等を用いて実際に騒音レベルを測定しても良い。
（ｉ）、（ｉｉ）の構成を備える第１実施形態（変形例）の排水制御のフローチャートの一例を図３に示した。図３のフローチャートは図２のフローチャートの構成に加えて、処理Ｓ１４と処理Ｓ１５との間に処理Ｓ２１、Ｓ２２を追加したものである。以下、追加した処理Ｓ２１、Ｓ２２についてのみ説明する。
処理Ｓ２１は、処理Ｓ１４の完了後に行うものであり、車両が起動時であるか否かを判断するものである。車両が起動時であると判断された場合は処理Ｓ１７を行う。車両が起動時でないと判断された場合は処理Ｓ２２を行う。このように、変形例ではユーザーに違和感を覚えさせる虞がある車両の起動時には排水処理を実行しないようにできる。
処理Ｓ２２では、車両の状態が暗騒音状態であるか否かを判断する。暗騒音状態であると判断された場合は処理Ｓ１７を行う。暗騒音状態でないと判断された場合は処理Ｓ１５をおこなう。このように、変形例ではユーザーに違和感を覚えさせる虞がある暗騒音状態では排水処理を実行しないようにできる。
［第２実施形態］
次に本開示の燃料電池システムの第２実施形態について説明する。本開示の第２実施形態は、車両に搭載される燃料電池システムであって、燃料電池と、燃料電池内の水分を排水処理するためのガスを供給可能な排水処理ガス供給部と、現在の位置情報を取得可能な現在位置情報取得部と、目的地の情報を取得可能な目的地情報取得部と、排水処理の実行を制御する排水処理制御部と、騒音状態を判定する騒音状態判定部と、を備え、排水処理制御部は、現在位置から目的地までの距離が第２の閾値以下となった場合に排水処理を実行し、かつ、現在位置から目的地までの距離が第２の閾値以下となった場合であっても騒音状態判定部により暗騒音状態であると判断された場合には排水処理を実行しない、燃料電池システムである。
次に本開示の燃料電池システムの第２実施形態について説明する。本開示の第２実施形態は、車両に搭載される燃料電池システムであって、燃料電池と、燃料電池内の水分を排水処理するためのガスを供給可能な排水処理ガス供給部と、現在の位置情報を取得可能な現在位置情報取得部と、目的地の情報を取得可能な目的地情報取得部と、排水処理の実行を制御する排水処理制御部と、騒音状態を判定する騒音状態判定部と、を備え、排水処理制御部は、現在位置から目的地までの距離が第２の閾値以下となった場合に排水処理を実行し、かつ、現在位置から目的地までの距離が第２の閾値以下となった場合であっても騒音状態判定部により暗騒音状態であると判断された場合には排水処理を実行しない、燃料電池システムである。
第１実施形態と第２実施形態との主な違いは、第２実施形態は騒音状態判定部を必須の要件としていることである。騒音状態判定部は車両の騒音状態を判定するものであり、車速センサ等の数値から判断することができる。上述したように、車速が速くなるほど騒音が大きくなる傾向にあるためである。なお、マイク等を用いて実際に騒音レベルを測定しても良い。
従来の排水処理は、車両が目的地に到着するまでに完了させるものであるが、排水処理を行う際の騒音状態について考慮されていない。そのため、暗騒音状態の場合、コンプレッサの作動音や排水掃気による気流音等が目立って聞こえてしまい、ユーザーに違和感を覚えさせる虞がある。
そこで、第２実施形態の排水処理制御部は、現在位置から目的地までの距離が第２の閾値以下となった場合に排水処理を実行し、かつ、現在位置から目的地までの距離が第２の閾値以下となった場合であっても騒音状態判定部により暗騒音状態であると判断された場合には排水処理を実行しないこととした。これは言い換えると、現在位置から目的地までの距離が第２の閾値以下であり、かつ、騒音状態判定部により車両の状態が暗騒音状態でないと判断された場合に排水処理を実行することである。
第２実施形態の排水制御のフローチャートの一例を図４に示した。図４の通り、第２実施形態の排水制御は処理Ｓ３１～Ｓ３５を備える。ただし、第２実施形態の排水制御はこれに限定されるものではない。
処理Ｓ３１は現在位置情報取得部と、目的地情報取得部と、排水処理制御部とが連動して機能しているか否かを判断するものであり、処理Ｓ１１と同じ内容である。これらが連動して機能していると判断された場合は処理Ｓ３２を行う。連動していないと判断された場合は再度処理Ｓ３１を行う。
処理Ｓ３２は現在位置から目的地までの距離を算出するものであり、処理Ｓ１２と同じ内容の処理である。処理Ｓ３２の完了後は処理Ｓ３３を行う。
処理Ｓ３３は現在位置から目的地までの距離が第２の閾値以下となっているか否かを判断するものであり、処理Ｓ１４と同じ内容処理である。現在位置から目的地までの距離が第２の閾値以下であると判断された場合は処理Ｓ３４を行う。現在位置から目的地までの距離が第２の閾値以下でないと判断された場合は再度処理Ｓ３１を行う。
処理Ｓ３４では、車両の状態が暗騒音状態であるか否かを判断する。車両の状態が暗騒音状態であると判断された場合は処理Ｓ３５を行う。車両の状態が暗騒音状態でないと判断された場合は再度処理Ｓ３１を行う。
処理Ｓ３５は排水処理制御部が排水処理ガス供給部に指令し排水処理を実行するものであり、処理Ｓ１５と同じ内容処理である。処理Ｓ３５の完了後は再度処理Ｓ３１を行う。
このように、第２実施形態の燃料電池システムは車両の状態が暗騒音状態のときは排水処理を実行せず、暗騒音状態でないときであって、所定の条件を満たした場合に排水処理を実行するため、排水処理による音等がユーザーに目立つことを抑制し、ユーザーの違和感を抑制することができる。
以上、本開示の燃料電池システムについて説明した。本開示の燃料電池システムは、排水処理を実施するタイミングを制御し、ユーザーに違和感を覚えさせることを抑制することが可能となる。よって、本開示の燃料電池システムは、燃料電池車両の分野においてきわめて優良な技術といえる。
１０ 燃料電池
２０ 酸化剤ガス給排部
２１ 酸化剤ガス供給流路
２１ａ コンプレッサ
２１ｂ 入口弁
２２ 酸化剤ガス排出流路
２２ａ 調圧弁
２３ バイパス流路
２３ａ 分流弁
３０ 燃料ガス給排部
３１ 燃料ガス供給源
３２ 燃料ガス供給流路
３２ａ 開閉弁
３２ｂ 減圧弁
３２ｃ インジェクタ
３３ 燃料オフガス排出流路
３３ａ 気液分離器
３３ｂ 排気排水弁
３４ 循環流路
３４ａ 循環ポンプ
４０ 制御部
２０ 酸化剤ガス給排部
２１ 酸化剤ガス供給流路
２１ａ コンプレッサ
２１ｂ 入口弁
２２ 酸化剤ガス排出流路
２２ａ 調圧弁
２３ バイパス流路
２３ａ 分流弁
３０ 燃料ガス給排部
３１ 燃料ガス供給源
３２ 燃料ガス供給流路
３２ａ 開閉弁
３２ｂ 減圧弁
３２ｃ インジェクタ
３３ 燃料オフガス排出流路
３３ａ 気液分離器
３３ｂ 排気排水弁
３４ 循環流路
３４ａ 循環ポンプ
４０ 制御部
Claims (3)
- 車両に搭載される燃料電池システムであって、
燃料電池と、
前記燃料電池内の水分を排水処理するためのガスを供給可能な排水処理ガス供給部と、
現在位置の情報を取得可能な現在位置情報取得部と、
目的地の情報を取得可能な目的地情報取得部と、
前記排水処理の実行を制御する排水処理制御部と、を備え、
前記排水処理制御部は、
前記現在位置から前記目的地までの距離が第１の閾値以上となった場合、前回の排水処理から所定の時間以上が経過した場合、前回の排水処理から所定の距離以上走行した場合のうち少なくとも１つの条件を満たしたときに前記排水処理制御部の状態を排水処理許可状態に変更し、
排水処理許可状態であり、かつ、前記現在位置から前記目的地までの距離が第２の閾値以下となった場合に排水処理を実行し、
前記排水処理を実行した後は前記排水処理制御部の状態を排水処理禁止状態とする、
燃料電池システム。 - 前記排水処理制御部は前記車両の起動時に排水処理を実行しない、請求項１に記載の燃
料電池システム。 - 前記燃料電池システムは騒音状態を判定する騒音状態判定部を備え、
前記騒音状態判定部により暗騒音状態であると判断された場合、前記排水処理制御部は排
水処理を実行しない、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
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