WO2007129586A1 - 燃料電池システム - Google Patents

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Masahiro Shige
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    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell system.
  • Patent Document 1 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-141 943
  • Patent Document 2 Japanese Patent Publication No. 2003-504807 Disclosure of Invention
  • the scavenging process or warming process (control for low-temperature countermeasures) performed when the fuel cell system is stopped or started is different from the process performed during normal operation.
  • control is suddenly performed, the user feels uncomfortable.
  • a user who does not know that such control for low-temperature countermeasures is performed is There is a possibility that it may be mistaken as a malfunction despite control for temperature countermeasures.
  • the present invention has been made in view of the circumstances described above, and provides a fuel cell system capable of notifying the user that control for low-temperature countermeasures is performed without causing discomfort or misunderstanding. With the goal.
  • a fuel cell system includes a control unit that performs control for low-temperature countermeasures, and a notification unit that notifies the execution of the control for low-temperature countermeasures. To do.
  • the user when control for low-temperature countermeasures (such as scavenging processing at the time of system termination) is performed, the user can be surely notified by, for example, a text message or voice message, and the user feels uncomfortable or misidentified. It does not cause it.
  • low-temperature countermeasures such as scavenging processing at the time of system termination
  • the control unit performs at least one of a warm-up process at the time of system startup or a scavenging process at the end of the system as control for low temperature countermeasures, It is preferable that the notification is performed using at least one of the sensation media of sound, video, heat, vibration, wind, and smell.
  • the control means performs a warm-up process at the time of starting the system and a scavenging operation at the time of the end of the system, and the notification means includes the time of starting the system and the time of closing the system. It is desirable to change the notification mode between.
  • the notifying means notifies the time related to the control for the low-temperature countermeasure.
  • the notification means includes a display device that displays an image or a character display of the execution of the control for the low-temperature countermeasure.
  • the control means performs a scavenging process as a control for low temperature countermeasures, and the time required for the scavenging process from the amount of moisture required for the fuel cell reduced and the state quantity of the fuel cell.
  • the estimation means includes the remaining water of the fuel cell at the time A first calculation means for obtaining the required amount of water to be reduced from the amount and the set target residual water amount; and a second means for obtaining a water content reduction amount per unit time of the fuel cell based on the state quantity of the fuel cell.
  • the calculation means includes: a third calculation means for obtaining the time required for the scavenging process from the amount of moisture required for reduction of the fuel cell and the amount of moisture reduction per unit time of the fuel cell. Further, it is preferable that the state quantity of the fuel cell includes an output current, an output voltage, an air stoichiometric ratio, an exhaust oxidizing gas temperature, and an exhaust oxidizing gas amount.
  • a scavenging time estimation method is a method for estimating a time required for scavenging processing of a fuel cell system, and based on a remaining amount of water in the fuel cell and a set target remaining water amount at the time point
  • a first step of determining a required amount of moisture to be reduced in the fuel cell a second step of determining a moisture reduction amount per unit time of the fuel cell based on the state quantity of the fuel cell; and a reduction in the fuel cell
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the fuel cell system according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a configuration in the vicinity of the humidifier according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a functional configuration of the control unit according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the impedance and the amount of residual water according to the embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a display screen according to the embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a display screen according to the embodiment.
  • FIG. 7 is a flowchart showing system termination processing according to the embodiment.
  • FIG. 8 is a flowchart showing the stack moisture reduction calculation processing according to the embodiment.
  • FIG. 9 is a flowchart showing a system activation process according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a display screen according to the embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a display screen according to the embodiment.
  • FIG. 12A is a diagram illustrating a display screen according to a modification.
  • FIG. 12B is a diagram illustrating a display screen according to a modification. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 is a diagram showing a main configuration of a fuel cell system 100 according to the first embodiment.
  • a fuel cell vehicle F C H V; Fuel Cell Hyblid
  • a fuel cell system mounted on a vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle is assumed, but it can be applied not only to the vehicle but also to various moving objects (for example, ships, flying aircraft, robots, etc.) and stationary power sources. It is.
  • the fuel cell 40 is a means for generating electric power from the supplied reaction gas (fuel gas and oxidizing gas), and uses various types of fuel cells such as solid polymer type, phosphoric acid type, and molten carbonate type. can do.
  • the fuel cell 40 has a stack structure in which a plurality of single cells equipped with ME A or the like are stacked in series.
  • the output voltage (hereinafter referred to as FC voltage) and output current (hereinafter referred to as FC current) of the fuel cell 40 are detected by a voltage sensor 14 0 and a current sensor 1 5 0, respectively.
  • the fuel electrode 40 has a fuel electrode (anode) with hydrogen gas etc. from the fuel gas supply source 10
  • an oxidizing gas such as air is supplied from an oxidizing gas supply source 70 to the oxygen electrode (power sword).
  • the fuel gas supply source 10 includes, for example, a hydrogen tank and various valves, and controls the amount of fuel gas supplied to the fuel cell 40 by adjusting the valve opening, ON / OFF time, and the like.
  • the oxidizing gas supply source 70 is composed of, for example, an air compressor, a motor that drives the air compressor, an inverter, and the like, and the amount of oxidizing gas supplied to the fuel cell 40 is adjusted by adjusting the number of revolutions of the motor. To do.
  • FIG. 2 is a view for explaining the humidifier 43 provided between the oxidizing gas supply source 70 and the fuel cell 40.
  • the humidifier 43 is a humidifier that performs moisture exchange and heat exchange between the oxidized off gas discharged from the fuel cell 40 through the water vapor exchange membrane 43 and the supplied oxidic gas supplied to the fuel cell 40. It is.
  • the supplied oxidant gas is supplied from the oxidant gas supply source 70 to the fuel cell 40 via the supply gas flow path 44, the humidifier 43, and the like.
  • the oxidizing off gas discharged from the fuel cell 40 is discharged to the outside through the exhaust gas flow path 45, the humidifier 43, and the like.
  • the exhaust gas passage 45 is provided with a temperature sensor 46 for measuring the temperature of the oxidation off gas.
  • the battery 60 is a chargeable / dischargeable secondary battery, and is composed of, for example, a nickel hydrogen battery.
  • a chargeable / dischargeable capacitor for example, a capacitor
  • the battery 60 is connected in parallel with the fuel cell 40 via a D CZD C converter 13.
  • Inverter 1 1 0 is, for example, a pulse width modulation type PWM inverter, and outputs DC power output from fuel cell 40 or battery 60 according to a control command given from control mute 80. Convert to phase AC power and supply to traction motor 1 1 5.
  • a motor for driving R that is, a power source of the moving body
  • the traction motor 115 and the inverter 110 are connected to the fuel cell 40 side.
  • the D C / D C converter 1 3 0 is a full-bridge converter composed of, for example, four power transistors and a dedicated drive circuit (both not shown).
  • D CZD C converter 1 3 0 is a function that boosts or steps down the DC voltage input from the battery 60 and outputs it to the fuel cell 40 side, boosts the DC voltage input from the fuel cell 40, etc. Or, it has a function to step down and output to the battery 60 side. Further, the charge / discharge of the battery 60 is realized by the function of the DCZDC converter 13 0.
  • a catcher 1 2 0 such as a vehicle catcher or an F C auxiliary machine is connected between the battery 60 and the D CZD C converter 1 3 0.
  • the battery 60 is a power source for these auxiliary machines 120.
  • Vehicle auxiliary equipment refers to various power devices (lighting equipment, air conditioning equipment, hydraulic pumps, etc.) used during vehicle operation, etc.
  • FC auxiliary equipment is used to operate the fuel cell 40. This refers to various types of power equipment (such as pumps for supplying fuel gas and oxidation gas).
  • the control unit (control means) 80 is composed of a CPU, ROM, RAM, and the like.
  • the temperature sensor 50 detects the temperature of the voltage sensor 140, current sensor 150, and fuel cell 40, battery.
  • 60 Centrally controls each part of the system based on sensor signals input from SOC sensors that detect the charge state of 60 and accelerator pedal sensors that detect the opening of the accelerator pedal. Further, the control unit 80 according to the present embodiment performs a scavenging process (control for low-temperature countermeasures) executed when the system is stopped.
  • the display device (notification means) 160 is composed of a liquid crystal display device and various lamps, and the sound output device (notification means) 170 is composed of a speaker, an amplifier, a filter, and the like.
  • Control mute 8 0 is a display device 1 6 0 and audio output Various control contents are reported using the device.
  • This control content includes the control content of the scavenging process executed when the system is stopped (for example, display of a scavenging process end message and calculation of the time required until the scavenging process ends; details will be described later).
  • FIG. 3 is a block diagram for explaining the scavenging process according to the present embodiment.
  • the control unit 80 includes a timing determination unit 18, an impedance measurement unit 1 80, a scavenging completion estimated time estimation unit 2 80, a notification control unit 3 80, and a scavenging control unit 4 80. Realize the function.
  • the timing determination unit 18 determines the start timing of the impedance measurement.
  • the timing determination unit 1 8 detects that the ignition key has been turned off, it determines that the impedance measurement required for the scavenging process should be started, and sends an impedance measurement start command to the superimposed signal generation unit 1 8 2 .
  • an impedance measurement start command is sent when the impression key is turned off.
  • the timing at which the impedance measurement start command is sent is arbitrary.
  • the impedance measuring unit 1800 includes a target voltage determining unit 1 8 1, a superimposed signal generating unit 1 8 2, a voltage command signal generating unit 1 8 3, and a calculating unit 1 8 4.
  • the target voltage determination unit 1 8 1 determines an output target voltage (for example, 300 V, etc.) based on each sensor signal input from an accelerator pedal sensor, a SOC sensor, etc., and uses this as a voltage command signal generation unit 1 8 Output to 3.
  • an output target voltage for example, 300 V, etc.
  • the superimposed signal generation unit 1 8 2 In accordance with the impedance measurement start command sent from the timing determination unit 18, the superimposed signal generation unit 1 8 2 generates an impedance measurement signal to be superimposed on the output target voltage (for example, a sine wave having a specific frequency with an amplitude value of 2 V). Etc.) and output this to the voltage command signal generator 1 8 3 .
  • the output target voltage for example, a sine wave having a specific frequency with an amplitude value of 2 V.
  • Etc. the voltage command signal generator 1 8 3 .
  • each parameter (waveform type, frequency, amplitude value) of the impedance measurement signal may be appropriately set according to the system design.
  • the voltage command signal generator 1 8 3 superimposes the impedance measurement signal on the output target voltage and outputs it to the DC / DC converter 1 30 as the voltage command signal V f cr.
  • the DC / DC converter 1 30 controls the voltage of the fuel cell 40 and the like based on the applied voltage command signal V f cr.
  • Arithmetic unit 1 8 4 is the voltage (FC voltage) V f of fuel cell 40 detected by voltage sensor 1 4 0 and the current (FC current) of fuel cell 4 0 detected by current sensor 1 5 0 I f is sampled at a predetermined sampling rate and subjected to a family conversion process (FFT calculation process or DFT calculation process).
  • the calculation unit 18 4 obtains the impedance of the fuel cell 40 by, for example, dividing the F C voltage signal after the Fourier transform process by the F C current signal after the Fourier transform process.
  • the calculation unit 1 8 4 outputs the impedance (hereinafter referred to as stack impedance) of the fuel cell 40 thus obtained to the remaining stack water amount calculation unit 2 8 1.
  • Scavenging scheduled time estimation unit (estimating means) 2 80 includes a stack residual water amount calculation unit 2 8 1, a stack moisture reduction amount calculation unit 2 8 2, an estimation unit 2 8 3, and a residual water amount comparison unit 2 8 4 ing.
  • the stack remaining amount calculation unit 2 8 1 calculates the remaining water amount (stack residual water amount) in the stack.
  • the stack residual water amount calculation unit 2 81 stores in advance a function F representing the relationship between the stack impedance and the stack residual water amount as shown in FIG.
  • the stack remaining water amount calculation unit 2 8 1 calculates the stack remaining water amount by substituting the stack impedance into this function F.
  • the remaining stack amount calculation unit 2 8 1 outputs the remaining stack amount thus obtained to the remaining amount comparison unit 2 8 4.
  • the remaining water amount comparison unit 2 8 4 compares the stack remaining water amount W s supplied from the stack remaining water amount calculation unit 2 8 1 with the preset target remaining water amount W o and requires scavenging treatment. Determine whether or not.
  • the remaining water amount comparison unit 2 8 4 determines that the scavenging process is unnecessary when the stack remaining water amount W s force S is equal to or less than the target remaining water amount W o, and sends a scavenging process end command to the notification control unit 3 8 0 Send to.
  • the remaining water amount comparison unit (first computing means) 2 8 4 determines that scavenging treatment is necessary when the stack remaining water amount W s exceeds the target remaining water amount W o, and By subtracting the target residual water amount Wo from the water amount W s force, the water amount to be reduced (hereinafter referred to as the amount of water required for reduction) Wd is obtained, and this is sent to the estimation unit 2 8 3.
  • Stack moisture reduction calculation unit (second calculation means) 2 8 2 calculates the stack moisture reduction amount W dd per unit time. Take away water calculation unit 2 8 2 a, Stack generated water calculation unit 2 8 2 b and recovered water volume calculation unit 2 8 2 c. The specific calculation method of the stack moisture reduction amount W d d per unit time will be clarified in detail in the operation explanation section of the embodiment.
  • Estimating unit (third calculating means) 2 8 3 is the amount of water required for reduction W d supplied from the remaining water amount comparing unit 2 8 4 and the unit time supplied from the stack water reducing amount calculating unit 2 8 2
  • the time required for the scavenging process (hereinafter referred to as “scavenging required time”) is estimated using the stack water reduction amount W dd, and this is output to the notification control unit 3800.
  • the notification control unit 3 80 is based on the notification from the residual water amount comparison unit 28 4 4 or the scavenging required time output from the estimation unit 28 3, and the display device 1 6 0 and the audio output device 1 6 5 Control the output contents.
  • a scavenging end message is displayed on the display device 160 (see FIG. 5).
  • the voice output device 1 6 5 outputs a voice message or a warning sound indicating that has ended.
  • the required scavenging time is output from the estimating unit 28 3
  • a message indicating the required scavenging time (estimated time until the end of scavenging) estimated by the estimating unit 28 3 is displayed on the display device 1 6
  • a voice message indicating the expected time is output from the voice output device 1 65, while being displayed at 0 (see FIG. 6). The operation at the end of this system is described below.
  • FIG. 7 is a flowchart showing system termination processing according to the present embodiment.
  • the timing determination unit 18 of the control unit 80 detects that the ignition key has been turned off, it sends a stack impedance measurement start command necessary for the scavenging process to the superimposed signal generation unit 1 8 2 (step S 1 0 ⁇ Step S 2 0).
  • the impedance signal generation unit 1 8 2 When the impedance calculation unit 1 8 0 receives the measurement start command, the impedance signal generation unit 1 8 2 generates an impedance measurement signal to be superimposed on the output target voltage, which is then sent to the voltage command signal generation unit 1 8 3. Output.
  • the voltage command signal generator 1 8 3 superimposes the impedance measurement signal output from the superimposed signal generator 1 8 2 on the output voltage supplied from the target voltage determiner 1 8 1, and the voltage command signal V fcr Is output to DC / DC converter 1 30.
  • the DC / DC converter 1 3 0 controls the voltage of the fuel cell 40 and the like based on the applied voltage command signal V fcr.
  • the arithmetic unit 1 8 4 samples the FC voltage V f detected by the voltage sensor 1 4 0 and the FC current If detected by the current sensor 1 5 0 at a predetermined sampling rate, and then performs Fourier transform processing.
  • the impedance of the fuel cell 40 (that is, the stack impedance) is obtained by dividing the FC voltage signal after the Fourier conversion process by the FC current signal of the Fourier conversion process (step S 30).
  • the calculation unit 1 8 4 outputs the stack impedance obtained in this way to the stack remaining water amount calculation unit 3 8 1.
  • the remaining stack amount calculation unit 281 of the scheduled scavenging completion time estimation unit 280 estimates the remaining stack amount from the received stack impedance. Specifically, the remaining stack water amount calculation unit 281 obtains the remaining stack water amount W s by substituting the received stack impedance into the function F shown in FIG. 4 (Step S 40). The remaining stack water amount calculation unit 281 outputs the remaining stack water amount W s thus obtained to the remaining water amount comparison unit 284.
  • the remaining water amount comparing unit 284 compares the stack remaining water amount Ws supplied from the stack remaining water amount calculating unit 28 1 with the preset target remaining water amount Wo, and starts (or continues) the scavenging process. (Step S50).
  • This target residual water volume W o can be obtained by experiments, for example.
  • the residual water amount comparison unit 284 determines the required reduction water amount Wd (varnish residual water amount Ws—target residual water amount). Wo) is obtained (step S 60), and this is sent to the estimation unit 283. Furthermore, the remaining water amount comparison unit 284 sends a scavenging process start (or continuation) command to the scavenging control unit 480, and also reduces the stack moisture reduction amount per unit time to the stack moisture reduction calculation unit 282. Send the calculation command.
  • the stack moisture reduction amount calculation unit 282 executes a stack moisture reduction amount calculation process shown in FIG. 8 (step S70).
  • the carry-off water amount calculation unit 282a calculates the FC exhaust air amount Aa by substituting the air stoichiometric ratio S a and the FC current I f into the following equation (1).
  • the take-off water amount calculation unit 282 a calculates the saturated vapor partial pressure P t by using the FC exhaust air temperature T detected by the temperature sensor 46 (see Fig. 2). By substituting Japanese steam partial pressure P t and FC exhaust air amount A a into the following equation (2), the amount of water taken away Wc is calculated.
  • the stack generation water amount calculation unit 282 b calculates the F C generation water amount Wm by substituting the F C current I f into the following equation (3), and outputs it to the recovered water amount calculation unit 282 c.
  • the recovered water amount calculation unit 282 c is the FC exhaust air amount calculated by the carry-out water amount calculation unit 282 a Aa (Refer to Equation (1).) Calculate the water vapor exchange rate C r of the humidifier 43. The recovered water amount calculation unit 282 c calculates the recovered water amount Wt by substituting the obtained water vapor exchange rate C r and the supplied FC generated water amount Wm into the following equation (4).
  • the stack water reduction amount calculation unit 282 substitutes the FC generated water amount Wm, the recovered water amount W t, and the removed water amount W c into the following equation (5).
  • the stack water reduction amount Wd d per unit time is derived, and this is output to the estimation unit 283, and the process is terminated.
  • the estimation unit 283 substitutes the stack water reduction amount W dd per unit time supplied from the stack water reduction amount calculation unit 282 and the required reduction water amount Wd supplied from the residual water amount comparison unit 284 into the following equation (6).
  • the estimated scavenging time T f is calculated (step S 80) and sent to the notification control unit 380.
  • T f [sec] Wd Wd d (6)
  • the notification control unit 3 80 displays a message indicating the estimated scavenging time as shown in FIG.
  • a voice message representing the time is output from the voice output device 1 65 (step S 90), and the process returns to step S 30.
  • the stack residual water amount W s exceeds the target residual water amount W o (step S 40; YES)
  • the above-described processing is repeatedly executed.
  • the residual water amount comparison unit 28 4 4 performs the notification control unit 3 80 and scavenging control.
  • the scavenging control unit 48 0 performs control for terminating the scavenging process based on the command (step S 1 0 0) while the notification control unit 3 80 is
  • a scavenging end message as shown in Fig. 5 is displayed on the display device 160, and a voice message indicating that the scavenging process has been completed is output from the voice output device 1 65 (step S1 1 0), and the system ends. The process ends.
  • the scavenging process is performed when the system ends.
  • FIG. 9 is a flowchart showing the activation process according to the present embodiment.
  • control unit 80 When the control unit 80 detects that the ignition key is turned on, the control unit 80 obtains the FC temperature T f at the time point from the temperature sensor 50 (step S 310 ⁇ step S 320). Then, the control unit 80 compares the preset allowable temperature Tc (temperature for determining whether or not to allow start by normal operation) with the FC temperature Tf (step S330).
  • the control unit 80 warms up (for example, heats the fuel cell by generating power in a high load state). (Step S340). Further, the control unit 80 displays a graph indicating the warm-up state as shown in FIG. 10 on the display device 160 and outputs a voice message indicating the warm-up state from the voice output device 165 (step S 350). .
  • the graph shown in FIG. 10 will be described in detail.
  • the control unit 80 sets a graph, for example, by setting the current FC temperature T f to 0% and the allowable temperature T c to 100%.
  • control unit 80 expands the area that represents the FC temperature (the shaded area in FIG. 10) according to the rise in the FC temperature. Control display over time. This display mode is an example, and what display mode is adopted is arbitrary (described later).
  • control unit 80 When the control unit 80 performs such display, the control unit 80 returns to step S320 and executes the above-described series of processing.
  • the control unit 80 When it is detected that the FC temperature T f has exceeded the allowable temperature T c (Step S 330; YE S) during the execution of such processing, the control unit 80 operates as shown in FIG. A Ready ON message indicating that operation is possible is displayed on the display device 160, and the Ready ON message is output from the voice output device 165 (step S).
  • the change in FC temperature is displayed.
  • ⁇ Estimated time from the amount of change in temperature to the permissible temperature Tc time related to control for low-temperature countermeasures; hereinafter, Ready ON scheduled time
  • this may be output from the display device 160 or the audio output device 165.
  • the scheduled Ready ONE time is displayed, the number of seconds until the start of normal operation can be displayed in digital notation, or the elapsed time with respect to the Ready ONE scheduled time can be displayed in a par graph.
  • the Ready ON scheduled time may be corrected sequentially while calculating in real time. However, if precise accuracy is not required (for example, when the Ready ON scheduled time is displayed as a bar graph image) ) You do not need to correct it.
  • the warm-up process (control for low-temperature countermeasures) is performed during dredging.
  • An image indicating that the machine is being processed for example, an image simulating a penguin; see Fig. 12 A) and a warning mark (see Fig. 12 B) may be displayed on the display device 160.
  • the warm-up state is reported based on the FC temperature T f, but if the heat capacity of the fuel cell system 1 ° 0 is known, the warm-up state may be reported based on the heat generation amount. good.
  • the control unit 80 first has the following formula: By substituting the FC temperature T f and the allowed temperature T c into (7), the required heat generation amount Q n is calculated.
  • control unit 80 calculates the system heat generation integral value D i by substituting the FC voltage V f and the FC current I f into the following equation (8).
  • the control unit 80 sets the graph by setting the current system heat generation amount integrated value Di to 0% and the required heat generation amount Qn to 100%. After that, when the warm-up process is started, the area indicating the system heat generation integral value D i expands according to the elapsed time, and normal startup is possible when the system heat generation integral value D i reaches the required heat generation amount Qn. A Ready ON message indicating that the message has been displayed is output from the display device 1 6 0 and the audio output device 1 6 5. In this way, the warm-up state may be reported based on the heat generation amount.
  • the modification according to the second embodiment may be applied to the first embodiment.
  • the configuration according to the first embodiment and the configuration according to the second embodiment may be combined so that scavenging processing at the time of system termination and warm-up processing at the time of system startup are used together.
  • the notification mode indicating the progress of the scavenging process and the notification mode indicating the progress of the warm-up process may be changed. Specifically, you can change the type and color of the image to be displayed, the type and size of characters, the lighting pattern, the type of sound to be output (male, female, etc.) and the type of warning sound. good.
  • the display device 1 6 0 and the audio output device 1 6 5 that are notified by a video or sound sensation medium are exemplified, but light, sound, video, heat, vibration, wind, You may use the alerting

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Abstract

ユーザに違和感や誤認を生じさせることなく、低温対策用の制御が行われることを報知することが可能な燃料電池システムを提供する。システム終了時の掃気処理やシステム起動時の暖機処理など、低温対策用の制御を行う場合、当該処理の実施を文字メッセージや音声メッセージなどによってユーザに確実に報知する。このため、イグニッションキーがオフされた後にシステムが作動している状況であっても、ユーザに違和感や誤認を生じさせることはない。

Description

明細書 燃料電池システム 技術分野
本発明は、 燃料電池システムに関する。 背景技術
外部温度が低レ、場合には、 燃料電池システムの停止後にその内部で発生し た水が凍結し、 配管や弁などが破損するという問題がある。 また、 一般に燃 料電池は他の電源に比べて起動性が悪く、 特に、 低温下においては所望の電 圧ノ電流を供給することができずに機器を起動できないという問題もあった。 このような問題に鑑み、 燃料電池システムの停止時に掃気処理を行うこと で燃料電池内部に溜まった水分を外部に排出する方法や （例えば特許文献 1 参照） 、 燃料電池システムの起動時に暖気処理を行うことで燃料電池の発電 効率を高める方法 （例えば特許文献 2参照） が提案されている。
[特許文献 1] 特開 2005— 141 943号公報
[特許文献 2 ] 特表 2003— 504807号公報 発明の開示
し力 しながら、 燃料電池システムの停止時や起動時などに行われる掃気処 理ゃ暖気処理 （低温対策用の制御） は、 通常運転時に行われる処理とは異な るため、 該低温対策用の制御が突然行われるとユーザは違和感を覚える。 ま た、 このような低温対策用の制御が行われることを知らないユーザは、 該低 温対策用の制御が行われているにもかかわらず故障だと誤認してしまうおそ れもある。
本発明は以上説明した事情を鑑みてなされたものであり、 ユーザに違和感 や誤認を生じさせることなく、 低温対策用の制御が行われることを報知する ことが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。
上述した問題を解決するため、 本発明に係る燃料電池システムは、 低温対 策用の制御を行う制御手段と、 前記低温対策用の制御の実施を報知する報知 手段とを具備することを特徴とする。
かかる構成によれば、 低温対策用の制御 (システム終了時の掃気処理な ど） を行う場合、 例えば文字メッセージや音声メッセージなどによってユー ザに確実に報知することができ、 ユーザに違和感や誤認を生じさせることは ない。
ここで、 上記構成にあっては、 前記制御手段は、 低温対策用の制御として システム起動時の暖気処理、 またはシステム終了時の掃気処理の少なくとも いずれか一方を実施し、 前記報知手段は、 光、 音、 映像、 熱、 振動、 風、 に おいの少なくともいずれか 1つの体感媒体を用いて報知する態様が好ましい。 また、 上記構成にあっては、 前記制御手段は、 前記システム起動時の暖機 処理及び前記システム終了時の掃気運転を実施し、 前記報知手段は、 前記シ ステム起動時と前記システム終了時との間で報知態様を変えるのが望ましい。 さらに、 前記報知手段は、 前記低温対策用の制御に関わる時間を報知するの が望ましい。 さらに、 前記報知手段は、 前記低温対策用の制御の実施をィメ ージ表示、 またはキャラクター表示する表示装置を備えるのが望ましい。 また、 上記構成にあっては、 前記制御手段は、 低温対策用の制御として掃 気処理を実施し、 前記燃料電池の低減必要水分量と前記燃料電池の状態量か ら前記掃気処理に要する時間を推定する推定手段をさらに具備する態様が好 ましい。 この場合、 前記推定手段は、 当該時点における前記燃料電池の残水 量と、 設定された目標残水量から前記低減必要水分量を求める第 1の演算出 手段と、 前記燃料電池の状態量に基づいて該燃料電池の単位時間当たりの水 分低減量を求める第 2の演算手段と、 前記燃料電池の低減必要水分量と該燃 料電池の単位時間当たりの水分低減量から前記掃気処理に要する時間を求め る第 3の演算手段とを具備する態様がより好ましい。 さらに、 前記燃料電池 の状態量には、 出力電流、 出力電圧、 エアス トィキ比、 排気酸化ガス温度、 排気酸化ガス量が含まれる態様が好ましい。
また、 本発明に係る掃気所要時間推定方法は、 燃料電池システムの掃気処 理に要する時間を推定する方法であって、 当該時点における燃料電池の残水 量と設定された目標残水量から、 該燃料電池の低減必要水分量を求める第 1 のステップと、 前記燃料電池の状態量に基づいて該燃料電池の単位時間当た りの水分低減量を求める第 2のステップと、 前記燃料電池の低減必要水分量 と該燃料電池の単位時間当たりの水分低減量から前記掃気処理に要する時間 を求める第 3のステップとを含むことを特徴とする。
以上説明したように、 本発明によれば、 ユーザに違和感や誤認を生じさせ ることなく、 低温対策用の制御が行われることを報知することが可能となる。 図面の簡単な説明
図 1は、 第 1実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す図である。 図 2は、 同実施形態に係る加湿器付近の構成を説明するための図である。 図 3は、 同実施形態に係る制御ュニットの機能構成を示すプロック図であ る。
図 4は、 同実施形態に係るインピーダンスと残水量の関係を示すグラフで ある。
図 5は、 同実施形態に係る表示画面を例示した図である。
図 6は、 同実施形態に係る表示画面を例示した図である。 図 7は、 同実施形態に係るシステム終了処理を示すフローチヤ一トである。 図 8は、 同実施形態に係るスタック水分低減量演算処理を示すフローチヤ ートである。
図 9は、 第 2実施形態に係るシステム起動処理を示すフローチャートであ る。
図 1 0は、 同実施形態に係る表示画面を例示した図である。
図 1 1は、 同実施形態に係る表示画面を例示した図である。
図 1 2 Aは、 変形例に係る表示画面を例示した図である。
図 1 2 Bは、 変形例に係る表示画面を例示した図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明に係る実施の形態について図面を参照しながら説明する。
A. 第 1実施形態
図 1は第 1実施形態に係る燃料電池システム 1 0 0の要部構成を示す図で ある。 本実施形態では、 燃料電池自動車 （F C H V； Fuel Cell Hyblid
Vehicle) 、 電気自動車、 ハイブリッド自動車などの車両に搭載される燃料 電池システムを想定するが、 車両のみならず各種移動体 （例えば、 船舶や飛 行機、 ロボットなど） や定置型電源にも適用可能である。
燃料電池 4 0は、 供給される反応ガス （燃料ガス及ぴ酸化ガス） から電力 を発生する手段であり、 固体高分子型、 燐酸型、 熔融炭酸塩型など種々のタ イブの燃料電池を利用することができる。 燃料電池 4 0は、 ME Aなどを備 えた複数の単セルを直列に積層したスタック構造を有している。 この燃料電 池 4 0の出力電圧 （以下、 F C電圧） 及び出力電流 （以下、 F C電流） は、 それぞれ電圧センサ 1 4 0及ぴ電流センサ 1 5 0によって検出される。 燃料 電池 4 0の燃料極 （ァノード） には、 燃料ガス供給源 1 0から水素ガスなど の燃料ガスが供給される一方、 酸素極 （力ソード） には、 酸化ガス供給源 7 0から空気などの酸化ガスが供給される。
燃料ガス供給源 1 0は、 例えば水素タンクや様々な弁などから構成され、 弁開度や O N/O F F時間などを調整することにより、 燃料電池 4 0に供給 する燃料ガス量を制御する。
酸化ガス供給源 7 0は、 例えばエアコンプレッサやエアコンプレッサを駆 動するモータ、 インパータなどから構成され、 該モータの回転数などを調整 することにより、 燃料電池 4 0に供給する酸化ガス量を調整する。
図 2は、 酸化ガス供給源 7 0と燃料電池 4 0との間に設けられた加湿器 4 3を説明するための図である。
加湿器 4 3は、 水蒸気交換膜 4 3を介して燃料電池 4 0から排出される酸 化オフガスと燃料電池 4 0に供給される供給酸ィヒガスとの間で水分交換、 熱 交換を行う加湿器である。 供給酸化ガスは、 酸化ガス供給源 7 0から供給ガ ス流路 4 4、 加湿器 4 3などを経由して燃料電池 4 0に供給される。 一方、 燃料電池 4 0から排出される酸化オフガスは、 排出ガス流路 4 5、 加湿器 4 3などを経由して外部に排出される。 この排出ガス流路 4 5には酸化オフガ スの温度を測定する温度センサ 4 6が設けられている。
図 1に戻り、 バッテリ 6 0は、 充放電可能な二次電池であり、 例えば-ッ ケル水素パッテリなどにより構成されている。 もちろん、 パッテリ 6 0の代 わりに二次電池以外の充放電可能な蓄電器 （例えばキャパシタ） を設けても 良い。 このパッテリ 6 0は、 D CZD Cコンバータ 1 3 0を介して燃料電池 4 0と並列に接続されている。 . インバータ 1 1 0は、 例えばパルス幅変調方式の PWMインバータであり、 制御ュ-ット 8 0から与えられる制御指令に応じて燃料電池 4 0またはパッ テリ 6 0から出力される直流電力を三相交流電力に変換し、 トラクシヨンモ ータ 1 1 5へ供給する。 トラクシヨンモータ 1 1 5は、 車輪 1 1 6 L、 1 1 6 Rを駆動するためのモータ （すなわち移動体の動力源） であり、 かかるモ ータの回転数はインパータ 1 1 0によって制御される。 このトラクシヨンモ ータ 1 1 5及びインパータ 1 1 0は、 燃料電池 4 0側に接続されている。
D C/D Cコンパータ 1 3 0は、 例えば 4つのパワー · トランジスタと専 '用のドライブ回路 （いずれも図示略） によって構成されたフルブリッジ 'コ ンバータである。 D CZD Cコンバータ 1 3 0は、 ノ ッテリ 6 0から入力さ れた D C電圧を昇圧または降圧して燃料電池 4 0側に出力する機能、 燃料電 池 4 0などから入力された D C電圧を昇圧または降圧してパッテリ 6 0側に 出力する機能を備えている。 また、 D CZD Cコンバータ 1 3 0の機能によ り、 パッテリ 6 0の充放電が実現される。
バッテリ 6 0と D CZD Cコンバータ 1 3 0の間には、 車両捕機や F C補 機などの捕機類 1 2 0が接続されている。 バッテリ 6 0は、 これら補機類 1 2 0の電源となる。 なお、 車両補機とは、 車両の運転時などに使用される 種々の電力機器 （照明機器、 空調機器、 油圧ポンプなど） をいい、 F C補機 とは、 燃料電池 4 0の運転に使用される種々の電力機器 （燃料ガスや酸化ガ スを供給するためのポンプなど） をいう。
制御ユニット （制御手段） 8 0は、 C P U、 R OM, R AMなどにより構 成され、 電圧センサ 1 4 0や電流センサ 1 5 0、 燃料電池 4 0の温度を検出 する温度センサ 5 0、 パッテリ 6 0の充電状態を検出する S O Cセンサ、 ァ クセルペダルの開度を検出するアクセルペダルセンサなどから入力される各 センサ信号に基づき当該システム各部を中枢的に制御する。 また、 本実施形 態に係る制御ュニット 8 0は、 システム停止時に実行する掃気処理 （低温対 策用の制御） を行う。
表示装置 （報知手段） 1 6 0は、 液晶表示装置や各種ランプなどから構成 され、 音声出力装置 （報知手段） 1 7 0は、 スピーカ、 アンプ、 フィルタな どから構成されている。 制御ュ-ット 8 0は、 表示装置 1 6 0及ぴ音声出力 装置を用いて各種制御内容を報知する。 この制御内容には、 システム停止時 に実行する掃気処理の制御内容 （例えば、 掃気処理の終了メッセージの表示 や掃気処理終了までに要する時間の算出など；詳細は後述） も含まれる。 図 3は、 本実施形態に係る掃気処理を説明するためのプロック図である。 制御ュ-ット 8 0は、 タイミング決定部 1 8と、 ィンピーダンス測定部 1 8 0と、 掃気終了予定時間推定部 2 8 0と、 報知制御部 3 8 0、 掃気制御部 4 8 0の機能を実現する。
<タイミング決定部 1 8 >
タイミング決定部 1 8は、 ィンピーダンス測定の開始タイミングを決定す るものである。 タイミング決定部 1 8は、 イグニッションキーがオフされた ことを検知すると、 掃気処理に必要なィンピーダンス測定を開始すべきと判 断し、 インピーダンス測定の開始命令を重畳信号生成部 1 8 2に送る。 なお、 本実施形態ではィダニッションキーがオフされたことを契機としてインピー ダンス測定の開始命令を送るが、 どのようなタイミングでィンピーダンス測 定の開始命令を送るかは任意である。
<インピーダンス測定部 1 8 0 >
インピーダンス測定部 1 8 0は、 目標電圧決定部 1 8 1、 重畳信号生成部 1 8 2、 電圧指令信号生成部 1 8 3、 演算部 1 8 4とを備えている。
目標電圧決定部 1 8 1は、 アクセルペダルセンサや S O Cセンサなどから 入力される各センサ信号に基づいて出力目標電圧 （例えば 3 0 0 Vなど） を 決定し、 これを電圧指令信号生成部 1 8 3に出力する。
重畳信号生成部 1 8 2は、 タイミング決定部 1 8から送出されるインピー ダンス測定の開始命令に従い、 出力目標電圧に重畳すべきインピーダンス測 定用信号 （例えば振幅値 2 Vの特定周波数のサイン波など） を生成し、 これ を電圧指令信号生成部 1 8 3に出力する 。 なお、 インピーダンス測定用信号の各パラメータ （波形の種類、 周波数、 振幅値） は、 システム設計などに応じて適宜設定すれば良い。
電圧指令信号生成部 1 8 3は、 出力目標電圧にインピーダンス測定用信号 を重畳し、 電圧指令信号 V f c rとして D C/D Cコンバータ 1 3 0に出力 する。 D C/D Cコンバーク 1 3 0は、 与えられる電圧指令信号 V f c rに 基づき燃料電池 4 0等の電圧制御を行う。
演算部 1 8 4は、 電圧センサ 1 4 0によって検出される燃料電池 4 0の電 圧 （F C電圧） V f 及ぴ電流センサ 1 5 0によって検出される燃料電池 4 0 の電流 （F C電流） I f を所定のサンプリングレートでサンプリングし、 フ 一リエ変換処理 （F F T演算処理や D F T演算処理） などを施す。 演算部 1 8 4は、 フーリエ変換処理後の F C電圧信号をフーリエ変換処理後の F C電 流信号で除するなどして燃料電池 4 0のインピーダンスを求める。 演算部 1 8 4は、 このようにして求めた燃料電池 4 0のインピーダンス （以下、 スタ ックインピーダンス） をスタック残水量演算部 2 8 1に出力する。
<掃気終了予定時間推定部 2 8 0〉
掃気終了予定時間推定部 （推定手段） 2 8 0は、 スタック残水量演算部 2 8 1、 スタック水分低減量演算部 2 8 2、 推定部 2 8 3、 残水量比較部 2 8 4とを備えている。
スタック残水量演算部 2 8 1は、 演算部 1 8 4から供給されるスタックィ ンピーダンスをもとに、 スタック内の残水量 （スタック残水量） を演算する。 スタック残水量演算部 2 8 1には、 図 4に示すようなスタックインピーダン スとスタック残水量との関係をあらわす関数 Fが予め格納されている。 スタ ック残水量演算部 2 8 1は、 この関数 Fにスタックインピーダンスを代入す ることでスタック残水量を求める。 スタック残水量演算部 2 8 1は、 このよ うに求めたスタック残水量を残水量比較部 2 8 4に出力する。 残水量比較部 2 8 4は、 スタック残水量演算部 2 8 1から供給されるスタ ック残水量 W sと、 予め設定されている目標残水量 W oとを比較し、 掃気処 理が必要か否かを判断する。 残水量比較部 2 8 4は、 スタック残水量 W s力 S 目標残水量 W o以下である場合には、 掃気処理は不要であると判断し、 掃気 処理の終了指令を報知制御部 3 8 0に送る。
一方、 残水量比較部 （第 1の演算手段） 2 8 4は、 スタック残水量 W sが 目標残水量 W oを超えている場合には、 掃気処理が必要であると判断し、 ス タック残水量 W s力ゝら目標残水量 W oを減算することで低減すべき水分量 (以下、 低減必要水分量） W dを求め、 これを推定部 2 8 3に送る。
スタック水分低減量演算部 （第 2の演算手段） 2 8 2は、 単位時間あたり のスタック水分低減量 W d dを演算するものであり、 持ち去り水量演算部 2 8 2 a、 スタック生成水量演算部 2 8 2 b、 回収水量演算部 2 8 2 cとを備 えている。 なお、 単位時間あたりのスタック水分低減量 W d dの具体的な演 算方法等については、 実施形態の動作説明の項で詳細を明らかにする。
推定部 （第 3の演算手段） 2 8 3は、 残水量比較部 2 8 4から供給される 低減必要水分量 W dと、 スタック水分低減量演算部 2 8 2から供給される単 位時間あたりのスタック水分低減量 W d dとを用いて、 掃気処理に要する時 間 （以下、 掃気所要時間） を推定し、 これを報知制御部 3 8 0に出力する。 <報知制御部 3 8 0〉
報知制御部 3 8 0は、 残水量比較部 2 8 4からの通知、 または推定部 2 8 3から出力される掃気所要時間に基づき、 表示装置 1 6 0及ぴ音声出力装置 1 6 5からの出力内容を制御する。
具体的には、 残水量比較部 2 8 4から掃気処理の終了指令が通知された場 合には、 例えば掃気終了メッセージを表示装置 1 6 0に表示するとともに (図 5参照） 、 該掃気処理が終了したことをあらわす音声メッセージや警告 音を音声出力装置 1 6 5から出力する。 一方、 推定部 2 8 3から掃気所要時間が出力された場合には、 例えば推定 部 2 8 3によって推定された掃気所要時間 （掃気終了までの予想時間） をあ らわすメッセージを表示装置 1 6 0に表示するとともに （図 6参照） 、 該予 想時間をあらわす音声メッセージを音声出力装置 1 6 5から出力する。 以下、 本システムの終了時の動作について説明する。
図 7は、 本実施形態に係るシステム終了処理を示すフローチャートである。 制御ュニット 8 0のタイミング決定部 1 8は、 イグニッションキーがオフ されたことを検出すると、 掃気処理に必要なスタックインピーダンスの測定 開始命令を重畳信号生成部 1 8 2に送る （ステップ S 1 0→ステップ S 2 0 ) 。
ィンピーダンス演算部 1 8 0の重畳信号生成部 1 8 2は、 測定開始命令を 受け取ると、 出力目標電圧に重畳すべきインピーダンス測定用信号を生成し、 これを電圧指令信号生成部 1 8 3に出力する。
電圧指令信号生成部 1 8 3は、 目標電圧決定部 1 8 1から供給される出力 目電圧に、 重畳信号生成部 1 8 2から出力されるインピーダンス測定用信号 を重畳し、 電圧指令信号 V f c rとして D C /D Cコンバータ 1 3 0に出力 する。 D C /D Cコンバータ 1 3 0は、 与えられる電圧指令信号 V f c rに 基づき燃料電池 4 0等の電圧制御を行う。 演算部 1 8 4は、 電圧センサ 1 4 0によって検出される F C電圧 V f及ぴ電流センサ 1 5 0によって検出され る F C電流 I f を、 所定のサンプリングレートでサンプリングした後、 フー リェ変換処理を施し、 フーリェ変換処理後の F C電圧信号をフーリェ変換処 理の F C電流信号で除するなどして燃料電池 4 0のインピーダンス （すなわ ち、 スタックインピーダンス） を求める （ステップ S 3 0 ) 。 演算部 1 8 4 は、 このようにして求めたスタックインピーダンスをスタック残水量演算部 3 8 1に出力する。 掃気終了予定時間推定部 280のスタック残水量演算部 281は、 受け取 つたスタックインピーダンスよりスタック残水量を推定する。 具体的には、 スタック残水量演算部 281は、 図 4に示す関数 Fに受け取つたスタックィ ンピーダンスを代入することでスタック残水量 W sを求める （ステップ S 4 0) 。 スタック残水量演算部 281は、 このようにして求めたスタック残水 量 W sを残水量比較部 284に出力する。
残水量比較部 284は、 スタック残水量演算部 28 1から供給されるスタ ック残水量 Wsと、 予め設定されている目標残水量 Woとを比較し、 掃気処 理を開始 （あるいは継続） すべきか否かを判断する （ステップ S 50) 。 こ の目標残水量 W oは、 例えば実験などによつて求めることができる。
ここで、 スタック残水量 Wsが目標残水量 Woを超えている場合には （ス テツプ S 50 ； NO) 、 残水量比較部 284は、 低減必要水分量 Wd (ニス タック残水量 Ws—目標残水量 Wo) を求め （ステップ S 60) 、 これを推 定部 283に送る。 さらに、 残水量比較部 284は、 掃気制御部 480に対 して掃気処理の開始 （あるいは継続） 指令を送るとともに、 スタック水分低 減量演算部 282に対して単位時間あたりのスタック水分低減量 W d dの算 出指令を送る。
スタック水分低減量演算部 282は、 かかる指令を受け取ると、 図 8に示 すスタック水分低減量演算処理を実行する （ステップ S 70) 。 まず、 持ち 去り水量演算部 282 aは、 下記式 （1) にエアストィキ比 S a、 F C電流 I f を代入することで、 FC排気エア量 A aを算出する。
A a [mol/sec] = I f * (400/ (F * 4) ) * (100/21) * S a— I f * 400/ (F * 4) · · · (1)
F ；ファラデー定数
次に、 持ち去り水量演算部 282 aは、 温度センサ 46 (図 2参照） によ つ T検知される FC排気エア温度を利用して飽和蒸気分圧 P tを算出し、 飽 和蒸気分圧 P t及び FC排気エア量 A aを下記式 （2) に代入することで、 持ち去り水量 Wcを算出する。 持ち去り水量演算部 282 aは、 算出した持 ち去り水量 W cを回収水量演算部 282 cに出力する Wc [g/sec]=A a * P t / ( (P t + 100) Φ 18) · · · (2)
一方、 スタック生成水量演算部 282 bは、 下記式 （ 3 ) に F C電流 I f を代入することで F C生成水量 Wmを算出し、 回収水量演算部 282 cに出 力する。
Wm [g/sec] = I f *400/ (2 *F) * 18 · · . (3) 回収水量演算部 282 cは、 持ち去り水量演算部 282 aによって算出さ れた FC排気エア量 Aa (式 （1) 参照） などをもとに、 加湿器 43の水蒸 気交換率 C rを求める。 回収水量演算部 282 cは、 求めた水蒸気交換率 C rと供給される FC生成水量 Wmを下記式 （4) に代入することで、 回収水 量 Wtを算出する。
Wt [g/sec] =Wm * C r · · · (4)
回収水量演算部 282 cによって回収水量 Wtが算出されると、 スタック 水分低減量演算部 282は、 下記式 （5) に FC生成水量 Wm、 回収水量 W t、 持ち去り水量 W cを代入することで、 単位時間当たりのスタック水分低 減量 Wd dを導出し、 これを推定部 283に出力し、 処理を終了する。
W d d [g/sec] =Wm+W t -W c · · · (5)
推定部 283は、 スタック水分低減量演算部 282から供給される単位時 間当たりのスタック水分低減量 W d dと残水量比較部 284から供給される 低減必要水分量 Wdを下記式 （6) に代入することで、 推定掃気所要時間 T f を算出し （ステップ S 80) 、 報知制御部 380に送る。
T f [sec]=Wd Wd d · · · (6) 報知制御部 3 8 0は、 推定部 2 8 3から推定掃気所要時間 T f を受け取る と、 図 6に示すような推定掃気所要時間をあらわすメッセージを表示装置 1 6 0に表示するとともに、 該予定時間をあらわす音声メッセージを音声出力 装置 1 6 5から出力し （ステップ S 9 0 ) 、 ステップ S 3 0に戻る。 ここで、 スタック残水量 W sが目標残水量 W oを超えている間は （ステップ S 4 0 ； Y E S ) 、 上述した処理が繰り返し実行される。
その後、 スタック残水量 W sが目標残水量 W o以下になったことを検知す ると （ステップ S 4 0 ； Y E S ) 、 残水量比較部 2 8 4は、 報知制御部 3 8 0及び掃気制御部 4 8 0に対して掃気処理の終了指令を送る。 掃気制御部 4 8 0は、 かかる指令に基づき掃気処理を終了するための制御 （酸化ガスの供 給停止など） を行う一方 （ステップ S 1 0 0 ) 、 報知制御部 3 8 0は、 図 5 に示すような掃気終了メッセージを表示装置 1 6 0に表示するとともに、 該 掃気処理が終了したことをあらわす音声メッセージなどを音声出力装置 1 6 5から出力し （ステップ S 1 1 0 ) 、 システム終了処理を終了する。
以上説明したように、 本実施形態によれば、 システム終了時に掃気処理
(すなわち低温対策用の制御） を行う場合、 当該処理の実施を文字メッセ一 ジゃ音声メッセージなどによってユーザに確実に報知する。 このため、 ィグ ニッシヨンキーがオフされた後にシステムが作動している状況であっても、 ユーザに違和感や誤認を生じさせることはない。
B . 第 2実施形態
上述した第 1実施形態では、 システム終了時に低温対策用の制御を行う場 合について説明したが、 例えばシステム起動時に暖機処理などの低温対策用 の制御が必要になる場合もある。 以下、 かかる制御を実現する実施の形態に ついて説明する。 なお、 第 2実施形態に係る燃料電池システムのハードゥエ ァ構成は、 上記第 1実施形態と同様であるため図示及び詳細な説明は省略す る。 図 9は、 本実施形態に係る起動処理を示すフローチャートである。
制御ュニット 80は、 ィダニッションキーがオンされたことを検出すると、 温度センサ 50から当該時点における FC温度 T f を把握する （ステップ S 310→ステップ S 320) 。 そして、 制御ュニット 80は、 予め設定され た許可温度 T c (通常運転による始動を許可するか否かを判断するための温 度） と FC温度 T f とを比較する （ステップ S 330) 。
FC温度 T f が許可温度 T c以下である場合 （ステップ S 330 ； NO) 、 制御ユニット 80は、 暖機処理 （例えば、 高負荷状態で発電を行うことによ り燃料電池を発熱させるなど） を開始する （ステップ S 340) 。 さらに、 制御ュニット 80は、 図 10に示すような暖機状態をあらわすグラフなどを 表示装置 160に表示するとともに、 該暖機状態をあらわす音声メッセージ を音声出力装置 165から出力する （ステップ S 350) 。 図 10に示すグ ラフについて詳述すると、 制御ユニット 80は、 例えば現状の FC温度 T f を 0%、 許可温度 T cを 100%としてグラフを設定する。 その後、 暖機処 理が開始され、 FC温度が上昇していくと、 制御ュニット 80は、 該 FC温 度の上昇に応じて FC温度をあらわす領域 （図 10の網掛け部分） を拡大し てゆく表示制御を行う。 なお、 かかる表示態様は一例であり、 どのような表 示態様を採用するかは任意である （後述） 。
制御ユニット 80は、 かかる表示を行うと、 ステップ S 320に戻り、 上 記一連の処理を実行する。 このような処理を実行している間に、 FC温度 T f が許可温度 T cを超えたことを検知すると （ステップ S 330 ； YE S) 、 制御ュニット 80は、 図 1 1に示すような通常運転が可能になったことをあ らわす Ready O Nメッセージを表示装置 160に表示するとともに、 該 Ready ONメッセージを音声出力装置 165から出力し （ステップ S
360) 、 処理を終了する。 以上説明したように、 本実施形態によれば、 システム起動時に暖機処理 (すなわち低温対策用の制御） を行う場合、 当該処理の実施を文字メッセ一 ジゃ音声メッセージなどによってユーザに確実に報知する。 このため、 ィグ 二ッションキーがオンされた後、 通常運転が開始される前にシステムが作動 している状況であっても、 ユーザに違和感や誤認を生じさせることない。 ぐ変形例 >
(変形例 1 )
第 2実施形態では、 F C温度の変化を表示したが、 〇温度丁 の変化量 から許可温度 T cに到達するまでの予定時間 （低温対策用の制御に関わる時 間；以下、 Ready O N予定時間） を求め、 これを表示装置 1 6 0や音声出力 装置 1 6 5から出力するようにしてもよい。 ここで、 Ready O N予定時間を 表示する際には、 デジタル表記で通常運転開始までの秒数を表示したり、 Ready O N予定時間に対する経過時間をパーグラフにて表示しても良い。 こ こで、 Ready O N予定時間については、 リアルタイムに演算しながら逐次修 正しても良いが、 厳密な精度を要求しないのであれば （例えば、 Ready O N 予定時間をバーグラフでイメージ表示する場合など） 、 修正しなくても良い。 また、 必ずしも Ready O N予定時間を報知する必要はなく、 Ready O N予 定時間を表示する代わりに （あるいは加えて） 、 暧機処理 （低温対策用の制 御） が行われている間、 該暖機処理中であることをあらわす画像 （例えばぺ ンギンを模した画像；図 1 2 A参照） や警告マーク （図 1 2 B参照） を表示 装置 1 6 0に表示しても良い。
(変形例 2 )
また、 第 2実施形態では F C温度 T f に基づき暖機状態を報知したが、 燃 料電池システム 1◦ 0の熱容量がわかっている場合には、 発熱量に基づき暖 機状態を報知しても良い。 詳述すると、 制御ユニット 8 0は、 まず下記式 (7) に F C温度 T f 及び許可温度 T cを代入することで、 必要発熱量 Q n を算出する。
Qn= (T c— T f ) * C · · · (7)
C ； システムの熱容量
次に、 制御ユニット 8 0は、 下記式 （8) に FC電圧 V f及ぴ F C電流 I f を代入することで、 システム発熱量積分値 D iを算出する。
Figure imgf000018_0001
OCV ;開回路電圧 (=4 9 2 V)
制御ュニット 80は、 現状のシステム発熱量積分値 D iを 0%、 必要発熱 量 Qnを 1 0 0%としてグラフを設定する。 その後、 暖機処理が開始される と、 経過時間に応じてシステム発熱量積分値 D iをあらわす領域が拡大し、 システム発熱量積分値 D iが必要発熱量 Qnに到達すると、 通常起動が可能 になったことをあらわす Ready O Nメッセージが表示装置 1 6 0及ぴ音声 出力装置 1 6 5から出力される。 このように、 発熱量に基づき暖機状態を報 知しても良い。
C. その他
上記第 2実施形態に係る変形例を上記第 1実施形態に適用しても良いのは もちろんである。 また、 上記第 1実施形態にかかる構成と上記第 2実施形態 にかかる構成を組合せ、 システム終了時における掃気処理とシステム起動時 における暖機処理を併用するようにしても良い。 この場合、 掃気処理の進行 状況をあらわす報知態様と暖機処理の進行状況をあらわす報知態様とを変え てもよい。 具体的には、 表示すべき画像の種類や色、 文字の種類や大きさ、 点灯パターンなどを変えたり、 出力すべき音声の種類 （男性、 女性など） や 警告音の種類などを変えても良い。
また、 上記各実施形態では、 映像や音の体感媒体によって報知する表示装置 1 6 0、 音声出力装置 1 6 5を例示したが、 光、 音、 映像、 熱、 振動、 風、 においの少なくともいずれか 1つの体感媒体を用いて報知する報知手段を利 用しても良い。

Claims

請求の範囲
1 . 燃料電池システムにおいて、
低温対策用の制御を行う制御手段と、
前記低温対策用の制御の実施を報知する報知手段と
を具備することを特徴とする燃料電池システム。
2 . 前記制御手段は、 低温対策用の制御として暖気処理、 または掃気処理 の少なくともいずれか一方を実施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 . 前記報知手段は、 光、 音、 映像、 熱、 振動、 風、 においの少なくとも いずれか 1つの体感媒体を用いて報知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。
4 . 前記制御手段は、 前記暧機処理及び前記掃気処理を実施し、
前記報知手段は、 前記暖機処理と前記掃気処理との間で報知態様を変える ことを特徴とする請求項 1に記載の燃料電池システム。
5 . 前記報知手段は、 前記低温対策用の制御に関わる時間を報知すること を特徴とする請求項 1に記載の燃料電池システム。
6 . 前記報知手段は、 前記低温対策用の制御の実施をイメージ表示、 また はキャラクター表示する表示装置を備え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。
7 . 前記制御手段は、 低温対策用の制御として掃気処理を実施し、 前記燃料電池の低減必要水分量と前記燃料電池の状態量から前記掃気処理 に要する時間を推定する推定手段をさらに具備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。
8 . 前記推定手段は、 当該時点における前記燃料電池の残水量と、 設定された目標残水量から前 記低減必要水分量を求める第 1の演算出手段と、
前記燃料電池の状態量に基づいて該燃料電池の単位時間当たりの水分低減 量を求める第 2の演算手段と、
前記燃料電池の低減必要水分量と該燃料電池の単位時間当たりの水分低減 量から前記掃気処理に要する時間を求める第 3の演算手段と
を具備することを特徴とする請求項 7に記載の燃料電池システム。
9 . 前記燃料電池の状態量には、 出力電流、 出力電圧、 エアストィキ比、 排気酸化ガス温度、 排気酸化ガス量が含まれることを特徴とする請求項 8に 記載の燃料電池システム。
1 0 . 燃料電池システムの掃気処理に要する時間を推定する方法であって、 当該時点における燃料電池の残水量と設定された目標残水量から、 該燃料 電池の低減必要水分量を求める第 1のステップと、
前記燃料電池の状態量に基づいて該燃料電池の単位時間当たりの水分低減 量を求める第 2のステップと、
前記燃料電池の低減必要水分量と該燃料電池の単位時間当たりの水分低減 量から前記掃気処理に要する時間を求める第 3のステップと
を含むことを特徴とする掃気所要時間推定方法。
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