WO2008072793A1 - 燃料電池システム及び燃料電池システムの起動方法 - Google Patents

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WO2008072793A1
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power
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Hiroyuki Yumiya
Katsuki Ishigaki
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Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
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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 and a fuel cell system activation method, and more particularly to a fuel cell system that supplies power to a load at the time of activation and a fuel cell system activation method.
  • a fuel cell is installed in a vehicle because it has little impact on the environment.
  • the fuel cell is a fuel cell stack in which a plurality of single cells are combined, so that a desired voltage and current can be taken out.
  • the fuel cell supplies a fuel gas such as hydrogen to the anode side of the fuel cell stack, supplies an oxidizing gas containing oxygen such as air to the cathode side, and the like at an appropriate temperature. Necessary electric power can be taken out by electrochemical reaction through the electrolyte membrane.
  • the fuel cell system is operated by a fuel cell auxiliary machine such as a pump that supplies fuel gas, an air compressor (ACP) that supplies oxidizing gas, and a cooling water circulation pump that controls the temperature of the fuel cell stack.
  • a sensor such as a cell monitor that detects the voltage, temperature, etc. of each unit cell constituting the fuel cell stack is required.
  • it is necessary to supply power to these auxiliary machines, and consideration is given to the timing.
  • the fuel cell resistance measurement is performed after IG is turned on, the resistance of the fuel cell is measured, and then READY is set to supply power to the mobile phone.
  • An apparatus is disclosed.
  • the Japanese International Publication No. 0 3/0 9 6 0 1 pamphlet discloses that the gas sensor is turned on and off from IG on, and then fuel gas is supplied to generate electricity. ing.
  • Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2 0 0 4-1 7 8 9 9 8 describes that when a start switch corresponding to an ignition switch is turned on as a control device for a fuel cell vehicle, Close the switch (ON), measure the temperature and cell voltage of the fuel cell, and if these are low, turn the power from the fuel cell to the auxiliary machine to start the dredging, then close the main switch (ON) And supplying electric power to the motor.
  • a load such as an auxiliary device for the fuel cell.
  • the power is supplied from a power source other than the fuel cell, that is, a power storage device such as a low-voltage battery. Therefore, when the capacity of a power storage device such as a secondary battery is small or the state of charge is not sufficient, the power supply to the load at the start of the fuel cell system cannot be sufficiently performed, or at that stage The state of charge of the battery will drop considerably.
  • Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2 0 0 5-3 3 2 7 0 2 and Japanese International Publication No. 0 3/0 9 6 0 0 1 pamphlet resistance measurement is performed prior to start-up, and Although it is described that power is supplied in the evening, there is no mention of limiting the power supplied from the power storage device at startup.
  • Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2 0 0 4-1 7 8 9 9 8 describes the limitation of power or the suppression of power consumption, all of which relate to the power of the fuel cell itself, from the power storage device. There is no mention of power supply restrictions.
  • the use state of the power storage device is not studied as a restriction on power supply to the load at the time of starting the fuel cell system.
  • An object of the present invention is to provide a fuel cell system and a fuel cell system activation method capable of suppressing power consumption of a power storage device at the time of activation of the fuel cell system. Another object is to provide a fuel cell system and a method for starting the fuel cell system that can suppress power supply to the load at the time of starting the fuel cell system. The following measures contribute to at least one of these objectives. Disclosure of the invention
  • the fuel cell system according to the present invention shifts to the first control state when instructed to shift to the first control state in the second control state that is the standby state of the first control state.
  • the reduction instruction is preferably input when the state of the fuel cell system reaches a predetermined condition.
  • the fuel cell system instructs the first operating element that instructs the start of the control system that is the first control state, and the transition to the travelable state by the fuel cell that is the second control state.
  • Power consumption suppression means for stopping the power supply from the power storage device to the auxiliary equipment for the fuel cell for a period from when the second operating element is turned on after the elapse of time.
  • the said power consumption suppression means stops the electric power supply from the said electrical storage apparatus to the fluid pump for the said fuel cells.
  • the said power consumption suppression means further stops the electric power supply from the said electrical storage apparatus to the cell monitor which monitors the state of the said fuel cell.
  • the fuel cell system includes: a first operating element that gives an instruction to supply power to an auxiliary machine for the fuel cell through a transmission line as an instruction to start the fuel cell; and a power generation state of the fuel cell.
  • a first operating element that gives an instruction to supply power to an auxiliary machine for the fuel cell through a transmission line as an instruction to start the fuel cell
  • a power generation state of the fuel cell In a waiting period from when the first operator is turned on to when the second operator is turned on, arbitrarily after the first operator is turned on.
  • Power consumption suppression means for stopping power supply from the power transmission line for a period from when the set standby period has elapsed until the second operator is turned on.
  • the method for starting the fuel cell system includes a step of starting the control controller when the first operator is turned on, and a transition to a travelable state by the fuel cell.
  • the fuel cell system has an operation element that instructs the start of the second control state that shifts to the first control state when the shift to the first control state is instructed, In the second control state, the power consumption at the standby load is reduced by inputting a reduction instruction to reduce the power consumption to the load.
  • the fuel cell system includes a first operating element that instructs to start the control system, A second operating element for instructing a transition to a travelable state by the fuel cell, and during the waiting period from when the first operating element is turned on until the second operating element is turned on, The power supply from the power storage device to the auxiliary equipment for the fuel cell is stopped for a period from when the arbitrarily set standby period elapses after the child is turned on until the second operator is turned on.
  • the fuel cell system is started, it is possible to suppress wasteful power consumption of the power storage device until the second operator is turned on.
  • power consumption suppression means power supply from the power storage device to the fluid pump for the fuel cell is stopped. More preferably, the power supply from the power storage device to the cell monitor that monitors the state of the fuel cell is stopped. Since it is not instructed to shift to the travelable state by the fuel cell until the second operation element is turned on, the above configuration can suppress wasteful power consumption of the power storage device.
  • the fuel cell system has a first operating element that gives an instruction to supply power to the auxiliary equipment for the fuel cell through a transmission line as an instruction to start the fuel cell, and the fuel cell And a second operating element for instructing the transition to the power generation state, and in a standby period from when the first operating element is turned on to when the second operating element is turned on.
  • the period from the time when the first controller is turned on to the time when the second controller is turned on after the arbitrarily set standby period elapses from the transmission line to the auxiliary equipment for the fuel cell. Stop power supply.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing details of blocks related to the 14 V battery in the fuel cell system according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a procedure for suppressing power consumption when the fuel cell system is started in the embodiment according to the present invention.
  • FIG. 4 is a time chart showing the on / off timing of each switch of the fuel cell system in the embodiment according to the present invention.
  • the fuel cell system is configured with a bidirectional voltage converter between the fuel cell stack and the secondary battery pack.
  • an element having a power distribution function is provided.
  • a secondary battery pack, and the power distributor may supply power to the load.
  • 14 VDC / DC comparator, 14 V battery, system main relay, etc. are included in the components of the fuel cell system, but some of these elements are omitted. It may be a system. Also, this is a system with other elements added.
  • a 14 V battery is used as the power source to supply to the load such as an auxiliary device for the fuel cell.
  • any power source other than the fuel cell may be used. Good.
  • a low-voltage battery other than 14 V may be used, and in some cases, a high-voltage secondary battery may be used.
  • a power storage means such as a capacitor may be used.
  • the secondary battery or power storage device broadly refers to a power storage means that can be charged and discharged, such as a battery and a capacitor.
  • the power source supplied to the auxiliary equipment for the fuel cell is a power storage device in a broad sense.
  • the fuel cell is described as being mounted on a vehicle, it may be a stationary fuel cell. In this case, as means for supplying electric power to the load other than the fuel cell, electric power may be supplied from the outside via a transmission line called a grid.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of the fuel cell system 10.
  • Fuel cell system 1 0 is a high voltage secondary battery 1 2, system main relay 1 4, 14 VDC / DC comparator 1 6, high voltage secondary battery side smoothing capacitor 1 8, voltage converter 20, a fuel cell-side smoothing capacitor 22, and a fuel cell stack 24.
  • the output of the 14 V DC C DC converter 16 is connected to the 14 V battery 26.
  • the contents of block 30 related to 14 V battery 26 will be described in detail later with reference to FIG.
  • the MZ G inverter 8 is connected between the positive and negative buses on the fuel cell side, and the MZ G inverter 8 is for vehicles.
  • Motor generator (MZ G) 6 is connected.
  • High-voltage secondary battery 1 2 is a combination of multiple lithium-ion cells or multiple nickel-hydrogen cells, resulting in a high-voltage battery of about 2800 V to 400 V, for example, about 2 88 V This is a battery pack.
  • the system main relay 14 is a relay for turning on and off the high voltage power line on the high voltage secondary battery 12 side. Considering relay welding when cutting off high-voltage power, one relay is provided on each of the positive and negative buses. In addition, another relay with a current limiting resistor is installed on either side of the bus. This relay with a current limiting resistor has a function of turning it on and gradually charging it.
  • VDC ZDC converter 16 is a voltage converter that adjusts high voltage power to a low voltage of 14 V and supplies it to a 14 V battery 26 that is a low voltage power supply. In the case of bi-directional operation, the power from the 14 V battery 26 can be returned to the high voltage side in case of an emergency.
  • the high voltage secondary battery side smoothing capacitor 18 has a large capacity that has the function of absorbing fluctuations in the voltage between the positive and negative electrode buses on the high voltage secondary battery 1 2 side and suppressing pulsation as DC power. It is a capacitor.
  • the voltage converter 20 is a high voltage having a function of performing voltage conversion between the high voltage power on the high voltage secondary battery side and the high voltage power on the fuel cell stack 24 side to exchange power. Bidirectional voltage converter for use.
  • the fuel cell-side smoothing capacitor 22 is a large-capacity capacitor having a function of absorbing fluctuations in the voltage between the positive and negative electrode buses on the fuel cell side and suppressing pulsation as DC power.
  • the fuel cell stack 24 is configured to take out a high voltage of about 20 to 40 V, for example, about 2 8 8 V, by combining a plurality of unit cells called fuel cells. It is a kind of assembled battery.
  • each fuel battery cell supplies hydrogen as a fuel gas to the anode side, supplies air as an oxidizing gas to the force sword side, and is necessary for battery chemical reaction through an electrolyte membrane that is a solid polymer membrane. It has a function to extract electric power.
  • a load such as a fuel cell auxiliary machine described later.
  • hydrogen is supplied to the fuel cell stack 24 from a hydrogen storage device (not shown).
  • a hydrogen storage device a hydrogen tank, a hydrogen storage alloy, or the like can be used.
  • FIG. 2 is a diagram showing details of the block 30 related to the 14 V battery 26 in the fuel cell system 10.
  • the 14 battery 26 is a low voltage secondary battery constituted by a lead storage battery or the like, that is, a power storage device. In the following, description will be made using the symbols in FIG.
  • FC is an abbreviation of Fuel C e 1 1 and indicates a fuel cell.
  • the FC auxiliary equipment 4 4 is connected between the positive and negative buses in the arrangement between the fuel cell side smoothing capacitor 2 2 and the fuel cell stack 2 4. 6 and a high voltage power supply from the fuel cell stack 24 side.
  • 1 4 V battery 2 6 and each of these groups are connected with IG switch 3 2, accessory switch 3 4, switch 3 6, FC inverter Evening switch 3 8 will be provided.
  • Accessories etc. 40 is a group of a plurality of elements such as a writer, audio, navigation device, etc. mounted on the vehicle.
  • 1 Accessory switch 3 4 is provided between 4 V battery 2 6 and accessory 4 0.
  • the accessory switch 3 4 is provided with an operation unit in the passenger compartment. When the operation unit is operated by a driver or the like and the accessory switch 3 4 is turned on, power is supplied to the accessory 40 or the like. Can be used.
  • the controller 4 2 is a group that can be divided into a sensor 'air conditioner 4 6 and a controller 4 8.
  • the sensor is for detecting the state of each element in the fuel cell system 10.
  • 4 includes a flow meter for the fuel gas supplied to 4, a flow meter for the oxidizing gas, a water temperature meter for the cooling water, and so on.
  • Air conditioners and the like include fans, heat sinks and refrigerant circulation pumps used for air conditioning in the passenger compartment.
  • the controller 48 has a function of generally controlling the operation of each element of the fuel cell system 10, particularly a function of performing start control of the fuel cell system 10.
  • a controller 48 can be composed of an in-vehicle computer.
  • the in-vehicle computer can be configured with a chip of a microphone processor.
  • the controller 48 can be composed of an independent computer, but its function can be used for other in-vehicle computers.
  • the function of the controller 48 may be given to the hybrid CPU.
  • the controller 4 8 has a power supply system control module 4 9 that controls the entire operation of the fuel cell system 10 and, in particular, an FC start command module 5 0 that gives a start command to the FC auxiliary equipment 4 4 etc.
  • a power consumption suppression module 51 that controls the operation of the switch 38, which will be described later, and suppresses power consumption at startup.
  • IG switch 3 2 is provided between 4 V battery 2 6 and controller 4 2.
  • IG is an abbreviation for IG nition, which originally means ignition of an internal combustion engine, and is not necessarily an appropriate term in the fuel cell system 10, but for those skilled in the art, speaking of an innovation switch, It has been used for many years to mean an activation switch. Therefore, here too, the term IG switch is used as it is for the operator as the vehicle start switch.
  • the IG switch 3 2 is provided with an operation section in the passenger compartment. When the operation section is operated by a driver or the like and the IG switch 3 2 is turned on, power is supplied to the controller 4 2 or the like. 8 starts and the fuel cell system control program is launched.
  • the IG switch 3 2 is a switch for instructing activation of the vehicle control system, and is a switch that is first operated by a driver or the like when the vehicle is activated. In particular, it can be called the first switch or the first operator.
  • the accessory switch 3 4 is provided separately from the IG switch 3 2. However, the accessory switch 3 4 is activated at the same time as the IG switch 3 2. 2 and accessories 40 may be launched.
  • a start switch 3 6 is provided between the 14 V battery 2 6 and the controller 4 8. As shown in Figure 2, the ON / OFF signal 5 2 of the start switch 3 6 is transmitted to the controller 48, and when the controller 4 8 detects that the switch 3 6 is turned on, the FC With the function of the start command module 50, the FC start command signal 54 is output to the FC auxiliary equipment 44.
  • the start switch 3 6 is provided with an operation section in the passenger compartment. When the operation section is operated by the driver or the like and the start switch 3 6 is turned on, the FC auxiliary machine 4 4 Start command signal 54 is output. When the FC start command signal 5 4 is output to the FC auxiliary machine 4 4, the FC auxiliary machine 4 4 is started on the assumption that other necessary conditions are satisfied.
  • the start switch 3 6 is a switch that is operated next by the driver or the like after the IG switch 3 2 is turned on, it is distinguished from other switches, in particular, the second switch or This can be called the second operator.
  • the auxiliary equipment for FC 4 4 is an electrical device used to operate the fuel cell stack 2 4.
  • an air compressor (ACP) 70 that compresses oxidant gas and supplies it to the fuel cell stack 24, hydrogen, a hydrogen pump 7 that feeds hydrogen, which is fuel gas, into the fuel cell stack 24 2.
  • ACP air compressor
  • each inverter circuit 60, 62, 64 for driving these is included.
  • a cell monitor that monitors the voltage, temperature, etc. of each unit cell constituting the fuel cell stack 24
  • F C auxiliary machines 4 4 are also included in F C auxiliary machines 4 4 as electrical equipment used to operate the fuel cell stack 2 4.
  • FC inverter switch 3 8 is provided between the 4 V battery 2 6 and the FC auxiliary machine 4 4. As shown in Fig. 2, FC inverter switch 38 supplies or supplies 14 V battery 26 power to inverter circuit 60, 62, 64 and cell monitor 66. This switch has a function of stopping the operation. Unlike the other IG switch 3 2, accessory switch 3 4, and start switch 3 6 described in Fig. 2, the FC inverse switch 3 8 consumes the controller 4 8 regardless of the driver's operation. It is controlled by the function of the power suppression module 51. Here, the function content of the power consumption suppression module 51 will be described. Power consumption suppression module 5 1 is based on the ON / OFF signal of IG switch 3 2 and the ON / OFF signal of switch 3 6.
  • FC inverter switch 3 8 ON / OFF control signal 5 6 is output.
  • the first switch, IG switch 3 2 In the waiting period from when the first switch is turned on until the start switch 36 is turned on, the second switch is turned on after an arbitrarily set waiting period has passed since the first switch was turned on. It has a function to stop the power supply from the 14 V battery 26 to the FC auxiliaries, etc. 4 until it is turned on.
  • the IG switch 3 2 that is the first operator is a switch that gives an instruction to start the vehicle
  • the start switch 3 6 that is the second operator is a transition to the vehicle travelable state by the fuel cell. It is a switch that indicates Now, let the vehicle runnable state be the first control state, and the standby state of the first control state, that is, the standby state of shifting to the first control state when an instruction to shift to the first control state is input
  • IG switch 32 which is the first operator, is an operator for instructing the start of the second control state
  • start switch 36 which is the second operator, is the first controller. This is an operator that instructs the transition to the 1 control state.
  • the on / off control signal 56 output from the power consumption suppression module 51 is supplied to a load such as an FC auxiliary machine 44 under a predetermined condition in the standby state that is the second control state.
  • This is a means for outputting a reduction instruction for reducing the power consumption of the device. That is, here, after the IG switch 3 2 that is the first operator is turned on and enters a standby state, the start switch 3 6 that is the second operator is turned on and an instruction to move to the runnable state is issued. In this waiting period, the on / off control signal 56 is turned off under the predetermined condition that a waiting period arbitrarily set after the first switch is turned on passes. The on / off control signal 56 turns off as a reduction instruction to reduce power consumption to the load.
  • the FC auxiliary machinery 4 4 is an electrical device used to operate the fuel cell stack 24. Therefore, it is not necessary to start until the start switch 36 is turned on by an operation of the driver or the like and an instruction to shift to the vehicle travelable state by the fuel cell is instructed. If this is to start FC auxiliary equipment 4 4 when IG switch 3 2 is turned on, if start switch 3 6 is turned on immediately after that, it is possible to shift to the vehicle ready state at an early stage. However, if the start switch 3 6 is not turned on for a while after the IG switch 3 2 is turned on, the operation of the FC auxiliary machine 4 4 during that time becomes useless.
  • IG Switch 3 2 When the switch is turned on, it waits for the start switch 3 6 to be turned on to start up the 4 4, but if the elapsed time from the on of the IG switch 3 2 is long, the FC auxiliary machine 4 once Stop supplying power to 4 and wait for the start switch 3 6 to turn on, then restart supplying power to the FC auxiliary equipment 4 4. As a result, when the fuel tank system 10 is started, the power consumed by the 4 V battery 2 6 is wasted by the FC auxiliary equipment 4 4 until the start switch 3 6 as the second switch is turned on. Can be suppressed.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a procedure for suppressing power consumption when the fuel cell system 10 is started. Each of these procedures corresponds to each processing procedure of the power consumption suppression program included in the corresponding fuel cell system control program.
  • FIG. 4 is a time chart showing the on / off timing of each switch of the fuel cell system 10. In Fig. 4, the horizontal axis shows the time with the same origin, and the vertical axis shows on / off of each switch.
  • the first step in the procedure for suppressing power consumption when starting up the fuel cell system 10 is to determine whether or not the IG switch 3 2 is turned on (S 10).
  • the process of S 1 0 is repeated until it is determined that the IG switch 3 2 is turned on.
  • the FC inverter evening switch 3 8 is turned on (S 1 2 )
  • These functions are actually turned on at the same time as the controller 48 starts up when the power of the 14 V battery 2 6 is supplied to the controller 48, or at the same time. This is executed by outputting the off control signal 5 6 to the FC imperial switch 3 8 as an on signal. As a result, the auxiliary equipment for FC etc. 4 4 are activated.
  • the start switch 36 is turned on (S 14). Normally, since the start switch 3 6 is not turned on at the same time as the IG switch 3 2 is turned on, the elapsed time t after the IG switch 3 2 is turned on is set as a predetermined waiting time t. (S 1 6). Wait time t. Can be set arbitrarily, but can be set to 5 sec, for example. Elapsed time t is standby time t. When is less than Return to S 1 4.
  • Elapsed time t is standby time t. If it is determined that the switch 3 6 is turned on before reaching (S 1 4), the procedure of FIG. 3 ends. In other words, the FC Inverter evening switch 3 8 remains on. When the elapsed time t reaches the standby time t 0 before it is determined that the start switch 3 6 is turned on, the FC inverter evening switch 3 8 is turned off (S 1 8). This is shown in Figure 4. This function is executed by outputting the on / off control signal 56 as an off signal to the FC inverter 38 by the function of the power consumption suppression module 51 of the controller 48. As a result, the power supply from the 14 V battery 26 is stopped for the FC auxiliary machines 4 4.
  • the second control state which is the standby state of the first control state
  • the second control state that shifts to the first control state is opened.
  • the power consumption at the standby load can be reduced by inputting a reduction instruction for reducing the power consumption at the load.
  • the transition from the second control state to the first control state from the standby state in which the power source of the fuel cell storage device or the like and the vehicle driving motor are electrically disconnected, they are electrically
  • a switching element such as a relay is used for electrical connection and disconnection as described above.
  • the driving acceleration Even if an operation is input from an accelerator operator such as an accelerator pedal, the driving motor is driven in accordance with the operation of the accelerator operation from the second control state as a standby state in which the driving motor is not driven and acceleration is not generated.
  • a transition to the first control state such as a driving mode to be driven may be made.
  • the transition from the second control state to the first control state can be input via a so-called shift lever or the like that specifies the travel mode.
  • the fuel cell is not supplied with fuel gas or oxidant gas and is not in the power generation state, and the fuel cell is supplied with fuel gas and oxidant gas to the first control state where the fuel cell is in the power generation state. It may be a transition. According to such a configuration, even in a stationary fuel cell, power can be saved under a predetermined condition.
  • the first control state and the second control state are used in a broad sense including the system control state, the control state of the traveling mechanism, the power generation control state, and the like.
  • the transition from the second control state to the first control state is continuous, such as when the state transitions or when the state transitions, in addition to shifting from one state to another state. It can include changes in state.
  • the second operation element is turned on and a standby state is issued until an instruction to shift to the runnable state is issued.
  • the predetermined condition was that a waiting period arbitrarily set after the first switch was turned on during the period.
  • an instruction to reduce power at the load is input when the state of the fuel cell system reaches a predetermined condition.
  • the predetermined condition in addition to the cumulative time after the transition to the second control state reaches the predetermined time, power is supplied to the load during the second control state. It is possible to detect the amount of electricity stored in the electricity storage device and issue an instruction to reduce the power when the amount of electricity stored has decreased to a predetermined amount.
  • the standby state of the first control state is the first control state according to the instruction. This is a control mode that can be transferred to. It is preferable to limit the case where the transition to the first control state is possible only when the state is in the second control state. That is, the first control state may be configured to be able to shift only through the second control state. '' Industrial applicability
  • the fuel cell system and the fuel cell system activation method according to the present invention can be used for a fuel cell system mounted on a vehicle or the like, a stationary fuel cell system, or the like.

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Abstract

　燃料電池システムにおいて、１４Ｖバッテリ（２６）とコントローラ（４８）との間にはＩＧスイッチ（３２）が設けられ、また、これとは別に、スタートスイッチ（３６）が設けられ、そのオンを検出すると、コントローラ（４８）は、ＦＣ用補機等（４４）に対しＦＣ起動指令を出力する。また、１４Ｖバッテリ（２６）とＦＣ用補機等（４４）との間には、ＦＣインバータ等スイッチ（３８）が設けられ、コントローラ（４８）の機能により、ＩＧスイッチ（３２）がオンされてからスタートスイッチ（３６）がオンされるまでの待機期間において、ＩＧスイッチ（３２）がオンされてから任意に設定された待機期間が経過してからスタートスイッチ（３６）がオンされるまでの期間について、ＦＣ用補機等への１４Ｖバッテリ（２６）からの電力供給が停止される。

Description

燃料電池システム及び燃料電池システムの起動方法 技術分野 ·
本発明は、 燃料電池システム及び燃料電池システムの起動方法に係り、 特に、 起動時に負荷に電力を供給する燃料電池システム及び燃料電池システムの起動方 明
法に関する。 書
背景技術
環境に与える影響が少ないことから、 例えば車両に燃料電池を搭載することが 行われている。 燃料電池は、 複数の単電池を組み合わせた燃料電池スタックとす ることで、 所望の電庄、 電流を取り出すことができる。 燃料電池は、 例えば燃料 電池ス夕ックのァノ一ド側に水素等の燃料ガスを供給し、 カソ一ド側に空気等の 酸素を含む酸化ガスを供給し、 適当な温度の下で、 電解質膜を通しての電気化学 反応によって必要な電力を取り出すことができる。
したがって、 燃料電池システムの運転には、 燃料ガスを供給するポンプ、 酸化 ガスを供給するエアコンプレッサ （A C P ) 、 燃料電池スタックの温度を制御す るための冷却水循環ポンプ等の燃料電池用補機や、 燃料電池スタックを構成する 各単電池の電圧、 温度等を検出するセルモニタ等のセンサが必要である。 燃料電 池システムの運転には、 これらの補機等にも電力を供給する必要があり、 その夕 ィミングにも配慮が行われる。
例えば、 日本国特開 2 0 0 5— 3 3 2 7 0 2号には、 I Gオンから燃料電池の 抵抗測定を行い、 その後に R E AD Yを立て、 モー夕へ電力供給する燃料電池診 断装置が開示されている。 また、 日本国国際公開第 0 3 / 0 9 6ひ 0 1号パンフ レットには、 I Gオンからガスセンサのヒ一夕の通電起動を行い、 その後に燃料 ガス供給を行って発電することが開示されている。
日本国特開 2 0 0 4 - 1 7 8 9 9 8号公報には、 燃料電池車両の制御装置とし て、 ィグニッシヨンスィッチに対応するスタートスィッチがオンされると、 キヤ パシ夕スィッチを閉じ （オン） 、 燃料電池の温度とセル電圧とを測定し、 これら が低いときは補機に燃料電池から電力を回して暧機を行い、 その後にメインスィ ツチを閉じ（オン）て、 モータに電力を供給することが開示されている。
燃料電池システムの起動時には、 燃料電池用の補機等の負荷に電力を供給する 必要があるが、 その電力は燃料電池以外の電源、 すなわち、 低電圧バッテリ等の 蓄電装置から供給される。 したがって、 2次電池等の蓄電装置の容量が小さく、 あるいは充電状態が十分でない場合等においては、 燃料電池システムの起動時の 負荷への電力供給が十分にできなくなり、 あるいは、 その段階で蓄電装置の充電 状態がかなり低下することが生じる。
同様に、 例えばグリツドと呼ばれる送電線を介して待機中の電力が供給される 定置型燃料電池システムにおいても、 待機電力の抑制が望まれている。
したがって、 燃料電池システムの起動時における負荷への電力供給抑制を検討 する必要がある。 日本国特開 2 0 0 5— 3 3 2 7 0 2号、 日本国国際公開第 0 3 / 0 9 6 0 0 1号パンフレットにおいては、 起動時に先立って抵抗測定を行うこ と、 ガスセンサ用のヒー夕に通電することが記載されているが、 起動時に蓄電装 置からの供給電力を制限することは述べられていない。 日本国特開 2 0 0 4 - 1 7 8 9 9 8号公報においては、 電力の制限あるいは消費電力の抑制について述べ られているが、 いずれも燃料電池自体の電力についてであって、 蓄電装置からの 電力供給制限等については述べられていない。
このように、 従来技術においては、 燃料電池システムの起動時における負荷へ の電力供給制限として、 例えば蓄電装置の使用状態を検討することが行われてい ない。
本発明の目的は、 燃料電池システムの起動時において蓄電装置の消費電力を抑 制することを可能とする燃料電池システム及び燃料電池システムの起動方法を提 供することである。 他の目的は、 燃料電池システムの起動時において負荷への電 力供給を抑制することを可能とする燃料電池システム及び燃料電池システムの起 動方法を提供することである。 以下の手段は、 これらの目的の少なくとも 1つに 貢献する。 発明の開示
本発明に係る燃料電池システムは、 第 1の制御状態の待機状態である第 2の制 御状態であって前記第 1の制御状態への移行が指示されると前記第 1の制御状態 へ移行する第 2の制御状態の開始を指示する操作子と、 前記第 2の制御状態にお いて、 負荷への電力消費を低減する低減指示の入力によって待機にかかる負荷で の電力消費を低減させる消費電力低減手段と、 を有することを特徴とする。 また、 前記低減指示は、 燃料電池システムの状態が所定条件に達したときに入 力されることが好ましい。
また、 本発明に係る燃料電池システムは、 第 1の制御状態である制御システム の起動を指示する第 1操作子と、 第 2の制御状態である燃料電池による走行可能 状態への移行を指示する第 2操作子と、 前記第 1操作子がォンされてから前記第 2操作子がオンされるまでの待機期間において、 前記第 1操作子がオンされてか ら任意に設定された待機期間が経過してから前記第 2操作子がオンされるまでの 期間について、 前記燃料電池のための補機への蓄電装置からの電力供給を停止す る消費電力抑制手段と、 を有することを特徴とする。
また、 前記消費電力抑制手段は、 前記燃料電池のための流体ポンプへの前記蓄 電装置からの電力供給を停止することが好ましい。
また、 前記消費電力抑制手段は、 さらに、 前記燃料電池の状態を監視するセル モニタへの前記蓄電装置からの電力供給を停止することが好ましい。
また、 本発明に係る燃料電池システムは、 燃料電池の起動の指示として、 送電 線により前記燃料電池のための補機に電力を供給する指示を与える第 1操作子と 、 前記燃料電池の発電状態への移行を指示する第 2操作子と、 前記第 1操作子が オンされてから前記第 2操作子がオンされるまでの待機期間において、 前記第 1 操作子がォンされてから任意に設定された待機期間が経過してから前記第 2操作 子がオンされるまでの期間について、 前記送電線からの電力供給を停止する消費 電力抑制手段と、 を有することを特徴とする。
また、 本発明に係る燃料電池システムの起動方法は、 第 1操作子のオンによつ て制御コントローラを起動させる工程と、 燃料電池による走行可能状態への移行 を指示する第 2操作子がオンされたか否かを判断する工程と、 前記第 2操作子が まだオンされていないと判断されたときに、 前記第 1操作子がォンされてから任 意に設定された待機期間が経過したか否かを判断する工程と、 前記待機期間が経 過したと判断されたときに、 その後に前記第 2操作子がオンされるまでの間、 前 記燃料電池のための補機への蓄電装置からの電力供給を停止する工程と、 を含む ことを特徴とする。 '
上記構成の少なくとも 1つにより、 燃料電池システムは、 第 1の制御状態への 移行が指示されると第 1の制御状態へ移行する第 2の制御状態の開始を指示する 操作子を有し、 第 2の制御状態において、 負荷への電力消費を低減する低減指示 の入力によって待機にかかる負荷での電力消費を低減させる。 これにより、 燃料 電池システムの起動時において、 負荷への電力消費を抑制することが可能となる 上記構成の少なくとも 1つにより、 燃料電池システムは、 制御システムの起動 を指示する第 1操作子と、 燃料電池による走行可能状態への移行を指示する第 2 操作子とを有し、 第 1操作子がォンされてから第 2操作子がォンされるまでの待 機期間において、 第 1操作子がオンされてから任意に設定された待機期間が経過 してから第 2操作子がオンされるまでの期間について、 燃料電池のための補機へ の蓄電装置からの電力供給を停止する。 これにより、 燃料電池システムの起動時 において、 第 2操作子がオンされるまでの無駄な蓄電装置の消費電力を抑制する ことが可能となる。
また、 消費電力抑制手段としては、 燃料電池のための流体ポンプへの蓄電装置 からの電力供給を停止する。 また、 さらに好ましくは、 燃料電池の状態を監視す るセルモニタへの蓄電装置からの電力供給を停止する。 第 2操作子がオンされる までは、 燃料電池による走行可能状態への移行が指示されないのであるから、 上 記構成により、 無駄な蓄電装置の消費電力を抑制することができる。
また、 上記構成の少なくとも 1つにより、 燃料電池システムは 燃料電池の起 動の指示として、 送電線により前記燃料電池のための補機に電力を供給する指示 を与える第 1操作子と、 燃料電池の発電状態への移行を指示する第 2操作子とを 有し、 第 1操作子がオンされてから第 2操作子がオンされるまでの待機期間にお いて、 第 1操作子がオンされてから任意に設定された待機期間が経過してから第 2操作子がオンされるまでの期間について、 燃料電池のための補機への送電線か らの電力供給を停止する。 これにより、 燃料電池システムの起動時において、 第 2操作子がオンされるまでの補機への無駄な電力消費を抑制することが可能とな る。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明に係る実施の形態における燃料電池システムの構成図である。 図 2は、 本発明に係る実施の形態における燃料電池システムの中で、 1 4 Vバ ッテリに関係するブロックの詳細を示す図である。
図 3は、 本発明に係る実施の形態において、 燃料電池システムの起動時におけ る消費電力抑制のための手順を示すフローチャートである。
図 4は、 本発明に係る実施の形態において、 燃料電池システムの各スィッチの オン ·オフのタイミングを示すタイムチャートである。 発明を実施するための最良の形態
以下では、 図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、 詳細に説明する。 以 下において、 燃料電池システムの構成として、 燃料電池スタックと 2次電池パッ クとの間に双方向電圧変換器を設けるものとするが、 これ以外に、 電力分配機能 を有する要素を燃料電池スタックと 2次電池パックの間に設け、 その電力分配器 から負荷に電力を供給する構成としてもよい。 また、 以下では、 これら以外に 1 4 V D C /D Cコンパ一夕、 1 4 Vパッテリ、 システムメインリレー等を燃料電 池システムの構成要素に含むものとして説明するが、 これらのいくつかの要素を 省略したシステムでもよい。 また、 これ以外の要素を付加したシステムであって ちょい。
また、 以下では、 燃料電池用の補機等の負荷に供給する電源として、 1 4 Vバ ッテリを用いるものとして説明するが、 燃料電池以外の電源であれば、 それ以外 のものであってもよい。 例えば、 1 4 V以外の低電圧バッテリであってもよく、 また、 場合によっては、 高電圧 2次電池であってもよい。 また、 バッテリでなく 、 キャパシタ等の電力蓄積手段であってもよい。 2次電池または蓄電装置とは、 バッテリ、 キャパシ夕等の充放電可能な電力蓄積手段を広く指すものであって、 燃料電池用の補機等に供給する電源としては、 この広義の蓄電装置であればよい また、 燃料電池は車両搭載用として説明するが、 定置型の燃料電池であっても よい。 この場合に、 燃料電池以外に負荷に電力を供給する手段として、 グリッ と呼ばれる送電線を介して外部から電力を供給するものであってもよい。
図 1は、 燃料電池システム 1 0の構成図である。 燃料電池システム 1 0は、 高 電圧 2次電池 1 2と、 システムメインリレー 1 4と、 1 4 V D C /D Cコンパ一 夕 1 6と、 高電圧 2次電池側平滑コンデンサ 1 8と、 電圧変換器 2 0と、 燃料電 池側平滑コンデンサ 2 2と、 燃料電池スタック 2 4とを含んで構成される。 また 、 1 4 V D C ZD Cコンバータ 1 6の出力は、 1 4 Vバッテリ 2 6に接続される 。 1 4 Vパッテリ 2 6に関係するプロック 3 0の内容については、 図 2を用いて 後に詳述する。 なお、 ここでは燃料電池システム 1 0の構成要素ではないが、 燃 料電池側の正極母線と負極母線の間には、 MZ Gインバー夕 8が接続され、 MZ Gインバー夕 8には、 車両用モータ ·ジェネレータ （MZ G) 6が接続される。 高電圧 2次電池 1 2は、 リチウムイオン単電池を複数組み合わせ、 またはニッ ケル水素単電池を複数組み合わせて、 2 0 0 Vから 4 0 0 V程度、 例えば、 約 2 8 8 Vの高電圧バッテリとした電池パックである。
システムメインリレー 1 4は、 高電圧 2次電池 1 2側において高電圧電力ライ ンのオン ·オフを行うためのリレーである。 高電圧電力を遮断する際のリレー溶 着を考慮して、 正極母線側と負極母線側にそれぞれ 1つずつのリレーが設けられ る。 また、 いずれか側の母線に、 電流制限抵抗を接続したもう 1つのリレーが設 けられる。 この電流制限抵抗付きリレーは、 これをオンして充電を徐々に行う機 能等を有する。
1 4 V D C ZD Cコンバータ 1 6は、 高電圧電力を 1 4 Vの低電圧に調整し、 低電圧電源である 1 4 Vバッテリ 2 6に供給する機能を有する電圧変換器である 。 双方向作動とするときは、 緊急の場合等に、 1 4 Vバッテリ 2 6からの電力を 高電圧側に戻すこともできる。 高電圧 2次電池側平滑コンデンサ 1 8は、 高電圧 2次電池 1 2の側の正極母線 、 負極母線の間の電圧等の変動を吸収し、 直流電力として脈動を抑制する機能を 有する大容量コンデンサである。
電圧変換器 2 0は、 高電圧 2次電池側の高電圧電力と、 燃料電池スタック 2 4 側の高電圧電力とのあいだで電圧変換を行って、 電力のやり取りを行う機能を有 する高電圧用の双方向電圧変換器である。
燃料電池側平滑コンデンサ 2 2は、 燃料電池側の正極母線、 負極母線の間の電 圧等の変動を吸収し、 直流電力として脈動を抑制する機能を有する大容量コンデ ンサである。
燃料電池スタック 2 4は、 燃料電池セルと呼ばれる単電池を複数組み合わせて 、 2 0 0 Vから 4 0 0 V程度の高電圧、 例えば約 2 8 8 Vの発電電力を取り出せ るように構成された一種の組電池である。 ここで、 各燃料電池セルは、 アノード 側に燃料ガスとして水素を供給し、 力ソード側に酸化ガスとして空気を供給し、 固体高分子膜である電解質膜を通しての電池化学反応によつて必要な電力を取り 出す機能を有する。 この燃料電池スタック 2 4を作動させるためには、 後述の燃 料電池用補機等の負荷の作動等が必要である。
なお、 燃料電池スタック 2 4には、 図示されていない水素貯蔵装置から水素が 供給される。 水素貯蔵装置としては、 水素タンク、 水素貯蔵合金等を用いること ができる。
このように、 高電圧 2次電池 1 2と燃料電池スタック 2 4とによって構成され る電源の直流電力は、 M/Gインバ一夕 8によって 3相電力に変換され、 車両用 モータ ·ジェネレータ (M/G) 6を駆動することができる。 また、 車両が制動 時には車両用モー夕 ·ジェネレータ 6の回生電力を M/Gィンパ一夕 8によって 直流電力に変換し、 これを高電圧 2次電池 1 2に充電させることができる。 図 2は、 燃料電池システム 1 0の中で、 1 4 Vバッテリ 2 6に関係するブロッ ク 3 0の詳細を示す図である。 ここで、 1 4 バッテリ 2 6は、 鉛蓄電池等で構 成される低電圧 2次電池、 すなわち蓄電装置である。 なお、 以下では、 図 1にお ける符号を用いて説明する。
図 2に示されるように、 1 4 Vバッテリ 2 6によって電力が供給されるものは 、 大別して 3つのグループに分かれる。 すなわち、 アクセサリ等 4 0と、 コント ローラ等 4 2と、 F C用捕機等 4 4である。 なお、 F Cとは、 F u e l C e 1 1の略で、 燃料電池を示している。 このうち、 F C用補機等 4 4は、 燃料電池側 平滑コンデンサ 2 2と燃料電池スタック 2 4との間の配置において、 正極母線と 負極母線の間に接続されるので、 1 4 Vバッテリ 2 6からの電力供給と、 燃料電 池スタック 2 4の側からの高電圧の電力供給とを受けることになる。 また、 上記 3つのグループの大別に対応して、 1 4 Vバッテリ 2 6とこれらの各グループと の間に、 I Gスィッチ 3 2、 アクセサリスィッチ 3 4、 ス夕一トスイッチ 3 6、 F Cインバ一夕等スィツチ 3 8が設けられる。
アクセサリ等 4 0は、 車両に搭載されるライタ一、 オーディオ、 ナビゲ一ショ ン装置等の複数の要素のグループである。 1 4 Vバッテリ 2 6とアクセサリ等 4 0の間には、 アクセサリスィッチ 3 4が設けられる。 アクセサリスィッチ 3 4は 、 車室内にその操作部が設けられ、 運転者等によって、 その操作部が操作されて アクセサリスィツチ 3 4がオンすると、 アクセサリ等 4 0に電力が供給され、 ラ イタ一等が使用可能となる。
コントローラ等 4 2は、 センサ '空調機等 4 6と、 コントローラ 4 8とに分け ることができるグループである。 センサは、 燃料電池システム 1 0における各要 素の状態を検出するためのもので、 例えば、 燃料電池スタック 2 4を構成する各 単電池のための電圧検出センサ、 温度検出センサ、 燃料電池スタック 2 4に供給 される燃料ガスのための流量計、 酸化ガスのための流量計、 冷却水のための水温 計等が含まれる。 空調機等には、 車室内の空調のために用いられるファン、 ヒー 夕、 冷媒循環ポンプ等が含まれる。
コントローラ 4 8は、 燃料電池システム 1 0の各要素の動作を全体的に制御す る機能、 特に燃料電池システム 1 0の始動制御を行う機能を有する。 かかるコン トローラ 4 8は、 車載用コンピュータで構成できる。 車載用コンピュータは、 マ イク口プロセッサのチップ等で構成することができる。 コントローラ 4 8は、 独 立したコンピュータで構成することもできるが、 その機能を他の車載用コンピュ 一夕の機能とすることもできる。 例えば、 ハイブリッド C P Uを有する車両の場 合、 コントローラ 4 8の機能をハイプリッド C P Uにもたせてもよい。 コントローラ 4 8は、 制御機能として、 燃料電池システム 1 0の作動全体を制 御する電源系制御モジュール 4 9と、 特に、 F C用補機等 4 4に起動指令を与え る F C起動指令モジュール 5 0と、 後述する F Cインバ一タ等スィッチ 3 8の動 作を制御して起動時の消費電力を抑制する消費電力抑制モジュール 5 1を含む。 これらの機能はソフトウェアで実現でき、 具体的には、 対応する燃料電池システ ム制御プログラムを実行することで実現できる。
1 4 Vバッテリ 2 6とコントローラ等 4 2との間には、 I Gスィツチ 3 2が設 けられる。 I Gとは、 I G n i t i o nの略で、 本来は内燃機関の点火を意味し 、 燃料電池システム 1 0においては必ずしも適当な用語ではないが、 当業者にと り、 イダニッシヨンスィッチといえば、 車両の起動スィッチを意味するものとし て長年用いられてきたものである。 そこで、 ここでも、 車両の起動スィッチとし ての操作子の意味で、 I Gスィッチの語をそのまま用いるものとする。
I Gスィッチ 3 2は、 車室内にその操作部が設けられ、 運転者等によって、 そ の操作部が操作されて I Gスィッチ 3 2がオンすると、 コントローラ等 4 2に電 力が供給され、 コントローラ 4 8が始動し、 燃料電池システム制御プログラムが 立ち上がる。 すなわち、 I Gスィッチ 3 2は、 車両の制御システムの起動を指示 するスィッチであり、 車両の起動の際に、 最初に運転者等によって操作されるス イッチであるので、 これを、 他のスィッチと区別して、 特に第 1スィッチまたは 第 1操作子と呼ぶことができる。
なお、 上記では、 I Gスィッチ 3 2と別にアクセサリスィッチ 3 4を設けるも のとして説明したが、 I Gスィッチ 3 2と同時にアクセサリスィッチ 3 4が作動 するものとして、 実質上 1つのスィッチで、 コントローラ等 4 2とアクセサリ等 4 0を立ち上げるものとしてもよい。
I Gスィッチ 3 2とは別に、 1 4 Vバッテリ 2 6とコントローラ 4 8との間に はスタートスィッチ 3 6が設けられる。 図 2で示されるように、 スタートスイツ チ 3 6のオン ·オフ信号 5 2はコントローラ 4 8に伝達され、 ス夕一トスイッチ 3 6がオンとなったことをコントローラ 4 8が検出すると、 F C起動指令モジュ ール 5 0の機能により、 F C起動指令信号 5 4が F C用補機等 4 4に対し出力さ れる。 スタートスィッチ 3 6は、 車室内にその操作部が設けられ、 運転者等によって 、 その操作部が操作されてスタートスィッチ 3 6がオンすると、 上記のように、 F C用補機等 4 4に F C起動指令信号 5 4が出力される。 F C用補機等 4 4に F C起動指令信号 5 4が出力されると、 他の必要な条件が満たされることを前提に 、 F C用補機等 4 4が起動するので、 スタートスィッチ 3 6は、 燃料電池による 車両走行可能状態への移行を指示するスィツチとしての操作子の機能を有する。 このように、 スタートスィッチ 3 6は、 I Gスィッチ 3 2がオンされた後で、 次 に運転者等によって操作されるスィッチであるので、 これを、 他のスィッチと区 別して、 特に第 2スィッチまたは第 2操作子と呼ぶことができる。
F C用補機等 4 4は、 燃料電池スタック 2 4を作動させるために用いられる電 気機器である。 F C料電池用補機としては、 酸化ガスを圧縮して燃料電池スタツ ク 2 4に供給するエアコンプレッサ （A C P ) 7 0、 燃料ガスである水素を燃料 電池スタック 2 4に送りこむための水素ポンプ 7 2、 燃料電池スタック 2 4等を 冷却する冷却水ポンプ 7 4等の回転機械の他に、 これらを駆動するための各イン バー夕回路 6 0， 6 2 , 6 4が含まれる。 また、 燃料電池スタック 2 4を構成す る各単電池の電圧、 温度等を監視するセルモニタ 6 6
も、 燃料電池スタック 2 4を作動させる.ために用いられる電気機器として、 F C 用補機等 4 4に含まれる。
1 4 Vバッテリ 2 6と F C用補機等 4 4との間には、 F Cインバー夕等スイツ チ 3 8が設けられる。 図 2で示されるように、 F Cインバー夕等スィッチ 3 8は 、 インバー夕回路 6 0 , 6 2 , 6 4と、 セルモニタ 6 6とに、 1 4 Vパッテリ 2 6の電力を供給するか、 供給を停止するかの機能を有するスィッチである。 F C インバー夕等スィッチ 3 8は、 図 2で説明した他の I Gスィッチ 3 2、 ァクセサ リスイッチ 3 4、 スタートスィッチ 3 6とは異なり、 運転者等の操作によらずに 、 コントローラ 4 8の消費電力抑制モジュール 5 1の機能により制御される。 ここで、 消費電力抑制モジュール 5 1の機能の内容を説明する。 消費電力抑制 モジュール 5 1は、 I Gスィッチ 3 2のオン 'オフ信号と、 ス夕一トスイッチ 3 6のオン ·オフ信号とに基づき、 F Cインバー夕等スィッチ 3 8のオン ·オフ制 御信号 5 6を出力する。 具体的には、 第 1スィッチである I Gスィッチ 3 2がォ ンされてから、 第 2スィッチであるスタートスィッチ 3 6がオンされるまでの待 機期間において、 第 1スィッチがオンされてから任意に設定された待機期間が経 過してから第 2スィッチがオンされるまでの期間について、 F C用補機等 4 4へ の 1 4 Vバッテリ 2 6からの電力供給を停止する機能を有する。
上記のように、 第 1操作子である I Gスィッチ 3 2は、 車両の起動を指示する スィッチであり、 第 2操作子であるスタートスィッチ 3 6は、 燃料電池による車 両走行可能状態への移行を指示するスィッチである。 いま、 車両走行可能状態を 第 1の制御状態とし、 第 1の制御状態の待機状態、 すなわち、 第 1の制御状態へ の移行の指示が入力されると第 1の制御状態に移行する待機状態を第 2の制御状 態と考えると、 第 1操作子である I Gスィッチ 3 2は、 第 2の制御状態の開始を 指示する操作子であり、 第 2操作子であるスタートスイッチ 3 6は第 1の制御状 態への移行を指示する操作子である。
そして、 消費電力抑制モジュール 5 1が出力するオン ·オフ制御信号 5 6は、 この第 2の制御状態である待機状態において、 所定の条件の下で、 F C用補機等 4 4等の負荷への電力消費を低減する低減指示を出力する手段である。 すなわち 、 ここでは、 第 1操作子である I Gスィッチ 3 2がオンされて待機状態になって から、 第 2操作子であるスタートスィッチ 3 6がオンされて走行可能状態への移 行指示が出るまでの待機期間において、 第 1スィッチがオンされてから任意に設 定された待機期間が経過することを所定の条件として、 この条件のときに、 オン •オフ制御信号 5 6がオフされる。 このオン ·オフ制御信号 5 6のオフが、 負荷 への電力消費を低減する低減指示となる。
F C用補機等 4 4は、 上記のように、 燃料電池スタック 2 4を作動させるため に用いられる電気機器である。 したがって、 運転者等の操作によってスタートス イッチ 3 6がオンされて、 燃料電池による車両走行可能状態への移行が指示され るまで、 起動する必要がない。 これを、 I Gスィッチ 3 2のオンと共に F C用補 機等 4 4を起動させるものとするときは、 その後にすぐスタートスィッチ 3 6が オンされれば、 早期に車両走行可能状態に移行できるので便利であるが、 I Gス イッチ 3 2のオンの後、 しばらくスタートスィッチ 3 6がオンされないとすると 、 その間の F C用補機等 4 4の運転は無駄となる。 そこで、 I Gスィッチ 3 2の オンと共に F C用捕機等 4 4を立ち上げるものとしてスタートスィッチ 3 6のォ ンを待機するが、 I Gスィッチ 3 2のオンからの経過時間が長い場合には、 一旦 、 F C用補機等 4 4への電力供給を停止し、 スタートスィッチ 3 6のオンを待つ て、 F C用補機等 4 4への電力供給を再開するものとする。 これにより、 燃料 ¾ 池システム 1 0の起動時において、 第 2スィッチであるスタートスィッチ 3 6が オンされるまでの F C用補機等 4 4により無駄に消費される 1 4 Vバッテリ 2 6 の電力を抑制することができる。
上記構成の燃料電池システム 1 0の動作、 特に、 コントローラ 4 8の各機能に ついて、 図 3と図 4とを用いて説明する。 なお、 以下では、 図 1、 図 2における 符号を用いて説明する。 図 3は、 燃料電池システム 1 0の起動時における消費電 力抑制のための手順を示すフローチャートである。 この各手順は、 対応する燃料 電池システム制御プログラムの中に含まれる消費電力抑制プログラムの各処理手 順に相当する。 図 4は、 燃料電池システム 1 0の各スィッチのオン ·オフのタイ ミングを示すタイムチャートである。 図 4において、 横軸は、 原点を共通にした 時間をとり、 縦軸には、 各スィッチのオン ·オフが示されている。
燃料電池システム 1 0の起動時において消費電力を抑制するための手順の最初 は、 I Gスィッチ 3 2がオンされたか否かの判断である ( S 1 0 ) 。 I Gスイツ チ 3 2がオンされる判断されるまで S 1 0の工程は繰り返され、 I Gスィッチ 3 2がオンされたと判断されると、 F Cインバー夕等スィッチ 3 8がオンされる ( S 1 2 ) 。 これらの機能は、 実際には、 コントローラ 4 8に 1 4 Vバッテリ 2 6 の電力が供給されることでコントローラ 4 8が立ち上がると、 それと同時、 ある いは適当な処理時間をおいて、 オン ·オフ制御信号 5 6をオン信号として、 F C インパー夕等スィッチ 3 8に対し出力することで実行される。 これにより、 F C 用補機等 4 4が起動する。
次に、 スタートスィッチ 3 6がオンされたか否かが判断される （S 1 4 ) 。 通 常は I Gスィッチ 3 2のオンと同時にスタートスィッチ 3 6がオンされることは ないので、 次に、 I Gスィッチ 3 2がオンしてからの経過時間 tを、 予め定めた 待機時間 t。と比較する（S 1 6 )。 待機時間 t。は任意に設定できるが、 例えば 、 5 s e c等と定めることができる。 経過時間 tが待機時間 t。未満であるとき は、 S 1 4に戻る。
経過時間 tが待機時間 t。に到達する前に、 ス夕一トスイッチ 3 6がオンされ たと判断される （S 1 4 ) と、 その状態で、 図 3の手順は終了する。 つまり、 F Cインバー夕等スィッチ 3 8はオンされたままで維持される。 . スタートスィッチ 3 6がオンされたと判断される前に、 経過時間 tが待機時間 t 0に到達すると、 F Cインバー夕等スィッチ 3 8がオフされる （S 1 8 ) 。 そ の様子が図 4に示される。 この機能は、 コントローラ 4 8の消費電力抑制モジュ —ル 5 1の機能により、 オン ·オフ制御信号 5 6をオフ信号として、 F Cインバ —夕等スィッチ 3 8に対し出力することで実行される。 これにより、 F C用補機 等 4 4に対し、 1 4 Vバッテリ 2 6からの電力供給が停止する。
その後、 スタートスィッチ 3 6がオンになるか否かが判断される （S 2 0 ) 。 スタートスィッチ 3 6がオンされる判断されるまで S 2 0の工程は繰り返され、 スタートスィッチ 3 6がオンされたと判断されると、 再び F Cインバー夕等スィ ツチ 3 8がオンされる （S 2 2 ) 。 これにより、 F C用補機等 4 4が起動する。 ここでは、 スタートスィッチ 3 6のオンと同時に、 あるいは適当な処理時間をお いて、 0用補機等4 4に1 4 Vバッテリ 2 6から電源が供給されることになる このようにして、 燃料電池システムの起動時において、 第 2スィッチがオンさ れるまでの F C用補機等における 2次電池の電力消費を抑制することができる。 換言すれば、 第 1の制御状態の待機状態である第 2の制御状態であって第 1の 制御状態への移行が指示されると第 1の制御状態へ移行する第 2の制御状態の開 始を指示する操作子を有し、 第 2の制御状態において、 負荷への電力消費を低減 する低減指示の入力によって待機にかかる負荷での電力消費を低減させることが できる。
上記では、 第 2の制御状態から第 1の制御状態への移行として、 燃料電池ゃ蓄 電装置等の電源と車両走行用モータとが電気的に遮断された待機状態から、 それ らを電気的に接続する走行可能状態への移行を述べた。 この場合の電気的な接続 と遮断には、 上記のように、 例えばリレー等のスイッチング素子が用いられる。 このほかに、 別の観点から、 燃料電池車両において、 走行の加速度を指示する ァクセルペダル等のァクセル操作子から操作が入力されたとしても走行用モータ を駆動させず加速度を生じさせない待機状態としての第 2の制御状態から、 ァク セル操作子の操作に応じて走行用モータを駆動させる走行モード等の第 1の制御 状態に移行するものであってもよい。 この場合には、 第 2の制御状態から第 1の 制御状態への移行は、 走行モードを指定するいわゆるシフトレバーなどを介して 入力する構成とすることができる。
また、 燃料電池に燃料ガスや酸化ガスが供給されずに発電状態にない第 2の制 御状態から、 燃料電池に燃料ガスと酸化ガスが供給されて発電状態となる第 1の 制御状態への移行とするものでもよい。 このような構成によれば、 定置型燃料電 池においても、 所定の条件の下で節電をすることができる。
このように、 第 1の制御状態、 第 2の制御状態とは、 システムの制御状態、 走 行機構の制御状態、 発電制御状態等を含む広義の意味で用いられる。 また、 第 2 の制御状態から第 1の制御状態への移行とは、 1つの状態から別の状態に移るこ との他に、 状態が推移する場合、 状態が遷移する場合等のように連続的に状態が 変化することを含むものとすることができる。
また、 上記においては、 負荷での電力低減を指示する条件として、 第 1操作子 がォンされてから、 第 2操作子がォンされて走行可能状態への移行指示が出るま での待機期間において、 第 1スィッチがオンされてから任意に設定された待機期 間が経過することを所定の条件とした。 このように、 負荷での電力低減の指示は 、 燃料電池システムの状況が所定の条件に達した場合に入力されることが好まし い。 所定の条件としては、 このように、 第 2の制御状態に移行してからの累積時 間が所定時間に達することとするほかに、 第 2の制御状態中に、 負荷に電力を供 給する蓄電装置の蓄電量を検知し、 その蓄電量が所定の量まで少なくなつたとき に、 電力低減の指示を出すものとできる。 別の観点から、 ユーザの状態を検知し 、 検知結果に応じて低減指示を入力するものとしてもよい。 例えば、 運転席に人 が存在するか否かを検知し、 人が存在しない場合には、 運転者等による第 1の制 御状態への移行がしばらくはないものとみなし、 電力低減の指示を出すことがで きる。
上記のように、 第 1の制御状態の待機状態とは、 指示に応じて第 1の制御状態 に移行が可能な制御モードのことである。 第 1の制御状態へ移行が可能な場合を 、 第 2制御状態にあるときのみに制限することが好ましい。 すなわち、 第 1の制 御状態には、 第 2の制御状態を介してのみしか移行できないとする構成としても よい。 ' 産業上の利用可能性
本発明に係る燃料電池システム及び燃料電池システムの起動方法は、 車両等に 搭載される燃料電池システム、 定置型の燃料電池システム等に利用することがで きる。

Claims

1 . 第 1の制御状態の待機状態である第 2の制御状態であって前記第 1の制御状 態への移行が指示されると前記第 1の制御状態へ移行する第 2の制御状態の開始 を指示する操作子と、
前記第 2の制御状態において、 負荷への電力消費を低減する低減指示の入力に よって待機にかかる負荷で請の電力消費を低減させる消費電力低減手段と、 を有することを特徴とする燃料電池システム。
2 . 請求の範囲 1に記載の燃料電池システムにおいて、
前記低減指示は、 燃料電池システムの状態囲が所定条件に達したときに入力され ることを特徵とする燃料電池システム。
3 . 第 1の制御状態である制御システムの起動を指示する第 1操作子と、 第 2の制御状態である燃料電池による走行可能状態への移行を指示する第 2操 作子と、
前記第 1操作子がオンされてから前記第 2操作子がオンされるまでの待機期間 において、 前記第 1操作子がオンされてから任意に設定された待機期間が経過し てから前記第 2操作子がオンされるまでの期間について、 前記燃料電池のための 補機への蓄電装置からの電力供給を停止する消費電力抑制手段と、
を有することを特徴とする燃料電池システム。
4. 請求の範囲 3に記載の燃料電池システムにおいて、
前記消費電力抑制手段は、
前記燃料電池のための流体ポンプへの前記蓄電装置からの電力供給を停止する ことを特徴とする燃料電池システム。
5 . 請求の範囲 4に記載の燃料電池システムにおいて、
前記消費電力抑制手段は、
さらに、 前記燃料電池の状態を監視するセルモニタへの前記蓄電装置からの電 力供給を停止することを特徴とする燃料電池システム。
6 . 燃料電池の起動の指示として、 送電線により前記燃料電池のための補機に電 力を供給する指示を与える第 1操作子と、
前記燃料電池の発電状態への移行を指示する第 2操作子と、
前記第 1操作子がオンされてから前記第 2操作子がオンされるまでの待機期間 において、 前記第 1操作子がオンされてから任意に設定された待機期間が経過し てから前記第 2操作子がオンされるまでの期間について、 前記送電線からの電力 供給を停止する消費電力抑制手段と、
を有することを特徴とする燃料電池システム。
7 . 第 1操作子のオンによって制御コントローラを起動させる工程と、
燃料電池による走行可能状態への移行を指示する第 2操作子がオンされたか否 かを判断する工程と、
前記第 2操作子がまだオンされていないと判断されたときに、 前記第 1操作子 がオンされてから任意に設定された待機期間が経過したか否かを判断する工程と 前記待機期間が経過したと判断されたときに、 その後に前記第 2操作子がオン されるまでの間、 前記燃料電池のための補機への蓄電装置からの電力供給を停止 する工程と、
を含むことを特徴とする燃料電池システムの起動方法。
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