WO2008093874A1 - 燃料電池システム - Google Patents

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Kota Manabe
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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.
  • the water generated inside the fuel cell system will freeze after the fuel cell system stops, causing problems when the piping or valves are damaged, or the frozen water will block the gas flow path. The next time the fuel cell is started up, gas supply is hindered and the electrochemical reaction does not proceed sufficiently.
  • At least one of the anode gas (for example, fuel gas) and the power sword gas (for example, oxidant gas) supplied to each electrode of the fuel cell at the time of system startup is in a shortage state, and a part of the electrode
  • a low-temperature countermeasure process a process of increasing the temperature of the fuel cell by increasing the overvoltage (hereinafter referred to as a low-temperature countermeasure process) (see, for example, Patent Document 1).
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-504807 Disclosure of Invention
  • the fuel cell is once set to the 0 CV state (in other words, an OCV (Open Circuit Voltage) is generated in the fuel cell), and after checking (diagnosis) the system for any abnormality
  • OCV Open Circuit Voltage
  • the necessity of low-temperature countermeasure treatment was judged. Therefore, when the system is started up, the fuel cell must be once in the OCV state, and there is a problem that it takes a long time to actually execute the low-temperature countermeasure process.
  • the present invention has been made in view of the circumstances described above, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of shortening the time until the low-temperature countermeasure processing is actually executed.
  • the fuel cell system according to the present invention is a fuel cell system capable of executing a low-temperature countermeasure process, and at the time of start-up, before the open circuit voltage is generated in the fuel cell, the low-temperature countermeasure It has a judging means for judging the necessity of processing.
  • the target voltage for the low-temperature countermeasure process is generated without generating an open circuit voltage in the fuel cell. It is preferable to further include a control means for generating.
  • the above configuration further includes a diagnosis unit for diagnosing the state of a part related to the fuel cell when the system is terminated, and a storage unit for storing the diagnosis result, and the determination unit includes the storage unit. It is preferable that the necessity for the low-temperature countermeasure processing is determined based on the stored diagnosis result at the time of termination of the system.
  • the apparatus further includes a temperature sensor that detects a temperature related to the fuel cell, and the determination unit includes a diagnosis result at the end of the system stored in the storage unit, and the temperature sensor. Before being detected It is preferable that the necessity of the low-temperature countermeasure process is determined based on the temperature related to the fuel cell.
  • the aspect in which the components in connection with the said fuel cell are cell voltage sensors which detect the cell voltage of the said fuel cell is preferable.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a fuel cell system according to the present embodiment.
  • FIG. 2 shows the change in the FC voltage at start-up.
  • Fig. 3A shows the operating state of the fuel cell when low-temperature countermeasure treatment is not performed.
  • FIG. 3B is a diagram showing the operating state of the fuel cell when low-temperature countermeasure processing is performed.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the startup process. 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 present 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 is applicable not only to a vehicle but also to various moving objects (for example, ships, flying aircraft, mouth pots, etc.) and stationary power sources Is possible.
  • the fuel cell 40 is a means for generating electric power from the supplied reaction gas (fuel gas and oxidant gas).
  • Various types of fuel cells such as a solid polymer type, a phosphoric acid type, and a molten carbonate type are used.
  • Eve's fuel cell can be used.
  • the fuel cell 40 has a stack structure in which a plurality of single cells equipped with MEAs and 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.
  • a fuel gas such as hydrogen gas is supplied from the fuel gas supply source 10 to the fuel electrode 40 of the fuel cell 40, while air is supplied from the oxidizing gas supply source 70 to the oxygen electrode (power sword).
  • the oxidizing gas is supplied.
  • 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 rotational speed of the motor. To do.
  • the battery 60 is a chargeable / dischargeable secondary battery, and is composed of, for example, a nickel metal hydride battery.
  • a chargeable / dischargeable capacitor for example, a capacitor
  • the battery 60 is connected in parallel with the fuel cell 40 via a D C ZD C converter 1 30.
  • Inverter 1 1 0 is, for example, a pulse width modulation type PWM inverter, and DC power output from fuel cell 40 or battery 60 according to a control command given from control unit 80 is converted into three-phase AC power. Converted to, and supplied to the Traction Motor 1 1 5.
  • Traction motor 1 1 5 is a motor for driving wheels 1 1 6 L and 1 1 6 R (that is, a power source of a moving body), and the rotation speed of the motor is controlled by inverter 1 1 0.
  • the traction motor 1 1 5 and the inverter 1 1 0 are connected to the fuel cell 40 side.
  • the DC / DC converter 1 3 0 is for example dedicated to four power transistors. This is a full-bridge converter composed of a drive circuit (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.
  • charging and discharging of the battery 60 is realized by the function of the DC ZD C converter 1 3 0.
  • Auxiliary equipment 1 2 0 such as vehicle auxiliary equipment and FC auxiliary equipment is connected between the battery 60 and the DC / DC converter 13 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 cell voltage sensor 75 detects the voltage (cell voltage) of each cell constituting the fuel cell 40 under the control of the control unit 80. Specifically, the voltage of each cell constituting the fuel cell 40 is detected at the end of the system, and the detection result is output to the control unit 80.
  • the control unit 80 is composed of a CPU, ROM, RAM, and the like.
  • the temperature sensor 50 detects the temperature (FC temperature) of the voltage sensor 140, current sensor 150, and fuel cell 40, battery 6 Centrally controls each part of the system based on sensor signals input from SOC sensors, accelerator pedals, etc. that detect 0 state of charge.
  • the control unit 80 detects the cell voltage at the end of the operation of the system. Specifically, the control unit (diagnostic means) 80 is based on each cell voltage detected by the cell voltage sensor (component related to the fuel cell) 75, and the system is in a normal state or an abnormal state. (Hereinafter, “cell monitor diagnosis”), and the diagnosis result is stored in the non-volatile memory (storage means) 8 5.
  • the nonvolatile memory 85 include FRAM (Ferroelectric Random Access Memory).
  • the present invention is not limited to this, and various memories can be adopted.
  • control unit 80 when starting up the system, the control unit 80 first accesses the nonvolatile memory 85 and confirms whether or not the diagnosis result indicating that the system is normal is stored in the nonvolatile memory 85. If the control unit 80 determines that the diagnosis result indicating that it is normal is stored, the control unit 8 0 determines whether or not a low-temperature countermeasure process is required at startup based on the FC temperature detected by the temperature sensor 50 etc. to decide.
  • Figure 2 shows the change in FC voltage at start-up.
  • the change in FC voltage when a low-temperature countermeasure process is performed without generating an OCV is shown by a solid line, and when a low-temperature countermeasure process is performed after an OCV is generated The change in FC voltage is shown with a dotted line.
  • control unit 80 determines that the low-temperature countermeasure process is necessary, the control unit 80 controls the output voltage of the fuel cell 40 to the target voltage for the low-temperature countermeasure process without setting the fuel cell 40 to the OCV state. Perform low-temperature countermeasure processing (refer to part A in Fig. 2; details will be described later). In this way, it is possible to reduce the time until the system is actually started by determining whether or not low-temperature countermeasures are required before putting the fuel cell 40 into the OCV state. It becomes.
  • the control unit 80 determines that the diagnosis result indicating that it is normal is not stored (for example, if the past diagnosis result has been deleted by vehicle inspection, etc.), the system It is impossible to determine whether it is normal.
  • the cell monitor diagnosis is performed by using the fuel cell 40. If the control unit 80 obtains a diagnosis result indicating that it is normal, whether or not the low-temperature countermeasure processing is necessary as described above. If it is determined that low-temperature countermeasure processing is necessary, low-temperature countermeasure processing is executed.
  • Fig. 3A is a diagram for explaining fuel cell operation (normal operation) when low-temperature countermeasure processing is not performed
  • Fig. 3B is a fuel cell operation (low-efficiency operation) when low-temperature countermeasure processing is performed. It is a figure for demonstrating.
  • the horizontal axis represents the F C current
  • the vertical axis represents the F C voltage.
  • the current-voltage characteristics (hereinafter referred to as IV characteristics) as shown in Fig. 3 are obtained.
  • the normal operation operating point (I fc 1, V ⁇ c 1) has a small power loss with respect to the output power. ) (See Fig. 3 IV).
  • the fuel cell 40 when the low temperature countermeasure process is performed, the fuel cell 40 is set to the OCV state as indicated by ⁇ in FIG. 3B, and then the target operation operating point (I fc 2, V fc 2) for the low temperature countermeasure process is obtained. Instead of shifting, the fuel cell 40 is shifted to the target operation operating point (I fc 2, V fc 2) for low-temperature countermeasure processing, as shown in FIG. This makes it possible to shorten the time until the system is actually started.
  • the operation at the start-up of the fuel cell system 100 according to the present embodiment will be described.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the start-up process executed by the control unit 80.
  • the control unit 80 detects that the system activation request has been input. Then (step SI 0), referring to the non-volatile memory 85 (step S 20), it is confirmed whether or not the diagnosis result indicating normality is stored in the non-volatile memory 85 (step S 3 0).
  • step S 40 determines whether low-temperature countermeasures are required at startup. For example, if the FC temperature detected by the temperature sensor 50 is below the set threshold temperature, it is determined that the low-temperature countermeasure process is necessary.
  • the judgment method is not limited to this. For example, instead of the FC temperature, the outside air temperature or the temperature of other system components is detected, and if the outside air temperature is below the threshold temperature, low temperature countermeasure processing is required. You may judge.
  • control unit 80 determines that low temperature countermeasure processing is necessary (step S 40; YES)
  • the output voltage of the fuel cell 40 is reduced against low temperature without bringing the fuel cell 40 into the OCV state. Control the target voltage for processing and execute low-temperature countermeasure processing (see the solid line in Fig. 2).
  • the control unit 80 determines the target operation operating point (I fc 2, V fc) for the low-temperature countermeasure processing shown in Fig. 3B based on the difference between the target FC temperature and the FC temperature detected this time. 2) Calculate. When such calculation is performed, the control unit 80 controls the DC / ⁇ C converter 1 30 to shift the operation point of the fuel cell 40 to the target operation point (I fc 2, V fc 2). Start low-efficiency operation (step S 50). Specifically, the control unit 80 does not place the fuel cell 40 in the OCV state, and has a target operation operating point (I fc 2, After shifting to V fc 2), start low-efficiency operation. In this way, the fuel cell 40 is shifted to the target operating point (I fc 2, V fc 2) for low-temperature countermeasures without entering the OCV state. By doing so, it is possible to shorten the time until the system is actually started.
  • step S 40 if it is determined that the low-temperature countermeasure treatment is unnecessary (step S 40; NO), the control unit 80 shifts the fuel cell 40 to the normal operation operating point (I fc 1, V fc 1) (Fig. Start normal operation (see 3A).
  • the fuel cell 40 is once set in the OCV state (Ste S 70). In this way, OCV is generated before start-up in order to perform cell monitor diagnosis. As described above, when starting the system, it is necessary to confirm that the system is normal. However, if the nonvolatile memory 85 does not store a diagnosis result indicating that the system is normal, It is impossible to determine whether it is normal. Therefore, in such a case, after the fuel cell 40 is once brought into the OCV state (see the dotted line in FIG. 2), the cell monitor diagnosis is performed by using the fuel cell 40 (step S80).
  • step S40 determines whether or not the low-temperature countermeasure process is necessary.
  • the control unit 80 determines that the low-temperature countermeasure process is necessary, the control unit shifts the fuel cell 40 to the target operation operating point (I ⁇ c 2, V fc 2) for the low-temperature countermeasure process. Start rolling. However, in this case, since the fuel cell 40 is in the OCV state before start-up, the target operation operating point (I fc 2, V fc After shifting to 2), low-efficiency operation will start (Step S 40 ⁇ Step S 50).
  • Step S 40 Step S 60.
  • the control unit 80 determines that the low-temperature countermeasure processing is unnecessary, the control unit 80 shifts the fuel cell 40 to the normal operation point (I fc 1, V fc 1) as described above (see FIG. 3A). Normal operation will be started (Step S 40 ⁇ Step S 60).
  • the control unit 80 when low temperature countermeasure processing is performed at the time of system startup, it is determined whether or not low temperature countermeasure processing is necessary before the fuel cell is brought into the OCV state. If it is determined that low-temperature countermeasure processing is necessary in such a determination, the time until the system is actually started is shortened by shifting the fuel cell to the target operating point for low-temperature countermeasures without putting it in the OCV state. It is possible to do this.
  • the fuel cell 40 when the diagnosis result indicating that the nonvolatile memory 85 is normal is stored and it is determined that the low-temperature countermeasure processing is necessary, the fuel cell 40 is placed in the OCV state. However, if the system can be confirmed to be normal by any method, low-temperature countermeasure processing is required regardless of the presence or absence of the diagnosis result. If it is determined that the fuel cell 40 is not in the OCV state, the fuel cell 40 may be shifted to the target operating point for low-temperature countermeasures.

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Abstract

実際に低温対策処理を実行するまでの時間を短縮することが可能な燃料電池システムを提供する。燃料電池システムの制御ユニットは、起動の際、検出されるＦＣ温度などを参照し、起動時に低温対策処理が必要であるか否かを判断する。制御ユニットは、低温対策処理の必要があると判断すると、燃料電池をＯＣＶ状態とすることなく、該燃料電池の出力電圧を低温対策処理用の目標電圧に制御し、低温対策処理を実行する。

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つた問題や、 凍結した水がガス 流路を塞いでしまい、 次回燃料電池を起動したときにガスの供給が妨げられ て電気化学反応が十分に進行しないといった問題が発生する。
このような問題に鑑み、 システム起動時に燃料電池の各電極に供給するァ ノードガス (例えば、 燃料ガス） 及び力ソードガス （例えば、 酸化ガス） の 少なくもいずれか一方を不足状態とし、 電極の一部の過電圧を増加させて燃 料電池の温度を上昇させる処理 （以下、 低温対策処理） を行うことが提案さ れている （例えば特許文献 1参照）。
[特許文献 1] 特開 2003— 504807号公報 発明の開示
ところで、 従来技術においては、 システム起動時にいったん燃料電池を〇 CV状態とし （言い換えれば燃料電池に OCV (Open circuit voltage) を 発生させ）、 当該システムに異常がないかをチェック （診断） してから低温 対策処理の必要性を判断していた。 従って、 システム起動時には、 いったん 燃料電池を OCV状態とする必要があり、 実際に低温対策処理を実行するま でに長時間を要するという問題があった。 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、 実際に低温対策 処理を実行するまでの時間を短縮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 策処理の実行が可能な燃料電池システムであって、 起動の際、 燃料電池に開 回路電圧が発生する前に低温対策処理の必要性を判定する判定手段を具備す ることを特徴とする。
このように、 システム起動の際、 燃料電池を O C V状態とする前 （すなわ ち燃料電池に開回路電圧が発生する前） に低温対策処理が必要であるか否か の判断を行う構成を採用することで、 低温対策処理が必要であると判断した 場合には、 燃料電池を〇 C V状態とすることなく低温対策用の目標運転動作 点にシフトさせることが可能となる。 よって、 いったん燃料電池を O C V状 態としてから低温対策処理を行う従来技術に比して、 低温対策処理を実行す るまでの時間を短縮することが可能となる。
ここで、 上記構成にあっては、 前記判定手段によって低温対策処理が必要 であると判定された場合には、 前記燃料電池に開回路電圧を発生させること なく、 低温対策処理用の目標電圧を発生させる制御手段をさらに具備する態 様が好ましい。
また、 上記構成にあっては、 当該システム終了時に前記燃料電池に関わる 部品の状態を診断する診断手段と、 前記診断結果を記憶する記憶手段をさら に備え、 前記判定手段は、 前記記憶手段に記憶されている当該システム終了 時における診断結果に基づいて前記低温対策処理の必要性を判定する態様が 好ましい。
さらに、 上記構成にあっては、 前記燃料電池に関わる温度を検出する温度 センサをさらに備え、 前記判定手段は、 前記記憶手段に記憶されている当該 システム終了時における診断結果と、 前記温度センサによって検出される前 記燃料電池に関わる温度とに基づいて、 前記低温対策処理の必要性を判定す る態様が好ましい。
また、 上記構成にあっては、 前記燃料電池に関わる部品は、 前記燃料電池 のセル電圧を検出するセル電圧センサである態様が好ましい。
以上説明したように、 本発明によれば、 実際に低温対策処理を実行するま での時間を短縮することが可能となる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本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、 起動時における F C電圧の変化を示す図である。
図 3 Aは、 低温対策処理を行わない場合の燃料電池の運転状態を示す図で る。
図 3 Bは、 低温対策処理を行う場合の燃料電池の運転状態を示す図である。 図 4は、 起動処理を示すフローチャートである。 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. 本実施形態
( 1 ) 実施形態の構成
図 1は、 本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、 口ポットなど） 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 （燃料ガス及び酸化ガス） 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、 M E 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及び電流センサ 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、 インバ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。
バッテリ 6 0は、 充放電可能な二次電池であり、 例えばニッケル水素バッ テリなどにより構成されている。 もちろん、 バッテリ 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。 このバ ッテリ 6 0は、 D C ZD 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 P WMインバータであり、 制御ュニット 8 0から与えられる制御指令に応じて燃料電池 4 0またはバッ 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バータ 1 1 0によって制御される。 このトラクシヨンモ —タ 1 1 5及びインバータ 1 1 0は、 燃料電池 4 0側に接続されている。
D C/D Cコンバータ 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バッテリ 6 0側に 出力する機能を備えている。 また、 D C ZD Cコンバータ 1 3 0の機能によ り、 バッテリ 6 0の充放電が実現される。
バッテリ 6 0と D C/D Cコンバータ 1 3 0の間には、 車両補機や F C補 機などの補機類 1 2 0が接続されている。 ノくッテリ 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。
セル電圧センサ 7 5は、 制御ュニット 8 0による制御のもと、 燃料電池 4 0を構成する各セルの電圧 （セル電圧） を検出する。 具体的には、 システム 終了時などに燃料電池 4 0を構成する各セルの電圧を検出し、 検出結果を制 御ュニット 8 0に出力する。
制御ユニット 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 （ F C温度） を検出 する温度センサ 5 0、 バッテリ 6 0の充電状態を検出する S O Cセンサ、 ァ クセルぺダル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、 制御ユニッ ト 8 0は、 当該システムの運転終了時にセル電圧の検出 を行う。 具体的には、 制御ユニット （診断手段） 8 0は、 セル電圧センサ (燃料電池に関わる部品） 7 5によって検出される各セル電圧に基づき、 当 該システムが正常状態にあるか異常状態にあるかの判断 （以下、 セルモニタ 診断） を行い、 診断結果を不揮発性メモリ （記憶手段） 8 5に記憶する。 な お、 不揮発性メモリ 8 5 と しては、 F R A M (Ferroelectric Random Access Memory) などが挙げられるが、 これに限定する趣旨ではなく種々 のメモリを採用することができる。
さらに、 制御ュニット 8 0は、 当該システムを起動する際、 まず不揮発性 メモリ 8 5にアクセスし、 正常である旨の診断結果が不揮発性メモリ 8 5に 記憶されているか否かを確認する。 制御ュニット 8 0は、 正常である旨の診 断結果が記憶されていると判断すると、 温度センサ 5 0などによって検出さ れる F C温度に基づき、 起動時に低温対策処理が必要であるか否かを判断す る。
図 2は、 起動時における F C電圧の変化を示す図であり、 O C Vを発生さ せずに低温対策処理する場合の F C電圧の変化を実線で示し、 O C Vを発生 させた後に低温対策処理する場合の F C電圧の変化を点線で示す。
制御ュニット 8 0は、 低温対策処理が必要であると判断すると、 燃料電池 4 0を O C V状態とすることなく、 該燃料電池 4 0の出力電圧を低温対策処 理用の目標電圧に制御し、 低温対策処理を実行する （図 2の A部分参照；詳 細は後述）。 このように、 燃料電池 4 0を O C V状態とする前に、 低温対策 処理が必要であるか否かの判断を行うことで、 実際に当該システムを起動す るまでの時間を短縮することが可能となる。
ただし、 制御ュニット 8 0は、 正常である旨の診断結果が記憶されていな いと判断した場合 （例えば、 車両点検などによって過去の診断結果が消去さ れている場合など) には、 当該システムが正常であるか否かの判定が不可能 である。 ここで、 当該システムが正常であるか否かのセルモニタ診断を行う ためには、 燃料電池 4 0を O C V状態にすることが必要であるため、 制御ュ ニット 8 0は、 いったん燃料電池 4 0を O C V状態とした後、 該燃料電池 4 0を利用することでセルモニタ診断を行う。 制御ユニット 8 0は、 正常であ る旨の診断結果が得られると、 上記の如く低温対策処理が必要であるか否か を判断し、 低温対策処理が必要であると判断すると低温対策処理を実行する
(図 2の A ' 部分参照；詳細は後述）。
<低温対策処理 >
図 3 Aは、 低温対策処理を行わない場合の燃料電池の運転 （通常運転） を 説明するための図であり、 図 3 Bは、 低温対策処理を行う場合の燃料電池の 運転 （低効率運転） を説明するための図である。 なお、 図 3 A及び図 3 Bに おいて横軸は F C電流、 縦軸は F C電圧をあらわす。
一般に、 図 3に示すような電流 ·電圧特性 （以下、 I V特性） が得られる 燃料電池 4 0においては、 出力電力に対して電力損失の小さな通常運転動作 点 （ I f c 1、 V ί c 1 ) にて運転を行う （図 3 Α参照）。
これに対し、 低温対策処理を行う場合には、 電力損失の大きな低効率運転 動作点 （I f c 2、 V f c 2 ) にて運転を行い、 燃料電池 4 0の内部温度を 上昇させる （図 3 B参照）。 かかる低効率運転が行われる過程では、 水素と 酸素との反応によって取り出せるエネルギーのうち、 電力損失分 （すなわち 熱損失分） が積極的に増大されるため、 迅速に暧機することができる。
本実施形態では、 低温対策処理を行う際、 図 3 Bの αに示すように燃料電 池 4 0を O C V状態としてから低温対策処理用の目標運転動作点 （I f c 2、 V f c 2 ) にシフトさせるのではなく、 図 3 Bの ]3に示すように燃料電池 4 0を O C V状態とすることなく低温対策処理用の目標運転動作点 （I f c 2、 V f c 2 ) にシフトさせる。 これにより、 実際に当該システムを起動するま での時間を短縮することが可能となる。 以下、 本実施形態に係る燃料電池シ ステム 1 0 0の起動時の動作について説明する。
( 2 ) 実施形態の動作
図 4は、 制御ュニット 8 0によって実行される起動処理を示すフローチヤ ートである。
制御ュニット 8 0は、 当該システムの起動要求が入力されたことを検出す ると （ステップ S I 0)、 不揮発性メモリ 8 5を参照し （ステップ S 20)、 正常である旨の診断結果が不揮発性メモリ 8 5に記憶されているか否かを確 認する （ステップ S 3 0)。
制御ユニット （判定手段） 8 0は、 正常である旨の診断結果が記憶されて いると判断すると （ステップ S 3 0 ； YE S)、 温度センサ 5 0などによつ て検出される F C温度などを参照し、 起動時に低温対策処理が必要であるか 否かを判断する （ステップ S 40)。 一例を挙げて説明すると、 温度センサ 50によって検出される F C温度が設定された閾値温度を下回っている場合 には、 低温対策処理が必要であると判断する。 もちろん、 判断手法はこれに 限定する趣旨ではなく、 例えば FC温度の代わりに外気温度あるいはその他 システム部品の温度を検出し、 外気温度が閾値温度を下回っている場合に低 温対策処理が必要であると判断しても良い。
制御ユニット （制御手段） 80は、 低温対策処理の必要があると判断する と （ステップ S 40 ； YE S)、 燃料電池 40を OCV状態とすることなく、 該燃料電池 40の出力電圧を低温対策処理用の目標電圧に制御し、 低温対策 処理を実行する （図 2の実線参照）。
詳述すると、 まず、 制御ユニット 80は、 目標とする F C温度と今回検出 された FC温度の差分に基づき、 図 3 Bに示す低温対策処理用の目標運転動 作点 （I f c 2、 V f c 2) を演算する。 かかる演算を行うと、 制御ュニッ ト 80は、 D C/Ό Cコンバータ 1 3 0を制御することで、 燃料電池 40の 運転動作点を目標運転動作点 （ I f c 2、 V f c 2) にシフトさせ、 低効率 運転を開始する （ステップ S 5 0)。 具体的には、 制御ュニット 8 0は、 燃 料電池 40を OCV状態とすることなく、 図 3 Bの j3に示すような経路を迪 つて低温対策処理用の目標運転動作点 （I f c 2、 V f c 2) にシフトさせ た後、 低効率運転を開始する。 このように、 燃料電池 4 0を OCV状態とす ることなく低温対策用の目標運転動作点 ( I f c 2、 V f c 2 ) にシフトさ せることで、 実際に当該システムを起動するまでの時間を短縮することが可 能となる。
一方、 低温対策処理が不要であると判断すると （ステップ S 40 ； NO)、 制御ュニット 80は、 燃料電池 40を通常運転動作点 （ I f c 1、 V f c 1) にシフ トさせた後 （図 3A参照）、 通常運転を開始する （ステップ S 6 0)。
また、 制御ュ-ット 80は、 不揮発性メモリ 85に正常である旨の診断結 果が記憶されていないと判断すると （ステップ S 30 ； NO), いったん燃 料電池 40を OCV状態とする （ステップ S 70)。 このように、 起動前に OCVを発生させるのはセルモニタ診断を実施するためである。 上述したよ うに、 当該システムを起動する際には、 該システムが正常であることを確認 する必要があるが、 不揮発性メモリ 85に正常である旨の診断結果が記憶さ れていない場合には、 正常であるか否かの判定が不可能である。 そこで、 こ のような場合には、 いったん燃料電池 40を OCV状態とした後 （図 2の点 線参照）、 該燃料電池 40を利用することでセルモニタ診断を行う （ステツ プ S 80)。
制御ユニット 80は、 正常である旨の診断結果が得られると、 ステップ S 40に進み、 低温対策処理が必要であるか否かを判断する。 制御ュニット 8 0は、 低温対策処理が必要であると判断すると、 燃料電池 40を低温対策処 理用の目標運転動作点 （ I ί c 2、 V f c 2) にシフトさせた後、 低効率運 転を開始する。 ただし、 この場合には、 起動前に燃料電池 40を OCV状態 としているため、 図 3 Bのひに示すような経路を迪つて低温対策処理用の目 標運転動作点 （ I f c 2、 V f c 2) にシフトさせた後、 低効率運転を開始 することになる （ステップ S 40→ステップ S 50)。 一方、 制御ユニット 80は、 低温対策処理が不要であると判断すると、 上記と同様、 燃料電池 4 0を通常運転動作点 （I f c 1、 V f c 1) にシフトさせた後 （図 3 A参 照）、 通常運転を開始することになる （ステップ S 4 0→ステップ S 6 0 )。 以上説明したように、 本実施形態によれば、 システム起動時に低温対策処 理を行う際、 燃料電池を O C V状態とする前に低温対策処理が必要であるか 否かの判断を行う。 かかる判断において低温対策処理が必要であると判断し た場合、 燃料電池を O C V状態とすることなく低温対策用の目標運転動作点 にシフトさせることで、 実際にシステムを起動するまでの時間を短縮するこ とが可能となる。
なお、 上述した本実施形態では、 不揮発性メモリ 8 5に正常である旨の診 断結果が記憶され、 かつ、 低温対策処理が必要であると判断した場合に、 燃 料電池 4 0を O C V状態とすることなく低温対策用の目標運転動作点にシフ トしたが、 何らかの方法で当該システムに異常がないことを確認できるので あれば、 該診断結果の有無に関わらず低温対策処理が必要であると判断した 場合に、 燃料電池 4 0を O C V状態とすることなく低温対策用の目標運転動 作点にシフトしても良い。

Claims

請求の範囲
1 . 低温対策処理の実行が可能な燃料電池システムであって、
起動の際、 燃料電池に開回路電圧が発生する前に低温対策処理の必要性を 判定する判定手段を具備することを特徴とする燃料電池システム。
2 . 前記判定手段によって低温対策処理が必要であると判定された場合に は、 前記燃料電池に開回路電圧を発生させることなく、 低温対策処理用の目 標電圧を発生させる制御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。
3 . 当該システム終了時に前記燃料電池に関わる部品の状態を診断する診 断手段と、
前記診断結果を記憶する記憶手段をさらに備え、
前記判定手段は、 前記記憶手段に記憶されている当該システム終了時にお ける診断結果に基づいて前記低温対策処理の必要性を判定することを特徴と する請求項 1または 2に記載の燃料電池システム。
4 . 前記燃料電池に関わる温度を検出する温度センサをさらに備え、 前記判定手段は、 前記記憶手段に記憶されている当該システム終了時にお ける診断結果と、 前記温度センサによって検出される前記燃料電池に関わる 温度とに基づいて、 前記低温対策処理の必要性を判定することを特徴とする 請求項 3に記載の燃料電池システム。
5 . 前記判定手段は、 前記記憶手段に正常である旨の診断結果が記憶され、 かつ、 前記温度センセよつて検知される前記燃料電池に関わる温度が閾値温 度を下回っている場合に、 前記低温対策が必要であると判定することを特徴 とする請求項 4に記載の燃料電池システム。
6 . 前記燃料電池に関わる部品は、 前記燃料電池のセル電圧を検出するセ ル電圧センサであることを特徴とする請求項 4または 5に記載の燃料電池シ ステム。
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