JP4758466B2 - 燃料電池車両 - Google Patents

Description

この発明は、燃料電池と、前記燃料電池からの電力等を蓄電するとともに前記燃料電池を起動するための電力供給源等として利用される蓄電装置と、を備えるハイブリッド電源により走行モータを駆動する燃料電池車両に関する。

例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜（陽イオン交換膜）からなる電解質（電解質膜）の両側に、それぞれアノード側電極及びカソード側電極を対向して配設した電解質・電極構造体を、セパレータによって挟持した発電セルを備えている。この種の燃料電池は、通常、所定の数の発電セルを積層することにより、燃料電池スタックとして使用されている。

この発電セルにおいて、アノード側電極に供給された燃料ガス、例えば、主に水素を含有するガス（以下、水素含有ガスともいう。）は、電極触媒上で水素がイオン化され、電解質を介してカソード側電極側へと移動する。その間に生じた電子は外部回路に取り出され、直流の電気エネルギとして利用される。なお、カソード側電極には、酸化剤ガス、例えば、主に酸素を含有するガスあるいは空気（以下、酸素含有ガスともいう。）が供給されているために、このカソード側電極において、水素イオン、電子及び酸素が反応して水が生成される。

水分は、カソード側からの逆拡散あるいは燃料ガスの高湿化等を原因としてアノード電極にも貯留される。

水分がいずれかの電極において過多状態になると、水詰まり状態を起こすことがあり、そこで、このような燃料電池システムを搭載した燃料電池車両では、イグニッションスイッチがオフにされた後の燃料電池システムの運転停止時に、カソード電極ばかりではなくアノード電極にも酸化剤ガスを流通させ、燃料電池内の電解質膜・電極構造体やセパレータに付着している生成水等を除去する掃気処理技術が提案されている（特許文献１）。

実際、燃料電池車両は、電源として燃料電池と高電圧のバッテリを併用した燃料電池システムにより、車両走行用の走行モータを駆動するように構成されている。この燃料電池車両では、バッテリの電力を利用して車両（燃料電池）を起動するとともに車両走行や補機電力のアシストを行い、あるいはバッテリ電力のみでいわゆるＥＶ（Electric Vehicle）走行が行われる。また、前記掃気処理もバッテリの電力により行われる。

特開２００６−２７８０８５号公報

ところで、燃料電池車両において、イグニッションスイッチのオフ後のソーク時に外気温が下がり、氷点下等の低温時に燃料電池車両のイグニッションスイッチをオンとしたとき、燃料電池が暖機される前に、運転者等の操作者の都合等によりイグニッションスイッチがオフ状態にされる可能性がある。

このような、低温時短時間発電後停止要求の操作（例えば、氷点下起動後に発電短時間にて燃料電池車両のイグニッションスイッチをオフにする操作、換言すれば、氷点下で燃料電池車両をちょっと起動した後すぐに停止させる、いわゆる低温下ちょいがけ操作）がなされた場合、あるいは低温下チョイがけ操作が繰り返された場合には、バッテリのエネルギが過度に低下し、発電停止後の上記した掃気処理ができなくなる虞がある他、バッテリの残容量が下限閾値を下回ると再起動もできなくなる虞がある。

この発明は、このような課題を考慮してなされたものであって、イグニッションスイッチオフ時における掃気処理の確実な実行を可能にするとともに、当該燃料電池車両の再起動を確実に行えるようにした燃料電池車両を提供することを目的とする。

この発明に係る燃料電池車両は、燃料電池と走行モータを電気的に接続する第１バスと、前記第１バスより分岐して蓄電装置と電気的に接続する第２バスと、前記蓄電装置の電力により前記燃料電池へ反応ガスを供給して前記燃料電池の発電を開始する燃料電池起動部と、前記蓄電装置の電力により前記燃料電池への反応ガスの供給の停止後に、前記燃料電池内部に掃気ガスを導入し、内部を掃気する掃気部と、前記蓄電装置の残容量を検出する残容量検出部と、を備えた燃料電池車両であって、前記燃料電池の起動時に、前記蓄電装置の残容量が、前記燃料電池の次回起動分の電力値以上で設定される起動後緊急充電必要残容量閾値未満である場合、前記走行モータの出力を停止することで、前記第２バスを通流する電流を増加させ、前記残容量が前記起動後緊急充電必要残容量閾値以上の値となるまで急速充電する第２バス電流増加部を備えることを特徴とする。
この場合、前記第２バス電流増加部は、さらに、前記燃料電池の起動時に、前記蓄電装置の残容量が、前記起動後緊急充電必要残容量閾値以上であって、前記燃料電池の前記次回起動分及び次回掃気分の電力値の和以上で設定される走行中下限残容量閾値未満である場合、前記走行モータの出力を制限することで、前記第２バスを通流する電流を増加させ、前記蓄電装置の残容量が前記走行中下限残容量閾値以上の値となるまで急速充電することが好ましい。

この発明によれば、第２バス電流増加部は、燃料電池の起動時に、蓄電装置の残容量が、起動後緊急充電必要残容量閾値未満である場合、前記燃料電池から第１バスを通じて走行モータに供給される電流（電力）を停止し、又は前記蓄電装置の残容量が前記起動後緊急充電必要残容量閾値より大きい走行中下限残容量閾値未満である場合、前記燃料電池から前記第１バスを通じて走行モータに供給される電流（電力）を制限することで、前記第２バスを通流する電流を増加させ、前記蓄電装置を充電するようにしたので、上述した低温下チョイがけ操作等で蓄電装置の蓄電量が低下し、掃気分のエネルギを失った場合でも、燃料電池起動時に車両としての走行よりも蓄電装置の充電が優先され、迅速に掃気分及び次回起動分のエネルギを確保することができる。結果として、反応ガスを封入したままでの放置による燃料電池の劣化、水分の凍結に付随する燃料電池の劣化などを未然に防止することができる。

また、走行モータの出力を制限又は停止することで蓄電装置の充電量を増やせるばかりか、燃料電池から蓄電装置への充電電流の変動も抑えることが可能になるため、効率の良い充電が行える。

この発明によれば、起動時に蓄電装置の残容量が少ないときに走行モータの駆動よりも蓄電装置の充電を優先するようにしたので、イグニッションスイッチオフ時における掃気処理の確実な実行ができ、且つ当該燃料電池車両の再起動を確実に行うことができる。

以下、この発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、この発明の一実施形態が適用された燃料電池システム１０を備える燃料電池車両１２の概略構成図である。

この燃料電池車両１２は、基本的には、燃料電池１４と、この燃料電池１４の発電出力を補助するエネルギストレージである高圧の蓄電装置（バッテリという。）１６とから構成されるハイブリッド電源と、このハイブリッド電源からの電流（電力）が図示しないインバータを通じて供給される走行モータ１８とから構成される。

バッテリ１６は、例えば、リチウムイオン２次電池、ニッケル水素２次電池、又はキャパシタを利用することができる。この実施形態ではリチウムイオン２次電池を利用している。

燃料電池１４の発電電流Ｉｆｃの電流出力端は、第１バス１０１を通じて走行モータ１８に電気的に接続されている。また、この第１バス１０１から分岐する第２バス１０２に電力分配器２１を通じてバッテリ１６が電気的に接続されている。

電力分配器２１は、制御装置（コントローラ）７０の制御下に、燃料電池１４の電力（発電電力）及び（又は）バッテリ１６の電力を、走行モータ１８や補機としてのエアコンプレッサ３６（掃気部）及び補機としてのエアコンディショナ（エアコン）３７等に分配する。また、この電力分配器２１は、制御装置７０の制御下に、燃料電池１４の電力及び（又は）走行モータ１８の回生電力をバッテリ１６に分配し、バッテリ１６を充電する。

バッテリ１６に流れる充電電流又は放電電流をバッテリ電流Ｉｂという。また、走行モータ１８に接続された第１バス１０１に流れる駆動（力行）電流又は回生電流をモータ電流Ｉｍという。燃料電池１４に接続された第１バス１０１に流れる電流は、発電電流Ｉｆｃである。

燃料電池１４は、固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで挟んで保持して構成される燃料電池セルを、複数積層させて一体化させたスタック構造である。各燃料電池セルは、電解質膜（固体高分子電解質膜）・電極構造体を挟んで保持する金属のセパレータとを備える。一方のセパレータの電解質膜・電極構造体のカソード電極に対向する面には、酸化剤ガス流路（反応ガス流路ともいう。）１４６が設けられる。他方のセパレータの電解質膜・電極構造体のアノード電極に対向する面には、燃料ガス流路（反応ガス流路ともいう。）１４８が形成される。

燃料電池１４には、この燃料電池１４の燃料ガス流路１４８を通じてアノード電極に燃料ガス、例えば水素（Ｈ₂）ガスを供給するための水素供給口２０と、燃料電池１４の燃料ガス流路１４８から排出される未使用の水素ガスを含む排ガスを排出するための水素排出口２２と、燃料電池１４の酸化剤ガス流路１４６を通じてカソード電極に、酸化剤ガス、例えば酸素（Ｏ₂）を含む空気（エア）を供給するための空気供給口２４と、酸化剤ガス流路１４６から未使用の酸素を含む空気を燃料電池１４から排出するための空気排出口２６とが設けられている。

水素供給口２０には、水素供給流路２８が連通される。この水素供給流路２８には、エゼクタ４８が設けられ、このエゼクタ４８は、高圧水素を貯留する水素タンク４２から図示しない水素遮断弁及び圧力調整弁４４を通じて供給される水素ガスを、水素供給流路２８及び水素供給口２０を通じて燃料電池１４に供給するとともに、燃料電池１４で使用されなかった未使用の水素ガスを含む排ガスを、水素排出口２２に連通する水素循環流路４６から吸引して燃料電池１４に再供給する。

水素循環流路４６には、アノード電極に溜まった水やカソード電極から電解質膜を透過してアノード電極に混入した窒素ガスを含む燃料ガスを、水素パージ流路３２及び図示しない希釈ボックスを介して外部（大気）に排出して発電安定性を確保するために適宜開放されるパージ弁３０が設けられる。

一方、空気供給口２４には、空気供給流路３４が連通され、この空気供給流路３４には、大気からの空気を圧縮して供給するエアコンプレッサ用モータと一体となったエアコンプレッサ３６が接続される。エアコンプレッサ３６の外気取入口４１には、大気圧Ｐａを測定する大気圧センサ３９が設けられている。

また、空気排出口２６には、エアコンプレッサ３６から空気供給流路３４及び空気供給口２４を通じて燃料電池１４に供給される空気の圧力を調整するための背圧制御弁３８が設けられ、燃料電池１４の空気排出口２６は、この背圧制御弁３８を介し空気排出流路４０、図示しない前記希釈ボックスを通じて大気に連通している。

さらに、燃料電池１４の水素供給流路２８と空気供給流路３４との間には、空気導入流路５３を介し水素供給口２０を通じて燃料ガス流路１４８に圧縮空気を導入するための、いわゆるアノード側空気掃気処理時に開放される空気導入弁５４が設けられる。

さらに、燃料電池システム１０及びこの燃料電池システム１０を搭載する燃料電池車両１２には、制御装置７０が設けられ、この制御装置７０により、燃料電池システム１０及び燃料電池車両１２の前記各種弁の開度及び開閉、電力分配器２１の制御、走行モータ１８の制御、エアコンプレッサ３６等の補機の制御、バッテリ１６の充放電制御等を含め、全ての動作が制御される。

制御装置７０は、ＣＰＵ、メモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ）、タイマ、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等を含むコンピュータ（ＥＣＵ）により構成され、各種入力に基づきメモリに記憶されているプログラムを実行することで各種の機能を実現する機能部（機能手段）としても動作する。

この実施形態において、制御装置７０は、機能部として、掃気制御部７２、第２バス電流増加部７４、燃料電池（ＦＣ）起動部７６、バッテリ１６の残容量検出部７８、季節判定部（冬季判定部又は夏季判定部として機能する。）８１、気温対応閾値変更部８２、大気圧・気温対応閾値変更部８４、及び発電量制御部８６等を有し、不揮発性のメモリに格納される特性（マップ）として、ＳＯＣ閾値テーブル８８及び発電量テーブル９０を有する。

季節判定部８１は、エアコン用気温センサ５２で検出される気温Ｔｖが閾値温度０［℃］以下であるとき冬季と判定し、０［℃］以上であるとき夏季（冬季以外の春季、夏季、秋季を含む、通常季ともいう。）と判定する。閾値温度は、変更することができる。

気圧判定部８３は、大気圧センサ３９で検出される大気圧Ｐａが、例えば標高１０００［ｍ］閾値気圧９００［ｈＰａ］以下であるとき平地（Ｐａ≦９００［ｈＰａ］）と判定し、９００［ｈＰａ］以上であるとき高地（Ｐａ≧９００［ｈＰａ］）と判定する。閾値気圧は、変更することができる。

なお、燃料電池車両１２では、燃料電池１４のカソード電極に圧縮昇温された空気を供給するエアコンプレッサ３６と、この圧縮昇温空気の圧力に応じた流量の燃料ガスをアノード電極に供給する圧力調整弁４４とを備え、カソード電極側の空気圧力に対してアノード側の燃料ガス圧力を所定圧に設定して発電効率を確保するとともに、空気及び燃料ガスの流量を制御することで所望の発電電流が得られるように構成されている。

すなわち、このような構成の燃料電池車両１２では、負荷の変化に応じてアノード電極に供給される燃料ガスの量を変化させ、同時にカソード電極に供給される空気の量もコンプレッサの回転数を制御することで変化させる。

ところで、燃料電池車両１２が高地で使用されるときに、平地での使用と同じようにエアコンプレッサ３６の回転数を制御したのでは、空気の密度が高地では平地より低いことを原因として、燃料電池１４に供給される酸素量が不足する事態が発生して未反応水素量が増加し、結果として発電電流が不足する等、燃料電池１４の安定性及び発電効率が低下する。この問題を解決するために、高地では、エアコンプレッサの回転数を上昇させるが、さらにバッテリ１６のエネルギが必要になる。

制御装置７０には、フロントフード下であってフロントグリルの後方且つラジエータの前方に配置されるエアコン用気温センサ５２で測定された気温Ｔｖ（走行風が当たるエアコン用気温センサ５２は、走行中及びソーク中において、外気温に良好に追従することを確認している。）の他、大気圧センサ３９からの大気圧Ｐａ、バッテリ１６に取り付けられている電圧センサ、電流センサ及び温度センサからバッテリ電圧Ｖｂ、バッテリ電流Ｉｂ及びバッテリ温度Ｔｂ等が導入される。

なお、気温Ｔｖを測る外気温に対する追従性の高い温度センサとしては、エアコン用気温センサ５２の他、走行モータ１８を冷却するための図示しない冷却通路に流れる冷却媒体の温度を測定する温度センサを利用することができる。

制御装置７０には、燃料電池車両１２（燃料電池システム１０）のメインスイッチであるイグニッションスイッチ８０が接続されている。

なお、図１において、太い実線は電力線を示し、細い実線は信号線を示す。また、二重線は、配管を示している。

燃料電池システム１０の発電運転時には、制御装置７０による弁制御により、基本的には、圧力調整弁４４及び背圧制御弁３８が適量に開いた状態になっており、パージ弁３０は適宜開かれるが通常は閉じた状態となっており、さらに、空気導入弁５４は、閉じた状態になっている。

この発電運転時において、水素タンク４２から供給される燃料ガスが、エゼクタ４８を介し水素供給流路２８を通じて燃料電池１４の水素供給口２０に供給される。

水素供給口２０に供給された燃料ガスは、各燃料電池セルを構成する燃料ガス流路１４８に沿ってアノード電極に供給されアノード電極に沿って移動後、水分を含む未使用の水素ガスを含む排ガスは、水素排出口２２から排出されて水素循環流路４６に送られる。

水素循環流路４６に排出された排ガスは、エゼクタ４８の吸引作用下に、水素供給流路２８の途上に戻された後、再度、燃料電池１４内に燃料ガスとして供給される。この燃料ガスは、水分を含むガス、すなわち加湿ガスになっている。

一方、空気は、外気が圧縮された圧縮空気としてエアコンプレッサ３６から供給され、圧縮空気が空気供給流路３４に供給される。圧縮空気、すなわち酸化剤ガスは、空気供給口２４から各燃料電池セルを構成する酸化剤ガス流路１４６に沿ってカソード電極に供給されカソード電極に沿って移動後、未使用の空気を含む排ガスが、空気排出口２６から背圧制御弁３８を通じて大気に排出される。

これにより、各燃料電池セルでは、アノード電極に供給される燃料ガスである水素と、カソード電極に供給される酸化剤ガス中の酸素とが反応して発電が行われる。発電電力は、制御装置７０の制御下に電力分配器２１を通じて、走行モータ１８、エアコンプレッサ３６、エアコンディショナ３７及びバッテリ１６に供給される。

発電状態が一定時間以上継続されると、カソード電極側で発生し酸化剤ガス流路１４６にも貯留されている生成水が電解質膜、アノード電極を透過して燃料ガス流路１４８側に伝達され、燃料ガス流路１４８内にも貯留されることとなる。

結局、燃料電池１４において発電が開始されると、最初に酸化剤ガス流路１４６に液滴が発生し、所定発電時間経過後に燃料ガス流路１４８内にも液滴が発生することになる。

制御装置７０の残容量検出部７８は、例えば、バッテリ１６に対して入出力するバッテリ電流Ｉｂを積算し、現在のＳＯＣが、定格容量のＳＯＣ＝１００％に対して何％になっているかを算出し、メモリに記憶する。現在のＳＯＣは、この電流積算法の他、電圧センサ６２によりバッテリ１６からバッテリ電流Ｉｂが流出入していない状態での開放端子電圧、いわゆるＯＣＶ（Open Circuit Voltage）を測定すること等により検出することができる。ＯＣＶの場合には、通常、バッテリ温度ＴｂをパラメータとしてＳＯＣが決定される。

図２は、バッテリ１６の残容量（ＳＯＣ）で検索されるＳＯＣ閾値テーブル８８の例を示している。

絶対下限閾値ｔｈ１は、バッテリ残量が少なすぎて、燃料電池車両１２（燃料電池システム１０）を起動できない起動不可と起動可とを切り分ける閾値である。

夏季・冬季・平地急速充電閾値ｔｈ２は、季節判定が夏季又は冬季、且つ気圧判定が平地であるときの掃気処理はできないが起動可であって、走行モータ１８の停止及びエアコンディショナ３７の停止で急速充電が必要な閾値である。

夏季・冬季・高地急速充電閾値ｔｈ３は、季節判定が夏季又は冬季、且つ気圧判定が高地であるときの掃気処理はできないが起動可であって、走行モータ１８の停止及びエアコンディショナ３７の停止で急速充電が必要な閾値である。

夏季・平地走行中下限残容量閾値ｔｈ４は、季節判定が夏季、且つ気圧判定が平地であるときの停止時の掃気処理可及び起動可であって、走行モータ１８の出力制限、エアコンディショナ停止でバッテリ１６の充電を走行に優先させる充電制御が必要な閾値である。

冬季・平地走行中下限残容量閾値ｔｈ５は、季節判定が冬季、且つ気圧判定が平地であるときの停止時の掃気処理可及び起動可であって、走行モータ１８の出力制限、エアコンディショナ停止でバッテリ１６の充電を走行に優先させる充電制御が必要な閾値である。

夏季・高地走行中下限残容量閾値ｔｈ６は、季節判定が夏季、且つ気圧判定が高地であるときの停止時の掃気処理可及び起動可であって、走行モータ１８の出力制限、エアコンディショナ停止でバッテリ１６の充電を走行に優先させる充電制御が必要な閾値である。

冬季・高地走行中下限残容量閾値ｔｈ７は、季節判定が冬季、且つ気圧判定が高地であるときの停止時の掃気処理可及び起動可であって、走行モータ１８の出力制限、エアコンディショナ停止でバッテリ１６の充電を走行に優先させる充電制御が必要な閾値である。

絶対上限閾値ｔｈ８は、これ以上バッテリ残容量を増加させるとバッテリ１６が劣化する閾値である。

閾値ｔｈ１〜ｔｈ８の大小関係は、ｔｈ１＜ｔｈ２＜ｔｈ３＜ｔｈ４＜ｔｈ５＜ｔｈ６＜ｔｈ７＜ｔｈ８である。

なお、走行中下限残容量閾値ｔｈ４〜ｔｈ７のそれぞれと絶対上限閾値ｔｈ８との間のバッテリ残容量（ＳＯＣ）では、燃料電池車両１２の通常の制御を行うことが可能である。すなわち、バッテリ１６の出力及び燃料電池１４の出力を基本的には制限しない。その結果、通常の制御の場合、走行モータ１８を運転者の意思に応じてバッテリ１６の電力によりアシスト可能であり、エアコンディショナ３７も所望に使用することができ、快適な運転を行うことができる。

以下、理解の便宜のために走行中下限残容量閾値ｔｈ３〜ｔｈ７を走行中下限残容量閾値ＴＨＬ（ＴＨＬは、ｔｈ３〜ｔｈ７のいずれかの値）という。また、夏季・冬季・平地急速充電閾値ｔｈ２及び夏季・冬季・高地急速充電閾値ｔｈ３は、起動後緊急充電必要残容量閾値ＴＨＥ（ＴＨＥは、ｔｈ２又はｔｈ３の値）という。

図３は、バッテリ１６の残容量（ＳＯＣ）が、走行中下限残容量閾値ＴＨＬ以下である場合のＦＣ出力の第２バス電流増加部７４及び制御装置７０による充電優先制御を説明する消費電力制限量テーブル９０の一例を示している。バッテリ残容量（ＳＯＣ）が起動後緊急充電必要残容量閾値ＴＨＥ以下の場合に、走行モータ１８及びエアコンディショナ３７等の補機の消費電力制限量Ｐｃｌｉｍｉｔを最大にする消費電力制限量最大値Ｐｃｌｉｍｉｔｍａｘとして、急速充電を実行する。消費電力制限用テーブル９０ａ、９０ｂ、９０ｃ、９０ｄは、それぞれ、夏季・平地、冬季・平地、夏季・高地、冬季・高地での制御テーブルとなることが分かる。

なお、このように制御テーブルを複数持たないで、図４に示すように、消費電力制限量テーブル９０ａ１つをバッテリ残容量（ＳＯＣ）に対する消費電力制限量テーブル９０´として使用することで、メモリ容量を節約することができる。

この場合、バッテリ残容量検出部７８により検出された残容量（ＳＯＣ）が、走行中下限残容量閾値ｔｈ７〜ｔｈ６の間にあった場合には、残容量（ＳＯＣ）を、残容量（ＳＯＣ）＝検出残容量（ＳＯＣ）−（ｔｈ７−ｔｈ４）と計算して消費電力制限テーブル９０ａを参照する。以下、同様に、走行中下限残容量閾値ｔｈ６〜ｔｈ５の間であった場合には、残容量（ＳＯＣ）＝検出残容量（ＳＯＣ）−（ｔｈ６−ｔｈ４）と計算して、走行中下限残容量閾値ｔｈ４〜ｔｈ５の間であった場合には、残容量（ＳＯＣ）＝検出残容量（ＳＯＣ）−（ｔｈ５−ｔｈ４）と計算して１つの消費電力制限テーブル９０ａのみを参照する。

図３及び図４の消費電力制限量テーブル９０、９０´を利用した制御は、燃料電池１４の発電電力（発電出力）を変化させないようにした制御であるが、次の図５に示すように、残容量（ＳＯＣ）に応じて燃料電池１４の発電電力を変化させてもよい。

すなわち、負荷、例えば走行モータ４１やエアコンディショナ３７等の補機の電力要求に応じて発電電力が決定される燃料電池システムにおいて、検出された残容量（ＳＯＣ）が目標の残容量（目標ＳＯＣ）となるように、発電電力に補正係数Ｃｃｏをかけて発電電力を修正すればよい。

図５に示すように、例えば、補正係数Ｃｃｏは、検出した残容量（ＳＯＣ）が目標ＳＯＣであるときＣｃｏ＝１、目標ＳＯＣより低いときＣｃｏ≧１とし徐々に補正係数最大値Ｃｃｏｍａｘまで増加させ、目標ＳＯＣより低いときＣｃｏ≦１とし徐々に減少させる補正係数テーブル９１を用いる。

もちろん、図３又は図４の消費電力量テーブル９０、９０´のいずれかと、補正係数テーブル９１を併せて用いることもできる。

次に、燃料電池車両１２の季節、気圧に係わる充電制御について、図６のフローチャート（制御主体は制御装置７０）を参照して説明する。

ステップＳ２において、季節判定部８１は、エアコン用気温センサ５２で検出される気温Ｔｖが０［℃］以下であれば冬季、０［℃］以上であれば夏季とする季節判定を行う。

次いで、ステップＳ４において、制御装置７０は、イグニッションスイッチ８０がオン状態であるかどうかを検出する。

オン状態に遷移したことを検出したとき、ステップＳ６において、気圧判定部８３は、大気圧センサ３９で検出される大気圧Ｐａが９００［ｈＰａ］以下であれば高地（１０００［ｍ］以上）、９００［ｈＰａ］以上であれば平地（１０００［ｍ］以下）とする気圧判定（標高の気圧による置換判定）を行う。もちろん、高度計により直接標高を測定してもよい。

次いで、ステップＳ８において、残容量検出部７８は、バッテリ１６の残容量（ＳＯＣ）を検出する。

次に、ステップＳ１０において、制御装置７０は、検出した季節、検出した大気圧、及び検出した残容量（ＳＯＣ）により、図２に示したＳＯＣ閾値テーブル８８を参照して、季節、気圧の組み合わせに該当する残容量（ＳＯＣ）が走行中下限残容量閾値ＴＨＬ以下であるかどうかを検出する（ＳＯＣ≦ＴＨＬ）。

残容量（ＳＯＣ）が走行中下限残容量閾値ＴＨＬを上回る値である場合には、ステップＳ１２において、上述した通常の制御（通常の充電制御、通常の走行制御）を行う。通常の制御中は、例えば、目標ＳＯＣが絶対上限閾値ｔｈ８と走行中下限残容量閾値ＴＨＬとの中間値程度になるように、発電量制御部８６により燃料電池１４が発電制御される。

なお、ステップＳ１４において、イグニッションスイッチ８０がオフ状態にされない限り上記の制御が繰り返し行われる。

走行中に、ステップＳ１０の判定（ＳＯＣ≦ＴＨＬ）が肯定的となったときには、バッテリ１６の残容量（ＳＯＣ）が、バッテリ１６を優先して充電する必要があるほど低下している状態となっているので、まず、ステップＳ２０において、第２バス電流増加部７４は、エアコンディショナ３７を停止し、その分、燃料電池１４の発電電流Ｉｆｃをバッテリ１６に接続される第２バス１０２の方へ流すように電力分配器２１を制御する。

次に、ステップＳ２２において、残容量（ＳＯＣ）が、起動後緊急充電必要残容量閾値ＴＨＥ以下であるかどうかが判定される（ＳＯＣ≦ＴＨＥ）。この判定が否定的である場合には、ステップＳ２４において、残容量（ＳＯＣ）が、ＴＨＬ＞ＳＯＣ＞ＴＨＥの間にあるので、制御装置７０は、走行モータ１０１による走行を、モータ出力を制限して継続させる。この場合のバッテリ１６の消費電力制限量Ｐｃｌｉｍｉｔは、図３又は図４の消費電力制限量テーブル９０、９０´が参照されて決定される。

次いで、ステップＳ２６において、第２バス電流増加部７４は、走行モータ１８の出力を制限した分、バッテリ１６の充電電流を増加させる。この場合、発電電力の増加は、図５に示した補正係数テーブル９１を参照して決定することができる。

次いで、ステップＳ１４において、イグニッションスイッチ８０がオン状態である場合には、上述の処理を繰り返す。処理を繰り返すことで、ステップＳ１０の判定が成立し、ステップＳ１２の通常制御状態となる。

一方、ステップＳ２２の判定において、残容量（ＳＯＣ）が、起動後緊急充電必要残容量閾値ＴＨＥ以下である場合には、制御装置７０は、ステップＳ２８において、走行モータ１０１を駆動せずに発進（走行開始）を禁止する。

そして、ステップＳ３０おいて、第２バス電流増加部７４は、図３又は図４に示した消費電力制限量Ｐｃｌｉｍｉｔを消費電力制限量最大値Ｐｃｌｉｍｉｔｍａｘに制限するとともに、図５に示した発電電力補正係数Ｃｃｏを発電電力補正係数最大値Ｃｃｏｍａｘに増加し、バッテリ１６の充電電流を最大限に増加させる。

次いで、ステップＳ１４において、イグニッションスイッチ８０がオン状態である場合には、上述の処理を繰り返す。処理を繰り返すことで、ステップＳ１０の判定が成立し、ステップＳ１２の通常制御状態となる。

ステップＳ２２の判定が肯定的となり（ＳＯＣ≦ＴＨＥ）起動後緊急充電必要残容量閾値ＴＨＥの充電量まで急速充電が必要となったとき、仮に、ステップＳ１４においてイグニッションスイッチ８０がオフ状態にされたとしてもステップＳ１５において、残容量（ＳＯＣ）が起動後緊急充電必要残容量閾値ＴＨＥの充電量を上回らなければ、ステップＳ３０での充電優先制御が継続されるので、イグニッションスイッチ８０のオフ時には、必ず、起動後緊急充電必要残容量閾値ＴＨＥ以上の残容量（ＳＯＣ）が確保されることになる。

よって、どのような状況下であっても、ステップＳ１６における燃料電池車両１２の停止時における掃気処理が必ず行えることになる。

ステップＳ１８は、掃気処理後のシステムの停止処理を意味し、エアコンプレッサ３６の作動も停止させる。

以上説明したように上述した実施形態に係る燃料電池車両１２は、燃料電池１４と走行モータ１８を電気的に接続する第１バス１０１と、第１バス１０１より分岐してバッテリ１６（蓄電装置）と電気的に接続する第２バス１０２と、バッテリ１６の電力により燃料電池１４へ反応ガスを供給して燃料電池１４の発電を開始する燃料電池起動部（ＦＣ起動部）７６と、バッテリ１６の電力により燃料電池１４への反応ガスの供給の停止後に、燃料電池１４内部に掃気ガスを導入し、内部を掃気する掃気部（掃気制御部７２とエアコンプレッサ３６）と、バッテリの残容量（ＳＯＣ）を検出する残容量検出部７８と、を備える。そして、燃料電池車両１２のイグニッションスイッチ８０のオン時（燃料電池１４の起動時）に、残容量（ＳＯＣ）が残容量閾値（走行中下限残容量閾値ＴＨＬ又は起動後緊急充電必要残容量閾値ＴＨＥ）未満である場合、走行モータ１８の出力を制限又は停止し、残容量（ＳＯＣ）が残容量閾値（走行中下限残容量閾値ＴＨＬ又は起動後緊急充電必要残容量閾値ＴＨＥ）以上である場合に比べ第２バス１０２を通流する電流を増加させ、バッテリ１６を充電する第２バス電流増加部７４を備える。

第２バス電流増加部７４は、燃料電池１４の起動時に、バッテリ１６が残容量閾値（走行中下限残容量閾値ＴＨＬ又は起動後緊急充電必要残容量閾値ＴＨＥ）未満である場合、燃料電池１４から第１バス１０１を通じて走行モータ１８に供給される電流（電力）を制限又は停止し、残容量（ＳＯＣ）が残容量閾値（走行中下限残容量閾値ＴＨＬ又は起動後緊急充電必要残容量閾値ＴＨＥ）以上である場合に比べ第２バス１０２を通流する電流を増加させ、バッテリ１６を優先的に充電するようにしたので、上述した低温下チョイがけ操作等でバッテリ１６の蓄電量である残容量（ＳＯＣ）が低下し、掃気分のエネルギを失った場合でも、燃料電池１４の起動時に車両としての走行よりバッテリ１６の充電を優先するようにしたので、迅速に掃気分及び次回起動分のエネルギを確保することができる。結果として、反応ガスを封入したままでの放置による燃料電池１４の劣化、水分の凍結に付随する燃料電池１４の劣化などを未然に防止することができる。

繰り返し効果について説明すると、氷点下起動後に発電短時間にて燃料電池車両１２のイグニッションスイッチ８０をオフにする操作、換言すれば、氷点下で燃料電池車両１２をちょっと起動した後すぐに停止させる、いわゆる低温下ちょいがけ操作がなされた場合、バッテリ１６のエネルギが過度に低下し、発電停止後の掃気処理、再起動もできなくなることを未然に防止するために、起動時にバッテリ１６の残容量（ＳＯＣ）が閾値より少ないときには、エアコンディショナ３７及び走行モータ１８の出力を制限又は停止し、燃料電池１４によるバッテリ１６の充電を優先するようにしている。

そして、走行モータ１８の出力を制限又は停止することでバッテリ１６の充電量を増やせるばかりか、燃料電池１４からバッテリ１６への充電電流の変動も抑えることが可能になるため、効率の良い充電が行える。

よって、起動時にバッテリ１６の残容量（ＳＯＣ）が少ないときに走行モータ１８の駆動よりもバッテリ１６の充電を優先するようにしたので、イグニッションスイッチ８０のオフ時における掃気制御部７２による掃気処理（ステップＳ１６）の確実な実行ができ、且つ当該燃料電池車両１２の再起動を確実に行うことができる。

なお、残容量閾値は、燃料電池１４の次回起動分及び次回掃気分の電力値の和以上で設定される走行中下限残容量閾値ＴＨＬとすることで、冬季等においても確実に再起動することができる。

また、第２バス電流増加部７４は、燃料電池１４の起動時に、残容量（ＳＯＣ）が、走行中下限残容量閾値ＴＨＬ未満の閾値であって、燃料電池１４の起動時に、残容量（ＳＯＣ）が燃料電池１４の次回起動分の電力値以上で設定される起動後緊急充電必要残容量閾値ＴＨＥ未満である場合、走行モータ１８の出力を停止し、残容量（ＳＯＣ）が起動後緊急充電必要残容量閾値ＴＨＥ以上の値となるまで急速充電を行うことで、イグニッションスイッチ８０のオフ時に必ず次回起動分の電力をバッテリ１６に蓄えることができる。

さらに、大気圧センサ３９（又は大気圧を高度で推定するための高度センサ）と、大気圧Ｐａの低下に基づき、走行中下限残容量閾値ＴＨＬ及び起動後緊急充電必要残容量閾値ＴＨＥをそれぞれより高い値（閾値ｔｈ６、ｔｈ３）に設定する大気圧対応閾値変更部（大気圧・気温対応閾値変更部８４で実行される）と、を備えることで、高地であっても掃気処理及び確実な起動を行うことができる。

すなわち、大気圧Ｐａが低い場合は同じ流量あたりのエアコンプレッサ３６の消費電力が増加してしまうが、走行中下限残容量閾値ＴＨＬ及び起動後緊急充電必要残容量閾値ＴＨＥを高く設定することで、車両走行環境が低地であっても高地であっても迅速に掃気エネルギを充電することができる。

さらに、気温Ｔｖが低下した場合に冬季と判定する冬季判定部（季節判定部８１）と、冬季と判定された場合に、走行中下限残容量閾値ＴＨＬをより高い値（閾値ｔｈ５）に設定する気温対応閾値変更部８２と、を備えることで、冬季であっても掃気処理及び確実な起動を行うことができる。なお、気温Ｔｖが低い場合は掃気量を増やすことにより、確実に燃料電池１４の凍結による劣化を防止でき、且つ充電閾値も気温Ｔｖに応じて設定しているので迅速に気温Ｔｖに見合った掃気エネルギをバッテリ１６に充電することができる。

季節判定と気圧判定を併用して、走行中下限残容量閾値ＴＨＬ及び起動後緊急充電必要残容量閾値ＴＨＥをそれぞれより高い値（閾値ｔｈ７、ｔｈ３）に設定する大気圧・気温対応閾値変更部８４を設けることが好ましい。

さらに、燃料電池１４の発電量を制御する発電量制御部８６を備え、発電量制御部８６は、一定の特性であるＳＯＣ閾値テーブル９０´（９０ｄ：図４参照）を用いてバッテリ１６充電し、燃料電池１４が発電している間、バッテリ１６の残容量（ＳＯＣ）が低いほど燃料電池１４の発電量を増加するように制御し、残容量（ＳＯＣ）が起動時緊急充電必要残容量閾値ＴＨＥ以下である場合、発電量を最大値の固定値である最大充電電流ｉｃｈｍａｘにするよう制御することで、複数の特性（マップ）を持つ必要がなくなりメモリ容量を節約することができる。

なお、この発明は上述した実施形態に限らず、この明細書の記載に基づき種々の変更が可能である。

この発明の一実施形態に係る燃料電池車両の概略構成図である。 バッテリ残容量の閾値テーブルの説明図である。 消費電力制限量テーブルの一例を示す説明図である。 消費電力制限量テーブルの他の例を示す説明図である。 発電電力補正係数テーブルの一例を示す説明図である。 季節、気圧に係わる充電制御の動作説明に供されるフローチャートである。

符号の説明

１０…燃料電池システム １２…燃料電池車両
１４…燃料電池 １６…バッテリ
１８…走行モータ ３９…大気圧センサ
５２…エアコン用気温センサ ７０…制御装置

Claims (6)

1. 燃料電池と走行モータを電気的に接続する第１バスと、
   前記第１バスより分岐して蓄電装置と電気的に接続する第２バスと、
   前記蓄電装置の電力により前記燃料電池へ反応ガスを供給して前記燃料電池の発電を開始する燃料電池起動部と、
   前記蓄電装置の電力により前記燃料電池への反応ガスの供給の停止後に、前記燃料電池内部に掃気ガスを導入し、内部を掃気する掃気部と、
   前記蓄電装置の残容量を検出する残容量検出部と、
   を備えた燃料電池車両であって、
   前記燃料電池の起動時に、前記蓄電装置の残容量が、前記燃料電池の次回起動分の電力値以上で設定される起動後緊急充電必要残容量閾値未満である場合、前記走行モータの出力を停止することで、前記第２バスを通流する電流を増加させ、前記残容量が前記起動後緊急充電必要残容量閾値以上の値となるまで急速充電する第２バス電流増加部を備える
   ことを特徴とする燃料電池車両。
2. 請求項１記載の燃料電池車両において、
   前記第２バス電流増加部は、
   さらに、
   前記燃料電池の起動時に、前記蓄電装置の残容量が、前記起動後緊急充電必要残容量閾値以上であって、前記燃料電池の前記次回起動分及び次回掃気分の電力値の和以上で設定される走行中下限残容量閾値未満である場合、前記走行モータの出力を制限することで、前記第２バスを通流する電流を増加させ、前記蓄電装置の残容量が前記走行中下限残容量閾値以上の値となるまで急速充電する
   ことを特徴とする燃料電池車両。
3. 請求項２に記載の燃料電池車両において、
   さらに、
   大気圧センサ又は大気圧を高度で推定するための高度センサと、
   前記大気圧の低下に基づき、前記走行中下限残容量閾値及び前記起動後緊急充電必要残容量閾値をそれぞれより高い値に設定する大気圧対応閾値変更部と、
   を備えることを特徴とする燃料電池車両。
4. 請求項２に記載の燃料電池車両において
   さらに、
   気温が低下した場合に冬季と判定する冬季判定部と、
   冬季と判定された場合に、前記走行中下限残容量閾値をより高い値に設定する気温対応閾値変更部と、
   を備えることを特徴とする燃料電池車両。
5. 請求項２に記載の燃料電池車両において、
   さらに、
   大気圧センサ又は大気圧を高度で推定するための高度センサと、
   気温が低下した場合に冬季と判定する冬季判定部と、
   前記冬季と判定され、且つ前記大気圧が低下していた場合、前記走行中下限残容量閾値及び前記起動後緊急充電必要残容量閾値をそれぞれより高い値に設定する大気圧・気温対応閾値変更部と、
   を備えることを特徴とする燃料電池車両。
6. 請求項５に記載の燃料電池車両において
   さらに、
   前記燃料電池の発電量を制御する発電量制御部を備え、
   前記発電量制御部は、一定の特性を用いて前記蓄電装置を充電し、
   前記一定の特性は、
   前記燃料電池が発電している間、前記蓄電装置の残容量が低いほど前記燃料電池の発電量を増加するように制御し、前記残容量が前記起動後緊急充電必要残容量閾値以下である場合、前記発電量を最大値の固定値にするよう制御する
   ことを特徴とする燃料電池車両。

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