JP2008112647A - 車両用燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】登坂路等の車両の走行状態において、燃料電池のフラッディングを解消または防止することを可能とすることである。
【解決手段】車両用燃料電池システム２０は、車両の傾斜を検出する傾斜センサ３０と、ガス流量を推定するために車速を検出する車速検出手段３２と、燃料電池発電部６０と、制御部４０とを含んで構成される。制御部４０は、フラッディング判断マップを記憶するための記憶部５２と、ＣＰＵ４１とを含む。ＣＰＵ４１のフラッディング判断モジュール４２は、車両の傾斜及び車速に基づき、フラッディング判断マップを参照してフラッディングの状態、特にフラッディング発生可能性を判断し、フラッディング防止起動モジュール４４は、フラッディング判断の結果に基づいて、燃料ガス流量の増大、燃料電池冷却水温の上昇化、パージ実行、電源切換等のフラッディング防止手段を起動する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用燃料電池システムに係り、特に、車両に搭載される燃料電池のフラッディングを制御する車両用燃料電池システムに関する。

環境に与える影響が少ないことから、車両に燃料電池の搭載が行われている。燃料電池は、例えば燃料電池スタックのアノード側に水素等の燃料ガスを供給し、カソード側に酸素を含む反応ガス、例えば空気を供給し、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。そのとき、カソード側に電気化学反応により水が生成される。

この水がカソードに滞留し、あるいは電解質膜を透してアノード側に滞留すると、ガス拡散層等の電極基材の細孔を閉塞し、ガスの拡散を阻害する。この現象は、フラッディングと呼ばれており、フラッディングが生じると燃料電池の出力が低下するため、その対策が採られる。このように、フラッディングとは、燃料電池を構成する単電池である燃料電池セルに燃料ガスや酸化ガスを流すガス流路、燃料電池セルを構成するガス拡層、各燃料電池セルに流すガス系統をまとめているマニフォールド等の燃料電池内部において、液体として存在する水の量が多い状況を指す。

例えば、特許文献１には、燃料電池の出力電圧Ｅが所定電圧値Ｅ１より小さく、インピーダンスＺが所定インピーダンス値Ｚ１より小さいときカソードが濡れすぎと判断し、いくつかの方法でカソードの表面に付着した水滴をすばやく吹き飛ばすことが開示されている。ここでは、酸素ガスのバイパス流量を増量すること、循環酸素ガス量を増量すること、排出ガス背圧を下げること、これらの組み合わせが述べられている。

特開平７−２３５３２４号公報

ところで、車両の走行状態によっては、フラッディングが特に生じやすい場合がある。たとえば、車両が坂道を登るようなときには、燃料電池が傾斜し、重力の影響を受けて生成水が特定の場所に溜まりやすくなり、フラッディングが生じやすくなる。特に、坂道を低速走行するときは、燃料電池の発電があまり行われないので、ガスの流量が少なく、生成水がガスの流れで取り去られることが少なくなり、一層フラッディングが生じやすくなる。このような場合としては、地下の駐車場から地上へ出るとき等が考えられる。

従来技術は、このような登坂路等による車両の走行状態によってフラッディングが生じやすい場合について、その解消策や防止策等について不十分である。

本発明は、登坂路等の車両の走行状態において、燃料電池のフラッディングを解消または防止することを可能とする車両用燃料電池システムを提供することである。

本発明に係る車両用燃料電池システムは、車両に搭載される燃料電池の傾きまたは車両の傾きを検出する傾斜センサと、燃料電池のガス流量を推定する推定手段と、傾斜センサの検出結果と、推定手段の推定結果とに基づき、予め定めた判定条件に従って、燃料電池のフラッディングの状況を判断する判断手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る車両用燃料電池システムにおいて、判断手段の結果に基づき、フラッディング解消・防止手段を起動させる防止起動手段を備えることが好ましい。

また、本発明に係る車両用燃料電池システムにおいて、フラッディング解消・防止手段は、燃料電池に供給する燃料ガスの流量を増加させる燃料ガス増量手段であることが好ましい。また、フラッディング解消・防止手段は、燃料電池の冷却水の温度を上昇させる冷却水温上昇手段であることが好ましい。また、フラッディング解消・防止手段は、燃料電池の燃料ガスあるいは酸化ガスを用いて水分を吹き飛ばすためのパージを実行させるパージ実行手段であることが好ましい。

また、本発明に係る車両用燃料電池システムにおいて、判断手段の結果に基づき、燃料電池に代わって２次電池の電力で車両を走行させる電源切換手段を備えることが好ましい。

また、本発明に係る車両用燃料電池システムにおいて、推定手段は、燃料電池の発電電流に基づいてガス流量を推定することが好ましい。

上記構成により、車両用燃料電池システムは、車両または燃料電池の傾きの検出結果と、ガス流量の推定結果とに基づき、予め定めた判定条件に従って、フラッディングの状態を判断する。したがって、登坂路等の車両の走行状態において、燃料電池のフラッディングの状態を判断できる。

また、フラッディング判断の結果に基づき、フラッディング解消・防止手段を起動させる。したがって、登坂路等の車両の走行状態において、燃料電池のフラッディングを解消または防止することができる。

また、燃料ガスの流量を増加させ、あるいは、燃料電池の冷却水の温度を上昇させ、あるいは、燃料ガスあるいは酸化ガスを用いて水分を吹き飛ばすためのパージを実行させる。これにより、燃料電池のフラッディングを解消または予防することができる。

また、燃料電池に代わって２次電池の電力で車両を走行させるので、フラッディングが解消しなくても車両の走行に支障をきたさない。

また、燃料電池の発電電流に基づいてガス流量を推定するので、特別なセンサを要しない。

以下に図面を用いて、本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下では、燃料電池を車両の前方側に配置するものとして説明するが、燃料電池の車両への搭載方法は、これ以外であってもよい。例えば、車両の中ほどの床下、あるいは車両の後部に燃料電池を配置するものとしてもよい。また、以下では、フラッディングが燃料ガス側で生じるものとして説明するが、酸化ガスの流路においてフラッディングが生じるものとしてもよい。この場合には、フラッディングの解消・防止のための酸化ガスの流量増大やパージは、エアコンプレッサを制御することで実行される。

図１は、車両用燃料電池システム２０の構成を示す図である。図１には、車両用燃料電池システム２０の構成要素ではないが、道路８と車両１０が図示されている。車両用燃料電池システム２０は、車両１０に搭載される燃料電池の運転を実行するシステムで、特に、傾斜している道路８を車両１０が走行する場合における燃料電池のフラッディングを解消・防止する機能を有する。

車両用燃料電池システム２０は、車両の傾斜を検出する傾斜センサ３０と、燃料電池のガス流量を推定するために車両の速度を検出する車速検出手段３２と、燃料電池発電部６０と、制御部４０とを含んで構成される。制御部４０は、ＣＰＵ４１と、車両の傾斜と車速とからフラッディングの状態を判断するためのマップを記憶するための記憶部５２と、傾斜センサ３０とのインタフェースである傾斜センサＩ／Ｆ（５４）と、車速検出手段とのインタフェースである車速Ｉ／Ｆ（５６）とを含む。これらの要素は、相互に内部バスで接続される。かかる制御部４０は、車載用コンピュータで構成することができる。制御部４０は、燃料電池制御コンピュータとして独立したコンピュータで構成することもでき、他の車載用コンピュータの機能の一部として構成することもできる。例えば、車両がその運行等に関するハイブリッドＣＰＵ等を備えるときは、制御部４０の機能をハイブリッドＣＰＵの機能の一部として構成してもよい。

傾斜センサ３０は、車両１０の車体に取り付けられ、水平線に対する車体の傾斜角度を検出する機能を有する測定器である。車体の傾斜角度を検出するのは、燃料電池スタックの傾斜を検出するためであるので、傾斜センサを直接燃料電池スタックに取り付けてもよい。傾斜センサ３０の傾斜検出方向は、燃料電池スタックの配置方向によって検出する方向が異なるが、一般的には、燃料電池スタックが車両の前後軸に対して平行または直交するとして、車両の前後軸についての傾斜角度を検出する。つまり、車両の進行方向について、車両の前部と後部との間の傾斜角度を検出する。かかる傾斜センサとしては、角度計、水準計等を用いることができる。

車速検出手段３２は、燃料電池のガス流量を推定するために車両の速度を検出する機能を有するもので、例えば、車両の運行制御に用いる車速センサをそのまま用いることができる。すなわち、車両の速度が低速のときは燃料電池の負荷が軽く、したがってガス流量が少ない。一方、車両の速度が高速のときは燃料電池の負荷が重く、したがってガス流量が多くなる。このようにして、車両速度の検出からガス流量を推定することができる。

このように、燃料電池のガス流量の推定は、車両の速度の検出に基づいて行うことができる。これ以外にも、燃料ガスの流量の推定は、燃料ガスポンプの動作状態、燃料ガス流路に設けられる燃料ガス供給開閉弁の動作状態、酸化ガスを供給するエアコンプレッサの動作状態、燃料電池の発電電流等の出力状態等に基づいて行うことができる。これらの検出手段に基づいてガス流量を推定する機能を有するものをガス流量推定手段と呼ぶことができる。ガス流量推定手段は、制御部の機能とすることができる。例えば、図１の例では、車速検出手段３２に基づいてガス流量を推定する機能を制御部４０のＣＰＵ４１に設けることができる。

記憶部５２に記憶されるフラッディング判断マップは、燃料電池におけるフラッディング発生の状態を、車両の走行状態に関連付けたデータである。ここでは、特に、車両の傾斜角度θと、車速Ｖとに関連づけて、フラッディングの状態、特にフラッディング発生の可能性をマップ化して記憶する。すなわち、後述するように、車両が傾斜すると、燃料電池スタックが傾斜し、燃料電池の電気化学反応によって生成された水が、重力と、燃料電池スタックの幾何学的形状等の影響によって、燃料電池スタックの特定の箇所に溜まりやすくなることが起こる。傾斜角度θが大きくなると、その傾向が強くなり、フラッディングが発生しやすくなる。また、車速が低速であると、燃料電池の発電量が少なくなり、燃料ガスあるいは酸化ガスの流量が少なくなって、生成水を外部へ運び出す能力が低下する。車速が低速になるほど、その傾向が強くなり、フラッディングが生じやすくなる。したがって、車両の傾斜角度θと、車速Ｖとについて、フラッディングの発生可能性を予め求めておき、これを関連付けることで、フラッディング判断マップを作成できる。

なお、フラッディング状態には、既にフラッディングが起こっている場合を含むので、既にフラッディングが起こっていて、さらに車両が傾斜する場合等では、さらにフラッディングの程度が強くなることになる。

フラッディング判断マップは、車両の傾斜角度θと、車両速度Ｖとをパラメータとして、フラッディング発生可能性を数値化し、マップ化したものである。また、マップに代えて、車両の傾斜角度θと、車両速度Ｖとを検索キーとして、フラッディング発生可能性の数値化データを検索できるデータ構造として記憶することもできる。また、逆に、フラッディング発生可能性の数値を検索キーとして、そのときの傾斜角度θと車速Ｖを検索することもできる。

フラッディング発生可能性の数値は、ランク付け数値でもよく、フラッディング発生確率を％で示すものでもよい。たとえば、（傾斜角度θ，車速Ｖ）の組合せに対し、フラッディング発生可能性を、０，１，２，３，４，５で評価し、（θ＝３０°，Ｖ＝１０ｋｍ）のとき評価＝２あるいは発生確率＝４０％、（θ＝３０°，Ｖ＝３０ｋｍ）のとき評価＝１あるいは発生確率＝２０％等として記憶することができる。

ＣＰＵ４１は、燃料電池発電部６０の作動全般を制御する燃料電池運転モジュール５０を含む。そして、ここでは特に、車両の傾斜及び車速に基づき、フラッディング判断マップを参照してフラッディングの状態を判断するフラッディング判断モジュール４２と、フラッディング判断の結果に基づいて、フラッディング解消・防止手段の起動を行うフラッディング防止起動モジュール４４とを含む。フラッディング防止起動モジュール４４は、フラッディング状態、特にフラッディング発生可能性に応じて、いくつかの解消・防止手段を選択することができる。具体的には、燃料ガス流量の増大を実行する手段４５、燃料電池冷却水温の上昇化を図る手段４６、フラッディングの水を吹き飛ばすためのパージ実行手段４７、燃料電池から２次電池に電源を切り換える手段４８を、フラッディング発生可能性の大きさに応じて起動させる機能を有する。なお、これらの機能は、ソフトウェアで実現でき、具体的には、対応する燃料電池運転プログラム、特に、その一部であるフラッディング防止プログラムを実行することで実現できる。これらの機能の一部をハードウェアで実現することもできる。

図２は、燃料電池発電部６０の構成を説明する図である。燃料電池発電部６０は、制御部４０の燃料電池運転モジュール５０の制御の下で、燃料電池スタック２２に、燃料ガスである水素と、酸化ガスである加圧空気とを供給し、電池化学反応によって電力を取り出して運転する装置である。燃料電池発電部６０によって発電された電力は、制御部４０の制御の下にある電力分配部１６において、２次電池１４からの電力と調整されて、車両のモータ・ジェネレータ等の負荷１２に供給される。

燃料電池発電部６０は、燃料電池セルが複数積層されて燃料電池スタック２２と呼ばれる燃料電池本体及び、燃料電池スタック２２のアノード側に配置される水素ガス供給のための各要素と、カソード側に配置される空気供給のための各要素を含んで構成される。

アノード側の水素ガス源６２は、燃料ガスとしての水素を供給するタンクである。水素ガス源６２は、レギュレータ６４に接続される。レギュレータ６４は、水素ガス源６２からのガスを適当な圧力と流量に調整する機能を有する。レギュレータ６４の出力口は燃料電池スタック２２のアノード側入口に接続され、適当な圧力と流量に調整された燃料ガスが燃料電池スタック２２に供給される。

燃料電池スタック２２のアノード側出口から排出されるガスは、発電で水素が消費されて水素濃度が低くなり、また、ＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）を通してカソード側の空気の成分である窒素ガスが透過してきて不純物ガス濃度が高くなっている。また、ＭＥＡを通して、反応生成物の水も透過してくる。この透過してくる水が過剰になると、フラッディングが生じる。

燃料電池スタック２２のアノード側出口に接続される排気バルブ６８は、アノード側出口からの排出ガスの不純物ガス濃度が高まってきたときに、希釈器７８に流すためのものである。このときの排気ガスは、窒素の他に反応生成物の水も含む水素ガスである。また、アノード側出口とアノード側入口との間に設けられる循環昇圧器６６は、アノード側出口から戻ってくるガスの水素分圧を高めて再びアノード側入口に戻し再利用する機能を有する水素ポンプである。

カソード側の酸化ガス供給源７０は、実際には大気を用いることができる。大気である酸化ガス供給源７０に接続されるエアコンプレッサ（ＡＣＰ）７２は、図示されていないモータによって酸化ガスを容積圧縮してその圧力を高める気体昇圧機である。またＡＣＰ（７２）は、制御部６０の制御の下で、その回転速度（毎分当りの回転数）を可変して、所定量の酸化ガスを提供する機能を有する。すなわち、酸化ガスの所要流量が大きいときは、モータの回転速度を上げ、逆に酸化ガスの所要流量が小さいときは、モータの回転速度を下げる。このように燃料電池スタック２２のカソード側には酸素を含む空気である酸化ガスがＡＣＰ（７２）によって供給される。

加湿器７４は、酸化ガスを適度に湿らせ、燃料電池スタック２２での燃料電池反応を効率よく行わせる機能を有するものである。加湿器７４により適度に湿らせられた酸化ガスは、燃料電池スタック２２のカソード側入口に供給され、カソード側出口から排気される。このときに、排気とともに反応生成物である水も排出される。燃料電池スタック２２は反応により高温になるので、排出されるガスに含まれる水は水蒸気となっており、この水蒸気が加湿器７４に供給され、ＡＣＰ（７２）から供給される酸化ガスを適度に湿らせる。このように、加湿器７４は、酸化ガスに水蒸気の水分を適当に与える機能を有するもので、いわゆる中空糸を用いたガス交換器を用いることができる。すなわち、加湿器７４は、ＡＣＰ（７２）からの酸化ガスが流れる流路と、水蒸気を含む排出ガスが流れる流路との間でガス交換できる構成となっている。例えば、中空糸の内側流路をＡＣＰ（７２）からの酸化ガスの流路とし、中空糸の外側流路を燃料電池スタック２２のカソード側出口からの水蒸気を含む排出ガスの流路とすることで、燃料電池スタック２２のカソード側入口への酸化ガスを適度に湿らせることができる。

バイパス弁７６は、酸化ガスが燃料電池スタック２２に供給される入口側流路と、燃料電池スタック２２からの排出ガスが流れる出口側流路とを接続して燃料電池スタック２２と並列に配置されるバイパス流路に設けられる弁で、主に、排気における水素濃度を希釈するための空気を希釈器７８に供給する機能を有する。すなわち、バイパス弁７６を開くことで、ＡＣＰ（７２）からの酸化ガスを、燃料電池スタック２２へ流れる成分とは別に、燃料電池スタック２２を流れずにバイパス流路を経由して、希釈器７８に供給することができる。

希釈器７８は、アノード側の排気バルブ６８からの水素混じりの排水、及び、カソード側の水蒸気混じりでさらにＭＥＡを通して漏れてくる水素混じりの排気を集め、適当な水素濃度として外部に排出するためのバッファ容器である。そして、水素濃度が適当な濃度を超えるときは、バイパス弁７６を開けることで燃料電池スタック２２を経由せずに提供される供給ガスを用いてさらに適度な希釈を行うことができる。

循環ポンプ８０は、燃料電池スタック２２の温度を、電気化学反応に適した温度とするために、冷却水を循環させるためのものである。冷却水の循環流路には、冷却水と熱交換する熱交換器８２が設けられる。熱交換器８２としては、ラジエータとヒータとの組み合わせを用いることができる。あるいは、車室空調用の冷媒との間で熱交換する冷媒・水熱交換器を用いてもよい。

図３は、燃料電池スタック２２の構成を示す図である。燃料電池スタック２２は、複数の単電池９２を組み合わせて高電圧の電池パックとするものである。例えば、端子電圧が約１．２Ｖの単電池を約２００個直列接続し、これを２組組み合わせて、合計約４００個の単電池を用いて、約２５０Ｖまたは約５００Ｖの高電圧の電池パックとすることができる。燃料電池スタック２２は、複数の単電池９２を組み合わるものであるが、これらの単電池９２に、燃料ガスと酸化ガスとを供給し、冷却水を循環させるために、マニフォールド９０を備える。マニフォールド９０には、ガス及び冷却水が出入りするための複数のポート９１が設けられる。

図３には、その一部を破断して、燃料電池スタック２２を構成する２つの単電池９２が図示されている。単電池９２は、ＭＥＡ９３と、その両側に設けられるセパレータ９４とを含んで構成される。ＭＥＡ９３は、電解質膜の両側に触媒層、ガス拡散層をそれぞれ積層した構成を有する。セパレータ９４は、その内部に、燃料ガスの流路と、酸化ガスの流路と、冷却水の流路とが設けられるが、図３においては、その一部である燃料ガスの流路が示されている。水素ガスである燃料ガス９６は、マニフォールド９０のポートに接続される燃料ガス供給口から、セパレータ９４の中に設けられた蛇行流路を通って、やはりマニフォールド９０のポートに接続される燃料ガス排出口に向かって流れる。その間に、セパレータ９４が接するＭＥＡ９３に燃料ガスを供給する。

燃料ガス９６は、セパレータ９４を流れるときに、ＭＥＡ９３を介して、カソード側から浸透してくる生成水を含む。この生成水は、セパレータ９４を流れてきた燃料ガスと共に燃料ガス排出口から外部に排出されるが、燃料電池スタック２２が傾斜していると、重力の影響を受けて、特定の箇所９８に溜まりやすくなる。例えば、車両が地下駐車場から地上へ出る際には、低速で、傾斜面を走行することになるが、このときは、車両が傾斜し、燃料電池スタック２２が傾斜する。ここで、燃料電池スタック２２に積層される各層の２つの単電池について、傾斜の上方側にある一方の単電池においては、重力の影響が生成水の排出に好都合になっており、生成水が溜まりにくいのに対し、傾斜の下方側にある他方の単電池においては、重力の影響が生成水の排出に不都合に働き、排出側の底の特定の箇所９８に生成水が溜まりやすくなる。この特定の箇所９８においては、いわゆるフラッディングが生じやすくなる。

図３においては、燃料電池スタック２２が、車両の幅方向を単電池９２の積層方向として配置されている。この場合は、上記のように、単電池９２の面内においてフラッディングが偏って発生しやすい。すなわち、このような配置の場合は、特に、単電池９２の面内におけるフラッディングの状態の分布の診断に好適である。

燃料電池スタック２２の配置は、車両の前後方向を単電池９２の積層方向としてもよい。図４はそのような配置において、燃料電池スタック２２にフラッディングが生じるときの様子を示す図である。図３と同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。ここでは、矢印方向が車両の前後方向を示し、燃料電池スタック２２において単電池９２の積層方向がこの矢印の方向に沿っている。この場合、車両が傾斜面にあると、燃料電池スタック２２が単電池９２の積層方向に沿って傾斜する。このとき、各積層のうち、傾斜の上方側の積層にある単電池には生成水が溜まりにくいのに対し、傾斜の下方側の積層にある単電池では、その底部の特定の箇所９８において、重力の影響によって生成水が溜まりやすくなる。この特定の箇所９８においては、いわゆるフラッディングが生じやすくなる。

このように、図４においては、燃料電池スタック２２の積層方向に沿った各単電池９２の間で偏るようにフラッディングが発生しやすい。したがって、このような配置の場合は、特に、各単電池９２の間における凝集水の分布、すなわちフラッディングの状態の分布の診断に好適である。

かかる構成の車両用燃料電池システムの作用、特に、制御部４０のＣＰＵ４１における各機能の内容について説明する。最初に、通常の場合の燃料電池発電制御について説明し、次に、フラッディング解消・防止制御について、図５のフローチャートを用いて説明する。

通常の場合、燃料電池発電部６０は、制御部４０の燃料電池運転モジュール５０の制御の下で、所望の発電を行う。すなわち、車両の運行を制御する車両運行制御部等から、燃料電池の発電量が制御部４０に指令されると、制御部４０は、その指令された発電量に相当する燃料ガスの圧力と流量とを算出し、また、酸化ガスの圧力と流量とを算出し、それぞれ、レギュレータ６４と、ＡＣＰ（７２）とに指令して、所定の燃料ガスと酸化ガスを燃料電池スタック２２に供給させる。また、燃料電池スタック２２の温度を、冷却水温度等から求めて、電気化学反応に適した温度になるように、冷却水の温度と流量を算出し、循環ポンプ８０と熱交換器８２とに指令して、所定の冷却水を循環させる。そして、燃料電池スタック２２から出力される電力と、負荷１２の要求電力とを比較し、電力分配部１６に指令し、２次電池１４からの電力との間の切換調整を行う。このようにして、燃料電池発電部６０の作動が制御され、負荷１２に所望の電力が供給される。

図５は、フラッディングの解消または防止のための手順を示すフローチャートである。図５の各手順は、対応する燃料電池運転プログラムの一部を構成するフラッディング防止プログラムの各処理手順に対応する。以下では、図１から図４における符号を用いる。

燃料電池のフラッディングを解消・防止する手順の最初は、車両の傾斜角度θと、車速Ｖの検出である（Ｓ１０）。傾斜角度θの検出は、車両１０に設けられる傾斜センサ３０の出力を傾斜センサＩ／Ｆ（５４）を介してＣＰＵ４１が取得することで行われ、車速Ｖの検出は、車両１０に設けられる車速検出手段３２の出力を車速Ｉ／Ｆ（５６）を介してＣＰＵ４１が取得することで行われる。傾斜角度θと車速Ｖが取得されると、記憶部５２に記憶されているフラッディング判断マップを参照し、フラッディングしやすいか否かが判断される（Ｓ１２）。これらの機能は、制御部４０のＣＰＵ４１におけるフラッディング判断モジュール４２によって実行される。

フラッディングしやすいか否かの判断は、例えば、検出された（傾斜角度θ，車速Ｖ）の組合せを検索キーとしてフラッディング判断マップを検索し、そのフラッディング発生の評価または確率を取得し、予め定めた基準と比較することで行うことができる。例えば、フラッディング発生の評価が２以上のときに、フラッディングしやすいと判断するものと定めるときは、上記の例で、（θ＝３０°，Ｖ＝１０ｋｍ）と検出されると、これは、評価＝２であるので、フラッディングしやすいと判断される。例えば、（θ＝３０°，Ｖ＝３０ｋｍ）と検出されると、評価＝１であるので、上記判断基準に従えば、フラッディングしやすいとは判断されない。

フラッディングしやすいと判断されると、次に、フラッディング発生の評価または発生確率に従って、フラッディング解消・防止手段の起動が実行される（Ｓ１４からＳ２６）。この機能は、ＣＰＵ４１のフラッディング防止起動モジュール４４によって実行される。フラッディング解消・防止手段としては、燃料ガス流量の増大を実行する手段４５、燃料電池冷却水温の上昇化を図る手段４６、フラッディングの水を吹き飛ばすためのパージ実行手段４７、燃料電池から２次電池に電源を切り換える手段４８があり、これらは、フラッディング発生の評価または発生確率に応じて、実行が選択される。

例えば、フラッディング発生の評価が２のときは、燃料ガス流量の増大を実行する手段４５を起動させる（Ｓ１４）。具体的には、図２において、レギュレータ６４に指令を出し、燃料ガスの流量を予め定めた量だけ増量させることで実行される。

フラッディング発生の評価が３のときは、燃料ガス流量増大のみではフラッディング解消・防止に不十分と判断（Ｓ１６）することができる。この場合には、さらに、燃料電池冷却水温の上昇化を図る手段４６を起動させる（Ｓ１８）。具体的には、循環ポンプ８０に指令を出し、循環する水の流量を絞り、これにより冷却水の温度上昇を図る。また、必要に応じ、熱交換器８２に指令を出し、冷却水を加熱する。

フラッディング発生の評価が４のときは、（燃料ガス流量増大＋燃料電池冷却水温上昇）のみではフラッディング解消・防止に不十分と判断（Ｓ２０）することができる。この場合には、さらに、フラッディングの水を吹き飛ばすためのパージ実行手段４７を起動させる（Ｓ２２）。具体的には、レギュレータ６４に指令を出し、断続的に燃料ガスの流量を増減させ、その変化によって、生成水を吹き飛ばすことを図る。

フラッディング発生の評価が５のときは、（燃料ガス流量増大＋燃料電池冷却水温上昇＋パージ）のみではフラッディング解消・防止に不十分と判断（Ｓ２４）することができる。この場合には、電源切換を実行する（Ｓ２６）。すなわち、電力分配部１６に指令を出し、２次電池１４の電力を負荷１２に供給することで、車両１０運行に支障がないようにする。

このように、フラッディング発生の評価に従って、フラッディング解消・防止手段を選択し、適切な処理を実行することができる。フラッディング発生の評価に代えて、フラッディング発生確率に基づいて、フラッディング解消・防止手段を選択するものとしてもよい。

上記の４つの解消・防止手段の選択順序は、予め定めておくことで、上記以外の選択順序としてもよい。

また、端的に、フラッディングしやすいか否かの判断を、０か１とし、フラッディングしやすいと判断するときは、上記４つの解消・防止手段の中から、車両の走行状態に応じて、最も実行しやすいものを選択することとしてもよい。あるいは、４つの解消・防止手段の中から、複数のものを実行するものとしてもよい。

本発明に係る実施の形態において、車両用燃料電池システムの構成を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、燃料電池発電部の構成を説明する図 である。 本発明に係る実施の形態において、燃料電池スタックの構成を示す図で ある。 本発明に係る実施の形態において、燃料電池スタックの別の配置を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、フラッディング解消・防止のための手順 を示すフローチャートである。

符号の説明

８ 道路、１０ 車両、１２ 負荷、１４ ２次電池、１６ 電力分配部、２０ 車両用燃料電池システム、２２ 燃料電池スタック、３０ 傾斜センサ、３２ 車速検出手段、４０ 制御部、４１ ＣＰＵ、４２ フラッディング判断モジュール、４４ フラッディング防止起動モジュール、４５ 燃料ガス増量化手段、４６ 冷却水温上昇化手段、４７ パージ実行手段、４８ 電源切換手段、５０ 燃料電池運転モジュール、５２ 記憶部、５４ 傾斜センサＩ／Ｆ、５６ 車速Ｉ／Ｆ、６０ 燃料電池発電部、６２ 水素ガス源、６４ レギュレータ、６６ 循環昇圧器、６８ 排気バルブ、７０ 酸化ガス供給源、７２ ＡＣＰ、７４ 加湿器、７６ バイパス弁、７８ 希釈器、８０ 循環ポンプ、８２ 熱交換器、９０ マニフォールド、９１ ポート、９２ 単電池、９３ ＭＥＡ、９４ セパレータ、９６ 燃料ガス、９８ 溜まりやすい箇所。

Claims (7)

1. 車両に搭載される燃料電池の傾きまたは車両の傾きを検出する傾斜センサと、
   燃料電池のガス流量を推定する推定手段と、
   傾斜センサの検出結果と、推定手段の推定結果とに基づき、予め定めた判定条件に従って、燃料電池のフラッディングの状況を判断する判断手段と、
   を備えることを特徴とする車両用燃料電池システム。
2. 請求項１に記載の車両用燃料電池システムにおいて、
   判断手段の結果に基づき、フラッディング解消・防止手段を起動させる防止起動手段を備えることを特徴とする車両用燃料電池システム。
3. 請求項２に記載の車両用燃料電池システムにおいて、
   フラッディング解消・防止手段は、燃料電池に供給する燃料ガスの流量を増加させる燃料ガス増量手段であることを特徴とする車両用燃料電池システム。
4. 請求項２に記載の車両用燃料電池システムにおいて、
   フラッディング解消・防止手段は、燃料電池の冷却水の温度を上昇させる冷却水温上昇手段であることを特徴とする車両用燃料電池システム。
5. 請求項２に記載の車両用燃料電池システムにおいて、
   フラッディング解消・防止手段は、燃料電池の燃料ガスあるいは酸化ガスを用いて水分を吹き飛ばすためのパージを実行させるパージ実行手段であることを特徴とする車両用燃料電池システム。
6. 請求項１に記載の車両用燃料電池システムにおいて、
   判断手段の結果に基づき、燃料電池に代わって２次電池の電力で車両を走行させる電源切換手段を備えることを特徴とする車両用燃料電池システム。
7. 請求項１に記載の車両用燃料電池システムにおいて、
   推定手段は、燃料電池の発電電流に基づいてガス流量を推定することを特徴とする車両用燃料電池システム。

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