JP5012801B2 - 燃料電池システムおよび燃料電池車 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池システムおよび燃料電池車に関し、特に、外部から取り込んだ空気を圧縮して燃料電池に供給するコンプレッサを備えた燃料電池システムと、この燃料電池システムを備えた燃料電池車とに関する。

燃料電池は、アノードとカソードが、電解質膜を挟んでそれぞれ配置された構造を有している。そして、アノードに水素（燃料ガス）が供給され、カソードに酸素（酸化ガス）が供給されることによって、両電極間で電気化学反応が起こり起電力を生じる。

燃料ガスは、例えば、高圧水素タンクに貯蔵された高圧水素（例えば、７０ＭＰａ）を減圧した後、ガス供給路を通じてアノードに供給される。そして、アノードから排出された水素は、燃料ポンプによって再びガス供給路に送られる。一方、酸化ガスの供給は、例えば、コンプレッサを用いて、外気から取り込んだ空気をカソードに送ることにより行われる。

燃料電池システムには、上記の燃料ポンプやコンプレッサの他にも、冷却水を循環して燃料電池を冷却するための冷却水ポンプなどの回転機器が数多く備えられている。これらの回転機器では、消費電力、寿命および機器単体での騒音などを考慮した上で、各々の機器の運転回転数が設定される。しかし、各回転機器から発生する騒音周波数が近似すると、運転回転数に変動が生じた場合に干渉が起こり、耳障りな「うなり音」が生じるという問題があった。

これに対して、各回転機器のアイドル時の発生騒音周波数を相互に３０ヘルツ以上離れるように設定する方法が提案されている（特許文献１参照）。この方法によれば、２つ以上の回転機器から発生した騒音が１つの音として認識されるのを防止でき、また、うねり音を抑制できるので、人の聴覚に違和感を与えずに済むとされる。

日本特開２００４−１７８８４７号公報 日本特開平７−１９２７４３号公報 日本特開２００５−８３２０２号公報

しかしながら、コンプレッサを停止すると、高圧側である下流から低圧側である上流へと空気が逆流し、騒音が発生するという問題があった。この場合、空気の逆流を防ぐ逆止弁をコンプレッサに設けることも考えられるが、逆止弁が流路抵抗となって圧力損失を生じるために、カソードに空気を供給する効率が低下してしまう。

本発明は、こうした問題点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、コンプレッサを停止した際に、空気の逆流に起因して発生する騒音を抑制することのできる燃料電池システムを提供することにある。

また、本発明の目的は、上記の燃料電池システムを備えた燃料電池車を提供することにある。

本発明の他の目的および利点は以下の記載から明らかとなるであろう。

本発明の第１の態様は、燃料電池と、
外部から取り込んだ空気を圧縮しガス供給路を介して前記燃料電池に供給するコンプレッサと、
前記燃料電池への空気の供給を停止する際には、前記コンプレッサの上流側と下流側における圧力差が所定値以下となってから前記コンプレッサの運転を停止するようにプログラムされた制御装置と、
を備えることを特徴とする燃料電池システムに関する。

本発明の第１の態様において、前記燃料電池システムは、前記コンプレッサから前記燃料電池に供給される空気の圧力を調整する調圧弁をさらに有し、
前記調圧弁は、前記ガス供給路および前記燃料電池から排出されるガスの流路であるガス排出路の少なくとも一方に配置され、
制御装置は、前記調圧弁を開いてから前記圧力差が所定値以下となった後に前記コンプレッサの運転を停止するようにプログラムされている。

本発明の第１の態様において、前記燃料電池システムは、前記コンプレッサの下流側の空気を前記燃料電池を介さずに大気中に排出する排出弁をさらに有し、
制御装置は、前記排出弁を開いてから前記圧力差が所定値以下となった後に前記コンプレッサの運転を停止するようにプログラムされている。

本発明の第２の態様は、燃料電池と、
外部から取り込んだ空気を圧縮しガス供給路を介して前記燃料電池に供給するコンプレッサと、
前記燃料電池への空気の供給を停止する際には、前記コンプレッサの回転数を前記燃料電池の通常の発電時よりは低いがゼロでない値に設定した後、所定時間が経過してから前記コンプレッサの運転を停止するようにプログラムされている制御装置と、
を備えることを特徴とするものである。

本発明の第２の態様において、前記燃料電池システムは、前記コンプレッサから前記燃料電池に供給される空気の圧力を調整する調圧弁をさらに有し、
前記調圧弁は、前記ガス供給路および前記燃料電池から排出されるガスの流路であるガス排出路の少なくとも一方に配置され、
制御装置は、前記調圧弁を開いてから前記圧力差が所定値以下となった後に前記コンプレッサの運転を停止するようにプログラムされている。

本発明の第２の態様において、前記燃料電池システムは、前記コンプレッサの下流側の空気を前記燃料電池を介さずに大気中に排出する排出弁をさらに有し、
制御装置は、前記排出弁を開いてから前記圧力差が所定値以下となった後に前記コンプレッサの運転を停止するようにプログラムされている。

本発明の第３の態様は、燃料電池と、
外部から取り込んだ空気を圧縮しガス供給路を介して前記燃料電池に供給するコンプレッサと、
前記燃料電池から排出されるガスの経路であるガス排出路に配置された絞り弁と、
前記燃料電池への空気の供給を停止する際には、停止しない場合に比して前記絞り弁の開度を大きくした後に前記コンプレッサの運転を停止する制御装置と、
を備えることを特徴とするものである。

本発明の第４の態様は、本発明の第１から第３の何れか１の態様による燃料電池システムを搭載した燃料電池車であって、
加速操作部材の操作を検出する加速操作検出手段と、
減速操作部材の操作を検出する減速操作検出手段と、
前記加速操作部材の非操作中には、前記燃料電池に供給する空気の圧力を減圧し、前記加速操作部材の操作中には、前記燃料電池に供給する空気の圧力を加圧する圧力制御手段とを有し、
制御装置は、前記圧力制御手段によって空気の圧力を減圧した場合であって、前記減速操作部材が操作されている場合には、前記コンプレッサの運転を停止するようにプログラムされていることを特徴とするものである。

本発明の第５の態様は、本発明の第１から第３の何れか１の態様による燃料電池システムを搭載した燃料電池車であって、
加速操作部材の操作を検出する加速操作検出手段と、
前記加速操作部材の非操作中には、前記燃料電池に供給する空気の圧力を減圧し、前記加速操作部材の操作中には、前記燃料電池に供給する空気の圧力を加圧する圧力制御手段とを有し、
制御装置は、前記圧力制御手段によって空気の圧力を減圧した場合であって、前記加速操作部材が操作されなくなってから一定の時間が経過した場合には、前記コンプレッサの運転を停止するようにプログラムされていることを特徴とするものである。

本発明の第１の態様によれば、コンプレッサの上流側と下流側における圧力差が所定値以下となってからコンプレッサの運転を停止するので、空気の逆流に起因して発生する騒音を抑制することができる。

本発明の第２の態様によれば、コンプレッサの回転数を低下させてから所定時間が経過した後にコンプレッサの運転を停止するので、空気の逆流に起因して発生する騒音を抑制することができる。

本発明の第３の態様によれば、燃料電池への空気の供給を停止しない場合に比して絞り弁の開度を大きくした後にコンプレッサの運転を停止するので、空気の逆流に起因して発生する騒音を抑制することができる。

本発明の第４の態様によれば、燃料電池に供給する空気の無駄をなくして、燃費を向上させることができる。また、コンプレッサを停止した際に、空気の逆流に起因して発生する騒音を抑制することもできる。

本発明の第５の態様によれば、燃料電池に供給する空気の無駄をなくして、燃費を向上させることができる。また、コンプレッサを停止した際に、空気の逆流に起因して発生する騒音を抑制することもできる。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態における燃料電池システムの部分構成図である。この燃料電池システムは、車載用および据え置き型などの種々の用途に適用可能である。尚、図では、燃料電池のアノードにガスを供給する部分、例えば、アノードにガスを供給する燃料ガス供給系、燃料ガス供給系からの燃料ガスの流量を制御する燃料ガス流量制御装置、および、燃料電池から排出されたガスを再び燃料電池に供給する循環装置などは省略している。

図１に示すように、燃料電池システム１は、水素と酸素を供給されて起電力を生じる燃料電池２と、モータ３によって駆動されて、ガス供給路８を通じて、燃料電池２のカソード（図示せず）に空気を供給するコンプレッサ４と、コンプレッサ４の上流側および下流側に設けられた圧力センサ５，６と、コンプレッサ４を停止する際の動作を制御する制御装置７とを有する。コンプレッサ４は、空気の逆流を防止するための逆止弁を具備しない構造である。

図１において、水素は、ガス供給路９を通じてアノード（図示せず）に供給される。そして、アノードからガス排出路１０に排出されたガスは、再びガス供給路９に送られる。また、ガス排出路１０の途中には、排気バルブ（図示せず）を介して他の流路（図示せず）が接続しており、所定のタイミングで排気バルブが開かれると、アノードから排出されたガスは他の流路を通じて外部へと排出される。

燃料電池２は、内容積が大きく、また、圧力損失の大きい構造である。このため、燃料電池システム１では、コンプレッサ４で圧縮した空気を燃料電池２の内部に送り込んでいる。しかしながら、この状態でコンプレッサ４を突然停止させると、コンプレッサ４の下流側に残存した空気が膨張して上流側へ逆流する。このとき、破裂音などの騒音が発生する。

騒音を小さくするには、空気が逆流するのを抑制すればよく、そのためには、コンプレッサ４の上流側と下流側での圧力差ΔＰを小さくしてから、コンプレッサ４の運転を停止するようにすればよい。そこで、本実施の形態において、燃料電池システム１の運転を完全に停止する際には、すぐにコンプレッサ４を停止させずに、圧力差ΔＰが所定値以下となったことを確認してから運転を停止するようにする。

図２は、制御装置７によるコンプレッサ４の停止方法を説明するフローチャートである。尚、この図は、燃料電池システム１の運転を完全に停止する場合だけでなく、燃料電池２の発電を一時的に休止させる場合など、燃料電池２への空気の供給を停止するいずれの場合にも適用される。

図２に示すように、燃料電池システム１の運転停止動作が開始されると、まず、コンプレッサ４の回転数Ｒが、燃料電池２の通常の発電時よりは低いがゼロでない値、換言すると、所定値Ｒ０（但し、Ｒ＞Ｒ０）または所定値Ｒ０より小さい値Ｒ１に設定される（ステップＳ１０１）。すると、回転数Ｒは徐々に低下するようになって、空気の圧縮は停止される。但し、コンプレッサ４の運転は継続しているので、燃料電池２への空気の供給は停止されない。

コンプレッサ４の回転数Ｒは、コンプレッサ４の上流側と下流側の圧力差ΔＰに相関する。例えば、回転数Ｒが大きいほど下流側での圧力が高くなるので、圧力差ΔＰは大きくなる。そして、圧力差ΔＰが大きい状態でコンプレッサ４の運転を停止してしまうと、空気の逆流によって発生する騒音も大きなものとなる。そこで、圧力差ΔＰと騒音との関係を求め、許容できる騒音レベルに対応する圧力差ΔＰ０を決定する。次いで、この圧力差ΔＰ０を発生させるコンプレッサ４の回転数を求める。得られた値は、上記の所定値Ｒ０に対応する。

ステップＳ１０１において、回転数Ｒを所定値Ｒ０またはＲ１に設定すると、圧力差ΔＰは次第にΔＰ０に近づいて行く。そして、圧力差ΔＰがΔＰ０に等しくなったところ、または、ΔＰ０より小さくなったところで、コンプレッサ４の運転を停止すれば、発生する騒音を許容レベル以下の大きさとすることができる。

そこで、ステップＳ１０２では、圧力差ΔＰを求める。具体的には、圧力センサ５，６によって、圧力差ΔＰを求めることができる。尚、コンプレッサ４の上流側での圧力は大気圧に等しいので、大気圧を１気圧とすれば、コンプレッサ４の下流側での圧力を圧力センサ６で測定することにより圧力差ΔＰを求めることができる。

次に、得られた圧力差ΔＰがΔＰ０以下であるか否かを判定する（ステップＳ１０３）。ΔＰがΔＰ０以下でない場合には、ステップＳ１０２に戻る。次いで、ステップＳ１０３において、ΔＰがΔＰ０以下であるか否かを判定する動作を繰り返す。

一方、ステップＳ１０３で、ΔＰがΔＰ０以下である場合には、許容可能な騒音レベル以下の圧力差になったと判断して、コンプレッサ４の運転を停止する（ステップＳ１０４）。これにより、空気の逆流による騒音を抑制しつつ、燃料電池２への空気の供給を完全に停止することができる。

図３は、コンプレッサ４の下流側での圧力Ｐの経時変化を示したものである。上述したように、燃料電池システム１の運転停止動作が開始されると、ステップＳ１０１（図中の時刻ｔ０）において、コンプレッサ４の回転数ＲがＲ０またはＲ１に設定される。これにより、回転数Ｒが低下するので、圧力差ΔＰ、換言すると、コンプレッサ４の下流側での圧力Ｐは徐々に低下するようになる。そして、時刻ｔ１において、圧力Ｐが圧力Ｐ０に達する。圧力Ｐが圧力Ｐ０以下となったところで（すなわち、時刻ｔ１以降で）、コンプレッサ４の運転を停止すれば、空気の逆流による騒音を抑制することができる。但し、（Ｐ０−大気圧）＝ΔＰ０とする。

図３より、上記実施の形態は、次のように変形することもできる。すなわち、上記実施の形態では、圧力差ΔＰ（または、圧力Ｐ）を求め、この値がΔＰ０（または、Ｐ０）以下であるか否かを判定した。これに対して、ΔＰ≦ΔＰ０（または、Ｐ≦Ｐ０）となるまでの時間ｔを予め求めておき、ステップＳ１０１で回転数の設定値を変更してから時間ｔを経過した後に、コンプレッサ４が完全に停止するようにしてもよい。すなわち、時刻ｔ０から所定時間ｔが経過した時刻ｔ２において、コンプレッサ４を完全に停止してもよい。この方法によれば、圧力差ΔＰ（または、圧力Ｐ）を求めなくて済むので、制御装置７におけるシステムを簡略化することができる。

実施の形態２．
図４は、本実施の形態における燃料電池システムの部分構成図である。この燃料電池システムは、車載用および据え置き型などの種々の用途に適用可能である。尚、図では、燃料電池のアノードにガスを供給する部分、例えば、アノードにガスを供給する燃料ガス供給系、燃料ガス供給系からの燃料ガスの流量を制御する燃料ガス流量制御装置、および、燃料電池から排出されたガスを再び燃料電池に供給する循環装置などは省略している。

図４に示すように、燃料電池システム１１は、水素と酸素を供給されて起電力を生じる燃料電池１２と、モータ１３によって駆動されて、ガス供給路２０を通じて、燃料電池１２のカソード（図示せず）に空気を供給するコンプレッサ１４と、コンプレッサ１４の上流側および下流側に設けられた圧力センサ１５，１６と、コンプレッサ１４を停止する際の動作を制御する制御装置１７と、コンプレッサ１４から燃料電池１２に供給される空気の圧力を調整する調圧弁１８と、コンプレッサ１４の下流側の空気を燃料電池１２を介さずに大気中に排出する排出弁１９とを有する。尚、コンプレッサ１４は、空気の逆流を防止するための逆止弁を具備しない構造である。

図４において、水素は、ガス供給路２２を通じてアノード（図示せず）に供給される。そして、アノードからガス排出路２３に排出されたガスは、再びガス供給路２２に送られる。また、ガス排出路２３の途中には、排気バルブ（図示せず）を介して他の流路（図示せず）が接続しており、所定のタイミングで排気バルブが開かれると、アノードから排出されたガスは他の流路を通じて外部へと排出される。

図４の例では、調圧弁１８は、燃料電池１２から排出されるガスの流路であるガス排出路２１に設けられている。但し、本発明はこれに限られるものではなく、ガス供給路２０に調圧弁１８を設けてもよく、ガス排出路２１とガス供給路２０の双方に調圧弁１８を設けてもよい。

燃料電池１２は、内容積が大きく、また、圧力損失の大きい構造である。このため、燃料電池システム１１では、コンプレッサ１４で圧縮した空気を燃料電池１２の内部に送り込んでいる。しかしながら、この状態でコンプレッサ１４を突然停止させると、コンプレッサ１４の下流側に残存した空気が膨張して上流側へ逆流する。このとき、破裂音などの騒音が発生する。

騒音を小さくするには、空気が逆流するのを抑制すればよく、そのためには、コンプレッサ１４の上流側と下流側での圧力差ΔＰを小さくしてから、コンプレッサ１４の運転を停止するようにすればよい。そこで、実施の形態１と同様に、本実施の形態においても、燃料電池システム１１の運転を完全に停止する際には、すぐにコンプレッサ１４を停止させずに、圧力差ΔＰが所定値以下となったことを確認してから運転を停止するようにする。

本実施の形態は、コンプレッサ１４の回転数を小さくすることによって、圧力差ΔＰを小さくする点で実施の形態１と共通する。そして、さらに、本実施の形態では、調圧弁１８を開くことによって、コンプレッサ１４の下流側での圧力損失を小さくすることを特徴としている。

図５は、制御装置１７によるコンプレッサ１４の停止方法を説明するフローチャートである。尚、この図は、燃料電池システム１１の運転を完全に停止する場合だけでなく、燃料電池１２の発電を一時的に休止させる場合など、燃料電池１２への空気の供給を停止するいずれの場合にも適用される。

図５に示すように、燃料電池システム１１の運転停止動作が開始されると、まず、コンプレッサ１４の回転数Ｒが、燃料電池１２の通常の発電時よりは低いがゼロでない値、換言すると、所定値Ｒ０（但し、Ｒ＞Ｒ０）または所定値Ｒ０より小さい値Ｒ１に設定される（ステップＳ２０１）。すると、回転数Ｒは徐々に低下するようになって、空気の圧縮は停止される。但し、コンプレッサ１４の運転は継続しているので、燃料電池１２への空気の供給は停止されない。

コンプレッサ１４の回転数Ｒは、コンプレッサ１４の上流側と下流側の圧力差ΔＰに相関する。例えば、回転数Ｒが大きいほど下流側での圧力が高くなるので、圧力差ΔＰは大きくなる。そして、圧力差ΔＰが大きい状態でコンプレッサ１４の運転を停止してしまうと、空気の逆流によって発生する騒音も大きなものとなる。そこで、圧力差ΔＰと騒音との関係を求め、許容できる騒音レベルに対応する圧力差ΔＰ０を決定する。次いで、この圧力差ΔＰ０を発生させるコンプレッサ１４の回転数を求める。得られた値は、上記の所定値Ｒ０に対応する。

次に、調圧弁１８を全開にする（ステップＳ２０２）。これにより、コンプレッサ１４の下流側での圧力損失を小さくすることができる。ここで、調圧弁１８に代えて、排出弁１９を全開にしてもよい。これにより、コンプレッサ１４の下流側での空気を排出させることができる。尚、調圧弁１８および排出弁１９のいずれをも全開にすることもできる。

ステップＳ２０１において、回転数Ｒを所定値Ｒ０またはＲ１に設定すると、圧力差ΔＰは次第にΔＰ０に近づいて行く。そして、ステップＳ２０２において、調圧弁１８および排出弁１９の少なくとも一方を開くことにより、コンプレッサ１４の下流側における圧力を速く小さくすることができるので、圧力差ΔＰがΔＰ０に近づく速度を速めることができる。そして、圧力差ΔＰがΔＰ０に等しくなったところ、または、ΔＰ０より小さくなったところで、コンプレッサ１４の運転を停止すれば、発生する騒音を許容レベル以下の大きさとすることができる。

そこで、ステップＳ２０３では、圧力差ΔＰを求める。具体的には、圧力センサ１５，１６によって、圧力差ΔＰを求めることができる。尚、コンプレッサ１４の上流側での圧力は大気圧に等しいので、大気圧を１気圧とすれば、コンプレッサ１４の下流側での圧力を圧力センサ１６で測定することにより圧力差ΔＰを求めることができる。

次に、得られた圧力差ΔＰがΔＰ０以下であるか否かを判定する（ステップＳ２０４）。ΔＰがΔＰ０以下でない場合には、ステップＳ２０３に戻る。次いで、ステップＳ２０４において、ΔＰがΔＰ０以下であるか否かを判定する動作を繰り返す。

一方、ステップＳ２０４で、ΔＰがΔＰ０以下である場合には、許容可能な騒音レベル以下の圧力差になったと判断して、コンプレッサ１４の運転を停止する（ステップＳ２０５）。これにより、空気の逆流による騒音を抑制しつつ、燃料電池１２への空気の供給を完全に停止することができる。

図６は、コンプレッサ１４の下流側での圧力Ｐの経時変化を示したものである。実施の形態１で説明した図３と同様に、時刻ｔ０において燃料電池システム１１の運転停止動作が開始されると、圧力差ΔＰ、換言すると、コンプレッサ１４の下流側での圧力Ｐは徐々に低下するようになる。そして、時刻ｔ３において、圧力Ｐが圧力Ｐ０に達する。本実施の形態では、コンプレッサ１４の回転数を低下させることに加えて、調圧弁１８および排出弁１９の少なくとも一方を開くので、実施の形態１に比べて圧力Ｐの低下速度は速くなる。したがって、より短い時間ｔ′でＰ０以下の圧力にすることができる。但し、（Ｐ０−大気圧）＝ΔＰ０とする。

図６より、上記実施の形態は、次のように変形することもできる。すなわち、上記実施の形態では、圧力差ΔＰ（または、圧力Ｐ）を求め、この値がΔＰ０（または、Ｐ０）以下であるか否かを判定した。これに対して、ΔＰ≦ΔＰ０（または、Ｐ≦Ｐ０）となるまでの時間ｔ′を予め求めておき、ステップＳ２０１で回転数の設定値を変更してから時間ｔ′を経過した後に、コンプレッサ１４が完全に停止するようにしてもよい。すなわち、時刻ｔ０から所定時間ｔ’が経過した時刻ｔ４において、コンプレッサ１４を完全に停止してもよい。この方法によれば、圧力差ΔＰ（または、圧力Ｐ）を求めなくて済むので、制御装置１７におけるシステムを簡略化することができる。

また、上記実施の形態は、図７に示すように変形することができる。図７は、実施の形態２の変形例において、制御装置１７により実行されるコンプレッサ１４の停止方法を説明するフローチャート図である。図７に示すフローは、燃料電池１２への空気の供給を停止する際に起動される。
図７に示すフローによれば、図５に示すフローと同様に、コンプレッサ１４の回転数Ｒが所定値Ｒ０（またはＲ１）に設定され（ステップＳ２０１）、その後調圧弁１８が全開にされる（ステップＳ２０２）。その後、図５に示すフローとは異なり、コンプレッサ１４の運転を停止する（ステップＳ２０５）。
ここで、調圧弁１８を全開にすると、コンプレッサ１４下流の圧力損失が小さくなるため、コンプレッサ１４下流の圧力が短時間で大気圧に近づくこととなる。すなわち、調圧弁１８を全開にすることで、コンプレッサ１４下流の圧力を瞬時に低下させることができる。よって、本変形例のように、調圧弁１８を全開にした直後にコンプレッサ１４の運転を停止するようにしても、空気の逆流に起因して発生する騒音を抑制することができる。

なお、上記ステップＳ２０２の処理では、調圧弁１８の開度が全開にされているが、調圧弁１８の開度は、燃料電池１２への空気供給を停止しない場合の開度に比して大きな開度にされればよい。

また、上記実施の形態及び変形例では、空気圧を調整するための調圧弁１８を備えたシステムに本発明を適用する場合について説明したが、かかる調圧弁１８の代わりに、少なくとも開度を変更可能な絞り弁をガス排出路２１に備えていればよい。燃料電池１２への空気供給を停止する場合には、停止しない場合に比して該絞り弁の開度を大きく（例えば、全開に）することで、空気の逆流に起因して発生する騒音を抑制することができる。
また、図４に示すシステムにおいて排出弁１９が設けられているが、排出弁１９は必ずしも設けなくてもよい。

実施の形態３．
実施の形態１および実施の形態２では、燃料電池システムの運転を完全に停止する場合だけでなく、燃料電池の発電を一時的に休止させる場合なども含めて、燃料電池への空気の供給を停止する際のコンプレッサの停止方法について述べた。こうした場合の具体例として、燃料電池システムを搭載した車両を減速させたり、停止させたりする場合が挙げられる。すなわち、車両の減速や停止時には、燃費を向上させる点から、コンプレッサの運転を停止させることが好ましい。そこで、本実施の形態においては、車両を減速または停止させる際に、空気の逆流に起因して発生する騒音を抑制しつつ、コンプレッサを停止させる方法について述べる。

本実施の形態の車両は、実施の形態１または実施の形態２に記載した燃料電池システムを備える燃料電池車である。以下、実施の形態２の燃料電池システム１１を備える燃料電池車について説明する。図８は、実施の形態３による燃料電池車を説明するための概略図である。この燃料電池車１００は、アクセルペダル３１の操作を検出するアクセル操作検出手段３２と、ブレーキペダル３３の操作を検出するブレーキ操作検出手段３４と、アクセルペダル３１がオフであるときには、燃料電池１２に供給する空気の圧力を減圧し、アクセルペダル３１がオンであるときには、燃料電池１２に供給する空気の圧力を加圧する圧力制御手段３５とを有する。そして、圧力制御手段３５によって空気の圧力を減圧した場合であって、ブレーキペダル３３が操作されている場合には、コンプレッサ１４の運転を停止することを特徴としている。
なお、圧力制御手段３５は、制御装置１７（７）内に設けられていてもよい。すなわち、圧力制御手段３５が、制御装置１７（７）の一部を構成していてもよい。

アクセルペダル３１とアクセル操作検出手段３２は、それぞれ本発明における加速操作部材と加速操作検出手段に対応する。また、ブレーキペダル３３とブレーキ操作検出手段３４は、それぞれ本発明における減速操作部材と減速操作検出手段に対応する。そして、アクセルペダル３１がオンとは、加速操作部材が操作中のことであり、アクセルペダル３１がオフとは、加速操作部材が非操作中のことである。また、ブレーキペダル３３がオンとは、減速操作部材が操作中のことであり、ブレーキペダル３３がオフとは、減速操作部材が非操作中のことである。

図９は、本実施の形態におけるコンプレッサの制御方法を説明するフローチャートである。この図に示すように、まず、アクセル操作検出手段３２によって、アクセルペダル３１がオフであるか否かを判定する（ステップＳ３０１）。アクセルペダル３１がオフである場合には、圧力制御手段３５によって、コンプレッサ１４の回転数を下げて空気を減圧する。これにより、燃料電池１２への空気の供給量を少なくして、燃料電池１２の発電量を低減することができる（ステップＳ３０２）。一方、アクセルペダル３１がオンである場合には、上記ステップＳ３０１の処理に戻る。

次に、ブレーキ操作検出手段３４によって、ブレーキ操作がされているか否かを判定する（ステップＳ３０３）。尚、ステップＳ３０３では、アクセルペダル３１がオフとなってから一定の時間が経過しているか否かを判定してもよい。この場合、上記のブレーキ操作検出手段３４は不要とすることができる。

ステップＳ３０３で、ブレーキ操作がされていない場合、または、一定の時間が経過していない場合には、アクセルペダル３１がオンとなっているか否かを判定する（ステップＳ３０４）。アクセルペダル３１がオンとなっていない場合には、ステップＳ３０３に戻る。次いで、ステップＳ３０４において、アクセルペダル３１がオンとなっているか否かを判定する動作を繰り返す。

ステップＳ３０４で、アクセルペダル３１がオンとなっている場合には、圧力制御手段３５によって、コンプレッサ１４の回転数を上げて空気を加圧する。これにより、燃料電池１２に供給する空気の量を多くして、燃料電池１２での発電量が大きくなるようにすることができる（ステップＳ３０５）。その後は、ステップＳ３０１に戻って上記の動作を繰り返す。

一方、ステップＳ３０３で、ブレーキ操作がされている場合、または、一定の時間が経過している場合には、車両が減速または停止しようとしていると判断して、コンプレッサ１４の運転を停止する（ステップＳ３０６）。

ステップＳ３０６では、実施の形態１または実施の形態２で述べた制御装置１７（７）によって、コンプレッサ１４（４）の運転を停止することができる。すなわち、図２で述べた制御方法にしたがい、コンプレッサの回転数を低下させて、コンプレッサ１４の上流側と下流側における圧力差ΔＰがΔＰ０以下となったところで運転を停止するようにする。あるいは、コンプレッサ１４の回転数を低下させてから、所定時間が経過したところで運転を停止するようにしてもよい。いずれの場合においても、燃料電池システム１１に、コンプレッサ１４から燃料電池１２に供給される空気の圧力を調整する調圧弁１８（もしくは絞り弁）が設けられている場合には、図５で述べた制御方法にしたがい、コンプレッサ１４の回転数を低くした後で、調圧弁１８（もしくは絞り弁）を全開にすることができる。また、燃料電池システム１１に、コンプレッサ１４の下流側の空気を排出する排出弁１９が設けられている場合には、コンプレッサ１４の回転数を低くした後で、排出弁１９を全開にしてもよい。さらに、調圧弁１８（もしくは絞り弁）と排出弁１９の両方が設けられている場合には、コンプレッサ１４の回転数を低くした後で、これらを共に全開にすることもできる。

ステップＳ３０６でコンプレッサ１４を停止した後は、システムの停止スイッチがオンとなっているか否かを判定する（ステップＳ３０７）。オンとなっていれば、車両は完全に停止していると判断して、コンプレッサ１４に対する制御を終了する。

一方、システムの停止スイッチがオフとなっている場合には、車両は一時的に停止しているに過ぎないと判断し、次に、アクセルペダル３１がオンとなっているか否かを判定する（ステップＳ３０８）。アクセルペダル３１がオンとなっていなければ、ステップＳ３０７に戻る。

ステップＳ３０８で、アクセルペダル３１がオンとなっている場合には、再びコンプレッサ１４を起動させる（ステップＳ３０９）。次いで、ステップＳ３０５に進み、圧力制御手段３５によって、燃料電池１２に供給する空気の量を多くして、燃料電池１２での発電量が大きくなるようにする。その後は、ステップＳ３０１に戻って上記の動作を繰り返す。

本実施の形態によれば、アクセル操作検出手段３２と圧力制御手段３５によって、燃料電池１２に供給する空気の圧力を制御する。さらに、アクセル操作検出手段３２とブレーキ操作検出手段３４によって、車両の減速または停止を感知してコンプレッサ１４を停止させる。したがって、燃料電池１２に供給する空気の無駄をなくして、燃費を向上させることができる。また、コンプレッサ１４の上流側と下流側での圧力差ΔＰを小さくしてから、コンプレッサ１４の運転を停止するので、空気の逆流に起因して発生する騒音を抑制することもできる。

尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々変形して実施することができる。

実施の形態１における燃料電池システムの部分構成図である。 実施の形態１において、コンプレッサの制御方法のフローチャート図である。 実施の形態１において、コンプレッサの下流側における圧力の経時変化である。 実施の形態２における燃料電池システムの部分構成図である。 実施の形態２において、コンプレッサの制御方法のフローチャート図である。 実施の形態２において、コンプレッサの下流側における圧力の経時変化である。 実施の形態２の変形例において、制御装置１７により実行されるコンプレッサ１４の停止方法を説明するフローチャート図である。 実施の形態３による燃料電池車を説明するための概略図である。 実施の形態３において、コンプレッサの制御方法のフローチャート図である。

符号の説明

１，１１ 燃料電池システム
２，１２ 燃料電池
３，１３ モータ
４，１４ コンプレッサ
５，６，１５，１６ 圧力センサ
７，１７ 制御装置
８，９，２０，２２ ガス供給路
１０，２１，２３ ガス排出路
１８ 調圧弁
１９ 排出弁
３１ アクセルペダル
３２ アクセル操作検出手段
３３ ブレーキペダル
３４ ブレーキ操作検出手段
３５ 圧力制御手段
１００ 燃料電池車

Claims (9)

1. 燃料電池と、
   外部から取り込んだ空気を圧縮しガス供給路を介して前記燃料電池に供給するコンプレッサと、
   前記燃料電池への空気の供給を停止する際には、前記コンプレッサの上流側と下流側における圧力差が所定値以下となってから前記コンプレッサの運転を停止するようにプログラムされた制御装置と、
   を備えることを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記コンプレッサから前記燃料電池に供給される空気の圧力を調整する調圧弁をさらに有し、
   前記調圧弁は、前記ガス供給路および前記燃料電池から排出されるガスの流路であるガス排出路の少なくとも一方に配置され、
   前記制御装置は、前記調圧弁を開いてから前記圧力差が所定値以下となった後に前記コンプレッサの運転を停止するようにプログラムされていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記コンプレッサの下流側の空気を前記燃料電池を介さずに大気中に排出する排出弁をさらに有し、
   前記制御装置は、前記排出弁を開いてから前記圧力差が所定値以下となった後に前記コンプレッサの運転を停止するようにプログラムされていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
4. 燃料電池と、
   外部から取り込んだ空気を圧縮しガス供給路を介して前記燃料電池に供給するコンプレッサと、
   前記燃料電池への空気の供給を停止する際には、前記コンプレッサの回転数を前記燃料電池の通常の発電時よりは低いがゼロでない値に設定した後、所定時間が経過してから前記コンプレッサの運転を停止するようにプログラムされた制御装置と、
   を備えることを特徴とする燃料電池システム。
5. 前記コンプレッサから前記燃料電池に供給される空気の圧力を調整する調圧弁をさらに有し、
   前記調圧弁は、前記ガス供給路および前記燃料電池から排出されるガスの流路であるガス排出路の少なくとも一方に配置され、
   前記制御装置は、前記調圧弁を開いてから前記圧力差が所定値以下となった後に前記コンプレッサの運転を停止するようにプログラムされてい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. 前記コンプレッサの下流側の空気を前記燃料電池を介さずに大気中に排出する排出弁をさらに有し、
   前記制御装置は、前記排出弁を開いてから前記圧力差が所定値以下となった後に前記コンプレッサの運転を停止するようにプログラムされてい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。
7. 燃料電池と、
   外部から取り込んだ空気を圧縮しガス供給路を介して前記燃料電池に供給するコンプレッサと、
   前記燃料電池から排出されるガスの経路であるガス排出路に配置された絞り弁と、
   前記燃料電池への空気の供給を停止する際には、停止しない場合に比して前記絞り弁の開度を大きくした後に前記コンプレッサの運転を停止するようにプログラムされた制御装置と、
   を備えることを特徴とする燃料電池システム。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料電池システムを搭載した燃料電池車であって、
   加速操作部材の操作を検出する加速操作検出手段と、
   減速操作部材の操作を検出する減速操作検出手段と、
   前記加速操作部材の非操作中には、前記燃料電池に供給する空気の圧力を減圧し、前記加速操作部材の操作中には、前記燃料電池に供給する空気の圧力を加圧する圧力制御手段と、を有し、
   前記制御装置は、前記圧力制御手段によって空気の圧力を減圧した場合であって、前記減速操作部材が操作されている場合には、前記コンプレッサの運転を停止するようにプログラムされていることを特徴とする燃料電池車。
9. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料電池システムを搭載した燃料電池車であって、
   加速操作部材の操作を検出する加速操作検出手段と、
   前記加速操作部材の非操作中には、前記燃料電池に供給する空気の圧力を減圧し、前記加速操作部材の操作中には、前記燃料電池に供給する空気の圧力を加圧する圧力制御手段と、を有し、
   前記制御装置は、前記圧力制御手段によって空気の圧力を減圧した場合であって、前記加速操作部材が操作されなくなってから一定の時間が経過した場合には、前記コンプレッサの運転を停止するようにプログラムされていることを特徴とする燃料電池車。

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