JP5109362B2 - 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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Description

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法に関する。
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、所望の電圧、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（ＡＣＰ）、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、そのタイミングにも配慮が行われる。
例えば、特許文献１には、ＩＧオンから燃料電池の抵抗測定を行い、その後にＲＥＡＤＹを立て、モータ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、特許文献２には、ＩＧオンからガスセンサのヒータの通電起動を行い、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。
特許文献３には、燃料電池車両の制御装置として、イグニッションスイッチに対応するスタートスイッチがオンされると、キャパシタスイッチを閉じ（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暖機を行い、その後にメインスイッチを閉じ(オン)て、モータに電力を供給することが開示されている。
特開２００５−３３２７０２号公報 国際公開第０３／０９６００１号パンフレット 特開２００４−１７８９９８号公報
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、例えばグリッ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。特許文献１、２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タ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。特許文献３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。
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操作子がオンされてから任意に設定された待機時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において、前記消費電力抑制手段は、前記待機期間において、負荷である前記補機に対する電力消費を低減する低減指示の入力によって、前記電力供給を停止することが好ましい。
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、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の起動方法は、第１操作子のオンによって燃料電池のための補機の作動を制御する制御コントローラを起動させ、前記補機に電力を供給する指示を与える工程と、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時間が経過したか否かを判断する工程と、前記待機時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電源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。
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状態において、第１操作子がオンされてから任意に設定された待機時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。
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。
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１４ＶＤＣ／ＤＣコンバータ、１４Ｖバッテリ、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もよい。
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、１４Ｖ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、１４Ｖ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、キャパシタ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、グリッド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１０の構成図である。燃料電池システム１０は、高電圧２次電池１２と、システムメインリレー１４と、１４ＶＤＣ／ＤＣコンバータ１６と、高電圧２次電池側平滑コンデンサ１８と、電圧変換器２０と、燃料電池側平滑コンデンサ２２と、燃料電池スタック２４とを含んで構成される。また、１４ＶＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力は、１４Ｖバッテリ２６に接続される。１４Ｖバッテリ２６に関係するブロック３０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１０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、Ｍ／Ｇインバータ８が接続され、Ｍ／Ｇインバータ８には、車両用モータ・ジェネレータ（Ｍ／Ｇ）６が接続される。
高電圧２次電池１２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、２００Ｖから４００Ｖ程度、例えば、約２８８Ｖ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１４は、高電圧２次電池１２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。
１４ＶＤＣ／ＤＣコンバータ１６は、高電圧電力を１４Ｖの低電圧に調整し、低電圧電源である１４Ｖバッテリ２６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、１４Ｖバッテリ２６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１８は、高電圧２次電池１２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２０は、高電圧２次電池側の高電圧電力と、燃料電池スタック２４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２２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２４は、燃料電池セルと呼ばれる単電池を複数組み合わせて、２００Ｖから４００Ｖ程度の高電圧、例えば約２８８Ｖ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、カ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っ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２４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２４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１２と燃料電池スタック２４とによって構成される電源の直流電力は、Ｍ／Ｇインバータ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タ・ジェネレータ６の回生電力をＭ／Ｇインバータ８によって直流電力に変換し、これを高電圧２次電池１２に充電させることができる。
図２は、燃料電池システム１０の中で、１４Ｖバッテリ２６に関係するブロック３０の詳細を示す図である。ここで、１４Ｖバッテリ２６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、１４Ｖバッテリ２６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４０と、コントローラ等４２と、ＦＣ用補機等４４である。なお、ＦＣとは、Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌの略で、燃料電池を示している。このうち、ＦＣ用補機等４４は、燃料電池側平滑コンデンサ２２と燃料電池スタック２４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、１４Ｖバッテリ２６からの電力供給と、燃料電池スタック２４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、１４Ｖバッテリ２６とこれらの各グループとの間に、ＩＧスイッチ３２、アクセサリスイッチ３４、スタートスイッチ３６、ＦＣインバータ等スイッチ３８が設けられる。
アクセサリ等４０は、車両に搭載されるライター、オーディオ、ナビゲーション装置等の複数の要素のグループである。１４Ｖバッテリ２６とアクセサリ等４０の間には、アクセサリスイッチ３４が設けられる。アクセサリスイッチ３４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イッチ３４がオンすると、アクセサリ等４０に電力が供給され、ライター等が使用可能となる。
コントローラ等４２は、センサ・空調機等４６と、コントローラ４８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１０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２４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２４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、ヒータ、冷媒循環ポンプ等が含まれる。
コントローラ４８は、燃料電池システム１０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１０の始動制御を行う機能を有する。かかるコントローラ４８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、マイクロ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４８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ータの機能とすることもできる。例えば、ハイブリッドＣＰＵを有する車両の場合、コントローラ４８の機能をハイブリッドＣＰＵにもたせてもよい。
コントローラ４８は、制御機能として、燃料電池システム１０の作動全体を制御する電源系制御モジュール４９と、特に、ＦＣ用補機等４４に起動指令を与えるＦＣ起動指令モジュール５０と、後述するＦＣインバータ等スイッチ３８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５１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。
１４Ｖバッテリ２６とコントローラ等４２との間には、ＩＧスイッチ３２が設けられる。ＩＧとは、ＩＧｎｉｔｉｏｎ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１０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、イグニッションスイッチといえば、車両の起動スイ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、車両の起動スイッチとしての操作子の意味で、ＩＧスイッチの語をそのまま用いるものとする。
ＩＧスイッチ３２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ＩＧスイッチ３２がオンすると、コントローラ等４２に電力が供給され、コントローラ４８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、ＩＧスイッチ３２は、車両の制御システムの起動を指示するスイッチであり、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、他のスイッチと区別して、特に第１スイッチまたは第１操作子と呼ぶことができる。
なお、上記では、ＩＧスイッチ３２と別にアクセサリスイッチ３４を設けるものとして説明したが、ＩＧスイッチ３２と同時にアクセサリスイッチ３４が作動するものとして、実質上１つのスイッチで、コントローラ等４２とアクセサリ等４０を立ち上げるものとしてもよい。
ＩＧスイッチ３２とは別に、１４Ｖバッテリ２６とコントローラ４８との間にはスタートスイッチ３６が設けられる。図２で示されるように、スタートスイッチ３６のオン・オフ信号５２はコントローラ４８に伝達され、スタートスイッチ３６がオンとなったことをコントローラ４８が検出すると、ＦＣ起動指令モジュール５０の機能により、ＦＣ起動指令信号５４がＦＣ用補機等４４に対し出力される。
スタートスイッチ３６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イッチ３６がオンすると、上記のように、ＦＣ用補機等４４にＦＣ起動指令信号５４が出力される。ＦＣ用補機等４４にＦＣ起動指令信号５４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、ＦＣ用補機等４４が起動するので、スタートスイッチ３６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イッチとしての操作子の機能を有する。このように、スタートスイッチ３６は、ＩＧスイッチ３２がオンされた後で、次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、他のスイッチと区別して、特に第２スイッチまたは第２操作子と呼ぶことができる。
ＦＣ用補機等４４は、燃料電池スタック２４を作動させるために用いられる電気機器である。ＦＣ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ック２４に供給するエアコンプレッサ（ＡＣＰ）７０、燃料ガスである水素を燃料電池スタック２４に送りこむための水素ポンプ７２、燃料電池スタック２４等を冷却する冷却水ポンプ７４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タ回路６０，６２，６４が含まれる。また、燃料電池スタック２４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６６
も、燃料電池スタック２４を作動させるために用いられる電気機器として、ＦＣ用補機等４４に含まれる。
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が設けられる。図２で示されるように、ＦＣインバータ等スイッチ３８は、インバータ回路６０，６２，６４と、セルモニタ６６とに、１４Ｖバッテリ２６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イッチである。ＦＣインバータ等スイッチ３８は、図２で説明した他のＩＧスイッチ３２、アクセサリスイッチ３４、スタートスイッチ３６とは異なり、運転者等の操作によらずに、コントローラ４８の消費電力抑制モジュール５１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５１の機能の内容を説明する。消費電力抑制モジュール５１は、ＩＧスイッチ３２のオン・オフ信号と、スタートスイッチ３６のオン・オフ信号とに基づき、ＦＣインバータ等スイッチ３８のオン・オフ制御信号５６を出力する。具体的には、第１スイッチであるＩＧスイッチ３２がオンされてから、第２スイッチであるスタートスイッチ３６がオンされるまでの待機期間において、第１スイッチがオンされてから任意に設定された待機時間が経過してから第２スイッチがオンされるまでの期間について、ＦＣ用補機等４４への１４Ｖバッテリ２６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ＩＧスイッチ３２は、車両の起動を指示するスイッチであり、第２操作子であるスタートスイッチ３６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イッチである。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ＩＧスイッチ３２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３６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５１が出力するオン・オフ制御信号５６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、ＦＣ用補機等４４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ＩＧスイッチ３２がオンされてから、第２操作子であるスタートスイッチ３６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スイッチがオンされてから任意に設定された待機時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５６がオフされる。このオン・オフ制御信号５６のオフが、負荷への電力消費を低減する低減指示となる。
ＦＣ用補機等４４は、上記のように、燃料電池スタック２４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３６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、ＩＧスイッチ３２のオンと共にＦＣ用補機等４４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イッチ３６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、ＩＧスイッチ３２のオンの後、しばらくスタートスイッチ３６がオンされないとすると、その間のＦＣ用補機等４４の運転は無駄となる。そこで、ＩＧスイッチ３２のオンと共にＦＣ用補機等４４を立ち上げるものとしてスタートスイッチ３６のオンを待機するが、ＩＧスイッチ３２のオンからの経過時間が長い場合には、一旦、ＦＣ用補機等４４への電力供給を停止し、スタートスイッチ３６のオンを待って、ＦＣ用補機等４４への電力供給を再開するものとする。これにより、燃料電池システム１０の起動時において、第２スイッチであるスタートスイッチ３６がオンされるまでのＦＣ用補機等４４により無駄に消費される１４Ｖバッテリ２６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１０の動作、特に、コントローラ４８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１０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１０の各スイッチのオン・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、各スイッチのオン・オフが示されている。
燃料電池システム１０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、ＩＧスイッチ３２がオンされたか否かの判断である（Ｓ１０）。ＩＧスイッチ３２がオンされる判断されるまでＳ１０の工程は繰り返され、ＩＧスイッチ３２がオンされたと判断されると、ＦＣインバータ等スイッチ３８がオンされる（Ｓ１２）。これらの機能は、実際には、コントローラ４８に１４Ｖバッテリ２６の電力が供給されることでコントローラ４８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５６をオン信号として、ＦＣインバータ等スイッチ３８に対し出力することで実行される。これにより、ＦＣ用補機等４４が起動する。
次に、スタートスイッチ３６がオンされたか否かが判断される（Ｓ１４）。通常はＩＧスイッチ３２のオンと同時にスタートスイッチ３６がオンされることはないので、次に、ＩＧスイッチ３２がオンしてからの経過時間ｔを、予め定めた待機時間ｔ０と比較する(Ｓ１６)。待機時間ｔ０は任意に設定できるが、例えば、５ｓｅｃ等と定めることができる。経過時間ｔが待機時間ｔ０未満であるときは、Ｓ１４に戻る。
経過時間ｔが待機時間ｔ０に到達する前に、スタートスイッチ３６がオンされたと判断される（Ｓ１４）と、その状態で、図３の手順は終了する。つまり、ＦＣインバータ等スイッチ３８はオンされたままで維持される。
スタートスイッチ３６がオンされたと判断される前に、経過時間ｔが待機時間ｔ０に到達すると、ＦＣインバータ等スイッチ３８がオフされる（Ｓ１８）。その様子が図４に示される。この機能は、コントローラ４８の消費電力抑制モジュール５１の機能により、オン・オフ制御信号５６をオフ信号として、ＦＣインバータ等スイッチ３８に対し出力することで実行される。これにより、ＦＣ用補機等４４に対し、１４Ｖバッテリ２６からの電力供給が停止する。
その後、スタートスイッチ３６がオンになるか否かが判断される（Ｓ２０）。スタートスイッチ３６がオンされる判断されるまでＳ２０の工程は繰り返され、スタートスイッチ３６がオンされたと判断されると、再びＦＣインバータ等スイッチ３８がオンされる（Ｓ２２）。これにより、ＦＣ用補機等４４が起動する。ここでは、スタートスイッチ３６のオンと同時に、あるいは適当な処理時間をおいて、ＦＣ用補機等４４に１４Ｖバッテリ２６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スイッチがオンされるまでのＦＣ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、燃料電池や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アクセルペダル等のア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、ア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操作子がオンされてから、第２操作子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スイッチがオンされてから任意に設定された待機時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ったときに、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。
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。 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、１４Ｖバッテリに関係するブロックの詳細を示す図である。 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。 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イッチのオン・オフのタイミングを示すタイムチャートである。
符号の説明
６ 車両用モータ・ジェネレータ、８ Ｍ／Ｇインバータ、１０ 燃料電池システム、１２ 高電圧２次電池、１４ システムメインリレー、１６ １４ＶＤＣ／ＤＣコンバータ、１８ 高電圧２次電池側平滑コンデンサ、２０ 電圧変換器、２２ 燃料電池側平滑コンデンサ、２４ 燃料電池スタック、２６ １４Ｖバッテリ、３０ ブロック、３２ ＩＧスイッチ、３４ アクセサリスイッチ、３６ スタートスイッチ、３８ ＦＣインバータ等スイッチ、４０ アクセサリ等、４２ コントローラ等、４４ ＦＣ用補機等、４６ センサ・空調機等、４８ コントローラ、４９ 電源系制御モジュール、５０ ＦＣ起動指令モジュール、５１ 消費電力抑制モジュール、５２ オン・オフ信号、５４ ＦＣ起動指令信号、５６ オン・オフ制御信号、６０，６２，６４ インバータ回路、６６ セルモニタ、７０ エアコンプレッサ、７２ 水素ポンプ、７４ 冷却水ポンプ。

Claims (6)

  1. 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時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。
  2. 請求項１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、前記待機期間において、負荷である前記補機に対する電力消費を低減する低減指示の入力によって、前記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。
  3. 請求項２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が所定条件に達したときに入力されることを特徴とする燃料電池システム。
  4. 請求項２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. 請求項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. 第１操作子のオンによって燃料電池のための補機の作動を制御する制御コントローラを起動させ、前記補機に電力を供給する指示を与える工程と、
    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時間が経過したか否かを判断する工程と、
    前記待機時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電源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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