JP2009231040A - 掃気制御装置および掃気・換気制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】常用域を狭めることなく、燃料電池システムでの水素漏れ時には、掃気と換気を十分に行える燃料電池車両の掃気制御装置を提供する。
【解決手段】水素漏れ検出による燃料電池システム２の非常発電停止後に、車載バッテリ９の電力を用いて燃料電池システム２の内部を掃気し燃料電池システム２の外部の周辺雰囲気を換気する燃料電池車両１の掃気・換気制御装置３であって、掃気と換気の両方の開始から終了までの時間を長くし、掃気と換気のために車載バッテリが出力する電力を小さくするように、車載バッテリ９の残電力に応じて、あるいは、非常発電停止後以外を非常以外の発電停止後としたときの非常以外の発電停止後と比べて、掃気の掃気流量と掃気時間の変更と、換気の換気流量と換気時間の変更の少なくとも１つの変更を実施する。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池システムと車載バッテリを備えた燃料電池車両の掃気制御装置および掃気・換気制御装置に関する。

燃料電池車両は、燃料電池システムだけでなく、車載バッテリも有している。そして、例えば、燃料電池システムで水素漏れが発生した場合には、燃料電池システムでの発電を停止し、車載バッテリの電力を用いて車内電話を起動し外部に通報する手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。水素漏れの発生の時点から車内電話を起動させるので、車載バッテリで消費される電力を削減できる。
特開２００５−２２３５３５号公報（請求項１）

燃料電池車両において、燃料電池システムで水素漏れが発生した場合には、燃料電池システムでの発電を停止し、車載バッテリの電力を用いて、燃料電池システムの内部を掃気し、燃料電池システムの外部の周辺雰囲気を換気する。この掃気と換気には、ともに大流量が必要であるので、同時に実施すると、車載バッテリから供給する電力が大きくなりすぎる場合があり、バッテリ電圧が降下し、掃気と換気が十分にできなくなると考えられた。これを回避するために、常時、車載バッテリに掃気と換気に十分な電力を確保させようとすると、車載バッテリの走行時等の常用時に使用可能なバッテリ電圧の範囲が高電圧の範囲のみに狭まり、結果的にいわゆる常用域が狭まるので、燃料電池車両の商品性が低下してしまう。

本発明は、前記点に鑑み、常用域を狭めることなく、燃料電池システムでの水素漏れ時には、掃気と換気を十分に行える燃料電池車両の掃気制御装置および掃気・換気制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、燃料電池システムの発電停止後に車載バッテリの電力を用いて前記燃料電池システム内を掃気する燃料電池車両の掃気制御装置であって、水素漏れ検出による前記燃料電池システムの第１非常発電停止後、あるいは、水素漏れ検出センサの故障中の前記燃料電池システムの第２非常発電停止後の前記掃気を非常発電停止後の掃気とし、前記非常発電停止後以外の掃気を非常以外の発電停止後の掃気としたとき、前記非常発電停止後の掃気は前記非常以外の発電停止後の掃気よりも、掃気流量を小さくし、掃気時間を長くすることを特徴とする。

本発明は、車載バッテリの特性である、短時間に大電力［Ｗ］を出力した際の電力量［Ｗ・ｈ］に比べ、長時間にわたり小電力［Ｗ］を出力した際の電力量［Ｗ・ｈ］の方が大きくなる点を利用している。具体的に、大電流を出力させると短時間で出力電圧が低下してしまうが、小電流であれば長時間にわたり出力電圧が低下することはない。

本発明では、燃料電池システムで水素漏れが発生した場合等には、掃気流量を小さくすることで、車載バッテリが出力する電力を低減させて出力電圧の低下を防ぎ、その上で、掃気時間を長くし、大きな電力量を結果的に出力させ、確実な掃気を行っている。そして、出力電圧の低下が小さいので、前記常用域を狭めることもなく、逆に広げることができる。

また、本発明は、水素漏れ検出による燃料電池システムの第１非常発電停止後、あるいは、水素漏れ検出センサの故障中の前記燃料電池システムの第２非常発電停止後を非常発電停止後としたとき、前記非常発電停止後に、車載バッテリの電力を用いて前記燃料電池システムの内部を掃気し前記燃料電池システムの外部の周辺雰囲気を換気する燃料電池車両の掃気・換気制御装置であって、前記掃気と前記換気の両方の開始から終了までの時間を長くし、前記掃気と前記換気のために前記車載バッテリが出力する電力を小さくするように、前記車載バッテリの残電力に応じて、あるいは、前記非常発電停止後以外を非常以外の発電停止後としたときの前記非常以外の発電停止後と比べて、前記掃気の掃気流量と掃気時間の変更と、前記換気の換気流量と換気時間の変更の少なくとも１つを実施することを特徴とする。

本発明では、燃料電池システムで水素漏れが発生した場合等には、前記掃気の掃気流量と掃気時間の変更と、前記換気の換気流量と換気時間の変更の少なくとも１つの変更を実施することで、車載バッテリが出力する電力を低減させて出力電圧の低下を防いで、大きな電力量を結果的に出力させ、確実な掃気と換気を行っている。そして、出力電圧の低下が小さいので、前記常用域を狭めることもない。

さらに、前記掃気の掃気流量と掃気時間の変更において、
前記非常発電停止後の前記掃気流量を、前記非常以外の発電停止後の前記掃気流量より小さくし、
前記非常発電停止後の前記掃気時間を、前記非常以外の発電停止後の前記掃気時間より長くすることが好ましい。

これによれば、掃気流量を小さくすることで、車載バッテリが出力する電力を低減させて出力電圧の低下を防ぐことができ、その上で、掃気時間を長くし、大きな電力量を出力させることで、確実な掃気を行うことができる。

また、前記掃気の掃気流量と掃気時間の変更において、
前記残電力が所定の閾値より少ない場合の前記掃気流量を、前記残電力が前記所定の閾値以上の場合の前記掃気流量より小さくし、
前記残電力が前記所定の閾値より少ない場合の前記掃気時間を、前記残電力が前記所定の閾値以上の場合の前記掃気時間より長くすることが好ましい。

これによっても、掃気流量を小さくすることで、車載バッテリが出力する電力を低減させて出力電圧の低下を防ぐことができ、その上で、掃気時間を長くし、大きな電力量を出力させることで、確実な掃気を行うことができる。

また、前記換気の換気流量と換気時間の変更において、
前記残電力が所定の閾値より少ない場合の前記換気流量を、前記残電力が前記所定の閾値以上の場合の前記換気流量より小さくし、
前記残電力が前記所定の閾値より少ない場合の前記換気時間を、前記残電力が前記所定の閾値以上の場合の前記換気時間より長くすることが好ましい。

これによれば、換気流量を小さくすることで、車載バッテリが出力する電力を低減させて出力電圧の低下を防ぐことができ、その上で、換気時間を長くし、大きな電力量を出力させることで、確実な換気を行うことができる。

また、前記残電力は、前記車載バッテリのＳＯＣ、バッテリ電圧、バッテリ温度の少なくとも１つを用いて決定することが好ましく、前記残電力を容易に推定することができる。

また、前記掃気の掃気流量と掃気時間の変更において、前記掃気を、一時停止させ、前記換気の終了後に再開させることが好ましい。これによれば、燃料電池システムで水素漏れが発生した場合等には、掃気と換気を両方スタートさせるので、燃料電池システムの内部と外部における水素濃度を応急的に下げることができる。そして、換気を継続させたまま掃気を一時停止させることで、車載バッテリが出力する電力を低減させて出力電圧の低下を防ぎながら、確実な換気を行うことができる。さらに、換気の終了後に掃気を再開させることで、車載バッテリが出力する電力を低減させたまま出力電圧の低下を防ぎながら、確実な掃気を行うことができる。

また逆に、前記換気の換気流量と換気時間の変更において、前記換気を、一時停止させ、前記掃気の終了後に再開させてもよい。これによれば、燃料電池システムの内部と外部における水素濃度を応急的に下げた後に、前記とは逆の順序で、まず掃気を確実に行い、次に換気を確実に行うことができる。

本発明によれば、常用域を狭めることなく、燃料電池システムでの水素漏れ時には、掃気と換気を十分に行える燃料電池車両の掃気制御装置および掃気・換気制御装置を提供できる。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。

図１に、本発明の実施形態に係る掃気・換気制御装置および掃気制御装置に対応するＥＣＵ３を搭載した燃料電池車両１の構成図を示す。
燃料電池車両１は、電源として、水素（Ｈ_２）とエア中の酸素（Ｏ_２）を燃料に発電する燃料電池システム２と、充放電可能な車載バッテリ９を搭載している。燃料電池システム２で、水素漏れが発生すると、燃料電池システム２が車室フロア１２の下側に配置されるので、漏れ水素は、エアより軽いので、車室フロア１２の直下に溜まる。このような漏れ水素を検出するために、水素漏れ検知センサ１０は、燃料電池システム２の上方で車室フロア１２の直下に配置されている。

水素漏れ検知センサ１０が、漏れ水素を検知し、その旨の信号をＥＣＵ３に送信すると、ＥＣＵ３は、燃料電池システム２の発電を停止させ（請求項１の第１非常発電停止後に相当）、換気用ファン７の運転をスタートさせる。また、水素漏れ検知センサ１０の故障中に燃料電池車両１のイグニションスイッチ（ＩＧ）が運転者によってオフされ、燃料電池システム２の発電が停止した場合にも（請求項１の第２非常発電停止後に相当）、換気用ファン７の運転をスタートさせる。

換気用ファン７としては、専用ファンを複数設けてもよい。換気用ファン７が運転すると、車室フロア１２と車体底板１３の間を換気エア１４が流れ、漏れ水素を車外に排気することができる。いわゆるシステム外換気を行うことができる。

なお、バッテリファンは、ブレーキの回生エネルギを充電し加速時に放電できるように大電流を流す車載バッテリ９を冷却するために設けられている。車載バッテリ９としては、リチウム（Ｌｉ）イオン電池や、電気二重層を有するキャパシタ等を用いることができる。

燃料電池システム２の発電時のエアの供給にはエアポンプ８が用いられているが、エアポンプ８は、燃料電池システム２の発電時におけるエア供給だけでなく、前記第１非常発電停止後と前記第２非常発電停止後にも運転され、掃気エア１５を、燃料電池システム２を介して希釈室１１に供給する。この供給により、燃料電池システム２内に滞留している水素は、パージ水素として希釈室１１に引き出され、掃気エア１５といっしょに希釈排気ガス１７として車外に排気される。こうして、燃料電池システム２内に滞留している水素は掃気され、いわゆるシステム内掃気を行うことができる。

ＥＣＵ３は、前記第１非常発電停止後と、前記第２非常発電停止後に、換気用ファン７とエアポンプ８の運転をスタートさせるだけでなく、後記のように換気用ファン７とエアポンプ８の運転をストップさせ、換気と掃気を終了させることができる。

前記第１非常発電停止後と前記第２非常発電停止後の換気用ファン７とエアポンプ８の運転では、燃料電池システム２からは電力が供給されず、車載バッテリ９から電力が供給される。燃料電池車両１には、車載バッテリ９の他にＥＣＵ３やバッテリＥＣＵ４等の電装系に電力を供給する低電圧、例えば１２Ｖのバッテリが搭載されているが、換気用ファン７とエアポンプ８では、大電力が消費されるので、換気用ファン７とエアポンプ８へは大電流を流せる前記車載バッテリ９から電力が供給されている。

電圧計６は、車載バッテリ９の電圧を、計測し、バッテリＥＣＵ４に送信する。温度計５は、車載バッテリ９の温度を、計測し、バッテリＥＣＵ４に送信する。バッテリＥＣＵ４では、車載バッテリ９の電圧と温度に基づいて、車載バッテリ９のＳＯＣ（残電力）を算出する。車載バッテリ９は、電圧またはＳＯＣに基づいて、車載バッテリ９の充放電の制限（制御）を行う。また、車載バッテリ９のＳＯＣ、電圧、温度は、バッテリＥＣＵ４からＥＣＵ３に送信される。ＥＣＵ３では、車載バッテリ９のＳＯＣ、電圧、温度に基づいて、換気用ファン７に対しては換気制御が実施され、エアポンプ８に対しては掃気制御が実施されることになる。

後記に換気制御と掃気制御の詳細について説明する。

図２に、掃気・換気制御方法のフローチャートを示す。

まず、掃気・換気制御方法では、まず、ステップＳ１で、ＥＣＵ３が、水素漏れ検知センサ１０の水素漏れ検出により燃料電池システム２が発電停止（前記第１非常発電停止）の状態にあるか否か判定する。また、ＥＣＵ３が、水素漏れ検知センサ１０の故障につき水素濃度が不明であるなかで、燃料電池車両１のイグニションスイッチ（ＩＧ）が運転者によってオフされて燃料電池システム２が発電停止（前記第２非常発電停止）の状態にあるか否か判定する。燃料電池システム２が前記第１非常発電停止又は前記第２非常発電停止の状態であれば（ステップＳ１、Ｙｅｓ）、ステップＳ４に進み。燃料電池システム２が前記第１非常発電停止又は前記第２非常発電停止の状態でなければ（ステップＳ１、Ｎｏ）、ステップＳ２に進む。

ステップＳ２に進んだということ、すなわち、燃料電池システム２が前記第１非常発電停止又は前記第２非常発電停止の状態でないということは、燃料電池システム２が正常であり、運転者は燃料電池車両１を通常に走行させることができる。走行中いつ発生するかわからない水素漏れに基づいて発電停止させるために、定期的に、ステップＳ２からステップＳ１に戻って判定が繰り返される。そして、運転者は、走行の終わりには、燃料電池車両１の走行をやめるためにＩＧをオフする。ＩＧのオフにより、燃料電池システム２は発電停止し、燃料電池システム２の中には、水素が滞留していることになる。

そこで、ステップＳ３で、通常走行後には毎回、燃料電池システム２の中の水素を掃気（システム内掃気）する。すなわち、ＥＣＵ３は、エアポンプ８に対して、通常（高電力）掃気制御を実施し、燃料電池システム２の中の水素を掃気（システム内掃気）する。

図３（ａ）に、ステップＳ３の通常掃気制御（システム内掃気）におけるエアポンプ８のオン、オフのタイミングチャートを示す。ＩＧ ＯＦＦ（ステップＳ２）の前は、通常走行での発電にエア（酸素）を燃料電池システム２に供給する必要があるため、エアポンプ８は、所定の流量のエアを送風できるように、ＥＣＵ３によって制御されている。ＩＧ ＯＦＦ（ステップＳ２）の後は、掃気を短い時間ｔ０１で確実に行うために、掃気エア１５の流量ｆ０１をＩＧ ＯＦＦ（ステップＳ２）の前より多くしている。このため、エアポンプ８には、ＩＧ ＯＦＦ（ステップＳ２）の後から時間ｔ０１の間、大流量ｆ０１を送風可能な大電力が、車載バッテリ９から供給されることになる。そして、ＥＣＵ３は時間ｔ０１の経過後にエアポンプ８の運転を停止し掃気を終了させて、掃気・換気制御方法をストップさせる。

一方、図３（ｂ）に示すように、通常走行後の通常停止時には、燃料電池システム２の外部に漏れ水素は漏れ出ていないので、ＥＣＵ３は、換気用ファンを運転してシステム外換気を行う必要はない。通常掃気制御では、換気用ファン７を運転しないので、エアポンプ８の運転によって、掃気の終了の前に車載バッテリ９のバッテリ電圧が降下することはない。

図２のステップＳ４に進んだ場合は、ステップＳ４で、ＥＣＵ３が、高電力を要する掃気・換気制御が実施可能か否か判定する。ＥＣＵ３は、車載バッテリ９のＳＯＣ、バッテリ電圧、バッテリ温度に基づいて、高電力を要する高電力掃気・換気制御を実施しても、この実施に要する電力を車載バッテリ９が供給可能か否か判定する。具体的には、ＥＣＵ３は、バッテリ温度に基づいて所定のＳＯＣ閾値とバッテリ電圧閾値Ｖｔ（図６参照）を補正する。例えば、寒冷地でバッテリ温度が低くなっている場合は、電力が低下しやすいので、低下シロを持たせて、ＳＯＣ閾値とバッテリ電圧閾値Ｖｔを高めるように補正することになる。次にＥＣＵ３は、ＳＯＣがＳＯＣ閾値以上であるか否か、又は、バッテリ電圧がバッテリ電圧閾値Ｖｔ以上であるか否か判定する。ＳＯＣがＳＯＣ閾値以上であり、又は、バッテリ電圧がバッテリ電圧閾値Ｖｔ以上であれば、高電力を要する高電力掃気・換気制御が実施可能であると判定でき（ステップＳ４、Ｙｅｓ）、ステップＳ５に進む。高電力を要する高電力掃気・換気制御が実施可能でないと判定された場合（ステップＳ４、Ｎｏ）は、ステップＳ６に進む。

ステップＳ５で、ＥＣＵ３は、エアポンプ８と換気用ファン７を運転制御して、高電力掃気・換気制御を実施する。

図４（ａ）と図４（ｂ）に示すように、ステップＳ５の高電力掃気・換気制御では、燃料電池システム２で水素漏れ等が発生し発電が停止しているので、システム内掃気とシステム外換気の両方を行う必要がある。

図４（ａ）のシステム内掃気は、水素漏れの検知がされ発電が停止した後にスタートし、なるべく短い掃気時間ｔ０２で掃気を終了させるように、大流量の掃気流量ｆ０２を流している。このため、掃気時間ｔ０２は、図３（ａ）の通常掃気制御の掃気時間ｔ０１と等しく設定してよく（ｔ０２＝ｔ０１）、掃気流量ｆ０２は、通常掃気制御の掃気流量ｆ０１と等しく設定してよい（ｆ０２＝ｆ０１）。

また、図４（ｂ）のシステム外換気も、水素漏れの検知がされ発電が停止した後にスタートし、なるべく短い換気時間ｔ０３で換気を終了させるように、大流量の換気流量ｆ０３を流している。このため、水素漏れの検知がされ発電が停止した後から掃気時間ｔ０２と換気時間ｔ０３の短い方の時間は、システム内掃気とシステム外換気とが両方同時に実施されている。このため、車載バッテリ９からは、大電流（大電力）が出力されるが、車載バッテリ９にはステップＳ４において高電力掃気・換気制御の実施に必要な残電力があることが確認されているので、高電力掃気・換気制御の途中でバッテリ電圧が低下して、高電力掃気・換気制御ができなくなるようなことはなく、確実かつ短時間に高電力掃気・換気制御を実施することができる。そして、この実施の後、掃気・換気制御方法をストップさせる。

次に、図２のステップＳ６について説明する。ステップＳ６で、ＥＣＵ３は、エアポンプ８と換気用ファン７を運転制御して、低電力掃気・換気制御を実施する。ＳＯＣやバッテリ電圧が低い場合に（ステップＳ４、Ｎｏ）、そのまま高電力掃気・換気制御を実施したのではバッテリ電圧が低下し途中で実施不能になるが、低電力掃気・換気制御であれば、低電力で掃気と換気を実施し、バッテリ電圧を低下しにくくでき、最後まで掃気と換気を実施することができる。後記では、低電力掃気・換気制御の例として、例１〜例４について説明する。

（低電力掃気・換気制御の例１）
図５（ａ）に、ステップＳ６の低電力掃気・換気制御の例１におけるシステム内掃気のタイミングチャートを示し、図５（ｃ）に、ステップＳ６の低電力掃気・換気制御の例１におけるシステム外換気のタイミングチャートを示す。図５（ａ）と図５（ｃ）に示すように、ステップＳ６の低電力掃気・換気制御の例１では、燃料電池システム２で水素漏れ等が発生し発電が停止しているので、システム内掃気とシステム外換気の両方を行う必要がある。

図５（ａ）の例１のシステム内掃気では、水素漏れの検知がされ発電が停止した後にスタートし、掃気流量ｆ１で、掃気時間ｔ１の掃気を実施している。掃気流量ｆ１は、図３（ａ）のステップＳ３の掃気流量ｆ０１と、図４（ａ）のステップＳ５の掃気流量ｆ０２より小さくなるように変更されている（ｆ１＜ｆ０１、ｆ０２）。掃気時間ｔ１は、図３（ａ）のステップＳ３の掃気時間ｔ０１と、図４（ａ）のステップＳ５の掃気時間ｔ０２より長くなるように変更されている（ｔ１＞ｔ０１、ｔ０２）。掃気流量ｆ０１、ｆ０２からｆ１に小さくすることで、車載バッテリ９が出力する電力を低減させてバッテリ電圧の低下を防ぐことができ、その上で、掃気時間ｔ０１、ｔ０２からｔ１に長くし、大きな電力量を出力させることで、確実な掃気を行うことができる。そして、バッテリ電圧の低下を抑えられるので、前記常用域を狭めることもなく、逆に広げることができる。

一方、図５（ｃ）の例１のシステム外換気は、水素漏れの検知がされ発電が停止した後にスタートし、換気流量ｆ３で、換気時間ｔ３の換気を実施している。換気時間ｔ３は、図４（ｂ）のステップＳ５の高電力掃気・換気制御の換気時間ｔ０３と等しく設定してよく（ｔ３＝ｔ０３）、換気流量ｆ３は、ステップＳ５の高電力掃気・換気制御の換気流量ｆ０３と等しく設定してよい（ｆ３＝ｆ０３）。

（低電力掃気・換気制御の例２）
図５（ｂ）に、ステップＳ６の低電力掃気・換気制御の例２におけるシステム内掃気のタイミングチャートを示す。ステップＳ６の低電力掃気・換気制御の例２でも、燃料電池システム２で水素漏れ等が発生し発電が停止しているので、システム内掃気とシステム外換気の両方を行う必要があるが、システム外換気については、図５（ｃ）に示すように、例２は、例１と同じにすることができる。

図５（ｂ）に示すように、例２のシステム内掃気では、まず１回目の掃気が水素漏れの検知がされ発電が停止した後にスタートし、掃気流量ｆ２で、掃気時間ｔ２ａの掃気を実施している。１回目の掃気の後、掃気は時間ｔ２ｂの間、一時停止している。そして、図５（ｃ）に示すシステム外換気の終了後に、掃気を再開させ、２回目の掃気をスタートさせている。２回目の掃気の掃気流量ｆ２は、１回目の掃気流量と等しくすることができるが、異なるように設定してもよい。また、１回目と２回目の掃気の掃気流量ｆ２は、図３（ａ）のステップＳ３のシステム内掃気の掃気流量ｆ０１や、図４（ａ）のステップＳ５のシステム内掃気の掃気流量ｆ０２と等しくすることができるが、異なるように設定してもよい。

そして、１回目の掃気時間ｔ２ａは、燃料電池システム２の内部の水素濃度が応急的に下げられる程度の時間に設定される。そして、２回目の掃気時間ｔ２ｃは、燃料電池システム２の内部の水素濃度が十分に下げられ、掃気が確実に実施できる程度の時間に設定される。

例２のように掃気時間を２分割し後半の掃気時間ｔ２ｃを前半の掃気時間ｔ２ａから離すように変更することにより、システム内掃気とシステム外換気が両方同時に実施されている時間を、前半の掃気時間ｔ２ａに短縮でき、この間だけ大電流を流せばよいのでバッテリ電圧の低下を抑制することができる。また、前半の掃気時間ｔ２ａ後は、システム内掃気とシステム外換気が同時に実施されることはなく片方ずつ実施されるので、車載バッテリ９が出力する電力を低減させてバッテリ電圧の低下を抑制することができる。このようにバッテリ電圧の低下を抑制することで、結果的に大きな電力量を車載バッテリ９に出力させ、確実な掃気と換気を行うことができる。そして、バッテリ電圧の低下を抑制できるので、前記常用域を狭めることもなく、逆に広げることができる。

図６に、車載バッテリ９（図１参照）の電圧特性を示す。図６中の３本の実線は、ＳＯＣ（残電力）が少なく、掃気・換気制御前のバッテリ電圧Ｖ１がバッテリ電圧閾値Ｖｔより小さい場合であり、図２のステップＳ４、Ｎｏの場合に相当している。この場合に、高電圧掃気・換気制御を行ったのでは、すぐにバッテリ電圧が、掃気・換気デバイス駆動電圧より下に降下し、掃気・換気の途中で、換気用ファン７とエアポンプ８とが運転できなくなってしまう。そこで、この場合は、実線太線の低電力掃気・換気制御（図２のステップＳ６に相当）を行う。低電力掃気・換気制御では、消費電力が削減され、車載バッテリ９から出力される電力が小さくなっているので、バッテリ電圧の低下が抑制され、長時間使用しても、掃気・換気デバイス駆動電圧を下回ることがなくなる。

図６中の３本の点線は、ＳＯＣ（残電力）が多く、掃気・換気制御前のバッテリ電圧Ｖ０１がバッテリ電圧閾値Ｖｔ以上の場合であり、図２のステップＳ４、Ｙｅｓの場合に相当している。この場合に、高電圧掃気・換気制御を行うことも可能であるが、より迅速に掃気と換気を済ませるために、この場合は、点線太線の高電力掃気・換気制御（図２のステップＳ５に相当）を行う。残電力が十分にあったため、高電力掃気・換気制御でも、掃気・換気デバイス駆動電圧を下回ることがなく、掃気と換気を済ませることができる。

（低電力掃気・換気制御の例３）
図７（ａ）に、ステップＳ６の低電力掃気・換気制御の例３におけるシステム内掃気のタイミングチャートを示し、図７（ｂ）に、ステップＳ６の低電力掃気・換気制御の例３におけるシステム外換気のタイミングチャートを示す。図７（ａ）と図７（ｂ）に示すように、ステップＳ６の低電力掃気・換気制御の例３では、燃料電池システム２で水素漏れ等が発生し発電が停止しているので、システム内掃気とシステム外換気の両方を行う必要がある。

図７（ａ）の例３のシステム内掃気は、水素漏れの検知がされ発電が停止した後にスタートし、掃気流量ｆ４で、掃気時間ｔ４の掃気を実施している。掃気時間ｔ４は、図３（ａ）のステップＳ３の通常掃気制御の掃気時間ｔ０１や、図４（ａ）のステップＳ５の高電力掃気・換気制御の掃気時間ｔ０２と等しく設定してよく（ｔ４＝ｔ０１、ｔ０２）、掃気流量ｆ４は、ステップＳ３の通常掃気制御の掃気流量ｆ０１や、ステップＳ５の高電力掃気・換気制御の掃気流量ｔ０２と等しく設定してよい（ｆ４＝ｆ０１、ｆ０２）。

一方、図７（ｂ）の例３のシステム外換気では、水素漏れの検知がされ発電が停止した後にスタートし、換気流量ｆ５で、換気時間ｔ５の換気を実施している。換気流量ｆ５は、図４のステップＳ５の換気流量ｆ０３より小さくなるように変更されている（ｆ５＜ｆ０３）。換気時間ｔ５は、図４のステップＳ５の換気時間ｔ０３より長くなるように変更されている（ｔ５＞ｔ０３）。換気流量ｆ０３からｆ５に小さくすることで、車載バッテリ９が出力する電力を低減させてバッテリ電圧の低下を防ぐことができ、その上で、換気時間ｔ０３からｔ５に長くし、大きな電力量を出力させることで、確実な換気を行うことができる。そして、バッテリ電圧の低下を抑えられるので、前記常用域を狭めることもなく、逆に広げることができる。

（低電力掃気・換気制御の例４）
図７（ｃ）に、ステップＳ６の低電力掃気・換気制御の例４におけるシステム外換気のタイミングチャートを示す。ステップＳ６の低電力掃気・換気制御の例４でも、燃料電池システム２で水素漏れ等が発生し発電が停止しているので、システム内掃気とシステム外換気の両方を行う必要があるが、システム内掃気については、図７（ａ）に示すように、例４は、例３と同じにすることができる。

図７（ｃ）に示すように、例４のシステム外換気では、まず１回目の換気が水素漏れの検知がされ発電が停止した後にスタートし、換気流量ｆ６で、換気時間ｔ６ａの換気を実施している。１回目の換気の後、換気は時間ｔ６ｂの間、一時停止している。そして、図７（ａ）に示すシステム内掃気の終了後に、換気を再開させ、２回目の換気をスタートさせている。２回目の換気の換気流量ｆ６は、１回目の換気流量と等しくすることができるが、異なるように設定してもよい。また、１回目と２回目の換気の換気流量ｆ６は、図４（ｂ）のステップＳ５のシステム外換気の換気流量ｆ０３と等しくすることができるが、異なるように設定してもよい。

そして、１回目の換気時間ｔ６ａは、燃料電池システム２の外部の水素濃度が応急的に下げられる程度の時間に設定される。そして、２回目の換気時間ｔ６ｃは、燃料電池システム２の外部の水素濃度が十分に下げられ、換気が確実に実施できる程度の時間に設定される。

例４のように換気時間を２分割し後半の換気時間ｔ６ｃを前半の換気時間ｔ６ａから離すように変更することにより、システム内掃気とシステム外換気が両方同時に実施されている時間を、前半の換気時間ｔ６ａに短縮でき、この間だけ大電流を流せばよいのでバッテリ電圧の低下を抑制することができる。また、前半の換気時間ｔ６ａ後は、システム内掃気とシステム外換気が同時に実施されることはなく片方ずつ実施されるので、車載バッテリ９が出力する電力を低減させてバッテリ電圧の低下を抑制することができる。このようにバッテリ電圧の低下を抑制することで、結果的に大きな電力量を車載バッテリ９に出力させ、確実な掃気と換気を行うことができる。そして、バッテリ電圧の低下を抑制できるので、前記常用域を狭めることもなく、逆に広げることができる。

本発明の実施形態に係る、燃料電池システムの内のシステム内掃気と外のシステム外換気を行う掃気・換気制御装置を搭載した燃料電池車両の構成図である。 本発明の実施形態に係る、燃料電池車両に搭載される燃料電池システムの内の掃気と外の換気を行う掃気・換気制御方法のフローチャートである。 （ａ）はステップＳ３の通常掃気制御におけるシステム内掃気のタイミングチャートであり、（ｂ）はステップＳ３の通常掃気制御におけるシステム外換気のタイミングチャートである。 （ａ）はステップＳ５の高電力掃気・換気制御におけるシステム内掃気のタイミングチャートであり、（ｂ）はステップＳ５の高電力掃気・換気制御におけるシステム外換気のタイミングチャートである。 （ａ）はステップＳ６の低電力掃気・換気制御の例１におけるシステム内掃気のタイミングチャートであり、（ｂ）はステップＳ６の低電力掃気・換気制御の例２におけるシステム内掃気のタイミングチャートであり、（ｃ）はステップＳ６の低電力掃気・換気制御の例１（例２）におけるシステム外換気のタイミングチャートである。 車載バッテリの電圧特性を示すグラフである。 （ａ）はステップＳ６の低電力掃気・換気制御の例３（例４）におけるシステム内掃気のタイミングチャートであり、（ｂ）はステップＳ６の低電力掃気・換気制御の例３におけるシステム外換気のタイミングチャートであり、（ｃ）はステップＳ６の低電力掃気・換気制御の例４におけるシステム外換気のタイミングチャートである。

符号の説明

１ 燃料電池車両
２ 燃料電池システム
３ ＥＣＵ（掃気制御装置、掃気・換気制御装置）
４ バッテリＥＣＵ
５ 温度計
６ 電圧計
７ 換気用ファン
８ エアポンプ
９ 車載バッテリ
１０ 漏れ検知センサ
１１ 希釈室
１２ 車室フロア
１３ 車体底板
１４ 換気エア
１５ 掃気エア
１６ パージ水素
１７ 希釈排気ガス

Claims (8)

1. 燃料電池システムの発電停止後に車載バッテリの電力を用いて前記燃料電池システム内を掃気する燃料電池車両の掃気制御装置であって、
   水素漏れ検出による前記燃料電池システムの第１非常発電停止後、あるいは、水素漏れ検出センサの故障中の前記燃料電池システムの第２非常発電停止後の前記掃気を非常発電停止後の掃気とし、前記非常発電停止後以外の掃気を非常以外の発電停止後の掃気としたとき、
   前記非常発電停止後の掃気は前記非常以外の発電停止後の掃気よりも、掃気流量を小さくし、掃気時間を長くすることを特徴とする掃気制御装置。
2. 水素漏れ検出による燃料電池システムの第１非常発電停止後、あるいは、水素漏れ検出センサの故障中の前記燃料電池システムの第２非常発電停止後を非常発電停止後としたとき、前記非常発電停止後に、車載バッテリの電力を用いて前記燃料電池システムの内部を掃気し前記燃料電池システムの外部の周辺雰囲気を換気する燃料電池車両の掃気・換気制御装置であって、
   前記掃気と前記換気の両方の開始から終了までの時間を長くし、前記掃気と前記換気のために前記車載バッテリが出力する電力を小さくするように、前記車載バッテリの残電力に応じて、あるいは、前記非常発電停止後以外を非常以外の発電停止後としたときの前記非常以外の発電停止後と比べて、前記掃気の掃気流量と掃気時間の変更と、前記換気の換気流量と換気時間の変更の少なくとも１つの変更を実施することを特徴とする掃気・換気制御装置。
3. 前記掃気の掃気流量と掃気時間の変更において、
   前記非常発電停止後の前記掃気流量を、前記非常以外の発電停止後の前記掃気流量より小さくし、
   前記非常発電停止後の前記掃気時間を、前記非常以外の発電停止後の前記掃気時間より長くすることを特徴とする請求項２に記載の掃気・換気制御装置。
4. 前記掃気の掃気流量と掃気時間の変更において、
   前記残電力が所定の閾値より少ない場合の前記掃気流量を、前記残電力が前記所定の閾値以上の場合の前記掃気流量より小さくし、
   前記残電力が前記所定の閾値より少ない場合の前記掃気時間を、前記残電力が前記所定の閾値以上の場合の前記掃気時間より長くすることを特徴とする請求項２に記載の掃気・換気制御装置。
5. 前記換気の換気流量と換気時間の変更において、
   前記残電力が所定の閾値より少ない場合の前記換気流量を、前記残電力が前記所定の閾値以上の場合の前記換気流量より小さくし、
   前記残電力が前記所定の閾値より少ない場合の前記換気時間を、前記残電力が前記所定の閾値以上の場合の前記換気時間より長くすることを特徴とする請求項２に記載の掃気・換気制御装置。
6. 前記残電力は、前記車載バッテリのＳＯＣ、バッテリ電圧、バッテリ温度の少なくとも１つを用いて決定することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の掃気・換気制御装置
7. 前記掃気の掃気流量と掃気時間の変更において、
   前記掃気を、一時停止させ、前記換気の終了後に再開させることを特徴とする請求項２に記載の掃気・換気制御装置。
8. 前記換気の換気流量と換気時間の変更において、
   前記換気を、一時停止させ、前記掃気の終了後に再開させることを特徴とする請求項２に記載の掃気・換気制御装置。

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