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JP2021044090A - 燃料電池車両及び該車両の停止時掃気時間の設定方法 - Google Patents

燃料電池車両及び該車両の停止時掃気時間の設定方法 Download PDF

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Abstract

【課題】氷点下起動直後のインピーダンスのばらつきを少なくして起動性を向上させた燃料電池車両及び該車両の停止時掃気時間の設定方法を提供する。【解決手段】カソード流路３８とアノード流路３６を備える燃料電池スタック１６と、大気の圧力Ｐａを取得する大気圧取得手段６１と、前記大気を吸込み、供給路１１４を通じてカソード流路３８に酸化剤ガスを供給するポンプ２６と、燃料電池スタック１６の運転停止時以降に、氷点下になることが予測される場合、カソード流路３８が所定の湿潤状態となるように酸化剤ガスによりカソード流路３８を掃気するとき、大気圧Ｐａに基づき運転停止時の掃気時間Ｓｔを設定する。【選択図】図１

Description

この発明は、燃料ガス及び酸化剤ガスの電気化学反応により発電する発電セル（単位セル）が複数積層された燃料電池スタックを備える燃料電池車両及び該車両の停止時掃気時間の設定方法に関する。
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の一方の面にアノード電極が、他方の面にカソード電極が、それぞれ配設された電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を備えている。電解質膜・電極構造体は、セパレータによって挟持されることにより、発電セルが構成されている。通常、所定の数の発電セルが積層されることにより、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池車両（燃料電池電気自動車等）に組み込まれている。
この燃料電池車両では、低温環境下で、燃料電池スタックを含む燃料電池システム内に残留する水分が凍結するのを防止するために、燃料電池車両の停止時、すなわち燃料電池システムの停止時に残留水分を除去する掃気手法が種々提案されている。
例えば、特許文献１には、システム停止時に、燃料電池スタックの掃気に加え、加湿器等の補機デバイスの掃気も行い、水分凍結による氷点下起動時における起動性の低下を防止する技術が提案されている（特許文献１の［００３５］、［００３９］）。
特開２００２−３１３３９５号公報
従来、掃気時間は、掃気後の燃料電池スタックの交流インピーダンス［ｍΩ］が、最適な湿潤状態に対応する所定のインピーダンスとなるように、燃料電池スタック内の、例えばカソード流路に供給される酸化剤ガス（空気）の質量流量［ｇ／ｓｅｃ］が大きいほど掃気時間が短くなる概ね線形のテーブルを参照して設定している。
しかしながら、このように質量流量に基づき掃気時間を設定したとしても、掃気後の氷点下起動時の起動直後のインピーダンスにばらつきが発生し、燃料電池スタックを適切な湿潤状態まで乾燥させることができず、過乾燥又は乾燥不十分になる場合がある。
特に、標高の高い平均気温の低い地域（高地）では、氷点下起動に備えたシステム停止時の掃気制御を精度よく行う必要がある。
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り、氷点下起動直後のインピーダンスのばらつきを少なくして起動性を向上させた燃料電池車両及び該車両の停止時掃気時間の設定方法を提供することを目的とする。
この発明の一態様に係る燃料電池車両は、カソード流路とアノード流路を備える燃料電池スタックと、大気の圧力を取得する大気圧取得手段と、前記大気を吸込み、供給路を通じて前記カソード流路に酸化剤ガスを供給するポンプと、前記燃料電池スタックの運転停止時以降に、氷点下になることが予測される場合、前記カソード流路が安定した氷点下起動が可能になる程度の湿潤状態となるように前記酸化剤ガスにより前記カソード流路を掃気するとき、前記大気圧に基づき前記運転停止時の掃気時間を設定する掃気時間設定手段と、を備える。
この発明の他の態様に係る燃料電池車両の停止時掃気時間の設定方法は、カソード流路とアノード流路を備える燃料電池スタックと、大気の圧力を取得する大気圧取得手段と、前記大気を吸込み、供給路を通じて前記カソード流路に酸化剤ガスを供給するポンプと、を備える燃料電池車両の停止時掃気時間の設定方法であって、前記燃料電池スタックの運転停止時以降に、氷点下になるか否かを予測する予測ステップと、氷点下になることが予測される場合、前記カソード流路が安定した氷点下起動が可能になる程度の湿潤状態となるように前記酸化剤ガスにより前記カソード流路を掃気するに当たり、前記大気圧を考慮して前記運転停止時の掃気時間を設定する掃気時間設定ステップと、を備える。
この発明によれば、大気圧に基づき掃気時間を設定するようにしたので、空気の薄い高地でも、平地（通常地）であっても、燃料電池スタックのカソード流路を最適な湿潤状態とすることができる。
図１は、実施形態に係る燃料電池車両の停止時掃気時間の設定方法を実施する実施形態に係る燃料電池車両の構成例を示す模式的ブロック図である。 図２は、図１に示す燃料電池車両及び該車両の停止時掃気時間の設定方法の動作説明に供されるフローチャートである。 図３は、質量流量に対する掃気時間の特性図である。 図４は、吸気湿度に対する掃気時間の補正係数を示す特性図である。 図５は、温度・掃気時間特性図である。 図６は、温度をパラメータとする掃気時間・インピーダンス特性図である。
この発明に係る燃料電池車両及び該車両の停止時掃気時間の設定方法について実施形態を挙げ、添付の図面を参照して以下に詳細に説明する。
［構成］
図１は、実施形態に係る燃料電池車両の停止時掃気時間の設定方法を実施する実施形態に係る燃料電池車両（自車）１０の構成例を示す模式的ブロック図である。
燃料電池車両１０は、該燃料電池車両１０全体を制御する制御部（掃気時間設定手段）１２と、燃料電池システム１４と、燃料電池システム１４に電気的に接続される出力部２０とから構成される。制御部１２は、ＣＰＵ、記憶部１３を備えるマイクロコンピュータを含んで構成される。
記憶部１３には、当該燃料電池車両１０の制御プログラムの他、後述する掃気時間特性（掃気時間マップ）８０（図３）、体積流量Ｆ［ｍ3／ｓｅｃ］の算出式等が記憶される。
制御部１２のＣＰＵは、前記制御プログラムを実行することで、この実施形態では、それぞれ後述するように、掃気時間設定手段及び氷点下予測手段等として機能する。
燃料電池システム１４は、基本的には、燃料電池スタック１６を収納するケースユニット１１と、該ケースユニット１１に接続される水素タンク１８と、から構成される。
ケースユニット１１には、前記燃料電池スタック１６の他に、それぞれが補機である酸化剤ガス系デバイス２２及び燃料ガス系デバイス２４が収納される。
酸化剤ガス系デバイス２２には、エアポンプ２６及び加湿器２８が含まれる。燃料ガス系デバイス２４には、インジェクタ（ＩＪＴ）３０、エジェクタ（ＥＪＴ）３２、及び気液分離器３４が含まれる。
燃料電池スタック１６は、例えば、固体高分子電解質膜を、触媒を含むカソード電極とアノード電極とで挟んで構成された電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）をさらに一対の導電性のセパレータで挟んで構成した単位セル（発電セル、燃料電池）を厚み方向に複数積層した構造を有している。また、アノード電極に対向するセパレータには、水素（燃料ガス）が流通するアノード流路３６が形成され、カソード電極に対向するセパレータには、空気（酸化剤ガス）が流通するカソード流路３８が形成される。
アノード電極では、燃料ガスが供給されることにより、触媒による電極反応によって水素分子から水素イオンを生じ、該水素イオンが固体高分子電解質膜を透過してカソード電極に移動する一方、水素分子から解放された電子が負極端子７１から出力調整器４０、バッテリ及び／又はキャパシタ等の蓄電器４２、モータ４４、エアポンプ２６、制御部１２等の外部負荷を通じ、正極端子７２を介してカソード電極に移動する。カソード電極では、触媒の作用によって水素イオン及び電子と、供給された酸化剤ガスに含まれる酸素とが反応して水が生成される。
なお、必要に応じて、正極端子７２と負極端子７１との間に、交流インピーダンスの測定器が接続される。
エアポンプ２６は、モータで駆動される機械式の過給器等で構成され、大気（空気）を取り込んで加圧し、加湿器２８に供給する機能を有する。
加湿器２８は、酸化剤ガス（乾燥した空気）が流通する流路５２と、燃料電池スタック１６のカソード流路３８からの排出ガス（湿潤な酸化剤排ガス、カソードオフガス）が、燃料電池スタック１６の酸化剤ガス出口連通口１２２及び管路１２４を通じて流通する流路５４を有し、エアポンプ２６から供給された酸化剤ガスを加湿する機能を有している。すなわち、加湿器２８は、排出ガス中に含まれる水分を、多孔質膜を介して供給ガス（酸化剤ガス）に移動させる。
このときの加湿の程度は、固体高分子電解質膜を加湿して燃料電池スタック１６において発電性能が良好に発揮される加湿量に設定される。
加湿器２８の流路５２の両端間には、加湿器２８を迂回してエアポンプ２６からの乾燥した空気を燃料電池スタック１６に供給する、バイパス弁２７を備えた管路であるバイパス路１０７が設けられている。
エアポンプ２６の吸入口側は、管路１００、エアフローセンサ（ＡＦＳ）（質量流量センサ）１１２、遮断弁１０２（省略可）、及び管路１０４を通じて大気に連通し、エアポンプ２６の吐出口側は、管路１０６を通じて加湿器２８の流路５２の一端側に連通する。流路５２の他端側は、管路である供給路１１４の一端側に連通し、供給路１１４の他端側は、酸化剤ガス入口連通口１１６を通じて燃料電池スタック１６内のカソード流路３８に連通する。
なお、エアフローセンサ１１２は、燃料電池スタック１６のカソード流路３８に供給される酸化剤ガスの質量流量Ｍ［ｇ／ｍｉｎ］を計測して制御部１２へ出力する。
供給路１１４には、該供給路１１４に流通する酸化剤ガスの圧力をカソード入口圧力Ｐｉ［ｋＰａ］として検出するカソード入口圧力センサ１１８と、該供給路１１４に流通する酸化剤ガスの温度をカソード入口温度Ｔｉ［Ｋ］として検出するカソード入口温度センサ１２０が設けられる。
加湿器２８の流路５４の吐出側には、管路１２８、遮断弁１２６（省略可）を通じて希釈器等に連通する管路１３２が設けられる。
酸化剤ガス出口連通口１２２に連通する管路１２４には、酸化剤排ガスの温度をカソード出口温度Ｔｏ［Ｋ］として検出するカソード出口温度センサ１３０が設けられる。
水素タンク１８は、電磁作動式の遮断弁を備え、高純度の水素を高い圧力で圧縮して収容する容器である。
水素タンク１８から吐出される燃料ガスは、管路１４０、インジェクタ３０、管路１４２、エジェクタ３２、管路１４４を通じ、燃料ガス入口連通口１４６を介して燃料電池スタック１６のアノード流路３６の入口に供給される。
アノード流路３６の出口には、燃料ガス出口連通口１４８、管路１５０を通じて気液分離器３４の入口に連通され、該気液分離器３４にアノード流路３６から水素含有ガスである燃料排ガス（アノードオフガス）が供給される。
気液分離器３４は、前記燃料排ガスを気体成分と液体成分（液水）とに分離する。燃料排ガスの気体成分は、気液分離器３４の気体排出口１５２から排出され、管路１５４を通じてエジェクタ３２に向かう。
エジェクタ３２には、その上流側に設けられたインジェクタ３０から管路１４２を介して燃料ガスが供給される。このため、燃料排ガスの気体成分は、エジェクタ３２で吸引され燃料ガスと混合された状態で、燃料電池スタック１６の管路１４４を通じ燃料ガス入口連通口１４６を介して燃料電池スタック１６のアノード流路３６に供給される。
燃料排ガスの液体成分は、気液分離器３４の液体排出口１５６から管路１５８、排水弁１６０、及び管路１６２を通じ、不図示の希釈器等を経て、燃料電池車両１０の外部に排出される。
燃料電池車両１０には、自車位置｛緯度、経度、高度（標高）｝の３次元位置情報を検出するＧＰＳユニット６０を含む通信ユニット（大気湿度取得手段
、大気圧取得手段）６１が搭載され、制御部１２は、必要に応じてＧＰＳユニット６０から前記自車位置を取得する。ＧＰＳユニット６０は、ＧＰＳ以外の衛生測位装置を用いることができる。
なお、制御部１２は、検出した自車位置の標高及び通信ユニット６１を通じて得た気象情報による０ｍ気圧（の値）から、自車位置の標高での大気の圧力（大気圧）Ｐａを算出すると共に、気象情報から大気の湿度Ｈａを取得する。この場合、制御部１２は、大気圧取得手段及び大気湿度取得手段として機能している。
また、燃料電池車両１０には、当該燃料電池車両１０を起動して燃料電池スタック１６による発電を開始させる際に操作され、且つ、発電を停止して燃料電池車両１０をソーク（キーオフ）状態とする際にも操作される、オンオフスイッチであるパワースイッチ（パワーＳＷ）６２が設けられる。
[動作]
次に、基本的には以上のように構成される燃料電池車両（車両）１０の動作について、図２に示すフローチャートに基づいて詳しく説明する。なお、特に断らない限り、フローチャートによる処理（制御プログラム）を実行するのは制御部１２（のＣＰＵ）であるが、これをその都度参照するのは繁雑になるので、必要に応じて参照する。
ステップＳ１にて、制御部１２は、燃料電池車両１０のパワースイッチ６２がＯＦＦ状態からＯＮ状態に遷移したか否かを検出する。
ＯＮ状態に遷移したことを検出する（ステップＳ１：ＹＥＳ）と、ステップＳ２にて、燃料電池車両１０の走行及び発電運転が実行される。
この場合、水素タンク１８から、管路１４０、インジェクタ３０、管路１４２、エジェクタ３２、管路１４４、及び燃料ガス入口連通口１４６を通じて燃料電池スタック１６内のアノード流路３６に燃料ガスが供給される。
同時に、管路１０４、開いている遮断弁１０２、管路１００、エアフローセンサ１１２、エアポンプ２６、流路５２、供給路１１４、及び酸化剤ガス入口連通口１１６を通じて、前記エアポンプ２６により吸い込まれた酸化剤ガスは、燃料電池スタック１６内のカソード流路３８に供給される。これによって、燃料ガス及び酸化剤ガス（両反応ガス）が、アノード電極のアノード触媒及びカソード電極のカソード触媒での電気化学反応（発電反応）に消費されて発電が行われ、図示しないアクセルペダルによるアクセル開度に応じて出力調整器４０を通じてモータ４４が駆動されることで燃料電池車両１０が走行する。余剰の発電電力及びモータ４４の回生電力は、出力調整器４０を通じて蓄電器４２に蓄電される。
カソード電極に供給されて一部の酸素が消費された酸化剤ガスは、酸化剤排ガスとして管路１２４を通じ、加湿器２８の流路５４を介して、エアポンプ２６から加湿器２８の流路５２を通じて燃料電池スタック１６に供給される酸化剤ガスを加湿する。燃料電池スタック１６内で発生した反応生成水（水分）を含んだ酸化剤排ガスは、加湿器２８の流路５４を通じて管路１２８、開いている遮断弁１２６を介し、管路１３２を通じて外部に排出される。
一方、アノード電極で消費されなかった燃料ガスの未消費分は、燃料電池スタック１６の燃料排ガスとして燃料ガス出口連通口１４８から管路１５０に排出された後、気液分離器３４に導入される。これによって、燃料排ガスは、気体成分である排出ガスと、液体成分（液水）である排出流体とに分離される。この際、排水弁１６０が閉弁状態とされているとき、排出流体は排水弁１６０の上流側に留まる。
この場合、インジェクタ３０からエジェクタ３２の上流側に燃料ガスが噴射されることにより、管路１５４には負圧が生じている。このため、排出ガスは、管路１５４を介してエジェクタ３２に吸引され、管路１４２に供給された燃料ガスと混合される。これによって、エジェクタ３２の下流側の管路１４４に混合ガスが排出される。
つまり、発電反応で消費されずに燃料排ガスとしてアノード電極から排出された未消費分は、液体の水が分離されて排出ガスとなった後、新たに管路１４２に供給される燃料ガスと混合されることで混合ガスとして、再びアノード電極に供給される。
なお、発電継続中に、気液分離器３４に所定量以上の流体が貯留されたとき、所定流位となるように排水弁１６０が開かれる。
上記のようなステップＳ２での発電運転中、ステップＳ３にて、制御部１２は、燃料電池車両１０のパワースイッチ６２がＯＮ状態からＯＦＦ状態に遷移したか否かを検出する。
ＯＮ状態からＯＦＦ状態に遷移したことを検出する（ステップＳ３：ＹＥＳ）と、ステップＳ４以降の停止時処理を行う。
ステップＳ４にて、制御部１２は、通信ユニット６１から気象情報を得、次回の起動が氷点下での起動となる可能性があるか否かを判定する。この場合、制御部１２は、氷点下予測手段として機能している。
氷点下での起動とならない（ステップＳ４：ＮＯ）場合には、ステップＳ５にて終了時制御を行う。すなわち、エアポンプ２６を停止し、水素タンク１８の遮断弁（不図示）、及び遮断弁１０２、１２６を閉じ、排水弁１６０を開いて排水終了後に排水弁１６０を閉じて、蓄電器４２からの補機類（この場合、エアコンディショナ等も含まれる。）への電力供給を停止し燃料電池システム１４を停止する。これにより、燃料電池車両１０はソーク状態になる。
一方、ステップＳ４の氷点下の可能性判断（予測判断）が肯定的（ステップＳ４：ＹＥＳ）である場合、すなわち次回起動時が氷点下である可能性が高い場合（次回起動時前に氷点下に下がっている可能性が高い場合も含む。）には、ステップＳ６〜Ｓ８の停止時掃気処理を行う。
なお、停止時掃気処理は、この実施形態では、酸化剤ガス系デバイス２２及び燃料電池スタック１６のカソード流路３８、換言すればカソード系に対して実行しているが、カソード流路３８を掃気することによりアノード流路３６に残留する水分も除去することができる。また、酸化剤ガスがアノード流路３６にも流入するように構成してアノード系の掃気処理を行ってもよい。
ステップＳ６にて、掃気時間Ｓｔ［ｓｅｃ］の設定用データを取得する。この場合、記憶部１３には、予め、図３に示す掃気時間特性（掃気時間マップ）８０が記憶されている。
図３に示すように、掃気時間特性８０は、エアポンプ２６から燃料電池スタック１６のカソード流路３８に供給される質量流量Ｍ［ｇ／ｓｅｃ］が大きい程、短い時間とされる略線形の特性とされている。
なお、燃料電池スタック１６の電気化学反応の制御は、質量流量Ｍに基づいて行うことが適するが、掃気の制御は、燃料電池スタック１６内を良好な湿潤状態とするために、質量流量Ｍではなく、大気圧の変化を考慮した体積流量Ｆに基づいて行うことが適する。
体積流量Ｆ［ｍ3／ｓｅｃ］に基づく掃気時間Ｓｔ［ｓｅｃ］は、図３の掃気時間特性８０の横軸の質量流量Ｍを空気の密度［ｇ／ｍ3］で割った値で換算できる特性となるので、以下、煩雑さを避けるため、図３に示す特性８０が、体積流量Ｆ［ｍ3／ｓｅｃ］に対する掃気時間Ｓｔの特性とみなして説明する。
次いで、ステップＳ７にて、以下に説明するようにして質量流量Ｍよりも的確な掃気ができ、燃料電池スタック１６内を良好な湿潤状態にできる体積流量Ｆを算出し、算出した体積流量Ｆにより掃気時間特性８０を参照して掃気時間Ｓｔを設定する。さらに設定した掃気時間Ｓｔに、図４に示す吸気湿度（相対湿度）Ｈａ［％］に比例して大きくなる特性８２で表される係数ｋ（標準の吸気湿度（相対湿度）Ｈａに対する係数ｋの値は、ｋ＝１）をかけて補正して掃気時間Ｓｔ×ｋを設定する。制御部１２は、掃気時間設定手段として機能している。
次いで、ステップＳ８にて、制御部１２は、自身のタイマ・カウンタ（計時部・計数部）を起動し、掃気時間Ｓｔ×ｋの間、掃気処理（カソード掃気処理）を行う。掃気処理中、バイパス弁２７は開放（全開）される。これにより、燃料電池スタック１６が適切な湿潤状態まで乾燥され、掃気終了時の交流インピーダンス［ｍΩ］が所定範囲に収まり、結果として、次回起動直後の交流インピーダンスのばらつきが抑制され、起動性が向上される。
ステップＳ８後のステップＳ５にて終了時制御を行う。この場合、エアポンプ２６を停止し、水素タンク１８の遮断弁（不図示）、及び遮断弁１０２、１２６を閉じ、排水弁１６０を開いて排水終了後に排水弁１６０を閉じて、蓄電器４２からの補機類（この場合、エアコンディショナ等も含まれる。）への電力供給を停止し燃料電池システム１４を停止する。これにより、燃料電池車両１０はソーク状態になる。
上記したステップＳ７では、制御部１２は、体積流量Ｆ［ｍ3／ｓｅｃ］を、次の（１）、（２）式で算出する。
Ｆ［ｍ3／ｓｅｃ］＝｛（Ｍ［ｇ／ｍｉｎ］×２２．４［ｍ3］）／（２８．８４［ｇ］×６０［ｓｅｃ］）｝×（１０１．３２［ｋＰａ］／Ｐｉａｂｓ［ｋＰａ］）×｛（２７３．１５［Ｋ］＋Ｔｉ［Ｋ］）／２７３．１５［Ｋ］｝
…（１）
Ｐｉａｂｓ＝Ｐａ＋Ｐｉ …（２）
但し、Ｆは体積流量［ｍ3／ｓｅｃ］である。Ｍは質量流量［ｇ／ｍｉｎ］であり、エアフローセンサ１１２による計測値である。
２２．４［ｍ3］は、標準状態（２７３．１５［Ｋ］、１０１．３２［ｋＰａ］）での空気１［ｍｏｌ］の体積であり、２８．８４［ｇ］は、空気１［ｍｏｌ］の重さである。
Ｐｉａｂｓはエアー入口絶対圧Ｐｉａｂｓ［ｋＰａ］であり、大気圧Ｐａとゲージ圧としてカソード入口圧力センサ１１８で検出（計測）されるカソード入口圧力（ゲージ圧）Ｐｉとの加算値である。
Ｔｉ［Ｋ］は、カソード入口温度センサ１２０による計測値である。
よって、ステップＳ７では、燃料電池スタック１６のカソード流路３８に供給される酸化剤ガスの質量流量Ｍ［ｇ／ｍｉｎ］をエアフローセンサ１１２により取得（ステップＳ６）して（１）式に代入する。
さらに、上記（２）式における、燃料電池車両１０の現在位置の大気圧Ｐａを、ＧＰＳユニット６０で得た標高と気象情報から得た０ｍ気圧（ステップＳ６で取得）とから算出する。
算出した大気圧Ｐａに、カソード入口圧力センサ１１８から計測値として取得（ステップＳ６で取得）したカソード入口圧力（ゲージ圧）Ｐｉを、（２）式に代入して加算し、エアー入口絶対圧Ｐｉａｂｓを算出する。算出したエアー入口絶対圧Ｐｉａｂｓを（１）式に代入する。
さらに、供給路１１４に設けられたカソード入口温度センサ１２０により計測（ステップＳ６で取得）された温度Ｔｉを（１）式に代入することにより体積流量Ｆ［ｍ3／ｓｅｃ］を算出することができる。
［実施形態から把握し得る発明］
ここで、上記実施形態から把握し得る発明について、以下に記載する。なお、理解の便宜のために構成要素には上記実施形態で用いた符号を付けているが、該構成要素は、その符号をつけたものに限定されない。
この発明に係る燃料電池車両１０は、カソード流路３８とアノード流路３６を備える燃料電池スタック１６と、大気の圧力Ｐａを取得する大気圧取得手段６１（気圧センサでもよい。）と、前記大気を吸込み、供給路１１４を通じて前記カソード流路３８に酸化剤ガスを供給するポンプ２６と、前記燃料電池スタック１６の運転停止時以降に、氷点下になることが予測される場合、前記カソード流路３８が安定した氷点下起動が可能になる程度の湿潤状態となるように前記酸化剤ガスにより前記カソード流路３８を掃気するとき、前記大気圧Ｐａに基づき前記運転停止時の掃気時間Ｓｔを設定する掃気時間設定手段１２と、を備える。
備える。
この構成により、大気圧Ｐａに基づき掃気時間Ｓｔを設定するようにしたので、空気の薄い高地でも、平地（通常地）であっても、燃料電池スタック１６のカソード流路３８を最適な湿潤状態とすることができる。
この場合、前記大気圧取得手段６１は、前記大気圧Ｐａを、自車１０の位置情報に基づく標高に基づき取得するようにしてもよい。
大気圧Ｐａは標高に関連し、標高は自車１０の位置情報に基づき、ＧＰＳユニット６０等により取得することができるので、気圧センサが非搭載であっても、標高と大気圧Ｐａとの関係から正確な大気圧Ｐａを取得することができる。
さらに、前記供給路１１４に流通する前記酸化剤ガスの質量流量Ｍ［ｇ／ｓｅｃ］を検出する質量流量センサ１１２と、前記カソード流路３８の入口の前記酸化剤ガスの圧力Ｐｉ［ｋＰａ］を検出するカソード入口圧力センサ１１８と、前記カソード流路３８の入口の前記酸化剤ガスの温度Ｔｉ［Ｋ］を検出するカソード入口温度センサ１２０と、を有し、前記掃気時間設定手段１２は、前記質量流量Ｍ［ｇ／ｓｅｃ］、前記カソード入口圧力Ｐｉ［ｋＰａ］、及び前記カソード入口温度Ｔｉ［Ｋ］に基づき、前記供給路１１４での体積流量Ｆ［ｍ3／ｓｅｃ］を求め、前記掃気時間Ｓｔを図５に示す温度・掃気時間特性を参照して前記温度Ｔｉ［Ｋ］により補正した前記体積流量Ｆ［ｍ3／ｓｅｃ］に基づき前記掃気時間Ｓｔ［ｓｅｃ］を設定するようにしてもよい。
これによれば、カソード入口温度Ｔｉと大気圧Ｐａの変化を考慮した体積流量Ｆ［ｍ3／ｓｅｃ］により掃気時間Ｓｔ［ｓｅｃ］を設定するようにしたので、最適な掃気時間Ｓｔ［ｓｅｃ］を容易に設定することができる。
さらに、該燃料電池車両１０の位置情報に基づく前記大気の湿度Ｈａ［％］を取得する大気湿度取得手段６１を有し、
前記掃気時間設定手段１２は、前記掃気時間Ｓｔ（ｓｅｃ）を、前記大気の湿度Ｈａ［％］が大きい場合には、前記大気の湿度Ｈａ［％］が小さい場合に比較して増加させるようにしてもよい。
大気の湿度Ｈａ［％］が大きい場合には、大気の湿度Ｈａ［％］が小さい場合に比較して掃気時間Ｓｔを増加させることで、交流インピーダンスのばらつき範囲が狭くなり、より最適な湿潤状態とすることができる。
図６は、燃料電池スタック１６の内部温度に相当するカソード出口温度Ｔｏをパラメータとした掃気時間Ｓｔ［ｓｅｃ］に対する交流インピーダンス［ｍΩ］の特性例を示す。交流インピーダンス［ｍΩ］が高い程、燃料電池スタック１６の内部は乾燥している。図６の特性では、カソード出口温度Ｔｏが高い程、掃気により乾燥し易いので掃気時間Ｓｔ［ｓｅｃ］が短い時間とされている。
この発明に係る燃料電池車両の停止時掃気時間の設定方法は、カソード流路３８とアノード流路３６を備える燃料電池スタック１６と、大気の圧力Ｐａを取得する大気圧取得手段６１と、前記大気を吸込み、供給路１１４を通じて前記カソード流路３８に酸化剤ガスを供給するポンプ２６と、を備える燃料電池車両１０の停止時掃気時間の設定方法であって、前記燃料電池スタック１６の運転停止時以降に、氷点下になるか否かを予測する予測ステップＳ４と、氷点下になることが予測される（ステップＳ４：ＹＥＳ）場合、前記カソード流路３８が安定した氷点下起動が可能になる程度の湿潤状態となるように前記酸化剤ガスにより前記カソード流路３８を掃気するに当たり、前記大気圧Ｐａを考慮して前記運転停止時の掃気時間Ｓｔを設定する掃気時間設定ステップＳ７と、を備える。
この発明に係る燃料電池車両の停止時掃気時間の設定方法においては、大気圧Ｐａに基づき掃気時間Ｓｔを設定するようにしたので、空気の薄い高地でも、平地（通常地）であっても、燃料電池スタック１６のカソード流路３８を最適な湿潤状態とすることができる。
なお、この発明は、上述の実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
１０…燃料電池車両 １１…ケースユニット
１２…制御部 １３…記憶部
１４…燃料電池システム １６…燃料電池スタック
１８…水素タンク ２０…出力部
２２…酸化剤ガス系デバイス ２４…燃料ガス系デバイス
２６…エアポンプ ２７…バイパス弁
２８…加湿器 ３０…インジェクタ
３２…エジェクタ ３４…気液分離器
３６…アノード流路 ３８…カソード流路
４０…出力調整器 ４２…蓄電器
４４…モータ ５２、５４…流路
６０…ＧＰＳユニット ６１…通信ユニット
６２…パワースイッチ ７１…負極端子
７２…正極端子 ８０…掃気時間特性
８２…特性
１００、１０４、１０６、１２４、１２８、１３２、１４０、１４２、１４４、１５０、１５４、１５８、１６２…管路
１０２、１２６…遮断弁 １０７…バイパス路
１１２…エアフローセンサ
１１４…供給路 １１６…酸化剤ガス入口連通口
１１８…カソード入口圧力センサ １２０…カソード入口温度センサ
１２２…酸化剤ガス出口連通口 １３０…カソード出口温度センサ
１４６…燃料ガス入口連通口 １４８…燃料ガス出口連通口
１５２…気体排出口 １５６…液体排出口
１６０…排水弁
燃料電池車両１０には、自車位置｛緯度、経度、高度（標高）｝の３次元位置情報を検出するＧＰＳユニット６０を含む通信ユニット（大気湿度取得手段、大気圧取得手段）６１が搭載され、制御部１２は、必要に応じてＧＰＳユニット６０から前記自車位置を取得する。ＧＰＳユニット６０は、ＧＰＳ以外の衛星測位装置を用いることができる。
なお、発電継続中に、気液分離器３４に所定量以上の流体が貯留されたとき、所定液位となるように排水弁１６０が開かれる。

Claims (5)

  1. カソード流路とアノード流路を備える燃料電池スタックと、
    大気の圧力を取得する大気圧取得手段と、
    前記大気を吸込み、供給路を通じて前記カソード流路に酸化剤ガスを供給するポンプと、
    前記燃料電池スタックの運転停止時以降に、氷点下になることが予測される場合、前記カソード流路が安定した氷点下起動が可能になる程度の湿潤状態となるように前記酸化剤ガスにより前記カソード流路を掃気するとき、前記大気圧に基づき前記運転停止時の掃気時間を設定する掃気時間設定手段と、
    を備える燃料電池車両。
  2. 請求項１に記載の燃料電池車両において、
    前記大気圧取得手段は、
    前記大気圧を、自車の位置情報に基づく標高に基づき取得する
    燃料電池車両。
  3. 請求項１又は２に記載の燃料電池車両において、
    さらに、
    前記供給路に流通する前記酸化剤ガスの質量流量を検出する質量流量センサと、
    前記カソード流路の入口の前記酸化剤ガスの圧力を検出するカソード入口圧力センサと、
    前記カソード流路の入口の前記酸化剤ガスの温度を検出するカソード入口温度センサと、を有し、
    前記掃気時間設定手段は、
    前記質量流量、カソード入口圧力、及びカソード入口温度に基づき、前記供給路での体積流量を求め、
    前記掃気時間を前記温度により補正した前記体積流量に基づき前記掃気時間を設定する
    燃料電池車両。
  4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池車両において、
    さらに、該燃料電池車両の位置情報に基づく前記大気の湿度を取得する大気湿度取得手段を有し、
    前記掃気時間設定手段は、前記掃気時間を、前記大気の湿度が大きい場合には、前記大気の湿度が小さい場合に比較して増加させる
    燃料電池車両。
  5. カソード流路とアノード流路を備える燃料電池スタックと、大気の圧力を取得する大気圧取得手段と、前記大気を吸込み、供給路を通じて前記カソード流路に酸化剤ガスを供給するポンプと、を備える燃料電池車両の停止時掃気時間の設定方法であって、
    前記燃料電池スタックの運転停止時以降に、氷点下になるか否かを予測する予測ステップと、
    氷点下になることが予測される場合、前記カソード流路が安定した氷点下起動が可能になる程度の湿潤状態となるように前記酸化剤ガスにより前記カソード流路を掃気するに当たり、前記大気圧を考慮して前記運転停止時の掃気時間を設定する掃気時間設定ステップと、
    を備える燃料電池車両の停止時掃気時間の設定方法。
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