JP4525008B2 - エネルギ出力装置およびエネルギ出力装置の制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、燃料電池を含む複数のエネルギ出力源を備え、複数のエネルギ出力源の内の少なくとも一つを用いて外部にエネルギを出力するエネルギ出力装置およびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、燃料電池を含む複数のエネルギ出力源を備えるエネルギ出力装置として、燃料電池と共に２次電池を備える装置が知られている。例えば、特許文献１では、燃料電池と２次電池とを備える電源装置が開示されている。この電源装置では、電源装置から電力を供給される負荷が所定の低負荷状態の時には、燃料電池における発電を停止して、２次電池から電力供給を行なう制御を行なっている。このような制御は、低負荷状態ではシステム全体の効率が低下するという燃料電池の性質に基づいており、低負荷状態では燃料電池を停止して２次電池を用いることによって、電源装置全体の効率の向上を図るものである。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３０７７５８号公報
【特許文献２】
特開２００１−２２４１０５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように低負荷時に燃料電池の発電を停止して、その後、負荷が増大したときに燃料電池を再起動しようとすると、再起同時に、発電応答遅れやセル電圧低下などの不都合が生じる場合がある。このような不都合を引き起こす原因としては、例えば、発電に伴って生じる生成水が燃料電池内のガス流路内で凝縮することや、燃料電池が固体高分子型である場合に電解質膜の湿潤状態が部分的に低下すること等が挙げられる。このように、システム全体の効率に基づいて燃料電池の発電停止制御を実施しても、実際には理論通りに高効率な運転が実現できない場合がある。燃料電池の発電を停止すると、次回に燃料電池を起動する際に不都合を生じる場合があるという問題は、燃料電池を含む複数のエネルギ出力源を備えるエネルギ出力装置において、所定の条件下で燃料電池の発電を停止する制御を行なう際に共通する問題であった。
【０００５】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、燃料電池を停止する制御を行なうことで、燃料電池を次回起動する時に不都合が生じるのを防止することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記目的を達成するために、本発明の第１のエネルギ出力装置は、燃料電池を含む複数のエネルギ出力源を備え、該複数のエネルギ出力源の内の少なくとも一つを用いて外部にエネルギを出力するエネルギ出力装置であって、
前記エネルギ出力装置からエネルギを出力する際に、所定の条件下では、前記燃料電池の発電を停止させ、前記燃料電池以外のエネルギ出力源からエネルギを出力させる出力制御部と、
前記燃料電池を停止すると、該燃料電池の次回起動時に、前記燃料電池の性能低下が起こるか否かを、前記燃料電池の発電中に判定する判定部と、
前記燃料電池の性能低下が起こると前記判定部が判定したときには、前記所定の条件下であるか否かに関わらず、前記燃料電池の発電を継続させるＦＣ強制運転部と
を備えることを要旨とする。
【０００７】
以上のように構成された本発明の第１のエネルギ出力装置によれば、燃料電池の性能低下が起こると判定されるときには燃料電池の発電を継続するため、燃料電池を停止した後に次回起動したときに起こり得る燃料電池の性能低下を防止することができる。
【０００８】
本発明の第１のエネルギ出力装置において、前記燃料電池の性能低下は、前記燃料電池の電流−電圧特性の低下であることとしても良い。このような場合には、燃料電池の発電を継続させることで、燃料電池の電流−電圧特性が低下するのを防止することができる。
【０００９】
本発明の第１のエネルギ出力装置において、前記判定部は、前記燃料電池に供給する電極活物質を含有するガス中の不純物濃度が所定値以上であれば、前記燃料電池の性能低下が起こると判定することとしても良い。このような場合には、上記ガス中の不純物濃度が上昇することに起因して、燃料電池の電流−電圧特性が低下するのを防止することができる。
【００１０】
このようなエネルギ出力装置において、
前記燃料電池のアノードに水素ガスを導く水素ガス供給路と、
前記燃料電池のアノードから排出されたアノード排ガスの少なくとも一部を前記水素ガス供給路に導く排ガス循環路と
を備え、
前記判定部は、前記水素ガス供給路に導かれる前記アノード排ガス中の不純物濃度が所定値以上であれば、前記燃料電池の性能低下が起こると判定することとしても良い。
【００１１】
上記構成によれば、アノード排ガスの少なくとも一部をアノードに循環させる動作に伴ってガス中で不純物の濃度が高まることに起因して、燃料電池の電流−電圧特性が低下するのを防止することができる。
【００１２】
このようなエネルギ出力装置において、
前記排ガス循環路は、前記アノード排ガスの一部を外部に排出可能なガスパージ部を備え、
前記判定部は、前記ガスパージ部が前記アノード排ガスの一部を排出する動作を前回行なってからの経過時間が、所定の基準時間以内のときに、前記燃料電池の性能低下が起こると判定することとしても良い。
【００１３】
ガスパージ部がアノード排ガスの一部を排出する動作を行なった直後のガス流路では、ガスパージ部の近傍の不純物濃度は低下するものの、燃料電池内部を含む他の領域では不純物濃度は高いままである。そのため、ガスパージ部の排出動作からの経過時間が所定時間以内であれば、燃料電池に供給されるガス中の不純物濃度が高いと判定することができる。
【００１４】
このようなエネルギ出力装置において、さらに、
前記ガスパージ部によって排出されたアノード排ガスを、前記燃料電池のカソードから排出されるカソード排ガスで希釈して外部に排出する水素希釈部を備えることとしても良い。
【００１５】
このような構成とすれば、次回に燃料電池を起動したときに、比較的濃度が高い水素が水素希釈部から排出されるという不都合が生じるのを、さらに防止することができる。アノード排ガスを排出する動作を行なってからの経過時間が短く、水素希釈部内に比較的濃度が高い水素が供給された状態で燃料電池を停止すると、カソード排ガスによる水素の希釈が行なわれなくなる。そのため、次回起動時にカソード排ガスの供給が再開されるときには、水素希釈部内に滞留している比較的濃度が高い水素が水素希釈部から外部に排出されることになるが、上記構成によればこのような不都合を防止できる。
【００１６】
本発明の第１のエネルギ出力装置において、前記判定部は、前記燃料電池において、出力電流値に対する出力電圧値が、前記出力電流値に対応して定められた基準値以下であれば、前記燃料電池の性能低下が起こると判定することとしても良い。このようにして燃料電池の性能低下が起こると判定することで、燃料電池の電流−電圧特性が低下するのを効果的に防止可能となる。
【００１７】
また、本発明の第１のエネルギ出力装置において、前記判定部は、前記燃料電池の温度が所定の基準温度以下であれば、前記燃料電池の性能低下が起こると判定することとしても良い。これによって、燃料電池温度の低下に起因する燃料電池の発電性能低下を防止することができる。
【００１８】
本発明の第２のエネルギ出力装置は、燃料電池を含む複数のエネルギ出力源を備え、該複数のエネルギ出力源の内の少なくとも一つを用いて外部にエネルギを出力するエネルギ出力装置であって、
前記エネルギ出力装置からエネルギを出力する際に、所定の条件下では、前記燃料電池の発電を停止させ、前記燃料電池以外のエネルギ出力源からエネルギを出力させる出力制御部と、
前記燃料電池の停止状態を継続すると、該燃料電池の次回起動時に、該燃料電池の性能低下が起こるか否かを、前記燃料電池の停止中に判定する判定部と、
前記燃料電池の性能低下が起こると前記判定部が判定したときには、前記所定の条件下であるか否かに関わらず、前記燃料電池の発電を開始させるＦＣ強制運転部と
を備えることを要旨とする。
【００１９】
以上のように構成された本発明の第２のエネルギ出力装置によれば、燃料電池の性能低下が起こると判定されるときには、直ちに燃料電池を起動するため、そのまま燃料電池の停止を継続したならば、その後に燃料電池を起動したときに起こり得る燃料電池の性能低下を防止することができる。
【００２０】
このような本発明の第２のエネルギ出力装置において、前記判定部は、前記燃料電池の温度が所定の基準温度以下であれば、前記燃料電池の性能低下が起こると判定することとしても良い。このような構成とすれば、燃料電池の温度が低下することに起因して燃料電池の性能低下が起こるのを防止することができる。
【００２１】
本発明の第３のエネルギ出力装置は、燃料電池を含む複数のエネルギ出力源を備え、該複数のエネルギ出力源の内の少なくとも一つを用いて外部にエネルギを出力するエネルギ出力装置であって、
前記エネルギ出力装置からエネルギを出力する際に、所定の条件下では、前記燃料電池の発電を停止させ、前記燃料電池以外のエネルギ出力源からエネルギを出力させる出力制御部と、
前記燃料電池が発電する際に、発電に伴って動作する燃料電池補機と、
前記燃料電池の発電中に前記燃料電池補機の動作状態を検出し、検出した動作状態に基づいて、前記燃料電池補機が異常と判断される前の過渡的な状態である異常過渡状態であるか否かを判定する判定部と、
前記燃料電池補機が異常過渡状態であると前記判定部が判定したときには、前記所定の条件下であるか否かに関わらず、前記燃料電池の発電を継続させるＦＣ強制運転部と
を備えることを要旨とする。
【００２２】
以上のように構成された本発明の第３のエネルギ出力装置によれば、燃料電池補機が異常過渡状態であると判定されたときには、燃料電池の発電を継続するため、上記燃料電池補機における動作状態の検出を継続することができる。そのため、上記燃料電池補機に異常が発生しているときには、速やかに異常を検出することが可能となる。
【００２３】
本発明の第３のエネルギ出力装置において、前記判定部は、前記燃料電池補機の温度を検出し、該燃料電池補機の温度が所定の基準温度以上であれば、前記燃料電池補機が異常過渡状態であると判定することとしても良い。
【００２４】
このような構成とすれば、燃料電池の発電を継続することにより、上記燃料電池補機の温度上昇の様子を検出し続け、異常があるときには速やかに異常を検出することが可能となる。
【００２５】
本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、エネルギ出力装置の制御方法や、エネルギ出力装置を動力源として搭載する移動体などの形態で実現することが可能である。
【００２６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．装置の全体構成：
Ｂ．間欠運転を伴う運転制御：
Ｃ．間欠運転を禁止する制御：
Ｄ．第２実施例：
Ｅ．変形例：
【００２７】
Ａ．装置の全体構成：
図１は、本発明の実施例である電気自動車１０の構成の概略を表わすブロック図である。電気自動車１０は、電力を消費する負荷として、駆動モータ３３と補機モータ３４とを備えており、これらの負荷に電力を供給する電源として、電源装置１５を備えている。電源装置１５と負荷との間には、配線５０が設けられており、この配線５０を介して、電源装置１５と負荷との間で電力がやり取りされる。
【００２８】
電源装置１５は、燃料電池装置２０と、２次電池３０とを備えている。燃料電池装置２０は、発電の本体である燃料電池２２を備えている。２次電池３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２を介して配線５０に接続されており、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２と燃料電池２２とは、配線５０に対して並列に接続されている。また、配線５０には、配線５０と燃料電池２２との間の接続を入り切りするスイッチ５２が設けられている。
【００２９】
燃料電池装置２０は、燃料電池２２と、燃料電池２２に供給する水素を貯蔵する水素タンク２３と、燃料電池２２に圧縮空気を供給するためのエアコンプレッサ２４と、を備えている。燃料電池２２としては種々の種類の燃料電池を用いることが可能であるが、本実施例では、燃料電池２２として固体高分子型燃料電池を用いている。この燃料電池２２は、複数の単セルを積層したスタック構造を有している。
【００３０】
水素タンク２３は、例えば、高圧水素を貯蔵する水素ボンベとすることができる。あるいは、水素吸蔵合金を内部に備え、水素吸蔵合金に吸蔵させることによって水素を貯蔵するタンクとすることとしても良い。水素タンク２３に貯蔵された水素ガスは、水素ガス供給路６０に放出されて、水素ガス供給路６０に設けられた減圧弁６１によって減圧された後、圧力調整弁６２によって所定の圧力に調整されて、燃料電池２２のアノードに供給される。アノードから排出されるアノード排ガスは、アノード排ガス路６３に導かれて再び水素ガス供給路６０に流入する。このように、アノード排ガス中の残余の水素ガスは流路内を循環して再度電気化学反応に供される。
【００３１】
アノード排ガスを循環させるために、アノード排ガス路６３には、水素ポンプ６５が設けられている。また、このアノード排ガス路６３から分岐して、排ガス排出路６４が設けられている。排ガス排出路６４は、開閉弁６６を備えている。開閉弁６６を開状態とすることで、アノード排ガス路６３を流れるアノード排ガスの一部を、排ガス排出路６４を介して外部に排出可能となる。この開閉弁６６は、アノード排ガス路６３を経由して再びアノードに供給されるガス中の不純物濃度（窒素濃度）を低下させるために設けられている。燃料電池２２とアノード排ガス路６３との間で水素ガスを循環させると、電気化学反応の進行に伴って、水素ガス中にもともと微量に含まれていた窒素が濃縮されて窒素濃度が上昇する。また、窒素を含有する空気が供給されるカソード側からアノード側に窒素がリークしてくることによっても、水素ガス中の窒素濃度が上昇する。本実施例の電気自動車１０では、所定の時間間隔で開閉弁６６を開放して、アノード排ガスの一部を外部に排出することで、アノードに供給する水素ガス中の窒素濃度の上昇を抑えている。開閉弁６６を開放するタイミングは、例えば所定の時間間隔で行なうこととしても良いし、燃料電池２２による発電量の積算値が所定値になる毎に行なうこととしても良い。
【００３２】
ここで、排ガス排出路６４は、排ガス排出路６４よりも断面積が大きい容器である希釈器２６に接続されている。この希釈器２６は、アノード排ガスを外部に排出する際に、アノード排ガス中の水素を、排出に先立って後述するカソード排ガスによって希釈するための構造である。
【００３３】
また、アノード排ガス路６３には、気液分離器２７が設けられている。電気化学反応の進行に伴ってカソードでは水が生じるが、生じた水は、電解質膜を介してアノード側のガス内にも導入される。気液分離器２７は、このようにしてアノード排ガス中に溜まる水蒸気を、温度の低い気液分離器２７の内壁面上で凝縮させることによって、アノード排ガス中から除去する。
【００３４】
エアコンプレッサ２４は、加圧した空気を酸化ガスとして酸化ガス供給路６７を介して燃料電池２２のカソードに供給する。エアコンプレッサ２４が空気を圧縮する際には、フィルタを備えたエアフロメータ２８を介して、外部から空気を取り込む。カソードから排出されるカソード排ガスは、カソード排ガス路６８に導かれて外部に排出される。ここで、酸化ガス供給路６７およびカソード排ガス路６８は、加湿モジュール２５を経由している。加湿モジュール２５では、酸化ガス供給路６７の壁面の一部とカソード排ガス路６８の壁面の一部とが接触しており、この接触部には、水蒸気透過性の膜が配設されている。水蒸気透過性の膜によって酸化ガス供給路６７とカソード排ガス路６８とを隔てることで、カソード排ガス側から加圧空気側に水蒸気が供給可能となっている。すなわち、カソード排ガスは、電気化学反応に伴って生じた生成水を水蒸気の状態で含有するが、加湿モジュール２５では、上記水蒸気を含有するカソード排ガスを用いて、カソードに供給する加圧空気の加湿を行なっている。また、カソード排ガス路６８から分岐して、排ガス分岐路６９が設けられている。この排ガス分岐路６９は、希釈器２６を経由して、再びカソード排ガス路６８に接続している。そのため、排ガス排出路６４を介して希釈器２６に流入したアノード排ガスは、希釈器２６においてカソード排ガスの一部と混合されることによって希釈され、その後カソード排ガス路６８に合流することで、残りのカソード排ガスによってさらに希釈されて外部に排出される。
【００３５】
燃料電池装置２０は、さらに、燃料電池２２の運転温度が所定温度となるように燃料電池２２を冷却するための冷却部４０を備えている。冷却部４０は、冷却水路４１と、冷却ポンプ４２と、ラジエータ２９とを備えている。冷却水路４１は、燃料電池２２の内部とラジエータ２９との間で冷却水が循環するように、冷却水を導く流路である。冷却ポンプ４２は、冷却水路４１内で冷却水を循環させる。ラジエータ２９は、冷却ファンを備えており、燃料電池２２内を経由して昇温した冷却水を冷却する。冷却水路４１と燃料電池２２との接続部付近には、冷却水温度を検出するための温度センサ４３，４４が設けられている。この温度センサ４３，４４の検出結果に基づいて冷却ファンおよび冷却ポンプ４２の駆動量を調節することで、燃料電池２２の運転温度を制御している。なお、既述したエアコンプレッサ２４や水素ポンプ６５や冷却ポンプ４２、あるいはラジエータファンや流路に設けた弁など、燃料電池２２の発電に伴って動作する装置を、以後、燃料電池補機と呼ぶ。
【００３６】
２次電池３０としては、鉛蓄電池や、ニッケル−カドミウム蓄電池、ニッケル−水素蓄電池、リチウム２次電池など種々の２次電池を用いることができる。また、図１に示すように、２次電池３０には、２次電池３０の残存容量（ＳＯＣ）を検出するための残存容量モニタ３１が併設されている。本実施例では、残存容量モニタ３１は、２次電池３０における充電・放電の電流値と時間とを積算するＳＯＣメータとして構成されている。あるいは、残存容量モニタ３１は、ＳＯＣメータの代わりに電圧センサによって構成することとしてもよい。２次電池３０は、その残存容量が少なくなるにつれて電圧値が低下するという性質を有しているため、電圧を測定することによって２次電池３０の残存容量を検出することができる。
【００３７】
２次電池３０の残存容量が所定値以下になると、２次電池３０は、燃料電池２２によって充電される。また、電気自動車１０の制動時（車両の走行時に運転者がブレーキを踏み込む動作を行なったとき）には、駆動モータ３３を発電機として用いて、駆動モータ３３の発電により発生する電力によって２次電池３０を充電することができる。
【００３８】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３２は、出力側の目標電圧値を設定することによって、配線５０における電圧を調節し、これによって燃料電池２２からの出力電圧を調節して燃料電池２２の出力電力を制御する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２は、２次電池３０と配線５０との接続状態を制御するスイッチとしての役割も果たしており、２次電池３０において充放電を行なう必要のないときには、２次電池３０と配線５０との接続を切断する。
【００３９】
電源装置１５から電力の供給を受ける負荷の一つである駆動モータ３３は、同期モータであって、回転磁界を形成するための三相コイルを備えている。この駆動モータ３３には、駆動インバータ３５を介して電源装置１５から電力が供給される。駆動インバータ３５は、上記駆動モータ３３の各相に対応してスイッチング素子としてのトランジスタを備えるトランジスタインバータである。駆動モータ３３の出力軸３７は、減速ギヤ３８を介して車両駆動軸３９に接続している。減速ギヤ３８は、駆動モータ３３が出力する動力を、その回転数を調節した上で車両駆動軸３９に伝える。
【００４０】
図１では、電源装置１５から電力の供給を受ける他の負荷として、補機モータ３４を示している。この補機モータ３４とは、具体的には、既述したエアコンプレッサ２４や冷却ポンプ４２や水素ポンプ６５が備えるモータであり、各々に対応して設けられたインバータ（図１では一括してインバータ３６と表わしている）を介して電源装置１５から電力を供給される。その他、電源装置１５から電力を供給される補機には、ラジエータ２９の冷却ファンや各流路に設けられた弁などの燃料電池補機の他、電気自動車１０が備える空調装置（エアコン）等、車両に関わる電気機器が含まれる。これらの補機の内、動作電圧が低い機器（例えば流路に設けられた弁）には、所定の降圧ＤＣ／ＤＣコンバータを介して電力が供給される（図示せず）。
【００４１】
また、電気自動車１０は、電気自動車１０の各部の動きを制御する制御部７０をさらに備えている。制御部は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、詳しくは、予め設定された制御プログラムに従って所定の演算などを実行するＣＰＵと、ＣＰＵで各種演算処理を実行するのに必要な制御プログラムや制御データ等が予め格納されたＲＯＭと、同じくＣＰＵで各種演算処理をするのに必要な各種データが一時的に読み書きされるＲＡＭと、各種の信号を入出力する入出力ポート等を備える。この制御部７０は、既述した温度センサ４３，４４等の各種センサの検出信号や、残存容量モニタ３１が出力する信号を入力する他、アクセル開度や車速等の車両の運転に関する情報を取得する（図示せず）。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２、駆動インバータ３５、あるいは燃料電池装置２０が備えるポンプや流路に設けられた弁などに駆動信号を出力する。
【００４２】
Ｂ．間欠運転を伴う運転制御：
本実施例の電気自動車１０では、通常は車両の駆動に要する電力を主として燃料電池装置２０が供給する。そして、燃料電池装置２０を用いたのではエネルギ効率が低下する場合には、燃料電池装置２０を停止させる制御（間欠運転）を行なって、２次電池３０から電力を供給する。本実施例の電源装置１５は、エネルギ効率に基づくと間欠運転を行なうべき条件が成立しているときに、実際に間欠運転を行なうか否かの判断をさらに行なう際の動作に特徴があるが、まず、通常の運転制御と間欠運転について説明する。
【００４３】
電源装置１５から電力を得る際には、電源装置１５における効率がより高くなるように、燃料電池２２および２次電池３０からの発電量を制御している。図２は、燃料電池２２の出力の大きさと、エネルギ効率との関係を表わす説明図である。図２（Ａ）は、燃料電池２２の効率（ＦＣ効率）および燃料電池補機が要する動力と、燃料電池２２の出力との関係を示す。図２（Ａ）に示すように、燃料電池２２の出力が大きくなるほど、燃料電池２２の効率は次第に低下する。また、燃料電池２２の出力が大きくなるほど、補機動力、すなわち補機を駆動するために消費するエネルギは大きくなる。ここで、燃料電池２２の出力が非常に小さい間は、燃料電池２２の出力に対する補機動力割合が高くなっている。したがって、燃料電池２２の効率と補機動力に基づいて求められる燃料電池装置２０全体の効率（ＦＣシステム効率）は、図２（Ｂ）に示すように、低負荷時には低くなり、燃料電池２２の出力が所定の値のときに最も高くなり、さらに高負荷になると再び低下するという性質を示す。
【００４４】
そのため、本実施例の電気自動車１０では、燃料電池装置２０全体の効率が悪くなる低負荷時には、原則として燃料電池２２を停止することによって、エネルギ効率が低下するのを防止している。また、燃料電池２２による発電を行なう場合には、燃料電池装置２０のエネルギ効率が特に高くなる負荷状態の時には、燃料電池２２だけから電力を得るよう制御している。そして、これより負荷の大きな時には、燃料電池２２と２次電池３０との双方から所定の割合で電力を得るように、制御を行なっている。
【００４５】
ここで、電源装置１５からの出力状態は、２次電池３０のＳＯＣによっても影響を受ける。２次電池３０のＳＯＣが充分であれば、２次電池３０から部分的に出力することで電源装置１５全体のエネルギ効率を向上させられる場合がある。また、２次電池３０のＳＯＣが不十分であれば、燃料電池２２によって２次電池３０を充電する必要がある。そのため本実施例では、より効率良く電源装置１５から電力を取り出すために、要求負荷（後述する電源装置要求電力）と２次電池３０のＳＯＣとに応じて、燃料電池２２と２次電池３０とが発電すべき電力量を予め定めており、制御部７０内にマップ（電力分配マップ）として記憶している。
【００４６】
以下、要求負荷が小さい場合に燃料電池２２の発電を停止して２次電池３０だけから電力を得る運転モードを「間欠運転モード」と呼び、燃料電池２２が発電を行なう運転モードを「ＦＣ運転モード」と呼ぶ。
【００４７】
間欠運転モードが選択されるときには、燃料電池補機が停止され、燃料電池２２に対する水素ガスおよび空気の供給が停止される。また、スイッチ５２が開放されて、配線５０と燃料電池２２との接続が切断される。
【００４８】
ＦＣ運転モードが選択されるときには、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２の出力電圧によって、燃料電池２２および２次電池３０から出力する電力量を制御している。図３に、燃料電池２２における出力電流と、出力電圧あるいは出力電力との関係を示す。図３に示すように、燃料電池２２から出力すべき電力Ｐ_FCが定まれば、そのときの燃料電池２２の出力電流の大きさＩ_FCが定まる。燃料電池２２の出力特性より、出力電流Ｉ_FCが定まれば、そのときの燃料電池２２の出力電圧Ｖ_FCが定まる。ＦＣ運転モードが選択されているときに、既述した電力分配マップを参照して燃料電池２２から出力すべき電力量が決まると、制御部７０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３２に対して、このようにして求めた出力電圧Ｖ_FCを目標電圧として指令する。このとき、燃料電池２２の発電量に見合ったガスが供給されるように燃料電池補機を駆動すると共に、要求負荷に従ってインバータ３５に駆動信号を出力することによって、燃料電池２２と２次電池３０のそれぞれから、所望量の電力が負荷に供給されるようになる。
【００４９】
図４は、電気自動車１０の制御部７０において実行される運転制御処理ルーチンを表わすフローチャートである。本ルーチンは、電気自動車１０の稼働中に、繰り返し実行される。
【００５０】
本ルーチンが実行されると、制御部７０は、車速およびアクセル開度に関する情報を取得する（ステップＳ１００）。その後、制御部７０は、アクセル開度および車速に基づいて、駆動モータ３３における要求電力を算出する（ステップＳ１１０）。モータ要求電力Ｐ_Mreqを算出すると、制御部７０は、電源装置１５における要求電力Ｐ_req を算出する（ステップＳ１２０）。電源装置要求電力Ｐ_req とは、モータ要求電力Ｐ_Mreqに、さらに、他の負荷（燃料電池補機や、電気自動車１０が備える空調装置）における要求電力を加えたものであり、電源装置１５が出力すべき電力の総量である。
【００５１】
電源装置要求電力Ｐ_req を算出すると、次に制御部７０は、残存容量モニタ３１から２次電池３０のＳＯＣを取得する（ステップＳ１３０）。そして制御部７０は、取得したＳＯＣと上記電源装置要求電力Ｐ_req の値とに基づいて、既述した電力分配マップを参照して、燃料電池２２と２次電池３０とのそれぞれから出力すべき電力（電力分配）を決定する（ステップＳ１４０）。その後、制御部７０は、ステップＳ１４０で決定した電力分配が、間欠運転モードに対応しているか否かを判断する（ステップＳ１５０）。間欠運転モードに対応する電力分配が決定されているときには、制御部７０は、後述する性能低下予測処理ルーチンに移行して（ステップＳ１６０）、本ルーチンを終了する。決定された電力分配がＦＣ運転モードに対応していると判断するときには、制御部７０は、ステップＳ１４０で決定された電力分配が実現されるように、電気自動車１０の各部に駆動信号を出力してＦＣ運転モードの制御を行ない（ステップＳ１７０）、本ルーチンを終了する。具体的には、マップを参照して決定された電力を燃料電池２２および２次電池３０が出力するように、燃料電池装置２０およびＤＣ／ＤＣコンバータ３２を駆動すると共に、要求電力Ｐ_Mreqに応じてインバータ３５，３６等、負荷や燃料電池補機に関わる各部を駆動する。
【００５２】
Ｃ．間欠運転を禁止する制御：
本実施例の電気自動車１０では、上記ステップＳ１４０において間欠運転モードに対応する電力分配が決定されたときには、さらに性能低下予測条件に該当するか否かに基づいて、実際に間欠運転モードで運転制御を行なうか否かを決定する。図５は、このような間欠運転モードを実行するか否かの判断のための処理に関わる回路として、制御部７０が備える回路の構成を示すブロック図である。図５に示すように、制御部７０は、出力制御部７２、判定部７４およびＦＣ強制運転部７６を備えている。また、図６は、図４のステップＳ１５０で決定された電力分配が間欠運転モードに対応していると判断されたときに制御部７０で実行される性能低下予測処理ルーチンを表わすフローチャートである。なお、電力分配が間欠運転モードに対応していると判断されると、ステップＳ１６０では、性能低下予測処理ルーチンが実行されると共に、上記判断およびステップＳ１４０で決定した電力分配が制御部７０の出力制御部７２に伝達される。
【００５３】
図６のルーチンが実行されると、制御部７０は、性能低下予測に関わる情報を入力する（ステップＳ２００）。そして制御部７０の判定部７４は、上記性能低下予測に関わる情報に基づいて、性能低下予測条件に該当するか否かを判定する（ステップＳ２１０）。
【００５４】
ここで、性能低下予測条件とは、現在ＦＣ運転モードで運転中である場合には、この後に間欠運転モードを選択して燃料電池装置２０を停止した場合に、次回燃料電池装置２０を起動すると燃料電池２２の性能低下が引き起こされる可能性があると判定される条件をいう。また、現在燃料電池２２による発電を行なっていない場合には、燃料電池装置２０の停止状態を継続すると、次回起動したときに、この燃料電池２２の性能低下が引き起こされる可能性があると判定される条件をいう。
【００５５】
まず、現在ＦＣ運転モードで運転中である場合に判定される性能低下予測条件について説明する。このような性能低下予測に関わる情報としては、具体的には、燃料電池２２のアノードに供給されるガス中の窒素濃度、燃料電池２２の出力電圧、燃料電池２２を構成する各セルの電圧および燃料電池２２の運転温度などを挙げることができる。
【００５６】
燃料電池２２のアノードに供給されるガス中の窒素濃度が上昇した状態で燃料電池装置２０を一旦停止させると、再起動時の燃料電池２２の発電効率が低下して、出力特性（出力電流に対する出力電圧である電流−電圧特性）が低下する可能性がある。そのため、本実施例では、アノードに供給されるガス中の窒素濃度が上昇していることを、性能低下予測条件に加えている。
【００５７】
上記ガス中の窒素濃度は、例えば、前回開閉弁６６を開弁操作した後の経過時間、あるいは開弁操作した後の燃料電池２２における積算発電量に基づいて、推定値として算出することができる。本実施例では、制御部７０において、上記のように経過時間の測定や発電量の積算を継続して行ない、ステップＳ２００では、この経過時間や積算発電量を参照して、上記ガス中の窒素濃度を算出している。ステップＳ２１０では、このようにして算出した値が所定の基準値を超えているときに、性能低下予測条件に該当すると判定する。あるいは、窒素濃度を算出することなく、開閉弁６６の開弁操作後の経過時間のみに基づいて判定しても良い。すなわち、ガス中の窒素濃度が上昇したと予測するための基準時間である窒素蓄積基準時間を予め設定しておき、開閉弁６６の開弁操作後の経過時間が窒素蓄積基準時間を超えているときに、性能低下予測条件に該当すると判定することとしても良い。また、開閉弁６６の開弁操作後の燃料電池２２の積算発電量が、ガス中の窒素濃度が上昇すると予測される所定の基準値を超えるときに、性能低下予測条件に該当すると判定することとしても良い。
【００５８】
あるいは、上記ガス中の窒素濃度に基づいて性能低下予測条件に該当するか否かを判定する際に、前回開閉弁６６を開弁操作した後の経過時間が、上記窒素蓄積基準時間よりもはるかに短く設定した開弁直後基準時間以内である場合に、性能低下予測条件に該当すると判定しても良い。開閉弁６６を開放すると、アノード排ガス路６３において、開閉弁６６の近傍では急激に窒素濃度が低下するが、燃料電池２２内部などガス流路の他の部位では窒素濃度は高いままである。窒素濃度が流路内で均一化して流路全体で窒素濃度が充分に低くなるためには、開閉弁６６の開弁操作後しばらくの時間を要する。そのため、開閉弁６６の開弁操作後、流路全体の窒素濃度が低くなるのに要する時間として開弁直後基準時間を設定しておき、開閉弁６６の開弁操作後の経過時間が開弁直後基準時間以内であるときには、性能低下予測条件に該当すると判定することができる。
【００５９】
ここで、前回開閉弁６６を開弁操作してからの経過時間が、上記開弁直後基準時間以内であるときには、ガス中の窒素濃度が高いままであるという不都合の他に、希釈器２６内に比較的濃度が高い水素が滞留しているという問題も生じている。燃料電池装置２０を停止させるとエアコンプレッサ２４が停止して、希釈器２６に対するカソード排ガスの供給が止まる。そのため、開閉弁６６を開弁操作した直後に燃料電池装置２０を一旦停止させると、次回起動時にエアコンプレッサ２４が動き始めるときに、希釈器２６から外部に比較的濃度が高い水素が排出される可能性がある。このように、開閉弁６６の開弁操作からの経過時間がごく短い（開弁直後基準時間以内である）ということは、ガス中の窒素濃度が高いことに起因して燃料電池２２の発電性能が低下するという性能低下の他に、比較的濃度が高い水素が排出されるという不都合が生じるということができる。
【００６０】
燃料電池２２の出力電圧や、燃料電池２２を構成する各セルの電圧は、燃料電池２２を構成する電解質膜が水分不足となったときや、燃料電池２２内のガス流路において凝縮水が滞留してガスの流れが妨げられた時に、低下する可能性がある。このように電解質膜が水分不足となった状態や流路内で凝縮水が滞留する状態のままで燃料電池装置２０を一旦停止させると、再起動時の燃料電池２２の発電効率が低下して、電流−電圧特性が低下する可能性がある。そのため、本実施例では、燃料電池２２の出力電圧や、燃料電池２２を構成する各セルの電圧が低下していることを、性能低下予測条件に加えている。
【００６１】
本実施例の電源装置１５では、燃料電池２２の出力電流を検出する電流計と、燃料電池２２の出力電圧（配線５０の電圧）を検出する電圧計と、燃料電池２２を構成する各単セル毎の電圧を測定する単セル電圧計と、が設けられている（図示せず）。図６のステップＳ２００では、制御部７０は、上記電流計と電圧計と単セル電圧計とから検出信号を取得する。その後、ステップＳ２１０で、出力電流に対する出力電圧の値が所定の基準値よりも低い場合には、性能低下予測条件に該当すると判定する。ここで、所定の基準値とは、発電を継続することは許容できるが、電解質膜の水分不足や凝縮水の滞留が疑われる程度に通常よりも低い電圧値として設定されている。なお、本実施例では、燃料電池２２全体の出力電圧と各単セル毎の電圧との両方を検出しているが、特に単セル毎の電圧に基づくことで、不都合が発生する可能性を早い段階で検出することが可能となる。すなわち、特定の単セルにおける電解質膜の部分的な水分不足や、特定の単セル内ガス流路の一部において凝縮水の滞留が生じていることを、速やかに検出することが可能となる。
【００６２】
燃料電池２２の運転温度が低下することによっても、燃料電池２２の電流−電圧特性が低下する。そのため、燃料電池２２の温度が低下し始めたときに燃料電池装置２０を停止すると、燃料電池２２の温度はさらに低下してしまい、再起動時には燃料電池２２の出力特性がさらに低下する可能性がある。このように燃料電池２２の温度が通常よりも低下しているときに、燃料電池２２に対してより大きな負荷を接続する場合には、燃料電池２２内で通常の電気化学反応とは異なる反応が進行して、燃料電池２２の発電性能がさらに低下する可能性もある。従って本実施例では、燃料電池２２の運転温度を、性能低下予測条件に加えている。
【００６３】
燃料電池２２の温度は、燃料電池２２に温度センサを設けて直接検出することとしても良いし、燃料電池２２の温度を反映する温度を検出することとしても良い。例えば、冷却水路４１に設けた温度センサ４３の検出信号に基づいて燃料電池２２の温度を推測することができる。図６のステップＳ２００では、制御部７０は、上記した温度センサから検出信号を取得する。そして、ステップＳ２１０で、検出した温度が所定の温度以下であれば、性能低下予測条件に該当すると判定する。
【００６４】
図６のステップＳ２１０において、判定部７４が性能低下予測条件に該当すると判定したとき、すなわち、判定部７４が燃料電池２２の性能低下が起こると判定したときには、この判定は制御部７０のＦＣ強制運転部７６に伝達される。ここで、制御部７０には、既述した通常の電力分配マップの他に、間欠運転停止時電力分配マップが記憶されている。通常の電力分配マップでは、燃料電池装置２０のエネルギ効率が低くなる所定の低負荷状態では、燃料電池２２が発電すべき電力量はゼロに定められている。これに対して、間欠運転停止時電力分配マップでは、このような低負荷状態であっても燃料電池２２が発電を行なうように、燃料電池２２と２次電池３０とが発電すべき電力量が記憶されている。ステップＳ２２０では、ＦＣ強制運転部７６は、上記間欠運転停止時電力分配マップを参照して、燃料電池２２と２次電池３０とが発電すべき電力量（電力分配）を決定する。電力分配を決定すると、ＦＣ強制運転部７６は、決定した電力分配が実現されるように、電源装置１５の各部に駆動信号を出力してＦＣ運転モードの制御を行ない（ステップＳ２３０）、本ルーチンを終了する。なお、ステップＳ２１０において、判定部７４が性能低下予測条件に該当すると判定したときには、この判定は制御部７０の出力制御部７２にも伝達される。これによって、ステップＳ１６０で出力制御部７２に伝達されていた判断（電力分配が間欠運転モードに対応しているという判断）および間欠運転モードに対応する電力分配がキャンセルされる。
【００６５】
ステップＳ２１０において、判定部７４が性能低下予測条件のいずれにも該当しないと判定したとき、すなわち、判定部７４が燃料電池２２の性能低下が起こらないと判定したときには、この判定は制御部７０の出力制御部７２に伝達される。これにより、出力制御部７２は、ステップＳ１６０で伝達された間欠運転モードに対応する電力分配に従い、電源装置１５の各部に駆動信号を出力する。これによって、２次電池３０が電源装置要求電力Ｐ_req に相当する電力を出力するという間欠運転モードの制御が実行され（ステップＳ２４０）、本ルーチンを終了する。
【００６６】
以上のように構成された本実施例の電源装置１５によれば、性能低下予測条件に該当するときには、電源装置１５のエネルギ効率に関わらず間欠運転を行なわないため、燃料電池２２の性能低下を防止することができる。
【００６７】
性能低下予測条件が、ガス中の窒素濃度が高いことであった場合には、燃料電池２２による発電を継続することで、その後開閉弁６６の開弁操作が実行され、ガス中の窒素濃度が低下するため、性能低下を防止することができる。あるいは、開閉弁６６の開弁操作を行なってからの経過時間が短いために間欠運転を行なわなかった場合には、比較的濃度が高い水素が外部に排出される不都合を防止することができる。このように、燃料電池２２の性能低下とは、燃料電池２２の性能に関わる不都合に加えて、燃料電池２２の動作に伴って生じる不都合を広く含むものとする。
【００６８】
性能低下予測条件が、燃料電池２２の出力電圧や、燃料電池２２を構成する各セルの電圧が低いことであった場合には、燃料電池２２による発電を継続することで、電解質膜の水分不足の回復や滞留する凝縮水の除去を行ない、性能低下を防止することが可能となる。すなわち、燃料電池２２において、ガス流量の調節やガスの加湿を正常に行なわれているならば、発電を継続することによって、燃料電池２２の出力電圧や燃料電池２２を構成する各セル電圧を回復することが可能となる。
【００６９】
性能低下予測条件が、燃料電池２２の運転温度が低いことであった場合には、燃料電池２２による発電を継続することで、電気化学反応に伴って生じる熱を利用して燃料電池２２の温度が低下しすぎるのを抑え、性能低下を防止することができる。
【００７０】
燃料電池２２の発電を継続することで、性能低下予測条件が解消されると、その後に低負荷状態となって性能低下予測処理ルーチンが実行されるときには、間欠運転モードが実行されて、燃料電池装置２０が停止される。このように性能低下予測条件が解消されていれば、その後負荷の増大などに伴って燃料電池装置２０が再び起動されたときに、既述した性能低下が起こることがない。
【００７１】
なお、上記した説明では、現在ＦＣ運転モードで運転中である場合に判定される性能低下予測条件について説明したが、現在燃料電池２２による発電を行なっていない場合にも、同様の制御が行なわれる。現在燃料電池２２が発電を行なっていない場合（間欠運転モードとなっている場合）にステップＳ２００で入力する情報としては、具体的には、例えば燃料電池２２の温度を挙げることができる。燃料電池２２の温度が所定の基準温度以下となったときには、性能低下予測条件に該当すると判断して、直ちに燃料電池装置２０を起動する（ＦＣ運転モードにする）ことで、燃料電池２２の温度低下を抑えて発電性能の低下が防止される。このような制御を行なうことで、間欠運転モードを継続することに起因して次回起動時に燃料電池２２の性能低下が起こるのを防止することができる。
【００７２】
このような制御を行なう際に、燃料電池２２の温度を直接検出する他に、間欠運転モードを開始してからの経過時間に基づいて、経過時間が所定の基準時間を超えたときに、ステップＳ２１０で性能低下予測条件に該当すると判断することとしても良い。すなわち、間欠運転モードを継続する時間に制限を設け、所定の基準時間以上継続して間欠運転を行なわないこととしても良い。これによって、間欠運転を継続することで燃料電池２２の温度が低下し過ぎるのを防止することができる。さらに、間欠運転モードを継続する時間に制限を設けることで、間欠運転を継続することに起因して電解質膜の水分が不足することによる不都合を防止することも可能となる。なお、このような間欠運転を継続する時間の制限の他に、一旦間欠運転モードからＦＣ運転モードに移行した後、再び間欠運転モードを開始するまでの時間に制限を設けることとしても良い。すなわち、ステップＳ２００において前回間欠運転を終了してからの経過時間を入力し、ステップＳ２１０においてその経過時間が所定の基準時間未満であるときに性能低下予測条件に該当すると判断しても良い。このように、間欠運転の後に燃料電池２２が発電する時間を確保することで、燃料電池２２の温度を充分に高く維持し、あるいは電解質膜の加湿状態を充分に確保することが可能となる。
【００７３】
また、間欠運転モードとなっているときに図６のステップＳ２００で入力する他の情報として、燃料電池２２を構成する各単セルにおけるＯＣＶ（開放電圧）を入力することとしても良い。特定の単セル内のガス流路で凝縮水が滞留したときには、ＯＣＶが通常の値まで上昇しなくなるため、ＯＣＶが所定の基準電圧以下の時には、性能低下予測条件に該当すると判断することができる。一旦は間欠運転モードを開始しても、ステップＳ２００でＯＣＶが所定の基準電圧以下であるときには、直ちにステップＳ２３０のＦＣ運転モードを開始することで、燃料電池２２にガス供給を開始して凝縮水の滞留を解消し、性能低下を防止することが可能となる。
【００７４】
Ｄ．第２実施例：
上記第１実施例では、間欠運転の後に燃料電池を再起動すると燃料電池の性能低下が起こると判定されるときには、間欠運転を行なわないこととしたが、燃料電池装置２０が備える燃料電池補機のいずれかが異常と判断される前の過渡的な状態であることが検出されている状態では、間欠運転を行なわないこととしても良い。このような構成を第２実施例として以下に説明する。
【００７５】
本発明の第２実施例の電気自動車は、第１実施例の電気自動車１０と同様の構成を有するため、共通する構成要素には同じ参照番号を付して詳しい説明は省略する。図７は、第２実施例の電気自動車１０の制御部７０で実行される異常過渡状態処理ルーチンを表わすフローチャートである。本ルーチンは、制御部７０において、図４の運転制御処理ルーチンと同様の処理を行なってステップＳ１５０で間欠運転条件であると判断されたときに、ステップＳ１６０（図６）の性能低下予測処理ルーチンに代えて実行される。
【００７６】
本ルーチンが実行されると、制御部７０は、現在、間欠運転モードで運転中であるか否かを判断する（ステップＳ３００）。間欠運転モードで運転中ではないと判断すると、次に制御部７０は、異常過渡状態に関わる情報を入力する（ステップＳ３０５）。その後、第２実施例における制御部７０の判定部７４は、上記異常過渡状態に関わる情報に基づいて、異常過渡状態に該当するか否かを判定する（ステップＳ３１０）。
【００７７】
ここで、異常過渡状態とは、燃料電池装置２０が備えるいずれかの燃料電池補機において、何らかの異常が検出される前の過渡的な状態として予め設定した条件が成立していることをいう。特に、間欠運転を実行して燃料電池装置２０を停止すると、検出中であった異常過渡状態が解消されてしまい、実際に異常がある場合に異常の検出動作が継続できなくなるような性質の異常に関する条件として設定されている。
【００７８】
このような異常過渡状態の判定のために、本実施例のステップＳ３０５では、エアコンプレッサ２４が吐出する圧縮空気の温度と、水素ポンプ６５が吐出する水素ガスの温度と、インバータ３６の温度とを検出している。このような検出のために、エアコンプレッサ２４から圧縮空気が吐出される流路には、空気温度センサ５４が設けられており、アノード排ガス路６３において、水素ポンプ６５から圧縮水素が吐出される部位には水素温度センサ５６が設けられている（図１参照）。また、インバータ３６には、インバータ３６の温度を検出する温度センサが設けられている（図示せず）。ステップＳ３０５では、制御部７０は、これらのセンサから検出信号を取得する。
【００７９】
エアコンプレッサ２４および水素ポンプ６５のそれぞれによって圧縮されることで、空気及び水素ガスは昇温するが、エアコンプレッサ２４や水素ポンプ６５で何らかの異常が発生したときには、空気や水素ガスの温度が所定温度を超えて次第に上昇する場合がある。また、インバータ３６において異常が発生したときにも、インバータ３６の温度が所定温度を超えて次第に上昇する場合がある。本実施例では、上記圧縮空気、水素ガス及びインバータ３６温度のそれぞれに対して、通常の温度範囲を超えた温度であって、燃料電池装置２０の停止等の処置をすべき異常時であることを判定するための異常時基準温度を予め定めて制御部７０に記憶している。さらに、それぞれに対して、通常の温度範囲と上記異常時基準温度との間の温度であって、異常過渡状態であることを判定するための異常過渡基準温度を予め定めて制御部７０に記憶している。ステップＳ３１０では、上記３種類の温度の少なくともいずれか一つが、異常過渡基準温度を超えているか否かによって、異常過渡状態であるか否かを判定している。
【００８０】
図７のステップＳ３１０において、判定部７４が異常過渡状態に該当すると判定したときには、その判定結果は、制御部７０のＦＣ強制運転部７６に伝達される。その後は図６のステップＳ２２０と同様の処理を実行し（ステップＳ３２０）、決定した電力分配が実現されるように電源装置１５の各部に駆動信号を出力してＦＣ運転モードの制御を行なって（ステップＳ３３０）、本ルーチンを終了する。
【００８１】
ステップＳ３１０において、判定部７４が異常過渡状態のいずれにも該当しないと判定したときには、その判定結果は、制御部７０の出力制御部７２に伝達される。その後、出力制御部７２は、図６のステップＳ２４０と同様に、運転制御処理ルーチンのステップＳ１６０で伝達された間欠運転モードに対応する電力分配に従い、電源装置１５の各部に駆動信号を出力する。これによって、２次電池３０が電源装置要求電力Ｐ_req に相当する電力を出力するという間欠運転モードの制御が実行され（ステップＳ３４０）、本ルーチンを終了する。
【００８２】
また、ステップＳ３００において間欠運転モードで運転中と判断した場合には、すでに燃料電池装置２０は停止されているため、異常過渡状態に関する判定を行なう必要はない。そのため、制御部７０は、そのままステップＳ３４０に移行して間欠運転モードを継続する制御を行ない、本ルーチンを終了する。
【００８３】
以上のように構成された第２実施例の電源装置１５によれば、エアコンプレッサ２４と水素ポンプ６５とインバータ３６とのいずれかが、異常過渡状態であることが検出されると、燃料電池装置２０が停止されないため、実際に異常が生じている場合に、異常の検出のための動作を継続することができる。異常の前段階である異常過渡状態で間欠運転を行ない燃料電池装置２０を停止すると、温度が上昇中であって異常過渡状態であると判定されたエアコンプレッサ２４等は、動作を停止することで降温する。したがって、次回燃料電池装置２０が起動されたときには、異常過渡状態に対応する温度、さらに異常時基準温度に昇温するまでに時間を要することになり、実際に異常が発生している場合にこれが検出されるまでにより長い時間を要することになる。本実施例では、異常過渡状態であると判定されると燃料電池装置２０を停止しないため、エアコンプレッサ２４等に異常が発生しているときには、速やかに異常を検出することが可能となる。
【００８４】
なお、第２実施例では、エアコンプレッサ２４と水素ポンプ６５とインバータ３６とにおける異常過渡状態を検出することとしたが、燃料電池装置２０が備える他の燃料電池補機について、同様の判定を行なうこととしても良い。燃料電池装置２０を停止すると、検出中であった異常過渡状態が解消されてしまい、実際に異常がある場合に異常の検出がなされなくなるような種類の異常（例えば温度上昇を伴う異常）について、異常過渡状態を検出するならば、同様の効果を得ることができる。例えば、燃料電池２２から排出されるアノード排ガスやカソード排ガスの温度を測定して、燃料電池２２が、温度上昇を伴う異常の過渡的な状態であることを検出することとしても良い。あるいは、燃料電池２２から排出されるアノード排ガスやカソード排ガスの圧力を測定して、燃料電池２２が、排出ガス圧の低下を伴う異常（電解質膜の損傷など）の過渡的な状態であることを検出することとしても良い。
【００８５】
Ｅ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００８６】
Ｅ１．変形例１：
第１および第２実施例では、燃料電池装置２０を停止させるか否かの判断は、電源装置１５全体のエネルギ効率に基づいて行なっている。これに対して、エネルギ効率以外の条件をさらに考慮して、あるいは、エネルギ効率以外の条件に基づいて、上記判断を行ない、燃料電池装置２０を停止して２次電池３０を用いる制御を行なうこととしても良い。エネルギ効率以外の条件に基づいて判断する場合にも、性能低下予測条件や異常過渡状態に基づいて、燃料電池装置２０の停止の解除を行なうこととすれば、同様の効果を得ることができる。
【００８７】
Ｅ２．変形例２：
第１および第２実施例では、燃料電池装置２０と２次電池３０とを備える電源装置１５としたが、２次電池３０に代えて、あるいは２次電池３０に加えてさらに、内燃機関を備えるエネルギ出力装置においても、同様に本発明を適用することができる。燃料電池装置と共に内燃機関を車両に搭載するならば、燃料電池装置から電力を供給されるモータと、内燃機関との双方から、車両駆動用の動力を得ることが可能となる。このように、燃料電池を含む複数のエネルギ出力源を備えるエネルギ出力装置において、少なくともいずれか一つのエネルギ出力源を用いて外部にエネルギを出力する際に、本発明を適用することができる。このようなエネルギ出力装置で、エネルギ効率などに基づく所定の条件下で燃料電池の発電を停止する制御を行なう際に、性能低下予測条件や異常過渡状態に基づいて、燃料電池装置２０の停止の解除を行なうこととすれば、同様の効果を得ることができる。
【００８８】
Ｅ３．変形例３：
第１および第２実施例では、燃料電池装置２０は、アノードに対して純度の高い水素ガスを供給し、アノード排ガスをアノードに循環させる構成としたが、異なる構成とすることもできる。例えば、ガソリンやアルコールなどの炭化水素系燃料を改質して水素を生成する改質器を有する燃料電池装置を備えた電源装置において、同様に本発明を適用することが可能である。改質器を有する燃料電池装置を備える電源装置としては、２次電池をさらに備え、主電源として２次電池を用い、燃料電池は主として２次電池の充電に用い、２次電池が満充電のときには燃料電池装置の発電を停止する構成が考えられる。このような電源装置において、２次電池が満充電となって、燃料電池装置を停止する判断がなされても、性能低下予測条件や異常過渡状態に基づいて燃料電池装置の停止の解除を行なうこととすれば、同様の効果を得ることができる。
【００８９】
このような構成において、性能低下予測条件の一つである電極活物質を含有するガス中の不純物濃度は、改質ガス中の不純物濃度（例えば一酸化炭素濃度）とすることができる。改質ガス中の不純物濃度が高いときには、燃料電池装置を稼働させ続けることで、改質器の温度や、改質ガスを浄化するための触媒を備える反応器の温度の低下を抑えることができる。したがって、燃料電池装置を停止させることによって上記改質器や反応器の温度が低下して、次回に燃料電池装置を起動したときに改質ガス中の不純物濃度がさらに高まって許容範囲を超えてしまうのを防止することができる。
【００９０】
Ｅ４．変形例４：
第１および第２実施例では、燃料電池装置２０を備える電源装置１５を電気自動車１０に搭載することとしたが、燃料電池装置を備える電源装置などのエネルギ出力装置を、定置型としても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例である電気自動車１０の構成の概略を表わすブロック図である。
【図２】 燃料電池２２の出力の大きさと、エネルギ効率との関係を表わす説明図である。
【図３】 燃料電池２２における出力電流と、出力電圧あるいは出力電力との関係を示す説明図である。
【図４】 運転制御処理ルーチンを表わすフローチャートである。
【図５】 間欠運転モードを実行するか否かの判断のための処理に関わる回路として、制御部７０が備える回路の構成を示すブロック図である。
【図６】 性能低下予測処理ルーチンを表わすフローチャートである。
【図７】 異常過渡状態処理ルーチンを表わすフローチャートである。
【符号の説明】
１０…電気自動車
１５…電源装置
２０…燃料電池装置
２２…燃料電池
２３…水素タンク
２４…エアコンプレッサ
２５…加湿モジュール
２６…希釈器
２７…気液分離器
２８…エアフロメータ
２９…ラジエータ
３０…２次電池
３１…残存容量モニタ
３２…ＤＣ／ＤＣコンバータ
３３…駆動モータ
３４…補機モータ
３５，３６…インバータ
３７…出力軸
３８…減速ギヤ
３９…車両駆動軸
４０…冷却部
４１…冷却水路
４２…冷却ポンプ
４３，４４…温度センサ
５０…配線
５２…スイッチ
５４…空気温度センサ
５６…水素温度センサ
６０…水素ガス供給路
６１…減圧弁
６２…圧力調整弁
６３…アノード排ガス路
６４…排ガス排出路
６５…水素ポンプ
６６…開閉弁
６７…酸化ガス供給路
６８…カソード排ガス路
６９…排ガス分岐路
７０…制御部
７２…出力制御部
７４…判定部
７６…ＦＣ強制運転部

Claims (11)

1. 燃料電池を含む複数のエネルギ出力源を備え、該複数のエネルギ出力源の内の少なくとも一つを用いて外部にエネルギを出力するエネルギ出力装置であって、
   前記エネルギ出力装置からエネルギを出力する際に、前記燃料電池を用いたのでは、前記燃料電池と該燃料電池の補機とを備える燃料電池システム全体のエネルギ効率が低下すると判断される条件下では、前記燃料電池の発電を停止させ、前記燃料電池以外のエネルギ出力源からエネルギを出力させる出力制御部と、
   前記燃料電池を停止すると、該燃料電池の次回起動時に、前記燃料電池の電流−電圧特性の低下が起こるか否かを、前記燃料電池の発電中に判定する判定部と、
   前記出力制御部によって前記燃料電池の発電が停止されることなく前記燃料電池の発電を行ないつつ前記エネルギ出力装置から外部にエネルギを出力しているときに、前記燃料電池の電流−電圧特性の低下が起こると前記判定部が判定した場合には、さらに前記エネルギ出力装置から外部へのエネルギの出力を継続する際に、前記条件下であるか否かに関わらず、前記燃料電池の発電を継続させるＦＣ強制運転部と
   を備えるエネルギ出力装置。
2. 請求項１記載のエネルギ出力装置であって、
   前記判定部は、前記燃料電池のアノードに供給する水素を含有するガス中の不純物濃度が所定値以上であれば、前記燃料電池の電流−電圧特性の低下が起こると判定する
   エネルギ出力装置。
3. 請求項２記載のエネルギ出力装置であって、さらに、
   前記燃料電池のアノードに水素ガスを導く水素ガス供給路と、
   前記燃料電池のアノードから排出されたアノード排ガスの少なくとも一部を前記水素ガス供給路に導く排ガス循環路と
   を備え、
   前記判定部は、前記水素ガス供給路に導かれる前記アノード排ガス中の不純物濃度が所定値以上であれば、前記燃料電池の電流−電圧特性の低下が起こると判定する
   エネルギ出力装置。
4. 請求項３記載のエネルギ出力装置であって、
   前記排ガス循環路は、前記アノード排ガスの一部を外部に排出可能なガスパージ部を備え、
   前記判定部は、前記ガスパージ部が前記アノード排ガスの一部を排出する動作を前回行なってからの経過時間が、所定の基準時間以内のときに、前記燃料電池の電流−電圧特性の低下が起こると判定する
   エネルギ出力装置。
5. 請求項４記載のエネルギ出力装置であって、さらに、
   前記ガスパージ部によって排出されたアノード排ガスを、前記燃料電池のカソードから排出されるカソード排ガスで希釈して外部に排出する水素希釈部を備える
   エネルギ出力装置。
6. 請求項１記載のエネルギ出力装置であって、
   前記判定部は、前記燃料電池において、出力電流値に対する出力電圧値が、前記出力電流値に対応して定められた基準値以下であれば、前記燃料電池の電流−電圧特性の低下が起こると判定する
   エネルギ出力装置。
7. 請求項１記載のエネルギ出力装置であって、
   前記判定部は、前記燃料電池の温度が所定の基準温度以下であれば、前記燃料電池の電流−電圧特性の低下が起こると判定する
   エネルギ出力装置。
8. 燃料電池を含む複数のエネルギ出力源を備え、該複数のエネルギ出力源の内の少なくとも一つを用いて外部にエネルギを出力するエネルギ出力装置であって、
   前記エネルギ出力装置からエネルギを出力する際に、前記燃料電池を用いたのでは、前記燃料電池と該燃料電池の補機とを備える燃料電池システム全体のエネルギ効率が低下すると判断される条件下では、前記燃料電池の発電を停止させ、前記燃料電池以外のエネルギ出力源からエネルギを出力させる出力制御部と、
   前記燃料電池の停止状態を継続すると、該燃料電池の次回起動時に、該燃料電池の電流−電圧特性の低下が起こるか否かを、前記燃料電池の停止中に判定する判定部と、
   前記出力制御部によって前記燃料電池の発電が停止された状態で前記エネルギ出力装置から外部にエネルギを出力しているときに、前記燃料電池の電流−電圧特性の低下が起こると前記判定部が判定した場合には、さらに前記エネルギ出力装置から外部へのエネルギの出力を継続する際に、前記条件下であるか否かに関わらず、前記燃料電池の発電を開始させるＦＣ強制運転部と
   を備えるエネルギ出力装置。
9. 請求項８記載のエネルギ出力装置であって、
   前記判定部は、前記燃料電池の温度が所定の基準温度以下であれば、前記燃料電池の電流−電圧特性の低下が起こると判定する
   エネルギ出力装置。
10. 燃料電池を含む複数のエネルギ出力源を備え、該複数のエネルギ出力源の内の少なくとも一つを用いて外部にエネルギを出力するエネルギ出力装置の制御方法であって、
    （ａ）前記エネルギ出力装置からエネルギを出力する際に、前記燃料電池と燃料電池補機とを備える燃料電池システム全体のエネルギ効率に基づく条件に基づいて、前記燃料電池が発電するＦＣ発電モードと、前記燃料電池の発電は停止して前記燃料電池以外のエネルギ出力源からエネルギを出力させるＦＣ停止モードと、のいずれかの運転モードを選択する工程と、
    （ｂ）前記燃料電池を停止すると、該燃料電池の次回起動時に、前記燃料電池の電流−電圧特性の低下が起こるか否かを、前記燃料電池の発電中に判定する工程と、
    （ｃ）前記エネルギ出力装置が既に前記ＦＣ発電モードで運転されている条件下において、前記（ｂ）工程で前記燃料電池の電流−電圧特性の低下が起こると判定したときに、前記（ａ）工程で前記ＦＣ停止モードを選択している場合には、前記ＦＣ停止モードの選択を解除する工程と、
    （ｄ）前記エネルギ出力装置が既に前記ＦＣ発電モードで運転されている条件下において、前記（ｃ）工程で前記ＦＣ停止モードの選択を解除した場合には、前記ＦＣ発電モードを継続するように、前記燃料電池および該燃料電池以外のエネルギ出力源の駆動制御を行なうと共に、前記（ｃ）工程における選択の解除がなされていない場合には、前記（ａ）工程で選択した運転モードとなるように、前記駆動制御を行なう工程と
    を備えるエネルギ出力装置の制御方法。
11. 燃料電池を含む複数のエネルギ出力源を備え、該複数のエネルギ出力源の内の少なくとも一つを用いて外部にエネルギを出力するエネルギ出力装置の制御方法であって、
    （ａ）前記エネルギ出力装置からエネルギを出力する際に、前記燃料電池と燃料電池補機とを備える燃料電池システム全体のエネルギ効率に基づく条件に基づいて、前記燃料電池が発電するＦＣ発電モードと、前記燃料電池の発電は停止して前記燃料電池以外のエネルギ出力源からエネルギを出力させるＦＣ停止モードと、のいずれかの運転モードを選択する工程と、
    （ｂ）前記燃料電池の停止状態を継続すると、該燃料電池の次回起動時に、該燃料電池の電流−電圧特性の低下が起こるか否かを、前記燃料電池の停止中に判定する工程と、
    （ｃ）前記エネルギ出力装置が既に前記ＦＣ停止モードで運転されている条件下において、前記（ｂ）工程で前記燃料電池の電流−電圧特性の低下が起こると判定したときに、前記（ａ）工程で前記ＦＣ停止モードを選択している場合には、前記ＦＣ停止モードの選択を解除する工程と、
    （ｄ）前記エネルギ出力装置が既に前記ＦＣ停止モードで運転されている条件下において、前記（ｃ）工程で前記ＦＣ停止モードの選択を解除した場合には、前記ＦＣ発電モードとなるように、前記燃料電池および該燃料電池以外のエネルギ出力源の駆動制御を行なうと共に、前記（ｃ）工程における選択の解除がなされていない場合には、前記（ａ）工程で選択した運転モードとなるように、前記駆動制御を行なう工程と
    を備えるエネルギ出力装置の制御方法。

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