(57)【要約】【課題】部品を取り外した際に、燃料電池の電圧が再上昇することの抑制。【解決手段】燃料電池ＦＣ、燃料電池ＦＣのカソード電極に空気を供給するコンプレッサ１１、カソード電極から空気が排出される排出口に接続された出口弁２１、燃料電池ＦＣのアノード電極に水素ガスを供給するインジェクタ３３、アノード電極から排出された水素ガスをアノード電極に帰還させる循環経路４０に設けられた循環ポンプ４１、燃料電池の発電を制御する制御部６０、を備える燃料電池システム。取り外す際にカソード電極に空気が侵入する部品を取り外す場合、当該部品を取り外す前に、制御部６０が以下を実行する。出口弁２１を開き、コンプレッサ１１を駆動させて、カソード電極に空気を供給する。インジェクタ３３からアノード電極に水素ガスを供給しない状態で、循環ポンプ４１を駆動させて、アノード電極及び循環経路４０の内部に残留する水素ガスを循環させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソード電極に供給された空気とアノード電極に供給された水素ガスとが反応することによって発電する燃料電池と、
前記燃料電池の前記カソード電極に空気を供給するコンプレッサと、
前記カソード電極から空気が排出される排出口に接続された出口弁と、
前記燃料電池の前記アノード電極に水素ガスを供給するインジェクタと、
前記アノード電極から排出された水素ガスを前記アノード電極に帰還させる循環経路に設けられた循環ポンプと、
前記燃料電池の発電を制御する制御部と、を備えた燃料電池システムであって、
取り外す際に前記カソード電極に空気が侵入する部品を取り外す場合、当該部品を取り外す前に、
前記制御部は、
前記出口弁を開き、前記コンプレッサを駆動させて、前記カソード電極に空気を供給する第１ステップと、
前記インジェクタから前記アノード電極に水素ガスを供給しない状態で、前記循環ポンプを駆動させて、前記アノード電極及び前記循環経路の内部に残留する水素ガスを循環させる第２ステップと、を実行する、
燃料電池システム。
【請求項２】
前記第１ステップの実行を開始してから所定の時間が経過した後に、前記第２ステップの実行を開始する、
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記第２ステップにおいて前記循環ポンプを駆動させる際、前記第１ステップにおいて駆動している前記コンプレッサの回転数を低下させる、
請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記アノード電極から排出された水素ガスを排気する排気弁をさらに備え、
前記第２ステップを実行する際、前記インジェクタを介して前記アノード電極に不活性ガスを供給しつつ、前記排気弁を介して排気する、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記コンプレッサ及び前記循環ポンプに電力を供給する二次電池と、
前記二次電池の充電量を計測する計測器と、をさらに備え、
前記制御部は、
前記計測器によって測定された前記二次電池の充電量が所定の基準値よりも小さい場合、前記第１ステップ及び前記第２ステップを実行しない、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
カソード電極に供給された空気とアノード電極に供給された水素ガスとが反応することによって発電する燃料電池と、
前記燃料電池の前記カソード電極に空気を供給するコンプレッサと、
前記カソード電極から空気が排出される排出口に接続された出口弁と、
前記燃料電池の前記アノード電極に水素ガスを供給するインジェクタと、
前記アノード電極から排出された水素ガスを前記アノード電極に帰還させる循環経路に設けられた循環ポンプと、を備えた燃料電池システムの制御方法であって、
取り外す際に前記カソード電極に空気が侵入する部品を取り外す場合、当該部品を取り外す前に、
前記出口弁を開き、前記コンプレッサを駆動させて、前記カソード電極に空気を供給する第１ステップと、
前記インジェクタから前記アノード電極に水素ガスを供給しない状態で、前記循環ポンプを駆動させて、前記アノード電極及び前記循環経路の内部に残留する水素ガスを循環させる第２ステップと、を備える、
燃料電池システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車向け燃料電池として固体高分子電解質型燃料電池が注目されている。固体高分子電解質型燃料電池は、多数の単セルが積層されたセルスタックを備えている。ここで、単セルは、高分子電解質膜が一対の電極（カソード電極及びアノード電極）により挟持された膜／電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）と、それを両側から挟み込む一対のセパレータとからなる。カソード電極側のセパレータを介して供給されたエア（空気）と、アノード電極側のセパレータを介して供給された水素ガスとの酸化還元反応により発電する。
【０００３】
特許文献１には、製造した燃料電池の発電試験を行った後、安全確保ため、燃料電池の正極と負極とを短絡させ、燃料電池に残存する電圧を低下させる手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２２０６１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発明者は、燃料電池システムに関し、以下の課題を見出した。
特許文献１に開示されたように、燃料電池の正極と負極とを短絡させ、燃料電池に残存する電圧を低下させても、燃料電池内のアノード電極には余剰な水素が残留している。
そのため、部品を取り外す際に、燃料電池のカソード電極にエアが侵入すると、燃料電池のアノード電極の内部に残留している水素と反応して発電し、燃料電池の電圧が再上昇する虞があった。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであって、部品を取り外した際に、燃料電池の電圧が再上昇することを抑制可能な燃料電池システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る燃料電池システムは、
カソード電極に供給された空気とアノード電極に供給された水素ガスとが反応することによって発電する燃料電池と、
前記燃料電池の前記カソード電極に空気を供給するコンプレッサと、
前記カソード電極から空気が排出される排出口に接続された出口弁と、
前記燃料電池の前記アノード電極に水素ガスを供給するインジェクタと、
前記アノード電極から排出された水素ガスを前記アノード電極に帰還させる循環経路に設けられた循環ポンプと、
前記燃料電池の発電を制御する制御部と、を備えた燃料電池システムであって、
取り外す際に前記カソード電極に空気が侵入する部品を取り外す場合、当該部品を取り外す前に、
前記制御部は、
前記出口弁を開き、前記コンプレッサを駆動させて、前記カソード電極に空気を供給する第１ステップと、
前記インジェクタから前記アノード電極に水素ガスを供給しない状態で、前記循環ポンプを駆動させて、前記アノード電極及び前記循環経路の内部に残留する水素ガスを循環させる第２ステップと、を実行するものである。
【０００８】
本発明に係る燃料電池システムでは、取り外す際にカソード電極に空気が侵入する部品を取り外す場合、当該部品を取り外す前に、制御部は、出口弁を開き、コンプレッサを駆動させて、カソード電極に空気を供給する第１ステップと、インジェクタからアノード電極に水素ガスを供給しない状態で、循環ポンプを駆動させて、アノード電極及び循環経路の内部に残留する水素ガスを循環させる第２ステップと、を実行する。これによって、燃料電池のアノード電極及び循環経路に残留している水素が略全て消費される。そのため、部品を取り外し、燃料電池のカソード電極に空気が侵入しても、燃料電池の電圧が再上昇することを抑制することができる。
【０００９】
前記第１ステップの実行を開始してから所定の時間が経過した後に、前記第２ステップの実行を開始してもよい。これによって、第１ステップ及び第２ステップを実行した際の燃料電池の電圧のピーク値を低くすることができる。
【００１０】
前記第２ステップにおいて前記循環ポンプを駆動させる際、前記第１ステップにおいて駆動している前記コンプレッサの回転数を低下させてもよい。これによって、循環ポンプを駆動する前後における消費電力を平準化することができる。
【００１１】
前記アノード電極から排出された水素ガスを排気する排気弁をさらに備え、前記第２ステップを実行する際、前記インジェクタを介して前記アノード電極に不活性ガスを供給しつつ、前記排気弁を介して排気してもよい。これによって、燃料電池のアノード電極及び循環経路に残留している水素を消費する時間を短縮することができる。
【００１２】
前記コンプレッサ及び前記循環ポンプに電力を供給する二次電池と、前記二次電池の充電量を計測する計測器と、をさらに備え、前記制御部は、前記計測器によって測定された前記二次電池の充電量が所定の基準値よりも小さい場合、前記第１ステップ及び前記第２ステップを実行しなくてもよい。これによって、二次電池の充電量が低下し過ぎることを抑制することができる。
【００１３】
本発明に係る燃料電池システムの制御方法は、
カソード電極に供給された空気とアノード電極に供給された水素ガスとが反応することによって発電する燃料電池と、
前記燃料電池の前記カソード電極に空気を供給するコンプレッサと、
前記カソード電極から空気が排出される排出口に接続された出口弁と、
前記燃料電池の前記アノード電極に水素ガスを供給するインジェクタと、
前記アノード電極から排出された水素ガスを前記アノード電極に帰還させる循環経路に設けられた循環ポンプと、を備えた燃料電池システムの制御方法であって、
取り外す際に前記カソード電極に空気が侵入する部品を取り外す場合、当該部品を取り外す前に、
前記出口弁を開き、前記コンプレッサを駆動させて、前記カソード電極に空気を供給する第１ステップと、
前記インジェクタから前記アノード電極に水素ガスを供給しない状態で、前記循環ポンプを駆動させて、前記アノード電極及び前記循環経路の内部に残留する水素ガスを循環させる第２ステップと、を備えるものである。
【００１４】
本発明に係る燃料電池システムの制御方法では、取り外す際にカソード電極に空気が侵入する部品を取り外す場合、当該部品を取り外す前に、出口弁を開き、コンプレッサを駆動させて、カソード電極に空気を供給する第１ステップと、インジェクタからアノード電極に水素ガスを供給しない状態で、循環ポンプを駆動させて、アノード電極及び循環経路の内部に残留する水素ガスを循環させる第２ステップと、を備える。これによって、燃料電池のアノード電極及び循環経路に残留している水素が略全て消費される。そのため、部品を取り外し、燃料電池のカソード電極に空気が侵入しても、燃料電池の電圧が再上昇することを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、部品を取り外した際に、燃料電池の電圧が再上昇することを抑制可能な燃料電池システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。
【図２】第１の実施形態に係る燃料電池システムの制御方法を示すタイミングチャートである。
【図３】第２の実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。
【図４】第２の実施形態に係る燃料電池システムの制御方法を示すタイミングチャートである。
【図５】第３の実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。但し、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
【００１８】
（第１の実施形態）
＜燃料電池システムの構成＞
まず、図１を参照して、第１の実施形態に係る燃料電池システムの構成について説明する。図１は、第１の実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。図１に示すように、第１の実施形態に係る燃料電池システムは、燃料電池ＦＣ、エア供給経路１０、コンプレッサ１１、入口弁１２、バイパス弁１３、エア排出経路２０、出口弁２１、水素供給経路３０、水素タンク３１、水素バルブ３２、インジェクタ３３、水素循環経路４０、循環ポンプ４１、水素排出経路５０、排気弁５１、制御部６０、電圧センサＶＳを備えている。
【００１９】
本実施形態では、一例として燃料電池自動車に適用する燃料電池システムについて説明する。燃料電池自動車は、燃料電池ＦＣにより発電した電気によりモータを駆動し、走行する。但し、第１の実施形態に係る燃料電池システムは、燃料電池自動車用途に限定されるものではなく、他の用途に適用することもできる。
【００２０】
燃料電池ＦＣは、固体高分子電解質型燃料電池であり、多数の単セルが積層されたセルスタックを備えている。ここで、単セルは、高分子電解質膜がアノード電極及びカソード電極により挟持されてなる膜／電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）と、ＭＥＡを両側から挟み込む一対のセパレータとを有している。燃料電池ＦＣは、カソード側のセパレータを介して供給されたエア中の酸素ガスと、アノード側のセパレータを介して供給された水素ガスとの酸化還元反応により発電する。
【００２１】
具体的には、アノード電極では、式（１）の酸化反応が生じており、カソード電極では、式（２）の還元反応が生じている。そして、燃料電池ＦＣ全体として、式（３）の化学反応が生じている。
Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−  ・・・（１）
（１／２）Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ  ・・・（２）
Ｈ２＋（１／２）Ｏ２→Ｈ２Ｏ  ・・・（３）
【００２２】
図１に示すように、燃料電池ＦＣには、セル電圧を測定する電圧センサＶＳが取り付けられている。電圧センサＶＳによって測定されたセル電圧は、制御部６０に入力される。特に限定されないが、電圧センサＶＳによって、例えば燃料電池ＦＣすなわちセルスタック全体の電圧（以下、ＦＣ電圧という）を測定する。
【００２３】
エア供給経路１０は、燃料電池ＦＣのカソード電極へ酸化ガス（カソードガス）であるエアを供給するためのガス配管である。すなわち、エア供給経路１０は、燃料電池ＦＣにおけるカソード電極のエア流入口に接続されている。
【００２４】
コンプレッサ１１は、エア供給経路１０上に設けられている。コンプレッサ１１は、システム外から取り込んだエア（ＡＩＲ＿ＩＮ）を圧縮し、燃料電池ＦＣのカソード電極へ供給する。コンプレッサ１１の駆動、停止、回転数等は、制御部６０によって制御される。
【００２５】
入口弁１２は、エア供給経路１０上に設けられている。すなわち、入口弁１２は、燃料電池ＦＣにおけるカソード電極のエア流入口に接続されている。コンプレッサ１１によって圧縮されたエアは、入口弁１２を介して、燃料電池ＦＣのカソード電極に供給される。入口弁１２の開閉は、制御部６０によって制御される。
なお、本実施形態に係る燃料電池システムでは、入口弁１２は必須ではない。
【００２６】
バイパス弁１３は、エア供給経路１０とエア排出経路２０とを短絡するバイパス経路上に設けられている。バイパス弁１３を開くと、コンプレッサ１１によって圧縮されたエアの一部又は全部を、燃料電池ＦＣではなく、エア排出経路２０に分流することができる。バイパス弁１３の開閉は、制御部６０によって制御される。
なお、本実施形態に係る燃料電池システムでは、バイパス弁１３及びバイパス経路は必須ではない。
【００２７】
エア排出経路２０は、燃料電池ＦＣのカソード電極から反応後のエアを排出するためのガス配管である。すなわち、エア排出経路２０は、燃料電池ＦＣにおけるカソード電極のエア排出口に接続されている。
【００２８】
出口弁２１は、エア排出経路２０上に設けられている。すなわち、出口弁２１は、燃料電池ＦＣにおけるカソード電極のエア排出口に接続されている。出口弁２１は調圧弁とも呼ばれ、出口弁２１によって、燃料電池ＦＣにおけるエア圧力（カソード圧力）が調整される。出口弁２１を通過したエア（ＡＩＲ＿ＯＵＴ）は、システム外へ放出される。出口弁２１の開閉は、制御部６０によって制御される。
【００２９】
水素供給経路３０は、燃料電池ＦＣのアノード電極へ燃料ガス（アノードガス）である水素ガスを供給するためのガス配管である。すなわち、水素供給経路３０は、燃料電池ＦＣにおけるアノード電極の水素流入口に接続されている。
【００３０】
水素タンク３１は、水素供給経路３０の終端に設けられている。水素タンク３１には、例えば高圧の水素ガスが貯蔵されている。高圧の水素ガスは、水素供給経路３０上に設けられた水素バルブ３２によって減圧される。そして、減圧された水素ガスは、インジェクタ３３を介して、燃料電池ＦＣのアノード電極に供給される。インジェクタ３３の開閉によって、燃料電池ＦＣにおける水素ガスの圧力（アノードガス圧力）が調整される。水素バルブ３２及びインジェクタ３３の開閉は、制御部６０によって制御される。
【００３１】
水素循環経路４０は、燃料電池ＦＣのアノード電極から排出された水素ガスをインジェクタ３３よりも下流の水素供給経路３０へ帰還させるためのガス配管である。すなわち、水素循環経路４０によって、燃料電池ＦＣにおけるアノード電極の水素排出口から排出された水素ガスがアノード電極の水素流入口に帰還される。
【００３２】
循環ポンプ４１は、水素循環経路４０上に設けられている。循環ポンプ４１は、燃料電池ＦＣのアノード電極から排出された水素ガスを加圧し、アノード電極へ帰還させる。循環ポンプ４１の駆動、停止、回転数等は、制御部６０によって制御される。
【００３３】
水素排出経路５０は、水素循環経路４０から濃度が低下した水素ガスを排出するためのガス配管である。水素排出経路５０には、排気弁５１が設けられている。水素循環経路４０から排気弁５１を介して排気された水素ガスがシステム外へ直接放出されないように、水素排出経路５０は、エア排出経路２０に接続されている。排気弁５１の開閉は、制御部６０によって制御される。
【００３４】
制御部６０は、燃料電池システム内の各機器の動作を制御する。すなわち、制御部６０は、燃料電池ＦＣの発電を制御する。
特に、本実施形態に係る燃料電池システムでは、取り外す際に燃料電池ＦＣのカソード電極に空気が侵入する部品を取り外す場合、当該部品を取り外す前に、制御部６０が以下のステップを実行する。
【００３５】
ここで、上記部品を取り外す際、当然のことながら、燃料電池ＦＣの発電は停止している。そのため、コンプレッサ１１及び循環ポンプ４１は停止している。また、入口弁１２、バイパス弁１３、出口弁２１、水素バルブ３２、インジェクタ３３、排気弁５１は、いずれも閉じられている。
【００３６】
制御部６０が実行するステップについて説明する。
まず、制御部６０は、入口弁１２及び出口弁２１を開き、コンプレッサ１１を駆動させて、燃料電池ＦＣのカソード電極に空気を供給する（第１ステップ）。第１ステップのみによって、燃料電池ＦＣのアノード電極の内部に残留していた水素ガスが、供給された空気と反応することによって消費される。
【００３７】
また、制御部６０は、インジェクタ３３から燃料電池ＦＣのアノード電極に水素ガスを供給しない状態で、循環ポンプ４１を駆動させて、燃料電池ＦＣのアノード電極及び水素循環経路４０の内部に残留する水素ガスを循環させる（第２ステップ）。第１ステップ及び第２ステップによって、燃料電池ＦＣのアノード電極の内部だけでなく、水素循環経路４０及び水素循環経路４０との合流位置よりも下流の水素供給経路３０の内部に残留していた水素ガスも、供給された空気と反応することによって消費される。
【００３８】
以上の通り、制御部６０が第１ステップ及び第２ステップを実行することによって、燃料電池ＦＣのアノード電極及び水素循環経路４０等に残留している水素が略全て消費される。そのため、部品を取り外し、燃料電池ＦＣのカソード電極にエアが侵入しても、燃料電池の電圧が再上昇することを抑制することができる。従って、部品を取り外す際の安全を確保することができる。
【００３９】
図１に示した例では、入口弁１２、出口弁２１、燃料電池ＦＣ、入口弁１２と燃料電池ＦＣとの間のガス配管、出口弁２１と燃料電池ＦＣとの間のガス配管等の部品を取り外すと、燃料電池ＦＣのカソード電極に空気が侵入する。そのため、制御部６０が第１ステップ及び第２ステップを実行する。
【００４０】
他方、コンプレッサ１１、バイパス弁１３、入口弁１２よりも上流のガス配管、出口弁２１よりも下流のガス配管等の部品は、取り外しても燃料電池ＦＣのカソード電極に空気は侵入しない。そのため、制御部６０は第１ステップ及び第２ステップを実行しなくてよい。
なお、入口弁１２が設けられていない場合、コンプレッサ１１やバイパス弁１３を取り外した際にも、燃料電池ＦＣのカソード電極に空気が侵入する。そのため、制御部６０が第１ステップ及び第２ステップを実行する。
【００４１】
＜燃料電池システムの制御方法＞
次に、図２を参照して、第１の実施形態に係る燃料電池システムの制御方法について説明する。図２は、第１の実施形態に係る燃料電池システムの制御方法を示すタイミングチャートである。具体的には、図２は、上述の第１ステップ及び第２ステップにおける燃料電池システム内の各機器の動作を示している。
【００４２】
図２には、上からＦＣ電圧（Ｖ）、コンプレッサ１１の回転数（ｒｐｍ）、バイパス弁１３の開閉、入口弁１２の開閉、出口弁２１の開閉、循環ポンプ４１の回転数（ｒｐｍ）の時間変化が示されている。図２の横軸は時間（ｓ）で共通である。
上述の通り、第１ステップ及び第２ステップを実行する際、燃料電池ＦＣの発電は停止している。そのため、コンプレッサ１１及び循環ポンプ４１は停止している。また、入口弁１２、バイパス弁１３、出口弁２１は、いずれも閉じられている。
【００４３】
図２に示すように、まず、時刻ｔ１において、コンプレッサ１１の駆動に先立って、バイパス弁１３を開く。
次に、時刻ｔ２において、コンプレッサ１１を駆動する。
そして、時刻ｔ３において、入口弁１２及び出口弁２１を開き、その後、バイパス弁１３を閉じる。
これら一連の動作によって、コンプレッサ１１から燃料電池ＦＣのカソード電極に空気を供給する（第１ステップ）。ここで、時刻ｔ３において、第１ステップが開始される。
【００４４】
図２に示すように、時刻ｔ３において、第１ステップが開始されると、燃料電池ＦＣのアノード電極の内部に残留していた水素ガスが、燃料電池ＦＣのアノード電極に供給された空気と反応する。すなわち、燃料電池ＦＣが発電するため、ＦＣ電圧が一時的に上昇する。時間の経過と共に、燃料電池ＦＣのアノード電極の内部に残留していた水素ガスが消費されると、ＦＣ電圧は低下する。
【００４５】
次に、図２の例では、ＦＣ電圧が低下した時刻ｔ４において、循環ポンプ４１を駆動する。これによって、燃料電池ＦＣのアノード電極及び水素循環経路４０の内部に残留する水素ガスを循環させる（第２ステップ）。
【００４６】
ここで、図２に示すように、第１ステップは継続している。すなわち、時刻ｔ４において、第１ステップに加え、第２ステップも開始する。これによって、燃料電池ＦＣのアノード電極の内部だけでなく、水素循環経路４０及び水素循環経路４０との合流位置よりも下流の水素供給経路３０の内部に残留していた水素ガスも、供給された空気と反応することによって消費される。
【００４７】
図２に示すように、時刻ｔ４において、第２ステップが開始されると、水素循環経路４０等の内部に残留していた水素ガスが燃料電池ＦＣのアノード電極に供給され、燃料電池ＦＣのカソード電極に供給された空気と反応する。すなわち、燃料電池ＦＣが発電するため、ＦＣ電圧が一時的に再上昇する。時間の経過と共に、燃料電池ＦＣのアノード電極の内部に残留していた水素ガスが消費されると、ＦＣ電圧は低下する。
【００４８】
ここで、図２の例では、時刻ｔ４において、循環ポンプ４１の駆動を開始すると共に、コンプレッサ１１の回転数を低下させている。これにより、循環ポンプ４１を駆動する前後における消費電力を平準化することができる。
【００４９】
次に、ＦＣ電圧が充分に低下した時刻ｔ５において、循環ポンプ４１を停止する。すなわち、第２ステップを終了する。
次に、時刻ｔ６において、コンプレッサ１１を停止する。すなわち、第１ステップを終了する。その後、入口弁１２及び出口弁２１を閉じる。
なお、循環ポンプ４１とコンプレッサ１１とを同時に停止してもよい。また、コンプレッサ１１よりも先に循環ポンプ４１を停止してもよい。
【００５０】
以上の通り、第１ステップ及び第２ステップを実行することによって、燃料電池ＦＣのアノード電極及び水素循環経路４０等に残留している水素が略全て消費される。そのため、部品を取り外し、燃料電池ＦＣのカソード電極にエアが侵入しても、燃料電池の電圧が再上昇することを抑制することができる。従って、部品を取り外す際の安全を確保することができる。
【００５１】
なお、本実施形態では、第１ステップを開始してから所定の時間が経過した後に、第２ステップを開始する。これによって、第１ステップ及び第２ステップを実行した際のＦＣ電圧のピーク値を低くすることができる。しかしながら、第１ステップと第２ステップとを同時に開始してもよいし、第２ステップを開始した後に第１ステップを開始してもよい。
【００５２】
また、本実施形態では、部品を取り外す際に、制御部６０が第１ステップ及び第２ステップを実行しているが、制御部６０に代えて作業者が実行してもよい。すなわち、作業者がコンプレッサ１１及び循環ポンプ４１の駆動・停止や入口弁１２及び出口弁２１の開閉等を操作してもよい。
【００５３】
（第２の実施形態）
＜燃料電池システムの構成＞
次に、図３を参照して、第２の実施形態に係る燃料電池システムの構成について説明する。図３は、第２の実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。図３に示すように、第２の実施形態に係る燃料電池システムは、図１に示した第１の実施形態に係る燃料電池システムが備える構成要素に加え、窒素供給経路７０、窒素タンク７１、窒素バルブ７２を備えている。例えば、燃料電池自動車の場合、窒素供給経路７０、窒素タンク７１、窒素バルブ７２は、燃料電池自動車に搭載せずに、上述の部品を取り外す際に、一時的に取り付けてもよい。
【００５４】
窒素供給経路７０は、不活性ガスである窒素ガスを、インジェクタ３３を介して燃料電池ＦＣのアノード電極へ供給するためのガス配管である。窒素供給経路７０は、水素バルブ３２とインジェクタ３３との間において水素供給経路３０に接続されている。
【００５５】
窒素タンク７１は、窒素供給経路７０の終端に設けられている。窒素タンク７１には、例えば高圧の窒素ガスが貯蔵されている。高圧の窒素ガスは、窒素供給経路７０上に設けられた窒素バルブ７２によって減圧される。そして、減圧された窒素ガスは、インジェクタ３３を介して、燃料電池ＦＣのアノード電極に供給される。
【００５６】
第２の実施形態に係る燃料電池システムでは、第２ステップにおいて、インジェクタ３３を介して燃料電池ＦＣのアノード電極に不活性ガスである窒素ガスを供給する。すなわち、燃料電池ＦＣのアノード電極及び水素循環経路４０の内部に残留する水素ガスを循環させつつ、燃料電池ＦＣのアノード電極に窒素ガスを供給する。その際、排気弁５１を開き、排気弁５１を介して窒素ガスと共に水素ガスを排気する。
その他の構成は第１の実施形態に係る燃料電池システムと同様である。
【００５７】
第２の実施形態に係る燃料電池システムでは、第１の実施形態に係る燃料電池システムと同様に、制御部６０が第１ステップ及び第２ステップを実行する。これによって、燃料電池ＦＣのアノード電極及び水素循環経路４０等に残留している水素が略全て消費される。そのため、部品を取り外し、燃料電池ＦＣのカソード電極にエアが侵入しても、燃料電池の電圧が再上昇することを抑制することができる。従って、部品を取り外す際の安全を確保することができる。
【００５８】
さらに、第２の実施形態に係る燃料電池システムでは、第２ステップにおいて、インジェクタ３３を介して燃料電池ＦＣのアノード電極に窒素ガスを供給しつつ、排気弁５１を介して窒素ガスと共に水素ガスを排気する。そのため、第１の実施形態に係る燃料電池システムに比べ、燃料電池ＦＣのアノード電極及び水素循環経路４０等に残留している水素を消費する時間を短縮することができる。その結果、部品の取り外しを開始するまでの時間を短縮することができる。
【００５９】
また、第２の実施形態に係る燃料電池システムでは、水素循環経路４０との合流位置からインジェクタ３３までの水素供給経路３０の内部に残留していた水素ガスも、窒素導入によって燃料電池ＦＣのアノード電極に導いて消費することができる。そのため、部品を取り外した際に燃料電池の電圧が再上昇することをより確実に抑制することができる。
【００６０】
＜燃料電池システムの制御方法＞
次に、図４を参照して、第２の実施形態に係る燃料電池システムの制御方法について説明する。図４は、第２の実施形態に係る燃料電池システムの制御方法を示すタイミングチャートである。具体的には、図４は、上述の第１ステップ及び第２ステップにおける燃料電池システム内の各機器の動作を示している。
【００６１】
図４には、図２に示したＦＣ電圧（Ｖ）、コンプレッサ１１の回転数（ｒｐｍ）、バイパス弁１３の開閉、入口弁１２の開閉、出口弁２１の開閉、循環ポンプ４１の回転数（ｒｐｍ）の時間変化が上から順に示されている。そのうち、ＦＣ電圧（Ｖ）以外の時間変化は、図２と同じものである。図４では、循環ポンプ４１の回転数の下に、さらに排気弁５１の開閉、インジェクタ３３の開閉の時間変化が示されている。
図４において、第２ステップを開始する時刻ｔ４までの動作は図２と同様であるため、説明を省略する。
【００６２】
図４に示すように、第２の実施形態に係る燃料電池システムでは、第２ステップを開始した後、時刻ｔ１１から第２ステップが終了する時刻ｔ５までの間、インジェクタ３３を断続的に開くと共に、排気弁５１を開いておく。すなわち、インジェクタ３３から断続的に窒素ガスを導入しつつ、排気弁５１を介して窒素ガスと共に水素ガスを排気する。
【００６３】
図４に示すように、時刻ｔ４において、第２ステップが開始されると、水素循環経路４０等の内部に残留していた水素ガスが燃料電池ＦＣのアノード電極に供給され、燃料電池ＦＣのカソード電極に供給された空気と反応する。すなわち、燃料電池ＦＣが発電するため、ＦＣ電圧が一時的に再上昇する。時間の経過と共に、燃料電池ＦＣのアノード電極の内部に残留していた水素ガスが消費されると、ＦＣ電圧は低下する。
【００６４】
図４に示すように、第２の実施形態に係る燃料電池システムでは、時刻ｔ１１以降、インジェクタ３３から断続的に窒素ガスを導入しつつ、排気弁５１を介して窒素ガスと共に水素ガスを排気する。そのため、第１の実施形態に係る燃料電池システムに比べ、燃料電池ＦＣのアノード電極及び水素循環経路４０等に残留している水素を消費する時間を短縮することができる。従って、図４において破線で示したように、第１の実施形態に係る燃料電池システムに比べ、ＦＣ電圧がより速く低下する。その結果、部品の取り外しを開始するまでの時間を短縮することができる。
【００６５】
さらに、図４に示した例では、第１ステップ及び第２ステップを終了した後、時刻ｔ１２において、インジェクタ３３から窒素ガスを短時間のみ導入し、ＦＣ電圧が再上昇しないことを確認する。
その他の構成は第１の実施形態に係る燃料電池システムの制御方法と同様である。
【００６６】
なお、本実施形態では、第２ステップを開始してから所定の時間が経過した後に、窒素ガスの導入を開始する。しかしながら、窒素ガスの導入を第２ステップと同時に開始してもよい。また、本実施形態では、第２ステップの終了と同時に、窒素ガスの導入も終了する。しかしながら、第２ステップが終了する前に、窒素ガスの導入を終了してもよい。
【００６７】
（第３の実施形態）
＜燃料電池システムの構成＞
次に、図５を参照して、第３の実施形態に係る燃料電池システムの構成について説明する。図５は、第３の実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。図５に示すように、第３の実施形態に係る燃料電池システムは、図１に示した第１の実施形態に係る燃料電池システムが備える構成要素に加え、二次電池ＢＴ及び充電量計測器Ｃを備えている。
なお、図３に示した窒素供給経路７０、窒素タンク７１、窒素バルブ７２を備えていてもよい。
【００６８】
二次電池ＢＴは、燃料電池ＦＣの発電が停止している間、コンプレッサ１１及び循環ポンプ４１に電力を供給する。
充電量計測器Ｃは、例えばバッテリ残量計であって、二次電池ＢＴの充電量を計測する。計測対象である充電量は、特に限定されないが、例えばＳＯＣ（State Of Charge）である。充電量計測器Ｃによって計測された二次電池ＢＴの充電量は、制御部６０に入力される。
その他の構成は第１の実施形態に係る燃料電池システムと同様である。
【００６９】
第３の実施形態に係る燃料電池システムでは、充電量計測器Ｃによって測定された二次電池ＢＴの充電量が所定の基準値よりも小さい場合、制御部６０が第１ステップ及び第２ステップを実行しない。そのため、燃料電池ＦＣの発電が停止している間に、二次電池ＢＴの充電量が低下し過ぎることを抑制することができる。
【００７０】
なお、本発明は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１０            エア供給経路
１１            コンプレッサ
１２            入口弁
１３            バイパス弁
２０            エア排出経路
２１            出口弁
３０            水素供給経路
３１            水素タンク
３２            水素バルブ
３３            インジェクタ
４０            水素循環経路
４１            循環ポンプ
５０            水素排出経路
５１            排気弁
６０            制御部
７０            窒素供給経路
７１            窒素タンク
７２            窒素バルブ
ＢＴ            二次電池
Ｃ            充電量計測器
ＦＣ            燃料電池
ＶＳ            電圧センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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