(57)【要約】【課題】ガス欠後に燃料電池の運転を再開できない状態に陥ることを抑制できる技術を提供する。【解決手段】燃料電池システムは、燃料電池と、燃料電池の運転に用いられる補機類と、前記燃料ガスを貯蔵するタンクと、前記タンクにおける前記燃料ガスの貯蔵量を表す計測値を検出する貯蔵量検出部と、前記補機類に駆動電力を供給する二次電池と、前記二次電池の蓄電量を検出する蓄電量検出部と、前記タンクへの前記燃料ガスの補給を検出する補給検出部と、制御部と、を備える。前記制御部は、前記計測値が前記燃料ガスの下限貯蔵量に相当する閾値よりも小さい場合に、前記燃料電池に対する前記燃料ガスの供給を停止させ、さらに、前記蓄電量が下限蓄電量よりも小さい場合に、前記二次電池と前記補機類との間の電気的な接続を遮断し、前記タンクへの前記燃料ガスの補給が検出された後に、前記二次電池と前記補機類とを電気的に接続させる。【選択図】図３Ａ
2020123463.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムであって、
燃料ガスと酸化剤ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、
前記燃料電池の運転に用いられる補機類と、
前記燃料ガスを貯蔵し、貯蔵している前記燃料ガスを、供給配管を通じて前記燃料電池に供給し、補給配管を通じて前記燃料ガスが補給されるタンクと、
前記タンクにおける前記燃料ガスの貯蔵量を表す計測値を検出する貯蔵量検出部と、
前記補機類に駆動電力を供給する二次電池と、
前記二次電池の蓄電量を検出する蓄電量検出部と、
前記補給配管を通じた前記タンクへの前記燃料ガスの補給を検出する補給検出部と、
前記燃料電池の運転と、前記二次電池からの前記補機類への電力の供給を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記貯蔵量検出部によって検出される前記計測値が、前記タンクにおける前記燃料ガスの貯蔵量の予め決められた下限貯蔵量に相当する閾値よりも小さい場合に、前記タンクからの前記燃料電池に対する前記燃料ガスの供給を停止させる停止処理を実行し、
前記停止処理が実行される場合において、前記二次電池における前記蓄電量が予め決められた下限蓄電量よりも小さい場合には、前記二次電池と前記補機類との間の電気的な接続を遮断する遮断処理を実行し、
前記遮断処理の実行後、前記タンクへの前記燃料ガスの補給が検出された後に、前記二次電池と前記補機類とを電気的に接続させる接続処理を実行する、燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記供給配管に設けられ、前記タンクから前記供給配管に流出する前記燃料ガスの圧力を検出する圧力検出部を備え、
前記補機類は、前記供給配管に設けられ、前記制御部の制御下において開閉駆動して、前記タンクから前記供給配管への前記燃料ガスの流出を制御する主止弁を含み、
前記貯蔵量検出部は、前記圧力検出部によって検出される前記燃料ガスの圧力を前記計測値として取得し、
前記停止処理は、前記貯蔵量検出部が取得した前記燃料ガスの圧力が、前記閾値である予め決められた下限圧力よりも小さい場合に、前記主止弁を閉じて、前記燃料電池に対する前記燃料ガスの供給を停止する処理である、燃料電池システム。
【請求項３】
請求項２記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記停止処理の実行後、ユーザの操作に応じて、前記主止弁を開き、前記圧力検出部によって前記燃料ガスの圧力を検出し直して、再度、前記停止処理の実行の可否を判定し直す確認処理を、予め決められた回数、実行する、燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記接続処理の後、前記貯蔵量検出部によって検出される前記計測値が、前記閾値より大きい予め決められた許容値よりも小さい場合には、前記二次電池と前記補機類との間の電気的な接続を遮断して前記燃料電池の運転を禁止する、燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記接続処理の後、前記蓄電量が、前記下限蓄電量より小さい予め決められた蓄電量閾値より小さい場合には、再び、前記二次電池と前記補機類との間の電気的な接続を遮断して前記燃料電池の運転を禁止する、燃料電池システム。
【請求項６】
タンクに貯蔵された燃料ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、前記燃料電池の運転に用いられる補機類に駆動電力を供給する二次電池と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、
前記タンクにおける燃料ガスの貯蔵量を表す計測値を検出する工程と、
前記二次電池における蓄電量を検出する工程と、
前記計測値が、前記燃料ガスの貯蔵量の予め決められた下限貯蔵量に相当する閾値よりも小さい場合に、前記燃料電池に対する前記燃料ガスの供給を停止させる停止処理を実行する工程と、
前記停止処理は実行される場合において、前記二次電池における蓄電量が予め決められた下限蓄電量よりも小さい場合に、前記二次電池と前記補機類との間の電気的な接続を遮断する遮断処理を実行する工程と、
前記遮断処理の実行後、前記タンクへの前記燃料ガスの補給が検出された後に、前記二次電池と前記補機類とを電気的に接続させる接続処理を実行する工程と、
を備える、制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムには、タンクに貯蔵されている燃料ガス、および、外気から取り込んだ酸化剤ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、燃料電池で発電された電力の一部を蓄電し、燃料電池とともに電力源として機能する二次電池と、を備えるものがある。そうした燃料電池システムでは、タンクにおける燃料ガスの貯蔵量が予め決められた下限量よりも不足するガス欠が発生したときに、二次電池に蓄電された電力が用いられる場合がある。例えば、特許文献１の燃料電池システムは、ガス欠が発生した場合に、燃料電池システムの運転を停止させるために、二次電池の電力を用いて、補機のひとつであるコンプレッサを駆動して燃料電池の掃気処理を実行している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１１７２４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような燃料電池システムでは、ガス欠が生じたときに、二次電池の電力が低下していると、タンクに燃料ガスが補給された後でも、補機類を駆動させるための二次電池の電力が足りず、燃料電池の運転を再開させることができなくなる場合があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の技術は、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
（１）第１形態は、燃料電池システムとして提供される。この形態の燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスの供給を受けて発電する燃料電池と、前記燃料電池の運転に用いられる補機類と、前記燃料ガスを貯蔵し、貯蔵している前記燃料ガスを、供給配管を通じて前記燃料電池に供給し、補給配管を通じて前記燃料ガスが補給されるタンクと、前記タンクにおける前記燃料ガスの貯蔵量を表す計測値を検出する貯蔵量検出部と、前記補機類に駆動電力を供給する二次電池と、前記二次電池の蓄電量を検出する蓄電量検出部と、前記補給配管を通じた前記タンクへの前記燃料ガスの補給を検出する補給検出部と、前記燃料電池の運転と、前記二次電池からの前記補機類への電力の供給を制御する制御部と、を備える。前記制御部は、前記貯蔵量検出部によって検出される前記計測値が、前記タンクにおける前記燃料ガスの貯蔵量の予め決められた下限貯蔵量に相当する閾値よりも小さい場合に、前記タンクからの前記燃料電池に対する前記燃料ガスの供給を停止させる停止処理を実行し、前記停止処理が実行される場合において、前記二次電池における前記蓄電量が予め決められた下限蓄電量よりも小さい場合には、前記二次電池と前記補機類との間の電気的な接続を遮断する遮断処理を実行し、前記遮断処理の実行後、前記タンクへの前記燃料ガスの補給が検出された後に、前記二次電池と前記補機類とを電気的に接続させる接続処理を実行する。
この形態の燃料電池システムによれば、タンクにおける燃料ガスの貯蔵量が下限貯蔵量より小さく、二次電池の蓄電量が下限蓄電量より小さい場合には、二次電池と補機類との電気的な接続が遮断される。そのため、タンクへの燃料ガスの補給後に燃料電池の運転を開始するための二次電池の電力が、補機類の電気的消費によって不足してしまうことを抑制できる。また、遮断処理の実行後に、タンクへの燃料ガスの補給が検出された後には、接続処理によって二次電池と補機類とが再び電気的に接続される。そのため、タンクに燃料ガスが補給されたにもかかわらず、二次電池と補機類との電気的接続が遮断されたまま、燃料電池の運転を開始できなくなる状態に陥ることを抑制できる。加えて、タンクにおける燃料ガスの貯蔵量が下限貯蔵量より小さい状態である場合には、停止処理によって燃料電池の運転が停止されるため、燃料ガスの供給量が不足したまま燃料電池の運転が継続されることによる不具合の発生を抑制できる。
（２）上記形態の燃料電池システムは、さらに、前記供給配管に設けられ、前記タンクから前記供給配管に流出する前記燃料ガスの圧力を検出する圧力検出部を備え、前記補機類は、前記供給配管に設けられ、前記制御部の制御下において開閉駆動して、前記タンクから前記供給配管への前記燃料ガスの流出を制御する主止弁を含み、前記貯蔵量検出部は、前記圧力検出部によって検出される前記燃料ガスの圧力を前記計測値として取得し、前記停止処理は、前記貯蔵量検出部が取得した前記燃料ガスの圧力が、前記閾値である予め決められた下限圧力よりも小さい場合に、前記主止弁を閉じて、前記燃料電池に対する前記燃料ガスの供給を停止する処理であってよい。
この形態の燃料電池システムによれば、タンクにおける燃料ガスの圧力が低下している場合には、主止弁が閉じられるため、タンク内の圧力のさらなる低下を抑制できる。よって、例えば、タンク内の圧力が低下しすぎてタンクが劣化するような不具合の発生を抑制できる。また、ガス欠により燃料電池の運転が停止された後にタンクへの燃料ガスの補給が検出された後には、二次電池と補機類とが電気的に接続され、主止弁を開くことができる状態になり、燃料電池の運転再開が可能になる。よって、燃料ガスの補給後に、主止弁が閉じられたままになって、燃料電池の運転が再開できなくなる状態に陥ることを抑制できる。
（３）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記停止処理の実行後、ユーザの操作に応じて、前記主止弁を開き、前記圧力検出部によって前記燃料ガスの圧力を検出し直して、再度、前記停止処理の実行の可否を判定し直す確認処理を、予め決められた回数、実行してよい。
この形態の燃料電池システムによれば、ユーザの操作をトリガーとして確認処理が実行され、タンクにおける燃料ガスの圧力が検出し直されるため、燃料ガスの圧力の誤検出によって、主止弁が閉じられて燃料電池の運転が停止されてしまうことを抑制できる。また、確認処理の実行回数が制限されているため、確認処理の繰り返しによって、主止弁の開閉が繰り返されて二次電池の電力が不足し、燃料ガスの補給後に、主止弁を開弁できずに、燃料電池の運転を再開できなくなることを抑制できる。
（４）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記接続処理の後、前記貯蔵量検出部によって検出される前記計測値が、前記閾値より大きい予め決められた許容値よりも小さい場合には、前記二次電池と前記補機類との間の電気的な接続を遮断して前記燃料電池の運転を禁止してよい。
この形態の燃料電池システムによれば、タンクへの燃料ガスの補給量が十分でないまま、燃料電池の運転が再開されてしまうことを抑制できる。よって、燃料電池に対する燃料ガスの供給量が不足したまま燃料電池が運転されてしまうことを抑制できる。また、短時間ですぐに燃料ガスが不足するガス欠が生じて、燃料電池の運転が再度停止されてしまい、二次電池の蓄電量をかえって低下させるだけの結果に陥ることを抑制できる。
（５）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記接続処理の後、前記蓄電量が、前記下限蓄電量より小さい予め決められた蓄電量閾値より小さい場合には、再び、前記二次電池と前記補機類との間の電気的な接続を遮断して前記燃料電池の運転を禁止してよい。
この形態の燃料電池システムによれば、燃料電池の運転に必要な最低限の二次電池の蓄電量が確保されていない状態で、燃料電池の運転が再開されてしまうことを抑制できる。  本開示の技術は、燃料電池システム以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、燃料電池システムの制御方法や、ガス欠の検出時に燃料電池の運転を制限する方法、それらの方法を実現する制御装置やコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した一時的でない記録媒体、燃料電池システムを搭載する車両等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】燃料電池システムの概略図。
【図２】燃料電池システムの電気的構成を示す概略図。
【図３Ａ】第１実施形態のガス欠処理のフローを示す説明図。
【図３Ｂ】第１実施形態の起動処理のフローを示す説明図。
【図４】第２実施形態のガス欠処理のフローを示す説明図。
【図５】第３実施形態の起動処理のフローを示す説明図。
【図６】第４実施形態の起動処理のフローを示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
１．第１実施形態：
図１は、第１実施形態における燃料電池システム１００の構成を示す概略図である。燃料電池システム１００は、反応ガスである燃料ガスと酸化剤ガスの供給を受けて発電する燃料電池１０を備える。第１実施形態の燃料電池システム１００は、車両に搭載されており、燃料電池１０に発電させた電力を、車両の駆動モータや、電装品、外部給電装置、補機などに電力を供給する。
【０００９】
第１実施形態では、燃料電池１０は、固体高分子形燃料電池であり、燃料ガスである水素と酸化剤ガスである酸素の電気化学反応によって発電する。燃料電池１０は、複数の単セル１１が積層されたスタック構造を有する。各単セル１１は、それぞれが単体でも発電可能な発電要素であり、電解質膜の両面に、触媒を含む電極を配置した発電体である膜電極接合体と、膜電極接合体を挟む２枚のセパレータと、を有する。電解質膜は、内部に水分を包含した湿潤状態のときに良好なプロトン伝導性を示す固体高分子薄膜によって構成される。前述の単セル１１の各構成要素についての図示は省略する。なお、燃料電池１０としては、固体高分子形燃料電池に限定されることはなく、他の種々のタイプの燃料電池を採用することが可能である。他の実施形態では、燃料電池１０として、例えば、固体酸化物形燃料電池が採用されてもよい。
【００１０】
燃料電池システム１００は、燃料電池１０の運転を制御する制御部１０１を備える。制御部１０１は、少なくとも１つのプロセッサと主記憶装置とを備えるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）によって構成される。制御部１０１は、プロセッサが主記憶装置上に読み込んだプログラムや命令を実行することによって燃料電池１０の運転を制御するための種々の機能を発揮する。なお、制御部１０１の機能の少なくとも一部は、ハードウェア回路によって構成されてもよい。制御部１０１は、機能部として貯蔵量検出部１０２および補給検出部１０４とを有する。貯蔵量検出部１０２および補給検出部１０４については後述する。
【００１１】
燃料電池システム１００は、さらに、燃料電池１０に対する反応ガスの供給を制御する構成部として、燃料ガス給排システム２０と、酸化剤ガス給排システム６０と、を備える。燃料ガス給排システム２０は、燃料電池１０のアノードに燃料ガスを供給する供給部３０と、燃料電池１０のアノードから排出された排水を排出し、発電に用いられなかった燃料ガスを燃料電池１０に循環させる循環部４０と、を備える。また、燃料ガス給排システム２０は、供給部３０に燃料ガスを補給するための補給部５０を備える。
【００１２】
供給部３０は、高圧の燃料ガスを貯蔵するタンク３１を備える。供給部３０は、複数のタンク３１を備えていてもよい。タンク３１は高圧タンクによって構成されている。タンク３１は、３０ＭＰａ〜８０ＭＰａの耐圧性を有することが好ましい。タンク３１は、中空の容器によって構成されるタンク本体部３１１と、タンク本体部３１１の開口部を封止する口金部３１２と、を備える。タンク本体部３１１は、樹脂ライナーの表層が強化繊維層に覆われた構成を有している。強化繊維層は、樹脂ライナーの表層に巻き付けられた炭素繊維に含浸されている熱硬化性樹脂を熱硬化させることによって形成される。なお、他の実施形態では、タンク本体部３１１は樹脂ライナーの代わりに金属製のライナーを備えていてもよい。
【００１３】
口金部３１２は、タンク本体部３１１の一端に設けられている開口部に気密に取り付けられる金属部品である。口金部３１２には、タンク本体部３１１の内部空間に連通するガス流路３１３が設けられている。ガス流路３１３には、逆止弁３１４と手動弁３１５とが設けられている。逆止弁３１４は、タンク本体部３１１から後述する補給部５０の補給配管５２に燃料ガスが逆流することを防止する。手動弁３１５は、逆止弁３１４よりタンク本体部３１１側に設けられている。手動弁３１５は、通常は開いており、例えば、メンテナンス時に、作業者によって手動で閉弁される。
【００１４】
タンク本体部３１１の内部には、温度計測部３１６が、タンク本体部３１１に充填される燃料ガスに曝される位置において口金部３１２に固定されて設置されている。温度計測部３１６は、温度センサによって構成される。温度計測部３１６は、タンク３１の内部温度を計測し、その計測結果を制御部１０１に出力する。
【００１５】
供給部３０は、さらに、タンク３１と燃料電池１０のアノード入口とを接続する供給配管３２を備える。供給配管３２は、タンク３１の口金部３１２に設けられたガス流路３１３における逆止弁３１４と手動弁３１５の間の部位に接続されている。
【００１６】
供給部３０は、さらに、供給配管３２における燃料ガスの流れを制御する構成要素として、主止弁３３と、レギュレータ３５と、供給装置３６と、を備える。主止弁３３とレギュレータ３５と供給装置３６とは、供給配管３２に、タンク３１側である上流側からこの順で設けられている。
【００１７】
主止弁３３は、制御部１０１の制御下において電磁的に開閉駆動する電磁弁によって構成される。主止弁３３は、タンク３１から供給配管３２への燃料ガスの流出を制御する。第１実施形態では、主止弁３３は、タンク３１の口金部３１２に一体的に取り付けられている。主止弁３３は、後に参照する図２に示されている二次電池８６の電力を用いて駆動する補機類１２０のひとつである。制御部１０１は、通常、主止弁３３を、燃料電池システム１００の運転を開始する際に開いて、燃料電池１０の運転中には開いたままにし、燃料電池システム１００の運転を終了する際に閉じる。
【００１８】
レギュレータ３５は、減圧弁であり、供給装置３６の上流側における供給配管３２内の圧力を調整する。供給装置３６は、制御部１０１の制御下において、周期的に開閉動作を繰り返して燃料電池１０に燃料ガスを送り出す。供給装置３６は、例えば、設定された駆動周期で開閉する電磁駆動式の開閉弁であるインジェクタによって構成される。制御部１０１は、供給装置３６の駆動周期を制御することによって、燃料電池１０に対する燃料ガスの供給量を調整する。
【００１９】
供給部３０は、さらに、タンク３１から供給配管３２に流出する燃料ガスの圧力を検出する圧力検出部３７を備えている。圧力検出部３７は、圧力センサによって構成される。圧力検出部３７は、主止弁３３より下流側に設けられ、レギュレータ３５より上流側に設けられている。第１実施形態では、貯蔵量検出部１０２は、主止弁３３が開弁しているときに圧力検出部３７によって検出される圧力を、タンク３１における燃料ガスの貯蔵量を表す計測値として取得する。制御部１０１は、後述するガス欠処理において、貯蔵量検出部１０２による検出結果を用いた判定により、タンク３１における燃料ガスの貯蔵量が規定の下限貯蔵量よりも不足しているガス欠の状態にあることを検出する。
【００２０】
なお、供給部３０が複数のタンク３１を備えている場合には、各タンク３１は、レギュレータ３５の上流側において共通の供給配管３２に並列に接続される。また、主止弁３３、逆止弁３１４、および、手動弁３１５は各タンク３１にひとつずつ設けられる。この構成においては、貯蔵量検出部１０２が検出する燃料ガスの貯蔵量を表す計測値は、各タンク３１が貯蔵する燃料ガスの貯蔵量の合計を表す。
【００２１】
循環部４０は、排ガス配管４１と、気液分離部４２と、循環配管４３と、循環ポンプ４４と、排水配管４５と、排水弁４６と、を備える。排ガス配管４１は、燃料電池１０のアノード出口と気液分離部４２とを接続し、燃料電池１０のアノードで発電に用いられることのなかった燃料ガスと排水とを含むアノード側の排ガスを気液分離部４２へと導く。
【００２２】
気液分離部４２は、排ガス配管４１を通じて流入した排ガスから気体成分と液体成分とを分離し、液体成分を排水として、内部の貯留部４２ｓに液水の状態で貯留する。気液分離部４２は、貯留部４２ｓの上方において循環配管４３に接続されている。循環配管４３は、気液分離部４２と、供給部３０の供給配管３２における供給装置３６より下流側の部位と、を接続する。循環配管４３には、循環ポンプ４４が設けられている。気液分離部４２において排ガスから分離された燃料ガスを含む気体成分は、循環ポンプ４４の駆動によって、循環配管４３へと導かれ、供給配管３２へと送り出され、供給装置３６によって燃料電池１０のアノードに循環される。
【００２３】
気液分離部４２の貯留部４２ｓには、排水配管４５が接続されている。排水配管４５には、制御部１０１の制御下において開閉する排水弁４６が設けられている。制御部１０１は、燃料電池１０の運転中には、通常、排水弁４６を閉じておき、予め設定された所定のタイミングで排水弁４６を開くことによって、貯留部４２ｓに貯留されている排水を、排水配管４５を通じて車両の外部へと排出する。第１実施形態では、排水配管４５は、後述する酸化剤ガス給排システム６０の排ガス配管６６に接続されており、排水は、当該排ガス配管６６を通じて燃料電池システム１００の外部に排出される。
【００２４】
補給部５０は、補給される燃料ガスを受け入れるレセプタクル５１と、レセプタクル５１とタンク３１とを接続する補給配管５２と、補給配管５２に設けられた圧力計測部５４と、通信部５５と、を有する。供給部３０の各タンク３１への燃料ガスの補給は、レセプタクル５１を通じておこなわれる。レセプタクル５１は、車両の外部に向かって開口するように、車両のボディに設けられている。レセプタクル５１は、補給配管５２を介して、タンク３１の口金部３１２に設けられたガス流路３１３の上流端に接続される。
【００２５】
レセプタクル５１は、燃料ガスの補給がおこなわれるとき以外は、通常、車両に回動可能に取り付けられ、車両のボディの一部を構成するリッド１１０によって閉塞されている。レセプタクル５１は、リッド１１０が開かれた状態で、燃料ガスの補給源が備える燃料ガスの噴射ノズルの接続を受け入れる。燃料ガスの補給源は、例えば、水素ステーションに設置されたディスペンサである。噴射ノズルから噴射された燃料ガスは、レセプタクル５１を通じて補給配管５２に流入する。補給配管５２の入口には、補給配管５２に流入した燃料ガスの外部への漏洩を防止するための入口逆止弁５２ｖが設けられている。
【００２６】
なお、供給部３０が複数のタンク３１を備えている場合には、各タンク３１のガス流路３１３の上流端は、共通の補給配管５２に並列に接続される。各タンク３１には、共通のレセプタクル５１および補給配管５２を通じて燃料ガスが一度に補給される。
【００２７】
圧力計測部５４は、補給配管５２を流れる燃料ガスの圧力を計測し、その計測結果を制御部１０１に出力する。圧力計測部５４は、例えば、圧力センサによって構成される。通信部５５は、レセプタクル５１の近傍に設けられており、制御部１０１と燃料ガスの補給源との通信を仲介する。通信部５５は、例えば、赤外線通信装置によって構成される。
【００２８】
制御部１０１は、タンク３１への燃料ガスの補給が開始されると、通信部５５を介して燃料ガスの補給源との通信を開始する。制御部１０１は、圧力計測部５４による圧力の計測結果と、温度計測部３１６によるタンク３１の内部温度の計測結果と、を燃料ガスの補給源に送信する。それらの情報は、燃料ガスの補給源側において、燃料ガスの補給量の制御に用いられる。
【００２９】
補給検出部１０４は、補給部５０を通じたタンク３１に対する燃料ガスの補給を検出し、検出した履歴を記録する。第１実施形態では、補給検出部１０４は、圧力計測部５４によって補給配管５２の圧力上昇が検出されたときに、燃料ガスの補給を検出する。補給検出部１０４は、燃料ガスの補給が実行されたことを示すフラグを設定し、不揮発的に記憶する。補給検出部１０４による検出結果は、後述する遮断処理実行後の起動処理において用いられる。
【００３０】
他の実施形態では、補給検出部１０４は、補給配管５２の圧力上昇を検出する以外の方法によって、タンク３１に対する燃料ガスの補給を検出してもよい。補給検出部１０４は、例えば、通信部５５による通信が開始されたときに、燃料ガスの補給を検出してもよい。補給検出部１０４は、温度計測部３１６によってタンク３１の内部温度の上昇を検出したときに、燃料ガスの補給を検出してもよい。車両に、リッド１１０の開閉を検知するセンサが設けられている場合には、補給検出部１０４は、そのセンサによってリッド１１０が開かれたことを検出したときに、燃料ガスの補給を検出してもよい。また、車両が、ナビゲーションシステムなどＧＰＳ機能を有するデバイスを搭載している場合には、補給検出部１０４は、当該デバイスから車両の位置情報を取得し、車両が水素ステーションに位置することを検出したときに、燃料ガスの補給を検出してもよい。補給検出部１０４は、前述した種々の条件を組み合わせて、タンク３１に対する燃料ガスの補給を検出してもよい。
【００３１】
酸化剤ガス給排システム６０は、車両のフロントグリルを通じて車両内部に取り込こまれた空気に含まれる酸素を、酸化剤ガスとして燃料電池１０に供給する。酸化剤ガス給排システム６０は、供給配管６１と、コンプレッサ６２と、開閉弁６３と、を備える。供給配管６１は、燃料電池１０のカソード入口に接続されている。コンプレッサ６２と開閉弁６３とは、供給配管６１に設けられている。コンプレッサ６２は、車両の外部から取り入れた空気を圧縮した圧縮ガスを、供給配管６１を通じて燃料電池１０のカソードへと送り出す。開閉弁６３は、通常は閉じた状態であり、コンプレッサ６２から送り出された圧縮ガスの圧力によって開弁し、燃料電池１０への圧縮ガスの流入を許容する。
【００３２】
酸化剤ガス給排システム６０は、燃料電池１０のカソードから排出された排ガスを車両の外部に排出する。酸化剤ガス給排システム６０は、排ガス配管６６と、調圧弁６８と、を備える。排ガス配管６６は、カソード出口に接続されており、燃料電池１０のカソードから排出された排ガスを車両の外部へと導く。調圧弁６８は、排ガス配管６６に設けられており、制御部１０１の制御下において、燃料電池１０のカソード側の背圧を調整する。
【００３３】
図２は、燃料電池システム１００の電気的構成を示す概略図である。燃料電池システム１００は、第１コンバータ８１と、外部負荷インバータ８３と、第２コンバータ８５と、二次電池８６と、蓄電量検出部８８と、接続部９２と、補機インバータ９３と、を備える。燃料電池１０は、第１の直流導線Ｌ１を介して、第１コンバータ８１の入力端子に接続されている。第１コンバータ８１は、昇圧型コンバータによって構成される。第１コンバータ８１は、制御部１０１の制御下において、燃料電池１０の出力電圧を昇圧して、燃料電池１０の出力電流を制御する。
【００３４】
第１コンバータ８１の出力端子は、第２の直流導線Ｌ２を介して、外部負荷インバータ８３の直流端子に接続されている。外部負荷インバータ８３は直流と交流とを変換する。外部負荷インバータ８３の交流端子には外部負荷２００が接続されている。外部負荷２００には、上述した車両の駆動モータや電装品、外部給電装置などが含まれる。外部負荷インバータ８３は、外部負荷２００に含まれる１つの負荷ごとに設けられているが、図２では、便宜上、１つのブロックによって図示してある。制御部１０１は、外部負荷インバータ８３によって、外部負荷２００に供給される交流電力を制御する。
【００３５】
第２コンバータ８５は第２の直流導線Ｌ２に接続され、二次電池８６は、第３の直流導線Ｌ３を介して第２コンバータ８５に接続されている。二次電池８６は、例えばリチウムイオン電池によって構成される。二次電池８６には、燃料電池１０が発電する電力の一部や、外部負荷２００で生じた回生電力が蓄電される。二次電池８６は、制御部１０１の制御下において、燃料電池１０とともに燃料電池システム１００の電力源として機能する。また、二次電池８６は、後述する補機類１２０に駆動電力を供給する。制御部１０１は、第２コンバータ８５を制御して、第２の直流導線Ｌ２の電圧を調整して、二次電池８６の充・放電を制御する。
【００３６】
蓄電量検出部８８は、二次電池８６の蓄電量を検出する。蓄電量は、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）によって表される。蓄電量検出部８８は、検出結果を制御部１０１に出力する。
【００３７】
第２コンバータ８５と二次電池８６とを接続している第３の直流導線Ｌ３には補機インバータ９３の直流端子が接続されている。補機インバータ９３の交流端子には、燃料電池システム１００や車両の運転制御に用いられる補機類１２０が接続されている。補機類１２０は、車両に搭載されている補機類のうちで、燃料電池１０の運転に用いられ、二次電池８６の電力により駆動するものである。第１実施形態では、補機類１２０には、上述した主止弁３３が含まれる。補機類１２０には、その他に、コンプレッサ６２や、循環ポンプ４４などが含まれていてもよい。なお、補機インバータ９３は、補機類１２０に含まれる補機ごとに設けられているが、図２では便宜上、１つのブロックによって図示してある。補機インバータ９３は、二次電池８６が出力する直流を交流に変換して補機類１２０に供給する。制御部１０１は、補機インバータ９３によって、補機類１２０に供給される交流電流を制御する。
【００３８】
接続部９２は、制御部１０１の制御下において、二次電池８６と第２の直流導線Ｌ２との電気的な接続のオン・オフを切り替える。接続部９２は、例えば、リレー回路によって構成される。制御部１０１は、通常は、燃料電池システム１００の運転中には、接続部９２によって、二次電池８６を、第２の直流導線Ｌ２を通じて、補機類１２０および外部負荷２００に電気的に接続させる。以下に説明するガス欠処理では、制御部１０１は、ガス欠が検出されたときに、二次電池８６の蓄電量が十分でない場合には、接続部９２によって、二次電池８６と、補機類１２０および外部負荷２００との電気的接続を遮断する遮断処理を実行する。
【００３９】
図３Ａは、第１実施形態のガス欠処理のフローを示す説明図である。ガス欠処理は、タンク３１における燃料ガスの貯蔵量が所定の下限貯蔵量より少ない状態のまま燃料電池１０の運転が継続されてしまうことを抑制するための処理である。制御部１０１は、ガス欠処理を、燃料電池システム１００の起動後、燃料電池システム１００の運転中に、予め決められた制御周期で繰り返し実行することにより、タンク３１における燃料ガスの貯蔵量を監視する。
【００４０】
ステップＳ１０では、貯蔵量検出部１０２は、圧力検出部３７が検出する供給配管３２における燃料ガスの圧力を、タンク３１における燃料ガスの貯蔵量を表す計測値として検出する。制御部１０１は、この計測値を用いて、続くステップＳ２０〜Ｓ３０の停止処理の実行可否を判定する。
【００４１】
ステップＳ２０では、制御部１０１は、貯蔵量検出部１０２によって検出した計測値が、タンク３１における燃料ガスの貯蔵量の予め決められた下限貯蔵量に相当する閾値より小さいか否かを判定する。第１実施形態では、制御部１０１は、圧力検出部３７によって検出された燃料ガスの圧力が、下限貯蔵量に相当する閾値として予め決められた下限圧力より小さいか否かを判定する。この下限圧力は、実験等により予め求めたタンク３１に劣化が生じないタンク３１の内圧の下限値より大きい値であることが望ましい。下限圧力は、タンク３１に使用時の最低圧力が定められている場合には、その最低圧力より大きい値であることが望ましい。
【００４２】
制御部１０１は、ステップＳ１０で検出した計測値が閾値以上であるとき、つまり、タンク３１における燃料ガスの圧力が下限圧力以上であるときは、ガス欠処理を終了し、燃料電池１０の運転を継続する。この場合には、タンク３１における燃料ガスの貯蔵量が下限貯蔵量以上であり、燃料電池１０の通常の運転が継続可能であると見込めるためである。
【００４３】
一方、制御部１０１は、ステップＳ１０で検出した計測値が閾値より小さいとき、つまり、圧力検出部３７によって検出される燃料ガスの圧力が下限圧力より小さいときには、ステップＳ３０において、主止弁３３を閉じる閉弁処理を実行する。これによって、燃料ガス給排システム２０の供給部３０に燃料電池１０に対する燃料ガスの供給を停止させて、燃料電池１０の運転を停止させる。この場合には、タンク３１における燃料ガスの貯蔵量が下限貯蔵量より少ないガス欠の発生により、燃料電池１０の通常の運転に支障が生じる可能性があるためである。なお、本明細書において「燃料電池１０の運転を停止させる」とは、燃料電池１０に目標出力電力を出力させるための反応ガスの供給制御を終了させることを意味する。よって、燃料電池１０の運転が停止されている状態には、供給停止後に残留している反応ガスによって燃料電池１０の発電が継続されている状態が含まれる。
【００４４】
なお、第１実施形態では、制御部１０１は、ステップＳ３０において、さらに、酸化剤ガス給排システム６０にも、燃料電池１０に対する酸化剤ガスの供給を停止させる。また、制御部１０１は、図示していない車両のインジケータやディスプレイなどの報知部を通じて、ユーザに、燃料ガスの不足により燃料電池１０の運転を停止した旨を報知してもよい。
【００４５】
ステップＳ２０〜Ｓ３０での停止処理が実行されることによって、ガス欠が生じ、燃料ガスの供給量が確保できない状態で燃料電池１０の運転が継続されてしまうことが抑制される。よって、反応ガスが不足する状態の発電により燃料電池１０に過度の負荷がかかることが抑制され、例えば、燃料ガス不足により生じる触媒の劣化や、燃料電池１０の発電効率の低下によるシステム効率の低下などの不具合が発生することが抑制される。
【００４６】
また、第１実施形態のガス欠処理では、ガス欠が生じていることが検出された場合に、主止弁３３が閉じられる。これにより、タンク３１の燃料ガスが供給配管３２に流出することが抑制され、タンク３１の内圧がそれ以上低下してしまうことが抑制される。よって、タンク３１の内圧が、タンク３１に劣化が生じるような低圧にまで低下してしまうことが抑制される。
【００４７】
ステップＳ２０〜Ｓ３０の停止処理の実行後、制御部１０１は、さらに、ステップＳ４０において、蓄電量検出部８８によって、二次電池８６の蓄電量を検出する。検出された二次電池８６の蓄電量は、続くステップＳ５０〜Ｓ６０における遮断処理の実行可否の判定に用いられる。
【００４８】
ステップＳ５０では、制御部１０１は、二次電池８６の蓄電量が予め定められた下限量である下限蓄電量よりも小さいか否かを判定する。下限蓄電量は、人為的に定められた蓄電量の下限の値であり、二次電池８６の性能維持のために物理的に求められる限界値とは異なる概念の値である。第１実施形態では、下限蓄電量は、この後、燃料ガスが補給されて燃料電池１０の運転が再開されるまでの間に、例えば、主止弁３３の開弁するための電力など、補機類１２０において消費されることが見込まれる電力を確保できる値に定められている。
【００４９】
ステップＳ５０において二次電池８６の蓄電量が下限蓄電量よりも小さいと判定した場合には、制御部１０１は、ステップＳ６０において、接続部９２によって、二次電池８６と補機類１２０および外部負荷２００との電気的接続を遮断する。これによって、二次電池８６に残っている電力が、補機類１２０や外部負荷２００によって消費されることが抑制される。ステップＳ６０では、制御部１０１は、報知部を通じて、ユーザに、燃料ガスが補給されるまで、燃料電池１０の運転を再開できない旨を、ユーザに報知してもよい。制御部１０１は、遮断処理の実行後、ガス欠処理を終了する。この場合には、燃料電池１０の運転も停止され、二次電池８６からの電力供給も停止された状態であるため、制御部１０１は、燃料電池システム１００の運転を終了する。
【００５０】
ステップＳ５０において、二次電池８６の蓄電量が下限蓄電量以上である場合には、制御部１０１は、そのまま、ガス欠処理を終了する。この場合には、制御部１０１は、燃料電池１０の運転を停止したまま、外部負荷２００や補機類１２０に対して二次電池８６の電力供給を継続する制御を実行する。この制御の間には、車両は二次電池８６の電力による走行が可能である。制御部１０１は、この制御の間、報知部を通じて、燃料電池１０を発電したまま二次電池８６の電力によりシステムの運転を継続している旨を、ユーザに報知してもよい。
【００５１】
なお、制御部１０１は、停止処理により、燃料電池１０に対する燃料ガスの供給が停止されていても、二次電池８６の電力を外部負荷２００や補機類１２０に供給され、燃料電池システム１００の運転が継続されている間、ガス欠処理を継続して繰り返し実行する。この運転の係属中に、燃料ガスの補給がされ、タンク３１における燃料ガスの貯蔵量が下限貯蔵量以上になった場合には、制御部１０１は、主止弁３３を開いて、燃料電池１０に対する燃料ガスの供給を再開する。
【００５２】
図３Ｂは、ガス欠処理において遮断処理が実行された後、燃料電池システム１００が再起動されるときに実行される起動処理のフローを示す説明図である。この起動処理は、ガス欠処理において遮断処理が実行され、燃料電池システム１００の運転が終了された後、ユーザによって燃料電池システム１００の起動操作が実行されたときに実行される。この起動処理は、ユーザの直接の操作によらず、制御部１０１に予め設定されている燃料電池システム１００の起動タイミングが到来したときに自動的に実行されてもよい。
【００５３】
ステップＳ７０〜Ｓ８０は、タンク３１に対する燃料ガスの補給が検出された場合に、二次電池８６と補機類１２０とを電気的に接続させる接続処理である。ステップＳ７０では、制御部１０１は、ガス欠処理において遮断処理が実行された後、補給検出部１０４によって補給部５０の補給配管５２を通じてタンク３１に燃料ガスが補給されたことが検出されたか否かを判定する。補給検出部１０４によって、遮断処理後のタンク３１への燃料ガスの補給が検出された場合には、制御部１０１は、ステップＳ８０において、接続部９２によって、二次電池８６を、補機類１２０および外部負荷２００に対して電気的に接続させる。
【００５４】
上記の接続処理の実行後、ステップＳ９０では、制御部１０１は、主止弁３３を開き、タンク３１から燃料電池１０への燃料ガスの供給が可能な状態にし、燃料電池システム１００の運転を開始する。また、制御部１０１は、燃料ガス給排システム２０と酸化剤ガス給排システム６０とに燃料電池１０に対する反応ガスの供給を開始させ、燃料電池１０の運転を開始する。
【００５５】
ステップＳ７０において、タンク３１への燃料ガスの補給を検出した履歴がない場合には、制御部１０１は、そのまま起動処理を終了する。この場合には、燃料電池システム１００は起動されず、その運転は再開されない。このように、ガス欠処理において遮断処理が実行された場合には、補給部５０の補給配管５２を通じてタンク３１に燃料ガスが補給されるまで、燃料電池システム１００は起動できない状態が継続される。
【００５６】
以上のように、第１実施形態の燃料電池システム１００では、ガス欠処理において停止処理および遮断処理が実行された場合には、燃料ガスの補給が検出されるまで、二次電池８６の負荷に対する電気的接続が遮断されている。そのため、起動処理のステップＳ９０において、主止弁３３を開弁させるための二次電池８６の電力を含む燃料電池１０の運転を開始するための電力が不足してしまうことが抑制される。よって、停止処理および遮断処理の実行後に、タンク３１に燃料ガスが補給されたのにもかかわらず、二次電池８６の電力が不足することによって、燃料電池１０の運転を再開できない状態に陥ることが抑制される。
【００５７】
また、第１実施形態の燃料電池システム１００によれば、ガス欠処理において停止処理および遮断処理が実行された後の起動処理において、タンク３１に燃料ガスが補給されていれば、接続処理により二次電池８６と補機類１２０との電気的接続が回復される。そのため、燃料ガスの補給後に、二次電池８６から補機類１２０に電力を供給できず、主止弁３３が閉じられたままになるなどして、燃料電池１０の運転を再開できない状態に陥ることが抑制される。
【００５８】
さらに、第１実施形態の燃料電池システム１００によれば、タンク３１における燃料ガスの貯蔵量が下限貯蔵量より少ないガス欠が検出されたときには、燃料電池１０に対する燃料ガスの供給が停止されて、燃料電池１０の運転が停止される。そのため、燃料ガスの供給量が不足した状態のまま燃料電池１０の運転が継続されてしまうことが抑制され、燃料ガス不足に起因する不具合の発生が抑制される。その他に、第１実施形態の燃料電池システム１００によれば、タンク３１の内圧が下限圧力よりも低下したガス欠の状態では主止弁３３が閉じられる。そのため、タンク３１の内圧が下限圧力よりも低下しすぎて、タンク３１が劣化することが抑制される。
【００５９】
２．第２実施形態：
図４は、第２実施形態におけるガス欠処理のフローを示す説明図である。第２実施形態の燃料電池システム１００の構成は、第１実施形態で説明した構成とほぼ同じである。第２実施形態のガス欠処理は、ステップＳ５２，Ｓ５４，Ｓ５６が追加されている点以外は、第１実施形態のガス欠処理とほぼ同じである。
【００６０】
第２実施形態のガス欠処理では、制御部１０１は、ステップＳ１０〜Ｓ５０の処理を、第１実施形態で説明したのと同様に実行する。なお、第２実施形態では、ステップＳ５０で判定条件として用いられる下限蓄電量は、以下に説明する確認処理の実行により消費される電力を見込んだ値に設定されていることが望ましい。
【００６１】
第２実施形態では、ステップＳ５０で、二次電池８６の蓄電量が下限蓄電量より小さいと判定された場合、制御部１０１は、予め定められた操作受付期間の間、ステップＳ６０の実行を待機する。操作受付期間は、ステップＳ３０で主止弁３３を閉じた後からの予め決められた期間である。制御部１０１は、ステップＳ５２において、その操作受付期間内に、確認処理のトリガーとなるユーザによる所定の操作が検出されたか否かを判定する。確認処理は、主止弁３３を開いて、圧力検出部３７によって供給配管３２における燃料ガスの圧力を検出し直して、ガス欠の発生を再確認し、停止処理の実行の可否を判定し直す処理である。第１実施形態では、確認処理のトリガーとなる所定のユーザの操作は、例えば、燃料電池１０の運転再開を指令する操作である。この操作は、車両の起動／停止の操作であるとしてもよいし、タンク３１における燃料ガスの貯蔵量の確認を指令する操作であるとしてもよい。
【００６２】
ステップＳ５２において、前述の操作受付期間内にユーザによる所定の操作を検出した場合には、制御部１０１は、ステップＳ５４において、ステップＳ２０〜Ｓ３０の停止処理が実行された後に確認処理が予め決められた回数、既に実行されているか否かを判定する。制御部１０１は、最初の停止処理の実行後に確認処理が実行された回数が予め決められた所定の回数より少ない場合には、確認処理を以下のように実行する。
【００６３】
制御部１０１は、ステップＳ５６において、主止弁３３を開き、ステップＳ１０からの処理を実行し直す。ステップＳ１０では、貯蔵量検出部１０２が、圧力検出部３７によって燃料ガスの圧力を検出し直し、タンク３１における燃料ガスの貯蔵量を表す計測値を更新する。ステップＳ２０では、制御部１０１は、更新された計測値と下限貯蔵量に相当する閾値である下限圧力とを比較する。ステップＳ２０において、更新された計測値が閾値である下限圧力より大きいと判定結果が変更された場合には、制御部１０１は、ガス欠処理を終了して、燃料電池１０の通常の運転を再開する。ステップＳ２０において、更新された計測値が閾値である下限圧力より小さいとの判定された場合には、制御部１０１は、ステップＳ３０において主止弁３３を再び閉じる。確認処理を実行した後、ステップＳ５２において、操作受付期間内におけるユーザの所定の操作を新たに検出した場合には、確認処理の実行回数が所定の回数より少なければ、制御部１０１は再び確認処理を実行する。
【００６４】
ステップＳ５２において、操作受付期間内に、ユーザによる所定の操作が検出されなかった場合には、制御部１０１は、ステップＳ６０において、二次電池８６と補機類１２０および外部負荷２００との電気的接続を遮断し、ガス欠処理を終了する。また、ステップＳ５４において、確認処理の実行回数が、所定の回数以上であると判定した場合にも、制御部１０１は、ステップＳ６０において、二次電池８６と補機類１２０および外部負荷２００との電気的接続を遮断し、ガス欠処理を終了する。このように、遮断処理が実行された後の燃料電池システム１００の起動時には、第１実施形態で説明したのと同様に、図３Ｂに示す起動処理が実行される。
【００６５】
以上のように、第２実施形態のガス欠処理では、停止処理の実行後、操作受付期間内に、ユーザが所定の操作をおこなうごとに、予め決められた回数だけ、タンク３１における燃料ガスの貯蔵量を確認し直す再確認処理が繰り返し実行される。よって、タンク３１における燃料ガスの貯蔵量を表す計測値の検出誤差などによって、主止弁３３が閉じられたままになり、燃料電池１０の運転が停止されたままになってしまうことが抑制される。また、確認処理の実行回数が、所定の回数に制限されているため、確認処理が制限なく繰り返されて、燃料ガスの補給後に燃料電池１０の運転を再開できなくなるほど二次電池８６の電力が消費されてしまうことを抑制できる。その他に、第２実施形態の燃料電池システム１００およびその制御方法によれば、上記の第１実施形態で説明したのと同様な種々の作用効果を奏することができる。
【００６６】
３．第３実施形態：
図５は、第３実施形態における起動処理のフローを示す説明図である。第３実施形態の燃料電池システム１００の構成は、第１実施形態で説明したのとほぼ同じである。第３実施形態の起動処理は、第２実施形態で説明したのと同様なガス欠処理において停止処理および遮断処理が実行された後に、燃料電池システム１００が起動されるときに実行される。第３実施形態の起動処理では、ステップＳ７０〜Ｓ８０における接続処理の実行後の処理が異なっている点以外は、第１実施形態で説明した図３Ｂに示す起動処理とほぼ同じである。
【００６７】
制御部１０１は、ステップＳ８０において二次電池８６と外部負荷２００および補機類１２０とを電気的に接続した後、ステップＳ８１において主止弁３３を開く。なお、この段階では、燃料ガス給排システム２０の供給装置３６および酸化剤ガス給排システム６０の駆動は停止したままであり、燃料電池１０の運転は再開されていない。
【００６８】
ステップＳ８２では、貯蔵量検出部１０２は圧力検出部３７によって検出される主止弁３３が開かれた後の供給配管３２の圧力を、タンク３１における燃料ガスの貯蔵量を表す計測値として検出する。ステップＳ８３では、制御部１０１は、ステップＳ８２で検出された計測値が、予め決められた許容値より小さいか否かを判定する。この許容値は、ステップＳ２０で用いた下限貯蔵量に相当する閾値よりも大きい値である。この許容値は、燃料電池１０の運転再開後に、ある程度の時間以上、燃料電池１０の運転の継続を見込むことができる燃料ガスの貯蔵量を表す値として定められた値である。
【００６９】
制御部１０１は、ステップＳ８２で検出された計測値が許容値以上の状態である場合には、ステップＳ９１において、燃料電池１０に対する燃料ガスの供給を開始し、燃料電池１０の運転を開始する。制御部１０１は、ステップＳ８２で検出された計測値が許容値より小さい場合には、ステップＳ８８において、再び、主止弁３３を閉じ、燃料電池１０に対する燃料ガスの供給開始を禁止する。また、制御部１０１は、接続部９２によって二次電池８６と補機類１２０および外部負荷２００との電気的接続を遮断する。これによって、燃料電池１０の運転開始が禁止され、燃料電池システム１００は、タンク３１に対する燃料ガスの補給を待機する待機状態に入る。この後、ユーザにより、燃料電池システム１００の起動操作がおこなわれた場合や、予め設定された燃料電池システム１００の起動タイミングが到来したときには、再度、この起動処理が実行される。
【００７０】
以上のように、第３実施形態の燃料電池システム１００によれば、ガス欠処理での遮断処理実行後に、タンク３１に対する燃料ガスの補給が検出されたとしても、その補給量が十分でない場合には、燃料電池１０の運転が禁止される。よって、燃料ガスの貯蔵量が十分ではないために、短時間で燃料電池１０の運転が停止されてしまい、二次電池８６の蓄電量をかえって低下させるだけの結果に陥ってしまうことが抑制される。また、第３実施形態の燃料電池システム１００によれば、遮断処理実行後にタンク３１に対する燃料ガスの補給が検出されたとしても、主止弁３３の故障などによって、タンク３１から供給配管３２に燃料ガスが十分に流出しない場合にも、燃料電池１０の運転開始が禁止される。よって、燃料電池１０への燃料ガスの供給が円滑におこなえない状態のまま燃料電池１０の運転が開始されてしまうことが抑制される。その他に、第３実施形態の燃料電池システム１００およびその制御方法によれば、上記の第１実施形態および第２実施形態で説明した種々の作用効果を奏することができる。
【００７１】
４．第４実施形態：
図６は、第４実施形態における起動処理のフローを示す説明図である。第４実施形態の燃料電池システム１００の構成は、第１実施形態で説明したのとほぼ同じである。第４実施形態の起動処理は、第２実施形態で説明したのと同様なガス欠処理において停止処理および遮断処理が実行された後に、燃料電池システム１００が起動されるときに実行される。第４実施形態の起動処理は、ステップＳ８５，Ｓ８６の処理が追加されている点以外は、第３実施形態の起動処理とほぼ同じである。
【００７２】
第４実施形態の起動処理では、制御部１０１は、ステップＳ８３において、ステップＳ８２で検出された計測値が許容値以上であると判定された場合に、さらに、ステップＳ８５，Ｓ８６において、二次電池８６の蓄電量についての判定を実行する。ステップＳ８５では、制御部１０１は、蓄電量検出部８８によって、現在の二次電池８６の蓄電量を検出する。続いて、ステップＳ８６では、制御部１０１は、ステップＳ８５で検出された蓄電量が予め決められた蓄電量閾値より小さいか否かを判定する。この蓄電量閾値は、燃料電池１０の運転の再開を許容できる二次電池８６の最小限度の蓄電量として予め定められた値であり、ステップＳ５０で用いた下限蓄電量よりも小さい値である。
【００７３】
制御部１０１は、ステップＳ８５で検出した蓄電量が蓄電量閾値以上である場合には、ステップＳ９１において、燃料電池１０に対する燃料ガスの供給を開始し、燃料電池１０の運転を開始する。制御部１０１は、ステップＳ８５で検出した蓄電量が蓄電量閾値より小さい場合には、ステップＳ８８において、再び、主止弁３３を閉じ、燃料電池１０に対する燃料ガスの供給開始を禁止する。また、制御部１０１は、接続部９２によって二次電池８６と補機類１２０および外部負荷２００との電気的接続を遮断する。これによって、二次電池８６に対する充電作業が行われるまで燃料電池１０の運転の開始が禁止される。
【００７４】
以上のように、第４実施形態の起動処理によれば、ガス欠処理での遮断処理実行に、燃料電池１０に対して燃料ガスを供給可能な状態になっても、二次電池８６の蓄電量が十分でない場合には、燃料電池１０の運転の再開が禁止される。よって、燃料電池１０の運転再開後、すぐに、二次電池８６の蓄電量が不足して補機類１２０への電力供給ができなくなり、燃料電池１０の運転が継続できなくなることが抑制される。また、二次電池８６の蓄電量が０になることにより、二次電池８６の性能が低下してしまうことが抑制される。その他に、第４実施形態の燃料電池システム１００およびその制御方法によれば、上記の各実施形態で説明した種々の作用効果を奏することができる。
【００７５】
５．他の実施形態：
上記の各実施形態で説明した種々の構成は、例えば、以下のように改変することが可能である。以下に説明する他の実施形態はいずれも、上記の各実施形態と同様に、本開示の技術を実施するための形態の一例として位置づけられる。
【００７６】
・他の実施形態１：
上記の各実施形態におけるガス欠処理では、ステップＳ３０における主止弁３３を閉じる閉弁処理は省略されてもよい。ステップＳ３０では、制御部１０１は、燃料電池１０に対する燃料ガスの供給を停止させるために、供給装置３６の駆動を停止するのみでもよい。
【００７７】
・他の実施形態２：
貯蔵量検出部１０２は、既知のタンク３１の容量と、圧力検出部３７の検出結果と、温度計測部３１６と、を用いて、現在のタンク３１における燃料ガスの貯蔵量を表す計測値を算出するものとしてもよい。また、貯蔵量検出部１０２は、圧力検出部３７による供給配管３２の圧力の計測結果を用いる方法以外の方法で、タンク３１における燃料ガスの貯蔵量を表す計測値を検出してもよい。貯蔵量検出部１０２は、例えば、タンク３１に燃料ガスが補給された後の燃料電池１０の出力電力を積算した値から、燃料ガスの消費量の推定値を算出することによって、タンク３１における燃料ガスの貯蔵量を表す計測値を検出してもよい。
【００７８】
・他の実施形態３：
上記の各実施形態の燃料電池システム１００において、二次電池８６は、外部負荷２００に対して電力を供給しないように構成されていてもよい。
【００７９】
・他の実施形態４：
上記の第３実施形態および第４実施形態の燃料電池システム１００において、第２実施形態で説明したガス欠処理の代わりに、第１実施形態で説明したガス欠処理が実行されてもよい。また、上記の第４実施形態の起動処理において、ステップＳ８２，Ｓ８３の処理が省略されてもよい。
【００８０】
・他の実施形態５：
上記の各実施形態において、制御部１０１は、ガス欠処理において遮断処理が実行された後、燃料電池システム１００の起動時ではなくても、補給配管５２を通じてタンク３１に燃料ガスの補給が開始されたことを検出したときに接続処理を実行してもよい。
【００８１】
・他の実施形態６：
上記の各実施形態において、燃料電池システム１００は、車両に搭載されていなくてもよい。燃料電池システム１００は、例えば、ビルなどの固定された施設に、電力源として設置されていてもよい。また、上記の各実施形態において、車両は、ガス欠処理を実行する制御部１０１とは別に、車両の運転制御を実行する上位の制御部を備えていてもよい。
【００８２】
６．その他：
上記実施形態において、ソフトウェアによって実現された機能及び処理の一部又は全部は、ハードウェアによって実現されてもよい。また、ハードウェアによって実現された機能及び処理の一部又は全部は、ソフトウェアによって実現されてもよい。ハードウェアとしては、例えば、集積回路、ディスクリート回路、または、それらの回路を組み合わせた回路モジュールなど、各種回路を用いることができる。
【００８３】
本開示の技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須ではないと説明されているものに限らず、その技術的特徴が本明細書中に必須であると説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００８４】
１０…燃料電池、１１…単セル、２０…燃料ガス給排システム、３０…供給部、３１…タンク、３２…供給配管、３３…主止弁、３５…レギュレータ、３６…供給装置、３７…圧力検出部、４０…循環部、４１…排ガス配管、４２…気液分離部、４２ｓ…貯留部、４３…循環配管、４４…循環ポンプ、４５…排水配管、４６…排水弁、５０…補給部、５１…レセプタクル、５２…補給配管、５２ｖ…入口逆止弁、５４…圧力計測部、５５…通信部、６０…酸化剤ガス給排システム、６１…供給配管、６２…コンプレッサ、６３…開閉弁、６６…排ガス配管、６８…調圧弁、８１…第１コンバータ、８３…外部負荷インバータ、８５…第２コンバータ、８６…二次電池、８８…蓄電量検出部、９２…接続部、９３…補機インバータ、１００…燃料電池システム、１０１…制御部、１０２…貯蔵量検出部、１０４…補給検出部、１１０…リッド、１２０…補機類、２００…外部負荷、３１１…タンク本体部、３１２…口金部、３１３…ガス流路、３１４…逆止弁、３１５…手動弁、３１６…温度計測部、Ｌ１…第１の直流導線、Ｌ２…第２の直流導線、Ｌ３…第３の直流導線
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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