(57)【要約】【課題】燃料電池内の触媒の劣化による寿命低下を抑制することが可能な燃料電池システムの停止方法を提供する。【解決手段】燃料電池システムの停止方法であって、水素ガスの供給停止後に空気を供給する酸化ガス供給ステップ（ステップＳ０１）と、燃料電池にて発電を行う発電ステップ（ステップＳ０２）と、水素ガスの配管内圧が目標圧力となった際に空気の供給を停止する酸化ガス停止ステップ（ステップＳ０３，Ｓ０４）と、燃料電池の電圧が目標電圧に到達した際に発電を停止する発電停止ステップ（ステップＳ０５，Ｓ０６）と、燃料電池での発電の停止後に、水素ガスの配管内圧に基づいてガス漏れを検出するガス漏れ検出ステップ（ステップＳ０７）と、を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池に燃料ガス及び酸化ガスを供給し、これら燃料ガスと酸化ガスとを電気化学反応させて発電する燃料電池システムの停止方法であって、
燃料ガスの供給停止後に酸化ガスを供給する酸化ガス供給ステップと、
前記燃料電池にて発電を行う発電ステップと、
燃料ガスの配管内圧が目標圧力となった際に酸化ガスの供給を停止する酸化ガス停止ステップと、
前記燃料電池の電圧が目標電圧に到達した際に発電を停止する発電停止ステップと、
前記燃料電池での発電停止後に、燃料ガスの配管内圧に基づいてガス漏れを検出するガス漏れ検出ステップと、を含む燃料電池システムの停止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を備えた燃料電池システムの停止方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、反応ガス（燃料ガス及び酸化ガス）の電気化学反応によって発電する燃料電池をエネルギ源とする燃料電池システムが注目されている。燃料電池システムは、燃料電池のアノードに燃料タンクから高圧の燃料ガスを供給するとともに、カソードに酸化ガスとしての空気を供給し、これら燃料ガスと酸化ガスとを電気化学反応させ、起電力を発生させるものである。
【０００３】
この種の燃料電池システムには、停止時に空気オフガスを再循環させ、空気オフガス中の残留酸素により、発電電圧が所定値以下になるまで発電を継続するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、燃料電池システムの停止時に、バッファタンク内の空気を酸化剤極に供給して燃料ガスを完全消費させるものも知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
さらに、燃料電池の停止時に、水素ガス供給弁と排出弁とを閉じるとともに、燃料電池内に残留した燃料ガスを発電反応により消費させるものもある（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１１５３１７号公報
【特許文献２】特開２００７−５１７０号公報
【特許文献３】特開２００８−２５１３１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように、燃料電池システムでは、システム停止時に、水素ガスの供給を止めた状態にて発電することで水素ガスを消費させることが行われている。
【０００８】
ところで、システム停止後に、圧力変化を監視して水素ガスの配管におけるガス漏れを検出する場合、発電を停止して圧力変動のない状態とする必要があり、このため、配管内圧力が目標圧力まで減圧された場合、処理完了として発電を停止することとなる。
【０００９】
このような場合、処理完了時点にて、燃料電池が高電位状態のまま放置され、また、燃料電池内のカソード側に酸素が残留した状態となり、よって、燃料電池内の触媒が劣化し、寿命低下を引き起こすおそれがあった。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、燃料電池内の触媒の劣化による寿命低下を抑制することが可能な燃料電池システムの停止方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の燃料電池システムの停止方法は、燃料電池に燃料ガス及び酸化ガスを供給し、これら燃料ガスと酸化ガスとを電気化学反応させて発電する燃料電池システムの停止方法であって、燃料ガスの供給停止後に酸化ガスを供給する酸化ガス供給ステップと、前記燃料電池にて発電を行う発電ステップと、燃料ガスの配管内圧が目標圧力となった際に酸化ガスの供給を停止する酸化ガス停止ステップと、前記燃料電池の電圧が目標電圧に到達した際に発電を停止する発電停止ステップと、前記燃料電池での発電の停止後に、燃料ガスの配管内圧に基づいてガス漏れを検出するガス漏れ検出ステップと、を含む。
【００１２】
この燃料電池システムの停止方法によれば、燃料ガスの供給停止後における燃料電池の発電によって燃料ガスの配管内圧が目標圧力となって酸化ガスの供給を停止しても、燃料電池の電圧が目標電圧に到達しない限り発電が継続される。つまり、燃料電池の電圧が目標電圧に到達するまで発電が継続されて酸化ガスの配管内の酸化ガスが消費されるので、ガス漏れ検出時における燃料電池の高電位状態を回避することができる。これにより、燃料電池が高電位状態のまま放置されることによる燃料電池内の触媒の劣化を抑え、寿命低下を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の燃料電池システムの停止方法によれば、燃料電池内の触媒の劣化による寿命低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池システムの停止方法が適用される燃料電池システムの概略構成図である。
【図２】制御部による燃料電池システムの停止手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
まず、燃料電池システム１の全体構成を説明する。この燃料電池システム１は燃料電池車両の車載発電システムであるが、車載用の燃料電池システム以外にも、船舶，航空機，電車、歩行ロボット等のあらゆる移動体用の燃料電池システムや、例えば燃料電池が建物（住宅、ビル等）用の発電設備として用いられる定置用の燃料電池システムへの適用も可能である。
【００１６】
図１に示すように、燃料電池システム１は、反応ガスである酸化ガスと燃料ガスの電気化学反応により電力を発生する燃料電池２と、酸化ガスとしての空気を燃料電池２に供給する酸化ガス配管系３と、燃料ガスとしての水素を燃料電池２に供給する水素ガス配管系４と、システムの電力を充放電する電力系５と、システム全体を統括制御する制御部６とを有する。
【００１７】
燃料電池２は、例えば、高分子電解質形燃料電池であり、多数の単セルを積層したスタック構造となっている。単セルは、イオン交換膜からなる電解質の一方の面に空気極を有し、他方の面に燃料極を有し、さらに空気極および燃料極を両側から挟み込むように一対のセパレータを有する構造となっている。この場合、一方のセパレータの水素ガス流路に水素ガスが供給され、他方のセパレータの酸化ガス流路に酸化ガスが供給され、これらの反応ガスが化学反応することで電力が発生する。燃料電池２には、燃料電池２の出力電圧を検出する電圧センサＶと、燃料電池２の出力電流を検出する電流センサＡが設けられている。
【００１８】
酸化ガス配管系３は、フィルタ３０を介して取り込まれた空気を圧縮し、酸化ガスとしての圧縮空気を送出するコンプレッサ３１と、酸化ガスを燃料電池２に供給するための空気供給流路３２と、燃料電池２から排出された酸化オフガスを排出するための空気排出流路３３とを有する。コンプレッサ３１には、コンプレッサのモータの回転数を検出する回転数センサＮが設けられている。コンプレッサ３１から供給されている酸化ガスの供給量は、回転数センサＮによって検出された回転数に応じて決めることができる。
【００１９】
水素ガス配管系４は、高圧の水素ガスを貯留した燃料供給源としての水素タンク４０と、水素タンク４０の水素ガスを燃料電池２に供給するための燃料供給流路としての水素供給流路４１と、燃料電池２から排出された水素オフガスを水素供給流路４１に戻すための循環流路４２とを有する。循環流路４２には、循環流路４２内の水素オフガスを加圧して水素供給流路４１側へ送り出す水素ポンプ４４が設けられている。
【００２０】
電力系５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１、二次電池であるバッテリ５２、トラクションインバータ５３、トラクションモータ５４、図示しない各種の補機インバータ等を備えている。ＤＣ／ＤＣコンバータ５１は、直流の電圧変換器であり、バッテリ５２から入力された直流電圧を調整してトラクションインバータ５３側に出力する機能と、燃料電池２またはトラクションモータ５４から入力された直流電圧を調整してバッテリ５２に出力する機能と、を有する。このようなＤＣ／ＤＣコンバータ５１の機能により、バッテリ５２の充放電が実現される。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１により、燃料電池２の出力電圧が制御される。
【００２１】
バッテリ５２は、バッテリセルが積層されて一定の高電圧を端子電圧とし、図示しないバッテリコンピュータの制御によって余剰電力を充電したり補助的に電力を供給したりすることが可能になっている。トラクションインバータ５３は、直流電流を三相交流に変換し、トラクションモータ５４に供給する。トラクションモータ５４は、例えば三相交流モータであり、燃料電池システム１が搭載される燃料電池車両の主動力源を構成する。
【００２２】
補機インバータは、各モータの駆動を制御する電動機制御部であり、直流電流を三相交流に変換して各モータに供給する。補機インバータは、例えばパルス幅変調方式のＰＷＭインバータであり、制御部６からの制御指令に従って燃料電池２またはバッテリ５２から出力される直流電圧を三相交流電圧に変換して、各モータで発生する回転トルクを制御する。
【００２３】
制御部６は、燃料電池車両に設けられた加速操作部材（アクセル等）の操作量を検出し、加速要求値（例えば、トラクションモータ５４等の電力消費装置からの要求発電量）等の制御情報を受けて、システム内の各種機器の動作を制御する。なお、電力消費装置には、トラクションモータ５４の他に、例えば、燃料電池２を作動させるために必要な補機装置（例えばコンプレッサ３１や水素ポンプ４４のモータ等）、車両の走行に関与する各種装置（変速機、車輪制御装置、操舵装置、懸架装置等）で使用されるアクチュエータ、乗員空間の空調装置（エアコン）、照明、オーディオ等が含まれる。
【００２４】
次に、水素配管系４におけるガス漏れ検出を伴う燃料電池システム１の停止方法について説明する。
【００２５】
図２は、制御部６による燃料電池システム１の停止制御の内容を示すフローチャートである。
システム停止命令により、水素ガスの供給が停止され、水素ガスの減圧処理が開始されると、まず、コンプレッサ３１を作動させて空気の供給を開始する（ステップＳ０１，酸化ガス供給ステップ）。
【００２６】
さらに、燃料電池２において発電を開始する（ステップＳ０２，発電ステップ）。すると、供給される空気によって循環流路４２や燃料電池２内を含む水素ガス配管系４内に残留している水素ガスが消費される。これにより、水素ガス配管系４内が減圧される。
【００２７】
圧力センサＰの検出信号に基づいて、水素ガス配管系４の内圧が目標圧力に到達したか否かを監視する（ステップＳ０３，酸化ガス停止ステップ）。
ここで、目標圧力は、ガス漏れ検出を良好に行うことが可能な圧力に設定されている。
【００２８】
そして、水素ガス配管系４の内圧が目標圧力に到達していない場合（ステップＳ０４で「Ｎｏ」の場合）は、空気の供給を継続し、水素ガスを消費させて水素ガス配管系４内を減圧させる減圧処理を継続する。
【００２９】
水素ガス配管系４の内圧が目標圧力に到達した場合（ステップＳ０４で「Ｙｅｓ」の場合）、コンプレッサ３１を停止して空気の供給のみを停止し（ステップＳ０４，酸化ガス停止ステップ）、発電は継続させる。
【００３０】
次に、燃料電池２の出力電流及び出力電圧を電流センサＡ及び電圧センサＶからの検出信号に基づいて監視し、電流がゼロであり、かつ電圧が目標電圧に到達しているか否か（以下、電流及び電圧に関する所定の判定条件という。）を監視する（ステップＳ０５，発電停止ステップ）。
【００３１】
ここで、目標電圧は、その電圧のまま放置されたとしても、燃料電池２内の触媒の劣化を抑えることができる十分に低い電圧に設定されている。
そして、燃料電池２が電流及び電圧に関する所定の判定条件を満たしていない場合（ステップＳ０５で「Ｎｏ」の場合）、燃料電池２における発電処理を継続する。
【００３２】
燃料電池２が電流及び電圧に関する所定の判定条件を満たした場合（ステップＳ０５で「Ｙｅｓ」の場合）は、燃料電池２における発電処理を停止させる（ステップＳ０６，発電停止ステップ）。
【００３３】
そして、燃料電池２での発電の停止後、水素ガスの漏れ検出処理を開始し、圧力センサＰの検出信号に基づいて水素ガス配管系４内の圧力変化を監視し、水素ガスの漏れを検出する（ステップＳ０７，ガス漏れ検出ステップ）。
【００３４】
このように、本実施形態においては、上記停止制御を実施することにより、水素ガスの漏れ検出時においては、燃料電池２の電圧が触媒の劣化を抑えることのできる十分に低い目標電圧とされるので、燃料電池２の高電位状態のままでの放置状態を回避することができる。
【００３５】
しかも、水素ガスの漏れ検出時には、空気の供給及び燃料電池２での発電も停止されているので、圧力監視の外乱となる圧力変動が生じることがなく、よって、精度良く水素ガスの漏れ検出を行うことができる。
【００３６】
なお、上記の制御では、燃料電池２での発電処理を停止する条件として、電流及び電圧の両方を用いたが、少なくとも電圧だけを発電処理の停止条件としても良い。
つまり、上記ステップＳ０５において、燃料電池２の電圧が目標電圧に到達しているか否かを監視し、目標電圧に到達している場合に燃料電池２における発電処理を停止しても良い。
【００３７】
以上、説明したように、上記実施形態にかかる燃料電池システム１の停止方法によれば、水素ガスの供給停止後における燃料電池２の発電によって水素ガス配管系４の内圧が目標圧力となって空気の供給を停止しても、燃料電池２の電圧が目標電圧に到達しない限り発電が継続される。
【００３８】
つまり、燃料電池２の電圧が目標電圧に到達するまで発電が継続されて酸化ガス配管系３内の空気が消費されるので、ガス漏れ検出時における燃料電池２の高電位状態を回避することができる。これにより、燃料電池２が高電位状態のまま放置されることによる燃料電池２内の触媒の劣化を抑え、寿命低下を抑制することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１…燃料電池システム、２…燃料電池。
【図１】
2010218908.tif 000003
【図２】
2010218908.tif 000004