(57)【要約】【課題】  燃料電池システムにおいて特段の設計上の制限を課すことなく、燃料電池に供給される燃料ガス圧の過剰上昇を防止する。【解決手段】  燃料電池２２を備える燃料電池システム１０は、燃料電池２２に対して水素を含有する燃料ガスを供給する水素供給路６０と、水素供給路６０内の圧力を検出する第１の圧力センサ５２と、閉状態となることで水素供給路６０を閉塞するシャットバルブ６１と、圧力センサ５２が検出する水素供給路６０内の圧力が、第１の基準値を超えたときに、シャットバルブ６１を閉状態とする供給停止制御部とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池を備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池に対して水素を含有する燃料ガスを供給する水素供給路と、
前記水素供給路内の圧力を検出する第１の圧力センサと、
閉状態となることで前記水素供給路を閉塞するシャットバルブと、
前記第１の圧力センサが検出する前記水素供給路内の圧力が、第１の基準値を超えたときに、前記シャットバルブを閉状態とする供給停止制御部と
を備え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、
前記水素供給路に設けられ、前記燃料電池に供給される前記燃料ガスの圧力を調整する圧力調整部を備え、
前記第１の圧力センサは、前記圧力調整部の配設部位よりも下流側における前記水素供給路内の圧力を検出する
燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１または２記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記シャットバルブが閉状態にされた後に、前記燃料電池に連通する前記水素供給路内で水素を消費させる制御を行なう水素消費制御部を備える
燃料電池システム。
【請求項４】
請求項３記載の燃料電池システムであって、
前記第１の圧力センサは、前記シャットバルブの配設部位よりも下流側における前記水素供給路内の圧力を検出し、
前記水素消費制御部は、前記第１の圧力センサが検出する前記水素供給路内の圧力が、前記第１の基準値よりも小さな第２の基準値以下に低下すると、前記水素供給路内の水素を消費させる制御を停止する
燃料電池システム。
【請求項５】
請求項３記載の燃料電池システムであって、
前記第１の圧力センサは、前記シャットバルブの配設部位よりも上流側における前記水素供給路内の圧力を検出し、
前記燃料電池システムは、さらに、
前記シャットバルブの配設部位よりも下流側における前記水素供給路内の圧力を検出する第２の圧力センサを備え、
前記水素消費制御部は、前記第２の圧力センサが検出する前記水素供給路内の圧力が、前記第１の基準値よりも小さな第２の基準値以下に低下すると、前記水素供給路内の水素を消費させる制御を停止する
燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１ないし５いずれか記載の燃料電池システムであって、さらに、
前記供給停止制御部により前記シャットバルブが閉状態にされたときに、前記水素供給路で圧力超過が生じたことを報知する報知部を備える
燃料電池システム。
【請求項７】
燃料電池を備える燃料電池システムの運転方法であって、
（ａ）前記燃料電池に対して水素を含有する燃料ガスを供給する水素供給路内の圧力を検出する工程と、
（ｂ）前記（ａ）工程で検出した前記圧力が、所定の基準値を超えたときに、前記水素供給路に設けたシャットバルブによって前記水素供給路内の燃料ガスの流通を遮断する工程と
を備える燃料電池システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池を備える燃料電池システムおよびその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池を用いて発電を行なう際には、アノードに対して水素を含有する燃料ガスを供給するが、このような燃料ガスの供給部においては、一般に、種々の安全対策が施されている。特に、高圧の水素含有ガス供給源（例えば水素タンク）から燃料ガスを供給する場合のように、燃料電池に対して非常に圧力の高い燃料ガスが供給され得る場合には、燃料電池内部に導入される燃料ガスの圧力調節に問題が生じた場合のための対策が重要である。過剰な圧力の燃料ガスが燃料電池に供給されると、燃料電池が損傷を受ける可能性があるためである。このような対策の一つとして、燃料電池に水素ガスを供給する供給路に、所定圧で開弁するリリーフ弁を設け、水素ガスの圧力が所定値を超えるときには、リリーフ弁から水素ガスを流路外に排出する構成が知られている（例えば、特開２００２−２１６８１２号公報）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２１６８１２号公報
【特許文献２】特開２００２−２１６８１３号公報
【特許文献３】特開２００４−１１９１２２号公報
【特許文献４】特開２００１−１１９８１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このようなリリーフ弁を設けて水素含有ガスを外部に排出する場合には、可燃性ガスである水素が外部に排出される際の濃度ができる限り低く抑えられるように、リリーフ弁を含む水素ガスの排出部全体の形状を設定する必要があった。すなわち、外部に排出される水素が拡散しやすいように、リリーフ弁に接続する流路の配管長さや、リリーフ弁およびリリーフ弁に接続する流路の配設位置、あるいは、外部へ水素ガスを排出する排出口の向きなどの全体形状を、排出水素の拡散を促す形状となるように設定する必要があった。特に、燃料電池システムを車両などの移動体の駆動用電源として用いる場合には、燃料電池システムの搭載スペースに限りがあるため、水素の排出に関わる配管などの形状が制限される可能性があった。
【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、燃料電池システムにおいて特段の設計上の制限を課すことなく、燃料電池に供給される燃料ガス圧の過剰上昇を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、燃料電池を備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池に対して水素を含有する燃料ガスを供給する水素供給路と、
前記水素供給路内の圧力を検出する第１の圧力センサと、
閉状態となることで前記水素供給路を閉塞するシャットバルブと、
前記第１の圧力センサが検出する前記水素供給路内の圧力が、第１の基準値を超えたときに、前記シャットバルブを閉状態とする供給停止制御部と
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燃料電池システムによれば、水素供給路における圧力が第１の基準値を超えるとシャットバルブを閉じるため、燃料電池に過剰な圧力が加えられることに起因する燃料電池の耐久性低下を防止することができる。また、燃料ガスの圧力超過に対応するために、燃料電池システムにおいて設計上の制限が課されることもない。
【０００８】
本発明の燃料電池システムにおいて、さらに、
前記水素供給路に設けられ、前記燃料電池に供給される前記燃料ガスの圧力を調整する圧力調整部を備え、
前記第１の圧力センサは、前記圧力調整部の配設部位よりも下流側における前記水素供給路内の圧力を検出することとしても良い。
【０００９】
このような構成とすれば、圧力調整部における不具合に起因して燃料電池に過剰な圧力が加えられることを防止し、燃料電池の耐久性を向上させることができる。
【００１０】
本発明の燃料電池システムにおいて、さらに、
前記シャットバルブが閉状態にされた後に、前記燃料電池に連通する前記水素供給路内で水素を消費させる制御を行なう水素消費制御部を備えることとしても良い。
【００１１】
このような構成とすれば、シャットバルブを閉じた後に水素を消費させることで、水素供給流路内の圧力が低下する。従って、燃料電池内部におけるアノード側流路とカソード側流路との間の圧力差を減少させることができ、燃料電池の耐久性を向上させることができる。
【００１２】
このような本発明の燃料電池システムにおいて、
前記第１の圧力センサは、前記シャットバルブの配設部位よりも下流側における前記水素供給路内の圧力を検出し、
前記水素消費制御部は、前記第１の圧力センサが検出する前記水素供給路内の圧力が、前記第１の基準値よりも小さな第２の基準値以下に低下すると、前記水素供給路内の水素を消費させる制御を停止することとしても良い。
【００１３】
あるいは、本発明の燃料電池システムにおいて、
前記第１の圧力センサは、前記シャットバルブの配設部位よりも上流側における前記水素供給路内の圧力を検出し、
前記燃料電池システムは、さらに、
前記シャットバルブの配設部位よりも下流側における前記水素供給路内の圧力を検出する第２の圧力センサを備え、
前記水素消費制御部は、前記第２の圧力センサが検出する前記水素供給路内の圧力が、前記第１の基準値よりも小さな第２の基準値以下に低下すると、前記水素供給路内の水素を消費させる制御を停止することとしても良い。
【００１４】
これらの構成により、燃料電池内部におけるアノード側と流路とカソード側流路との間の圧力差を、より的確に小さくすることが可能となる。
【００１５】
本発明の燃料電池システムにおいて、さらに、
前記供給停止制御部により前記シャットバルブが閉状態にされたときに、前記水素供給路で圧力超過が生じたことを報知する報知部を備えることとしても良い。
【００１６】
これにより、使用者は、水素供給路で圧力超過が生じたことを知ることができ、適切に対処することが可能となる。
【００１７】
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、燃料電池システムの運転方法、あるいは、本発明の燃料電池システムを駆動用電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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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．システムの全体構成：
Ｂ．水素ガス圧過剰上昇防止の動作：
Ｃ．変形例：
【００１９】
Ａ．システムの全体構成：
図１は、本発明の実施例である燃料電池システム１０における燃料電池の発電に関わる部分の構成の概略を表わすブロック図である。本実施例の燃料電池システム１０は、車両に搭載され、車両の駆動用電源として用いられる。燃料電池システム１０は、発電の本体である燃料電池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。
【００２０】
水素タンク２３は、例えば、高圧水素を貯蔵する水素ボンベである。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しても良い。水素タンク２３に貯蔵された水素ガスは、水素タンク２３に接続する水素供給路６０に放出された後、圧力調整弁６２によって所定の圧力に調整（減圧）されて、燃料ガスとして燃料電池２２を構成する各単セルのアノードに供給される。燃料電池２２の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は、水素供給路６０の一部とアノード排ガス路６３と燃料電池２２内の流路とから成る流路（以下、循環流路と呼ぶ）内を循環して再度電気化学反応に供される。電気化学反応による消費量に相当する水素は、圧力調整弁６２を介して水素タンク２３から循環流路へと補充される。循環流路内で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。
【００２１】
ここで、水素供給路６０には、圧力調整弁６２の上流側に、シャットバルブ６１が設けられている。このシャットバルブ６１は、燃料電池の発電を停止する際には閉状態へと駆動され、水素タンク２３から燃料電池２２への水素ガス供給を遮断する。さらに本実施例では、燃料電池２２に供給される燃料ガス圧が過剰に上昇するときにも、シャットバルブ６１を閉じる制御が行なわれる。燃料ガス圧に基づく制御については、後に詳しく説明する。シャットバルブ６１としては、例えば、直動式シャットバルブ、あるいはパイロット式シャットバルブを用いることができる。さらに水素供給路６０には、シャットバルブ６１の上流側に、水素供給路６０内の圧力を検出するための圧力センサ５０が設けられている。また、水素供給路６０には、圧力調整弁６２の下流側にも圧力センサ５２が設けられており、アノード排ガス路６３にも、圧力センサ５４が設けられている。
【００２２】
さらに、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、燃料電池２２の電解質膜を介して、アノード側に供給される燃料ガス内にも導入される。気液分離器２７は、このようなアノード排ガス中に含まれる水蒸気を凝縮させて、アノード排ガスから除去する。
【００２３】
気液分離器２７には、バルブ２７ａが設けられている。このバルブ２７ａを開状態とすることで、気液分離器２７内で凝縮された水が、バルブ２７ａに接続する排ガス排出路６４を介して外部に排出される。なお、バルブ２７ａが開状態になると、上記凝縮水と共に、アノード排ガス路６３内を流れるアノード排ガスの一部も外部に排出される。燃料電池２２の運転時には、アノード側を流れるガスにおいては、既述したように電解質膜を介して、カソード側から水が導入されると共に、カソードに供給される空気中の窒素なども導入される。従って、燃料電池による発電を継続していると、循環流路内を循環する水素含有ガスにおいては、窒素などの不純物濃度が上昇する。本実施例の燃料電池システム１０では、所定のタイミングでバルブ２７ａを開状態にすることによって、上記循環する水素含有ガスの一部を外部に排出して、水素含有ガス中の不純物濃度の上昇を抑えている。
【００２４】
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、排出に先立って、アノード排ガス中の水素を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。
【００２５】
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、エアクリーナ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、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とが隔てられており、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は、カソード排ガスを外部に導くのに先立って、既述した希釈器２６を経由している。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と混合されることによって希釈された後に、外部に排出される。
【００２６】
さらに、燃料電池システム１０は、燃料電池システム１０の各部の動きを制御する制御部７０を備えている。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、既述した圧力センサ５０，５２，５４等の各種センサの検出信号や、燃料電池２２に対する負荷要求に関する情報などを取得する。また、燃料電池システム１０が備える圧力調整弁６２、エアコンプレッサ２４、水素ポンプ６５、あるいはバルブ６１，２７ａなど、燃料電池２２の発電に関わる各部に駆動信号を出力する。
【００２７】
図２は、本実施例の燃料電池システム１０を搭載する電気自動車１５の構成の概略を表わすブロック図である。図２に示すように、車両の駆動用電源である燃料電池システム１０は、発電の本体である燃料電池２２に加えて、さらに、２次電池４０を備えている。なお、図２では、燃料電池２２に係る電気的な接続状態を中心に表わしており、燃料電池２２におけるガスの給排に関わる流路等の記載は省略している。
【００２８】
電気自動車１５は、燃料電池システム１０から電力を供給される負荷として、駆動インバータ３０を介して燃料電池システム１０に接続される駆動モータ３２と、補機類４４とを備えている。これらの負荷と燃料電池システム１０との間には、配線４８が設けられており、この配線４８を介して、燃料電池システム１０と負荷との間で電力がやり取りされる。ここで、２次電池４０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２を介して上記配線４８に接続されており、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２と燃料電池２２とは、上記配線４８に対して並列に接続されている。
【００２９】
２次電池４０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。この２次電池４０は、燃料電池システム１０の始動時に、燃料電池システム１０の各部を駆動するための電力を供給したり、燃料電池システム１０の暖機運転が完了するまでの間、各負荷に対して電力を供給する。また、燃料電池２２が定常状態で発電を行なうときにも、負荷が所定の値よりも大きくなる場合には、２次電池４０によって電力を補うこととしても良い。
【００３０】
ＤＣ／ＤＣコンバータ４２は、出力側の目標電圧値を設定することによって、配線４８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の発電量を制御する。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２は、２次電池４０と配線４８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４０において充放電を行なう必要のないときには、２次電池４０と配線４８との接続を切断する。
【００３１】
負荷の一つである駆動モータ３２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おり、駆動インバータ３０を介して燃料電池システム１０から電力の供給を受ける。駆動インバータ３０は、上記駆動モータ３２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３２の出力軸３６は、減速ギヤ３４を介して車両駆動軸３８に接続している。
【００３２】
他の負荷である補機類４４には、既述したエアコンプレッサ２４や水素ポンプ６５など、燃料電池２２が発電する際に駆動する必要のある燃料電池補機が含まれている。なお、補機類４４のうち、駆動電圧がより低いバルブ類は、図示しない降圧ＤＣ／ＤＣコンバータによって降圧された電力が供給される。さらに、補機類４４としては、燃料電池補機に含まれるものの他に、例えば電気自動車１５が備える空調装置（エアコン）等の車両補機が含まれる。
【００３３】
なお、制御部７０は、燃料電池システム１０が備えるものとして説明したが、本実施例の電気自動車１５では、制御部７０によって車両全体の制御が行なわれている。したがって、制御部７０は、補機類４４やＤＣ／ＤＣコンバータ４２の他、駆動インバータ３０に対しても駆動信号を出力する。
【００３４】
Ｂ．水素ガス圧過剰上昇防止の動作：
図３は、制御部７０において実行される水素圧超過監視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、燃料電池システム１０の稼働中に実行される処理である。本ルーチンが起動されると、制御部７０は、まず、水素供給路６０内のガス圧を取得する（ステップＳ１００）。本実施例では、圧力調整弁６２の下流に設けられた圧力センサ５２の検出信号を取得している。
【００３５】
次に、制御部７０は、ステップＳ１００で取得したガス圧が、第１の基準値を超えているか否かを判断する（ステップＳ１１０）。ここで、第１の基準値とは、燃料電池２２の発電中における循環流路内の圧力として許容できる範囲を超える値として、予め設定された値である。ステップＳ１００で取得したガス圧が第１の基準値を超えていない場合には、循環流路内の圧力は許容範囲内に保たれていると判断して、制御部７０は、上記ステップＳ１００およびＳ１１０の工程を繰り返し実行する。
【００３６】
ステップＳ１１０において、取得したガス圧が第１の基準値を超えていると判断された場合には、制御部７０は、シャットバルブ６１を閉じると共に、所定の低電流値で燃料電池２２の発電を継続させ、さらに、所定の報知部を駆動する（ステップＳ１２０）。すなわち、制御部７０は、取得したガス圧に基づいてシャットバルブ６１を閉じる制御を行なう供給停止制御部として機能する。また、制御部７０は、燃料電池２２の発電を継続させる制御を行なう水素消費制御部として機能する。なお、ステップＳ１２０で燃料電池２２の発電を継続させる際には、シャットバルブ６１を閉じることによって発電に利用可能な水素は限られた少量に制限されるため、上記のように所定の低電流値で発電させることで、発電状態の安定化を図っている。
【００３７】
ここで、シャットバルブ６１を閉じるには、例えばシャットバルブ６１として非通電時に閉状態となるタイプのバルブを用いる場合には、シャットバルブ６１に対する電力供給を遮断すればよい。
【００３８】
また、燃料電池２２の発電継続を行なうには、エアコンプレッサ２４を駆動し続け、燃料電池２２に対する酸化ガスの供給を続行すればよい。ここで、上記のようにシャットバルブ６１を閉じて、水素タンク２３からの水素供給を遮断した場合には、燃料電池２２は、循環流路内に残留する水素のみを利用可能となる。シャットバルブ６１を閉じた後に行なわれる発電は、このような循環流路内に残留する水素を消費するためのものであり、得られる電力は限られたものとなる。ステップＳ１２０において燃料電池２２による発電で得られる電力は、何らかの負荷に接続して消費することも可能であるが、本実施例では２次電池４０を充電するために用いている。２次電池４０を充電する際には、例えば、図２に示したＤＣ／ＤＣコンバータ４２において配線４８の電圧を充分に高く設定すればよい。シャットバルブ６１を閉じた後の発電量は極めて少ないため、このように充分に高い電圧を設定するだけで、２次電池４０の残存容量などを特に考慮することなく、容易に２次電池４０を充電することができる。このように、燃料電池２２から得られる電力により２次電池４０が充電されるようにＤＣ／ＤＣコンバータ４２等を制御することにより、制御部７０は、充電制御部として機能する。なお、シャットバルブ６１を閉じた後は発電可能時間が短いため、ステップＳ１２０における燃料電池２２の発電時には、水素ポンプ６５は駆動しなくても良い。
【００３９】
また、本実施例の車両は、水素圧超過が起こって水素供給が遮断されたことを使用者に知らせる報知部７２を備えており（図１参照）、ステップＳ１２０ではこの報知部７２が制御部７０によってさらに駆動される。報知部７２としては、例えば、電気自動車１５の運転席近傍（例えばインストルメントパネル）に設けた表示部とすることができる。ステップＳ１２０では、この表示部において所定の形状の表示を点灯させればよい。あるいは、報知部７２によって、水素供給圧超過を告げる音声や、所定の警報音を発する構成としても良い。
【００４０】
ステップＳ１２０を実行すると、制御部７０は、シャットバルブ６１の下流側における循環流路内の圧力を取得する（ステップＳ１３０）。本実施例では、圧力センサ５２の検出信号を取得している。あるいは、燃料電池２２の下流側に設けた圧力センサ５４の検出信号を取得しても良い。
【００４１】
次に、制御部７０は、ステップＳ１３０で取得したガス圧が、第２の基準値以下であるか否かを判断する（ステップＳ１４０）。ここで、第２の基準値とは、循環流路内のガスの圧力が充分に低い状態であることを示す基準となる圧力として予め設定された値である。ステップＳ１３０で取得したガス圧が第２の基準値以下でない場合には、循環流路内の圧力が許容できる程度には低下していないと判断して、制御部７０は、上記ステップＳ１３０およびＳ１４０の工程を繰り返し実行する。このとき、燃料電池２２は発電を継続しているため、循環流路内の水素は消費され続け、ステップＳ１３０で検出される圧力は、やがて第２の基準値以下となる。
【００４２】
ステップＳ１４０において循環流路内の圧力が第２の基準値以下であると判断されると、制御部７０は、燃料電池２２の発電を停止させ（ステップＳ１５０）、本ルーチンを終了する。燃料電池２２の発電を停止させる動作は、具体的には、エアコンプレッサ２４などの燃料電池補機を停止させると共に、燃料電池２２と、それまで燃料電池２２から電力を供給されていた２次電池４０との間の接続を切断するものである。
【００４３】
なお、このように水素供給路６０における圧力超過が検出されて燃料電池２２への水素供給が停止されるときには、電気自動車１５の駆動モータ３２は、２次電池４０から電力を得て車両走行を継続することができる。これにより、例えば適当な待避行動を取ることが可能となる。
【００４４】
以上のように構成された本実施例の燃料電池システム１０を備える電気自動車１５によれば、水素供給路６０における圧力が第１の基準値を超えるとシャットバルブ６１が閉じられるため、燃料電池２２に過剰な圧力が加えられることに起因する燃料電池２２の耐久性低下を防止することができる。ここで、本実施例では、水素供給路６０における圧力超過に対応するために、水素供給路６０に設けられたシャットバルブ６１を利用しているため、燃料電池システム１０の形状が複雑化したり、設計の自由度が低下することがない。特に本実施例では、燃料電池２２における通常の発電停止時に水素ガスの流通を遮断するために用いるシャットバルブを利用しているため、部品点数が新たに増加することもない。
【００４５】
水素供給路６０内の圧力超過に対応する他の方法としては、例えば、水素供給路６０において所定の圧力で開弁するリリーフ弁を設け、圧力超過時にはリリーフ弁から水素ガスを排出する構成も考えられる。しかしながら、このような場合には、排出水素の拡散を促す目的から、電気自動車内における各部の配置や配管設計における自由度が制限され、システム全体の構造が複雑化する可能性がある。本実施例では、水素供給路６０に設けられたバルブを用いるだけであるため、そのような問題は生じない。さらに、上記リリーフ弁が外部と連通する場合には、リリーフ弁において異物の噛み込みなどの不具合が生じ、水素圧の過剰上昇を防止する効果を充分に得られなくなる可能性がある。本実施例によれば、外部に開放されていない水素供給路６０に設けられたバルブを用いるだけであるため、このような問題が生じることが無く、水素供給路６０内の圧力超過に対応する動作の信頼性を、より高めることができる。
【００４６】
また、本実施例の燃料電池システム１０によれば、水素供給路６０内の圧力が第１の基準値を超えたときには、シャットバルブ６１を閉じた後に、発電により循環流路内の水素を消費させて、循環流路内の圧力を低減した後に燃料電池２２を停止させている。したがって、発電停止後に、燃料電池２２内部でアノード側に過剰な圧力がかかることがない。すなわち、燃料電池２２内部で、アノード側とカソード側との間の電解質膜を介した圧力差を低減し、圧力差に起因する燃料電池２２の損傷を防止することができる。なお、本実施例では、燃料電池２２の発電停止時にエアコンプレッサ２４が停止されると、燃料電池２２内のカソード側流路は略大気圧となる。
【００４７】
さらに、水素供給路６０の圧力超過が検出されてシャットバルブ６１を閉じた後に、燃料電池２２から得られる電力を用いて２次電池４０を充電する場合には、燃料電池システム１０全体のシステム効率を向上させる効果が得られる。
【００４８】
また、本実施例の燃料電池システム１０によれば、水素供給路６０の圧力超過が検出されてシャットバルブ６１を閉じたときには報知部７２を駆動するため、使用者は、いかなる不具合によるシステム停止であるかを的確に認識し、適切な処置をとることが可能となる。本実施例では、圧力調整弁６２の下流側における圧力に基づいて不具合発生を判断しているため、不具合発生部が圧力調整弁６２である可能性が高いと判断することができる。
【００４９】
Ｃ．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。
【００５０】
Ｃ１．変形例１：
水素供給路６０におけるバルブの配置や圧力センサの配置は、図１に示した配置に限るものではない。例えば、シャットバルブ６１を、圧力調整弁６２の上流ではなく下流に設けることも可能である。また、ステップＳ１００でガス圧を取得するために用いる圧力センサは、シャットバルブ６１の上流側に配置しても下流側に配置しても良い。シャットバルブ６１を閉じるまでは、シャットバルブ６１の上流であるか下流であるかにかかわらず、水素供給路６０内の異なる場所で検出した圧力同士は互いに相関するためである。いずれの場合にも、ステップＳ１３０でガス圧を取得するために用いる圧力センサとして、圧力調整弁６２よりも下流に配設された圧力センサを用いれば、圧力調整弁６２による圧力調整に不具合が生じたときに、これを検出することができる。
【００５１】
Ｃ２．変形例２：
実施例とは異なる構成の燃料電池システムにおいて本発明を適用することとしても良い。例えば、実施例の燃料電池システム１０では、燃料電池２２に供給される水素ガスは循環流路内を循環するが、アノード排ガス路を設けず、燃料電池からアノード排ガスを排出させない構成（いわゆるデッドエンド型）としても良い。このような構成では、水素の循環は行なわれないが、発電で消費された水素量に対応する量の水素が新たに燃料電池内に供給される。したがって、燃料電池に新たに供給される水素量の調節において不具合が生じて圧力超過を起こす際に、本発明を適用することができる。
【００５２】
あるいは、純度の高い水素を貯蔵する水素タンクを備える構成に代えて、改質器を設け、炭化水素系燃料を改質して得られる改質ガスを、燃料ガスとして燃料電池に供給することとしても良い。この場合にも、燃料電池に供給される燃料ガス圧を検出し、燃料ガス圧が過剰となった時には、燃料ガス流路に設けたシャットバルブを閉じて燃料電池に対する燃料ガスの供給を遮断すればよい。
【００５３】
また、燃料電池システムは、実施例のように移動体の駆動用電源とする他、定置型の発電装置として用いる場合であっても、本発明を適用可能である。
【００５４】
いずれの場合にも、燃料電池に供給される燃料ガスの圧力超過時に、燃料電池に対する過剰圧の印加を防止する同様の効果を得ることができる。特に、燃料電池に供給する燃料ガスの圧力を調整する圧力調整部（圧力調整弁を複数有するシステムでは、燃料電池に直近の圧力調整弁）の下流における圧力を検出してシャットバルブの閉じ制御を行なう場合には、このような圧力調整部に生じる不具合に起因する圧力超過に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】実施例の燃料電池システムの概略構成を表わすブロック図である。
【図２】電気自動車の構成の概略を表わすブロック図である。
【図３】水素圧超過監視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】
【００５６】
１０…燃料電池システム
１５…電気自動車
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
２７ａ…バルブ
２８…エアクリーナ
３０…駆動インバータ
３２…駆動モータ
３４…減速ギヤ
３６…出力軸
３８…車両駆動軸
４０…２次電池
４２…ＤＣ／ＤＣコンバータ
４４…補機類
４６…電圧センサ
４８…配線
５０，５２，５４…圧力センサ
６０…水素供給路
６１…シャットバルブ
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
６７…酸化ガス供給路
６８…カソード排ガス路
７０…制御部
７２…報知部
【図１】
2006236799.tif 000003
【図２】
2006236799.tif 000004
【図３】
2006236799.tif 000005