(57)【要約】【課題】燃料電池からの電力供給をより適切に解除する。【解決手段】燃料電池システム１００は、燃料電池１０と、ＦＣリレー１４と、電流センサ３０と、燃料電池の異常を判定する異常判定部と、を備える。異常判定部が燃料電池１０の異常判定をしたときに、燃料電池１０への水素とエアの供給を遮断して燃料電池１０の発電量を低下させ、電流センサ３０が検出する電流が所定値以下になった後にＦＣリレー１４を切り替えて、燃料電池１０と負荷系統との電気的接続を解除する。【選択図】図１
2011204361.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、
前記燃料電池と前記燃料電池で発電された電力を消費する電力消費手段との電気的接続を入り切りする燃料電池リレーと、
前記燃料電池と前記燃料電池リレーとの間の電流を検出する電流検出手段と、
前記燃料電池の異常を判定する異常判定部と、
を備える燃料電池システムの制御方法であって、
前記異常判定部が前記燃料電池の異常判定をしたときに、前記燃料電池への前記燃料ガスと前記酸化剤ガスの供給を遮断して前記燃料電池の発電量を低下させるガス供給遮断工程と、
前記電流検出手段が検出する電流が所定値以下になった後に前記燃料電池リレーを切り替えて、前記燃料電池と負荷系統との電気的接続を解除する工程と、
を含むことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項２】
前記ガス供給遮断工程が、燃料電池内に残存する酸素量が水素量に対し過剰とならないように前記酸化剤ガスの供給と前記燃料ガスの供給を順に遮断する工程であることを特徴とする請求項１に記載の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、燃料電池システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
充放電可能な二次電池とモータを、燃料電池とともに車両に搭載し、モータの回生電力を二次電池に充電可能に構成することにより燃料の消費を低減させる燃料電池ハイブリッドシステムが知られている。
【０００３】
燃料電池ハイブリッドシステムを含む燃料電池システムには一般に、電力を消費する負荷系統と燃料電池との接続を入り切りするためのリレー回路（「燃料電池リレー」または「ＦＣリレー」とも称する）が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１６５２４３号公報
【特許文献２】特開２００７−２９５７８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、燃料電池に何らかの不具合が生じたときに燃料電池リレーを操作して燃料電池からの電力供給をより適切に解除することができる燃料電池システムの制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、水素を含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池と前記燃料電池で発電された電力を消費する電力消費手段との電気的接続を入り切りする燃料電池リレーと、前記燃料電池と前記燃料電池リレーとの間の電流を検出する電流検出手段と、前記燃料電池の異常を判定する異常判定部と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、前記異常判定部が前記燃料電池の異常判定をしたときに、前記燃料電池への前記燃料ガスと前記酸化剤ガスの供給を遮断して前記燃料電池の発電量を低下させるガス供給遮断工程と、前記電流検出手段が検出する電流が所定値以下になった後に前記燃料電池リレーを切り替えて、前記燃料電池と負荷系統との電気的接続を解除する工程と、を含む、燃料電池システムの制御方法である。
【０００７】
本発明はまた、前記ガス供給遮断工程が、燃料電池内に残存する酸素量が水素量に対し過剰とならないように前記酸化剤ガスの供給と前記燃料ガスの供給を順に遮断する工程である、燃料電池システムの制御方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、燃料電池からの燃料電池リレーを経由する電力供給をより適切に解除することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態における燃料電池システムの系統図である。
【図２】図１に示す燃料電池システムの制御方法の一例を説明するためのタイムチャートである。
【図３】図１に示す燃料電池システムの制御方法の他の例を説明するためのタイムチャートである。
【図４】図３において、特に燃料電池への水素ガスと空気との供給に着目したタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図１に示すように、図示しない燃料電池ハイブリッド車両に搭載することができる燃料電池システム１００は、燃料電池１０と、ＦＣ昇圧コンバータ１２と、ＦＣリレー１４と、パワーコントロールユニット（ＰＣＵ）１６と、モータ１８と、補機２０と、バッテリ２２と、を備えている。
【００１１】
燃料電池１０は、燃料ガスである水素と酸化剤ガスである空気（エア）が供給され、水素と空気中の酸素との電気化学反応により発電するものである。水素ガスは例えば、高圧の水素タンク（図示せず）から燃料ガス流路２４を介して燃料極（アノード）に供給され、空気は例えば、酸化剤ガス流路２６を介し、エアコンプレッサ（ＡＣＰ）によって酸化剤極（カソード）に供給される。一般に、燃料電池システム１００に適用される燃料電池１０は、最小の構成単位としての単セルを複数積層させた構成を有しているため、しばしば燃料電池スタックまたはＦＣスタックと称することがある。
【００１２】
ＦＣ昇圧コンバータ１２は、燃料電池１０から出力された電圧を昇圧することができる。ＦＣ昇圧コンバータ１２で昇圧された電力は、ＦＣリレー１４を介してＰＣＵ１６に供給される。
【００１３】
ＦＣリレー１４は、ＦＣ昇圧コンバータ１２とＰＣＵ１６との電気的な接続を入り切りするためのものである。ＦＣリレー１４が閉となると燃料電池１０における発電電力はＦＣ昇圧コンバータ１２、ＰＣＵ１６を介して補機２０などの電力消費手段に供給される。
【００１４】
ＰＣＵ１６は、燃料電池１０および／またはバッテリ２２からの電力を所望の状態に調整するための各装置の総称である。ＰＣＵ１６には、例えば、バッテリ２２の電圧を昇圧するバッテリ昇圧コンバータ（図示せず）、バッテリ昇圧コンバータおよび／またはＦＣ昇圧コンバータ１２からの直流電力を交流電力に変換してモータ１８に供給するモータインバータ（図示せず）などを備えることができる。必要に応じて、バッテリ昇圧コンバータおよび／またはＦＣ昇圧コンバータ１２からの直流電力を交流電力に変換して補機２０に供給する補機用インバータ（図示せず）を備えることもできる。
【００１５】
モータ１８は、ＰＣＵ１６から供給された電力を利用して駆動する。燃料電池ハイブリッド車両では一般に、図示しない駆動輪の回転のために利用される駆動モータ（Ｔ／Ｍ）として機能する。実施の形態では、モータ１８はまた、駆動輪の制動に伴う回生エネルギーを利用してバッテリ２２を充電するためのジェネレータとして機能することもできる。
【００１６】
補機２０は、燃料電池１０から供給される電力および／または必要に応じてバッテリ２２からの電力を利用することができる電力消費手段である。補機２０としては、例えば、酸化剤ガス流路２６に設けられるエアコンプレッサ（ＡＣＰ）、燃料ガス流路２４に設けられる水素流通および／または循環用のポンプ、燃料電池用冷却媒体流通用のポンプ等の、主として燃料電池１０において用いられる、いわゆるＦＣ補機を含むことができる。
【００１７】
バッテリ２２は、充放電可能なリチウムイオン電池などで構成された二次電池である。実施の形態においては、バッテリ２２として、いわゆる高圧バッテリを適用することができる。
【００１８】
また、ＦＣ昇圧コンバータ１２からＰＣＵ１６に向けて電流を流すための電路２８には、ＦＣ昇圧コンバータ１２とＦＣリレー１４との間に、燃料電池１０からの出力電流を検出するための電流検出手段としての電流センサ３０が設けられている。
【００１９】
また、燃料電池システム１００は、制御部（図示せず）をさらに備えることができる。実施の形態において、制御部は、内部に信号処理を行うＣＰＵとプログラムや制御データを格納する記憶部とを備えるコンピュータであり、燃料電池１０、ＦＣ昇圧コンバータ１２、ＦＣリレー１４、ＰＣＵ１６、モータ１８、補機２０に接続され、制御部の指令によって動作するよう構成されている。また、バッテリ２２と電流センサ３０はそれぞれ制御部に接続され、バッテリ２２の状態と電流センサ３０の検出信号が制御部に入力されるよう構成されている。制御部はまた、燃料電池１０の内部または近傍に設けられた、図示しない異常検出部からの情報に基づいて燃料電池１０の何らかの異常を判定する異常判定部をさらに備える。
【００２０】
一般に、異常検出部で検出された、燃料電池１０の異常に関する情報が制御部に通知され、異常判定部により燃料電池１０の異常が判定されると、燃料電池１０の運転を停止させるとともに、ＦＣリレー１４を閉→開に切り替え、燃料電池１０から電力消費手段への電力供給を解除する。ここで、燃料電池１０の内部に燃料ガス／酸化剤ガスが残存し、燃料電池１０からの電力供給が継続した状態でＦＣリレー１４の接続を解除すると、ＦＣリレー１４の接点が溶着してしまう場合がある。本発明の実施の形態では、このような不具合を防止するために、以下に示すようなタイムチャートによりＦＣリレー１４を切り替えるように燃料電池システム１００の制御を行なう。
【００２１】
図１に示す燃料電池システム１００の制御方法について、図２〜４を用いて以下に説明する。
【００２２】
図２に示すように、時刻ｔ1に燃料電池１０の異常が検出されると、水素タンクから燃料電池１０への水素の供給およびエアコンプレッサによる燃料電池１０への空気の供給の供給を遮断する（図２では水素（燃料ガス）と空気（酸化剤ガス）とを総称して「燃料」と記している）。水素および空気の供給を遮断したことに伴い、電流センサ３０で検出される電流（リレー電流）の値は次第に低下する。上述したようなＦＣリレー１４の接点の溶着は、電流センサ３０で検出される電流値が所定の閾値以下となるまでＦＣリレー１４の接続を維持することにより回避できることがわかっている。したがって、この閾値について予め設定し、電流センサ３０で検出される電流値が、この時刻ｔ2において閾値以下となったことが検出されてからＦＣリレー１４の接続を解除することにより、ＦＣリレー１４の接点が溶着することなく、適切にＦＣリレー１４の接続を解除することができる。
【００２３】
ここで、時刻ｔ1において水素と空気の供給を同時に遮断すると、燃料電池１０中に残存する水素量および酸素量の割合によっては、燃料電池１０の内部が水素欠乏状態となり、燃料電池１０に更なる不具合が生じる場合がありうる。そこで、図３に示すように、時刻ｔ1に燃料電池１０の異常が検出された場合に、まずエアコンプレッサによる燃料電池１０への空気の供給のみを遮断することも好適である。図４に示すように、燃料電池１０内に残存する酸素量が水素量に対し過剰とならないように水素および空気の供給圧力が調圧されている状態において、時刻ｔ1に燃料電池１０の異常が検出されると、まず空気の供給を遮断し、電流センサ３０で検出される電流値を低下させる。その後、時刻ｔ2において電流センサ３０で検出される電流値が、所定の閾値以下となったことが検出されてから水素の供給を遮断し、ＦＣリレー１４を解除する。本実施の形態によれば、燃料電池１０内の水素量の欠乏に伴う不具合をも回避することができる。なお、水素の供給を遮断する時刻ｔは、燃料電池１０内に残存する酸素量が水素量に対し過剰とならないようにする限り、時刻ｔ2よりも後であっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は、種々の燃料電池システムに利用可能であるが、例えばハイブリッド車両に搭載可能な燃料電池ハイブリッドシステムなどに利用可能である。
【符号の説明】
【００２５】
１０  燃料電池、１２  昇圧コンバータ、１４  ＦＣリレー、１６  ＰＣＵ、１８  モータ、２０  補機、２２  バッテリ、２４  燃料ガス流路、２６  酸化剤ガス流路、２８  電路、３０  電流センサ、１００  燃料電池システム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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