(57)【要約】【課題】本発明は、暖機終了後のＰＥＦＣの稼働時間が短くとも、次回起動時に、確実にＰＥＦＣの暖機を行うことができる燃料電池システムの運転方法を提供することを課題とする。【解決手段】本発明は、高圧タンク１に水素の供給路５を介して接続された燃料電池２と、前記供給路５から分岐して前記燃料電池２に接続する分岐路８と、この分岐路８中に設けられた水素吸蔵合金式水素タンク３ａ，３ｂとを備える燃料電池システムの運転方法において、前記燃料電池システムを停止させる際に、前記水素吸蔵合金式水素タンク３ａ，３ｂの少なくとも１つが空となるまで、前記水素吸蔵合金式水素タンク３ａ，３ｂに貯蔵された水素を消費して、前記燃料電池２で発電を行うことを特徴とする燃料電池システムの運転方法を提供する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧タンクに水素の供給路を介して接続された燃料電池と、前記供給路から分岐する分岐路と、この分岐路中に水素吸蔵合金式水素タンクとを備える燃料電池システムの運転方法において、
前記燃料電池システムを停止させる際に、前記水素吸蔵合金式水素タンクに貯蔵された水素を実質空になるまで放出して、前記燃料電池で発電を行い、
前記燃料電池システムを次に起動させる際に、前記水素を放出した前記水素吸蔵合金式水素タンクに前記高圧タンクから水素を供給して、水素を吸蔵したときの吸蔵熱で前記燃料電池の暖機を行うことを特徴とする燃料電池システムの運転方法。
【請求項２】
高圧タンクに水素の供給路を介して接続された燃料電池と、前記燃料電池から排出される未利用の水素を排出する排出路と、この排出路中に水素吸蔵合金式水素タンクとを備える燃料電池システムの運転方法において、
前記燃料電池システムを停止させる際に、前記水素吸蔵合金式水素タンクから貯蔵された水素を実質空になるまで放出して、前記燃料電池に供給し発電を行い、
前記燃料電池システムを次に起動させる際に、前記水素を放出した前記水素吸蔵合金式水素タンクに前記未利用の水素を貯蔵させることを特徴とする燃料電池システムの運転方法。
【請求項３】
前記燃料電池で発電された電力を、充電手段に充電することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項４】
前記燃料電池で発電された電力を充電するための予備充電容量を備えていることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素を燃料とする燃料電池で発電を行う燃料電池システムの運転方法に係る。
【０００２】
【従来の技術】
固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）は、アノード電極とカソード電極との間に固体高分子電解質膜を挟持したものであり、燃料電池自動車の電源等を始めとして様々な用途に実用化されつつある。
【０００３】
ＰＥＦＣでは、アノード電極に燃料である水素を、カソード電極に空気等の酸化剤ガスをそれぞれ供給し、アノード電極において、水素が電子とプロトンとに解離する現象を利用して発電を行う。プロトンは、固体高分子電解質膜を透過し、カソード電極において酸化剤ガスにより酸化されて水を生じる。
【０００４】
例えば、ＰＥＦＣを用いた発電システムとしては、特許文献１に記載されたものが挙げられる。このシステムにおいては、外部より供給される水素を２個以上の水素吸蔵合金を利用したタンクに交互に吸蔵し、１つのタンクが燃料電池に水素を供給している間は、他のタンクに水素を充填することで、燃料電池に対する水素の安定供給を達成している。
【０００５】
ところで、固体高分子電解質膜は、その稼動温度が例えば８０℃であり、温度が低いと起電力が低下するために、外気温が低い場合には、起動時に、燃料電池を所定温度まで暖機する必要がある。暖機方法としては、水素吸蔵合金（以下、ＭＨという）が水素を吸蔵する際に発生する熱を用いる方法が一般的に用いられる。
つまり、ＰＥＦＣの近傍に、ＭＨを内蔵したＭＨ式タンクを設け、このＭＨに水素を吸蔵させて発熱させ、ＰＥＦＣの暖機を行う。
【０００６】
このＭＨ式タンクを用いる暖機方法は、燃料である水素を消費しないので、効率的に暖機を行うことができる利点を有する。さらに、ＭＨ式タンクは次に記すような別の用途とも兼用できるので、ＭＨ式タンクを設けることで燃料電池システムの構成を単純なものにすることができる。
【０００７】
燃料電池には、水素中の水分や、発電時に発生する水分が凝縮する。凝縮水は、水素流路を閉塞し、ＰＥＦＣの発電効率を低下させる。そのため、過剰の水素をＰＥＦＣに吹き込むパージを行うことで凝縮水を除去している。
前記のＭＨ式タンクは、暖機用のみでなく、このパージ水素を回収するために用いることが可能である。
【０００８】
図１０に、ＭＨ式タンクを備えた従来の燃料電池システムのブロック図を示した。燃料電池システムは、高圧水素が貯蔵されたタンク１０１と、ＰＥＦＣ１０２と、タンク１０１とＰＥＦＣ１０２とを接続する供給路１０３と、この供給路１０３から分岐してＭＨ式タンク１０４ａ及びＭＨ式タンク１０４ｂに接続する分岐路１０５と、ＰＥＦＣ１０２とＭＨ式タンク１０４ａ及びＭＨ式タンク１０４ｂとを接続する接続路１０６とからなる。
【０００９】
この燃料電池システムは、起動時には、タンク１０１から供給された水素をＭＨ式タンク１０４ａに導入することで発熱させ、ＰＥＦＣ１０２の暖機を行う。暖機中に、ＰＥＦＣ１０２から排出されるパージ水素は、ＭＨ式タンク１０４ｂに吸蔵される。
【００１０】
暖機が終了してＰＥＦＣ１０２が定常運転状態となると、ＰＥＦＣ１０２の廃熱によりＭＨ式タンク１０４ａを加熱して水素を放出させ、ＭＨ式タンク１０４ａを空乏状態とする。尚、放出された水素は、分岐路１０５、供給路１０３を介してＰＥＦＣ１０２に供給される。
【００１１】
これと同時に、ＭＨ式タンク１０４ｂには、接続路１０６を介して、ＰＥＦＣ１０２から排出されるパージ水素を吸蔵させる。そして、ＭＨ式タンク１０４ｂがパージ水素により満タン状態となったならば、今度は、ＭＨ式タンク１０４ｂに吸蔵された水素をＰＥＦＣ１０２の廃熱により放出させて分岐路１０５、供給路１０３を介してＰＥＦＣ１０２に供給し、逆に、ＭＨ式タンク１０４ａにパージ水素を吸蔵させる。
このように、従来の燃料電池システムは、２つのＭＨ式タンク１０４ａ、１０４ｂで交互に水素を吸蔵と放出とを行っていた（例えば、特許文献１参照）。
【００１２】
【特許文献１】
特開平５−２２５９９６号公報（第１頁〜第７頁）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＰＥＦＣ１０２を暖機するには大きな熱量が必要であるために、ＭＨ式タンク１０４ａは最大吸蔵可能量に近い水素を吸蔵しなければならない。つまり、暖機を完遂するためには、ＭＨ式タンク１０４ａは空乏状態から、満タンに近い状態となるまで水素を吸蔵する必要がある。
【００１４】
ここで、暖機が終了した後に、ＰＥＦＣ１０２が充分に長い時間稼働する場合には、ＭＨ式タンク１０４ａは、吸蔵した水素を放出し尽くして、空乏状態に復帰することが可能である。
【００１５】
しかし、例えば、燃料電池自動車の走行距離が短い等により、暖機終了後のＰＥＦＣ１０２の稼働時間が足りない場合には、ＭＨ式タンク１０４ａ中に吸蔵された水素が充分に放出されない事態が発生しうる。
【００１６】
前記したように、ＭＨ式タンク１０４ａが水素を放出している間には、他方のＭＨ式タンク１０４ｂは、パージ水素を吸蔵している最中であるので、こちらのＭＨ式タンク１０４ｂも、空乏状態とはなっていない。
【００１７】
このような事態が発生すると、次に燃料電池システムを起動する際に、ＭＨ式タンク１０４ａ、１０４ｂのどちらもが、暖機を完遂するために必要な量の水素を吸蔵できないという問題が発生する。
また、特に燃料電池の起動時においては、発電の不安定を解決するために水素をパージすることが多いが、ＭＨ式タンクが空乏状態になっていないことでパージ水素の全てを吸蔵させることができないという問題が発生する。
【００１８】
これらの問題を解決するために、ＭＨ式タンクの最大水素吸蔵可能量を大きくする方法も考えられるが、使用するＭＨ合金の量が増えるために、ＭＨ式タンクの重量が大きくなるという問題が発生する。
【００１９】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、暖機終了後のＰＥＦＣの稼働時間が短くとも、次回起動時に、確実にＰＥＦＣの暖機を行うことができ、かつ燃料電池から排出されるパージ水素を確実にＭＨ合金に吸蔵させることができる燃料電池システムの運転方法を提供することを課題とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記した課題を解決するために以下のように構成した。
請求項１に記載の発明は、高圧タンクに水素の供給路を介して接続された燃料電池と、前記供給路から分岐する分岐路と、この分岐路中に水素吸蔵合金式水素タンクとを備える燃料電池システムの運転方法において、前記燃料電池システムを停止させる際に、前記水素吸蔵合金式水素タンクに貯蔵された水素を実質空になるまで放出して、前記燃料電池で発電を行い、前記燃料電池システムを次に起動させる際に、前記水素を放出した前記水素吸蔵合金式水素タンクに前記高圧タンクから水素を供給して、水素を吸蔵したときの吸蔵熱で前記燃料電池の暖機を行うことを特徴とする燃料電池システムの運転方法である。
【００２１】
請求項１に記載の発明によれば、ユーザ等がイグニッションスイッチをＯＦＦする等により燃料電池システムに停止指令を発すると、燃料電池システムは、供給路中に設けられたＭＨ式タンクから水素の放出を行い、ＰＥＦＣへ供給することで発電する。
【００２２】
これにより、燃料電池システム停止前における、ＰＥＦＣの稼働時間が短くとも、ＭＨ式タンクの水素を放出して空きを作ることができるので、次回起動時に、このＭＨ式タンクに水素を吸蔵させることで、確実にＰＥＦＣの暖機を行うことができる。
【００２３】
また、燃料電池システムを停止させる際に、ＭＨ式タンクに貯蔵された水素を放出してＭＨ式タンクを空にすることで、次回起動時の暖機を確実に行うことができるので、ＭＨ式タンクの最大水素吸蔵可能量をＰＥＦＣの暖機に必要な容量にまで小さくすることが可能となる。
【００２４】
請求項２に記載の発明は、高圧タンクに水素の供給路を介して接続された燃料電池と、前記燃料電池から排出される未利用の水素を排出する排出路と、この排出路中に水素吸蔵合金式水素タンクとを備える燃料電池システムの運転方法において、前記燃料電池システムを停止させる際に、前記水素吸蔵合金式水素タンクから貯蔵された水素を実質空になるまで放出して、前記燃料電池に供給し発電を行い、前記燃料電池システムを次に起動させる際に、前記水素を放出した前記水素吸蔵合金式水素タンクに前記未利用の水素を貯蔵させることを特徴とする燃料電池システムの運転方法である。
【００２５】
請求項２に記載の発明によれば、ユーザ等がイグニッションスイッチをＯＦＦする等により燃料電池システムに停止指令を発すると、燃料電池システムは、排出路中に設けたＭＨ式タンクから水素の放出を行い、その水素をＰＥＦＣへ供給することで発電する。
【００２６】
これにより、燃料電池システム停止前における、ＰＥＦＣの稼動時間が短くとも、ＭＨ式タンクの水素を放出して空きを作ることができる。次回起動時に、このＭＨ式タンクにＰＥＦＣから排出される水素を吸蔵させることで、水素を確実に回収できる。
また、燃料電池システムを停止させる際に、ＭＨ式タンクに貯蔵された水素を放出し、ＰＥＦＣで発電させることで、水素を無駄にすることなく次回起動時に排出される未利用の水素を確実に吸蔵することができる。
【００２７】
請求項３に記載の発明は、前記燃料電池で発電された電力を、充電手段に充電することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システムの運転方法である。
【００２８】
請求項３に記載の発明によれば、停止指令が発せられた後に稼動するＰＥＦＣにより発電された電力を車載バッテリ、２次電池、キャパシタ等の充電手段に充電するので、充電した電力を次回起動時や、燃料電池システムの稼動時に使用することができ、水素の利用効率が高まる。
【００２９】
請求項４に記載の発明は、前記燃料電池で発電された電力を充電するための予備充電容量を備えていることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システムの運転方法である。
【００３０】
請求項４に記載の発明によれば、充電手段は、通常の充電容量の他に、予備充電容量を備えているので、停止指令が発せられた後に稼動するＰＥＦＣにより発電された電力を確実に充電することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、適宜図面を参照して説明する。
この欄においては、先ず、本発明が応用可能な燃料電池システムの典型例を示し、その後に、この燃料電池システムを例にとり、本発明の運転方法の詳細を説明する。
【００３２】
図１は、典型的な燃料電池システムのブロック図である。燃料電池システムは、水素を貯蔵するための高圧水素タンク１と、高圧水素タンク１から供給される水素により発電を行うＰＥＦＣ２と、起動時に水素を供給されることでＰＥＦＣ２の暖機を行うとともに、ＰＥＦＣ２からパージされた水素を貯蔵するためのＭＨ式タンク３ａ，３ｂと、システム稼動中にＰＥＦＣ２を冷却するためのラジエータ４と、ＰＥＦＣ２に接続され、ＰＥＦＣ２で発電した電力を充電するための充電手段１４を備えている。
【００３３】
高圧水素タンク１から供給される水素は、高圧水素タンク１とＰＥＦＣ２とを接続する供給管５を通じてＰＥＦＣ２へと供給されるが、その際、供給管５に設けられたレギュレータＲ１，Ｒ２により、所定の圧力まで減圧させられる。また、高圧水素タンク１の水素出口には、遮断弁１３が設けられており、燃料電池システムの停止時にはこの遮断弁１３が閉じられることにより、水素の供給が断たれる。
【００３４】
また、ＰＥＦＣ２の暖機時に、高圧水素タンク１からＭＨ式タンク３ａ，３ｂの内どちらかに水素を供給するための暖機用供給管６が、供給管５より分岐している。暖機用供給管６は、三方弁である弁６ａを介してＭＨ式タンク３ａ，３ｂに接続されており、後記するように、暖機時には、不図示のＥＣＵが、暖機に用いる、即ち、水素を吸蔵させるＭＨ式タンク（３ａ又は３ｂ）を選択し、弁６ａを制御して、水素を目的のＭＨ式タンク（３ａ又は３ｂ）に流通させる。
【００３５】
ところで、供給管５を介して供給される水素を消費することでＰＥＦＣ２は発電を行うが、この際、ＰＥＦＣ２の内部には水が凝縮していく。凝縮水が存在すると、ＰＥＦＣ２内部で水素流路の閉塞が起こり、ＰＥＦＣ２の発電効率が低下する。これを防ぐために、ＥＣＵは、ＰＥＦＣ２のセル電圧等を指標として、水の凝縮により発電効率が低下していないかどうかを監視し、発電効率の低下を察知したならば、供給管５を介して過剰の水素をＰＥＦＣ２に吹き込むことにより、凝縮水を除去するパージを行う。
【００３６】
パージされた水素は、ＰＥＦＣ２とＭＨ式タンク３ａ，３ｂとを接続するパージ路７を流通し、ＭＨ式タンク３ａ，３ｂのどちらかに貯蔵される。パージ路７は、三方弁である弁７ｃにおいて、経路が分岐し、パージ路７ａは、ＭＨ式タンク３ａに接続し、パージ路７ｂは、ＭＨ式タンク３ｂに接続する。
【００３７】
ＥＣＵは、パージ路７に設けられた三方弁である弁７ｃを制御することにより、パージされた水素をどちらかのＭＨ式タンク（３ａ又は３ｂ）に貯蔵させる。また、パージ路７中には、水分離器７ｄが設けられており、ＰＥＦＣ２からパージ水素と共に排出された凝縮水は、水分離器７ｄにより分離され、系外に排出される。
【００３８】
ＭＨ式タンク３ａ，３ｂに貯蔵された、パージ水素及び暖機時に用いられた水素は、ＭＨ式タンク３ａ，３ｂと供給路５とをそれぞれ接続する還流路８ａ，８ｂにより、供給路５に適宜還流させられる。
還流路８ａ，８ｂには、ＭＨ式タンク３ａ，３ｂの水素吸蔵量を測定する吸蔵量計９ａ，９ｂ及び圧力計１０ａ，１０ｂが設けられている。
【００３９】
還流路８ａ，８ｂは経路が一本に合流しており、合流点には三方弁である弁８ｃが設けられている。ＥＣＵは、吸蔵量計９ａ，９ｂの測定値に基づき、弁８ｃを制御することにより、どちらかのＭＨ式タンク（３ａ又は３ｂ）に貯蔵された水素を供給路５に還流する。
【００４０】
尚、還流路８の弁８ｃの下流には、レギュレータＲ３が設けられており、ＭＨ式タンク３ａ，３ｂから還流する水素は、このレギュレータＲ３により、所定の圧力まで減圧させられた後に、供給路５に還流される。
【００４１】
また、燃料電池システムは、ＭＨ式タンク３ａ，３ｂ、ＰＥＦＣ２及びラジエータ４に冷却水を循環するための冷却水経路１１を有している。
ＰＥＦＣ２から導出される冷却水は、冷却水経路１１中に設けられた温度計１２によりその温度が測定され、続いて三方弁である弁１１ｃにより、流通経路が適宜変更される。つまり、弁１１ｃが制御され、冷却水経路１１ｂを流通した冷却水はＭＨ式タンク３ｂに導入される。それに対して、弁１１ｃが制御され、冷却水経路１１ａを流通した冷却水はＭＨ式タンク３ａに導入される。
【００４２】
ＭＨ式タンク３ａ，３ｂから導出された冷却水は、合流点１１ｆにおいて合流し、冷却水経路１１を流通して再びＰＥＦＣ２に戻される。合流点１１ｆとＰＥＦＣ２とを結ぶ冷却水経路１１中には、三方弁である弁１１ｄが設けられており、冷却水の流通経路を変更し、冷却水を、冷却水経路１１ｅを通してラジエータ４により冷却した後にＰＥＦＣ２に戻すことができる。
【００４３】
尚、特許請求の範囲で言うところの、「分岐路」が暖機用供給管６に、「水素吸蔵合金式水素タンク」が、ＭＨ式タンク３ａ，３ｂにそれぞれ相当する。
【００４４】
続いて、燃料電池システムの運転方法について説明を行う。
（燃料電池システム停止時）
燃料電池システム停止時における、処理フローを図２、図３を参照して説明する。
尚、図２は、燃料電池システム停止時における燃料電池システムのブロック図であり、図３はその処理フローを示すフローチャートである。尚、図３においては、閉鎖された水素及び冷却水の流通経路を破線で示している。
【００４５】
本発明の燃料電池システムの運転方法では、燃料電池システムを停止させる際に、水素吸蔵合金式水素タンクが空となるまで、水素吸蔵合金式水素タンクに貯蔵された水素を消費して、前記燃料電池で発電を実施するものである。
【００４６】
ユーザがイグニッションスイッチをＯＦＦすること等で、燃料電池システムに停止指令が発せられると、Ｓ１においてＥＣＵは遮断弁１３を閉弁し、供給路５への水素の供給を断つ。このため、高圧水素タンク１から、ＭＨ式タンク３ａ，３ｂへ水素を供給するための暖機用供給管６は閉鎖された状態となる。
【００４７】
続いて、Ｓ２において、ＥＣＵは、ＭＨ式タンク３ａ，３ｂの水素吸蔵量を吸蔵量計９ａ，９ｂにより測定する。
【００４８】
続いて、Ｓ３において、ＥＣＵは、Ｓ２で測定したＭＨ式タンク３ａ，３ｂの水素吸蔵量を比較して、どちらのＭＨ式タンク３ａ，３ｂに水素が多量に吸蔵されているかを決定する。以下、水素が多量に貯蔵されている方のＭＨ式タンク（３ａ又は３ｂ）のことを多量タンクと称する。同様に、水素の吸蔵量が少量であるＭＨ式タンク（３ａ又は３ｂ）のことを少量タンクと称する。
尚、このフローチャートの説明においては、便宜的に、ＭＨ式タンク３ａを多量タンクとし、ＭＨ式タンク３ｂを少量タンクとする。
【００４９】
続いて、Ｓ４において、ＥＣＵは、多量タンク３ａが空となったかどうかを判断する。具体的には、圧力計１０ａにより多量タンク３ａの内圧を測定し、内圧が所定値（例えば１００ｋＰａ）以上であるかどうかにより多量タンク３ａが空であるかどうかを判断する。多量タンク３ａが空でないと判断した場合（Ｎ）、処理をＳ５に移行する。
【００５０】
Ｓ５においては、多量タンク３ａが吸蔵している水素を放出させるために、ＰＥＦＣ２の廃熱を、冷却水を介して多量タンク３ａへと流通させるための処理が行われる。
【００５１】
即ち、ＥＣＵは、弁１１ｃを制御することにより、ＰＥＦＣ２から多量タンク３ａへの冷却水経路１１ａを開き、ＰＥＦＣ２の廃熱を多量タンク３ａに導入し、多量タンク３ａに収納されたＭＨを加熱することで、水素を放出させる。
それとともに、ＥＣＵは、弁１１ｄを制御して、冷却水経路１１ｅを閉じ、冷却水がラジエータ４を迂回してＰＥＦＣ２に流通するようにする。つまり、冷却水経路１１ｅを閉鎖し、多量タンク３ａへの冷却水経路１１ａを開放する。
【００５２】
続いて、Ｓ６においては、多量タンク３ａが冷却水を介してＰＥＦＣ２からの廃熱を供給されるので、多量タンク３ａからの水素の放出が行われる。ここで放出された水素は、還流路８ａを通って、レギュレータＲ３で調圧された上で供給路５に供給され、ＰＥＦＣ２に導入される。
【００５３】
続いて、Ｓ７においては、このようにして多量タンク３ａから放出される水素によりＰＥＦＣ２により発電が行われる。
【００５４】
このようにして発電された電力は、Ｓ８において充電手段１４に充電される。また、ＰＥＦＣ２の発電に伴いＥＣＵの指示によりパージが行われるが、この際にＰＥＦＣ２より排出されるパージ水素は、Ｓ９において、少量タンク３ｂに貯蔵される。
【００５５】
即ち、ＥＣＵは、弁７ｃを制御して、パージ路７ｂを開き、少量タンク３ｂにパージ水素を流通させる。
【００５６】
その後、処理はＳ４に戻り、多量タンク３ａが空となるまでＳ４〜Ｓ９の処理が実施され、多量タンク３ａ中に吸蔵された水素が放出される。
【００５７】
Ｓ４において多量タンク３ａが空となった場合（Ｙ）、処理はＳ１０に移行する。Ｓ１０〜Ｓ１５の処理においては、少量タンク３ｂからの水素の放出が行われる。
【００５８】
即ち、Ｓ１０において、少量タンク３ｂが空であるかどうかを判断する。具体的には、少量タンク３ｂの内圧が、圧力計１０ｂにより測定され、この内圧が所定値（例えば、１００ｋＰａ）以上であるかどうかにより、少量タンク３ｂが空であるかどうかを判断する。少量タンク３ｂが空でないと判断した場合（Ｎ）、処理はＳ１１に移行する。
尚、図２はＳ１〜Ｓ１０の処理におけるブロック図を示している。
【００５９】
Ｓ１１においては、少量タンク３ｂが吸蔵している水素を放出させるために、ＰＥＦＣ２の廃熱を、冷却水を介して少量タンク３ｂへと流通させるための処理が行われる。即ち、ＥＣＵは、弁１１ｃを制御することにより、ＰＥＦＣ２と多量タンク３ａとを結ぶ冷却水経路１１ａを閉じ、逆に、ＰＥＦＣ２と少量タンク３ｂとを結ぶ冷却水経路１１ｂを開く。
【００６０】
続いて、Ｓ１２においては、冷却水を介してＰＥＦＣ２からの廃熱が供給されるので、少量タンク３ｂからの水素の放出が行われる。ここで放出された水素は、還流路８ｂを通って、レギュレータＲ３で調圧された上で供給路５に供給され、ＰＥＦＣ２に導入される。
【００６１】
続いて、Ｓ１３においては、このようにして少量タンク３ｂから放出される水素によりＰＥＦＣ２で発電が行われる。
このようにして発電された電力は、Ｓ１４において充電手段１４に充電される。
【００６２】
ＰＥＦＣ２より排出されるパージ水素は、Ｓ１５において空となった多量タンク３ａに貯蔵される。即ち、ＥＣＵは、弁７ｃを制御して、パージ路７ａを開き、多量タンク３ａにパージ水素を流通させる。
【００６３】
その後、処理はＳ１０に戻り、少量タンク３ｂの内圧が１００ｋＰａ未満となるまで、Ｓ１０〜Ｓ１５の処理が実施され、少量タンク３ｂ中に吸蔵された水素が放出される。
【００６４】
Ｓ１０において、少量タンク３ｂの内圧が１００ｋＰａ未満となった場合（Ｎ）、ＥＣＵが判断して処理をＳ１６に移行する。
Ｓ１６においては、ＥＣＵにより少量タンク３ｂへの冷却水経路１１ｂが閉鎖され、全ての処理が終了する。
【００６５】
このように、本実施の形態においては、燃料電池システムを停止させる際に、供給路５中に設けられたＭＨ式タンク３ａ，３ｂの内、少なくとも１つが空となるまでＭＨ式タンク３ａ，３ｂから水素の供給を行い、ＰＥＦＣ２を稼動する。つまり、ＭＨ式タンク３ａ，３ｂの少なくとも一つから貯蔵された水素を放出してＰＥＦＣ２に供給し、ＰＥＦＣ２を稼動する。
【００６６】
これにより、燃料電池システム停止前における、ＰＥＦＣ２の稼働時間が短くとも、少なくとも１つのＭＨ式タンク（３ａ又は３ｂ）を空にできるので、次回起動時に、このＭＨ式タンク（３ａ又は３ｂ）に水素を吸蔵させることで、確実にＰＥＦＣ２の暖機を行うことができる。
【００６７】
ここで、燃料電池システムが停止される際に、ＰＥＦＣ２で発電された電力を充電手段１４に充電する際の処理フローを、図４を参照して説明する。
【００６８】
先ず、Ｓ５１において、ＥＣＵは、充電手段１４の一つであるバッテリに、充電のための空き容量があるかどうかを判断する。ここで、バッテリに空き容量があると判断された場合（Ｙ）には、Ｓ５２においてバッテリに充電が行われる。
【００６９】
それに対して、Ｓ５１において、バッテリが満タン状態まで充電されていると判断した場合（Ｎ）、処理をＳ５３に移行する。Ｓ５３においては、充電手段１４の一つである動力補助用の２次電池やキャパシタに充電のための空き容量があるかどうかがＥＣＵにより判断される。
【００７０】
Ｓ５１で、ＥＣＵが２次電池やキャパシタに空き容量があると判断した場合（Ｙ）には、処理をＳ５４に移行し、２次電池、キャパシタへの充電がなされる。それに対し、Ｓ５１で２次電池やキャパシタに空き容量がないと判断された場合（Ｎ）、処理はＳ５５に移行し、ＰＥＦＣ２で発電された電力は、冷却水ポンプやＭＨ式タンク３ａ，３ｂのラジエータファンを回転させるための電力に利用される。
【００７１】
その後、処理は、Ｓ５６に移行し、ＥＣＵによりＰＥＦＣ２の発電が終了したと判断される（Ｙ）まで、Ｓ５１〜Ｓ５５の処理をループする。
このようにすることにより、燃料電池システムが停止される際にＰＥＦＣ２により発電される電力を無駄なく、使い切ることができる。
【００７２】
ここで、充電手段１４、特に、バッテリは、図５に示すように、通常の充電容量とは別に、燃料電池システムが停止される際に発電される容量を充電するための予備充電容量を備えていることが望ましい。このようにすることにより、燃料電池システムが停止される際に発電される電力を確実にバッテリに充電することが可能となる。
【００７３】
バッテリの予備充電容量は、燃料電池システムが停止される際に、ＰＥＦＣ２が、満タン状態に近い２本のＭＨ式タンク３ａ，３ｂ中に吸蔵された水素を用いて発電を行ったとしても、その電力を充電できる容量であることが望ましい。
【００７４】
（燃料電池システム起動時）
燃料電池システム起動時における、処理フローを図６、図７を参照して説明する。
尚、図６は、燃料電池システム停止時における燃料電池システムのブロック図であり、図７はその処理フローを示すフローチャートである。尚、図６においては、閉鎖された水素及び冷却水の流通経路を破線で示している。
また、この燃料電池システムは、前記した図３の処理フローに従ってシステムが停止されたものとする。
【００７５】
ユーザがイグニッションスイッチをＯＮすること等で、燃料電池システムに起動指令が発せられると、Ｓ２１においてＥＣＵは暖機の必要性の有無を判断する。即ち、ＥＣＵは温度計１２により測定した冷却水温度と、予めＥＣＵが記憶しているＰＥＦＣ２の発電開始可能温度とを比較する。ここで、冷却水温度が発電開始可能温度以上の場合（Ｙ）には、ＰＥＦＣ２の暖機は必要でないので、処理は終了し、燃料電池システムは定常運転に移行する。
【００７６】
それに対して、冷却水温度が発電開始可能温度未満の場合（Ｎ）には、Ｓ２２以降の処理でＰＥＦＣ２の暖機が行われる。
続いて、Ｓ２２において、ＥＣＵはＭＨ式タンク３ａ，３ｂの水素吸蔵量を吸蔵量計９ａ，９ｂにより測定する。
【００７７】
Ｓ２３においては、ＥＣＵは、Ｓ２２で測定したＭＨ式タンク３ａ，３ｂの水素吸蔵量を比較して、どちらのＭＨ式タンク３ａ，３ｂが空であるのかを判断する。ここで、ＭＨ式タンク３ａ，３ｂが空であるとは、ＭＨ式タンク３ａ，３ｂの内圧が所定値（例えば１００ｋＰａ）未満であることを示す。
また、このフローチャートの説明においては、便宜的に、ＭＨ式タンク３ｂを空タンクとする。
【００７８】
続いて、Ｓ２４において、暖機を行うために、ＥＣＵは、弁１１ｄを制御して、冷却水経路１１ｅを閉じ、冷却水がラジエータ４を迂回してＰＥＦＣ２に流通するようにする。さらに、ＥＣＵは、弁１１ｃを制御することにより、ＰＥＦＣ２から空タンク３ｂへの冷却水経路１１ｂを開き、空タンクで加熱された冷却水をＰＥＦＣ２に導入できるようにする（空タンクでは水素の吸蔵により熱が発生し、この熱により冷却水が加熱される）。
【００７９】
続いて、Ｓ２５において、ＥＣＵは、遮断弁１３を開弁するとともに、弁６ａを制御して、高圧燃料タンク１から空タンク３ｂへの水素の供給を行う。
すると、Ｓ２６において、空タンク３ｂに収納されたＭＨが、水素を吸蔵することにより発熱し、冷却水を加熱する。加熱された冷却水は、冷却水経路１１を介してＰＥＦＣ２に流通し、ＰＥＦＣ２を暖機する。
【００８０】
続いて、Ｓ２７において、ＥＣＵは、冷却水温度が発電開始可能温度以上であるかどうかを判断する。冷却水温度が、発電開始可能温度未満の場合（Ｎ）には処理を、Ｓ２４に戻し、ＰＥＦＣ２の暖機を継続する。それに対し、冷却水温度が、発電開始可能温度以上の場合（Ｙ）、暖機処理を終了する。これにより燃料電池システムは定常運転に移行する。
【００８１】
尚、ユーザがイグニッションスイッチをＯＦＦすること等で、暖機中に燃料電池システムに停止指令が発せられた場合、処理がＳ２１〜Ｓ２７のどの段階にあろうとも、割り込み制御が掛けられ、処理は図３の停止時のフローチャートに移行する。
【００８２】
このように、本発明の燃料電池システムの運転方法によれば、燃料電池システムを停止させる際に、少なくとも一つのＭＨ式タンク（３ａ又は３ｂ）が空となるまでＰＥＦＣ２を稼動させる、つまり、少なくとも１つのＭＨ式タンク（３ａ又は３ｂ）から貯蔵された水素を放出してＰＥＦＣ２を稼動させるので、次回起動時に、その空となったＭＨ式タンク（３ａ又は３ｂ）に水素を吸蔵させることで、確実にＰＥＦＣ２の暖機を行うことができる。
【００８３】
（燃料電池システム定常運転時）
燃料電池システム定常運転時における、処理フローを図８、図９を参照して説明する。
尚、図８は、燃料電池システムの定常運転時における燃料電池システムのブロック図であり、図９はその処理フローを示すフローチャートである。尚、図８においては、閉鎖された水素及び冷却水の流通経路を破線で示している。
【００８４】
図７で示した暖機処理が終了すると、燃料電池システムは定常運転状態へと移行する。即ち、Ｓ３１において、ＥＣＵは弁１１ｄを制御して、暖機時には閉鎖していた冷却水経路１１ｅを開放し、冷却水を、ラジエータ４を介してＰＥＦＣ２に流通させる。さらにＥＣＵは、弁６ａを制御して、暖機時にＭＨ式タンク３ａ，３ｂに水素を供給していた暖機用供給管６を閉鎖する。
【００８５】
続いて、Ｓ３２において、高圧水素タンク１から供給路５を介して燃料である水素をＰＥＦＣ２に供給し、ＰＥＦＣ２により発電を行う。発電された電力は、モータ、各種補機類を稼動させるために消費されるとともに、適宜、充電手段１４に充電される。
【００８６】
続いて、Ｓ３３において、ＥＣＵは、ＭＨ式タンク３ａ，３ｂの水素吸蔵量を吸蔵量計９ａ，９ｂにより測定する。
続いて、Ｓ３４において、ＥＣＵは、Ｓ３３で測定したＭＨ式タンク３ａ，３ｂの水素吸蔵量を比較して、どちらのＭＨ式タンク３ａ，３ｂに水素が多量に吸蔵されているかを決定する。これは、後記するように、水素をより多量に吸蔵しているＭＨ式タンク（３ａ又は３ｂ）から優先的に水素を放出させるためである。
【００８７】
以下、水素が多量に貯蔵されている方のＭＨ式タンク（３ａ又は３ｂ）のことを多量タンクと称する。同様に、水素の吸蔵量が少量であるＭＨ式タンク（３ａ又は３ｂ）のことを少量タンクと称する。
尚、このフローチャートの説明においては、便宜的に、ＭＨ式タンク３ｂを多量タンクとし、ＭＨ式タンク３ａを少量タンクとする。
【００８８】
Ｓ３４で多量タンク３ｂが決定されたならば、多量タンク３ｂに吸蔵された水素を放出させるために、水素の流通経路が確保される。即ち、Ｓ３５において、ＥＣＵは、弁８ｃを制御して、多量タンク３ｂから供給路５へと水素を供給するための還流路８ｂを開放し、逆に、少量タンク３ａと供給路５とを結ぶ還流路８ａを閉鎖する。
【００８９】
さらに、ＥＣＵは、弁７ｃを制御して、パージ路７ｂを閉鎖して、多量タンク３ｂにＰＥＦＣ２からパージされた水素が流入しないようにする。同時に、ＥＣＵはパージ路７ａを開放することで、パージ水素を少量タンク３ａに吸蔵させるようにする。
【００９０】
続いて、Ｓ３６において、ＥＣＵは、弁１１ｃを制御して、冷却水流路１１ｂを開放し、冷却水流路１１ａを閉鎖することで、ＰＥＦＣ２から発生する廃熱で加熱された冷却水を多量タンク３ｂに導入する。これにより、多量タンク３ｂ中に存在するＭＨは加熱され、吸蔵した水素を放出することが容易になる。
【００９１】
Ｓ３７においては、加熱された冷却水が冷却水流路１１ｂを介して供給されることにより、多量タンク３ｂに吸蔵されていた水素が放出される。放出された水素は、還流路８ｂ及び供給路５を介してＰＥＦＣ２に供給される。
【００９２】
ＰＥＦＣ２の稼動中に、凝縮水を除去するために、適宜パージを行う必要があることは前記した通りであるが、多量タンク３ｂが水素を放出している間に、ＰＥＦＣ２から排出されるパージ水素は、Ｓ３８において、パージ路７ａを介して少量タンク３ａに吸蔵される。
尚、図８はＳ３１〜Ｓ３８におけるブロック図を示している。
【００９３】
続いて、Ｓ３９において、ＥＣＵは多量タンク３ｂが空となったかどうか、つまり、多量タンク３ｂ中に吸蔵されていた水素が全て放出されたかどうかを判断する。即ち、ＥＣＵは、圧力計１０ｂにより多量タンク３ｂの内圧を測定し、内圧が所定値（例えば１００ｋＰａ）以上であるかどうかにより多量タンク３ｂが空であるかどうかを判断する。多量タンク３ｂが空でないと判断された場合（Ｎ）、処理はＳ３７に移行して、多量タンク３ｂからの水素放出が継続される。
【００９４】
それに対して、多量タンク３ｂが空であると判断された場合、Ｓ４０において、多量タンク３ｂと少量タンク３ａとが入れ替えられる。即ち、それまで多量タンクであった３ｂは、もはや放出すべき水素を吸蔵していないのに対し、それまで少量タンクであった３ａには、ＰＥＦＣ２からのパージ水素が吸蔵されている。よって、Ｓ４０においては、新たに多量タンクを３ａとし、新たに少量タンクを３ｂとする処理が行われる。
【００９５】
続いて、Ｓ４１においては、新たな多量タンク３ａから水素を放出させ、新たな少量タンク３ｂにパージ水素を吸蔵させるための水素の流通経路が確保される。
即ち、ＥＣＵが、弁８ｃを制御することにより、還流路８ａを開放し還流路８ｂを閉鎖する。さらに、ＥＣＵは、弁７ｃを制御することにより、パージ路７ａを閉鎖し、パージ路７ｂを開放する。
【００９６】
さらに、Ｓ４２において、ＥＣＵは、弁１１ｃを制御して、冷却水経路１１ａを開放し、冷却水経路１１ｂを閉鎖して、新たな多量タンク３ａにＰＥＦＣ２で加熱された冷却水を流通させる。
【００９７】
続いて、Ｓ４３において、新たな多量タンク３ａから水素が放出され、還流路８ａ及び供給路５を介してＰＥＦＣ２に供給される。ＰＥＦＣ２よりパージされる水素は、Ｓ４４において、パージ路７ｂを介して新たな少量タンク３ｂに吸蔵される。
【００９８】
Ｓ４５においては、圧力計１０ａの測定値に基づき、新たな多量タンク３ａが空になったかどうかが、ＥＣＵにより判断され、新たな多量タンク３ａが空でないと判断された場合（Ｎ）、処理はＳ４３に戻り、新たな多量タンク３ａからの水素放出が継続される。
【００９９】
それに対して、新たな多量タンク３ａが空になったと判断された場合、処理はＳ４６に移行し、再び、多量タンク３ａと少量タンク３ｂとが入れ替えられ、処理はＳ３５に戻る。
【０１００】
尚、ユーザがイグニッションスイッチをＯＦＦすること等で、燃料電池システムに停止指令が発せられた場合、処理がＳ３１〜Ｓ４６のどの段階にあろうとも、割り込み制御が掛けられ、処理は図３の停止時のフローチャートに移行する。
【０１０１】
このように、本発明の燃料電池システムの運転方法によれば、燃料電池システムの定常運転時に、一方のＭＨ式タンク（３ａ又は３ｂ）から水素を放出させる間に、他方のＭＨ式タンク（３ｂ又は３ａ）にＰＥＦＣ２から排出される水素を吸蔵させることを交互に繰り返すことにより、つまり、一方と他方を切り替えて放出・吸蔵を交互に繰り返すことにより、ＰＥＦＣ２に供給される水素を効率良く利用することが可能となる。
【０１０２】
【発明の効果】
本発明は次のような顕著な効果を奏する。
本発明の燃料電池システムの運転方法によれば、燃料電池システム停止前における、ＰＥＦＣの稼働時間が短くとも、ＭＨ式タンクを空にできるので、次回起動時に、このＭＨ式タンクに水素を吸蔵させることで、確実にＰＥＦＣの暖機を行うことができる（請求項１）。
【０１０３】
本発明の燃料電池システムの運転方法によれば、燃料電池システム停止前における、ＰＥＦＣの稼動時間が短くとも、ＭＨ式タンクの水素を放出して空きを作ることができ、次回起動時に、このＭＨ式タンクにＰＥＦＣから排出される水素を吸蔵させることで、水素を確実に回収できる。また、燃料電池システムを停止させる際に、ＭＨ式タンクに貯蔵された水素を放出し、ＰＥＦＣで発電させることで、水素を無駄にすることなく次回起動時に排出される未利用の水素を確実に吸蔵することができる（請求項２）。
【０１０４】
本発明の燃料電池システムの運転方法によれば、停止指令が発せられた後に稼動するＰＥＦＣにより発電された電力を車載バッテリ、２次電池、キャパシタ等の充電手段に充電するので、充電した電力を次回起動時や、燃料電池システムの稼動時に使用することができ、水素の利用効率が高まる（請求項３）。
【０１０５】
請求項４に記載の発明によれば、充電手段は、通常の充電容量の他に、予備充電容量を備えているので、停止指令が発せられた後に稼動するＰＥＦＣにより発電された電力を確実に充電することができる（請求項４）。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料電池システムのブロック図である。
【図２】燃料電池システム停止時における燃料電池システムのブロック図である。
【図３】燃料電池システム停止時における処理フローを示すフローチャートである。
【図４】燃料電池システムが停止時に発電された電力の充電の処理フローを示すフローチャートである。
【図５】バッテリの模式図である。
【図６】燃料電池システム起動時における燃料電池システムのブロック図である。
【図７】燃料電池システム起動時における処理フローを示すフローチャートである。
【図８】燃料電池システム定常運転時における燃料電池システムのブロック図である。
【図９】燃料電池システム定常運転時における処理フローを示すフローチャートである。
【図１０】従来技術による燃料電池システムのブロック図である。
【符号の説明】
１　高圧水素タンク
２　ＰＥＦＣ
３ａ，３ｂ　ＭＨ式タンク
４　ラジエータ
５　供給管
６　暖機用供給管
７，７ａ，７ａｂ　パージ路
７ｃ，８ｃ，１１ｃ，１１ｄ　弁
７ｄ　水分離器
８，８ａ，８ｂ　還流路
９ａ，９ｂ　吸蔵量計
１０ａ，１０ｂ　圧力計
１１ａ，１１ｂ，１１ｅ　冷却水経路
１１ｆ　合流点
１２　温度計
１３　遮断弁
１４　充電手段
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３　レギュレータ
【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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【図６】
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【図７】
2004146207.tif 000009
【図８】
2004146207.tif 000010
【図９】
2004146207.tif 000011
【図１０】
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