(57)【要約】【課題】燃料電池の発電停止後の水素ガスのパージにおいて、希釈器の排出処理限界を超えないようにして、排出する水素ガスの濃度を低減する制御方法を提供することを目的とする。【解決手段】燃料電池スタック４からパージされる水素ガスを入口部１２より導入して、滞留室１３内に滞留させ、前記滞留室１３内に滞留された前記水素ガスを前記燃料電池スタック４のカソードオフガスと混合し、希釈して大気に排出する希釈手段（排出燃料希釈器）６を備えた燃料電池システムにおいて、停止操作により前記燃料電池システムの運転を停止する際に、前記停止操作により発電を停止する一方で、当該停止操作を行う直前のパージ動作から所定時間（ｔ３）を経過した後に停止操作後のパージを行い、この停止操作後のパージにより排出された水素ガスを前記希釈手段６により希釈した後に前記燃料電池システムの運転を停止することを特徴とする。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池スタックからパージされる水素ガスを入口部より導入して、滞留室内に滞留させ、前記滞留室内に滞留された前記水素ガスを前記燃料電池スタックのカソードオフガスと混合し、希釈して大気に排出する希釈手段を備えた燃料電池システムにおいて、
停止操作により前記燃料電池システムの運転を停止する際に、前記停止操作により発電を停止する一方で、当該停止操作を行う直前のパージ動作から所定時間（ｔ３）を経過した後に停止操作後のパージを行い、
この停止操作後のパージにより排出された水素ガスを前記希釈手段によって希釈した後に前記燃料電池システムの運転を停止すること、
を特徴とする燃料電池システムの運転停止方法。
【請求項２】
燃料電池スタックからパージされる水素ガスを入口部より導入して、滞留室内に滞留させ、前記滞留室内に滞留された前記水素ガスを前記燃料電池スタックのカソードオフガスと混合し、希釈して大気に排出する希釈手段を備えた燃料電池システムにおいて、
停止操作により前記燃料電池システムの運転を停止する際に、前記停止操作によって発電を停止する一方で、当該停止操作を行う直前のパージ動作から前記停止操作までの経過時間（ｔ１）を計測し、
この経過時間（ｔ１）に基づいて、前記停止操作後にパージを行う第２の所定時間  （ｔ２）を設定し、前記停止操作後、前記第２の所定時間（ｔ２）を経過した後に停止操作後のパージを行い、
この停止操作後のパージにより排出された水素ガスを前記希釈手段によって希釈した後に前記燃料電池システムの運転を停止すること、
を特徴とする燃料電池システムの運転停止方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車の動力源となる燃料電池システムの運転停止方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車（以下、「車両」という。）の動力源となる燃料電池システムが、例えば、純水素（以下、「水素」という。）を燃料とする場合、燃料電池システムへの水素供給は、その利用効率を上げる（燃費を良くする）ために、アノード配管系に循環系を採用している。
循環方式としては、水素を加圧するブロアや負圧を発生させて水素を吸引するエゼクタや、真空ポンプなどを利用する。そして、循環系においては、再循環を長時間続けていると水素中の不純物、例えば窒素の濃度が高まり、発電の効率を悪くすることがある。この水素は不純物が含まれていても濃度が高いので、濃度の高い水素をそのまま大気に排出したのでは不都合が多い。
そこで希釈器内で水素を滞留させ、低濃度に希釈してから大気に排出するようにしている（例えば、特許文献１参照）。また、水分が溜まって燃料電池スタックのアノード配管系内の水素の流れを悪くすることがある。この水分も希釈器を通じて大気に排水するようにしている。
ところで、燃料電池を停止したあと、再起動時における起動性をよくするため、発電停止の際にパージを行い、不純物を排出したり、水を排水したりすることが行われる。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２８９２３７号公報（テキスト版第１２頁、図７）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、発電停止の際にパージ（水分の排水操作を含む）を行うと、場合によっては以前のパージにより導入された水素を希釈器で希釈して排出する前に、新たなパージ（停止時のパージ）による水素が希釈器に導入され、結果として希釈器の処理限界を超えて、高い濃度の水素が希釈器から排出されてしまう虞がある。
【０００５】
そこで、本発明は、燃料電池の発電停止後の水素ガスのパージにおいて、希釈器の排出処理限界を超えないようにして、排出する水素ガスの濃度を低減する制御方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するための手段として、本発明に係る請求項１の燃料電池システムの運転停止方法は、燃料電池スタックからパージされる水素ガスを入口部より導入して、滞留室内に滞留させ、前記滞留室内に滞留された前記水素ガスを前記燃料電池スタックのカソードオフガスと混合し、希釈して大気に排出する希釈手段を備えた燃料電池システムにおいて、停止操作により前記燃料電池システムの運転を停止する際に、前記停止操作により発電を停止する一方で、当該停止操作を行う直前のパージ動作から所定時間（ｔ３）を経過した後に停止操作後のパージを行い、この停止操作後のパージにより排出された水素ガスを前記希釈手段によって希釈した後に前記燃料電池システムの運転を停止することを特徴とする。
【０００７】
この請求項１の構成においては、停止操作により発電を停止する。その一方で、停止操作の後にもパージを行う。この停止操作後のパージは、停止操作を行う直前のパージ動作から、所定時間を経過した後に行われる。このため、連続してパージが行われることがない。ここで、所定時間は、希釈手段（希釈ボックス）の能力などを考慮して設定される。なお、停止操作後のパージにより排出された水素ガスは、カソードオフガスにより希釈され、希釈後カソードオフガスの供給が停止される（実施形態ではスーパチャージャが停止される）。
【０００８】
本発明に係る請求項２の燃料電池システムの運転停止方法は、燃料電池スタックからパージされる水素ガスを入口部より導入して、滞留室内に滞留させ、前記滞留室内に滞留された前記水素ガスを前記燃料電池スタックのカソードオフガスと混合し、希釈して大気に排出する希釈手段を備えた燃料電池システムにおいて、停止操作により前記燃料電池システムの運転を停止する際に、前記停止操作によって発電を停止する一方で、当該停止操作を行う直前のパージ動作から前記停止操作までの経過時間（ｔ１）を計測し、この経過時間（ｔ１）に基づいて、前記停止操作後にパージを行う第２の所定時間  （ｔ２）を設定し、前記停止操作後、前記第２の所定時間（ｔ２）を経過した後に停止操作後のパージを行い、この停止操作後のパージにより排出された水素ガスを前記希釈手段によって希釈した後に前記燃料電池システムの運転を停止することを特徴とする。
【０００９】
この請求項２の構成においても、停止操作により発電を停止する。その一方で、停止操作の後にもパージを行う。この停止操作後のパージは、停止操作の直前のパージから停止操作までの経過時間に基づいて設定される第２の所定時間を参酌して行われる（停止操作後、第２の設定時間経過後に停止操作後のパージが行われる）。このため、連続してパージが行われることがない。ここで、第２の所定時間は、希釈手段（希釈ボックス）の能力などを考慮して設定される。なお、停止操作後のパージにより排出された水素ガスは、カソードオフガスにより希釈され、希釈後カソードオフガスの供給が停止される（実施形態ではスーパチャージャが停止される）。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る燃料電池の発電停止時のパージタイミング制御方法について実施の形態を説明する。
【００１１】
参照する図面において、図１は燃料電池電気自動車における排出燃料希釈器を含む燃料電池システムボックスのレイアウトを示す図、図２は燃料電池のシステム図である。最初に燃料電池の排出燃料希釈器について説明する。
【００１２】
図１に示すように、燃料電池電気自動車１の略中央部の床下に、燃料電池システムボックス２が搭載されている。燃料電池システムボックス２の内部には、燃料電池システム、即ち、温調器３、燃料電池スタック４、加湿器５、及び排出燃料希釈器（希釈手段）６が車両１の前方から後方に向かって順に載置されている。燃料電池システムはこれらのほか、高圧水素容器１５、燃料電池スタック４に空気を供給するスーパチャージャ（Ｓ／Ｃ）１６のような空気供給手段、燃料電池スタック４を冷却する図示せぬラジエタなどから構成される。
【００１３】
図２に示すように、燃料電池スタック４は、高圧水素容器１５に貯留された燃料となる水素と、車外から取り入れられ、スーパチャージャ１６で圧縮された空気を供給されて発電を行い、モータ１４に電気を供給して車両１を駆動する。この燃料電池スタック４を好適に作動させるために、温調器３（図１参照）で燃料電池スタック４に供給される水素及び空気の温度調整を行い、加湿器５で燃料電池スタック４に供給される水素及び空気を加湿する。排出燃料希釈器６は、アノード配管系からのパージ水素を放出させて滞留させ、排出空気と混合して希釈してから大気に排出する。
【００１４】
燃料電池スタック４で一度使用された水素は、その利用効率を上げる（燃費を良くする）ため、配管７によりイジェクタ２５に戻されて循環系を構成している。又、長時間再循環された水素は不純物の濃度が高くなるので、あるいは、内部に水が溜まるので、この水素及び水をパージするため、循環系の配管７から分岐したパージ水素配管８が排出燃料希釈器６に接続されている。パージ水素配管８には開閉弁９が設けられ、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）１０のような制御手段に接続されて、通常時には閉じられ、パージのとき開かれる。
また、ＥＣＵ１０は、高圧水素容器１５の出口側のバルブ１７、カソードオフガス配管１１のバルブ１８、水素の循環系の配管７の加湿器５の上流側に設けられたポンプ１９、及びスーパチャージャ１６等を制御する。
【００１５】
排出燃料希釈器６は、燃料電池スタック４から排出されるカソードオフガスを排出するための、カソードオフガス配管１１が排出燃料希釈器６自体を貫通して大気に開口している。カソードオフガス配管１１は、排出燃料希釈器６内に入ってから管径を細くする。
これによりカソードオフガス配管１１内を流れるカソードオフガスは流速が速くなり、圧力が低くなるので、吸引力が生じる。又、排出燃料希釈器６内のカソードオフガス配管１１には、この排出燃料希釈器６内（滞留室１３）に滞留する水素を吸い込む図示せぬ穴部、及び燃料電池スタック４で生成される凝縮水を排水するための図示せぬ排水用穴が設けられている。
排出燃料希釈器６の上部には、循環系のパージ水素配管８から放出されるパージ水素の入口部１２が設けられている。排出燃料希釈器６内は、入口部１２から放出された水素の滞留室１３をなす。また、滞留室内１３内は壁２３で上下の室に仕切り、入口部１２から遠い側の壁２３に、滞留室２３内に導入されたパージ水素を下の室に送るための開口部２４を設ける。
【００１６】
燃料電池システムボックス２は、概略以上のように構成されており、排出燃料希釈器６の入口部１２から滞留室１３内に放出されたパージ水素は、拡散して容積が拡大することでしばらく滞留される。その後、パージ水素は、排出燃料希釈器６内に導入されたカソードオフガス配管１１内を低圧の排気空気が流れているため、図示せぬ穴部から吸い込まれ排気空気と混合して希釈され、低濃度となって大気に排出される。加湿器５や燃料電池スタック４から出る排気空気中の凝縮水も排気空気と一緒に排出される。
【００１７】
次に本発明の燃料電池システムの運転停止方法、即ち燃料電池の発電停止時のパージタイミング制御方法の第１の実施形態について、図２、図３、及び図４により説明する。
イグニッションスイッチを切って燃料電池スタック４の発電を停止すると（Ｓ１）、ＥＣＵ１０（図２参照）によって、高圧水素容器１５のバルブ１７は閉じられ、カソードオフガス配管１１のバルブ１８が開いたままになり、スーパチャージャ１６はそのまま継続して運転される。そして、イグニッションスイッチを切る直前に行った水素のパージからイグニッションスイッチを切るまでの時間ｔ１がＥＣＵ１０（図２参照）によって計測され（Ｓ２）、この時間ｔ１と所定時間ｔ３とを比較して、所定時間ｔ３を経過したか否かが調べられる（Ｓ３）。その結果、所定時間ｔ３を経過していれば、ポンプ１９は継続して駆動され、停止操作後のパージを行い（Ｓ４）、スーパチャージャ１６を停止する（Ｓ５）。
計測した時間ｔ１が所定時間ｔ３を超えていない場合は、ステップＳ２，ステップＳ３が繰り返される。
【００１８】
これにより、直前に行ったパージによって導入された水素を排出燃料希釈器６で希釈して排出する前に、停止操作後（停止操作の際）のパージによる水素が導入され、結果として排出燃料希釈器６の処理限界を超えて高い濃度の水素が排出されてしまうことがなくなる。なお、時間ｔ３は、排出燃料希釈器６の処理能力等を考慮して、排出される水素の濃度がある一定の値以上にならないように適宜設定されている。
【００１９】
なお、ステップＳ４のパージからステップＳ５のスーパチャージャ１６の停止までの時間は、排出燃料希釈器６によって停止操作後のパージにより導入された水素を希釈するのに必要な時間が設定される。これにより、排出燃料希釈器６内に水素が滞留することによる不都合を生じさせることがない。
また、時間ｔ３を適切に設定することにより、水素を希釈して排出するために駆動されるスーパチャージャ１６の動力等を最低限なものとすることが可能になる。換言すると、発電停止後に排出燃料希釈器６に供給する希釈用のカソードオフガス（排気空気）の量、即ち発電停止後に運転されるスーパチャージャ１６の運転時間を適切に設定することができる（従来においては、この時間は固定されていた）。これにより、スーパチャージャ１６を発電停止後に動かす図示しないバッテリからの電力持ち出し量を低減化することが可能になる。よって、再起動時に使用される電力量（バッテリの充電電力量（ＳＯＣ；Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ））を確保することができるようになるので、この点からも再起動をよりよく行うことができる。また、パージにより不純物を排出したり、排水を行ったりすることにより、再起動を円滑に行うことができるようになる。
【００２０】
次に本発明の燃料電池システムの運転停止方法、即ち燃料電池の発電停止時のパージタイミング制御方法の第２の実施形態について、図２、図５、図６及び図７により説明する。
イグニッションスイッチを切って燃料電池スタック４の発電を停止すると（Ｓ１１）、図６に示すように、セル電圧は次第に下がってゆき、０になる。発電停止に伴いＥＣＵ１０（図２参照）によって、高圧水素容器１５のバルブ１７は閉じられ、カソードオフガス配管１１のバルブ１８が開いたままになり、水素のポンプ１９は継続して運転され、スーパチャージャ１６もそのまま継続して運転される。そして、イグニッションスイッチを切る直前に行った水素のパージからイグニッションスイッチを切るまでの時間ｔ１がＥＣＵ１０（図２参照）によって計測され（Ｓ１２）、この時間ｔ１に基づき、図７のグラフ（マップ）から運転停止までの時間（第２の所定時間）ｔ２を求める（Ｓ１３）。その後、停止操作（ＩＧ．ＯＦＦ）をした時から、時間ｔ２経過後に停止操作のパージを行い（Ｓ１４）、スーパチャージャ１６が停止する（Ｓ１５）。
【００２１】
これにより、第１実施形態と同様に、直前に行ったパージにより導入された水素を排出燃料希釈器６で希釈して排出する前に、停止操作後（停止操作の際）のパージによる水素が導入され、結果として排出燃料希釈器６の処理限界を超えて高い濃度の水素が排出されてしまうことがなくなる。
なお、時間ｔ２（時間ｔ１＋時間ｔ２）は、排出燃料希釈器６の処理能力等を考慮して、排出される水素の濃度がある一定の値以上にならないように適宜設定される。この第２実施形態は、直前にパージが行われてから停止操作がなされるまでの時間ｔ１に基づいて時間ｔ２を設定するので、停止操作後に排出燃料希釈器６に供給する希釈用のカソードオフガス（排気空気）の量、即ち発電停止後に運転されるスーパチャージャ１６の運転時間を、より適切に設定することができる。これにより、スーパチャージャ１６を発電停止後に動かす図示しないバッテリからの電力持ち出し量をより低減化することが可能になる。よって、再起動時に使用される電力量を確保することができるようになるので、この点からも再起動をよりよく行うことができる。もちろん、パージにより不純物を排出したり、排水を行ったりすることにより、再起動を円滑に行うことができるようになるのはいうまでもない。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る燃料電池システムの運転停止方法では、連続してパージが行われることがないので、希釈手段の限界を超えることがなく、大気に排出された水素濃度を低く抑えることができる。また、発電停止後に希釈操作を行うと、次の始動のためのエネルギー量にも影響するが、本発明によれば、電力を確保できるので、例えば、再起動用のキャパシタやバッテリの容量を小さくすることができ、実車搭載システムの軽量・小型化にもつながる。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料電池電気自動車における本発明に係る燃料電池システムボックスのレイアウトを示す図である。
【図２】本発明の燃料電池のシステム図である。
【図３】スーパチャージャの制御方法を示す第１の実施形態のフローチャートである。
【図４】滞留室内の水素の予測濃度を示すグラフである。
【図５】スーパチャージャの制御方法を示す第２の実施形態のフローチャートである。
【図６】発電停止シーケンスの図である。
【図７】パージ水素配管の開閉弁のオープンタイミングを示すグラフ（マップ）である。
【符号の説明】
１  ：燃料電池電気自動車（車両）
２  ：燃料電池システムボックス
４  ：燃料電池スタック
６  ：排出燃料希釈器（希釈手段）
８  ：パージ水素配管
９  ：開閉弁
１１  ：カソードオフガス配管
１２  ：入口部
１３  ：滞留室
１６  ：スーパチャージャ（送風手段）
１７  ：バルブ
【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】
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