(57)【要約】【課題】燃料電池システムにおいて、緊急停止後の電力消費量を低減する。【解決手段】燃料電池システムの制御部は、通常停止時には、燃料ガス流路および酸化ガス流路の少なくとも一方から水を排出する排水処理と、酸化ガス流路を封止するカソード封止処理と、の少なくとも一方を含む通常停止処理を完了させた後、燃料電池システムを停止させ、燃料電池システムが予め定められた緊急停止条件に該当する場合には、通常停止処理の少なくとも一部を実行せずに、燃料電池システムが停止してから第１の期間経過後に燃料電池システムが起動するように設定した後に、燃料電池システムを停止させる緊急停止処理を行う。制御部は、燃料電池システムの停止後、第１の期間経過後に燃料電池システムを起動させ、通常停止処理を実行する再起動処理を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムであって、
燃料電池と、
前記燃料電池に燃料ガスを供給するための燃料ガス流路と、
前記燃料電池に酸化ガスを供給するための酸化ガス流路と、
前記燃料電池による発電を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記燃料電池システムの通常停止時には、前記燃料ガス流路および前記酸化ガス流路の少なくとも一方から水を排出する排水処理と、前記酸化ガス流路を封止するカソード封止処理と、の少なくとも一方を含む通常停止処理を完了させた後、前記燃料電池システムを停止させ、
前記燃料電池システムが予め定められた緊急停止条件に該当する場合には、前記通常停止処理の少なくとも一部を実行せずに、前記燃料電池システムが停止してから第１の期間経過後に前記燃料電池システムが起動するように設定した後に、前記燃料電池システムを停止させる緊急停止処理を行い、
前記制御部は、前記燃料電池システムの停止後、前記第１の期間経過後に前記燃料電池システムを起動させ、前記通常停止処理を実行する再起動処理を行う、
燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記再起動処理において、前記通常停止処理のうち、未完了の処理を実行する、燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池システムであって、
前記通常停止処理には、前記燃料ガス流路から水を排出する排水処理が含まれ、
前記制御部は、前記再起動処理において、前記排水処理が実行されるのに先立って、前記燃料ガス流路から前記燃料ガスの漏れが生じているか否かを検出する漏れ検出処理を実行し、
前記制御部は、
前記漏れ検出処理において、前記燃料ガスの漏れを検出した場合には、前記排水処理を実行することなく、前記再起動処理を停止させ、
前記漏れ検出処理において、前記燃料ガスの漏れを検出しなかった場合には、前記排水処理を実行する、
燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずか一項に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記再起動処理において、前記通常停止処理が実行されるのに先立ち、前記通常停止処理に用いられる部品が故障しているか否かを判断し、
前記制御部は、
前記通常停止処理に用いられる部品が故障していると判断した場合には、前記通常停止処理を実行することなく、前記再起動処理を停止させ、
前記通常停止処理に用いられる部品が故障していると判断しなかった場合には、前記通常停止処理を実行する、
燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記再起動処理において、
前記燃料電池システムが前記緊急停止条件に該当する場合には、前記緊急停止処理を実行し、
前記燃料電池システムが前記緊急停止条件に該当しない場合には、前記緊急停止処理を実行しない、
燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記通常停止処理が完了した場合に、前記燃料電池システムが停止してから前記第１の期間よりも長い第２の期間経過後に前記燃料電池システムが起動するように設定した後に、前記燃料電池システムを停止させ、
前記制御部は、前記燃料電池システムの停止後、前記第２の期間経過後に前記燃料電池を起動させ、予め定められた処理を実行する、燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムに関し、特許文献１に記載された技術では、システム停止時に、燃料電池による発電を、燃料電池内の水が一定量以下に低減するまで継続させることによって、システム停止中に燃料電池が凍結することを抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−９０７７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
こうした燃料電池システムでは、燃料ガスを補給するためのフューエルリッドが開いた場合や、部品が一定温度以上に過熱した場合など、何らかの原因によってシステムを緊急停止させる場合には、システム停止時に通常実行する処理（以下、通常停止処理という）を行わないまま、システムを即座に停止させる場合がある。通常停止処理には、例えば、燃料電池内の水を排水する排水処理や、燃料電池の触媒の劣化を抑制するためにカソードへの空気の侵入を抑制するカソード封止処理が含まれる。
【０００５】
緊急停止の原因の中には、一定期間経過後に、緊急停止の条件に該当しなくなるものがある。例えば、フューエルリッドが開いたことが緊急停止の原因であれば、フューエルリッドが閉じられれば、緊急停止の条件に該当しなくなる。また、部品が一定温度以上に過熱したことが緊急停止の原因であれば、その部品の温度が一定温度未満になれば、緊急停止の条件に該当しなくなる。このように、緊急停止の条件に該当しなくなった場合、燃料電池システムは、緊急停止時に実行されなかった通常停止処理を実行することが好ましい。しかし、例えば、通常停止処理を実行するために、緊急停止後に、緊急停止の条件に該当しなくなったか否かを監視すると、監視を行うための部品に継続的に電力を供給しなければならず、その間の消費電力量が多くなる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００７】
（１）本発明の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、燃料電池と；前記燃料電池に燃料ガスを供給するための燃料ガス流路と；前記燃料電池に酸化ガスを供給するための酸化ガス流路と；前記燃料電池による発電を制御する制御部と；を備える。そして、前記制御部は、前記燃料電池システムの通常停止時には、前記燃料ガス流路および前記酸化ガス流路の少なくとも一方から水を排出する排水処理と、前記酸化ガス流路を封止するカソード封止処理と、の少なくとも一方を含む通常停止処理を完了させた後、前記燃料電池システムを停止させ、前記燃料電池システムが予め定められた緊急停止条件に該当する場合には、前記通常停止処理の少なくとも一部を実行せずに、前記燃料電池システムが停止してから第１の期間経過後に前記燃料電池システムが起動するように設定した後に、前記燃料電池システムを停止させる緊急停止処理を行い、前記制御部は、前記燃料電池システムの停止後、前記第１の期間経過後に前記燃料電池システムを起動させ、前記通常停止処理を実行する再起動処理を行う。このような形態の燃料電池システムであれば、燃料電池システムが緊急停止条件に該当する場合に、第１の期間経過後に起動するように設定された後にシステムが停止され、その後、その設定に従って再起動された後に通常停止処理が実行される。そのため、緊急停止の条件に該当しなくなったか否かを監視するために、緊急停止後に継続的に電力が消費されることを抑制することができる。従って、緊急停止後の電力消費量を低減することができる。
【０００８】
（２）上記燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記再起動処理において、前記通常停止処理のうち、未完了の処理を実行してもよい。このような形態の燃料電池システムであれば、再起動後の通常停止処理を迅速に終了させることができる。
【０００９】
（３）上記燃料電池システムにおいて、前記通常停止処理には、前記燃料ガス流路から水を排出する排水処理が含まれ、前記制御部は、前記再起動処理において、前記排水処理が実行されるのに先立って、前記燃料ガス流路から前記燃料ガスの漏れが生じているか否かを検出する漏れ検出処理を実行し、前記制御部は、前記漏れ検出処理において、前記燃料ガスの漏れを検出した場合には、前記排水処理を実行することなく、前記再起動処理を停止させ、前記漏れ検出処理において、前記燃料ガスの漏れを検出しなかった場合には、前記排水処理を実行してもよい。このような形態の燃料電池システムであれば、排水処理の実行中に燃料ガス流路から燃料ガスが漏れることを抑制することができる。
【００１０】
（４）上記燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記再起動処理において、前記通常停止処理が実行されるのに先立ち、前記通常停止処理に用いられる部品が故障しているか否かを判断し、前記制御部は、前記通常停止処理に用いられる部品が故障していると判断した場合には、前記通常停止処理を実行することなく、前記再起動処理を停止させ、前記通常停止処理に用いられる部品が故障していると判断しなかった場合には、前記通常停止処理を実行してもよい。このような形態の燃料電池システムであれば、通常停止処理に用いられる部品が故障している場合に、通常停止処理が無駄に実行されることがない。
【００１１】
（５）上記燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記再起動処理において、前記燃料電池システムが前記緊急停止条件に該当する場合には、前記緊急停止処理を実行し、前記燃料電池システムが前記緊急停止条件に該当しない場合には、前記緊急停止処理を実行しなくてもよい。このような形態の燃料電池システムであれば、緊急停止後、緊急停止条件に該当しなくなるまで、再起動が行われるので、燃料電池システムに対して通常停止処理が行われる確実性を高めることができる。
【００１２】
（６）上記燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記通常停止処理が完了した場合に、前記燃料電池システムが停止してから前記第１の期間よりも長い第２の期間経過後に前記燃料電池システムが起動するように設定した後に、前記燃料電池システムを停止させ、前記制御部は、前記燃料電池システムの停止後、前記第２の期間経過後に前記燃料電池を起動させ、予め定められた処理を実行してもよい。このような形態の燃料電池システムであれば、緊急停止後には、通常停止処理後に再起動されるよりも早期に再起動されるので、緊急停止後の通常停止処理を早期に実行することができる。
【００１３】
本発明は、上述した燃料電池システムとしての形態に限らず、種々の形態で実現することが可能である。例えば、燃料電池システムを備える車両や、燃料電池システムの制御方法等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】燃料電池システムの構成を示す概略図である。
【図２】システム停止処理のフローチャートである。
【図３】通常停止処理の流れを示す説明図である。
【図４】再起動処理のフローチャートである。
【図５】通常運転処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
Ａ．第１実施形態：
図１は、本発明の第１実施形態における燃料電池システム１００の構成を示す概略図である。燃料電池システム１００は、燃料電池１０と、制御部２０と、酸化ガス流路３０と、燃料ガス流路５０と、を備える。本実施形態の燃料電池システム１００は、車両に搭載され、車両の電力源として利用される。
【００１６】
燃料電池１０は、反応ガスとして水素（燃料ガス）と空気（酸化ガス）との供給を受けて発電する固体高分子形燃料電池である。燃料電池１０は、複数のセル１１が積層されたスタック構造を有する。各セル１１は、電解質膜の両面に電極を配置した膜電極接合体と、膜電極接合体を狭持する１組のセパレータとを有する。燃料電池１０によって発電された電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ９０を介してバッテリ９２に蓄電される。バッテリ９２には、種々の負荷９３が接続されている。後述するエアコンプレッサ３２や循環用ポンプ６４、各種弁には、燃料電池１０またはバッテリ９２から電力が供給され、駆動される。
【００１７】
酸化ガス流路３０は、燃料電池１０に燃料ガスを供給するための流路である。酸化ガス流路３０は、酸化ガス配管３１と、エアコンプレッサ３２と、開閉弁３４と、カソード排ガス配管４１と、調圧弁４３と、を備える。また、酸化ガス流路３０には、燃料電池１０内のカソード側の流路が含まれる。
【００１８】
エアコンプレッサ３２は、酸化ガス配管３１を介して燃料電池１０と接続されている。エアコンプレッサ３２は、制御部２０からの制御信号に応じて、外部から取り入れた空気を圧縮し、酸化ガスとして燃料電池１０に供給する。
【００１９】
開閉弁３４は、エアコンプレッサ３２と燃料電池１０との間に設けられており、酸化ガス配管３１における供給空気の流れに応じて開閉する。具体的には、開閉弁３４は、通常、閉じた状態であり、エアコンプレッサ３２から所定の圧力を有する空気が酸化ガス配管３１に供給されたときに開く。
【００２０】
カソード排ガス配管４１は、燃料電池１０のカソードから排出されたカソード排ガスを燃料電池システム１００の外部へと排出する。調圧弁４３は、制御部２０からの制御信号に応じて、カソード排ガス配管４１におけるカソード排ガスの圧力（燃料電池１０の背圧）を調整する。
【００２１】
燃料ガス流路５０は、燃料電池１０に燃料ガスを供給するための流路である。燃料ガス流路５０は、燃料ガス配管５１と、水素タンク５２と、開閉弁５３と、レギュレータ５４と、インジェクタ５５と、圧力センサ５６と、アノード排ガス配管６１と、気液分離部６２と、循環配管６３と、循環用ポンプ６４と、排水配管６５と、排水弁６６とを備える。また、燃料ガス流路５０には、燃料電池１０内のアノード側の流路が含まれる。
【００２２】
水素タンク５２は、燃料ガス配管５１を介して燃料電池１０のアノードと接続されており、内部に充填されている水素を燃料電池１０に供給する。開閉弁５３、レギュレータ５４、インジェクタ５５、圧力センサ５６は、燃料ガス配管５１に、この順序で上流側、つまり水素タンク５２に近い側、から設けられている。
【００２３】
開閉弁５３は、制御部２０からの制御信号に応じて開閉し、水素タンク５２からインジェクタ５５の上流側への水素の流入を制御する。燃料電池システム１００の停止時には開閉弁５３は閉じられる。レギュレータ５４は、制御部２０からの制御信号に応じて、インジェクタ５５の上流側における水素の圧力を調整する。インジェクタ５５は、制御部２０によって設定された駆動周期や開弁時間に応じて、弁体が電磁的に駆動する電磁駆動式の開閉弁である。制御部２０は、インジェクタ５５の駆動周期や開弁時間を制御することによって、燃料電池１０に供給される水素の量を制御する。
【００２４】
アノード排ガス配管６１は、燃料電池１０のアノードの出口と気液分離部６２とを接続する配管である。アノード排ガス配管６１は、発電反応に用いられることのなかった未反応ガス（水素や窒素など）を含むアノード排ガスを気液分離部６２へと誘導する。
【００２５】
気液分離部６２は、循環配管６３と排水配管６５とに接続されている。気液分離部６２は、アノード排ガスに含まれる気体成分と水分とを分離する。気液分離部６２は、気体成分については、循環配管６３へと誘導し、水分については排水配管６５へと誘導する。
【００２６】
循環配管６３は、燃料ガス配管５１のインジェクタ５５より下流に接続されている。循環配管６３には、制御部２０からの制御信号に応じて駆動される循環用ポンプ６４が設けられている。この循環用ポンプ６４によって、気液分離部６２において分離された気体成分に含まれる水素が、燃料ガス配管５１へと送り出される。このように、この燃料電池システム１００では、アノード排ガスに含まれる水素を循環させて、再び燃料電池１０に供給することにより、水素の利用効率を向上させている。
【００２７】
排水配管６５は、気液分離部６２において分離された水分を燃料電池システム１００の外部へと排出するための配管である。排水弁６６は、排水配管６５に設けられており、制御部２０からの制御信号に応じて開閉する。制御部２０は、燃料電池システム１００の運転中は、通常、排水弁６６を閉じておき、予め設定されたタイミングで排水弁６６を開き、燃料ガス流路５０中の水やアノード排ガス中の不純物を排出する。
【００２８】
制御部２０は、ＣＰＵとメモリと、上述した各部品が接続されるインタフェース回路とを備えたコンピュータとして構成されている。ＣＰＵは、メモリに記憶された制御プログラムを実行することにより、後述する各種処理を実現するほか、燃料電池システム１００の運転制御を行う。制御部２０には、フューエルリッドセンサ７０とイグニションスイッチ８０と外気温センサ８５とが接続されている。フューエルリッドセンサ７０とは、水素タンク５２に燃料ガスを補給するための補給口を覆う蓋（フューエルリッド）の開閉状態を検出するセンサである。イグニションスイッチ８０は、利用者が燃料電池システム１００の起動および停止を行うためのスイッチである。制御部２０は、バッテリ９２から供給される電力によって動作する。
【００２９】
詳細な処理内容は後述するが、制御部２０は、燃料電池システム１００の通常停止時には、燃料ガス流路５０および酸化ガス流路３０の少なくとも一方から水を排出する排水処理と、酸化ガス流路３０を封止するカソード封止処理と、の少なくとも一方を含む通常停止処理を完了させた後、燃料電池システム１００を停止させる機能を備える。また、制御部２０は、燃料電池システム１００が予め定められた緊急停止条件に該当する場合には、通常停止処理の少なくとも一部を実行せずに、燃料電池システム１００が停止してから第１の期間経過後に燃料電池システム１００が起動するように設定した後に、燃料電池システム１００を停止させる緊急停止処理を行う機能を有する。更に、制御部２０は、燃料電池システム１００の停止後、前述の設定に従って、第１の期間経過後に燃料電池システム１００を起動させ、通常停止処理を実行する再起動処理を行う機能を有する。
【００３０】
図２は、制御部２０によって実行されるシステム停止処理のフローチャートである。このシステム停止処理は、利用者によってイグニションスイッチ８０がオフにされた場合に実行される。なお、このシステム停止処理の開始にあたり、前提として、後述する完了フラグがオフになっているものとする。
【００３１】
システム停止処理が実行されると、まず、制御部２０は、通常停止処理を行う（ステップＳ１００）。通常停止処理とは、燃料電池システム１００を正常に停止させるために実行される一連の処理である。
【００３２】
図３は、通常停止処理の流れを示す説明図である。本実施形態では、通常停止処理Ｓ１００に、排水処理Ｓ１０１とカソード封止処理Ｓ１０２とが含まれる。
【００３３】
排水処理Ｓ１０１とは、システム停止後に、燃料電池システム１００内の水が凍結することを抑制するために、燃料電池システム１０内から水を排出するための処理である。排水処理Ｓ１０１には、カソード排水処理Ｓ１０３とアノード排水処理Ｓ１０４とが含まれる。本実施形態では、カソード排水処理Ｓ１０３とアノード排水処理Ｓ１０４とは、同時並列的に実行される。ただし、カソード排水処理Ｓ１０３およびアノード排水処理Ｓ１０４は、いずれか一方が完了した後に他方が実行されてもよい。
【００３４】
カソード排水処理Ｓ１０３とは、酸化ガス流路３０から水を排出するための処理である。制御部２０は、このカソード排水処理Ｓ１０３において、調圧弁４３を開き、エアコンプレッサ３２を駆動させることにより、酸化ガス配管３１や燃料電池１０内のカソード側の流路、カソード排ガス配管４１内の水を排出する。このカソード排水処理Ｓ１０３には、第１カソード排水処理Ｓ１０５と第２カソード排水処理Ｓ１０６とが含まれる。第２カソード排水処理Ｓ１０６は、第１カソード排水処理Ｓ１０５に引き続いて実行される。
【００３５】
制御部２０は、第１カソード排水処理Ｓ１０５において、エアコンプレッサ３２によって流す空気の流量を多くして、燃料ガス流路５０内に滞留した水を排出する。制御部２０は、第２カソード排水処理Ｓ１０６において、エアコンプレッサ３２によって流す空気の流量を第１カソード排水処理Ｓ１０５よりも低下させ、燃料電池１０の含水量が所定量以下になるように、予め定められた時間、水分を排出する。
【００３６】
アノード排水処理Ｓ１０４とは、燃料ガス流路５０から水を排出するための処理である。制御部２０は、このアノード排水処理Ｓ１０４において、循環用ポンプ６４および排水弁６６を駆動することにより、燃料ガス配管５１や燃料電池１０内のアノード、アノード排ガス配管６１、気液分離部６２内の水を排出する。このアノード排水処理Ｓ１０４には、第１アノード排水処理Ｓ１０７および第２アノード排水処理Ｓ１０８が含まれる。第２アノード排水処理Ｓ１０８は、第１アノード排水処理Ｓ１０７に引き続いて実行される。
【００３７】
制御部２０は、第１アノード排水処理Ｓ１０７において、循環用ポンプ６４を駆動しつつ、定期的に排水弁６６を開くことにより、酸化ガス流路３０内に滞留した水を排出する。制御部２０は、第２アノード排水処理Ｓ１０８において、排水弁６６を長期間開いて、気液分離部６２内の水を排出する。
【００３８】
以上で説明した排水処理Ｓ１０１が完了すると、制御部２０は、カソード封止処理Ｓ１０２を実行する。制御部２０は、このカソード封止処理Ｓ１０２において、エアコンプレッサ３２を停止させ、調圧弁４３を閉じた状態とすることにより、燃料電池システム１００の停止中に、燃料電池１０内へ空気が侵入することを抑制する。このようにカソード封止処理Ｓ１０２を実行すれば、燃料電池システム１００の停止中に、カソードに酸素が侵入することが抑制されるので、燃料電池システム１００の停止中にカーボン酸化反応が生じて燃料電池１０の触媒が劣化することを抑制することができる。
【００３９】
図２に示した通常停止処理（ステップＳ１００）では、図３に示した各処理が、図３に示した処理順で実行される。そして、その各処理の実行中に、制御部２０は、燃料電池システム１００が緊急停止条件に該当したか否かを判断し（ステップＳ１１０）、緊急停止条件に該当しなければ（ステップＳ１１０：ＮＯ）、図３に示した通常停止処理が全て完了したかを判断する（ステップＳ１２０）。制御部２０は、通常停止処理が完了していなければ（ステップＳ１２０：ＮＯ）、処理をステップＳ１００に戻して、図３に示した通常停止処理を引き続き行う。図２には、ステップＳ１００からステップＳ１２０までの処理が段階的に示されているが、これは図示の都合のためであり、実際は、ステップＳ１００の実行中において、所定の制御タイミングにおいて、ステップＳ１１０とステップＳ１２０とが繰り返し実行される。後述する図４のステップＳ２４０からステップＳ２６０までの処理についても同様である。
【００４０】
上記ステップＳ１２０において、通常停止処理が完了していると判断した場合には（ステップＳ１２０：ＹＥＳ）、制御部２０は、完了フラグをオンにして、その情報（以下、「完了フラグ情報」という）を制御部２０内のメモリに不揮発的に記憶させる。また、制御部２０は、再起動までの時間を９０分に設定して、その情報（以下、「再起動時間情報」という）もメモリに不揮発的に記憶させる（ステップＳ１３０）。完了フラグとは、図３に示した通常停止処理が全て完了したことを示すフラグである。通常停止処理が完了した後にステップＳ１３０において、再起動までの時間を設定するのは、後述する凍結抑制処理を燃料電池システム１００の停止後に実行するためである。
【００４１】
上記ステップＳ１３０において、完了フラグ情報と再起動時間情報とをメモリに不揮発的に記憶させると、制御部２０は、燃料電池システム１００を停止させる。本実施形態において、「燃料電池システム１００を停止させる」とは、制御部２０が、再起動時間情報としてメモリに記憶した時間の経過後に起動可能な状態で燃料電池システム１００を停止させることをいう。
【００４２】
図３に示した通常停止処理に含まれる各処理の実行中において、制御部２０は、燃料電池システム１００が緊急停止条件に該当すると判断した場合に（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、緊急停止処理を実行する（ステップＳ１４０）。本実施形態では、制御部２０は、フューエルリッドセンサ７０によってフューエルリッドが開かれたことを検出した場合と、燃料電池システム１００を構成するセンサやアクチュエータなどの部品が故障したことを検出した場合と、燃料電池システム１００を構成するいずれかの部品が予め定められた温度よりも高温になったことを検出した場合とに、緊急停止条件に該当すると判断する。部品の故障や部品の温度を検出する技術は公知の技術であるため、詳細な説明は省略する。
【００４３】
上記ステップＳ１４０の緊急停止処理では、制御部２０は、現在実行されている通常停止処理を停止させ、通常停止処理がどこまで進行したかを示す情報（以下、進行状況情報という）を制御部２０内のメモリに不揮発的に記憶させる。そして、更に、再起動までの時間を１０分に設定して、再起動時間情報をメモリに不揮発的に記憶させる。制御部２０は、緊急停止処理によって、進行状況情報と再起動時間情報とをメモリに記憶させると、燃料電池システム１００を停止させる。つまり、制御部２０は、燃料電池システム１００が緊急停止条件に該当する場合には、通常停止処理を中断させた状態で、燃料電池システム１００を停止させる。そのため、燃料電池システム１００が緊急停止処理に該当した場合には、排水処理Ｓ１０１の実行は完了しているもののカソード封止処理Ｓ１０２が実行されていない状況や、排水処理Ｓ１０１のうちの一部の処理とカソード封止処理Ｓ１０２とが実行されていない状況などがあり得る。
【００４４】
本実施形態において、燃料電池システム１００が緊急停止条件に該当した場合に設定される時間のことを、「第１の期間」とも呼ぶ。第１の期間は、燃料電池システム１００が緊急停止条件に該当してから、その条件に該当しなくなり得る時間に基づき予め定められている。具体的には、例えば、フューエルリッドが開かれてから閉じられ得る時間や、部品が一定温度以上の温度になってから、その温度が一定温度未満に下がり得る時間に基づいて定められている。本実施形態では、この第１の期間は、１０分としたが、第１の期間は、長すぎると触媒の劣化が進行する可能性があり、短すぎると再起動処理の実行に利用者が気づいて違和感を生じる可能性があるため、例えば、５〜３０分の範囲内であることが望ましい。
【００４５】
本実施形態において、通常停止処理が完了した後に設定される再起動までの時間のことを、「第２の期間」とも呼ぶ。本実施形態では、第２の期間は、９０分としたが、３０〜１２０分としてもよい。この第２の期間は、後述する再起動処理における凍結抑制処理が繰り返し実行されることによって、適宜、短縮され、第１の期間よりも短くなる場合があり得る。しかし、通常停止処理が完了した直後に設定される第２の期間は、本実施形態では、常に第１の期間よりも短い。
【００４６】
図４は、図２に示したシステム停止処理によって燃料電池システム１００が停止された後に実行される再起動処理のフローチャートである。この再起動処理は、燃料電池システム１００の停止後、制御部２０のメモリに再起動時間情報として記録された時間が経過した場合に、制御部２０が燃料電池システム１００を再起動させ、実行する。
【００４７】
再起動処理が実行されると、まず、制御部２０は、自身のメモリに記憶された完了フラグ情報に基づき、完了フラグがオンであるか否かを判断する（ステップＳ２００）。完了フラグがオンの場合には（ステップＳ２００：ＹＥＳ）、燃料電池システム１００は、正常に停止された状態である。この場合、制御部２０は、凍結抑制処理を実行する（ステップＳ２０５）。この凍結抑制処理では、制御部２０は、外気温センサ８５を用いて外気温を測定し、外気温が低下するにつれ、再起動のタイミング（第２の期間）を早めて再起動時間情報を更新する。そして、制御部２０は、測定された外気温が予め定めた温度（例えば、５℃）を下回った場合には、図３に示した排水処理Ｓ１０１と同等の処理を行うことによって燃料電池１０内の水を排出し、燃料電池システム１００の停止中に凍結が発生することを抑制する。凍結抑制処理が完了すると、制御部２０は、当該再起動処理を終了させる。この凍結抑制処理によれば、外気温が低下するほど再起動のタイミングが早くなるので、それだけ早期に、水が排出され、凍結が抑制されることになる。
【００４８】
上記ステップＳ２００において、完了フラグがオフであると判断した場合には（ステップＳ２００：ＮＯ）、制御部２０は、通常停止処理を行うために必要な部品が故障しているか否かを判断する（ステップＳ２１０）。通常停止処理を行うために必要な部品とは、例えば、エアコンプレッサ３２や、循環用ポンプ６４、酸化ガス流路３０や燃料ガス流路５０に備えられた各種弁である。通常停止処理を行うために必要な部品が故障していれば（ステップＳ２１０：ＹＥＳ）、制御部２０は、通常停止処理を実行することなく、次回の再起動の時間を設定せずに当該再起動処理を終了する。次回の再起動の時間が設定されない場合には、制御部２０は、次回の再起動を行わない。そのため、通常停止処理を行うために必要な部品が故障していれば、その部品が修理されるまで、燃料電池システム１００の自動的な再起動は行われない。
【００４９】
通常停止処理を行うために必要な部品が故障していなければ（ステップＳ２１０：ＮＯ）、制御部２０は、続いて、水素漏れを検出するための漏れ検出処理を行う（ステップＳ２２０）。この漏れ検出処理では、制御部２０は、燃料ガス流路５０内に、予め定めた圧力の水素を供給した上で、開閉弁５３、インジェクタ５５および排水弁６６を閉じる。そして、圧力センサ５６を用いて、その水素の圧力が、所定期間経過後に、一定圧力以上低下したことを検出した場合に、水素漏れが発生したと判断する。なお、漏れ検出処理は、例えば、インジェクタ５５と開閉弁５３との間、および、インジェクタ５５の下流側、など、燃料ガス流路５０中の異なる箇所の水素漏れを段階的に検出してもよい。
【００５０】
漏れ検出処理において、水素漏れが検出されると（ステップＳ２３０：ＹＥＳ）、制御部２０は、通常停止処理を実行することなく、次回の再起動の時間を設定せずに当該再起動処理を終了する。そのため、水素漏れが発生していれば、それが修理されるまで、燃料電池システム１００の自動的な再起動は行われない。ステップＳ２３０において水素漏れが検出された場合には、制御部２０は、燃料電池システム１００に備えられた所定の表示装置に、水素漏れが生じていることを表示してもよい。
【００５１】
漏れ検出処理において、水素漏れが検出されなければ（ステップＳ２３０：ＮＯ）、制御部２０は、図３に示した通常停止処理Ｓ１００と同じ処理を実行する（ステップＳ２４０）。ただし、このステップＳ２４０では、制御部２０は、メモリに記憶された進行状況情報に基づき、通常停止処理Ｓ１００のうちの未完了の処理を図３に示した処理順で実行する。例えば、排水処理Ｓ１０１が全て完了していて、カソード封止処理Ｓ１０２が完了していなければ、制御部２０は、カソード封止処理Ｓ１０２を実行する。また、例えば、排水処理Ｓ１０１のうち、第１カソード排水処理Ｓ１０５のみが完了していれば、制御部２０は、第２カソード排水処理Ｓ１０６およびアノード排水処理Ｓ１０４およびカソード封止処理Ｓ１０２を実行する。
【００５２】
この通常停止処理の実行中、制御部２０は、常に、燃料電池システム１００が緊急停止条件に該当するか否かを判断し（ステップＳ２５０）、緊急停止条件に該当しなければ（ステップＳ２５０：ＮＯ）、図３に示した通常停止処理が全て完了したかを判断する（ステップＳ２６０）。制御部２０は、通常停止処理が完了していなければ（ステップＳ２６０：ＮＯ）、処理をステップＳ２４０に戻して、図３に示した通常停止処理を引き続き行う。
【００５３】
上記ステップＳ２６０において、通常停止処理が完了していると判断した場合には（ステップＳ２６０：ＹＥＳ）、制御部２０は、完了フラグをオンにして、完了フラグ情報を制御部２０内のメモリに不揮発的に記憶させるとともに、再起動までの時間を９０分に設定して、再起動時間情報をメモリに不揮発的に記憶させる（ステップＳ２７０）。そして、制御部２０は、燃料電池システム１００を停止させる。
【００５４】
図３に示した通常停止処理に含まれる各処理の実行中において、燃料電池システム１００が緊急停止条件に該当すると判断された場合には（ステップＳ２５０：ＹＥＳ）、制御部２０は、緊急停止処理を実行する（ステップＳ２８０）。この緊急停止処理では、制御部２０は、現在実行されている通常停止処理を停止させ、進行状況情報を制御部２０内のメモリに記憶させる。そして、更に、再起動までの時間を１０分に設定して、再起動時間情報をメモリに不揮発的に記憶させる。制御部２０は、緊急停止処理によって、進行状況情報と再起動時間情報とをメモリに記憶させると、燃料電池システム１００を停止させる。つまり、図４に示した再起動処理においても、燃料電池システム１００が緊急停止条件に該当することにより通常停止処理が中断される場合には、再度、所定時間経過後に、燃料電池システム１００は、再起動されることになる。
【００５５】
以上で説明した本実施形態の燃料電池システム１００では、燃料電池システム１００が緊急停止した場合には、第１の期間経過後に起動するように設定された後にシステムが停止され、その後、その設定に従って再起動された後に通常停止処理が実行される。そのため、緊急停止の条件に該当しなくなったか否かを緊急停止後に監視する必要がなく、その監視のために継続的に電力が消費されることがない。従って、緊急停止後の電力消費量を低減することができる。
【００５６】
また、本実施形態において、緊急停止後の再起動処理では、通常停止処理のうち、システム停止処理中に実行されなかった未完了の処理が実行されるので、再起動後の通常停止処理を迅速に終了させることができる。
【００５７】
また、本実施形態では、再起動処理において水素漏れが検出された場合には、通常停止処理を実行しない。そのため、アノード排水処理の実行中に水素漏れが生じることを抑制することができる。
【００５８】
また、本実施形態では、再起動処理において通常停止処理を行うための部品が故障していると判断された場合には、通常停止処理を行わない。そのため、通常停止処理に用いられる部品が故障している場合に、通常停止処理が無駄に実行されることがない。
【００５９】
また、本実施形態では、緊急停止後の再起動処理において、再度、緊急停止条件に該当する場合には、緊急停止処理が行われ、再起動までの時間が設定される。そのため、燃料電池システム１００に対して通常停止処理が行われる確実性を高めることができる。
【００６０】
また、本実施形態では、緊急停止された場合に設定される再起動までの時間（第１の期間）は、通常停止処理が正常に完了された場合に設定される再起動までの時間（第２の期間）よりも短い。そのため、緊急停止後には、通常停止処理後に再起動されるよりも早期に再起動されるので、緊急停止後の通常停止処理を早期に実行することができる。
【００６１】
Ｂ．第２実施形態：
上記第１実施形態では、図２に示したシステム停止処理の実行中に、燃料電池システム１００が緊急停止条件に該当するか否かを判断している。これに対して、第２実施形態では、システム停止処理の実行中ではなく、燃料電池システム１００の通常運転中に緊急停止条件に該当するか否かを判断する。第２実施形態では、燃料電池システム１００の構成は第１実施形態と同じである。なお、以下に説明する通常運転処理が実行される前提として、完了フラグはオフであるものとする。
【００６２】
図５は、制御部２０が実行する通常運転処理のフローチャートである。この通常運転処理は、イグニションスイッチ８０がオンにされた場合に実行される処理である。この通常運転処理において、制御部２０は、燃料電池システム１００が緊急停止条件に該当するか否かを判断する（ステップＳ３００）。
【００６３】
燃料電池システム１００が緊急停止条件に該当しなければ（ステップＳ３００：ＮＯ）、制御部２０は、イグニションスイッチ８０がオフにされた否かを判断する（ステップＳ３１０）。イグニションスイッチ８０がオフにされなければ（ステップＳ３１０：ＮＯ）、制御部２０は、燃料電池１０に発電を行わせる発電処理を継続する（ステップＳ３２０）。一方、イグニションスイッチ８０がオフにされると（ステップＳ３１０：ＹＥＳ）、制御部２０は、図３に示した通常停止処理Ｓ１００と同じ処理を実行する（ステップＳ３３０）。通常停止処理が完了すると、制御部２０は、完了フラグをオンにして、再起動時間を９０分後と設定し、燃料電池システム１００を停止させる。
【００６４】
上記ステップＳ３００において、燃料電池システム１００が緊急停止条件に該当すると判断した場合には（ステップＳ３００：ＹＥＳ）、制御部２０は、通常停止処理を実行することなく、緊急停止処理を実行する（ステップＳ３５０）。この緊急停止処理において、制御部２０は、再起動までの時間を１０分と設定し、燃料電池システム１００を停止させる。
【００６５】
図５の通常運転処理が終了し、燃料電池システム１００が停止された後には、本実施形態においても、第１実施形態と同様、図４に示した再起動処理が実行される。
【００６６】
以上で説明した第２実施形態によれば、燃料電池システム１００の通常運転中に、燃料電池システム１００が緊急停止条件に該当するようになった場合に、燃料電池システム１００を緊急停止させることができる。なお、本実施形態において、制御部２０は、図５のステップＳ３３０およびステップＳ３４０に代えて、図２に示したシステム停止処理を実行してもよい。図５のステップＳ３３０およびステップＳ３４０に代えて、図２に示したシステム停止処理を実行すれば、通常停止処理中に緊急停止条件に該当するようになった場合にも、緊急停止処理を実行することができる。
【００６７】
Ｃ．変形例：
＜変形例１＞
上記実施形態では、例えば、図４に示した再起動処理中における通常停止処理（ステップＳ２４０）では、システム停止処理において実行されなかった未完了の処理が実行される。これに対して、制御部２０は、再起動処理中の通常停止処理において、通常停止処理を、最初からやり直してもよい。
【００６８】
＜変形例２＞
上記実施形態では、図４に示した再起動処理において、水素漏れが検出された場合には、通常停止処理が全て実行されない。これに対して、例えば、制御部２０は、水素漏れを検出した場合には、水素漏れによって影響が生じ得るアノード排水処理Ｓ１０４のみを実行しないようにし、水素漏れに関係のない他の処理、すなわち、カソード排水処理Ｓ１０３やカソード封止処理Ｓ１０２は実行するようにしてもよい。
【００６９】
＜変形例３＞
上記実施形態では、図３に示した排水処理Ｓ１０１にカソード排水処理Ｓ１０３とアノード排水処理Ｓ１０４とが含まれ、更に、これらは、それぞれ複数の処理を含んでいる。しかし、これらの処理内容は例示であり、上記実施形態に記載した処理内容に限定されるものではない。例えば、排水処理は、より細かく細分化されていてもよいし、すべての処理内容が、排水処理としてひとまとまりの処理であってもよい。また、排水処理Ｓ１０１では、カソード排水処理Ｓ１０３とアノード排水処理Ｓ１０４とのいずれか一方のみが実行されてもよい。
【００７０】
＜変形例４＞
上記実施形態では、制御部２０は、通常停止処理Ｓ１００として、排水処理Ｓ１０１とカソード封止処理Ｓ１０２とを両方実行する。これに対して、制御部２０は、通常停止処理Ｓ１００として、排水処理Ｓ１０１のみを実行してもよい。また、制御部２０は、通常停止処理Ｓ１００として、カソード封止処理Ｓ１０２のみを実行してもよい。
【００７１】
＜変形例５＞
上記実施形態では、燃料電池システム１００が通常停止された場合、第２の期間経過後に再起動されて、凍結抑制処理が実行される。しかし、通常停止後に再起動されて実行される処理は凍結抑制処理に限られない。例えば、外気温にかかわらず排水処理が行われてもよい。また、漏れ検出処理が実行されてもよい。
【００７２】
＜変形例６＞
上記実施形態では、通常停止処理が正常に完了した場合にも、再起動までの時間が設定され、燃料電池システム１００が再起動される。これに対して、通常停止処理が正常に完了した場合には、燃料電池システム１００は再起動されなくてもよい。
【００７３】
＜変形例７＞
上記実施形態の燃料電池システム１００は、車両に搭載されている。これに対して、燃料電池システム１００は、航空機や船舶など他の移動体に搭載されてもよい。また、燃料電池システム１００は、家庭や事業所の電力源として建物や土地に据え付けられてもよい。また、燃料電池１０としては、固体高分子形燃料電池に限らず、リン酸形燃料電池など、種々の燃料電池を適用可能である。
【００７４】
本発明は、上述の実施形態や変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態または変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１０…燃料電池
１１…セル
２０…制御部
３０…酸化ガス流路
３１…酸化ガス配管
３２…エアコンプレッサ
３４…開閉弁
４１…カソード排ガス配管
４３…調圧弁
５０…燃料ガス流路
５１…燃料ガス配管
５２…水素タンク
５３…開閉弁
５４…レギュレータ
５５…インジェクタ
５６…圧力センサ
６１…アノード排ガス配管
６２…気液分離部
６３…循環配管
６４…循環用ポンプ
６５…排水配管
６６…排水弁
７０…フューエルリッドセンサ
８０…イグニションスイッチ
８５…外気温センサ
９０…ＤＣ／ＤＣコンバータ
９２…バッテリ
９３…負荷
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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【図５】
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