(57)【要約】【課題】強制的に燃料電池を発電させる停止時処理の際に、電力損失を抑制する。【解決手段】燃料電池システムは、燃料電池と、バッテリと、コンプレッサと、コンプレッサを駆動するためのインバータと、バッテリ用昇圧コンバータと、燃料電池用昇圧コンバータと、制御部と、停止スイッチと、を備える。前記制御部は、停止スイッチから燃料電池システムを停止する旨の信号を取得した際に、（ａ）バッテリ用昇圧コンバータを遮断状態とし、（ｂ）燃料電池用昇圧コンバータを駆動した状態で燃料電池を発電させて、発電によって生じた電力を、燃料電池用昇圧コンバータを介してバッテリ用昇圧コンバータの前記コンデンサに蓄えさせ、（ｃ）インバータを制御して、コンデンサに蓄えた電力を利用してコンプレッサを駆動する。【選択図】図４
2017224460.tif 000002
【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、
バッテリと、
前記燃料電池に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス系統に設けられたコンプレッサと、
前記コンプレッサを駆動するためのインバータと、
一次側が前記バッテリに、二次側が前記インバータにそれぞれ接続されるとともに、前記二次側にコンデンサを備えるバッテリ用昇圧コンバータと、
一次側が前記燃料電池に、二次側が前記インバータと前記バッテリ用昇圧コンバータとを結ぶ配線にそれぞれ接続される燃料電池用昇圧コンバータと、
前記燃料電池用昇圧コンバータ、前記バッテリ用昇圧コンバータ、および前記インバータを制御する制御部と、
前記燃料電池システムを停止するための停止スイッチと、
を備え、
前記制御部は、
前記停止スイッチから前記燃料電池システムを停止する旨の信号を取得した際に、
（ａ）前記バッテリ用昇圧コンバータを遮断状態とし、
（ｂ）前記燃料電池用昇圧コンバータを駆動した状態で前記燃料電池を発電させて、前記発電によって生じた電力を、前記燃料電池用昇圧コンバータを介して前記バッテリ用昇圧コンバータの前記コンデンサに蓄えさせ、
（ｃ）前記インバータを制御して、前記コンデンサに蓄えた電力を利用して前記コンプレッサを駆動する、
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（ｃ）の処理によって前記コンプレッサを駆動することで、前記酸化剤ガス系統の掃気を行う、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、
前記制御部は、
（ｄ）前記（ｃ）の処理の実行後、前記コンプレッサに回生電力を発生させた上で前記コンプレッサを停止し、前記発生した回生電力を前記コンデンサに蓄えさせる、
燃料電池システム。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、
（ｅ）前記（ｄ）の処理の実行後、前記燃料電池と前記燃料電池用昇圧コンバータとの間に設けられたリレーを遮断する、
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を備える、車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムおよび車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の燃料電池システムは、例えば、特許文献１に記載されているように、バッテリと、インバータと、一次側がバッテリに接続され二次側がインバータに接続されるバッテリ用昇圧コンバータと、燃料電池と、一次側が燃料電池に接続され二次側がインバータとバッテリとを結ぶ配線に接続される燃料電池用昇圧コンバータと、を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−２２０９６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料電池システムでは、停止の際に、燃料電池内部の酸素を消費するために、強制的に燃料電池を発電させる停止時処理が行われるのが一般的である。前記先行技術の燃料電池システムでは、停止時処理において、上記の発電によって得られた電力を、バッテリ用昇圧コンバータを通じてバッテリに蓄え、その後、バッテリに蓄えた電力を、バッテリ用昇圧コンバータを通じてインバータ側に送る構成とすることができる。この構成では、バッテリ用昇圧コンバータを用いてバッテリへの電力の出し入れがなされることになり、バッテリ用昇圧コンバータにおいてスイッチングロスやリアクトルの熱損失が発生し、電力損失が発生した。そのため、燃料電池システムにおいて、強制的に燃料電池を発電させる停止時処理の際に、電力損失を抑制する技術が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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。
【０００６】
（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、バッテリと、前記燃料電池に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス系統に設けられたコンプレッサと、前記コンプレッサを駆動するためのインバータと、一次側が前記バッテリに、二次側が前記インバータにそれぞれ接続されるとともに、前記二次側にコンデンサを備えるバッテリ用昇圧コンバータと、一次側が前記燃料電池に、二次側が前記インバータと前記バッテリ用昇圧コンバータとを結ぶ配線にそれぞれ接続される燃料電池用昇圧コンバータと、前記燃料電池用昇圧コンバータ、前記バッテリ用昇圧コンバータ、および前記インバータを制御する制御部と、前記燃料電池システムを停止するための停止スイッチと、を備える。前記制御部は、前記停止スイッチから前記燃料電池システムを停止する旨の信号を取得した際に、（ａ）前記バッテリ用昇圧コンバータを遮断状態とし、（ｂ）前記燃料電池用昇圧コンバータを駆動した状態で前記燃料電池を発電させて、前記発電によって生じた電力を、前記燃料電池用昇圧コンバータを介して前記バッテリ用昇圧コンバータの前記コンデンサに蓄えさせ、（ｃ）前記インバータを制御して、前記コンデンサに蓄えた電力を利用して前記コンプレッサを駆動する。
【０００７】
この形態の燃料電池システムによれば、停止の際に発電させた燃料電池の発電電力は、燃料電池用昇圧コンバータを介して、バッテリ用昇圧コンバータの２次側に備えられたコンデンサに蓄えられ、このコンデンサに蓄えられた電力を利用してコンプレッサは駆動される。このため、この形態の燃料電池システムによれば、停止時に燃料電池を発電させる停止時処理の際に、バッテリ用昇圧コンバータを用いてバッテリへの電力の出し入れがなされることがないことから、電力損失を抑制することができる。
【０００８】
（２）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記（ｃ）の処理によって前記コンプレッサを駆動することで、前記酸化剤ガス系統の掃気を行ってもよい。この形態の燃料電池システムによれば、前記（ｂ）の処理によって前記燃料電池を発電させることで、燃料電池内部に残留した酸素を消費することができ、前記（ｃ）の処理によって、前記燃料電池に接続された酸化剤ガス系等の掃気を行うことができる。
【０００９】
（３）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、（ｄ）前記（ｃ）の処理の実行後、前記コンプレッサに回生電力を発生させた上で前記コンプレッサを停止し、前記発生した回生電力を前記コンデンサに蓄えさせてもよい。この形態の燃料電池システムによれば、コンプレッサに発生した回生電力を蓄電する際にも、バッテリ用昇圧コンバータを用いてバッテリへの電力の出し入れがなされることがないことから、電力損失をより抑制できる。
【００１０】
（４）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、（ｅ）前記（ｄ）の処理の実行後、前記燃料電池と前記燃料電池用昇圧コンバータとの間に設けられたリレーを遮断してもよい。この形態の燃料電池システムによれば、前記（ｄ）の処理によって、燃料電池用昇圧コンバータの二次側の電圧が高くなっていることから、燃料電池と燃料電池用昇圧コンバータとの間に設けられたリレーを遮断する際に、リレーの溶着を防止するための昇圧を必要としない。したがって、制御内容が容易となる。
【００１１】
（５）本発明の他の形態によれば、車両が提供される。この車両は、上記形態の燃料電池システムが備えられる。この形態の車両によれば、停止時に燃料電池を発電させる停止時処理の際に、バッテリ用昇圧コンバータを用いてバッテリへの電力の出し入れがなされることがないことから、電力損失を抑制することができる。
【００１２】
本発明は、装置（システム）、車両以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、燃料電池システムの制御方法、その制御方法を実現するコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した一時的な記録媒体等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態における燃料電池システムの電気系統を示す説明図である。
【図２】燃料電池システムのガス系統および冷媒系統を示す説明図である。
【図３】制御装置によって実行される停止時処理を示すフローチャートである。
【図４】電力の移動の様子を示す説明図である。
【図５】停止時処理の実行時における各種の信号等の変化を示すタイミングチャートである。
【図６】比較例における電力の移動の様子を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
Ａ．燃料電池システムの構成：
図１は、本発明の一実施形態における燃料電池システム１００の電気系統を示す説明図である。燃料電池システム１００は、例えば、車両に搭載される。燃料電池システム１００は、バッテリ１０と、バッテリ用リレー回路２０と、バッテリ用昇圧コンバータ３０と、インバータ４０と、エアコンプレッサＭＧ１と、駆動モータＭＧ２と、燃料電池スタック（ＦＣスタック）５０と、燃料電池用リレー回路６０と、燃料電池用昇圧コンバータ７０と、制御装置８０と、スタートスイッチ９０と、を備える。
【００１５】
バッテリ１０は、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池などによって構成される。
【００１６】
燃料電池スタック５０は、水素ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応によって発電するユニットであり、複数の単セルを積層して形成される。各単セルは、それぞれが単体でも発電可能な発電要素であり、電解質膜の両面に電極（カソード、アノード）を配置した発電体である膜電極接合体と、膜電極接合体の両外側に配置されるセパレータと、を備える。燃料電池スタック５０は、［発明の概要］の欄に記載した本発明の一形態における「燃料電池」に相当する。
【００１７】
エアコンプレッサＭＧ１は、燃料電池スタック５０に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス系統に設けられており、酸化剤ガスとしての空気を燃料電池スタック５０に供給する。エアコンプレッサＭＧ１は、三相コイルを備える同期モータを備える。エアコンプレッサＭＧ１は、［発明の概要］の欄に記載した本発明の一形態における「コンプレッサ」に相当する。
【００１８】
駆動モータＭＧ２は、三相交流電力を回転動力に変換する電動機であり、燃料電池システム１００が搭載された車両の車輪（図示せず）を駆動する。
【００１９】
バッテリ用昇圧コンバータ３０の一次側配線３０ａには、バッテリ１０がバッテリ用リレー回路２０を介して接続され、バッテリ用昇圧コンバータ３０の二次側配線３０ｂには、インバータ４０が接続されている。バッテリ用昇圧コンバータ３０は、バッテリ１０の電力を昇圧して、昇圧された電力をインバータ４０に供給する昇圧コンバータであり、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２と、コイル（「リアクトル」とも呼ぶ）Ｌ１と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、を備える。本明細書で、「一次側」とは、電力が供給される側、すなわち入力側である。「二次側」とは、電力を供給する側、すなわち出力側である。なお、バッテリ用昇圧コンバータ３０は、二次側配線３０ｂに供給された電力を降圧して、降圧された電力をバッテリ１０に供給することも可能な双方向のＤＣ−ＤＣコンバータとして構成されてもよい。コンデンサＣ１，Ｃ２は、一次側配線３０ａの側と二次側配線３０ｂの側との双方に設けられている。
【００２０】
バッテリ用リレー回路２０は、バッテリ１０とバッテリ用昇圧コンバータ３０の一次側配線３０ａとの間に介在され、バッテリ１０とバッテリ用昇圧コンバータ３０との間の電気的な接続と遮断とを切り替える。バッテリ用リレー回路２０は、バッテリ用第１メインリレーＳＭＲＢと、バッテリ用第２メインリレーＳＭＲＧと、バッテリ用第２メインリレーＳＭＲＧと並列に接続されているバッテリ用プリチャージリレーＳＭＲＰと、バッテリ用プリチャージリレーＳＭＲＰと直列に接続されている制限抵抗Ｒと、を有する。制限抵抗Ｒは、バッテリ用第２メインリレーＳＭＲＧの溶着を防止する。
【００２１】
燃料電池用昇圧コンバータ７０の一次側配線７０ａには、燃料電池スタック５０が燃料電池用リレー回路６０を介して接続され、燃料電池用昇圧コンバータ７０の二次側配線７０ｂには、インバータ４０が接続されている。具体的には、燃料電池用昇圧コンバータ７０の二次側配線７０ｂには、バッテリ用昇圧コンバータ３０の二次側配線３０ｂとインバータ４０とを結ぶ配線に接続されている。燃料電池用昇圧コンバータ７０は、燃料電池スタック５０の電力を昇圧して、昇圧された電力をインバータ４０に供給する昇圧コンバータであり、スイッチング素子Ｓａと、ダイオードＤａと、コイル（「リアクトル」とも呼ぶ）Ｌａと、コンデンサＣａと、を備える。コンデンサＣａは、二次側配線７０ｂの側に設けられている。
【００２２】
燃料電池用リレー回路６０は、燃料電池スタック５０と燃料電池用昇圧コンバータ７０の一次側配線７０ａとの間に介在され、燃料電池スタック５０と燃料電池用昇圧コンバータ７０との間の電気的な接続と遮断とを切り替える。燃料電池用リレー回路６０は、燃料電池用第１メインリレーＦＣＲＢと、燃料電池用第２メインリレーＦＣＲＧと、を有する。
【００２３】
インバータ４０は、バッテリ１０または燃料電池スタック５０側から供給された直流の電力を、三相交流の電力に変換し、駆動モータＭＧ２、エアコンプレッサＭＧ１の同期モータに供給する。
【００２４】
スタートスイッチ９０は、運転者によって操作される車両の起動スイッチであり、スタートスイッチ９０がオンされると、車両に搭載される燃料電池システム１００が起動し、スタートスイッチ９０がオフされると、燃料電池システム１００は停止される。すなわち、スタートスイッチ９０がオン状態に切り替えられると、スタートスイッチ９０は燃料電池システム１００を起動する旨の信号を出力する。スタートスイッチ９０がオフ状態に切り替えられると、スタートスイッチ９０は燃料電池システム１００を停止する旨の信号を出力する。スタートスイッチ９０は、［発明の概要］の欄に記載した本発明の一形態における「停止スイッチ」に相当する。
【００２５】
制御装置８０は、スタートスイッチ９０の出力信号や、図示しないアクセルペダルポジションセンサからのアクセル開度信号等を取得して、バッテリ用リレー回路２０、バッテリ用昇圧コンバータ３０、インバータ４０、燃料電池用リレー回路６０、および燃料電池用昇圧コンバータ７０等を制御する。すなわち、制御装置８０は、スタートスイッチ９０から燃料電池システム１００を起動する旨の信号を取得した際に、バッテリ用リレー回路２０、バッテリ用昇圧コンバータ３０、燃料電池用リレー回路６０、および燃料電池用昇圧コンバータ７０を制御することによって、バッテリ１０および燃料電池スタック５０の出力電力を制御し、インバータ４０を制御することによって、エアコンプレッサＭＧ１の同期モータの出力トルク、および駆動モータＭＧ２の出力トルクを制御する。また、制御装置８０は、スタートスイッチ９０から燃料電池システム１００を停止する旨の信号を取得した際に、所定の停止時処理を行う。停止時処理については、後ほど詳述する。
【００２６】
図２は、燃料電池システム１００のガス系統および冷媒系統を示す説明図である。燃料電池システム１００は、酸化剤ガス系統１３０と、水素ガス系統１５０と、冷媒系統１７０と、を備える。
【００２７】
酸化剤ガス系統１３０は、燃料電池スタック５０に酸化剤ガスとしての空気を供給する機能と、燃料電池スタック５０のカソード側から排出される排水とカソード排ガスとを燃料電池システム１００の外部に排出する機能と、を有する。酸化剤ガス系統１３０は、燃料電池スタック５０の上流側に、空気供給用配管１３１と、エアフロメータ１３３と、エアコンプレッサＭＧ１（図１も参照）と、分流弁１３５と、空気分流用配管１３７と、を備える。
【００２８】
空気供給用配管１３１は、燃料電池スタック５０のカソード側の入口に接続されている配管である。エアコンプレッサＭＧ１は、空気供給用配管１３１を介して燃料電池スタック５０に接続されており、先に説明したように、外気を取り込んで圧縮した空気を、酸化剤ガスとして燃料電池スタック５０のカソード側に供給する。エアフロメータ１３３は、エアコンプレッサＭＧ１の上流側において、エアコンプレッサＭＧ１が取り込む外気の量を計測する。分流弁１３５は、エアコンプレッサＭＧ１と燃料電池スタック５０との間に設けられ、エアコンプレッサＭＧ１によって圧縮された空気を、燃料電池スタック５０側と、後述するカソード排ガス用配管１４１側とに分流する。
【００２９】
酸化剤ガス系統１３０は、燃料電池スタック５０の下流側に、カソード排ガス用配管１４１と、調圧弁１４３と、マフラー１４６と、を備える。カソード排ガス用配管１４１は、燃料電池スタック５０のカソード側の出口に接続されている配管であり、排水及びカソード排ガスを燃料電池システム１００の外部へと排出可能である。調圧弁１４３は、カソード排ガス用配管１４１におけるカソード排ガスの圧力（燃料電池スタック５０のカソード側の背圧）を調整する。カソード排ガス用配管１４１における調圧弁１４３より下流に、空気分流用配管１３７の分流先のポートが接続されている。
【００３０】
水素ガス系統１５０は、燃料電池スタック５０に水素ガスを供給する機能と、燃料電池スタック５０から排出されるアノード排ガスを燃料電池システム１００の外部に排出する機能と、燃料電池システム１００内において循環させる機能と、を有する。水素ガス系統１５０は、燃料電池スタック５０の上流側に、水素ガス供給配管１５１と、水素タンク１５２と、を備える。水素タンク１５２には、燃料電池スタック５０に供給するための高圧水素が充填されている。水素タンク１５２は、水素ガス供給配管１５１を介して燃料電池スタック５０のアノード側の入口に接続されている。
【００３１】
水素ガス供給配管１５１には、さらに、開閉弁１５３と、レギュレータ１５４と、水素供給装置１５５とが、この順序で、上流側（水素タンク１５２側）から設けられている。開閉弁１５３は、水素タンク１５２から水素供給装置１５５への水素の流入を調整する。レギュレータ１５４は、水素供給装置１５５の上流側における水素の圧力を調整するための減圧弁である。水素供給装置１５５は、例えば、電磁駆動式の開閉弁であるインジェクタによって構成される。
【００３２】
水素ガス系統１５０は、燃料電池スタック５０の下流側に、アノード排ガス用配管１６１と、気液分離部１６２と、水素ガス循環配管１６３と、水素循環用ポンプ１６４と、アノード排水用配管１６５と、排水弁１６６と、を備える。アノード排ガス用配管１６１は、燃料電池スタック５０のアノード側の出口と気液分離部１６２とを接続する配管である。
【００３３】
気液分離部１６２は、水素ガス循環配管１６３と、アノード排水用配管１６５とに接続されている。アノード排ガス用配管１６１を介して気液分離部１６２に流入したアノード排ガスは、気液分離部１６２によって気体成分と水分とに分離される。気液分離部１６２内において、アノード排ガスの気体成分は水素ガス循環配管１６３へと誘導され、水分はアノード排水用配管１６５へと誘導される。
【００３４】
水素ガス循環配管１６３は、水素ガス供給配管１５１の水素供給装置１５５より下流に接続されている。水素ガス循環配管１６３には、水素循環用ポンプ１６４が設けられている。水素循環用ポンプ１６４は、気液分離部１６２において分離された気体成分に含まれる水素を水素ガス供給配管１５１へと送り出す循環ポンプとして機能する。
【００３５】
アノード排水用配管１６５には排水弁１６６が設けられている。排水弁１６６は、制御装置８０からの指令に応じて開閉する。制御装置８０は、通常、排水弁１６６を閉じておき、予め設定された所定の排水タイミングや、アノード排ガス中の不活性ガスの排出タイミングで排水弁１６６を開く。アノード排水用配管１６５の下流端は、アノード側の排水とアノード排ガスとを、カソード側の排水とカソード排ガスとに混合して排出可能なように、カソード排ガス用配管１４１に合流されている。
【００３６】
冷媒系統１７０は、冷媒用配管１７１と、ラジエータ１７２と、循環ポンプ１７４と、を備える。冷媒用配管１７１は、燃料電池スタック５０を冷却するための冷媒を循環させるための配管であり、上流側配管１７１ａと、下流側配管１７１ｂと、で構成される。上流側配管１７１ａは、燃料電池スタック５０内の冷媒流路の出口とラジエータ１７２の入口とを接続する。下流側配管１７１ｂは、燃料電池スタック５０内の冷媒流路の入口とラジエータ１７２の出口とを接続する。
【００３７】
ラジエータ１７２は、外気を取り込むファンを有し、冷媒用配管１７１の冷媒と外気との間で熱交換させることにより、冷媒を冷却する。循環ポンプ１７４は、下流側配管１７１ｂに設けられており、冷媒は、循環ポンプ１７４の駆動力によって冷媒用配管１７１内を流れる。
【００３８】
酸化剤ガス系統１３０、水素ガス系統１５０、および冷媒系統１７０の前述した構成部品は、制御装置８０（図１）によって制御される。制御装置８０は、燃料電池スタック５０への水素ガスや空気の供給制御、燃料電池スタック５０からの排水制御、燃料電池スタックで発生した排熱のラジエータ１７２での冷却制御を行う。
【００３９】
Ｂ．停止時処理について：
図３は、制御装置８０によって実行される停止時処理を示すフローチャートである。停止時処理は、スタートスイッチ９０から燃料電池システム１００を停止する旨の信号が取得された際に、実行開始される。なお、この停止する旨の信号が取得されたときには、通常、駆動モータＭＧ２は停止され、エアコンプレッサＭＧ１は駆動されている状態にある。処理が開始されると、制御装置８０は、まず、燃料電池スタック５０を停止する燃料電池停止処理（ＦＣ停止処理）を実行する（ステップＳ１００）。
【００４０】
燃料電池停止処理は、酸素消費の処理（ステップＳ１１０）と、掃気・排水の処理（ステップＳ１２０）と、エアコンプレッサ停止の処理（ステップＳ１３０）とを含む。各処理Ｓ１１０〜Ｓ１３０は、この順に実行される。
【００４１】
ステップＳ１１０の酸素消費の処理は、燃料電池システム１００が停止されたときに、燃料電池スタック５０内に残存する空気を強制的に消費させるものである。具体的には、制御装置８０は、空気供給用配管１３１（図２参照）に備えられた分流弁１３５を燃料電池スタック５０側は０％、カソード排ガス用配管１４１側は１００％となるように制御するとともに調圧弁１４３を閉じることによって、空気供給用配管１３１における分流弁１３５より下流側を封止した状態とし、この状態で、水素ガス系統１５０に備えられた開閉弁１５３とレギュレータ１５４と水素供給装置１５５とを制御して水素ガス供給配管１５１から燃料電池スタック５０に水素ガスを供給することによって、燃料電池スタック５０を発電させる。この発電によって、燃料電池スタック５０内に残存する空気は消費される。
【００４２】
この発電によって発生した電力は、いずれかの構成要素に蓄える必要がある。比較例として、バッテリ１０に蓄えることが考えられる。具体的には、燃料電池用リレー回路６０（図１）およびバッテリ用リレー回路２０を導通状態とし、燃料電池用昇圧コンバータ７０およびバッテリ用昇圧コンバータ３０を駆動することによって、燃料電池スタック５０によって発生した電力をバッテリ１０に蓄える。
【００４３】
これに対して、本実施形態では、燃料電池用リレー回路６０を導通状態とし、燃料電池用昇圧コンバータ７０を駆動し、バッテリ用昇圧コンバータ３０を遮断状態とする。バッテリ用昇圧コンバータ３０を遮断状態とするとは、具体的には、バッテリ用昇圧コンバータ３０に備えられる各スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２のゲート遮断を行って、二次側配線３０ｂの側に入力された電流が一次側配線３０ａの側から出力しない、あるいは、一次側配線３０ａの側に入力された電流が二次側配線３０ｂの側から出力しない状態（遮断状態）とすることである。これによって、図４における矢印ラインＴ１に示すように、燃料電池スタック５０によって発生した電力は、バッテリ１０側に移動することなく、バッテリ用昇圧コンバータ３０の二次側配線３０ｂ側のコンデンサＣ２に蓄えられる。なお、バッテリ用昇圧コンバータ３０は、遮断状態となった後、停止時処理においては再駆動されることはない。
【００４４】
ステップＳ１２０（図３）の掃気・排水の処理は、燃料電池スタック５０内のアノード側のガス流路と、水素ガス循環配管１６３（図２）と、酸化剤ガス系統１３０とを掃気し、排水する処理である。具体的には、水素供給装置１５５を介した水素タンク１５２からの水素の供給を停止した状態において、水素循環用ポンプ１６４を駆動する。これによって、燃料電池スタック５０内のアノード側のガス流路や水素ガス循環配管１６３内に残留している水素を含む残留ガスが掃気ガスとして循環し、燃料電池スタック５０内や水素ガス循環配管１６３内が掃気される。
【００４５】
掃気ガスによって燃料電池スタック５０内や水素ガス循環配管１６３から排出された水は、気液分離部１６２の内部空間に貯留される。制御装置８０は、水素循環用ポンプ１６４によって掃気ガスが循環されている間に排水弁１６６を定期的に開くことによって、気液分離部１６２に貯留された排水を外部へと排出する。このとき、エアコンプレッサＭＧ１は駆動された状態が継続されており、エアコンプレッサＭＧ１により圧縮された空気は、分流弁１３５によってカソード排ガス用配管１４１側に送られ、気液分離部１６２からの排水が希釈される。
【００４６】
なお、エアコンプレッサＭＧ１の駆動は、ステップＳ１１０の酸素消費の処理の際にバッテリ用昇圧コンバータ３０のコンデンサＣ２に蓄えられた電力を利用して行われる。具体的には、制御装置８０は、インバータ４０を制御して、コンデンサＣ２に蓄えられた電力を利用してエアコンプレッサＭＧ１を駆動する。図４における矢印ラインＴ２に示すように、コンデンサＣ２に蓄えられた電力は、インバータ４０を介してエアコンプレッサＭＧ１に供給されることになる。
【００４７】
これらの一連の掃気ガスの循環および排水が完了したことが、カソード排ガス用配管１４１に設けられた圧力センサ（図示せず）によって検出されたときに、ステップＳ１３０（図３）のエアコンプレッサ（ＡＣＰ）停止の処理が実行される。具体的には、エアコンプレッサＭＧ１を停止するに際して、まず、インバータ４０を制御して、エアコンプレッサＭＧ１の同期モータにマイナストルクをかけて回生電力を発生させる。このとき、バッテリ用昇圧コンバータ３０は遮断状態にあることから、エアコンプレッサＭＧ１で発生した回生電力は、バッテリ用昇圧コンバータ３０の二次側配線３０ｂ側のコンデンサＣ２に蓄えられる。すなわち、図４における矢印ラインＴ３に示すように、エアコンプレッサＭＧ１で発生した回生電力が、インバータ４０を介してコンデンサＣ２に供給される。
【００４８】
回生電力が小さくなると、その後、エアコンプレッサＭＧ１を停止する。具体的には、制御装置８０は、インバータ４０を制御して、エアコンプレッサＭＧ１を停止させる。ステップＳ１３０までの処理によって、燃料電池停止処理が完了する。
【００４９】
なお、上述したコンデンサＣ２への電力の蓄え、およびコンデンサＣ２からの電力の引き出しは、コンデンサＣ２に並列に接続された燃料電池用昇圧コンバータ７０側のコンデンサＣａと協調して行われる。すなわち、互いに並列に接続されたコンデンサＣ１とコンデンサＣａとは、各コンデンサＣ１，Ｃａの静電容量の和である静電容量の一つの合成コンデンサと捉えることができることから、コンデンサＣ２への電力の出し入れは、コンデンサＣ１とコンデンサＣａとの全体への電力の出し入れと捉えることができる。
【００５０】
燃料電池スタック５０の停止が完了すると、次いで、制御装置８０は、燃料電池用リレー回路６０のＦＣの第１メインリレーＦＣＲＢをオフ（遮断）する処理を行う（図３のステップＳ２００）。なお、この遮断の際には、図４のＴ３の電力の供給によって、燃料電池用昇圧コンバータ７０の二次側配線７０ｂ側の電圧は燃料電池スタック５０の開回路電圧（以下、「ＯＣＶ」と呼ぶ）以上となっているために、燃料電池スタック５０から燃料電池用昇圧コンバータ７０に向かって電気は流れることはない。また、二次側配線７０ｂをＯＣＶ以上としても、燃料電池用昇圧コンバータ７０にダイオードＤａが備えられていることから、燃料電池用昇圧コンバータ７０から燃料電池スタック５０に向かって電気は流れない。このため、第１メインリレーＦＣＲＢの遮断時に突入電流が発生することがないことから、第１メインリレーＦＣＲＢの溶着が防止される。
【００５１】
ステップＳ２００の実行後、制御装置８０は、バッテリ用リレー回路２０のバッテリ用第１メインリレーＳＭＲＢをオフ（遮断）する処理を行う（ステップＳ３００）。このステップＳ３００では、制御装置８０は、最初に、ＯＣＶ以上となった燃料電池用昇圧コンバータ７０の二次側配線７０ｂ側の電力を、インバータ４０を制御して駆動モータＭＧ２に供給することによって消費する。具体的には、駆動モータＭＧ２を車両が移動しない程度の微少量だけ駆動することによって上記の電力を消費する。その後、制御装置８０は、バッテリ用第１メインリレーＳＭＲＢをオフする。上記のように電力を消費したことで、バッテリ用昇圧コンバータ３０の二次側配線３０ｂ側の電流が低下していることから、バッテリ用第１メインリレーＳＭＲＢの遮断時には、バッテリ用第１メインリレーＳＭＲＢは溶着することはない。ステップＳ３００の実行後、制御装置８０は、停止時処理を終了する。
【００５２】
図５は、停止時処理の実行時における各種の信号等の変化を示すタイミングチャートである。図５には、上から順に、スタートスイッチ９０の出力信号ＳＷ、バッテリ用昇圧コンバータ３０の二次側配線３０ｂ側の出力電圧ＶＨ、エアコンプレッサＭＧ１についてのゲート、回転数、トルク、バッテリ用昇圧コンバータ３０の駆動／遮断、駆動モータの駆動／停止、燃料電池スタック５０の発電電力、バッテリ１０の出力電流ＩＢ、が示されている。図中において、実線が本実施形態についてのものであり、２点鎖線が比較例についてのものである。比較例は、ＦＣ停止処理においてバッテリ用昇圧コンバータ３０の駆動を継続するものであり、詳細については後述する。バッテリ用昇圧コンバータ３０の二次側配線３０ｂ側の出力電圧ＶＨは、燃料電池用昇圧コンバータ７０の二次側配線７０ｂ側の電圧ＦＶＨでもある。
【００５３】
図示するように、スタートスイッチ９０の出力信号ＳＷがＯＮからＯＦＦに切り替わった後に、前述したＦＣ停止処理（ステップＳ１００）、ＦＣＲ遮断の処理（ステップＳ２００）、ＳＭＲ遮断の処理（ステップＳ３００）が順に実行される。
【００５４】
図示するように、ＦＣ停止処理において最初に実行される酸素消費の処理（ステップＳ１１０）の実行時には、バッテリ用昇圧コンバータ３０が駆動状態から遮断状態に切り替わったタイミングで、燃料電池スタック５０の発電が開始され、燃料電池スタック５０の発電電力が立ち上がる。この結果、燃料電池用昇圧コンバータ７０の二次側配線７０ｂ側の電圧ＦＶＨ、すなわち、バッテリ用昇圧コンバータ３０の二次側配線３０ｂ側の出力電圧ＶＨが上昇する。出力電圧ＶＨが上昇するのは、バッテリ用昇圧コンバータ３０が遮断状態であり、燃料電池スタック５０の発生電力がバッテリ用昇圧コンバータ３０のコンデンサＣ２に蓄えられるためである。
【００５５】
酸素消費に続く掃気・排水の処理（ステップＳ１２０）の実行時には、コンデンサＣ２に蓄えられた電力を用いて、エアコンプレッサＭＧ１が駆動されており、このため、出力電圧ＶＨは徐々に低下する。
【００５６】
掃気・排水に続くエアコンプレッサ停止の処理（ステップＳ１３０）の実行時には、エアコンプレッサＭＧ１のトルクはマイナス側に低下し、回生発電される。回生発電された電力は、前述したように、バッテリ用昇圧コンバータ３０の二次側配線３０ｂ側のコンデンサＣ２に蓄えられることから、バッテリ用昇圧コンバータ３０の二次側配線３０ｂ側の出力電圧ＶＨが上昇する。このとき、エアコンプレッサＭＧ１の回転数は徐々に低下し、エアコンプレッサＭＧ１のゲートは駆動から遮断に切り替えられ、エアコンプレッサＭＧ１は停止する。
【００５７】
エアコンプレッサ停止の処理（ステップＳ１３０）が完了すると、ＦＣＲ遮断の処理（ステップＳ２００）とＳＭＲ遮断の処理（ステップＳ３００）が順に実行される。ＦＣＲ遮断の処理の実行時には、燃料電池用昇圧コンバータ７０の二次側配線７０ｂ側の電圧ＦＶＨは、ＯＣＶを上回っており、第１メインリレーＦＣＲＢがオフされる。ＳＭＲ遮断の処理の実行時には、駆動モータＭＧ２を微少量だけ駆動させることで、バッテリ用昇圧コンバータ３０の二次側配線３０ｂ側の出力電圧ＶＨは放電される。
【００５８】
Ｃ．比較例について：
前述したように、本実施形態は、燃料電池停止処理における酸素消費の処理の際に、バッテリ用昇圧コンバータ３０を停止する構成である。これに対して、比較例は、燃料電池停止処理の際にバッテリ用昇圧コンバータ３０を継続して駆動し、燃料電池停止処理が完了したときにバッテリ用昇圧コンバータ３０を遮断状態とする構成である。
【００５９】
図６は、比較例における電力の移動の様子を示す説明図である。比較例では、酸素消費の処理の際に燃料電池スタック５０で発生した電力は、矢印ラインＹ１に示すように、燃料電池用リレー回路６０、燃料電池用昇圧コンバータ７０を通過し、その後、バッテリ用昇圧コンバータ３０、バッテリ用リレー回路２０を通過して、バッテリ１０に蓄えられる。バッテリ１０に蓄えられた電力は、矢印ラインＹ２に示すように、インバータ４０を介してエアコンプレッサＭＧ１に供給される。エアコンプレッサＭＧ１で発生した回生電力は、矢印ラインＹ３に示すように、インバータ４０を介してバッテリ１０に供給される。
【００６０】
図５において２点鎖線で示したのが、比較例における各種の信号等の変化である。比較例では、酸素消費の処理の実行時には、バッテリ１０の出力電流ＩＢは低下し、バッテリ用昇圧コンバータ３０の二次側配線３０ｂ側の出力電圧ＶＨの上昇は見られない。これは、バッテリ用昇圧コンバータ３０は駆動状態であり、燃料電池スタック５０の発生電力はバッテリ１０に蓄えられるためである。このため、比較例では、ＦＣＲ遮断の処理の際に、燃料電池用昇圧コンバータ７０を制御して、燃料電池用昇圧コンバータ７０の二次側配線７０ｂ側の電圧をＯＣＶ以上に昇圧させ、その後に、第１メインリレーＦＣＲＢをオフする。
【００６１】
Ｄ．実施形態の作用・効果：
以上のように構成された燃料電池システム１００によれば、前述したように、燃料電池システム１００を停止する際に発電させた燃料電池スタック５０の発電電力は、燃料電池用昇圧コンバータ７０を介して、バッテリ用昇圧コンバータ３０の２次側に備えられたコンデンサＣ２に蓄えられ、コンデンサＣ２に蓄えられた電力を利用して、エアコンプレッサＭＧ１は駆動される。このため、燃料電池システム１００によれば、停止時に燃料電池を発電させる停止時処理の際に、バッテリ用昇圧コンバータ３０を用いてバッテリ１０への電力の出し入れがなされることがないことから、停止時処理の際に、電力損失を抑制することができる。
【００６２】
また、燃料電池システム１００によれば、制御装置８０は、エアコンプレッサ停止の処理の実行の際には、エアコンプレッサＭＧ１に回生電力を発生させた上でエアコンプレッサＭＧ１を停止し、発生した回生電力をコンデンサＣ２に蓄えさせている。このため、燃料電池システム１００によれば、エアコンプレッサＭＧ１に発生した回生電力を蓄電する際にも、バッテリ用昇圧コンバータ３０を用いてバッテリ１０への電力の出し入れがなされることがないことから、電力損失をより抑制できる。
【００６３】
さらに、燃料電池システム１００によれば、ＦＣＲ遮断の処理の際に、その前に行われたコンデンサＣ２への蓄電によって、燃料電池用昇圧コンバータ７０の二次側の電圧ＦＶＨが高くなっていることから、燃料電池用リレー回路６０を遮断する際に、リレーの溶着を防止するための昇圧を必要としない。したがって、制御内容が容易となる。
【００６４】
Ｅ．変形例：
・変形例１：
前記実施形態では、制御装置８０は、燃料電池システム１００の電気系統（図１）の構成要素と、燃料電池システム１００のガス系統および冷媒系統（図２）の構成要素との双方を制御する構成であった。これに対して、変形例として、電気系統（図１）の構成要素を制御する第１の制御装置と、ガス系統および冷媒系統の構成要素を制御する第２の制御装置とを個別に用意し、第１の制御装置と第２の制御装置との間で通信を行いながら、停止時処理を実行する構成としてもよい。また、制御装置は、電気系統用のもの、ガス系統および冷媒系統用のものといった区分以外にも、電気系統（図１）の構成要素であるバッテリ用昇圧コンバータ３０、インバータ４０、燃料電池用昇圧コンバータ７０等の中で複数に区分する構成等、種々の区分けによって、例えば２つ、３つ、４つ等の２以上の数の制御部を用いる構成としてもよい。さらに、制御装置８０の替わりに備えられた別の制御部が、機能の一部として制御装置８０の機能を備えていてもよい。
【００６５】
・変形例２：
前記実施形態では、掃気・排水の処理（図３のステップＳ１２０）において、酸素消費の処理（図３のステップＳ１１０）でコンデンサＣ１に蓄えられた電力を利用して、エアコンプレッサＭＧ１を駆動していた。この掃気・排水の処理は、必ずしも排水の処理を伴う必要はなく、掃気だけとしてもよい。また、掃気・排水の処理は、前記実施形態では、燃料電池スタック５０内のアノード側のガス流路と、水素ガス循環配管１６３（図２）と、酸化剤ガス系統１３０と、を含む構成であったが、これに替えて、燃料電池スタック５０内のカソード側のガス流路も更に含む構成としてもよい。また、燃料電池スタック５０内のアノード側のガス流路と水素ガス循環配管１６３（図２）とを除いて、酸化剤ガス系統１３０の掃気だけを行う構成としてもよい。さらには、掃気と呼ぶほどの酸化剤ガスの搬送を伴わないエアコンプレッサＭＧ１の駆動であってもよい。
【００６６】
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、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、前述した実施形態および各変形例における構成要素の中の、独立請求項で記載された要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１０…バッテリ
２０…バッテリ用リレー回路
３０…バッテリ用昇圧コンバータ
３０ａ…一次側配線
３０ｂ…二次側配線
４０…インバータ
５０…燃料電池スタック（ＦＣスタック）
６０…燃料電池用リレー回路
７０…燃料電池用昇圧コンバータ
７０ａ…一次側配線
７０ｂ…二次側配線
８０…制御装置
９０…スタートスイッチ
１００…燃料電池システム
１３０…酸化剤ガス系統
１３１…空気供給用配管
１３３…エアフロメータ
１３５…分流弁
１３７…空気分流用配管
１４１…カソード排ガス用配管
１４３…調圧弁
１４６…マフラー
１５０…水素ガス系統
１５１…水素ガス供給配管
１５２…水素タンク
１５３…開閉弁
１５４…レギュレータ
１５５…水素供給装置
１６１…アノード排ガス用配管
１６２…気液分離部
１６３…水素ガス循環配管
１６４…水素循環用ポンプ
１６５…アノード排水用配管
１６６…排水弁
１７０…冷媒系統
１７１…冷媒用配管
１７１ａ…上流側配管
１７１ｂ…下流側配管
１７２…ラジエータ
１７４…循環ポンプ
Ｃ１…コンデンサ
Ｃ２…コンデンサ
Ｃａ…コンデンサ
Ｄ１，Ｄ２…ダイオード
Ｄａ…ダイオード
ＦＣＲＢ…燃料電池用第１メインリレー
ＦＣＲＧ…燃料電池用第２メインリレー
ＭＧ１…エアコンプレッサ
ＭＧ２…駆動モータ
Ｓ１，Ｓ２…スイッチング素子
Ｓａ…スイッチング素子
ＳＭＲＢ…バッテリ用第１メインリレー
ＳＭＲＧ…バッテリ用第２メインリレー
ＳＭＲＰ…バッテリ用プリチャージリレー
Ｒ…制限抵抗
【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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