JP2011228076A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池システムにおいて、修理や点検を行う作業者の作業時の安全性を有効に確保することである。
【解決手段】燃料電池システム１０は、筐体３８と、放電用接続路４６と、放電用変位導体５８と、係止部材５６とを備える。放電用接続路４６は、燃料電池スタック１２の正極側及び負極側の間に接続され、放電抵抗４８と放電用リレー５０とを含む。放電用変位導体５８は、放電用リレー５０に対し移動可能に配置され、放電用リレー５０の２の端子Ａ，Ｂ側の導体部分に接触した場合に、燃料電池スタック１２から放電抵抗４８による放電を可能とする。係止部材５６は、放電用変位導体５８に結合され、筐体３８の蓋部４４と筐体本体部４０とに係止する。放電用変位導体５８が２の端子Ａ，Ｂ側の導体部分に押し付けられた場合にのみ、係止部材５６と筐体３８との係止が解除される。

【選択図】図１

Description

本発明は、複数積層した単セルを有するセル積層体を含み、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池を備える燃料電池システムに関する。

セル積層体であり、燃料電池を構成する燃料電池スタックは、例えばアノード側電極、電解質膜およびカソード側電極から成る膜−電極アセンブリ（ＭＥＡ）とセパレータとを１組の単セルである燃料電池セルとして、これを複数組積層することにより構成している。すなわち、各燃料電池セルは、高分子イオン交換膜から成る電解質膜の一方の面にアノード側電極を、他方の面にカソード側電極を、それぞれ配置して、さらに両側にセパレータを設けることにより構成している。そして、このような燃料電池セルを複数組積層し、さらに集電板、絶縁板及びエンドプレートで狭持することにより、高電圧を発生する燃料電池スタックを構成する。

このような燃料電池スタックを含む燃料電池システムでは、アノード側電極に燃料ガス、例えば水素を含むガスを供給すると共に、カソード側電極に、酸化ガス、例えば空気を供給する。これにより、燃料ガスおよび酸化ガスが電気化学反応に供されて、起電力を発生し、カソード側電極では、水が生成される。

従来から、燃料電池スタックの外力からの保護等のため、ケースである筐体に燃料電池スタックを収容することが行われている。また、燃料電池システムを搭載する燃料電池車両において、燃料電池スタックと筐体との間、及び、燃料電池スタックに接続されている、冷媒である冷却水を流すための冷却水配管や、燃料電池スタックに接続された配線と車体との間に絶縁部を設けることが行われている。

また、特許文献１には、補助電源のバッテリに蓄えられている電力を放出させる放電手段と、バッテリから負荷装置へ電力を供給する配電経路に漏電が生じたことを検出する漏電検出手段と、漏電検出手段により漏電が検出された場合に配電経路を遮断するとともに放電手段を介してバッテリに蓄えられている電力を放出させる切換手段とを備える燃料電池システムが記載されている。この構成によれば、衝撃や手動のスイッチ切換によらず自動的に漏電を検出し、補助電池の放電をすることができ、燃料電池システムの安全性を向上させることができるとされている。

また、特許文献２には、燃料電池と燃料電池を冷却する冷却装置とを備える燃料電池システムにおいて、燃料電池の余剰電力を消費する放電装置を備え、放電装置は、余剰電力を消費させる放電抵抗として冷却装置の冷却液を利用可能に構成されている燃料電池放電システムが記載されている。この構成によれば、燃料電池の既存設備を利用して余剰電力を放電させることができるとされている。

また、特許文献３には、車両の走行時において、衝突予知信号が入力されると、システムメインリレーをオフにするステップと、高圧コンデンサまたは高圧コンデンサ及び低圧コンデンサを、車両駆動用電動機にトルクが発生しないようにインバータ回路のＩＧＢＴをスイッチングしてディスチャージするステップとを含むプログラムを実行するＨＶ−ＥＣＵを含む制御装置が記載されている。この構成によれば、車両の衝突時においても、高電圧電力が蓄えられたコンデンサによる危険性を排除できるとされている。

特開２００８−１９２５４３号公報 特開２００５−３４０００２号公報 特開２００５−２０９５２号公報

燃料電池システムを搭載する従来の燃料電池車両では、燃料電池スタックに冷却水を供給するための冷却水配管の破損等のため、絶縁部の絶縁抵抗が低下すると、燃料電池スタックから外部へ漏電する可能性がないとはいえない。例えば、車両の衝突等により、冷却水配管が破損すると、燃料電池スタックと車体とが低抵抗で接触する可能性がある。また、燃料電池スタックの電圧は、負荷を引かない、すなわち負荷に接続しないと、長時間低下しない可能性がある。

一方、車両の修理、点検等のため、作業者が車両が停止した状態で、筐体に収容した燃料電池スタック等、筐体内部部品を修理、点検する場合がある。ただし、作業者が修理、点検のため、閉鎖されている筐体の開口部を開放する場合に、燃料電池スタックに電圧、電荷が残っている可能性がある。

この場合、燃料電池スタックと車体とが低抵抗(例えば０Ω近辺)で接触しているときに、作業者が燃料電池スタックの総プラスである正極端子側、または、総マイナスである負極端子側に接触すると、燃料電池スタック及び高電圧回路と作業者とを含む放電経路であるループが生成される可能性がある。このため、修理や点検を行う作業者の作業時の安全性をより有効に確保する手段の実現が望まれている。

本発明の目的は、燃料電池システムにおいて、修理や点検を行う作業者の作業時の安全性をより有効に確保することである。

本発明の燃料電池システムは、複数積層した単セルを有するセル積層体を含み、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、
筐体本体部と、筐体本体部の開口部を塞ぐ蓋部とを含み、セル積層体を収容する筐体と、
セル積層体の正極側及び負極側の間に接続され、放電抵抗と断接切り換え部とを含む放電用接続路と、
断接切り換え部に対し移動可能に配置され、断接切り換え部の２の端子に接触した場合に、セル積層体から放電抵抗による放電を可能とする放電用変位導体と、
放電用変位導体に結合され、蓋部と筐体本体部とに係止することにより、筐体本体部の開口部の開放を阻止している係止部材とを備え、
外力により放電用変位導体が断接切り換え部側に押され、放電用変位導体が断接切り換え部の２の端子側の導体部分に接触した導体切り換え部接触の場合に、セル積層体の余剰電力が放電抵抗により放電され、セル積層体の残電圧が低減され、導体切り換え部接触が実現された場合にのみ、筐体本体部及び蓋部に対する係止部材の係止が解除され、開口部の開放が可能となることを特徴とする燃料電池システムである。
なお、「２の端子側の導体部分」とは、断接切り換え部の接続及び切り離しが可能な２の端子自体または２の端子のそれぞれに接続された２の導体部分を意味する。

また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、好ましくは、セル積層体を冷却する冷媒を循環させる冷媒経路を備え、放電抵抗は、冷媒経路中に、冷媒経路を流れる冷媒に対し放熱可能に配置されている。

また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、好ましくは、断接切り換え部は、制御部により断接を制御されるリレーである。

また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、好ましくは、移動体に搭載して使用し、断接切り換え部は、制御部により断接を制御されるリレーであり、さらに、移動体状態を検知する移動体状態センサを備え、制御部は、移動体状態センサの検知信号に基づいて衝突直前状態または衝突発生状態であると判定した場合に、リレーを接続する衝突判定リレー接続手段を含む。

また、本発明に係る燃料電池システムにおいて、好ましくは、断接切り換え部は、制御部により断接を制御されるリレーであり、さらに、筐体の開口部が蓋部により開放されたか否かを検知する筐体開放センサを備え、制御部は、筐体開放センサの検知信号に基づいて開口部が開放されたと判定した場合に、リレーを接続する開放判定リレー接続手段を含む。

本発明に係る燃料電池システムによれば、修理や点検を行う作業者の作業時の安全性を有効に確保できる。

本発明の実施の形態の１例において、燃料電池システムの基本構成を、サービスツールにより放電用変位導体をリレー側に変位させる前の状態で示す図である。 本発明の実施の形態の１例において、燃料電池システムの基本構成を、サービスツールにより放電用変位導体をリレー側に変位させ、筐体の開口部を開放した状態で示す図である。 図１のシステムにより得られる効果を説明するための図である。 図１のシステムにおいて、組み合わせ可能な構成の第１例を示す図である。 図４の構成を用いて、車両の衝突または衝突直前の推定時に燃料電池スタックを放電抵抗により放電させる放電制御方法を示すフローチャートである。 図１のシステムにおいて、組み合わせ可能な構成の第２例を示す図である。 図６の構成を用いて、筐体の開放時に燃料電池スタックを放電抵抗により放電させる放電制御方法を示すフローチャートである。

以下において、図面を用いて本発明に係る実施の形態の１例につき詳細に説明する。図１から図３は、本発明の実施の形態の１例を示している。図１に示すように、燃料電池システム１０は、例えば、燃料電池車の車体１１に搭載して使用するもので、セル積層体である燃料電池スタック１２を有する。燃料電池スタック１２は、単セルである燃料電池セルを複数積層すると共に、燃料電池スタック１２の積層方向（図１の左右方向）一端部（図１の右端部）に２の集電板を設け、燃料電池セルの積層方向両端部にエンドプレート（図示せず）を設けている。そして、複数の燃料電池セルと集電板とエンドプレートとをタイロッド、ナット等で締め付けている。すなわち、燃料電池スタック１２は、複数積層した燃料電池セルを有する。なお、集電板とエンドプレートとの間に絶縁板を設けることもできる。また、図示の例の場合は、それぞれ複数の燃料電池セルを積層してなる２組のセル積層体１４，１６を並列に配置し、片側に設けた導電板１８を介して２組のセル積層体１４，１６を電気的に直列に接続するとともに、各セル積層体１４，１６の他側に設けた集電板にそれぞれ総プラスである正極端子２０と、総マイナスである負極端子２２とを接続している。

各燃料電池セルの詳細図は省略するが、例えば、電解質膜をアノード側電極とカソード側電極とにより狭持して成る膜−アセンブリと、その両側のセパレータとを備えたものとする。アノード側電極（以下、単に「アノード」という。）には燃料ガスである水素ガスを供給可能とし、カソード側電極（以下、単に「カソード」という。）には酸化ガスである空気を供給可能としている。そして、アノードで触媒反応により発生した水素イオンを、電解質膜を介してカソードまで移動させ、カソードで酸素と電気化学反応を起こさせることにより、水を生成する。また、アノードからカソードへ外部の電気回路を通じて電子を移動させることにより起電力を発生する。すなわち、図１に示す、複数の燃料電池セルを積層した燃料電池スタック１２は、酸化ガスと燃料ガスとの電気化学反応により発電する。

また、燃料電池スタック１２の正極端子２０及び負極端子２２とを、システムリレーＳ１，Ｓ２及び安全プラグ２４を介してインバータ２６の入力側端子に接続し、燃料電池スタック１２で発電した電力を外部に取り出し可能としている。インバータ２６は、制御部（ＥＣＵ）２７により制御され、インバータ２６に接続された走行用モータ２８に駆動信号を出力し、走行用モータ２８を駆動する。制御部２７は、ＣＰＵ，メモリ等を有するマイクロコンピュータを含む。走行用モータ２８の駆動により車両が駆動される。システムリレーＳ１，Ｓ２のオンオフは、運転者の図示しない始動スイッチの操作等に基づいて、制御部２７により制御される。また、安全プラグ２４は、各システムリレーＳ１，Ｓ２とインバータ２６の入力側端子との間の被接続部に抜き差し可能とするもので、被接続部から人が安全プラグ２４を手動で抜き出すことにより、システムリレーＳ１，Ｓ２のオンオフにかかわらず、燃料電池スタック１２とインバータ２６との間の電気的な接続を強制的に遮断可能とする。なお、図示は省略するが、安全プラグ２４及びインバータ２６の間に二次電池を並列に接続し、燃料電池スタック１２から二次電池へ充電可能とすることもできる。

また、酸化ガスである空気を燃料電池スタック１２に供給するために、図示しない酸化ガス供給流路を設けている。酸化ガス供給流路の上流部に、エアコンプレッサを設けている。燃料電池スタック１２の各燃料電池セルで電気化学反応に供された後の空気である空気オフガスは、酸化ガス排出流路を通じて外部に放出される。

一方、燃料ガスである水素ガスを燃料電池スタック１２に供給するために、図示しない燃料ガス供給流路を設けている。また、燃料ガス供給流路の上流側と水素タンク等の水素供給源との間に、水素供給装置である水素インジェクタを設けて、水素インジェクタの作動により水素を燃料ガス供給流路に供給可能としている。燃料電池スタック１２の各燃料電池セルで電気化学反応に供された後の水素である水素オフガスは、燃料電池スタック１２から燃料ガス排出流路を通じて排出される。燃料ガス排出流路には気液分離器を介して燃料ガス還流路を接続している。燃料ガス還流路は、燃料電池スタック１２から排出された、未反応の水素ガスを含む水素オフガスを、燃料ガス供給流路に戻すために設けている。また、燃料ガス還流路に水素オフガスの還流のための水素ポンプを設けている。エアコンプレッサ、水素インジェクタ、及び水素ポンプの駆動は、制御部２７により制御する。

また、気液分離器に排気排水流路を接続しており、排気排水流路の途中に排気排水弁であり、電磁弁であるパージ弁を設けている。パージ弁は、制御部２７からの指令により作動し、排気排水流路の上流側から水分及び水素オフガスを外部へ排出する。

また、燃料電池スタック１２を冷却するために、燃料電池スタック１２に冷媒経路３０を接続している。冷媒経路３０は、冷媒管路３２と熱交換部であるラジエータ３４と冷媒ポンプである冷却水ポンプ３６とを含む。冷媒経路３０に、冷媒である冷却水が燃料電池スタック１２の内部、冷却水ポンプ３６及びラジエータ３４を介して循環するようにしている。冷媒管路３２は、例えば、樹脂ホースやゴムホース等により構成する。冷却水ポンプ３６の駆動及び停止は制御部２７により制御する。冷却水ポンプ３６が駆動されると、冷却水が冷媒管路３２中を図１の矢印で示すように流れた後、片側のセル積層体１４から他側のセル積層体１６に図示しない冷媒管路を通じて流れるようにしている。冷却水は、ラジエータ３４を通過することにより、ラジエータ３４を通過する空気との間で熱交換を行って温度低下する。

また、燃料電池スタック１２と、システムリレーＳ１，Ｓ２と、安全プラグ２４とを、エンクロージャである筐体３８の内部に収容している。筐体３８は、車体１１に固定しており、有底の箱状の筐体本体部４０と、筐体本体部４０の上部に設けた開口部４２（図２）を塞ぐ蓋部４４とを含み、あらゆる方向からの外部からの接触に対して、内部の燃料電池スタック１２及び周辺の電気機器を包み込むように保護する機能を有する。また、ラジエータ３４に接続した冷媒管路３２の一部を、筐体本体部４０を構成する壁部４５に設けた孔部を通じて筐体３８内に進入させ、燃料電池スタック１２の片側に接続している。

また、燃料電池スタック１２の正極端子２０と負極端子２２との間に、放電用接続路４６を接続している。放電用接続路４６は、放電抵抗４８と、断接切換部である放電用リレー５０とを含み、放電抵抗４８と放電用リレー５０とを直列に接続している。放電用リレー５０の断接は、制御部２７により制御される。すなわち、放電用リレー５０は、２の端子Ａ，Ｂと、２の端子Ａ，Ｂの一方の端子Ａに常時接続された切換接点Ｐとを有し、制御部２７により接続指令信号が出力されない通常時には、切換接点Ｐが２の端子Ａ，Ｂの他方の端子Ｂと切り離されるように切り換えられている。この場合、放電用接続路４６は、放電用リレー５０で遮断されている。なお、図１、図２、及び後述する図４、図６では、切換接点Ｐが端子Ａからも切り離されたような図示をしているが、実際には両者は接続されている。

また、蓋部４４は、筐体３８上部の開口部４２（図２）周辺部に、水平方向の軸部を中心にある範囲での揺動可能に支持されている。図１は、蓋部４４により開口部４２が閉鎖された状態を、図２は、蓋部４４により開口部４２が開放された状態を、それぞれ示している。蓋部４４は、本体部５２と、本体部５２の先端部に略直角に結合された進入板部５４とを含む。蓋部４４は、金属または樹脂等により構成するもので、わずかな弾性変形を可能としている。図１に示すように、蓋部４４により開口部４２が閉鎖された状態で、筐体本体部４０を構成する壁部４５と、壁部４５の内面に沿うように筐体３８内に進入させた蓋部４４の進入板部５４とのそれぞれに設けた係止孔に、板状または棒状の係止部材５６が係止している。なお、筐体３８に、蓋部４４により開口部４２が閉鎖された状態で、蓋部４４の下方への変位を阻止する段部または係止部を設けることもできる。また、係止部材５６に略直角に放電用変位導体５８を一体に結合している。また、放電用変位導体５８及び係止部材５６は、筐体３８に設けた図示しないガイド部により、筐体３８の水平方向（図１、図２の左右方向）に移動可能としている。

また、放電用リレー５０は、筐体３８の内部に固定している。このため、放電用変位導体５８は、放電用リレー５０に対し移動可能に配置されている。また、放電用変位導体５８は、導電材により構成され、移動により放電用リレー５０の２の端子Ａ，Ｂ側の導体部分に接触した場合に、燃料電池スタック１２からの放電抵抗４８による放電を可能とする。この場合の、「２の端子Ａ，Ｂ側の導体部分」とは、放電用リレー５０の切換接点Ｐの切り換えにより、接続及び切り離しが可能な２の端子Ａ，Ｂ自体または２の端子Ａ，Ｂのそれぞれに接続された２の導体部分を意味する。

また、係止部材５６は、蓋部４４と筐体本体部４０とに係止することにより、筐体本体部４０に対する蓋部４４の変位を阻止する。この状態で、開口部４２（図２）は蓋部４４により閉鎖されたままで、係止部材５６は、開口部４２の開放を阻止している。

また、放電抵抗４８は、人体の抵抗よりも低い、例えば１００Ω以下の抵抗値を有する。また、放電抵抗４８は、伝熱を可能とする絶縁材により被覆された状態で、冷媒経路３０を構成する１の冷媒管路３２内に配置されている。すなわち、放電抵抗４８は、冷媒管路３２から絶縁された状態で、冷媒経路３０中に、冷媒経路３０を流れる冷却水に対し放熱可能に配置されている。このため、冷媒管路３２に冷却水が流れている場合に放電用リレー５０の接続により放電抵抗４８に通電することにより、放電抵抗４８が昇温する傾向となっても、冷却水に放電抵抗４８の熱を放出することができる。このように放電抵抗４８を絶縁材により被覆するのは、放電抵抗４８から冷媒管路３２中を流れる冷却水に放電されることを防止し、冷媒管路３２自体が帯電し、別の漏電経路が形成されるのを防止するためと、冷媒経路３０を流れる冷却水を介した内部の回路が形成されるのを防止するためとである。なお、放電抵抗４８は、放電用リレー５０よりも燃料電池スタック１２の負極側に設けているが、放電用リレー５０よりも燃料電池スタック１２の正極側に設けることもできる。

また、外力により放電用変位導体５８が放電用リレー５０側に押され、放電用変位導体５８が放電用リレー５０の２の端子Ａ，Ｂ側の導体部分に接触した導体リレー接触の場合に、燃料電池スタック１２の余剰電力が放電抵抗４８により放電され、燃料電池スタック１２の残電圧が低減されるようにしている。また、この導体リレー接触が実現された場合にのみ、筐体本体部４０及び蓋部４４に対する係止部材５６の係止が解除され、開口部４２（図２）の開放が可能となるようにしている。

このような燃料電池システム１０を搭載した燃料電池車両において、例えば燃料電池スタック１２の点検や修理の作業の必要が生じた場合には、次のようにして行う。すなわち、車両を停止させ、冷却水ポンプ３６を停止させる等によりシステム１０を停止させた状態で、図１に示すように、棒状のサービスツール６０を持つ作業者（図示せず）が、筐体３８の外部から、筐体本体部４０の壁部４５に設けた挿入孔を通じてサービスツール６０の先端部を差し込み、放電用変位導体５８に放電用リレー５０側に変位するよう押し付ける。この結果、図２に示すように、放電用変位導体５８及び係止部材５６が放電用リレー５０側に変位し、放電用変位導体５８が放電用リレー５０の２の端子Ａ，Ｂ側の導体部分にかけ渡されるように接触する。このため、燃料電池スタック１２の余剰電力が放電抵抗４８により放電され、燃料電池スタック１２の残電圧が低減され、電荷量が低減される。これと同時に、係止部材５６が筐体本体部４０及び蓋部４４から抜け出す。このため、筐体本体部４０及び蓋部４４に対する係止部材５６の係止が解除され、開口部４２の開放が可能となる。この状態で、作業者は、蓋部４４を持ち上げて開口部４２を開放して、筐体３８内部の部品の修理、点検作業を行うことができる。

このような燃料電池システム１０によれば、作業者が筐体３８の開口部４２を開放しようとする場合に、放電抵抗４８が接続されない限り、開口部４２は開放されない。これに対して、本実施の形態と異なり、例えば、作業時に燃料電池スタック１２を放電するための構成として、制御部が、蓋部４４が持ち上がる等変位したと判定した場合に放電用リレー５０の２の端子側の導体部分同士を接続するよう放電用リレー５０に接続指令信号を出力する構成のみを採用することも考えられる。ただし、本実施の形態では、このような構成のみを採用する場合と異なり、制御部２７（図１）から放電用リレー５０への制御信号が出力されなくても、放電用リレー５０の２の端子Ａ，Ｂ側の導体部分同士を接続する、すなわち導通させることができる。このため、燃料電池スタック１２内の残留する電荷を放電抵抗４８で熱に変換して、冷媒管路３２内に熱として放出することで、燃料電池スタック１２の残電圧及び電荷量の低減を図れる。したがって、修理や点検を行う作業者の作業時の安全性を有効に確保できる。

すなわち、燃料電池スタック１２の電圧及び電荷が望ましい電圧及び電荷以下にそれぞれ低減されていない場合での、燃料電池スタック１２を収容する筐体３８の開放を防止、すなわち制限することで、作業者が、筐体３８内の燃料電池スタック１２及び周辺の高電圧部品に外部から触れることを防止、すなわち制限できる。このため、図３に示すように、筐体３８の開口部４２が開放された状態（図３では蓋部４４の図示を省略している。）で、作業者６２が例えば正極端子２０側の部分に直接またはツール等を介して接触し、さらに作業者６２が車体１１にも接触していると、図３の破線で示すように、正極端子２０と負極端子２２と作業者６２とを含む電気的なループが生成される可能性がある。また、この場合に燃料電池スタック１２と車体１１とがほぼ無抵抗（≒０Ω）で接触している可能性もある。ただし、この場合でも、作業者６２よりも抵抗の低い放電抵抗４８を通じて正極端子２０から負極端子２２に電流が流れることにより、作業者６２の人体を通じて流れる電流を低減でき、しかも、燃料電池スタック１２の残電圧及び電荷が十分に低減しているので、作業者６２の安全性をより有効に確保できる。

なお、図２に示すように、サービスツール６０により放電用変位導体５８を放電用リレー５０に押し付けて蓋部４４を開放した後に、放電用変位導体５８と放電用リレー５０とが分離されないようにするため、サービスツール６０の筐体３８外方への変位を阻止するためのラチェット機構、係止手段等の変位阻止機構を、筐体３８に設けることもできる。また、通常運転時に放電用変位導体５８が放電用リレー５０側へ変位するのを防止するために、放電用変位導体５８が筐体３８の壁部４５側に変位したままの状態を維持するよう、筐体３８と放電用変位導体５８との間にばね等の弾性部材を設けることもできる。

なお、本実施の形態の構成は、以下に説明する、図４に示す組み合わせ可能な構成の第１例、または、図６に示す組み合わせ可能な構成の第２例と組み合わせて実施することができる。まず、図１から図３に示した実施の形態と組み合わせ可能な第１例の構成を、図４、図５を用いて説明する。図４の構成では、上記の図１から図３に示した実施の形態において、放電用リレー５０は、制御部２７から制御信号を出力することで、制御部２７により断接を制御する。

また、図４の燃料電池システム１０の構成も移動体である車両に搭載して使用する。この構成は、車両が別の車両等、相手部材に衝突するか、または衝突したと判定された場合に、放電用リレー５０を制御部２７により接続し、燃料電池スタック１２の余剰電力を放電抵抗４８により放電させる。このために燃料電池システム１０は、車両の衝突直前状態または衝突発生状態の有無を判定するための、車両状態を検知する車両状態センサ６４を備える。例えば、車両状態センサ６４は、自車が衝突直前状態にあることを車間距離や相対速度から衝突前に判定し、車両の衝突直前状態の有無を判定するための、ミリ波レーダまたはカメラを含む構成とする。例えば、車両状態センサ６４により、自車と前方または後方等に対向する相手車両等の相手部材との距離を検出し、その距離や、その距離に基づいて算出した、相手部材に対する相対速度である接近速度を制御部２７に出力する。また、制御部２７は、衝突判定リレー接続手段６６を有する。衝突判定リレー接続手段６６は、センサ６４から入力された距離に基づいて算出した接近速度や、センサ６４から入力された接近速度自体が予め設定した閾値速度以上である場合や、入力された距離が予め設定した閾値距離以下である場合、またはこれら両者の場合が成立した場合に、衝突直前状態にあると判定し、放電用リレー５０に接続指令信号を出力し、放電用リレー５０を接続する、すなわち、切換接点Ｐの切り換えにより、２の端子Ａ，Ｂ同士を接続する。

また、車両状態センサ６４は、衝撃や加速度で、車両の実際の衝突発生状態の有無を判定するための、Ｇセンサである加速度センサまたはエアバック作動検出センサを含む構成とすることもできる。例えば、加速度センサにより、車両の進行方向に対して逆方向の加速度を検出したり、または、エアバック作動検出センサにより運転席または助手席等に設けたエアバックが作動したことを検出する。この場合、制御部２７が有する衝突判定リレー接続手段６６は、加速度センサから入力された加速度が予め設定した閾値以上である場合や、エアバックの作動を表す信号が入力された場合に、衝突発生状態にあると判定し、放電用リレー５０を接続する、すなわち、切換接点Ｐの切り換えにより、２の端子Ａ，Ｂ同士を接続する。なお、車両状態センサ６４により、車両状態として車両の衝突発生または衝突直前状態の有無を直接検知し、その検知信号を制御部２７に出力し、制御部２７の衝突判定リレー接続手段６６が車両の衝突発生または衝突直前状態の有無を判定する構成を採用することもできる。

このような構成を用いる場合、図５のフローチャートに示す方法により放電抵抗４８の接続を制御する。図５は、図４の構成を用いて、車両の衝突または衝突直前の推定時に燃料電池スタック１２を放電抵抗４８により放電させる放電制御方法を示すフローチャートである。なお、以下の説明では、図１から図４に示す要素と同一または同等の要素には同一の符号を付して説明する。このようなフローは、燃料電池システム１０の通常運転を行う処理に組み込んで、またはこの処理と並行して実行する。図５のステップＳ１０（以下、ステップは単にＳと示す）において、車両状態センサ６４及び衝突判定リレー接続手段６６により車両が衝突する、すなわち衝突直前である、または実際に衝突したか否かを判定し、衝突するまたは衝突したと判定された場合、Ｓ１２に移行し、冷却水ポンプ３６や、エアコンプレッサ、水素ポンプ、水素インジェクタ等を停止させる。水素ポンプ、水素インジェクタの停止により、燃料電池スタック１２内への水素供給が停止される。また、エアコンプレッサの停止により、燃料電池スタック１２内への酸化ガスの供給が停止される。また、Ｓ１０で車両が衝突するまたは衝突したと判定されない場合には、放電制御処理を終了し、通常運転処理を継続する。

Ｓ１４では、放電抵抗放電制御を開始し、衝突判定リレー接続手段６６は、放電用リレー５０を接続する。次いで、Ｓ１６で、制御部２７が電気回路に設けた電流センサ等により実際に放電用リレー５０が接続されたか否かを検知し、その接続が検知されない場合には、再度、放電用リレー５０の接続を行う。なお、Ｓ１６からＳ１８の処理は、安全性をより高めるためのもので、安全性を十分に確保できている場合には、この処理を省略することもできる。

次いで、Ｓ２０で、制御部２７は、総プラス総マイナス間電圧である、燃料電池スタック１２の正極端子２０及び負極端子２２の間の電圧が予め設定した閾値以下であるか否かを判定し、閾値を越えている場合には放電用リレー５０の接続を継続し、閾値以下である場合には放電制御処理を終了する。

このような図４、図５に示す構成によれば、車両状態センサ６４及び衝突判定リレー接続手段６６により、車両の衝突直前または衝突発生時に放電用リレー５０を接続することができ、燃料電池スタック１２の余剰電力を放電抵抗４８に放電させることができる。すなわち、車両が別の車両に衝突する等により衝突が発生した場合、車体の損傷に伴って、燃料電池スタック１２を収容する筐体３８が破損する可能性がある。また、燃料電池スタック１２に接続された配管や配線も破損する可能性がある。このため、車両が停止している状態で、筐体３８の蓋部４４が開口部４２を閉鎖している場合でも、燃料電池スタック１２または燃料電池スタック１２の周辺部品を点検、修理する作業者が、破損により筐体３８に生じた孔部を通じて内部の部品や燃料電池スタック１２に接続された部品に触れる可能性がある。また、車体１１に接触している作業者と、燃料電池スタック１２とを含む電気的な閉ループが生成される可能性がある。ただし、この場合でも、上記の構成によれば燃料電池スタック１２の余剰電力が放電され、燃料電池スタック１２の正極側及び負極側の間の残電圧が低減され、電荷も低減しているので、作業者の作業時の安全性をより有効に確保できる。

次に、上記の図１から図３に示した実施の形態と組み合わせ可能な第２例の構成を、図６、図７を用いて説明する。図６の構成でも、上記の図１から図３に示した実施の形態において、放電用リレー５０は、制御部２７から制御信号を出力することで、制御部２７により断接を制御する。

また、図６の燃料電池システム１０の構成も車両に搭載して使用する。燃料電池システム１０は、さらに、筐体３８の開口部４２（図２参照）が蓋部４４により開放されたか否かを検知する筐体開放センサ６８を備える。筐体開放センサ６８は、蓋部４４の周辺部に設けて、開口部４２が開放された場合にインターロック信号である、開放検知信号を制御部２７に出力する。例えば、筐体開放センサ６８は、蓋部４４の移動の開放を、例えば上方への変位に伴って物理的に釦が押圧され、または押圧が解除される、すなわちオンまたはオフされる手段を用いて検知する。

また、制御部２７は、筐体開放センサ６８の検知信号である開放検知信号に基づいて開口部４２が開放されたと判定した場合に、放電用リレー５０に接続指令信号を出力し、放電用リレー５０を接続する開放判定リレー接続手段７０を有する。なお、燃料電池スタック１２を含む電気回路に、開口部４２が開放された場合に切断される開放時遮断配線部を設けるとともに、筐体開放センサ６８は、開放時遮断配線部が切断された場合にその切断を電流センサ等により検知することにより、開口部４２の開放を検知する構成を採用することもできる。この場合、例えば、筐体開放センサ６８は、開放時遮断配線部の切断に伴って回路の抵抗値が上昇する部分の抵抗値を検知し、その抵抗値が閾値以上に上昇した場合に蓋部４４による開口部４２の開放を検知する。制御部２７により放電用リレー５０を接続する場合、切換接点Ｐの切り換えにより、２の端子Ａ，Ｂ同士を接続する。

このような構成を用いる場合、図７のフローチャートに示す方法により放電抵抗４８の接続を制御する。図７は、図６の構成を用いて、筐体３８の開放時に燃料電池スタック１２を放電抵抗４８により放電させる放電制御方法を示すフローチャートである。なお、以下の説明では、図１から図３、図６に示す要素と同一または同等の要素には同一の符号を付して説明する。このようなフローは、燃料電池システム１０の通常運転を行う処理に組み込んで、またはこの処理と並行して実行する。図７のＳ３０において、筐体開放センサ６８により筐体３８の開口部４２が開放されたか否かを判定し、開放されたと判定された場合、Ｓ３２に移行し、冷却水ポンプ３６や、エアコンプレッサ、水素ポンプ、水素インジェクタ等を停止させる。Ｓ３０で筐体３８の開口部４２が開放されていないと判定された場合には、放電制御処理を終了する。

Ｓ３４では、放電抵抗放電制御を開始し、開放判定リレー接続手段７０は、放電用リレー５０を接続する。次いで、Ｓ３６で、制御部２７が電気回路に設けた電流センサ等により実際に放電用リレー５０が接続されたか否かを検知し、その接続が検知されない場合には、再度、放電用リレー５０の接続を行う。なお、Ｓ３６からＳ３８の処理も、より安全性を高めるためのもので、安全性を十分に確保できている場合には、この処理を省略することもできる。

次いで、Ｓ４０で、制御部２７は、総プラス総マイナス間電圧である、燃料電池スタック１２の正極端子２０及び負極端子２２の間の電圧が予め設定した閾値以下であるか否かを判定し、閾値を越えている場合には放電用リレー５０の接続を継続し、閾値以下である場合には放電制御処理を終了する。閾値を０を越えた小さい値と設定することで、総プラス総マイナス間電圧が完全に０になる前でも安全に処理を終了できる。

このような図６、図７に示す構成によれば、筐体開放センサ６８により、筐体３８の開口部４２が開放されたと判定された場合に制御部２７により放電用リレー５０を接続することができ、燃料電池スタック１２の余剰電力を放電抵抗４８に放電させることができる。したがって、上記の図１から図３の構成では、サービスツール６０により放電用変位導体５８を押し込んで放電用変位導体５８により放電用リレー５０の２の端子Ａ，Ｂ側の導体部分同士が接続された場合にのみ、筐体３８の開口部４２が開放可能となるが、放電用リレー５０を制御部２７によっても放電用リレー５０を接続することで、二重の安全確保手段を実現でき、作業者の作業時の安全性をより有効に確保できる。

勿論、本発明においては、図４から図７のいずれかの構成を組み込むものに限定するものではない。図４から図７の構成を省略した構成でも本発明は実施できる。なお、本発明から外れる参考例として、図４、図５に示した構成、または図６、図７に示した構成を、それぞれ単独で採用した、またはこれらの構成を組み合わせた構成を採用することもできる。この場合も、修理や点検を行う作業者の作業時の安全性を有効に確保できる。

１０ 燃料電池システム、１２ 燃料電池スタック、１４，１６ セル積層体、１８ 導電板、２０ 正極端子、２２ 負極端子、２４ 安全プラグ、２６ インバータ、２８ ２７ 制御部（ＥＣＵ）、２８ 走行用モータ、３０ 冷媒経路、３２ 冷媒管路、３４ ラジエータ、３６ 冷却水ポンプ、３８ 筐体、４０ 筐体本体部、４２ 開口部、４４ 蓋部、４５ 壁部、４６ 放電用接続路、４８ 放電抵抗、５０ 放電用リレー、５２ 本体部、５４ 進入板部、５６ 係止部材、５８ 変位用導体、６０ サービスツール、６２ 作業者、６４ 車両状態センサ、６６ 衝突判定リレー接続手段、６８ 筐体開放センサ、７０ 開放判定リレー接続手段。

Claims (3)

1. 複数積層した単セルを有するセル積層体を含み、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、
   筐体本体部と、筐体本体部の開口部を塞ぐ蓋部とを含み、セル積層体を収容する筐体と、
   セル積層体の正極側及び負極側の間に接続され、放電抵抗と断接切り換え部とを含む放電用接続路と、
   断接切り換え部に対し移動可能に配置され、断接切り換え部の２の端子側の導体部分に接触した場合に、セル積層体から放電抵抗による放電を可能とする放電用変位導体と、
   放電用変位導体に結合され、蓋部と筐体本体部とに係止することにより、筐体本体部の開口部の開放を阻止している係止部材とを備え、
   外力により放電用変位導体が断接切り換え部側に押され、放電用変位導体が断接切り換え部の２の端子に接触した導体切り換え部接触の場合に、セル積層体の余剰電力が放電抵抗により放電され、セル積層体の残電圧が低減され、導体切り換え部接触が実現された場合にのみ、筐体本体部及び蓋部に対する係止部材の係止が解除され、開口部の開放が可能となることを特徴とする燃料電池システム。
2. 請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
   セル積層体を冷却する冷媒を循環させる冷媒経路を備え、
   放電抵抗は、冷媒経路中に、冷媒経路を流れる冷媒に対し放熱可能に配置されていることを特徴とする燃料電池システム。
3. 請求項１または請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
   断接切り換え部は、制御部により断接を制御されるリレーであることを特徴とする燃料電池システム。

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