JP2016009588A - 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の衝突時における車両と乗員の安全性の確保を効果的に図ることができる燃料電池システムを提供する。
【解決手段】燃料電池システム（５）は、車両（１）に搭載された燃料電池スタック（１０）と、酸化ガス供給装置（３０）と、排出ガス循環装置（４０）と、電気消費装置（５０）と、衝突可能性検知装置（６０，７０）と、衝突可能性検知装置によって衝突可能性が検知された場合に、カソード（１２）への酸化ガスの供給が停止するように酸化ガス供給装置を制御する酸化ガス供給停止処理と、排出ガスのカソードへの循環が開始するように排出ガス循環装置を制御する排出ガス循環処理と、燃料電池スタックの電気の消費が開始するように電気消費装置を制御する電気消費処理とを実行する制御装置（７０）と、を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法に関する。

従来の燃料電池システムに関する技術として、例えば特許文献１には、燃料電池スタックが搭載された車両の衝突時において、車両と乗員の安全性を高めるための技術が開示されている。具体的には特許文献１に係る技術は、車両の衝突時において燃料電池スタックの電気を放電させることで、燃料電池スタックの電気を消費させている。それにより、特許文献１に係る技術は、衝突時において燃料電池スタックの電圧を低下させて、車両と乗員の安全性の確保を図っている。

特開２００３−１８９４１５号公報

ところで、燃料電池スタックのカソードに酸素が多く存在した状態で車両が衝突する場合が考えられる。このような場合、特許文献１に係る技術のように衝突時に燃料電池スタックの電気を放電させるだけでは、早期に燃料電池スタックの電圧を低下させることは困難である。そのため、特許文献１の技術では、衝突時における車両と乗員の安全性の確保を効果的に図れているとはいえなかった。

本発明は、車両の衝突時における車両と乗員の安全性の確保を効果的に図ることができる燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法を提供することを目的とする。

本発明に係る燃料電池システムは、車両に搭載された燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックのカソードに酸化ガスを供給する酸化ガス供給装置と、前記カソードから排出された排出ガスを前記カソードに循環させる排出ガス循環装置と、前記燃料電池スタックの電気を消費させる電気消費装置と、前記車両が他の物体に衝突する可能性である衝突可能性を検知する衝突可能性検知装置と、前記衝突可能性検知装置によって前記衝突可能性が検知された場合に、前記カソードへの前記酸化ガスの供給が停止するように前記酸化ガス供給装置を制御する酸化ガス供給停止処理と、前記排出ガスの前記カソードへの循環が開始するように前記排出ガス循環装置を制御する排出ガス循環処理と、前記燃料電池スタックの前記電気の消費が開始するように前記電気消費装置を制御する電気消費処理とを実行する制御装置と、を備えている。

本発明に係る燃料電池システムによれば、衝突可能性が検知された場合に、電気消費処理が実行されることで、燃料電池スタックの電圧を低下させることができる。さらに、酸化ガス供給停止処理が実行されることで、燃料電池スタックの電圧低下を促進させることができる。さらに、排出ガス循環処理が実行されることで、カソードに酸素濃度の低い排出ガスが供給されることから、燃料電池スタックの電圧低下をさらに促進させることができる。したがって、本発明に係る燃料電池システムによれば、衝突可能性が検知された場合に、仮にカソードに酸素が多く存在していたとしても、燃料電池スタックの電圧を早期に低下させることができる。それにより、衝突可能性が検知された後に仮に車両が実際に衝突した場合であっても、燃料電池スタックが高電圧に維持されることなく、車両と乗員の安全性を効果的に確保することができる。

上記構成において、前記酸化ガス供給装置は、酸化ガス通路によって前記カソードに連通され、前記酸化ガス通路を介して前記酸化ガスを前記カソードに供給し、前記排出ガス循環装置は、前記カソードから排出された前記排出ガスが通過する排出ガス通路と前記酸化ガス通路の前記酸化ガス供給装置よりも下流側の部分とを連通する連通通路と、前記連通通路に配置されたポンプと、を備え、前記排出ガス循環処理において、前記制御装置は、前記ポンプの稼動を開始させてもよい。

この構成によれば、排出ガス循環処理においてポンプの稼動が開始することで、排出ガスのカソードへの循環を開始させることができる。

上記構成において、前記酸化ガス供給装置は、酸化ガス通路によって前記カソードに連通され、前記酸化ガス通路を介して前記酸化ガスを前記カソードに供給するコンプレッサであり、前記排出ガス循環装置は、前記酸化ガス通路の前記コンプレッサよりも下流側の部分に配置され、前記コンプレッサから吐出された前記酸化ガスが内部を通過する際に発生する負圧を利用して吸込口からガスを吸入して前記酸化ガス通路に排出するエゼクタと、前記カソードから排出された前記排出ガスが通過する排出ガス通路と前記エゼクタの前記吸込口とを連通する連通通路と、前記排出ガス通路を通過する前記排出ガスが前記連通通路を通過する状態と該排出ガスが前記連通通路を通過しない状態とを切替える通路切替弁と、を備え、前記酸化ガス供給停止処理において、前記制御装置は、前記コンプレッサに停止指令を付与し、前記排出ガス循環処理において、前記制御装置は、前記排出ガス通路を通過する前記排出ガスが前記連通通路を通過する状態になるように前記通路切替弁を制御してもよい。

この構成によれば、酸化ガス供給停止処理において停止指令を受けたコンプレッサが停止した場合には、カソードへの酸化ガスの供給を停止させることができる。また、この構成によれば、排出ガス循環処理において、カソードから排出された排出ガスをエゼクタの吸込口に導入させることができる。ここで、コンプレッサは停止指令を受けても、しばらくの間は惰性で酸化ガスを供給し続ける。したがって、この構成によれば、衝突可能性が検知された場合においてコンプレッサが酸化ガスを供給し続けている間、エゼクタの吸込口に供給された排出ガスをカソードに循環させることができる。

上記構成において、前記酸化ガス供給装置は、酸化ガス通路によって前記カソードに連通され、前記酸化ガス通路を介して前記酸化ガスを前記カソードに供給するコンプレッサであり、前記排出ガス循環装置は、前記カソードから排出された前記排出ガスが通過する排出ガス通路と前記酸化ガス通路の前記コンプレッサよりも上流側の部分とを連通する連通通路と、前記排出ガス通路を通過する前記排出ガスが前記連通通路を通過する状態と該排出ガスが前記連通通路を通過しない状態とを切替える通路切替弁と、を備え、前記酸化ガス供給停止処理において、前記制御装置は、前記コンプレッサに停止指令を付与し、前記排出ガス循環処理において、前記制御装置は、前記排出ガス通路を通過する前記排出ガスが前記連通通路を通過する状態となるように前記通路切替弁を制御してもよい。

この構成によれば、酸化ガス供給停止処理において停止指令を受けたコンプレッサが停止した場合には、カソードへの酸化ガスの供給を停止させることができる。また、この構成によれば、排出ガス循環処理において、カソードから排出された排出ガスを酸化ガス通路のコンプレッサよりも上流側の部分に導入させることができる。ここで、コンプレッサは停止指令を受けても、しばらくの間は惰性で酸化ガスを供給し続ける。したがって、この構成によれば、衝突可能性が検知された場合においてコンプレッサが酸化ガスを供給し続けている間、排出ガスをカソードに循環させることができる。

本発明に係る燃料電池システムの制御方法は、車両に搭載された燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックのカソードに酸化ガスを供給する酸化ガス供給装置と、前記カソードから排出された排出ガスを前記カソードに循環させる排出ガス循環装置と、前記燃料電池スタックの電気を消費させる電気消費装置と、前記車両が他の物体に衝突する可能性である衝突可能性を検知する衝突可能性検知装置と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、前記衝突可能性検知装置によって前記衝突可能性が検知された場合に、前記カソードへの前記酸化ガスの供給が停止するように前記酸化ガス供給装置を制御する酸化ガス供給停止ステップと、前記排出ガスの前記カソードへの循環が開始するように前記排出ガス循環装置を制御する排出ガス循環ステップと、前記燃料電池スタックの前記電気の消費が開始するように前記電気消費装置を制御する電気消費ステップとが実行される。

本発明に係る燃料電池システムの制御方法によれば、衝突可能性が検知された場合に、電気消費ステップが実行されることで、燃料電池スタックの電圧を低下させることができる。さらに、酸化ガス供給停止ステップが実行されることで、燃料電池スタックの電圧低下を促進させることができる。さらに、排出ガス循環ステップが実行されることで、カソードに酸素濃度の低い排出ガスが供給されることから、燃料電池スタックの電圧低下をさらに促進させることができる。したがって、本発明に係る燃料電池システムの制御方法によれば、衝突可能性が検知された場合に、仮にカソードに酸素が多く存在していたとしても、燃料電池スタックの電圧を早期に低下させることができる。それにより、衝突可能性が検知された後に仮に車両が実際に衝突した場合であっても、燃料電池スタックが高電圧に維持されることなく、車両と乗員の安全性を確保することができる。

本発明によれば、車両の衝突時における車両と乗員の安全性の確保を効果的に図ることができる燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法を提供することができる。

図１は実施例１に係る燃料電池システムが搭載された車両の構成を示す模式図である。 図２は実施例１に係る制御装置が実行する電圧低下処理のフローチャートの一例を示す図である。 図３は実施例２に係る燃料電池システムが搭載された車両の構成を示す模式図である。 図４は実施例２および実施例３に係る制御装置が実行する電圧低下処理のフローチャートの一例を示す図である。 図５は実施例３に係る燃料電池システムが搭載された車両の構成を示す模式図である。

以下、本発明を実施するための形態を説明する。

本発明の実施例１に係る燃料電池システム５および燃料電池システム５の制御方法について説明する。図１は燃料電池システム５が搭載された車両１の構成を示す模式図である。本実施例に係る車両１は電気式車両である。具体的には車両１は、燃料電池システム５と、燃料電池システム５において発電された電力を利用して駆動する走行用モータ（図示せず）とを備えている。燃料電池システム５は、燃料電池スタック１０と、酸化ガス通路２０と、排出ガス通路２５と、酸化ガス供給装置３０と、排出ガス循環装置４０と、電気消費装置５０と、加速度センサ６０と、制御装置７０とを備えている。

燃料電池スタック１０は、少なくとも一つ以上の燃料電池（単セル）を備えている。本実施例に係る燃料電池スタック１０は、一例として、複数の燃料電池を備えている。燃料電池スタック１０は、アノード１１に水素を含む燃料ガスが供給され、カソード１２に酸素を含む酸化ガスが供給されて、各々の燃料電池において発電が行われる。本実施例においては、酸化ガスの一例として、空気を用いる。

酸化ガス通路２０は、燃料電池スタック１０に供給される酸化ガスが通過する通路である。酸化ガス通路２０の下流側端部はカソード１２の酸化ガス供給口に接続し、酸化ガス通路２０の上流側端部は大気に開放している。排出ガス通路２５は、カソード１２から排出された排出ガス（カソードオフガス）が通過する通路である。排出ガス通路２５の上流側端部はカソード１２の排出ガス排出口に接続し、排出ガス通路２５の下流側端部は大気に開放している。なお、燃料電池システム５は、燃料ガスをアノード１１に供給する燃料ガス供給装置、アノード１１に供給される燃料ガスが通過する燃料ガス供給通路等を備えているが、これらの図示は省略されている。

酸化ガス供給装置３０は、カソード１２に酸化ガスを供給する装置である。このような機能を有するものであれば酸化ガス供給装置３０の具体的構成は特に限定されるものではないが、本実施例においては、酸化ガス供給装置３０の一例としてコンプレッサ３１を用いる。コンプレッサ３１は、酸化ガス通路２０の上流側端部と下流側端部との間の部分に配置されている。コンプレッサ３１は、制御装置７０の指令を受けて稼動する。コンプレッサ３１が稼動した場合、大気からなる酸化ガスは、酸化ガス通路２０を圧送されて、カソード１２に供給される。

排出ガス循環装置４０は、カソード１２から排出された排出ガスをカソード１２に循環させる装置である。このような機能を有するものであれば、排出ガス循環装置４０の具体的構成は特に限定されるものではないが、本実施例に係る排出ガス循環装置４０は、一例として、連通通路４１と、ポンプ４２と、開閉弁４３とを備えている。連通通路４１の下流側端部は、酸化ガス通路２０の酸化ガス供給装置３０よりも下流側の所定箇所（図１においてＡで図示されている）に接続している。連通通路４１の上流側端部は、排出ガス通路２５の上流側端部と下流側端部との間の所定箇所（図１においてＢで図示されている）に接続している。

ポンプ４２は連通通路４１に配置されている。ポンプ４２は、制御装置７０の指令を受けて稼動する。ポンプ４２が稼動した場合、排出ガス通路２５の排気は連通通路４１を通過して酸化ガス通路２０のコンプレッサ３１よりも下流側の部分に圧送される。開閉弁４３は、排出ガス通路２５の連通通路４１が接続している箇所よりも下流側に配置されている。開閉弁４３は、制御装置７０からの指令を受けて排出ガス通路２５を開閉する。本実施例に係る制御装置７０は、ポンプ４２を稼動させる場合に、開閉弁４３も閉に制御する。開閉弁４３が閉に制御されることにより、大気が排出ガス通路２５を逆流して連通通路４１および酸化ガス通路２０を通過してカソード１２に流入することが抑制される。

電気消費装置５０は、燃料電池スタック１０の電気を消費させる装置である。本実施例においては、電気消費装置５０の一例として、放電装置５１を用いる。本実施例に係る放電装置５１は、一例として、抵抗５２と、アノード１１とカソード１２と抵抗５２とを電気的に接続する導線５３と、導線５３に配置されたスイッチ５４とを備えている。スイッチ５４は、制御装置７０からの指令を受けて開閉する。制御装置７０は、燃料電池スタック１０の電気を放電させない場合は、スイッチ５４を開にしておく（なお、図１においてスイッチ５４は開になっている）。制御装置７０は、燃料電池スタック１０の電気を放電させる場合に、スイッチ５４を閉に制御する。それにより、燃料電池スタック１０の電気は導線５３および抵抗５２を通過することで、放電される。このように燃料電池スタック１０の電気が放電することで、燃料電池スタック１０の電気は消費される。

なお、制御装置７０からの指令を受けた場合に燃料電池スタック１０の電気を消費させることが可能なものであれば、電気消費装置５０の具体例は放電装置５１に限定されるものではない。電気消費装置５０の他の一例を挙げると、電気消費装置５０として、アノード１１とカソード１２とに電気的に接続された負荷を用いることもできる。この場合においても、制御装置７０が負荷を稼動させた場合、負荷によって電気を消費させることができる。

加速度センサ６０は、車両１の加速度を検出し、検出結果を制御装置７０に伝える。制御装置７０は、車両１の減速時における加速度の大きさが所定値以上の場合（すなわち、マイナス方向の加速度の大きさが所定値以上の場合）に、車両１の急ブレーキがかかったと判定して、車両１が他の物体に衝突する可能性（以下、衝突可能性と称する）が有ると判定する。すなわち、加速度センサ６０および加速度センサ６０の検出結果を受けて衝突可能性を判断する制御装置７０は、車両１の衝突可能性を検知する衝突可能性検知装置としての機能を有している。なお、車両１の衝突可能性を検知可能なものであれば、衝突可能性検知装置の構成は、上述した構成に限定されるものではない。例えば、ミリ波レーダー、赤外線、カメラなどにより衝突の可能性を検知してもよい。

制御装置７０は、酸化ガス供給装置３０、排出ガス循環装置４０および電気消費装置５０を制御する装置である。本実施例においては、制御装置７０の一例として、電子制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）を用いる。この電子制御装置は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）７１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）７２およびＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）７３を有するマイクロコンピュータを備えている。なお、ＣＰＵ７１は各種の制御処理を行う制御部としての機能を有している。ＲＯＭ７２およびＲＡＭ７３は、ＣＰＵ７１の動作に必要なプログラム等の各種情報を記憶する記憶部としての機能を有している。

制御装置７０の制御部（ＣＰＵ７１）は、衝突可能性を検知した場合に、燃料電池スタック１０の電圧を低下させる電圧低下処理を実行する。この電圧低下処理の詳細について、フローチャートを用いて説明すると次のようになる。図２は本実施例に係る制御装置７０が実行する電圧低下処理のフローチャートの一例を示す図である。なお、図２のフローチャートは、加速度センサ６０の検出結果に基づいて車両１の衝突可能性が有ると判定された場合にスタートする。また、図２のフローチャートがスタートする前の状態において、コンプレッサ３１は稼動しており、ポンプ４２は停止しており、開閉弁４３は開になっており、スイッチ５４は開になっているものとする。すなわち、この場合、コンプレッサ３１によって圧送されることで、酸化ガスは酸化ガス通路２０を通過してカソード１２に供給され、カソード１２から排出された排出ガスは排出ガス通路２５を通過して大気に放出されている。また、この場合、燃料電池スタック１０は発電を行っている。

図２を参照して、衝突可能性があると判定された場合、制御装置７０の制御部は、カソード１２への酸化ガスの供給が停止するように酸化ガス供給装置３０を制御する酸化ガス供給停止処理を実行する（ステップＳ１０）。具体的には制御部は、コンプレッサ３１に停止指令を付与する。この停止指令を受けたコンプレッサ３１は稼動を停止する。それにより、コンプレッサ３１からカソード１２への酸化ガス供給は停止される。なお、コンプレッサ３１は、停止指令を受けても、しばらくの間は惰性で稼動するため、この惰性で稼動している間は、酸化ガスを供給し続ける。コンプレッサ３１が完全に停止した場合に、コンプレッサ３１からカソード１２への酸化ガスの供給は完全に停止する。

ステップＳ１０の後に制御部は、排出ガスのカソード１２への循環が開始するように排出ガス循環装置４０を制御する排出ガス循環処理を実行する（ステップＳ２０）。具体的には制御部は、開閉弁４３を閉にするとともに、ポンプ４２の稼動を開始させる。ステップＳ２０が実行されることにより、カソード１２から排出された排出ガスは、排出ガス通路２５、連通通路４１および酸化ガス通路２０を通過してカソード１２に循環する。

ステップＳ２０の後に制御部は、燃料電池スタック１０の電気の消費が開始するように電気消費装置５０を制御する電気消費処理を実行する（ステップＳ３０）。具体的には制御部は放電装置５１を稼動させる。より具体的には制御部は、放電装置５１のスイッチ５４を閉にする。それにより、燃料電池スタック１０の電気が放電されて、燃料電池スタック１０の電気は消費される。次いで制御部はフローチャートの実行を終了する。なお、仮に電気消費装置５０として、放電装置５１に代えて、前述した負荷（アノード１１とカソード１２とに電気的に接続された負荷）が用いられた場合、制御部はステップＳ３０において負荷を稼動させる。この場合においても、負荷によって電気が消費される。

以上のように、本実施例に係る燃料電池システム５の制御装置７０は、衝突可能性が検知された場合に、ステップＳ１０に係る酸化ガス供給停止処理（酸化ガス供給停止ステップ）と、ステップＳ２０に係る排出ガス循環処理（排出ガス循環ステップ）と、ステップＳ３０に係る電気消費処理（電気消費ステップ）とを実行している。なお、本実施例において、ステップＳ１０、ステップＳ２０およびステップＳ３０はこの順に実行されているが、これら各ステップの実行順序はこれに限定されるものではない。他の一例を挙げると、例えばステップＳ１０、ステップＳ２０およびステップＳ３０は同時に実行されてもよい。また、本実施例に係る燃料電池システム５の制御方法は、この制御装置７０によって実行されており、具体的には、衝突可能性が検知された場合に、酸化ガス供給停止ステップと排出ガス循環ステップと電気消費ステップとが実行されることを特徴としている。

以上説明した本実施例に係る燃料電池システム５および燃料電池システム５の制御方法によれば、衝突可能性が検知された場合に、電気消費処理（電気消費ステップ）が実行されることから、燃料電池スタック１０の電圧を低下させることができる。さらに、酸化ガス供給停止処理（酸化ガス供給停止ステップ）が実行されることから、燃料電池スタック１０の電圧低下を促進させることができる。さらに、排出ガス循環処理（排出ガス循環ステップ）が実行されることでカソード１２に酸素濃度の低い排出ガスが供給されることから、燃料電池スタック１０の電圧低下をさらに促進させることができる。したがって、燃料電池システム５および燃料電池システム５の制御方法によれば、衝突可能性が検知された場合に、仮にカソード１２に酸素が多く存在していたとしても、燃料電池スタック１０の電圧を早期に低下させることができる。それにより、衝突可能性が検知された後に仮に車両１が実際に衝突した場合であっても、燃料電池スタック１０が高電圧に維持されることなく、車両１と乗員の安全性を確保することができる。

また、燃料電池システム５および燃料電池システム５の制御方法によれば、ステップＳ２０に係る排出ガス循環処理（排出ガス循環ステップ）において、ポンプ４２が稼動するのみならず、開閉弁４３も閉に制御されていることから、大気が排出ガス通路２５を逆流して連通通路４１および酸化ガス通路２０を通過してカソード１２に流入することが抑制されている。それにより、ステップＳ２０において開閉弁４３が閉にされない場合に比較して、燃料電池スタック１０の電圧をより早期に低下させることができる。

また、ステップＳ３０に係る電気消費処理（電気消費ステップ）において、通常よりも酸素濃度が低下しているため、放電装置５１の抵抗５２に流れる電流値は小さくなり、抵抗５２の熱容量および耐熱性は小さくてよい。ここで、抵抗５２は、その熱容量が小さいほどそのコストも低くなり、その耐熱性が小さいほどそのコストも低くなる。したがって、燃料電池システム５および燃料電池システム５の制御方法によれば、このように抵抗５２として熱容量および耐熱性の小さい抵抗を用いることができることから、コストの上昇も抑制することができる。

続いて本発明の実施例２に係る燃料電池システム５ａおよび燃料電池システム５ａの制御方法について説明する。図３は本実施例に係る燃料電池システム５ａが搭載された車両１ａの構成を示す模式図である。燃料電池システム５ａは、排出ガス循環装置４０に代えて、排出ガス循環装置４０ａを備えている点において、図１に示す実施例１に係る燃料電池システム５と異なっている。排出ガス循環装置４０ａは、ポンプ４２および開閉弁４３を備えていない点と、連通通路４１に代えて連通通路４１ａを備えている点と、エゼクタ４４および三方弁４６をさらに備えている点とにおいて、図１に示す排出ガス循環装置４０と異なっている。連通通路４１ａは、排出ガス通路２５とエゼクタ４４の後述する吸込口４５ｃとを連通している。三方弁４６は、連通通路４１ａの排出ガス通路２５への接続点に配置されている。

エゼクタ４４は、酸化ガス通路２０のコンプレッサ３１よりも下流側の部分に配置されている。エゼクタ４４の供給口４５ａには、コンプレッサ３１から吐出された酸化ガスが流入する。供給口４５ａからエゼクタ４４の内部に流入した酸化ガスは、エゼクタ４４の内部を通過して排出口４５ｂから排出されて、酸化ガス通路２０を通過してカソード１２に供給される。エゼクタ４４の内部を酸化ガスが通過する際に、エゼクタ４４の内部において負圧が発生する。この負圧を利用して、エゼクタ４４は、吸込口４５ｃから連通通路４１ａを通過した排出ガスを吸入して、吸入した排出ガスを排出口４５ｂから酸化ガス通路２０に排出する。

三方弁４６の供給口４７ａには、排出ガス通路２５の三方弁４６よりも上流側部分の下流側端部が接続している。三方弁４６の第１の排出口である排出口４７ｂには、排出ガス通路２５の三方弁４６よりも下流側部分の上流側端部が接続している。また、三方弁４６の第２の排出口である排出口４７ｃには、連通通路４１ａの上流側端部が接続している。三方弁４６は、制御装置７０からの指示を受けて、排出口４７ｂおよび排出口４７ｃのいずれか一方を開にし、他方を閉にする。排出口４７ｂが閉になり且つ排出口４７ｃが開になった場合、排出ガス通路２５の三方弁４６よりも上流側の排出ガスは、供給口４７ａから三方弁４６に流入し、排出口４７ｃから排出されて、連通通路４１ａを通過してエゼクタ４４の吸込口４５ｃに流入する。一方、排出口４７ｂが開になり且つ排出口４７ｃが閉になった場合、排出ガス通路２５の三方弁４６よりも上流側の排出ガスは、供給口４７ａから三方弁４６に流入し、排出口４７ｂから排出されて、排出ガス通路２５の三方弁４６よりも下流側部分に流入する。

このように、三方弁４６は、制御装置７０からの指示を受けて、排出ガス通路２５の三方弁４６よりも上流側の排出ガスの流動先を、連通通路４１ａと排出ガス通路２５の三方弁４６よりも下流側部分との間で切替えている。すなわち、三方弁４６は、排出ガス通路２５を通過する排出ガスが連通通路４１ａを通過する状態（排出口４７ｂが閉になり、排出口４７ｃが開になった状態）と、排出ガス通路２５を通過する排出ガスが連通通路４１ａを通過しない状態（排出口４７ｂが開になり、排出口４７ｃが閉になった状態）とを切替える通路切替弁としての機能を有している。

図４は本実施例に係る制御装置７０が実行する電圧低下処理のフローチャートの一例を示す図である。なお、この図４は、後述する実施例３においても使用される。図４のフローチャートはステップＳ２０に代えて、ステップＳ２０ａを備えている点において、実施例１に係る図２のフローチャートと異なっている。なお、図４のフローチャートがスタートする前の状態において、コンプレッサ３１は稼動しており、スイッチ５４は開になっている。また、三方弁４６の排出口４７ｂは開になり、排出口４７ｃは閉になっている。すなわち、この場合、酸化ガスはコンプレッサ３１によって圧送されることで、酸化ガス通路２０を通過してカソード１２に供給され、カソード１２から排出された排出ガスは排出ガス通路２５を通過して大気に放出されている。また、この場合、燃料電池スタック１０は発電を行っている。

図４に示すように、本実施例に係る制御装置７０の制御部は、実施例１の場合と同様に、衝突可能性が検知された場合に、ステップＳ１０に係る酸化ガス供給停止処理（酸化ガス供給停止ステップ）を実行する。次いで制御部は、ステップＳ２０ａに係る排出ガス循環処理（排出ガス循環ステップ）において、排出ガス通路２５の排出ガスが連通通路４１ａを通過する状態となるように三方弁４６を制御する。具体的には制御部は、三方弁４６の排出口４７ｂを閉にし、排出口４７ｃを開にする。ステップＳ２０ａが実行されることで、カソード１２から排出された排出ガスをエゼクタ４４の吸込口４５ｃに導入することができる。ここで、コンプレッサ３１は停止指令を受けても、しばらくの間は惰性で酸化ガスを供給し続ける。したがって、この構成によれば、衝突可能性が検知された場合においてコンプレッサ３１が酸化ガスを供給し続けている間、エゼクタ４４の吸込口４５ｃに供給された排出ガスをカソード１２に循環させることができる。なお、三方弁４６の排出口４７ｃが開になることで排出ガスが連通通路４１ａを通過する場合、三方弁４６の排出口４７ｂは閉になっているため、大気が排出ガス通路２５を逆流して連通通路４１ａに流入することは抑制されている。

次いで制御部は、実施例１の場合と同様に、ステップＳ３０に係る電気消費処理（電気消費ステップ）を実行する。なお、本実施例においても、実施例１の場合と同様に、ステップＳ１０、ステップＳ２０ａおよびステップＳ３０の実行順序は、図４の実行順序に限定されるものではない。他の一例を挙げると、例えばステップＳ１０、ステップＳ２０ａおよびステップＳ３０は同時に実行されてもよい。

本実施例に係る燃料電池システム５ａおよび燃料電池システム５ａの制御方法においても、衝突可能性が検知された場合に、酸化ガス供給停止処理（酸化ガス供給停止ステップ）、排出ガス循環処理（排出ガス循環ステップ）および電気消費処理（電気消費ステップ）が実行されることから、燃料電池スタック１０の電圧を早期に低下させることができる。それにより、車両１ａの衝突時における車両１ａと乗員の安全性の確保を効果的に図ることができる。

続いて本発明の実施例３に係る燃料電池システム５ｂおよび燃料電池システム５ｂの制御方法について説明する。図５は本実施例に係る燃料電池システム５ｂが搭載された車両１ｂの構成を示す模式図である。燃料電池システム５ｂは、排出ガス循環装置４０ａに代えて、排出ガス循環装置４０ｂを備えている点において、図３に示す実施例２に係る燃料電池システム５ａと異なっている。排出ガス循環装置４０ｂは、エゼクタ４４を備えていない点と、連通通路４１ａに代えて連通通路４１ｂを備えている点とにおいて、図３に示す排出ガス循環装置４０ａと異なっている。

連通通路４１ｂは、上流側端部が三方弁４６の排出口４７ｃに接続している点は図３の連通通路４１ａと同様である。連通通路４１ｂは、下流側端部が酸化ガス通路２０のコンプレッサ３１よりも上流側の部分に接続している点において、図３の連通通路４１ａと異なっている。三方弁４６が、制御装置７０からの指示を受けて、排出口４７ｂを閉にし、排出口４７ｃを開にした場合、排出ガス通路２５の排出ガスは連通通路４１ｂを通過して酸化ガス通路２０のコンプレッサ３１よりも上流側の部分に導入される。

なお、本実施例に係る燃料電池システム５ｂは、酸素濃度の低い排出ガスをさらに効果的に循環させるために、酸化ガス通路２０のうち排出ガス連通通路４１ｂと酸化ガス通路２０との接続部よりも上流に開閉弁をさらに備え、制御装置７０の制御部は衝突危険性を検知した場合にこの開閉弁を閉に制御してもよい。

続いて本実施例に係る制御装置７０の制御部が実行する電圧低下処理について説明する。本実施例に係る電圧低下処理のフローチャートは、前述した図４のステップＳ２０ａにおいて、排出ガス循環装置４０ａを制御する代わりに排出ガス循環装置４０ｂを制御する点以外、図４と同様である。そのため、本実施例においても、図４のフローチャートを用いて、電圧低下処理について説明する。本実施例に係る制御装置７０の制御部は、実施例２の場合と同様に、衝突可能性が検知された場合に、ステップＳ１０に係る酸化ガス供給停止処理（酸化ガス供給停止ステップ）を実行する。

次いで制御部は、排出ガスのカソード１２への循環が開始するように排出ガス循環装置４０ｂを制御する排出ガス循環処理（排出ガス循環ステップ）を実行する（ステップＳ２０ａ）。具体的には本実施例に係る制御部は、排出ガス通路２５の排出ガスが連通通路４１ｂを通過する状態となるように三方弁４６を制御する。より具体的には制御部は、三方弁４６の排出口４７ｂを閉にし、排出口４７ｃを開にする。この排出ガス循環処理が実行されることで、カソード１２から排出された排出ガスを酸化ガス通路２０のコンプレッサ３１よりも上流側の部分に導入することができる。ここで、前述したように、コンプレッサ３１は停止指令を受けても、しばらくの間は惰性で酸化ガスを供給し続ける。したがって、この構成によれば、衝突可能性が検知された場合においてコンプレッサ３１が酸化ガスを供給し続けている間、排出ガスをカソード１２に循環させることができる。なお、三方弁４６の排出口４７ｃが開になることで排出ガスが連通通路４１ｂを通過した場合、三方弁４６の排出口４７ｂは閉になっているため、大気が排出ガス通路２５を逆流して連通通路４１ｂに流入することは抑制されている。

次いで制御部は、実施例２の場合と同様に、ステップＳ３０に係る電気消費処理（電気消費ステップ）を実行する。なお、実施例２の場合と同様に、本実施例においても、ステップＳ１０、ステップＳ２０ａ、ステップＳ３０の実行順序は、上述した実行順序に限定されるものではない。他の一例を挙げると、例えば各ステップは同時に実行されてもよい。

本実施例に係る燃料電池システム５ｂおよび燃料電池システム５ｂの制御方法においても、衝突可能性が検知された場合に、酸化ガス供給停止処理（酸化ガス供給停止ステップ）、排出ガス循環処理（排出ガス循環ステップ）および電気消費処理（電気消費ステップ）が実行されることから、燃料電池スタック１０の電圧を早期に低下させることができる。それにより、車両１ｂの衝突時における車両１ｂと乗員の安全性の確保を効果的に図ることができる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１ 車両
５ 燃料電池システム
１０ 燃料電池スタック
１２ カソード
３０ 酸化ガス供給装置
４０ 排出ガス循環装置
４４ エゼクタ
４６ 三方弁
５０ 電気消費装置
６０ 加速度センサ
７０ 制御装置

Claims (5)

1. 車両に搭載された燃料電池スタックと、
   前記燃料電池スタックのカソードに酸化ガスを供給する酸化ガス供給装置と、
   前記カソードから排出された排出ガスを前記カソードに循環させる排出ガス循環装置と、
   前記燃料電池スタックの電気を消費させる電気消費装置と、
   前記車両が他の物体に衝突する可能性である衝突可能性を検知する衝突可能性検知装置と、
   前記衝突可能性検知装置によって前記衝突可能性が検知された場合に、前記カソードへの前記酸化ガスの供給が停止するように前記酸化ガス供給装置を制御する酸化ガス供給停止処理と、前記排出ガスの前記カソードへの循環が開始するように前記排出ガス循環装置を制御する排出ガス循環処理と、前記燃料電池スタックの前記電気の消費が開始するように前記電気消費装置を制御する電気消費処理とを実行する制御装置と、を備える燃料電池システム。
2. 前記酸化ガス供給装置は、酸化ガス通路によって前記カソードに連通され、前記酸化ガス通路を介して前記酸化ガスを前記カソードに供給し、
   前記排出ガス循環装置は、前記カソードから排出された前記排出ガスが通過する排出ガス通路と前記酸化ガス通路の前記酸化ガス供給装置よりも下流側の部分とを連通する連通通路と、前記連通通路に配置されたポンプと、を備え、
   前記排出ガス循環処理において、前記制御装置は、前記ポンプの稼動を開始させる請求項１記載の燃料電池システム。
3. 前記酸化ガス供給装置は、酸化ガス通路によって前記カソードに連通され、前記酸化ガス通路を介して前記酸化ガスを前記カソードに供給するコンプレッサであり、
   前記排出ガス循環装置は、前記酸化ガス通路の前記コンプレッサよりも下流側の部分に配置され、前記コンプレッサから吐出された前記酸化ガスが内部を通過する際に発生する負圧を利用して吸込口からガスを吸入して前記酸化ガス通路に排出するエゼクタと、前記カソードから排出された前記排出ガスが通過する排出ガス通路と前記エゼクタの前記吸込口とを連通する連通通路と、前記排出ガス通路を通過する前記排出ガスが前記連通通路を通過する状態と該排出ガスが前記連通通路を通過しない状態とを切替える通路切替弁と、を備え、
   前記酸化ガス供給停止処理において、前記制御装置は、前記コンプレッサに停止指令を付与し、
   前記排出ガス循環処理において、前記制御装置は、前記排出ガス通路を通過する前記排出ガスが前記連通通路を通過する状態になるように前記通路切替弁を制御する請求項１記載の燃料電池システム。
4. 前記酸化ガス供給装置は、酸化ガス通路によって前記カソードに連通され、前記酸化ガス通路を介して前記酸化ガスを前記カソードに供給するコンプレッサであり、
   前記排出ガス循環装置は、前記カソードから排出された前記排出ガスが通過する排出ガス通路と前記酸化ガス通路の前記コンプレッサよりも上流側の部分とを連通する連通通路と、前記排出ガス通路を通過する前記排出ガスが前記連通通路を通過する状態と該排出ガスが前記連通通路を通過しない状態とを切替える通路切替弁と、を備え、
   前記酸化ガス供給停止処理において、前記制御装置は、前記コンプレッサに停止指令を付与し、
   前記排出ガス循環処理において、前記制御装置は、前記排出ガス通路を通過する前記排出ガスが前記連通通路を通過する状態となるように前記通路切替弁を制御する請求項１記載の燃料電池システム。
5. 車両に搭載された燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックのカソードに酸化ガスを供給する酸化ガス供給装置と、前記カソードから排出された排出ガスを前記カソードに循環させる排出ガス循環装置と、前記燃料電池スタックの電気を消費させる電気消費装置と、前記車両が他の物体に衝突する可能性である衝突可能性を検知する衝突可能性検知装置と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、
   前記衝突可能性検知装置によって前記衝突可能性が検知された場合に、前記カソードへの前記酸化ガスの供給が停止するように前記酸化ガス供給装置を制御する酸化ガス供給停止ステップと、前記排出ガスの前記カソードへの循環が開始するように前記排出ガス循環装置を制御する排出ガス循環ステップと、前記燃料電池スタックの前記電気の消費が開始するように前記電気消費装置を制御する電気消費ステップとが実行される燃料電池システムの制御方法。

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