JP2018200760A - 燃料電池システム - Google Patents

燃料電池システム Download PDF

Info

Publication number
JP2018200760A
JP2018200760A JP2017103837A JP2017103837A JP2018200760A JP 2018200760 A JP2018200760 A JP 2018200760A JP 2017103837 A JP2017103837 A JP 2017103837A JP 2017103837 A JP2017103837 A JP 2017103837A JP 2018200760 A JP2018200760 A JP 2018200760A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
valve
fuel cell
control
power generation
opening degree
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2017103837A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6783188B2 (ja
Inventor
吉岡　衛
Mamoru Yoshioka
衛 吉岡
成人 伊東
Shigeto Ito
成人 伊東
福井　誠
Makoto Fukui
誠 福井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aisan Industry Co Ltd
Original Assignee
Aisan Industry Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aisan Industry Co Ltd filed Critical Aisan Industry Co Ltd
Priority to JP2017103837A priority Critical patent/JP6783188B2/ja
Priority to CN201880034542.7A priority patent/CN110663131B/zh
Priority to DE112018002700.7T priority patent/DE112018002700T5/de
Priority to PCT/JP2018/016258 priority patent/WO2018216409A1/ja
Priority to US16/495,655 priority patent/US11148536B2/en
Publication of JP2018200760A publication Critical patent/JP2018200760A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6783188B2 publication Critical patent/JP6783188B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/70—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/30—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H01M8/04395—Pressure; Ambient pressure; Flow of cathode reactants at the inlet or inside the fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04604—Power, energy, capacity or load
    • H01M8/04619—Power, energy, capacity or load of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04664—Failure or abnormal function
    • H01M8/04671—Failure or abnormal function of the individual fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04664—Failure or abnormal function
    • H01M8/04686—Failure or abnormal function of auxiliary devices, e.g. batteries, capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

【課題】燃料電池での不要な発電を抑制できる燃料電池システムを提供する。【解決手段】本開示の一態様は、燃料電池システム１０１において、コントローラ２０１は、入口封止弁１７４を全閉にする場合、モータ３２により入口封止弁１７４の開度を０°よりも大きい制御全閉開度にする制御全閉開度制御を行い、制御全閉開度制御を行っているときに、入口封止弁１７４にてエアが洩れていると判断したときには、制御全閉開度をエアの洩れ量がゼロとなるゼロ位置開度まで閉弁側に補正する。【選択図】図１

Description

本開示は、燃料ガスと酸化剤ガスとを供給すること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ものである。特に、燃料電池車に搭載される燃料電池システムに好適なものである。
従来技術として、特許文献１に開示されるような燃料電池システムが存在する。この燃料電池システムは、燃料電池スタック（燃料電池）と、燃料電池スタックに酸化剤ガスを供給するためのガス供給通路と、燃料電池スタックへの酸化剤ガスの供給を制御する上流側弁と、ガス供給通路に設けられるコンプレッサと、燃料電池スタックに供給された酸化剤ガスを排出するためのガス排出通路と、燃料電池スタックからの酸化剤ガスの排出を制御する下流側弁と、燃料電池スタックを迂回させて酸化剤ガスをガス排出通路に排出するバイパス通路と、バイパス通路に設けられたバイパス通路を流れる酸化剤ガスの流量を調節するバイパス弁とを備えている。
そして、このような燃料電池システムにおいて、例えば燃料電池車の減速時に上流側弁の開度を制御全閉開度にする制御全閉開度制御を行うことを、本出願人が特願２０１７−０４１５８０号にて提案している。ここで、前記の制御全閉開度は、０°より僅かに大きく弁体が弁座に設けたシール部に接触して閉弁状態が維持される開度である。
特開２０１０−１９２２５１号公報
しかしながら、上記した燃料電池システムでは、作動回数が多い減速時に制御全閉開度制御を行うので、上流側弁の開度が制御全閉開度となる頻度が多くなる。そのため、弁座に設けたシール部に弁体が接触する頻度が多くなりシール部が摩耗すると、上流側弁の開度を制御全閉開度にしたときに、上流側弁において酸化剤ガスの洩れが生じるおそれがある。したがって、燃料電池に不要な酸化剤ガスが供給されてしまうため、その酸化剤ガスと燃料電池に既に供給された燃料ガスとが反応して発電が行われて、燃料電池で不要な発電がなされるおそれがある。
そこで、本開示は上記した問題点を解決するためになされたものであり、燃料電池での不要な発電を抑制できる燃料電池システムを提供することを目的とする。
上記課題を解決するためになされた本開示の一形態は、燃料電池と、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供給通路と、前記酸化剤ガス供給通路に設けられた上流側弁と、各種制御を行う制御部と、を有する燃料電池システムにおいて、前記上流側弁は、弁座と、弁体と、前記弁体を駆動させて前記弁座と前記弁体との間を開閉させる駆動機構と、を有し、前記弁座又は前記弁体のいずれか一方に、閉弁時に前記弁体又は前記弁座に接触するシール部を備えるシール部材が設けられ、前記制御部は、前記上流側弁を全閉にする場合、前記駆動機構により前記上流側弁の開度を０よりも大きい制御全閉開度にする制御全閉開度制御を行い、前記制御全閉開度制御を行っているときに、前記上流側弁にて前記酸化剤ガスの洩れが発生したと判断したときには、前記制御全閉開度を前記上流側弁における前記酸化剤ガスの洩れ量がゼロとなるゼロ位置開度まで閉弁側に補正すること、を特徴とする。
この態様によれば、制御全閉開度制御を行っているときに、上流側弁にてシール部の摩耗による酸化剤ガスの洩れが発生したときには、シール部の摩耗量に応じて制御全閉開度を閉弁側に補正して、上流側弁にて酸化剤ガスの洩れ量をゼロにできる。そのため、燃料電池への不要な酸化剤ガスの供給が抑制されるので、燃料電池での不要な発電を抑制できる。したがって、燃料電池での不要な発電により生じた電力を消費するための補機類の電力消費による放電が不要になり、燃費の低下やＮＶの発生を抑制できる。
上記の態様においては、前記制御部は、前記燃料電池の発電量に基づいて前記上流側弁における前記酸化剤ガスの洩れ量を判断すること、を特徴とする。
この態様によれば、上流側弁における酸化剤ガスの洩れ量を検出するためのセンサなどの検出手段を新たに追加する必要がないので、コストを低減できる。
上記の態様においては、前記燃料電池の発電量は、前記制御全閉開度制御を開始したときに前記燃料電池内に残存する前記酸化剤ガスが消費された後に発電した量であること、が好ましい。
この態様によれば、燃料電池の発電量は、制御全閉開度制御を行っているときに発生した上流側弁における酸化剤ガスの洩れに対応した発電量となる。そのため、燃料電池の発電量に基づいて上流側弁における酸化剤ガスの洩れ量を正確に判断できる。
上記課題を解決するためになされた本開示の他の形態は、燃料電池と、前記燃料電池に供給された酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出通路と、前記酸化剤ガス排出通路に設けられた下流側弁と、各種制御を行う制御部と、を有する燃料電池システムにおいて、前記下流側弁は、弁座と、弁体と、前記弁体を駆動させて前記弁座と前記弁体との間を開閉させる駆動機構と、を有し、前記弁座又は前記弁体のいずれか一方に、閉弁時に前記弁体又は前記弁座に接触するシール部を備えるシール部材が設けられ、前記制御部は、補機類を駆動させるために前記燃料電池で発電させる補機類発電要求がある場合、前記駆動機構により前記下流側弁の開度を要求補機発電量に対応した補機発電開度にする補機発電開度制御を行い、前記補機発電開度制御を行っているときに、前記下流側弁における前記酸化剤ガスの流量が第１の所定流量よりも多いと判断したときには、前記補機発電開度を前記下流側弁における前記酸化剤ガスの流量が前記第１の所定流量となる第１目標位置開度まで閉弁側に補正すること、を特徴とする。
この態様によれば、補機発電開度制御を行っているときに、下流側弁においてシール部の摩耗により酸化剤ガスの流量が増加したときには、シール部の摩耗量に応じて補機発電開度を閉弁側に補正して、下流側弁における酸化剤ガスの流量を目標流量にできる。そのため、燃料電池への不要な（余分な）酸化剤ガスの供給が抑制されるので、燃料電池での不要な（余分な）発電を抑制できる。したがって、燃料電池での発電量が過剰になることを抑制できるので、燃費の低下を抑制でき、また、不要な補機類を駆動させる必要もなくなる。
上記の態様においては、前記制御部は、前記補機発電開度制御を行っているときに、前記下流側弁における前記酸化剤ガスの流量が前記第１の所定流量よりも少ない第２の所定流量よりもさらに少ないと判断したときには、前記補機発電開度を前記下流側弁における前記酸化剤ガスの流量が前記第２の所定流量となる第２目標位置開度まで開弁側に補正すること、を特徴とする。
この態様によれば、補機発電開度を補正する制御を行うときに、下流側弁のハンチングの発生を抑制して、下流側弁における酸化剤ガスの流量を目標範囲内に制御することができる。そのため、燃料電池で要求される電力を発電できるので、補機類発電要求に応じて補機類を駆動させることができる。
上記の態様においては、前記制御部は、前記燃料電池の発電量に基づいて前記下流側弁における前記酸化剤ガスの流量を判断すること、を特徴とする。
この態様によれば、下流側弁における酸化剤ガスの流量を検出するためのセンサなどの検出手段を新たに追加する必要がないので、コストを低減できる。
本開示の燃料電池システムによれば、燃料電池での不要な発電を抑制できる。
実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。 入口封止弁の正面図である。 入口封止弁の上面図である。 弁体が弁座に接触した閉弁状態（全閉状態）における弁部を一部破断して示した斜視図である。 弁体が弁座から最も離れた全開状態における弁部を一部破断して示した斜視図である。 入口封止弁が閉弁状態であるときの弁座、弁体及び回転軸を示す側面図である。 図６のＡ−Ａ断面図である。 図２のＢ−Ｂ断面図である。 図２のＣ−Ｃ断面図である。 弁ハウジングからエンドフレームを取り外した状態を示す正面図である。 モータの非駆動時において、メインギヤとリターンスプリングと中間ギヤの周辺の拡大図（一部断面図）である。 モータの非駆動時において、メインギヤに作用する力を示した模式図であり、回転軸の中心軸方向のメインギヤ側から見た図である。 図１２のＤ−Ｄ断面図に相当する図であって、弁座と弁体と回転軸と軸受とメインギヤを表した模式図である。 モータの駆動時において、メインギヤに作用する力を示した模式図であり、回転軸の中心軸方向のメインギヤ側から見た図である。 図１４のＥ−Ｅ断面図に相当する図であって、弁座と弁体と回転軸と軸受とメインギヤを表した模式図である。 図１５に対応する図であって、図１５のときよりもモータ駆動力を大きくしたときを表した図である。 モータの駆動時において、開度がαのときのメインギヤとリターンスプリングと中間ギヤの周辺の拡大図（一部断面図）である。 図１６に対応する図であって、図１６のときよりもモータ駆動力を大きくしたときを表した図である。 モータの駆動時において、開度がβのときのメインギヤとリターンスプリングと中間ギヤの周辺の拡大図（一部断面図）である。 開度と開口面積の関係図である。 ゴムシートを示す図である。 エア系の概略構成を示す図である。 減速時及びシステム停止時における制御内容を示すフローチャートである。 減速時における放電制御及び回生制御の内容を示すフローチャートである。 減速終了時及び加速／定常時の制御内容を示すフローチャートである。 機械的全閉状態と制御全閉状態における弁体とシール部との接触状態を示す図である。 開弁中にゴムシートのシール部が反り返った状態を示す図である。 制御全閉開度制御を実施した場合に弁体がシール部に接触・摺動する様子を示した図である。 図２８に示す丸枠部分を拡大した図である。 図２９に示す四角枠部分を拡大してシール部のみを示す図である。 制御全閉位置学習の内容を示すフローチャートである。 補機制御位置学習の内容を示すフローチャートである。 要求補機発電量と補機発電制御開度の関係を示す図である。
本開示に係る実施形態である燃料電池システムについて、図１を参照しながら詳細に説明する。本実施形態では、燃料電池車に搭載され、その駆動用モータ（図示略）に電力を供給する燃料電池システムに、本開示を適用した場合について説明する。
本実施形態の燃料電池システム１０１は、図１に示すように、燃料電池スタック（燃料電池）１１１と、水素系１１２と、エア系１１３を有する。
燃料電池スタック１１１は、燃料ガスの供給と酸化剤ガスの供給を受けて発電を行う。本実施形態では、燃料ガスは水素ガスであり、酸化剤ガスはエアである。すなわち、燃料電池スタック１１１は、水素系１１２からの水素ガスの供給と、エア系１１３からのエアの供給を受けて発電を行う。そして、燃料電池スタック１１１で発電された電力は、インバータ（図示略）を介して駆動用モータ（図示略）に供給される。
水素系１１２は、燃料電池スタック１１１のアノード側に設けられている。この水素系１１２は、水素供給通路１２１、水素排出通路１２２、充填通路１２３を備えている。水素供給通路１２１は、水素タンク１３１から燃料電池スタック１１１へ水素ガスを供給するための通路である。水素排出通路１２２は、燃料電池スタック１１１から排出される水素ガス（以下、適宜、「水素オフガス」という。）を排出するための通路である。充填通路１２３は、充填口１５１から水素タンク１３１に水素ガスを充填するための通路である。
水素系１１２は、水素供給通路１２１において、水素タンク１３１側から順に、主止弁１３２、高圧レギュレータ１３３、中圧リリーフ弁１３４、圧力センサ１３５、インジェクタ部１３６、低圧リリーフ弁１３７、圧力センサ１３８を備えている。主止弁１３２は、水素タンク１３１から水素供給通路１２１への水素ガスの供給と遮断を切り換える弁である。高圧レギュレータ１３３は、水素ガスを減圧するための圧力調整弁である。中圧リリーフ弁１３４は、水素供給通路１２１における高圧レギュレータ１３３とインジェクタ部１３６の間の圧力が所定圧力以上になると開弁して圧力を所定圧力未満に調整する弁である。圧力センサ１３５は、水素供給通路１２１における高圧レギュレータ１３３とインジェクタ部１３６の間の圧力を検出するセンサである。インジェクタ部１３６は、水素ガスの流量を調節する機構である。低圧リリーフ弁１３７は、水素供給通路１２１におけるインジェクタ部１３６と燃料電池スタック１１１の間の圧力が所定圧力以上になると開弁して圧力を所定圧力未満に調整する弁である。圧力センサ１３８は、水素供給通路１２１におけるインジェクタ部１３６と燃料電池スタック１１１の間の圧力を検出するセンサである。
また、水素系１１２は、水素排出通路１２２において、燃料電池スタック１１１側から順に、気液分離器１４１、排気排水弁１４２が配置されている。気液分離器１４１は、水素オフガス内の水分を分離する機器である。排気排水弁１４２は、気液分離器１４１からエア系１１３の希釈器１８２への水素オフガスや水分の排出と遮断を切り換える弁である。
エア系１１３は、燃料電池スタック１１１のカソード側に設けられている。このエア系１１３は、エア供給通路１６１（酸化剤ガス供給通路）、エア排出通路１６２、バイパス通路１６３を備えている。エア供給通路１６１は、燃料電池システム１０１の外部から燃料電池スタック１１１へ、エアを供給するための通路である。エア排出通路１６２は、燃料電池スタック１１１から排出されるエア（以下、適宜、「エアオフガス」という。）を排出するための通路である。バイパス通路１６３は、エア供給通路１６１から燃料電池スタック１１１を介さずに（迂回して）エア排出通路１６２へ、エアを流すための通路である。
エア系１１３は、エア供給通路１６１において、エアクリーナ１７１側から順に、コンプレッサ１７２、インタークーラ１７３、入口封止弁（上流側弁）１７４を備えている。エアクリーナ１７１は、燃料電池システム１０１の外部から取り込んだエアを清浄化する機器である。コンプレッサ１７２は、エアを燃料電池スタック１１１に供給する機器である。インタークーラ１７３は、エアを冷却する機器である。入口封止弁１７４は、燃料電池スタック１１１へのエアの供給と遮断を切り換える封止弁である。この入口封止弁１７４として、弁体のシール面が回転軸から偏心して配置される偏心弁が適用されている。入口封止弁１７４の詳細については、後述する。
また、エア系１１３は、エア排出通路１６２において、燃料電池スタック１１１側から順に、出口統合弁（下流側弁）１８１、希釈器１８２が配置されている。
出口統合弁１８１は、燃料電池スタック１１１の背圧を調整して燃料電池スタック１１１からのエアオフガスの排出量を制御する弁（調圧（流量制御）機能を有する弁）である。この出口統合弁１８１として、入口封止弁１７４と基本的に同一構成（ゴムシート２１の構成が異なる場合がある）の偏心弁が適用されている。出口統合弁１８１の詳細については、後述する。
希釈器１８２は、エアオフガス及びバイパス通路１６３を流れるエアにより、水素排出通路１２２から排出される水素オフガスを希釈する機器である。
また、エア系１１３は、バイパス通路１６３において、バイパス弁１９１を備えている。バイパス弁１９１は、バイパス通路１６３におけるエアの流量を制御する弁である。バイパス弁１９１として、入口封止弁１７４や出口統合弁１８１とほぼ同一構成（ゴムシート２１を備えていない）の偏心弁が適用されている。バイパス弁１９１の詳細については、後述する。
また、燃料電池システム１０１は、システムの制御を司るコントローラ（制御部）２０１を備えている。コントローラ２０１は、燃料電池システム１０１に備わる各機器を制御するとともに各種判定を行う。なお、燃料電池システム１０１は、その他、燃料電池スタック１１１の冷却を行う冷却系（不図示）も有する。
以上のような構成の燃料電池システム１０１において、水素供給通路１２１から燃料電池スタック１１１に供給された水素ガスは、燃料電池スタック１１１にて発電に使用された後、燃料電池スタック１１１から水素オフガスとして水素排出通路１２２と希釈器１８２を介して、燃料電池システム１０１の外部に排出される。また、エア供給通路１６１から燃料電池スタック１１１に供給されたエアは、燃料電池スタック１１１にて発電に使用された後、燃料電池スタック１１１からエアオフガスとしてエア排出通路１６２と希釈器１８２を介して、燃料電池システム１０１の外部に排出される。
ここで、入口封止弁１７４、出口統合弁１８１及びバイパス弁１９１について、図２〜図２１を参照しながら説明する。なお、これらの弁は、入口封止弁１７４と出口統合弁１８１とでゴムシートの構成が異なる場合やバイパス弁１９１がゴムシートを備えていないことを除いて、基本的に同一構成であるため、以下では入口封止弁１７４を中心に説明し、適宜、出口統合弁１８１及びバイパス弁１９１についても説明する。
図２及び図３に示すように、入口封止弁１７４は、弁部２と駆動機構部３を備える。弁部２は、内部にエア（空気）が流れる流路１１を有する管部１２（図８参照）を備え、流路１１の中には弁座１３、弁体１４及び回転軸１５が配置されている。回転軸１５に対しては、駆動機構部３から駆動力（回転力）が伝えられる。駆動機構部３は、モータ３２と減速機構３３（図８や図９参照）を備えている。
図４及び図５に示すように、流路１１には段部１０が形成され、その段部１０に弁座１３が組み込まれている。弁座１３は、円環状をなし、中央に弁孔１６を有する。弁孔１６の縁部には、環状のシート面１７が形成されている。弁体１４は、円板状の部分を備え、その外周には、シート面１７に対応する環状のシール面１８が形成されている。弁体１４は、回転軸１５に一体的に設けられ、回転軸１５と一体的に回転する。
本実施形態では、弁座１３に、ゴムシート（シール部材）２１が設けられている（図２１参照）。そして、ゴムシート２１に、シート面１７が形成されている。このゴムシート２１の詳細については、後述する。なお、バイパス弁１９１には、ゴムシート２１が備わっていないため、シート面１７は弁座１３に形成されている。
本実施形態では、図４及び図５において、弁座１３に対して弁体１４や回転軸１５とは反対側に形成される流路１１が燃料電池スタック１１１側（エアの流れの下流側）に配置され、弁座１３に対して弁体１４や回転軸１５側に形成される流路１１がコンプレッサ側（エアの流れの上流側）に配置されている。すなわち、本実施形態では、エアは、流路１１内において、弁体１４（回転軸１５）側から弁座１３側に向かって流れる。
なお、出口統合弁１８１においては、入口封止弁１７４とは逆に、弁座１３に対して弁体１４や回転軸１５とは反対側に形成される流路１１が燃料電池スタック１１１側（エアの流れの上流側）に配置され、弁座１３に対して弁体１４や回転軸１５側に形成される流路１１が希釈器１８２側（エアの流れの下流側）に配置されている。すなわち、出口統合弁１８１では、エアは、流路１１内において、弁座１３側から弁体１４（回転軸１５）側に向かって流れる。
また、バイパス弁１９１においては、弁座１３に対して弁体１４や回転軸１５側に形成される流路１１がエア供給通路１６１側（エアの流れの上流側）に配置され、弁座１３に対して弁体１４や回転軸１５とは反対側に形成される流路１１がエア排出通路１６２側（エアの流れの下流側）に配置されている。すなわち、バイパス弁１９１では、エアは、流路１１内において、弁体１４（回転軸１５）側から弁座１３側に向かって流れる。
図６及び図７に示すように、回転軸１５の中心軸Ｌｓは、弁体１４の径方向（詳しくは、弁体１４の円板状の部分の径方向）と平行に伸び、弁孔１６の中心軸Ｐ１から弁孔１６の径方向へ偏心して配置されると共に、弁体１４のシール面１８が回転軸１５の中心軸Ｌｓから弁体１４の中心軸Ｌｖが伸びる方向へ偏心して配置されている。
また、弁体１４について回転軸１５の中心軸Ｌｓを中心に回転させることにより、弁体１４のシール面１８が、シート面１７に面接触する閉弁位置（図４参照）とシート面１７から最も離れる全開位置（図５参照）との間で移動可能となっている。
図８及び図９に示すように、金属製又は合成樹脂製の弁ハウジング３５は、流路１１及び管部１２を備えている。また、金属製又は合成樹脂製のエンドフレーム３６は、弁ハウジング３５の開口端を閉鎖している。弁体１４及び回転軸１５は、弁ハウジング３５内に設けられている。回転軸１５は、その先端部にピン１５ａを備えている。このように、ピン１５ａは、回転軸１５の中心軸Ｌｓ方向の一方（弁体１４側）の端部に設けられている。ピン１５ａの径は、回転軸１５におけるピン１５ａ以外の部分の径よりも小さい。なお、回転軸１５の中心軸Ｌｓ方向の他方（メインギヤ４１側）の端部には、基端部１５ｂが設けられている。
回転軸１５は、ピン１５ａがある先端側を自由端とし、その先端部が管部１２の流路１１に挿入されて配置されている。また、回転軸１５は、互いに離れて配置された２つの軸受である第１軸受３７と第２軸受３８を介して弁ハウジング３５に対し回転可能に片持ち支持されている。第１軸受３７と第２軸受３８は、ともにボールベアリングにより構成されている。第１軸受３７と第２軸受３８は、回転軸１５の中心軸Ｌｓ方向について弁体１４とメインギヤ４１との間の位置に配置され、回転軸１５を回転可能に支持している。本実施形態では、第１軸受３７が、第２軸受３８に対してメインギヤ４１側の位置に配置されている。弁体１４は、回転軸１５の先端部に形成されたピン１５ａに対して溶接により固定され、流路１１内に配置されている。
エンドフレーム３６は、弁ハウジング３５に対し複数のクリップ３９（図２及び図３参照）により固定されている。図８及び図９に示すように、回転軸１５の基端部１５ｂには、扇形ギヤを備えるメインギヤ４１が固定されている。弁ハウジング３５とメインギヤ４１との間には、リターンスプリング力Ｆｓ１を発生させるリターンスプリング４０が設けられている。リターンスプリング力Ｆｓ１は、回転軸１５を閉弁方向に回転させる力であって、弁体１４を閉弁方向へ付勢する力である。
リターンスプリング４０は、線材がコイル状に巻かれて形成された弾性体である。リターンスプリング４０は、その線材の両端部において、図１１に示すように、奥側フック４０ａと、手前側フック４０ｂを備えている。奥側フック４０ａと手前側フック４０ｂは、リターンスプリング４０の周方向について約１８０°離れた位置に配置されている。奥側フック４０ａは、弁ハウジング３５側（図１１の紙面奥側）に配置され、弁ハウジング３５のスプリングフック部３５ｃ（図１９参照）に接触している。一方、手前側フック４０ｂは、メインギヤ４１側（図１１の紙面手前側）に配置され、メインギヤ４１のスプリングフック部４１ｃに接触している。
また、図８〜図１１に示すように、メインギヤ４１は、全閉ストッパ部４１ａと、歯車部４１ｂと、スプリングフック部４１ｃと、スプリングガイド部４１ｄなどを備えている。そして、メインギヤ４１の周方向（図１１の反時計方向）について、順に、全閉ストッパ部４１ａ、歯車部４１ｂ、スプリングフック部４１ｃが形成されている。メインギヤ４１は、回転軸１５と一体的に設けられ、モータ３２で発生する駆動力を受給する。全閉ストッパ部４１ａは、開度θが「０」であるときに、弁ハウジング３５の全閉ストッパ部３５ｂに接触する部分である。
図８に示すように、モータ３２は、弁ハウジング３５に形成された収容凹部３５ａに収容されて固定されている。モータ３２は、回転軸１５を開弁、および、閉弁方向に回転させる駆動力を発生させる。モータ３２は、弁体１４を開閉駆動するために減速機構３３を介して回転軸１５に駆動力が伝達されるようにして連結されている。すなわち、モータ３２の出力軸３２ａ（図１０参照）には、モータギヤ４３が固定されている。このモータギヤ４３は、中間ギヤ４２を介してメインギヤ４１に駆動力が伝達されるようにして連結されている。
中間ギヤ４２は、大径ギヤ４２ａと小径ギヤ４２ｂを有する二段ギヤであり、ピンシャフト４４を介して弁ハウジング３５に回転可能に支持されている。大径ギヤ４２ａの直径は、小径ギヤ４２ｂの直径よりも大きい。大径ギヤ４２ａには、モータギヤ４３が駆動連結され、小径ギヤ４２ｂには、メインギヤ４１が駆動連結されている。本実施形態では、減速機構３３を構成するメインギヤ４１と中間ギヤ４２とモータギヤ４３は、樹脂により形成されている。
なお、モータ３２は、本開示における「駆動機構」の一例である。また、中間ギヤ４２（駆動伝達部）は、モータ３２の駆動力を回転軸１５に伝達する。
詳しくは後述するが、このような構成の入口封止弁１７４は、図４に示すような閉弁状態（弁体１４のシール面１８の全周と弁座１３（ゴムシート２１）のシート面１７の全周とが接触している状態）から、モータ３２に通電させると、メインギヤ４１にギヤ歯を押す力（モータ駆動力Ｆｍ１（図１４参照））が加わり、てこの原理により弁体１４を弁座１３に向かう方向へ移動させる（図１５参照）。その後、モータ３２に印加する駆動電圧（電流）が徐々に大きくなると、出力軸３２ａとモータギヤ４３が正方向（弁体１４を開弁させる方向）へ回転して、その回転が中間ギヤ４２により減速されてメインギヤ４１に伝達される。そして、リターンスプリング４０により発生する力であって閉弁方向へ付勢するリターンスプリング力Ｆｓ１に抗して、弁体１４が開弁して流路１１が開かれる（図１６及び図１８参照）。その後、弁体１４が開弁する途中でモータ３２に印加する駆動電圧が一定に維持されると、そのときの弁体１４の開度にてモータ駆動力Ｆｍ１とリターンスプリング力Ｆｓ１とが均衡して、弁体１４は所定開度に保持される。
そこで、本実施形態における入口封止弁１７４の作用について詳細に説明する。まず、モータ３２へ通電がなされていないモータ３２の非駆動時（モータ３２が停止しているとき）には、開度θが「０」の状態、すなわち、入口封止弁１７４が全閉（機械的全閉開度）になっている。そして、このとき、図１１に示すように、メインギヤ４１の全閉ストッパ部４１ａは、弁ハウジング３５の全閉ストッパ部３５ｂに接触している。
このとき、回転軸１５の周方向についての力関係を考えると、図１２に示すように、メインギヤ４１のスプリングフック部４１ｃには、リターンスプリング４０の手前側フック４０ｂからリターンスプリング力Ｆｓ１が加わっている。なお、図１２に示すように、回転軸１５の中心軸Ｌｓを原点とし、ｘ軸を水平方向とし、ｙ軸を鉛直方向とする直交座標系において、＋ｘ方向かつ＋ｙ方向を第１象限、−ｘ方向かつ＋ｙ方向を第２象限、−ｘ方向かつ−ｙ方向を第３象限、＋ｘ方向かつ−ｙ方向を第４象限とする。このとき、奥側フック４０ａおよび全閉ストッパ部４１ａは第１象限に位置するように配置され、手前側フック４０ｂおよびスプリングフック部４１ｃは第３象限に位置するように配置されている。
ここで、てこの原理において、全閉ストッパ部４１ａに支点が設定され、スプリングフック部４１ｃに力点が設定され、全閉ストッパ部４１ａとスプリングフック部４１ｃとの間の中央部に作用点が設定されるとする。すると、スプリングフック部４１ｃに加わるリターンスプリング力Ｆｓ１により、全閉ストッパ部４１ａとスプリングフック部４１ｃとの間の中央部に力Ｆｓ２が作用する。なお、（力Ｆｓ２）＝２×（リターンスプリング力Ｆｓ１）である。なお、図１２において、全閉ストッパ部４１ａとスプリングフック部４１ｃとの間の距離は「２Ｒ」としている。
このとき、回転軸１５の中心軸Ｌｓ方向に沿った断面における力関係を考えると、図１３に示すように、力Ｆｓ２の＋ｙ方向成分は、分力Ｆｓ３となる。なお、＋ｙ方向とは、第１軸受３７や第２軸受３８の中心軸Ｌｊ方向（ｘ方向）に対して垂直な方向であって、弁体１４に対して弁座１３方向（図１２や図１３の図面上方向）である。また、（分力Ｆｓ３）＝（力Ｆｓ２）×（ｓｉｎθ１）である。なお、図１２に示すように、角度θ１は、ｘ方向に対して、全閉ストッパ部４１ａとスプリングフック部４１ｃの配列方向がなす角度である。
そして、この分力Ｆｓ３により、スプリングガイド部４１ｄの位置では、力Ｆｓ４（反弁座方向付勢力）が＋ｙ方向に作用している。なお、（力Ｆｓ４）＝（分力Ｆｓ３）×Ｌｂ／Ｌａである。このように、力Ｆｓ４は、リターンスプリング力Ｆｓ１に起因して発生する力であって、かつ、第１軸受３７と第２軸受３８の中心軸Ｌｊに対して垂直な方向に作用する力である。なお、距離Ｌａは、ｘ方向について第１軸受３７が配置される位置から力Ｆｓ４が作用する位置までの距離である。また、距離Ｌｂは、ｘ方向について第１軸受３７が配置される位置から分力Ｆｓ３が作用する位置までの距離である。
このようにスプリングガイド部４１ｄの位置で力Ｆｓ４が＋ｙ方向に作用することにより、スプリングガイド部４１ｄと一体の回転軸１５は、第１軸受３７を支点に、図１３における時計回りに回転して傾く。これにより、てこの原理により、回転軸１５の基端部１５ｂに設けられるメインギヤ４１は＋ｙ方向に移動する一方で、回転軸１５のピン１５ａに設けられる弁体１４は−ｙ方向に移動する。そのため、弁体１４は、弁座１３から離れる方向（反弁座方向）に移動する。このようにして、モータ３２の非駆動時であって、入口封止弁１７４が閉弁状態であるときに、弁体１４は、力Ｆｓ４により、弁座１３から離れる方向に移動する。なお、このとき、回転軸１５は、第２軸受３８により制止される。
本実施形態では、このとき、図１３に示すように、弁体１４は、弁座１３に設けられたゴムシート２１（シール部材）に接触している。詳しくは、図２１に示すように、弁体１４は、ゴムシート２１に備わるシール部２１ａに接触している。なお、このとき、弁体１４は、シール部２１ａのシート面１７の全周に亘って接触している。シール部２１ａは、弁体１４に押されて撓むことができるように形成されている。そして、シール部２１ａは、入口封止弁１７４の上流側圧力が下流側圧力よりも大きくなる（前後差圧が大きくなる）にしたがって弁体１４のシール面１８に接触する面圧が高められる形状をなしている。例えば、シール部２１ａとして、ビードシールやリップシール等を適用することができる。このようにして、弁座１３と弁体１４との間はゴムシート２１で封止（シール）されており、入口封止弁１７４は簡単な構成でシール性が確保されている。
これにより、燃料電池システム１０１が搭載された車両の減速時において、燃料電池スタック１１１へのエアの供給を停止する場合に、入口封止弁１７４を全閉にしてエア供給通路１６１の圧力を高める、あるいは燃料電池スタック１１１のスタック圧を下げることにより、燃料電池スタック１１１の入口側でエアを封止することができる。従って、燃料電池スタック１１１へのエアの供給を停止する際に、燃料電池スタック１１１への余剰（不要）なエアの供給を少なくすることができるので、減速時における燃料電池スタック１１１での不要な発電を最小限に抑えることができる。
また、このとき、開度θと開口面積Ｓの関係は図２０に示す点Ｐ１ａの様になる。ここで、「入口封止弁１７４が全閉（機械的全閉）状態であるとき」とは、開度θ（弁体１４の開度）が「０」のときであり、言い換えると、回転軸１５の回転角度が全閉のときの角度（回転軸１５の回転範囲内における最小角度）であるときである。
その後、モータ３２へ通電がなされるモータ３２の駆動時には、中間ギヤ４２の小径ギヤ４２ｂ（図１１参照）からメインギヤ４１の歯車部４１ｂ（図１１参照）に対して当該メインギヤ４１を回転させようとするモータ駆動力Ｆｍ１が作用する。このとき、回転軸１５の周方向についての力関係を考えると、図１４に示すように、モータ駆動力Ｆｍ１は、−ｙ方向に作用する。なお、−ｙ方向とは、第１軸受３７や第２軸受３８の中心軸Ｌｊ方向（ｘ方向）に対して垂直な方向であって、弁座１３に対して弁体１４が配置される方向（図１２や図１３の図面下方向）である。
そして、モータ駆動力Ｆｍ１により、回転軸１５の中心軸Ｌｓの位置では、力Ｆｍ２が−ｙ方向に作用している。さらに、回転軸１５の中心軸Ｌｓ方向に沿った断面における力関係を考えると、図１５に示すように、スプリングガイド部４１ｄの位置では、力Ｆｍ３（弁座方向付勢力）が−ｙ方向に作用している。なお、（力Ｆｍ３）＝（力Ｆｍ２）×Ｌｂ／Ｌａである。このように、モータ３２の駆動時に、力Ｆｍ３が発生する。この力Ｆｍ３は、モータ駆動力Ｆｍ１に起因して発生する力であって、かつ、第１軸受３７と第２軸受３８の中心軸Ｌｊに対して垂直な方向に作用する力である。そして、力Ｆｍ３は、第１軸受３７を支点として回転軸１５を回転させて傾けて、弁体１４を弁座１３に向かう方向に付勢する。
そして、図１５に示すように、力Ｆｍ３が前記の力Ｆｓ４よりも大きくなると、メインギヤ４１のスプリングガイド部４１ｄと一体の回転軸１５は、第１軸受３７を支点に図１５における反時計回りに回転して傾く。これにより、てこの原理により、メインギヤ４１は−ｙ方向に移動する一方で、弁体１４は＋ｙ方向に移動する。このようにして、弁体１４は、力Ｆｍ３により、弁座１３に向かう方向（弁座方向）に移動する。
本実施形態では、このとき、ゴムシート２１のシール部２１ａは、弁体１４に押されて変形しているが、シール部２１ａの変形は弾性領域内で行われ、塑性変形はしない。なお、このとき、開度θと開口面積Ｓの関係は図２０に示す、点Ｐ１ｂの様になる。
その後、モータ３２に印加させる駆動電圧が大きくなってモータ駆動力Ｆｍ１が大きくなると、回転軸１５は、第１軸受３７を支点に図１６における反時計回りにさらに回転して傾く。これにより、メインギヤ４１は−ｙ方向にさらに移動する一方で、弁体１４は＋ｙ方向にさらに移動する。このとき、回転軸１５は中心軸Ｌｓを中心に回転し、開度θ（回転軸１５の回転角度）が開度「０°」から僅かに開いた開度「α」になる（図１７参照）。そして、このとき、図１７に示すように、メインギヤ４１の全閉ストッパ部４１ａは、弁ハウジング３５の全閉ストッパ部３５ｂから離れる。この状態が、後述する制御全閉状態であり、開度「α」が制御全閉開度となる。制御全閉開度の詳細については後述する。なお、図１６に示すように、回転軸１５は、第２軸受３８により制止される。また、このとき、開度θと開口面積Ｓは図２０に示す点Ｐ１ｃの様になり、開口面積Ｓはほぼゼロである。
そして、モータ駆動力Ｆｍ１がさらに大きくなると、回転軸１５は中心軸Ｌｓを中心にさらに回転し、図１８に示すように、弁体１４が弁座１３から離れて、開口面積Ｓが増加して開弁される。このとき、開度θが「β」になる（図１９参照）。また、このとき、開度θと開口面積Ｓの関係は図２０に示す点Ｐ１ｄの様になる。以上のようにして、モータ駆動力Ｆｍ１による入口封止弁１７４の開弁動作が行われる。
上記のような構成を出口統合弁１８１も有している。ただし、出口統合弁１８１におけるゴムシートのシール部は、出口統合弁１８１の上流側圧力が下流側圧力よりも大きくなるにしたがって、弁体のシール面に接触する面圧が下がるようになっている。また、バイパス弁１９１は、ゴムシート２１を備えていない点を除き、上記のような構成を有している。このようにエア系１１３では、図２２に示すように、入口封止弁１７４、出口統合弁１８１及びバイパス弁１９１として、入口封止弁１７４と出口統合弁１８１とでゴムシートの構成が異なる場合やバイパス弁１９１がゴムシートを備えていないことを除いて、基本的な構成が同一である偏心弁を使用して、エア系１１３における弁の共通化を図っている。また、入口封止弁１７４、出口統合弁１８１及びバイパス弁１９１において、ゴムシート以外の構成は共通しているので、開閉制御（動作）自体は同一であるため、これらの弁を協調制御することができる。これらのことにより、燃料電池システム１０１のコストを低減することができるとともに、コントローラ２０１における弁の開閉制御を簡素化することができる。
ここで、入口封止弁１７４では、システム停止時や減速時に全閉にする際、弁体１４のシール面１８がゴムシート２１のシール部２１ａを摺りながら、弁体１４が弁座１３に着座する。そのため、シール部２１ａの摩耗が進行していくと、入口封止弁１７４のシール性を確保することができなくなってしまうおそれがある。そして、システム停止時において、入口封止弁１７４のシール性を確保することができなくなると、システム停止時における燃料電池スタック１１１の密閉度が低下し、燃料電池スタック１１１内で反応が起こり、燃料電池スタック１１１内で酸化による劣化が生じてしまう。
そこで、燃料電池システム１０１において、減速時又はシステム停止時に燃料電池スタック１１１へのエアの供給を停止する場合、燃料電池スタック１１１の劣化防止のために、上記の制御を基本とした以下に述べる制御を実施して、システム停止時において入口封止弁１７４のシール性を確保することができるように、シール部２１ａの摩耗を抑制することが好ましい。
具体的には、コントローラ２０１が、図２３〜図２５に示す制御フローチャートに基づく制御を実行すればよい。まず、コントローラ２０１は、図２３に示すように、燃料電池スタック１１１の作動要求が継続しているか否かを判断する（ステップＳ５０）。燃料電池スタック１１１の作動要求が継続している場合には（ステップＳ５０：ＹＥＳ）、コントローラ２０１は、車両が加速／定常状態から減速状態になったか否かを判断する（ステップＳ５１）。
車両が加速／定常状態から減速状態になると（ステップＳ５１：ＹＥＳ）、コントローラ２０１は、放電解除フラグが「０」であるか否かを判断する（ステップＳ５２）。放電解除フラグは、「０」の場合に放電要求があることを示し、「１」の場合に放電要求がないことを示す。なお、放電要求は、減速時に燃料電池スタック１１１で発電された電気をバッテリに充電することができない場合に生じる。
そして、放電解除フラグが「０」である場合には（ステップＳ５２：ＹＥＳ）、コントローラ２０１は、バイパス弁１９１を全閉状態から全開にするための全開制御を実施する（ステップＳ５３）。これにより、入口封止弁１７４にコンプレッサ１７２のコンプレッサ圧が作用しなくなるため、入口封止弁１７４の前後差圧が小さくなる。なお、放電解除フラグが「１」である場合には（ステップＳ５２：ＮＯ）、コントローラ２０１は、後述するステップＳ９０〜Ｓ９３の処理を実施する。
また、出口統合弁１８１を減速前の出力（加速／定常）要求に応じた開度から制御全閉開度αにする制御全閉開度制御を実施する（ステップＳ５４）。なお、このステップＳ５４の処理は省略することもできるが、ステップＳ５３の処理に加えてステップＳ５４の処理を行うことにより、どちらか一方の弁が故障（バイパス弁閉故障又は出口統合弁開故障）した場合であっても、入口封止弁１７４の前後差圧を小さくすることができる。
さらに、コントローラ２０１は、入口封止弁１７４の開度を全開状態から所定開度γに閉じる閉弁制御を実施する（ステップＳ５５）。なお、所定開度γとしては、弁体１４がシール部２１ａに接触する少し手前の開度（例えば、５〜１５°程度）を設定すればよい。本実施形態では、所定開度γをγ＝１０°に設定している。
次に、コントローラ２０１は、コンプレッサ１７２のコンプレッサ圧（Ｐｉｎ）とスタック圧ｐｓｔａｃｋを取り込み（ステップＳ５６）、入口封止弁１７４の前後差圧ΔＰＩＮ（＝Ｐｉｎ−ｐｓｔａｃｋ）を算出する（ステップＳ５７）。そして、この前後差圧ΔＰＩＮが所定圧Ｐより小さくなると（ステップＳ５８：ＹＥＳ）、コントローラ２０１は、入口封止弁１７４の開度を制御全閉開度にする制御全閉開度制御を実施する（ステップＳ５９）。つまり、コントローラ２０１は、モータ３２を制御して入口封止弁１７４を制御全閉開度αまで閉じていく。これにより、入口封止弁１７４の開度が、所定開度γから制御全閉開度αとなる。
なお、制御全閉開度αは、機械的全閉開度（開度０°）より僅かに大きく、弁体１４がシール部２１ａに接触して閉弁状態が維持される開度であって、例えば、数度に設定すれば良い。本実施形態では、制御全閉開度αをα＝３°に設定している。また、所定圧Ｐは、ゴムシート２１のシール部２１ａが確実に変形しない圧力（数ｋＰａ程度）を設定すればよい。
このとき、バイパス弁１９１が全開にされているため、基本的には入口封止弁１７４の前後差圧ΔＰＩＮは小さくなっている。しかしながら、例えば、バイパス弁１９１の弁孔径を小さくした場合等に、バイパス弁１９１を開弁してから入口封止弁１７４の前後差圧ΔＰＩＮが小さくなるまでに時間がかかり、入口封止弁１７４の前後差圧ΔＰＩＮが下がる前に、入口封止弁１７４が制御全閉開度αにされてしまうおそれがある。そうすると、シール部２１ａが変形している状態で入口封止弁１７４が制御全閉となるおそれがある。
そのため、入口封止弁１７４を制御全閉にする場合、上記のように、まず入口封止弁１７４を所定開度γまで閉弁し、入口封止弁１７４の前後差圧ΔＰＩＮが一定圧Ｐより小さくなった後に、制御全閉開度制御を行うことにより、シール部２１ａが変形した状態で入口封止弁１７４が制御全閉にされてしまうことを確実に回避することができる。
その後、コントローラ２０１は、ステップＳ５９で制御全閉開度制御が実施された入口封止弁１７４の開度が制御全閉開度αになったか否かを判断する（ステップＳ６０）。そして、入口封止弁１７４の開度が制御全閉開度αになったことを確認すると（ステップＳ６０：ＹＥＳ）、入口封止弁１７４の制御全閉フラグを「１」して（ステップＳ６１）、全開状態になっているバイパス弁１９１を全閉にするための全閉制御を実施する（ステップＳ６２）。これにより、入口封止弁１７４のシール部２１ａに対してコンプレッサ１７２のコンプレッサ圧が作用して、シール部２１ａが弁体１４に押しつけられる。そのため、入口封止弁１７４において、開度が制御全閉開度αに制御されても、シール性を確保することができる。従って、減速時に燃料電池スタック１１１へのエアの供給を停止する際、入口封止弁１７４を機械的全閉にせずに制御全閉としても、入口封止弁１７４でエアを封止することができる。
このように、入口封止弁１７４では、減速時における全閉開度（制御全閉開度）が、システム停止時における全閉開度（機械的全閉開度）と異なっている。そのため、図２６に示すように、システム停止時における機械的全閉開度状態での弁体１４とシール部２１ａとの接点端ＣＰ１の位置と、減速時における制御全閉開度状態での弁体１４とシール部２１ａとの接点端ＣＰ２の位置とが異なる。そして、入口封止弁１７４が全閉にされる作動回数の多い減速時における全閉開度位置（制御全閉開度位置：開度θ＝α）でのシール部２１ａの摩耗は生じてしまうが、減速時に比べると大幅に作動回数の少ないシステム停止時における全閉開度位置（機械的全閉位置：開度θ＝０）でのシール部２１ａの摩耗を大幅に抑制することができる。従って、システム停止時における入口封止弁１７４のシール性を確保することができる。なお、入口封止弁１７４において、制御全閉開度位置でシール部２１ａの摩耗が生じたとしても、減速時にはコンプレッサ１７２のコンプレッサ圧によりシール部２１ａが弁体１４に押しつけられるため、シール性を確保することができる。
そして、図２４に示すように、放電要求がある場合には（ステップＳ８０：ＹＥＳ）、コントローラ２０１は、コンプレッサ１７２のコンプレッサ圧（Ｐｉｎ）及びコンプレッサ回転数（ｃｐｒｐｍ）を取り込む（ステップＳ８１）。次に、コンプレッサ圧（Ｐｉｎ）が放電目標圧Ａより小さい（Ｐｉｎ＜Ａ）か否かを判断する（ステップＳ８２）。このとき、コンプレッサ圧（Ｐｉｎ）が放電目標圧Ａより小さい場合には（ステップＳ８２：ＹＥＳ）、バイパス弁１９１を閉弁制御してコンプレッサ圧（Ｐｉｎ）を上げる（ステップＳ８３）。一方、コンプレッサ圧（Ｐｉｎ）が放電目標圧Ａ以上である場合には（ステップＳ８２：ＮＯ）、バイパス弁１９１を開弁制御してコンプレッサ圧（Ｐｉｎ）を下げる（ステップＳ８４）。
次に、コントローラ２０１は、コンプレッサ回転数（ｃｐｒｐｍ）が放電目標回転数Ｂより小さい（ｃｐｒｐｍ＜Ｂ）か否かを判断する（ステップＳ８５）。このとき、コンプレッサ回転数（ｃｐｒｐｍ）が放電目標回転数Ｂより小さい場合には（ステップＳ８５：ＹＥＳ）、コンプレッサ１７２の回転数を上げる（ステップＳ８６）。一方、コンプレッサ回転数（ｃｐｒｐｍ）が放電目標回転数Ｂ以上である場合には（ステップＳ８５：ＮＯ）、コンプレッサ１７２の回転数を下げる（ステップＳ８７）。
このような放電制御により、コンプレッサ圧及びコンプレッサ回転数をそれぞれ放電目標圧Ａ及び放電目標回転数Ｂ付近に制御して、燃料電池スタック１１１で余剰に発電された電気を効率よくコンプレッサ１７２で放電することができる。
一方、放電要求がない場合、言い換えるとバッテリが充電可能である場合には（ステップＳ８０：ＮＯ）、コントローラ２０１は、放電解除フラグを「１」にする（ステップＳ８８）。そして、補機類発電要求が無いか否かを判断する（ステップＳ９０）。補機類発電要求が無い場合には（ステップＳ９０：ＹＥＳ）、回生ブレーキ制御を実施して、燃料電池スタック１１１で発電された電気をバッテリに充電するために、回生ブレーキ要求に応じて、バイパス弁１９１を開弁しコンプレッサ１７２の回転数を制御する。なお、コンプレッサ１７２が一定回転数を維持していても、バイパス弁１９１が開弁されているため、コンプレッサ１７２の負荷（電力消費）は小さい。
そして、補機類発電要求が有る場合には（ステップＳ９０：ＮＯ）、コントローラ２０１は、入口封止弁１７４の制御全閉フラグが「０」であるか否かを判断する（ステップＳ９２）。入口封止弁１７４の制御全閉フラグが「０」である場合には（ステップＳ９２：ＹＥＳ）、補機類発電要求に応じて、出口統合弁１８１の開度とバイパス弁１９１の開度とをそれぞれ制御するとともに、コンプレッサ１７２の回転数を制御する（ステップＳ９３）。なお、入口封止弁１７４の制御全閉フラグが「１」である場合には（ステップＳ９２：ＮＯ）、後述するステップＳ７０以降の処理を行う。
図２３に戻って、加速／定常状態が維持されている場合、又は減速が終了した場合には（ステップＳ５１：ＮＯ）、コントローラ２０１は、図２５に示すように、入口封止弁１７４の制御全閉フラグが「１」であるか否かを判断する（ステップＳ７０）。制御全閉フラグが「１」である場合には（ステップＳ７０：ＹＥＳ）、減速制御からの復帰制御を行う。すなわち、コントローラ２０１は、バイパス弁１９１を全閉状態から全開にするための全開制御を実施する（ステップＳ７１）。このとき、出口統合弁１８１については制御全閉開度制御が継続される（ステップＳ７２）。なお、ステップＳ７２の処理は、ステップＳ５４の処理を省略する場合には不要となる。
このとき、入口封止弁１７４の前後差圧ΔＰＩＮが大きいと、その差圧によってゴムシート２１のシール部２１ａが反り返って変形するおそれがある。そして、図２７に示すように、入口封止弁１７４を開弁していくときに、ゴムシート２１のシール部２１ａが反り返って変形してしまうと、シール部２１ａが異常に摩耗するおそれがある。そして、シール部２１ａが異常に摩耗すると、入口封止弁１７４が全閉時においてシール性を確保することができなくなる。
そこで、コントローラ２０１は、コンプレッサ１７２のコンプレッサ圧（Ｐｉｎ）とスタック圧ｐｓｔａｃｋを取り込み（ステップＳ７３）、入口封止弁１７４の前後差圧ΔＰＩＮ（＝Ｐｉｎ−ｐｓｔａｃｋ）を算出する（ステップＳ７４）。この前後差圧ΔＰＩＮが所定圧Ｐより小さくなると（ステップＳ７５：ＹＥＳ）、コントローラ２０１は、入口封止弁１７４の開度を制御全閉開度から全開にする全開制御を行う（ステップＳ７６）。その後、コントローラ２０１は、入口封止弁１７４の制御全閉フラグを「０」にして（ステップＳ７７）、放電解除フラグを「０」にする（ステップＳ７８）。
これにより、入口封止弁１７４の前後差圧ΔＰＩＮが小さくなってから、入口封止弁１７４が開弁されるため、入口封止弁１７４の開弁時にゴムシート２１のシール部２１ａが反り返って変形することを確実に防止することができる。従って、減速終了後に入口封止弁１７４を開弁させる時に、ゴムシート２１のシール部２１ａが異常に摩耗することを防止することができ、入口封止弁１７４のシール性を確保することができる。
なお、制御全閉フラグが「０」である場合、言い換えると加速／定常状態が維持されている場合には（ステップＳ７０：ＮＯ）、入口封止弁１７４は全開状態が維持されており、コントローラ２０１は、そのときの出力（加速／定常）要求に応じて、出口統合弁１８１の開度とバイパス弁１９１の開度とをそれぞれ制御するとともに、コンプレッサ１７２の回転数を制御する（ステップＳ７９）。
図２３に戻って、燃料電池スタック１１１の作動要求が継続していない、つまりシステムの停止要求がある場合には（ステップＳ５０：ＮＯ）、コントローラ２０１は、ステップＳ１００以降の処理を実施して燃料電池システム１０１を停止させる。
ここで、減速時に制御全閉開度制御が実施されると、弁体１４とシール部２１ａとが摺動する回数が、システム停止時における機械的全閉開度位置よりも、図２８に示す減速時における制御全閉開度位置で大幅に多くなる。そのため、図２９に示すように、制御全閉開度位置において弁体１４とシール部２１ａとが接触・摺動する部分（網掛け部分）でシール部２１ａが摩耗していくので、図３０に示すように、シール部２１ａに段差Ｄが発生してしまうおそれがある。そして、シール部２１ａに段差Ｄが発生すると、システム停止時に入口封止弁１７４がリターンスプリング４０の付勢力（リターンスプリング力Ｆｓ１）だけでは機械的全閉開度（開度「０°」）まで閉じないおそれがある。
そこで、システム停止時には、コントローラ２０１は入口封止弁１７４に対して、以下に述べるゼロ開度制御を実施して、システム停止時において入口封止弁１７４を確実に全閉（機械的全閉開度）にする。
すなわち、コントローラ２０１は、バイパス弁１９１を全閉状態から全開にするための全開制御を実施する（ステップＳ１００）。また、入口封止弁１７４の開度を、モータ３２によって強制的に「０°」にするゼロ開度制御を実施して、入口封止弁１７４を全閉（機械的全閉）にする（ステップＳ１０１）。同様に、出口統合弁１８１に対してもゼロ開度制御を実施して、出口統合弁１８１を全閉にする（ステップＳ１０２）。
その後、コントローラ２０１は、コンプレッサ１７２を停止させ、回転数が「０」になると（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、バイパス弁１９１を全開から全閉にする全閉制御を実施し（ステップＳ１０４）、燃料電池システム１０１を停止させる（ステップＳ１０５）。
このようにして燃料電池システム１０１を停止することにより、シール部２１ａに段差Ｄが生じたとしても、モータ３２によって入口封止弁１７４を確実に機械的全閉開度まで閉じることができる。そして、上記したように機械的全閉位置におけるシール部２１ａの摩耗が大幅に抑制されている。従って、システム停止時において入口封止弁１７４のシール性が確保される。また、本実施形態では、出口統合弁１８１においても入口封止弁１７４と同様にゼロ開度制御を実施するため、システム停止時において出口統合弁１８１のシール性も確保される。そのため、システム停止時における燃料電池スタック１１１の密閉度を高めることができるので、燃料電池スタック１１１内で反応が起こり難くなり、燃料電池スタック１１１内での酸化による劣化を抑制することができる。
次に、入口封止弁１７４の制御全閉位置学習について説明する。前記のように、コントローラ２０１は、減速時に入口封止弁１７４を全閉にする場合、入口封止弁１７４の開度を制御全閉開度αにする制御全閉開度制御を行う（図２３のステップＳ５９参照）。ここで、制御全閉開度制御は作動回数が多い減速時に行われるので、入口封止弁１７４の開度が制御全閉開度αとなる頻度が多くなる。そのため、弁座１３に設けたゴムシート２１のシール部２１ａに弁体１４が接触する頻度が多くなり、シール部２１ａの摩耗が多くなるおそれがある。したがって、シール部２１ａの摩耗を低減するためには、制御全閉開度αを制御することが求められる。
また、万が一、シール部２１ａの摩耗が多くなり、入口封止弁１７４の開度を制御全閉開度にしたときに入口封止弁１７４においてエアの洩れが生じた場合には、燃料電池スタック１１１に不要なエアが供給される。そのため、供給される不要なエアと燃料電池スタック１１１に既に供給された水素ガスとが反応して発電が行われて、燃料電池スタック１１１で不要な発電がなされる。そして、燃料電池で不要な発電が多くなされると、補機類による電力消費だけでは放電を完了させることが困難になる。また、例えば、コンプレッサ１７２の消費電力を上昇させる必要があるため、コンプレッサ１７２の回転数が上昇したりコンプレッサ１７２の出口圧が上昇する。そして、これにより、燃費が低下したり、ＮＶ（ノイズ・バイブレーション）が発生するおそれがある。
そこで、シール部２１ａにおける摩耗量に応じて制御全閉開度αを制御すれば、制御全閉開度制御を行うときの入口封止弁１７４におけるエアの洩れ量をゼロに維持できる。そこで、本実施形態では、燃料電池スタック１１１の発電量で入口封止弁１７４におけるエアの洩れ量を判断し、制御全閉開度αを閉弁（０°）側に変更（学習）する。なお、以下の説明では、便宜上、制御全閉開度αの代わりに制御全閉開度Ｋα＋と表記する。
具体的には、コントローラ２０１は、図３１に示す制御を行う。図３１に示すように、コントローラ２０１は、制御全閉開度制御を行っているときに（ステップＳ２０１：ＹＥＳ）、スタック残存発電分の電力が消費された後（ステップＳ２０２：ＹＥＳ）において、制御全閉開度Ｋα＋（開度α＋（ｉ））を取り込む（ステップＳ２０３）。なお、ステップＳ２０３において取り込んだときの制御全閉開度Ｋα＋を開度α＋（ｉ）とする。
ここで、「制御全閉開度制御を行っているとき」とは、例えば前記のように減速時に入口封止弁１７４が全閉になるとき（図２３のステップＳ５９）が考えられるが、これに限定されず、減速時以外の時に入口封止弁１７４が全閉になるときも含まれるとしてもよい。
また、「スタック残存発電分の電力」とは、制御全閉開度制御が行われて燃料電池スタック１１１へのエアの供給停止が開始された時において燃料電池スタック１１１内に残存しているエアにより燃料電池スタック１１１が発電した分の電力である。
また、制御全閉開度Ｋα＋（開度α＋（ｉ））は、機械的全閉開度（開度０°）より僅かに大きく、弁体１４がシール部２１ａに接触して閉弁状態が維持される開度であって、例えば、数度に設定されている。本実施形態では、制御全閉開度Ｋα＋（開度α＋（ｉ））は３°以下に設定されている。なお、ｉは正の整数である。
次に、コントローラ２０１は、燃料電池スタック１１１の発電量であるスタック発電量ｓｅｋｗを取り込んで（ステップＳ２０４）、このスタック発電量ｓｅｋｗが所定発電量Ａｋｗ未満であるか否かを判断する（ステップＳ２０５）。なお、所定発電量Ａｋｗは、燃料電池スタック１１１にて発電停止であると判定すること（みなすこと）ができる発電量であり、例えば、０ｋＷ〜数（例えば、３）ｋＷである。
ここで、燃料電池スタック１１１は、水素ガスがリッチな状態（多い状態）に維持されている。そのため、燃料電池スタック１１１へのエアの供給の有無により、燃料電池スタック１１１の発電が行われたり停止したりする。したがって、制御全閉開度制御を行っているときに、入口封止弁１７４にてエアの洩れが生じていなければ燃料電池スタック１１１へのエアの供給が停止されるので、燃料電池スタック１１１の発電は停止する。そうすると、燃料電池スタック１１１の発電が継続している場合には、燃料電池スタック１１１へエアが供給されていることから、入口封止弁１７４にてエアの洩れが生じていると考えることができる。
そこで、本実施形態では、コントローラ２０１は、スタック発電量ｓｅｋｗを用いて、入口封止弁１７４におけるエアの洩れ量を判断する。ここで、スタック発電量ｓｅｋｗは、制御全閉開度制御を開始したときに燃料電池スタック１１１内に残存するエアが消費された後において燃料電池スタック１１１により発電した量である。なお、制御全閉開度制御を開始したときに燃料電池スタック１１１内に残存するエアの量は、制御全閉開度制御を開始する直前のエア供給通路１６１におけるエアの流量をもとに（例えば、コンプレッサ１７２の回転数をもとに）求められる。
そこで、コントローラ２０１は、スタック発電量ｓｅｋｗが所定発電量Ａｋｗ以上であると判断した場合（ステップＳ２０５：ＮＯ）には、入口封止弁１７４にてエアの洩れが生じていると考えられるので、制御全閉開度閉弁制御（制御全閉開度の更新）を行う（ステップＳ２０６）。ここで、「制御全閉開度閉弁制御」とは、開度α＋（ｉ）（制御全閉開度）を閉弁側（０°側）に補正（更新）する制御である。具体的には、コントローラ２０１は、以下の数式に示す演算を行う。なお、ａ％＝０．０１〜０．１％である。
(数１)
α＋（ｉ）＝α＋（ｉ−１）−ａ％
そして、ステップＳ２０６にて制御全閉開度閉弁制御を行った後、一定時間ｔ（例えば、数秒間（１〜２秒間））経過後（ステップＳ２０７：ＹＥＳ）、コントローラ２０１は、改めて、スタック発電量ｓｅｋｗを取り込む（ステップＳ２０４）。
そして、コントローラ２０１は、スタック発電量ｓｅｋｗが所定発電量Ａｋｗ未満であると判断した場合（ステップＳ２０５：ＹＥＳ）には、入口封止弁１７４にてエアの洩れが生じていない（洩れ量がゼロである）と考えられるので、制御全閉位置学習（制御全閉開度の記憶）を行う（ステップＳ２０８）。すなわち、ステップＳ２０８においては、コントローラ２０１は、制御全閉開度Ｋα＋を開度α＋（ｉ）にする学習（補正）を行う。
このようにして本実施形態では、コントローラ２０１は、制御全閉開度制御を行っているときに、スタック残存発電分の電力が消費された後において、スタック発電量ｓｅｋｗに基づいて入口封止弁１７４におけるエアの洩れ量を判断する。そして、コントローラ２０１は、スタック発電量ｓｅｋｗが所定発電量Ａｋｗ以上であるため、入口封止弁１７４にてエアの洩れが生じていると判断したときには、制御全閉開度Ｋα＋を入口封止弁１７４におけるエアの洩れ量がゼロとなるゼロ位置開度まで閉弁側に補正する。一方、コントローラ２０１は、スタック発電量ｓｅｋｗが所定発電量Ａｋｗ未満であるため、入口封止弁１７４にてエアの洩れが生じていない（洩れ量がゼロである）と判断したときには、制御全閉開度Ｋα＋は維持される。
以上のように本実施形態によれば、コントローラ２０１は、制御全閉開度制御を行っているときに、入口封止弁１７４にてエアの洩れが発生したと判断したときには、制御全閉開度Ｋα＋を入口封止弁１７４におけるエアの洩れ量がゼロとなるゼロ位置開度まで閉弁側に補正する。
これにより、制御全閉開度制御を行っているときに、入口封止弁１７４にてシール部２１ａの摩耗によるエアの洩れが発生したときに、シール部２１ａの摩耗量に応じて制御全閉開度Ｋα＋を閉弁側に補正して、入口封止弁１７４にてエアの洩れ量をゼロにできる。そのため、燃料電池スタック１１１への不要なエアの供給が抑制されるので、燃料電池スタック１１１での不要な発電を抑制できる。したがって、燃料電池スタック１１１での不要な発電により生じた電力を消費するための補機類の電力消費による放電が不要になり、燃費の低下やＮＶの発生を抑制できる。
ここで、制御全閉開度Ｋα＋を弁体１４のシール面１８に作用するシール部２１ａの面圧が低くなるような開度に設定しておくと、僅かなシール部２１ａの摩耗によりエアの洩れが生じ易くなる。しかしながら、本実施形態のようにシール部２１ａの摩耗量に応じて制御全閉開度Ｋα＋を制御することで、シール部２１ａの面圧を低くしてシール部２１ａの摩耗を抑制し（耐久性を向上させ）つつ、制御全閉開度制御を行うときのエアの洩れ量をゼロに維持できる。
また、コントローラ２０１は、スタック発電量ｓｅｋｗに基づいて入口封止弁１７４におけるエアの洩れ量を判断する。これにより、入口封止弁１７４におけるエアの洩れ量を検出するためのセンサなどの検出手段を新たに追加する必要がないので、コストを低減できる。
また、スタック発電量ｓｅｋｗは、制御全閉開度制御を開始したときに燃料電池スタック１１１内に残存するエアが消費された後に発電した量である。これにより、スタック発電量ｓｅｋｗは、制御全閉開度制御を行っているときに発生した入口封止弁１７４におけるエアの洩れに対応した発電量となる。そのため、スタック発電量ｓｅｋｗに基づいて入口封止弁１７４におけるエアの洩れ量を正確に判断できる。
次に、出口統合弁１８１の補機制御位置学習について説明する。補機発電要求時、例えば図２４において補機類発電要求が有る場合（ステップＳ９０：ＮＯ）において、コントローラ２０１は、モータ３２により出口統合弁１８１の開度を要求補機発電量に対応した補機発電開度にする補機発電開度制御を行う。なお、「補機発電要求時」とは、コンプレッサ１７２などの補機類を駆動させるために燃料電池スタック１１１での発電が要求されるときである。
そして、このとき、補機発電開度は微少開度に制御されており、弁体１４とシール部２１ａとの接触面積が大きいので、シール部２１ａの摩耗により、出口統合弁１８１におけるエアの流量（洩れ量）が増加するおそれがある。すると、燃料電池スタック１１１へのエアの供給量が多くなって燃料電池スタック１１１の発電量が過剰になるので、不要な電力を消費させるために、燃費が低下したり、不要な補機類を駆動させる必要が生じる。
そこで、本実施形態では、入口封止弁１７４と同様に、出口統合弁１８１について、補機制御を行っているときのスタック発電量ｓｅｋｗをもとに、シール部２１ａの摩耗によるエアの流量の増加を判断し、補機発電制御開度を閉弁側（０°側）に変更（学習）する。
具体的には、コントローラ２０１は、図３２に示す制御を行う。図３２に示すように、コントローラ２０１は、補機類発電要求に応じて出口統合弁１８１の開度を制御する補機制御を行っているとき（ステップＳ３０１：ＹＥＳ）に、要求補機発電量Ｂｋｗを求める（ステップＳ３０２）。ここで、「要求補機発電量Ｂｋｗ」とは、補機制御を行うときに要求される燃料電池スタック１１１での発電量である。
次に、コントローラ２０１は、求めた要求補機発電量Ｂｋｗにより、図３３に示す関係図をもとに、補機発電制御開度β（目標出口弁制御開度）を求める（ステップＳ３０３）。
次に、コントローラ２０１は、補正制御開度ｋβ（ｉ）を取り込み（ステップＳ３０４）、補機発電出口弁制御開度ｔβを求める（ステップＳ３０５）。すなわち、コントローラ２０１は、以下の数式に示すように、補機発電制御開度βを補正制御開度ｋβ（ｉ）により補正して、補機発電出口弁制御開度ｔβを算出する。
(数２)
ｔβ＝β＋ｋβ（ｉ）
次に、コントローラ２０１は、出口統合弁１８１の開度を補機発電出口弁制御開度ｔβに制御する（ステップＳ３０６）。そして、その後、一定時間（例えば、数秒間（１〜２秒間））経過後（ステップＳ３０７：ＹＥＳ）に、コントローラ２０１は、スタック発電量ｓｅｋｗを取り込んで（ステップＳ３０８）、このスタック発電量ｓｅｋｗが要求補機発電量Ｂｋｗ以下であるか否かを判断する（ステップＳ３０９）。
このようにして、本実施形態では、出口統合弁１８１を補機発電出口弁制御開度ｔβに制御してから一定時間経過した後において、スタック発電量ｓｅｋｗに基づいて出口統合弁１８１におけるエアの流量を判断する。
そして、コントローラ２０１は、スタック発電量ｓｅｋｗが要求補機発電量Ｂｋｗよりも多いと判断した場合（ステップＳ３０９：ＮＯ）には、出口統合弁１８１におけるエアの流量が過大である、すなわち、第１の所定流量よりも多いと考えられるので、補正制御開度ｋβ（ｉ）を求める（ステップＳ３１０）。ここで、ステップＳ３１０においては、コントローラ２０１は、補正制御開度ｋβ（ｉ）を閉弁側（０°側）に更新する。そこで、ステップＳ３１０においては、コントローラ２０１は、以下の数式に示す演算を行う。なお、ｂ％は、例えば０．１％〜１％であり、前記のａ％よりも大きい。
(数３)
ｋβ（ｉ）＝ｋβ（ｉ−１）−ｂ％
次に、コントローラ２０１は、補正制御開度ｋβ（ｉ）を取り込む（ステップＳ３０４）。そして、コントローラ２０１は、ステップＳ３０５〜Ｓ３０８の処理を行った後、スタック発電量ｓｅｋｗが要求補機発電量Ｂｋｗ以下であると判断した場合（ステップＳ３０９：ＹＥＳ）には、スタック発電量ｓｅｋｗが所定発電量（Ｂｋｗ−Ｃｋｗ）以上であるか否かを判断する（ステップＳ３１１）。なお、Ｃｋｗは、例えば、Ｂｋｗに対して１０％〜２０％の大きさである。
そして、コントローラ２０１は、スタック発電量ｓｅｋｗが所定発電量（Ｂｋｗ−Ｃｋｗ）以上であると判断した場合（ステップＳ３１１：ＹＥＳ）には、補機制御位置学習（記憶）を行う（ステップＳ３１２）。このようにして、コントローラ２０１は、補機発電開度を出口統合弁１８１におけるエアの流量が第１の所定流量となる第１目標位置開度まで閉弁側（０°側）に補正する。
一方、コントローラ２０１は、スタック発電量ｓｅｋｗが所定発電量（Ｂｋｗ−Ｃｋｗ）未満であると判断した場合（ステップＳ３１１：ＮＯ）には、出口統合弁１８１におけるエアの流量が過少である、すなわち、第１の所定流量よりも少ない第２の所定流量よりもさらに少ないと考えられるので、補正制御開度ｋβ（ｉ）を求め（ステップＳ３１３）、ステップＳ３０４以降の処理を行う。ここで、ステップＳ３１３においては、コントローラ２０１は、補正制御開度ｋβ（ｉ）を開弁側に更新する。そこで、ステップＳ３１３においては、コントローラ２０１は、以下の数式に示す演算を行う。
(数４)
ｋβ（ｉ）＝ｋβ（ｉ−１）＋ｂ％
このようにして、コントローラ２０１は、補機発電開度を出口統合弁１８１におけるエアの流量が第２の所定流量となる第２目標位置開度まで開弁側に補正する。
このように本実施形態では、補機制御は、微少開度にて行う制御であり、また、発電要求(開度)で微妙にずれることが予想されるので、スタック発電量ｓｅｋｗによるフィードバック制御を行う。
以上のように本実施形態によれば、コントローラ２０１は、補機発電開度制御を行っているときに、出口統合弁１８１におけるエアの流量が第１の所定流量よりも多いと判断したときには、補機発電開度を出口統合弁１８１におけるエアの流量が第１の所定流量となる第１目標位置開度まで閉弁側に補正する。
これにより、補機発電開度制御を行っているときに、出口統合弁１８１においてシール部２１ａの摩耗によりエアの流量が増加したときには、シール部２１ａの摩耗量に応じて補機発電開度を閉弁側に補正して、出口統合弁１８１におけるエアの流量を目標流量にできる。そのため、燃料電池スタック１１１への不要な（余分な）エアの供給が抑制されるので、燃料電池スタック１１１での不要な（余分な）発電を抑制できる。したがって、燃料電池スタック１１１での発電量が過剰になることを抑制できるので、燃費の低下を抑制でき、また、不要な補機類を駆動させる必要もなくなる。
また、コントローラ２０１は、補機発電開度制御を行っているときに、出口統合弁１８１におけるエアの流量が第１の所定流量よりも少ない第２の所定流量よりもさらに少ないと判断したときには、補機発電開度を出口統合弁１８１におけるエアの流量が第２の所定流量となる第２目標位置開度まで開弁側に補正する。
これにより、補機発電開度を補正する制御を行うときに、出口統合弁１８１のハンチングの発生を抑制して、出口統合弁１８１におけるエアの流量を目標範囲内に制御することができる。そのため、燃料電池スタック１１１で要求される電力を発電できるので、補機類発電要求に応じて補機類を駆動させることができる。
また、コントローラ２０１は、スタック発電量ｓｅｋｗに基づいて出口統合弁１８１におけるエアの流量を判断する。これにより、出口統合弁１８１におけるエアの流量を検出するためのセンサなどの検出手段を新たに追加する必要がないので、コストを低減できる。
なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本開示を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、上記した実施形態では、ゴムシート２１は弁座１３に設けられているが、ゴムシート２１は弁体１４に設けられていてもよい。また、回転軸１５が第１軸受３７と弁体１４の反対側に別途設けられる軸受とにより両持ち支持されていてもよい。また、入口封止弁１７４や出口統合弁１８１やバイパス弁１９１は、上記した実施形態で構成される弁に限定されず、弁体が弁座のシート面から直角方向に移動するポペット式の弁などの他の弁であってもよい。
２ 弁部
３ 駆動機構部
１１ 流路
１３ 弁座
１４ 弁体
１５ 回転軸
２１ ゴムシート
２１ａシール部
３２ モータ
３７ 第１軸受
３８ 第２軸受
４０ リターンスプリング
４１ メインギヤ
１０１ 燃料電池システム
１１１ 燃料電池スタック（燃料電池）
１１３ エア系
１６１ エア供給通路
１６２ エア排出通路
１６３ バイパス通路
１７２ コンプレッサ
１７４ 入口封止弁
１８１ 出口統合弁
１９１ バイパス弁
２０１ コントローラ
α，Ｋα＋ 制御全閉開度
ｓｅｋｗ スタック発電量
Ａｋｗ 所定発電量
Ｂｋｗ 要求補機発電量
β 補機発電制御開度
ｋβ（ｉ） 補正制御開度
ｔβ 補機発電出口弁制御開度
（Ｂｋｗ−Ｃｋｗ） 所定発電量

Claims (6)

  1. 燃料電池と、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供給通路と、前記酸化剤ガス供給通路に設けられた上流側弁と、各種制御を行う制御部と、を有する燃料電池システムにおいて、
    前記上流側弁は、
    弁座と、
    弁体と、
    前記弁体を駆動させて前記弁座と前記弁体との間を開閉させる駆動機構と、を有し、
    前記弁座又は前記弁体のいずれか一方に、閉弁時に前記弁体又は前記弁座に接触するシール部を備えるシール部材が設けられ、
    前記制御部は、
    前記上流側弁を全閉にする場合、前記駆動機構により前記上流側弁の開度を０よりも大きい制御全閉開度にする制御全閉開度制御を行い、
    前記制御全閉開度制御を行っているときに、前記上流側弁にて前記酸化剤ガスの洩れが発生したと判断したときには、前記制御全閉開度を前記上流側弁における前記酸化剤ガスの洩れ量がゼロとなるゼロ位置開度まで閉弁側に補正すること、
    を特徴とする燃料電池システム。
  2. 請求項１の燃料電池システムにおいて、
    前記制御部は、前記燃料電池の発電量に基づいて前記上流側弁における前記酸化剤ガスの洩れ量を判断すること、
    を特徴とする燃料電池システム。
  3. 請求項２の燃料電池システムにおいて、
    前記燃料電池の発電量は、前記制御全閉開度制御を開始したときに前記燃料電池内に残存する前記酸化剤ガスが消費された後に発電した量であること、
    を特徴とする燃料電池システム。
  4. 燃料電池と、前記燃料電池に供給された酸化剤ガスを排出するための酸化剤ガス排出通路と、前記酸化剤ガス排出通路に設けられた下流側弁と、各種制御を行う制御部と、を有する燃料電池システムにおいて、
    前記下流側弁は、
    弁座と、
    弁体と、
    前記弁体を駆動させて前記弁座と前記弁体との間を開閉させる駆動機構と、を有し、
    前記弁座又は前記弁体のいずれか一方に、閉弁時に前記弁体又は前記弁座に接触するシール部を備えるシール部材が設けられ、
    前記制御部は、
    補機類を駆動させるために前記燃料電池で発電させる補機類発電要求がある場合、前記駆動機構により前記下流側弁の開度を要求補機発電量に対応した補機発電開度にする補機発電開度制御を行い、
    前記補機発電開度制御を行っているときに、前記下流側弁における前記酸化剤ガスの流量が第１の所定流量よりも多いと判断したときには、前記補機発電開度を前記下流側弁における前記酸化剤ガスの流量が前記第１の所定流量となる第１目標位置開度まで閉弁側に補正すること、
    を特徴とする燃料電池システム。
  5. 請求項４の燃料電池システムにおいて、
    前記制御部は、前記補機発電開度制御を行っているときに、前記下流側弁における前記酸化剤ガスの流量が前記第１の所定流量よりも少ない第２の所定流量よりもさらに少ないと判断したときには、前記補機発電開度を前記下流側弁における前記酸化剤ガスの流量が前記第２の所定流量となる第２目標位置開度まで開弁側に補正すること、
    を特徴とする燃料電池システム。
  6. 請求項４または５の燃料電池システムにおいて、
    前記制御部は、前記燃料電池の発電量に基づいて前記下流側弁における前記酸化剤ガスの流量を判断すること、
    を特徴とする燃料電池システム。
JP2017103837A 2017-05-25 2017-05-25 燃料電池システム Active JP6783188B2 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017103837A JP6783188B2 (ja) 2017-05-25 2017-05-25 燃料電池システム
CN201880034542.7A CN110663131B (zh) 2017-05-25 2018-04-20 燃料电池系统
DE112018002700.7T DE112018002700T5 (de) 2017-05-25 2018-04-20 Brennstoffzellensystem
PCT/JP2018/016258 WO2018216409A1 (ja) 2017-05-25 2018-04-20 燃料電池システム
US16/495,655 US11148536B2 (en) 2017-05-25 2018-04-20 Fuel cell system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017103837A JP6783188B2 (ja) 2017-05-25 2017-05-25 燃料電池システム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018200760A true JP2018200760A (ja) 2018-12-20
JP6783188B2 JP6783188B2 (ja) 2020-11-11

Family

ID=64395470

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017103837A Active JP6783188B2 (ja) 2017-05-25 2017-05-25 燃料電池システム

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11148536B2 (ja)
JP (1) JP6783188B2 (ja)
CN (1) CN110663131B (ja)
DE (1) DE112018002700T5 (ja)
WO (1) WO2018216409A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7441880B2 (ja) 2022-03-30 2024-03-01 本田技研工業株式会社 燃料電池システム

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW202140310A (zh) * 2020-03-20 2021-11-01 吳震洋 增程系統
CN112319497B (zh) * 2020-10-22 2022-03-15 黄冈格罗夫氢能汽车有限公司 氢能汽车燃料电池发动机背压阀自学习标定方法及系统
DE102022114019A1 (de) 2022-06-02 2023-12-07 ECO Holding 1 GmbH Kolben für ein Ventil, elektromagnetisches Ventil und Brennstoffzellensystem

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006179335A (ja) * 2004-12-22 2006-07-06 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池用カソード圧力制御装置及び燃料電池用カソード圧力制御方法
JP2009259577A (ja) * 2008-04-16 2009-11-05 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2010192422A (ja) * 2009-01-23 2010-09-02 Toshiba Corp 燃料電池発電システム
JP2016096087A (ja) * 2014-11-15 2016-05-26 トヨタ自動車株式会社 電源システムおよび燃料電池の電圧制御方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5152616B2 (ja) * 2006-01-06 2013-02-27 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システムとその運転停止方法
JP5342265B2 (ja) 2009-02-18 2013-11-13 本田技研工業株式会社 燃料電池システム
WO2016021064A1 (ja) * 2014-08-08 2016-02-11 日産自動車株式会社 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法
EP3185344A4 (en) * 2014-08-20 2017-09-20 Nissan Motor Co., Ltd Fuel cell system and fuel cell system control method
JP6164200B2 (ja) * 2014-11-15 2017-07-19 トヨタ自動車株式会社 酸化ガスの流量調整弁の制御方法と流量調整装置
JP6387928B2 (ja) * 2015-09-03 2018-09-12 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP2018026319A (ja) 2016-07-28 2018-02-15 愛三工業株式会社 燃料電池システム
US10505210B2 (en) 2016-07-28 2019-12-10 Aisan Kogyo Kabushiki Kaisha Fuel cell system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006179335A (ja) * 2004-12-22 2006-07-06 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池用カソード圧力制御装置及び燃料電池用カソード圧力制御方法
JP2009259577A (ja) * 2008-04-16 2009-11-05 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2010192422A (ja) * 2009-01-23 2010-09-02 Toshiba Corp 燃料電池発電システム
JP2016096087A (ja) * 2014-11-15 2016-05-26 トヨタ自動車株式会社 電源システムおよび燃料電池の電圧制御方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7441880B2 (ja) 2022-03-30 2024-03-01 本田技研工業株式会社 燃料電池システム

Also Published As

Publication number Publication date
US11148536B2 (en) 2021-10-19
CN110663131A (zh) 2020-01-07
CN110663131B (zh) 2022-07-22
JP6783188B2 (ja) 2020-11-11
DE112018002700T5 (de) 2020-02-20
US20200099069A1 (en) 2020-03-26
WO2018216409A1 (ja) 2018-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2018216409A1 (ja) 燃料電池システム
JP6989669B2 (ja) 燃料電池システム
JP6490002B2 (ja) 偏心弁
JP5070685B2 (ja) 燃料電池システム、ガス漏れ検知装置およびガス漏れ検知方法
JP6612142B2 (ja) 流量制御弁
US20120225364A1 (en) Method of stopping operation of fuel cell system
JP2007048542A (ja) 燃料電池システム、ガス漏れ検知装置、および、ガス漏れ検知方法
US10601058B2 (en) Fuel cell system
US11205790B2 (en) Fuel cell system and method of controlling the same
JP2018026319A (ja) 燃料電池システム
US10862147B2 (en) Fuel cell system
JP2008153079A (ja) 燃料電池システム
JP5224080B2 (ja) 燃料電池システムとオフガスパージ方法
JP6664957B2 (ja) 流量制御弁
JP2007046662A (ja) バタフライ弁、調圧弁、及び、それらの制御装置
JP2017162759A (ja) 燃料電池システム
US11476482B2 (en) Fuel cell system
JP2019027569A (ja) 二重偏心弁及びそれを用いた燃料電池システム
WO2005071784A1 (ja) 燃料電池システム及びその駆動方法
JP2019029129A (ja) 封止弁制御システムおよび燃料電池システム
JP2018137150A (ja) 燃料電池システム
JP2010218904A (ja) 燃料電池システムの制御方法
JP4645805B2 (ja) 燃料電池システム
JP2000260449A (ja) 流路遮断装置及び燃料電池の燃料流路遮断装置
JP2017133529A (ja) 流量調整弁

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190822

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200421

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200604

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200923

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20201021

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6783188

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250