JP2019145350A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】調圧弁に逆向きの圧力が加わって損傷する可能性を抑制する。【解決手段】燃料電池システムは、１以上の水素タンクと、水素タンクに設けられるシャット弁と、シャット弁に接続される供給配管路と、供給配管路に対して並列に接続される複数の燃料電池と、シャット弁とそれぞれの燃料電池との間に並列に設けられる複数の調圧弁と、シャット弁と複数の調圧弁との間の圧力を検出する圧力センサと、少なくともシャット弁の開閉を制御する制御部と、を備える。制御部は、圧力センサで検出される圧力が予め定めた圧力を超える場合には、シャット弁の水素漏れの検出を行うタイミングにおいてシャット弁の水素漏れの検出を実行させ、圧力センサで検出される圧力が予め定めた圧力以下となる場合には、シャット弁の水素漏れの検出を行うタイミングであっても、シャット弁の水素漏れの検出を実行させない。【選択図】図２

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

特許文献１には、第１の燃料電池サブシステム及び第２の燃料電池サブシステムを有する燃料電池システムが記載されている。各燃料電池サブシステムは、燃料電池と、水素タンクと、水素タンクに設けられたシャット弁と、シャット弁を介して水素タンクと燃料電池とを接続する水素ガス供給路と、水素ガス供給路内に配置される調圧弁と、を備える。そして、第１の燃料電池サブシステムの調圧弁よりも上流側の水素ガス供給路と、第２の燃料電池サブシステムの調圧弁よりも上流側の水素ガス供給路とは、連通路で連通されており、それぞれの燃料電池サブシステムの燃料電池が、それぞれの燃料電池サブシステムの水素タンクに対して並列に接続されている。このため、それぞれの燃料電池サブシステムの水素タンクからそれぞれの燃料電池サブシステムの燃料電池に並列に水素ガスを供給することができる構成となっている。

特開２０１６−８１７２４号公報

上記のような燃料電池システムでは、シャット弁と調圧弁との間の流路の圧力を下げた後、その圧力が増加するか否かによって、シャット弁の水素漏れを検出する場合がある。この際、一つの調圧弁の下流側の流路の圧力を下げることにより、シャット弁と調圧弁との間の流路の圧力を下げることが想定される。このような状況下において、他の調圧弁の下流側の圧力が、シャット弁と調圧弁との間の流路の圧力よりも高くなる状態が生じる可能性があり、調圧弁に逆向きの圧力（逆圧）が加わり、その調圧弁に損傷を招く可能性がある。

本発明は、上述の課題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。

（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；１以上の水素タンクと；前記水素タンクに設けられるシャット弁と；前記シャット弁に接続される供給配管路と；前記供給配管路に対して並列に接続される複数の燃料電池と；前記シャット弁とそれぞれの前記燃料電池との間に並列に設けられる複数の調圧弁と；前記シャット弁と前記複数の調圧弁との間の圧力を検出する圧力センサと；前記シャット弁の開閉を制御する制御部と；を備える。前記制御部は、前記圧力センサで検出される圧力が予め定めた圧力を超える場合には、前記シャット弁の水素漏れの検出を行うタイミングにおいて、前記シャット弁の水素漏れの検出を実行させ、前記圧力センサで検出される圧力が前記予め定めた圧力以下となる場合には、前記シャット弁の水素漏れの検出を行うタイミングであっても、前記シャット弁の水素漏れの検出を実行させない。前記予め定めた圧力は、前記シャット弁の水素漏れの検出のために、前記シャット弁と前記複数の調圧弁との間の圧力を予め定めた量以上に低下させた場合に、低下させた前記シャット弁と前記複数の調圧弁との間の圧力が、前記複数の調圧弁のうちの少なくとも一つの調圧弁の下流側の圧力以下となることが推定される圧力である。
上記形態の燃料電池システムによれば、シャット弁と複数の調圧弁との間の圧力が、複数の調圧弁のそれぞれの下流側の圧力以下となることを抑制することができるので、調圧弁に逆向きの圧力が加わって調圧弁が損傷することを抑制することができる。

なお、本明細書に開示される技術は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、燃料電池システム、燃料電池システムの制御方法等の形態で実現することができる。

本発明の一実施形態としての燃料電池システムの概略構成を示す説明図。 第１燃料電池サブシステムのＥＣＵにおけるアノードガスの高圧圧力に応じた制御処理について示すフローチャート。 第１燃料電池サブシステムおよび第２燃料電池サブシステムを簡略化して示した説明図。 図３の構成において、水素ガスの漏れ検出を実行する場合のアノードガス供給管路の水素ガスの圧力の様子の一例を示す説明図。 図４の漏れ検出期間において発生する問題点の一例について示す説明図。

Ａ．実施形態：
図１は、本発明の一実施形態としての燃料電池システム１０の概略構成を示す説明図である。燃料電池システム１０は、例えば、車両の駆動用モータ等に駆動用電源を供給するためのシステムとして、不図示の車両(以下、「燃料電池車両」とも呼ぶ）に搭載される。燃料電池システム１０は、第１燃料電池サブシステム１０Ａおよび第２燃料電池サブシステム１０Ｂを備える。

第１燃料電池サブシステム１０Ａは、燃料電池１００Ａと、アノードガス貯蔵部２００Ａと、アノードガス給排系３００Ａと、カソードガス給排系４００Ａと、冷却系５００Ａと、電子制御ユニット（Electronic Control Unit／ＥＣＵ）６００Ａと、を備える。また、第１燃料電池サブシステム１０Ａは、不図示の二次電池を備える。二次電池は、燃料電池１００Ａの発電電力が、要求される駆動用電力に対して不足する場合にはその不足する電力を補うために利用され、また、燃料電池１００Ａの余剰する電力を蓄電するために利用される。

燃料電池１００Ａは、電解質膜の両側にアノードとカソードの両電極を接合させた膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly／ＭＥＡ）を備える発電モジュールを積層して構成される。燃料電池１００Ａは、後述のアノードガス給排系３００Ａから供給されたアノードガスとしての水素ガス中の水素と、カソードガス給排系４００Ａから供給されたカソードガスとしての空気中の酸素と、の電気化学反応により発電し、その発電電力にて駆動用モータ等の負荷を駆動する。

アノードガス貯蔵部２００Ａは、アノードガス（燃料ガス）としての高圧の水素を貯蔵し、アノードガス給排系３００Ａを介して燃料電池１００Ａに供給する。アノードガス貯蔵部２００Ａは、５つのガスタンク２１０Ａと、各ガスタンク２１０Ａの口金（不図示）に装着されたバルブユニット２２０Ａと、各バルブユニット２２０Ａに接続された供給側タンク管路２３０Ａおよび充填側タンク管路２５０Ａと、供給側マニホールド２４０Ａと、充填側マニホールド２６０Ａと、充填ガス管路２７０Ａと、を備える。

ガスタンク２１０Ａは、アノードガス（燃料ガス）としての水素ガスを高圧で貯蔵する高圧水素ガスタンク（水素タンク）である。

バルブユニット２２０Ａは、アノードガスを燃料電池１００Ａへ供給するための供給側タンク管路２３０Ａに接続される供給機構部分と、ガスタンク２１０Ａへアノードガスを充填するための充填側タンク管路２５０Ａに接続される充填機構部分と、を有する。供給機構部分には、ガスタンク２１０Ａ側から供給側タンク管路２３０Ａ側に向けてシャット弁２２２Ａが設けられている。充填機構部分には、充填側タンク管路２５０Ａ側からガスタンク２１０Ａ側に向けて逆止弁２２６Ａが設けられている。

充填側マニホールド２６０Ａは、各ガスタンク２１０Ａの充填側タンク管路２５０Ａと、充填ガス管路２７０Ａと、を繋ぐ多岐管（本例では７分岐管）である。充填側マニホールド２６０Ａの１つの分岐ポートには、充填ガス管路２７０Ａから供給されるガスの圧力を検出する充填圧力センサ２６２Ａが設けられている。充填ガス管路２７０Ａは、ガス充填口としてのレセプタクル２８０に接続されている。

アノードガスとしての水素ガスの充填時には、ステーションのガス充填ノズルＧｎがレセプタクル２８０に嵌合装着され、ガス充填ノズルＧｎから高圧の水素ガスが供給され、充填ガス管路２７０Ａ、充填側マニホールド２６０Ａ、充填側タンク管路２５０Ａ、およびバルブユニット２２０Ａを介して、各ガスタンク２１０Ａに充填される。

供給側マニホールド２４０Ａは、各ガスタンク２１０Ａの供給側タンク管路２３０Ａと、アノードガス給排系３００Ａのアノードガス供給管路３１０Ａと、を繋ぐ多岐管（本例では７分岐管）である。供給側マニホールド２４０Ａの１つの分岐ポートにはアノードガス供給管路３１０Ａに供給されるアノードガスの圧力（以下、「高圧圧力」とも呼ぶ）を検出する高圧センサ２４２Ａが設けられている。

燃料電池１００Ａへのアノードガスの供給時には、各ガスタンク２１０Ａから、バルブユニット２２０Ａ、供給側タンク管路２３０Ａ、および供給側マニホールド２４０Ａを介して、アノードガス供給管路３１０Ａにアノードガスが供給され、アノードガス給排系３００Ａを介してアノードガスが燃料電池１００Ａへ供給される。なお、バルブユニット２２０Ａのシャット弁２２２Ａは、ＥＣＵ６００Ａからの指示に応じて開閉され、これによって、ガスタンク２１０Ａからのアノードガスの供給と遮断が制御される。

アノードガス給排系３００Ａは、アノードガス貯蔵部２００Ａからアノードガス供給管路３１０Ａを介して供給されるアノードガスとしての水素ガスを燃料電池１００Ａへ供給し、燃料電池１００Ａからのアノード排ガスを排出する。アノードガス給排系３００Ａは、アノードガス供給管路３１０Ａと、レギュレータ３２０Ａと、インジェクタ３４０Ａと、アノードガス循環管路３６０Ａと、気液分離器３７０Ａと、循環ポンプ３８０Ａと、排気排水管路３９０Ａと、を備える。

アノードガス供給管路３１０Ａは、アノードガス貯蔵部２００Ａの供給側マニホールド２４０Ａと、燃料電池１００Ａのアノードの供給口とを接続している。アノードガス供給管路３１０Ａには、燃料電池１００Ａに向けてレギュレータ３２０Ａと、インジェクタ３４０Ａとが配置されている。レギュレータ３２０Ａは、ＥＣＵ６００Ａからの指示に応じてインジェクタ３４０Ａへ供給するアノードガスの圧力を、供給される高圧圧力から減圧した圧力（以下、「中圧圧力」とも呼ぶ）に調圧する調圧弁（減圧弁）である。レギュレータ３２０Ａとインジェクタ３４０Ａとの間のアノードガスの圧力(中圧圧力）は、レギュレータ３２０Ａとインジェクタ３４０Ａとの間のアノードガス供給管路３１０Ａに設けられた中圧センサ３３０Ａによって検出される。

インジェクタ３４０Ａは、ＥＣＵ６００Ａからの指示に応じて、レギュレータ３２０Ａから供給されたアノードガスを、アノードガス供給管路３１０Ａに噴射する。レギュレータ３２０Ａから噴射されたアノードガスは、後述するアノードガス循環管路３６０Ａを介して循環されるアノードガスとともに、燃料電池１００Ａに供給される。燃料電池１００Ａに供給されるアノードガスの圧力(以下、「低圧圧力」とも呼ぶ）は、インジェクタ３４０Ａと燃料電池１００Ａとの間のアノードガス供給管路３１０Ａに設けられた低圧センサ３５０Ａによって検出される。

アノードガス循環管路３６０Ａは、燃料電池１００Ａのアノードの排出口と、インジェクタ３４０Ａよりも下流側のアノードガス供給管路３１０Ａとに接続され、燃料電池１００Ａから排出されたアノード排ガスをアノードガスとしてアノードガス供給管路３１０Ａに循環させる。アノードガス循環管路３６０Ａには、気液分離器３７０Ａと循環ポンプ３８０Ａとが設けられている。気液分離器３７０Ａは、燃料電池１００Ａから排出された液水混じりのアノード排ガスから液水を分離する。また、気液分離器３７０Ａは、分離した液水を排気排水管路３９０Ａに排出する際に、アノード排ガスを排出することで、アノード排ガスに含まれる不純物ガス、例えば窒素ガスを排出する。未使用の水素ガスを含むアノード排ガスは、ＥＣＵ６００Ａからの指示に応じて駆動される循環ポンプ３８０Ａによってアノードガス供給管路３１０Ａに循環される。分離された液水およびアノード排ガスの排出は、ＥＣＵ６００Ａからの指示に応じて排気排水弁３７５Ａを開弁することで実行される。気液分離器３７０Ａから排出された液水およびアノード排ガスは、排気排水管路３９０Ａおよび後述するカソードガス排出管路４２０Ａを介してシステム外に放出される。

カソードガス給排系４００Ａは、カソードガス（酸化ガス）としての酸素を含む空気（ａｉｒ）を燃料電池１００Ａへ供給し、燃料電池１００Ａからのカソード排ガスを排出する。カソードガス給排系４００Ａは、カソードガス供給管路４１０Ａと、カソードガス排出管路４２０Ａと、バイパス管路４３０Ａと、エアコンプレッサ４４０Ａと、分流弁４５０Ａと、調圧弁４６０Ａと、を備える。

カソードガス供給管路４１０Ａは、一端が燃料電池１００Ａのカソードの供給口と接続され、外部の空気を燃料電池１００Ａのカソードに導く。カソードガス供給管路４１０Ａには、空気の取り込み側から、エアコンプレッサ４４０Ａと、分流弁４５０Ａと、が順に設けられている。エアコンプレッサ４４０Ａは、ＥＣＵ６００Ａからの指示に応じて、取り込んだ空気を圧縮して出力する。分流弁４５０Ａは、バイパス管路４３０Ａと接続され、ＥＣＵ６００Ａからの指示に応じて、燃料電池１００Ａとバイパス管路４３０Ａへのカソードガスの流量を調節する。バイパス管路４３０Ａは、カソードガス排出管路４２０Ａと接続されている。その他、カソードガス供給管路４１０Ａには、取り込まれる空気の温度を検出する温度センサや、取り込まれる空気の量を検出するエアフローメータ、エアコンプレッサで圧縮された空気を冷却するインタークーラ、エアコンプレッサによる圧縮前後の空気の圧力および温度を検出する圧力センサおよび温度センサ等が設けられている（不図示）。

カソードガス排出管路４２０Ａは、上流側の端部が燃料電池１００Ａのカソードの排出口に接続されており、その途中がバイパス管路４３０Ａと接続されている。カソードガス排出管路４２０Ａは、燃料電池１００Ａから排出されたカソード排ガスと、バイパス管路４３０Ａに分流されたカソードガス（空気）とを、マフラー４７０Ａを介してシステム外に排出する。また、カソードガス排出管路４２０Ａには、カソードガス排出管路４２０Ａとバイパス管路４３０Ａとの接続部位よりも燃料電池１００Ａ側に調圧弁４６０Ａが設けられている。調圧弁４６０Ａは、ＥＣＵ６００Ａからの指示に応じて、燃料電池１００Ａ内に供給されるカソードガスの圧力を調整する。

冷却系５００Ａは、燃料電池１００Ａを冷却する。冷却系５００Ａは、ラジエータ５１０Ａと、冷媒供給管路５２０Ａと、冷媒排出管路５３０Ａと、バイパス管路５４０Ａと、冷媒ポンプ５５０Ａと、三方弁５６０Ａと、を備える。冷媒としては、例えば、水、エチレングリコール等の不凍水、空気などが用いられる。ラジエータ５１０Ａは、冷媒排出管路５３０Ａを介して燃料電池１００Ａから排出された冷媒の冷却を行なう。冷媒ポンプ５５０Ａは、冷媒供給管４１０に設けられており、ラジエータ５１０Ａで冷却された冷媒を燃料電池１００Ａに供給する。三方弁５６０Ａは、ラジエータ５１０Ａとバイパス管路５４０Ａへの冷媒の流量を調節する。冷却系５００Ａには、その他、イオン交換器や、冷媒の温度を検出する温度センサ等を備える。ラジエータ５１０Ａ、冷媒ポンプ５５０Ａ、および三方弁５６０Ａの動作は、温度センサで検出される温度に従ったＥＣＵ６００Ａからの指示に応じて実行される。

ＥＣＵ６００Ａは、論理演算を実行するＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたいわゆるコンピュータ、および、各種入出力ポート等で構成される。ＥＣＵ６００Ａは、各種センサからの入力を受け付けて、各種バルブ（弁）やインジェクタ、エアコンプレッサ、各種ポンプ等のそれぞれに応じた指示を行うことによってそれぞれの動作を制御して、第１燃料電池サブシステム１０Ａの動作制御を行う。

第２燃料電池サブシステム１０Ｂは、第１燃料電池サブシステム１０Ａと同じ構成を備えている。第２燃料電池サブシステム１０Ｂの各構成要素の符号は、第１燃料電池サブシステム１０Ａの各構成要素の符号の「Ａ」を「Ｂ」に置き換えた符号としている。また、第１燃料電池サブシステム１０Ａと第２燃料電池サブシステム１０Ｂの各構成要素を区別する際には、例えば、「第１燃料電池１００Ａ」、「第２燃料電池１００Ｂ」のように、接頭語として「第１」、「第２」を付す場合もある。

ここで、燃料電池システム１０では、第１燃料電池サブシステム１０Ａの充填ガス管路２７０Ａと、第２燃料電池サブシステム１０Ｂの充填ガス管路２７０Ｂとを接続して、１つのレセプタクル２８０に接続した構成としている。このため、レセプタクル２８０に装着されたガス充填ノズルＧｎから供給されるガスは、第１燃料電池サブシステム１０Ａの各ガスタンク２１０Ａ、および、第２燃料電池サブシステム１０Ｂの各ガスタンク２１０Ｂの両方に充填される。

また、燃料電池システム１０では、第１燃料電池サブシステム１０Ａのアノードガス供給管路３１０Ａと、第２燃料電池サブシステム１０Ｂのアノードガス供給管路３１０Ｂとを、連通管路３１２で接続する構成としている。これにより、第１燃料電池サブシステム１０Ａの燃料電池１００Ａおよび第２燃料電池サブシステム１０Ｂの燃料電池１００Ｂに対して、それぞれ、第１燃料電池サブシステム１０Ａのアノードガス貯蔵部２００Ａおよび第２燃料電池サブシステム１０Ｂのアノードガス貯蔵部２００Ｂが並列に配置され、両方のアノードガス貯蔵部２００Ａ，２００Ｂが共通に利用可能な構成となっている。なお、供給側タンク管路２３０Ａ，２３０Ｂと、供給側マニホールド２４０Ａ，２４０Ｂと、アノードガス供給管路３１０Ａ，３１０Ｂと、連通管路３１２とが、「供給配管路」に相当する。

また、第１燃料電池サブシステム１０ＡのＥＣＵ６００Ａ、および、第２燃料電池サブシステム１０ＢのＥＣＵ６００Ｂは、それぞれのシステム動作（発電の開始、発電量の制御、発電の停止等）を制御するとともに、以下で説明するように、それぞれの高圧センサ２４２Ａ，２４２Ｂで検出されるアノードガスの高圧圧力に応じた制御処理を行っている。なお、第１燃料電池サブシステム１０ＡのＥＣＵ６００Ａと第２燃料電池サブシステム１０ＢのＥＣＵ６００Ｂとは、通信回線を介して互いに通信可能に接続されている。

図２は、第１燃料電池サブシステム１０ＡのＥＣＵ６００Ａにおけるアノードガスの高圧圧力に応じた制御処理について示すフローチャートである。このアノードガスの高圧圧力に応じた制御処理（以下、「圧力監視制御処理」とも呼ぶ）は、第１ＥＣＵ６００Ａにおいて、第１燃料電池サブシステム１０Ａの運転を制御する処理（以下、単に「運転制御処理」とも呼ぶ）の開始に応じて、開始される。

まず、ステップＳ１１０において、第１高圧センサ２４２Ａで検出される高圧圧力の入力値が取得され、ステップＳ１２０において、取得した高圧圧力の入力値が使用可能か否か判断される。取得した高圧圧力の入力値が使用不可の場合には、ステップＳ１１０における高圧圧力の入力値の取得が繰り返される。取得した入力値の使用可否の判断は、入力値の取得時点において、第１高圧センサ２４２Ａが安定に圧力を検出可能なタイミングであるか否かに基づいて行われる。なお、使用不可のタイミングは、第１高圧センサ２４２Ａが検出する高圧圧力が安定でないことが想定される場合であり、予め、第１ＥＣＵ６００Ａの記憶装置内に記憶されている。使用不可のタイミングの例としては、以下の例が一例として考えられる。
・起動直後の期間
・ガスタンクからの漏れ検出のためにシャット弁を閉じているとき
・燃料（水素）の消費を急激に増加させることで大きな圧力変動が想定されるとき
・高圧センサの設置位置での圧力が、供給側タンク管路等の圧損により実際のタンク圧力よりも低下して検出されることが想定されるとき

取得した高圧圧力の入力値が使用可能である場合には、ステップＳ１３０において、取得した高圧圧力の入力値が第１閾値Ｐｔ１以下であるか否か判断される。第１閾値Ｐｔ１は、第１燃料電池サブシステム１０Ａの運転制御における停止処理時において、アノードガスである水素ガスの漏れ検出を行うか否かの判定閾値であり、詳細は後述する。取得した高圧圧力の入力値が第１閾値Ｐｔ１よりも高い場合には、ステップＳ１４０において、第１燃料電池サブシステム１０Ａの運転制御の停止処理が、水素ガスの漏れ検出（水素漏れ検出）を実行する通常の漏れ検出実行モードに設定され、ステップＳ１５０において、第１燃料電池サブシステム１０Ａの運転制御の運転モードが通常走行モードに設定される。そして、ステップＳ１６０において走行終了と判断された場合には、ステップＳ１７０では、第１燃料電池サブシステム１０Ａの運転制御における停止処理において、水素ガスの漏れ検出が実行され、この圧力監視制御処理が終了される。一方、ステップＳ１６０において走行終了と判断されない場合には、ステップＳ１１０における取得処理が実行される。なお、水素ガスの漏れ検出については、後述する。

ステップＳ１３０において、取得した高圧圧力の入力値が第１閾値Ｐｔ１以下の場合には、ステップＳ１８０において、第１燃料電池サブシステム１０Ａの運転制御の停止処理が漏れ検出非実行モードに設定される。そして、ステップＳ１９０において、さらに、取得した高圧圧力の入力値が第２閾値Ｐｔ２以下であるか否か判断される。第２閾値Ｐｔ２は、第１閾値Ｐｔ１よりも低い値であって、フェールセーフとするか否かの判定閾値であり、詳細は後述する。取得した高圧圧力の入力値が第２閾値Ｐｔ２よりも高い場合には、ステップＳ２００において、第１燃料電池サブシステム１０Ａの運転制御の運転モードが通常走行モードに設定される。そして、ステップＳ２１０において走行終了と判断された場合には、この圧力監視制御処理が終了される。一方、ステップＳ２１０において走行終了と判断されない場合には、ステップＳ１９０における判断処理が実行される。

ステップＳ１９０において、取得した高圧圧力の入力値が第２閾値Ｐｔ２以下の場合には、ステップＳ２２０において、第１燃料電池サブシステム１０Ａの運転制御の運転モードがフェールセーフモードに設定され、この圧力監視制御処理が終了される。第１燃料電池サブシステム１０Ａの運転制御がフェールセーフモードとされた場合、第１燃料電池サブシステム１０Ａの運転制御では、例えば、アノードガスの供給が停止されて発電が停止されることや、発電による出力の制限が実行される。発電が停止された場合には、二次電池から供給される電力で車両の走行が行われる。発電による出力が制限される場合には、不足分を二次電池から供給される電力で補うことで通常の走行が行なわれ、あるいは、出力が制限された状態で走行可能な状態に制限される。

図示および説明を省略するが、第２燃料電池サブシステム１０ＢのＥＣＵ６００Ｂにおいても、第１燃料電池サブシステム１０ＡのＥＣＵ６００Ａと同様に、図２に示した圧力監視制御処理を行なう。ＥＣＵ６００Ａ，６００Ｂが「制御部」に相当する。

図３は、第１燃料電池サブシステム１０Ａおよび第２燃料電池サブシステム１０Ｂを簡略化して示した説明図である。図３は、図２に示した圧力監視制御処理を行う効果について説明するために、第１燃料電池サブシステム１０Ａの１つの第１ガスタンク２１０Ａから第１燃料電池１００Ａまでのアノードガスの流路と、第２燃料電池サブシステム１０Ｂの１つの第２ガスタンク２１０Ｂから第２燃料電池１００Ｂまでのアノードガスの流路のみを示している。

以下では、図３の構成において、車両走行後の停止処理で水素ガスの漏れ検出を実行した際に発生する問題点について説明する。

図４は、図３の構成において、水素ガスの漏れ検出を実行する場合のアノードガス供給管路３１０Ａ，３１０Ｂの水素ガスの圧力の様子の一例を示す説明図である。図４において、シャット弁は、第１シャット弁２２２Ａおよび第２シャット弁２２２Ｂの状態を示している。また、高圧水素の波形のうち、太線は第１高圧センサ２４２Ａで検出される高圧圧力ＰｈＡを示し、細線は第２高圧センサ２４２Ｂで検出される高圧圧力ＰｈＢを示している。また、中圧水素の波形のうち、太線は第１中圧センサ３３０Ａで検出される中圧圧力ＰｍＡを示し、細線は第２中圧センサ３３０Ｂで検出される中圧圧力ＰｍＢを示している。また、低圧水素の波形のうち、太線は第１低圧センサ３５０Ａで検出される低圧圧力ＰｌＡを示し、細線は第２低圧センサ３５０Ｂで検出される低圧圧力ＰｌＢを示している。

図４に示すように、走行状態から停止処理に移行した場合、これに応じて、第１燃料電池サブシステム１０Ａでは、第１シャット弁２２２Ａの閉弁が実行され、停止処理が開始される。同様に、第２燃料電池サブシステム１０Ｂにおいて、第２シャット弁２２２Ｂの閉弁が実行され、停止処理が開始される。なお、本例の停止処理は、停止処理１〜停止処理３の３つに区分されて実行されるものとして説明する。但し、停止処理の手順は、これに限定されるものではなく、他の種々の停止処理の手順であってよい。

まず、停止処理１では、アノードガス給排系３００Ａ，３００Ｂにおける、インジェクタ３４０Ａ，３４０Ｂよりも下流のアノードガス供給管路３１０Ａ，３１０Ｂからアノードガス循環管路３６０Ａ，３６０Ｂまでに残留するアノードガス（水素ガス）の消費処理や、気液分離器３７０Ａ，３７０Ｂからの排気・排水処理等が実行される。この際、インジェクタ３４０Ａ，３４０Ｂの下流側の低圧圧力ＰｌＡ，ＰｌＢは低下減圧される。また、停止処理１では、その他、カソードガス給排系４００Ａ，４００Ｂ（図１参照）におけるカソードガス(酸素）の消費処理等も行われる。

そして、停止処理２では、まず、水素ガスの漏れ検出を実行するための準備として、インジェクタ３４０Ａ，３４０Ｂによるアノードガスの噴射により、インジェクタ３４０Ａ，３４０Ｂの下流側の低圧圧力ＰｌＡ，ＰｌＢが加圧される。この際、レギュレータ３２０Ａ，３２０Ｂとインジェクタ３４０Ａ，３４０Ｂとの間の中圧のアノードガスの消費に応じて、シャット弁２２２Ａ，２２２Ｂとレギュレータ３２０Ａ，３２０Ｂとの間のアノードガスがレギュレータ３２０Ａ，３２０Ｂの下流側に移動する。これにより、シャット弁２２２Ａ，２２２Ｂとレギュレータ３２０Ａ，３２０Ｂとの間の高圧圧力ＰｈＡ，ＰｈＢは、高圧圧力ＰｈＡ，ＰｈＢの減圧量があらかじめ定めた減圧量以上となるように、低下減圧される。なお、高圧圧力ＰｈＡ，ＰｈＢの減圧量があらめ定めた減圧量未満の場合には、例えば、図４に示した第２高圧圧力ＰｈＢのように、低圧圧力ＰｌＢの再加圧が実行されることにより、高圧圧力ＰｈＡ，ＰｈＢの減圧量の両方が、あらかじめ定めた減圧量以上の大きさとする処理が行われる。これにより、シャット弁２２２Ａ，２２２Ｂとレギュレータ３２０Ａ，３２０Ｂとの間の高圧圧力ＰｈＡ，ＰｈＢが水素ガスの漏れ検出を実行するために、あらかじめ定めた量以上に低下させた圧力の状態に設定され、実際の水素ガスの漏れ検出が実行される。例えば、低下させた高圧圧力ＰｈＡ，ＰｈＢが増加する場合、いずれかのシャット弁２２２Ａ，２２２Ｂから水素ガスの漏れがあり、いずれかのシャット弁２２２Ａ，２２２Ｂの開故障を検出することができる。また、低下させた高圧圧力ＰｈＡ，ＰｈＢがさらに低下する場合には、いずれかから外部への水素ガスの漏れがあることを検出することができる。

そして、停止処理３では、電源遮断等の後処理が実行されて、第１燃料電池サブシステム１０Ａおよび第２燃料電池サブシステム１０Ｂの動作が停止される。

ここで、停止処理２の漏れ検出の期間において、シャット弁２２２Ａ，２２２Ｂとレギュレータ３２０Ａ，３２０Ｂとの間の高圧圧力ＰｈＡ，ＰｈＢと、レギュレータ３２０Ａ，３２０Ｂとインジェクタ３４０Ａ，３４０Ｂとの間の中圧圧力ＰｍＡ，ＰｍＢと、には、走行中の高圧圧力ＰｈＡ，ＰｈＢの状態に依存して、種々の大小関係が発生する。例えば、図４は、第１中圧圧力ＰｍＡ＞第１高圧圧力ＰｈＡ＞第２高圧圧力ＰｈＢ＞第２中圧圧力ＰｍＢとなった状態を示している。このような状態では、以下で説明する問題がある。

図５は、図４の漏れ検出の期間において発生する問題点の一例について示す説明図である。上記したように、第１中圧圧力ＰｍＡ＞第１高圧圧力ＰｈＡ＞第２高圧圧力ＰｈＢ＞第２中圧圧力ＰｍＢとなっている場合、第１レギュレータ３２０Ａの下流側の中圧圧力ＰｍＡが第１レギュレータ３２０Ａの上流側の高圧圧力ＰｈＡよりも高くなる。レギュレータ３２０Ａ，３２０Ｂは、上流側の高圧圧力を減圧してあらかじめ定めた中圧圧力に調圧するためのものであるのに対して、上記圧力関係の場合、第１レギュレータ３２０Ａには、逆向きの圧力（逆圧）が加わることになる。そして、逆圧が加わった第１レギュレータ３２０Ａには、異常や故障が発生する可能性がある。このため、レギュレータ３２０Ａ，３２０Ｂに逆圧が加わらない状態とすることが望まれる。これを解決する一手法として、例えば、予め、漏れ検出時においてレギュレータ３２０Ａ，３２０Ｂに逆圧が加わることが想定される場合において、水素ガスの漏れ検出を非実行とすることが考えられる。

そこで、本実施形態では、第１燃料電池サブシステム１０Ａの圧力監視制御（図２）において、第１高圧センサ２４２Ａで検出される高圧圧力が第１閾値Ｐｔ１以下であるか否かを監視する（ステップＳ１３０）。同様に、第２燃料電池サブシステム１０Ｂの圧力監視制御（図２）において、第２高圧センサ２４２Ｂで検出される高圧圧力が第１閾値Ｐｔ１以下であるか否かを監視する（ステップＳ１３０）。そして、いずれのシステムにおいても、それぞれ、検出した高圧圧力が第１閾値Ｐｔ１以下である場合、漏れ検出非実行モードとし（ステップＳ１８０）、走終了時にの停止処理において水素ガスの漏れ検出を実行しないこととしている。

例えば、図４の例は、走行中において、第２燃料電池サブシステム１０Ｂの第２高圧センサ２４２Ｂで検出される高圧圧力ＰｈＢが第１閾値Ｐｔ１以下となった状態を示している。この場合においては、例えば、第２燃料電池サブシステム１０Ｂの停止処理において、漏れ検出を行う停止処理２が非実行とされる状態を示している。

なお、図４および図５に示した圧力状態は一例の状態であって、第１レギュレータ３２０Ａではなく第２レギュレータ３２０Ｂに逆圧が加わる場合や、第１レギュレータ３２０Ａおよび第２レギュレータ３２０Ｂの両方に逆圧が加わる場合も想定される。これらの圧力関係は、高圧圧力ＰｈＡ，ＰｈＢ、中圧圧力ＰｍＡ，ＰｍＢ，および低圧圧力ＰｌＡ，ＰｌＢの状態や、環境温度等の種々の動作環境の状態に応じて、種々の圧力関係の状態が発生する可能性がある。例えば、走行中において第１高圧圧力ＰｈＡ≦第１閾値Ｐｔ１となった場合、漏れ検出時における圧力関係が第１中圧圧力ＰｍＡ＞第１高圧圧力ＰｈＡとなって、第１レギュレータ３２０Ａに逆圧が加わる可能性や、第２中圧圧力ＰｍＢ＞第２高圧圧力ＰｈＢとなって、第２レギュレータ３２０Ｂに逆圧が加わる可能性がある。この場合には、第１燃料電池サブシステム１０Ａの圧力監視制御（図２）によって、走行中において第１高圧圧力ＰｈＡ≦第１閾値Ｐｔ１となった場合に、漏れ検出非実行モードとされることにより、逆圧の発生を回避することができる。また、走行中において第２高圧圧力ＰｈＢ≦第１閾値Ｐｔ１となった場合、漏れ検出時における圧力関係が第１中圧圧力ＰｍＡ＞第１高圧圧力ＰｈＡとなって、第１レギュレータ３２０Ａに逆圧が加わる可能性や、第２中圧圧力ＰｍＢ＞第２高圧圧力ＰｈＢとなって、第２レギュレータ３２０Ｂに逆圧が加わる可能性がある。この場合には、第２燃料電池サブシステム１０Ｂの圧力監視制御（図２）によって、走行中において第２高圧圧力ＰｈＢ≦第１閾値Ｐｔ１となった場合に、漏れ検出非実行モードとされることにより、逆圧の発生を回避することができる。

ここで、第１閾値Ｐｔ１は、水素ガスの漏れの検出のために、シャット弁２２２Ａ，２２２Ｂとレギュレータ３２０Ａ，３２０Ｂとの間の高圧圧力ＰｈＡ，ＰｈＢを低下させた場合に、高圧圧力ＰｈＡ，ＰｈＢが中圧圧力ＰｍＡ，ＰｍＢ以下となることが推定されるような高圧圧力に設定される。具体的には、漏れ検出前に実行される加圧（あるいは、加圧および再加圧）によって高圧圧力ＰｈＡ，ＰｈＢを低下させるために（図４参照）、インジェクタ３４０Ａ，３４０Ｂから水素ガスを噴射する際に、中圧圧力ＰｍＡ，ＰｍＢを一定に維持できず、中圧圧力ＰｍＡ，ＰｍＢの低下を伴うことが推定されるほどまで低下した高圧圧力ＰｈＡ，ＰｈＢに設定される。このような中圧圧力ＰｍＡ，ＰｍＢの低下を伴うことが推定されるような低い高圧圧力ＰｈＡ，ＰｈＢでは、高圧圧力ＰｈＡ，ＰｈＢが中圧圧力ＰｍＡ，ＰｍＢ以下となることが推定されるからである。

また、第１燃料電池サブシステム１０Ａの圧力監視制御（図２）において、第１高圧センサ２４２Ａで検出される高圧圧力が第２閾値Ｐｔ２（＜第１閾値Ｐｔ１）以下であるか否かを監視する（ステップＳ１９０）。同様に、第２燃料電池サブシステム１０Ｂの圧力監視制御（図２）において、第２高圧センサ２４２Ｂで検出される高圧圧力が第２閾値Ｐｔ２以下であるか否かを監視する（ステップＳ１９０）。そして、いずれのシステムにおいても、それぞれ、検出した高圧圧力が第２閾値Ｐｔ２以下である場合、フェールセーフモードとする（ステップＳ２３０）。

第２閾値Ｐｔ２は、ガスタンク２１０Ａ，２１０Ｂに貯蔵されている水素ガスが少なくなって、走行中において、高圧圧力ＰｈＡ，ＰｈＢが中圧圧力ＰｍＡ，ＰｍＢ以下となることが推定される高圧圧力に設定するようにすればよい。例えば、高圧圧力ＰｈＡ，ＰｈＢが中圧圧力ＰｍＡ，ＰｍＢに一致する圧力、あるいは、中圧圧力ＰｍＡ，ＰｍＢに圧損等による圧力降下を考慮したマージンを含めた高圧圧力に設定すればよい。これは、高圧圧力ＰｈＡ，ＰｈＢが第２閾値Ｐｔ２以下となる場合、漏れ検出時か否かに関係なく、レギュレータ３２０Ａ，３２０Ｂにおいて調圧弁（減圧弁）としての機能を果たすことができなくなって、レギュレータ３２０Ａ，３２０Ｂに異常や損傷を招く可能性があり、また、燃料電池サブシステム１０Ａ，１０Ｂの動作に異常を招く可能性があるからである。

以上のように、本実施形態の燃料電池システム１０では、燃料電池サブシステム１０Ａ，１０Ｂのそれぞれにおいて、図２に示した圧力監視制御が実行されている。これにより、レギュレータ３２０Ａ，３２０Ｂに逆向きの圧力が加わってレギュレータ３２０Ａ，３２０Ｂに異常や損傷が発生することを抑制することが可能である。また、燃料電池サブシステム１０Ａ，１０Ｂの動作に異常を招くことを抑制することが可能である。

Ｂ．他の実施形態：
（１）上記実施形態では、燃料電池サブシステム１０Ａ，１０Ｂのそれぞれで、図２に示した圧力監視制御を独立して実行している場合を例に説明しているが、これに限定されるものではない。例えば、一方で漏れ検出非実モードとされた場合、それを他方に通知し、他方においても漏れ検出非実行モードとするようにしてもよい。また、一方でフェールセーフモードとされた場合、それを他方に通知し、他方においてもフェールセーフモードとするようにしてもよい。

（２）上記実施形態では、アノードガス貯蔵部２００Ａ，２００Ｂは、それぞれ、複数（本例では、５つ，図１参照）のガスタンク２１０Ａ，２１０Ｂを有する構成を例に示しているが、これに限定されるものではなく、それぞれ、１つ以上のガスタンク２１０Ａ，２１０Ｂを有する構成としてもよい。

（３）上記実施形態では、燃料電池サブシステム１０Ａ，１０Ｂに、それぞれ、アノードガス貯蔵部２００Ａ，２００Ｂを有する構成を例に説明しているが、これに限定されるものではない。例えば、第１アノードガス貯蔵部２００Ａと第２アノードガス貯蔵部２００Ｂの一方を省略し、他方を燃料電池サブシステム１０Ａ，１０Ｂで共通に使用する構成としてもよい。

（４）上記実施形態において、漏れ検出非実行モードとされた後、水素ガスの温度上昇による圧力の回復や、燃料電池の出力電流の停止（アクセルオフ等）等に伴い、水素ガスの高圧圧力が上昇し、第１閾値Ｐｔ１よりも高い閾値まで上昇した際に、漏れ検出非実行モードを解除するようにしてもよい。

また、フェールセーフモードとされた後、水素ガスの温度上昇による圧力の回復や、燃料電池の出力電流の停止（アクセルオフ等）等に伴い、水素ガスの高圧圧力が上昇し、第２閾値Ｐｔ２よりも高い閾値まで上昇した際に、フェールセーフモードを解除するようにしてもよい。そして、さらに、第１閾値Ｐｔ１よりも高い閾値まで上昇した際に、漏れ検出非実行モードを解除するようにしてもよい。

（５）上記実施形態では、第１燃料電池サブシステム１０Ａの充填ガス管路２７０Ａと、第２燃料電池サブシステム１０Ｂの充填ガス管路２７０Ｂとを接続して、１つのレセプタクル２８０を共通化した構成を例に説明しているが、それぞれにレセプタクル２８０を設ける構成としてもよい。

（６）上記実施形態では、２つの燃料電池サブシステム１０Ａ，１０Ｂを備える構成を例に説明したが、これに限定されるものではなく、３つ以上の燃料電池サブシステムを備える構成であってもよい。

（７）上記実施形態では、２つの燃料電池サブシステム１０Ａ，１０ＢのそれぞれのＥＣＵ６００Ａ，６００Ｂで圧力監視制御を実行して、それぞれのアノードガス供給管路３１０Ａ，３１０Ｂにおける高圧圧力を監視する場合を例に説明したが、いずれか一方のＥＣＵで、両方のアノードガス供給管路３１０Ａ，３１０Ｂにおける高圧圧力を監視するようにしてもよい。

（８）上記実施形態では、高圧圧力が第１閾値以下となって、レギュレータに逆向きの圧力が加わる可能性がある場合に、水素ガスの漏れ検出を実行しない点を特徴とする場合について説明した。これに対して、高圧圧力が予め定めた閾値以下となるか否かを監視することは、以下のように、他の制御に応用することも可能である。例えば、高圧圧力が予め定めた閾値以下となるかを監視することで、レギュレータに逆向きの圧力が加わる前に、ユーザに燃料（水素ガス）不足を通知するとともに、燃料電池システムの動作の停止や出力制限を行うこととすることが可能である。

また、上記のように、燃料電池システムの動作停止や出力制限を行った後、水素ガスの温度上昇による圧力の回復や、燃料電池の出力電流の停止（アクセルオフ等）等に伴い、水素ガスの高圧圧力が上昇した際は、あらかじめ定めた閾値よりも高い閾値まで上昇した際に、燃料電池システムの動作停止や出力制限を解除するようにしてもよい。

（９）なお、あらかじめ定めた閾値（実施形態の第１閾値や第２閾値も含む）は、燃料電池が出力する電流の低下に応じて低くさせるようにしてもよい。これは、燃料電池の発電による電流が低下するときは、高圧センサが検出する高圧圧力が流路の圧損等で見かけ上低下するためである。

本発明は、上述の実施形態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、或いは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…燃料電池システム
１０Ａ，１０Ｂ…燃料電池サブシステム
１００Ａ，１００Ｂ…燃料電池
２００Ａ，２００Ｂ…アノードガス貯蔵部
２１０Ａ，２１０Ｂ…ガスタンク
２２０Ａ，２２０Ｂ…バルブユニット
２２２Ａ，２２２Ｂ…シャット弁
２２６Ａ，２２６Ｂ…逆止弁
２３０Ａ，２３０Ｂ…供給側タンク管路
２４０Ａ，２４０Ｂ…供給側マニホールド
２４２Ａ，２４２Ｂ…高圧センサ
２５０Ａ，２５０Ｂ…充填側タンク管路
２６０Ａ，２６０Ｂ…充填側マニホールド
２６２Ａ，２６２Ｂ…充填圧力センサ
２７０Ａ，２７０Ｂ…充填ガス管路
２８０…レセプタクル
３００Ａ，３００Ｂ…アノードガス給排系
３１０Ａ，３１０Ｂ…アノードガス供給管路
３１２…連通管路
３２０Ａ，３２０Ｂ…レギュレータ
３３０Ａ，３３０Ｂ…中圧センサ
３４０Ａ，３４０Ｂ…インジェクタ
３５０Ａ，３５０Ｂ…低圧センサ
３６０Ａ，３６０Ｂ…アノードガス循環管路
３７０Ａ，３７０Ｂ…気液分離器
３７５Ａ，３７５Ｂ…排気排水弁
３８０Ａ，３８０Ｂ…循環ポンプ
３９０Ａ，３９０Ｂ…排気排水管路
４００Ａ，４００Ｂ…カソードガス給排系
４１０Ａ，４１０Ｂ…カソードガス供給管路
４２０Ａ，４２０Ｂ…カソードガス排出管路
４３０Ａ，４３０Ｂ…バイパス管路
４４０Ａ，４４０Ｂ…エアコンプレッサ
４５０Ａ，４５０Ｂ…分流弁
４６０Ａ，４６０Ｂ…調圧弁
４７０Ａ，４７０Ｂ…マフラー
５００Ａ，５００Ｂ…冷却系
５１０Ａ，５１０Ｂ…ラジエータ
５２０Ａ，５２０Ｂ…冷媒供給管路
５３０Ａ，５３０Ｂ…冷媒排出管路
５４０Ａ，５４０Ｂ…バイパス管路
５５０Ａ，５５０Ｂ…冷媒ポンプ
５６０Ａ，５６０Ｂ…三方弁
６００Ａ，６００Ｂ…電子制御ユニット（ＥＣＵ）
Ｇｎ…ガス充填ノズル
Ｐｔ１…第１閾値
Ｐｔ２…第２閾値
ＰｈＡ，ＰｈＢ…高圧圧力
ＰｍＡ，ＰｍＢ…中圧圧力
ＰｌＡ，ＰｌＢ…低圧圧力

Claims (1)

1. 燃料電池システムであって、
   １以上の水素タンクと、
   前記水素タンクに設けられるシャット弁と、
   前記シャット弁に接続される供給配管路と、
   前記供給配管路に対して並列に接続される複数の燃料電池と、
   前記シャット弁とそれぞれの前記燃料電池との間に並列に設けられる複数の調圧弁と、
   前記シャット弁と前記複数の調圧弁との間の圧力を検出する圧力センサと、
   前記シャット弁の開閉を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記圧力センサで検出される圧力が予め定めた圧力を超える場合には、前記シャット弁の水素漏れの検出を行うタイミングにおいて、前記シャット弁の水素漏れの検出を実行させ、
   前記圧力センサで検出される圧力が前記予め定めた圧力以下となる場合には、前記シャット弁の水素漏れの検出を行うタイミングであっても、前記シャット弁の水素漏れの検出を実行させず、
   前記予め定めた圧力は、前記シャット弁の水素漏れの検出のために、前記シャット弁と前記複数の調圧弁との間の圧力を予め定めた量以上に低下させた場合に、低下させた前記シャット弁と前記複数の調圧弁との間の圧力が、前記複数の調圧弁のうちの少なくとも一つの調圧弁の下流側の圧力以下となることが推定される圧力である、
   ことを特徴とする燃料電池システム。

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