JP7006168B2 - 燃料電池システム及びその制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池システムに関する。
燃料電池システムには、燃料電池と、燃料電池の発電に用いられる燃料ガスを貯蔵する複数のタンクと、複数のタンクの各々に設けられてタンクの開閉を切り替える開閉弁を備えたものがある（特許文献１参照）。
特開２００９－０１８８０３号公報
特許文献１のような燃料電池システムにおける複数のタンクの開閉弁には、シール性を確保するために、タンク側のガスの圧力で弁体を弁座に押し付けるタイプの開閉弁が用いられる。このような開閉弁を差圧に抗して開弁させるときには、比較的大きな電力が必要となる。このため、特許文献１のような燃料電池システムにおいて、燃料電池による発電の際、すべての開閉弁を開弁させる場合には、開閉弁を開弁するための電力消費量が大きくなるという課題が生じる。このような課題を解決するために、複数のタンクを備える燃料電池システムにおいて、燃料電池の発電に際して、すべての開閉弁を開弁させる場合に、開閉弁の開弁に要する電力消費量を低減できる技術が望まれている。
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。
［形態１］燃料電池システムであって、燃料電池と、前記燃料電池の発電に用いられる燃料ガスを貯蔵する複数のタンクと、前記複数のタンクの各々と接続された複数の第１流路と、前記複数の第１流路が合流して前記燃料電池に接続された第２流路と、を有する供給流路と、前記複数の第１流路の各々に設けられ、弁体前後の差圧によってシールする複数の第１開閉弁であって前記複数の第１流路の開閉を切り替える複数の第１開閉弁と、前記第２流路に設けられ、前記第２流路の開閉を切り替える第２開閉弁と、前記複数の第１開閉弁および前記第２開閉弁に供給する電力を制御することにより、前記複数の第１開閉弁の開閉および前記第２開閉弁の開閉を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記第２開閉弁が閉弁している状態において、前記燃料電池システムを始動させる始動指示に応じて、前記複数の第１開閉弁のうち一部の第１開閉弁に、第１差圧に抗して前記第１開閉弁を開弁させる第１電力を供給させ、他の前記第１開閉弁に、前記第１電力より小さく且つ前記第１差圧より小さい第２差圧に抗して前記第１開閉弁を開弁させる第２電力を供給させ、前記制御部は、前記燃料電池システムが停止している間において、前記複数のタンクの各々のタンク内圧力の値および前記供給流路内の圧力の値を取得し、前記複数のタンクのうち少なくとも一部の前記タンク内圧力と前記供給流路内の圧力との差圧が設定された値以上である高差圧の状態である場合、前記一部の第１開閉弁に前記第１電力を供給させ、他の前記第１開閉弁に前記第２電力を供給させる、燃料電池システム。
（１）本発明の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池の発電に用いられる燃料ガスを貯蔵する複数のタンクと、前記複数のタンクの各々と接続された複数の第１流路と、前記複数の第１流路が合流して前記燃料電池に接続された第２流路と、を有する供給流路と、前記複数の第１流路の各々に設けられ、弁体前後の差圧によってシールする複数の第１開閉弁であって前記複数の第１流路の開閉を切り替える複数の第１開閉弁と、前記第２流路に設けられ、前記第２流路の開閉を切り替える第２開閉弁と、前記複数の第１開閉弁および前記第２開閉弁に供給する電力を制御することにより、前記複数の第１開閉弁の開閉および前記第２開閉弁の開閉を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記第２開閉弁が閉弁している状態において、前記燃料電池システムを始動させる始動指示に応じて、前記複数の第１開閉弁のうち一部の第１開閉弁に、第１差圧に抗して前記第１開閉弁を開弁させる第１電力を供給させ、他の前記第１開閉弁に、前記第１電力より小さく且つ前記第１差圧より小さい第２差圧に抗して前記第１開閉弁を開弁させる第２電力を供給させる。このような形態とすれば、第１電力を供給される第１開閉弁が開弁して供給流路に燃料ガスが流入することにより、第２電力を供給される第１開閉弁が設けられたタンクのタンク内圧力と、供給流路内の圧力と、の差圧が小さくなるため、第１電力より小さな第２電力を供給しても第１開閉弁を開弁できる。よって、すべての第１開閉弁に第１電力を供給する形態と比べて、すべての第１開閉弁の開弁に要する電力消費量を低減できる。
（２）上記形態において、前記制御部は、前記燃料電池システムが停止している間において、前記複数のタンクの各々のタンク内圧力の値および前記供給流路内の圧力の値を取得し、前記複数のタンクのうち少なくとも一部の前記タンク内圧力と前記供給流路内の圧力との差圧が設定された値以上である高差圧の状態である場合、前記一部の第１開閉弁に前記第１電力を供給させ、他の前記第１開閉弁に前記第２電力を供給させてもよい。このような形態とすれば、燃料電池システムが停止している間に、供給流路内の圧力を予め高くしておくことができるため、燃料電池システムが始動してから、第２電力を供給される第１開閉弁が開弁するまでの時間を短くすることができる。
（３）上記形態において、前記第２電力が供給される前記第１開閉弁は、前記第１電力が供給される前記第１開閉弁と比べて、上限差圧であって開閉弁を挟んだ一方の側と他方の側との間の差圧に抗して開閉弁が開弁できる該差圧の上限値である上限差圧が小さくてもよい。このような形態とすれば、上限差圧が小さい開閉弁は、上限差圧が大きい開閉弁と比べて、一般的に廉価であることから、燃料電池システムのコストを下げることができる。
本発明は、燃料電池システム以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、車両に搭載される燃料電池システムにおける燃料電池への燃料ガスの供給方法、この供給方法を実行する制御装置、この供給方法を実現するコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体、燃料電池システムを搭載した移動体などの形態で実現することができる。
第１実施形態における燃料電池システムの構成を示した説明図である。 制御部が実行する始動時開弁処理を示すフローである。 制御部が実行する停止時開弁処理を示すフローである。 停止時閉弁処理における供給流路内の圧力変動を示した説明図である。 第３実施形態における燃料電池システムの構成を示した説明図である。
Ａ．第１実施形態：
Ａ１．装置構成：
図１は、本発明の第１実施形態における燃料電池システム１０の構成を示した説明図である。燃料電池システム１０は、モータで駆動する車両の電源として車両に搭載される。車両としては、例えば、乗用車やバス等が該当する。燃料電池システム１０は、燃料電池スタック５０と、レセプタクル１００と、充填流路１１０と、タンクＴＫ１～ＴＫ１０と、供給流路２００と、制御部３００とを備える。燃料電池システム１０は、タンクＴＫ１からタンクＴＫ１０までの合計１０本のタンクを備えている。図１では、タンクＴＫ１と、タンクＴＫ２と、タンクＴＫ１０とを図示し、タンクＴＫ３からタンクＴＫ９については、図示を省略している。尚、以降の説明では、１０本のタンクを総称する場合には符号「ＴＫ」を使用する。
燃料電池スタック５０は、単セルを複数積層させたスタック構造を有している。各単セルは、プロトン伝導性を有する電解質膜の両面に、それぞれアノードおよびカソードを接合してなる膜電極接合体を、セパレータによって挟持することにより構成されている。燃料電池スタック５０は、水素ガスおよび空気の供給を受けて、水素と酸素との電気化学反応によって発電する。
レセプタクル１００は、燃料ガスである水素ガスの充填口である。レセプタクル１００には、燃料ガスの充填時に水素ステーションのノズルが装着される。レセプタクル１００は、逆流防止弁１０５を有する。逆流防止弁１０５は、充填された燃料ガスの逆流を防止する。
充填流路１１０は、レセプタクル１００から充填される燃料ガスをタンクＴＫ１～ＴＫ１０に向けて送る。充填流路１１０は、レセプタクル１００からタンクＴＫに向けて分岐してタンクＴＫと接続される。充填流路１１０のうちタンクＴＫ１に向けて分岐した流路部分には、逆止弁Ｃｖ１が設けられている。逆止弁Ｃｖ１は、タンクＴＫ１に充填された燃料ガスがレセプタクル１００の側へ逆流することを防止する。逆止弁Ｃｖ２～Ｃｖ１０は、逆止弁Ｃｖ１と同様の構成を有する逆止弁であるとともに、充填流路１１０のうちタンクＴＫ２～１０に向けて分岐した流路部分にそれぞれ設けられている。
また、充填流路１１０には、圧力センサ１１５が設けられている。圧力センサ１１５は、充填流路１１０内の圧力Ｐ０を測定する。充填流路１１０とタンクＴＫとは接続されていることから、圧力センサ１１５が測定する圧力Ｐ０は、タンクＴＫ１～ＴＫ１０内のそれぞれの圧力とみなすことができる。
タンクＴＫ１は、燃料電池スタック５０の発電に用いられる燃料ガスとして水素ガスを貯蔵する。タンクＴＫ２～ＴＫ１０は、タンクＴＫ１と同様の構成を有するタンクである。
供給流路２００は、タンクＴＫから燃料電池スタック５０までを接続し、タンクＴＫから供給される燃料ガスを燃料電池スタック５０に送る。供給流路２００は、タンクＴＫ１～ＴＫ１０の各々に接続された第１流路Ｆａ１～Ｆａ１０と、第１流路Ｆａ１～Ｆａ１０が合流して燃料電池スタック５０に接続された第２流路Ｆｂと、を有する。
第１流路Ｆａ１には、第１流路Ｆａ１の開閉を切り替える第１開閉弁Ｖａ１が設けられている。第１開閉弁Ｖａ１は、弁体前後の差圧によってシールする電磁弁であるとともに、供給される電力に応じた力で差圧に抗して開弁可能な電磁弁である。本実施形態では、第１開閉弁Ｖａ１は、パイロット弁である。他の実施形態では、弁体前後の差圧によってシールする電磁弁であるとともに、供給される電力に応じた力で差圧に抗して開弁可能な電磁弁である限り、任意の型の弁であってもよい。第１開閉弁Ｖａ１は、第１流路Ｆａ２～Ｆａ１０には、第１流路Ｆａ１と同様、それぞれに対応する第１開閉弁Ｖａ２～Ｖａ１０が設けられている。第１開閉弁Ｖａ２～Ｖａ１０は、第１開閉弁Ｖａ１と同様の構成を有する電磁弁である。尚、以降の説明では、１０個の第１開閉弁を総称する場合には符号「Ｖａ」を使用する。
第２流路Ｆｂには、第２流路Ｆｂの開閉を切り替える第２開閉弁Ｖｂが設けられている。また、第２流路Ｆｂには、圧力センサ２１５が設けられている。圧力センサ２１５は、供給流路２００内の圧力Ｐ１を測定する。
制御部３００は、燃料電池システム１０に備えられた図示しない各種センサから出力される信号を受信するとともに、燃料電池システム１０の各部の動作を制御する。制御部３００は、第１開閉弁Ｖａおよび第２開閉弁Ｖｂに供給する電力を制御することにより、第１開閉弁Ｖａの開閉および第２開閉弁Ｖｂの開閉を制御する。本実施形態では、第１開閉弁Ｖａおよび第２開閉弁Ｖｂの開弁に必要な電力は、図示しないバッテリから供給される。制御部３００は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）により構成されていてもよい。
燃料電池システム１０では、燃料電池スタック５０による発電が実施されている際に、第１開閉弁Ｖａはすべて開弁されていることから、このときの各タンクＴＫ内の圧力は同じである。他方、車両に搭載された各タンクＴＫの位置は、車両内においてそれぞれ異なることから、燃料電池システム１０が稼動している状態では、各タンクＴＫの周辺に配置された機器から伝わる輻射熱の量が異なることにより各タンクＴＫの温度環境が異なる。したがって、燃料電池システム１０が停止してから、各タンクＴＫ間の温度差がなくなると、各タンクＴＫ間においてタンクＴＫ内の圧力に差が生じることがある。
このような状態においてタンクＴＫのうち一部のタンクＴＫにおける第１開閉弁Ｖａのみを開弁したときに、開弁されたタンクＴＫが開弁されていない他のタンクＴＫと比べて高圧のガスを貯蔵していた場合には、開弁されたタンクＴＫ内から放出された高圧の燃料ガスにより閉弁しているタンクＴＫの第１開閉弁Ｖａが破損される虞がある。このような破損を防止するために、燃料電池システム１０では、燃料電池スタック５０による発電を開始する際に、後述の始動時開弁処理を実行して、第１開閉弁Ｖａをすべて開弁させる。
Ａ２．始動時開弁処理：
図２は、制御部３００が実行する始動時開弁処理を示すフローである。燃料電池システム１０が停止している状態において、制御部３００は、燃料電池システム１０を始動させる始動指示を受け付けると、始動時開弁処理を実行する。制御部３００は、燃料電池システム１０が搭載された車両に備えられたイグニッションスイッチがオンにされたことを、始動指示として受け付ける。始動時開弁処理は、燃料電池スタック５０による発電に際して、第１開閉弁Ｖａ１～Ｖａ１０を開弁させるために行われる処理である。
始動時開弁処理が実行される前の、燃料電池システム１０が停止している状態について説明する。燃料電池システム１０が停止している状態では、第１開閉弁Ｖａおよび第２開閉弁Ｖｂは閉弁している。また、燃料電池システム１０が停止している状態では、供給流路２００内の圧力は、車両内のいずれの位置に搭載された各タンクＴＫ内の圧力と比べても、比較的低い状態である。これは、燃料電池システム１０が停止する際に、燃料電池システム１０を構成する各機器の停止時の処理において電力を要するため、燃料電池スタック５０がその電力を発電するために供給流路２００内の燃料ガスを消費するからである。
図２に示すように、始動時開弁処理が開始されると、制御部３００は、第１開閉弁Ｖａ１に第１開閉弁Ｖａを開弁させる第１電力を供給させるとともに、他の第１開閉弁Ｖａ（Ｖａ２～Ｖａ１０）に第１電力より小さい第２電力を供給させる（ステップＳ１１０）。
第１電力は、第１差圧に抗して第１開閉弁Ｖａを開弁させる電力である。本実施形態では、第１差圧は、上限差圧である。ここでいう上限差圧とは、開閉弁を挟んだ一方の側と他方の側との間の差圧に抗して開閉弁が開弁できる該差圧の上限値のことである。本実施形態では、第１開閉弁Ｖａ１の上限差圧は、９０Ｍｐａである。したがって、第１電力は、９０ＭＰａの差圧に抗して第１開閉弁Ｖａを開弁させることができる電力である。他の実施形態では、第１差圧は、上限差圧より低い差圧であってもよい。
第２電力は、第１電力より小さく且つ第１差圧より小さい第２差圧に抗して第１開閉弁Ｖａを開弁させる電力である。本実施形態では、第２差圧は、２０ＭＰａである。したがって、第２電力は、２０ＭＰａの差圧に抗して第１開閉弁Ｖａを開弁させることができる電力である。他の実施形態では、第２差圧は、第１差圧より低い限り任意の差圧であってもよい。
第１電力が供給された第１開閉弁Ｖａ１が開弁することによって、タンクＴＫ１から供給流路２００内に向かって燃料ガスが供給される。供給流路２００内の圧力は、燃料ガスが供給されることによって、タンクＴＫ２～ＴＫ１０のタンク内圧力に近付いていく。供給流路２００の側とタンクＴＫ２～ＴＫ１０の側との間における差圧が、第２電力が供給された第１開閉弁Ｖａ２～Ｖａ１０が開弁可能な差圧である第２差圧になったとき、第１開閉弁Ｖａ２～Ｖａ１０は開弁する。なお、第１電力が供給された第１開閉弁Ｖａ１は、開弁後には開弁した状態を維持するために第２電力が供給される。
第１開閉弁Ｖａに第１電力および第２電力が供給された後（ステップＳ１１０）、制御部３００は、予め設定された時間が経過したか否か判定する（ステップＳ１２０）。ここでいう予め設定された時間とは、第１電力および第２電力が第１開閉弁Ｖａに供給されてからすべての第１開閉弁Ｖａが開弁するまでに要される時間として、十分な時間が設定される。
予め設定された時間が経過したと判定された後（ステップＳ１２０：ＹＥＳ）、制御部３００は、第２開閉弁Ｖｂを開弁させる（ステップＳ１３０）。その後、制御部３００は、始動時開弁処理を終了する。第２開閉弁Ｖｂが開弁されたことにより、燃料電池スタック５０の発電が開始される。
以上説明した第１実施形態によれば、第１電力を供給される第１開閉弁Ｖａ１が開弁して供給流路２００に燃料ガスが流入することにより、第２電力を供給される第１開閉弁Ｖａ２～Ｖａ１０が設けられたタンクＴＫ２～ＴＫ１０のタンク内圧力と、供給流路２００内の圧力と、の差圧が小さくなるため、第２電力を供給しても第１開閉弁Ｖａ２～Ｖａ１０を開弁することができる。よって、すべての第１開閉弁Ｖａに第１電力を供給する形態と比べて、すべての第１開閉弁Ｖａの開弁に要する電力消費量を低減できる。
Ｂ．第２実施形態：
第２実施形態の燃料電池システムについて説明する。第２実施形態の燃料電池システムの構成は、第１実施形態の燃料電池システム１０の装置構成と同じである。第２実施形態の燃料電池システムでは、制御部３００が実行する処理内容が異なる。
図３は、第２実施形態の制御部が実行する停止時開弁処理を示すフローである。第２実施形態の燃料電池システムの制御部３００は、第１実施形態で説明した始動時開弁処理に加えて、停止時開弁処理を実行する。第２実施形態の制御部３００は、燃料電池システムが停止している間において、定期的に停止時閉弁処理を実行する。停止時開弁処理は、燃料電池システムが停止している間に、供給流路２００内の圧力を予め高くしておく処理である。
図３に示すように、停止時開弁処理が開始されると、第２実施形態の制御部３００は、圧力センサ１１５が測定した充填流路１１０内の圧力Ｐ０および圧力センサ２１５が測定した供給流路２００内の圧力Ｐ１を取得する（ステップＳ２１０）。
圧力Ｐ０および圧力Ｐ１を取得した後（ステップＳ２１０）、第２実施形態の制御部３００は、圧力Ｐ０と圧力Ｐ１との差圧が設定された値以上である高差圧の状態であるか否か判定する（ステップＳ２２０）。
高差圧の状態ではないと判定した場合（ステップＳ２２０：ＮＯ）、第２実施形態の制御部３００は、停止時開弁処理を終了する。
高差圧の状態であると判定した場合（ステップＳ２２０：ＹＥＳ）、第２実施形態の制御部３００は、燃料電池システムを始動させる（ステップＳ２３０）。
燃料電池システムを始動させた後（ステップＳ２３０）、第２実施形態の制御部３００は、第１開閉弁Ｖａ１に第１電力を供給させるとともに、他の第１開閉弁Ｖａ（Ｖａ２～Ｖａ１０）に第２電力を供給させる（ステップＳ２４０）。このとき、図２に示した始動時開弁処理におけるステップＳ１１０での説明と同様に、第１電力が供給された第１開閉弁Ｖａ１が開弁されて供給流路２００内に燃料ガスが供給されることにより、供給流路２００内の圧力がタンクＴＫ２～ＴＫ１０のタンク内圧力に近付いていくため、供給流路２００の側とタンクＴＫ２～ＴＫ１０の側との間における差圧が、第２電力が供給された第１開閉弁Ｖａ２～Ｖａ１０が開弁可能な差圧である第２差圧になったとき、第１開閉弁Ｖａ２～Ｖａ１０は開弁する。
第１開閉弁Ｖａに第１電力および第２電力が供給された後（ステップＳ２４０）、第２実施形態の制御部３００は、予め設定された時間が経過したか否か判定する（ステップＳ２５０）。ここでいう予め設定された時間とは、第１開閉弁Ｖａが開弁されたタンクＴＫ内圧力と供給流路２００内の圧力とがほぼ等しくなるために要される時間として、十分な時間が設定される。
予め設定された時間が経過したと判定された後（ステップＳ２５０：ＹＥＳ）、第２実施形態の制御部３００は、開弁されていた第１開閉弁Ｖａを閉弁する（ステップＳ２６０）。第２実施形態では、ステップＳ２６０において、第１開閉弁Ｖａ１～Ｖａ１０を閉弁する。その後、第２実施形態の制御部３００は、停止時開弁処理を終了する。
図４は、第２実施形態の停止時閉弁処理における供給流路２００内の圧力変動を示した説明図である。図４においては、横軸に時間を表し、縦軸に圧力を表す。
タイミングｔ０において、図３で説明した停止時閉弁処理のステップＳ２４０が実行されることにより、第１開閉弁Ｖａ１～Ｖａ１０が開弁される。タイミングｔ０における供給流路２００内の圧力Ｐｐは、燃料電池システムが最後に停止してから供給流路２００内に残された燃料ガスによる圧力を示す。タイミングｔ０からタイミングｔ１までの間において、第１開閉弁Ｖａ１～Ｖａ１０が開弁されたタンクＴＫ１～ＴＫ１０から燃料ガスが放出されることにより、供給流路２００内の圧力が上昇する。
タイミングｔ１において、供給流路２００内の圧力は、タンクＴＫ１～ＴＫ１０内の圧力とほぼ等しい圧力Ｐｔとなっている。図３で説明した停止時閉弁処理のステップＳ２５０のうち「予め設定された時間」とは、タイミングｔ０からタイミングｔ１までの時間である。タイミングｔ１において、第１開閉弁Ｖａ１～Ｖａ１０が閉弁される。
タイミングｔ２において、燃料電池システムが停止する際の処理が実行される。ここでは、燃料電池スタック５０が、供給流路２００内の燃料ガスを消費して燃料電池システムを構成する各機器の停止時の処理において要する電力を発電する。したがって、タイミングｔ２において、供給流路２００内の圧力は圧力Ｐｔから減少する。
タイミングｔ３において、図２で説明した始動時開弁処理が開始されてステップＳ１１０が実行されることにより、第１電力が供給された第１開閉弁Ｖａ１が開弁される。タイミングｔ３からタイミングｔ４までの間において、第１開閉弁Ｖａ１が開弁されたタンクＴＫ１から燃料ガスが放出されることにより、供給流路２００内の圧力が上昇する。
タイミングｔ４において、供給流路２００内の圧力が圧力Ｐｔとなる。タイミングｔ３からタイミングｔ４までの間に供給流路２００内の圧力が上昇するにつれて、供給流路２００側の圧力と、タイミングｔ１において圧力ＰｔとなっているタンクＴＫ２～ＴＫ１０内の圧力と、の差圧が小さくなっていく。そして、この差圧が、第２電力が供給された第１開閉弁Ｖａ２～Ｖａ１０が開弁できる差圧である第２差圧になったとき、第１開閉弁Ｖａ２～Ｖａ１０は開弁する。
以上説明した第２実施形態によれば、燃料電池システムが停止している間に、供給流路２００内の圧力を予め高くしておくことができるため、燃料電池システムが始動してから、第２電力を供給される第１開閉弁Ｖａが開弁するまでの時間を短くすることができる。ここでいう第２電力を供給される第１開閉弁Ｖａが開弁するまでの時間とは、図４のタイミングｔ３からタイミングｔ４までの間のことである。
第２実施形態で説明した停止時開弁処理は、特に、タンクＴＫに燃料ガスが充填されてから燃料電池システムが最初に始動する際に効果が発揮される。タンクＴＫに燃料ガスが充填されてから燃料電池システムが最初に始動する際、タンクＴＫ内圧力と、供給流路２００内の圧力との差が大きくなっている蓋然性が高い。このため、停止時開弁処理を実行しない燃料電池システムでは、始動時開弁処理において、第１開閉弁Ｖａ１が開弁してタンクＴＫ１から供給されることにより供給流路２００内の圧力がタンクＴＫ２～ＴＫ１０のタンク内圧力に近付くまでの時間が長期化しやすい。一方、第２実施形態で説明した停止時開弁処理を実行する燃料電池システムでは、タンクＴＫに燃料ガスが充填されてから燃料電池システムが最初に始動する前に予め停止時開弁処理を実行しておくことによって、供給流路２００内の圧力が、タンクＴＫ２～ＴＫ１０のタンク内圧力に近付くまでの時間を短縮することができる。
Ｃ．第３実施形態：
図５は、第３実施形態における燃料電池システム１０ａの構成を示した説明図である。燃料電池システム１０ａは、圧力センサ１１５の代わりに、圧力センサＳｅ１～Ｓｅ１０を備える点および第２実施形態の制御部３００とは異なる処理内容を行う制御部３００ａを備える点を除き、第２実施形態における燃料電池システムと同じ構成である。
圧力センサＳｅ１は、タンクＴＫ１に設けられている。圧力センサＳｅ１は、タンクＴＫ１内の圧力ＰＴ１を測定する。圧力センサＳｅ２～Ｓｅ１０は、圧力センサＳｅ１と同様、それぞれに対応するタンクＴＫ２～ＴＫ１０に設けられている。圧力センサＳｅ２～Ｓｅ１０は、タンクＴＫ２～ＴＫ１０内の圧力ＰＴ２～ＰＴ１０を測定する。
制御部３００ａは、第２実施形態で説明した停止時開弁処理とは異なる停止時開弁処理を実行する。
制御部３００ａが実行する停止時開弁処理について説明する。制御部３００ａは、ステップＳ２１０において圧力センサＳｅ１～Ｓｅ１０が測定したタンクＴＫ１～ＴＫ１０内の圧力ＰＴ１～ＰＴ１０および圧力センサ２１５が測定した供給流路２００内の圧力Ｐ１を取得する点およびステップＳ２２０において圧力ＰＴ１～ＰＴ１０と圧力Ｐ１を用いて高差圧の状態を判定する点を除き、第２実施形態で説明した図３に図示の停止時開弁処理と同様の手順の処理を実行する。
制御部３００ａは、ステップＳ２２０において、圧力ＰＴ１～ＰＴ１０と圧力Ｐ１とのそれぞれの差圧が設定された値以上である高差圧の状態であるか否か判定する。換言すれば、圧力ＰＴ１～ＰＴ１０のうち圧力Ｐ１との差圧が高差圧の状態であるものが存在するか否か判定する。圧力ＰＴ１～ＰＴ１０のうち圧力Ｐ１との差圧が高差圧の状態であるものが存在する場合、ステップＳ２３０以降の処理を行う。ステップＳ２３０からステップＳ２５０までの処理については、制御部３００ａは、第２実施形態で説明した停止時開弁処理と同様の処理を行う。
Ｄ．第４実施形態：
第４実施形態の燃料電池システムについて説明する。第４実施形態の燃料電池システムの構成は、第１開閉弁Ｖａ１と第１開閉弁Ｖａ２～Ｖａ１０が異なる構成の電磁弁である点を除き、第１実施形態の燃料電池システム１０と同じである。
第４実施形態の燃料電池システムにおいて、第１開閉弁Ｖａ１と第１開閉弁Ｖａ２～Ｖａ１０との違いは、上限差圧が異なることである。第４実施形態では、第１開閉弁Ｖａ２～Ｖａ１０は、第１開閉弁Ｖａ１と比べて上限差圧が小さい開閉弁である。第１開閉弁Ｖａ１の上限差圧が９０Ｍｐａであるのに対して、第１開閉弁Ｖａ２～Ｖａ１０の上限差圧は、２０Ｍｐａである。
以上説明した第４実施形態によれば、上限差圧が小さい開閉弁は、上限差圧が大きい開閉弁と比べて、一般的に廉価であることから、燃料電池システムのコストを下げることができる。
Ｅ．他の実施形態：
上述した第１実施形態等では、燃料電池システムは、車両に搭載されていたが、本発明はこれに限られない。例えば、燃料電池システムは、電力を動力源とする船舶および飛行機等の移動体、また移動体に限らず、産業機械や発電施設など種々の装置や施設などに搭載されていてもよい。
上述した第１実施形態では、燃料電池システム１０は、タンクＴＫ１からタンクＴＫ１０までの合計１０本のタンクを備えていたが、本発明はこれに限られない。例えば、燃料電池システム１０は、２本以上の任意の数のタンクＴＫを備えている限り、本発明の効果を奏することができる。
上述した第１実施形態等では、第１電力が供給される第１開閉弁Ｖａは、第１開閉弁Ｖａ１であったが、本発明はこれに限られない。例えば、第１電力が供給される第１開閉弁Ｖａは、第１開閉弁Ｖａ１とは異なる第１開閉弁Ｖａであってもよい。また、燃料電池システムに備えられた第１開閉弁Ｖａのうちすべての第１開閉弁Ｖａに第１電力を供給しない限り、第１電力が供給される第１開閉弁Ｖａの数は任意の数であってもよい。
上述した第１実施形態では、制御部３００は、燃料電池システム１０が搭載された車両に備えられたイグニッションスイッチがオンにされたことを、始動指示として受け付けていたが、本発明はこれに限られない。例えば、制御部３００は、イグニッションスイッチがオンにされてから一定時間経過したことを始動指示として受け付けてもよいし、運転手が運転席に座ったことを始動指示として受け付けてもよい。
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中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部また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。
１０，１０ａ…燃料電池システム
５０…燃料電池スタック
１００…レセプタクル
１０５…逆流防止弁
１１０…充填流路
１１５…圧力センサ
２００…供給流路
２１５…圧力センサ
３００，３００ａ…制御部
Ｃｖ…逆止弁
Ｆａ…第１流路
Ｆｂ…第２流路
Ｓｅ…圧力センサ
ＴＫ…タンク
Ｖａ…第１開閉弁
Ｖｂ…第２開閉弁

Claims (3)

  1. 燃料電池システムであって、
    燃料電池と、
    前記燃料電池の発電に用いられる燃料ガスを貯蔵する複数のタンクと、
    前記複数のタンクの各々と接続された複数の第１流路と、前記複数の第１流路が合流して前記燃料電池に接続された第２流路と、を有する供給流路と、
    前記複数の第１流路の各々に設けられ、弁体前後の差圧によってシールする複数の第１開閉弁であって前記複数の第１流路の開閉を切り替える複数の第１開閉弁と、
    前記第２流路に設けられ、前記第２流路の開閉を切り替える第２開閉弁と、
    前記複数の第１開閉弁および前記第２開閉弁に供給する電力を制御することにより、前記複数の第１開閉弁の開閉および前記第２開閉弁の開閉を制御する制御部と、を備え、
    前記制御部は、前記第２開閉弁が閉弁している状態において、前記燃料電池システムを始動させる始動指示に応じて、前記複数の第１開閉弁のうち一部の第１開閉弁に、第１差圧に抗して前記第１開閉弁を開弁させる第１電力を供給させ、他の前記第１開閉弁に、前記第１電力より小さく且つ前記第１差圧より小さい第２差圧に抗して前記第１開閉弁を開弁させる第２電力を供給させ、
    前記制御部は、前記燃料電池システムが停止している間において、前記複数のタンクの各々のタンク内圧力の値および前記供給流路内の圧力の値を取得し、前記複数のタンクのうち少なくとも一部の前記タンク内圧力と前記供給流路内の圧力との差圧が設定された値以上である高差圧の状態である場合、前記一部の第１開閉弁に前記第１電力を供給させ、他の前記第１開閉弁に前記第２電力を供給させる、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であって、
    前記第２電力が供給される前記第１開閉弁は、前記第１電力が供給される前記第１開閉弁と比べて、上限差圧であって開閉弁を挟んだ一方の側と他方の側との間の差圧に抗して開閉弁が開弁できる該差圧の上限値である上限差圧が小さい、燃料電池システム。
  3. 燃料電池と、前記燃料電池の発電に用いられる燃料ガスを貯蔵する複数のタンクと、前記複数のタンクの各々と接続された複数の第１流路および前記複数の第１流路が合流して前記燃料電池に接続された第２流路を有する供給流路と、前記複数の第１流路の各々に設けられ弁体前後の差圧によってシールする複数の第１開閉弁であって前記複数の第１流路の開閉を切り替える複数の第１開閉弁と、前記第２流路に設けられ前記第２流路の開閉を切り替える第２開閉弁と、を備える燃料電池システムにおける前記第１開閉弁および前記第２開閉弁の制御方法であって、
    前記第２開閉弁が閉弁している状態において、前記燃料電池システムを始動させる始動指示に応じて、前記複数の第１開閉弁のうち一部の第１開閉弁に、第１差圧に抗して前記第１開閉弁を開弁させる第１電力を供給させる工程と、
    前記状態において、前記始動指示に応じて、前記第１開閉弁のうち他の前記第１開閉弁に、前記第１電力より小さく且つ前記第１差圧より小さい第２差圧に抗して前記第１開閉弁を開弁させる第２電力を供給させる工程と、を備え、
    前記燃料電池システムが停止している間において、前記複数のタンクの各々のタンク内圧力の値および前記供給流路内の圧力の値を取得し、前記複数のタンクのうち少なくとも一部の前記タンク内圧力と前記供給流路内の圧力との差圧が設定された値以上である高差圧の状態である場合、前記一部の第１開閉弁に前記第１電力を供給させ、他の前記第１開閉弁に前記第２電力を供給させる工程を、さらに備える、制御方法。
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