JP7200953B2 - 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

Description

本開示は、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。

燃料電池車両等に搭載される燃料電池システムでは、一般に、システム停止時に、燃料電池にパージガスを供給する掃気処理を実行し、燃料電池内部の水分量を低減させて、低温環境下におけるシステムの始動性を確保することが行なわれる。このような燃料電池システムに関して、掃気処理の開始のタイミングと、燃料電池システムが備える水素タンクに対する水素充填の開始のタイミングとの調整に係る技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１７－１３４９９３号公報

しかしながら、従来は、水素充填時の燃料電池の凍結防止については、十分な検討が行なわれていなかった。例えば、水素充填と並行して掃気処理を行なうと、水素タンクに充填するために燃料電池システムに供給される水素が、水素タンクと燃料電池とを接続する水素流路に流入することにより、上記水素流路内や燃料電池内で凍結が生じる可能性があるという新たな問題が生じることを、本願発明者等は見出した。

本開示は、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本開示の一形態によれば、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、水素が流れる電池内水素流路が形成された燃料電池と、水素を貯蔵する水素タンクと、前記水素タンクと前記燃料電池とを接続する水素供給路と、前記水素供給路における水素の流通を遮断する遮断弁と、前記水素タンクに対する水素充填の開始を検知する検知部と、前記燃料電池システムが停止されて、前記電池内水素流路を掃気する掃気処理を実行すべき状態において前記検知部が水素充填の開始を検知したときに、前記遮断弁を閉弁し、前記掃気処理として、前記水素供給路において前記遮断弁よりも水素流れの下流側に残留する水素を前記電池内水素流路に流して前記電池内水素流路を掃気する処理を実行させる掃気制御部と、を備える。
この形態の燃料電池システムによれば、遮断弁を閉弁し、水素供給路において遮断弁よりも下流に残留する水素を電池内水素流路に流して電池内水素流路を掃気するため、水素充填と並行して掃気処理を行なうことが可能になる。その結果、低温環境下で水素充填を行なう場合において、燃料電池の凍結を抑えることができ、さらに、充填に用いる低温の水素が燃料電池へと流れることに起因して、燃料電池や燃料ガスの流路が凍結することを抑制可能となる。
（２）上記形態の燃料電池システムは、さらに、前記電池内水素流路と、前記水素供給路の一部と、を含み、水素が循環する流路である循環流路と、前記循環流路内で水素を循環させる循環装置と、前記循環流路から水素を排出させる排出弁と、を備え、前記掃気制御部が実行する前記掃気処理は、前記循環装置を用いて前記循環流路内で水素を循環させる動作と、前記排出弁を開弁させる動作とを含むこととしてもよい。この形態の燃料電池システムによれば、循環流路内に残留する水素を循環流路内で循環させることにより、掃気処理を行なうことができる。
（３）上記形態の燃料電池システムは、さらに、前記遮断弁と前記燃料電池との間に設けられて前記燃料電池に供給される水素量を調節する調節弁を備え、前記掃気制御部が実行する前記掃気処理は、前記調節弁を駆動して、前記水素供給路において前記調節弁と前記遮断弁との間に残留する水素を、前記電池内水素流路に供給する動作を含むこととしてもよい。この形態の燃料電池システムによれば、水素供給路において調節弁と遮断弁との間に残留する水素を用いて掃気処理を行なうことができるため、掃気処理の効率を向上させることができる。
（４）上記形態の燃料電池システムは、さらに、前記燃料電池システムの環境温度が、前記燃料電池システムの次回の始動時に前記燃料電池の凍結の問題が生じ得る低温環境温度であるか否かを判断する低温判断部を備え、前記掃気制御部は、前記低温判断部によって、前記環境温度が前記低温環境温度であると判断されたときに、前記掃気処理を実行すべき状態であると判断することとしてもよい。この形態の燃料電池システムによれば、低温環境下で水素充填を行なう場合に、水素充填と並行して適切に掃気処理を行なうことができる。
（５）上記形態の燃料電池システムは、さらに、前記燃料電池内で酸素を含有する酸化ガスが流れる電池内酸化ガス流路に酸化ガスを供給する酸化ガス供給部を備え、前記掃気制御部が実行する前記掃気処理は、前記酸化ガス供給部を駆動して、前記電池内酸化ガス流路に酸化ガスを流して前記電池内酸化ガス流路を掃気する動作を含むこととしてもよい。この形態の燃料電池システムによれば、電池内水素流路の掃気と電池内酸化ガス流路の掃気とを並行して行なうことができるため、掃気処理の効率を高めることができる。
（６）上記形態の燃料電池システムは、さらに、前記燃料電池を冷却する冷媒が流れる冷媒流路と、前記冷媒流路から分岐して、前記燃料電池に供給する水素または酸化ガスが流れる反応ガス流路に設けられた部品と前記冷媒とが熱交換可能となるように前記冷媒を導く分岐流路と、前記燃料電池の温度を検出する温度センサと、前記燃料電池内の前記冷媒を前記分岐流路に流入させる冷媒ポンプと、前記燃料電池システムが停止されて、前記温度センサが検出した前記燃料電池の温度が予め定めた基準温度を超えるときに、前記冷媒ポンプを駆動する保温制御部と、を備えることとしてもよい。この形態の燃料電池システムによれば、燃料電池に供給する水素または酸化ガスが流れる反応ガス流路に設けられた部品を、冷媒によって昇温あるいは保温することができるため、上記部品の凍結を抑えることができる。
本開示は、上記以外の種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池システムを搭載する燃料電池車両、燃料電池システムを搭載する移動体、燃料電池の掃気方法、燃料電池システムの制御方法、その制御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一時的でない記録媒体等の形態で実現することができる。

燃料電池システムの概略構成を模式的に表わす説明図。 停止時掃気制御処理ルーチンを表わすフローチャート。 燃料電池システムの概略構成を模式的に表わす説明図。 燃料電池システムの概略構成を模式的に表わす説明図。 充填時保温制御処理ルーチンを表わすフローチャート。 停止時掃気制御処理ルーチンを表わすフローチャート。

Ａ．第１実施形態：
（Ａ－１）燃料電池システムの全体構成：
図１は、本開示の第１実施形態としての燃料電池システム１５の概略構成を模式的に表わす説明図である。本実施形態の燃料電池システム１５は、駆動用電源として燃料電池車両１０に搭載されている。ただし、燃料電池システム１５は、車両以外の移動体の駆動用電源としてもよい。燃料電池システム１５は、燃料電池２０と、燃料ガス供給系２００と、酸化ガス供給系３００と、排ガス系４００と、冷却系５００と、水素充填系６００と、制御部９００と、を備える。

燃料電池２０は、燃料電池車両１０の駆動エネルギを発生させる装置である。燃料電池２０は、単セルが複数積層されたスタック構成を有しており、水素を含有する燃料ガスと、酸素を含有する酸化ガスの供給を受けて発電する。本実施形態の燃料電池２０は、固体高分子形燃料電池である。燃料電池２０を構成する各単セルでは、電解質膜を間に介して、アノード側に燃料ガスが流れる流路が形成され、カソード側に酸化ガスが流れる流路が形成されている。燃料電池２０内において燃料ガスが流れる流路を、「電池内水素流路」とも呼ぶ。また、燃料電池２０内において酸化ガスが流れる流路を、「電池内酸化ガス流路」とも呼ぶ。さらに、燃料電池２０の内部には、燃料電池２０を冷却するための冷媒が流れる流路が形成されている。なお、燃料電池２０としては、固体高分子形燃料電池に限らず、固体酸化物形燃料電池等、他種の燃料電池を採用してもよい。

燃料ガス供給系２００は、水素タンク２１０と、燃料ガス供給管２２０と、燃料ガス排気管２３０と、燃料ガス還流管２４０と、レギュレータ２６０と、インジェクタ２７０と、気液分離器２８０と、水素ポンプ２９０と、を備える。水素タンク２１０は、燃料ガスとしての水素ガスが貯蔵される貯蔵装置であり、燃料ガス供給管２２０を介して燃料電池２０に接続されている。水素タンク２１０の構成については、後にさらに詳しく説明する。燃料ガス供給系２００において、水素タンク２１０に貯蔵された水素ガスは、レギュレータ２６０での減圧を経て、インジェクタ２７０から、燃料電池２０のアノード側流路に供給される。インジェクタ２７０は、内部に電磁弁を備え、この電磁弁の開閉動作によって、水素タンク２１０からの供給水素量を調節する。図１では、インジェクタ２７０として単一のインジェクタを示しているが、複数のインジェクタを設けてもよい。また、インジェクタ２７０は、燃料ガス供給管２２０を流れる水素量を調節することができ、さらに後述する充填時掃気処理時に燃料ガスの流通を遮断することができればよく、例えば、下流側に流す水素の流量を任意の流量に調節可能な流量調整弁によって構成してもよい。水素タンク２１０から燃料電池２０に燃料ガスが供給されるときには、燃料ガス供給管２２０では、水素タンク２１０からレギュレータ２６０までが最も高圧になり、レギュレータ２６０からインジェクタ２７０まで、インジェクタ２７０から燃料電池２０まで、の順で、圧力が低くなる。

燃料ガス排気管２３０は、燃料電池２０から排出されるアノードオフガスが流れる流路である。燃料ガス還流管２４０は、燃料ガス排気管２３０と、燃料ガス供給管２２０におけるインジェクタ２７０よりも下流側の部位とに接続されている。燃料電池２０から燃料ガス排気管２３０に排出されたアノードオフガスは、燃料ガス還流管２４０を経由して、再び燃料ガス供給管２２０に導かれる。そのため、燃料電池システム１５において、燃料ガスは、発電により水素が消費されつつ、燃料ガス排気管２３０、燃料ガス還流管２４０、燃料ガス供給管２２０の一部、および、燃料電池２０内に形成される電池内水素流路を循環する。上記した燃料ガス排気管２３０、燃料ガス還流管２４０、燃料ガス供給管２２０の一部、および、電池内水素流路を合わせて、「循環流路」とも呼ぶ。燃料ガス還流管２４０には、燃料ガスを循環させるために燃料ガスを加圧する既述した水素ポンプ２９０が設けられている。水素ポンプ２９０は、「循環装置」とも呼ぶ。循環流路内で水素を循環させる循環装置は、ポンプのように機械的な駆動力を用いる構成とする他、例えば、高圧流体の力を利用して低圧の流体を吸い上げるエゼクタを用いるなど、異なる構成としてもよい。

燃料ガス排気管２３０と燃料ガス還流管２４０との接続部には、気液分離器２８０が設けられている。アノードオフガスには、発電で消費されなかった水素と共に、窒素や水蒸気等の不純物が含まれる。気液分離器２８０は、アノードオフガス中の水と、ガス（水素および窒素等）とを分離する。本実施形態では、気液分離器２８０を介して、上記した流路内を循環する燃料ガスから不純物が除去される。

酸化ガス供給系３００は、エアコンプレッサ３２０と、酸化ガス供給管３３０と、封止弁３６０と、を備える。本実施形態の燃料電池２０は、酸化ガスとして、空気を用いる。エアコンプレッサ３２０は、エアコンプレッサ用モータ３５０に駆動されて空気を圧縮し、酸化ガス供給管３３０を介して、燃料電池２０のカソード側流路に空気を供給する。エアコンプレッサ３２０は、「酸化ガス供給部」とも呼ぶ。封止弁３６０は、酸化ガス供給管３３０において燃料電池２０との接続部近傍に設けられており、燃料電池２０に対して酸化ガスが供給される際には開弁される。

排ガス系４００は、排ガス管４１０と、背圧弁４２０と、燃料ガス排出管４３０と、パージ弁４４０と、酸化ガスバイパス管４５０と、バイパス弁４６０と、を備える。排ガス管４１０は、燃料電池２０からカソードオフガスが排出される流路である。排ガス管４１０には、背圧弁４２０が設けられている。背圧弁４２０の開度を調節することにより、電池内酸化ガス流路における酸化ガスの圧力（背圧）を調整可能となる。燃料ガス排出管４３０は、気液分離器２８０と、排ガス管４１０とを接続している。燃料ガス排出管４３０には、パージ弁４４０が設けられている。パージ弁４４０が一時的に開弁されて、気液分離器２８０から水とガスとが排出されることにより、既述した循環流路内を循環する燃料ガス中の不純物の濃度が低減される。パージ弁４４０は、「排出弁」とも呼ぶ。

酸化ガスバイパス管４５０は、酸化ガス供給管３３０と、排ガス管４１０とを接続する。酸化ガスバイパス管４５０は、排ガス管４１０において背圧弁４２０が設けられる部位よりも下流で、排ガス管４１０に接続されている。酸化ガスバイパス管４５０には、バイパス弁４６０が設けられている。バイパス弁４６０を開弁することにより、エアコンプレッサ３２０が吐出する空気の少なくとも一部は、燃料電池２０を経由することなく酸化ガスバイパス管４５０を経由して排ガス管４１０に流れることが可能になる。既述した燃料ガス排出管４３０は、排ガス管４１０において、背圧弁４２０よりも下流側の部位であって、酸化ガスバイパス管４５０との接続部よりも上流側の部位において、排ガス管４１０に接続される。燃料ガス排出管４３０から排ガス管４１０に流入するアノードオフガスは、燃料電池２０から排出されるカソードオフガスと、酸化ガスバイパス管４５０を経由した酸化ガスとのうちの少なくとも一方によって希釈された後に、大気放出される。

冷却系５００は、冷媒供給管５１０と、冷媒排出管５１５と、冷媒バイパス管５５０と、第１冷媒ポンプ５２５と、ラジエータ５３０と、切替弁５６５と、を備える。冷媒供給管５１０と、冷媒排出管５１５と、冷媒バイパス管５５０と、燃料電池２０内の冷媒の流路と、を合わせて、「冷媒流路」とも呼ぶ。冷媒供給管５１０は、燃料電池２０に冷媒を供給するための管であり、冷媒供給管５１０には第１冷媒ポンプ５２５が配置されている。冷媒排出管５１５は、燃料電池２０から冷媒を排出するための管である。冷媒排出管５１５の下流部と冷媒供給管５１０の上流部の間には、冷媒を冷却するためのラジエータ５３０が設けられている。ラジエータ５３０には、ラジエータファン５３５が設けられている。ラジエータファン５３５は、ラジエータ５３０に風を送り、ラジエータ５３０からの放熱を促進する。上記第１冷媒ポンプ５２５は、冷媒供給管５１０と、冷媒排出管５１５と、燃料電池２０内の流路と、を循環する冷媒の流量を調節する。冷媒排出管５１５において、燃料電池２０との接続部の近傍には、燃料電池２０から排出される冷媒温度を検出するＦＣ温度センサ５７０が設けられている。本実施形態の燃料電池システム１５では、ＦＣ温度センサ５７０が検出する冷媒の温度を、燃料電池２０の温度として用いている。ＦＣ温度センサ５７０は、単に「温度センサ」とも呼ぶ。温度センサは、燃料電池２０の温度を検出可能であればよく、燃料電池２０から排出される冷媒の温度を検出するセンサとする他、例えば、燃料電池２０の温度を直接検出する温度センサであってもよい。

冷媒バイパス管５５０は、冷媒供給管５１０と冷媒排出管５１５とを接続する流路である。冷媒排出管５１５から冷媒バイパス管５５０が分岐する分岐部には、ラジエータ５３０を経由する流路と経由しない冷媒バイパス管５５０との間で冷媒が流れる経路を切り替える切替弁５６５が設けられている。切替弁５６５は、ラジエータ５３０を経由して流れる冷媒の流量と、ラジエータ５３０をバイパスして流れる冷媒の流量との割合を変更可能な弁である。

水素充填系６００は、水素タンク２１０と、水素充填管３０と、レセプタクル６４と、を備える。水素タンク２１０は、水素充填系６００と、既述した燃料ガス供給系２００とに共通して備えられている。レセプタクル６４は、燃料電池車両１０の車体２２の側面に設けられており、水素タンク２１０に水素を充填する際に、図示しない水素充填装置を燃料電池車両１０に接続するための構造である。水素充填管３０は、水素タンク２１０とレセプタクル６４とを接続する流路である。なお、上記した水素充填装置は、水素タンク２１０に水素を充填するための装置であり、例えば水素ステーションに設けることができる。水素充填装置は、プレクーラーを備えており、水素充填時にいわゆる断熱圧縮様の現象によって水素タンク内の温度が過剰に上昇することを抑えるために、水素充填に先立って水素を冷却する。そのため、水素充填装置からレセプタクル６４を介して供給される水素は、例えば－４０℃程度の低温となっている。

水素タンク２１０は、タンク口金内に配置されたバルブ機構６２を備える。バルブ機構６２は、その内部に、バルブ内流路３４が形成される。バルブ内流路３４は、第１流路３５、第２流路３６、および第３流路３７を備える。第１流路３５の一端は、バルブ機構６２の表面で開口しており、水素充填管３０が接続される。第１流路３５には、水素充填管３０から水素タンク２１０内に向かう水素の流れのみを許容するタンク逆止弁５２が設けられている。第１流路３５の他端は、第３流路３７の一端に接続されている。第２流路３６の一端は、バルブ機構６２の表面で開口しており、燃料ガス供給管２２０が接続される。第２流路３６には、第２流路３６の開閉を行なう電磁弁である主止弁５３が設けられている。第２流路３６の他端は、第３流路３７の一端に接続されている。第３流路３７の他端は、水素タンク２１０内で開口している。ただし、第１流路３５と第２流路３６とが合流する第３流路３７を設けることなく、第１流路３５と第２流路３６とが、別々に、水素タンク２１０内の空間に接続されることとしてもよい。水素タンク２１０は、さらに、水素タンク２１０内部の温度を検出するタンク温度センサ４５を備える。

レセプタクル６４の内部には、第４流路３８が形成されている。第４流路３８の一端は、水素充填管３０に接続されている。第４流路３８の他端は、車体２２の表面で開口して、水素充填装置７０から供給される水素が流入する充填口２６を形成する。第４流路３８には、充填口２６から水素充填管３０に向かう水素の流れのみを許容するレセプタクル逆止弁５１が設けられている。図１に示す構成において、水素タンクと燃料電池２０とを接続する流路を、「水素供給路」とも呼ぶ。本実施形態では、「水素供給路」は、第３流路３７と、第２流路３６と、燃料ガス供給管２２０と、を含む。

車体２２には、レセプタクル６４を覆うリッド２４が設けられている。リッド２４は、ヒンジを介して開閉自在に車体２２に取り付けられており、既述した水素充填装置によって水素タンク２１０に水素充填する際に開けられる。リッド２４には、爪部２５が設けられており、車体２２には、爪部２５に対応する位置に、係合部２７が設けられている。水素充填を行なわないときには、上記爪部２５と係合部２７とが係合されることによって、リッド２４が閉じた状態となっている。本実施形態の燃料電池車両１０では、その運転席の近傍に、充填口スイッチ２８が設けられている。充填口スイッチ２８は、上記係合部２７とリレーを介して電気的に接続されており、充填口スイッチ２８に対して使用者から操作力が加えられてオンになると、この操作力が係合部２７に伝達され、係合部２７と爪部２５との係合状態が解除されて、リッド２４が開く。また、車体２２において、レセプタクル６４の近傍には、リッド２４が閉状態になったことを検知するリッドセンサ４６が設けられている。水素タンク２１０への水素充填の開始を検知する充填口スイッチ２８は、「検知部」とも呼ぶ。本実施形態の燃料電池車両１０では、水素充填の開始は充填口スイッチがオンになることで検知し、水素充填の終了はリッドセンサ４６により検知しているが、異なる構成としてもよい。例えば、リッドセンサ４６によって、水素充填の開始と終了との両方を検知してもよい。

制御部９００は、マイクロコンピュータによって構成されており、ＣＰＵと、ＲＯＭと、ＲＡＭと、入出力ポートと、を有する。制御部９００は、燃料電池システム１５の発電制御や、燃料電池２０の掃気に係る制御や、水素タンク２１０への水素充填に係る制御を行なうと共に、燃料電池車両１０全体の制御を行なう。燃料電池２０の掃気に係る制御や、水素タンク２１０への水素充填に係る制御については、後に詳しく説明する。制御部９００は、燃料電池車両１０の各部に設けられたセンサ（燃料電池システム１５の各部に設けたセンサ、アクセル開度センサ、ブレーキペダルセンサ、シフトポジションセンサ、および車速センサを含む）からの出力信号を取得する。そして、制御部９００は、燃料電池車両１０における発電や走行等に係る各部、具体的には、燃料電池システム１５が備える既述した各バルブやポンプ等に駆動信号を出力する。なお、上記した機能を果たす制御部９００は、単一の制御部として構成される必要はない。例えば、燃料電池システム１５の動作に係る制御部や、燃料電池車両１０の走行に係る制御部や、走行に関わらない車両補機の制御を行なう制御部など、複数の制御部によって構成し、これら複数の制御部間で、必要な情報をやり取りすることとしても良い。

（Ａ－２）充填時掃気処理：
図２は、本実施形態の燃料電池システム１５の制御部９００で実行される停止時掃気制御処理ルーチンを表わすフローチャートである。本ルーチンは、燃料電池車両１０が搭載する燃料電池システム１５を含むシステムを停止させる指示が入力されたとき、具体的には、運転者によりスタートスイッチ（図示せず）がオフにされたときに起動される。本ルーチンを実行する際に制御部９００は、「掃気制御部」として機能する。

本ルーチンが起動されると、制御部９００のＣＰＵは、燃料電池車両１０が低温環境下で使用されているか否か、すなわち、燃料電池車両１０が使用される現在の環境温度が、次回の始動時に燃料電池２０の凍結の問題が生じ得る低温環境温度であるか否かを判断する（ステップＳ１００）。具体的には、制御部９００のＣＰＵは、例えば、燃料電池車両１０に設けた外気温センサ９１０の検出信号を取得して、外気温が氷点下の場合には、上記低温環境下であると判断する。外気温が氷点下であるか否かとは異なる基準により、低温環境下であるか否かを判断してもよく、例えば、予め定められた０℃よりも低い温度を基準に判断してもよい。ステップＳ１００において、制御部９００は、「低温判断部」として機能する。低温環境下ではないと判断すると（ステップＳ１００：ＮＯ）、制御部９００のＣＰＵは、本ルーチンを終了する。

低温環境下であると判断すると（ステップＳ１００：ＹＥＳ）、制御部９００のＣＰＵは、終了時掃気処理を開始する（ステップＳ１１０）。すなわち、本実施形態では、ステップＳ１００で低温環境下であると判断するときに、掃気処理を実行すべき状態であると判断している。終了時掃気処理とは、燃料電池システム１５の停止時に実行され、燃料電池２０内の反応ガスの流路に反応ガスを流して反応ガスが流れる流路を掃気する処理であり、ガス流路における液水の滞留を抑制して、ガス流路における結露や凍結を抑えるために実行される。具体的には、電池内水素流路については、主止弁５３およびインジェクタ５５を開弁すると共に、水素ポンプ２９０を駆動し、さらに、パージ弁４４０を予め定めたタイミングで開弁する。また、電池内酸化ガス流路については、電池内酸化ガス流路に空気が供給されるように、封止弁３６０およびバイパス弁４６０を制御しつつ、エアコンプレッサ３２０を駆動する。これにより、電池内水素流路を、水素タンク２１０内の水素を用いて掃気すると共に、電池内酸化ガス流路を、酸化ガスである空気で掃気することができる。

ステップＳ１１０で終了時掃気処理を開始すると、制御部９００のＣＰＵは、充填口スイッチ２８がオンになったか否かを判断する（ステップＳ１２０）。充填口スイッチ２８は、既述したように、水素タンク２１０への水素充填を開始する際に、燃料電池車両１０の使用者によって操作されるスイッチであり、充填口スイッチ２８がオンになることでリッド２４が開き、レセプタクル６４に対して燃料電池供給装置を接続して、水素タンク２１０への水素充填を開始することが可能になる。

充填口スイッチ２８がオンにされたと判断すると（ステップＳ１２０：ＹＥＳ）、制御部９００のＣＰＵは、インジェクタ２７０を閉弁して、既述した終了時掃気処理から充填時掃気処理に制御変更する（ステップＳ１３０）。本実施形態において、ステップＳ１３０で閉弁するインジェクタ２７０を、「遮断弁」とも呼ぶ。ステップＳ１３０で実行する充填時掃気処理とは、水素タンク２１０への水素充填時に実行され、水素タンク２１０内の水素を用いることなく、電池内水素流路を掃気する処理である。具体的には、上記のようにインジェクタ２７０を閉弁して水素タンク２１０から燃料電池２０への水素の流れを抑えつつ、予め定めた出力にて水素ポンプ２９０を駆動し、さらに、パージ弁４４０を予め定めたタイミングで開弁する。これにより、水素供給路において、インジェクタ２７０よりも水素流れの下流側に残留する水素を電池内水素流路に流して循環させつつ、電池内水素流路から排出させた液水や水蒸気を含むアノードオフガスをパージ弁４４０から排出させて、電池内水素流路を掃気することができる。本実施形態では、充填時掃気処理において、電池内酸化ガス流路の掃気は、終了時掃気処理と同様に行なわれる。

ステップＳ１３０において充填時掃気処理を開始すると、制御部９００のＣＰＵは、電池内水素流路に係る水素系掃気と、電池内酸化ガス流路に係るエア系掃気とが、完了したか否かを判断する（ステップＳ１４０）。制御部９００のＣＰＵは、水素系掃気およびエア系掃気が完了するまで、ステップＳ１４０の判断を繰り返し実行する。

充填時掃気処理において、電池内水素流路に水素を流し、電池内酸化ガス流路に空気を流す際には、例えば、燃料電池２０の電圧（カソードの電極電位）が過剰に高くなることを抑制できる程度に、燃料電池２０において微小な発電を行なわせてもよい。このような発電で生じた電力は、例えば、充填時掃気処理で駆動される水素ポンプ２９０やエアコンプレッサ３２０で消費することができる。このような微小な発電で生じる生成水は、発電量に応じた少量であるため、充填時掃気処理の効果を損なわない量に抑えられる。そのため、充填時掃気処理の実行時に燃料電池２０を発電させても、電池内水素流路や電池内酸化ガス流路を掃気して流路内の水分量を低減することができる。なお、充填時掃気処理を行なう際に必要な電力、例えば、水素ポンプ２９０やエアコンプレッサ３２０を駆動するために要する電力は、燃料電池車両１０が搭載する図示しないバッテリから供給される。

ステップＳ１４０において、水素系掃気の完了を判断する際には、例えば、パージ弁４４０を予め定めたタイミングで開弁する動作を繰り返し行ない、開弁の動作が予め定めた回数に達したときに、水素系掃気が完了したと判断することができる。また、エア系掃気の完了を判断する際には、例えば、エア系掃気を開始してからのエアコンプレッサ３２０の駆動時間が、予め定めた基準時間を超えたときに、エア系掃気が完了したと判断することができる。あるいは、交流インピーダンス法を用いて燃料電池２０のインピーダンスの抵抗成分を測定して、求めたインピーダンスの値が、予め定められた基準値よりも大きくなったときに、電解質膜の水分量が基準の状態よりも低下したことにより、充填時掃気処理が完了したと判断してもよい。具体的には、燃料電池２０に既述した微小発電を行なわせる際に、燃料電池２０から取り出す電流に対して交流信号（例えば、２００Ｈｚ～１ｋＨｚの比較的高い周波数の信号）を重畳し、交流インピーダンス法によって燃料電池２０のインピーダンスを検出すればよい。あるいは、交流インピーダンス法以外の方法、例えば、電流遮断法により電解質膜の膜抵抗を測定して、測定した膜抵抗が予め定めた基準値を超えたときに、充填時掃気処理が完了したと判断してもよい。ステップＳ１４０の判断では、例えば、外気温や燃料電池２０の温度が低いほど、充填時掃気処理を長く行なうように、充填時掃気処理の完了を判断するための基準を変更してもよい。

充填時掃気処理が完了したと判断すると（ステップＳ１４０：ＹＥＳ）、制御部９００のＣＰＵは、充填時掃気処理を停止して（ステップＳ１５０）、本ルーチンを終了する。充填時掃気処理を停止する際には、制御部９００のＣＰＵは、水素ポンプ２９０およびエアコンプレッサ３２０の駆動を停止する。

ステップＳ１２０において、充填口スイッチ２８がオンではないと判断すると（ステップＳ１２０：ＮＯ）、制御部９００のＣＰＵは、終了時掃気処理が完了したか否かを判断する（ステップＳ１６０）。終了時掃気処理が完了したか否かの判断は、ステップＳ１４０における充填時掃気処理が完了したか否かの判断と同様に行なうことができる。すなわち、パージ弁４４０の開弁の動作の回数や、エア系掃気を開始してからのエアコンプレッサ３２０の駆動時間や、燃料電池２０のインピーダンスの値等が、予め定めた基準値を超えたか否かを判断すればよい。このとき、終了時掃気処理が完了したか否かを判断するための基準と、充填時掃気処理が完了したか否かを判断するための基準とは、同じであってもよく、異なっていてもよい。

終了時掃気処理が完了していないときには（ステップＳ１６０：ＮＯ）、制御部９００のＣＰＵは、ステップＳ１２０にもどり、充填口スイッチ２８がオンになったか否かの判断を行なう。充填口スイッチ２８がオンになると、制御部９００のＣＰＵは、既述したステップＳ１３０以降の処理を実行する。

充填口スイッチ２８がオンになることなく、終了時掃気が完了すると（ステップＳ１６０：ＹＥＳ）、制御部９００のＣＰＵは、終了時掃気処理を停止して（ステップＳ１７０）、本ルーチンを終了する。終了時掃気処理を停止する際には、制御部９００のＣＰＵは、水素ポンプ２９０およびエアコンプレッサ３２０の駆動を停止すると共に、主止弁５３を閉弁する。

以上のように構成された本実施形態の燃料電池システム１５によれば、低温環境下において水素タンク２１０への水素充填を行なう際に、水素充填と並行して掃気処理を行なうことで、水素充填時における燃料電池２０の凍結を抑えると共に、充填に用いる低温の水素が燃料電池２０へと流れることに起因して、燃料電池２０や燃料ガスの流路が凍結することを抑制可能となる。本実施形態では、水素タンク２１０への水素充填時には、遮断弁であるインジェクタ２７０を閉弁して、燃料ガスの流路においてインジェクタ２７０よりも水素流れの下流側に残留する水素を用いて掃気処理を行なうため、水素充填に用いられる低温の水素が、燃料電池２０に流れることが抑えられる。このように、水素充填と掃気処理とを並行して行なうことができるため、例えば、低温環境下で水素ステーションにて水素充填する際に、燃料電池２０の凍結を抑えるための掃気処理が完了するまで、水素充填の動作の開始に先立って使用者を待機させる必要がない。第１実施形態では、パージ弁４４０を開弁する度に、循環流路内の圧力が低下するが、循環流路内の圧力が大気圧に比べて十分に高く、パージ弁４４０を開弁することにより循環流路内の液水や水蒸気を外部に排出可能である間は、水素系掃気を継続することが可能になる。

Ｂ．第２実施形態：
第１実施形態では、充填時掃気処理を実行する際に、遮断弁としてのインジェクタ２７０を閉弁したが、異なる構成としてもよい。以下では、第２実施形態として、充填時掃気処理を実行する際に、遮断弁としての主止弁５３を閉弁する構成を説明する。第２実施形態の燃料電池システム１５および燃料電池車両１０は、第１実施形態と同様の構成を有するため、第１実施形態と共通する部分には同じ参照番号を付す。第２実施形態の制御部９００は、第１実施形態と同様に、図２に示した停止時掃気制御処理ルーチンを実行する。以下では、第２実施形態が第１実施形態と異なる点について説明する。

第２実施形態では、制御部９００のＣＰＵは、ステップＳ１３０で開始する充填時掃気処理の水素系掃気において、遮断弁としての主止弁５３を閉弁して水素タンク２１０から燃料電池２０への水素の流れを抑えつつ、予め定めた出力にて水素ポンプ２９０を駆動し、さらに、パージ弁４４０を予め定めたタイミングで開弁するとともに、インジェクタ２７０の開弁制御を行なう。インジェクタ２７０の開弁制御では、例えば、燃料電池２０に接続される燃料ガスの流路において、インジェクタ２７０の下流に、燃料電池２０に供給される燃料ガスの圧力を検出するための圧力センサを設け、この圧力センサの検出値が、予め定めた圧力を下回らないように、インジェクタ２７０を開弁させることとすればよい。水素供給路において、閉弁した主止弁５３とインジェクタ２７０との間には、インジェクタ２７０の下流に比べて高圧の水素が残留している。そのため、例えばパージ弁４４０を開弁して循環流路内の燃料ガスの一部をパージ弁４４０から排出させて、循環流路内の圧力が低下した後に、インジェクタ２７０を開弁させれば、一旦低下した循環流路内の圧力を高めることができる。第２実施形態では、水素供給路において、主止弁２５０とインジェクタ２７０との間の圧力が、インジェクタ２７０よりも下流の圧力よりも高い間は、インジェクタ２７０を開弁することにより、循環流路に水素を補充することができる。第２実施形態においてインジェクタ２７０は、遮断弁である主止弁５３と燃料電池２０との間に設けられて燃料電池２０に供給される水素量を調節する弁であり、「調節弁」とも呼ぶ。

このような構成とすれば、第１実施形態と同様の効果が得られることに加えて、さらに、遮断弁よりも水素流れの下流側に残留して充填時掃気処理のために用いることができる水素の量を増加させることができるという効果を奏する。そして、第２実施形態では、充填時掃気処理の実行中に、パージ弁４４０を繰り返し開弁する際に、主止弁２５０とインジェクタ２７０との間に残留する水素を、インジェクタ２７０を用いて循環流路に供給することにより、循環流路内の圧力が高い状態をより長く維持することができる。したがって、パージ弁４４０から液水や水蒸気を排出させる掃気処理の効率を高めることができる。その結果、より速く充填時掃気処理を完了することや、より長く充填時掃気処理を行なうことによって、より十分に燃料電池２０内の水分量を低減させることが可能になる。

Ｃ．第３実施形態：
第１実施形態および第２実施形態では、燃料電池システム１５は、燃料ガスの流路として、アノードオフガスを燃料電池２０に導く循環流路を備えることとしたが、異なる構成としてもよい。以下では、第３実施形態として、燃料ガスの流路が循環流路を備えず、アノードオフガスが燃料電池２０に供給されずに燃料電池システム１５外に排出される構成を説明する。

図３は、第３実施形態の燃料電池システム１５ａの概略構成を模式的に表わす説明図である。第３実施形態において、第１実施形態と共通する部分には、同じ参照番号を付している。また、第３実施形態の燃料電池システム１５ａの制御部９００は、第１実施形態と同様に、図２に示した停止時掃気制御処理ルーチンを実行する。以下では、第３実施形態が第１実施形態と異なる点について説明する。

第３実施形態の燃料電池システム１５ａは、既述したように、燃料ガスの流路が循環流路を備えず、アノードオフガスは燃料電池２０に供給されずに燃料電池システム１５外に排出される。このとき、燃料ガス排気管２３０から排出されるアノードオフガスは、例えば、燃料電池車両１０が搭載する他の装置で利用することとしてもよく、あるいは、燃料電池２０から排ガス管４１０に排出されるカソードオフガスで希釈して、燃料電池システム１５ａ外に排出することとしてもよい。このような第３実施形態の燃料電池システム１５ａは、図２のステップＳ１３０で実行する充填時掃気制御の水素系掃気において、遮断弁および調節弁に関して第２実施形態と同様の制御を行なう。すなわち、遮断弁である主止弁５３を閉弁して水素タンク２１０から燃料電池２０への水素の流れを抑えつつ、調節弁であるインジェクタ２７０の開弁制御を行なう。すなわち、インジェクタ２７０を駆動して、水素供給路においてインジェクタ２７０と主止弁２５０との間に残留する水素を電池内水素流路に供給して、水素系掃気を行なう。

このような構成としても、第１実施形態と同様に、低温環境下において水素タンク２１０への水素充填と並行して掃気処理を行なうことができると共に、水素充填時における燃料電池２０の凍結を抑える効果が得られる。このとき、第２実施形態と同様に、主止弁２５０とインジェクタ２７０との間に残留する比較的高圧の水素を用いて、水素系掃気を行なうことができる。

Ｄ．第４実施形態：
図４は、第４実施形態の燃料電池システム１５ｂの概略構成を模式的に表わす説明図である。第４実施形態において、第１実施形態と共通する部分には、同じ参照番号を付している。また、第４実施形態の燃料電池システム１５ｂの制御部９００は、第１実施形態あるいは第２実施形態と同様に、図２に示した停止時掃気制御処理ルーチンを実行する。そして、第４実施形態の燃料電池システム１５ｂは、システムを停止して水素タンク２１０に水素を充填する際には、第１実施形態と同様に充填時掃気処理を実行すると共に、さらに、水素供給路に設けた水素ポンプ２９０およびパージ弁４４０を、燃料電池２０内の冷媒を用いて昇温あるいは保温する充填時保温処理を実行する。以下では、第４実施形態が第１実施形態と異なる点について説明する。

燃料電池システム１５ｂは、既述した冷媒流路から分岐する流路である分岐流路５８０を備える。分岐流路５８０は、その両端が冷媒排出管５１５に接続している。第４実施形態の分岐流路５８０は、水素ポンプ２９０およびパージ弁４４０の各々と冷媒とが熱交換可能となるように冷媒を導く流路であり、水素ポンプ２９０およびパージ弁４４０に近接して引き回されている。また、分岐流路５８０には、燃料電池２０内の冷媒を分岐流路に流入させるための第２冷媒ポンプ５８２が設けられている。そのため、第１冷媒ポンプ５２５が停止されていても、第２冷媒ポンプ５８２を駆動することにより、燃料電池２０内の冷媒を分岐流路５８０に流入させて、冷媒と、水素ポンプ２９０およびパージ弁４４０とを熱交換させることができる。

図５は、第４実施形態の燃料電池システム１５ｂの制御部９００で実行される充填時保温制御処理ルーチンを表わすフローチャートである。本ルーチンは、燃料電池車両１０が搭載する燃料電池システム１５ｂを含むシステムを停止させる指示が入力されたとき、具体的には、運転者によりスタートスイッチ（図示せず）がオフにされたときに、図２の停止時掃気制御処理ルーチンと共に起動されて、繰り返し実行される。本ルーチンを実行する際に制御部９００は、「保温制御部」として機能する。

本ルーチンが起動されると、制御部９００のＣＰＵは、燃料電池車両１０の現在の使用環境が、次回の始動時に燃料電池２０の凍結の問題が生じ得る低温環境下であるか否かを判断する（ステップＳ２００）。このステップＳ２００は、ステップＳ１００と同様の工程である。低温環境下ではないと判断すると（ステップＳ２００：ＮＯ）、制御部９００のＣＰＵは、本ルーチンを終了する。

低温環境下であると判断すると（ステップＳ２００：ＹＥＳ）、制御部９００のＣＰＵは、充填口スイッチ２８がオンになったか否かを判断する（ステップＳ２１０）。このステップＳ２１０は、ステップＳ１２０と同様の工程であり、充填口スイッチ２８がオンになった後、水素タンク２１０への水素充填が可能になる。充填口スイッチ２８がオンではないと判断すると（ステップＳ２１０：ＮＯ）、制御部９００のＣＰＵは、本ルーチンを終了する。

充填口スイッチ２８がオンであると判断すると（ステップＳ２１０：ＹＥＳ）、制御部９００のＣＰＵは、燃料電池２０の温度をＦＣ温度センサ５７０から取得して、予め定めた基準温度と比較する（ステップＳ２２０）。ステップＳ２２０で用いる基準温度とは、燃料電池２０内の冷媒を水素ポンプ２９０およびパージ弁４４０と熱交換させることにより、水素ポンプ２９０およびパージ弁４４０の凍結を抑えることができるか否かを判断するための温度である。このような基準温度は、予め定められて制御部９００のメモリ内に記憶されている。基準温度は、燃料電池２０の熱容量や、冷媒の配管における放熱や、水素ポンプ２９０およびパージ弁４４０との間の熱交換の効率等を考慮して適宜設定すればよく、外気温等によって基準温度を変更してもよい。基準温度は、例えば、１０℃～３０の範囲で適宜設定することができる。燃料電池２０の温度が基準温度以下であると判断すると（ステップＳ２２０：ＮＯ）、制御部９００のＣＰＵは、本ルーチンを終了する。

燃料電池２０の温度が基準値を超えると判断すると（ステップＳ２２０：ＹＥＳ）、制御部９００のＣＰＵは、燃料電池２０内の冷媒を分岐流路５８０に流して、水素ポンプ２９０およびパージ弁４４０を昇温あるいは保温する動作を実行する（ステップＳ２３０）。具体的には、制御部９００のＣＰＵは、第２冷媒ポンプ５８２を駆動する。第２冷媒ポンプ５８２を駆動して、燃料電池２０内の冷媒を分岐流路５８０に流入させることにより、冷媒と水素ポンプ２９０およびパージ弁４４０とが熱交換して、水素ポンプ２９０およびパージ弁４４０が昇温あるいは保温される。このときの冷媒の流量は、冷媒の放熱を抑えつつ、冷媒の熱を水素ポンプ２９０およびパージ弁４４０に伝えることができればよいため、燃料電池２０の発電時に第１冷媒ポンプ５２５が駆動されるときの流量よりも小さくなっている。また、ステップＳ２３０において、制御部９００のＣＰＵは、切替弁５６５を切り替えて、ラジエータ５３０をバイパスして冷媒バイパス管５５０を経由するように冷媒を導く。ラジエータ５３０をバイパスさせることにより、冷媒の降温を抑えることができる。

ステップＳ２３０を実行した後、制御部９００のＣＰＵは、充填口２６が閉じられたか否か、すなわち、リッド２４が閉状態になったことをリッドセンサ４６が検知したか否かを判断する（ステップＳ２４０）。充填口２６が閉じられていないと判断されるときには（ステップＳ２４０：ＮＯ）、制御部９００のＣＰＵは、充填口２６が閉じられたと判断するまで、ステップＳ２４０の判断を繰り返す。その間、第２冷媒ポンプ５８２が駆動されて、水素ポンプ２９０およびパージ弁４４０を昇温あるいは保温する動作が継続される。

充填口２６が閉じられたと判断すると（ステップＳ２４０：ＹＥＳ）、制御部９００のＣＰＵは、水素ポンプ２９０およびパージ弁４４０を昇温あるいは保温する動作を停止して（ステップＳ２５０）、本ルーチンを終了する。具体的には、ステップＳ２５０では、第２冷媒ポンプ５８２が停止される。

このような構成とすれば、第１実施形態と同様の効果に加えて、充填時保温処理を実行することにより、水素充填時に水素ポンプ２９０およびパージ弁４４０が凍結することを抑える効果が得られる。水素ポンプ２９０およびパージ弁４４０は、一般に、発電時に発熱する燃料電池２０から離間して設けられ、低温環境下では温度が低下し易く、凍結し易い。水素ポンプ２９０内で液水が凍結すると、水素ポンプ２９０による水素循環の動作に不具合が生じる可能性がある。また、パージ弁４４０が凍結すると、循環流路から液水および水蒸気を含む燃料ガスを排出する動作に不具合が生じる可能性がある。そのため、水素ポンプ２９０あるいはパージ弁４４０が凍結すると、水素系掃気の動作に不具合が生じる可能性がある。本実施形態によれば、水素ポンプ２９０およびパージ弁４４０を昇温あるいは保温することにより、上記不具合の発生を抑えることができる。

上記した充填時保温処理において、燃料電池２０の発電時における冷媒の流量よりも小さい適切な冷媒流量が実現できるならば、第２冷媒ポンプ５８２として第１冷媒ポンプ５２５とは別個のポンプを設ける必要はなく、単一の冷媒ポンプを用いてもよい。ただし、第１冷媒ポンプ５２５よりも小さい第２冷媒ポンプ５８２を用いることで、発電時よりも小さい冷媒流量を容易に実現して、充填時保温処理の実行時における冷媒ポンプの消費電力を容易に抑えることができる。

第４実施形態では、充填時保温処理を実行する際に、ステップＳ２１０において充填口スイッチ２８がオンであることを確認しているが、このような動作を行なわないこととしてもよい。ただし、充填口スイッチ２８がオンであることを確認すれば、水素充填時以外に第２冷媒ポンプ５８２を駆動することが抑えられるため、第２冷媒ポンプ５８２による消費電力を抑えることができて望ましい。

第４実施形態では、充填時保温処理において、水素ポンプ２９０およびパージ弁４４０の双方を昇温あるいは保温しているが、いずれか一方の部品のみを昇温あるいは保温することとしてもよい。また、これらの部品に加えて、あるいは、これらの部品に代えて、他の部品と冷媒とを熱交換させて、昇温あるいは保温することとしてもよい。充填時保温処理の対象とする部品は、燃料電池２０に供給する水素または酸化ガスが流れる反応ガス流路に設けられた部品（例えば、各種の弁など）であればよく、充填時保温処理を行なうことで、低温環境下で水素充填する際に、これらの部品の凍結を抑えることができればよい。その結果、反応ガス流路に設けられた部品が凍結することに起因して充填時掃気処理の動作に不具合が生じることを抑えることができる。

Ｅ．他の実施形態：
（Ｅ１）上記第１実施形態では、充填時掃気処理の実行時に閉弁する遮断弁をインジェクタ２７０としており、第２および第３実施形態では、上記遮断弁を主止弁２５０としているが、異なる構成としてもよい。遮断弁は、水素タンク２１０と燃料電池２０とを接続する水素供給路における水素の流通を遮断できれば、他種の弁であってもよい。また、遮断弁は、水素供給路における水素の流通を完全に遮断できなくてもよい。水素タンク２１０に充填される低温の水素の流入に起因する燃料電池２０の凍結が抑えられるように水素の流入を抑制することができれば、微量の水素の流通を許容してもよい。

（Ｅ２）上記各実施形態では、水素充填装置を備える水素ステーションに移動した燃料電池車両１０において、システム停止した後に速やかに水素充填の動作を行なうことを想定しているが、異なる構成としてもよい。例えば、システムを停止している燃料電池車両１０の停車場所に、水素充填装置を搭載した車両等によって構成される移動水素ステーションが移動して、移動水素ステーションによって水素充填が行なわれる場合にも、本願の開示を適用することができる。

燃料電池車両１０は、既述したように低温環境下でシステム停止する際に終了時掃気処理を実行する他に、燃料電池システム１５が停止状態であるときに、燃料電池システム１５を一時的に起動させるウェイクアップ処理によって掃気処理を実行することとしてもよい。具体的には、制御部９００において燃料電池システム１５の停止中にウェイクアップタイマをセットし、予め定めた基準の時間間隔で、ウェイクアップ処理として外気温等に基づいて掃気処理の要否を判断し、掃気処理が必要と判断したときには、終了時掃気と同様の掃気処理を行なって、次回の始動時の凍結を抑えることとしてもよい。このようなウェイクアップ処理に伴う掃気処理の実行中に、移動水素ステーションによる水素充填が行なわれる場合には、上記各実施形態と同様の充填時掃気処理を行なうことができる。以下に、具体的な動作を説明する。なお、本変形例の燃料電池システム１５および燃料電池車両１０は、第１実施形態と同様の構成を有するため、第１実施形態と共通する部分には同じ参照番号を付す。

図６は本変形例の燃料電池システム１５の制御部９００で実行される停止時掃気制御処理ルーチンを表わすフローチャートである。本ルーチンは、上記したウェイクアップ処理が実行されるときに起動される。本ルーチンが起動されると、制御部９００のＣＰＵは、燃料電池車両１０の現在の使用環境が、次回の始動時に燃料電池２０の凍結の問題が生じ得る低温環境下であるか否かを判断する（ステップＳ３００）。ステップＳ３００は、ステップＳ１００と同様の工程である。その後、制御部９００のＣＰＵは、充填口スイッチ２８がオンであるか否かを判断する（ステップＳ３１０）。ステップＳ３１０は、ステップＳ１２０と同様の工程である。本変形例では、ウェイクアップ処理の実行時に、既に充填口スイッチ２８がオンになって水素充填が開始されている場合があるため、終了時掃気処理等の掃気処理の開始に先立って、充填口スイッチ２８がオンであるか否かを判断している。充填口スイッチ２８がオンである場合には（ステップＳ３１０：ＹＥＳ）、制御部９００のＣＰＵは、充填時掃気処理を開始し（ステップＳ３３０）、ステップＳ１４０およびステップＳ１５０と同様の処理であるステップＳ３４０およびステップＳ３５０を実行して、本ルーチンを終了する。

充填口スイッチがオンではないと判断される場合には（ステップＳ３１０：ＮＯ）、制御部９００のＣＰＵは、終了時掃気処理を開始し（ステップＳ３５５）、終了時掃気処理が完了したと判断されると（ステップＳ３６０）、終了時掃気処理を停止し（ステップＳ３７０）、本ルーチンを終了する。ステップＳ３６０およびステップＳ３７０は、ステップＳ１６０およびステップＳ１７０と同様の工程である。なお、ステップＳ３５５で終了時掃気処理が開始された後に充填口スイッチ２８がオンになった場合には、割り込み処理によって、終了時掃気処理から充填時掃気処理に制御変更すればよい。このような構成としても、水素充填と掃気処理とを並行して行ないつつ、充填する低温の水素に起因する燃料電池２０の凍結を抑える効果が得られる。

（Ｅ３）上記各実施形態では、燃料電池システムの停止時に、充填時掃気処理を含む掃気処理の実行に先立って低温環境下であるか否かを判断し（ステップＳ１００）、低温環境下であるときに、掃気処理を実行すべき状態であると判断して掃気処理を行なっているが、異なる構成としてもよい。例えば、燃料電池システムの停止時には、ステップＳ１００の判断を行なうことなく、掃気処理を行なうこととしてもよい。このような構成とすれば、低温環境下でない場合に掃気処理を行なうと、次回の始動時に、燃料電池２０に残留する液水の影響を抑えて燃料電池２０を始動させることができ、低温環境下で始動処理を行なうと、実施形態と同様の効果が得られる。

（Ｅ４）上記各実施形態では、充填時掃気処理は、水素系掃気とエア系掃気とを含み、水素系掃気とエア系掃気とを同時に、あるいは並行して実行しているが、異なる構成としてもよい。例えば、ステップＳ１１０で終了時掃気を開始した後、ステップＳ１２０で充填口スイッチ２８がオンであると判断されて、ステップＳ１３０で終了時掃気から充填時掃気に制御変更する際に、エア系掃気が完了したと判断される場合には、充填時掃気として水素系掃気のみを行なってもよい。

（Ｅ５）上記各実施形態では、本開示の燃料電池システムを燃料電池車両に搭載したが、乗用車の他、バスやトラック、あるいは、デュアルモードビークルや電車等、種々の移動体に適用することができる。

本開示は、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、あるいは、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…燃料電池車両、１５，１５ａ，１５ｂ…燃料電池システム、２０…燃料電池、２２…車体、２４…リッド、２５…爪部、２６…充填口、２７…係合部、２８…充填口スイッチ、３０…水素充填管、３４…バルブ内流路、３５…第１流路、３６…第２流路、３７…第３流路、３８…第４流路、４５…タンク温度センサ、４６…リッドセンサ、５１…レセプタクル逆止弁、５２…タンク逆止弁、５３…主止弁、５５…インジェクタ、６２…バルブ機構、６４…レセプタクル、７０…水素充填装置、２００…燃料ガス供給系、２１０…水素タンク、２２０…燃料ガス供給管、２３０…燃料ガス排気管、２４０…燃料ガス還流管、２５０…主止弁、２６０…レギュレータ、２７０…インジェクタ、２８０…気液分離器、２９０…水素ポンプ、３００…酸化ガス供給系、３２０…エアコンプレッサ、３３０…酸化ガス供給管、３５０…エアコンプレッサ用モータ、３６０…封止弁、４００…排ガス系、４１０…排ガス管、４２０…背圧弁、４３０…燃料ガス排出管、４４０…パージ弁、４５０…酸化ガスバイパス管、４６０…バイパス弁、５００…冷却系、５１０…冷媒供給管、５１５…冷媒排出管、５２５…第１冷媒ポンプ、５３０…ラジエータ、５３５…ラジエータファン、５５０…冷媒バイパス管、５６５…切替弁、５７０…ＦＣ温度センサ、５８０…分岐流路、５８２…第２冷媒ポンプ、６００…水素充填系、９００…制御部、９１０…外気温センサ

Claims (8)

1. 燃料電池システムであって、
   水素が流れる電池内水素流路が形成された燃料電池と、
   水素を貯蔵する水素タンクと、
   前記水素タンクと前記燃料電池とを接続する水素供給路と、
   前記水素供給路における水素の流通を遮断する遮断弁と、
   前記水素タンクに対する水素充填の開始を検知する検知部と、
   前記燃料電池システムが停止されて、前記電池内水素流路を掃気する掃気処理を実行すべき状態において前記検知部が水素充填の開始を検知したときに、前記遮断弁を閉弁し、前記掃気処理として、前記水素供給路において前記遮断弁よりも水素流れの下流側に残留する水素を前記電池内水素流路に流して前記電池内水素流路を掃気する処理を実行させる掃気制御部と、
   を備え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、さらに、
   前記電池内水素流路と、前記水素供給路の一部と、を含み、水素が循環する流路である循環流路と、
   前記循環流路内で水素を循環させる循環装置と、
   前記循環流路から水素を排出させる排出弁と、
   を備え、
   前記掃気制御部が実行する前記掃気処理は、前記循環装置を用いて前記循環流路内で水素を循環させる動作と、前記排出弁を開弁させる動作とを含む
   燃料電池システム。
3. 請求項１または２に記載の燃料電池システムであって、さらに、
   前記遮断弁と前記燃料電池との間に設けられて前記燃料電池に供給される水素量を調節する調節弁を備え、
   前記掃気制御部が実行する前記掃気処理は、前記調節弁を駆動して、前記水素供給路において前記調節弁と前記遮断弁との間に残留する水素を、前記電池内水素流路に供給する動作を含む
   燃料電池システム。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、さらに、
   前記燃料電池システムの環境温度が、前記燃料電池システムの次回の始動時に前記燃料電池の凍結の問題が生じ得る低温環境温度であるか否かを判断する低温判断部を備え、
   前記掃気制御部は、前記低温判断部によって、前記環境温度が前記低温環境温度であると判断されたときに、前記掃気処理を実行すべき状態であると判断する
   燃料電池システム。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、さらに、
   前記燃料電池内で酸素を含有する酸化ガスが流れる電池内酸化ガス流路に酸化ガスを供給する酸化ガス供給部を備え、
   前記掃気制御部が実行する前記掃気処理は、前記酸化ガス供給部を駆動して、前記電池内酸化ガス流路に酸化ガスを流して前記電池内酸化ガス流路を掃気する動作を含む
   燃料電池システム。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、さらに、
   前記燃料電池を冷却する冷媒が流れる冷媒流路と、
   前記冷媒流路から分岐して、前記燃料電池に供給する水素または酸化ガスが流れる反応ガス流路に設けられた部品と前記冷媒とが熱交換可能となるように前記冷媒を導く分岐流路と、
   前記燃料電池の温度を検出する温度センサと、
   前記燃料電池内の前記冷媒を前記分岐流路に流入させる冷媒ポンプと、
   前記燃料電池システムが停止されて、前記温度センサが検出した前記燃料電池の温度が予め定めた基準温度を超えるときに、前記冷媒ポンプを駆動する保温制御部と、
   を備える燃料電池システム。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の燃料電池システムを搭載する移動体。
8. 燃料電池システムの制御方法であって、
   前記燃料電池システムは、
   水素が流れる電池内水素流路が形成された燃料電池と、
   水素を貯蔵する水素タンクと、
   前記水素タンクと前記燃料電池とを接続する水素供給路と、
   前記水素供給路における水素の流通を遮断する遮断弁と、
   を備え、
   前記燃料電池システムが停止されて、前記電池内水素流路を掃気する掃気処理を実行すべき状態において前記水素タンクに対する水素充填が開始されたときに、前記遮断弁を閉弁し、前記掃気処理として、前記水素供給路において前記遮断弁よりも水素流れの下流側に残留する水素を前記電池内水素流路に流して前記電池内水素流路を掃気する処理を実行する
   燃料電池システムの制御方法。

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