WO2015198780A1 - 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

燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 Download PDF

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WO2015198780A1
WO2015198780A1 PCT/JP2015/065264 JP2015065264W WO2015198780A1 WO 2015198780 A1 WO2015198780 A1 WO 2015198780A1 JP 2015065264 W JP2015065264 W JP 2015065264W WO 2015198780 A1 WO2015198780 A1 WO 2015198780A1
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WO
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exhaust gas
passage
fuel cell
cathode
oxidizing gas
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PCT/JP2015/065264
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村田成亮
川合博之
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トヨタ自動車株式会社
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    • 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
    • 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
    • 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
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    • 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
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    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell system and a control method for the fuel cell system.
  • Patent Document 1 discloses a technique for improving the safety of a vehicle and an occupant at the time of collision of a vehicle on which a fuel cell stack is mounted. Specifically, the technology according to Patent Document 1 consumes the electricity of the fuel cell stack by discharging the electricity of the fuel cell stack at the time of a vehicle collision. As a result, the technique according to Patent Document 1 reduces the voltage of the fuel cell stack at the time of a collision to ensure the safety of the vehicle and the occupant.
  • a fuel cell system includes a fuel cell stack mounted on a vehicle, an oxidizing gas supply device that supplies an oxidizing gas to a cathode of the fuel cell stack, and an exhaust gas discharged from the cathode is circulated to the cathode.
  • An exhaust gas circulation device an electricity consuming device for consuming electricity from the fuel cell stack, a collision possibility detecting device for detecting a collision possibility that the vehicle may collide with another object, and the collision possibility
  • An oxidizing gas supply stop process for controlling the oxidizing gas supply device so that the supply of the oxidizing gas to the cathode is stopped when the possibility of collision is detected by aroboy detecting device; and the cathode of the exhaust gas
  • the fuel cell system according to the present invention can reduce the voltage of the fuel cell stack by executing the electric consumption process when the possibility of collision is detected. Furthermore, the voltage reduction of the fuel cell stack can be promoted by executing the oxidizing gas supply stop process. Furthermore, since exhaust gas having a low oxygen concentration is supplied to the cathode by performing the exhaust gas circulation process, it is possible to further promote the voltage drop of the fuel cell stack. Therefore, according to the fuel cell system of the present invention, when the possibility of collision is detected, even if a large amount of oxygen is present at the cathode, the voltage of the fuel cell stack can be lowered early. As a result, even if the vehicle actually collides after the possibility of collision is detected, the fuel cell stack is not maintained at a high voltage, and the safety of the vehicle and the occupant is effectively ensured. Can do.
  • the oxidizing gas supply device communicates with the cathode through an oxidizing gas passage, supplies the oxidizing gas to the cathode through the oxidizing gas passage, and the exhaust gas circulation device is exhausted from the cathode.
  • a communication passage that communicates the exhaust gas passage through which the exhaust gas passes and a portion of the oxidation gas passage downstream of the oxidation gas supply device, and a pump disposed in the communication passage, In the gas circulation process, the control device may start operation of the pump.
  • the oxidizing gas supply device is a compressor that communicates with the cathode through an oxidizing gas passage and supplies the oxidizing gas to the cathode through the oxidizing gas passage
  • the exhaust gas circulation device includes the oxidation gas passage.
  • the oxidant gas is disposed in a portion of the gas passage downstream of the compressor and sucks gas from a suction port using a negative pressure generated when the oxidant gas discharged from the compressor passes through the inside.
  • a passage switching valve for switching between a state passing through the passage and a state where the exhaust gas does not pass through the communication passage, and the oxidizing gas In the supply stop processing, the control device gives a stop command to the compressor, and in the exhaust gas circulation processing, the control device puts the exhaust gas passing through the exhaust gas passage into a state of passing through the communication passage.
  • the passage switching valve may be controlled so as to be.
  • the compressor that received the stop command in the oxidizing gas supply stop process stops, the supply of the oxidizing gas to the cathode can be stopped. Further, according to this configuration, in the exhaust gas circulation process, the exhaust gas discharged from the cathode can be introduced into the suction port of the ejector. Here, even if the compressor receives a stop command, the compressor continues to supply oxidizing gas for a while. Therefore, according to this structure, when the possibility of collision is detected, the exhaust gas supplied to the suction port of the ejector can be circulated to the cathode while the compressor continues to supply the oxidizing gas.
  • the oxidizing gas supply device is a compressor that communicates with the cathode through an oxidizing gas passage and supplies the oxidizing gas to the cathode through the oxidizing gas passage
  • the exhaust gas circulation device includes the cathode A communication passage that communicates the exhaust gas passage through which the exhaust gas discharged from and a portion of the oxidizing gas passage upstream of the compressor, and the exhaust gas that passes through the exhaust gas passage passes through the communication passage.
  • a passage switching valve that switches between a state that passes and a state that the exhaust gas does not pass through the communication passage, and in the oxidizing gas supply stop process, the control device gives a stop command to the compressor, and In the gas circulation process, the control device causes the exhaust gas passing through the exhaust gas passage to pass through the communication passage.
  • the passage switching valve may be controlled to be.
  • the compressor that received the stop command in the oxidizing gas supply stop process stops, the supply of the oxidizing gas to the cathode can be stopped. Further, according to this configuration, in the exhaust gas circulation process, the exhaust gas discharged from the cathode can be introduced into the upstream portion of the oxidizing gas passage from the compressor. Here, even if the compressor receives a stop command, the compressor continues to supply oxidizing gas for a while. Therefore, according to this configuration, the exhaust gas can be circulated to the cathode while the compressor continues to supply the oxidizing gas when the possibility of collision is detected.
  • the fuel cell system control method includes a fuel cell stack mounted on a vehicle, an oxidizing gas supply device that supplies an oxidizing gas to a cathode of the fuel cell stack, and an exhaust gas discharged from the cathode.
  • An exhaust gas circulation device that circulates to the cathode, an electricity consuming device that consumes electricity from the fuel cell stack, a collision possibility detection device that detects a collision possibility that the vehicle may collide with another object, and
  • a control method for a fuel cell system comprising: the oxidizing gas supply device to stop the supply of the oxidizing gas to the cathode when the collision possibility is detected by the collision possibility detection device.
  • the voltage of the fuel cell stack can be lowered by executing the electricity consumption step when the possibility of collision is detected. Furthermore, the voltage reduction of the fuel cell stack can be promoted by executing the oxidizing gas supply stop step. Furthermore, since the exhaust gas circulation step is executed, the exhaust gas having a low oxygen concentration is supplied to the cathode, so that the voltage drop of the fuel cell stack can be further promoted. Therefore, according to the control method of the fuel cell system according to the present invention, when the possibility of collision is detected, even if a large amount of oxygen is present in the cathode, the voltage of the fuel cell stack can be lowered early. Can do. Accordingly, even if the vehicle actually collides after the possibility of collision is detected, the safety of the vehicle and the occupant can be ensured without the fuel cell stack being maintained at a high voltage.
  • the present invention it is possible to provide a fuel cell system and a control method for the fuel cell system that can effectively ensure the safety of the vehicle and the occupant in the event of a vehicle collision.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a vehicle on which the fuel cell system according to the first embodiment is mounted.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a flowchart of a voltage drop process executed by the control device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a configuration of a vehicle on which the fuel cell system according to the second embodiment is mounted.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a flowchart of a voltage drop process executed by the control device according to the second and third embodiments.
  • FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a configuration of a vehicle on which the fuel cell system according to the third embodiment is mounted.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a vehicle 1 on which a fuel cell system 5 is mounted.
  • the vehicle 1 according to the present embodiment is an electric vehicle.
  • the vehicle 1 includes a fuel cell system 5 and a traveling motor (not shown) that is driven using the electric power generated in the fuel cell system 5.
  • the fuel cell system 5 includes a fuel cell stack 10, an oxidizing gas passage 20, an exhaust gas passage 25, an oxidizing gas supply device 30, an exhaust gas circulation device 40, an electric consumption device 50, an acceleration sensor 60, and a control. Device 70.
  • the fuel cell stack 10 includes at least one fuel cell (single cell).
  • the fuel cell stack 10 includes a plurality of fuel cells.
  • fuel gas containing hydrogen is supplied to the anode 11
  • oxidizing gas containing oxygen is supplied to the cathode 12, and power generation is performed in each fuel cell.
  • air is used as an example of the oxidizing gas.
  • the oxidizing gas passage 20 is a passage through which the oxidizing gas supplied to the fuel cell stack 10 passes.
  • the downstream end of the oxidizing gas passage 20 is connected to the oxidizing gas supply port of the cathode 12, and the upstream end of the oxidizing gas passage 20 is open to the atmosphere.
  • the exhaust gas passage 25 is a passage through which exhaust gas (cathode off gas) discharged from the cathode 12 passes.
  • the upstream end of the exhaust gas passage 25 is connected to the exhaust gas outlet of the cathode 12, and the downstream end of the exhaust gas passage 25 is open to the atmosphere.
  • the fuel cell system 5 includes a fuel gas supply device that supplies fuel gas to the anode 11, a fuel gas supply passage through which the fuel gas supplied to the anode 11 passes, and the like are not shown. Yes.
  • the oxidizing gas supply device 30 is a device that supplies an oxidizing gas to the cathode 12.
  • the specific configuration of the oxidizing gas supply device 30 is not particularly limited as long as it has such a function, but in this embodiment, a compressor 31 is used as an example of the oxidizing gas supply device 30.
  • the compressor 31 is disposed in a portion between the upstream end and the downstream end of the oxidizing gas passage 20.
  • the compressor 31 operates in response to a command from the control device 70. When the compressor 31 is operated, the oxidizing gas composed of the atmosphere is pumped through the oxidizing gas passage 20 and supplied to the cathode 12.
  • the exhaust gas circulation device 40 is a device for circulating the exhaust gas discharged from the cathode 12 to the cathode 12.
  • the specific configuration of the exhaust gas circulation device 40 is not particularly limited as long as it has such a function, but the exhaust gas circulation device 40 according to the present embodiment includes, as an example, a communication passage 41, A pump 42 and an on-off valve 43 are provided.
  • the downstream end of the communication passage 41 is connected to a predetermined location (shown by A in FIG. 1) on the downstream side of the oxidizing gas supply device 30 in the oxidizing gas passage 20.
  • the upstream end of the communication passage 41 is connected to a predetermined location (shown by B in FIG. 1) between the upstream end and the downstream end of the exhaust gas passage 25.
  • the pump 42 is disposed in the communication passage 41.
  • the pump 42 operates in response to a command from the control device 70.
  • the exhaust gas in the exhaust gas passage 25 passes through the communication passage 41 and is pumped to a portion of the oxidizing gas passage 20 downstream of the compressor 31.
  • the on-off valve 43 is disposed on the downstream side of the location where the communication passage 41 of the exhaust gas passage 25 is connected.
  • the on-off valve 43 opens and closes the exhaust gas passage 25 in response to a command from the control device 70.
  • the control device 70 according to the present embodiment also controls the on-off valve 43 to be closed. By controlling the on-off valve 43 to be closed, the atmospheric air is prevented from flowing backward through the exhaust gas passage 25, passing through the communication passage 41 and the oxidizing gas passage 20, and flowing into the cathode 12.
  • the electricity consuming device 50 is a device that consumes electricity from the fuel cell stack 10.
  • a discharge device 51 is used as an example of the electricity consuming device 50.
  • the discharge device 51 according to the present embodiment includes a resistor 52, a conductive wire 53 that electrically connects the anode 11, the cathode 12, and the resistor 52, and a switch 54 disposed on the conductive wire 53.
  • the switch 54 opens and closes in response to a command from the control device 70.
  • the controller 70 keeps the switch 54 open when not discharging the electricity of the fuel cell stack 10 (note that the switch 54 is open in FIG. 1).
  • the controller 70 controls the switch 54 to be closed when discharging the electricity of the fuel cell stack 10. Thereby, the electricity of the fuel cell stack 10 passes through the conducting wire 53 and the resistor 52 and is discharged. As the electricity of the fuel cell stack 10 is discharged in this way, the electricity of the fuel cell stack 10 is consumed.
  • the specific example of the electricity consuming device 50 is not limited to the discharge device 51 as long as the electricity of the fuel cell stack 10 can be consumed when receiving a command from the control device 70.
  • a load electrically connected to the anode 11 and the cathode 12 can be used as the electricity consuming device 50. Even in this case, when the control device 70 operates the load, electricity can be consumed by the load.
  • the acceleration sensor 60 detects the acceleration of the vehicle 1 and transmits the detection result to the control device 70.
  • the control device 70 determines that the sudden braking of the vehicle 1 has been applied when the magnitude of acceleration during deceleration of the vehicle 1 is greater than or equal to a predetermined value (that is, when the magnitude of acceleration in the negative direction is greater than or equal to a predetermined value). Thus, it is determined that there is a possibility that the vehicle 1 will collide with another object (hereinafter referred to as a collision possibility).
  • the acceleration sensor 60 and the control device 70 that receives the detection results of the acceleration sensor 60 and determines the possibility of collision have a function as a collision possibility detection device that detects the possibility of collision of the vehicle 1.
  • the configuration of the collision possibility detection device is not limited to the above-described configuration.
  • the possibility of collision may be detected by a millimeter wave radar, infrared rays, a camera, or the like.
  • the control device 70 is a device that controls the oxidizing gas supply device 30, the exhaust gas circulation device 40, and the electricity consuming device 50.
  • an electronic control unit (Electronic Control Unit) is used as an example of the control device 70.
  • the electronic control device includes a microcomputer having a CPU (Central Processing Unit) 71, a ROM (Read Only Memory) 72, and a RAM (Random Access Memory) 73.
  • the CPU 71 has a function as a control unit that performs various control processes.
  • the ROM 72 and the RAM 73 have a function as a storage unit that stores various information such as programs necessary for the operation of the CPU 71.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a flowchart of a voltage drop process executed by the control device 70 according to the present embodiment.
  • the flowchart of FIG. 2 starts when it is determined that there is a possibility of collision of the vehicle 1 based on the detection result of the acceleration sensor 60.
  • the compressor 31 is operating, the pump 42 is stopped, the on-off valve 43 is open, and the switch 54 is open. To do.
  • the oxidizing gas passes through the oxidizing gas passage 20 and is supplied to the cathode 12, and the exhaust gas discharged from the cathode 12 passes through the exhaust gas passage 25 to the atmosphere. Has been released.
  • the fuel cell stack 10 is generating power.
  • step S10 the control unit of the control device 70 controls the oxidizing gas supply device 30 to stop the supply of the oxidizing gas to the cathode 12.
  • a stop process is executed (step S10). Specifically, the control unit gives a stop command to the compressor 31. Receiving this stop command, the compressor 31 stops its operation. Thereby, the supply of the oxidizing gas from the compressor 31 to the cathode 12 is stopped. In addition, even if the compressor 31 receives a stop command, the compressor 31 operates with inertia for a while, and thus continues to supply oxidizing gas while operating with this inertia. When the compressor 31 is completely stopped, the supply of the oxidizing gas from the compressor 31 to the cathode 12 is completely stopped.
  • step S10 the control unit executes an exhaust gas circulation process for controlling the exhaust gas circulation device 40 so that the exhaust gas is circulated to the cathode 12 (step S20). Specifically, the control unit closes the on-off valve 43 and starts the operation of the pump 42. By executing step S ⁇ b> 20, the exhaust gas discharged from the cathode 12 passes through the exhaust gas passage 25, the communication passage 41 and the oxidizing gas passage 20 and circulates to the cathode 12.
  • the control unit executes an electricity consumption process for controlling the electricity consuming device 50 so that the electricity consumption of the fuel cell stack 10 starts (step S30). Specifically, the control unit operates the discharge device 51. More specifically, the control unit closes the switch 54 of the discharge device 51. Thereby, the electricity of the fuel cell stack 10 is discharged and the electricity of the fuel cell stack 10 is consumed. Next, the control unit ends the execution of the flowchart. If the load described above (the load electrically connected to the anode 11 and the cathode 12) is used instead of the discharge device 51 as the electricity consuming device 50, the control unit operates the load in step S30. Let Even in this case, electricity is consumed by the load.
  • the load described above the load electrically connected to the anode 11 and the cathode 12
  • the control device 70 of the fuel cell system 5 performs the oxidizing gas supply stop process (oxidizing gas supply stop step) according to step S10, and step S20.
  • the exhaust gas circulation process (exhaust gas circulation step) according to the above and the electricity consumption process (electricity consumption step) according to step S30 are executed.
  • step S10, step S20 and step S30 are executed in this order, but the execution order of these steps is not limited to this.
  • step S10, step S20, and step S30 may be executed simultaneously.
  • the control method of the fuel cell system 5 according to the present embodiment is executed by the control device 70. Specifically, when the possibility of collision is detected, the oxidizing gas supply stop step and the exhaust gas circulation are performed. A step and an electricity consumption step are executed.
  • the electric consumption process (electricity consumption step) is executed when the possibility of collision is detected.
  • the voltage of the battery stack 10 can be reduced.
  • the oxidizing gas supply stop process (oxidizing gas supply stop step) is executed, the voltage drop of the fuel cell stack 10 can be promoted.
  • exhaust gas having a low oxygen concentration is supplied to the cathode 12 by performing exhaust gas circulation processing (exhaust gas circulation step), the voltage drop of the fuel cell stack 10 can be further promoted.
  • the voltage of the fuel cell stack 10 is set early. Can be lowered. Thereby, even if the vehicle 1 actually collides after the possibility of collision is detected, the safety of the vehicle 1 and the occupant is ensured without the fuel cell stack 10 being maintained at a high voltage. Can do.
  • step S20 in the exhaust gas circulation processing (exhaust gas circulation step) according to step S20, not only the pump 42 is operated but also the on-off valve 43 is controlled to be closed. Therefore, the atmospheric air is prevented from flowing backward through the exhaust gas passage 25 and passing through the communication passage 41 and the oxidizing gas passage 20 and flowing into the cathode 12. Thereby, compared with the case where the on-off valve 43 is not closed in step S20, the voltage of the fuel cell stack 10 can be reduced earlier.
  • step S30 since the oxygen concentration is lower than usual, the value of the current flowing through the resistor 52 of the discharge device 51 becomes small, and the heat capacity and heat resistance of the resistor 52 are It can be small.
  • the cost of the resistor 52 decreases as the heat capacity decreases, and the cost decreases as the heat resistance decreases. Therefore, according to the fuel cell system 5 and the control method of the fuel cell system 5, since the resistance having a small heat capacity and heat resistance can be used as the resistance 52 in this way, an increase in cost can be suppressed.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration of a vehicle 1a on which the fuel cell system 5a according to the present embodiment is mounted.
  • the fuel cell system 5a is different from the fuel cell system 5 according to the first embodiment shown in FIG. 1 in that an exhaust gas circulation device 40a is provided instead of the exhaust gas circulation device 40.
  • the exhaust gas circulation device 40a does not include the pump 42 and the on-off valve 43, includes a communication path 41a instead of the communication path 41, and further includes an ejector 44 and a three-way valve 46. 1 is different from the exhaust gas circulation device 40 shown in FIG.
  • the communication passage 41 a communicates the exhaust gas passage 25 and a suction port 45 c described later of the ejector 44.
  • the three-way valve 46 is disposed at a connection point of the communication passage 41a to the exhaust gas passage 25.
  • the ejector 44 is disposed in the downstream portion of the oxidizing gas passage 20 from the compressor 31.
  • the oxidizing gas discharged from the compressor 31 flows into the supply port 45a of the ejector 44.
  • the oxidizing gas that has flowed into the ejector 44 from the supply port 45 a passes through the ejector 44, is discharged from the discharge port 45 b, passes through the oxidizing gas passage 20, and is supplied to the cathode 12.
  • a negative pressure is generated inside the ejector 44. Using this negative pressure, the ejector 44 sucks the exhaust gas that has passed through the communication passage 41a from the suction port 45c, and discharges the sucked exhaust gas to the oxidizing gas passage 20 from the discharge port 45b.
  • the downstream end of the upstream portion of the exhaust gas passage 25 is connected to the supply port 47a of the three-way valve 46.
  • the upstream end of the downstream portion of the exhaust gas passage 25 is connected to the discharge port 47 b which is the first discharge port of the three-way valve 46.
  • the upstream end of the communication passage 41a is connected to a discharge port 47c that is a second discharge port of the three-way valve 46.
  • the three-way valve 46 opens one of the discharge port 47b and the discharge port 47c and closes the other.
  • the three-way valve 46 receives the instruction from the control device 70, and changes the flow destination of the exhaust gas upstream of the three-way valve 46 in the exhaust gas passage 25 to the three-way valve of the communication passage 41 a and the exhaust gas passage 25. Switching to a portion downstream of 46. That is, the three-way valve 46 is configured so that the exhaust gas passing through the exhaust gas passage 25 passes through the communication passage 41a (the exhaust port 47b is closed and the exhaust port 47c is opened), and the exhaust gas passage 25 is It has a function as a passage switching valve for switching between a state in which exhaust gas that passes through does not pass through the communication passage 41a (a state in which the discharge port 47b is open and the discharge port 47c is closed).
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a flowchart of voltage drop processing executed by the control device 70 according to the present embodiment. This FIG. 4 is also used in Example 3 to be described later.
  • the flowchart of FIG. 4 differs from the flowchart of FIG. 2 according to the first embodiment in that step S20a is provided instead of step S20.
  • step S20a is provided instead of step S20.
  • the compressor 31 is operating and the switch 54 is open. Further, the discharge port 47b of the three-way valve 46 is open, and the discharge port 47c is closed.
  • the oxidizing gas is pumped by the compressor 31 and supplied to the cathode 12 through the oxidizing gas passage 20, and the exhaust gas discharged from the cathode 12 passes through the exhaust gas passage 25 to the atmosphere. Has been released.
  • the fuel cell stack 10 is generating power.
  • the control unit of the control device 70 performs the oxidizing gas supply stop process (oxidation process) according to step S10 when the possibility of collision is detected.
  • the gas supply stop step) is executed.
  • the control unit controls the three-way valve 46 so that the exhaust gas in the exhaust gas passage 25 passes through the communication passage 41a.
  • the control unit closes the discharge port 47b of the three-way valve 46 and opens the discharge port 47c.
  • the compressor 31 even if the compressor 31 receives the stop command, the compressor 31 continues to supply the oxidizing gas with inertia for a while. Therefore, according to this configuration, the exhaust gas supplied to the suction port 45c of the ejector 44 can be circulated to the cathode 12 while the compressor 31 continues to supply the oxidizing gas when the possibility of collision is detected. it can. Note that when the exhaust port 47c of the three-way valve 46 is opened and the exhaust gas passes through the communication passage 41a, the exhaust port 47b of the three-way valve 46 is closed, so that the atmosphere flows backward through the exhaust gas passage 25. Thus, the flow into the communication passage 41a is suppressed.
  • control unit executes the electricity consumption process (electricity consumption step) according to step S30 as in the case of the first embodiment.
  • the execution order of step S10, step S20a, and step S30 is not limited to the execution order of FIG.
  • step S10, step S20a, and step S30 may be executed simultaneously.
  • the oxidizing gas supply stop process oxidizing gas supply stop step
  • the exhaust gas circulation process exhaust gas Since the circulation step
  • the electricity consumption process the electricity consumption step
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration of a vehicle 1b equipped with a fuel cell system 5b according to the present embodiment.
  • the fuel cell system 5b is different from the fuel cell system 5a according to the second embodiment shown in FIG. 3 in that an exhaust gas circulation device 40b is provided instead of the exhaust gas circulation device 40a.
  • the exhaust gas circulation device 40b differs from the exhaust gas circulation device 40a shown in FIG. 3 in that the ejector 44 is not provided and in that a communication passage 41b is provided instead of the communication passage 41a.
  • the communication passage 41b is the same as the communication passage 41a in FIG. 3 in that the upstream end is connected to the discharge port 47c of the three-way valve 46.
  • the communication passage 41b differs from the communication passage 41a of FIG. 3 in that the downstream end is connected to a portion of the oxidizing gas passage 20 upstream of the compressor 31.
  • a connection portion between the exhaust gas communication passage 41b and the oxidation gas passage 20 in the oxidation gas passage 20 is used.
  • an on-off valve may be further provided upstream, and the control unit of the control device 70 may control the on-off valve to be closed when a collision risk is detected.
  • the control unit of the control device 70 according to the present embodiment executes the oxidizing gas supply stop process (the oxidizing gas supply stop step) according to step S10 when the possibility of collision is detected. To do.
  • the control unit executes an exhaust gas circulation process (exhaust gas circulation step) for controlling the exhaust gas circulation device 40b so that the exhaust gas is circulated to the cathode 12 (step S20a).
  • the control unit controls the three-way valve 46 so that the exhaust gas in the exhaust gas passage 25 passes through the communication passage 41b. More specifically, the control unit closes the discharge port 47b of the three-way valve 46 and opens the discharge port 47c.
  • the exhaust gas circulation process the exhaust gas discharged from the cathode 12 can be introduced into a portion of the oxidizing gas passage 20 upstream of the compressor 31.
  • the compressor 31 even if the compressor 31 receives the stop command, the compressor 31 continues to supply the oxidizing gas with inertia for a while. Therefore, according to this configuration, the exhaust gas can be circulated to the cathode 12 while the compressor 31 continues to supply the oxidizing gas when the possibility of collision is detected. Note that when the exhaust port 47c of the three-way valve 46 is opened and the exhaust gas passes through the communication passage 41b, the exhaust port 47b of the three-way valve 46 is closed, so that the atmosphere flows backward through the exhaust gas passage 25. Thus, the flow into the communication passage 41b is suppressed.
  • control unit executes the electric consumption process (electric consumption step) according to step S30.
  • the execution order of step S10, step S20a, and step S30 is not limited to the execution order described above.
  • each step may be executed simultaneously.
  • the oxidizing gas supply stop process oxidizing gas supply stop step
  • the exhaust gas circulation process exhaust gas Since the circulation step
  • the electricity consumption process the electricity consumption step

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Abstract

　燃料電池システムは、車両に搭載された燃料電池スタックと、酸化ガス供給装置と、排出ガス循環装置と、電気消費装置と、衝突可能性検知装置と、衝突可能性検知装置によって衝突可能性が検知された場合に、カソードへの酸化ガスの供給が停止するように酸化ガス供給装置を制御する酸化ガス供給停止処理と、排出ガスのカソードへの循環が開始するように排出ガス循環装置を制御する排出ガス循環処理と、燃料電池スタックの電気の消費が開始するように電気消費装置を制御する電気消費処理とを実行する制御装置と、を備えている。

Description

燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法
　本発明は燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法に関する。
　従来の燃料電池システムに関する技術として、例えば特許文献１には、燃料電池スタックが搭載された車両の衝突時において、車両と乗員の安全性を高めるための技術が開示されている。具体的には特許文献１に係る技術は、車両の衝突時において燃料電池スタックの電気を放電させることで、燃料電池スタックの電気を消費させている。それにより、特許文献１に係る技術は、衝突時において燃料電池スタックの電圧を低下させて、車両と乗員の安全性の確保を図っている。
特開２００３－１８９４１５号公報
　ところで、燃料電池スタックのカソードに酸素が多く存在した状態で車両が衝突する場合が考えられる。このような場合、特許文献１に係る技術のように衝突時に燃料電池スタックの電気を放電させるだけでは、早期に燃料電池スタックの電圧を低下させることは困難である。そのため、特許文献１の技術では、衝突時における車両と乗員の安全性の確保を効果的に図れているとはいえなかった。
　本発明は、車両の衝突時における車両と乗員の安全性の確保を効果的に図ることができる燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法を提供することを目的とする。
　本発明に係る燃料電池システムは、車両に搭載された燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックのカソードに酸化ガスを供給する酸化ガス供給装置と、前記カソードから排出された排出ガスを前記カソードに循環させる排出ガス循環装置と、前記燃料電池スタックの電気を消費させる電気消費装置と、前記車両が他の物体に衝突する可能性である衝突可能性を検知する衝突可能性検知装置と、前記衝突可能性検知装置によって前記衝突可能性が検知された場合に、前記カソードへの前記酸化ガスの供給が停止するように前記酸化ガス供給装置を制御する酸化ガス供給停止処理と、前記排出ガスの前記カソードへの循環が開始するように前記排出ガス循環装置を制御する排出ガス循環処理と、前記燃料電池スタックの前記電気の消費が開始するように前記電気消費装置を制御する電気消費処理とを実行する制御装置と、を備えている。
　本発明に係る燃料電池システムによれば、衝突可能性が検知された場合に、電気消費処理が実行されることで、燃料電池スタックの電圧を低下させることができる。さらに、酸化ガス供給停止処理が実行されることで、燃料電池スタックの電圧低下を促進させることができる。さらに、排出ガス循環処理が実行されることで、カソードに酸素濃度の低い排出ガスが供給されることから、燃料電池スタックの電圧低下をさらに促進させることができる。したがって、本発明に係る燃料電池システムによれば、衝突可能性が検知された場合に、仮にカソードに酸素が多く存在していたとしても、燃料電池スタックの電圧を早期に低下させることができる。それにより、衝突可能性が検知された後に仮に車両が実際に衝突した場合であっても、燃料電池スタックが高電圧に維持されることなく、車両と乗員の安全性を効果的に確保することができる。
　上記構成において、前記酸化ガス供給装置は、酸化ガス通路によって前記カソードに連通され、前記酸化ガス通路を介して前記酸化ガスを前記カソードに供給し、前記排出ガス循環装置は、前記カソードから排出された前記排出ガスが通過する排出ガス通路と前記酸化ガス通路の前記酸化ガス供給装置よりも下流側の部分とを連通する連通通路と、前記連通通路に配置されたポンプと、を備え、前記排出ガス循環処理において、前記制御装置は、前記ポンプの稼動を開始させてもよい。
　この構成によれば、排出ガス循環処理においてポンプの稼動が開始することで、排出ガスのカソードへの循環を開始させることができる。
　上記構成において、前記酸化ガス供給装置は、酸化ガス通路によって前記カソードに連通され、前記酸化ガス通路を介して前記酸化ガスを前記カソードに供給するコンプレッサであり、前記排出ガス循環装置は、前記酸化ガス通路の前記コンプレッサよりも下流側の部分に配置され、前記コンプレッサから吐出された前記酸化ガスが内部を通過する際に発生する負圧を利用して吸込口からガスを吸入して前記酸化ガス通路に排出するエゼクタと、前記カソードから排出された前記排出ガスが通過する排出ガス通路と前記エゼクタの前記吸込口とを連通する連通通路と、前記排出ガス通路を通過する前記排出ガスが前記連通通路を通過する状態と該排出ガスが前記連通通路を通過しない状態とを切替える通路切替弁と、を備え、前記酸化ガス供給停止処理において、前記制御装置は、前記コンプレッサに停止指令を付与し、前記排出ガス循環処理において、前記制御装置は、前記排出ガス通路を通過する前記排出ガスが前記連通通路を通過する状態になるように前記通路切替弁を制御してもよい。
　この構成によれば、酸化ガス供給停止処理において停止指令を受けたコンプレッサが停止した場合には、カソードへの酸化ガスの供給を停止させることができる。また、この構成によれば、排出ガス循環処理において、カソードから排出された排出ガスをエゼクタの吸込口に導入させることができる。ここで、コンプレッサは停止指令を受けても、しばらくの間は惰性で酸化ガスを供給し続ける。したがって、この構成によれば、衝突可能性が検知された場合においてコンプレッサが酸化ガスを供給し続けている間、エゼクタの吸込口に供給された排出ガスをカソードに循環させることができる。
　上記構成において、前記酸化ガス供給装置は、酸化ガス通路によって前記カソードに連通され、前記酸化ガス通路を介して前記酸化ガスを前記カソードに供給するコンプレッサであり、前記排出ガス循環装置は、前記カソードから排出された前記排出ガスが通過する排出ガス通路と前記酸化ガス通路の前記コンプレッサよりも上流側の部分とを連通する連通通路と、前記排出ガス通路を通過する前記排出ガスが前記連通通路を通過する状態と該排出ガスが前記連通通路を通過しない状態とを切替える通路切替弁と、を備え、前記酸化ガス供給停止処理において、前記制御装置は、前記コンプレッサに停止指令を付与し、前記排出ガス循環処理において、前記制御装置は、前記排出ガス通路を通過する前記排出ガスが前記連通通路を通過する状態となるように前記通路切替弁を制御してもよい。
　この構成によれば、酸化ガス供給停止処理において停止指令を受けたコンプレッサが停止した場合には、カソードへの酸化ガスの供給を停止させることができる。また、この構成によれば、排出ガス循環処理において、カソードから排出された排出ガスを酸化ガス通路のコンプレッサよりも上流側の部分に導入させることができる。ここで、コンプレッサは停止指令を受けても、しばらくの間は惰性で酸化ガスを供給し続ける。したがって、この構成によれば、衝突可能性が検知された場合においてコンプレッサが酸化ガスを供給し続けている間、排出ガスをカソードに循環させることができる。
　本発明に係る燃料電池システムの制御方法は、車両に搭載された燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックのカソードに酸化ガスを供給する酸化ガス供給装置と、前記カソードから排出された排出ガスを前記カソードに循環させる排出ガス循環装置と、前記燃料電池スタックの電気を消費させる電気消費装置と、前記車両が他の物体に衝突する可能性である衝突可能性を検知する衝突可能性検知装置と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、前記衝突可能性検知装置によって前記衝突可能性が検知された場合に、前記カソードへの前記酸化ガスの供給が停止するように前記酸化ガス供給装置を制御する酸化ガス供給停止ステップと、前記排出ガスの前記カソードへの循環が開始するように前記排出ガス循環装置を制御する排出ガス循環ステップと、前記燃料電池スタックの前記電気の消費が開始するように前記電気消費装置を制御する電気消費ステップとが実行される。
　本発明に係る燃料電池システムの制御方法によれば、衝突可能性が検知された場合に、電気消費ステップが実行されることで、燃料電池スタックの電圧を低下させることができる。さらに、酸化ガス供給停止ステップが実行されることで、燃料電池スタックの電圧低下を促進させることができる。さらに、排出ガス循環ステップが実行されることで、カソードに酸素濃度の低い排出ガスが供給されることから、燃料電池スタックの電圧低下をさらに促進させることができる。したがって、本発明に係る燃料電池システムの制御方法によれば、衝突可能性が検知された場合に、仮にカソードに酸素が多く存在していたとしても、燃料電池スタックの電圧を早期に低下させることができる。それにより、衝突可能性が検知された後に仮に車両が実際に衝突した場合であっても、燃料電池スタックが高電圧に維持されることなく、車両と乗員の安全性を確保することができる。
　本発明によれば、車両の衝突時における車両と乗員の安全性の確保を効果的に図ることができる燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法を提供することができる。
図１は実施例１に係る燃料電池システムが搭載された車両の構成を示す模式図である。 図２は実施例１に係る制御装置が実行する電圧低下処理のフローチャートの一例を示す図である。 図３は実施例２に係る燃料電池システムが搭載された車両の構成を示す模式図である。 図４は実施例２および実施例３に係る制御装置が実行する電圧低下処理のフローチャートの一例を示す図である。 図５は実施例３に係る燃料電池システムが搭載された車両の構成を示す模式図である。
　以下、本発明を実施するための形態を説明する。
　本発明の実施例１に係る燃料電池システム５および燃料電池システム５の制御方法について説明する。図１は燃料電池システム５が搭載された車両１の構成を示す模式図である。本実施例に係る車両１は電気式車両である。具体的には車両１は、燃料電池システム５と、燃料電池システム５において発電された電力を利用して駆動する走行用モータ（図示せず）とを備えている。燃料電池システム５は、燃料電池スタック１０と、酸化ガス通路２０と、排出ガス通路２５と、酸化ガス供給装置３０と、排出ガス循環装置４０と、電気消費装置５０と、加速度センサ６０と、制御装置７０とを備えている。
　燃料電池スタック１０は、少なくとも一つ以上の燃料電池（単セル）を備えている。本実施例に係る燃料電池スタック１０は、一例として、複数の燃料電池を備えている。燃料電池スタック１０は、アノード１１に水素を含む燃料ガスが供給され、カソード１２に酸素を含む酸化ガスが供給されて、各々の燃料電池において発電が行われる。本実施例においては、酸化ガスの一例として、空気を用いる。
　酸化ガス通路２０は、燃料電池スタック１０に供給される酸化ガスが通過する通路である。酸化ガス通路２０の下流側端部はカソード１２の酸化ガス供給口に接続し、酸化ガス通路２０の上流側端部は大気に開放している。排出ガス通路２５は、カソード１２から排出された排出ガス（カソードオフガス）が通過する通路である。排出ガス通路２５の上流側端部はカソード１２の排出ガス排出口に接続し、排出ガス通路２５の下流側端部は大気に開放している。なお、燃料電池システム５は、燃料ガスをアノード１１に供給する燃料ガス供給装置、アノード１１に供給される燃料ガスが通過する燃料ガス供給通路等を備えているが、これらの図示は省略されている。
　酸化ガス供給装置３０は、カソード１２に酸化ガスを供給する装置である。このような機能を有するものであれば酸化ガス供給装置３０の具体的構成は特に限定されるものではないが、本実施例においては、酸化ガス供給装置３０の一例としてコンプレッサ３１を用いる。コンプレッサ３１は、酸化ガス通路２０の上流側端部と下流側端部との間の部分に配置されている。コンプレッサ３１は、制御装置７０の指令を受けて稼動する。コンプレッサ３１が稼動した場合、大気からなる酸化ガスは、酸化ガス通路２０を圧送されて、カソード１２に供給される。
　排出ガス循環装置４０は、カソード１２から排出された排出ガスをカソード１２に循環させる装置である。このような機能を有するものであれば、排出ガス循環装置４０の具体的構成は特に限定されるものではないが、本実施例に係る排出ガス循環装置４０は、一例として、連通通路４１と、ポンプ４２と、開閉弁４３とを備えている。連通通路４１の下流側端部は、酸化ガス通路２０の酸化ガス供給装置３０よりも下流側の所定箇所（図１においてＡで図示されている）に接続している。連通通路４１の上流側端部は、排出ガス通路２５の上流側端部と下流側端部との間の所定箇所（図１においてＢで図示されている）に接続している。
　ポンプ４２は連通通路４１に配置されている。ポンプ４２は、制御装置７０の指令を受けて稼動する。ポンプ４２が稼動した場合、排出ガス通路２５の排気は連通通路４１を通過して酸化ガス通路２０のコンプレッサ３１よりも下流側の部分に圧送される。開閉弁４３は、排出ガス通路２５の連通通路４１が接続している箇所よりも下流側に配置されている。開閉弁４３は、制御装置７０からの指令を受けて排出ガス通路２５を開閉する。本実施例に係る制御装置７０は、ポンプ４２を稼動させる場合に、開閉弁４３も閉に制御する。開閉弁４３が閉に制御されることにより、大気が排出ガス通路２５を逆流して連通通路４１および酸化ガス通路２０を通過してカソード１２に流入することが抑制される。
　電気消費装置５０は、燃料電池スタック１０の電気を消費させる装置である。本実施例においては、電気消費装置５０の一例として、放電装置５１を用いる。本実施例に係る放電装置５１は、一例として、抵抗５２と、アノード１１とカソード１２と抵抗５２とを電気的に接続する導線５３と、導線５３に配置されたスイッチ５４とを備えている。スイッチ５４は、制御装置７０からの指令を受けて開閉する。制御装置７０は、燃料電池スタック１０の電気を放電させない場合は、スイッチ５４を開にしておく（なお、図１においてスイッチ５４は開になっている）。制御装置７０は、燃料電池スタック１０の電気を放電させる場合に、スイッチ５４を閉に制御する。それにより、燃料電池スタック１０の電気は導線５３および抵抗５２を通過することで、放電される。このように燃料電池スタック１０の電気が放電することで、燃料電池スタック１０の電気は消費される。
　なお、制御装置７０からの指令を受けた場合に燃料電池スタック１０の電気を消費させることが可能なものであれば、電気消費装置５０の具体例は放電装置５１に限定されるものではない。電気消費装置５０の他の一例を挙げると、電気消費装置５０として、アノード１１とカソード１２とに電気的に接続された負荷を用いることもできる。この場合においても、制御装置７０が負荷を稼動させた場合、負荷によって電気を消費させることができる。
　加速度センサ６０は、車両１の加速度を検出し、検出結果を制御装置７０に伝える。制御装置７０は、車両１の減速時における加速度の大きさが所定値以上の場合（すなわち、マイナス方向の加速度の大きさが所定値以上の場合）に、車両１の急ブレーキがかかったと判定して、車両１が他の物体に衝突する可能性（以下、衝突可能性と称する）が有ると判定する。すなわち、加速度センサ６０および加速度センサ６０の検出結果を受けて衝突可能性を判断する制御装置７０は、車両１の衝突可能性を検知する衝突可能性検知装置としての機能を有している。なお、車両１の衝突可能性を検知可能なものであれば、衝突可能性検知装置の構成は、上述した構成に限定されるものではない。例えば、ミリ波レーダー、赤外線、カメラなどにより衝突の可能性を検知してもよい。
　制御装置７０は、酸化ガス供給装置３０、排出ガス循環装置４０および電気消費装置５０を制御する装置である。本実施例においては、制御装置７０の一例として、電子制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）を用いる。この電子制御装置は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）７１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）７２およびＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）７３を有するマイクロコンピュータを備えている。なお、ＣＰＵ７１は各種の制御処理を行う制御部としての機能を有している。ＲＯＭ７２およびＲＡＭ７３は、ＣＰＵ７１の動作に必要なプログラム等の各種情報を記憶する記憶部としての機能を有している。
　制御装置７０の制御部（ＣＰＵ７１）は、衝突可能性を検知した場合に、燃料電池スタック１０の電圧を低下させる電圧低下処理を実行する。この電圧低下処理の詳細について、フローチャートを用いて説明すると次のようになる。図２は本実施例に係る制御装置７０が実行する電圧低下処理のフローチャートの一例を示す図である。なお、図２のフローチャートは、加速度センサ６０の検出結果に基づいて車両１の衝突可能性が有ると判定された場合にスタートする。また、図２のフローチャートがスタートする前の状態において、コンプレッサ３１は稼動しており、ポンプ４２は停止しており、開閉弁４３は開になっており、スイッチ５４は開になっているものとする。すなわち、この場合、コンプレッサ３１によって圧送されることで、酸化ガスは酸化ガス通路２０を通過してカソード１２に供給され、カソード１２から排出された排出ガスは排出ガス通路２５を通過して大気に放出されている。また、この場合、燃料電池スタック１０は発電を行っている。
　図２を参照して、衝突可能性があると判定された場合、制御装置７０の制御部は、カソード１２への酸化ガスの供給が停止するように酸化ガス供給装置３０を制御する酸化ガス供給停止処理を実行する（ステップＳ１０）。具体的には制御部は、コンプレッサ３１に停止指令を付与する。この停止指令を受けたコンプレッサ３１は稼動を停止する。それにより、コンプレッサ３１からカソード１２への酸化ガス供給は停止される。なお、コンプレッサ３１は、停止指令を受けても、しばらくの間は惰性で稼動するため、この惰性で稼動している間は、酸化ガスを供給し続ける。コンプレッサ３１が完全に停止した場合に、コンプレッサ３１からカソード１２への酸化ガスの供給は完全に停止する。
　ステップＳ１０の後に制御部は、排出ガスのカソード１２への循環が開始するように排出ガス循環装置４０を制御する排出ガス循環処理を実行する（ステップＳ２０）。具体的には制御部は、開閉弁４３を閉にするとともに、ポンプ４２の稼動を開始させる。ステップＳ２０が実行されることにより、カソード１２から排出された排出ガスは、排出ガス通路２５、連通通路４１および酸化ガス通路２０を通過してカソード１２に循環する。
　ステップＳ２０の後に制御部は、燃料電池スタック１０の電気の消費が開始するように電気消費装置５０を制御する電気消費処理を実行する（ステップＳ３０）。具体的には制御部は放電装置５１を稼動させる。より具体的には制御部は、放電装置５１のスイッチ５４を閉にする。それにより、燃料電池スタック１０の電気が放電されて、燃料電池スタック１０の電気は消費される。次いで制御部はフローチャートの実行を終了する。なお、仮に電気消費装置５０として、放電装置５１に代えて、前述した負荷（アノード１１とカソード１２とに電気的に接続された負荷）が用いられた場合、制御部はステップＳ３０において負荷を稼動させる。この場合においても、負荷によって電気が消費される。
　以上のように、本実施例に係る燃料電池システム５の制御装置７０は、衝突可能性が検知された場合に、ステップＳ１０に係る酸化ガス供給停止処理（酸化ガス供給停止ステップ）と、ステップＳ２０に係る排出ガス循環処理（排出ガス循環ステップ）と、ステップＳ３０に係る電気消費処理（電気消費ステップ）とを実行している。なお、本実施例において、ステップＳ１０、ステップＳ２０およびステップＳ３０はこの順に実行されているが、これら各ステップの実行順序はこれに限定されるものではない。他の一例を挙げると、例えばステップＳ１０、ステップＳ２０およびステップＳ３０は同時に実行されてもよい。また、本実施例に係る燃料電池システム５の制御方法は、この制御装置７０によって実行されており、具体的には、衝突可能性が検知された場合に、酸化ガス供給停止ステップと排出ガス循環ステップと電気消費ステップとが実行されることを特徴としている。
　以上説明した本実施例に係る燃料電池システム５および燃料電池システム５の制御方法によれば、衝突可能性が検知された場合に、電気消費処理（電気消費ステップ）が実行されることから、燃料電池スタック１０の電圧を低下させることができる。さらに、酸化ガス供給停止処理（酸化ガス供給停止ステップ）が実行されることから、燃料電池スタック１０の電圧低下を促進させることができる。さらに、排出ガス循環処理（排出ガス循環ステップ）が実行されることでカソード１２に酸素濃度の低い排出ガスが供給されることから、燃料電池スタック１０の電圧低下をさらに促進させることができる。したがって、燃料電池システム５および燃料電池システム５の制御方法によれば、衝突可能性が検知された場合に、仮にカソード１２に酸素が多く存在していたとしても、燃料電池スタック１０の電圧を早期に低下させることができる。それにより、衝突可能性が検知された後に仮に車両１が実際に衝突した場合であっても、燃料電池スタック１０が高電圧に維持されることなく、車両１と乗員の安全性を確保することができる。
　また、燃料電池システム５および燃料電池システム５の制御方法によれば、ステップＳ２０に係る排出ガス循環処理（排出ガス循環ステップ）において、ポンプ４２が稼動するのみならず、開閉弁４３も閉に制御されていることから、大気が排出ガス通路２５を逆流して連通通路４１および酸化ガス通路２０を通過してカソード１２に流入することが抑制されている。それにより、ステップＳ２０において開閉弁４３が閉にされない場合に比較して、燃料電池スタック１０の電圧をより早期に低下させることができる。
　また、ステップＳ３０に係る電気消費処理（電気消費ステップ）において、通常よりも酸素濃度が低下しているため、放電装置５１の抵抗５２に流れる電流値は小さくなり、抵抗５２の熱容量および耐熱性は小さくてよい。ここで、抵抗５２は、その熱容量が小さいほどそのコストも低くなり、その耐熱性が小さいほどそのコストも低くなる。したがって、燃料電池システム５および燃料電池システム５の制御方法によれば、このように抵抗５２として熱容量および耐熱性の小さい抵抗を用いることができることから、コストの上昇も抑制することができる。
　続いて本発明の実施例２に係る燃料電池システム５ａおよび燃料電池システム５ａの制御方法について説明する。図３は本実施例に係る燃料電池システム５ａが搭載された車両１ａの構成を示す模式図である。燃料電池システム５ａは、排出ガス循環装置４０に代えて、排出ガス循環装置４０ａを備えている点において、図１に示す実施例１に係る燃料電池システム５と異なっている。排出ガス循環装置４０ａは、ポンプ４２および開閉弁４３を備えていない点と、連通通路４１に代えて連通通路４１ａを備えている点と、エゼクタ４４および三方弁４６をさらに備えている点とにおいて、図１に示す排出ガス循環装置４０と異なっている。連通通路４１ａは、排出ガス通路２５とエゼクタ４４の後述する吸込口４５ｃとを連通している。三方弁４６は、連通通路４１ａの排出ガス通路２５への接続点に配置されている。
　エゼクタ４４は、酸化ガス通路２０のコンプレッサ３１よりも下流側の部分に配置されている。エゼクタ４４の供給口４５ａには、コンプレッサ３１から吐出された酸化ガスが流入する。供給口４５ａからエゼクタ４４の内部に流入した酸化ガスは、エゼクタ４４の内部を通過して排出口４５ｂから排出されて、酸化ガス通路２０を通過してカソード１２に供給される。エゼクタ４４の内部を酸化ガスが通過する際に、エゼクタ４４の内部において負圧が発生する。この負圧を利用して、エゼクタ４４は、吸込口４５ｃから連通通路４１ａを通過した排出ガスを吸入して、吸入した排出ガスを排出口４５ｂから酸化ガス通路２０に排出する。
　三方弁４６の供給口４７ａには、排出ガス通路２５の三方弁４６よりも上流側部分の下流側端部が接続している。三方弁４６の第１の排出口である排出口４７ｂには、排出ガス通路２５の三方弁４６よりも下流側部分の上流側端部が接続している。また、三方弁４６の第２の排出口である排出口４７ｃには、連通通路４１ａの上流側端部が接続している。三方弁４６は、制御装置７０からの指示を受けて、排出口４７ｂおよび排出口４７ｃのいずれか一方を開にし、他方を閉にする。排出口４７ｂが閉になり且つ排出口４７ｃが開になった場合、排出ガス通路２５の三方弁４６よりも上流側の排出ガスは、供給口４７ａから三方弁４６に流入し、排出口４７ｃから排出されて、連通通路４１ａを通過してエゼクタ４４の吸込口４５ｃに流入する。一方、排出口４７ｂが開になり且つ排出口４７ｃが閉になった場合、排出ガス通路２５の三方弁４６よりも上流側の排出ガスは、供給口４７ａから三方弁４６に流入し、排出口４７ｂから排出されて、排出ガス通路２５の三方弁４６よりも下流側部分に流入する。
　このように、三方弁４６は、制御装置７０からの指示を受けて、排出ガス通路２５の三方弁４６よりも上流側の排出ガスの流動先を、連通通路４１ａと排出ガス通路２５の三方弁４６よりも下流側部分との間で切替えている。すなわち、三方弁４６は、排出ガス通路２５を通過する排出ガスが連通通路４１ａを通過する状態（排出口４７ｂが閉になり、排出口４７ｃが開になった状態）と、排出ガス通路２５を通過する排出ガスが連通通路４１ａを通過しない状態（排出口４７ｂが開になり、排出口４７ｃが閉になった状態）とを切替える通路切替弁としての機能を有している。
　図４は本実施例に係る制御装置７０が実行する電圧低下処理のフローチャートの一例を示す図である。なお、この図４は、後述する実施例３においても使用される。図４のフローチャートはステップＳ２０に代えて、ステップＳ２０ａを備えている点において、実施例１に係る図２のフローチャートと異なっている。なお、図４のフローチャートがスタートする前の状態において、コンプレッサ３１は稼動しており、スイッチ５４は開になっている。また、三方弁４６の排出口４７ｂは開になり、排出口４７ｃは閉になっている。すなわち、この場合、酸化ガスはコンプレッサ３１によって圧送されることで、酸化ガス通路２０を通過してカソード１２に供給され、カソード１２から排出された排出ガスは排出ガス通路２５を通過して大気に放出されている。また、この場合、燃料電池スタック１０は発電を行っている。
　図４に示すように、本実施例に係る制御装置７０の制御部は、実施例１の場合と同様に、衝突可能性が検知された場合に、ステップＳ１０に係る酸化ガス供給停止処理（酸化ガス供給停止ステップ）を実行する。次いで制御部は、ステップＳ２０ａに係る排出ガス循環処理（排出ガス循環ステップ）において、排出ガス通路２５の排出ガスが連通通路４１ａを通過する状態となるように三方弁４６を制御する。具体的には制御部は、三方弁４６の排出口４７ｂを閉にし、排出口４７ｃを開にする。ステップＳ２０ａが実行されることで、カソード１２から排出された排出ガスをエゼクタ４４の吸込口４５ｃに導入することができる。ここで、コンプレッサ３１は停止指令を受けても、しばらくの間は惰性で酸化ガスを供給し続ける。したがって、この構成によれば、衝突可能性が検知された場合においてコンプレッサ３１が酸化ガスを供給し続けている間、エゼクタ４４の吸込口４５ｃに供給された排出ガスをカソード１２に循環させることができる。なお、三方弁４６の排出口４７ｃが開になることで排出ガスが連通通路４１ａを通過する場合、三方弁４６の排出口４７ｂは閉になっているため、大気が排出ガス通路２５を逆流して連通通路４１ａに流入することは抑制されている。
　次いで制御部は、実施例１の場合と同様に、ステップＳ３０に係る電気消費処理（電気消費ステップ）を実行する。なお、本実施例においても、実施例１の場合と同様に、ステップＳ１０、ステップＳ２０ａおよびステップＳ３０の実行順序は、図４の実行順序に限定されるものではない。他の一例を挙げると、例えばステップＳ１０、ステップＳ２０ａおよびステップＳ３０は同時に実行されてもよい。
　本実施例に係る燃料電池システム５ａおよび燃料電池システム５ａの制御方法においても、衝突可能性が検知された場合に、酸化ガス供給停止処理（酸化ガス供給停止ステップ）、排出ガス循環処理（排出ガス循環ステップ）および電気消費処理（電気消費ステップ）が実行されることから、燃料電池スタック１０の電圧を早期に低下させることができる。それにより、車両１ａの衝突時における車両１ａと乗員の安全性の確保を効果的に図ることができる。
　続いて本発明の実施例３に係る燃料電池システム５ｂおよび燃料電池システム５ｂの制御方法について説明する。図５は本実施例に係る燃料電池システム５ｂが搭載された車両１ｂの構成を示す模式図である。燃料電池システム５ｂは、排出ガス循環装置４０ａに代えて、排出ガス循環装置４０ｂを備えている点において、図３に示す実施例２に係る燃料電池システム５ａと異なっている。排出ガス循環装置４０ｂは、エゼクタ４４を備えていない点と、連通通路４１ａに代えて連通通路４１ｂを備えている点とにおいて、図３に示す排出ガス循環装置４０ａと異なっている。
　連通通路４１ｂは、上流側端部が三方弁４６の排出口４７ｃに接続している点は図３の連通通路４１ａと同様である。連通通路４１ｂは、下流側端部が酸化ガス通路２０のコンプレッサ３１よりも上流側の部分に接続している点において、図３の連通通路４１ａと異なっている。三方弁４６が、制御装置７０からの指示を受けて、排出口４７ｂを閉にし、排出口４７ｃを開にした場合、排出ガス通路２５の排出ガスは連通通路４１ｂを通過して酸化ガス通路２０のコンプレッサ３１よりも上流側の部分に導入される。
　なお、本実施例に係る燃料電池システム５ｂは、酸素濃度の低い排出ガスをさらに効果的に循環させるために、酸化ガス通路２０のうち排出ガス連通通路４１ｂと酸化ガス通路２０との接続部よりも上流に開閉弁をさらに備え、制御装置７０の制御部は衝突危険性を検知した場合にこの開閉弁を閉に制御してもよい。
　続いて本実施例に係る制御装置７０の制御部が実行する電圧低下処理について説明する。本実施例に係る電圧低下処理のフローチャートは、前述した図４のステップＳ２０ａにおいて、排出ガス循環装置４０ａを制御する代わりに排出ガス循環装置４０ｂを制御する点以外、図４と同様である。そのため、本実施例においても、図４のフローチャートを用いて、電圧低下処理について説明する。本実施例に係る制御装置７０の制御部は、実施例２の場合と同様に、衝突可能性が検知された場合に、ステップＳ１０に係る酸化ガス供給停止処理（酸化ガス供給停止ステップ）を実行する。
　次いで制御部は、排出ガスのカソード１２への循環が開始するように排出ガス循環装置４０ｂを制御する排出ガス循環処理（排出ガス循環ステップ）を実行する（ステップＳ２０ａ）。具体的には本実施例に係る制御部は、排出ガス通路２５の排出ガスが連通通路４１ｂを通過する状態となるように三方弁４６を制御する。より具体的には制御部は、三方弁４６の排出口４７ｂを閉にし、排出口４７ｃを開にする。この排出ガス循環処理が実行されることで、カソード１２から排出された排出ガスを酸化ガス通路２０のコンプレッサ３１よりも上流側の部分に導入することができる。ここで、前述したように、コンプレッサ３１は停止指令を受けても、しばらくの間は惰性で酸化ガスを供給し続ける。したがって、この構成によれば、衝突可能性が検知された場合においてコンプレッサ３１が酸化ガスを供給し続けている間、排出ガスをカソード１２に循環させることができる。なお、三方弁４６の排出口４７ｃが開になることで排出ガスが連通通路４１ｂを通過した場合、三方弁４６の排出口４７ｂは閉になっているため、大気が排出ガス通路２５を逆流して連通通路４１ｂに流入することは抑制されている。
　次いで制御部は、実施例２の場合と同様に、ステップＳ３０に係る電気消費処理（電気消費ステップ）を実行する。なお、実施例２の場合と同様に、本実施例においても、ステップＳ１０、ステップＳ２０ａ、ステップＳ３０の実行順序は、上述した実行順序に限定されるものではない。他の一例を挙げると、例えば各ステップは同時に実行されてもよい。
　本実施例に係る燃料電池システム５ｂおよび燃料電池システム５ｂの制御方法においても、衝突可能性が検知された場合に、酸化ガス供給停止処理（酸化ガス供給停止ステップ）、排出ガス循環処理（排出ガス循環ステップ）および電気消費処理（電気消費ステップ）が実行されることから、燃料電池スタック１０の電圧を早期に低下させることができる。それにより、車両１ｂの衝突時における車両１ｂと乗員の安全性の確保を効果的に図ることができる。
　以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
　　１　車両
　　５　燃料電池システム
　１０　燃料電池スタック
　１２　カソード
　３０　酸化ガス供給装置
　４０　排出ガス循環装置
　４４　エゼクタ
　４６　三方弁
　５０　電気消費装置
　６０　加速度センサ
　７０　制御装置

Claims (5)

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