特許 7434072 燃料電池システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-09

(45)【発行日】2024-02-20

(54)【発明の名称】燃料電池システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04303 20160101AFI20240213BHJP

   H01M 8/04694 20160101ALI20240213BHJP

   H01M 8/04228 20160101ALI20240213BHJP

   H01M 8/04746 20160101ALI20240213BHJP

   H01M 8/04313 20160101ALI20240213BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20240213BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04303

H01M8/04694

H01M8/04228

H01M8/04746

H01M8/04313

H01M8/04 Z

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020102823

(22)【出願日】2020-06-15

(65)【公開番号】P2021197276

(43)【公開日】2021-12-27

【審査請求日】2022-10-28

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100110423

【弁理士】

【氏名又は名称】曾我 道治

(74)【代理人】

【識別番号】100111648

【弁理士】

【氏名又は名称】梶並 順

(74)【代理人】

【識別番号】100212657

【弁理士】

【氏名又は名称】塚原 一久

(72)【発明者】

【氏名】立川 克之

【審査官】笹岡 友陽

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－１９２０４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０６１３４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１１３１７８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ８／０４３０３

Ｈ０１Ｍ ８／０４６９４

Ｈ０１Ｍ ８／０４２２８

Ｈ０１Ｍ ８／０４７４６

Ｈ０１Ｍ ８／０４３１３

Ｈ０１Ｍ ８／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに供給される燃料を貯留する燃料タンクと、
前記燃料電池スタックに空気と前記燃料とを供給する補機と、
前記燃料電池スタック及び前記補機を制御する制御部と、
オンのときに前記燃料電池スタックは発電し、オフのときに前記燃料電池スタックは発電を停止するキースイッチと、
前記燃料タンクに前記燃料が充填されることを検出する充填検出部と
を備え、
前記補機は前記燃料電池スタックに空気を供給するためのエアコンプレッサと、前記燃料タンクから前記燃料電池スタックに前記燃料を供給するためのインジェクタとを含み、
前記制御部は、前記キースイッチがオンからオフに切り替えられた後、キーオフ延長時間に、前記充填検出部が前記燃料タンクに前記燃料が充填されることを検出したときには、前記補機の作動音を低下させる静音制御を行い、さらに前記制御部は、前記静音制御を行うときに前記エアコンプレッサ及び前記インジェクタを停止する燃料電池システム。

【請求項2】

前記燃料タンクに前記燃料を供給する燃料注入口をさらに有し、
前記充填検出部は、前記燃料注入口に設けられ、前記燃料を充填するための充填ノズルが挿入されたことを検出する注入口スイッチである請求項１に記載の燃料電池システム。

【請求項3】

燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに供給される燃料を貯留する燃料タンクと、
前記燃料電池スタックに空気と前記燃料とを供給する補機と、
前記燃料電池スタック及び前記補機を制御する制御部と、
オンのときに前記燃料電池スタックは発電し、オフのときに前記燃料電池スタックは発電を停止するキースイッチと、
前記燃料タンクに前記燃料が充填されることを検出する充填検出部と
を備え、
前記補機は前記燃料電池スタックに空気を供給するためのエアコンプレッサと、前記燃料タンクから前記燃料電池スタックに前記燃料を供給するためのインジェクタと、前記燃料電池スタック内で前記空気と反応しなかった未反応燃料を前記燃料電池スタックに供給する水素循環ポンプとを含み、
前記制御部は、前記キースイッチがオンからオフに切り替えられた後、前記水素循環ポンプを第１のＤｕｔｙ比で動作させ、キーオフ延長時間が経過した後に、前記水素循環ポンプを前記第１のＤｕｔｙ比よりも大きい第２のＤｕｔｙ比で動作させ、前記エアコンプレッサを運転して前記燃料電池スタックのカソードに空気を流入させる掃気処理を行い、
前記キースイッチがオンからオフに切り替えられた後、キーオフ延長時間に、前記充填検出部が前記燃料タンクに前記燃料が充填されることを検出したときには、前記補機の作動音を低下させる静音制御を行う、
燃料電池システム。

【請求項4】

前記制御部は、前記キーオフ延長時間に前記キースイッチが所定回数連続でオンからオフに切り替えられたときには、前記補機を停止する強制終了制御を行う請求項１又は３に記載の燃料電池システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池システムに関する。

【背景技術】

【0002】

燃料電池システムを搭載したフォークリフト等の産業用車両において、車両のキーのオン及びオフを短時間で切り替えたときには、エネルギー効率や燃料電池システムの部品劣化抑制の観点からキーのオン、オフの切り替えの度に、燃料電池システムの起動処理及び終了処理を行わないことが好ましい。そのため、特許文献１に記載の燃料電池システムは、車両のキーをオフにしたときに運転者が所定の操作を行った場合には燃料電池システムの終了処理を行い、所定の操作を行わなかった場合には燃料電池システムを短時間停止状態にして終了処理を行わない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１８－６１３４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載の燃料電池システムにおいて、燃料電池システムを短時間停止状態としたときに、燃料電池スタックの発電を停止させるための燃料電池システムの終了処理が行われる。この燃料電池システムの終了処理は、燃料電池スタックの掃気処理等のためにコンプレッサやインジェクタ等の補機の駆動を伴うため、例えば作業者が燃料タンクに燃料を充填するために充填プラグを車両の燃料注入口に挿入された後、キーをオフにした車両から補機の駆動音が生じて作業者に違和感を与える場合があった。

【0005】

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、燃料電池システムが短時間停止状態のときに、作業者に違和感を与えずにシステムの終了処理を行うことができる燃料電池システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池スタックと、燃料電池スタックに供給される燃料を貯留する燃料タンクと、燃料電池スタックに空気と燃料とを供給する補機と、燃料電池スタック及び補機を制御する制御部と、オンのときに燃料電池スタックは発電し、オフのときに燃料電池スタックは発電を停止するキースイッチと、燃料タンクに燃料が充填されることを検出する充填検出部とを備え、補機は燃料電池スタックに空気を供給するためのエアコンプレッサと、燃料タンクから燃料電池スタックに燃料を供給するためのインジェクタとを含む。制御部は、キースイッチがオンからオフに切り替えられた後、キーオフ延長時間に、充填検出部が燃料タンクに燃料が充填されることを検出したときには、補機の作動音を低下させる静音制御を行い、さらに制御部は、静音制御を行うときにエアコンプレッサ及びインジェクタを停止する。

【0007】

また、補機は燃料電池スタックに空気を供給するためのエアコンプレッサと、燃料タンクから燃料電池スタックに燃料を供給するためのインジェクタとを含み、制御部は、静音制御を行うときにエアコンプレッサ及びインジェクタを停止してもよい。
また、燃料タンクに燃料を供給する燃料注入口をさらに有し、充填検出部は、燃料注入口に設けられ、燃料を充填するための充填ノズルが挿入されたことを検出する注入口スイッチを有し、注入口スイッチが充填ノズルが挿入されたことを検出することで、燃料タンクに燃料が充填されることを検出してもよい。

【0008】

また、本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池スタックと、燃料電池スタックに供給される燃料を貯留する燃料タンクと、燃料電池スタックに空気と燃料とを供給する補機と、燃料電池スタック及び補機を制御する制御部と、オンのときに燃料電池スタックは発電し、オフのときに燃料電池スタックは発電を停止するキースイッチと、燃料タンクに燃料が充填されることを検出する充填検出部とを備え、補機は燃料電池スタックに空気を供給するためのエアコンプレッサと、燃料タンクから燃料電池スタックに燃料を供給するためのインジェクタと、燃料電池スタック内で空気と反応しなかった未反応燃料を燃料電池スタックに供給する水素循環ポンプとを含み、制御部は、キースイッチがオンからオフに切り替えられた後、水素循環ポンプを第１のＤｕｔｙ比で動作させ、キーオフ延長時間が経過した後に、水素循環ポンプを第１のＤｕｔｙ比よりも大きい第２のＤｕｔｙ比で動作させ、エアコンプレッサを運転して燃料電池スタックのカソードに空気を流入させる掃気処理を行い、キースイッチがオンからオフに切り替えられた後、キーオフ延長時間に、充填検出部が燃料タンクに燃料が充填されることを検出したときには、補機の作動音を低下させる静音制御を行う。
また、本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池スタックと、燃料電池スタックに供給される燃料を貯留する燃料タンクと、燃料電池スタックに空気と燃料とを供給する補機と、燃料電池スタック及び補機を制御する制御部と、オンのときに燃料電池スタックは発電し、オフのときに燃料電池スタックは発電を停止するキースイッチとを備える。制御部は、キーオフ延長時間にキースイッチが所定回数連続でオンからオフに切り替えられたときには、補機を停止する強制終了制御を行う。

【発明の効果】

【0009】

本発明に係る燃料電池システムによれば、キースイッチがオンからオフに切り替えられて、燃料電池システムが短時間停止状態のときに、補機の作動音を低下させる静音制御を行うため、作業者に違和感を与えずにシステムの終了処理を行うことができる。

【0010】

また、本発明に係る燃料電池システムによれば、キースイッチが所定回数連続でオンからオフに切り替えられたときには、補機を停止する強制終了制御を行うため、作業者に違和感を与えずに作業者の操作により強制的に燃料電池システムの終了処理を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの構成を示す概略図である。

【図2】図１に示す燃料電池システムのキーオフ時の動作を示すフローチャートである。

【図3】図２に示す通常終了モードのタイミングチャートである。

【図4】図２に示すサイレント終了モードのタイミングチャートである。

【図5】本発明の実施の形態２に係る燃料電池システムの動作を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システムの構成を示す概略図である。燃料電池システム１００は、産業用車両であるフォークリフトに搭載されている燃料電池システムである。燃料電池システム１００は、複数の燃料電池セルからなる燃料電池スタック１０と、セルモニタ１１を有している。燃料電池スタック１０は、内部に設けられた図示しない複数のセルにおいて燃料としての水素と、空気中の酸素とを反応させて発電を行う。セルモニタ１１は、燃料電池スタック１０の各セルの状態を監視する監視装置である。なお、この実施の形態１では燃料電池システム１００はフォークリフトに搭載されているが、これに限定されるものではなく、他の種類の産業用車両や、自動車に搭載されていてもよい。

【0013】

また、燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１０に空気を供給するための空気供給部２０を有している。空気供給部２０には、第１空気配管２１ａと第２空気配管２１ｂとが設けられている。第１空気配管２１ａの一端は、フォークリフトの図示しない空気取り入れ口に接続されている。また、第１空気配管２１ａには、第１空気配管２１ａの内部を流通する空気量を測定するエアフロメータ２２と、第１空気配管２１ａ内部の空気を圧送するエアコンプレッサ２３と、エアコンプレッサ２３を駆動するモータ２４と、モータ２４に電流を供給するインバータ２５とが設けられている。また、第１空気配管２１ａの他端は、後に詳しく説明するインタークーラ３５に接続されている。なお、エアコンプレッサ２３、モータ２４及びインバータ２５は補機を構成している。

【0014】

第２空気配管２１ｂは、一端がインタークーラ３５に接続され、他端が燃料電池スタック１０のカソードＫ側に接続されている。また、第２空気配管２１ｂには、開閉により燃料電池スタック１０への空気の供給及び遮断を切り替えるエアシャットバルブ２６が設けられている。

【0015】

また、燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１０を冷却する冷媒を供給するための冷媒供給部３０を有している。冷媒供給部３０には、冷媒を冷却するラジエータ３２と、燃料電池スタック１０とラジエータ３２とを接続する第１冷媒配管３１ａ及び第２冷媒配管３１ｂとが設けられている。第１冷媒配管３１ａは、燃料電池スタック１０からラジエータ３２に冷媒を流通させる配管であり、第２冷媒配管３１ｂはラジエータ３２から燃料電池スタック１０に冷媒を流通させる配管である。ラジエータ３２の近傍にはラジエータ３２に送風し冷却するファン３３が設けられている。

【0016】

また、第２冷媒配管３１ｂには、冷媒を圧送するための冷媒循環ポンプ３４と、インタークーラ３５が設けられている。インタークーラ３５には第１空気配管２１ａ及び第２空気配管２１ｂが接続されている。インタークーラ３５は、第１空気配管２１ａに流通している空気を冷媒により冷却し、この冷却された空気を第２空気配管２１ｂに流通させる。

【0017】

第１冷媒配管３１ａと、インタークーラ３５及び燃料電池スタック１０の間の第２冷媒配管３１ｂとの間に、第３冷媒配管３１ｃが設けられている。第３冷媒配管３１ｃは第１冷媒配管３１ａと第２冷媒配管３１ｂとをバイパスしている。第３冷媒配管３１ｃにはイオン交換器３６が設けられている。

【0018】

また、燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１０に燃料としての水素を供給する水素供給部４０を有している。水素供給部４０には、水素を貯留する水素タンク４２と、水素タンク４２からの水素の供給を制御する水素タンクバルブ部４３と、水素タンクバルブ部４３と燃料電池スタック１０のアノードＡ側とを接続する第１水素配管４１ａとが設けられている。なお、水素タンク４２は燃料タンクを構成している。

【0019】

水素タンク４２には、図示しない外部の水素充填設備から水素を充填するために、図示しない充填プラグを挿入するためのレセプタクルである水素注入口５４が設けられている。水素注入口５４には、充填プラグが挿入されたことを検出するための注入口スイッチ５３が設けられている。なお、注入口スイッチ５３は充填検出部を構成している。また、水素注入口５４は燃料注入口を構成している。

【0020】

水素タンクバルブ部４３には、水素タンク４２から供給される水素の量を調節するメインバルブ４４と、水素の圧力を調整するレギュレータである減圧バルブ４５と、メインバルブ４４と減圧バルブ４５との間の第１水素配管４１ａの圧力を測定する第１水素圧力センサ４６ａとが設けられている。

【0021】

また、第１水素配管４１ａには、上流側である水素タンクバルブ部４３側から、下流側である燃料電池スタック１０のアノードＡに水素を噴射する供給装置であるインジェクタ４７が設けられている。インジェクタ４７の上流側にはインジェクタ４７が水素を噴射する前の、第１水素配管４１ａの圧力を測定する第２水素圧力センサ４６ｂが設けられている。また、インジェクタ４７の下流側にはインジェクタ４７が水素を噴射した後の、第１水素配管の圧力を測定する第３水素圧力センサ４６ｃが設けられている。なお、インジェクタ４７は補機を構成している。

【0022】

燃料電池スタック１０のアノードＡ側には、燃料電池スタック１０のセル内で酸素と反応しなかった未反応水素と、セル内で酸素及び水素が反応することにより発生した水とを燃料電池スタック１０の外部に排出する第２水素配管４１ｂが設けられている。第２水素配管４１ｂは、第２水素配管４１ｂ内の水素を水分と分離する気液分離器５０に接続されている。気液分離器５０には、分離された水素が流通する第３水素配管４１ｃが接続されている。第３水素配管４１ｃは第２水素配管４１ｂのインジェクタ４７の下流に接続されている。また、第３水素配管４１ｃは、気液分離器５０により分離された水素を第２水素配管４１ｂに圧送する水素循環ポンプ４８を有している。水素循環ポンプ４８は、燃料電池スタック１０の制御を行うＦＣＥＣＵ（Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）４９に接続されて制御されている。また、水素循環ポンプ４８は補機を構成している。

【0023】

気液分離器５０により分離された水分には、完全に分離しなかった水素の成分が含まれている。気液分離器５０には第４水素配管４１ｄの一端が接続されており、この水素を含む水分が第４水素配管４１ｄを流通する。また、第４水素配管４１ｄには、開閉により第４水素配管４１ｄの水素を含む水分の流通を制御する排気排水バルブ５１が設けられている。

【0024】

また、燃料電池スタック１０のアノードＡ側には、燃料電池スタック１０のセル内で水素と反応しなかった酸素を含む空気を排出するための第３空気配管２１ｃの一端が接続されている。第３空気配管２１ｃには、第３空気配管２１ｃに流通する空気の圧力を制御する調圧バルブ２８と、第３空気配管２１ｃに流通する空気の圧力を測定するエアセンサ２７とが設けられている。

【0025】

第４水素配管４１ｄの他端及び第３空気配管２１ｃの他端には、希釈器５２が接続されている。希釈器５２は、第４水素配管４１ｄに含まれる水素を、第３空気配管２１ｃに流れる空気により希釈するために設けられている。また、第４水素配管４１ｄに流れる水分を貯留するための貯水タンク６０が、希釈器５２に接続されている。貯水タンク６０には、貯留された水分を排出する排水管６１が設けられている。

【0026】

また、燃料電池システム１００には、システム全体を制御するための制御部７０が設けられている。具体的には、セルモニタ１１、エアフロメータ２２、エアコンプレッサ２３、モータ２４、インバータ２５、エアシャットバルブ２６、エアセンサ２７、調圧バルブ２８、ファン３３、冷媒循環ポンプ３４、水素タンクバルブ部４３、メインバルブ４４、減圧バルブ４５、第１，第２，第３水素圧力センサ４６ａ，４６ｂ，４６ｃ、インジェクタ４７、水素循環ポンプ４８、ＦＣＥＣＵ４９、排気排水バルブ５１及び注入口スイッチ５３等に、制御部７０は電気的に接続されており、測定信号の送受信や制御信号の送受信を行うことができる。また、制御部７０には、燃料電池システム１００を搭載したフォークリフトのキーを挿入して操作する、キースイッチ７１が接続されている。

【0027】

次に、この実施の形態１に係る燃料電池システムの動作について説明する。
フォークリフトを運転する場合には、図１に示すように作業者はキースイッチ７１の図示しない挿入口にキーを挿入し、キースイッチ７１をオフからオンに切り替える。制御部７０はキースイッチ７１のオンを検出すると、燃料電池システム１００を起動し燃料電池スタック１０が発電を開始する。

【0028】

図２は、燃料電池システム１００のキーオフ時の動作を示すフローチャートである。フォークリフトの運転を停止して、燃料電池システム１００を停止するには、ステップＳ１において、作業者はキーを操作しキースイッチ７１をオンからオフに切り替える。これにより、燃料電池システム１００は短時間停止状態となる。

【0029】

制御部７０はキースイッチ７１のオフを検出すると、ステップＳ２の処理を行う。ステップＳ２では、制御部７０が検出したキースイッチ７１がオフに切り替わったタイミングである時間Ｔ１から、予め設定されたキーオフ延長時間が経過して時間Ｔ２以上となったかを制御部７０が判定する。ここでキーオフ延長時間とは、キースイッチ７１がオフに切り替わったタイミングである時間Ｔ１から、時間Ｔ２までの予め設定された時間（Ｔ２－Ｔ１）をいう。なお、この実施の形態１ではキーオフ延長時間であるＴ２－Ｔ１は３０秒に設定されているが、この時間に限定されるものではない。フォークリフトに対して作業者が何も操作を行わずに、時間Ｔ１からキーオフ延長時間が経過して、時間Ｔ２以上となった場合、すなわち、ステップＳ２においてＹＥＳの場合には、処理はステップＳ３に進む。ステップＳ３において、制御部７０は、作業者がすぐにキーをオンにし、再度フォークリフトを運転する可能性が低いため、通常終了モードの処理を行う。

【0030】

図３は、図２に示す燃料電池システムの通常終了モードのタイミングチャートである。ステップＳ１（図２参照）において、キースイッチ７１がオフに切り替わったタイミングのＴ１では、制御部７０により燃料電池システム１００の構成は以下の動作となるように制御されている。注入口スイッチ５３はオフに切り替えられている。また、水素循環ポンプ４８は、Ｄｕｔｙ比Ｄ１で動作している。この実施の形態１ではＤｕｔｙ比Ｄ１は１８％である。また、エアコンプレッサ２３は停止され、エアシャットバルブ２６が開状態に切り替えられているため、第２空気配管２１ｂを経由して燃料電池スタック１０のカソードＫへ流入する空気の流量であるエア流量は０（ＮＬ／ｍｉｎ）である。インジェクタ４７の駆動許可はオンに切り替えられている。さらに、排気排水バルブ５１は閉状態に切り替えられている。

【0031】

ステップＳ３の通常終了モードにおいては、制御部７０は発電により燃料電池スタック１０のセル内に生じた水分を乾燥させる掃気処理を実施する。この掃気処理では、制御部７０は水素循環ポンプ４８を予め設定されたＤｕｔｙ比であるＤ２で駆動させる。この実施の形態１では、Ｄｕｔｙ比Ｄ２は４０％である。また、制御部７０はエアコンプレッサ２３を制御し、エアシャットバルブ２６を開状態に切り替え、燃料電池スタック１０のカソードＫへ流入する空気の流量であるエア流量を予め設定されたＭ（ＮＬ／ｍｉｎ）とする。ここで、エア流量Ｍは０（ＮＬ／ｍｉｎ）より大きく且つ後に説明するエア流量Ｈ（ＮＬ／ｍｉｎ）よりも少ない量である。なお、この実施の形態１ではエア流量Ｍ（ＮＬ／ｍｉｎ）は１００（ＮＬ／ｍｉｎ）である。

【0032】

次に、制御部７０はエアコンプレッサ２３を制御し、時間Ｔ２から所定の時間経過後の時間Ｔ３までの間に、エア流量をＭ（ＮＬ／ｍｉｎ）から予め設定されたＨ（ＮＬ／ｍｉｎ）に徐々に増加させる。なお、この実施の形態１ではエア流量Ｈ（ＮＬ／ｍｉｎ）は３００（ＮＬ／ｍｉｎ）に設定されている。この制御を行う理由は、キーオフ延長時間が経過した時間Ｔ２で最初からエア流量がＨ（ＮＬ／ｍｉｎ）となるようにエアコンプレッサ２３を制御すると、エアコンプレッサ２３の駆動音が大きくなり騒音の原因となる。一方、キーオフ延長時間が経過した時間Ｔ２から時間Ｔ３までの間でエア流量がＭ（ＮＬ／ｍｉｎ）からＨ（ＮＬ／ｍｉｎ）となるように制御することで、エアコンプレッサ２３の駆動音を抑制し騒音を低減することができるためである。

【0033】

時間Ｔ３において、水素循環ポンプ４８のＤｕｔｙ比がＤ２であり、エア流量をＨとする制御がされているため、燃料電池スタック１０に流入した空気により燃料電池スタック１０のセル内が掃気され、セル内の水分は水素循環ポンプ４８の作用により気液分離器５０へ排出される。

【0034】

次に、時間Ｔ３から所定の時間経過後の時間Ｔ４に、制御部７０は排気排水バルブ５１を閉状態から開状態に切り替える。これにより、燃料電池スタック１０のセル内から気液分離器５０へ排出された水分が希釈器５２を経由して貯水タンク６０に貯留され、排水管６１から排出される。

【0035】

次に、時間Ｔ４から所定の時間経過後の時間Ｔ５に、制御部７０は、エアコンプレッサ２３を停止する制御を行う。これにより、エア流量は０（ＮＬ／ｍｉｎ）となる。次に、時間Ｔ５から所定の時間経過後の時間Ｔ６に、制御部７０は水素循環ポンプ４８のＤｕｔｙ比を０％に制御する。これにより、燃料電池スタック１０の掃気処理が終了する。

【0036】

次に、再び図２を参照して、ステップＳ２において、時間Ｔ１から予め設定されたキーオフ延長時間が経過していない場合、すなわち、ＮＯの場合には処理はステップＳ４に進む。ステップＳ４において、制御部７０は、水素充填判定処理を行う。ステップＳ４の水素充填判定処理では、制御部７０は水素注入口５４の注入口スイッチ５３の状態を検出することにより、水素注入口５４に水素充填設備の充填プラグが挿入されたか否かを判定する。水素注入口５４に充填プラグが挿入されていない場合には、注入口スイッチ５３はオフとなる。注入口スイッチ５３がオフであると制御部７０が判定した場合、すなわちステップＳ４においてＮＯの場合には、処理はステップＳ２に戻り、制御部７０は再度キーオフ延長の判定を行う。

【0037】

水素注入口５４に充填プラグが挿入され、注入口スイッチ５３がオフからオンに切り替わった場合、すなわちステップＳ４においてＹＥＳの場合には、処理はステップＳ５に進む。ステップＳ５において、制御部７０は燃料電池システムの静音制御であるサイレント終了モードの処理を行う。図４は、図２に示すサイレント終了モードのタイミングチャートである。ステップ３の通常終了モード（図３参照）で説明したように、キースイッチ７１がオフに切り替わったタイミングの時間Ｔ１では、注入口スイッチ５３はオフ、水素循環ポンプ４８はＤｕｔｙ比Ｄ１、エア流量は０（ＮＬ／ｍｉｎ）、インジェクタ４７の駆動許可はオン、排気排水バルブ５１は閉状態となるように制御されている。

【0038】

次に、キーオフ延長時間が経過する時間Ｔ２以前である時間Ｔ７において、水素注入口５４（図１参照）に充填プラグが挿入され注入口スイッチ５３がオンに切り替わったことを制御部７０が検知したときには、制御部７０は水素循環ポンプ４８のＤｕｔｙ比を０％に制御し、インジェクタ４７の駆動許可をオンからオフに切り替えてインジェクタ４７を停止する。これにより、燃料電池スタック１０のアノードＡへの水素の供給が停止する。また、制御部７０はエアコンプレッサ２３、モータ２４及びインバータ２５を駆動せず、燃料電池スタック１０のアノードＡへのエア流量は０（ＮＬ／ｍｉｎ）に保たれる。こうしてステップ５のサイレント終了モードでは、ステップ３の通常終了モードで行ったような燃料電池スタック１０の掃気処理を行わずに、燃料電池システム１００の動作を終了する。

【0039】

燃料電池システム１００の静音制御であるサイレント終了モードでは、燃料電池スタック１０の掃気処理を行わずに燃料電池システム１００を停止するため、作業者がキースイッチ７１をオフに切り替えた後に、エアコンプレッサ２３、モータ２４、インジェクタ４７及び水素循環ポンプ４８といった駆動音の比較的大きな補機類が駆動しない。このため、作業者がキースイッチ７１をオフに切り替えた時間Ｔ１からキーオフ延長時間が経過する時間Ｔ２までの間に、水素注入口５４に充填プラグを挿入した場合に燃料電池システム１００から駆動音が生じて作業者に違和感を与えるということを防止することができる。また、モータ２４を駆動するインバータ２５も駆動しないため、インバータ２５の駆動音も発生せず、さらに燃料電池システム１００の駆動音を抑えることができる。

【0040】

このように、本実施の形態に係る燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１０と、燃料電池スタック１０に供給される水素を貯留する水素タンク４２と、燃料電池スタック１０に空気と水素とを供給する補機であるエアコンプレッサ２３、インジェクタ４７及び水素循環ポンプ４８と、燃料電池スタック１０、エアコンプレッサ２３、モータ２４、インバータ２５、インジェクタ４７及び水素循環ポンプ４８を制御する制御部７０と、オンのときに燃料電池スタック１０は発電し、オフのときに燃料電池スタック１０は発電を停止するキースイッチ７１と、水素タンク４２に水素が充填されることを検出する注入口スイッチ５３とを備える。そして、制御部７０は、キースイッチ７１がオンからオフに切り替えられた後、キーオフ延長時間に、注入口スイッチ５３が水素タンク４２に水素が充填されることを検出したときには、エアコンプレッサ２３、インジェクタ４７及び水素循環ポンプ４８の作動音を低下させる静音制御を行うため、燃料電池システム１００が短時間停止状態のときに、作業者が水素タンク４２に燃料を充填する操作をしたときに、作業者に違和感を与えずにシステムの終了処理を行うことができる。

【0041】

また、補機は燃料電池スタック１０に空気を供給するためのエアコンプレッサ２３と、水素タンク４２から燃料電池スタック１０に燃料を供給するための水素循環ポンプ４８とを含み、制御部７０は、静音制御を行うときにエアコンプレッサ２３及び水素循環ポンプ４８を停止するため、駆動音の大きい補機を停止することでより効果的に作業者に違和感を与えない静音制御をすることができる。

【0042】

また、水素タンク４２に燃料を供給する水素注入口５４をさらに有し、注入口スイッチ５３は、水素注入口５４に設けられ、水素を充填するための充填ノズルが挿入されたことを検出する注入口スイッチ５３であるため、簡単な構成で水素タンク４２に水素が充填されることを検出することができる。

【0043】

なお、この実施の形態１ではステップＳ５のサイレント終了モードにおいて、制御部７０は水素循環ポンプ４８のＤｕｔｙ比を０％に制御していたが、水素循環ポンプ４８の駆動音が作業者に違和感を与えない程度のＤｕｔｙ比に制御部７０が水素循環ポンプ４８を制御してもよい。例えば、ステップＳ３の通常終了モードにおけるＤｕｔｙ比であるＤ２（４０％）の約３分の１、すなわち１２％のＤｕｔｙ比で動作するように制御部７０が水素循環ポンプ４８を制御してもよい。また、ステップＳ５のサイレント終了モードにおいて、制御部７０はエアコンプレッサ２３、モータ２４及びインバータ２５を停止する制御をしていたが、エアコンプレッサ２３、モータ２４及びインバータ２５の駆動音が作業者に違和感を与えない程度のエア流量となるように、エアコンプレッサ２３、モータ２４及びインバータ２５を制御部７０が制御してもよい。さらに、ステップＳ５のサイレント終了モードにおいて、制御部７０はインジェクタ４７の駆動許可をオフにしてインジェクタ４７を停止していたが、インジェクタ４７の駆動音が作業者に違和感を与えない程度に制御部７０がインジェクタ４７を制御してもよい。このような制御であっても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

【0044】

また、この実施の形態では水素タンク４２に水素が充填されることを検出するため、充填検出部として注入口スイッチ５３を有していたが、これ以外の手段で水素タンク４２に水素が充填されることを検出してもよい。例えば、図示しない水素充填設備と燃料電池システム１００の制御部７０との間で無線通信を行い、水素タンク４２に水素が充填されるという情報が水素充填設備から制御部７０に送信されるものであってもよい。

【0045】

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る燃料電池システムを説明する。なお、実施の形態２において、実施の形態１の図１～図４の参照符号と同一の符号は、同一または同様な構成要素であるのでその詳細な説明は省略する。この実施の形態２の燃料電池システムは、システムを強制終了する制御をすることができる燃料電池システムである。
図５は、実施の形態２に係る燃料電池システムの動作を示すフローチャートである。ステップＳ１においてキースイッチ７１（図１参照）がオフに切り替わった後、処理は、ステップＳ６に進む。ステップＳ６の強制終了操作判定においては、制御部７０は作業者がキースイッチ７１に対し強制終了操作を行ったか否かを判定する。この強制終了操作は予め設定された、キースイッチ７１に対する特定の操作であり、この実施の形態２では時間Ｔ１から時間Ｔ２までの間、すなわちキーオフ延長時間の経過前に、作業者がキースイッチ７１を５秒以内に２回連続でオフに切り替える操作である。なお、強制終了操作はこの操作に限定されない。

【0046】

ステップＳ６において作業者によって強制終了操作が行われなかったと制御部７０が判定した場合、すなわちＮＯの場合には、処理はステップＳ２に進みキーオフ延長判定の処理が行われる。一方、ステップＳ６において作業者によって強制終了操作がされたと制御部７０が判定した場合、すなわちＹＥＳの場合には、処理はステップＳ７に進む。ステップＳ７では、制御部７０は強制終了モードの処理を行う。強制終了モードでは、制御部７０は燃料電池システム１００のエアコンプレッサ２３、モータ２４、インバータ２５、インジェクタ４７及び水素循環ポンプ４８を含む補機を強制終了して、燃料電池システム１００を強制終了する。その他の構成は実施の形態１と同じである。

【0047】

このように、燃料電池スタック１０と、燃料電池スタック１０に供給される燃料を貯留する水素タンク４２と、燃料電池スタック１０に空気と水素とを供給する補機であるエアコンプレッサ２３、インジェクタ４７及び水素循環ポンプ４８と、燃料電池スタック１０、エアコンプレッサ２３、モータ２４、インバータ２５、インジェクタ４７及び水素循環ポンプ４８を制御する制御部７０と、オンのときに燃料電池スタック１０は発電し、オフのときに燃料電池スタック１０は発電を停止するキースイッチ７１とを備え、制御部７０は、キーオフ延長時間に、キースイッチ７１が５秒以内に２回連続でオンからオフに切り替えられたときには、エアコンプレッサ２３、モータ２４、インジェクタ４７及び水素循環ポンプ４８といった補機を停止する強制終了制御を行うことで、作業者が燃料電池システム１００のメンテナンスを行う等の理由で即時燃料電池システム１００を停止することを要する場合に、燃料電池システム１００の駆動音を抑制し、作業者に違和感を与えずに作業者の操作により強制的に燃料電池システム１００の終了処理を行うことができる。

【0048】

なお、この実施の形態２では、作業者がキースイッチ７１を５秒以内に２回連続でオフに切り替える強制終了操作を作業者が行うことでステップＳ７の強制終了モードの処理により燃料電池システム１００を強制終了することができたが、強制終了操作のキースイッチ７１の操作はこれ以外の操作であってもよい。例えば、キースイッチ７１をオフにする回数は、例えば３回連続オフに切り替える等の任意の回数であってもよいし、強制終了操作を受け付ける時間をＴ１から１０秒以内としてもよい。

【符号の説明】

【0049】

１０ 燃料電池スタック、２３ エアコンプレッサ（補機）、２４ モータ（補機）、２５ インバータ（補機）、４２ 水素タンク（燃料タンク）、４７ インジェクタ（補機）、４８ 水素循環ポンプ（補機）、５３ 注入口スイッチ（充填検出部）、５４ 水素注入口（燃料注入口）、７０ 制御部、７１ キースイッチ（キー検出部）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】