特許 7513038 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】2024-07-01

(45)【発行日】2024-07-09

(54)【発明の名称】燃料電池システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04 20160101AFI20240702BHJP

   H01M 8/2475 20160101ALI20240702BHJP

   H01M 8/04225 20160101ALI20240702BHJP

   H01M 8/04302 20160101ALI20240702BHJP

   H01M 8/249 20160101ALI20240702BHJP

   H01M 8/0444 20160101ALI20240702BHJP

   H01M 8/0438 20160101ALI20240702BHJP

   H01M 8/04746 20160101ALI20240702BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04 H

H01M8/2475

H01M8/04225

H01M8/04302

H01M8/249

H01M8/0444

H01M8/0438

H01M8/04746

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2022002449

(22)【出願日】2022-01-11

(65)【公開番号】P2023102089

(43)【公開日】2023-07-24

【審査請求日】2023-07-11

(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】110000110

【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】飯尾 敦雄

(72)【発明者】

【氏名】江川 稔弘

(72)【発明者】

【氏名】藤岡 久也

(72)【発明者】

【氏名】奥村 真己人

【審査官】加藤 昌人

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－０６８０６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１３４８６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０８７６７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１９２９１９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ８／００－８／２４９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１燃料電池スタックと、
前記第１燃料電池スタックと並列に接続されており、前記第１燃料電池スタックよりも容積が大きい第２燃料電池スタックと、
前記第１燃料電池スタックと前記第２燃料電池スタックへ燃料ガスを供給する燃料タン
クと、
前記第１燃料電池スタックと前記第２燃料電池スタックを収容する筐体と、
前記筐体内の燃料ガス濃度を計測するガスセンサと、
起動指令に応答して前記第１燃料電池スタックと前記第２燃料電池スタックを起動する制御器と、
を備えており、
前記制御器は、
（１）前記ガスセンサの計測値が第１濃度を下回っている場合は前記第１燃料電池スタックと前記第２燃料電池スタックの両方を起動し、
（２）前記計測値が前記第１濃度よりも高い第２濃度を上回っている場合は前記第１燃料電池スタックと前記第２燃料電池スタックのいずれも起動せず、
（３）前記計測値が第１濃度以上第２濃度以下の場合は、前記第２燃料電池スタックへの燃料ガス供給は止めたまま前記第１燃料電池スタックへ前記燃料ガスを供給し、前記第１燃料電池スタック内の圧力が所定の圧力閾値に達したら前記燃料ガスの供給を停止し、所定時間後の前記第１燃料電池スタック内の圧力が所定の圧力下限値を上回っていれば、前記第１燃料電池スタックを起動する、
燃料電池システム。

【請求項2】

第１燃料電池スタックと、
前記第１燃料電池スタックと並列に接続されており、前記第１燃料電池スタックよりも容積が大きい第２燃料電池スタックと、
前記第１燃料電池スタックと前記第２燃料電池スタックへ燃料ガスを供給する燃料タンクと、
起動指令に応答して前記第１燃料電池スタックと前記第２燃料電池スタックを起動する制御器と、
を備えており、
前記制御器は、
（１）前記第２燃料電池スタックへの前記燃料ガスの供給は止めたまま前記第１燃料電池スタックへ前記燃料ガスを供給し、
（２）前記第１燃料電池スタック内の圧力が所定の第１圧力閾値に達したら前記第１燃料電池スタックへの前記燃料ガスの供給を停止し、所定時間後の前記第１燃料電池スタック内の圧力（第１圧力）が所定の第１圧力下限値を上回っていれば、前記第１燃料電池スタックを起動し、前記第２燃料電池スタックへの前記燃料ガスの供給を開始し、
（３）前記第１圧力が前記第１圧力下限値を下回っていれば、前記第１燃料電池スタックを起動せず前記第１燃料電池スタック内の前記燃料ガスを空気で希釈して排出するとともに、前記第２燃料電池スタックへの前記燃料ガスの供給を開始し、
（４）前記第２燃料電池スタック内の圧力が所定の第２圧力閾値に達したら前記第２燃料電池スタックへの前記燃料ガスの供給を停止し、所定時間後の前記第２燃料電池スタック内の圧力（第２圧力）が所定の第２圧力下限値を上回っていれば、前記第２燃料電池スタックを起動し、
（５）前記第２圧力が前記第２圧力下限値を下回っている場合、前記第２燃料電池スタックを起動せず前記第２燃料電池スタック内の前記燃料ガスを空気で希釈して排出する、
燃料電池システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書が開示する技術は、複数の燃料電池スタックが並列に接続されている燃料電池システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１、２に、並列に接続された複数の燃料電池スタックを備えた燃料電池システムが開示されている。特許文献１のシステムは、個々の燃料電池スタックに燃料ガス漏洩を検知する漏洩検知部が備えられている。漏洩検知部は、燃料ガスの圧力変動から燃料ガスの漏洩を判断する。特許文献１のシステムでは、燃料電池スタックの起動に先立って全ての漏洩検知部が同時に作動する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－１４９３４７号公報

【文献】国際公開第２０１７／０１００６９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の燃料電池システムでは、全ての漏洩検知部が燃料ガス漏れのないことを確認してから燃料電池スタックが起動される。燃料電池スタックの容量が大きいと、所定の圧力まで燃料電池スタックに燃料ガスを供給するのに時間を要する。すなわち、容量の大きい燃料電池スタックでは燃料ガス漏れがないことが判明するまでに時間を要する。従来の燃料電池システムは、起動指令を受けてから電力供給を開始するまでに長い時間を要する。本明細書は、複数の燃料電池スタックが並列に接続されている燃料電池システムに関し、ガス漏れチェックを効率的に行って燃料電池システムの起動時間を短縮する技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本明細書が開示する燃料電池システムは、容量の小さい第１燃料電池スタックと容量の大きい第２燃料電池スタックを備える。容量の小さい第１燃料電池スタックのガス漏れチェックが終了したら第２燃料電池スタックのガス漏れチェックが終了する前に第１燃料電池スタックを起動する。本明細書が開示する燃料電池システムは、起動指令を受けた後、素早く電力供給を開始することができる。

【0006】

本明細書が開示する燃料電池システムは、並列に接続されている第１燃料電池スタック及び第２燃料電池スタックと、第１燃料電池スタックと第２燃料電池スタックへ燃料ガスを供給する燃料タンクと、第１燃料電池スタックと第２燃料電池スタックを収容する筐体と、筐体内の燃料ガス濃度を計測するガスセンサと、制御器を備える。第２燃料電池スタックの容量は第１燃料電池スタックの容量よりも大きい。制御器は、起動指令に応答して第１燃料電池スタックと第２燃料電池スタックを起動する。

【0007】

制御器は、起動指令を受けると次の処理を実行する。（１）制御器は、ガスセンサの計測値が第１濃度を下回っている場合は第１燃料電池スタックと第２燃料電池スタックの両方を起動する。（２）制御器は、ガスセンサの計測値が第１濃度よりも高い第２濃度を上回っている場合は第１燃料電池スタックと第２燃料電池スタックのいずれも起動しない。（３）制御器は、ガスセンサの計測値が第１濃度以上第２濃度以下の場合は、第２燃料電池スタックへの燃料ガス供給は停止したまま第１燃料電池スタックへ燃料ガスを供給する。制御器は、第１燃料電池スタック内の圧力が所定の圧力閾値に達したら燃料ガスの供給を停止する。制御器は、所定時間後の第１燃料電池スタック内の圧力が所定の圧力下限値を上回っていれば、第１燃料電池スタックを起動する。

【0008】

上記の燃料電池システムでは、第１燃料電池スタックでガス漏れがないことが確認できたら、第２燃料電池スタックのガス漏れチェックの終了を待たずに第１燃料電池スタックを起動する。容量の小さい第１燃料電池スタックを先に起動することで、起動指令を受けた後に素早く電力供給を開始することができる。

【0009】

本明細書は、必ずしも筐体とガスセンサを要しない別の態様の燃料電池システムも開示する。その燃料電池システムは、並列に接続されている第１燃料電池スタック及び第２燃料電池スタックと、第１燃料電池スタックと第２燃料電池スタックへ燃料ガスを供給する燃料タンクと、制御器を備える。第２燃料電池スタックの容量は第１燃料電池スタックの容量よりも大きい。制御器は、起動指令に応答して第１燃料電池スタックと第２燃料電池スタックを起動する。

【0010】

制御器は、起動指令を受けると次の処理を実行する。（１）制御器は、第２燃料電池スタックへの燃料ガスの供給は止めたまま第１燃料電池スタックへ燃料ガスを供給する。（２）制御器は、第１燃料電池スタック内の圧力が所定の第１圧力閾値に達したら第１燃料電池スタックへの燃料ガスの供給を停止する。制御器は、所定時間後の第１燃料電池スタック内の圧力（第１圧力）が所定の第１圧力下限値を上回っていれば、第１燃料電池スタックを起動し、第２燃料電池スタックへの燃料ガス供給を開始する。（３）制御器は、第１圧力が第１圧力下限値を下回っていれば、第１燃料電池スタックを起動せずに第２燃料電池スタックへの燃料ガスの供給を開始する。（４）制御器は、第２燃料電池スタック内の圧力が所定の第２圧力閾値に達したら第２燃料電池スタックへの燃料ガスの供給を停止し、所定時間後の第２燃料電池スタック内の圧力（第２圧力）が所定の第２圧力下限値を上回っていれば、第２燃料電池スタックを起動する。（５）制御器は、第２圧力が第２圧力下限値を下回っている場合、第２燃料電池スタックを起動しない。

【0011】

第２の燃料電池システムでは、上記した（２）の処理にて、第１燃料電池スタックでガス漏れがないことが判明したら、第２燃料電池スタックのガス漏れチェックの終了を待たずに第１燃料電池スタックを起動する。容量の小さい第１燃料電池スタックを先に起動することで、起動指令を受けた後に素早く電力供給を開始することができる。

【0012】

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】第１実施例の燃料電池システムのブロック図である。

【図2】起動処理のフローチャートである。

【図3】起動処理のフローチャートである（図２の続き）。

【図4】起動処理のフローチャートである（図３の続き）。

【図5】第２実施例の燃料電池システムのブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

（第１実施例）第１実施例の燃料電池システム２を説明する。以下では、説明を簡単にするため、「燃料電池」をＦＣと表記する場合がある。図１に、ＦＣシステム２（燃料電池システム２）のブロック図を示す。制御器８と各種のデバイス（バルブ１１ａ、１１ｂ、１３ａ、１３ｂ、エアコンプレッサ１４ａ、１４ｂ、圧力センサ１２ａ、１２ｂ、ガスセンサ２１、昇圧コンバータ１６、インバータ６など）は、通信線で接続されているが、通信線の図示は省略してある。

【0015】

ＦＣシステム２は、２個のＦＣスタック（第１ＦＣスタック１０ａと第２ＦＣスタック１０ｂ）を有しており、各ＦＣスタックが発電する。第２ＦＣスタック１０ｂの容量は、第１ＦＣスタック１０ａの容量よりも大きい。別言すれば、第１ＦＣスタック１０ａの容量は、第２ＦＣスタック１０ｂの容量よりも小さい。「ＦＣスタックの容量」とは、ＦＣスタック内部の空間の大きさを意味する。容量が大きいほど、ＦＣスタック内部に燃料ガスを充填するのに時間を要する。なお、以下では、第１ＦＣスタック１０ａと第２ＦＣスタック１０ｂを区別なく表すときはＦＣスタック１０と表記する場合がある。

【0016】

それぞれのＦＣスタック１０には昇圧コンバータ１６が付随している。ＦＣスタック１０の出力端に昇圧コンバータ１６が接続されており、昇圧コンバータ１６の出力端はインバータ６の直流端に接続されている。昇圧コンバータ１６は、ＦＣスタック１０が生成した直流電力を昇圧してインバータ６に供給する。インバータ６は、昇圧された直流電力を交流電力に変換する。インバータ６の交流端にシステム出力端７が接続されており、ＦＣスタック１０が生成した電力は、システム出力端７から他のデバイスへ供給される。

【0017】

ＦＣスタック１０には、燃料供給管４を通じて燃料タンク３から燃料ガス（水素ガス）が供給される。燃料供給管４には燃料バルブ１１ａ（１１ｂ）が接続されており、燃料バルブ１１ａ（１１ｂ）の開度を調整することで、第１ＦＣスタック１０ａ（第２ＦＣスタック１０ｂ）へ供給される燃料ガスの流量を調整することができる。燃料バルブ１１ａ、１１ｂは、インジェクタと呼ばれる場合もある。

【0018】

燃料バルブ１１ａ（１１ｂ）の下流側には圧力センサ１２ａ（１２ｂ）が接続されている、圧力センサ１２ａ（１２ｂ）が計測する圧力は、第１ＦＣスタック１０ａ（第２ＦＣスタック１０ｂ）の中の圧力に等しい。制御器８は、ＦＣスタック１０が発電している間、圧力センサ１２ａ（１２ｂ）の計測値が適正な範囲に保持されるように、燃料バルブ１１ａ、１１ｂの開度を制御する。

【0019】

ＦＣスタック１０には空気供給管５を通じて空気（酸素）が供給される。空気供給管５にはエアコンプレッサ１４ａ（１４ｂ）と空気バルブ１３ａ（１３ｂ）が備えられており、エアコンプレッサ１４ａ（１４ｂ）により第１ＦＣスタック１０ａ（第２ＦＣスタック１０ｂ）に空気が送り込まれる。第１ＦＣスタック１０ａ（第２ＦＣスタック１０ｂ）に供給される空気量（酸素量）は、エアコンプレッサ１４ａ（１４ｂ）の出力と空気バルブ１３ａ（１３ｂ）の開度により調整される。

【0020】

ＦＣスタック１０で燃料ガス（水素）と空気（酸素）が反応して電力が生成される。反応後のガス（排気ガス）は排ガス管３１で気液分離器３３に送られる。気液分離器３３では、反応に使われなかった水素ガスが排ガスから分離される。分離された水素ガスはリターン管４ａで再び燃料供給管４に戻される。残った排ガスと水は、排空気管３２を通じてＦＣスタック１０から排出された空気と混合され、マフラ３５を通じて大気へ放出される。気液分離器３３の出口には排気バルブ３４が設けられている。排気バルブ３４の開度を調整することで、燃料ガス濃度が適切な濃度に下がるまで空気で希釈される。ＦＣスタック１０に残った燃料ガスを排出する場合、燃料ガスは、排空気管３２から送られてくる空気で所定の安全濃度まで希釈されてから大気へ放出される。

【0021】

第１ＦＣスタック１０ａと第２ＦＣスタック１０ｂは筐体２０に収容されている。筐体２０には、筐体内の燃料ガス濃度を計測するガスセンサ２１が備えられている。

【0022】

ガスセンサ２１や圧力センサ１２ａ、１２ｂなどのセンサの計測値は制御器８に送られる。また、先に述べたように、エアコンプレッサ１４ａなどのアクチュエータ、ＦＣスタック１０や昇圧コンバータ１６などのデバイスと制御器８は通信線で接続されており、制御器８がアクチュエータやデバイスを制御する。

【0023】

ＦＣシステム２の起動処理について説明する。制御器８は外部から起動指令を受けると、ＦＣスタック１０を起動し、システム出力端７から電力を供給できる準備を整える。制御器８は、ＦＣスタック１０を起動するのに先立って、安全確認として、ＦＣスタック１０で燃料ガスの漏れが発生していないことをチェックする。以下では、説明の便宜上、「燃料ガスの漏れ」を単に「ガス漏れ」と称する場合がある。

【0024】

制御器８は、まず、ガスセンサ２１の計測値（筐体内の燃料ガス濃度）を用いて筐体２０の内部に燃料ガスが充満していないかをチェックする。筐体２０の内部の燃料ガス濃度が所定の第１濃度を下回っていれば、個々のＦＣスタック１０のガス漏れをチェックすることなく、全部のＦＣスタック１０でガス漏れが生じていないことが確認できる。筐体内にガスセンサ２１を設置することで、個々のＦＣスタック１０のガス漏れをチェックする場合と比較して、ガス漏れチェックを短時間で終わらせることができる。すなわち、起動指令を受けてから電力供給の準備が整うまでの時間を短縮できる。

【0025】

筐体２０の内部の燃料ガス濃度が所定の第２濃度を超えている場合、制御器８は、ＦＣスタック１０の起動に適さないと判断し、いずれのＦＣスタック１０も起動せずに処理を中止する。なお、第２濃度は第１濃度よりも高い値に設定されている。

【0026】

筐体２０の内部の燃料ガス濃度が第１濃度以上第２濃度以下の場合は、ガス漏れを生じていないＦＣスタック１０は起動してもよい。その場合、制御器８は、容量の小さい第１ＦＣスタック１０ａのガス漏れを先にチェックし、ガス漏れがないことが確認できたら、第２ＦＣスタック１０ｂのガス漏れチェックの完了を待たずに第１ＦＣスタック１０ａを起動する。第１ＦＣスタック１０ａは容量が小さいため、ガス漏れチェックに要する時間が短い。容量の大きい第２ＦＣスタック１０ｂよりも先に容量の小さい第１ＦＣスタック１０ａのガス漏れチェックを行うことで、起動指令を受けてから電力供給の準備が整うまでの時間を短縮することができる。

【0027】

図２－４のフローチャートを参照しつつ制御器８が実行する起動処理を詳しく説明する。なお、図３、４の「ＦＣＳ」は、燃料電池スタックを意味する。

【0028】

制御器８は、ガスセンサ２１を使って筐体２０の内部の燃料ガス濃度を計測する（ステップＳ２）。燃料ガス濃度が第２濃度を超えている場合、制御器８は、ＦＣスタック１０の起動に適さないと判断してガス漏れを通知し、処理を終了する（ステップＳ３：ＹＥＳ、Ｓ４）。ガス漏れ発生の通知は、制御器８に接続されているディスプレイ９（図１参照）、あるいは、ユーザの端末に送られる。通知を受けたディスプレイ９あるいはユーザの端末には、ガス漏れ発生を示すメッセージが表示される。燃料電池システム２が自動車に搭載されている場合には、インストルメントパネルにガス漏れ発生を示すメッセージが表示される。

【0029】

燃料ガス濃度が第２濃度を超えていない場合、制御器８は筐体２０の内部の燃料ガス濃度を第１濃度と比較する（ステップＳ３：ＮＯ、Ｓ５）。先に述べたように、第２濃度はＦＣスタック１０の起動に適さない濃度に設定されており、第１濃度は第２濃度よりも低い値に設定されている。第１濃度は、２個のＦＣスタック１０のどちらかでガス漏れが発生した可能性を示す値に設定されている。

【0030】

燃料ガス濃度が第１濃度を下回っていた場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）、制御器８は、２個のＦＣスタック１０のいずれもガス漏れを生じていないと判断する。その場合、制御器８は、燃料バルブ１１ａ、１１ｂを開き、２個のＦＣスタック１０への燃料ガス供給を開始し、空気供給も開始し、２個のＦＣスタック１０を起動する（ステップＳ６）。ステップＳ６が実行されると、電力供給の準備が整う。ステップＳ６の後は、要求に応じた電力が供給できるように、制御器８は、ＦＣスタック１０に供給する燃料ガスと空気（酸素）の量を調整する。

【0031】

一方、燃料ガス濃度が第１濃度以上であり、かつ第２濃度以下である場合（ステップＳ３：ＮＯ、Ｓ５：ＮＯ）、制御器８は、第１ＦＣスタック１０ａのガス漏れをチェックする。図３のフローチャートが第１ＦＣスタック１０ａのガス漏れチェックに相当する。

【0032】

制御器８は、まず、燃料バルブ１１ａを開いて、第１ＦＣスタック１０ａへの燃料ガス供給を開始する（ステップＳ１２）。このとき、燃料バルブ１１ｂは閉じたままであり、第２ＦＣスタック１０ｂへは燃料ガスを供給しない。制御器８は、第１ＦＣスタック１０ａの中の圧力が第１圧力閾値に達するまで、燃料ガス供給を続ける（ステップＳ１３）。第１圧力閾値は、第１ＦＣスタック１０ａが発電可能となる値に設定されている。また、第１ＦＣスタック１０ａの内部の圧力は、圧力センサ１２ａで計測される。

【0033】

制御器８は、第１ＦＣスタック１０ａの内部の圧力が第１圧力閾値に達すると、燃料バルブ１１ａを閉じ、第１ＦＣスタック１０ａへの燃料供給を停止する。その後の所定時間待機する（ステップＳ１３）。所定時間は例えば１分に設定されている。所定時間の後に第１ＦＣスタック１０ａの内部の圧力が相当に下がっていれば、第１ＦＣスタック１０ａでガス漏れが生じていることが判明する。逆に、所定時間が経過した後も第１ＦＣスタック１０ａの内部の圧力があまり下がっていなければガス漏れは生じていないことが判明する。

【0034】

一定時間の待機の後、制御器８は、圧力センサ１２ａで再び第１ＦＣスタック１０ａの内部の圧力を計測する（ステップＳ１４）。説明の都合上、所定時間が経過した後の第１ＦＣスタック１０ａの中の圧力を第１ＦＣ圧と称する。

【0035】

制御器８は、第１ＦＣ圧が所定の第１圧力下限値を上回っていれば、第１ＦＣスタック１０ａでガス漏れが生じていないと判断する。この場合、制御器８は、第１ＦＣスタック１０ａへの燃料供給を再開し、第１ＦＣスタック１０ａを起動する（ステップＳ１５：ＹＥＳ、Ｓ１６）。ステップＳ１６が実行されると、第１ＦＣスタック１０ａによる電力供給が可能となる。ステップＳ１６の後、制御器８は、要求に応じた電力が供給できるように、第１ＦＣスタック１０ａに供給する燃料ガスと空気（酸素）の量を調整する。なお、この時点では第２ＦＣスタック１０ｂはまだ起動していない。

【0036】

第１ＦＣ圧が第１圧力下限値を下回っている場合、制御器８は、第１ＦＣスタック１０ａのガス漏れを通知する（ステップＳ１５：ＮＯ、Ｓ１７）。ステップＳ１７の通知は、ステップＳ４における通知と同様に、制御器８からディスプレイ９、あるいは、ユーザの端末に送られる。

【0037】

なお、筐体２０の内部のガス濃度は第２濃度以下であるので（ステップＳ３：ＮＯ）、仮に第２ＦＣスタック１０ｂでガス漏れが発生していても、第１ＦＣスタック１０ａを起動してよい。

【0038】

続いて制御器８は、第２ＦＣスタック１０ｂのガス漏れチェック処理を実行する。図４のフローチャートが、第２ＦＣスタック１０ｂのガス漏れチェック処理を示している。

【0039】

第２ＦＣスタック１０ｂのガス漏れチェック処理は、第１ＦＣスタック１０ａのガス漏れチェックと同じである。

【0040】

制御器８は、燃料バルブ１１ｂを開いて、第２ＦＣスタック１０ｂへの燃料ガス供給を開始する（ステップＳ２２）。制御器８は、第２ＦＣスタック１０ｂの中の圧力が第２圧力閾値に達するまで、燃料ガス供給を続ける（ステップＳ２３）。第２圧力閾値は、第２ＦＣスタック１０ｂが発電可能となる値に設定されている。第２ＦＣスタック１０ｂの内部の圧力は、圧力センサ１２ｂで計測される。

【0041】

制御器８は、第２ＦＣスタック１０ｂの内部の圧力が第２圧力閾値に達すると、燃料バルブ１１ｂを閉じ、第２ＦＣスタック１０ｂへの燃料供給を停止する。その後の所定時間待機する（ステップＳ２３）。所定時間待機した後に第２ＦＣスタック１０ｂの内部の圧力が相当に減っていれば、第２ＦＣスタック１０ｂでガス漏れが生じていることが判明する。逆に、所定時間が経過した後も第２ＦＣスタック１０ｂの内部の圧力があまり下がっていなければガス漏れは生じていないことが判明する。

【0042】

一定時間の待機の後、制御器８は、圧力センサ１２ｂで再び第２ＦＣスタック１０ｂの内部の圧力を計測する（ステップＳ２４）。説明の都合上、所定時間経過後の第２ＦＣスタック１０ｂの内部の圧力を第２ＦＣ圧と称する。

【0043】

制御器８は、第２ＦＣ圧が所定の第２圧力下限値を上回っていれば、第２ＦＣスタック１０ｂへの燃料供給を再開し、第２ＦＣスタック１０ｂを起動する（ステップＳ２５：ＹＥＳ、Ｓ２６）。ステップＳ２６が実行されると、第２ＦＣスタック１０ｂからも電力供給が可能となる。ステップＳ２６の後、制御器８は、要求に応じた電力が供給できるように、第１ＦＣスタック１０ａと第２ＦＣスタック１０ｂに供給する燃料ガスと空気（酸素）の量を調整する。

【0044】

一方、第２ＦＣ圧が第２圧力下限値を下回っている場合、制御器８は、第２ＦＣスタック１０ｂのガス漏れを通知する（ステップＳ２５：ＮＯ、Ｓ２７）。ステップＳ２７の通知は、ステップＳ４における通知と同様に、制御器８からディスプレイ９、あるいは、ユーザの端末に送られる。

【0045】

ステップＳ２６が実行されると、ＦＣシステム２は、２個のＦＣスタック１０で発電する。ステップＳ２５の判断がＮＯとなるとき、ＦＣシステム２は、第１ＦＣスタック１０ａのみで発電する。このとき、ＦＣシステム２は、大きな電力は供給できず、第１ＦＣスタック１０ａの能力内での電力供給が可能となる。

【0046】

以上のとおり、ＦＣシステム２は、まず、筐体内のガス濃度をチェックし、ガス漏れ発生がないと判断した場合には直ちに第１ＦＣスタック１０ａと第２ＦＣスタック１０ｂを起動する。ＦＣシステム２は、起動指令を受けた後に速やかに電力供給の準備が整う。

【0047】

筐体内のガス濃度が第１濃度以上第２濃度以下の場合、容量の小さい第１ＦＣスタック１０ａのガス漏れチェックを先に行う。第１ＦＣスタック１０ａは、第２ＦＣスタック１０ｂと比較して容量が小さいので、素早く燃料ガスを充填させることができる。ガス圧の低下によってガス漏れチェックを行う場合、容量が小さい方が早くガス漏れチェックを終えることができる。ＦＣシステム２は、容量の小さい第１ＦＣスタック１０ａのガス漏れを先にチェックするので、起動指令を受けてから電力供給の準備が整うまでの時間が短い。

【0048】

なお、第１ＦＣスタック１０ａでガス漏れが検知された場合（ステップＳ１５：ＮＯ）、制御器８は、第１ＦＣスタック１０ａの中の燃料ガスを空気で希釈して大気へ放出する。第２ＦＣスタック１０ｂでガス漏れが検知された場合（ステップＳ２５：ＮＯ）も同様に、第２ＦＣスタック１０ｂの中の燃料ガスを空気で希釈して大気へ放出する。

【0049】

（第２実施例）図５を参照しつつ第２実施例のＦＣシステム１０２を説明する。ＦＣシステム１０２は、ガスセンサ２１を備えないことを除き、第１実施例のＦＣシステム２と同じ構造である。従ってＦＣシステム１０２は、ガスセンサを使ったガス漏れ検知は行わない。ＦＣシステム１０２の制御器１０８は、図２の処理は実行せず、図３、４の処理によりガス漏れチェックを行う。第１実施例のＦＣシステム２と同様に、第２実施例のＦＣシステム１０２も、第１ＦＣスタック１０ａの容量は、第２ＦＣスタック１０ｂの容量よりも小さい。

【0050】

制御器１０８は、起動指令を受けると次の処理を実行する。（１）第２ＦＣスタック１０ｂへの燃料ガスの供給は止めたまま第１ＦＣスタック１０ａへの燃料ガス供給を開始する（ステップＳ１２）。（２）第１ＦＣスタック１０ａ内の圧力が所定の第１圧力閾値に達したら第１ＦＣスタック１０ａへの燃料ガスの供給を停止し、所定時間待機する（ステップＳ１３）。所定時間の待機の後、第１ＦＣスタック１０ａ内の圧力（第１ＦＣ圧）が第１圧力下限値を上回っていれば、第１ＦＣスタック１０ａを起動する（ステップＳ１５：ＹＥＳ、Ｓ１６）。続いて第２ＦＣスタック１０ｂへの燃料ガス供給を開始する（ステップＳ２２）。（３）第１ＦＣ圧が第１圧力下限値を下回っていれば、第１ＦＣスタック１０ａを起動せずに第２ＦＣスタック１０ｂへの燃料ガスの供給を開始する（ステップＳ１５：ＮＯ、Ｓ１７、Ｓ２２）。（４）第２ＦＣスタック１０ｂ内の圧力が第２圧力閾値に達したら第２ＦＣスタック１０ｂへの燃料ガスの供給を停止し、所定時間待機する（ステップＳ２３）。所定時間の待機の後、第２ＦＣスタック１０ｂ内の圧力（第２ＦＣ圧）が所定の第２圧力下限値を上回っていれば、第２ＦＣスタック１０ｂを起動する（ステップＳ２５：ＹＥＳ、Ｓ２６）。（５）第２ＦＣ圧が第２圧力下限値を下回っている場合、第２ＦＣスタック１０ｂを起動しない（ステップＳ２５：ＮＯ、Ｓ２７）。

【0051】

第２実施例のＦＣシステム１０２も、容量の小さい第１ＦＣスタック１０ａのガス漏れチェックを第２ＦＣスタック１０ｂよりも先に実施する。第１ＦＣスタック１０ａにガス漏れが生じていないことが確認できると、第２ＦＣスタック１０ｂのガス漏れチェックの終了をまたずに第１ＦＣスタック１０ａを起動する。第２実施例のＦＣシステム１０２も、起動指令を受けた後、素早く電力供給を開始することができる。

【0052】

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。本明細書が開示するＦＣシステムは、並列に接続された３個以上のＦＣスタックを有していてもよい。３個以上のＦＣスタックのうち、少なくとも１個のＦＣスタックの容量が他のＦＣスタックの容量よりも小さければよい。

【0053】

実施例の説明において、「を上回る」との表現は「以上」に代えてもよい。同様に、「を下回る」という表現は「以下」に代えてもよい。すなわち、フローチャートの不等式の判断において、右辺と左辺が等しい場合を「ＹＥＳ」に含むか「ＮＯ」に含むかはどちらでもよい。

【0054】

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

【符号の説明】

【0055】

２、１０２：燃料電池システム ３：燃料タンク ４：燃料供給管 ４ａ：リターン管 ５：空気供給管 ６：インバータ ７：システム出力端 ８、１０８：制御器 ９：ディスプレイ １０、１０ａ、１０ｂ：ＦＣスタック １１ａ、１１ｂ、１３１、１３ｂ：バルブ １２ａ、１２ｂ：圧力センサ １４ａ、１４ｂ：エアコンプレッサ １６：昇圧コンバータ ２０：筐体 ２１：ガスセンサ ３１：排ガス管 ３２：排空気管 ３３：気液分離器 ３４：排気バルブ ３５：マフラ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】