特許 7564073 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】2024-09-30

(45)【発行日】2024-10-08

(54)【発明の名称】燃料電池システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04303 20160101AFI20241001BHJP

   B60L 58/30 20190101ALI20241001BHJP

   B60L 58/40 20190101ALI20241001BHJP

   H01M 8/04228 20160101ALI20241001BHJP

   H01M 8/04537 20160101ALI20241001BHJP

   H01M 8/04664 20160101ALI20241001BHJP

   H01M 8/04858 20160101ALI20241001BHJP

【ＦＩ】

H01M8/04303

B60L58/30

B60L58/40

H01M8/04228

H01M8/04537

H01M8/04664

H01M8/04858

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021164928

(22)【出願日】2021-10-06

(65)【公開番号】P2023055497

(43)【公開日】2023-04-18

【審査請求日】2024-02-15

(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】100121083

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 宏義

(74)【代理人】

【識別番号】100138391

【弁理士】

【氏名又は名称】天田 昌行

(74)【代理人】

【識別番号】100074099

【弁理士】

【氏名又は名称】大菅 義之

(72)【発明者】

【氏名】富本 尚也

【審査官】藤森 一真

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－０９０８２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２７２４４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１２５４３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０９１６０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１１３３２１２４（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６０Ｌ ５０／７０ － ５０／７５

Ｂ６０Ｌ ５８／３０ － ５８／４０

Ｈ０１Ｍ ８／０４ － ８／０６６８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料電池と、
外部負荷と、
ダイオードと、前記ダイオードに直列接続されるスイッチと、前記ダイオードと前記スイッチとの接続点と前記燃料電池との間に接続されるインダクタと、前記ダイオード及び前記スイッチに並列接続されるコンデンサとを備え、前記燃料電池のスタック電圧が前記外部負荷の電圧より低い場合、前記スイッチが繰り返しオン、オフすることで前記スタック電圧を昇圧して前記外部負荷に出力し、前記スタック電圧が前記外部負荷の電圧より高い場合、前記スイッチを常時オフすることで前記スタック電圧を降圧して前記外部負荷に出力するＤＣＤＣコンバータと、
前記コンデンサに接続される蓄電装置と、
前記コンデンサと前記蓄電装置との間に接続されるリレーと、
前記コンデンサと前記リレーとの間に接続される内部負荷と、
前記内部負荷の駆動を制御することで前記燃料電池を発電させる制御部と、
を備え、
前記制御部は、当該燃料電池システムのシャットダウン要求が入力されると、前記リレーを導通させた状態で前記スタック電圧が所定スタック電圧より小さくなるまで前記スタック電圧を制御するための電圧指令値を徐々に低下させるとともに前記内部負荷を駆動させた後、前記リレーを遮断させた状態で前記内部負荷の電圧が所定電圧より小さくなるまで前記内部負荷を駆動させる
ことを特徴とする燃料電池システム。

【請求項2】

請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記内部負荷は、前記燃料電池から排出されるアノードガスを前記燃料電池に再度供給する循環ポンプである
ことを特徴とする燃料電池システム。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記シャットダウン要求が入力されると、前記リレーを導通させた状態で前記電圧指令値が所定電圧指令値より小さくなるまで前記電圧指令値を徐々に低下させるとともに前記内部負荷を駆動させた後、前記リレーを導通させた状態で前記スタック電圧が前記所定スタック電圧より小さくなるまで前記内部負荷を駆動させた後、前記リレーを遮断させた状態で前記内部負荷の電圧が前記所定電圧より小さくなるまで前記内部負荷を駆動させる
ことを特徴とする燃料電池システム。

【請求項4】

請求項１～３の何れか１項に記載の燃料電池システムであって、
当該燃料電池システムは、車両に搭載され、
前記車両がキーオフすると、または、当該燃料電池システムにエラーが発生すると、または、前記車両の非常停止ボタンが押されると、または、前記車両側の制御システムが自動的に停止すると、前記シャットダウン要求が前記制御部に入力される
ことを特徴とする燃料電池システム。

【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】

燃料電池システムとして、燃料電池システムの稼働時、燃料電池の電圧（スタック電圧）が外部負荷の電圧より低い場合、ＤＣＤＣコンバータ内のスイッチが繰り返しオン、オフすることでスタック電圧が昇圧されて外部負荷に出力され、スタック電圧が外部負荷の電圧より高い場合、ＤＣＤＣコンバータ内のスイッチが常時オフすることでスタック電圧が降圧されて外部負荷に出力されるものがある。関連する技術として、特許文献１がある。

【0003】

しかしながら、上記燃料電池システムでは、燃料電池システムのシャットダウン時、スタック電圧が比較的高くなってしまうと、燃料電池からＤＣＤＣコンバータを介して外部負荷に意図しない電流が流れるおそれがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１９－１２５４３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明の一側面に係る目的は、燃料電池システムのシャットダウン時に燃料電池システムから外部負荷に意図しない電流が流れることを抑制することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る一つの形態である燃料電池システムは、燃料電池と、外部負荷と、ダイオードと、前記ダイオードに直列接続されるスイッチと、前記ダイオードと前記スイッチとの接続点と前記燃料電池との間に接続されるインダクタと、前記ダイオード及び前記スイッチに並列接続されるコンデンサとを備え、前記燃料電池のスタック電圧が前記外部負荷の電圧より低い場合、前記スイッチが繰り返しオン、オフすることで前記スタック電圧を昇圧して前記外部負荷に出力し、前記スタック電圧が前記外部負荷の電圧より高い場合、前記スイッチを常時オフすることで前記スタック電圧を降圧して前記外部負荷に出力するＤＣＤＣコンバータと、前記コンデンサに接続される蓄電装置と、前記コンデンサと前記蓄電装置との間に接続されるリレーと、前記コンデンサと前記リレーとの間に接続される内部負荷と、前記内部負荷の駆動を制御することで前記燃料電池を発電させる制御部とを備える。

【0007】

前記制御部は、当該燃料電池システムのシャットダウン要求が入力されると、前記リレーを導通させた状態で前記スタック電圧が所定スタック電圧より小さくなるまで前記スタック電圧を制御するための電圧指令値を徐々に低下させるとともに前記内部負荷を駆動させた後、前記リレーを遮断させた状態で前記内部負荷の電圧が所定電圧より小さくなるまで前記内部負荷を駆動させる。

【0008】

これにより、内部負荷の電圧より先にスタック電圧を低下させることができるため、スタック電圧が内部負荷の電圧より大きくなることを抑えることができ、燃料電池システムのシャットダウン時に燃料電池システムからＤＣＤＣコンバータを介して外部負荷に意図しない電流が流れることを抑制することができる。

【0009】

また、前記内部負荷を、前記燃料電池から排出されるアノードガスを前記燃料電池に再度供給する循環ポンプとしてもよい。

【0010】

これにより、スタック電圧及び内部負荷の電圧を低下させる処理と並行して燃料電池の掃気処理を同時に行うことができるため、スタック電圧及び内部負荷の電圧を低下させる処理と掃気処理とを順次行う場合に比べて、燃料電池システムのシャットダウンにかかる時間を短縮することができる。

【0011】

また、前記制御部は、前記シャットダウン要求が入力されると、前記リレーを導通させた状態で前記電圧指令値が所定電圧指令値より小さくなるまで前記電圧指令値を徐々に低下させるとともに前記内部負荷を駆動させた後、前記リレーを導通させた状態で前記スタック電圧が前記所定スタック電圧より小さくなるまで前記内部負荷を駆動させた後、前記リレーを遮断させた状態で前記内部負荷の電圧が前記所定電圧より小さくなるまで前記内部負荷を駆動させるように構成してもよい。

【0012】

また、当該燃料電池システムは、車両に搭載され、前記車両がキーオフすると、または、当該燃料電池システムにエラーが発生すると、または、前記車両の非常停止ボタンが押されると、または、前記車両側の制御システムが自動的に停止すると、前記シャットダウン要求が前記制御部に入力されるように構成してもよい。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、燃料電池システムのシャットダウン時に燃料電池システムから外部負荷に意図しない電流が流れることを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】実施形態の燃料電池システムの一例を示す図である。

【図2】電圧変換部の一例を示す図である。

【図3】発電停止時の制御部の動作の一例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】

【0015】

以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。

【0016】

図１は、実施形態の燃料電池車両の一例を示す図である。

【0017】

図１に示す燃料電池システム１は、車両Ｖｅに搭載され、外部負荷Ｌｏなどに電力を供給する。なお、車両Ｖｅは、フォークリフトなどの産業車両や自動車などとする。また、外部負荷Ｌｏは、走行用モータを駆動するインバータなどとする。

【0018】

また、燃料電池システム１は、燃料電池ＦＣと、水素タンクＨＴと、水素タンク弁ＨＴＶと、インジェクタＩＮＪと、気液分離機ＧＬＳと、循環ポンプＨＰと、排気排水弁ＥＤＶと、希釈器ＤＩＬと、エアコンプレッサＡＣＰと、エア調圧弁ＡＲＶと、エアシャット弁ＡＳＶとを備える。

【0019】

また、燃料電池システム１は、さらに、ラジエタＲと、ファンＦと、ウォータポンプＷＰと、インタークーラＩＣと、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶと、蓄電装置Ｂと、リレーＲｅと、電流センサＳｉｆと、電圧センサＳｖｆと、電流センサＳｉｂと、電圧センサＳｖｂと、記憶部２と、制御部３とを備える。

【0020】

燃料電池ＦＣは、互いに直列接続される複数の燃料電池セルにより構成される燃料電池であり、アノードガス（水素ガスなど）に含まれる水素とカソードガス（空気など）に含まれる酸素との電気化学反応により電気を発生させる。

【0021】

水素タンクＨＴは、アノードガスの貯蔵容器である。水素タンクＨＴに貯蔵されたアノードガスは水素タンク弁ＨＴＶ及びインジェクタＩＮＪを介して燃料電池ＦＣに供給される。

【0022】

水素タンク弁ＨＴＶは、燃料電池ＦＣに供給されるアノードガスを減圧する。

【0023】

インジェクタＩＮＪは、燃料電池ＦＣに供給されるアノードガスの流量を調整する。

【0024】

気液分離機ＧＬＳは、燃料電池ＦＣから排出されるアノードガスと液水とを分離する。

【0025】

循環ポンプＨＰは、気液分離機ＧＬＳにより分離されたアノードガスを燃料電池ＦＣに再度供給する。

【0026】

排気排水弁ＥＤＶは、気液分離機ＧＬＳにより分離された液水を希釈器ＤＩＬに送る。希釈器ＤＩＬに送られた液水は、希釈器ＤＩＬ内のタンクに溜まる。また、燃料電池ＦＣから排出されたアノードガスとカソードガスは希釈器ＤＩＬで合流し、燃料電池システム１の外部に排出される。

【0027】

エアコンプレッサＡＣＰは、燃料電池システム１の周囲に存在するカソードガスを圧縮しインタークーラＩＣ及びエアシャット弁ＡＳＶを介して燃料電池ＦＣに供給する。なお、エアコンプレッサＡＣＰの圧縮率は、燃料電池ＦＣの下流に設けられるエア調圧弁ＡＲＶの開度を調節することで制御される。

【0028】

インタークーラＩＣは、圧縮により高温になったカソードガスをインタークーラＩＣに流れる冷却水などの冷媒と熱交換させる。

【0029】

エアシャット弁ＡＳＶは、燃料電池ＦＣに供給されるカソードガスを遮断する。なお、車両Ｖｅのイグニッションキーがオンしているとき、エアシャット弁ＡＳＶは常に全開になっているものとする。

【0030】

エア調圧弁ＡＲＶは、燃料電池ＦＣに供給されるカソードガスの圧力や流量を調整する。

【0031】

ラジエタＲは、燃料電池ＦＣの発熱により温められた冷媒を外気と熱交換させる。

【0032】

ファンＦは、ラジエタＲの放熱量を上昇させる。

【0033】

ウォータポンプＷＰは、ラジエタＲにより冷却された冷媒をインタークーラＩＣを介して燃料電池ＦＣに供給する。

【0034】

ＤＣＤＣコンバータＣＮＶは、燃料電池ＦＣの後段に接続され、燃料電池ＦＣから出力される電圧Ｖｆを所定の電圧に変換する。ＤＣＤＣコンバータＣＮＶから出力される電力は、外部負荷Ｌｏ、循環ポンプＨＰなどの内部負荷（補機）、及び蓄電装置Ｂに供給される。例えば、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶは、燃料電池ＦＣの電圧を４８［Ｖ］に変換する。ＤＣＤＣコンバータＣＮＶから出力される電力の一部は、４８［Ｖ］系の内部負荷である循環ポンプＨＰ、エアコンプレッサＡＣＰ、及びウォータポンプＷＰに供給される。また、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶにより４８［Ｖ］に変換された電圧は、他のＤＣＤＣコンバータ（不図示）により１２［Ｖ］の電圧に変換される。他のＤＣＤＣコンバータから出力される電力は、１２［Ｖ］系の内部負荷であるファンＦ、エアシャット弁ＡＳＶ、及びエア調圧弁ＡＲＶに供給される。

【0035】

ここで、図２は、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶの一例を示す図である。

【0036】

図２に示すＤＣＤＣコンバータＣＮＶは、ハイサイドのスイッチＳＷＨと、スイッチＳＷＨに並列接続されるダイオードＤＨと、スイッチＳＷＨに直列接続されるローサイドのスイッチＳＷＬと、スイッチＳＷＬに並列接続されるダイオードＤＬと、スイッチＳＷＨ、ＳＷＬの接続点と燃料電池ＦＣとの間に接続されるインダクタＬと、スイッチＳＷＨ、ＳＷＬに並列接続されるコンデンサＣとを備える。例えば、スイッチＳＷＨ、ＳＷＬがそれぞれＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）により構成される場合、ダイオードＤＨ、ＤＬはスイッチＳＷＨ、ＳＷＬの寄生ダイオードとする。

【0037】

制御部３は、燃料電池システム１の稼働時（燃料電池ＦＣの発電制御時）、燃料電池ＦＣのスタック電圧Ｖｓが外部負荷Ｌｏより低い場合、スイッチＳＷＨとスイッチＳＷＬとを交互にオン、オフさせることで、燃料電池ＦＣのスタック電圧Ｖｓを昇圧させて外部負荷Ｌｏに出力する。また、制御部３は、燃料電池システム１の稼働時、燃料電池ＦＣのスタック電圧Ｖｓが外部負荷Ｌｏより高い場合、スイッチＳＷＨとスイッチＳＷＬとを常時オフさせることで、燃料電池ＦＣのスタック電圧Ｖｓを降圧させて外部負荷Ｌｏに出力する。あるいは、スイッチＳＷＨをオンにし、ダイオードＤＨとスイッチＳＷＨが並列に接続された状態で外部負荷Ｌｏに出力してもよい。

【0038】

なお、スイッチＳＷＨを省略してもよい。このようにスイッチＳＷＨを省略する場合、ダイオードＤＨのアノード端子はインダクタＬとスイッチＳＷＬとの接続点に接続され、ダイオードＤＨのカソード端子はコンデンサＣの一方端に接続される。また、制御部３は、燃料電池システム１の稼働時、燃料電池ＦＣのスタック電圧Ｖｓが外部負荷Ｌｏより低い場合、スイッチＳＷＬを繰り返しオン、オフさせることで、燃料電池ＦＣのスタック電圧Ｖｓを昇圧させて外部負荷Ｌｏに出力する。また、制御部３は、燃料電池システム１の稼働時、燃料電池ＦＣのスタック電圧Ｖｓが外部負荷Ｌｏより高い場合、スイッチＳＷＬを常時オフさせることで、燃料電池ＦＣのスタック電圧Ｖｓを降圧させて外部負荷Ｌｏに出力する。

【0039】

また、図１に示す蓄電装置Ｂは、リチウムイオンキャパシタなどにより構成され、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶと外部負荷Ｌｏとの間に接続されている。ＤＣＤＣコンバータＣＮＶから出力される電力と、４８［Ｖ］系の内部負荷及び１２［Ｖ］系の内部負荷にそれぞれ供給される電力の合計値との差に相当する供給電力が、燃料電池システム１の外部（例えば、車両Ｖｅに搭載される走行制御部４）から要求される要求電力より大きい場合、その供給電力のうち、要求電力分の電力が外部負荷Ｌｏに供給されるとともに、残りの電力が蓄電装置Ｂに供給される。ＤＣＤＣコンバータＣＮＶから蓄電装置Ｂに電力が供給されると、蓄電装置Ｂが充電され蓄電装置Ｂの状態変数Ｓが増加する。また、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶから出力される電力と、４８［Ｖ］系の内部負荷及び１２［Ｖ］系の内部負荷にそれぞれ供給される電力の合計値との差に相当する供給電力が、燃料電池システム１の外部から要求される要求電力より小さい場合、その供給電力が外部負荷Ｌｏに供給されるとともに、足りない分の電力が蓄電装置Ｂから外部負荷Ｌｏに供給される。蓄電装置Ｂから外部負荷Ｌｏに電力が供給されると、蓄電装置Ｂが放電され蓄電装置Ｂの状態変数Ｓが減少する。なお、状態変数Ｓとは、蓄電装置Ｂの充電率［％］（蓄電装置Ｂの満充電容量に対する残容量の割合）、または、蓄電装置Ｂに電流が流れていないときの蓄電装置Ｂの開回路電圧［Ｖ］、または、蓄電装置Ｂに電流が流れているときの蓄電装置Ｂの閉回路電圧［Ｖ］、または、蓄電装置Ｂに流れる電流の積算値［Ａｈ］などとする。

【0040】

リレーＲｅは、電磁式リレーなどにより構成される。リレーＲｅの一方端子は、電圧センサＳｖｆ、電流センサＳｉｂ、循環ポンプＨＰなどの内部負荷、及び外部負荷Ｌｏを介してＤＣＤＣコンバータＣＮＶの出力端子（コンデンサＣ）に接続され、リレーＲｅの他方端子は、蓄電装置Ｂに接続されている。すなわち、コンデンサＣに蓄電装置Ｂが接続され、コンデンサＣと蓄電装置Ｂとの間にリレーＲｅが接続され、コンデンサＣとリレーＲｅとの間に外部負荷Ｌｏや内部負荷が接続されている。制御部３の指示によりリレーＲｅが接続すると、電圧センサＳｖｆ、電流センサＳｉｂ、内部負荷、外部負荷Ｌｏ、及びＤＣＤＣコンバータＣＮＶと、蓄電装置Ｂとが電気的に接続される。一方、制御部３の指示によりリレーＲｅが遮断すると、電圧センサＳｖｆ、電流センサＳｉｂ、内部負荷、外部負荷Ｌｏ、及びＤＣＤＣコンバータＣＮＶと、蓄電装置Ｂとが電気的に遮断される。

【0041】

電流センサＳｉｆは、シャント抵抗やホール素子などにより構成され、燃料電池ＦＣからＤＣＤＣコンバータＣＮＶに流れる電流Ｉｆを検出し、その検出した電流Ｉｆを制御部３に送る。

【0042】

電圧センサＳｖｆは、分圧抵抗などにより構成され、燃料電池ＦＣのスタック電圧Ｖｓを検出し、その検出したスタック電圧Ｖｓを制御部３に送る。

【0043】

電流センサＳｉｂは、シャント抵抗やホール素子などにより構成され、リレーＲｅが接続されているとき、ＤＣＤＣコンバータＣＮＶから蓄電装置Ｂに流れる電流Ｉｂまたは蓄電装置Ｂから外部負荷Ｌｏに流れる電流Ｉｂを検出し、その検出した電流Ｉｂを制御部３に送る。

【0044】

電圧センサＳｖｂは、分圧抵抗などにより構成され、リレーＲｅと蓄電装置Ｂとが直列接続された状態での蓄電装置Ｂの電圧Ｖｂを検出し、その検出した電圧Ｖｂを制御部３に送る。すなわち、リレーＲｅが接続された場合は蓄電装置Ｂの電圧を監視し、リレーＲｅが遮断された場合は、４８Ｖ系における残留電荷（例えば、内部負荷に残留する電荷）に起因する電圧を測定する。

【0045】

記憶部２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）などにより構成される。

【0046】

制御部３は、マイクロコンピュータなどにより構成される。

【0047】

また、制御部３は、燃料電池システム１の稼働時、蓄電装置Ｂの状態変数Ｓに応じて目標発電電力Ｐｔを段階的に変化させる。

【0048】

また、制御部３は、燃料電池システム１の稼働時、燃料電池ＦＣの発電電力が目標発電電力Ｐｔに追従するように、４８［Ｖ］系の内部負荷や１２［Ｖ］系の内部負荷の動作を制御する。例えば、制御部３は、燃料電池システム１の稼働時、ＰＩ（Proportional-Integral）制御により、燃料電池ＦＣの発電電力と目標発電電力Ｐｔとの差がゼロになるように、４８［Ｖ］系の内部負荷や１２［Ｖ］系の内部負荷の動作を制御する。

【0049】

また、制御部３は、燃料電池システム１のシャットダウン要求が入力されると、燃料電池システム１から外部負荷Ｌｏに電力が供給されないように燃料電池ＦＣの発電を停止させるとともにリレーＲｅを遮断させる。

【0050】

また、制御部３は、燃料電池システム１のシャットダウン要求が入力されると、燃料電池ＦＣの劣化を抑制するために燃料電池ＦＣのスタック電圧Ｖｓを低下させる。

【0051】

仮に、燃料電池システム１のシャットダウン時において、燃料電池ＦＣのスタック電圧Ｖｓが内部負荷の電圧より大きくなると、燃料電池ＦＣ内の残留ガスの反応により燃料電池ＦＣからＤＣＤＣコンバータＣＮＶのインダクタＬ及びダイオードＤＨを介して外部負荷Ｌｏに意図しない電流が流れてしまう。

【0052】

そこで、実施形態の制御部３では、燃料電池システム１のシャットダウン要求が入力されると、燃料電池ＦＣのスタック電圧Ｖｓを内部負荷の電圧（４８［Ｖ］系の内部負荷や１２［Ｖ］系の内部負荷の電圧）より先に低下させる。

【0053】

これにより、燃料電池システム１のシャットダウン時、燃料電池ＦＣのスタック電圧Ｖｓが内部負荷の電圧より大きくなることを抑制することができるため、燃料電池システム１から外部負荷Ｌｏに意図しない電流が流れることを抑制することができる。

【0054】

ここで、図３は、燃料電池システム１のシャットダウン時の制御部３の動作の一例を示すフローチャートである。なお、所定電圧指令値Ｖｓ＊ｔｈ＞所定スタック電圧Ｖｓｔｈ≧所定電圧Ｖｂｔｈとする。また、リレーＲｅは導通しているものとする。

【0055】

まず、制御部３は、燃料電池システム１のシャットダウン要求が入力されると（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、スタック電圧Ｖｓを記憶部２に格納するとともに、電圧指令値Ｖｓ＊を漸減（徐々に低下）させるとともに、循環ポンプＨＰを駆動させることで燃料電池ＦＣ内の掃気処理を行う（ステップＳ１２）。例えば、車両Ｖｅがキーオフすると、または、燃料電池システム１にエラーが発生すると、または、車両Ｖｅの非常停止ボタンが押されると、または、車両Ｖｅ側の制御システムが自動的に停止すると、シャットダウン要求が制御部３に入力されるものとする。なお、車両Ｖｅの状態がアイドル状態になってから所定時間経過すると、車両Ｖｅ側の制御システムが自動的に停止するものとする。また、制御部３は、スタック電圧Ｖｓが電圧指令値Ｖｓ＊に追従するように４８Ｖ系の内部負荷や１２Ｖ系の内部負荷の動作を制御する。そのため、ステップＳ１２が繰り返し実行されると、電圧指令値Ｖｓ＊が徐々に低下するため、スタック電圧Ｖｓも徐々に低下する。また、ステップＳ１２では、掃気処理が行われるため、燃料電池ＦＣに溜まった液水が燃料電池ＦＣの外部に排出される。

【0056】

次に、制御部３は、電圧指令値Ｖｓ＊が所定電圧指令値Ｖｓ＊ｔｈ以上である場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）、ステップＳ１２の処理を繰り返し実行し、電圧指令値Ｖｓ＊が所定電圧指令値Ｖｓ＊ｔｈより小さくなると（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、電圧指令値Ｖｓ＊を所定電圧指令値Ｖｓ＊ｔｈに維持するとともに、循環ポンプＨＰを駆動させることで燃料電池ＦＣ内の掃気処理を行う（ステップＳ１４）。循環ポンプＨＰが駆動することにより、燃料電池ＦＣの発電電力や蓄電装置Ｂの電力が消費されるため、スタック電圧Ｖｓや蓄電装置Ｂの電圧Ｖｂが低下する。そのため、ステップＳ１４が繰り返し実行されると、スタック電圧Ｖｓや蓄電装置Ｂの電圧Ｖｂが徐々に低下する。また、ステップＳ１４では、掃気処理が行われるため、燃料電池ＦＣに溜まった液水が燃料電池ＦＣの外部に排出される。

【0057】

次に、制御部３は、スタック電圧Ｖｓが所定スタック電圧Ｖｓｔｈ以上である場合（ステップＳ１５：Ｎｏ）、ステップＳ１４の処理を繰り返し実行し、スタック電圧Ｖｓが所定スタック電圧Ｖｓｔｈより小さくなると（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）、リレーＲｅを遮断するとともに、循環ポンプＨＰを駆動させることで燃料電池ＦＣ内の掃気処理を行う（ステップＳ１６）。リレーＲｅが遮断された状態で、循環ポンプＨＰが駆動すると、４８Ｖ系の残留電荷（４８［Ｖ］系の内部負荷に残留する電荷）のみが消費されるため、電圧センサＳｖｂが検出する電圧Ｖｂ、すなわち４８Ｖ系の電圧（４８［Ｖ］系の内部負荷の電圧）が低下する。そのため、ステップＳ１６が繰り返し実行されると、４８Ｖ系の電圧（４８［Ｖ］系の内部負荷の電圧）が徐々に低下する。また、ステップＳ１６では、掃気処理が行われるため、燃料電池ＦＣに溜まった液水が燃料電池ＦＣの外部に排出される。

【0058】

そして、制御部３は、電圧センサＳｖｂが検出する電圧Ｖｂが所定電圧Ｖｂｔｈ以上である場合（ステップＳ１７：Ｎｏ）、ステップＳ１６の処理を繰り返し実行し、電圧Ｖｂが所定電圧Ｖｂｔｈより小さくなると（ステップＳ１７：Ｙｅｓ）、燃料電池システム１のシャットダウン処理を終了する。

【0059】

このように、実施形態の燃料電池システム１では、燃料電池システム１のシャットダウン要求が入力されると、リレーＲｅを導通させた状態で電圧指令値Ｖｓ＊が所定電圧指令値Ｖｓ＊ｔｈより小さくなるまで電圧指令値Ｖｓ＊を徐々に低下させるとともに循環ポンプＨＰを駆動させる。その後、燃料電池システム１は、リレーＲｅを導通させた状態でスタック電圧Ｖｓが所定スタック電圧Ｖｓｔｈより小さくなるまで循環ポンプＨＰを駆動させた後、リレーＲｅを遮断させた状態で電圧センサＳｖｂが検出する電圧Ｖｂ（内部負荷の電圧）が所定電圧Ｖｂｔｈより小さくなるまで循環ポンプＨＰを駆動させる。これにより、燃料電池システム１のシャットダウン時、内部負荷の電圧より先にスタック電圧Ｖｓを低下させることができるため、スタック電圧Ｖｓが内部負荷の電圧より大きくなることを抑制することができ、燃料電池システム１からＤＣＤＣコンバータＣＮＶを介して外部負荷Ｌｏに意図しない電流が流れることを抑制することができる。

【0060】

また、実施形態の燃料電池システム１では、燃料電池システム１のシャットダウン時、スタック電圧Ｖｓや内部負荷の電圧を低下させる処理と、燃料電池ＦＣの掃気処理とを並行して実行する構成であるため、スタック電圧Ｖｓや内部負荷の電圧を低下させる処理と、燃料電池ＦＣの掃気処理とを直列に順次実行する場合に比べて、燃料電池システム１のシャットダウンにかかる時間を短縮することができる。

【0061】

なお、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。

【0062】

＜変形例１＞
図３に示すフローチャートにおいて、ステップＳ１３、Ｓ１４を省略してもよい。すなわち、制御部３は、燃料電池システム１のシャットダウン時、リレーＲｅを導通させた状態で燃料電池ＦＣのスタック電圧Ｖｓが所定スタック電圧Ｖｓｔｈより小さくなるまで電圧指令値Ｖｓ＊を漸減（徐々に低下）させるとともに循環ポンプＨＰを駆動させた後、リレーＲｅを遮断させた状態で電圧センサＳｖｂが検出する電圧Ｖｂ（内部負荷の電圧）が所定電圧Ｖｂｔｈより小さくなるまで循環ポンプＨＰを駆動させるように構成してもよい。

【0063】

このように構成しても、燃料電池システム１のシャットダウン時、内部負荷の電圧より先にスタック電圧Ｖｓを低下させることができるため、スタック電圧Ｖｓが内部負荷の電圧より大きくなることを抑制することができ、燃料電池システム１からＤＣＤＣコンバータＣＮＶを介して外部負荷Ｌｏに意図しない電流が流れることを抑制することができる。

【0064】

＜変形例２＞
上記実施形態では、残留電荷を抜くための内部負荷として、循環ポンプＨＰが用いられているが、残留電荷を抜くための内部負荷として循環ポンプＨＰ以外の内部負荷（例えば、エアコンプレッサＡＣＰまたはウォータポンプＷＰなど）を用いてもよい。

【0065】

＜変形例３＞
上記実施形態の燃料電池システム１は、車両Ｖｅに搭載される外部負荷Ｌｏに電力を供給する発電機として構成しているが、燃料電池システム１を、商用電源と協働して燃料電池システム１の外部に設けられる負荷に電力を供給する定置発電機として構成してもよい。その場合、制御部が負荷の要求電力量を監視し、要求電力量が所定電力閾値以上、かつ所定時間以上継続場合に、高負荷状態であると判断するのが好ましい。

【符号の説明】

【0066】

１ 燃料電池システム
２ 記憶部
３ 制御部
４ 走行制御部
Ｖｅ 車両
Ｌｏ 外部負荷
ＦＣ 燃料電池
ＨＴ 水素タンク
ＨＴＶ 水素タンク弁
ＩＮＪ インジェクタ
ＧＬＳ 気液分離機
ＨＰ 循環ポンプ
ＥＤＶ 排気排水弁
ＤＩＬ 希釈器
ＡＣＰ エアコンプレッサ
ＡＲＶ エア調圧弁
ＡＳＶ エアシャット弁
Ｒ ラジエタ
Ｆ ファン
ＷＰ ウォータポンプ
ＩＣ インタークーラ
ＣＮＶ ＤＣＤＣコンバータ
Ｂ 蓄電装置
Ｒｅ リレー
Ｓｉｆ、Ｓｉｂ 電流センサ
Ｓｖｆ、Ｓｖｂ 電圧センサ

【図1】

【図2】

【図3】