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公開番号2025085886
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-06
出願番号2023199574
出願日2023-11-27
発明の名称燃料電池システム
出願人株式会社豊田自動織機,トヨタ自動車株式会社
代理人インフォート弁理士法人
主分類H01M 8/04 20160101AFI20250530BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】燃料電池システムにおいて高濃度の水素の排気を防ぐ。
【解決手段】燃料電池システムは、燃料電池、燃料電池のカソードに接続されるカソード流路と、カソード流路上に設けられてカソードにエアを供給するエア供給手段、カソード流路上に設けられてカソードを封止する封止手段、および燃料電池の状態を制御するコントローラを備える。カソードが封止手段により封止された状態で燃料電池のカソードコンパートメント内に水素が所定量以上存在すると判断したときに、コントローラは、エア供給手段を利用してカソードにエアを供給することでカソードコンパートメント内のガスを排気する。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
燃料電池と、
前記燃料電池のカソードに接続されるカソード流路と、
前記カソード流路上に設けられ、前記カソードにエアを供給するエア供給手段と、
前記カソード流路上に設けられ、前記カソードを封止する封止手段と、
前記燃料電池の状態を制御するコントローラと、を備え、
前記カソードが前記封止手段により封止された状態で前記燃料電池のカソードコンパートメント内に水素が所定量以上存在すると判断したときに、前記コントローラは、前記エア供給手段を利用して前記カソードにエアを供給することで前記カソードコンパートメント内のガスを排気する
ことを特徴とする燃料電池システム。
続きを表示（約 800 文字）【請求項２】
前記コントローラは、前記燃料電池のアノードに水素を供給する水素入れ工程、および前記水素入れ工程の後に前記燃料電池のカソードにエアを供給するエア入れ工程を含む起動シーケンスを制御する機能を備え、
前記起動シーケンスの途中であって前記エア入れ工程が終了する前に前記燃料電池を停止する指示を受信したときに、前記コントローラは、前記エア入れ工程を行うことで前記カソードコンパートメント内のガスを排気する
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記カソード流路は、前記カソードにエアを供給するエア供給流路および前記カソードコンパートメントからカソードオフガスを排気する排気流路を備え、
前記封止手段は、前記エア供給流路上に設けられるエアシャットバルブおよび前記排気流路上に設けられるエア調圧バルブを備える
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
燃料電池と、
前記燃料電池の状態を制御するコントローラと、
前記コントローラの制御に基づいて前記燃料電池のアノードに水素を供給する水素供給手段と、
前記コントローラの制御に基づいて前記燃料電池のカソードにエアを供給するエアコンプレッサと、を備え、
前記コントローラは、前記燃料電池のアノードに水素を供給する水素入れ工程、および前記水素入れ工程の後に前記燃料電池のカソードにエアを供給するエア入れ工程を含む起動シーケンスを制御する機能を備え、
前記起動シーケンスの途中であって前記エア入れ工程が終了する前に前記燃料電池を停止する指示を受信したときに、前記コントローラは、前記エア入れ工程を行うことでカソードコンパートメント内のガスを排気する
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係わり、特に、産業車両に搭載される燃料電池システムに係わる。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは、電解質を介して水素と酸素とを電気化学的に反応させることで電力を生成する。例えば、外部負荷からの要求に応じて、燃料電池に供給する水素および／またはエアの量を調整することで、外部負荷が必要とする電力が生成される。
【０００３】
燃料電池システムは、予め決められたシーケンスに従って動作することが想定されている。例えば、起動シーケンスにおいては、先にアノードに水素が供給され、その後にカソードにエアが供給される。また、停止シーケンスにおいては、水素／エアの供給を停止すると共に、キャパシタ等の補助電源の充電が行われる。なお、特許文献１には、燃料電池を起動する際に、燃料ガス流路または酸化剤ガス流路の少なくとも一方に残留するガスを強制的に排気処理し、燃料電池を停止する際に、燃料ガスまたは酸化剤ガスの少なくとも一方の供給を停止した状態で、所定の時間だけ発電を行う手順が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２００５－２０３２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、燃料電池システムは、予め決められたシーケンスに従って動作することが想定されている。ところが、燃料電池システムは、予め決められたシーケンスから外れて動作することがある。例えば、燃料電池システムは、フォークリフト等の産業車両に搭載される。ここで、産業車両は、一般に、起動および停止が頻繁に繰り返される。このため、産業車両の操作者は、予め決められたシーケンスから外れて燃料電池システムを動作させることがある。例えば、起動シーケンスの途中で産業車両の主スイッチがキーオフされるケースがある。
【０００６】
予め決められたシーケンスから外れて燃料電池システムが動作する場合、燃料電池システムを構成するＦＣ（Fuel Cell）スタック内の水素の濃度が高いまま保持されることがある。この場合、高濃度の水素が排気されるおそれがあり、好ましくない。
【０００７】
本発明の１つの側面に係わる目的は、燃料電池システムにおいて高濃度の水素の排気を防ぐことである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの態様に係わる燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池のカソードに接続されるカソード流路と、前記カソード流路上に設けられ、前記カソードにエアを供給するエア供給手段と、前記カソード流路上に設けられ、前記カソードを封止する封止手段と、前記燃料電池の状態を制御するコントローラを備える。前記カソードが前記封止手段により封止された状態で前記燃料電池のカソードコンパートメント内に水素が所定量以上存在すると判断したときに、前記コントローラは、前記エア供給手段を利用して前記カソードにエアを供給することで前記カソードコンパートメント内のガスを排気する。
【０００９】
この構成によれば、想定外の操作によって燃料電池のカソードコンパートメント内に水素が残存する場合であっても、カソードにエアを供給することでカソードコンパートメント内の水素が排気される。また、エアを供給することで、カソードコンパートメント内に残存する水素は、酸素と反応して水に変化する。したがって、次の起動シーケンスにおいて燃料電池システムから排気される水素の濃度が適切に抑制される。
【００１０】
コントローラは、燃料電池のアノードに水素を供給する水素入れ工程、および水素入れ工程の後に燃料電池のカソードにエアを供給するエア入れ工程を含む起動シーケンスを制御する機能を備えてもよい。この場合、起動シーケンスの途中であってエア入れ工程が終了する前に燃料電池を停止する指示を受信したときに、コントローラは、エア入れ工程を行うことでカソードコンパートメント内のガスを排気する。この構成によれば、ユーザにより起動シーケンスの途中で停止指示が与えられた場合であっても、カソードコンパートメント内の水素を適切に排気できる。
（【００１１】以降は省略されています）

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