JP2002352840A - 燃料電池発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料電池内の残留水素を効率的に放電させ
る。 【解決手段】 燃料電池１０と、燃料電池１０の発電停
止後の電流値を検出する電流検出部１８と、燃料電池の
発電停止後の電圧値を検出する電圧検出部１７と、燃料
電池の出力側に直流電圧制御部１６と、直流電圧制御部
１６の出力側に負荷抵抗１４とを備えることで実現す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池で発電し
た電力を負荷に供給する燃料電池発電装置に関するもの
であり、詳しくは、燃料電池発電装置の発電動作終了後
に上記燃料電池に生ずる劣化現象を防止する放電機構を
備えた燃料電池発電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池は、単位セルの積層体からな
り、電極となる燃料極、空気極にそれぞれ、水素を含む
燃料ガス、酸素を含む空気の酸化剤ガスが供給されるこ
とで、電気化学反応を起こして発電を行うものとして知
られている。また、燃料電池には、垂下特性と呼ばれ、
出力電流の増加に伴って出力電圧が低下するというよう
な発電特性があることが知られている。

【０００３】燃料電池が運転適性温度であるときにおい
て出力電流がゼロのときの電圧である開回路電圧が発生
した状態、つまり、燃料電池の運転を停止、又は、休止
させ、負荷への電流が遮断された状態にして放置すると
電極触媒粒子が粗大化して電極表面積が低下し、燃料電
池の発電性能や寿命の低下を招いてしまう。

【０００４】そこで、このような燃料電池の劣化現象を
回避するために、燃料電池の運転停止に際して、燃料電
池内の反応ガス（燃料ガス及び空気）を窒素などの不活
性ガスに置換して開回路電圧の発生を防止するための運
転操作を行うとともに、燃料電池の出力側に放電抵抗を
接続して開回路電圧を抑制するようにした燃料電池発電
装置が知られている。

【０００５】以下に、図１９を用いて、従来の燃料電池
発電装置１００の要部構成について説明をする。

【０００６】燃料電池発電装置１００は、燃料電池１０
１と、チョッパー１０２と、インバータ１０３と、外部
負荷１０４とを備えている。

【０００７】燃料電池１０１で発電され出力された電力
は、チョッパー１０２、インバータ１０３によって定電
圧制御された後に交流電流に変換されて外部負荷１０４
に供給される。

【０００８】また燃料電池発電装置１００は、燃料電池
１０１の運転停止後に開回路電圧を抑制するための放電
部として、チョッパー１０２の出力側と、インバータ３
の入力側にとの間に備えられ、例えば、チョッパー１０
２の平滑用コンデンサとして用いられる中間回路コンデ
ンサ１０５と、中間回路コンデンサ１０５に蓄えられた
電荷を放電するためのスイッチ１０６及び放電抵抗１０
７からなる中間放電装置１０８とを備えている。

【０００９】この燃料電池発電装置１００では、図示し
ない制御部から燃料電池１０１に運転停止命令が送出さ
れると、中間放電装置１０８のスイッチ１０６を閉じ、
外部負荷１０４を遮断し、中間回路コンデンサ１０５
と、放電抵抗１０７とを直列に接続させる。このとき、
チョッパー１０２の運転停止時間は、燃料電池１０１の
放電時間を考慮し、遅延回路を設け、外部負荷１０４が
遮断された時点よりも遅延させる。

【００１０】このような燃料電池発電装置１００では、
燃料電池１０１の運転停止後の残留水素及び残留酸素に
よる発電で燃料電池１０１内で蓄積された電荷は、チョ
ッパー１０２を介して中間回路コンデンサ１０５に蓄積
され、さらにスイッチ１０６を介して、放電抵抗１０７
によって放電する。

【００１１】このようにして、燃料電池発電装置１００
では、燃料電池１０１を開回路電圧に曝すことなく劣化
を回避させていた。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た燃料電池発電装置１００のように、放電部として中間
放電装置１０８を備え、放電抵抗１０７で残留水素によ
って生成される電荷を放電する場合、放電時間を短縮さ
せようとすると放電抵抗１０７を大型する必要があり、
それに伴い燃料電池発電装置１００自体が大型化してし
まうといった問題がある。逆に燃料電池発電装置１００
を小型化し、放電抵抗１０７を小さくすると放電時間が
長くなってしまうという問題がある。

【００１３】さらに、従来の燃料電池発電装置１００の
ように、放電装置１０８が設置されると燃料発電装置１
００のコストが上昇するため、例えば、燃料電池発電装
置１００を搭載した燃料電池車などの製造コストも上が
ってしまうといった問題がある。

【００１４】そこで、本発明は、上述した従来の問題に
鑑みて提案されたものであり、燃料電池の発電停止後に
残留する燃料ガスにより発生する電荷を短時間で且つ確
実に放電することができる燃料電池発電装置を提供する
ことを目的とするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、請求項１に係る燃料電池発電装置では、電解質膜
を、酸化剤極と燃料極とにより挟んで構成され、上記酸
化剤極側に酸化剤ガスが供給されると共に、上記燃料極
側に燃料ガスが供給されて発電する燃料電池と、上記燃
料電池の出力側に設けられ、上記燃料電池で発電した電
力を直流電流に変換して出力する直流電圧変換手段と、
上記直流電圧変換手段の出力側に設けられ、上記直流電
圧変換手段から出力された直流電流を放電する放電手段
とを備えることを特徴とする。

【００１６】請求項２に係る燃料電池発電装置では、上
記放電手段は、放電抵抗であっても良い。

【００１７】請求項３に係る燃料電池発電装置では、上
記放電手段は、上記直流電圧変換手段内に設けられたコ
イルであっても良い。

【００１８】請求項４に係る燃料電池発電装置では、上
記燃料電池の出力電圧値を検出する電圧検出手段と、上
記電圧検出手段によって検出された燃料電池の出力電圧
値が所定の値以下になるまで、上記放電手段に直流電流
を供給するように上記直流電圧変換手段を制御する制御
手段とを更に備えることを特徴とする。

【００１９】上述の課題を解決するために、請求項５に
係る燃料電池発電装置では、電解質膜を、酸化剤極と燃
料極とにより挟んで構成され、上記酸化剤極側に酸化剤
ガスが供給されると共に、上記燃料極側に燃料ガスが供
給されて発電する燃料電池と、上記燃料電池の出力側に
設けられ、上記燃料電池で発電した電力を直流電流に変
換して出力する直流電圧変換手段と、上記直流電圧変換
手段の出力側に設けられ、上記直流電圧変換手段から出
力された直流電流を交流電流に変換して出力する直流−
交流変換手段と、上記直流−交流変換手段の出力側に設
けられ、上記直流−交流変換手段から出力された交流電
流を放電する放電手段と、上記燃料電池の出力電流値を
検出する電流検出手段と、上記燃料電池の出力電圧値を
検出する電圧検出手段と、上記電流検出手段によって検
出された燃料電池の出力電流が所定の値以下になるま
で、上記電圧検出手段で検出される出力電圧が一定とな
るような交流電流とするように上記直流−交流変換手段
を制御して上記放電手段に交流電流を供給する制御手段
とを備えることを特徴とする。

【００２０】請求項６に係る燃料電池発電装置では、上
記放電手段は、放電抵抗であっても良い。

【００２１】請求項７に係る燃料電池発電装置では、上
記放電手段は、上記直流電圧変換手段内に設けられたコ
イルであっても良い。

【００２２】請求項８に係る燃料電池発電装置では、上
記放電手段は、上記直流−交流変換手段から出力された
交流電流を消費するモータ回路からなるものであっても
良い。

【００２３】請求項９に係る燃料電池発電装置では、上
記モータ回路は、動力源となる動力モータと、動力モー
タを駆動するために使用される補機を駆動する補機モー
タとからなり、上記直流−交流変換手段は、上記動力モ
ータに供給する交流電流に変換する動力モータ用直流−
交流変換部と、上記補機モータに供給する交流電流に変
換する補機モータ用直流−交流変換部とからなるもので
あっても良い。

【００２４】請求項１０に係る燃料電池発電装置では、
動力モータ外の補機を更に備え、上記モータ回路は、動
力源となる動力モータからなり、上記直流電圧変換手段
の出力側に設けられ、上記直流電圧変換手段から出力さ
れた直流電圧の大きさを変換して、上記補機に供給する
直流電圧変換手段を更に備える。

【００２５】請求項１１に係る燃料電池発電装置では、
上記制御手段は、上記モータ回路が動作しない交流電流
値とするように上記直流−交流変換手段を制御する。

【００２６】請求項１２に係る燃料電池発電装置では、
上記制御手段は、上記モータ回路が動作しない交流電流
値とするように上記直流−交流変換手段を制御すると共
に、上記補機のみを動作させる。

【００２７】請求項１３に係る燃料電池発電装置では、
上記放電手段として上記モータ回路を複数備えると共
に、上記直流−交流変換手段を複数備える。

【００２８】請求項１４に係る燃料電池発電装置では、
所定の燃料を改質して上記燃料電池に供給する水素を取
り出す燃料改質器を更に備え、上記所定の燃料の残留分
から上記燃料改質器によって取り出した燃料ガスを上記
燃料電池に供給し、発電させて放電させる。

【００２９】請求項１５に係る燃料電池発電装置では、
上記燃料電池で発電した電力を蓄積する電力蓄積手段
と、上記直流電圧変換手段の出力側に設けられ、上記直
流電圧変換手段から出力された直流電流を上記電力蓄積
手段に供給するリレー回路とを更に備える。

【００３０】請求項１６に係る燃料電池発電装置では、
上記電力蓄積手段の電力蓄積量を検出する電力蓄積量検
出手段を更に備え、上記電力蓄積量検出手段で検出され
た電力蓄積量に基づいて上記電力蓄積手段に電力供給す
るように上記リレー回路を制御する。

【００３１】請求項１７に係る燃料電池発電装置では、
上記制御手段は、上記燃料電池の発電を停止するに際し
て電流を上記放電手段に供給して放電させる。

【００３２】

【発明の効果】請求項１に係る燃料電池発電装置によれ
ば、燃料電池、直流電圧変換手段を備える構成を有し、
燃料電池で発電した電力を直流電流に変換し、直流電流
を放電手段で放電するので、燃料電池の停止後に燃料電
池内に燃料ガスなどが残留している場合に発生する電荷
を、交流電流に変換して放電手段で放電することがで
き、例えば燃料電池の発電停止後等に発生する電荷を短
時間で且つ確実に放電することができる。

【００３３】請求項２に係る燃料電池発電装置によれ
ば、放電手段を、放電抵抗としたので、例えば燃料電池
の発電停止後等に発生する電荷を短時間で且つ確実に放
電することを実現できる。

【００３４】請求項３に係る燃料電池発電装置によれ
ば、放電手段を、直流電圧変換手段内に設けられたコイ
ルとしたので、例えば燃料電池の発電停止後等に発生す
る電荷を短時間で且つ確実に放電すると共に、放電を専
用に行う抵抗などを設ける必要がなく、装置の小型化及
び低コスト化を図ることができる。

【００３５】請求項４に係る燃料電池発電装置によれ
ば、電流検出手段によって検出された燃料電池の出力電
流が所定の値以下になるまで、電圧検出手段で検出され
る出力電圧が一定となるように直流電流を放電手段に供
給するので、例えば燃料電池の発電停止後等に発生する
電荷を短時間で且つ確実に放電することができる。

【００３６】請求項５に係る燃料電池発電装置によれ
ば、電解質膜を、酸化剤極と燃料極とにより挟んで構成
され、上記酸化剤極側に酸化剤ガスが供給されると共
に、上記燃料極側に燃料ガスが供給されて発電する燃料
電池と、上記燃料電池の出力側に設けられ、上記燃料電
池で発電した電力を直流電流に変換して出力する直流電
圧変換手段と、上記直流電圧変換手段の出力側に設けら
れ、上記直流電圧変換手段から出力された直流電流を交
流電流に変換して出力する直流−交流変換手段と、上記
直流−交流変換手段の出力側に設けられ、上記直流−交
流変換手段から出力された交流電流を放電する放電手段
と、上記燃料電池の出力電流値を検出する電流検出手段
と、上記燃料電池の出力電圧値を検出する電圧検出手段
と、上記電流検出手段によって検出された燃料電池の出
力電流が所定の値以下になるまで、上記電圧検出手段で
検出される出力電圧が一定となるような交流電流とする
ように上記直流−交流変換手段を制御して上記放電手段
に交流電流を供給する制御手段とを備えることを特徴と
する。

【００３７】請求項６に係る燃料電池発電装置によれ
ば、放電手段を、放電抵抗としたので、燃料電池の発電
停止後に発生する電荷を短時間で且つ確実に放電するこ
とを実現できる。

【００３８】請求項７に係る燃料電池発電装置によれ
ば、放電手段を、直流電圧変換手段内に設けられたコイ
ルとしたので、燃料電池の発電停止後に発生する電荷を
短時間で且つ確実に放電すると共に、放電を専用に行う
抵抗などを設ける必要がなく、装置の小型化及び低コス
ト化を図ることができる。

【００３９】請求項８に係る燃料電池発電装置によれ
ば、燃料電池、直流電圧変換手段、直流−交流変換手
段、モータ回路を備える構成を有し、燃料電池で発電し
た電力を交流電流に変換し、交流電流をモータ回路で消
費するので、例えば燃料電池の停止後等に燃料電池内に
燃料ガスなどが残留している場合に発生する電荷を、交
流電流に変換してモータ回路で放電することができ、例
えば燃料電池の発電停止後等に発生する電荷を短時間で
且つ確実に放電することができる。更に、請求項８に係
る燃料電池発電装置によれば、例えば燃料電池の停止後
等に燃料電池からの出力電圧を放電する抵抗などを設け
る必要なく、燃料電池システムを構成するモータ回路を
利用することができ、装置の小型化及び低コスト化を実
現することができる。

【００４０】請求項９に係る燃料電池発電装置によれ
ば、モータ回路を、動力源となる動力モータと、動力モ
ータを駆動するために使用される補機を駆動する補機モ
ータとからなるものとし、直流−交流変換手段を、動力
モータに供給する交流電流に変換する動力モータ用直流
−交流変換部と、補機モータに供給する交流電流に変換
する補機モータ用直流−交流変換部とからなるものとし
たので、動力モータに供給する交流電流と、補機モータ
に供給する交流電流を別個に制御することができ、動力
モータで消費する電力と、補機モータで消費する電力と
を別個にすることができる。したがって、請求項９に係
る燃料電池発電装置によれば、動力モータと補機モータ
の双方で電荷を消費することができ、例えば燃料電池の
発電停止後等に発生する電荷を更に、短時間で且つ確実
に放電することができる。

【００４１】請求項１０に係る燃料電池発電装置によれ
ば、動力モータ外の補機を更に備え、上記モータ回路
は、動力源となる動力モータからなり、上記直流電圧変
換手段の出力側に設けられ、上記直流電圧変換手段から
出力された直流電流の大きさを変換して、上記補機に供
給する直流電圧変換手段を更に備える。

【００４２】補機での電荷消費量を制御することがで
き、例えば燃料電池の発電停止後等に発生する電荷を更
に、短時間で且つ確実に放電することができる。また、
この請求項１０に係る燃料電池発電装置によれば、動力
モータを駆動するに際して使用する補機を使用して電荷
を消費することができるので、例えば燃料電池の停止後
等に燃料電池からの出力電圧を放電する抵抗などを設け
る必要なく、装置の小型化及び低コスト化を実現するこ
とができる。

【００４３】請求項１１に係る燃料電池発電装置によれ
ば、モータ回路が動作しない交流電流値とするように直
流−交流変換手段を制御するので、不要な場合にモータ
回路を動作させることを防止することができる。

【００４４】請求項１２に係る燃料電池発電装置によれ
ば、モータ回路が動作しない交流電流値とするように直
流−交流変換手段を制御すると共に、補機のみを動作さ
せるので、不要な場合にモータ回路を動作させることを
防止することができると共に、補機による放電を実現す
ることができる。

【００４５】請求項１３に係る燃料電池発電装置によれ
ば、放電手段を複数備えると共に、直流−交流変換手段
を複数備える構成としたので、各放電手段に供給する交
流電流を制御して、複数の放電手段で電荷を消費するこ
とができ、燃料電池の発電停止後に発生する電荷を更に
短時間で且つ確実に放電することができる。

【００４６】請求項１４に係る燃料電池発電装置によれ
ば、所定の燃料を改質して燃料電池に供給する水素を取
り出す燃料改質器を更に備える構成を有し、例えば燃料
電池の発電停止後等に、所定の燃料の残留分から燃料改
質器によって取り出した燃料ガスを燃料電池に供給し、
発電させるので燃料改質器で生成した燃料ガスを、燃料
電池で発電させて放電手段により放電することができ
る。

【００４７】請求項１５に係る燃料電池発電装置によれ
ば、燃料電池で発電した電力を蓄積する電力蓄積手段
と、直流電圧変換手段から出力された直流電流を電力蓄
積手段に供給するリレー回路とを備える構成としたの
で、リレー回路の電力蓄積手段に対する開閉を制御する
ことで例えば燃料電池の発電停止後等に発生した電荷を
電力蓄積手段に蓄積することができ、例えば燃料電池の
発電停止後等に発生する電荷を更に、短時間で且つ確実
に放電することができると共に、燃費の向上を図ること
ができる。また、この請求項１５に係る燃料電池発電装
置によれば、燃料電池システムを構成する上で必要なリ
レー回路と電力蓄積手段とを使用するので、例えば燃料
電池の停止後等に燃料電池からの出力電圧を放電する抵
抗などを設ける必要なく、装置の小型化及び低コスト化
を実現することができる。

【００４８】請求項１６に係る燃料電池発電装置によれ
ば、電力蓄積手段の電力蓄積量を検出する電力蓄積量検
出手段を備える構成を有し、電力蓄積量検出手段で検出
された電力蓄積量に基づいて電力蓄積手段に電力供給す
るようにリレー回路を制御するので、電力蓄積手段の蓄
積量に応じて電荷を蓄積することや、他の手段で電荷を
放電することができ、短時間で且つ確実に放電すること
ができると共に、更なる燃費の向上を図ることができ
る。

【００４９】請求項１７に係る燃料電池発電装置によれ
ば、燃料電池の発電を停止するに際して電流を放電手段
に供給して放電させるので、燃料電池の発電を停止した
後に燃料電池内に残存する燃料ガスや酸化剤ガスを発電
させたときの電力を放電することができる。

【００５０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照にして詳細に説明する。

【００５１】［第１実施形態に係る燃料電池発電装置１
の構成］図１を用いて第１実施形態として本発明を適用
した燃料電池発電装置１の構成について説明をする。第
１実施形態に係る燃料電池発電装置１は、例えば、燃料
電池を発電源とする燃料電池車両などに搭載され、燃料
電池車両システムに備えられる。

【００５２】燃料電池発電装置１は、燃料電池１０と、
リレーボックス１１と、チョッパー１２と、第２リレー
１３と、放電抵抗１４とを備えている。

【００５３】燃料電池発電装置１には、当該燃料電池発
電装置１を制御する制御部が備えられており、この制御
部は、例えば燃料電池発電装置１が燃料電池車両システ
ムなどに搭載された際、燃料電池車両システムを統括的
に制御する。具体的には、各部が制御部により動作が制
御されることで、燃料電池１０で発電した電力の負荷へ
の供給、放電をする。なお、この制御部の処理内容につ
いては後述する。

【００５４】燃料電池１０は、例えば、固体高分子電解
質膜を挟んで燃料極と、酸化剤極とを対設した燃料電池
構造体をセパレータで狭持した複数の燃料電池構造体か
らなる。燃料電池１０には、水素リッチな燃料ガスが供
給され、供給される燃料ガスに含まれる水素と空気中の
酸素とを電気化学的に反応させて発電をする。

【００５５】リレーボックス１１は、燃料電池１０の正
極及び負極に接続された２つの第１リレー１５ａ，第１
リレー１５ｂで構成されている。各第１リレー１５は、
それぞれが燃料電池１０に直列に接続されており、燃料
電池１０から後段の負荷へ電力を供給する回路の接点を
開閉するように制御部に制御される。

【００５６】チョッパー１２は、第１リレー１５ａと直
列接続された半導体スイッチング素子であるＩＧＢＴ
（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＧＴＢＴ等
１６（以下、「ＩＧＢＴ１６」と呼称する。）と、電圧
センサ１７と、電流センサ１８とを備えている。制御部
は、ＩＧＢＴ１６に制御信号を出力して動作を制御する
と共に、電圧センサ１７及び電流センサ１８で検出した
電圧値及び電流値をセンサ信号として入力する。

【００５７】第２リレー１３は、後段の放電抵抗１４へ
電力を供給する回路の接点を開閉する。この第２リレー
１３は、放電抵抗１４に対する開閉動作が制御部からの
制御信号により制御される。

【００５８】放電抵抗１４は、燃料電池１０の残留水素
及び残留酸素による発電で生成された電荷が、リレーボ
ックス１１、チョッパー１２、第２リレー１３を介して
供給されて放電をする。

【００５９】更にまた、燃料電池発電装置１の燃料電池
１０には、水素リッチなガスを供給するために天然ガス
やメタノールなどの燃料を水素リッチなガスに改質する
燃料改質装置が備えられていてもよい。

【００６０】「第１実施形態に係る燃料電池発電装置１
の動作』燃料電池発電装置１の燃料電池システム停止時
に行う制御部のシステム停止処理の処理手順について図
２に示すフローチャートを用いて説明をする。

【００６１】ステップＳ１において、制御部は、燃料電
池システムに対する停止動作命令が入力され、停止動作
シーケンスであるか否かを判断し、停止動作シーケンス
が実行されていると判断した場合は処理をステップＳ２
へと進め、停止動作シーケンスが実行されていないと判
断した場合はステップＳ１の処理を繰り返し実行する。

【００６２】ステップＳ２において、制御部は、リレー
ボックス１１の２つの第１リレー１５ａ、１５ｂを閉状
態にし、続いて第２リレー１３を閉状態に制御する。さ
らに、制御部は、断続的にオン、オフを繰り返す交流電
流を出力するデューティー（Ｄｕｔｙ）制御をするよう
にＩＧＢＴ１６を動作させ、放電抵抗１４を導通させ放
電を開始させる。

【００６３】次のステップＳ３において、制御部は、電
圧センサ１７で検出される燃料電池１０の電圧を検出
し、燃料電池１０の電圧が一定の電圧値、例えば、燃料
電池１０に定められた下限電圧値以上となるようにＩＧ
ＢＴ１６の出力を制御する。すなわち、制御部は、ＩＧ
ＢＴ１６から出力する電流のＤｕｔｙ比を制御して放電
抵抗１４に流れる電流値を可変させる。

【００６４】次のステップＳ４において、制御部は、電
流センサ１８で検出された燃料電池１０から出力される
燃料電池電流を検出し、検出した燃料電池電流値と所定
の設定値とを比較する。制御部は、検出した燃料電池電
流が設定値以下であった場合には処理をステップＳ５へ
と進め、設定値以上であった場合は処理をステップＳ３
へと戻す。

【００６５】このステップＳ４は、燃料電池１０の放電
動作を終了させるための判断をする処理であり、判断の
基準となる設定値は、燃料電池発電装置１が搭載される
システムによって異なっている。例えば、ある燃料電池
車両システムでは、システム停止時の燃料電池電流は
０．５Ａ程度であり、設定値は０．１Ａ程度に設定され
る。

【００６６】ステップＳ５において、制御部は、第１リ
レー１５、第２リレー１３を開いたオフ状態にすると共
に、ＩＧＢＴ１６もオフ（出力停止）状態にし、放電抵
抗１４での放電動作を終了させる。

【００６７】次のステップＳ６において、制御部は、燃
料電池システムの停止動作シーケンスを終了させる。

【００６８】上述したような動作をする燃料電池発電装
置１によれば、ＩＧＢＴ１６をデューティ比を制御部に
より制御することで放電抵抗１４に流れる電流を制御す
ることができ、燃料電池１０の停止時に燃料電池１０内
に残留する水素により発生する電荷を、迅速かつ確実に
放電することができる。

【００６９】［第２実施形態に係る燃料電池発電装置２
０の構成］図３に、第２実施形態として本発明を適用し
た燃料電池発電装置２０の構成について説明をする。な
お、上述の実施形態と同じ部分は同一符号を付すること
によりその詳細な説明を省略する。

【００７０】燃料電池発電装置２０は、第１実施形態に
係る燃料電池発電装置１の第２リレー１３、放電抵抗１
４に替えて、チョッパー１２の後段にインバータ２１、
モータ２４を接続させた構成となっている。

【００７１】インバータ２１は、ＩＧＢＴ２２、ＩＧＢ
Ｔ２３で構成されチョッパー２１から出力された直流電
力を交流電力に変換して後段のモータ２４を動作させ
る。

【００７２】モータ２４は、電動機であり、インバータ
２１によって変換された交流電力によって通電させる。
このモータ２４は、例えば、燃料電池発電装置２０が搭
載される燃料電池車両システムにおける、車両を駆動す
るための動力モータなどである。

【００７３】また、燃料電池発電装置２０には、各部を
制御する制御部が備えられており、この制御部は、例え
ば燃料電池発電装置２０が燃料電池車両システムなどに
搭載された際、燃料電池車両システムを統括的に制御す
る。

【００７４】『第２実施形態に係る燃料電池発電装置２
０の動作』図４、図５及び図６に、燃料電池発電装置２
０の燃料電池システム停止時の制御部の第１、第２、第
３システム停止処理の処理手順を示す。

【００７５】「第１システム停止処理」図４に示す第１
システム停止処理でのステップＳ１１において、制御部
は、燃料電池システムに対する停止動作命令が入力さ
れ、停止動作シーケンスであるか否かを判断し、停止動
作シーケンスが実行されていると判断した場合は処理を
ステップＳ１２へと進め、停止動作シーケンスが実行さ
れていないと判断した場合はステップＳ１１の処理を繰
り返し実行する。

【００７６】ステップＳ１２において、制御部は、リレ
ーボックス１１の２つの第１リレー１５ａ、１５ｂを閉
状態にし、さらに、制御部は、チョッパー１２のＩＧＢ
Ｔ１６、インバータ２１のＩＧＢＴ２２，ＩＧＢＴ２３
を動作させ、モータ２４を通電することで放電を開始さ
せる。

【００７７】次のステップＳ１３において、制御部は、
電圧センサ１７で検出される燃料電池１０の電圧を検出
し、燃料電池１０の電圧が所定の電圧、例えば、燃料電
池１０に定められた下限電圧値より小さくなったら処理
をステップＳ１４に進め、燃料電池１０の電圧が所定の
電圧より大きい場合、ステップＳ１２の動作を保持して
放電を継続する。

【００７８】ステップＳ１４において、制御部は、第１
リレー１５ａ、１５ｂを開状態にすると共に、チョッパ
ー１２のＩＧＢＴ１６及びインバータ２１のＩＧＢＴ２
２，ＩＧＢＴ２３も開状態にし、モータ２４の通電を停
止させ、放電動作を終了させる。

【００７９】次のステップＳ１５において、制御部は、
システムの停止動作シーケンスを終了させる。

【００８０】このような第１システム停止処理を行う燃
料電池発電装置２０は、放電をモータ２４で実行するこ
とで放電用の負荷を設けなくてもよいため、装置を小型
で低コストにすることができる。

【００８１】「第２システム停止処理」図５に示す第２
システム停止処理でのステップＳ２１において、制御部
は、システムに対する停止動作命令が入力され、停止動
作シーケンスであるか否かを判断し、停止動作シーケン
スが実行されていると判断した場合は処理をステップＳ
２２へと進め、停止動作シーケンスが実行されていない
と判断した場合はステップＳ２１の処理を繰り返し実行
する。

【００８２】ステップＳ２２において、制御部は、リレ
ーボックス１１の２つの第１リレー１５ａ、１５ｂを閉
状態としたオン状態に制御する。さらに、制御部は、チ
ョッパー１２のＩＧＢＴ１６を動作させたオン状態にす
ると共に、さらにインバータ２１のＩＧＢＴ２２，ＩＧ
ＢＴ２３を断続的なデューティー制御をすることで動作
させ、モータ２４に通電することで放電を開始させる。

【００８３】ステップＳ２３において、制御部は、電圧
センサ１７で検出される燃料電池１０の電圧を検出し、
燃料電池１０の電圧が一定の電圧値、例えば、燃料電池
１０の下限電圧値以上となるようにインバータ２１のＩ
ＧＢＴ２２，ＩＧＢＴ２３の出力を制御する。すなわ
ち、制御部は、ＩＧＢＴ２２，ＩＧＢＴ２３を制御して
デューティ比を制御することでモータ２４に流れる電流
値を可変させる。

【００８４】ステップＳ２４において、制御部は、電流
センサ１８で検出された燃料電池１０から出力される燃
料電池電流を検出し、所定の設定値と検出した燃料電池
電流値とを比較する。制御部は、検出した燃料電池電流
が設定値以下であった場合処理をステップＳ２５へと進
め、設定値以上であった場合は処理をステップＳ２３へ
と戻す。

【００８５】このステップＳ２４は、燃料電池１０の放
電動作を終了させるための判断をする処理であり、判断
の基準となる設定値は、燃料電池発電装置１が搭載され
るシステムによって異なっている。

【００８６】ステップＳ２５において、制御部は、第１
リレー１５ａ、１５ｂを開状態にしたオフ状態にすると
共に、チョッパー１２のＩＧＢＴ１６、インバータ２１
のＩＧＢＴ２２，ＩＧＢＴ２３も開状態にしたオフ状態
にし、モータ２４への通電を停止させ、放電動作を終了
させる。

【００８７】ステップＳ２６において、制御部はシステ
ムの停止動作シーケンスを終了させる。

【００８８】このようにして、燃料電池発電装置２０で
は、ＩＧＢＴ２２，ＩＧＢＴ２３をデューティ制御する
ことでモータ２４に流れる電流を制御し、迅速かつ確実
な放電をすることができる。

【００８９】「第３システム停止処理」図６に示す第３
システム停止処理でのステップＳ３１において、制御部
は、燃料電池システムに対する停止動作命令が入力さ
れ、停止動作シーケンスであるか否かを判断し、停止動
作シーケンスが実行されていると判断した場合は処理を
ステップＳ３２へと進め、停止動作シーケンスが実行さ
れていないと判断した場合はステップＳ３１の処理を繰
り返し実行する。

【００９０】ステップＳ３２において、制御部は、リレ
ーボックス１１の２つの第１リレー１５ａ、１５ｂを閉
状態にしたオン状態に制御する。さらに、制御部は、チ
ョッパー１２のＩＧＢＴ１６を動作させたオン状態に
し、さらにインバータ２１のＩＧＢＴ２２，ＩＧＢＴ２
３を断続的なデューティー制御をすることで動作させ、
モータ２４に通電することで放電を開始させる。

【００９１】次のステップＳ３３において、制御部は、
電圧センサ１７で検出される燃料電池１０の電圧を検出
し、燃料電池１０の電圧が一定の電圧値、例えば、燃料
電池１０に定められた下限電圧値以上となるようにイン
バータ２１のＩＧＢＴ２２，ＩＧＢＴ２３の出力を制御
する。すなわち、制御部は、ＩＧＢＴ２２，ＩＧＢＴ２
３から出力する交流電流のデューティ比を制御してモー
タ２４に流れる電流値を可変させる。

【００９２】ステップＳ３４において、制御部は、図示
しないセンサによりモータ２４にトルクが発生している
か否かの判断し、トルクが発生している場合は処理をス
テップＳ３５へと進め、トルクが発生していない場合は
処理をステップＳ３８へと進める。

【００９３】ステップＳ３５において、制御部は、モー
タ２４にトルクが発生しているため、インバータ２１の
ＩＧＢＴ２２，ＩＧＢＴ２３のデューティ比を制御して
モータ２４にトルクが発生しない程度の電流値にして、
トルクの発生を停止させる。つまり定電流制御から、定
電圧制御へとモータ２４の制御手段を変更する。

【００９４】次のステップＳ３６において、制御部は、
電圧センサ１７で検出される燃料電池１０の電圧を検出
し、燃料電池１０の電圧が所定の電圧、例えば、燃料電
池１０に定められた下限電圧値より小さくなくなったら
処理をステップＳ３７に進め、燃料電池１０の電圧が所
定の電圧より小さい場合、処理をステップＳ３３へと戻
す。

【００９５】ステップＳ３７において、制御部は、電圧
センサ１７で検出される燃料電池１０の電圧を検出し、
燃料電池１０の電圧が一定の電圧値、例えば、燃料電池
１０に定められた下限電圧値以上となるようにインバー
タ２１のＩＧＢＴ２２，ＩＧＢＴ２３の出力を制御す
る。すなわち、制御部は、ＩＧＢＴ２２，ＩＧＢＴ２３
から出力する交流電流のデューティ比を制御してモータ
２４に流れる電流値を可変させる。

【００９６】次のステップＳ３８において、制御部は、
電流センサ１８で検出された燃料電池１０から出力され
る燃料電池電流を検出し、検出した燃料電池電流値と所
定の設定値とを比較する。制御部は、検出した燃料電池
電流が設定値以下であった場合処理をステップＳ３９へ
と進め、設定値以上であった場合は処理をステップＳ３
３へと戻す。

【００９７】このステップＳ３８は、燃料電池１０の放
電動作を終了させるための判断をする処理であり、判断
の基準となる設定値は、燃料電池発電装置１が搭載され
るシステムによって異なっている。

【００９８】ステップＳ３９において、制御部は、第１
リレー１５ａ、１５ｂを開状態にしたオフ状態にすると
共に、チョッパー１２のＩＧＢＴ１６、インバータ２１
のＩＧＢＴ２２，ＩＧＢＴ２３も開状態にしたオフ状態
にし、モータ２４への通電を停止させ、放電動作を終了
させる。

【００９９】次のステップＳ４０において、制御部は、
燃料電池システムの停止動作シーケンスを終了させる。

【０１００】このような第３システム制御処理により動
作する燃料電池発電装置２０では、トルクが発生しない
程度の燃料電池電流をモータ２４に供給するので燃料電
池システム停止後にモータ２４が回転するようなことは
なく、安全に燃料電池１０の放電処理を実行することが
できる。

【０１０１】また、この燃料電池発電装置２０によれ
ば、モータ２４にはトルクを発生させないので、システ
ム停止時にモータ２４が不意に動作する可能性をなく
し、安全性を高めることができる。

【０１０２】［第３実施形態に係る燃料電池発電装置３
０の構成］図７に、第３実施形態として本発明を適用し
た燃料電池発電装置３０の構成を示す。なお、燃料電池
発電装置３０の説明において、上述の実施形態と同じ部
分は同一符号を付することでその詳細な説明を省略す
る。

【０１０３】燃料電池発電装置３０は、チョッパー３１
内のＩＧＢＴ１６の後段に配設されたコイル３４及びＩ
ＧＢＴ３２を使用して燃料電池１０から発電した電荷の
放電を行う構成となっている。このチョッパー３１の後
段には、図示しない負荷やバッテリなどが配設されてい
る。

【０１０４】この燃料電池発電装置３０では、図示しな
い制御部により第１リレー１５、ＩＧＢＴ１６及びＩＧ
ＢＴ３２の動作を制御することでシステム停止処理をす
る。

【０１０５】『第３実施形態に係る燃料電池発電装置３
０の動作』図８及び図９に、燃料電池発電装置３０の燃
料電池システム停止時の制御部の第１及び第２システム
停止処理の処理手順を示す。

【０１０６】「第１システム停止処理」図８に示す第１
システム停止処理でのステップＳ４１において、制御部
は、燃料電池システムに対する停止動作命令が入力さ
れ、停止動作シーケンスであるか否かを判断し、停止動
作シーケンスが実行されていると判断した場合は処理を
ステップＳ４２へと進め、停止動作シーケンスが実行さ
れていないと判断した場合はステップＳ４１の処理を繰
り返し実行する。

【０１０７】ステップＳ４２において、制御部は、リレ
ーボックス１１の２つの第１リレー１５ａ、１５ｂを閉
状態にするオン状態に制御する。さらに、制御部は、チ
ョッパー３１のＩＧＢＴ１６，ＩＧＢＴ３２を動作さ
せ、コイル３４に電流を流し、コイル３４にエネルギー
として蓄えることで放電を開始させる。

【０１０８】ステップＳ４３において、制御部は、電圧
センサ１７で検出される燃料電池１０の電圧を検出し、
燃料電池１０の電圧が所定の電圧、例えば、燃料電池１
０に定められた下限電圧値より小さくなったら処理をス
テップＳ４４に進め、燃料電池１０の電圧が所定の電圧
より大きい場合、ステップＳ４２の動作を保持して放電
を継続する。

【０１０９】ステップＳ４４において、制御部は、第１
リレー１５を開状態にしたオフ状態にすると共に、チョ
ッパー３１のＩＧＢＴ１６，ＩＧＢＴ３２も開状態にし
たオフ状態にし、コイル３４での放電動作を終了させ
る。

【０１１０】ステップＳ４５において、制御部は、燃料
電池システムの停止動作シーケンスを終了させる。

【０１１１】このような第１システム停止処理に従った
動作をする燃料電池発電装置３０は、チョッパー３１内
に必然的に備えられるコイル３４に燃料電池電流を供給
して放電処理をすることで、装置の小型化、低コスト化
を実現できる。

【０１１２】「第２システム停止処理」図９に示す第２
システム停止処理でのステップＳ５１において、制御部
は、燃料電池システムに対する停止動作命令が入力さ
れ、停止動作シーケンスであるか否かを判断し、停止動
作シーケンスが実行されていると判断した場合は処理を
ステップＳ５２へと進め、停止動作シーケンスが実行さ
れていないと判断した場合はステップＳ５１の処理を繰
り返し実行する。

【０１１３】ステップＳ５２において、制御部は、リレ
ーボックス１１の２つの第１リレー１５ａ、１５ｂを閉
状態にしたオン状態に制御する。さらに、制御部は、チ
ョッパー３１のＩＧＢＴ１６，ＩＧＢＴ３２を断続的な
デューティー制御をすることで動作させ、コイル３４に
電流を流し、コイル３４にエネルギーとして蓄えること
で放電を開始させる。

【０１１４】次のステップＳ５３において、制御部は、
電圧センサ１７で検出される燃料電池１０の電圧を検出
し、燃料電池１０の電圧が一定の電圧値、例えば、燃料
電池１０の下限電圧値以上となるようにチョッパー３１
のＩＧＢＴ１６，ＩＧＢＴ３２の出力を制御する。すな
わち、制御部は、ＩＧＢＴ１６，ＩＧＢＴ３２から出力
する交流電流のデューティ比を制御してコイル３４に流
れる電流値を可変させる。

【０１１５】ステップＳ５４において、制御部は、電流
センサ１８で検出された燃料電池１０から出力される燃
料電池電流を検出し、所定の設定値と検出した燃料電池
電流値とを比較する。検出した燃料電池電流が設定値以
下であった場合処理をステップＳ５５へと進め、設定値
以上であった場合は処理をステップＳ５３へと戻す。

【０１１６】このステップＳ５４は、燃料電池１０の放
電動作を終了させるための判断をする処理であり、判断
の基準となる設定値は、燃料電池発電装置３０が搭載さ
れるシステムによって異なっている。

【０１１７】ステップＳ５５において、制御部は、第１
リレー１５を開状態にしたオフ状態にすると共に、チョ
ッパー３１のＩＧＢＴ１６，ＩＧＢＴ３２も開状態にし
たオフ状態にし、コイル３４での放電動作を終了させ
る。

【０１１８】ステップＳ５６において、制御部は、燃料
電池システムの停止動作シーケンスを終了させる。

【０１１９】このような第２システム停止処理に従って
動作する燃料電池発電装置３０では、ＩＧＢＴ１６，Ｉ
ＧＢＴ３２でのデューティ比を制御するデューティ制御
することでコイル３４に流れる電流を制御し、迅速かつ
確実な放電をすることができる。

【０１２０】［第４実施形態に係る燃料電池発電装置４
０の構成］図１０に、第４実施形態として本発明を適用
した燃料電池発電装置４０の構成を示す。なお、上述の
実施形態と同じ部分については同一符号を付することに
よりその詳細な説明を省略する。

【０１２１】燃料電池発電装置４０は、第２実施形態と
して示した燃料電池発電装置２０に、インバータ２１に
さらにＩＧＢＴ４２と、ＩＧＢＴ４３とが加えられてな
るインバータ４１と、ＩＧＢＴ４２，ＩＧＢＴ４３に接
続された補機モータ４４とが加えられた構成となってい
る。この第４実施形態では特に、モータ２４を、燃料電
池システムの動力源となる動力モータ２４とする。

【０１２２】インバータ４１が動作させることが可能は
モータは、ここでは、動力モータ２４と、補機モータ４
４だけとなっているが、インバータ４１は、複数のモー
タを動作させることができる。

【０１２３】補機モータ４４は、動作モータとして機能
する動力モータ２４とは異なり、燃料電池発電装置４０
が、例えば、燃料電池車両システムに搭載された際にシ
ステムを構成する他の機能部を駆動させるモータであ
る。

【０１２４】また、燃料電池発電装置４０には、各部を
制御する制御部が備えられており、この制御部は、例え
ば燃料電池発電装置４０が燃料電池車両システムなどに
搭載された際、燃料電池車両システムを統括的に制御す
る。

【０１２５】『第４実施形態に係る燃料電池発電装置４
０の動作』図１１に、燃料電池発電装置４０の燃料電池
システム停止時の制御部のシステム停止処理の処理手順
を示す。

【０１２６】ステップＳ６１において、制御部は、燃料
電池システムに対する停止動作命令が入力され、停止動
作シーケンスであるか否かを判断し、停止動作シーケン
スが実行されていると判断した場合は処理をステップＳ
６２へと進め、停止動作シーケンスが実行されていない
と判断した場合はステップＳ６１の処理を繰り返し実行
する。

【０１２７】ステップＳ６２において、制御部は、リレ
ーボックス１１の２つの第１リレー１５ａ、１５ｂを閉
状態にしたオン状態に制御する。さらに、制御部は、チ
ョッパー１２のＩＧＢＴ１６を動作させ、さらにインバ
ータ４１のＩＧＢＴ２２，ＩＧＢＴ２３，ＩＧＢＴ４
２，ＩＧＢＴ４３を断続的なデューティー制御をするこ
とで動作させ、動力モータ２４及び補機モータ４４に通
電させることで放電を開始させる。

【０１２８】次のステップＳ６３において、制御部は、
電圧センサ１７で検出される燃料電池１０の電圧を検出
し、燃料電池１０の電圧が一定の電圧値、例えば、燃料
電池１０に定められた下限電圧値以上となるようにイン
バータ４１のＩＧＢＴ２２，ＩＧＢＴ２３，ＩＧＢＴ４
２，ＩＧＢＴ４３の出力のデューティ比を制御する。こ
のとき、動力モータ２４ではトルクが発生しないよう
に、補機モータ４４ではトルクが発生する程度の電流が
流れるようにＩＧＢＴ２２，ＩＧＢＴ２３，ＩＧＢＴ４
２，ＩＧＢＴ４３の出力のデューティ比を制御する。

【０１２９】ステップＳ６４において、制御部は、図示
しないセンサにより補機モータ４４、動力モータ２４に
トルクが発生しているか否かの判断し、トルクが発生し
ている場合は処理をステップＳ６５へと進め、トルクが
発生していない場合は処理をステップＳ６８へと進め
る。

【０１３０】ステップＳ６５において、制御部は、動力
モータ２４、補機モータ４４にトルクが発生しているた
め、インバータ４１のＩＧＢＴ２２，ＩＧＢＴ２３，Ｉ
ＧＢＴ４２，ＩＧＢＴ４３からの出力のデューティ比を
制御して動力モータ２４、補機モータ４４に流れる電流
値を小さくして、トルクの発生を停止させる。つまり定
電流制御から、定電圧制御へと動力モータ２４、補機モ
ータ４４の制御手段を変更する。

【０１３１】次のステップＳ６６において、制御部は、
電圧センサ１７で検出される燃料電池１０の電圧を検出
し、燃料電池１０の電圧が所定の電圧、例えば、燃料電
池１０に定められた下限電圧値より小さくなくなったら
処理をステップＳ６７に進め、燃料電池１０の電圧が所
定の電圧より小さい場合、処理をステップＳ６３へと戻
して、動力モータ２４及び補機モータ４４での放電を継
続する。

【０１３２】次のステップＳ６７において、制御部は、
電圧センサ１７で検出される燃料電池１０の電圧を検出
し、燃料電池１０の電圧が一定の電圧値、例えば、燃料
電池１０に定められた下限電圧値以上となるようにイン
バータ４１のＩＧＢＴ２２，ＩＧＢＴ２３，ＩＧＢＴ４
２，ＩＧＢＴ４３の出力のデューティ比を制御する。す
なわち、制御部は、ＩＧＢＴ２２，ＩＧＢＴ２３，ＩＧ
ＢＴ４２，ＩＧＢＴ４３から出力する交流電流のデュー
ティ比を制御して動力モータ２４、補機モータ４４に流
れる電流値を可変させる。

【０１３３】次のステップＳ６８において、制御部は、
電流センサ１８で検出された燃料電池１０から出力され
る燃料電池電流を検出し、検出した燃料電池電流値と所
定の設定値とを比較する。制御部は、検出した燃料電池
電流が設定値以下であった場合処理をステップＳ６９へ
と進め、設定値以上であった場合は処理をステップＳ６
３へと戻す。

【０１３４】このステップＳ６８は、燃料電池１０の放
電動作を終了させるための判断をする処理であり、判断
の基準となる設定値は、燃料電池発電装置１が搭載され
るシステムによって異なっている。

【０１３５】ステップＳ６９において、制御部は、第１
リレー１５を開状態にしたオフ状態にすると共に、チョ
ッパー１２のＩＧＢＴ１６、インバータ４１のＩＧＢＴ
２２，ＩＧＢＴ２３，ＩＧＢＴ４２，ＩＧＢＴ４３も開
状態にしたオフ状態にし、動力モータ２４及び補機モー
タ４４での放電動作を終了させる。

【０１３６】ステップＳ７０において、制御部は、燃料
電池システムの停止動作シーケンスを終了させる。

【０１３７】このようなシステム停止処理に従って動作
する燃料電池発電装置４０は、動力モータ２４及び補機
モータ４４の双方で放電処理をすることで、装置の小型
化及び低コスト化を実現でき、さらにトルク制御を行
い、補機モータ４４にトルクを発生させることで、残留
水素の放電を安全且つ効率的に実行することができる。

【０１３８】なお、制御部は、動力モータ２４と、補機
モータ４４の電流消費比率は、モータ２４／補機モータ
４４で０％から１００％の間を任意に変更することがで
きる。

【０１３９】また、制御部は、トルクを与えるモータ、
トルクを与えないモータはシステムによって決定しても
良い。例えば、動力モータ２４にはトルクを発生させな
いが、空気取り込み用コンプレッサー用モータや、冷却
媒体循環用モータ等の補機モータ４４にはシステム状況
に応じてトルクを発生させる。

【０１４０】更に、この燃料電池発電装置４０によれ
ば、動力モータ２４にはトルクを発生させないので、シ
ステム停止時に動力モータ２４が不意に動作する可能性
をなくし、安全性を高めることができる。

【０１４１】［第５実施形態に係る燃料電池発電装置５
０の構成］図１２、第５実施形態として本発明を適用し
た燃料電池発電装置５０の構成を示す。なお、上述の実
施形態と同じ部分については同一符号を付することによ
りその詳細な説明を省略する。

【０１４２】燃料電池発電装置５０は、第２実施形態と
して示した燃料電池発電装置２０に、ＤＣ／ＤＣコンバ
ータ５１と、バッテリー５２と、冷却ポンプ５３とが加
えられた構成となっている。

【０１４３】ＤＣ／ＤＣコンバータ５１は、直流電流を
所定の電圧に変換して後段の冷却ポンプ５３へ供給す
る。

【０１４４】冷却ポンプ５３は、モータ２４の冷却を行
うためのポンプである。この冷却ポンプ５３は、ＤＣ／
ＤＣコンバータ５１からの電圧に従って内部モータに通
電させ、内部モータの駆動量に応じた冷却水をモータ２
４に供給する。なお、ここでは、ＤＣ／ＤＣコンバータ
５１によって動作される装置として冷却ポンプ５３を用
いているが、直流電流で動作する装置であればどんなも
のであってもかまわない。

【０１４５】また、燃料電池発電装置５０には、当該燃
料電池発電装置２０を制御する制御部が備えられてお
り、この制御部は、例えば燃料電池発電装置５０が燃料
電池車両システムなどに搭載された際、燃料電池車両シ
ステムを統括的に制御する。

【０１４６】なお、第５実施形態に係る燃料電池発電装
置５０では、インバータ２１に代えて図１０に示したよ
うな構成のインバータ４１を備えると共に補機モータを
備え、冷却ポンプ５３の他の補機を駆動しても良い。

【０１４７】『第５実施形態に係る燃料電池発電装置５
０の動作』次に燃料電池発電装置５０の動作について図
１３に示すフローチャートを用いて説明をする。

【０１４８】ステップＳ７１において、制御部は、燃料
電池システムに対する停止動作命令が入力され、停止動
作シーケンスであるか否かを判断し、停止動作シーケン
スが実行されていると判断した場合は処理をステップＳ
７２へと進め、停止動作シーケンスが実行されていない
と判断した場合はステップＳ７１の処理を繰り返し実行
する。

【０１４９】ステップＳ７２において、制御部は、リレ
ーボックス１１の２つの第１リレー１５ａ、１５ｂを閉
状態にしたオン状態に制御する。さらに、制御部は、チ
ョッパー１２のＩＧＢＴ１６、ＤＣ／ＤＣコンバータ５
１及び冷却ポンプ５３を動作させる。さらにインバータ
２１のＩＧＢＴ２２，ＩＧＢＴ２３をデューティー制御
をすることで動作させる。

【０１５０】これにより、燃料電池発電装置５０では、
ＤＣ／ＤＣコンバータ５１からの電力をバッテリー５２
に蓄積すると共に冷却ポンプ５３に供給し、冷却ポンプ
５３及びモータ２４に通電することで放電を開始させ
る。

【０１５１】次のステップＳ７３において、制御部は、
電圧センサ１７で検出される燃料電池１０の電圧を検出
し、燃料電池１０の電圧が一定の電圧値、例えば、燃料
電池１０の下限電圧値以上となるようにインバータ２１
のＩＧＢＴ２２，ＩＧＢＴ２３の出力のデューティ比を
制御する。すなわち、制御部は、ＩＧＢＴ２２、ＩＧＢ
Ｔ２３から出力する交流電流のデューティ比を制御して
モータ２４に流れる電流値を可変させる。

【０１５２】また、このステップＳ７３において、制御
部は、モータ２４にはトルクを発生させないようにＩＧ
ＢＴ２２及びＩＧＢＴ２３をデューティ制御し、冷却ポ
ンプ５３にはトルクを発生させるようにＤＣ／ＤＣコン
バータ５１を制御する。

【０１５３】次のステップＳ７４において、制御部は、
電流センサ１８で検出された燃料電池１０から出力され
る燃料電池電流を検出し、検出した燃料電池電流値と所
定の設定値とを比較する。制御部は、検出した燃料電池
電流が設定値以下であった場合処理をステップＳ７５へ
と進め、設定値以上であった場合は処理をステップＳ７
３へと戻す。

【０１５４】このステップＳ７４は、燃料電池１０の放
電動作を終了させるための判断をする処理であり、判断
の基準となる設定値は、燃料電池発電装置５０が搭載さ
れるシステムによって異なっている。

【０１５５】ステップＳ７５において、制御部は、第１
リレー１５を開状態にしたオフ状態にすると共に、チョ
ッパー１２のＩＧＢＴ１６、インバータ２１のＩＧＢＴ
２２，ＩＧＢＴ２３も開状態にしたオフ状態にし、モー
タ２４、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１及び冷却ポンプ５３
の動作を停止させ放電動作を終了させる。

【０１５６】ステップＳ７６において、制御部は、燃料
電池システムの停止動作シーケンスを終了させる。

【０１５７】このようなシステム停止処理に従って動作
する燃料電池発電装置５０では、モータ２４のみなら
ず、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１を動作させてバッテリー
５２及び／又は冷却ポンプ５３を駆動させて燃料電池１
０の残留水素の放電処理をすることで、効率的な放電処
理が実行できる。

【０１５８】また、この燃料電池発電装置５０によれ
ば、モータ２４にはトルクを発生させずに冷却ポンプ５
３でトルクを発生させるので、システム停止時にモータ
２４が不意に動作する可能性をなくし、安全性を高める
ことができる。

【０１５９】［第６実施形態に係る燃料電池発電装置６
０の構成］図１４に、第６実施形態として本発明を適用
した燃料電池発電装置６０の構成を示す。なお、上述の
実施形態と同じ部分については同一符号を付することに
よりその詳細な説明を省略する。

【０１６０】燃料電池発電装置６０は、第５実施形態と
して示した燃料電池発電装置５０に、チョッパー１２に
換えて、第３実施形態として示した燃料電池発電装置３
０のチョッパー３１から電流センサ１８と、コイル３４
とを取り除いた構成のチョッパー６１を適用し、さら
に、２つのリレー６３を備えるリレーボックス６２と、
二次電池６４とを加えた構成となっている。

【０１６１】また、燃料電池発電装置６０には、当該燃
料電池発電装置６０を制御する制御部が備えられてお
り、この制御部は、例えば燃料電池発電装置６０が燃料
電池車両システムなどに搭載された際、燃料電池車両シ
ステムを統括的に制御する。

【０１６２】なお、第５実施形態に係る燃料電池発電装
置５０では、インバータ２１に代えて図１０に示したよ
うな構成のインバータ４１を備えると共に補機モータを
備え、冷却ポンプ５３の他の補機を駆動しても良い。

【０１６３】『第６実施形態に係る燃料電池発電装置６
０の動作』次に燃料電池発電装置６０の動作について図
１５に示すフローチャートを用いて説明をする。

【０１６４】ステップＳ８１において、制御部は、燃料
電池システムに対する停止動作命令が入力され、停止動
作シーケンスであるか否かを判断し、停止動作シーケン
スが実行されていると判断した場合は処理をステップＳ
８２へと進め、停止動作シーケンスが実行されていない
と判断した場合はステップＳ８１の処理を繰り返し実行
する。

【０１６５】ステップＳ８２において、制御部は、図示
しないセンサで検出された二次電池６４の蓄電率（ＳＯ
Ｃ）を検出し、満充電状態であるか否かを判断する。満
充電状態でなければ処理をステップＳ８３へと進め、満
充電状態であれば処理をステップＳ８７へと進める。

【０１６６】ステップＳ８３において、制御部は、リレ
ーボックス１１の２つの第１リレー１５ａ、１５ｂ及び
リレーボックス６２の２つのリレー６３を閉状態にした
オン状態に制御する。さらに、制御部は、チョッパー１
２のＩＧＢＴ１６をデューティー制御をすることで動作
させる。同時に制御部は、インバータ２１のＩＧＢＴ２
２，ＩＧＢＴ２３を開き、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１、
冷却ポンプ５３の動作も停止させ、二次電池６４を充電
することで放電を開始させる。

【０１６７】次のステップＳ８４において、制御部は、
図示しないセンサで検出された二次電池６４の蓄電量を
検出し、満充電状態であるか否かを判断する。満充電状
態でなければ処理をステップＳ８５へと進め、満充電状
態であれば処理をステップＳ８７へと進める。

【０１６８】ステップＳ８５において、制御部は、電圧
センサ１７で検出される燃料電池１０の電圧を検出し、
燃料電池１０の電圧が一定の電圧値、例えば、燃料電池
１０の下限電圧値以上となるようにチョッパー６１のＩ
ＧＢＴ１６，ＩＧＢＴ３２の出力を制御して、電流調整
と電圧調整をする。

【０１６９】ステップＳ８６において、制御部は、電流
センサ１８で検出された燃料電池１０から出力される燃
料電池電流を検出し、検出した燃料電池電流値と所定の
設定値とを比較する。制御部は、検出した燃料電池電流
が設定値以下であった場合処理をステップＳ９０へと進
め、設定値以上であった場合は処理をステップＳ８４へ
と戻す。

【０１７０】ステップＳ８７において、制御部は、リレ
ーボックス１１の２つの第１リレー１５ａ、１５ｂを閉
状態にしたオン状態に制御する。さらに、制御部は、チ
ョッパー６１のＩＧＢＴ１６を動作させ、ＤＣ／ＤＣコ
ンバータ５１を動作させ冷却ポンプ５３を動作させる。
さらに制御部は、インバータ２１のＩＧＢＴ２２，ＩＧ
ＢＴ２３をデューティー制御をすることで動作させ、モ
ータ２４に通電することで放電を開始させる。更にま
た、制御部は、リレーボックス６２の２つのリレー６３
をオフ状態にして二次電池６４への電力蓄積を停止す
る。

【０１７１】これにより、燃料電池発電装置６０は、Ｓ
ＯＣが１００％以上であるので二次電池６４への充電を
行わない状態とし、モータ２４及び／又は冷却ポンプ５
３での放電を行う。

【０１７２】次のステップＳ８８において、制御部は、
電圧センサ１７で検出される燃料電池１０の電圧を検出
し、燃料電池１０の電圧が一定の電圧値、例えば、燃料
電池１０の下限電圧値以上となるようにインバータ２１
のＩＧＢＴ２２，ＩＧＢＴ２３の出力のデューティ比を
制御する。すなわち、制御部は、ＩＧＢＴ２２，ＩＧＢ
Ｔ２３から出力する交流電流のデューティ比を制御して
モータ２４に流れる電流値を可変させる。

【０１７３】次のステップＳ８９において、制御部は、
電流センサ１８で検出された燃料電池１０から出力され
る燃料電池電流を検出し、所定の設定値と検出した燃料
電池電流値とを比較する。制御部は、検出した燃料電池
電流が設定値以下であった場合処理をステップＳ９０へ
と進め、設定値以上であった場合は処理をステップＳ８
８へと戻す。

【０１７４】このステップＳ８９は、燃料電池１０の放
電動作を終了させるための判断をする処理であり、判断
の基準となる設定値は、燃料電池発電装置６０が搭載さ
れるシステムによって異なっている。

【０１７５】ステップＳ９０において、制御部は、リレ
ーボックス１１の第１リレー１５、リレーボックス６２
のリレー６３を開いたオフ状態にすると共に、チョッパ
ー６１のＩＧＢＴ１６，ＩＧＢＴ３２、インバータ２１
のＩＧＢＴ２２，ＩＧＢＴ２３も開状態にしたオフ状態
にし、モータ２４への通電、ＤＣ／ＤＣコンバータ５
１、冷却ポンプ５３の動作を停止させ放電動作を終了さ
せる。

【０１７６】ステップＳ９１において、制御部は、燃料
電池システムの停止動作シーケンスを終了させる。

【０１７７】このようなシステム停止処理に従って動作
する燃料電池発電装置６０では、燃料電池発電装置５０
に二次電池を付加し、二次電池でも燃料電池１０の放電
処理を実行することでエネルギーの有効利用をすること
ができる。

【０１７８】なお、モータ２４と、補機モータ４４の電
流消費比率は、モータ２４／補機モータ４４で０％から
１００％の間を任意に変更することができる。

【０１７９】［本発明を適用した他の実施形態］上述し
たように本発明を適用した第１実施形態乃至第６実施形
態では、残留水素を除去するための放電処理について説
明したが、以下に示すように燃料電池発電装置１，２
０，３０，４０，５０，６０のいずれかを搭載したシス
テムの運転停止後、燃料改質装置で生成された水素の除
去をする際に本発明を適用してもよい。

【０１８０】例えば、図１６に示すように改質反応部７
１とＣＯ除去部７２と、燃焼部７３とを備える燃料改質
装置７０が燃料電池１０に接続されているとする。燃料
改質装置７０には燃料タンク７４から天然ガスやメタノ
ールなどの燃料が供給される。

【０１８１】燃料タンク７４から燃料改質装置７１に供
給される燃料は、改質反応部７１で水素に改質され、Ｃ
Ｏ除去部７２でＣＯが除去され、ＣＯを除去された水素
が燃料電池１０に供給される。燃料電池１０で使用され
なかった水素は再び燃料改質装置７１に戻され、燃焼部
７３で燃やされ、排気される。

【０１８２】このような燃料改質装置７０では、システ
ム停止処理シーケンス中に、燃料改質器７０内部や配管
などに残った燃料を処理するために、改質反応部７１で
水素に改質させ水素を発生させる。

【０１８３】システム停止処理シーケンス中に燃料改質
装置７０で発生した水素は、燃料電池１０へ供給され、
上述した燃料電池発電装置１，２０，３０，４０，５
０，６０で放電処理をすることができる。

【０１８４】また、図１７及び図１８に示すように燃料
電池１０に水素貯蔵装置７５から水素がダイレクトに供
給される構成の場合、燃料電池発電装置１，２０，３
０，４０，５０，６０のいずれかを搭載したシステムが
停止動作シーケンスへと移行すると、燃料電池１０で使
用されなかった水素は、上述した燃料電池発電装置１，
２０，３０，４０，５０，６０で放電処理をすることが
できる。

【０１８５】なお、上述の実施の形態は本発明の一例で
ある。このため、本発明は、上述の実施形態に限定され
ることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明
に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に
応じて種々の変更が可能であることは勿論である。

【０１８６】すなわち、上述した一例では、放電抵抗や
コイル、冷却ポンプで放電をするときには直流電流を通
電し、動力モータや補機モータで放電するときには交流
電流を通電した場合について説明したが、各放電手段を
使用する場合についても直流電流、交流電流として限定
されないことは勿論である。

【０１８７】更に、上述した一例では、放電手段に対応
させた数のインバータを備える場合について説明した
が、これに限定されず、一の放電手段に対して複数のイ
ンバータを使用しても良く、さらには複数の放電手段に
対して一のインバータを使用しても良いのは勿論であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態として示す燃料電池
発電装置の要部構成を説明するためのブロック図であ
る。

【図２】同燃料電池発電装置の燃料電池内に残留した水
素の放電処理動作について説明するためのフローチャー
トである。

【図３】本発明の第２の実施の形態として示す燃料電池
発電装置の要部構成を説明するためのブロック図であ
る。

【図４】同燃料電池発電装置の燃料電池内に残留した水
素の第１の放電処理動作について説明するためのフロー
チャートである。

【図５】同燃料電池発電装置の燃料電池内に残留した水
素の第２の放電処理動作について説明するためのフロー
チャートである。

【図６】同燃料電池発電装置の燃料電池内に残留した水
素の第３の放電処理動作について説明するためのフロー
チャートである。

【図７】本発明の第３の実施の形態として示す燃料電池
発電装置の要部構成を説明するためのブロック図であ
る。

【図８】同燃料電池発電装置の燃料電池内に残留した水
素の第１の放電処理動作について説明するためのフロー
チャートである。

【図９】同燃料電池発電装置の燃料電池内に残留した水
素の第２の放電処理動作について説明するためのフロー
チャートである。

【図１０】本発明の第４の実施の形態として示す燃料電
池発電装置の要部構成を説明するためのブロック図であ
る。

【図１１】同燃料電池発電装置の燃料電池内に残留した
水素の放電処理動作について説明するためのフローチャ
ートである。

【図１２】本発明の第５の実施の形態として示す燃料電
池発電装置の要部構成を説明するためのブロック図であ
る。

【図１３】同燃料電池発電装置の燃料電池内に残留した
水素の放電処理動作について説明するためのフローチャ
ートである。

【図１４】本発明の第６の実施の形態として示す燃料電
池発電装置の要部構成を説明するためのブロック図であ
る。

【図１５】同燃料電池発電装置の燃料電池内に残留した
水素の放電処理動作について説明するためのフローチャ
ートである。

【図１６】燃料改質装置の要部構成を説明するためのブ
ロック図である。

【図１７】本発明の実施の形態として示す燃料電池発電
装置において、水素を直接、燃料電池に供給する様子を
説明するための第１のブロック図である。

【図１８】本発明の実施の形態として示す燃料電池発電
装置において、水素を直接、燃料電池に供給する様子を
説明するための第２のブロック図である。

【図１９】従来の技術として示す燃料電池発電装置の要
部構成を説明するためのブロック図である。

【符号の説明】

１，２０，３０，４０，５０，６０ 燃料電池発電装置 １０ 燃料電池 １１ リレーボックス １２ チョッパー １３ 第２リレー １４ 放電抵抗 １５ 第１リレー １６ ＩＧＢＴ １７ 電圧センサ １８ 電流センサ ２１ インバータ ２２ ＩＧＢＴ ２３ ＩＧＢＴ ２４ 動力モータ ３２ ＩＧＢＴ ３１ チョッパー ３４ コイル ４１ インバータ ４２ ＩＧＢＴ ４３ ＩＧＢＴ ４４ 補機モータ ５１ ＤＣ／ＤＣコンバータ ５２ バッテリー ５３ 冷却ポンプ ６１ チョッパー ６２ リレーボックス ６３ リレー ６４ 二次電池

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電解質膜を、酸化剤極と燃料極とにより
   挟んで構成され、上記酸化剤極側に酸化剤ガスが供給さ
   れると共に、上記燃料極側に燃料ガスが供給されて発電
   する燃料電池と、 上記燃料電池の出力側に設けられ、上記燃料電池で発電
   した電力を直流電流に変換して出力する直流電圧変換手
   段と、 上記直流電圧変換手段の出力側に設けられ、上記直流電
   圧変換手段から出力された直流電流を放電する放電手段
   とを備えることを特徴とする燃料電池発電装置。
2. 【請求項２】 上記放電手段は、放電抵抗であることを
   特徴とする請求項１記載の燃料電池発電装置。
3. 【請求項３】 上記放電手段は、上記直流電圧変換手段
   内に設けられたコイルであることを特徴とする請求項１
   記載の燃料電池発電装置。
4. 【請求項４】 上記燃料電池の出力電圧値を検出する電
   圧検出手段と、 上記電圧検出手段によって検出された燃料電池の出力電
   圧値が所定の値以下になるまで、上記放電手段に直流電
   流を供給するように上記直流電圧変換手段を制御する制
   御手段とを更に備えることを特徴とする請求項１〜請求
   項３の何れか一項記載の燃料電池発電装置。
5. 【請求項５】 電解質膜を、酸化剤極と燃料極とにより
   挟んで構成され、上記酸化剤極側に酸化剤ガスが供給さ
   れると共に、上記燃料極側に燃料ガスが供給されて発電
   する燃料電池と、 上記燃料電池の出力側に設けられ、上記燃料電池で発電
   した電力を直流電流に変換して出力する直流電圧変換手
   段と、 上記直流電圧変換手段の出力側に設けられ、上記直流電
   圧変換手段から出力された直流電流を交流電流に変換し
   て出力する直流−交流変換手段と、 上記直流−交流変換手段の出力側に設けられ、上記直流
   −交流変換手段から出力された交流電流を放電する放電
   手段と、 上記燃料電池の出力電流値を検出する電流検出手段と、 上記燃料電池の出力電圧値を検出する電圧検出手段と、 上記電流検出手段によって検出された燃料電池の出力電
   流が所定の値以下になるまで、上記電圧検出手段で検出
   される出力電圧が一定となるような交流電流とするよう
   に上記直流−交流変換手段を制御して上記放電手段に交
   流電流を供給する制御手段とを備えることを特徴とする
   燃料電池発電装置。
6. 【請求項６】 上記放電手段は、放電抵抗であることを
   特徴とする請求項５記載の燃料電池発電装置。
7. 【請求項７】 上記放電手段は、上記直流電圧変換手段
   内に設けられたコイルであることを特徴とする請求項５
   記載の燃料電池発電装置。
8. 【請求項８】 上記放電手段は、上記直流−交流変換手
   段から出力された交流電流を消費するモータ回路からな
   ることを特徴とする請求項５記載の燃料電池発電装置。
9. 【請求項９】 上記モータ回路は、動力源となる動力モ
   ータと、動力モータを駆動するために使用される補機を
   駆動する補機モータとからなり、 上記直流−交流変換手段は、上記動力モータに供給する
   交流電流に変換する動力モータ用直流−交流変換部と、
   上記補機モータに供給する交流電流に変換する補機モー
   タ用直流−交流変換部とからなることを特徴とする請求
   項８記載の燃料電池発電装置。
10. 【請求項１０】 動力モータ外の補機を更に備え、 上記モータ回路は、動力源となる動力モータからなり、 上記直流電圧変換手段の出力側に設けられ、上記直流電
    圧変換手段から出力された直流電圧の大きさを変換し
    て、上記補機に供給する直流電圧変換手段を更に備える
    ことを特徴とする請求項８記載の燃料電池発電装置。
11. 【請求項１１】 上記制御手段は、上記モータ回路が動
    作しない交流電流値とするように上記直流−交流変換手
    段を制御することを特徴とする請求項８〜請求項１０の
    何れか一項記載の燃料電池発電装置。
12. 【請求項１２】 上記制御手段は、上記モータ回路が動
    作しない交流電流値とするように上記直流−交流変換手
    段を制御すると共に、上記補機のみを動作させることを
    特徴とする請求項１１記載の燃料電池発電装置。
13. 【請求項１３】 上記放電手段として上記モータ回路を
    複数備えると共に、上記直流−交流変換手段を複数備え
    ることを特徴とする請求項５，請求項８〜請求項１２の
    何れか一項記載の燃料電池発電装置。
14. 【請求項１４】 所定の燃料を改質して上記燃料電池に
    供給する水素を取り出す燃料改質器を更に備え、 上記所定の燃料の残留分から上記燃料改質器によって取
    り出した燃料ガスを上記燃料電池に供給し、発電させて
    放電させることを特徴とする請求項１〜請求項１３の何
    れか一項記載の燃料電池発電装置。
15. 【請求項１５】 上記燃料電池で発電した電力を蓄積す
    る電力蓄積手段と、 上記直流電圧変換手段の出力側に設けられ、上記直流電
    圧変換手段から出力された直流電流を上記電力蓄積手段
    に供給するリレー回路とを更に備えることを特徴とする
    請求項１〜請求項１４の何れか一項記載の燃料電池発電
    装置。
16. 【請求項１６】 上記電力蓄積手段の電力蓄積量を検出
    する電力蓄積量検出手段を更に備え、 上記電力蓄積量検出手段で検出された電力蓄積量に基づ
    いて上記電力蓄積手段に電力供給するように上記リレー
    回路を制御することを特徴とする請求項１５記載の燃料
    電池発電装置。
17. 【請求項１７】 上記制御手段は、上記燃料電池の発電
    を停止するに際して電流を上記放電手段に供給して放電
    させることを特徴とする請求項１〜請求項１６の何れか
    一項記載の燃料電池発電装置。