燃料電池システムの制御方法
【課題】停止時発電処理の実施の有無に拘わらず、次回の燃料電池システムの起動性・発電安定性を低下させない燃料電池システムの制御方法を提供する。
【解決手段】燃料電池システム１０の運転停止指令を検出した際、発電停止時処理（Ｏ２リーン処理）が実施された後、掃気装置１５によるソーク時掃気ガス置換処理が実施される前に起動時燃料ガス置換処理を行う場合の燃料ガスの使用量を、発電停止時処理が実施されないで、掃気装置１５によるソーク時掃気ガス置換処理が実施される前に前記起動時燃料ガス置換処理を行う場合に比べて、多い量とすることで、起動時に燃料ガスが不足することを原因とする起動性・発電安定性の低下を回避することができる。
【解決手段】燃料電池システム１０の運転停止指令を検出した際、発電停止時処理（Ｏ２リーン処理）が実施された後、掃気装置１５によるソーク時掃気ガス置換処理が実施される前に起動時燃料ガス置換処理を行う場合の燃料ガスの使用量を、発電停止時処理が実施されないで、掃気装置１５によるソーク時掃気ガス置換処理が実施される前に前記起動時燃料ガス置換処理を行う場合に比べて、多い量とすることで、起動時に燃料ガスが不足することを原因とする起動性・発電安定性の低下を回避することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、酸化剤ガス及び燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池を備える燃料電池システムの制御方法に関し、特に、燃料電池の起動時に、アノード側から多くの燃料ガスを導入しつつアノードオフガスを排出する、いわゆるアノード側の起動時燃料ガス置換処理｛ＯＣＶ（Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ：開回路電圧）状態（燃料電池から電流を引かない状態）でのパージ処理、略してＯＣＶパージ処理ともいう。｝を行う燃料電池システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料ガス（主に水素を含有するガス、例えば、水素ガス）及び酸化剤ガス（主に酸素を含有するガス、例えば、空気）をアノード電極及びカソード電極に供給して電気化学的に反応させることにより、直流の電気エネルギを得るシステムである。このシステムは、定置用の他、車載用として燃料電池車両に組み込まれている。
【０００３】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード電極及びカソード電極を設けた電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、一対のセパレータによって挟持している。一方のセパレータと電解質膜・電極接合体との間には、アノード電極に燃料ガスを供給するための燃料ガス流路が形成されるとともに、他方のセパレータと前記電解質膜・電極構造体との間には、カソード電極に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路が形成されている。
【０００４】
この燃料電池の停止時には、燃料ガス及び酸化剤ガスの供給が停止されるが、燃料ガス流路内に前記燃料ガスが残留する一方、酸化剤ガス流路内に前記酸化剤ガスが残留している。従って、特に燃料電池の停止期間が長くなると、燃料ガスや酸化剤ガスが電解質膜を透過し、前記燃料ガスと前記酸化剤ガスとが混在し反応して電解質膜・電極構造体が劣化するおそれがある。
【０００５】
そこで、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池システムでは、燃料電池の運転停止時に、アノード側への反応ガスの供給を遮断するとともに、カソード側への反応ガスの供給を少なくして発電を継続し、発電出力をバッテリに充電する、いわゆる停止時発電処理が実施されている。停止時発電処理により、アノード側では水素が消費され、カソード側では酸素が消費されて窒素ガスが充満するので、運転停止後のソーク時における燃料電池システムの劣化が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２２４８７号公報（図１、［００２９］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、燃料電池システムの起動時には、上述したように、アノード側から多くの燃料ガスを導入しつつアノードオフガスを排出する、いわゆるＯＣＶパージ処理が行われるが、上記の停止時発電処理を実施している場合、次回起動時の起動性・発電安定性が、停止時発電処理を実施していない場合に比較して悪化する場合があるという課題が発生している。
【０００８】
この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、停止時発電処理の実施の有無に拘わらず、次回の燃料電池システムの起動性・発電安定性を低下させないことを可能とする燃料電池システムの制御方法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】
【０００９】
この発明に係る燃料電池システムの制御方法は、カソード側に供給される酸化剤ガスとアノード側に供給される燃料ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、前記燃料電池の運転停止指令を検出した際、前記燃料ガスの供給を停止する一方、前記酸化剤ガスを前記燃料電池に供給しながら前記燃料電池を発電させる停止時発電処理を実施した後に前記燃料電池の発電を停止し、発電を停止させた後に、前記燃料電池システムの起動指令を検出したとき、前記燃料電池の発電を停止させたときから前記燃料電池システムの前記起動指令を検出するまでの経過時間に基づき、前記経過時間が規定時間より短い場合には、前記経過時間が前記規定時間よりも長い場合に比べて、前記燃料電池システムの起動時におけるアノード側の燃料ガス置換量を多くする起動時燃料ガス置換処理を実施することを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、燃料電池システムの運転停止指令を検出した際、燃料ガスの供給を停止する一方、酸化剤ガスを前記燃料電池に供給しながら前記燃料電池を発電させる停止時発電処理を実施した後に前記燃料電池の発電を停止し、発電を停止させた後に、前記燃料電池システムの起動指令を検出したとき、前記燃料電池の発電を停止させたときから前記燃料電池システムの起動指令を検出するまでの経過時間に基づき、前記経過時間が規定時間より短い場合には、前記経過時間が前記規定時間よりも長い場合に比べて、前記燃料電池の起動時におけるアノード側の燃料ガス置換量を多くする起動時燃料ガス置換処理を実施するようにしたので、起動時に燃料ガスが不足することを原因とする起動性・発電安定性の低下を回避することができる。
【００１１】
また、この発明に係る燃料電池システムの制御方法は、カソード側に供給される酸化剤ガスとアノード側に供給される燃料ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、前記燃料電池の発電を停止した後のソーク時に前記アノード側を掃気ガスにより掃気してソーク時掃気ガス置換処理を行う掃気装置と、を備え、前記燃料電池の起動時に、アノード側に燃料ガスを供給して、アノードオフガスを排出する起動時燃料ガス置換処理を行う燃料電池システムの制御方法であって、前記燃料電池の運転停止指令を検出した際、前記燃料ガスの供給を停止する一方、前記酸化剤ガスを前記燃料電池に供給しながら前記燃料電池を発電させる停止時発電処理を実施した後に前記燃料電池の運転を停止する第１の手順と、前記第１の手順に係る前記停止時発電処理を実施しないで前記燃料電池の運転を停止する第２の手順と、を選択的に有し、前記燃料電池の運転停止指令を検出した際、前記第１の手順が実施された後、前記掃気装置によるソーク時掃気ガス置換処理が実施される前に前記起動時燃料ガス置換処理を行う場合の前記燃料ガスの使用量を、前記第２の手順が実施された後、前記掃気装置によるソーク時掃気ガス置換処理が実施される前に前記起動時燃料ガス置換処理を行う場合に比べて、多い量とすることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、燃料電池の運転停止指令を検出した際、停止時発電処理を含む手順（第１の手順）が実施された運転停止後、掃気装置によるソーク時掃気ガス置換処理が実施される前に、起動時アノード側ガス置換処理を行う場合に使用される燃料ガスの使用量を、停止時発電処理を含む手順が不実施の（第２の手順が実施された）後の運転停止後、前記掃気装置によるソーク時掃気ガス置換処理が実施される前に、前記起動時アノード側ガス置換処理を行う場合に比べて、多い量としたので、起動時に燃料ガスが不足することを原因とする起動性・発電安定性の低下を回避することができる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、燃料電池システムの停止処理中における停止時発電処理の実施の有無に基づき、実施した場合には、次回起動時のアノード側ガスパージ処理で使用される燃料ガスの量を多い量としたので、起動時に燃料ガスが不足することを原因とする起動性・発電安定性の低下を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施形態に係る制御方法が実施される燃料電池システムの概略構成図である。
【図２】前記燃料電池システムを構成する回路説明図である。
【図３】前記制御方法を説明するタイミングチャートである。
【図４】前記燃料電池システムの水素ガス系容積部及び空気系容積部の説明図である。
【図５】水素濃度をパラメータとした、ソーク時間に対する劣化度合いの説明図である。
【図６】低酸素ストイキ発電処理（Ｏ２リーン発電処理）を実施した場合のガス置換処理のタイミングの説明図である。
【図７】低酸素ストイキ発電処理（Ｏ２リーン発電処理）を実施した場合と実施していない場合のガス置換処理のタイミングの比較説明図である。
【図８】低酸素ストイキ発電処理（Ｏ２リーン発電処理）の実施の有無の判断に供されるフローチャートである。
【図９】起動時処理の説明に供されるフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１に示すように、この発明の実施形態に係る運転停止方法が実施される燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１２と、燃料電池スタック１２に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置１４と、燃料電池スタック１２に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置１６と、燃料電池スタック１２に掃気ガスを導入する掃気装置１５と、燃料電池スタック１２に接続自由なバッテリ（蓄電装置）１７と、燃料電池システム１０全体の制御を行うコントローラ（制御装置、制御部）１８とを備える。
【００１６】
コントローラ１８は、マイクロコンピュータを含む計算機であり、ＣＰＵ（中央処理装置）、メモリであるＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭも含む。）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、その他、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等の入出力装置、時計、計時部としてのタイマ１９等を有しており、ＣＰＵがＲＯＭに記録されているプログラムを読み出し実行することで各種機能実現部（機能実現手段）、たとえば制御部、演算部、及び処理部等として機能する。
【００１７】
燃料電池システム１０は、燃料電池自動車等の燃料電池車両に搭載される。バッテリ１７は、燃料電池車両を通常走行可能であり、例えば、２０Ａ、〜５００Ｖ程度であるとともに、後述する１２Ｖ電源９８よりも高電圧且つ高電力容量である。
【００１８】
燃料電池スタック１２は、複数の燃料電池（セル又はセルペアともいう。）２０を積層して構成される。各燃料電池２０は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜２２をカソード電極２４とアノード電極２６とで挟持した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）２８を備える。
【００１９】
カソード電極２４及びアノード電極２６は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金（又はＲｕ等）が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成された電極触媒層とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜２２の両面に形成される。
【００２０】
電解質膜・電極構造体２８をカソード側セパレータ３０及びアノード側セパレータ３２で挟持する。カソード側セパレータ３０及びアノード側セパレータ３２は、例えば、カーボンセパレータ又は金属セパレータで構成される。
【００２１】
カソード側セパレータ３０と電解質膜・電極構造体２８との間には、酸化剤ガス流路３４が設けられるとともに、アノード側セパレータ３２と前記電解質膜・電極構造体２８との間には、燃料ガス流路３６が設けられる。
【００２２】
燃料電池スタック１２には、各燃料電池２０の積層方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガス（以下、空気ともいう。）を供給する酸化剤ガス入口連通孔３８ａ、燃料ガス、例えば、水素含有ガス（以下、水素ガスともいう）を供給する燃料ガス入口連通孔４０ａ、冷却媒体を供給する冷却媒体入口連通孔（図示せず）、前記酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス出口連通孔３８ｂ、前記燃料ガスを排出する燃料ガス出口連通孔４０ｂ、及び前記冷却媒体を排出する冷却媒体出口連通孔（図示せず）が設けられる。
【００２３】
酸化剤ガス供給装置１４は、大気からの空気を圧縮して供給するエアポンプ５０を備え、前記エアポンプ５０が空気供給流路５２に配設される。空気供給流路５２には、供給ガスと排出ガスとの間で水分と熱を交換する加湿器５４が配設される。空気供給流路５２は、燃料電池スタック１２の酸化剤ガス入口連通孔３８ａに連通する。
【００２４】
酸化剤ガス供給装置１４は、酸化剤ガス出口連通孔３８ｂに連通する空気排出流路５６を備える。空気排出流路５６は、加湿器５４の加湿媒体通路（図示せず）に連通するとともに、この空気排出流路５６には、エアポンプ５０から空気供給流路５２を通って燃料電池スタック１２に供給される空気の圧力を調整するためのバタフライ弁等の開度調整可能な背圧制御弁（単に、背圧弁ともいう。）５８が設けられる。背圧制御弁５８は、ノーマルクローズ型（通電されない時に閉じられる）制御弁により構成されることが好ましい。空気排出流路５６は、希釈ボックス６０に連通する。
【００２５】
掃気装置１５は、前記酸化剤ガス供給装置１４と共用するエアポンプ５０と、エゼクタ６６の下流側の水素供給流路６４と空気供給流路５２との間に配設された空気導入流路５３と、この空気導入流路５３に設けられた空気導入弁５５と、を備える。
【００２６】
空気導入弁５５は、エアポンプ５０から空気供給流路５２及び空気導入流路５３を介し、燃料ガス入口連通孔４０ａを通じて燃料ガス流路３６に圧縮空気を導入するための、いわゆるアノード側空気掃気処理時（アノード側空気置換処理時）に開放される開閉弁である。
【００２７】
燃料ガス供給装置１６は、高圧水素を貯留し開閉弁であるインタンク電磁弁６３が一体的に設けられた水素タンク６２を備え、この水素タンク６２は、水素供給流路６４を介して燃料電池スタック１２の燃料ガス入口連通孔４０ａに連通する。
【００２８】
この水素供給流路６４には、開閉弁である遮断弁６５及びエゼクタ６６が設けられる。エゼクタ６６は、水素タンク６２から供給される水素ガスを、水素供給流路６４を通って燃料電池スタック１２に供給するとともに、燃料電池スタック１２で使用されなかった未使用の水素ガスを含む排ガスを、水素循環路６８から吸引して、再度、前記燃料電池スタック１２に燃料ガスとして供給する。
【００２９】
燃料ガス出口連通孔４０ｂには、オフガス流路７０が連通する。オフガス流路７０の途上には、水素循環路６８が連通するとともに、オフガス流路７０には、パージ弁７２を介して希釈ボックス６０が接続される。希釈ボックス６０の排出口側には、排出流路７４が接続される。なお、排出流路７４には、図示しない貯蔵バッファが配設され、この貯蔵バッファには、大気に連通する排気流路が接続される。
【００３０】
コントローラ１８は、各種制御処理を実行するために、水素供給流路６４に設けられたアノード圧力Ｐａを検出する圧力センサ１０２、酸化剤ガス出口連通孔３８ｂの近傍に設けられたカソード圧力Ｐｋを検出する圧力センサ１０３、燃料ガス出口連通孔４０ｂの近傍に設けられた水素温度Ｔｈを検出する温度センサ１０４、図示しない冷却媒体入口連通孔に設けられた冷媒温度Ｔｃを検出する温度センサ１０６、各燃料電池２０の電圧（セル電圧又はセルペア電圧という。）Ｖｃを検出する電圧センサ１０８、及び燃料電池スタック１２から流れ出る電流の電流値Ｉｏを検出する電流センサ１１０の各信号を取り込み、後述するＦＣコンタクタ８６のオン（閉）オフ（開）、遮断弁６５等の弁の開閉及び開度制御、及びエアポンプ５０の流量（風量）の調整等のアクチュエータの制御等を行う。
【００３１】
図２に示すように、燃料電池スタック１２には、主電力線８０の一端が接続されるとともに、前記主電力線８０の他端がインバータ８２に接続される。インバータ８２には、三相の車両走行用の駆動モータ８４が接続される。なお、主電力線８０は、実質的には、２本用いられているが、説明の簡素化を図るために、１本の前記主電力線８０で記載する。以下に説明する他のラインにおいても、同様である。
【００３２】
主電力線８０には、ＦＣコンタクタ（主電源開閉器、燃料電池スタック開閉器）８６が配設されるとともに、エアポンプ５０が接続される。主電力線８０には、電力線８８の一端が接続され、電力線８８には、ＤＣ／ＤＣコンバータ９０及びバッテリコンタクタ（蓄電装置開閉器）９２を介してバッテリ１７が接続される。電力線８８には、分岐電力線９４が設けられ、分岐電力線９４には、ダウンバータ（ＤＣ／ＤＣコンバータ）９６を介して１２Ｖ電源９８が接続される。なお、１２Ｖ電源９８は、バッテリ１７よりも低い電圧であればよく、１２Ｖに限定されるものではない。
【００３３】
このように構成される燃料電池システム１０の動作について、以下に説明する。
【００３４】
先ず、燃料電池システム１０の通常運転時（通常発電時、又は通常発電処理時ともいう。）には、酸化剤ガス供給装置１４を構成するエアポンプ５０を介して、空気供給流路５２に空気が送られる。この空気は、加湿器５４を通って加湿された後、燃料電池スタック１２の酸化剤ガス入口連通孔３８ａに供給される。この空気は、燃料電池スタック１２内の各燃料電池２０に設けられている酸化剤ガス流路３４に沿って移動することにより、カソード電極２４に供給される。
【００３５】
使用済みの空気は、酸化剤ガス出口連通孔３８ｂから空気排出流路５６に排出され、加湿器５４に送られることによって新たに供給される空気を加湿した後、背圧制御弁５８を介して希釈ボックス６０に導入される。
【００３６】
一方、燃料ガス供給装置１６では、インタンク電磁弁６３及び遮断弁６５が開放されることにより、水素タンク６２から減圧制御弁（図示せず）により減圧された後、水素供給流路６４に水素ガスが供給される。この水素ガスは、水素供給流路６４を通って燃料電池スタック１２の燃料ガス入口連通孔４０ａに供給される。燃料電池スタック１２内に供給された水素ガスは、各燃料電池２０の燃料ガス流路３６に沿って移動することにより、アノード電極２６に供給される。
【００３７】
使用済みの水素ガスは、燃料ガス出口連通孔４０ｂから水素循環路６８を介してエゼクタ６６に吸引され、燃料ガスとして、再度、燃料電池スタック１２に供給される。従って、カソード電極２４に供給される空気とアノード電極２６に供給される水素ガスとが電気化学的に反応して発電が行われる。
【００３８】
一方、水素循環路６８を循環する水素ガスには、不純物が混在し易い。このため、不純物を混在する水素ガスは、パージ弁７２が開放されることによって希釈ボックス６０に導入される。この水素ガスは、希釈ボックス６０内で空気オフガスと混合されることにより水素濃度が低下された後、貯蔵バッファ（図示せず）に排出される。
【００３９】
通常発電中には、掃気装置１５は作動させず、空気導入弁５５は、閉じた状態に保持される。空気導入弁５５は、ノーマルクローズ型（通電されない時に閉じられる）の開閉弁であることが好ましい。
【００４０】
次に、燃料電池システム１０の運転停止方法について、図３に示すタイミングチャートに沿って、以下に説明する。
【００４１】
図示しない燃料電池自動車に搭載された燃料電池システム１０は、上記のように、通常発電運転を行うことにより、所望の走行が行われている。そして、図示しないイグニッションスイッチ（運転スイッチ）がオフされると、コントローラ１８は、これを停止指令として検出し（時点ｔ１）、燃料電池システム１０の運転停止処理を開始する。
【００４２】
先ず、後述するディスチャージ処理（低酸素ストイキ発電処理、停止時発電処理、Ｏ２リーン処理、又はＯ２リーン発電処理ともいう。）後に、燃料電池スタック１２内の燃料ガス圧力（アノード圧力Ｐａ）が設定圧力に維持されるように、水素ガス（燃料ガス）の供給圧力が、予め、設定される。具体的には、図４に示すように、水素ガスが充填されて閉じられる水素ガス系容積部２００は、燃料電池スタック１２内の燃料ガス流路３６、燃料ガス入口連通孔４０ａ及び燃料ガス出口連通孔４０ｂと、水素供給流路６４のエゼクタ６６よりも下流領域と、水素循環路６８と、オフガス流路７０のパージ弁７２よりも上流領域とにより構成される。
【００４３】
空気雰囲気を不活性なガスである窒素雰囲気に置換したい空気系容積部２０２は、燃料電池スタック１２内の酸化剤ガス流路３４、酸化剤ガス入口連通孔３８ａ及び酸化剤ガス出口連通孔３８ｂと、空気供給流路５２と、空気排出流路５６と、加湿器５４と、希釈ボックス６０と、図示しない貯蔵バッファとにより構成される。
【００４４】
ディスチャージ処理時には、空気は、酸素ストイキを、通常発電時の酸素ストイキよりも低い低酸素ストイキで供給する。具体的には、低酸素ストイキは、値１前後に設定される。なお、酸素ストイキは、通常発電時には、１．２〜３．０の間に収まることが好ましい。一方、ディスチャージ処理時に、水素ガスは、供給が停止される。
【００４５】
このため、空気系容積部２０２における燃料電池スタック１２で窒素雰囲気にしたい残存酸素のモル数ｎＯ２（Ｏ２は正しくはＯ２と表記される。）及びエアポンプ５０により供給される低酸素ストイキにより窒素雰囲気にしたい加湿器５４、希釈ボックス６０及び貯蔵バッファの酸素のモル数ｎ´Ｏ２と、水素ガス系容積部２００における残存水素のモル数ｎＨ２（Ｈ２は正しくはＨ２と表記される。）とは、２（ｎＯ２＋ｎ´Ｏ２）＝ｎＨ２の関係を有する状態に設定される。なお、上述したように、水素Ｈ２は水素Ｈ２を意味し、酸素Ｏ２は酸素Ｏ２を意味している。
【００４６】
そして、設定された残存水素のモル数ｎＨ２から、ｎ（モル数）＝Ｐ（圧力）×Ｖ（体積）／Ｒ（気体常数）×Ｔ（絶対温度）の式を用いて、水素ガスの供給圧力（アノード圧力）Ｐａ１が算出される（図３参照）。但し、アノード圧力Ｐａ１は、ディスチャージ完了時に、一定圧力Ｐａ２以上に維持されるように設定される。一定圧力Ｐａ２は、水素の不足や過剰が発生しない程度の圧力である。
【００４７】
ここで、空気系容積部２０２の容量＞＞水素ガス系容積部２００の容量の関係を有する場合には、前記水素ガス系容積部２００の容量を増加させるために、アノード圧力Ｐａ１まで増圧させる方法、又は不足する水素の供給を行う方法を採用することができる。
【００４８】
一方、水素ガス系容積部２００の容量＞＞空気系容積部２０２の容量の関係を有する場合には、前記水素ガス系容積部２００の容量を減少させるために、アノード圧力Ｐａ１まで減圧させる方法が採用される。
【００４９】
図３に示すように、イグニッションスイッチ（運転スイッチ）がオフにされると（時点ｔ１）、インタンク電磁弁６３及び遮断弁６５の開放作用下に燃料電池スタック１２に水素ガスが供給され、燃料電池スタック１２内の圧力がアノード圧力Ｐａ１まで上昇する（時点ｔ１〜ｔ２：昇圧処理）。このアノード圧力Ｐａ１は、上記の計算式より算出される。
【００５０】
昇圧処理が終了すると（時点ｔ２）、インタンク電磁弁６３が閉じられ、インタンク電磁弁６３の故障検知処理に移行する。この故障検知処理では、インタンク電磁弁６３の直下流の圧力変化の有無により故障検知が行われる。圧力が低下した場合には、インタンク電磁弁６３が正常とされる。すなわち、正常に閉弁されたと判断する。
【００５１】
インタンク電磁弁６３の故障検知処理が終了すると（時点ｔ３）と、カソード掃気処理が行われる。このカソード掃気処理では、カソード側の水滴を含む液滴等を吹き飛ばすための空気による（酸化剤ガス供給装置１４による）掃気処理が行われる。この際、高回転数［ｒｐｍ］に設定されるエアポンプ５０を駆動するのに不足する電力は補充される（時点ｔ４〜ｔ５）。
【００５２】
カソード掃気処理後には、背圧制御弁５８の開度制御が一旦停止されて開放されることで大気に連通し、カソード圧力ＰｋがＰｋ＝０［ｋＰａｇ：ｇはゲージ圧を意味する。］にされる状態が作られる（時点ｔ６〜ｔ７）。さらに、カソード掃気処理終了時点（時点ｔ６）で、酸化剤ガス供給装置１４を構成するエアポンプ５０は、通常運転時に比べて相当に回転数が減速され、酸化剤ガス中の酸素ストイキを、通常発電時の酸素ストイキよりも低い低酸素ストイキで供給する。具体的には、低酸素ストイキは、１前後に設定される。そして、圧力センサ１０３の学習処理（０点補正）がなされる。
【００５３】
その後、時点ｔ７〜ｔ８において、背圧制御弁５８の開度を調整することで、圧力センサ１０３により検出されるカソード圧力Ｐｋが、低酸素ストイキに対応する所定の低圧力Ｐｋ１とされ、さらに、その低圧力Ｐｋ１での背圧制御弁５８の学習処理がなされる（時点ｔ７〜ｔ８）。以降、エアポンプ５０のオフ（時点ｔ９）まで、低圧力Ｐｋ１とされる。
【００５４】
一方、燃料電池スタック１２は、発電が継続されている（時点ｔ１〜ｔ８）。
【００５５】
背圧制御弁５８の学習処理（時点ｔ７〜ｔ８）後の低酸素ストイキ発電処理（Ｏ２リーン発電処理、単にＯ２リーン処理ともいう。時点ｔ８〜ｔ９）では、燃料電池スタック１２から取り出される電流（ＦＣ電流）は、固体高分子電解質膜２２を透過してアノード側からカソード側に燃料ガスである水素ガスが移動することを阻止する値に設定される。その際、図２において、ＦＣコンタクタ８６及びバッテリコンタクタ９２がオンされており、燃料電池スタック１２の発電時に得られる電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ９０により電圧を降圧させた後、バッテリ１７に充電される。
【００５６】
上記のように、燃料電池スタック１２では、低酸素ストイキの空気が供給される一方、遮断弁６５の閉塞（時点ｔ３）により水素ガスの供給が停止した状態で、発電が行われている。パージ弁７２も閉じられている。そして、燃料電池スタック１２による発電電力は、バッテリ１７に供給されることにより、ディスチャージ｛図３中、ＤＣＨＧ（Ｏ２リーン処理）｝されている。従って、燃料電池スタック１２の発電電圧が所定の電圧、すなわち、バッテリ１７に供給不能な電圧（バッテリ１７の電圧とほぼ同じ電圧）まで低下すると、エアポンプ５０にのみ発電電力が供給される。
【００５７】
これにより、燃料電池スタック１２内では、Ｏ２リーン処理（時点ｔ８〜ｔ９）の間にアノード側の水素濃度が低下する一方、カソード側の酸素濃度が低下していく。そこで、例えば、アノード側の水素圧力（アノード圧力Ｐａ）が所定の圧力Ｐａ２以下となった際に、エアポンプ５０がオフされるとともに、バッテリコンタクタ９２がオフされる（時点ｔ９）。
【００５８】
このため、燃料電池スタック１２は、内部に残存する水素ガスと空気とにより発電される（時点ｔ９〜ｔ１０）。この燃料電池スタック１２の発電により発生する電力は、ダウンバータ９６を介して降圧された後、１２Ｖ電源９８に充電（図３中、Ｄ／Ｖ ＤＣＨＧ）されるとともに、必要に応じて図示しないラジエータファン等に電力が供給される。さらに、燃料電池スタック１２の発電電圧が、ダウンバータ９６の作動限界電圧の近傍まで低下すると、ＦＣコンタクタ８６がオフされる（時点ｔ１０）。これにより燃料電池システム１０は、運転停止状態、いわゆるソーク状態となる。
【００５９】
上述したように、イグニッションスイッチがオフされると（時点ｔ１）、水素ガスの供給を停止する前に、燃料電池スタック１２内のアノード圧力Ｐａがアノード圧力Ｐａ１まで上昇された後（時点ｔ２）、背圧制御弁５８、エアポンプ５０、インタンク電磁弁６３及び遮断弁６５が操作されている。従って、燃料電池スタック１２では、この燃料電池スタック１２内に残存する水素ガスと低酸素ストイキの空気とにより発電が行われ、発電電力がバッテリ１７に供給されてディスチャージされている（時点ｔ２〜ｔ９）。
【００６０】
これにより、燃料電池スタック１２内のアノード側では、水素濃度が減少するとともに、カソード側では、酸素濃度が減少して窒素濃度が上昇している。このため、カソード側には、排ガスとして高濃度の窒素ガスが発生し、前記窒素ガスが希釈ボックス６０まで供給される。
【００６１】
従って、図４に示す燃料電池スタック１２を含む空気系容積部２０２内には、不活性なガスである窒素ガスを満たすことができる。
【００６２】
その上、水素ガスの供給を停止する前に、燃料電池スタック１２に供給される水素ガスの供給圧力を、アノード圧力Ｐａ１まで上昇させている（時点ｔ２）。このため、燃料電池スタック１２内に適正な量の水素が充填された状態で、低酸素ストイキによる発電（Ｏ２リーン処理）が良好に遂行され、ディスチャージ完了後に、燃料電池スタック１２内に過剰な水素ガスが残存したり、水素ガス不足が発生したりすることを、確実に阻止することができるという効果が得られる。
【００６３】
さらに、エアポンプ５０を停止することにより（時点ｔ９）、空気の供給を停止した状態で、すなわち、燃料電池スタック１２内に残存する水素及び酸素のみで、前記燃料電池スタック１２が発電されている（図３中、Ｄ/Ｖ ＤＣＨＧ）。
【００６４】
このため、エアポンプ５０を介して空気の供給を行いながら、燃料電池スタック１２の発電を行った場合、システム内の窒素置換範囲が、燃料電池スタック１２内に止まるのに対し、エアポンプ５０を停止した後、燃料電池スタック１２の発電を行うと、燃料電池スタック１２の入口側まで窒素ガスによる置換範囲が拡大される。これにより、燃料電池システム１０のカソード側は、比較的長期間にわたって停止されても、燃料電池２０の劣化を可及的に阻止することができるという利点がある。
【００６５】
一方、燃料電池２０の発電が停止するＦＣコンタクタ８６がオフとなる時点（ｔ１０）において、アノード側の水素ガス濃度が、それほどには低下していない場合がある。
【００６６】
そのため、ＦＣコンタクタ８６がオフとなった時点ｔ１０｛燃料電池システム１０（燃料電池２０）の発電を停止した時点｝以降のソーク中において、図５の点線の劣化特性１５０に示すように、時点ｔ１０のソーク開始時点から所定時間が経過した時点ｔ１１からソーク中のセル電圧がＯＣＶ付近に保持されていることを原因として発生するラジカル（ＯＨラジカル）等により電解質膜・電極構造体２８が時間に比例して劣化が増加する。
【００６７】
この劣化を抑制するために、ＦＣコンタクタ８６がオフとなったソーク開始時点ｔ１０以降に、掃気装置１５を構成する空気導入弁５５を開放し、エアポンプ５０を一定時間駆動して、パージ弁７２を間欠的に開放することでアノード中の水素ガスを空気に置換するソーク時掃気ガス置換処理が必要となる。
【００６８】
しかし、このソーク時掃気ガス置換処理においては、図５の一点鎖線の劣化特性１５２に示すように、ソーク時掃気ガス置換処理実施開始時における水素濃度の高低に応じて、電解質膜・電極構造体２８の劣化度合いが変化する。すなわち、水素濃度が高い程、劣化量（燃料電池スタック１２の発電効率の低下量）が大きくなる特性となっている。
【００６９】
劣化特性１５０と劣化特性１５２とを合成した（和をとった）実線で示す劣化特性１５４では、アノード水素濃度が所定値のときに（ソーク時間＝ｔ１３−ｔ１０＝Ｔｐのタイミングで）、劣化量が最小となることが分かる。
【００７０】
そこで、ＦＣコンタクタ８６がオフとなったソーク開始時点ｔ１０から所定時間（予め定めたタイミング：予め定めた時間）Ｔｐの経過後に、空気導入弁５５を開放し、エアポンプ５０を一定時間駆動しながらパージ弁を７２を間欠的に開弁して、アノード中の水素ガスを掃気ガスである空気により掃気して空気に置換するソーク時掃気ガス置換処理を行うことにより電解質膜・電極構造体２８の劣化度合いを最小限とすることができる。
【００７１】
図６は、停止時発電処理である低酸素ストイキ発電処理（Ｏ２リーン発電処理）を行った｛時点ｔ８〜ｔ１０（ｔ９）｝ときのガス濃度｛アノードの水素濃度Ｄａ（Ｏ２リーン）とカソードの酸素濃度Ｄｋ（Ｏ２リーン）｝とガス圧力｛アノード圧力Ｐａ（Ｏ２リーン）｝の変化の特性を示している。
【００７２】
太い実線で示したカソードの酸素濃度Ｄｋ（Ｏ２リーン）は、停止時発電処理時（時点ｔ８〜ｔ１０）の間に、濃度が減少する特性になっており、ソーク中（ソーク開始時点ｔ１０以降）は、低いままとなっている。
【００７３】
細い実線で示したアノードの水素濃度Ｄａ（Ｏ２リーン）は、停止時発電処理中（時点ｔ８〜ｔ１０）の間に、発電中であって水素が消費され、徐々に低下する特性となっているが、太い実線で示したアノード圧力Ｐａ（Ｏ２リーン）は、急激に低下する特性になっている。
【００７４】
その一方、ソーク中（ソーク開始時点ｔ１０以降）には、水素が消費されず、アノード圧力Ｐａ（Ｏ２リーン）は、徐々に低下する特性となっているが、水素量が少なくなったときに（時点ｔｘ）、窒素ガスがカソード側からアノード側へ透過する量が大きくなり、以降、アノード圧力Ｐａ（Ｏ２リーン）は、徐々に大きくなる（時点ｔｘ〜ｔ１３）特性になっている。
【００７５】
時点ｔｘ〜ｔ１３のアノード圧力Ｐａ（Ｏ２リーン）の増加に伴い、アノードの水素濃度Ｄａ（Ｏ２リーン）は、濃度が低下し、閾値濃度Ｄｐ（例えば、０［％］〜２［％］程度の値）となったとき（時点ｔ１３）、上述した掃気装置１５によるソーク時掃気ガス置換処理が開始され（時点ｔ１３）、この掃気ガス置換処理（Ｏ２リーン）が所定時間実施される（時点ｔ１３〜ｔｙ）。
【００７６】
ここで、停止時発電処理（Ｏ２リーン処理）を行った後に、燃料電池システム１０が運転停止状態とされたとき（時点ｔ１０）から、水素濃度Ｄａ（Ｏ２リーン）が閾値濃度Ｄｐまで低下する時間（時点ｔ１０〜ｔ１３）は、車種毎に予め定めることが可能な時間であり、規定時間Ｔｓａとしてコントローラ１８のメモリ中に格納されている。
【００７７】
なお、停止時発電処理（Ｏ２リーン発電処理）を実施しなかった場合｛イグニッションオフの時点（時点ｔ１）でＦＣコンタクタ８６をオフにした場合｝には、図７に、それぞれ点線で示すカソードの酸素濃度Ｄｋ（Ｏ２リーンなし）、アノード圧力Ｐａ（Ｏ２リーンなし）、及びアノードの水素濃度Ｄａ（Ｏ２リーンなし）の各特性に示すように、ソーク中（時点ｔ１０以降）、カソードの酸素濃度Ｄｋが高いために、水素がアノードからカソードに透過しても消費（反応）により水素がなくなり、水素分圧差が縮まらず、水素圧であるアノード圧力Ｐａ（Ｏ２リーンなし）の低下が促進される。水素量が少なくなったとき（時点ｔｚ）、酸素がアノードへ透過する量が大きくなり、アノード圧力Ｐａ（Ｏ２リーンなし）が上昇する一方で水素濃度Ｄａ（Ｏ２リーンなし）が低下し、水素濃度Ｄａ（Ｏ２リーンなし）が閾値濃度Ｄｐとなったとき（時点ｔｘ）、掃気装置１５によるソーク時掃気ガス置換処理（Ｏ２リーンなし）が開始され、掃気ガス置換処理が所定時間実施される（時点ｔｘ〜ｔｒ）。
【００７８】
したがって、イグニッションスイッチをオフした時点ｔ８から所定時間（ｔ１０−ｔ８）経過後の時点（時点ｔ１０）において、アノード圧力Ｐａを検出（測定）することにより、検出したアノード圧力Ｐａが閾値圧力Ｐａｔｈ（図７参照）を下回る値であれば、低酸素ストイキ発電（Ｏ２リーン発電）が実施された（実施有り）と判断することができる。
【００７９】
前記の閾値圧力Ｐａｔｈは、低酸素ストイキ発電（Ｏ２リーン発電）を行うと、アノード圧力Ｐａ（Ｏ２リーン）がこの閾値圧力Ｐａｔｈを下回り、低酸素ストイキ発電（Ｏ２リーン発電）を行わない場合には、アノード圧力Ｐａ（Ｏ２リーンなし）がこの閾値圧力Ｐａｔｈを下回らないことを予めシミュレーション及び実験等により確認している値である。
【００８０】
なお、前記の停止時発電処理の実施の有無の判断は、燃料電池２０の発電停止指令を検出してから発電を停止したときまでの電流積算値｛図３中、時点ｔ８〜ｔ９（時点ｔ８〜ｔ１０でもよい。）までの電流積算値｝に基づいて判断することもできる。この場合、停止時発電処理の実施により所定時間（時点ｔ８〜ｔ１０までの時間）内の電流積算値が増加する事象を利用している。通常、燃料電池システム１０では、電流センサ１１０により電流値Ｉｏを検出しており、電流値Ｉｏの電流積算値ΣＩｏを計算するために、コストが高騰することがない。
【００８１】
この実施形態において、図８のフローチャートに示すように、燃料電池システム１０の停止処理中に、停止時発電処理（Ｏ２リーン処理）の実施有無を、イグニッションスイッチがオフされて遮断弁６５が閉じられた時点（時点ｔ３）から運転停止時点（時点ｔ１０）まで判断する。
【００８２】
すなわち、ステップＳ１において、アノード圧力Ｐａが閾値圧力Ｐａｔｈ以下になったか否か、あるいはステップＳ２において、電流積算値ΣＩｏが閾値積算値ΣＩｏｔｈ以上になったか否かを判断することにより、判断が肯定的であった場合には、ステップＳ３において、Ｏ２リーン実施フラグ（Ｏ２リーン実施バックアップフラグ）Ｆｏ２を立て（Ｆｏ２←１）、停止時発電処理（Ｏ２リーン処理）が実施ありとし、いずれの判断も否定的であった場合には、ステップＳ４において、Ｏ２リーン実施フラグＦｏ２を下げ（Ｆｏ２←０）、停止時発電処理（Ｏ２リーン処理）が実施なしとする。
【００８３】
次いで、時点ｔ１０以降のソーク中に、イグニッションスイッチ（運転スイッチ）がオン状態とされたとき（起動指令を検出したとき）の２つの起動時処理（第１起動時処理と第２起動時処理という。）について、図９のフローチャートを参照して説明する。
【００８４】
［第１起動時処理についての説明］
この第１起動時処理は、燃料電池システム１０の運転停止指令を検出した際（時点ｔ１）、停止時発電処理（Ｏ２リーン処理）を実施した後に、燃料電池システム１０の発電を停止し、発電を停止させた後に、燃料電池システム１０の起動指令を検出したときの処理である。
【００８５】
すなわち、ステップＳ１１において、ソーク中に起動指令が発せられたか否かが検出され、起動指令が発生られたとき、ステップＳ１２において、Ｏ２リーン実施フラグＦｏ２がＦｏ２＝１となっているか否かが判定される。
【００８６】
停止時発電処理が実施されていた場合には、このＯ２リーン実施フラグＦｏ２はＦｏ２＝１となっているので、ステップＳ１３以降のＯ２リーン実施あり用起動時ＯＣＶパージ処理が実施される。
【００８７】
この場合、ステップＳ１３において、燃料電池システム１０の発電を停止させたとき（時点ｔ１０）から燃料電池システム１０の起動指令を検出するまでの経過時間（ソーク時間）Ｔｓに基づき、経過時間Ｔｓが上述した規定時間Ｔｓａ（図７参照）より短い場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ、Ｔｓ＜Ｔｓａ）には、経過時間Ｔｓが規定時間Ｔｓａよりも長い場合に比べて、燃料電池システム１０の起動時におけるアノード側の燃料ガス置換量を多くする起動時燃料ガス置換処理（ステップＳ１４）を実施する。そうでない場合には（ステップＳ１３：ＮＯ、Ｔｓ≧Ｔｓａ）、燃料ガス置換量が通常とされて起動時燃料ガス置換処理（ステップＳ１４）が実施される。
【００８８】
なお起動時燃料ガス置換処理は、インタンク電磁弁６３及び遮断弁６５が開放され、高圧の水素ガスが圧力制御弁（不図示）を通じて水素タンク６２から供給される一方で、パージ弁７２が間欠的に複数回開弁され、アノード圧力Ｐａが前記の圧力制御弁により設定されるアノード圧力Ｐａまで増加するようにされことで実施される。
【００８９】
停止時発電処理（Ｏ２リーン処理）を実施した場合、掃気ガス置換処理（時点ｔ１３〜ｔｙ）が行われる前は、アノード内が負圧になっていて、水素量も少ないので、次の起動時の水素置換量（ＯＣＶパージ量）を多くすることで、水素置換不足を抑制する。なお、パージ量を多くすることができるので、パージによりアノード内の水分を燃料電池スタック１２の外（希釈ボックス６０）へ排出することができ、起動性及び発電安定性が向上し、素早い起動が可能となり、商品性も向上する。停止時発電処理（Ｏ２リーン処理）を実施した場合であっても、掃気ガス置換処理が実施された（ステップＳ１３：ＮＯ）後に、起動指令が発せられた場合には、アノード内は空気に置換されてほぼ大気圧となっているので（アノード内は空気に満たされているため）、少ない水素置換量（ＯＣＶパージ量）で十分である。水素を多く導入してしまうと、高い濃度の水素を希釈ボックスから排出してしまう可能性があるので、少なく設定している。
【００９０】
［第２起動時処理についての説明］
この第２起動時処理は、燃料電池システム１０の運転停止指令を検出した際（時点ｔ１）、停止時発電処理（Ｏ２リーン処理）を実施しないで、燃料電池システム１０の発電を停止し、発電を停止させた後に、燃料電池システム１０の起動指令を検出したときの処理である。
【００９１】
この場合、ステップＳ１１において、ソーク中に起動指令が発せられたか否かが検出され、起動指令が発生られたとき、ステップＳ１２において、Ｏ２リーン実施フラグＦｏ２がＦｏ２＝１となっているか否かが判定される。
【００９２】
停止時発電処理が実施されていなかった場合には、このＯ２リーン実施フラグＦｏ２はＦｏ２＝０となっているので、ステップＳ１６以降のＯ２リーン実施なし用起動時ＯＣＶパージ処理が実施される。
【００９３】
この場合、ステップＳ１６において、燃料電池システム１０の発電を停止させたとき（時点ｔ１０）から燃料電池システム１０の起動指令を検出するまでの経過時間（ソーク時間）Ｔｓに基づき、経過時間Ｔｓが上述した規定時間Ｔｓｂ（図７参照）より短い場合（ステップＳ１６：ＹＥＳ、Ｔｓ＜Ｔｓｂ）には、換言すれば、ソーク中に掃気ガス置換処理が実施されていなかった場合には、ステップＳ１７にて、前記起動時燃料ガス置換処理を行う場合の前記燃料ガスの使用量（ステップＳ１７での使用量）を、前記第２の手順が実施された後、前記掃気装置によるソーク時掃気ガス置換処理が実施される前に前記起動時燃料ガス置換処理を行う場合に比べて（ステップＳ１４での使用量と比べて）、少ない量とする。
【００９４】
逆に言えば、掃気ガス置換処理が実施されていない条件下で比較すると、停止時発電処理（Ｏ２リーン処理）を実施していた場合には、停止時発電処理（Ｏ２リーン）を実施していなかった場合に比較して、アノード圧力Ｐａが概ねより負圧となっているので（図７参照）、ステップＳ１７でのガス使用量より、ステップＳ１４でのガス使用量を多く必要とする。
【００９５】
なお、停止時発電処理（Ｏ２リーン処理）を実施しなかった場合（ステップＳ１２：ＮＯ）であっても、掃気ガス置換処理が実施された（ステップＳ１６：ＮＯ）後に、起動指令が発せられた場合には、アノード内は空気に置換されてほぼ大気圧となっているので（アノード内は空気に満たされているため）、ステップＳ１８では、少ない水素置換量（ＯＣＶパージ量）で十分である。水素を多く導入してしまうと、高い濃度の水素を希釈ボックスから排出してしまう可能性があるので、少なく設定している（ステップＳ１５での燃料ガス置換量と同じ）。
【００９６】
すなわち、燃料ガスの使用量（置換量）は、ステップＳ１４、ステップＳ１７、及びステップＳ１５（Ｓ１８）の順で少なく設定される。
【００９７】
なお、この発明は、上述した実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採りうることができる。
【符号の説明】
【００９８】
１０…燃料電池システム １２…燃料電池スタック
１４…酸化剤ガス供給装置 １５…掃気装置
１６…燃料ガス供給装置 １７…バッテリ
１８…コントローラ １９…タイマ
２０…燃料電池 ２２…固体高分子電解質膜
２４…カソード電極 ２６…アノード電極
２８…電解質膜・電極構造体 ３０、３２…セパレータ
３４…酸化剤ガス流路 ３６…燃料ガス流路
３８ａ…酸化剤ガス入口連通孔 ３８ｂ…酸化剤ガス出口連通孔
４０ａ…燃料ガス入口連通孔 ４０ｂ…燃料ガス出口連通孔
５０…エアポンプ ５２…空気供給流路
５３…空気導入流路 ５４…加湿器
５５…空気導入弁 ５６…空気排出流路
５８…背圧制御弁 ６０…希釈ボックス
６２…水素タンク ６３…インタンク電磁弁
６４…水素供給流路 ６５…遮断弁
６６…エゼクタ ６８…水素循環路
７０…オフガス流路 ７２…パージ弁
７４…排出流路 ８６…ＦＣコンタクタ
９０…ＤＣ／ＤＣコンバータ ９２…バッテリコンタクタ
９６…ダウンバータ ９８…１２Ｖ電源
１０２、１０３…圧力センサ １０４、１０６…温度センサ
１０８…電圧センサ １１０…電流センサ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、酸化剤ガス及び燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池を備える燃料電池システムの制御方法に関し、特に、燃料電池の起動時に、アノード側から多くの燃料ガスを導入しつつアノードオフガスを排出する、いわゆるアノード側の起動時燃料ガス置換処理｛ＯＣＶ（Ｏｐｅｎ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｖｏｌｔａｇｅ：開回路電圧）状態（燃料電池から電流を引かない状態）でのパージ処理、略してＯＣＶパージ処理ともいう。｝を行う燃料電池システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料ガス（主に水素を含有するガス、例えば、水素ガス）及び酸化剤ガス（主に酸素を含有するガス、例えば、空気）をアノード電極及びカソード電極に供給して電気化学的に反応させることにより、直流の電気エネルギを得るシステムである。このシステムは、定置用の他、車載用として燃料電池車両に組み込まれている。
【０００３】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード電極及びカソード電極を設けた電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、一対のセパレータによって挟持している。一方のセパレータと電解質膜・電極接合体との間には、アノード電極に燃料ガスを供給するための燃料ガス流路が形成されるとともに、他方のセパレータと前記電解質膜・電極構造体との間には、カソード電極に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路が形成されている。
【０００４】
この燃料電池の停止時には、燃料ガス及び酸化剤ガスの供給が停止されるが、燃料ガス流路内に前記燃料ガスが残留する一方、酸化剤ガス流路内に前記酸化剤ガスが残留している。従って、特に燃料電池の停止期間が長くなると、燃料ガスや酸化剤ガスが電解質膜を透過し、前記燃料ガスと前記酸化剤ガスとが混在し反応して電解質膜・電極構造体が劣化するおそれがある。
【０００５】
そこで、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池システムでは、燃料電池の運転停止時に、アノード側への反応ガスの供給を遮断するとともに、カソード側への反応ガスの供給を少なくして発電を継続し、発電出力をバッテリに充電する、いわゆる停止時発電処理が実施されている。停止時発電処理により、アノード側では水素が消費され、カソード側では酸素が消費されて窒素ガスが充満するので、運転停止後のソーク時における燃料電池システムの劣化が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２２４８７号公報（図１、［００２９］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、燃料電池システムの起動時には、上述したように、アノード側から多くの燃料ガスを導入しつつアノードオフガスを排出する、いわゆるＯＣＶパージ処理が行われるが、上記の停止時発電処理を実施している場合、次回起動時の起動性・発電安定性が、停止時発電処理を実施していない場合に比較して悪化する場合があるという課題が発生している。
【０００８】
この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、停止時発電処理の実施の有無に拘わらず、次回の燃料電池システムの起動性・発電安定性を低下させないことを可能とする燃料電池システムの制御方法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】
【０００９】
この発明に係る燃料電池システムの制御方法は、カソード側に供給される酸化剤ガスとアノード側に供給される燃料ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、前記燃料電池の運転停止指令を検出した際、前記燃料ガスの供給を停止する一方、前記酸化剤ガスを前記燃料電池に供給しながら前記燃料電池を発電させる停止時発電処理を実施した後に前記燃料電池の発電を停止し、発電を停止させた後に、前記燃料電池システムの起動指令を検出したとき、前記燃料電池の発電を停止させたときから前記燃料電池システムの前記起動指令を検出するまでの経過時間に基づき、前記経過時間が規定時間より短い場合には、前記経過時間が前記規定時間よりも長い場合に比べて、前記燃料電池システムの起動時におけるアノード側の燃料ガス置換量を多くする起動時燃料ガス置換処理を実施することを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、燃料電池システムの運転停止指令を検出した際、燃料ガスの供給を停止する一方、酸化剤ガスを前記燃料電池に供給しながら前記燃料電池を発電させる停止時発電処理を実施した後に前記燃料電池の発電を停止し、発電を停止させた後に、前記燃料電池システムの起動指令を検出したとき、前記燃料電池の発電を停止させたときから前記燃料電池システムの起動指令を検出するまでの経過時間に基づき、前記経過時間が規定時間より短い場合には、前記経過時間が前記規定時間よりも長い場合に比べて、前記燃料電池の起動時におけるアノード側の燃料ガス置換量を多くする起動時燃料ガス置換処理を実施するようにしたので、起動時に燃料ガスが不足することを原因とする起動性・発電安定性の低下を回避することができる。
【００１１】
また、この発明に係る燃料電池システムの制御方法は、カソード側に供給される酸化剤ガスとアノード側に供給される燃料ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、前記燃料電池の発電を停止した後のソーク時に前記アノード側を掃気ガスにより掃気してソーク時掃気ガス置換処理を行う掃気装置と、を備え、前記燃料電池の起動時に、アノード側に燃料ガスを供給して、アノードオフガスを排出する起動時燃料ガス置換処理を行う燃料電池システムの制御方法であって、前記燃料電池の運転停止指令を検出した際、前記燃料ガスの供給を停止する一方、前記酸化剤ガスを前記燃料電池に供給しながら前記燃料電池を発電させる停止時発電処理を実施した後に前記燃料電池の運転を停止する第１の手順と、前記第１の手順に係る前記停止時発電処理を実施しないで前記燃料電池の運転を停止する第２の手順と、を選択的に有し、前記燃料電池の運転停止指令を検出した際、前記第１の手順が実施された後、前記掃気装置によるソーク時掃気ガス置換処理が実施される前に前記起動時燃料ガス置換処理を行う場合の前記燃料ガスの使用量を、前記第２の手順が実施された後、前記掃気装置によるソーク時掃気ガス置換処理が実施される前に前記起動時燃料ガス置換処理を行う場合に比べて、多い量とすることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、燃料電池の運転停止指令を検出した際、停止時発電処理を含む手順（第１の手順）が実施された運転停止後、掃気装置によるソーク時掃気ガス置換処理が実施される前に、起動時アノード側ガス置換処理を行う場合に使用される燃料ガスの使用量を、停止時発電処理を含む手順が不実施の（第２の手順が実施された）後の運転停止後、前記掃気装置によるソーク時掃気ガス置換処理が実施される前に、前記起動時アノード側ガス置換処理を行う場合に比べて、多い量としたので、起動時に燃料ガスが不足することを原因とする起動性・発電安定性の低下を回避することができる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、燃料電池システムの停止処理中における停止時発電処理の実施の有無に基づき、実施した場合には、次回起動時のアノード側ガスパージ処理で使用される燃料ガスの量を多い量としたので、起動時に燃料ガスが不足することを原因とする起動性・発電安定性の低下を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施形態に係る制御方法が実施される燃料電池システムの概略構成図である。
【図２】前記燃料電池システムを構成する回路説明図である。
【図３】前記制御方法を説明するタイミングチャートである。
【図４】前記燃料電池システムの水素ガス系容積部及び空気系容積部の説明図である。
【図５】水素濃度をパラメータとした、ソーク時間に対する劣化度合いの説明図である。
【図６】低酸素ストイキ発電処理（Ｏ２リーン発電処理）を実施した場合のガス置換処理のタイミングの説明図である。
【図７】低酸素ストイキ発電処理（Ｏ２リーン発電処理）を実施した場合と実施していない場合のガス置換処理のタイミングの比較説明図である。
【図８】低酸素ストイキ発電処理（Ｏ２リーン発電処理）の実施の有無の判断に供されるフローチャートである。
【図９】起動時処理の説明に供されるフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１に示すように、この発明の実施形態に係る運転停止方法が実施される燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１２と、燃料電池スタック１２に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置１４と、燃料電池スタック１２に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置１６と、燃料電池スタック１２に掃気ガスを導入する掃気装置１５と、燃料電池スタック１２に接続自由なバッテリ（蓄電装置）１７と、燃料電池システム１０全体の制御を行うコントローラ（制御装置、制御部）１８とを備える。
【００１６】
コントローラ１８は、マイクロコンピュータを含む計算機であり、ＣＰＵ（中央処理装置）、メモリであるＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭも含む。）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、その他、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等の入出力装置、時計、計時部としてのタイマ１９等を有しており、ＣＰＵがＲＯＭに記録されているプログラムを読み出し実行することで各種機能実現部（機能実現手段）、たとえば制御部、演算部、及び処理部等として機能する。
【００１７】
燃料電池システム１０は、燃料電池自動車等の燃料電池車両に搭載される。バッテリ１７は、燃料電池車両を通常走行可能であり、例えば、２０Ａ、〜５００Ｖ程度であるとともに、後述する１２Ｖ電源９８よりも高電圧且つ高電力容量である。
【００１８】
燃料電池スタック１２は、複数の燃料電池（セル又はセルペアともいう。）２０を積層して構成される。各燃料電池２０は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜２２をカソード電極２４とアノード電極２６とで挟持した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）２８を備える。
【００１９】
カソード電極２４及びアノード電極２６は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金（又はＲｕ等）が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成された電極触媒層とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜２２の両面に形成される。
【００２０】
電解質膜・電極構造体２８をカソード側セパレータ３０及びアノード側セパレータ３２で挟持する。カソード側セパレータ３０及びアノード側セパレータ３２は、例えば、カーボンセパレータ又は金属セパレータで構成される。
【００２１】
カソード側セパレータ３０と電解質膜・電極構造体２８との間には、酸化剤ガス流路３４が設けられるとともに、アノード側セパレータ３２と前記電解質膜・電極構造体２８との間には、燃料ガス流路３６が設けられる。
【００２２】
燃料電池スタック１２には、各燃料電池２０の積層方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガス（以下、空気ともいう。）を供給する酸化剤ガス入口連通孔３８ａ、燃料ガス、例えば、水素含有ガス（以下、水素ガスともいう）を供給する燃料ガス入口連通孔４０ａ、冷却媒体を供給する冷却媒体入口連通孔（図示せず）、前記酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス出口連通孔３８ｂ、前記燃料ガスを排出する燃料ガス出口連通孔４０ｂ、及び前記冷却媒体を排出する冷却媒体出口連通孔（図示せず）が設けられる。
【００２３】
酸化剤ガス供給装置１４は、大気からの空気を圧縮して供給するエアポンプ５０を備え、前記エアポンプ５０が空気供給流路５２に配設される。空気供給流路５２には、供給ガスと排出ガスとの間で水分と熱を交換する加湿器５４が配設される。空気供給流路５２は、燃料電池スタック１２の酸化剤ガス入口連通孔３８ａに連通する。
【００２４】
酸化剤ガス供給装置１４は、酸化剤ガス出口連通孔３８ｂに連通する空気排出流路５６を備える。空気排出流路５６は、加湿器５４の加湿媒体通路（図示せず）に連通するとともに、この空気排出流路５６には、エアポンプ５０から空気供給流路５２を通って燃料電池スタック１２に供給される空気の圧力を調整するためのバタフライ弁等の開度調整可能な背圧制御弁（単に、背圧弁ともいう。）５８が設けられる。背圧制御弁５８は、ノーマルクローズ型（通電されない時に閉じられる）制御弁により構成されることが好ましい。空気排出流路５６は、希釈ボックス６０に連通する。
【００２５】
掃気装置１５は、前記酸化剤ガス供給装置１４と共用するエアポンプ５０と、エゼクタ６６の下流側の水素供給流路６４と空気供給流路５２との間に配設された空気導入流路５３と、この空気導入流路５３に設けられた空気導入弁５５と、を備える。
【００２６】
空気導入弁５５は、エアポンプ５０から空気供給流路５２及び空気導入流路５３を介し、燃料ガス入口連通孔４０ａを通じて燃料ガス流路３６に圧縮空気を導入するための、いわゆるアノード側空気掃気処理時（アノード側空気置換処理時）に開放される開閉弁である。
【００２７】
燃料ガス供給装置１６は、高圧水素を貯留し開閉弁であるインタンク電磁弁６３が一体的に設けられた水素タンク６２を備え、この水素タンク６２は、水素供給流路６４を介して燃料電池スタック１２の燃料ガス入口連通孔４０ａに連通する。
【００２８】
この水素供給流路６４には、開閉弁である遮断弁６５及びエゼクタ６６が設けられる。エゼクタ６６は、水素タンク６２から供給される水素ガスを、水素供給流路６４を通って燃料電池スタック１２に供給するとともに、燃料電池スタック１２で使用されなかった未使用の水素ガスを含む排ガスを、水素循環路６８から吸引して、再度、前記燃料電池スタック１２に燃料ガスとして供給する。
【００２９】
燃料ガス出口連通孔４０ｂには、オフガス流路７０が連通する。オフガス流路７０の途上には、水素循環路６８が連通するとともに、オフガス流路７０には、パージ弁７２を介して希釈ボックス６０が接続される。希釈ボックス６０の排出口側には、排出流路７４が接続される。なお、排出流路７４には、図示しない貯蔵バッファが配設され、この貯蔵バッファには、大気に連通する排気流路が接続される。
【００３０】
コントローラ１８は、各種制御処理を実行するために、水素供給流路６４に設けられたアノード圧力Ｐａを検出する圧力センサ１０２、酸化剤ガス出口連通孔３８ｂの近傍に設けられたカソード圧力Ｐｋを検出する圧力センサ１０３、燃料ガス出口連通孔４０ｂの近傍に設けられた水素温度Ｔｈを検出する温度センサ１０４、図示しない冷却媒体入口連通孔に設けられた冷媒温度Ｔｃを検出する温度センサ１０６、各燃料電池２０の電圧（セル電圧又はセルペア電圧という。）Ｖｃを検出する電圧センサ１０８、及び燃料電池スタック１２から流れ出る電流の電流値Ｉｏを検出する電流センサ１１０の各信号を取り込み、後述するＦＣコンタクタ８６のオン（閉）オフ（開）、遮断弁６５等の弁の開閉及び開度制御、及びエアポンプ５０の流量（風量）の調整等のアクチュエータの制御等を行う。
【００３１】
図２に示すように、燃料電池スタック１２には、主電力線８０の一端が接続されるとともに、前記主電力線８０の他端がインバータ８２に接続される。インバータ８２には、三相の車両走行用の駆動モータ８４が接続される。なお、主電力線８０は、実質的には、２本用いられているが、説明の簡素化を図るために、１本の前記主電力線８０で記載する。以下に説明する他のラインにおいても、同様である。
【００３２】
主電力線８０には、ＦＣコンタクタ（主電源開閉器、燃料電池スタック開閉器）８６が配設されるとともに、エアポンプ５０が接続される。主電力線８０には、電力線８８の一端が接続され、電力線８８には、ＤＣ／ＤＣコンバータ９０及びバッテリコンタクタ（蓄電装置開閉器）９２を介してバッテリ１７が接続される。電力線８８には、分岐電力線９４が設けられ、分岐電力線９４には、ダウンバータ（ＤＣ／ＤＣコンバータ）９６を介して１２Ｖ電源９８が接続される。なお、１２Ｖ電源９８は、バッテリ１７よりも低い電圧であればよく、１２Ｖに限定されるものではない。
【００３３】
このように構成される燃料電池システム１０の動作について、以下に説明する。
【００３４】
先ず、燃料電池システム１０の通常運転時（通常発電時、又は通常発電処理時ともいう。）には、酸化剤ガス供給装置１４を構成するエアポンプ５０を介して、空気供給流路５２に空気が送られる。この空気は、加湿器５４を通って加湿された後、燃料電池スタック１２の酸化剤ガス入口連通孔３８ａに供給される。この空気は、燃料電池スタック１２内の各燃料電池２０に設けられている酸化剤ガス流路３４に沿って移動することにより、カソード電極２４に供給される。
【００３５】
使用済みの空気は、酸化剤ガス出口連通孔３８ｂから空気排出流路５６に排出され、加湿器５４に送られることによって新たに供給される空気を加湿した後、背圧制御弁５８を介して希釈ボックス６０に導入される。
【００３６】
一方、燃料ガス供給装置１６では、インタンク電磁弁６３及び遮断弁６５が開放されることにより、水素タンク６２から減圧制御弁（図示せず）により減圧された後、水素供給流路６４に水素ガスが供給される。この水素ガスは、水素供給流路６４を通って燃料電池スタック１２の燃料ガス入口連通孔４０ａに供給される。燃料電池スタック１２内に供給された水素ガスは、各燃料電池２０の燃料ガス流路３６に沿って移動することにより、アノード電極２６に供給される。
【００３７】
使用済みの水素ガスは、燃料ガス出口連通孔４０ｂから水素循環路６８を介してエゼクタ６６に吸引され、燃料ガスとして、再度、燃料電池スタック１２に供給される。従って、カソード電極２４に供給される空気とアノード電極２６に供給される水素ガスとが電気化学的に反応して発電が行われる。
【００３８】
一方、水素循環路６８を循環する水素ガスには、不純物が混在し易い。このため、不純物を混在する水素ガスは、パージ弁７２が開放されることによって希釈ボックス６０に導入される。この水素ガスは、希釈ボックス６０内で空気オフガスと混合されることにより水素濃度が低下された後、貯蔵バッファ（図示せず）に排出される。
【００３９】
通常発電中には、掃気装置１５は作動させず、空気導入弁５５は、閉じた状態に保持される。空気導入弁５５は、ノーマルクローズ型（通電されない時に閉じられる）の開閉弁であることが好ましい。
【００４０】
次に、燃料電池システム１０の運転停止方法について、図３に示すタイミングチャートに沿って、以下に説明する。
【００４１】
図示しない燃料電池自動車に搭載された燃料電池システム１０は、上記のように、通常発電運転を行うことにより、所望の走行が行われている。そして、図示しないイグニッションスイッチ（運転スイッチ）がオフされると、コントローラ１８は、これを停止指令として検出し（時点ｔ１）、燃料電池システム１０の運転停止処理を開始する。
【００４２】
先ず、後述するディスチャージ処理（低酸素ストイキ発電処理、停止時発電処理、Ｏ２リーン処理、又はＯ２リーン発電処理ともいう。）後に、燃料電池スタック１２内の燃料ガス圧力（アノード圧力Ｐａ）が設定圧力に維持されるように、水素ガス（燃料ガス）の供給圧力が、予め、設定される。具体的には、図４に示すように、水素ガスが充填されて閉じられる水素ガス系容積部２００は、燃料電池スタック１２内の燃料ガス流路３６、燃料ガス入口連通孔４０ａ及び燃料ガス出口連通孔４０ｂと、水素供給流路６４のエゼクタ６６よりも下流領域と、水素循環路６８と、オフガス流路７０のパージ弁７２よりも上流領域とにより構成される。
【００４３】
空気雰囲気を不活性なガスである窒素雰囲気に置換したい空気系容積部２０２は、燃料電池スタック１２内の酸化剤ガス流路３４、酸化剤ガス入口連通孔３８ａ及び酸化剤ガス出口連通孔３８ｂと、空気供給流路５２と、空気排出流路５６と、加湿器５４と、希釈ボックス６０と、図示しない貯蔵バッファとにより構成される。
【００４４】
ディスチャージ処理時には、空気は、酸素ストイキを、通常発電時の酸素ストイキよりも低い低酸素ストイキで供給する。具体的には、低酸素ストイキは、値１前後に設定される。なお、酸素ストイキは、通常発電時には、１．２〜３．０の間に収まることが好ましい。一方、ディスチャージ処理時に、水素ガスは、供給が停止される。
【００４５】
このため、空気系容積部２０２における燃料電池スタック１２で窒素雰囲気にしたい残存酸素のモル数ｎＯ２（Ｏ２は正しくはＯ２と表記される。）及びエアポンプ５０により供給される低酸素ストイキにより窒素雰囲気にしたい加湿器５４、希釈ボックス６０及び貯蔵バッファの酸素のモル数ｎ´Ｏ２と、水素ガス系容積部２００における残存水素のモル数ｎＨ２（Ｈ２は正しくはＨ２と表記される。）とは、２（ｎＯ２＋ｎ´Ｏ２）＝ｎＨ２の関係を有する状態に設定される。なお、上述したように、水素Ｈ２は水素Ｈ２を意味し、酸素Ｏ２は酸素Ｏ２を意味している。
【００４６】
そして、設定された残存水素のモル数ｎＨ２から、ｎ（モル数）＝Ｐ（圧力）×Ｖ（体積）／Ｒ（気体常数）×Ｔ（絶対温度）の式を用いて、水素ガスの供給圧力（アノード圧力）Ｐａ１が算出される（図３参照）。但し、アノード圧力Ｐａ１は、ディスチャージ完了時に、一定圧力Ｐａ２以上に維持されるように設定される。一定圧力Ｐａ２は、水素の不足や過剰が発生しない程度の圧力である。
【００４７】
ここで、空気系容積部２０２の容量＞＞水素ガス系容積部２００の容量の関係を有する場合には、前記水素ガス系容積部２００の容量を増加させるために、アノード圧力Ｐａ１まで増圧させる方法、又は不足する水素の供給を行う方法を採用することができる。
【００４８】
一方、水素ガス系容積部２００の容量＞＞空気系容積部２０２の容量の関係を有する場合には、前記水素ガス系容積部２００の容量を減少させるために、アノード圧力Ｐａ１まで減圧させる方法が採用される。
【００４９】
図３に示すように、イグニッションスイッチ（運転スイッチ）がオフにされると（時点ｔ１）、インタンク電磁弁６３及び遮断弁６５の開放作用下に燃料電池スタック１２に水素ガスが供給され、燃料電池スタック１２内の圧力がアノード圧力Ｐａ１まで上昇する（時点ｔ１〜ｔ２：昇圧処理）。このアノード圧力Ｐａ１は、上記の計算式より算出される。
【００５０】
昇圧処理が終了すると（時点ｔ２）、インタンク電磁弁６３が閉じられ、インタンク電磁弁６３の故障検知処理に移行する。この故障検知処理では、インタンク電磁弁６３の直下流の圧力変化の有無により故障検知が行われる。圧力が低下した場合には、インタンク電磁弁６３が正常とされる。すなわち、正常に閉弁されたと判断する。
【００５１】
インタンク電磁弁６３の故障検知処理が終了すると（時点ｔ３）と、カソード掃気処理が行われる。このカソード掃気処理では、カソード側の水滴を含む液滴等を吹き飛ばすための空気による（酸化剤ガス供給装置１４による）掃気処理が行われる。この際、高回転数［ｒｐｍ］に設定されるエアポンプ５０を駆動するのに不足する電力は補充される（時点ｔ４〜ｔ５）。
【００５２】
カソード掃気処理後には、背圧制御弁５８の開度制御が一旦停止されて開放されることで大気に連通し、カソード圧力ＰｋがＰｋ＝０［ｋＰａｇ：ｇはゲージ圧を意味する。］にされる状態が作られる（時点ｔ６〜ｔ７）。さらに、カソード掃気処理終了時点（時点ｔ６）で、酸化剤ガス供給装置１４を構成するエアポンプ５０は、通常運転時に比べて相当に回転数が減速され、酸化剤ガス中の酸素ストイキを、通常発電時の酸素ストイキよりも低い低酸素ストイキで供給する。具体的には、低酸素ストイキは、１前後に設定される。そして、圧力センサ１０３の学習処理（０点補正）がなされる。
【００５３】
その後、時点ｔ７〜ｔ８において、背圧制御弁５８の開度を調整することで、圧力センサ１０３により検出されるカソード圧力Ｐｋが、低酸素ストイキに対応する所定の低圧力Ｐｋ１とされ、さらに、その低圧力Ｐｋ１での背圧制御弁５８の学習処理がなされる（時点ｔ７〜ｔ８）。以降、エアポンプ５０のオフ（時点ｔ９）まで、低圧力Ｐｋ１とされる。
【００５４】
一方、燃料電池スタック１２は、発電が継続されている（時点ｔ１〜ｔ８）。
【００５５】
背圧制御弁５８の学習処理（時点ｔ７〜ｔ８）後の低酸素ストイキ発電処理（Ｏ２リーン発電処理、単にＯ２リーン処理ともいう。時点ｔ８〜ｔ９）では、燃料電池スタック１２から取り出される電流（ＦＣ電流）は、固体高分子電解質膜２２を透過してアノード側からカソード側に燃料ガスである水素ガスが移動することを阻止する値に設定される。その際、図２において、ＦＣコンタクタ８６及びバッテリコンタクタ９２がオンされており、燃料電池スタック１２の発電時に得られる電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ９０により電圧を降圧させた後、バッテリ１７に充電される。
【００５６】
上記のように、燃料電池スタック１２では、低酸素ストイキの空気が供給される一方、遮断弁６５の閉塞（時点ｔ３）により水素ガスの供給が停止した状態で、発電が行われている。パージ弁７２も閉じられている。そして、燃料電池スタック１２による発電電力は、バッテリ１７に供給されることにより、ディスチャージ｛図３中、ＤＣＨＧ（Ｏ２リーン処理）｝されている。従って、燃料電池スタック１２の発電電圧が所定の電圧、すなわち、バッテリ１７に供給不能な電圧（バッテリ１７の電圧とほぼ同じ電圧）まで低下すると、エアポンプ５０にのみ発電電力が供給される。
【００５７】
これにより、燃料電池スタック１２内では、Ｏ２リーン処理（時点ｔ８〜ｔ９）の間にアノード側の水素濃度が低下する一方、カソード側の酸素濃度が低下していく。そこで、例えば、アノード側の水素圧力（アノード圧力Ｐａ）が所定の圧力Ｐａ２以下となった際に、エアポンプ５０がオフされるとともに、バッテリコンタクタ９２がオフされる（時点ｔ９）。
【００５８】
このため、燃料電池スタック１２は、内部に残存する水素ガスと空気とにより発電される（時点ｔ９〜ｔ１０）。この燃料電池スタック１２の発電により発生する電力は、ダウンバータ９６を介して降圧された後、１２Ｖ電源９８に充電（図３中、Ｄ／Ｖ ＤＣＨＧ）されるとともに、必要に応じて図示しないラジエータファン等に電力が供給される。さらに、燃料電池スタック１２の発電電圧が、ダウンバータ９６の作動限界電圧の近傍まで低下すると、ＦＣコンタクタ８６がオフされる（時点ｔ１０）。これにより燃料電池システム１０は、運転停止状態、いわゆるソーク状態となる。
【００５９】
上述したように、イグニッションスイッチがオフされると（時点ｔ１）、水素ガスの供給を停止する前に、燃料電池スタック１２内のアノード圧力Ｐａがアノード圧力Ｐａ１まで上昇された後（時点ｔ２）、背圧制御弁５８、エアポンプ５０、インタンク電磁弁６３及び遮断弁６５が操作されている。従って、燃料電池スタック１２では、この燃料電池スタック１２内に残存する水素ガスと低酸素ストイキの空気とにより発電が行われ、発電電力がバッテリ１７に供給されてディスチャージされている（時点ｔ２〜ｔ９）。
【００６０】
これにより、燃料電池スタック１２内のアノード側では、水素濃度が減少するとともに、カソード側では、酸素濃度が減少して窒素濃度が上昇している。このため、カソード側には、排ガスとして高濃度の窒素ガスが発生し、前記窒素ガスが希釈ボックス６０まで供給される。
【００６１】
従って、図４に示す燃料電池スタック１２を含む空気系容積部２０２内には、不活性なガスである窒素ガスを満たすことができる。
【００６２】
その上、水素ガスの供給を停止する前に、燃料電池スタック１２に供給される水素ガスの供給圧力を、アノード圧力Ｐａ１まで上昇させている（時点ｔ２）。このため、燃料電池スタック１２内に適正な量の水素が充填された状態で、低酸素ストイキによる発電（Ｏ２リーン処理）が良好に遂行され、ディスチャージ完了後に、燃料電池スタック１２内に過剰な水素ガスが残存したり、水素ガス不足が発生したりすることを、確実に阻止することができるという効果が得られる。
【００６３】
さらに、エアポンプ５０を停止することにより（時点ｔ９）、空気の供給を停止した状態で、すなわち、燃料電池スタック１２内に残存する水素及び酸素のみで、前記燃料電池スタック１２が発電されている（図３中、Ｄ/Ｖ ＤＣＨＧ）。
【００６４】
このため、エアポンプ５０を介して空気の供給を行いながら、燃料電池スタック１２の発電を行った場合、システム内の窒素置換範囲が、燃料電池スタック１２内に止まるのに対し、エアポンプ５０を停止した後、燃料電池スタック１２の発電を行うと、燃料電池スタック１２の入口側まで窒素ガスによる置換範囲が拡大される。これにより、燃料電池システム１０のカソード側は、比較的長期間にわたって停止されても、燃料電池２０の劣化を可及的に阻止することができるという利点がある。
【００６５】
一方、燃料電池２０の発電が停止するＦＣコンタクタ８６がオフとなる時点（ｔ１０）において、アノード側の水素ガス濃度が、それほどには低下していない場合がある。
【００６６】
そのため、ＦＣコンタクタ８６がオフとなった時点ｔ１０｛燃料電池システム１０（燃料電池２０）の発電を停止した時点｝以降のソーク中において、図５の点線の劣化特性１５０に示すように、時点ｔ１０のソーク開始時点から所定時間が経過した時点ｔ１１からソーク中のセル電圧がＯＣＶ付近に保持されていることを原因として発生するラジカル（ＯＨラジカル）等により電解質膜・電極構造体２８が時間に比例して劣化が増加する。
【００６７】
この劣化を抑制するために、ＦＣコンタクタ８６がオフとなったソーク開始時点ｔ１０以降に、掃気装置１５を構成する空気導入弁５５を開放し、エアポンプ５０を一定時間駆動して、パージ弁７２を間欠的に開放することでアノード中の水素ガスを空気に置換するソーク時掃気ガス置換処理が必要となる。
【００６８】
しかし、このソーク時掃気ガス置換処理においては、図５の一点鎖線の劣化特性１５２に示すように、ソーク時掃気ガス置換処理実施開始時における水素濃度の高低に応じて、電解質膜・電極構造体２８の劣化度合いが変化する。すなわち、水素濃度が高い程、劣化量（燃料電池スタック１２の発電効率の低下量）が大きくなる特性となっている。
【００６９】
劣化特性１５０と劣化特性１５２とを合成した（和をとった）実線で示す劣化特性１５４では、アノード水素濃度が所定値のときに（ソーク時間＝ｔ１３−ｔ１０＝Ｔｐのタイミングで）、劣化量が最小となることが分かる。
【００７０】
そこで、ＦＣコンタクタ８６がオフとなったソーク開始時点ｔ１０から所定時間（予め定めたタイミング：予め定めた時間）Ｔｐの経過後に、空気導入弁５５を開放し、エアポンプ５０を一定時間駆動しながらパージ弁を７２を間欠的に開弁して、アノード中の水素ガスを掃気ガスである空気により掃気して空気に置換するソーク時掃気ガス置換処理を行うことにより電解質膜・電極構造体２８の劣化度合いを最小限とすることができる。
【００７１】
図６は、停止時発電処理である低酸素ストイキ発電処理（Ｏ２リーン発電処理）を行った｛時点ｔ８〜ｔ１０（ｔ９）｝ときのガス濃度｛アノードの水素濃度Ｄａ（Ｏ２リーン）とカソードの酸素濃度Ｄｋ（Ｏ２リーン）｝とガス圧力｛アノード圧力Ｐａ（Ｏ２リーン）｝の変化の特性を示している。
【００７２】
太い実線で示したカソードの酸素濃度Ｄｋ（Ｏ２リーン）は、停止時発電処理時（時点ｔ８〜ｔ１０）の間に、濃度が減少する特性になっており、ソーク中（ソーク開始時点ｔ１０以降）は、低いままとなっている。
【００７３】
細い実線で示したアノードの水素濃度Ｄａ（Ｏ２リーン）は、停止時発電処理中（時点ｔ８〜ｔ１０）の間に、発電中であって水素が消費され、徐々に低下する特性となっているが、太い実線で示したアノード圧力Ｐａ（Ｏ２リーン）は、急激に低下する特性になっている。
【００７４】
その一方、ソーク中（ソーク開始時点ｔ１０以降）には、水素が消費されず、アノード圧力Ｐａ（Ｏ２リーン）は、徐々に低下する特性となっているが、水素量が少なくなったときに（時点ｔｘ）、窒素ガスがカソード側からアノード側へ透過する量が大きくなり、以降、アノード圧力Ｐａ（Ｏ２リーン）は、徐々に大きくなる（時点ｔｘ〜ｔ１３）特性になっている。
【００７５】
時点ｔｘ〜ｔ１３のアノード圧力Ｐａ（Ｏ２リーン）の増加に伴い、アノードの水素濃度Ｄａ（Ｏ２リーン）は、濃度が低下し、閾値濃度Ｄｐ（例えば、０［％］〜２［％］程度の値）となったとき（時点ｔ１３）、上述した掃気装置１５によるソーク時掃気ガス置換処理が開始され（時点ｔ１３）、この掃気ガス置換処理（Ｏ２リーン）が所定時間実施される（時点ｔ１３〜ｔｙ）。
【００７６】
ここで、停止時発電処理（Ｏ２リーン処理）を行った後に、燃料電池システム１０が運転停止状態とされたとき（時点ｔ１０）から、水素濃度Ｄａ（Ｏ２リーン）が閾値濃度Ｄｐまで低下する時間（時点ｔ１０〜ｔ１３）は、車種毎に予め定めることが可能な時間であり、規定時間Ｔｓａとしてコントローラ１８のメモリ中に格納されている。
【００７７】
なお、停止時発電処理（Ｏ２リーン発電処理）を実施しなかった場合｛イグニッションオフの時点（時点ｔ１）でＦＣコンタクタ８６をオフにした場合｝には、図７に、それぞれ点線で示すカソードの酸素濃度Ｄｋ（Ｏ２リーンなし）、アノード圧力Ｐａ（Ｏ２リーンなし）、及びアノードの水素濃度Ｄａ（Ｏ２リーンなし）の各特性に示すように、ソーク中（時点ｔ１０以降）、カソードの酸素濃度Ｄｋが高いために、水素がアノードからカソードに透過しても消費（反応）により水素がなくなり、水素分圧差が縮まらず、水素圧であるアノード圧力Ｐａ（Ｏ２リーンなし）の低下が促進される。水素量が少なくなったとき（時点ｔｚ）、酸素がアノードへ透過する量が大きくなり、アノード圧力Ｐａ（Ｏ２リーンなし）が上昇する一方で水素濃度Ｄａ（Ｏ２リーンなし）が低下し、水素濃度Ｄａ（Ｏ２リーンなし）が閾値濃度Ｄｐとなったとき（時点ｔｘ）、掃気装置１５によるソーク時掃気ガス置換処理（Ｏ２リーンなし）が開始され、掃気ガス置換処理が所定時間実施される（時点ｔｘ〜ｔｒ）。
【００７８】
したがって、イグニッションスイッチをオフした時点ｔ８から所定時間（ｔ１０−ｔ８）経過後の時点（時点ｔ１０）において、アノード圧力Ｐａを検出（測定）することにより、検出したアノード圧力Ｐａが閾値圧力Ｐａｔｈ（図７参照）を下回る値であれば、低酸素ストイキ発電（Ｏ２リーン発電）が実施された（実施有り）と判断することができる。
【００７９】
前記の閾値圧力Ｐａｔｈは、低酸素ストイキ発電（Ｏ２リーン発電）を行うと、アノード圧力Ｐａ（Ｏ２リーン）がこの閾値圧力Ｐａｔｈを下回り、低酸素ストイキ発電（Ｏ２リーン発電）を行わない場合には、アノード圧力Ｐａ（Ｏ２リーンなし）がこの閾値圧力Ｐａｔｈを下回らないことを予めシミュレーション及び実験等により確認している値である。
【００８０】
なお、前記の停止時発電処理の実施の有無の判断は、燃料電池２０の発電停止指令を検出してから発電を停止したときまでの電流積算値｛図３中、時点ｔ８〜ｔ９（時点ｔ８〜ｔ１０でもよい。）までの電流積算値｝に基づいて判断することもできる。この場合、停止時発電処理の実施により所定時間（時点ｔ８〜ｔ１０までの時間）内の電流積算値が増加する事象を利用している。通常、燃料電池システム１０では、電流センサ１１０により電流値Ｉｏを検出しており、電流値Ｉｏの電流積算値ΣＩｏを計算するために、コストが高騰することがない。
【００８１】
この実施形態において、図８のフローチャートに示すように、燃料電池システム１０の停止処理中に、停止時発電処理（Ｏ２リーン処理）の実施有無を、イグニッションスイッチがオフされて遮断弁６５が閉じられた時点（時点ｔ３）から運転停止時点（時点ｔ１０）まで判断する。
【００８２】
すなわち、ステップＳ１において、アノード圧力Ｐａが閾値圧力Ｐａｔｈ以下になったか否か、あるいはステップＳ２において、電流積算値ΣＩｏが閾値積算値ΣＩｏｔｈ以上になったか否かを判断することにより、判断が肯定的であった場合には、ステップＳ３において、Ｏ２リーン実施フラグ（Ｏ２リーン実施バックアップフラグ）Ｆｏ２を立て（Ｆｏ２←１）、停止時発電処理（Ｏ２リーン処理）が実施ありとし、いずれの判断も否定的であった場合には、ステップＳ４において、Ｏ２リーン実施フラグＦｏ２を下げ（Ｆｏ２←０）、停止時発電処理（Ｏ２リーン処理）が実施なしとする。
【００８３】
次いで、時点ｔ１０以降のソーク中に、イグニッションスイッチ（運転スイッチ）がオン状態とされたとき（起動指令を検出したとき）の２つの起動時処理（第１起動時処理と第２起動時処理という。）について、図９のフローチャートを参照して説明する。
【００８４】
［第１起動時処理についての説明］
この第１起動時処理は、燃料電池システム１０の運転停止指令を検出した際（時点ｔ１）、停止時発電処理（Ｏ２リーン処理）を実施した後に、燃料電池システム１０の発電を停止し、発電を停止させた後に、燃料電池システム１０の起動指令を検出したときの処理である。
【００８５】
すなわち、ステップＳ１１において、ソーク中に起動指令が発せられたか否かが検出され、起動指令が発生られたとき、ステップＳ１２において、Ｏ２リーン実施フラグＦｏ２がＦｏ２＝１となっているか否かが判定される。
【００８６】
停止時発電処理が実施されていた場合には、このＯ２リーン実施フラグＦｏ２はＦｏ２＝１となっているので、ステップＳ１３以降のＯ２リーン実施あり用起動時ＯＣＶパージ処理が実施される。
【００８７】
この場合、ステップＳ１３において、燃料電池システム１０の発電を停止させたとき（時点ｔ１０）から燃料電池システム１０の起動指令を検出するまでの経過時間（ソーク時間）Ｔｓに基づき、経過時間Ｔｓが上述した規定時間Ｔｓａ（図７参照）より短い場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ、Ｔｓ＜Ｔｓａ）には、経過時間Ｔｓが規定時間Ｔｓａよりも長い場合に比べて、燃料電池システム１０の起動時におけるアノード側の燃料ガス置換量を多くする起動時燃料ガス置換処理（ステップＳ１４）を実施する。そうでない場合には（ステップＳ１３：ＮＯ、Ｔｓ≧Ｔｓａ）、燃料ガス置換量が通常とされて起動時燃料ガス置換処理（ステップＳ１４）が実施される。
【００８８】
なお起動時燃料ガス置換処理は、インタンク電磁弁６３及び遮断弁６５が開放され、高圧の水素ガスが圧力制御弁（不図示）を通じて水素タンク６２から供給される一方で、パージ弁７２が間欠的に複数回開弁され、アノード圧力Ｐａが前記の圧力制御弁により設定されるアノード圧力Ｐａまで増加するようにされことで実施される。
【００８９】
停止時発電処理（Ｏ２リーン処理）を実施した場合、掃気ガス置換処理（時点ｔ１３〜ｔｙ）が行われる前は、アノード内が負圧になっていて、水素量も少ないので、次の起動時の水素置換量（ＯＣＶパージ量）を多くすることで、水素置換不足を抑制する。なお、パージ量を多くすることができるので、パージによりアノード内の水分を燃料電池スタック１２の外（希釈ボックス６０）へ排出することができ、起動性及び発電安定性が向上し、素早い起動が可能となり、商品性も向上する。停止時発電処理（Ｏ２リーン処理）を実施した場合であっても、掃気ガス置換処理が実施された（ステップＳ１３：ＮＯ）後に、起動指令が発せられた場合には、アノード内は空気に置換されてほぼ大気圧となっているので（アノード内は空気に満たされているため）、少ない水素置換量（ＯＣＶパージ量）で十分である。水素を多く導入してしまうと、高い濃度の水素を希釈ボックスから排出してしまう可能性があるので、少なく設定している。
【００９０】
［第２起動時処理についての説明］
この第２起動時処理は、燃料電池システム１０の運転停止指令を検出した際（時点ｔ１）、停止時発電処理（Ｏ２リーン処理）を実施しないで、燃料電池システム１０の発電を停止し、発電を停止させた後に、燃料電池システム１０の起動指令を検出したときの処理である。
【００９１】
この場合、ステップＳ１１において、ソーク中に起動指令が発せられたか否かが検出され、起動指令が発生られたとき、ステップＳ１２において、Ｏ２リーン実施フラグＦｏ２がＦｏ２＝１となっているか否かが判定される。
【００９２】
停止時発電処理が実施されていなかった場合には、このＯ２リーン実施フラグＦｏ２はＦｏ２＝０となっているので、ステップＳ１６以降のＯ２リーン実施なし用起動時ＯＣＶパージ処理が実施される。
【００９３】
この場合、ステップＳ１６において、燃料電池システム１０の発電を停止させたとき（時点ｔ１０）から燃料電池システム１０の起動指令を検出するまでの経過時間（ソーク時間）Ｔｓに基づき、経過時間Ｔｓが上述した規定時間Ｔｓｂ（図７参照）より短い場合（ステップＳ１６：ＹＥＳ、Ｔｓ＜Ｔｓｂ）には、換言すれば、ソーク中に掃気ガス置換処理が実施されていなかった場合には、ステップＳ１７にて、前記起動時燃料ガス置換処理を行う場合の前記燃料ガスの使用量（ステップＳ１７での使用量）を、前記第２の手順が実施された後、前記掃気装置によるソーク時掃気ガス置換処理が実施される前に前記起動時燃料ガス置換処理を行う場合に比べて（ステップＳ１４での使用量と比べて）、少ない量とする。
【００９４】
逆に言えば、掃気ガス置換処理が実施されていない条件下で比較すると、停止時発電処理（Ｏ２リーン処理）を実施していた場合には、停止時発電処理（Ｏ２リーン）を実施していなかった場合に比較して、アノード圧力Ｐａが概ねより負圧となっているので（図７参照）、ステップＳ１７でのガス使用量より、ステップＳ１４でのガス使用量を多く必要とする。
【００９５】
なお、停止時発電処理（Ｏ２リーン処理）を実施しなかった場合（ステップＳ１２：ＮＯ）であっても、掃気ガス置換処理が実施された（ステップＳ１６：ＮＯ）後に、起動指令が発せられた場合には、アノード内は空気に置換されてほぼ大気圧となっているので（アノード内は空気に満たされているため）、ステップＳ１８では、少ない水素置換量（ＯＣＶパージ量）で十分である。水素を多く導入してしまうと、高い濃度の水素を希釈ボックスから排出してしまう可能性があるので、少なく設定している（ステップＳ１５での燃料ガス置換量と同じ）。
【００９６】
すなわち、燃料ガスの使用量（置換量）は、ステップＳ１４、ステップＳ１７、及びステップＳ１５（Ｓ１８）の順で少なく設定される。
【００９７】
なお、この発明は、上述した実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採りうることができる。
【符号の説明】
【００９８】
１０…燃料電池システム １２…燃料電池スタック
１４…酸化剤ガス供給装置 １５…掃気装置
１６…燃料ガス供給装置 １７…バッテリ
１８…コントローラ １９…タイマ
２０…燃料電池 ２２…固体高分子電解質膜
２４…カソード電極 ２６…アノード電極
２８…電解質膜・電極構造体 ３０、３２…セパレータ
３４…酸化剤ガス流路 ３６…燃料ガス流路
３８ａ…酸化剤ガス入口連通孔 ３８ｂ…酸化剤ガス出口連通孔
４０ａ…燃料ガス入口連通孔 ４０ｂ…燃料ガス出口連通孔
５０…エアポンプ ５２…空気供給流路
５３…空気導入流路 ５４…加湿器
５５…空気導入弁 ５６…空気排出流路
５８…背圧制御弁 ６０…希釈ボックス
６２…水素タンク ６３…インタンク電磁弁
６４…水素供給流路 ６５…遮断弁
６６…エゼクタ ６８…水素循環路
７０…オフガス流路 ７２…パージ弁
７４…排出流路 ８６…ＦＣコンタクタ
９０…ＤＣ／ＤＣコンバータ ９２…バッテリコンタクタ
９６…ダウンバータ ９８…１２Ｖ電源
１０２、１０３…圧力センサ １０４、１０６…温度センサ
１０８…電圧センサ １１０…電流センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソード側に供給される酸化剤ガスとアノード側に供給される燃料ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、
前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、
前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、
を備える燃料電池システムの制御方法であって、
前記燃料電池の運転停止指令を検出した際、前記燃料ガスの供給を停止する一方、前記酸化剤ガスを前記燃料電池に供給しながら前記燃料電池を発電させる停止時発電処理を実施した後に前記燃料電池の発電を停止し、
発電を停止させた後に、前記燃料電池システムの起動指令を検出したとき、
前記燃料電池の発電を停止させたときから前記燃料電池システムの前記起動指令を検出するまでの経過時間に基づき、
前記経過時間が規定時間より短い場合には、前記経過時間が前記規定時間よりも長い場合に比べて、前記燃料電池システムの起動時におけるアノード側の燃料ガス置換量を多くする起動時燃料ガス置換処理を実施する
ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項２】
カソード側に供給される酸化剤ガスとアノード側に供給される燃料ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、
前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、
前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、
前記燃料電池の発電を停止した後のソーク時に前記アノード側を掃気ガスにより掃気してソーク時掃気ガス置換処理を行う掃気装置と、を備え、
前記燃料電池の起動時に、アノード側に燃料ガスを供給して、アノードオフガスを排出する起動時燃料ガス置換処理を行う燃料電池システムの制御方法であって、
前記燃料電池の運転停止指令を検出した際、前記燃料ガスの供給を停止する一方、前記酸化剤ガスを前記燃料電池に供給しながら前記燃料電池を発電させる停止時発電処理を実施した後に前記燃料電池の運転を停止する第１の手順と、前記第１の手順に係る前記停止時発電処理を実施しないで前記燃料電池の運転を停止する第２の手順と、を選択的に有し、
前記燃料電池の運転停止指令を検出した際、前記第１の手順が実施された後、前記掃気装置によるソーク時掃気ガス置換処理が実施される前に前記起動時燃料ガス置換処理を行う場合の前記燃料ガスの使用量を、前記第２の手順が実施された後、前記掃気装置によるソーク時掃気ガス置換処理が実施される前に前記起動時燃料ガス置換処理を行う場合に比べて、多い量とする
ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項１】
カソード側に供給される酸化剤ガスとアノード側に供給される燃料ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、
前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、
前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、
を備える燃料電池システムの制御方法であって、
前記燃料電池の運転停止指令を検出した際、前記燃料ガスの供給を停止する一方、前記酸化剤ガスを前記燃料電池に供給しながら前記燃料電池を発電させる停止時発電処理を実施した後に前記燃料電池の発電を停止し、
発電を停止させた後に、前記燃料電池システムの起動指令を検出したとき、
前記燃料電池の発電を停止させたときから前記燃料電池システムの前記起動指令を検出するまでの経過時間に基づき、
前記経過時間が規定時間より短い場合には、前記経過時間が前記規定時間よりも長い場合に比べて、前記燃料電池システムの起動時におけるアノード側の燃料ガス置換量を多くする起動時燃料ガス置換処理を実施する
ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項２】
カソード側に供給される酸化剤ガスとアノード側に供給される燃料ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、
前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、
前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、
前記燃料電池の発電を停止した後のソーク時に前記アノード側を掃気ガスにより掃気してソーク時掃気ガス置換処理を行う掃気装置と、を備え、
前記燃料電池の起動時に、アノード側に燃料ガスを供給して、アノードオフガスを排出する起動時燃料ガス置換処理を行う燃料電池システムの制御方法であって、
前記燃料電池の運転停止指令を検出した際、前記燃料ガスの供給を停止する一方、前記酸化剤ガスを前記燃料電池に供給しながら前記燃料電池を発電させる停止時発電処理を実施した後に前記燃料電池の運転を停止する第１の手順と、前記第１の手順に係る前記停止時発電処理を実施しないで前記燃料電池の運転を停止する第２の手順と、を選択的に有し、
前記燃料電池の運転停止指令を検出した際、前記第１の手順が実施された後、前記掃気装置によるソーク時掃気ガス置換処理が実施される前に前記起動時燃料ガス置換処理を行う場合の前記燃料ガスの使用量を、前記第２の手順が実施された後、前記掃気装置によるソーク時掃気ガス置換処理が実施される前に前記起動時燃料ガス置換処理を行う場合に比べて、多い量とする
ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２１６４７４（Ｐ２０１２−２１６４７４Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８２０８５（Ｐ２０１１−８２０８５）
【出願日】平成２３年４月１日（２０１１．４．１）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１日（２０１１．４．１）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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