燃料電池システム
【課題】始動直後の燃料電池の出力性能を改善することが可能な燃料電池システムを提供する。
【解決手段】燃料電池システム１の運転開始が指令されると、制御装置７は、測定インピーダンスメモリ７０にアクセスし、前回システム停止時に格納した測定インピーダンスを読み出す。そして、制御装置７は、読み出した測定インピーダンスと、基準インピーダンスメモリ５１に格納されている基準インピーダンスとを比較する。制御装置７は、測定インピーダンスが基準インピーダンスを上回っていることから、システム停止時に乾燥処理を行っていると判断すると湿潤処理を実行した後、Ｒｅａｄｙ Ｏｎする。
【解決手段】燃料電池システム１の運転開始が指令されると、制御装置７は、測定インピーダンスメモリ７０にアクセスし、前回システム停止時に格納した測定インピーダンスを読み出す。そして、制御装置７は、読み出した測定インピーダンスと、基準インピーダンスメモリ５１に格納されている基準インピーダンスとを比較する。制御装置７は、測定インピーダンスが基準インピーダンスを上回っていることから、システム停止時に乾燥処理を行っていると判断すると湿潤処理を実行した後、Ｒｅａｄｙ Ｏｎする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の乾燥処理を実行することができる燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
外部温度が低い場合には、燃料電池システムの停止後にその内部で発生した水が凍結し、配管や弁などが破損するといった問題や、凍結した水がガス流路を塞いでしまい、次回燃料電池を起動したときにガスの供給が妨げられて電気化学反応が十分に進行しないといった問題が発生する。
【０００３】
このような問題に鑑み、外気温度の低い環境下でシステムの停止要求があった場合に、燃料電池の乾燥処理（掃気処理など）を実行することで、配管や弁などの凍結を防止する技術が提案されている（例えば下記特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１０８８３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、短時間システムを停止する場合（高速道路走行中に休憩する場合など）も同様に乾燥処理を実行し、その後、何ら処理を施すことなくそのまま次の始動を行うと、燃料電池の電解質膜が乾燥しすぎてしまい（いわゆるドライアップの発生）、燃料電池の出力が低下する等の問題が発生していた。
【０００６】
本発明は、以上説明した事情を鑑みてなされたものであり、始動直後の燃料電池の出力性能を改善することが可能な燃料電池システム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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係る燃料電池システムは、所定タイミングで燃料電池の乾燥処理を行う燃料電池システムであって、システム停止前の燃料電池のインピーダンス、および燃料電池の周辺部品の温度や外気温度を測定する測定手段と、前記測定結果に基づいて、システム停止時に前記乾燥処理を実行するか否かを判断する判断手段とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
以上説明したように、本発明の燃料電池システムによれば、始動直後の燃料電池の出力性能を改善することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。
【図２】システム停止時の処理フローを示すフローチャートである。
【図３】システム始動時の処理フローを示すフローチャートである。
【図４】ＦＣ電流とＦＣ電圧との関係を示すグラフである。
【図５】変形例１に係るシステム始動時の処理フローを示すフローチャートである。
【図６】変形例２に係るシステム始動時の処理フローを示すフローチャートである。
【図７】変形例３に係るシステム停止時の処理フローを示すフローチャートである。
【図８】ドライアップ関数を例示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
【００１１】
Ａ．本実施形態
図１は、燃料電池システム１の構成図である。
燃料電池システム１は、燃料電池自動車（ＦＣＨＶ）、電気自動車、ハイブリッド自動車などの車両１００に搭載できる。ただし、燃料電池システム１は、車両１００以外の各種移動体（例えば、船舶や飛行機、ロボット等）や定置型電源、携帯型の燃料電池システムにも適用可能である。
【００１２】
燃料電池システム１は、燃料電池２と、酸化ガスとしての空気を燃料電池２に供給する酸化ガス配管系３と、燃料ガスとしての水素ガスを燃料電池２に供給する燃料ガス配管系４と、燃料電池２に冷媒を供給する冷媒配管系５と、システム１の電力を充放電する電力系６と、システム１の運転を統括制御する制御装置７と、を備える。なお、酸化ガス及び燃料ガスは、反応ガスと総称できる。
【００１３】
燃料電池２は、例えば固体高分子電解質型で構成され、多数の単セルを積層したスタック構造を備える。単セルは、イオン交換膜からなる電解質の一方の面に空気極（カソード）を有し、他方の面に燃料極（アノード）を有し、さらに空気極及び燃料極を両側から挟みこむように一対のセパレータを有する。一方のセパレータの酸化ガス流路２ａに酸化ガスが供給され、他方のセパレータの燃料ガス流路２ｂに燃料ガスが供給される。供給された燃料ガス及び酸化ガスの電気化学反応により、燃料電池２は電力を発生する。燃料電池２での電気化学反応は発熱反応であり、固体高分子電解質型の燃料電池２の温度は、およそ６０〜８０℃となる。
【００１４】
酸化ガス配管系３は、燃料電池２に供給される酸化ガスが流れる供給路１１と、燃料電池２から排出された酸化オフガスが流れる排出路１２と、酸化ガスが燃料電池２をバイパスして流れるバイパス路１７と、を有する。供給路１１は、酸化ガス流路２ａを介して排出路１２に連通する。酸化オフガスは、燃料電池２の電池反応により生成された水分を含むため高湿潤状態となっている。
【００１５】
供給路１１には、エアクリーナ１３を介して外気を取り込むコンプレッサ１４と、コンプレッサ１４により燃料電池２に圧送される酸化ガスを加湿する加湿器１５と、が設けられる。加湿器１５は、供給路１１を流れる低湿潤状態の酸化ガスと、排出路１２を流れる高湿潤状態の酸化オフガスとの間で水分交換を行い、燃料電池２に供給される酸化ガスを適度に加湿する。
【００１６】
燃料電池２の空気極側の背圧は、カソード出口付近の排出路１２に配設された背圧調整弁１６によって調整される。背圧調整弁１６の近傍には、排出路１２内の圧力を検出する圧力センサＰ１が設けられる。酸化オフガスは、背圧調整弁１６及び加湿器１５を経て最終的に排ガスとしてシステム外の大気中に排気される。
【００１７】
バイパス路１７は、供給路１１と排出路１２とを接続する。バイパス路１７と供給路１１との供給側接続部Ｂは、コンプレッサ１４と加湿器１５との間に位置する。また、バイパス路１７と排出路１２との排出側接続部Ｃは、加湿器１５の下流側に位置する。バイパス路１７には、モータ又はソレノイドなどで駆動する開閉弁（シャット弁）であるバイパス弁１８が設けられる。バイパス弁１８は、制御装置７に接続されており、バイパス路１７を開閉する。なお、以下の説明では、バイパス弁１８の開弁により、バイパス弁１８を通ってバイパス路１７の下流へとバイパスされる酸化ガスを「バイパスエア」と称呼する。
【００１８】
燃料ガス配管系４は、水素供給源２１と、水素供給源２１から燃料電池２に供給される水素ガスが流れる供給路２２と、燃料電池２から排出された水素オフガス（燃料オフガス）を供給路２２の合流点Ａに戻すための循環路２３と、循環路２３内の水素オフガスを供給路２２に圧送するポンプ２４と、循環路２３に分岐接続されたパージ路２５と、を有する。元弁２６を開くことで水素供給源２１から供給路２２に流出した水素ガスは、調圧弁２７その他の減圧弁、及び遮断弁２８を経て、燃料電池２に供給される。パージ路２５には、水素オフガスを水素希釈器（図示省略）に排出するためのパージ弁３３が設けられている。
【００１９】
循環路２３には、循環系アノード圧力センサ（検知手段）Ｐ２が設けられている。循環系アノード圧力センサＰ２は、制御装置７による制御のもと、低温始動時（後述）の水素ガスの圧力を検知する。制御装置７は、循環系アノード圧力センサＰ２からのセンサ値に基づき、燃料ガス配管系４の圧力損失（以下、アノード系圧力損失）の変化を検知する（詳細は後述）。
【００２０】
冷媒配管系５は、燃料電池２内の冷却流路２ｃに連通する冷媒流路４１と、冷媒流路４１に設けられた冷却ポンプ４２と、燃料電池２から排出される冷媒を冷却するラジエータ４３と、ラジエータ４３をバイパスするバイパス流路４４と、ラジエータ４３及びバイパス流路４４への冷却水の通流を設定する切替え弁４５と、を有する。冷媒流路４１は、燃料電池２の冷媒入口の近傍に設けられた温度センサ４６と、燃料電池２の冷媒出口の近傍に設けられた温度センサ４７と、を有する。温度センサ４７が検出する冷媒温度は、燃料電池２の内部温度（以下、燃料電池２の温度という。）を反映する。冷却ポンプ４２は、モータ駆動により、冷媒流路４１内の冷媒を燃料電池２に循環供給する。
【００２１】
電力系６は、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６１、バッテリ６２、トラクションインバータ６３、トラクションモータ６４、及び各種の補機インバータ６５，６６，６７を備えている。高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６１は、直流の電圧変換器であり、バッテリ６２から入力された直流電圧を調整してトラクションインバータ６３側に出力する機能と、燃料電池２又はトラクションモータ６４から入力された直流電圧を調整してバッテリ６２に出力する機能と、を有する。高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６１のこれらの機能により、バッテリ６２の充放電が実現される。また、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６１により、燃料電池２の出力電圧が制御される。
【００２２】
トラクションインバータ６３は、直流電流を三相交流に変換し、トラクションモータ６４に供給する。トラクションモータ６４（動力発生装置）は、例えば三相交流モータである。トラクションモータ６４は、燃料電池システム１が搭載される例えば車両１００の主動力源を構成し、車両１００の車輪１０１Ｌ，１０１Ｒに連結される。補機インバータ６５、６６、６７は、それぞれ、コンプレッサ１４、ポンプ２４、冷却ポンプ４２のモータの駆動を制御する。
【００２３】
制御装置７は、内部にＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを備えたマイクロコンピュータとして構成される。ＣＰＵは、制御プラグラムに従って所望の演算を実行して、通常運転の制御及び後述する低効率運転の制御など、種々の処理や制御を行う。ＲＯＭは、ＣＰＵで処理する制御プログラムや制御データを記憶する。ＲＡＭは、主として制御処理のための各種作業領域として使用される。
【００２４】
制御装置７は、各種の圧力センサ（Ｐ１，Ｐ２）や温度センサ（４６，４７）、燃料電池システム１が置かれる環境の外気温を検出する外気温センサ５１、並びに、車両１００のアクセル開度を検出するアクセル開度センサなどの各種センサからの検出信号を入力し、各構成要素（コンプレッサ１４、背圧調製弁１６及びバイパス弁１８など）に制御信号を出力する。
【００２５】
また、制御装置７は、燃料電池システム１の運転停止（終了も含む）時に、所定条件を満たす場合に乾燥処理を行う。なお、以下に示す実施例では、乾燥処理として燃料電池２内を掃気する掃気処理を例に説明する。
【００２６】
さらに、制御装置（判断手段、制御手段）７は、燃料電池システム１を始動する際、前回システム停止時に乾燥処理を実行したか否かを判断し、乾燥処理を実行していた場合には後述する湿潤処理を実行する。
【００２７】
ここで、前回システム停止時に乾燥処理を実行したか否かの判断は、前回システム停止時に測定した燃料電池２のインピーダンスに基づいて行う。詳述すると、まず、制御装置（測定手段）７は、システム停止毎に燃料電池２のインピーダンス測定を行う。燃料電池２のインピーダンス測定を行う際、制御装置７は、電圧センサ７２によって検出される燃料電池２の電圧（ＦＣ電圧）及び電流センサ７３によって検出される燃料電池２の電流（ＦＣ電流）を所定のサンプリングレートでサンプリングし、フーリエ変換処理（ＦＦＴ演算処理やＤＦＴ演算処理）などを施す。そして、制御装置７は、フーリエ変換処理後のＦＣ電圧信号をフーリエ変換処理後のＦＣ電流信号で除するなどして燃料電池２のインピーダンスを測定（導出）する。
【００２８】
制御装置７は、このようにして測定した燃料電池２のインピーダンス（測定インピーダンス）を、測定インピーダンスメモリ（記憶手段）７０に格納し、当該システムを停止する。その後、イグニッションスイッチのＯＮ操作などによってシステムの始動命令が入力されると、制御装置７は、測定インピーダンスメモリ７０に格納されている前回システム停止時の測定インピーダンスを読み出すとともに、基準インピーダンスメモリ５１に格納されている基準インピーダンスを読み出し、両インピーダンスを比較する。
【００２９】
ここで、基準インピーダンスは、システム停止時に乾燥処理を行ったか否かを判断するための基準値であり、予め実験などによって求められる。なお、実験などによって乾燥処理を行ったときの測定インピーダンスをマップ化し、これを基準インピーダンスとして基準インピーダンスメモリ５１に格納しても良い。制御装置７は、両インピーダンスを比較した結果、前回システム停止時に乾燥処理を実行したと判断すると、湿潤処理を行う。このように、前回システム停止時に乾燥処理を行った場合には始動時に湿潤処理を実行することで、燃料電池２内の水分量を適正に保った状態で発電を開始することができる。以下、燃料電池システム１の運転停止時、および運転始動時における制御について説明する。
【００３０】
＜運転終了時の処理フロー＞
図２は、燃料電池システム１の停止時の処理フローを示すフローチャートである。
車両１００の運転手によるイグニッションスイッチのＯＦＦ操作等によって、燃料電池システム１の運転停止が指令されると、制御装置７は、温度センサ４６，４７などを利用して燃料電池２の温度（以下、ＦＣ温度）を測定する(ステップＳ１０→ステップＳ２０）なお、本実施形態では、ＦＣ温度を測定するが、燃料電池２の周辺部品の温度や外気温度（燃料電池の関連温度）を測定し、これを利用しても良い。
【００３１】
制御装置７は、測定したＦＣ温度をメモリ（図示略）などに設定されている基準温度と比較する（ステップＳ３０）。制御装置７は、測定したＦＣ温度が基準温度以上である場合には、掃気処理を行うことなくステップＳ５０に進む。一方、制御装置７は、測定したＦＣ温度が基準温度を下回っている場合には、次回の低温始動に備えるべく、掃気処理を行った後(ステップＳ４０）、ステップＳ５０に進む。
【００３２】
ここで、掃気処理とは、燃料電池システム２の運転終了時に燃料電池２内の水分を外部に排出することで燃料電池２内を掃気することをいい、カソード系統（酸化ガス配管系３）の掃気処理は、燃料電池２への水素ガスの供給を停止した状態でコンプレッサ１４によって酸化ガスを酸化ガス流路２ａに供給し、この供給した酸化ガスによって酸化ガス流路２ａに残る生成水を含む水分を排出路１２へ排出することで行われる。なお、これに加えて（あるいは代えて）アノード系統（燃料ガス配管系４）の掃気処理も行われるが、同様に説明することができるため、ここでは説明を割愛する。
【００３３】
ステップＳ５０に進むと、制御装置７は、上述したように燃料電池２のインピーダンス測定を行う。そして、制御装置７は、インピーダンス測定によって得られた測定インピーダンスを測定インピーダンスメモリ７０に格納した後（ステップＳ６０）、当該システムを停止する。
【００３４】
＜運転始動時の処理フロー＞
図３は、燃料電池システム１の始動時の処理フローを示すフローチャートである。
図３に示すように、例えば車両１００の運転手によるイグニッションスイッチのＯＮ操作等によって、燃料電池システム１の運転開始が指令されると（ステップＳ１００）、制御装置７は、測定インピーダンスメモリ７０にアクセスし、前回システム停止時に格納した測定インピーダンスを読み出す（ステップＳ２００）。そして、制御装置７は、読み出した測定インピーダンスと、基準インピーダンスメモリ５１に格納されている基準インピーダンスを読み出し、両インピーダンスを比較する（ステップＳ３００）。前述したように、基準インピーダンスは、システム停止時に乾燥処理を行ったか否かを判断するための基準値であり、予め実験などによって求められる。
【００３５】
制御装置７は、測定インピーダンスが基準インピーダンス以下であることから、システム停止時に乾燥処理を行っていないと判断すると（ステップＳ４００；ＮＯ）、湿潤処理を行うことなくステップＳ６００に進む。一方、制御装置７は、測定インピーダンスが基準インピーダンスを上回っていることから、システム停止時に乾燥処理を行っていると判断すると（ステップＳ４００；ＹＥＳ）、湿潤処理を実行した後（ステップＳ５００）、ステップＳ６００に進む。
【００３６】
ここで、湿潤処理は各種の方法により実行でき、代表的な処理としては、（１）暖機運転の実施、（２）空気極側の背圧アップが挙げられる。以下、それぞれについて説明する。
【００３７】
（１）暖機運転
暖機運転とは、燃料電池２を自己発熱させることで、通常運転に比して短時間で燃料電池２を昇温可能な運転をいい、通常運転に比して反応ガスを不足気味にして電力損失を大きくする低効率運転などが含まれる。本実施形態では、湿潤処理として、このような低効率運転、すなわち燃料電池２の発電効率を低下させて発熱量を増やす低効率運転を行う。
【００３８】
図４は、燃料電池２の出力電流（以下、「ＦＣ電流」という。）と出力電圧（以下、「ＦＣ電圧」という。）との関係を示す図である。図４は、燃料電池システム１が通常運転を行った場合を実線で示し、低効率運転を行った場合を点線で示している。
【００３９】
燃料電池システム１を通常運転する場合には、電力損失を抑えて高い発電効率が得られるように、エアストイキ比を１．０以上（理論値）に設定した状態で燃料電池２を運転する（図４の実線部分参照）。ここで、エアストイキ比とは酸素余剰率をいい、水素と過不足なく反応するのに必要な酸素に対して供給される酸素がどれだけ余剰であるかを示す。
【００４０】
これに対し、燃料電池２を暖機する場合には、電力損失を大きくして燃料電池２の温度を上昇させるべく、エアストイキ比を１．０未満（理論値）に設定した状態で燃料電池２を運転する（図４の点線部分参照）。エアストイキ比を低く設定して低効率運転を行うと、水素と酸素との反応によって取り出せるエネルギーのうち、電力損失分（すなわち熱損失分）が積極的に増大される。このように、低効率運転では通常運転に比してエアストイキ比が低く設定されるため、エアによる持ち去り水量は低減され、通常運転時に比して湿潤度は高くなる。
【００４１】
（２）空気極側の背圧アップ
空気極側の背圧は、背圧調整弁１６により調整可能である。本実施形態では、湿潤処理として、燃料電池２の空気極側の背圧が通常運転時に比して高くなるように、背圧調整弁１６の開度を小さくする。これにより、燃料電池２の空気極側の入口圧と出口圧とに差圧が生じ、圧力の高い出口側に燃料電池２内の残水が移動し難くなり、通常運転時に比して湿潤度は高くなる。なお、空気極側の背圧を間欠的に高くしても良い。その場合には、背圧調整弁１６の開度増大と開度減少とを繰り返せばよい。
【００４２】
ここで、上記（１）、（２）の各湿潤処理は単体で実行してもよいし、互いに組み合わせて実行しても良い。組み合わせる場合には、処理を並行して又は連続して行ってもよい。例えば、（１）暖機運転を行った後、必要に応じて（２）空気極側の背圧アップを実行しても良い。
【００４３】
制御装置７は、ステップＳ５００に進むと、通常運転が可能となった旨を運転手に報知することで「Ｒｅａｄｙ Ｏｎ」を実行する。具体的には、インジケータ等に「Ｒｅａｄｙ Ｏｎ」の文字メッセージを点灯したり、効果音を鳴らすなどして通常運転が可能となった旨を運転手に報知する。制御装置７は、「Ｒｅａｄｙ Ｏｎ」を実行すると、以上説明した処理を終了する。
【００４４】
以上説明したように、本実施形態によれば、前回システム停止時に乾燥処理を実行したか否かを、前回システム停止時に測定した燃料電池のインピーダンスに基づいて判断する。そして、前回システム停止時に乾燥処理を実行したと判断した場合には始動時に湿潤処理を実行することで、燃料電池内の水分量を適正に保った状態で発電を開始することができ、始動直後の燃料電池の出力性能を改善することが可能となる。
【００４５】
Ｂ．変形例
＜変形例１＞
上述した本実施形態では、前回システム停止時に乾燥処理を実行した場合は始動時に常に湿潤処理を実行したが、更なる条件を追加してもよい。図５は、変形例１に係る燃料電池システム１の始動時の処理フローを示すフローチャートである。なお、図３に対応するステップには同一符号を付し、詳細な説明は割愛する。
【００４６】
制御装置７は、前回システム停止時に乾燥処理を行ったと判断すると、制御装置７に内蔵されたタイマ（計時手段）などを利用して、前回システム停止時から今回システム始動時までの経過時間を導出する（ステップＳ４１０）。制御装置７は、導出した経過時間とメモリ（図示略）に設定されている基準時間を比較し、経過時間が設定された基準時間以上である場合には（ステップＳ４１１；ＮＯ）、前回の走行から今回の走行まで十分時間が経過していると判断し、湿潤処理を行うことなくステップＳ６００に進む。一方、制御装置（制御装置）７は、計測した経過時間が設定された基準時間未満である場合には（ステップＳ４１１；ＹＥＳ）、前回の走行から今回の走行まで十分時間が経過していない（例えば、高速道路走行中の休憩時など）と判断し、ステップＳ５００に進み、湿潤処理を行う。なお、この後の動作は本実施形態と同様に説明することができるため、説明を割愛する。
【００４７】
＜変形例２＞
上述した変形例１では、更なる条件として前回システム停止時から今回始動時までの経過時間を例示したが、これに代えて（あるいは加えて）異なる条件を追加しても良い。図６は、変形例２に係る燃料電池システム１の始動時の処理フローを示すフローチャートである。なお、図３に対応するステップには同一符号を付し、詳細な説明は割愛する。
【００４８】
制御装置７は、前回システム停止時に乾燥処理を行ったと判断すると、温度センサ（温度測定手段）４６,４７などを利用してＦＣ温度を測定する（ステップＳ４２０）。なお、変形例２では、ＦＣ温度を測定するが、燃料電池２の周辺部品の温度や外気温度（燃料電池の関連温度）を測定し、これを利用しても良い。制御装置７は、測定したＦＣ温度とメモリ（図示略）に設定されている標準運転温度を比較し、測定したＦＣ温度が設定された標準温度未満である場合には（ステップＳ４２１；ＮＯ）、ドライアップの危険はないと判断し、湿潤処理を行うことなくステップＳ６００に進む。一方、制御装置（制御手段）７は、測定したＦＣ温度が設定された標準温度以上である場合には（ステップＳ４２１；ＹＥＳ）、ドライアップの危険があると判断し、ステップＳ５００に進み、湿潤処理を行う。なお、この後の動作は本実施形態と同様に説明することができるため、説明を割愛する。
【００４９】
＜変形例３＞
上述した実施形態では、ＦＣシステム停止時に乾燥処理を行うか否かをＦＣ温度に基づいて判断したが、ＦＣ温度及び測定インピーダンスに基づいて判断しても良い。図７は、変形例３に係る燃料電池システム１の停止時の処理フローを示すフローチャートである。なお、図２に対応するステップには同一符号を付し、詳細な説明は割愛する。
【００５０】
車両１００の運転手によるイグニッションスイッチのＯＦＦ操作等によって、燃料電池システム１の運転停止が指令されると、制御装置（測定手段）７は、温度センサ（測定手段）４６，４７などを利用してＦＣ温度を測定するとともに、燃料電池２の測定インピーダンスを求める（ステップＳ１０→ステップＳ２０'）。なお、測定インピーダンスの導出方法については、本実施形態において説明したため、説明を割愛する。また、ＦＣ温度を測定する代わりに燃料電池２の周辺部品の温度や外気温度（燃料電池の関連温度）を測定し、これを利用しても良い。そして、制御装置（判断手段）７は、ドライアップ関数を参照することにより、電解質膜のドライアップの危険性を判断する（ステップＳ３０'）。図８は、ドライアップ関数を例示した図であり、縦軸に測定インピーダンス、横軸にＦＣ温度を示す。
【００５１】
図８の領域Ａは、電解質膜のドライアップの危険がある領域（ドライアップ危険領域）を示しており、予め実験などによって求められる。このドライアップ関数は、製造出荷時などに制御装置７のメモリ（図示略）などに設定される。もちろん、ドライアップ関数に示される値や領域Ａは適宜設定・変更可能である。
【００５２】
制御装置７は、測定したＦＣ温度及び導出した測定インピーダンスが図８の領域Ａに存在することから、ドライアップの危険があると判断すると（ステップＳ３０'；ＹＥＳ）、掃気処理及び燃料電池２のインピーダンス測定を行うことなく、ステップＳ６０に進む。一方、制御装置７は、測定したＦＣ温度及び導出した測定インピーダンスが図８の領域Ａから下側に外れていることから、ドライアップの危険がないと判断すると(ステップＳ３０'；ＮＯ）、掃気処理を行うべくステップＳ４０に進む。この後の動作については、本実施形態と同様に説明することができるため、説明を割愛する。
【００５３】
以上説明したように、変形例３によれば、システム停止時にＦＣ温度および燃料電池２の測定インピーダンスを検出し、検出結果に基づいて電解質膜のドライアップの危険性を判断する。ここで、ドライアップの危険性がない場合には、システム停止時に掃気処理などの乾燥処理を行う一方、ドライアップの危険性がある場合にはシステム停止時に掃気処理などの乾燥処理を行わない。このため、システムの始動、停止が短時間に繰り返し行われたとしても、電解質膜がドライアップしてしまうといった問題を抑制することが可能となる。
【符号の説明】
【００５４】
１・・・燃料電池システム、２・・・燃料電池、７・・・制御装置、４６，４７・・・
温度センサ、５１・・・基準インピーダンスメモリ、７０・・・測定インピーダンスメモ
リ、７２・・・電圧センサ、７３・・・電流センサ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の乾燥処理を実行することができる燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
外部温度が低い場合には、燃料電池システムの停止後にその内部で発生した水が凍結し、配管や弁などが破損するといった問題や、凍結した水がガス流路を塞いでしまい、次回燃料電池を起動したときにガスの供給が妨げられて電気化学反応が十分に進行しないといった問題が発生する。
【０００３】
このような問題に鑑み、外気温度の低い環境下でシステムの停止要求があった場合に、燃料電池の乾燥処理（掃気処理など）を実行することで、配管や弁などの凍結を防止する技術が提案されている（例えば下記特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１０８８３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、短時間システムを停止する場合（高速道路走行中に休憩する場合など）も同様に乾燥処理を実行し、その後、何ら処理を施すことなくそのまま次の始動を行うと、燃料電池の電解質膜が乾燥しすぎてしまい（いわゆるドライアップの発生）、燃料電池の出力が低下する等の問題が発生していた。
【０００６】
本発明は、以上説明した事情を鑑みてなされたものであり、始動直後の燃料電池の出力性能を改善することが可能な燃料電池システム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】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係る燃料電池システムは、所定タイミングで燃料電池の乾燥処理を行う燃料電池システムであって、システム停止前の燃料電池のインピーダンス、および燃料電池の周辺部品の温度や外気温度を測定する測定手段と、前記測定結果に基づいて、システム停止時に前記乾燥処理を実行するか否かを判断する判断手段とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
以上説明したように、本発明の燃料電池システムによれば、始動直後の燃料電池の出力性能を改善することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。
【図２】システム停止時の処理フローを示すフローチャートである。
【図３】システム始動時の処理フローを示すフローチャートである。
【図４】ＦＣ電流とＦＣ電圧との関係を示すグラフである。
【図５】変形例１に係るシステム始動時の処理フローを示すフローチャートである。
【図６】変形例２に係るシステム始動時の処理フローを示すフローチャートである。
【図７】変形例３に係るシステム停止時の処理フローを示すフローチャートである。
【図８】ドライアップ関数を例示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
【００１１】
Ａ．本実施形態
図１は、燃料電池システム１の構成図である。
燃料電池システム１は、燃料電池自動車（ＦＣＨＶ）、電気自動車、ハイブリッド自動車などの車両１００に搭載できる。ただし、燃料電池システム１は、車両１００以外の各種移動体（例えば、船舶や飛行機、ロボット等）や定置型電源、携帯型の燃料電池システムにも適用可能である。
【００１２】
燃料電池システム１は、燃料電池２と、酸化ガスとしての空気を燃料電池２に供給する酸化ガス配管系３と、燃料ガスとしての水素ガスを燃料電池２に供給する燃料ガス配管系４と、燃料電池２に冷媒を供給する冷媒配管系５と、システム１の電力を充放電する電力系６と、システム１の運転を統括制御する制御装置７と、を備える。なお、酸化ガス及び燃料ガスは、反応ガスと総称できる。
【００１３】
燃料電池２は、例えば固体高分子電解質型で構成され、多数の単セルを積層したスタック構造を備える。単セルは、イオン交換膜からなる電解質の一方の面に空気極（カソード）を有し、他方の面に燃料極（アノード）を有し、さらに空気極及び燃料極を両側から挟みこむように一対のセパレータを有する。一方のセパレータの酸化ガス流路２ａに酸化ガスが供給され、他方のセパレータの燃料ガス流路２ｂに燃料ガスが供給される。供給された燃料ガス及び酸化ガスの電気化学反応により、燃料電池２は電力を発生する。燃料電池２での電気化学反応は発熱反応であり、固体高分子電解質型の燃料電池２の温度は、およそ６０〜８０℃となる。
【００１４】
酸化ガス配管系３は、燃料電池２に供給される酸化ガスが流れる供給路１１と、燃料電池２から排出された酸化オフガスが流れる排出路１２と、酸化ガスが燃料電池２をバイパスして流れるバイパス路１７と、を有する。供給路１１は、酸化ガス流路２ａを介して排出路１２に連通する。酸化オフガスは、燃料電池２の電池反応により生成された水分を含むため高湿潤状態となっている。
【００１５】
供給路１１には、エアクリーナ１３を介して外気を取り込むコンプレッサ１４と、コンプレッサ１４により燃料電池２に圧送される酸化ガスを加湿する加湿器１５と、が設けられる。加湿器１５は、供給路１１を流れる低湿潤状態の酸化ガスと、排出路１２を流れる高湿潤状態の酸化オフガスとの間で水分交換を行い、燃料電池２に供給される酸化ガスを適度に加湿する。
【００１６】
燃料電池２の空気極側の背圧は、カソード出口付近の排出路１２に配設された背圧調整弁１６によって調整される。背圧調整弁１６の近傍には、排出路１２内の圧力を検出する圧力センサＰ１が設けられる。酸化オフガスは、背圧調整弁１６及び加湿器１５を経て最終的に排ガスとしてシステム外の大気中に排気される。
【００１７】
バイパス路１７は、供給路１１と排出路１２とを接続する。バイパス路１７と供給路１１との供給側接続部Ｂは、コンプレッサ１４と加湿器１５との間に位置する。また、バイパス路１７と排出路１２との排出側接続部Ｃは、加湿器１５の下流側に位置する。バイパス路１７には、モータ又はソレノイドなどで駆動する開閉弁（シャット弁）であるバイパス弁１８が設けられる。バイパス弁１８は、制御装置７に接続されており、バイパス路１７を開閉する。なお、以下の説明では、バイパス弁１８の開弁により、バイパス弁１８を通ってバイパス路１７の下流へとバイパスされる酸化ガスを「バイパスエア」と称呼する。
【００１８】
燃料ガス配管系４は、水素供給源２１と、水素供給源２１から燃料電池２に供給される水素ガスが流れる供給路２２と、燃料電池２から排出された水素オフガス（燃料オフガス）を供給路２２の合流点Ａに戻すための循環路２３と、循環路２３内の水素オフガスを供給路２２に圧送するポンプ２４と、循環路２３に分岐接続されたパージ路２５と、を有する。元弁２６を開くことで水素供給源２１から供給路２２に流出した水素ガスは、調圧弁２７その他の減圧弁、及び遮断弁２８を経て、燃料電池２に供給される。パージ路２５には、水素オフガスを水素希釈器（図示省略）に排出するためのパージ弁３３が設けられている。
【００１９】
循環路２３には、循環系アノード圧力センサ（検知手段）Ｐ２が設けられている。循環系アノード圧力センサＰ２は、制御装置７による制御のもと、低温始動時（後述）の水素ガスの圧力を検知する。制御装置７は、循環系アノード圧力センサＰ２からのセンサ値に基づき、燃料ガス配管系４の圧力損失（以下、アノード系圧力損失）の変化を検知する（詳細は後述）。
【００２０】
冷媒配管系５は、燃料電池２内の冷却流路２ｃに連通する冷媒流路４１と、冷媒流路４１に設けられた冷却ポンプ４２と、燃料電池２から排出される冷媒を冷却するラジエータ４３と、ラジエータ４３をバイパスするバイパス流路４４と、ラジエータ４３及びバイパス流路４４への冷却水の通流を設定する切替え弁４５と、を有する。冷媒流路４１は、燃料電池２の冷媒入口の近傍に設けられた温度センサ４６と、燃料電池２の冷媒出口の近傍に設けられた温度センサ４７と、を有する。温度センサ４７が検出する冷媒温度は、燃料電池２の内部温度（以下、燃料電池２の温度という。）を反映する。冷却ポンプ４２は、モータ駆動により、冷媒流路４１内の冷媒を燃料電池２に循環供給する。
【００２１】
電力系６は、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６１、バッテリ６２、トラクションインバータ６３、トラクションモータ６４、及び各種の補機インバータ６５，６６，６７を備えている。高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６１は、直流の電圧変換器であり、バッテリ６２から入力された直流電圧を調整してトラクションインバータ６３側に出力する機能と、燃料電池２又はトラクションモータ６４から入力された直流電圧を調整してバッテリ６２に出力する機能と、を有する。高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６１のこれらの機能により、バッテリ６２の充放電が実現される。また、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６１により、燃料電池２の出力電圧が制御される。
【００２２】
トラクションインバータ６３は、直流電流を三相交流に変換し、トラクションモータ６４に供給する。トラクションモータ６４（動力発生装置）は、例えば三相交流モータである。トラクションモータ６４は、燃料電池システム１が搭載される例えば車両１００の主動力源を構成し、車両１００の車輪１０１Ｌ，１０１Ｒに連結される。補機インバータ６５、６６、６７は、それぞれ、コンプレッサ１４、ポンプ２４、冷却ポンプ４２のモータの駆動を制御する。
【００２３】
制御装置７は、内部にＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを備えたマイクロコンピュータとして構成される。ＣＰＵは、制御プラグラムに従って所望の演算を実行して、通常運転の制御及び後述する低効率運転の制御など、種々の処理や制御を行う。ＲＯＭは、ＣＰＵで処理する制御プログラムや制御データを記憶する。ＲＡＭは、主として制御処理のための各種作業領域として使用される。
【００２４】
制御装置７は、各種の圧力センサ（Ｐ１，Ｐ２）や温度センサ（４６，４７）、燃料電池システム１が置かれる環境の外気温を検出する外気温センサ５１、並びに、車両１００のアクセル開度を検出するアクセル開度センサなどの各種センサからの検出信号を入力し、各構成要素（コンプレッサ１４、背圧調製弁１６及びバイパス弁１８など）に制御信号を出力する。
【００２５】
また、制御装置７は、燃料電池システム１の運転停止（終了も含む）時に、所定条件を満たす場合に乾燥処理を行う。なお、以下に示す実施例では、乾燥処理として燃料電池２内を掃気する掃気処理を例に説明する。
【００２６】
さらに、制御装置（判断手段、制御手段）７は、燃料電池システム１を始動する際、前回システム停止時に乾燥処理を実行したか否かを判断し、乾燥処理を実行していた場合には後述する湿潤処理を実行する。
【００２７】
ここで、前回システム停止時に乾燥処理を実行したか否かの判断は、前回システム停止時に測定した燃料電池２のインピーダンスに基づいて行う。詳述すると、まず、制御装置（測定手段）７は、システム停止毎に燃料電池２のインピーダンス測定を行う。燃料電池２のインピーダンス測定を行う際、制御装置７は、電圧センサ７２によって検出される燃料電池２の電圧（ＦＣ電圧）及び電流センサ７３によって検出される燃料電池２の電流（ＦＣ電流）を所定のサンプリングレートでサンプリングし、フーリエ変換処理（ＦＦＴ演算処理やＤＦＴ演算処理）などを施す。そして、制御装置７は、フーリエ変換処理後のＦＣ電圧信号をフーリエ変換処理後のＦＣ電流信号で除するなどして燃料電池２のインピーダンスを測定（導出）する。
【００２８】
制御装置７は、このようにして測定した燃料電池２のインピーダンス（測定インピーダンス）を、測定インピーダンスメモリ（記憶手段）７０に格納し、当該システムを停止する。その後、イグニッションスイッチのＯＮ操作などによってシステムの始動命令が入力されると、制御装置７は、測定インピーダンスメモリ７０に格納されている前回システム停止時の測定インピーダンスを読み出すとともに、基準インピーダンスメモリ５１に格納されている基準インピーダンスを読み出し、両インピーダンスを比較する。
【００２９】
ここで、基準インピーダンスは、システム停止時に乾燥処理を行ったか否かを判断するための基準値であり、予め実験などによって求められる。なお、実験などによって乾燥処理を行ったときの測定インピーダンスをマップ化し、これを基準インピーダンスとして基準インピーダンスメモリ５１に格納しても良い。制御装置７は、両インピーダンスを比較した結果、前回システム停止時に乾燥処理を実行したと判断すると、湿潤処理を行う。このように、前回システム停止時に乾燥処理を行った場合には始動時に湿潤処理を実行することで、燃料電池２内の水分量を適正に保った状態で発電を開始することができる。以下、燃料電池システム１の運転停止時、および運転始動時における制御について説明する。
【００３０】
＜運転終了時の処理フロー＞
図２は、燃料電池システム１の停止時の処理フローを示すフローチャートである。
車両１００の運転手によるイグニッションスイッチのＯＦＦ操作等によって、燃料電池システム１の運転停止が指令されると、制御装置７は、温度センサ４６，４７などを利用して燃料電池２の温度（以下、ＦＣ温度）を測定する(ステップＳ１０→ステップＳ２０）なお、本実施形態では、ＦＣ温度を測定するが、燃料電池２の周辺部品の温度や外気温度（燃料電池の関連温度）を測定し、これを利用しても良い。
【００３１】
制御装置７は、測定したＦＣ温度をメモリ（図示略）などに設定されている基準温度と比較する（ステップＳ３０）。制御装置７は、測定したＦＣ温度が基準温度以上である場合には、掃気処理を行うことなくステップＳ５０に進む。一方、制御装置７は、測定したＦＣ温度が基準温度を下回っている場合には、次回の低温始動に備えるべく、掃気処理を行った後(ステップＳ４０）、ステップＳ５０に進む。
【００３２】
ここで、掃気処理とは、燃料電池システム２の運転終了時に燃料電池２内の水分を外部に排出することで燃料電池２内を掃気することをいい、カソード系統（酸化ガス配管系３）の掃気処理は、燃料電池２への水素ガスの供給を停止した状態でコンプレッサ１４によって酸化ガスを酸化ガス流路２ａに供給し、この供給した酸化ガスによって酸化ガス流路２ａに残る生成水を含む水分を排出路１２へ排出することで行われる。なお、これに加えて（あるいは代えて）アノード系統（燃料ガス配管系４）の掃気処理も行われるが、同様に説明することができるため、ここでは説明を割愛する。
【００３３】
ステップＳ５０に進むと、制御装置７は、上述したように燃料電池２のインピーダンス測定を行う。そして、制御装置７は、インピーダンス測定によって得られた測定インピーダンスを測定インピーダンスメモリ７０に格納した後（ステップＳ６０）、当該システムを停止する。
【００３４】
＜運転始動時の処理フロー＞
図３は、燃料電池システム１の始動時の処理フローを示すフローチャートである。
図３に示すように、例えば車両１００の運転手によるイグニッションスイッチのＯＮ操作等によって、燃料電池システム１の運転開始が指令されると（ステップＳ１００）、制御装置７は、測定インピーダンスメモリ７０にアクセスし、前回システム停止時に格納した測定インピーダンスを読み出す（ステップＳ２００）。そして、制御装置７は、読み出した測定インピーダンスと、基準インピーダンスメモリ５１に格納されている基準インピーダンスを読み出し、両インピーダンスを比較する（ステップＳ３００）。前述したように、基準インピーダンスは、システム停止時に乾燥処理を行ったか否かを判断するための基準値であり、予め実験などによって求められる。
【００３５】
制御装置７は、測定インピーダンスが基準インピーダンス以下であることから、システム停止時に乾燥処理を行っていないと判断すると（ステップＳ４００；ＮＯ）、湿潤処理を行うことなくステップＳ６００に進む。一方、制御装置７は、測定インピーダンスが基準インピーダンスを上回っていることから、システム停止時に乾燥処理を行っていると判断すると（ステップＳ４００；ＹＥＳ）、湿潤処理を実行した後（ステップＳ５００）、ステップＳ６００に進む。
【００３６】
ここで、湿潤処理は各種の方法により実行でき、代表的な処理としては、（１）暖機運転の実施、（２）空気極側の背圧アップが挙げられる。以下、それぞれについて説明する。
【００３７】
（１）暖機運転
暖機運転とは、燃料電池２を自己発熱させることで、通常運転に比して短時間で燃料電池２を昇温可能な運転をいい、通常運転に比して反応ガスを不足気味にして電力損失を大きくする低効率運転などが含まれる。本実施形態では、湿潤処理として、このような低効率運転、すなわち燃料電池２の発電効率を低下させて発熱量を増やす低効率運転を行う。
【００３８】
図４は、燃料電池２の出力電流（以下、「ＦＣ電流」という。）と出力電圧（以下、「ＦＣ電圧」という。）との関係を示す図である。図４は、燃料電池システム１が通常運転を行った場合を実線で示し、低効率運転を行った場合を点線で示している。
【００３９】
燃料電池システム１を通常運転する場合には、電力損失を抑えて高い発電効率が得られるように、エアストイキ比を１．０以上（理論値）に設定した状態で燃料電池２を運転する（図４の実線部分参照）。ここで、エアストイキ比とは酸素余剰率をいい、水素と過不足なく反応するのに必要な酸素に対して供給される酸素がどれだけ余剰であるかを示す。
【００４０】
これに対し、燃料電池２を暖機する場合には、電力損失を大きくして燃料電池２の温度を上昇させるべく、エアストイキ比を１．０未満（理論値）に設定した状態で燃料電池２を運転する（図４の点線部分参照）。エアストイキ比を低く設定して低効率運転を行うと、水素と酸素との反応によって取り出せるエネルギーのうち、電力損失分（すなわち熱損失分）が積極的に増大される。このように、低効率運転では通常運転に比してエアストイキ比が低く設定されるため、エアによる持ち去り水量は低減され、通常運転時に比して湿潤度は高くなる。
【００４１】
（２）空気極側の背圧アップ
空気極側の背圧は、背圧調整弁１６により調整可能である。本実施形態では、湿潤処理として、燃料電池２の空気極側の背圧が通常運転時に比して高くなるように、背圧調整弁１６の開度を小さくする。これにより、燃料電池２の空気極側の入口圧と出口圧とに差圧が生じ、圧力の高い出口側に燃料電池２内の残水が移動し難くなり、通常運転時に比して湿潤度は高くなる。なお、空気極側の背圧を間欠的に高くしても良い。その場合には、背圧調整弁１６の開度増大と開度減少とを繰り返せばよい。
【００４２】
ここで、上記（１）、（２）の各湿潤処理は単体で実行してもよいし、互いに組み合わせて実行しても良い。組み合わせる場合には、処理を並行して又は連続して行ってもよい。例えば、（１）暖機運転を行った後、必要に応じて（２）空気極側の背圧アップを実行しても良い。
【００４３】
制御装置７は、ステップＳ５００に進むと、通常運転が可能となった旨を運転手に報知することで「Ｒｅａｄｙ Ｏｎ」を実行する。具体的には、インジケータ等に「Ｒｅａｄｙ Ｏｎ」の文字メッセージを点灯したり、効果音を鳴らすなどして通常運転が可能となった旨を運転手に報知する。制御装置７は、「Ｒｅａｄｙ Ｏｎ」を実行すると、以上説明した処理を終了する。
【００４４】
以上説明したように、本実施形態によれば、前回システム停止時に乾燥処理を実行したか否かを、前回システム停止時に測定した燃料電池のインピーダンスに基づいて判断する。そして、前回システム停止時に乾燥処理を実行したと判断した場合には始動時に湿潤処理を実行することで、燃料電池内の水分量を適正に保った状態で発電を開始することができ、始動直後の燃料電池の出力性能を改善することが可能となる。
【００４５】
Ｂ．変形例
＜変形例１＞
上述した本実施形態では、前回システム停止時に乾燥処理を実行した場合は始動時に常に湿潤処理を実行したが、更なる条件を追加してもよい。図５は、変形例１に係る燃料電池システム１の始動時の処理フローを示すフローチャートである。なお、図３に対応するステップには同一符号を付し、詳細な説明は割愛する。
【００４６】
制御装置７は、前回システム停止時に乾燥処理を行ったと判断すると、制御装置７に内蔵されたタイマ（計時手段）などを利用して、前回システム停止時から今回システム始動時までの経過時間を導出する（ステップＳ４１０）。制御装置７は、導出した経過時間とメモリ（図示略）に設定されている基準時間を比較し、経過時間が設定された基準時間以上である場合には（ステップＳ４１１；ＮＯ）、前回の走行から今回の走行まで十分時間が経過していると判断し、湿潤処理を行うことなくステップＳ６００に進む。一方、制御装置（制御装置）７は、計測した経過時間が設定された基準時間未満である場合には（ステップＳ４１１；ＹＥＳ）、前回の走行から今回の走行まで十分時間が経過していない（例えば、高速道路走行中の休憩時など）と判断し、ステップＳ５００に進み、湿潤処理を行う。なお、この後の動作は本実施形態と同様に説明することができるため、説明を割愛する。
【００４７】
＜変形例２＞
上述した変形例１では、更なる条件として前回システム停止時から今回始動時までの経過時間を例示したが、これに代えて（あるいは加えて）異なる条件を追加しても良い。図６は、変形例２に係る燃料電池システム１の始動時の処理フローを示すフローチャートである。なお、図３に対応するステップには同一符号を付し、詳細な説明は割愛する。
【００４８】
制御装置７は、前回システム停止時に乾燥処理を行ったと判断すると、温度センサ（温度測定手段）４６,４７などを利用してＦＣ温度を測定する（ステップＳ４２０）。なお、変形例２では、ＦＣ温度を測定するが、燃料電池２の周辺部品の温度や外気温度（燃料電池の関連温度）を測定し、これを利用しても良い。制御装置７は、測定したＦＣ温度とメモリ（図示略）に設定されている標準運転温度を比較し、測定したＦＣ温度が設定された標準温度未満である場合には（ステップＳ４２１；ＮＯ）、ドライアップの危険はないと判断し、湿潤処理を行うことなくステップＳ６００に進む。一方、制御装置（制御手段）７は、測定したＦＣ温度が設定された標準温度以上である場合には（ステップＳ４２１；ＹＥＳ）、ドライアップの危険があると判断し、ステップＳ５００に進み、湿潤処理を行う。なお、この後の動作は本実施形態と同様に説明することができるため、説明を割愛する。
【００４９】
＜変形例３＞
上述した実施形態では、ＦＣシステム停止時に乾燥処理を行うか否かをＦＣ温度に基づいて判断したが、ＦＣ温度及び測定インピーダンスに基づいて判断しても良い。図７は、変形例３に係る燃料電池システム１の停止時の処理フローを示すフローチャートである。なお、図２に対応するステップには同一符号を付し、詳細な説明は割愛する。
【００５０】
車両１００の運転手によるイグニッションスイッチのＯＦＦ操作等によって、燃料電池システム１の運転停止が指令されると、制御装置（測定手段）７は、温度センサ（測定手段）４６，４７などを利用してＦＣ温度を測定するとともに、燃料電池２の測定インピーダンスを求める（ステップＳ１０→ステップＳ２０'）。なお、測定インピーダンスの導出方法については、本実施形態において説明したため、説明を割愛する。また、ＦＣ温度を測定する代わりに燃料電池２の周辺部品の温度や外気温度（燃料電池の関連温度）を測定し、これを利用しても良い。そして、制御装置（判断手段）７は、ドライアップ関数を参照することにより、電解質膜のドライアップの危険性を判断する（ステップＳ３０'）。図８は、ドライアップ関数を例示した図であり、縦軸に測定インピーダンス、横軸にＦＣ温度を示す。
【００５１】
図８の領域Ａは、電解質膜のドライアップの危険がある領域（ドライアップ危険領域）を示しており、予め実験などによって求められる。このドライアップ関数は、製造出荷時などに制御装置７のメモリ（図示略）などに設定される。もちろん、ドライアップ関数に示される値や領域Ａは適宜設定・変更可能である。
【００５２】
制御装置７は、測定したＦＣ温度及び導出した測定インピーダンスが図８の領域Ａに存在することから、ドライアップの危険があると判断すると（ステップＳ３０'；ＹＥＳ）、掃気処理及び燃料電池２のインピーダンス測定を行うことなく、ステップＳ６０に進む。一方、制御装置７は、測定したＦＣ温度及び導出した測定インピーダンスが図８の領域Ａから下側に外れていることから、ドライアップの危険がないと判断すると(ステップＳ３０'；ＮＯ）、掃気処理を行うべくステップＳ４０に進む。この後の動作については、本実施形態と同様に説明することができるため、説明を割愛する。
【００５３】
以上説明したように、変形例３によれば、システム停止時にＦＣ温度および燃料電池２の測定インピーダンスを検出し、検出結果に基づいて電解質膜のドライアップの危険性を判断する。ここで、ドライアップの危険性がない場合には、システム停止時に掃気処理などの乾燥処理を行う一方、ドライアップの危険性がある場合にはシステム停止時に掃気処理などの乾燥処理を行わない。このため、システムの始動、停止が短時間に繰り返し行われたとしても、電解質膜がドライアップしてしまうといった問題を抑制することが可能となる。
【符号の説明】
【００５４】
１・・・燃料電池システム、２・・・燃料電池、７・・・制御装置、４６，４７・・・
温度センサ、５１・・・基準インピーダンスメモリ、７０・・・測定インピーダンスメモ
リ、７２・・・電圧センサ、７３・・・電流センサ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定タイミングで燃料電池の乾燥処理を行う燃料電池システムであって、
システム停止前の燃料電池のインピーダンス、および燃料電池の周辺部品の温度や外気温度を測定する測定手段と、
前記測定結果に基づいて、システム停止時に前記乾燥処理を実行するか否かを判断する判断手段と
を具備することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１】
所定タイミングで燃料電池の乾燥処理を行う燃料電池システムであって、
システム停止前の燃料電池のインピーダンス、および燃料電池の周辺部品の温度や外気温度を測定する測定手段と、
前記測定結果に基づいて、システム停止時に前記乾燥処理を実行するか否かを判断する判断手段と
を具備することを特徴とする燃料電池システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２２７１５９（Ｐ２０１２−２２７１５９Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１６０９０２（Ｐ２０１２−１６０９０２）
【出願日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【分割の表示】特願２００７−１６２６０８（Ｐ２００７−１６２６０８）の分割
【原出願日】平成１９年６月２０日（２００７．６．２０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【分割の表示】特願２００７−１６２６０８（Ｐ２００７−１６２６０８）の分割
【原出願日】平成１９年６月２０日（２００７．６．２０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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