(57)【要約】【課題】特殊発電停止処理が行われた場合であっても、燃料電池内の滞留水量を効果的に低減し、次回の燃料電池の安定的な発電を確保することができる燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法を提供する。【解決手段】燃料電池システムは、燃料電池１２の温度Ｔが掃気開始温度Ｔａよりも低下した際に反応ガス流路７８に掃気ガスを流通させる掃気制御部を備え、掃気制御部は、発電判定部によって特殊発電停止処理と判定される前に行われる通常掃気処理の掃気度合よりも特殊発電停止処理と判定された後に行われる特殊掃気処理の掃気度合を大きくする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、
前記燃料電池内の反応ガス流路に掃気ガスを流通させるための掃気ガス供給部と、
前記燃料電池の温度が掃気開始温度よりも低下した際に、前記燃料電池の発電停止状態で前記掃気ガス供給部から前記反応ガス流路に掃気ガスを流通させることにより前記燃料電池内の滞留水を排出する掃気処理を行う掃気制御部と、
前記燃料電池の発電開始時の温度が所定温度よりも低く、且つ前記燃料電池の起動運転中に発電停止が行われた場合に特殊発電停止処理であると判定する発電判定部と、
前記掃気制御部は、前記発電判定部によって前記特殊発電停止処理と判定される前に行われる通常掃気処理の掃気度合よりも前記特殊発電停止処理と判定された後に行われる特殊掃気処理の掃気度合を大きくする、燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池システムであって、
前記発電判定部によって判定された前記特殊発電停止処理が連続して複数回行われたか否かを判定する回数判定部を備え、
前記掃気制御部は、前記特殊発電停止処理が連続して複数回行われたと前記回数判定部によって判定された場合に、１回目の前記特殊発電停止処理後に行われる最初の第１特殊掃気処理の掃気度合よりも２回目以降の前記特殊発電停止処理後に行われる第２特殊掃気処理の掃気度合を大きくする、燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の燃料電池システムであって、
前記掃気制御部は、前記特殊掃気処理の掃気ガスの流量を前記通常掃気処理の掃気ガスの流量よりも増大させる、燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記発電判定部は、前記燃料電池の発電開始時における外気温度が氷点下であり、且つ前記燃料電池の起動運転中に発電停止が行われた場合に前記特殊発電停止処理であると判定する、燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記特殊発電停止処理であると前記発電判定部によって判定された場合に、前記燃料電池を再始動して所定の暖機時間だけ発電させる暖機制御部を備える、燃料電池システム。
【請求項６】
請求項２記載の燃料電池システムであって、
前記掃気制御部は、前記特殊発電停止処理が連続して掃気制限回数以上行われた場合に、今回の前記第２特殊掃気処理の掃気度合を前回の前記第２特殊掃気処理の掃気度合よりも大きくしない、燃料電池システム。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記掃気制御部は、前記特殊掃気処理の掃気ガスの圧力及び掃気時間を前記通常掃気処理の掃気ガスの圧力及び掃気時間よりも増大させる、燃料電池システム。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給部と、
前記特殊掃気処理が行われた後の前記燃料電池の最初の起動時の反応ガスの流量及び圧力が、前記通常掃気処理が行われた後の前記燃料電池の最初の起動時の反応ガスの流量及び圧力よりも増大するように前記反応ガス供給部の駆動を制御する燃料電池制御部と、を備える、燃料電池システム。
【請求項９】
反応ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池内の反応ガス流路に掃気ガスを流通させるための掃気ガス供給部と、を備えた燃料電池システムの制御方法であって、
前記燃料電池の発電開始時の温度が所定温度よりも低く、且つ前記燃料電池の起動運転中に発電停止が行われた場合に特殊発電停止処理であると判定する発電判定ステップと、
前記特殊発電停止処理ではないと前記発電判定ステップによって判定された場合に、前記燃料電池の発電停止状態で掃気ガス供給部から反応ガス流路に掃気ガスを流通させることにより前記燃料電池内の滞留水を排出する通常掃気処理を行う通常掃気処理ステップと、
前記特殊発電停止処理であると前記発電判定ステップによって判定された場合に、前記燃料電池の発電停止状態で掃気ガス供給部から反応ガス流路に掃気ガスを流通させることにより前記燃料電池内の滞留水を排出する特殊掃気処理を行う特殊掃気処理ステップと、を行い、
前記特殊掃気処理ステップでは、前記通常掃気処理の掃気度合よりも前記特殊掃気処理の掃気度合を大きくする、燃料電池システムの制御方法。
【請求項１０】
請求項９記載の燃料電池システムの制御方法であって、
前記発電判定ステップによって判定された前記特殊発電停止処理が連続して複数回行われたか否かを判定する回数判定ステップを行い、
前記特殊掃気処理ステップは、
前記特殊発電停止処理が１回目であると前記回数判定ステップによって判定された場合に、前記燃料電池の発電停止状態で掃気ガス供給部から反応ガス流路に掃気ガスを流通させることにより前記燃料電池内の滞留水を排出する第１特殊掃気処理を行う第１特殊掃気処理ステップと、
前記特殊発電停止処理が連続して複数回行われたと前記回数判定ステップによって判定された場合に、前記燃料電池の発電停止状態で掃気ガス供給部から反応ガス流路に掃気ガスを流通させることにより前記燃料電池内の滞留水を排出する第２特殊掃気処理を行う第２特殊掃気処理ステップと、を行い、
前記第２特殊掃気処理ステップでは、前記第１特殊掃気処理の掃気度合よりも前記第２特殊掃気処理の掃気度合を大きくする、燃料電池システムの制御方法。
【請求項１１】
請求項９又は１０に記載の燃料電池システムの制御方法であって、
前記特殊発電停止処理であると前記発電判定ステップで判定された場合に、前記燃料電池を再始動して所定の暖機時間だけ発電させる暖機ステップを行う、燃料電池システムの制御方法。
【請求項１２】
請求項１０記載の燃料電池システムの制御方法であって、
前記特殊発電停止処理が連続して行われた回数が掃気制限回数以上であるか否かを判定する掃気制限判定ステップを行い、
前記第２特殊掃気処理ステップでは、前記特殊発電停止処理が連続して行われた回数が掃気制限回数以上であると前記掃気制限判定ステップで判定された場合、今回の前記第２特殊掃気処理の掃気度合を前回の前記第２特殊掃気処理の掃気度合よりも大きくしない、燃料電池システムの制御方法。
【請求項１３】
請求項９〜１２のいずれか１項に記載の燃料電池システムの制御方法であって、
前記特殊掃気処理が行われた後の前記燃料電池の最初の起動時の反応ガスの流量及び圧力を前記通常掃気処理が行われた後の前記燃料電池の最初の起動時の反応ガスの流量及び圧力よりも増大させる、燃料電池システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、燃料電池内の反応ガス流路に掃気ガスを流通させるための掃気ガス供給部と、を備えた燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の燃料電池システムとして、例えば、特許文献１には、氷点下等の低温時に燃料電池の発電を開始してから短時間で停止する特殊発電停止処理（低温時短時間発電停止処理）が行われた場合に、燃料電池内の反応ガス流路に掃気ガスを流通させることにより燃料電池内の滞留水を排出する掃気処理を行う技術的思想が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５０８６５８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した特殊発電停止処理が行われた場合、通常の発電停止処理が行われた時に比べて燃料電池内の滞留水が多く溜まる。そのため、例えば、特殊発電停止処理後に行われる掃気処理の掃気度合を通常の発電停止処理後に行われる通常掃気処理の掃気度合と同じにすると、燃料電池内の滞留水量を効果的に低減することができないおそれがある。
【０００５】
本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、特殊発電停止処理が行われた場合であっても、燃料電池内の滞留水量を効果的に低減し、次回の燃料電池の安定的な発電を確保することができる燃料電池システム及び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】
【０００６】
本発明の一態様は、反応ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池内の反応ガス流路に掃気ガスを流通させるための掃気ガス供給部と、前記燃料電池の温度が掃気開始温度よりも低下した際に、前記燃料電池の発電停止状態で前記掃気ガス供給部から前記反応ガス流路に掃気ガスを流通させることにより前記燃料電池内の滞留水を排出する掃気処理を行う掃気制御部と、前記燃料電池の発電開始時の温度が所定温度よりも低く、且つ前記燃料電池の起動運転中に発電停止が行われた場合に特殊発電停止処理であると判定する発電判定部と、前記掃気制御部は、前記発電判定部によって前記特殊発電停止処理と判定される前に行われる通常掃気処理の掃気度合よりも前記特殊発電停止処理と判定された後に行われる特殊掃気処理の掃気度合を大きくする、燃料電池システムである。
【０００７】
本発明の他の態様は、反応ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池内の反応ガス流路に掃気ガスを流通させるための掃気ガス供給部と、を備えた燃料電池システムの制御方法であって、前記燃料電池の発電開始時の温度が所定温度よりも低く、且つ前記燃料電池の起動運転中に発電停止が行われた場合に特殊発電停止処理であると判定する発電判定ステップと、前記特殊発電停止処理ではないと前記発電判定ステップによって判定された場合に、前記燃料電池の発電停止状態で掃気ガス供給部から反応ガス流路に掃気ガスを流通させることにより前記燃料電池内の滞留水を排出する通常掃気処理を行う通常掃気処理ステップと、前記特殊発電停止処理であると前記発電判定ステップによって判定された場合に、前記燃料電池の発電停止状態で掃気ガス供給部から反応ガス流路に掃気ガスを流通させることにより前記燃料電池内の滞留水を排出する特殊掃気処理を行う特殊掃気処理ステップと、を行い、前記特殊掃気処理ステップでは、前記通常掃気処理の掃気度合よりも前記特殊掃気処理の掃気度合を大きくする、燃料電池システムの制御方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、特殊掃気処理の掃気度合を通常掃気処理の掃気度合よりも大きくしているため、特殊発電停止処理が行われた場合であっても、燃料電池内の滞留水量を効果的に低減することができる。従って、次回の燃料電池の安定的な発電を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの概略構成図である。
【図２】図１の燃料電池の一部省略縦断面図である。
【図３】図１の燃料電池システムの制御方法を説明するためのフローチャートである。
【図４】図１の燃料電池システムの制御方法を説明するためのタイミングチャートである。
【図５】特殊発電停止処理の連続回数と掃気ガスの流量との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に係る燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。
【００１１】
図１に示す燃料電池システム１０は、例えば、燃料電池電気自動車等の図示しない燃料電池車両に搭載される。ただし、燃料電池システム１０は、燃料電池車両を除く種々の移動体に搭載してもよいし、定置型としても用いることができる。
【００１２】
燃料電池システム１０は、燃料電池１２、燃料ガス供給装置１４、酸化剤ガス供給装置１６、冷却媒体供給装置１８、バッテリ２０及び制御部２２を備える。
【００１３】
図２において、燃料電池１２は、燃料ガス（例えば、水素ガス）と酸化剤ガス（例えば、空気）との電気化学反応により発電する。燃料電池１２は、水平方向に積層される複数の発電セル２４を備えた燃料電池スタックとして構成されている。発電セル２４は、電解質膜・電極構造体２６を第１セパレータ２８及び第２セパレータ３０で挟持して構成される。第１セパレータ２８及び第２セパレータ３０は、金属セパレータ又はカーボンセパレータにより構成される。
【００１４】
電解質膜・電極構造体２６は、例えば、水分が含まれたパーフルオロスルホン酸の薄膜である電解質膜３２（固体高分子電解質膜）と、電解質膜３２を挟持するアノード電極３４及びカソード電極３６とを備える。電解質膜３２は、フッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質が使用される。
【００１５】
第１セパレータ２８と電解質膜・電極構造体２６との間には、アノード電極３４に燃料ガスを導くための燃料ガス流路３８が設けられている。第２セパレータ３０と電解質膜・電極構造体２６との間には、カソード電極３６に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路４０が設けられている。第１セパレータ２８と第２セパレータ３０との間には、発電セル２４を冷却するための冷却媒体が流通する冷却媒体流路４２が設けられている。
【００１６】
図１に示すように、燃料電池１２には、燃料ガス入口４４ａ、燃料ガス出口４４ｂ、酸化剤ガス入口４６ａ、酸化剤ガス出口４６ｂ、冷却媒体入口４８ａ及び冷却媒体出口４８ｂが設けられる。
【００１７】
図１及び図２において、燃料ガス入口４４ａの内孔は、各発電セル２４を積層方向に貫通する図示しない燃料ガス入口連通孔を介して燃料ガス流路３８の供給側に連通する。燃料ガス出口４４ｂは、各発電セル２４を積層方向に貫通する図示しない燃料ガス出口連通孔を介して燃料ガス流路３８の排出側に連通する。燃料ガス流路３８、燃料ガス入口連通孔及び燃料ガス出口連通孔により、アノード流路５０（図１参照）が構成される。
【００１８】
酸化剤ガス入口４６ａの内孔は、各発電セル２４を積層方向に貫通する図示しない酸化剤ガス入口連通孔を介して酸化剤ガス流路４０の供給側に連通する。酸化剤ガス出口４６ｂの内孔は、各発電セル２４を積層方向に貫通する図示しない酸化剤ガス出口連通孔を介して酸化剤ガス流路４０の排出側に連通する。酸化剤ガス流路４０、酸化剤ガス入口連通孔及び酸化剤ガス出口連通孔により、カソード流路５２（図１参照）が構成される。
【００１９】
冷却媒体入口４８ａの内孔は、各発電セル２４を積層方向に貫通する図示しない冷却媒体入口連通孔を介して冷却媒体流路４２の供給側に連通する。冷却媒体出口４８ｂの内孔は、各発電セル２４を積層方向に貫通する図示しない冷却媒体出口連通孔を介して冷却媒体流路４２の排出側に連通する。
【００２０】
図１に示すように、燃料ガス供給装置１４は、燃料電池１２に燃料ガスを供給する。燃料ガス供給装置１４は、燃料ガス供給部５４と、燃料ガス供給部５４から供給された燃料ガスを燃料ガス入口４４ａに導く燃料ガス導入路５６とを備える。燃料ガス供給部５４は、高圧の燃料ガス（高圧水素）を貯留する図示しない燃料ガスタンク（水素ガスタンク）、燃料ガスの圧力調整弁等を含む。
【００２１】
燃料電池１２の燃料ガス出口４４ｂには、燃料ガス排出路５８が連結されている。燃料ガス排出路５８は、アノード電極３４で少なくとも一部が使用された燃料ガスである燃料排ガスを燃料電池１２から導出する。
【００２２】
燃料ガス排出路５８に導かれた燃料排ガスは、燃料ガス供給部５４に導入して燃料電池１２に循環させてもよいし、酸化剤排ガスで希釈して大気中に排出してよい。
【００２３】
酸化剤ガス供給装置１６は、燃料電池１２に酸化剤ガスを供給する。酸化剤ガス供給装置１６は、酸化剤ガス供給部６０と、酸化剤ガス供給部６０から供給された酸化剤ガスを酸化剤ガス入口４６ａに導く酸化剤ガス導入路６２とを備える。酸化剤ガス供給部６０としては、例えば、大気から空気を圧縮して供給するエアポンプが用いられる。
【００２４】
燃料電池１２の酸化剤ガス出口４６ｂには、酸化剤ガス排出路６６が連結されている。酸化剤ガス排出路６６は、カソード電極３６で少なくとも一部が使用された酸化剤ガスである酸化剤排ガスを大気中に排出する。
【００２５】
冷却媒体供給装置１８は、冷却媒体供給路６８、冷却媒体排出路７０、冷却媒体を循環させるポンプ７２及びラジエータ７４を備える。冷却媒体としては、水又はエチレングリコールを主成分とする液体が用いられる。冷却媒体供給路６８の一端は冷却媒体入口４８ａに接続され、冷却媒体供給路６８の他端はラジエータ７４に接続される。冷却媒体排出路７０の一端は冷却媒体出口４８ｂに接続され、冷却媒体排出路７０の他端はラジエータ７４に接続される。ポンプ７２は、冷却媒体供給路６８に設けられる。
【００２６】
このような燃料電池システム１０は、燃料電池１２内の滞留水を排出するための掃気ガスを供給する掃気ガス供給部７６を備える。掃気ガス供給部７６は、燃料電池１２内の反応ガス流路７８に掃気ガスを流通させる。
【００２７】
反応ガス流路７８は、アノード流路５０とカソード流路５２とからなる。本実施形態において、掃気ガス供給部７６は、カソード流路５２に掃気ガスとしての酸化剤ガスを流通させるための酸化剤ガス供給部６０である。すなわち、燃料電池システム１０では、カソード流路５２内の滞留水を掃気ガス（酸化剤ガス）によって排出することができる。
【００２８】
ただし、掃気ガス供給部７６は、アノード流路５０に掃気ガスとしての酸化剤ガスを流通させてもよい。この場合、アノード流路５０内の滞留水についても掃気ガスによって排出することが可能となる。
【００２９】
燃料ガス供給部５４及び酸化剤ガス供給部６０は、燃料電池１２に反応ガス（燃料ガス及び酸化剤ガス）を供給する反応ガス供給部を構成する。
【００３０】
制御部２２には、各種センサからの信号が入力される。これらセンサは、例えば、温度センサ８２、電流・電圧センサ８４及びイグニッションスイッチ（以下、「ＩＧスイッチ８６」と呼ぶ。）を含む。温度センサ８２は、燃料電池１２の温度を取得する。具体的には、温度センサ８２は、冷却媒体出口４８ｂの内孔又はその近傍を流通する冷却媒体の温度を取得する。これにより、燃料電池１２の温度を精度よく取得することができる。
【００３１】
温度センサ８２は、燃料ガス出口４４ｂ部の内孔又はその近傍を流通する燃料ガスの温度を取得してもよいし、酸化剤ガス出口４６ｂ部の内孔又はその近傍を流通する酸化剤ガスの温度を取得してもよい。電流・電圧センサ８４は、燃料電池１２の発電電流及び発電電圧を検出する。また、制御部２２には、燃料電池１２のインピーダンス値を測定するインピーダンス測定部８７からの信号が入力される。
【００３２】
制御部２２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、ＲＡＭ等を有しており、ＣＰＵがＲＯＭに記憶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）として機能する。なお、各種機能実現部は、ハードウエアとしての機能実現器により構成することもできる。
【００３３】
制御部２２は、燃料電池制御部８８、暖機制御部９０、温度判定部９２、掃気制御部９４、発電判定部９６、特殊発電停止処理の回数判定部９８及び掃気制限判定部１００を有する。
【００３４】
燃料電池制御部８８は、燃料ガス供給部５４及び酸化剤ガス供給部６０のそれぞれの駆動を制御し、燃料電池１２に導かれる反応ガス（燃料ガス及び酸化剤ガス）の流量及び圧力等を調整する。暖機制御部９０は、燃料電池１２が発電停止された直後に再始動して所定の暖機時間だけ燃料電池１２を発電させる。
【００３５】
温度判定部９２は、燃料電池１２の温度が掃気開始温度以下になったか否かを判定する。掃気開始温度は、予め設定されて制御部２２のメモリに記憶されている。掃気制御部９４は、燃料電池１２の発電停止状態で掃気ガス供給部７６からカソード流路５２（反応ガス流路７８）に掃気ガスを流通させることにより燃料電池１２内の滞留水を排出する掃気処理を行う。
【００３６】
発電判定部９６は、燃料電池１２の特殊発電停止処理が行われたか否かを判定する。特殊発電停止処理とは、低温時（氷点下時）に、燃料電池１２の発電を開始した後、直ぐに発電停止を行う処理をいう。換言すれば、特殊発電停止処理とは、低温時に燃料電池１２をちょっとだけ起動して停止させる処理をいう。
【００３７】
回数判定部９８は、特殊発電停止処理が複数回（２回以上）連続して行われたか否かを判定する。掃気制限判定部１００は、特殊発電停止処理の連続回数が掃気制限回数未満であるか否かを判定する。掃気制限回数は、予め設定されて制御部２２のメモリに記憶されている。
【００３８】
このように構成される燃料電池システム１０の制御方法について、以下に説明する。
【００３９】
図３に示すように、ステップＳ１において、制御部２２は、燃料電池１２の運転中にＩＧスイッチ８６からオフ信号を受信したか否かを判定する。ステップＳ１は、制御部２２がＩＧスイッチ８６からオフ信号を受信するまで繰り返し行われる。
【００４０】
制御部２２がＩＧスイッチ８６からオフ信号を受信すると（ステップＳ１：ＹＥＳ）、ステップＳ２において、燃料電池制御部８８は、燃料電池１２を発電停止する（図４の時点ｔ１参照）。この際、燃料電池車両は停止している（燃料電池車両の車速は０である）。
【００４１】
続いて、ステップＳ３（発電判定ステップ）において、発電判定部９６は、今回の発電停止処理が特殊発電停止処理であったか否かを判定する。具体的には、発電判定部９６は、燃料電池１２の発電開始時の温度が所定温度よりも低く、且つ燃料電池１２の起動運転中に発電停止が行われた場合に特殊発電停止処理であると判定する。
【００４２】
換言すれば、発電判定部９６は、燃料電池１２の発電開始時の外気温が氷点下であり、且つ燃料電池１２の起動運転中に発電停止が行われた場合に特殊発電停止処理であると判定する。所定温度は、燃料電池１２内で発生した滞留水が凍結する氷点である０℃に設定される。ただし、所定温度は、０℃より高く設定されていてもよい。
【００４３】
発電判定部９６は、燃料電池１２の発電開始時の温度、燃料電池車両の車速及び燃料電池１２の発電電流に基づいて特殊発電停止処理であるか否かを判定する。具体的には、発電判定部９６は、燃料電池１２の発電開始時の温度が所定温度（例えば０℃）以下であり、発電停止時の車速が０であり、発電停止直前に発電電流が制限されていた場合に、特殊発電停止処理であると判定する。すなわち、発電判定部９６は、発電電流が制限されている状態で発電停止された場合に燃料電池１２の起動運転中に発電停止が行われたと判定する。
【００４４】
ただし、発電判定部９６は、例えば、燃料電池１２の積算発電量が所定発電量未満であった場合に燃料電池１２の起動運転中に発電停止が行われたと判定してもよい。積算発電量は、電流・電圧センサ８４によって検出される発電電流及び発電電圧と、発電開始から発電停止までの経過時間とに基づいて算出される電力量である。また、発電判定部９６は、燃料電池１２の発電開始から発電停止までの経過時間のみに基づいて燃料電池１２の起動運転中に発電停止が行われたか否かを判定してもよい。
【００４５】
特殊発電停止処理ではないと発電判定部９６によって判定された場合（ステップＳ３：ＮＯ）、ステップＳ４において、温度判定部９２は、燃料電池１２の温度Ｔが掃気開始温度Ｔａ以下になったか否かを判定する。掃気開始温度Ｔａは、燃料電池１２内で発生した滞留水が凍結する氷点である０℃よりも高い温度に設定される。具体的には、掃気開始温度Ｔａは、外気温度が０℃である時の燃料電池１２の温度が用いられる。掃気開始温度Ｔａは、０℃よりも高く、５℃よりも低い温度に設定するのが好ましい。この場合、燃料電池１２内の滞留水が凍結する前に掃気処理を開始することができる。
【００４６】
燃料電池１２の温度Ｔが掃気開始温度Ｔａ以下になったと温度判定部９２によって判定された場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）、ステップＳ５において、掃気制御部９４は、通常掃気処理を行う（図４の時点ｔ２参照）。具体的には、掃気制御部９４は、掃気ガス供給部７６（酸化剤ガス供給部６０）から燃料電池１２のカソード流路５２内に掃気ガス（酸化剤ガス）を流通させる。これにより、掃気ガスによって燃料電池１２内の滞留水量が減少し、次回の氷点下起動が良好に行われる（図４参照）。
【００４７】
その後、ステップＳ６において、制御部２２は、ＩＧスイッチ８６のオン信号を受信したか否かを判定する。ステップＳ６は、制御部２２がＩＧスイッチ８６からオン信号を受信するまで繰り返し行われる。
【００４８】
制御部２２がＩＧスイッチ８６からオン信号を受信すると（ステップＳ６：ＹＥＳ）、ステップＳ７において、燃料電池制御部８８は、燃料電池１２を通常起動させる（図４の時点ｔ３参照）。すなわち、燃料電池制御部８８は、燃料ガス供給部５４から燃料電池１２に燃料ガスを供給するとともに酸化剤ガス供給部６０から燃料電池１２に酸化剤ガスを供給することにより、燃料電池１２を発電（起動）させる。これにより一連の動作フローが終了する。
【００４９】
ステップＳ４において、燃料電池１２の温度Ｔが掃気開始温度Ｔａよりも高いと温度判定部９２によって判定された場合（ステップＳ４：ＮＯ）、ステップＳ８において、制御部２２は、ＩＧスイッチ８６のオン信号を受信したか否かを判定する。制御部２２がＩＧスイッチ８６のオン信号を受信しなかった場合（ステップＳ８：ＮＯ）、ステップＳ４の処理が再度行われる。制御部２２がＩＧスイッチ８６のオン信号を受信した場合（ステップＳ８：ＹＥＳ）、ステップＳ７において通常起動処理が行われる。
【００５０】
ステップＳ３において、特殊発電停止処理であると発電判定部９６によって判定された場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、ステップＳ９（暖気ステップ）において、暖機制御部９０は、燃料電池１２の暖機処理を行う（図４の時点ｔ４参照）。
【００５１】
具体的には、暖機制御部９０は、燃料電池１２の発電が停止された直後に燃料ガス供給部５４から燃料電池１２に燃料ガスを供給するとともに酸化剤ガス供給部６０から燃料電池１２に酸化剤ガスを供給することにより、燃料電池１２を所定の暖機時間だけ発電を継続させる。これにより、燃料電池１２内の滞留水が凍結することが抑制される。
【００５２】
このステップＳ９において、燃料電池１２の暖機は、燃料電池１２の温度Ｔが０℃よりも高い所定の暖機温度になるまで継続される。制御部２２は、温度センサ８２によって取得される燃料電池１２の温度Ｔとインピーダンス測定部８７によって取得されるインピーダンスによる燃料電池１２の滞留水とに基づいて燃料電池１２の暖機を停止させる。
【００５３】
その後、ステップＳ１０（回数判定ステップ）において、回数判定部９８は、特殊発電停止処理の連続回数Ｎが２回以上であるか否かを判定する。換言すれば、回数判定部９８は、特殊発電停止処理が連続して複数回（２回以上）行われたか否かを判定する。
【００５４】
特殊発電停止処理が１回目であると回数判定部９８によって判定された場合（ステップＳ１０：ＮＯ、図４の時点ｔ５参照）、ステップＳ１１において、温度判定部９２は、燃料電池１２の温度Ｔが掃気開始温度Ｔａ以下になったか否かを判定する。
【００５５】
燃料電池１２の温度Ｔが掃気開始温度Ｔａよりも高いと温度判定部９２によって判定された場合（ステップＳ１１：ＮＯ）、ステップＳ１２において、制御部２２は、ＩＧスイッチ８６のオン信号を受信したか否かを判定する。制御部２２がＩＧスイッチ８６のオン信号を受信しなかった場合（ステップＳ１２：ＮＯ）、ステップＳ１１の処理が再度行われる。制御部２２がＩＧスイッチ８６のオン信号を受信した場合（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、ステップＳ７の処理が行われる。
【００５６】
燃料電池１２の温度Ｔが掃気開始温度Ｔａ以下になったと温度判定部９２によって判定された場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、ステップＳ１３（第１特殊掃気処理ステップ、特殊掃気処理ステップ）において、掃気制御部９４は、第１特殊掃気処理（特殊掃気処理）を行う（図４の時点ｔ６参照）。具体的には、掃気制御部９４は、第１特殊掃気処理における掃気ガス流量、掃気ガス圧力及び掃気時間のそれぞれが通常掃気処理における掃気ガス流量、掃気ガス圧力及び掃気時間のそれぞれよりも増大するように掃気ガス供給部７６を制御する。
【００５７】
ただし、掃気制御部９４は、第１特殊掃気処理における掃気ガス流量、掃気ガス圧力及び掃気時間の少なくとも１つが通常掃気処理における掃気ガス流量、掃気ガス圧力及び掃気時間よりも増大するように掃気ガス供給部７６を制御してもよい。すなわち、掃気制御部９４は、通常掃気処理の掃気度合よりも第１特殊掃気処理の掃気度合が大きくなれば、掃気ガス流量、掃気ガス圧力及び掃気時間をどのように設定しても構わない。
【００５８】
ところで、低温時短時間停止処理が行われた場合には、燃料電池１２内（特に積層方向の最外に位置する発電セル２４）の滞留水量が比較的多くなる。なお、滞留水は、燃料電池１２の発電反応により生成される生成水と、加湿等によって大気中から生じる水分とを含む。しかしながら、通常掃気処理の掃気度合よりも第１特殊掃気処理の掃気度合を大きくしているため、掃気ガスによって燃料電池１２内の滞留水が効率的に排出される。
【００５９】
掃気制御部９４は、第１特殊掃気処理における掃気ガス流量が通常掃気処理における掃気ガス流量の１．２倍〜１．５倍になるように掃気ガス供給部７６を制御するのが好ましい（図５参照）。この場合、燃料電池１２内の滞留水をより効率的に排出することができる。
【００６０】
その後、ステップＳ１４において、制御部２２は、ＩＧスイッチ８６のオン信号を受信したか否かを判定する。ステップＳ１４は、制御部２２がＩＧスイッチ８６からオン信号を受信するまで繰り返し行われる。
【００６１】
制御部２２がＩＧスイッチ８６のオン信号を受信すると（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、ステップＳ１５において、燃料電池制御部８８は、燃料電池１２の第１起動処理を行う（図４の時点ｔ７参照）。すなわち、燃料電池制御部８８は、第１起動処理の酸化剤ガスの流量及び圧力が通常起動処理の酸化剤ガスの流量及び圧力よりも増大するように酸化剤ガス供給部６０の駆動を制御する。これにより、酸化剤ガスの圧力及びストイキ比が増大するため、燃料電池１２のカソード流路５２内の滞留水が迅速に排出される。
【００６２】
ステップＳ１５において、燃料電池制御部８８は、第１起動処理の酸化剤ガス及び燃料ガスの流量及び圧力が通常起動時の酸化剤ガス及び燃料ガスの流量及び圧力よりも増大するように酸化剤ガス供給部６０及び燃料ガス供給部５４の駆動を制御してもよい。この場合、燃料電池１２のカソード流路５２及びアノード流路５０の両方に存在する滞留水が迅速に排出される。その後、一連の動作フローが終了する。
【００６３】
ステップＳ１０において、特殊発電停止処理が複数回（２回以上）連続して行われたと回数判定部９８によって判定された場合（ステップＳ１０：ＹＥＳ、図４の時点ｔ８参照）、ステップＳ１６において、温度判定部９２は、燃料電池１２の温度Ｔが掃気開始温度Ｔａ以下になったか否かを判定する。
【００６４】
燃料電池１２の温度Ｔが掃気開始温度Ｔａよりも高いと温度判定部９２によって判定された場合（ステップＳ１６：ＮＯ）、ステップＳ１７において、制御部２２は、ＩＧスイッチ８６のオン信号を受信したか否かを判定する。制御部２２がＩＧスイッチ８６のオン信号を受信しなかった場合（ステップＳ１７：ＮＯ）、ステップＳ１６の処理が再度行われる。制御部２２がＩＧスイッチ８６のオン信号を受信した場合（ステップＳ１７：ＹＥＳ）、ステップＳ７の処理が行われる。
【００６５】
燃料電池１２の温度Ｔが掃気開始温度Ｔａ以下になったと温度判定部９２によって判定された場合（ステップＳ１６：ＹＥＳ）、ステップＳ１８（掃気制限判定ステップ）において、掃気制限判定部１００は、特殊発電停止処理の連続回数Ｎが掃気制限回数Ｎａ以上であるか否かを判定する。本実施形態において、掃気制限回数Ｎａは、３回に設定される。ただし、掃気制限回数Ｎａは、４回以上に設定してもよい。
【００６６】
特殊発電停止処理の連続回数Ｎが掃気制限回数Ｎａ未満であった場合（ステップＳ１８：ＮＯ）、ステップＳ１９（第２特殊掃気処理ステップ、特殊掃気処理ステップ）において、掃気制御部９４は、第２特殊掃気処理（特殊掃気処理）を行う（図４の時点ｔ９参照）。具体的には、掃気制御部９４は、第２特殊掃気処理における掃気ガス流量、掃気ガス圧力及び掃気時間のそれぞれが第１特殊掃気処理における掃気ガス流量、掃気ガス圧力及び掃気時間よりも増大するように、掃気ガス供給部７６を制御する。すなわち、掃気制御部９４は、第１特殊掃気処理の掃気度合よりも第２特殊掃気処理の掃気度合を大きくする。
【００６７】
ただし、掃気制御部９４は、第２特殊掃気処理における掃気ガス流量、掃気ガス圧力及び掃気時間の少なくとも１つが第１特殊掃気処理における掃気ガス流量、掃気ガス圧力及び掃気時間よりも増大するように掃気ガス供給部７６を制御してもよい。すなわち、掃気制御部９４は、第１特殊掃気処理の掃気度合よりも第２特殊掃気処理の掃気度合が大きくなれば、掃気ガス流量、掃気ガス圧力及び掃気時間をどのように設定しても構わない。
【００６８】
ところで、低温時短時間停止処理が複数回連続して行われた場合には、燃料電池１２内（特に積層方向の最外に位置する発電セル２４）の滞留水量が１回目の低温時短時間停止処理時よりも多くなる。しかしながら、第１特殊掃気処理の掃気度合よりも第２特殊掃気処理の掃気度合を大きくしているため、掃気ガスによって燃料電池１２内の滞留水が効率的に排出される。
【００６９】
掃気制御部９４は、第２特殊掃気処理における掃気ガス流量が第１特殊掃気処理における掃気ガス流量の１．２倍〜１．５倍になるように掃気ガス供給部７６を制御するのが好ましい（図５参照）。この場合、燃料電池１２内の滞留水を一層効率的に排出することができる。
【００７０】
また、例えば、掃気制限回数Ｎａを４回以上に設定するとともに特殊発電停止処理の連続回数Ｎが３回であった場合には、掃気制御部９４は、今回（３回目）の第２特殊掃気処理における掃気ガス流量、掃気ガス圧力及び掃気時間のそれぞれが前回（２回目）の第２特殊掃気処理における掃気ガス流量、掃気ガス圧力及び掃気時間のそれぞれよりも増大するように掃気ガス供給部７６を制御する。
【００７１】
なお、掃気制御部９４は、今回の第２特殊掃気処理における掃気ガス流量、掃気ガス圧力及び掃気時間の少なくとも１つが前回の第２特殊掃気処理における掃気ガス流量、掃気ガス圧力及び掃気時間よりも増大するように掃気ガス供給部７６を制御してもよい。すなわち、掃気制御部９４は、前回の第２特殊掃気処理の掃気度合よりも今回の第２特殊掃気処理の掃気度合が大きくなれば、掃気ガス流量、掃気ガス圧力及び掃気時間をどのように設定しても構わない。
【００７２】
ところで、低温時短時間停止処理が３回連続して行われた場合には、今回（３回目）の低温時短時間停止処理時の燃料電池１２内（特に積層方向の最外に位置する発電セル２４）の滞留水量が前回（２回目）の低温時短時間停止処理時の滞留水量よりも多くなることがある。このような場合であっても、今回の第２特殊掃気処理の掃気度合を前回の第２特殊掃気処理の掃気度合よりも大きくすることにより、掃気ガスによって燃料電池１２内の滞留水を効率的に排出することができる。
【００７３】
その後、ステップＳ２０において、制御部２２は、ＩＧスイッチ８６のオン信号を受信したか否かを判定する。ステップＳ２０は、制御部２２がＩＧスイッチ８６からオン信号を受信するまで繰り返し行われる。
【００７４】
制御部２２がＩＧスイッチ８６のオン信号を受信すると（ステップＳ２０：ＹＥＳ）、ステップＳ２１において、燃料電池制御部８８は、燃料電池１２の第２起動処理を行う（図４の時点ｔ１０参照）。すなわち、燃料電池制御部８８は、第２起動処理の酸化剤ガスの流量及び圧力が第１起動処理の酸化剤ガスの流量及び圧力よりも増大するように酸化剤ガス供給部６０の駆動を制御する。これにより、酸化剤ガスの圧力及びストイキ比が増大するため、燃料電池１２のカソード流路５２内の滞留水が迅速に排出される。
【００７５】
ステップＳ２１において、燃料電池制御部８８は、第１起動処理の酸化剤ガス及び燃料ガスの流量及び圧力が第１起動処理の酸化剤ガス及び燃料ガスの流量及び圧力よりも増大するように酸化剤ガス供給部６０及び燃料ガス供給部５４を制御してもよい。この場合、燃料電池１２のカソード流路５２及びアノード流路５０の両方に存在する滞留水が迅速に排出される。その後、一連の動作フローが終了する。
【００７６】
ステップＳ１８において、特殊発電停止処理の連続回数Ｎが掃気制限回数Ｎａ以上であった場合（ステップＳ１８：ＹＥＳ）、ステップＳ２２において、掃気制御部９４は、前回の第２特殊掃気処理と同じ処理を行う。すなわち、図５に示すように、掃気制御部９４は、今回の第２特殊掃気処理における掃気ガス流量、掃気ガス圧力及び掃気時間を前回の第２特殊掃気処理の掃気ガス流量、掃気ガス圧力及び掃気時間と略同じにする。この場合、掃気ガスによって燃料電池１２の電解質膜３２が過剰に乾燥することが抑制される。その後、ステップＳ２０及びステップＳ２１の処理が行われ、一連の動作フローが終了する。
【００７７】
この場合、本実施形態に係る燃料電池システム１０は、以下の効果を奏する。
【００７８】
燃料電池システム１０において、掃気制御部９４は、発電判定部９６によって特殊発電停止処理と判定される前に行われる通常掃気処理の掃気度合よりも特殊発電停止処理と判定された後に行われる特殊掃気処理（第１特殊掃気処理及び第２特殊掃気処理）の掃気度合を大きくする。
【００７９】
燃料電池システム１０の制御方法では、燃料電池１２の発電開始時の温度が所定温度よりも低く、且つ燃料電池１２の起動運転中に発電停止が行われた場合に特殊発電停止処理であると判定する発電判定ステップと、特殊発電停止処理ではないと発電判定ステップによって判定された場合に、燃料電池１２の発電停止状態で掃気ガス供給部７６から反応ガス流路７８に掃気ガスを流通させることにより燃料電池１２内の滞留水を排出する通常掃気処理を行う通常掃気処理ステップと、特殊発電停止処理であると発電判定ステップによって判定された場合に、燃料電池１２の発電停止状態で掃気ガス供給部７６から反応ガス流路７８に掃気ガスを流通させることにより燃料電池１２内の滞留水を排出する特殊掃気処理を行う特殊掃気処理ステップ（第１特殊掃気処理ステップ及び第２特殊掃気処理ステップ）と、を行う。特殊掃気処理ステップ（第１特殊掃気処理ステップ及び第２特殊掃気処理ステップ）では、通常掃気処理の掃気度合よりも特殊掃気処理の掃気度合を大きくする。
【００８０】
このように、特殊掃気処理（第１特殊掃気処理及び第２特殊掃気処理）の掃気度合を通常掃気処理の掃気度合よりも大きくしているため、特殊発電停止処理が行われた場合であっても、燃料電池１２内の滞留水量を効果的に低減することができる。従って、次回の燃料電池１２の安定的な発電を確保することができる。
【００８１】
燃料電池システム１０は、発電判定部９６によって判定された特殊発電停止処理が連続して複数回行われたか否かを判定する回数判定部９８を備える。掃気制御部９４は、特殊発電停止処理が連続して複数回行われたと回数判定部９８によって判定された場合に、１回目の特殊発電停止処理後に行われる最初の第１特殊掃気処理の掃気度合よりも２回目以降の特殊発電停止処理後に行われる第２特殊掃気処理の掃気度合を大きくする。
【００８２】
燃料電池システム１０の制御方法では、発電判定ステップによって判定された特殊発電停止処理が連続して複数回行われたか否かを判定する回数判定ステップを行い、特殊掃気処理ステップは、特殊発電停止処理が１回目であると回数判定ステップによって判定された場合に、燃料電池１２の発電停止状態で掃気ガス供給部７６から反応ガス流路７８に掃気ガスを流通させることにより燃料電池１２内の滞留水を排出する第１特殊掃気処理を行う第１特殊掃気処理ステップと、特殊発電停止処理が連続して複数回行われたと回数判定ステップによって判定された場合に、燃料電池１２の発電停止状態で掃気ガス供給部７６から反応ガス流路７８に掃気ガスを流通させることにより燃料電池１２内の滞留水を排出する第２特殊掃気処理を行う第２特殊掃気処理ステップと、を行う。第２特殊掃気処理ステップでは、第１特殊掃気処理の掃気度合よりも第２特殊掃気処理の掃気度合を大きくする。
【００８３】
ところで、特殊発電停止処理が連続して複数回行われると、燃料電池１２内により多くの滞留水が溜まる。しかしながら、第１特殊掃気処理の掃気度合よりも第２特殊掃気処理の掃気度合を大きくしているため、特殊発電停止処理が連続して複数回行われた場合であっても、燃料電池１２内の滞留水量を効果的に低減することができる。従って、次回の燃料電池１２の安定的な発電を確保することができる。
【００８４】
掃気制御部９４は、特殊掃気処理（第１特殊掃気処理及び第２特殊掃気処理）の掃気ガスの流量を通常掃気処理の掃気ガスの流量よりも増大させている。このような構成によれば、特殊掃気処理の掃気度合を通常掃気処理の掃気度合よりも確実に大きくすることができる。
【００８５】
発電判定部９６は、燃料電池１２の発電開始時における外気温度が氷点下であり、且つ燃料電池１２の起動運転中に発電停止が行われた場合に特殊発電停止処理であると判定する。
【００８６】
この場合、燃料電池１２の氷点下起動により燃料電池１２内に多くの滞留水が溜まるが、特殊掃気処理が行われることによって燃料電池１２内の滞留水量を効果的に低減することができる。
【００８７】
燃料電池システム１０は、特殊発電停止処理であると発電判定部９６によって判定された場合に、燃料電池１２を再始動して所定の暖機時間だけ発電させる暖機制御部９０を備える。
【００８８】
また、燃料電池システム１０の制御方法では、特殊発電停止処理であると発電判定ステップで判定された場合に、燃料電池１２を再始動して所定の暖機時間だけ発電させる暖機ステップを行う。
【００８９】
これにより、燃料電池１２内で発生した滞留水が凍結することを抑えることができる。
【００９０】
掃気制御部９４は、特殊発電停止処理が連続して掃気制限回数以上行われた場合に、今回の第２特殊掃気処理の掃気度合を前回の第２特殊掃気処理の掃気度合よりも大きくしない。
【００９１】
また、燃料電池システム１０の制御方法では、特殊発電停止処理が連続して行われた回数が掃気制限回数以上であるか否かを判定する掃気制限判定ステップを行い、第２特殊掃気処理ステップでは、特殊発電停止処理が連続して行われた回数が掃気制限回数以上であると掃気制限判定ステップで判定された場合、今回の第２特殊掃気処理の掃気度合を前回の第２特殊掃気処理の掃気度合よりも大きくしない。
【００９２】
これにより、掃気ガスによって燃料電池１２内が過剰に乾燥してしまうことを抑えることができる。
【００９３】
掃気制御部９４は、特殊掃気処理（第１特殊掃気処理及び第２特殊掃気処理）の掃気ガスの圧力及び掃気時間を通常掃気処理の掃気ガスの圧力及び掃気時間よりも増大させる。このような構成によれば、特殊掃気処理の掃気度合を通常掃気処理の掃気度合よりも一層確実に大きくすることができる。
【００９４】
燃料電池１２に反応ガスを供給する反応ガス供給部（燃料ガス供給部５４及び酸化剤ガス供給部６０）と、特殊掃気処理（第１特殊掃気処理及び第２特殊掃気処理）が行われた後の燃料電池１２の最初の起動時の反応ガスの流量及び圧力が、通常掃気処理が行われた後の燃料電池１２の最初の起動時の反応ガスの流量及び圧力よりも増大するように反応ガス供給部（燃料ガス供給部５４及び酸化剤ガス供給部６０）の駆動を制御する燃料電池制御部８８とを備える。このような構成によれば、反応ガスの圧力及びストイキ比が増大するため、燃料電池１２内の滞留水を迅速に排出することができる。
【００９５】
本発明は、上述した構成及び方法に限定されない。掃気ガス供給部７６は、酸化剤ガス供給部６０とは別体に設けられていてもよい。
【００９６】
本発明は、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【符号の説明】
【００９７】
１０…燃料電池システム              １２…燃料電池
５０…アノード流路                  ５２…カソード流路
７６…掃気ガス供給部                ７８…反応ガス流路
９０…暖機制御部                    ９４…掃気制御部
９６…発電判定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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