(57)【要約】【課題】燃料電池システムにおいて、カソードに酸素が残ることによる燃料電池スタックの劣化を抑制できる。【解決手段】燃料電池システムは、燃料電池スタックと、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス給排機構と、燃料ガスを供給する燃料ガス給排機構と、燃料電池スタックの電圧を取得する電圧取得部と、制御部とを備え、制御部は、燃料電池システムを停止する際に、電圧が予め定めた規定値未満の場合に、アノード内の燃料ガス量が、予め定めた第１基準量となるように燃料ガス給排機構を制御する第１処理と、燃料電池システムを停止する際に、電圧が予め定めた規定値以上の場合に、燃料電池スタックの電圧を用いてカソード内の酸化剤ガス中の酸素の消費に必要な燃料ガス量を算出し、アノード内の燃料ガスの量が第１基準量に算出した燃料ガス量を加算した第２基準量になるように、燃料ガス給排機構を制御する第２処理と、を実行する。【選択図】図３
2020087529.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムであって、
アノードとカソードとを有する燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに接続された酸化剤ガス給排流路を有し、前記燃料電池スタックに酸素を含む酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス給排機構と、
前記燃料電池スタックに接続された燃料ガス供給流路を有し、前記燃料電池スタックに燃料ガスを供給する燃料ガス給排機構と、
前記燃料電池スタックの電圧を取得する電圧取得部と、
前記酸化剤ガス給排機構と前記燃料ガス給排機構との動作を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記燃料電池システムを停止する際に、前記電圧が前記予め定めた規定値未満の場合に、前記アノード内の燃料ガス量が、予め定めた第１基準量となるように前記燃料ガス給排機構を制御する第１処理と、
前記燃料電池システムを停止する際に、前記電圧が前記予め定めた規定値以上の場合に、前記燃料電池スタックの電圧を用いて前記カソード内の酸化剤ガス中の酸素の消費に必要な燃料ガス量を算出し、前記アノード内の燃料ガスの量が前記第１基準量に算出した前記燃料ガス量を加算した第２基準量になるように、前記燃料ガス給排機構を制御する第２処理と、を実行する、燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池システムにおいて、運転終了後の燃料電池の内部に酸化剤ガスが残留しないように、酸化剤ガスを効率的に消費する技術が知られている（例えば特許文献１）。この燃料電池システムは、燃料電池の運転終了処理において、燃料電池の発電量を一時的に増大させるように制御することによって、酸化剤ガスを効率的に消費する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１４５７０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
システム異常により酸素消費が行えない場合や酸素消費が中断された場合には、燃料電池の発電量を一時的に増大させるように制御した場合であっても、酸化剤ガスを効率的に消費できない。このため、カソードに酸素が残ることにより、燃料電池が劣化するおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示は、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
本開示の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、アノードとカソードとを有する燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに接続された酸化剤ガス給排流路を有し、燃料電池スタックに酸素を含む酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス給排機構と、前記燃料電池スタックに接続された燃料ガス供給流路を有し、前記燃料電池スタックに燃料ガスを供給する燃料ガス給排機構と、前記燃料電池スタックの電圧を取得する電圧取得部と、前記酸化剤ガス給排機構と前記燃料ガス給排機構との動作を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記燃料電池システムを停止する際に、前記電圧が前記予め定めた規定値未満の場合に、前記アノード内の燃料ガス量が、予め定めた第１基準量となるように前記燃料ガス給排機構を制御する第１処理と、前記燃料電池システムを停止する際に、前記電圧が前記予め定めた規定値以上の場合に、前記燃料電池スタックの電圧を用いて前記カソード内の酸化剤ガス中の酸素の消費に必要な燃料ガス量を算出し、前記アノード内の燃料ガスの量が前記第１基準量に算出した前記燃料ガス量を加算した第２基準量になるように、前記燃料ガス給排機構を制御する第２処理と、を実行する。この形態の燃料電池システムによれば、制御部は、燃料電池システムを停止する際に、電圧が予め定めた規定値以上の場合に、燃料電池スタックの電圧を用いてカソード内の酸化剤ガス中の酸素の消費に必要な燃料ガス量を算出し、アノード内の燃料ガスの量が第１基準量に算出した燃料ガス量を加算した第２基準量になるように、燃料ガス給排機構を制御する第２処理と、を実行する。このため、燃料電池システムは、異常により酸素消費が行えない場合や酸素消費が中断された場合であっても、酸化剤ガスを消費できる。したがって、カソードに酸素が残ることによる燃料電池スタックの劣化を抑制できる。
本開示は、上記燃料電池システム以外の種々の形態で実現することが可能である。例えば、燃料電池システムの制御方法、燃料電池システムを備える燃料電池車両、船舶、飛行機等の移動体、または、住宅、ビル等の定置設備の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態に係る燃料電池システムの概略図。
【図２】加圧処理のフローチャート。
【図３】加圧処理における処理を説明するためのタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
Ａ．第１実施形態
図１は、第１実施形態に係る燃料電池システム１００の概略図である。燃料電池システム１００は、アノードとカソードとを有する燃料電池スタック２０と、酸化剤ガス給排機構５０と、燃料ガス給排機構６０と、を備える。燃料電池システム１００は、燃料ガス（アノードガス）と酸化剤ガス（カソードガス）との反応によって発電する。燃料電池システム１００は、例えば燃料電池車両に搭載され、駆動用モータを駆動させる発電装置として用いられる。
【０００９】
燃料電池スタック２０は、単セル１０が複数積層されたスタック構造を有する。本実施形態において、燃料電池スタック２０を構成する単セル１０は、酸素と水素の電気化学反応によって発電する固体高分子型の燃料電池である。本実施形態において、燃料ガスは水素ガスであり、酸化剤ガスは空気である。燃料電池スタック２０には、セルモニタ２２が取り付けられている。セルモニタ２２は、各単セル１０の電圧値を測定することにより燃料電池スタック２０の電圧値を取得する電圧取得部として機能する。燃料電池スタック２０は、冷媒、例えば水や不凍水、を流通させる冷媒循環流路（不図示）によって適切な温度に調整されている。
【００１０】
燃料ガス給排機構６０は、燃料ガス供給流路６３と、燃料ガス循環流路６４と、２つの高圧タンク２０２、２０４と、を備える。高圧タンク２０２、２０４は、燃料ガスを貯蔵するためのタンクであり、マニュアル弁４２１、４２２を介して燃料ガス充填流路３２及び燃料ガス供給流路６３に接続されている。高圧タンク２０２、２０４は、燃料ガス供給流路６３を介して、内部に貯蔵された燃料ガスを燃料電池スタック２０へと供給する。
【００１１】
燃料ガス供給流路６３は、燃料ガスを燃料電池スタック２０に供給するための流路である。燃料ガス供給流路６３は、高圧タンク２０２、２０４と燃料電池スタック２０内の流路の一端とを接続する流路である。燃料ガス供給流路６３には、主止弁４３２、４３４とレギュレータ４４とインジェクタ４５とが設けられている。
【００１２】
燃料ガス供給流路６３のうちインジェクタ４５の下流側には、圧力取得部としての圧力センサ９１が配置されている。本実施形態において、圧力センサ９１によって取得される圧力は、燃料電池スタック２０のアノードにおける燃料ガスの圧力として扱われる。
【００１３】
燃料ガス循環流路６４は、燃料電池スタック２０内の流路の他端と燃料ガス供給流路６３とを接続する。より具体的には、燃料ガス循環流路６４は、燃料ガス供給流路６３のうちインジェクタ４５と燃料電池スタック２０との間に接続されている。燃料ガス循環流路６４は、燃料電池スタック２０の内部を通過した未反応の燃料ガスを回収し、燃料電池スタック２０に再度供給するための流路である。燃料ガス循環流路６４の途中には、燃料ガスを循環させるための水素ポンプ４６と、燃料ガスと燃料ガス中に含まれる液水とを分離するための気液分離器４７と、が配置されている。燃料ガス中に含まれる液水は、燃料電池スタック２０における電気化学反応によって生成される生成水である。気液分離器４７によって分離された液水は、開閉弁４８を開状態とすることで外部へと排出される。
【００１４】
酸化剤ガス給排機構５０は、燃料電池スタック２０に酸化剤ガスである空気を供給すると共に、燃料電池スタック２０から排出される酸化剤ガスを外部に排出する機能を有する。酸化剤ガス給排機構５０は、酸化剤ガスが流通する流路である酸化剤ガス給排流路５１と、弁機構ユニット５５と、エアコンプレッサ５８と、を備える。
【００１５】
酸化剤ガス給排流路５１は、酸化剤ガス供給流路５２と酸化剤ガス排出流路５３とバイパス流路５４とを有する。酸化剤ガス供給流路５２と酸化剤ガス排出流路５３は、それぞれ燃料電池スタック２０に接続された配管である。エアコンプレッサ５８は、酸化剤ガス供給流路５２の途中に配置され、酸化剤ガスを燃料電池スタック２０へ吐出する。酸化剤ガス排出流路５３は、エアコンプレッサ５８から吐出された酸化剤ガスを外部へと排出する。バイパス流路５４は、酸化剤ガス供給流路５２と酸化剤ガス排出流路５３とを燃料電池スタック２０を介さずに連通させる流路である。酸化剤ガス給排流路５１には、複数の弁機構５５１〜５５３からなる弁機構ユニット５５が配置されている。
【００１６】
弁機構ユニット５５は、第１の弁機構５５１と第２の弁機構５５２と第３の弁機構５５３とを有する。第１の弁機構５５１は、酸化剤ガス供給流路５２に配置され、酸化剤ガス供給流路５２の流路抵抗を調整している。第２の弁機構５５２は、バイパス流路５４に配置され、バイパス流路５４の流路抵抗を調整している。第３の弁機構５５３は、酸化剤ガス排出流路５３に配置され、酸化剤ガス排出流路５３の流路抵抗を調整している。本実施形態において、第１の弁機構５５１と第３の弁機構５５３とが閉弁することによって、燃料電池スタック２０のカソードが封止される。
【００１７】
制御部９０は、ＣＰＵやメモリ等を有し、圧力センサ９１から取得した情報を用いて、弁機構ユニット５５やインジェクタ４５や水素ポンプ４６等を含む燃料電池システム１００に備えられた各構成の動作を制御する。制御部９０は、例えば、燃料電池スタック２０における電圧を規定値となるように制御している。また例えば、制御部９０は、燃料電池システム１００の停止処理を実行する。
【００１８】
図２は、本実施形態において実行される燃料ガスの加圧処理を示すフローチャートである。加圧処理は、燃料電池システム１００の停止時において、燃料電池スタック２０のカソード内の酸素の消費を促す処理である。この加圧処理は、燃料電池システム１００のスタートスイッチがオンからオフに切り替えられた際に、制御部９０によって実行される。加圧処理が開始された場合において、制御部９０は、まずステップＳ１０１である酸化剤ガス給排機構５０の封止処理を実行する。
【００１９】
ステップＳ１０１である封止処理において、制御部９０は、第１の弁機構５５１と第３の弁機構５５３に閉弁を指示する。これにより、燃料電池スタック２０のカソードが封止され、燃料電池スタック２０のカソードにおける酸化剤ガスの流通が制限される。本実施形態において、ステップＳ１０１の封止処理では、さらに第２の弁機構５５２の開弁が指示される。このため、封止処理後にエアコンプレッサ５８から吐出される酸化剤ガスは、燃料電池スタック２０に供給されることなく、燃料電池システム１００の外部へと排出される。ステップＳ１０１の後に、制御部９０は、ステップＳ１０２である酸化剤ガス中の酸素の充満量の算出を実行する。
【００２０】
ステップＳ１０２である酸素の充満量の算出において、制御部９０は、酸化剤ガスが充満である場合における封止されたカソード内の酸素量である充満量を算出する。制御部９０は、以下の式（１）を用いて充満量を算出する。
充満量［Ｌ］＝基準量［Ｌ］×第１補正値×第２補正値・・・（１）
【００２１】
基準量は、燃料電池スタック２０のカソードの容積である。第１補正値は、酸化剤ガスに含まれる酸素の割合を示す値である。本実施形態において、酸化剤ガスは空気であるため、第１補正値は、大気中における酸素の割合である。具体的には、第１補正値は、大気中における酸素の割合の近似値である０．１８に設定されている。第２補正値は、標準大気圧における体積に補正するための値である。本実施形態において、封止前における燃料電池スタック２０のカソードの圧力は大気圧である。このため、第２補正値は、大気圧の実測値を標準大気圧で割った値である。大気圧は、燃料電池システム１００に備えられた大気圧センサ（不図示）を用いて取得される。なお、酸素の充満量の算出方法は、酸化剤ガスの圧力や酸化剤ガスとして用いられるガスの構成に応じて適宜変更が可能である。また、本実施形態において、充満量は、体積として算出されているが、例えば物質量（ｍｏｌ）として算出されてもよい。
【００２２】
制御部９０は、ステップＳ１０２を実行してから予め定めた期間の経過した後に、ステップＳ１０３である判定処理を実行する。予め定めた期間は、燃料電池スタック２０のカソード内における酸素を消費させるための期間であり、酸化剤ガス中の酸素の消費による減少を検出することが可能な長さに設定されている。酸化剤ガス中の酸素の消費は、燃料電池スタック２０による発電によって行われる。この場合において、発電された電力が消費されることにより、燃料電池スタック２０における酸素の消費が促される。発電された電力は、例えば、燃料電池スタック２０に電気的に接続された高電圧補機、例えばエアコンプレッサ５８によって実行される。
【００２３】
ステップＳ１０３である判定処理において、制御部９０は、酸化剤ガス中の酸素が正常に消費されているか否かの判定を実行する。具体的には、制御部９０は、燃料電池スタック２０の電圧値が予め定めた規定値未満であるか否かに応じて、酸化剤ガス中の酸素が正常に消費されているか否か判定する。規定値は、燃料電池スタック２０のカソードにおいて酸素を消費した場合において想定される電圧値に応じて設定されている。燃料電池スタック２０の電圧値には、セルモニタ２２によって取得された電圧値が用いられる。ステップＳ１０３の判定の結果、燃料電池スタック２０の電圧値が規定値未満である場合、つまりステップＳ１０３の判定の結果が「Ｙｅｓ」である場合には、ステップＳ１０４である加圧処理が実行される。ステップＳ１０３の判定の結果、燃料電池スタック２０の電圧値が規定値以上である場合、つまりステップＳ１０３の判定の結果が「Ｎｏ」である場合には、ステップＳ１１０である補正処理が実行される。以下では、まずステップＳ１０３の判定の結果が「Ｙｅｓ」である場合の処理を説明し、次にステップＳ１０３の判定の結果が「Ｎｏ」である場合の処理を説明する。
【００２４】
ステップＳ１０３の判定の結果が「Ｙｅｓ」である場合、制御部９０は、ステップＳ１０４である燃料ガス加圧処理を実行する。制御部９０は、ステップＳ１０４において、燃料電池スタック２０内における燃料ガスの圧力が予め定められた目標圧力になるように制御する第１処理を実行する。燃料ガス加圧処理において、制御部９０は、レギュレータ４４とインジェクタ４５との動作を制御することによって、燃料電池スタック２０の内部の圧力を通常よりも大きな圧力である目標圧力に調整する。目標圧力は、ステップＳ１０４を実行する時点において通常想定される燃料電池スタック２０のカソードに残留している酸素の反応に十分な燃料ガスの量である第１基準量に、アノード内の燃料ガス量がなるように定められている。このため、水素ポンプ等の動作が停止し、燃料電池スタック２０に対する燃料ガスの供給が停止した後であっても、燃料電池システム１００は、燃料電池スタック２０のカソード内の酸素を消費できる。これにより、燃料電池スタック２０の内部に未反応の酸素が残留することによる燃料電池スタック２０の劣化が抑制される。ステップＳ１０４の処理の完了の後、制御部９０は、加圧処理を終了する。酸素が残留することによる燃料電池スタック２０の劣化は、例えば燃料電池スタック２０の圧力がＯＣＶ電圧になることによって生じる。加圧処理が完了した後に、制御部９０は、燃料電池システム１００のシステムを停止する。
【００２５】
ステップＳ１０３の判定の結果が「Ｎｏ」である場合、制御部９０は、ステップＳ１１０である補正処理を行った後に、ステップＳ１０４の処理を行う第２処理を実行する。ステップＳ１０３の判定の結果が「Ｎｏ」となる原因には、例えば燃料電池システム１００のシステム異常、具体的には、例えば燃料電池スタック２０に接続された高電圧補機が電力の消費できないことが該当する。より具体的には、高電圧補機が故障している場合や高電圧補機と燃料電池スタック２０との間に配置された昇圧コンバータの故障により燃料電池スタック２０から高電圧補機への電力供給ができない場合が該当しうる。また例えば、ステップＳ１０２が完了してからステップＳ１０３が開始されるまでの期間の途中において、燃料電池システム１００のシステム異常が発生し、電力の消費が中断された場合も、ステップＳ１０３の判定の結果が「Ｎｏ」となる場合に該当しうる。
【００２６】
制御部９０は、ステップＳ１１０において、ステップＳ１１１からステップＳ１１３までの３つの処理によって、前述のステップＳ１０４における目標圧力の補正を行う。目標圧力の補正は、燃料電池スタック２０に供給される燃料ガスの量が燃料電池スタック２０のカソードに残留している酸素の反応に十分な燃料ガスの量になるように実行される。ステップＳ１１０の処理が開始されると、制御部９０は、まずステップＳ１１１である酸素残量の算出を実行する。
【００２７】
ステップＳ１１１である酸素残量の算出において、制御部９０は、ステップＳ１１１を実行する時点において燃料電池スタック２０のカソードに残っている酸素量を算出する。酸素残量の算出において、制御部９０は、まず燃料電池スタック２０の電圧値と基準となる電圧値との比較によって酸素の消費係数を算出する。具体的には、本実施形態において、制御部９０は、以下の式（２）を用いて消費係数を算出する。
消費係数＝（ＦＣ電圧［Ｖ］−基準電圧［Ｖ］）／（ＯＣＶ電圧［Ｖ］−基準電圧［Ｖ］）・・・（２）
ＦＣ電圧は、セルモニタ２２によって取得される燃料電池スタック２０の電圧である。ＯＣＶ電圧は、開回路電圧値である。消費完了時電圧は、燃料電池スタック２０のカソードにおいて酸素の消費が正常に行われた場合に想定される電圧値である。
【００２８】
消費係数を算出した後に、制御部９０は、消費係数と充満量とを用いて、酸素残量を算出する。具体的には、制御部９０は、式（３）を用いて酸素残量を算出する。
酸素残量［Ｌ］＝充満量［Ｌ］×消費係数・・・（３）
酸素残量は、本実施形態において、体積として算出されている。ステップＳ１１１である酸素残量の算出が完了した後に、制御部９０は、ステップＳ１１２である燃料ガス必要量の算出を実行する。なお、燃料ガス必要量は、体積として算出されているが、例えば物質量（ｍｏｌ）として算出されてもよい。
【００２９】
ステップＳ１１２である燃料ガス必要量の算出において、制御部９０は、ステップＳ１１１で算出した酸素残量の消費に必要な燃料ガスの量を算出する。制御部９０は、酸素と水素との化学反応を加味して、ステップＳ１１２において算出した酸素残量の２倍以上の値を燃料ガス必要量として算出することが好ましい。本実施形態において、制御部９０は、酸素残量の２倍の値を燃料ガス必要量として算出する。燃料ガス必要量は、標準大気圧での体積として算出されている。ステップＳ１１２である燃料ガス必要量の算出が完了した後に、制御部９０は、ステップＳ１１３である加圧換算処理を実行する。
【００３０】
ステップＳ１１３である加圧換算処理において、制御部９０は、ステップＳ１１２において算出した燃料ガス必要量を燃料電池スタック２０のアノードに供給する場合における燃料ガスの圧力を追加圧力値として算出する。具体的には、制御部９０は、燃料ガス必要量をアノードの容積で除した値を用いて、追加圧力値を算出する。制御部９０は、目標圧力に算出した追加圧力値を加えた値を算出した後に、ステップＳ１１０の補正処理を終了し、ステップＳ１０４の燃料ガス加圧処理を実行する。
【００３１】
ステップＳ１１０の後に実行されるステップＳ１０４において、制御部９０は、燃料電池スタック２０のアノードにおける燃料ガスの圧力が目標圧力に追加圧力値を加えた圧力になるように制御を実行する。目標圧力に追加圧力値を加えた圧力は、第１基準量にステップＳ１１２において算出した燃料ガス必要量を加えた第２基準量に、アノード内の燃料ガス量がなるように定められている。このため、水素ポンプ等の動作が停止し、燃料電池スタック２０に対する燃料ガスの供給が停止した後であっても、燃料電池システム１００は、燃料電池スタック２０のカソード内の酸素を消費できる。これにより、燃料電池スタック２０の内部に未反応の酸素が残留することによる燃料電池スタック２０の劣化が抑制される。ステップＳ１０４の処理の完了の後、制御部９０は、加圧処理を終了する。加圧処理が完了した後に、制御部９０は、燃料電池システム１００のシステムを停止する。
【００３２】
図３は、加圧処理における処理を説明するためのタイミングチャートである。図３では、紙面上側から順に、スタートスイッチの状態と、酸化剤ガス給排機構５０の状態と、燃料電池スタック２０の電圧と、燃料ガス給排機構６０の状態と、のタイミングチャートが示されている。図３において、燃料電池スタック２０の電圧は、２種類示されている。具体的には、正常状態における電圧値が破線で示され、異常状態における電圧値が実線で示されている。正常状態とは、燃料電池スタック２０によって発電された電力が正常に消費されている状態を意味する。異常状態とは、高電圧補機が動作していない等の理由によって、燃料電池スタック２０によって発電された電力が正常に消費されていない状態を意味する。
【００３３】
時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの期間において、スタートスイッチは、オンの状態である。スタートスイッチがオンである期間において、酸化剤ガス給排機構５０及び燃料ガス給排機構６０では通常制御が実行されている。通常制御が実行されている場合には、燃料電池スタック２０の電圧は、通常電圧Ｖ０になるように調整されている。
【００３４】
時刻Ｔ１において、スタートスイッチが、オンからオフに切替えられる。これにより、加圧処理（図２）が開始される。時刻Ｔ１から時刻Ｔ２の期間では、封止処理（ステップＳ１０１）が実行されている。この期間において、酸化剤ガス給排機構５０では燃料電池スタック２０のカソードを封止する。なお、この期間においても、燃料ガス給排機構６０では、通常制御が続行されている。
【００３５】
時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの期間は、封止処理（ステップＳ１０１）が完了してから判定処理（ステップＳ１０３）が実行されるまでの期間である。この期間において、酸化剤ガス給排機構５０では、カソードの封止が維持された状態でエアコンプレッサ５８が駆動される酸素消費処理が実行されている。また、燃料ガス給排機構６０では、通常制御が続行されている。この期間において、カソード内の酸素が消費されるため、燃料電池スタック２０の電圧は、通常時の電圧値である通常電圧Ｖ０から徐々に減少する。実線で示した異常状態における電圧の減少速度は、破線で示された正常状態の電圧の減少速度と比べて小さい。このため、判定処理（ステップＳ１０３）が実行される時刻Ｔ３において、異常状態での電圧値Ｖ２は、正常状態での電圧値Ｖ１より高い。
【００３６】
時刻Ｔ３から時刻Ｔ４までの期間では、加圧処理（ステップＳ１０４）が実行されている。この期間において、燃料ガス給排機構６０は、加圧処理のための動作、例えばレギュレータ４４やインジェクタ４５による燃料ガスへの加圧を行っている。一方、酸化剤ガス給排機構５０は、エアコンプレッサ５８等の動作が停止されている停止状態である。この期間において、燃料電池スタック２０のカソードの酸素は、燃料ガスとの化学反応によって減少する。正常状態では、酸素の消費速度が減少するため、燃料電池スタック２０の電圧値の減少速度が低下する。時刻Ｔ４において加圧処理が完了すると、制御部９０は、燃料電池スタック２０とエアコンプレッサ５８等の高電圧補機との間の配線上に設置されたリレーを導通状態から非導通状態に切り替える。これにより、燃料電池スタック２０からの電流の流出がなくなる。
【００３７】
時刻Ｔ４から時刻Ｔ５までの期間において、燃料電池システム１００のシステムを停止するための処理、例えば燃料ガス給排機構６０における燃料ガスの漏れ検出が実行される。この期間においても、酸素と燃料ガスと化学反応がおこるため、燃料電池スタック２０の電圧値が減少する。なお、この期間において、燃料電池スタック２０から電流が流れない状態であるため、燃料ガスと酸化剤ガスとの化学反応によって生じたエネルギーは、熱として消費される。時刻Ｔ５において、燃料電池システム１００のシステムを停止するための処理が完了し、燃料ガス給排機構６０の各構成の動作が停止される。
【００３８】
時刻Ｔ５以降の期間においても、燃料電池スタック２０の電圧値は、低下している。これは、燃料電池スタック２０のカソードに残っている酸素と燃料電池スタック２０内に残っている燃料ガスとの化学反応がおこるためである。この期間において、酸素と反応可能な燃料ガスの量は、燃料電池スタック２０のカソード内の酸素の消費に必要な量以上の量である。このため、燃料電池スタック２０の電圧値の低下は、燃料電池スタック２０のカソード内における酸素の消費が完了する前に燃料電池システム１００が再起動される場合を除き、カソード内における酸素の消費が完了するまで続く。
【００３９】
以上説明した実施形態によれば、制御部９０は、燃料電池システム１００を停止する際に、第２処理を実行する。第２処理において、制御部９０は、電圧が予め定めた規定値以上の場合に、燃料電池スタック２０の電圧を用いてカソード内の酸化剤ガス中の酸素の消費に必要な燃料ガス量を算出する。必要な燃料ガス量の算出の後に、制御部９０は、アノード内の燃料ガスの量が第１基準量に、算出した燃料ガス量を加算した第２基準量になるように、燃料ガス給排機構６０を制御する第２処理を実行する。このため、燃料電池システム１００は、異常により酸素消費が行えない場合や酸素消費が中断された場合であっても、酸化剤ガスを消費できる。したがって、カソードに酸素が残ることによる燃料電池スタック２０の劣化を抑制できる。
【００４０】
Ｂ．他の実施形態
Ｂ１．第１の他の実施形態
上記実施形態において、酸化剤ガスは、空気であるが、酸素を含む限りにおいて適宜変更が可能である。なお、酸化剤ガスを変更する場合には、酸素残量の算出方法等の変更が必要である。
【００４１】
Ｂ２．第２の他の実施形態
上記実施形態において、制御部９０は、第１処理と第２処理とを実行する際に、燃料ガスの量を圧力に応じて調整している。しかし、必ずしも燃料ガスの量を圧力に応じて調整する必要はない。制御部９０は、例えば、物質量に応じて調整してもよい。この場合には、制御部９０は、物質量を取得する手段を有している必要がある。
【００４２】
以上説明した第１の他の実施形態と第２の他の実施形態であっても、実施形態と同様の構成を有する点において、同様の効果を奏する。
【００４３】
本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部または全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行なうことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１０…単セル、２０…燃料電池スタック、２２…セルモニタ、４４…レギュレータ、４５…インジェクタ、４６…水素ポンプ、４７…気液分離器、４８…開閉弁、５０…酸化剤ガス給排機構、５１…酸化剤ガス給排流路、５２…酸化剤ガス供給流路、５３…酸化剤ガス排出流路、５４…バイパス流路、５５…弁機構ユニット、５８…エアコンプレッサ、６０…燃料ガス給排機構、６３…燃料ガス供給流路、６４…燃料ガス循環流路、９０…制御部、９１…圧力センサ、１００…燃料電池システム、２０２、２０４…高圧タンク、４２１、４２２…マニュアル弁、４３２、４３４…主止弁、５５１…第１の弁機構、５５２…第２の弁機構、５５３…第３の弁機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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