(57)【要約】【課題】燃料電池システムにおいて、燃料電池の性能低下を抑制する。【解決手段】燃料電池を備える燃料電池システムであって、燃料電池から排出されるアノード排ガスを、燃料電池に再供給するアノード排ガス循環部と、アノード排ガス循環部内のアノード排ガスを排出させるアノード排ガス排出部と、燃料電池の発電を停止させる発電停止部と、燃料電池の発電を停止させる場合に、発電停止前処理として、燃料電池の発電を継続させた状態で、アノード排ガス循環部を制御してアノード排ガスの循環を停止させ、その後に、アノード排ガス排出部を制御して、アノード排ガスを排出させると共に、発電停止部を制御して、燃料電池の発電を停止させる、制御部とを備える。【選択図】図１
2010245008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池を備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池から排出されるアノード排ガスを、前記燃料電池に再供給するアノード排ガス循環部と、
前記アノード排ガス循環部内のアノード排ガスを排出させるアノード排ガス排出部と、
前記燃料電池の発電を停止させる発電停止部と、
前記燃料電池の発電を停止させる場合に、発電停止前処理として、前記燃料電池の発電を継続させた状態で、前記アノード排ガス循環部を制御して前記アノード排ガスの循環を停止させ、その後に、前記アノード排ガス排出部を制御して、アノード排ガスを排出させると共に、前記発電停止部を制御して、前記燃料電池の発電を停止させる、制御部と、
を備える、燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池にアノードガスを供給するアノードガス供給部を備え、
前記制御部は、
前記発電停止前処理として、前記燃料電池の発電を継続させた状態で、前記アノードガス供給部を制御して前記燃料電池へのアノードガスの供給を停止させると共に、前記アノード排ガス循環部を制御してアノード排ガスの循環を停止させる、燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１または２に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、
前記燃料電池の発電を停止させた後、再度、前記アノードガス供給部を制御して、前記燃料電池にアノードガスを供給させる、燃料電池システム。
【請求項４】
燃料電池と、前記燃料電池のアノードにアノードガスを供給するアノードガス供給部と、前記燃料電池から排出されるアノード排ガスを、前記燃料電池に再供給するアノード排ガス循環部と、前記アノード排ガス循環部内の前記アノード排ガスを排出させるアノード排ガス排出部と、を備える燃料電池システムにおいて、前記燃料電池の発電を停止する方法であって、
（ａ）前記燃料電池の発電を継続させた状態で、前記アノード排ガス循環部におけるアノード排ガスの循環を停止させる工程と、
（ｂ）前記工程（ａ）の後に、前記アノード排ガス循環部内のアノード排ガスを排出させる工程と、
（ｃ）前記工程（ａ）の後に、前記燃料電池の発電を停止させる工程と、
を備える、燃料電池の発電停止方法。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料電池の発電停止方法において、
前記工程（ｃ）は、前記工程（ｂ）の後に行われる、燃料電池の発電停止方法。
【請求項６】
請求項４または５に記載の燃料電池の発電停止方法において、
前記工程（ａ）は、
前記燃料電池の発電を継続させた状態で、前記燃料電池への前記アノードガスの供給を停止すると共に、前記アノード排ガス循環系におけるアノード排ガスの循環を停止する、燃料電池の発電停止方法。
【請求項７】
請求項４ないし６のいずれか一つに記載の燃料電池の発電停止方法において、
（ｄ）前記工程（ｃ）の後に、前記燃料電池に前記アノードガスを供給させる工程を、さらに備える、燃料電池の発電停止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の発電停止時には、従来、燃料電池のアノード側に供給されるアノードガス（例えば、水素）、および燃料電池のカソード側に供給されるカソードガス(例えば、空気)の供給が停止される。アノードガスおよびカソードガス（以下、これらをまとめて「反応ガス」ともいう。）の供給を停止した後、アノードからカソードへアノードガスが移動してカソード側で消費され、カソードからアノードへカソードガスが移動し、その結果、アノード側において、部分的にアノードガスが無い状態が生じる場合がある。このように、アノード側において、アノードガスが欠乏した状態になると、カソード側の触媒担体（例えば、カーボン担体）が酸化されて、燃料電池の性能が低下するおそれがある。
【０００３】
このような問題に対して、燃料電池の運転停止後に、アノード側にアノードガス（水素）を再供給する、燃料電池システムの発電停止方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−４５６４号公報
【特許文献２】特開２００７−０６６５５３号公報
【特許文献３】特開２００６−１２０４３０号公報
【特許文献４】特開２００３−１５１５９２号公報
【特許文献５】特開２００４−３４９０６８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、上記特許文献１に記載の方法によって、燃料電池システムの発電を停止しても、カソード材料の酸化を十分に抑制することができなかった。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、燃料電池システムにおいて、燃料電池の性能低下を抑制する技術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】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］  燃料電池を備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池から排出されるアノード排ガスを、前記燃料電池に再供給するアノード排ガス循環部と、
前記アノード排ガス循環部内のアノード排ガスを排出させるアノード排ガス排出部と、
前記燃料電池の発電を停止させる発電停止部と、
前記燃料電池の発電を停止させる場合に、発電停止前処理として、前記燃料電池の発電を継続させた状態で、前記アノード排ガス循環部を制御して前記アノード排ガスの循環を停止させ、その後に、前記アノード排ガス排出部を制御して、アノード排ガスを排出させると共に、前記発電停止部を制御して、前記燃料電池の発電を停止させる、制御部と、
を備える、燃料電池システム。
【０００９】
このようにすると、燃料電池の発電を停止する前に、アノード排ガス循環部内に、アノード側に存在する不純物（例えば、窒素）が集められて、排出される。そのため、燃料電池の発電停止後に、アノードに存在する不純物の量を低減することができ、カソード材料の酸化を抑制することができる。
【００１０】
［適用例２］  適用例１に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池にアノードガスを供給するアノードガス供給部を備え、
前記制御部は、
前記発電停止前処理として、前記燃料電池の発電を継続させた状態で、前記アノードガス供給部を制御して前記燃料電池へのアノードガスの供給を停止させると共に、前記アノード排ガス循環部を制御してアノード排ガスの循環を停止させる、燃料電池システム。
【００１１】
このようにしても、同様に、カソード材料の酸化を抑制することができる。
【００１２】
［適用例３］  適用例１または２に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、
前記燃料電池の発電を停止させた後、再度、前記アノードガス供給部を制御して、前記燃料電池にアノードガスを供給させる、燃料電池システム。
【００１３】
このようにすると、さらに、アノード側の不純物の量を低減することができるため、カソード材料の酸化をさらに抑制することができる。
【００１４】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、燃料電池の発電停止方法、その燃料電池の発電停止方法をコンピュータに実行させるためのプログラム、そのプログラムが記憶された記憶媒体、燃料電池システムを搭載した車両等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施例としての燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。
【図２】発電停止処理ルーチンを表わすフローチャートである。
【図３】発電停止後の燃料電池スタックの任意の単セルにおけるセル電圧の時間変化の様子を示す。
【図４】第２の実施例における発電停止処理ルーチンを表すフローチャートである。
【図５】第２の実施例における燃料電池スタックの任意の単セルにおける発電停止後のセル電圧の時間変化の様子を示す。
【図６】第３の実施例における発電停止処理ルーチンを表すフローチャートである。
【図７】第３の実施例における燃料電池スタックの任意の単セルにおける発電停止後のセル電圧の時間変化の様子を示す。
【図８】第４の実施例としての燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。
【図９】第４の実施例における発電停止処理ルーチンを表わすフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
Ａ．第１の実施例：
Ａ１．第１の実施例の構成：
図１は、本発明の第１の実施例としての燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。燃料電池システム１０００は、燃料電池スタック１００と、アノードガスとしての水素を燃料電池スタック１００に供給して、燃料電池スタック１００から排出された排ガス（以下、アノード排ガスともいう。）を大気へ排出するアノードガス給排系と、カソードガスとしての空気を燃料電池スタック１００に供給して、燃料電池スタック１００から排出された排気ガスを大気へ排出するカソードガス排系と、燃料電池システム１０００の各部の動きを制御する制御部４００と、負荷接続部６００と、を備える。本実施例において、燃料電池システム１０００は、車両に搭載されている。
【００１７】
燃料電池スタック１００は、比較的小型で発電効率に優れる固体高分子型燃料電池の単セルが複数積層された構成を有し、アノードガスとしての純水素と、カソードガスとしての空気中の酸素が、各電極において電気化学反応を起こすことによって起電力を得るものである。
【００１８】
また、燃料電池スタック１００には、各単セルの電圧を検出する電圧センサ５００が設けられている。電圧センサ５００による検出結果は、制御部４００に出力される。
【００１９】
アノードガス給排系は、水素タンク２１０と、アノードガス供給路２２０と、アノード排ガス循環路２５０と、アノード排ガス排出路２７０と、を主に備える。
【００２０】
水素タンク２１０は、高圧水素を貯蔵する水素ボンベである。水素タンク２１０は、遮断弁２１２を備え、制御部４００からの指示にしたがって、遮断弁２１２を開閉することによって、水素の供給・停止を行う。水素タンク２１０としては、例えば、水素吸蔵合金を内部に備え、水素吸蔵合金に吸蔵させることによって水素を貯蔵するタンクを用いても良い。
【００２１】
アノードガス供給路２２０には、圧力調整弁２３０と、圧力センサ２４０とが設けられている。水素タンク２１０に貯蔵される水素ガスは、水素タンク２１０に接続するアノードガス供給路２２０に放出された後、圧力調整弁２３０によって所定の圧力に調整されて、燃料電池スタック１００を構成する各単セルのアノードにアノードガスとして供給される。圧力センサ２４０は、アノード内圧を計測する。
【００２２】
アノード排ガス循環路２５０には、水素ポンプ２６０が設けられており、燃料電池スタック１００のアノードから排出されるアノード排ガスを、アノードガス供給路２２０において圧力調整弁２３０が配置される位置の下流側に再び流入させる。したがって、アノード排ガス中の残余の水素は、アノード排ガス循環路２５０と、アノードガス供給路２２０の一部と、燃料電池スタック１００内の流路と、から成る流路（以下、循環流路と呼ぶ）内を循環して再度電気化学反応に供される。
【００２３】
アノード排ガス排出路２７０は、アノード排ガス循環路２５０から分岐して、設けられている。アノード排ガス排出路２７０には排気弁２８０が設けられており、排気弁２８０が開弁されると、アノード排ガス循環路２５０内を流れるアノード排ガスの一部がアノード排ガス排出路２７０を介して、外部に排出される。これにより、循環する水素含有ガスの一部を外部に排出して、水素含有ガス中の不純物濃度（電解質膜を介してアノード側に移動した、カソードガスである空気中の窒素等の濃度）の上昇を抑えることができる。
【００２４】
燃料電池スタック１００が通常の発電を行っている間は、アノード排ガス循環路２５０内のアノード排ガス中の窒素濃度に基づいて排気弁２８０の開閉が制御されている。また、後述するように、燃料電池スタック１００の発電停止処理を行う場合には、排気弁２８０は、セル電圧に基づいて開弁される。
【００２５】
カソードガス給排系は、エアコンプレッサ３１０と、カソードガス供給路３２０と、カソード排ガス路３３０と、を主に備える。
【００２６】
エアコンプレッサ３１０は、エアクリーナ（図示しない）を介して外部から取り込んだ空気を加圧して、この加圧空気を、カソードガス供給路３２０を介してカソードガスとして燃料電池スタック１００のカソードに供給する。カソード排ガス路３３０は、カソードから排出されたカソード排ガスを外部に排出させる。
【００２７】
制御部４００は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成されている。詳しくは、予め設定された制御プログラムに従って所定の演算などを実行するＣＰＵ４２０と、ＣＰＵ４２０で各種演算処理を実行するのに必要な制御プログラムや制御データ等が予め格納されたＲＯＭ４４０と、同じくＣＰＵ４２０で各種演算処理をするのに必要な各種データが一時的に読み書きされるＲＡＭ４６０と、各種の信号を入出力する入出力ポート４８０等を備える。この制御部４００は、燃料電池システム１０００に設けた電圧センサ５００の計測信号や、燃料電池スタック１００に対する負荷要求に関する情報などを取得する。また、燃料電池システム１０００が備える遮断弁２１２、圧力調整弁２３０、エアコンプレッサ３１０、水素ポンプ２６０、排気弁２８０など、燃料電池スタック１００の発電に関わる各部に駆動信号を出力する。
【００２８】
負荷接続部６００は、燃料電池スタック１００と、燃料電池システム１０００外部の電気的負荷２０００との接続を切り換え可能な装置である。負荷接続部６００は、発電中において、燃料電池スタック１００と電気的負荷２０００とを接続している。なお、電気的負荷２０００は、例えば、二次電池や、電力消費装置（モータなど）などである。
【００２９】
Ａ２．実施例の動作：
図２は、燃料電池システム１０００が備える制御部４００のＣＰＵにおいて実行される発電停止処理ルーチンを表わすフローチャートである。本実施例において、燃料電池システム１０００は車両に搭載されている。ユーザが、車両を停止してＩＧスイッチをＯＦＦにしたときに、ＩＧスイッチＯＦＦ信号が制御部４００に入力される。なお、ＩＧとは、ＩＧｎｉｔｉｏｎの略で、本来は内燃機関の点火を意味し、燃料電池システム１０００においては、必ずしも適当な用語ではないが、当業者にとり、イグニッションスイッチといえば、車両の起動スイッチを意味するものとして長年用いられてきたものである。そこで、ここでも、車両の起動スイッチとしての操作子の意味で、ＩＧスイッチの語をそのまま用いるものとする。
【００３０】
制御部４００にＩＧスイッチＯＦＦ信号が入力されると(ステップＳ１０２)、制御部４００は、水素ポンプ２６０を停止させて、燃料電池スタック１００による発電を継続させる(ステップＳ１０６)。このとき発電された電力は、二次電池(図示しない)に蓄電される。燃料電池システム１０００において、燃料電池スタック１００の発電時、通常は、水素ポンプ２６０を作動させている（水素ポンプ２６０作動させて行う燃料電池スタック１００の発電を、「通常発電」ともいう。）。すなわち、通常発電時、アノード排ガスは、アノード排ガス循環路２５０を介してアノードガス供給路２２０に戻されて、水素タンク２１０から供給される水素と共に、再び燃料電池スタック１００に供給される。
【００３１】
一方、ステップＳ１０６において、水素ポンプ２６０の作動を停止して燃料電池スタック１００に発電させる場合には、水素と窒素が含まれるアノード排ガスは循環されず、アノード排ガス循環路２５０の水素ポンプ２６０と燃料電池スタック１００との間に溜まる。以下、アノード排ガス循環路２５０の水素ポンプ２６０と燃料電池スタック１００との間を単に「アノード排ガス循環路２５０」ともいう。
【００３２】
燃料電池スタック１００において、発電によりアノード側の水素が消費されると、アノードガス供給路２２０を介して水素タンク２１０から水素が燃料電池スタック１００のアノードに供給されると共に、アノード排ガス循環路２５０内のアノード排ガス中の水素が燃料電池スタック１００のアノードに供給される。そうすると、アノード排ガス循環路２５０内の窒素濃度が高くなる。このように、燃料電池スタック１００から水素と窒素が含まれるアノード排ガスがアノード排ガス循環路２５０に排出されてアノード排ガス循環路２５０に溜まると共に、水素が燃料電池スタック１００へ逆流することが繰り返されることにより、アノード排ガス循環路２５０内に、アノード給排系（燃料電池スタック１００内のアノードガス流路を含む）内の窒素が濃縮される。
【００３３】
続いて、制御部４００は、電圧センサ５００によるセル電圧の測定信号に基づいて、セル電圧が所定値（例えば、５０ｍＶ）以下か否か判断する(ステップＳ１０８)。上記の通り、燃料電池スタック１００は、複数の（例えば、４００枚）単セルが積層されて構成されており、全ての単セルに電圧センサ５００が設けられている。制御部４００は、全ての電圧センサ５００の測定信号をモニタしている。制御部４００は、複数の電圧センサ５００のうちのいずれか一つの電圧センサ５００による測定信号に基づいて、セル電圧が所定値以下と判断すると(ステップＳ１０８においてＹｅｓ)、排気弁２８０を開弁させて、アノード排ガス循環路２５０内のアノード排ガス（窒素濃度が高い）を排出させる。このようにすると、アノード排ガス循環路２５０に濃縮された窒素が排出され、アノード給排系（燃料電池スタック１００内のアノードガス流路を含む）内の窒素濃度が低下する。なお、セル電圧の所定値は、燃料電池スタック１００の発電能力、発電状態、環境等に応じて、種々の値に設定可能である。
【００３４】
制御部４００は、ステップＳ１１０の後、所定時間経過したら(ステップＳ１１２においてＹｅｓ)、排気弁２８０を閉弁させる（ステップＳ１１４）。その後、制御部４００は、遮断弁２１２を制御して、水素タンク２１０からの水素の供給を停止させると共に、負荷接続部６００を制御して、燃料電池スタック１００と電気的負荷との接続を遮断させて、燃料電池スタック１００の発電を停止させる(ステップＳ１１６)。なお、本実施例において、燃料電池スタック１００の発電を停止するということは、燃料電池スタック１００と電気的負荷２０００との接続を遮断することを意味する。本実施例における負荷接続部６００が、請求項における発電停止部に相当する。
【００３５】
Ａ３．実施例の効果：
燃料電池スタック１００の発電停止後に、燃料電池スタック１００のアノード側において水素欠乏部分が生じると、その水素欠乏部分には窒素、酸素、水、水蒸気等が存在することになる。アノード側、カソード側共に、酸素が存在する部分が形成されると、アノード側において、下記（式１）の反応が生じ、カソード側において、下記（式２）のカーボンの酸化反応が生じると考えられる。
１／２Ｏ2＋２Ｈ+＋２ｅ-→Ｈ2０・・・(式１)
１／２Ｃ＋Ｈ2Ｏ→１／２ＣＯ2＋２Ｈ+＋２ｅ-・・・(式２)
【００３６】
これに対して、本実施例の燃料電池システム１０００によれば、ステップＳ１０６において、水素ポンプ２６０の作動を停止して（すなわち、アノード排ガスの循環を停止して）、燃料電池スタック１００における発電を継続させることにより、アノード排ガス循環路２５０内に窒素を濃縮した後、アノード排ガス循環路２５０内のガスを排気させている。したがって、燃料電池スタック１００の発電停止時における、アノードガス給排系（燃料電池スタック１００内のアノードガス流路も含む）内の窒素量（窒素濃度）を低減させることができる。その結果、アノード排ガスを循環させて再利用する構成の燃料電池システムにおいて、本実施例の燃料電池システム１０００のような発電停止前の処理を行わない場合に比較して、アノードにおいて水素欠乏部分が発生するまでの時間を遅らせたり、アノードにおける水素欠乏部分の発生頻度を低減させることができると考えられる。
【００３７】
図３は、発電停止後の燃料電池スタック１００の任意の単セルにおけるセル電圧の時間変化の様子を示す。図３において、発電停止後セル電圧が低下し始める時間をそれぞれ、時間“０”としている。図３では、本実施例の燃料電池システム１０００におけるセル電圧の時間変化を実線で示し、比較例の燃料電池システムにおけるセル電圧を破線で示す。比較例の燃料電池システムにおいては、従来の燃料電池システムにおいて行われているように、車両においてＩＧスイッチがＯＦＦにされると、水素の供給を停止し、水素ポンプ２６０の作動を停止し、排気弁２８０を閉弁して、燃料電池の発電を停止する（電気的負荷を切断）。
【００３８】
燃料電池スタック１００における発電が停止されると、アノードの水素が電解質膜を透過してカソードにおいて酸素と反応するため、酸素が消費される。そのため、セル電圧は低下していく。その後、カソード排ガス路３３０から空気が逆流すると、酸素が電解質膜を透過して、カソードからアノードに移動する。このようにして、アノードに水素欠乏部分が生じ、アノード、カソード共に酸素が存在するようになると、上記したように、カソードのカーボンの酸化反応が生じて、異常電位が生じる。
【００３９】
本実施例における燃料電池システム１０００では、上記したように、燃料電池スタック１００の発電停止時において、アノードガス給排系（燃料電池スタック１００内のアノードガス流路も含む）内の窒素量（窒素濃度）を低減している。すなわち、燃料電池スタック１００の発電停止時におけるアノードの水素濃度が高い。そのため、燃料電池スタック１００の発電停止後、アノードにおける水素欠乏部分の発生を遅らせることができ、その結果、カソードのカーボン酸化が生じるまでの時間を遅らせることができる。したがって、例えば、燃料電池スタック１００の発電停止後、異常電位が生じる前に、燃料電池スタック１００の再起動があれば、燃料電池スタック１００の性能低下を抑制することができる。
【００４０】
また、本実施例の燃料電池スタック１００における発電停止の前処理を行わず、燃料電池スタック１００の発電停止後に、燃料電池スタック１００のアノードに水素を再供給する場合（例えば、特許文献１）と比べると、本実施例における燃料電池システム１０００では、発電停止時のアノード中の窒素濃度が低減されているため、さらに、水素欠乏部の発生時間を遅らせることができると考えられる。
【００４１】
また、本実施例における燃料電池システム１０００によれば、水素ポンプ２６０の作動を停止して発電を継続させることにより、上記したように、アノード排ガス循環路２５０内の水素が燃料電池スタック１００における発電に利用されるため、アノード排ガス循環路２５０内の水素量が低減される。したがって、発電に利用されず、大気中に排出される水素量を低減することができる。
【００４２】
Ｂ．第２の実施例：
第２の実施例における燃料電池システムが第１の実施例における燃料電池システム１０００と異なる点は、制御部４００において実行される発電停止処理ルーチンのみであり、燃料電池システムの構成は、第１の実施例と同様であるため、同一の符号を用い、構成の説明は省略する。
【００４３】
図４は、本実施例における発電停止処理ルーチンを表すフローチャートである。本実施例におけるステップＳ１０２〜ステップＳ１１６までは、第１の実施例と同一であるので、その工程の説明を省略する。すなわち、本実施例における発電停止処理ルーチンでは、ステップＳ１１６において、発電を停止（電気的負荷との接続を遮断）した後に、さらに工程が追加されている。
【００４４】
制御部４００は、ステップＳ１１６において、発電を停止させた後、遮断弁２１２、圧力調整弁２３０を調節して、水素を供給し、水素ポンプ２６０を作動させる(ステップＳ１１８)。制御部４００は、圧力センサ２４０の計測信号に基づいて、アノード内圧が所定の圧力（例えば、２５０ｋＰａ）になったか否かを判断する(ステップＳ１２０)。アノード内圧が所定の圧力になったら(ステップＳ１２０において、Ｙｅｓ)、制御部４００は、遮断弁２１２、圧力調整弁２３０を制御して、水素の供給を停止させて(ステップＳ１２２)、本ルーチンを終了する。本実施例における所定の圧力は、例えば、燃料電池スタック１００の耐圧が３００〜３５０ｋＰａである場合には、２５０ｋＰａに設定する等、燃料電池スタック１００の耐圧との関係に基づいて設定してもよい。
【００４５】
図５は、第２の実施例における燃料電池スタックの任意の単セルにおける、発電停止後のセル電圧の時間変化の様子を示す。図５において、発電停止後セル電圧が低下し始める時間をそれぞれ、時間“０”としている。図５では、第２の実施例の燃料電池システムにおけるセル電圧の時間変化を実線で示し、第１の実施例の燃料電池システムにおけるセル電圧を一点鎖線で示し、比較例の燃料電池システムにおけるセル電圧を破線で示す。
【００４６】
本実施例の燃料電池システムでは、燃料電池スタックの発電停止後、再度、アノードに水素を供給している。そうすると、第１の実施例と比較して、電解質膜を透過してアノードからカソードに移動する水素の量が多くなり、カソードの酸素が早く消費される。そのため、本実施例の燃料電池システムでは、第１の実施例、比較例に比べて、急速にセル電圧が低下する。
【００４７】
また、燃料電池スタック１００の発電停止後に、アノードに水素が供給されるため、アノードにおける水素欠乏部分の発生をさらに遅らせることができる。したがって、カソードのカーボン酸化による異常電位の発生をさらに遅らせることができる。
【００４８】
Ｃ．第３の実施例：
第３の実施例における燃料電池システムが第１の実施例における燃料電池システム１０００と異なる点は、制御部４００において実行される発電停止処理ルーチンのみであり、燃料電池システムの構成は、第１の実施例と同様であるため、同一の符号を用い、燃料電池システムの構成の説明は省略する。
【００４９】
図６は、第３の実施例における発電停止処理ルーチンを表すフローチャートである。本実施例において、制御部４００にＩＧスイッチＯＦＦ信号が入力されると、制御部４００は、遮断弁２１２を制御して閉弁させる（ステップＳ１０４）。すなわち、水素タンク２１０からの水素の供給を停止させる。その後は、第１の実施例と同様に、ステップＳ１０６〜ステップＳ１１６を実行する。
【００５０】
図７は、第３の実施例における燃料電池スタックの任意の単セルにおける、発電停止後のセル電圧の時間変化の様子を示す。図７において、発電停止後セル電圧が低下し始める時間をそれぞれ、時間“０”としている。図７では、第３の実施例の燃料電池システムにおけるセル電圧の時間変化を実線で示し、第１の実施例の燃料電池システムにおけるセル電圧を一点鎖線で示し、第２の実施例の燃料電池システムにおけるセル電圧を二点鎖線で示し、比較例の燃料電池システムにおけるセル電圧を破線で示す。
【００５１】
本実施例の燃料電池システムでは、制御部４００にＩＧスイッチＯＦＦ信号が入力されると、発電を停止させる前に、水素タンク２１０からの水素の供給を停止するとともに、水素ポンプ２６０の作動を停止して、発電を継続させる。このようにしても、発電によって水素が消費されると、アノードガス供給路２２０、アノード排ガス循環路２５０内に残留する水素が燃料電池スタック１００のアノードに供給される。その結果、比較例と比べると、アノードにおいて水素欠乏部分の発生を遅らせることができ、その結果、異常電位が生じるのを遅らせることが可能となる。
【００５２】
Ｄ．第４の実施例：
図８は、本発明の第４の実施例としての燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。本実施例における燃料電池システム１１００が第１の実施例における燃料電池システム１０００と異なる点は、アノード排ガス循環路２５０上に、さらに第２遮断弁２９０を備える点である。第２遮断弁２９０は、水素ポンプ２６０とアノード排ガス排出路２７０との間に設けられる。
【００５３】
図９は、本実施例における発電停止処理ルーチンを表わすフローチャートである。制御部４００にＩＧスイッチＯＦＦ信号が入力されると(ステップＳ１０２)、制御部４００は、水素ポンプ２６０を停止させて、燃料電池スタック１００による発電を継続させて(ステップＳ１０６)、第２遮断弁２９０を閉弁させる(ステップＳ１０７)。第２遮断弁２９０を閉弁させると、水素ポンプ２６０の作動を停止させるのみの場合と比べて、アノード排ガス循環路２５０がより完全に遮断される。
【００５４】
その後、制御部４００は、第１の実施例と同様に、ステップＳ１０８〜ステップＳ１１６を実施して、窒素濃度が高くなったアノード排ガスを排出させ、発電を停止させた後、第２遮断弁２９０を開弁させる(ステップＳ１１７)。その後、第２の実施例と同様に、アノード内圧が２５０ｋＰａになるまで水素を供給させた後、水素の供給を停止させて（ステップＳ１１８〜Ｓ１２２）、本ルーチンを終了する。
【００５５】
第２遮断弁２９０が設けられていない場合には、仮に水素ポンプ２６０の作動を停止しても、アノード排ガスが、水素ポンプ２６０を透過してアノードガス供給路２２０に戻り、再び燃料電池スタック１００に供給される可能性がある。これに対して、本実施例のように、アノード排ガス循環路２５０において水素ポンプ２６０の上流に第２遮断弁２９０を設け、アノード排ガス循環路２５０を完全に遮断させて発電を継続させることにより、アノード排ガス循環路２５０内の窒素濃度がさらに高くなる。また、アノード排ガスから燃料電池スタック１００に供給される窒素を遮断することができるため、発電停止時のアノードにおける窒素濃度をさらに低減させることができる。したがって、燃料電池スタック１００における発電停止後の異常電位の発生を、さらに遅らせることが可能となり、燃料電池スタック１００の性能低下を抑制することができる。
【００５６】
Ｅ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００５７】
（１）上記実施例において、排気弁２８０を開いて、アノード排ガス循環路２５０内のアノード排ガスを排出させた後に、発電を停止させる例を示したが、セル電圧が所定値以下になったら、発電を停止させて、その後、排気弁２８０を開弁させるように制御してもよい。このようにしても、同様の効果を得ることができる。
【００５８】
（２）上記実施例において、セル電圧が所定値以下になったことを条件として、排気弁２８０を開弁させているが、ステップＳ１０６の後、所定の時間が経過したら、排気弁２８０を開弁するようにしてもよい。例えば、予め、実験においてセル電圧が所定値以下になる時間を求めておいて、その時間を所定の時間として設定してもよい。また、水素ポンプ２６０の作動を停止して発電した電力によって、二次電池が一杯になるのに要する時間を、予め実験的に求めて、その時間を所定の時間として設定してもよい。
【００５９】
（３）上記第１の実施例において、発電を停止させる（ステップＳ１１６）前に、ステップＳ１０６〜Ｓ１１４を繰り返し実行するようにしてもよい。ステップＳ１０６〜Ｓ１１４を繰り返すことによって、燃料電池スタック１００のアノード中の窒素量がさらに低減される。また、第２の実施例において、ステップＳ１２２で水素の供給を停止した後、再びステップＳ１０６〜Ｓ１２２を実行するようにしてもよい。このようにしても、第２の実施例よりも、さらに、アノード中の窒素濃度を低減させることができる。
【００６０】
（４）上記実施例において、燃料電池システム１０００が車両に搭載されている例を示したが、燃料電池システム１０００は、車両に搭載される場合に限定されず、種々の用途に用いることができる。例えば、燃料電池システム１０００が家庭用コージェネレーションシステムに用いられてもよい。その場合、例えば、家庭用コージェネレーションシステムが、燃料電池の発電停止ボタンを備え、ユーザが、発電停止ボタンを押下した場合に、制御部４００に発電停止ボタンＯＮ信号が入力され、発電停止処理ルーチンが開始される構成にしてもよい。
【００６１】
（５）上記実施例において、制御部４００は、複数の電圧センサ５００のうち、いずれか一つの電圧センサ５００の計測値が所定値以下になった場合に、排気弁２８０を開弁させる構成を例示しているが、上記実施例に限定されない。例えば、燃料電池スタック１００を構成する複数の単セルを、いくつかの群に分け（例えば、１００セルを、２０セルを１群とする５群に分ける）、各群の平均値に基づいて、所定値以下か否かを判断してもよい。また、燃料電池スタック１００を構成する複数の単セルのうち、任意の単セルの計測値に基づいて、所定値以下か否かを判断してもよい。また、燃料電池スタック１００全体の出力電圧に基づいて、所定値以下か否かを判断してもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１００…燃料電池スタック
２１０…水素タンク
２１２…遮断弁
２２０…アノードガス供給路
２３０…圧力調整弁
２４０…圧力センサ
２５０…アノード排ガス循環路
２６０…水素ポンプ
２７０…アノード排ガス排出路
２８０…排気弁
２９０…第２遮断弁
３１０…エアコンプレッサ
３２０…カソードガス供給路
３３０…カソード排ガス路
４００…制御部
４２０…ＣＰＵ
４８０…入出力ポート
５００…電圧センサ
６００…負荷接続部
１０００、１１００…燃料電池システム
２０００…電気的負荷
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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