(57)【要約】【課題】掃気及び起動が不可となりにくい燃料電池システム及びその運転方法を提供する。【解決手段】燃料電池スタック１０と、バッテリ５４と、ＳＯＣセンサ５５と、液滴掃気モード及び乾燥掃気モードを作動モードとして有すると共に、バッテリ５４を電源として作動する掃気手段と、システム停止時におけるＳＯＣと最低ＳＯＣとに基づいてシステムの起動可否を判定する起動可否判定手段と、前記乾燥掃気モードの実行の可否を判定する乾燥モード可否判定手段と、を備え、システム停止時におけるＳＯＣが最低ＳＯＣ以上であり、起動可否判定手段が起動可能であると判定した場合において、ＳＯＣが、最低ＳＯＣよりも高く、掃気手段が液滴掃気モード及び乾燥掃気モードで作動するために必要な第１ＳＯＣ以上でないとき、乾燥モード可否判定手段は乾燥掃気モードを実行できないと判定し、掃気手段は当該乾燥掃気モードで作動しない。【選択図】図１
2010003494.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応ガスが供給されることで発電する燃料電池と、
前記燃料電池の発電電力を蓄えるバッテリと、
前記バッテリのＳＯＣを検出するＳＯＣ検出手段と、
掃気ガスで前記燃料電池内の液滴を除去する液滴掃気モード、及び、前記液滴除去掃気モードよりも少ない流量の掃気ガスで前記燃料電池内を乾燥する乾燥掃気モード、を作動モードとして有すると共に、前記バッテリを電源として作動し、システム停止後に前記燃料電池内を掃気する掃気手段と、
システム停止時における前記バッテリのＳＯＣと、システム停止から次回起動までに最低必要とされる電力量から設定された最低ＳＯＣとに基づいて、システムの起動可否を判定する起動可否判定手段と、
前記乾燥掃気モードの実行の可否を判定する乾燥モード可否判定手段と、
を備え、
システム停止時における前記ＳＯＣが前記最低ＳＯＣ以上であり、前記起動可否判定手段が起動可能であると判定した場合において、
当該ＳＯＣが、前記最低ＳＯＣよりも高く、前記掃気手段が前記液滴掃気モード及び前記乾燥掃気モードで作動するために必要な第１ＳＯＣ以上でないとき、
前記乾燥モード可否判定手段は前記乾燥掃気モードを実行できないと判定し、
前記掃気手段は当該乾燥掃気モードで作動しない
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記最低ＳＯＣは、少なくとも、前記液滴掃気モードで作動する前記掃気手段が消費する液滴掃気電力量と、システムを１回起動するために必要な起動１回分電力量と、に基づいて設定される
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記起動可否判定手段は、
システム停止時における前記ＳＯＣが、システムを複数回にて起動可能な第２ＳＯＣ以上である場合、複数回にてシステムを起動可能であると判定し、
システム停止時における前記ＳＯＣが、前記最低ＳＯＣ以上であり前記第２ＳＯＣ未満である場合、１回のみシステム起動可能であると判定し、
前記第２ＳＯＣは、前記最低ＳＯＣよりも高く、かつ、前記第１ＳＯＣよりも低く設定されている
ことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記掃気手段は、
低温環境下での起動後にシステム停止したことにより、システム停止直後における前記燃料電池内の凍結を防止するため、システム停止直後に当該燃料電池を掃気ガスで掃気する停止直後凍結防止モードを作動モードとして有し、
システム停止時における前記ＳＯＣが、停止直後凍結防止モードで作動可能な第３ＳＯＣ以上である場合、当該停止直後凍結防止モードで作動し、
システム停止時における前記ＳＯＣが、前記最低ＳＯＣ以上であり前記第３ＳＯＣ未満である場合、当該停止直後凍結防止モードで作動せず、
前記第３ＳＯＣは、前記最低ＳＯＣよりも高く、かつ、前記第２ＳＯＣよりも低く設定されている
ことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
反応ガスが供給されることで発電する燃料電池と、
前記燃料電池の発電電力を蓄えるバッテリと、
前記バッテリのＳＯＣを検出するＳＯＣ検出手段と、
掃気ガスで前記燃料電池内の液滴を除去する液滴掃気モード、及び、前記液滴除去掃気モードよりも少ない流量の掃気ガスで前記燃料電池内を乾燥する乾燥掃気モード、を作動モードとして有すると共に、前記バッテリを電源として作動し、システム停止後に前記燃料電池内を掃気する掃気手段と、
システム停止時における前記バッテリのＳＯＣと、システム停止から次回起動までに最低必要とされる電力量から設定された最低ＳＯＣとに基づいて、システムの起動可否を判定する起動可否判定手段と、
前記乾燥掃気モードの実行の可否を判定する乾燥モード可否判定手段と、
を備える燃料電池システムの運転方法であって、
システム停止時における前記ＳＯＣが前記最低ＳＯＣ以上であり、前記起動可否判定手段が起動可能であると判定した場合において、
当該ＳＯＣが、前記最低ＳＯＣよりも高く、前記掃気手段が前記液滴掃気モード及び前記乾燥掃気モードで作動するために必要な第１ＳＯＣ以上でないとき、
前記乾燥モード可否判定手段は前記乾燥掃気モードを実行できないと判定し、
前記掃気手段は当該乾燥掃気モードで作動しない
ことを特徴とする燃料電池システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システム及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、水素（燃料ガス、反応ガス）がアノードに、酸素を含む空気（酸化剤ガス、反応ガス）がカソードに、それぞれ供給されることで発電する固体高分子型燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell：ＰＥＦＣ）等の燃料電池を備える燃料電池システムが着目され、例えば、燃料電池車両に搭載される。
【０００３】
このような燃料電池が発電すると、そのカソードで水分（水蒸気）を生成する。また、燃料電池のＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜電極接合体）を構成する電解質膜（固体高分子膜）を湿潤させ、そのプロトン伝導性を確保するため、例えば、燃料電池に供給される空気は、加湿器等によって加湿される。
【０００４】
ところが、燃料電池システムの停止後、燃料電池内に水分が残留したまま放置され、そして、燃料電池が低温環境下に曝されると、燃料電池内が凍結する虞があるので、このように凍結する虞がある場合、掃気ガスによって燃料電池を掃気する技術が提案されている。燃料電池の掃気とは、非加湿の空気や窒素等の掃気ガスによって、燃料電池に残留する水分（結露水、水蒸気）を外部に押し出すことである。
【０００５】
そして、このように掃気する場合、発電時に空気を燃料電池に供給するコンプレッサを作動させ、コンプレッサからの空気を加湿せずに、掃気ガスとして燃料電池に供給する技術が提案されている（特許文献１参照）。このように掃気のためにコンプレッサを作動させる場合、燃料電池は発電停止中であるので、コンプレッサは、バッテリ（蓄電装置）を電源として作動する。
【０００６】
一方、外部から発電要求があった場合、燃料電池に水素、空気を供給し、発電可能な状態となった後、燃料電池の発電が開始される。すなわち、発電開始前に、コンプレッサ等を作動させ、燃料電池に空気等を供給し、燃料電池を発電可能とする必要があり、このように作動するコンプレッサは、前記バッテリを電源とする。つまり、燃料電池の発電開始前において、バッテリのＳＯＣ（State Of Charge、充電状態（残量））が十分でなければ、コンプレッサを作動できず、燃料電池システムは起動できないことになる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−３２４０７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来、燃料電池を掃気する必要がある場合において、バッテリのＳＯＣが、掃気に必要な電力量と、次回起動時に必要な電力量とに基づいて、予め設定された所定ＳＯＣ未満である場合、掃気及び次回起動は不可能と判定していた。
【０００９】
そこで、本発明は、掃気及び起動が不可となりにくい燃料電池システム及びその運転方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、反応ガスが供給されることで発電する燃料電池と、前記燃料電池の発電電力を蓄えるバッテリと、前記バッテリのＳＯＣ（残量）を検出するＳＯＣ検出手段（残量検出手段）と、掃気ガスで前記燃料電池内の液滴を除去する液滴掃気モード、及び、前記液滴除去掃気モードよりも少ない流量の掃気ガスで前記燃料電池内を乾燥する乾燥掃気モード、を作動モードとして有すると共に、前記バッテリを電源として作動し、システム停止後に前記燃料電池内を掃気する掃気手段と、システム停止時における前記バッテリのＳＯＣと、システム停止から次回起動までに最低必要とされる電力量から設定された最低ＳＯＣとに基づいて、システムの起動可否を判定する起動可否判定手段と、前記乾燥掃気モードの実行の可否を判定する乾燥モード可否判定手段と、を備え、システム停止時における前記ＳＯＣが前記最低ＳＯＣ以上であり、前記起動可否判定手段が起動可能であると判定した場合において、当該ＳＯＣが、前記最低ＳＯＣよりも高く、前記掃気手段が前記液滴掃気モード及び前記乾燥掃気モードで作動するために必要な第１ＳＯＣ以上でないとき、前記乾燥モード可否判定手段は前記乾燥掃気モードを実行できないと判定し、前記掃気手段は当該乾燥掃気モードで作動しないことを特徴とする燃料電池システムである。
【００１１】
ここで、システムの起動までとは、燃料電池に適切に反応ガスが供給され、燃料電池が発電可能となるまで、例えば、ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）が所定ＯＣＶとなるまでを意味する。
このような燃料電池システムによれば、システム停止のＳＯＣが、最低ＳＯＣ以上であり、起動可能であると判定されている場合において、このＳＯＣが第１ＳＯＣ以上でなくても、掃気手段が乾燥掃気モードで作動しないのみである。つまり、システム停止時のＳＯＣが、第１ＳＯＣ以上でなくても、最低ＳＯＣ以上であれば、乾燥掃気モードの実行を省略するので、掃気及び起動が不可となりにくくなる。
【００１２】
また、前記最低ＳＯＣは、少なくとも、前記液滴掃気モードで作動する前記掃気手段が消費する液滴掃気電力量と、システムを１回起動するために必要な起動１回分電力量と、に基づいて設定されることを特徴とする燃料電池システムである。
【００１３】
このような燃料電池システムによれば、最低ＳＯＣが、少なくとも、液滴掃気電力量と、起動１回分電力量とに基づいて設定されるので、システム停止のＳＯＣが、最低ＳＯＣ以上である場合、液滴掃気モードで作動する掃気手段によって、燃料電池内の液滴を除去し、凍結を防止しつつ、システムを１回起動することができる。
【００１４】
また、前記起動可否判定手段は、システム停止時における前記ＳＯＣが、システムを複数回にて起動可能な第２ＳＯＣ以上である場合、複数回にてシステムを起動可能であると判定し、システム停止時における前記ＳＯＣが、前記最低ＳＯＣ以上であり前記第２ＳＯＣ未満である場合、１回のみシステム起動可能であると判定し、前記第２ＳＯＣは、前記最低ＳＯＣよりも高く、かつ、前記第１ＳＯＣよりも低く設定されていることを特徴とする燃料電池システムである。
【００１５】
このような燃料電池システムによれば、システム停止時のＳＯＣと、第２ＳＯＣとに基づいて、システムを１回のみ起動可能であるか否か、複数回にて起動可能であるか否か、適切に判定できる。
【００１６】
また、前記掃気手段は、低温環境下での起動後にシステム停止したことにより、システム停止直後における前記燃料電池内の凍結を防止するため、システム停止直後に当該燃料電池を掃気ガスで掃気する停止直後凍結防止モードを作動モードとして有し、システム停止時における前記ＳＯＣが、停止直後凍結防止モードで作動可能な第３ＳＯＣ以上である場合、当該停止直後凍結防止モードで作動し、システム停止時における前記ＳＯＣが、前記最低ＳＯＣ以上であり前記第３ＳＯＣ未満である場合、当該停止直後凍結防止モードで作動せず、前記第３ＳＯＣは、前記最低ＳＯＣよりも高く、かつ、前記第２ＳＯＣよりも低く設定されていることを特徴とする燃料電池システムである。
【００１７】
このような燃料電池システムによれば、システム停止時のＳＯＣと、第３ＳＯＣとに基づいて、停止直後凍結防止モードによる作動の可否が設定される。すなわち、システム停止時のＳＯＣが、第３ＳＯＣ未満である場合、掃気手段が、停止直後凍結防止モードで作動しないので、バッテリのＳＯＣが確保され、掃気及び起動が不可となりにくくなる。
【００１８】
また、反応ガスが供給されることで発電する燃料電池と、前記燃料電池の発電電力を蓄えるバッテリと、前記バッテリのＳＯＣを検出するＳＯＣ検出手段と、掃気ガスで前記燃料電池内の液滴を除去する液滴掃気モード、及び、前記液滴除去掃気モードよりも少ない流量の掃気ガスで前記燃料電池内を乾燥する乾燥掃気モード、を作動モードとして有すると共に、前記バッテリを電源として作動し、システム停止後に前記燃料電池内を掃気する掃気手段と、システム停止時における前記バッテリのＳＯＣと、システム停止から次回起動までに最低必要とされる電力量から設定された最低ＳＯＣとに基づいて、システムの起動可否を判定する起動可否判定手段と、前記乾燥掃気モードの実行の可否を判定する乾燥モード可否判定手段と、を備える燃料電池システムの運転方法であって、システム停止時における前記ＳＯＣが前記最低ＳＯＣ以上であり、前記起動可否判定手段が起動可能であると判定した場合において、当該ＳＯＣが、前記最低ＳＯＣよりも高く、前記掃気手段が前記液滴掃気モード及び前記乾燥掃気モードで作動するために必要な第１ＳＯＣ以上でないとき、前記乾燥モード可否判定手段は前記乾燥掃気モードを実行できないと判定し、前記掃気手段は当該乾燥掃気モードで作動しないことを特徴とする燃料電池システムの運転方法である。
【００１９】
このような燃料電池システムの運転方法によれば、システム停止のＳＯＣが、最低ＳＯＣ以上であり、起動可能であると判定されている場合において、このＳＯＣが第１ＳＯＣ以上でなくても、掃気手段が乾燥掃気モードで作動しないのみである。つまり、システム停止時のＳＯＣが、第１ＳＯＣ以上でなくても、最低ＳＯＣ以上であれば、乾燥掃気モードの実行を省略するので、掃気及び起動が不可となりにくくなる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、掃気及び起動が不可となりにくい燃料電池システム及びその運転方法を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の一実施形態について、図１から図８を参照して説明する。
【００２２】
≪燃料電池システムの構成≫
図１に示す本実施形態に係る燃料電池システム１は、図示しない燃料電池自動車（移動体）に搭載されている。燃料電池システム１は、燃料電池スタック１０と、燃料電池スタック１０のアノードに対して水素（燃料ガス、反応ガス）を給排するアノード系と、燃料電池スタック１０のカソードに対して酸素を含む空気（酸化剤ガス、反応ガス）を給排するカソード系と、掃気時に掃気ガスをアノード系に導入する掃気ガス導入系と、燃料電池スタック１０の発電電力を消費する電力消費系と、ＩＧ６１と、これらを電子制御するＥＣＵ７０（Electronic Control Unit、電子制御装置）と、を備えている。
【００２３】
＜燃料電池スタック＞
燃料電池スタック１０は、複数（例えば２００〜４００枚）の固体高分子型の単セル１１が積層されることで構成されたスタックであり、複数の単セル１１は電気的に直列で接続されている。単セル１１は、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜電極接合体）と、これを挟み２枚の導電性を有するアノードセパレータ及びカソードセパレータと、を備えている。
【００２４】
ＭＥＡは、１価の陽イオン交換膜（例えばパーフルオロスルホン酸型）からなる電解質膜（固体高分子膜）と、これを挟むアノード及びカソードとを備えている。アノード及びカソードは、カーボンペーパ等の導電性を有する多孔質体から主に構成されると共に、アノード及びカソードにおける電極反応を生じさせるための触媒（Ｐｔ、Ｒｕ等）を含んでいる。
【００２５】
アノードセパレータには、各ＭＥＡのアノードに対して水素を給排するため単セル１１の積層方向に延びる貫通孔（内部マニホールドと称される）や、単セル１１の面方向に延びる溝が形成されており、これら貫通孔及び溝がアノード流路１２（燃料ガス流路）として機能している。
カソードセパレータには、各ＭＥＡのカソードに対して空気を給排するため単セル１１の積層方向に延びる貫通孔（内部マニホールドと称される）や、単セル１１の面方向に延びる溝が形成されており、これら貫通孔及び溝がカソード流路１３（酸化剤ガス流路）として機能している。
【００２６】
そして、アノード流路１２を介して各アノードに水素が供給されると、式（１）の電極反応が起こり、カソード流路１３を介して各カソードに空気が供給されると、式（２）の電極反応が起こり、各単セル１１で電位差（ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）、開回路電圧）が発生するようになっている。次いで、燃料電池スタック１０と走行モータ（図示しない）等の外部回路とが電気的に接続され、電流が取り出されると、燃料電池スタック１０が発電するようになっている。
２Ｈ２→４Ｈ＋＋４ｅ−  …（１）
Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−→２Ｈ２Ｏ  …（２）
【００２７】
＜アノード系＞
アノード系は、水素が高圧で封入された水素タンク２１（燃料ガス源）と、常閉型の遮断弁２２と、エゼクタ２６と、常閉型のパージ弁２７（燃料ガス排出弁）と、掃気ガス排出弁２８とを備えている。
【００２８】
水素タンク２１は、水素が高圧で封入されたタンクであり、配管２１ａ、遮断弁２２、配管２２ａ、エゼクタ２６、配管２６ａを介して、アノード流路１２の入口に接続されている。そして、ＥＣＵ７０によって、遮断弁２２が開かれると、水素タンク２１の水素が配管２２ａ等を介してアノード流路１２に供給されるようになっている。なお、配管２２ａには、水素の圧力を所定圧力に減圧させる減圧弁（図示しない）が設けられている。
【００２９】
アノード流路１２の出口は、配管２６ｂ（燃料ガス循環ライン）を介して、燃料電池スタック１０の上流のエゼクタ２６の吸込口に接続されている。これにより、アノード流路１２（アノード）から排出された未消費の水素を含むアノードオフガスは、エゼクタ２６に戻され、その結果、水素が循環するようになっている。
なお、配管２６ｂには気液分離器（図示しない）が設けられており、この気液分離器によって、循環する水素に同伴する水分が分離されるようになっている。
【００３０】
配管２６ｂは、配管２７ａ、パージ弁２７、配管２７ｂを介して、希釈器３４に接続されている。パージ弁２７は、燃料電池スタック１０の発電中において、配管２６ｂを循環する水素に同伴する不純物（水蒸気、窒素等）を排出（パージ）する場合や、システム起動時において、アノード流路１２を水素に置換する場合、ＥＣＵ７０によって開かれる設定となっている。
なお、ＥＣＵ７０は、例えば、複数の単セル１１の電圧を検出するセル電圧モニタ（図示しない）から入力される最低セル電圧が所定セル電圧以下の場合、不純物を排出する必要があると判定し、パージ弁２７を開く設定となっている。
【００３１】
また、配管２６ｂは、配管２８ａ、掃気ガス排出弁２８、配管２８ｂを介して、希釈器３４に接続されている。掃気ガス排出弁２８は、燃料電池スタック１０のアノード流路１２を掃気する必要がある場合、コンプレッサ３１が作動した状態で、ＥＣＵ７０によって、後記する掃気ガス導入弁４１と共に開かれる弁である。そして、このように掃気ガス導入弁４１及び掃気ガス排出弁２８が開かれると、コンプレッサ３１からの掃気ガスがアノード流路１２に導入され、アノード流路１２の水分（水蒸気、結露水等）が押し出されるようになっている。
なお、燃料電池システム１の停止中において、燃料電池スタックの温度Ｔ１が所定温度Ｔ０（例えば０℃）以下である場合、燃料電池スタック１０を掃気する必要があると判定される。
【００３２】
＜カソード系＞
カソード系は、コンプレッサ３１と、背圧弁３３と、希釈器３４と、温度センサ３５（温度検出手段）とを備えている。
コンプレッサ３１は、配管３１ａを介してカソード流路１３の入口に接続されており、ＥＣＵ７０（コンプレッサ制御手段）からの指令に従って作動すると、酸素を含む空気を取り込み、これをカソード流路１３に供給するようになっている。また、コンプレッサ３１は、燃料電池スタック１０を掃気する場合に作動し、掃気ガスを供給する掃気ガス供給手段として機能するようになっている。
【００３３】
なお、コンプレッサ３１は、燃料電池スタック１０や、燃料電池スタック１０の発電電力を充電するバッテリ５４を電源として作動する。つまり、コンプレッサ３１は、燃料電池スタック１０の発電停止中、バッテリ５４を電源として作動する。その他、アノード系の遮断弁２２、パージ弁２７及び掃気ガス排出弁２８、カソード系の背圧弁３３、後記する掃気ガス導入弁４１も、燃料電池スタック１０の発電停止中、バッテリ５４を電源として作動する。
【００３４】
配管３１ａには、カソード流路１３に向かう空気を加湿する加湿器（図示しない）が設けられている。この加湿器は、水分交換可能な中空糸膜を備えており、この中空糸膜を介して、カソード流路１３に向かう空気と、多湿のカソードオフガスとの間で水分交換させるようになっている。なお、この加湿器をバイパスするようにバイパス配管（図示しない）が設けられており、燃料電池スタック１０の掃気時には、コンプレッサ３１からの掃気ガスが前記加湿器をバイパスするようになっている。
【００３５】
カソード流路１３の出口は、配管３３ａ、背圧弁３３、配管３３ｂを介して、希釈器３４に接続されている。そして、カソード流路１３（カソード）から排出された多湿のカソードオフガスは、配管３３ａ等を介して希釈器３４に排出され、希釈器３４は、カソードオフガスによって、配管２７ｂから導入されるアノードオフガス中の水素を希釈した後、配管３４ａを介して、車外に排出するようになっている。
背圧弁３３は、バタフライ弁等から構成された常開型の弁であり、その開度はＥＣＵ７０によって制御される。
【００３６】
温度センサ３５は、燃料電池スタック１０の温度を検出するためのものであり、配管３３ａの上流側に取り付けられている。そして、温度センサ３５は、配管３３ａ内の温度を、燃料電池スタック１０の温度として検出し、ＥＣＵ７０に出力するようになっている。ただし、温度センサ３５の位置は、これに限定されず、温度センサ３５が、配管２６ｂや、燃料電池スタック１０から排出された冷媒が通る配管や、燃料電池スタック１０自体に取り付けられた構成でもよい。
【００３７】
＜掃気ガス導入系＞
掃気ガス導入系は、アノード流路１２の掃気時に、コンプレッサ３１からの掃気ガスをアノード系に導く系であり、掃気時にＥＣＵ７０により開かれる常閉型の掃気ガス導入弁４１を備えている。そして、掃気ガス導入弁４１の上流側は、配管４１ａを介して、配管３１ａに接続されており、掃気ガス導入弁４１の下流側は、配管４１ｂを介して配管２２ａに接続されている。
【００３８】
＜電力消費系＞
電力消費系は、走行モータ５１と、ＶＣＵ５２（Voltage Control Unit、電流制御手段）と、コンタクタ５３と、バッテリ５４と、ＳＯＣセンサ５５（ＳＯＣ検出手段）とを備えている。走行モータ５１は、ＶＣＵ５２、コンタクタ５３を介して、燃料電池スタック１０の出力端子（図示しない）に接続されており、バッテリ５４はＶＣＵ５２に接続されている。なお、走行モータ５１とＶＣＵ５２との間に配置されているインバータ（ＰＤＵ：Power Drive Unit）は省略している。
【００３９】
走行モータ５１は、燃料電池自動車の動力源となる外部負荷である。
ＶＣＵ５２は、ＥＣＵ７０から送られる指令電流に従って、燃料電池スタック１０の発電電力（出力電流、出力電圧）を制御（制限）すると共に、バッテリ５４の充放電を制御する機器であり、ＤＣ／ＤＣチョッパ、ＤＣ／ＤＣコンバータ等の電子回路を備えている。つまり、コンタクタ５３がＯＮされた状態において、ＶＣＵ５２が適宜に制御され、燃料電池スタック１０から電流が取り出されると、燃料電池スタック１０が発電するようになっている。
コンタクタ５３は、ＥＣＵ７０の指令に従って、燃料電池スタック１０とＶＣＵ５２との電気的接続をＯＮ／ＯＦＦするスイッチである。
【００４０】
バッテリ５４は、例えば、複数のリチウムイオン型の二次電池を備えて構成されており、燃料電池スタック１０の過剰電力、走行モータ５１からの回生電力を充電したり、燃料電池スタック１０の不足電力をアシスト（補助）するものである。また、バッテリ５４は、燃料電池スタック１０の発電停止中において、遮断弁２２、パージ弁２７及び掃気ガス排出弁２８と、コンプレッサ３１及び背圧弁３３と、掃気ガス導入弁４１等の電源として機能している。なお、バッテリ５４とコンプレッサ３１等とを接続する電源ラインは省略している。
【００４１】
ＳＯＣセンサ５５は、バッテリ５４のＳＯＣ（充電状態、残量）を検出するセンサであり、例えば、バッテリ５４の出力電圧を検出する電圧センサと、バッテリ５４に充放電される電流を検出する電流センサと、を備えている。そして、ＳＯＣセンサ５５は、検出した電圧と電流とに基づいて、バッテリ５４のＳＯＣを算出し、算出したＳＯＣを、ＥＣＵ７０に出力するようになっている。
その他、ＳＯＣセンサ５５が、電圧及び電流をＥＣＵ７０に出力し、ＥＣＵ７０がＳＯＣを算出する構成でもよい。
【００４２】
＜ＩＧ＞
ＩＧ６１は、燃料電池自動車及び燃料電池システム１の起動スイッチであり、運転席周りに設けられている。そして、ＩＧ６１は、そのＯＮ信号（システムの起動要求）、ＯＦＦ信号（システムの停止要求）を、ＥＣＵ７０に出力するようになっている。
【００４３】
＜ＥＣＵ＞
ＥＣＵ７０は、燃料電池システム１を電子制御する制御装置であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成されている。そして、ＥＣＵ７０は、その内部に記憶されたプログラムに従って、各種機器を適宜に制御するようになっている。
【００４４】
＜ＥＣＵ−停止直後凍結の虞の有無の判定機能＞
ＥＣＵ７０は、ＩＧ６１のＯＦＦ後、燃料電池スタック１０内が直ちに凍結（これを停止直後凍結とする）する虞があるか否か判定する機能を備えている。
具体的には、ＥＣＵ７０は、直前の発電開始時（ＩＧ６１、コンタクタ５３のＯＮ時、図３参照）における燃料電池スタック１０の温度Ｔ１と、判定時である発電停止時（ＩＧ６１、コンタクタ５３のＯＦＦ時、図３参照）における燃料電池スタック１０の温度Ｔ１と、図２（ａ）のマップとに基づいて、図２（ａ）の「停止直後凍結の虞あり」の領域にある場合、停止直後凍結の虞があると判定し、「停止直後凍結の虞なし」の領域にある場合、停止直後凍結の虞がないと判定するように設定されている。なお、境界線上は、停止直後凍結の虞がないと判定するように設定されている。
【００４５】
さらに説明すると、図２（ａ）の「停止直後凍結の虞なし」の領域は、事前試験等により求められたものであり、図２（ｂ）〜図２（ｄ）の「停止直後凍結の虞なし」の領域の和で与えられる。
図２（ｂ）の「停止直後凍結の虞なし」の領域は、発電開始時に着目したものであり、発電開始時の温度Ｔ１が、所定温度Ｔ２以上ならば、発電停止時の温度Ｔ１に関わらず、停止直後凍結の虞はないことを示している。このような所定温度Ｔ２は、例えば０〜５℃に設定される。
【００４６】
次に、図２（ｃ）の「停止直後凍結の虞なし」の領域は、発電停止時に着目したものであり、発電停止時の温度Ｔ１が、所定温度Ｔ３以上ならば、発電開始時の温度Ｔ１に関わらず、停止直後凍結の虞はないことを示している。このような所定温度Ｔ３は、例えば、燃料電池スタック１０の暖機完了温度である５０〜８０℃に設定される。
次に、図２（ｄ）の「停止直後凍結の虞なし」の領域は、発電開始時の温度Ｔ１が所定温度Ｔ２よりも低く、発電停止時の温度Ｔ１が所定温度Ｔ３よりも低くても、停止までの発電に伴う自己発熱により、停止時において燃料電池スタック１０内に氷は存在せず、その後、直ちに、燃料電池スタック１０が凍結することはないと判断される領域に設定される。
【００４７】
＜ＥＣＵ−運転制御機能＞
ＥＣＵ７０は、ＩＧ６１のＯＦＦ後（発電停止後）において、燃料電池システム１を、希釈器掃気モード、液滴掃気モード、乾燥掃気モード、又は、停止直後凍結防止モードで作動させる機能を備えている。すなわち、前記各モードで作動し、燃料電池スタック１０を掃気する掃気手段は、本実施形態では、掃気ガス排出弁２８と、掃気ガス導入弁４１と、コンプレッサ３１と、背圧弁３３と、これらを制御するＥＣＵ７０とを備えて構成されている。
【００４８】
希釈器掃気モードとは、ＩＧ６１のＯＦＦ前にパージ弁２７が開かれたことによって、ＯＦＦ時に希釈器３４内に残留する水素が、その後、高濃度のまま車外に排出されることを防止するため、希釈器３４に掃気ガスを導入し、水素を希釈しつつ、希釈器３４内の水分を押し出し、希釈器３４を掃気するモードである。
具体的には、希釈器掃気モードで作動する場合、ＥＣＵ７０は、コンプレッサ３１を作動させると共に、背圧弁３３を開き、コンプレッサ３１からの掃気ガスを、希釈器３４に導入するように設定されている。
【００４９】
液滴掃気モードとは、発電停止後、外気温度が低下した等によって、このままでは燃料電池スタック１０が凍結する虞のある場合、燃料電池スタック１０内の液滴（結露水）を、燃料電池スタック１０の外に押し出し、燃料電池スタック１０を掃気するモードである。
具体的には、液滴掃気モードで作動する場合、ＥＣＵ７０は、コンプレッサ３１を作動させると共に、掃気ガス導入弁４１、掃気ガス排出弁２８及び背圧弁３３を開き、コンプレッサ３１からの掃気ガスを、アノード流路１２及びカソード流路１３に導入するように設定されている。
ただし、アノード流路１２及びカソード流路１３を同時に並行して掃気する構成に限定されず、例えば、（１）掃気ガス導入弁４１及び掃気ガス排出弁２８を開き、背圧弁３３を閉じた状態で、アノード流路１２を掃気（アノード掃気）した後、（２）掃気ガス導入弁４１及び掃気ガス排出弁２８を閉じ、背圧弁３３を開いた状態で、カソード流路１３を掃気（カソード掃気）するように、アノード流路１２とカソード流路１３とを別々に掃気する構成でもよい。
【００５０】
乾燥掃気モードとは、外気温度が低下した等によって、このままでは燃料電池スタック１０が凍結する虞のある場合、システム停止（ＩＧ６１のＯＦＦ）後において、電解質膜から浸み出し、多孔質体からなるアノード及びカソードに含まれる水分や、アノード及びカソードの表面に薄膜状で付着する水分を除去し、アノード及びカソードを適度に乾燥させるモードである。そして、この乾燥掃気モードを実行することにより、凍結等によるＭＥＡの劣化が防止されるようになっている。
具体的には、乾燥掃気モードで作動する場合、ＥＣＵ７０は、液滴掃気モードと同様に、コンプレッサ３１を作動させると共に、掃気ガス導入弁４１、掃気ガス排出弁２８及び背圧弁３３を開き、コンプレッサ３１からの掃気ガスを、アノード流路１２及びカソード流路１３に導入するように設定されている。
ただし、アノード流路１２とカソード流路１３とを別々に掃気する構成でもよい。
【００５１】
停止直後凍結防止モードとは、ＩＧ６１のＯＦＦ後、直ちに、燃料電池スタック１０内が凍結（停止直後凍結）する虞があるので、この凍結を防止するべく、燃料電池スタック１０内の水分（結露水、水蒸気等）を、ＩＧ６１のＯＦＦ後、直ちに、外部に押し出し、燃料電池スタック１０を掃気するモードである。
具体的には、直後凍結防止モードで作動する場合、ＥＣＵ７０は、液滴掃気モード、乾燥掃気モードと同様に、コンプレッサ３１を作動させると共に、掃気ガス導入弁４１、掃気ガス排出弁２８及び背圧弁３３を開き、コンプレッサ３１からの掃気ガスを、アノード流路１２及びカソード流路１３に導入するように設定されている。
ただし、アノード流路１２とカソード流路１３とを別々に掃気する構成でもよい。
【００５２】
このような希釈器掃気モード、液滴掃気モード、乾燥掃気モード、停止直後凍結防止モードにおける作動条件（コンプレッサ３１の回転速度等）や、各モードを実行する所定時間は、事前試験等により求められ、予めＥＣＵ７０に記憶されている。したがって、各モードを実行するために必要な電力量（希釈器掃気電力量、液滴掃気電力量、乾燥掃気電力量、凍結防止掃気電力量）も事前試験等により求められている。また、各モードを実行する場合、燃料電池スタック１０は発電しておらず、バッテリ５４を電源としてコンプレッサ３１等が作動するので、各モードを実行するための電力量（希釈器掃気電力量等）に基づいて、必要とされるバッテリ５４のＳＯＣも事前試験等により求められている。
【００５３】
ここで、液滴掃気モード、停止直後凍結防止モードでは、アノード流路１２、カソード流路１３に残留する液滴状の水分を押し出す必要があるため、掃気ガスは大流量であることが好ましい。そのため、液滴掃気モード、停止直後凍結防止モードにおけるコンプレッサ３１の回転速度は、希釈器掃気モード、乾燥掃気モードにおける回転速度よりも、高く設定される。
また、システム停止後において、電解質膜に含まれる水分は、徐々に、アノード、カソードに浸み出すので、乾燥掃気モードの実行時間は、液滴掃気モードの実行時間よりも長く設定される。さらに、小流量（少ない流量）で掃気ガスを導入することにより、ＭＥＡ等を速やかに乾燥できるという発明者の知見に基づいて、乾燥掃気モードにおけるコンプレッサ３１の回転速度は、液滴掃気モードにおける回転速度よりも低く設定される。
【００５４】
さらに、希釈器掃気モード及び液滴掃気モードは、乾燥掃気モード及び停止直後凍結防止モードよりも優先して実行するように設定されており、停止直後凍結防止モードは、乾燥掃気モードよりも優先して実行するように設定されている（図４、図５参照）。
【００５５】
＜ＥＣＵ−起動可否判定機能、掃気パターン設定機能＞
ＥＣＵ７０（起動可否判定手段）は、ＩＧ６１のＯＦＦ時（システム停止時）におけるバッテリ５４のＳＯＣと、判定基準となる最低ＳＯＣ等とに基づいて、その後、システムの起動可否を判定する機能を備えている。
また、ＥＣＵ７０は、ＩＧ６１のＯＦＦ時におけるバッテリ５４のＳＯＣと、判定基準となる最低ＳＯＣ等とに基づいて、その後、いずれのパターンで燃料電池スタック１０を掃気するかを設定する機能を備えている。つまり、ＥＣＵ７０（乾燥モード可否判定手段）は、最低ＳＯＣ等とに基づいて、乾燥掃気モードの実行の可否を判定する機能を備えている。
【００５６】
＜停止直後凍結の虞がないケース＞
まず、ＩＧ６１のＯＦＦ後、停止直後凍結の虞がない場合の起動可否の判定機能、掃気パターンの設定機能について、図４を参照して説明する。
この場合、ＥＣＵ７０は、ＩＧ６１のＯＦＦ時のＳＯＣと、最低ＳＯＣ、第１ＳＯＣ、第２ＳＯＣとに基づいて、システムの起動可否を判定し、掃気パターンＡ〜Ｂのいずれで掃気するかを設定するようになっている。
また、最低ＳＯＣ、第１ＳＯＣ、第２ＳＯＣは、「第１ＳＯＣ（例えば３５％）＞第２ＳＯＣ（例えば３０％）＞最低ＳＯＣ（例えば２５％）」のように設定される。
【００５７】
最低ＳＯＣは、ＩＧ６１のＯＦＦから次回のシステム起動までに最低必要とされる電力量に基づいて設定されたＳＯＣである。具体的には、最低ＳＯＣは、ＩＧ６１のＯＦＦ後、希釈器掃気モードで作動する際に消費される消費電力量（希釈器掃気電力量）と、液滴掃気モードで作動する際に消費される消費電力量（液滴掃気電力量）と、その後にシステムを１回起動するために必要な起動１回分電力量と、に基づいて設定される。
システムを１回起動するために必要な起動１回分電力量とは、ＩＧ６１がＯＮされた後、アノード流路１２を水素に、カソード流路１３を空気に置換し、発電可能な所定のＯＣＶを発生させるまでに作動する遮断弁２２、パージ弁２７、コンプレッサ３１等が消費する消費電力量であり、事前試験等により求められる。
【００５８】
第１ＳＯＣは、最低ＳＯＣよりも高く設定されたＳＯＣであり、ＩＧ６１のＯＦＦ後、希釈器掃気モードでの消費電力量（希釈器掃気電力量）と、液滴掃気モードでの消費電力量（液滴掃気電力量）と、乾燥掃気モードでの消費電力量（乾燥掃気電力量）と、その後にシステムを２回起動するために必要な起動２回分電力量（起動複数回分電力量）と、に基づいて設定される。
【００５９】
第２ＳＯＣは、最低ＳＯＣよりも高く、かつ、第１ＳＯＣよりも低く設定されたＳＯＣであり、希釈器掃気モードでの消費電力量（希釈器掃気電力量）と、液滴掃気モードでの消費電力量（液滴掃気電力量）と、その後にシステムを２回起動するために必要な起動２回分電力量と、に基づいて設定される。
【００６０】
そして、ＥＣＵ７０は、ＯＦＦ時のＳＯＣが最低ＳＯＣ未満である場合（ＳＯＣ＜最低ＳＯＣ）、ＥＣＵ７０はいずれの掃気パターンで掃気することもできず、かつ、システムを起動できないと（掃気・起動不可）と判定するように設定されている。
【００６１】
また、ＥＣＵ７０は、ＯＦＦ時のＳＯＣが、最低ＳＯＣ以上であり、かつ、第２ＳＯＣ未満である場合（最低ＳＯＣ≦ＳＯＣ＜第２ＳＯＣ）、希釈器掃気モード、及び、液滴掃気モードを実行し、乾燥掃気モードを実行しない掃気パターンＢを選択するように設定されている。この場合、システムを１回のみ起動可能と判定するように設定されている。
【００６２】
さらに、ＥＣＵ７０は、ＯＦＦ時のＳＯＣが、第２ＳＯＣ以上であり、かつ、第１ＳＯＣ未満である場合（第２ＳＯＣ≦ＳＯＣ＜第１ＳＯＣ）、希釈器掃気モード、及び、液滴掃気モードを実行し、乾燥掃気モードを実行しない掃気パターンＢを選択するように設定されている。この場合、システムを２回起動可能と判定するように設定されている。
【００６３】
さらにまた、ＥＣＵ７０は、ＯＦＦ時のＳＯＣが、第１ＳＯＣ以上である場合（第１ＳＯＣ≦ＳＯＣ）、希釈器掃気モード、液滴掃気モード、及び、乾燥掃気モードを実行する掃気パターンＡを選択するように設定されている。この場合、システムを２回起動可能と判定するように設定されている。
【００６４】
すなわち、停止直後凍結の虞がないケースにおいて、バッテリ５４のＳＯＣを確保する優先度は、「希釈器掃気モード、液滴掃気モード、及び、システム１回起動」、「システム２回起動」、「乾燥掃気モード」の順で設定されている（図４参照）。
【００６５】
＜停止直後凍結の虞があるケース＞
次に、ＩＧ６１のＯＦＦ後、停止直後凍結の虞がある場合の起動可否の判定機能、掃気パターンの設定機能について、図５を参照して説明する。
なお、この場合、ＥＣＵ７０は、ＩＧ６１のＯＦＦ時のＳＯＣと、最低ＳＯＣ、第１ＳＯＣ´、第２ＳＯＣ´、第３ＳＯＣ´とに基づいて、システムの起動可否を判定し、掃気パターンＣ〜Ｅのいずれで掃気するかを設定するようになっている。
また、最低ＳＯＣ、第１ＳＯＣ´、第２ＳＯＣ´、第３ＳＯＣ´は、「第１ＳＯＣ´（例えば４０％）＞第２ＳＯＣ´（例えば３５％）＞第３ＳＯＣ´（例えば３０％）＞最低ＳＯＣ（例えば２５％）」のように設定されている。さらに、第１ＳＯＣ´、第２ＳＯＣ´は、第１ＳＯＣ、第２ＳＯＣに対して、それぞれ、停止直後凍結防止モードでの消費電力量（ＳＯＣで５％）を上乗せして設定されている。
【００６６】
第１ＳＯＣ´は、最低ＳＯＣよりも高く設定されたＳＯＣであり、ＩＧ６１のＯＦＦ後、希釈器掃気モードでの消費電力量（希釈器掃気電力量）と、液滴掃気モードでの消費電力量（液滴掃気電力量）と、乾燥掃気モードでの消費電力量（乾燥掃気電力量）と、停止直後凍結防止モードでの消費電力量（停止直後凍結防止電力量）と、その後にシステムを２回起動するために必要な起動２回分電力量と、に基づいて設定される。
【００６７】
第２ＳＯＣ´は、最低ＳＯＣよりも高く、かつ、第１ＳＯＣ´よりも低く設定されたＳＯＣであり、希釈器掃気モードでの消費電力量（希釈器掃気電力量）と、液滴掃気モードでの消費電力量（液滴掃気電力量）と、停止直後凍結防止モードでの消費電力量（停止直後凍結防止電力量）と、その後にシステムを２回起動するために必要な起動２回分電力量と、に基づいて設定される。
【００６８】
第３ＳＯＣ´は、最低ＳＯＣよりも高く、かつ、第２ＳＯＣ´よりも低く設定されたＳＯＣであり、希釈器掃気モードでの消費電力量（希釈器掃気電力量）と、液滴掃気モードでの消費電力量（液滴掃気電力量）と、停止直後凍結防止モードでの消費電力量（停止直後凍結防止電力量）と、その後にシステムを１回起動するために必要な起動１回分電力量と、に基づいて設定される。
【００６９】
そして、ＥＣＵ７０は、ＯＦＦ時のＳＯＣが最低ＳＯＣ未満である場合（ＳＯＣ＜最低ＳＯＣ）、ＥＣＵ７０はいずれの掃気パターンで掃気することもできず、かつ、システムを起動できないと（掃気・起動不可）と判定するように設定されている。
【００７０】
また、ＥＣＵ７０は、ＯＦＦ時のＳＯＣが、最低ＳＯＣ以上であり、かつ、第３ＳＯＣ´未満である場合（最低ＳＯＣ≦ＳＯＣ＜第３ＳＯＣ´）、希釈器掃気モード、及び、液滴掃気モードを実行し、乾燥掃気モード、及び、停止直後凍結防止モードを実行しない掃気パターンＥを選択するように設定されている。この場合、システムを１回のみ起動可能と判定するように設定されている。
【００７１】
さらに、ＥＣＵ７０は、ＯＦＦ時のＳＯＣが、第３ＳＯＣ´以上であり、かつ、第２ＳＯＣ´未満である場合（第３ＳＯＣ´≦ＳＯＣ＜第２ＳＯＣ´）、希釈器掃気モード、液滴掃気モード、及び、停止直後凍結防止モードを実行し、乾燥掃気モードを実行しない掃気パターンＤを選択するように設定されている。この場合、システムを１回のみ起動可能と判定するように設定されている。
【００７２】
さらにまた、ＥＣＵ７０は、ＯＦＦ時のＳＯＣが、第２ＳＯＣ´以上であり、かつ、第１ＳＯＣ´未満である場合（第２ＳＯＣ´≦ＳＯＣ＜第１ＳＯＣ´）、希釈器掃気モード、液滴掃気モード、及び、停止直後凍結防止モードを実行し、乾燥掃気モードを実行しない掃気パターンＤを選択するように設定されている。この場合、システムを２回起動可能と判定するように設定されている。
【００７３】
また、ＥＣＵ７０は、ＯＦＦ時のＳＯＣが、第１ＳＯＣ´以上である場合（第１ＳＯＣ´≦ＳＯＣ）、希釈器掃気モード、液滴掃気モード、乾燥掃気モード、及び、停止直後凍結防止モードを実行する掃気パターンＣを選択するように設定されている。この場合、システムを２回起動可能と判定するように設定されている。
【００７４】
すなわち、停止直後凍結の虞があるケースにおいて、バッテリ５４のＳＯＣを確保する優先度は、「希釈器掃気モード、液滴掃気モード、及び、システム１回起動」、「停止直後凍結防止モード」、「システム２回起動」、「乾燥掃気モード」の順で設定されている（図５参照）。
【００７５】
≪燃料電池システムの動作≫
次に、燃料電池システム１の動作と共に、その運転方法について、図６を主に参照して説明する。
なお、初期状態において、ＩＧ６１はＯＮされており、燃料電池システム１は作動、つまり、燃料電池スタック１０は発電している。また、前回起動時における燃料電池スタック１０の温度Ｔ１（図３参照）は、ＥＣＵ７０に記憶されている。そして、燃料電池自動車（燃料電池システム１）を停止させるため、運転者によりＩＧ６１がＯＦＦされると、図６に示す処理が開始する。
【００７６】
ステップＳ１０１において、ＥＣＵ７０は、コンタクタ５３をＯＦＦし、燃料電池スタック１０の発電を停止する。これと共に、ＥＣＵ７０は、遮断弁２２を閉じ、水素タンク２１からアノード流路１２への水素供給を停止する。
【００７７】
ステップＳ１０２において、ＥＣＵ７０は、ＳＯＣセンサ５５から入力される現在（ＯＦＦ時）のＳＯＣが、最低ＳＯＣ以上であるか否か判定する。
現在のＳＯＣが最低ＳＯＣ以上であると判定した場合（Ｓ１０２・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ１０４に進む。このように進む場合は、少なくとも後記する希釈器掃気モード（Ｓ１０７）及び液滴掃気モード（Ｓ１１１）を実行可能であると共に、燃料電池システム１を少なくとも１回起動可能であると判定される場合である。
一方、現在のＳＯＣが最低ＳＯＣ以上でないと判定した場合（Ｓ１０２・Ｎｏ）、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ１０３に進む。
【００７８】
ステップＳ１０３において、ＥＣＵ７０は、警告ランプ（図示しない）を点灯させ、現在のＳＯＣが最低ＳＯＣ以上でないため、燃料電池スタック１０を掃気できず、また、燃料電池システム１を再起動できないことを、運転者に報知する。このように報知された場合、運転者は家庭用電源等からバッテリ５４に充電し、バッテリ５４のＳＯＣを回復させることが好ましい。そして、ＳＯＣが回復したと判定された場合、ＥＣＵ７０の処理がステップＳ１０４に進むような構成としてもよい。
【００７９】
その他、最低ＳＯＣ以上でなかったとしても、バッテリ５４を電源としてコンプレッサ３１を作動させ、停止直後凍結防止モード（Ｓ１０８）、希釈器掃気モード（Ｓ１０５、Ｓ１０６）、液滴掃気モード（Ｓ１１１）、乾燥掃気モード（Ｓ１１３）を適宜に実行する構成としてもよい。このように希釈器掃気モード等を実行すれば、バッテリ５４が過放電してしまい、その劣化が進むが、高濃度の水素が排出されることを防止すると共に、燃料電池スタック１０の凍結を防止できる。
【００８０】
ステップＳ１０４において、ＥＣＵ７０は、ＩＧ６１のＯＮ時の温度Ｔ１と、ＯＦＦ時の温度Ｔ１と、図２（ａ）とに基づいて、停止直後凍結、つまり、この後、直ちに、燃料電池スタック１０が凍結する虞があるか否か判定する。
直ちに凍結する虞があると判定した場合（Ｓ１０４・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ３００に進む。一方、直ちに凍結する虞はないと判定した場合（Ｓ１０４・Ｎｏ）、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ２００に進む。
このような判定方法の他、例えば、外気温度センサ（図示しない）から入力される外気温度が、凍結する虞のない所定温度（例えば１０℃）以上である場合や、内部クロックから求められる現在の季節（月）が、凍結する虞のある冬（例えば１１〜３月）以外である場合、ＥＣＵ７０は、その後直ちに凍結する虞はない、と判定する構成としてもよい。
【００８１】
ステップＳ２００において、ＥＣＵ７０は、燃料電池スタック１０が停止直後凍結する虞はない場合における掃気パターンＡ〜Ｂを設定する（図４参照）。具体的な設定処理は、後で説明する。その後、ＥＣＵ７０の処理は、ステップＳ１０５に進む。
【００８２】
ステップＳ１０５において、ＥＣＵ７０は、燃料電池システム１を希釈器掃気モードで作動させる。具体的には、ＥＣＵ７０は、コンプレッサ３１を作動させると共に、背圧弁３３を開き、コンプレッサ３１からの掃気ガスを、カソード流路１３等を介して希釈器３４内に導入する。これにより、システム停止前（ＩＧ６１のＯＦＦ前）に、パージ弁２７が開かれ、希釈器３４内にパージされた水素が残留していたとしても、希釈器３４内に導入される掃気ガスによって希釈され、高濃度の水素がそのまま車外に排出されることは防止される。また、このように導入される掃気ガスによって、希釈器３４内の水分が押し出され、希釈器３４が掃気される。
【００８３】
所定時間経過後、ＥＣＵ７０は希釈器掃気モードでの運転を終了させる。そして、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ１０９に進む。なお、希釈器掃気モードを実行する前記所定時間は、事前試験等により求められ、ＥＣＵ７０に予め記憶されている。
【００８４】
ステップＳ３００において、ＥＣＵ７０は、燃料電池スタック１０が停止直後凍結する虞がある場合における掃気パターンＣ〜Ｅを設定する（図５参照）。具体的な設定処理は、後で説明する。その後、ＥＣＵ７０の処理は、ステップＳ１０６に進む。
【００８５】
ステップＳ１０６において、ＥＣＵ７０は、ステップＳ１０５と同様に、燃料電池システム１を希釈器掃気モードで作動させる。所定時間経過後、ＥＣＵ７０は希釈器掃気モードでの運転を終了させ、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ１０７に進む。
この他、直後凍結防止モードが選択される場合、この後、直後凍結防止モードで運転されることにより（Ｓ１０８）、希釈器３４に掃気ガスが導入され、希釈器３４が掃気されるので、希釈器掃気モード（Ｓ１０６）を省略する構成としてもよい。したがって、このように省略する構成とする場合、図５の第１ＳＯＣ´〜第３ＳＯＣ´は、希釈器掃気モードでの消費電力量を減じたＳＯＣに設定すればよい。
【００８６】
ステップＳ１０７において、ＥＣＵ７０は、停止直後凍結モードが選択されているか否か判定する。ここで、ステップＳ３００に係る掃気パターンの設定処理において、停止直後凍結防止モードを含む掃気パターンＣ、Ｄが設定されている場合、停止直後凍結モードが選択されていると判定される。
停止直後凍結モードが選択されていると判定した場合（Ｓ１０７・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ１０８に進む。一方、凍結防止掃気モードが選択されていないと判定した場合（Ｓ１０７・Ｎｏ）、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ１０９に進む。
【００８７】
ステップＳ１０８において、ＥＣＵ７０は、直ちに、燃料電池システム１を停止直後凍結モードで作動させる。具体的には、ＥＣＵ７０は、コンプレッサ３１を作動させると共に、掃気ガス導入弁４１、掃気ガス排出弁２８及び背圧弁３３を開く。そうすると、コンプレッサ３１からの掃気ガスが、アノード流路１２及びカソード流路１３に導入され、アノード流路１２及びカソード流路１３に残留する水分（水蒸気、結露水等）が押し出される。これにより、燃料電池スタック１０の停止直後凍結は防止される。
【００８８】
所定時間経過後、ＥＣＵ７０は停止直後凍結モードでの作動を終了させる。そして、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ１０９に進む。なお、停止直後凍結モードを実行する前記所定時間は、事前試験等により求められ、ＥＣＵ７０に予め記憶されている。
【００８９】
この他、ＩＧ６１のＯＦＦ時における燃料電池スタック１０の温度Ｔ１に基づいて、直後に凍結する虞の程度を推定し、停止直後凍結モードの実行時間を設定する構成としてもよい。この構成の場合、燃料電池スタック１０の温度Ｔ１が低くなるほど、実行時間は長くなり、停止直後凍結モードにおける消費電力量が変化することになる。したがって、この構成の場合、設定された実行時間に基づいて、停止直後凍結モードでの消費電力量が算出され、算出された消費電力量に基づいて、第１ＳＯＣ〜第３ＳＯＣ´が設定される（図５参照）。これと同様に、ＯＦＦ時の温度Ｔ１に基づいて、希釈器掃気モード、液滴掃気モード、乾燥掃気モードでの消費電力量を算出し、第１ＳＯＣ等を設定してもよい。
【００９０】
ステップＳ１０９において、ＥＣＵ７０は、燃料電池スタック１０を掃気する必要があるか否か判定する。具体的には、温度センサ３５から入力される燃料電池スタック１０の温度Ｔ１が所定温度Ｔ０以下である場合、掃気は必要であると判定され、所定温度Ｔ０以下でない場合、掃気は必要でないと判定される。所定温度Ｔ０は、燃料電池スタック１０の温度Ｔ１がこの温度以下に下がると、燃料電池スタック１０内が凍結する虞があると判断される温度（例えば０℃）であり、事前試験等により求められ、ＥＣＵ７０に予め記憶されている。
【００９１】
そして、燃料電池スタック１０を掃気する必要があると判定した場合（Ｓ１０９・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ１１１に進む。一方、燃料電池スタック１０を掃気する必要がないと判定した場合（Ｓ１０９・Ｎｏ）、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ１１０に進む。
【００９２】
ステップＳ１１０において、ＥＣＵ７０は、内部クロックを利用して、ステップＳ１０９の判定の後、所定時間（例えば３０分〜１時間）経過したか否か判定する。
所定時間経過したと判定した場合（Ｓ１１０・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ１０９に進む。一方、所定時間経過していないと判定した場合（Ｓ１１０・Ｎｏ）、ＥＣＵ７０は、ステップＳ１１０の判定を繰り返す。
これにより、ステップＳ１０９の判定結果がＮｏであったとしても、所定時間経過毎に（Ｓ１１０・Ｙｅｓ）、ステップＳ１０９の判定処理が実行されるので、燃料電池スタック１０の凍結を防止できる。
【００９３】
ステップＳ１１１において、ＥＣＵ７０は、燃料電池システム１を液滴掃気モードで作動させる。具体的には、ＥＣＵ７０は、コンプレッサ３１を作動させると共に、掃気ガス導入弁４１、掃気ガス排出弁２８及び背圧弁３３を開き、コンプレッサ３１からの掃気ガスを、アノード流路１２及びカソード流路１３にそれぞれ導入する。そうすると、導入された掃気ガスが、アノード流路１２、カソード流路１３に残留する液滴（結露水等）を燃料電池スタック１０から押し出し、燃料電池スタック１０が掃気される。
【００９４】
所定時間経過後、ＥＣＵ７０は液滴掃気モードでの作動を終了させる。そして、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ１１２に進む。なお、液滴掃気モードを実行する前記所定時間は、事前試験等により求められ、ＥＣＵ７０に予め記憶されている。
【００９５】
ステップＳ１１２において、ＥＣＵ７０は、乾燥掃気モードが選択されているか否か判定する。ここで、ステップＳ２００、Ｓ３００のおける掃気パターンの設定処理において、乾燥掃気モードを含む掃気パターンＡ、Ｃが設定されている場合、乾燥掃気モードが選択されていると判定される。
乾燥掃気モードが選択されていると判定した場合（Ｓ１１２・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ１１３に進む。一方、乾燥掃気モードが選択されていないと判定した場合（Ｓ１１２・Ｎｏ）、ＥＣＵ７０の処理はＥＮＤに進み、システム停止時の制御処理を終了する。
【００９６】
ステップＳ１１３において、ＥＣＵ７０は、燃料電池システム１を乾燥掃気モードで作動させる。具体的には、ＥＣＵ７０は、コンプレッサ３１を作動させると共に、掃気ガス導入弁４１、掃気ガス排出弁２８及び背圧弁３３を開き、コンプレッサ３１からの掃気ガスを、アノード流路１２及びカソード流路１３にそれぞれ導入する。そうすると、電解質膜から浸み出し、多孔質体からなるアノード及びカソードに含まれる水分や、アノード及びカソードの表面に薄膜状で付着する水分が、アノード流路１２、カソード流路１３を通流する掃気ガスに、持ち去られ、アノード及びカソードの乾燥が進む。
【００９７】
所定時間経過後、ＥＣＵ７０は乾燥掃気モードでの作動を終了させる。そして、ＥＣＵ７０の処理はステップＥＮＤに進み、システム停止時の制御処理を終了する。なお、乾燥掃気モードを実行する前記所定時間は、事前試験等により求められ、ＥＣＵ７０に予め記憶されている。
【００９８】
＜掃気パターン設定処理Ｓ２００＞
次に、ステップＳ２００における掃気パターンの設定処理、つまり、停止直後凍結の虞がない場合における掃気パターンの設定処理の具体的内容について、図７を参照して説明する。
ステップＳ２０１において、ＥＣＵ７０は、ＳＯＣセンサ５５から入力される現在のＳＯＣが、第１ＳＯＣ以上であるか否か判定する。
現在のＳＯＣが第１ＳＯＣ以上である場合（Ｓ２０１・Ｙｅｓ）、乾燥掃気モードを実行可能と判定し、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ２０２に進む。一方、現在のＳＯＣが第１ＳＯＣ以上でない場合（Ｓ２０１・Ｎｏ）、乾燥掃気モードを実行不可と判定し、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ２０３に進む。
【００９９】
ステップＳ２０２において、ＥＣＵ７０は、掃気パターンＡ（図４参照）を設定する。その後、ＥＣＵ７０の処理は、ＥＮＤを経由して、図６のステップＳ１０５に進む。
【０１００】
ステップＳ２０３において、ＥＣＵ７０は、現在のＳＯＣが第２ＳＯＣ以上であるか否か判定する。
現在のＳＯＣが第２ＳＯＣ以上である場合（Ｓ２０３・Ｙｅｓ）、この後、燃料電池システム１を２回起動可能あると判定し、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ２０４に進む。一方、現在のＳＯＣが第２ＳＯＣ以上でない場合（Ｓ２０３・Ｎｏ）、この後、燃料電池システム１を１回のみ起動可能であると判定し、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ２０５に進む。
【０１０１】
ステップＳ２０４において、ＥＣＵ７０は、掃気パターンＢ（図４参照）を設定する。その後、ＥＣＵ７０の処理は、ＥＮＤを経由して、図６のステップＳ１０５に進む。
【０１０２】
ステップＳ２０５において、ＥＣＵ７０は、掃気パターンＢ（図４参照）を設定する。
ステップＳ２０６において、ＥＣＵ７０は、燃料電池システム１を１回のみ起動可能であることを運転者に報知するため、起動ランプ（図示しない）を点灯させる。そして、次回起動後において、運転ランプが点灯していることを検知した運転者は、バッテリ５４のＳＯＣが低いので、仮にＩＧ６１を直ちにＯＦＦした場合、その後、システムを起動できないと認識できる。
その他、ＩＧ６１がＯＮされ、燃料電池システム１が起動した後、ＩＧ６１が直ちにＯＦＦされたとしても、バッテリ５４の充電が完了するまで、燃料電池スタック１０の発電を停止しない構成としてもよい。
その後、ＥＣＵ７０の処理は、ＥＮＤを経由して、図６のステップＳ１０５に進む。
【０１０３】
＜掃気パターン設定処理Ｓ３００＞
次に、ステップＳ３００における掃気パターンの設定処理、つまり、停止直後凍結の虞がある場合における掃気パターンの設定処理の具体的内容について、図８を参照して説明する。
ステップＳ３０１において、ＥＣＵ７０は、ＳＯＣセンサ５５から入力される現在のＳＯＣが、第１ＳＯＣ´以上であるか否か判定する。
現在のＳＯＣが第１ＳＯＣ´以上である場合（Ｓ３０１・Ｙｅｓ）、乾燥掃気モードを実行可能と判定し、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ３０２に進む。一方、現在のＳＯＣが第１ＳＯＣ´以上でない場合（Ｓ３０１・Ｎｏ）、乾燥掃気モードを実行不可と判定し、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ３０３に進む。
【０１０４】
ステップＳ３０２において、ＥＣＵ７０は、掃気パターンＣ（図５参照）を設定する。その後、ＥＣＵ７０の処理は、ＥＮＤを経由して、図６のステップＳ１０６に進む。
【０１０５】
ステップＳ３０３において、ＥＣＵ７０は、現在のＳＯＣが第２ＳＯＣ´以上であるか否か判定する。
現在のＳＯＣが第２ＳＯＣ´以上である場合（Ｓ３０３・Ｙｅｓ）、この後、燃料電池システム１を２回起動可能あると判定し、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ３０４に進む。一方、現在のＳＯＣが第２ＳＯＣ´以上でない場合（Ｓ３０３・Ｎｏ）、この後、燃料電池システム１を１回のみ起動可能であると判定し、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ３０５に進む。
【０１０６】
ステップＳ３０４において、ＥＣＵ７０は、掃気パターンＤ（図５参照）を設定する。その後、ＥＣＵ７０の処理は、ＥＮＤを経由して、図６のステップＳ１０６に進む。
【０１０７】
ステップＳ３０５において、ＥＣＵ７０は、現在のＳＯＣが第３ＳＯＣ´以上であるか否か判定する。
現在のＳＯＣが第３ＳＯＣ´以上である場合（Ｓ３０５・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ３０６に進む。一方、現在のＳＯＣが第３ＳＯＣ´以上でない場合（Ｓ３０５・Ｎｏ）、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ３０８に進む。
【０１０８】
ステップＳ３０６において、ＥＣＵ７０は、掃気パターンＤ（図５参照）を設定する。
ステップＳ３０７において、ＥＣＵ７０は、図７のステップＳ２０６と同様に、燃料電池システム１を１回のみ起動可能であることを運転者に報知するため、起動ランプ（図示しない）を点灯させる。
その後、ＥＣＵ７０の処理は、ＥＮＤを経由して、図６のステップＳ１０６に進む。
【０１０９】
ステップＳ３０８において、ＥＣＵ７０は、掃気パターンＥ（図５参照）を設定する。
その後、ＥＣＵ７０の処理は、ステップＳ３０７に進む。
【０１１０】
≪燃料電池システムの効果≫
このような燃料電池システム１によれば、次の効果を得る。
ＩＧ６１ＯＦＦ時（システム停止時）のＳＯＣが、第１ＳＯＣ又は第１ＳＯＣ´未満であっても、ＯＦＦ時のＳＯＣに対応して、掃気パターンを選択、つまり、掃気モード（希釈器掃気モード、液滴掃気モード、乾燥掃気モード、停止直後凍結防止モード）を選択して実行するので、ＯＦＦ時のＳＯＣに対応した掃気モードで掃気しつつ、システムが起動不能となることを防止できる。
【０１１１】
また、掃気・起動の可否の最低判定基準である最低ＳＯＣは、希釈器掃気モード及び液滴掃気モードの消費電力量と、システム１回起動分の起動１回分電力量とに基づいて設定されるので、ＯＦＦ時のＳＯＣが最低ＳＯＣ以上である場合、希釈器掃気モードでの作動により、希釈器３４内の水素を希釈し、液滴掃気モードでの作動により、燃料電池スタック１０内の液滴を除去し、凍結を防止しつつ、システム１回起動分のＳＯＣを確保できる。
【０１１２】
さらに、ＯＦＦ時のＳＯＣに対応して、システムの起動可能回数（１回又は２回）を適切に選択できる。すなわち、ＳＯＣが少ない場合、システムの起動可能回数を２回から１回に減らしつつ、燃料電池スタック１０の掃気を優先的に実行できる。
【０１１３】
さらにまた、ＩＧ６１のＯＦＦ直後、燃料電池スタック１０が直ちに凍結する虞がある場合において、ＳＯＣが第３ＳＯＣ´未満であるとき、直後凍結防止モードを実行しないので、システムが起動不可となることを防止できる。
【０１１４】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、例えば次のように変更することができる。
【０１１５】
前記した実施形態では、発電開始時の温度Ｔ１と発電停止時の温度Ｔ１とに基づいて、停止直後凍結の虞があるか否か判定する構成を例示したが、その他に例えば、発電開始時の温度Ｔ１と、発電停止時までの燃料電池スタック１０の積算発電量、積算発熱量等とに基づいて、停止直後凍結の虞があるか否か判定する構成でもよい。
【０１１６】
前記した実施形態に係る掃気モード（希釈器掃気モード等）に加えて、例えば、発電停止から所定時間（例えば１．５時間）経過した場合、前記した液滴掃気モードよりも少ない流量の掃気ガスで、アノード流路１２の水蒸気を掃気しつつ、空気に置換する空気置換掃気モードを備える構成としてもよい。このように空気置換掃気モードを備える場合、空気置換掃気モードを実行する際の消費電力量に基づいて、第１ＳＯＣ等を設定すればよい。
【０１１７】
前記した実施形態では、燃料電池自動車に搭載された燃料電池システム１に、本発明を適用した場合を例示したが、その他に例えば、自動二輪車、列車、船舶に搭載された燃料電池システム、家庭用や業務用の据え置き型の燃料電池システムや、給湯システムに組み込まれた燃料電池システムに適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】本実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す図である。
【図２】（ａ）は、ＩＧのＯＦＦ直後、燃料電池スタック１０内が凍結するか否か判定する際に参照するマップであり、（ｂ）〜（ｄ）は、（ａ）を展開したものである。
【図３】発電開始時から発電停止時までのＩＧ、コンタクタ、燃料電池スタックの温度Ｔ１のタイムチャートである。
【図４】停止直後凍結の虞がないケースにおいて、ＳＯＣと、システムの起動可否と、掃気のパターンとの関係を示す図である。
【図５】停止直後凍結の虞があるケースにおいて、ＳＯＣと、システムの起動可否と、掃気のパターンとの関係を示す図である。
【図６】本実施形態に係る燃料電池システムの動作を示すフローチャートである。
【図７】図６の掃気パターン設定処理Ｓ２００の内容を示すフローチャートである。
【図８】図６の掃気パターン設定処理Ｓ３００の内容を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１１９】
１      燃料電池システム
１０    燃料電池スタック（燃料電池）
１１    単セル（燃料電池）
２８    掃気ガス排出弁（掃気手段）
３１    コンプレッサ（掃気手段）
３３    背圧弁（掃気手段）
４１    掃気ガス導入弁（掃気手段）
５４    バッテリ
５５    ＳＯＣセンサ（ＳＯＣ検出手段）
７０    ＥＣＵ（掃気手段、起動可否判定手段、乾燥モード可否判定手段）
【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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