(57)【要約】【課題】効率的に掃気を行うことができる燃料電池システムおよび燃料電池システムの運転方法を提供する。【解決手段】燃料電池１０の温度Ｔを代替して検出する温度センサ７３〜７６を備えている。温度センサ７３〜７６は、それぞれ、駆動系冷媒、駆動モータ５１ａ、エアコンプレッサ３１、蓄電装置６１の温度Ｔｗ，Ｔｍ，Ｔａ，Ｔｂを検出する。温度Ｔｗ，Ｔｍ，Ｔａ，Ｔｂのいずれかが所定値Ａ以下になった場合には、駆動系ウォータポンプ５３を所定時間駆動して駆動系冷媒を循環させる。そして、駆動系冷媒を所定時間駆動させた後、温度Ｔｗ，Ｔｍ，Ｔａ，Ｔｂのいずれかが所定値Ａよりも低い所定値Ｂ以下になった場合、掃気を実施する。【選択図】図１
2010061907.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応ガスが供給されて発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池の内部に掃気ガスを導入して掃気制御を行う掃気手段と、
前記燃料電池に掃気ガスを供給するコンプレッサと、
少なくとも前記コンプレッサに駆動系冷媒を循環させる駆動系冷媒循環手段と、
前記駆動系冷媒の温度を取得する駆動系冷媒温度取得手段と、
前記駆動系冷媒の温度が所定閾値以下となったときに掃気実行判定を行う掃気実行判定手段と、を有し、
前記駆動系冷媒の温度が所定閾値以下になった際に前記駆動系冷媒循環手段を所定時間駆動させ、駆動完了状態においても前記駆動系冷媒の温度が所定閾値以下である場合には掃気を実行することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記駆動系冷媒温度取得手段を複数有し、いずれかの駆動系冷媒温度取得手段により取得された前記駆動系冷媒の温度が所定閾値以下になった際に前記駆動系冷媒循環手段を所定時間駆動させ、駆動完了状態においても、いずれかの前記駆動系冷媒温度取得手段により取得された温度が所定閾値以下である場合には掃気を実行す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】
前記駆動系冷媒温度取得手段により取得された前記駆動系冷媒の温度が所定閾値以下になった際に駆動される前記駆動系冷媒循環手段の駆動時間を、駆動を繰り返す毎に長くすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記掃気手段および前記駆動系冷媒循環手段に電力を供給する蓄電装置と、
前記蓄電装置の残容量を検出する残容量検出手段と、を備え、
前記蓄電装置の残容量が前記掃気手段による掃気に必要な電力以下になると予測される場合には、前記駆動完了状態において前記駆動系冷媒の温度が所定閾値以下とならない場合でも掃気を実行することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項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て発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池の内部に掃気ガスを導入して掃気制御を行う掃気手段と、
前記燃料電池に掃気ガスを供給するコンプレッサと、
少なくとも前記コンプレッサに駆動系冷媒を循環させる駆動系冷媒循環手段と、
前記駆動系冷媒の温度を取得する駆動系冷媒温度取得手段と、を備え、
前記駆動系冷媒の温度が所定閾値以下となったときに掃気実行判定を行う燃料電池システムの運転方法において、
前記駆動系冷媒の温度が所定閾値以下になった際に前記駆動系冷媒循環手段を所定時間駆動させ、駆動完了状態においても前記駆動系冷媒の温度が所定閾値以下である場合には掃気を実行することを特徴とする燃料電池システムの運転方法。
【請求項６】
前記駆動系冷媒温度取得手段を複数有し、いずれかの駆動系冷媒温度取得手段により検出された前記駆動系冷媒の温度が所定閾値以下になった際に前記駆動系冷媒循環手段を所定時間駆動させ、駆動完了状態においても、いずれかの前記駆動系冷媒温度取得手段により取得された温度が所定閾値以下である場合には掃気を実行することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項７】
前記駆動系冷媒温度取得手段により取得された前記駆動系冷媒の温度が所定閾値以下になった際に駆動される前記駆動系冷媒循環手段の駆動時間を、駆動を繰り返す毎に長くすることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項８】
前記掃気手段および前記駆動系冷媒循環手段に電力を供給する蓄電装置と、
前記蓄電装置の残容量を検出する残容量検出手段と、を備え、
前記蓄電装置の残容量が前記掃気手段による掃気に必要な電力以下になると予測される場合には、前記駆動完了状態において前記駆動系冷媒の温度が所定閾値以下とならない場合でも掃気を実行することを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の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、発電停止後に燃料電池を掃気する制御を行う燃料電池システムおよび燃料電池システムの運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムでは、燃料電池システムを寒冷地や冬季などの低温環境下で使用すると、発電停止後に発電時の生成水が凍結するという問題がある。そこで、この種の燃料電池システムでは、発電停止後に燃料電池内に掃気ガスを導入して燃料電池内の生成水を排出する掃気制御を行う必要がある。例えば、燃料電池内に残留している水分をできるだけ多く排出するために、燃料電池の温度が所定温度閾値以下まで低下したときに掃気を行う技術が提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００７−３５３８９号公報（段落００５１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、燃料電池や燃料電池周辺の補機は、システム停止中においてウォータポンプが停止しているため、その設置環境や熱マスなどの影響により、温度にバラツキが生じる。このようなバラツキのあるシステムでは、温度センサが温度の比較的低い箇所に設置されると、温度センサの検出値が掃気実行閾値以下になった場合、掃気実行閾値以下になっていない箇所があるにもかかわらず掃気が実行されることになる。すなわち、燃料電池の膜（ＭＥＡ；膜電極接合体）は温度が高いほど生成水の含水率が高くなるので、そのような状態で掃気しても液滴として排出される量が少ないという問題がある。また、温度が高い状態で掃気された部分は、掃気後の発電停止中に温度が低下することにより再び結露が発生するという問題がある。
【０００４】
本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、効率的に掃気を行うことができる燃料電池システムおよび燃料電池システムの運転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】
【０００５】
請求項１に係る発明は、反応ガスが供給されて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池の内部に掃気ガスを導入して掃気制御を行う掃気手段と、前記燃料電池に掃気ガスを供給するコンプレッサと、少なくとも前記コンプレッサに駆動系冷媒を循環させる駆動系冷媒循環手段と、前記駆動系冷媒の温度を取得する駆動系冷媒温度取得手段と、前記駆動系冷媒の温度が所定閾値以下となったときに掃気実行判定を行う掃気実行判定手段と、を有し、前記駆動系冷媒の温度が所定閾値以下になった際に前記駆動系冷媒循環手段を所定時間駆動させ、駆動完了状態においても前記駆動系冷媒の温度が所定閾値以下である場合には掃気を実行することを特徴とする。
また、請求項５に係る発明は、反応ガスが供給されて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池の内部に掃気ガスを導入して掃気制御を行う掃気手段と、前記燃料電池に掃気ガスを供給するコンプレッサと、少なくとも前記コンプレッサに駆動系冷媒を循環させる駆動系冷媒循環手段と、前記駆動系冷媒の温度を取得する駆動系冷媒温度取得手段と、を備え、前記駆動系冷媒の温度が所定閾値以下となったときに掃気実行判定を行う燃料電池システムの運転方法において、前記駆動系冷媒の温度が所定閾値以下になった際に前記駆動系冷媒循環手段を所定時間駆動させ、駆動完了状態においても前記駆動系冷媒の温度が所定閾値以下である場合には掃気を実行することを特徴とする。
なお、掃気実行判定を行う所定閾値および駆動系冷媒循環手段を所定時間駆動させる所定閾値と、掃気を実行する所定閾値とは、同じに設定されてもよく、あるいは前者の所定閾値よりも後者の所定閾値が低く設定されてもよい。
【０００６】
請求項１および請求項５に係る発明によれば、従来の燃料電池システムでは燃料電池の周辺の一部分の温度が低くなったら直ちに掃気を行っていたため、無駄に掃気を実行してしまうことがあったが、本発明の手法により燃料電池の温度を代替して駆動系冷媒の温度が全体的に低くなってから掃気が実行されるので、掃気回数低減による消費エネルギの削減に効果がある。
しかも、システム停止中にコンプレッサを含む駆動系冷媒循環手段を駆動させることによって駆動系デバイスを冷やしておくことが可能となるため、駆動系デバイスの耐久性および性能の向上が図れるだけなく、コンプレッサが冷えた状態で掃気を開始できるため、コンプレッサから吐出される掃気ガスの体積流量をコンプレッサが熱い状態で掃気が開始される場合よりも増加させることが可能となり、掃気性能も向上する。
【０００７】
請求項２および請求項６に係る発明は、前記駆動系冷媒温度取得手段を複数有し、いずれかの駆動系冷媒温度取得手段により取得された前記駆動系冷媒の温度が所定閾値以下になった際に前記駆動系冷媒循環手段を所定時間駆動させ、駆動完了状態においても、いずれかの前記駆動系冷媒温度取得手段により取得された温度が所定閾値以下である場合には掃気を実行することを特徴とする。
【０００８】
請求項２および請求項６に係る発明によれば、複数の駆動系冷媒温度取得手段（温度センサ）で検出し、駆動系冷媒循環手段の駆動後もいずれかの駆動系冷媒温度取得手段により取得された温度が所定閾値以下となった場合に掃気を実行するため、このような掃気を遅らせるような制御を行ったとしても、ＭＥＡ等で水分が凍結してしまうことを防止できる。
【０００９】
請求項３および請求項７に係る発明は、前記駆動系冷媒温度取得手段により取得された前記駆動系冷媒の温度が所定閾値以下になった際に駆動される前記駆動系冷媒循環手段の駆動時間を、駆動を繰り返す毎に長くすることを特徴とする。
【００１０】
請求項３および請求項７に係る発明によれば、駆動系冷媒温度取得手段の部分の冷媒とその他の部分の冷媒との温度差が小さい状況でも駆動系冷媒循環手段の駆動時間を長くすることにより、駆動系冷媒の温度を均一化することができ、駆動系冷媒がより低温となるまで掃気を遅らせることが可能になる。
【００１１】
請求項４および請求項８に係る発明は、前記掃気手段および前記駆動系冷媒循環手段に電力を供給する蓄電装置と、前記蓄電装置の残容量を検出する残容量検出手段と、を備え、前記蓄電装置の残容量が前記掃気手段による掃気に必要な電力以下になると予測される場合には、前記駆動完了状態において前記駆動系冷媒の温度が所定閾値以下とならない場合でも掃気を実行することを特徴とする。
【００１２】
請求項４および請求項８に係る発明によれば、蓄電装置の残容量が掃気を行えないほど低下するのを防止でき、確実に掃気を行うことが可能になるため、低温起動性を確保することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、効率的な掃気を行うことができる燃料電池システムおよび燃料電池システムの運転方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は本実施形態の燃料電池システムを示す全体構成図、図２は各種温度センサの温度推移を示すグラフ、図３は本実施形態の燃料電池システムにおける掃気制御を示すフローチャート、図４は温度変化に応じた駆動系ウォータポンプの制御と掃気判断を示すタイムチャートである。なお、以下では、本実施形態の燃料電池システム１を燃料電池自動車（車両）に搭載した場合を例に挙げて説明するが、車両に限定されるものではなく、船舶、航空機などの移動体、または家庭用電源などの定置式のものなどあらゆるものに適用できる。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態の燃料電池システム１は、燃料電池（ＦＣ；Fuel Cell）１０、アノード系２０、カソード系３０、燃料電池冷却系４０、駆動デバイス冷却系５０、高電圧系６０、制御系７０などを含んで構成されている。
【００１６】
前記燃料電池１０は、例えば、固体高分子からなる電解質膜１１をアノード１２とカソード１３で挟んで膜電極接合体（ＭＥＡ；Membrane Electrode Assembly）を構成し、この膜電極接合体を導電性のセパレータ（図示せず）で挟んでなる単セルを厚み方向に複数積層した構造を有している。また、セパレータには、アノード１２に対向する面に水素（反応ガス、燃料ガス）が流通する流路が形成され、カソード１３に対向する面に空気（反応ガス、酸化剤ガス）が流通する流路が形成されている。また、セパレータには、燃料電池１０を冷却する冷媒（ＦＣ系冷媒）が流通する流路（図示せず）が形成されている。
【００１７】
前記アノード系２０は、高純度の水素が高圧で充填された水素タンク、電磁作動式の遮断弁、減圧弁などで構成された水素供給システム２１を有している。遮断弁が開弁されることにより水素タンクから水素が放出され、減圧弁で所定圧力に減圧された水素が配管２１ａを通って燃料電池１０のアノード１２に供給される。なお、アノード系２０は、燃料電池１０のアノード１２から排出された未反応の水素を再びアノード１２に戻すエゼクタ（図示せず）を備えた循環流路２２、アノード内を含む循環流路に蓄積した不純物（窒素など）を排出するパージ弁２３などを備えている。
【００１８】
前記カソード系３０は、エアコンプレッサ（コンプレッサ）３１、エア導入配管３２、エア導入弁３３などを含んで構成されている。エアコンプレッサ３１は、例えばモータで駆動される過給器であり、外部から取り込まれた空気を圧縮して燃料電池１０のカソード１３に供給する機能を有し、配管３１ａを介して燃料電池１０のカソードと接続されている。エア導入配管３２は、エアコンプレッサ３１からの空気をアノード１２に供給する流路であり、燃料電池１０の上流側において配管２１ａと配管３１ａとが接続されている。また、エア導入弁３３は、エア導入配管３２の流路を開閉する遮断弁である。なお、カソード系３０には、エアコンプレッサ３１から供給される空気を加湿する加湿器（図示せず）、カソードに供給される空気圧を調節する背圧制御弁３４などが設けられている。
【００１９】
前記燃料電池冷却系４０は、発電時における燃料電池１０を適宜冷却する機能を有し、燃料電池系（ＦＣ系）ラジエータ４１、ＦＣ系ウォータポンプ（ＦＣ系Ｗ／Ｐ）４２、配管４３ａ〜４３ｃなどを含んで構成されている。
【００２０】
前記ＦＣ系ラジエータ４１は、燃料電池１０によって温められたＦＣ系冷媒に対して放熱する機能を有し、配管４３ａを介して燃料電池１０の冷媒の出口と接続されている。
【００２１】
前記ＦＣ系ウォータポンプ４２は、ＦＣ系冷媒を循環させる機能を有し、後記するＥＣＵ（Electronic Control Unit；電子制御装置）７１によってモータの回転速度が制御される。また、ＦＣ系ウォータポンプ４２は、配管４３ｂを介して燃料電池１０の冷媒の入口と接続され、配管４３ｃを介してＦＣ系ラジエータ４１の出口と接続されている。
【００２２】
前記駆動デバイス冷却系５０は、駆動系デバイスを適宜冷却する機能を有し、駆動系ラジエータ５２、駆動系ウォータポンプ（駆動系Ｗ／Ｐ）５３、配管５４ａ〜５４ｃなどを含んで構成されている。なお、駆動系デバイスとしては、例えば、走行用の駆動モータ５１ａ、燃料電池１０から取り出す電力を制御するＶＣＵ（Voltage Control Unit；電圧制御装置）５１ｂ、エアコン（Airconditioner）用のインバータ５１ｃ、エアコンプレッサ３１を挙げることができる。なお、駆動モータ５１ａ、ＶＣＵ５１ｂ、インバータ５１ｃおよびエアコンプレッサ３１は、それぞれ駆動系冷媒が流通する流路を備えており、駆動系ラジエータ５２によって放熱された駆動系冷媒によって冷却されるように構成されている。
【００２３】
前記駆動系ラジエータ５２は、駆動系デバイスによって温められた駆動系冷媒に対して放熱する機能を有し、配管５４ａを介して駆動系デバイスの各出口と接続され、配管５４ｂを介して駆動系ウォータポンプ５３と接続されている。
【００２４】
前記駆動系ウォータポンプ５３は、駆動系冷媒を循環させる機能を有し、後記するＥＣＵ７１によってモータの回転速度が制御される。また、駆動系ウォータポンプ５３は、配管５４ｃを介して駆動系デバイスの各入口と接続されている。
【００２５】
前記高電圧系６０は、蓄電装置６１、残容量センサ６２などを含んで構成されている。
【００２６】
前記蓄電装置６１は、例えばリチウムイオン、ニッケル水素、キャパシタなど高電圧のもので構成され、燃料電池１０からの発電電力を受けて充電可能であると共に放電可能なものである。
【００２７】
前記残容量センサ６２は、例えば電流計および電圧計で構成され、蓄電装置６１に蓄積されている残容量（充電量）を検出するセンサである。なお、蓄電装置６１の残容量は、例えばＳＯＣ（State Of Charge）で表されるが、ＳＯＣの計算は後記するＥＣＵ７１によって行われる。
【００２８】
なお、図示していないが、燃料電池１０とＶＣＵ５１ｂとの間、蓄電装置６１とＶＣＵ５１ｂとの間には、それぞれ電気的に接続および遮断を行うコンタクタが設けられている。
【００２９】
前記制御系７０は、ＥＣＵ７１、温度センサ７２〜７６などを含んで構成されている。温度センサ７２は、燃料電池１０内を流れるＦＣ系冷媒の温度を検出する機能を有し、例えば、燃料電池１０内のＦＣ系冷媒の出口に接続された配管４３ａに設けられている。温度センサ７３は、駆動系デバイスを流れる駆動系冷媒の温度を検出する機能を有し、駆動系デバイスの出口に接続された配管５４ａに設けられている。温度センサ７４は、駆動モータ５１ａの温度を検出する機能を有している。温度センサ７５は、エアコンプレッサ３１の外気導入側の配管３１ｂに設けられている。温度センサ７６は、蓄電装置６１の温度を検出する機能を有する。
【００３０】
なお、本実施形態の燃料電池システム１では、一点鎖線Ｒで囲まれているように、ＦＣ系冷媒の温度を検出する温度センサ７２の位置が、温度センサ７３〜７６の位置と近い位置となるように構成されている。したがって、図２に示すように、温度センサ７２から得られるＦＣ系冷媒の温度をＴ、温度センサ７３から得られる駆動系冷媒の温度をＴｗ、温度センサ７４から得られる駆動モータ５１ａの温度をＴｍ、温度センサ７５から得られるエアコンプレッサ３１に導入されるエアの温度をＴａ、温度センサ７６から得られる蓄電装置６１の温度をＴｂとしたときに、イグニッションスイッチがオフ（ＩＧ−ＯＦＦ）にされてからの温度Ｔｗ，Ｔｍ，Ｔａ，Ｔｂの温度推移が、温度Ｔの温度推移と近似した温度推移となることがわかる。よって、ＦＣ系冷媒の温度Ｔを代替して温度Ｔｗ，Ｔｍ，Ｔａ，Ｔｂを用いることができる。
【００３１】
また、図１に示すように、本実施形態の燃料電池システム１では、ＦＣ系ラジエータ４１と駆動系ラジエータ５２とが車両の前部において車両前後方向に重ねて配置され、車速風（走行風）が駆動系ラジエータ５２を通り、駆動系ラジエータ５２を通過した車速風がさらにＦＣ系ラジエータ４１を通るように構成されている。
【００３２】
前記ＥＣＵ７１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、プログラムなどが記録されたＲＯＭ（Read Only Memory）などで構成され、掃気手段および掃気実行判定手段を備えている。なお、掃気手段は、エアコンプレッサ３１、エア導入配管３２、エア導入弁３３、ＥＣＵ７１により構成されている。なお、掃気実行判定手段は、燃料電池１０の温度を代替する温度が所定閾値（後記する所定値Ａ）以下となった際に掃気実行判定を開始し、燃料電池１０の温度が所定閾値（後記する所定値Ｂ）以下であると判定された場合に掃気を実行する機能を有する。
【００３３】
次に、本実施形態の燃料電池システム１の動作について図３（適宜、図１）を参照して説明する。なお、燃料電池システム１の運転時においては、エア導入弁３３が閉じられており、水素供給システム２１に設けられた図示しない遮断弁が開弁されて燃料電池１０のアノード１２に水素が供給され、エアコンプレッサ３１が駆動されて燃料電池１０のカソード１３に空気が供給されて発電が行われる。燃料電池１０の発電電力は、エアコンプレッサ３１、ＦＣ系ウォータポンプ４２、駆動系ウォータポンプ５３、走行モータ（図示せず）などに供給される。また、ＦＣ系ウォータポンプ４２が駆動されることにより、ＦＣ系冷媒が循環され、燃料電池１０を適宜冷却するようになっている。また、駆動系ウォータポンプ５３が駆動されることにより、駆動系冷媒が循環され、駆動モータ５１ａ、ＶＣＵ５１ｂ、インバータ５１ｃ、エアコンプレッサ３１を適宜冷却するようになっている。また、蓄電装置６１は、必要に応じて、燃料電池１０の発電電力を充電、放電する。
【００３４】
図３に示すように、運転者によってイグニッションスイッチ（図示せず）がオフ（ＩＧ−ＯＦＦ）にされると、ＥＣＵ７１は、水素供給システム２１からの水素の供給を遮断し、エアコンプレッサ３１からの空気の供給を停止し、燃料電池１０側の図示しないコンタクタを遮断（ＯＦＦ）する。これにより、燃料電池１０の発電が停止する。
【００３５】
そして、ステップＳ１００において、ＥＣＵ７１は、内部に有するタイマをスタートする。なお、タイマには、蓄電装置６１とは別に設けられた低電圧のバッテリから電力が供給されて、発電停止中においても作動するようになっている。
【００３６】
ステップＳ１１０において、ＥＣＵ７１は、タイマによる計測開始から所定時間ｓ１が経過したか否かを判断し、所定時間ｓ１が経過していないと判断した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ１１０を繰り返し、所定時間が経過したと判断した場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ１２０に進む。なお、ここでの所定時間ｓ１は、予め実験等によって決められる。
【００３７】
ステップＳ１２０において、ＥＣＵ７１は、温度Ｔｗ，Ｔｍ，Ｔａ，Ｔｂのいずれかが所定値Ａ（所定閾値）以下であるか否かを判断する。なお、所定値Ａとは、駆動系冷媒の攪拌を開始する温度であり、温度が明らかに高く駆動系ウォータポンプ５３を回して判定する必要がない領域の温度以下に設定される。所定値Ａは、例えば１０℃に設定される。
【００３８】
ステップＳ１２０において、ＥＣＵ７１は、温度Ｔｗ，Ｔｍ，Ｔａ，Ｔｂのいずれもが所定値Ａ以下ではないと判断した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ１３０に進み、タイマをリセットし、ステップＳ１００に戻り、再度タイマをスタートする。また、ステップＳ１２０において、ＥＣＵ７１は、温度Ｔｗ，Ｔｍ，Ｔａ，Ｔｂのいずれかが所定値Ａ以下であると判断した場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ１４０に進む。
【００３９】
なお、図示していないが、ステップＳ１２０において、ＥＣＵ７１は、温度Ｔｗ，Ｔｍ，Ｔａ，Ｔｂのいずれもが氷点下にならないと予想される場合には、図３に示す処理を終了するように制御する。氷点下にならないと予想される場合とは、例えば、測定している温度が上昇している場合などである。
【００４０】
ステップＳ１４０において、ＥＣＵ７１は、残容量センサ６２から得られる検出値に基づいて蓄電装置６１の残容量（ＳＯＣ）が所定以下であるか否かを判断する。なお、所定とは、掃気手段（エアコンプレッサ３１など）による掃気に必要な電力に相当する量であり、予め実験等に基づいて決定される。つまり、後記するステップＳ１５０に進み、駆動系冷媒を循環させて電力を消費したとしても掃気に必要な電力を確保できる値に設定される。
【００４１】
ステップＳ１４０において、ＥＣＵ７１は、ＳＯＣが所定以下ではないと判断した場合（Ｎｏ）、つまり駆動系ウォータポンプ５３を駆動して電力を消費したとしても掃気を行う電力が残っていると判断できる場合には、ステップＳ１５０に進み、駆動系ウォータポンプ５３を所定時間ｓ２駆動する。なお、ここでの所定時間ｓ２は、予め実験等によって求められ、駆動系冷媒を十分に攪拌できる時間に設定される。
【００４２】
ステップＳ１５０では、蓄電装置６１側のコンタクタ（図示せず）を接続して、蓄電装置６１から駆動系ウォータポンプ５３に電力を供給し、駆動系ウォータポンプ５３を駆動する。駆動系ウォータポンプ５３を所定時間ｓ２駆動させることにより、駆動系冷媒の部分的に熱い場所と冷たい場所とが攪拌されて、駆動デバイス冷却系５０の駆動系冷媒の温度の均一化を図ることが可能になる。なお、駆動系ウォータポンプ５３の停止は、判定後でもよい。
【００４３】
ステップＳ１６０において、ＥＣＵ７１は、駆動系ウォータポンプ５３を所定時間ｓ２駆動させた後、温度Ｔｗ，Ｔｍ，Ｔａ，Ｔｂのいずれかが所定値Ｂ以下であるか否かを判断する。なお、所定値Ｂとは、例えば前記所定値Ａよりも低く且つ０℃以上の温度であり、燃料電池１０が冷えて結露が十分に進んで、燃料電池１０内の水分を十分に排出できる温度に設定される。所定値Ｂは、例えば５℃に設定される。
【００４４】
ステップＳ１６０において、ＥＣＵ７１は、温度Ｔｗ，Ｔｍ，Ｔａ，Ｔｂのいずれもが所定値Ｂ以下ではないと判断した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ１７０に進み、タイマをリセットして、ステップＳ１００に戻る。また、ステップＳ１６０において、ＥＣＵ７１は、温度Ｔｗ，Ｔｍ，Ｔａ，Ｔｂのいずれかが所定値Ｂ以下（図２参照）であると判断した場合には（Ｙｅｓ）、燃料電池１０の温度が全体的に均一化され、かつ、燃料電池１０の温度が十分に低下した（結露が十分に進んだ）と判断して、ステップＳ１８０に進み、掃気を実施する。なお、本実施形態におけるステップＳ１２０〜Ｓ１７０が、掃気実行判定手段が実施する処理に相当する。
【００４５】
ステップＳ１８０の掃気では、例えば、ＥＣＵ７１によって、背圧制御弁３４を全開にした状態において、蓄電装置６１の電力によってエアコンプレッサ３１が駆動される。これにより、エアコンプレッサ３１から導入された空気（掃気ガス）は、配管３１ａおよび燃料電池１０のカソード１３を通ることで、燃料電池１０のカソード１３に残留している水が押し出されて外部に排出される（カソード液滴除去掃気）。また、カソード液滴除去掃気と同時に、エア導入弁３３を開いたまま、パージ弁２３を適宜開閉することにより、エアコンプレッサ３１からの空気が、エア導入配管３２を通り、パージ弁２３から排出されることで燃料電池１０のアノードが希釈される（アノード希釈掃気）。
【００４６】
続いて、ＥＣＵ７１によって、エア導入弁３３を開弁したまま、背圧制御弁３４を閉弁した状態で、エアコンプレッサ３１が駆動される。これにより、エアコンプレッサ３１からの空気（掃気ガス）は、配管３１ａ、エア導入配管３２、燃料電池１０のアノード１２を通り、燃料電池１０のアノード１２に残留している水が押し出されて外部に排出される（アノード液滴除去掃気）。
【００４７】
なお、掃気手順としては、先にカソード１３を掃気して、その後にアノード１２を掃気するものに限定されるものではなく、カソード１３とアノード１２とを同時に掃気してもよく、アノード１２を先に掃気して、その後にカソード１３を掃気してもよい。
【００４８】
一方、ステップＳ１４０において、ＥＣＵ７１は、ＳＯＣが所定以下であり、駆動系冷媒を循環させる電力を消費すると掃気に必要な電力以下になると予測される場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ１８０に進み、駆動系冷媒を循環させることなく、掃気を実施する。つまり、駆動系冷媒の温度が所定値Ｂ以下とならない場合でも掃気を実施する。なお、掃気終了後、タイマの作動を停止する。
【００４９】
さらに、図４のタイムチャートを参照して説明する。すなわち、イグニッションスイッチがオフ（ＩＧ−ＯＦＦ）された場合には（時刻ｔ０）、タイマをスタートさせて（Ｓ１００）、所定時間ｓ１経過ごとに（Ｓ１１０，Ｙｅｓ）、燃料電池１０の温度Ｔを代替する温度Ｔｗ，Ｔｍ，Ｔａ，Ｔｂのいずれかが所定値Ａ以下であるか判断する（Ｓ１２０）。この場合、例えば温度Ｔｗが所定値Ａ以下になると（Ｓ１２０，Ｙｅｓ、時刻ｔ１）、駆動系ウォータポンプ５３を所定時間ｓ２駆動して駆動系冷媒を攪拌する（Ｓ１５０）。駆動系ウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）５３を所定時間ｓ２駆動後、温度Ｔｗが所定値Ｂ以下ではないので（Ｓ１６０，Ｎｏ）、タイマをリセットして（Ｓ１７０）、再度タイマをスタートさせる（Ｓ１００、時刻ｔ２）。ちなみに、時刻ｔ１〜ｔ２では、温度Ｔｗを計測する箇所の温度が低く、その他の箇所が高くなっているので、駆動系ウォータポンプ５３を駆動して駆動系冷媒を攪拌することにより、駆動系冷媒の温度が上昇する。
【００５０】
また、所定時間ｓ１経過ごとに（Ｓ１１０，Ｙｅｓ）、温度Ｔｗ，Ｔｍ，Ｔａ，Ｔｂのいずれかが所定値Ａ以下であるか判断する（Ｓ１２０）。この場合、温度Ｔｗが所定値Ａ以下になったので（Ｓ１２０，Ｙｅｓ、時刻ｔ３）、駆動系ウォータポンプ５３を所定時間ｓ２駆動して駆動系冷媒を攪拌する（Ｓ１５０）。駆動系ウォータポンプ５３を所定時間駆動後、温度Ｔｗが所定値Ｂ以下ではないので（Ｓ１６０，Ｎｏ）、タイマをリセットして（Ｓ１７０）、再度タイマをスタートさせる（Ｓ１００、時刻ｔ４）。
【００５１】
そして、再び、温度Ｔｗが所定値Ａ以下になると（Ｓ１２０，Ｙｅｓ、時刻ｔ５）、駆動系ウォータポンプ５３を所定時間ｓ２駆動して駆動系冷媒を攪拌する（Ｓ１５０）。この場合には、所定時間ｓ２駆動後の温度Ｔｗが所定値Ｂ以下であるので（Ｓ１６０，Ｙｅｓ）、冷媒の温度が均一化したと判断されて、掃気が実施される（Ｓ１８０）。
【００５２】
以上、説明したように、本実施形態によれば、従来のように燃料電池１０の周辺のどこか（一部分）の温度が低くなったら直ちに掃気を行うのではなく、燃料電池１０の温度を代替して駆動系の温度Ｔｗ，Ｔｍ，Ｔａ，Ｔｂが全体的に低くなってから掃気が実施されるので、掃気回数を低減することができ、その結果、消費エネルギを削減することが可能になる。つまり、駆動系の温度Ｔｗ（Ｔｍ，Ｔａ，Ｔｂ）が全体的に低くなっているということは、ＭＥＡの温度が低く、ＭＥＡ内の生成水の含有率が少なくなっているので、ＭＥＡ内の水分が掃気時に十分な液滴となって排出される。よって、発電停止中における結露の度合いを低くすることができる。したがって、温度Ｔｗ（Ｔｍ，Ｔａ，Ｔｂ）が全体的に低くなってから掃気が実施されるので、掃気回数を低減して、消費エネルギを削減できるようになる。
【００５３】
さらに、本実施形態によれば、発電停止中にエアコンプレッサ３１を含む駆動系ウォータポンプ５３を駆動させることによって、駆動系デバイス（駆動モータ５１ａ、ＶＣＵ５１ｂ、エアコン用のインバータ５１ｃ、エアコンプレッサ３１など）を冷却しておくことができるので、駆動系デバイスの耐久性および性能の向上を図ることができる。さらに、本実施形態によれば、エアコンプレッサ３１が冷えた状態で掃気を開始できるので、エアコンプレッサ３１から吐出される空気（掃気ガス）の体積流量を、エアコンプレッサ３１が熱い状態で掃気が開始される場合よりも増加させることができるようになり、掃気性能も向上できる。
【００５４】
また、本実施形態によれば、複数の温度センサ７３〜７６によって温度Ｔｗ，Ｔｍ，Ｔａ，Ｔｂを検出して、駆動系ウォータポンプ５３の駆動後もいずれかの温度Ｔｗ，Ｔｍ，Ｔａ，Ｔｂが所定値Ｂ以下になった場合に掃気を実行しているため、本実施形態のような掃気を遅らせるような制御を行ったとしても、ＭＥＡなどで水分が凍結してしまうのを防止できる。つまり、すべての温度Ｔｗ，Ｔｍ，Ｔａ，Ｔｂが所定値Ｂ以下になった場合に掃気を実行すると、燃料電池１０が凍結温度まで達してしまい、ＭＥＡなどが凍結するおそれがあるが、前記のようにいずれかの温度Ｔｗ，Ｔｍ，Ｔａ，Ｔｂが所定値Ｂ以下となったときに掃気を実施するので、ＭＥＡなどが凍結するのを防止できるようになる。
【００５５】
また、本実施形態によれば、蓄電装置６１のＳＯＣ（残容量）を検出することにより、ＳＯＣが掃気を実行できないほどに低下してしまうのを防止でき、確実に掃気を行うことが可能になる。よって、次回起動する際の低温起動性を確保できるようになる。
【００５６】
図５は本実施形態における別の掃気制御を示すフローチャート、図６は別の掃気制御における温度変化に応じた駆動系ウォータポンプの制御と掃気判断を示すタイムチャートである。なお、図５および図６に示す実施形態は、前記した実施形態とは掃気制御の一部が異なるのみで、システム図は図１と同様である。また、図３と同じ処理については、同一のステップ符号を付してその説明を省略する。
【００５７】
図５に示すように、ＥＣＵ７１は、ステップＳ１２０において、燃料電池１０の温度Ｔｗ，Ｔｍ，Ｔａ，Ｔｂのいずれかが所定値Ａ以下であると判断し（Ｙｅｓ）、かつ、ステップＳ１４０において、蓄電装置６１のＳＯＣが所定以下ではないと判断した場合には（Ｎｏ）、駆動系ウォータポンプ５３を所定時間ｓ２駆動して駆動系冷媒を攪拌する（Ｓ１５０）。
【００５８】
所定時間ｓ２駆動後、ステップＳ１５５において、ＥＣＵ７１は、所定時間ｓ２に時間αを加算して、駆動系ウォータポンプ５３を駆動する所定時間として、新たな所定時間ｓ２を設定する。なお、時間αは正数であり、駆動系ウォータポンプ５３の駆動が繰り返されるごとに、ステップＳ１５０における所定時間ｓ２が長くなるように設定される。
【００５９】
図６に示すように、いずれかの温度Ｔｗ，Ｔｍ，Ｔａ，Ｔｂが所定値Ａ以下になった場合には（Ｓ１２０，Ｙｅｓ、時刻ｔ１）、駆動系ウォータポンプ５３を所定時間ｓ２駆動して駆動系冷媒を攪拌する（Ｓ１５０）。このとき、温度Ｔｗ，Ｔｍ，Ｔａ，Ｔｂが所定値Ｂ以下にならないので（Ｓ１６０，Ｎｏ）、タイマをリセットして（Ｓ１７０）、再度タイマをスタートさせる（Ｓ１００、時刻ｔ２）。
【００６０】
また、再度温度Ｔｗ，Ｔｍ，Ｔａ，Ｔｂが所定値Ａ以下になると（Ｓ１２０，Ｙｅｓ、時刻ｔ３）、駆動系ウォータポンプ５３を所定時間（ｓ２＋α）駆動して駆動系冷媒を攪拌する（Ｓ１５０）。このときもまだ、温度Ｔｗ，Ｔｍ，Ｔａ，Ｔｂが所定値Ｂ以下にならないので（Ｓ１６０，Ｎｏ）、タイマをリセットして（Ｓ１７０）、再度タイマをスタートさせる（Ｓ１００、時刻ｔ４）。
【００６１】
そして、再び、温度Ｔｗ，Ｔｍ，Ｔａ，Ｔｂが所定値Ａ以下になると（Ｓ１２０，Ｙｅｓ、時刻ｔ５）、駆動系ウォータポンプ５３を所定時間（ｓ２＋２α）駆動して駆動系冷媒を攪拌する（Ｓ１５０）。そして、所定時間（ｓ２＋２α）駆動後の温度Ｔｗ，Ｔｍ，Ｔａ，Ｔｂが所定値Ｂ以下であるので（Ｓ１６０，Ｙｅｓ）、駆動系冷媒の温度が均一化したと判断されて、掃気が実施される（Ｓ１８０）。
【００６２】
このように、図５に示す実施形態によれば、前記した実施形態の効果に加えて、温度センサ７３〜７６が検出する部分の駆動系冷媒と、その他の部分の駆動系冷媒との温度差が小さい状況であっても、駆動系ウォータポンプ５３の駆動時間を長くするので、駆動系冷媒の温度を均一化することが可能になり、燃料電池１０自体がより低温となるまで掃気を遅らせることが可能になる。
【００６３】
なお、本実施形態では、温度Ｔｗ，Ｔｍ，Ｔａ，Ｔｂのいずれかが所定値Ａ以下となったときに攪拌を開始し、また所定値Ｂ以下となったときに掃気を実施するようにしたが、温度Ｔｗのみで判断するようにしてもよい。
【００６４】
また、本実施形態では、駆動系ウォータポンプ５３による駆動系冷媒循環実施温度（所定値Ａ）と掃気実施温度（所定値Ｂ）を、異なる温度を例に挙げて説明したが、駆動系冷媒循環実施温度と掃気実施温度を同じ温度に設定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本実施形態の燃料電池システムを示す全体構成図である。
【図２】各種温度センサの温度推移を示すグラフである。
【図３】本実施形態の燃料電池システムにおける掃気制御を示すフローチャートである。
【図４】掃気制御における温度変化に応じたウォータポンプの制御と掃気判断を示すタイムチャートである。
【図５】本実施形態の燃料電池システムにおける別の掃気制御を示すフローチャートである。
【図６】別の掃気制御における温度変化に応じたウォータポンプの制御と掃気判断を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００６６】
１      燃料電池システム
１０    燃料電池
３１    エアコンプレッサ（掃気手段、コンプレッサ）
５３    駆動系ウォータポンプ（駆動系冷媒循環手段）
６１    蓄電装置
６２    残容量センサ（残容量検出手段）
３２    エア導入配管（掃気手段）
３３    エア導入弁（掃気手段）
７１    ＥＣＵ（掃気手段、掃気実行判定手段）
７３〜７６  温度センサ（駆動系冷媒温度取得手段）
【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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