(57)【要約】【課題】ポンプの供給可能酸化ガス量が少ない場合であっても燃料電池の掃気を十分に行うことができる技術を提供すること【解決手段】燃料電池システムであって、燃料電池と、燃料電池に酸化ガスを供給するためのポンプと、少なくともポンプに電力を供給するための二次電池と、燃料電池に燃料ガスを供給するための燃料ガスタンクと、燃料電池の発電終了時に燃料電池の掃気を行う場合であって、ポンプにおいて掃気に必要な酸化ガス量を供給するための必要電力量と、二次電池の供給可能電力量と、を検出する検出部と、検出部が検出した供給可能電力量と必要電力量とを比較し、供給可能電力量が必要電力量より少ない場合において、燃料電池に掃気時発電を行わせる掃気時発電制御部と、を備える。【選択図】図２
2010015866.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、
燃料電池と、
前記燃料電池に酸化ガスを供給するためのポンプと、
少なくとも前記ポンプに電力を供給するための二次電池と、
前記燃料電池に燃料ガスを供給するための燃料ガスタンクと、
前記燃料電池の発電終了時に前記燃料電池の掃気を行う場合であって、前記ポンプにおいて前記掃気に必要な酸化ガス量を供給するための必要電力量と、前記二次電池の供給可能電力量と、を検出する検出部と、
前記検出部が検出した前記供給可能電力量と前記必要電力量とを比較し、前記供給可能電力量が前記必要電力量より少ない場合において、前記燃料電池に掃気時発電を行わせる掃気時発電制御部と、
を備えることを特徴とす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において、
前記燃料ガスタンクからの前記燃料ガスの供給を遮断可能な遮断弁と、
前記燃料ガスタンクから供給される前記燃料ガスを貯留可能な貯留部と、
を備え、
前記掃気時発電制御部は、
前記燃料電池に前記掃気時発電を行わせる場合において、前記貯留部に貯留させる燃料ガス貯留量を前記燃料電池の前記発電終了時前の通常発電時と比較して増加させた後、前記遮断弁を閉弁させると共に、前記貯留部の前記燃料ガスを用いて前記燃料電池に前記掃気時発電を行わせることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
前記掃気時発電制御部は、
前記燃料電池において、前記掃気に必要な必要発電量を検出し、前記燃料電池で必要発電量分の電力を発電できるように、前記燃料ガス貯留量を増加させることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池システムにおいて、
前記掃気時発電制御部は、
前記ポンプにおいて前記供給可能電力量で供給可能な酸化ガス量に基づいて、前記掃気に必要な掃気必要燃料電池温度を検出し、前記掃気必要燃料電池温度に基づいて、前記必要発電量を検出することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項３に記載の燃料電池システムにおいて、
前記掃気時発電制御部は、
前記必要電力量から前記供給可能電力量を引くことによって求められ、前記ポンプにおいて前記必要電力量に足りない欠損電力量に基づいて、前記必要発電量を検出することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
前記検出部は、
前記二次電池の温度に基づいて、前記供給可能電力量を検出することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
前記検出部は、
前記燃料電池の温度と、前記燃料電池の内部抵抗値とに基づいて、前記掃気に必要な酸化ガス量である掃気必要酸化ガス量を検出し、前記掃気必要酸化ガス量に基づいて、前記必要電力量を検出することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
前記貯留部と前記燃料ガスタンクとの間に設けられ、前記燃料ガスタンクから供給される前記燃料ガスの圧力を調圧可能な可変調圧弁を備え、
前記掃気時発電制御部は、
前記可変調圧弁を制御して、前記燃料ガス貯留量を増加させることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項９】
移動体であって、
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の燃料電池システムを備えることを特徴とする移動体。
【請求項１０】
自動車であって、
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の燃料電池システムを備えることを特徴とする自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の掃気を行う燃料電池システム、または、その燃料電池システムを備えた移動体または自動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムにおいて、燃料電池の発電終了時には、燃料電池内の水を外部に排出する掃気を行う（下記特許文献１参照）。この燃料電池の掃気は、ポンプで酸化ガスを燃料電池に供給することによって行う。ポンプは、二次電池から電力が供給される。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３１０５５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、燃料電池の掃気時において、ポンプの供給可能酸化ガス量が少ない場合には、燃料電池に十分な酸化ガスを供給することができないおそれがあった。その結果、燃料電池内の水を十分に外部に排出することができず、すなわち、燃料電池の掃気が不十分になるおそれがあった。なお、ポンプの供給可能酸化ガス量が少ない場合とは、例えば、二次電池の温度が低下し、二次電池の供給電力量が低下している場合などである。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、ポンプの供給可能酸化ガス量が少ない場合であっても燃料電池の掃気を十分に掃気を行うことができ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】
【０００６】
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。
【０００７】
[適用例１]
燃料電池システムであって、燃料電池と、前記燃料電池に酸化ガスを供給するためのポンプと、少なくとも前記ポンプに電力を供給するための二次電池と、前記燃料電池に燃料ガスを供給するための燃料ガスタンクと、前記燃料電池の発電終了時に前記燃料電池の掃気を行う場合であって、前記ポンプにおいて前記掃気に必要な酸化ガス量を供給するための必要電力量と、前記二次電池の供給可能電力量と、を検出する検出部と、前記検出部が検出した前記供給可能電力量と前記必要電力量とを比較し、前記供給可能電力量が前記必要電力量より少ない場合において、前記燃料電池に掃気時発電を行わせる掃気時発電制御部と、を備えることを要旨とする。
【０００８】
上記構成の燃料電池システムによれば、ポンプの供給可能酸化ガス量が少ない場合であっても燃料電池の掃気を十分に行うことができる。
【０００９】
[適用例２]
適用例１に記載の燃料電池システムにおいて、前記燃料ガスタンクからの前記燃料ガスの供給を遮断可能な遮断弁と、前記燃料ガスタンクから供給される前記燃料ガスを貯留可能な貯留部と、を備え、前記掃気時発電制御部は、前記燃料電池に前記掃気時発電を行わせる場合において、前記貯留部に貯留させる燃料ガス貯留量を前記燃料電池の前記発電終了時前の通常発電時と比較して増加させた後、前記遮断弁を閉弁させると共に、前記貯留部の前記燃料ガスを用いて前記燃料電池に前記掃気時発電を行わせることを特徴とする燃料電池システム。
【００１０】
このようにすれば、燃料ガスタンクからの燃料ガスの供給を遮断できると共に、掃気時発電により燃料電池温度を上昇させることができ、燃料電池の掃気を十分に行うことができる。
【００１１】
[適用例３]
適用例２に記載の燃料電池システムにおいて、前記掃気時発電制御部は、前記燃料電池において、前記掃気に必要な必要発電量を検出し、前記燃料電池で必要発電量分の電力を発電できるように、前記燃料ガス貯留量を増加させることを特徴とする燃料電池システム。
【００１２】
このようにすれば、掃気時発電において、燃料電池で必要発電量分の電力を発電することができる。
【００１３】
[適用例４]
適用例３に記載の燃料電池システムにおいて、前記掃気時発電制御部は、前記ポンプにおいて前記供給可能電力量で供給可能な酸化ガス量に基づいて、前記掃気に必要な掃気必要燃料電池温度を検出し、前記掃気必要燃料電池温度に基づいて、前記必要発電量を検出することを特徴とする燃料電池システム。
【００１４】
このようにすれば、掃気必要燃料電池温度を検出することで、容易に必要発電量を検出することができる。
【００１５】
[適用例５]
適用例３に記載の燃料電池システムにおいて、前記掃気時発電制御部は、前記必要電力量から前記供給可能電力量を引くことによって求められ、前記ポンプにおいて前記必要電力量に足りない欠損電力量に基づいて、前記必要発電量を検出することを特徴とする燃料電池システム。
【００１６】
このようにすれば、燃料電池温度を検出することなく、容易に必要発電量を検出することができる。
【００１７】
[適用例６]
適用例１ないし適用例５のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、前記検出部は、前記二次電池の温度に基づいて、前記供給可能電力量を検出することを特徴とする燃料電池システム。
【００１８】
このようにすれば、二次電池の温度を検出することで容易に供給可能電力量を検出することができる。
【００１９】
[適用例７]
適用例１ないし適用例６のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、前記検出部は、前記燃料電池の温度と、前記燃料電池の内部抵抗値とに基づいて、前記掃気に必要な酸化ガス量である掃気必要酸化ガス量を検出し、前記掃気必要酸化ガス量に基づいて、前記必要電力量を検出することを特徴とする燃料電池システム。
【００２０】
このようにすれば、掃気必要酸化ガス量を検出することで容易に必要電力量を検出することができる。
【００２１】
[適用例８]
適用例１ないし適用例７のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、前記貯留部と前記燃料ガスタンクとの間に設けられ、前記燃料ガスタンクから供給される前記燃料ガスの圧力を調圧可能な可変調圧弁を備え、前記掃気時発電制御部は、前記可変調圧弁を制御して、前記燃料ガス貯留量を増加させることを特徴とする燃料電池システム。
【００２２】
このようにすれば、燃料ガス貯留量を容易に増加させることができる。
【００２３】
[適用例９]
移動体であって、
適用例１ないし適用例８のいずれかに記載の燃料電池システムを備えることを要旨とする。
【００２４】
上記構成の移動体によれば、燃料電池システムにおけるポンプの供給可能酸化ガス量が少ない場合であっても燃料電池の掃気を十分に行うことができる。
【００２５】
[適用例１０]
自動車であって、
適用例１ないし適用例８のいずれかに記載の燃料電池システムを備えることを要旨とする。
【００２６】
上記構成の自動車によれば、燃料電池システムにおけるポンプの供給可能酸化ガス量が少ない場合であっても燃料電池の掃気を十分に行うことができる。
【００２７】
なお、本発明は、上記した装置発明の態様に限ることなく、方法発明としての態様で実現することも可能である。さらには、それら方法や装置を構築するためのコンピュータプログラムとしての態様や、そのようなコンピュータプログラムを記録した記録媒体としての態様や、上記コンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号など、種々の態様で実現することも可能である。
【００２８】
また、本発明をコンピュータプログラムまたはそのプログラムを記録した記録媒体等として構成する場合には、上記装置の動作を制御するプログラム全体として構成するものとしてもよいし、本発明の機能を果たす部分のみを構成するものとしてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき説明する。
Ａ．実施例：
Ａ１．自動車ＨＲの構成：
図１は、本発明の一実施例としての自動車ＨＲの構成を示す図である。本実施例の自動車ＨＲは、搭乗者用シート９４０下であってフロアパネル９１５の下に、燃料電池システム１０００を備えている。
【００３０】
Ａ２．燃料電池システム１０００の構成：
図２は、本実施例における燃料電池システム１０００の構成を示すブロック図である。本実施例の燃料電池システム１０００は、主に、燃料電池１００と、水素タンク２００と、水素遮断弁２１０と、エアポンプ２３０と、制御回路４００と、冷媒循環ポンプ５００と、温度センサ５３０と、温度センサ５３５と、圧力センサ５４０と、ラジエータ５５０と、チャンバ６００と、可変調圧弁６１０と、可変調圧弁６２０と、希釈器７００と、二次電池８００と、抵抗測定装置９００と、を備えている。
【００３１】
燃料電池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である。燃料電池１００は、燃料電池セル２０と、エンドプレート３００Ａ，３００Ｂと、テンションプレート３１０と、インシュレータ３３０Ａ，３３０Ｂと、ターミナル３４０Ａ，３４０Ｂと、を備えている。具体的には、燃料電池１００は、エンドプレート３００Ａ，インシュレータ３３０Ａ，ターミナル３４０Ａ，複数の燃料電池セル２０，ターミナル３４０Ｂ，インシュレータ３３０Ｂ，エンドプレート３００Ｂの順に積層され、テンションプレート３１０がボルト３２０によって各エンドプレート３００に結合されることによって、各燃料電池セル２０を、積層方向に所定の力で締結する構造となっている。
【００３２】
燃料電池セル２０は、膜電極接合体（図示せず）と、アノード側セパレータ（図示せず）と、カソード側セパレータ（図示せず）と、を備えている。膜電極接合体は、電解質膜（図示せず）と、電極であるカソード（図示せず）およびアノード（図示せず）と、ガス拡散層（図示せず）と、を備え、カソードおよびアノードが表面に形成された電解質膜を、ガス拡散層で挟持して構成される。燃料電池セル２０は、この膜電極接合体を、さらにアノード側セパレータおよびカソード側セパレータで挟持して構成される。
【００３３】
水素タンク２００は、燃料ガスであって高圧の水素が貯蔵される貯蔵装置であり、燃料ガス供給流路２０４を介して燃料電池１００に接続されている。燃料ガス供給流路２０４上において、水素タンク２００から近い順番に、水素遮断弁２１０と、可変調圧弁６１０と、チャンバ６００と、可変調圧弁６２０と、が設けられている。水素遮断弁２１０が開弁されると、燃料電池１００のアノードに水素ガスが供給される。なお、水素タンク２００に代えて、アルコール、炭化水素、アルデヒドなどを原料とする改質反応によって水素を生成し、アノード側へ供給するものとしてもよい。
【００３４】
チャンバ６００は、燃料ガス供給流路２０４の容積と比べて、十分大きく形成され、容積一定であり、水素タンク２００から供給される水素を所定量貯留することが可能な水素貯留装置である。
【００３５】
可変調圧弁６１０および可変調圧弁６２０は、制御回路４００に制御され、水素タンク２００から供給される水素の圧力を調圧可能な調圧弁である。
【００３６】
圧力センサ５４０は、チャンバ６００に貯留される水素の圧力を検出するためのセンサである。圧力センサ５４０で検出される圧力を、以下では、貯留水素圧力とも呼ぶ。
【００３７】
エアポンプ２３０は、酸化ガス供給流路２３４を介して燃料電池１００に接続され、空気を圧縮し酸化ガスとして、カソードに供給する。
【００３８】
燃料電池１００は、燃料ガス排出流路２０６および酸化ガス排出流路２３６と接続される。アノードで電気化学反応に供された後の燃料ガスは、燃料ガス排出流路２０６を介して希釈器７００に導入される。また、カソードで電気化学反応に供された後の酸化ガスも、酸化ガス排出流路２３６を介して希釈器７００に導入される。希釈器７００は、燃料ガス排出流路２０６および酸化ガス排出流路２３６から導入される燃料ガスおよび酸化ガスを混合し、すなわち、燃料ガスを希釈して、混合ガス排出流路２３７を介して、自動車ＨＲの外部に排出される。
【００３９】
また、燃料電池１００は、冷媒循環流路５１０と接続される。冷媒循環流路５１０上には、ラジエータ５５０と冷媒循環ポンプ５００とが設けられる。ラジエータ５５０は、燃料電池１００で暖められた冷媒を冷却し、冷媒循環ポンプ５００は、ラジエータ５５０によって冷却された冷媒を燃料電池１００に供給する。これにより、燃料電池１００を、冷媒によって継続的に冷却することができる。冷媒としては、水や、水とエチレングリコールとの混合液（不凍液）などを用いることができる。
【００４０】
温度センサ５３０は、冷媒循環流路５１０において、燃料電池１００排出される冷媒の温度を検出するためのセンサである。燃料電池１００から排出される冷媒温度は、燃料電池温度とみなすことができるので、温度センサ５３０で検出される冷媒温度を、以下では、燃料電池温度とも呼ぶ。
【００４１】
抵抗測定装置９００は、燃料電池１００のターミナル３４０Ａ，３４０Ｂと、配線９１０を介して接続されており、燃料電池１００の内部抵抗値（以下では、ＦＣ抵抗値とも呼ぶ）を測定する。具体的には、抵抗測定装置９００は、ターミナル３４０Ａ，３４０Ｂ間に、所定周波数の交流電流を付与すると共に、ターミナル３４０Ａ，３４０Ｂ間の電圧を検出する。そして、抵抗測定装置９００は、付与した電流の交流成分と検出した電圧の交流成分との位相差、および、電流と電圧の交流成分の周波数に基づいて、ＦＣ抵抗値を測定する。燃料電池１００の各燃料電池セル２０において、電解質膜は、湿潤状態であると、膜抵抗が低く、乾燥状態であると、膜抵抗が高い。従って、燃料電池１００において、内部に水が多く滞留していると、ＦＣ抵抗値は低くなり、内部に水の滞留が少ないと、ＦＣ抵抗値は高くなる。すなわち、ＦＣ抵抗値は、燃料電池１００の内部における水の滞留状態の指標と考えることができる。
【００４２】
二次電池８００は、鉛蓄電池や、ニッケル−カドミウム蓄電池、ニッケル−水素蓄電池、リチウム２次電池など種々の二次電池を用いることができる。この二次電池８００は、燃料電池１００と、冷媒循環ポンプ５００と、エアポンプ２３０と接続され、燃料電池１００で得られる電力を蓄電すると共に、冷媒循環ポンプ５００やエアポンプ２３０等に電力を供給する。
【００４３】
温度センサ５３５は、二次電池８００の温度を検出するためのセンサである。温度センサ５３５で検出される温度を二次電池温度とも呼ぶ。
【００４４】
制御回路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、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ＣＰＵ（図示せず）と、ＣＰＵ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ＲＯＭ（図示せず）と、同じくＣＰＵ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ＲＡＭ（図示せず）と、各種信号を入出力する入出力ポート（図示せず）等を備える。そして、この制御回路４００は、水素遮断弁２１０、エアポンプ２３０、冷媒循環ポンプ５００、可変調圧弁６１０，６２０、および、抵抗測定装置９００などを制御し、すなわち、燃料電池システム１０００全体の制御を行う。
【００４５】
また、制御回路４００は、温度センサ５３０、温度センサ５３５、および、圧力センサ５４０から温度や圧力を検出し、後述する掃気処理を実行する。
【００４６】
本実施例の自動車ＨＲでは、イグニッションキー（図示せず）がオフにされると、燃料電池システム１０００の起動終了処理が開始される。燃料電池システム１０００において、この起動終了処理時であって、燃料電池１００の発電終了時において、燃料電池１００（燃料電池セル２０）内部の水を排出する、すなわち、燃料電池１００の掃気を行う掃気処理を行う。
【００４７】
なお、制御回路４００のＲＡＭには、以下の（１）〜（７）に示す関係式Ｆ１〜Ｆ７が記憶されている。これら関係式Ｆ１〜Ｆ７は、予め検定により定められている。
（１）二次電池８００の温度と、二次電池８００が供給可能な電力量を示す二次電池供給可能電力量と、の関係式Ｆ１。
（２）燃料電池温度と、ＦＣ抵抗値と、エアポンプ２３０において、燃料電池１００の掃気に必要な供給空気量を示す掃気必要空気量と、の関係式Ｆ２。
（３）関係式Ｆ２における掃気必要空気量と、掃気必要空気量の空気を供給するために必要なエアポンプ２３０の電力量を示すポンプ必要電力量と、の関係式Ｆ３。
（４）関係式Ｆ１における二次電池供給可能電力量と、エアポンプ２３０において二次電池供給可能電力量で駆動した場合に供給可能な空気量を示す供給可能空気量と、の関係式Ｆ４。
（５）関係式Ｆ４における供給可能空気量と、燃料電池１００の掃気に必要な掃気必要燃料電池温度と、の関係式Ｆ５。
（６）現在燃料電池温度と掃気必要燃料電池温度との温度差を示す掃気温度差と、燃料電池温度を掃気温度差分上昇させるために必要な燃料電池１００の必要発電量と、の関係式Ｆ６。
（７）関係式Ｆ６における必要発電量と、燃料電池１００で必要発電量分発電した際に用いられる発電必要水素量と、の関係式Ｆ７。
【００４８】
Ａ３．掃気処理：
図３および図４は、燃料電池システム１０００が行う掃気処理のフローチャートである。この掃気処理の前提条件として、冷媒循環ポンプ５００は、停止しており、すなわち、燃料電池１００の冷却を行っていない。後述するように、掃気処理中に行う発電である掃気時発電を行う場合があるが、この際も、燃料電池１００の冷却を行っていない。
【００４９】
掃気処理において、制御回路４００は、まず、温度センサ５３５から二次電池温度Ｔｂを検出する（ステップＳ１０）。
【００５０】
制御回路４００は、二次電池温度Ｔｂに基づき、関係式Ｆ１から、二次電池供給可能電力量Ｗｂを検出する（ステップＳ２０）。
【００５１】
制御回路４００は、温度センサ５３０から燃料電池温度Ｔｆａを検出する（ステップＳ３０）。また、制御回路４００は、抵抗測定装置９００からＦＣ抵抗値Ｚｆを検出する（ステップＳ４０）。
【００５２】
制御回路４００は、燃料電池温度ＴｆａおよびＦＣ抵抗値Ｚｆに基づき、関係式Ｆ２から、エアポンプ２３０の掃気必要空気量Ｖｓを検出する（ステップＳ５０）。
【００５３】
制御回路４００は、掃気必要空気量Ｖｓに基づいて、関係式Ｆ３から、ポンプ必要電力量Ｗａを検出する（ステップＳ６０）。
【００５４】
制御回路４００は、ポンプ必要電力量Ｗａと二次電池供給可能電力量Ｗｂとを比較し、ポンプ必要電力量Ｗａが二次電池供給可能電力量Ｗｂ以下の場合（ステップＳ７０：ＮＯ）には、燃料電池１００の掃気が十分可能であると判断し、この処理を終了する。
【００５５】
制御回路４００は、ポンプ必要電力量Ｗａと二次電池供給可能電力量Ｗｂとを比較し、二次電池供給可能電力量Ｗｂがポンプ必要電力量Ｗａより少ない場合（ステップＳ７０：Ｙｅｓ）には、燃料電池１００の掃気が不十分になると判断し、続いて、圧力センサ５４０から貯留水素圧力Ｐｆａを検出する（ステップＳ８０）。
【００５６】
制御回路４００は、二次電池供給可能電力量Ｗｂに基づいて、関係式Ｆ４から、エアポンプ２３０の供給可能空気量Ｖｆを検出する（ステップＳ９０）。
【００５７】
制御回路４００は、供給可能空気量Ｖｆに基づいて、関係式Ｆ５から、掃気必要燃料電池温度Ｔｆｂを検出する（ステップＳ１００）。
【００５８】
制御回路４００は、下記式から掃気温度差ΔＴを検出する（ステップＳ１１０）。
ΔＴ＝Ｔｆｂ−Ｔｆａ
【００５９】
制御回路４００は、掃気温度差ΔＴに基づいて、関係式Ｆ６から、燃料電池１００の必要発電量Ｗｆを検出する（ステップＳ１２０）。
【００６０】
制御回路４００は、必要発電量Ｗｆに基づいて、関係式Ｆ７から、発電必要水素量Δｈを検出する（ステップＳ１３０）。
【００６１】
制御回路４００は、チャンバ６００の貯留水素量が、発電必要水素量Δｈ分増加するように、可変調圧弁６１０および可変調圧弁６２０を制御する（ステップＳ１４０）。この場合、制御回路４００は、圧力センサ５４０から貯留水素圧力を検出し、その貯留水素圧力に基づいて、貯留水素量の増加を検出する。
【００６２】
制御回路４００は、チャンバ６００の貯留水素量が、発電必要水素量Δｈ分増加すると、水素遮断弁２１０を閉弁し、水素タンク２００からの水素の供給を遮断する（ステップＳ１５０）。
【００６３】
燃料電池１００と負荷（例えば、二次電池８００など）とを電気的に接続し、エアポンプ２３０に空気を供給させ、可変調圧弁６２０を制御して、燃料電池１００に掃気時発電を行わせる（ステップＳ１６０）。
【００６４】
制御回路４００は、圧力センサ５４０から貯留水素圧力Ｐｆｂを検出する（ステップＳ１７０）。
【００６５】
制御回路４００は、貯留水素圧力Ｐｆｂが貯留水素圧力Ｐｆａより大きい場合（ステップＳ１８０：Ｎｏ）には、ステップＳ１７０の工程にリターンする。
【００６６】
制御回路４００は、貯留水素圧力Ｐｆｂが貯留水素圧力Ｐｆａ以下となった場合（ステップＳ１８０：Ｙｅｓ）、すなわち、チャンバ６００の貯留水素が掃気時発電により消費され、貯留水素圧力（貯留水素量）が、ステップＳ１６０の工程における発電開始前と同程度となった場合には、燃料電池１００では、発電必要水素量Δｈの水素が消費され、出力電力が必要発電量Ｗｆ相当となる発電が行われ、それに伴い、燃料電池温度が掃気必要燃料電池温度Ｔｆｂとなったと判断し、燃料電池１００と負荷との接続を電気的に切断し、燃料電池１００での掃気時発電を終了させる（ステップＳ１９０）。
【００６７】
そして、制御回路４００は、エアポンプ２３０に供給可能空気量Ｖｆの空気を、予め決められた時間供給させる（ステップＳ２００）。その後、制御回路４００は、この処理を終了する。
【００６８】
以上のように、本実施例の自動車ＨＲにおける燃料電池システム１０００では、ポンプ必要電力量Ｗａと二次電池供給可能電力量Ｗｂとを比較し、二次電池供給可能電力量Ｗｂがポンプ必要電力量Ｗａより少ない場合には、燃料電池１００に掃気時発電を行わせるようにしている。このようにすれば、エアポンプ２３０の供給可能空気量が少ない場合であっても、掃気時発電により燃料電池温度を上昇させることができ、燃料電池の掃気を十分に行うことができる。
【００６９】
ところで、燃料電池システムを搭載する自動車では、イグニッションキー（図示せず）がオフにされると、安全のためできるだけ早く水素遮断弁を閉弁し、水素タンクからの水素の供給を遮断したいという要望がある。しかし、この要望を達成しようとすると、燃料電池システムで、エアポンプの供給可能空気量が少ない場合において、イグニッションキーがオフされ掃気処理を行う場合には、水素を燃料電池に供給できず、燃料電池温度を上昇させるための十分な発電を行うことができないおそれがあった。
【００７０】
一方、本実施例の自動車ＨＲの燃料電池システム１０００では、掃気処理において、エアポンプ２３０の供給可能空気量が少ない場合には、チャンバ６００の貯留水素量を増加させた後、水素遮断弁２１０を閉弁し、燃料電池１００で発電を行うようにしている。このようにすれば、水素遮断弁２１０を閉弁し、水素タンク２００からの水素の供給を素早く遮断できると共に、発電により燃料電池温度を上昇させることができ、燃料電池１００の掃気を十分に行うことができる。
【００７１】
なお、本実施例において、自動車ＨＲは、特許請求の範囲における移動体または自動車に該当し、燃料電池１００は、特許請求の範囲における燃料電池に該当し、エアポンプ２３０は、特許請求の範囲におけるポンプに該当し、二次電池８００は、特許請求の範囲における二次電池に該当し、水素タンク２００は、特許請求の範囲における燃料ガスタンクに該当し、制御回路４００は、特許請求の範囲における検出部または掃気時発電制御部に該当し、水素遮断弁２１０は、特許請求の範囲における遮断弁に該当し、チャンバ６００は、特許請求の範囲における貯留部に該当し、可変調圧弁６１０または可変調圧弁６２０は、特許請求の範囲における可変調圧弁に該当する。また、ポンプ必要電力量Ｗａは、特許請求の範囲における必要電力量に該当し、二次電池供給可能電力量Ｗｂは、特許請求の範囲における供給可能電力量に該当し、ＦＣ抵抗値Ｚｆは、特許請求の範囲における内部抵抗値に該当し、掃気必要空気量Ｖｓは、掃気必要酸化ガス量に該当し、供給可能空気量Ｖｆは、特許請求の範囲における「供給可能な酸化ガス量」に該当し、掃気必要燃料電池温度Ｔｆｂは、特許請求の範囲における掃気必要燃料電池温度に該当し、必要発電量Ｗｆは、特許請求の範囲における必要発電量に該当する。
【００７２】
Ｂ．変形例：
なお、上記各実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、この発明は上記の実施例や実施形態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において実施することが可能であり、例えば以下のような変形も可能である。
【００７３】
Ｂ１．変形例１：
上記実施例の燃料電池システム１０００では、掃気処理において、掃気温度差ΔＴに基づいて、関係式Ｆ６から、必要発電量Ｗｆを検出するようにしている（図３：ステップＳ１１０〜ステップＳ１２０）が、本発明は、これに限られるものではない。例えば、下記式から検出され、エアポンプ２３０においてポンプ必要電力量Ｗａに足りない欠損電力量ΔＷｋに基づいて、必要発電量Ｗｆを検出するようにしてもよい。このようにしても上記実施例と同様の効果を奏することができる。
ΔＷｋ＝Ｗａ−Ｗｂ
【００７４】
Ｂ２．変形例２：
上記実施例の自動車ＨＲでは、イグニッションキーがオフされた場合であって、燃料電池システム１０００の起動終了処理時に、上記掃気処理（図３，４）を行うようにしているが、本発明は、これに限られるものではない。例えば、自動車ＨＲにおいて、燃料電池システム１０００の間欠運転時における燃料電池１００の発電停止時に、上記掃気処理（図３，４）を行うようにしてもよい。このようにしても、上記実施例の効果を奏することができる。
【００７５】
Ｂ３．変形例３：
上記実施例のチャンバ６００は、容積一定となっているが、本発明は、これに限られるものではなく、容積を可変可能な構成としてもよい。このようにしても上記実施例を奏することができる。
【００７６】
Ｂ４．変形例４：
上記実施例の燃料電池システム１０００は、自動車ＨＲに搭載されているが、本発明は、これに限られるものではない。例えば、燃料電池システム１０００を、自動車以外の移動体、例えば、電車、船、飛行機、ロケット、リニアモーターカ、ロボット等に搭載するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の一実施例としての自動車ＨＲの構成を示す図である。
【図２】本実施例における燃料電池システム１０００の構成を示すブロック図である。
【図３】燃料電池システム１０００が行う掃気処理のフローチャートである。
【図４】燃料電池システム１０００が行う掃気処理のフローチャートである。
【符号の説明】
【００７８】
２０…燃料電池セル
１００…燃料電池
２００…水素タンク
２０４…燃料ガス供給流路
２０６…燃料ガス排出流路
２１０…水素遮断弁
２３０…エアポンプ
２３４…酸化ガス供給流路
２３６…酸化ガス排出流路
２３７…混合ガス排出流路
３００…エンドプレート
３００Ａ…エンドプレート
３００Ｂ…エンドプレート
３１０…テンションプレート
３２０…ボルト
３３０Ａ…インシュレータ
３３０Ｂ…インシュレータ
３４０Ａ…ターミナル
３４０Ｂ…ターミナル
４００…制御回路
５００…冷媒循環ポンプ
５１０…冷媒循環流路
５３０…温度センサ
５３５…温度センサ
５４０…圧力センサ
５５０…ラジエータ
６００…チャンバ
６１０…可変調圧弁
６２０…可変調圧弁
７００…希釈器
８００…二次電池
９００…抵抗測定装置
９１０…配線
９１５…フロアパネル
９４０…搭乗者用シート
１０００…燃料電池システム
ＨＲ…自動車
【図１】
2010015866.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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