(57)【要約】本発明は、システム停止指令後に燃料電池を短時間で乾燥させることができる燃料電池システムを課題とする。燃料電池システムは、通常運転、及び通常運転に比して燃料電池の含水量を減少させる乾燥運転の実行を制御する制御装置を備える。制御装置は、システム停止指令の時点で通常運転時よりも燃料電池の含水量が減少しているように、システム停止指令の前に乾燥運転を実行する。制御装置は、システム停止時又は次回システム起動時における燃料電池の温度が所定の低温であると予測される場合に、システム停止指令の前に乾燥運転を実行するとよい。
2008056617.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムにおいて、
燃料電池と、
通常運転、及び当該通常運転に比して前記燃料電池の含水量を減少させる乾燥運転の実行を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、システム停止指令の時点で前記通常運転時よりも前記燃料電池の含水量が減少しているように、前記システム停止指令の前に前記乾燥運転を実行する、燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御装置は、システム停止時又は次回システム起動時における前記燃料電池の温度が所定の低温であると予測される場合に、前記システム停止指令の前に前記乾燥運転を実行する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記制御装置は、当該燃料電池システムがおかれる状況を予測する状況予測部を備え、その予測結果に基づいて前記システム停止指令の前に前記乾燥運転を実行する、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記状況予測部は、前記システム停止指令を予測する停止指令予測部であり、
前記制御装置は、前記システム停止指令があると予測された場合にはその予測されたシステム停止指令の前に前記乾燥運転を実行する一方、前記システム停止指令がないと予測された場合には前記通常運転を継続する、請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記停止指令予測部は、当該燃料電池システムを搭載した移動体の位置と、当該移動体を使用するユーザーの使用傾向と、に基づいて前記システム停止指令を予測する、請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御装置は、前記移動体の停止場所及びその停止場所での停止時間を学習し、それにより前記ユーザーの使用傾向を把握する学習部を備える、請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記制御装置は、前記予測されたシステム停止指令の前に前記乾燥運転を実行した後、前記停止指令予測部が前記システム停止指令はないと予測した場合には、前記乾燥運転から前記通常運転に切り替える、請求項４ないし６のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記制御装置は、前記予測されたシステム停止指令の前に前記乾燥運転を実行した後、前記システム停止指令が所定時間内になされなかった場合には、前記乾燥運転から前記通常運転に切り替える、請求項４ないし６のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記状況予測部は、前記燃料電池の凍結を予測する凍結予測部であり、
前記制御装置は、前記燃料電池の凍結があると予測された場合には前記システム停止指令の前に前記乾燥運転を実行する一方、前記燃料電池の凍結がないと予測された場合には前記通常運転を継続する、請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記凍結予測部は、当該燃料電池システムの位置、外気温、システム停止から数日以内に経験する予想最低気温及び暦の少なくとも一つに基づいて、システム停止時又は次回システム起動時における前記燃料電池の凍結を予測する、請求項９に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記状況予測部は、当該燃料電池システムを搭載した移動体の停止場所における傾斜状態を予測する、請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記制御装置は、前記移動体の停止場所、その停止場所での停止時間、及びその停止場所での路面に対する移動体の傾斜角を学習し、それによりユーザーの使用傾向を把握する学習部を備え、
前記状況予測部は、前記ユーザーの使用傾向に基づいて、前記移動体の停止場所を予測すると共に、その停止場所での当該移動体の傾斜状態を予測する、請求項１１に記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記制御装置は、前記通常運転に比して前記燃料電池の発電量を制限することで、前記乾燥運転を実行する、請求項１ないし１２のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
前記制御装置は、前記通常運転に比して前記燃料電池の温度を上昇することで、前記乾燥運転を実行する、請求項１ないし１２のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項１５】
前記燃料電池に冷媒を供給する冷媒配管系を備えており、
前記乾燥運転は、前記冷媒による前記燃料電池の冷却量を減らした状態で前記燃料電池を発電させる、請求項１４に記載の燃料電池システム。
【請求項１６】
前記燃料電池に酸化ガスを供給する酸化ガス配管系を備えており、
前記制御装置は、前記通常運転に比して前記酸化ガスの流量、圧力、温度及び露点温度の少なくとも一つを変更することで、前記乾燥運転を実行する、請求項１ないし１２のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項１７】
前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス配管系を備えており、
前記制御装置は、前記通常運転に比して前記燃料ガスの流量、圧力、パージ頻度及び露点温度の少なくとも一つを変更することで、前記乾燥運転を実行する、請求項１ないし１２のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を備えた燃料電池システムに関し、特に、システム停止時に燃料電池の含水量を低減させる制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型の燃料電池は、アノードに供給された燃料ガス中の水素とカソードに供給された酸化ガス中の酸素との化学反応によって、電力を発生する。この電気化学反応では、カソード側に水が生成される。システム停止後から次のシステム起動時までに、燃料電池が０℃以下の低温環境下に放置されると、燃料電池内で凍結した生成水の影響により、次回システム起動が良好に行われなかったり、あるいは時間がかかったりする。
特開２００５−２５１５７６号公報には、低温環境下でも安定した始動性を確保すべく、システム停止時に燃料電池の含水量を低減させる制御方法が開示されている。この制御方法では、システム停止が指令された後、外気温センサにより外気温を検出し、外気温に基づいて２４時間以内の凍結の可能性を判断する。そして、凍結の可能性がある場合には、エアコンプレッサにより酸化ガスを燃料電池に供給して、燃料電池内の水分を外部に排出する。このような燃料電池の掃気処理は、電解質膜をドライアップさせるまで行われる。
【発明の開示】
【０００３】
しかし、特開２００５−２５１５７６号公報に記載の燃料電池システムは、システム停止指令がなされた後に、燃料電池の含水量を減少させる処理（酸化ガスの供給）を行うため、無駄な電力（エネルギー）及び燃料電池の乾燥までに長い時間がかかってしまう。
本発明は、システム停止指令後に燃料電池を短時間で乾燥させることができる燃料電池システムを提供することをその目的としている。
上記目的を達成するための本発明の燃料電池システムは、通常運転、及び通常運転に比して燃料電池の含水量を減少させる乾燥運転の実行を制御する制御装置を備える。制御装置は、システム停止指令の時点で通常運転時よりも燃料電池の含水量が減少しているように、システム停止指令の前に乾燥運転を実行する。
この構成によれば、システム停止指令前から燃料電池の含水量を減少させるので、システム停止指令の時点では燃料電池の含水量が減る。これにより、システム停止指令後に燃料電池を短時間で乾燥させることができる。また、燃料電池の乾燥に要する電力を節約できる。
好ましくは、制御装置は、システム停止時又は次回システム起動時における燃料電池の温度が所定の低温であると予測される場合に、システム停止指令の前に乾燥運転を実行するとよい。
この構成によれば、システム停止時又は次回システム起動時の予想される状況に即して乾燥運転を実行できる。例えば凍結のおそれがないほど燃料電池の温度が高い場合には通常運転を継続でき、乾燥運転を回避することも可能となる。
ここで、「所定の低温」は、例えば０℃、又は凍結に余裕をもった２℃に設定することができる。また、燃料電池の温度が「所定の低温」であるとの予測は、外気温、数日以内の最低気温、暦あるいは四季、地理あるいは地域、時間帯、及び、天気予報の少なくとも一つに基づいて行うことができる。外気温のデータは、ＩＴＳ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ  Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  Ｓｙｓｔｅｍｓ：高度道路交通システム）等から取得される外部データ、又は予め制御装置内の記憶部等に保存されている内部データを参照することなどにより取得される。
好ましくは、制御装置は、燃料電池システムがおかれる状況を予測する状況予測部を備え、その予測結果に基づいてシステム停止指令の前に乾燥運転を実行するとよい。
この構成によれば、予測結果がトリガとなって、システム停止指令の前に状況予測に応じた乾燥運転を実行できる。なお、制御装置は、状況予測部の予測結果に基づいて乾燥運転の条件を決定して実行することが好ましい。
より好ましくは、状況予測部は、システム停止指令を予測する停止指令予測部であるとよい。そして、制御装置は、システム停止指令があると予測された場合にはその予測されたシステム停止指令の前に乾燥運転を実行する一方、システム停止指令がないと予測された場合には通常運転を継続するとよい。
この構成によれば、システム停止指令の予測結果がトリガとなるので、システム停止指令の前に燃料電池の含水量を確実性良く減少させることができ。また、システム停止指令の前の乾燥運転が不要な場合にはそれを回避できる。なお、通常運転の継続は、システム停止指令があるまで、あるいは、システム停止指令に関する次の予測があるまで、行えばよい。
より好ましくは、停止指令予測部は、燃料電池システムを搭載した移動体の位置と、移動体を使用するユーザーの使用傾向と、に基づいてシステム停止指令を予測するとよい。
より好ましくは、制御装置は、移動体の停止場所及びその停止場所での停止時間を学習し、それによりユーザーの使用傾向を把握する学習部を備えるとよい。
これらの構成によれば、ユーザーが移動体を頻繁に且つ長い時間停止させる場所（例えば自宅や会社）に近づいた場合には、システム停止指令を予測できるので、その予測に応じてシステム停止指令前に乾燥運転を実行できる。また、ユーザーの使用傾向を更新できるので、システム停止指令の予測の正確性（的中率）を高めることができる。
なお、システム停止指令の予測の際には、移動体の移動速度も考慮すると、より正確性が高まる。また、移動体の位置は、例えばＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ：全地球測位システム）を用いることで測位できる。
本発明の好ましい一態様によれば、制御装置は、予測されたシステム停止指令の前に乾燥運転を実行した後、停止指令予測部がシステム停止指令はないと予測した場合又はシステム停止指令が所定時間内になされなかった場合には、乾燥運転から通常運転に切り替えるとよい。
この構成によれば、通常運転に適切に復帰でき、要求に応じた電力を燃料電池が適切に発電することができる。
本発明の別の好ましい一態様によれば、状況予測部は、燃料電池の凍結を予測する凍結予測部である。そして、制御装置は、燃料電池の凍結があると予測された場合にはシステム停止指令の前に乾燥運転を実行する一方、燃料電池の凍結がないと予測された場合には通常運転を継続するとよい。
この構成によれば、凍結予測を行うことにより、不要な乾燥運転を回避できる。
より好ましくは、凍結予測部は、燃料電池システムの位置、外気温、システム停止から数日以内に経験する予想最低気温及び暦の少なくとも一つに基づいて、システム停止時又は次回システム起動時における燃料電池の凍結を予測するとよい。
本発明の別の好ましい一態様によれば、状況予測部は、燃料電池システムを搭載した移動体の停止場所における傾斜状態を予測するとよい。
この構成によれば、停止場所での移動体の傾斜が大きいと予測される場合に、システム停止指令の前に乾燥運転を実行できる。これにより、局部的に水が溜まり易い傾斜地に移動体が停止される場合であっても、その停止前に燃料電池の内部を水が溜まりにくい状態にしておくことができる。
より好ましくは、制御装置は、移動体の停止場所、その停止場所での停止時間、及びその停止場所での路面に対する移動体の傾斜角を学習し、それによりユーザーの使用傾向を把握する学習部を備えるとよい。そして、状況予測部は、ユーザーの使用傾向に基づいて、移動体の停止場所を予測すると共に、その停止場所での移動体の傾斜状態を予測するとよい。
この構成によれば、過去の経験（ユーザーの使用傾向）をもとに、傾斜地での移動体の停止前に乾燥運転に切り替えておくことができる。
本発明の好ましい一態様によれば、制御装置は、通常運転に比して燃料電池の発電量を制限することで、乾燥運転を実行するとよい。
この構成によれば、燃料電池の発電制限を行うことにより、電力を節約しながら燃料電池の含水量を減少できる。
本発明の別の好ましい一態様によれば、制御装置は、通常運転に比して燃料電池の温度を上昇することで、乾燥運転を実行するとよい。
この構成によれば、燃料電池内に滞留している水分の蒸発を促進できる。これにより、燃料電池に供給される反応ガス（酸化ガス又は燃料ガス）によって、燃料電池内の水分が好適に持ち去られ得る。
本発明のまた別の好ましい一態様によれば、燃料電池システムは、燃料電池に冷媒を供給する冷媒配管系を備えており、乾燥運転は、冷媒による燃料電池の冷却量を減らした状態で燃料電池を発電させるとよい。
この構成によっても、燃料電池内に滞留している水分の蒸発を促進でき、燃料電池の含水量を減らすことができる。
本発明のさらに別の好ましい一態様によれば、燃料電池システムは、燃料電池に酸化ガスを供給する酸化ガス配管系を備えており、制御装置は、通常運転に比して酸化ガスの流量、圧力、温度及び露点温度の少なくとも一つを変更することで、乾燥運転を実行するとよい。
この構成によれば、酸化ガスによる掃気効果が高まり、燃料電池内を乾燥させることができる。
本発明のまた別の好ましい一態様によれば、燃料電池システムは、燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス配管系を備えており、制御装置は、通常運転に比して燃料ガスの流量、圧力、パージ頻度及び露点温度の少なくとも一つを変更することで、乾燥運転を実行するとよい。
この構成によれば、燃料ガスによる掃気効果が高まり、燃料電池内を乾燥させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
図１は、本発明の燃料電池システムの構成図である。
図２は、本発明の燃料電池システムの特徴部分を示すブロック図である。
図３は、本発明の燃料電池システムの停止制御に関し、第１の制御例を示すフローチャートである。
図４は、本発明の燃料電池システムの停止制御に関し、第２の制御例を示すフローチャートである。
図５は、本発明の燃料電池システムの停止制御に関し、第３の制御例を示すフローチャートである。
図６は、制御目標値であるＦＣ温度と、外気温もしくは次回起動時のＦＣ温度との関係を示すマップである。
図７は、本発明の第３の制御例及び比較例を実行した場合のＦＣ温度と時間との関係を示す図であり、図７（Ａ）は時間軸及び動作内容を示し、図７（Ｂ）はＦＣ温度の推移を示すグラフである。
図８は、本発明の燃料電池システムの停止制御に関し、第４の制御例を示すフローチャートである。
図９は、本発明の燃料電池システムを搭載した車両の側面図であり、燃料電池システムの停止制御（第５の制御例）を説明するための特徴部分を示す図である。
図１０は、本発明第５の制御例を実行するための特徴部分を示すブロック図である。
図１１は、本発明の第５の制御例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態に係る燃料電池システムについて説明する。
図１に示すように、燃料電池システム１は、燃料電池自動車（ＦＣＨＶ）、電気自動車、ハイブリッド自動車などの車両１００に搭載できる。ただし、燃料電池システム１は、車両１００以外の各種移動体（例えば、船舶や飛行機、ロボット等）や定置型電源にも適用可能である。
燃料電池システム１は、燃料電池２と、酸化ガスとしての空気を燃料電池２に供給する酸化ガス配管系３と、燃料ガスとしての水素ガスを燃料電池２に供給する燃料ガス配管系４と、燃料電池２に冷媒を供給する冷媒配管系５と、システム１の電力を充放電する電力系６と、システム１の運転を統括制御する制御装置７と、を備える。酸化ガス及び燃料ガスは、反応ガスと総称できる。
燃料電池２は、例えば固体高分子電解質型で構成され、多数の単セルを積層したスタック構造を備える。単セルは、イオン交換膜からなる電解質の一方の面に空気極（カソード）を有し、他方の面に燃料極（アノード）を有し、さらに空気極及び燃料極を両側から挟みこむように一対のセパレータを有する。一方のセパレータの酸化ガス流路２ａに酸化ガスが供給され、他方のセパレータの燃料ガス流路２ｂに燃料ガスが供給される。供給された燃料ガス及び酸化ガスの電気化学反応により、燃料電池２は電力を発生する。燃料電池２での電気化学反応は発熱反応であり、固体高分子電解質型の燃料電池２の温度は、およそ６０〜８０℃となる。
酸化ガス配管系３は、供給路１１及び排出路１２を備える。供給路１１には、燃料電池２に供給される酸化ガスが流れる。排出路１２には、燃料電池２から排出された酸化オフガスが流れる。酸化オフガスは、燃料電池２の電池反応により生成された水分を含むため高湿潤状態となっている。
供給路１１には、コンプレッサ１４及び加湿器１５が設けられる。コンプレッサ１４は、エアクリーナ１３を介して外気を取り込み、燃料電池２に圧送する。加湿器１５は、供給路１１を流れる低湿潤状態の酸化ガスと、排出路１２を流れる高湿潤状態の酸化オフガスとの間で水分交換を行い、燃料電池２に供給される酸化ガスを適度に加湿する。背圧調整弁１６は、燃料電池２の空気極側の背圧を調整する。背圧調整弁１６は、排出路１２のカソード出口付近に配設され、その近傍には、排出路１２内の圧力を検出する圧力センサＰ１が設けられる。酸化オフガスは、背圧調整弁１６及び加湿器１５を経て最終的に排ガスとしてシステム外の大気中に排気される。
燃料ガス配管系４は、水素供給源２１と、水素供給源２１から燃料電池２に供給される水素ガスが流れる供給路２２と、燃料電池２から排出された水素オフガス（燃料オフガス）を供給路２２の合流点Ａに戻すための循環路２３と、循環路２３内の水素オフガスを供給路２２に圧送するポンプ２４と、循環路２３に分岐接続されたパージ路２５と、を有する。元弁２６を開くことで水素供給源２１から供給路２２に流出した水素ガスは、調圧弁２７その他の減圧弁、及び遮断弁２８を経て、燃料電池２に供給される。パージ路２５には、水素オフガスを水素希釈器（図示省略）に排出するためのパージ弁３３が設けられる。
冷媒配管系５は、燃料電池２内の冷却流路２ｃに連通する冷媒流路４１と、冷媒流路４１に設けられた冷却ポンプ４２と、燃料電池２から排出される冷媒を冷却するラジエータ４３と、ラジエータ４３をバイパスするバイパス流路４４と、ラジエータ４３及びバイパス流路４４への冷却水の通流を設定する切替え弁４５と、を有する。冷媒流路４１は、燃料電池２の冷媒入口の近傍に設けられた温度センサ４６と、燃料電池２の冷媒出口の近傍に設けられた温度センサ４７と、を有する。
冷却ポンプ４２は、モータ駆動により、冷媒流路４１内の冷媒を燃料電池２に循環供給する。温度センサ４７が検出する冷媒温度は、燃料電池２の内部温度、つまりセル内温度（以下、「ＦＣ温度」という。）を反映する。また、以下では、温度センサ４７を「ＦＣ温度センサ」という。ただし、別途、温度センサを設けることで、燃料電池２の温度を直接検出してもよい。
電力系６は、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６１、バッテリ６２、トラクションインバータ６３、トラクションモータ６４、及び各種の補機インバータ６５，６６，６７を備えている。高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６１は、直流の電圧変換器であり、バッテリ６２から入力された直流電圧を調整してトラクションインバータ６３側に出力する機能と、燃料電池２又はトラクションモータ６４から入力された直流電圧を調整してバッテリ６２に出力する機能と、を有する。高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６１のこれらの機能により、バッテリ６２の充放電が実現される。また、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６１により、燃料電池２の出力電圧が制御される。
トラクションインバータ６３は、直流電流を三相交流に変換し、トラクションモータ６４に供給する。トラクションモータ６４（動力発生装置）は、例えば三相交流モータである。トラクションモータ６４は、燃料電池システム１が搭載される例えば車両１００の主動力源を構成し、車両１００の車輪１０１Ｌ，１０１Ｒに連結される。補機インバータ６５、６６及び６７は、それぞれ、コンプレッサ１４、ポンプ２４及び冷却ポンプ４２のモータの駆動を制御する。
制御装置７は、内部にＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを備えたマイクロコンピュータとして構成される。ＣＰＵは、制御プラグラムに従って所望の演算を実行して、通常運転、乾燥運転及び掃気運転の制御など、種々の処理や制御を行う。ＲＯＭは、ＣＰＵで処理する制御プログラムや制御データを記憶する。ＲＡＭは、主として制御処理のための各種作業領域として使用される。
制御装置７は、各種の圧力センサ（Ｐ１）や温度センサ（４６，４７）、並びに、車両１００のアクセル開度を検出するアクセル開度センサなどの各種センサからの検出信号を入力する。そして、制御装置７は、燃料電池システム１の各構成要素に制御信号を出力する。
制御装置７には、外気温センサ７１、タイマー７２、受信器７３、時計７４及び速度センサ７５が接続され、これらはいずれも車両１００に搭載される。外気温センサ７１は、燃料電池システム１が置かれる環境の外気温を検出する。タイマー７２は、燃料電池システム１の運転を制御するために必要な各種の時間を計測する。本実施形態に係るタイマー７２は、走行停止した車両１００の停止時間を計測する。
受信器７３は、例えばナビゲーション装置であり、ＧＰＳ衛星８１やＩＴＳからの電波信号をアンテナ８２を介して受信する。例えば、受信器７３は、車両１００の位置（つまり、走行位置又は停止位置）を示す測位データを受信すると共に、車両１００がある土地における過去の気温推移データ及び予想気温推移データを受信する。時計７４は、現在の日時（暦）を示す日付データを取得する。速度センサ７５は、車両１００の走行速度（移動速度）を検出する。なお、受信器７３又は制御装置７に時計としての機能を持たせることで、車両１００に時計７４を別途搭載しなくてもよい。
図２に示すように、制御装置７は、システム停止指令前の乾燥運転を実現するために、学習部９１、記憶部９２、状況予測部９３、判断部９４、及び運転制御部９０を備える。
学習部９１は、タイマー７２、受信器７３及び時計７４からのデータを入力される。学習部９１は、車両１００の停止場所及びその停止場所での停止時間を学習し、車両１００を使用するユーザー（運転者）の使用傾向を把握する。具体的には、学習部９１は、受信器７３からの測位データとタイマー７２からの停車時間データをもとに、ユーザーがよく停車する場所及びその停車時間を学習し、さらには時計７４からの日付データをもとに停車時期及び停車時間帯を学習する。このため、学習部９１は、季節などによりユーザーがよく行く場所（冬のスキー場、温泉地など）も学習する。このような学習を通じて、学習部９１は、ユーザーの使用傾向、つまり運転パターンを把握する。
記憶部９２は、学習部９１で把握されたユーザーの使用傾向を記憶する。例えば、記憶部９２は、ユーザーがよく停車する場所（例えば、自宅、会社、お店など）を複数記憶する。記憶部９２は、この停車場所を時期（四季）又は時間帯（朝、昼、夜）と関連付けて記憶することが好ましい。例えば、車両を通勤時に利用する場合には、会社の場所と出社時刻とが関連付けて記憶されると共に、自宅の場所と帰宅時刻とが関連付けて記憶される。記憶部９２は、所定量のデータが蓄積された後は、新たなデータを記憶する際には最も古いデータを削除して、最近の行動に基づくデータを記憶することが好ましい。そして、記憶部９２は、停車の確率（頻度）により重みつけされたマップを有していることが好ましく、そのマップは、学習部９１での学習を通じて随時更新されることが好ましい。なお、記憶部９２には、ユーザーの入力操作によっても、停車の頻度が高い場所、その場合の時期及び時間帯を記憶することができる。
状況予測部９３は、ＦＣ温度センサ４７、外気温センサ７１、受信器７３、時計７４及び速度センサ７５からのデータを入力される。状況予測部９３は、これらの入力データに記憶部９２の記憶データを参照することで、燃料電池システム１が今後おかれる状況を予測する。例えば、今後システム停止指令や凍結があるか否か、さらには最低温度やＦＣ温度がどうなるか等が予測される。そして、これらの予測を実行するために、状況予測部９３は、停止指令予測部９５、凍結予測部９６、最低温度予測部９７及びＦＣ温度予測部９８を有する。
停止指令予測部９５は、稼働中の燃料電池システム１のシステム停止指令を予測する。システム停止指令とは、燃料電池システム１の運転を停止する指令を意味する。システム停止指令は、通常、ユーザーのイグニッションスイッチのＯＦＦ操作によってなされる。停止指令予測部９５は、受信器７３からの測位データと、記憶部９２に記憶されたユーザーの使用傾向のデータと、に基づいてシステム停止指令を予測する。例えば、車両１００が自宅に近づいた場合には、停止指令予測部９５は、近いうちにシステム停止指令があると予測する。一方で、車両１００が行き先である自宅から離れた場合には、停止指令予測部９５は、システム停止指令がないと予測する。好ましくは、停止指令予測部９５は、システム停止指令が発せられるタイミングも予測すると共に、システム停止指令後にシステム停止となった場合の停車時間も予測する。
特に、停止指令予測部９５は、速度センサ７５からの車速データも考慮して、システム停止指令を予測することが好ましい。例えば、記憶部９２で記憶した頻度の高い停車場所の近傍で車速が２０ｋｍ／ｈ以下の場合には、車両１００を駐車場に停車させる可能性が高い。よって、この場合には、停止指令予測部９５はシステム停止指令があると予測する。一方で、記憶部９２で記憶した頻度の高い停車場所の近傍でも減速せずに車速が５０ｋｍ／ｈ以上の場合には、車両１００が駐車場前を通過する可能性が高い。よって、この場合には、停止指令予測部９５はシステム停止指令がないと予測する。このように、車速データも考慮することで、システム停止指令の予測が当たる確率を高めることができる。
凍結予測部９６は、燃料電池２の凍結を予測する。ここで、燃料電池２の凍結は、燃料電池２内に水分が残っている状態で燃料電池２が低温環境（氷点下）にさらされることで生じる。燃料電池２の発電中では運転温度の管理上、凍結の可能性は低いが、システム停止後に氷点下の環境にさらされると、燃料電池２内の水分が氷結し、燃料電池２の凍結が生じる。凍結予測部９６は、「所定の情報」に基づいて、システム停止時又は次回システム起動時における燃料電池２の凍結を予測する。
ここで、「所定の情報」とは、車両１００の位置（地理的座標）、外気温、システム停止から所定期間の間に経験する予想最低気温を含む予想気温、予想天気、及び暦の少なくとも一つ、好ましくはこれらのいくつかである。ここで、予想気温は、車両１００の停止予定場所（目的地）のものであればよい。予想気温のデータは、受信器７３を介してＩＴＳより受信される外部データであってもよいし、ＦＣ温度予測部９８で予測された内部データであってもよい。予想最低気温は、システム停止から２４時間以内又は数日以内に経験するものであればよい。予想最低気温のデータは、同様にＩＴＳより受信される外部データでもよいし、最低温度予測部９７で予測された内部データであってもよい。予想天気のデータは、ＩＴＳより受信されるデータを用いることができる。また、暦のデータは、時計７４からの時期データ及び時間帯データを用いることができる。
例えば、車両１００の停止予定場所の予想最低気温が０℃以下である場合には、凍結予測部９６は、システム停止時又は次回システム起動時において燃料電池２が凍結する可能性がある、と予測する。一方で、車両１００の停止予定場所の予想最低気温が５℃を超える場合には、凍結予測部９６は、システム停止時又は次回システム起動時において燃料電池２が凍結する可能性がない、と予測する。好ましくは、凍結予測部９６は、燃料電池２の凍結レベルがどの程度か、言い換えればどれぐらい低温下始動に備えるかのランクも予測する。
最低温度予測部９７は、車両１００がシステム停止から２４時間以内又は数日以内に経験する予想最低気温を予測する。この予測は、車両１００の停止予定場所又は現地点の測位データ、外気温センサ７１からの外気温データ、及び、時計７４からの暦データなどに基づいて行われる。
ＦＣ温度予測部９８は、システム停止時又は次回システム起動時の燃料電池２の内部温度を予測する。この予測は、外気温センサ７１からの外気温データ、及び／又は、最低温度予測部９７による予想最低気温データに基づいて行われる。なお、システム停止時間が長い場合には、ＦＣ温度予測部９８により予測されたＦＣ温度は、車両１００がさらされる環境の予想気温と一致する。
判断部９４は、状況予測部９３による予測結果に基づいて、どのような運転を行うべきかを判断する。具体的には、判断部９４は、停止指令予測部９５又は凍結予測部９６の予測結果に基づいて、通常運転を続行するか、あるいは乾燥運転に切り替えるかを判断する。例えば、停止指令予測部９５によってシステム停止指令があると予測された場合、又は、凍結予測部９６によって凍結があると予測された場合には、システム停止令前に乾燥運転に切り替えるべきと判断される。
運転制御部９０は、判断部９４による判断結果を伝えられる。運転制御部９０は、その判断結果に基づいて、通常運転又は乾燥運転を実行するべく、燃料電池システム１の各種構成機器（コンプレッサ１４、背圧調製弁１６、ポンプ２４、パージ弁３３、冷却ポンプ４２、切替え弁４５、ラジエータ４３用の冷却ファン、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６１など）を制御する。また、運転制御部９０は、燃料電池２の掃気運転を実行するべく、燃料電池システム１の各種構成機器を制御する。
ここで、通常運転、乾燥運転及び掃気運転について説明する。
通常運転では、電力損失を抑えて高い発電効率が得られるように、エアストイキ比を１．０以上（理論値）に設定した状態で燃料電池２が運転（発電）される。ここで、エアストイキ比とは酸素余剰率をいい、水素と過不足なく反応するのに必要な酸素に対して供給される酸素がどれだけ余剰であるかを示す。
乾燥運転とは、通常運転に比して燃料電池２の含水量を減少させる運転をいう。換言すれば、乾燥運転では、各種パラメータにより設定される要求出力を燃料電池２が出力し、通常運転に対して、燃料電池２の内部がより乾燥しやすい運転状態とすることをいう。その意味では、掃気運転は乾燥運転の概念に含まれる。乾燥運転は、燃料電池２内（電解質膜や、拡散層、流路）の湿度を必ずしも０％にする必要はなく、水分を低減できさえすればよい。乾燥運転を実行すれば、通常運転に比べて、電解質膜が乾燥気味になる。乾燥運転は、通常運転時に用いる制御パラメータの値とは異なる値を用いることで、各種の方法により実行することができる。
具体的には、第１の例では、乾燥運転は、通常運転に比して燃料電池２の発電量を制限することで実行される。これは、高圧ＤＣ／ＤＣコンバータ６１によって燃料電池２の最大出力を制限することで実現できる。このような乾燥運転により、電力を節約しながら燃料電池２の含水量を減少できる。
第２の例では、乾燥運転は、通常運転に比してＦＣ温度を上昇することで実行される。これは、外部の加熱装置による加熱、燃料電池２の自己発熱量の増大、又は燃料電池２の冷却量の減少により実現できる。燃料電池２の自己発熱量を増大させる制御は、例えば、反応ガス（酸化ガス又は燃料ガス）のストイキ値の低下等により発電効率を低下させることで実行できる。燃料電池２の冷却量の減少は、燃料電池２を発電させた状態で、冷却ポンプ４２の回転数及び／又はラジエータ４３用の冷却ファンの回転数を制御してラジエータ４３による冷却量を抑制したり、あるいは切り替え弁４５をバイパス流路４４側に切り替えたりすることで実現できる。このような乾燥運転を行うことで、燃料電池２内に滞留している水分の蒸発を促進でき、その蒸発した水分を酸化オフガス又は燃料オフガスで持ち去ることができる。
第３の例では、乾燥運転は、通常運転に比して、酸化ガスの流量、圧力、温度及び露点温度の少なくとも一つを変更することで実行される。具体的には、コンプレッサ１４の回転数を上げることで酸化ガスの流量を増加させること、背圧調整弁１６の開度を調整して酸化ガスの供給圧を下げること、図示省略した外部のヒータにより酸化ガスの温度を上昇させること、又は、露点温度を下げること、により乾燥運転が行われる。このような乾燥運転を行うことで、応答性良く燃料電池２内を乾燥させることができる。なお、乾燥運転では、加湿器１５をバイパスして酸化ガスを燃料電池２に供給するようにしてもよいし、加湿器での酸化ガスの加湿量を減らすようにコントロールしてもよい。
第４の例では、乾燥運転は、通常運転に比して、燃料ガスの流量、圧力、パージ頻度及び露点温度の少なくとも一つを変更することで実行される。具体的には、ポンプ２４及び／又は図示省略したインジェクターを調整することで燃料ガスの流量を増加させること、レギュレータ２８又はインジェクターを調整することで燃料ガスの供給圧力を下げること、パージ弁３３のパージ頻度を増やすこと、又は、露点温度を下げること、により乾燥運転が行われる。このような乾燥運転の実行によっても、燃料電池２内を乾燥させることができる。
なお、上記した第１〜第４の例を適宜組み合わせて、乾燥運転を実行してもよい。
掃気運転は、燃料電池システム２の運転終了時（システム停止時）に、燃料電池２内の水分を外部に排出することで燃料電池２内を掃気することをいう。本実施形態では、掃気運転は、システム停止指令があった後で実行される。掃気運転は、例えば、燃料電池２をアイドル運転とした状態で又は燃料電池２への水素ガスの供給を停止した状態で、コンプレッサ１４によって酸化ガスを酸化ガス流路２ａに供給し、燃料電池２に残る水分を酸化ガスで持ち去ることで行われる。
次に、制御装置７による燃料電池システム１の停止制御に関し、複数の例を説明する。
＜第１の制御例＞
図３に示すように、燃料電池システム１は通常運転を実行している（ステップＳ１）。通常運転中には、外気温データ、ＦＣ温度データ、車速データ、測位データ、及び季節等の時間データなどの各種情報が取得される（ステップＳ２）。これらのデータは、通常運転中に随時取得される。次に、停止指令予測部９５は、ユーザーによるシステム停止指令があるか否かを予測する（ステップＳ３）。この予測は、上記したとおり、測位データに、記憶部９２のユーザーの使用傾向のデータを参照することで、好ましくは車速データをも参照することで行われる。
システム停止指令がないと予測された場合には（ステップＳ３；ＮＯ）、判断部９４は通常運転を継続すべきと判断し、その旨の信号を運転制御部９０に送る。これによって、運転制御部９０は、乾燥運転を行うことなく通常運転を継続するように、各種機器を制御する（ステップＳ１）。
一方、システム停止指令があると予測された場合には（ステップＳ３；ＹＥＳ）、判断部９４は乾燥運転を実行すべきと判断し、その旨の信号を運転制御部９０に送る。これにより、運転制御部９０は、通常運転から切り替えて乾燥運転を実行するべく、各種機器を制御する（ステップＳ４）。これにより、燃料電池２の含水量が通常運転時よりも低減される。
次のステップＳ５では、システム停止指令が所定の時間内にあったか否かが判断される。この所定の時間は、上記したように、停止指令予測部９５によって予測されるシステム停止指令が発せられる時間である。この所定の時間を過ぎてもシステム停止指令がユーザーによって発せられなかった場合には（ステップＳ５；ＮＯ）、再び、通常運転に切り替える（ステップＳ１）。
一方、予測どおり、所定の時間内にシステム停止指令が発せられた場合には（ステップＳ５；ＹＥＳ）、そのシステム停止指令をトリガとして乾燥運転から掃気運転に切り替える（ステップＳ６）。この掃気運転により、燃料電池２に残る水分は完全に又はほぼ完全に持ち去られ、燃料電池２の電解質膜や電極は乾燥した状態となる。その後、燃料電池システム１は、停止して次の起動にそなえることになる。
以上説明したように、本実施形態の第１の制御例によれば、システム停止指令前に乾燥運転を行うので、システム停止指令の時点では燃料電池２の含水量を減らしておくことができる。これにより、システム停止指令後に燃料電池２を短時間で掃気（乾燥）させることができる。また、掃気運転にかかる時間が短くなるので、燃料電池２の乾燥に要する電力を節約でき、エネルギ効率を高めることができる。しかも、システム停止指令の予測結果をトリガとして、乾燥運転への切替え又は通常運転の継続を実行している。このため、システム停止指令の前の乾燥運転が不要な場合にはそれを回避できるなど、燃料電池システム１の状況に即した運転が可能となる。
なお、上記のステップＳ４とＳ５との間に、停止指令予測部９５によりシステム停止指令が予測されるか否かを再度判断するステップ（すなわち、ステップＳ３に相当するステップ）を設けてもよい。このステップを設けた場合、停止指令予測部９５によりシステム停止指令が予測される場合にはステップＳ５へと進めばよく、逆にシステム停止指令が予測されない場合にはステップＳ１へと戻って通常運転に切り替えればよい。
詳述していないが、システム停止指令があると予測されるよりも前に、ユーザーによるシステム停止指令が割り込まれたときには、通常運転から掃気運転へと切り替えられる。
＜第２の制御例＞
次に、第２の制御例について、図４を参照して説明する。第１の制御例との相違点は、凍結予測の判断（ステップＳ１３）を追加したことである。なお、ステップＳ１１，１２並びにＳ１４〜１７は、図３のステップＳ１〜６と同じであるので、ここでは説明を省略する。
ステップＳ１３において、凍結予測部９６は、システム停止時又は次回システム起動時における燃料電池２の凍結があるか否かを予測する。
凍結があると予測される場合、又は、システム停止時又は次回システム起動時におけるＦＣ温度が所定の低温であると予測される場合には（ステップＳ１３；ＹＥＳ）、ステップＳ１４へと処理を進める。ここで、所定の低温とは、燃料電池２の凍結が起こる０℃以下（氷点）に設定することもできるし、これよりも凍結に余裕をもった温度（例えば２℃以下）に設定することもできる。
このような凍結があると予測される場合（ステップＳ１３；ＹＥＳ）、凍結予測部９６は、燃料電池２の凍結レベルのランクを予測することが好ましい。システム停止時又は次回システム起動時におけるＦＣ温度が低温になるほど、凍結した場合の解凍に時間がかかるからである。例えば、−１０℃の場合よりも−２０℃の場合の方が凍結レベルが高いと予測する。
その後は、第１の制御例と同様に進み、ステップＳ１４にてシステム停止指令の有無を予測し、システム停止指令が予測される場合には（ステップＳ１４；ＹＥＳ）、乾燥運転（ステップＳ１５）を実行する。この乾燥運転（ステップＳ１５）又はその後の掃気運転（ステップＳ１７）は、上記の凍結レベルの予測に応じて実行するとよい。例えば、凍結レベルが低いほど、乾燥運転の乾燥度合いを小さくしたり、掃気運転の掃気時間を短くしたりすればよい。
一方、凍結がないと予測される場合、又は、システム停止時又は次回システム起動時におけるＦＣ温度が所定の低温を超える場合と予測される場合には（ステップＳ１３；ＮＯ）、通常運転が継続される。この場合には、ユーザーによるシステム停止指令が割り込まれたときに、通常運転から掃気運転へと切り替えられることになる。
以上説明したように、第２の制御例によれば、第１の制御例による作用・効果に加え、システム停止時又は次回システム起動時の予想される凍結の状況に即して、乾燥運転の実行又は通常運転の継続を行える。したがって、氷点下などの低温環境での燃料電池システム１の安定した始動性を確保できる。しかも、予測した凍結レベルのランクに応じて、乾燥度合いの条件を決定して、乾燥運転を実行することができる。一方で、凍結が起こらない環境下では、通常運転を継続でき、乾燥運転を回避できる。
なお、他の実施態様では、凍結予測（ステップＳ１３）は、システム停止指令の予測（ステップＳ１４）よりも後に行ってもよい。また、別の実施態様では、システム停止指令の予測（ステップＳ１４）を行わなくてもよい。すなわち、凍結が予測される場合には、（ステップＳ１３；ＹＥＳ）、システム停止指令の予測の有無を問わず、乾燥運転を実行してもよい（ステップＳ１５）。
＜第３の制御例＞
次に、第３の制御例について、図５ないし図７を参照して説明する。第３の制御例は、乾燥運転の具体例を示すものである。なお、以下の説明では、第１又は第２の制御例と共通するステップの詳細については説明を省略する。
先ず、ステップＳ２１では、燃料電池２の発電が開始して通常運転の状態となる。次に、ＦＣ温度が計測される（Ｓ２２）。さらに、数日以内に車両１００が経験する最低温度（気温）が推定される（ステップＳ２３）。この推定は、最低温度予測部９７により行うことができる。そして、推定（予測）された最低気温から、乾燥運転を行う必要が有るか否かが判断部９４によって判断される（ステップＳ２４）。乾燥運転を行う必要がなければ（ステップＳ２４；ＮＯ）、処理を抜ける。
乾燥運転が必要な場合には（ステップＳ２４；ＹＥＳ）、乾燥運転でのＦＣ温度（冷却水温度）の目標値を決定する（ステップＳ２５）。この目標値の決定は、例えば図６に示すマップＭ１を参照することにより行われる。
図６に示すマップＭ１は、制御目標値であるＦＣ温度と、外気温もしくは次回起動時のＦＣ温度との関係を示すものである。ここで、外気温は、現時点での外気温であり、また、次回起動時のＦＣ温度は、ＦＣ温度予測部９８により予測された温度である。このマップＭ１では、外気温もしくは次回起動時のＦＣ温度が低い場合には、対応するＦＣ温度の目標値は高くなる。すなわち、観測された外気温又は予測されたＦＣ温度が低いほど、乾燥運転の際にＦＣ温度を上昇させるように、ＦＣ温度の目標値が高く設定される。これにより、システム停止時に燃料電池２のＭＥＡが乾きやすくなる。逆に、観測された外気温又は予測されたＦＣ温度が高い場合には、ＦＣ温度の目標値は低く設定される。なお、マップＭ１の横軸を、外気温もしくは次回起動時のＦＣ温度に代えて、ステップＳ２３で予測した最低気温を用いても良い。
次いで、ステップＳ２５で決定したＦＣ温度となるように、通常運転から乾燥運転に切り替え、ＦＣ温度を実際に制御する（ステップＳ２６）。ＦＣ温度の変更は、ラジエータ４３による冷却量又は切替え弁４５の制御により行うことができる。ＦＣ温度を高くするには、上記した乾燥運転の第２の例のように、燃料電池２を発電させた状態で、ラジエータ４３による冷却量を抑制したり、あるいは切替え弁４５をバイパス流路４４側に切り替えたりして、燃料電池２の冷却水温度を上昇させることで実現できる。
その後、システム停止指令が所定の時間内にあった場合には（ステップＳ２７；ＹＥＳ）、掃気運転（ステップＳ２８）が実行される。一方、所定時間を過ぎてもシステム停止指令がない場合や、システム停止指令がないと予測される場合には（ステップＳ２７；ＮＯ）、処理を抜けて通常運転へと戻ることが好ましい。
以上説明した第３の制御例の効果を、図７を参照して説明する。
図７（Ｂ）に示す曲線Ｌ１は、第３の制御例を行った場合のＦＣ温度の推移を示し、曲線Ｌ２は、比較例を行った場合のＦＣ温度の推移を示す。
曲線Ｌ２に示すように、比較例では、ユーザーによるシステム停止指令があったときに（タイミングｔ１）、ＦＣ温度を上昇させる乾燥運転を実行する。このため、乾燥運転前のＦＣ温度Ｔ１が目標温度Ｔ２に到達するのは、タイミングｔ３のときとなり、システム停止指令から所定時間（ｔ３−ｔ１）が経過したものとなる。
これに対し、曲線Ｌ１に示すように、第３の制御例では、乾燥運転が必要であると判断した際に（図５のステップＳ２４；ＹＥＳ、図７のタイミングｔ０）、ＦＣ温度を上昇させる乾燥運転を実行する（図５のステップＳ２６）。このため、ユーザーによるシステム停止指令がなされた際には（図５のステップＳ２７；ＹＥＳ、図７のタイミングｔ１）、ＦＣ温度は乾燥運転前のＦＣ温度Ｔ１よりも上昇している。これにより、乾燥運転前のＦＣ温度Ｔ１が目標温度Ｔ２に到達するのはタイミングｔ２となり、システム停止指令から目標温度Ｔ２の到達までの時間が比較例よりも短縮される。
以上説明したように、第３の制御例によれば、システム停止指令前にＦＣ温度を上昇させる乾燥運転を行うので、システム停止指令の時点では燃料電池２の含水量を減らすことができる。これにより、システム停止指令後の掃気を短時間で終了させることができ、掃気のためのエネルギを不要ないし節約できる。また、外気温もしくは次回起動時のＦＣ温度に基づいて乾燥運転の条件（乾燥度合い）を決定しているので、状況に応じた適切な乾燥運転を実行できる。また、低温雰囲気では、燃料電池２の発電性能が低下するため、ＦＣ温度を上げることで発電性能を向上させることができる。一方、外気温が低いときには、ラジエータ４３による熱交換効率も向上するため、出力アップに伴いＦＣ温度が上昇しても、燃料電池２の冷却は容易に行える。
＜第４の制御例＞
次に、第４の制御例について、図８を参照して説明する。第４の制御例は、第３の制御例を変形した例である。なお、以下の説明では、上記第１〜３の制御例と共通するステップの詳細については説明を省略する。
先ず、ステップＳ３１において、通常運転中に車両位置情報などが取得される（ステップＳ３２）。取得される情報としては、図３のステップＳ２と同様に、例えば、外気温データ、ＦＣ温度データ、車速データ、測位データ、及び季節等の時間データである。そして、この取得データに基づいて燃料電池２の乾燥の必要性が判断される（ステップＳ３２）。
例えば測位データや外気温データに基づいて、燃料電池２の乾燥が必要でないと判断される場合には（ステップＳ３２；不必要）、一連の処理をぬける。一方、乾燥が必要であると判断される場合には（ステップＳ３２；必要）、再度、測位データである車両位置情報を取得する（ステップＳ３３）。そして、この測位データに基づいて、停止指令予測部９５が車両１００の停車位置及び停車時間を予測し、ＦＣ温度予測部９８が次回システム起動時のＦＣ温度を予測する。これらの予測結果に基づいて、判断部９４が燃料電池２の乾燥の必要性を再度判断する（ステップＳ３４）。
ここで、例えば次回システム起動時のＦＣ温度が０℃を超えると予測される場合には、燃料電池２の乾燥が必要でないと判断され（ステップＳ３４；不必要）、一連の処理をぬける。一方、次回システム起動時のＦＣ温度が０℃以下であると予測される場合には、燃料電池２の乾燥が必要であると判断され（ステップＳ３４；必要）、乾燥運転を開始する（ステップＳ３５）。この乾燥運転は、例えば図５のステップＳ２５のように、決定された乾燥度合いに基づいて実行される。その後、再び測位データが取得され（ステップＳ３６）、この測位データに基づいて燃料電池２の乾燥の必要性が再度判断される（ステップＳ３７）。
ここで、例えば駐車推定場所、すなわち停止指令予測部９５によって予測された車両１００の停車位置から車両１００が離れている場合には、燃料電池２の乾燥運転が必要でないと判断される（ステップＳ３７；不必要）。その場合には、一連の処理をぬけ、通常運転に復帰する。一方、車両１００が駐車推定場所に向かっている場合には、燃料電池２の乾燥運転を続行する（ステップＳ３７；必要）。その後、車両停車の指令であるシステム停止指令、又はセル掃気指令があった場合には（ステップＳ３８）、掃気運転が実行され（ステップＳ３９）、燃料電池システム１が停止する。
以上説明した第４の制御例によれば、第１の制御例と同様の効果を奏することができ、特に、予測された停止位置から車両１００が離れた場合に通常運転に復帰させることができる。
＜第５の制御例＞
次に、第５の制御例について、図９ないし図１１を参照して説明する。第５の制御例は、乾燥運転を実行するか否かを判断するためのパラメータとして、車両１００が立ち寄る先の駐車条件を加えたものである。
図９に示すように、車両１００が傾斜した路面２００にあると、車両１００に水平に搭載されている燃料電池２も、路面２００の傾斜にならって傾くことになる。車両１００が傾斜した状態で長時間低負荷運転をした場合、燃料電池２の内部で生成水２１０が局部的に溜まり、生成水２１０の排水性が低下するおそれがある。特に、長い下り坂路の先に駐車場がある場合、燃料電池システム１は長時間低負荷運転となるため、燃料電池２内では車両前方方向に生成水２１０が溜まり易くなる。また、車両１００が傾斜地の路面２００に駐車した場合は、平地の路面２００に駐車した場合に比べ、燃料電池２がたとえ同じ含水率であっても、局部的に生成水２１０が溜まり易くなり、低温始動にとって不利な条件となる。
したがって、車両１００が駐車する前に、駐車場での車両１００の傾斜状態を予測し、生成水２１０の溜まりにくい運転を行うことが好ましい。このような運転を実行するのに好適なのが、燃料電池システム１の停止制御に関する第５の制御例である。
図９及び図１０に示すように、第５の制御例を実行するための構成として、燃料電池システム１は、車両１００の傾斜状態を検出する傾斜角センサ２２０を有している。傾斜角センサ２２０は、サーボ型など公知のものを用いることができ、車両１００に搭載することができる。傾斜角センサ２２０は、車両１００の前後方向（進行方向）における車両１００の傾斜角、すなわちピッチ角を検出できるものであればよい。ただし、傾斜角センサ２２０として、車両１００の左右方向（車幅方向）における車両１００の傾斜角（ロール角）を検出するセンサを用いてもよい。
なお、車両１００の傾斜状態を検出する方法として、傾斜角センサ２２０ではなく、路面２００の勾配値を検出する方法を採用してもよい。このような勾配値の検出方法は公知であるので詳述しないが、例えばナビゲーション装置である受信器７３から車両１００の駐車場所（予測駐車場所を含む。）における勾配値に関する情報を取得する方法が挙げられる。
図１０に示すように、学習部９１は、上記したタイマー７２、受信器７３及び時計７４からのデータを入力されると共に、傾斜角センサ２２０からのデータを入力される。したがって、学習部９１は、車両１００の停止場所、その停止場所での停止時間、及びその停止場所での路面２００に対する車両１００の傾斜角を学習し、ユーザーの使用傾向（運転パターン）を把握する。なお、車両１００の停止場所とは、車両１００の駐車場所を含む概念であり、停止時間とは、車両１００の駐車時間を含む概念である。
記憶部９２は、学習部９１で把握されたユーザーの使用傾向を記憶する。例えば、記憶部９２は、ユーザーがよく駐車する立ち寄り先の場所（例えば、自宅、会社など）を記憶すると共に、その場所の環境、すなわち車両１００の傾斜角を記憶する。このとき、車両１００の傾斜角は絶対値で記憶される。これは、車両１００が路面２００に対しどちらの向きで駐車されるかは予測が難しいからである。そして、上記したように、記憶部９２は、駐車場所に関連付けて時期又は時間帯を記憶し、最近の行動に基づくデータに更新するとよく、さらには、停車の頻度により重みつけされたマップを有するとよい。
第５の制御例におけるフローについて説明する。
図１１に示すように、燃料電池システム１が通常運転を行っている（ステップＳ４１）と、その通常運転中に車両位置情報などが取得される（ステップＳ４２）。取得される情報としては、図３のステップＳ２と同様に、例えば、外気温データ、ＦＣ温度データ、車速データ、測位データ、及び季節等の時間データである。そして、この取得データに基づいて、状況予測部９３は、車両１００の駐車があるか否かを予測する（ステップＳ４３）。この予測は停止指令予測部９５によって行われ、停止指令予測部９５は、測位データに、記憶部９２に記憶されたユーザーの使用傾向のデータを参照することで、燃料電池システム１が停止されることになる車両１００の駐車を予測する。
その結果、車両１００が駐車されないと予測された場合には（ステップＳ４３；ＮＯ）、通常運転が継続される（ステップ４１）。一方、車両１００の駐車があると予測された場合には（ステップＳ４３；ＹＥＳ）、状況予測部９３が、ユーザーの使用傾向のデータと現在の測位データとから、車両１００の駐車場所及びその場所での車両１００の傾斜角を予測する（ステップＳ４４）。そして、この予測傾斜角が閾値よりも大きいか否かが判断部９４によって判断される。
予測傾斜角が閾値以下である場合には（ステップＳ４５：ＮＯ）、駐車後の車両１００において生成水が局部的に溜まる可能性も低い。よって、判断部９４は通常運転を続行すべきと判断し（ステップＳ４６）、システム停止指令を待つことになる（ステップＳ４８）。なお、図示省略したが、生成水が局部的に溜まる可能性が低い場合であっても、判断部９４は、凍結予測部９６等からの予測結果から総合的に判断して、乾燥運転に切り替えるべきと判断することもできる。
予測傾斜角が閾値を越える場合には（ステップＳ４５：ＹＥＳ）、駐車後の車両１００において生成水が局部的に溜まる可能性が高い。この場合は、判断部９４によって乾燥運転を実行すべきと判断され、乾燥運転が実行されることになる（ステップＳ４７）。これにより、燃料電池２の含水量が通常運転時よりも低減されるので、駐車後はもとより、下り坂を走行中であっても、生成水が局部的に溜まることを抑制できる。
その後、所定時間を過ぎてもシステム停止指令がない場合や、システム停止指令がないと予測される場合には（ステップＳ４８；ＮＯ）、処理を抜けて通常運転へと戻るようになる。一方、車両１００が駐車されて、システム停止指令が所定の時間内にあった場合には（ステップＳ４８；ＹＥＳ）、掃気運転（ステップＳ４９）が実行される。これにより、燃料電池システム１及び車両１００は停止して次の起動にそなえることになる。
以上説明した第５の制御例によれば、事前に駐車場所の環境（車両１００の傾斜角）を予測して、システム停止指令の前に乾燥運転を実行できる。よって、駐車前から燃料電池２内を水が溜まりにくい状態にしておくことができ、次回のシステム起動を安定性良く行うことができる。
なお、車両１００が駐車場所に到達した場合であっても、そのイグニッションスイッチがＯＦＦ操作されず、車両１００がアイドリング運転されることも考えられる。傾斜した路面２００上の車両１００においてアイドリング運転が長時間行われると、生成水が局部的に溜まってしまうおそれがある。これを防止するべく、停車後に長時間のアイドリングができないよう、運転者（ユーザー）にアラームを出すとよい。したがって、制御装置７は、車両１００の停止後も傾斜角センサ２２０からの情報を参照し、運転制御部９０は、生成水が溜まり易い運転をしないよう燃料電池システム１の運転条件を制限し、運転者にアラームを出すようにするとよい。
＜変形例＞
以上説明した第１〜第５の制御例では、システム停止指令後に掃気運転を行っているが、本発明は、掃気運転を行なわないものについても適用可能である。
【図１】
2008056617.tif 000003
【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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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年1月23日(2009.1.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムにおいて、
燃料電池と、
通常運転、及び当該通常運転に比して前記燃料電池の含水量を減少させる乾燥運転の実行を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、システム停止指令の時点で前記通常運転時よりも前記燃料電池の含水量が減少しているように、前記システム停止指令の前に前記乾燥運転を実行する、燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御装置は、システム停止時又は次回システム起動時における前記燃料電池の温度が所定の低温であると予測される場合に、前記システム停止指令の前に前記乾燥運転を実行する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記制御装置は、当該燃料電池システムがおかれる状況を予測する状況予測部を備え、その予測結果に基づいて前記システム停止指令の前に前記乾燥運転を実行する、請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記状況予測部は、前記システム停止指令を予測する停止指令予測部であり、
前記制御装置は、前記システム停止指令があると予測された場合にはその予測されたシステム停止指令の前に前記乾燥運転を実行する一方、前記システム停止指令がないと予測された場合には前記通常運転を継続する、請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記停止指令予測部は、当該燃料電池システムを搭載した移動体の位置と、当該移動体を使用するユーザーの使用傾向と、に基づいて前記システム停止指令を予測する、請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御装置は、前記移動体の停止場所及びその停止場所での停止時間を学習し、それにより前記ユーザーの使用傾向を把握する学習部を備える、請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記制御装置は、前記予測されたシステム停止指令の前に前記乾燥運転を実行した後、前記停止指令予測部が前記システム停止指令はないと予測した場合には、前記乾燥運転から前記通常運転に切り替える、請求項４ないし６のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記制御装置は、前記予測されたシステム停止指令の前に前記乾燥運転を実行した後、前記システム停止指令が所定時間内になされなかった場合には、前記乾燥運転から前記通常運転に切り替える、請求項４ないし６のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記状況予測部は、前記燃料電池の凍結を予測する凍結予測部であり、
前記制御装置は、前記燃料電池の凍結があると予測された場合には前記システム停止指令の前に前記乾燥運転を実行する一方、前記燃料電池の凍結がないと予測された場合には前記通常運転を継続する、請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記凍結予測部は、当該燃料電池システムの位置、外気温、システム停止から数日以内に経験する予想最低気温及び暦の少なくとも一つに基づいて、システム停止時又は次回システム起動時における前記燃料電池の凍結を予測する、請求項９に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記状況予測部は、当該燃料電池システムを搭載した移動体の停止場所における傾斜状態を予測する、請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記制御装置は、前記移動体の停止場所、その停止場所での停止時間、及びその停止場所での路面に対する移動体の傾斜角を学習し、それによりユーザーの使用傾向を把握する学習部を備え、
前記状況予測部は、前記ユーザーの使用傾向に基づいて、前記移動体の停止場所を予測すると共に、その停止場所での当該移動体の傾斜状態を予測する、請求項１１に記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記制御装置は、前記通常運転に比して前記燃料電池の発電量を制限することで、前記乾燥運転を実行する、請求項１ないし１２のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
前記制御装置は、前記通常運転に比して前記燃料電池の温度を上昇することで、前記乾燥運転を実行する、請求項１ないし１２のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項１５】
前記燃料電池に冷媒を供給する冷媒配管系を備えており、
前記乾燥運転は、前記冷媒による前記燃料電池の冷却量を減らした状態で前記燃料電池を発電させる、請求項１４に記載の燃料電池システム。
【請求項１６】
前記燃料電池に酸化ガスを供給する酸化ガス配管系を備えており、
前記制御装置は、前記通常運転に比して前記酸化ガスの流量、圧力、温度及び露点温度の少なくとも一つを変更することで、前記乾燥運転を実行する、請求項１ないし１２のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項１７】
前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス配管系を備えており、
前記制御装置は、前記通常運転に比して前記燃料ガスの流量、圧力、パージ頻度及び露点温度の少なくとも一つを変更することで、前記乾燥運転を実行する、請求項１ないし１２のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項１８】
前記システム停止指令は、当該燃料電池システムの運転を停止する指令である、請求項１ないし１７のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項１９】
前記システム停止指令は、ユーザーのイグニッションスイッチのＯＦＦ操作によってなされる、請求項１ないし１８のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項２０】
前記制御装置は、前記通常運転中に取得したデータに基づいて、前記システム停止指令の前に前記乾燥運転を実行する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【国際調査報告】
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