(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路を有し、前記燃料ガス流路に燃料ガスが、前記酸化剤ガス流路に酸化剤ガスが、それぞれ供給されることで発電する燃料電池と、
前記燃料ガス流路に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、
前記酸化剤ガス流路に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、
前記酸化剤ガス供給手段から前記酸化剤ガス流路に向かう酸化剤ガスが通流する酸化剤ガス供給流路と、
前記酸化剤ガス流路から排出された酸化剤オフガスが通流する酸化剤オフガス排出流路と、
前記酸化剤オフガス排出流路に設けられると共に、前記燃料ガス流路から排出された燃料オフガスを、酸化剤オフガスで希釈する希釈器と、
前記酸化剤ガス供給流路又は前記希釈器よりも上流の前記酸化剤オフガス排出流路と、前記希釈器とを接続すると共に、前記希釈器に向かう分岐ガスが通流する分岐ガス流路と、
分岐ガスの圧力を調整することで、分岐ガスが前記希釈器内の燃料オフガスを酸化剤オフガスに押し出す程度を調整する圧力調整手段と、
システム起動時に前記燃料電池のＯＣＶが所定ＯＣＶ以上であるか否か判定するＯＣＶ判定手段と、
前記ＯＣＶ判定手段が前記燃料電池のＯＣＶが所定ＯＣＶ以上であると判定した後、前記燃料電池の発電を開始すると共に、酸化剤ガスのストイキ比を低下させることで前記燃料電池のＩＶ特性を低下させるＩＶ特性低下手段と、
を備え、
分岐ガスの圧力が低くなると、分岐ガスが押し出す燃料オフガスの量が少なくなり、
前記圧力調整手段は、前記ＩＶ特性低下手段による前記燃料電池のＩＶ特性の低下時、前記ＯＣＶ判定手段が前記燃料電池のＯＣＶが所定ＯＣＶ以上であるか否か判定している間よりも前記希釈器に導入される分岐ガスの圧力を低下させる
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記希釈器は、燃料オフガスが導入される導入室を有する筐体と、酸化剤オフガスが通流すると共に前記筐体を貫通する酸化剤オフガス配管と、前記筐体内の前記酸化剤オフガス配管に形成されると共に前記酸化剤オフガス配管の内外を連通させる吸い込み孔と、を備え、
前記酸化剤オフガス配管を通流する酸化剤オフガスの流量が少なくなるにつれて、前記導入室から前記吸い込み孔を介して前記酸化剤オフガス配管内に吸い込まれる燃料オフガスの吸い込み量が少なくなる
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】
前記分岐ガス流路に設けられた分岐ガス弁を備え、
前記ＩＶ特性低下手段による前記燃料電池のＩＶ特性の低下時において、前記希釈器から外部に排出されるガスの燃料ガス濃度が、外部に排出可能な燃料ガス濃度の上限値である第１所定燃料ガス濃度よりも低い第２所定燃料ガス濃度以上であるとき、前記酸化剤ガス供給手段は前記吸い込み孔を介する燃料オフガスの吸い込み量が少なくなるように酸化剤ガスの供給量を低下させ、前記分岐ガス弁は閉じる
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】
前記分岐ガス流路は、前記酸化剤ガス供給流路に接続し、
前記圧力調整手段は、前記酸化剤ガス流路と前記希釈器との間の前記酸化剤オフガス流路に設けられた背圧弁を備える
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】
開いた場合に前記燃料ガス流路からの燃料オフガスを前記希釈器に排出するパージ弁を備え、
前記ＩＶ特性低下手段による前記燃料電池のＩＶ特性の低下時において、前記パージ弁が開く場合、前記背圧弁が全開となる
ことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路を有し、前記燃料ガス流路に燃料ガスが、前記酸化剤ガス流路に酸化剤ガスが、それぞれ供給されることで発電する燃料電池と、
前記燃料ガス流路に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、
前記酸化剤ガス流路に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、
前記酸化剤ガス供給手段から前記酸化剤ガス流路に向かう酸化剤ガスが通流する酸化剤ガス供給流路と、
前記酸化剤ガス流路から排出された酸化剤オフガスが通流する酸化剤オフガス排出流路と、
前記酸化剤オフガス排出流路に設けられると共に、前記燃料ガス流路から排出された燃料オフガスを、酸化剤オフガスで希釈する希釈器と、
前記酸化剤ガス供給流路又は前記希釈器よりも上流の前記酸化剤オフガス排出流路と、前記希釈器とを接続すると共に、分岐し前記希釈器に向かう分岐ガスが通流する分岐ガス流路と、
を備え、分岐ガスの圧力が調整されることで分岐ガスが前記希釈器内の燃料オフガスを酸化剤オフガスに押し出す程度が調整され、分岐ガスの圧力が低くなると分岐ガスが押し出す燃料オフガスの量が少なくなる燃料電池システムの運転方法であって、
システム起動時に前記燃料電池のＯＣＶが所定ＯＣＶ以上であるか否か判定するＯＣＶ判定ステップと、
前記ＯＣＶ判定ステップにおいて前記燃料電池のＯＣＶが所定ＯＣＶ以上であると判定した後、前記燃料電池の発電を開始すると共に、酸化剤ガスのストイキ比を低下させることで前記燃料電池のＩＶ特性を低下させるＩＶ特性低下ステップと、
を含み、
前記ＩＶ特性低下ステップにおいて、前記ＯＣＶ判定ステップよりも前記希釈器に導入される分岐ガスの圧力を低下させる
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、燃料電池車等の電源として、水素（燃料ガス）及び酸素を含む空気（酸化剤ガス）が供給されることで発電する燃料電池が注目されている。このような燃料電池は、水素又は空気を電極反応させる触媒（Ｐｔ等）の種類に対応して、好適に発電する好適発電温度（例えば、ＰＥＦＣでは８０〜９０℃）を有している。
【０００３】
ところで、燃料電池の使用環境は大きく変化するので、起動時における燃料電池の温度は大きく変化し、例えば、氷点下（０℃以下）になることもある。そこで、燃料電池を早期に暖機する方法として、燃料電池に向かう空気（酸素）のストイキ比を小さくして、燃料電池のＩＶ特性を低下させる方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。ここで、空気（酸素）のストイキ比を小さく方法としては、例えば、燃料電池に向かう空気の流量を少なくする方法が採用される。なお、燃料電池のＩＶ特性を低下させるとは、その燃料電池のＩＶ曲線を低下させることである。
【０００４】
酸素のストイキ比とは、酸素の余剰率を意味し、アノードに供給されている水素と過不足なく反応するのに必要な酸素（必要酸素）に対して、実際の酸素（実際酸素）がどの程度余剰であるかを示す比（実際酸素／必要酸素）である。
【０００５】
そして、燃料電池の出力電流を同一としたまま、ストイキ比を小さくすると、燃料電池の出力電圧が低下して燃料電池のＩＶ特性（ＩＶ曲線）が低下し、水素と酸素との反応によって取り出せるエネルギのうちの熱損失（発電損失）が増大、つまり、燃料電池の発電に伴う自己発熱量が増加する。よって、ストイキ比を小さくし、酸素不足状態に近づけると、燃料電池のＩＶ特性（ＩＶ曲線）が低下すると共に、濃度過電圧及び自己発熱量が増加し、燃料電池の暖機が促進されることになる。なお、このようにストイキ比を小さくする運転は低効率運転と称される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２２６５９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
また、水素の消費効率を高めるために、発電で消費されずアノード流路（燃料ガス流路）から排出された水素を燃料電池の上流に戻し再供給する技術、つまり、水素を循環させる水素循環系を備える燃料電池システムが知られている。
【０００８】
さらに、システム起動時、アノード流路における水素濃度を高めるために、燃料ガス流路を水素に置換し、ＯＣＶ（（Open Circuit Voltage）、開回路電圧）が所定ＯＣＶ以上になった後、燃料電池の発電を開始する手順が一般的である。
【０００９】
なお、アノード流路を水素に置換する場合、前記水素循環系に接続されたパージ弁（排出弁）を所定開弁時間にて繰り返し開き、アノード流路に連通する前記水素循環系に滞留するガスを外部に排出すると共に、水素タンク（燃料ガス供給手段）からの新規水素（新規燃料ガス）をアノード流路に導入することで、水素濃度を高めている。そして、このようにパージ弁を開閉し、水素置換を進めることで水素濃度を高め、ＯＣＶが所定ＯＣＶ以上となるまでの一連の処理をＯＣＶチェック処理と称される。
【００１０】
さらにまた、パージ弁からの水素がそのまま車外（外部）に排出されることを防止するため、パージ弁からの水素を希釈器に導入し、希釈器において、この水素をカソード流路（酸化剤ガス流路）からのカソードオフガス（酸化剤オフガス）で希釈した後、車外に排出する技術が知られている。
【００１１】
ところが、ＯＣＶチェック処理の終了時、終了直前又は終了直後にパージ弁が開いた場合において、燃料電池のＩＶ特性を低下させるために前記した空気（酸素）のストイキ比を小さく、つまり、空気の供給量を少なくする低効率運転を開始してしまうと、希釈用ガスであるカソードオフガスの流量が少なくなるので、前記した終了直前等のパージ弁の開弁で排出された水素がカソードオフガスで良好に希釈されない虞がある。
【００１２】
そして、車外に排出されるガス中の水素濃度が所定水素濃度以上である場合に前記低効率運転を停止する構成であるとき、水素センサ等によって水素の希釈不足が検出されると、低効率運転が中断され、燃料電池の暖機が遅れる虞がある。
【００１３】
そこで、本発明は、燃料電池を速やかに暖機可能な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】
【００１４】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路を有し、前記燃料ガス流路に燃料ガスが、前記酸化剤ガス流路に酸化剤ガスが、それぞれ供給されることで発電する燃料電池と、前記燃料ガス流路に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記酸化剤ガス流路に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、前記酸化剤ガス供給手段から前記酸化剤ガス流路に向かう酸化剤ガスが通流する酸化剤ガス供給流路と、前記酸化剤ガス流路から排出された酸化剤オフガスが通流する酸化剤オフガス排出流路と、前記酸化剤オフガス排出流路に設けられると共に、前記燃料ガス流路から排出された燃料オフガスを、酸化剤オフガスで希釈する希釈器と、前記酸化剤ガス供給流路又は前記希釈器よりも上流の前記酸化剤オフガス排出流路と、前記希釈器とを接続すると共に、前記希釈器に向かう分岐ガスが通流する分岐ガス流路と、分岐ガスの圧力を調整することで、分岐ガスが前記希釈器内の燃料オフガスを酸化剤オフガスに押し出す程度を調整する圧力調整手段と、システム起動時に前記燃料電池のＯＣＶが所定ＯＣＶ以上であるか否か判定するＯＣＶ判定手段と、前記ＯＣＶ判定手段が前記燃料電池のＯＣＶが所定ＯＣＶ以上であると判定した後、前記燃料電池の発電を開始すると共に、酸化剤ガスのストイキ比を低下させることで前記燃料電池のＩＶ特性を低下させるＩＶ特性低下手段と、を備え、分岐ガスの圧力が低くなると、分岐ガスが押し出す燃料オフガスの量が少なくなり、前記圧力調整手段は、前記ＩＶ特性低下手段による前記燃料電池のＩＶ特性の低下時、前記ＯＣＶ判定手段が前記燃料電池のＯＣＶが所定ＯＣＶ以上であるか否か判定している間よりも前記希釈器に導入される分岐ガスの圧力を低下させることを特徴とする燃料電池システムである。
【００１５】
ここで、燃料オフガスは、発電で消費されなかった燃料ガスを含んでいる。
このような構成によれば、ＩＶ特性低下手段（暖機手段）による燃料電池のＩＶ特性の低下時（燃料電池の暖機時）、圧力調整手段が希釈器に導入される分岐ガスの圧力を低下させる。
【００１６】
そうすると、分岐ガスの圧力が低下するので、希釈器内の導入室（滞留室、希釈室）の圧力が低下し、分岐ガスによって燃料オフガスが出口側（外部側）に押し出され難くなり、燃料オフガスが導入室で滞留し、自然拡散等によって希釈し易くなる。これにより、希釈器から外部（後記する実施形態では車外）に排出される希釈後ガス中の燃料ガス濃度を良好に低下させることができ、言い換えると、燃料ガスが希釈されないまま外部に排出されることを防止できる。このようにして、ＩＶ特性低下手段によって燃料電池のＩＶ特性を低下させて燃料電池を暖機しつつ、外部に排出されるガスにおける燃料ガス濃度を良好に低下できる。
【００１７】
また、前記燃料電池システムにおいて、前記希釈器は、燃料オフガスが導入される導入室を有する筐体と、酸化剤オフガスが通流すると共に前記筐体を貫通する酸化剤オフガス配管と、前記筐体内の前記酸化剤オフガス配管に形成されると共に前記酸化剤オフガス配管の内外を連通させる吸い込み孔と、を備え、前記酸化剤オフガス配管を通流する酸化剤オフガスの流量が少なくなるにつれて、前記導入室から前記吸い込み孔を介して前記酸化剤オフガス配管内に吸い込まれる燃料オフガスの吸い込み量が少なくなることが好ましい。
【００１８】
このような構成によれば、酸化剤オフガスの圧力が低下して流量が少なくなるにつれて、導入室から吸い込み孔を介して酸化剤オフガス配管内に吸い込まれる燃料オフガスの吸い込み量が少なくなる。これにより、希釈器から外部に排出される希釈後ガス中の燃料ガス濃度を良好に低下させることができる。
【００１９】
また、前記燃料電池システムにおいて、前記分岐ガス流路は、前記酸化剤ガス供給流路に接続し、前記圧力調整手段は、前記酸化剤ガス流路と前記希釈器との間の前記酸化剤オフガス流路に設けられた背圧弁を備えることが好ましい。
【００２０】
このような構成によれば、酸化剤ガス流路と希釈器との間の酸化剤オフガス流路に設けられた背圧弁の開度を調整することで、燃料電池の酸化剤ガス流路における酸化剤ガスの圧力を、例えば要求発電量に対応して調整できる。
【００２１】
また、分岐ガス流路が背圧弁よりも上流の酸化剤ガス供給流路に接続した構成であるので、背圧弁の開度の調整することで、分岐ガスの圧力が調整される。すなわち、背圧弁の開度が大きくなるにつれて、分岐ガスの圧力が低くなる。
このようにして、背圧弁の開度を調整することで、酸化剤ガス流路における酸化剤ガスの圧力と、希釈器に導入される分岐ガスの圧力と、を調整できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、燃料電池を速やかに暖機可能な燃料電池システム及びその運転方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。
【図２】本実施形態に係る希釈器の構成図である。
【図３】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４】燃料電池スタックの温度と目標発熱量との関係を示すマップである。
【図５】目標発熱量と目標スタック電流（目標セル電流）との関係を示すマップである。
【図６】目標スタック発熱量と目標スタック電圧との関係を示すマップである。
【図７】目標ストイキ比と濃度過電圧（目標スタック電圧）との関係を示すマップである。
【図８】本実施形態に係る燃料電池システムの一動作例を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の一実施形態について、図１〜図８を参照して説明する。
【００２５】
≪燃料電池システムの構成≫
燃料電池システム１は、図示しない燃料電池車に搭載されており、燃料電池スタック１０（燃料電池）と、セル電圧モニタ１５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、アノードガス）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空気（酸化剤ガス、カソードガス）を給排するカソード系と、燃料電池スタック１０を経由するように冷媒を循環させる冷媒系と、燃料電池スタック１０の出力する電力（スタック電流、スタック電圧）を制御する電力制御系と、これらを電子制御するＥＣＵ８０（Electronic Control Unit、制御手段）と、を備えている。
【００２６】
＜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（燃料電池）が積層して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、これを挟む２枚の導電性を有するセパレータと、を備えている。ＭＥＡは、１価の陽イオン交換膜等からなる電解質膜（固体高分子膜）と、これを挟むアノード及びカソード（電極）と、を備えている。
【００２７】
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と、これに担持され、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）と、を含んでいる。
【００２８】
各セパレータには、各ＭＥＡの全面に水素又は空気を供給するための溝や、全ての単セル１１に水素又は空気を給排するための貫通孔が形成されており、これら溝及び貫通孔がアノード流路１２（燃料ガス流路）、カソード流路１３（酸化剤ガス流路）として機能している。
【００２９】
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とモータ６１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。
【００３０】
２Ｈ２→４Ｈ＋＋４ｅ−  …（１）
Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−→２Ｈ２Ｏ  …（２）
【００３１】
また、各セパレータには、各単セル１１を冷却する冷媒が通流する溝や、全ての単セル１１に冷媒を給排するための貫通孔が形成されており、これら溝及び貫通孔が冷媒流路１４として機能している。
【００３２】
＜セル電圧モニタ＞
セル電圧モニタ１５は、複数の単セル１１毎のセル電圧を検出する機器であり、モニタ本体と、モニタ本体と各単セルとを接続するワイヤハーネスとを備えている。
【００３３】
モニタ本体は、所定周期で全ての単セル１１をスキャニングし、各単セル１１のセル電圧を検出し、平均セル電圧、最低セル電圧を算出するようになっている。そして、モニタ本体（セル電圧モニタ１５）は、平均セル電圧、最低セル電圧をＥＣＵ８０に出力するようになっている。
【００３４】
＜アノード系＞
アノード系は、水素タンク２１（燃料ガス供給手段）と、常閉型の遮断弁２２と、減圧弁２３（レギュレータ）と、エゼクタ２４と、常閉型のパージ弁２５と、を備えている。
【００３５】
水素タンク２１は、配管２１ａ、遮断弁２２、配管２２ａ、減圧弁２３、配管２３ａ、エゼクタ２４、配管２４ａ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、遮断弁２２がＥＣＵ８０によって開かれると、水素タンク２１の水素が配管２１ａ等を通ってアノード流路１２に供給されるようになっている。
よって、アノード流路１２に供給される燃料ガスが通流する燃料ガス供給流路は、配管２１ａ、配管２２ａ、配管２３ａ及び配管２４ａを備えて構成されている。
【００３６】
減圧弁２３は、カソード流路１３を通流する空気の圧力と等しくなるように、水素の圧力を減圧（調整）するものである。
エゼクタ２４は、配管２３ａからの水素をノズル（図示しない）で噴射することで負圧を発生させ、この負圧によって後記する水素を含むアノードオフガスを吸引し、水素を循環させる装置（真空ポンプ）である。
【００３７】
アノード流路１２の出口は、配管２４ｂ（水素循環ライン）を介してエゼクタ２４の吸気口に接続されている。そして、アノード流路１２から排出された未反応の水素を含むアノードオフガス（燃料オフガス）は、配管２４ｂを通ってエゼクタ２４に供給され、水素が循環するようになっている。
【００３８】
配管２４ｂは、配管２５ａ、パージ弁２５、配管２５ｂを介して、後記する希釈器４０に接続されている。そして、パージ弁２５が、ＥＣＵ８０によって所定の開弁時間にて開かれると、未反応の水素、不純物（水分（水蒸気）、窒素等）を含むアノードオフガスが希釈器４０に排出され、燃料電池スタック１０の発電性能が回復するようになっている。
【００３９】
なお、ＥＣＵ８０は、複数の単セル１１の電圧のうちの最低の電圧（最低セル電圧）が、所定セル電圧以下である場合、パージ弁２５を開く必要があると判断するように設定されている。
【００４０】
＜カソード系＞
カソード系は、コンプレッサ３１（酸化剤ガス供給手段、圧力調整手段）と、常開型の背圧弁３２（圧力調整手段）と、希釈器４０と、流量センサ３４と、圧力センサ３５と、水素センサ３６と、を備えている。
【００４１】
コンプレッサ３１の吐出口は、配管３１ａ（酸化剤ガス供給流路）を介して、カソード流路１３の入口に接続されている。そして、コンプレッサ３１は、ＥＣＵ８０の指令に従って作動すると、酸素を含む空気（外気）を吸気して吐出し、この空気が配管３１ａを通ってカソード流路１３に供給されるようになっている。
【００４２】
また、コンプレッサ３１（ストイキ比制御手段）の回転速度が制御されると、カソード流路１３に供給（通流）する空気（酸素）の流量（供給量）が制御され、酸素のストイキ比が変化するようになっている。なお、コンプレッサ３１、後記する冷媒ポンプ５１は、燃料電池スタック１０及び／又はバッテリ（図示しない）を電源としている。
【００４３】
カソード流路１３の出口には、配管３２ａ、背圧弁３２、配管３２ｂ、希釈器４０、配管３２ｃが順に接続されている。そして、カソード流路１３から排出されたカソードオフガス（酸化剤オフガス）は、配管３２ａ等を通って車外に排出されるようになっている。
【００４４】
よって、カソード流路１３から排出されたカソードオフガスが通流する酸化剤オフガス排出流路は、配管３２ａと、配管３２ｂと、配管３２ｃとを備えて構成されている。そして、希釈器４０は酸化剤オフガス排出流路に設けられており、背圧弁３２はカソード流路１３と希釈器４０との間の酸化剤オフガス流路に設けられている。
【００４５】
背圧弁３２は、その背圧（カソード流路１３における空気の圧力等）と、後記する貫通管４３内を通流するカソードオフガスの圧力を制御するための弁であり、例えばバタフライ弁、ニードル弁等の開度調整可能な弁で構成され、その開度はＥＣＵ８０によって制御される。
【００４６】
ここで、背圧弁３２の上流側は、配管３２ａ、カソード流路１３、配管３１ａ、配管３７ａ、配管３７ｂと連通している。したがって、背圧弁３２の開度が調整されると、カソード流路１３における空気の圧力（カソード圧力）に加えて、配管３７ａ、配管３７ｂを通って希釈器４０に導入されるバイパス空気（分岐ガス）の圧力も調整されるようになっている。例えば、背圧弁３２の開度が大きくなると、バイパス空気の圧力が低下するようになっている。よって、希釈器４０に導入されるバイパス空気（分岐ガス）の圧力を調整する圧力調整手段は、背圧弁３２と、背圧弁３２の開度を制御するＥＣＵ８０と、を備えて構成されている。
【００４７】
＜希釈器＞
希釈器４０は、アノードオフガスとカソードオフガスとを混合し、アノードオフガスに含まれる水素を希釈する箱状容器であり、その内部に混合用（希釈用）の希釈空間（後記する導入室４２）を有している。そして、希釈後のガスは、配管３２ｃを通って車外に排出されるようになっている。
【００４８】
図２を参照して、希釈器４０について、具体的に説明する。
希釈器４０は、筐体４１と、貫通管４３と、２枚（複数）の流路構成板４４、４４と、を備えている。
【００４９】
筐体４１は、希釈器４０の骨格を形成する箱体であり、その内部に導入室４２（滞留室）を有している。導入室４２は、配管２５ｂ（パージ弁２５）からのアノードオフガスと、配管３７ｂからのバイパス空気（分岐ガス）とが導入される空間であって、アノードオフガスとバイパス空気とが一時的に滞留すると共に、拡散により水素を希釈する空間である。
【００５０】
すなわち、配管２５ｂの下流端は、筐体４１の上部を貫通し、導入室４２で開口しており、アノードオフガスが導入室４２に導入されるようになっている。配管３７ｂの下流端は、筐体４１の上部を貫通し、導入室４２において配管２５ｂと略同位置で開口しており、燃料電池スタック１０をバイパスしたバイパス空気が導入室４２に導入されるようになっている。
【００５１】
なお、アノードオフガスとバイパス空気との導入のタイミング、つまり、パージ弁２５と後記するアシスト弁３７との開閉のタイミングは、例えば、アノードオフガスが導入室４２に導入された後、バイパス空気が導入室４２に導入され、この後から導入されたバイパス空気がアノードオフガスを、吸い込み孔４３ａに向けて押すように設定される。
【００５２】
そして、バイパス空気がアノードオフガスを押す程度は、バイパス空気の圧力に依存する。
すなわち、バイパス空気の圧力が高くなるにつれて、配管３７ｂの開口部分（導入室４２の上流部分）と、貫通管４３内との圧力差が大きくなり、バイパス空気がアノードオフガスを押し易くなる。
【００５３】
逆に、バイパス空気の圧力が低くなるにつれて、配管３７ｂの開口部分（導入室４２の上流部分）と、貫通管４３内との圧力差が小さくなり、バイパス空気がアノードオフガスを押し難くなる。つまり、アノードオフガスが導入室４２で滞留し易くなり、言い換えると、アノードオフガスの導入室４２での滞留時間が長く、ガス流れが略消失し、自己拡散（体積膨張）によって、導入室４２でのアノードオフガス（水素）の希釈が良好に進み、水素濃度が低下するようになっている。
【００５４】
貫通管４３は、水平方向に延びると共に筐体４１の底部近傍を貫通しており、その上流端に配管３２ｂが接続されており、その下流端に配管３２ｃが接続されている。そして、カソードオフガスが、配管３２ｂ、貫通管４３、配管３２ｃの順で通流するようになっている。すなわち、カソードオフガス（酸化剤オフガス）が通流する酸化剤オフガス配管は、配管３２ａと、配管３２ｂと、貫通管４３と、配管３２ｃとを備えて構成されており、酸化剤オフガス配管の一部である貫通管４３が筐体４１を貫通している。
【００５５】
貫通管４３の配管３２ｃ寄りには、複数（図２では２つ）の吸い込み孔４３ａが形成されており、吸い込み孔４３ａを介して貫通管４３の内外（貫通管４３の内部と導入室４２）は連通している。そして、カソードオフガスが貫通管４３を通流すると、吸い込み孔４３ａ近傍の圧力が低下し（負圧が発生し）、導入室４２のアノードオフガスが吸い込み孔４３ａを通って貫通管４３内に吸い込まれるようになっている。次いで、吸い込み孔４３ａの下流の貫通管４３、配管３２ｃにおいて、アノードオフガスとカソードオフガスとが通流しながら混合することで、アノードオフガスに含まれる水素が良好に希釈されるようになっている。
【００５６】
吸い込み孔４３ａ近傍における圧力の低下程度、つまり、導入室４２に対して負圧になる程度は、貫通管４３を通流するカソードオフガスの圧力が高くなるにつれて（流量が多くなるにつれて）、大きくなる関係となっている。すなわち、貫通管４３を通流するカソードオフガスの流量が変動しないように（略一定となるように）、コンプレッサ３１及び背圧弁３２を制御している場合、貫通管４３内の圧力は略一定となる。
【００５７】
２枚の流路構成板４４、４４は、筐体４１内における配管２５ｂ及び配管３７ｂの下流開口から吸い込み孔４３ａまでの流路を長くするために、筐体４１に取り付けられ蛇行した流路を構成する板である。このように流路を長くなると、導入室４２におけるアノードオフガスの滞留時間が長くなり、導入室４２における水素の拡散により、水素濃度が良好に低下するようになっている。
【００５８】
図１に戻って説明を続ける。
流量センサ３４は、配管３１ａに取り付けられている。そして、流量センサ３４は、カソード流路１３に供給される空気（酸素）の流量を検出し、ＥＣＵ８０に出力するようになっている。
【００５９】
圧力センサ３５は、配管３１ａに取り付けられている。そして、圧力センサ３５は、カソード流路１３に供給される空気の圧力（カソード流路１３内の圧力と略等しい）を検出し、ＥＣＵ８０に出力するようになっている。
【００６０】
水素センサ３６は、例えば接触燃焼型で水素濃度を検出するセンサであって、配管３２ｃに取り付けられている。そして、水素センサ３６は、車外に排出される希釈後ガス中の水素濃度を検出し、ＥＣＵ８０に出力するようになっている。
【００６１】
配管３１ａは、配管３７ａ、常閉型のアシスト弁３７、配管３７ｂを介して、希釈器４０に接続されている。そして、アシスト弁３７がＥＣＵ８０によって開かれると、コンプレッサ３１から吐出された空気の一部が、燃料電池スタック１０をバイパスするバイパス空気（分岐ガス）として、希釈器４０に導入されるようになっている。
【００６２】
すなわち、酸化剤ガス供給流路と希釈器４０とを接続すると共に、希釈器４０に向かうバイパス空気（分岐ガス）が通流する分岐ガス流路は、配管３７ａと配管３７ｂとを備えて構成されている。
【００６３】
アシスト弁３７は、パージ弁２５が閉じた後、ＥＣＵ８０が所定の開弁時間にて開くように設定されている。これにより、希釈器４０にアノードオフガスが導入された後、バイパス空気が導入されるようになっている。配管３７ｂには、バイパス空気の流量を絞るためのオリフィス３８が設けられている。
【００６４】
＜冷媒系＞
冷媒系は、冷媒流路１４を経由するように冷媒を循環させる系であり、冷媒を圧送する冷媒ポンプ５１と、冷媒の通流方向を切り替えるサーモスタット５２と、冷媒の熱を車外（外部）に放出するラジエータ５３（放熱器）と、温度センサ５４（温度検出手段）と、を備えている。
【００６５】
冷媒ポンプ５１の吐出口から順に、配管５１ａ、冷媒流路１４、配管５２ａ、サーモスタット５２、配管５２ｂ、ラジエータ５３、配管５３ａが接続されており、配管５３ａの下流端は冷媒ポンプ５１の吸入口に接続されている。そして、ＥＣＵ８０の指令に従って冷媒ポンプ５１が作動すると、冷媒が冷媒流路１４及びラジエータ５３を経由して循環するようになっている。
【００６６】
また、サーモスタット５２は、配管５２ｃ（ラジエータバイパス流路）を介して、配管５３ａに接続されている。サーモスタット５２は、システムの低温起動時等、冷媒の温度が低い場合に冷媒の通流方向を配管５２ｃ側に切り替える方向切替弁である。そして、このように切り替えられると、冷媒が配管５２ｃを通流し、ラジエータ５３をバイパスするようになっている。
【００６７】
温度センサ５４は、配管５２ａに取り付けられており、冷媒流路１４から流出した直後の冷媒の温度Ｔ１を検出し、ＥＣＵ８０に出力するようになっている。なお、冷媒の温度Ｔ１は、燃料電池スタック１０の温度と略等しい。
【００６８】
＜電力制御系＞
電力制御系は、モータ６１と、電力制御器６２と、コンタクタ６３と、出力検出器６４と、を備えている。モータ６１は、電力制御器６２、コンタクタ６３、出力検出器６４を介して、燃料電池スタック１０の出力端子に接続されている。
【００６９】
モータ６１は、燃料電池車を走行させるための駆動力を発生する電動機である。
なお、モータ６１と電力制御器６２との間には、ＥＣＵ８０の指令に従って、三相交流を発生させるＰＤＵ（Power Drive Unit、図示しない）が設けられている。
【００７０】
電力制御器６２は、ＥＣＵ８０の指令に従って、燃料電池スタック１０の出力（発電電力、スタック電流、スタック電圧）を制御する機能を備えている。このような電力制御器６２は、ＤＣ−ＤＣチョッパ回路等の各種電子回路を備えて構成されている。また、電力制御器６２にはバッテリ（図示しない）が接続されており、電力制御器６２はバッテリの充電／放電を制御する機能も備えている。
【００７１】
コンタクタ６３は、ＥＣＵ８０からの指令に従って、燃料電池スタック１０とモータ６１等の外部回路とを電気的にＯＮ（接続）／ＯＦＦ（遮断）するスイッチである。
【００７２】
出力検出器６４は、燃料電池スタック１０の出力するスタック電流値及びスタック電圧値を検出する機器であり、電流センサ及び電圧センサを備えている。出力検出器６４は、検出したスタック電流値及びスタック電圧値をＥＣＵ８０に出力するようになっている。
【００７３】
＜その他機器＞
ＩＧ７１は、燃料電池システム１（燃料電池車）の起動スイッチであり、運転席周りに設けられている。また、ＩＧ７１はＥＣＵ８０と接続されており、ＥＣＵ８０はＩＧ７１のＯＮ信号（システム起動信号）、ＯＦＦ信号（システム停止信号）を検知するようになっている。
【００７４】
＜ＥＣＵ＞
ＥＣＵ８０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おり、その内部に記憶されたプログラムに従って、各種機器を制御し、各種処理を実行するようになっている。
【００７５】
＜ＥＣＵ−ＯＣＶ判定機能＞
ＥＣＵ８０（ＯＣＶ判定手段）は、システム起動時、セル電圧モニタ１５を介して検出される単セル１１のＯＣＶ（平均セル電圧又は最低セル電圧）に基づいて、所定ＯＣＶ以上であるか否か、つまり、水素、空気への置換が完了し、燃料電池スタック１０が発電可能状態であるか否か判定する機能を備えている。
【００７６】
＜ＥＣＵ−ストイキ比制御機能（ＩＶ特性低下機能）＞
ＥＣＵ８０は、燃料電池スタック１０への水素量及び燃料電池スタック１０（単セル１１）の出力電圧を固定したまま、コンプレッサ３１の回転速度を制御（可変）し、カソード流路１３に向かう空気（酸素）の流量（供給量）を制御（可変）することで、カソードに供給される酸素のストイキ比を制御する機能を備えている。
すなわち、空気（酸化剤ガス）のストイキ比を低下させる低温起動モードで燃料電池システム１を運転し、燃料電池スタック１０（単セル１１）のＩＶ特性（ＩＶ曲線）を低下させて発電に伴う発熱量を大きくし燃料電池スタック１０の暖機を促進するＩＶ特性低下手段は、コンプレッサ３１と電力制御器６２とＥＣＵ８０とを備えて構成されている。
【００７７】
＜ＥＣＵ−暖機判定機能＞
ＥＣＵ８０（暖機判定手段）は、温度センサ５４を介して検出される冷媒の温度Ｔ１（燃料電池スタック１０の温度）に基づいて、（１）システム起動時、燃料電池スタック１０の暖機を促進する低温起動モードでの運転が必要であるか否か判定する機能と、（２）低温起動モード又は通常起動モードでの運転中、燃料電池スタック１０の暖機が完了したか否か判定する機能と、を備えている。
【００７８】
＜ＥＣＵ−カソード圧力（バイパス空気圧力）制御機能＞
ＥＣＵ８０は、コンプレッサ３１の吐出圧（回転速度）と背圧弁３２の開度とを独立して制御し、（１）カソード流路１３における空気の圧力（カソード圧力）と、（２）希釈器４０に導入されるバイパス空気の圧力と、を制御する機能を備えている。すなわち、希釈器４０に導入されるバイパス空気の圧力を低下させる圧力低下手段は、コンプレッサ３１と、背圧弁３２と、ＥＣＵ８０とを備えて構成されている。
【００７９】
＜ＥＣＵ−目標発熱量算出機能＞
ＥＣＵ８０は、温度センサ５４を介して検出される冷媒の温度Ｔ１（燃料電池スタック１０の温度）に基づいて、燃料電池スタック１０の目標発熱量を算出する機能を備えている。
【００８０】
≪燃料電池システムの動作・効果≫
次に、図３を参照して、燃料電池システム１の動作を説明する。
ここで、燃料電池システム１の運転方法は、システム起動時に単セル１１（燃料電池）のＯＣＶが所定ＯＣＶ以上であるか否か判定するＯＣＶ判定ステップ（Ｓ１０３）と、ＯＣＶ判定ステップにおいてＯＣＶが所定ＯＣＶ以上であると判定した後（Ｓ１０３・Ｙｅｓ）、燃料電池スタック１０の発電を開始すると共に、酸素のストイキ比を低下させることで燃料電池スタック１０（単セル１１）のＩＶ特性を低下させて燃料電池スタック１０を暖機するＩＶ特性低下ステップ（Ｓ１０７〜Ｓ１０９）と、を含み、ＩＶ特性低下ステップ（Ｓ１０７）において、希釈器４０に導入されるバイパス空気（導入室４２）の圧力を低下させることを特徴としている。
【００８１】
なお、初期状態（システム停止状態）において、燃料電池スタック１０は発電停止状態である。そして、ＥＣＵ８０がＩＧ７１のＯＮ信号を検知すると、図３の処理がスタートする。
【００８２】
ステップＳ１０１において、ＥＣＵ８０は、冷媒ポンプ５１をＯＮし、冷媒を循環させる。この場合において、通常、冷媒は低温であるので配管５２ｃを通流し、ラジエータ５３をバイパス（迂回）する。
【００８３】
ステップＳ１０２において、ＥＣＵ８０は、アノード流路１２を水素に置換する。
具体的には、ＥＣＵ８０は、遮断弁２２を開いた後、パージ弁２５を所定の開弁時間にて繰り返して開く（図８参照）。そうすると、アノード流路１２における水素への置換が進み、水素濃度が上昇していく。
【００８４】
これに並行して、ＥＣＵ８０は、カソード流路１３を空気（酸素）に置換する。
具体的には、ＥＣＵ８０は、コンプレッサ３１をＯＮし、カソード流路１３に空気を供給する。そうすると、カソード流路１３における空気への置換が進み、酸素濃度が上昇する。ここでは、ＥＣＵ８０は、背圧弁３２を全開（開度：最大）とし、空気への置換を促進する（図８参照）。
これにより、各単セル１１において、電極反応が進み、単セル１１のＯＣＶが上昇する。
ただし、背圧弁３２は全開に限らず、例えば、空気への置換中においてＯＣＶを早期に高めるために小さい開度、例えば、通常起動モード時（Ｓ１２１）と同等としてもよい。
【００８５】
このようなカソード流路１３の空気への置換中において、背圧弁３２の開度は置換を促進するため例えば全開に設定されるものの（図８参照）、カソード圧力（カソード流路１３の圧力）、貫通管４３内の圧力は、低温起動モードでの運転中（Ｓ１０６〜Ｓ１０９）よりも高めに、例えば、通常起動モード時（Ｓ１２１）と略同一の圧力に設定される。具体的には、コンプレッサ３１の吐出圧が高めに設定される。
【００８６】
ステップＳ１０３において、ＥＣＵ８０は、単セル１１のＯＣＶ（平均セル電圧又は最低セル電圧）が、所定ＯＣＶ以上であるか否か判定する。所定ＯＣＶは、燃料電池スタック１０が発電開始可能と判断されるＯＣＶであり、事前試験等により求められ、ＥＣＵ８０に予め記憶されている。
なお、ステップＳ１０２からステップＳ１０３までの処理が、ＯＣＶチェック処理に相当する。
【００８７】
ＯＣＶは所定ＯＣＶ以上であると判定した場合（Ｓ１０３・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ８０の処理はステップＳ１０４に進む。ＯＣＶは所定ＯＣＶ以上でないと判定した場合（Ｓ１０３・Ｎｏ）、ＥＣＵ８０はステップＳ１０３の判定を繰り返す。
【００８８】
ステップＳ１０４において、ＥＣＵ８０は、コンタクタ６３をＯＮする。これにより、燃料電池スタック１０とモータ６１等を含む外部回路とが電気的に接続される。
【００８９】
ステップＳ１０５において、ＥＣＵ８０は、燃料電池システム１を低温起動モード（氷点下起動モード）で運転（起動）する必要があるか否か判定する。低温起動モードは、システム起動時における燃料電池スタック１０が低温であるため、通常起動モード（Ｓ１２１）に対して、酸素をストイキ比不足とすることで燃料電池スタック１０（単セル１１）のＩＶ特性を低下させ発電に伴う燃料電池スタック１０の自己発熱量を増加させ、燃料電池スタック１０の暖機を促進するモードである。
【００９０】
ここでは、温度センサ５４を介して検出される冷媒の温度Ｔ１（燃料電池スタック１０の温度）が、所定温度以下である場合、低温起動モードで運転する必要があると判定される。所定温度は燃料電池スタック１０の暖機促進が必要と判断される温度（例えば０〜５℃）であり、事前試験等により求められ、ＥＣＵ８０に予め記憶されている。
【００９１】
低温起動モードで運転する必要があると判定した場合（Ｓ１０５・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ８０の処理はステップＳ１０６に進む。低温起動モードで運転する必要がないと判定した場合（Ｓ１０５・Ｎｏ）、ＥＣＵ８０の処理はステップＳ１２１に進む。
【００９２】
＜通常起動モード＞
ステップＳ１２１において、ＥＣＵ８０は、燃料電池システム１を通常起動モードで運転する。通常起動モードは、燃料電池スタック１０に予め設定された通常流量・通常圧力で水素及び空気を供給しながら、燃料電池スタック１０を例えばアイドリング状態（無負荷状態）よりもやや高めの出力で発電させ、発電に伴う自己発熱によって、燃料電池スタック１０を通常に暖機するモードである。このような通常起動モードにおいて、カソード流路１３に供給される空気のストイキ比は、酸素が過剰となるようにやや高めに設定される。
【００９３】
ステップＳ１２２において、ＥＣＵ８０は、燃料電池スタック１０の暖機が完了したか否か判定する。ここでは、温度センサ５４を介して検出される冷媒の温度Ｔ１（燃料電池スタック１０の温度）が、所定暖機完了温度以上である場合、燃料電池スタック１０の暖機は完了したと判定される。所定暖機完了温度は、暖機用の通常起動モードを終了し、定常モードに移行したとしても、その後の自己発熱により燃料電池スタック１０の温度が定常運転温度（例えば８０〜９０℃）に到達すると判断される温度（例えば４０〜６０℃）に設定される。
【００９４】
燃料電池スタック１０の暖機は完了したと判定した場合（Ｓ１２２・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ８０の処理はステップＳ１２３に進む。燃料電池スタック１０の暖機は完了していないと判定した場合（Ｓ１２２・Ｎｏ）、ＥＣＵ８０はステップＳ１２２の判定を繰り返す。
【００９５】
＜定常モード＞
ステップＳ１２３において、ＥＣＵ８０は、燃料電池システム１を定常モードで運転する。具体的には、ＥＣＵ８０は、アクセル開度等に基づいて算出される発電要求量（負荷要求量）に対応して、水素及び空気を供給しながら、燃料電池スタック１０を発電させる。
【００９６】
その後、ＥＣＵ８０の処理はＥＮＤに進み、一連の処理を終了する。
【００９７】
＜低温起動モード＞
次に、「ステップＳ１０５・Ｙｅｓ」となって実行する低温起動モードにおける処理を説明する。
ステップＳ１０６において、ＥＣＵ８０は、目標発熱量を算出する。具体的には、ＥＣＵ８０は、温度センサ５４を介して検出される冷媒（燃料電池スタック１０）の温度Ｔ１と、図４のマップとに基づいて、目標発熱量を算出する（矢印Ａ１参照）。図４のマップは、事前試験等により求められ、ＥＣＵ８０に予め記憶されている。これに加えて、暖機完了時刻までの残り時間を検出し、残り時間が短くなるにつれて、目標発熱量が大きくなるように補正する構成としてもよい。
【００９８】
目標発熱量は、燃料電池スタック１０の温度（冷媒の温度Ｔ１）が前記した所定暖機完了温度（例えば４０〜６０℃）に到達するまでに燃料電池スタック１０において発生させるべき発熱量であり、燃料電池スタック１０の温度Ｔ１が高くなるにつれて、目標発熱量が小さくなる関係となっている（図４参照）。
【００９９】
ステップＳ１０７において、ＥＣＵ８０は、背圧弁３２の開度を全開とする。これにより、カソード圧力（カソード流路１３の圧力）と、希釈器４０に導入されるバイパス空気の圧力と、導入室４２（希釈室）の圧力とが低下する。なお、ステップＳ１０９で燃料電池スタック１０の発電を開始した後、背圧弁３２の開度を全開とする構成としてもよい。
【０１００】
ステップＳ１０８において、ＥＣＵ８０は、目標スタック電流、目標スタック電圧及び目標ストイキ比を算出する。目標スタック電流は、燃料電池スタック１０の出力する電流の目標値である。また、燃料電池スタック１０は、複数の単セル１１が電気的に直列で接続された構成であるので、目標スタック電流は目標セル電流（単セル１１を通流する電流の目標値）と等しくなる。一方、目標スタック電圧は目標セル電圧の総和である総電圧となる。
【０１０１】
具体的には、ＥＣＵ８０は、ステップＳ１０６で算出した目標発熱量と、図５のマップとに基づいて、目標スタック電流を算出する（矢印Ａ２参照）。図５のマップは、事前試験等により求められ、ＥＣＵ８０に予め記憶されている。図５に示すように、目標発熱量が大きくなるにつれて、目標スタック電流が大きくなる関係となっている。
【０１０２】
また、ＥＣＵ８０は、ステップＳ１０６で算出した目標発熱量と、図６のマップとに基づいて、目標スタック電圧を算出する（矢印Ａ３参照）。図６のマップは、事前試験等により求められ、ＥＣＵ８０に予め記憶されている。図６に示すように、目標発熱量が大きくなるにつれて、目標スタック電圧は、急激に低下した後、所定値に近づく関係となっている。
【０１０３】
また、ＥＣＵ８０は、算出した目標スタック電圧と、図７のマップとに基づいて、目標ストイキ比を算出する（矢印Ａ４参照）。図７のマップは、事前試験等により求められ、ＥＣＵ８０に予め記憶されている。図７に示すように、目標スタック電圧が低くなるにつれて、濃度過電圧が大きくなるように、目標ストイキ比が小さくなる関係となっている。
【０１０４】
ステップＳ１０９において、ＥＣＵ８０は、ステップＳ１０８で算出した目標スタック電流、目標スタック電圧及び目標ストイキ比に従って、燃料電池システム１を制御する。
具体的には、ＥＣＵ８０は、目標スタック電流を指令値として電力制御器６２に出力し、電力制御器６２はこれに従って燃料電池スタック１０が実際に出力する電流を制御する。これにより、燃料電池スタック１０が発電を開始する。この場合において、ＥＣＵ８０は、出力検出器６４を介して検出される実測スタック電流が、目標スタック電流となるように、フィードバックさせる。
【０１０５】
また、ＥＣＵ８０は、目標ストイキ比となるように空気（酸素）の流量、つまり、コンプレッサ３１の回転速度を制御する。ここで、空気のストイキ比を低下させるので、コンプレッサ３１の回転速度は、ＯＣＶチェック処理（Ｓ１０２〜Ｓ１０３）中に対して、低下され、コンプレッサ３１からの空気の吐出量及び吐出圧は低下することになる。
【０１０６】
この場合において、ＯＣＶチェック処理（Ｓ１０２〜Ｓ１０３）の完了後のステップＳ１０７において、背圧弁３２を全開としているので、カソード流路１３の圧力と、希釈器４０に導入されるバイパス空気の圧力と、導入室４２（希釈室）の圧力とが低下する。
【０１０７】
このようにして、バイパス空気の圧力と、導入室４２（希釈室）の圧力とが低下しているので（図８参照）、導入室４２の上流部と貫通管４３内との圧力が略等しく、つまり、圧力差が略無くなるので、導入室４２においてガス流れが略消失する。
【０１０８】
これにより、例えば、ＯＣＶチェック処理の完了直前（Ｓ１０３・Ｙｅｓの直前）にパージ弁２５が開かれ（図８参照）、導入室４２にアノードオフガスが導入されていたとしても、導入室４２においてガス流れが生じていないので、アノードオフガスの導入室４２（希釈室）での滞留時間が長くなり、自己拡散等により水素濃度が良好に低下する。すなわち、貫通管４３内への吸い込み量が少なくなっているので、車外に排出される希釈後ガス中の水素濃度（排出水素濃度）が所定水素濃度以下で維持される。所定水素濃度は、車外に排出可能な水素濃度の上限値であり、事前試験等により求められ、ＥＣＵ８０に予め記憶されている。
【０１０９】
この場合において、所定水素濃度よりも低い第２所定水素濃度を設定し、水素センサ３６の検出する水素濃度が第２所定水素濃度以上であるとき、その後の水素濃度の上昇を回避するため、コンプレッサ３１の回転速度を低下させ、吸い込み量を低減する構成としてもよい。また、アシスト弁３７の開弁を一時的に禁止する構成としてもよい。
【０１１０】
このようにして、燃料電池スタック１０を空気について低ストイキ比で発電させ、燃料電池スタック１０を急速で暖機しつつ、車外に排出される希釈後ガスの水素濃度を所定水素濃度以下で維持できる。
【０１１１】
ステップＳ１１０において、ＥＣＵ８０は、ステップＳ１２２と同様に、燃料電池スタック１０の暖機が完了したか否か判定する。
【０１１２】
燃料電池スタック１０の暖機は完了したと判定した場合（Ｓ１１０・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ８０の処理はステップＳ１２３に進む。燃料電池スタック１０の暖機は完了していないと判定した場合（Ｓ１１０・Ｎｏ）、ＥＣＵ８０はステップＳ１１０の判定を繰り返す。
【０１１３】
このようにして、ＯＣＶチェックの完了後（Ｓ１０３・Ｙｅｓの後）に、カソード流路１３の圧力、バイパス空気の圧力及び導入室４２（希釈室）の圧力を低下させるので、ＯＣＶチェック処理の完了直前に、導入室４２にアノードオフガスが導入されていたとしても、貫通管４３内への吸い込み量が少なくなり、つまり、導入室４２におけるアノードオフガスの滞留時間（溜め込み時間）が長くなる。
【０１１４】
これにより、空気を低ストイキ比とする低温起動モードの運転を連続させて、ＩＶ特性を低下することで燃料電池スタック１０の暖機を急速で促進しつつ、車外への希釈後ガス中の水素濃度を所定水素濃度以下で維持できる。つまり、水素の希釈不足を防止するために低温起動モードの運転を一時的に中断する必要はなく、燃料電池スタック１０の暖機が遅れることはない。
【０１１５】
≪変形例≫
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、次のように変更してもよい。
【０１１６】
前記した実施形態では、ＯＣＶチェック完了後（Ｓ１０３・Ｙｅｓ）、直ちに、背圧弁３２を全開とし（Ｓ１０７）、カソード圧力（カソード流路１３の圧力）と貫通管４３内の圧力とを低下する構成を例示したが、次の構成としてもよい。
ＯＣＶチェック完了後（Ｓ１０３・Ｙｅｓ）、直ちに、背圧弁３２を全開とせず、低温起動モードでの暖機中において、フラッディングや不純物（窒素、水蒸気等）の増加により、セル電圧モニタ１５を介して検出される例えば最低セル電圧が所定最低セル電圧以下となり、パージ弁２５を開く場合に、背圧弁３２を全開とする構成としてもよい。すなわち、パージ弁２５の開閉、つまり、希釈器４０へのアノードオフガスの導入に連動させて、背圧弁３２を全開とする構成としてもよい。
このような構成とすれば、パージ弁２５が開かれ、アノードオフガスが希釈器４０に導入されたとしても、アノードオフガスが貫通管４３内に吸い込まれ難くなっているので、希釈後ガス中の水素濃度を所定水素濃度以下で維持できる。
【０１１７】
前記した実施形態では、希釈器４０が貫通管４３を備える構成を例示したが、貫通管４３を備えない構成でもよい。すなわち、カソードオフガスが配管３２ｂから導入室４２に導入され、希釈後ガスが導入室４２から配管３２ｃに導出される構成でもよい。
【０１１８】
前記した実施形態では、本発明を、複数の単セル１１が直列に接続されてなる燃料電池スタック１０に適用した構成を例示したが、１つの単セル１１に適用してもよい。
【０１１９】
前記した実施形態では、配管３７ａの上流端が、配管３１ａ（酸化剤ガス供給流路）に接続された構成を例示したが、その他に例えば、配管３７ａの上流端が配管３２ａ（カソード流路１３と希釈器４０との間の酸化剤オフガス排出流路）に接続された構成でもよい。
【０１２０】
前記した実施形態では、背圧弁３２の開度を制御することでバイパス空気の圧力を調整する構成を例示したが、その他に例えば、配管３７ｂに二次側圧力を調整可能なレギュレータ（減圧弁）を設け、このレギュレータでバイパス空気の圧力を調整する構成としてもよい。
【０１２１】
前記した実施形態では、燃料電池車に搭載された燃料電池システム１を例示したが、適用箇所はこれに限定されず、例えば、定置型の燃料電池システムでもよい。
【符号の説明】
【０１２２】
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）
１２    アノード流路（燃料ガス流路）
１３    カソード流路（酸化剤ガス流路）
２１    水素タンク（燃料ガス供給手段）
３１    コンプレッサ（酸化剤ガス供給手段、圧力調整手段）
３２    背圧弁（圧力調整手段）
４０    希釈器
４１    筐体
４２    導入室
４３    貫通管
４３ａ  吸い込み孔
６２    電力制御器（ＩＶ特性低下手段）
８０    ＥＣＵ（ＯＣＶ判定手段、ＩＶ特性低下手段、圧力調整手段）
【図１】
0005576902.tif 000002
【図２】
0005576902.tif 000003
【図３】
0005576902.tif 000004
【図４】
0005576902.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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