(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と酸化剤とを供給され発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池の燃料流路に前記燃料を供給する燃料供給手段と、
前記燃料電池の酸化剤流路に前記酸化剤を供給する酸化剤供給手段と、
前記燃料電池の停止時に、前記酸化剤供給手段からの酸化剤を、前記燃料流路および前記酸化剤流路のうち少なくともいずれか一方へ供給して掃気を行う掃気手段と、
前記燃料電池に冷媒を供給し、前記燃料電池の温度を熱交換により調整する燃料電池温度調整手段と、
前記各手段を制御する制御部と、を備えた燃料電池システムにおいて、
前記各手段のうち少なくともいずれか一つの温度を測定する温度センサを有し、
前記制御部は、前記燃料電池が停止してから、前記温度センサの測定値と前記燃料電池の表面温度との相関がとれるようになる所定時間を経過した時点での前記温度センサの測定値に基づいて初期値を設定し、前記初期値と前記所定時間より後の前記温度センサの測定値との差分が差分閾値を超えた場合に、前記掃気手段により掃気を実施する、
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記所定時間は、前記燃料電池の表面温度の低下率に応じて予め設定されてい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】
前記所定時間は、前記温度センサの測定値の変化率が、予め設定された所定変化率以下に至ったときであ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４】
前記差分閾値は、前記初期値に基づいて設定されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記温度センサは、前記燃料電池温度調整手段において前記燃料電池と熱交換した後の前記冷媒の温度を測定することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１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、燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池には、固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極とで両側から挟んで膜電極構造体を形成し、この膜電極構造体の両側に一対のセパレータを配置して平板状の単位燃料電池（以下「単位セル」という。）を構成し、この単位セルを複数積層して燃料電池スタックとするものが知られている。この燃料電池では、アノード電極とアノード側セパレータとの間に形成されたアノードガス流路に燃料ガスとして水素ガスを供給するとともに、カソード電極とカソード側セパレータとの間に形成されたカソードガス流路に酸化剤ガスとして空気を供給する。これにより、アノード電極で触媒反応により発生した水素イオンが固体高分子電解質膜を透過してカソード電極まで移動し、カソード電極で空気中の酸素と電気化学反応を起こして発電が行われる。また、この発電に伴って水が生成される（以下、生成水という。）。
【０００３】
この種の燃料電池において、反応ガス流路（アノードガス流路およびカソードガス流路）に残った生成水（以下、残留水という。）は、膜電極構造体に対する燃料ガスおよび酸化ガスの供給の妨げになり、発電性能を低下させることになる。また、氷点下で燃料電池を駆動する場合には、残留水の凍結により、膜電極構造体における発電面積が低下して、発電性能を低下させることになる。
そこで、反応ガス流路内に所定のガスを供給して残留水を排出除去する掃気技術が提案されている。なお、燃料電池の温度が氷点下になる前に掃気を実施する必要がある。そこで特許文献１には、アノードガス流路内の掃気タイミングを、冷却系内の温度センサ（絶対値）で判定する技術が開示されている。また特許文献２には、外気温センサで検知された外気温と、水温センサで検知された水温とに応じて、水循環ラインの凍結防止運転を実行する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７２７０９０４号明細書
【特許文献２】特開２００７−２９４１８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、温度センサにオフセット故障が発生した際には、燃料電池の温度を正確に検出することができなくなる。そのため、燃料電池が氷点下になる前に掃気を実施することが困難になるという問題がある。この場合、燃料電池の内部で生成水が凍結するため、燃料電池システムの起動性および発電性が低下することになる。
【０００６】
そこで、燃料電池の停止直後における温度センサの測定値と、現在の温度センサの測定値との差分を利用することで、オフセット故障の影響を排除する技術が開発されている。この技術では、算出した差分が差分閾値を超えたときに掃気を実施する。差分閾値は、例えば、燃料電池の停止直後の表面温度と掃気を実施すべき表面温度（約０℃）との差に設定される。
ところが、燃料電池の停止直後は内部の熱の影響により温度変化が大きくなるため、燃料電池の表面温度と温度センサの測定値との相関がとれない。そのため、温度センサの測定値から算出される差分が、燃料電池の表面温度から設定される差分閾値を超えても、燃料電池の表面温度が掃気実施温度（約０℃）になっていない場合がある。その結果、適切なタイミングで掃気を実施することが困難である。
【０００７】
そこで本発明は、適切なタイミングで掃気を実施することが可能な燃料電池システムの提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る燃料電池システム（例えば、実施形態における燃料電池システム１００）は、燃料と酸化剤とを供給され発電を行う燃料電池（例えば、実施形態における燃料電池１）と、前記燃料電池の燃料流路（例えば、実施形態におけるアノードガス流路１１）に前記燃料を供給する燃料供給手段（例えば、実施形態における水素タンク１５）と、前記燃料電池の酸化剤流路（例えば、実施形態におけるカソードガス流路１２）に前記酸化剤を供給する酸化剤供給手段（例えば、実施形態におけるエアコンプレッサ７）と、前記燃料電池の停止時に、前記酸化剤供給手段からの酸化剤を、前記燃料流路および前記酸化剤流路のうち少なくともいずれか一方へ供給して掃気を行う掃気手段（例えば、実施形態におけるエアコンプレッサ７、掃気ガス導入弁２３、掃気ガス排出弁２１ａおよび背圧制御弁１０）と、前記燃料電池に冷媒を供給し、前記燃料電池の温度を熱交換により調整する燃料電池温度調整手段（例えば、実施形態における冷却水ポンプ４２）と、前記各手段を制御する制御部（例えば、実施形態におけるコントローラ６０）と、を備えた燃料電池システムにおいて、前記各手段のうち少なくともいずれか一つの温度を測定する温度センサ（例えば、実施形態における冷却水温度センサＴ３）を有し、前記制御部は、前記燃料電池が停止してから、前記温度センサの測定値と前記燃料電池の表面温度との相関がとれるようになる所定時間（例えば、実施形態における所定時間ｔ１）を経過した時点での前記温度センサの測定値に基づいて初期値（例えば、実施形態における温度初期値Ａ）を設定し、前記初期値と前記所定時間より後の前記温度センサの測定値（例えば、実施形態における現温度Ｂ）との差分（例えば、実施形態における差分Ｃ）が差分閾値（例えば、実施形態における差分閾値Ｄ）を超えた場合に、前記掃気手段により掃気を実施する、ことを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、燃料電池が停止してから所定時間を経過して、停止直後の温度変化の大きい時期を回避することで、温度センサの測定値と燃料電池の表面温度との相関がとれるようになる。これにより、温度センサの測定値から算出される差分が差分閾値を超えた時点で、燃料電池の表面温度が掃気実施温度になる。したがって、適切なタイミングで掃気を実施することができる。
【００１０】
また前記所定時間は、前記燃料電池の表面温度の低下率に応じて予め設定されていることを特徴とする。
この構成によれば、燃料電池が停止してから、温度センサの測定値の低下率が燃料電池の表面温度の低下率と同等になるまでの時間を、所定時間とすることができる。これにより、燃料電池が停止してから所定時間を経過した時点で、燃料電池の表面温度と温度センサの測定値との相関をとることができる。
【００１１】
また前記所定時間は、前記温度センサの測定値の変化率が、予め設定された所定変化率以下に至ったときであることを特徴とする。
温度センサの測定値が燃料電池の表面温度に接近すると、温度センサの測定値の変化率が小さくなる。そのため、温度センサの測定値の変化率が所定変化率以下に至ったときを所定時間に設定することで、温度センサの測定値と燃料電池の表面温度との相関がとれる時点を正確に把握することができる。
【００１２】
また前記差分閾値は、前記初期値に基づいて設定されることを特徴とする。
燃料電池が停止してから所定時間を経過した時点で、温度センサの測定値と燃料電池の表面温度との相関がとれるようになる。そのため、温度センサの測定値から算出される初期値に基づいて、燃料電池の表面温度から算出すべき差分閾値を設定することができる。その結果、燃料電池の表面温度を測定するための温度センサを追加する必要がなくなり、製造コストの増加を抑制することができる。
【００１３】
また前記温度センサは、前記燃料電池温度調整手段において前記燃料電池と熱交換した後の前記冷媒の温度を測定することを特徴とする。
冷媒の温度センサの測定値は、燃料や酸化剤の温度センサの測定値に比べて、温度低下速度が速い。そのため、燃料電池が氷点下になる前に、確実に掃気実施を判断することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、燃料電池が停止してから所定時間を経過して、停止直後の温度変化の大きい時期を回避することで、温度センサの測定値と燃料電池の表面温度との相関がとれるようになる。これにより、温度センサの測定値から算出される差分が差分閾値を超えた時点で、燃料電池の表面温度が掃気実施温度になる。したがって、適切なタイミングで掃気を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態に係る燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】実施形態に係る燃料電池システムの掃気実施判断方法のフローチャートである。
【図３】温度初期値設定サブルーチンのフローチャートである。
【図４】（ａ）は冷却水温度センサ測定値の経時変化を示すグラフであり、（ｂ）は冷却水温度センサ測定値の変化率の経時変化を示すグラフである。
【図５】（ａ）は温度初期値と差分閾値との関係を示すテーブルであり、（ｂ）は差分の経時変化を示すグラフである。
【図６】掃気処理のタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態につき図面を参照して説明する。
（燃料電池システム）
図１は、燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。燃料電池システム１００は、カソードガスとアノードガスを供給し発電を行う燃料電池スタック（以下、単に燃料電池という。）１を備えている。燃料電池１は、単位燃料電池（以下「単位セル」という。）を多数積層して電気的に直列接続したものである。単位セルは、膜電極構造体の両側にセパレータを配置したサンドイッチ構造になっている。詳述すると、膜電極構造体は、例えばフッ素系電解質材料等からなる固体高分子電解質膜（電解質膜）の両側にアノード電極とカソード電極を配置して構成されている。その膜電極構造体のアノード電極に面してアノード側セパレータが配置され、両者間にアノードガス流路１１が形成されている。また膜電極構造体のカソード電極に面してカソード側セパレータが配置され、両者間にカソードガス流路１２が形成されている。
【００１７】
この燃料電池１では、アノードガス流路１１にアノードガスとして水素ガス等の燃料ガスを供給し、カソードガス流路１２にカソードガスとして酸素を含む空気等の酸化剤ガスを供給する。すると、アノード電極で触媒反応により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を通過してカソード電極まで移動する。この水素イオンがカソード電極で酸素と電気化学反応を起こして発電が行われ、発電に伴ってカソード電極側で水が生成される。
【００１８】
燃料電池１のアノードガス流路１１の入口側には、燃料ガス供給路１７が接続されている。燃料ガス供給路１７には、水素タンク１５と、燃料ガスの流通を遮断する電磁遮断弁（不図示）と、酸化剤ガスの圧力に応じて燃料ガスを減圧する減圧弁（不図示）と、燃料ガス供給路１７中の不純物を除去するフィルタ（不図示）と、燃料ガスの温度を調整する熱交換器（不図示）と、アノードオフガスを燃料ガス供給路１７に合流させるエゼクタ１９とが、順に設けられている。
【００１９】
また、燃料電池１のアノードガス流路１１の出口側からエゼクタ１９にかけて、アノード循環路１８が設けられている。
水素タンク１５から供給された燃料ガスは、燃料ガス供給路１７を通って燃料電池１のアノードガス流路１１に供給される。アノードオフガスは、アノード循環路１８を通ってエゼクタ１９に吸引され、水素タンク１５から供給される燃料ガスと合流し、再び燃料電池１に供給されて循環するようになっている。
【００２０】
アノード循環路１８から、電磁駆動式のパージ弁２１を介して、アノードオフガス排出配管２２が分岐されている。燃料電池１を循環するアノードオフガス中の不純物（水分や空気、窒素等）の濃度が高くなった場合など、燃料電池１の運転状態に応じて定期的にパージ弁２１が開放され、アノードオフガスがアノードオフガス排出配管２２を通して排出されるようになっている。またアノード循環路１８から、電磁駆動式の掃気ガス排出弁２１ａを介して、掃気ガス排出配管２２ａが分岐されている。掃気については後述する。
【００２１】
また、アノードガス流路１１の出口付近におけるアノード循環路１８には、キャッチタンク２５が設けられている。キャッチタンク２５は、アノードガス流路１１から排出された生成水を捕捉するものである。このキャッチタンク２５から、電磁駆動式のドレイン弁２１ｂを介して、ドレイン配管２２ｂが伸びている。ドレイン弁２１ｂは定期的に開放され、キャッチタンク２５から生成水およびアノードオフガスがドレイン配管２２ｂを通して排出されるようになっている。
【００２２】
アノードオフガスおよび掃気ガスは、未反応の燃料ガスを含んでいる。そのため、アノードオフガス排出配管２２、掃気ガス排出配管２２ａおよびドレイン配管２２ｂは、希釈器３０に接続されている。希釈器３０は、アノードオフガスおよび掃気ガスをカソードオフガスおよび酸化剤ガスで希釈して、外部に排出するものである。
【００２３】
一方、燃料電池１のカソードガス流路１２の入口側には、酸化剤ガス供給路８が連結されている。酸化剤ガス供給路８には、酸化剤ガスを供給するエアコンプレッサ７と、カソードオフガスを用いて酸化剤ガスを加湿する加湿器（不図示）とが設けられている。また、カソードガス流路１２の出口側にはカソードオフガス排出配管９が接続されている。カソードオフガス排出配管９は、加湿器を通り、背圧制御弁１０を介して希釈器３０に接続されている。
エアコンプレッサ７により加圧された空気は、酸化剤ガス供給路８を通って燃料電池１のカソードガス流路１２に供給される。この空気中の酸素が酸化剤として発電に供された後、燃料電池１からカソードオフガスとして排出される。
【００２４】
酸化剤ガス供給路８からバイパス流路３２が分岐され、希釈器３０に接続されている。バイパス流路３２には、バイパス流路３２の連通状態を切り替える希釈換気弁（不図示）が設けられている。希釈器３０においてカソードオフガスが不足している場合には、バイパス流路３２を通して酸化剤ガスを希釈器３０に供給しうるようになっている。
【００２５】
燃料電池１の内部には、冷媒として冷却水が流通する冷却水流路４０が設けられている。また燃料電池１の外部には冷却水循環路４１が設けられ、冷却水は冷却水流路４０および冷却水循環路４１を循環するようになっている。冷却水循環路４１には、冷却水流路４０に冷却水を供給する冷却水ポンプ４２が設けられている。また冷却水循環路４１には、冷却水流路４０から排出された冷却水の熱交換を行うＦＣ系ラジエタ４４が設けられている。
燃料電池１は発電にともなって発熱するが、冷却水流路４０を流通する冷却水と熱交換を行うことにより冷却される。燃料電池１から排出された冷却水は、ＦＣ系ラジエタ４４で外気と熱交換を行った後に、冷却水ポンプ４２により再び燃料電池１に供給されて循環するようになっている。
【００２６】
（温度センサ）
アノードガス流路１１の出口付近のアノード循環路１８には、アノードガス（アノードオフガス）の温度を検出するアノードガス温度センサ（ＴＨ２ＳＴＫＯＵＴ）Ｔ１が設けられている。またカソードガス流路１２の出口付近のカソードオフガス排出配管９には、カソードガス（カソードオフガス）の温度を検出するカソードガス温度センサ（ＴＡＳＴＫＯＵＴ）Ｔ２が設けられている。また冷却水流路４０の出口付近の冷却水循環路４１には、冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ（ＴＷＳＴＫＯＵＴ）Ｔ３が設けられている。
【００２７】
（掃気ガス供給手段）
燃料電池システム１００は、反応ガス流路（アノードガス流路１１およびカソードガス流路１２）に掃気ガスを供給する掃気ガス供給手段を備えている。具体的には、エアコンプレッサ７から掃気ガスとして空気を供給する。アノードガス流路１１に空気を供給するため、酸化剤ガス供給路８から分岐して、掃気ガス導入路２４が設けられている。この掃気ガス導入路２４は、掃気ガス導入弁２３を介して燃料ガス供給路１７に接続されている。これらのエアコンプレッサ７や掃気ガス導入弁２３のほか、掃気ガス排出弁２１ａや背圧制御弁１０などが、掃気ガス供給手段として機能する。
【００２８】
燃料電池システム１００は、各部の動作を制御するコントローラ６０を備えている。
コントローラ６０は、冷却水温度センサＴ３がオフセット故障しているか判断するオフセット故障判断部（不図示）を備えている。またコントローラ６０は、燃料電池システムを停止してから所定時間を経過した時点での冷却水温度センサＴ３の測定値に基づいて、温度初期値を設定する初期値設定部（不図示）を備えている。またコントローラ６０は、設定した初期値に基づいて、掃気実施を判断するための差分閾値を設定する閾値設定部（不図示）を備えている。またコントローラ６０は、温度初期値と、前記所定時間より後の冷却水温度センサＴ３の測定値との差分を算出する差分算出部（不図示）を備えている。またコントローラ６０は、算出した差分と差分閾値とを比較して、掃気実施を判断する掃気実施判断部（不図示）を備えている。これらの詳細については後に述べる。
【００２９】
またコントローラ６０は、燃料電池１の発電が停止している状態で反応ガス流路を掃気する掃気制御部を備えている。反応ガス流路の掃気とは、反応ガス流路内に掃気用のガス（本実施形態では空気）を供給して残留水を排出除去する処理である。
図６は、掃気処理のタイミングチャートである。掃気処理として、まずカソードガス流路の掃気を行い、次にアノードガス流路の掃気を行う場合を例にして説明する。なおカソードガス流路およびアノードガス流路のうち、いずれか一方のみの掃気を行ってもよい。
【００３０】
カソードガス流路１２を掃気する場合、コントローラ６０は、掃気ガス排出弁２１ａを閉鎖するとともに、背圧制御弁１０を開放する。またコントローラ６０は、エアコンプレッサ７を作動させ、掃気ガスとして空気を供給する。エアコンプレッサ７から供給された空気は、掃気ガス排出弁２１ａが閉鎖されているためアノードガス流路１１を流通せず、背圧制御弁１０が開放されているためカソードガス流路１２を流通する。この掃気ガスは、カソードガス流路１２の残留水およびカソード電極に付着した液滴等を伴って、カソードオフガス排出配管９から排出される。
【００３１】
アノードガス流路１１を掃気する場合、コントローラ６０は、背圧制御弁１０を閉鎖するとともに、掃気ガス導入弁２３および掃気ガス排出弁２１ａを開放する。またコントローラ６０は、エアコンプレッサ７を作動させ、掃気ガスとして空気を供給する。エアコンプレッサ７から供給された空気は、背圧制御弁１０が閉鎖されているためカソードガス流路１２を流通せず、掃気ガス導入弁２３および掃気ガス排出弁２１ａが開放されているためアノードガス流路１１を流通する。この掃気ガスは、アノードガス流路１１の残留水およびアノード電極に付着した液滴等を伴って、掃気ガス排出配管２２ａから排出される。
【００３２】
なお、カソードガス流路の掃気時にも掃気ガス導入弁２３を開放して、アノードガス流路１１に掃気ガスの圧力を作用させ、膜電極構造体の両側の圧力バランスを確保している。これにより、膜電極構造体の劣化を防止している。また、アノードガス流路１１はカソードガス流路１２に比べて圧力損失が大きいので、アノードガス流路１１の掃気ではエアコンプレッサ７の出力を上昇させている。これに伴って、燃料電池内の圧力も上昇している。
【００３３】
（掃気実施判断方法）
次に、上記燃料電池システムにおける掃気実施判断方法について説明する。
図２は、実施形態に係る燃料電池システムの掃気実施判断方法のフローチャートである。本実施形態の掃気実施判断方法は、イグニッションスイッチがオフされ（Ｓ８）、燃料電池が停止した時点からスタートする。
【００３４】
最初に、温度初期値Ａを設定する（Ｓ１０）。
図３は、温度初期値設定サブルーチンのフローチャートである。温度初期値設定サブルーチン（Ｓ１０）では、まず冷却水温度センサＴ３にオフセット故障が発生しているか判断する（Ｓ３２）。温度センサのオフセット故障とは、温度センサが、正しい温度値から常に所定温度だけずれた測定値を出力する故障である。温度センサにオフセット故障が発生しているか否かの判断方法は、予め作製しておいた各温度センサＴ１，Ｔ２，Ｔ３の相関マップを用いて行うことができる。相関マップは、複数の時点における各温度センサＴ１，Ｔ２，Ｔ３の測定値を記録し、各測定値の相互関係を把握したものである。アノードガス温度センサＴ１およびカソードガス温度センサＴ２の測定値を相関マップに当てはめて冷却水温度センサＴ３の測定値を予測し、予測された測定値と出力された測定値が常に所定温度だけずれている場合には、冷却水温度センサＴ３にオフセット故障が発生していると判断することができる。
【００３５】
Ｓ３２の判断がＮｏ（オフセット故障なし）の場合には、Ｓ３４に進み、ＲＴＣ監視を開始する。ＲＴＣ（Real Time Clock）監視とは、燃料電池システムの停止中に、定期的（例えば５分ごと）にシステムの一部を起動して、システムの状態を監視するものである。本実施形態では、燃料電池が停止してから所定時間が経過した後に、冷却水温度センサＴ３の測定値を監視して、掃気実施を判断する。
【００３６】
次に、燃料電池が停止してから所定時間が経過したか判断する（Ｓ３６）。この所定時間の設定方法につき、図４を用いて説明する。
図４（ａ）は、冷却水温度センサの測定値および燃料電池の表面温度の経時変化を示すグラフであり、横軸には燃料電池が停止してからの時間をとり、縦軸には温度をとっている。停止後の燃料電池は表面から内部に向かって冷却されるので、燃料電池の停止直後は内部の熱の影響により温度変化が大きくなる。なお冷却水は燃料電池の内部から流出するので、冷却水の温度は燃料電池の内部温度を反映している。そのため燃料電池の停止直後は、冷却水温度センサＴ３の測定値と燃料電池の表面温度との間で温度変化率が一致せず、両者の相関がとれない。ただし、時間の経過と共に燃料電池の温度分布が小さくなるので、冷却水温度センサＴ３の測定値と燃料電池の表面温度との間で温度変化率が同等になり、両者の相関がとれるようになる。そこで本実施形態では、燃料電池が停止してから、冷却水温度センサＴ３の測定値と燃料電池の表面温度との間で温度変化率が同等になるまでの時間ｔ１を、所定時間に設定する。この所定時間ｔ１は、実験等により予め求めておく。
【００３７】
図４（ｂ）は、冷却水温度センサ測定値の温度変化率の経時変化を示すグラフである。燃料電池の停止直後には、冷却水温度センサＴ３の測定値の変化率は大きくなっているが、時間の経過とともに燃料電池の温度分布が小さくなるので、冷却水温度センサＴ３の測定値の変化率は小さくなる。そこで、冷却水温度センサＴ３の測定値の変化率が、予め設定された所定変化率以下に至ったときを、所定時間に設定してもよい。具体的には、冷却水温度センサＴ３の測定値の変化率を随時計算し、その変化率が所定の温度変化率Ｑ以下になった時点を、所定時間ｔ１の経過時点とする。
【００３８】
Ｓ３６の判断がＹｅｓ（所定時間ｔ１が経過）になったら、Ｓ３８に進み、冷却水温度センサＴ３の測定値を温度初期値Ａに設定する。なお、冷却水温度センサＴ３にはオフセット故障が発生していないので、冷却水温度センサＴ３の測定値は真の冷却水温度を示している。
【００３９】
一方、Ｓ３２の判断がＹｅｓ（オフセット故障あり）の場合には、Ｓ４０に進み、燃料電池の停止時に暖機完了状態であったか判断する。暖気が完了していれば、燃料電池の温度分布は十分に小さく、完全暖機相当温度（例えば７０℃）になっている。そこでＳ４０の判断がＹｅｓの（暖機完了状態であった）場合には、直ちに完全暖機相当温度を温度初期値Ａに設定する。
【００４０】
一方、Ｓ４０の判断がＮｏの（暖機完了状態ではなかった）場合には、燃料電池の停止直後の温度分布は大きくなっている。そこで、燃料電池が停止してから所定時間ｔ１を経過した時点での（オフセット故障している）冷却水温度センサＴ３の測定値に、最大オフセット量（例えば５℃）を加えた値を、温度初期値Ａに設定する。最大オフセット量は、実験等により予め求めておく。
【００４１】
図２に戻り、掃気実施を判断するための差分閾値Ｄを設定する（Ｓ１２）。
掃気は、燃料電池の表面温度が氷点下になる前に実施する必要がある。そのため、燃料電池の停止直後の表面温度と、掃気実施時の表面温度（約０℃）との差を、差分閾値Ｄに設定することが考えられる。しかしながらこの場合には、燃料電池の表面温度を測定するための温度センサを追加する必要がある。ところで上述したように、燃料電池が停止してから所定時間ｔ１が経過した後は、冷却水温度センサＴ３の測定値と燃料電池の表面温度との間で温度変化率が同等になり、両者の相関がとれている。そこで、冷却水温度センサＴ３の測定値に基づいて差分閾値Ｄを設定する。具体的には、図４に示すように、燃料電池の停止直後の表面温度に対応する冷却水温度センサＴ３の温度初期値Ａと、掃気実施時の表面温度に対応する冷却水温度センサＴ３の基準値Ｐ（例えば５℃）との差を、差分閾値Ｄに設定する（Ｄ＝Ａ−Ｐ）。
【００４２】
図５（ａ）は、温度初期値と差分閾値との関係を示すテーブルである。冷却水温度センサＴ３の基準値Ｐは一定であるから、温度初期値Ａと差分閾値Ｄとは比例関係になる。このテーブルに温度初期値Ａを当てはめれば、差分閾値Ｄを求めることができる。
【００４３】
図２に戻り、ＲＴＣ監視を開始する（Ｓ１４）。具体的には、まず冷却水温度センサＴ３の測定値から、冷却水の現温度Ｂを読み込む（Ｓ１６）。次に、温度初期値Ａと現温度Ｂとの差分Ｃ（Ｃ＝Ａ−Ｂ）を算出する（Ｓ１８）。なお冷却水温度センサＴ３がオフセット故障している場合には、所定時間ｔ１が経過した時点での冷却水温度センサＴ３の測定値を温度初期値Ａとして、差分Ｃを計算してもよい。そして、差分Ｃが差分閾値Ｄを超えたか（Ｃ＞Ｄ）判断する（Ｓ２０）。
【００４４】
図５（ｂ）は、差分Ｃの経時変化を示すグラフである。時間の経過とともに差分Ｃは増加し、時刻ｔ２において差分Ｃが差分閾値Ｄを超える。
図４（ａ）に示すように、冷却水温度センサＴ３の測定値である現温度Ｂは、時刻ｔ２においてＢ＝Ｐになる。時刻ｔ２を過ぎればＢ＜Ｐになるから、差分Ｃ（Ｃ＝Ａ−Ｂ）＞差分閾値Ｄ（Ｄ＝Ａ−Ｐ）になる。
【００４５】
図２においてＳ２０の判断がＹｅｓ（Ｃ＞Ｄ）になったら、Ｓ２２に進んで掃気を実施する。具体的な掃気方法は上述した通りである。
掃気が完了すれば、反応ガス流路の残留水は排出除去されているから、再び掃気を行う必要がない。そのため、Ｓ２２の掃気完了後に、ＲＴＣ監視を停止する（Ｓ２４）。
【００４６】
以上に詳述したように、本実施形態に係る燃料電池システムのコントローラ６０は、燃料電池を停止してから所定時間ｔ１を経過した時点での冷却水温度センサＴ３の測定値に基づいて温度初期値Ａを設定し、その温度初期値Ａと所定時間ｔ１より後の冷却水温度センサＴ３の測定値Ｂとの差分Ｃが差分閾値Ｄを超えた場合に、掃気手段により掃気を実施する構成とした。
この構成によれば、燃料電池が停止してから所定時間ｔ１を経過して、停止直後の温度変化の大きい時期を回避することで、冷却水温度センサＴ３の測定値と燃料電池の表面温度との相関がとれるようになる。これにより、冷却水温度センサＴ３の測定値から算出される差分が差分閾値を超えた時点で、燃料電池の表面温度が掃気実施温度になる。したがって、適切なタイミングで掃気を実施することができる。
【００４７】
また差分閾値Ｄは、温度初期値Ａに基づいて設定する構成とした。
燃料電池が停止してから所定時間ｔ１を経過した時点で、冷却水温度センサＴ３の測定値と燃料電池の表面温度との相関がとれるようになる。そのため、冷却水温度センサＴ３の測定値から算出される温度初期値Ａに基づいて、燃料電池の表面温度から算出すべき差分閾値Ｄを設定することができる。その結果、燃料電池の表面温度を測定するための温度センサを追加する必要がなくなり、製造コストの増加を抑制することができる。
【００４８】
なお、本発明の技術範囲は上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な構造や形状などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。例えば、燃料電池システムの構成は上述したものに限られない。
【００４９】
また、実施形態では冷却水温度センサＴ３の測定値に基づいて温度初期値Ａ、現温度Ｂ、差分Ｃおよび差分閾値Ｄを算出したが、アノードガス温度センサＴ１またはカソードガス温度センサＴ２の測定値に基づいて温度初期値Ａ、現温度Ｂ、差分Ｃおよび差分閾値Ｄを算出してもよい。ただし、冷却水温度センサＴ３の測定値は、アノードガス温度センサＴ１およびカソードガス温度センサＴ２の測定値に比べて、温度低下速度が速い。そのため、燃料電池が氷点下になる前に、より確実に掃気実施を判断することができる。
【符号の説明】
【００５０】
Ａ…温度初期値（初期値）  Ｂ…現温度（温度センサの測定値）  Ｃ…差分  Ｄ…差分閾値  ｔ１…所定時間  Ｔ３…冷却水温度センサ（温度センサ）  １…燃料電池  ７…エアコンプレッサ（酸化剤供給手段、掃気手段）  １０…背圧制御弁（掃気手段）  １１…アノードガス流路（燃料流路）  １２…カソードガス流路（酸化剤流路）  １５…水素タンク（燃料供給手段）  ２１ａ…掃気ガス排出弁（掃気手段）  ２３…掃気ガス導入弁（掃気手段）  ４２…冷却水ポンプ（燃料電池温度調整手段）  ６０…コントローラ（制御部）  １００…燃料電池システム
【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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