(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードガスの供給を受けるアノード電極およびカソードガスの供給を受けるカソード電極を有し、前記アノードガスおよび前記カソードガスの供給により発電を行う燃料電池と、
前記カソードガスが流通するカソードガス流通路に設けられ、前記カソード電極への前記カソードガスの流入を封止可能なカソードガス封止手段と、
前記カソードガス封止手段を制御する制御装置と、を備えた燃料電池システムにおいて、
前記制御装置は、
前記カソードガス流通路内の圧力が大気圧である場合に、前記アノードガスが流通するアノードガス流通路および前記カソードガス流通路における前記アノードガスに含まれる水素と、前記カソードガスに含まれる酸素と、のモル比（水素／酸素）が２またはそれ以上になる前記アノードガス流通路におけるアノードガス圧力を算出するアノードガス圧力算出部と、
該アノードガス圧力算出部により算出された前記アノードガス圧力に基づいて、前記カソードガス封止手段による前記カソードガスの封止タイミングを算出するカソードガス封止タイミング算出部と、を備え、
前記封止タイミングは、前記アノードガス圧力が高くなるにつれて遅くなるように構成され、
前記燃料電池の発電を停止するときに、前記アノードガス圧力算出部において算出された前記アノードガス圧力となるように、前記アノードガス流通路の圧力を調整するとともに、前記カソードガス封止タイミング算出部において算出された前記封止タイミングにて前記カソードガス封止手段を封止し、
前記カソードガス封止手段の封止後、前記アノードガス圧力及びカソードガス圧力が共に負圧に保持されることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御装置は、前記アノードガス流通路の湿潤状態を検出する湿潤状態検出部をさらに備え、
前記カソードガス封止タイミング算出部は、前記湿潤状態検出部において検出された前記アノードガス流通路の湿潤状態に基づいて、前記カソードガス封止手段による前記カソードガスの前記封止タイミングを算出し、
該封止タイミングは、前記アノードガスの湿度が低くなるにつれて遅くなるように構成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。
【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】
従来から、例えば車両に搭載される燃料電池として、固体高分子電解質膜をアノード電極およびカソード電極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（以下、燃料電池という。）としたものが知られている。燃料電池自動車では、この燃料電池にアノードガスおよびカソードガスからなる反応ガスを供給することにより発電することができ、この電力により車輪の駆動軸を回転させるためのモータを駆動することができるように構成されている。
【０００３】
具体的には、上述した燃料電池におけるアノード電極とセパレータとの間にアノードガス（燃料ガス）として水素ガスを供給するとともに、カソード電極とセパレータとの間にカソードガス（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、発電が行われる。なお、この発電に伴って、燃料電池内部で水が生成される。
【０００４】
このような燃料電池を備える燃料電池システムでは、システムの停止中において、カソードガス（酸素）が流路内に残存していると、次回システム起動時にアノード側の電位（面内電流）が上昇し、起動時の発電安定性が低下するとともに、燃料電池が劣化するという問題がある。
【０００５】
そこで、上述したような問題を解消するために、特許文献１では、セル内部のアノードガスとカソードガスの圧力差を制限する制御器と外部短絡回路によって水素を除去し、電池性能の低下を防止することを目的として、燃料電池の停止にあたり、アノードガスの供給バルブを閉じ、電解質膜により分離されたアノードガスとカソードガスに含まれる水素／酸素のモル比が２／１もしくはそれ以下になったときに、燃料電池への空気の供給バルブを閉じるようにしたものが提案されている。
【０００６】
また、特許文献２では、システム放置時において、カソード側触媒における坦持カーボンが酸化されて発電性能が低下するに至るのを抑制することを目的として、燃料電池に対する燃料ガス給排系および酸化ガス給排系における水素および酸素のモル量を算出し、燃料電池の停止時における燃料ガス中および酸化ガス中の化学反応可能な水素と酸素のモル比が２またはそれ以上になるように制御するものが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２６８０８６号公報
【特許文献２】特開２００７−２６５７８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、特許文献１，２の燃料電池システムにおいては、システム停止時または停止後にアノードガスおよびカソードガスの供給を遮断するように構成されているが、これら従来の燃料電池システムでは、水素と酸素のモル比のみが所望の条件を満たしたときに反応ガス（アノードガスおよびカソードガス）の供給を遮断するようになっている。
しかしながら、アノードガスの圧力の大きさによって、反応ガスの供給を遮断した後、アノードガス流通路に生じる負圧の大きさが変化する。したがって、カソードガスを封止するタイミングを決定する際にアノードガス圧力を考慮しないと、水素と酸素のモル比が所望の条件を満たしていても、その後圧力バランスが崩れ、次回システム起動時の発電安定性が低下する虞がある。
【０００９】
そこで、本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、システム起動時の発電安定性を向上することができるとともに、燃料電池の劣化を抑制することができる燃料電池システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、アノードガスの供給を受けるアノード電極およびカソードガスの供給を受けるカソード電極を有し、前記アノードガスおよび前記カソードガスの供給により発電を行う燃料電池（例えば、実施形態における燃料電池１１）と、前記カソードガスが流通するカソードガス流通路（例えば、実施形態におけるカソードガス流通路４７）に設けられ、前記カソード電極への前記カソードガスの流入を封止可能なカソードガス封止手段（例えば、実施形態における封止弁５６，５７）と、前記カソードガス封止手段を制御する制御装置（例えば、実施形態における制御装置４５）と、を備えた燃料電池システム（例えば、実施形態における燃料電池システム１０）において、前記制御装置は、前記カソードガス流通路内の圧力が大気圧である場合に、前記アノードガスが流通するアノードガス流通路（例えば、実施形態におけるアノードガス流通路４６）および前記カソードガス流通路における前記アノードガスに含まれる水素と、前記カソードガスに含まれる酸素と、のモル比（水素／酸素）が２またはそれ以上になる前記アノードガス流通路におけるアノードガス圧力を算出するアノードガス圧力算出部（例えば、実施形態におけるアノードガス圧力算出部６２）と、該アノードガス圧力算出部により算出された前記アノードガス圧力に基づいて、前記カソードガス封止手段による前記カソードガスの封止タイミングを算出するカソードガス封止タイミング算出部（例えば、実施形態におけるカソードガス封止タイミング算出部６４）と、を備え、前記封止タイミングは、前記アノードガス圧力が高くなるにつれて遅くなるように構成され、前記燃料電池の発電を停止するときに、前記アノードガス圧力算出部において算出された前記アノードガス圧力となるように、前記アノードガス流通路の圧力を調整するとともに、前記カソードガス封止タイミング算出部において算出された前記封止タイミングにて前記カソードガス封止手段を封止し、前記カソードガス封止手段の封止後、前記アノードガス圧力及びカソードガス圧力が共に負圧に保持されることを特徴としている。
【００１１】
請求項２に記載した発明は、前記制御装置は、前記アノードガス流通路の湿潤状態を検出する湿潤状態検出部（例えば、実施形態における湿潤状態検出部６３）をさらに備え、前記カソードガス封止タイミング算出部は、前記湿潤状態検出部において検出された前記アノードガス流通路の湿潤状態に基づいて、前記カソードガス封止手段による前記カソードガスの前記封止タイミングを算出し、該封止タイミングは、前記アノードガスの湿度が低くなるにつれて遅くなるように構成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載した発明によれば、水素と酸素のモル比が２以上となる水素圧力を有した状態でカソードガスの流入を封止したため、短時間でアノード側およびカソード側の両極に活性ガスとして水素のみが存在する環境を形成することができ、次回システム起動時の電位上昇を抑制することができる。また、カソードガス封止手段の作動タイミングをアノードガス圧力に基づいて算出するようにしたため、燃料電池システムの構成部材への負担を軽減することができる。したがって、システム起動時の発電安定性を向上することができるとともに、燃料電池の劣化を抑制することができる。さらに、アノード側およびカソード側の両極に水素が残っている状態で封止することが可能となり、システム起動時に投入するアノードガス量を大幅に削減することができ、アノード側の水素置換完了時間の短縮を図ることができる。
【００１３】
請求項２に記載した発明によれば、アノードガス流通路がＷＥＴ状態の場合は、水素がカソード側へ拡散するのに抵抗となるため、アノードガス圧力が大気圧に低下するまでの時間が遅くなる。また、ＷＥＴ状態では、水素の拡散が鈍くなるため、アノード側の水素が全量カソード側に拡散されない場合にはそもそもアノードガス圧力の低下が少ない。すなわち、カソード側封止後のアノード側の負圧はＤＲＹ状態に比較して小さくなる。したがって、カソードガス封止手段の封止を早く行うことができる。カソードガス封止手段を早く封止することで、水素と酸素のモル比が所望の条件（２またはそれ以上のモル比）を満たしているタイミングに反応ガス（アノードガスおよびカソードガス）の供給を遮断することに近づけることが可能となり、両極に水素が残っている状態で封止することが可能となり、システム起動時の発電安定性を向上することができるとともに、燃料電池の劣化を抑制することができる。また、アノードガス流通路の湿潤状態に基づいてカソードガス封止手段の封止タイミングを算出するように構成したため、より最適なタイミングでカソードガスを封止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態における燃料電池システムの概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態における制御装置の概略ブロック図である。
【図３】本発明の実施形態における燃料電池システムのカソード側の封止弁を封止する方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態におけるアノードガス圧力とカソード側封止タイミングとの関係を示すグラフである。
【図５】本発明の実施形態における燃料電池システムのカソード側の封止弁を封止する際のタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、本発明に係る燃料電池システムの実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。なお、本実施形態では燃料電池システムを車両に搭載した場合の説明をする。
【００１６】
（燃料電池システム）
図１は燃料電池システムの概略構成図である。
図１に示すように、燃料電池システム１０の燃料電池１１は、水素ガスなどのアノードガスと空気などのカソードガスとの電気化学反応により発電を行う固体高分子膜型燃料電池である。具体的に、燃料電池１１は、固体高分子電解質膜をアノード電極およびカソード電極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セルを構成し、この単位セルを複数積層したものである。また、燃料電池１１に形成されたアノードガス供給用連通孔１３（アノードガス流路２１の入口側）にはアノードガス供給配管２３が連結され、その上流端部には水素タンク３０が接続されている。また、燃料電池１１に形成されたカソードガス供給用連通孔１５（カソードガス流路２２の入口側）にはカソードガス供給配管２４が連結され、その上流端部にはエアコンプレッサ３３が接続されている。また、燃料電池１１に形成されたアノードオフガス排出用連通孔１４（アノードガス流路２１の出口側）にはアノードオフガス排出配管３５が連結され、カソードオフガス排出用連通孔１６（カソードガス流路２２の出口側）にはカソードオフガス排出配管３８が連結されている。ここで、本実施形態では、アノードガス流路２１、アノードガス供給配管２３、およびアノードオフガス排出配管３５がアノードガス流通路４６を構成し、カソードガス流路２２、カソードガス供給配管２４、およびカソードオフガス排出配管３８がカソードガス流通路４７を構成している。
【００１７】
また、水素タンク３０からアノードガス供給配管２３に供給された水素ガスは、レギュレータ（不図示）により減圧された後、エゼクタ２６を通り、燃料電池１１のアノードガス流路２１に供給される。また、水素タンク３０の下流側近傍には、電磁駆動式の電磁弁２５が設けられており、水素タンク３０からの水素ガスの供給を遮断することができるように構成されている。
【００１８】
また、アノードオフガス排出配管３５は、エゼクタ２６に接続され、燃料電池１１を通過し排出されたアノードオフガスを再度燃料電池１１のアノードガスとして再利用できるように構成されている。さらに、アノードオフガス排出配管３５には、途中で２本の配管が分岐して設けられており、ドレイン排出配管３６およびパージガス排出配管３７が接続されている。ドレイン排出配管３６およびパージガス排出配管３７は、それらの下流でともに希釈ボックス３１に接続されている。そして、ドレイン排出配管３６には電磁駆動式のドレイン弁５１が設けられており、パージガス排出配管３７には電磁駆動式のパージ弁５２が設けられている。また、アノードオフガス排出配管３５とドレイン排出配管３６との分岐地点には気液分離器としてキャッチタンク５３が設けられている。
【００１９】
次に、空気（カソードガス）はエアコンプレッサ３３によって加圧され、カソードガス供給配管２４を通過した後、燃料電池１１のカソードガス流路２２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１１からカソードオフガスとしてカソードオフガス排出配管３８に排出される。カソードオフガス排出配管３８は希釈ボックス３１に接続され、その後、車外へと排気される。なお、カソードオフガス排出配管３８には背圧弁３４が設けられている。また、カソードガス供給配管２４とカソードオフガス排出配管３８との間には加湿器３９が架け渡して設けられている。加湿器３９によりカソードガスはカソードオフガスに含まれる水分の移動により加湿されるようになっている。さらに、カソードガス供給配管２４およびカソードオフガス排出配管３８には、それぞれ電磁駆動式の封止弁５６，５７が設けられており、カソードガス流通路４７内にカソードガスを封入することができるように構成されている。
【００２０】
また、エアコンプレッサ３３と燃料電池１１との間を繋ぐカソードガス供給配管２４において、配管が分岐され掃気ガス導入配管５４の一端が接続されている。掃気ガス導入配管５４は、アノードガス供給配管２３におけるエゼクタ２６と燃料電池１１との間に他端が接続されている。つまり、エアコンプレッサ３３にて加圧された空気を燃料電池１１のアノードガス流路２１に供給できるようになっている。なお、掃気ガス導入配管５４には電磁駆動式の電磁弁５５が設けられており、エアコンプレッサ３３からの空気の供給を遮断できるように構成されている。
【００２１】
さらに、アノードガス供給配管２３にはアノードガス流通路４６内のアノードガス圧力を検出可能な圧力センサ４１が設けられている。また、カソードガス供給配管２４にはカソードガス流通路４７内のカソードガス圧力を検出可能な圧力センサ４２が設けられている。さらに、燃料電池１１には、発電電圧（出力）を検出可能な電圧センサ４３が設けられている。
【００２２】
この圧力センサ４１，４２および電圧センサ４３からの検出結果（センサ出力）は、制御装置（ＥＣＵ）４５へ伝達され、その検出結果に基づいて、燃料電池システム１０のアノードガスおよびカソードガスの封止タイミングを設定する制御（後に詳述する。）を行うことができるように構成されている。
【００２３】
図２は制御装置４５の概略ブロック図である。図２に示すように、制御装置４５は、アノードガス流通路４６内の湿度を算出する湿度算出部６１と、アノードガスに含まれる水素とカソードガスに含まれる酸素とのモル比（水素／酸素）が２またはそれ以上になるアノードガス流通路４６におけるアノードガス圧力を算出するアノードガス圧力算出部６２と、アノードガス流通路４６内の湿度が予め設定された所定湿度よりも大きいか否かを判定する湿潤状態判定部６３と、算出されたアノードガス圧力に基づいて、封止弁５６，５７の封止タイミングを算出するカソードガス封止タイミング算出部６４と、封止弁５６，５７の封止タイミングを計時する計時部６５と、を有している。
【００２４】
なお、制御装置４５は、燃料電池１１に要求される出力に応じて、レギュレータや電磁弁２５を制御して水素タンク３０から所定の状態量（流量、圧力）の水素ガスを燃料電池１１に供給することができるようになっている。また、制御装置４５は、燃料電池１１に要求される出力に応じて、エアコンプレッサ３３を駆動して所定量の空気を燃料電池１１に供給するとともに、背圧弁３４を制御してカソードガス流路２２への空気の状態量（流量、圧力）を調整できるように構成されている。
【００２５】
（カソードガス封止方法）
次に、本実施形態における燃料電池システム１０のカソードガス封止方法について説明する。
図３は燃料電池システム１０のカソードガス封止方法を示すフローチャートである。このフローチャートは、イグニッションスイッチがオフされた時点からスタートする。
【００２６】
ステップＳ１１では、湿度算出部６１において、アノードガス流通路４６内の湿度を算出し、ステップＳ１２へ進む。なお、アノードガス流通路４６内の湿度を算出するには、例えば、露点計および温度計（ともに不図示）をアノードガス流通路４６の所定の位置に取り付けて、該露点計および温度計の検出値から湿度を算出するようにすればよい。
【００２７】
ステップＳ１２では、アノードガス圧力算出部６２において、アノードガスに含まれる水素とカソードガスに含まれる酸素とのモル比（水素／酸素）が２またはそれ以上になるときのアノードガス流通路４６内のアノードガス圧力を算出し、ステップＳ１３へ進む。
【００２８】
ステップＳ１３では、湿潤状態判定部６３において、ステップＳ１１で算出されたアノードガス流通路４６内の湿度が、予め設定された所定湿度（所定閾値）よりも大きいか否かを判定し、所定閾値よりも大きい場合（ＷＥＴ環境の場合）はステップＳ１４へ進み、所定閾値以下の場合（ＤＲＹ環境の場合）はステップＳ１６へ進む。
【００２９】
ステップＳ１４では、カソードガス封止タイミング算出部６４において、算出されたアノードガス圧力に基づいて、封止弁５６，５７の封止タイミングを算出してステップＳ１５へ進む。ここで、カソードガス封止タイミング算出部６４には、例えば図４のグラフが記憶されている。図４に示すように、ＷＥＴ環境の場合およびＤＲＹ環境の場合のそれぞれのアノードガス圧力とカソード側の封止タイミングとの関係が線図として記憶されている。ステップＳ１４では、ＷＥＴ環境の場合の線図を用いて、封止弁５６，５７の封止タイミングを算出する。
【００３０】
なお、封止弁５６，５７を封止すると、化学反応により水素と酸素が消費され、アノード側に負圧が生じる。モル比を２またはそれ以上とするためにアノードガス圧力を上げて封止弁５６，５７を封止した場合には、カソード側封止中に両極内には化学反応により水素と酸素が無くなるか、酸素がなくなり水素のみが残る状態を作ることができる。余剰の水素分子が多ければ多いほど、すなわちアノードガス圧力を上げれば上げるほど水素が残る状態を作ることができる。しかしながら、封止された空気中の酸素がなくなるまで水素は化学反応をするために負圧は生じてしまう。
【００３１】
この負圧が燃料電池システム１０の燃料電池１１やその他の構成部品の耐久性に影響を与えない範囲であれば、早く封止弁５６，５７を封止した方がカソード側封止中に両極に水素を残した状態を形成することが可能となる。
【００３２】
一方、この負圧に対して封止弁５６，５７の封止タイミングを遅くすることで、負圧の影響を低減することができる。これは、カソード側への空気の導入量が多くなることで、アノード側へ拡散する酸素が多くなるとともに、カソード側の窒素の残存量が多くなるためである。これにより両極に封止される余剰水素分子の残る量は減少するが、その量がカソード側封止中および次回起動時のアノード側の電位として劣化に効果的である電位の範囲内であれば、許容することができる。
【００３３】
図４のアノードガス圧力とカソード封止タイミングは、アノードガス圧力が高ければ高いほど、カソード封止タイミングが遅くなる傾向を示す一例であるが、上述の封止による負圧が構成部品の耐久性に影響する観点、封止される余剰水素分子により生じるアノード電位の観点から任意に定めることができる。
【００３４】
ステップＳ１５では、計時部６５において、ステップＳ１４で算出した封止タイミングを計時し、所定時間が経過したら封止弁５６，５７を封止して、処理を終了する。
【００３５】
一方、ステップＳ１６では、アノードガス流通路４６内の湿度が所定閾値以下であるため、ＤＲＹ環境であると判定し、ＤＲＹ環境フラグを立ててステップＳ１７へ進む。
【００３６】
ステップＳ１７では、カソードガス封止タイミング算出部６４において、算出されたアノードガス圧力に基づいて、封止弁５６，５７の封止タイミングを算出してステップＳ１８へ進む。なお、ステップＳ１６でＤＲＹ環境フラグが立っているため、図４のＤＲＹ環境の場合の線図を利用して封止タイミングを算出する。
【００３７】
ステップＳ１８では、計時部６５において、ステップＳ１７で算出した封止タイミングを計時し、所定時間が経過したら封止弁５６，５７を封止して、処理を終了する。
【００３８】
図５は、図３のフローチャートの流れをタイムチャートにしたものである。図５に示すように、イグニッションスイッチをオフにした後、アノードガス流通路４６内のアノードガス圧力が、アノードガス圧力算出部６２において算出されたアノードガス圧力になるように調整し、所望の圧力になった時点（カソード封止タイミングの基点）で電磁弁２５を閉弁し、当該アノードガス圧力のまま保持する。その状態で、コンプレッサ３３を停止し、カソードガス封止タイミング算出部６４において算出された封止タイミングで封止弁５６，５７を封止する。このように構成することにより、短時間でアノード側およびカソード側の両極に活性ガスとして水素のみが存在する環境を形成することができ、次回システム起動時の電位上昇を抑制することができる。
【００３９】
具体的には、イグニッションスイッチオフ後、コンプレッサ３３を停止するまでに、様々な停止処理を行い、システム停止のタイミングでコンプレッサ３３を停止する。カソードガス圧力はコンプレッサ３３の停止と略同時に大気圧となる。システム停止のタイミングの少し前（コンプレッサ３３の駆動中）であって、アノードガス圧力が所望の圧力になった時点で、まずアノード側の電磁弁２５、ドレイン弁５１およびパージ弁５２を閉弁する。
【００４０】
その後、数分程度で、アノードガス圧力は大気圧まで低下する。初期段階では、アノードガス圧力がカソードガス圧力（大気圧）よりも高いため、アノード側からカソード側への反応ガスの拡散が支配的になり、拡散層または電極部において化学反応により反応ガスが消費される。
【００４１】
アノードガス圧力が大気圧（カソードガスとアノードガスの圧力平衡状態）となった後、アノード側の水素は化学反応で消費し、カソード側で水となるが、水素の化学反応と、カソード側からの空気の拡散の速度が異なる、すなわち、水素の化学反応の方が速いため、アノード側は一時負圧になる。
【００４２】
その後、カソード側を封止しない場合は、カソード側からの空気の拡散により、アノード側およびカソード側の圧力は共に上昇し大気圧まで復帰するが、本実施形態のように、カソード側の封止弁５６，５７を閉弁することにより、カソード側への新たな空気の導入はないため、大気圧への復帰はなく、負圧状態のまま保持される。つまり、アノード側およびカソード側は共に負圧となる。なお、封止弁５６，５７を封止するタイミングが遅ければ遅いほど、封止後の負圧は小さくなる。
【００４３】
ここで、アノードガス圧力を上げて、理想のモル比（水素：酸素＝２：１）とした場合、アノードガス圧力が高く、カソードガス圧力は大気圧で閉鎖空間になる。この閉鎖空間では、アノードガス（水素）とカソードガス（酸素）との化学反応によりそれぞれのガスが消費されるとともに、水が生成される。結果として、アノードガス圧力およびカソードガス圧力が低下し、アノード側およびカソード側はともに負圧になる。モル比が２：１であれば、全ての水素と酸素が化学反応により水になるため、閉鎖空間には水と窒素ガスのみが残っている状態となる。封止弁５６，５７を封止することで、外部から反応ガス（空気）の流入がないため、負圧の状態が継続される。
【００４４】
なお、水素と酸素のモル比が２以上になるようにアノードガス圧力を上昇させた場合は、カソードガスのすべての酸素が化学反応により水になり、余剰の水素は閉鎖空間内に残る。この結果、閉鎖空間内には、水、窒素および水素が残り、拡散により両極に水素が分配された状態となる。
【００４５】
一方、モル比が２未満の場合は、アノードガスのすべての水素が化学反応により水になり、余剰のカソードガス（酸素）は閉鎖空間内に残る。この結果、閉鎖空間内には、水、窒素および酸素が残り、拡散により両極に酸素が分配された状態となる。
【００４６】
本実施形態によれば、アノードガス（水素）とカソードガス（酸素）のモル比が２以上となるアノードガス圧力を有した状態でカソードガスの流入を封止するため、短時間でアノード側およびカソード側の両極に活性ガスとして水素のみが存在する環境を形成することができ、次回システム起動時の電位上昇を抑制することができる。また、封止弁５６，５７の封止タイミングをアノードガス圧力に基づいて算出するようにしたため、燃料電池システム１０の構成部材への負担を軽減することができる。したがって、システム起動時の発電安定性を向上することができるとともに、燃料電池１１の劣化を抑制することができる。
【００４７】
また、アノードガス流通路４６の湿潤状態に基づいて、封止弁５６，５７の封止タイミングを算出するように構成したため、より最適なタイミングでカソードガスを封止することができる。
【００４８】
さらに、アノードガスの湿度が低くなるにつれて、封止弁５６，５７の封止タイミングが遅くなるように構成したため、システム起動時に投入するアノードガス量を大幅に削減することができ、アノード側の水素置換完了時間の短縮を図ることができるとともに、システム起動時の発電安定性を向上することができる。
【００４９】
なお、水素と酸素が理想のモル比になるように調整すれば、燃料電池システム１０のソーク中やシステム起動時の電位抑制、劣化防止に効果的であるが、例えば、ソーク中やシステム起動時のアノード電位を０．６Ｖ未満に抑えることで、劣化防止に効果的であれば、モル比の代わりに理想の電位として、予めソーク中の電位とシステム停止時のアノードガス圧力との関係を実験的に求めておいて、そのアノードガス圧力でシステムを停止し、カソードガスを封止することが可能となる。
【００５０】
また、理想の電位とアノードガス圧力が算出された後、そのアノードガス圧力から予測される負圧の状態も予め実験などにより求めて、その負圧に対して、許容負圧となるように、封止弁５６，５７を封止する封止タイミングを定めることが可能である。
【００５１】
尚、本発明は、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構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
【００５２】
例えば、本実施形態においては、アノードガス流通路の湿潤状態を検出するように構成したが、必ずしも設ける必要はない。
また、本実施形態においては、アノードガスの湿度が所定閾値以下の場合に、ＤＲＹ環境フラグを立てるように構成したが、湿度が所定閾値より大きい場合にＷＥＴ環境フラグを立てるように構成してもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１０…燃料電池システム  １１…燃料電池  ４５…制御装置  ４６…アノードガス流通路  ４７…カソードガス流通路  ５６…封止弁（カソードガス封止手段）  ５７…封止弁（カソードガス封止手段）  ６２…アノードガス圧力算出部  ６３…湿潤状態検出部  ６４…カソードガス封止タイミング算出部
【図１】
0005557579.tif 000002
【図２】
0005557579.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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