(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜を含む膜電極接合体を有する燃料電池と、
前記燃料電池を、当該燃料電池を通常に発電させる通常発電モード、又は、当該燃料電池内に付着あるいは残留する水分の排出を優先する水分排出発電モードで発電させる発電制御手段と、
前記電解質膜内の水分を含まない前記燃料電池内に付着あるいは残留する現在の水分量を所定時間毎に又は連続的に算出する水分量算出部と、
を備え、
前記燃料電池が通常発電モードで発電している場合において、前記水分量算出部で算出された前記燃料電池内の現在の水分量が、水分排出発電モードに移行させるべき第１所定値以上であるとき、前記発電制御手段は、通常発電モードから水分排出発電モードに移行させ、
前記燃料電池が水分排出発電モードで発電している場合において、前記水分量算出部で算出された前記燃料電池内の現在の水分量が、通常発電モードに移行させるべき第２所定値以下であるとき、前記発電制御手段は、水分排出発電モードから通常発電モードに移行させ、
前記第１所定値は、前記燃料電池内の水分によって前記燃料電池の発電が不安定となる可能性がある水分量であり、
前記第２所定値は、前記第１所定値よりも小さく、前記膜電極接合体が過乾燥状態とならず、前記燃料電池が安定して発電可能である予め定められた水分量である
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池から排出された反応オフガスを前記燃料電池の上流に戻し反応ガスを循環させる反応ガス循環流路と、
前記反応ガス循環流路に接続し、前記燃料電池の電圧が所定電圧以下である場合に開くことで水分を排出するパージ弁と、
を備え、
前記水分排出発電モードにおける前記所定電圧は、前記水分排出発電モードにおいて前記パージ弁の開く頻度が高くなるように、前記通常発電モードにおける前記所定電圧よりも高い
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】
前記燃料電池に供給される反応ガスの流量を検出する流量検出手段を備え、
前記水分量算出部は、前記流量検出手段が検出した流量に基づいて、前記燃料電池内の水分量を補正する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池に供給される反応ガスの圧力変化を検出する圧力変化検出手段を備え、
前記水分量算出部は、前記圧力変化検出手段が検出した圧力変化に基づいて、前記燃料電池内の水分量を補正する
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】
システム停止後から次回起動時の前記通常発電モードへの移行までの間における前記燃料電池内の水分量の変化に基づいて、前記水分量算出部は、前記燃料電池内の水分量を補正する
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
システム停止からシステム起動までの時間が、所定時間以上である場合、
前記発電制御手段は、前記燃料電池を通常に起動させる通常起動モードでなく前記燃料電池内の水分の排出を促進する水分排出起動モードで当該燃料電池を起動させた後、通常発電モードに移行させ、
前記水分量算出部は、前記燃料電池内の水分量をリセットする
ことを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
システム停止からシステム起動までの時間が、所定時間以上でない場合、
前記発電制御手段は、前記水分排出起動モードでなく、通常起動モードで前記燃料電池を起動させた後、通常発電モードに移行させ、
前記水分量算出部は、前記燃料電池内の水分量をリセットしない
ことを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
システム停止からシステム起動までに、前記燃料電池が掃気された場合、
前記発電制御手段は、前記燃料電池内の水分の排出を促進する水分排出起動モードでなく通常に起動させる通常起動モードで前記燃料電池を起動させた後、通常発電モードに移行させ、
前記水分量算出部は、前記燃料電池内の水分量をリセットする
ことを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記通常起動モードは、発電要求に対応した流量で反応ガスを前記燃料電池に供給するモードであり、
前記水分排出起動モードは、前記通常起動モードよりも多い流量で反応ガスを前記燃料電池に供給するモードである
ことを特徴とする請求項６から請求項８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。
【背景技術】
【０００２】
近年、水素（燃料ガス、反応ガス）がアノードに、酸素を含む空気（酸化剤ガス、反応ガス）がカソードに、それぞれ供給されることで発電する固体高分子型燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell：ＰＥＦＣ）等の燃料電池の開発が盛んである。
【０００３】
このような燃料電池が発電すると、そのカソードで水蒸気（水分）を生成し、生成した水分の一部は、電解質膜（固体高分子膜）を介して、アノード側に透過する。また、電解質膜の湿潤状態を維持するため、燃料電池に向かう水素、空気は、中空糸膜を備える加湿器等によって加湿される。
【０００４】
しかしながら、このように生成する水分（水蒸気）や、加湿によって導入される水分が、燃料電池のＭＥＡを構成するアノードやカソードの表面に付着したり、内部に残留すると、水素や空気が、アノード、カソードに供給されにくくなり、燃料電池の出力電圧が低下してしまう。なお、アノード、カソードとしては、水素又は空気の流路となる連続空隙が形成されると共に、導電性を有する多孔質体（カーボンペーパ等）に、Ｐｔ等の触媒が担持されたものが使用される。
【０００５】
そこで、燃料電池の出力電圧を検出し、検出された出力電圧が、所定電圧以下である場合、例えば、燃料電池内を通流する水素の流量を増加し、アノードに付着・残留する水分を除去するモードに移行させ、燃料電池の出力電圧を回復させる技術が提案されている（特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１００８２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、燃料電池の実際の出力電圧が所定電圧以下となった場合に、水分排出発電モードに移行させたのでは、その後、燃料電池の出力電圧が回復するまでに、時間がかかってしまい、燃料電池が外部からの発電要求に応じて、発電できない虞がある。
【０００８】
また、出力電流が小さい状態、つまり、低負荷状態では、水分が付着・残留していても、燃料電池の出力電圧は低下しにくい状態にある。そして、このような状態で、急に大きな発電要求があり、燃料電池の出力電流が急に高められると、出力電圧が急に低下し、所定電圧以下となった場合、水分排出発電モードに移行することになり、出力電圧の回復に時間を要してしまう。
【０００９】
さらに、このような燃料電池の出力電圧を防止するべく、内部に付着・残留する水分を除去するため、常に水素及び空気の流量を増加させると、水素の利用効率が低下したり、空気を供給するコンプレッサの消費電力が高まってしまう。
【００１０】
そこで、本発明は、その後に急に大きな発電要求があったとしても、燃料電池の出力電圧が低下しにくい燃料電池システム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】
【００１１】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、電解質膜を含む膜電極接合体を有する燃料電池と、前記燃料電池を、当該燃料電池を通常に発電させる通常発電モード、又は、当該燃料電池内に付着あるいは残留する水分の排出を優先する水分排出発電モードで発電させる発電制御手段と、前記電解質膜内の水分を含まない前記燃料電池内に付着あるいは残留する現在の水分量を所定時間毎に又は連続的に算出する水分量算出部と、を備え、前記燃料電池が通常発電モードで発電している場合において、前記水分量算出部で算出された前記燃料電池内の現在の水分量が、水分排出発電モードに移行させるべき第１所定値以上であるとき、前記発電制御手段は、通常発電モードから水分排出発電モードに移行させ、前記燃料電池が水分排出発電モードで発電している場合において、前記水分量算出部で算出された前記燃料電池内の現在の水分量が、通常発電モードに移行させるべき第２所定値以下であるとき、前記発電制御手段は、水分排出発電モードから通常発電モードに移行させ、前記第１所定値は、前記燃料電池内の水分によって前記燃料電池の発電が不安定となる可能性がある水分量であり、前記第２所定値は、前記第１所定値よりも小さく、前記膜電極接合体が過乾燥状態とならず、前記燃料電池が安定して発電可能である予め定められた水分量であることを特徴とする燃料電池システムである。
【００１２】
ここで、「燃料電池を通常に発電させる通常発電モード」とは、燃料電池に供給される反応ガスの消費を抑えつつ、反応ガスを供給する機器が消費するエネルギ（後記する実施形態ではコンプレッサが消費する電力）を抑え、つまり、発電に伴うエネルギ消費を抑えることを優先して、燃料電池を発電させるモードである。
一方、「燃料電池内の水分の排出を優先する水分排出発電モード」とは、反応ガスの消費や、反応ガスの供給に伴うエネルギ消費よりも、燃料電池内の水分（水蒸気、生成水、結露水等）の排出を優先して、燃料電池を発電させるモードである。
また、「燃料電池内の水分」とは、ＭＥＡに向かう反応ガス（水素、空気等）の妨げとなる水分であり、プロトン（水素イオン）伝導性を確保するための電解質膜内の水分等は含まない。
【００１３】
このような燃料電池システムによれば、燃料電池が通常発電モードで発電している場合において、水分量算出部で算出された燃料電池内の水分量が、水分排出発電モードに移行させるべき第１所定値以上であるとき、燃料電池の出力電圧に関わらず、発電制御手段が、通常発電モードから水分排出発電モードに移行させる。これにより、水分排出発電モードに移行すると、燃料電池内の水分が排出され始める。
【００１４】
このようにして、燃料電池内の水分は排出されるので、その後、急に大きな発電要求があり、燃料電池の出力電流が急に高められたとしても、出力電圧が急に低下することはなく、燃料電池は、その後の発電要求に対応して発電できる。また、燃料電池内の水分量が第１所定値以上であるときに、水分排出発電モードに移行させるので、反応ガスの消費や、反応ガスの供給に伴うエネルギ消費を抑えることができる。
【００１５】
このような燃料電池システムによれば、燃料電池が水分排出発電モードで発電している場合において、水分量算出部で算出された燃料電池内の水分量が、通常発電モードに移行させるべき第２所定値以下であるとき、発電制御手段が、水分排出発電モードから通常発電モードに移行させる。これにより、発電に伴うエネルギ消費を抑えることを優先する通常発電モードに移行するので、エネルギ消費を抑えることができる。
【００１６】
また、前記燃料電池から排出された反応オフガスを前記燃料電池の上流に戻し反応ガスを循環させる反応ガス循環流路と、前記反応ガス循環流路に接続し、前記燃料電池の電圧が所定電圧以下である場合に開くことで水分を排出するパージ弁と、を備え、前記水分排出発電モードにおける前記所定電圧は、前記水分排出発電モードにおいて前記パージ弁の開く頻度が高くなるように、前記通常発電モードにおける前記所定電圧よりも高いことを特徴とする燃料電池システムである。
【００１７】
また、前記燃料電池に供給される反応ガスの流量を検出する流量検出手段を備え、前記水分量算出部は、前記流量検出手段が検出した流量に基づいて、前記燃料電池内の水分量を補正することを特徴とする燃料電池システムである。
【００１８】
このような燃料電池システムによれば、水分量算出部は、流量検出手段が検出した反応ガスの流量に基づいて、燃料電池内の水分量を補正する、つまり、反応ガスの流量が増加すると、水分量が減ずるように補正することにより、燃料電池内の水分量を適切に算出できる。
【００１９】
また、前記燃料電池に供給される反応ガスの圧力変化を検出する圧力変化検出手段を備え、前記水分量算出部は、前記圧力変化検出手段が検出した圧力変化に基づいて、前記燃料電池内の水分量を補正することを特徴とする燃料電池システムである。
【００２０】
このような燃料電池システムによれば、水分量算出部は、圧力変化検出手段が検出した反応ガスの圧力変化に基づいて、燃料電池内の水分量を補正する、つまり、反応ガスの圧力が下がり、ＭＥＡに付着等する水分が吸い出されるとき、水分量が減ずるように補正することにより、燃料電池内の水分量を適切に算出できる。
【００２１】
また、システム停止後から次回起動時の前記通常発電モードへの移行までの間における前記燃料電池内の水分量の変化に基づいて、前記水分量算出部は、前記燃料電池内の水分量を補正することを特徴とする燃料電池システムである。
【００２２】
このような燃料電池システムによれば、システム停止後から次回起動時の前記通常発電モードへの移行までの間における前記燃料電池内の水分量の変化に基づいて、水分量算出部は、燃料電池内の水分量を補正（後記する実施形態では水分量をリセット）する。これにより、その後において、水分量算出部は燃料電池内の水分量を適切に算出できる。
【００２３】
また、システム停止からシステム起動までの時間が、所定時間以上である場合、前記発電制御手段は、前記燃料電池内の水分の排出を促進する水分排出起動モードで当該燃料電池を起動させた後、通常発電モードに移行させ、前記水分量算出部は、前記燃料電池内の水分量をリセットすることを特徴とする燃料電池システムである。
【００２４】
このような燃料電池システムによれば、システム停止（後記する実施形態ではＩＧ６２のＯＦＦ時）からシステム起動（後記する実施形態ではＩＧ６２のＯＮ時）までの時間が、所定時間以上である場合、発電制御手段は、燃料電池内の水分の排出を促進する水分排出起動モードで燃料電池を起動させるので、燃料電池内の水分は排出される。
そして、水分排出起動モードで燃料電池を起動させた後、発電制御手段は通常発電モードに移行させ、水分量算出部は燃料電池内の水分量をリセットするので、水分量算出部は、その後において、燃料電池内の水分量を適切に算出できる。
【００２５】
また、システム停止からシステム起動までの時間が、所定時間以上でない場合、前記発電制御手段は、前記水分排出起動モードでなく、通常起動モードで前記燃料電池を起動させた後、通常発電モードに移行させ、前記水分量算出部は、前記燃料電池内の水分量をリセットしないことを特徴とする燃料電池システムである。
【００２６】
このような燃料電池システムによれば、システム停止からシステム起動までの時間が、所定時間以上でない場合、発電制御手段は、通常起動モードで燃料電池を起動させるので、燃料電池内の水分はそのまま残留することになる。
そして、通常起動モードで燃料電池を起動させた後、発電制御手段は通常発電モードに移行させ、水分量算出部は燃料電池内の水分量をリセットしないので、水分量算出部は、その後において、燃料電池内の水分量を適切に算出できる。
【００２７】
また、システム停止からシステム起動までに、前記燃料電池が掃気された場合、前記発電制御手段は、通常起動モードで前記燃料電池を起動させた後、通常発電モードに移行させ、前記水分量算出部は、前記燃料電池内の水分量をリセットすることを特徴とする燃料電池システムである。
【００２８】
このような燃料電池システムによれば、システム停止からシステム起動までに、燃料電池が掃気された場合、燃料電池内の水分は掃気よって排出されている。そして、この場合、発電制御手段が、通常起動モードで前記燃料電池を起動させた後、通常発電モードに移行させ、水分量算出部が、燃料電池内の水分量をリセットするので、水分量算出部は、その後において、燃料電池内の水分量を適切に算出できる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、その後に急に大きな発電要求があったとしても、燃料電池の出力電圧が低下しにくい燃料電池システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明の一実施形態について、図１から図９を参照して説明する。
【００３１】
≪燃料電池システムの構成≫
図１に示す本実施形態に係る燃料電池システム１は、図示しない燃料電池自動車（移動体）に搭載されている。燃料電池システム１は、燃料電池スタック１０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、反応ガス）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酸素を含む空気（酸化剤ガス、反応ガス）を給排するカソード系と、掃気時にカソード系からアノード系に掃気ガスを導く掃気ガス系と、燃料電池スタック１０の発電電力を消費する電力消費系と、これらを電子制御するＥＣＵ７０（Electronic Control Unit、電子制御装置）と、を備えている。
【００３２】
＜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が積層されることで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、これを挟み２枚の導電性を有するアノードセパレータ及びカソードセパレータと、を備えている。
【００３３】
ＭＥＡは、１価の陽イオン交換膜（例えばパーフルオロスルホン酸型）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とを備えている。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から主に構成されると共に、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）を含んでいる。
【００３４】
アノードセパレータには、各ＭＥＡのアノードに対して水素を給排するため単セル１１の積層方向に延びる貫通孔（内部マニホールドと称される）や、単セル１１の面方向に延びる溝が形成されており、これら貫通孔及び溝がアノード流路１２（燃料ガス流路）として機能している。
カソードセパレータには、各ＭＥＡのカソードに対して空気を給排するため単セル１１の積層方向に延びる貫通孔（内部マニホールドと称される）や、単セル１１の面方向に延びる溝が形成されており、これら貫通孔及び溝がカソード流路１３（酸化剤ガス流路）として機能している。
【００３５】
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１１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と走行モータ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。
２Ｈ２→４Ｈ＋＋４ｅ−  …（１）
Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−→２Ｈ２Ｏ  …（２）
【００３６】
このように燃料電池スタック１０が発電すると、カソードで生成した水分（水蒸気）の一部は、電解質膜を透過し、アノードに移動する。よって、アノードから排出されるアノードオフガス、カソードから排出されるカソードオフガスは、多湿となる。また、カソード（カソード流路１３）に供給される空気は、後記する加湿器３２により加湿され、多湿となっている。
【００３７】
ここで、このように生成する水分や、加湿器３２からの水分が、ＭＥＡの表面に付着したり、多孔質体から形成されるアノード、カソードの内部に残留すると、水素、空気が、アノード、カソードに担持された触媒に到達しにくくなり、燃料電池スタック１０のＩ−Ｖ（電流−電圧）特性は下がる（図２参照）。
そして、水分が付着、残留した状態で、燃料電池自動車を加速させるため、運転者が後記するアクセルペダル６１を踏み込み、これに対応して、後記するＶＣＵ５２が制御され、燃料電池スタック１０から大きな電流が急に取り出されてしまうと、単セル１１の電圧（セル電圧）及び燃料電池スタック１０の電圧が、大きく低下する傾向を有している（図２参照）。
【００３８】
＜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と、エゼクタ２５と、圧力センサ２６と、常閉型のパージ弁２７と、常閉型の掃気ガス排出弁２８と、を備えている。
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２５、配管２５ａを介して、アノード流路１２の入口に接続されている。
減圧弁２３には、オリフィス２４が設けられた配管２４ａを介して、後記するコンプレッサ３１からの空気の圧力がパイロット圧として入力され、減圧弁２３は、前記空気の圧力とアノード流路１２における水素の圧力とが等しくなるように制御する構成となっている。なお、アクセルペダル６１の踏み込み量が大きくなると、コンプレッサ３１の回転速度が高められると共に、背圧弁３３の開度が小さく制御されるので、減圧弁２３に入力されるパイロット圧が高くなる設定となっている。
そして、ＥＣＵ７０によって、遮断弁２２が開かれると、水素タンク２１の水素が配管２１ａ等を介してアノード流路１２に供給されるようになっている。
【００３９】
アノード流路１２の出口は、配管２５ｂ（水素循環ライン）を介して、エゼクタ２５の吸込口に接続されており、配管２５ｂには気液分離器（図示しない）が設けられている。そして、アノード流路１２（アノード）から排出された未反応の水素を含むアノードオフガスは、前記気液分離器において、これに同伴する液状の水分が分離された後、燃料電池スタック１０の上流のエゼクタ２５に戻されるようになっている。次いで、エゼクタ２５において、水素タンク２１からの水素と混合された後、アノード流路１２に再供給されるようになっている。
【００４０】
配管２５ｂは、その途中で、配管２７ａ、パージ弁２７、配管２７ｂを介して、後記する希釈器３４の上部に接続されている。パージ弁２７は、燃料電池スタック１０の発電時において、配管２５ｂを循環する水素に同伴する不純物（水蒸気、窒素等）を排出（パージ）する場合、ＥＣＵ７０によって開かれる設定となっている。
なお、ＥＣＵ７０は、例えば、燃料電池スタック１０を構成する単セル１１の電圧（セル電圧）が所定セル電圧以下となった場合、不純物を排出する必要があると判定し、パージ弁２７を開く設定となっている。セル電圧は、例えば、単セル１１の電圧を検出する電圧センサ（セル電圧モニタ）を介して検出される。
【００４１】
また、配管２７ａの接続位置よりも上流側の配管２５ｂは、配管２８ａ、掃気ガス排出弁２８、配管２８ｂを介して、後記する希釈器３４の近傍の配管３３ａに接続されている。掃気ガス排出弁２８は、燃料電池スタック１０の掃気時、詳細には、アノード流路１２の掃気時に、コンプレッサ３１が作動した状態で、ＥＣＵ７０により、後記する掃気ガス導入弁４１と共に開かれる設定となっている。
【００４２】
圧力センサ２６は、アノード流路１２における水素の圧力を検出可能なように、配管２５ｂに取り付けられている。そして、圧力センサ２６は、検出した水素の圧力を、ＥＣＵ７０に出力するようになっている。ただし、圧力センサ２６の位置はこれに限定されず、例えば、配管２５ａに設けてもよい。
【００４３】
＜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）と、加湿器３２と、背圧弁３３と、希釈器３４と、流量センサ３５と、圧力センサ３６とを備えている。
【００４４】
コンプレッサ３１は、配管３１ａ、加湿器３２、配管３２ａ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、ＥＣＵ７０の指令に従って作動すると、酸素を含む空気を取り込み、これをカソード流路１３に供給するようになっている。また、コンプレッサ３１は、アクセルペダル６１の踏み込み量（アクセル開度）が大きくなると、空気を大流量・高圧で供給するべく、その回転速度が高められる設定となっている。なお、コンプレッサ３１は、燃料電池スタック１０及び／又は燃料電池スタック１０の発電電力を充放電する高圧バッテリ（図示しない）を電源として作動する。
【００４５】
流量センサ３５は、質量流量（ｇ／ｓ）を検出するセンサであって、コンプレッサ３１の吸気口の近傍に取り付けられている。そして、流量センサ３５は、検出した質量流量をＥＣＵ７０に出力するようになっている。なお、本実施形態では、コンプレッサ３１において空気が大幅に圧縮されないと仮定し、流量センサ３５が検出する質量流量（ｇ／ｓ）に比例する体積流量（Ｌ／ｓ）で、空気がカソード流路１３内を通流しているとする。
【００４６】
カソード流路１３の出口は、配管３２ｂ、加湿器３２、配管３２ｃ、背圧弁３３、配管３３ａを介して、希釈器３４に接続されている。そして、カソード流路１３（カソード）から排出された多湿のカソードオフガスは、配管３２ｂ等を介して、希釈器３４に排出されるようになっている。
背圧弁３３は、バタフライ弁等から構成された常開型の弁であり、その開度はＥＣＵ７０によって制御される。詳細には、アクセルペダル６１の踏み込み量（アクセル開度）が大きくなると、カソード流路１３に空気を高圧で供給するべく、背圧弁３３の開度は小さくなるように制御される。
【００４７】
加湿器３２は、コンプレッサ３１からカソード流路１３に向かう空気を加湿するため、カソード流路１３に向かう空気と、多湿のカソードオフガスとを水分交換させる中空糸膜３２ｄを備えている。
【００４８】
圧力センサ３６は、カソード流路１３における空気の圧力を検出可能なように、配管３２ｂに取り付けられている。そして、圧力センサ３６は、検出した空気の圧力を、ＥＣＵ７０に出力するようになっている。ただし、圧力センサ３６の位置はこれに限定されず、例えば、配管３２ａに設けてもよい。
【００４９】
希釈器３４は、パージ弁２７から導入されるアノードオフガスと、配管３３ａから導入されるカソードオフガス（希釈用ガス）とを混合し、アノードオフガス中の水素を、カソードオフガスで希釈する容器であり、その内部に希釈空間を備えている。そして、アノードオフガスとカソードオフガスとが混合することで生成した希釈後ガスは、配管３４ａを介して車外に排出されるようになっている。
【００５０】
＜掃気ガス導入系＞
掃気ガス導入系は、燃料電池スタック１０の掃気時に、コンプレッサ３１からの掃気ガス（非加湿の空気）をアノード系に導く系であり、常閉型の掃気ガス導入弁４１を備えている。掃気ガス導入弁４１の上流は、配管４１ａを介して配管３１ａに接続されており、掃気ガス導入弁４１の下流は、配管４１ｂを介して配管２５ａに接続されている。
【００５１】
＜電力消費系＞
電力消費系は、走行モータ５１と、ＶＣＵ５２（Voltage Control Unit、発電電力制限手段）と、出力検出器５３（電流検出手段）と、を備えている。走行モータ５１は、ＶＣＵ５２、ＯＮ／ＯＦＦスイッチであるコンタクタ（図示しない）、出力検出器５３を介して、燃料電池スタック１０の出力端子（図示しない）に接続されている。なお、走行モータ５１とＶＣＵ５２との間に配置されているインバータ（ＰＤＵ：Power Drive Unit）は省略している。
【００５２】
走行モータ５１は、燃料電池自動車の動力源となる外部負荷である。
ＶＣＵ５２は、ＥＣＵ７０からの指令に従って、燃料電池スタック１０の発電電力（出力電流、出力電圧）を制御する機器であり、ＤＣ／ＤＣチョッパ等の電子回路を備えている。
【００５３】
出力検出器５３は、燃料電池スタック１０の現在の出力電流及び出力電圧を、所定時間毎（例えば１０秒毎）に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おり、電流センサ及び電圧センサは適所に配置されている。そして、出力検出器５３は、出力電流及び出力電圧を、ＥＣＵ７０に出力するようになっている。
【００５４】
＜アクセルペダル等＞
アクセルペダル６１（Accelerator Pedal）は、運転者が燃料電池自動車を加速させるために踏み込むペダルであり、運転席の足元に配置されている。そして、アクセルペダル６１は、その踏み込み量（ＡＰ量）をＥＣＵ７０に出力するようになっている。
【００５５】
ＩＧ６２は、燃料電池自動車及び燃料電池システム１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、ＩＧ６２はＥＣＵ７０と接続されており、ＥＣＵ７０はＩＧ６２のＯＮ／ＯＦＦ信号を検知するようになっている
【００５６】
＜ＥＣＵ＞
ＥＣＵ７０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いる。そして、ＥＣＵ７０は、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、各種処理を実行し、各種機器を制御するようになっている。
【００５７】
具体的には、ＥＣＵ７０（発電制御手段）は、燃料電池システム１を、通常発電モード、又は、水分排出発電モードで運転する機能を備えている。
通常発電モードとは、発電に伴うエネルギ消費を抑えることを優先するモード、つまり、水素の消費、コンプレッサ３１の消費電力を抑えて、燃料電池スタック１０を通常に発電させるモードである。すなわち、通常発電モードは、アクセルペダル６１等からの発電要求に対応して、必要最小限の水素及び空気を燃料電池スタック１０に供給するモードである。
【００５８】
水分排出発電モードとは、燃料電池スタック１０の水分の排出を優先するモード、つまり、水素の消費や、コンプレッサ３１の消費電力よりも、燃料電池スタック１０内の水分の排出を優先して、燃料電池スタック１０を発電させるモードである。
【００５９】
本実施形態では、通常発電モードから水分排出発電モードに移行すると、アノード系については、パージ弁２７を開くか否かの判定基準となる基準セル電圧が高くなり、パージ弁２７が開かれる頻度が高くなるように設定されている。そして、このようにパージ弁２７が開かれると、ＭＥＡのアノードに付着、残留する水分が排出されるようになっている。その他、水分排出発電モードに移行した場合、パージ弁２７の開時間が長くなる設定としてもよい。
【００６０】
一方、カソード系については、水分排出発電モードに移行すると、コンプレッサ３１の回転速度が高められ、カソード流路１３への空気の流量が増加するように設定されている。そして、このように空気の流量が増加すると、ＭＥＡのカソードに付着、残留する水分が排出されるようになっている。
【００６１】
また、ＥＣＵ７０（水分変化量算出部）は、現在の発電モード（通常発電モード又は水分排出発電モード）と、所定時間毎に出力検出器５３から入力される燃料電池スタック１０の出力電流と、図３のマップとに基づいて、燃料電池スタック１０内の水分の変化量を、所定時間毎（例えば１０秒毎）に算出する機能を備えている。図３のマップは、事前試験やシミュレーションにより求められ、ＥＣＵ７０に予め記憶されており、水分の変化量のプラス側では燃料電池スタック１０内の水分が増加することを意味し、マイナス側では水分が減少することを意味する。
【００６２】
通常発電モードでは、燃料電池スタック１０内の水分の変化量は、図３に示すように、出力電流の増加に伴って生成水が増加するため大きくなった後、略１２０（Ａ）を超えると水素流量及び空気流量が増加によりマイナスの傾きとなり、１５０（Ａ）を超えるとマイナス側、つまり、燃料電池スタック１０内の水分量が減少する傾向となっている。
一方、水分排出発電モードでは、出力電流の全範囲において、燃料電池スタック１０内の水分の変化量は、マイナス側、つまり、燃料電池スタック１０内の水分量が減少する傾向となっている。
【００６３】
そして、ＥＣＵ７０（水分量算出部）は、このように所定時間毎（例えば１０秒毎）に算出される水分の変化量を積算し、現在における燃料電池スタック１０内の水分量を算出する機能を備えている。すなわち、ＥＣＵ７０は、出力検出器５３が検出した出力電流に基づいて、燃料電池スタック１０内の水分量を算出する機能を備えている。
次いで、ＥＣＵ７０（発電制御手段）は、算出された燃料電池スタック１０内の水分量と、第１所定値又は第２所定値とに基づいて、通常発電モード又は水分排出発電モードで、燃料電池スタック１０を発電させる機能を備えている。第１所定値とは、水分排出発電モードに移行させるべきと判断される水分量であり、内部の水分によって燃料電池スタック１０の発電が不安定となる可能性がある水分量である。第２所定値とは、通常発電モードに移行させるべきと判断される水分量であり、第１所定値よりも低く、ＭＥＡが過乾燥状態とならず、燃料電池スタック１０が安定して発電可能な水分量である。なお、第１所定値、第２所定値は、事前試験等により求められ、ＥＣＵ７０に予め記憶されている。
【００６４】
さらに、ＥＣＵ７０（発電制御手段）は、システム起動時において、燃料電池システム１を、通常起動モード、又は、水分排出起動モードで起動させる機能を備えている。
通常起動モードとは、燃料電池システム１を通常に起動させるモードである。
一方、水分排出起動モードとは、燃料電池スタック１０内の水分の排出を促進しながら、燃料電池システム１を起動させるモードであり、水分排出起動モードでは、通常起動モードに対して、パージ弁２７が開かれる頻度が高くなると共に、コンプレッサ３１の回転速度が高められている。
【００６５】
≪燃料電池システムの動作≫
次に、燃料電池システム１の動作を説明する。
【００６６】
＜システム停止時＞
まず、燃料電池システム１の停止時について、図４を参照して説明する。なお、初期状態において、ＩＧ６２はＯＮされており、燃料電池スタック１０は発電している。そして、ＩＧ６２がＯＦＦされると、図４のフローチャートに示す各処理がスタートする。
【００６７】
ステップＳ１０１において、ＥＣＵ７０は、燃料電池スタック１０の発電を停止する。
具体的には、ＥＣＵ７０は、燃料電池スタック１０と外部負荷（走行モータ５１等）との電気的接続をＯＮ／ＯＦＦするコンタクタ（図示しない）をＯＦＦし、遮断弁２２を閉じる。
【００６８】
ステップＳ１０２において、ＥＣＵ７０は、燃料電池スタック１０を掃気する必要があるか否か判定する。具体的には、ＥＣＵ７０は、例えば、配管２５ｂに設けられた温度センサ（図示しない）を介して検出されるシステム温度Ｔ１が、所定温度Ｔ０未満である場合、掃気する必要があると判定するように設定されている。所定温度Ｔ０は、燃料電池スタック１０内が、このままではこの後凍結する虞があると判断される温度であり、事前試験等により求められ、ＥＣＵ７０に予め記憶されている。
【００６９】
燃料電池スタック１０を掃気する必要があると判定した場合（Ｓ１０２・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ１０４に進む。一方、燃料電池スタック１０を掃気する必要がないと判定した場合（Ｓ１０２・Ｎｏ）、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ１０３に進む。
【００７０】
ステップＳ１０３において、ＥＣＵ７０は、内部クロックを利用して、ステップＳ１０２の判定後、所定時間（例えば３０分〜１時間）経過したか否かを判定する。
所定時間経過したと判定した場合（Ｓ１０３・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ１０２に進む。これにより、発電停止直後は、低温でなかったとしても（Ｓ１０２・Ｎｏ）、その後、所定時間経過毎（Ｓ１０３・Ｙｅｓ）、ステップＳ１０２で低温であるか否かの判定処理が実行されるので、凍結が防止される。一方、所定時間が経過していないと判定した場合（Ｓ１０３・Ｎｏ）、ＥＣＵ７０は、ステップＳ１０３の判定を繰り返す。
【００７１】
ステップＳ１０４において、ＥＣＵ７０は、燃料電池スタック１０を掃気する。具体的には、ＥＣＵ７０は、コンプレッサ３１を作動させ、又は、その回転速度を掃気用の回転速度に高めて、掃気ガス導入弁４１、掃気ガス排出弁２８、及び、背圧弁３３を開く。
そうすると、コンプレッサ３１からの掃気ガス（非加湿の空気）が、アノード流路１２及びカソード流路１３に導入され、アノード流路１２及びカソード流路１３に残留するガス（水素、空気等）や、水分（水蒸気、結露水等）が、希釈器３４に押し出され、燃料電池スタック１０が掃気される。
ただし、アノード流路１２及びカソード流路１３を並行して掃気する方式に限定されず、例えば、カソード流路１３、アノード流路１２の順で掃気する方式でもよい。
【００７２】
所定時間にて、燃料電池スタック１０を掃気した後、ＥＣＵ７０は、コンプレッサ３１を停止し、掃気ガス導入弁４１及び掃気ガス排出弁２８を閉じる。そして、ＥＣＵ７０は、燃料電池スタック１０を掃気したことを一時的に記憶するため、掃気の有無に対応するフラグを立てる。
その後、ＥＣＵ７０の処理は、ＥＮＤに進む。
【００７３】
＜システム起動時＞
次に、燃料電池システム１の起動時について、図５を主に参照して説明する。なお、初期状態において、ＩＧ６２はＯＦＦされており、燃料電池スタック１０の発電は停止している。そして、ＩＧ６２がＯＮされると、図５のフローチャートに示す各処理がスタートする。
【００７４】
ステップＳ２０１において、ＥＣＵ７０は、フラグを参照して、前回のシステム停止（ＩＧ６２のＯＦＦ）から、今回のシステム起動（ＩＧ６２のＯＮ）までに、燃料電池スタック１０を掃気したか否かを判定する。
燃料電池スタック１０を掃気したと判定した場合（Ｓ２０１・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ２０２に進む。一方、燃料電池スタック１０を掃気していないと判定した場合（Ｓ２０１・Ｎｏ）、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ２０３に進む。
【００７５】
＜通常起動モード＞
ステップＳ２０２において、燃料電池システム１を通常起動モードで起動する。すなわち、ＥＣＵ７０は、遮断弁２２を開き、コンプレッサ３１を作動させ、アノード流路１２に水素、カソード流路１３に空気を供給し、単セル１１において所定のＯＣＶが発生した後、ＶＣＵ５２を制御して、燃料電池スタック１０を発電させる。通常起動モード、及び、後記する水分排出起動モードは、例えば、事前試験等により求められた所定時間にて実行される。このように通常起動モードで起動させた後、ＥＣＵ７０の処理は、ステップＳ２０６に進み、燃料電池スタック１０内の水分量をリセット（補正）、つまり、０にする。
すなわち、システム起動前に掃気を経験し（Ｓ２０１・Ｙｅｓ）、燃料電池スタック１０内の水分が排出されている場合、燃料電池スタック１０内の水分量がリセットされる（Ｓ２０７）。これにより、その後において、燃料電池スタック１０内の水分量が、適切に算出される。
【００７６】
ステップＳ２０３において、ＥＣＵ７０は、内部クロックを利用して、前回のシステム停止（ＩＧ６２のＯＦＦ）から、今回のシステム起動（ＩＧ６２のＯＮ）までの時間Δｔ１が、所定時間Δｔ０以上であるか否かを判定する。所定時間Δｔ０は、この時間以上となった場合、結露等によって、燃料電池スタック１０内の水分量が増加し、一旦、燃料電池スタック１０内の水分を排出する必要があると判断される時間であり、事前試験等により求められ、ＥＣＵ７０に予め記憶されている。
【００７７】
そして、時間Δｔ１が所定時間Δｔ０以上であると判定された場合（Ｓ２０３・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ７０の処理は、ステップＳ２０５に進む。一方、時間Δｔ１が所定時間Δｔ０以上でないと判定された場合（Ｓ２０３・Ｎｏ）、ＥＣＵ７０の処理は、ステップＳ２０４に進む。
【００７８】
＜通常起動モード＞
ステップＳ２０４において、ＥＣＵ７０は、ステップ２０２と同様に、燃料電池システム１を通常起動モードで起動する。このように通常起動モードで起動させた後、ＥＣＵ７０の処理は、ステップＳ２０７に進む。
【００７９】
＜水分排出起動モード＞
ステップＳ２０５において、ＥＣＵ７０は、燃料電池システム１を水分排出起動モードで起動し、燃料電池スタック１０内の水分を一旦排出する。このように水分排出起動モードで起動させた後、ＥＣＵ７０の処理は、ステップＳ２０６に進む。
【００８０】
ステップＳ２０６において、ＥＣＵ７０は、後記するステップＳ２１１又はステップＳ２１７で算出され、その内部に記憶されている燃料電池スタック１０内の水分量をリセットする。
【００８１】
＜通常発電モード＞
ステップＳ２０７において、ＥＣＵ７０は、燃料電池システム１を通常発電モードで運転する。
【００８２】
ステップＳ２０８において、ＥＣＵ７０は、出力検出器５３を介して、燃料電池スタック１０の現在の出力電流を検出する。
【００８３】
ステップＳ２０９において、ＥＣＵ７０は、ステップＳ２０８で検出した現在の出力電流と、図３のマップとに基づいて、燃料電池スタック１０内の水分の変化量を算出する。
【００８４】
ステップＳ２１０において、ＥＣＵ７０は、ステップＳ２０９で算出した水分の変化量を、空気流量及び圧力変化で補正する。
【００８５】
まず、空気流量に基づく補正について、図６、図７を参照して説明する。
図６に示すように、燃料電池自動車を加速させるため、アクセルペダル６１の踏み込み量（ＡＰ量）が増加した場合、これを検知したＥＣＵ７０からＶＣＵ５２に指令される指令出力電流は、アクセルペダル６１の踏み込み量に連動して増加する。これに連動して、コンプレッサ３１の回転速度も高められるので、カソード流路１３への空気流量も増加する。
【００８６】
さらに、これに連動して、減圧弁２３にカソード系から入力されるパイロット圧も高くなるが、通常、水素の供給は若干遅れてしまう。これにより、燃料電池スタック１０は、指令出力電流に対応して、電流を出力することができず、実測の出力電流は、指令された出力電流に対して遅れてしまう。そうすると、空気が、実測の出力電流に対応した空気流量（必要空気流量）よりも余剰の空気流量（実測空気流量）でカソード流路１３に供給されていることになり、このように余剰の空気流量で空気が供給されていると、燃料電池スタック１０内の水分は排出される傾向となる。
一方、現在の空気流量（実測空気流量）が、実測の出力電流に対応した空気流量（必要空気流量）よりも少ない場合、燃料電池スタック１０から水分は排出されず、残留する傾向となる。
【００８７】
このような傾向を考慮して、ＥＣＵ７０は、流量センサ３５から入力される現在の空気流量（実測空気流量）と、出力検出器５３から入力される出力電流に対応した空気流量（必要空気流量）との差を算出する。なお、出力電流に対応した空気流量（必要空気流量）は、現在の出力電流と、図７のマップとに基づいて算出される。図７のマップは、事前試験等により求められ、ＥＣＵ７０に予め記憶されている。
【００８８】
そして、ＥＣＵ７０は、この差（実測空気流量−必要空気流量）と、現在の出力電流と、事前試験等により求められ、予め記憶されている表１と、に基づいて、水分の変化量の補正値を求め、ステップＳ２０９で算出した水分の変化量を補正する。
なお、表１に示すように、前記差がプラスであると、空気が余剰であり、空気によって水分が排出されるため、水分の変化量の補正値はマイナスとなる。一方、前記差がマイナスであると、空気が不足しており、空気によって水分が排出されないので、水分の変化量の補正値はプラスとなる。
【００８９】
【表１】
0005411443.tif 000002
【００９０】
次に、圧力変化に基づく補正について、図８を参照して説明する。なお、図８のマップは、事前試験等により求められ、ＥＣＵ７０に予め記憶されている。
図８に示すように、アノード流路１２における水素の圧力、カソード流路１３における空気の圧力が高まると（増圧）、アノード、カソードの表面に付着した水分が、その内部に押し込められるので、水分の変化量の補正値はプラス、つまり、水分が残留する傾向となる。一方、アノード流路１２における水素の圧力、カソード流路１３における空気の圧力が低くなると（減圧）、一時的に負圧となり、アノード、カソード内の水分が吸い出されるので、水分の変化量の補正値はマイナス、つまり、水分が排出する傾向となる。
【００９１】
このような傾向を考慮して、ＥＣＵ７０は、圧力センサ２６から入力されるアノード流路１２における水素の圧力に基づいて、水素の圧力変化を算出する。また、ＥＣＵ７０は、圧力センサ３６から入力される空気の圧力に基づいて、空気の圧力変化を算出する。次いで、ＥＣＵ７０は、これら圧力変化と、図８のマップとに基づいて、水分の変化量の補正値を求め、ステップＳ２０９で算出した水分の変化量を補正する。
【００９２】
ステップＳ２１１において、ＥＣＵ７０は、ステップＳ２１０で補正された水分の変化量を積算し、燃料電池スタック１０内の現在の水分量を算出し、これを記憶する。
【００９３】
ステップＳ２１２において、ＥＣＵ７０は、ステップＳ２１１で算出された燃料電池スタック１０内の現在の水分量が、第１所定値以上であるか否かを判定する。
そして、燃料電池スタック１０内の現在の水分量が、第１所定値以上であると判定された場合（Ｓ２１２・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ７０の処理は、ステップＳ２１３に進み、水分排出発電モードに移行する。一方、燃料電池スタック１０内の現在の水分量が、第１所定値以上でないと判定された場合（Ｓ２１２・Ｎｏ）、ＥＣＵ７０の処理は、ステップＳ２０８に進む。
【００９４】
＜水分排出発電モード＞
ステップＳ２１３において、ＥＣＵ７０は、燃料電池システム１を水分排出発電モードで運転する。これにより、燃料電池スタック１０内の水分は、通常発電モードよりも排出される。
【００９５】
ステップＳ２１４において、ＥＣＵ７０は、出力検出器５３を介して、燃料電池スタック１０の現在の出力電流を検出する。
【００９６】
ステップＳ２１５において、ＥＣＵ７０は、ステップＳ２０９と同様に、ステップＳ２１４で検出した現在の出力電流と、図３とに基づいて、燃料電池スタック１０内の水分の変化量を算出する。
【００９７】
ステップＳ２１６において、ＥＣＵ７０は、ステップＳ２１０と同様に、ステップＳ２１５で算出した水分の変化量を、空気流量及び圧力変化で補正する。
【００９８】
ステップＳ２１７において、ＥＣＵ７０は、ステップＳ２１１と同様に、ステップＳ２１６で補正された水分の変化量を積算し、燃料電池スタック１０内の現在の水分量を算出し、これを記憶する。
【００９９】
ステップＳ２１８において、ＥＣＵ７０は、ステップＳ２１７で算出された燃料電池スタック１０内の現在の水分量が、第２所定値以下であるか否かを判定する。
そして、燃料電池スタック１０内の現在の水分量が、第２所定値以下であると判定された場合（Ｓ２１８・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ７０の処理は、ステップＳ２０７に進み、通常発電モードに移行する。一方、燃料電池スタック１０内の現在の水分量が、第２所定値以下でないと判定された場合（Ｓ２１８・Ｎｏ）、ＥＣＵ７０の処理は、ステップＳ２１４に進む。
【０１００】
≪燃料電池システムの効果≫
このような燃料電池システム１から得られる効果について、図９を参照しながら説明する。
通常発電モードで発電している場合において、燃料電池スタック１０内の水分量が、水分排出発電モードに移行させるべき第１所定値以上であるとき、セル電圧に関わらず、水分排出発電モードに移行させるので、燃料電池スタック１０内の水分を排出できる。これにより、その後、アクセルペダル６１が踏み込まれ、急に大きな発電要求があり、燃料電池スタック１０の出力電流が急に高められたとしても、出力電圧が急に低下することはなく、その後の発電要求に対応して発電でき、燃料電池自動車は好適に加速できる。
また、このように燃料電池スタック１０内の水分量が第１所定値以上である場合のみに、水分排出発電モードに移行させるので、水素の消費や、コンプレッサ３１の消費電力を抑えることができる。
【０１０１】
さらに、燃料電池が水分排出発電モードで発電している場合において、燃料電池スタック１０内の水分量が、通常発電モードに移行させるべき第２所定値以下であるとき、通常発電モードに移行させるので、水素の消費や、コンプレッサ３１の消費電力を抑えることができる。
さらにまた、燃料電池スタック１０内の水分の変化量は、空気流量、圧力変化に基づいて補正するので、適切に求めることができる。その結果、燃料電池スタック１０内の水分量も適切に求めることができる。
【０１０２】
また、システム起動時において、ＩＧ６２のＯＦＦ時からＩＧ６２のＯＮ時までの時間Δｔ１が、所定時間Δｔ０以上である場合、水分排出起動モードで起動させるので、燃料電池スタック１０内の水分を排出できる。そして、このように水分排出起動モードで起動させた場合、記憶されている燃料電池スタック１０内の水分量をリセットするので、その後、燃料電池スタック１０内の水分量を適切に算出できる。
【０１０３】
さらに、システム起動時において、ＩＧ６２のＯＦＦ時からＩＧ６２のＯＮ時までに、燃料電池スタック１０を掃気している場合、記憶されている燃料電池スタック１０内の水分量をリセットするので、その後、燃料電池スタック１０内の水分量を適切に算出できる。
【０１０４】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、例えば次のように変更することができ、また、次の構成を適宜組合させてもよい。
【０１０５】
前記した実施形態では、圧力センサ２６、圧力センサ３６が検出する圧力に基づいて、圧力変化を算出する構成を例示したが、例えば、パージ弁２７の開閉や、コンプレッサ３１の回転速度、背圧弁３３の開度に基づいて、圧力変化を算出する構成でもよい。
【０１０６】
前記した実施形態では、コンプレッサ３１の上流に質量流量（ｇ／ｓ）を検出する流量センサ３５を備える構成を例示したが、流量センサ３５の種類及び位置はこれに限定されない。例えば、体積流量（Ｌ／ｓ）を検出する流量センサを、配管３２ａや配管２５ａに備える構成でもよい。
【０１０７】
前記した実施形態では、ＥＣＵ７０は、出力検出器５３から所定時間毎に入力される出力電流に基づいて、所定時間毎に燃料電池スタック１０内の水分の変化量を算出し、これを積算することで、現在における燃料電池スタック１０内の水分量を算出する構成を例示したが、その他に例えば、出力電流を連続的に計測し、これに基づいて燃料電池スタック１０内の水分量を算出する構成としてもよい。この構成においても、コンプレッサ３１からの空気の流量や、水素及び／又は空気の圧力の変化に基づいて、燃料電池スタック１０内の水分量を補正する。
【０１０８】
前記した実施形態では、燃料電池スタック１０を掃気した場合（Ｓ２０１・Ｙｅｓ）、ＩＧ６２のＯＦＦからＯＮまでの時間Δｔ１が所定時間Δｔ０以上であり（Ｓ２０３・Ｙｅｓ）、水分排出起動モードで起動した場合（Ｓ２０５）、ＥＣＵ７０は燃料電池スタック１０内の水分量をリセット、つまり、０にする構成を例示したが（Ｓ２０６）、その他に例えば、燃料電池スタック１０の掃気の程度（掃気時間の長短）や、ＩＧ６２のＯＦＦからＯＮまでの時間Δｔ１や、水分排出起動モードでの起動時間に基づいて、燃料電池スタック１０内の水分量を補正する構成としてもよい。
すなわち、燃料電池スタック１０の掃気時間や水分排出起動モードでの起動時間が長いほど、燃料電池スタック１０内の水分量を減ずるように補正し、ＩＧ６２のＯＦＦからＯＮまでの時間Δｔ１が長いほど、燃料電池スタック１０内の水分量が増加するように補正する構成としてもよい。
【０１０９】
前記した実施形態では、燃料電池システム１が燃料電池自動車に搭載された場合を例示したが、その他に例えば、自動二輪車、列車、船舶に搭載された燃料電池システムでもよい。また、家庭用や業務用の据え置き型の燃料電池システムや、給湯システムに組み込まれた燃料電池システムでもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す図である。
【図２】燃料電池スタックの電流−電圧曲線である。
【図３】燃料電池スタックの出力電流と水分の変化量との関係を示すマップである。
【図４】本実施形態に係る燃料電池システムの停止時の動作を示すフローチャートである。
【図５】本実施形態に係る燃料電池システムの起動時の動作を示すフローチャートである。
【図６】加速時における実際の出力電流に対応した必要空気流量と、実際の空気流量との関係を示すグラフである。
【図７】燃料電池スタックの出力電流と、これに対応した（必要）空気流量との関係を示すマップである。
【図８】圧力変化と、水分変化量の補正値との関係を示すマップである。
【図９】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。
【符号の説明】
【０１１１】
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）
２６、３６  圧力センサ
２７    パージ弁
３５    流量センサ
４２    ＶＣＵ
４３    出力検出器（電流検出手段）
６０    ＥＣＵ（発電制御手段、水分変化量算出部、水分算出部）
【図１】
0005411443.tif 000003
【図２】
0005411443.tif 000004
【図３】
0005411443.tif 000005
【図４】
0005411443.tif 000006
【図５】
0005411443.tif 000007
【図６】
0005411443.tif 000008
【図７】
0005411443.tif 000009
【図８】
0005411443.tif 000010
【図９】
0005411443.tif 000011