(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスおよび酸化剤ガスが供給されると発電する燃料電池セルを複数積層して構成された燃料電池スタックと、
当該燃料電池スタックに接続され、当該燃料電池スタックで発電した電力を消費する電気負荷と、
前記燃料電池スタックへの酸化剤ガスの供給量および前記燃料電池スタックから取り出す発電電流を共に０より大きな範囲内でアイドル発電中よりも低減する低ストイキ制御を実行する制御部と、を備えた燃料電池システムであって、
前記低ストイキ制御実行時において、前記制御部は、前記燃料電池スタックの最低セル電圧値が所定の閾値を下回らないように、前記燃料電池スタックの最低セル電圧値が小さくなるほど前記燃料電池スタックから取り出す発電電流に対する指令値を小さくすることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記低ストイキ制御実行時において、前記制御部は、前記燃料電池スタックの最低セル電圧値と前記閾値との差が小さくなるに従い、前記燃料電池スタックから取り出す発電電流を小さくす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】
前記低ストイキ制御実行時において、前記制御部は、前記燃料電池スタックへの酸化剤ガスの供給量を一定に維持することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記制御部は、前記燃料電池スタックの最低セル電圧値が前記閾値を下回ることを前記低ストイキ制御の解除条件として、アイドル発電中に所定のアイドル停止開始条件が満たされたことに応じて前記低ストイキ制御を実行することを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記制御部は、イグニッションスイッチがオフにされた後のシステム停止処理中に前記低ストイキ制御を実行することを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の燃料電池システム。
【請求項６】
燃料ガスおよび酸化剤ガスが供給されると発電する燃料電池セルを複数積層して構成された燃料電池スタックと、
当該燃料電池スタックに接続され、当該燃料電池スタックで発電した電力を消費する電気負荷と、を備えた燃料電池システムの制御方法であって、
所定の量の酸化剤ガスを前記燃料電池スタックに供給しながら所定の量の発電電流を前記燃料電池スタックから取り出すアイドル発電工程と、
前記燃料電池スタックへの酸化剤ガスの供給量および前記燃料電池スタックから取り出す発電電流を共に０より大きな範囲内で前記アイドル発電工程中よりも低減する低ストイキ制御工程と、を含み、
前記低ストイキ制御工程では、前記燃料電池スタックの最低セル電圧値が所定の閾値を下回らないように、前記燃料電池スタックの最低セル電圧値が小さくなるほど前記燃料電池スタックから取り出す発電電流に対する指令値を小さくすることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項７】
前記低ストイキ制御工程では、前記燃料電池スタックの最低セル電圧値と前記閾値との差が小さくなるに従い、前記燃料電池スタックから取り出す発電電流を小さくすることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池システムの制御方法。
【請求項８】
前記低ストイキ制御工程では、前記燃料電池スタックへの酸化剤ガスの供給量を一定に維持することを特徴とする請求項６又は７に記載の燃料電池システムの制御方法。
【請求項９】
前記低ストイキ制御工程は、前記燃料電池スタックの最低セル電圧値が前記閾値を下回ることを前記低ストイキ制御工程の解除条件として、前記アイドル発電工程中に所定のアイドル停止開始条件が満たされたことに応じて実行することを特徴とする請求項６から８の何れかに記載の燃料電池システムの制御方法。
【請求項１０】
前記低ストイキ制御工程は、イグニッションスイッチがオフにされた後のシステム停止処理中に実行することを特徴とする請求項６から８の何れかに記載の燃料電池システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムおよびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の新たな動力源として燃料電池システムが注目されている。燃料電池システムは、例えば、反応ガス（水素および空気）を化学反応させて発電する燃料電池スタックと、反応ガス流路を介して燃料電池に反応ガスを供給する反応ガス供給装置とを備える。燃料電池スタックは、例えば、数十個から数百個の燃料電池セルが積層されたスタック構造である。ここで、各燃料電池セルは、膜電極構造体（ＭＥＡ）を一対のセパレータで挟持して構成され、膜電極構造体は、アノード電極（陰極）およびカソード電極（陽極）の２つの電極と、これら電極に挟持された固体高分子電解質膜とで構成される。
【０００３】
このような燃料電池システムを動力源とした燃料電池車両では、反応ガスの消費量をできるだけ抑制するため、例えば信号待ちの時などアイドル運転状態での発電が継続して行われた場合には、燃料電池スタックへの反応ガスの供給を停止することが好ましい。特許文献１には、このような反応ガスの供給の停止後であっても、燃料電池スタックから発電電流を取り出し続けることにより、すなわち燃料電池スタックのディスチャージを継続することにより、燃料電池スタックおよびシステム内に残留する水素および空気を消費し、燃料電池スタックが高電圧状態のまま放置されるのを防止し、ひいては燃料電池スタックの劣化を抑制する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２９４３０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記特許文献１の技術のように反応ガスの供給を完全に停止してしまうと、ＭＥＡの近傍に滞留する酸素と水素が反応してしまい触媒が劣化するおそれがあるため、アイドル停止中も、反応ガスをごく僅かでも供給し続けることが好ましいことが知られている。したがって、アイドル停止中は、反応ガスを低流量で供給しかつディスチャージを継続することにより、ＭＥＡ近傍における酸素と水素の反応による劣化と燃料電池スタックが高電圧状態になることによる劣化との両方を抑制できる。
【０００６】
しかしながら、低流量の反応ガスの供給の下で発電し続けるいわゆる低ストイキ状態におけるスタックの発電安定性は、その時のセルの状態の良し悪しによって大きく変化し易く、悪い場合にはセル電圧が速く低下してしまい、このような低ストイキ状態での発電を長い時間維持し続けることが困難になる場合がある。
【０００７】
本発明は、低ストイキ状態での発電を、その時のセルの状態によらず長時間にわたって維持できる燃料電池システムおよびその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため本発明は、燃料ガスおよび酸化剤ガスが供給されると発電する燃料電池セルを複数積層して構成された燃料電池スタック（例えば、後述の燃料電池スタック１０）と、当該燃料電池スタックに接続され、当該燃料電池スタックで発電した電力を消費する電気負荷（例えば、後述のモータ２０、エアポンプ３１、および高圧バッテリ５０など）と、前記燃料電池スタックへの酸化剤ガスの供給量および前記燃料電池スタックから取り出す発電電流を共に０より大きな範囲内でアイドル発電中よりも低減する低ストイキ制御を実行する制御部（例えば、後述のＥＣＵ７０）と、を備えた燃料電池システムを提供する。前記低ストイキ制御実行時において、前記制御部は、前記燃料電池スタックの最低セル電圧値（例えば、後述の最低セル電圧値ＣＶ＿ｌｏｗ）が所定の閾値（例えば、後述の解除閾値Ｂ）を下回らないように、前記燃料電池スタックの最低セル電圧値が小さくなるほど前記燃料電池スタックから取り出す発電電流を小さくする。
【０００９】
本発明では、燃料電池スタックへの酸化剤ガスの供給量および燃料電池スタックから取り出す発電電流を共に０より大きな範囲内でアイドル発電時よりも低減する低ストイキ制御を実行することにより、各燃料電池セルのＭＥＡの近傍に残留する酸素が水素と共存するのを防止し、かつ燃料電池スタックが高電圧状態になるのを回避できるので、燃料電池スタックが劣化するのを抑制することができる。
また本発明では、セルの状態に応じて発電安定性が左右されやすい上記低ストイキ制御実行時において、最低セル電圧値が小さくなるほど燃料電池スタックから取り出す発電電流を小さくする。これにより、セルの状態が良好でない場合であっても、最低セル電圧値が所定の閾値を下回るまで低下するのを防止することができ、ひいては長い時間にわたって低ストイキ状態での発電を維持することができる。
【００１０】
この場合、前記低ストイキ制御実行時において、前記制御部は、前記燃料電池スタックの最低セル電圧値と前記閾値との差（例えば、後述の解除判定電圧値ΔＶ）が小さくなるに従い、前記燃料電池スタックから取り出す発電電流を小さくすることが好ましい。
【００１１】
本発明では、最低セル電圧値と上記所定の閾値との差が小さくなるに従い、すなわち低ストイキ制御を解除せざるを得なくなるまで燃料電池スタックの発電安定性が悪くなるに従い、燃料電池スタックから取り出す発電電流を小さくすることにより、より確実に発電を安定にさせることができるので、より長い時間にわたって低ストイキ状態での発電を維持し続けることができる。
【００１２】
この場合、前記低ストイキ制御実行時において、前記制御部は、前記燃料電池スタックへの酸化剤ガスの供給量を一定に維持することが好ましい。
【００１３】
本発明では、上述のように燃料電池スタックから取り出す発電電流を小さくしながらも、酸化剤ガスの供給量は一定に維持し続けることにより、発電を安定にし、最低セル電圧値が過剰に低下するのを抑制できるので、より長い時間にわたって低ストイキ状態での発電を維持し続けることができる。
【００１４】
この場合、前記制御部は、前記燃料電池スタックの最低セル電圧値が前記閾値を下回ることを前記低ストイキ制御の解除条件として、アイドル発電中に所定のアイドル停止開始条件が満たされたことに応じて前記低ストイキ制御を実行することが好ましい。
【００１５】
本発明では、最低セル電圧値が閾値を下回ることを低ストイキ制御の解除条件として、アイドル発電中に所定のアイドル停止開始条件が満たされたことに応じて低ストイキ制御を実行し、燃料電池スタックをアイドル停止の状態にする。これにより、燃料電池スタックへの劣化が小さなアイドル停止の状態を、その時のセルの状態によらず長時間にわたって維持することができる。
【００１６】
この場合、前記制御部は、イグニッションスイッチがオフにされた後のシステム停止処理中に前記低ストイキ制御を実行することが好ましい。
【００１７】
本発明では、イグニッションスイッチがオフにされた後のシステム停止処理中に、上述のような低ストイキ制御を実行する。すなわち、イグニッションスイッチがオフにされてから燃料電池スタックによる発電を完全に停止させるまでの間に上述のような低ストイキ制御を実行し、低ストイキ状態を長い時間にわたって維持することにより、その時のセルの状態によらずシステム内に残留する燃料ガスを十分に消費した上で、燃料電池スタックによる発電を完全に停止させることができる。
【００１８】
上記目的を達成するため本発明は、燃料ガスおよび酸化剤ガスが供給されると発電する燃料電池セルを複数積層して構成された燃料電池スタックと、当該燃料電池スタックに接続され、当該燃料電池スタックで発電した電力を消費する電気負荷と、を備えた燃料電池システムの制御方法を提供する。前記制御方法は、所定の量の酸化剤ガスを前記燃料電池スタックに供給しながら所定の量の発電電流を前記燃料電池スタックから取り出すアイドル発電工程（例えば、後述の図５中、時刻ｔ０〜ｔ１の工程）と、前記燃料電池スタックへの酸化剤ガスの供給量および前記燃料電池スタックから取り出す発電電流を共に０より大きな範囲内で前記アイドル発電工程中よりも低減する低ストイキ制御工程（例えば、後述の図５中、時刻ｔ１〜ｔ４の工程）と、を含み、前記低ストイキ制御工程では、前記燃料電池スタックの最低セル電圧値（例えば、後述の最低セル電圧値ＣＶ＿ｌｏｗ）が所定の閾値（後述の解除閾値Ｂ）を下回らないように、前記燃料電池スタックの最低セル電圧値が小さくなるほど前記燃料電池スタックから取り出す発電電流を小さくする。
この場合、前記低ストイキ制御工程では、前記燃料電池スタックの最低セル電圧値と前記閾値との差（例えば、後述の解除判定電圧値ΔＶ）が小さくなるに従い、前記燃料電池スタックから取り出す発電電流を小さくすることが好ましい。
この場合、前記低ストイキ制御工程では、前記燃料電池スタックへの酸化剤ガスの供給量を一定に維持することが好ましい。
この場合、前記低ストイキ制御工程は、前記燃料電池スタックの最低セル電圧値が前記閾値を下回ることを前記低ストイキ制御工程の解除条件として、前記アイドル発電工程中に所定のアイドル停止開始条件が満たされたことに応じて実行することが好ましい。
この場合、前記低ストイキ制御工程は、イグニッションスイッチがオフにされた後のシステム停止処理中に実行することが好ましい。
本発明によれば、上述の燃料電池システムの発明と同じ効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムを示すブロック図である。
【図２】上記実施形態に係るアイドル停止制御の手順の一例を示すタイムチャートである。
【図３】アイドル停止中における電流指令値を設定する手順を示すフローチャートである。
【図４】解除判定電圧値に基づいて電流指令値を決定する制御マップの一例を示す図である。
【図５】上記実施形態に係るアイドル停止制御の実行時における最低セル電圧値、ディスチャージ電流値、およびエアポンプ回転数の変化を示すタイムチャートである。
【図６】本発明の第２実施形態に係る燃料電池システムにおけるシステム停止処理の手順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】
【００２０】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る燃料電池システム１のブロック図である。
燃料電池システム１は、燃料電池スタック１０と、図示しない車輪を回転駆動するモータ２０と、燃料電池スタック１０に燃料ガスとしての水素ガスおよび酸化剤ガスとしての空気を供給する供給装置３０と、電力を蓄電する高圧バッテリ５０と、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）７０と、を備える。この燃料電池システム１は、燃料電池スタック１０で発電した電力を利用してモータ２０を駆動し走行する燃料電池車両（図示せず）に搭載される。
【００２１】
燃料電池スタック（以下、単に「スタック」という）１０は、例えば、数十個から数百個のセルが積層されたスタック構造である。各燃料電池セルは、膜電極構造体（ＭＥＡ）を一対のセパレータで挟持して構成される。膜電極構造体は、アノード電極（陰極）およびカソード電極（陽極）の２つの電極と、これら電極に挟持された固体高分子電解質膜とで構成される。通常、両電極は、固体高分子電解質膜に接して酸化・還元反応を行う触媒層と、この触媒層に接するガス拡散層とから形成される。このスタック１０は、アノード電極側に形成されたアノード流路に水素ガスが供給され、カソード電極側に形成されたカソード流路に空気が供給されると、これらの電気化学反応により発電する。
【００２２】
以上のようなスタック１０の発電状態を検出するため、スタック１０には、セル電圧センサ１１が設けられている。セル電圧センサ１１は、スタック１０を１又は２以上の単セルで構成したセル群に分けた上、各セル群の電圧（以下、「セル電圧」という）を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ７０に送信する。
【００２３】
供給装置３０は、スタック１０のカソード流路に空気を供給するエアポンプ３１と、スタック１０のアノード流路に水素ガスを供給する水素タンク３５と、を含んで構成される。
【００２４】
エアポンプ３１は、空気供給路３２を介してスタック１０のカソード流路の一端側に接続されている。スタック１０のカソード流路の他端側には空気排出路３３が接続されている。この空気排出路３３には、スタック１０のカソード流路内の圧力を制御する背圧弁３４が設けられている。
【００２５】
水素タンク３５は、水素供給路３６を介してスタック１０のアノード流路の一端側に接続されている。この水素供給路３６には水素タンク３５側からスタック１０側へ向かって順に、水素タンク３５からの水素ガスの供給を遮断する遮断弁４２と、レギュレータ３７が設けられている。このレギュレータ３７は、空気供給路３２から分岐した流路３８が接続されており、空気供給路３２内の圧力を信号圧とし、この信号圧のレベルに応じて開閉することにより、スタック１０への水素ガスの供給量、ひいてはスタック１０のアノード流路における水素ガス圧力を制御する。より具体的には、空気供給路３２内の圧力が高くなると、これに合わせて水素ガス圧力を高くするべく、レギュレータ３７は開き側に作動する。
【００２６】
スタック１０のアノード流路の他端側には、図示しない希釈器に至る水素排出路３９が設けられている。この水素排出路３９には、スタック１０から排出された含水素ガスを排出するためのパージ弁４０が設けられている。また、この水素排出路３９には、パージ弁４０よりスタック１０側から分岐し、上記水素供給路３６のレギュレータ３７よりもスタック１０側に至る水素還流路４１が設けられている。
【００２７】
本実施形態では、スタック１０のアノード流路、水素供給路３６、水素排出路３９、および水素還流路４１により水素ガスが流通するアノード系が構成され、スタック１０のカソード流路、空気供給路３２、および空気排出路３３により空気が流通するカソード系が構成される。
【００２８】
スタック１０は、電流制御器２４を介して高圧バッテリ５０およびモータ２０のＰＤＵ（Ｐｏｗｅｒ  Ｄｒｉｖｅ  Ｕｎｉｔ）２２に接続されている。
【００２９】
ＰＤＵ２２は、パルス幅変調（ＰＷＭ）によるＰＷＭインバータを備え、モータ２０の駆動動作および回生動作を制御する。例えばモータ２０の駆動時には、ＰＤＵ２２は、スタック１０および高圧バッテリ５０から出力される直流電力を三相交流電力に変換してモータ２０に供給し、このモータ２０に駆動トルクを発生させる。また、例えばモータ２０の回生時には、ＰＤＵ２２は、モータ２０から出力される三相交流電力を直流電力に変換して、高圧バッテリ５０を充電する。
【００３０】
高圧バッテリ５０は、スタック１０で発電された電力を貯めておき、スタック１０の始動時などにおいて適宜利用する。この高圧バッテリ５０は、例えば、リチウムイオン電池等の二次電池やキャパシタにより構成される。電流制御器２４は、ＤＣ／ＤＣコンバータを含んで構成され、ＥＣＵ７０により決定された電流指令値に基づいて、スタック１０から取り出される発電電流を制御する。モータ２０は、スタック１０で発電した電力や高圧バッテリ５０の電力により、図示しない駆動輪を回転する。
また、電流制御器２４と高圧バッテリ５０とを接続する電力線５１には、ダウンバータ５２を介して上記高圧バッテリ５０よりも低い電圧の低圧電源５３が接続されている。
【００３１】
以上のように構成された燃料電池システム１において、スタック１０への空気の供給量を制御するためのエアポンプ３１、スタック１０のカソード流路内の圧力を制御するための背圧弁３４、アノード系内のガスを希釈器に導入するためのパージ弁４０、並びにスタック１０から取り出される発電電流を制御するための電流制御器２４は、ＥＣＵ７０により制御される。
【００３２】
次に、ＥＣＵによる燃料電池システムの、低ストイキ制御としてのアイドル停止制御について説明する。
図２は、アイドル停止制御の手順の一例を示すタイムチャートである。より具体的には、スタックで発電した電力を利用して走行している状態、すなわち燃料電池車両が走行中にある状態から、時刻ｔ０において例えば信号待ちなどにより一旦停止した後、時刻ｔ２において運転者による加速要求に応じて再び走行を開始するまでの間におけるスタックの発電電流の値およびエアポンプの回転数などの変化を示すタイムチャートである。
【００３３】
車両が一旦停止し、これに応じてスタックへの空気および水素ガスの供給量が低減されることによりスタックがアイドル発電の状態になった後（時刻ｔ０参照）、ＥＣＵは、所定のアイドル停止開始条件が満たされたことに応じて、スタックをアイドル発電の状態からアイドル停止の状態にする（時刻ｔ１参照）。より具体的には、スタックへ空気の供給量に比例したエアポンプの回転数とスタックから取り出す発電電流とを共に０よりも大きな範囲内でアイドル発電時よりも低減することによりスタックをアイドル停止の状態にする。その後、ＥＣＵは、所定のアイドル停止解除条件が満たされたことに応じて、エアポンプの回転数を要求に応じて上昇させる（時刻ｔ２参照）。
【００３４】
ここで、アイドル停止開始条件としては、例えば、希釈器内に十分な量の希釈ガスが導入されたことが挙げられる。また、アイドル停止解除条件としては、例えば、運転者による加速要求が生じたことや、後述の最低セル電圧が解除閾値を下回ることなどが挙げられる。
【００３５】
また、モータを駆動する必要のないアイドル発電中およびアイドル停止中にスタックから取り出した発電電流は、例えば、エアポンプに供給されるか、高圧バッテリに供給されるか、ダウンバータを介して低圧電源に供給されるか、又はこれらの負荷とは別に設けられたディスチャージ抵抗に供給される。本実施形態では、これらモータ以外の負荷に供給されるスタックの発電電流を特にディスチャージ電流という。
【００３６】
このように、アイドル停止の状態は、エアポンプの回転数をアイドル発電時よりもさらに小さくし低流量のエアの供給の下でディスチャージを続けるため、アイドル発電の状態と比較して不安定な発電状態であるといえる。そこで、本実施形態のアイドル停止制御では、アイドル発電と比較して不安定なアイドル停止の状態を長時間にわたって維持するべく、以下に示す手順でアイドル停止中における電流指令値を設定し、スタックのディスチャージ電流を制御する。
【００３７】
図３は、アイドル停止中における電流指令値を設定する手順を示すフローチャートである。図３に示す処理は、アイドル停止にすることが要求されている状態であることを示すアイドル停止フラグが“１”にセットされている間、ＥＣＵにより所定の制御周期ごとに繰り返し実行される。なお、このアイドル停止フラグは、図示しない処理により、上述のアイドル停止開始条件が満たされたことに応じて“０”から“１”にセットされ、その後、上述のアイドル停止解除条件が満たされたことに応じて“１”から“０”にリセットされる。
【００３８】
Ｓ１では、セル電圧センサからの出力に基づいて、スタックを構成する各セル群のセル電圧値ＣＶ１，…，ＣＶｎのうち最も小さいものを取得し、これを最低セル電圧値ＣＶ＿ｌｏｗとする。
Ｓ２では、Ｓ１で取得した最低セル電圧値ＣＶ＿ｌｏｗは、所定の制限開始閾値Ａ以下であるか否かを判別する。Ｓ２の判別がＮＯの場合には、現在の電流指令値の下でもスタックによる発電の安定性は確保されており、したがってディスチャージ電流を制限する必要はないと判断し、この処理を終了する。
【００３９】
Ｓ２の判別がＹＥＳの場合には、現在のディスチャージ電流指令値の下ではスタックによる発電の安定性を維持できないと判断し、最低セル電圧値ＣＶ＿ｌｏｗが、アイドル停止の解除条件として設定された解除閾値Ｂを下回らないようにディスチャージ電流を制限するべく、Ｓ３に移る。Ｓ３では、Ｓ１で取得した最低セル電圧値ＣＶ＿ｌｏｗから、アイドル停止制御の解除閾値Ｂを減算することにより、解除判定電圧値ΔＶ（＝ＣＶ＿ｌｏｗ−Ｂ）を算出する。そしてＳ４では、解除判定電圧値ΔＶに基づいて予め定められた制御マップを検索することにより、電流指令値を再設定した後、この処理を終了する。
【００４０】
図４は、解除判定電圧値ΔＶに基づいて電流指令値を決定する制御マップの一例を示す図である。
図４中、実線で示すように、解除判定電圧値ΔＶが電流制限を開始するために設定された閾値Ａ−Ｂより大きい場合、電流指令値は最大値Ｉｍａｘに設定される。また、解除判定電圧値ΔＶが上記閾値Ａ−Ｂ以下である場合、電流指令値は、上記最大値Ｉｍａｘと０より大きな最小値Ｉｍｉｎとの間で、解除判定電圧値ΔＶが小さくなるほど小さな値になるように設定される。
【００４１】
なお、電流指令値を決定する制御マップとしては、図４中、実線で示すものの他、一点鎖線で示すものを用いてもよい。すなわち、解除判定電圧値ΔＶが大きい場合にはΔＶの低下に応じて速やかに電流指令値を低下させ、解除判定電圧値ΔＶが小さい場合にはΔＶの低下に応じて緩やかに電流指令値を低下させるようにしてもよい。
【００４２】
図５は、以上のようなアイドル停止制御の実行時における最低セル電圧値、ディスチャージ電流値、およびエアポンプ回転数の変化を示すタイムチャートである。また図５には、時刻ｔ０において車両が一旦停止しスタックがアイドル発電の状態になってから、その後時刻ｔ４において運転者の加速要求に応じて再び走行を開始するまでを示す。なお図５には、最低セル電圧値によらず電流指令値を一定に維持し続けた場合の最低セル電圧値およびディスチャージ電流値を、比較のため破線で示す。
【００４３】
先ず、時刻ｔ０には、車両が一旦停止することにより、スタックはアイドル発電の状態となる。図５には、アイドル発電時におけるエアポンプの回転数をＲ１とし、ディスチャージ電流値をＩ１として示す。
次に、時刻ｔ１においてアイドル停止開始条件が満たされたことに応じて、エアポンプの回転数をアイドル発電時の回転数を低下させる（Ｒ１→Ｒ２）。このとき、エアポンプの回転数と併せて電流指令値も低下させることにより、ディスチャージ電流値もアイドル発電時から低下させる（Ｉ１→Ｉ２）。これにより、時刻ｔ１以降、スタックはアイドル停止の状態となる。
また、エアポンプの回転数とディスチャージ電流値を共にアイドル発電時よりも低下させると、スタックにおける発電が不安定になるため、時刻ｔ１以降、最低セル電圧値が徐々に低下する場合がある。
【００４４】
図５において破線で示すように、アイドル停止中における電流指令値を一定にし続けた場合、ディスチャージ電流値の低下は抑制できるものの、発電で生じた生成水によりスタックにおける発電はさらに不安定となってしまい、最低セル電圧値が大幅に低下する。そして、時刻ｔ３には、最低セル電圧値が解除閾値Ｂを下回ったことに応じて、アイドル停止の状態は解除される。なお、アイドル停止を解除した後は、図５において破線で示すように、エアポンプの回転数を一定に維持したまま電流指令値を０にしスタックのディスチャージのみを停止することにより最低セル電圧を回復させるが、本発明はこれに限るものではない。
【００４５】
これに対し本実施形態では、図５において実線で示すように、時刻ｔ１においてスタックをアイドル停止にしてから、時刻ｔ２において最低セル電圧値が制限開始閾値Ａを下回ったことに応じて、エアポンプの回転数を一定に維持しながら、最低セル電圧値の低下に応じて電流指令値を小さくする。これにより、一時的には電流指令値を一定に維持し続けた場合と比較してディスチャージ電流値は低下するものの、最低セル電圧値を解除閾値Ｂよりも高い値に維持し、運転者による加速要求が生じる時刻ｔ４までアイドル停止の状態を維持し続けることができる。
【００４６】
本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）本実施形態では、アイドル停止制御を実行し、スタックへの空気の供給量およびスタックのディスチャージ電流を共に０より大きな範囲内でアイドル発電時よりも低減することにより、スタックをアイドル停止の状態にする。これにより、各燃料電池セルのＭＥＡの近傍に残留する酸素が水素と共存するのをぼうしし、かつ燃料電池スタックが高電圧状態になるのを回避できるので、燃料電池スタックが劣化するのを抑制することができる。また本実施形態では、セルの状態に応じて発電安定性が左右されやすいアイドル停止制御時において、最低セル電圧値ＣＶ＿ｌｏｗが小さくなるほどスタックのディスチャージ電流を小さくする。これにより、セルの状態が良好でない場合であっても、最低セル電圧値ＣＶ＿ｌｏｗが解除閾値Ｂを下回るまで低下するのを防止することができ、ひいては長い時間にわたって低ストイキ状態での発電を維持することができる。
（２）本実施形態では、最低セル電圧値ＣＶ＿ｌｏｗと解除閾値Ｂとの差に相当する解除判定電圧値ΔＶが小さくなるに従い、すなわちアイドル停止を解除せざるを得なくなるまでスタックの発電安定性が悪くなるに従い、ディスチャージ電流を小さくすることにより、より確実に発電を安定にさせることができるので、より長い時間にわたってアイドル停止の状態を維持し続けることができる。
（３）本実施形態では、上述のようにディスチャージ電流を小さくしながらも、空気の供給量は一定に維持し続けることにより、発電を安定にし、最低セル電圧値ＣＶ＿ｌｏｗが過剰に低下するのを抑制できるので、より長い時間にわたってアイドル停止の状態を維持し続けることができる。
（４）本実施形態では、最低セル電圧値ＣＶ＿ｌｏｗが解除閾値Ｂを下回ることをアイドル停止の解除条件として、アイドル発電中に所定のアイドル停止開始条件が満たされたことに応じてアイドル停止制御を実行し、燃料電池スタックをアイドル停止の状態にする。これにより、燃料電池スタックへの劣化が小さなアイドル停止の状態を、その時のセルの状態によらず長時間にわたって維持することができる。
【００４７】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態を、図面を参照して説明する。
本実施形態は、低ストイキ制御を実行する時期が上記第１実施形態と異なる。上記第１実施形態では、イグニッションスイッチがオンにされている間のアイドル発電中に所定のアイドル停止開始条件が満たされたことに応じて低ストイキ制御としてのアイドル停止制御を実行したが、本実施形態では、イグニッションスイッチがオフにされた後のシステム停止処理中の所定の時期に低ストイキ制御を実行する。
【００４８】
図６は、スタックによる発電を完全に停止させるためのシステム停止処理の手順を示すタイムチャートである。より具体的には、時刻ｔ０においてイグニッションスイッチがオフにされてから、その後、時刻ｔ３においてスタックによる発電を完全に停止させるまでのシステム停止処理の手順を示すタイムチャートである。
【００４９】
システム停止処理では、イグニッションスイッチがオフにされると、スタックをアイドル発電の状態にしたまま所定の時間にわたって遮断弁や背圧弁などの故障の有無を判定する（時刻ｔ０〜ｔ１参照）。
【００５０】
故障検知が終了すると、ＥＣＵは、低ストイキ制御としてのＯ２リーン発電制御を所定の時間にわたって実行し、スタックをアイドル発電の状態から上記第１実施形態で説明したアイドル停止の状態とほぼ同じ状態にする（時刻ｔ１〜ｔ２参照）。より具体的には、遮断弁および背圧弁を閉じるとともに、エアポンプの回転数とディスチャージ電流とを共に０よりも大きな範囲内でアイドル発電時（時刻ｔ０〜ｔ１）よりも低減する。
【００５１】
また、以上のようなＯ２リーン発電制御を実行している間は、最低セル電圧値ＣＶ＿ｌｏｗが、０よりもやや大きな値に設定された閾値Ｄを下回らないようにディスチャージ電流を制限するべく、最低セル電圧値ＣＶ＿ｌｏｗから閾値Ｄを減算して得られた判定電圧値ΔＶ（＝ＣＶ＿ｌｏｗ−Ｄ）が小さくなるほど、電流指令値を小さな値に設定する。これにより、図６に示すように、セルの状態が良好でない場合であっても最低セル電圧値を閾値Ｄよりも高い値に維持することができる。なお、電流指令値を設定する手順は、第１実施形態において図３を参照して説明した手順とほぼ同じであるので、その詳細な説明を省略する。
【００５２】
以上のようなＯ２リーン発電制御を所定の時間にわたって実行しシステム内に残留する水素ガスを十分に消費した後は、ダウンバータディスチャージ制御を実行する（時刻ｔ２〜ｔ３参照）。より具体的には、エアポンプの回転数を０にするとともに、ディスチャージ電流を低圧電源に供給する。このダウンバータディスチャージ制御を実行することにより、スタック電圧が十分に低下した場合には、図示しない燃料電池コンタクタをオフにすることによりスタックと電流制御器との接続を切断し、スタックによる発電を完全に停止させる。
【００５３】
本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
本実施形態では、イグニッションスイッチがオフにされてからスタックによる発電を完全に停止させるまでの間に上述のような低ストイキ制御としてのＯ２リーン発電制御を実行し、低ストイキ状態を長い時間にわたって維持することにより、その時のセルの状態によらずシステム内に残留する水素ガスを十分に消費した上で、スタックによる発電を完全に停止させることができる。
【符号の説明】
【００５４】
１…燃料電池システム
１０…燃料電池スタック
２０…モータ（電気負荷）
３１…エアポンプ（電気負荷）
５０…高圧バッテリ（電気負荷）
７０…ＥＣＵ（アイドル停止制御手段）
【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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