(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードに燃料ガスを供給するアノード流路およびカソードに酸化剤ガスを供給するカソード流路を有する燃料電池と、
前記アノード流路に燃料ガスを導入する燃料ガス導入流路と、
前記アノード流路から燃料オフガスを導出する燃料オフガス導出流路と、
前記燃料オフガス導出流路の燃料オフガスを前記燃料ガス導入流路に戻して循環させる接続路と、
前記燃料ガス導入流路と前記接続路との合流点に配置されるエゼクタと、
前記燃料ガス導入流路の前記エゼクタの上流に設けられ、前記アノード流路に燃料ガスを調圧して供給する第１インジェクタと、
前記第１インジェクタをフィードバック制御する制御部と、を備えた燃料電池システムであって、
前記制御部は、
前記アノード流路内の酸化剤ガスの比率が高いほど燃料ガスの連続噴射時間を長く設定する燃料ガス連続噴射時間算出手段と、
前記アノード流路内の酸化剤ガスの比率が高いほど燃料ガスの噴射量を多く設定する燃料ガス噴射量算出手段と、
前記燃料ガスの連続噴射時間および前記燃料ガスの噴射量に基づいて前記第１インジェクタの時間当たりの噴射量を算出するインジェクタ噴射量算出手段と、
前記燃料電池の起動時に、前記第１インジェクタのフィードバック制御を禁止し、前記時間当たりの噴射量に応じて決定される当該第１インジェクタの駆動周期における開弁時間に基づいて、当該第１インジェクタを駆動するインジェクタ固定駆動手段と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料オフガス導出流路の前記接続路との分岐点よりも下流側に設けられるパージ弁を備え、
前記制御部は、前記アノード流路の圧力が目標圧力に到達するまで前記パージ弁の閉弁状態を維持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】
前記第１インジェクタおよび前記エゼクタをバイパスする第２インジェクタを備え、
制御部は、前記燃料電池の起動時において、前記第２インジェクタの駆動周期における開弁時間に上限値を設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池の起動前の停止時間が所定時間以上であるか否かを判定する停止時間判定手段を備え、
前記インジェクタ固定駆動手段は、前記停止時間判定手段により前記停止時間が所定時間以上であると判定された場合に前記駆動周期に対する開弁時間を固定して前記第１インジェクタを駆動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】
前記インジェクタ固定駆動手段により前記第１インジェクタを駆動する際の燃料ガスの連続供給時間を算出する連続供給時間算出手段を備え、
前記連続供給時間算出手段は、前記停止時間が長いほど前記連続供給時間を長くす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】
前記カソード流路に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、
前記燃料電池のアノード側とカソード側の極間差圧を検出する極間差圧検出手段と、
前記燃料電池の起動時であって、前記インジェクタ固定駆動手段による前記第１インジェクタの駆動中に前記極間差圧が閾値以上になった場合、前記酸化剤ガス供給手段の駆動量を調整して前記極間差圧が前記閾値未満となるように調整する起動時差圧調整手段と、を備えることを特徴とする請求項１から請求項５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、燃料供給路にインジェクタなどの開閉弁を備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、燃料供給路に設けられたインジェクタをフィードバック制御することで燃料電池のアノード流路に供給される流量および圧力を調整することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３２３８７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の燃料電池システムでは、起動時にインジェクタをフィードバック制御すると、直ちにアノード圧力が目標圧力に到達してしまい、途中で水素の供給が停止し、燃料電池が長時間高電位状態に曝されるという問題があった。
【０００５】
本発明は、前記従来の問題を解決するものであり、起動時に燃料電池が長時間高電位状態に曝されるのを防止することが可能な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】
【０００６】
本発明は、アノードに燃料ガスを供給するアノード流路およびカソードに酸化剤ガスを供給するカソード流路を有する燃料電池と、前記アノード流路に燃料ガスを導入する燃料ガス導入流路と、前記アノード流路から燃料オフガスを導出する燃料オフガス導出流路と、前記燃料オフガス導出流路の燃料オフガスを前記燃料ガス導入流路に戻して循環させる接続路と、前記燃料ガス導入流路と前記接続路との合流点に配置されるエゼクタと、前記燃料ガス導入流路の前記エゼクタの上流に設けられ、前記アノード流路に燃料ガスを調圧して供給する第１インジェクタと、前記第１インジェクタをフィードバック制御する制御部と、を備えた燃料電池システムであって、前記制御部は、前記アノード流路内の酸化剤ガスの比率が高いほど燃料ガスの連続噴射時間を長く設定する燃料ガス連続噴射時間算出手段と、前記アノード流路内の酸化剤ガスの比率が高いほど燃料ガスの噴射量を多く設定する燃料ガス噴射量算出手段と、前記燃料ガスの連続噴射時間および前記燃料ガスの噴射量に基づいて前記第１インジェクタの時間当たりの噴射量を算出するインジェクタ噴射量算出手段と、前記燃料電池の起動時に、前記第１インジェクタのフィードバック制御を禁止し、前記時間当たりの噴射量に応じて決定される当該第１インジェクタの駆動周期における開弁時間に基づいて、当該第１インジェクタを駆動するインジェクタ固定駆動手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
これによれば、燃料電池の起動時にはフィードバック制御を行わずに駆動周期に対する開弁時間を固定してインジェクタから燃料ガスをアノード流路に供給するので、例えば、アノード流路が酸化剤ガスで置換されてアノード流路とカソード流路に酸化剤ガスが存在している状態で起動する場合、アノード流路内で酸化剤ガスと燃料ガスとの混合が促進され、燃料電池が高電位となる状態が継続するのを防止できる。
つまり、駆動周期（インターバル）に対する開弁時間（Ｔｉ値）を固定してインジェクタを駆動することにより、アノード流路に供給される燃料ガスの圧力（アノード圧力）を目標とする圧力まで、途中で燃料ガスの供給が停止することなく供給することが可能になる。これにより、アノード流路に燃料ガスを連続的に供給することが可能になり、アノード流路において燃料ガスと酸化剤ガスとの混合が促進されなくなるのを防止できるので、燃料電池が高電位状態に維持されるのを防止できる。
【０００８】
また、前記燃料オフガス導出流路の前記接続路との分岐点よりも下流側に設けられるパージ弁を備え、前記制御部は、前記アノード流路の圧力が目標圧力に到達するまで前記パージ弁の閉弁状態を維持することを特徴とする。
また、前記第１インジェクタおよび前記エゼクタをバイパスする第２インジェクタを備え、制御部は、前記燃料電池の起動時において、前記第２インジェクタの駆動周期における開弁時間に上限値を設定することを特徴とする。
【０００９】
また、前記燃料電池の起動前の停止時間が所定時間以上であるか否かを判定する停止時間判定手段を備え、前記インジェクタ固定駆動手段は、前記停止時間判定手段により前記停止時間が所定時間以上であると判定された場合に前記駆動周期に対する開弁時間を固定して前記第１インジェクタを駆動することを特徴とする。
【００１０】
これによれば、停止時間が所定時間以上の場合にはアノード流路が酸化剤ガスで置換された状態となり、アノード流路とカソード流路のそれぞれに酸化剤ガスが存在している状態での起動と判定される。このような状態であると判定されたときに、駆動周期に対する開弁時間を固定してインジェクタを駆動するので、不必要（無駄）に燃料ガスを供給してしまうことを防止できる。
【００１１】
また、前記インジェクタ固定駆動手段により前記第１インジェクタを駆動する際の燃料ガスの連続供給時間を算出する連続供給時間算出手段を備え、前記連続供給時間算出手段は、前記停止時間が長いほど前記連続供給時間を長くすることを特徴とする。
【００１２】
これによれば、連続供給時間算出手段は、アノード流路に存在する酸化剤ガスの比率に応じて連続供給時間（アノード流路に供給する燃料ガスの目標圧力）を可変にするので、インジェクタの駆動時間を不必要（無駄）に長くする必要がなくなる。
【００１３】
また、前記カソード流路に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段と、前記燃料電池のアノード側とカソード側の極間差圧を検出する極間差圧検出手段と、前記燃料電池の起動時であって、前記インジェクタ固定駆動手段による前記第１インジェクタの駆動中に前記極間差圧が閾値以上になった場合、前記酸化剤ガス供給手段の駆動量を調整して前記極間差圧が前記閾値未満となるように調整する起動時差圧調整手段と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
これによれば、極間差圧が過大とならないようにできるので、燃料電池が破損するのを防止できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、起動時に燃料電池が長時間高電位状態に曝されるのを防止することが可能な燃料電池システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態に係る燃料電池システムの全体構成図である。
【図２】通常発電時の動作を示すフローチャートである。
【図３】水素噴射量とＴｉ値（開弁時間）との関係をマップである。
【図４】本実施形態に係る燃料電池システムの動作を示すフローチャートである。
【図５】停止時間と水素連続噴射時間との関係を示すマップである。
【図６】水素噴射量の分配量を算出するためのマップである。
【図７】本実施形態に係る燃料電池システムの動作例を示すタイムチャートである。
【図８】インジェクタ制御およびアノード圧力変化を示し、（ａ）はフィードバック制御を禁止した場合、（ｂ）はフィードバック制御ありの場合である。
【図９】燃料電池における起動時の高電位状態を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。なお、本実施形態に係る燃料電池システム１は、例えば、図示しない燃料電池車（車両、移動体）に搭載されている。燃料電池車は、例えば、四輪車、三輪車、二輪車、一輪車、列車などである。ただし、その他の移動体、例えば、船舶、航空機に搭載された構成でもよい。または、家庭用や業務用の定置式のものに適用してもよい。
【００１８】
図１に示すように、燃料電池システム１は、燃料電池スタック１０、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、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、燃料電池スタック１０の発電を制御する電力制御系、これらを電子制御するＥＣＵ６０（Electronic Control Unit、電子制御装置）などを備えている。
【００１９】
燃料電池スタック１０は、複数の固体高分子型の単セル１１が積層して構成されたスタックであり、複数の単セル１１が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などからなる電解質膜（固体高分子膜）と、これを挟むアノードおよびカソード（電極）とを備えている。
【００２０】
アノードおよびカソードは、カーボンペーパなどの導電性を有する多孔質体と、これに担持され、アノードおよ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など）と、を含んでいる。
【００２１】
各セパレータには、各ＭＥＡの全面に水素または空気を供給するための溝や、全単セル１１に水素または空気を給排するための貫通孔が形成されており、これら溝およ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。
【００２２】
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、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、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とモータ４１など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。
【００２３】
セル電圧モニタ１５は、燃料電池スタック１０を構成する複数の単セル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。
【００２４】
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ＥＣＵ６０に出力するようになっている。
【００２５】
アノード系は、水素タンク２１（燃料ガス供給源）、常閉型の遮断弁２２、第１インジェクタ２３Ａ（燃料ガス調圧供給手段：図１，図４，図６，図７ではＩＮＪＡと表記）、第２インジェクタ２３Ｂ（燃料ガス調圧供給手段：図１，図４，図６，図７ではＩＮＪＢＰと表記）、エゼクタ２４、逆止弁２５、パージ弁２６、水素ポンプ２７、圧力センサ２８（極間差圧検出手段）、温度センサ２９などを備えている。
【００２６】
なお、第１インジェクタ２３Ａおよび第２インジェクタ２３Ｂは、例えば、同種のもの（同一性能を有するもの）を使用してもよく、または第１インジェクタ２３Ａが第２インジェクタ２３Ｂよりも大流量の水素を噴射できるものを使用してもよく、または第２インジェクタ２３Ｂが第１インジェクタ２３Ａよりも大流量の水素を噴射できるものを使用してもよく、適宜変更することができる。
【００２７】
水素タンク２１は、配管２１ａ、遮断弁２２、配管２２ａ、第１インジェクタ２３Ａ、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１２ａに接続されている。配管２２ａは、配管２２ｂ、第２インジェクタ２３Ｂ、配管２３ｂを介して、配管２４ａに接続されている。そして、遮断弁２２が開いた状態で、第１インジェクタ２３Ａおよび／または第２インジェクタ２３Ｂが水素を噴射すると、水素タンク２１の水素が配管２１ａなどを通って、アノード流路１２に供給されるようになっている。
【００２８】
なお、配管２２ｂの接続点よりも上流の配管２２ａには、水素の圧力を下げる図示しない減圧弁（レギュレータ）が設けられている。この減圧弁は、カソード系の圧力をパイロット圧として作動するものであってもよく、またはカソード系とは独立して電気的に制御されるものであってもよい。
【００２９】
ここで、アノード流路１２の入口１２ａに接続され、アノード流路１２に供給される水素が通流する燃料ガス導入流路は、配管２１ａと、配管２２ａと、配管２３ａと、配管２４ａと、配管２２ｂと、配管２３ｂと、を備えて構成されている。そして、エゼクタ２４は、前記燃料ガス導入流路と、後記する配管２５ｂ（接続路）との接続点に設けられている。
【００３０】
また、第１インジェクタ２３Ａは、前記接続点（エゼクタ２４）よりも上流の前記燃料ガス導入流路に設けられている。さらに、第１インジェクタ２３Ａよりも上流の前記燃料ガス導入流路と、エゼクタ２４よりも下流の前記燃料ガス導入流路とを接続し、水素タンク２１からの水素が第１インジェクタ２３Ａおよびエゼクタ２４をバイパスするバイパス流路は、配管２２ｂと配管２３ｂとを備えて構成されている。そして、第２インジェクタ２３Ｂは、前記バイパス流路に設けられている。
【００３１】
水素タンク２１は、水素が高圧で封入されるタンクである。
遮断弁２２は、例えば、電磁作動式のものであり、ＥＣＵ６０からの指令にしたがって、開閉するようになっている。
【００３２】
第１インジェクタ２３Ａおよび第２インジェクタ２３Ｂは、ＥＣＵ６０により電子制御されることで、通常時に水素を間欠的（断続的）に噴射するものであり、起動時に必要に応じて水素を短時間連続的（本実施形態では第１インジェクタ２３Ａのみ）に噴射するものである。
【００３３】
なお、第１インジェクタ２３Ａ、第２インジェクタ２３Ｂ、遮断弁２２、水素ポンプ２７、後記するエアポンプ３１および背圧弁３３は、燃料電池スタック１０および／または後記するバッテリ４４を電源としている。
【００３４】
第１インジェクタ２３Ａおよび第２インジェクタ２３Ｂは、ハウジング、ソレノイド、プランジャ、圧縮コイルばね、ノズルなど公知の部品を組み合わせて構成されている。第１インジェクタ２３Ａおよび第２インジェクタ２３Ｂは、ＥＣＵ６０によって電子制御されるものであるので、ＥＣＵ６０からの指令（開指令／閉指令）に対する応答性が良く、制御性が良好である。
【００３５】
エゼクタ２４は、水素（第１インジェクタ２３Ａからの水素）を噴射することで負圧を発生させるノズル２４ｂと、水素と前記負圧で吸引された配管２５ａおよび配管２５ｂのアノードオフガス（燃料オフガス）を混合し、配管２４ａ（アノード流路１２）に向けて供給するディフューザ２４ｃと、を備えている。
【００３６】
アノード流路１２の出口１２ｂは、配管２６ａ、配管２５ａ、逆止弁２５、配管２５ｂ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から排出された未消費の水素を含むアノードオフガス（燃料オフガス）が、エゼクタ２４（燃料ガス導入流路）に戻されるようになっている。
【００３７】
なお、逆止弁２５は、アノードオフガスの逆流を防止する弁である。また、配管２６ａには、アノードオフガスに同伴する液状の水分を分離する気液分離器（図示しない）が設けられている。
【００３８】
配管２６ａは、パージ弁２６、配管２６ｂを介して、後記する希釈器３４に接続されている。パージ弁２６は、燃料電池スタック１０の発電時に、循環流路（アノード流路１２、配管２６ａ，２５ａ，２５ｂ，２４ａ）を循環するアノードオフガスに含まれる不純物（水蒸気、窒素など）を排出（パージ）する場合や、システム起動時にアノード流路１２を水素に置換する場合、ＥＣＵ６０によって開かれる。なお、本実施形態では、配管２６ａ，２６ｂが燃料オフガス導出流路に相当する。
【００３９】
水素ポンプ２７は、アノード流路１２の出口１２ｂから排出されたアノードオフガス（燃料オフガス）をアノード流路１２の入口１２ａに戻して循環させる循環装置であり、ＥＣＵ６０からの指令により制御される。
【００４０】
また、水素ポンプ２７の導入口は、配管２７ａを介して配管２６ａに接続され、配管２７ａが配管２６ａの配管２５ａとの接続点よりも上流側に接続されている。また、水素ポンプ２７の導出口は、配管２７ｂを介して配管２４ａに接続され、配管２７ｂが配管２４ａの配管２３ｂとの接続点よりも下流側に接続されている。
【００４１】
圧力センサ２８は、アノード流路１２の入口１２ａの近傍の配管２４ａに取り付けられている。また、圧力センサ２８は、配管２４ａ内のアノード圧力Ｐａ（アノード流路１２の圧力と略等しい）を検出し、ＥＣＵ６０に出力するようになっている。
【００４２】
温度センサ２９は、アノード流路１２の出口１２ｂの近傍の配管２６ａに取り付けられている。また、温度センサ２９は、燃料電池スタック１０の温度を検出し、ＥＣＵ６０に出力するようになっている。なお、燃料電池スタック１０の温度を検出できる位置であれば、本実施形態に限定されるものではなく、カソード流路１３の出口側の配管３２ｂであってもよく、燃料電池スタック１０を冷却する冷却系の冷媒出口側の配管（図示せず）であってもよく、または燃料電池スタック１０を直接に検出するものであってもよい。
【００４３】
カソード系は、エアポンプ３１（酸化剤ガス供給手段）、加湿器３２、背圧弁３３、希釈器３４、圧力センサ３５（極間差圧検出手段）などを備えている。
【００４４】
エアポンプ３１の吐出口は、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。また、エアポンプ３１は、モータ（不図示）で駆動されるものであり、ＥＣＵ６０の指令にしたがって作動すると、酸素を含む空気を取り込み、カソード流路１３に向けて供給するようになっている。
【００４５】
カソード流路１３の出口は、配管３２ｂ、加湿器３２、配管３３ａ、背圧弁３３、配管３３ｂを介して、希釈器３４に接続されている。カソード流路１３からのカソードオフガス（酸化剤オフガス）は、希釈器３４に向けて排出されるようになっている。
【００４６】
加湿器３２は、水分が透過可能な中空糸膜（図示せず）を備え、この中空糸膜を介して、エアポンプ３１からの新規空気と、カソード流路１３の出口からの多湿なカソードオフガスとの間で水分交換させ、新規空気を加湿するものである。
【００４７】
背圧弁３３は、常開型のバタフライ弁などで構成され、ＥＣＵ６０の指令にしたがって、その背圧（カソード流路１３の圧力）を制御するようになっている。ちなみに、アノードとカソードの極間差圧が大きくなり過ぎないように、背圧弁３３の開度を調整することで、カソード圧力Ｐｃを上昇／低下させることができる。
【００４８】
希釈器３４は、アノードオフガスとカソードオフガスとを混合し、アノードオフガス中の水素を、カソードオフガス（希釈用ガス）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、希釈後のガスは、配管３４ａを介して、車外に排出されるようになっている。
【００４９】
圧力センサ３５は、カソード流路１３の入口近傍の配管３２ａに取り付けられている。また、圧力センサ３５は、配管３２ａ内のカソード圧力Ｐｃ（カソード流路１３の圧力と略等しい）を検出し、ＥＣＵ６０に出力するようになっている。
【００５０】
電力制御系は、モータ４１、ＰＤＵ４２（Power Drive Unit）、電力制御器４３、バッテリ４４、コンタクタ４５などを備えている。モータ４１は、ＰＤＵ４２、電力制御器４３、コンタクタ４５を介して、燃料電池スタック１０の出力端子（図示しない）に接続されており、バッテリ４４は、電力制御器４３に接続されている。すなわち、モータ４１とバッテリ４４とは、電力制御器４３（燃料電池スタック１０）に対して並列で接続されている。
【００５１】
モータ４１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。
【００５２】
ＰＤＵ４２は、ＥＣＵ６０の指令にしたがって、電力制御器４３からの直流電力を三相交流電力に変換し、モータ４１に供給するインバータである。
【００５３】
電力制御器４３は、ＥＣＵ６０の指令にしたがって、燃料電池スタック１０の出力（発電電力、電流値、電圧値）を制御する機能と、バッテリ４４の充放電を制御する機能と、を備えている。このような電力制御器４３は、ＤＣ−ＤＣチョッパ回路などの各種電子回路を備えて構成される。
【００５４】
バッテリ４４は、電力を充電／放電する蓄電装置であり、例えば、リチウムイオン型の単電池を複数組み合わせてなる組電池で構成されている。
【００５５】
コンタクタ４５は、燃料電池スタック１０と電力制御器４３との間に配設され、燃料電池スタック１０と外部負荷（モータ４１、バッテリ４４など）との接続／遮断を行う開閉器を備えて構成され、ＥＣＵ６０によって開閉される。
【００５６】
ＩＧ５１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、ＩＧ５１はＥＣＵ６０と接続されており、ＥＣＵ６０はＩＧ５１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。
【００５７】
タイマ５２は、ＩＧ５１のＯＦＦ信号を検知してからＯＮ信号を検知するまでの燃料電池スタック１０の停止時間（燃料電池スタック１０の起動前の停止時間）を計測するものであり、計測した停止時間をＥＣＵ６０に出力するようになっている。
【００５８】
ＥＣＵ６０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（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、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したがって、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。
【００５９】
また、ＥＣＵ６０は、第１インジェクタ２３Ａおよび第２インジェクタ２３ＢをＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御する機能を備えている。すなわち、ＥＣＵ６０は、インターバル（駆動周期、開弁開始から次の開弁開始までの間隔）に対する第１インジェクタ２３Ａおよび第２インジェクタ２３Ｂに出力する開指令（開弁時間［Ｔｉ値］、ＯＮデューティ）の比率を可変にすることで、第１インジェクタ２３Ａおよび第２インジェクタ２３Ｂからの水素の噴射量（流量）と、アノード流路１２に供給される水素の流量（総流量）を制御する機能を備えている。
【００６０】
次に、燃料電池システム１の動作について、図２ないし図８を参照して説明する。まず、燃料電池スタック１０の通常発電時の動作（フィードバック制御ありの動作）について図２および図３を参照して説明し、そして、燃料電池スタック１０の起動時の動作（フィードバック制御なしの動作）について図４ないし図８を参照して説明する。
【００６１】
図２に示すように、ＥＣＵ６０は、ステップＳ１０１において、圧力センサ２８によってアノード流路１２の圧力（アノード圧力）Ｐａを検出する。
【００６２】
そして、ステップＳ１０２に進み、ＥＣＵ６０は、水素噴射量ＱＩと水素噴射量ＱＦＢをそれぞれ算出する。なお、水素噴射量ＱＩは、燃料電池スタック１０の発電電流に基づいて算出される。つまり、水素噴射量ＱＩは、発電電流の検出時において燃料電池スタック１０で単位時間当たりに消費されている水素の量に相当する。水素噴射量ＱＦＢは、ステップＳ１０１で検出したアノード圧力Ｐａと目標とするアノード圧力との差に基づいて算出される。なお、目標とするアノード圧力＞検出したアノード圧力の場合、ＱＦＢ＞０である。
【００６３】
そして、ステップＳ１０３に進み、ＥＣＵ６０は、水素噴射量ＱＩに水素噴射量ＱＦＢを加算して、目標とする水素噴射量Ｑを算出する。
【００６４】
そして、ステップＳ１０４に進み、ＥＣＵ６０は、図３に示すマップに基づいて第１インジェクタ２３Ａ、第２インジェクタ２３ＢのＴｉ値（開弁時間）を算出する。図３に示すように、第１インジェクタ２３Ａ（ＩＮＪＡ）は、水素噴射量Ｑが増加するにつれてＴｉ値が高くなるように設定され、水素噴射量ＱがＱｓのとき全開となる。また、第２インジェクタ２３Ｂ（ＩＮＪＢＰ）は、水素噴射量ＱがＱｓを超えたときに作動し、水素噴射量Ｑが増加するにつれてＴｉ値が高くなるように設定される。
【００６５】
例えば、水素噴射量Ｑが、水素噴射量Ｑｓ以下であるＱ１００の場合には、第１インジェクタ２３Ａのみを作動させて、第１インジェクタ２３ＡのＴｉ値（開弁時間）をＴｉ１００に設定する。また、水素噴射量Ｑが水素噴射量Ｑｓを超えるＱ２００の場合には、第１インジェクタ２３Ａと第２インジェクタ２３Ｂの双方を作動させて、第１インジェクタ２３ＡのＴｉ値（全開）をＴｉ２０１に設定し、第２インジェクタ２３ＢのＴｉ値をＴｉ２０２に設定する。つまり、第１インジェクタ２３Ａのみでは水素噴射量が不足する場合には、第１インジェクタ２３Ａと第２インジェクタ２３Ｂの双方を作動させて、必要な水素噴射量を確保する。
【００６６】
そして、ステップＳ１０５に進み、ＥＣＵ６０は、第１インジェクタ２３Ａのみを開弁時間Ｔｉ１００で作動させ、または第１インジェクタ２３Ａを開弁時間Ｔｉ２０１で作動させるとともに第２インジェクタ２３Ｂを開弁時間Ｔｉ２０２で作動させて、燃料電池スタック１０に水素を投入する。なお、第１インジェクタ２３Ａのみを用いるか、第１インジェクタ２３Ａと第２インジェクタ２３Ｂとを用いるかは、前記したように、算出された目標となる水素噴射量Ｑに基づいて決定される。
【００６７】
一方、燃料電池スタック１０の起動時においては、図４に示すように、ＥＣＵ６０は、ＩＧ５１のＯＮ信号の検知（燃料電池スタック１０の起動）後、ステップＳ２０１において、燃料電池スタック１０の停止時間を計測して、停止時間が所定時間以上であるか否かを判定する（停止時間判定手段）。なお、停止時間は、ＩＧ５１のＯＦＦ信号を検知してからＯＮ信号を検知するまでの時間（燃料電池スタック１０の発電停止時間に略等しい）である。なお、停止時間は、タイマ５２により計測される。
【００６８】
なお、停止時間が所定時間以上である場合とは、アノード流路１２とカソード流路１３に空気がそれぞれ存在している状態であり、燃料電池スタック１０を起動してアノード流路１２の入口１２ａから水素を供給したときに、アノード流路１２の入口１２ａ側と出口１２ｂ側とで、水素の濃度差が生じて、燃料電池スタック１０が高電位となる状態をいう。なお、アノード流路１２の空気は、例えば、発電停止中にカソード流路１３の空気が電解質膜を透過してきたものである。燃料電池スタック１０が高電位となるメカニズムについては後記する。
【００６９】
ステップＳ２０１において、ＥＣＵ６０は、停止時間が所定時間以上であると判定した場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ２０２に進み、停止時間が所定時間未満であると判定した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ２１２に進む。なお、ステップＳ２０２に進むことで、フィードバック制御が禁止される。
【００７０】
ステップＳ２０２において、ＥＣＵ６０は、アノード圧力Ｐａ、カソード圧力Ｐｃおよびアノード出口温度Ｔａをそれぞれ取得する。なお、アノード圧力Ｐａ、カソード圧力Ｐｃ、アノード出口温度Ｔａは、それぞれ、圧力センサ２８、圧力センサ３５、温度センサ２９によって検出される。
【００７１】
そして、ステップＳ２０３に進み、ＥＣＵ６０は、水素噴射量Ｑおよび水素連続噴射時間（連続供給時間）Ｔを算出する。
【００７２】
なお、水素噴射量Ｑは、以下の式（Ａ）および式（Ｂ）に基づいて算出される。
（Ａ）・・・Ｐｂ＝Ｐｃ＋Ｐｄｐ
（Ｂ）・・・Ｑ＝（Ｐｂ−Ｐａ）×Ｖａ／（Ｒ×（Ｔａ＋２７３．１５））
Ｐｂ  ：アノード圧力上限値
Ｐｄｐ：極間差圧の上限値
Ｖａ  ：アノード流路の体積（固定値）
Ｒ    ：ガス定数
【００７３】
また、水素連続噴射時間Ｔは、図５に示すマップに基づいて算出される（連続供給時間算出手段）。すなわち、図５のマップでは、停止時間が長くなるにつれて水素連続噴射時間Ｔが長くなるように設定される。これは、停止時間が長くなるにつれてアノード流路１２内の空気の比率が高くなるので、換言するとカソード流路１３から電解質膜を介してアノード流路１２に透過する空気の総量が多くなるので、水素連続噴射時間Ｔを長くして、アノード流路１２内の空気と水素との混合を促進する必要があるからである。なお、図５のマップは、事前の試験などにより求められる。
【００７４】
そして、ステップＳ２０４に進み、ＥＣＵ６０は、ステップＳ２０３で算出した水素噴射量Ｑと水素連続噴射時間Ｔに基づいて、時間当たりの水素噴射量（Ｑ／Ｔ）を算出する。
【００７５】
そして、ステップＳ２０５に進み、ＥＣＵ６０は、図６のマップに基づいて第１インジェクタ２３Ａ、第２インジェクタ２３Ｂの水素噴射の分配量を算出する。図６に示すように、第１インジェクタ２３Ａ（ＩＮＪＡ）は、時間当たりの水素噴射量Ｑ／Ｔが増加するにつれて水素噴射量が多くなるように設定され、時間当たりの水素噴射量Ｑ／ＴがＱｔのときに全開となる。また、第２インジェクタ２３Ｂ（ＩＮＪＢＰ）は、時間当たりの水素噴射量Ｑ／ＴがＱｔを超えたときに作動し、時間当たりの水素噴射量Ｑ／Ｔが増加するにつれて水素噴射量が高くなるように設定される。
【００７６】
すなわち、時間当たりの水素噴射量（Ｑ／Ｔ）が、Ｑｔ以下のＱ１の場合には、第１インジェクタ２３Ａのみを作動させて、第１インジェクタ２３Ａを水素噴射量Ｑ１１に設定する。また、時間当たりの水素噴射量（Ｑ／Ｔ）がＱｔを超えるＱ２の場合には、第１インジェクタ２３Ａと第２インジェクタ２３Ｂの双方を作動させて、第１インジェクタ２３Ａを水素噴射量Ｑ２２（全開）に設定し、第２インジェクタ２３Ｂを水素噴射量Ｑ２１に設定する。このように、算出された時間当たりの水素噴射量Ｑ／Ｔに基づいて、第１インジェクタ２３Ａのみを作動させるか、第１インジェクタ２３Ａと第２インジェクタ２３Ｂの双方を作動させるかを決定する。
【００７７】
そして、ステップＳ２０６に進み、ＥＣＵ６０は、遮断弁２２を開弁するとともに、エアポンプ３１を所定回転速度以上の（通常発電時よりも高い）回転速度で駆動させる。ここで、空気の供給量を増加させるのは、後記するステップＳ２１３において、パージ弁２６を開弁したときにアノード流路１２から排出されるアノードオフガスに含まれる水素を希釈するためである。
【００７８】
そして、ステップＳ２０７に進み、ＥＣＵ６０は、水素ポンプ２７を始動させるとともに第１インジェクタ２３Ａ（第１インジェクタ２３Ａおよび第２インジェクタ２３Ｂ）から水素を投入する。なお、本実施形態におけるステップＳ２０２，Ｓ２０３，Ｓ２０４，Ｓ２０５，Ｓ２０７は、インジェクタ固定駆動手段が実行する処理に相当する。
【００７９】
そして、ステップＳ２０８に進み、ＥＣＵ６０は、燃料電池スタック１０の極間差圧が閾値以上であるか否かを判定する。なお、極間差圧は、圧力センサ２８によって検出されるアノード圧力Ｐａから、圧力センサ３５によって検出されるカソード圧力Ｐｃを減算した値である。また、閾値は、極間差圧の上限値Ｐｄｐに相当する。
【００８０】
ステップＳ２０８において、ＥＣＵ６０は、極間差圧が閾値以上であると判定した場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ２０９に進み、極間差圧が閾値以上でないと判定した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ２１１に進む。
【００８１】
ステップＳ２０９において、ＥＣＵ６０は、エアポンプ３１を制御する。すなわち、第１インジェクタ２３Ａ（第１インジェクタ２３Ａおよび第２インジェクタ２３Ｂ）から水素を投入することによりアノード圧力Ｐａが高まるので、極間差圧が閾値以上である場合には、エアポンプ３１のモータの回転速度（駆動量）を高めて、アノード圧力Ｐａとカソード圧力Ｐｃとの間での圧力差（極間差圧）が拡大し過ぎないように調整する。
【００８２】
そして、ステップＳ２１０に進み、ＥＣＵ６０は、エアポンプ３１でカソード圧力Ｐｃを調整した後、極間差圧が閾値未満であるか否かを判定し、極間差圧が閾値未満であると判定した場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ２１１に進み、極間差圧が閾値未満でないと判定した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ２０９に戻る。
【００８３】
なお、本実施形態におけるステップＳ２０８，Ｓ２０９，Ｓ２１０は、起動時差圧調整手段が実行する処理に相当する。
【００８４】
ステップＳ２１１において、ＥＣＵ６０は、圧力センサ２８で検知されたアノード圧力Ｐａが所定値以上であるか否かを判定する。なお、所定値は、アノード流路１２の入口１２ａ側と出口１２ｂ側との間での水素の濃度差を解消するのに必要な圧力（目標圧力）に設定される。また、所定値は、事前の試験などに基づいて決定される。なお、圧力に限定されるものではなく、経過時間に基づいて設定してもよい。
【００８５】
ステップＳ２１１において、ＥＣＵ６０は、アノード圧力Ｐａが所定値以上ではないと判定した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ２０８の処理に戻り、アノード圧力Ｐａが所定値以上であると判定した場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ２１３に進む。
【００８６】
ステップＳ２１３において、ＥＣＵ６０は、パージ弁２６を開閉制御する。なお、パージ弁２６を第１インジェクタ２３Ａ、第２インジェクタ２３Ｂの作動開始よりも遅らせて開閉制御を開始するのは、アノード圧力Ｐａを早期に高めて、アノード流路１２の入口１２ａ側と出口１２ｂ側の水素の濃度差を早期に解消するためである。また、ここでパージ弁２６を開弁したとしても、エアポンプ３１の作動圧が通常発電時よりも高められているので、高濃度の水素が車外に排出されることはない。
【００８７】
なお、ステップＳ２１３では図示していないが、ＥＣＵ６０は、第１インジェクタ２３Ａを全開状態から、パージ弁２６の開動作に応じた開弁制御に切り替えるとともに、第２インジェクタ２３Ｂを閉弁する。つまり、ＥＣＵ６０は、パージ弁２６を開弁して排出された水素量分だけ、第１インジェクタ２３Ａから供給するように開閉制御（Ｔｉ値を制御、Ｔｉ値＜インターバル）して、アノード圧力Ｐａが一定状態を維持するように制御する。
【００８８】
そして、ステップＳ２１４に進み、ＥＣＵ６０は、起動が完了したか否かを判定する。起動が完了した場合とは、パージ弁２６を開弁（開閉）してから所定量のガスがパージ（排出）されたと判定された場合である。所定量のガスがパージされたか否かは、例えば、パージ弁２６の開弁時間などに基づいて判定することができる。
【００８９】
ステップＳ２１４において、ＥＣＵ６０は、起動が完了していないと判定した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ２０８に戻り、起動が完了したと判定した場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ２１５に進む。
【００９０】
ステップＳ２１５において、ＥＣＵ６０は、コンタクタ４５をＯＮにして（燃料電池スタック１０と外部負荷とを接続して）、燃料電池スタック１０からの発電電流の取り出しを開始する。なお、エアポンプ３１の回転速度が通常発電に必要な回転速度よりも高い場合には、通常の回転速度まで低下させる。また、燃料電池スタック１０から取り出した発電電流は、モータ４１、エアポンプ３１などの外部負荷に供給される。また、ＥＣＵ６０は、第１インジェクタ２３Ａについて、燃料電池スタック１０から取り出す発電電流の大きさに応じて開閉制御（Ｔｉ値を制御）する。
【００９１】
また、ステップＳ２０１において、ＥＣＵ６０は、停止時間が所定時間未満であると判定した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ２１２に進み、遮断弁２２を開くとともにエアポンプ３１をＯＮ（通常起動時の回転速度）にし、さらに第１インジェクタ２３Ａ（第１インジェクタ２３Ａおよび第２インジェクタ２３Ｂ）から水素を投入する。その後、ＥＣＵ６０は、ステップＳ２１３ないしＳ２１５の処理を実行する。なお、この場合には（Ｓ２０１でＮｏ）、第１インジェクタ２３Ａ（第１インジェクタ２３Ａおよび第２インジェクタ２３Ｂ）についてフィードバック制御する。
【００９２】
次に、アノード流路１２の入口１２ａ側と出口１２ｂ側との水素の濃度差によって燃料電池スタック１０の高電位状態が継続するメカニズムについて図９を参照して説明する。
図９に示すように、燃料電池スタック１０のアノード流路１２とカソード流路１３のそれぞれに空気が存在している状態（停止時間が所定時間以上）で起動する場合、アノード流路１２の入口１２ａから水素が投入されると、水素の投入初期においては、アノード流路１２の入口１２ａ側の水素濃度が高くなり、アノード流路１２の出口１２ｂ側の水素濃度が低くなり、入口１２ａ側と出口１２ｂ側とで大きな濃度差が発生する。
【００９３】
これにより、図９の（１）式に示すように、アノード流路１２の入口１２ａ側では、水素から電子が分離し、水素イオンが電解質膜を介してカソード流路１３の入口側に透過するとともに、電子がアノード流路１２の出口１２ｂ側に移動する。このとき、アノード流路１２の入口１２ａ側の電位は、ＤＨＥ（Dynamic Hydrogen Electrode）に対して０ボルトとなる。
【００９４】
また、図９の（２）式に示すように、カソード流路１３の入口側では、水素イオンおよび電子が、入口側の空気中の酸素と反応して水が生成される。このとき、カソード流路１３の入口側では、ＤＨＥに対して約１ボルトの電位が発生する。
【００９５】
また、図９の（３）式に示すように、アノード流路１２の出口１２ｂ側では、カソード流路１３の出口側から電解質膜を透過した水素イオンと、アノード流路１２の入口１２ａから受け取った電子と、アノード流路１２の出口１２ｂ側の酸素とが反応して水が生成される。このとき、アノード流路１２の出口１２ｂ側では、ＤＨＥに対して約１ボルトの電位が発生する。
【００９６】
また、図９の（４）式に示すように、カソード流路１３の出口側では、カソード（電極）に使用されている触媒（白金）から電子が乖離して白金イオンが生成される。また、図９の（５）式に示すように、カソード（電極）に含まれる炭素が、アノード流路１２の出口１２ｂ側から電解質膜を透過した生成水またはカソード流路１３の入口側からの生成水と反応して、二酸化炭素と水素イオンが生成され、このときの電子がカソード流路１３の入口側に移動する。
【００９７】
このように、燃料電池スタック１０の入口側において１ボルトの電位差が生じるので、燃料電池スタック１０の出口側においても１ボルトの電位差が生じるように、カソード流路１３の出口側では、２ボルトの電位が発生する。これにより、燃料電池スタック１０が高電位状態となる。このとき、（４）式に示す反応（触媒を腐食させる反応）および（５）式に示す反応が長く継続すること、換言すると、アノード流路１２の入口１２ａ側と出口１２ｂ側とで水素の濃度差が生じる状態が長く続くことにより、燃料電池スタック１０が高電位となる状態が続き、燃料電池スタック１０を劣化させる原因となる。このような知見により、アノード流路１２の入口１２ａ側と出口１２ｂ側との水素の濃度差をいかに早く解消できるかが重要となる。
【００９８】
また、図７に示すタイムチャートを参照して説明する。なお、以下では、第１インジェクタ２３Ａと第２インジェクタ２３Ｂの双方を作動させる場合を例に挙げて説明する。また、ここでは、第２インジェクタ２３Ｂが第１インジェクタ２３Ａよりも大流量の水素を噴射できる性能を有するものとして説明する。
【００９９】
時刻ｔ１において、ＩＧ５１の起動信号（燃料電池スタック１０の起動）を検知した場合、停止時間が所定時間以上であると判定されると（Ｓ２０１、Ｙｅｓ）、第１インジェクタ２３Ａおよび第２インジェクタ２３Ｂの制御においてフィードバック制御を禁止する処理に移行し、まず遮断弁２２を開弁するとともにエアポンプ３１（所定回転速度以上）を駆動する（Ｓ２０６）。
【０１００】
そして、時刻ｔ１から所定時間Ｔ１経過後の時刻ｔ２において、第１インジェクタ２３Ａ（ＩＮＪＡ）を連続開弁し（全開し）、第２インジェクタ２３Ｂ（ＩＮＪＢＰ）を断続開弁する。このときインターバル（駆動周期）に対する開弁時間（Ｔｉ値、開弁率）を固定した状態で第１インジェクタ２３Ａと第２インジェクタ２３Ｂを制御して水素を噴射する。つまり、第１インジェクタ２３Ａは、Ｔｉ値をインターバルと一致させることで連続開弁（全開）となる。また、第２インジェクタ２３Ｂは、Ｔｉ値をインターバルよりも短くすることで断続開弁となる。これにより、アノード圧力Ｐａが徐々に上昇し、燃料電池スタック１０の電圧（ＦＣ電圧）が上昇する。
【０１０１】
また、時刻ｔ２において、水素ポンプ２７を始動することで、アノード流路１２と、配管２６ａ，２７ａ，２７ｂ，２４ａとで構成される循環流路においてガスの流れが形成されるので、アノード流路１２内において空気と水素との混合を促進できる。なお、水素ポンプ２７を、第１インジェクタ２３Ａおよび第２インジェクタ２３Ｂを作動させる時刻ｔ２よりも前の時刻ｔ１において始動させるようにしてもよい。これにより、第１インジェクタ２３Ａ、第２インジェクタ２３Ｂからの水素供給よりも前に、循環流路に前もってガスの流れを生じさせることができるので、空気と水素との混合をより促進できる。
【０１０２】
そして、アノード圧力Ｐａが所定値（目標圧力）に達する時刻ｔ３において、パージ弁２６の開閉制御を開始する（Ｓ２１１でＹｅｓ、Ｓ２１３）。また、時刻ｔ３において、第１インジェクタ２３ＡのＴｉ値を制御して、パージ弁２６の開弁により車外に排出されるパージ量（水素量）に応じて第１インジェクタ２３Ａを断続開弁し、第２インジェクタ２３Ｂを閉弁（Ｔｉ値＝０）する。なお、パージ弁２６を第１インジェクタ２３Ａおよび第２インジェクタ２３Ｂの開弁から遅れて開閉制御したとしても、エアポンプ３１の回転速度が通常起動時よりも高く設定されているので、燃料電池車から高濃度（所定濃度）の水素が排出されることはない。
【０１０３】
そして、パージ弁２６を開閉してから所定時間が経過した時刻ｔ４において、起動が完了したと判定されると（Ｓ２１４、Ｙｅｓ）、コンタクタ４５がＯＮにされ、燃料電池スタック１０から発電電流を取り出す通常発電に移行する（Ｓ２１５）。
【０１０４】
以上説明したように、本実施形態に係る燃料電池システム１では、第１インジェクタ２３Ａおよび第２インジェクタ２３Ｂの制御において、燃料電池スタック１０の起動時にはフィードバック制御（図２参照）を行わず（フィードバック制御を禁止し）、インターバル（駆動周期）に対するＴｉ値（開弁時間）を固定した状態で水素を噴射する。したがって、発電停止中にアノード流路１２が空気で置換されてアノード流路１２とカソード流路１３にそれぞれ空気が存在している状態で燃料電池スタック１０を起動する場合、アノード流路１２内において空気と水素との混合が促進され、燃料電池スタック１０が高電位となる状態が継続するのを防止できる。これにより、燃料電池スタック１０が劣化するのを抑制することができる。
【０１０５】
ところで、図８（ｂ）の比較例に示すように、フィードバック制御によりインジェクタ（第１インジェクタ２３Ａ、第２インジェクタ２３Ｂ）を制御する場合には、燃料電池スタック１０の起動時に算出された目標のアノード圧力に対して、インターバル（駆動周期）に対する開弁時間をＴｉ１０（開弁時間）としてインジェクタを駆動すると（例えば、第１インジェクタ２３Ａと第２インジェクタ２３Ｂをそれぞれ全開に近い状態で開弁すると）、目標のアノード圧力に直ちに到達してしまい、インジェクタからの水素の供給が停止する。そして、水素の供給停止後、インジェクタの作動が再開して（インターバルに対してＴｉ１１）、水素が目標のアノード圧力となるまで供給される。このように、水素の供給が開始されて、途中で水素の供給が停止すると（水素の供給が断続的になると）、図９で説明したように、アノード流路１２の入口１２ａ側に水素が存在し、カソード流路１３の入口側に酸素が存在した状態において、アノード流路１２において空気と水素の混合が促進されなくなり、アノード流路１２の出口１２ｂ側とカソード流路１３の出口側にそれぞれ空気が存在する時間が長く続くことになり、燃料電池スタック１０が長時間高電位状態に曝されることになる。
【０１０６】
そこで、本実施形態では、図８（ａ）に示すように、燃料電池スタック１０の起動時において、フィードバック制御を禁止して、インターバル（駆動周期）に対する開弁時間を固定した状態でインジェクタ（第１インジェクタ２３Ａ、第２インジェクタ２３Ｂ）を制御することで、目標となるアノード圧力（目標圧力）までインジェクタを途中で停止させることなく連続的に動作させることができるので、アノード流路１２内において水素と空気の混合が促進され、燃料電池スタック１０が長時間高電位状態に曝されることを防止することが可能になる。なお、図８（ａ）は、第１インジェクタ２３Ａと第２インジェクタ２３Ｂを区別することなく、インターバルに対してＴｉ値を固定した状態を示すイメージ図である。
【０１０７】
すなわち、本実施形態では、第１インジェクタ２３Ａを全開で固定にするとともに（図７のＩＮＪ  Ａの時刻ｔ２〜ｔ３参照）、第２インジェクタ２３Ｂを開閉で固定し（図７のＩＮＪ  ＢＰの時刻ｔ２〜ｔ３参照）、第１インジェクタ２３Ａおよび第２インジェクタ２３Ｂから水素を供給する。その後、アノード圧力Ｐａが目標圧力に達したときに、第１インジェクタ２３Ａを全開（固定）から開閉制御に切換えて（図７のＩＮＪＡの時刻ｔ３以降参照）、パージで排出される分だけの水素を供給し、第２インジェクタ２３Ｂについては全閉とする（図７のＩＮＪＢＰの時刻ｔ３以降参照）。
【０１０８】
なお、図７の時刻ｔ２〜ｔ３における第２インジェクタ２３Ｂの開度（Ｔｉ値）については、目標圧力に応じて設定されるものであり、アノード圧力が早くに上がりすぎない開度とする。ちなみに、アノード圧力が早くに上がり過ぎると、水素の供給が断続的になり、空気と水素の混合が促進されなくなるからである。よって、第２インジェクタ２３ＢのＴｉ値に上限値を設定することで、アノード圧力が早くに上がるのを防止でき、水素を連続的に供給することができ、空気と水素との混合を促進できる。
【０１０９】
また、図８（ａ）に示すように、アノード圧力Ｐａを所定時間で所定値（目標圧力）まで上げる傾きについては、事前の試験等に基づいて決定する。ただし、燃料電池スタック１０の劣化や耐久性の観点から、燃料電池スタック１０が長時間高電位状態に曝されない値（目標圧力、所定時間）に設定する。
【０１１０】
また、本実施形態は、停止時間が所定時間以上であると判定された場合、つまりアノード流路１２とカソード流路１３にそれぞれ空気が存在している状態で燃料電池スタック１０を起動させる場合にのみ、第１インジェクタ２３Ａ（第１インジェクタ２３Ａおよび第２インジェクタ２３Ｂ）を固定値（インターバルに対するＴｉ値を固定）にて駆動させる構成を備えている。これによれば、インターバルに対する開弁時間を固定して水素を供給する必要がない場合にまで水素を連続的に供給するのを防止して、不必要(過剰)に水素を供給してしまうことを防止できる。
【０１１１】
また、本実施形態は、停止時間が長いほど水素連続噴射時間（連続供給時間）を長くする構成を備えている（図４のＳ２０３、図５参照）。これによれば、アノード流路１２の空気の比率によって水素連続噴射時間（目標圧力）を可変にするので、第１インジェクタ２３Ａや第２インジェクタ２３Ｂを不必要（無駄）に駆動時間を長くする必要がなくなり、消費電力の削減を図ることが可能になる。
【０１１２】
また、本実施形態は、燃料電池スタック１０の起動時に第１インジェクタ２３Ａ（第１インジェクタ２３Ａおよび第２インジェクタ２３Ｂ）の駆動中に閾値以上になった場合、エアポンプ３１の回転速度（駆動量）を調整して極間差圧が閾値未満となるように調整する構成を備えている。これによれば、極間差圧が過大とならないようにできるので、燃料電池スタック１０が破損するのを防止できる。
【０１１３】
本発明は、前記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。例えば、本実施形態では、燃料電池スタック１０の起動時にフィードバック制御を禁止する条件として、停止時間が所定時間以上であると判定された場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、例えば燃料電池スタック１０の凍結防止のため、発電停止中にアノード流路１２を空気（酸化剤ガス）で掃気したか否かを考慮して判定してもよい。
【０１１４】
すなわち、図示省略しているが、配管３１ａと配管２４ａとを接続するアノード掃気導入配管と、このアノード掃気導入配管を遮断する掃気導入弁と、を備え、発電停止中に掃気導入弁およびパージ弁２６を開弁して、アノード掃気導入配管を介してエアポンプ３１からの空気をアノード流路１２などを含む流路に導入して掃気した場合においても、アノード流路１２が空気で置換された状態となる。よって、このようにアノード流路１２が掃気された場合においても、燃料電池スタック１０の起動時にインターバルに対する開弁時間を固定して（フィードバック制御を禁止して）インジェクタ（第１インジェクタ２３Ａ、第２インジェクタ２３Ｂ）を駆動する処理を実行するようにしてもよい。
【０１１５】
また、本実施形態では、第１インジェクタ２３Ａと第２インジェクタ２３Ｂとを備えた場合を例に挙げて説明したが、単一のインジェクタ（例えば、第１インジェクタ２３Ａ）を備えた燃料電池システムであってもよく、または、第２インジェクタ２３Ｂを一定時間且つ一定流量流せるバルブに置き替えてもよい。
【符号の説明】
【０１１６】
１      燃料電池システム
１０    燃料電池スタック（燃料電池）
１２    アノード流路
１３    カソード流路
２３Ａ  第１インジェクタ（インジェクタ）
２３Ｂ  第２インジェクタ（インジェクタ）
２８    圧力センサ（極間差圧検出手段）
３１    エアポンプ（酸化剤ガス供給手段）
３５    圧力センサ（極間差圧検出手段）
６０  ＥＣＵ（制御部、インジェクタ固定駆動手段、停止時間判定手段、連続供給時間算出手段、起動時差圧調整手段）
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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