(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードに燃料ガスが供給されカソードに酸化剤ガスが供給されて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池で発電を行うために作動される補機と、前記燃料電池で発電した電気を蓄電する蓄電手段と、前記燃料電池の発電を停止するときに作動させる停止スイッチと、を備え、前記停止スイッチが作動されたときに、前記燃料電池のカソード系内に残存している酸素を消費して該カソード系内の酸素濃度を低下させる酸素欠乏発電を行った後に前記燃料電池の発電を停止する燃料電池システムの停止方法であって、
前記停止スイッチが作動されたときに前記蓄電手段の残容量が所定値より大きい場合には、前記酸素欠乏発電を行う前に、前記燃料電池の発電量から該発電量を得るために作動させた前記補機の消費電力を引いた値であるネット出力がマイナスになる低電力発電を行い、前記ネット出力のマイナス分を前記蓄電手段からの放電によって補うことで前記蓄電手段の残容量を前記所定値まで低下させた後に、前記酸素欠乏発電を行うことを特徴とする燃料電池システムの停止方法。
【請求項２】
アノードに燃料ガスが供給されカソードに酸化剤ガスが供給されて発電を行う燃料電池と、前記燃料電池で発電を行うために作動される補機と、前記燃料電池で発電した電気を蓄電する蓄電手段と、前記燃料電池の発電を停止するときに作動させる停止スイッチと、を備え、前記停止スイッチが作動されたときに、前記燃料電池のカソード系内に残存している酸素を消費して該カソード系内の酸素濃度を低下させる酸素欠乏発電を行った後に前記燃料電池の発電を停止する燃料電池システムの停止方法であって、
前記停止スイッチが作動されたときに前記蓄電手段の残容量が第１の所定値以上ある場合には、前記酸素欠乏発電を可変電力発電によって実行し、
前記可変電力発電は、前記燃料電池の発電量から該発電量を得るために作動させた前記補機の消費電力を引いた値であるネット出力がゼロになるように前記燃料電池の発電を制御する第１発電モードと、前記ネット出力がマイナスになるように前記燃料電池の発電を制御する第２発電モードと、前記ネット出力がプラスになるように前記燃料電池の発電を制御する第３発電モードの３つの発電モードを備え、前記第１発電モードだけ、または、前記３つの発電モードのうち少なくとも２つの発電モードで発電をすることにより、前記燃料電池のカソード系内に残存する酸素を消費して該カソード系内の酸素濃度を低下させ、前記酸素欠乏発電の終了時に蓄電手段の残容量が前記第１の所定値よりも大きい第２の所定値となるように前記可変電力発電を行うことを特徴とする燃料電池システムの停止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池システムの停止方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アノードに水素（燃料ガス）が供給されカソードに酸素（酸化剤ガス）を含む空気が供給されて発電を行う燃料電池の発電を停止する際に、カソード系に酸素を残したままにしておくと、次回起動時にアノード側に水素を供給したときにカソード側が高電位状態となることが知られている。このカソード側の高電位状態は、燃料電池を構成している固体高分子電解質膜の劣化の原因となることも知られている。
【０００３】
そのため、燃料電池の発電を停止する際には、燃料電池のカソード系内に残存する酸素を消費して酸素濃度を低下させ窒素リッチな雰囲気にするための発電、いわゆる酸素欠乏発電を行い、次回起動時にカソード側が高電位状態となるのを防止している。
例えば、特許文献１には、燃料電池のカソードから排出された空気オフガスを再びカソードへ循環させて発電を行う、いわゆる排出ガス再循環発電を行ってカソード系内を窒素リッチな雰囲気にした後に、燃料電池の発電を停止する技術が記載されている。この場合、排出ガス再循環発電によって酸素欠乏発電を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１１５３１７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、前記燃料電池では、燃料電池の発電量をグロス出力Ｗ１とし、該グロス出力Ｗ１を得るために作動させる補機（例えば、燃料電池のカソードに空気を供給するためのコンプレッサ等）の消費電力をＷ２とし、燃料電池のグロス出力Ｗ１から補機の消費電力Ｗ２を引いた電力を燃料電池のネット出力Ｗ３としたときに（Ｗ３＝Ｗ１−Ｗ２）、ネット出力Ｗ３をプラスの値にして発電するのが一般的である。
したがって、発電に必要不可欠な前記補機以外に作動させる機器がない場合には、余分な電力をバッテリに充電している。酸素欠乏発電としての前記排出ガス再循環発電でも同様であり、酸素欠乏発電をしているときにも余分な電力をバッテリに充電し、次回起動時にバッテリから持ち出せる電力量をなるべく多く確保している。
【０００６】
しかしながら、燃料電池に対して発電停止指令が発せられたときのバッテリの残容量（以下、ＳＯＣと略す場合もある）が多くあって、充電可能な空き容量が少ないときには、酸素欠乏発電によってカソード系内の酸素濃度が所望する濃度まで低下する前に、バッテリのＳＯＣが上限値に達してしまうことが起こり得る。このようにバッテリのＳＯＣが上限値に達すると充電が不可能になり酸素欠乏発電を継続することができなくなるため、燃料電池のカソード系内を十分に窒素リッチな雰囲気にすることができなくなってしまうという課題がある。
【０００７】
そこで、この発明は、燃料電池のカソード系内を確実に窒素リッチな雰囲気（換言すると酸素濃度が十分に低い雰囲気）にしてから燃料電池の発電を停止することができる燃料電池システムの停止方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る燃料電池システムの停止方法では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項１に係る発明は、アノード（例えば、後述する実施形態におけるアノード３）に燃料ガス（例えば、後述する実施形態における水素）が供給されカソード（例えば、後述する実施形態におけるカソード４）に酸化剤ガス（例えば、後述する実施形態における空気）が供給されて発電を行う燃料電池（例えば、後述する実施形態における燃料電池１）と、前記燃料電池で発電を行うために作動される補機（例えば、後述する実施形態におけるコンプレッサ７、カソード循環ポンプ１４、補機４２）と、前記燃料電池で発電した電気を蓄電する蓄電手段（例えば、後述する実施形態における高圧バッテリ４１）と、前記燃料電池の発電を停止するときに作動させる停止スイッチ（例えば、後述する実施形態におけるシステムスイッチ３１）と、を備え、前記停止スイッチが作動されたときに、前記燃料電池のカソード系内に残存している酸素を消費して該カソード系内の酸素濃度を低下させる酸素欠乏発電（例えば、後述する実施形態におけるカソード循環発電）を行った後に前記燃料電池の発電を停止する燃料電池システムの停止方法であって、
前記停止スイッチが作動されたときに前記蓄電手段の残容量が所定値（例えば、後述する実施形態における所定値Ａ）より大きい場合には、前記酸素欠乏発電を行う前に、前記燃料電池の発電量から該発電量を得るために作動させた前記補機の消費電力を引いた値であるネット出力がマイナスになる低電力発電を行い、前記ネット出力のマイナス分を前記蓄電手段からの放電によって補うことで前記蓄電手段の残容量を前記所定値まで低下させた後に、前記酸素欠乏発電を行うことを特徴とする燃料電池システムの停止方法である。
【０００９】
請求項２に係る発明は、アノード（例えば、後述する実施形態におけるアノード３）に燃料ガス（例えば、後述する実施形態における水素）が供給されカソード（例えば、後述する実施形態におけるカソード４）に酸化剤ガス（例えば、後述する実施形態における空気）が供給されて発電を行う燃料電池（例えば、後述する実施形態における燃料電池１）と、前記燃料電池で発電を行うために作動される補機（例えば、後述する実施形態におけるコンプレッサ７、カソード循環ポンプ１４、補機４２）と、前記燃料電池で発電した電気を蓄電する蓄電手段（例えば、後述する実施形態における高圧バッテリ４１）と、前記燃料電池の発電を停止するときに作動させる停止スイッチ（例えば、後述する実施形態におけるシステムスイッチ３１）と、を備え、前記停止スイッチが作動されたときに、前記燃料電池のカソード系内に残存している酸素を消費して該カソード系内の酸素濃度を低下させる酸素欠乏発電（例えば、後述する実施形態におけるカソード循環発電）を行った後に前記燃料電池の発電を停止する燃料電池システムの停止方法であって、
前記停止スイッチが作動されたときに前記蓄電手段の残容量が第１の所定値（例えば、後述する実施形態における所定値Ａ）以上ある場合には、前記酸素欠乏発電を可変電力発電によって実行し、
前記可変電力発電は、前記燃料電池の発電量から該発電量を得るために作動させた前記補機の消費電力を引いた値であるネット出力がゼロになるように前記燃料電池の発電を制御する第１発電モードと、前記ネット出力がマイナスになるように前記燃料電池の発電を制御する第２発電モードと、前記ネット出力がプラスになるように前記燃料電池の発電を制御する第３発電モードの３つの発電モードを備え、前記第１発電モードだけ、または、前記３つの発電モードのうち少なくとも２つの発電モードで発電をすることにより、前記燃料電池のカソード系内に残存する酸素を消費して該カソード系内の酸素濃度を低下させ、前記酸素欠乏発電の終了時に蓄電手段の残容量が前記第１の所定値よりも大きい第２の所定値（例えば、後述する実施形態における上限値Ｂ）となるように前記可変電力発電を行うことを特徴とする燃料電池システムの停止方法である。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に係る発明によれば、蓄電手段の残容量が所定値より大きい場合には、低電力発電を行うことによって蓄電手段の残容量を前記所定値まで低下させてから酸素欠乏発電を行うので、酸素欠乏発電によって燃料電池のカソード系内に残存する酸素を消費してカソード系内の酸素濃度を十分に低下させるまでの間に蓄電手段に充電される容量分を、蓄電手段の空き容量として酸素欠乏発電の実行前に確保することができる。その結果、酸素欠乏発電を実行したときに燃料電池のカソード系内の酸素濃度を十分に低下させることができ、カソード系内の酸素濃度を十分に低下させた状態で燃料電池の発電を停止することができるので、燃料電池システムの次回起動時にカソード側が高電位状態になるのを確実に防止することができる。これにより、燃料電池の固体高分子電解質膜の劣化を防止することができる。
また、蓄電手段の残容量を低下させるだけのために電力を消費するような本来運転する必要のない補機を無駄に運転させないで、蓄電手段の残容量を前記所定値まで低下させることができるので、不要な補機を作動させることによりユーザーに違和感を与えることや、作動時間が増大することによる補機の耐久性悪化、思わぬ補機の作動による燃料電池システムの誤作動などを抑制することができる。
【００１１】
請求項２に係る発明によれば、蓄電手段の残容量が第１の所定値以上ある場合には、酸素欠乏発電を可変電力発電によって実行するので、蓄電手段の残容量が上限値を超えないように調整しながら酸素欠乏発電を確実に遂行することができ、酸素欠乏発電の終了時点において燃料電池のカソード系内の酸素濃度を十分に低下させることができる。その結果、カソード系内の酸素濃度を十分に低下させた状態で燃料電池の発電を停止することができるので、燃料電池システムの次回起動時にカソード側が高電位状態になるのを確実に防止することができる。これにより、燃料電池の固体高分子電解質膜の劣化を防止することができる。
また、酸素欠乏発電を可変電力発電で行うことで、蓄電手段の残容量の収支を調整することができるので、酸素欠乏発電を実行している間の燃料電池の出力バラツキや外乱を吸収することができる。
酸素欠乏発電を可変電力発電によって実行するので、酸素欠乏発電の前に蓄電手段の残容量を調整する前処理が不要となり、燃料電池システムの停止処理に要する時間を短縮することができる。
また、蓄電手段の残容量を低下させるだけのために電力を消費するような本来運転する必要のない補機を無駄に運転させないで、酸素欠乏発電を適正に完了することができるので、不要な補機を作動させることによりユーザーに違和感を与えることや、作動時間が増大することによる補機の耐久性悪化、思わぬ補機の作動による燃料電池システムの誤作動などを抑制することができる。
【００１２】
なお、可変電力発電において第１〜第３発電モードのうちの少なくとも２つの発電モードで発電するということは、以下に例示する発電モードの組み合わせによって蓄電手段の残容量を所望の値に収束させることが可能ということである。
（１）第３発電モード→第１発電モード
（２）第２発電モード→第３発電モード
（３）第２発電モード→第３発電モード→第１発電モード
（４）第２発電モード→第３発電モード→第２発電モード→第３発電モード→（繰り返し）→第１発電モード
（５）第３発電モード→第２発電モード→第３発電モード→第２発電モード→（繰り返し）→第１発電モード
【００１３】
また、酸素欠乏発電の終了時に蓄電手段の残容量を前記第１の所定値よりも大きい第２の所定値とすることができるので、燃料電池システムの次回起動時の電力を十分に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明に係る燃料電池システムの停止方法を実施可能な燃料電池システムの概略構成図である。
【図２】実施形態１における燃料電池システム停止制御を示すフローチャートである。
【図３】バッテリＳＯＣが上限値Ｂの状態から前記実施形態１の燃料電池システム停止制御を実行したときのバッテリＳＯＣのタイムチャートである。
【図４】バッテリＳＯＣが所定値Ａより小さい状態から前記実施形態１の燃料電池システム停止制御を実行したときのバッテリＳＯＣのタイムチャートである。
【図５】バッテリＳＯＣが所定値Ａの状態から前記実施形態１の燃料電池システム停止制御を実行したときのバッテリＳＯＣのタイムチャートである。
【図６】バッテリＳＯＣが上限値Ｂより小さく所定値Ａより大きい状態から前記実施形態１の燃料電池システム停止制御を実行したときのバッテリＳＯＣのタイムチャートである。
【図７】実施形態２における燃料電池システム停止制御を示すフローチャートである。
【図８】バッテリＳＯＣが上限値Ｂの状態から前記実施形態２の燃料電池システム停止制御を実行したときのバッテリＳＯＣのタイムチャートである。
【図９】バッテリＳＯＣが上限値Ｂの状態から前記実施形態２の燃料電池システム停止制御を実行したときのバッテリＳＯＣの別のタイムチャートである。
【図１０】バッテリＳＯＣが上限値Ｂより小さく所定値Ａ以上の状態から前記実施形態２の燃料電池システム停止制御を実行したときのバッテリＳＯＣのタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、この発明に係る燃料電池システムの停止方法の実施形態を図１から図１０の図面を参照して説明する。
初めに、図１を参照して、この発明の実施に好適な燃料電池システムの構成を説明する。この実施形態における燃料電池システムは、燃料電池で発電した電力で走行用モータを駆動して駆動力を得る燃料電池車両に搭載されている。
【００１６】
燃料電池１は、例えば固体ポリマーイオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜２をアノード３とカソード４とで両側から挟み込んで形成されたセルを複数積層して構成されており（図示の都合上、図１では単セルのみ示す）、アノード３に燃料ガス（反応ガス）として水素を供給し、カソード４に酸化剤ガス（反応ガス）として酸素を含む空気を供給すると、アノード３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２を通過してカソード４まで移動して、カソード４で酸素と電気化学反応を起こして発電し、水が生成される。
【００１７】
空気はスーパーチャージャーなどのコンプレッサ７により所定圧力に加圧され、空気供給流路８、入口封止弁９を通って燃料電池１内の酸化剤流通路６に導入され、各セルのカソード４に供給される。燃料電池１に供給された空気は発電に供された後、燃料電池１からカソード４側の生成水と共に空気オフガスとして空気排出流路１０に排出され、出口封止弁１１、圧力制御弁１２、希釈空気流路１８を介して希釈ボックス１７へ排出される。
【００１８】
入口封止弁９よりも下流側の空気供給流路８と出口封止弁１１よりも上流側の空気排出流路１０とは空気循環流路１３によって接続されている。空気循環流路１３にはカソード循環ポンプ１４が設けられていて、カソード循環ポンプ１４を駆動することにより、燃料電池１から空気排出流路１０に排出された空気オフガスを、再び燃料電池１の酸化剤流通路６に供給することができるようになっている。すなわち、カソード循環ポンプ１４を駆動することによって、空気オフガスを燃料電池１のカソード４側に循環させることができるようになっている。
【００１９】
コンプレッサ７よりも下流側であって入口封止弁９よりも上流側に位置する空気供給流路８からは、バイパス流路１５が分岐しており、バイパス流路１５は希釈空気流路１８に接続されている。バイパス流路１５にはバイパス弁１６が設けられており、バイパス弁１６を開くと、コンプレッサ７から送出された空気の一部または全部を燃料電池１を迂回して希釈空気流路１８に流通させることができるようになっている。
【００２０】
一方、水素タンク２０から供給される水素は燃料供給流路２１を介して燃料電池１内の燃料流通路５に導入され、各セルのアノード３に供給される。燃料供給流路２１には、上流側から順に、ガス供給弁２２、遮断弁２３、レギュレータ２４、エゼクタ２５が設けられており、水素タンク２０から供給された水素はレギュレータ２４によって所定圧力に減圧されて燃料電池１の燃料流通路５に供給される。そして、消費されなかった未反応の水素は、燃料電池１からアノードオフガスとして排出され、アノードオフガス流路２６を通ってエゼクタ２５に吸引され、水素タンク２０から供給される新鮮な水素と合流し再び燃料電池１の燃料流通路５に供給される。すなわち、燃料電池１から排出されるアノードオフガスは、アノードオフガス流路２６、およびエゼクタ２５よりも下流の燃料供給流路２１を通って、燃料電池１のアノード３側を循環する。
【００２１】
アノードオフガス流路２６からは、パージ弁２７を備えたパージ流路２８が分岐しており、パージ流路２８は希釈ボックス１７に接続されている。
パージ弁２７は、燃料電池１の発電時において、通常は閉じており、所定の条件が満たされたときに開いて、アノードオフガス中に含まれる不純物（窒素、水等）をアノードオフガスとともに希釈ボックス１７へ排出する。
【００２２】
パージ流路２８を介して希釈ボックス１７に排出されたアノードオフガスは、希釈空気流路１８を介して希釈ボックス１７に流入する空気によって希釈され、希釈されたガスが希釈ボックス１７から排気管２９を介して大気に排出される。
燃料電池１は、走行用モータ（図示略）や高圧バッテリ（蓄電手段）４１に接続されるとともに、ダウンバータ４３を経由して燃料電池システムの補機４２に接続されており、燃料電池１で発電した電気を高圧バッテリ４１に充電したり、前記走行用モータや補機４２に電力を供給可能となっている。また、燃料電池１の発電量が少ないときに、その不足分を高圧バッテリ４１で補って前記走行用モータや補機４２を駆動することができるようになっている。なお、図１では説明の都合上、コンプレッサ７およびカソード循環ポンプ１４と補機４２とを別に記載しているが、コンプレッサ７およびカソード循環ポンプ１４も補機４２の一部を構成している。このほか、補機４２には、燃料電池１を冷却するための図示しない冷却水ポンプや、冷却ファン等が含まれる。
【００２３】
制御装置３０には、燃料電池システムを起動（ＯＮ）および停止（ＯＦＦ）するときにユーザーが操作するシステムスイッチ３１が接続されている。制御装置３０は、システムスイッチ３１から入力したＯＮ／ＯＦＦ信号に基づいて燃料電池システムの起動・停止を制御するとともに、燃料電池１の出力制御等、その制御内容に応じて、コンプレッサ７およびカソード循環ポンプ１４を含む補機４２、入口封止弁９、出口封止弁１１、圧力制御弁１２、バイパス弁１６、ガス供給弁２２、遮断弁２３、パージ弁２７等を制御する。
【００２４】
このように構成された燃料電池システムにおいて、システムスイッチ３１がＯＦＦ操作されたときには、燃料電池１の発電を停止する前に、燃料電池１への水素ガスの供給を継続しながら、燃料電池１のカソード系内に残存する酸素を消費して酸素濃度を低下させる酸素欠乏発電を行う。これは、酸素欠乏発電によりカソード系内の酸素濃度を零に近付けることで、次回の燃料電池システムの起動時にカソード４側が高電位状態になるのを防止し、燃料電池１の固体高分子電解質膜２の劣化を防止するためである。
【００２５】
酸素欠乏発電は、カソード循環発電や酸素リーン発電等により実行することが可能である。カソード循環発電とは、出口封止弁１１を閉じ、カソード循環ポンプ１４を駆動することにより空気オフガスを循環させながらする発電方法である。なお、入口封止弁９は開閉いずれの状態でもカソード循環発電を行うことができる。また酸素リーン発電とは、燃料電池１への供給空気量を通常の発電時よりも少なくした発電方法である。つまり、酸素リーン発電は、空気のストイキを通常の発電よりも低くした発電方法であり、これにより燃料電池１と空気排出流路１０内を窒素リッチな状態にするものである。
以下に記載する実施形態では、酸素欠乏発電をカソード循環発電により実行する態様で説明する。
【００２６】
＜実施形態１＞
次に、実施形態１における燃料電池システムの停止方法を説明する。
燃料電池１の発電量をグロス出力Ｗ１とし、該グロス出力Ｗ１を得るために作動させる補機４２の消費電力をＷ２とし、燃料電池のグロス出力Ｗ１から補機の消費電力Ｗ２を引いた電力を燃料電池のネット出力Ｗ３とする（Ｗ３＝Ｗ１−Ｗ２）。
酸素欠乏発電としてのカソード循環発電では、ネット出力がプラス値となるように反応ガス（水素および空気）の供給を制御する。したがって、酸素欠乏発電としてのカソード循環発電を行っている間は、プラス値であるネット出力分は高圧バッテリ４１に充電される。
【００２７】
酸素欠乏発電の所期の目的を達成するためには、酸素欠乏発電としてのカソード循環発電の終了時に燃料電池１のカソード系内の酸素濃度が所定値まで低下している必要がある。そのためには、酸素欠乏発電を開始する時点において、少なくとも酸素欠乏発電の間に高圧バッテリ４１に充電される充電量の分（すなわち前記プラス値のネット出力分）だけは、高圧バッテリ４１の残容量に余裕がなければならない。換言すると、酸素欠乏発電を開始する時点において、酸素欠乏発電により発生するプラス値のネット出力積算分に相当する空き容量（以下、必要空き容量と称す。）が、高圧バッテリ４１になければならない。
【００２８】
ところで、前記必要空き容量は、酸素欠乏発電を開始する時点での燃料電池１のカソード系内に残存する酸素の量から理論的に計算することが可能であり、酸素欠乏発電を開始する時点での燃料電池１のカソード系内に残存する酸素の量は、燃料電池システムのハード構成から予め既知である。したがって、燃料電池システムのハード構成が決まれば、前記必要空き容量を予め設定しておくことが可能である。
【００２９】
そこで、この実施形態１では、高圧バッテリ４１のＳＯＣの上限値Ｂ（％）から前記必要空き容量を減算して得た所定値Ａ（％）をＳＯＣの基準値として設定し、制御装置３０がシステムスイッチ３１からＯＦＦ信号を入力した時点で、高圧バッテリ４１のＳＯＣが所定値Ａより大きい場合には、酸素欠乏発電を実行する前に高圧バッテリ４１のＳＯＣを所定値Ａまで低下させる処理を行うこととした。なお、上限値Ｂは、高圧バッテリ４１の耐久性を考慮して所定の値に設定する。
【００３０】
そして、高圧バッテリ４１のＳＯＣを所定値Ａまで低下させる方法として、燃料電池１のネット出力がマイナスとなる低電力発電を行い、このネット出力のマイナス分を高圧バッテリ４１からの放電によって補うことで、燃料電池１のＳＯＣを所定値Ａまで低下させる。このようにすると、高圧バッテリ４１のＳＯＣを低下させるだけのために電力を消費するような本来運転する必要のない補機を無駄に運転させないようにすることができる。
【００３１】
低電力発電は、空気あるいは水素のストイキを低下させたり、これら反応ガスの圧力を低下させたりすることによって実行可能である。この実施形態１における低電力発電では、コンプレッサ７を低回転で駆動し、通常の発電時と同じ空気の流路を使って、通常の発電時よりも空気のストイキを低くして行う。なお、カソード循環ポンプは駆動させてもよいし、駆動させなくてもよい。
【００３２】
また、制御装置３０がシステムスイッチ３１からＯＦＦ信号を入力した時点で、高圧バッテリ４１のＳＯＣが所定値Ａより下回っている場合には、通常発電による停止時充電を行って高圧バッテリ４１のＳＯＣを所定値Ａまで引き上げてから、酸素欠乏発電を行う。この場合には、低電力発電は実行しない。
【００３３】
次に、実施形態１における燃料電池システムの停止制御について、図２のフローチャートに従って説明する。図２のフローチャートに示す燃料電池システムの停止制御ルーチンは、制御装置３０によって実行される。
まず、ステップＳ１０１においてシステムスイッチ３１がＯＦＦされたか否かを判定する。
ステップＳ１０１における判定結果が「ＮＯ」である場合には、燃料電池システムを停止する必要がないので、本ルーチンの実行を終了する。
【００３４】
ステップＳ１０１における判定結果が「ＹＥＳ」である場合には、ステップＳ１０２に進み、高圧バッテリ４１のＳＯＣが所定値Ａ（％）か否かを判定する。ここで、所定値Ａは、前述したように、高圧バッテリ４１の上限値Ｂから必要空き容量を減算したＳＯＣに相当する値である。
ステップＳ１０２における判定結果が「ＮＯ」（ＳＯＣ≠Ａ）である場合には、ステップＳ１０３に進み、高圧バッテリ４１のＳＯＣが所定値Ａ（％）より大きいか否かを判定する。
ステップＳ１０３における判定結果が「ＹＥＳ」（ＳＯＣ＞Ａ）である場合には、ステップＳ１０４に進み、低電力発電を実行する。
【００３５】
この実施形態１における低電力発電では、入口封止弁９と出口封止弁１１と圧力制御弁１２を開き、コンプレッサ７を低回転で駆動して、燃料電池１のカソード４に低圧、低流量で空気を供給し、空気のストイキを通常発電の時よりも低くして発電をすることにより、燃料電池１のネット出力をマイナスにする。このとき、このネット出力のマイナス分を高圧バッテリ４１からの放電で補うことで、ネット出力がマイナスの発電状態を維持することができることとなり、これにより高圧バッテリ４１のＳＯＣを下げることができる。
なお、コンプレッサ７の最低流量よりも少ない流量の空気を燃料電池１のカソード４に供給するときには、バイパス弁１６を開く。このようにすると、空気のストイキをさらに低くすることができる。
【００３６】
ステップＳ１０４からステップＳ１０５に進み、高圧バッテリ４１のＳＯＣが所定値Ａ以下か否かを判定する。
ステップＳ１０５における判定結果が「ＮＯ」（ＳＯＣ＞Ａ）である場合には、ステップＳ１０４に戻り、低電力発電を継続する。
ステップＳ１０５における判定結果が「ＹＥＳ」（ＳＯＣ≦Ａ）である場合には、ステップＳ１０６に進んで低電力発電を終了し、さらに、ステップＳ１０７に進んで酸素欠乏発電としてのカソード循環発電を実行する。
【００３７】
前述したように、この実施形態１では酸素欠乏発電をカソード循環発電によって行う。酸素欠乏発電としてのカソード循環発電は、入口封止弁９を開けたまま、出口封止弁１１を閉じ、バイパス弁１６を開け、カソード循環ポンプ１４とコンプレッサ７を駆動する。このカソード循環発電では、燃料電池１のネット出力がプラスとなるように空気のストイキを制御する。なお、入口封止弁９を開けてカソード循環発電を行うことで、燃料電池１内での酸素の消費分だけ新鮮な空気が導入され、酸素欠乏発電の終了時に窒素濃度が高くなり、燃料電池１のカソード系内を正圧にすることができる。
【００３８】
次に、ステップＳ１０８に進み、酸素欠乏発電が完了したか否かを判定する。具体的には、例えば、カソード系内の酸素濃度を酸素センサで検出し、該酸素濃度が所定値以下に達したときに酸素欠乏発電が完了したと判定してもよいし、酸素欠乏発電の継続時間が予め設定した所定時間に達したときに酸素欠乏発電が完了したと判定してもよい。また、酸素欠乏発電中に燃料電池から出力したディスチャージ電流を積算し、所定の積算電流量に達したときに酸素欠乏発電が完了したと判定してもよい。
ステップＳ１０８における判定結果が「ＮＯ」である場合には、ステップＳ１０７に戻り酸素欠乏発電を継続する。
【００３９】
ステップＳ１０８における判定結果が「ＹＥＳ」である場合には、ステップＳ１０９に進み、燃料電池１の発電停止処理を行い、本ルーチンの実行を終了する。燃料電池１の発電停止処理には、コンプレッサ７、カソード循環ポンプ１４の停止や、入口封止弁９、出口封止弁１１、ガス供給弁２２、遮断弁２３、パージ弁２７の閉弁等が含まれる。ここで、入口封止弁９と出口封止弁１１とを閉じることで燃料電池１のカソード系内を正圧にすることができ、燃料電池システムの停止中に燃料電池１のカソード系に空気（酸素）が進入するのを防止することができる。
【００４０】
一方、ステップＳ１０３における判定結果が「ＮＯ」（ＳＯＣ＜Ａ）である場合には、ステップＳ１１０に進み、停止時充電を行う。停止時充電は、通常時の発電と同じように反応ガス（水素および空気）の供給を制御して、燃料電池１のネット出力をプラスにし、プラスのネット出力を高圧バッテリ４１に充電する。なお、停止時充電におけるネット出力は酸素欠乏発電におけるネット出力よりも大きくする。これにより、高圧バッテリ４１への時間当たりの充電量は停止時充電の方が酸素欠乏発電よりも大きくなる。
【００４１】
この後、ステップＳ１１１に進み、高圧バッテリ４１のＳＯＣが所定値Ｃ以上か否かを判定する。なお、所定値Ｃは所定値Ａよりも若干小さい値とする（Ｃ＜Ａ）。
ステップＳ１１１における判定結果が「ＮＯ」（ＳＯＣ＜Ｃ）である場合には、ステップＳ１１０に戻り、停止時充電を継続する。
ステップＳ１１１における判定結果が「ＹＥＳ」（ＳＯＣ≧Ｃ）である場合には、ステップＳ１１２に進み、停止時充電を継続しながら、酸素欠乏発電の準備を行う。ここで、酸素欠乏発電の準備とは、燃料電池１のアノード３側の水素圧力の低減や、希釈処理等である。
酸素欠乏発電の準備としての希釈処理の内容は以下の通りである。酸素欠乏発電は燃料電池１に水素ガスを供給して行うが、コンプレッサ７から供給される空気量が少なくなるので、希釈ボックス１７での希釈が追い付かなくなる可能性がある。そこで酸素欠乏発電の準備として、バイパス弁１６を開くことにより、予め希釈ボックス１７に多くの空気を送り込んでおく希釈処理を実施することが望ましい。
【００４２】
ステップＳ１１２からステップＳ１１３に進み、高圧バッテリ４１のＳＯＣが所定値Ａ以上か否かを判定する。
ステップＳ１１３における判定結果が「ＮＯ」（ＳＯＣ＜Ａ）である場合には、ステップＳ１１２に戻る。
ステップＳ１１３における判定結果が「ＹＥＳ」（ＳＯＣ≧Ａ）である場合には、ステップＳ１１４に進み、停止時充電を終了する。
その後、ステップＳ１１４からステップＳ１０７に進んで、酸素欠乏発電を行う。このように、停止時充電の終了前に酸素欠乏発電の準備を並行して処理することにより、停止時充電終了後に直ちに酸素欠乏発電に移行することができ、停止処理時間の短縮を図ることができる。
【００４３】
一方、ステップＳ１０２における判定結果が「ＹＥＳ」である場合には、ステップＳ１０７に進み、酸素欠乏発電を実行する。つまり、ステップＳ１０２における判定結果が「ＹＥＳ」である場合は、高圧バッテリ４１のＳＯＣが所定値Ａであるので、高圧バッテリ４１を充電する必要も放電する必要もないので、低電力発電および停止時充電を実行することなく、直ちに酸素欠乏発電を実行する。
【００４４】
図３は、高圧バッテリ４１のＳＯＣが上限値Ｂのとき（ステップＳ１０３における判定がＹＥＳ）にシステムスイッチ３１がＯＦＦされた場合のシステム停止（燃料電池１の発電停止）までのタイムチャートである。この場合には、システムスイッチ３１がＯＦＦされると、低電力発電が実行され、低電力発電が行われている間、高圧バッテリ４１は放電によってＳＯＣが徐々に低下していき、高圧バッテリ４１のＳＯＣが所定値Ａに達すると、低電力発電を終了して酸素欠乏発電へと移行する。低電力発電から酸素欠乏発電への移行に伴って、高圧バッテリ４１は放電状態から充電状態に変わり、酸素欠乏発電が行われている間、高圧バッテリ４１は充電され、高圧バッテリ４１のＳＯＣが徐々に増加していく。そして、酸素欠乏発電が完了し、燃料電池１のカソード系内の酸素濃度が所定値まで低下し、カソード系内が窒素リッチな雰囲気になったとき、高圧バッテリ４１のＳＯＣはほぼ上限値Ｂとなる。
【００４５】
図４は、高圧バッテリ４１のＳＯＣが所定値Ａよりも小さいとき（ステップＳ１０３における判定がＮＯ）にシステムスイッチ３１がＯＦＦされた場合のシステム停止までのタイムチャートである。この場合には、システムスイッチ３１がＯＦＦされると、停止時充電が実行され、停止時充電が行われている間、高圧バッテリ４１は充電され、高圧バッテリ４１のＳＯＣが徐々に増加していく。そして、高圧バッテリ４１のＳＯＣが所定値Ｃに達すると酸素欠乏発電の準備が行われ、さらに、高圧バッテリ４１のＳＯＣが所定値Ａに達した時点で、停止時充電を終了して、酸素欠乏発電へと移行する。酸素欠乏発電が行われている間も高圧バッテリ４１は充電され、高圧バッテリ４１のＳＯＣが徐々に増加していく。そして、酸素欠乏発電が完了し、燃料電池１のカソード系内の酸素濃度が所定値まで低下し、カソード系内が窒素リッチな雰囲気になったとき、高圧バッテリ４１のＳＯＣはほぼ上限値Ｂとなる。なお、停止時充電の終了直前に酸素欠乏発電の準備が行われることで、水素圧および空気供給圧が酸素欠乏発電に適した圧力に調整される。
【００４６】
図５は、高圧バッテリ４１のＳＯＣが所定値Ａであるとき（ステップＳ１０２における判定がＹＥＳ）にシステムスイッチ３１がＯＦＦされた場合のシステム停止までのＳＯＣのタイムチャートである。この場合には、システムスイッチ３１がＯＦＦされると、直ちに酸素欠乏発電が実行される。つまり、この場合には、停止時充電も低電力発電も行われない。
【００４７】
ところで、前述した実施形態１では、システムスイッチ３１がＯＦＦされたときの高圧バッテリ４１のＳＯＣが所定値Ａより大きい場合にステップＳ１０４において実行する低電力発電を、該低電力発電を実行している間、常に燃料電池１のネット出力がマイナスになるように発電を制御したが、低電力発電における発電制御はこれに限るものではない。
【００４８】
例えば、図６のタイムチャートに示すように、低電力発電を実行している間、ネット出力がプラスになる発電と、ネット出力がマイナスになる発電とを組み合わせて実行することにより、高圧バッテリ４１のＳＯＣを所定値Ａに収束させるように燃料電池１の発電を制御することも可能である（後述する可変電力発電の一種）。つまり、この場合は、低電力発電を実行している全期間を総合的に見たときに、「ネット出力がマイナスになるように燃料電池１の発電を制御している」と言うことができる。このようにすると、ネット出力がマイナスになる発電が外乱などの影響により余分に実行された結果、高圧バッテリ４１のＳＯＣが所定値Ａよりも低下してしまった場合に、ネット出力がプラスになる発電を行うことで、高圧バッテリ４１のＳＯＣを所定値Ａに収束させることができる。なお、低電力発電においてネット出力をプラスにする発電を行うには、コンプレッサ７の回転数を上げて空気の供給量を増大すればよい。
【００４９】
なお、図６は、高圧バッテリ４１のＳＯＣが上限値Ｂよりは小さいが所定値Ａよりも大きいとき（ステップＳ１０３における判定がＹＥＳ）にシステムスイッチ３１がＯＦＦされた場合のシステム停止までのタイムチャートである。図６において、低電力発電の期間中、燃料電池１のネット出力がマイナスとなっているときはそのマイナス分が高圧バッテリ４１から放電され、燃料電池１のネット出力がプラスになっているときにはそのプラス分が高圧バッテリ４１に充電される。そして、高圧バッテリ４１のＳＯＣが所定値Ａに収束したときに低電力発電を終了し、酸素欠乏発電へ移行する。
【００５０】
この実施形態１における燃料電池システムの停止方法によれば、システムスイッチ３１がＯＦＦ操作された時点で、高圧バッテリ４１のＳＯＣが所定値Ａより大きい場合には、酸素欠乏発電を実行する前に低電力発電を行うことによって高圧バッテリ４１のＳＯＣを所定値Ａまで低下させ、その後に酸素欠乏発電を行うので、酸素欠乏発電によって燃料電池１のカソード系内に残存する酸素を消費してカソード系内の酸素濃度を十分に低下させるまでの間に高圧バッテリ４１に充電される容量分を、高圧バッテリ４１の空き容量として酸素欠乏発電の実行前に確保することができる。その結果、酸素欠乏発電を実行したときに燃料電池１のカソード系内の酸素濃度を十分に低下させることができ、カソード系内の酸素濃度を十分に低下させた状態で燃料電池の発電を停止することができるので、燃料電池システムの次回起動時にカソード４側が高電位状態になるのを確実に防止することができる。これにより、燃料電池１の固体高分子電解質膜２の劣化を防止することができる。
【００５１】
また、高圧バッテリ４１の残容量を低下させるだけのために電力を消費するような本来運転する必要のない補機を無駄に運転させないで、高圧バッテリ４１の残容量を所定値Ａまで低下させることができるので、不要な補機を作動させることによりユーザーに違和感を与えることや、作動時間が増大することによる補機の耐久性悪化、思わぬ補機の作動による燃料電池システムの誤作動などを抑制することができる。
ただし、低電力発電を実行しているときに、燃料電池１の発電に直接寄与しない機器であって駆動すべき機器がある場合には、該機器の運転を妨げるものではなく、高圧バッテリ４１から該機器へ電力を供給することで、高圧バッテリ４１のＳＯＣを早期に所定値Ａまで低減することも可能である。
【００５２】
＜実施形態２＞
次に、この発明の実施形態２における燃料電池システムの停止方法を説明する。
実施形態１における燃料電池システムの停止方法では、酸素欠乏発電としてのカソード循環発電において燃料電池１のネット出力を常にプラスとすることを前提としているため、酸素欠乏発電を実行する前に、高圧バッテリ４１に必要空き容量を確保する必要があり、そのために低電力発電を実行して高圧バッテリ４１のＳＯＣを所定値Ａまで下げていた。
【００５３】
これに対して、実施形態２では、酸素欠乏発電としてのカソード循環発電自体を可変電力発電とすることによって、実施形態１における低電力発電を省略する。
ここで、可変電力発電とは、燃料電池１のネット出力がゼロになるように燃料電池１の発電を制御する第１発電モードと、燃料電池１のネット出力がマイナスになるように燃料電池１の発電を制御する第２発電モードと、燃料電池１のネット出力がプラスになるように燃料電池１の発電を制御する第３発電モードの３つの発電モードを備える発電方法である。
【００５４】
この可変電力発電において、第１発電モードで発電すると、燃料電池１のネット出力がゼロとなるので、高圧バッテリ４１からの放電も高圧バッテリ４１への充電も行われない。したがって、第１発電モードで発電したときには、高圧バッテリ４１のＳＯＣを変化させないようにすることができる。
可変電力発電において、第２発電モードで発電すると、燃料電池１のネット出力がマイナスとなるので、このマイナス分を高圧バッテリ４１からの放電で補うこととなる。したがって、第２発電モードで発電したときには、高圧バッテリ４１のＳＯＣが低下していく。
可変電力発電において、第３発電モードで発電すると、燃料電池１のネット出力がプラスとなるので、このプラス分が高圧バッテリ４１へ充電されることとなる。したがって、第３発電モードで発電したときには、高圧バッテリ４１のＳＯＣが増加していく。
【００５５】
酸素欠乏発電としてのカソード循環発電を可変電力発電とした場合には、高圧バッテリ４１のＳＯＣを自由に制御しながら、燃料電池１のカソード系内の酸素濃度を低減させることができ、また、酸素欠乏発電の間および完了時における高圧バッテリ４１のＳＯＣを自由に制御することができる。
【００５６】
可変電力発電において第２発電モードで発電するときには、カソード循環ポンプ１４の回転数を上昇させて酸素濃度の低い空気オフガスの循環量を増やすとともに、コンプレッサ７の回転数を低下させて燃料電池１内への新鮮な空気の供給量を減らす。これにより空気のストイキを低くすることができ、燃料電池１のネット出力をマイナスにすることができる。この外、ネット出力をマイナスにする方法として、空気の供給圧力を低下させるという方法もある。
【００５７】
可変電力発電において第３発電モードで発電するときには、カソード循環ポンプ１４の回転数を低下させて酸素濃度の低い空気オフガスの循環量を減らすとともに、コンプレッサ７の回転数を上昇させて燃料電池１内への新鮮な空気の供給量を増やす。これにより、燃料電池１内での酸素の消費分だけ新鮮な空気が導入され、空気のストイキを高くすることができ、燃料電池１のネット出力をプラスにすることができる。この外、ネット出力をプラスにする方法としては、空気の供給圧力を増大するという方法もある。
可変電力発電において第１発電モードで発電するときには、カソード循環ポンプ１４およびコンプレッサ７の回転数を、上述した第２発電モードと第３発電モードとの中間的な回転数に調整する。これにより、燃料電池１のネット出力をゼロにすることができる。
【００５８】
次に、実施形態２における燃料電池システムの停止制御について、図７のフローチャートに従って説明する。図７のフローチャートに示す燃料電池システムの停止制御ルーチンは、制御装置３０によって実行される。
まず、ステップＳ２０１においてシステムスイッチ３１がＯＦＦされたか否かを判定する。
ステップＳ２０１における判定結果が「ＮＯ」である場合には、燃料電池システムを停止する必要がないので、本ルーチンの実行を終了する。
【００５９】
ステップＳ２０１における判定結果が「ＹＥＳ」である場合には、ステップＳ２０２に進み、高圧バッテリ４１のＳＯＣが所定値Ａ（％）以上か否かを判定する。ここで、所定値Ａは、実施形態１の場合の所定値Ａと同じであり、高圧バッテリ４１のＳＯＣの上限値Ｂ（％）から必要空き容量を減算したＳＯＣに相当する値である。
ステップＳ２０２における判定結果が「ＹＥＳ」（ＳＯＣ≧Ａ）である場合には、ステップＳ２０３に進み、酸素欠乏発電としてのカソード循環発電を可変電力発電によって実行する。
このときの酸素欠乏発電としてのカソード循環発電は、実施形態１における酸素欠乏発電としてのカソード循環発電と同様、入口封止弁９を開けたまま、出口封止弁１１を閉じ、バイパス弁１６を開け、カソード循環ポンプ１４とコンプレッサ７を駆動する。ただし、実施形態１における酸素欠乏発電としてのカソード循環発電はネット出力が常にプラスとなっていたが、実施形態２における酸素欠乏発電としてのカソード循環発電は可変電力発電で行うので、ネット出力は発電モードに応じてゼロ、マイナス、プラスのいずれかに制御される。具体的には、所望のネット出力となるような燃料電池１の電圧を算出し、その電圧になるように上記方向でカソード循環ポンプ１４およびコンプレッサ７の回転数を調整する。
次に、ステップＳ２０３からステップＳ２０４に進み、酸素欠乏発電が完了したか否かを判定する。この判定方法は実施形態１におけるステップＳ１０８の場合と同じであるので、説明を省略する。
ステップＳ２０４における判定結果が「ＮＯ」である場合には、ステップＳ２０３に戻り酸素欠乏発電を継続する。
【００６０】
ステップＳ２０４における判定結果が「ＹＥＳ」である場合には、ステップＳ２０５に進み、燃料電池１の発電停止処理を行い、本ルーチンの実行を終了する。燃料電池１の発電停止処理は、実施形態１におけるステップＳ１０９の処理と同じであるので、説明を省略する。
【００６１】
一方、ステップＳ２０２における判定結果が「ＮＯ」（ＳＯＣ＜Ａ）である場合には、ステップＳ２０６に進み、停止時充電を行う。停止時充電は、実施形態１におけるステップＳ１１０の処理と同じであるので、説明を省略する。
この後、ステップＳ２０７に進み、高圧バッテリ４１のＳＯＣが所定値Ｃ以上か否かを判定する。なお、所定値Ｃは所定値Ａよりも若干小さい値とする（Ｃ＜Ａ）。
ステップＳ２０７における判定結果が「ＮＯ」（ＳＯＣ＜Ｃ）である場合には、ステップＳ２０６に戻り、停止時充電を継続する。
ステップＳ２０７における判定結果が「ＹＥＳ」（ＳＯＣ≧Ｃ）である場合には、ステップＳ２０８に進み、停止時充電を継続しながら、酸素欠乏発電の準備を行う。酸素欠乏発電の準備は、実施形態１のステップＳ１１２における酸素欠乏発電の準備と同じであるので、説明を省略する。
【００６２】
ステップＳ２０８からステップＳ２０９に進み、高圧バッテリ４１のＳＯＣが所定値Ａ以上か否かを判定する。
ステップＳ２０９における判定結果が「ＮＯ」（ＳＯＣ＜Ａ）である場合には、ステップＳ２０８に戻る。
ステップＳ２０９における判定結果が「ＹＥＳ」（ＳＯＣ≧Ａ）である場合には、ステップＳ２１０に進み、停止時充電を終了する。
【００６３】
そして、ステップＳ２１０からステップＳ２１１に進み、酸素欠乏発電としてのカソード循環発電を実行する。この場合の酸素欠乏発電としてのカソード循環発電は、実施形態１のステップＳ１０７におけるカソード循環発電と同じである。すなわち、ステップＳ２１１におけるカソード循環発電は、燃料電池１のネット出力が常にプラスになるように発電を行う。
ステップＳ２１１からステップＳ２１２に進み、酸素欠乏発電が完了したか否かを判定する。この判定方法はステップＳ２０４の場合と同じであるので、説明を省略する。
ステップＳ２１２における判定結果が「ＮＯ」である場合には、ステップＳ２１１に戻り酸素欠乏発電を継続する。
ステップＳ２１２における判定結果が「ＹＥＳ」である場合には、ステップＳ２０５に進み、燃料電池１の発電停止処理を行い、本ルーチンの実行を終了する。
【００６４】
図８は、高圧バッテリ４１のＳＯＣが上限値Ｂのとき（ステップＳ２０２における判定がＹＥＳ）にシステムスイッチ３１がＯＦＦされた場合のシステム停止（燃料電池１の発電停止）までのタイムチャートであり、ステップＳ２０３における酸素欠乏発電としてのカソード循環発電の可変電力発電を第１発電モードで行った場合を示している。この場合、酸素欠乏発電を実行している間、燃料電池１のネット出力はゼロであるので、高圧バッテリ４１からの放電も高圧バッテリ４１への充電も行われない。したがって、この場合には、酸素欠乏発電が完了するまで、高圧バッテリ４１のＳＯＣは上限値Ｂに維持される。また、酸素欠乏発電の完了時には、燃料電池１のカソード系内の酸素濃度が所定値まで低下し、カソード系内は窒素リッチな雰囲気となる。
【００６５】
図９は、高圧バッテリ４１のＳＯＣが上限値Ｂのとき（ステップＳ２０２における判定がＹＥＳ）にシステムスイッチ３１がＯＦＦされた場合のシステム停止までのタイムチャートであり、ステップＳ２０３における酸素欠乏発電としてのカソード循環発電の可変電力発電を第２発電モードと第３発電モードと第１発電モードで行った場合を示している。
【００６６】
高圧バッテリ４１のＳＯＣが上限値Ｂのときにシステムスイッチ３１がＯＦＦされた場合には、本来ならば酸素欠乏発電を第１発電モードで行って、図８に示されるタイムチャートのように高圧バッテリ４１のＳＯＣを上限値Ｂに維持するのが好ましいのであるが、燃料電池１の出力のバラツキや外乱の入力により、必ずしも燃料電池１のネット出力をゼロにできない場合も起こり得る。
【００６７】
図９はこのような場合の一例を示したタイムチャートであり、酸素欠乏発電を開始した当初、外乱などの影響により結果的に、ネット出力がマイナスとなる第２発電モードとなった場合を示す。第２発電モードが行われている間、高圧バッテリ４１は放電によってＳＯＣが徐々に低下していく。その後、第２発電モードから第３発電モードに切り換えられ、燃料電池１のネット出力がプラスに転じ、第３発電モードが行われている間、高圧バッテリ４１は充電され、高圧バッテリ４１のＳＯＣが徐々に増加していく。そして、高圧バッテリ４１のＳＯＣが上限値Ｂとなったときに、第１発電モードに切り換えられて燃料電池１のネット出力がゼロとなり、酸素欠乏発電が完了するまで高圧バッテリ４１のＳＯＣが上限値Ｂに維持される。また、酸素欠乏発電の完了時には、燃料電池１のカソード系内の酸素濃度が所定値まで低下し、カソード系内は窒素リッチな雰囲気となる。
【００６８】
図１０は、高圧バッテリ４１のＳＯＣが上限値Ｂよりは小さいが所定値Ａよりも大きいとき（ステップＳ２０２における判定がＹＥＳ）にシステムスイッチ３１がＯＦＦされた場合のシステム停止までのタイムチャートである。
酸素欠乏発電を開始した当初は第３発電モードが実行され、第３発電モードが行われている間、高圧バッテリ４１は充電され、高圧バッテリ４１のＳＯＣが徐々に増加していく。そして、高圧バッテリ４１のＳＯＣが上限値Ｂ近くになったときに、外乱などの影響により結果的に、ネット出力がマイナスとなる第２発電モードとなった場合を示している。第２発電モードが行われている間、高圧バッテリ４１は放電によってＳＯＣが徐々に低下していく。その後、第２発電モードから第３発電モードに切り換えられ、燃料電池１のネット出力がプラスに転じ、第３発電モードが行われている間、高圧バッテリ４１は充電され、高圧バッテリ４１のＳＯＣが徐々に増加していく。そして、高圧バッテリ４１のＳＯＣが上限値Ｂとなったときに、第１発電モードに切り換えられて燃料電池１のネット出力がゼロとなり、酸素欠乏発電が完了するまで高圧バッテリ４１のＳＯＣが上限値Ｂに維持される。また、酸素欠乏発電の完了時には、燃料電池１のカソード系内の酸素濃度が所定値まで低下し、カソード系内は窒素リッチな雰囲気となる。
【００６９】
この実施形態２における燃料電池システムの停止方法によれば、システムスイッチ３１がＯＦＦ操作された時点で、高圧バッテリ４１のＳＯＣが所定値Ａ以上ある場合には、酸素欠乏発電を可変電力発電によって実行するので、酸素欠乏発電の終了時点において燃料電池１のカソード系内の酸素濃度を十分に低下させることができる。その結果、カソード系内の酸素濃度を十分に低下させた状態で燃料電池１の発電を停止することができるので、燃料電池システムの次回起動時にカソード４側が高電位状態になるのを確実に防止することができる。これにより、燃料電池１の固体高分子電解質膜２の劣化を防止することができる。
また、可変電力発電を行うことで、高圧バッテリ４１のＳＯＣの収支を調整することができるので、酸素欠乏発電を実行している間の燃料電池１のネット出力のバラツキや外乱を吸収することができる。
実施形態２では、酸素欠乏発電を可変電力発電によって実行するので、酸素欠乏発電の前に蓄電手段の残容量を調整する前処理が不要となり、燃料電池システムの停止処理に要する時間を短縮することができる。
【００７０】
また、高圧バッテリ４１のＳＯＣを低下させるだけのために電力を消費するような本来運転する必要のない補機を無駄に運転させないで、酸素欠乏発電を適正に完了することができるので、不要な補機を作動させることによりユーザーに違和感を与えることや、作動時間が増大することによる補機の耐久性悪化、思わぬ補機の作動による燃料電池システムの誤作動などを抑制することができる。
ただし、可変電力発電を実行しているときに、燃料電池１の発電に直接寄与しない機器であって駆動すべき機器がある場合には、該機器の運転を妨げるものではなく、高圧バッテリ４１から該機器へ電力を供給することで、高圧バッテリ４１のＳＯＣを早期に所定値Ａまで低減することも可能である。
【００７１】
また、酸素欠乏発電の終了時に高圧バッテリ４１のＳＯＣを所定値Ａよりも大きい上限値Ｂとすることができるので、燃料電池システムの次回起動時の電力を十分に確保することができる。
【００７２】
〔他の実施形態〕
なお、この発明は前述した実施形態に限られるものではない。
例えば、蓄電手段はバッテリに限るものではなく、キャパシタで構成してもよい。
各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である
【符号の説明】
【００７３】
Ａ…所定値（第１の所定値）
Ｂ…上限値（第２の所定値）
１…燃料電池
３…アノード
４…カソード
７…コンプレッサ（補機）
１４…カソード循環ポンプ（補機）
３１…システムスイッチ（停止スイッチ）
４１…高圧バッテリ（蓄電手段）
【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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【図１０】
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