(57)【要約】燃料電池に対する要求発電量が所定発電量より小さい場合に燃料電池からの出力を停止する停止処理を実施し、停止処理期間中に酸化剤の供給を実施する燃料電池システムにおいて、停止処理期間中に、予め設定され、かつ酸化剤極で二酸化炭素が発生しない基本供給間隔で、燃料極への燃料ガスの間欠的な供給を実施する。
2012176528.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池に対する要求発電量が所定発電量より小さい場合に燃料電池からの出力を停止する停止処理を実施し、
停止処理期間中に酸化剤の供給を実施する燃料電池システムにおいて、
前記停止処理期間中に、予め設定され、かつ、酸化剤極で二酸化炭素が発生しない基本供給間隔で、燃料極への燃料ガスの間欠的な供給を実施する燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記基本供給間隔を補正する供給間隔補正手段と、
前記燃料電池の温度を検出する温度手段と、
を備え、
前記供給間隔補正手段は、前記燃料電池の温度が高いほど供給間隔が短くなるよう前記基本供給間隔を補正する燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記基本供給間隔を補正する供給間隔補正手段と、
前記燃料電池の内部の湿潤状態を検出する手段と、
を備え、
前記供給間隔補正手段は、前記燃料電池が湿潤しているほど供給間隔が短くなるよう前記基本供給間隔を補正する燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記基本供給間隔を補正する供給間隔補正手段と、
前記停止処理の継続時間を検出する手段と、
を備え、
前記供給間隔補正手段は、前記停止処理の継続時間が長くなるほど供給間隔が短くなるよう前記基本供給間隔を補正する燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記基本供給間隔を補正する供給間隔補正手段と、
前記燃料電池のセル電圧、セル群電圧または総電圧を検出する手段と、
を備え、
前記供給間隔補正手段は、前記セル電圧、セル群電圧、または総電圧が高いほど供給間隔が短くなるよう前記基本供給間隔を補正する燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記基本供給間隔で間欠的に実施する燃料ガス供給の単位時間当たりの供給流量が、予め設定され、かつ酸化剤極で二酸化炭素が発生しない基本供給流量である燃料電池システム。
【請求項７】
請求項６に記載の燃料電池システムにおいて、
前記基本供給流量を補正する供給流量補正手段と、
前記燃料電池の温度を検出する温度手段と、
を備え、
前記供給流量補正手段は、前記燃料電池の温度が高いほど供給流量が多くなるよう前記基本供給流量を補正する燃料電池システム。
【請求項８】
請求項６に記載の燃料電池システムにおいて、
前記基本供給流量を補正する供給間隔補正手段と、
前記燃料電池の内部の湿潤状態を検出する手段と、
を備え、
前記供給流量補正手段は、前記燃料電池が湿潤しているほど供給流量が多くなるよう前記基本供給流量を補正する燃料電池システム。
【請求項９】
請求項６に記載の燃料電池システムにおいて、
前記基本供給流量を補正する供給流量補正手段と、
前記停止処理の継続時間を検出する手段と、
を備え、
前記供給流量補正手段は、前記停止処理の継続時間が長くなるほど供給流量が多くなるよう前記基本供給流量を補正する燃料電池システム。
【請求項１０】
請求項６に記載の燃料電池システムにおいて、
前記基本供給流量を補正する供給流量補正手段と、
前記燃料電池のセル電圧、セル群電圧または総電圧を検出する手段と、
を備え、
前記供給流量補正手段は、前記セル電圧、セル群電圧、または総電圧が高いほど供給流量が多くなるよう前記基本供給流量を補正する燃料電池システム。
【請求項１１】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記基本供給間隔で間欠的に実施する燃料ガス供給の１回当たりの供給時間が、予め設定された酸化剤極での二酸化炭素の発生を抑制し得る基本供給時間である燃料電池システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記基本供給時間を補正する供給時間補正手段と、
前記燃料電池の温度を検出する温度手段と、
を備え、
前記供給時間補正手段は、前記燃料電池の温度が高いほど供給時間が長くなるよう前記基本供給流量を補正する燃料電池システム。
【請求項１３】
請求項１１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記基本供給時間を補正する供給時間補正手段と、
前記燃料電池の内部の湿潤状態を検出する手段と、
を備え、
前記供給時間補正手段は、前記燃料電池が湿潤しているほど供給時間が長くなるよう前記基本供給時間を補正する燃料電池システム。
【請求項１４】
請求項１１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記基本供給時間を補正する供給時間補正手段と、
前記停止処理の継続時間を検出する手段と、
を備え、
前記供給時間補正手段は、前記停止処理の継続時間が長くなるほど供給時間が長くなるよう前記基本供給時間を補正する燃料電池システム。
【請求項１５】
請求項１１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記基本供給時間を補正する供給時間補正手段と、
前記燃料電池のセル電圧、セル群電圧または総電圧を検出する手段と、
を備え、
前記供給時間補正手段は、前記セル電圧、セル群電圧、または総電圧が高いほど供給時間が長くなるよう前記基本供給流量を補正する燃料電池システム。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
燃料極内の圧力が所定値を超えた場合に、前記停止処理期間中の燃料ガスの供給を禁止する燃料電池システム。
【請求項１７】
請求項１から１６のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
燃料極から排出される排燃料ガスを燃料ガス供給通路へ再循環させずに排気するアノード系デッドエンドシステムである燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池への燃料ガスの供給制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池の制御として、燃料電池に対する要求発電量が所定発電量より小さい場合に、燃料電池への燃料ガス及び酸化ガスの供給を停止して燃料電池からの出力を停止する停止処理、いわゆるアイドルストップが知られている。【０００３】
アイドルストップの状態から再び燃料電池を稼働させる場合には、燃料ガス及び酸化ガスの供給の再開から、電気化学反応が開始されて電圧が要求電圧まで昇圧するのに相当の時間を要する。このため、燃料電池を車両の駆動源として使用する場合には、アイドルストップ中にアクセルペダルが踏みこまれても、直ちには要求された電力を出力できない。このような応答性の低さがドライバビリティを低下させる要因となっていた。そこでＪＰ４１８２７３２では、アイドルストップ中に、要求電力に関わらず、応答性確保のために燃料ガスまたは酸化ガスを所定のタイミングで供給している。【０００４】
ところで、燃料ガスと酸化ガスの供給を停止しても、燃料電池内に残存している燃料ガスと酸化ガスは電解質膜を透過するため化学反応を継続する。そして、透過した燃料ガスと酸化ガスの化学反応によって燃料ガスが消費されるとアノード内圧力が低下し、アイドルストップ中に酸素が電解質膜を透過してアノード側にクロスリークする。その結果、アノード内に酸素が偏在した状態（以下、ガス偏在という）が生じる。偏在が増大すると、燃料電池の稼働を再開して燃料ガス及び酸化ガスを供給したときに、アノード内に偏在する酸素によって水素フロントが形成され、結果的に電極触媒の劣化を招く。具体的には、カソード内で、電極触媒としての白金を担持しているカーボンが電気化学反応によって生成された水と反応することで二酸化炭素に変化してしまい、カーボンに担持されていた白金が溶出して触媒機能が低下してしまう。【０００５】
このような水素フロントによる電極触媒の劣化を防止するために、ＪＰ４４３２３１２では、アイドルストップ中にガス偏在が検出されたら、燃料ガスを供給している。なお、ガス偏在の検出は、アノード内の圧力や濃度、電極電位等をセンサで検出し、その検出値に基づいて行っている。
【発明の概要】
【０００６】
圧力センサ等は、一つではアノード内全体の状態は検出できるが局所的な状態を検出することはできない。一方、ガス偏在は局所的に生じるものである。したがって、ＪＰ４４３２３１２のように圧力センサ等でガス偏在を検出することは難しい。圧力センサ等で検出しようとするならば、多数のセンサを配置することとなり、コストやレイアウトの観点から現実的ではない。
【０００７】
一方、ＪＰ４１８２７３２のようにアイドルストップ中に燃料ガスとしての水素を供給すれば、酸素のクロスリークを防止して水素フロントの形成を防止できるので、電極触媒の劣化を防止できるようにも思われる。しかし、ＪＰ４１８２７３２では、アイドルストップからの復帰時における応答性確保の観点から設定したタイミングでアイドルストップ中に燃料ガスを供給しているので、水素フロントが形成されて電極触媒が劣化するおそれがある。
【０００８】
そこで、本発明では、圧力センサ等を用いることなく、アイドルストップによる電極触媒の劣化を抑制しうる装置を提供することを目的とする。
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明は、燃料電池に対する要求発電量が所定発電量より小さい場合に燃料電池からの出力を停止するアイドルストップを実施し、アイドルストップ中に酸化剤の供給を実施する。さらに、アイドルストップ中に、予め設定され、かつ酸化剤極で二酸化炭素が発生しない基本供給間隔で、燃料極への燃料ガスの間欠的な供給を実施する。
【００１０】
この発明の詳細並びに他の特徴や利点は、明細書の以降の記載の中で説明されるとともに、添付された図面に示される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は本発明の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２Ａ】図２Ａは通常運転中の単セルの断面を示した図である。
【図２Ｂ】図２Ｂはアイドルストップ中の単セルの断面を模式的に示した図である。
【図３】図３は電極触媒の劣化について説明するための単セルの断面図である。
【図４】図４は第１実施形態でコントローラが実行するアイドルストップ中の水素供給用の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】図５は第１実施形態でコントローラが実行する供給間隔補正用のサブルーチンである。
【図６】図６は水素供給タイミングの一例を示すタイムチャートである。
【図７】図７は水素の供給間隔とカソードでの二酸化炭素発生量との関係を示す図である。
【図８】図８は燃料電池温度と供給間隔補正係数との関係を示すマップである。
【図９】図９は湿潤度と供給間隔補正係数との関係を示すマップである。
【図１０】図１０はアイドルストップ継続時間と供給間隔補正係数との関係を示すマップである。
【図１１】図１１はアイドルストップ継続時間に応じて補正した場合の供給間隔のタイムチャートである。
【図１２】図１２は燃料電池電圧と供給間隔補正係数との関係を示すマップである。
【図１３】図１３は燃料電池電圧に応じて補正した場合のタイムチャートである。
【図１４】図１４は第２実施形態でコントローラが実行するアイドルストップ中の水素供給用の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１５】図１５は第２実施形態でコントローラが実行する供給流量補正用のサブルーチンである。
【図１６】図１６は水素の供給流量とカソードでの二酸化炭素発生量との関係を示す図である。
【図１７】図１７は燃料電池温度と供給流量補正係数との関係を示すマップである。
【図１８】図１８は湿潤度と供給流量補正係数との関係を示すマップである。
【図１９】図１９はアイドルストップ継続時間と供給流量補正係数との関係を示すマップである。
【図２０】図２０はアイドルストップ継続時間に応じて補正した場合の供給間隔のタイムチャートである。
【図２１】図２１は燃料電池電圧と供給流量補正係数との関係を示すマップである。
【図２２】図２２は燃料電池電圧に応じて補正した場合のタイムチャートである。
【図２３】図２３は第３実施形態でコントローラが実行するアイドルストップ中の水素供給用の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図２４】図２４は第３実施形態でコントローラが実行する供給時間補正用のサブルーチンである。
【図２５】図２５は水素の供給時間とカソードでの二酸化炭素発生量との関係を示す図である。
【図２６】図２６は燃料電池温度と供給時間補正係数との関係を示すマップである。
【図２７】図２７は湿潤度と供給時間補正係数との関係を示すマップである。
【図２８】図２８はアイドルストップ継続時間と供給時間補正係数との関係を示すマップである。
【図２９】図２９はアイドルストップ継続時間に応じて補正した場合の供給流量のタイムチャートである。
【図３０】図３０は燃料電池電圧と供給時間補正係数との関係を示すマップである。
【図３１】図３１は燃料電池電圧に応じて補正した場合のタイムチャートである。
【図３２】図３２はアイドルストップ中に水素を供給したときのアノード内圧力のタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１実施形態）
図１は本発明の実施形態に係る燃料電池システムの全体構成図である。この燃料電池システムは、電動モータにより駆動する電動車両に搭載される。
【００１３】
燃料電池システムは、燃料電池スタック１と、燃料ガスとしての水素ガスを貯蔵する水素タンク１０１と、酸化ガスとしての空気を供給するためのコンプレッサブロア２０１と、本システムを制御するコントローラ４００と、を含む。
【００１４】
燃料電池スタック１は、公知の燃料電池スタックと同様の構成である。つまり、燃料電池の基本単位であるセルの積層体であって、各セルは、両面に触媒層を形成した電解質膜を挟むように、燃料極と酸化剤極とを配置した構成である。触媒層は、カーボンが電極触媒としての白金を担持する構成である。
【００１５】
水素タンク１０１内の水素は、水素供給配管１０２を通り、水素系圧力調整弁１０８によって所望の圧力まで減圧されて燃料電池スタック１の燃料極（以下、アノード１Ａという）に供給される。
【００１６】
水素系圧力調整弁１０８は、燃料電池スタック１へ供給する水素流量を調整することによって圧力を調整する。なお、水素供給配管１０２の水素系圧力調整弁１０８と燃料電池スタック１の間には、水素系圧力センサ１０９が介装される。コントローラ４００は、水素系圧力センサ１０９の検出値が所望の圧力になるように、水素系圧力調整弁１０８を制御する。燃料電池スタック１内での電気化学反応に必要な水素量に対して余分に供給された水素ガスやその他の不純物等といったアノード１Ａからの排気（以下、アノードオフガスという）は水素排気配管１０５へ流出する。水素排気配管１０５には排水素パージ弁１０６が介装されており、排水素パージ弁１０６を開弁すると、水素排気配管１０５からシステム外部へアノードオフガスが排気される。
【００１７】
なお、図１のシステムは、水素排気配管１０５から水素供給配管１０２へのアノードオフガスの循環を行わない、いわゆるアノード系デッドエンドシステムである。
【００１８】
コンプレッサブロア２０１で圧送された空気は、空気供給配管２０２を通って燃料電池スタック１の酸化剤極（以下、カソードという）に供給される。なお、空気供給配管２０２には、空気系圧力センサ２０３が介装される。供給された空気は、燃料電池スタック１での電気化学反応で消費された後、空気排気配管２０４に流出し、空気系背圧調整弁２０５で所望の圧力に調整されて、システム外部へ排気される。空気系背圧調整弁２０の制御は、コントローラ４００が空気系圧力センサ２０３の検出値に基づいて行う。
【００１９】
コントローラ４００は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ４００を複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。
【００２０】
また、燃料電池システムは、発電によって発生した熱を除去するための冷却システムを備える。冷却システムは、冷却水系配管３０２と、冷却水系配管３０２に介装した冷却水ポンプ３０１及びラジエータ３０３を含む。冷却水ポンプ３０１で圧送された冷却水は、燃料電池スタック１を通過することで燃料電池スタック１の熱を吸収し、冷却水系配管３０２を通ってラジエータ３０３で排熱し、再び冷却水ポンプ３０１で燃料電池スタック１に圧送される。
【００２１】
水素系圧力調整弁１０８、空気系背圧調整弁２０５の他に、コンプレッサブロア２０１、冷却水ポンプ３０１、及び排水素パージ弁１０６も、コントローラ４００により行われる。
【００２２】
燃料電池スタック１の電圧は、セル電圧センサ２の検出値に基づいて算出する。セル電圧センサ２は、単セルまたは複数の単セルからなるセル群の電圧を検出するものである。したがって、燃料電池スタック１が単セルをどれだけ積層したものかがわかっていれば、セル電圧センサ２の検出値から、燃料電池スタック１全体の電圧を推定することができる。
【００２３】
なお、燃料電池スタック１の積層方向両端の電位差を検出することによって、燃料電池スタック１全体の電圧を直接的に検出してもよい。
【００２４】
コントローラ４００には、燃料電池スタック１の温度（以下、燃料電池温度という）を検出する温度センサ３と、アノード側の圧力を検出する圧力センサ４の検出値も読み込まれる。
【００２５】
上記のような構成の燃料電池システムにおいて、コントローラ４００は、運転状態から定まる要求発電量が予め設定した所定発電量より小さい場合には、燃料電池スタック１からの出力を停止するアイドルストップを実施する。具体的には、燃料電池スタック１への水素及び空気の供給を停止し、燃料電池スタック１からの出力の取り出しを停止する。
【００２６】
アイドルストップ中に、例えば運転者がアクセルペダルを踏み込んだ場合のように、要求発電量が増大して所定の要求発電量を超えると、コントローラ４００は燃料電池システムを再稼働する。しかし、燃料電池システムの再稼働が決定し、水素及び空気の供給を再開してから、電気化学反応が再開して電圧が目標電圧まで昇圧するのに時間を要する。特に、アイドルストップ時間が長く、燃料電池スタック１内の水素残量と酸素残量が少なくなっている状態から再稼働する場合には、相当の時間を要する。すなわち、電動車両においてアイドルストップ中に運転者のアクセルペダル踏み込むに応じて再稼働する場合に、目標電圧に達するまでの間はアクセルペダル踏み込み量に応じた出力を発生することができず、応答性が低下してしまう。
【００２７】
そこで、このような応答性の低下を回避するために、アイドルストップ中にコンプレッサブロア２０１を間欠または連続的に稼働させて、単セル当たりの電圧を所望電圧、例えば０．６Ｖ以上、に維持する方法が公知となっている。
【００２８】
ところで、アイドルストップを実施すると、アノード１Ａ側に酸素がクロスリークしてガス偏在が生じる。ここで、ガス偏在について説明する。
【００２９】
図２（Ａ）は通常運転中の単セルの断面を、図２（Ｂ）はアイドルストップ中の単セルの断面を模式的に示した図である。
【００３０】
通常運転中は、図２（Ａ）に示すように、電解質膜を挟んでアノード１Ａには水素Ｈ２が、カソードには酸素Ｏ２が存在する。なお、Ｎ２はコンプレッサブロア２０１により圧送された空気中に含まれている窒素である。アノード１Ａ側にある窒素Ｎ２は、カソードに供給された空気中の窒素Ｎ２が電解質膜を透過してアノード１Ａ側に侵入したものである。
【００３１】
このように通常運転状態からアイドルストップのために水素と空気の供給を停止すると、カソードからアノード１Ａ側に電解質膜を透過してくる酸素が下流に流されることなく滞留することで、ガス偏在が生じる。
【００３２】
図３は、単セルの断面図であり、ガス偏在が生じている状態で燃料電池システムを再起動した場合に生じる、電極触媒の劣化について説明するための図である。
【００３３】
燃料電池は電解質膜１Ｂをアノード１Ａとカソード１Ｃとによって挟み、アノード１Ａに水素を含有するアノードガス（燃料ガス）、カソード１Ｃに酸素を含有するカソードガス（酸化剤ガス）を供給することによって発電する。アノード１Ａ及びカソード１Ｃの両電極において進行する電極反応は以下の通りである。
【００３４】
アノード電極 ： ２Ｈ2 →４Ｈ+ ＋４ｅ- …(１)
カソード電極 ： ４Ｈ+ ＋４ｅ- ＋Ｏ2 →２Ｈ2Ｏ …(２)
【００３５】
この（１）、（２）の電極反応によって燃料電池は１ボルト程度の起電力を生じる。
【００３６】
このような燃料電池を自動車用動力源として使用する場合には、要求される電力が大きいため、数百枚の燃料電池を積層した燃料電池スタック１として使用する。そして、燃料電池スタック１にアノードガス及びカソードガスを供給する燃料電池システムを構成して、車両駆動用の電力を取り出す。
【００３７】
燃料電池システムを起動して、アノード１Ａ側の流路にアノードガスを供給すると、上流側にアノードガスが存在し、下流側にカソードガスが存在する状態となる。そうすると、アノード１Ａで局部電池が形成されて、カソード１Ｃの触媒層のカーボンが劣化することがある。このようなカーボン劣化は、単セル２０の出力を低下させる原因となる。
【００３８】
図３に示すように、アノードガス側にカソードガスが存在する状態で燃料電池システムを起動して、アノード１Ａ側にアノードガスを供給すると、アノードガスの流路の上流にアノードガスが存在し、下流にカソードガスが存在する状態となる。つまり、アノードガスの流路のなかで、アノードガスとカソードガスとの境界面（水素フロント）が存在する状態となる。
【００３９】
そうすると、単セルの上流側では通常の電池が形成されて、前述した（１）式及び（２）式の反応が起こる。
【００４０】
一方で、アノードガスの流路の下流にカソードガスが存在する状態では、アノードガスの流路の上流をアノード、下流をカソードとした局部電池がアノード側に形成されることになる。これにより、単セルの下流側では、（１）式で発生した電子を消費するために、アノードで以下の（３）式の反応が起こり、その結果、カソード１Ｃで以下の（４）式の反応が起こる。
【００４１】
アノード電極（下流側） ： ４Ｈ+ ＋４ｅ- ＋Ｏ2 →２Ｈ2Ｏ …(３)
カソード電極（下流側） ： Ｃ＋２Ｈ2Ｏ→４Ｈ+ ＋４ｅ- ＋ＣＯ2 …(４)
【００４２】
このようにして、カソード１Ｃの下流側でカーボンが二酸化炭素になる酸化反応（（４）式の反応）が生じるため、白金等の電極触媒を担持しているカーボン担体の腐食が起こり、触媒が劣化するのである。
【００４３】
このような触媒の劣化を防止するためには、ガス偏在を抑制する必要がある。そして、ガス偏在を抑制するために、アイドルストップ中に水素をアノード１Ａ側に供給する方法が知られている。この方法によれば、アノード１Ａにクロスリークした酸素が水素と反応することで消費されるため、ガス偏在が解消される。
【００４４】
水素を供給する場合、供給するタイミングと供給量を設定する必要がある。例えば、アイドルストップからの再起動時の応答性を確保する目的で、スタック電圧が低下したタイミング等でアイドルストップ中に水素供給する技術が知られている。しかし、そのようなタイミングでは、酸素のクロスリーク量に対して供給した水素が不足する場合が生じ得る。この場合には酸素を電気化学反応で消費しきれず、ガス偏在を抑制できない。これとは逆に、酸素のクロスリーク量に対して水素の供給量が過剰となり、水素を無駄に消費することになる場合も生じ得る。すなわち、ガス偏在を抑制するためには、適切なタイミングで適切な量の水素を供給することが重要である。特に、応答性確保の観点から供給量が定まる場合等には、それをどのタイミングで供給するかが重要となる。
【００４５】
そこで、本実施形態では、ガス偏在を抑制するために以下に説明する制御を実施する。
【００４６】
図４は、コントローラ４００が実行するアイドルストップ中の水素供給用の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、例えば１０ミリ秒程度の間隔で繰り返し実行する。
【００４７】
本制御ルーチンでは、図６に示すように、水素を間欠的に供給することで流路内に脈動を生成し、偏在する酸素を攪拌して反応性を高める。図６は縦軸が水素の単位時間当たりの流量、横軸が時間である。なお、１回あたりの水素供給量、つまり時間当たりの流量とそれを維持する時間の積は、上述した応答性を確保するために水素供給する場合の供給量と同じとする。供給間隔については後述する。
【００４８】
ステップＳ１００で、コントローラ４００は、アノード側の圧力が予め設定した閾値以下であるか否かを判定する。アノード１Ａ内圧力は、水素系圧力センサ１０９の検出値を読み込む。アノード１Ａ内圧力が閾値以下の場合は、ステップＳ１１０の処理を実行する。アノード１Ａ内圧力が閾値より高い場合には、ステップＳ１３０で水素の供給を禁止する。これは、水素を供給することでアノード１Ａ側の圧力が上昇し、アノード１Ａ側とカソード１Ｃ側の圧力差によって電解質膜が劣化することを防止するためである。したがって、本実施形態を適用する電解質膜毎に、実験等により劣化を防止し得る圧力差を求め、これを閾値として設定する。
【００４９】
なお、図３２のタイムチャートに示すように、水素供給によって圧力は上昇するが、その後、酸素との電気化学反応が進むにつれて圧力は低下する。そして、次の水素供給が実施されると再び圧力上昇する。この圧力上昇と低下を繰り返しながら、アノード内圧力は徐々に上昇する。
【００５０】
ステップＳ１１０で、コントローラ４００は、後述するサブルーチンにしたがって水素の供給間隔を設定する。本制御ルーチンでは、基本的な供給間隔（以下、基本供給間隔という）は実験等により予め設定しておく。例えば、カソード１Ｃでの二酸化炭素発生量をモニタしながら供給間隔を変化させ、二酸化炭素が発生しない上限の供給間隔を供給間隔上限値とし、この供給間隔上限値以下に設定する。ここで、カソードでの二酸化炭素発生量をモニタするのは、ガス偏在があれば前述した（４）式で示す反応により、カソード側で二酸化炭素が発生するからである。つまり、カソード側での二酸化炭素発生量に基づいて、ガス偏在の有無を判断できるからである。なお、二酸化炭素発生量は、カソードからの二酸化炭素排出量を検出することで把握できる。
【００５１】
図７は、水素の供給間隔とカソードでの二酸化炭素発生量との関係を示す図である。縦軸は二酸化炭素発生量、横軸は供給間隔である。図６に示すように、供給間隔がＴｉｎｔ１以下であれば二酸化炭素は発生しないが、供給間隔がＴｉｎｔを超えると、供給間隔が長くなるほど二酸化炭素発生量が多くなる。したがって、基本供給間隔を例えばＴｉｎｔ１以下に設定する。
【００５２】
なお、二酸化炭素発生量と供給間隔との関係は、電解質膜の仕様毎に異なるので、適用する電解質膜ごとに実験を行って設定する。
【００５３】
ステップＳ１１０のサブルーチンでは、上記の作業により予め設定した基本供給間隔を、以下に説明するいずれかの実施例のように補正し、これを供給間隔として設定する。
【００５４】
（実施例１）
図５は、ステップＳ１１０でコントローラ４００が実行する供給間隔補正用のサブルーチンである。
【００５５】
ステップＳ２００で、コントローラ４００は燃料電池温度を読み込む。燃料電池温度は、温度センサ３で直接検出してもよいし、冷却水の温度や外気温等から推定してもよい。
【００５６】
ステップＳ２１０で、コントローラ４００は、図８に示すマップを用いて、燃料電池温度に基づく供給間隔補正係数を求める。図８は縦軸が供給間隔補正係数、横軸が燃料電池温度である。燃料電池温度が高くなるほど、供給間隔補正係数は小さくなっている。つまり、燃料電池温度が高くなるほど、供給間隔が短くなるような補正係数になる。
【００５７】
ステップＳ２２０で、コントローラ４００は、供給間隔補正係数を用いて基本供給間隔を補正し、これを供給間隔として設定する。
【００５８】
供給間隔を設定したら、コントローラ４００は図４のフローチャートのステップＳ１２０で、設定した供給間隔にて水素供給を行う。
【００５９】
燃料電池温度が高くなるほどクロスリークする酸素量が多くなるので、上記のように供給間隔を補正することで、より適切な間隔で水素を供給することができる。
【００６０】
（実施例２）
実施例２は、図５のステップＳ２００、Ｓ２１０に相当するステップが実施例１と異なる。実施例２では、燃料電池温度に代えて、燃料電池内部の湿潤状態に基づいて基本供給間隔を補正する。
【００６１】
図５のステップＳ２００に相当するステップで、コントローラ４００は燃料電池内部の湿潤度を読み込む。湿潤度は公知の手法により検出すればよい。例えば、交流インピーダンスに基づいて求めてもよいし、アイドルストップ開始時の燃料電池温度等から推定してもよい。
【００６２】
ステップＳ２１０に相当するステップで、コントローラ４００は、図９に示すマップを用いて、湿潤度に基づく供給間隔補正係数を求める。図９は、縦軸が供給間隔補正係数、横軸が湿潤度である。湿潤度が高くなるほど供給間隔補正係数は小さくなっている。
【００６３】
湿潤度が高くなるほどクロスリークする酸素量が多くなるので、上記のように供給間隔を補正することで、より適切な間隔で水素を供給することができる。
【００６４】
（実施例３）
実施例３は、図５のステップＳ２００、Ｓ２１０に相当するステップが実施例１と異なる。実施例３では、燃料電池温度に代えて、アイドルストップ継続時間に基づいて基本供給間隔を補正する。
【００６５】
図５のステップＳ２００に相当するステップで、コントローラ４００はアイドルストップ開始からの継続時間を読み込む。
【００６６】
図５のステップＳ２１０に相当するステップで、コントローラ４００は図１０のマップを用いて、アイドルストップ継続時間に基づく供給間隔補正係数を求める。図１０は縦軸が供給間隔補正係数、横軸がアイドルストップ継続時間である。アイドルストップ継続時間が長くなるほど、供給間隔補正係数は小さくなる。つまり、アイドルストップ継続時間が長くなるにつれて、図１１に示すように供給間隔が徐々に短くなっていく。
【００６７】
アイドルストップ継続時間が長くなるにつれて、燃料電池温度が低下して凝縮水が生成される。凝縮水によって湿潤度が高まるとクロスリークする酸素量が多くなる。そこで、アイドルストップ継続時間が長くなるほど供給間隔を短くすることで、より適切な間隔で水素を供給することができる。なお、本実施例は実質的には実施例２と同様に湿潤度に応じて供給間隔を補正するものであるが、実施例２と比較すると、湿潤度の測定が不要になるという利点がある。
【００６８】
（実施例４）
実施例４は、図５のステップＳ２００、Ｓ２１０に相当するステップが実施例１と異なる。実施例４では、燃料電池温度に代えて、燃料電池電圧に基づいて基本供給間隔を補正する。ここで用いる燃料電池電圧は、燃料電池スタック１全体の電圧である。セル電圧センサ２を単セル毎に設置して全体の電圧を算出してもよいし、セル電圧センサ２をセル群毎に設置して全体の電圧を算出してもよい。もちろん、燃料電池スタック１全体の電圧を検出するセンサを設けてもよい。
【００６９】
図５のステップＳ２００に相当するステップで、コントローラ４００は燃料電池電圧を読み込む。
【００７０】
図５のステップＳ２１０に相当するステップで、コントローラ４００は図１２のマップを用いて、燃料電池電圧に基づく供給間隔補正係数を求める。図１２は縦軸が供給間隔補正係数、横軸が燃料電池電圧である。燃料電池電圧が高いほど供給間隔補正係数は小さくなる。これは、燃料電池電圧が高いほど酸化反応が起きやすくなってカソード電極が劣化し易くなるので、供給間隔を短くするためである。
【００７１】
実施例４を実行した場合のタイムチャートを図１３に示す。上段は基本供給間隔、中段は補正後の供給間隔、下段は燃料電池電圧である。アイドルストップ開始後の、燃料電池電圧が相対的に高く維持されている間は、供給間隔は補正により基本供給間隔より短くなっている（ｔ１−ｔ２間）。その後、燃料電池電圧が低下すると、燃料電池電圧が低下した分だけ供給間隔補正係数が大きくなり、供給間隔はｔ１−ｔ２間に比べて長くなっている（ｔ２以降）。
【００７２】
上述した実施例１から実施例４のいずれも、クロスリークする酸素量が増加する条件下では水素の供給間隔をより短く設定することになる。
【００７３】
以上説明した本実施形態の効果についてまとめる。
【００７４】
アイドルストップ中に復帰時の応答性確保のために空気を供給する燃料電池システムにおいて、アイドルストップ中に、予め設定されたカソード１Ｃでの二酸化炭素の発生を抑制し得る基本供給間隔で、アノード１Ａへの水素の間欠的な供給を実施する。これにより、圧力センサ等を用いることなく、アイドルストップ中のガス偏在の発生を抑制し、電極触媒の劣化を抑制することができる。また、これによりアイドルストップ時間をより長く設定することができ、燃費性能の向上を図ることができる。
【００７５】
コントローラ４００は、燃料電池温度が高いほど供給間隔が短くなるよう基本供給間隔を補正するので、カソード１Ｃからアノード１Ａへの窒素や酸素のクロスリーク量が増加しても、電極触媒の劣化を抑制し得る。
【００７６】
コントローラ４００は、燃料電池スタック１が湿潤しているほど供給間隔が短くなるよう基本供給間隔を補正するので、カソード１Ｃからアノード１Ａへの窒素や酸素のクロスリーク量が増加しても、電極触媒の劣化を抑制し得る。
【００７７】
コントローラ４００は、アイドルストップ継続時間が長くなるほど供給間隔が短くなるよう基本供給間隔を補正するので、カソード１Ｃからアノード１Ａへの窒素や酸素のクロスリーク量が増加しても、電極触媒の劣化を抑制し得る。
【００７８】
コントローラ４００は、燃料電池スタック１のセル電圧、セル群電圧、または総電圧が高いほど供給間隔が短くなるよう基本供給間隔を補正することによって、カソード１Ｃからアノード１Ａへの窒素や酸素のクロスリーク量が増加しても、電極触媒の劣化を抑制し得る。
【００７９】
コントローラ４００は、アノード１Ａ内の圧力が所定値を超えた場合に、アイドルストップ中の水素の供給を禁止するので、カソード１Ｃとアノード１Ａの極間差圧が過大になることで電解質膜１Ｂが劣化することを防止できる。
【００８０】
本実施形態のアノード系デッドエンドシステムは、アノードガスを循環させるシステムに比べて通常運転時からアノード１Ａ内での窒素ガスの偏在が生じやすい。また、循環装置を利用してガス偏在を解消することもできない。そのため、上記制御によりガス偏在を抑制する効果が極めて大きい。
【００８１】
（第２実施形態）
第２実施形態は、システム構成及び水素の供給間隔については第１実施形態と同様である。第１実施形態との相違点は、アイドルストップ中に水素を供給する際に、供給流量を燃料電池システムの状態に応じて設定する点である。以下、水素の供給流量の設定について説明する。
【００８２】
図１４は、本実施形態でコントローラ４００が実行するアイドルストップ中の水素供給用の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、例えば１０ミリ秒程度の間隔で繰り返し実行する。
【００８３】
ステップＳ３００、Ｓ３１０、Ｓ３２０、及びＳ３３０は、図４のステップＳ１００、Ｓ１１０、Ｓ１２０、及びＳ１３０と同様なので説明を省略する。ただし、ステップＳ３１０で用いる基本供給間隔は、供給流量を後述する基本供給流量として行った実験に基づいて設定する。
【００８４】
以下、ステップＳ３１５について説明する。
【００８５】
ステップＳ３１５で、コントローラ４００は図１５に示すサブルーチンにしたがって水素の供給流量を設定する。すなわち、図６の縦軸方向の大きさを設定する。なお、供給を継続する時間は、基本供給間隔の場合の継続時間と同じである。
【００８６】
図１５のサブルーチンは、予め設定した基本供給流量を補正するものである。基本供給流量は、基本供給間隔と同様に、電解質膜の仕様毎に実験により設定する。図１６は、実験から得られる水素の供給流量とカソードでの二酸化炭素発生量との関係を示す図である。縦軸は二酸化炭素発生量、横軸は供給流量である。図１６に示すように、供給流量がＦ１以上であれば二酸化炭素は発生しないが、供給流量がＦ１より少ないと、供給流量が少なくなるほど二酸化炭素発生量が多くなる。したがって、基本供給流量を例えばＦ１以上に設定する。
【００８７】
図１５のステップＳ４００、Ｓ４１０、Ｓ４２０の処理は、ステップＳ２１０で用いる補正係数算出用のマップが異なるだけで、基本的には図５のステップＳ２００、Ｓ２１０、Ｓ２２０の処理と同様である。補正係数の算出にあたっては、第１実施形態と同様に種々のパラメータを用いることができる。
【００８８】
（実施例１）
ステップＳ４００で、コントローラ４００は燃料電池温度を読み込む。
【００８９】
ステップＳ４１０で、コントローラ４００は燃料電池温度に基づいて補正係数を求める。ここでは、図１７に示すマップを用いる。図１７の縦軸は供給流量補正係数、横軸は燃料電池温度である。燃料電池温度が高くなるほど、供給流量補正係数も大きくなっている。
【００９０】
ステップＳ４２０で、コントローラ４００は、供給流量補正係数に基づいて基本供給流量を補正する。これにより、燃料電池温度が高くなるほど多くの水素を供給することになる。
【００９１】
（実施例２）
実施例２は、図１５のステップＳ４００、Ｓ４１０に相当するステップが実施例１と異なる。実施例２では、燃料電池温度に代えて、燃料電池内部の湿潤状態に基づいて基本供給流量を補正する。湿潤度については、図５のステップＳ２００で説明した通りである。
【００９２】
ステップＳ４１０に相当するステップで、コントローラ４００は、図１８に示すマップを用いて、湿潤度に基づく供給流量補正係数を求める。図１８は、縦軸が供給流量補正係数、横軸が湿潤度である。湿潤度が高くなるほど供給流量補正係数は大きくなっている。
【００９３】
湿潤度が高くなるほどクロスリークする酸素量が多くなるので、上記のように供給流量を補正することで、より適切な水素量を供給することができる。
【００９４】
（実施例３）
実施例３は、図１５のステップＳ４００、Ｓ４１０に相当するステップが実施例１と異なる。実施例３では、燃料電池温度に代えて、アイドルストップ継続時間に基づいて基本供給流量を補正する。
【００９５】
図１５のステップＳ４００に相当するステップで、コントローラ４００はアイドルストップ開始からの継続時間を読み込む。
【００９６】
図１５のステップＳ４１０に相当するステップで、コントローラ４００は図１９のマップを用いて、アイドルストップ継続時間に基づく供給流量補正係数を求める。図１９は縦軸が供給流量補正係数、横軸がアイドルストップ継続時間である。アイドルストップ継続時間が長くなるほど、供給流量補正係数は小さくなる。つまり、アイドルストップ継続時間が長くなるにつれて、図２０に示すように供給流量が徐々に多くなっていく。
【００９７】
アイドルストップ継続時間が長くなるにつれて、燃料電池温度が低下して凝縮水が生成される。凝縮水によって湿潤度が高まるとクロスリークする酸素量が多くなる。そこで、アイドルストップ継続時間が長くなるほど供給流量を多くすることで、より適切な量の水素を供給することができる。なお、本実施例は実質的には実施例２と同様に湿潤度に応じて供給流量を補正するものであるが、実施例２と比較すると、湿潤度の測定が不要になるという利点がある。
【００９８】
（実施例４）
実施例４は、図１５のステップＳ４００、Ｓ４１０に相当するステップが実施例１と異なる。実施例４では、燃料電池温度に代えて、燃料電池電圧に基づいて基本供給流量を補正する。ここで用いる燃料電池電圧については、第１実施形態で説明した通りなので説明を省略する。
【００９９】
図１５のステップＳ４００に相当するステップで、コントローラ４００は燃料電池電圧を読み込む。
【０１００】
図１５のステップＳ４１０に相当するステップで、コントローラ４００は図２１のマップを用いて、燃料電池電圧に基づく供給流量補正係数を求める。図２１は縦軸が供給流量補正係数、横軸が燃料電池電圧である。燃料電池電圧が高いほど供給流量補正係数は小さくなる。これは、燃料電池電圧が高いほど酸化反応が起きやすくなってカソード電極が劣化し易くなるので、供給流量を多くするためである。
【０１０１】
実施例４を実行した場合のタイムチャートを図２２に示す。上段は基本供給流量、中段は補正後の供給流量、下段は燃料電池電圧である。アイドルストップ開始後の、燃料電池電圧が相対的に高く維持されている間は、供給流量は補正により基本供給流量より多くなっている（ｔ１）。その後、燃料電池電圧が低下すると、燃料電池電圧が低下した分だけ供給流量補正係数が小さくなり、供給流量はｔ１のときに比べて少なくなっている（ｔ２）。そして、再び燃料電池電圧が上昇すると、供給流量も増大している（ｔ３）。
【０１０２】
上述した実施例１から実施例４のいずれも、クロスリークする酸素量が増加する条件下では水素の供給流量をより多く設定することになる。
【０１０３】
このように、基本供給流量を燃料電池システムの状態に応じて補正するようにすれば、例えば、基本供給流量をカソードで二酸化炭素が発生しない境界値に設定しておき、クロスリークする酸素量が多くなる状況では供給流量を増加させるという制御が可能になる。これによれば、クロスリークした酸素を消費するのに必要な水素を供給し、かつ無駄な水素供給を抑制することができる。
【０１０４】
以上のように本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果に加え、さらに、次のような効果が得られる。
【０１０５】
基本供給間隔で間欠的に実施する水素供給の単位時間当たりの供給流量が、予め設定されたカソード１Ｃでの二酸化炭素の発生を抑制し得る基本供給流量なので、適切なタイミングで適切な供給流量を供給することになる。その結果、電極触媒の劣化をより確実に抑制することができる。
【０１０６】
（９）コントローラ４００は、燃料電池温度が高いほど供給流量が多くなるよう基本供給流量を補正するので、カソード１Ｃからアノード１Ａへの窒素や酸素のクロスリーク量が増加しても、電極触媒の劣化を抑制し得る。
【０１０７】
（１０）コントローラ４００は、燃料電池スタック１が湿潤しているほど供給流量が多くなるよう基本供給流量を補正するので、カソード１Ｃからアノード１Ａへの窒素や酸素のクロスリーク量が増加しても、電極触媒の劣化を抑制し得る。
【０１０８】
（１１）コントローラ４００は、アイドルストップ継続時間が長くなるほど供給流量が多くなるよう基本供給流量を補正するので、カソード１Ｃからアノード１Ａへの窒素や酸素のクロスリーク量が増加しても、電極触媒の劣化を抑制し得る。
【０１０９】
（１２）コントローラ４００は、セル電圧、セル群電圧、または総電圧が高いほど供給流量が多くなるよう基本供給流量を補正するので、カソード１Ｃからアノード１Ａへの窒素や酸素のクロスリーク量が増加しても、電極触媒の劣化を抑制し得る。
【０１１０】
（第３実施形態）
第３実施形態は、システム構成及び水素の供給間隔については第１実施形態と同様である。第１実施形態との相違点は、アイドルストップ中に水素を供給する際の供給時間を、燃料電池システムの状態に応じて設定する点である。以下、水素の供給時間の設定について説明する。
【０１１１】
アイドルストップ中にガス偏在の発生を抑制するために供給する水素量は、供給流量と供給時間の積で定まる。第２実施形態ではクロスリークする酸素量が多くなるほど供給流量を増大させることで水素の供給量を増大させているのに対し、本実施形態では、供給流量は変化させずに、供給時間を変化させることで燃料電池システムの状態に応じた供給量にする。なお、供給流量は、基本供給間隔の場合の流量と同じである。
【０１１２】
図２３は、本実施形態でコントローラ４００が実行するアイドルストップ中の水素供給用の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、例えば１０ミリ秒程度の間隔で繰り返し実行する。
【０１１３】
ステップＳ５００、Ｓ５１０、Ｓ５２０、及びＳ５３０は、図４のステップＳ１００、Ｓ１１０、Ｓ１２０、及びＳ１３０と同様なので説明を省略する。ただし、ステップＳ５１０で用いる基本供給間隔は、供給流量を後述する基本供給時間として行った実験に基づいて設定する。
【０１１４】
以下、ステップＳ５１５について説明する。
【０１１５】
ステップＳ５１５で、コントローラ４００は図２４に示すサブルーチンにしたがって水素の供給時間を設定する。すなわち、図６の横軸方向の長さを設定する。なお、単位時移管当たりの供給流量は、基本供給間隔の場合の供給流量と同じである。
【０１１６】
図２４のサブルーチンは、予め設定した基本供給時間を補正するものである。基本供給時間は、基本供給間隔と同様に、電解質膜の仕様毎に実験により設定する。図２５は、実験から得られる、水素の供給時間とカソードでの二酸化炭素発生量との関係を示す図である。縦軸は二酸化炭素発生量、横軸は供給時間である。図２５に示すように、供給時間がＦ２以上であれば二酸化炭素は発生しないが、供給時間がＦ２より短いと、供給時間が短くなるほど二酸化炭素発生量が多くなる。したがって、基本供給時間を例えばＦ２以上に設定する。
【０１１７】
図２４のステップＳ６００、Ｓ６１０、Ｓ６２０の処理は、図１５のステップＳ４１０で用いる補正係数算出用のマップが異なるだけで、基本的には図１５のステップＳ４００、Ｓ４１０、Ｓ４２０の処理と同様である。補正係数の算出にあたっては、第２実施形態と同様に種々のパラメータを用いることができる。
【０１１８】
（実施例１）
ステップＳ６００で、コントローラ４００は燃料電池温度を読み込む。
【０１１９】
ステップＳ６１０で、コントローラ４００は燃料電池温度に基づいて補正係数を求める。ここでは、図２６に示すマップを用いる。図２６の縦軸は供給時間補正係数、横軸は燃料電池温度である。燃料電池温度が高くなるほど、供給時間補正係数も大きくなっている。
【０１２０】
ステップＳ６２０で、コントローラ４００は、供給時間補正係数に基づいて基本供給時間を補正する。これにより、燃料電池温度が高くなるほど、パルス的に水素を供給する際の一回当たりの供給時間が長くなる。
【０１２１】
（実施例２）
実施例２は、図２６のステップＳ６００、Ｓ６１０に相当するステップが実施例１と異なる。実施例２では、燃料電池温度に代えて、燃料電池内部の湿潤状態に基づいて基本供給時間を補正する。湿潤度については、図５のステップＳ２００で説明した通りである。
【０１２２】
ステップＳ６１０に相当するステップで、コントローラ４００は、図２７に示すマップを用いて、湿潤度に基づく供給時間補正係数を求める。図２７は、縦軸が供給時間補正係数、横軸が湿潤度である。湿潤度が高くなるほど供給時間補正係数は大きくなっている。
【０１２３】
湿潤度が高くなるほどクロスリークする酸素量が多くなるので、上記のように供給時間を補正することで、より適切な水素量を供給することができる。
【０１２４】
（実施例３）
実施例３は、図２６のステップＳ６００、Ｓ６１０に相当するステップが実施例１と異なる。実施例３では、燃料電池温度に代えて、アイドルストップ継続時間に基づいて基本供給流量を補正する。
【０１２５】
図２６のステップＳ６００に相当するステップで、コントローラ４００はアイドルストップ開始からの継続時間を読み込む。
【０１２６】
図２６のステップＳ６１０に相当するステップで、コントローラ４００は図２８のマップを用いて、アイドルストップ継続時間に基づく供給流量補正係数を求める。図２８は縦軸が供給時間補正係数、横軸がアイドルストップ継続時間である。アイドルストップ継続時間が長くなるほど、供給時間補正係数は小さくなる。つまり、アイドルストップ継続時間が長くなるにつれて、図２９に示すように供給時間が徐々に長くなっていく。
【０１２７】
アイドルストップ継続時間が長くなるにつれて、燃料電池温度が低下して凝縮水が生成される。凝縮水によって湿潤度が高まるとクロスリークする酸素量が多くなる。そこで、アイドルストップ継続時間が長くなるほど供給時間を長くすることで、より適切な量の水素を供給することができる。なお、本実施例は実質的には実施例２と同様に湿潤度に応じて供給流量を補正するものであるが、実施例２と比較すると、湿潤度の測定が不要になるという利点がある。
【０１２８】
（実施例４）
実施例４は、図２６のステップＳ６００、Ｓ６１０に相当するステップが実施例１と異なる。実施例４では、燃料電池温度に代えて、燃料電池電圧に基づいて基本供給時間を補正する。ここで用いる燃料電池電圧については、第１実施形態で説明した通りなので説明を省略する。
【０１２９】
図２６のステップＳ６００に相当するステップで、コントローラ４００は燃料電池電圧を読み込む。
【０１３０】
図２６のステップＳ６１０に相当するステップで、コントローラ４００は図３０のマップを用いて、燃料電池電圧に基づく供給時間補正係数を求める。図３０は縦軸が供給時間補正係数、横軸が燃料電池電圧である。燃料電池電圧が高いほど供給時間補正係数は小さくなる。これは、燃料電池電圧が高いほど酸化反応が起きやすくなってカソード電極が劣化し易くなるので、供給時間を長くするためである。
【０１３１】
実施例４を実行した場合のタイムチャートを図３１に示す。上段は基本供給時間、中段は補正後の供給時間、下段は燃料電池電圧である。アイドルストップ開始後の、燃料電池電圧が相対的に高く維持されている間は、供給時間は補正により基本供給時間より長くなっている（ｔ１）。その後、燃料電池電圧が低下すると、燃料電池電圧が低下した分だけ供給時間補正係数が小さくなり、供給時間はｔ１のときに比べて短くなっている（ｔ２）。そして、再び燃料電池電圧が上昇すると、供給時間も長くなっている（ｔ３）。
【０１３２】
上述した実施例１から実施例４のいずれも、クロスリークする酸素量が増加する条件下では水素の供給時間をより多く設定することになる。
【０１３３】
このように、基本供給時間を燃料電池システムの状態に応じて補正することとすれば、例えば、基本供給時間をカソードで二酸化炭素が発生しない境界値に設定しておき、クロスリークする酸素量が多くなる状況では供給時間を増加させるという制御が可能になる。これによれば、クロスリークした酸素を消費するのに必要な水素を供給し、かつ無駄な水素供給を抑制することができる。
【０１３４】
以上のように本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果に加え、さらに、次のような効果が得られる。
【０１３５】
基本供給間隔で間欠的に実施する水素供給の１回当たりの供給時間が、予め設定された酸化剤極での二酸化炭素の発生を抑制し得る基本供給時間なので、適切なタイミングで適切な供給流量を供給することになる。その結果、電極触媒の劣化をより確実に抑制することができる。
【０１３６】
コントローラ４００は、燃料電池温度が高いほど供給時間が長くなるよう基本供給流量を補正するので、カソード１Ｃからアノード１Ａへの窒素や酸素のクロスリーク量が増加しても、電極触媒の劣化を抑制し得る。
【０１３７】
コントローラ４００は、燃料電池スタック１が湿潤しているほど供給時間が長くなるよう基本供給時間を補正するので、カソード１Ｃからアノード１Ａへの窒素や酸素のクロスリーク量が増加しても、電極触媒の劣化を抑制し得る。
【０１３８】
コントローラ４００は、アイドルストップ継続時間が長くなるほど供給時間が長くなるよう基本供給時間を補正するので、カソード１Ｃからアノード１Ａへの窒素や酸素のクロスリーク量が増加しても、電極触媒の劣化を抑制し得る。
【０１３９】
コントローラ４００は、セル電圧、セル群電圧、または総電圧が高いほど供給時間が長くなるよう基本供給流量を補正するので、カソード１Ｃからアノード１Ａへの窒素や酸素のクロスリーク量が増加しても、電極触媒の劣化を抑制し得る。
【０１４０】
なお、上記各実施形態では、アノード系デッドエンドシステムについて説明したが、水素排気配管１０５から水素供給配管１０２へ水素を循環させるアノード系再循環システムであっても、同様に適用することができる。
【０１４１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【０１４２】
本願は２０１１年６月２１日に日本国特許庁に出願された特願２０１１−１３７２９８に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【図１】
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【図２Ａ】
2012176528.tif 000004
【図２Ｂ】
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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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
2012176528.tif 000034
【図３２】
2012176528.tif 000035
【手続補正書】
【提出日】平成25年11月14日(2013.11.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池に対する要求発電量が所定発電量より小さい場合に燃料電池からの出力を停止する停止処理を実施し、
停止処理期間中に酸化剤の供給を実施する燃料電池システムにおいて、
前記停止処理期間中に、予め設定され、かつ、酸化剤極で二酸化炭素が発生しない基本供給間隔で、燃料極への燃料ガスの間欠的な供給を実施する燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記基本供給間隔を補正する供給間隔補正手段と、
前記燃料電池の温度を検出する温度手段と、
を備え、
前記供給間隔補正手段は、前記燃料電池の温度が高いほど供給間隔が短くなるよう前記基本供給間隔を補正する燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記基本供給間隔を補正する供給間隔補正手段と、
前記燃料電池の内部の湿潤状態を検出する手段と、
を備え、
前記供給間隔補正手段は、前記燃料電池が湿潤しているほど供給間隔が短くなるよう前記基本供給間隔を補正する燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記基本供給間隔を補正する供給間隔補正手段と、
前記停止処理の継続時間を検出する手段と、
を備え、
前記供給間隔補正手段は、前記停止処理の継続時間が長くなるほど供給間隔が短くなるよう前記基本供給間隔を補正する燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記基本供給間隔を補正する供給間隔補正手段と、
前記燃料電池のセル電圧、セル群電圧または総電圧を検出する手段と、
を備え、
前記供給間隔補正手段は、前記セル電圧、セル群電圧、または総電圧が高いほど供給間隔が短くなるよう前記基本供給間隔を補正する燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記基本供給間隔で間欠的に実施する燃料ガス供給の単位時間当たりの供給流量が、予め設定され、かつ酸化剤極で二酸化炭素が発生しない基本供給流量である燃料電池システム。
【請求項７】
請求項６に記載の燃料電池システムにおいて、
前記基本供給流量を補正する供給流量補正手段と、
前記燃料電池の温度を検出する温度手段と、
を備え、
前記供給流量補正手段は、前記燃料電池の温度が高いほど供給流量が多くなるよう前記基本供給流量を補正する燃料電池システム。
【請求項８】
請求項６に記載の燃料電池システムにおいて、
前記基本供給流量を補正する供給流量補正手段と、
前記燃料電池の内部の湿潤状態を検出する手段と、
を備え、
前記供給流量補正手段は、前記燃料電池が湿潤しているほど供給流量が多くなるよう前記基本供給流量を補正する燃料電池システム。
【請求項９】
請求項６に記載の燃料電池システムにおいて、
前記基本供給流量を補正する供給流量補正手段と、
前記停止処理の継続時間を検出する手段と、
を備え、
前記供給流量補正手段は、前記停止処理の継続時間が長くなるほど供給流量が多くなるよう前記基本供給流量を補正する燃料電池システム。
【請求項１０】
請求項６に記載の燃料電池システムにおいて、
前記基本供給流量を補正する供給流量補正手段と、
前記燃料電池のセル電圧、セル群電圧または総電圧を検出する手段と、
を備え、
前記供給流量補正手段は、前記セル電圧、セル群電圧、または総電圧が高いほど供給流量が多くなるよう前記基本供給流量を補正する燃料電池システム。
【請求項１１】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記基本供給間隔で間欠的に実施する燃料ガス供給の１回当たりの供給時間が、予め設定された酸化剤極での二酸化炭素の発生を抑制し得る基本供給時間である燃料電池システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記基本供給時間を補正する供給時間補正手段と、
前記燃料電池の温度を検出する温度手段と、
を備え、
前記供給時間補正手段は、前記燃料電池の温度が高いほど供給時間が長くなるよう前記基本供給時間を補正する燃料電池システム。
【請求項１３】
請求項１１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記基本供給時間を補正する供給時間補正手段と、
前記燃料電池の内部の湿潤状態を検出する手段と、
を備え、
前記供給時間補正手段は、前記燃料電池が湿潤しているほど供給時間が長くなるよう前記基本供給時間を補正する燃料電池システム。
【請求項１４】
請求項１１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記基本供給時間を補正する供給時間補正手段と、
前記停止処理の継続時間を検出する手段と、
を備え、
前記供給時間補正手段は、前記停止処理の継続時間が長くなるほど供給時間が長くなるよう前記基本供給時間を補正する燃料電池システム。
【請求項１５】
請求項１１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記基本供給時間を補正する供給時間補正手段と、
前記燃料電池のセル電圧、セル群電圧または総電圧を検出する手段と、
を備え、
前記供給時間補正手段は、前記セル電圧、セル群電圧、または総電圧が高いほど供給時間が長くなるよう前記基本供給時間を補正する燃料電池システム。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
燃料極内の圧力が所定値を超えた場合に、前記停止処理期間中の燃料ガスの供給を禁止する燃料電池システム。
【請求項１７】
請求項１から１６のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
燃料極から排出される排燃料ガスを燃料ガス供給通路へ再循環させずに排気するアノード系デッドエンドシステムである燃料電池システム。
【国際調査報告】
2012176528.tif 000036
2012176528.tif 000037
2012176528.tif 000038
2012176528.tif 000039