(57)【要約】【課題】アノードのパージの実行中における静寂性の悪化を抑制すること。【解決手段】時刻ｔ１ａにおいて、水素の供給圧の目標値が、通常運転時よりも高い値であるパージ用目標値Ｐｔａｒｇｅｔに設定される。これに伴い、インジェクタの駆動本数が３本に固定される。時刻ｔ１ｂにおいて、水素の供給圧がパージ用目標値Ｐｔａｒｇｅｔに達すると、水素の供給圧の目標値がパージ用目標値Ｐｔａｒｇｅｔに維持されたまま、インジェクタの駆動本数の固定が解除される。【選択図】図６
2018018588.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセルを含む燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックにアノードガスを供給するために、並列に配置されたｎ（ｎは２以上の整数）本のインジェクタと、
前記複数のセルの少なくとも１つの電圧を計測するセル電圧計と、
前記燃料電池スタックに供給されるアノードガスの圧力である供給圧を計測する圧力計と、
前記セル電圧計により計測された電圧および前記圧力計により計測された供給圧を用いて、前記ｎ本のインジェクタそれぞれに制御信号を入力し、前記ｎ本のインジェクタのうち、駆動するインジェクタの数である駆動本数を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記計測された電圧が予め定められた電圧値以上の場合、前記供給圧の目標値と前記駆動本数とを要求電力に応じて設定し、
前記計測された電圧が前記予め定められた電圧値未満の場合、前記供給圧の目標値を前記要求電力に応じた値よりも高い値であるパージ用目標値に設定しつつ、前記駆動本数を前記ｎ本に固定する第１の制御を実行し、
前記第１の制御によって前記供給圧が前記パージ用目標値に達した場合、前記供給圧の目標値を前記パージ用目標値に設定することを継続しつつ、前記駆動本数の固定を解除する第２の制御を実行する
燃料電池システム。
【請求項２】
周囲の大気圧の値を取得する大気圧取得部を備え、
前記制御部は、前記取得された大気圧の値が第１の値の場合、前記パージ用目標値を第１の制限値以下に設定し、前記取得された大気圧の値が前記第１の値よりも低い第２の値の場合、前記パージ用目標値を前記第１の制限値よりも低い第２の制限値以下に設定する
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記インジェクタと前記燃料電池スタックとを繋ぐアノードガスの流路に設けられ、前記供給圧と大気圧との差が閾値以上になると開弁するリリーフ弁を備え、
前記制御部は、前記取得された大気圧の値と標準気圧との差に応じて、前記第１の制限値または前記第２の制限値を設定する
請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池スタックのアノードから排出されるガスを、前記燃料電池スタックに再び供給する水素ポンプと、
前記水素ポンプに異常が発生しているか否かの指標となる物理量を計測する異常検出部とを備え、
前記制御部は、前記水素ポンプに異常が発生していないことが前記計測された物理量によって示される場合、前記パージ用目標値を第１の制限値以下に設定し、前記水素ポンプに異常が発生していることが前記計測された物理量によって示される場合、前記パージ用目標値を前記第１の制限値よりも低い第２の制限値以下に設定する
請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記水素ポンプに異常が発生しているか否かの指標となる情報は、前記水素ポンプが氷結しているか否かを示す情報である
請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記異常検出部は、前記水素ポンプの温度を計測する温度計を含む
請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記異常検出部は、前記水素ポンプの回転数を計測するレゾルバを含む
請求項５又は請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記制御部は、前記燃料電池スタックの出力電流が第１の電流値の場合、前記第２の制限値を第１の圧力値に設定し、前記出力電流が前記第１の電流値よりも低い第２の電流値の場合、前記第２の制限値を前記第１の圧力値よりも低い第２の圧力値に設定する
請求項４から請求項７までの何れか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
周囲の大気圧の値を取得する大気圧取得部を備え、
前記制御部は、前記第１の制限値または前記第２の制限値を、前記取得された大気圧の値によって補正する
請求項４から請求項８までの何れか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記制御部は、前記第１の制御によって前記供給圧が前記パージ用目標値に達していない場合に、前記第１の制御を開始してからの経過時間が予め定められた移行時間に達したとき、前記第１の制御から前記第２の制御に移行する
請求項１から請求項９までの何れか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記セル電圧計は、前記複数のセルの少なくとも２つの電圧を計測し、
前記制御部は、前記セル電圧計の計測結果の平均値と、前記セル電圧計の計測結果に含まれる最低値との差が予め定められた電圧差以下である状態が、予め定められた時間、継続する終了条件が満たされた場合、前記第２の制御を終了する
請求項１から請求項１０までの何れか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記制御部は、前記終了条件が満たされる前に、前記第１の制御を開始してからの経過時間が予め定められた終了時間に達した場合、前記第２の制御を終了する
請求項１１に記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記制御部は、前記セル電圧計による計測結果が、前記予め定められた電圧値よりも低い基準電圧値に達した場合、前記燃料電池スタックによる発電を停止させる
請求項１から請求項１２までの何れか一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】
本開示は、燃料電池のパージに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、燃料電池スタックに発電不良が発生していると判別された場合に、アノードをパージする燃料電池システムを開示している。特許文献１における燃料電池システムは、燃料電池スタックに水素ガスを供給するインジェクタを３本、備える。特許文献１におけるパージにおいては、３本のインジェクタが用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−０５４０５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記先行技術の場合、アノードのパージの実行中、３本のインジェクタを用いて水素ガスを供給するため、騒音が大きくなり、静寂性が悪化する。本開示は、上記を踏まえ、アノードのパージの実行中における静寂性の悪化を抑制することを解決課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示は、上記課題を解決するためのものであり、以下の形態として実現できる。
【０００６】
本開示の一形態は、複数のセルを含む燃料電池スタックと；前記燃料電池スタックにアノードガスを供給するために、並列に配置されたｎ（ｎは２以上の整数）本のインジェクタと；前記複数のセルの少なくとも１つの電圧を計測するセル電圧計と；前記燃料電池スタックに供給されるアノードガスの圧力である供給圧を計測する圧力計と；前記セル電圧計により計測された電圧および前記圧力計により計測された供給圧を用いて、前記ｎ本のインジェクタそれぞれに制御信号を入力し、前記ｎ本のインジェクタのうち、駆動するインジェクタの数である駆動本数を制御する制御部とを備え；前記制御部は；前記計測された電圧が予め定められた電圧値以上の場合、前記供給圧の目標値と前記駆動本数とを要求電力に応じて設定し；前記計測された電圧が前記予め定められた電圧値未満の場合、前記供給圧の目標値を前記要求電力に応じた値よりも高い値であるパージ用目標値に設定しつつ、前記駆動本数を前記ｎ本に固定する第１の制御を実行し；前記第１の制御によって前記供給圧が前記パージ用目標値に達した場合、前記供給圧の目標値を前記パージ用目標値に設定することを継続しつつ、前記駆動本数の固定を解除する第２の制御を実行する燃料電池システムである。この形態によれば、静寂性の悪化が抑制される。第２の制御においては、駆動本数がｎ本より少ない場合がある。この場合は、ｎ本のインジェクタを駆動させる場合に比べ、静寂性に優れる。
【０００７】
上記形態において、周囲の大気圧の値を取得する大気圧取得部を備え；前記制御部は、前記取得された大気圧の値が第１の値の場合、前記パージ用目標値を第１の制限値以下に設定し、前記取得された大気圧の値が前記第１の値よりも低い第２の値の場合、前記パージ用目標値を前記第１の制限値よりも低い第２の制限値以下に設定してもよい。この形態によれば、極間差圧の影響によって、セルに含まれる電解質膜が損傷することを抑制できる。極間差圧とは、セル内におけるアノードとカソードとの圧力差のことである。
【０００８】
上記形態において、前記インジェクタと前記燃料電池スタックとを繋ぐアノードガスの流路に設けられ、前記供給圧と大気圧との差が閾値以上になると開弁するリリーフ弁を備え；前記制御部は、前記取得された大気圧の値と標準気圧との差に応じて、前記第１の制限値または前記第２の制限値を設定してもよい。この形態によれば、リリーフ弁の誤作動を抑制できる。
【０００９】
上記形態において、前記燃料電池スタックのアノードから排出されるガスを、前記燃料電池スタックに再び供給する水素ポンプと；前記水素ポンプに異常が発生しているか否かの指標となる物理量を計測する異常検出部とを備え；前記制御部は、前記水素ポンプに異常が発生していないことが前記計測された物理量によって示される場合、前記パージ用目標値を第１の制限値以下に設定し、前記水素ポンプに異常が発生していることが前記計測された物理量によって示される場合、前記パージ用目標値を前記第１の制限値よりも低い第２の制限値以下に設定してもよい。この形態によれば、水素ポンプに異常が発生している場合に、排気水素濃度の増大を抑制することができる。
【００１０】
上記形態において、前記水素ポンプに異常が発生しているか否かの指標となる情報は、前記水素ポンプが氷結しているか否かを示す情報であってもよい。この形態によれば、水素ポンプに異常が発生している否かの指標となる情報として、氷結時に特徴的な値を示す情報を用いることができる。
【００１１】
上記形態において、前記異常検出部は、前記水素ポンプの温度を計測する温度計を含んでもよい。この形態によれば、水素ポンプが高温になることを監視するための温度計を用いて、水素ポンプが氷結しているか否かを示す情報を得ることができる。
【００１２】
上記形態において、前記異常検出部は、前記水素ポンプの回転数を計測するレゾルバを含んでもよい。この形態によれば、水素ポンプの回転数を制御するためのレゾルバを用いて、水素ポンプが氷結しているか否かを示す情報を得ることができる。
【００１３】
上記形態において、前記制御部は、前記燃料電池スタックの出力電流が第１の電流値の場合、前記第２の制限値を第１の圧力値に設定し、前記出力電流が前記第１の電流値よりも低い第２の電流値の場合、前記第２の制限値を前記第１の圧力値よりも低い第２の圧力値に設定してもよい。この形態によれば、排気水素濃度の増大の抑制を適切に実行できる。
【００１４】
上記形態において、周囲の大気圧の値を取得する大気圧取得部を備え；前記制御部は、前記第１の制限値または前記第２の制限値を、前記取得された大気圧の値によって補正してもよい。この形態によれば、この形態によれば、極間差圧の影響によって電解質膜が損傷することを抑制できる。
【００１５】
上記形態において、前記制御部は、前記第１の制御によって前記供給圧が前記パージ用目標値に達しない場合に、前記第１の制御を開始してからの経過時間が予め定められた移行時間に達したとき、前記第１の制御から前記第２の制御に移行してもよい。
この形態によれば、供給圧がパージ用目標値に達するまで第１の制御を実行する場合に比べ、静寂性の悪化が抑制される。
【００１６】
上記形態において、前記セル電圧計は、前記複数のセルの少なくとも２つの電圧を計測し；前記制御部は、前記セル電圧計の計測結果の平均値と、前記セル電圧計の計測結果に含まれる最低値との差が予め定められた電圧差以下である状態が、予め定められた時間、継続する終了条件が満たされた場合、前記第２の制御を終了してもよい。この形態によれば、適切に第２の制御を終了できる。
【００１７】
上記形態において、前記制御部は、前記終了条件が満たされる前に、前記第１の制御を開始してからの経過時間が予め定められた終了時間に達した場合、前記第２の制御を終了してもよい。第１の制御は、セル内のアノードの流路に多量に存在する水（以下、アノード水）を下流に押し流すことで、アノード水の詰まりを解消する効果が高い。この形態によれば、上記経過時間が終了時間に達しても終了条件が満たされない場合に、一旦、供給圧の目標値を低くすることで、第１の制御を実行する準備ができる。
【００１８】
上記形態において、前記制御部は、前記セル電圧計による計測結果が、前記予め定められた電圧値よりも低い基準電圧値に達した場合、前記燃料電池スタックによる発電を停止させてもよい。この形態によれば、セルが損傷することを防止できる。
【００１９】
本開示は、上記以外の種々の形態で実現できる。例えば、燃料電池の運転方法や、この方法を実現するためのプログラム、このプログラムを記憶した一時的でない記憶媒体等の形態で実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】燃料電池システムの概略構成を示すブロック構成図。
【図２】燃料電池スタックと固定部品とを示す分解斜視図。
【図３】燃料電池システムの電気的構成を示す概略図。
【図４】上限圧力設定処理を示すフローチャート。
【図５】排水処理を示すフローチャート。
【図６】排水処理によるタイミングチャート。
【図７】固定解除処理を示すフローチャート。
【図８】終了判定処理を示すフローチャート。
【図９】緊急停止処理を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、燃料電池システム２０の概略構成を示すブロック構成図である。燃料電池システム２０は、自動車１に搭載される。自動車１は、パワースイッチＳと、車速センサＶとを備える。パワースイッチＳは、エンジン自動車におけるイグニッションスイッチに相当し、自動車１の駐車状態と走行可能状態とを切り替えるための入力インタフェースである。車速センサＶは、自動車１の車速を示す車速信号を生成する。
【００２２】
燃料電池システム２０は、固体高分子形燃料電池を採用し、アノードガスとカソードガスとの反応によって発電をする。アノードガスは、水素である。カソードガスは、空気中の酸素である。燃料電池システム２０は、図１に示すように、燃料電池スタック４０、水素供給排出機構５０、空気供給排出機構６０、冷却水循環機構７０及び制御部３０を備える。
【００２３】
燃料電池スタック４０のアノードに水素の供給および排出をする水素供給排出機構５０は、水素タンク５１と、レギュレータ５２、水素ポンプ５３、排水シャットバルブ５４、排出経路５５、気液分離部５７、３本のインジェクタ５８ａ、５８ｂ，５８ｃ、リリーフ弁５９、高圧側圧力計Ｐｈｈ、低圧側圧力計Ｐｈｌ、温度計Ｔｐ及びレゾルバＲを備える。３本のインジェクタ５８ａ、５８ｂ，５８ｃは、同じ仕様で製造されており、並列に配置されている。以下、３本のインジェクタ５８ａ、５８ｂ，５８ｃをまとめて、インジェクタ５８ともいう。
【００２４】
水素タンク５１は、水素を貯蔵する。レギュレータ５２は、水素タンク５１に貯蔵された水素の圧力を調整する。圧力が調整された水素は、インジェクタ５８に供給される。インジェクタ５８は、供給された水素を、制御部３０の制御に従いアノードに向けて噴射する。インジェクタ５８の噴射制御によって、燃料電池スタック４０への流入前の水素の圧力（以下、供給圧）が調整される。
【００２５】
上記の噴射制御とは、３本のインジェクタ５８ａ、５８ｂ，５８ｃをそれぞれ独立で制御することである。各インジェクタ５８の制御は、噴射させるか、噴射させないかのＯＮ−ＯＦＦ制御である。各インジェクタ５８は、制御部３０から制御信号が入力されると水素を噴射する。インジェクタ５８ａ，５８ｂ，５８ｃのうち、制御信号が入力されているインジェクタ５８を以下、駆動インジェクタという。
【００２６】
制御部３０は、供給圧の目標値および現状値に応じて、駆動インジェクタの数（以下、駆動本数）を設定する。制御部３０は、供給圧の目標値を、要求電力に応じて設定する。制御部３０は、要求電力を、負荷２００（図２）からの要求に基づき設定する。駆動本数が３本である状態が連続すると、燃料電池システム２０の最大出力時に必要十分な供給圧が実現される。
【００２７】
気液分離部５７は、アノードから排出された気体と液体とを分離する。水素ポンプ５３は、気液分離部５７によって分離された気体を、燃料電池スタック４０に再度供給する。気液分離部５７によって分離された気体は、主に、消費されずに排出された水素である。
【００２８】
排出経路５５は、気液分離部５７と、空気供給排出機構６０に備えられる空気排出流路６６（後述）とを繋ぐ経路である。排水シャットバルブ５４は、排出経路５５上に設けられている。排水シャットバルブ５４は、気液分離部５７によって分離された液体を排出するために開かれる。
【００２９】
高圧側圧力計Ｐｈｈは、レギュレータ５２とインジェクタ５８との間の水素の圧力を計測する。低圧側圧力計Ｐｈｌは、供給圧を計測する。温度計Ｔｐは、水素ポンプ５３の温度を計測する。より詳細には、温度計Ｔｐは、水素ポンプ５３に内蔵されたモータコアの温度を計測する。レゾルバＲは、水素ポンプの回転数を計測する。より詳細には、レゾルバＲは、水素ポンプ５３のモータの回転数を計測する。リリーフ弁５９は、供給圧と大気圧との差が閾値に達した場合に開弁して、水素を大気に放出する。
【００３０】
燃料電池スタック４０のカソードに空気の供給および排出をする空気供給排出機構６０は、空気供給流路６１と、コンプレッサ６２と、分流弁６３と、分流弁用モータ６４と、空気排出流路６６と、調圧弁６７と、調圧弁用モータ６８と、バイパス６９と、大気圧計Ｐａｔｍと、外気温計Ｔａｔｍと、流量計Ｑとを備える。
【００３１】
空気供給流路６１及び空気排出流路６６は、燃料電池スタック４０と自身の大気開放口とを接続する流路である。コンプレッサ６２は、空気供給流路６１の途中に設けられ、空気供給流路６１の大気開放口側から空気を吸入して圧縮する。コンプレッサ６２が設けられる位置は、空気供給流路６１とバイパス６９との接続部位よりも大気開放口に近い位置である。
【００３２】
分流弁６３は、空気供給流路６１において、コンプレッサ６２の下流側、つまりコンプレッサ６２と燃料電池スタック４０との間に設けられる。分流弁６３は、コンプレッサ６２から流れてくる空気を、空気供給流路６１の下流側と、バイパス６９とに分流する。このようなバルブは、三方弁ともいう。
【００３３】
分流弁用モータ６４は、分流弁６３に接続され、分流弁６３の開度を調整するためのトルクを発生する。バイパス６９は、分流弁６３と空気排出流路６６とを接続する流路である。調圧弁６７は、空気排出流路６６に設けられる。調圧弁６７は、開度に応じて空気排出流路６６の流路断面積を調整する。調圧弁用モータ６８は、調圧弁６７に接続され、調圧弁６７の開度を調整するためのトルクを発生する。
【００３４】
調圧弁６７を通過した空気は、バイパス６９との接続部位を通過した後、大気開放口から大気に排出される。
【００３５】
流量計Ｑは、コンプレッサ６２によって吸入された空気（以下、吸入空気）の流量を計測する。外気温計Ｔａｔｍは、吸入空気の温度を計測する。大気圧計Ｐａｔｍは、吸入空気の圧力を計測する大気圧取得部として機能する。
【００３６】
燃料電池スタック４０を冷却する冷却水循環機構７０は、ラジエータ７１と、冷却水ポンプ７２と、水温計Ｔｃを備える。冷却水ポンプ７２は、燃料電池スタック４０の運転温度を制御するために、燃料電池スタック４０とラジエータ７１との間で冷却水を循環させる。冷却水の循環は、燃料電池スタック４０における吸熱とラジエータ７１における放熱とを実現する。水温計Ｔｃは、冷却水の排出温度を計測する。排出温度とは、燃料電池スタック４０から排出され、ラジエータ７１に流入する前の温度である。
【００３７】
制御部３０は、具体的にはＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）である。制御部３０は、燃料電池システム２０の動作を制御するための信号を出力する。例えば、制御部３０は、アノードパージ（後述）を実行するために、インジェクタ５８に制御信号を送信する。制御部３０は、アノードパージに際し、低圧側圧力計Ｐｈｌの計測値を利用する。制御部３０は、供給圧の制御目標値として採用し得る上限の値を設定するために、温度計Ｔｐ、レゾルバＲ及び大気圧計Ｐａｔｍの計測値を利用する。
【００３８】
図２は、燃料電池スタック４０と、燃料電池スタック４０に固定される部品（以下、固定部品）とを示す分解斜視図である。固定部品は、何れも、燃料電池システム２０を構成する部品である。図示されている固定部品は、水素ポンプ５３と、ケース１２０と、３本のテンションシャフト１３０と、蓋１８０と、である。以下の説明において、図２におけるｚ軸プラス側を前，ｚ軸マイナス側を後ろ，ｙ軸マイナス側を下と表現する。ｚ軸方向は、積層方向ともいう。
【００３９】
燃料電池スタック４０は、積層体１１０の前側に集電板１６０Ｆ，前端側エンドプレート１７０Ｆが、その順に積層され、積層体１１０の後ろ側に、集電板１６０Ｅ，絶縁板１６５Ｅ，後端側エンドプレート１７０Ｅが、その順に積層された積層構造をなす。積層体１１０は、セル１００が複数枚（例えば３７０枚）、積層方向に積層されて構成されている。
【００４０】
以下の説明において、集電板１６０Ｆ，積層体１１０，集電板１６０Ｅ，絶縁板１６５Ｅ，後端側エンドプレート１７０Ｅが積層された部分を、燃料電池本体１１５とも称する。
【００４１】
セル１００は、アノード側セパレータ（不図示）とカソード側セパレータ（不図示）とシール部材一体型ＭＥＡ（不図示）とを備える。ＭＥＡは、膜電極接合体のことであり、Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙの頭字語である。
【００４２】
セル１００は、その周縁に、アノードガス供給孔，アノード排ガス排出孔，６つのカソードガス供給孔，７つのカソード排ガス排出孔，３つの冷却水供給孔，および３つの冷却水排出孔を備える。以下、これらの供給孔および排出孔をまとめて「給排孔」とも称する。
【００４３】
給排孔は、集電板１６０Ｆおよび前端側エンドプレート１７０Ｆにおける各給排孔と繋がる。複数のセル１００を積層すると、これらの給排孔により、アノードガスとしての水素、カソードガスとしての空気、および冷却水を供給するためのマニホールド、並びに各セル１００からアノード排ガス、カソード排ガス、および冷却水を排出するためのマニホールドが形成される。
【００４４】
先述の給排孔の周囲には、図示しないシール部が形成されている。このシール部によって、セル１００が積層された際のセパレータ間およびセパレータと集電板１６０間におけるマニホールドのシール性が確保されている。
【００４５】
集電板１６０Ｆおよび集電板１６０Ｅは、各セル１００の発電電力を集めて、集電端子１６１を介して外部へ出力する。集電板１６０Ｆは、その周縁に、セル１００と同様の給排孔を備える。絶縁板１６５Ｅは、絶縁性の樹脂板である。前端側エンドプレート１７０Ｆおよび後端側エンドプレート１７０Ｅは、アルミニウム製である。
【００４６】
ケース１２０の前側は、図示するように開口している。ケース１２０後ろ側は、閉塞されている。燃料電池本体１１５は、ケース１２０内に収容される。前端側エンドプレート１７０Ｆは、ケース１２０の前側の開口を閉塞する状態で、ボルトによって固定される。この固定によって、前端側エンドプレート１７０Ｆと、集電板１６０Ｆとが積層する。
【００４７】
燃料電池本体１１５の下側には、テンションシャフト１３０が配置される。テンションシャフト１３０は、前側が前端側エンドプレート１７０Ｆに接続され、後ろ側がケース端面に接続されている。ケース１２０の下側は、開口しており、ケース１２０内に燃料電池本体１１５が収容された状態で、蓋１８０によって閉じられる。
【００４８】
水素ポンプ５３は、詳しくは図示しないが、モータ部と、ポンプ部とを備える。モータ部は、モータとモータハウジングとを備える。ポンプ部は、水素を圧縮するロータを備える。ロータは、モータのトルクによって回転する。制御部３０は、レゾルバＲの計測値が、モータの回転数の目標値（以下、回転目標値）に近づくように、モータに対して制御信号を送信する。
【００４９】
水素ポンプ５３は、前端側エンドプレート１７０Ｆに固定される。このように固定された状態において、水素ポンプ５３のモータハウジングは、前端側エンドプレート１７０Ｆに面接触する。モータハウジングと前端側エンドプレート１７０Ｆとの間には、伝熱シート（不図示）が配置される。このため、モータ部において発生した熱は、前端側エンドプレート１７０Ｆに伝導する。この結果、モータ部の温度は、前端側エンドプレート１７０Ｆの温度とほぼ同じになる。前端側エンドプレート１７０Ｆは、図２に示すように水素ポンプ５３に比べて外部に露出した表面積が大きく、放熱が起こりやすい。このため、前端側エンドプレート１７０Ｆは、あまり高温にならない。この結果、モータ部が高温になることが抑制されている。温度計Ｔｐの計測値が閾値以上に達した場合、制御部３０は、モータ部の保護のため、水素ポンプ５３の駆動を停止する。
【００５０】
図３は、燃料電池システム２０の電気的構成を示す概略図である。燃料電池システム２０は、二次電池８１と、ＦＤＣ８２と、ＤＣ／ＡＣインバータ８３と、ＢＤＣ８５と、セル電圧計９１と、電流計測部９２とを備える。
【００５１】
セル電圧計９１は、燃料電池スタック４０の全てのセル１００それぞれと接続されており、全てのセル１００それぞれを対象にセル電圧を計測する。セル電圧計９１は、その計測結果を制御部３０に送信する。電流計測部９２は、燃料電池スタック４０による出力電流の値を計測し、制御部３０に送信する。
【００５２】
ＦＤＣ８２及びＢＤＣ８５は、ＤＣ／ＤＣコンバータとして構成された回路である。ＦＤＣ８２は、制御部３０から送信される電流指令値に基づき、燃料電池スタック４０による出力電流を制御する。電流指令値とは、燃料電池スタック４０による出力電流の目標値となる値であり、制御部３０によって設定される。
【００５３】
ＦＤＣ８２は、入力電圧計およびインピーダンス計としての機能を有する。具体的には、ＦＤＣ８２は、入力電圧の値を計測して制御部３０に送信する。ＦＤＣ８２は、交流インピーダンス法を用いて燃料電池スタック４０のインピーダンスを計測する。本実施形態において用いられるインピーダンスの周波数は、高周波を含み、具体的には１００Ｈｚ〜１ｋＨｚを含む。ＦＤＣ８２は、入力電圧を昇圧してＤＣ／ＡＣインバータ８３に供給する。
【００５４】
ＢＤＣ８５は、制御部３０の制御に基づき二次電池８１の充放電を制御する。ＢＤＣ８５は、二次電池８１のＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ：残容量）を計測し、制御部３０に送信する。二次電池８１は、リチウムイオン電池で構成され、補助電源として機能する。
【００５５】
ＤＣ／ＡＣインバータ８３は、燃料電池スタック４０と負荷２００とに接続されている。ＤＣ／ＡＣインバータ８３は、燃料電池スタック４０と二次電池８１とから出力される直流電力を交流電力へと変換し、負荷２００に供給する。
【００５６】
負荷２００において発生した回生電力は、ＤＣ／ＡＣインバータ８３によって直流電流に変換され、ＢＤＣ８５によって二次電池８１に充電される。制御部３０は、負荷２００に加え、二次電池８１のＳＯＣも加味して、出力指令値を算出する。
【００５７】
図４は、上限圧力設定処理を示すフローチャートである。制御部３０は、上限圧力設定処理を、パワースイッチＳがＯＮ操作されてからＯＦＦ操作されるまで、繰り返し実行する。制御部３０は、上限圧力設定処理を実行するためのプログラムを、記憶媒体に記憶している。
【００５８】
上限圧力設定処理は、リリーフ弁５９の誤作動の防止、極間差圧の増大の抑制、及び排気水素濃度の増大の抑制のために実行される。極間差圧とは、セル１００内におけるアノードとカソードとの圧力差のことである。排気水素濃度とは、気液分離部５７、排出経路５５及び空気排出流路６６を通じて、大気に排出される水素の濃度のことである。
【００５９】
まず、制御部３０は、水素ポンプ５３に異常が発生しているかを判定する（Ｓ４１０）。本実施形態において、制御部３０は、Ｓ４１０の判定として、温度計ＴｐとレゾルバＲとの計測値に基づき、水素ポンプ５３が氷結しているか否かを判定する。水素ポンプ５３は、先述したように、放熱が促進されやすい。このため、水素ポンプ５３は、外気温の影響を受けやすく、寒冷時には氷結する場合がある。
【００６０】
制御部３０は、温度計Ｔｐの計測値が所定値（例えば０℃）未満であることと、レゾルバＲの計測値が回転目標値から乖離していることとの両方が満たされた場合、水素ポンプ５３が氷結していると判定する。制御部３０は、温度計Ｔｐの計測値が所定値以上であることと、レゾルバＲの計測値が回転目標値から乖離していないこととの両方が満たされた場合、水素ポンプ５３は氷結していないと判定する。何れか一方のみが満たされる場合については、本実施形態では想定していない。
【００６１】
上記の乖離とは、回転目標値から計測値を引いて得られる差が閾値以上である状態が、所定時間以上、継続することである。このように、温度計Ｔｐ及びレゾルバＲは、水素ポンプ５３に異常が発生しているか否かの指標となる物理量を計測する異常検出部として機能する。
【００６２】
水素ポンプ５３に異常が発生していない場合（Ｓ４１０，ＮＯ）、制御部３０は、仮上限圧力を圧力値Ｐｌｉｍｉｔに設定する（Ｓ４２０）。仮上限圧力とは、上限圧力の算出の元となる値であり、Ｓ４４０で用いられる。本実施形態における圧力値Ｐｌｉｍｉｔは、２００ｋＰａ≦Ｐｌｉｍｉｔ≦３５０ｋＰａを満たす何れかの値である。
【００６３】
一方、水素ポンプ５３に異常が発生している場合（Ｓ４１０，ＹＥＳ）、制御部３０は、出力電流の現在値から仮上限圧力を設定する（Ｓ４３０）。制御部３０は、Ｓ４３０の処理に、予め記憶しているマップを用いる。このマップは、水素ポンプ５３が動作しなくても、排気水素濃度が基準値以下になるように、仮上限圧力と出力電流との関係が定められている。出力電流値が小さくなればなるほど、水素の消費量が少なくなるので、仮上限圧力の値も小さくなるように定められている。このマップを用いて設定され得る仮上限圧力の値は、圧力値Ｐｌｉｍｉｔ以下である。
【００６４】
Ｓ４２０又はＳ４３０の後、制御部３０は、仮上限圧力を大気圧に基づき補正することで、上限圧力を設定し（Ｓ４４０）、Ｓ４１０から上限圧力設定処理を繰り返す。仮上限圧力をＰｔｍｐ、大気圧計Ｐａｔｍの計測値をＰａ、補正後の上限圧力の値をＰｄと表記すると、Ｓ４４０は下記の式によって実行される。単位は全てｋＰａである。下記式に含まれる１０１．３ｋＰａは、標準気圧の値、つまり１ａｔｍと同じ値である。
Ｐｄ＝Ｐｔｍｐ＋Ｐａ−１０１．３
【００６５】
上記のように大気圧の計測値を用いて上限圧力を設定することによって、リリーフ弁５９の誤作動の抑制、及び極間差圧の増大の抑制が実現できる。極間差圧の増大が抑制されれば、ＭＥＡに含まれる電解質膜の損傷が抑制される。
【００６６】
水素ポンプ５３に異常が発生していない場合（Ｓ４１０，ＮＯ）、上限圧力に影響する変数は、大気圧の値のみである。この場合、大気圧が標準気圧よりも高い第１の値の場合に設定される上限圧力は、圧力値Ｐｌｉｍｉｔよりも高い第１の制限値である。そして、大気圧が標準気圧よりも低い第２の値の場合に設定される上限圧力は、圧力値Ｐｌｉｍｉｔよりも低い第２の制限値である。
【００６７】
大気圧が標準気圧に等しい場合、仮上限圧力Ｐｔｍｐは、上限圧力Ｐｄに等しいので、Ｓ４２０又はＳ４３０において設定された値が、上限圧力Ｐｄになる。この場合、Ｓ４２０で設定される値は、水素ポンプ５３に異常が発生しているか否かの指標となる情報に基づき設定される第１の制限値である。そして、Ｓ４３０で設定される値は、水素ポンプ５３に異常が発生しているか否かの指標となる情報に基づき設定される第２の制限値である。
【００６８】
図５は、排水処理を示すフローチャートである。制御部３０は、排水処理を、パワースイッチＳがＯＮ操作されてからＯＦＦ操作されるまで、繰り返し実行する。制御部３０は、排水処理を実行するためのプログラムを、記憶媒体に記憶している。排水処理は、アノード水をセル１００内から排出するために実行される。ここでいうアノード水とは、セル内のアノードの流路に多量に存在する水のことである。
【００６９】
図６は、排水処理の実行時におけるパラメータの変化を示すタイミングチャートである。パラメータとは、図６に示すように、出力電流（Ａ）、セル電圧の平均値（Ｖ）、セル電圧の最低値（Ｖ）、供給圧（ｋＰａ）、及び駆動本数である。
【００７０】
セル電圧の平均値（以下、平均電圧Ｖａｖｅ）は、セル１００毎にセル電圧計９１によって計測される値の平均値である。セル電圧の最低値（以下、最低電圧Ｖｍｉｎ）は、セル１００毎にセル電圧計９１によって計測される値の中で、最低の値である。以下、図６を参照しながら、排水処理を説明する。
【００７１】
まず、制御部３０は、最低電圧Ｖｍｉｎが閾値Ｖｌｉｍｉｔ１未満であるかを判定する（Ｓ５１０）。閾値Ｖｌｉｍｉｔ１は、負電圧の発生を検出する基準として、予め定められた電圧値である。本実施形態における閾値Ｖｌｉｍｉｔ１は、−０．１Ｖ≦Ｖｌｉｍｉｔ１＜０Ｖを満たす何れかの値である。
【００７２】
最低電圧Ｖｍｉｎが閾値Ｖｌｉｍｉｔ１以上である場合（Ｓ５１０，ＮＯ）、制御部３０は、通常制御を実行し（Ｓ５６０）、Ｓ５１０から排水処理を繰り返す。ここでいう通常制御とは、排水処理において設定される供給圧の目標値および駆動本数に影響されることなく、燃料電池システム２０を運転することである。
【００７３】
図６の時刻ｔ０ａから時刻ｔ１ａまでは、Ｓ５１０でＮＯ、及びＳ５６０が繰り返される時間である。以下、時刻ｔ１ａより前の時刻ｔ０ａまでの現象について説明する。
【００７４】
時刻ｔ０から時刻ｔ０ａは、始動運転から通常運転へ移行する時間である。始動運転とは、パワースイッチＳのＯＮ操作後、燃料電池システム２０を起動するための運転である。通常運転とは、要求電力に応じた運転である。
【００７５】
時刻ｔ０から時刻ｔ０ａにおいては、駆動本数が０本である。駆動本数が０本に設定されているのは、水素ポンプ５３の駆動によって、供給圧が目標値に達しているからである。
【００７６】
図６に示された例の場合、最低電圧が計測されたセル１００は、一貫して、前端側エンドプレート１７０Ｆに接触するセル１００（以下、前端セル）である。前端セルは、先述した前端側エンドプレート１７０Ｆの放熱の影響を受け、アノード水が多くなりやすい。この結果、前端セルは、他のセル１００に比べて、水素が不足し、セル電圧が低くなる傾向がある。
【００７７】
時刻ｔ０ａから時刻ｔ１ａにおいて、駆動本数は０本または１本である。これは、時刻ｔ０ａ以前において供給圧が低下を続け、時刻ｔ０ａにおいて水素タンク５１からの水素の供給が必要になったからである。
【００７８】
時刻ｔ０ｂにおいて、制御部３０による制御の結果、出力電流が上昇している。これに伴い、最低電圧が下降し始める。
【００７９】
最低電圧の下降は、時刻ｔ０ｂから時刻ｔ１ａまで継続し、時刻１ａにおいて閾値Ｖｌｉｍｉｔ１を下回る。このため、制御部３０は、時刻１ａにおいて、Ｓ５１０でＹＥＳと判定する。
【００８０】
Ｓ５１０でＹＥＳと判定すると、制御部３０は、排水フラグをＯＮに設定し（Ｓ５２０）、駆動本数を３本に固定する（Ｓ５３０）。排水フラグは、Ｓ５４０（後述）で用いられる。
【００８１】
続いて、制御部３０は、排水フラグについて判定する（Ｓ５４０）。排水処理を開始して初回のＳ５４０では、排水フラグはＯＮである（Ｓ５４０，ＯＮ）。続いて、制御部３０は、供給圧の目標値を、パージ用の値（以下、パージ用目標値Ｐｔａｒｇｅｔ）に設定する（Ｓ５５０）。具体的には、制御部３０は、供給圧の目標値を、２５０ｋＰａと、先述した上限圧力との何れか低い方の値に設定する。以下、供給圧をパージ用目標値Ｐｔａｒｇｅｔに制御することを、アノードパージともいう。パージ用目標値Ｐｔａｒｇｅｔは、殆どの場合において、通常運転による供給圧の目標値よりも高い値である。
【００８２】
Ｓ５３０によって駆動本数が固定されたことは、図６において、時刻ｔ１ａから時刻ｔ１ｂまでにおける駆動本数が３本であることとして示されている。図６において、時刻ｔ１ａから供給圧が急上昇しているのは、駆動本数の固定、及びＳ５５０によって供給圧がパージ用目標値Ｐｔａｒｇｅｔに設定されたことによる。駆動本数を固定してアノードパージを実行することを、第１の制御ともいう。
【００８３】
このように供給圧が急上昇した結果、最低セル電圧と出力電流とが、時刻ｔ１ａにおいて、急上昇する。これは、供給圧が急上昇した結果、前端セル内におけるアノード流路の上流側と下流側との差圧が大きくなり、水素の流れを阻害するアノード水の詰まりが、一旦、解消されたからである。この現象については後で詳述する。Ｓ５５０の後、制御部３０は、固定解除処理を実行する（Ｓ７００）。
【００８４】
図７は、固定解除処理を示すフローチャートである。まず、制御部３０は、供給圧がパージ用目標値Ｐｔａｒｇｅｔ以上に達したかを判定する（Ｓ７１０）。制御部３０は、低圧側圧力計Ｐｈｌの計測値にローパスフィルタをかけた値を、Ｓ７１０における供給圧の値として用いる。供給圧がパージ用目標値Ｐｔａｒｇｅｔ未満である場合（Ｓ７１０，ＮＯ）、制御部３０は、排水フラグがＯＮになってからの経過時間が移行時間Ｔｌｉｍｉｔ１に達したかを判定する（Ｓ７２０）。本実施形態における移行時間Ｔｌｉｍｉｔ１は、１秒≦Ｔｌｉｍｉｔ１≦５秒を満たす何れかの値である。排水フラグがＯＮになってからの経過時間は、駆動本数が３本に固定されてからの経過時間でもある。この経過時間が移行時間Ｔｌｉｍｉｔ１未満の場合（Ｓ７２０，ＮＯ）、駆動本数の固定を維持したまま、固定解除処理を終える。
【００８５】
その後、制御部３０は、図８と共に説明する終了判定処理（Ｓ８００）の実行後、Ｓ５４０に戻る。制御部３０は、Ｓ５４０でＯＦＦと判定するまで、Ｓ５４０からＳ８００までを繰り返す。図６における時刻ｔ１ａから時刻ｔ１ｂまでの時間は、Ｓ５４０からＳ８００までが繰り返されている間の様子を示す。
【００８６】
図７に示すように、供給圧がパージ用目標値Ｐｔａｒｇｅｔに達した場合（Ｓ７１０，ＹＥＳ）、又は、排水フラグがＯＮになってからの経過時間が移行時間Ｔｌｉｍｉｔ１に達した場合（Ｓ７２０，ＹＥＳ）、制御部３０は、駆動本数の固定を解除し（Ｓ７３０）、固定解除処理を終える。供給圧がＰｔａｒｇｅｔ目標値に達していなくても、Ｓ７２０でＹＥＳの場合に、駆動本数の固定を解除するのは、静寂性の悪化を抑制するためである。
【００８７】
図６に示すように、時刻ｔ１ｂ以降において駆動本数が０本または１本であるのは、駆動本数の固定が解除され、且つ供給圧をパージ用目標値Ｐｔａｒｇｅｔに維持するのに十分だからである。図６に示す場合、駆動本数の固定の解除は、供給圧がパージ用目標値Ｐｔａｒｇｅｔに達したことによって（Ｓ７１０，ＹＥＳ）、実行される。なお、駆動本数の固定が解除されても、要求電力が大きい場合、駆動本数が３本に設定される場合がある。このように、駆動本数の固定を解除してアノードパージを継続することを、第２の制御ともいう。
【００８８】
制御部３０は、終了判定処理（Ｓ８００）を開始すると、図８に示すように、平均電圧Ｖａｖｅと最低電圧Ｖｍｉｎとの差が、閾値Ｖｌｉｍｉｔ２以内である状態が３秒以上継続したかを判定する（Ｓ８１０）。本実施形態における閾値Ｖｌｉｍｉｔ２は、０．０５Ｖ≦Ｖｌｉｍｉｔ２≦０．５Ｖを満たす何れかの値である。閾値Ｖｌｉｍｉｔ２は、終了条件が満たされたかを判定するために、予め定められた電圧差である。ここでいう終了条件とは、アノード水の詰まりの解消を検出する基準として、予め定められた電圧差である。
【００８９】
上記の差が、閾値Ｖｌｉｍｉｔ２以内である状態が３秒以上継続した場合（Ｓ８１０，ＹＥＳ）、制御部３０は、排水フラグをＯＦＦに設定し（Ｓ８７０）、終了判定処理を終える。以下、制御部３０が排水フラグをＯＦＦに設定し、終了判定処理を終えることを、「Ｓ８７０を実行する」という。
【００９０】
排水フラグがＯＦＦであると、制御部３０は、Ｓ５４０でＯＮと判定するので、通常制御を実行する（Ｓ５６０）。つまり、供給圧をＳ５５０において設定される値ではなく、要求電力に応じた値に設定する。制御部３０は、駆動本数の固定の解除（Ｓ７３０）が実行されないままＳ５６０に進んだ場合、Ｓ５６０の実行として駆動本数の固定を解除する。
【００９１】
図６における時刻ｔ１ｃ以降において、供給圧が低下し、且つ、駆動本数が０本であることは、時刻ｔ１ｃにおいてＳ５６０が実行されたことを示す。図６は、時刻ｔ１ｃの直前におけるＳ８１０でＹＥＳと判定されたことによって、Ｓ５６０が実行された場合を示す。
【００９２】
上記の差が、閾値Ｖｌｉｍｉｔ２以内である状態が３秒未満（０秒を含む）である場合（Ｓ８１０，ＮＯ）、制御部３０は、出力電流が０．１Ａ未満であるかを判定する（Ｓ８２０）。出力電流が０．１Ａ未満であることは、出力電流が殆どゼロであるということである。なお、Ｓ８２０で用いられる出力電流の値は、ローパスフィルタによって処理された値である。
【００９３】
出力電流が０．１Ａ未満である場合（Ｓ８２０，ＹＥＳ）、Ｓ８７０を実行する。出力電流が殆どゼロである場合、セル１００の劣化は殆ど進行しないので、燃費の悪化を抑制するために、通常制御に戻る。
【００９４】
出力電流が０．１Ａ以上である場合（Ｓ８２０，ＮＯ）、制御部３０は、始動運転中であるかを判定する（Ｓ８３０）。始動運転中である場合（Ｓ８３０，ＹＥＳ）、Ｓ８７０を実行する。通常運転以外の場合は、その運転のための制御が、排水処理よりも優先されるからである。これは、後述するＳ８４０，Ｓ８５０も同様である。
【００９５】
始動運転中でない場合（Ｓ８３０，ＮＯ）、制御部３０は、停止運転中であるかを判定する（Ｓ８４０）。停止運転中である場合（Ｓ８４０，ＹＥＳ）、Ｓ８７０を実行する。停止運転とは、パワースイッチＳがＯＦＦ操作された場合に、燃料電池システム２０を停止させるための運転である。
【００９６】
停止運転中でない場合（Ｓ８４０，ＮＯ）、制御部３０は、急速暖機運転中であるかを判定する（Ｓ８５０）。急速暖機運転中である場合（Ｓ８５０，ＹＥＳ）、Ｓ８７０を実行する。急速暖機運転とは、セル温度を急速に上昇させるために、発電効率が低い動作点で運転することである。
【００９７】
急速暖機運転中でない場合（Ｓ８５０，ＮＯ）、制御部３０は、排水フラグがＯＮになってからの経過時間が終了時間Ｔｌｉｍｉｔ２に達したかを判定する（Ｓ８６０）。本実施形態における終了時間Ｔｌｉｍｉｔ２は、５秒＜Ｔｌｉｍｉｔ２≦２０秒を満たす何れかの値である。この経過時間が終了時間Ｔｌｉｍｉｔ２に達した場合（Ｓ８６０，ＹＥＳ）、Ｓ８７０を実行する。この経過時間が終了時間Ｔｌｉｍｉｔ２に達した場合にＳ８７０を実行するのは、一旦、供給圧を低下させた後、再び第１の制御を実行するためである。第１の制御は、後述するように、アノード水の詰まりを解消する効果が高い。
【００９８】
上記の経過時間が終了時間Ｔｌｉｍｉｔ２に達していない場合（Ｓ８６０，ＮＯ）、Ｓ８７０を実行することなく、終了判定処理を終える。
【００９９】
図６における時刻ｔ１ｄにおいて、時刻ｔ１ｄにおいて駆動本数が１本になり、供給圧の低下が止まっている。時刻ｔ１ｄにおける供給圧は、通常制御における目標値とほぼ同じ値である。
【０１００】
時刻ｔ１ｄ以降、最低電圧Ｖｍｉｎが低下している。これは、アノード水の詰まりが再び発生したためである。この結果、時刻ｔ２ｂにおいて、最低電圧Ｖｍｉｎが再び閾値Ｖｌｉｍｉｔ１を下回る（Ｓ５１０，ＹＥＳ）。このため、再びＳ５２０〜Ｓ５５０、固定解除処理（Ｓ７００）及び終了判定処理（Ｓ８００）が実行される。この結果、最低電圧Ｖｍｉｎは、時刻ｔ２ｂ以降、平均電圧Ｖａｖｅに近い値になる。
【０１０１】
時刻ｔ２ｄにおいて、供給圧が通常運転における目標値とほぼ同じ値になると、みたび、最低電圧Ｖｍｉｎが低下し始める。この結果、みたび、時刻ｔ３ａ〜時刻ｔ３ｃにおいてアノードパージが実行される。時刻ｔ３ｄ以降（図示しない）、供給圧が目標値とほぼ同じ値になっても、最低電圧Ｖｍｉｎは、殆ど低下しなかった。これは、前端セル内の流路を閉塞していた多量のアノード水が、前端セル内から排出されたからである。
【０１０２】
上記の排水処理によれば、アノード水の除去についての十分な効果を得つつ、静寂性の悪化を抑制できる。このような一見、両立しがたい要求が実現されるのは、第１の制御（駆動本数の固定の実施）を、効果的なタイミングに限定することで、短時間で済ませることができるからである。効果的なタイミングとは、供給圧が急上昇するタイミングと、アノード水が詰まっているタイミングとである。
【０１０３】
供給圧が急上昇しているタイミングは、上流と下流との圧力差が、圧力損失分の値よりも大きくなる。そして、このようにして生じる圧力差（以下、過渡的な圧力差という）は、供給圧の上昇速度が大きければ大きいほど、大きくなる。そこで、このタイミングで駆動本数を３本に固定することによって、供給圧の上昇速度を大きくし、アノード水の詰まりを解消する効果を高めている。
【０１０４】
供給圧の上昇が止まった後は、駆動本数の固定を解除し、静寂性の悪化を抑制する。供給圧がパージ用目標値Ｐｔａｒｇｅｔに達するまでの時間は、通常、短いので、自動車１に乗っている人は、駆動本数の固定によって静寂性が悪化したとはあまり感じない。
【０１０５】
上記のアノード水が詰まっているタイミングとは、アノード水が流動していないタイミングある。逆に、アノード水が流動しているタイミングとは、アノード水は存在するが、詰まらずに流れているタイミングである。アノードの流路には、流れやすい箇所と、流れにくい箇所とがある。このため、例えば、或る流れにくい箇所に詰まっていたアノード水が過渡的な圧力差によって下流に押し流されてから暫くは、流れやすい箇所を流れるので、過渡的な圧力差によらなくてもアノード水は下流に流れる。その後、アノード水は、別の流れにくい箇所に到達すると、その箇所に詰まる。
【０１０６】
このように、アノード水が流れにくい箇所に詰まる現象は、離散的なタイミングで発生する。終了判定処理に含まれるＳ８１０及びＳ８６０によって一旦、アノードパージを終了することで、このタイミングを見計らって第１の制御を実行することができる。このようにして、上記の効果を得ることができる。
【０１０７】
図９は、緊急停止処理を示すフローチャートである。制御部３０は、上限圧力設定処理を、パワースイッチＳがＯＮ操作されてからＯＦＦ操作されるまで、繰り返し実行する。制御部３０は、上限圧力設定処理を実行するためのプログラムを、記憶媒体に記憶している。緊急停止処理は、排水処理によっても、最低電圧が回復しない場合に、燃料電池システム２０の運転を停止するための処理である。
【０１０８】
まず、制御部３０は、車速が５ｋｍ／ｈ以下であるかを判定する（Ｓ９１０）。車速が５ｋｍ／ｈよりも速い場合（Ｓ９１０，ＮＯ）、制御部３０は、カウンタに格納されているカウント値をゼロリセットし（Ｓ９５０）、Ｓ９１０から緊急停止処理を繰り返す。カウンタについては後述する。後述する緊急停止（Ｓ９９０）は、停車中または徐行中に実行する処理である。つまり、Ｓ９１０は、停車中または徐行中以外に、緊急停止（Ｓ９９０）を実行しないための判定ステップである。
【０１０９】
車速が５ｋｍ／ｈよりも遅い場合（Ｓ９１０，ＹＥＳ）、制御部３０は、始動運転中であるかを判定する（Ｓ９２０）。始動運転中ではない場合（Ｓ９２０，ＮＯ）、制御部３０は、停止運転中であるかを判定する（Ｓ９３０）。停止運転中ではない場合（Ｓ９３０，ＮＯ）、制御部３０は、通常運転中であるかを判定する（Ｓ９４０）。通常運転中ではない場合（Ｓ９４０，ＮＯ）、制御部３０は、Ｓ９５０を実行する。
【０１１０】
一方、始動運転中である場合（Ｓ９２０，ＹＥＳ）、停止運転中である場合（Ｓ９３０，ＹＥＳ）又は通常運転中である場合（Ｓ９４０，ＹＥＳ）、制御部３０は、出力電流の制限率（以下、電流制限率という）がゼロ％に到達したかを判定する（Ｓ９６０）。電流制限率とは、本来、目標とする出力電流の値に乗じる値であり、通常時は１００％である。
【０１１１】
制御部３０は、最低電圧が負電圧（ゼロＶ未満）になると、電流制限率を１００％よりも低い値に設定する。制御部３０は、最低電圧が負電圧の場合に、最低電圧の絶対値が大きくなればなるほど、電流制限率を低い値に設定する。制御部３０は、最低電圧が基準電圧値（例えば−０．３Ｖ）以下になると、電流制限率をゼロ％に設定する。
【０１１２】
制御部３０は、電流制限率をゼロ％よりも大きい値に設定すると（Ｓ９６０，ＮＯ）、Ｓ９１０から緊急停止処理を繰り返す。
【０１１３】
一方、制御部３０は、電流制限率をゼロ％に設定すると（Ｓ９６０，ＹＥＳ）、カウント値に１を足す（Ｓ９７０）。続いて、制御部３０は、カウント値が３以上であるかを判定する（Ｓ９８０）。カウント値が３未満である場合（Ｓ９８０，ＮＯ）、Ｓ９１０から緊急停止処理を繰り返す。
【０１１４】
カウント値が３以上である場合（Ｓ９８０，ＹＥＳ）、緊急停止を実行し（Ｓ９９０）、緊急停止処理を終える。緊急停止とは、燃料電池システム２０を停止させることである。そして、制御部３０は、緊急停止した旨を自動車１の運転者に通知し、自動車１が消費する電力を二次電池８１に給電させる。
【０１１５】
上記のようにカウント値が３以上になる場合というのは、Ｓ９５０を実行しない間に、３回以上、Ｓ９６０でＹＥＳと判定する場合である。２回目以降のＳ９６０でＹＥＳと判定するのは、制御部３０の次の動作による。
【０１１６】
制御部３０は、電流制限率をゼロ％に設定した後、電流制限率をゼロ％から徐々に増大させ、負電圧が解消しているかを判定する。負電圧が解消している場合、制御部３０は、電流制限率を１００％に向けて増大させる。負電圧が解消していない場合、制御部３０は、電流制限率を再びゼロ％に設定する。電流制限率がゼロ％に設定された後、再びゼロ％に設定されるまでの間、Ｓ９５０が実行されなければ、カウント値が増える。制御部３０は、カウント値が３以上に達したことに基づき、アノードパージ処理によっても解消しない異常が発生していると見なす。
【０１１７】
緊急停止処理の実行によって、セル１００が深刻な損傷を受けることを抑制できる。
【０１１８】
本開示は、本明細書の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現できる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、先述の課題の一部又は全部を解決するために、或いは、先述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせができる。その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除できる。例えば、以下のものが例示される。
【０１１９】
燃料電池システムとして搭載されるインジェクタの数は、複数であれば、何本でもよい。搭載されたインジェクタの数をｎ本と表現する場合、Ｓ５３０で固定される駆動本数はｎ本でもよい。
【０１２０】
上限圧力の設定には、水素ポンプ５３に異常が発生しているかを考慮しなくてもよいし、大気圧の値を考慮しなくてもよい。例えば、上限圧力は固定値でもよい。
【０１２１】
水素ポンプ５３が氷結しているかを示す情報は、温度計Ｔｐの計測値のみでもよいし、レゾルバＲの計測値が回転目標値から乖離していることのみでもよい。
【０１２２】
水素ポンプ５３に異常が発生しているか否かの指標となる情報は、水素ポンプ５３が氷結しているかを示す情報でなくてもよい。例えば、水素ポンプ５３の故障を検出する情報でもよい。故障を検出する情報は、例えば、水素ポンプ５３を動作させるための配線が断線したことを示す情報でよい。例えば、レゾルバＲの計測値が回転目標値から乖離していることが、断線したことを示す情報として扱われてもよい。
【０１２３】
セル電圧計９１は、全てのセル１００のセル電圧を計測しなくてもよい。例えば、前端セルのみを計測対象にしてもよい。
【０１２４】
リリーフ弁５９は無くてもよい。
【０１２５】
自動車１は、コネクテッドカーでもよい。コネクテッドカーとは、通信機を搭載し、クラウドとの通信によってサービスを受けることができる自動車である。この場合、例えば、自動車１の周囲の大気圧の値を、通信によって取得してもよい。
【符号の説明】
【０１２６】
１…自動車
２０…燃料電池システム
３０…制御部
４０…燃料電池スタック
５０…水素供給排出機構
５１…水素タンク
５２…レギュレータ
５３…水素ポンプ
５４…排水シャットバルブ
５５…排出経路
５７…気液分離部
５８…インジェクタ
５８ａ…インジェクタ
５８ｂ…インジェクタ
５８ｃ…インジェクタ
５９…リリーフ弁
６０…空気供給排出機構
６１…空気供給流路
６２…コンプレッサ
６３…分流弁
６４…分流弁用モータ
６６…空気排出流路
６７…調圧弁
６８…調圧弁用モータ
６９…バイパス
７０…冷却水循環機構
７１…ラジエータ
７２…冷却水ポンプ
８１…二次電池
８２…ＦＤＣ
８３…ＤＣ／ＡＣインバータ
８５…ＢＤＣ
９１…セル電圧計
９２…電流計測部
１００…セル
１１０…積層体
１１５…燃料電池本体
１２０…ケース
１３０…テンションシャフト
１６０Ｅ…集電板
１６０Ｆ…集電板
１６１…集電端子
１６５Ｅ…絶縁板
１７０Ｅ…後端側エンドプレート
１７０Ｆ…前端側エンドプレート
１８０…蓋
２００…負荷
Ｐａｔｍ…大気圧計
Ｐｈｈ…高圧側圧力計
Ｐｈｌ…低圧側圧力計
Ｑ…流量計
Ｒ…レゾルバ
Ｓ…パワースイッチ
Ｔａｔｍ…外気温計
Ｔｃ…水温計
Ｔｐ…温度計
Ｖ…車速センサ
【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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