(57)【要約】【課題】昇温を行う燃料電池システムにおいて、セルが過度に乾燥することを抑制する。【解決手段】燃料電池スタックと第１温度値を計測する第１温度計と発電電圧を計測する発電電圧計とセル電圧計と温度調整機構を制御して燃料電池スタックを昇温させる制御部、を備える燃料電池システム。制御部は、セル電圧が予め定められた電圧値未満である場合に燃料電池スタックの昇温を開始し、昇温の開始後第１温度値が第１基準温度に到達した後、複数の時間計測条件のうち少なくとも一つが満たされる場合に、セルの平均電圧からセル電圧を引いた差が予め定められた電圧差以下に維持された時間を計測し、計測された時間が第１基準時間を経過した場合に昇温を終了する。条件は、暖気運転、間欠運転、回生制動が終了、又は燃料電池スタックが発電可能な状態に移行してから、予め定められた時間が経過したという条件である。【選択図】図４
2018018610.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードガスとカソードガスの供給を受けて発電するセルが積層方向に複数積層された燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックの温度を調整する温度調整機構と、
前記燃料電池スタックの温度が反映された第１温度値を計測する第１温度計と、
前記燃料電池スタックによる発電電圧を計測する発電電圧計と、
前記複数のセルの少なくとも一部を対象にセル電圧を計測するセル電圧計と、
少なくとも前記セル電圧計により計測されたセル電圧及び前記第１温度計により計測された前記第１温度値を用いて、前記温度調整機構を制御して前記燃料電池スタックを昇温させる制御部と、
を備え、
前記制御部は、
計測対象のセルのセル電圧のうち少なくとも１つのセル電圧が予め定められた電圧値未満である場合に前記燃料電池スタックの昇温を開始し、
前記昇温の開始後、前記第１温度値が第１基準温度に到達した後、複数の時間計測条件のうち、少なくとも一つが満たされる場合に、前記セル電圧計又は前記発電電圧計によって計測された電圧から求まる前記燃料電池スタックの前記複数のセルの平均電圧から、前記計測対象のセルのセル電圧のうち少なくとも１つのセル電圧を引いた差が、予め定められた電圧差以下に維持された時間を計測し、前記複数の時間計測条件がいずれも満たされない場合に、前記時間の計測を行わず、
前記計測された時間が第１基準時間を経過した場合に、前記温度調整機構を制御して前記昇温を終了し、
前記複数の時間計測条件は第１条件と第２条件と第３条件と第４条件とを含み、
前記第１条件は、前記燃料電池スタックの発熱を利用して前記燃料電池スタックを暖気する暖気運転が終了してから、予め定められた時間が経過したという条件であり、
前記第２条件は、前記燃料電池スタックによる発電を一時的に停止するための間欠運転が終了してから、予め定められた時間が経過したという条件であり、
前記第３条件は、前記燃料電池システムが搭載される車両が備える駆動モータにおいて発生する電力を回生して、前記車両の制動力とするための回生制動が終了してから、予め定められた時間が経過したという条件であり、
前記第４条件は、前記燃料電池システムの始動後に前記燃料電池スタックが発電可能な状態に移行してから、予め定められた時間が経過したという条件、である、
燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池スタックにカソードガスを供給するためのカソードガス供給流路と、
前記燃料電池スタックからカソードオフガスを排出するためのカソードガス排出流路と、
前記カソードガス供給流路の前記燃料電池スタックよりも上流側から分岐して前記カソードガス排出流路に接続されるバイパス流路と、
前記カソードガス供給流路と前記バイパス流路との接続部位に設けられ、カソードガスの流れる方向を、前記燃料電池スタック側とバイパス流路側とのいずれかに切り替える分流弁と、を備え、
前記制御部は、前記分流弁を制御してカソードガスの流れる方向を切り替え可能であり、
前記第１条件と前記第２条件と前記第３条件と前記第４条件における前記予め定められた時間は、前記制御部により前記分流弁が制御されて、カソードガスの流れる方向が前記バイパス流路側から前記燃料電池スタック側に切り替わり、カソードガスが前記カソードガス供給流路と前記バイパス流路との接続部位から前記燃料電池スタック内にいきわたるまでの時間以上の時間である、燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システムであって、
前記制御部は、前記昇温の開始後、前記計測された時間が前記第１基準時間を経過していない場合であっても、前記第１温度値が前記第１基準温度に到達してから、前記第１基準時間よりも長い第２基準時間が経過した場合に、前記温度調整機構を制御して前記昇温を終了する、燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、
前記セル電圧計は、前記燃料電池スタックの前記積層方向の端部に位置するセルの電圧を計測する、燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池スタックの前記積層方向の端部に位置するセルの温度が反映された第２温度値を計測し、前記制御部に入力する第２温度計を備え、
前記制御部は、
前記昇温の開始後、前記第１温度値が前記第１基準温度未満である場合であり、かつ、前記第２温度値が、前記第１基準温度よりも低い温度である第２基準温度に到達してから第３基準時間が経過した場合に、前記温度調整機構を制御して前記昇温を終了する、燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池スタックは、前記積層方向の端に配置され、アノードガスの供給孔と排出孔とが形成されたエンドプレートを備え、
前記エンドプレートに取り付けられ、前記排出孔から排出されたガスを前記供給孔に供給する水素ポンプと、
前記水素ポンプの温度である第２温度値を計測し、前記制御部に入力する第２温度計と、を更に有し、
前記制御部は、
前記昇温の開始後、前記第１温度値が前記第１基準温度未満である場合であり、かつ、前記第２温度値が、前記第１基準温度よりも低い温度である第２基準温度に到達してから第３基準時間が経過した場合に、前記温度調整機構を制御して前記昇温を終了する、燃料電池システム。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池スタックのインピーダンスを計測し、前記制御部に計測結果を入力するインピーダンス計を備え、
前記制御部は、前記昇温の開始後、前記第１温度値が前記第１基準温度未満である場合に、予め定められた値よりも前記インピーダンスが大きい場合に、前記昇温を終了する、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、燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数のセルが積層された燃料電池スタックを備える燃料電池システムにおいて、いずれかのセルにフラッディングが発生している可能性がある場合に、燃料電池スタックを昇温させてセルを乾燥させる燃料電池システムが知られている。例えば、特許文献１には、セルの発電電圧が閾値以下であって、かつ燃料電池スタックのインピーダンスが閾値以下である場合、フラッディングが発生していると判定して、昇温を実施する燃料電池システムが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１５７４１４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、セルの発電電圧はフラッディング以外の要因でも下がる場合がある。そのような場合を考慮せずにセルを昇温すると、セルが過度に乾燥するという問題があった。そのため、フラッディングが発生している可能性がある場合に昇温を行う燃料電池システムにおいて、セルが過度に乾燥することを抑制可能な技術が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
【０００６】
本発明の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、アノードガスとカソードガスの供給を受けて発電するセルが積層方向に複数積層された燃料電池スタックと；前記燃料電池スタックの温度を調整する温度調整機構と；前記燃料電池スタックの温度が反映された第１温度値を計測する第１温度計と；前記燃料電池スタックによる発電電圧を計測する発電電圧計と；前記複数のセルの少なくとも一部を対象にセル電圧を計測するセル電圧計と；少なくとも前記セル電圧計により計測されたセル電圧及び前記第１温度計により計測された前記第１温度値を用いて、前記温度調整機構を制御して前記燃料電池スタックを昇温させる制御部と、を備え；前記制御部は；計測対象のセルのセル電圧のうち少なくとも１つのセル電圧が予め定められた電圧値未満である場合に前記燃料電池スタックの昇温を開始し；前記昇温の開始後、前記第１温度値が第１基準温度に到達した後、複数の時間計測条件のうち、少なくとも一つが満たされる場合に、前記セル電圧計又は前記発電電圧計によって計測された電圧から求まる前記燃料電池スタックの前記複数のセルの平均電圧から、前記計測対象のセルのセル電圧のうち少なくとも１つのセル電圧を引いた差が、予め定められた電圧差以下に維持された時間を計測し、前記複数の時間計測条件がいずれも満たされない場合に、前記時間の計測を行わず；前記計測された時間が第１基準時間を経過した場合に、前記温度調整機構を制御して前記昇温を終了し；前記複数の時間計測条件は第１条件と第２条件と第３条件と第４条件とを含み；前記第１条件は、前記燃料電池スタックの発熱を利用して前記燃料電池スタックを暖気する暖気運転が終了してから、予め定められた時間が経過したという条件であり；前記第２条件は、前記燃料電池スタックによる発電を一時的に停止するための間欠運転が終了してから、予め定められた時間が経過したという条件であり；前記第３条件は、前記燃料電池システムが搭載される車両が備える駆動モータにおいて発生する電力を回生して、前記車両の制動力とするための回生制動が終了してから、予め定められた時間が経過したという条件であり；前記第４条件は、前記燃料電池システムの始動後に前記燃料電池スタックが発電可能な状態に移行してから、予め定められた時間が経過したという条件、である。
【０００７】
複数の時間計測条件が満たされない場合には、カソードガスが燃料電池スタックに十分に供給されずにフラッディング以外の要因でセル電圧が低下する可能性がある。しかし、この形態の燃料電池システムによれば、制御部は、複数の時間計測条件のうち少なくとも一つが満たされる場合に、昇温を終了するための、複数のセルの平均電圧から計測対象のセルのセル電圧のうち少なくとも１つのセル電圧を引いた差が予め定められた電圧差以下に維持された時間の計測を行い、そうでない場合には時間の計測を行わないため、昇温を終了するための時間を適切に計測することができ、燃料電池スタックの昇温によってセルが過剰に乾燥することを抑制することができる。
【０００８】
上記形態において、前記燃料電池スタックにカソードガスを供給するためのカソードガス供給流路と；前記燃料電池スタックからカソードオフガスを排出するためのカソードガス排出流路と；前記カソードガス供給流路の前記燃料電池スタックよりも上流側から分岐して前記カソードガス排出流路に接続されるバイパス流路と；前記カソードガス供給流路と前記バイパス流路との接続部位に設けられ、カソードガスの流れる方向を、前記燃料電池スタック側とバイパス流路側とのいずれかに切り替える分流弁と、を備え；前記制御部は、前記分流弁を制御してカソードガスの流れる方向を切り替え可能であり；前記第１条件と前記第２条件と前記第３条件と前記第４条件における前記予め定められた時間は、前記制御部により前記分流弁が制御されて、カソードガスの流れる方向が前記バイパス流路側から前記燃料電池スタック側に切り替わり、カソードガスが前記カソードガス供給流路と前記バイパス流路との接続部位から前記燃料電池スタック内にいきわたるまでの時間以上の時間であってもよい。この形態によれば、カソードガスがカソードガス供給流路とバイパス流路との接続部位から、燃料電池スタック側におけるカソードガス供給流路に流れて予め定められた時間が経過すると燃料電池スタックにカソードガスがいきわたるので、昇温を終了するための時間を適切に計測することができ、セルが過剰に乾燥することを抑制することができる。
【０００９】
上記形態において、前記制御部は、前記昇温の開始後、前記計測された時間が前記第１基準時間を経過していない場合であっても、前記第１温度値が前記第１基準温度に到達してから、前記第１基準時間よりも長い第２基準時間が経過した場合に、前記温度調整機構を制御して前記昇温を終了してもよい。この形態によれば、制御部は、昇温の開始後、第１温度値が第１基準温度に到達してから、第２基準時間が経過した場合に昇温を終了するので、時間計測条件が満たされない場合や、時間計測条件が満たされるものの平均電圧からセル電圧を引いた差が予め定められた電圧差以下にならない場合に、昇温時間が長くなることによってセルが過剰に乾燥することを抑制することができる。
【００１０】
上記形態において、前記セル電圧計は、前記燃料電池スタックの前記積層方向の端部に位置するセルの電圧を計測してもよい。この形態によれば、制御部は、フラッディングが発生しやすい積層方向端部に位置するセルのセル電圧を用いて昇温を開始し、昇温を終了するので、フラッディングを効果的に解消することができる。
【００１１】
上記形態において、前記燃料電池スタックの前記積層方向の端部に位置するセルの温度が反映された第２温度値を計測し、前記制御部に入力する第２温度計を備え；前記制御部は；前記昇温の開始後、前記第１温度値が前記第１基準温度未満である場合であり、かつ、前記第２温度値が、前記第１基準温度よりも低い温度である第２基準温度に到達してから第３基準時間が経過した場合に、前記温度調整機構を制御して前記昇温を終了してもよい。この形態によれば、制御部は、燃料電池スタックの温度が反映された第１温度値が第１基準温度未満であっても、フラッディングが発生しやすい積層方向端部のセルの温度が反映された第２温度値が、第１基準温度よりも低い第２基準温度に到達してから第３基準時間が経過した場合に昇温を終了するため、セルが過剰に乾燥することをより抑制することができる。
【００１２】
上記形態において、前記燃料電池スタックは、前記積層方向の端に配置され、アノードガスの供給孔と排出孔とが形成されたエンドプレートを備え；前記エンドプレートに取り付けられ、前記排出孔から排出されたガスを前記供給孔に供給する水素ポンプと；前記水素ポンプの温度である第２温度値を計測し、前記制御部に入力する第２温度計と、を更に有し；前記制御部は；前記昇温の開始後、前記第１温度値が前記第１基準温度未満である場合であり、かつ、前記第２温度値が、前記第１基準温度よりも低い温度である第２基準温度に到達してから第３基準時間が経過した場合に、前記温度調整機構を制御して前記昇温を終了してもよい。この形態によれば、水素ポンプはエンドプレートに取り付けられているため水素ポンプの温度を計測する第２温度計によって計測された第２温度値は、燃料電池スタックの積層方向端部のセルの温度を反映する。制御部は、燃料電池スタックの温度が反映された第１温度値が第１基準温度未満であっても、フラッディングが発生しやすい積層方向端部のセルの温度が反映された第２温度値が、第１基準温度よりも低い第２基準温度に到達してから第３基準時間が経過した場合に昇温を終了するため、セルが過剰に乾燥することをより抑制することができるとともに、積層方向端部のセルの温度を計測するために別途温度計を設けなくてもよいため、燃料電池システムの構成を簡素にすることができる。
【００１３】
上記形態において、前記燃料電池スタックのインピーダンスを計測し、前記制御部に計測結果を入力するインピーダンス計を備え；前記制御部は、前記第１温度値が前記第１基準温度未満である場合に、予め定められた値よりも前記インピーダンスが大きい場合に、前記昇温を終了してもよい。この形態によれば、昇温によってセルが過剰に乾燥することをより抑制することができる。
【００１４】
本発明は、上述した燃料電池システム以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、燃料電池システムによる昇温処理方法や、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】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態としての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、燃料電池スタックに固定される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】昇温処理を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
Ａ．実施形態：
Ａ１．燃料電池システムの構成：
図１は、本発明の一実施形態としての燃料電池システム２０の概略構成を示すブロック構成図である。本実施形態において、燃料電池システム２０は、車両１に搭載される。燃料電池システム２０は、燃料電池スタック４０と、水素供給排出機構５０と、空気供給排出機構６０と、冷却水循環機構７０と、制御部３０とを備える。燃料電池システム２０は、パワースイッチ５のＯＮ操作によって始動し、ＯＦＦ操作によって停止する。パワースイッチ５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、車両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。
【００１７】
燃料電池スタック４０は、アノードガス（燃料ガス）とカソードガス（酸化剤ガス）との反応によって発電をするセルが積層方向（後述）に複数積層されて構成されている。本実施形態では、セルは、固体高分子形燃料電池である。本実施形態において、アノードガスは水素であり、カソードガスは空気中の酸素である。
【００１８】
燃料電池スタック４０のアノードに水素の供給及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と、水素ポンプ５３と、排水シャットバルブ５４と、排出流路５５と、気液分離部５７と、インジェクタ５８と、低圧リリーフ弁５９と、高圧側圧力計Ｐｈｈと、低圧側圧力計Ｐｈｌと、温度計Ｔｐと、レゾルバＲとを備える。
【００１９】
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に貯蔵された水素を、圧力を調整した上で、インジェクタ５８に供給する。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。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とシール部材一体型ＭＥＡ（後述）を介してカソード側から透過した窒素と、気液分離部５７で分離されなかった水分である。排出流路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）とを繋ぐ流路である。排水シャットバルブ５４は、排出流路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と窒素を排出するために開かれる。インジェクタ５８と排水シャットバルブ５４の制御によって、燃料電池スタック４０への水素の供給量が調整される。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、燃料電池スタック４０への流入前の水素の圧力（供給圧）を計測する。温度計Ｔｐ、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（後述）の温度を計測する。温度計Ｔｐを、「第２温度計Ｔｐ」とも呼ぶ。温度計Ｔｐによる計測結果を「第２温度値」とも呼ぶ。第２温度計Ｔｐは、第２温度値を計測し、制御部３０に送信（入力）する温度計でもある。以下、温度計Ｔｐの計測値を「水素ポンプ温度」とも呼ぶ。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のポンプ部の回転数を計測する。低圧リリーフ弁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。
【００２０】
燃料電池スタック４０のカソードに空気の供給及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、バイパス流路６９と、大気圧計Ｐａｔｍと、外気温計Ｔａｔｍと、流量計Ｑとを備える。
【００２１】
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。バイパス流路６９は、空気供給流路６１の燃料電池スタック４０よりも上流側から分岐して、空気排出流路６６に接続される流路である。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とバイパス流路６９との接続部位よりも大気開放口に近い位置である。空気供給流路６１を「カソードガス供給流路」とも呼ぶ。空気排出流路６６を流れるガスを「カソードオフガス」とも呼び、空気排出流路６６を「カソードガス排出流路」とも呼ぶ。
【００２２】
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との間であって、空気供給流路６１とバイパス流路６９との接続部位に設けられる。分流弁６３は、コンプレッサ６２から流れてくる空気の流れる方向を燃料電池スタック４０側とバイパス流路６９側とのいずれかに切り替える。このような分流弁６３は、三方弁とも呼ばれる。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。バイパス流路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において、空気排出流路６６とバイパス流路６９との接続部位よりも燃料電池スタック４０側に設けられる。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。調圧弁６７を通過した空気は、バイパス流路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。流量計Ｑは、コンプレッサ６２によって吸入された空気の流量を計測する。外気温計Ｔａｔｍは、吸入された空気の温度を計測する。大気圧計Ｐａｔｍは、吸入された空気の圧力を計測する。
【００２３】
燃料電池スタック４０を冷却する冷却水循環機構７０は、冷却水排出流路７５と、冷却水供給流路７６と、バイパス流路７９と、分流弁７３と、分流弁用モータ７４と、冷却水ポンプ７２と、ラジエータ７１と、ラジエータファン７７と、水温計Ｔｃと、を備える。冷却水循環機構７０を「温度調整機構」とも呼ぶ。
【００２４】
冷却水供給流路７６は、燃料電池スタック４０に冷却水を供給するための配管であり、冷却水供給流路７６において、冷却水供給流路７６とバイパス流路７９との接続部位よりも燃料電池スタック４０側に設けられた冷却水ポンプ７２によって冷却水が駆動される。冷却水排出流路７５は、燃料電池スタック４０から冷却水を排出するための配管である。バイパス流路７９は、冷却水排出流路７５の燃料電池スタック４０よりも下流側から分岐して冷却水供給流路７６に接続される流路である。
【００２５】
分流弁７３は、冷却水排出流路７５において、燃料電池スタック４０の下流側、つまり燃料電池スタック４０とラジエータ７１の間であって、冷却水排出流路７５とバイパス流路７９との接続部位に設けられる。分流弁７３は、冷却水排出流路７５において、燃料電池スタック４０の下流側、つまりラジエータ７１と燃料電池スタック４０との間であって、ラジエータ７１とバイパス流路７９との接続部位に設けられる。分流弁７３は、燃料電池スタック４０から流れてくる冷却水の流れる方向をラジエータ７１側とバイパス流路７９側とのいずれかに切り替える。このような分流弁７３は、三方弁とも呼ばれる。分流弁用モータ７４は、分流弁７３に接続され、分流弁７３の開度を調整するためのトルクを発生する。冷却水排出流路７５の下流及び冷却水供給流路７６の上流には、ラジエータ７１が設けられている。ラジエータ７１の放熱は、ラジエータファン７７からの風によって促進される。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。水温計Ｔｃを「第１温度計Ｔｃ」とも呼び、水温計Ｔｃによる計測結果を「第１温度値」とも呼ぶ。第１温度計Ｔｃは、燃料電池スタック４０の温度が反映された第１温度値を計測し、制御部３０に送信（入力）する温度計でもある。以下、水温計Ｔｃによる計測結果を「ＦＣ水温」とも呼ぶ。
【００２６】
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、分流弁６３を制御して、空気の流れる方向を切り替え可能である。また、制御部３０は、少なくともセル電圧計９１により計測されたセル電圧及び第１温度計Ｔｃにより計測された第１温度値を用いて、冷却水循環機構７０を制御して燃料電池スタック４０を昇温させる。また、制御部３０は、第１温度計Ｔｃから入力された第１温度値が目標とする温度（目標温度）になるように、冷却水循環機構７０を制御する。具体的には、第１温度値が目標温度よりも低い場合には、分流弁用モータ７４に信号を送り分流弁７３を制御して、冷却水の流れる方向をラジエータ７１側からバイパス流路７９側に切り替える。第１温度値が目標温度よりも高い場合には、分流弁用モータ７４に信号を送り分流弁７３を制御して、冷却水の流れる方向を冷却水循環機構７０側からラジエータ７１側に切り替える。冷却水排出流路７５の下流側に流す。こうすることにより、制御部３０は、燃料電池スタック４０の温度が目標温度になるように調整する。また、制御部３０は、例えば、パワーマネジメントＥＣＵからの発電要求を受けて、燃料電池システム２０の各部を制御して燃料電池スタック４０を発電させる。
【００２７】
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、いずれも、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。
【００２８】
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。
【００２９】
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とも呼ぶ。
【００３０】
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。
【００３１】
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，及び３つの冷却水排出孔を備える。以下、これらの供給孔及び排出孔をまとめて「給排孔」とも呼ぶ。
【００３２】
給排孔は、集電板１６０Ｆ及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、及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、及び冷却水を排出するためのマニホールドが形成される。
【００３３】
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及びセパレータと集電板１６０Ｅ，１６０Ｆ間におけるマニホールドのシール性が確保されている。
【００３４】
集電板１６０Ｆ及び集電板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及び後端側エンドプレート１７０Ｅは、アルミニウム製である。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。モータは、制御部３０の指令に従ってトルクを発生する。
【００３８】
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。なお、放熱が起こりやすいことは、後端側エンドプレート１７０Ｅについても同様である。
【００３９】
更に、前端側エンドプレート１７０Ｆは、集電板１６０Ｆとの接触面積が大きいので、集電板１６０Ｆとほぼ同じ温度になる。更に、集電板１６０Ｆは、前端セル１００Ｆに対する接触面積が大きいので、前端セル１００Ｆとほぼ同じ温度になる。前端セル１００Ｆとは、集電板１６０Ｆに接する１枚のセル１００のことである。
【００４０】
このため、前端側エンドプレート１７０Ｆの温度は、前端セル１００Ｆの温度とほぼ同じである。よって、モータ部の温度は、前端セル１００Ｆの温度とほぼ同じになる。このため、水素ポンプ温度は、積層方向端部のセル（前端セル１００Ｆ）の温度が反映された値であるとともに、前端セル１００Ｆの温度とほぼ等しい。温度計Ｔｐは、モータ部に内蔵されており、モータコアの温度を計測する。制御部３０は、水素ポンプ温度が閾値以上になった場合、モータの保護のために、モータの回転を中止する。
【００４１】
全てのセル１００は、端セル群１００ｈと主セル群１００ｓとのいずれかに分類される。図２に示すように、前端付近に位置する複数のセル１００及び後端付近に位置する複数のセル１００は、端セル群１００ｈに属する。端セル群１００ｈに含まれるセルを「積層方向端部に位置するセル」とも呼ぶ。前端セル１００Ｆは、端セル群１００ｈに属する。ここでいう前端付近とは、前端セル１００Ｆから後端側に数えて所定枚数（例えば１０枚）分、離れたセル１００よりも前端側の範囲のことである。同様に、後端付近とは、最も後端に位置するセル１００から前端側に数えて所定枚数分、離れたセル１００よりも後端側の範囲のことである。前端付近と後端付近との間のセル１００は、積層方向の中央付近に位置するセル１００であり、主セル群１００ｓに分類される。
【００４２】
なお、冷却水の排出温度を計測する第１温度計Ｔｃによる計測結果（ＦＣ水温）は、全セル１００のセル温度の平均値（平均セル温度）とほぼ等しく、燃料電池スタック４０の温度を反映した温度である。主セル群１００ｓは全セル１００の大多数を占めるので、全セル１００の平均セル温度は、主セル群１００ｓの平均セル温度とほぼ等しい。このため、ＦＣ水温は、主セル群１００ｓの温度が反映された値であるとともに、主セル群１００ｓの平均セル温度とほぼ等しい。
【００４３】
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。
【００４４】
セル電圧計９１は、本実施形態では、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による発電電流の値を計測し、制御部３０に送信する。
【００４５】
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による発電電流を制御する。電流指令値とは、燃料電池スタック４０による発電電流の目標値となる値であり、制御部３０によって決定される。
【００４６】
ＦＤＣ８２は、発電電圧計及びインピーダンス計としての機能を有する。ＦＤＣ８２は、燃料電池スタックによる発電電圧を計測し、制御部３０に計測結果を入力する。ＦＤＣ８２は、燃料電池スタック４０のインピーダンスを計測し、制御部３０に計測結果を入力する。具体的には、ＦＤＣ８２は、燃料電池スタック４０による発電電圧を変圧してＤＣ／ＡＣインバータ８３に供給し、発電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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。負荷２００には、燃料電池システム２０の発電した電力により駆動される車輪駆動用モータが含まれる。
【００４９】
負荷２００の車輪駆動用モータ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。
【００５０】
以上で説明した各部を制御することにより、制御部３０は昇温処理を実行する。昇温処理は、燃料電池スタック４０の計測対象のセル１００のセル電圧のうち少なくとも１つのセル電圧が、予め定められた電圧値Ｖｍｉｎｌｉｍｉｔ未満である場合に、制御部３０が燃料電池スタック４０の昇温を開始する処理である。また、昇温処理は、制御部３０が、燃料電池スタック４０の複数のセルの平均電圧（以下、平均電圧Ｖａｖｅ）から、計測対象のセルのセル電圧のうち少なくとも１つのセル電圧を引いた差が、予め定められた電圧差Ｖ１以下に維持された時間を計測して、計測された時間が第１基準時間ｔｈｏｌｄ１を経過した場合に、昇温を終了する処理である。ここで、制御部３０は、この時間の計測を、以下の時間計測条件のうち少なくとも一つを満たしている場合に行う。本実施形態において、時間計測条件は、以下の４つの条件を含む。なお、本実施形態では、計測対象のセルのセル電圧のうち少なくとも１つのセル電圧として、計測対象のセルのセル電圧のうち最も低いセル電圧（以下、最低電圧Ｖｍｉｎ）を用いる。
【００５１】
＜第１条件＞
第１条件は、燃料電池スタック４０の発熱を利用して燃料電池スタック４０を暖気する暖気運転が終了してから、予め定められた時間ｔｌｉｍｉｔ１が経過したという条件である。
制御部３０は、外気温計Ｔａｔｍの計測結果が所定温度（例えば５（℃））未満である場合、燃料電池スタック４０の発熱を利用して燃料電池スタック４０を暖機する。この運転は、急速暖気運転とも呼ばれる。暖気運転は、例えば、燃料電池スタック４０の温度が所定温度以下の始動時において、熱損失を意図的に増大させることによって、燃料電池スタック４０を急速に暖気するための運転である。暖気運転は、主に、車両１の走行前の始動時や車両１の停止時、又は車両１の走行中に実施される。制御部３０は、空気供給排出機構６０を制御して燃料電池スタック４０に供給する空気の量を減少させて暖気運転を行う。制御部３０は、暖気運転が終了すると、発電要求に応じて燃料電池スタック４０に供給する空気の量を増加させる。そのため、暖気運転が終了してから予め定められた時間ｔｌｉｍｉｔ１が経過するまでは、燃料電池スタック４０に空気が十分にいきわたっていない可能性があるので、最低電圧が低下する可能性が高い。
【００５２】
＜第２条件＞
第２条件は、燃料電池システム２０による発電を一時的に停止するための間欠運転が終了してから、予め定められた時間ｔｌｉｍｉｔ２が経過したという条件である。
間欠運転とは、燃料電池システム２０による発電を一時的に停止することである。間欠運転は、燃料電池システム２０を搭載する車両１において、例えばアイドリング時や低速走行時のような低負荷運転時に燃料電池システム２０による発電を一時的に停止させ、二次電池８１から負荷２００（駆動モータ）に電力を供給させる状態をいう。間欠運転時には、燃料電池システム２０への発電要求は０である。間欠運転時には、制御部３０は、分流弁用モータ６４に信号を送り分流弁６３を制御して空気をバイパス流路６９に流す。制御部３０は、間欠運転が終了すると、発電要求に応じて分流弁６３を制御して空気供給流路６１から燃料電池スタック４０に空気を供給する。そのため、間欠運転が終了してから予め定められた時間ｔｌｉｍｉｔ２が経過するまでは、燃料電池スタック４０に空気が十分にいきわたっていない可能性があるので、最低電圧Ｖｍｉｎが低下する可能性が高い。
【００５３】
＜第３条件＞
第３条件は、燃料電池システム２０が搭載される車両１が備える駆動モータにおいて発生する電力を回生して、車両１の制動力とするための回生制動が終了してから、予め定められた時間ｔｌｉｍｉｔ３が経過したという条件である。回生制動とは、燃料電池システム２０が搭載される車両１が備える駆動モータ（負荷２００）において発生する電力を回生して、車両１の制動力とするための制御である。回生制動によって発電された回生電力はＤＣ／ＡＣインバータ８３を介して二次電池８１に充電できるように構成されている。また、回生制動では、負荷２００による回生電力から二次電池８１に充電可能な電力を引いた差が余剰電力となり、余剰電力は図示しない補機や、コンプレッサ６２や水素ポンプ５３を例えば最大回転数まで回転させることによって消費される。回生制動時には、燃料電池システム２０への発電要求が０である。回生制動時には、制御部３０は、分流弁用モータ６４に信号を送り分流弁６３を制御して空気をバイパス流路６９に流す。制御部３０は、回生制動が終了すると、発電要求に応じて分流弁６３を制御して空気供給流路６１から燃料電池スタック４０に空気を供給する。そのため、回生制動が終了してから予め定められた時間ｔｌｉｍｉｔ３が経過するまでは、燃料電池スタック４０に空気が十分にいきわたっていない可能性があるので、最低電圧Ｖｍｉｎが低下する可能性が高い。
【００５４】
＜第４条件＞
第４条件は、燃料電池システム２０の始動後に燃料電池スタック４０が発電可能な状態に移行してから、予め定められた時間ｔｌｉｍｉｔ４が経過したという条件である。
燃料電池システム２０は、パワースイッチ５がＯＮ操作されると始動する。燃料電池システム２０が始動された直後には、燃料電池スタック４０へは空気が供給されていない。そして、始動後に燃料電池システム２０への発電要求があると、燃料電池スタック４０への空気の供給が開始され発電が開始される。この状態を燃料電池システム２０の運転状態が、始動運転から通常運転に移行したともいう。始動運転は、パワースイッチ５がＯＮ操作された後、燃料電池システム２０の各部を始動させる運転である。通常運転は、始動運転と停止運転を除いた運転である。停止運転とは、パワースイッチ５がＯＦＦ操作された際に、燃料電池システム２０の運転を停止するために実行される運転である。燃料電池システム２０の始動後に燃料電池スタック４０が発電可能な状態に移行してから、言い換えると、始動運転から通常運転に移行してから予め定められた時間ｔｌｉｍｉｔ４が経過するまでは、燃料電池スタック４０に空気が十分にいきわたっていない可能性があるので、最低電圧Ｖｍｉｎが低下する可能性が高い。
【００５５】
なお、本実施形態では、第１条件における予め定められた時間ｔｌｉｍｉｔ１は、「１（ｓｅｃ）≦ｔｌｉｍｉｔ１≦５（ｓｅｃ）」で表される範囲内の時間である。第２条件における予め定められた時間ｔｌｉｍｉｔ２は、「１（ｓｅｃ）≦ｔｌｉｍｉｔ２≦５（ｓｅｃ）」で表される範囲内の時間である。第３条件における予め定められた時間ｔｌｉｍｉｔ３は、「１（ｓｅｃ）≦ｔｌｉｍｉｔ３≦５（ｓｅｃ）」で表される範囲内の時間である。第４条件における予め定められた時間ｔｌｉｍｉｔ４は、「１（ｓｅｃ）≦ｔｌｉｍｉｔ４≦５（ｓｅｃ）」で表される範囲内の時間である。
【００５６】
Ａ２．昇温処理：
図４は、昇温処理を示すフローチャートである。制御部３０は、内蔵するメモリ等の記憶媒体に、昇温処理を実現するためのプログラムを記憶しており、そのプログラムを実行することによって昇温処理を実現する。制御部３０は、パワースイッチ５がＯＮ操作されたことを契機に、昇温処理を開始する。
【００５７】
パワースイッチ５がＯＮ操作されると、制御部３０は、第１温度値が通常温度Ｔｎｏｒｍａｌｒｅｆに達するように、冷却水循環機構７０を制御する（ステップＳ１００）。本実施形態では、第１温度値はＦＣ水温であり、通常温度Ｔｎｏｒｍａｌｒｅｆは「５０（℃）≦Ｔｎｏｒｍａｌｒｅｆ≦７０（℃）」で表される範囲内の温度である。通常温度Ｔｎｏｒｍａｌｒｅｆは、制御部３０が発電要求に応じて燃料電池スタック４０を発電させる場合の冷却水の指令温度である。
【００５８】
次に、制御部３０は、最低電圧（Ｖｍｉｎ）が、予め定められた電圧値Ｖｍｉｎｌｉｍｉｔ未満であるかを判定する（ステップＳ１１０）。ステップＳ１１０は、計測対象のセル１００においてフラッディングが発生しているか否かを判定するステップである。予め定められた電圧値Ｖｍｉｎｌｉｍｉｔは、例えば、「−０．１（Ｖ）≦Ｖｍｉｎｌｉｍｉｔ＜０（Ｖ）」で表される範囲内の電圧値である。
【００５９】
最低電圧Ｖｍｉｎが予め定められた電圧値Ｖｍｉｎｌｉｍｉｔ未満である場合（ステップＳ１１０、ＹＥＳ）、制御部３０は昇温要求フラグをＯＮに設定する（ステップＳ１２０）。昇温要求フラグをＯＮに設定するとは、昇温要求フラグがＯＦＦである場合であればＯＮに変更し、もともとＯＮである場合であればＯＮを保持することである。昇温要求フラグがＯＮに設定されている場合には、制御部３０は、ＦＣ水温が第１基準温度Ｔ１に達するように、冷却水循環機構７０を制御する。第１基準温度Ｔ１は、通常温度Ｔｎｏｒｍａｌｒｅｆよりも高い温度であり、燃料電池スタック４０においてフラッディングが発生したセル１００を乾燥させるための予め定められた温度である。本実施形態では、第１基準温度Ｔ１は、「Ｔｎｏｒｍａｌｒｅｆ＜Ｔ１≦Ｔｎｏｒｍａｌｒｅｆ＋１０（℃）」で表される範囲内の温度である。
【００６０】
昇温要求フラグをＯＮに設定すると、制御部３０は、ＦＣ水温が第１基準温度Ｔ１に到達したか否かを判定する（ステップＳ１３０）。制御部３０は、ＦＣ水温が第１基準温度Ｔ１に到達した場合に（ステップＳ１３０、ＹＥＳ）、時間計測条件のうち少なくとも一つを満たすか否かを判定する（ステップＳ１４０）。
【００６１】
時間計測条件のうち少なくとも一つを満たす場合には（ステップＳ１４０、ＹＥＳ）、制御部３０は、平均電圧Ｖａｖｅから、最低電圧Ｖｍｉｎを引いた差（平均電圧Ｖａｖｅ−最低電圧Ｖｍｉｎ）が予め定められた電圧差Ｖ１以下に維持された時間を計測し、計測時間が第１基準時間ｔｈｏｌｄ１を経過したかを判定する（ステップＳ１４５）。本実施形態では、制御部３０は、発電電圧をセル１００の数で割ることによって、平均電圧Ｖａｖｅを算出する。予め定められた電圧差Ｖ１は、フラッディングが解消されたと判定可能な電圧差である。本実施形態では、予め定められた電圧差Ｖ１は、「０（Ｖ）＜Ｖ１≦０．５（Ｖ）」の範囲内の値である。また、第１基準時間ｔｈｏｌｄ１は、フラッディングが発生しているセル１００を十分に乾燥させるための時間である。本実施形態では、第１基準時間ｔｈｏｌｄ１は、「１（ｍｉｎ）≦ｔｈｏｌｄ１≦５（ｍｉｎ）」で表される範囲内の時間である。
【００６２】
時間計測条件のうち少なくとも一つを満たし（ステップＳ１４０、ＹＥＳ）電圧差が予め定められた電圧差Ｖ１以下に維持された時間が第１基準時間ｔｈｏｌｄ１を経過した場合には（ステップＳ１４５、ＹＥＳ）、制御部３０は、昇温要求フラグをＯＦＦに設定し（ステップＳ１７０）、昇温処理を終了する。
【００６３】
制御部３０は、ステップＳ１４０又はステップＳ１４５の判定がＮＯである場合、ＦＣ水温が第１基準温度Ｔ１に到達してから第２基準時間ｔｈｏｌｄ２が経過したか否かを判定する（ステップＳ１５０）。第２基準時間ｔｈｏｌｄ２は、第１基準時間ｔｈｏｌｄ１よりも長い時間である。第２基準時間ｔｈｏｌｄ２は、ＦＣ水温が第１基準温度Ｔ１に到達した後にＦＣ水温が第１基準温度Ｔ１に調整されることによって燃料電池スタック４０が過剰に乾燥することを抑制可能な、予め定められた時間である。本実施形態では、第２基準時間ｔｈｏｌｄ２は、「ｔｈｏｌｄ１＜ｔｈｏｌｄ２≦ｔｈｏｌｄ２＋１０（ｍｉｎ）」で表される範囲内の時間である。第２基準時間ｔｈｏｌｄ２が経過した場合には（ステップＳ１５０、ＹＥＳ）、制御部３０は、昇温要求フラグをＯＦＦに設定する（ステップＳ１７０）。
【００６４】
一方、ステップＳ１３０において、ＦＣ水温が第１基準温度Ｔ１に到達していない場合（ステップＳ１３０、ＮＯ）、制御部３０は、第２温度値が第２基準温度Ｔ２に到達してから第３基準時間ｔｈｏｌｄ３が経過したか否かを判定する（ステップＳ１６０）。本実施形態では、第２温度値は水素ポンプ温度である。本実施形態では、第２基準温度Ｔ２は第１基準温度Ｔ１よりも低い温度であり、積層方向端部に位置するセル１００を乾燥させるための予め定められた温度である。本実施形態では、第２基準温度Ｔ２は、「Ｔｎｏｒｍａｌｒｅｆ−３０≦Ｔ２≦Ｔｎｏｒｍａｌｒｅｆ−１０」で表される範囲内の温度である。また、本実施形態では、第３基準時間ｔｈｏｌｄ３は「１（ｍｉｎ）≦ｔｈｏｌｄ３≦５（ｍｉｎ）」で表される範囲内の時間であり、第１基準時間ｔｈｏｌｄ１と同じ範囲内の時間である。水素ポンプ温度は、上述したように前端セル１００Ｆのセル温度とほぼ等しい。よって、水素ポンプ温度が第２基準温度Ｔ２に到達したということは、前端セル１００Ｆのセル温度が第２基準温度Ｔ２に到達した可能性が高いことを示している。そのため、第３基準時間ｔｈｏｌｄ３が経過した場合には（ステップＳ１６０、ＹＥＳ）、前端セル１００Ｆが暖気されて前端セル１００Ｆにおけるフラッディングが解消された可能性が高い。第３基準時間ｔｈｏｌｄ３が経過した場合には（ステップＳ１６０、ＹＥＳ）、制御部３０は昇温要求フラグをＯＦＦに設定する（ステップＳ１７０）。
【００６５】
水素ポンプ温度が第２基準温度Ｔ２に到達してから第３基準時間ｔｈｏｌｄ３が経過していない場合（ステップＳ１６０、ＮＯ）、制御部３０は、燃料電池スタック４０のインピーダンスが予め定められた値（インピーダンス上限値）Ｒｌｉｍｉｔよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１６５）。本実施形態では、予め定められた値Ｒｌｉｍｉｔは、インピーダンス値Ｒｂａｓｅの１．１倍以上の値である。インピーダンス値Ｒｂａｓｅは、燃料電池スタック４０が完全な湿潤状態にある場合に計測された値であり、予め計測された値である。完全な湿潤状態とは、セル１００の面内で乾きが発生していない状態である。インピーダンス値Ｒｂａｓｅは、例えば、湿度１００％の燃料ガスと酸化剤ガスを燃料電池スタック４０内に供給した際に測定される燃料電池スタック４０のインピーダンスである。この値は、セル１００が乾燥している可能性が高い場合の値である。インピーダンスが予め定められた値Ｒｌｉｍｉｔよりも大きい場合（ステップＳ１６５、ＹＥＳ）、制御部３０は、昇温要求フラグをＯＦＦに設定する（ステップＳ１７０）。
【００６６】
インピーダンスが予め定められた値Ｒｌｉｍｉｔ以下である場合（ステップＳ１６５、ＮＯ）、又は、ステップＳ１５０においてＦＣ水温が第１基準温度Ｔ１に到達してから第２基準時間ｔｈｏｌｄ２が経過していない場合（ステップＳ１５０、ＮＯ）、制御部３０は、パワースイッチ５のＯＦＦ操作が行われたか否かを判定する（ステップＳ１６７）。パワースイッチ５のＯＦＦ操作が行われた場合（ステップＳ１６７、ＹＥＳ）、制御部３０は昇温要求フラグを保持し（ステップＳ１８０）、昇温処理を終了する。すなわち、昇温要求フラグがＯＮに設定された後（ステップＳ１２０）、昇温要求フラグＯＦＦ（ステップＳ１７０）に至る前にパワースイッチ５のＯＦＦ操作が行われた場合には、制御部３０は、昇温要求フラグＯＮを保持して燃料電池システム２０を停止させる。そのため、次回、パワースイッチ５がＯＮ操作された時には、制御部３０は、ＦＣ水温が第１基準温度Ｔ１に達するように、冷却水循環機構７０を制御する。
【００６７】
制御部３０は、ステップＳ１１０において最低電圧Ｖｍｉｎが予め定められた電圧値Ｖｍｉｎｌｉｍｉｔ以上である場合（ステップＳ１１０、ＮＯ）、又は、ステップＳ１６７においてパワースイッチ５のＯＦＦ操作が行われていない場合（ステップＳ１６７、ＮＯ）、昇温処理を終了する。
【００６８】
Ａ３．効果：
燃料電池システムでは、制御部が、最低電圧Ｖｍｉｎが予め定められた電圧以下である場合にフラッディングが発生していると判定して、燃料電池の温度を上昇させる昇温を開始する場合がある。この場合、制御部は、例えば、平均電圧Ｖａｖｅから最低電圧Ｖｍｉｎを引いた差が予め定められた電圧差以下となった場合に、フラッディングが解消したと判定して、昇温を終了することが考えられる。このとき、制御部は、燃料電池スタックにおいてフラッディングが発生しているセルを確実に乾燥させるために、例えば、平均電圧Ｖａｖｅから最低電圧Ｖｍｉｎを引いた差が予め定められた電圧差以下に維持された時間を計測し、計測された時間が所定時間を経過した場合に、昇温を終了することも考えられる。しかし、セル電圧は、例えば、カソードガスが燃料電池スタックに十分に供給されていない場合など、フラッディング以外の要因で低くなる場合がある。つまり、昇温の実行中であって、平均電圧Ｖａｖｅから最低電圧Ｖｍｉｎを引いた差が予め定められた電圧差以下に維持されている間（時間の計測中）に、最低電圧が予め定められた電圧以下になることも考えられる。このような場合に、制御部が、再度フラッディングが発生したと判定して、今まで計測された時間をリセットし、再度、平均電圧から最低電圧を引いた差が予め定められた電圧差以下に維持された時間を計測し、計測された時間が所定時間を経過した場合に昇温を終了することとすると、セルが過剰に乾燥するおそれがある。
【００６９】
しかし、上述の実施形態の燃料電池システム２０によれば、制御部３０は、複数の時間計測条件のうち少なくとも一つが満たされる場合に、昇温を終了するための、複数のセル１００の平均電圧Ｖａｖｅから計測対象のセル１００のセル電圧のうち少なくとも１つのセル電圧を引いた差が予め定められた電圧差Ｖ１以下に維持された時間の計測を行い、そうでない場合には時間の計測を行わないため、昇温を終了するための時間を適切に計測することができ、燃料電池スタック４０の昇温によってセル１００が過剰に乾燥することを抑制することができる。その結果、セル１００のＭＥＡが乾燥して劣化することを抑制することができる。
【００７０】
また、本実施形態では、制御部３０は、昇温の開始後、昇温を終了するために計測された時間が第１基準時間ｔｈｏｌｄ１を経過していない場合であっても、第１温度値が第１基準温度Ｔ１に到達してから、第１基準時間ｔｈｏｌｄ１よりも長い第２基準時間ｔｈｏｌｄ２が経過した場合に、冷却水循環機構７０を制御して昇温を終了するので、時間計測条件が満たされない場合や、時間計測条件が満たされるものの平均電圧Ｖａｖｅから最低電圧Ｖｍｉｎを引いた差が予め定められた電圧差Ｖ１以下にならない場合など、昇温時間が長くなることによってセル１００が過剰に乾燥することを抑制することができる。
【００７１】
また、本実施形態では、セル電圧計９１は、全てのセル１００のセル電圧を計測するため、制御部３０には、積層向端部に位置するセル１００（端セル群１００ｈ）のセル電圧も入力される。積層方向端部に位置するセル１００は他のセル１００に比べて温度が低くなるため、他のセル１００に比べてフラッディングが発生して電圧が低下する可能性が高いものの、制御部３０は、最低電圧Ｖｍｉｎが予め定められた電圧値以下である場合に昇温を開始し、（平均電圧Ｖａｖｅ−最低電圧Ｖｍｉｎ）が予め定められた電圧差Ｖ１以下に維持された時間を計測して昇温を終了するので、フラッディングを効果的に解消することができる。
【００７２】
また、本実施形態では、制御部３０は、第１温度値が第１基準温度Ｔ１未満である場合に、予め定められた値Ｒｌｉｍｉｔよりもインピーダンスが大きい場合に、昇温を終了するので、昇温によってセル１００が過剰に乾燥することをより抑制することができる。
【００７３】
また、本実施形態では、水素ポンプ５３はエンドプレートに取り付けられているため水素ポンプ５３の温度を計測する第２温度計Ｔｐによって計測された第２温度値は、燃料電池スタック４０の積層方向端部のセル１００の温度を反映する。制御部３０は、燃料電池スタック４０の温度が反映された第１温度値が第１基準温度Ｔ１未満であっても、フラッディングが発生しやすい積層方向端部のセル１００の温度が反映された第２温度値が、第１基準温度Ｔ１よりも低い第２基準温度Ｔ２に到達してから第３基準時間ｔｈｏｌｄ３が経過した場合に昇温を終了するため、セル１００が過剰に乾燥することをより抑制することができるとともに、積層方向端部のセル１００の温度を計測するために別途温度計を設けなくてもよいため、燃料電池システム２０の構成を簡素にすることができる。
【００７４】
また、本実施形態では、制御部３０は、昇温要求フラグがＯＮに設定された後、昇温要求フラグＯＦＦに至る前にパワースイッチ５のＯＦＦ操作が行われた場合には、昇温要求フラグＯＮを保持して燃料電池システム２０を停止する。そのため、今回パワースイッチ５がＯＮ操作されてからパワースイッチ５がＯＦＦ操作されるまでにフラッディングが十分に解消されていない場合であっても、次回パワースイッチ５がＯＮ操作された場合にフラッディングを解消する機会を設けることができる。
【００７５】
また、主セル群１００ｓは暖機が完了しており端セル群１００ｈは暖機が完了していない状態でパワースイッチ５がＯＦＦ操作される運転の繰返しや、低負荷運転の繰返しがされると、特に、端セル群１００ｈのセル１００内の貯水量が増加するおそれや、水素供給排出機構５０内において水が蓄積するおそれがあり、ひいては水素欠によって負電圧が発生するおそれがあるものの、本実施形態によれば、セル１００内の貯水量を適切な量に調整するとともに、セル１００が過剰に乾燥することを抑制することができる。
【００７６】
Ｂ．変形例
Ｂ１．変形例１：
上述の実施形態において、制御部３０は、ＦＣ水温が通常温度Ｔｎｏｒｍａｌｒｅｆに達するように冷却水循環機構７０を制御するステップ（ステップＳ１００）を実施せずに、最低電圧Ｖｍｉｎが予め定められた電圧値Ｖｍｉｎｌｉｍｉｔ未満であるか否かを判定してもよい。また、ステップＳ１００を実施する場合には、制御部３０は、ＦＣ水温が、「５０（℃）≦Ｔｎｏｒｍａｌｒｅｆ≦７０（℃）」の範囲外の他の温度に達するように冷却水循環機構７０を制御してもよい。
【００７７】
Ｂ２．変形例２：
上述の実施形態において、制御部３０は、ＦＣ水温が通常温度Ｔｎｏｒｍａｌｒｅｆに到達するように冷却水循環機構７０を制御し（ステップＳ１００）、その後最低電圧Ｖｍｉｎが予め定められた電圧値Ｖｍｉｎｌｉｍｉｔ未満であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）前に、判定の前提条件を満たすか否かを判定してもよい。制御部３０は、前提条件を満たす場合には昇温処理をステップＳ１１０に移行させ、前提条件を満たさない場合には昇温処理を終了してもよい。以下に、前提条件の例を示す。
【００７８】
＜前提条件１＞
前提条件１は、燃料電池システム２０が、始動運転及び停止運転ではない通常運転であることと、急速暖気運転が終了してから予め定められた時間が経過したという条件である。
このようにすれば、最低電圧Ｖｍｉｎが予め定められた電圧値Ｖｍｉｎｌｉｍｉｔ未満であるか否の判定（昇温要求フラグＯＮ判定）と昇温要求フラグＯＦＦ判定（ステップＳ１１０〜ステップＳ１８０）を、燃料電池システム２０の始動運転において行われる処理や、停止運転において行われる処理に干渉させないようにすることができる。
【００７９】
＜前提条件２＞
前提条件２は、現在が冬でない、という条件である。
前提条件２では、制御部３０は、外気温計Ｔａｔｍの計測結果が所定温度（例えば５（℃））未満である場合は現在が冬、所定温度以上であれば冬ではないと判定する。冬である場合は、カソード水（各セル１００内のカソード流路に存在する水）が駐車中に氷結しやすいので、燃料電池スタック４０を上述の昇温処理における第１基準温度Ｔ１よりも高い温度に昇温させることが好ましい。前提条件２を満たす場合に昇温処理をステップＳ１１０に移行させれば、昇温要求フラグＯＮ及び昇温要求フラグＯＦＦ判定（ステップＳ１１０〜ステップＳ１８０）を、現在が冬である場合の処理に干渉させないようにすることができる。なお、例えば制御部３０は、冬であると判定する日付、又は、冬でないと判定する日付を記憶しておき、車両１が備えるリアルタイムクロックの測定結果に基づいて、現在が冬でないことの判定を行ってもよい。
【００８０】
なお、制御部３０は、上記前提条件のうち少なくとも一つを満たしている場合に昇温処理をステップＳ１１０に移行させてもよく、双方を満たしている場合にステップＳ１１０に移行させてもよい。
【００８１】
Ｂ３．変形例３：
上述の実施形態のステップＳ１１０における予め定められた電圧値Ｖｍｉｎｌｉｍｉｔは、「−０．１（Ｖ）≦Ｖｍｉｎｌｉｍｉｔ＜０（Ｖ）」で表される範囲外の電圧値であってもよい。予め定められた電圧値Ｖｍｉｎｌｉｍｉｔは、フラッディングが発生している可能性がある他の電圧値であってもよく、例えば、他の負電圧値であってもよい。
【００８２】
また、上述の実施形態では、制御部３０は、ステップＳ１１０において最低電圧Ｖｍｉｎが予め定められた電圧値Ｖｍｉｎｌｉｍｉｔ未満であるか否かを判定している。これに対し、制御部３０は、計測対象のセル１００のセル電圧のうち少なくとも１つのセル電圧が予め定められた電圧値Ｖｍｉｎｌｉｍｉｔ未満であるか否かを判定してもよい。例えば、制御部３０は、計測対象のセル１００のセル電圧のうち、最も低いセル電圧と２番目に低いセル電圧の平均値が予め定められた電圧値Ｖｍｉｎｌｉｍｉｔ未満であるか否かを判定してもよい。
【００８３】
Ｂ４．変形例４：
上述の実施形態のステップＳ１３０における第１基準温度Ｔ１は、「Ｔｎｏｒｍａｌｒｅｆ＜Ｔ１≦Ｔｎｏｒｍａｌｒｅｆ＋１０」で表される範囲内の温度である。これに対し、第１基準温度Ｔ１は、例えば、５０（℃）〜７０（℃）の範囲における温度であってもよい。このようにすれば、セル１００のＭＥＡが乾燥して劣化することを抑制することができる。また、第１基準温度Ｔ１は５５（℃）〜６５（℃）の範囲における温度であってもよい。このようにすれば、セル１００内の流路に存在する水のみを除去することができるので、セル１００のＭＥＡが乾燥して劣化することをより抑制することができる。
【００８４】
Ｂ５．変形例５：
上述の実施形態では、ステップＳ１４０の時間計測条件における「予め定められた時間（ｔｌｉｍｉｔ１、ｔｌｉｍｉｔ２、ｔｌｉｍｉｔ３及びｔｌｉｍｉｔ４）」は、「１（ｓｅｃ）≦ｔｌｉｍｉｔ１≦５（ｓｅｃ）」で表される範囲内の時間である。これに対し、時間計測条件における「予め定められた時間」は、例えば、燃料電池スタック４０内に空気がいきわたるまでの時間であってもよい。「燃料電池スタック４０内に空気がいきわたるまでの時間」とは、例えば、空気供給流路６１から燃料電池スタック４０内に流入した空気が空気排出流路６６から排出されるまでの時間であってもよい。また、時間計測条件における「予め定められた時間」は、例えば、制御部３０により分流弁６３が制御されて、空気の流れる方向がバイパス流路６９側から燃料電池スタック４０側に切り替わり、空気が空気供給流路６１とバイパス流路６９との接続部位から燃料電池スタック４０内にいきわたるまでの時間以上の時間であってもよい。このようにすれば、制御部３０は、カソードガスが燃料電池スタック４０内にいきわたるまでの時間が経過した場合に、昇温を終了するための時間の計測を行い、そうでない場合には、時間の計測を行わないようにすることができるので、燃料電池スタック４０が過剰に乾燥することをより抑制することができる。
【００８５】
また、時間計測条件における「予め定められた時間」は、燃料電池スタック４０の大きさ、例えば、積層方向の長さによって決定されてもよい。また、時間計測条件における「予め定められた時間」は、分流弁用モータ６４によって分流弁６３の分流経路が切り替わるために必要な時間であってもよい。また、時間計測条件における「予め定められた時間」は、例えば、１（ｓｅｃ）≦ｔｌｉｍｉｔ１≦５（ｓｅｃ）の範囲外の時間であってもよい。例えば、０．５秒６秒、７秒、８秒であってもよいし、０．５秒〜１秒の間、５〜７秒の間（例えば、５．５秒）のいずれかの時間であってもよい。
【００８６】
また、時間計測条件における「予め定められた時間」は、少なくとも二つの時間計測条件において同じ時間であってもよく、全ての時間計測条件において同じであってもよく、時間計測条件ごとに異なっていてもよい。
【００８７】
Ｂ６．変形例６：
上述の実施形態のステップＳ１４０において、制御部３０は、時間計測条件１〜４を全て満たすか否かを判定してもよい。このようにすれば、制御部３０は、複数の時間計測条件の全てが満たされる場合に時間の計測を行い、そうでない場合には昇温を終了するための時間の計測を行わないため、昇温処理を終了するための時間の計測をより適切に行うことができ、セルが過剰に乾燥することをより抑制することができる。
【００８８】
Ｂ７．変形例７：
上述の実施形態のステップＳ１４５における予め定められた電圧差Ｖ１は、「０（Ｖ）＜Ｖ１≦０．５（Ｖ）」で表される範囲内の値である。これに対し、この電圧差Ｖ１は、他の範囲の値であってもよく、例えば、０．５（Ｖ）以下、０．６（Ｖ）以下の値であってもよい。また、ステップＳ１４５における第１基準時間ｔｈｏｌｄ１は「１（ｍｉｎ）≦ｔｈｏｌｄ１≦５（ｍｉｎ）」で表される範囲内の時間であるが、第１基準時間ｔｈｏｌｄ１は他の値であってもよい。例えば、１分〜１０分の間の範囲における他の値であってもよい。
【００８９】
Ｂ８．変形例８：
上述の実施形態では、ステップＳ１５０における第２基準時間ｔｈｏｌｄ２は、「ｔｈｏｌｄ１＜ｔｈｏｌｄ２≦ｔｈｏｌｄ２＋１０（ｍｉｎ）」で表される範囲内の時間である。これに対し、第２基準時間ｔｈｏｌｄ２は、例えば、３０分未満の時間であってもよい。また、第２基準時間ｔｈｏｌｄ２は１５分未満の時間であってもよい。このようにすれば、セル１００のＭＥＡが乾燥して劣化することを抑制することができる。なお、フラッディングを解消する観点から、第２基準時間ｔｈｏｌｄ２は５分以上であることがより好ましい。また、第２基準時間ｔｈｏｌｄ２は第１基準時間ｔｈｏｌｄ１と同じであってもよい。
【００９０】
また、制御部３０はステップＳ１５０を実施しなくてもよい。この場合、制御部３０は、ステップＳ１４０又はステップＳ１４５を満たさない場合には、昇温処理を終了してもよい。
【００９１】
Ｂ９．変形例９：
上述の実施形態のステップＳ１６０において、制御部３０は、水素ポンプ温度が第２基準温度Ｔ２に到達したことに加えて、ＦＣ水温が第２基準温度Ｔ２に到達したことと、通常運転が行われていることと、が満たされることを条件として時間を計測し、計測された時間が第３基準時間ｔｈｏｌｄ３を経過したか否かを判定してもよい。このようにしても、ＦＣ水温が第１基準温度Ｔ１に到達していなくとも（ステップＳ１３０、ＮＯ）、他のセルに比べてフラッディングの発生しやすい前端セル１００Ｆが暖気されているか否か、すなわち、前端セル１００Ｆにおけるフラッディングが解消されているか否かを判定することができる。
【００９２】
また、ステップＳ１６０における第２基準温度Ｔ２は、第１基準温度Ｔ１よりも低い温度である。これに対し、第２基準温度Ｔ２は、第１基準温度Ｔ１よりも低くなくともよく、第１基準温度Ｔ１以上であってもよい。また、ステップＳ１６０における第２基準温度Ｔ２は、「Ｔｎｏｒｍａｌｒｅｆ−３０≦Ｔ２≦Ｔｎｏｒｍａｌｒｅｆ−１０」で表される範囲内の温度である。これに対し、第２基準温度Ｔ２は、他の範囲の温度であってもよい。また、ステップＳ１６０における第３基準時間ｔｈｏｌｄ３は、第１基準時間ｔｈｏｌｄ１と同じ範囲内の時間でなくともよい。第３基準時間ｔｈｏｌｄ３は、「１（ｍｉｎ）≦ｔｈｏｌｄ３≦５（ｍｉｎ）」で表される範囲外の時間であってもよい。また、第３基準時間ｔｈｏｌｄ３は第２基準時間ｔｈｏｌｄ２と同じであってもよい。
【００９３】
また、制御部３０はステップＳ１６０を実施しなくてもよい。この場合、制御部３０は、ステップＳ１３０を満たさない場合には昇温処理を終了してもよい。
【００９４】
Ｂ１０．変形例１０：
上述の実施形態のステップＳ１６５において、インピーダンスの予め定められた値Ｒｌｉｍｉｔは、燃料電池スタック４０が完全な湿潤状態にある場合のインピーダンス値Ｒｂａｓｅの１．１倍以上の値でなくともよく、セル１００が乾燥している可能性が高いと判定可能な他の値であってもよい。
【００９５】
また、上述の実施形態において、制御部３０は、ステップＳ１６５を実施しなくてもよい。この場合、制御部３０は、ステップＳ１６５を満たさない場合には、昇温処理を終了してもよい。
【００９６】
Ｂ１１．変形例１１：
上述の実施形態では、第１温度計Ｔｃは、冷却水の排出温度を計測する水温計Ｔｃであり、第１温度値は冷却水の温度である。これに対し、燃料電池システム２０は、第１温度計Ｔｃとして、主セル群１００ｓのいずれかのセル１００の温度を計測する温度計を備えることとしてもよい。燃料電池システム２０は、第１温度値として、主セル群１００ｓのいずれかのセル１００の温度を用いてもよく、主セル群１００ｓの複数のセル１００の平均温度を用いてもよい。また、燃料電池システム２０は、全セル１００の温度を計測する温度計を備えることとし、第１温度値として全セル１００の平均温度を用いてもよい。
【００９７】
Ｂ１２．変形例１２：
上述の実施形態では、第２温度計Ｔｐは、水素ポンプ５３の温度を計測する温度計Ｔｐであり、第２温度値は水素ポンプ温度である。これに対し、燃料電池システム２０は、積層方向端部に位置するセル（端セル群１００ｈ）の温度を計測するために、専用の温度計を備えていてもよい。例えば、端セル群１００ｈに属するある１つのセル１００に温度計を設置してもよい。あるいは、前端側若しくは後端側の集電板１６０Ｆ、１６０Ｅ、又は前端側若しくは後端側エンドプレート１７０Ｆ、１７０Ｅの温度を計測する温度計を設置してもよい。このようにしても、制御部３０は、燃料電池スタック４０の温度が反映された第１温度値が第１基準温度Ｔ１未満であっても、フラッディングが発生しやすい積層方向端部のセル１００の温度が反映された第２温度値Ｔ２が、第１基準温度Ｔ１よりも低い第２基準温度Ｔ２に到達してから第３基準時間ｔｈｏｌｄ３が経過した場合に昇温を終了するため、セル１００が過剰に乾燥することをより抑制することができる。
【００９８】
また、燃料電池システム２０は、第２温度計Ｔｐを備えていなくてもよい。
【００９９】
Ｂ１３．変形例１３：
上述の実施形態において、制御部３０は、冷却水循環機構７０の分流弁７３を制御して冷却水をバイパス流路７９に流すことによりＦＣ水温を上昇させている。これに対し、制御部３０は、燃料電池スタック４０に供給する冷却水の量を調整することにより、ＦＣ水温を上昇させてもよい。また、燃料電池システム２０がカソードガスを加湿するための加湿器を備えることとし、制御部３０は、加湿器を制御して燃料電池スタック４０の温度を上昇させてもよい。また、制御部３０は、これらを組み合わせて燃料電池スタック４０の温度を上昇させてもよい。
【０１００】
Ｂ１４．変形例１４：
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。全てのセル１００のセル電圧を計測しない場合には、セル電圧計９１は、積層方向端部に位置するセル１００（端セル群１００ｈ）のセル電圧を計測することが好ましい。このようにすれば、積層方向端部に位置するセル１００は他のセル１００に比べて温度が低くなるため、他のセル１００に比べてフラッディングが発生する可能性が高いものの、本実施形態では、制御部３０は、フラッディングが発生しやすい積層方向端部に位置するセル１００の電圧が予め定められた電圧値以下である場合に昇温を開始し、（平均電圧Ｖａｖｅ−端部に位置するセルのセル電圧（最低電圧Ｖｍｉｎ））が予め定められた電圧差Ｖ１以下に維持された時間を計測して昇温を終了するので、フラッディングを効果的に解消することができる。
【０１０１】
Ｂ１５．変形例１５：
上述の実施形態では、制御部３０は、発電電圧をセル１００の数で割ることによって、平均電圧Ｖａｖｅを算出しているが、セル電圧計９１が、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場合には、計測された全てのセル１００のセル電圧の値を平均することによって平均電圧Ｖａｖｅを算出してもよい。
【０１０２】
Ｂ１６．変形例１６：
主セル群１００ｓと端セル群１００ｈとの境界は、適宜、変更してもよい。
【０１０３】
Ｂ１７．変形例１７：
車両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、上述の種々の判定を、通信によって取得した情報に基づき実行してもよい。
【０１０４】
本発明は、上述の実施形態や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することができる。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又は変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上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、組合せを行うことが可能である。また、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、削除することが可能である。
【符号の説明】
【０１０５】
１…車両
５…パワースイッチ
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…排出流路
５７…気液分離部
５８…インジェクタ
５９…低圧リリーフ弁
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…バイパス流路
７０…冷却水循環機構
７１…ラジエータ
７２…冷却水ポンプ
７３…分流弁
７４…分流弁用モータ
７５…冷却水排出流路
７６…冷却水供給流路
７７…ラジエータファン
７９…バイパス流路
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
１００Ｆ…前端セル
１００ｈ…端セル群
１００ｓ…主セル群
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
Ｔａｔｍ…外気温計
Ｔｃ…水温計（第１温度計）
Ｔｐ…温度計（第２温度計）
Ｖａｖｅ…平均電圧
Ｖｍｉｎ…最低電圧
Ｖｍｉｎｌｉｍｉｔ…予め定められた電圧値
Ｖ１…予め定められた電圧差
Ｔ１…第１基準温度
Ｔ２…第２基準温度
Ｔｎｏｒｍａｌｒｅｆ…通常温度
ｔｈｏｌｄ１…第１基準時間
ｔｈｏｌｄ２…第２基準時間
ｔｈｏｌｄ３…第３基準時間
Ｒｌｉｍｉｔ…インピーダンス上限値
【図１】
2018018610.tif 000003
【図２】
2018018610.tif 000004
【図３】
2018018610.tif 000005
【図４】
2018018610.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成29年11月2日(2017.11.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
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に貯蔵された水素を、圧力を調整した上で、インジェクタ５８に供給する。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。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とシール部材一体型ＭＥＡ（後述）を介してカソード側から透過した窒素と、気液分離部５７で分離されなかった水分である。排出流路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）とを繋ぐ流路である。排水シャットバルブ５４は、排出流路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と窒素を排出するために開かれる。インジェクタ５８と排水シャットバルブ５４の制御によって、燃料電池スタック４０への水素の供給量が調整される。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、燃料電池スタック４０への流入前の水素の圧力（供給圧）を計測する。温度計Ｔｐ、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（後述）の温度を計測する。温度計Ｔｐを、「第２温度計Ｔｐ」とも呼ぶ。温度計Ｔｐによる計測結果を「第２温度値」とも呼ぶ。第２温度計Ｔｐは、第２温度値を計測し、制御部３０に送信（入力）する温度計でもある。以下、温度計Ｔｐの計測値を「水素ポンプ温度」とも呼ぶ。レゾルバＲは、水素ポンプ５３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のポンプ部の回転数を計測する。低圧リリーフ弁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。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
分流弁７３は、冷却水排出流路７５において、燃料電池スタック４０の下流側、つまりラジエータ７１と燃料電池スタック４０との間であって、ラジエータ７１とバイパス流路７９との接続部位に設けられる。分流弁７３は、燃料電池スタック４０から流れてくる冷却水の流れる方向をラジエータ７１側とバイパス流路７９側とのいずれかに切り替える。このような分流弁７３は、三方弁とも呼ばれる。分流弁用モータ７４は、分流弁７３に接続され、分流弁７３の開度を調整するためのトルクを発生する。冷却水排出流路７５の下流及び冷却水供給流路７６の上流には、ラジエータ７１が設けられている。ラジエータ７１の放熱は、ラジエータファン７７からの風によって促進される。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。水温計Ｔｃを「第１温度計Ｔｃ」とも呼び、水温計Ｔｃによる計測結果を「第１温度値」とも呼ぶ。第１温度計Ｔｃは、燃料電池スタック４０の温度が反映された第１温度値を計測し、制御部３０に送信（入力）する温度計でもある。以下、水温計Ｔｃによる計測結果を「ＦＣ水温」とも呼ぶ。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
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、分流弁６３を制御して、空気の流れる方向を切り替え可能である。また、制御部３０は、少なくともセル電圧計９１により計測されたセル電圧及び第１温度計Ｔｃにより計測された第１温度値を用いて、冷却水循環機構７０を制御して燃料電池スタック４０を昇温させる。また、制御部３０は、第１温度計Ｔｃから入力された第１温度値が目標とする温度（目標温度）になるように、冷却水循環機構７０を制御する。具体的には、第１温度値が目標温度よりも低い場合には、分流弁用モータ７４に信号を送り分流弁７３を制御して、冷却水の流れる方向をラジエータ７１側からバイパス流路７９側に切り替える。第１温度値が目標温度よりも高い場合には、分流弁用モータ７４に信号を送り分流弁７３を制御して、冷却水の流れる方向をバイパス流路７９側からラジエータ７１側に切り替え、冷却水排出流路７５の下流側に流す。こうすることにより、制御部３０は、燃料電池スタック４０の温度が目標温度になるように調整する。また、制御部３０は、例えば、パワーマネジメントＥＣＵからの発電要求を受けて、燃料電池システム２０の各部を制御して燃料電池スタック４０を発電させる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
ＦＤＣ８２は、発電電圧計及びインピーダンス計としての機能を有する。ＦＤＣ８２は、燃料電池スタック４０による発電電圧を計測し、制御部３０に計測結果を入力する。ＦＤＣ８２は、燃料電池スタック４０のインピーダンスを計測し、制御部３０に計測結果を入力する。具体的には、ＦＤＣ８２は、燃料電池スタック４０による発電電圧を変圧してＤＣ／ＡＣインバータ８３に供給し、発電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。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
制御部３０は、ステップＳ１４０又はステップＳ１４５の判定がＮＯである場合、ＦＣ水温が第１基準温度Ｔ１に到達してから第２基準時間ｔｈｏｌｄ２が経過したか否かを判定する（ステップＳ１５０）。第２基準時間ｔｈｏｌｄ２は、第１基準時間ｔｈｏｌｄ１よりも長い時間である。第２基準時間ｔｈｏｌｄ２は、ＦＣ水温が第１基準温度Ｔ１に到達した後にＦＣ水温が第１基準温度Ｔ１に調整されることによって燃料電池スタック４０が過剰に乾燥することを抑制可能な、予め定められた時間である。本実施形態では、第２基準時間ｔｈｏｌｄ２は、「ｔｈｏｌｄ１＜ｔｈｏｌｄ２≦ｔｈｏｌｄ１＋１０（ｍｉｎ）」で表される範囲内の時間である。第２基準時間ｔｈｏｌｄ２が経過した場合には（ステップＳ１５０、ＹＥＳ）、制御部３０は、昇温要求フラグをＯＦＦに設定する（ステップＳ１７０）。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８４】
Ｂ５．変形例５：
上述の実施形態では、ステップＳ１４０の時間計測条件における「予め定められた時間（ｔｌｉｍｉｔ１、ｔｌｉｍｉｔ２、ｔｌｉｍｉｔ３又はｔｌｉｍｉｔ４）」は、「１（ｓｅｃ）≦ｔｌｉｍｉｔ１≦５（ｓｅｃ）」で表される範囲内の時間である。これに対し、時間計測条件における「予め定められた時間」は、例えば、燃料電池スタック４０内に空気がいきわたるまでの時間であってもよい。「燃料電池スタック４０内に空気がいきわたるまでの時間」とは、例えば、空気供給流路６１から燃料電池スタック４０内に流入した空気が空気排出流路６６から排出されるまでの時間であってもよい。また、時間計測条件における「予め定められた時間」は、例えば、制御部３０により分流弁６３が制御されて、空気の流れる方向がバイパス流路６９側から燃料電池スタック４０側に切り替わり、空気が空気供給流路６１とバイパス流路６９との接続部位から燃料電池スタック４０内にいきわたるまでの時間以上の時間であってもよい。このようにすれば、制御部３０は、カソードガスが燃料電池スタック４０内にいきわたるまでの時間が経過した場合に、昇温を終了するための時間の計測を行い、そうでない場合には、時間の計測を行わないようにすることができるので、燃料電池スタック４０が過剰に乾燥することをより抑制することができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８９】
Ｂ８．変形例８：
上述の実施形態では、ステップＳ１５０における第２基準時間ｔｈｏｌｄ２は、「ｔｈｏｌｄ１＜ｔｈｏｌｄ２≦ｔｈｏｌｄ１＋１０（ｍｉｎ）」で表される範囲内の時間である。これに対し、第２基準時間ｔｈｏｌｄ２は、例えば、３０分未満の時間であってもよい。また、第２基準時間ｔｈｏｌｄ２は１５分未満の時間であってもよい。このようにすれば、セル１００のＭＥＡが乾燥して劣化することを抑制することができる。なお、フラッディングを解消する観点から、第２基準時間ｔｈｏｌｄ２は５分以上であることがより好ましい。また、第２基準時間ｔｈｏｌｄ２は第１基準時間ｔｈｏｌｄ１と同じであってもよい。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９５】
また、上述の実施形態において、制御部３０は、ステップＳ１６５を実施しなくてもよい。この場合、制御部３０は、ステップＳ１６０を満たさない場合には、昇温処理を終了してもよい。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９７】
Ｂ１２．変形例１２：
上述の実施形態では、第２温度計Ｔｐは、水素ポンプ５３の温度を計測する温度計Ｔｐであり、第２温度値は水素ポンプ温度である。これに対し、燃料電池システム２０は、積層方向端部に位置するセル（端セル群１００ｈ）の温度を計測するために、専用の温度計を備えていてもよい。例えば、端セル群１００ｈに属するある１つのセル１００に温度計を設置してもよい。あるいは、前端側若しくは後端側の集電板１６０Ｆ、１６０Ｅ、又は前端側若しくは後端側エンドプレート１７０Ｆ、１７０Ｅの温度を計測する温度計を設置してもよい。このようにしても、制御部３０は、燃料電池スタック４０の温度が反映された第１温度値が第１基準温度Ｔ１未満であっても、フラッディングが発生しやすい積層方向端部のセル１００の温度が反映された第２温度値が、第１基準温度Ｔ１よりも低い第２基準温度Ｔ２に到達してから第３基準時間ｔｈｏｌｄ３が経過した場合に昇温を終了するため、セル１００が過剰に乾燥することをより抑制することができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2018018610.tif 000007