(57)【要約】【課題】燃料電池の発電停止後において、カソード側が負圧になることを抑制する。【解決手段】燃料電池システムは、電解質膜と、電解質膜と接して電解質膜に対して酸素を含むカソード側反応ガスを供給するカソード側層と、電解質膜を介してカソード側層と反対側において電解質膜と接し、電解質膜に対してアノード側反応ガスを供給するアノード側層と、を有する燃料電池と、燃料電池の発電停止後において、カソード側層における酸素分圧を除く他の気体の分圧の合計である合計分圧が大気圧以上となるように、カソード側層の全圧を調整する圧力調整部と、を備える。【選択図】図１
2011150794.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムであって、
電解質膜と、前記電解質膜と接して前記電解質膜に対して酸素を含むカソード側反応ガスを供給するカソード側層と、前記電解質膜を介して前記カソード側層と反対側において前記電解質膜と接し、前記電解質膜に対してアノード側反応ガスを供給するアノード側層と、を有する燃料電池と、
前記燃料電池の発電停止後において、前記カソード側層における酸素分圧を除く他の気体の分圧の合計である合計分圧が大気圧以上となるように、前記カソード側層の全圧を調整する圧力調整部と、
を備える、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、
前記圧力調整部は、
前記燃料電池に前記カソード側反応ガスを供給するためのカソード側反応ガス供給路と、
前記カソード側層から前記カソード側反応ガスを排出するためのカソード側反応ガス排出路と、
前記カソード側供給路に配置され、前記カソード供給路を封止可能な弁である供給側封止弁と、
前記カソード側排出路に配置され、前記カソード側排出路を封止可能な弁である排出側封止弁と、
前記供給側封止弁及び前記排出側封止弁を制御する弁制御部と、
前記カソード側反応ガス供給路を介して前記燃料電池に前記カソード側反応ガスを供給する反応ガス供給部と、
を有し、
前記圧力調整部は、前記燃料電池の発電停止後に、前記弁制御部を制御して前記排出側封止弁により前記カソード側排出路を封止し、前記カソード側排出路が封止された状態において、前記合計分圧が大気圧以上となるような前記カソード側層の全圧である目標圧力を算出し、前記反応ガス供給部を制御して前記目標圧力となるように前記カソード側層の全圧を調整した後に前記カソード側層の全圧の調整を停止し、前記目標圧力となるように前記カソード側層の全圧が調整された状態において、前記弁制御部を制御して前記供給側封止弁により前記カソード側供給路を封止する、燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
前記圧力調整部は、前記合計分圧と前記アノード側層の全圧との平均が大気圧以上となるように、前記カソード側層の全圧を調整する、燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
前記圧力調整部は、
前記燃料電池の発電停止後であって所定期間経過後における前記カソード側層における飽和蒸気圧である放置後飽和蒸気圧を、前記燃料電池に関連する温度に基づき推定する飽和蒸気圧推定部と、
前記圧力調整部が前記カソード側層の全圧を調整する際に目標とする圧力である目標全圧を、前記放置後飽和蒸気圧に応じて設定する目標全圧設定部と、
を有し、
前記圧力調整部は、前記目標全圧となるように前記カソード側層の全圧を調整する、燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、さらに、
前記圧力調整部が前記カソード側層の全圧を調整する際の、前記カソード側層の全圧の変化速度を取得する圧力変化速度取得部と、
前記取得された変化速度に基づき、前記燃料電池の劣化度合いを判定する劣化判定部と、
を備える、燃料電池システム。
【請求項６】
燃料電池システムの制御方法であって、
前記燃料電池システムは、電解質膜と，前記電解質膜と接して前記電解質膜に対して酸素を含むカソード側反応ガスを供給するカソード側層と，を有する燃料電池を有し、
（ａ）前記燃料電池の発電停止後において、前記カソード側層における酸素分圧を除く他の気体の分圧の合計である合計分圧が大気圧以上となるように、前記カソード側層の全圧を調整する工程を備える、燃料電池システムの制御方法。
【請求項７】
請求項６に記載の燃料電池システムの制御方法において、
前記工程（ａ）は、
（ａ１）前記燃料電池の発電停止後に、前記カソード側層から前記カソード側反応ガスを排出するためのカソード側排出路を封止する工程と、
（ａ２）前記カソード側排出路が封止された状態において、前記カソード側層における酸素分圧を除く他の気体の分圧の合計である合計分圧が大気圧以上となるような前記カソード側層の全圧である目標圧力を算出する工程と、
（ａ３）前記燃料電池に前記カソード側反応ガスを供給するためのカソード側供給路を介して前記燃料電池に前記カソード側反応ガスを供給することにより、前記目標圧力となるように前記カソード側層の全圧を調整する工程と、
（ａ４）前記目標圧力となるように前記カソード側層の全圧が調整された状態において、前記カソード側供給路を封止する工程と、
を備える、燃料電池システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型電解質膜を備え、水素ガスと空気とを反応ガスとして用いる燃料電池において、発電停止後に、カソード側触媒層及びカソード側ガス拡散層（以下、「カソード側層」と呼ぶ）の残留空気が電解質膜を透過してアノード側ガス拡散層及びアノード側触媒層（以下、「アノード側層」と呼ぶ）に移動して、残留空気中の酸素とアノード側の残留水素ガスとが反応することが知られている。この場合、アノード側触媒層付近において水素ガスが減少するため、触媒材料である白金に酸素が吸着されてしまう。その結果、次回始動時には、アノード側触媒層において水素イオン化（プロトン化）が生じ難くなる。そこで、燃料電池の発電停止後にアノード側に水素ガスを再供給するシステムが提案されている（特許文献１）。なお、上述した反応により、アノード側層において水素ガスの欠乏箇所が部分的に発生する。この場合、水素ガス欠乏箇所に対応するカソード側触媒層において異常電位が発生し、カソード側触媒層の劣化（カーボン酸化）が起こり得るという問題もあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１７９０５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料電池の発電停止後には、前述のカソード側残留空気のアノード側への透過に加えて、アノード側の残留水素ガスのカソード側への透過も発生する。カソード側に透過した水素ガスはカソード側の残留空気中の酸素と反応して水が生成される。この場合、カソード側の酸素分圧が低下するために、カソード側の全圧は低下して大気圧よりも低い状態（負圧）となり得る。カソード側が負圧になると、カソード側への反応ガスの供給路及びカソード側のオフガスの排出路は大気圧のままであるので、これらの反応ガスの供給路及び排出路からカソード側への空気の吸い込みが発生する。その結果、カソード側に空気が継続して供給されることとなり、カソード側からアノード側に酸素が継続して透過してしまう。この場合、従来における水素ガスを再供給する技術を適用しても、アノード側触媒層において水素イオン化が生じ難くなり、また、カソード側触媒層の劣化（カーボン酸化）も発生し得る。
【０００５】
本発明は、燃料電池の発電停止後において、カソード側が負圧になることを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］燃料電池システムであって、電解質膜と、前記電解質膜と接して前記電解質膜に対して酸素を含むカソード側反応ガスを供給するカソード側層と、前記電解質膜を介して前記カソード側層と反対側において前記電解質膜と接し、前記電解質膜に対してアノード側反応ガスを供給するアノード側層と、を有する燃料電池と、前記燃料電池の発電停止後において、前記カソード側層における酸素分圧を除く他の気体の分圧の合計である合計分圧が大気圧以上となるように、前記カソード側層の全圧を調整する圧力調整部と、
を備える、燃料電池システム。
【０００８】
適用例１の燃料電池システムでは、燃料電池の発電停止後において、カソード側層における酸素分圧を除く他の気体の分圧の合計である合計分圧が大気圧以上となるように、カソード側層の全圧を調整するので、電解質膜を介してアノード側層からカソード側層に移動した水素ガスとカソード側層に残存する酸素との反応によって残存酸素が消費され、カソード側層の酸素分圧が低下した場合であっても、カソード側層の全圧が負圧（大気圧よりも低い状態）となることを抑制することができる。
【０００９】
［適用例２］適用例１に記載の燃料電池システムにおいて、前記圧力調整部は、前記燃料電池に前記カソード側反応ガスを供給するためのカソード側反応ガス供給路と、前記カソード側層から前記カソード側反応ガスを排出するためのカソード側反応ガス排出路と、前記カソード側供給路に配置され、前記カソード供給路を封止可能な弁である供給側封止弁と、前記カソード側排出路に配置され、前記カソード側排出路を封止可能な弁である排出側封止弁と、前記供給側封止弁及び前記排出側封止弁を制御する弁制御部と、前記カソード側反応ガス供給路を介して前記燃料電池に前記カソード側反応ガスを供給する反応ガス供給部と、を有し、前記圧力調整部は、前記燃料電池の発電停止後に、前記弁制御部を制御して前記排出側封止弁により前記カソード側排出路を封止し、前記カソード側排出路が封止された状態において、前記合計分圧が大気圧以上となるような前記カソード側層の全圧である目標圧力を算出し、前記反応ガス供給部を制御して前記目標圧力となるように前記カソード側層の全圧を調整した後に前記カソード側層の全圧の調整を停止し、前記目標圧力となるように前記カソード側層の全圧が調整された状態において、前記弁制御部を制御して前記供給側封止弁により前記カソード側供給路を封止する、燃料電池システム。
【００１０】
このような構成により、カソード側層の全圧が調整された後にカソード側供給路及びカソード側排出路が封止された状態となるので、カソード側層の全圧の継続的な調整を要しない。したがって、圧力調整部の処理をシンプルに構成することができると共に、圧力調整部の駆動に要するランニングコストを低廉化できる。なお、適用例における「封止」とは、密封されている状態の他、カソード側反応ガスの流通が抑制されている状態も含む広い意味を有する。
【００１１】
［適用例３］適用例１または適用例２に記載の燃料電池システムにおいて、前記圧力調整部は、前記合計分圧と前記アノード側層の全圧との平均が大気圧以上となるように、前記カソード側層の全圧を調整する、燃料電池システム。
【００１２】
このような構成により、電解質膜を介してカソード側層からアノード側層にカソード側反応ガスが移動してカソード側層の全圧が低下した場合であっても、カソード側層の全圧が負圧になることを抑制することができる。
【００１３】
［適用例４］適用例１ないし適用例３のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、前記圧力調整部は、前記燃料電池の発電停止後であって所定期間経過後における前記カソード側層における飽和蒸気圧である放置後飽和蒸気圧を、前記燃料電池に関連する温度に基づき推定する飽和蒸気圧推定部と、前記圧力調整部が前記カソード側層の全圧を調整する際に目標とする圧力である目標全圧を、前記放置後飽和蒸気圧に応じて設定する目標全圧設定部と、を有し、前記圧力調整部は、前記目標全圧となるように前記カソード側層の全圧を調整する、燃料電池システム。
【００１４】
このような構成により、例えば、推定される放置後飽和水蒸気圧がより低い場合には目標圧力をより高く設定し、推定される放置後飽和水蒸気圧がより高い場合には目標圧力をより低く設定すると、燃料電池システムの発電停止後に、燃料電池の温度低下に伴う飽和水蒸気圧の低下によりカソード側層の水蒸気分圧が低下したために、酸素分圧を除く他の気体の合計分圧が低下した場合であっても、合計分圧が大気圧よりも低くなることを抑制できる。
【００１５】
［適用例５］適用例１ないし適用例４のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、さらに、前記圧力調整部が前記カソード側層の全圧を調整する際の、前記カソード側層の全圧の変化速度を取得する圧力変化速度取得部と、前記取得された変化速度に基づき、前記燃料電池の劣化度合いを判定する劣化判定部と、を備える、燃料電池システム。
【００１６】
このような構成により、燃料電池の劣化度合いを簡単に判定することができる。一般に、燃料電池の劣化が進むほど、電解質膜を透過してカソード側層からアノード側層に移動するカソード側反応ガスの量は増えるので、カソード側層全圧の調整時における圧力の変化速度は遅くなる。したがって、カソード側層の全圧の変化速度がより遅いほど、燃料電池の劣化度合いは大きいと判定することができる。
【００１７】
［適用例６］燃料電池システムの制御方法であって、前記燃料電池システムは、電解質膜と，前記電解質膜と接して前記電解質膜に対して酸素を含むカソード側反応ガスを供給するカソード側層と，を有する燃料電池を有し、（ａ）前記燃料電池の発電停止後において、前記カソード側層における酸素分圧を除く他の気体の分圧の合計である合計分圧が大気圧以上となるように、前記カソード側層の全圧を調整する工程を備える、燃料電池システムの制御方法。
【００１８】
適用例６の燃料電池システムの制御方法では、燃料電池の発電停止後において、カソード側層における酸素分圧を除く他の気体の分圧の合計である合計分圧が大気圧以上となるように、カソード側層の全圧を調整するので、電解質膜を介してアノード側層からカソード側層に移動したガスとカソード側層に残存する酸素との反応によって残存酸素が消費され、カソード側層の酸素分圧が低下した場合であっても、カソード側層の全圧が負圧（大気圧よりも低い状態）となることを抑制することができる。
【００１９】
［適用例７］請求項６に記載の燃料電池システムの制御方法において、前記工程（ａ）は、
（ａ１）前記燃料電池の発電停止後に、前記カソード側層から前記カソード側反応ガスを排出するためのカソード側排出路を封止する工程と、（ａ２）前記カソード側排出路が封止された状態において、前記カソード側層における酸素分圧を除く他の気体の分圧の合計である合計分圧が大気圧以上となるような前記カソード側層の全圧である目標圧力を算出する工程と、（ａ３）前記燃料電池に前記カソード側反応ガスを供給するためのカソード側供給路を介して前記燃料電池に前記カソード側反応ガスを供給することにより、前記目標圧力となるように前記カソード側層の全圧を調整する工程と、（ａ４）前記目標圧力となるように前記カソード側層の全圧が調整された状態において、前記カソード側供給路を封止する工程と、を備える、燃料電池システムの制御方法。
【００２０】
このような構成により、カソード側層の全圧が調整された後にカソード側供給路及びカソード側排出路が封止された状態となるので、カソード側層の全圧の継続的な調整を要しない。したがって、燃料電池システムの制御に係る処理をシンプルに構成することができると共に、当該処理の実行に要するランニングコストを低廉化できる。なお、適用例における「封止」とは、密封されている状態の他、カソード側反応ガスの流通が抑制されている状態も含む広い意味を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施例としての燃料電池システムの概略構成を示す説明図。
【図２】図１に示す単セルの詳細構成を模式的に示す第１の断面図。
【図３】図１に示す単セルの詳細構成を模式的に示す第２の断面図。
【図４】燃料電池スタック１０の発電停止後に実行される圧力調整処理の手順を示すフローチャート。
【図５】ステップＳ１５において設定される目標圧力を模式的に示す説明図。
【図６】比較例としての従来におけるカソード側圧力の変化を示す説明図。
【図７】第２の実施例の燃料電池システムの概略構成を示す説明図。
【図８】第２の実施例における圧力調整処理の手順を示すフローチャート。
【図９】目標圧力マップ９２ｂの設定内容を模式的に示す説明図。
【図１０】第３の実施例における目標圧力の決定方法を模式的に示す説明図。
【図１１】変形例３における燃料電池システムの概略構成を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
Ａ．第１の実施例：
Ａ１．システム構成：
図１は、本発明の一実施例としての燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。本実施例において、燃料電池システム１００は、駆動用電源を供給するためのシステムとして、電気自動車に搭載されて用いられる。燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１０と、エアコンプレッサ３０と、水素タンク４０と、遮断弁６３と、アノードガス供給圧力調整弁６４と、カソードガス供給流路５１と、カソードガス排出流路５２と、アノードガス供給流路５３と、アノードガス排出流路５４と、カソード側背圧調整弁６１と、アノード側背圧調整弁６２と、第１〜第４圧力センサ７１〜７４と、制御ユニット９０とを備えている。
【００２３】
燃料電池スタック１０は、比較的小型で発電効率に優れる固体高分子型燃料電池である単セル１１が複数積層された構成を有し、アノードガスとしての純水素と、カソードガスとしての空気中の酸素が、各電極において電気化学反応を起こすことによって起電力を得るものである。
【００２４】
エアコンプレッサ３０は、カソードガス供給流路５１に配置され、外部から取り込んだ空気を加圧して燃料電池スタック１０に供給する。なお、エアコンプレッサ３０が停止した状態では、カソードガス供給流路５１におけるカソードガスの流通は抑制される。エアコンプレッサ３０により封止される。水素タンク４０は、高圧水素ガスを貯蔵している。水素タンク４０としては、例えば、水素吸蔵合金を内部に備え、水素吸蔵合金に吸蔵させることによって水素を貯蔵するタンクを用いても良い。
【００２５】
遮断弁６３は、水素タンク４０の図示しない水素ガス排出口に配置されており、水素ガスの供給及び停止を行う。アノードガス供給圧力調整弁６４は、アノードガス供給流路５３に配置されており、水素タンク４０から排出された高圧水素ガスを、所定の圧力まで低下させる。
【００２６】
カソードガス供給流路５１は、エアコンプレッサ３０と燃料電池スタック１０とを連通させ、エアコンプレッサ３０から供給される圧縮空気を燃料電池スタック１０に導くための流路である。カソードガス排出流路５２は、燃料電池スタック１０から排出される余剰空気（カソードオフガス）及び生成水を外部に排出するための流路である。アノードガス供給流路５３は、水素タンク４０と燃料電池スタック１０とを連通させ、水素タンク４０から供給される水素ガスを燃料電池スタック１０に導くための流路である。アノードガス排出流路５４は、燃料電池スタック１０から排出される余剰水素ガス（アノードオフガス）を外部に排出するための流路である。なお、アノードガス排出流路５４に、アノードガス供給流路５３と接続する流路（循環流路）を設け、かかる循環流路を介して余剰水素ガスを燃料電池スタック１０に再び供給する構成を採用することもできる。
【００２７】
カソード側背圧調整弁６１は、カソードガス排出流路５２に配置され、燃料電池スタック１０のカソード側の圧力（背圧）を一定に保つように動作する。アノード側背圧調整弁６２は、アノードガス排出流路５４に配置され、燃料電池スタック１０のアノード側の圧力（背圧）を一定に保つように動作する。上述した各弁６１〜６４は、いずれも電磁弁である。なお、各弁６１〜６４は、開度が０となることにより、配置されている各流路を封止することができる。
【００２８】
第１圧力センサ７１は、カソードガス供給流路５１に配置されており、カソードガス供給流路５１の内圧を測定する。第２圧力センサ７２は、カソードガス排出流路５２に配置されており、燃料電池スタック１０のカソード側圧力（背圧）を測定する。第３圧力センサ７３は、アノードガス排出流路５４に配置されており、燃料電池スタック１０のアノード側圧力（背圧）を測定する。第４圧力センサ７４は、燃料電池スタック１０から離れた位置に配置されており、大気圧を測定する。なお、第４圧力センサ７４を燃料電池スタック１０や各流路５１〜５４と接して配置することもできる。
【００２９】
制御ユニット９０は、エアコンプレッサ３０及び各弁６１〜６４と電気的に接続されており、これら各要素を制御する。また、制御ユニット９０は、各圧力センサ７１〜７４と接続されており、各圧力センサ７１〜７４において測定された圧力値を取得する。
【００３０】
制御ユニット９０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）９１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）９２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）９３とを備えている。ＲＯＭ９２には、燃料電池システム１００を制御するための図示しない制御プログラムが格納されており、ＣＰＵ９１は、ＲＡＭ９３を利用しながらこの制御プログラムを実行することにより、圧力調整部９１ａ及び弁制御部９１ｂとして機能する。
【００３１】
弁制御部９１ｂは、各弁６１〜６４の開度を調整することにより、各流路５１〜５４を流通する反応ガス（空気及び水素ガス）の流量を制御する。圧力調整部９１ａは、エアコンプレッサ３０の回転数を制御すると共に、弁制御部９１ｂを介して各弁６１〜６４を制御することにより、各単セル１１におけるカソード側層（カソード側触媒層及びカソード側ガス拡散層）の圧力を調整する。
【００３２】
図２は、図１に示す単セルの詳細構成を模式的に示す第１の断面図である。図３は、図１に示す単セルの詳細構成を模式的に示す第２の断面図である。図２では発電時の単セル１１の状態を示し、図３では発電停止後の単セルの状態を示している。なお、図２では、単セルの詳細構成と共に、発電時におけるカソードガス（空気）の流れを実線の矢印で示している。
【００３３】
図２に示すように、単セル１１は、ＭＥＧＡ（Membrane Electrode and Gas Diffusion Layer Assembly）１１１と、セパレータ１２１とが互いに重ね合わされた構成を有している。ＭＥＧＡ１１１は、電解質膜１１２と、カソード側層１１４と、アノード側層１１３とを備えている。
【００３４】
電解質膜１１２は、スルホン酸基を含むフッ素樹脂系イオン交換膜であり、例えば、デュポン社のナフィオン（登録商標）や、旭化成株式会社のアシプレックス（登録商標）等を用いることができる。また、電解質膜１１２として、炭化水素系スルホン酸基膜を用いることもできる。
【００３５】
カソード側層１１４は、電解質膜１１２の一方の面に接して配置されており、図示しない触媒層及びガス拡散層を備えている。カソード側層１１４は、ガス透過性を有するとともに導電性の良好な材料で形成される。触媒層としては、例えば、触媒担持粒子（白金担持カーボン等）と高分子電解質と撥水材とを混合したスラリーを電解質膜に塗布して形成することができる。ガス拡散層は、多孔質の部材（例えば、カーボンペーパーやカーボンクロスやガラス状カーボン）を用いて構成することができる。
【００３６】
アノード側層１１３は、電解質膜１１２においてカソード側層１１４が配置されている面とは反対側の面に接して配置されており、図示しない触媒層及びガス拡散層を備えている。なお、アノード側層１１３の構成は、カソード側層１１４と同じであるので説明を省略する。
【００３７】
セパレータ１２１は、ガス不透過の伝導性部材、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボンや、プレス成型した金属板によって構成することができる。なお、セパレータ１２１には、ＭＥＧＡ１１１と接する面に図示しない溝が形成されており、セパレータ１２１とＭＥＧＡ１１１とが接合されると、セパレータ１２１とＭＥＧＡ１１１との境界部分に反応ガス（空気及び水素ガス）の流路が形成される。
【００３８】
ＭＥＧＡ１１１及びセパレータ１２１はそれぞれ厚み方向の貫通孔を備えており、ＭＥＧＡ１１１及びセパレータ１２１が積層され、それぞれの貫通孔が互いに接することにより、燃料電池スタック１０の内部に、カソードガス供給マニホールド５１１，カソードガス排出マニホールド５２１，図示しないアノードガス供給マニホールド，および図示しないアノードガス排出マニホールドが形成される。カソードガス供給マニホールド５１１は、図１に示すカソードガス供給流路５１と接続されている。また、カソードガス排出マニホールド５２１は、図１に示すカソードガス排出流路５２と接続されている。
【００３９】
図２に示す発電時において、カソードガス供給マニホールド５１１を通って供給される空気は、セパレータ１２１及びカソード側層１１４の境界部分に形成された図示しない流路を介してカソード側層１１４に供給される。カソード側層１１４では、供給された空気は、拡散されて電気化学反応に用いられる。電気化学反応に用いられなかった余剰空気は、セパレータ１２１及びカソード側層１１４の境界部分に形成された図示しない流路を介してカソードガス排出マニホールド５２１へと排出される。
【００４０】
図３に示す燃料電池スタック１０の発電停止後には、アノード側層１１３には残留水素ガスが、カソード側層１１４には残留空気が、それぞれ存在する。アノード側層１１３の残留水素ガスの一部１１５は、電解質膜１１２を透過してカソード側層１１４に移動する。カソード側層１１４に達した残留水素ガスと、カソード側層１１４に存在する残留空気中の酸素とにより、下記反応式（１）の反応が生じる。
【００４１】
【数１】
2011150794.tif 000003
【００４２】
上記反応式（１）の反応が進むと、カソード側層１１４中の残留空気中の酸素が消費されるため、カソード側層１１４内の酸素分圧が低下し、カソード側層１１４内の全圧は低下する。しかしながら、本実施例の燃料電池システム１００では、後述の圧力調整処理を実行することにより、カソード側層１１４が負圧になることを抑制できる。
【００４３】
前述のエアコンプレッサ３０，圧力調整部９１ａ，弁制御部９１ｂ，カソードガス供給流路５１，カソードガス排出流路５２，及びカソード側背圧調整弁６１は、請求項における圧力調整部に相当する。また、エアコンプレッサ３０は請求項における供給側封止弁及び反応ガス供給部に、圧力調整部９１ａは請求項における飽和蒸気圧推定部および目標圧力設定部に、それぞれ相当する。
【００４４】
Ａ２．圧力調整処理：
図４は、燃料電池スタック１０の発電停止後に実行される圧力調整処理の手順を示すフローチャートである。燃料電池システム１００では、例えば、電気自動車のイグニッションがオフになった等により、燃料電池スタック１０の発電が停止すると、圧力調整処理が開始される。なお、燃料電池スタック１０の発電停止時には、遮断弁６３は閉じられ、エアコンプレッサ３０は停止している。
【００４５】
圧力調整部９１ａは、第４圧力センサ７４から通知される測定値により、大気圧を取得する（ステップＳ１０）。第４圧力センサ７４で測定される大気圧の値は、燃料電池システム１００が設置される環境により異なる。例えば、標高の高い環境に電気自動車が位置している場合には大気圧の値は比較的低く、標高の低い環境に電気自動車が位置している場合には大気圧の値は比較的高い。
【００４６】
圧力調整部９１ａは、酸素分圧を除いた他の気体の分圧の合計が大気圧と一致する圧力を求め、目標圧力に設定する（ステップＳ１５）。後述するように、発電停止後において燃料電池スタック１０のカソード側には再び空気が供給されてカソード側層１１４は昇圧される。ステップＳ１５における「目標圧力」とは、かかる昇圧の際に最終的な目標とする圧力を意味する。
【００４７】
図５は、ステップＳ１５において設定される目標圧力を模式的に示す説明図である。図５において、縦軸は、カソード側層１１４内の圧力（以下、「カソード側圧力」と呼ぶ）を示す。また、図５において、左側は圧力調整処理を実行した直後のカソード側圧力を示し、右側は圧力調整処理を実行してから長期間経過後のカソード側圧力を示す。
【００４８】
空気中には、酸素がおよそ２１％含まれ、他の気体である窒素や二酸化炭素や水蒸気等が７９％含まれる。したがって、ステップＳ１５では、目標圧力Ｐｔとして、酸素の分圧（Ｐｔ×０．２１）を除く他の気体の合計分圧（Ｐｔ×０．７９）が、大気圧（Ｐａ）と一致する圧力として導出される。
【００４９】
目標圧力が決定すると、弁制御部９１ｂは、カソード側背圧調整弁６１の開度を０として、カソードガス排出流路５２を封止する（ステップＳ２０）。
【００５０】
圧力調整部９１ａは、エアコンプレッサ３０を駆動して、燃料電池スタック１０のカソード側に空気を供給する（ステップＳ２５）。ステップＳ２０によってカソードガス排出流路５２は封止されているので、ステップＳ２５の実行により、カソード側圧力は次第に上昇する。
【００５１】
圧力調整部９１ａは、第２圧力センサ７２の測定値に基づき、カソード側圧力が目標圧力に達するまで待機する（ステップＳ３０）。本実施例では、カソード側圧力の実測値として、第２圧力センサ７２の測定値を用いるものとする。なお、第２圧力センサ７２の測定値に代えて、第１圧力センサ７１の測定値や、２つの圧力センサ７１，７２の測定値から算出される値（平均値等）を、カソード側圧力の実測値として用いることもできる。
【００５２】
カソード側圧力が目標圧力に達すると、圧力調整部９１ａは、エアコンプレッサ３０を停止させ、弁制御部９１ｂは、カソードガス供給流路５１を封止する（ステップＳ３５）。
【００５３】
ステップＳ３５を実行した直後においては、カソードガス供給流路５１においてカソードガスの流通は抑制され、また、カソードガス排出流路５２が封止された状態となっているので、カソード側圧力は目標圧力をしばらくの間維持することとなる。しかしながら、圧力調整処理が終了してから長期間経過すると、図３に示すように、アノード側層１１３からカソード側層１１４に移動した水素ガスによってカソード側層１１４内の残留空気中の酸素が消費され、図５に示すようにカソード側圧力（全圧）は低下する。ここで、目標圧力Ｐｔ（すなわち、圧力調整処理直後の圧力）は、酸素の分圧を除く他の気体の合計分圧が大気圧と一致する圧力であるので、図５に示すように、酸素分圧が０となった場合でも気体の合計分圧は大気圧と一致する。したがって、カソード側圧力が負圧となることが抑制される。
【００５４】
図６は、比較例としての従来におけるカソード側圧力の変化を示す説明図である。図６の縦軸は図５と同じである。図６において、左側は、発電停止直後のカソード側圧力（全圧）を示し、右側は、発電を停止してから長期間経過後のカソード側圧力を示す。
【００５５】
従来では、発電停止直後において、カソード側圧力は大気圧（Ｐａ）の状態であった。したがって、長期間経過後には、カソード側層において残留空気中の酸素が消費され、酸素分圧は０となる。その結果、カソード側層の全圧Ｐｘが大気圧Ｐａよりも低くなるため、カソード側層への空気の吸い込みが発生し、アノード側触媒層の触媒材料への酸素の吸着およびカソード側触媒層の劣化（カーボン酸化）が促進されていた。これに対して、本実施例では、前述のように、燃料電池スタック１０の発電が停止してから長期間経過後においても、カソード側層は負圧にならない。
【００５６】
以上説明したように、第１の実施例の燃料電池システム１００では、圧力調整処理を実行し、カソード側層１１４における酸素分圧を除く他の気体の合計分圧が大気圧以上となるように、カソード側層１１４の全圧を調整しておくので、燃料電池スタック１０の発電が停止してから長期間経過後においてカソード側層１１４が負圧になることを抑制できる。したがって、カソードガス供給マニホールド５１１及びカソードガス排出マニホールド５２１からカソード側層１１４への空気の吸い込みは抑制される。その結果、アノード側層１１３への残留空気の流入は抑制され、アノード側触媒層の触媒材料への酸素の吸着およびカソード側触媒層の劣化（カーボン酸化）が抑制される。
【００５７】
加えて、燃料電池システム１００では、カソードガス排出流路５２を封止してからエアコンプレッサ３０を駆動してカソード側圧力を昇圧し、その後、エアコンプレッサ３０を停止させることでカソードガス供給流路５１のカソードガスの流通を抑制している。したがって、カソード側層１１４の全圧が大気圧以上を維持するためにエアコンプレッサ３０を継続して駆動せずに済み、エアコンプレッサ３０の駆動に要するランニングコストを低廉化できる。
【００５８】
Ｂ．第２の実施例：
図７は、第２の実施例の燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。図８は、第２の実施例における圧力調整処理の手順を示すフローチャートである。図７に示す第２の実施例の燃料電池システム１００ａは、温度センサ７５を備える点と、ＲＯＭ９２に予め温度対応マップ９２ａ及び目標圧力マップ９２ｂが格納されている点と、図８に示すように、圧力調整処理において、ステップＳ１２，Ｓ１３を追加実行すると共に、ステップＳ１５に代えてステップＳ１５ａを実行する点とにおいて、第１の実施例の燃料電池システム１００と異なり、他の構成は第１の実施例と同じである。第２の実施例では、発電停止後の燃料電池スタック１０の温度変化に従いカソード側圧力中の水蒸気分圧が変化することを考慮して、目標圧力を設定する。
【００５９】
図７に示す温度センサ７５は、外気温を測定して制御ユニット９０に通知する。温度対応マップ９２ａは、外気温と、放置後の燃料電池スタック１０の温度とを対応付けたマップである。一般に、発電が停止した後において、燃料電池スタック１０の温度は、次第に低下して最終的に変化せずに一定となる温度（以下、「放置後スタック温度」と呼ぶ）に達する。この放置後スタック温度は外気温に依存するため、本実施例では、予め外気温と放置後スタック温度との関係を実験により求めておき、温度対応マップ９２ａとしてＲＯＭ９２に記憶させておく。
【００６０】
目標圧力マップ９２ｂは、放置後スタック温度と目標圧力値とを対応付けたマップである。図９は、目標圧力マップ９２ｂの設定内容を模式的に示す説明図である。図９において、上段は、放置後スタック温度が比較的高い温度Ｔ１の場合における目標圧力を示し、下段は、放置後スタック温度が比較的低い温度Ｔ２の場合における目標圧力を示す。また、図９の上段及び下段において、左側は、圧力調整処理を実行した直後のカソード側圧力を示し、右側は、圧力調整処理を実行してから長期間経過後のカソード側圧力を示す。
【００６１】
図９の上段及び下段の左側に示すように、放置後スタック温度が比較的高い温度Ｔ１に対して、目標圧力として比較的低い圧力Ｐｔ１が設定されている。一方、放置後スタック温度が比較的低い温度Ｔ２に対して、目標圧力として比較的高い圧力Ｐｔ２が設定されている。このような設定となっているのは、以下の理由による。燃料電池スタック１０の温度がより低いほど、カソード側層１１４における飽和水蒸気圧はより小さくなるので、水蒸気分圧はより低くなる。したがって、カソード側圧力のうち、酸素分圧を除く他の気体の合計分圧は、放置後スタック温度がより低い程より小さくなる。そこで、本実施例では、放置後スタック温度がより低いほど、より高い目標圧力を設定しておくことで、圧力調整処理を実行してから長期間経過後のカソード側圧力（全圧）が、水蒸気分圧の低下に関わらず、大気圧よりも低くなる（負圧となる）ことを抑制するようにしている。
【００６２】
具体的な処理としては、図８に示すように、圧力調整部９１ａは、大気圧を測定した後に、温度センサ７５から通知される測定値により、外気温を取得する（ステップＳ１２）。圧力調整部９１ａは、取得した外気温に基づき温度対応マップ９２ａを参照して、放置後スタック温度を推定する（ステップＳ１３）。圧力調整部９１ａは、取得した大気圧及び放置後スタック温度に基づき目標圧力マップ９２ｂを参照して目標圧力を決定する（ステップＳ１５ａ）。目標圧力を設定した後の処理については、前述のステップＳ２０〜Ｓ３５と同じである。
【００６３】
このような処理により、図９の上段に示すように、放置後スタック温度が比較的高い温度Ｔ１の場合において、長期間経過後のカソード側圧力は大気圧Ｐａとなっている。また、図９の下段に示すように、放置後スタック温度が比較的低い温度Ｔ２の場合には、圧力調整処理実行後における水蒸気分圧の低下量は比較的大きい。しかしながら、圧力調整処理により、カソード側圧力を比較的高い圧力Ｐｔ２まで昇圧しているので、空気中における酸素及び水蒸気を除く他の気体の合計分圧を比較的高くすることができる。したがって、長期間経過後のカソード側圧力は、放置後スタック温度が温度Ｔ１の場合と同様に、大気圧Ｐａとなっている。
【００６４】
以上の構成を有する第２の実施例の燃料電池システム１００ａは、第１の実施例の燃料電池システム１００と同じ効果を有する。加えて、燃料電池システム１００ａでは、放置後スタック温度を推定し、推定される放置後スタック温度が比較的低い場合には目標圧力を比較的高く設定するように構成されている。したがって、空気中における酸素及び水蒸気を除く他の気体の合計分圧を比較的高くすることができるため、圧力調整処理実行後における水蒸気分圧の低下量が比較的大きい場合であっても、長期間経過後のカソード側圧力を大気圧とすることができる。その結果、放置後スタック温度の高低に関わらず、カソード側圧力が大気圧よりも低くなる（負圧となる）ことを抑制できる。
【００６５】
Ｃ．第３の実施例：
図１０は、第３の実施例における目標圧力の決定方法を模式的に示す説明図である。第３の実施例の燃料電池システム（図示省略）は、目標圧力の決定方法において、第１の実施例の燃料電池システム１００と異なり、他の構成は、第１の実施例と同じである。
【００６６】
図１０に示すように、燃料電池スタック１０の発電停止後には、アノード側層１１３からカソード側層１１４への余剰水素ガスの透過１１５と共に、カソード側層１１４からアノード側層１１３への余剰空気（酸素消費後の空気）の透過１１６が発生し得る。したがって、圧力調整処理においてエアコンプレッサ３０を用いて空気を供給しても、一部の空気は、電解質膜１１２を透過してアノード側層１１３に移動してしまい、カソード側層１１４が大気圧を下回るおそれがある。そこで、本実施例では、エアコンプレッサ３０を用いてカソード側層１１４と共にアノード側層１１３も昇圧するものとして、カソード側圧力の目標圧力を決定する。
【００６７】
具体的には、カソード側層１１４の体積を体積Ｖｃとし、アノード側層１１３の体積を体積Ｖａとした場合に、下記式（２）により、目標圧力を決定する。
【００６８】
【数２】
2011150794.tif 000004
【００６９】
上記式（２）において、Ｐｔは、目標圧力を示す。また、Ｐａは大気圧を示す。上記式（２）では、（Ｖｃ＋Ｖａ）÷（空気中の窒素割合）により、アノード側層１１３及びカソード側層１１４を、いずれも窒素等で満たすために必要な空気量を求め、これをカソード側層１１４の体積Ｖｃで割ることで、体積Ｖｃに対する必要空気量の割合（倍数）を求め、求めた割合（倍数）を大気圧Ｐａに掛け合わせることで、目標圧力を得ている。第３の実施例では、圧力調整処理において、上記のようにして得られた目標圧力となるようにカソード側圧力を調整するので、カソード側層１１４からアノード側層１１３への空気の移動が発生しても、カソード側層１１４及びアノード側層１１３の平均圧力は大気圧以上になる。したがって、カソード側圧力が大気圧よりも低下する（負圧となる）ことを抑制できる。
【００７０】
なお、本実施例では、エアコンプレッサ３０の駆動により、カソード側層１１４に加えてアノード側層１１３も昇圧させるため、アノードガス供給流路５３及びアノードガス排出流路５４を封止させることが好ましい。アノードガス供給流路５３については、発電停止時に遮断弁６３の開度が０となることによって封止されている。アノードガス排出流路５４の封止については、例えば、図４に示すステップＳ２０においてカソードガス排出流路５２を封止するのと共に実行することもできる。
【００７１】
以上の構成を有する第３の実施例の燃料電池システムは、第１の実施例の燃料電池システム１００と同じ効果を有する。加えて、第３の実施例の燃料電池システムでは、エアコンプレッサ３０によりカソード側層１１４に加えてアノード側層１１３にも空気が供給されることを前提として目標圧力を決定するので、カソード側層１１４からアノード側層１１３への空気の移動が発生した場合であっても、カソード側圧力が負圧になることを抑制できる。
【００７２】
Ｄ．変形例：
なお、上記各実施例における構成要素の中の、独立クレームでクレームされた要素以外の要素は、付加的な要素であり、適宜省略可能である。また、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００７３】
Ｄ１．変形例１：
各実施例では、圧力調整処理により、カソードガス供給流路５１及びカソードガス排出流路５２を封止していたが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、カソードガス排出流路５２を封止せずにエアコンプレッサ３０を駆動し続けて、カソード側圧力が目標圧力を維持（酸素消費による全圧の低下分を除く）するようにしてもよい。かかる構成においても、カソード側圧力が負圧となることを抑制できる。かかる構成においては、エアコンプレッサ３０及び圧力調整部９１ａが、請求項における圧力調整部に相当する。
【００７４】
Ｄ２．変形例２：
各実施例では、目標圧力として、酸素の分圧を除く他の気体の合計分圧が大気圧と一致する圧力を設定していたが、これに代えて、酸素の分圧を除く他の気体の合計分圧が大気圧と一致する圧力よりも高い圧力に設定することもできる。この構成においても、圧力調整処理が終了してから長期間経過後において、カソード側圧力が負圧になることを抑制できる。すなわち、一般には、燃料電池の発電停止後において、カソード側層における酸素分圧を除く他の気体の分圧の合計である合計分圧が大気圧以上となるように、カソード側層の全圧を調整する任意の圧力調整部を、本発明の燃料電池システムに採用することができる。
【００７５】
なお、カソード側層における酸素分圧を除く他の気体の合計分圧が大気圧以上に設定する構成では、カソード側層１１４の圧力が非常に高くなり、カソード側層１１４の圧力とアノード側層１１３の圧力との差圧が非常に大きくなるおそれがある。この場合、かかる差圧により、電解質膜１１２が破壊するおそれがある。そこで、予め実験により、電解質膜１１２が破壊するカソード側層１１４の圧力のしきい値を求めておき、かかるしきい値よりも低い値に目標圧力を設定する構成とすることもできる。このような構成により、カソード側層１１４の圧力とアノード側層１１３の圧力との差圧による電解質膜１１２の破壊を抑制できる。
【００７６】
また、目標圧力を電解質膜１１２の劣化度合いに応じて変化させることもできる。電解質膜１１２は、経時劣化が進むと、カソード側層１１４の圧力とアノード側層１１３の圧力との差圧が比較的小さい場合でも破壊するおそれがある。そこで、圧力調整処理の開始前に（或いは、圧力調整処理において、Ｓ１５よりも前に）、電解質膜１１２の劣化度合いを推定し、劣化度合いが大きい場合には差圧が小さくなるように、目標圧力を低く設定することもできる。電解質膜１１２の劣化度合いは、例えば、過去の発電量の積算値に基づき推定することができる。
【００７７】
Ｄ３．変形例３：
各実施例では、カソードガス排出流路５２を封止するためにカソード側背圧調整弁６１を用いていたが、カソード側背圧調整弁６１に代えて、または、カソード側背圧調整弁６１と共に遮断弁をカソードガス排出流路５２に設ける構成とし、この遮断弁によりカソードガス排出流路５２を封止することもできる。同様に、カソードガス供給流路５１におけるカソードガスの流通を抑制するためにエアコンプレッサ３０を用いていたが、これに代えて、カソードガス供給流路５１に遮断弁を設け、この遮断弁によりカソードガス供給流路５１を封止することもできる。このような構成により、カソード側圧力を昇圧した後に、カソード側層１１４からカソードガス供給流路５１へのカソードガスの流れに起因するカソード側圧力の低下を抑制できる。
【００７８】
また、各実施例では、カソードガス供給流路５１及びカソードガス排出流路５２を、それぞれ封止して、カソードガス供給流路５１とカソードガス排出流路５２との間での空気の流通はなかったが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００７９】
図１１は、変形例３における燃料電池システムの概略構成を示す説明図である。変形例３における燃料電池システム１００ｂは、バイパス流路８１と、エアポンプ８３と、流量調整弁８２とを備えている点において、第１の実施例の燃料電池システム１００と異なり、他の構成は、第１の実施例と同じである。
【００８０】
バイパス流路８１は、カソードガス排出流路５２とカソードガス供給流路５１とを接続する空気の流路である。バイパス流路８１とカソードガス排出流路５２との接続点は、カソードガス排出流路５２において、カソード側背圧調整弁６１よりも燃料電池スタック１０寄りに位置している。バイパス流路８１とカソードガス供給流路５１との接続点は、カソードガス供給流路５１において、エアコンプレッサ３０よりも燃料電池スタック１０寄りに位置している。
【００８１】
流量調整弁８２は、バイパス流路８１に配置されており、バイパス流路８１を流れる空気の流量を調整する。エアポンプ８３は、バイパス流路８１に配置されており、カソードガス排出流路５２から排出された余剰空気を、バイパス流路８１を介してカソードガス供給流路５１に流す。
【００８２】
燃料電池システム１００ｂでは、圧力調整部９１ａは、図４に示す圧力調整処理において、ステップＳ３５を実行した後に、エアポンプ８３を駆動する。このような構成により、燃料電池スタック１０内（各単セル１１におけるカソード側層１１４内）の余剰空気は、カソードガス排出流路５２から排出され、バイパス流路８１を介してカソードガス供給流路５１に流入し、再び燃料電池スタック１０に供給される。
【００８３】
各単セル１１では、カソード側層１１４内の残留空気中の酸素は、カソード側層１１４に移動した水素ガスとの反応により消費されるが、各単セル間、或いは、各単セル内において反応のバラツキが生じ得る。この場合、圧力調整処理が終了してから長期間経過後において、カソード側圧力が大気圧よりも高い単セルや、カソード側圧力が大気圧よりも低い単セルが生じ得る。そこで、燃料電池システム１００ｂでは、余剰空気を循環させることにより、余剰空気中の酸素と透過水素ガスとの反応の機会を増やし、残留酸素と移動した水素ガスとの反応（酸素消費）の発生のバラツキを抑制するように構成されている。
【００８４】
Ｄ４．変形例４：
第２の実施例では、外気温と放置後スタック温度とが対応付けられ、また、放置後スタック温度（及び大気圧）と目標圧力とが対応付けられていたが、放置後スタック温度に代えて、飽和水蒸気圧を、外気温及び目標圧力に、それぞれ対応付けることもできる。具体的には、予め実験により、外気温と、圧力調整処理が終了してから長期間経過後における飽和水蒸気圧（水蒸気分圧）との対応関係を求めてマップ化しておく。また、予め実験により、飽和水蒸気圧（水蒸気分圧）と目標圧力との対応関係を求めてマップ化しておく。そして、これら２つのマップを用いて、測定した外気温に基づき飽和水蒸気圧を推定し、推定した飽和水蒸気圧に基づき目標圧力を決定することもできる。なお、２つのマップに代えて、外気温（及び大気圧）と目標圧力とを対応付ける１つのマップを用いる構成とすることもできる。また、第２の実施例では、放置後スタック温度と対応付ける温度は、外気温であったが、外気温に代えて、他の場所の温度を採用することもできる。例えば、燃料電池システム１００の設置されている場所であって、燃料電池スタック１０から所定の距離だけ離れ、外気と直接接しない場所の温度を採用することもできる。燃料電池システム１００が保温され易い環境に設置されている場合には、放置後スタック温度は外気温よりも、高い温度となり得る。したがって、上述のような場所の温度を採用することにより、放置後スタック温度を精度よく推定することができる。
【００８５】
Ｄ５．変形例５：
各実施例では、圧力調整処理において、カソード側層１１４及びアノード側層１１３のうち、カソード側層１１４のみを昇圧していたが、これに代えて、カソード側と共にアノード側も昇圧することもできる。具体的には、圧力調整処理において、アノードガス排出流路５４を封止し、水素タンク４０から所定量の水素ガスを燃料電池スタック１０に供給して、アノード側層１１３を昇圧することもできる。このとき、カソード側層１１４の昇圧により増加した酸素量を消費し得る分の水素ガス量を、水素タンク４０から供給することもできる。このような構成により、カソード側層１１４内に酸素が残存することを抑制できるため、カソード側層１１４に残存する酸素が電解質膜１１２を透過してアノード側層１１３に移動することにより、アノード側触媒層の触媒材料に酸素が吸着されてしまうことを抑制できる。
【００８６】
Ｄ６．変形例６：
各実施例では、燃料電池スタック１０における発電停止後に、圧力調整処理を実行していたが、圧力調整処理に加えて、乾燥処理を実行することもできる。具体的には、例えば、発電停止後に、カソードガス排出流路５２を封止しない状態でエアコンプレッサ３０を駆動して、燃料電池スタック１０に空気を供給して各単セル１１のカソード側層１１４を掃気して乾燥させる。そして、カソード側層１１４の乾燥後に、前述の圧力調整処理を実行する。なお、空気に代えて、窒素ガス等の不活性ガスにより掃気することもできる。上述したように、アノード側層１１３から電解質膜１１２を透過してカソード側層１１４に移動した水素ガスと、カソード側層１１４内の余剰空気中の酸素とが反応して水が生成する。かかる水がカソード側層１１４に残存していると、低温環境下において凍結し、次回起動時において発電性能が劣化する等の問題が生じ得る。そこで、上記構成を採用することにより、カソード側層１１４内の生成水を排出できるので、残留水の凍結等を抑制できる。
【００８７】
また、例えば、上記乾燥処理を、燃料電池スタック１０の温度が外気温程度まで低下した後に実行することもできる。このような構成により、透過水素ガスと余剰空気中の酸素との反応により生成された水に加えて、温度低下に伴い凝縮した水も排除できるので、残留水の凍結等をより抑制することができる。
【００８８】
Ｄ７．変形例７：
各実施例では、燃料電池スタック１０における発電停止後に、圧力調整処理を実行していたが、圧力調整処理に加えて、燃料電池スタック１０（電解質膜１１２）の劣化を判定することもできる。一般に、電解質膜１１２の劣化が進んだ場合（例えば、継続的に加わる積層方向の圧力により、膜の厚みが薄くなった場合など）、電解質膜１１２を介した気体の移動が発生し易くなる。したがって、電解質膜１１２の劣化が進むと、エアコンプレッサ３０から空気を供給した場合に、電解質膜１１２を介してカソード側層１１４からアノード側層１１３に移動する空気量が増加するため、カソード側圧力の昇圧スピードは低下する。そこで、圧力調整処理におけるカソード側圧力の昇圧スピードを測定し、かかる昇圧スピードに基づき電解質膜１１２の劣化度合いを判定することができる。具体的には、予め実験により、電解質膜１１２の劣化度合いと、カソード側圧力の昇圧スピードとの対応関係を求めてマップ化しておき、測定した昇圧スピードに基づき、マップを参照して劣化度合いを判定することもできる。なお、昇圧スピードは、例えば、所定期間ごと（例えば、５秒ごと）に第２圧力センサ７２の測定値を順次記録し、時間的に隣り合う測定値同士の差分を求めることによって測定することができる。
【００８９】
Ｄ８．変形例８：
各実施例では、燃料電池スタック１０の発電停止後に、必ず圧力調整処理を実行していたが、圧力調整処理を実行する前に、圧力調整処理の実行可否を判定する処理を行うこともできる。具体的には、例えば、燃料電池スタック１０の温度を測定し、燃料電池スタック１０の温度が所定温度よりも低い場合には、圧力調整処理を実行しないこともできる。燃料電池スタック１０の温度が比較的低い場合には、カソード側層１１４における触媒層の活性化の度合いは低い。この場合、アノード側層１１３からカソード側層１１４に水素ガスが移動しても、水素ガスと残留空気中の酸素との反応は起こらない可能性が高い。したがって、カソード側層１１４が負圧となる可能性は低く、圧力調整処理を行わないで済む可能性が高い。
【００９０】
また、例えば、燃料電池スタック１０の発電停止から再起動までの期間を推定し、かかる期間が所定の期間よりも短い場合には、圧力調整処理を実行しないこともできる。燃料電池スタック１０の発電が停止してから、残留空気中の酸素が消費されてカソード側層１１４が負圧となるまでには、或る程度の期間を要する。したがって、この期間が満了するよりも前に燃料電池スタック１０が再起動した場合には、カソード側層１１４は負圧とならない。なお、燃料電池スタック１０の発電停止から再起動までの期間は、例えば、過去の燃料電池スタック１０の運転履歴から、燃料電池スタック１０の発電停止時の時間帯や曜日等に基づき推定することができる。
【００９１】
また、例えば、電解質膜１１２の劣化の度合いを推定し、かかる劣化度合いが所定の値よりも大きい場合には、圧力調整処理を実行しないこともできる。このような構成により、圧力調整処理の結果、カソード側層１１４の圧力とアノード側層１１３の圧力との差圧により電解質膜１１２が破壊されてしまうことを抑制できる。なお、電解質膜１１２の劣化度合いは、例えば、過去の発電量の積算値に基づき推定することができる。
【００９２】
Ｄ９．変形例９：
各実施例では、圧力調整処理において大気圧を測定していたが（ステップＳ１０）、大気圧の測定を省略することもできる。この場合、予め大気圧として所定の圧力値をＲＯＭ９２に格納しておくことが好ましい。燃料電池システム１００，１００ａが、大気圧が変化しない環境において用いられる場合には、このような構成も採用し得る。また、このような構成により、大気圧の測定処理を省略できるので、圧力調整処理に要する期間を短くすることができると共に、第４圧力センサ７４を省略できるので、燃料電池システム１００，１００ａの製造コストを低廉化できる。
【００９３】
Ｄ１０．変形例１０：
第３の実施例では、目標圧力を決定する際に、カソード側層１１４の体積Ｖｃ及びアノード側層の体積Ｖａに基づき決定（算出）していたが、これに代えて、カソード側層１１４のうちのガス拡散層の体積と、アノード側層１１３のうちのガス拡散層の体積とに基づき決定（算出）することもできる。この場合、カソード側層１１４のうちのガス拡散層は、請求項におけるカソード側層に相当する。また、アノード側層１１３のうちのガス拡散層は、請求項におけるアノード側層に相当する。なお、カソード側層１１４の体積Ｖｃ及びアノード側層の体積Ｖａに加えて、カソードガス供給マニホールド５１１，カソードガス排出マニホールド５２１，図示しないアノードガス供給マニホールド，および図示しないアノードガス排出マニホールドの体積に基づき決定することもできる。
【００９４】
Ｄ１１．変形例１１：
各実施例では、燃料電池システム１００，１００ａは、電気自動車に搭載されて用いられていたが、これに代えて、ハイブリッド自動車，船舶，ロボットなどの各種移動体に適用することもできる。また、燃料電池スタック１０を定置型電源として用い、燃料電池システム１００，１００ａをビルや一般住宅等の建物に適用することもできる。
【００９５】
Ｄ１２．変形例１２：
各実施例において、ソフトウェアによって実現されていた構成の一部をハードウェアに置き換えるようにしてもよい。また、これとは逆に、ハードウェアによって実現されていた構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００９６】
１０…燃料電池スタック、１１…単セル、３０…エアコンプレッサ、４０…水素タンク、５１…カソードガス供給流路、５２…カソードガス排出流路、５３…アノードガス供給流路、５４…アノードガス排出流路、６１…カソード側背圧調整弁、６２…アノード側背圧調整弁、６３…遮断弁、６４…アノードガス供給圧力調整弁、７１〜７４…第１〜第４圧力センサ、７５…温度センサ、８１…バイパス流路、８２…流量調整弁、８３…エアポンプ、９０…制御ユニット、９１…ＣＰＵ、９２…ＲＯＭ、９３…ＲＡＭ、９１ａ…圧力調整部、９１ｂ…弁制御部、９２ａ…温度対応マップ、９２ｂ…目標圧力マップ、１００，１００ａ，１００ｂ…燃料電池システム、１１２…電解質膜、１１３…アノード側層、１１４…カソード側層、１２１…セパレータ、５１１…カソードガス供給マニホールド、５２１…カソードガス排出マニホールド
【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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【図１１】
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