(57)【要約】【課題】燃料電池の劣化を抑制する。【解決手段】燃料電池１の制御装置２であって、アノードに第一反応ガス又は混合ガスを供給するアノード側制御部２Ｃと、カソードに混合ガスを供給するカソード側制御部２Ｄとを備える。燃料電池１と出力回路３との接続を遮断して燃料電池１を停止させる停止制御時において、カソード側制御部２Ｄは、混合ガスの供給を停止し、アノード側制御部２Ｃは、カソード側制御部２Ｄによる混合ガスの供給停止後にカソードに非反応ガスが充満したら、第一反応ガスに代えて混合ガスを所定供給速度でアノードに供給する。【選択図】図１
2019129062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードとカソードと前記アノード及びカソードの間に配置される電解質媒体とを備え、出力回路に接続されるとともに、前記アノード内を第一反応ガスが流動し前記カソード内を第二反応ガス及び非反応ガスを含有する混合ガスが流動することによって発電する燃料電池の制御装置であって、
前記アノードに前記第一反応ガス又は前記混合ガスを供給するアノード側制御部と、
前記カソードに前記混合ガスを供給するカソード側制御部と、を備え、
前記カソード側制御部は、前記燃料電池と前記出力回路との接続を遮断して前記燃料電池を停止させる停止制御時において、前記混合ガスの供給を停止し、
前記アノード側制御部は、前記カソード側制御部による前記混合ガスの供給停止後に前記カソードに前記非反応ガスが充満したら、前記第一反応ガスに代えて前記混合ガスを、発電時に前記アノードに供給される前記第一反応ガスの速度よりも低速である所定供給速度で前記アノードに供給する
ことを特徴とする、燃料電池の制御装置。
【請求項２】
前記燃料電池の温度を取得する取得部と、
前記燃料電池への冷却媒体の供給を制御する冷却制御部と、を備え、
前記冷却制御部は、前記停止制御時に、少なくとも前記温度が所定温度以下になるまで前記冷却媒体を供給する
ことを特徴とする、請求項１記載の燃料電池の制御装置。
【請求項３】
前記カソード側制御部は、前記温度が前記所定温度以下になったら前記混合ガスの供給を停止する
ことを特徴とする、請求項２記載の燃料電池の制御装置。
【請求項４】
前記冷却制御部は、前記アノード側制御部による前記混合ガスの供給停止後に前記温度が所定温度以下になるまで前記冷却媒体を供給する
ことを特徴とする、請求項２記載の燃料電池の制御装置。
【請求項５】
前記燃料電池を起動させる起動制御時において、
前記アノード側制御部は、前記アノードに前記第一反応ガスを供給して前記アノード内の前記非反応ガスを前記第一反応ガスに置換し、
前記カソード側制御部は、前記アノードに前記第一反応ガスが充満したら前記カソードに前記混合ガスを供給する
ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池の制御装置。
【請求項６】
前記燃料電池には、前記燃料電池の電圧を検出する電圧センサが設けられ、
前記アノード側制御部は、前記停止制御時において、前記カソード制御部による前記混合ガスの供給停止後の前記電圧が所定値未満になったら前記カソードに前記非反応ガスが充満したと判断する
ことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池の制御装置。
【請求項７】
アノードとカソードと前記アノード及び前記カソードの間に配置される電解質媒体とを備え、出力回路に接続されるとともに、前記アノード内を第一反応ガスが流動し前記カソード内を第二反応ガス及び非反応ガスを含有する混合ガスが流動することによって発電する燃料電池の制御方法であって、
前記燃料電池と前記出力回路との接続を遮断して前記燃料電池を停止させる停止制御時に、
前記カソードへの前記混合ガスの供給を停止する第１ステップと、
前記第１ステップ後、前記カソードに前記非反応ガスが充満したら、前記アノードへの前記第一反応ガスの供給を停止する第２ステップと、
前記第２ステップ後、前記第一反応ガスに代えて前記混合ガスを、発電時に前記アノードに供給される前記第一反応ガスの速度よりも低速である所定供給速度で前記アノードに供給する第３ステップと、を備えた
ことを特徴とする、燃料電池の制御方法。
【請求項８】
少なくとも前記燃料電池の温度が所定温度以下になるまで前記燃料電池へ冷却水を供給する冷却ステップを備える
ことを特徴とする、請求項７記載の燃料電池の制御方法。
【請求項９】
前記第１ステップでは、前記冷却ステップの実施により前記燃料電池の温度が前記所定温度以下になったら前記供給を停止する
ことを特徴とする、請求項８記載の燃料電池の制御方法。
【請求項１０】
前記第３ステップ後、前記冷却ステップを実施する
ことを特徴とする、請求項８記載の燃料電池の制御方法。
【請求項１１】
前記停止制御が実施された前記燃料電池を起動させる起動制御時に、前記アノードに前記第一反応ガスを供給し、前記アノード内の前記非反応ガスを前記第一反応ガスに置換した後、前記カソードに前記混合ガスを供給する
ことを特徴とする、請求項７〜１０いずれか１項に記載の燃料電池の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の動力源や家庭用電力源として利用可能な燃料電池の制御装置及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水素（水素ガス）と酸素（空気）との燃焼反応を利用した燃料電池で発電を実施し、その電力を用いて電動機を作動させる燃料電池自動車（FCV；Fuel Cell Vehicle）が開発されている。燃料電池は、化学反応や電解質の種類によって、固体高分子型燃料電池，溶融炭酸塩型燃料電池，固体酸化物型燃料電池といったさまざまなタイプに分類される。なかでも、固体高分子型燃料電池（PEFC；Polymer Electrolyte Fuel Cell）は、常温から100℃以下の作動温度で発電が可能であることから、車両用動力源や家庭用発電装置としての用途が期待されている。
【０００３】
固体高分子型燃料電池（燃料電池）は内部に設けられた燃料電池スタックの内部に、水素（水素ガス）が流通するアノードと、酸素（空気）が流通するカソードと、アノード及びカソードの間に設けられた膜電極接合体（MEA；Membrane Electrode Assembly）とを備え、アノード内の水素が触媒層と反応してプロトン（水素イオン）と電子とを生成し、プロトンが電解質媒体を透過し、カソード内の酸素と結合して水を生成する一方で、生成された電子が外部出力回路に送られることによって発電する。
【０００４】
ところで、燃料電池の発電に使用する水素は可燃性ガスであるため、燃料電池の停止状態でアノード内に水素を残留させることは好ましくない。また、燃料電池の停止時（発電停止時）に、カソード内に空気が残留するとともにアノード内に水素が残留すると、カソード内の空気に含まれる酸素とアノード内の水素とが結合して電位を生じさせる。その結果、触媒及び触媒支持体の酸化や腐食を招き、ひいては燃料電池の性能劣化を引き起こすことが知られている。
【０００５】
これらの課題に対し、燃料電池の停止時に停止処理として、アノードへの水素の供給を停止したのち、アノードに空気を供給し、アノード内の水素を空気に置換する燃料電池システムが提案されている（例えば特許文献１参照）。このシステムでは、燃料電池のアノード内に存在する水素を空気に置換することによって、発電停止状態で、アノード内にもカソード内にも空気を残留させる。これにより、発電停止状態で燃料電池内に水素が残留することを防ぐとともに、燃料電池内の残留ガスの反応による触媒及び触媒支持体の酸化や腐食を抑制し、電池性能の劣化抑制を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００６−５０７６４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の特許文献１のシステムでは、停止処理としてアノード内の水素を空気に置換している際に、カソード内には酸素を含有する空気が存在し、アノード内には酸素を含有する空気と水素との両方が共存する状態となる。このように、カソード内に酸素を含有する空気が存在し、アノード内に酸素を含有する空気と水素との両方が共存する状態では、カソードが高電圧になり、燃料電池内の触媒及び触媒支持体が酸化劣化するという課題がある。つまり、この状態になることで、燃料電池の劣化を引き起こす。
【０００８】
また、上記の特許文献１のシステムでは、燃料電池の起動時に、アノード及びカソード内に空気が残留していることから、アノード内の空気を水素に置換する必要があるが、この際にも、カソード内に酸素を含有する空気が存在し、アノード内に酸素を含有する空気と水素との両方が共存する状態となる。このため、燃料電池の起動時にも、停止時と同様に、カソードが高電圧になり、燃料電池内の触媒及び触媒支持体の酸化劣化を招き、燃料電池の劣化を引き起こすという課題がある。
【０００９】
本件の燃料電池の制御装置及び制御方法は、このような課題に鑑み案出されたもので、燃料電池の劣化を抑制することを目的の一つとする。なお、この目的に限らず、後述する「発明を実施するための形態」に示す各構成から導き出される作用効果であって、従来の技術では得られない作用効果を奏することも、本件の他の目的として位置付けることができる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）開示の燃料電池の制御装置は、アノードとカソードと前記アノード及び前記カソードの間に配置される電解質媒体とを備え、出力回路に接続されるとともに、前記アノード内を第一反応ガスが流動し前記カソード内を第二反応ガス及び非反応ガスを含有する混合ガスが流動することによって発電する燃料電池の制御装置であって、前記アノードに前記第一反応ガス又は前記混合ガスを供給するアノード側制御部と、前記カソードに前記混合ガスを供給するカソード側制御部と、を備える。
【００１１】
前記カソード側制御部は、前記燃料電池と前記出力回路との接続を遮断して前記燃料電池を停止させる停止制御時において、前記混合ガスの供給を停止し、前記アノード側制御部は、前記カソード側制御部による前記混合ガスの供給停止後に前記カソードに前記非反応ガスが充満したら、前記第一反応ガスに代えて前記混合ガスを、発電時に前記アノードに供給される前記第一反応ガスの速度よりも低速である所定供給速度で前記アノードに供給する。
【００１２】
（２）前記制御装置は、前記燃料電池の温度を取得する取得部と、前記燃料電池への冷却媒体の供給を制御する冷却制御部と、を備えることが好ましい。また、前記冷却制御部は、前記停止制御時に、少なくとも前記温度が所定温度以下になるまで前記冷却媒体を供給することが好ましい。
【００１３】
（３）前記カソード側制御部は、前記温度が前記所定温度以下になったら前記混合ガスの供給を停止することが好ましい。
（４）或いは、前記冷却制御部は、前記アノード側制御部による混合ガスの供給停止後に前記温度が所定温度以下になるまで前記冷却媒体を供給することが好ましい。
【００１４】
（５）前記制御装置は、前記燃料電池を起動させる起動制御時において、前記アノード側制御部は、前記アノードに前記第一反応ガスを供給して前記アノード内の前記非反応ガスを前記第一反応ガスに置換し、前記カソード側制御部は、前記アノードに前記第一反応ガスが充満したら前記カソードに前記混合ガスを供給することが好ましい。
【００１５】
（６）前記制御装置は、前記燃料電池には、前記燃料電池の電圧を検出する電圧センサが設けられ、前記アノード側制御部は、前記停止制御時において、前記カソード制御部による前記混合ガスの供給停止後の前記電圧が所定値未満になったら前記カソードに前記非反応ガスが充満したと判断することが好ましい。
【００１６】
（７）開示の燃料電池の制御方法は、アノードとカソードと前記アノード及び前記カソードの間に配置される電解質媒体とを備え、出力回路に接続されるとともに、前記アノード内を第一反応ガスが流動し前記カソード内を第二反応ガス及び非反応ガスを含有する混合ガスが流動することによって発電する燃料電池の制御方法であって、前記燃料電池と前記出力回路との接続を遮断して前記燃料電池を停止させる停止制御時に、前記カソードへの前記混合ガスの供給を停止する第１ステップと、前記第１ステップ後、前記カソードに前記非反応ガスが充満したら、前記アノードへの前記第一反応ガスの供給を停止する第２ステップと、前記第２ステップ後、前記第一反応ガスに代えて前記混合ガスを、発電時に前記アノードに供給される前記第一反応ガスの速度よりも低速である所定供給速度で前記アノードに供給する第３ステップと、を備える。
【００１７】
（８）前記制御方法は、前記停止制御時に少なくとも前記燃料電池の温度が所定温度以下になるまで前記燃料電池へ冷却水を供給する冷却ステップを備えることが好ましい。
【００１８】
（９）前記第１ステップでは、前記冷却ステップの実施により、前記燃料電池の温度が前記所定温度以下になったら前記供給を停止することが好ましい。
（１０）或いは、前記第３ステップ後、前記冷却ステップを実施することが好ましい。
【００１９】
（１１）前記制御方法は、前記停止制御が実施された前記燃料電池を起動させる起動制御時に、前記アノードに前記第一反応ガスを供給し、前記アノード内の前記非反応ガスを前記第一反応ガスに置換した後、前記カソードに前記混合ガスを供給することが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
開示の燃料電池の制御装置及び制御方法によれば、燃料電池の停止制御として、カソード内の酸素を含有する空気を窒素（酸素が消費された空気）に置換した後に、所定供給速度でアノードに空気を供給することによって、アノードを窒素（酸素が消費された空気）に置換する。これにより、燃料電池の停止制御中に、カソードに酸素を含有する空気が存在するとともにアノード内に酸素を含有する空気と水素との両方が共存する状態にはならず、燃料電池の高電圧化を抑制することができる。延いては、燃料電池を構成する要素の劣化を抑制することが可能となる。
【００２１】
また、開示の燃料電池の制御装置及び制御方法によれば、燃料電池が完全に停止した際に、アノード及びカソードには窒素（酸素が消費された空気）が残留した状態となる。これにより、燃料電池内での電位の発生を防止できるうえに、アノード及びカソードには酸素が残留しないため、燃料電池の要素が酸化劣化されない。したがって、燃料電池の要素の劣化を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施形態に係る制御装置を燃料電池の構成と併せて示す概略図である。
【図２】図１の燃料電池が有する燃料電池スタックの概略を示す断面図である。
【図３】図１の燃料電池の停止制御時における、図２の燃料電池スタックのアノード及びカソードに存在する気体の組成を図示するチャートである。
【図４】図１の燃料電池の起動制御時における、図２の燃料電池スタックのアノード及びカソードに存在する気体の組成を図示するチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照して実施形態としての燃料電池の制御装置及び制御方法について説明する。本実施形態の制御装置で制御される燃料電池は、例えば電気自動車やハイブリッド自動車，家庭用電気製品などに適用される発電システムである。燃料電池の種類は、固体高分子型燃料電池（PEFC）である。ただし、本件の燃料電池は、固体酸化物型燃料電池（SOFC；Solid Oxide Fuel Cell）や溶融炭酸塩型燃料電池（MCFC；Molten Carbonate Fuel Cell），リン酸型燃料電池（PAFC；Phosphoric Acid Fuel Cell），アルカリ電解質型燃料電池（AFC；Alkaline Fuel Cell）などを用いて構成することも可能である。
【００２４】
以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。
【００２５】
［１．装置構成］
［１−１．全体構成］
図１は、本実施形態に係る制御装置２を燃料電池１の構成と併せて示す概略図である。図１に示すように、燃料電池１は、発電要素である燃料電池スタック１０にガスを供給するための水素供給装置７，空気供給装置８，流路３１〜３５及び弁４２〜４４と、燃料電池スタック１０から流出したガスを外部へ排出するための流路３６，３７及び弁４５，４６とを備える。本実施形態の燃料電池１には、流出したガスのうち、燃料である水素ガスを回収して循環させるための水素貯留部１１，流路３８，３９及び弁４７〜４９が設けられる。
【００２６】
また、燃料電池１には、燃料電池スタック１０で発電された電力を取り出すための出力端子３Ａ及び出力スイッチ３Ｂと、出力端子３Ａ及び出力スイッチ３Ｂに対し並列に配置された放電端子４Ａ及び放電スイッチ４Ｂとを備える。更に、燃料電池１は、燃料電池スタック１０を冷却するための冷却装置９及び流路４０を備える。また、燃料電池スタック１０の温度を検出する温度センサ１５と、燃料電池スタック１０の各セルの電圧（以下、セル電圧という）を検出する電圧センサ１６とを備える。燃料電池１に設けられた各装置７〜９，１１の作動状態と各弁４２〜４９の開閉状態と各スイッチ３Ｂ，４Ｂの断接状態とは、制御装置２で制御される。また、各センサ１５，１６で検出された情報は、制御装置２に伝達される。
【００２７】
図２に示すように、燃料電池スタック１０は、水素ガス（第一反応ガス，以下、単に「水素」という）が流通するアノード１２と、おもに酸素（第二反応ガス）及び窒素（非反応ガス）を含有する空気（混合ガス）が流通するカソード１３と、アノード１２及びカソード１３の間に配置される電解質媒体とを備える。アノード１２内の水素が触媒層と反応してプロトン（水素イオン）と電子とを生成し、プロトンが電解質媒体を透過し、カソード１３内の酸素と結合し水を生成する一方で、生成された電子が出力回路３に送られることによって発電する。
【００２８】
図１に示すように、出力端子３Ａは燃料電池１の外部にある出力回路３に接続される端子であり、燃料電池１で発電した電力を出力回路３に送電する。出力スイッチ３Ｂは燃料電池１と出力回路３とを断接する開閉器であり、出力端子３Ａと直列配置される。また、放電端子４Ａは燃料電池１の外部において燃料電池１に対し出力回路３と並列に配置された放電回路４に接続される端子であり、燃料電池１が出力回路３に接続されていない状態で燃料電池１に接続されると、燃料電池１に溜まった電力を放電回路４に送電する。放電スイッチ４Ｂは燃料電池１と放電回路４とを断接する開閉器であり、放電端子４Ｂと直列配置される。
【００２９】
水素供給装置７は、燃料電池スタック１０に水素を供給するための装置であり、例えば水素を圧縮して貯蔵するタンクや、タンクに貯蔵された水素を送り出すポンプ（いずれも図示略）を備える。空気供給装置８は、燃料電池スタック１０に空気を供給するための装置であり、燃料電池１の外部から空気を取り込んで送風する周知のブロアなどによって構成される。水素供給装置７及び空気供給装置８の各作動状態は、後述するアノード側制御部２Ｃ又は後述するカソード側制御部２Ｄによって制御される。
【００３０】
水素供給装置７及び空気供給装置８のそれぞれには、水素供給装置７，空気供給装置８から送り出された水素，空気を流通させる水素供給路３１，空気供給路３２が接続される。水素供給路３１と燃料電池スタック１０のアノード１２との間には、これらを連通するアノード側供給路３３が接続される。アノード側供給路３３には、アノード１２へのガスの供給を継続又は停止させるための弁４２が介装される。弁４２の開閉状態は、アノード側制御部２Ｃによって制御される。
【００３１】
空気供給路３２と燃料電池スタック１０のカソード１３との間には、これらを連通するカソード側供給路３４が接続される。カソード側供給路３４には、カソード１３へのガスの供給を継続又は停止させるための弁４３が介装される。弁４３の開閉状態は、カソード側制御部２Ｄによって制御される。
【００３２】
本実施形態の燃料電池１には、空気供給路３２に送り出された空気を、アノード側供給路３３を介してアノード１２に供給するための連通路３５が設けられる。連通路３５の上流端は空気供給路３２に接続され、下流端は水素供給路３１に接続される。連通路３５には、ガスの流通方向を一方通行とする弁４４が介装されており、空気供給路３２から供給された空気のみが流通する。すなわち、弁４４は逆止弁である。なお、弁４４の閉鎖状態では、空気の流通が遮断される。弁４４の開閉状態（連通路３５内のガス流通状態）は、アノード側制御部２Ｃ又はカソード側制御部２Ｄによって制御される。
【００３３】
詳述すれば、連通路３５の弁４４の閉弁時には、水素供給装置７から送り出された水素が水素供給路３１及びアノード側供給路３３を経由して、燃料電池スタック１０のアノード１２に供給される。また、弁４４の閉弁時に空気供給装置８から送り出された空気は、空気供給路３２及びカソード側供給路３４を経由して、燃料電池スタック１０のカソード１３に供給される。対して、連通路３５の弁４４の開弁時には、空気供給装置８から送り出された空気の一部が空気供給路３２，連結路３５及びアノード側供給路３３を経由して、燃料電池スタック１０のアノード１２に供給される。
【００３４】
燃料電池スタック１０のアノード１２及びカソード１３のそれぞれに接続されたアノード側排出路３６及びカソード側排出路３７は、燃料電池スタック１０のアノード１２，カソード１３から送り出されたガスを燃料電池１の外部に排出する流路である。アノード側排出路３６及びカソード側排出路３７のそれぞれには、アノード１２，カソード１３から送り出されたガスを燃料電池１の外部に排出させるか否かを切り替えるための弁４５，４６が介装される。各弁４５，４６の開閉状態（外部へのガス排出状態）は、アノード側制御部２Ｃ，カソード側制御部２Ｄによって制御される。
【００３５】
アノード側排出路３６の弁４５よりも上流側には、燃料電池スタック１０のアノード１２を流動した水素を再循環させるための水素再循環路３８の一端（上流端）が接続される。水素再循環路３８の他端（下流端）は、水素供給路３１に接続される。水素再循環路３８の下流部（下流端の直上流部）には、アノード側排出路３６から水素再循環路３８に流入した水素が水素供給路３１へ流入することを遮断するための弁４７が介装される。更に、水素再循環路３８の上流部（上流端の直下流部）には、水素再循環路３８からアノード側排出路３６への水素の流出を遮断する弁４９が介装される。各弁４７，４９の開閉状態は、アノード側制御部２Ｃによって制御される。
【００３６】
水素再循環路３８における、弁４９の下流側かつ弁４７の上流側の部分には、貯留部連結路３９の一端が接続される。貯留部連結路３９の他端は水素貯留部１１に接続される。水素貯留部１１は、燃料電池１と出力回路３との接続を遮断して燃料電池１を停止させる場合（燃料電池スタック１０の発電を停止させる場合）に、アノード１２から送り出された水素を一時的に貯留するとともに、燃料電池スタック１０の起動時に貯留した水素を放出する機能を持つ。貯留部連結路３９には、この流路３９内のガスの流通を継続又は停止させる弁４８が介装される。貯留部連結路３９のガス放出状態及び弁４８の開閉状態は、アノード側制御部２Ｃによって制御される。また、水素貯留部１１内のガス（水素）の容量は、アノード側制御部２Ｃ又はカソード制御部２Ｄによって検知される。
【００３７】
冷却装置９は、燃料電池スタック１０に接続された冷却水循環路４０に、燃料電池スタック１０を冷却するための冷却媒体（以下、冷却水という）を循環（流通）させるための装置であり、例えば、冷却水を貯留するタンクと、冷却水を循環させるポンプと、冷却水を放熱するラジエータ（いずれも図示略）とを備える。燃料電池スタック１０には、冷却水循環路４０と連通する後述の冷却水流路１４（図２参照）が設けられる。冷却装置９から供給された冷却水は、冷却水循環路４０及び燃料電池スタック１０の冷却水流路１４を経由して冷却装置９に戻ることで、燃料電池スタック１０を冷却する。冷却装置９の作動状態は、後述する冷却制御部２Ｂによって制御される。
【００３８】
［１−２．燃料電池スタックの構成］
図２は、燃料電池スタック１０の概略を示す断面図である。
燃料電池スタック１０は、図２に示すように、アノードセパレータ２１と、カソードセパレータ２２と、膜電極接合体２４が介装されたガスケット２３と、集電板２５とを備える。本実施形態の燃料電池スタック１０は、複数のアノードセパレータ２１と、複数のカソードセパレータ２２と、膜電極接合体２４が介装された複数のガスケット２３とを板厚方向に重ね合わせたスタックアッセンブリ構造を有する。図２には、板厚方向の両端部のそれぞれに配置された集電板２５の間にアノードセパレータ２１，ガスケット２３，カソードセパレータ２２がこの順に積層状態で配置された燃料電池スタック１０を例示する。
【００３９】
ここで、１枚のアノードセパレータ２１と１枚のカソードセパレータ２２との間に、膜電極接合体２４が介装された１枚のガスケット２３を配置することによって構成されたものを「セル」と呼ぶ。すなわち、燃料電池スタック１０は、板厚方向の両端部のそれぞれに配置された一対の集電板２５の間に、複数のセルを積層することによって構成されたものであるとも言える。
【００４０】
燃料電池スタック１０の両端に配置された集電板２５は、銅やステンレスで形成された導電部品である。集電板２５には、例えば燃料電池スタック１０の発電電力を取り出すための端子が設けられ、出力端子３Ａ，出力スイッチ３Ｂ，放電端子４Ａ，放電スイッチ４Ｂが設けられる回路と接続される。
【００４１】
ガスケット２３は、ゴムや合成樹脂などで形成された薄板状の弾性部材であり、水素や空気，冷却水などの漏洩を防止する封止機能を担う。
膜電極接合体２４は、図示しない電解質媒体と、図示しないアノード電極と、図示しないカソード電極とによって構成される。アノード電極及びカソード電極は、例えば、カーボンペーパーなどからなる拡散層（GDL；Gas Diffusion Layer）と、白金合金が表面に担持された多孔質カーボン粒子が拡散層の表面に一様に塗布されて形勢される触媒層とによって構成される。電解質媒体は、例えばプロトン交換膜やアニオン交換膜などの固体高分子膜である。膜電極接合体２４は電解質媒体の片面にアノード電極を配置し、反対側の面にカソード電極を配置した構造を持つ。
【００４２】
アノードセパレータ２１及びカソードセパレータ２２はいずれも、導電性のセパレータである。アノードセパレータ２１及びカソードセパレータ２２の膜電極接合体２４に接触する各面には溝が形成されており、これらの溝がアノード１２及びカソード１３を形成する。また、アノードセパレータ２１及びカソードセパレータ２２の膜電極接合体２４に接触しない側の各面にも溝が形成されており、これらの溝が冷却水通路１４を形成する。なお、隣り合うアノードセパレータ２１とカソードセパレータ２２とに設けられた冷却水通路１４を形成する各溝は互いに対向するように形成される。これにより、流路を重ねることができるため、冷却水の流路面積を倍増させることが可能である。
【００４３】
アノード１２は、アノードセパレータ２１に設けられた溝と、アノードセパレータ２１，カソードセパレータ２２，ガスケット２３及び集電板２５のそれぞれに穿設された孔とが連通することによって形成される。このように構成されたアノード１２（流路）には、アノード側供給路３３から供給されたガスが流通する。
【００４４】
同様に、カソード１３は、カソードセパレータ２２に設けられた溝と、アノードセパレータ２１，カソードセパレータ２２，ガスケット２３及び集電板２５のそれぞれに穿設された孔とが連通することによって形成される。このように構成されたカソード１３（流路）には、カソード側供給路３４から供給されたガスが流通する。
【００４５】
冷却水通路１４は、アノードセパレータ２１及びカソードセパレータ２２のそれぞれに設けられた溝と、アノードセパレータ２１，カソードセパレータ２２，ガスケット２３及び集電板２５のそれぞれに穿設された孔とが連通することによって形成される。このように構成された冷却水通路１４には、冷却装置９から供給された冷却水が流通する。
なお、アノード１２，カソード１３及び冷却水通路１４はいずれも独立した流路であり、燃料電池スタック１０内で互いに交わることはない。
【００４６】
［２．制御構成］
本実施形態の制御装置２は、燃料電池１と出力回路３との接続を遮断して燃料電池１を停止させる場合に、燃料電池１の劣化抑制を図るための制御を実施する。このとき実施される制御を「停止制御」と呼ぶ。停止制御は、例えば、本実施形態の燃料電池１を搭載した車両の図示しないイグニッションスイッチがＩＧ−ＯＦＦとされた信号（停止信号）を制御装置２が受信した場合（家庭用電気製品などにおいては、主電源がＯＦＦとされた信号を制御装置２が受信した場合）などに実施される。
【００４７】
また、本実施形態の制御装置２は、停止制御を実施したのち燃料電池１を起動させる場合にも、燃料電池１の劣化抑制を図るための制御を実施する。このとき実施される制御を「起動制御」と呼ぶ。起動制御は、例えば、本実施形態の燃料電池１を搭載した車両の図示しないイグニッションスイッチがＩＧ−ＯＮとされた信号（起動信号）を制御装置２が受信した場合（家庭用電気製品などにおいては、主電源がＯＮとされた信号を制御装置２が受信した場合）などに実施される。
【００４８】
図１に示すように、制御装置２には、上記の停止制御及び起動制御を実施するための要素として、取得部２Ａ，冷却制御部２Ｂ，アノード側制御部２Ｃ及びカソード側制御部２Ｄが設けられる。これらの各要素は電子回路（ハードウェア）によって実現してもよく、ソフトウェアとしてプログラミングされたものとしても良いし、あるいはこれらの機能のうちの一部をハードウェアとして設け、他部をソフトウェアとしたものであっても良い。
【００４９】
［２−１．取得部］
取得部２Ａは、燃料電池スタック１０の温度を燃料電池１の温度として取得するものである。燃料電池スタック１０の温度（以下、電池温度という）は、例えば燃料電池スタック１０に設けられた温度センサ１５で検出される。取得部２Ａは、温度センサ１５から伝達された電池温度を取得し、冷却制御部２Ｂに伝達する。また、本実施形態の取得部２Ａは、燃料電池１と出力回路３との接続を遮断して燃料電池１を停止させる場合（すなわち、停止制御時）に電池温度を取得し、その電池温度が所定温度以下になったか否かを判断する。電池温度が所定温度以下になったと判断した場合には、その判定結果をカソード側制御部２Ｄに伝達する。
【００５０】
燃料電池スタック１０の温度が低下すると、燃料電池スタック１０内で化学反応して生成された水が凝縮し、凝縮水が燃料電池スタック１０内に残留する。燃料電池スタック１０内に凝縮水が残留することで、発電停止時に燃料電池スタック１０を構成する各要素（触媒や触媒支持体など）の劣化を抑制しうる。このため、上記の「所定温度」は、燃料電池スタック１０を構成する要素の劣化を極力抑制し得る温度に設定されることが好ましい。例えば、この所定温度は、燃料電池１を構成する触媒の材質や特性などによって予め設定される。
【００５１】
［２−２．冷却制御部］
冷却制御部２Ｂは、燃料電池スタック１０への冷却水の供給を制御するものである。冷却制御部２Ｂは、冷却装置９の作動状態を制御することによって冷却水を燃料電池スタック１０へ供給する。
【００５２】
本実施形態の冷却制御部２Ｂは、燃料電池１を発電させる場合には、冷却装置９から送り出される冷却水の流量を制御することによって、燃料電池スタック１０を適切な温度に保つ。詳述すれば、冷却制御部２Ｂは、燃料電池１が発電している最中に、取得部２Ａから伝達された電池温度に基づいて冷却装置９を制御する。例えば、燃料電池スタック１０の温度が高すぎる場合には、冷却装置９から送り出される冷却水の流量を増加させるように冷却装置９を制御する。また、燃料電池スタック１０の温度が低すぎる場合には、冷却水の流量を減らすように冷却装置９を制御する。
【００５３】
また、本実施形態の冷却制御部２Ｂは、燃料電池１の発電を停止させる場合（すなわち停止制御時）には、少なくとも電池温度が前述の所定温度以下になるまで冷却水を供給する。なお、冷却制御部２Ｂは、電池温度が所定温度以下になったら冷却水の供給を停止させても良いし、冷却水の供給を継続しつつその流量を絞っても良い。
【００５４】
［２−３．アノード側制御部］
アノード側制御部２Ｃは、アノード１２に水素（第一反応ガス）又は空気（混合ガス）を供給するものであり、水素供給装置７及び空気供給装置８の各作動状態と、弁４２，４４，４５，４７〜４９の各開閉状態とを制御する。
【００５５】
詳述すれば、アノード側制御部２Ｃは、燃料電池１を発電させる場合には、水素供給装置７を作動させる。更に、アノード側供給路３３の弁４２と水素再循環路３８の弁４７及び弁４９とを開弁し、連通路３５の弁４４とアノード側排出路３６の弁４５と貯留部連結路３９の弁４８とを閉弁する。これにより、アノード１２内を水素が流動する。なお、アノード側制御部２Ｃは、必要に応じてアノード側排出路３６の弁４５を開弁し、アノード１２から排出された水素に含まれる不純物を燃料電池１の外部に排出する。
【００５６】
アノード側制御部２Ｃは、燃料電池１を停止させる場合（停止制御時）には、カソード１３への空気の供給が停止した後で、カソード１３に窒素が充満したら、水素に代えて空気をアノード１２に供給する。本実施形態のアノード側制御部２Ｃは、電圧センサ１６からセル電圧を取得して、そのセル電圧が所定値未満であるか否かによって、カソード１３に窒素が充満したか否かを判定する。セル電圧が所定値以上であれば、アノード１２への水素の供給を継続する。一方、セル電圧が所定値未満になったら、カソード１３に窒素が充満したと判断して、アノード１２への水素の供給を停止するとともに、水素に代えて空気をアノード１２に供給する。
【００５７】
本実施形態の停止制御では、上述の通り、アノード１２への水素の供給が停止されるよりも前に、カソード１３への空気の供給が停止される。このように、カソード１３への空気の供給が停止し、アノード１２への水素の供給が継続している状態では、カソード１３内の空気に含まれる酸素がアノード１２内の水素と反応し徐々に消費されていくため、セル電圧はカソード１３内の酸素が減少するにつれて低下する。すなわち、セル電圧とカソード１３内において酸素が占める割合とは比例関係にあるため、カソード１３内の窒素の割合（充満したか否か）をセル電圧に基づいて判断できる。
【００５８】
セル電圧が所定値未満になった後のアノード側制御部２Ｃが実施する制御内容について詳述する。
アノード側制御部２Ｃは、セル電圧が所定値未満になったら水素供給装置７を停止させるとともに、後述するカソード側制御部２Ｄによって停止させられた空気供給装置８を起動させる。また、アノード側制御部２Ｃは、連通路３５の弁４４と貯留部連結路３９の弁４８とを開弁し、水素再循環路３８の弁４７を閉弁する。そして、アノード側制御部２Ｃは、水素に代えて空気をアノード１２に供給する際に、その供給速度が所定供給速度となるように空気供給装置８を制御する。ここでいう所定供給速度は、発電時にアノード１２へ供給される水素の速度（水素供給速度）よりも低くされる。すなわち、アノード１２へのガス供給速度は、発電中の水素供給速度よりも、停止制御時の空気の供給速度（所定供給速度）の方が低速とされる。
【００５９】
本実施形態の所定供給速度は、空気供給装置８からアノード１２に空気が供給されている間に、アノード１２内の空気中に含まれる酸素がアノード１２内に存在する水素と反応して消失し得る速度とされる。この所定供給速度は、燃料電池１を構成する触媒の材質や特性，アノード１２の構造などによって予め設定される。なお、所定供給速度は、燃料電池スタック１０の温度などによって変化する可変値として設けても良い。
【００６０】
また、アノード側制御部２Ｃは、水素に代えて空気をアノード１２に供給している際に水素貯留部１１に蓄えられたガス（水素）の量を取得する。本実施形態のアノード側制御部２Ｃは、水素貯留部１１に蓄えられたガスの量がアノード１２の容量と等しくなったことを検知すると、アノード１２に窒素が充満したと判断して、アノード１２への空気の供給を停止する。具体的には、空気供給装置８を停止させるとともに、アノード側供給路３３の弁４２と連通路３５の弁４４と貯留部連結路３９の弁４８と水素再循環路３８の弁４９とを閉弁する。このようにして、アノード１２及びカソード１３には窒素が充満する。
【００６１】
停止制御が実施された燃料電池１を起動させる場合（すなわち起動制御時）には、アノード側制御部２Ｃは、アノード１２に水素を供給して、アノード１２内の窒素を水素に置換する必要がある。本実施形態のアノード側制御部２Ｃは、水素貯留部１１に蓄えられたガスを全て水素貯留部１１の外部に送り出したあとで、水素供給装置７からアノード１２へ水素を供給する。
【００６２】
具体的には、アノード側制御部２Ｃは、アノード側供給路３３の弁４２とアノード側排出路３６の弁４５と水素再循環路３８の弁４７と貯留部連結路３９の弁４８とを開弁するとともに、水素再循環路３８の弁４９を閉鎖状態としつつ水素貯留部１１に貯蔵されたガス（水素）を排出するよう水素貯留部１１を制御する。その後、アノード側制御部２Ｃは、水素貯留部１１内のガスの残量を検知し、水素貯留部１１内のガスが全て排出されたことを検知したら、アノード側供給路３３の弁４２及び水素再循環路３８の弁４７を開放状態としつつ、アノード側排出路３６の弁４５と貯留部連結路３９の弁４８とを閉弁し、水素再循環路３８の弁４９を開弁して、水素供給装置７を起動させる。
【００６３】
［２−４．カソード側制御部］
カソード側制御部２Ｄは、カソード１３に空気（混合ガス）を供給するものであり、空気供給装置８の作動状態と、弁４３，４６の各開閉状態とを制御する。
【００６４】
詳述すれば、カソード側制御部２Ｄは、燃料電池１を発電させる場合には、空気供給装置８を作動させるとともに、カソード側供給路３４の弁４３とカソード側排出路３７の弁４６とを開弁する。これにより、カソード１３内を空気が流動する。
【００６５】
カソード側制御部２Ｄは、燃料電池１を停止させる場合（停止制御時）には、カソード１３への空気の供給を停止する。本実施形態のカソード側制御部２Ｄは、温度センサ１５から電池温度を取得して、その電池温度が上記の所定温度以下であるか否かを判定する。電池温度が所定温度以上であれば、カソード１３への空気の供給を継続する。一方、電池温度が所定温度以下になったら、カソード１３への空気の供給を停止する。
【００６６】
具体的には、カソード側制御部２Ｄは、取得部２Ａから電池温度が所定温度以下であるという判定結果が伝達された場合に空気供給装置８を停止させ、カソード側供給路３４の弁４３とカソード側排出路３７の弁４６とを閉弁する。なお、カソード１３への空気の供給が停止された時点では、アノード１２への水素の供給は継続しており、これにより、セル電圧が低下し始める。すなわち、カソード１３への空気の供給が停止されるタイミングは、アノード側制御部２Ｃにより水素の供給が停止されるタイミングよりも前である。
【００６７】
カソード側制御部２Ｄは、停止制御が実施された燃料電池１を起動させる場合（起動制御時）には、アノード１２に水素が充満したらカソード１３に空気を供給する。
具体的には、カソード側制御部２Ｄは、水素貯留部１１内のガスの残量を検知し、水素貯留部１１内のガスが全て排出されたことを検知したら、アノード１２に水素が充満したものと判断し、カソード側供給路３４の弁４３とカソード側排出路３７の弁４６とを開弁して、空気供給装置８を起動させることで、カソード１３に空気を供給する。
【００６８】
［３．燃料電池の作動］
［３−１．燃料電池の発電方法］
上述した燃料電池１を発電させる場合には、アノード側制御部２Ｃは、水素供給装置７を作動させるとともに、アノード側供給路３３の弁４２と水素再循環路３８の弁４７及び弁４９とを開弁し、連通路３５の弁４４とアノード側排出路３６の弁４５と貯留部連結路３９の弁４８とを閉弁する。また、カソード側制御部２Ｄは、空気供給装置８を作動させるとともに、カソード側供給路３４の弁４３とカソード側排出路３７の弁４６とを開弁する。更に、制御装置２は、出力スイッチ３Ａを接続状態とすることにより、燃料電池１と出力回路３とを接続する。
【００６９】
これにより、燃料電池１は、出力回路３に接続された状態で、アノード１２内を水素が流動するとともにカソード１３内を空気が流動することによって発電する。
アノード１２を流動する水素は膜電極接合体２４のアノード電極を構成する触媒層と反応してプロトン（水素イオン）と電子とを生成する。生成されたプロトンは膜電極接合体２４の電解質媒体を透過し、カソード１３を流動する酸素と結合し水を生成する。一方で、生成された電子が出力回路３に送られる。このようにして燃料電池１は発電する。
また、燃料電池１の発電時には、冷却制御部２Ｂは、取得部２Ａから伝達された電池温度に応じて、冷却装置９から送り出される冷却水の流量を制御する。
【００７０】
［３−２．燃料電池の停止方法］
本実施形態に係る燃料電池１の制御方法のうち、停止方法について図３を参照して説明する。図３は、燃料電池１の停止制御時における、図２に示される燃料電池スタック１０のアノード１２及びカソード１３内に存在する気体の組成を示すチャートである。また、図３中の白抜き矢印は水素が供給されている状態を示し、図３中の黒塗り矢印は空気が供給されている状態を示す。
【００７１】
制御装置２が停止信号を受信すると、制御装置２は出力スイッチ３Ｂを切断するとともに、放電スイッチ４Ｂを接続状態とすることで、出力回路３と燃料電池１との接続を遮断し、放電回路４と燃料電池１とを接続する。
この状態において、燃料電池スタック１０への水素，空気，冷却水の供給は継続されている。すなわち、図３中の（３−Ｉ）に示すように、アノード１２には水素が供給され、カソード１３には空気が供給され、冷却水通路１４には冷却水が供給され続けている。
【００７２】
また、この状態では、取得部２Ａが燃料電池スタック１０の温度（電池温度）を取得する。冷却制御部２Ｂは、電池温度が所定温度以下になったことを取得部２Ａが取得するまで、冷却水の供給を継続する（冷却ステップ）。
【００７３】
電池温度が所定温度以下になったことを取得部２Ａが取得すると、図３中の（３−II）に示すように、カソード側制御部２Ｄはカソード１３への空気の供給を停止する（第１ステップ）。具体的には、カソード側制御部２Ｄは、空気供給装置８を停止し、カソード側供給路３４の弁４３及びカソード側排出路３７の弁４６を閉鎖して空気の流通を遮断する。これにより、カソード１３への空気の供給が停止するとともに、カソード１３は出入口の弁４３，３７が閉弁したことで密封状態となる。
【００７４】
カソード１３への空気の供給が停止した状態において、アノード１２への水素の供給は継続している。このため、カソード１３内に存在する空気に含まれる酸素がアノード１２を流動する水素と反応し消費され、カソード１３内には酸素が消失した空気、すなわち窒素が充満する。一方で、カソード１３は密封状態であるため、カソード１３とアノード１２との間でカソード１３の酸素が消失した分の圧力差が生じ、アノード１２を流動する水素の一部がカソード１３内に透過する。このため、図３中の（３−III）に示すように、カソード１３内には窒素（酸素が消失した空気）と微量の水素とが残留することとなる。
【００７５】
上記の（３−III）の状態では、カソード１３内の空気に含まれる酸素がアノード１２内の水素と反応し徐々に消費されていくため、セル電圧はカソード１３内の酸素が減少するにつれて低下する。なお、この状態において、放電回路４と燃料電池１とが接続状態であるため、燃料電池１内での化学反応がより促進される。すなわち、放電回路４が燃料電池１から積極的に電力を取り出すことで、カソード１３内に存在する酸素がより消費されることとなる。
【００７６】
カソード１３への空気の供給を停止した後、カソード１３に窒素（非反応ガス）が充満したら、アノード側制御部２Ｃはアノード１２への水素の供給を停止する（第２ステップ）。本実施形態のアノード側制御部２Ｃは、カソード１３への空気の供給停止後におけるセル電圧が所定値未満になったら、カソード１３に窒素が充満したと判断し、水素供給装置７を停止させることで、アノード１２への水素の供給を停止する。
【００７７】
その後、アノード側制御部２Ｃは、水素に代えて空気をアノード１２に供給する（第３ステップ）。このとき、アノード側制御部２Ｃは、発電時にアノード１２に供給される水素の供給速度よりも低速である所定供給速度でアノード１２に空気を供給する。
【００７８】
具体的には、アノード側制御部２Ｃは、連通路３５に設けられた弁４４と貯留部連通路３９の弁４８とを開弁するとともに、水素再循環路３８に設けられた弁４７を閉弁し、空気供給装置８を起動する。これにより、空気供給装置８から流出した空気は、空気供給路３２，連通路３５，アノード側供給路３３をこの順に経由してアノード１２に供給される。また、アノード側制御部２Ｃは、前述の所定供給速度で空気を供給するように空気供給装置８を制御する。
【００７９】
詳述すれば、図３中の（３−IV）に示すように、アノード１２内の空気の割合は、アノード１２に対して所定供給速度で空気が供給されるにつれて増加する。アノード１２に供給される空気の速度は、発電時にアノード１２に供給される水素の供給速度よりもゆっくりと供給される。すなわち、空気供給装置８からアノード１２に空気が供給されている間に、アノード１２内の空気中に含まれる酸素がアノード１２内に存在する水素と反応して消失し得る速度（所定供給速度）で、アノード１２に空気が供給される。
【００８０】
このため、図３中の（３−IV′）に示すように、アノード１２に空気が流入している間に、アノード１２に供給された空気中の酸素がアノード１２内に存在する水素と反応し消費され、アノード１２には、水素と、酸素が消失した空気（すなわち窒素）とが存在した状態となる。このように、アノード１２に対し、所定供給速度で空気が供給され続けることで水素が窒素で置換され、図３中の（３−Ｖ）に示すように、最終的にはアノード１２内には窒素が充満する。なお、（３−Ｖ）の状態で微少の水素が残留していても良い。すなわち、ここでいう「窒素が充満する」とは、アノード１２に存在する気体の全て（100％）が窒素である状態だけを意味するのではなく、無視できる程度の微少な水素が含まれる状態を含む。
【００８１】
また、所定供給速度で空気が供給されるにつれて、アノード１２内に存在する水素は供給された空気に押し出される形でアノード側排出路３６に送り出される。アノード側排出路３６に送り出された水素は、水素再循環路３８，貯留部連結路３９を経由して、水素貯留部１１に蓄えられる。
【００８２】
アノード側制御部２Ｃは、水素貯留部１１に蓄えられたガスの容量がアノード１２の容量と等しくなると、アノード１２に窒素が充満したと判断して、アノード１２への空気の供給を停止する。すなわち、空気供給装置８を停止させ、アノード側供給路３３の弁４２と連通路３５の弁４４と貯留部連結路３９の弁４８と水素再循環路３８の弁４９とを閉弁する。これによって、燃料電池１は、アノード１２及びカソード１３内に窒素が充満された状態で、完全に停止する。
【００８３】
［３−３．燃料電池の起動方法］
本実施形態に係る燃料電池１の制御装置のうち、起動方法について図４を参照して説明する。図４は、停止制御が実施された燃料電池１の起動制御時における、図２に示される燃料電池スタック１０のアノード１２及びカソード１３内に存在する気体の組成を示すチャートである。図４中の白抜き矢印及び黒塗り矢印は、図３中の矢印と同様の状態を示す。
【００８４】
図４中の（４−Ｉ）に示すように、制御装置２が起動信号を受信した時点では、燃料電池１は停止制御終了後の状態であるため、アノード１２及びカソード１３には窒素と微少の水素とが存在している。
制御装置２が起動信号を受信すると、アノード側制御部２Ｃは、図４中の（４−II）に示すように、アノード１２に水素を供給してアノード１２内の窒素を水素に置換する。具体的には、アノード側制御部２Ｃは、アノード側供給路３３の弁４２とアノード側排出路３６の弁４５と水素再循環路３８の弁４７と貯留部連結路３９の弁４８とを開弁するとともに、水素貯留部１１に貯蔵されたガス（水素）を排出するよう水素貯留部１１を制御する。
【００８５】
アノード１２内の窒素を水素に置換した後、カソード側制御部２Ｄはカソード１３に空気を供給する。
ここで、停止制御時に、アノード側制御部２Ｃは、水素貯留部１１に蓄えられたガスの容量がアノード１２の容量と等しくなると、アノード１２に窒素が充満したと判断して、アノード１２への空気の供給を停止させていたため、起動制御の開始時の水素貯留部１１には、アノード１２の容量と同量の水素が貯留されている。このため、アノード側制御部２Ｃ及びカソード側制御部２Ｄは、水素貯留部１１内のガスの残量に基づき水素貯留部１１内のガスが全て排出されたことを検知したら、アノード１２に水素が充満したものと判断する。
【００８６】
カソード側制御部２Ｄは、アノード１２に水素が充満したらカソード１３への空気の供給を開始する。具体的には、空気供給装置８を起動させるとともに、カソード側供給路３４の弁４３とカソード側排出路３７の弁４６とを開弁する。
また、アノード側制御部２Ｃは、水素再循環路３８の弁４９を開弁するとともに、アノード側排出路３６の弁４５と貯留部連結路３９の弁４８とを閉弁し、水素供給装置７を起動させる。
【００８７】
図４中の（４−III）に示すように、制御装置２は、空気供給装置８が作動されてから所定時間経過後に、カソード１３内に空気が充満したものと判断し、出力スイッチ３Ｂを接続状態とすることで、出力回路３と燃料電池１とを接続する。これにより、燃料電池１が起動する。
【００８８】
［４．作用，効果］
（１）上述した燃料電池１の制御装置２によれば、燃料電池１の停止制御として、カソード１３内の酸素を含有する空気を窒素（酸素が消費された空気）に置換した後に、アノード１２に空気を所定供給速度で供給することによって、アノード１２を窒素に置換する。これにより、燃料電池１の停止制御中に、カソード１３に酸素を含有する空気が存在するとともに、アノード１２に水素と酸素を含有する空気との両方が共存する状態にはならず、燃料電池１の高電圧化を抑制することができる。延いては、燃料電池１を構成する要素の劣化を抑制することが可能となる。
【００８９】
また、上述した停止制御が実施されることで、燃料電池１が完全に停止したとき（全てのガスの供給を停止したとき）には、アノード１２及びカソード１３の両方に窒素が残留した状態となる。これにより、燃料電池１内での電位の発生を防止できるうえに、アノード１２及びカソード１３には酸素が残留しないため、燃料電池１の要素が酸化劣化されない。したがって、燃料電池の要素の劣化を抑制することができる。
【００９０】
（２）上述した燃料電池１の停止制御では、冷却ステップの実施によって、電池温度が所定温度以下になるまで冷却が継続されることから、燃料電池スタック１０内で化学反応して生成された水が凝縮して燃料電池スタック１０内に残留する。これによっても、発電停止時に燃料電池スタック１０を構成する各要素の劣化を抑制することができる。
（３）特に、上述したカソード側制御部２Ｄは、冷却ステップの実施により電池温度が所定温度以下になったら空気の供給を停止する。これにより、停止制御中に生成された水が凝縮水として燃料電池スタック１０内に残留するため、より効果的に燃料電池スタック１０を構成する各要素の劣化を抑制することができる。
【００９１】
（４）上述した燃料電池１の制御装置２によれば、燃料電池１の起動制御として、アノード１２内の窒素を水素に置換した後に、カソード１３の窒素を空気に置換してから燃料電池１と出力回路３とを接続する。これにより、燃料電池１の起動制御時においても、カソード１３に酸素を含有する空気が存在するとともにアノード１２に水素と酸素を含有する空気との両方が存在する状態にはならず、燃料電池１のセルの高電位化を抑制することが可能となる。延いては、燃料電池１を構成する要素の劣化を抑制することができる。
【００９２】
（５）上述した燃料電池１の制御装置２によれば、燃料電池１の停止制御時に、アノード側制御部２Ｃが電圧センサ１６からセル電圧を取得し、このセル電圧が所定値以下となったか否かを判断することによって、カソード１３内に窒素が充満したか否かを判断する。このように、電圧センサ１６で検出された電圧値を用いることで、簡単かつ正確にカソード１３内の窒素の充満を判断でき、制御構成を簡素化することができる。
【００９３】
［５．その他］
上述した燃料電池１の制御装置２の構成や燃料電池１の構成は一例であって上述した構成に限られない。また、停止制御及び起動制御の内容も一例であって、上述した制御内容に限られない。
【００９４】
上述した実施形態の停止制御において、カソード側制御部２Ｄは、冷却ステップの実施により電池温度が所定温度以下になったら空気の供給を停止する（すなわち、第１ステップを実施する）ものとしたが、異なるタイミングで冷却ステップを実施しても良い。また、停止制御において、冷却ステップは必須ではなく省略しても良い。この場合、冷却に関する制御構成（すなわち取得部２Ａ，冷却制御部２Ｂ）は必須ではなく、省略しても良い。
【００９５】
冷却ステップを実施するタイミングとしては、例えば、冷却制御部２Ｂが、アノード側制御部２Ｃによる空気の供給停止後に、電池温度が所定温度以下になるまで冷却水を供給しても良い。言い換えれば、第３ステップ後、冷却ステップを実施する構成としても良い。
アノード１２及びカソード１３へのガスの供給が停止すると、燃料電池スタック１０内での化学反応が起こらないため、発電による発熱がない。このため、アノード側制御部２Ｃによる空気の供給停止後に、電池温度が所定温度以下になるまで冷却水を供給することによって、より小さいエネルギーで燃料電池１を所定温度まで冷却することができる。
【００９６】
また、上述した実施形態において、アノード側制御部２Ｃは、停止制御中に水素貯留部１１に蓄えられたガスの容量がアノード１２の容量と等しくなると、アノード１２に窒素が充満したと判断して、アノード１２への空気の供給を停止するものとして説明したが、水素貯留部１１に蓄えられたガスの容量以外のパラメータに基づいて、アノード１２に窒素が充満したか否かを判断する構成としても良い。
【００９７】
例えば、アノード１２とアノード側排出路３６とが連通する部分に水素センサを設け、水素センサによって検出された水素濃度に基づいて判断するものとしても良い。この場合、例えばアノード側制御部２Ｃは、水素センサで検出された水素濃度が所定濃度以下となった際に、アノード１２に窒素が充満したと判断することができる。また、燃料電池１の起動制御中には、アノード側制御部２Ｃ及びカソード側制御部２Ｄが、水素センサで検出された水素濃度が所定濃度以上となった場合に、アノード１２内に水素が充満したと判断することができる。
【００９８】
また、水素センサに代えて又は加えて、流量センサを設け、流量センサによって検出された流量に基づきアノード１２の窒素の充満を判断しても良い。
燃料電池１に水素センサや流量センサ等を設ける場合、水素貯留部１１は必須ではなく、燃料電池１は水素貯留部１１を備えない構成とすることも可能である。
【００９９】
上述した実施形態において、燃料電池スタック１０内を流動する第一反応ガスは水素ガスであり、第二反応ガスは酸素であるものとして説明したが、第一反応ガス，第二反応ガスはそれぞれ水素ガス，酸素以外のガスとしても良い。
例えば、本実施形態の制御装置２が制御する燃料電池１が固体酸化物型燃料電池である場合には、第一反応ガスを天然ガスとし、第二反応ガスを酸素などとしても良い。
また、本実施形態の制御装置２が制御する燃料電池１が溶融炭酸塩型燃料電池である場合には、第一反応ガスを水素ガスとし、第二反応ガスを酸素と炭酸ガスとの混合ガスなどとしても良い。
【符号の説明】
【０１００】
１  燃料電池
２  制御装置
２Ａ  取得部
２Ｂ  冷却制御部
２Ｃ  アノード側制御部
２Ｄ  カソード側制御部
３  出力回路
４  放電回路
７  水素供給装置（第一反応ガス供給装置）
８  空気供給装置（混合ガス供給装置）
１０  燃料電池スタック
１２  アノード
１３  カソード
１６  電圧センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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