(57)【要約】【課題】コンプレッサの使用頻度を低減させると共に、燃料電池の劣化を抑制する。【解決手段】水素極(30)と酸素極(32)とを有し、車両(1)に搭載される燃料電池(9)と、酸素極に酸素を供給する酸素供給手段(13,27)と、酸素供給手段による酸素の供給を停止する酸素供給停止手段(62)と、酸素極から排気をする排気手段(17)と、排気手段による排気を停止する排気停止手段(66)と、酸素供給停止手段及び前記排気停止手段を制御する制御手段(70)とを備え、制御手段は、燃料電池の作動を終了させるとき、酸素供給停止手段によって酸素の供給を停止すると共に前記排気停止手段によって排気を停止し、燃料電池を作動させるとき、酸素供給停止手段による酸素の供給停止を解除する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素極と酸素極とを有し、車両に搭載される燃料電池と、
前記酸素極に酸素を供給する酸素供給手段と、
前記酸素供給手段による酸素の供給を停止する酸素供給停止手段と、
前記酸素極から排気をする排気手段と、
前記排気手段による排気を停止する排気停止手段と、
前記酸素供給停止手段及び前記排気停止手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記燃料電池の作動を終了させるとき、前記酸素供給停止手段によって酸素の供給を停止すると共に前記排気停止手段によって排気を停止し、
前記燃料電池を作動させるとき、前記酸素供給停止手段による酸素の供給停止を解除する燃料電池システム。
【請求項２】
前記水素極に水素を供給する水素供給手段を有し、
前記制御手段は、
前記燃料電池を作動するとき、前記水素供給手段による水素の供給をしたあと、酸素供給停止手段による酸素の供給停止を解除する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記酸素供給手段は、前記車両の走行によって発生する風を利用して酸素の供給をする酸素供給口を有しており、該酸素供給口は、前記車両の前後方向で視て前方に開口する、請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記酸素供給停止手段は、前記酸素極への酸素の供給量を制御可能となっており、
前記制御手段は、前記燃料電池が起動するときに発生する電圧が理想電圧を超えないように前記酸素供給停止手段の前記酸素極への酸素の供給量を制御する、請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記車両は、前記燃料電池による発電と前記車両の走行に用いるモータの駆動トルクとの間に相関性がないレンジエクステンダ車である、請求項１〜４のいずれか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】
本発明は燃料電池システムに係り、特に水素を用いた燃料電池への酸素の供給を効率的に行う技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両の駆動のためにモータやエンジンを搭載した所謂ハイブリット車両や、モータのみで駆動する電気自動車が普及している。また、昨今では、エンジンの駆動力をバッテリの給電にのみ使用し、駆動用モータのみで走行する車両が普及し始めている。
しかしながら、エンジンの駆動力を用いたバッテリの給電は、従来のハイブリット車両と同様にエンジンを駆動させて排ガスを排出するという問題がある。
【０００３】
このように、バッテリの給電のためにエンジンを駆動させて排ガスを排出することは、空気を汚染する原因のひとつであり、より環境性能の高いバッテリの給電方法を模索する必要がある。
そこで、水素を用いる燃料電池を搭載した車両が開発されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３３１１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に開示される技術では、燃料電池を作動させるために必要な酸素の供給のためにコンプレッサを多く作動させる必要があり、好ましいことではない。
また、コンプレッサを作動させて酸素を燃料電池に多く供給することは、特に燃料電池の起動時に燃料電池内に設けられた触媒に用いられる炭素成分を酸化させることによって燃料電池の劣化を促進させる虞がある。
【０００６】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、コンプレッサの使用頻度を低減させると共に、燃料電池の劣化を抑制することができる燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、本発明の燃料電池システムは、水素極と酸素極とを有し、車両に搭載される燃料電池と、前記酸素極に酸素を供給する酸素供給手段と、前記酸素供給手段による酸素の供給を停止する酸素供給停止手段と、前記酸素極から排気をする排気手段と、前記排気手段による排気を停止する排気停止手段と、前記酸素供給停止手段及び前記排気停止手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記燃料電池の作動を終了させるとき、前記酸素供給停止手段によって酸素の供給を停止すると共に前記排気停止手段によって排気を停止し、前記燃料電池を作動させるとき、前記酸素供給停止手段による酸素の供給停止を解除することを特徴とする。
【０００８】
これにより、燃料電池の作動を終了させるとき、燃料電池が発電する際に発する熱によって熱せられた酸素極を酸素供給停止手段及び排気停止手段によって密閉し、燃料電池を作動させるとき、酸素供給停止手段による酸素の供給停止を解除して該密閉を解除することで、燃料電池の作動を終了させるときの酸素極の密閉後から燃料電池の作動までの間に燃料電池が発電するときに発する熱が冷め、即ち、酸素極内の空気が冷えることにより負圧が発生し、該負圧を利用して酸素の供給をすることが可能とされる。
【０００９】
その他の態様として、前記水素極に水素を供給する水素供給手段を有し、前記制御手段は、前記燃料電池を作動するとき、前記水素供給手段による水素の供給をしたあと、酸素供給停止手段による酸素の供給停止を解除するのが好ましい。
これにより、水素極に水素が供給された状態で酸素極に酸素を供給することで、酸素極内に供給された酸素が触媒に用いられる炭素と結合することを抑制することが可能とされる。
【００１０】
その他の態様として、前記酸素供給手段は、前記車両の走行によって発生する風を利用して酸素の供給をする酸素供給口を有しており、該酸素供給口は、前記車両の前後方向で視て前方に開口するのが好ましい。
これにより、酸素供給口が車両の前後方向で視て前方に開口する酸素供給手段によって、酸素の供給を車両の走行により発生する風を利用して酸素の供給を行うことで、エアコンプレッサの作動頻度を減らすことや、エアコンプレッサの吸気量を減らすことが可能とされる。
【００１１】
その他の態様として、前記酸素供給停止手段は、前記酸素極への酸素の供給量を制御可能となっており、前記制御手段は、前記燃料電池が起動するときに発生する電圧が理想電圧を超えないように前記酸素供給停止手段の前記酸素極への酸素の供給量を制御するのが好ましい。
これにより、酸素供給停止手段を解除することで酸素極内の負圧を利用し、供給する酸素極への酸素の供給量を制御して燃料電池が起動するときに発生する電圧が理想電圧を超えないようにすることで、酸素極内に供給された酸素が触媒に用いられる炭素と結合することをより良好に抑制することが可能とされる。
【００１２】
その他の態様として、前記車両は、前記燃料電池による発電と前記車両の走行に用いるモータの駆動トルクとの間に相関性がないレンジエクステンダ車であるのが好ましい。
これにより、モータの駆動トルクとの間に相関性がないレンジエクステンダ車は、本発明の制御を適用するためにモータの駆動トルクを制限する必要がないので、モータの駆動トルクを増加させる制御と制御手段が実行する本制御とを干渉させることなく本発明を適用することが可能とされる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の燃料電池システムによれば、燃料電池の作動を終了させるとき、燃料電池が発電する際に発する熱によって熱せられた酸素極を酸素供給停止手段及び排気停止手段によって密閉し、燃料電池を作動させるとき、酸素供給停止手段による酸素の供給停止を解除して該密閉を解除するようにしたので、燃料電池の作動を終了させるときの酸素極の密閉後から燃料電池の作動までの間に燃料電池が発電するときに発する熱が冷め、即ち、酸素極内の空気が冷えることにより負圧が発生し、該負圧を利用して酸素の供給をすることができる。
【００１４】
これにより、コンプレッサの使用頻度を低減させると共に、燃料電池の劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る燃料電池システムのシステム図である。
【図２】本発明に係る燃料電池システムの制御に係るＥＣＵの接続構成が示されたブロック図である。
【図３】ＥＣＵが実行する、第１実施形態に係る燃料電池システムの制御手順を示すルーチンが示されたフローチャートである。
【図４】第１実施形態における各制御弁及びエアコンプレッサの作動の推移の一例を示すグラフである。
【図５】ＥＣＵが実行する、第２実施形態に係る燃料電池システムの制御手順を示すルーチンが示されたフローチャートである。
【図６】空気供給弁の設定値の調整手順を示すルーチンが示されたフローチャートである。
【図７】第２実施形態における各制御弁及びエアコンプレッサの作動の推移の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面に基づき本発明の一実施形態について説明する。
＜第１実施形態＞
図１を参照すると、本発明に係る燃料電池システム２のシステム図が示されている。
車両１はレンジエクステンダ車であり、燃料電池システム２、バッテリシステム３が搭載されている。
【００１７】
レンジエクステンダ車は、原則として外部からの給電によって充電した電力で走行し、バッテリシステム３内のバッテリ３ｂのState Of Charge（以下、略してＳＯＣという）が低下したときに燃料電池システム２を起動してバッテリシステム３に給電する、燃料電池９による発電と車両１の走行に用いる図示しないモータの駆動トルクとの間に相関性がない燃料電池自動車である。即ち、市街地走行等の日常走行の場合はＥＶ走行によって対応し、高速道路の走行等の長距離走行の場合は燃料電池によって適宜バッテリシステム３に給電することで長距離走行可能となっている。
【００１８】
燃料電池システム２は、水素タンク（水素供給手段）５、エアコンプレッサ７、燃料電池９、水素供給経路（水素供給手段）１１、空気供給経路（酸素供給手段）１３、水素排出経路１５、空気排出経路（排気手段）１７を備えて構成している。
水素タンク５は、水素を貯蓄可能なタンクであり、例えば水素ステーションで予め補給した水素を水素供給経路１１によって燃料電池９に供給可能となっている。水素供給経路１１の経路上には、水素元弁２１と減圧弁２３とが設けられている。水素元弁２１は、後述するＥＣＵ７０によって開閉制御可能となっており、例えば車両１の外部から水素を補給するときに閉止することで、燃料電池９への水素の流出を確実に遮断することができる。減圧弁２３は、例えば後述するＥＣＵ７０によって開閉度合いを制御可能となっており、水素タンク５内の水素の貯蓄量が多く気圧が高い場合は開弁度合いを小さくなるように、水素タンク５内の水素の貯蓄量が少なく気圧が低い場合は開弁度合いを大きくなるように制御することで、水素タンク５内の水素の貯蓄量、即ち水素タンク５内の気圧に関わらず一定量、一定圧の水素を燃料電池９に供給可能となっている。
【００１９】
エアコンプレッサ７は、車両１の外部から空気（酸素）を取り込み、空気供給経路１３によって燃料電池９に空気を供給可能となっている。また、空気供給経路１３の経路上には、三方弁２５が設けられている。三方弁２５は、空気供給経路１３のエアコンプレッサ７側の開口、燃料電池９側の開口、車両１の外部から空気を取り込む自然吸気配管（酸素供給手段）２７に接続する開口を有している。また、三方弁２５は、自然吸気配管２７に接続する開口の吸気量を調整可能となっている。これにより、エアコンプレッサ７によって取り込まれる空気の勢いを利用する、所謂ベンチュリ効果によって燃料電池９に供給する空気の量を増加することや、自然吸気配管２７に接続する開口の吸気量を調整することによって燃料電池９に供給する空気の量を調整することが可能となっている。
【００２０】
自然吸気配管２７の三方弁２５と接続しない開口部（酸素供給口）２７ａは、車両１の前方を向いており、車両１の走行によって発生する風を利用して空気を取り込むことが可能となっている。これにより、酸素供給手段による酸素の供給を車両の走行によって発生する風を利用して行うことで、エアコンプレッサの作動頻度や、エアコンプレッサの吸気量を減らすことが可能となっている。
【００２１】
燃料電池９は、水素極３０、酸素極３２、電極触媒３４を備えて構成している。
水素極３０は、水素タンク５から水素供給経路１１を介して水素を供給（水素吸気）可能な、所謂セパレータのアノードである。
酸素極３２は、エアコンプレッサ７から空気供給経路１３を介して空気を供給（空気吸気）可能な、所謂セパレータのカソードである。
【００２２】
電極触媒３４は、拡散層、触媒層（触媒）、高分子電解質膜で構成されており、高分子電解質膜を挟んで触媒層が設けられ、更に触媒層を挟んで拡散層が設けられた多層構造となっている。この触媒層には、白金を担持させた炭素粉末を使用している。
水素極３０及び酸素極３２にそれぞれ水素及び空気を供給すると、水素イオンが水素極３０から酸素極３２に電極触媒３４を介して移動する。詳しくは、水素が電子を放出して水素イオンとなり、電極触媒３４を通過して酸素極３２に流入する。一方、バッテリシステム３を介して水素極と酸素極とを通電可能に接続することで、水素が放出した電子は、バッテリシステム３に移動する。このとき、水素極３０から移動した電子と同量の電子がバッテリシステム３から酸素極３２に移動し、酸素極３２内で水素イオンと酸素とが電子によって結合し、熱を生成しながら水（水蒸気）が生成される。即ち、水素イオンが水素極３０から酸素極３２に移動することで、水素極３０から酸素極３２にバッテリシステム３を介して電子が流通する（発電）。換言すれば、燃料電池９の発電によって発生した電力が、バッテリシステム３に供給される。
【００２３】
バッテリシステム３は、電力制御器３ａとバッテリ３ｂを備えて構成している。
電力制御器３ａは、例えばインバータやコンバータ等で構成されており、バッテリ３ｂや外部負荷６８への電力の供給や、所謂回生ブレーキのような外部負荷６８から供給される電力をバッテリ３ｂに供給する等の電力の振り分け制御等を行っている。バッテリ３ｂは、例えばリチウムイオン二次電池であり、繰り返し充放電が可能となっている。即ち、バッテリシステム３に供給された電力は、バッテリシステム３内の電力制御器３ａを介してバッテリ３ｂに給電され、または車両１の走行用に設けられるモータ等の外部負荷６８に供給される。
【００２４】
燃料電池９の発電後に電極触媒３４を介して水素極３０に流入した気体等の水素以外の気体は、水素排出経路１５によって車両１の外部に排出される（水素極排気）。
また、酸素極３２内で生成された水蒸気や酸素を喪失した空気もまた水素極排気と同様にして、空気排出経路１７によって車両１の外部に排出される（酸素極排気）。
これら吸排気を制御及び停止可能にするために、水素供給経路１１には水素供給弁６０が、空気供給経路１３には空気供給弁（酸素供給停止手段）６２が、水素排出経路１５には水素排出弁６４が、空気排出経路１７には空気排出弁（排気停止手段）６６が、それぞれ制御弁として燃料電池９の近傍に設けられている（以降、説明の便宜上、総称する場合は「各制御弁」という）。
【００２５】
これにより、水素供給弁６０及び水素排出弁６４を閉弁することで水素極３０を密閉することができ、空気供給弁６２及び空気排出弁６６を閉弁することで酸素極３２を密閉することができる。また、発電によって生成される熱が外気等によって冷やされたとき、該密閉によって水素極３０及び酸素極３２内に残存する気体が冷えることで気圧を下げることができる。
【００２６】
燃料電池９には水素濃度センサ４０、圧力センサ４２及び温度センサ４４がそれぞれ配設されている。詳しくは、水素濃度センサ４０は水素極３０内の水素濃度を検出し、圧力センサ４２は酸素極３２内の気圧を検出し、温度センサ４４は燃料電池９の温度を検出している。
また、バッテリ３ｂには、バッテリ３ｂのＳＯＣを検出するＳＯＣセンサ３ｃが設けられている。
【００２７】
燃料電池システム２は、各制御弁及びエアコンプレッサ７が車両１に搭載され、ＥＣＵ（制御手段）７０によって制御されている。
ＥＣＵ７０は、図示しない駆動用モータの運転制御をはじめとして総合的な制御を行うための制御装置であり、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）等を含んで構成されている。
【００２８】
図２を参照すると、本発明に係る燃料電池システム２の制御に係るＥＣＵ７０の接続構成がブロック図で示されている。
ＥＣＵ７０の入力側には、水素濃度センサ４０、圧力センサ４２、温度センサ４４、ＳＯＣセンサ３ｃが電気的に接続されている。これにより、水素濃度センサ４０からは水素極３０内の水素濃度が、圧力センサ４２からは酸素極３２内の気圧が、温度センサ４４からは燃料電池９の温度が、ＳＯＣセンサ３ｃからはバッテリ３ｂのＳＯＣがそれぞれ入力されている。
【００２９】
また、ＥＣＵ７０の出力側には、エアコンプレッサ７、三方弁２５、水素供給弁６０、空気供給弁６２、水素排出弁６４、空気排出弁６６が電気的に接続されている。これにより、エアコンプレッサ７を制御することで車両１の外部から空気を燃料電池システム２に取り入れることができ、三方弁２５を制御することで酸素極３２への空気の供給量を調整することができ、各制御弁を制御することで水素極３０及び酸素極３２の吸排気を制御及び停止することができる。
【００３０】
図３を参照すると、ＥＣＵ７０が実行する、本発明に係る燃料電池システム２の制御手順を示すルーチンがフローチャートで示されている。また、図４は、第１実施形態における各制御弁及びエアコンプレッサ７の作動の推移の一例を示すグラフである。以下、図３のフローチャートに沿い説明する。
なお、図３のフローチャートでは、燃料電池９による発電が一旦終了し、三方弁２５、水素供給弁６０、空気供給弁６２、水素排出弁６４、空気排出弁６６の各制御弁が全て閉弁し、エアコンプレッサ７が停止した状態から制御が開始される。
【００３１】
ステップＳ１０では、温度センサ４４によって検出される燃料電池９の温度が所定値以下か否かを判別する。ここで所定値とは、例えば外気温度を計測する図示しない外気温度センサを車両１に設け、外気温度センサによって検出される温度と略同一の温度とする。なお、燃料電池９の発電によって発生する熱が適当に放熱されていることが判別できればよく、所定値を予め設定した温度としてもよい。燃料電池９の温度が所定値以下と判別する場合、ステップＳ１４に移行する。また、燃料電池９の温度が所定値より高いと判別する場合、ステップＳ１２に移行する。
【００３２】
ステップＳ１２では、圧力センサ４２によって検出される酸素極３２内の気圧が規定値以下か否かを判別する。ここで規定値とは、例えば大気圧の略１／３の気圧とする。酸素極３２内の温度が規定値以下と判別する場合、ステップＳ１４に移行する。また、酸素極３２内の気圧が規定値より高いと判別する場合、ステップＳ１０に戻る。
即ち、ステップＳ１０、ステップＳ１２では、燃料電池９の温度が所定値以下、または酸素極３２内の気圧が規定値以下となる場合、酸素極３２内に負圧が発生していると判断してステップＳ１４に移行する（図４中のＴ１）。
【００３３】
ステップＳ１４では、ＳＯＣセンサ３ｃによって検出されるバッテリ３ｂのＳＯＣが要給電値以下か否かを判別する。ここで要給電値とは、例えば車両１の航続可能距離が１０キロ未満であると推測される場合のＳＯＣとしている。なお、要給電値は、運転手によって任意で設定可能にしてもよい。バッテリ３ｂのＳＯＣが要給電値以下と判別する場合、ステップＳ１６に移行して水素供給弁６０を開弁してステップＳ１８に移行する。また、バッテリ３ｂのＳＯＣが要給電値より高いと判別する場合は、要給電値以下と判別されるまでステップＳ１４を繰り返す。
【００３４】
即ち、ステップＳ１４では、バッテリ３ｂのＳＯＣが要給電値より高い場合はステップＳ１６には移行せず、要給電値以下となるとステップＳ１６に移行して水素供給弁６０を開弁し、水素タンク５から水素が供給可能となる（図４中のＴ２）。
ステップＳ１８では、水素濃度センサ４０によって検出される水素極３０内の水素濃度が必要濃度以上か否かを検出する。ここで必要濃度とは、例えば燃料電池９の発電に最低限必要な濃度とする。水素極３０内の水素濃度が必要濃度以上と判別する場合、ステップＳ２０に移行する。また、水素極３０内の水素濃度が必要濃度より低いと判別する場合は、必要濃度以上と判別されるまで、ステップＳ１８を繰り返す。
【００３５】
ステップＳ２０では、水素排出弁６４及び三方弁２５を開弁し、ステップＳ２４に移行する。また、ステップＳ２４では、空気供給弁６２を開弁し、ステップＳ２６に移行する。
即ち、ステップＳ２４では、空気供給弁６２を開弁し、酸素極３２内の負圧を利用して空気、つまりは酸素を自然吸気配管２７を介して供給し（酸素の供給停止の解除）、燃料電池９内での発電準備を開始する（図４中のＴ３）。
【００３６】
ステップＳ２６では、空気供給弁６２の開弁後の経過時間が一定時間（図４中のＴ３〜Ｔ４）以上経過したか否かを判別する。ここで一定時間とは、例えば酸素極３２内に空気が酸素極３２内の負圧を利用して略均一に供給されるのに要する時間とする。空気供給弁６２の開弁後の経過時間が一定時間以上経過したと判別する場合、ステップＳ２８に移行する。また、空気供給弁６２の開弁後の経過時間がまだ一定時間に達していないと判別する場合は、一定時間以上経過したと判別されるまで、ステップＳ２６を繰り返す。
【００３７】
ステップＳ２８では、エアコンプレッサ７の作動及び空気排出弁６６の開弁（図４中のＴ４）をし、ステップＳ３０に移行する。この時、燃料電池９での発電が開始し、バッテリ３ｂに給電する。
ステップＳ３０では、ＳＯＣセンサ３ｃによって検出されるバッテリ３ｂのＳＯＣが給電完了値以上か否かを判別する。ここで給電完了値とは、例えばＳＯＣ＝５０％のときとする。なお、給電完了値は、運転手によって任意で設定可能にしてもよい。バッテリ３ｂのＳＯＣが給電完了値未満と判別する場合は、給電完了値以上と判別されるまで、ステップＳ３０を繰り返す。また、バッテリ３ｂのＳＯＣが給電完了値以上と判別する場合、ステップＳ３２に移行し、すべての制御弁及び三方弁の閉弁（密閉）、並びにエアコンプレッサ７の停止をして（燃料電池の作動を終了）、本ルーチンを終了する。
【００３８】
即ち、ステップＳ２４で空気供給弁６２を開弁することで燃料電池９の発電準備が開始され、ステップＳ２８でエアコンプレッサ７の作動及び空気排出弁６６の開弁をすることで、燃料電池９の発電によって、バッテリ３ｂの給電が開始され、ステップＳ２６による、酸素極３２内の負圧を利用した空気の供給が完了した後も空気を供給し、ステップＳ３０でＳＯＣが給電完了値になるまで給電されたと判別されたとき、各制御弁及び三方弁２５の閉弁、並びにエアコンプレッサ７の停止をして燃料電池９の発電及びバッテリ３ｂへの給電が終了する（図４中のＴ５）。
【００３９】
以降、本ルーチンが繰り返し実行される。
図４を用いて本制御による作用を説明すると、Ｔ５（ステップＳ３２）で各制御弁を閉弁したあと、Ｔ５〜Ｔ１で燃料電池９の温度が下がることで、燃料電池９内に残存する水素や空気の温度が低下し、酸素極３２内の圧力が低下して負圧が発生する。これにより、Ｔ３（ステップＳ２４）で空気供給弁６２及び三方弁２５を開弁すると、酸素極３２内の負圧によって自然吸気配管２７から空気を取り入れることができる。
【００４０】
このようにして負圧によって空気を取り入れることで、エアコンプレッサ７の作動時間を少なくすることができる（図４中の作用１）。
また、負圧によって酸素極３２内に空気を供給することは、エアコンプレッサ７を使用する場合と比較して空気の供給速度が遅いため、燃料電池９の起動時に発生する一時的な高電圧を減少させることができる（図４中の作用２）。
【００４１】
これにより、作用２によって電極触媒３４の劣化を防止することができる。詳しくは、触媒層は、白金を担持させた炭素粉末を使用しているので、炭素が酸化して二酸化炭素になると白金を担持させることができなくなる（触媒層の劣化）。即ち、酸素極３２内の空気中に含まれる酸素と水素イオンが電子を受けて結合するとき、酸素の量が多く電圧が高い状態になると、炭素と酸素が結合して触媒層の劣化が促進されるが、作用２のように負圧条件の下、酸素の供給量が少ないことで、発電開始時に発生する一時的な高電圧を減少させることもできるので、酸素の供給量を減らし、かつ高電圧の減少によって触媒層の劣化、つまり電極触媒３４の劣化を防止することができる。
【００４２】
以上説明したように、本発明に係る燃料電池システム２では、水素極３０と酸素極３２とを有し、車両１に搭載される燃料電池９と、酸素極３２に酸素を供給する空気供給経路１３と、酸素極３２への酸素の供給を停止する空気供給弁６２と、酸素極３２から排気をする空気排出経路１７と、空気排出経路１７による排気を停止する空気排出弁６６と、空気供給弁６２及び空気排出弁６６を制御するＥＣＵ７０とを備え、ＥＣＵ７０は、燃料電池９の作動を終了させるとき、空気供給弁６２によって酸素の供給を停止すると共に空気排出弁６６によって排気を停止し、燃料電池９を作動させるとき、空気供給弁６２による酸素の供給停止を解除している。
【００４３】
従って、燃料電池９の作動を終了させるとき、燃料電池９が発電する際に発する熱によって熱せられた酸素極３２を空気供給弁６２及び空気排出弁６６によって密閉し、燃料電池９を作動させるとき、空気供給弁６２による酸素の供給停止を解除して該密閉を解除するようにしたので、燃料電池９の作動を終了させるときの酸素極３２の密閉後から燃料電池９の作動までの間に燃料電池９が発電するときに発する熱が冷め、即ち、酸素極３２内の空気が冷えることにより負圧が発生し（図４中、Ｔ５〜Ｔ１）、該負圧を利用して酸素の供給をすることができる。
【００４４】
そして、水素極３０に水素を供給する水素供給経路１１を更に有し、ＥＣＵ７０は、燃料電池９を作動するとき、水素供給経路１１による水素の供給をしたあと、空気供給弁６２による酸素の供給停止を解除している。
従って、水素極３０に水素が供給された状態で酸素極３２に酸素を供給するようにしたので、酸素極３２内に供給された酸素が電極触媒３４に用いられる炭素と結合することを抑制し、電極触媒３４の劣化を防止することができる。
【００４５】
そして、自然吸気配管２７は、車両１の走行によって発生する風を利用して酸素の供給をする開口部２７ａを有しており、開口部２７ａは、車両１の前後方向で視て前方に開口している。
従って、開口部２７ａが車両１の前後方向で視て前方に開口する自然吸気配管２７により、酸素の供給を車両１の走行によって発生する風を利用して行うようにしたので、エアコンプレッサ７の作動頻度を減らすことや、エアコンプレッサ７の吸気量を減らすことができる。
【００４６】
そして、車両１は、燃料電池９による発電と車両１の走行に用いるモータの駆動トルクとの間に相関性がないレンジエクステンダ車は、本発明の制御を適用するためにモータの駆動トルクを制限する必要がないので、モータの駆動トルクを増加させる制御とＥＣＵ７０が実行する本制御とを干渉させることなく適用することができる。
＜第２実施形態＞
以下、図５〜７に基づき第２実施形態について説明する。
【００４７】
なお、上記第１実施形態と共通の構成については説明を省略し、ここでは第１実施形態と異なる部分について説明する。
図５を参照すると、ＥＣＵ７０が実行する、第２実施形態に係る燃料電池システム２の制御手順を示すルーチンがフローチャートで示されている。また、図７は、第２実施形態における各制御弁及びエアコンプレッサ７の作動の推移の一例を示すグラフである。以下、図５のフローチャートに沿い説明する。
【００４８】
本ルーチンの第１実施形態との相違点は、燃料電池９の電圧が理想値（理想電圧）を超えないように、ステップＳ１２１、ステップＳ１２２にて空気供給弁６２の開度を制御することにある。
ステップＳ１２１では、空気供給弁６２の開度を設定値まで開弁してステップＳ１２２に移行する。ステップＳ１２２では、空気供給弁６２の設定値の調整を行う。
【００４９】
図６を参照すると、ＥＣＵ７０が実行する、空気供給弁６２の設定値の調整手順を示すルーチンがフローチャートで示されている。
ステップＳ１２３では、燃料電池９に設けられた電圧計１４６を用いて検出した燃料電池９の電圧が理想値（理想電圧）より低いか否かを判別し、次回ルーチンの実行時における空気供給弁６２の開度制御に活用する。ここで理想値とは、例えば燃料電池９が電極触媒３４を劣化させることなく安定して発電準備を行うことができる電圧とする。燃料電池９の電圧が理想値より低いと判別する場合は、ステップＳ１２４に移行して設定値を変更せずに、次回ルーチンの実行時にも同一開度とする。また、燃料電池９の電圧が理想値以上であると判別する場合は、ステップＳ１２５に移行して、次回ルーチンの実行時における空気供給弁６２を例えば１％閉弁するよう設定値を低下させてＳ２８に移行する。
【００５０】
即ち、ステップＳ１２３〜ステップＳ１２５では、燃料電池９の電圧が理想値を超えないように、次回ルーチン実行時における空気供給弁６２の開度が制御可能となっている（図７中のＴ３〜Ｔ４、作用３）。
これにより、次回ルーチン実行時において、燃料電池９の電圧を理想値に保つことで一時的な高電圧を良好に低減させることができる（図７中の作用３）。
【００５１】
以上説明したように、第２実施形態に係る燃料電池システム２では、ＥＣＵ７０は、燃料電池９が起動するときに発生する電圧が理想値を超えないように空気供給弁６２の酸素極３２への酸素の供給量を制御している。
従って、空気供給弁６２を解除することで酸素極３２内の負圧を利用し、供給する酸素極３２への酸素の供給量を制御して燃料電池９が起動するときに発生する電圧が理想値を超えないようにしたので、酸素極３２内に供給された酸素が電極触媒３４に用いられる炭素と結合することをより良好に抑制することができる。
【００５２】
以上で本発明に係る燃料電池システムの説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、本実施形態では、水素タンクから水素を供給されて作動する燃料電池９を用いて説明したが、改質器を車載してエタノールから水素を取り出して燃料電池９に水素を供給するようにしてもよい。
【００５３】
また、第２実施形態では、空気供給弁６２の開度の設定値の調整手順を詳細に説明したが、燃料電池９の電圧が理想値を超えないように空気供給弁６２を開度調節可能であればよい。
【符号の説明】
【００５４】
１  車両
２  燃料電池システム
５  水素タンク（水素供給手段）
７  エアコンプレッサ
９  燃料電池
１１  水素供給経路（水素供給手段）
１３  空気供給経路（酸素供給手段）
１７  空気排出経路（排気手段）
２１  水素元弁
２３  減圧弁
２７  自然吸気配管（酸素供給手段）
２７ａ  開口部（酸素供給口）
３０  水素極
３２  酸素極
３４  電極触媒（触媒）
６２  空気供給弁（酸素供給停止手段）
７０  ＥＣＵ（制御手段）
【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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