(57)【要約】【課題】ガス流路における残留水の量の推定と、残留水の除去とが可能な燃料電池システムにおいて、残留水の除去の効果を、さらなる残留水の除去が必要か否かの判定にリアルタイムに反映することにより、残留水の除去の処理効率を向上させる。【解決手段】燃料電池システムは、ガス流路を備える燃料電池と、ガス流路内に残留している残留水を除去する除去部とを備える。除去部は、残留水の除去中における燃料電池の電圧変化率と、残留水の除去中における燃料電池通過前後のガスの圧力損失変化率と、のうちの少なくともいずれか一方に基づいて、残留水の量を推定し、推定された残留水の量に応じて、さらなる残留水の除去が必要か否かを判定する。【選択図】図２
2015201408.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、
ガス流路を備える燃料電池と、
前記ガス流路内に残留している残留水を除去するための除去部と、
を備え、
前記除去部は、
前記残留水の除去中における前記燃料電池の電圧変化率と、前記残留水の除去中における前記ガス流路の圧力損失の変化率と、のうちの少なくともいずれか一方に基づいて、前記残留水の量を推定し、
推定された前記残留水の量に応じて、さらなる前記残留水の除去が必要か否かを判定する、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】
燃料電池は、固体高分子電解質膜がアノード電極およびカソード電極で挟持された膜電極接合体（ＭＥＡ、(Membrane Electrode Assembly）と、ＭＥＡの両側に配置されているセパレータと、からなる単セルを備えている。アノード電極と一のセパレータとの間には、燃料ガス流路が形成されている。カソード電極と他のセパレータとの間には、酸化ガス流路が形成されている。燃料ガス流路に燃料ガスとしての水素ガスを供給し、酸化ガス流路に酸化ガスとしての空気を供給することによって、燃料電池は、水素と酸素の電気化学反応による発電を行うことができる。
【０００３】
このような燃料電池において、電気化学反応の際に生成される水が、燃料ガス流路や酸化ガス流路に残留することがある（以降「残留水」とも呼ぶ。）。残留水は、ＭＥＡに対する燃料ガス供給や酸化ガス供給の妨げとなり、燃料電池の発電性能を低下させるという課題があった。また、氷点下環境においては、残留水が凍結することによって、ＭＥＡの発電面積が低下し、燃料電池の発電性能を低下させるという課題があった。このような課題を解決するために、燃料ガス流路や酸化ガス流路における残留水の量を予測する予測手段と、残留水を除去する掃気手段と、を備える燃料電池システムが知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−０１０３４７号公報
【特許文献２】特開２０１３−１９１３７０号公報
【特許文献３】特開２０１３−１９６７７８号公報
【特許文献４】特開２００７−２８０８４４号公報
【特許文献５】特開２００４−３４３４７３号公報
【特許文献６】特開２０１０−０４４８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の予測手段は、掃気手段による残留水の除去中における「残留水の量の予測」については想定されていない。このため、特許文献１に記載の技術では、掃気手段による残留水の除去の効果を、さらなる残留水の除去が必要か否かの判定にリアルタイムに反映できず、残留水の除去の処理効率が悪いという課題があった。また、特許文献２〜６に記載の技術では、残留水の量を予測することについては想定されていない。
【０００６】
このため、ガス流路における残留水の量の推定と、残留水の除去とが可能な燃料電池システムにおいて、残留水の除去の効果を、さらなる残留水の除去が必要か否かの判定にリアルタイムに反映することにより、残留水の除去の処理効率を向上させることを目的とする。そのほか、従来の技術では、燃料電池システムの発電性能の向上、信頼性の向上、耐久性の向上、製造効率の向上、製造の容易化、低コスト化等が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【０００８】
（１）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；ガス流路を備える燃料電池と；前記ガス流路内に残留している残留水を除去するための除去部と、を備え；前記除去部は；前記残留水の除去中における前記燃料電池の電圧変化率と、前記残留水の除去中における前記ガス流路の圧力損失の変化率と、のうちの少なくともいずれか一方に基づいて、前記残留水の量を推定し；推定された前記残留水の量に応じて、さらなる前記残留水の除去が必要か否かを判定する。この形態の燃料電池システムによれば、除去部は、残留水の除去中における燃料電池の電圧変化率と、残留水の除去中におけるガス流路の圧力損失の変化率と、のうちの少なくともいずれか一方に基づいて、残留水の除去中における残留水の量をリアルタイムに推定することができる。また、除去部は、推定された残留水の量に応じてさらなる残留水の除去が必要か否かを判定するため、残留水の除去の効果を、さらなる残留水の除去が必要か否かの判定にリアルタイムに反映することができる。この結果、燃料電池システムにおいて、残留水の除去の処理効率を向上させることができる。
【０００９】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能である。例えば、燃料電池システム、燃料電池システムの制御方法、それらを備える移動体等の態様で実現することができる。また、本発明は、上述した種々の特徴を必ずしも全て備えている必要はなく、その一部を省略して構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態としての燃料電池システム１０の概略構成を示す説明図である。
【図２】残留水除去処理の手順を示すフローチャートである。
【図３】残留水除去処理のステップＳ１２について説明するための説明図である。
【図４】燃料電池２０の電圧変化率と残留水の除去の効果との関係について説明するための説明図である。
【図５】残留水除去処理（変形１）の手順を示すフローチャートである。
【図６】燃料電池２０のアノード圧力損失変化率と残留水の除去の効果との関係について説明するための説明図である。
【図７】残留水除去処理（変形２）の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
【００１２】
Ａ．実施形態：
Ａ−１．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１０の概略構成を示す説明図である。燃料電池システム１０は、自動車等の車両に推進力を与えるためのモータ等に接続され、車両に電力を供給する。燃料電池システム１０は、燃料電池２０と、制御部１１０と、水素供給部１２０と、酸素供給部１３０と、冷却部１４０と、を備えている。
【００１３】
燃料電池２０は、水素と酸素との電気化学反応によって発電する固体高分子型燃料電池である。本実施形態では、燃料電池２０に供給される反応ガスには、水素（Ｈ2）を含有する燃料ガス（以降「水素ガス」とも呼ぶ。）と、酸素（Ｏ2）を含有する酸化ガス（以降「空気」とも呼ぶ。）と、が含まれる。燃料電池２０に供給された水素ガスは、水素と酸素との電気化学反応の進行に伴って水素濃度が低下し、アノードオフガスとして燃料電池２０の外部に排出される。燃料電池２０に供給された空気は、水素と酸素との電気化学反応の進行に伴って酸素濃度が低下し、カソードオフガスとして燃料電池２０の外部に排出される。
【００１４】
燃料電池２０は、複数の単セルが電気的に直列に複数積層されたスタック構造を有している。単セルは、膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）と、ガス拡散層と、セパレータとを備えている。
【００１５】
ＭＥＡは、電解質膜の両面に、アノード電極と、カソード電極とからなる電極触媒層が積層された構成を有する。電解質膜は、プロトン伝導性を有するプロトン伝導体（例えば、アイオノマ樹脂を用いたパーフルオロスルホン酸イオン交換膜）で形成されている。アノード電極およびカソード電極は、電解質膜を介して行われる水素と酸素との電気化学反応を促進させる触媒機能に加え、ガス透過性、導電性、撥水性を有する材料（例えば、白金を含有する白金系触媒を担持した炭素担体に、プロトン伝導体であるアイオノマ樹脂を混合した材料）で形成されている。
【００１６】
ガス拡散層は、ＭＥＡの両側に配置されている。ガス拡散層は、ガス透過性、導電性、撥水性を有する材料（例えば、カーボンクロスやカーボンペーパーに撥水樹脂を含浸させた材料）で形成されている。セパレータは、ガス拡散層の両側に配置されている。アノード電極側に配置されているセパレータは、ＭＥＡにおけるアノード側の面に水素ガスを流すアノード流路を形成する。カソード電極側に配置されているセパレータは、ＭＥＡにおけるカソード側の面に空気を流すカソード流路を形成する。セパレータは、水素ガスや空気を流す上で十分な強度およびガス不透過性に加え導電性を有する材料（例えば、ステンレス、カーボン樹脂、導電性セラミックス）で形成されている。
【００１７】
制御部１１０は、ＰＣＵ（Power Control Unit）１１１と、電流計測部１１２と、電圧計測部１１３と、を備えている。ＰＣＵ１１１は、図示しない昇圧コンバータと、インバータとを備え、燃料電池２０の出力を制御する機能を有する。また、ＰＣＵ１１１は、後述の残留水除去処理を実行する。本実施形態の残留水除去処理は、アノード流路内に残留した生成水などの水（以降「残留水」とも呼ぶ）を除去する処理である。ここで「生成水」とは、燃料電池２０の電気化学反応の際に生成された水を意味する。電流計測部１１２は、燃料電池２０が出力する電流値を計測し、計測結果をＰＣＵ１１１へ送信する。電圧計測部１１３は、燃料電池２０が出力する電圧値を計測し、計測結果をＰＣＵ１１１へ送信する。なお、制御部１１０は「除去部」として機能する。
【００１８】
水素供給部１２０は、ＰＣＵ１１１の指示に基づき、水素ガスを燃料電池２０へ供給する機能を有する。水素供給部１２０は、インジェクタ１２１と、水素ポンプ１２２と、供給路側圧力計１２３と、アノード流路１２４と、排出路側圧力計１２５と、シャット弁１２６と、を備えている。インジェクタ１２１は、水素ガスが貯留された水素タンクに接続され、燃料電池２０へ供給される水素ガスの供給量を調整するための調整弁として機能する。水素ポンプ１２２は、燃料電池２０へ水素ガスを送り出す動力として機能する。供給路側圧力計１２３は、燃料電池２０への水素ガスの供給路における圧力を計測する。アノード流路１２４は、燃料電池２０のＭＥＡにおけるアノード側の面に水素ガスを流す流路である。排出路側圧力計１２５は、燃料電池２０からのアノードオフガスの排出路における圧力を計測する。シャット弁１２６は、アノードオフガスや水蒸気を外部へ排出する際の排出量を調整するための調整弁として機能する。
【００１９】
酸素供給部１３０は、ＰＣＵ１１１の指示に基づき、空気を燃料電池２０へ供給する機能を有する。酸素供給部１３０は、フローメーター１３１と、ＡＣＰ１３２と、カソード流路１３４と、排出路側圧力計１３５と、調圧弁１３６と、を備えている。フローメーター１３１は、燃料電池２０へ供給される空気の流量を計測する。ＡＣＰ１３２は、燃料電池２０へ空気を送り出す動力として機能する。カソード流路１３４は、燃料電池２０のＭＥＡにおけるカソード側の面に空気を流す流路である。排出路側圧力計１３５は、燃料電池２０からのカソードオフガスの排出路における圧力を計測する。調圧弁１３６は、カソードオフガスや水蒸気を外部へ排出する際の排出量を調整するための調整弁として機能する。
【００２０】
冷却部１４０は、燃料電池２０の内部とラジエーター１４１との間で、冷媒としての冷却水（不凍液）を循環させながら冷却水の熱を大気中に発散させることで、燃料電池２０を冷却する。冷却部１４０は、ラジエーター１４１と、ウォーターポンプ１４２と、水温計１４３と、を備えている。ラジエーター１４１は、冷却水の熱を大気中に放熱させるための装置である。ウォーターポンプ１４２は、燃料電池２０とラジエーター１４１との間の流路中において冷却水を循環させるための動力として機能する。水温計１４３は、冷却水の温度を計測する。
【００２１】
なお、本実施形態ではアノード流路１２４とカソード流路１３４とを総称して、単に「ガス流路」とも呼ぶ。
【００２２】
Ａ−２．残留水除去処理：
図２は、残留水除去処理の手順を示すフローチャートである。本実施形態の残留水除去処理は、アノード流路１２４（図１）内に残留した残留水を除去するための処理であり、制御部１１０によって実行される。残留水除去処理は、任意のタイミングで実行することができる。例えば、残留水除去処理は、燃料電池２０の発電中において継続的に実行されてもよいし、燃料電池２０の発電開始時および終了時に実行されてもよいし、燃料電池２０の発電中において定期的に実行されてもよい。また、燃料電池２０を搭載した車両のユーザーの指示により実行されてもよい。
【００２３】
ステップＳ１０においてＰＣＵ１１１は、残留水除去処理において使用する変数ｎ（ｎは０以上の整数）に「０」をセットする。なお、変数ｎは、電圧変化率を計算するために使用される。
【００２４】
図３は、残留水除去処理のステップＳ１２について説明するための説明図である。残留水除去処理（図２）のステップＳ１２においてＰＣＵ１１１は、アノード（水素極）側の脈動を開始する。具体的には、ＰＣＵ１１１は、インジェクタ１２１の開度と、水素ポンプ１２２の駆動力とを調整することで、アノード流路１２４に供給される水素ガスの圧力（ＫＰａ）を周期的に増減させる（図３）。アノード流路１２４に供給される水素ガスの圧力が図３のように増減することで、アノード流路１２４内に停滞している残留水の排出路側への送出が促進され、残留水は、シャット弁１２６を介して外部へ除去される。なお、水素ガスの圧力を周期的に増減させることに代えて、ＰＣＵ１１１は、アノード流路１２４に供給される水素ガスの流量（Ｌ／ｍｉｎ）、または、インジェクタ１２１の開度（％）を周期的に増減させてもよい。このようにしても、水素ガスの圧力を周期的に増減させると同様の効果を得ることができる。
【００２５】
残留水除去処理（図２）のステップＳ１４においてＰＣＵ１１１は、燃料電池２０の経時的な電圧変化（Ｖn、ΔＶn+1）を取得する。具体的には、ＰＣＵ１１１は、ステップＳ１２における水素ガスの圧力増減の周期にあわせて、水素ガスの圧力増減の前後において電圧計測部１１３により得られた電圧値の変化の大きさ（ΔＶn、ΔＶn+1）を取得する。
【００２６】
ステップＳ１６においてＰＣＵ１１１は、ステップＳ１４で取得した経時的な電圧変化を用いて、電圧変化率（ΔＶn+1／ΔＶn）を計算する。
【００２７】
ステップＳ１８においてＰＣＵ１１１は、計算した電圧変化率が所定の閾値αよりも大きいか否かを判定する（ΔＶn+1／ΔＶn＞α）。なお、所定の閾値αは任意に定めることができる。
【００２８】
電圧変化率が所定の閾値α以下である場合（ステップＳ１８：ＮＯ）、ステップＳ２０においてＰＣＵ１１１は、ｎをカウントアップする。その後、ＰＣＵ１１１は、処理をステップＳ１４に遷移させ、アノード側の脈動を継続しつつ、ステップＳ１４〜Ｓ２０の処理を繰り返す。これにより、電圧変化率が所定の閾値αよりも大きくなるまで、ＰＣＵ１１１はアノード側の脈動を継続して、アノード流路１２４内に停滞している残留水の除去を行うことができる。
【００２９】
電圧変化率が所定の閾値αよりも大きい場合（ステップＳ１８：ＹＥＳ）、ＰＣＵ１１１は、処理をステップＳ２２へ遷移させる。ステップＳ２２においてＰＣＵ１１１は、インジェクタ１２１の開度と、水素ポンプ１２２の駆動力とを調整することで、アノード側の脈動を終了させる。その後、ＰＣＵ１１１は、処理を終了させる。
【００３０】
図４は、燃料電池２０の電圧変化率と、残留水の除去の効果と、の関係について説明するための説明図である。図４では縦軸に電圧変化（ΔＶ）を、横軸に時間（ｓｅｃ）をとっている。図４の横軸は、図３と対応している。残留水除去処理（図２）のステップＳ１２においてアノード流路１２４内に停滞している残留水が除去されることに伴って、ＭＥＡに対する水素ガスの供給状態が良好となり、燃料電池２０の発電性能は徐々に向上する。燃料電池２０の発電性能の向上に伴って、燃料電池２０の出力電圧のぶれが解消され、電圧変化ΔＶは小さくなる。従って、図４において初回に取得した電圧変化ΔＶ0よりも、２回目に取得した電圧変化ΔＶ1の方がより小さくなり、２回目に取得した電圧変化ΔＶ1よりも、３回目に取得した電圧変化ΔＶ2の方がより小さくなる。
【００３１】
このため、ｎ回目の電圧変化ΔＶnと、ｎ＋１回目の電圧変化ΔＶn+1と、の電圧変化率（ΔＶn+1／ΔＶn）が所定の閾値αより大きくなった場合、換言すれば、ｎ回目の電圧変化と、ｎ＋１回目の電圧変化と、の間の変化量が十分に少なくなった場合には、アノード流路１２４内に停滞している残留水の量は、さらなる残留水の除去を必要としない程度まで減少したと推定することができる。従って、ＰＣＵ１１１は、さらなる残留水の除去は不要であると判定し、残留水除去処理を終了させる（図２、ステップＳ２２）。一方、ｎ回目の電圧変化ΔＶnと、ｎ＋１回目の電圧変化ΔＶn+1と、の電圧変化率（ΔＶn+1／ΔＶn）が所定の閾値α以下である場合、換言すれば、ｎ回目の電圧変化と、ｎ＋１回目の電圧変化と、の間の変化量が未だ大きい場合には、アノード流路１２４内には残留水が未だ一定量存在すると推定することができる。従って、ＰＣＵ１１１は、さらなる残留水の除去が必要であると判定し、図２のステップＳ１２の処理を継続する。
【００３２】
なお、上記実施形態では、ＰＣＵ１１１は、燃料電池２０の電圧変化率からアノード流路１２４内に停滞している残留水の量を推定し、アノード流路１２４に供給される水素ガスの圧力または流量を増減させることで、アノード流路１２４内に停滞している残留水の除去を行うこととした。これは、燃料電池２０は、特に低温環境下において、アノード流路１２４における残留水の液水溜りの発生が顕著であるためである。上記実施形態の変形として、ＰＣＵ１１１は、燃料電池２０の電圧変化率から、アノード流路１２４内およびカソード流路１３４内に停滞している残留水の量を推定し、アノード流路１２４に供給される水素ガスの圧力または流量と、カソード流路１３４に供給される空気の圧力または流量と、の両方を増減させることで、アノード流路１２４内およびカソード流路１３４内に停滞している残留水の除去を行っても良い。また、ＰＣＵ１１１は、燃料電池２０の電圧変化率から、カソード流路１３４内に停滞している残留水の量を推定し、カソード流路１３４に供給される空気の圧力または流量を増減させることで、カソード流路１３４内に停滞している残留水の除去を行っても良い。
【００３３】
以上のように、本実施形態の残留水除去処理によれば、制御部１１０（除去部）のＰＣＵ１１１は、残留水の除去中における燃料電池２０の電圧変化率（ΔＶn+1／ΔＶn）に基づいて、残留水の除去中における残留水の量をリアルタイムに推定することができる。また、制御部１１０のＰＣＵ１１１は、推定された残留水の量に応じてさらなる残留水の除去が必要か否かを判定するため、残留水の除去の効果を、さらなる残留水の除去が必要か否かの判定にリアルタイムに反映することができる。この結果、燃料電池システム１０において、残留水の除去の処理効率を向上させることができる。
【００３４】
Ａ−３．残留水除去処理（変形１）：
本実施形態の燃料電池システム１０では、図２に示した残留水除去処理に代えて、図５に示す残留水除去処理を実行してもよい。図５の残留水除去処理では、ＰＣＵ１１１は、燃料電池２０の電圧変化率に代えて、燃料電池２０のガス流路の圧力損失の変化率（以降、単に「圧力損失変化率」とも呼ぶ。）に基づいて、残留水の量を推定する。
【００３５】
図５は、残留水除去処理（変形１）の手順を示すフローチャートである。本変形の残留水除去処理は、図２と同様、アノード流路１２４（図１）内に残留した残留水を除去するための処理であり、制御部１１０によって実行される。本変形の残留水除去処理は、任意のタイミングで実行することができる。
【００３６】
ステップＳ３０においてＰＣＵ１１１は、残留水除去処理において使用する変数ｎ（ｎは０以上の整数）に「０」をセットする。なお、変数ｎは、圧力損失変化率を計算するために使用される。
【００３７】
ステップＳ３２においてＰＣＵ１１１は、アノード側の脈動を開始する。詳細は図２のステップＳ１２と同様である。
【００３８】
ステップＳ３４においてＰＣＵ１１１は、燃料電池２０のアノード側流路における経時的な圧力損失（Ｐn、Ｐn+1）を取得する。アノード側流路における圧力損失（以降、「アノード圧損」とも呼ぶ。）とは、水素ガスが燃料電池２０のアノード流路１２４を通過する際に生じる圧力損失であり、水素供給部１２０に設けられている供給路側圧力計１２３の検出値と、排出路側圧力計１２５の検出値と、の差分によって表される。なお、ステップＳ３４においてＰＣＵ１１１は、ステップＳ３２における水素ガスの圧力増減の周期にあわせて、アノード圧損（Ｐn、Ｐn+1）を取得する。
【００３９】
ステップＳ３６においてＰＣＵ１１１は、ステップＳ３４で取得した経時的なアノード圧損を用いて、アノード側流路における圧力損失の変化率である、アノード圧力損失変化率（Ｐn−Ｐn+1／Ｐn）を計算する。
【００４０】
ステップＳ３８においてＰＣＵ１１１は、計算したアノード圧力損失変化率が所定の閾値βよりも小さいか否かを判定する（Ｐn−Ｐn+1／Ｐn＜β）。なお、所定の閾値βは任意に定めることができる。
【００４１】
アノード圧力損失変化率が所定の閾値β以上である場合（ステップＳ３８：ＮＯ）、ステップＳ４０においてＰＣＵ１１１は、ｎをカウントアップする。その後、ＰＣＵ１１１は、処理をステップＳ３４に遷移させ、アノード側の脈動を継続しつつ、ステップＳ３４〜Ｓ４０の処理を繰り返す。これにより、アノード圧力損失変化率が所定の閾値βより小さくなるまで、ＰＣＵ１１１はアノード側の脈動を継続して、アノード流路１２４内に停滞している残留水の除去を行うことができる。
【００４２】
アノード圧力損失変化率が所定の閾値βよりも小さい場合（ステップＳ３８：ＹＥＳ）、ＰＣＵ１１１は、処理をステップＳ４２へ遷移させる。ステップＳ４２においてＰＣＵ１１１は、インジェクタ１２１の開度と、水素ポンプ１２２の駆動力とを調整することで、アノード側の脈動を終了させる。その後、ＰＣＵ１１１は、処理を終了させる。
【００４３】
図６は、燃料電池２０のアノード圧力損失変化率と、残留水の除去の効果と、の関係について説明するための説明図である。図６では縦軸にアノード圧力損失（ｋＰａ）を、横軸に時間（ｓｅｃ）をとっている。図６の横軸は、図３と対応している。残留水除去処理（図５）のステップＳ３２においてアノード流路１２４内に停滞している残留水が除去されることに伴って、ＭＥＡに対する水素ガスの供給状態が良好となる。水素ガスの供給状態の向上に伴って、アノード圧損Ｐ（水素ガスが燃料電池２０のアノード流路１２４を通過する際に生じる圧力損失）は徐々に一定の値に近づく。従って、図５において初回に取得したアノード圧損Ｐ1と２回目に取得したアノード圧損Ｐ2との差分（Ｐ1−Ｐ2）よりも、２回目に取得したアノード圧損Ｐ2と３回目に取得したアノード圧損Ｐ3との差分（Ｐ2−Ｐ3）の方が小さくなる。
【００４４】
このため、ｎ回目のアノード圧損Ｐnと、ｎ＋１回目のアノード圧損Ｐn+1と、のアノード圧力損失変化率（Ｐn−Ｐn+1／Ｐn）が所定の閾値βより小さくなった場合、換言すれば、ｎ回目のアノード圧損と、ｎ＋１回目のアノード圧損と、の間の変化量が十分に少なくなった場合には、アノード流路１２４内に停滞している残留水の量は、さらなる残留水の除去を必要としない程度まで減少したと推定することができる。従って、ＰＣＵ１１１は、さらなる残留水の除去は不要であると判定し、残留水除去処理を終了させる（図５、ステップＳ４２）。一方、ｎ回目のアノード圧損Ｐnと、ｎ＋１回目のアノード圧損Ｐn+1と、のアノード圧力損失変化率（Ｐn−Ｐn+1／Ｐn）が所定の閾値β以上である場合、換言すれば、ｎ回目のアノード圧損と、ｎ＋１回目のアノード圧損と、の間の変化量が未だ大きい場合には、アノード流路１２４内には残留水が未だ一定量存在すると推定することができる。従って、ＰＣＵ１１１は、さらなる残留水の除去が必要であると判定し、図５のステップＳ３２の処理を継続する。
【００４５】
なお、本変形においても、アノード流路１２４に代えて、またはアノード流路１２４と共に、カソード側流路における圧力損失の変化率を用いてカソード流路１３４内に停滞している残留水の量を推定してもよく、カソード流路１３４内に停滞している残留水の除去を行っても良い。
【００４６】
以上のように、本変形の残留水除去処理によれば、制御部１１０（除去部）のＰＣＵ１１１は、残留水の除去中におけるガス流路（アノード流路１２４、カソード流路１３４）の圧力損失の変化率（Ｐn−Ｐn+1／Ｐn）に基づいて、残留水の除去中における残留水の量をリアルタイムに推定することができる。また、制御部１１０のＰＣＵ１１１は、推定された残留水の量に応じてさらなる残留水の除去が必要か否かを判定するため、残留水の除去の効果を、さらなる残留水の除去が必要か否かの判定にリアルタイムに反映することができる。この結果、燃料電池システム１０において、残留水の除去の処理効率を向上させることができる。
【００４７】
Ａ−４．残留水除去処理（変形２）：
本実施形態の燃料電池システム１０では、図２に示した残留水除去処理に代えて、図７に示す残留水除去処理を実行してもよい。図７の残留水除去処理では、ＰＣＵ１１１は、燃料電池２０の電圧変化率に代えて、燃料電池２０のガス流路の圧力損失の変化率（圧力損失変化率）に基づいて、残留水の量を推定する。
【００４８】
図７は、残留水除去処理（変形２）の手順を示すフローチャートである。図５に示した変形２との違いは、ステップＳ３６に代えてステップＳ５０を備える点と、ステップＳ３８に代えてステップＳ５２を備える点である。ステップＳ５０においてＰＣＵ１１１は、アノード圧力損失変化率を、ｎ回目のアノード圧損Ｐnと、ｎ＋１回目のアノード圧損Ｐn+1と、を用いて、（Ｐn+1／Ｐn）によって求める。また、ステップＳ５２においてＰＣＵ１１１は、アノード圧力損失変化率の求め方が異なることに伴って、所定の閾値βに代えて、所定の閾値γを用いて比較を実施する。その他の詳細は、図５に示した変形２と同様である。
【００４９】
以上のように、本変形の残留水除去処理によっても、図５に示した変形２と同様の効果を得ることができる。
【００５０】
Ｂ．変形例：
なお、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で種々の構成を採ることができる。例えば、ソフトウェアによって実現した機能は、ハードウェアによって実現するものとしてもよい。そのほか、以下のような変形が可能である。
【００５１】
・変形例１：
上記実施例では、燃料電池システムの構成について例示した。しかし、これらの構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲において任意に定めることができる。
【００５２】
例えば、燃料電池としては、種々のタイプの燃料電池を使用することができ、固体高分子型燃料電池に限られない。具体的には、例えば、熔融炭酸塩型燃料電池を使用してもよい。
【００５３】
例えば、水素供給部は、水素を圧縮して貯蔵するタンクから水素を供給する構成であるとしたが、例えば、水素を吸蔵する水素吸蔵合金から水素を供給する装置であっても良いし、天然ガス、メタノール、ガソリンなどの炭化水素系燃料を改質して水素を取り出す改質器から水素を供給する装置であっても良い。
【００５４】
・変形例２：
上記実施形態では、残留水除去処理の一例を示した。しかし、上記の残留水除去処理の手順はあくまで一例であり、種々の変形が可能である。例えば、一部のステップを省略してもよいし、更なる他のステップを追加してもよい。また、実行されるステップの順序を変更してもよい。
【００５５】
例えば、アノード側の脈動を開始する（図２のステップＳ１２、図５，７のステップＳ３２実行前）前に、残留水の量を推定（図２のステップＳ１８、図５のステップＳ３８、図７のステップＳ５２）してもよい。そうすれば、残留水を除去する必要が無い場合において、アノード側の脈動が開始されてしまうことを抑制することができ、残留水除去処理の効率をさらに向上させることができる。
【００５６】
例えば、図２のステップＳ１２、図５，７のステップＳ３２においては、アノード側の脈動（アノード流路に供給される水素ガスの圧力の増減、流量の増減、インジェクタ開度の増減）に代えて、他の方法を用いて、残留水の除去を実施してもよい。
【００５７】
・変形例３：
上記実施例では、燃料電池システムは、燃料電池で発電した電力を利用して走行する車両に搭載されるシステムであるものとしたが、他の態様を採用することもできる。例えば、燃料電池システムを、住宅や施設の電源として設置されるシステムに適用しても良いし、電気で作動する電気機械機器に電源として搭載されるシステムに適用しても良い。
【符号の説明】
【００５８】
１０…燃料電池システム
２０…燃料電池
１１０…制御部
１１２…電流計測部
１１３…電圧計測部
１２０…水素供給部
１２１…インジェクタ
１２２…水素ポンプ
１２３…供給路側圧力計
１２４…アノード流路
１２５…排出路側圧力計
１２６…シャット弁
１３０…酸素供給部
１３１…フローメーター
１３４…カソード流路
１３５…排出路側圧力計
１３６…調圧弁
１４０…冷却部
１４１…ラジエーター
１４２…ウォーターポンプ
１４３…水温計
ｎ…変数
ΔＶｎ…電圧変化
Ｐｎ…アノード圧損
【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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