(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソード側に供給される酸化剤ガス及びアノード側に供給される燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、
前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、
前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、
前記燃料電池の運転停止時に、外気温度が所定温度以下のとき、前記燃料電池の前記アノード内の前記燃料ガスの濃度を希釈する希釈処理をした後、前記アノード内に掃気ガスを導入して掃気する掃気装置と、
を備える燃料電池システムの制御方法であって、
前記燃料電池の運転停止指令を検出した際、前記燃料ガスの供給を停止する一方、通常発電時よりも酸素ストイキの低い低酸素ストイキにした酸化剤ガスを前記燃料電池に供給しながら前記燃料電池を発電させる停止時発電処理を実施したか否かを判断し、
前記停止時発電処理が実施されたと判断されたときには、前記停止時発電処理が実施されなかったと判断されたときに比較して、前記掃気装置により前記アノード内の前記燃料ガスを間欠的に希釈する前記希釈処理の時間を短くした
ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項２】
請求項１記載の燃料電池システムの制御方法において、
前記停止時発電処理後から前記掃気装置が作動するまでの経過時間が長いほど、前記希釈処理の時間が短く設定される
ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の燃料電池システムの制御方法において、
前記希釈処理は、前記カソードの掃気処理と併せて行われるようにした
ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項４】
カソード側に供給される酸化剤ガス及びアノード側に供給される燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、
前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、
前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、
前記燃料電池の運転停止時に、外気温度が所定温度以下のとき、前記燃料電池の前記アノード内の前記燃料ガスの濃度を希釈する希釈処理をした後、前記アノード内に掃気ガスを導入して掃気する掃気装置と、
を備える燃料電池システムの制御方法であって、
前記燃料電池の運転停止指令を検出した際、前記燃料ガスの供給を停止する一方、前記酸化剤ガスを前記燃料電池に供給しながら前記燃料電池を発電させる停止時発電処理を実施したか否かを前記燃料電池の発電を停止したときの前記アノードの圧力に基づいて判断し、
前記停止時発電処理が実施されたと判断されたときには、前記停止時発電処理が実施されなかったと判断されたときに比較して、前記掃気装置による前記希釈処理の時間を短くした
ことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項５】
カソード側に供給される酸化剤ガス及びアノード側に供給される燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、
前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、
前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、
前記燃料電池の運転停止時に、外気温度が所定温度以下のとき、前記燃料電池の前記アノード内の前記燃料ガスの濃度を希釈する希釈処理をした後、前記アノード内に掃気ガスを導入して掃気する掃気装置と、
を備える燃料電池システムの制御方法であって、
前記燃料電池の運転停止指令を検出した際、前記燃料ガスの供給を停止する一方、前記酸化剤ガスを前記燃料電池に供給しながら前記燃料電池を発電させる停止時発電処理を実施したか否かを前記燃料電池の発電停止指令を検出してから発電を停止したときまでの電流積算値に基づいて判断し、
前記停止時発電処理が実施されたと判断されたときには、前記停止時発電処理が実施されなかったと判断されたときに比較して、前記掃気装置による前記希釈処理の時間を短くした
ことを特徴とす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】
この発明は、酸化剤ガス及び燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池を備える燃料電池システムの制御方法に関し、特に、発電停止時又は停止後に、酸化剤ガス流路及び燃料ガス流路を空気等の掃気ガスにより掃気して、氷点下起動等の次回の低温時起動に備える燃料電池システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料ガス（主に水素を含有するガス、例えば、水素ガス）及び酸化剤ガス（主に酸素を含有するガス、例えば、空気）をアノード電極及びカソード電極に供給して電気化学的に反応させることにより、直流の電気エネルギを得るシステムである。このシステムは、定置用の他、車載用として燃料電池車両に組み込まれている。
【０００３】
例えば、固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の両側に、それぞれアノード電極及びカソード電極を設けた電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を、一対のセパレータによって挟持している。一方のセパレータと電解質膜・電極構造体との間には、アノード電極に燃料ガスを供給するための燃料ガス流路が形成されるとともに、他方のセパレータと前記電解質膜・電極構造体との間には、カソード電極に酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス流路が形成されている。
【０００４】
この燃料電池の停止時には、燃料ガス及び酸化剤ガスの供給が停止されるが、燃料ガス流路内に前記燃料ガスが残留する一方、酸化剤ガス流路内に前記酸化剤ガスが残留している。従って、特に燃料電池の停止期間が長くなると、燃料ガスや酸化剤ガスが電解質膜を透過し、前記燃料ガスと前記酸化剤ガスとが混在し反応して電解質膜・電極構造体が劣化するおそれがある。
【０００５】
そこで、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池システムでは、燃料電池の運転停止時に、アノード側への反応ガスの供給を遮断するとともに、カソード側への反応ガスの供給を遮断する。さらに、アノード側排ガスをアノード側循環ラインを経由して上流側に循環させるとともに、カソード側排ガスをカソード循環ラインを介して上流側に循環させ、燃料電池内の電気化学反応を継続させることで発電させ、発電出力をバッテリに充電する。このようにして、アノード側排ガスの水素を消費させるとともに、カソード側排ガス中の酸素を消費して窒素ガスをタンクに蓄積し、タンクに蓄積した窒素ガスにより燃料電池のアノード内及びカソード内をガス置換している。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に係る燃料電池システムは、カソード循環ラインや、窒素ガスを蓄積するタンク、並びに前記窒素ガスをアノード側に供給するライン等が必要となり、燃料電池システムとしての構造が複雑かつ高価になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２２４８７号公報（図１、［００２９］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、燃料電池システムの運転中に、外気温が氷点下であることが検出された場合、又は氷点下になりそうなことが検出された場合、ソーク中の氷結を防止するために、運転を停止する際には、燃料電池のカソード側及びアノード側に停留する水等の液滴を前記燃料電池から圧縮空気等の掃気ガスにより飛ばす（掃気するという。）掃気処理を実施する必要がある。
【０００９】
掃気処理を実施する際、アノード側を掃気ガスにより掃気する前に、アノード側のパージ弁を開弁して水素ガスを車外等に放出するが、水素濃度を希釈して（水素濃度を所定値未満として）放出する必要があるためパージ弁を間欠的に開弁するとともに、パージ弁に連通する希釈ボックスで前記水素ガスと圧縮空気等の掃気ガス（希釈ガスとして作用する。）と、を混合させた上で車外等に放出している。
【００１０】
一方、燃料電池の発電効率の向上のためには、燃料電池の発電に直接寄与しない掃気ガスの生成時間が短いほど好ましい。掃気ガスを生成するためには、エアコンプレッサ等の駆動が必要となり、その分、発電停止後に蓄電装置等のエネルギを損失するからである。
【００１１】
この発明は上記の課題を考慮してなされたものであり、燃料電池システムの発電停止後のエネルギの消費を低減することを可能とする燃料電池システムの制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明は、カソード側に供給される酸化剤ガス及びアノード側に供給される燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、前記燃料電池に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、前記燃料電池の運転停止時に、外気温度が所定温度以下のとき、前記燃料電池の前記アノード内の前記燃料ガスの濃度を希釈する希釈処理をした後、前記アノード内に掃気ガスを導入して掃気する掃気装置と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、下記の特徴（１）〜（５）を備える。
【００１３】
（１）前記燃料電池の運転停止指令を検出した際、前記燃料ガスの供給を停止する一方、前記酸化剤ガスを前記燃料電池に供給しながら前記燃料電池を発電させる停止時発電処理を実施したか否かを判断し、前記停止時発電処理が実施されたと判断されたときには、前記停止時発電処理が実施されなかったと判断されたときに比較して、前記掃気装置による前記希釈処理の時間（希釈時間）を短くしたことを特徴とする。
【００１４】
（２）前記停止時発電処理後から前記掃気装置が作動するまでの経過時間が長いほど、前記希釈処理の時間が短く設定されることを特徴とする。
【００１５】
上記の特徴（１）、（２）を有する発明では、停止時発電処理を実施した場合、燃料ガスの水素濃度が低下する。したがって、掃気装置によるアノード側の水素希釈処理（排出水素濃度を所定値未満として排出するための希釈処理）で使用される掃気ガス（希釈ガス）の量をあまり多く必要としない。よって、前記停止時発電処理が実施されたと判断したときには、前記停止時発電処理が実施されなかったと判断したときに比較して、前記掃気装置による前記希釈処理の時間を短くすることで、燃料電池システムの発電停止後の掃気ガスの生成時間を短縮することができる。掃気ガスの生成には、掃気装置を駆動する必要があるので、その駆動時間が短くでき、燃料電池システムの発電停止後の消費エネルギを低減することができる。
【００１６】
停止時発電処理を停止させた後は、カソード側の酸素濃度が低い状態となっているため、酸素がアノードへ透過する量が少なく、アノード側の水素濃度の低下は緩やかにはなるが低下するので、前記希釈時間を短く設定することができる。
【００１７】
希釈時間を短くすることにより、カソード側の乾燥を抑制することができ、カソード側の乾燥を抑制できれば次回起動時にＩＶ（電流電圧）特性の低下が発生しないために、燃費と動力性能が向上する。なお、カソード側が乾燥しすぎると反応が促進されなくなり燃料電池からの単位電流取り出し量当たりのセル電圧の低下（ＩＶ特性の低下）を招くことが知られている。
【００１８】
停止時発電処理後にアノード側の掃気を行う場合には、アノード側の水素量が減った状態からの掃気となり、掃気を原因とする酸素と水素の反応により発生する電解質膜・電極構造体の劣化を、停止時発電処理をしなかった場合と比べて低減することができる。
【００１９】
（３）前記希釈処理は、前記カソードの掃気処理と併せて行われるようにしたことを特徴とする。
【００２０】
希釈ガスとしての掃気ガスは、小量でよいため、カソードの掃気処理と同時に行うことが可能であり、燃料電池システムの運転停止後｛運転停止スイッチ（イグニッションスイッチ）のオフ後｝の該燃料電池システムの作動時間を短くすることができる。このため、ユーザに与える違和感（運転停止後の掃気のための作動による違和感）を少なくでき、商品性が向上する。
【００２１】
なお、前記燃料電池の運転停止時に、外気温度が所定温度以下のとき、前記燃料電池の前記アノード内の前記燃料ガスの濃度を希釈する希釈処理をした後、前記アノード内に掃気ガスを導入して掃気する処理は、低温時の氷結防止のためにアノード内から水分を吹き飛ばす処理である点に留意する。
【００２２】
（４）前記停止時発電処理の実施の有無の判断は、前記燃料電池の発電を停止したときのアノードの圧力に基づいて判断することを特徴とする。
【００２３】
（５）前記停止時発電処理の実施の有無の判断は、前記燃料電池の発電停止指令を検出してから発電を停止したときまでの電流積算値に基づいて判断することを特徴とする。
【００２４】
上記の特徴（４）、（５）を有する発明では、停止時発電処理を実施したか否かの判断の仕方を定めている。実施したときには、窒素がカソード側配管後部まで行き渡るため、長時間カソードの酸素濃度が０［％］になるので、カソードの酸素濃度が低下していることで把握することができるが、燃料電池システムには、カソード酸素センサが配設されていない場合が多いので、燃料ガスの供給が停止されている停止時発電処理により圧力が低下するアノード圧力を、通常配設されているアノード圧力センサで検出することで停止時発電処理の実施の有無を判断することができ、また、通常算出している電流積算値に基づいて停止時発電処理の実施の有無を判断することができる。このようにすれば、停止時発電処理の実施の有無を、新たなコストをかけることなく判断することができる。
【００２５】
この場合、停止時発電処理（低酸素ストイキ発電）の実施有りとは、前記アノード圧力又は電流積算値による判断が成立したときであり、これらの判断が成立しない停止時発電処理途中での中断は、実施有りとは言わない。実際上、イグニッションスイッチのオフ時点から、停止時発電処理を行うか否か、停止時発電処理中であっても途中で中断すべきか否かの判断がなされている。
【発明の効果】
【００２６】
この発明では、燃料電池システムの運転中に、外気温が所定温度以下のとき、あるいは所定温度以下の温度になりそうなとき、燃料電池システムの発電停止後に、アノード側を掃気ガスにより掃気する掃気処理（アノード掃気処理という。）を実施する場合、燃料ガスの供給を停止する一方、酸化剤ガスを燃料電池に供給しながら前記燃料電池を発電させる停止時発電処理を実施したか否かを判断し、実施されたと判断されたときには、前記停止時発電処理が実施されなかったと判断されたときに比較して、掃気装置によるアノード内の燃料ガスの濃度を希釈する希釈処理の時間（希釈時間）を短くしたので、その分、燃料電池システムのエネルギ損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明の実施形態に係る制御方法が実施される燃料電池システムの概略構成図である。
【図２】前記燃料電池システムを構成する回路説明図である。
【図３】前記制御方法を説明するタイミングチャートである。
【図４】前記燃料電池システムの水素ガス系容積部及び空気系容積部の説明図である。
【図５】ソーク時間に対する低酸素ストイキ発電の実施の有無に対応するアノード圧力の特性説明図である。
【図６】運転停止後に行われるアノード掃気処理のタイミングの説明図である。
【図７】運転停止直後に行われるアノード掃気処理の説明に供されるフローチャートである。
【図８】運転停止後のソーク期間中に行われるアノード掃気処理の説明に供されるフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１に示すように、この発明の実施形態に係る制御方法が実施される燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１２と、燃料電池スタック１２に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置１４と、燃料電池スタック１２に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置１６と、燃料電池スタック１２に掃気ガスを導入する掃気装置１５と、燃料電池スタック１２に接続自由なバッテリ（蓄電装置）１７と、燃料電池システム１０全体の制御を行うコントローラ（制御装置、制御部）１８とを備える。
【００２９】
コントローラ１８は、マイクロコンピュータを含む計算機であり、ＣＰＵ（中央処理装置）、メモリであるＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭも含む。）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、その他、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器等の入出力装置、時計、計時部としてのタイマ１９等を有しており、ＣＰＵがＲＯＭに記録されているプログラムを読み出し実行することで各種機能実現部（機能実現手段）、たとえば制御部、演算部、及び処理部等として機能する。
【００３０】
燃料電池システム１０は、燃料電池自動車等の燃料電池車両に搭載される。バッテリ１７は、燃料電池車両を通常走行可能であり、例えば、２０Ａ、〜５００Ｖ程度であるとともに、後述する１２Ｖ電源９８よりも高電圧且つ高電力容量である。
【００３１】
燃料電池スタック１２は、複数の燃料電池（セル又はセルペアともいう。）２０を積層して構成される。各燃料電池２０は、例えば、パーフルオロスルホン酸の薄膜に水が含浸された固体高分子電解質膜２２をカソード電極２４とアノード電極２６とで挟持した電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）２８を備える。
【００３２】
カソード電極２４及びアノード電極２６は、カーボンペーパ等からなるガス拡散層と、白金合金（又はＲｕ等）が表面に担持された多孔質カーボン粒子が前記ガス拡散層の表面に一様に塗布されて形成された電極触媒層とを有する。電極触媒層は、固体高分子電解質膜２２の両面に形成される。
【００３３】
電解質膜・電極構造体２８をカソード側セパレータ３０及びアノード側セパレータ３２で挟持する。カソード側セパレータ３０及びアノード側セパレータ３２は、例えば、カーボンセパレータ又は金属セパレータで構成される。
【００３４】
カソード側セパレータ３０と電解質膜・電極構造体２８との間には、酸化剤ガス流路３４が設けられるとともに、アノード側セパレータ３２と前記電解質膜・電極構造体２８との間には、燃料ガス流路３６が設けられる。
【００３５】
燃料電池スタック１２には、各燃料電池２０の積層方向に互いに連通して、酸化剤ガス、例えば、酸素含有ガス（以下、空気ともいう。）を供給する酸化剤ガス入口連通孔３８ａ、燃料ガス、例えば、水素含有ガス（以下、水素ガスともいう）を供給する燃料ガス入口連通孔４０ａ、冷却媒体を供給する冷却媒体入口連通孔（図示せず）、前記酸化剤ガスを排出する酸化剤ガス出口連通孔３８ｂ、前記燃料ガスを排出する燃料ガス出口連通孔４０ｂ、及び前記冷却媒体を排出する冷却媒体出口連通孔（図示せず）が設けられる。
【００３６】
酸化剤ガス供給装置１４は、大気からの空気を圧縮して供給するエアポンプ５０を備え、前記エアポンプ５０が空気供給流路５２に配設される。空気供給流路５２には、供給ガスと排出ガスとの間で水分と熱を交換する加湿器５４が配設される。空気供給流路５２は、燃料電池スタック１２の酸化剤ガス入口連通孔３８ａに連通する。
【００３７】
酸化剤ガス供給装置１４は、酸化剤ガス出口連通孔３８ｂに連通する空気排出流路５６を備える。空気排出流路５６は、加湿器５４の加湿媒体通路（図示せず）に連通するとともに、この空気排出流路５６には、エアポンプ５０から空気供給流路５２を通って燃料電池スタック１２に供給される空気の圧力を調整するためのバタフライ弁等の開度調整可能な背圧制御弁（単に、背圧弁ともいう。）５８が設けられる。背圧制御弁５８は、ノーマルクローズ型（通電されない時に閉じられる）制御弁により構成されることが好ましい。空気排出流路５６は、希釈ボックス６０に連通する。
【００３８】
掃気装置１５は、大気からの空気を圧縮して供給する前記エアポンプ５０、空気供給流路５２、及び空気排出流路５６を酸化剤ガス供給装置１４と共有し、さらに、エゼクタ６６の下流側の水素供給流路６４と空気供給流路５２との間に配設された空気導入流路５３と、この空気導入流路５３に設けられた空気導入弁５５と、を備える。
【００３９】
空気導入弁５５は、エアポンプ５０から空気供給流路５２及び空気導入流路５３を介し、燃料ガス入口連通孔４０ａを通じて燃料ガス流路３６に圧縮空気を導入するための、いわゆるアノード側空気掃気処理時等に開放される開閉弁である。なお、アノード側空気掃気処理は、水滴を吹き飛ばせる大きな風量とされる点でアノード側空気置換処理と異なり、アノード側の燃料ガスを空気にガス置換する点でアノード側空気置換処理と共通する。
【００４０】
燃料ガス供給装置１６は、高圧水素を貯留し開閉弁であるインタンク電磁弁６３が一体的に設けられた水素タンク６２を備え、この水素タンク６２は、水素供給流路６４を介して燃料電池スタック１２の燃料ガス入口連通孔４０ａに連通する。
【００４１】
この水素供給流路６４には、開閉弁である遮断弁６５及びエゼクタ６６が設けられる。エゼクタ６６は、水素タンク６２から供給される水素ガスを、水素供給流路６４を通って燃料電池スタック１２に供給するとともに、燃料電池スタック１２で使用されなかった未使用の水素ガスを含む排ガスを、水素循環路６８から吸引して、再度、前記燃料電池スタック１２に燃料ガスとして供給する。
【００４２】
燃料ガス出口連通孔４０ｂには、オフガス流路７０が連通する。オフガス流路７０の途上には、水素循環路６８が連通するとともに、オフガス流路７０には、パージ弁７２を介して希釈ボックス６０が接続される。希釈ボックス６０の排出口側には、排出流路７４が接続される。なお、排出流路７４には、図示しない貯蔵バッファが配設され、この貯蔵バッファには、大気に連通する排気流路が接続される。
【００４３】
コントローラ１８は、各種制御処理を実行するために、水素供給流路６４に設けられたアノード圧力Ｐａを検出する圧力センサ１０２、酸化剤ガス出口連通孔３８ｂの近傍に設けられたカソード圧力Ｐｋを検出する圧力センサ１０３、燃料ガス出口連通孔４０ｂの近傍に設けられた水素温度Ｔｈを検出する温度センサ１０４、車両の外気温Ｔｅを検出する外気温センサ１０５、図示しない冷却媒体入口連通孔に設けられた冷媒温度Ｔｃを検出する温度センサ１０６、各燃料電池２０の電圧（セル電圧又はセルペア電圧という。）Ｖｃを検出する電圧センサ１０８、及び燃料電池スタック１２から流れ出る電流の電流値Ｉｏを検出する電流センサ１１０の各信号を取り込み、後述するＦＣコンタクタ８６のオン（閉）オフ（開）、遮断弁６５等の弁の開閉及び開度制御、及びエアポンプ５０の流量（風量）の調整等のアクチュエータの制御等を行う。
【００４４】
図２に示すように、燃料電池スタック１２には、主電力線８０の一端が接続されるとともに、前記主電力線８０の他端がインバータ８２に接続される。インバータ８２には、三相の車両走行用の駆動モータ８４が接続される。なお、主電力線８０は、実質的には、２本用いられているが、説明の簡素化を図るために、１本の前記主電力線８０で記載する。以下に説明する他のラインにおいても、同様である。
【００４５】
主電力線８０には、ＦＣコンタクタ（主電源開閉器、燃料電池スタック開閉器）８６が配設されるとともに、エアポンプ５０が接続される。主電力線８０には、電力線８８の一端が接続され、電力線８８には、ＤＣ／ＤＣコンバータ９０及びバッテリコンタクタ（蓄電装置開閉器）９２を介してバッテリ１７が接続される。電力線８８には、分岐電力線９４が設けられ、分岐電力線９４には、ダウンバータ（ＤＣ／ＤＣコンバータ）９６を介して１２Ｖ電源９８が接続される。なお、１２Ｖ電源９８は、バッテリ１７よりも低い電圧であればよく、１２Ｖに限定されるものではない。
【００４６】
このように構成される燃料電池システム１０の動作について、以下に説明する。
【００４７】
先ず、燃料電池システム１０の通常運転時（通常発電時、又は通常発電処理時ともいう。）には、酸化剤ガス供給装置１４を構成するエアポンプ５０を介して、空気供給流路５２に空気が送られる。この空気は、加湿器５４を通って加湿された後、燃料電池スタック１２の酸化剤ガス入口連通孔３８ａに供給される。この空気は、燃料電池スタック１２内の各燃料電池２０に設けられている酸化剤ガス流路３４に沿って移動することにより、カソード電極２４に供給される。
【００４８】
使用済みの空気は、酸化剤ガス出口連通孔３８ｂから空気排出流路５６に排出され、加湿器５４に送られることによって新たに供給される空気を加湿した後、背圧制御弁５８を介して希釈ボックス６０に導入される。
【００４９】
一方、燃料ガス供給装置１６では、インタンク電磁弁６３及び遮断弁６５が開放されることにより、水素タンク６２から減圧制御弁（図示せず）により減圧された後、水素供給流路６４に水素ガスが供給される。この水素ガスは、水素供給流路６４を通って燃料電池スタック１２の燃料ガス入口連通孔４０ａに供給される。燃料電池スタック１２内に供給された水素ガスは、各燃料電池２０の燃料ガス流路３６に沿って移動することにより、アノード電極２６に供給される。
【００５０】
使用済みの水素ガスは、燃料ガス出口連通孔４０ｂから水素循環路６８を介してエゼクタ６６に吸引され、燃料ガスとして、再度、燃料電池スタック１２に供給される。従って、カソード電極２４に供給される空気とアノード電極２６に供給される水素ガスとが電気化学的に反応して発電が行われる。
【００５１】
一方、水素循環路６８を循環する水素ガスには、不純物が混在し易い。このため、不純物を混在する水素ガスは、パージ弁７２が開放されることによって希釈ボックス６０に導入される。この水素ガスは、希釈ボックス６０内で空気オフガスと混合されることにより水素濃度が低下（希釈）された後、貯蔵バッファ（図示せず）に排出される。
【００５２】
通常発電中には、掃気装置１５は作動させず、空気導入弁５５は、閉じた状態に保持される。空気導入弁５５は、ノーマルクローズ型（通電されない時に閉じられる）の開閉弁であることが好ましい。
【００５３】
次に、まず、［燃料電池システム１０の停止時発電処理］について説明し、次いで、運転停止後のアノード掃気処理について、［第１実施例］として、運転停止（ＦＣコンタクタ８６のオフ）直後にアノード掃気処理を実施する場合と、［第２実施例］として、運転停止（ＦＣコンタクタ８６のオフ）後、ソーク時間経過後に実施する場合とに分けて説明する。なお、停止時発電処理は、ディスチャージ処理、低酸素ストイキ発電処理、Ｏ２リーン処理、又はＯ２リーン発電処理ともいう。
【００５４】
第１実施例によるアノード掃気処理が実施される場合は、燃料電池システム１０の通常発電中、又は前記停止時発電処理中に、外気温センサ１０５により連続的（実際には所定時間毎に間欠的）に検出されている外気温Ｔｅが、氷点下の温度になったとき、あるいは氷点下の温度になる傾向が予測されたときである。
【００５５】
また、第２実施例によるアノード掃気処理が実施される場合は、外気温センサ１０５により連続的（実際には所定時間毎に間欠的）に検出されている外気温Ｔｅが、前記通常発電中、又は前記停止時発電処理中には、氷点下の温度にならず、かつ氷点下の温度になる傾向も予測されなかったが、運転停止（ＦＣコンタクタ８６のオフ）後、ソーク中に、氷点下の温度になったとき、あるいは氷点下の温度になる傾向が予測されたときである。
【００５６】
［燃料電池システム１０の停止時発電処理の説明］
まず、燃料電池システム１０の停止時発電処理について、図３のタイミングチャートに沿って説明する。
【００５７】
図示しない燃料電池自動車に搭載された燃料電池システム１０は、上記のように、通常発電運転を行うことにより、所望の走行が行われている。そして、図示しないイグニッションスイッチがオフされると、コントローラ１８は、これを運転停止指令として検出し（図３中、時点ｔ１）、燃料電池システム１０の運転停止処理を開始する。
【００５８】
先ず、後述するディスチャージ処理（停止時発電処理）後に、燃料電池スタック１２内の燃料ガス圧力（アノード圧力Ｐａ）が設定圧力に維持されるように、水素ガス（燃料ガス）の供給圧力が、予め、設定される。具体的には、図４に示すように、水素ガスが充填されて閉じられる水素ガス系容積部２００は、燃料電池スタック１２内の燃料ガス流路３６、燃料ガス入口連通孔４０ａ及び燃料ガス出口連通孔４０ｂと、水素供給流路６４のエゼクタ６６よりも下流領域と、水素循環路６８と、オフガス流路７０のパージ弁７２よりも上流領域とにより構成される。
【００５９】
空気雰囲気を不活性なガスである窒素雰囲気に置換したい空気系容積部２０２は、燃料電池スタック１２内の酸化剤ガス流路３４、酸化剤ガス入口連通孔３８ａ及び酸化剤ガス出口連通孔３８ｂと、空気供給流路５２と、空気排出流路５６と、加湿器５４と、希釈ボックス６０と、図示しない貯蔵バッファとにより構成される。
【００６０】
ディスチャージ処理時には、空気は、酸素ストイキを、通常発電時の酸素ストイキよりも低い低酸素ストイキで供給する。具体的には、低酸素ストイキは、値１前後に設定される。なお、酸素ストイキは、通常発電時には、１．２〜１．８の間に収まることが好ましい。一方、ディスチャージ処理時に、水素ガスは、供給が停止される。
【００６１】
このため、空気系容積部２０２における燃料電池スタック１２で窒素雰囲気にしたい残存酸素のモル数ｎＯ２（Ｏ２は正しくはＯ2と表記される。）及びエアポンプ５０により供給される低酸素ストイキにより窒素雰囲気にしたい加湿器５４、希釈ボックス６０及び貯蔵バッファの酸素のモル数ｎ´Ｏ２と、水素ガス系容積部２００における残存水素のモル数ｎＨ２（Ｈ２は正しくはＨ2と表記される。）とは、２（ｎＯ２＋ｎ´Ｏ２）＝ｎＨ２の関係を有する状態に設定される。なお、上述したように、水素Ｈ２は水素Ｈ2を意味し、酸素Ｏ２は酸素Ｏ2を意味している。
【００６２】
そして、設定された残存水素のモル数ｎＨ２から、ｎ（モル数）＝Ｐ（圧力）×Ｖ（体積）／Ｒ（気体常数）×Ｔ（絶対温度）の式を用いて、水素ガスの供給圧力（アノード圧力）Ｐａ１が算出される（図３参照）。但し、アノード圧力Ｐａ１は、ディスチャージ完了時に、一定圧力Ｐａ２以上に維持されるように設定される。一定圧力Ｐａ２は、水素の不足や過剰が発生しない程度の圧力である。
【００６３】
ここで、空気系容積部２０２の容量＞＞水素ガス系容積部２００の容量の関係を有する場合には、前記水素ガス系容積部２００の容量を増加させるために、アノード圧力Ｐａ１まで増圧させる方法、又は不足する水素の供給を行う方法を採用することができる。
【００６４】
一方、水素ガス系容積部２００の容量＞＞空気系容積部２０２の容量の関係を有する場合には、前記水素ガス系容積部２００の容量を減少させるために、アノード圧力Ｐａ１まで減圧させる方法が採用される。
【００６５】
図３に示すように、イグニッションスイッチ（運転スイッチ）がオフにされると（時点ｔ１）、インタンク電磁弁６３及び遮断弁６５の開放作用下に燃料電池スタック１２に水素ガスが供給され、燃料電池スタック１２内の圧力がアノード圧力Ｐａ１まで上昇する（時点ｔ１〜ｔ２：昇圧処理）。このアノード圧力Ｐａ１は、上記の計算式より算出される。
【００６６】
昇圧処理が終了すると（時点ｔ２）、インタンク電磁弁６３が閉じられ、インタンク電磁弁６３の故障検知処理に移行する。この故障検知処理では、インタンク電磁弁６３の直下流の圧力変化の有無により故障検知が行われる。圧力が低下した場合には、インタンク電磁弁６３が正常とされる。すなわち、正常に閉弁されたと判断する。
【００６７】
インタンク電磁弁６３の故障検知処理が終了すると（時点ｔ３）と、カソード掃気処理が行われる。このカソード掃気処理では、カソード側の水滴を含む液滴等を吹き飛ばすための空気による（酸化剤ガス供給装置１４による）掃気処理が行われる。この際、高回転数［ｒｐｍ］に設定されるエアポンプ５０を駆動するのに不足する電力は補充される（時点ｔ４〜ｔ５）。
【００６８】
カソード掃気処理後には、背圧制御弁５８の開度制御が一旦停止されて開放されることで大気に連通し、カソード圧力ＰｋがＰｋ＝０［ｋＰａｇ：ｇはゲージ圧を意味する。］にされる状態が作られる（時点ｔ６〜ｔ７）。さらに、カソード掃気処理終了時点（時点ｔ６）で、酸化剤ガス供給装置１４を構成するエアポンプ５０は、通常運転時に比べて相当に回転数が減速され、酸化剤ガス中の酸素ストイキを、通常発電時の酸素ストイキよりも低い低酸素ストイキで供給する。具体的には、低酸素ストイキは、１前後に設定される。そして、圧力センサ１０３の学習処理（０点補正）がなされる。
【００６９】
その後、時点ｔ７〜ｔ８において、背圧制御弁５８の開度を調整することで、圧力センサ１０３により検出されるカソード圧力Ｐｋが、低酸素ストイキに対応する所定の低圧力Ｐｋ１とされ、さらに、その低圧力Ｐｋ１での背圧制御弁５８の学習処理がなされる（時点ｔ７〜ｔ８）。以降、エアポンプ５０のオフ（時点ｔ９）まで、低圧力Ｐｋ１とされる。
【００７０】
一方、燃料電池スタック１２は、発電が継続されている（時点ｔ１〜ｔ８）。
【００７１】
背圧制御弁５８の学習処理（時点ｔ７〜ｔ８）後の低酸素ストイキ発電処理（Ｏ２リーン発電処理、単にＯ２リーン処理ともいう。時点ｔ８〜ｔ９）では、燃料電池スタック１２から取り出される電流（ＦＣ電流）は、固体高分子電解質膜２２を透過してアノード側からカソード側に燃料ガスである水素ガスが移動することを阻止する値に設定される。その際、図２において、ＦＣコンタクタ８６及びバッテリコンタクタ９２がオンされており、燃料電池スタック１２の発電時に得られる電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ９０により電圧を降圧させた後、バッテリ１７に充電される。
【００７２】
上記のように、燃料電池スタック１２では、低酸素ストイキの空気が供給される一方、遮断弁６５の閉塞（時点ｔ３）により水素ガスの供給が停止した状態で、発電が行われている。パージ弁７２も閉じられている。そして、燃料電池スタック１２による発電電力は、バッテリ１７に供給されることにより、ディスチャージ｛図３中、ＤＣＨＧ（Ｏ２リーン処理）｝されている。従って、燃料電池スタック１２の発電電圧が所定の電圧、すなわち、バッテリ１７に供給不能な電圧（バッテリ１７の電圧とほぼ同じ電圧）まで低下すると、エアポンプ５０にのみ発電電力が供給される。
【００７３】
これにより、燃料電池スタック１２内では、Ｏ２リーン処理（時点ｔ８〜ｔ９）アノード側の水素濃度が低下する一方、カソード側の酸素濃度が低下していく。そこで、例えば、アノード側の水素圧力（アノード圧力Ｐａ）が所定の圧力Ｐａ２以下となった際に、エアポンプ５０がオフされるとともに、バッテリコンタクタ９２がオフされる（時点ｔ９）。
【００７４】
このため、燃料電池スタック１２は、内部に残存する水素ガスと空気とにより発電される（時点ｔ９〜ｔ１０）。この燃料電池スタック１２の発電により発生する電力は、ダウンバータ９６を介して降圧された後、１２Ｖ電源９８に充電（図３中、Ｄ／Ｖ  ＤＣＨＧ）されるとともに、必要に応じて図示しないラジエータファン等に電力が供給される。さらに、燃料電池スタック１２の発電電圧が、ダウンバータ９６の作動限界電圧の近傍まで低下すると、ＦＣコンタクタ８６がオフされる（時点ｔ１０）。これにより燃料電池システム１０は、運転停止状態、いわゆるソーク状態となる。
【００７５】
上述したように、イグニッションスイッチがオフされると（時点ｔ１）、水素ガスの供給を停止する前に、燃料電池スタック１２内のアノード圧力Ｐａがアノード圧力Ｐａ１まで上昇された後（時点ｔ２）、背圧制御弁５８、エアポンプ５０、インタンク電磁弁６３及び遮断弁６５が操作されている。従って、燃料電池スタック１２では、この燃料電池スタック１２内に残存する水素ガスと低酸素ストイキの空気とにより発電が行われ、発電電力がバッテリ１７に供給されてディスチャージされている（時点ｔ２〜ｔ９）。
【００７６】
これにより、燃料電池スタック１２内のアノード側では、水素濃度が減少するとともに、カソード側では、酸素濃度が減少して窒素濃度が上昇している。このため、カソード側には、排ガスとして高濃度の窒素ガスが発生し、前記窒素ガスが希釈ボックス６０に供給される。
【００７７】
従って、図４に示す燃料電池スタック１２を含む空気系容積部２０２内には、不活性なガスである窒素ガスを満たすことができる。
【００７８】
その上、水素ガスの供給を停止する前に、燃料電池スタック１２に供給される水素ガスの供給圧力を、アノード圧力Ｐａ１まで上昇させている（時点ｔ２）。このため、燃料電池スタック１２内に適正な量の水素が充填された状態で、低酸素ストイキによる発電（Ｏ２リーン処理）が良好に遂行され、ディスチャージ完了後に、燃料電池スタック１２内に過剰な水素ガスが残存したり、水素ガス不足が発生したりすることを、確実に阻止することができるという効果が得られる。
【００７９】
さらに、エアポンプ５０を停止することにより（時点ｔ９）、空気の供給を停止した状態で、すなわち、燃料電池スタック１２内に残存する水素及び酸素のみで、前記燃料電池スタック１２が発電されている（図３中、Ｄ/Ｖ  ＤＣＨＧ）。
【００８０】
このため、エアポンプ５０を介して空気の供給を行いながら、燃料電池スタック１２の発電を行った場合、システム内の窒素置換範囲が、燃料電池スタック１２内に止まるのに対し、エアポンプ５０を停止した後、燃料電池スタック１２の発電を行うと、燃料電池スタック１２の入口側まで窒素ガスによる置換範囲が拡大される。これにより、燃料電池システム１０のカソード側は、比較的長期間にわたって停止されても、燃料電池２０の劣化を可及的に阻止することができるという利点がある。
【００８１】
図５に示す実線のアノード圧力特性１５０は、停止時低酸素ストイキ発電（Ｏ２リーン発電）を実施した場合のアノード圧力Ｐａの低下特性を示し、点線のアノード圧力特性１５２は、停止時低酸素ストイキ発電（Ｏ２リーン発電）を実施しなかった場合｛イグニッションオフの時点（時点ｔ１）でＦＣコンタクタ８６をオフにした場合｝のアノード圧力Ｐａの低下特性を示している。
【００８２】
遮断弁６５及びパージ弁７２が閉じられている停止時低酸素ストイキ発電（Ｏ２リーン発電）処理を実施すると、発電により水素が消費されるので、アノード圧力Ｐａが急激に低下し、ＦＣコンタクタ８６をオフ状態とする発電停止時点（時点ｔ１０）においては、閾値圧力Ｐａｔｈ以下の圧力まで低下する。
【００８３】
その一方、停止時低酸素ストイキ発電（Ｏ２リーン発電）を実施しなかった場合、発電が行われず、アノード圧力Ｐａは、燃料ガス（水素）の拡散等により低下するのみであるので、閾値圧力Ｐａｔｈを下回る圧力となることはない。
【００８４】
閾値圧力Ｐａｔｈは、低酸素ストイキ発電（Ｏ２リーン発電）を行うと、アノード圧力Ｐａがこの閾値圧力Ｐａｔｈを下回り、低酸素ストイキ発電（Ｏ２リーン発電）を行わない場合には、アノード圧力Ｐａがこの閾値圧力Ｐａｔｈを下回らないことを予めシミュレーション及び／又は実験等により確認してある値である。
【００８５】
その図５において、ＦＣコンタクタ８６がオフとなった時点（時点ｔ１０）以降、低酸素ストイキ発電（Ｏ２リーン発電）を行ったアノード圧力特性１５０では、アノード圧力Ｐａが緩やかに低下しかつ水素量が少なくなっているので、アノード側の水素濃度Ｄｐは、ソーク時間（第１ソーク時間ともいう。）Ｔｓａの経過時点（ｔ１１）で、外気に放出するのに、水素希釈を行う必要のない低濃度、例えば２［％］程度以下の濃度に達する。
【００８６】
その一方、ＦＣコンタクタ８６がオフとなった時点（時点ｔ１０）以降、低酸素ストイキ発電（Ｏ２リーン発電）を行っていないアノード圧力特性１５２では、アノード圧力Ｐａの低下速度は比較的に速いが、そもそも、ＦＣコンタクタ８６がオフとなった時点（時点ｔ１０）での圧力が大きいため、水素希釈を行う必要のない低濃度である水素濃度Ｄｐに達するまでのソーク時間（第２ソーク時間ともいう。）Ｔｓｂ（時点ｔ１２−ｔ１０）が、第１ソーク時間Ｔｓａに比較して相当に長くなる（Ｔｓｂ＞＞Ｔｓａ）点に留意する。
【００８７】
［第１実施例：運転停止（ＦＣコンタクタ８６のオフ）直後に実施するアノード掃気処理の説明］
燃料電池システム１０の通常発電中（図３の時点ｔ１まで）、又は前記停止時発電処理中（狭義には、時点ｔ８〜ｔ９であるが、広義には、時点ｔ１〜ｔ１０）に、外気温センサ１０５により連続的（実際には所定時間毎に間欠的）に検出されている外気温Ｔｅが、氷点下の温度になったとき、あるいは氷点下の温度になる傾向がコントローラ１８により予測されたときには、運転停止（ＦＣコンタクタ８６のオフ）直後に、図６のタイミングチャート及び図７のフローチャートに基づく第１実施例に係るアノード掃気処理が実施される。
【００８８】
この第１実施例に係るアノード掃気処理では、運転停止（ＦＣコンタクタ８６のオフ）直後に（時点ｔ１０）、水素希釈処理が開始されるとともに、カソード掃気処理が実施される。すなわち、背圧制御弁５８が開かれ、エアポンプ５０が駆動されるとともに空気導入弁５５が開かれる（時点ｔ１０）。
【００８９】
そして、この状態で、すなわち、図６に示すように、水素希釈期間Ｔｓｃでパージ弁７２が、排出水素濃度を所定濃度以下とするために間欠的に開弁される。
【００９０】
この場合、圧縮空気が、カソード側では、空気供給流路５２、加湿器５４、及び酸化剤ガス入口連通孔３８ａを通じて燃料電池２０のカソードに導入されて、燃料電池２０のカソード電極２４を通過し、酸化剤ガス出口連通孔３８ｂから抜け、加湿器５４、背圧制御弁５８、空気排出流路５６を通じて希釈ボックス６０に流入する。
【００９１】
一方、遮断弁６５が閉じられているアノード側では、圧縮空気が、空気導入弁５５を通じて燃料ガス入口連通孔４０ａから燃料電池２０のアノード側に流入し、パージ弁７２が開弁した期間、アノード内の燃料ガスと混合された圧縮空気である水素混合ガスが燃料電池２０のアノード側から燃料ガス出口連通孔４０ｂを介して排出されパージ弁７２及びオフガス流路７０を通じて希釈ボックス６０に流入する。このようにして、燃料電池２０のアノード内の水素ガスが間欠的に徐々に希釈される。水素混合ガスは、希釈ボックス６０から排出流路７４を経て最終的には大気に排出される。
【００９２】
ここで、図６に示す水素希釈時間（水素希釈処理の時間）Ｔｓｃについて、低酸素ストイキ発電（Ｏ２リーン発電）を実施した場合と、実施しなかった場合の差異（時間の違い）について説明する。
【００９３】
低酸素ストイキ発電（Ｏ２リーン発電）を実施した場合には、実施しなかった場合に比較して、停止時発電処理終了時点（時点ｔ１０）での水素量が少ないため、パージ回数を減らすことができ、水素希釈時間Ｔｓｃを短くすることができる。
【００９４】
燃料電池システム１０の停止処理中での低酸素ストイキ発電（Ｏ２リーン発電）の実施の有無は、停止時発電処理終了時点（時点ｔ１０）で、例えば、図７に示すフローチャートの処理を実施することで決定される。
【００９５】
ステップＳ１において、アノード圧力Ｐａが閾値圧力Ｐａｔｈ（図５）より小さいか否かを判断し、小さい場合には、低酸素ストイキ発電（Ｏ２リーン発電）を実施したとみなし、ステップＳ３にて、アノード掃気に係る水素希釈時間Ｔｓｃを短い時間に選択する（パージ弁７２の開弁回数も減少させる）。
【００９６】
ステップＳ１の判定が成立しなかった場合（測定していない場合も含む）、ステップＳ２において、図３中、低酸素ストイキ発電時間｛ＤＣＨＧ（Ｏ２リーン処理）：ｔ９−ｔ８｝とダウンバータ９６を利用した発電時間｛Ｄ／Ｖ  ＤＣＨＧ：ｔ１０−ｔ９｝とを合わせた期間での電流積算値ΣＩｏが閾値電流値ΣＩｏｔｈより大きいか否かを判断し、大きい場合には、低酸素ストイキ発電（Ｏ２リーン発電）を実施したとみなし、ステップＳ３にて、アノード掃気に係る水素希釈時間Ｔｓｃを短い時間に選択する（パージ弁７２の開弁回数も減少させる。）。上述したステップＳ１、Ｓ２の判断は、少なくともいずれかの判断を実施すればよい。
【００９７】
ステップＳ１、Ｓ２の判断がどちらも否定的であった場合には、低酸素ストイキ発電（Ｏ２リーン発電）を実施しなかったとみなし、ステップＳ４にて、アノード掃気に係る水素希釈時間Ｔｓｃを長い時間に選択する。
【００９８】
図７のフローチャートのステップＳ３、Ｓ４において、Ｏ２リーン発電実施用希釈時間＜Ｏ２リーン発電実施なし希釈時間の関係になっている。
【００９９】
このように、低酸素ストイキ発電（Ｏ２リーン発電）を実施した場合には、掃気装置１５による水素希釈時間Ｔｓｃに対応するエアポンプ５０の駆動時間を、実施しない場合に比較して短い時間に設定することで、燃料電池システム１０の発電停止後の掃気ガスの生成時間を短縮することができる。掃気ガスの生成には、掃気装置１５を駆動する必要があるので、その駆動時間が短くでき、燃料電池システム１０の発電停止後の消費エネルギを低減することができる。
【０１００】
次に、図６のタイミングチャートにおいて、水素希釈処理終了時点（時点ｔ２１）にて、一旦、エアポンプ５０の回転数を落とし、掃気弁開弁処理を行う（時点ｔ２１〜ｔ２２）。この掃気弁開弁処理では、背圧制御弁５８を閉じ、空気導入弁５５を開いたままとし、掃気弁であるパージ弁７２を開放する。
【０１０１】
次いで、掃気弁開弁処理後に（時点ｔ２２）、エアポンプ５０の回転数を上げて風量を増加させた空気をエアポンプ５０から排出させることで、液滴除去のためのアノード側空気掃気を行う。この場合、風量の増加された空気は、空気導入流路５３及び空気導入弁５５を介して燃料ガス入口連通孔４０ａからアノード側に導入される。アノード側に導入された空気は、アノード内にある液滴を吹き飛ばす。吹き飛ばされた液滴は、燃料ガス出口連通孔４０ｂ、パージ弁７２、オフガス流路７０を通じて希釈ボックス６０を通じて排出される。
【０１０２】
大風量での液滴除去のためのアノード掃気処理終了後（時点ｔ２３）に、エアポンプ５０の風量が低下され、以降、所定時間、乾燥促進のためのアノード掃気処理が実施され、その後、エアポンプ５０の駆動が停止されると同時に空気導入弁５５及びパージ弁７２が閉じられることで乾燥促進のためのアノード掃気処理が終了する（時点ｔ２４）。
【０１０３】
このようにして、カソード側の酸化剤ガス流路３４及びアノード側の燃料ガス流路３６を、所定の含水量（含水率に同じ）まで、十分に乾燥させることができる結果、次回の氷点下等の低温環境下においても確実に再起動を行うことができる。
【０１０４】
［第２実施例：運転停止（ＦＣコンタクタ８６のオフ）後、ソーク時間経過後に実施するアノード掃気処理の説明］
燃料電池システム１０の運転停止（ＦＣコンタクタ８６のオフ、図３中、時点ｔ１０）後のソーク中に、外気温センサ１０５により連続的（実際には間欠的）に検出されている外気温Ｔｅが、氷点下の温度になったとき、あるいは氷点下の温度になる傾向が予測されたときに、図６に示したアノード掃気処理が、低酸素ストイキ発電（Ｏ２リーン発電）の実施の有無、及びソーク時間に基づいて変更され、図８のフローチャートに基づき実施される。
【０１０５】
ステップＳ１１及びステップＳ１２では、ステップＳ１及びステップＳ２の判断と同様に、アノード圧力Ｐａが閾値圧力Ｐａｔｈ（図５）より小さいか否かを判断し、小さい場合には（Ｐａ＜Ｐａｔｈ）、低酸素ストイキ発電（Ｏ２リーン発電）を実施したとみなし、ステップＳ１３にて、以下の説明で使用する希釈時間なし判定ソーク時間Ｔｓを、短いソーク時間Ｔｓａ（図５参照）に設定する。
【０１０６】
ステップＳ１１の判定が成立しなかった場合（測定していない場合も含む）、ステップＳ１２において、図３中、低酸素ストイキ発電時間｛ＤＣＨＧ（Ｏ２リーン処理）：ｔ９−ｔ８｝とダウンバータ９６を利用した発電時間｛Ｄ／Ｖ  ＤＣＨＧ：ｔ１０−ｔ９｝とを合わせた期間での電流積算値ΣＩｏが閾値電流値ΣＩｏｔｈより大きいか否かを判断し、大きい場合には、低酸素ストイキ発電（Ｏ２リーン発電）を実施したとみなし、ステップＳ１３にて、希釈時間なし判定ソーク時間Ｔｓを、短い方のソーク時間Ｔｓａ（図５参照）に設定する。
【０１０７】
ステップＳ１１、Ｓ１２の判断がどちらも否定的であった場合には、低酸素ストイキ発電（Ｏ２リーン発電）を実施しなかったとみなし、ステップＳ１４にて、希釈時間なし判定ソーク時間Ｔｓを長い方のソーク時間Ｔｓｂ（図５参照）に設定する。
【０１０８】
次いで、ステップＳ１５において、燃料電池システム１０の運転停止（ＦＣコンタクタ８６のオフ、図３中、時点ｔ１０）後のソーク中に、外気温センサ１０５により連続的（実際には間欠的）に検出されている外気温Ｔｅが、氷点下の温度になったとき、あるいは氷点下の温度になる傾向が予測されたとき、低温掃気実施要求有りと判断する。
【０１０９】
次いで、このステップＳ１５の判定が成立した時点の、発電停止（ＦＣコンタクタ８６オフとなったとき）からの経過時間、すなわちソーク時間Ｔｓをタイマ１９から検出する。
【０１１０】
次いで、ステップＳ１６において、ソーク時間Ｔｓが希釈時間なし判定ソーク時間Ｔｓａ、Ｔｓｂより大きいか否かを判断する。
【０１１１】
ソーク時間ＴｓがＴｓ＞Ｔｓａ又はＴｓ＞Ｔｓｂと長いときには、図６に示す時点ｔ１０（この場合は、ステップＳ１５の判定が成立した時点）からの希釈時間（希釈処理の時間）Ｔｓｋ、すなわちカソード掃気時間Ｔｓｋの時間のみ希釈を行い、時点ｔ２０から時点ｔ２１までの希釈処理を省略して時点ｔ２１以降のアノード掃気処理に移行する（ステップＳ１７）。
【０１１２】
その一方、ソーク時間ＴｓがＴｓ≦Ｔｓａ又はＴｓ≦Ｔｓｂと短いときには、図６に示す時点ｔ１０（この場合も、ステップＳ１５の判定が成立した時点）からの希釈時間Ｔｓｋ＋Ｔｓｄ＝Ｔｓｃの希釈処理を行った後、時点ｔ２１以降のアノード掃気処理に移行する（ステップＳ１８）。
【０１１３】
［実施形態のまとめ］
以上説明したように上述した実施形態は、カソード側に供給される酸化剤ガス及びアノード側に供給される燃料ガスの電気化学反応により発電する燃料電池２０と、燃料電池２０に前記酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置１４と、燃料電池２０に前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置１６と、外気温Ｔｅが所定温度以下、例えば、氷点以下のときに燃料電池２０の前記アノード内の前記燃料ガスの濃度を希釈する希釈処理をした後に前記アノード内に掃気ガス、例えば、圧縮空気を導入して掃気する掃気装置１５と、を備える燃料電池システム１０の制御方法及び装置に関するものである。
【０１１４】
この制御方法は、燃料電池２０の停止指令を検出した（時点ｔ１）際、前記燃料ガスの供給を停止する一方、前記酸化剤ガスを、通常発電時の酸素ストイキよりも低い低酸素ストイキで燃料電池２０に供給しながら燃料電池２０を発電させる停止時発電処理（時点ｔ８〜ｔ９）を実施したか否かを判断し、前記停止時発電処理が実施されたと判断されたときには、前記停止時発電処理が実施されなかったと判断されたときに比較して、掃気装置１５による前記希釈処理の時間（希釈時間Ｔｓａ）を短くしたことを特徴とする。
【０１１５】
停止時発電処理を実施した場合、燃料ガスの水素濃度が低下する。したがって、掃気装置１５による希釈処理で使用される掃気ガス（希釈ガス）の量をあまり多く必要としない。よって、前記停止時発電処理が実施されたと判断されたときには、前記停止時発電処理が実施されなかったと判断されたときに比較して、掃気装置１５による前記希釈処理の時間（Ｔｓｃ）を短くすることで、燃料電池システム１０の発電停止後の掃気ガスの生成時間を短縮することができ、エアポンプ５０等を駆動するエネルギを削減することができる。
【０１１６】
この場合、前記停止時発電処理後から掃気装置１５が作動するまでの経過時間（ソーク時間Ｔｓ）が長いほど、その経過時間の間に、アノード側から残留水素ガスが徐々に拡散されるので、前記希釈処理の時間（Ｔｓｃ）を短く設定してもよい。
【０１１７】
なお、前記希釈処理は、希釈ガスの量をあまり多く必要としないので、前記カソードの掃気処理と併せて行うようにすることで（時点ｔ１０〜ｔ２０）、燃料電池システム１０の停止後（ＦＣコンタクタ８６のオフ後）に、燃料電池システム１０が自動的に作動する時間を短くすることができ、商品性が向上する。
【０１１８】
さらに、この制御方法では、前記停止時発電処理の実施の有無の判断は、燃料電池２０の発電を停止したときのアノード圧力Ｐａに基づいて判断することが好ましい。この場合、停止時発電処理の実施によりアノード圧力Ｐａが減少する事象を利用している。通常、燃料電池システム１０には、アノード側の圧力を検出する圧力センサ１０２が搭載されており、コストが高騰することがない。
【０１１９】
さらに、この制御方法では、前記停止時発電処理の実施の有無の判断は、燃料電池２０の発電停止指令を検出してから発電を停止したときまでの電流積算値ΣＩｏ（時点ｔ８〜ｔ９あるいは時点ｔ８〜ｔ１０の間の電流Ｉｏの積算値）に基づいて判断することが好ましい。この場合、停止時発電処理の実施により電流積算値ΣＩｏが増加する事象を利用している。通常、燃料電池システム１０では、電流センサ１１０により電流値Ｉｏを検出しており、電流値Ｉｏの電流積算値ΣＩｏを計算するために、コストが高騰することがない。
【０１２０】
この実施形態では、燃料電池システム１０の運転中に、外気温Ｔｅが氷点等の所定の低温度以下のとき、あるいは前記所定の低温度以下の温度になりそうなとき、燃料電池システム１０の発電停止（ＦＣコンタクタ８６のオフ）後に、アノード側を掃気ガスにより掃気する掃気処理（アノード掃気処理という。）を実施する場合、燃料ガスの供給を停止する一方、低酸素ストイキで酸化剤ガスを燃料電池２０に供給しながら燃料電池２０を発電させる停止時発電処理を実施したか否かを判断し、実施されたと判断されたときには、前記停止時発電処理が実施されなかったと判断されたときに比較して、掃気装置１５によるアノード内の燃料ガスの濃度を希釈する希釈処理の時間（Ｔｓｃ）を短くしたので、その分、燃料電池システム１０のエネルギ損失を低減することができる。
【０１２１】
なお、この発明は、上述した実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採りうることができる。
【符号の説明】
【０１２２】
１０…燃料電池システム              １２…燃料電池スタック
１４…酸化剤ガス供給装置            １５…掃気装置
１６…燃料ガス供給装置              １７…バッテリ
１８…コントローラ                  １９…タイマ
２０…燃料電池                      ２２…固体高分子電解質膜
２４…カソード電極                  ２６…アノード電極
２８…電解質膜・電極構造体          ３０、３２…セパレータ
３４…酸化剤ガス流路                ３６…燃料ガス流路
３８ａ…酸化剤ガス入口連通孔        ３８ｂ…酸化剤ガス出口連通孔
４０ａ…燃料ガス入口連通孔          ４０ｂ…燃料ガス出口連通孔
５０…エアポンプ                    ５２…空気供給流路
５３…空気導入流路                  ５４…加湿器
５５…空気導入弁                    ５６…空気排出流路
５８…背圧制御弁                    ６０…希釈ボックス
６２…水素タンク                    ６３…インタンク電磁弁
６４…水素供給流路                  ６５…遮断弁
６６…エゼクタ                      ６８…水素循環路
７０…オフガス流路                  ７２…パージ弁
７４…排出流路                      ８６…ＦＣコンタクタ
９０…ＤＣ／ＤＣコンバータ          ９２…バッテリコンタクタ
９６…ダウンバータ                  ９８…１２Ｖ電源
１０２、１０３…圧力センサ          １０４、１０５、１０６…温度センサ
１０８…電圧センサ                  １１０…電流センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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