(57)【要約】【課題】  発電を終了する際に燃料電池内に残留した反応ガスの影響によってカソード電極が劣化することを防止ないしは抑制する。【解決手段】  反応ガスを電気化学反応させて発電を行う燃料電池１０と、反応ガスの燃料電池１０への供給を停止させるガス供給停止手段２２、２３、３２とを備え、燃料電池１０による発電を終了する際に、ガス供給停止手段２２、２３、３２によって一方の反応ガスの供給を停止した状態で燃料電池１０による発電を行う。これにより、反応ガスの供給を停止した後に発電を行わせるため、燃料電池１０内に残留した反応ガスを消費して、カソード電極の電位を速やかに低下させることができ、カソード電極の劣化を防止ないしは抑制することができる。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素を主成分とする酸化ガスと水素を主成分とする燃料ガスとを電気化学反応させて発電を行う燃料電池（１０）と、
前記酸化ガスあるいは前記燃料ガスの前記燃料電池（１０）への供給を停止させるガス供給停止手段（２２、２３、３２）と、
前記燃料電池（１０）の作動に関与する電動式の補機（２１）とを備え、
前記燃料電池（１０）による発電を終了する際に、前記ガス供給停止手段（２２、２３、３２）によって前記酸化ガスもしくは前記燃料ガスの少なくとも一方の供給を停止した状態で前記燃料電池（１０）により発電した電気エネルギーを、前記補機（２１）により消費することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
酸素を主成分とする酸化ガスと水素を主成分とする燃料ガスとを電気化学反応させて発電を行う多数のセルを有する燃料電池（１０）と、
前記酸化ガスあるいは前記燃料ガスの前記燃料電池（１０）への供給を停止させるガス供給停止手段（２２、２３、３２）と、
電気エネルギーを蓄える電力貯蔵手段（１２）とを備え、
前記燃料電池（１０）による発電を終了する際に、前記ガス供給停止手段（２２、２３、３２）によって前記酸化ガスもしくは前記燃料ガスの少なくとも一方の供給を停止した状態で前記燃料電池（１０）による発電を行い、前記燃料電池（１０）により発電した電気エネルギーを前記電力貯蔵手段（１２）に蓄えるようにした燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池（１０）による発電を終了する際に、前記多数のセルもしくはセルグループのうち少なくとも１つのセルもしくはセルグループが所定電圧以下になったときには、前記燃料電池（１０）により発電した電気エネルギーを前記電力貯蔵手段（１２）に蓄えることを停止することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料電池（１０）は多数のセルを有し、前記多数のセルもしくはセルグループのうち少なくとも１つのセルもしくはセルグループが所定電圧以下になったときに、前記燃料電池（１０）の電気エネルギーを前記補機（２１）により消費することを停止することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池（１０）は多数のセルを有し、
前記燃料電池（１０）に接続可能な電気抵抗（１５１）が、前記燃料電池（１０）の各セルもしくはセルグループ毎に独立して設置され、
ガスの供給を停止した状態で前記燃料電池（１０）により発電した電気エネルギーを、前記電気抵抗（１５１）により消費することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料電池（１０）は多数のセルを有し、
前記燃料電池（１０）に接続可能な電気抵抗（１５１）を備え、前記電気抵抗（１５１）は、１つの電気抵抗（１５１）が前記燃料電池（１０）の少なくとも２つ以上のセルもしくはセルグループに対して切替接続可能であり、
ガスの供給を停止した状態で前記燃料電池（１０）により発電した電気エネルギーを、前記電気抵抗（１５１）により消費することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記燃料電池（１０）は多数のセルを有し、
前記燃料電池（１０）に接続可能な電気抵抗（１５１）を備え、
ガスの供給を停止した状態で前記多数のセルのうち少なくとも１つのセルもしくはセルグループが発電不可能になったときに、他のセルの電気エネルギーを前記電気抵抗（１５１）により消費することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記燃料電池（１０）は多数のセルを有し、
ガスの供給を停止した状態で発電を行っているときの各セルもしくはセルグループ毎の電圧を検出する電圧計測手段（１４）と、
前記電圧計測手段（１４）にて検出した各セルもしくはセルグループ毎の電圧の情報を保存し、各セルもしくはセルグループ毎の電圧特性の経時変化に基づいて前記セルのクロスリークを診断する診断手段（４０）とを備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記各セル毎の電圧特性は、特定の電流変化パターンに対する電圧変化であることを特徴とする請求項７に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記診断手段（４０）は、前記酸化ガスもしくは前記燃料ガスの少なくとも一方の供給を停止した状態で発電を行っているときの各セルもしくはセルグループ毎の電圧が所定時間内で所定値以下になるか否かに基づいて、前記セルのクロスリークを診断することを特徴とする請求項７または８に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記診断手段（４０）は、過去の所定回数の診断結果により、ガスの供給を停止した状態で発電を行っているときの各セル毎の電圧が所定時間内で所定値以下になった確率を求め、その確率に基づいて前記セルのクロスリークを診断することを特徴とする請求項９に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
クロスリーク発生と判断される場合に警報を発報することを特徴とする請求項７ないし１０のいずれか１つに記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
酸素を主成分とする酸化ガスと水素を主成分とする燃料ガスとを電気化学反応させて発電を行う燃料電池（１０）と、前記燃料電池（１０）の発電電力により作動して車両走行用の駆動力を発生する電動モータ（１１ａ）とを備え、前記車両のキースイッチ（７３）がオン位置にあるときは前記車両の走行を許可し、前記キースイッチ（７３）がオフ位置にあるときは前記車両の走行を禁止する車両に搭載されるものであって、
前記酸化ガスあるいは前記燃料ガスの前記燃料電池（１０）への供給を停止させるガス供給停止手段（２１、３２、３３）と、
前記キースイッチ（７３）の位置および前記車両の走行状態に応じて前記燃料電池（１０）の発電の要否を判定して、前記ガス供給停止手段（２１、３２、３３）の作動を制御するとともに前記燃料電池（１０）の発電を制御するシステム制御手段（４０、７０）とを備え、
前記システム制御手段（４０、７０）は、前記キースイッチ（７３）がオン位置からオフ位置に操作された際、および前記キースイッチ（７３）がオン位置にあって且つ前記燃料電池（１０）の発電が不要と判定した際には、前記ガス供給停止手段（２２、２３、３２）によって前記酸化ガスもしくは前記燃料ガスの少なくとも一方の供給を停止させた状態で、前記燃料電池（１０）の電圧が発電停止目標電圧（Ｖｓ）以下になるまで前記燃料電池（１０）に発電を行わせることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１３】
電気エネルギーを蓄える電力貯蔵手段（１２）を備え、ガスの供給を停止した状態で前記燃料電池（１０）により発電した電気エネルギーを、前記電力貯蔵手段（１２）に蓄えることを特徴とする請求項１２に記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
前記燃料電池（１０）の作動に関与する電動式の補機（２１）を備え、ガスの供給を停止した状態で前記燃料電池（１０）により発電した電気エネルギーを、前記補機（２１）により消費することを特徴とする請求項１２に記載の燃料電池システム。
【請求項１５】
前記車両の車室内の空調を行う空調装置（８０）が、冷媒を圧縮して吐出する電動式の冷媒圧縮機（８１）を有する車両に搭載されるものであって、ガスの供給を停止した状態で前記燃料電池（１０）により発電した電気エネルギーを、前記冷媒圧縮機（８１）により消費することを特徴とする請求項１２に記載の燃料電池システム。
【請求項１６】
前記空調装置（８０）は冷熱あるいは温熱を蓄熱する蓄熱手段を備え、前記冷媒圧縮機（８１）の作動により得られる冷熱もしくは温熱を前記蓄熱手段に蓄熱することを特徴とする請求項１５に記載の燃料電池システム。
【請求項１７】
前記燃料電池（１０）は多数のセルを有し、前記すべてのセルもしくはすべてのセルグループが前記発電停止目標電圧（Ｖｓ）以下になったときに、前記燃料電池（１０）の発電を停止することを特徴とする請求項１２に記載の燃料電池システム。
【請求項１８】
前記キースイッチ（７３）の位置に応じて前記発電停止目標電圧（Ｖｓ）が異なる値に設定されていることを特徴とする請求項１２に記載の燃料電池システム。
【請求項１９】
前記燃料電池（１０）は多数のセル（１０１〜１０５）を有し、前記多数のセルもしくはセルグループ間の電圧ばらつきを均等化する電圧均等化回路（１１１〜１１４、１２１〜１２５、１３０、１４１〜１４５、１６１〜１６５）を備えることを特徴とする請求項１２に記載の燃料電池システム。
【請求項２０】
電気エネルギーを蓄える電力貯蔵手段（１２）と、前記電力貯蔵手段（１２）の出力可能電力を演算する出力可能電力演算手段（７５）とを備え、
前記システム制御手段（４０、７０）は、前記出力可能電力の大きさに応じて、前記燃料電池（１０）の発電の要否を判定することを特徴とする請求項１２に記載の燃料電池システム。
【請求項２１】
前記燃料電池（１０）の作動に関与する電動式の補機（２１）を備え、
前記システム制御手段（４０、７０）は、前記補機（２１）が消費する電力と前記電動モータ（１１ａ）が消費する電力との和である車両要求電力が設定電力以下で、且つ、前記出力可能電力が前記車両要求電力以上である場合には、前記燃料電池（１０）の発電が不要であると判定することを特徴とする請求項２０に記載の燃料電池システム。
【請求項２２】
前記キースイッチ（７３）がオン位置にあって且つ前記燃料電池（１０）の発電が不要と判定した際に設定される第１発電停止目標電圧（Ｖｓ１）が、前記キースイッチ（７３）がオン位置からオフ位置に操作された際に設定される第２発電停止目標電圧（Ｖｓ２）よりも、高く設定されていることを特徴とする請求項１２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、水素と酸素との化学反応により電気エネルギーを発生させる燃料電池を備える燃料電池システムに関するもので、車両、船舶及びポータブル発電機等の移動体に適用して有効である。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムを停止する際、燃料電池内の水素や酸素をパージすることなく停止すると、カソードの電極電位が上昇し、カーボンの酸化反応により消失する劣化が発生する。また、燃料電池内に残った反応ガスが電解質膜を介して反対極に洩れる、いわゆるクロスリークが発生すると、異常発熱して触媒が破損する恐れがあり、それを未然に防ぐ必要がある。そのため、燃料電池システムを停止する際にはパージを行うのが一般的である。
【０００３】
また、車両に搭載された燃料電池システムにおいて、キースイッチがオン位置からオフ位置に操作されて燃料電池システムを停止させる際、放電抵抗により電力を消費して燃料電池の発電を継続させることにより、水素および酸素の少なくとも一方を除去するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１３−３４５１１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、パージ方式の場合、パージ用の不活性ガスのタンクを持つ必要があり、移動体に用いる場合、搭載性の面で必ずしも有効とはいえない。
【０００５】
また、特許文献１に記載のシステムでは、キースイッチがオフ位置に操作された際のカソード電極の劣化を防止することはできるが、車両走行中の減速時や信号待ち等で、燃料電池から走行駆動力源の電動モータへの電力供給が不要となった場合、燃料電池は開放電位付近の電圧となってしまうため、劣化が非常に加速される。
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、発電を停止する際に燃料電池内に残留した反応ガスの影響によってカソード電極が劣化することを防止ないしは抑制することを第１の目的とする。また、反応ガスが電解質膜を介して反対極に洩れる、いわゆるクロスリーク状態を、診断可能にすることを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、酸素を主成分とする酸化ガスと水素を主成分とする燃料ガスとを電気化学反応させて発電を行う燃料電池（１０）と、  酸化ガスあるいは燃料ガスの燃料電池（１０）への供給を停止させるガス供給停止手段（２２、２３、３２）と、燃料電池（１０）の作動に関与する電動式の補機（２１）とを備え、燃料電池（１０）による発電を終了する際に、ガス供給停止手段（２２、２３、３２）によって酸化ガスもしくは燃料ガスの少なくとも一方の供給を停止した状態で燃料電池（１０）により発電した電気エネルギーを、補機（２１）により消費することを特徴とする。
【０００８】
これによると、例えば二次電池が満充電状態の場合でも、電気エネルギーを補機で消費することにより、燃料電池に発電を行わせて燃料電池内に残留した反応ガスを消費することができるため、カソード電極の劣化を防止ないしは抑制することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、酸素を主成分とする酸化ガスと水素を主成分とする燃料ガスとを電気化学反応させて発電を行う多数のセルを有する燃料電池（１０）と、酸化ガスあるいは燃料ガスの燃料電池（１０）への供給を停止させるガス供給停止手段（２２、２３、３２）と、電気エネルギーを蓄える電力貯蔵手段（１２）とを備え、燃料電池（１０）による発電を終了する際に、ガス供給停止手段（２２、２３、３２）によって酸化ガスもしくは燃料ガスの少なくとも一方の供給を停止した状態で燃料電池（１０）による発電を行い、燃料電池（１０）により発電した電気エネルギーを電力貯蔵手段（１２）に蓄えるようにした燃料電池システムにおいて、燃料電池（１０）による発電を終了する際に、多数のセルもしくはセルグループのうち少なくとも１つのセルもしくはセルグループが所定電圧以下になったときには、燃料電池（１０）により発電した電気エネルギーを電力貯蔵手段（１２）に蓄えることを停止することを特徴とする。
【００１０】
ところで、所定電圧以下になった低電圧セルが存在する状態で発電を継続した場合、その他の発電可能なセルにより強制的に電流が流され、低電圧セルが破損する恐れがあるが、請求項２の発明によると、低電圧セルが存在する場合、電力貯蔵手段に蓄えることを停止して燃料電池の発電を停止することにより、低電圧セルの破損を防止することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、燃料電池（１０）は多数のセルを有し、多数のセルもしくはセルグループのうち少なくとも１つのセルもしくはセルグループが所定電圧以下になったときに、燃料電池（１０）の電気エネルギーを補機（２１）により消費することを停止することを特徴とする。
【００１２】
これによると、低電圧セルが存在する場合、補機により消費することを停止して燃料電池の発電を停止することにより、低電圧セルの破損を防止することができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明では、燃料電池（１０）は多数のセルを有し、燃料電池（１０）に接続可能な電気抵抗（１５１）が、燃料電池（１０）の各セルもしくはセルグループ毎に独立して設置され、ガスの供給を停止した状態で燃料電池（１０）により発電した電気エネルギーを、電気抵抗（１５１）により消費することを特徴とする。
【００１４】
これによると、燃料電池内に残留した反応ガスを消費し、カソード電極の劣化を防止ないしは抑制することができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明では、燃料電池（１０）は多数のセルを有し、燃料電池（１０）に接続可能な電気抵抗（１５１）を備え、電気抵抗（１５１）は、１つの電気抵抗（１５１）が燃料電池（１０）の少なくとも２つ以上のセルもしくはセルグループに対して切替接続可能であり、ガスの供給を停止した状態で燃料電池（１０）により発電した電気エネルギーを、電気抵抗（１５１）により消費することを特徴とする。
【００１６】
これによると、燃料電池内に残留した反応ガスを消費し、カソード電極の劣化を防止ないしは抑制することができる。
【００１７】
請求項６に記載の発明では、燃料電池（１０）は多数のセルを有し、燃料電池（１０）に接続可能な電気抵抗（１５１）を備え、ガスの供給を停止した状態で多数のセルのうち少なくとも１つのセルもしくはセルグループが発電不可能になったときに、他のセルの電気エネルギーを電気抵抗（１５１）により消費することを特徴とする。
【００１８】
これによると、燃料電池全体として発電ができなくなった場合でも、燃料電池内に残留した反応ガスを消費し、カソード電極の劣化を防止ないしは抑制することができる。
【００１９】
請求項７に記載の発明では、燃料電池（１０）は多数のセルを有し、ガスの供給を停止した状態で発電を行っているときの各セルもしくはセルグループ毎の電圧を検出する電圧計測手段（１４）と、電圧計測手段（１４）にて検出した各セルもしくはセルグループ毎の電圧の情報を保存し、各セルもしくはセルグループ毎の電圧特性の経時変化に基づいてセルのクロスリークを診断する診断手段（４０）とを備えることを特徴とする。
【００２０】
クロスリークが発生すると、クロスリークにより燃料電池内の反応ガスが消費される。よって、クロスリークが発生すると、クロスリーク分だけ電圧が早く低下する。したがって、請求項７の発明によれば、セルのクロスリークを診断することができる。また、燃料電池による発電を終了する度に診断を行うため、クロスリークを早期に発見することができる。
【００２１】
なお、セルのクロスリークは、請求項８に記載の発明のように、特定の電流変化パターンに対する電圧変化の経時変化に基づいて診断してもよいし、請求項９に記載の発明のように、酸化ガスもしくは燃料ガスの少なくとも一方の供給を停止した状態で発電を行っているときの各セルもしくはセルグループ毎の電圧が所定時間内で所定値以下になるか否かに基づいて診断してもよい。
【００２２】
また、請求項１０に記載の発明のように、過去の所定回数の診断結果により、ガスの供給を停止した状態で発電を行っているときの各セル毎の電圧が所定時間内で所定値以下になった確率を求め、その確率に基づいてセルのクロスリークを診断するようにしてもよい。
【００２３】
さらに、請求項１１に記載の発明のように、クロスリーク発生と判断される場合に警報を発報するようにしてもよい。
【００２４】
請求項１２に記載の発明では、酸素を主成分とする酸化ガスと水素を主成分とする燃料ガスとを電気化学反応させて発電を行う燃料電池（１０）と、燃料電池（１０）の発電電力により作動して車両走行用の駆動力を発生する電動モータ（１１ａ）とを備え、車両のキースイッチ（７３）がオン位置にあるときは車両の走行を許可し、キースイッチ（７３）がオフ位置にあるときは車両の走行を禁止する車両に搭載されるものであって、酸化ガスあるいは燃料ガスの燃料電池（１０）への供給を停止させるガス供給停止手段（２２、２３、３２）と、キースイッチ（７３）の位置および車両の走行状態に応じて燃料電池（１０）の発電の要否を判定して、ガス供給停止手段（２１、３２、３３）の作動を制御するとともに燃料電池（１０）の発電を制御するシステム制御手段（４０、７０）とを備え、システム制御手段（４０、７０）は、キースイッチ（７３）がオン位置からオフ位置に操作された際、およびキースイッチ（７３）がオン位置にあって且つ燃料電池（１０）の発電が不要と判定した際には、ガス供給停止手段（２１、３２、３３）によって酸化ガスもしくは燃料ガスの少なくとも一方の供給を停止させた状態で、燃料電池（１０）の電圧が発電停止目標電圧（Ｖｓ）以下になるまで燃料電池（１０）に発電を行わせることを特徴とする。
【００２５】
これによると、キースイッチがオン位置からオフ位置に操作されたときのみならず、キースイッチがオン位置にあっても、例えば車両走行中の減速時や信号待ち時のように燃料電池の発電が不要になった場合には、燃料電池に発電を行わせて燃料電池内に残留した反応ガスを消費させるため、カソード電極の劣化を防止ないしは抑制することができる。
【００２６】
請求項１３に記載の発明では、電気エネルギーを蓄える電力貯蔵手段（１２）を備え、ガスの供給を停止した状態で燃料電池（１０）により発電した電気エネルギーを、電力貯蔵手段（１２）に蓄えることを特徴とする。
【００２７】
これによると、電気エネルギーを蓄えるため、燃料電池内に残留した反応ガスを無駄なく有効に利用することができる。
【００２８】
請求項１４に記載の発明では、燃料電池（１０）の作動に関与する電動式の補機（２１）を備え、ガスの供給を停止した状態で燃料電池（１０）により発電した電気エネルギーを、補機（２１）により消費することを特徴とする。
【００２９】
これによると、例えば二次電池が満充電状態の場合でも、電気エネルギーを補機で消費することにより、燃料電池に発電を行わせて燃料電池内に残留した反応ガスを消費させるため、カソード電極の劣化を防止ないしは抑制することができる。
【００３０】
請求項１５に記載の発明では、車両の車室内の空調を行う空調装置（８０）が、冷媒を圧縮して吐出する電動式の冷媒圧縮機（８１）を有する車両に搭載されるものであって、ガスの供給を停止した状態で燃料電池（１０）により発電した電気エネルギーを、冷媒圧縮機（８１）により消費することを特徴とする。
【００３１】
これによると、例えば二次電池が満充電状態の場合でも、電気エネルギーを冷媒圧縮機で消費することにより、燃料電池に発電を行わせて燃料電池内に残留した反応ガスを消費させるため、カソード電極の劣化を防止ないしは抑制することができる。
【００３２】
請求項１６に記載の発明では、空調装置（８０）は冷熱あるいは温熱を蓄熱する蓄熱手段を備え、冷媒圧縮機（８１）の作動により得られる冷熱もしくは温熱を蓄熱手段に蓄熱することを特徴とする。
【００３３】
これによると、冷熱もしくは温熱を蓄えるため、燃料電池内に残留した反応ガスを無駄なく有効に利用することができる。
【００３４】
請求項１７に記載の発明では、燃料電池（１０）は多数のセルを有し、すべてのセルもしくはすべてのセルグループが発電停止目標電圧（Ｖｓ）以下になったときに、燃料電池（１０）の発電を停止することを特徴とする。
【００３５】
これによると、すべてのセルもしくはすべてのセルグループの劣化を確実に防止ないしは抑制することができる。
【００３６】
請求項１８に記載の発明では、キースイッチ（７３）の位置に応じて発電停止目標電圧（Ｖｓ）が異なる値に設定されていることを特徴とする。
【００３７】
これによると、例えば、減速や信号待ち等の一時的な発電停止の際は、発電停止目標電圧を高めに設定することにより、酸素もしくは水素をできるだけ保持するようにし、再起動の迅速化を図ることができる。一方、キースイッチオフ時のように継続的な発電停止の場合は、発電停止目標電圧を低めに設定することにより、反応ガスを極力消費して、劣化を確実に防止ないしは抑制することができる。
【００３８】
請求項１９に記載の発明では、燃料電池（１０）は多数のセル（１０１〜１０５）を有し、多数のセルもしくはセルグループ間の電圧ばらつきを均等化する電圧均等化回路（１１１〜１１４、１２１〜１２５、１３０、１４１〜１４５、１６１〜１６５）を備えることを特徴とする。
【００３９】
これによると、各セルもしくはセルグループ間の電圧ばらつきを発生させずに反応ガスを消費させることができる。
【００４０】
請求項２０に記載の発明のように、電気エネルギーを蓄える電力貯蔵手段（１２）と、電力貯蔵手段の出力可能電力を演算する出力可能電力演算手段とを備え、システム制御手段は、出力可能電力の大きさに応じて、燃料電池の発電の要否を判定するようにしてもよい。
【００４１】
また、請求項２１に記載の発明のように、燃料電池（１０）の作動に関与する電動式の補機（２１）を備え、システム制御手段（４０、７０）は、補機（２１）が消費する電力と電動モータ（１１ａ）が消費する電力との和である車両要求電力が設定電力以下で、且つ、出力可能電力が車両要求電力以上である場合には、燃料電池（１０）の発電が不要であると判定することができる。
【００４２】
請求項２２に記載の発明では、キースイッチ（７３）がオン位置にあって且つ燃料電池（１０）の発電が不要と判定した際に設定される第１発電停止目標電圧（Ｖｓ１）が、キースイッチ（７３）がオン位置からオフ位置に操作された際に設定される第２発電停止目標電圧（Ｖｓ２）よりも、高く設定されていることを特徴とする。
【００４３】
これによると、第１発電停止目標電圧が第２発電停止目標電圧よりも高いため、一時的な発電停止の際は、酸素もしくは水素をできるだけ保持した状態で発電を停止して、再起動の迅速化を図ることができる。逆に、継続的な停止の場合は、水素を極力消費して停止させることで、劣化防止のみならず安全面でも有利となる。
【００４４】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムの全体構成を示す図で、この燃料電池システムは、例えば燃料電池を電源として走行する電気自動車に適用される。
【００４６】
図１に示すように、本実施形態の燃料電池システムは、水素と酸素との電気化学反応を利用して発電を行う燃料電池１０を備えている。この燃料電池１０は、電気負荷１１や二次電池１２等の電気機器に電力を供給するものである。因みに、電気自動車の場合、車両走行用の駆動力を発生する電動モータが電気負荷１１に相当する。また、二次電池１２は、燃料電池１０から供給された電気エネルギーを蓄えると共に、蓄えた電気エネルギーを各種の電気負荷に供給するものであり、本発明の電力貯蔵手段に相当する。
【００４７】
本実施形態では燃料電池１０として固体高分子電解質型燃料電池を用いており、基本単位となるセルが複数個積層され、且つ電気的に直列接続されている。燃料電池１０では、水素および空気（酸素）が供給されることにより、以下の水素と酸素の電気化学反応が起こり電気エネルギが発生する。
（燃料極側）Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-
（空気極側）２Ｈ+＋１／２Ｏ2＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ
燃料電池１０と二次電池１２との間には、電圧変換を行うＤＣ／ＤＣコンバータ１３が設けられている。また、各セル毎の出力電圧を検出するセルモニタ１４が設けられ、セルモニタ１４で検出したセル電圧信号が後述する制御部４０に入力されるようになっている。なお、セルモニタ１４は電圧計測手段に相当する。
【００４８】
さらに、燃料電池１０のセルに接続可能な電気抵抗を有するセル電圧除去回路１５が設けられている。このセル電圧除去回路１５は、図２（ａ）または図２（ｂ）に示すように、セルと同数の電気抵抗１５１およびスイッチ１５２を有し、制御部４０にて作動が制御されるスイッチ１５２により、セルと電気抵抗１５１との間が断続される。なお、複数個のセルを１つのセルグループとし、セルグループと同数の電気抵抗１５１およびスイッチ１５２を設けて、セルグループと電気抵抗１５１との間を断続するようにしてもよい。
【００４９】
燃料電池システムには、燃料電池１０の空気極（カソード電極）側に空気（酸素）を供給するための空気流路２０と、燃料電池１０の燃料極（アノード電極）側に水素を供給するための燃料流路３０が設けられている。空気流路２０は燃料電池１０内部において空気が通過する部位を含み、燃料流路３０は燃料電池１０内部において水素が通過する部位を含む。なお、空気は本発明の酸化ガスに相当し、水素は本発明の燃料ガスに相当する。
【００５０】
空気流路２０の最上流部には、大気中から吸入した空気を燃料電池１０に圧送するための電動式の空気ポンプ２１が設けられ、空気流路２０における空気ポンプ２１と燃料電池１０との間には、空気流路２０を閉じて燃料電池１０への空気の供給を停止可能な第１空気弁２２が設けられ、空気流路２０における燃料電池１０の下流側には、空気流路２０を閉じて燃料電池１０への空気の供給を停止可能な第２空気弁２３が設けられている。なお、空気ポンプ２１は本発明の酸化ガス供給手段および補機に相当し、両空気弁２２、２３は本発明のガス供給停止手段に相当する。
【００５１】
燃料流路３０の最上流部には、水素ガスが充填された水素ボンベ３１が設けられ、燃料流路３０における水素ボンベ３１と燃料電池１０との間には、燃料流路３０を閉じて燃料電池１０への水素の供給を停止可能な水素弁３２が設けられている。なお、水素弁３２は本発明のガス供給停止手段に相当する。
【００５２】
制御部（ＥＣＵ）４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータとその周辺回路にて構成されている。そして、制御部４０には、セルモニタ１４からのセル電圧信号が入力される。また、制御部４０は、演算結果に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３、セル電圧除去回路１５、空気ポンプ２１、両空気弁２２、２３、および水素弁３２に制御信号を出力する。
【００５３】
制御部４０には、クロスリーク発生と判断される場合に警報を発報するための警報手段５０が接続されている。警報手段５０としては、表示ランプ、ブザー、あるいは、文字や絵を表示する表示器を用いることができる。
【００５４】
次に、上記構成の燃料電池システムの作動を、図１〜図５に基づいて説明する。なお、図３は制御部４０にて実行される制御処理のうち、燃料電池システムの停止時に燃料電池１０内の残留反応ガスを消費（除去）させる残留反応ガス消費処理の部分の流れ図、図４は制御部４０にて実行される制御処理のうち、燃料電池システムの停止時にクロスリークを診断するクロスリーク診断処理の部分の流れ図である。
【００５５】
図３において、車両の走行停止や回生運転時のように燃料電池１０の発電が不要になったときに、燃料電池システム停止指令信号を受信する（ステップＳ１０）。この信号を受信したら、空気ポンプ２１を停止させると共に空気弁２２、２３にて空気流路２０を閉じて、燃料電池１０への空気の供給を停止する（ステップＳ１１）。なお、水素弁３２は開弁状態にあり、燃料電池１０への水素の供給は継続される。従って、燃料電池１０内に酸素が残留している間は発電が可能である。
【００５６】
次に、燃料電池１０に発電を行わせて燃料電池１０内の残留酸素を消費（除去）させるために、燃料電池１０に電流（酸素除去制御電流）を印加する（ステップＳ１２）。この酸素除去制御電流の値は予め設定されており、本例では図５（ｂ）に示すように、電流値が経過時間ｔと共に減少するように設定されている。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３の作動を制御することにより、電流値が制御される。
【００５７】
次に、二次電池１２の充電状態をチェックし（ステップＳ１３）、二次電池１２が満充電状態でなければ（ステップＳ１４がＹＥＳ）、燃料電池１０が発生した電力を二次電池１２に充電させ（ステップＳ１５）、二次電池１２が満充電状態であれば（ステップＳ１４がＮＯ）、空気ポンプ２１を駆動することにより燃料電池１０が発生した電力を消費させる（ステップＳ１６）。
【００５８】
これにより、燃料電池１０内の残留酸素が消費され、燃料電池１０の電圧が次第に低下する。この際、図５（ａ）に示すように、セル毎の酸素残留度合に応じてセル間の電圧のばらつきが発生する。そして、あるセルが０Ｖに到達してもなお電流を印加し続けると、アノード電極に存在する水素がカソード電極側にポンピングされて、水素がカソード電極側に移動してしまうため、望ましくない。
【００５９】
一方、多数のセルのうちの１つでも０Ｖに到達すると、燃料電池１０全体で発電することは不可能となるが、このままの状態では、０Ｖに到達していないセルにはまだ酸素が残留しているため、その残留酸素によってカソード電極のカーボンの酸化反応が進行してしまう。
【００６０】
そこで、各セル毎の出力電圧をセルモニタ１４で検出すると共にそのデータを保存し（ステップＳ１７）、多数のセルのうちの１つでも０Ｖに到達した時点（ステップＳ１８がＹＥＳ）で、上記のような燃料電池１０全体として発電を行わせる制御を終了し、以後、０Ｖに到達していないセル毎に発電を行わせて残留酸素を消費させる。
【００６１】
すなわち、０Ｖに到達していないセルに対してセル電圧除去回路１５の電気抵抗１５１を接続し、０Ｖに到達していないセルが発生した電力を電気抵抗１５１によって放電（消費）させて残留酸素を消費させる（ステップＳ１９）。そして、各セル毎の出力電圧をセルモニタ１４で検出すると共にそのデータを保存し（ステップＳ２０）、全てのセルが０Ｖに到達した場合（ステップＳ２１がＹＥＳ）、全てのセルで酸素が完全に消費されたものと判定し、上記のような０Ｖに到達していないセル毎に発電を行わせる制御を終了する。
【００６２】
次に、全てのセルが０Ｖに到達した後は、クロスリークの有無を診断する（ステップＳ２２）。このクロスリーク診断の詳細について図４にて説明する。
【００６３】
まず、燃料電池１０全体として発電を行わせて燃料電池１０内の残留酸素を消費させる制御を行った際の、各セルの電圧データを読み込み（ステップＳ２２１）、各セルの電圧低下時間を計測する（ステップＳ２２２）。
【００６４】
ここで、クロスリーク発生時は、カソード電極側に拡散した水素が酸素と反応して酸素が消費される。このように酸素が消費されることにより、クロスリークが発生するセルはその電圧低下速度が高まる。
【００６５】
そこで、図５（ａ）の斜線領域、すなわち、残留反応ガス消費処理を開始してからの経過時間ｔが所定時間ｔ１以内で、かつセル電圧が所定電圧Ｖ１以下の領域を、クロスリーク発生確率大領域とし、このクロスリーク発生確率大領域を通過したか否かを、セル毎に判定する（ステップＳ２２３）。
【００６６】
クロスリーク発生確率大領域を通過しない場合（ステップＳ２２３がＮ０）、クロスリーク無しと判定する（ステップＳ２２４）。
【００６７】
一方、クロスリーク発生確率大領域を通過した場合（ステップＳ２２３がＹＥＳ）、クロスリーク発生確率を求める（ステップＳ２２５）。因みに、クロスリーク発生確率は、過去の所定回数のチェックにおいてクロスリーク発生確率大領域を通過した回数を、過去の所定チェック回数で割った値である。
【００６８】
そして、クロスリーク発生確率が所定値を超える場合は（ステップＳ２２６がＹＥＳ）、クロスリーク劣化有りと判定し（ステップＳ２２７）、クロスリーク発生確率が所定値以下の場合は（ステップＳ２２６がＮＯ）、クロスリーク劣化の疑い有りと判定する（ステップＳ２２８）。
【００６９】
次に、クロスリーク診断結果を保存し（ステップＳ２２９）、全てのセルのクロスリーク診断が完了するまで診断を継続する（ステップＳ２３０がＹＥＳ）。
【００７０】
上記した本実施形態によると、燃料電池１０の発電が不要になって燃料電池システムを停止させる際、空気の供給を停止した後に発電を行わせるため、燃料電池１０内に残留した酸素を消費して、カソード電極の電位を速やかに低下させることができる。従って、燃料電池１０内に残留した酸素の影響によるカソード電極の劣化を防止ないしは抑制することができる。
【００７１】
また、燃料電池システムを停止させる際に燃料電池１０が発生した電力を二次電池１２に充電するため、燃料電池１０内に残留した酸素を無駄なく有効に利用することができる。
【００７２】
また、二次電池１２が満充電状態の場合には空気ポンプ２１を駆動して電力を消費させることにより、燃料電池１０に発電を行わせて、燃料電池１０内に残留した酸素を消費し、カソード電極の劣化を防止ないしは抑制することができる。
【００７３】
また、所定電圧以下になった低電圧セルが存在する状態で発電を継続した場合、その低電圧セルが破損する恐れがあるが、本実施形態では、低電圧セルが存在する場合、高電圧セルに電気抵抗１５１を接続して、高電圧セルが発生した電力を電気抵抗１５１によって放電させて残留酸素を消費させるようにしているため、セルの破損を防止しつつカソード電極の劣化を防止ないしは抑制することができる。
【００７４】
また、電解質膜の劣化等により、反応ガスが電解質膜を介して反対極に洩れるクロスリークが発生すると、出力の低下や触媒の損傷を招いてしまうが、本実施形態では、燃料電池１０による発電を終了する度に診断を行うため、クロスリークを早期に発見することができる。
【００７５】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図６に基づいて説明する。上記第１実施形態では、セル電圧除去回路１５に複数個の電気抵抗１５１を設けたが、図６に示すように、セル電圧除去回路１５に１つの電気抵抗１５１を設け、この１つの電気抵抗１５１を複数のセルに対して切替接続するようにしてもよい。
【００７６】
（第３、第４実施形態）
上記第１実施形態では、燃料電池システムを停止させる際に燃料電池１０に印加する酸素除去制御電流の電流値を、図５（ｂ）に示すように経過時間ｔと共に減少させたが、酸素除去制御電流の電流値は、図７に示す第３実施形態のように一定でもよいし、図８に示す第４実施形態のように階段状に変化させてもよい。
【００７７】
（第５実施形態）
図９は本発明の第５実施形態に係る燃料電池システムの全体構成を示す図で、この燃料電池システムは、燃料電池を電源として走行する電気自動車に適用される。なお、第１実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００７８】
図９に示すように、本実施形態では、第１実施形態における電気負荷１１、セル電圧除去回路１５、空気弁２２、２３および警報手段５０を、廃止している。
【００７９】
一方、車両走行用の駆動力を発生する電動モータ１１ａを備えており、この電動モータ１１ａは、燃料電池１０または二次電池１２から電力が供給されて作動する。
【００８０】
燃料流路３０における燃料電池１０の下流側は、水素弁３２の下流側に接続されて燃料流路３０が閉ループに構成されており、これにより燃料流路３０内で水素を循環させて、燃料電池１０での未使用水素を燃料電池１０に再供給するようにしている。燃料流路３０における燃料電池１０の下流側には、燃料流路３０内で水素を循環させるための電動式の水素ポンプ３３が設けられている。そして、水素ポンプ３３の回転数を制御部４０にて制御することにより、水素の循環流量、ひいては燃料電池１０への水素供給量を制御するようになっている。
【００８１】
燃料電池システムには、燃料電池１０の作動温度が電気化学反応に適した温度（８０℃程度）となるように燃料電池１０の温度を制御する冷却システムが設けられている。冷却システムは、燃料電池１０に冷却水（熱媒体）を循環させる冷却水経路６０、冷却水を循環させる電動式のウォータポンプ６１、冷却水と冷却用空気との熱交換を行うラジエータ６２、ラジエータ６２に冷却用空気を送る電動式のファン６３を備えている。
【００８２】
走行状態判定部７０は、燃料電池１０の発電の要否を判定してその判定結果を制御部４０に対して発信するもので、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータとその周辺回路にて構成されている。
【００８３】
走行状態判定部７０には、車速を検出する車速センサ７１からの車速信号、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルセンサ７２からのアクセル開度信号、キースイッチ７３の位置に応じたキースイッチ信号、変速機のシフト位置を検出するシフト位置センサ７４からのシフト位置信号、二次電池１２の充電率（以下、ＳＯＣ；ｓｔａｔｅ  ｏｆ  ｃｈａｒｇｅという）を管理する二次電池管理装置７５からのＳＯＣ情報が入力される。そして、走行状態判定部７０は、センサ類７１〜７４からの信号および二次電池管理装置７５からのＳＯＣ情報に基づいて、燃料電池１０の発電の要否を判定する。
【００８４】
因みに、キースイッチ７３がオン位置にあるときは車両の走行が許可され、キースイッチ７３がオフ位置にあるときは車両の走行が禁止される。より詳細には、キースイッチ７３がオン位置にあるときにアクセルペダルが踏み込まれると、電動モータ１１ａに電力が供給されて電動モータ１１ａが駆動力を発生し、一方、キースイッチ７３がオフ位置にあるときにアクセルペダルが踏み込まれても、電動モータ１１ａには電力が供給されないようになっている。
【００８５】
なお、制御部４０と走行状態判定部７０とによって本発明のシステム制御手段が構成される。また、二次電池管理装置７５は、二次電池１２の出力可能電力を演算するもので、本発明の出力可能電力演算手段に相当する。
【００８６】
次に、上記構成の燃料電池システムの作動を図１０および図１１に基づいて説明する。なお、図１０は走行状態判定部７０にて実行される制御処理のうち、燃料電池１０の発電の要否判定処理部分の流れ図、図１１は制御部４０にて実行される制御処理のうち、燃料電池システムの停止時に燃料電池１０内の残留反応ガスを消費（除去）させる残留反応ガス消費処理の部分の流れ図である。
【００８７】
図１０において、キースイッチ７３がオフ位置にあるか否かを判定し（ステップ３０）、キースイッチ７３がオフ位置にあれば燃料電池１０の発電不要と判定して（ステップ３１）、リターンする。
【００８８】
キースイッチ７３がオフ位置にない場合（ステップ３０がＮＯ）、車速センサ７１からの車速信号を読み込み（ステップ３２）、アクセルセンサ７２からのアクセル開度信号を読み込む（ステップ３３）。そして、車速信号とアクセル開度信号とに基づいて、ドライバーが要求している駆動力を算出する（ステップ３４）。次に、燃料電池１０の作動に関与する電動式の補機（空気ポンプ２１等）の動力を、ステップ３４で算出した要求駆動力に基づいてマップから求める（ステップ３５）。次に、要求駆動力を発生するために電動モータ１１ａに供給すべき電力と、ステップ３５で算出した補機動力に対応する電力との和である、車両要求電力を算出する（ステップ３６）。
【００８９】
ステップ３６で算出した車両要求電力が第１設定電力Ｐ１未満の場合（ステップ３７がＹＥＳ）、すなわち車両減速時や信号待ち等の停車時のように車両要求電力が少ない場合には、二次電池１２の出力可能電力と車両要求電力との比較を行う（ステップ３８）。そして、二次電池１２の出力可能電力が車両要求電力以上の場合（ステップ３８がＹＥＳ）、燃料電池１０の発電不要と判定して（ステップ３９）、リターンする。また、二次電池１２の出力可能電力が車両要求電力未満の場合（ステップ３８がＮＯ）、燃料電池１０の発電要と判定して（ステップ４０）、リターンする。
【００９０】
車両要求電力が第１設定電力Ｐ１以上の場合には（ステップ３７がＮＯ）、車両要求電力を第２設定電力Ｐ２と比較する（ステップ４１）。第２設定電力Ｐ２は、Ｐ１＜Ｐ２であり、燃料電池１０を一時停止状態から再起動させるための判定閾値に相当する。したがって、車両要求電力が第２設定電力Ｐ２以上の場合には（ステップ４１がＮＯ）、車両要求負荷が増加して燃料電池１０の再起動が必要と判断し、燃料電池発電要と判断する。このように、燃料電池１０を一時停止状態から再起動させるための第２設定電力Ｐ２を、燃料電池１０を減速時等に一時停止させるための第１設定電力Ｐ１よりも高い値に設定することにより、車両要求動力が第１設定電力Ｐ１付近で増減する際における頻繁な燃料電池１０の一時停止と再起動を避けることができる。
【００９１】
一方、車両要求電力が第２設定電力Ｐ２未満の場合には（ステップ４１がＹＥＳ）、現在燃料電池１０が発電状態にある場合もしくは一時停止状態であるが再起動させる車両要求電力に至っていない場合が含まれる。そこで、現在燃料電池１０が発電状態か一時停止状態にあるかを判定する（ステップ４２）。
【００９２】
そして、燃料電池１０が現在発電中であれば（ステップ４２がＹＥＳ）、車両要求電力が充分大きく継続的に燃料電池１０の発電要と判定して（ステップ４３）、リターンする。また、燃料電池１０が発電停止中であれば（ステップ４２がＮＯ）、一時停止状態であるが再起動が必要な車両要求電力に至っていないと判断できるため、ステップ３８に進み、前述したように二次電池１２の出力可能電力と車両要求電力との比較結果に基づいて燃料電池１０の発電要否を判定し、二次電池１２の出力可能電力が車両要求電力未満であれば燃料電池１０の一時停止状態を解除し、発電要と判断する。
【００９３】
図１１において、燃料電池１０の発電要否を走行状態判定部７０から受信する（ステップ５０）。そして、燃料電池１０の発電要と判定されている場合には（ステップ５１がＹＥＳ）、そのままリターンして燃料電池１０の発電を通常の運転条件に制御する（ステップ５８）。
【００９４】
一方、燃料電池１０の発電不要と判定されている場合には（ステップ５１がＮＯ）、ステップ５２〜５７の制御を実行することにより、燃料電池１０の各セルの電圧を、セルの劣化が防止可能な発電停止目標電圧Ｖｓ以下に低下させる。
【００９５】
すなわち、最初に空気ポンプ２１を停止し、燃料電池１０への空気の供給を停止する（ステップ５２）。次に、二次電池１２への充電が可能であれば（ステップ５３がＹＥＳ）、二次電池１２への充電量を制御し（ステップ５４）、これにより燃料電池１０の発電を継続させて燃料電池１０に残留している酸素を消費させる。また、二次電池１２への充電が不可能であれば（ステップ５３がＹＥＳ）、水素ポンプ３３の動力を制御し（ステップ５５）、これにより燃料電池１０の発電を継続させて燃料電池１０に残留している酸素を消費させる。
【００９６】
そして、残留酸素の消費に伴ってセルの電圧が低下し、すべてのセルの電圧が発電停止目標電圧Ｖｓを下回るまで、すなわちステップ５６がＹＥＳになるまで燃料電池１０の発電を継続し、発電停止目標電圧Ｖｓを下回った後に発電を停止する（ステップ５７）。これらの一連の動作により、燃料電池１０の発電が不要となった際には、セルの電圧を発電停止目標電圧Ｖｓ以下に低下させることができる。
【００９７】
上記した本実施形態によると、キースイッチ７３がオン位置からオフ位置に操作されたときのみならず、キースイッチ７３がオン位置にあっても、例えば車両減速時や信号待ち時のように燃料電池１０の発電が不要になった場合には、燃料電池１０内に残留した反応ガスを消費させてセルの電圧を発電停止目標電圧Ｖｓ以下に低下させるため、カソード電極の劣化を確実に防止ないしは抑制することができる。
【００９８】
なお、図１１のステップ５５においては、水素ポンプ３３の代わりに、ウォータポンプ６１やラジエータ６２のファン６３の動力を制御することにより、燃料電池１０の発電を継続させて燃料電池１０に残留している酸素を消費させるようにしてもよい。
【００９９】
（第６実施形態）
図１２は本発明の第６実施形態に係る燃料電池システムの全体構成を示す図で、この燃料電池システムは、空調装置８０を備える電気自動車に適用される。なお、第５実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１００】
図１２において、車両の車室内の空調を行う空調装置８０は、冷媒圧縮機８１、コンデンサ８２、膨張弁８３、エバポレータ８４等を備えている。冷媒を圧縮して吐出する冷媒圧縮機８１は、図示しない電動モータによって駆動される電動式冷媒圧縮機である。
【０１０１】
第５実施形態においては、図１１のステップ５５において、水素ポンプ３３の動力を制御したが、本実施形態においては、図１１のステップ５５において、冷媒圧縮機８１の動力を制御することにより、燃料電池１０の発電を継続させて燃料電池１０に残留している酸素を消費させるようにしている。
【０１０２】
なお、冷熱を蓄熱する蓄冷材を例えばエバポレータ８４に装着し、温熱を蓄熱する蓄熱材を例えばコンデンサ８２に装着し、冷媒圧縮機８１の作動により得られる冷熱もしくは温熱を蓄冷材や蓄熱材に蓄えることにより、図１１のステップ５５を実行中に消費される電力を有効に利用することができ、ひいては燃料電池１０内に残留した反応ガスを無駄なく有効に利用することができる。
【０１０３】
（第７実施形態）
図１３は、本発明の第７実施形態に係る燃料電池システムにおいて、燃料電池システムの停止時に燃料電池１０内の残留反応ガスを消費（除去）させる残留反応ガス消費処理の部分の流れ図である。なお、第５実施形態と同一もしくは均等部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１０４】
本実施形態は、燃料電池１０の発電が不要になった際、減速や信号待ち等の一時的な発電不要状態か、キースイッチ７３がオフなどの継続的な発電不要状態かに応じて、発電停止目標電圧Ｖｓを変化させるようにしたものである。そのために、図１３に示すように、ステップ６０〜６２の制御処理を、第５実施形態におけるステップ５１とステップ５２との間に追加したものである。
【０１０５】
すなわち、キースイッチ７３がオン状態で発電不要になった際には（ステップ６０がＮＯ）、発電停止目標電圧Ｖｓとして第１発電停止目標電圧Ｖｓ１を設定する（ステップ６１）。キースイッチ７３がオフ位置に操作されて発電不要になった際には（ステップ６０がＹＥＳ）、発電停止目標電圧Ｖｓとして第２発電停止目標電圧Ｖｓ２（ただし、Ｖｓ１＞Ｖｓ２）を設定する（ステップ６２）。
【０１０６】
ここで、第１発電停止目標電圧Ｖｓ１は、セルの劣化が防止可能な電圧範囲のうち最も高い電圧に近い値に設定する。すなわち、一時的な発電停止の際は、酸素もしくは水素をできるだけ保持した状態で発電を停止して、再起動の迅速化を図るようにしている。
【０１０７】
逆に、継続的な停止の場合は、極力水素（もしくは酸素）を消費することができるよう、第２発電停止目標電圧Ｖｓ２を極力低く設定する。そして、水素を完全に消費して停止させることで、劣化防止のみならず安全面でも有利となる。
【０１０８】
（第８実施形態）
次に、本発明の第８実施形態について図１４に基づいて説明する。燃料電池１０の発電量を制御し水素もしくは酸素の消費量を制御する際に、電池構造によっては各セルの電圧が大きくばらつく場合がある。そのような場合には、各セルもしくはセルグループの電圧ばらつきを均等化する電圧均等化回路を燃料電池に接続することにより、セル間の電圧ばらつきを発生させずに水素あるいは酸素の消費制御が行える。
【０１０９】
図１４に、５つのセル１０１〜１０５を有する燃料電池用の電圧均等化回路を示す。第１差動増幅器１１１の非反転入力端子には第１セル１０１の出力電圧Ｅ１が入力され、第１差動増幅器１１１の反転入力端子には５つのセル１０１〜１０５の平均電圧ＥＲが入力される。このため、第１差動増幅器１１１は、出力電圧Ｅ１と平均電圧ＥＲの差に応じた電位差ΔＶ１を出力する。因みに、平均電圧ＥＲは、各セル１０１〜１０５の各出力電圧Ｅ１〜Ｅ５の合計を、抵抗値が等しい５つの抵抗１２１〜１２５にて分圧させて得ており、ＥＲ＝（Ｅ１＋Ｅ２＋Ｅ３＋Ｅ４＋Ｅ５）／５である。
【０１１０】
同様に、第２〜第４差動増幅器１１２〜１１４にも、第２〜第４セル１０２〜１０４の各出力電圧Ｅ２〜Ｅ４と、平均電圧ＥＲとが入力され、第２〜第４差動増幅器１１２〜１１４は、各出力電圧Ｅ２〜Ｅ４と平均電圧ＥＲの差に応じた電位差ΔＶ２〜ΔＶ４を出力する。
【０１１１】
制御回路１３０は、以下詳述するように、電位差ΔＶ１〜ΔＶ４に基づいて第１〜第５スイッチ１４１〜１４５を制御して、第１〜第５放電抵抗１６１〜１６５への電流の流れを制御する。
【０１１２】
まず、第１セル１０１の電圧制御について説明する。ΔＶ１＞０ならばＥ１＞ＥＲ、ΔＶ１≦０ならばＥ１≦ＥＲである。そして、Ｅ１＞ＥＲの場合は、第１セル１０１の出力電圧Ｅ１が平均電圧ＥＲに比べて高いため、第１スイッチ１４１を閉じて第１放電抵抗１６１により第１セル１０１を放電させて電圧を均等化する。
【０１１３】
次に、第２セル１０２の場合、ΔＶ２＋ΔＶ１＞０ならば第２セル１０２の出力電圧Ｅ２が平均電圧ＥＲに比べて高いため、第２スイッチ１４２を閉じて第２放電抵抗１６２により第２セル１０２を放電させて電圧を均等化する。
【０１１４】
同様に、第３セル１０３の場合、ΔＶ３＋ΔＶ２＞０ならば、第３スイッチ１４３を閉じて第３放電抵抗１６３により第３セル１０３を放電させ、第４セル１０４の場合、ΔＶ４＋ΔＶ３＞０ならば、第４スイッチ１４４を閉じて第４放電抵抗１６４により第４セル１０４を放電させる。
【０１１５】
さらに、第５セル１０５の電圧制御について説明する。ΔＶ４＜０ならばＥ５＞ＥＲ、ΔＶ４≧０ならばＥ５≦ＥＲである。そして、Ｅ５＞ＥＲの場合は、第５セル１０５の出力電圧Ｅ５が平均電圧ＥＲに比べて高いため、第５スイッチ１４５を閉じて第５放電抵抗１６５により第５セル１０５を放電させて電圧を均等化する。
【０１１６】
本実施形態によれば、出力電圧が平均電圧に比べて高いセルの電圧を、放電により低下させるため、セル間の電圧ばらつきを発生させずに水素あるいは酸素の消費制御が行宇ことができる。
【０１１７】
（第９実施形態）
次に、本発明の第９実施形態について図１５に基づいて説明する。第５実施形態では、燃料電池１０内の残留反応ガスを消費（除去）させる際に空気の供給を停止するようにしたが、本実施形態は水素の供給を停止するようにしたものである。そのため、第５実施形態におけるステップ５２とステップ５５を変更している。その他の点は第５実施形態と同一である。
【０１１８】
図１５において、燃料電池１０の発電が不要な場合には（ステップ５１がＮＯ）、水素弁３２により燃料流路３０を閉じて燃料電池１０への水素の供給を停止する（ステップ５２ａ）。次に、二次電池１２への充電が不可能であれば（ステップ５３がＹＥＳ）、空気ポンプ２１の動力を制御し（ステップ５５ａ）、これにより燃料電池１０の発電を継続させて燃料電池１０に残留している水素を消費させる。
【０１１９】
上記した本実施形態によると、第５実施形態と同様に、カソード電極の劣化を確実に防止ないしは抑制することができる。
【０１２０】
（第１０実施形態）
次に、本発明の第１０実施形態について図１６に基づいて説明する。第５実施形態では、空気の供給を停止する際に空気ポンプ２１を停止する方法を用いたが、図１６に示すように、第１空気弁２２を設けて、この第１空気弁２２により空気流路２０を閉じて燃料電池１０への空気の供給を停止するようにしてもよい。
【０１２１】
（他の実施形態）
上記実施形態では、燃料電池システム停止指令信号を受信した場合（図３のステップＳ１０）、燃料電池１０への空気の供給を停止したが（ステップＳ１１）、空気の供給を停止する代わりに、燃料電池１０への水素の供給を停止するようにしてもよい。
【０１２２】
具体的には、水素弁３２にて燃料流路３０を閉じて、燃料電池１０への水素の供給を停止し、一方、空気ポンプ２１を運転すると共に空気弁２２、２３を開弁状態にして燃料電池１０への空気の供給を継続する。そして、以下第１実施形態と同様に、燃料電池１０に発電を行わせて燃料電池１０内の残留水素を消費（除去）させることにより、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１２３】
また、上記実施形態において、クロスリーク劣化有りと判定した場合（図４のステップＳ２２７）、クロスリーク劣化有りと判定されたセルを記憶すると共に、クロスリーク劣化したセルが有ることを知らせる警報を発生するようにしてもよい。
【０１２４】
また、上記実施形態では、燃料電池システムを停止させる際に燃料電池１０が発生した電力を二次電池１２に充電するようにしたが、電力貯蔵手段に相当するキャパシタを二次電池１２の代わりに用いて、燃料電池システムを停止させる際に燃料電池１０が発生した電力をそのキャパシタに充電するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムの全体構成を示す図である。
【図２】図１のセル電圧除去回路１５の構成を示す図である。
【図３】第１実施形態の制御の手順を示すフローチャートである。
【図４】第１実施形態の制御の手順を示すフローチャートである。
【図５】第１実施形態の説明に供するセル電圧等の特性図である。
【図６】第２実施形態の要部の構成を示す図である。
【図７】第３実施形態の説明に供する酸素除去制御電流の特性図である。
【図８】第４実施形態の説明に供する酸素除去制御電流の特性図である。
【図９】第５実施形態に係る燃料電池システムの全体構成を示す図である。
【図１０】第５実施形態の制御の手順を示すフローチャートである。
【図１１】第５実施形態の制御の手順を示すフローチャートである。
【図１２】第６実施形態に係る燃料電池システムの全体構成を示す図である。
【図１３】第７実施形態の制御の手順を示すフローチャートである。
【図１４】第８実施形態に係る燃料電池システムにおける電圧均等化回路を示す図である。
【図１５】第９実施形態の制御の手順を示すフローチャートである。
【図１６】第１０実施形態に係る燃料電池システムの全体構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１２６】
１０…燃料電池、２２、２３…空気弁（ガス供給停止手段）、
３２…水素弁（ガス供給停止手段）。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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