(57)【要約】【課題】アイドル停止時には燃料電池への反応ガスの供給を停止することで燃費の改善を図り、アイドル停止から短時間で再起動可能とする。【解決手段】燃料電池２の空気供給系に、アイドル停止時に空気極通路を遮断するための空気遮断機構（シャット弁２５，２６）を設ける。そして、アイドル停止時に空気遮断機構によって空気極通路を遮断することで、空気を圧力を保ったままの状態で空気極通路内に密閉する。再起動時には、所定の電力を取り出すために必要な圧力まで到達させるための空気圧力の上昇は僅かなもので済み、短時間での再起動が可能となる。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気供給手段及び水素供給手段と、前記空気供給手段からの空気を燃料電池スタックの空気極へと導く空気極通路及び前記水素供給手段からの水素を燃料電池スタックの水素極へと導く水素極通路とを備える燃料電池が駆動源として搭載された燃料電池車両において、
前記空気極通路には、前記燃料電池スタックに対する入口側及び出口側に、アイドル停止時に当該空気極通路を遮断する空気遮断機構が設けられていることを特徴とする燃料電池車両。
【請求項２】
前記空気供給手段は、前記燃料電池スタックの空気極に空気を送り込むコンプレッサと、前記燃料電池スタックの空気極へ供給する空気の流量及び圧力のうちの少なくとも一方を制御する空気調整弁とを有し、
前記空気調整弁は、前記空気極通路の出口側に設けられており、
前記空気遮断機構は、前記コンプレッサの下流側と前記空気調整弁の下流側とにそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池車両。
【請求項３】
アイドル停止時には、前記コンプレッサの駆動が停止されることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池車両。
【請求項４】
アイドル停止状態を判定する制御手段を有し、この制御手段からの情報に基づいて前記空気遮断機構が開閉操作されることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の燃料電池車両。
【請求項５】
前記水素極通路には、前記燃料電池スタックに対する入口側及び出口側に、アイドル停止時に当該水素極通路を遮断する水素遮断機構が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の燃料電池車両。
【請求項６】
前記水素供給手段は、水素供給源と、前記燃料電池スタックの水素極へ供給する水素の流量及び圧力のうちの少なくとも一方を制御する水素調整弁とを有し、
前記水素調整弁は、前記水素極通路の入口側に設けられており、
前記水素遮断機構は、前記水素供給源と前記水素調整弁との間に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の燃料電池車両。
【請求項７】
前記水素供給手段は、前記燃料電池スタックの水素極からの排出水素を循環する循環経路とパージ弁とを有し、このパージ弁が前記水素遮断機構として機能することを特徴とする請求項５又は６に記載の燃料電池車両。
【請求項８】
前記燃料電池スタックに供給される水素及び空気のうちの少なくとも一方を加湿する加湿器を備えることを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の燃料電池車両。
【請求項９】
空気供給手段及び水素供給手段と、前記空気供給手段からの空気を燃料電池スタックの空気極へと導く空気極通路及び前記水素供給手段からの水素を燃料電池スタックの水素極へと導く水素極通路とを備える燃料電池が駆動源として搭載された燃料電池車両の制御方法において、
前記空気極通路の前記燃料電池スタックに対する入口側及び出口側に、当該空気極通路を遮断する空気遮断機構を設け、アイドル停止時には、この空気遮断機構により前記空気極通路を遮断することを特徴とする燃料電池車両の制御方法。
【請求項１０】
前記水素極通路の前記燃料電池スタックに対する入口側及び出口側に、当該水素極通路を遮断する遮断機構を設け、アイドル停止時には、この水素遮断機構により前記水素極通路を遮断することを特徴とする請求項９に記載の燃料電池車両の制御方法。
【請求項１１】
前記水素供給手段として、前記燃料電池スタックの水素極からの排出水素を循環する循環経路とパージ弁とを設け、このパージ弁を前記水素遮断機構として機能させることを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池車両の制御方法。
【請求項１２】
前記空気供給手段として、前記燃料電池スタックの空気極に空気を送り込むコンプレッサと、前記燃料電池スタックの空気極へ供給する空気の流量及び圧力のうちの少なくとも一方を制御する空気調整弁とを設け、前記空気調整弁を前記空気極通路の出口側に設けるとともに、前記空気遮断機構を前記コンプレッサの下流側と前記空気調整弁の下流側とにそれぞれ設け、
前記水素供給手段として、水素供給源と、前記燃料電池スタックの水素極へ供給する水素の流量及び圧力のうちの少なくとも一方を制御する水素調整弁とを設け、前記水素調整弁を前記水素極通路の入口側に設けるとともに、前記水素遮断機構を前記水素供給源と前記水素調整弁との間に設け、
アイドル停止時には、先ず、前記パージ弁を開放し、次に、前記水素供給源と前記水素調整弁との間に設けた水素遮断機構を遮断し、次に、前記水素調整弁を開放し、次に、前記パージ弁を遮断し、次に、前記コンプレッサの駆動を停止し、次に、前記空気調整弁の下流側に設けた空気遮断機構を遮断し、次に、前記空気調整弁を全開にし、次に、前記コンプレッサの下流側に設けた空気遮断機構を遮断することを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池車両の制御方法。
【請求項１３】
アイドル停止時に、前記空気極通路における空気圧力と前記水素極通路における水素圧力とを比較し、空気圧力が水素圧力より所定値以上小さい場合には、前記空気供給手段から空気を供給して空気圧力を調整することを特徴とする請求項９乃至１２の何れかに記載の燃料電池車両の制御方法。
【請求項１４】
燃料電池スタックに供給される水素及び空気のうちの少なくとも一方を加湿する加湿器を設置し、アイドル停止時には前記加湿器の加湿動作を停止、または加湿能力を低下させることを特徴とする請求項９乃至１３の何れかに記載の燃料電池車両の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池を駆動源として搭載する燃料電池車両及びその制御方法に関するものであり、特に、アイドル停止時における制御技術の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の環境問題、特に車両からの排出ガスによる大気汚染や二酸化炭素による地球温暖化の問題等に対する対策として、クリーンな排気及び高エネルギ効率を可能とする燃料電池技術が注目を浴びている。燃料電池は、燃料となる水素あるいは水素リッチな改質ガス及び空気を電解質・電極触媒複合体に供給し、電気化学反応を起こし、化学エネルギを電気エネルギに変換するエネルギ変換システムである。なかでも、固体高分子膜を電解質として用いた固体高分子電解質型燃料電池は、低コストでコンパクト化が容易であり、しかも高い出力密度を有することから、車両の駆動源としての用途が期待されている。
【０００３】
ところで、以上のような燃料電池を駆動源として搭載した燃料電池車両では、車両が一時停止状態となるアイドル停止時における燃料電池の運転制御が問題になる。アイドル停止時にも燃料電池から電力供給を行うようにすると、燃料電池の低出力領域での発電効率が悪いことに起因して、燃費が悪化する。
【０００４】
そこで、燃料電池車両がアイドル停止状態にあることを検出した場合に、反応ガスの供給を停止して、燃料電池の発電を停止するアイドル制御装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１記載のアイドル制御装置では、燃料電池車両を駆動するモータの回転数が所定値以下で、ブレーキがオンの状態、バッテリ残容量が所定残容量以上、電気的負荷が所定値以下であるある場合に、アイドル状態であると判断して反応ガスである空気や水素の供給を停止して、燃料電池での発電を停止するようにしている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−３５９２０４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術のようにアイドル停止時に反応ガスの供給を停止すると、燃料電池内の反応ガスの圧力が次第に低下していき、特に再起動時に支障を来す虞れがある。一般に、燃料電池の発電電力が大きくなるほど、供給する反応ガスは、流量の他、その圧力も大きくする必要がある。したがって、以上のようにアイドル停止時に反応ガスの供給を停止して燃料電池内の反応ガス圧力が低下してしまうと、次に発電を行う際に、所定の電力を取り出すのに必要な圧力まで反応ガス圧力を上昇させるのに時間が必要となる。
【０００７】
そのため、例えば信号待ちによる燃料電池車両の一時停止時等、アイドル停止後に短時間で燃料電池を再起動させる必要がある場合には、このような制御方法では起動に時間が掛かりすぎてしまい、素速い起動、すなわち素速い電力取り出し要求に応えることができない。また、特に、燃料電池の空気極側はコンプレッサで空気圧力を高める構成であるため、以上のような圧力低下を補おうとすると、多大なエネルギーが消費されることになる。
【０００８】
本発明は、従来技術の有する前記課題を解消することを目的として提案されたものである。すなわち、本発明は、アイドル停止時には反応ガスの供給を停止することで燃費を改善することができると共に、再起動時には短時間で燃料電池から所望の電力を取り出すことが可能な燃料電池車両及びその制御方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、上述の目的を達成するために、空気供給手段及び水素供給手段と、前記空気供給手段からの空気を燃料電池スタックの空気極へと導く空気極通路及び前記水素供給手段からの水素を燃料電池スタックの水素極へと導く水素極通路とを備える燃料電池が駆動源として搭載された燃料電池車両において、燃料電池の空気極通路の入口側及び出口側に空気遮断機構を設ける。そして、アイドル停止時には、この空気遮断機構により燃料電池の空気極通路を遮断し、燃料電池の空気極通路内の圧力を維持するようにする。
【００１０】
このように、アイドル停止時に空気を圧力を保ったまま燃料電池の空気極通路内に密閉することにより、次回起動時に所定の電力を取り出すために必要な圧力まで到達させるための空気圧力の上昇は僅かなもので済む。したがって、アイドル停止を解除して再度燃料電池で発電を行う際に、圧力上昇に要する時間を大幅に短縮して燃料電池での発電を短時間で再開できると共に、コンプレッサでのエネルギー消費も抑制される。
【００１１】
【発明の効果】
本発明によれば、アイドル停止時には反応ガスの供給を停止しているので、燃費を大幅に改善することができると共に、アイドル停止時には、空気遮断機構により燃料電池の空気極通路を遮断して、燃料電池の空気極通路内の圧力を維持するようにしているので、素速い再起動、素速い電力の取り出しが可能である。さらに、再起動時におけるコンプレッサ等でのエネルギー消費も抑制することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した燃料電池車両及びその制御方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
（第１の実施形態）
図１は、燃料電池車両の基本構成を示すものである。燃料電池車両は、車両本体１に駆動電源として燃料電池発電システム（以下、単に燃料電池という。）２を搭載してなるものであり、更にインバータ３や、駆動モータ４、駆動輪５、車速センサ６、２次電池７、リレー８、及び制御コントローラ９等を備えている。
【００１４】
燃料電池２は、駆動モータ４が消費する電力や２次電池７の充電に必要な電力が発電できるように、燃料電池スタックに供給する水素や空気の圧力、流量等が圧力調整弁、コンプレッサ等で制御されるようになっている。また、インバータ３は、燃料電池２で発電される直流電力を交流電力に変換し、制御コントローラ９から指示される駆動モータ出力トルクとなるように、駆動モータ４を制御する。
【００１５】
駆動輪５は、駆動モータ４と機械的に接続されており、駆動モータ４の駆動トルクをタイヤに伝達し、駆動力を発生させる。ここには車速センサ６が設けられており、駆動輪５の回転速度はこの車速センサ６によって検出されるようになっている。
【００１６】
２次電池７は、アイドル停止時など、燃料電池２から電力が供給されない場合に、駆動モータ４に電力を供給する。また、リレー８は、制御コントローラ９からの指令に基づいて、燃料電池２と負荷回路とを接続／切断する。
【００１７】
次に、燃料電池２の具体的構成について、図２を参照して説明する。燃料電池２は、図２に示すように、燃料電池スタック１１と、この燃料電池スタック１１に燃料である水素（あるいは水素リッチガス）を供給するための水素供給系と、燃料電池スタック１１に酸化剤である空気を供給するための空気供給系とを有している。
【００１８】
燃料電池スタック１１は、水素が供給される水素極１１ａと酸素（空気）が供給される空気極１１ｂとが電解質・電極触媒複合体を挟んで重ね合わされた発電セルを多段積層してなるものであり、電気化学反応により化学エネルギーを電気エネルギーに変換する発電部を構成するものである。水素極１１ａでは、水素が供給されることで水素イオンと電子に解離し、水素イオンは電解質を通り、電子は外部回路を通って電力を発生させ、空気極１１ｂにそれぞれ移動する。空気極１１ｂでは、供給された空気中の酸素と上記水素イオン及び電子が反応して水が生成し、外部に排出される。
【００１９】
燃料電池スタック１１の電解質としては、高エネルギー密度化、低コスト化、軽量化等を考慮して、例えば固体高分子電解質が用いられる。固体高分子電解質は、例えばフッ素樹脂系イオン交換膜等、イオン（プロトン）伝導性の高分子膜からなるものであり、飽和含水することによりイオン伝導性電解質として機能する。
【００２０】
水素供給系は、水素供給手段からの水素を水素極通路によって燃料電池スタック１１の水素極１１ａへと導くようになっている。すなわち、この水素供給系は、水素供給手段としての高圧水素タンク１２や水素調圧弁１３、エゼクタ１４と、水素極通路となる水素供給配管１５、水素循環配管１６とを有している。また、燃料電池スタック１１の水素極１１ａの入口近傍には、水素圧力センサ１７が設けられている。そして、水素供給源である高圧水素タンク１２から供給される水素ガスは、水素調圧弁１３及びエゼクタ１４を通って水素供給配管１５へと送り込まれ、燃料電池スタック１１の水素極１１ａに供給される。このとき、水素調圧弁１３は、水素圧力センサ１６からの出力に基づいて制御され、燃料電池スタック１１の水素極１１ａ及び水素極通路内の圧力が負荷に応じた圧力になるように、供給される水素ガスの圧力を調整している。
【００２１】
燃料電池スタック１１では、供給された水素ガスが全て消費されるわけではなく、消費されなかった水素ガス（燃料電池スタック１１から排出される水素ガス）は、水素循環配管１７を通ってエゼクタ１４により循環され、新たに供給される水素ガスと混合されて、再び燃料電池スタック１１の燃料極１１ａに供給される。これにより、水素のストイキ比（供給流量／消費流量）を１以上にすることができ、セル電圧が安定化する。
【００２２】
なお、燃料電池スタック１１の出口側には、パージ弁１８及びパージ配管１９が設けられている。パージ弁１８は、通常は閉じられており、燃料電池スタック１１の水詰まりや不活性ガスの蓄積等によるセル電圧の低下を検知すると開放されるようになっている。水素循環配管１７内には水素ガスを循環させることで不純物や窒素等が蓄積され、これにより水素分圧が降下して燃料電池２の効率が低下する場合もある。そこで、燃料電池スタック１１の出口側にパージ弁１８やパージ配管１９を設け、必要に応じてパージ弁１８を開放して水素パージを行うことで、水素循環配管１７内から不純物や窒素等を除去できるようにしている。
【００２３】
空気供給系は、空気供給手段からの空気を空気極通路によって燃料電池スタック１１の空気極１１ｂへと導くようになっている。すなわち、この空気供給系は、空気供給手段としてのコンプレッサ２０や空気調圧弁２１と、空気極通路となる空気供給配管２２とを有している。ここで、コンプレッサ２０は燃料電池スタック１１の空気極１１ｂに空気を送り込むものであり、例えばモータ駆動により圧縮した空気を空気供給配管２２を通して燃料電池スタック１１の空気極１１ｂへと供給する。空気調圧弁２１はコンプレッサ２０によって供給される空気の圧力を調整するものであり、燃料電池スタック１１の空気極１１ｂの出口側に設けられている。また、燃料電池スタック１１の空気極１１ｂの入口近傍には、空気圧力センサ２３が設けられており、空気調圧弁２１は、この空気圧力センサ２３からの出力に基づいて制御され、燃料電池スタック１１の空気極１１ｂ及び空気極通路内の圧力が負荷に応じた圧力になるように、コンプレッサ２０によって供給される空気の圧力を調整している。なお、燃料電池スタック１１で消費されなかった酸素及び空気中の他の成分は、燃料電池スタック１１から空気調圧弁２３を介して排出される。
【００２４】
以上のよう構成の燃料電池２において、固体高分子電解質型の燃料電池スタック１１は、適正な作動温度が８０℃前後と比較的低く、過熱時には冷却することが必要である。したがって、以上のような燃料電池２においては、通常、冷却水を循環させて燃料電池スタック１１を冷却し、これを最適な温度に維持する冷却機構が設けられているが、ここではその説明は省略する。
【００２５】
以上が燃料電池２の具体的構成であるが、本実施形態では、上述した水素供給系及び空気供給系に、それぞれ遮断機構であるシャット弁を設け、アイドル停止時には水素極通路及び空気極通路の圧力を保持するようにしている。具体的には、水素供給系には、高圧水素タンク１２と水素調圧弁１３との間に高圧シャット弁２４を設け、水素極通路の燃料電池スタック１１入口側を遮断できるようにするとともに、パージ弁１８を遮断機構として機能させて、水素極通路の燃料電池スタック１１出口側を遮断できるようにしている。また、空気供給系には、コンプレッサ２０と空気圧力センサ２３との間に入口側空気シャット弁２５を設けるとともに、空気調圧弁２１の下流側に出口側空気シャット弁２６を設け、燃料電池スタック１１入口側及び出口側を遮断できるようにしている。
【００２６】
燃料電池２においては、車速センサ６からの情報等に基づいて制御コントローラ９でアイドル状態と判定されると、遮断機構である各シャット弁２４，２５，２６及びパージ弁１８が制御コントローラ９からの制御信号に基づいて操作され、水素極通路及び空気極通路と燃料電池スタック１１とが密閉されて、これらの内部における圧力低下が防止される。以下、このアイドル停止時の制御フローについて説明する。
【００２７】
図３は、燃料電池スタック１１の発電電力と水素圧力、空気圧力の関係の一例を示すものである。この図３からも分かるように、発電電力が大きくなるほど水素や空気の流量の他、これらの圧力も大きくする必要がある。したがって、再起動を考えると、アイドル停止時の圧力低下は極力抑えることが好ましく、以下の制御フローが有効になる。
【００２８】
本実施形態における制御フローは、アイドル停止か否かの判定のためのアイドル停止判定フローと、アイドル停止と判定された場合のアイドル停止時操作フローからなる。
【００２９】
先ず、アイドル停止判定フローを図４に示す。アイドル停止か否かの判定に際しては、最初に、運転者により操作される図示しないイグニッションスイッチがオンであるかオフであるかを検出する（ステップＳ１）。ここで、イグニッションスイッチがオフであれば、その後直ちに発電が要求されることは無いと考えられるので、完全に車両（燃料電池発電システム）を停止させるための運転停止操作を行う（ステップＳ７）。
【００３０】
運転停止操作では、コンプレッサ２０の作動を停止するとともに、高圧シャット弁２４を閉じ、新たな空気・水素の供給を停止する。また、パージ弁１８、出口側空気シャット弁２６、空気調圧弁２３を全て全開とし、燃料電池スタック１１及び水素極通路内、空気極通路内を大気開放する。
【００３１】
イグニッションスイッチがオンである場合には、要求発電量（運転者の駆動力要求）が所定値以下であるか否か（ステップＳ２）、車速が所定の速度以下であるか否か（ステップＳ３）、バッテリの充電容量が十分であるか否か（ステップＳ４）を各ステップにおいて検出し、アイドル停止を行うか否かを判定する。これらの条件を満たした場合、すなわち要求発電量が所定値以下であり、車速が所定の速度以下であり、バッテリの充電容量が十分である場合には、その時点では燃料電池スタック１１での発電を停止しても構わないが、直後（数分以内）に発電を再開する必要が生まれる可能性が高いので、運転停止操作ではなくアイドル停止を行うと判定し、アイドル停止モード（ステップＳ５）に移行する。なお、アイドル停止の判定については、従来技術と同様、他の運転パラメータを追加してもよいし、また、他の判定方法を適用してもよい。
【００３２】
なお、上記各ステップ（ステップＳ２、ステップＳ３、ステップＳ４）の何れかにおいて条件を満たさない場合、すなわち、要求発発電量が所定値以上であったり、車速が所定の速度以上であったり、バッテリの充電容量が不十分である場合には、燃料電池スタック１１の発電を継続する（ステップＳ６）。
【００３３】
以上のアイドル停止判定フローによりアイドル停止を行うと判定された場合、図５に示すアイドル停止時操作フローに基づいて各シャット弁等の操作を行う。
【００３４】
アイドル停止時には、先ず、水素供給系のパージ弁１８を開放する（ステップＳ１１）。次いで、リレー８をオフし、燃料電池スタック１１を負荷回路から切断する（ステップＳ１２）。これによって燃料電池スタック１１からの電力取出しは行われなくなる。
【００３５】
次に、水素供給系に設けられた高圧シャット弁２４を閉じ、新たな水素供給が行われないようにする（ステップＳ１３）。その後、水素調圧弁１３を開放し、水素調圧弁１３上流の水素ガスを燃料電池スタック１１の入口へ流す（ステップＳ１４）。
【００３６】
続いて、燃料電池スタック１１の入口に設けられた水素圧力センサ１７での検出値を基に、燃料電池スタック１１入口の水素圧力が所定値以上であるか否かを判定する。ここでいう所定値は、図３に示した特性から、アイドル停止から復帰する時にどのくらいの発電を瞬時に行えるようにするかを基に決めればよい（ステップＳ１５）。このステップＳ１５において、水素圧力センサ１６での検出値が所定値以上と判定された場合には、所定値以下と判定されるまで、ステップＳ１５の処理を繰り返す。そして、水素圧力センサ１６での検出値が所定値より小さいと判定されると、パージ弁１８を閉じて、水素極通路を密閉する（ステップＳ１６）。
【００３７】
次いで、コンプレッサ２０を停止し（ステップＳ１７）、出口側空気シャット弁２６を閉じる（ステップＳ１８）。そして、空気調圧弁２１をほぼ全開とし、空気供給系全体の圧力平衡を図る（ステップＳ１９）。ここでは、コンプレッサ２０が絞りとなり、比較的緩やかに空気供給系の圧力が推移することになる。
【００３８】
ステップ２０では、燃料電池スタック１１の入口に設けられた空気圧力センサ２での検出値を基に、燃料電池スタック１１入口の空気圧力が所定値以上か否かが判定される。ここの所定値は、水素側と同様に、図３に示した特性から、アイドル停止から復帰する時にどのくらいの発電を瞬時に行えるようにするかを基に決定すればよい。また、水素極側との差圧を所定値以内にする必要がある場合には、それも考慮して決定すればよい。このステップＳ２０において、空気圧力が所定値以上と判定された場合は、所定値以下と判定されるまで、ステップＳ２０の処理を繰り返す。そして、空気圧力が所定値より小さいと判定されると、入口側空気シャット弁２５を閉じ、空気極通路を密閉する（ステップＳ２１）。
【００３９】
以上がアイドル停止時における制御フローであるが、従来技術では、アイドル停止するときには反応ガスの供給が停止されると共に、水素極通路及び空気極通路が開放されるため、これらの圧力が低下するようになっていた。このような構成では、次回発電を行う際に、所定の電力を取り出すために必要な圧力まで空気や水素圧力を上昇させる時間が必要となる。そのために、自動車のアイドルストップに要求されるような素速い起動、電力取り出し要求に応えることができないという問題があった。
【００４０】
これに対して、本実施形態では、水素と空気の圧力を保ったまま水素極通路及び空気極通路を密閉しているので、アイドル停止を解除し、再度燃料電池を発電する際に、僅かな時間で必要な圧力まで水素や空気圧力を上昇させことができる。
【００４１】
また、アイドル停止に入る際に上述のような動作順序を規定することで、アイドル停止実行時に水素圧力と空気圧力の差圧が大きくなることを抑制することができ、燃料電池スタック１１の高分子膜の性能劣化を防ぐことができる。
【００４２】
さらに、発電停止時に長期間水素と空気を圧力を保ったまま密閉すると、圧力バランスが崩れて燃料電池の耐久性を悪化させる場合があるといった弊害も考えられるが、本実施形態においては、発電停止時に水素と空気とを圧力を保ったまま密閉するのはアイドル停止の場合のみであり、通常の運転停止時には大気開放するので、このような弊害が生ずることもない。
【００４３】
なお、本実施形態では、水素ガスの循環系に必要なパージ弁１８を水素極通路の密閉のためのシャット弁として利用しているので、コストアップを抑制できるという利点も有する。
【００４４】
（第２の実施形態）
本実施形態は、上述した第１の実施形態のアイドル停止時操作フローに、燃料電池スタック１１の空気極と水素極との差圧を抑制するステップを加えた例である。本実施形態における燃料電池車両及び燃料電池２の基本構成は、上述した第１の実施形態のものと同様であるので、ここではその説明は省略する。
【００４５】
本実施形態におけるアイドル停止時操作フローを図６に示す。本実施形態においても、上述した第１の実施形態と同様に、アイドル停止の判定（図４参照）を行った後、図６に示すアイドル停止時操作フローを実施する。
【００４６】
本実施形態におけるステップＳ３１〜ステップＳ３９までは、図５に示す制御フローのステップＳ１１〜ステップＳ１９までと同じであるので、説明は省略する。ステップＳ３９により空気調圧弁２１を全開にした後、燃料電池スタック１１入口の空気圧力センサ２２の検出値と、燃料電池スタック１１入口の水素圧力センサ１６の検出値とを比較し、空気圧力が水素圧力より所定値以上小さいか否かを判定する（ステップＳ４０）。
【００４７】
このステップＳ４０において所定値以上小さいと判定された場合、すなわち、燃料電池スタック１１入口の空気圧力が水素圧力より小さく、且つその差圧が所定値以上である場合には、コンプレッサ２０を再び駆動する（ステップ４１）。このとき、出口側空気シャット弁２６が閉状態であるので、空気供給系の空気極通路内の圧力が上がることになる。そして、再びステップＳ４０に戻り、上記差圧が所定値以下と判定されるまでステップＳ４１の処理を繰り返す。そして、上記差圧が所定値より小さいと判定されると、入口側空気シャット弁２５及び出口側空気シャット弁２６を閉じ、空気極通路を密閉する（ステップＳ４２）。
【００４８】
本実施形態では、空気と水素との差圧が所定値以上である場合、コンプレッサ２０の下流の入口側空気シャット弁２５を閉じる前に、コンプレッサ２０を駆動し、燃料電池スタック１１入口の空気圧力を調整する構成となっている。したがて、アイドル停止実行時に水素圧力と空気圧力の差圧が大きくなるのを抑制することができ、燃料電池スタック１１の高分子膜の性能劣化を防ぐことができる。
【００４９】
また、第１の実施形態での効果に加え、空気圧力と水素圧力との差圧コントロールが容易にでき、より高い圧力で密閉することが可能となることから、アイドル停止からの復帰時に、燃料電池スタック１１からより多くの電力を素速く取り出すことが可能になる。
【００５０】
（第３の実施形態）
本実施形態は、燃料電池スタック１１に供給する空気、水素を加湿する場合のアイドル停止時操作フローに関するものである。燃料電池２の構成は、第１の実施形態において図２に示したものと基本的には同じであるが、図７に示すように、燃料電池スタック１１の入口側に空気及び水素ガスを加湿する加湿器２７が追加されている。
【００５１】
一般的な高分子膜タイプの燃料電池２では、燃料電池スタック１１の電解質に用いられる高分子膜を湿潤させるために、空気や水素を加湿する何らかの加湿デバイスが必要である。このような加湿デバイスを設けた場合のアイドル停止時操作フローを図８に示す。なお、このアイドル停止時操作フローも、上述した第１の実施形態と同様に、アイドル停止の判定（図４参照）を行った後に実施されるものである。
【００５２】
アイドル停止時には、先ず、水素供給系のパージ弁１８を開放する（ステップＳ５１）。次いで、リレー８をオフし、燃料電池スタック１１を負荷回路から切断する（ステップＳ５２）。これによって燃料電池スタック１１からの電力取出しは行われなくなる。
【００５３】
次に、燃料電池スタック１１からの電力取り出しが行われなくなったことを受けて、加湿器２７の加湿動作を停止する（ステップＳ５３）。この加湿動作の停止の手法としては、例えば加湿器２７への純水供給を停止する方法でもよいし、加湿器２７をバイパスするガス流路を設けて、水素ガス、空気とも加湿器２７を通過させないようにする方法でも構わない。
【００５４】
以降のステップＳ５４〜ステップＳ６３については、第２の実施形態におけるステップＳ３３〜ステップＳ４２と同じであるので、ここではその説明は省略する。
【００５５】
本実施形態では、密閉する水素及び空気の加湿を行わないので、第１の実施形態や第２の実施形態での効果に加え、発電停止時の燃料電池スタック１１内の温度低下による凝縮水の生成を抑制できるという効果を得ることができる。このため、アイドル停止からの復帰時に、燃料電池スタック１１内の水詰まりによるセル電圧の低下を抑制することができ、燃料電池スタック１１からより多くの電力を素速く取り出すことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料電池車両の基本構成を示す模式図である。
【図２】燃料電池発電システムの具体的な構成例を示す図である。
【図３】燃料電池の発電電力とそれに必要な水素圧力、空気圧力の関係を示す特性図である。
【図４】第１の実施形態におけるアイドル停止判定フローを示すフローチャートである。
【図５】第１の実施形態におけるアイドル停止時操作フローを示すフローチャートである。
【図６】第２の実施形態におけるアイドル停止時操作フローを示すフローチャートである。
【図７】加湿デバイスを追加した燃料電池発電システムの具体的構成例を示す図である。
【図８】第３の実施形態におけるアイドル停止時操作フローを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１　車両本体
２　燃料電池
３　インバータ
４　駆動モータ
６　車速センサ
７　２次電池
８　リレー
９　制御コントローラ
１１　燃料電池スタック
１１ａ　水素極
１１ｂ　空気極
１３　水素調圧弁
１５　水素供給配管
１６　水素循環配管
１７　水素圧力センサ
１８　パージ弁
２０　コンプレッサ
２１　空気調圧弁
２２　空気供給配管
２３　空気圧力センサ
２４　高圧シャット弁
２５　入口側空気シャット弁
２６　出口側空気シャット弁
２７　加湿器
【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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