(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムであって、
発電停止期間中に酸化ガスが供給される燃料電池と、
酸化ガスを外部から取り入れる駆動手段と、
前記発電停止期間において、前記燃料電池への酸化ガスの供給量を測定し、測定された酸化ガスの供給量が前記燃料電池の酸欠を防止する最低酸素供給量以上となるように前記駆動手段を制御し、前記燃料電池へ前記酸化ガスを供給する制御手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池の発電停止期間中における前記燃料電池への前記酸化ガスの供給を断続的に行う、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料電池の発電停止期間中における前記燃料電池への前記酸化ガスの供給を継続的に行う、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池が発電期間から発電停止期間に移行する際に、前記酸化ガスの単位時間当たりの平均供給量を順次減少させていく、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
酸化ガスを供給する駆動手段を備える燃料電池システムであって、
燃料電池の発電停止期間中に、駆動手段によって前記燃料電池の発電期間中より少ない供給量の酸化ガスを外部から取り入れ、
前記燃料電池が発電期間から発電停止期間に移行する際に、前記酸化ガスの単位時間当たりの平均供給量を順次減少させていくことを特徴と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、酸欠によって燃料電池が劣化することを抑制する燃料電池の発電停止制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、発電停止時に、燃料電池内に残留するアノード側の水素ガスが電解質膜を透過してカソード側へ、また、カソード側の空気中の酸素ガスや窒素ガスが電解質膜を透過してアノード側へ移動する、いわゆるクロスリークが生じる。クロスリークが生じると電解質膜が損傷することがあるため、特開２００３―１１５３１７号公報では、発電停止時に燃料電池のカソードから排出される排出ガスを再循環してカソードに供給し、排出ガス中の残留酸素により発電を継続し、発電電圧が所定値以下になった時に発電を停止するという燃料電池停止方法が開示されていた（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００３―１１５３１７号公報（段落番号０００６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記公知技術では、残留酸素の濃度が徐々に少なくなっていくため、酸素ガスを循環させるコンプレッサを一定の回転数で駆動させなければならず、燃費のよい運転停止方法とはいえなかった。
【０００４】
また、上記公知技術は燃料電池システムの完全運転停止時に関し、燃料電池の発電と発電停止とを繰り返す間欠運転の発電停止期間における燃料電池の電解質膜劣化を抑制するものではなかった。出願人の経験によれば、間欠運転の発電停止期間において、燃料電池の電解質膜表面で酸欠状態が断続的に生じると燃料電池の耐久性が落ちることが観測されている。また、残留水素ガスがある状態で酸化ガスの供給量が少なくなると、電気化学反応が電解質膜内で生じ、電解質膜が熱により劣化することがあった。すなわち、上記公知技術に開示されているような残留酸素の消費方法では、頻繁に通発電と発電停止とが繰り返される間欠運転の発電停止期間における電解質膜劣化抑制には適さなかった。
【０００５】
そこで本発明は、燃費を悪化させることなく、電解質膜の損傷や熱劣化を抑制しながら燃料電池システムを発電停止させる制御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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、燃料電池システムであって、燃料電池の発電停止期間中に、燃料電池へ酸化ガスを供給することを特徴とする。
【０００７】
システム全体が運転中であるにもかかわらず発電停止期間となったことを理由に燃料電池への酸化ガス供給を停止すると、電解質膜の損傷や熱劣化が生じる可能性がある。本発明によれば、燃料電池が発電停止期間であっても酸化ガスを供給するので、酸化ガス欠如によって発生する不都合を回避することが可能である。
【０００８】
なお、「燃料電池の発電停止期間」とは、燃料電池システムが運転中であるが、燃料電池そのものの発電を停止するような場合であり、例えば間欠運転における発電停止期間が挙げられる。ただし、本発明は、間欠運転のみならずその他の事情に応じた燃料電池の発電停止や燃料電池システムの完全運転停止時における措置としても適用可能である。
【０００９】
ここで、燃料電池の発電停止期間中における燃料電池への酸化ガスの供給は、断続的に行うようにすることができる。このような構成によれば、酸化ガスの単位時間当たりの供給量を変化させずに、供給あり、供給無しの繰り返しで、発電停止期間において適量の酸化ガスを供給することが可能である。
【００１０】
また、燃料電池の発電停止期間中における燃料電池への酸化ガスの供給を継続的に行うようにしてもよい。このような構成によれば、例えば酸化ガスの供給量を変化させて酸化ガスを連続供給すれば、発電停止期間において適量の酸化ガスを供給することが可能である。
【００１１】
ここで、発電停止期間中における酸化ガスの供給量は、燃料電池の酸欠を防止する最低酸素供給量以上であることは好ましい。この構成によれば、酸欠を生じない酸化ガスの供給量が予め設定されており、その供給量以上の酸化ガスが、発電停止期間中においても供給されるので、発電自体が停止していても残留している燃料ガスとの反応を継続するに足りるだけの酸化ガス量が維持される。このため酸欠が原因で生じる損傷や熱劣化から電解質膜を保護することが可能である。
【００１２】
ここで酸化ガスの供給は、酸化ガスの流れが燃料電池内（例えばセパレータ表面）で均一になるように酸化ガスの供給量が確保することが好ましい。このようにすれば、局所的に酸欠状態が生じたり熱劣化が生じたりすることを防止可能である。
【００１３】
本発明は、酸化ガスを供給する駆動手段を備える燃料電池システムであって、燃料電池の発電停止期間中に、駆動手段によって燃料電池の発電期間中より少ない供給量の酸化ガスを外部から取り入れることを特徴とする。
【００１４】
上記構成によれば、燃料電池の発電停止期間中には発電期間中より少ない供給量で酸化ガスが供給されるので、駆動手段によって消費される電力を極力抑えることができる一方、この少ない供給量で供給される酸化ガスは外部から取り入れられるものであるため酸素ガス濃度が低くなっておらず、燃料電池に酸欠状態となる部分が発生することも抑制可能である。
【００１５】
本発明では、燃料電池が発電期間から発電停止期間に移行する際に、酸化ガスの単位時間当たりの平均供給量を順次減少させていくことは好ましい。発電期間には十分な酸化ガスが供給されるが、発電停止期間では発電期間において供給された酸化ガスが残留している。当該構成によれば、当該残留する酸化ガスの量を考慮して徐々に酸化ガスの供給量を減少させていくので、急激な停止で局所的な酸欠状態を発生させることなく、安定的に速やかに燃料電池を停止させることができる。
【００１６】
ここで当該発明は、間欠運転における発電停止においてもシステムの完全運転停止においても適用可能である。
【００１７】
また、酸化ガスを順次減少させていく手順としては、酸欠が起こらないインターバルで酸化ガスの供給・非供給を繰り返す断続供給を実施して供給期間における単位時間当たりの供給量を一定にしながらそのインターバルを長くしていく方法、インターバルを一定にしながら酸化ガスの断続供給の供給期間における単位時間あたりの供給量を徐々に落としていく方法、それらの混合、連続的に供給量を低下させていく方法（一次的、漸近線的）等が考えられる。
【発明の効果】
【００１８】
以上本発明によれば、燃料電池の発電停止期間中においても燃料電池へ酸化ガスを供給するので、燃費を悪化させることなく、電解質膜の損傷や熱劣化を抑制しながら燃料電池の発電停止が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に本発明を実施するための好適な実施形態を、図面を参照しながら説明する。以下の実施形態は本発明の一形態に過ぎず、本発明はこれに限定されずに適用可能である。
【００２０】
（実施形態１）
本実施形態１は、電気自動車等の移動体に搭載する燃料電池システムに、本発明の発電停止制御方法を適用したものであり、特に間欠運転の発電停止期間に本発明の発電停止制御を適用したものである。
【００２１】
図１に本燃料電池システムのシステム全体図を示す。図１に示すように、当該燃料電池システムは、燃料電池スタック１に燃料ガスである水素ガスを供給するための燃料ガス系統１０、酸化ガスとしての空気を供給するための酸化ガス系統２０、燃料電池スタック１を冷却するための冷却系統３０、及び電力系統４０を備えて構成されている。
【００２２】
燃料電池スタック１は、水素ガス、空気、冷却液の流路を有するセパレータと、一対のセパレータで挟み込まれたＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）とから構成されるセルを複数積層したスタック構造を備えている。ＭＥＡは高分子電解質膜をアノード極及びカソード極の二つの電極を挟み込んだ構造をしている。アノード極はアノード極用触媒層を多孔質支持層状に設けてあり、カソード極はカソード極用触媒層を多孔質支持層上に設けてある。燃料電池は水の電気分解の逆反応を起こすものであるために、アノード（陰極）極側には燃料ガスである水素ガスが供給され、カソード（陽極）極側には酸化ガス（空気）が供給され、アノード極側では式（１）のような反応を、カソード極側では式（２）のような反応を生じさせて電子を循環させ電流を流すものである。
【００２３】
Ｈ2  →  ２Ｈ+＋２ｅ-  …（１）
２Ｈ+＋２ｅ-＋（１／２）Ｏ2  →  Ｈ2Ｏ  …（２）
燃料ガス系統１０は、水素ガス供給源としての水素タンク１１、元弁ＳＶ１、調圧弁ＲＧ、燃料電池入口遮断弁ＳＶ２、燃料電池スタック１０を経て燃料電池出口遮断弁ＳＶ３、気液分離器１２及び遮断弁ＳＶ４、水素ポンプ１３、並びに逆止弁ＲＶを備えている。
【００２４】
水素タンク１１には高圧水素ガスが充填されている。水素供給源としては高圧水素タンクの他に、水素吸蔵合金を用いた水素タンク、改質ガスによる水素供給機構、液体水素タンク、液化燃料タンク等種々のものを適用可能である。元弁ＳＶ１は水素ガスの供給を制御する。調圧弁ＲＧは下流の循環経路の圧力を調整する。燃料電池入口遮断弁ＳＶ２及び出口遮断弁ＳＶ３は、燃料電池の発電停止時等に閉鎖される。気液分離器１２は、通常運転時において燃料電池スタック１０の電気化学反応により発生する水分その他の不純物を水素オフガス中から除去し、遮断弁ＳＶ４を通じて外部に放出する。水素ポンプ１３は、循環経路中の水素ガスを強制循環させる。逆止弁ＲＶの手前には排出経路に分岐しており、排出経路上にはパージ弁ＳＶ５が設けられている。
【００２５】
酸化ガス系統２０は、エアクリーナ２１、コンプレッサ２２、加湿器２３を備えている。エアクリーナ２１は、外気を浄化して燃料電システムに取り入れる。コンプレッサ２２は、本発明の駆動手段に係り、制御部２によって指定された回転数で取り入れられた外気（酸化ガスである空気）を圧縮することによって燃料電池スタック１に供給するようになっている。このコンプレッサ２２の回転数制御によって間欠運転における発電停止期間やシステムの完全運転停止時において燃料電池スタック１への空気の供給量が決定される。加湿器２３は圧縮された空気と空気オフガスと間で水分の交換を行って適度な湿度を加える。
【００２６】
燃料電池スタック１から排出された空気オフガスは図示しない希釈器によって、パージ弁ＳＶ５から排出された水素オフガスと混合され希釈されて排出されるようになっている。
【００２７】
電力系統４０は、バッテリ４１、高圧コンバータ４２、トラクションインバータ４３、トラクションモータ４４、高圧補機４５、電流センサ４６、及び電圧センサ４７を備える。燃料電池スタック１には単セルが直列あるいは並列接続されることによって、そのアノード極Ａとカソード極Ｃとの間に所定の高圧電圧（例えば約５００Ｖ）を発生させる。高圧コンバータ４２は電圧の異なる燃料電池スタック１とバッテリ４１との間で電圧変換を行い、燃料電池スタック１の補助電源としてバッテリ４１の電力を利用したり、または、燃料電池スタック１からの余剰電力をバッテリ４１に充電したりする。トラクションインバータ４３は直流電流を三相交流に変換し、トラクションモータ４４に供給する。トラクションモータ４４は例えば移動体の車輪を回転させる動力を発生する。高圧補機４５は、コンプレッサ２２、水素ポンプ１３、ファン３２の駆動モータ、冷却水ポンプ３３等のモータ類である。電流センサ４６は燃料電池スタック１による発電電流に対応する検出信号Ｓａを出力し、電圧センサ４７は燃料電池スタック１の端子電圧に対応する検出信号Ｓｖを出力する。
【００２８】
制御部２は、自動車制御用の公知のコンピュータシステムであり、図示しないＲＯＭ等に格納されているソフトウェアプログラムを、図示しないＣＰＵ（中央処理装置）が順次実行することにより、図２に示すような手順に従って動作するようになっている。この制御部２はひとつのマイクロプロセッサによって構成されるものではなく、複数のマイクロプロセッサがそれぞれ異なるプログラムモジュールを実行することによって実現されるそれぞれの機能が、協働作用することによって本発明の方法を含む多種多様な機能を実現しているものである。
【００２９】
なお、燃料電池スタック１の冷却系統３０は、ラジエタ３１、ファン３２、及び冷却水ポンプ３３を備え、冷却液が燃料電池スタック１内部に循環供給されるようになっている。
【００３０】
次に本実施形態１における動作を説明する。
本実施形態にかかる間欠運転モードは、軽負荷時に燃費を向上させる運転方法であり、一定期間の燃料電池による発電と一定期間の発電停止とが繰り返されるモードである。本発明の停止制御は、この間欠発電の発電停止期間において適用される。すなわち、間欠運転時の燃料電池スタック１の発電停止期間において、燃料電池スタック１において酸欠や熱劣化を生じない最低酸素供給量以上の空気（酸化ガス）の供給量が維持される。
【００３１】
図３に、燃料電池に対する空気供給量と酸欠に起因する電解質膜の耐久性との関係図を示す。耐久性とは、ＭＥＡの高分子電解質膜が損傷を受ける程度を相対的に示すもので、耐久性が低いほど損傷を受けやすく寿命が短く、耐久性が高いほど損傷が少なく寿命が長くなることを示している。図３から判るように、酸素量が所定の最低酸素供給量より少なくなる酸素不足領域に入ると高分子電解質膜の耐久性が格段に落ちる。この最低酸素供給量に相当する酸素量を確保できる空気供給量を最低空気供給量Ｖminとする。燃料電池に供給される空気量がこの最低空気供給量Ｖmin以上であれば燃料電池の耐久性を維持できるのである。この最低空気供給量Ｖminが本発明の燃料電池スタックの発電停止期間におけるコンプレッサ駆動の制御領域の下限となる。
【００３２】
また本実施形態では、高分子電解質膜の耐久性のみならず、電力面からの要求も配慮して制御領域を定める。すなわち本実施形態では、燃料電池スタックの発電停止期間における空気の供給量が、コンプレッサ２２における消費電力が所定値以下となる範囲の供給量に維持する。
【００３３】
図４に、燃料電池に対する空気供給量と消費電力との関係図を示す。コンプレッサ等の駆動手段は消費電力の上昇とともに回転数が上がり出力可能な空気供給量が上昇する。ある程度までに消費電力にほぼ対応して空気供給量が上昇するが、次第に消費電力が頭打ちになってくる。燃料電池システムにおいては、燃料電池に要求される要求出力電力値に応じて、式（２）で定まる必要酸素量が変動するが、余りに空気供給量が多いと、ＭＥＡの高分子電解質膜表面から持ち去られる水分量が大きくなり過ぎて発電効率が減少してしまう。このような領域が過乾燥領域である。燃料電池スタックの発電期間中では、この過乾燥領域の下限である最大空気供給量Ｖmax以下の空気供給量となるようコンプレッサ２２の回転数が制御される。
【００３４】
さて空気供給量の比較的少ない領域では、コンプレッサ２２による消費電力は回転数が大きいほど、空気供給量が多いほど上昇する。消費電力を抑えるためには必要な空気供給量が確保できる範囲でできるだけコンプレッサ２２の回転数は低く抑える方が好ましい。そこで上記した最低空気供給量Ｖminを超える範囲で制御上支障のない値として燃料電池スタックの発電停止期間における消費電力上限値Ｐlimを定め、それの消費電力でコンプレッサ２２を駆動したときの空気供給量を消費電力抑制空気供給上限値Ｖlimとする。これが発電停止期間におけるコンプレッサ駆動の制御領域の上限となる。
【００３５】
さらに、本実施形態では、燃料電池スタック１の各単セルにおける均一な酸素（酸化ガス）供給が維持可能なように供給量を設定する。すなわち、図３で示す制御領域でコンプレッサ２２を駆動する場合、発電期間に比べて空気の供給量が相対的に少なくなるため、ＭＥＡを囲むセパレータに流れる空気の量も少なくなる。ところがセパレータには、空気の電解質膜への接触面積を確保し、通過時間を確保するための流路が複雑な形状で設けられている。この流路形状がセパレータ表面を流れる空気の抵抗となり、燃料電池全体では空気が流れていても、局所的に空気が滞留して酸欠状態となる部分が生じうる。そこで、本実施形態では、燃料電池特有の下限値として、大凡単セルのどの部分でも空気が流れ酸欠状態が生じない空気供給量を、均一空気供給下限値として設定する。この均一空気供給下限値は、単セルのセパレータ形状に影響を受ける要素であるため、実験でセパレータ形状ごとに設定することになる。この均一空気供給下限値が、上記した酸欠防止のための最低空気供給量Ｖminより大きければ、この均一空気供給下限値を、発電停止期間における空気供給の制御領域の下限値に設定し直す。
【００３６】
以上、高分子電解質膜の酸欠状態を防止する最低空気供給量、消費電力を抑制するための消費電力抑制空気供給上限値、局所的な酸欠を防止する均一空気供給下限値によって定められる空気供給の制御領域において、コンプレッサ２２が駆動される。このような制限領域の空気供給量の範囲は、例えば四百枚の単セルをスタックする燃料電池スタック１では、総量が２０〜５０NL/minとなり、一セル当たりにすれば、０．０５〜０．１２５NL/minとなる。
【００３７】
図２に、この空気供給の制限領域においてコンプレッサ２２を駆動するためのフローチャートを示す。この処理ルーチンは、本燃料電池システム実行時に定期的にあるいは不定期に実行されるものである。この処理手順は例示であり、本発明の目的が達成される限りその順番が前後してもよい。
【００３８】
図２において、燃料電池の間欠運転モードにおいて燃料電池スタック１の発電期間であれば（Ｓ１：ＮＯ）、制御部２は燃料電池に対する要求出力電力に基づく演算によって定められる回転数でコンプレッサ２２を駆動する（Ｓ１０）。
【００３９】
間欠運転の発電停止期間に入った場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、制御部２は図３の制御領域に入る、予め設定された回転数でコンプレッサ２２を駆動させる（Ｓ２）。この設定された回転数は、例えば制御領域の中心付近の空気量を供給すると想定される回転数とする。
【００４０】
そして発電停止期間における空気供給が制御領域に維持されるように、制御部２は以下の制御を行う。圧力センサｐｓの検出信号を参照する等して、制御部２は空気の供給量を測定し、この空気供給量が、上記した最低空気供給量または均一空気供給下限値である制御領域の下限値Ｖmin以下であるか否かが検査される（Ｓ３）。空気供給量がこの下限値Ｖmin以下の場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、燃料電池が局所的な酸欠状態となる酸素不足領域（図３）に入ると考えられるため、制御部２はコンプレッサ２２の回転数を若干上げるような駆動信号を出力する（Ｓ４）。一方、空気供給量が制御領域の上限値Ｖlim以上になっていると（Ｓ５：ＹＥＳ）コンプレッサ２２による消費電力が多すぎる。そこで制御部２はコンプレッサ２２に出力している駆動信号の回転数を若干減少させる（Ｓ６）。
【００４１】
さらに当該発電停止期間における空気供給処理が、燃料電池システムの完全運転停止時に実行される場合もある。このような場合には、燃料ガスである水素ガスの供給が停止され、燃料電池の発電電力が低下していく。完全運転停止時には、高分子電解質膜の劣化が無い限り、空気供給をする必要が無くなる。そこで、制御部２は電流センサ４６と電圧センサ４７とから把握される発電電力が所定値Ｐmin以下となった場合には（Ｓ８：ＹＥＳ）、残留水素ガスが消費され、ＭＥＡの高分子電解質膜表面で発生する酸欠や水素ガスがアノード側からカソード側に浸透して生じる熱劣化が生じなくなったと判断し、コンプレッサ２２の駆動を停止させる（Ｓ９）。
【００４２】
図５に当該実施形態１の間欠動作モードに対応して各燃料電池の単セルの電流密度がどのように変化するかを示す。また図６に当該間欠モードに対応して燃料電池スタック１に対する空気供給量がどのように変化するかを示す。
【００４３】
間欠運転モードでは燃料電池スタック１の発電期間と発電停止期間とが交互に所定のインターバルで実施される。発電期間中は、システム全体で電力が消費されるため各単セルにおいても図５に示すように電流が流れ、図６に示すようにそれに応じて定まる空気供給量が維持される。
【００４４】
一方、燃料電池スタック１の発電停止期間中では電力消費が無くなるため、図５に示すように実質的に電流が流れない。しかし、発電停止期間中であっても空気の供給量は制御領域に維持され、例えば平均空気供給量Ｖｐが維持される。従来のシステムでは、発電停止期間中の空気供給量は実質ゼロであったので、この点大いに異なる。
【００４５】
なお、本実施形態の動作は、燃料電池スタック１の発電停止期間における空気供給であったが、図２のフローチャートは、燃料電池システムの運転を完全に停止させる場合の電解質膜劣化防止対策としてもそのまま利用可能である。
【００４６】
以上、本実施形態１によれば、ＭＥＡの高分子電解質膜表面における酸欠による損傷と残留している水素ガスによって進行する電気化学反応による熱劣化とを抑制できる程度の空気量が、燃料電池の発電停止期間でも供給され続けるので、酸欠や熱劣化が原因で生じる損傷から燃料電池を保護し、耐久性・信頼性を向上させることが可能である。
【００４７】
また本実施形態１によれば、コンプレッサ２２による消費電力を極力抑える空気供給量を上限としているので、高分子電解質膜の酸欠及び熱劣化が抑制できる範囲で消費電力も可能な限り抑えられる。
【００４８】
また本実施形態１によれば、セパレータ表面における空気の流れが均一になる範囲に酸素の供給量が確保されるので、局所的に酸欠状態が生じることを防止可能である。
【００４９】
また本実施形態１によれば、空気は外部から取り入れられるものであるため、比較的高い酸素濃度の空気が提供され、燃料電池で部分的に酸欠が発生することも抑制可能である。
【００５０】
（実施形態２）
上記実施形態１では燃料電池が発電期間から発電停止期間に入る際に、発電期間の空気供給量から制限された空気供給量に急に変化させていたが、本実施形態２では徐々に空気供給量を変化させるものである。当該実施形態は、実施形態１と同様の構造で実施されるものとする。
【００５１】
図７に本実施形態２における燃料電池の発電期間から運転停止期間にかけての空気供給量の制御特性を示す。この図は、図６で示される発電期間と発電停止期間との空気供給量変化を拡大したものである。図７に示すように、時刻ｔ０までが発電期間中で、時刻ｔ０から発電停止期間に移行している。制御部２は、発電期間終了時（時刻ｔ０）から線形的に空気供給量が減少するようコンプレッサ２２の回転数を制御する。時刻ｔ１で制御量が、上記実施形態１で説明した平均空気供給量Ｖｐになり、それ以降の空気供給量を図２に示すフローチャートに従って安定させる。
【００５２】
空気供給量を急に変動させると供給量変動による気流の乱れから局所的な酸欠状態が発生する可能性がある。この点、本実施形態２によれば、順次空気供給量を変化させるように制御するので、燃料電池の発電停止期間直前の残留酸素量を徐々に変化させていくことができ局所的な酸欠状態が、より生じにくくなる。
【００５３】
なお、線形的（一次曲線的）に空気供給量を変化させる代わりに、図８に示すように漸近線的（多数次曲線的）に空気供給量を変化させても無論よい。
【００５４】
（実施形態３）
上記実施形態１では燃料電池が発電停止期間における制限された空気供給量を一定にしていたが、本実施形態３は、断続的に空気供給量を変化させる例に関する。当該実施形態は、実施形態１と同様の構造で実施されるものとする。
【００５５】
図９に本実施形態３における燃料電池の発電期間から発電停止期間にかけての空気供給量の制御特性を示す。この図は、図６で示される発電期間と発電停止期間との空気供給量変化を拡大したものである。
【００５６】
図９に示すように、時刻ｔ０の発電期間終了時から、一定のインターバルＴをおいて一定期間ｔだけ同一量の空気が供給され続ける。これら断続的な空気供給による平均値が図６に示すＶｐである。インターバルＴは、空気供給が全くされなくても燃料電池における残留酸素によって酸欠が生じないような期間に設定する。制御部２は、発電期間終了時（時刻ｔ０）からインターバルＴごとに同一の回転数で期間ｔだけコンプレッサ２２を駆動するように制御する。
【００５７】
コンプレッサの形態によっては制御領域における抑制された空気供給量で安定的に空気を供給することが難しい場合がある。例えば最低駆動回転数がある程度高いような場合である。この点、本実施形態によれば、断続的にコンプレッサを駆動することによって平均空気供給量を僅かなものに制御することができる。
【００５８】
なお、断続運転の回転数を発電停止期間中一定にする代わりに、図１０に示すように、駆動するインターバルごとに回転数を変化させていってもよい。また、図１１に示すように、同様の変化を、コンプレッサ駆動期間を変化させることで実現してもよい。さらに、回転数とコンプレッサ駆動期間の双方を変化させてもよい。いずれも場合でも、平均的な空気供給量は、実施形態２に示すような漸近線的（多数次曲線的）なものとなる。
【００５９】
（その他の実施形態）
本発明は上記各実施形態に限定されることなく種々に変更して利用することができる。例えば、燃料電池の発電停止期間における空気供給量を、制限領域に維持する制御方法には種々の方法が考えられ、そのために検出すべき物理量も変更可能である。コンプレッサの制御タイミングや制御量も上記各実施形態には限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本実施形態に係る燃料電池システムのシステム図。
【図２】本実施形態１の動作を説明するフローチャート。
【図３】燃料電池に対する空気（酸化ガス）供給量と酸欠に起因する電解質膜の耐久性との関係図。
【図４】燃料電池に対する空気（酸化ガス）供給量と消費電力との関係図。
【図５】間欠運転モードにおける発電期間と発電停止期間とにおける電流密度変化説明図。
【図６】間欠運転モードにおける発電期間と発電停止期間とにおける本発明の空気供給。
【図７】実施形態２における発電停止期間の空気供給量制御図。
【図８】実施形態２の変形例における発電停止期間の空気供給量制御図。
【図９】実施形態３における発電停止期間の空気供給量制御図。
【図１０】実施形態３の変形例１における発電停止期間の空気供給量制御図。
【図１１】実施形態３の変形例２における発電停止期間の空気供給量制御図。
【符号の説明】
【００６１】
ｐｓ…圧力センサ、Ｓａ…電流検出信号、Ｓｖ…電圧検出信号、ＲＧ…調圧弁、ＳＶ１…元弁、ＳＶ２…燃料電池入口遮断弁、ＳＶ３…燃料電池出口遮断弁、ＳＶ４…遮断弁、ＳＶ５…パージ弁、ＲＶ…逆止弁、１…燃料電池スタック、２…制御部、１０…水素ガス系統、１１…高圧水素タンク、１２…気液分離器、１３…水素ポンプ、１４…希釈器、２０…空気系統、２１…エアクリーナ、２２…コンプレッサ、２３…加湿器、３０…冷却系統、３１…ラジエタ、３２…ファン、３３…冷却液ポンプ、４０…電力系統、４１…バッテリ、４２…高圧コンバータ、４３…トラクションインバータ、４４…トラクションモータ、４５…高圧補機、４６…電流センサ、４７…電圧センサ
【図１】
0004645937.tif 000002
【図２】
0004645937.tif 000003
【図３】
0004645937.tif 000004
【図４】
0004645937.tif 000005
【図５】
0004645937.tif 000006
【図６】
0004645937.tif 000007
【図７】
0004645937.tif 000008
【図８】
0004645937.tif 000009
【図９】
0004645937.tif 000010
【図１０】
0004645937.tif 000011
【図１１】
0004645937.tif 000012