(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化剤ガスと燃料ガスを電気化学反応させて発電する燃料電池（１）と、
前記燃料電池（１）から電力供給を受けて充電可能な二次電池（３）と、
前記燃料電池（１）の発電停止時に前記二次電池（３）から電力供給を受けて前記燃料電池（１）内にパージ用空気を供給する掃気処理を行う掃気手段（２２）と、
前記燃料電池（１）におけるパージ用空気の入口部と出口部の圧力差を検出する圧力差検出手段（２７、２８）と、
前記燃料電池（１）に供給されるパージ用空気の流量を検出する流量検出手段（２４）と、
前記掃気手段（２２）による掃気処理を制御する制御手段（５０）とを備え、
前記制御手段（５０）は、
前記掃気処理を行う際に、前記掃気手段（２２）により供給されるパージ用空気の流量を間欠的に増加させ、
パージ用空気の流量を増加させたときに、前記圧力差検出手段（２７、２８）により前記燃料電池（１）におけるパージ用空気の入口部と出口部の圧力差を検出するとともに、前記流量検出手段（２４）によりパージ用空気の流量を検出し、
前記流量検出手段（２４）により検出したパージ用空気の流量に基づいて、前記掃気処理の終了を判定するための基準圧力差を決定し、
前記圧力差検出手段（２７、２８）により検出した圧力差が前記基準圧力差を上回っている場合に、前記掃気手段（２２）による掃気処理を継続し、前記圧力差検出手段（２７、２８）により検出した圧力差が前記基準圧力差を上回っていない場合に、前記掃気手段（２２）による掃気処理を終了することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記圧力差検出手段が、前記燃料電池（１）におけるパージ用空気の入口部にてパージ用空気の圧力を検出する第１の圧力センサ（２７）と、燃料電池（１）におけるパージ用空気の出口部にてパージ用空気の圧力を検出する第２の圧力センサ（２８）であ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３】
圧力差検出手段が、前記燃料電池（１）におけるパージ用空気の入口部と出口部の圧力差を検出する差圧センサであ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】
前記二次電池（３）の温度を検出する温度検出手段（４）を備え、
前記制御部（５０）は、前記温度検出手段（４）により検出した前記二次電池（３）の温度が前記二次電池（３）の出力特性に影響が生じる所定温度を下回っている場合に前記掃気処理を行う際に、前記掃気手段（２２）により供給されるパージ用空気の流量を間欠的に増加させ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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素と酸素との電気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、特に車両、船舶及びポータブル発電機等の移動体用発電機に適用して有効である。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は発電反応に伴い水を生成し、その生成水の一部は発電停止後にも燃料電池内部に残留する。残留水が多い場合には、氷点下のような低温環境下での燃料電池始動時に触媒表面やガス流路等で残留水が凍結して、反応ガスが触媒まで到達できず、燃料電池での発電が継続できないという問題があった。また、氷点下にならずともガス流路や拡散層、触媒層に残留した水が存在し、触媒に反応ガスが到達するのを阻害し、燃料電池での発電が継続できないという問題があった。
【０００３】
このため、発電停止時に掃気処理（乾燥処理）を行う際に、ガス流路の供給口と排出口の圧力差からガス流路の水分量を検出し、次回燃料電池を始動するための最適水分残留条件が成立したときに、掃気処理を停止する方法が提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−２０９６３４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、燃料電池のガス流路に付着した液水がガス流路の供給口と排出口の圧力差に与える影響は小さい。このため、供給口と排出口の圧力差から水分量を検出しようとする場合には、高精度の圧力センサあるいは高精度の差圧計を用いる必要があり、コストアップにつながる。
【０００５】
また、ガス流路の供給口と排出口の圧力差を増加させるためには、掃気処理を行う際のエアパージ流量を増加させればよい。しかしながら、エアパージを行うには空気供給装置を作動させる電力が必要である。その電力は移動体（燃料電池自動車等）においては、二次電池から供給せざるを得ず、二次電池の温度が低い場合は、大きな電力を連続して取り出すのは困難であるという問題があった。
【０００６】
本発明は上記点に鑑み、燃料電池の発電停止時に掃気処理を行う際に、二次電池から大きな電力を連続して出力させることなく、ガス流路の供給口と排出口の圧力差からガス流路の水分量を精度よく検出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は、酸化剤ガスと燃料ガスを電気化学反応させて発電する燃料電池（１）と、燃料電池（１）から電力供給を受けて充電可能な二次電池（３）と、燃料電池（１）の発電停止時に二次電池（３）から電力供給を受けて燃料電池（１）内にパージ用空気を供給する掃気処理を行う掃気手段（２２）と、燃料電池（１）におけるパージ用空気の入口部と出口部の圧力差を検出する圧力差検出手段（２７、２８）と、パージ用空気の流量を検出する流量検出手段（２４）と、掃気手段（２２）による掃気処理を制御する制御手段（５０）とを備える燃料電池システムにおいて、
制御手段（５０）は、掃気処理を行う際に、掃気手段（２２）により供給されるパージ用空気の流量を間欠的に増加させ、パージ用空気の流量を増加させたときに、圧力差検出手段（２７、２８）により燃料電池（１）におけるパージ用空気の入口部と出口部の圧力差を検出するとともに、流量検出手段（２４）によりパージ用空気の流量を検出し、流量検出手段（２４）により検出したパージ用空気の流量に基づいて、掃気処理の終了を判定するための基準圧力差を決定し、圧力差検出手段（２７、２８）により検出した圧力差が基準圧力差を上回っている場合に、掃気手段（２２）による掃気処理を継続し、圧力差検出手段（２７、２８）により検出した圧力差が基準圧力差を上回っていない場合に、掃気手段（２２）による掃気処理を終了することを特徴としている。
【０００８】
このように、掃気処理を行っている際に、間欠的に空気流量を増加させることで、二次電池（３）から大きな電力を連続的に出力させることなく、燃料電池（１）のパージ用空気の入口部と出口部の圧力差を精度よく測定することができる。これにより、低温環境下で二次電池（３）から大きな電力を連続的に出力させることが困難な場合においても、燃料電池（１）の内部水分量を精度よく検出することができる。また、燃料電池（１）の空気入口部と空気出口部の圧力差を測定する際には、パージ用空気の流量を一時的に増大させているので、高精度の圧力センサ等を用いることなく、汎用のセンサでガス流路の水分量を精度よく検出することができる。
【０００９】
また、圧力差検出手段として、燃料電池（１）におけるパージ用空気の入口部にてパージ用空気の圧力を検出する第１の圧力センサ（２７）と、燃料電池（１）におけるパージ用空気の出口部にてパージ用空気の圧力を検出する第２の圧力センサ（２８）を用いることができる。さらに、圧力差検出手段として差圧センサを用いることができる。
【００１０】
また、二次電池（３）の温度を検出する温度検出手段（４）を備え、制御部（５０）は、温度検出手段（４）により検出した二次電池（３）の温度が二次電池（３）の出力特性に影響が生じる所定温度を下回っている場合に掃気処理を行う際に、掃気手段（２２）により供給されるパージ用空気の流量を間欠的に増加させるようにしてもよい。
【００１１】
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】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。本実施形態は、本発明を燃料電池を電源として走行する電気自動車（燃料電池車両）に適用した実施例である。
【００１３】
図１は、本実施形態の燃料電池システムの概念図である。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電力を発生する燃料電池１を備えている。本実施形態では燃料電池１として固体高分子型燃料電池を用いており、基本単位となるセル１００が複数積層されて構成されている。
【００１４】
燃料電池１では、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ーが発生する。なお、水素が本発明の燃料ガスに相当し、酸素（空気）が本発明の酸化剤ガスに相当している。
【００１５】
アノード（水素極）Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-
カソード（酸素極）２Ｈ+＋１／２Ｏ2＋２ｅ-→Ｈ2Ｏ
全体              Ｈ2＋１／２Ｏ2→Ｈ2Ｏ
図２（ａ）は燃料電池１の断面図であり、図２（ｂ）はセパレータ１０４の側面図である。図２（ａ）に示すように、各セル１００は、電解質膜１０１、触媒層１０２、拡散層１０３、セパレータ１０４、電極板１０５、絶縁板１０６、締結板１０７を備えている。電解質膜１０１の両外側には一対の触媒層１０２は配置され、触媒層１０２の外側には一対の拡散層１０３が配置されている。触媒層１０２と拡散層１０３は電極（水素極と酸素極）を構成している。
【００１６】
拡散層１０３には、セパレータ１０４が配置されている。セパレータ１０４には、反応ガスが通過する溝状の反応ガス経路１０４ａ、１０４ｂと、冷却水が通過する冷却水経路１０４ｃが形成されている。水素極側に配置されたセパレータ１０４には、反応ガス経路として水素が通過する水素経路（燃料ガス経路）１０４ａが形成されており、空気極側に配置されたセパレータ１０４には、反応ガス経路として酸素（空気）が通過する空気経路（酸化剤ガス経路）１０４ｂが形成されている。
【００１７】
図２（ｂ）に示すように、セパレータ１０４には、空気経路１０４ｂに空気を流入出させるための空気入口部１０４ｄと空気出口部１０４ｅが形成されている。さらに、セパレータ１０４には、水素経路１０４ａに水素を流入出させるための水素入口部１０４ｆと水素出口部１０４ｇが設けられ、冷却水経路１０４ｃに冷却水を流入出させるための冷却水入口部１０４ｈと冷却水出口部１０４ｉが設けられている。そして、上記電気化学反応によって酸素極側で生成した水分は空気経路１０４ｂに滞留することとなる。
【００１８】
図１に戻り、燃料電池１と二次電池３は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２を介して電気的に接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ２は、燃料電池１から二次電池３あるいは二次電池３から燃料電池１への電力の流れをコントロールする。ＤＣ−ＤＣコンバータ２は昇降圧チョッパ回路で、燃料電池１で発生した電力を二次電池３に充電したり、二次電池３に蓄えられた電力を燃料電池１や走行用インバータ４に供給することができる装置である。ＤＣ−ＤＣコンバータ２は電圧の大きさに関わらず双方向に電力のやり取りが可能となっている。
【００１９】
二次電池３は、燃料電池１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、例えばニッケル水素電池やリチウムイオン電池等を用いることができる。二次電池３は、充電量に関する信号を後述の制御部５０に出力するように構成されている。二次電池３には、二次電池３の温度を検出する温度検出手段としての温度センサ４が設けられている。
【００２０】
ＤＣ−ＤＣコンバータ２と二次電池３の間に走行用インバータ５が接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ２を経由した燃料電池１からの電力あるいは二次電池３からの電力が走行用インバータ５へ供給される。なお、走行用インバータ５は燃料電池１とＤＣ−ＤＣコンバータ２の間に接続してもよい。
【００２１】
走行用インバータ５は、走行用モータ６を駆動させたりあるいは電力を回生させるためのインバータである。本実施形態の走行用インバータ５は３相インバータであり、３相の交流電力を走行用モータ６に供給し、走行用モータ６を回転させることで燃料電池車両を走行させる。
【００２２】
また、燃料電池１の発電時に余った電力を二次電池３に蓄えることができる。二次電池３は回生ブレーキなどによって回生された電力を蓄えることができるため、効率的な車両システムとすることができる。通常、二次電池３は最適な充電状態に充電されている。本実施形態では、二次電池３から走行用インバータ５に電力供給できるように構成されており、例えば急加速時などに急激に大きな電力が必要な場合に、燃料電池１からだけでなく二次電池３からも電力を引き出して走行用インバータ５に供給することで対応することができる。
【００２３】
さらにＤＣ−ＤＣコンバータ２と二次電池３との間には、後述のＷ／Ｐ用モータ４２を作動させるためのＷ／Ｐ用インバータ７と圧縮機用モータ２３を作動させるための圧縮機用インバータ８が接続されている。さらに、燃料電池システムには、燃料電池１の端子間電圧を検出するための電圧センサ８と、燃料電池１からの出力電流を検出するための電流センサ９が設けられている。
【００２４】
燃料電池システムには、燃料電池１の酸素極に供給される酸素ガス（空気）が通過する空気供給経路２０と、燃料電池１の酸素極から排出される空気極側排ガスが通過する空気排出経路２１が設けられている。空気供給経路２０には、空気を供給するための空気供給装置２２が設けられている。本実施形態では、空気供給装置２２として空気圧縮機を用いている。空気供給装置２２は圧縮機用モータ２３と機械的に接続されてている。圧縮機用モータ２３は、圧縮機用インバータ８により電力供給されるとともに、回転数制御される。
【００２５】
本実施形態では、燃料電池１の発電停止後、空気供給装置２２が二次電池３からの電力供給を受けて燃料電池１の空気極にパージ用空気を供給し、空気極に存在する水分を除去する掃気処理（エアパージ）を行うように構成されている。なお、空気供給装置２２が本発明の掃気手段に相当している。
【００２６】
空気供給経路２０における空気供給装置２２の上流側には、燃料電池１に供給される空気の流量を検出する流量検出手段としてのエアフロセンサ２４が設けられている。また、空気排出経路２１には、所望の圧力になるよう空気の排気圧力（燃料電池１の背圧）を調整する調圧装置２６が設けられている。
【００２７】
空気供給経路２０における燃料電池１の入口部近傍には、燃料電池１の空気入口部の空気圧を検出するための第１の圧力センサ２７が設けられている。空気排出経路２１における燃料電池１の出口部近傍には、燃料電池１の空気出口部の空気圧を検出するための第２の圧力センサ２８が設けられている。なお、第１の圧力センサ２７と第２の圧力センサ２８が本発明の圧力差検出手段に相当している。
【００２８】
また、発電時における電気化学反応のために、燃料電池１内の固体高分子膜を水分を含んだ湿潤状態にしておく必要がある。このため、空気供給経路２０における空気供給装置２２の下流側には、燃料電池１に供給される空気に加湿するための加湿装置２５が設けられている。加湿装置２５は、燃料電池１から排出され湿った排気空気に含まれる水分を用いて、空気供給装置２２の吐出後の空気を加湿する。
【００２９】
燃料電池システムには、燃料電池１の水素極に供給される水素ガスが通過する水素供給経路３０と、燃料電池１の水素極から排出される水素極側排ガスが通過する水素排出経路３１が設けられている。水素供給経路３０の最上流部には、燃料電池１の水素極に水素ガスを供給するための水素供給装置３２が設けられている。本実施形態では、水素供給装置３２として、高圧の水素が充填された水素タンクを用いている。
【００３０】
水素供給経路３０には、上流側から順に第１シャット弁３３、調圧装置３４、第２シャット弁３５が設けられている。燃料電池１に水素を供給する際には、第１シャット弁３３と第２シャット弁３５を開き、調圧装置３４によって所望の水素圧力にして燃料電池１に供給する。車両停止時には、安全の為第１シャット弁３３、第２シャット弁３５は閉められる。
【００３１】
水素排出配管３１には、第３シャット弁３６が設けられている。必要に応じて第３シャット弁３６を開くことで、燃料電池１の水素極側から水素排出配管３１を介して、未反応水素ガス、蒸気（あるいは水）および空気極側から電解質膜１０１を通過して水素極側に混入した窒素、酸素などの不純物が排出される。
【００３２】
燃料電池１は発電に伴い発熱を生じる。このため、燃料電池システムには、燃料電池１を冷却して作動温度が効率の良い温度（８０℃前後）となるよう冷却システムが設けられている。冷却システムには、燃料電池１０に冷却水（熱媒体）を循環させる冷却水経路４０、冷却水を循環させるウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）４１、ウォータポンプ４１を駆動するＷ／Ｐ用モータ４２、ファン４３を備えたラジエータ４４が設けられている。
【００３３】
ウォータポンプ４１はＷ／Ｐ用モータ４２と機械的に接続されており、Ｗ／Ｐ用モータ４２を回転させることによりウォータポンプ４１を回転させて燃料電池１に冷却液を循環させる。Ｗ／Ｐ用モータ４２は、Ｗ／Ｐ用インバータ７により電力供給されるとともに、回転数制御される。
【００３４】
冷却水経路４０には、冷却水をラジエータ４４をバイパスさせるためのバイパス経路４５が設けられている。冷却水経路４０とバイパス経路４５との合流点には、バイパス経路４５に流れる冷却水流量を調整するための三方切替弁４６が設けられている。
【００３５】
また、冷却水経路４０における燃料電池１の出口側近傍には、燃料電池１から流出した冷却水の温度を検出する温度センサ４７が設けられている。この温度センサ４７により冷却水温度を検出することで、燃料電池１の温度ＴFCを間接的に検出することができる。温度センサ４７を燃料電池１本体に直接設置し、燃料電池温度ＴFCを直接的に検出してもよい。
【００３６】
燃料電池１で発生した熱は、冷却水を介してラジエータ４４で系外に排出される。このような冷却系によって、ウォータポンプ４１による流量制御、ファン４３による風量制御、三方切替弁４６によるバイパス流量制御で、燃料電池１の冷却量制御を行うことができる。
【００３７】
燃料電池システムには、各種制御を行う制御手段としての制御部（ＥＣＵ）５０が設けられている。制御部５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏなどを備えた周知のマイクロコンピュータによって構成され、ＲＯＭなどに記憶されたプログラムに従って各種演算などの処理を実行する。制御部５０には、各種負荷からの要求電力信号、２次電池３からの充電量の関する信号、電圧センサ８からの電圧信号、電流センサ９からの電流信号、エアフロセンサ２４からの空気流量信号、圧力センサ２７、２８からの圧力信号、温度センサ４、４７からの温度信号等が入力される。また、制御部５０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２、二次電池３、インバータ５、７、８、モータ２３、４２、調圧装置２６、シャット弁３３、３５、３６、調圧装置３４、ファン４３、三方切替弁４６等に制御信号を出力するように構成されている。
【００３８】
次に、本実施形態の燃料電池１の掃気処理について図３、図４に基づいて説明する。図３は、制御部５０がＲＯＭ等に格納されたプログラムにしたがって行う掃気処理を示すフローチャートである。
【００３９】
本制御は、キースイッチがオフになり、燃料電池１の発電が停止することで開始する。まず、二次電池３の残存容量ＱBを検出し（Ｓ１０）、二次電池３の温度ＴBを検出する（Ｓ１１）。次に、二次電池３の残存容量ＱBと温度ＴBに基づいて掃気パターンを決定する（Ｓ１２）。
【００４０】
二次電池３は、通常化学反応を利用しているので、低温時には出力電力が大きく低下するが、低温時でも短時間であれば比較的大きな電力を出力することができる。そこで、本実施形態では、空気供給装置２２による空気供給圧を間欠的に上昇させ、燃料電池１の空気極側への空気流量を間欠的に増加させる。二次電池３の残存容量ＱBと温度ＴBに基づいて、所定時間（例えば１〜３秒間）継続して出力可能な電力である短時間可能出力を算出する。そして、短時間可能出力に基づいて、掃気パターンを決定する。
【００４１】
図４は、本実施形態の燃料電池システムの掃気パターンを示している。本実施形態では、図４に示すように、空気供給装置２２により供給される空気流量を、第１空気流量Ｆ１と第１空気流量Ｆ１より少ない第２空気流量Ｆ２とに交互に変化させる。つまり、第２空気流量Ｆ２で供給している空気流量を間欠的に第１空気流量Ｆ１に増加させる。第１空気流量Ｆ１は、二次電池３の短時間可能出力により空気供給装置２２で供給可能な空気流量である。第２空気流量Ｆ２は、二次電池３で長時間出力可能な電力で空気供給装置２２で供給可能な空気流量である。本実施形態では、第２空気流量Ｆ２から第１空気流量Ｆ１に空気流量を増加させる時間を１〜３秒とし、第２空気流量Ｆ２で空気を供給する時間を５〜１０秒としている。
【００４２】
次に、空気供給装置２２にて燃料電池１の空気極側にパージ用の空気を供給開始する（Ｓ１３）。これにより、燃料電池１の空気極側に存在する水分が飽和蒸気として燃料電池１から排出され、さらに空気流により液滴として燃料電池１から押し出される。
【００４３】
そして、燃料電池１の空気入口部と空気出口部の圧力差の測定のために、空気流量を一時的に第１空気流量Ｆ１に増加させる（Ｓ１４）。空気流量が最大となったときの燃料電池１の空気入口部と空気出口部の圧力差ΔＰAを圧力センサ２７、２８により検出し、空気流量が最大となったときの空気流量ＦAをエアフロセンサ２４で検出する（Ｓ１５）。
【００４４】
次に、空気流量ＦAに基づいて基準圧力差ΔＰZを決定する（Ｓ１６）。基準圧力差ΔＰZは、掃気処理の終了を判定するための値であり、空気流量ＦAにより変動する値である。具体的には、基準圧力差ΔＰZは、燃料電池１の空気極側に残存する水分が低温環境下で凍結したときに次回の低温からの始動を妨げず、かつ燃料電池１の電解質膜１０１が乾燥しすぎない最適水分量となった場合の燃料電池１の空気入口部と空気出口部の圧力差として設定される。
【００４５】
次に、測定圧力差ΔＰAが基準圧力差ΔＰZを下回っているか否かを判定する（Ｓ１７）。この結果、測定圧力差ΔＰAが基準圧力差ΔＰZを下回っていると判定された場合には（Ｓ１７：ＹＥＳ）、燃料電池１の内部水分量が最適水分量になっていると判断できるので、空気供給装置２２による掃気を終了する（Ｓ１８）。
【００４６】
一方、測定圧力差ΔＰAが基準圧力差ΔＰZを下回っていないと判定された場合には（Ｓ１７：ＮＯ）、燃料電池１の内部水分量が過多であると判断できるので、空気供給装置２２による掃気を第２空気流量Ｆ２で継続する（Ｓ１９）。
【００４７】
次に、二次電池３の残存容量ＱBを検出する（Ｓ２０）。この結果、二次電池３の残存容量ＱBが基準容量ＱRを下回っているか否かを判定する（Ｓ２１）。基準容量ＱRは、燃料電池１の次回始動時に必要とされる残存容量であり、本実施形態では二次電池３の充電率（ＳＯＣ）が４０％を下回らない容量に設定している。
【００４８】
Ｓ２０による判定処理の結果、二次電池３の残存容量ＱBが基準容量ＱRを下回っていると判定された場合には（Ｓ２１：ＹＥＳ）、空気供給装置２２による掃気を終了する（Ｓ１８）。一方、二次電池３の残存容量ＱBが基準容量ＱRを下回っていないと判定された場合には（Ｓ２１：ＮＯ）、二次電池３の残存容量ＱBに余裕があるので、Ｓ１４に移行して掃気処理を継続する。
【００４９】
燃料電池１の空気極側に空気を供給する掃気処理を継続することで、燃料電池１の内部水分量が徐々に減少し、燃料電池１の空気入口部と空気出口部の測定圧力差ΔＰAが基準圧力差ΔＰZを下回るようになる。図４で示した例では、掃気処理を開始してから燃料電池１の空気入口部と空気出口部の圧力差ΔＰAを４回目に測定したときに、測定圧力差ΔＰAが基準圧力差ΔＰZを下回っている。
【００５０】
以上のように、燃料電池１の内部から水分を除去するために掃気処理を行っている際に、間欠的に空気流量を増加させることで、二次電池３から大きな電力を連続的に出力させることなく、燃料電池１の空気入口部と空気出口部の圧力差を精度よく測定することができる。これにより、低温環境下で二次電池３から大きな電力を連続的に出力させることが困難な場合においても、燃料電池１の内部水分量を精度よく検出することができる。
【００５１】
また、燃料電池１の空気入口部と空気出口部の圧力差を測定する際には、燃料電池１の空気極に供給される空気流量を一時的に増大させているので、高精度の圧力センサ等を用いることなく、汎用の圧力センサでガス流路の水分量を精度よく検出することができる。
【００５２】
また、本実施形態では、周期的に燃料電池１の空気極側への空気流量を増大させているので、供給空気に脈動を与えることができ、燃料電池１の空気極側に存在する水分の排出性を向上させることができる。
【００５３】
また、周期的に燃料電池１の空気極側への空気流量を増大させることで、掃気用の空気を乱流領域で使用することとなるので、圧力損失はガス流量の二乗となる。この結果、燃料電池１の入口部と出口部の圧力差が大きくなり、検出精度を向上させることができる。
【００５４】
（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、燃料電池１の空気極側のみで掃気処理を行ったが、燃料電池１の水素極側で同様の掃気処理を行ってもよい。例えば燃料電池１の水素経路が循環系になっており、循環回路に気液分離器が設けられているシステムであれば、図示しない水素循環ポンプにより循環回路中に水素を循環させることで、気液分離器により液体の水を回収する。
【００５５】
また、上記実施形態では、圧力差検出手段として燃料電池１の空気入口部と空気出口部のそれぞれに圧力センサ２７、２８を用いたが、これに限らず、圧力差検出手段として周知の差圧センサを用いてもよい。差圧センサには、燃料電池１の空気入口部と空気出口部の圧力が導入されるようにすればよい。
【００５６】
また、上記実施形態の構成において、二次電池３の温度ＴBが所定の基準温度ＴRを上回っているか否かで、掃気パターンを異ならせてもよい。判定基準温度ＴRは、二次電池３の出力特性に影響が生じる温度であり、二次電池３から比較的大きな電力を連続して出力できるか否かを判定するための基準となる温度である。判定基準温度ＴRは、二次電池３の種類によって異なるが、例えば０℃程度に設定することができる。
【００５７】
二次電池３の温度ＴBが判定基準温度ＴRを上回っている場合には、空気供給装置２２により供給される空気流量を、燃料電池１の空気極に存在する水分が燃料電池１の空気入口側と空気出口側における圧力差に与える影響が充分に大きくなる空気流量に設定する。そして、掃気処理を行う際は、空気供給装置２２にて連続的にパージ用空気を供給する。一方、二次電池３の温度ＴBが判定基準温度ＴRを上回っていない場合には、上記実施形態で説明したように、空気供給装置２２にて供給するパージ用空気の流量を間欠的に増大させる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】上記実施形態の燃料電池システムの構成図である。
【図２】（ａ）は燃料電池の断面図であり、（ｂ）はセパレータの側面図である。
【図３】上記実施形態の掃気処理を示すフローチャートである。
【図４】上記実施形態の燃料電池システムの掃気パターンを示している。
【符号の説明】
【００５９】
１…燃料電池、２…ＤＣ−ＤＣコンバータ、３…二次電池、４…温度センサ、５…走行用インバータ、６…走行用モータ、７…Ｗ／Ｐ用インバータ、８…圧縮機用インバータ、９…電圧センサ、１０…電流センサ、２０…空気供給配管、２１…空気放出配管、２２…空気供給装置、圧縮機用モータ、２４…エアフロセンサ、２５…加湿装置、２６…調圧装置、２７…第１の圧力センサ、２８…第２の圧力センサ、３０…水素供給経路、３１…水素排出経路、３２…水素供給装置、３３、３５、３６…シャット弁、３４…調圧装置、４０…冷却水経路、４１…ウォータポンプ（Ｗ／Ｐ）、４２…Ｗ／Ｐ用モータ、４４…ラジエータ、４７…温度センサ、５０…制御部（ＥＣＵ）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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