(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムであって、
積層された複数の単セルを有する燃料電池と、
前記複数の単セルに反応ガスを供給するために、前記複数の単セルの積層方向に沿って前記燃料電池の内部に延設されている供給マニホールドと、
前記供給マニホールドよりも重力方向上方に位置し、前記複数の単セルから排出されるオフガスおよび水を排出するために、前記積層方向に沿って前記燃料電池の内部に延設されている排出マニホールドと、
前記反応ガスを前記燃料電池に供給することにより前記排出マニホールドと連通する配管に溜まった水を排出する排出ブローを実行する排出ブロー実行部と、
前記燃料電池の運転環境が、前記燃料電池の通常運転時に比べて前記排出マニホールドにおける水の貯留量が多くなり得る多水運転環境である場合と、前記燃料電池の運転状況が、前記燃料電池の通常運転時に比べて前記排出マニホールドにおける水の貯留量が多くなり得る多水運転状況である場合と、のうちの少なくとも一方の場合に、前記燃料電池に供給される前記反応ガスの流量を、前記燃料電池の通常運転時に比べて多く且つ前記排出ブロー実行時に比べて少なく制御するガス供給量制御部と、
前記燃料電池の運転環境が前記多水運転環境であること、または、前記燃料電池の運転状況が前記多水運転状況であること、を特定する運転特定部と、
を備え、
前記運転特定部は、前記排出ブローが完了した場合と、前記燃料電池の出力電流値が出力可能電流範囲の最大値となるように前記燃料電池に前記反応ガスが供給されている状態であるＷＯＴ状態が終了した場合と、のうちのいずれかの場合に、前記燃料電池の運転状況が前記多水運転状況であると特定する、燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
水平面に対する前記燃料電池の姿勢に関連する情報である姿勢関連情報を取得する姿勢関連情報取得部をさらに備え、
前記運転特定部は、前記姿勢関連情報に基づき特定される前記燃料電池の姿勢が、前記燃料電池における前記排出マニホールドの出口からより遠い部分が前記出口により近い部分に比べて下方に位置する姿勢である場合に、前記燃料電池の運転環境が前記多水運転環境であると特定する、燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
前記排出マニホールドの出口からより遠い位置から前記出口により近い位置に向かう方向に沿った前記燃料電池の加速度を特定する加速度特定部をさらに備え、
前記運転特定部は、前記加速度が所定の大きさ以上である場合に、前記燃料電池の運転環境が前記多水運転環境であると特定する、燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池に供給される前記反応ガスの流量を、前記燃料電池の通常運転時に比べて多く且つ前記排出ブロー実行時に比べて少なくする期間が、前記排出ブローの実行期間よりも長い、燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記ガス供給量制御部は、前記燃料電池の運転状況が前記多水運転状況であると特定された場合には、前記燃料電池の運転環境が前記多水運転環境であると特定された場合に比べて、より長い期間において、前記燃料電池に供給される前記反応ガスの流量を、通常運転時に比べて多く且つ前記排出ブロー実行時に比べて少なくする、燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の燃料電池システムにおいて、
前記反応ガスは、酸化剤ガスである、燃料電池システム。
【請求項７】
積層された複数の単セルを有する燃料電池の運転制御方法であって、
前記燃料電池の内部には、前記複数の単セルに反応ガスを供給するための供給マニホールドと、前記供給マニホールドよりも重力方向上方に位置して前記複数の単セルから排出されるオフガスおよび水を排出するための排出マニホールドと、が前記複数の単セルの積層方向に沿って延設されており、
前記燃料電池の運転環境が、前記燃料電池の通常運転時に比べて前記排出マニホールドにおける水の貯留量が多くなり得る多水運転環境である場合と、前記燃料電池の運転状況が、前記燃料電池の通常運転時に比べて前記排出マニホールドにおける水の貯留量が多くなり得る多水運転状況である場合と、のうちの少なくとも一方の場合に、前記燃料電池に供給される反応ガスの流量を、前記燃料電池の通常運転時に比べて多く、且つ、前記反応ガスを前記燃料電池に供給することにより前記排出マニホールドと連通する配管に溜まった水を排出する排出ブローの実行時に比べて少なく制御する工程と、
前記排出ブローが完了した場合と、前記燃料電池の出力電流値が出力可能電流範囲の最大値となるように前記燃料電池に前記反応ガスが供給されている状態であるＷＯＴ状態が終了した場合と、のうちのいずれかの場合に、前記燃料電池の運転状況が前記多水運転状況であると特定する工程と、
を備える、燃料電池の運転制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池からの水の排出に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池として、多数の単セルが積層したセルスタックを有し、反応ガスを流通させるためのマニホールドが単セルの積層方向に沿ってセルスタックの内部に延設された燃料電池が知られている。このような燃料電池では、カソード側の電気化学反応により生じる水や反応ガスに含まれる加湿用の水が各単セル内に溜まると、反応ガスの流通が阻害されるいわゆるフラッディングが生じ、セル電圧の低下が生じるおそれがある。また、セル電圧が低下すると、該当の単セルにおける電位変動が増大して触媒がより劣化し易くなる。そこで、反応ガスを通常時よりも多く燃料電池に供給することにより反応ガスによって水を排出する、いわゆる排水掃気を実行する燃料電池システムが提案されている。特許文献１に記載の燃料電池システムでは、燃料電池内の残留水量を想定し、その量に応じた時間だけカソードに空気を供給すると共にアノードに水素ガスを供給して排水掃気処理を実行する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開第２００６−２９４４０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の排水掃気では、例えば、以下のような構成において、排水が十分に行なわれないおそれがあった。セルスタックが載置された状態において、セルスタックの内部下方に反応ガス供給用マニホールドが位置し、内部上方に反応ガス排出用マニホールドが位置する燃料電池システムにおいて、排水掃気が実行されると、各単セル内の水は、反応ガス排出用マニホールドまで押し上げられる。しかしながら、反応ガス排出用マニホールドにおける出口から遠い部分でのオフガスの流量、すなわち、該当部分に接する各単セルから排出されるオフガスの合計流量は少ないため、また、一般に排水掃気は１〜２秒間程度の短時間だけ実行されるため、かかる部分に持ち上げられた水が反応ガス排出用マニホールドの出口に向かって運ばれないことが起こり得る。この場合、排水掃気が完了した後に、反応ガス排出マニホールドから各単セルに水が戻ってしまい、排水が十分に行なわれないおそれがあった。また、この場合、排水掃気により一時的にセル電圧の低下は解消しても、その後再びセル電圧の低下が起こるおそれがあった。このため、燃料電池の反応ガス排出マニホールドにおける排水性の低下抑制が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
本発明の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、積層された複数の単セルを有する燃料電池と；前記複数の単セルに反応ガスを供給するために、前記複数の単セルの積層方向に沿って前記燃料電池の内部に延設されている供給マニホールドと；前記供給マニホールドよりも重力方向上方に位置し、前記複数の単セルから排出されるオフガスおよび水を排出するために、前記積層方向に沿って前記燃料電池の内部に延設されている排出マニホールドと；前記反応ガスを前記燃料電池に供給することにより前記排出マニホールドと連通する配管に溜まった水を排出する排出ブローを実行する排出ブロー実行部と；前記燃料電池の運転環境が、前記燃料電池の通常運転時に比べて前記排出マニホールドにおける水の貯留量が多くなり得る多水運転環境である場合と、前記燃料電池の運転状況が、前記燃料電池の通常運転時に比べて前記排出マニホールドにおける水の貯留量が多くなり得る多水運転状況である場合と、のうちの少なくとも一方の場合に、前記燃料電池に供給される前記反応ガスの流量を、前記燃料電池の通常運転時に比べて多く且つ前記排出ブロー実行時に比べて少なく制御するガス供給量制御部と；前記燃料電池の運転環境が前記多水運転環境であること、または、前記燃料電池の運転状況が前記多水運転状況であること、を特定する運転特定部と；を備え；前記運転特定部は、前記排出ブローが完了した場合と、前記燃料電池の出力電流値が出力可能電流範囲の最大値となるように前記燃料電池に前記反応ガスが供給されている状態であるＷＯＴ状態が終了した場合と、のうちのいずれかの場合に、前記燃料電池の運転状況が前記多水運転状況であると特定する。
【０００６】
（１）本発明の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、積層された複数の単セルを有する燃料電池と；前記複数の単セルに反応ガスを供給するために、前記複数の単セルの積層方向に沿って前記燃料電池の内部に延設されている供給マニホールドと；前記供給マニホールドよりも重力方向上方に位置し、前記複数の単セルから排出されるオフガスおよび水を排出するために、前記積層方向に沿って前記燃料電池の内部に延設されている排出マニホールドと；前記反応ガスを前記燃料電池に供給することにより前記排出マニホールドと連通する配管に溜まった水を排出する排出ブローを実行する排出ブロー実行部と；前記燃料電池の運転環境が、前記燃料電池の通常運転時に比べて前記排出マニホールドにおける水の貯留量が多くなり得る多水運転環境である場合と、前記燃料電池の運転状況が、前記燃料電池の通常運転時に比べて前記排出マニホールドにおける水の貯留量が多くなり得る多水運転状況である場合と、のうちの少なくとも一方の場合に、前記燃料電池に供給される前記反応ガスの流量を、前記燃料電池の通常運転時に比べて多く且つ前記排出ブロー実行時に比べて少なく制御するガス供給量制御部と；を備える。この形態の燃料電池システムによれば、燃料電池の運転環境が多水運転環境である場合と、燃料電池の運転状況が多水運転状況である場合とのうちの少なくとも一方の場合に、反応ガスの流量を燃料電池の通常運転時に比べて多くするので、排出マニホールドに水が溜まることを抑制できる。加えて、このときの反応ガスの流量を、排出ブロー実行時に比べて少なくするので、反応ガスの過度な供給に起因して燃料電池内が過度に乾燥することを抑制でき、各単セルにおける乾燥に伴う発電効率の低下を抑制できる。
【０００７】
（２）上記形態の燃料電池システムにおいて、さらに、前記燃料電池の運転環境が前記多水運転環境であること、または、前記燃料電池の運転状況が前記多水運転状況であること、を特定する運転特定部を備えてもよい。この形態の燃料電池システムによれば、多水運転環境であること、または、多水運転状況であることが特定されるので、これら特定された環境および状況に基づき、適切なタイミングで反応ガスの流量を制御できる。
【０００８】
（３）上記形態の燃料電池システムにおいて、水平面に対する前記燃料電池の姿勢に関連する情報である姿勢関連情報を取得する姿勢関連情報取得部をさらに備え、前記運転特定部は、前記姿勢関連情報に基づき特定される前記燃料電池の姿勢が、前記燃料電池における前記排出マニホールドの出口からより遠い部分が前記出口により近い部分に比べて下方に位置する姿勢である場合に、前記燃料電池の運転環境が前記多水運転環境であると特定してもよい。この形態の燃料電池システムによれば、燃料電池の姿勢が、排出マニホールドの出口からより遠い部分がより近い部分に比べて下方に位置する姿勢であるために、排出マニホールドの出口からより遠い部分において水が溜まり易い運転環境であっても、排出マニホールドに水が溜まることを抑制できる。
【０００９】
（４）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記排出マニホールドの出口からより遠い位置から前記出口により近い位置に向かう方向に沿った前記燃料電池の加速度を特定する加速度特定部をさらに備え、前記運転特定部は、前記加速度が所定の大きさ以上である場合に、前記燃料電池の運転環境が前記多水運転環境であると特定してもよい。この形態の燃料電池システムによれば、排出マニホールドの出口からより遠い位置からより近い位置に向かう方向に沿った燃料電池の加速度が所定の大きさ以上であるために、排出マニホールドの出口からより遠い部分において水が溜まり易い運転環境であっても、排出マニホールドに水が溜まることを抑制できる。
【００１０】
（５）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池に前記反応ガスを供給するための反応ガス供給流路と；前記反応ガス供給流路における前記反応ガスの供給量に関連する供給量関連情報を取得する供給量関連情報取得部と；をさらに備え、前記運転特定部は、前記供給量関連情報に基づき特定される前記反応ガスの供給量が、前記燃料電池の出力可能電流値範囲の最大値に対応する量から低減した場合に、前記燃料電池の運転状況が前記多水運転状況であると特定してもよい。この形態の燃料電池システムによれば、反応ガスの流量が燃料電池の出力可能電流値範囲の最大値に対応する量から低減したために、各単セル内の水が排出マニホールド内に持ち上げられ、排出マニホールド内に多量の水が存在するような運転状況であっても、排出マニホールドに水が溜まることを抑制できる。
【００１１】
（６）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記運転特定部は、前記排出ブローが完了した場合に、前記燃料電池の運転状況が前記多水運転状況であると特定してもよい。この形態の燃料電池システムによれば、排出ブローが完了したために、各単セル内の水が排出マニホールド内に持ち上げられて排出マニホールド内に多量の水が存在するような運転状況であっても、排出マニホールドに水が溜まることを抑制できる。
【００１２】
（７）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池に供給される前記反応ガスの流量を、前記燃料電池の通常運転時に比べて多く且つ前記排出ブロー実行時に比べて少なくする期間が、前記排出ブローの実行期間よりも長くてもよい。この形態の燃料電池システムによれば、排出マニホールドに水が溜まることの抑制と、燃料電池内の過度な乾燥の抑制とを、より確実に両立できる。
【００１３】
（８）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記ガス供給量制御部は、前記燃料電池の運転状況が前記多水運転状況であると特定された場合には、前記燃料電池の運転環境が前記多水運転環境であると特定された場合に比べて、より長い期間において、前記燃料電池に供給される前記反応ガスの流量を、通常運転時に比べて多く且つ前記排出ブロー実行時に比べて少なくしてもよい。多水運転状況は、一般に多水運転環境に比べて、排出マニホールド内に多量の水が存在する可能性が高い。しかしながら、上記形態の燃料電池システムによれば、多水運転環境において、より長い期間反応ガスの流量を通常運転時に比べて多く制御するので、排出マニホールド内に水が溜まることを抑制できる。
【００１４】
（９）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記反応ガスは、酸化剤ガスであってもよい。この形態の燃料電池システムによれば、電気化学反応により水が生じるために、排出マニホールド内に水が溜まり易いカソード側の排出マニホールドにおいて、水が溜まることを抑制できる。
【００１５】
本発明は、種々の形態で実現することも可能である。例えば、燃料電池の運転制御方法等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態としての燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態における多水運転環境の一例を示す説明図である。
【図３】第１実施形態における運転制御処理の手順を示すフローチャートである。
【図４】第２実施形態における燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。
【図５】第２実施形態における多水運転環境の一例を示す説明図である。
【図６】第２実施形態における運転制御処理の手順を示すフローチャートである。
【図７】第３実施形態における燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。
【図８】第３実施形態における運転制御処理の手順を示すフローチャートである。
【図９】第４実施形態における運転制御処理の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
Ａ．第１実施形態：
Ａ１．システム構成：
図１は、本発明の一実施形態としての燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。本実施形態の燃料電池システム１０は、駆動用電源を供給するためのシステムとして、燃料電池自動車に搭載されて用いられる。燃料電池システム１０は、燃料電池１００と、燃料ガス供給排出系２００と、酸化剤ガス供給排出系３００と、燃料電池循環冷却系４００と、電力充放電系５００と、制御装置６００と、加速度センサ６５０とを備える。
【００１８】
燃料電池１００は、いわゆる固体高分子型燃料電池であり、積層方向ＳＤに沿って積層された複数の単セル１１０と、総合電極として機能する一対の集電板１１１と、複数の単セル１１０および一対の集電板１１１から成る積層体の積層状態を維持するために、積層体の両端の外側に配置される一対のエンドプレート１１２とを備える。各単セル１１０は、固体高分子電解質膜を挟んで設けられるアノード側触媒電極層に供給される燃料ガス（水素）と、カソード側触媒電極層に供給される酸化剤ガス（空気に含まれる酸素）との電気化学反応により電力を発生する。触媒電極層は、触媒、例えば、白金（Ｐｔ）を担持したカーボン粒子や電解質を含んで構成される。単セル１１０において両電極側の触媒電極層の外側には、多孔質体により形成されたガス拡散層が配置されている。多孔質体としては、例えば、カーボンペーパーおよびカーボンクロス等のカーボン多孔質体や、金属メッシュおよび発泡金属等の金属多孔質体が用いられる。
【００１９】
図１に破線で示すように、燃料電池１００の内部には、積層方向ＳＤに沿って酸化剤ガス供給マニホールド１２１およびカソード側オフガス排出マニホールド１２２が形成されている。本実施形態において、酸化剤ガス供給マニホールド１２１は、燃料電池１００が載置された状態において重力方向下方に位置し、カソード側オフガス排出マニホールド１２２は、燃料電池１００が載置された状態において重力方向上方に位置する。本実施形態において、酸化剤ガス供給マニホールド１２１およびカソード側オフガス排出マニホールド１２２のこのような配置は、各単セル１１０において、酸化剤ガスである空気の流れと燃料ガスである水素ガスの流れとがカウンターフローとなるために設定されている。すなわち、燃料電池１００の内部には、図示しない燃料ガス供給マニホールドが積層方向ＳＤに沿って重力方向上方に形成されており、また、図示しないアノード側オフガス排出マニホールドが積層方向ＳＤに沿って重力方向下方に形成されている。かかる構成により、各単セル１１０には、水素ガスが上方から下方に向かって供給されるため、かかる水素ガスの供給方向に対してカウンターフローとなるように、各単セル１１０において、下方から上方に向かって空気が供給される。なお、各単セル１１０において、水素ガスが上方から下方に向かって供給されるのは、各単セル１１０のアノードにおいて、水素ガスの勢いに加えて重力を利用してより多く排出することにより、アノード側に存在する水に起因する単セル１１０の劣化が進行することを抑制するためである。酸化剤ガス供給マニホールド１２１は、酸化剤ガス供給路３３１と接続されており、酸化剤ガス供給路３３１を介してエアコンプレッサ３２０から供給される空気を、各単セル１１０に供給する。カソード側オフガス排出マニホールド１２２は、酸化剤ガス排出路３３２と接続されており、各単セル１１０から排出されるカソード側オフガスおよび水を酸化剤ガス排出路３３２に排出する。各単セル１１０から排出されるカソード側オフガスおよび水は、通常運転時には、酸化剤ガス供給マニホールド１２１から供給される空気によりカソード側オフガス排出マニホールド１２２を通って酸化剤ガス排出路３３２へと排出される。なお、燃料電池１００の内部には、上述の２つのマニホールド１２１，１２２に加えて、燃料ガスの供給用マニホールド及び排出用マニホールドと、冷却媒体の供給用マニホールド及び排出用マニホールドとが形成されている。
【００２０】
図１に示す燃料ガス供給排出系２００は、燃料電池１００への水素ガスの供給および燃料電池１００からのアノード側オフガスの排出を行なう。燃料ガス供給排出系２００は、水素タンク２１０と、遮断弁２２０と、インジェクタ２２１と、気液分離器２３０と、循環用ポンプ２４０と、パージ弁２５０と、燃料ガス供給路２６１と、第１燃料ガス排出路２６２と、燃料ガス循環路２６３と、第２燃料ガス排出路２６４とを備える。
【００２１】
水素タンク２１０は、高圧水素を貯蔵しており、燃料ガスとしての水素ガスを、燃料ガス供給路２６１を介して燃料電池１００に供給する。遮断弁２２０は、水素タンク２１０における燃料ガスの供給口近傍に配置され、水素タンク２１０からの水素ガスの供給の実行と停止とを切り替える。インジェクタ２２１は、燃料ガス供給路２６１に配置され、燃料電池１００への水素ガスの供給量（流量）および圧力を調整する。気液分離器２３０は、第１燃料ガス排出路２６２に配置され、燃料電池１００から排出されたアノード側オフガスに含まれる水を分離して第２燃料ガス排出路２６４に排出すると共に、水が分離された後のガス（水素ガス）を燃料ガス循環路２６３に排出する。循環用ポンプ２４０は、燃料ガス循環路２６３に配置され、気液分離器２３０から排出された燃料ガスを燃料ガス供給路２６１に供給する。パージ弁２５０は、第２燃料ガス排出路２６４に配置され、開弁されることにより、気液分離器２３０によって分離された水やオフガスの大気中への排出を許容する。
【００２２】
酸化剤ガス供給排出系３００は、燃料電池１００への空気の供給および燃料電池１００からのカソード側オフガスの排出を行なう。酸化剤ガス供給排出系３００は、エアクリーナ３１０と、エアコンプレッサ３２０と、背圧弁３４０と、酸化剤ガス供給路３３１と、酸化剤ガス排出路３３２とを備える。
【００２３】
エアクリーナ３１０は、内部に備えるフィルタにより空気中の塵等の異物を除去し、異物除去後の空気をエアコンプレッサ３２０に供給する。また、エアクリーナ３１０は、エアフローメータ３１１を有し、燃料電池１００への空気の供給量を測定する。エアコンプレッサ３２０は、エアクリーナ３１０から供給される空気を圧縮して酸化剤ガス供給路３３１へと送出する。背圧弁３４０は、酸化剤ガス排出路３３２に配置され、燃料電池１００のカソード側の排出路における圧力を調整する。酸化剤ガス排出路３３２は、上述の第２燃料ガス排出路２６４と接続されており、酸化剤ガス排出路３３２を通って排出される水およびカソード側オフガスは、第２燃料ガス排出路２６４を通って排出される水およびアノード側オフガスと共に大気中へと排出される。
【００２４】
燃料電池循環冷却系４００は、燃料電池１００を介して冷却水を循環させることにより燃料電池１００の温度を調整する。燃料電池循環冷却系４００は、冷却水流路４２１と、ラジエータ４１０と、バイパス流路４２２と、三方弁４３０と、循環用ポンプ４４０とを備える。冷却水流路４２１は、燃料電池１００の外部に設けられた冷却水の流路であり、燃料電池１００内の図示しない冷却水排出マニホールドおよび冷却水供給マニホールドに接続されている。ラジエータ４１０は、冷却水流路４２１に配置されており、燃料電池１００から排出された冷却水を、図示しない電動ファンからの送風等により冷却する。バイパス流路４２２は、冷却水流路４２１の途中に設けられており、燃料電池１００から排出された冷却水の少なくとも一部を、ラジエータ４１０をバイパスして燃料電池１００に戻すための流路である。バイパス流路４２２の下流端と、冷却水流路４２１とは、三方弁４３０により接続されている。三方弁４３０は、冷却水流路４２１を通る冷却水の流量と、バイパス流路４２２を通る冷却水の流量とを調整する。循環用ポンプ４４０は、冷却水流路４２１において三方弁４３０と燃料電池１００との間に配置されており、燃料電池循環冷却系４００における冷却水の循環流量を調整する。本実施形態では、冷却水としてエチレングリコール等の不凍水が用いられる。但し、不凍水に限らず空気等の気体などの熱交換可能な任意の媒体を、冷却媒体として用いてもよい。
【００２５】
電力充放電系５００は、燃料電池１００またはバッテリー５５０から出力される電力を、負荷装置７００に供給する。本実施形態において、負荷装置７００とは、車両駆動用モータや各種捕機類等であり、燃料電池１００の正極側の集電板１１１および負極側の集電板１１１にそれぞれ接続されている。電力充放電系５００は、インバータ５２０と、ＤＣ−ＤＣコンバータ５６０と、バッテリー５５０とを備える。インバータ５２０は、燃料電池１００及びバッテリー５５０と並列に接続され、燃料電池１００またはバッテリー５５０から供給される直流電流を交流電流に変換して負荷装置７００に供給する。ＤＣ−ＤＣコンバータ５６０は、バッテリー５５０の出力電圧を昇圧してインバータ５２０に供給し、また、燃料電池１００の余剰発電力を蓄電するために、出力電圧を降圧してバッテリー５５０に供給する。
【００２６】
制御装置６００は、上述の遮断弁２２０、インジェクタ２２１、循環用ポンプ２４０、パージ弁２５０、エアコンプレッサ３２０、背圧弁３４０、三方弁４３０、循環用ポンプ４４０、インバータ５２０、およびＤＣ−ＤＣコンバータ５６０と電気的に接続されており、これらを制御する。また、制御装置６００は、エアフローメータ３１１と電気的に接続されており、エアフローメータ３１１から出力される流量（空気供給量）を示す信号を受信する。制御装置６００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）とを有する図示しないマイクロコンピュータにより構成されており、ＣＰＵがＲＯＭに格納されている制御用プログラムを実行することにより、運転特定部６１１と、ガス供給量制御部６１２と、姿勢関連情報取得部６１３と、運転制御部６１４として機能する。
【００２７】
運転特定部６１１は、燃料電池１００の運転環境が、通常運転時に比べて、カソード側オフガス排出マニホールド１２２における水の貯留量が多くなり得る多水運転環境であるか否かを特定する。第１実施形態において、多水運転環境は、燃料電池１００の運転時における燃料電池１００の姿勢が水平面に対して所定の閾値角度よりも大きく傾いている状況を意味する。
【００２８】
図２は、第１実施形態における多水運転環境の一例を示す説明図である。燃料電池１００は、燃料電池自動車８００の内部において、積層方向ＳＤが燃料電池自動車８００の左右方向と平行となるように配置されている。上記「左右方向」とは、燃料電池自動車８００の中央部において進行方向を向いた場合の左側および右側に向かう方向を意味する。なお、図２では、燃料電池自動車８００を、前方から後方に見たときの外形輪郭線として一点鎖線により表している。図２に示すように、燃料電池自動車８００が水平面ＨＸに対して角度θで傾斜している地面ＧＤ上を走行している場合、燃料電池１００においてカソード側オフガス排出マニホールド１２２の出口（酸化剤ガス排出路３３２との接続部分）Ｅ２からより遠い部分は、出口Ｅ２により近い部分に比べて下方に位置する。このため、図２に示すように角度θが大きい場合、カソード側オフガス排出マニホールド１２２に存在する水Ｗ１は、重力Ｇにしたがってカソード側オフガス排出マニホールド１２２の出口Ｅ２から最も離れた端部セル１１０ｅおよびその近傍のセルに集まり易い。加えて、カソード側オフガス排出マニホールド１２２において、端部セル１１０ｅおよびその近傍のセルと接続する部分では、カソード側オフガス排出マニホールド１２２を流れるオフガスの流量が少ない。これは、出口Ｅ２に近い位置ほど、各単セル１１０から排出されるオフガスが集まって合計流量が大きくなるのに対して、出口Ｅ２から多い位置ほど、かかる合計流量が小さいからである。これらの理由から、角度θが大きい場合、水Ｗ１は、各単セル１１０からカソード側オフガス排出マニホールド１２２に流れ込むオフガスによってはカソード側オフガス排出マニホールド１２２から排出され難く、カソード側オフガス排出マニホールド１２２内に留まり易い。このため、燃料電池自動車８００が水平面と平行な地面を走行している通常運転時に比べて、カソード側オフガス排出マニホールド１２２における水の貯留量が多くなり得る。本実施形態において、以降では、図２に示すように通常状態に比べてカソード側オフガス排出マニホールド１２２における水の貯留量が多くなり得る燃料電池１００の運転環境を、多水運転環境と呼ぶ。
【００２９】
図１に示すガス供給量制御部６１２は、エアコンプレッサ３２０の回転数を調整することにより、燃料電池１００への空気の供給量（空気流量）を制御する。通常運転時においては、ガス供給量制御部６１２は、予め定められているストイキ比（例えば、１．５）となるように、要求出力（出力電流値）に基づきエアコンプレッサ３２０における空気流量を調整する。また、ガス供給量制御部６１２は、エアブロー実行の際には、通常運転時に比べて高いストイキ比（例えば、８．５）となるように、要求出力（出力電流値）に基づきエアコンプレッサ３２０における空気流量を調整する。エアブローとは、空気を燃料電池１００のカソード側に供給することにより酸化剤ガス排出路３３２および背圧弁３４０に残存する水を排出する処理を意味し、短時間に多量の空気が燃料電池１００に供給される。本実施形態の燃料電池システム１０では、エアブローは定期的に実行される。なお、定期的な実行に代えて、運転者がインストゥルメントパネルにおいて所定操作を行った場合にエアブローが実行されてもよい。姿勢関連情報取得部６１３は、燃料電池１００の姿勢に関連する情報（以下、「姿勢関連情報」と呼ぶ）を取得する。本実施形態において、姿勢関連情報とは、積層方向ＳＤに沿った水平面ＨＸに対する燃料電池１００の角度θ（以下、傾斜角度θと呼ぶ）を意味する。姿勢関連情報取得部６１３は、加速度センサ６５０から受信した加速度を示す情報に基づき、姿勢関連情報を特定して取得する。運転制御部６１４は、燃料電池システム１０全体を制御する。
【００３０】
加速度センサ６５０は、燃料電池１００の近傍に配置されており、燃料電池１００の加速度を検出し、検出された加速度を示す信号を出力する。本実施形態の燃料電池システム１０では、後述する運転制御処理を実行することにより、燃料電池１００の運転環境が多水運転環境である場合に、カソード側オフガス排出マニホールド１２２に水が溜まることを抑制することができる。
【００３１】
本実施形態において、カソード側オフガス排出マニホールド１２２は、請求項における排出マニホールドに相当する。また、ガス供給量制御部６１２は、請求項におけるガス供給量制御部および排出ブロー実行部に、加速度センサ６５０は請求項における加速度特定部に、それぞれ相当する。
【００３２】
Ａ２．運転制御処理：
図３は、第１実施形態における運転制御処理の手順を示すフローチャートである。燃料電池システム１０では、燃料電池自動車８００のイグニッションがオンすると、運転制御処理が実行される。
【００３３】
姿勢関連情報取得部６１３は、加速度センサ６５０から受信する加速度の測定値に基づき、燃料電池１００の姿勢（傾斜角度θ）を特定する（ステップＳ１０５）。運転特定部６１１は、ステップＳ１０５で特定された傾斜角度θが閾値角度よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１１０）。本実施形態では、通常運転時、すなわち、燃料電池自動車８００が水平面と平行な地面を走行している時に比べてカソード側オフガス排出マニホールド１２２における貯水量が多くなるときの傾斜角度θを実験により求め、ステップＳ１１０における閾値角度として予め設定されている。このように設定されている閾値角度と傾斜角度θとを比較することにより、運転特定部６１１は、傾斜角度θが閾値角度よりも大きい場合に、燃料電池１００の運転環境が多水運転環境であると特定する。
【００３４】
上述のステップＳ１１０において、傾斜角度θが閾値角度よりも大きい、すなわち、燃料電池１００の運転環境が多水運転環境であると特定された場合（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、ガス供給量制御部６１２は、エアコンプレッサ３２０を制御して燃料電池１００に供給する空気流量を、通常運転時よりも多く、且つ、エアブロー実行時よりも少ない量に調整する（ステップＳ１１５）。具体的には、制御装置６００が有する図示しないメモリには、予めステップＳ１１５において参照すべきエアストイキ比として、通常運転時のエアストイキ比（例えば、１．５）よりも大きく、且つ、エアブロー時のストイキ比（例えば、８．６）よりも小さい値が記憶されており、ガス供給量制御部６１２は、要求出力（出力電流値）に基づき、エアストイキ比がかかる値となるようにエアコンプレッサ３２０における空気流量を調整する。
【００３５】
このように、燃料電池１００に供給する空気流量が通常運転時よりも多い量に調整されることにより、カソード側オフガス排出マニホールド１２２において出口Ｅ２から離れた位置（図２に示す端部セル１１０ｅ近傍の部分）に存在する水Ｗ１は、出口Ｅ２に向かって移動し、酸化剤ガス排出路３３２へと排出され易くなる。また、燃料電池１００に供給する空気流量がエアブロー時よりも少ない量に調整されることにより、各単セル１１０が過度に乾燥することが抑制される。なお、上述のステップＳ１１０において、傾斜角度θが閾値角度よりも大きい、すなわち、運転特定部６１１は、ステップＳ１１０の実行時刻を、制御装置６００の図示しないメモリに記憶させる。
【００３６】
上述のステップＳ１１０において、傾斜角度θが閾値角度よりも大きくない、すなわち、燃料電池１００の運転環境が多水運転環境でないと特定された場合（ステップＳ１１０：ＮＯ）、運転特定部６１１は、傾斜角度θが閾値角度以下となってからの経過時間を特定する（ステップＳ１２０）。上述のようにステップＳ１１０の実行時刻が記録されているため、かかる時刻を用いて経過時間が特定される。なお、燃料電池自動車８００のイグニッションがオンしてから一度も傾斜角度θが閾値角度よりも大きくなったことがない場合、ステップＳ１２０では、経過時間として、後述する閾値時間よりも長い所定の時間が特定される。
【００３７】
運転特定部６１１は、ステップＳ１２０で特定された経過時間が閾値時間よりも長いか否かを判定する（ステップＳ１２５）。ステップＳ１２５の閾値時間は、エアブロー時における流量を増加させる時間に比べて長い時間が設定されている。本実施形態では、かかる閾値時間として１０秒間が設定されているが、１０秒間に限らず、エアブロー時における流量を増加させる時間に比べて長い任意の時間を設定してもよい。経過時間が閾値時間よりも長くないと判定された場合（ステップＳ１２５：ＮＯ）、上述のステップＳ１１５が実行される。これに対して、経過時間が閾値時間よりも長いと判定された場合（ステップＳ１２５：ＹＥＳ）、ガス供給量制御部６１２は、エアコンプレッサ３２０を制御して燃料電池１００に供給する空気流量を、通常運転時の供給量に調整する（ステップＳ１３０）。上述のステップＳ１１５〜Ｓ１３０により理解できるように、本実施形態では、通常運転時よりも多く且つエアブロー実行時よりも少ない量に燃料電池１００に供給する空気流量を調整することは、ステップＳ１２０における閾値時間（１０秒間）は少なくとも継続して実行される。上述のように閾値時間は、エアブロー時における空気流量を増加させる時間に比べて長い。このため、通常運転時に比べて増加された流量の空気により端部セル１１０ｅ近傍の単セル１１０からカソード側オフガス排出マニホールド１２２に排出された（持ち上げられた）水が、重力Ｇにしたがって再び各単セル１１０に戻ってしまうことが抑制される。
【００３８】
以上説明した第１実施形態の燃料電池システム１０によれば、燃料電池１００の運転環境が多水運転環境であるか否かを特定し、多水運転環境であると特定された場合に、燃料電池１００に供給する空気流量を通常運転時よりも多く調整するため、カソード側オフガス排出マニホールド１２２からの水の排出を促し、カソード側オフガス排出マニホールド１２２に水が溜まることを抑制できる。加えて、燃料電池１００に供給する空気流量をエアブロー時に比べて少なく調整するため、各単セル１１０が過度に乾燥することを抑制できる。
【００３９】
また、傾斜角度θが閾値角度よりも大きい場合に燃料電池１００に供給する空気流量を調整するため、燃料電池１００の姿勢に起因してカソード側オフガス排出マニホールド１２２に水が溜まり易い状況であっても、カソード側オフガス排出マニホールド１２２に水が溜まることを抑制できる。また、通常運転時よりも多く且つエアブロー実行時よりも少ない量に燃料電池１００に供給する空気流量を調整することを、エアブロー時における空気流量を増加させる時間に比べて長い時間継続して実行するので、通常運転時に比べて増加された流量の空気により端部セル１１０ｅ近傍の単セル１１０からカソード側オフガス排出マニホールド１２２に排出された（持ち上げられた）水が、重力Ｇに従って再び各単セル１１０に戻ってしまうことを抑制できる。
【００４０】
Ｂ．第２実施形態：
図４は、第２実施形態における燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。第２実施形態の燃料電池システム１０ａは、制御装置６００が姿勢関連情報取得部６１３に代えて加速度特定部６１３ａとして機能する点において第１実施形態における燃料電池システム１０と異なる。第２実施形態の燃料電池システム１０ａにおける他の構成は、第１実施形態の燃料電池システム１０と同じであるので、同じ構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。加速度特定部６１３ａは、加速度センサ６５０から受信する加速度を示す情報に基づき、積層方向ＳＤに沿った燃料電池１００の加速度を特定する。
【００４１】
図５は、第２実施形態における多水運転環境の一例を示す説明図である。図５において、燃料電池自動車８００は、積層方向ＳＤに沿って、カソード側オフガス排出マニホールド１２２の出口Ｅ２に近い側が内側となり且つ出口Ｅ２に遠い側が外側になるように、進行方向に向かって左側（時計回りと反対方向）に旋回している。なお、図５の例では、図２の例とは異なり、燃料電池自動車８００は、水平面ＨＸと平行な地面ＧＤ上を走行している。燃料電池自動車８００がこのような旋回を行っている場合、燃料電池１００には、旋回時の中心軸から径方向に沿って外側に向かって遠心力Ｆ１が働く。その結果、図２の状況と同様に、カソード側オフガス排出マニホールド１２２に存在する水Ｗ１は、端部セル１１０ｅおよびその近傍のセルに集まる。このため、このような場合も、燃料電池１００の運転環境は多水運転環境となる。なお、上述の加速度特定部６１３ａは、積層方向ＳＤに沿ってカソード側オフガス排出マニホールド１２２の出口Ｅ２に遠い側から近い側に向かう方向の燃料電池１００の加速度（以下、「積層方向加速度」と呼ぶ）を特定する。
【００４２】
図６は、第２実施形態における運転制御処理の手順を示すフローチャートである。第２実施形態における運転制御処理は、ステップＳ１０５に代えてステップＳ１０５ａを実行する点と、ステップＳ１１０に代えてステップＳ１１０ａを実行する点と、ステップＳ１２０に代えてステップＳ１２０ａを実行する点とにおいて、図３に示す第１実施形態の運転制御処理と異なる。その他の手順については、第１実施形態における運転制御処理と同じであるので、同じ手順には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４３】
加速度特定部６１３ａは、加速度センサ６５０から受信する加速度を示す情報に基づき、積層方向加速度を特定する（ステップＳ１０５ａ）。運転特定部６１１は、ステップＳ１０５ａで特定された積層方向加速度が閾値加速度よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１１０ａ）。本実施形態では、通常運転時、すなわち、燃料電池自動車８００が旋回をせずに真っ直ぐに前進又は後退している時に比べてカソード側オフガス排出マニホールド１２２における貯水量が多くなるときの積層方向加速度を実験により求め、ステップＳ１１０ａにおける閾値加速度として予め設定されている。このように設定されている閾値加速度と積層方向加速度とを比較することにより、運転特定部６１１は、積層方向加速度が閾値加速度よりも大きい場合に、燃料電池１００の運転環境が多水運転環境であると特定して、上述のステップＳ１１５が実行される。
【００４４】
これに対してステップＳ１１０ａにおいて、積層方向加速度が閾値加速度よりも大きくないと判定されると（ステップＳ１１０ａ：ＮＯ）、運転特定部６１１は、積層方向加速度が閾値加速度以下となってからの経過時間を特定し（ステップＳ１２０ａ）、上述のステップＳ１２５を実行する。ステップＳ１２０ａは、上述の第１実施形態におけるステップＳ１２０と同様に、少なくともステップＳ１２５における閾値時間だけ継続して空気流量を増加させることを目的に実行される。
【００４５】
以上説明した第２実施形態の燃料電池システム１０ａは、第１実施形態の燃料電池システム１０と同様な効果を有する。また、積層方向加速度が閾値加速度よりも大きい場合に燃料電池１００に供給する空気流量を調整するため、燃料電池１００（燃料電池自動車８００）の旋回運動に起因してカソード側オフガス排出マニホールド１２２に水が溜まり易い状況であっても、カソード側オフガス排出マニホールド１２２に水が溜まることを抑制できる。
【００４６】
Ｃ．第３実施形態：
図７は、第３実施形態における燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。第３実施形態の燃料電池システム１０ｂは、加速度センサ６５０が省略されている点と、制御装置６００が姿勢関連情報取得部６１３に代えて供給量関連情報取得部６１３ｂとして機能する点とにおいて第１実施形態における燃料電池システム１０と異なる。第３実施形態の燃料電池システム１０ｂにおける他の構成は、第１実施形態の燃料電池システム１０と同じであるので、同じ構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。供給量関連情報取得部６１３ｂは、燃料電池１００への空気の供給量に関連する情報（以下、「供給量関連情報」と呼ぶ）を取得する。本実施形態において、供給量関連情報とは、エアフローメータ３１１において検出される空気の流量を意味する。
【００４７】
図８は、第３実施形態における運転制御処理の手順を示すフローチャートである。第２実施形態における運転制御処理は、ステップＳ１０５に代えてステップＳ１０５ｂを実行する点と、ステップＳ１１０に代えてステップＳ１１０ｂを実行する点と、ステップＳ１２０およびＳ１２５が省略されている点と、ステップＳ１１２およびＳ１１４が追加されている点とにおいて、図３に示す第１実施形態の運転制御処理と異なる。その他の手順については、第１実施形態における運転制御処理と同じであるので、同じ手順には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４８】
供給量関連情報取得部６１３ｂは、エアフローメータ３１１から出力される空気流量の測定値を取得し、運転特定部６１１は、取得された空気流量の測定値に基づき、燃料電池１００の運転状況が、ＷＯＴ（Wide Open Throttle）状態であるか否かを特定する（ステップＳ１０５ｂ）。ＷＯＴ状態とは、燃料電池１００の出力電流値が出力可能電流値範囲の最大値となるように、燃料電池１００に反応ガスが供給されている状態を意味し、例えば、燃料電池自動車８００の運転者がアクセルペダルを最大に踏み込んでいる状態等において生じ得る。このとき、インジェクタ２２１および循環用ポンプ２４０における水素ガスの供給量およびエアコンプレッサ３２０における空気の供給量は非常に多い。ＷＯＴ状態における空気の供給量は予め実験により特定されており、ＷＯＴ状態であると判定可能な下限の閾値流量が設定されている。したがって、運転特定部６１１は、空気流量の測定値がかかる閾値流量以上である場合にＷＯＴ状態であると特定でき、閾値流量よりも少ない場合にＷＯＴ状態でないと特定できる。
【００４９】
運転特定部６１１は、ステップＳ１０５ｂの特定結果を利用して、現在の燃料電池１００の運転状況が、ＷＯＴ状態が終了した状況であるか否かを判定する（ステップＳ１１０ｂ）。具体的には、ステップＳ１０５ｂにおいてＷＯＴ状態であると特定された後、次回以降に実行されるステップＳ１０５ｂにおいてＷＯＴ状態でないと特定された場合、ＷＯＴ状態が終了した状況であると判定される。また、イグニッションオンの後にＷＯＴ状態に一度もなっていない場合、或いは、現在ＷＯＴ状態であると特定された場合には、ＷＯＴ状態が終了した状況ではないと判定される。燃料電池１００の運転状況がＷＯＴ状態である場合、各単セル１１０内の水はカソード側オフガス排出マニホールド１２２まで排出される。しかしながら、一般的にＷＯＴ状態の継続時間は短いため、ＷＯＴ状態が終了した状況において、カソード側オフガス排出マニホールド１２２には、通常運転時すなわちＷＯＴ状態でない場合に比べて多くの水が存在する。このように、燃料電池１００の運転状況が、カソード側オフガス排出マニホールド１２２における水の貯留量が通常運転時に比べて多い場合を、以降では多水運転状況と呼ぶ。つまり、ステップＳ１１０ｂは、燃料電池１００の運転状況が多水運転状況であるか否かを判定することに相当する。なお、運転特定部６１１は、ステップＳ１１０ｂの実行時刻を記録する。
【００５０】
燃料電池１００の運転状況が、ＷＯＴ状態が終了した状態、つまり、多水運転状況であると判定されると（ステップＳ１０５ｂ：ＹＥＳ）、運転特定部６１１は、ＷＯＴ状態が終了したと判定されてからの経過時間を特定し（ステップＳ１１２）、かかる経過時間が閾値時間よりも長いか否かを判定する（ステップＳ１１４）。経過時間が閾値時間よりも長くないと判定されると（ステップＳ１１４：ＮＯ）、上述のステップＳ１１５が実行される。これに対して、経過時間が閾値時間よりも長いと判定されると（ステップＳ１１４：ＹＥＳ）、上述のステップＳ１３０が実行される。ステップＳ１１２およびＳ１１４は、第１実施形態におけるステップＳ１２０およびＳ１２５と同様に、少なくともステップＳ１１４における閾値時間だけ継続して空気流量を増加させることを目的に実行される。
【００５１】
以上説明した第３実施形態の燃料電池システム１０ｂは、第１実施形態の燃料電池システム１０と同様な効果を有する。また、ＷＯＴ状態が終了した状況である場合に燃料電池１００に供給する空気流量を調整するため、ＷＯＴ状態後のカソード側オフガス排出マニホールド１２２に水が溜まり易い状況であっても、カソード側オフガス排出マニホールド１２２に水が溜まることを抑制できる。
【００５２】
Ｄ．第４実施形態：
第４実施形態における燃料電池システムの構成は、図７に示す第３実施形態の燃料電池システム１０ｂの構成と同じであるので、同じ構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００５３】
図９は、第４実施形態における運転制御処理の手順を示すフローチャートである。第４実施形態における運転制御処理は、ステップＳ１０５ｂに代えてステップＳ１０５ｃを実行する点と、ステップＳ１１０ｂに代えてステップＳ１１０ｃを実行する点と、ステップＳ１１２に代えてステップＳ１１２ａを実行する点とにおいて、第３実施形態における運転制御処理と異なる。他の手順については、第３実施形態における運転制御処理と同じであるので、同じ手順には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００５４】
供給量関連情報取得部６１３ｂは、エアフローメータ３１１から出力される空気流量の測定値を取得し、運転特定部６１１は、取得された空気流量の測定値に基づき、燃料電池１００の運転状況が、エアブロー実行中であるか否かを特定する（ステップＳ１０５ｃ）。具体的には、例えば、空気流量の測定値と要求出力（出力電流値）に基づきエアストイキ比を求め、その値が所定値（例えば、８．０）以上であれば、エアブロー実行中であると特定される。なお、ガス供給量制御部６１２がエアブロー実行中であることを示す情報を制御装置６００の図示しないメモリに記憶させる構成においては、かかる情報を参照することにより、エアブロー実行中であるか否かを特定してもよい。
【００５５】
運転特定部６１１は、ステップＳ１０５ｃの判定結果を利用して、現在の燃料電池１００の運転状況が、エアブローが終了した状況であるか否かを判定する（ステップＳ１１０ｃ）。具体的には、ステップＳ１０５ｃにおいてエアブロー実行中であると特定された後、次回以降に実行されるステップＳ１０５ｃにおいてエアブロー実行中でないと特定された場合、エアブローが終了した状況であると判定される。また、イグニッションオンの後にエアブローが一度も実行されていない場合、或いは、現在エアブロー実行中であると特定された場合には、エアブローが終了した状況ではないと判定される。燃料電池１００の運転状況がエアブロー実行中の場合、各単セル１１０内の水はカソード側オフガス排出マニホールド１２２まで排出される。しかしながら、上述のようにエアブローの継続時間は短いため、エアブローが終了した状況において、カソード側オフガス排出マニホールド１２２には通常運転時すなわちエアブロー実行中でない場合に比べて多くの水が存在し、多水運転状況となっている。つまり、ステップＳ１１０ｃは、第３実施形態のステップＳ１１０ｂと同様に、燃料電池１００の運転状況が多水運転状況であるか否かを判定することに相当する。なお、運転特定部６１１は、ステップＳ１１０ｃの実行時刻を記録する。
【００５６】
燃料電池１００の運転状況が、エアブローが終了した状態、つまり、多水運転状況であると判定されると（ステップＳ１０５ｃ：ＹＥＳ）、運転特定部６１１は、エアブローが終了したと判定されてからの経過時間を特定し（ステップＳ１１２ａ）、上述のステップＳ１１４、すなわち、経過時間が閾値時間よりも長いか否かの判定を実行する。
【００５７】
以上説明した第４実施形態の燃料電池システムは、第３実施形態の燃料電池システム１０ｂと同様な効果を有する。また、エアブローが終了した状況である場合に燃料電池１００に供給する空気流量を調整するため、エアブロー終了後のカソード側オフガス排出マニホールド１２２に水が溜まり易い状況であっても、カソード側オフガス排出マニホールド１２２に水が溜まることを抑制できる。
【００５８】
Ｅ．変形例：
Ｅ１．変形例１：
各実施形態では、燃料電池１００は、積層方向ＳＤが燃料電池自動車８００の左右方向と平行となるように配置されていたが、左右方向に代えて、前後方向と平行になるように配置されていてもよい。この構成では、例えば、燃料電池１００において、積層方向ＳＤに沿ってカソード側オフガス排出マニホールド１２２の出口Ｅ２により近い位置が後方に位置し、出口Ｅ２からより遠い位置が前方に位置する場合、燃料電池自動車８００が坂道を下る場合に、燃料電池１００からより遠い部分が出口Ｅ２により近い部分に比べて下方に位置する。そこで、第１実施形態の運転制御処理のステップＳ１０５において、燃料電池１００の姿勢がこのような姿勢であることを特定し、ステップＳ１１０において、水平面ＨＸに対する傾斜角度θが閾値角度よりも大きいか否かを判定してもよい。このようにすることで、第１実施形態と同様な効果を奏する。
【００５９】
Ｅ２．変形例２：
各実施形態では、多水運転環境または多水運転状況は、いずれもカソード側オフガス排出マニホールド１２２において、通常運転時に比べて水の貯留量が多くなり得る環境または状況であったが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、燃料電池１００内に形成されている図示しない燃料ガス供給マニホールドが、燃料電池１００が載置された状態において下方に位置し、図示しないアノード側オフガス排出マニホールドが上方に位置する構成においては、多水運転環境または多水運転状況は、アノード側オフガス排出マニホールドにおいて、通常運転時に比べて水の貯留量が多くなり得る環境または状況といえる。一般に、アノード側においても、各単セル１１０の電解質膜を介してカソード側から拡散される水が存在し得る。また、燃料電池システム１０、１０ａ、および１０ｂにおいて、反応ガスを加湿して燃料電池１００に供給する構成を採用する場合、かかる加湿のための水がアノード側に存在し得る。それゆえ、アノード側オフガス排出マニホールドが上方に位置する場合には、各実施形態と同様に、アノード側オフガス排出マニホールドにおいて、通常運転時に比べて水の貯留量が多くなって多水運転環境または多水運転状況となり得る。この構成においても、各実施形態と同様に運転制御処理を実行することにより、アノード側オフガス排出マニホールドに水が溜まることを抑制できる。なお、この構成においては、ステップＳ１１５において、インジェクタ２２１と循環用ポンプ２４０とのうちの少なくとも一方を制御して、燃料電池１００に供給する水素ガスの流量を、通常運転時よりも多く且つ燃料ガスのブロー時よりも少ない流量に調整してもよい。
【００６０】
Ｅ３．変形例３：
各実施形態を組み合わせて、ステップＳ１１５（空気流量の増加）の実行判断を行ってもよい。すなわち、例えば、傾斜角度θが閾値角度よりも大きく、かつ、現在の燃料電池１００の運転状況がＷＯＴ状態が終了した状況である場合に、ステップＳ１１５が実行されてもよい。すなわち、一般には、燃料電池１００の運転環境が多水運転環境である場合と、燃料電池１００の運転状況が多水運転状況である場合と、のうちの少なくとも一方の場合に、燃料電池１００に供給される反応ガスの流量を、燃料電池１００の通常運転時に比べて高く且つ排出ブロー実行時に比べて低く制御してもよい。なお、各実施形態を組み合わせる場合、第３実施形態における「ＷＯＴ状態が終了した状況」および第４実施形態における「エアブローが終了した状況」と特定された場合に実行されるステップＳ１１５の継続時間（換言すると、ステップＳ１２５における閾値時間）を、第１実施形態における「傾斜角度θが閾値角度よりも大きい」および第２実施形態における「積層方向加速度が閾値加速度よりも大きい」と特定された場合に実行されるステップＳ１１５の継続時間（換言すると、ステップＳ１２５における閾値時間）よりも長く設定してもよい。ＷＯＴ状態が終了した状態およびエアブローが終了した状況においては、カソード側オフガス排出マニホールド１２２に水がより多く存在し得る。そこで、これらの状況においては、より長い時間だけ空気流量を増加させることにより、カソード側オフガス排出マニホールド１２２に水が溜まることをより確実に抑制できる。
【００６１】
Ｅ４．変形例４：
各実施形態において、運転特定部６１１は、燃料電池１００の運転環境が多水運転環境であること、または、燃料電池１００の運転状況が多水運転状況であることを明示的に特定していなかったが、これに代えて、明示的に特定して、例えば、制御装置６００の有する図示しないメモリに記憶させてもよい。このような構成により、多水運転環境であること、または、燃料電池１００の運転状況が多水運転状況であることが明示的に特定されるので、かかる特定結果を利用して、適切なタイミングでステップＳ１１５を実行でき、また、例えば、警告メッセージを運転席に設けられたインストゥルメントパネル等に表示させたり、警告音を出力したり、運転環境または運転状況の履歴を取得したりすること等を、容易に実行できる。
【００６２】
Ｅ５．変形例５：
上記実施形態において、燃料電池システム１０，１０ａ，１０ｂは、駆動用電源を供給するためのシステムとして、燃料電池自動車に搭載されて用いられていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、燃料電池自動車に代えて、電気自動車等の駆動用電源を必要とする他の任意の移動体に搭載されて使用されてもよい。また、定置型電源として、例えば、オフィスや家庭において屋内または屋外に設置されて用いられてもよい。また、燃料電池１００は、固体高分子型燃料電池であったが、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体酸化物形燃料電池等、種々の燃料電池として構成してもよい。
【００６３】
Ｅ６．変形例６：
第３実施形態において、ステップＳ１０５ｂにおけるＷＯＴ状態であるか否かの特定は、エアフローメータ３１１による空気流量の測定値に基づき特定されていた。同様に、第４実施形態において、ステップＳ１０５ｃにおけるエアブロー実行中であるか否かの特定は、エアフローメータ３１１による空気流量の測定値に基づき特定されていた。しかしながら、本発明は、これらに限定されるものではない。例えば、燃料電池１００の出力電流値や、エアコンプレッサ３２０の回転数や、アクセルペダルの踏み込み量を示す情報など、酸化剤ガス供給路３３１における燃料電池１００への空気の供給量に関連する任意の情報に基づき特定されてもよい。換言すると、第３，４実施形態において「供給量関連情報」は、エアフローメータ３１１において測定される空気の流量であったが、これに代えて、エアコンプレッサ３２０の回転数や、アクセルペダルの踏み込み量を示す情報など、酸化剤ガス供給路３３１における燃料電池１００への空気の供給量に関連し、かかる供給量を特定可能な任意の情報を用いてもよい。
【００６４】
Ｅ７．変形例７：
第１実施形態において、姿勢関連情報（傾斜角度θ）は、加速度センサ６５０により測定される各速度に基づき特定されていたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、燃料電池自動車８００がナビゲーションシステムを備え、かかるナビゲーションシステムにおいて用いられる地図データに、道路の勾配に関する情報が含まれている構成においては、かかる情報に基づき、傾斜角度θを特定してもよい。
【００６５】
Ｅ８．変形例８：
上記実施形態における燃料電池システム１０の構成は、あくまでも一例であり、種々変更可能である。例えば、第２燃料ガス排出路２６４と酸化剤ガス排出路３３２とを接続させずに、それぞれ独立してオフガスを排出する構成としてもよい。また、例えば、各実施形態および変形例においてハードウェアによって実現されていた構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよく、逆に、ソフトウェアによって実現されていた構成の一部をハードウェアに置き換えるようにしてもよい。また、本発明の機能の一部または全部がソフトウェアで実現される場合には、そのソフトウェア（コンピュータープログラム）は、コンピューター読み取り可能な記録媒体に格納された形で提供することができる。この発明において、「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭのような携帯型の記録媒体に限らず、各種のＲＡＭやＲＯＭ等のコンピューター内の内部記憶装置や、ハードディスク等のコンピューターに固定されている外部記憶装置も含んでいる。すなわち、「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、データを一時的ではなく固定可能な任意の記録媒体を含む広い意味を有している。
【００６６】
本発明は、上述の実施形態および変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１０…燃料電池システム
１０ａ…燃料電池システム
１０ｂ…燃料電池システム
１００…燃料電池
１１０…単セル
１１０ｅ…端部セル
１１１…集電板
１１２…エンドプレート
１２１…酸化剤ガス供給マニホールド
１２２…カソード側オフガス排出マニホールド
２００…燃料ガス供給排出系
２１０…水素タンク
２２０…遮断弁
２２１…インジェクタ
２３０…気液分離器
２４０…循環用ポンプ
２５０…パージ弁
２６１…燃料ガス供給路
２６２…第１燃料ガス排出路
２６３…燃料ガス循環路
２６４…第２燃料ガス排出路
３００…酸化剤ガス供給排出系
３１０…エアクリーナ
３１１…エアフローメータ
３２０…エアコンプレッサ
３３１…酸化剤ガス供給路
３３２…酸化剤ガス排出路
３４０…背圧弁
４００…燃料電池循環冷却系
４１０…ラジエータ
４２１…冷却水流路
４２２…バイパス流路
４３０…三方弁
４４０…循環用ポンプ
５００…電力充放電系
５２０…インバータ
５５０…バッテリー
６００…制御装置
６１１…運転特定部
６１２…ガス供給量制御部
６１３…姿勢関連情報取得部
６１３ａ…加速度特定部
６１３ｂ…供給量関連情報取得部
６１４…運転制御部
６５０…加速度センサ
７００…負荷装置
８００…燃料電池自動車
Ｅ２…出口
Ｆ１…遠心力
Ｇ…重力
ＧＤ…地面
ＨＸ…水平面
ＳＤ…積層方向
Ｗ１…水
【図１】
0006314855.tif 000002
【図２】
0006314855.tif 000003
【図３】
0006314855.tif 000004
【図４】
0006314855.tif 000005
【図５】
0006314855.tif 000006
【図６】
0006314855.tif 000007
【図７】
0006314855.tif 000008
【図８】
0006314855.tif 000009
【図９】
0006314855.tif 000010