(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給されるガスの化学反応により発電する燃料電池を有する燃料電池システムにおいて、
当該燃料電池システムの運転停止時に、前記燃料電池内に加湿量の低い空気を供給してパージ処理を実行するパージ処理手段と、
前記燃料電池の、初期状態の特性に対する現在の特性の低下の度合いである劣化レベルを判定する劣化レベル判定手段と、
前記劣化レベル判定手段によって判定された前記燃料電池の劣化レベルに応じて、前記パージ処理におけるパージ条件を設定するパージ条件設定手段と、
当該燃料電池システムの運転停止時に、前記パージ条件設定手段によって設定されたパージ条件でパージ処理がなされるように、前記パージ処理手段を制御する制御手段とを備え、
前記劣化レベル判定手段は、所定の負荷以上で当該燃料電池システムを運転している際に、燃料電池のスタック電圧を測定し、且つ、予め設定された複数の規準電圧と前記スタック電圧とを比較し、前記各規準電圧と前記スタック電圧との大小関係に基づいて、前記スタック電圧の劣化レベルを判定することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
供給されるガスの化学反応により発電する燃料電池を有する燃料電池システムにおいて、
当該燃料電池システムの運転停止時に、前記燃料電池内に加湿量の低い空気を供給してパージ処理を実行するパージ処理手段と、
前記燃料電池の、初期状態の特性に対する現在の特性の低下の度合いである劣化レベルを判定する劣化レベル判定手段と、
前記劣化レベル判定手段によって判定された前記燃料電池の劣化レベルに応じて、前記パージ処理におけるパージ条件を設定するパージ条件設定手段と、
当該燃料電池システムの運転停止時に、前記パージ条件設定手段によって設定されたパージ条件でパージ処理がなされるように、前記パージ処理手段を制御する制御手段とを備え、
前記劣化レベル判定手段は、燃料電池のセル電圧の振れ幅を測定し、且つ、予め設定された複数の規準振れ幅と前記セル電圧の振れ幅とを比較し、各規準振れ幅と前記セル電圧の振れ幅の大小関係に基づいて、前記スタック電圧の劣化レベルを判定することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
供給されるガスの化学反応により発電する燃料電池を有する燃料電池システムにおいて、
当該燃料電池システムの運転停止時に、前記燃料電池内にパージガスを供給することでパージ処理を実行するパージ処理手段と、
前記燃料電池の劣化レベルを判定する劣化レベル判定手段と、
前記劣化レベル判定手段によって判定された前記燃料電池の劣化レベルに応じて、前記パージ処理におけるパージ条件を設定するパージ条件設定手段と、
当該燃料電池システムの運転停止時に、前記パージ条件設定手段によって設定されたパージ条件でパージ処理がなされるように、前記パージ処理手段を制御する制御手段とを備え、
前記劣化レベル判定手段は、燃料電池の負荷変動の履歴に基づき、前記燃料電池の劣化レベルを判定すること
を特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
供給されるガスの化学反応により発電する燃料電池を有する燃料電池システムにおいて、
当該燃料電池システムの運転停止時に、前記燃料電池内にパージガスを供給することでパージ処理を実行するパージ処理手段と、
前記燃料電池の劣化レベルを判定する劣化レベル判定手段と、
前記劣化レベル判定手段によって判定された前記燃料電池の劣化レベルに応じて、前記パージ処理におけるパージ条件を設定するパージ条件設定手段と、
当該燃料電池システムの運転停止時に、前記パージ条件設定手段によって設定されたパージ条件でパージ処理がなされるように、前記パージ処理手段を制御する制御手段とを備え、
前記劣化レベル判定手段は、燃料電池の総発電時間に基づき、前記燃料電池の劣化レベルを判定すること
を特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
前記パージ条件設定手段は、前記劣化レベル判定手段によって判定された前記燃料電池の劣化レベルが高く、燃料電池が劣化している程、前記燃料電池内にパージガスを供給するパージ時間が長くなるようにパージ条件を設定すること
を特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記パージ条件設定手段は、前記劣化レベル判定手段によって判定された前記燃料電池の劣化レベルが高く、燃料電池が劣化している程、前記パージ処理手段によるパージ処理時のパージ温度が高くなるようにパージ条件を設定すること
を特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記パージ条件設定手段は、前記劣化レベル判定手段によって判定された燃料電池内の劣化レベルが高く、燃料電池が劣化している程、前記燃料電池内に供給されるパージガスのパージ流量が増加するようにパージ条件を設定すること
を特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項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、燃料電池システムに関し、詳しくは、低温環境下における燃料電池スタックの凍結を防止して零下起動を実現する燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
化石燃料の枯渇危機、並びに化石燃料の燃焼による大気汚染、地球温暖化の問題に対応すべく、圧縮された燃料ガスを消費することで走行する車両が考案されている。このように燃料ガスを消費することで走行する車両としては、例えば、燃料ガスとして水素ガスを用い、水素ガスと空気ガス中の酸素との化学反応により発生させた電気エネルギーで走行する燃料電池車がある。
【０００３】
このような燃料電池車などに搭載される燃料電池は、その発電原理上、常に当該燃料電池内部に水分が残留してしまう。このように燃料電池内部には、残留水分が存在することから気温が氷点下となった場合には、水分が凍結してしまい燃料電池システムが機能しなくなってしまう。
【０００４】
したがって、燃料電池を搭載した車両などの移動体を寒冷地で使用する場合や、燃料電池を寒冷地での定置用として使用する場合には、０℃以下の雰囲気中に燃料電池がさらされてしまう可能性が高いため、燃料電池を発電させることができない状況が想定される。
【０００５】
そこで、０℃以下の低温環境下での凍結を防止し、燃料電池システムを確実に起動させるために、燃料電池の停止時に空気の加湿を停止し、その後、カソード電極に無加湿の空気を所定時間供給した後に、運転を停止させることで、燃料電池内部の残留水分を除去（パージ）する手法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００１−３３２２８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、燃料電池内部の残留水分を除去し、零下起動を実現するためには、特許文献１で開示されているようなパージ処理を実行する必要がある。しかしながら、パージ処理による効果は、燃料電池の状態に大きく依存しているため、あるパージ条件で零下起動が可能な程度パージ処理できたとしても、燃料電池の状態によっては、同じパージ条件でパージ処理をしても残留水分をパージしきれず、零下起動することができない場合がある。
【０００７】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、燃料電池内部の残留水分を除去するパージ処理において、燃料電池の状態に応じた最適なパージ条件で良好にパージ処理することができる燃料電池システム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】
【０００８】
本発明は、上述した課題を解決するために、当該燃料電池システムの運転停止時に、燃料電池内に加湿量の低い空気を供給してパージ処理を実行するパージ処理手段と、燃料電池の、初期状態の特性に対する現在の特性の低下の度合いである劣化レベルを判定する劣化レベル判定手段と、劣化レベル判定手段によって判定された燃料電池の劣化レベルに応じて、パージ処理におけるパージ条件を設定するパージ条件設定手段と、当該燃料電池システムの運転停止時に、パージ条件設定手段によって設定されたパージ条件でパージ処理がなされるように、パージ処理手段を制御する制御手段とを備えるようにした。更に、劣化レベル判定手段は、燃料電池のセル電圧の振れ幅を測定し、且つ、予め設定された複数の規準振れ幅とセル電圧の振れ幅とを比較し、各規準振れ幅とセル電圧の振れ幅の大小関係に基づいて、スタック電圧の劣化レベルを判定するようにした。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、燃料電池の劣化レベルに応じて設定されたパージ条件でパージ処理することで、燃料電池の状態に応じた最適なパージ条件で良好にパージ処理することを可能とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１１】
まず、図１を用いて本発明の実施の形態として示す燃料電池システム１の構成について説明する。
【００１２】
図１に示すように、燃料電池システム１は、燃料電池本体である燃料電池スタック１０と、燃料電池スタック１０の燃料極であるアノードに水素ガスを供給する水素ガス供給系３０と、燃料電池スタック１０の酸化剤極であるカソードに酸化剤ガスである空気ガスを供給する空気ガス供給系４０と、燃料電池スタック１０で発電された電力を管理し負荷装置１５への供給制御をするパワーマネージャ１４と、当該燃料電池システム１を統括的に制御する制御装置１６と、燃料電池スタック１０を構成する各セルの出力電圧を検出するセルモニタ１７と、燃料電池システム１で実行される各処理で用いられる各種データやプログラムを記憶し、制御装置１６の作業領域としても機能するメモリ１８とを備える。
【００１３】
このような燃料電池システム１は、例えば、車両や船舶といった移動体又は定置用の発電システムなどに用いられる。燃料電池システム１が備える燃料電池スタック１０は、発電単位である単セルを複数積層することで構成され、アノードに燃料ガスとして供給される水素ガスと、カソードに供給される空気ガス中の酸素との化学反応により発電する。
【００１４】
この燃料電池システム１は、当該燃料電池システム１の運転停止時における燃料電池スタック１０に残留する残留水分の凍結を防止することで、迅速な零下起動を実現することができる。
【００１５】
燃料電池スタック１０は、例えば、電解質として高分子電解質膜を用いた高分子電解質形燃料電池（ＰＥＦＣ：Polymer Electrolyte Fuel Cell）などであり、単セルの構造が、高分子電解質膜の両側に触媒層をそれぞれ設け、燃料極、酸化剤極が形成されたＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）として一体化され、さらにＭＥＡを挟み込むように設けられたガス拡散層を備えている。燃料電池スタック１０内の温度は温度計１９によって監視されており、測定結果は制御装置１６に出力される。
【００１６】
水素ガス供給系３０は、燃料ガスである水素ガスを貯蔵する高圧水素タンクといった水素タンク１１を備えており、制御装置１６の制御により、水素ガスを燃料電池システム１が運転できる範囲で定められた所定の圧力に調節して、水素ガス供給配管３１を介して燃料電池スタック１０のアノードへ供給する。
【００１７】
また、水素ガス供給系３０では、制御装置１６の制御により、燃料電池スタック１０のアノードに供給する水素ガス流量を、出力電流に相当する反応水素ガス流量より当量比を大きくすることで、複数のセルで構成される燃料電池スタック１０の各セルに、不足なく水素ガスが供給できるようにされている。
【００１８】
さらにまた、発電を継続するにつれて、燃料電池スタック１０のアノードには、水素ガス以外の不純物ガス、例えば窒素などが蓄積され、水素濃度を減少させてしまう。水素濃度が減少すると発電効率の低下、燃料電池スタック１０の劣化を招くので、制御装置１６は、不純物ガスを水素ガス排出配管３２を介して排出するよう制御する。
【００１９】
一方、空気ガス供給系４０は、空気を圧縮して空気ガスとして供給するコンプレッサや空気ガスを供給するブロワといった空気ガス供給装置１２と、加湿装置１３とを備えており、制御装置１６の制御により、空気ガス供給装置１２の回転数を制御するなどして、空気ガスを燃料電池システム１が運転できる範囲で定められた所定の圧力に調節して、燃料電池スタック１０のカソードへ空気ガス供給配管４１を介して供給する。不要な空気ガスは、空気ガス排出配管４２を介して排出される。
【００２０】
空気ガス供給装置１２をコンプレッサとする場合には、空気ガスが圧縮され昇温されるため、空気ガス供給装置１２の後段に昇温された空気ガスを冷却する図示しない冷却装置を設けるようにする。
【００２１】
加湿装置１３は、燃料電池スタック１０のカソードに供給する空気ガスを加湿する。このように、加湿装置１３は、カソードに供給する空気ガスを加湿することで、高分子電解質膜に水分供給をし、高分子電解質膜のイオン輸送能力を低下させることなく良好なイオン伝導性を保つように水分管理を行う。
【００２２】
空気ガス供給系４０の空気ガス供給配管４１には、温度計２０が設けられており、燃料電池スタック１０内に供給される空気ガスのガス温度を測定している。温度計２０で測定された空気ガスのガス温度は、制御装置１６に出力される。
【００２３】
制御装置１６は、燃料電池システム１を統括的に制御する制御手段であり、上述したような燃料電池スタック１０のアノードの水素ガス圧力、カソードの空気ガス圧力を制御しながらの、アノード、カソードへの水素ガス、空気ガスの供給制御に加えて、燃料電池システム１が零下起動できるように、燃料電池システム１の運転停止時における低温環境下での燃料電池スタック１０の凍結を防止するよう制御を行う。
【００２４】
本発明の実施の形態として示す燃料電池システム１では、燃料電池スタック１０の凍結を防止するために、空気ガス供給系４０を利用した残留水分のパージ処理を実行する。具体的には、燃料電池システム１の起動が停止され、燃料電池スタック１０の温度が０℃近傍となったことに応じて、制御装置１６は、加湿装置１３を制御して加湿量を低下させた空気ガスをパージガスとして燃料電池スタック１０のカソードに供給することで、燃料電池スタック１０内の残留水分を乾燥除去（パージ）する。
【００２５】
制御装置１６は、パージ処理を実行するにあたり、燃料電池スタック１０の劣化の程度に応じて適切なパージ条件を設定し、設定したパージ条件でパージ処理が実行されるように制御する。
【００２６】
ここで、燃料電池本体である燃料電池スタック１０の劣化の程度に応じて適切なパージ条件を設定することについて説明をする。
【００２７】
一般に、燃料電池本体である燃料電池スタックは、燃料電池システムの継続的な運転により劣化して発電能力が低下することが分かっている。例えば、燃料電池スタック内の触媒層、ガス拡散層の劣化により撥水性が低下すると、燃料電池スタックの運転範囲内での十分な排水能力を確保することができず、劣化前の状態と較べて発電能力が低下してしまう。
【００２８】
このように触媒層、ガス拡散層の排水能力が低下した状態で、零下起動を実現するために、燃料電池システム１の運転停止後にパージ処理を行うと、燃料電池スタック１０内の残留水分をパージするためのパージ処理には非常に多くに時間が必要となってしまう。
【００２９】
図２に、燃料電池スタック１０が劣化する前の初期状態と、燃料電池スタック１０が劣化した劣化後、それぞれにおけるパージ処理に要するパージ時間と起動成立温度との関係を示す。図２に示すように、燃料電池スタック１０は、劣化した後では、初期状態よりも起動成立温度が全体的に高くなってしまうため、初期状態と同じパージ時間でパージ処理したとしても同一の温度にて起動することができない。つまり、燃料電池スタック１０が劣化した後では、零下起動性が悪化してしまうことになる。
【００３０】
そこで、制御装置１６は、燃料電池スタック１０が劣化しているかどうか判定し、さらには劣化の程度を検出して、燃料電池スタック１０の劣化の程度に応じたパージ条件でパージ処理を実行する。制御装置１６が、劣化の程度に応じて設定するパージ条件は、パージ時間、パージ温度、パージ流量などである。
【００３１】
具体的には、制御装置１６は、燃料電池スタック１０の初期状態におけるパージ条件を、燃料電池スタック１０の劣化の程度に応じて、パージ時間を増やし、パージ温度を上昇させ、パージガスのパージ流量を増やす傾向で変更する。このとき、制御装置１６は、パージ時間、パージ温度、パージ流量といった各パージ条件を単独で変更するようにしてもよいし、それぞれを組み合わせて変更するようにしてもよい。
【００３２】
制御装置１６は、燃料電池スタック１０が劣化しているかどうかという判定を、高負荷時のスタック電圧の劣化前の初期状態からの低下代、燃料電池スタック１０のセル電圧の安定度、燃料電池スタック１０の負荷変動の履歴、又は燃料電池スタック１０の総発電時間という４つの劣化判定手法のいずれかを用いて判定する。
【００３３】
続いて、これらの４つの劣化判定手法、それぞれに基づいて燃料電池スタック１０の劣化を判定し、パージ条件を変更する処理について説明をする。
【００３４】
［高負荷時のスタック電圧の劣化前の初期状態からの低下代に基づく判定］
まず、燃料電池スタック１０の高負荷時におけるスタック電圧の劣化前の初期状態からの低下代に基づき、劣化判定をし、パージ条件を設定する手法について説明をする。
【００３５】
図３は、劣化前の初期状態の燃料電池スタック１０、劣化後の燃料電池スタック１０それぞれの負荷−電圧特性を示した図である。図３に示すように、劣化後の燃料電池スタック１０は、ある高負荷Ｌ以上の負荷が要求されると、初期状態の燃料電池スタック１０に較べてスタック電圧が急激に減少することが分かる。
【００３６】
スタック電圧の減少の仕方は、燃料電池スタック１０の種別や仕様などによって異なるが、概ね図３に示すような傾向を示すことになる。したがって、制御装置１６は、燃料電池システム１に対して、この高負荷Ｌ以上の負荷となっている場合での、燃料電池スタック１０のスタック電圧を検出し、検出したスタック電圧から燃料電池スタック１０がどれだけ劣化しているのかを示す劣化レベルを判定し、劣化レベルに応じたパージ条件を設定する。
【００３７】
続いて、図４に示すフローチャートを用いて、制御装置１６による劣化レベルに応じたパージ条件設定処理動作について説明をする。
【００３８】
まず、ステップＳ１において、燃料電池システム１が起動され、運転が開始された状態で、制御装置１６は、負荷装置１５からの要求に応じて燃料電池スタック１０にかかる負荷Ｌｘが、燃料電池スタック１０が劣化した場合に急激なスタック電圧の低下を示す閾値となる高負荷Ｌよりも大きいかどうかを判断する。
【００３９】
制御装置１６は、負荷Ｌｘが閾値である高負荷Ｌよりも大きい場合、ステップＳ２へと進み、負荷Ｌｘが閾値である高負荷Ｌ以下の場合、ステップＳ１へと戻る。
【００４０】
この高負荷Ｌは、燃料電池スタック１０の種別や仕様などによって異なるため、図３に示すような燃料電池スタック１０の初期状態の負荷−電圧特性と劣化後の負荷−電圧特性をあらかじめ取得し、取得した負荷−電圧特性から劣化によりスタック電圧の低下を検知することができる程度の負荷値を選択することで決定される。
【００４１】
本発明の実施の形態として示す燃料電池システム１では、この高負荷Ｌを事前に取得しておきデフォルト値としてメモリ１８に記憶させておく。制御装置１６は、燃料電池システム１が起動され、運転が開始されたことに応じて、メモリ１８から高負荷Ｌを読み出し、負荷装置１５に要求されている負荷Ｌｘとの比較を行う。
【００４２】
ステップＳ２において、制御装置１６は、負荷装置１５で要求される負荷Ｌｘのときの電圧測定器２１で検出される燃料電池スタック１０のスタック電圧Ｖｘと、同じ負荷Ｌｘが要求された場合の劣化前の燃料電池スタック１０のスタック電圧Ｖｘ０よりもやや低い規準電圧Ｖｘ１とを比較する。制御装置１６は、スタック電圧Ｖｘが規準電圧Ｖｘ１以上の場合、ステップＳ３へと進め、スタック電圧Ｖｘが規準電圧Ｖｘ１よりも低い場合、ステップＳ４へと進める。
【００４３】
ステップＳ３において、制御装置１６は、スタック電圧Ｖｘが規準電圧Ｖｘ１以上であることに応じて、燃料電池スタック１０が劣化していないと判定し、劣化前の燃料電池スタック１０に適用していたパージ時間ＰＴ０をパージ条件として設定する。
【００４４】
ステップＳ４において、制御装置１６は、スタック電圧Ｖｘが規準電圧Ｖｘ１よりも低いことに応じて、規準電圧Ｖｘ１よりもさらに低い規準電圧Ｖｘ２を用いて、Ｖｘ１よりもどの程度低いのか、つまり、どの程度劣化しているのかを判定する。制御装置１６は、スタック電圧Ｖｘが規準電圧Ｖｘ２よりも高い場合には、ステップＳ５へと進め、規準電圧Ｖｘ２以下の場合には、ステップＳ６へと進める。
【００４５】
ステップＳ５において、制御装置１６は、スタック電圧Ｖｘが規準電圧Ｖｘ２よりも高いことに応じて、劣化前の燃料電池スタック１０に適用していたパージ時間ＰＴ０よりも長いパージ時間ＰＴ１をパージ条件として設定する。
【００４６】
ステップＳ６において、制御装置１６は、スタック電圧Ｖｘが規準電圧Ｖｘ２以下であることに応じて、規準電圧Ｖｘ２よりもさらに低い規準電圧Ｖｘ３を用いて、Ｖｘ２よりもどの程度低いのか、つまり、どの程度劣化しているのかを判定する。制御装置１６は、スタック電圧Ｖｘが規準電圧Ｖｘ３よりも高い場合には、ステップＳ７へと進め、規準電圧Ｖｘ３以下の場合には、ステップＳ８へと進める。
【００４７】
ステップＳ７において、制御装置１６は、スタック電圧Ｖｘが規準電圧Ｖｘ３よりも高いことに応じて、ステップＳ５で設定したパージ時間ＰＴ１よりも長いパージ時間ＰＴ２をパージ条件として設定する。
【００４８】
ステップＳ８において、制御装置１６は、スタック電圧Ｖｘが規準電圧Ｖｘ３以下であることに応じて、ステップＳ７で設定したパージ時間ＰＴ２よりも長いパージ時間ＰＴ３をパージ条件として設定する。
【００４９】
図４に示すフローチャートでは、説明のため燃料電池スタック１０の劣化レベルを判定するために規準電圧Ｖｘ１、Ｖｘ２、Ｖｘ３を用いて、パージ条件であるパージ時間ＰＴ０、ＰＴ１、ＰＴ２、ＰＴ３を設定しているが、さらに規準電圧を増やすことで、パージ時間をもっと細かく設定することもできる。
【００５０】
このように、制御装置１６は、負荷装置１５で要求されている負荷Ｌｘが所定の高負荷Ｌ以上となった場合での、燃料電池スタック１０のスタック電圧Ｖｘが、初期状態である劣化する前の燃料電池スタック１０のスタック電圧Ｖｘ０よりも、どの程度低下しているかという低下代に基づき、燃料電池スタック１０の劣化レベルを判定し、判定した劣化レベルに応じたパージ条件を設定する。
【００５１】
このように、燃料電池スタック１０の劣化レベルに応じて設定されたパージ条件でパージ処理することで、燃料電池スタック１０の劣化状態に応じた最適なパージ条件で良好にパージ処理することができる。これにより、パージ時間を最適化でき、パージ処理に要する消費電力の低減を図ることができると共に、迅速な零下起動を可能とする。
【００５２】
図４に示すフローチャートでは、ステップＳ３、ステップＳ５、ステップＳ７、ステップＳ８において、パージ条件としてパージ時間の設定を変更するようにしているが、パージ温度を変更することもできるし、パージガスのパージ流量を変更することもできるし、これらを組み合わせて変更することもできる。以下に、パージ温度、パージ流量を変更する具体的な手法について説明する。
【００５３】
（パージ温度の変更）
図５に、パージ温度をＴ１とした際の燃料電池スタック１０が劣化する前の初期状態（破線で図示）と、燃料電池スタック１０が劣化した劣化後（細実線で図示）、それぞれにおけるパージ処理に要するパージ時間と起動成立温度との関係を示す。また、太実線で、Ｔ１よりも高いパージ温度Ｔ２とした際の燃料電池スタック１０が劣化した劣化後のパージ処理に要するパージ時間と起動成立温度との関係も示す。
【００５４】
図５に示すように、パージ温度がＴ１で同一の場合、燃料電池スタック１０は、劣化した後では、初期状態よりも起動成立温度が高くなるため、初期状態と同じパージ時間でパージ処理したとしても同じ起動成立温度とはならない。
【００５５】
そこで、図５に示すように、パージ温度をＴ１よりも高いＴ２まで上昇させてパージ処理をすると、劣化後の燃料電池スタック１０であっても劣化前の燃料電池スタック１０と同等の起動成立温度とすることができる。これにより、劣化前の燃料電池スタック１０と同等のパージ時間でのパージ処理を可能としながら零下起動することができる。
【００５６】
パージ温度は、具体的には、燃料電池スタック１０内の温度、又は燃料電池スタック１０に供給するパージガスのガス温度を上昇させることで上げることができる。
【００５７】
燃料電池スタック１０内の温度は、例えば、発電による燃料電池スタック１０の温度上昇を抑制する目的で使用される冷却水を、逆にヒータで加熱することで上昇させたり、水素ガス供給系３０から水素ガスを燃料電池スタック１０に供給して発電させることで上昇させるといった手法を利用することができる。
【００５８】
また、空気ガス供給装置１２がコンプレッサである場合に、図６に示すように、空気ガス供給装置１２と加湿装置１３との間に設けられる冷却装置２２を、空気ガス供給装置１２と冷却装置２２との間に設けた三方切換弁２３などで切り換えてバイパスすることで、圧縮されガス温度が上昇したパージガスを燃料電池スタック１０に供給することができる。
【００５９】
（パージガスのパージ流量の変更）
図７に、パージ流量をＱ１とした際の燃料電池スタック１０が劣化する前の初期状態（破線で図示）と、燃料電池スタック１０が劣化した劣化後（細実線で図示）、それぞれにおけるパージ処理に要するパージ時間と起動成立温度との関係を示す。また、太実線で、Ｑ１よりも高いパージ流量Ｑ２とした際の燃料電池スタック１０が劣化した劣化後のパージ処理に要するパージ時間と起動成立温度との関係も示す。
【００６０】
図７に示すように、パージ流量がＱ１で同一の場合、燃料電池スタック１０は、劣化した後では、初期状態よりも起動成立温度が高くなるため、初期状態と同じパージ時間でパージ処理したとしても同じ起動成立温度とはならない。
【００６１】
そこで、図７に示すように、パージ流量をＱ１よりも多い、Ｑ２まで増加させてパージ処理をすると、劣化後の燃料電池スタック１０であっても劣化前の燃料電池スタック１０と同等の起動成立温度とすることができる。これにより、劣化前の燃料電池スタック１０と同等のパージ時間でのパージ処理を可能としながら零下起動することができる。
【００６２】
（劣化レベル判定を複数回試行してから決定する手法）
ところで、図４に示したフローチャートを用いて説明した劣化レベルに応じたパージ条件設定処理動作は、負荷装置１５の要求に応じて燃料電池スタック１０にかかる負荷Ｌｘが所定の高負荷Ｌ以上となった場合での燃料電池スタック１０のスタック電圧Ｖｘが、初期状態である劣化する前の燃料電池スタック１０のスタック電圧Ｖｘ０よりも、どの程度低下しているかという低下代に基づき、燃料電池スタック１０の劣化レベルを判定し、判定した劣化レベルに応じたパージ条件を設定している。
【００６３】
つまり、制御装置１６は、劣化レベルを判定をする際に、負荷Ｌが１度でも高負荷Ｌよりも大きくなると、このとき電圧測定器２１で測定される燃料電池スタック１０のスタック電圧Ｖｘの、劣化前のスタック電圧からの低下代より劣化レベルを判定している。しかしながら、燃料電池スタック１０は、セル内部の水分や、スタック内温度、供給されるガスの状況など様々な要因によってスタック電圧が低下する可能性があるため、判定結果が燃料電池スタック１０の劣化レベルを正確に反映していない可能性を含んでいる。
【００６４】
そこで、図４で行っていた劣化レベルの判定を所定の回数行った結果に基づき、最終的に劣化レベルを判定することで、より正確にパージ条件を設定する。図８に示すフローチャートを用いて、このパージ条件設定処理動作について説明をする。
【００６５】
まず、ステップＳ１１において、燃料電池システム１が起動され、運転が開始された状態で、制御装置１６は、メモリ１８に記憶された燃料電池スタック１０が劣化した場合に急激なスタック電圧の低下を示す閾値となる高負荷Ｌを読み出し、負荷装置１５からの要求に応じて燃料電池スタック１０にかかる負荷Ｌｘと比較する。
【００６６】
制御装置１６は、負荷Ｌｘが閾値である高負荷Ｌよりも大きい場合、ステップＳ１２へと進み、負荷Ｌｘが閾値である高負荷Ｌ以下の場合、ステップＳ１１へと戻る。
【００６７】
ステップＳ１２において、制御装置１６は、負荷装置１５からの要求に応じて燃料電池スタック１０にかかる負荷Ｌｘのときの電圧測定器２１で検出される燃料電池スタック１０のスタック電圧Ｖｘと、同じ負荷Ｌｘの場合の劣化前の燃料電池スタック１０のスタック電圧Ｖｘ０よりもやや低い規準電圧Ｖｘ１とを比較する。制御装置１６は、スタック電圧Ｖｘが規準電圧Ｖｘ１以上の場合、ステップＳ１３へと進め、スタック電圧Ｖｘが規準電圧Ｖｘ１よりも低い場合、ステップＳ１４へと進める。
【００６８】
ステップＳ１３において、制御装置１６は、スタック電圧Ｖｘが規準電圧Ｖｘ１以上であることに応じて、燃料電池スタック１０が劣化していないと判定し、当該制御装置１６が備える図示しない第１カウンタレジスタのカウント値を１だけインクリメントする。例えば、第１カウンタレジスタのカウント値をＣ０とすると、Ｃ０＝Ｃ０＋１となる。
【００６９】
ステップＳ１４において、制御装置１６は、スタック電圧Ｖｘが規準電圧Ｖｘ１よりも低いことに応じて、規準電圧Ｖｘ１よりもさらに低い規準電圧Ｖｘ２を用いて、Ｖｘ１よりもどの程度低いのか、つまり、どの程度劣化しているのかを判定する。制御装置１６は、スタック電圧Ｖｘが規準電圧Ｖｘ２よりも高い場合には、ステップＳ１５へと進め、規準電圧Ｖｘ２以下の場合には、ステップＳ１６へと進める。
【００７０】
ステップＳ１５において、制御装置１６は、スタック電圧Ｖｘが規準電圧Ｖｘ２よりも高いことに応じて、当該制御装置１６が備える図示しない第２カウンタレジスタのカウント値を１だけインクリメントする。例えば、第２カウンタレジスタのカウント値をＣ１とすると、Ｃ１＝Ｃ１＋１となる。
【００７１】
ステップＳ１６において、制御装置１６は、スタック電圧Ｖｘが規準電圧Ｖｘ２以下であることに応じて、規準電圧Ｖｘ２よりも低い規準電圧Ｖｘ３を用いて、Ｖｘ２よりもどの程度低いのか、つまり、どの程度劣化しているのかを判定する。制御装置１６は、スタック電圧Ｖｘが規準電圧Ｖｘ３よりも高い場合には、ステップＳ１７へと進め、規準電圧Ｖｘ３以下の場合には、ステップＳ１８へと進める。
【００７２】
ステップＳ１７において、制御装置１６は、スタック電圧Ｖｘが規準電圧Ｖｘ３よりも高いことに応じて、当該制御装置１６が備える図示しない第３カウンタレジスタのカウント値を１だけインクリメントする。例えば、第３カウンタレジスタのカウント値をＣ２とすると、Ｃ２＝Ｃ２＋１となる。
【００７３】
ステップＳ１８において、制御装置１６は、スタック電圧Ｖｘが規準電圧Ｖｘ３以下であることに応じて、当該制御装置１６が備える図示しない第４カウンタレジスタのカウント値を１だけインクリメントする。例えば、第４カウンタレジスタのカウント値をＣ３とすると、Ｃ３＝Ｃ３＋１となる。
【００７４】
ステップＳ１９において、制御装置１６は、第１乃至第４カウンタレジスタのうちのいずれかのカウント値が所定の閾値Ｃとなっているかどうかを判定する。この閾値Ｃは、本フローチャートにおけるパージ条件設定処理動作の信頼度を示しており、閾値Ｃを高く設定するほど後段のステップＳ２１で設定されるパージ条件の信頼度が増すことになる。
【００７５】
制御装置１６は、第１乃至第４カウンタレジスタのうちのいずれかのカウント値が所定の閾値Ｃとなっている場合には、ステップＳ２１へと進め、閾値Ｃ未満の場合は、ステップＳ２０へと進める。
【００７６】
ステップＳ２０において、制御装置１６は、燃料電池スタック１０にかかる負荷Ｌｘが高負荷Ｌ以下となるまで待機状態となる。
【００７７】
ステップＳ２１において、制御装置１６は、第１乃至第４カウンタレジスタのうち、所定の閾値Ｃとなったカウンタレジスタに応じて、パージ時間をパージ条件として設定する。
【００７８】
例えば、第１カウンタレジスタのカウンタ値が閾値Ｃとなった場合、劣化前の初期状態の燃料電池スタック１０に適用していたパージ時間ＰＴ０をパージ条件として設定する。また、第２カウンタレジスタのカウンタ値が閾値Ｃとなった場合、劣化前の燃料電池スタック１０に適用していたパージ時間ＰＴ０よりも長いパージ時間ＰＴ１をパージ条件として設定する。さらに、第３カウンタレジスタのカウンタ値が閾値Ｃとなった場合、パージ時間ＰＴ１よりも長いパージ時間ＰＴ２をパージ条件として設定する。そして、第４カウンタレジスタのカウンタ値が閾値Ｃとなった場合、パージ時間ＰＴ２よりも長いパージ時間ＰＴ３をパージ条件として設定する。
【００７９】
図８に示すフローチャートでは、説明のため燃料電池スタック１０の劣化レベルを判定するために規準電圧Ｖｘ１、Ｖｘ２、Ｖｘ３を用いて、パージ条件であるパージ時間ＰＴ０、ＰＴ１、ＰＴ２、ＰＴ３を設定しているが、さらに規準電圧、カウンタレジスタを増やすことで、パージ時間をもっと細かく設定することもできる。
【００８０】
また、この規準電圧Ｖｘ１、Ｖｘ２、Ｖｘ３を燃料電池スタック１０のセル内部の水分、温度、ガスの湿度などに応じた値に設定することで、より確実に劣化レベルの判定を実行することができる。
【００８１】
このように、制御装置１６は、負荷装置１５で要求されている負荷に応じて、燃料電池スタック１０の負荷Ｌｘが所定の高負荷Ｌ以上となった場合での、燃料電池スタック１０のスタック電圧Ｖｘが、初期状態である劣化する前の燃料電池スタック１０のスタック電圧Ｖｘ０よりも、どの程度低下しているかという低下代に基づき、燃料電池スタック１０の劣化レベルを判定し、判定した劣化レベルに応じたパージ条件を設定する。このとき、第１乃至第４カウンタレジスタによるカウント値が所定の閾値Ｃとなった場合に、最終的な劣化レベルを判定しパージ条件を設定するため、偶発的なスタック電圧の低下を燃料電池スタック１０の劣化と判別することを回避でき、より正確な劣化レベル判定を実行することができる。したがって、より正確なパージ条件を設定できる。
【００８２】
図８に示すフローチャートでは、ステップＳ２１において、パージ条件としてパージ時間の設定を変更するようにしているが、パージ温度を変更することもできるし、パージガスのパージ流量を変更することもできるし、これらを組み合わせて変更することもできる。
【００８３】
このように、燃料電池スタック１０の劣化レベルに応じて設定されたパージ条件でパージ処理することで、燃料電池スタック１０の劣化状態に応じた最適なパージ条件で良好にパージ処理することができる。これにより、パージ時間を最適化でき、パージ処理に要する消費電力の低減を図ることができると共に、迅速な零下起動を可能とする。
【００８４】
［燃料電池スタック１０のセル電圧の安定度に基づく判定］
次に、燃料電池スタック１０のセル電圧の安定度に基づき劣化判定をし、パージ条件を設定する手法について説明をする。
【００８５】
図９は、セルモニタ１７で検出される燃料電池スタック１０のセル電圧の時間変化を示した図である。図９の実線Ａは、燃料電池スタック１０が劣化する前の初期状態でのセル電圧の時間変化を示しており、実線Ｂは、燃料電池スタック１０が劣化した後の状態でのセル電圧の時間変化を示している。図９に示すように実線Ｂの振れ幅Ｖｗは、実線Ａの振れ幅Ｖｗ０に較べて、非常に大きな振れ幅を示していることが分かる。つまり、劣化後の燃料電池スタック１０のセル電圧は、劣化前の燃料電池スタック１０のセル電圧に較べて安定度が低いといえる。
【００８６】
このように、燃料電池スタック１０の劣化前と劣化後におけるセル電圧の安定度が違うことから、制御装置１６は、所定時間でのセル電圧の振れ幅の程度から燃料電池スタック１０がどれだけ劣化しているかを示す劣化レベルを判定し、劣化レベルに応じたパージ条件を設定する。
【００８７】
また、振れ幅に代えて、所定時間でのセル電圧の標準偏差Ｖσを求めて、劣化する前の初期状態での燃料電池スタック１０のセル電圧と比較することで、燃料電池スタック１０がどれだけ劣化しているかを示す劣化レベルを判定し、劣化レベルに応じたパージ条件を設定するようにしてもよい。
【００８８】
続いて、図１０に示すフローチャートを用いて、制御装置１６によるセル電圧の安定度に基づき判定される劣化レベルに応じたパージ条件設定処理動作について説明をする。なお、説明のため、セル電圧の安定度は、セル電圧の振れ幅Ｖｗを用いて判定するものとする。
【００８９】
ステップＳ２１において、燃料電池システム１が起動され、運転が開始された状態で、制御装置１６は、セルモニタ１７で検出される燃料電池スタック１０のセル電圧より求まる振れ幅Ｖｗと、劣化前の燃料電池スタック１０のセル電圧より求まる振れ幅Ｖｗ０よりもやや大きい規準振れ幅Ｖｗ１とを比較する。制御装置１６は、振れ幅Ｖｗが規準振れ幅Ｖｗ１以下の場合、ステップＳ２２へと進め、振れ幅Ｖｗが規準振れ幅Ｖｗ１よりも大きい場合、ステップＳ２３へと進める。
【００９０】
ステップＳ２２において、制御装置１６は、振れ幅Ｖｗが規準振れ幅Ｖｗ１以下であることに応じて、燃料電池スタック１０が劣化していないと判定し、劣化前の燃料電池スタック１０に適用していたパージ時間ＰＴ０をパージ条件として設定する。
【００９１】
ステップＳ２３において、制御装置１６は、振れ幅Ｖｗが規準振れ幅Ｖｗ１よりも大きいことに応じて、規準振れ幅Ｖｗ１よりも大きい規準振れ幅Ｖｗ２を用いて、Ｖｗ１よりもどの程度大きいのか、つまり、どの程度劣化しているのかを判定する。制御装置１６は、振れ幅Ｖｗが規準振れ幅Ｖｗ２よりも小さい場合には、ステップＳ２４へと進め、規準振れ幅Ｖｗ２以上の場合には、ステップＳ２５へと進める。
【００９２】
ステップＳ２４において、制御装置１６は、振れ幅Ｖｗが規準振れ幅Ｖｗ２よりも小さいことに応じて、劣化前の燃料電池スタック１０に適用していたパージ時間ＰＴ０よりも長いパージ時間ＰＴ１をパージ条件として設定する。
【００９３】
ステップＳ２５において、制御装置１６は、振れ幅Ｖｗが規準振れ幅Ｖｗ２以上であることに応じて、規準振れ幅Ｖｗ２よりも大きい規準振れ幅Ｖｗ３を用いて、Ｖｘ２よりもどの程度大きいのか、つまり、どの程度劣化しているのかを判定する。制御装置１６は、振れ幅Ｖｗが規準振れ幅Ｖｗ３よりも小さい場合には、ステップＳ２６へと進め、規準振れ幅Ｖｗ３以上の場合には、ステップＳ２７へと進める。
【００９４】
ステップＳ２６において、制御装置１６は、振れ幅Ｖｗが規準振れ幅Ｖｗ３よりも小さいことに応じて、ステップＳ２４で設定したパージ時間ＰＴ１よりも長いパージ時間ＰＴ２をパージ条件として設定する。
【００９５】
ステップＳ２７において、制御装置１６は、振れ幅Ｖｗが規準振れ幅Ｖｗ３以上であることに応じて、ステップＳ２６で設定したパージ時間ＰＴ２よりも長いパージ時間ＰＴ３をパージ条件として設定する。
【００９６】
図１０に示すフローチャートでは、説明のため燃料電池スタック１０の劣化レベルを判定するために規準振れ幅Ｖｗ１、Ｖｗ２、Ｖｗ３を用いて、パージ条件であるパージ時間ＰＴ０、ＰＴ１、ＰＴ２、ＰＴ３を設定しているが、さらに規準振れ幅を増やすことで、パージ時間をもっと細かく設定することもできる。
【００９７】
このように、制御装置１６は、燃料電池スタック１０のセル電圧の振れ幅Ｖｗが、初期状態である劣化する前の燃料電池スタック１０のセル電圧の規準振れ幅Ｖｗ０よりも、どの程度振れているのかで決まるセル電圧の安定度にに基づき、燃料電池スタック１０の劣化レベルを判定し、判定した劣化レベルに応じたパージ条件を設定する。
【００９８】
図１０に示すフローチャートでは、ステップＳ２２、ステップＳ２４、ステップＳ２６、ステップＳ２７において、パージ条件としてパージ時間の設定を変更するようにしているが、パージ温度を変更することもできるし、パージガスのパージ流量を変更することもできるし、これらを組み合わせて変更することもできる。
【００９９】
このように、燃料電池スタック１０の劣化レベルに応じて設定されたパージ条件でパージ処理することで、燃料電池スタック１０の劣化状態に応じた最適なパージ条件で良好にパージ処理することができる。これにより、パージ時間を最適化でき、パージ処理に要する消費電力の低減を図ることができると共に、迅速な零下起動を可能とする。
【０１００】
［負荷変動の履歴に基づく判定］
次に、燃料電池スタック１０の負荷変動の履歴に基づき劣化判定をし、パージ条件を設定する手法について説明をする。負荷装置１５の要求に応じて、燃料電池スタック１０にかかる負荷は大きく変動することになる。大きな負荷変動を繰り返していくと燃料電池スタック１０は、次第に劣化していくことになる。そこで、制御装置１６は、この燃料電池スタック１０の負荷変動の履歴をメモリ１８に記憶し、履歴を参照することで燃料電池スタック１０の劣化レベルを判定し、劣化レベルに応じたパージ条件を設定する。
【０１０１】
制御装置１６は、例えば、メモリ１８に記憶した燃料電池スタック１０の負荷変動の履歴を所定の時間間隔で参照し、初期状態の燃料電池スタック１０から現時点までの負荷変動を全て加算する。そして、加算された負荷変動に基づき燃料電池スタック１０の劣化レベルを判定する。
【０１０２】
続いて、図１１に示すフローチャートを用いて、制御装置１６により負荷変動の履歴に基づき判定される劣化レベルに応じたパージ条件設定処理動作について説明をする。
【０１０３】
ステップＳ３１において、燃料電池システム１が起動され、運転が開始された状態で、制御装置１６は、メモリ１８に記憶されている負荷変動の履歴を参照する。さらに制御装置１６は、燃料電池スタック１０の負荷変動の履歴から、劣化前の初期状態の燃料電池スタック１０から現時点までの負荷変動を全て加算した負荷変動Ｒａｌｌを算出する。
【０１０４】
制御装置１６は、負荷変動の履歴に基づき算出した負荷変動Ｒａｌｌと、劣化前の燃料電池スタック１０の負荷変動Ｒａ０よりもやや大きい規準負荷変動Ｒａ１とを比較する。
【０１０５】
制御装置１６は、負荷変動Ｒａｌｌが規準負荷変動Ｒａ１以下の場合、ステップＳ３２へと進め、負荷変動Ｒａｌｌが規準負荷変動Ｒａ１よりも大きい場合、ステップＳ３３へと進める。
【０１０６】
ステップＳ３２において、制御装置１６は、負荷変動Ｒａｌｌが規準負荷変動Ｒａ１以下であることに応じて、燃料電池スタック１０が劣化していないと判定し、劣化前の燃料電池スタック１０に適用していたパージ時間ＰＴ０をパージ条件として設定する。
【０１０７】
ステップＳ３３において、制御装置１６は、負荷変動Ｒａｌｌが規準負荷変動Ｒａ１よりも大きいことに応じて、規準負荷変動Ｒａ１よりも大きい規準負荷変動Ｒａ２を用いて、Ｒａ１よりもどの程度大きいのか、つまり、どの程度劣化しているのかを判定する。制御装置１６は、負荷変動Ｒａｌｌが規準負荷変動Ｒａ２よりも小さい場合には、ステップＳ３４へと進め、規準負荷変動Ｒａ２以上の場合には、ステップＳ３５へと進める。
【０１０８】
ステップＳ３４において、制御装置１６は、負荷変動Ｒａｌｌが規準負荷変動Ｒａ２よりも小さいことに応じて、劣化前の燃料電池スタック１０に適用していたパージ時間ＰＴ０よりも長いパージ時間ＰＴ１をパージ条件として設定する。
【０１０９】
ステップＳ３５において、制御装置１６は、負荷変動Ｒａｌｌが規準負荷変動Ｒａ２以上であることに応じて、規準負荷変動Ｒａ２よりも大きい規準負荷変動Ｒａ３を用いて、Ｒａ２よりもどの程度大きいのか、つまり、どの程度劣化しているのかを判定する。制御装置１６は、負荷変動Ｒａｌｌが規準負荷変動Ｒａ３よりも小さい場合には、ステップＳ３６へと進め、規準負荷変動Ｒａ３以上の場合には、ステップＳ３７へと進める。
【０１１０】
ステップＳ３６において、制御装置１６は、負荷変動Ｒａｌｌが規準負荷変動Ｒａ３よりも小さいことに応じて、ステップＳ３４で設定したパージ時間ＰＴ１よりも長いパージ時間ＰＴ２をパージ条件として設定する。
【０１１１】
ステップＳ３７において、制御装置１６は、負荷変動Ｒａｌｌが規準負荷変動Ｒａ３以上であることに応じて、ステップＳ３６で設定したパージ時間ＰＴ２よりも長いパージ時間ＰＴ３をパージ条件として設定する。
【０１１２】
図１１に示すフローチャートでは、説明のため燃料電池スタック１０の劣化レベルを判定するために規準負荷変動Ｒａ１、Ｒａ２、Ｒａ３を用いて、パージ条件であるパージ時間ＰＴ０、ＰＴ１、ＰＴ２、ＰＴ３を設定しているが、さらに規準負荷変動を増やすことで、パージ時間をもっと細かく設定することもできる。
【０１１３】
このように、制御装置１６は、燃料電池スタック１０の負荷変動の履歴に基づき、燃料電池スタック１０の劣化レベルを判定し、判定した劣化レベルに応じたパージ条件を設定する。
【０１１４】
図１１に示すフローチャートでは、ステップＳ３２、ステップＳ３４、ステップＳ３６、ステップＳ３７において、パージ条件としてパージ時間の設定を変更するようにしているが、パージ温度を変更することもできるし、パージガスのパージ流量を変更することもできるし、これらを組み合わせて変更することもできる。
【０１１５】
このように、燃料電池スタック１０の劣化レベルに応じて設定されたパージ条件でパージ処理することで、燃料電池スタック１０の劣化状態に応じた最適なパージ条件で良好にパージ処理することができる。これにより、パージ時間を最適化でき、パージ処理に要する消費電力の低減を図ることができると共に、迅速な零下起動を可能とする。
【０１１６】
［燃料電池スタック１０の総発電時間に基づく判定］
次に、燃料電池スタック１０の総発電時間に基づき劣化判定をし、パージ条件を設定する手法について説明をする。燃料電池スタック１０の劣化レベルは、燃料電池スタック１０の総発電時間から判定することができる。単純に、燃料電池スタック１０の総発電時間が長ければ、燃料電池スタック１０の劣化レベルは高く、総発電時間が短ければ、燃料電池スタック１０の劣化レベルは低いといえる。
【０１１７】
そこで、制御装置１６は、この燃料電池スタック１０の総発電時間を計時して所定の時間毎にメモリ１８に記憶し、メモリ１８に記憶された燃料電池スタック１０の総発電時間に基づき燃料電池スタック１０の劣化レベルを判定し、劣化レベルに応じたパージ条件を設定する。
【０１１８】
続いて、図１２に示すフローチャートを用いて、制御装置１６による燃料電池スタック１０の総発電時間に基づき判定される劣化レベルに応じたパージ条件設定処理動作について説明をする。
【０１１９】
ステップＳ４１において、燃料電池システム１が起動され、運転が開始された状態で、制御装置１６は、図示しないタイマによって計時されている劣化前の初期状態からの燃料電池スタック１０の総発電時間を所定の時間間隔でメモリ１８に記憶する。制御装置１６は、メモリ１８に記憶された総発電時間Ｔａｌｌと、劣化前の燃料電池スタック１０の総発電時間Ｔａ０よりもやや長い規準発電時間Ｔａ１とを比較する。制御装置１６は、総発電時間Ｔａｌｌが規準発電時間Ｔａ１以下の場合、ステップＳ４２へと進め、総発電時間Ｔａｌｌが規準発電時間Ｔａ１よりも長い場合、ステップＳ４３へと進める。
【０１２０】
ステップＳ４２において、制御装置１６は、総発電時間Ｔａｌｌが規準発電時間Ｔａ１以下であることに応じて、燃料電池スタック１０が劣化していないと判定し、劣化前の燃料電池スタック１０に適用していたパージ時間ＰＴ０をパージ条件として設定する。
【０１２１】
ステップＳ４３において、制御装置１６は、総発電時間Ｔａｌｌが規準発電時間Ｔａ１よりも長いことに応じて、規準発電時間Ｔａ１よりも長い規準発電時間Ｔａ２を用いて、Ｔａ１よりもどの程度長いのか、つまり、どの程度劣化しているのかを判定する。制御装置１６は、総発電時間Ｔａｌｌが規準発電時間Ｔａ２よりも短い場合には、ステップＳ４４へと進め、規準発電時間Ｔａ２以上の場合には、ステップＳ４５へと進める。
【０１２２】
ステップＳ４４において、制御装置１６は、総発電時間Ｔａｌｌが規準発電時間Ｔａ２よりも短いことに応じて、劣化前の燃料電池スタック１０に適用していたパージ時間ＰＴ０よりも長いパージ時間ＰＴ１をパージ条件として設定する。
【０１２３】
ステップＳ４５において、制御装置１６は、総発電時間Ｔａｌｌが規準発電時間Ｔａ２以上であることに応じて、規準発電時間Ｔａ２よりも長い規準発電時間Ｔａ３を用いて、Ｔａ２よりもどの程度長いのか、つまり、どの程度劣化しているのかを判定する。制御装置１６は、総発電時間Ｔａｌｌが規準発電時間Ｔａ３よりも短い場合には、ステップＳ４６へと進め、規準発電時間Ｔａ３以上の場合には、ステップＳ４７へと進める。
【０１２４】
ステップＳ４６において、制御装置１６は、総発電時間Ｔａｌｌが規準発電時間Ｔａ３よりも短いことに応じて、ステップＳ４４で設定したパージ時間ＰＴ１よりも長いパージ時間ＰＴ２をパージ条件として設定する。
【０１２５】
ステップＳ４７において、制御装置１６は、総発電時間Ｔａｌｌが規準発電時間Ｔａ３以上であることに応じて、ステップＳ４６で設定したパージ時間ＰＴ２よりも長いパージ時間ＰＴ３をパージ条件として設定する。
【０１２６】
図１２に示すフローチャートでは、説明のため燃料電池スタック１０の劣化レベルを判定するために規準発電時間Ｔａ１、Ｔａ２、Ｔａ３を用いて、パージ条件であるパージ時間ＰＴ０、ＰＴ１、ＰＴ２、ＰＴ３を設定しているが、さらに規準発電時間を増やすことで、パージ時間をもっと細かく設定することもできる。
【０１２７】
このように、制御装置１６は、燃料電池スタック１０の総発電時間Ｔａｌｌに基づき、燃料電池スタック１０の劣化レベルを判定し、判定した劣化レベルに応じたパージ条件を設定する。
【０１２８】
図１２に示すフローチャートでは、ステップＳ４２、ステップＳ４４、ステップＳ４６、ステップＳ４７において、パージ条件としてパージ時間の設定を変更するようにしているが、パージ温度を変更することもできるし、パージガスのパージ流量を変更することもできるし、これらを組み合わせて変更することもできる。
【０１２９】
このように、燃料電池スタック１０の劣化レベルに応じて設定されたパージ条件でパージ処理することで、燃料電池スタック１０の劣化状態に応じた最適なパージ条件で良好にパージ処理することができる。これにより、パージ時間を最適化でき、パージ処理に要する消費電力の低減を図ることができると共に、迅速な零下起動を可能とする。
【０１３０】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】本発明の実施の形態として示す燃料電池システムの構成について説明するための図である。
【図２】燃料電池スタックの劣化前、劣化後、それぞれにおけるパージ時間と起動成立温度との関係を示した図である。
【図３】燃料電池スタックの劣化前、劣化後、それぞれにおける負荷−電圧特性を示した図である。
【図４】前記燃料電池システムの劣化レベルに応じたパージ条件設定処理動作について説明するためのフローチャートである。
【図５】パージ温度を変更した際の、燃料電池スタックの劣化前、劣化後、それぞれにおけるパージ時間と起動成立温度との関係を示した図である。
【図６】燃料電池スタックに供給するパージガスのガス温度を上昇させる機構の一例を示した図である。
【図７】パージ流量を変更した際の、燃料電池スタックの劣化前、劣化後、それぞれにおけるパージ時間と起動成立温度との関係を示した図である。
【図８】劣化レベル判定を複数回試行してから劣化レベルを決定するパージ条件設定処理動作について説明するためのフローチャートである。
【図９】燃料電池スタックの劣化前、劣化後、それぞれにおけるセル電圧の時間変化を示した図である。
【図１０】燃料電池スタックのセル電圧の安定度に基づき劣化レベルを決定するパージ条件設定処理動作について説明するためのフローチャートである。
【図１１】燃料電池スタックの負荷変動に基づき劣化レベルを決定するパージ条件設定処理動作について説明するためのフローチャートである。
【図１２】燃料電池スタックの総発電時間に基づき劣化レベルを決定するパージ条件設定処理動作について説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【０１３２】
１  燃料電池システム
１０  燃料電池スタック
１２  空気ガス供給装置
１３  加湿装置
１５  負荷装置
１６  制御装置
１７  セルモニタ
１８  メモリ
２１  電圧測定器
２２  冷却装置
２３  三方切換弁
４０  空気ガス供給系
４１  空気ガス供給配管
４２  空気ガス排出配管
【図１】
0005145630.tif 000002
【図２】
0005145630.tif 000003
【図３】
0005145630.tif 000004
【図４】
0005145630.tif 000005
【図５】
0005145630.tif 000006
【図６】
0005145630.tif 000007
【図７】
0005145630.tif 000008
【図８】
0005145630.tif 000009
【図９】
0005145630.tif 000010
【図１０】
0005145630.tif 000011
【図１１】
0005145630.tif 000012
【図１２】
0005145630.tif 000013