(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードに燃料ガスが、カソードに酸化剤ガスが供給されて発電を行う燃料電池セルを積層してなる燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに前記燃料電池セルの積層方向の一方から前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、
燃料電池システムの起動時に、前記アノード内に滞留している滞留ガスを、前記燃料ガス供給手段を用いて前記燃料ガスに置換する置換手段と、
前記燃料ガス供給手段からの前記燃料ガスの圧力を調整する調圧手段と、
を有する燃料電池システムにおいて、
前記アノード内の燃料ガス濃度を取得する燃料ガス濃度取得手段を備え、
前記燃料ガス濃度取得手段により取得された燃料ガス濃度が低下するにつれて、前記燃料電池システムの起動時に前記調圧手段により調整される前記燃料ガスの圧力を低下させ、かつ、前記燃料電池セルの前記アノードからの排水を促す最低必要圧力を下限値とすることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
アノードに燃料ガスが、カソードに酸化剤ガスが供給されて発電を行う燃料電池セルを積層してなる燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに前記燃料電池セルの積層方向の一方から前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、
燃料電池システムの起動時に、前記アノード内に滞留している滞留ガスを、前記燃料ガス供給手段を用いて前記燃料ガスに置換する置換手段と、
前記燃料ガス供給手段からの前記燃料ガスの圧力を調整する調圧手段と、
を有する燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池スタックの発電停止時間を測定することで前記アノード内の燃料ガス濃度を取得する燃料ガス濃度取得手段を備え、
前記燃料ガス濃度取得手段により測定された発電停止時間が長くなるにつれて、前記燃料電池システムの起動時に前記調圧手段により調整される前記燃料ガスの圧力を低下させ、かつ、前記燃料電池セルの前記アノードからの排水を促す最低必要圧力を下限値とする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、単セルが積層された燃料電池スタックを備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両などに搭載される燃料電池システムは、例えば、電解質膜、アノード、カソード、セパレータからなる単セルを複数積層した燃料電池スタックを有している。この種の燃料電池スタックでは、多数の単セルが積層されて構成されているため、各単セルに均一にガスを導入することが重要となっている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、燃料電池スタックのガス導入口に整流作用を発揮させるためのガス均一化部を設けて、各単セルにガスを導入する技術が提案されている。また、特許文献２では、燃料電池スタックのガス導入口の圧力を検出して、ガス置換バルブの開度を調整して圧力が一定になるようにガス置換を行う技術が提案されている。
【特許文献１】特開２００６−１４７４５６号公報（段落００１７、図１）
【特許文献２】特開２００３−３３１８８８号公報（段落００１６、図１）
【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、単セルの積層方向の一方に設けられたガス導入口から各単セルにガスが導入される燃料電池スタックでは、燃料電池システムの停止時間が長いほどクロスリーク等によりアノード側の水素の濃度が低下する。このため、燃料電池システムの発電停止時間が長く、アノード側の水素濃度が低い場合、起動時間を早めるために大流量の水素を高圧にて導入すると、単セルの積層方向においてガス置換の状態にバラツキが生じ、特にガス導入口側の単セルにおいてガス置換不足が発生するという課題が新たに発生した。
【０００５】
また、燃料電池スタックから排出された未反応の水素を再利用するためのアノード循環経路を設けて、エゼクタにより水素オフガスを循環させる場合には、エゼクタの設定やガス導入口との距離によっては、ガス導入口側のガスの流速が早くなり過ぎて、積層方向で水素置換の状態にバラツキが生じる。
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するものであり、燃料電池システムの起動時におけるガス置換のバラツキを抑制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】
【０００７】
本発明は、アノードに燃料ガスが、カソードに酸化剤ガスが供給されて発電を行う燃料電池セルを積層してなる燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに前記燃料電池セルの積層方向の一方から前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、燃料電池システムの起動時に、前記アノード内に滞留している滞留ガスを、前記燃料ガス供給手段を用いて前記燃料ガスに置換する置換手段と、前記燃料ガス供給手段からの前記燃料ガスの圧力を調整する調圧手段と、を有する燃料電池システムにおいて、前記アノード内の燃料ガス濃度を取得する燃料ガス濃度取得手段を備え、前記燃料ガス濃度取得手段により取得された燃料ガス濃度が低下するにつれて、前記燃料電池システムの起動時に前記調圧手段により調整される前記燃料ガスの圧力を低下させ、かつ、前記燃料電池セルの前記アノードからの排水を促す最低必要圧力を下限値とすることを特徴とする。
【０００８】
これによれば、取得された燃料ガス濃度が低い場合には、調圧手段により調整される燃料ガスの圧力を低下させることにより、各燃料電池セルにおける燃料ガス置換のバラツキ、特に燃料電池スタックの燃料ガス導入口付近における燃料電池セルの燃料ガス置換のバラツキによるセル電圧の低下を緩和することができる。
また、調圧手段により調整される燃料ガスの圧力を、燃料電池セルのアノードからの排水を促す最低必要圧力を下限値とすることにより、燃料電池セル内がフラッディングによる閉塞を引き起こすのを防止できる。
【０００９】
また、アノードに燃料ガスが、カソードに酸化剤ガスが供給されて発電を行う燃料電池セルを積層してなる燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに前記燃料電池セルの積層方向の一方から前記燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、燃料電池システムの起動時に、前記アノード内に滞留している滞留ガスを、前記燃料ガス供給手段を用いて前記燃料ガスに置換する置換手段と、前記燃料ガス供給手段からの前記燃料ガスの圧力を調整する調圧手段と、を有する燃料電池システムにおいて、前記燃料電池スタックの発電停止時間を測定することで前記アノード内の燃料ガス濃度を取得する燃料ガス濃度取得手段を備え、前記燃料ガス濃度取得手段により測定された発電停止時間が長くなるにつれて、前記燃料電池システムの起動時に前記調圧手段により調整される前記燃料ガスの圧力を低下させ、かつ、前記燃料電池セルの前記アノードからの排水を促す最低必要圧力を下限値とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、システム起動時におけるガス置換のバラツキを抑制することができる燃料電池システムを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は本実施形態の燃料電池システムを示す全体構成図、図２は燃料電池スタックを構成する単セルを示す分解斜視図、図３は本実施形態の燃料電池システムの起動時の動作を示すフローチャート、図４は発電停止時間とセル内水素濃度との関係を示すマップ、図５はＯＣＶ圧力および導入水素流量の変化を示すグラフ、図６はＯＣＶ時のガス流速とＯＣＶ圧力との関係、および燃料電池スタックの差圧とＯＣＶ圧力との関係を示すマップ、図７は排水要求差圧の設定方法を示すマップ、図８は発電停止時間に対するＯＣＶ圧力の設定方法の一例を示すマップである。なお、本実施形態では、燃料電池自動車を例に挙げて説明するが、これに限定されるものではなく、二輪車などの車両、船舶や航空機、家庭用や業務用などの定置式のものなどあらゆるものに適用できる。
【００１２】
図１に示すように、本実施形態の燃料電池システム１は、燃料電池スタック１０、アノード系２０、カソード系３０、制御系４０などを含んで構成されている。
【００１３】
アノード系２０は、高圧水素タンク２１、遮断弁２２、減圧弁２３、循環経路２４、エゼクタ２５、パージ弁２６などを含んで構成されている。
【００１４】
高圧水素タンク２１は、高純度の水素（燃料ガス）を高圧で充填したものである。遮断弁２２は、電磁作動式のＯＮ／ＯＦＦ弁であり、後記するＥＣＵ（Electronic Control Unit）４１によって開閉制御される。減圧弁２３は、遮断弁２２の下流に設けられ、カソード圧力が信号圧として入力されて、カソード圧力に応じてアノード圧力が制御される構成のものである。循環経路２４は、燃料電池スタック１０のアノード１２（図２参照）側の出口１０ｂから排出された未反応の水素をアノード１２側の入口１０ａに戻す流路である。エゼクタ２５は、減圧弁２３と入口１０ａとの間に設けられるとともに循環経路２４の一端と接続され、高圧水素タンク２１から供給される水素をノズル（図示せず）から噴射させることによって負圧を発生させ、循環経路２４の水素を吸引して水素を循環させる機能を有する。パージ弁２６は、電磁作動式のＯＮ／ＯＦＦ弁であり、燃料電池スタック１０の出口側に設けられ、ＥＣＵ４１によって開閉制御される。なお、パージ弁２６は適宜開弁されて、アノード１２を含む循環経路２４に滞留した窒素や水などの不純物を排出して、発電性能が損なわれるのを防止するように構成されている。
【００１５】
カソード系３０は、エアコンプレッサ３１、加湿器３２、背圧弁３３などを含んで構成されている。
【００１６】
エアコンプレッサ３１は、例えばモータで駆動される機械式の過給器であり、外気を取り込んで圧縮して燃料電池スタック１０のカソード１３（図２参照）側の入口１０ｃに供給する。加湿器３２は、エアコンプレッサ３１で圧縮された空気を加湿する機能を有し、燃料電池スタック１０のカソード１３の出口１０ｄから排出されたカソードオフガスに含まれる水分で、エアコンプレッサ３１からの圧縮した空気を加湿する。背圧弁３３は、バタフライ弁などの開度調節が可能な弁で構成され、燃料電池スタック１０の出口側に設けられ、カソード１３側の圧力（カソード圧力）を調節する機能を有する。エアコンプレッサ３１は、ＥＣＵ４１によってモータの回転速度が適宜制御され、背圧弁３３は、ＥＣＵ４１によって開度が制御される。
【００１７】
なお、エアコンプレッサ３１と加湿器３２との間の配管ｃ１には、オリフィス３５ａを備えた信号圧配管３５が接続され、減圧弁２３に信号圧を入力する構成となっている。なお、オリフィス３５ａは、信号圧がカソード１３側の圧力によって大きく変動しないようにするためのものである。また、信号圧配管３５には、開弁することにより信号圧を低下させる排出弁３６が設けられている。
【００１８】
また、パージ弁２６および背圧弁３３の下流には、希釈器３４が設けられ、パージ弁２６の開弁時に排出された水素オフガスを、背圧弁３３を介して排出されたカソードオフガスによって所定水素濃度以下に希釈して外部（車外）に排出するように構成されている。
【００１９】
また、燃料電池スタック１０は、図示しないコンタクタを介して外部負荷５０と接続されている。外部負荷とは、走行モータ（図示せず）、エアコンプレッサ３１や高圧バッテリ（図示せず）や冷媒循環用ポンプ（図示せず）などの高圧系の補機である。
【００２０】
図２に示すように、前記燃料電池スタック１０を構成する単セルＳ（Single Cell、燃料電池セル）は、固体高分子電解質膜１１を、触媒を含むアノード（水素極）１２と触媒を含むカソード（空気極）１３とで挟んで構成したＭＥＡ（膜電極接合体；Membrane Electrode Assembly）と、このＭＥＡを挟む一対の導電性のセパレータ１４，１５とで構成されている。この単セルＳが厚み方向に複数積層され、各単セルＳが電気的に直列に接続されることにより、燃料電池スタック１０が構成されている。
【００２１】
アノード１２に対向するセパレータ１４には、水素（燃料ガス）が流通するアノード流路１４ａが形成され、アノード流路１４ａが、水素の入口側となる連通孔１４ａ１、出口側となる連通孔１４ａ２と連通している。また、セパレータ１４には、空気（酸化剤ガス）が貫通して流れる連通孔１４ｃ１，１４ｃ２が形成されている。カソード１３に対向するセパレータ１５には、空気（酸素）が流通するカソード流路１５ｃが形成され、カソード流路１５ｃが、空気の入口側となる連通孔１５ｃ１、出口側となる連通孔１５ｃ２と連通している。また、セパレータ１５には、水素が貫通して流れる連通孔１５ａ１，１５ａ２が形成されている。
【００２２】
また、固体高分子電解質膜１１の周縁部には、連通孔１４ａ１，１５ａ１と対応する位置に連通孔１１ａ１、連通孔１４ａ２，１５ａ２と対応する位置に連通孔１１ａ２が形成され、連通孔１４ｃ１，１５ｃ１と対応する位置に連通孔１１ｃ１、連通孔１４ｃ２，１５ｃ２に対応する位置に連通孔１１ｃ２が形成されている。また、固体高分子電解質膜１１およびセパレータ１４，１５には、燃料電池スタック１０を冷却する冷媒が流通する冷媒流路１１ｗ１，１４ｗ１，１５ｗ１が形成されている。
【００２３】
なお、図示していないが、本実施形態では、複数の単セルＳからなる積層体が、積層方向の両端部に設けられた一対のエンドプレート（図示せず）によって押圧された状態で燃料電池スタック１０が構成されている。また、一方のエンドプレートには、各連通孔１１ａ１，１４ａ１，１５ａ１、１１ａ２，１４ａ２，１５ａ２、１１ｃ１，１４ｃ１，１５ｃ１、１１ｃ２，１４ｃ２，１５ｃ２と対応する位置に、貫通孔が形成されて、燃料電池スタック１０のアノード１２側の入口１０ａ、出口１０ｂ、カソード１３側の入口１０ｃ、出口１０ｄが形成されている。
【００２４】
制御系４０は、ＥＣＵ４１、セル電圧器４２、電圧計４３などを含んで構成されている。
【００２５】
ＥＣＵ４１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、プログラムなどを記憶したＲＯＭ（Read Only Memory）、各種電気電子部品、インターフェース回路などで構成され、水素濃度取得手段（燃料ガス濃度取得手段）を備えている。水素濃度取得手段は、燃料電池システム１の起動時におけるアノード１２側の水素濃度を推定する機能を有する。
【００２６】
セル電圧検出器４２は、燃料電池スタック１０の各単セルＳのセル電圧（セルＶ）を検出する機能を有する。なお、セル電圧の検出は、すべての単セルＳのセル電圧を個別に検出してもよく、複数の単セルＳを１組として検出するようにしてもよい。
【００２７】
電圧計４３は、燃料電池スタック１０から外部負荷５０に出力される電圧（総電圧：セル電圧を足し合わせたトータルの電圧）を検出する機能を有する。
【００２８】
次に、本実施形態の燃料電池システムの動作について図３ないし図８を参照して説明する。なお、燃料電池システム１の運転停止時（ＩＧ−ＯＦＦ）においては、エアコンプレッサ３１が停止して、燃料電池スタック１０のカソード１３への空気の供給が停止され、背圧弁３３が全開で、排出弁３６が閉じている。また、ＩＧ−ＯＦＦでは、パージ弁２６が閉じられた状態において、遮断弁２２が閉じられて、燃料電池スタック１０のアノード１２への水素の供給が停止されている。また、図示しないコンタクタがＯＦＦにされて燃料電池スタック１０と外部負荷５０との接続が遮断されている。
【００２９】
まず、運転者によってイグニッションスイッチがオン（ＩＧ−ＯＮ）されると、燃料電池スタック１０と外部負荷５０とを接続する前に、ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）チェックが行われる。なお、ＯＣＶとは、燃料電池スタック１０から外部負荷５０に電流を取り出していないときの（負荷を引いていないときの）燃料電池スタック１０の電池電圧であり、ＯＣＶチェックとは、ＯＣＶを所定値（所定電圧）まで上げる処理をいう。所定値とは、燃料電池スタック１０と外部負荷５０とを接続したとしても、発電性能が損なわれない（セルの劣化等が生じない）程度の電圧である。
【００３０】
ステップＳ１において、ＥＣＵ４１は、ＩＧ−ＯＮ信号を取得すると、ステップＳ２（燃料ガス濃度取得手段）において、燃料電池スタック１０のアノード１２に残留している滞留ガスの水素濃度を推定する。このときの水素濃度の取得手段としては、図４に示すマップに基づいて推定することができる。図４は、発電停止時間と単セルＳ内の水素濃度との関係を示すマップであり、発電停止時間が長くなるにしたがって、水素濃度が低下するようになっている。なお、発電停止時間とは、ＩＧ−ＯＦＦからＩＧ−ＯＮまでの時間である。なお、発電停止時間が長くなるにつれて水素濃度が低下するのは、例えば、ＩＧ−ＯＦＦ時にアノード１２に残留していた水素が、固体高分子電解質膜１１を介してカソード１３に透過して拡散（いわゆる、クロスリーク）するからであり、またアノード１２に残留する水素とカソード１３に残留する空気（酸素）との間で反応が行われるからである。したがって、発電停止時間を測定することにより、アノードに残留している水素濃度を推定することができる。なお、発電停止時間は、例えばＥＣＵ４１に内蔵されたクロック機能を利用して測定することができる。
【００３１】
なお、水素濃度は、発電停止時間のみで判断するものに限定されず、発電停止時の温度、発電停止（ＩＧ−ＯＦＦ）前の発電条件、カソード１３からの空気の流入によっても変化するので、これらを加味して水素濃度を推定（補正）するようにしてもよい。ちなみに、発電停止時の温度については、発電停止時の温度が低い場合には水素と酸素との反応性が低下するので、温度が低くなるにつれて水素濃度の低下速度は遅くなる。また、発電停止前の発電条件については、燃料電池スタック１０に水素が多く供給されるような状態でＩＧ−ＯＦＦされた場合には、水素濃度が高いと判断できる。空気の流入については、発電停止時には、例えば、燃料電池スタック１０のカソード１３側が大気に開放され、カソード１３の空気が固体高分子電解質膜１１を介してアノード１２に透過するので、カソード１３からアノード１２への空気の流入量が多い場合には、水素濃度の低下速度は速くなる。
【００３２】
ちなみに、燃料電池スタック１０の総電圧を電圧計４３により検出して水素濃度を推定する場合、発電停止時間が短時間のときの総電圧と、発電停止時間が長時間のときの総電圧とが、同じなる場合がある。したがって、前記した発電停止時間に加えて、燃料電池スタック１０の総電圧も考慮して水素濃度を推定することにより、より確実に水素濃度を推定することができる。つまり、発電停止時間が短く、かつ、総電圧が所定値である場合には、水素濃度は高いと判断でき、また発電停止時間が長く、かつ、総電圧が同じ所定値である場合には、水素濃度は低いと判断できる。
【００３３】
このようにして水素濃度が推定されると、ステップＳ３では、推定された水素濃度に応じて水素供給圧を設定する。水素供給圧（ＯＣＶ圧力）とは、ＯＣＶチェック時に燃料電池スタック１０のアノード１２の入口１０ａに供給する際の圧力である。
【００３４】
すなわち、発電停止時間が長く、水素濃度が低い場合に次回燃料電池システム１の起動時に大流量の水素を導入すると、燃料電池スタック１０の入口１０ａ側（ガス導入側）に位置する単セルＳに対して十分に水素が拡散せず、各単セルＳの水素置換にバラツキが発生する。そこで、本実施形態では、図４に示すように、例えば水素濃度が所定値以下となった場合には、図５に示すように、ＯＣＶ圧力を低下させる制御を行うことにより、入口１０ａ側（ガス導入側）に位置する単セルＳのセル電圧の立ち上がりの遅れを緩和することができる。
【００３５】
さらに詳述すると、水素濃度が低い状態で、高い圧力の水素を導入すると、図５の破線で示すように、圧力の立ち上がり時に最も水素が多量に導入されて流速も速くなるので、ガス導入口（入口１０ａ）側の単セルＳを飛び越えて水素が導入され、ガス導入口側の単セルＳが水素置換不足になり、セル電圧の立ち上がりが遅くなる。これに対して、本実施形態では、水素濃度が所定値以下の場合にはＯＣＶ圧力（水素供給圧）を下げることによって、圧力の立ち上がり時における水素の流量を減少させているので、流速が遅くなり、単セルＳの水素の跳び越しがなくなり、ガス導入側のセル電圧の立ち上がりの遅れを防止できる。
【００３６】
また、ＯＣＶ圧力は、図６に示すように、上限値と下限値との範囲内で設定されることが好ましい。上限値については、図６において、ＯＣＶチェック時の水素ガスの流速とＯＣＶ圧力との関係（グラフＡ）として示すように、ガス流速の所定値ａを超えないようにＯＣＶ圧力の上限値が設定される。なお、このＯＣＶ圧力の上限値ａは、予め実験等によって求められるものであり、水素置換のバラツキを生じない（特に、ガス導入側のセル電圧の立ち上がりが遅くならない）流速となる値に設定される。
【００３７】
また、下限値については、図６において、燃料電池スタック１０の差圧（ＳＴＫ差圧）とＯＣＶ圧力との関係（グラフＢ）として示すように、排水要求差圧（最低必要圧力）ΔＰを下回らないように設定される。排水要求差圧ΔＰとは、ＯＣＶ圧力を低下させる場合に各単セルＳ内の水を排出可能な圧力となる下限値を意味している。なお、排水要求差圧の「差圧」とは、ＯＣＶチェック時にパージ弁２６を開放し、アノード系２０内の圧力が開放されたときの大気圧との差を意味している。
【００３８】
なお、排水要求差圧は、予め燃料電池スタック１０に対する実験等によって求められるものであり、その実験方法としては、例えば、燃料電池スタック１０を水で閉塞させた後に徐々に差圧を大きくする方法によって行うことができる。このような実験によれば、図７に示すように、ある閾値を超えたときに閉塞水が排出されて流量が急激に上昇するので、流量が急激に上昇したときの差圧ΔＰを、排出要求差圧の下限値として設定することにより、フラッディングによる閉塞を防止できる。
【００３９】
このようにして設定された下限値と上限値との間の範囲内において、ＯＣＶ圧力が設定される。なお、水素濃度が所定値以下の場合（図４参照）、図８に示すように、発電停止時間が低下するにつれて、ＯＣＶ圧力を段階的に低下させるようにしてもよい。図８は一例であり、さらに多段階となるように低下させてもよく、発電停止時間の低下に応じて連続的に低下させるようにしてもよい。
【００４０】
図３のフローに戻り、ステップＳ４において、ＥＣＵ４１は、エアコンプレッサ３１の駆動を開始して、燃料電池スタック１０のカソード１３に、加湿器３２で加湿された空気を供給する。このときエアコンプレッサ３１からの空気が信号圧配管３５に導入されるが、ＯＣＶ圧力を低下させる場合には、設定されたＯＣＶ圧力となるように、減圧弁２３に入力する信号圧を低下させる。なお、本実施形態では、減圧弁２３と入口１０ａとの間にエゼクタ２５が設けられているので、エゼクタ２５によって低下する圧力を考慮して、減圧弁２３に入力される信号圧が設定される。ＯＣＶ圧力を低下させる手段としては、エアコンプレッサ３１のモータの回転速度を低下させる方法、回転速度を変えずに排出弁３６を開弁する方法などがある。なお、背圧弁３３については、ＥＣＵ４１によってその開度が適宜調節される。
【００４１】
そして、ステップＳ５において、ＥＣＵ４１は、パージ弁２６を閉じたままで遮断弁２２を開弁して、燃料電池スタック１０のアノード１２に、入口１０ａから水素が導入される。水素が導入されると、ＯＣＶ圧力（アノード圧）が上昇し（図５参照）、その後ある圧力において一定になる。
【００４２】
そして、ステップＳ６において、ＥＣＵ４１は、パージ弁２６を開弁する。すなわち、ＯＣＶ圧力が一定になった直後、パージ弁２６が所定時間開弁される。このときの所定時間は、予め実験等によって求められるものであり、例えばアノード系２０に残留している空気をすべて排出できる時間に設定される。なお、パージ弁２６を開弁したとしても、ＯＣＶ圧力はほぼ一定である。
【００４３】
そして、ステップＳ７において、ＥＣＵ４１は、電圧計４２で検出された燃料電池スタック１０のＯＣＶが、所定電圧を超えたか否かを判断する。なお、所定電圧は、燃料電池スタック１０と外部負荷５０とを接続したとしても、発電性能が損なわれない程度の電圧値に設定される。
【００４４】
ステップＳ７において、ＥＣＵ４１は、ＯＣＶが所定電圧以下であると判断した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ７の処理を繰り返し、ＯＣＶが所定電圧を超えたと判断した場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ８に進む。
【００４５】
ステップＳ８において、ＥＣＵ４１は、ＯＣＶチェックが完了したと判断して、図示しないコンタクタを接続（ＯＮ）して、燃料電池スタック１０から外部負荷５０に電力の供給を開始する（ＦＣ起動完了）。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態によれば、水素濃度を発電停止時間とセル電圧の分布パターンとから推定するので、セル電圧の分布パターンのみにより水素濃度を推定する場合よりも、水素濃度を高精度に推定することが可能になる。その結果、ＯＣＶ圧力（水素供給圧）を低下させる必要があるか否かを正確に判断することができるので、水素導入口（入口１０ａ）側の流速が過度に速くなるのを防止でき、単セルＳの積層方向において水素置換の状態（セル電圧の分布パターン）にバラツキが生じるのを抑制することができる。しかも、ＯＣＶ圧力を低下させる場合であってもさらに水素濃度の低下に応じてＯＣＶ圧力を段階的に低下させることにより（図８参照）、より確実に水素置換の状態（セル電圧の分布パターン）のバラツキを抑制できる。
【００４７】
また、本実施形態によれば、ＯＣＶ圧力を低下させる場合であっても、アノードからの水を排水可能な圧力（排水要求差圧）を下限値として設定したので、フラッディングによる閉塞を防止することができる。その結果、水によって水素置換が十分に行なわれないといった不具合を防止することができる。
【００４８】
また、本実施形態によれば、各単セルＳにおける水素置換のバラツキを抑制できるので、システム小型化のために、燃料電池スタック１０の入口１０ａとエゼクタ２５との距離を短くしたとしても、水素置換のバラツキを抑制することができる。
【００４９】
なお、アノード１２の水素濃度の推定方法として、前記した実施形態に限定されるものではなく、発電停止中に掃気処理が行われたか否かを加味して推定するようにしてもよい。なお、発電停止時における掃気処理とは、燃料電池システム１が低温（例えば、０℃以下）環境下で使用される場合、燃料電池スタック１０内に残留する生成水が凍結するおそれがあるときに燃料電池スタック１０内の生成水を発電停止時に排出する処理である。例えば、温度センサ（燃料電池スタック１０の冷媒出口、アノードオフガス出口、カソードオフガス出口など）の検出値に基づいて燃料電池スタック１０内の生成水が凍結するおそれがあると判断された場合には、エアコンプレッサ３１を駆動して、燃料電池スタック１０のアノード１２およびカソード１３に残留している生成水を吹き飛ばして外部（車外）に排出する処理が行われる。なお、図１では図示省略しているが、エアコンプレッサ３１からの空気をアノード１２に供給するための、エア導入弁を備えた掃気エア導入配管が設けられているものとする。
【００５０】
このように、発電停止中に掃気処理が行われたと判断した場合には、燃料電池スタック１０のアノード１２内の水素濃度は、ほぼ０％に近いと判断されるので、例えば、ステップＳ２の水素濃度を推定する前に、掃気処理が行われたか否かを判断して、掃気処理が行われたと判断した場合には、水素濃度０％に対応したＯＣＶ圧力を設定すればよい。すなわち、この場合には車両としての起動時間の遅れへの影響が出てこない圧力を最低限の圧力として設定することが好ましい。このときの圧力は、車両として運転者に違和感を与えないように、商品性を考慮して任意に設定されるものである。
【００５１】
なお、本実施形態では、減圧弁２３が、カソード１３側に供給されるエアの圧力を信号圧により作動するものを例示して説明したが、これに限定されるものではなく、電気的な信号に基づいて減圧率が変化する減圧弁であってもよい。
【００５２】
また、本実施形態では、水素濃度を推定する場合を例に挙げて説明したが、水素センサにより実測して、その実測値に応じて圧力を制御するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本実施形態の燃料電池システムを示す全体構成図である。
【図２】燃料電池スタックを構成する単セルを示す分解斜視図である。
【図３】本実施形態の燃料電池システムの起動時の動作を示すフローチャートである。
【図４】発電停止時間と水素濃度との関係を示すマップである。
【図５】ＯＣＶ圧力および導入水素流量の変化を示すグラフである。
【図６】ＯＣＶ時のガス流速とＯＣＶ圧力との関係、および燃料電池スタックの差圧とＯＣＶ圧力との関係を示すマップである。
【図７】排水要求差圧の設定方法を示すマップである。
【図８】発電停止時間に対するＯＣＶ圧力の設定方法の一例を示すマップである。
【符号の説明】
【００５４】
１      燃料電池システム
１０    燃料電池スタック
１２    アノード
１３    カソード
２１    高圧水素タンク（燃料ガス供給手段）
２３    減圧弁（調圧手段）
２６    パージ弁（置換手段）
４１    ＥＣＵ（燃料ガス濃度取得手段）
Ｓ      単セル（燃料電池セル）
【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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