(57)【要約】【課題】騒音の発生および燃料電池の劣化を抑制することが可能な燃料電池システムを提供する。【解決手段】コントローラ１３０は、燃料極側の圧力が第１圧力を超え第２圧力未満となるように発電休止モード中での運転状態を制御する。ここで、この制御によれば、発電休止モード中での運転状態が制御されて、燃料極側の圧力が第２圧力未満となるため、燃料極側の圧力が高く（すなわち燃料極側に燃料ガスが多量に封入され）、通常発電モードの移行時に希釈装置１２０による騒音が大きくなってしまう事態を防止することができる。また、発電休止モード中での運転状態が制御されて、燃料極側の圧力が第１圧力を超えるようにされるため、燃料極側の圧力が低くなりすぎて酸化剤極側との圧力差が大きくなって電解質膜を劣化させてしまうことを防止することができる。従って、騒音の発生および燃料電池１０の劣化を抑制することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスの供給を受ける燃料極と酸化剤ガスの供給を受ける酸化剤極とを有し、供給された燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電する燃料電池と、
前記燃料電池の燃料極側の圧力を検出する燃料極側圧力検出手段と、
要求された電力量のうち前記燃料電池から供給できない不足分の電力量を供給する蓄電手段と、
要求された電力量を前記燃料電池又は前記燃料電池と前記蓄電手段とによって供給する通常発電モードと、要求された電力量を前記蓄電手段によって供給する発電休止モードとを切替可能であり、システムの運転状態を制御可能な制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記燃料極側圧力検出手段の検出圧力に基づいて、燃料極側の圧力が第１圧力を超え第２圧力未満となるように発電休止モード中での運転状態を制御する第１制御、燃料極側の圧力が第２圧力未満となるように発電休止モード中での運転状態を制御し且つ燃料極側の圧力が第１圧力以下となると発電休止モードから通常発電モードへ切り替える第２制御、及び、燃料極側の圧力が第１圧力以下若しくは第２圧力以上となると発電休止モードから通常発電モードへ切り替える第３制御のうち、少なくとも１つを実行する
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池の燃料極側のガスを外部に排出するガス排出手段と、
前記ガス排出手段によって排出されるガスを希釈する希釈手段と、をさらに備え、
前記制御手段は、燃料極側の圧力が第２圧力未満となるように発電休止モード中での運転状態を制御する場合には、発電休止モード中において前記ガス排出手段によりガスを排出しつつ前記希釈手段によりガスを希釈するように制御する
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】
周囲の気圧を検出する気圧検出手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記燃料極側圧力検出手段の検出圧力と前記気圧検出手段の検出圧力との差圧または比と、前記第１圧力および第２圧力との関係から、発電休止モード中での運転状態を制御し、または発電休止モードから通常発電モードへの切替を制御する
ことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記制御手段は、前記燃料極側圧力検出手段の検出圧力と前記気圧検出手段の検出圧力との差圧または比が大きくなるに従って、前記希釈手段の希釈量を増加させる
ことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記制御手段は、発電休止モードから通常発電モードへの切替を行った場合、前記燃料電池に酸化剤ガスの供給を開始すると共に燃料電池から電流を取り出す
ことを特徴とする請求項１〜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】
前記燃料電池の燃料極側に供給する燃料ガス量を制御する燃料ガス供給量制御手段をさらに備え、
前記制御手段は、燃料極側の圧力が第１圧力を超えるように発電休止モード中での運転状態を制御する場合には、発電休止モード中において前記燃料ガス供給量制御手段により前記燃料電池の燃料極側に燃料ガスを供給する制御を行う
ことを特徴とする請求項１〜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】
前記制御手段は、発電休止モードから通常発電モードへの切替を行った場合、前記燃料電池に燃料ガスの供給を開始し、燃料極側の圧力が所定圧力以上となってから燃料電池から電流を取り出す
ことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記制御手段は、前記燃料極側圧力検出手段の検出圧力と目標とする圧力との差圧と、前記第１圧力および第２圧力との関係から、発電休止モード中での運転状態を制御し、または発電休止モードから通常発電モードへの切替を制御する
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９】
前記制御手段は、目標とする圧力から前記燃料極側圧力検出手段の検出圧力を減じて得られる差圧が正に大きくなるに従って、前記燃料電池に供給する燃料ガス量を多くする
ことを特徴とする請求項８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する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池システムを搭載した車両であって、車両がアイドル停止状態である場合には、燃料電池で発電を行うために駆動させる機器の動作を停止して発電を休止することで、不要な電力消費を抑えて燃費の向上を図るものが知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
しかし、車両がアイドル停止状態で発電を休止した場合、燃料電池システムの状態（例えば燃料ガスの圧力が低すぎるなど）によっては、その後発電を再開するときに支障（燃料ガス圧力の上昇遅れなどの支障）が生じ、必要な発電電力が得られないことがあり得る。
【０００４】
そこで、所定の条件（発電再開時に支障が生じない条件）を満たさない場合には、アイドル停止状態とさせない燃料電池システムが知られている。この燃料電池システムによれば、所定条件を満たさない場合にはアイドル停止とならないため、アイドル停止状態から発電を再開して必要な発電電力が得られなくなるという事態を防止することができる（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００１−３５９２０４号公報
【特許文献２】特開２００４−１７３４５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の燃料電池システムにおいて、発電再開時に支障が生じないと予測される条件を満たした場合であっても、経時劣化によるガス漏れや制御性が悪化した場合には、燃料ガス圧力が不安定となる。そして、燃料ガス圧力が過大となってしまった場合、その後の発電において燃料極側から排出される燃料ガス量が多くなり、燃料ガスの排出に際して希釈装置の稼働率が高くなって希釈装置による騒音が生じてしまう。また、燃料ガス圧力が小さくなってしまった場合、酸化剤極側の圧力との差が大きくなり、両極間に設けられる電解質膜の劣化を促進してしまうこととなる。
【０００６】
本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、騒音の発生および燃料電池の劣化を抑制することが可能な燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の燃料電池システムは、燃料電池と、燃料極側圧力検出手段と、蓄電手段と、制御手段とを備えている。燃料電池は、燃料ガスの供給を受ける燃料極と酸化剤ガスの供給を受ける酸化剤極とを有し、供給された燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電するものである。燃料極側圧力検出手段は、燃料電池の燃料極側の圧力を検出するものである。蓄電手段は、要求された電力量のうち燃料電池から供給できない不足分の電力量を供給するものである。制御手段は、要求された電力量を燃料電池又は燃料電池と蓄電手段とによって供給する通常発電モードと、要求された電力量を蓄電手段によって供給する発電休止モードとを切替可能であり、システムの運転状態を制御可能なものである。さらに、制御手段は、燃料極側圧力検出手段の検出圧力に基づいて、燃料極側の圧力が第１圧力を超え第２圧力未満となるように発電休止モード中での運転状態を制御する第１制御、燃料極側の圧力が第２圧力未満となるように発電休止モード中での運転状態を制御し且つ燃料極側の圧力が第１圧力以下となると発電休止モードから通常発電モードへ切り替える第２制御、及び、燃料極側の圧力が第１圧力以下若しくは第２圧力以上となると発電休止モードから通常発電モードへ切り替える第３制御のうち、少なくとも１つを実行する構成となっている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、制御手段は、燃料極側の圧力が第１圧力を超え第２圧力未満となるように発電休止モード中での運転状態を制御する第１制御、燃料極側の圧力が第２圧力未満となるように発電休止モード中での運転状態を制御し且つ燃料極側の圧力が第１圧力以下となると発電休止モードから通常発電モードへ切り替える第２制御、及び、燃料極側の圧力が第１圧力以下若しくは第２圧力以上となると発電休止モードから通常発電モードへ切り替える第３制御のうち、少なくとも１つを実行する。
【０００９】
ここで、第１制御によれば、発電休止モード中での運転状態が制御されて、燃料極側の圧力が第２圧力未満となるため、燃料極側の圧力が高く（すなわち燃料極側に燃料ガスが多量に封入され）、通常発電モードの移行時に希釈装置による騒音が大きくなってしまう事態を防止することができる。また、発電休止モード中での運転状態が制御されて、燃料極側の圧力が第１圧力を超えるようにされるため、燃料極側の圧力が低くなりすぎて酸化剤極側との圧力差が大きくなって電解質膜を劣化させてしまうことを防止することができる。
【００１０】
また、第２制御によれば、発電休止モード中での運転状態が制御されて、燃料極側の圧力が第２圧力未満となるため、燃料極側の圧力が高く（すなわち燃料極側に燃料ガスが多量に封入され）、通常発電モードの移行時に希釈装置による騒音が大きくなってしまう事態を防止することができる。また、燃料極側の圧力が第１圧力以下となると発電休止モードから通常発電モードへ切り替えるため、第１圧力以下のままで発電休止モードが継続し、両極間の圧力差により電解質膜を劣化させてしまうことを防止することができる。すなわち、通常発電モードに移行したことにより燃料ガスや酸化剤ガスが燃料電池に供給されて、両極間の圧力差が小さくなるため、電解質膜を劣化させてしまうことを防止することができる。
【００１１】
さらに、第３制御によれば、燃料極側の圧力が第１圧力以下若しくは第２圧力以上となると発電休止モードから通常発電モードへ切り替えるため、第１圧力以下のままで発電休止モードが継続し、両極間の圧力差により電解質膜を劣化させてしまうことを防止することができる。さらに、第２圧力以上のままで発電休止モードが継続し、通常発電モードの移行時に希釈装置による騒音が大きくなってしまう事態を防止することができる。
【００１２】
従って、上記いずれかの制御を行うことにより、騒音の発生および燃料電池の劣化を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は、本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。同図に示すように、燃料電池システム１は、燃料電池１０と、燃料ガス供給系２０と、ガス循環系３０と、ガス排出系（ガス排出手段）４０と、酸化剤ガス供給系５０と、酸化剤ガス排出系６０とを備えている。
【００１５】
燃料電池１０は、燃料ガス（水素ガス）の供給を受ける燃料極と、酸化剤ガス（酸素）の供給を受ける酸化剤極とを有し、供給された燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電するものである。このとき、燃料電池１０では、
燃料極  ：Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−
酸化剤極：２Ｈ＋＋２ｅ−＋（１／２）Ｏ２→Ｈ２Ｏ
なる反応により発電が行われることとなる。また、燃料極と酸化剤極とは電解質膜を挟んで重ね合わされて発電セルを構成しており、燃料電池１０は、これら発電セルが複数層積層されたスタック構造となっている。
【００１６】
燃料ガス供給系２０は、水素タンク２１と、水素ガス導入配管２２と、水素タンク元弁２３と、減圧弁２４と、水素調圧弁（燃料ガス供給量制御手段）２５とからなっている。水素タンク２１は、燃料電池１０の燃料極に供給する水素ガスを蓄えておくものである。水素ガス導入配管２２は水素タンク２１と燃料電池１０の燃料極側入口とを接続し、水素タンク２１からの水素ガスを燃料電池１０の燃料極まで導くものである。水素タンク元弁２３は、水素タンク２１と水素ガス導入配管２２との接続部分に設けられ、開閉動作することにより水素ガスを水素ガス導入配管２２に流したり遮断したりするものである。減圧弁２４は、水素ガス導入配管２２に設けられ、開閉動作によって水素ガス圧力を減圧するものである。水素調圧弁２５は、水素ガス導入配管２２のうち減圧弁２４から燃料電池１０に至るまでの部分に設けられ、燃料電池１０の燃料極側に供給される水素ガス量を制御するものである。また、水素調圧弁２５は、水素ガスの供給量を制御することにより燃料電池１０の燃料極側の圧力を調整可能となっている。
【００１７】
ガス循環系３０は、発電に寄与することなく排出された燃料ガスを再利用するためのものであって、循環配管３１とガス循環装置３２とを備えている。循環配管３１は、一端が燃料電池１０の燃料極側出口に接続され、他端が水素調圧弁２５と燃料電池１０の燃料極側入口との間の水素ガス導入配管２２に接続されており、燃料電池１０の燃料極側から排出されたオフガスを循環させて再度燃料電池１０の燃料極側に送り込む流路となるものである。ガス循環装置３２は、循環配管３１上に設けられ、燃料電池１０の燃料極側から排出されたガスを循環させて再度燃料電池１０の燃料極側に送り込む動力源となるものである。
【００１８】
ガス排出系４０は、ガス循環装置３２によって送り出されるガスが燃料電池１０に至るまでの区間における循環配管３１と外部とを連通させて、燃料電池１０の燃料極側のガスを外部に排出するものである。このガス排出系４０は、ガス排出配管４１と、パージ弁４２とを備えている。ガス排出配管４１は、一端がガス循環装置３２から燃料電池１０に至るまでの循環配管３１に接続され、他端が外部につながっている。開閉弁４２は、開閉自在に制御されるものであり、開閉動作することにより流路を遮断したり開放したりしてガスの排出を制御するものである。
【００１９】
酸化剤ガス供給系５０は、コンプレッサ５１と、空気供給配管５２とからなっている。コンプレッサ５１は、外気を取り込み圧縮して燃料電池１０の酸化剤極側に送り込むものである。空気供給配管５２は、コンプレッサ５１と燃料電池１０の酸化剤極側入口とを接続するものであり、コンプレッサ５１により圧送される空気を燃料電池１０の酸化剤極側に導くものである。
【００２０】
酸化剤ガス排出系６０は、酸化剤ガス排出配管６１と、空気調圧弁６２とを備えている。酸化剤ガス排出配管６１は、燃料電池１０の酸化剤極側と外部とを接続し、燃料電池１０の酸化剤極側から排出されたガスを外部に導くものである。空気調圧弁６２は、酸化剤ガス排出配管６１上に設けられ、外部に排出するガス量を制御するものである。
【００２１】
さらに、本実施形態に係る燃料電池システム１は、各種センサ７１〜７５、パワーマネージャー８０、バッテリ（蓄電手段）９０、バッテリコントローラ１００、駆動モータ１１０、希釈装置（希釈手段）１２０、およびコントローラ（制御手段）１３０を備えている。
【００２２】
各種センサ７１〜７５のうち、第１圧力センサ（燃料極側圧力検出手段）７１は、水素調圧弁２５から燃料電池１０の燃料極側入口に至るまでの水素ガス導入配管２２上に設けられている。また、第２圧力センサ（燃料極側圧力検出手段）７２は、循環配管３１上に設けられている。これらセンサ７１，７２は、燃料電池１０の燃料極側の圧力を検出する構成となっている。
【００２３】
第３圧力センサ７３は、コンプレッサ５１から燃料電池１０の酸化剤極側入口に至るまでの空気供給配管５２上に設けられ、燃料電池１０の酸化剤極側の圧力を検出する構成となっている。大気圧センサ（気圧検出手段）７４は、周囲の気圧を検出するものである。電圧センサ７５は、単セルごと、または複数セルごとに電圧を測定するものである。
【００２４】
パワーマネージャー８０は、燃料電池１０から電力を取り出して、バッテリ９０や駆動モータ１１０へ電力を供給するものである。また、パワーマネージャー８０は、電力取り出し制御のために、燃料電池１０から取り出す電流の値を計測する機能を有している。
【００２５】
バッテリ９０は、要求された電力量（駆動モータ１１０の駆動に必要な電力量）のうち燃料電池１０から供給できない不足分の電力量を駆動モータ１１０に供給するものである。また、バッテリ９０は、燃料電池システム１で発電を行うために必要な補機類を駆動させるために必要な電力を供給するようにもなっている。さらに、バッテリ９０は、逆に燃料電池１０の発電電力が余剰になったときに電力を蓄電し、且つ、駆動モータ１１０の回生電力についても蓄電するようになっている。
【００２６】
バッテリコントローラ１００は、バッテリ９０の残容量を検出するものであり、検出結果をコントローラ１３０に送信する構成となっている。希釈装置１２０は、ガス排出配管４１上に設けられ、ガス排出系４０から排出されるガスを希釈するものである。コントローラ１３０は、燃料電池システム１の運転状態（各種弁、ガス供給および排出、並びに電力の取出など）を制御するものである。例えばコントローラ１３０は、水素タンク２１の高圧水素を減圧弁２４で所定圧力まで減圧し、所望の水素供給量を満たすような水素圧にするべく第１圧力センサ７１の検出値を参照しながら水素調圧弁２５を制御する。また、コントローラ１３０は、所望の空気供給量を満たすような空気圧にするべく第２圧力センサ７２の検出値を参照しながらコンプレッサ５１の回転数を制御する。特にコントローラ１３０は、燃料電池１０から大電流を取り出したい場合には、水素調圧弁２５およびコンプレッサ５１を制御して燃料極側および酸化剤極側を加圧し、燃料電池１０内の化学反応効率を上げる。
【００２７】
また、コントローラ１３０は、要求された電力量を燃料電池１０のみ又は燃料電池１０とバッテリ９０とによって供給する通常発電モードと、要求された電力量をバッテリ９０のみによって供給する発電休止モードとを切替可能に構成されている。
【００２８】
ここで、コントローラ１３０についてより詳しく説明する。図２は、図１に示したコントローラ１３０の詳細を示す構成図である。同図に示すようにコントローラ１３０は、発電電力決定部１３１、発電休止モード切替部１３２、発電休止モード時制御部１３３および通常発電モード切替部１３４を有している。
【００２９】
発電電力決定部１３１は、移動体の運転者が要求する駆動力値を検知し、検出値とバッテリ９０の供給可能電力などに応じて、燃料電池１０の目標発電電力を決定するものである。発電休止モード切替部１３２は、燃料電池１０の目標発電電力、車両の走行状況、バッテリ９０の状態、ならびに燃料電池システム１の状態に基づいて、燃料電池の運転モードを、通常発電モードから発電休止モードの切り替えるか否かを決定するものである。発電休止モード時制御部１３３は、発電休止モード中の燃料電池システム１の制御を行うものである。通常発電モード切替部１３４は、燃料電池システム１の運転モードを、発電休止モードから通常発電モードへの切り替えるか否かを決定するものである。
【００３０】
さらに、本実施形態においてコントローラ１３０は、第１圧力センサ７１および第２圧力センサ７２の少なくとも一方の検出値に基づいて、燃料極側の圧力が第１圧力を超え、第１圧力よりも大きい第２圧力未満となるように発電休止モード中での運転状態を制御する構成となっている。ここで、燃料極側の圧力が第１圧力以下となると、酸化剤極の圧力との差が大きくなり、両極間に設けられる電解質膜の劣化を促進してしまう。一方、燃料極側の圧力が第２圧力以上となると、その後通常発電モードに移行したときに、燃料極側から排出される燃料ガス量が多くなり、燃料ガスの排出に際して希釈装置１２０の稼働率が高くなって希釈装置１２０による騒音が生じてしまう。本実施形態に係るコントローラ１３０は、このような不都合を防止すべく、燃料極側の圧力が第１圧力を超え第２圧力未満となるように発電休止モード中での運転状態を制御するようになっている。
【００３１】
次に、本実施形態に係る燃料電池システム１の動作を説明する。図３は、第１実施形態に係る燃料電池システム１の動作を示すフローチャートであり、通常発電モードから発電休止モードへ移行するか否かを判断する処理を示している。
【００３２】
図３に示すように、まず、発電休止モード切替部１３２は、発電電力決定部１３１により決定された目標となる発電電力が所定値以下であるか否かを判断する（ＳＴ１）。目標となる発電電力が所定値以下でないと判断した場合（ＳＴ１：ＮＯ）。所定値以下であると判断されるまで、この処理を繰り返すこととなる。一方、目標となる発電電力が所定値以下であると判断した場合（ＳＴ１：ＹＥＳ）、発電休止モード切替部１３２は、車速が所定車速以下であるか否かを判断する（ＳＴ２）。
【００３３】
車速が所定車速以下でないと判断した場合（ＳＴ２：ＮＯ）、処理はステップＳＴ１に移行する。車速が所定車速以下であると判断した場合（ＳＴ２：ＹＥＳ）、発電休止モード切替部１３２は、バッテリ９０の残容量が所定容量以上であるか否かを判断する（ＳＴ３）。
【００３４】
バッテリ９０の残容量が所定容量以上でないと判断した場合（ＳＴ３：ＮＯ）、処理はステップＳＴ１に移行する。バッテリ９０の残容量が所定容量以上であると判断した場合（ＳＴ３：ＹＥＳ）、発電休止モード切替部１３２は、発電休止モードに移行しその後通常発電モードに移行したとき、すなわち発電再開時に支障無く発電を行うことができるか否かを判断する（ＳＴ４）。例えば、燃料電池１０の電圧が所定値以下のときに発電を休止してしまうと、発電再開時に安定した発電ができずに、移動体の駆動力に支障がでるため、発電休止モードへの移行を行わない。
【００３５】
発電再開時に支障無く発電を行うことができないと判断した場合（ＳＴ４：ＮＯ）、処理はステップＳＴ１に移行する。一方、発電再開時に支障無く発電を行うことができると判断した場合（ＳＴ４：ＹＥＳ）、コントローラ１３０は、発電休止モードを開始する（ＳＴ５）。そして、図３に示す処理は終了する。
【００３６】
図４は、第１実施形態に係る燃料電池システム１の動作を示すフローチャートであり、発電休止モードから通常発電モードへ移行するか否かを判断する処理および通常発電モードでの初期処理を示している。
【００３７】
まず、発電休止モードにおいて発電休止モード時制御部１３３は、パージ弁４２を閉じる（ＳＴ１１）。次いで、発電休止モード時制御部１３３は水素調圧弁２５を全閉とする（ＳＴ１２）。そして、発電休止モード時制御部１３３は、コンプレッサ５１を停止させ（ＳＴ１３）、パワーマネージャー８０を制御して電流の取り出しを停止する（ＳＴ１４）。さらに、発電休止モード時制御部１３３は、希釈装置１２０を停止させる（ＳＴ１５）。
【００３８】
次に、通常発電モード切替部１３４は、通常発電モードに移行するか否かを判断する（ＳＴ１６）。このとき、通常発電モード切替部１３４は、例えば運転者が要求する駆動力が増加し、燃料電池１０での発電を再開しないと電力供給が満たされない場合や、バッテリ９０残量が不足して、電力供給を満たすことができないなどの条件が成立した場合に、通常発電モードに移行すると判断する。
【００３９】
ここで、通常発電モードに移行しないと判断した場合（ＳＴ１６：ＮＯ）、発電休止モード時制御部１３３は、燃料極側の圧力と大気圧センサ７４により検出された大気圧との差圧が第２所定値以上であるか否かを判断する（ＳＴ１７）。この処理において、発電休止モード時制御部１３３は、燃料極側の圧力が第２圧力未満であるか否かを判断するようにしている。
【００４０】
差圧が第２所定値以上であると判断した場合（ＳＴ１７：ＹＥＳ）、発電休止モード時制御部１３３は、パージ弁４２を開け（ＳＴ１８）、希釈装置１２０を稼働させる（ＳＴ１９）。そして、処理はステップＳＴ２２に移行する。一方、差圧が第２所定値以上でないと判断した場合（ＳＴ１７：ＮＯ）、発電休止モード時制御部１３３は、パージ弁４２が開いているときにはパージ弁４２を閉じ（ＳＴ２０）、希釈装置１２０が稼働しているときには停止させる（ＳＴ２１）。そして、処理はステップＳＴ２２に移行する。
【００４１】
図５は、図４に示したステップＳＴ１７〜ＳＴ２１の処理の詳細を示す図であり、（ａ）は差圧と第２所定値との関係を示し、（ｂ）は希釈装置１２０の稼働状態を示している。図５（ａ）および（ｂ）に示すように、希釈装置１２０が稼働しておらずパージ弁４２が閉じられている場合には、制御性の悪化などにより燃料極側の圧力が上昇することがある。そして、ステップＳＴ１８，１９に示したように、差圧が第２所定値以上となると、希釈装置１２０が稼働しパージ弁４２が開けられる。これにより、燃料極側のガスが外部に排出され、差圧は低下することとなる。このように、第１実施形態においてコントローラ１３０は、燃料極側の圧力が第２圧力未満となるように制御をしている。
【００４２】
ここで、発電休止モード時制御部１３３は、差圧が大きくなるに従って、希釈装置１２０による希釈量を増加させることが望ましい。これにより、差圧が大きく、パージ弁４２が開けられたときに多量のガスが排出されるとしても、適切な希釈を行うことができるからである。
【００４３】
再度、図４を参照する。ステップＳＴ２２において、発電休止モード時制御部１３３は、燃料極側の圧力と大気圧センサ７４により検出された大気圧との差圧が第１所定値以下であるか否かを判断する（ＳＴ２２）。この処理において、発電休止モード時制御部１３３は、燃料極側の圧力が第１圧力を超えるか否かを判断するようにしている。
【００４４】
差圧が第１所定値以下であると判断した場合（ＳＴ２２：ＹＥＳ）、発電休止モード時制御部１３３は、水素調圧弁２５を開ける（ＳＴ２３）。そして、処理はステップＳＴ１６に移行する。一方、差圧が第１所定値以下でないと判断した場合（ＳＴ２２：ＮＯ）、発電休止モード時制御部１３３は、水素調圧弁２５が開いているときには水素調圧弁２５を閉じる（ＳＴ２４）。そして、処理はステップＳＴ１６に移行する。
【００４５】
図６は、図４に示したステップＳＴ２２〜ＳＴ２４の処理の詳細を示す図であり、（ａ）は差圧と第１所定値との関係を示し、（ｂ）は水素調圧弁２５の開閉状態を示している。図６（ａ）および（ｂ）に示すように、水素調圧弁２５が閉じている場合には、経時劣化によるガス漏れなどにより燃料極側の圧力が減少することがある。そして、差圧が第１所定値以下となると、水素調圧弁２５が開けられる。これにより、燃料極側に水素ガスが供給され、差圧は上昇することとなる。このように、第１実施形態においてコントローラ１３０は、燃料極側の圧力が第１圧力を超えるように制御をしている。
【００４６】
再度、図４を参照する。ステップＳＴ１６において、発電休止モード時制御部１３３が通常発電モードに移行すると判断した場合（ＳＴ１６：ＹＥＳ）、コントローラ１３０は、通常発電モードを開始する（ＳＴ２５）。
【００４７】
次に、コントローラ１３０は、水素調圧弁２５を開け（ＳＴ２６）、燃料電池１０に燃料ガスの供給を開始する。そして、コントローラ１３０は、燃料極側の圧力が所定圧力以上であるか否かを判断する（ＳＴ２７）。所定圧力以上でないと判断した場合（ＳＴ２７：ＮＯ）、所定圧力以上であると判断されるまで、この処理が繰り返される。一方、所定圧力以上であると判断した場合（ＳＴ２７：ＹＥＳ）、コントローラ１３０は、コンプレッサ５１を駆動させ（ＳＴ２８）、燃料電池１０に酸化剤ガスの供給を開始すると共に、パワーマネージャー８０を制御して電流の取り出しを再開する（ＳＴ２９）。その後、図４に示す処理は終了する。
【００４８】
このようにして、第１実施形態に係る燃料電池システム１によれば、コントローラ１３０は、燃料極側の圧力が第１圧力を超え第２圧力未満となるように発電休止モード中での運転状態を制御する。この制御によれば、発電休止モード中での運転状態が制御されて、燃料極側の圧力が第２圧力未満となるため、燃料極側の圧力が高く（すなわち燃料極側に燃料ガスが多量に封入され）、通常発電モードの移行時に希釈装置１２０による騒音が大きくなってしまう事態を防止することができる。また、発電休止モード中での運転状態が制御されて、燃料極側の圧力が第１圧力を超えるようにされるため、燃料極側の圧力が低くなりすぎて酸化剤極側との圧力差が大きくなって電解質膜を劣化させてしまうことを防止することができる。従って、騒音の発生および燃料電池１０の劣化を抑制することができる。
【００４９】
また、第１圧力センサ７１および第２圧力センサ７２の少なくとも一方の検出圧力と大気圧センサ７４の検出圧力との差圧と、第１圧力および第２圧力との関係から制御を行うため、差圧を用いて簡易な計算により制御を行うことができる。なお、本実施形態では差圧を用いているが、差圧に代えて比を用いるようにしても同様の効果が得られる。
【００５０】
また、第１圧力センサ７１および第２圧力センサ７２の少なくとも一方の検出圧力と大気圧センサ７４の検出圧力との差圧が大きくなるに従って、希釈装置１２０の希釈量を増加させる。これにより、発電休止モード中においても適切な希釈を行って、燃料極側のガスを排出することができる。この場合においても、差圧に代えて比を用いるようにしても同様の効果が得られる。
【００５１】
また、発電休止モードから通常発電モードへの切替を行った場合、燃料電池１０に酸化剤ガスの供給を開始すると共に燃料電池１０から電流を取り出す。これにより、新たに燃料電池に供給される酸化剤ガスで発生する開放電圧による燃料電池１０の触媒劣化を防止することができる。
【００５２】
また、燃料極側の圧力が第１圧力を超えるように発電休止モード中での運転状態を制御する場合には、発電休止モード中において燃料電池１０の燃料極側に燃料ガスを供給する。これにより、燃料極側の圧力を上昇させて、酸化剤極側との圧力差を小さくして電解質膜の劣化を防止することができる。
【００５３】
また、発電休止モードから通常発電モードへの切替を行った場合、燃料電池１０に燃料ガスの供給を開始し、燃料極側の圧力が所定圧力以上となってから燃料電池１０から電流を取り出す。これにより、燃料極側の圧力が小さく燃料ガスが不足している状態で発電が行われて、必要な電力が得られなくなってしまう事態を防止することができる。
【００５４】
次に、本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態に係る燃料電池システム２は、第１実施形態のものと同様であるが、処理内容が異なっている。以下、第１実施形態との相違点を説明する。
【００５５】
図７は、第２実施形態に係る燃料電池システム２の動作を示すフローチャートであり、発電休止モードから通常発電モードへ移行するか否かを判断する処理および通常発電モードでの初期処理を示している。なお、図７に示すステップＳＴ３１〜ＳＴ３６、およびステップＳＴ４３〜ＳＴ４７の処理は、それぞれ図４に示したステップＳＴ１１〜ＳＴ１６、およびステップＳＴ２５〜ＳＴ２９と同様であるため、説明を省略する。
【００５６】
ステップＳＴ３６において通常発電モードに移行しないと判断した場合（ＳＴ３６：ＮＯ）、通常発電モード切替部１３４は、燃料極側の圧力と大気圧センサ７４により検出された大気圧との差圧が第１所定値以下であるか否かを判断する（ＳＴ３７）。差圧が第１所定値以下でないと判断した場合（ＳＴ３７：ＮＯ）、処理はステップＳＴ４３に移行し、コントローラ１３０は、通常発電モードを開始することとなる（ＳＴ４３）。このように、コントローラ１３０は、燃料極側の圧力が第１圧力以下となると発電休止モードから通常発電モードに切り替えるようにしている。
【００５７】
差圧が第１所定値以下であると判断した場合（ＳＴ３７：ＹＥＳ）、燃料極側の圧力と大気圧センサ７４により検出された大気圧との差圧が第２所定値以上であるか否かを判断する（ＳＴ３８）。この処理において、発電休止モード時制御部１３３は、燃料極側の圧力が第２圧力未満であるか否かを判断するようにしている。
【００５８】
差圧が第２所定値以上であると判断した場合（ＳＴ３８：ＹＥＳ）、発電休止モード時制御部１３３は、パージ弁４２を開け（ＳＴ３９）、希釈装置１２０を稼働させる（ＳＴ４０）。そして、処理はステップＳＴ２２に移行する。一方、差圧が第２所定値以上でないと判断した場合（ＳＴ３８：ＮＯ）、発電休止モード時制御部１３３は、パージ弁４２が開いているときにはパージ弁４２を閉じ（ＳＴ４１）、希釈装置１２０が稼働しているときには停止させる（ＳＴ４２）。そして、処理はステップＳＴ３６に移行する。
【００５９】
このようにして、第２実施形態に係る燃料電池システム２によれば、コントローラ１３０は、燃料極側の圧力が第２圧力未満となるように発電休止モード中での運転状態を制御し且つ燃料極側の圧力が第１圧力以下となると発電休止モードから通常発電モードへ切り替える。この制御によれば、発電休止モード中での運転状態が制御されて、燃料極側の圧力が第２圧力未満となるため、燃料極側の圧力が高く（すなわち燃料極側に燃料ガスが多量に封入され）、通常発電モードの移行時に希釈装置１２０による騒音が大きくなってしまう事態を防止することができる。また、燃料極側の圧力が第１圧力以下となると発電休止モードから通常発電モードへ切り替えるため、第１圧力以下のままで発電休止モードが継続し、両極間の圧力差により電解質膜を劣化させてしまうことを防止することができる。すなわち、通常発電モードに移行したことにより燃料ガスや酸化剤ガスが燃料電池１０に供給されて、両極間の圧力差が小さくなるため、電解質膜を劣化させてしまうことを防止することができる。従って、騒音の発生および燃料電池１０の劣化を抑制することができる。
【００６０】
さらに、第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に、差圧を用いて簡易な計算により制御を行うことができる。なお、差圧に代えて比を用いるようにしても同様の効果が得られる。また、発電休止モード中においても適切な希釈を行って、燃料極側のガスを排出することができる。この場合においても、差圧に代えて比を用いるようにしても同様の効果が得られる。
【００６１】
また、新たに燃料電池に供給される酸化剤ガスで発生する開放電圧による燃料電池１０の触媒劣化を防止することができ、燃料極側の圧力が小さく燃料ガスが不足している状態で発電が行われて、必要な電力が得られなくなってしまう事態を防止することができる。
【００６２】
次に、本発明の第３実施形態を説明する。第３実施形態に係る燃料電池システム３は、第１実施形態のものと同様であるが、構成および処理内容が異なっている。以下、第１実施形態との相違点を説明する。
【００６３】
図８は、本発明の第３実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。同図に示すように、燃料電池システム３は、希釈装置１２０周辺の配管接続等が第１実施形態のものと異なっている。同図に示すように、希釈装置１２０には、ガス排出配管４１の他に、さらに酸化剤ガス排出配管６１が接続されている。そして、希釈装置１２０は、酸化剤ガス排出配管６１から排出されるガスによって、燃料極側から排出されるガスを希釈するようになっている。
【００６４】
図９は、第３実施形態に係る燃料電池システム３の動作を示すフローチャートであり、発電休止モードから通常発電モードへ移行するか否かを判断する処理および通常発電モードでの初期処理を示している。なお、図９に示すステップＳＴ５１〜ＳＴ５６、およびステップＳＴ５９〜ＳＴ６３の処理は、それぞれ図４に示したステップＳＴ１１〜ＳＴ１６、およびステップＳＴ２５〜ＳＴ２９と同様であるため、説明を省略する。
【００６５】
ステップＳＴ５６において通常発電モードに移行しないと判断した場合（ＳＴ５６：ＮＯ）、通常発電モード切替部１３４は、燃料極側の圧力と大気圧センサ７４により検出された大気圧との差圧が第１所定値以下であるか否かを判断する（ＳＴ５７）。差圧が第１所定値以下でないと判断した場合（ＳＴ５７：ＮＯ）、処理はステップＳＴ４３に移行し、コントローラ１３０は、通常発電モードを開始することとなる（ＳＴ５９）。このように、コントローラ１３０は、燃料極側の圧力が第１圧力以下となると発電休止モードから通常発電モードに切り替えるようにしている。
【００６６】
一方、差圧が第１所定値以下であると判断した場合（ＳＴ５７：ＹＥＳ）、通常発電モード切替部１３４は、燃料極側の圧力と大気圧センサ７４により検出された大気圧との差圧が第２所定値以上であるか否かを判断する（ＳＴ５８）。差圧が第２所定値以上でないと判断した場合（ＳＴ５８：ＮＯ）、処理はステップＳＴ４３に移行し、コントローラ１３０は、通常発電モードを開始することとなる（ＳＴ５９）。このように、コントローラ１３０は、燃料極側の圧力が第２圧力以上となると発電休止モードから通常発電モードに切り替えるようにしている。
【００６７】
また、差圧が第２所定値以上であると判断した場合（ＳＴ５８：ＹＥＳ）、処理はステップＳＴ５６に移行することとなる。
【００６８】
このようにして、第３実施形態に係る燃料電池システム３によれば、コントローラ１３０は、燃料極側の圧力が第１圧力以下若しくは第２圧力以上となると発電休止モードから通常発電モードへ切り替える。この制御によれば、燃料極側の圧力が第１圧力以下若しくは第２圧力以上となると発電休止モードから通常発電モードへ切り替えるため、第１圧力以下のままで発電休止モードが継続し、両極間の圧力差により電解質膜を劣化させてしまうことを防止することができる。さらに、第２圧力以上のままで発電休止モードが継続し、通常発電モードの移行時に希釈装置１２０による騒音が大きくなってしまう事態を防止することができる。従って、騒音の発生および燃料電池１０の劣化を抑制することができる。
【００６９】
さらに、第３実施形態によれば、第１実施形態と同様に、差圧を用いて簡易な計算により制御を行うことができる。なお、差圧に代えて比を用いるようにしても同様の効果が得られる。また、発電休止モード中においても適切な希釈を行って、燃料極側のガスを排出することができる。この場合においても、差圧に代えて比を用いるようにしても同様の効果が得られる。
【００７０】
また、新たに燃料電池に供給される酸化剤ガスで発生する開放電圧による燃料電池１０の触媒劣化を防止することができ、燃料極側の圧力が小さく燃料ガスが不足している状態で発電が行われて、必要な電力が得られなくなってしまう事態を防止することができる。
【００７１】
次に、本発明の第４実施形態を説明する。第３実施形態に係る燃料電池システム４は、第１実施形態のものと同様であるが、処理内容が異なっている。以下、第１実施形態との相違点を説明する。
【００７２】
図１０は、第４実施形態に係る燃料電池システム４の動作を示すフローチャートであり、発電休止モードから通常発電モードへ移行するか否かを判断する処理および通常発電モードでの初期処理を示している。なお、図１０に示すステップＳＴ７１〜ＳＴ７６、およびステップＳＴ８５〜ＳＴ８９の処理は、それぞれ図４に示したステップＳＴ１１〜ＳＴ１６、およびステップＳＴ８５〜ＳＴ８９と同様であるため、説明を省略する。
【００７３】
ステップＳＴ７６において通常発電モードに移行しないと判断した場合（ＳＴ７６：ＮＯ）、発電休止モード時制御部１３３は、燃料極側の圧力と目標圧力との差圧が第２所定値以上であるか否かを判断する（ＳＴ７７）。この処理において、発電休止モード時制御部１３３は、燃料極側の圧力が第２圧力未満であるか否かを判断するようにしている。なお、目標圧力は、定められた圧力であってもよいし、大気圧センサ７４の検出値等をもとに算出されてもよい。
【００７４】
差圧が第２所定値以上であると判断した場合（ＳＴ７７：ＹＥＳ）、発電休止モード時制御部１３３は、パージ弁４２を開け（ＳＴ７８）、希釈装置１２０を稼働させる（ＳＴ７９）。そして、処理はステップＳＴ８２に移行する。一方、差圧が第２所定値以上でないと判断した場合（ＳＴ７７：ＮＯ）、発電休止モード時制御部１３３は、パージ弁４２が開いているときにはパージ弁４２を閉じ（ＳＴ８０）、希釈装置１２０が稼働しているときには停止させる（ＳＴ８１）。そして、処理はステップＳＴ８２に移行する。
【００７５】
ステップＳＴ８２において発電休止モード時制御部１３３は、燃料極側の圧力と目標圧力との差圧が第１所定値以下であるか否かを判断する（ＳＴ８２）。この処理において、発電休止モード時制御部１３３は、燃料極側の圧力が第１圧力を超えるか否かを判断するようにしている。
【００７６】
差圧が第１所定値以下であると判断した場合（ＳＴ８２：ＹＥＳ）、発電休止モード時制御部１３３は、水素調圧弁２５を開ける（ＳＴ８３）。そして、処理はステップＳＴ７６に移行する。一方、差圧が第１所定値以下でないと判断した場合（ＳＴ８２：ＮＯ）、発電休止モード時制御部１３３は、水素調圧弁２５が開いているときには水素調圧弁２５を閉じる（ＳＴ８４）。そして、処理はステップＳＴ７６に移行する。
【００７７】
ここで、発電休止モード時制御部１３３は、目標圧力から燃料極側の圧力を減じて得られる差圧が正に大きくなるに従って、水素調圧弁２５の開度を大きくし、燃料電池１０に供給する燃料ガス量を多くする。これにより、発電休止モード中においても目標圧力に維持し、その後通常発電モードの移行時にスムーズに発電を開始することができる。
【００７８】
このようにして、本発明の第４実施形態によれば、第１実施形態と同様に、騒音の発生および燃料電池１０の劣化を抑制することができる。また、新たに燃料電池に供給される酸化剤ガスで発生する開放電圧による燃料電池１０の触媒劣化を防止することができ、燃料極側の圧力を上昇させて、酸化剤極側との圧力差を小さくして電解質膜の劣化を防止することができる。また、燃料極側の圧力が小さく燃料ガスが不足している状態で発電が行われて、必要な電力が得られなくなってしまう事態を防止することができる。
【００７９】
さらに、第４実施形態によれば、コントローラ１３０は、燃料極側の圧力と目標圧力との差圧と、第１圧力および第２圧力との関係から制御を行うため、大気圧に変動があった場合や大気圧センサ等が故障した場合であっても、安定した制御を行うことができる。
【００８０】
また、目標圧力から燃料極側の圧力を減じて得られる差圧が正に大きくなるに従って、燃料電池１０に供給する燃料ガス量を多くする。これにより、発電休止モード中においても目標圧力に維持し、その後通常発電モードの移行時にスムーズに発電を開始することができる。
【００８１】
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよいし、各実施形態を組み合わせるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。
【図２】図１に示したコントローラの詳細を示す構成図である。
【図３】第１実施形態に係る燃料電池システムの動作を示すフローチャートであり、通常発電モードから発電休止モードへ移行するか否かを判断する処理を示している。
【図４】第１実施形態に係る燃料電池システムの動作を示すフローチャートであり、発電休止モードから通常発電モードへ移行するか否かを判断する処理および通常発電モードでの初期処理を示している。
【図５】図４に示したステップＳＴ１７〜ＳＴ２１の処理の詳細を示す図であり、（ａ）は差圧と第２所定値との関係を示し、（ｂ）は希釈装置の稼働状態を示している。
【図６】図４に示したステップＳＴ２２〜ＳＴ２４の処理の詳細を示す図であり、（ａ）は差圧と第１所定値との関係を示し、（ｂ）は水素調圧弁の開閉状態を示している。
【図７】第２実施形態に係る燃料電池システムの動作を示すフローチャートであり、発電休止モードから通常発電モードへ移行するか否かを判断する処理および通常発電モードでの初期処理を示している。
【図８】本発明の第３実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。
【図９】第３実施形態に係る燃料電池システムの動作を示すフローチャートであり、発電休止モードから通常発電モードへ移行するか否かを判断する処理および通常発電モードでの初期処理を示している。
【図１０】第４実施形態に係る燃料電池システムの動作を示すフローチャートであり、発電休止モードから通常発電モードへ移行するか否かを判断する処理および通常発電モードでの初期処理を示している。
【符号の説明】
【００８３】
１〜４…燃料電池システム
１０…燃料電池
２０…燃料ガス供給系
２１…水素タンク
２２…水素ガス導入配管
２３…水素タンク元弁
２４…減圧弁
２５…水素調圧弁（燃料ガス供給量制御手段）
３０…ガス循環系
３１…循環配管
３２…ガス循環装置
４０…ガス排出系（ガス排出手段）
４１…ガス排出配管
４２…パージ弁
４２…開閉弁
５０…酸化剤ガス供給系
５１…コンプレッサ
５２…空気供給配管
６０…酸化剤ガス排出系
６１…酸化剤ガス排出配管
６２…空気調圧弁
７１…第１圧力センサ（燃料極側圧力検出手段）
７２…第２圧力センサ（燃料極側圧力検出手段）
７３…第３圧力センサ
７４…大気圧センサ（気圧検出手段）
７５…電圧センサ
８０…パワーマネージャー
９０…バッテリ（蓄電手段）
１００…バッテリコントローラ
１１０…駆動モータ
１２０…希釈装置（希釈手段）
１３０…コントローラ（制御手段）
１３１…発電電力決定部
１３２…発電休止モード切替部
１３３…発電休止モード時制御部
１３４…通常発電モード切替部
【図１】
2007250199.tif 000003
【図２】
2007250199.tif 000004
【図３】
2007250199.tif 000005
【図４】
2007250199.tif 000006
【図５】
2007250199.tif 000007
【図６】
2007250199.tif 000008
【図７】
2007250199.tif 000009
【図８】
2007250199.tif 000010
【図９】
2007250199.tif 000011
【図１０】
2007250199.tif 000012