(57)【要約】【課題】アイドル停止の禁止判断を高精度に実行することができる燃料電池車両を提供する。【解決手段】燃料ガス流通路内の不純物としての窒素および生成水の量を推定して、アイドル停止の禁止判断を実行する。燃料ガス流通路内の窒素量は、カソード１３から電解質膜１１を介してアノード１２に透過した窒素透過量から算出し、パージ処理やドレイン処理が実行された場合には、パージ処理やドレイン処理によって排出された窒素排出量を窒素透過量から除く。燃料ガス流通路内の水生成量は、アイドル停止時にディスチャージした場合にはディスチャージによる燃料電池１０からの電流の取り出しによって、通常発電の場合には燃料電池１０からの発電電流の取り出しによって推定する。また、通常発電時にパージ処理やドレイン処理が実行されて水が排出される場合には、この水排出量を水生成量から除く。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜電極接合体を挟んで燃料ガスと酸化剤ガスとが供給されて発電を行う燃料電池と、
前記燃料ガスが流通する燃料ガス流通路と、
前記酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流通路と、
前記燃料電池の発電要求量が所定値以下のときに前記燃料電池の発電を停止させる低負荷停止手段と、
前記燃料ガス流通路内の不純物量を推定する不純物量推定手段と、
前記燃料ガス流通路内の不純物を排出させる不純物排出手段と、
前記燃料ガス流通路内の不純物量が前記燃料電池の発電性能を低下させる所定値以上であるときに前記低負荷停止手段による低負荷停止を禁止する低負荷停止禁止手段と、を備えることを特徴とする燃料電池車両。
【請求項２】
前記不純物量推定手段は、前記酸化剤ガス流通路内の窒素分圧と前記燃料ガス流通路内の窒素分圧との分圧差と、前記膜電極接合体の含水量と温度との関係から得られる窒素透過係数と、に基づいて、前記燃料ガス流通路内の窒素量を推定することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池車両。
【請求項３】
前記不純物量推定手段は、前記不純物排出手段により前記燃料ガス流通路内の窒素が排出されたときに、前記燃料ガス流通路内の窒素量から前記不純物排出手段による窒素排出量を除くことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池車両。
【請求項４】
前記不純物量推定手段は、前記燃料電池から取り出される電流値に基づいて前記燃料ガス流通路内の水分量を推定することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アイドル停止機能を備えた燃料電池車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリンや軽油などを燃料とする自動車では、二酸化炭素など地球温暖化の原因となる物質や大気汚染物質の排出を削減するため、また騒音やエネルギーの無駄使いを防止するために、停車中にエンジンを停止させるというアイドル停止（アイドリングストップ）を行うことが推奨されている。そこで、燃料電池自動車においても、アイドル停止機能を備えた技術が種々提案されており、例えば、燃料電池に対する発電要求量が所定値以下となったときにアイドル停止を実行する技術が提案されている。しかし、アイドル停止からの復帰を考慮すると、必ずしもアイドル停止を実行しない方が好ましい場合もある。このため、発電要求量が所定値以下であってもアイドル停止を禁止する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−１７３４５０号公報（図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の燃料電池車両では、アイドル停止の禁止が実行される直前にアイドル停止に移行する場合があり、このような場合にはアイドル停止復帰時の発電安定性が損なわれるという問題があった。
【０００４】
本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、アイドル停止の禁止判断を高精度に実行することができる燃料電池車両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】
【０００５】
請求項１に係る発明は、膜電極接合体を挟んで燃料ガスと酸化剤ガスとが供給されて発電を行う燃料電池と、前記燃料ガスが流通する燃料ガス流通路と、前記酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス流通路と、前記燃料電池の発電要求量が所定値以下のときに前記燃料電池の発電を停止させる低負荷停止手段と、前記燃料ガス流通路内の不純物量を推定する不純物量推定手段と、前記燃料ガス流通路内の不純物を排出させる不純物排出手段と、前記燃料ガス流通路内の不純物量が前記燃料電池の発電性能を低下させる所定値以上であるときに前記低負荷停止手段による低負荷停止を禁止する低負荷停止禁止手段と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
請求項１に係る発明によれば、燃料ガス流通路に存在する不純物量に応じて低負荷停止（アイドル停止）の禁止を判断しているので、低負荷停止前に不純物を確実に排出することが可能になり、低負荷停止からの復帰時の発電安定性を向上できる。
【０００７】
請求項２に係る発明は、前記不純物量推定手段は、前記酸化剤ガス流通路内の窒素分圧と前記燃料ガス流通路内の窒素分圧との分圧差と、前記膜電極接合体の含水量と温度との関係から得られる窒素透過係数と、に基づいて、前記燃料ガス流通路内の窒素量を推定することを特徴とする。
【０００８】
請求項２に係る発明によれば、燃料ガス流通路内の不純物としての窒素量を高精度に検知することができる。
【０００９】
請求項３に係る発明は、前記不純物量推定手段は、前記不純物排出手段により前記燃料ガス流通路内の窒素が排出されたときに、前記燃料ガス流通路内の窒素量から前記不純物排出手段による窒素排出量を除くことを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明によれば、燃料ガス流通路からの窒素排出量を考慮することで、燃料ガス流通路内の不純物としての窒素量をより高精度に検出することができる。
【００１１】
請求項４に係る発明は、前記不純物量推定手段は、前記燃料電池から取り出される電流値に基づいて前記燃料ガス流通路内の水分量を推定することを特徴とする。
【００１２】
請求項４に係る発明によれば、燃料電池から電流が取り出されることで水が生成されるが、この水分量を考慮することにより、燃料ガス流通路内の不純物としての水分量を高精度に検知することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の燃料電池システムによれば、アイドリングストップの禁止判定を高精度に実行することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は本実施形態の燃料電池車両に搭載される燃料電池システムを示す全体構成図、図２はアイドル停止禁止判断をするメインフローチャート、図３は窒素透過量を算出するためのサブフローチャート、図４はアノードの窒素分圧と経過時間との関係を示すグラフ、図５は窒素排出量を算出するためのサブフローチャート、図６（ａ）はＭＥＡの温度と窒素透過係数との関係を示すマップ、（ｂ）はガス温度とＭＥＡの含水量との関係を示すマップ、（ｃ）はアノード圧力と窒素排出量との関係を示すマップ、図７は水分量を算出するためのサブフローチャート、図８（ａ）はディスチャージ電流と水生成量との関係を示すマップ、（ｂ）は発電電流と水排出量との関係を示すマップ、図９はアイドル停止禁止判断を示すサブフローチャートであり、（ａ）は窒素排出量に基づく場合、（ｂ）は水分量に基づく場合である。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態の燃料電池車両Ｖは、燃料電池１０、アノード系２０、カソード系３０、冷却系４０、高電圧系５０、制御部６０などを含んで構成された燃料電池システム１を備えている。
【００１６】
前記燃料電池１０は、固体高分子電解質膜（以下、電解質膜と略記する）１１の一面側に触媒を含むアノード（水素極）１２、他面側に触媒を含むカソード（空気極）１３が設けられた膜電極接合体（以下、ＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と略記する）と、このＭＥＡの両面に設けられた一対の導電性のセパレータ１４，１５とから構成される単セルを有している。この単セルが厚み方向に複数枚積層されて燃料電池（燃料電池スタックともいう）１０が構成されている。また、アノード１２に対向するセパレータ１４には、燃料ガスとしての水素が流通するアノード流路１４ａが形成され、カソード１３に対向するセパレータ１５には、酸化剤ガスとしての空気（酸素）が流通するカソード流路１５ａが形成されている。さらに、燃料電池１０には、燃料電池１０を冷却するための冷媒が流れる冷却流路１６ａが前記水素や空気と混じり合わないように形成されている。
【００１７】
前記アノード系２０は、燃料電池１０のアノード１２に対して水素を供給および排出するものであり、水素供給配管２１ａ、水素排出配管２１ｂ、水素循環配管２１ｃ、ドレイン配管２１ｄ、高圧水素タンク２２、遮断弁２３、エゼクタ２４、パージ弁２５、気水分離器２６、ドレイン弁２７、圧力センサ２８、温度センサ２９などを備えている。
【００１８】
前記水素供給配管２１ａは、一端が高圧水素タンク２２に接続され、他端が遮断弁２３およびエゼクタ２４を介して燃料電池１０のアノード流路１４ａの入口に接続されている。水素排出配管２１ｂは、一端が燃料電池１０のアノード流路１４ａの出口に接続され、他端がパージ弁２５に接続されている。水素循環配管２１ｃは、一端が後記する気水分離器２６に接続され、他端がエゼクタ２４に接続されている。ドレイン配管２１ｄは、一端が気水分離器２６に接続され、他端がドレイン弁２７に接続されている。
【００１９】
前記高圧水素タンク２２は、高純度の水素が非常に高い圧力で充填された容器である。
【００２０】
前記遮断弁２３は、高圧水素タンク２２の近傍に設けられ、開弁することにより燃料電池１０のアノード１２に水素が供給されるようになっている。
【００２１】
前記エゼクタ２４は、高圧水素タンク２２から燃料電池１０に供給される水素の流れを利用して、燃料電池１０から排出された未反応の水素を、水素循環配管２１ｃを介して吸引して循環させることができるものである。
【００２２】
前記パージ弁２５は、遮断弁であり、これを閉じることにより高圧水素タンク２２から供給された水素が循環し、開くことにより不純物（窒素や水）を排出できるようになっている。
【００２３】
前記気水分離器２６は、燃料電池１０から排出された水素と生成水を分離する機能を有するタンクである。
【００２４】
前記ドレイン弁２７は、遮断弁であり、気水分離器２６の下流に設けられ、これを開くことにより、気水分離器２６に溜まった生成水を車外に排出するようになっている。
【００２５】
なお、前記アノード流路１４ａ、水素供給配管２１ａ、水素排出配管２１ｂ、水素循環配管２１ｃおよびドレイン配管２１ｄにより本発明の燃料ガス流通路が構成されている。
【００２６】
前記圧力センサ２８は、水素供給配管２１ａの燃料電池１０の入口近傍に設けられ、アノード１２（Ａｎ）側の圧力を検知して、この圧力に基づいて窒素分圧を求めるものである。
【００２７】
前記温度センサ２９は、水素排出配管２１ｂの燃料電池１０の出口近傍に設けられ、アノードオフガスの温度を検知するものである。この温度が後記するＭＥＡの温度やガス温度として利用される。
【００２８】
なお、図示していないが、水素供給配管２１ａには、高圧水素タンク２２から放出される高圧の水素の圧力を減圧するためのレギュレータ（減圧弁）などが設けられている。
【００２９】
前記カソード系３０は、燃料電池１０のカソード１３に対して空気を供給および排出するものであり、空気供給配管３１ａ、空気排出配管３１ｂ、エアコンプレッサ３２、背圧弁３３、圧力センサ３４、温度センサ３５などを備えている。
【００３０】
前記空気供給配管３１ａは、空気が流通する流路であり、その一端がエアコンプレッサ３２に接続され、他端が燃料電池１０のカソード流路１５ａの入口に接続されている。空気排出配管３１ｂは、その一端が燃料電池１０のカソード流路１５ａの出口に接続され、他端が背圧弁３３に接続されている。なお、背圧弁３３の下流に設けられた配管は、車外（大気中）に連通している。
【００３１】
前記エアコンプレッサ３２は、モータにより駆動されるスーパーチャージャなどで構成され、車外の大気中の空気を取り込んで圧縮し、圧縮空気を燃料電池１０のカソード１３に供給するようになっている。
【００３２】
前記背圧弁３３は、バタフライ弁などの開度調整可能な弁であり、燃料電池１０のカソード１３の圧力を調整できるようになっている。
【００３３】
なお、前記カソード流路１５ａ、空気供給配管３１ａおよび空気排出配管３１ｂにより本発明の酸化剤ガス流通路が構成されている。
【００３４】
前記圧力センサ３４は、空気供給配管３１ａの燃料電池１０の入口近傍に設けられ、空気（エア）の圧力を検知するものである。
【００３５】
前記温度センサ３５は、空気排出配管３１ｂの燃料電池１０の出口近傍に設けられ、カソードオフガスの温度を検知するものである。この温度が、後記するＭＥＡの温度やガス温度として利用される。
【００３６】
なお、図示していないが、空気供給配管３１ａには、空気を燃料電池１０での反応に適した湿度に加湿するための加湿器（図示せず）などが設けられている。
【００３７】
前記冷却系４０は、冷却配管４１，４２、ラジエータ４３、バイパス配管４４、循環ポンプ４５、温度センサ４６などで構成されている。
【００３８】
前記冷却配管４１は、例えばエチレングリコールを主成分とする冷却媒体（ラジエータ液）が流通する流路であり、その一端が燃料電池１０の冷却流路１６ａの出口に接続され、他端がラジエータ４３の入口に接続されている。冷却配管４２は、同様な流路であり、その一端がラジエータ４３の出口に接続され、他端が燃料電池１０の冷却流路１６ａの入口に接続されている。
【００３９】
前記ラジエータ４３は、フィンなどを備えた配管からなり、燃料電池１０で暖められた冷却媒体を放熱させる機能を有している。
【００４０】
前記バイパス配管４４は、燃料電池１０から排出された冷却媒体を、ラジエータ４３をバイパスさせて流通させる流路である。
【００４１】
前記循環ポンプ４５は、冷却配管４２に設けられ、モータの動力によって燃料電池１０とラジエータ４３との間で冷却媒体を循環させるようになっている。
【００４２】
前記温度センサ４６は、冷却配管４１の燃料電池１０の近傍に設けられ、燃料電池１０から排出される冷却媒体の温度を検知するようになっている。この温度が後記するＭＥＡの温度として利用される。
【００４３】
前記高電圧系５０は、電圧制御器（ＶＣＵ）５１、蓄電装置５２、走行モータ５３、ディスチャージ抵抗５４、電流計５５、電圧計５６などで構成されている。
【００４４】
前記電圧制御器５１は、ＤＣ／ＤＣコンバータなどを備え、制御部６０から出力される電圧（電流）指令値つまり燃料電池１０に対する発電指令に基づいて、燃料電池１０から出力される電圧（電流）を制御する。
【００４５】
前記蓄電装置５２は、バッテリまたはキャパシタなどで構成され、燃料電池１０で発電された電気を蓄積しておくものである。例えば、バッテリとしては、鉛蓄電池、リチウムイオン二次電池、リチウムポリマー二次電池、ニッケル水素蓄電池などであり、キャパシタとしては、電気二重層キャパシタや電解コンデンサなどである。
【００４６】
前記走行モータ５３は、例えば永久磁石式の３相交流同期モータであり、燃料電池１０および／または蓄電装置５２から供給される電力により燃料電池車両Ｖに設けられた駆動輪を回転駆動させる。
【００４７】
前記ディスチャージ抵抗５４は、燃料電池１０が高電位状態に曝されて、燃料電池１０が劣化するのを防止するためのものであり、適宜、燃料電池１０と接続して放電させるようになっている。ちなみに、燃料電池１０が高電位状態となるのは、燃料電池１０から負荷（エアコンプレッサ３２、走行モータ５３など）を引かない状態でアノード１２の水素とカソード１３の空気中の酸素とが触媒上で反応するからである。
【００４８】
前記電流計５５は、発電時や放電時に燃料電池１０から取り出される電流値を検知するものである。
【００４９】
前記電圧計５６は、燃料電池１０の電圧値（例えば、開回路電圧）を検知するものである。開回路電圧とは、燃料電池１０から負荷を引いていないときの電圧である。
【００５０】
前記制御部６０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、メモリ、入出力インターフェースなどで構成され、低負荷停止手段、不純物量推定手段および低負荷停止禁止手段を備えている。また、制御部６０は、遮断弁２３、パージ弁２５、ドレイン弁２７、エアコンプレッサ３２、背圧弁３３と電気的に接続され、遮断弁２３、パージ弁２５およびドレイン弁２７の開閉動作、エアコンプレッサ３２のモータ回転速度、および背圧弁３３の開度を制御できるようになっている。また、制御部６０は、圧力センサ２８，３４、および温度センサ２９，３５，４６と接続され、圧力情報および温度情報を取得する。また、制御部６０は、電圧制御器５１と接続され、この電圧制御器５１に対して燃料電池１０から取り出す電流指令値を送信する。
【００５１】
なお、低負荷停止とは、いわゆるアイドル停止であり、燃料電池１０の発電要求量が所定値以下となったときに発電を停止することである。この発電要求量が所定値以下となる条件としては、例えば、ブレーキペダルが踏まれて、燃料電池車両Ｖが停止（車速が０ｋｍ／ｈ）し、アクセルがＯＦＦになって、エアコンプレッサ３２への電力供給を停止したとき、あるいはエアコンプレッサ３２への電力供給を停止し且つ遮断弁２３を閉じたときである。なお、その他必要な補機類などへの電力は蓄電装置５２から供給される。
【００５２】
次に、本実施形態の燃料電池車両Ｖの動作について図２ないし図９を参照（適宜、図１を参照）しながら説明する。なお、燃料電池車両Ｖが、イグニッションスイッチ（ＩＧＳＷ）がオフ（ＯＦＦ）にされて停車しているときには、遮断弁２３、パージ弁２５およびドレイン弁２７が閉じられ、エアコンプレッサ３２がオフにされ、背圧弁３３が開弁され、循環ポンプ４５がオフにされている。
【００５３】
まず、図２のステップＳ１において、燃料電池車両Ｖのイグニッションスイッチ（ＩＧＳＷ）がオン（ＯＮ）にされると、制御部６０は、遮断弁２３を開弁して、高圧水素タンク２２から燃料電池１０のアノード１２に水素を供給し、エアコンプレッサ３２を駆動して外気を取り込んで、燃料電池１０のカソード１３に空気を供給する。これにより、燃料電池１０のアノード１２では、触媒の作用によって水素が水素イオン（プロトン）と電子に分解されて、水素イオンが電解質膜１１を透過してカソード１３に移動するとともに、電子が負荷を通ってカソード１３に移動し、カソード１３では、触媒の作用によって水素イオンおよび電子と空気に含まれる酸素とが反応して水が生成される。
【００５４】
そして、ステップＳ２に進み、制御部６０は、燃料ガス流通路への窒素透過量を算出する。この窒素透過量は、図３のサブフローチャートによって求められる。すなわち、ステップＳ２１において、制御部６０は、圧力センサ３４から圧力情報（エア入口圧）を取得し、このエア入口圧に、空気に含まれる窒素組成比分（約８０％）を乗算して、カソード１３側の窒素分圧を得る。
【００５５】
そして、ステップＳ２２に進み、制御部６０は、ステップＳ２１で求めたカソード１３側の窒素分圧からアノード１２側の窒素分圧を減算して分圧差Ｓを得る。なお、アノード１２側の窒素分圧は、カソード１３に供給された空気に含まれる窒素が電解質膜１１を透過することから、図４に示すように、時間経過（窒素の排出がない場合）とともにアノード１２側の窒素分圧がカソード１３側の窒素分圧に徐々に近づくようにして上昇し、最終的にはお互いに同圧となる。
【００５６】
そして、ステップＳ２３に進み、制御部６０は、予め実験等で求めた図６（ａ）に示すマップに基づいて窒素透過係数を算出する。図６（ａ）に示すように、ＭＥＡの温度が低い場合には、窒素透過係数が低くなり、ＭＥＡの温度が高い場合には、窒素透過係数が高くなる。なお、ＭＥＡの温度は、例えば、アノード１２側の温度センサ２９から得られる温度ＴＨ、カソード１３側の温度センサ３５から得られる温度ＴＡ、冷却側の温度センサ４６から得られる温度ＴＣのうち一番高い温度、つまり、より窒素透過係数が大きくなる側の温度が選択される。なお、図６（ａ）のマップは、ＭＥＡの含水量によって、ＭＥＡの温度と窒素透過係数との関係が変動するが、このＭＥＡの含水量は、図６（ｂ）のマップに示すように、ガス温度の増加に応じて多くなるようになっている。このときのガス温度は、温度センサ２９から得られる温度ＴＨ、温度センサ３５から得られる温度ＴＡのうちの高い方の温度、つまり窒素透過係数が大きくなる側の温度が選択される。
【００５７】
そして、ステップＳ２４に進み、ステップＳ２２で算出した分圧差ＳにＭＥＡの窒素透過係数を乗算することで（初回の場合）、燃料ガス流通路内への窒素透過量を得ることができる。なお、このサブフローを通るのが２回目以降であれば、前回算出した窒素透過量に、今回（現在）の分圧差に窒素透過係数を乗算して得た窒素透過量を加算したものを新たな窒素透過量とする。
【００５８】
窒素透過量算出後、図２のメインフローチャートのステップＳ２に戻り、制御部６０は、窒素排出量を算出する（ステップＳ３）。この窒素排出量は、図５のサブフローチャートによって求められる。すなわち、ステップＳ３１において、制御部６０は、パージ処理が実行されたか否かを判断する。パージ処理とは、パージ弁２５を開弁することにより、燃料電池１０の発電でカソード１３の空気に含まれる窒素やカソード１３で生成された水が電解質膜１１を介してアノード１２に透過し、アノード１２の水素濃度が低下して発電性能が低下するのを防止するための処理である。このパージ処理は、例えばパージ弁２５を所定時間経過毎に開弁することにより実行される。
【００５９】
ステップＳ３１において、パージ処理が実行された場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ３２に進み、予め実験等で求めた図６（ｃ）のマップに基づいて窒素排出量を算出する。図６（ｃ）に示すように、圧力センサ２８から得られるアノード圧力が低い場合には、窒素排出量が少なくなり、アノード圧力が高い場合には、窒素排出量が多くなる。また、このマップは、アノード１２の窒素分圧に応じてアノード圧力と窒素排出量との関係が変動する。なお、ステップＳ３２におけるアノード圧力はゲージ圧、つまり大気圧との相対圧であるので、燃料電池車両Ｖが走行する標高差に関係なく（標高が高いところで走行しても低いところで走行しても）、常に適切な窒素排出量を算出できるようになっている。
【００６０】
そして、ステップＳ３６に進み、前回算出した窒素排出量に、今回（現在）算出した窒素排出量を加算して新たな窒素排出量とする。
【００６１】
また、ステップＳ３１において、パージ処理が実行されなかった場合には（Ｎｏ）、ステップＳ３３に進み、ドレイン処理が実行されたか否かを判断する。ドレイン処理とは、ドレイン弁２７を開弁して、気水分離器２６に溜まった生成水を排出する処理である。なお、ドレイン弁２７は、例えば所定時間経過、または水位センサ（図示せず）の検出値に基づいて開弁することにより、ドレイン処理が実行される。
【００６２】
ステップＳ３３において、ドレイン処理が実行された場合（Ｙｅｓ）、すなわちパージ処理は実行されずにドレイン処理のみが実行された場合には、前記と同様に図６（ｃ）のマップに基づいて窒素排出量を算出する。また、ステップＳ３３において、ドレイン処理が実行されなかった場合（Ｎｏ）、すなわちパージ処理とドレイン処理のいずれも実行されなかった場合には、燃料ガス流通路から窒素は排出されないので、窒素排出量は０となる。そして、ステップＳ３６において、前回算出した窒素排出量に、今回（現在）算出した窒素排出量を加算して新たな窒素排出量とする。
【００６３】
窒素排出量算出後、図２のメインフローチャートのステップＳ３に戻り、制御部６０は、水分量を算出する（ステップＳ４）。この水分量は、図７のサブフローチャートによって求められる。まず、ステップＳ４１において、制御部６０は、アイドル停止中であるか否かを判断する。
【００６４】
ステップＳ４１において、制御部６０は、アイドル停止中であると判断した場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ４２に進み、水生成量を求める。アイドル停止中の場合には、アノード１２に水素が、カソード１３に空気が存在した状態で発電が停止している（負荷を引いていない）ので、燃料電池１０内において水素と酸素とがそれぞれ触媒と反応して燃料電池１０が高電位状態となる。このような高電位状態が長く続くと、触媒などを劣化させるおそれがあるため、燃料電池１０から電流を引く処理が必要となる。そこで、本実施形態の制御部６０は、電圧計５６から開回路電圧値を検知して、開回路電圧が高過ぎると判断した場合には、燃料電池１０とディスチャージ抵抗５４とを接続して、燃料電池１０から電流（ディスチャージ電流）を取り出す処理を行う。これにより、ディスチャージ抵抗５４で放電が行われ、燃料電池１０が高電位状態に曝されるのを防止できる。
【００６５】
このように、燃料電池１０とディスチャージ抵抗５４とを接続して燃料電池１０から電流を取り出すことで、カソード１３において水素と空気中の酸素とが反応して水が生成され、この生成水（不純物）が電解質膜１１を介して燃料ガス流通路側に透過することになる。この燃料ガス流通路へ透過した生成水の量が、本発明の水分量に相当する。ディスチャージ電流による水の生成量は、予め実験等で求めた図８（ａ）のマップに基づいて算出され、ディスチャージ電流が大きくなるにつれて、水の生成量が多くなる。
【００６６】
なお、燃料電池１０が高電位状態になるのを防止する手段としては、ディスチャージ抵抗５４を利用することに限定されず、燃料電池１０から電流を取り出すことができる手段であれば、例えば燃料電池１０から取り出した電流を蓄電装置５２に蓄電するようにしてもよい。
【００６７】
そして、水生成量算出後、ステップＳ４８に進み、ステップＳ４２で算出された水生成量を燃料ガス流通路内の水分量として得る（初回の場合）。なお、ステップＳ４２を通る処理では、パージ処理およびドレイン処理は実行されないので水排出量は０となる。また、図７のサブフローを通るのが２回目以降であれば、前回算出された水分量に、今回算出した水生成量を加算して新たな水分量とする。
【００６８】
また、ステップＳ４１において、制御部６０は、アイドル停止中ではないと判断した場合（Ｎｏ）、すなわち通常発電が行われて電圧制御器５１の制御によって燃料電池１０から発電電流が取り出されている場合には、ステップＳ４３に進み、予め実験等で求めた図８（ｂ）のマップに基づいて、燃料ガス流通路内の水生成量が算出される。つまり、図８（ｂ）に示すように、発電電流が大きくなるにつれて水生成量が多くなる。なお、燃料電池ＦＣから発電電流を取り出したときにカソード１３で生成された水は、電解質膜１１を介してアノード１２に透過する。このアノード１２に透過した水の量が、本発明の水分量に相当する。
【００６９】
そして、ステップＳ４４に進み、制御部６０は、パージ処理が実行されたか否かを判断する。ステップＳ４４でパージ処理が実行された場合には（Ｙｅｓ）、生成水がパージ弁２５を通って排出されるので、生成水の排出量（水排出量）が計算される（ステップＳ４５）。なお、このときの水排出量は、燃料ガス流通路内の流速によって大きな影響を受けるので、パージ処理を実行した場合には、流速に応じて水排出量を補正する。また、ステップＳ４４において、パージ処理が実行されなかった場合には（Ｎｏ）、水排出量を求めずにステップＳ４６に進む。
【００７０】
そして、ステップＳ４６では、ドレイン処理が実行されたか否かを判断する。ステップＳ４６でドレイン処理が実行された場合には（Ｙｅｓ）、生成水がドレイン弁２７を通って排出されるので、生成水の排出量（水排出量）が計算される。なお、この場合も、パージ処理と同様に、水排出量を燃料ガス流通路内の流速に応じて補正する。また、ステップＳ４６において、ドレイン処理が実行されなかった場合には（Ｎｏ）、水排出量を求めずにステップＳ４８に進む。
【００７１】
ステップＳ４８では、ステップＳ４３から得られた水生成量から、パージ処理やドレイン処理が実行されたときに算出された水排出量を減算して、これを燃料ガス流通路へ透過した水分量とする。このように水生成量と水排出量とから算出された今回の水分量に、前回算出した水分量を加算して、新たな水分量とする。
【００７２】
水分量算出後、図２のメインフローチャートに戻ってステップＳ５に進み、アイドル停止を禁止するか否かを判断する。このアイドル停止禁止判断については、図９（ａ）および（ｂ）のサブフローチャートに基づいて判断する。図９（ａ）は、燃料ガス流通路内の窒素量に基づいてアイドル停止禁止判断を行うものであり、図９（ｂ）は、燃料ガス流通路内の水分量に基づいてアイドル停止禁止判断を行うものである。なお、図９（ａ）および（ｂ）に示すサブフローが、それぞれ本発明における低負荷停止禁止手段に相当する。
【００７３】
図９（ａ）に示すように、ステップＳ５１において、図３のサブフローで求めた酸化剤ガス流通路から燃料ガス流通路への窒素透過量（積算値）から、図４のサブフローで求めた窒素排出量（積算値）を減算して、燃料ガス流通路内の窒素量を得る。そして、ステップＳ５２に進み、窒素量が所定値Ｈｎ以上であるか否かを判断し、窒素量が所定値Ｈｎ以上である場合（Ｙｅｓ）、つまり燃料ガス流通路内に窒素が過剰に残留している場合には、ステップＳ５３に進み、アイドル停止を禁止する。なお、この所定値Ｈｎが、本発明の、燃料電池１０の発電性能を低下させる所定値に相当する。
【００７４】
また、ステップＳ５２において、窒素量が所定値Ｈｎ未満である場合には（Ｎｏ）、ステップＳ５４に進み、窒素量が所定値Ｌｎ未満であるか否かを判断する。なお、所定値Ｌｎは、前記所定値Ｈｎよりも小さい値である。ステップＳ５４において、窒素量が所定値Ｌｎ未満である場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ５５に進み、アイドル停止が禁止状態である場合には、アイドル停止禁止状態を解除する。また、ステップＳ５４において、窒素量が所定値Ｌｎ以上である場合（Ｎｏ）、つまり窒素量が所定値Ｈｎと所定値Ｌｎとの間にある場合には、そのままの状態を維持する。すなわち、アイドル停止が禁止されている場合には、アイドル停止の禁止を維持し、またアイドル停止の禁止が解除されている場合には、アイドル停止の禁止を解除したままにする。
【００７５】
このように、燃料ガス流通路内の不純物としての窒素量を考慮してアイドル停止禁止判断を実行することで、燃料ガス流通路内に窒素が多量に存在している状態でアイドル停止が実行されることがない。したがって、アイドル停止実行前に窒素を排出できるので、アイドル停止から復帰するときの発電安定性を向上させることができる。
【００７６】
また、図９（ｂ）に示すように、ステップＳ６１において、図７のサブフローで求めた燃料ガス流通路内の水分量が、所定値Ｈｗ以上であるか否かを判断する。ステップＳ６１において、水分量が所定値Ｈｗ以上である場合（Ｙｅｓ）、燃料ガス流通路内に過剰に水分が残留していることになるので、ステップＳ６２に進み、アイドル停止を禁止する。なお、この所定値Ｈｗが、本発明の、燃料電池１０の発電性能を低下させる所定値に相当する。
【００７７】
また、ステップＳ６１において、水分量が所定値Ｈｗ以下である場合には（Ｎｏ）、ステップＳ６３に進み、水分量が所定値Ｌｗ（＜所定値Ｈｗ）未満であるか否かを判断する。ステップＳ６３において、水分量が所定値Ｌｗ未満である場合（Ｙｅｓ）、水分量がアイドル停止復帰時の発電安定性を損なわない程度の量であると判断して、ステップＳ６４に進み、アイドル停止が禁止状態である場合には、アイドル停止禁止状態を解除、またアイドル停止が禁止されていない場合には、そのままアイドル停止の禁止を解除しておく。
【００７８】
また、ステップＳ６３において、水分量が所定値Ｌｗ未満でない場合（Ｎｏ）、つまり水分量が所定値Ｈｗと所定値Ｌｗとの間にある場合には、そのままの状態を維持する。すなわち、アイドル停止が禁止されている場合には、アイドル停止の禁止を維持し、またアイドル停止の禁止が解除されている場合には、アイドル停止の禁止を解除したままにする。
【００７９】
このように、燃料ガス流通路内の不純物としての生成水量を推定してアイドル停止禁止判断を実行することで、燃料ガス流通路内に生成水が多量に存在している状態でアイドル停止が実行されることがない。したがって、アイドル停止実行前に生成水を排出できるので、アイドル停止から復帰するときの発電安定性を向上させることができる。
【００８０】
なお、本実施形態では、燃料ガス流通路内の窒素量および生成水量を推定してアイドル停止禁止判断しているが、窒素量のみ、または生成水量のみに基づいてアイドル停止禁止判断してもよい。本実施形態のように、窒素と生成水の双方を考慮することで、燃料ガス流通路内の不純物量を高精度に検知することができ、アイドル停止復帰時の発電安定性を向上できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本実施形態の燃料電池車両に搭載される燃料電池システムを示す全体構成図である。
【図２】アイドル停止禁止判断をするメインフローチャートである。
【図３】窒素透過量を算出するためのサブフローチャートである。
【図４】アノードの窒素分圧と経過時間との関係を示すグラフである。
【図５】窒素排出量を算出するためのサブフローチャートである。
【図６】（ａ）はＭＥＡの温度と窒素透過係数との関係を示すマップ、（ｂ）はガス温度とＭＥＡの含水量との関係を示すマップ、（ｃ）はアノード圧力と窒素排出量との関係を示すマップである。
【図７】水分量を算出するためのサブフローチャートである。
【図８】（ａ）はディスチャージ電流と水生成量との関係を示すマップ、（ｂ）は発電電流と水排出量との関係を示すマップである。
【図９】アイドル停止禁止判断を示すサブフローチャートであり、（ａ）は窒素排出量に基づく場合、（ｂ）は水分量に基づく場合である。
【符号の説明】
【００８２】
１０    燃料電池
１４ａ  アノード流路
２１ａ  水素供給配管
２１ｂ  水素排出配管
２１ｃ  水素循環配管
２１ｄ  ドレイン配管
２５    パージ弁（不純物排出手段）
２７    ドレイン弁（不純物排出手段）
２８，３４  圧力センサ
２９，３５，４６  温度センサ
３１ａ    空気供給配管
３１ｂ    空気排出配管
５４    ディスチャージ抵抗
５５    電流計
６０    制御部
Ｖ      燃料電池車両
【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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【図９】
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