(57)【要約】【課題】燃料電池システムを適切に起動させる。【解決手段】制御装置２６は、アノード掃気の実行中において、各流路１６，２０および燃料電池１１のアノードからなる燃料ガス流路内の水素残量を、燃料ガス流路内に供給される空気の流量および掃気が実行される掃気時間とに基づき、あるいは、水素センサ１９により検出される水素濃度に応じて算出した外部に排出される水素の積算量に基づき推定する。制御装置２６は、掃気中に燃料電池１１の起動が指示された場合に、推定した水素残量に基づき、燃料電池１１の無負荷状態において、燃料ガス流路内の雰囲気ガスを水素タンク１４ａから新たに供給される水素により置換する際の置換量を算出し、この置換量に応じた置換を行う。【選択図】図１
2007213827.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応ガス供給手段により燃料ガスと酸化剤ガスとが供給されて電気化学反応により発電する燃料電池と、
前記燃料ガスが流通する燃料ガス流通路と、
前記燃料電池の発電停止時に、前記燃料ガス流路内を前記燃料ガス以外の掃気ガスにより掃気する掃気手段と、
前記掃気中の前記燃料ガス流路内の前記燃料ガスの残量である燃料ガス残量を推定する燃料ガス残量推定手段と、
前記掃気中に前記燃料電池の起動が指示された場合に、前記燃料ガス残量に基づき、前記燃料ガス流路内の雰囲気ガスを前記反応ガス供給手段により前記燃料ガス流通路内に新たに供給される前記燃料ガスにより置換する際の置換量を設定し、該置換量に応じた置換を行う置換手段と
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料ガス流路内に供給される前記掃気ガスの流量である掃気ガス流量を検出する掃気ガス流量検出手段と、
前記掃気が実行される時間である掃気時間を検出する掃気時間検出手段とを備え、
前記燃料ガス残量推定手段は、前記掃気ガス流量と前記掃気時間とに応じて前記燃料ガス残量を推定することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料電池から排出される前記燃料ガスの濃度である燃料ガス濃度を検出する燃料ガス濃度検出手段を備え、
前記燃料ガス残量推定手段は、前記燃料ガス濃度に応じて前記燃料ガス残量を推定することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
反応ガス供給手段により燃料ガスと酸化剤ガスとが供給されて電気化学反応により発電する燃料電池と、
前記燃料ガスが流通する燃料ガス流通路と、
前記燃料電池の発電停止時に、前記燃料ガス流路内を前記燃料ガス以外の掃気ガスにより掃気する掃気手段とを備える燃料電池システムの制御方法であって、
前記掃気中の前記燃料ガス流路内の前記燃料ガスの残量である燃料ガス残量を推定し、
前記掃気中に前記燃料電池の起動が指示された場合に、前記燃料ガス残量に基づき、前記燃料ガス流路内の雰囲気ガスを前記反応ガス供給手段により前記燃料ガス流通路内に新たに供給される前記燃料ガスにより置換する際の置換量を設定し、該置換量に応じた置換を行うことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば燃料電池の起動時に燃料ガスの循環流路内の雰囲気ガスを燃料ガスにより置換した後に発電を開始する燃料電池において、この燃料ガスによる置換動作の実行時間、つまり循環流路に具備されるパージ弁を開弁した状態で循環流路内に燃料ガスの供給を開始した時刻から、パージ弁を閉弁する時刻までの継続時間を、燃料電池の起動前の停止時間に応じて設定する燃料電池システムの起動方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−１９３１０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、燃料電池の作動時には電気化学反応による反応生成水が生成されると共に、例えば固体高分子膜型燃料電池においては、固体高分子電解質膜のイオン導電性を確保するために、燃料電池に供給される反応ガスに水（加湿水）が混合される場合があり、作動中の燃料電池システムの内部は相対的に高湿度の状態となっている。このため、燃料電池の運転停止時には、外気温度が低い状態、例えば氷点下等の状態で燃料電池システムの内部に残存する残留水が凍結してしまうことを防止するために、反応ガス流路内に掃気ガスを導入して残留水を外部に排出する掃気を行う場合がある。
しかしながら、上記従来技術の一例に係る燃料電池システムにおいて、燃料電池の運転停止時に掃気を実行した場合には、次回の起動時においてパージ弁を開弁する継続時間を、単に燃料電池の起動前の停止時間に応じて設定するだけでは、この継続時間を適切に設定することができず、例えば継続時間が不必要に過剰となって燃料ガスの消費量が増大してしまったり、起動に要する時間が過剰に長くなってしまうという問題が生じる虞がある。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、燃料電池システムを適切に起動させることが可能な燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の本発明の燃料電池システムは、反応ガス供給手段（例えば、実施の形態での空気供給装置１２と、水素タンク１４ａおよび水素供給弁１４ｂ）により燃料ガス（例えば、実施の形態での水素）と酸化剤ガス（例えば、実施の形態での空気）とが供給されて電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料ガスが流通する燃料ガス流通路（例えば、実施の形態での水素供給流路１６および水素排出流路２０および燃料電池１１のアノード）と、前記燃料電池の発電停止時に、前記燃料ガス流路内を前記燃料ガス以外の掃気ガス（例えば、実施の形態での空気）により掃気する掃気手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０２、ステップＳ１５）と、前記掃気中の前記燃料ガス流路内の前記燃料ガスの残量である燃料ガス残量（例えば、実施の形態での水素残量）を推定する燃料ガス残量推定手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０３、ステップＳ１６）と、前記掃気中に前記燃料電池の起動が指示された場合に、前記燃料ガス残量に基づき、前記燃料ガス流路内の雰囲気ガスを前記反応ガス供給手段により前記燃料ガス流通路内に新たに供給される前記燃料ガスにより置換する際の置換量（例えば、実施の形態での起動時水素置換量）を設定し、該置換量に応じた置換を行う置換手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０８、ステップＳ２１）とを備えることを特徴としている。
【０００６】
上記の燃料電池システムによれば、掃気中の燃料ガス残量を推定することにより、掃気中の適宜のタイミングで燃料電池を起動する場合であっても、燃料ガス流通路内を新たに供給される燃料ガスにより置換する際の置換量を適切に設定することができ、この起動時に消費される燃料ガスが過剰となってしまうことを防止することができると共に、燃料電池の起動に要する時間が過剰に長くなってしまうことを防止することができる。
【０００７】
さらに、請求項２に記載の本発明の燃料電池システムは、前記燃料ガス流路内に供給される前記掃気ガスの流量である掃気ガス流量（例えば、実施の形態での掃気流量）を検出する掃気ガス流量検出手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０３、ステップＳ１６が兼ねる）と、前記掃気が実行される時間である掃気時間を検出する掃気時間検出手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０３、ステップＳ１６が兼ねる）とを備え、前記燃料ガス残量推定手段は、前記掃気ガス流量と前記掃気時間とに応じて前記燃料ガス残量を推定することを特徴としている。
【０００８】
上記の燃料電池システムによれば、掃気ガスの流量と、掃気が実行される時間とに応じて、掃気中の燃料ガス流路内の燃料ガスの残量を精度良く推定することができる。
【０００９】
さらに、請求項３に記載の本発明の燃料電池システムは、前記燃料電池から排出される前記燃料ガスの濃度である燃料ガス濃度（例えば、実施の形態での水素濃度）を検出する燃料ガス濃度検出手段（例えば、実施の形態での水素センサ１９）を備え、前記燃料ガス残量推定手段は、前記燃料ガス濃度に応じて前記燃料ガス残量を推定することを特徴としている。
【００１０】
上記の燃料電池システムによれば、掃気中に燃料ガス濃度検出手段により検出される燃料ガス濃度に応じて、掃気中に実際に排出される燃料ガスの積算量を検知することができ、この排出積算量に応じて、掃気中の燃料ガス流路内の燃料ガスの残量を精度良く推定することができる。
【００１１】
また、請求項４に記載の本発明の燃料電池システムの制御方法は、反応ガス供給手段（例えば、実施の形態での空気供給装置１２と、水素タンク１４ａおよび水素供給弁１４ｂ）により燃料ガス（例えば、実施の形態での水素）と酸化剤ガス（例えば、実施の形態での空気）とが供給されて電気化学反応により発電する燃料電池と、前記燃料ガスが流通する燃料ガス流通路（例えば、実施の形態での水素供給流路１６および水素排出流路２０および燃料電池１１のアノード）と、前記燃料電池の発電停止時に、前記燃料ガス流路内を前記燃料ガス以外の掃気ガス（例えば、実施の形態での空気）により掃気する掃気手段（例えば、実施の形態でのステップＳ０２、ステップＳ１５）とを備える燃料電池システムの制御方法であって、前記掃気中の前記燃料ガス流路内の前記燃料ガスの残量である燃料ガス残量（例えば、実施の形態での水素残量）を推定し、前記掃気中に前記燃料電池の起動が指示された場合に、前記燃料ガス残量に基づき、前記燃料ガス流路内の雰囲気ガスを前記反応ガス供給手段により前記燃料ガス流通路内に新たに供給される前記燃料ガスにより置換する際の置換量（例えば、実施の形態での起動時水素置換量）を設定し、該置換量に応じた置換を行うことを特徴としている。
【００１２】
上記の燃料電池システムの制御方法によれば、掃気中の燃料ガス残量を推定することにより、掃気中の適宜タイミングで燃料電池を起動する場合であっても、燃料ガス流通路内を新たに供給される燃料ガスにより置換する際の置換量を適切に設定することができ、この起動時に消費される燃料ガスが過剰となってしまうことを防止することができると共に、燃料電池の起動に要する時間が過剰に長くなってしまうことを防止することができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明の請求項１に記載の燃料電池システムによれば、掃気中の適宜タイミングで燃料電池を起動する場合であっても、燃料ガス流通路内を新たに供給される燃料ガスにより置換する際の置換量を適切に設定することができ、この起動時に消費される燃料ガスが過剰となってしまうことを防止することができると共に、燃料電池の起動に要する時間が過剰に長くなってしまうことを防止することができる。
【００１４】
さらに、請求項２に記載の本発明の燃料電池システムによれば、掃気ガスの流量と、掃気が実行される時間とに応じて、掃気中の燃料ガス流路内の燃料ガスの残量を精度良く推定することができる。
さらに、請求項３に記載の本発明の燃料電池システムによれば、掃気中に燃料ガス濃度検出手段により検出される燃料ガス濃度に応じて、掃気中に実際に排出される燃料ガスの積算量を検知することができ、この排出積算量に応じて、掃気中の燃料ガス流路内の燃料ガスの残量を精度良く推定することができる。
【００１５】
また、請求項４に記載の本発明の燃料電池システムの制御方法によれば、掃気中の適宜タイミングで燃料電池を起動する場合であっても、燃料ガス流通路内を新たに供給される燃料ガスにより置換する際の置換量を適切に設定することができ、この起動時に消費される燃料ガスが過剰となってしまうことを防止することができると共に、燃料電池の起動に要する時間が過剰に長くなってしまうことを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態に係る燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法について添付図面を参照しながら説明する。
本実施の形態による燃料電池システム１０は、例えば車両に搭載される電源を構成し、図１に示すように、燃料電池１１と、空気供給装置（Ａ／Ｐ）１２と、空気供給流路１３と、水素タンク１４ａおよび水素供給弁１４ｂと、エゼクタ１５と、水素供給流路１６と、出力制御器１７と、パージ弁１８と、水素センサ１９と、水素排出流路２０と、循環流路２１と、背圧弁２２と、空気排出流路２３と、空気導入流路２４と、空気導入弁２５と、制御装置２６と、温度センサ２７と、イグニッションスイッチ２８と、タイマー２９とを備えて構成されている。
【００１７】
燃料電池１１は、陽イオン交換膜等からなる固体高分子電解質膜を、アノード触媒およびガス拡散層からなる燃料極（アノード）と、カソード触媒およびガス拡散層からなる酸素極（カソード）とで挟持してなる電解質電極構造体を、更に一対のセパレータで挟持してなる燃料電池セルを多数組積層して構成され、燃料電池セルの積層体は一対のエンドプレートによって積層方向の両側から挟み込まれている。
【００１８】
燃料電池１１のカソードには、酸素を含む酸化剤ガス（反応ガス）である空気がエアーコンプレッサー等を具備する空気供給装置１２から空気供給流路１３を介して供給され、アノードには、水素を含む燃料ガス（反応ガス）が、例えば高圧の水素タンク１４ａから水素供給弁１４ｂおよびエゼクタ１５を具備する水素供給流路１６を介して供給されている。
そして、アノードのアノード触媒上で触媒反応によりイオン化された水素は、適度に加湿された固体高分子電解質膜を介してカソードへと移動し、この移動に伴って発生する電子が外部回路に取り出され、直流の電気エネルギーとして利用される。このときカソードにおいては、水素イオン、電子及び酸素が反応して水が生成される。
【００１９】
なお、エアーコンプレッサー等を具備する空気供給装置１２は、例えば車両の外部から空気を取り込んで圧縮し、この空気を反応ガスとして燃料電池１１のカソードに供給する。この空気供給装置１２を駆動するモータ（図示略）の回転数は、制御装置２６から入力される制御指令に基づき、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ）によるＰＷＭインバータを具備する出力制御器１７により制御されている。
【００２０】
また、水素供給弁１４ｂは、例えば空気式の比例圧力制御弁であって、空気供給装置１２から供給される空気の圧力を信号圧として、水素供給弁１４ｂを通過した水素が水素供給弁１４ｂの出口で有する圧力が信号圧に応じた所定範囲の圧力となるように設定されている。
【００２１】
そして、燃料電池１１の水素排出口１１ａから排出される未反応の排出ガスは、制御装置２６により開閉制御されるパージ弁１８および水素濃度を検出する水素センサ１９を具備する水素排出流路２０を介して外部（大気中等）へ排出される。
なお、燃料電池１１の水素排出口１１ａから排出される未反応の排出ガスの一部は、例えば水素排出流路２０から分岐してエゼクタ１５の副流導入口１５ａに接続される循環流路２１へと導入されており、水素タンク１４ａから供給された水素と、燃料電池１１から排出された排出ガスとが、エゼクタ１５において混合されて燃料電池１１に供給されている。
【００２２】
そして、燃料電池１１の空気排出口１１ｂから排出された未反応の排出ガスは、制御装置２６により弁開度が制御される背圧弁２２を具備する空気排出流路２３を介して外部（大気中等）へ排出される。
【００２３】
さらに、水素供給流路１６におけるエゼクタ１５と燃料電池１１との間には、空気供給流路１３から分岐する空気導入流路２４が接続されており、この空気導入流路２４には、制御装置２６により弁開度が制御される空気導入弁２５が備えられている。
【００２４】
制御装置２６は、例えば燃料電池１１のアノードに供給される反応ガスに含まれる水素の濃度や、燃料電池１１のアノードから排出される排出ガスに含まれる水素の濃度や、燃料電池１１の発電状態、例えば各複数の燃料電池セルの端子間電圧や、燃料電池１１の出力電圧や、燃料電池１１から取り出される出力電流や、燃料電池１１の内部温度等に基づき、燃料電池１１に対する発電指令として、空気供給装置１２から燃料電池１１へ供給れる反応ガスの圧力および流量に対する指令値および背圧弁２２の弁開度に対する指令値を出力し、燃料電池１１の発電状態を制御する。
【００２５】
さらに、制御装置２６は、燃料電池１１の発電停止時に、所定の掃気実行条件に応じて、空気導入流路２４の空気導入弁２５を閉弁状態から開弁状態へと変更すると共に、パージ弁１８を開弁状態に設定し、空気供給装置１２から空気供給流路１３および空気導入流路２４を介して水素供給流路１６へ空気を供給させ、この空気が水素供給流路１６および燃料電池１１のアノードおよび水素排出流路２０を流通して外部に排出されるように設定することで、アノードの掃気（アノード掃気）を実行する。
なお、燃料電池１１の発電停止時に、所定の掃気実行条件に応じて、制御装置２６によって、空気供給装置１２から空気供給流路１３へ空気を供給させた状態で、背圧弁２２が開弁状態に設定されると、空気導入弁２５の開弁状態に応じて空気供給流路１３を流通する空気の一部または全てが燃料電池１１のカソードおよび空気排出流路２３を介して外部へ排出されるカソードの掃気（以下において、特に、空気導入弁２５が閉弁状態の場合をカソード掃気と呼ぶ）が行われることになる。
【００２６】
そして、制御装置２６は、アノード掃気の実行中において、各流路１６，２０および燃料電池１１のアノードからなる燃料ガス流路内の水素の残量である水素残量を、例えばエアーコンプレッサー等を具備する空気供給装置１２を駆動するモータの回転数に基づき算出した燃料ガス流路内の空気の流量（掃気流量）および掃気が実行される時間である掃気時間とに基づき、あるいは、例えば水素センサ１９により検出される水素濃度（アノード水素濃度）に応じて算出した掃気中に実際に燃料ガス流路から外部に排出される水素の積算量（排出水素積算量）に基づき推定する。
そして、制御装置２６は、掃気中に燃料電池１１の起動が指示された場合に、この時点で推定した水素残量に基づき、燃料電池１１の出力端子が外部の電気的負荷に対して遮断されることで外部に電力を供給していない無負荷状態において、燃料ガス流路内の雰囲気ガスを水素タンク１４ａから新たに供給される水素により置換する際の置換量（起動時水素置換量）を設定し、この置換量に応じた置換を行う。
【００２７】
例えば図２に示すように、先ず、カソード掃気およびアノード掃気の非実行状態である時刻ｔ０から時刻ｔ１の期間においては、アノード水素濃度が相対的に高い所定値ｄ２であることから、起動時水素置換量は相対的に低い所定値ｐ１となる。
そして、カソード掃気が実行される時刻ｔ１から時刻ｔ２の期間においては、アノード水素濃度が相対的に緩やかな減少傾向に変化することに伴い、起動時水素置換量は相対的に緩やかな増大傾向に変化する。
そして、アノード掃気が実行される時刻ｔ２から時刻ｔ３の期間においては、アノード水素濃度が相対的に小さな所定値ｄ１に向かい減少傾向に変化することに伴い、起動時水素置換量は相対的に大きな所定値ｐ２に向かい増大傾向に変化する。
そして、カソード掃気およびアノード掃気の実行が完了した時刻ｔ３以降いにおいては、アノード水素濃度が相対的に小さな所定値ｄ１であることから、起動時水素置換量は相対的に大きな所定値ｐ２となる。
【００２８】
本発明の実施形態による燃料電池システム１０は上記構成を備えており、次に、この燃料電池システム１０の制御方法について添付図面を参照しながら説明する。
【００２９】
先ず、例えば図３に示すステップＳ０１においては、所定の掃気実行条件として、例えば燃料電池システム１０の外部の雰囲気温度つまり外気温が氷点下であるか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、一連の処理を終了する。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、燃料電池システム１０の内部に残留する残留水を外部に排出する掃気の実行が必要であると判断して、ステップＳ０２に進む。
そして、ステップＳ０２においては、アノード掃気の実行を開始する。
【００３０】
そして、ステップＳ０３においては、アノード掃気の実行中のアノード水素濃度を推定する。ここでは、例えば空気供給装置１２を駆動するモータの回転数に基づき算出した燃料ガス流路内の掃気流量と、タイマー２９の出力に基づき検知したアノード掃気の掃気時間（アノード掃気時間）とに基づき、例えば図４に示すように、予め作成した掃気流量およびアノード掃気時間とアノード水素濃度との所定の対応関係を示すマップ等を参照して、あるいは、例えば水素センサ１９により検出されるアノード水素濃度に応じて算出した排出水素積算量に基づき、例えば図５に示すように、予め作成した排出水素積算量とアノード水素濃度との所定の対応関係を示すマップ等を参照して、アノード水素濃度を推定する。
なお、図４においては、例えば掃気流量が増大することに伴い、あるいは、アノード掃気時間が長くなることに伴い、アノード水素濃度が減少傾向に変化するように設定されている。
また、図５においては、例えば排出水素積算量が増大することに伴い、アノード水素濃度が減少傾向に変化するように設定されている。
【００３１】
そして、ステップＳ０４においては、アノード掃気の実行が終了したか否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、例えばアノード水素濃度がゼロを含む所定下限値以下となって、次回の燃料電池１１の起動時においては燃料ガス流路内の雰囲気ガスの全てを水素タンク１４ａから新たに供給される水素により置換する必要がある全置換の状態であると判断して、一連の処理を終了する。
一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ０５に進む。
【００３２】
そして、ステップＳ０５においては、車両の運転開始または運転停止を指示するイグニッションスイッチ２８がオフ状態からオン状態へと変化したか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、上述したステップＳ０３に戻る。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合、つまり車両の運転開始が指示された場合には、ステップＳ０６に進む。
【００３３】
そして、ステップＳ０６においては、アノード掃気の実行を中断する。
そして、ステップＳ０７においては、推定したアノード水素濃度に基づき、例えば図６に示すように、予め作成したアノード水素濃度と起動時水素置換量との所定の対応関係を示すマップ等を参照して、起動時水素置換量を算出する。
なお、図６においては、例えばアノード水素濃度が増大することに伴い、起動時水素置換量が減少傾向に変化するように設定されている。
【００３４】
そして、ステップＳ０８においては、算出した起動時水素置換量に応じて、水素タンク１４ａから新たに供給される水素による置換（起動時水素置換）を実行する。
そして、ステップＳ０９においては、燃料電池１１を起動し、一連の処理を終了する。
【００３５】
上述したように、本発明の実施形態による燃料電池システム１０および燃料電池システム１０の制御方法によれば、アノード掃気の実行中において、燃料ガス流路内の水素残量を推定することにより、たとえアノード掃気の実行中における適宜のタイミングで燃料電池１１を起動する場合であっても、燃料ガス流通路内を水素タンク１４ａから新たに供給される水素により置換する際の起動時水素置換量を適切に設定することができ、この起動時に消費される水素の量が過剰となってしまうことを防止することができると共に、燃料電池１１の起動に要する時間が過剰に長くなってしまうことを防止することができる。
【００３６】
なお、上述した実施の形態においては、ステップＳ０１に示すように、外気温に応じてアノード掃気の実行を開始したが、これに限定されず、例えば図７に示す上述した実施の形態の変形例のように、例えば燃料電池システム１０を備えて構成される車両のパワープラントの内部温度であるパワープラント内温度（例えば、温度センサ２７により検出される燃料電池１１内部の温度等）に応じてアノード掃気の実行を開始してもよい。
【００３７】
この変形例では、先ず、例えば図７に示すステップＳ１１において、例えばイグニッションスイッチ２８がオン状態からオフ状態へと変化することに伴い、燃料電池システム１０の運転を停止する。
そして、ステップＳ１２においては、パワープラント内温度、例えば温度センサ２７により検出される燃料電池１１内部の温度等を取得する。
そして、ステップＳ１３においては、所定の掃気実行条件として、例えば取得したパワープラント内温度が氷点下であるか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、一連の処理を終了する。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ１４に進む。
【００３８】
そして、ステップＳ１４においては、燃料電池システム１０の運転が停止された運転停止時刻から、この時点での現在時刻までの経過時間であるシステム停止時間に基づき、例えば予め作成したアノード水素濃度の初期値である初期アノード水素濃度とシステム停止時間との所定の対応関係を示すマップ等を参照して、初期アノード水素濃度を推定する。ここでは、例えば燃料ガス流通路内から外部への定常的な水素の漏洩等に応じて初期アノード水素濃度を推定しており、例えばシステム停止時間が増大することに伴い、初期アノード水素濃度は低下傾向に変化するように設定されている。
そして、ステップＳ１５においては、アノード掃気の実行を開始する。
【００３９】
そして、ステップＳ１６においては、例えば図４に示す掃気流量およびアノード掃気時間とアノード水素濃度との所定の対応関係を示すマップ、あるいは、例えば図５に示す排出水素積算量とアノード水素濃度との所定の対応関係を示すマップ等を参照して、アノード掃気の実行中のアノード水素濃度を推定する。
そして、ステップＳ１７においては、アノード掃気の実行が終了したか否かを判定する。
この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、例えばアノード水素濃度がゼロを含む所定下限値以下となって、次回の燃料電池１１の起動時においては燃料ガス流路内の雰囲気ガスの全てを水素タンク１４ａから新たに供給される水素により置換する必要がある全置換の状態であると判断して、一連の処理を終了する。
一方、この判定結果が「ＮＯ」の場合には、ステップＳ１８に進む。
【００４０】
そして、ステップＳ１８においては、車両の運転開始または運転停止を指示するイグニッションスイッチ２８がオフ状態からオン状態へと変化したか否かを判定する。
この判定結果が「ＮＯ」の場合には、上述したステップＳ１６に戻る。
一方、この判定結果が「ＹＥＳ」の場合には、ステップＳ１９に進む。
そして、ステップＳ１９においては、アノード掃気の実行を中断する。
そして、ステップＳ２０においては、推定したアノード水素濃度に基づき、例えば図６に示すアノード水素濃度と起動時水素置換量との所定の対応関係を示すマップ等を参照して、起動時水素置換量を算出する。
そして、ステップＳ２１においては、算出した起動時水素置換量に応じて、水素タンク１４ａから新たに供給される水素による置換（起動時水素置換）を実行する。
そして、ステップＳ２２においては、燃料電池１１を起動し、一連の処理を終了する。
【００４１】
この変形例による燃料電池システム１０および燃料電池システム１０の制御方法によれば、例えば燃料電池システム１０外部の外気温が氷点下であっても、パワープラント内温度が氷点よりも高い状態であれば、アノード掃気は実行されず、燃料電池１１の次回の起動時における燃料ガスの消費量を低減し、起動に要する時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。
【図２】カソード掃気およびアノード掃気の実行の有無と、アノード水素濃度および起動時水素置換量の時間変化の一例を示すグラフ図である。
【図３】本発明の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る。
【図４】掃気流量およびアノード掃気時間とアノード水素濃度との所定の対応関係の一例を示すグラフ図である。
【図５】排出水素積算量とアノード水素濃度との所定の対応関係の一例を示すグラフ図である。
【図６】アノード水素濃度と起動時水素置換量との所定の対応関係の一例を示すグラフ図である。
【図７】本発明の実施形態の変形例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る。
【符号の説明】
【００４３】
１０  燃料電池システム
１１  燃料電池
１２  空気供給装置（反応ガス供給手段）
１４ａ  水素タンク（反応ガス供給手段）
１４ｂ  水素供給弁（反応ガス供給手段）
１６  水素供給流路（燃料ガス流通路）
１９  水素センサ（燃料ガス濃度検出手段）  
２０  水素排出流路（燃料ガス流通路）
ステップＳ０２、ステップＳ１５  掃気手段  
ステップＳ０３、ステップＳ１６  燃料ガス残量推定手段、掃気ガス流量検出手段、掃気時間検出手段
ステップＳ０８、ステップＳ２１  置換手段
【図１】
2007213827.tif 000003
【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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