(57)【要約】【課題】発電停止中の燃料電池スタックの放電を適切なタイミングで実行し、固体高分子電解質膜の劣化を防止する。【解決手段】複数のセルを積層してなる燃料電池スタック２と、燃料電池スタック２で発電した電気を消費する電気負荷２４と、スイッチ２３と、燃料電池スタック２の総電圧を検出する総電圧検出手段と、電子制御装置３０と、を備え、電子制御装置３０は、総電圧検出手段により検出された総電圧値に基づいて所定時間当たりの電圧変化量を算出する電圧変化量算出部と、燃料電池スタック２の発電停止後に電圧変化量が正から０または負に移行したか否かを判定する判定部とを備え、判定部が肯定判定した場合にスイッチ２３をオンして電気負荷２４への電力供給を開始し、電力供給開始後に総電圧値が総電圧判定閾値以下となった場合に、スイッチ２３をオフにして電気負荷２４への電力供給を停止する。【選択図】図１
2012028221.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードに水素を含むアノードガスを供給しカソードに酸素を含むカソードガスを供給することで発電をするセルを複数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接続され該燃料電池スタックで発電した電気を消費する電気負荷と、
前記燃料電池スタックから前記電気負荷への電力供給を制御する放電制御手段と、
前記燃料電池スタックの総電圧を検出する総電圧検出手段と、
前記放電制御手段を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記総電圧検出手段により検出された総電圧値に基づいて所定時間当たりの電圧変化量を算出する電圧変化量算出部と、前記燃料電池スタックの発電停止後に前記電圧変化量算出手段により算出された電圧変化量が正から０または負に移行したか否かを判定する判定部とを備え、前記判定部が肯定判定した場合に前記放電制御手段を作動して前記電気負荷への電力供給を開始し、該電力供給開始後に前記総電圧値が、前記燃料電池スタックのアノードの酸素が消費されたと推定される総電圧判定閾値以下となった場合に、前記放電制御手段を非作動にして前記電気負荷への電力供給を停止することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池スタックの前記各セルの電圧を検出するセル電圧検出手段を備え、
前記制御部は、前記電力供給開始後に、前記総電圧値が前記総電圧判定閾値以下となる前に、前記セル電圧検出手段により検出された各セルの電圧のうちの最低値がセル電圧判定閾値以下となった場合には、前記最低値が前記セル電圧判定閾値以下となったときに前記放電制御手段を非作動にして前記電気負荷への電力供給を停止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】
前記燃料電池スタックの発電停止時の該燃料電池スタックの温度を検出する温度検出手段と、前記燃料電池スタック内の湿度を検出する湿度検出手段と、前記燃料電池スタックの前記アノードの圧力を検出する圧力検出手段の少なくとも１つの検出手段を備え、
前記制御部は、該検出手段の検出値に基づいて待機時間を決定し、前記発電停止から前記待機時間を経過した後に、前記電圧変化量算出部による電圧変化量の算出処理の実行を開始することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池スタック内に水素が存在しなくなると予測される所定時間が経過するまで、前記制御部による前記放電制御手段に対する制御を繰り返すことを特徴とする請求項１から請求項３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】
この発明は、燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子電解質膜を有し、アノードに水素が供給され、カソードに酸素（酸化剤）を含む空気が供給されて発電をするセルを複数積層してなる燃料電池では、発電停止後に固体高分子電解質膜の両側に水素および酸素が存在すると、各セルにおいて開回路電圧が発生する。このように電圧が生じていると、固体高分子電解質膜を劣化させる場合がある。
そこで、発電停止後に、燃料電池を放電させることで、電圧を低下させる技術が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示された技術では、燃料電池を停止した時に燃料電池を電気負荷に接続し、総てのセルの電圧（セル電圧という）の中の最低値（以下、最低セル電圧という）が第１所定電圧以下になったときに電気負荷との接続を遮断し、遮断してから一定時間後に総てのセル電圧が第２所定電圧以下である場合に、再び燃料電池を電気負荷に接続することで、電圧を低下させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−５９１２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、燃料電池の発電停止後の電圧は、図４に示すように、一旦下降した後（第１期Ｓｔ１）、再び上昇し（第２期Ｓｔ２）、その後再び下降する（第３期Ｓｔ３）という特性を有することが知られている。なお、図４では、縦軸に、各セルの電圧を合計した総電圧を取っている。ここで、第１期Ｓｔ１では、アノードからカソードへ水素が透過することによりカソード電位が下がり、その結果、総電圧（セル電圧）が低下すると推定される。また、第２期Ｓｔ２では、アノードからカソードへの水素の透過量が減少し、大気からカソードへ酸素が拡散することによりカソード電位が上昇し、その結果、総電圧（セル電圧）が上昇すると推定される。そして、第３期Ｓｔ３では、カソードからアノードへ酸素が透過することにより、アノード電位が上昇し、その結果、総電圧（セル電圧）が低下すると推定される。
そして、第２期Ｓｔ２の中で高電圧状態が保持されるとき（図中Ａ）と、アノード側に水素と酸素が混在しラジカル反応が生じる第３期Ｓｔ３のときに、固体高分子電解質膜の劣化が生じる。
【０００６】
しかしながら、前述した特許文献１に開示された放電制御では、電気負荷との接続を遮断してから一定時間後のセル電圧に基づいて、電気負荷との再接続を決定しているだけであり、発電停止後の、一旦下降した後の電圧の上昇状態や、さらにその後の電圧の下降状態を把握した上で決定しているわけではないので、燃料電池の放電を適切なタイミングで実行することができず、固体高分子電解質膜の劣化を防止することができなかった。
【０００７】
そこで、この発明は、燃料電池スタックの発電停止後に適切なタイミングで確実に放電を行い、固体高分子電解質膜の劣化を防止することができる燃料電池システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る燃料電池システムでは、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項１に係る発明は、アノードに水素を含むアノードガスを供給しカソードに酸素を含むカソードガスを供給することで発電をするセルを複数積層してなる燃料電池スタック（例えば、後述する実施例における燃料電池スタック２）と、前記燃料電池スタックに接続され該燃料電池スタックで発電した電気を消費する電気負荷（例えば、後述する実施例におけるバッテリ２２、電気負荷２４）と、前記燃料電池スタックから前記電気負荷への電力供給を制御する放電制御手段（例えば、後述する実施例におけるＤＣ／ＤＣコンバータ２１、スイッチ２３）と、前記燃料電池スタックの総電圧を検出する総電圧検出手段（例えば、後述する実施例における電子制御装置３０）と、前記放電制御手段を制御する制御部（例えば、後述する実施例における電子制御装置３０）と、を備え、前記制御部は、前記総電圧検出手段により検出された総電圧値に基づいて所定時間当たりの電圧変化量を算出する電圧変化量算出部（例えば、後述する実施例におけるステップＳ１０３）と、前記燃料電池スタックの発電停止後に前記電圧変化量算出手段により算出された電圧変化量が正から０または負に移行したか否かを判定する判定部（例えば、後述する実施例におけるステップＳ１０４）とを備え、前記判定部が肯定判定した場合に前記放電制御手段を作動して前記電気負荷への電力供給を開始し、該電力供給開始後に前記総電圧値が、前記燃料電池スタックのアノードの酸素が消費されたと推定される総電圧判定閾値（例えば、後述する実施例における第１の所定値Ｖ１）以下となった場合に、前記放電制御手段を非作動にして前記電気負荷への電力供給を停止することを特徴とする燃料電池システム（例えば、後述する実施例における燃料電池システム１）である。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記燃料電池スタックの前記各セルの電圧を検出するセル電圧検出手段（例えば、後述する実施例におけるセル電圧センサ２０）を備え、前記制御部は、前記電力供給開始後に、前記総電圧値が前記総電圧判定閾値以下となる前に、前記セル電圧検出手段により検出された各セルの電圧のうちの最低値がセル電圧判定閾値以下となった場合には、前記最低値が前記セル電圧判定閾値以下となったときに前記放電制御手段を非作動にして前記電気負荷への電力供給を停止することを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記燃料電池スタックの発電停止時の該燃料電池スタックの温度を検出する温度検出手段（例えば、後述する実施例における温度センサ８）と、前記燃料電池スタック内の湿度を検出する湿度検出手段と、前記燃料電池スタックの前記アノードの圧力を検出する圧力検出手段の少なくとも１つの検出手段を備え、前記制御部は、該検出手段の検出値に基づいて待機時間（例えば、後述する実施例における待機時間Ｔ１）を決定し、前記発電停止から前記待機時間を経過した後に、前記電圧変化量算出部による電圧変化量の算出処理の実行を開始することを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の発明において、前記燃料電池スタック内に水素が存在しなくなると予測される所定時間（例えば、後述する実施例における所定時間Ｔ２）が経過するまで、前記制御部による前記放電制御手段に対する制御を繰り返すことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に係る発明によれば、発電停止中における燃料電池スタックの総電圧の電圧変化量が正から０または負に移行したときに燃料電池スタックの放電を実行するので、発電停止中に総電圧が一旦降下し再び上昇する過程で総電圧が最も高くなった時点で放電を実行することができ、放電を最適なタイミングで確実に実行することができる。その結果、燃料電池スタックの固体高分子電解質膜の劣化を確実に防止することができる。
【００１３】
請求項２に係る発明によれば、燃料電池スタックに異常なセルが存在し、該セルのセル電圧が他の正常なセルのセル電圧よりも低い場合に、燃料電池スタックの放電の実行を停止することができ、燃料電池スタックを保護することができる。
【００１４】
請求項３に係る発明によれば、発電停止から待機時間が経過するまでは、電圧変化量の算出処理を実行しないので、制御部の負荷を低減することができ、消費電力を低減することができる。
【００１５】
請求項４に係る発明によれば、電圧変化量の監視を不必要に継続しないで済み、制御部の負荷を低減することができ、消費電力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明に係る燃料電池システムの実施例における概略構成図である。
【図２】前記実施例の燃料電池システムにおける発電停止中の放電制御のフローチャートである。
【図３】前記実施例の燃料電池システムにおける発電停止中の放電タイムチャートである。
【図４】発電停止中における燃料電池スタックの総電圧の変化を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、この発明に係る燃料電池システムの実施例を図１から図４の図面を参照して説明する。
図１は、この発明に係る燃料電池システムの概略構成図である。この実施例において、燃料電池システム１は燃料電池自動車に搭載されており、固体高分子電解質膜型の燃料電池スタック２を備えている。
【００１８】
燃料電池スタック２は、例えば固体ポリマー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とカソードとで両側から挟み込んで形成されたセルを複数積層して構成されており、アノードに燃料として水素ガス（アノードガス）を供給し、カソードに酸化剤として酸素を含む空気（カソードガス）を供給すると、アノードで触媒作用により発生した水素イオンが、固体高分子電解質膜を通過してカソードまで移動して、カソードで酸素と電気化学反応を起こして発電し、水が生成される。
【００１９】
高圧水素タンク３に収容された水素は、水素供給流路４を通って燃料電池スタック２のアノードに供給され、燃料電池スタック２で消費されなかった未反応の水素は、燃料電池スタック２から水素排出流路５を通って図示しない希釈器に排出される。水素供給流路４、水素排出流路５には遮断弁６，７が設けられ、遮断弁７よりも上流側であり燃料電池スタック２の直ぐ下流の水素排出流路５には、水素排出流路５内のガス温度を検出する温度センサ（温度検出手段）８が設けられている。この実施例では、温度センサ８により検出されるガス温度を、燃料電池スタック２内の温度とみなす。なお、燃料電池２で消費されなかった未反応の水素を、エゼクタあるいは水素ポンプなどにより水素供給流路４に戻し、循環させるように構成してもよい。
【００２０】
空気はエアポンプ１０により所定圧力に加圧され、空気供給流路１１を通って燃料電池スタック２のカソードに供給される。燃料電池スタック２に供給された空気は発電に供された後、燃料電池スタック２から生成水とともに排出され、空気排出流路１２を通って前記希釈器に排出される。空気排出流路１２には、燃料電池スタック２のカソードにおける空気圧力を調整するための圧力制御弁１３が設けられている。前記希釈器において、燃料電池スタック２から排出された水素は、燃料電池スタック２から排出される空気によって希釈される。
【００２１】
燃料電池スタック２には、各セルのセル電圧を検出するセル電圧センサ（セル電圧検出手段）２０が設置されている。
燃料電池スタック２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ（放電制御手段）２１を介してバッテリ２２に接続されており、燃料電池スタック２で発電した電気はバッテリ（電気負荷）２２に蓄電可能にされている。
さらに、燃料電池スタック２は、スイッチ（放電制御手段）２３を介して電気負荷２４に接続されており、必要に応じて燃料電池スタック２で発電した電気を電気負荷２４で消費することができるようになっている。なお、電気負荷２４は例えば電気抵抗で構成することができる。
この実施例において、バッテリ２２および電気負荷２４は、燃料電池スタック２で発電した電気を消費する電気負荷と言うことができ、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１およびスイッチ２３は、これら電気負荷への電力供給を制御する放電制御手段ということができる。
【００２２】
燃料電池システム１は、電子制御装置（制御部）３０を備えており、この電子制御装置３０によって、遮断弁６，７、エアポンプ１０、圧力制御弁１３、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１、スイッチ２３が制御される。また、後述する燃料電池スタック２の発電停止中の放電制御を行うために、温度センサ８やセル電圧センサ２０からそれぞれ検出値に応じた電気信号が電子制御装置３０に入力される。電子制御装置３０は、セル電圧センサ２０から入力した電気信号に基づき、セル電圧を合計して燃料電池スタック２の総電圧を算出する。この実施例において、電子制御装置３０は、燃料電池スタック２の総電圧を検出する総電圧検出手段を構成する。
【００２３】
次に、この燃料電池システム１の発電停止中における放電制御を説明する。
この燃料電池システム１においては、遮断弁６，７を全閉にして燃料電池スタック２のアノードガス流路系を閉塞し、エアポンプ１０を停止して燃料電池スタック２への空気の供給を停止することにより、燃料電池スタック２の発電停止が実行される。
【００２４】
発電停止中における燃料電池スタック２の総電圧は、図４に示すように、時間の経過とともに、第１期Ｓｔ１において一旦下降し、第２期Ｓｔ２において再び上昇し、第３期Ｓｔ３において再び下降するという特性を有することは前述した通りである。そして、第２期Ｓｔ２の中で高電圧状態が保持されるとき（図中Ａ）と、アノード側に水素と酸素が混在しラジカル反応が生じる第３期Ｓｔ３のときに、固体高分子電解質膜の劣化が生じることが分かっている。したがって、燃料電池スタック２の発電停止中に高電圧状態が続かないようにし、アノード側に水素と酸素が混在する状態を極力短縮すれば、固体高分子電解質膜の劣化を防止することができる。
【００２５】
そこで、この燃料電池システム１では、電圧上昇が終点（図中Ａの開始点）に至ったときに燃料電池スタック２の放電を開始して電圧を低下させることにより、高電圧状態が続かないようにし、アノード側に水素と酸素が混在する状態を短縮するようにする。そして、電圧上昇が終点に至ったことを判定する手段として、燃料電池スタック２の総電圧の所定時間当たりの電圧変化量を監視し、前記電圧変化量が正の値から０または負に移行したときを、電圧上昇の終点と判定することとした。
【００２６】
このように発電停止中における燃料電池スタック２の放電開始タイミングを決定すると、総電圧が最も高くなった時点で放電を開始することができる。総電圧が最も高くなったときは、大気から燃料電池スタック２のカソード側への酸素の拡散が全セルに満遍なく行われていると推測され、したがって、燃料電池スタック２内のセルの積層位置によるセル電圧のバラツキが極めて少ないと推測される。
【００２７】
また、前記電圧変化量の監視を、燃料電池スタック２の総電圧の上昇開始のタイミング（図４におけるＳｔ１からＳｔ２との境界）に合わせて開始することにより、不必要に電子制御装置３０の負荷を増やさないようにすることができ、消費電力を低減することができる。なお、燃料電池スタック２の総電圧の上昇開始タイミングは、アノードからカソードへの水素の透過量によって決まることが分かっており、アノード系内の水素量と、燃料電池スタック２に使用されている固体高分子電解質膜の透過特性と、燃料電池スタック２内の状態量（温度、湿度、アノード圧力等）により決まる。
【００２８】
次に、この燃料電池システム１における発電停止中の放電制御を、図２のフローチャートおよび図３のタイムチャートを参照して説明する。
図２に示される放電制御は、燃料電池スタック２の発電停止により開始される。  まず、ステップＳ１０１において、温度センサ８により検出された水素排出流路５内のガス温度（燃料電池スタック２内の温度）に基づいて、発電を停止してから電圧変化量の監視を開始するまでの時間（以下、待機時間と称す）を決定する。
【００２９】
前述したように、燃料電池スタック２の総電圧の上昇開始タイミングは、燃料電池スタック２のアノード系内の水素量と、燃料電池スタック２に使用されている固体高分子電解質膜の透過特性と、燃料電池スタック２内の状態量（温度、湿度、アノード圧力等）により決まることは、前述した通りである。
ここで、発電停止直後の燃料電池スタック２のアノード系内の水素量は、燃料電池スタック２を含む燃料電池システム１の構成によって予め既知であり、また、後述する発電停止中の放電停止後に燃料電池スタック２のアノード系内に残留する水素量は、燃料電池システム１の構成により経験的（実験的）に推定可能であり、固体高分子電解質膜の透過特性も既知であり、燃料電池スタック２内の状態量だけが変数となる。
【００３０】
この実施例では、燃料電池スタック２内の状態量として温度を用いて総電圧の上昇開始タイミングを推定し、これを待機時間Ｔ１とする。燃料電池スタック２内の温度と待機時間Ｔ１との関係は次の通りである。燃料電池スタック２内の温度が高いほど、水素が固体高分子電解質膜を透過し易く、第１期Ｓｔ１の期間が短くなり、第２期Ｓｔ２に早く移行する（換言すると、電圧上昇が早く起こる）。したがって、燃料電池スタック２内の温度が高いほど、待機時間Ｔ１を短くする。
この燃料電池スタック２内の温度と待機時間Ｔ１との関係をマップ化して、予め電子制御装置３０の記憶部に記憶しておき、ステップＳ１０１において、温度センサ８により検出された温度に対応する待機時間Ｔ１を求める。
【００３１】
なお、燃料電池スタック２内の状態量としてアノード系内の圧力、すなわちアノード圧力を用いて総電圧の上昇開始タイミングを決定し、これを待機時間とすることも可能である。この場合には、温度センサ８の代わりに圧力センサ（圧力検出手段）を水素排出流路５に設置し、この圧力センサで検出された圧力をアノード圧力として用いる。アノード圧力と待機時間Ｔ１との関係は次の通りである。アノード圧力が高いほど、アノード系内に残留する水素量が多く、水素が消費されるのに時間が長くかかるため、第１期Ｓｔ１の期間が長くなり、第２期Ｓｔ２に移行するのが遅くなる（換言すると、電圧上昇が起こるのが遅くなる）。したがって、アノード圧力が高いほど、待機時間Ｔ１を長くする。
【００３２】
また、燃料電池スタック２内の状態量として湿度を用いて総電圧の上昇開始タイミングを決定し、これを待機時間とすることも可能である。この場合には、温度センサ８の代わりに湿度センサ（湿度検出手段）を水素排出流路５に設置し、この湿度センサで検出された湿度を燃料電池スタック２内の湿度として用いる。燃料電池スタック２内の湿度と待機時間Ｔ１との関係は次の通りである。燃料電池スタック２内の湿度が高いほど、固体高分子電解質膜の水分量が多いため水素の透過性が高く、第１期Ｓｔ１の期間が短くなり、第２期Ｓｔ２に早く移行する（換言すると、電圧上昇が早く起こる）。したがって、燃料電池スタック２内の湿度が高いほど、待機時間Ｔ１を短くする。
【００３３】
このように、燃料電池スタック２内の温度、湿度、アノード圧力のいずれか１つを燃料電池スタック２内の状態量として待機時間Ｔ１を決定することができるが、燃料電池スタック２内の温度、湿度、アノード圧力の中の適宜２つに基づいて、あるいは３つ総てに基づいて、待機時間Ｔ１を決定することも可能である。
【００３４】
ステップＳ１０１において待機時間Ｔ１を決定した後、ステップＳ１０２に進み、発電停止時間が待機時間Ｔ１以上であるか否かを判定する。
ステップＳ１０２における判定結果が「ＮＯ」である場合には、ステップＳ１０２に戻り、発電停止時間が待機時間Ｔ１に達するまで待機する。
ステップＳ１０２における判定結果が「ＹＥＳ」である場合には、ステップＳ１０３に進み、セル電圧センサ２０により燃料電池スタック２の各セルのセル電圧を検出し、各セル電圧を合計して燃料電池スタック２の総電圧を算出し、所定時間当たり（例えば、１分当たり）の総電圧の変化量（以下、電圧変化量という）を算出する。
このように、発電停止から待機時間が経過するまでは、ステップＳ１０３の処理（電圧変化量の算出処理）を実行しないので、電子制御装置３０の負荷を低減することができ、消費電力を低減することができる。
この実施例においては、電子制御装置３０がステップＳ１０３を実行することにより、電圧変化量算出部が実現される。
【００３５】
次に、ステップＳ１０４に進み、前回ステップＳ１０３で算出した電圧変化量（以下、前回の電圧変化量という）が正（＞０）で、且つ、今回ステップＳ１０３で算出した電圧変化量（以下、今回の電圧変化量という）が０または負（≦０）であるか否かを判定する。この実施例においては、電子制御装置３０がステップＳ１０４を実行することにより、判定部が実現される。
ステップＳ１０４における判定結果が「ＮＯ」である場合には、ステップＳ１０５に進み、ステップＳ１０４における判定結果が「ＹＥＳ」である場合には、ステップＳ１０７に進む。
【００３６】
ステップＳ１０４における判定結果が「ＮＯ」ということは、燃料電池スタック２の電圧の状態が図４において第１期Ｓｔ１の状態か、あるいは、第２期Ｓｔ２において電圧の上昇が続いている状態である。したがって、この場合には、ステップＳ１０５に進み、電圧変化量算出の周期を所定の一定時間ｔ（例えば、１分）に設定し、さらにステップＳ１０６に進んで、ステップＳ１０３で電圧変化量を算出してから前記一定時間ｔが経過したか否かを判定し、ステップＳ１０６における判定結果が「ＮＯ」である場合には、ステップＳ１０６に戻って一定時間ｔが経過するまで待機し、ステップＳ１０６における判定結果が「ＹＥＳ」である場合には、ステップＳ１０３に戻り、再びセル電圧センサ２０により燃料電池スタック２の各セルのセル電圧を検出し、各セル電圧を合計して燃料電池スタック２の総電圧を算出し、電圧変化量を算出する。
つまり、ステップＳ１０３における電圧変化量の算出処理およびステップＳ１０４における電圧変化量の推移判定処理は、前記一定時間ｔが経過したときにのみ実行し、一定時間ｔの経過途中では両処理を実行しない。これにより、不必要に電子制御装置３０の負荷を増やさないようにすることができ、消費電力を低減することができる。
【００３７】
一方、ステップＳ１０４における判定結果が「ＹＥＳ」ということは、第２期Ｓｔ２における電圧上昇が終点に達し、燃料電池スタック２の総電圧が横這い、あるいは下降し始めた状態であると判断することができる。そこで、この場合には、ステップＳ１０７に進み、燃料電池スタック２の放電を実行する。燃料電池スタック２の放電は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１を作動してバッテリー２２に充電することによって実行してもよいし、スイッチ２３をオンにして電気負荷２４により電力を消費させることによって実行してもよい。
【００３８】
そして、ステップＳ１０７からステップＳ１０８に進み、燃料電池スタック２の総電圧が第１の所定値Ｖ１以下、または、全セルのセル電圧のうちの最低値（以下、最低セル電圧という）が第２の所定値Ｖ２以下のいずれかを満たすか否かを判定する。
ステップＳ１０８における判定結果が「ＮＯ」である場合、すなわち、燃料電池スタック２の総電圧が第１の所定値Ｖ１よりも大きく、且つ、最低セル電圧が第２の所定値Ｖ２よりも大きい場合には、ステップＳ１０８に戻り、ステップＳ１０８における判定結果が「ＹＥＳ」になるまで、燃料電池スタック２の放電を継続する。
一方、ステップＳ１０８における判定結果が「ＹＥＳ」である場合、すなわち、燃料電池スタック２の総電圧が第１の所定値Ｖ１以下であるか、または、最低セル電圧が第２の所定値Ｖ２以下である場合には、ステップＳ１０９に進み、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１を非作動にしたり、スイッチ２３をオフ（非作動）にすることにより、燃料電池スタック２の放電を停止する。
【００３９】
つまり、ステップＳ１０８では、放電停止条件を満たしているか否かを判定する。そして、放電停止条件は２つあり、いずれかの条件を満たした場合に放電を停止する。放電停止条件の１つは、燃料電池スタック２の総電圧が第１の所定値Ｖ１（例えば０ボルト）以下ということであり、もう１つは、最低セル電圧が第２の所定値Ｖ２以下である。
【００４０】
この実施例のように、前回の電圧変化量が正（＞０）で、且つ、今回の電圧変化量が０または負（≦０）である場合に燃料電池スタック２の放電を開始すると、総電圧が最も高くなった時点で放電を開始することができる。前述したように、総電圧が最も高くなったときは、大気から燃料電池スタック２のカソード側への酸素の拡散が全セルに満遍なく行われていると推測され、燃料電池スタック２内のセルの積層位置によるセル電圧のバラツキが極めて少ないと推測される。よって、燃料電池スタック２の総電圧に基づいて放電停止タイミングを決定することができる。なお、第１の所定値Ｖ１は、燃料電池スタック２のアノード内の酸素（つまり固体高分子電解質膜を介してカソードからアノードに透過した酸素）が消費されたと推定されるときの総電圧とし、例えば、０ボルトに設定することができる。
【００４１】
ただし、燃料電池スタック２の総電圧に基づいて放電停止タイミングを決定することができるのは、総てのセルが正常であることを前提である。もし仮に、異常なセルが存在し、その異常なセルが他の正常なセルよりもセル電圧が低い場合に、燃料電池スタック２の総電圧に基づいて放電停止タイミングを決定すると、前記異常なセルの固体高分子電解質膜を損傷させてしまう。そこで、基本的には燃料電池スタック２の総電圧に基づいて放電停止タイミングを決定するが、総電圧が第１の所定値Ｖ１以下となっていなくても最低セル電圧が第２の所定値Ｖ２以下である場合には、その最低セル電圧のセルが異常であると判断し、放電を停止することにより、燃料電池スタック２を保護する。なお、第２の所定値Ｖ２は、例えば、ほぼ０Ｖ（セル電圧の真値が０Ｖ以下にならないようにセンサ誤差を考慮した値）に設定することができる。
【００４２】
ステップＳ１０９において放電を停止した後、ステップＳ１１０に進み、燃料電池スタック２の発電を停止してからの経過時間が所定時間Ｔ２以上か否かを判定する。所定時間Ｔ２は、燃料電池スタック２のアノード系に水素が存在しなくなると予測される時間とし、予め実験的に経験値として求めておく。
ステップＳ１１０における判定結果が「ＮＯ」である場合には、ステップＳ１０１に戻り、ステップＳ１０１〜Ｓ１１０の一連の放電制御を継続する。
ステップＳ１１０における判定結果が「ＹＥＳ」である場合には、燃料電池スタック２のアノード系内に水素が存在しないので、これ以降、電圧降下は起こらないと判断し、この放電制御ルーチンの実行を終了する。これにより、電圧変化量の監視を不必要に継続しないで済み、電子制御装置３０の負荷を低減することができ、消費電力を低減することができる。
【００４３】
この実施例の燃料電池システム１によれば、発電停止中の燃料電池スタック２の放電開始条件を、燃料電池スタック２の電圧値で管理せず、電圧変化量で管理するので、放電を確実に実行することができる。例えば、放電開始条件を電圧値で管理すると、停止時の水素圧力や温度によっては第２期Ｓｔ２において電圧値が放電開始閾値まで上昇せず、放電を実行することができない場合も起こり得るが、放電開始条件を電圧変化量で管理した場合には、第２期Ｓｔ２において電圧値が最も高くなったときに放電が開始されるので、放電を適切なタイミングで確実に実行することができる。
【００４４】
〔他の実施例〕
なお、この発明は前述した実施例に限られるものではない。
例えば、前述した実施例では、燃料電池スタックの温度を検出する温度検出手段を、アノード系内の温度を検出する温度センサで構成したが、これに代えて、燃料電池スタック内部の温度を検出する温度検出手段で構成してもよいし、燃料電池スタックのカソード系内の温度を検出する温度検出手段で構成してもよい。
また、前述した実施例では、燃料電池スタック内の湿度を検出する湿度検出手段を、アノード系内の湿度を検出する湿度センサで構成したが、これに代えて、燃料電池スタックのカソード系内の湿度を検出する湿度検出手段で構成してもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１  燃料電池システム
２  燃料電池スタック
８  温度センサ（温度検出手段）
２０  セル電圧センサ（セル電圧検出手段）
２１  ＤＣ／ＤＣコンバータ（放電制御手段）
２２  バッテリ（電気負荷）
２３  スイッチ（放電制御手段）
２４  電気負荷
３０  電子制御装置（制御部、総電圧検出手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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