(57)【要約】【課題】適切な時期に遮断弁を閉じてからアイドル停止の状態に移行する燃料電池システムおよびその制御方法を提供すること。【解決手段】燃料電池システムは、水素タンクからの水素ガスの供給を遮断する遮断弁と、空気を希釈ガスとして燃料電池スタックから排出された含水素ガスを希釈する希釈器と、アイドル発電中に遮断弁を閉じた後、希釈ガス量積算値が開始判定値に達したことに応じてエアポンプの回転数およびディスチャージ電流値を共にアイドル発電時よりも低減することによりスタックをアイドル停止の状態にするＥＣＵと、を備える。希釈ガス量積算値が開始判定値に達するまでにかかる時間をアイドル停止準備時間と定義し、燃料ガス圧力値がアイドル停止の状態にする時における目標値に低下するまでにかかる時間を燃料ガス圧力低下時間と定義し、ＥＣＵは、アイドル停止準備時間と燃料ガス圧力低下時間とが等しくなったときに遮断弁を閉じる。【選択図】図２
2012234781.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード極に燃料ガスが供給されかつカソード極に酸化剤ガスが供給されると発電する燃料電池と、
前記燃料電池で発電した電力を消費する電気負荷と、
前記燃料電池のアノード極と燃料ガス供給源とを接続する燃料ガス供給路と、
前記燃料ガス供給源からの燃料ガスの供給を遮断する遮断弁と、
酸化剤ガスを希釈ガスとして前記燃料電池から排出された燃料ガスを希釈する希釈手段と、
前記希釈手段に導入された希釈ガスの量の積算値を算出する希釈ガス量積算値算出手段と、
アイドル発電中に前記遮断弁を閉じた後、前記希釈ガス量積算値が開始判定値に達したことに応じて前記燃料電池への酸化剤ガスの供給量および前記燃料電池から取り出す発電電流を共に前記アイドル発電時よりも低減することにより前記燃料電池をアイドル停止の状態にするアイドル停止制御手段と、を備えた燃料電池システムであって、
前記希釈ガス量積算値が前記開始判定値に達するまでにかかる時間をアイドル停止準備時間と定義し、燃料ガス圧力値が前記アイドル停止の状態にする時における目標値に低下するまでにかかる時間を燃料ガス圧力低下時間と定義し、
前記アイドル停止制御手段は、前記アイドル停止準備時間と前記燃料ガス圧力低下時間とが等しくなったときに前記遮断弁を閉じることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記アイドル停止制御手段は、前記燃料ガス供給源および前記燃料ガス供給路に設けられた複数の遮断弁のうち最も燃料電池に近い位置に設けられた遮断弁を閉じ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】
アノード極に燃料ガスが供給されかつカソード極に酸化剤ガスが供給されると発電する燃料電池と、
前記燃料電池で発電した電力を消費する電気負荷と、
前記燃料電池のアノード極と燃料ガス供給源とを接続する燃料ガス供給路と、
前記燃料ガス供給源からの燃料ガスの供給を遮断する遮断弁と、
酸化剤ガスを希釈ガスとして前記燃料電池から排出された燃料ガスを希釈する希釈手段と、
前記希釈手段に導入された希釈ガスの量の積算値を算出する希釈ガス量積算値算出手段と、を備えた燃料電池システムの制御方法であって、
所定の量の燃料ガスおよび酸化剤ガスを前記燃料電池に供給しながら所定の量の発電電流を前記燃料電池から取り出すアイドル発電工程と、
当該アイドル発電工程を実行している間に前記希釈ガス量積算値が開始判定値に達したことに応じて開始し、前記アイドル発電工程時より少ない量の燃料ガスおよび酸化剤ガスを前記燃料電池に供給しながら、前記アイドル発電工程時より小さな発電電流を前記燃料電池から取り出すアイドル停止工程と、を含み、
前記希釈ガス量積算値が前記開始判定値に達するまでにかかる時間をアイドル停止準備時間と定義し、燃料ガス圧力値が前記アイドル停止工程の開始時における目標値に低下するまでにかかる時間を燃料ガス圧力低下時間と定義し、
前記アイドル発電工程では、前記アイドル停止準備時間と前記燃料ガス圧力低下時間とが等しくなったときに前記遮断弁を閉じることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
【請求項４】
前記アイドル発電工程では、前記燃料ガス供給源および前記燃料ガス供給路に設けられた複数の遮断弁のうち最も燃料電池に近い位置に設けられた遮断弁を閉じ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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムおよびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の新たな動力源として燃料電池システムが注目されている。燃料電池システムは、例えば、アノード極に水素ガスが供給されかつカソード極に空気が供給されると発電する燃料電池スタックと、反応ガス流路を介してこれら燃料ガスおよび酸化剤ガスを燃料電池に供給する反応ガス供給装置とを備える。燃料電池スタックは、例えば、数十個から数百個の燃料電池セルが積層されたスタック構造である。ここで、各燃料電池セルは、膜電極構造体（ＭＥＡ）を一対のセパレータで挟持して構成され、膜電極構造体は、アノード電極（陰極）およびカソード電極（陽極）の２つの電極と、これら電極に挟持された固体高分子電解質膜とで構成される。
【０００３】
このような燃料電池システムを動力源とした燃料電池車両では、水素ガスの消費量をできるだけ抑制するため、例えば信号待ちにより車両が一旦停止した場合には、燃料電池スタックへの水素ガスや空気の供給を抑制又は停止することにより、燃料電池スタックをアイドル停止の状態にすることが好ましい。特許文献１、２には、このようなアイドル停止中も燃料電池スタックのディスチャージを継続することにより、燃料電池スタックおよびシステム内に残留する水素ガスおよび酸素を消費し、アイドル停止中に燃料電池スタックが高電圧状態のまま放置されるのを防止し、ひいては燃料電池スタックの劣化を抑制する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２９４３０４号公報
【特許文献２】特開２０１０−１２９２４５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、燃料電池スタックへの水素ガスの供給は、供給源となるタンクに設けられた弁やタンクと燃料電池スタックとを接続する通路に設けられた遮断弁を閉じることにより停止される。また、上述のようなアイドル停止に移行する際には、これら遮断弁を閉じ、燃料電池スタックへの新たな水素ガスの供給を断った状態でディスチャージを継続し、燃料電池スタックおよびシステム内に残留する水素を消費すると、燃料電池スタックのアノード極側の水素ガス圧力は徐々に低下することとなる。
【０００６】
このように、アイドル停止に移行する際における遮断弁を閉じる時期は、アイドル停止中の水素ガス圧力を大きく左右する重要なパラメータであるが、しかしながら上記特許文献１、２では十分に検討されていない。
【０００７】
例えば、適切な時期に対して遅く遮断弁を閉じると、アイドル停止中における水素ガス圧力を十分に低下させることができなくなってしまう。図５に示すように、水素ガス圧力が高くなるとアノード極側の水素がＭＥＡを透過する量も増えてしまうため、カソード極側の酸素と反応し触媒を劣化させるおそれがある。
【０００８】
また、逆に適切な時期に対して早く遮断弁を閉じると、アイドル停止中における燃料ガス圧力が低くなりすぎてしまい、燃料電池スタックおよびシステムの規定の守りきり圧を守れなくなるおそれがある。また、ディスチャージを中断することによりアイドル停止中における燃料ガス圧力の過剰な低下を防止することができるものの、この場合、燃料電池スタックが高電圧状態となってしまい、劣化が進行するおそれがある。
【０００９】
本発明は、適切な時期に遮断弁を閉じてからアイドル停止の状態に移行する燃料電池システムおよびその制御方法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】
【００１０】
上記目的を達成するため本発明は、アノード極に燃料ガスが供給されかつカソード極に酸化剤ガスが供給されると発電する燃料電池（例えば、後述の燃料電池スタック１０）と、前記燃料電池で発電した電力を消費する電気負荷（例えば、後述の高圧バッテリ１１、モータ１３、およびエアポンプ２１など）と、前記燃料電池のアノード極と燃料ガス供給源（例えば、後述の水素タンク３１）とを接続する燃料ガス供給路（例えば、後述の水素供給路３３）と、前記燃料ガス供給源からの燃料ガスの供給を遮断する遮断弁（例えば、後述の主止弁３４および遮断弁３８）と、酸化剤ガスを希釈ガスとして前記燃料電池から排出された燃料ガスを希釈する希釈手段（例えば、後述の希釈器５０）と、前記希釈手段に導入された希釈ガスの量の積算値を算出する希釈ガス量積算値算出手段（例えば、後述のＥＣＵ６０および図３のＳ３の実行にかかる手段）と、アイドル発電中に前記遮断弁を閉じた後、前記希釈ガス量積算値が開始判定値に達したことに応じて前記燃料電池への酸化剤ガスの供給量および前記燃料電池から取り出す発電電流を共に前記アイドル発電時よりも低減することにより前記燃料電池をアイドル停止の状態にするアイドル停止制御手段（例えば、後述のＥＣＵ６０）と、を備えた燃料電池システム（例えば、後述の燃料電池システム１）を提供する。前記希釈ガス量積算値が前記開始判定値に達するまでにかかる時間をアイドル停止準備時間と定義し、燃料ガス圧力値が前記アイドル停止の状態にする時における目標値に低下するまでにかかる時間を燃料ガス圧力低下時間と定義し、前記アイドル停止制御手段は、前記アイドル停止準備時間と前記燃料ガス圧力低下時間とが等しくなったときに前記遮断弁を閉じる。
【００１１】
本発明では、アイドル発電中に遮断弁を閉じた後、希釈ガス量積算値が開始判定値に達したことに応じて燃料電池への酸化剤ガスの供給量および燃料電池から取り出される発電電流を共にアイドル発電時よりも低減することにより、燃料電池をアイドル発電の状態からアイドル停止の状態にする。これにより、燃料電池のＭＥＡの近傍に残留する酸素が水素と共存するのを防止し、かつ燃料電池が高電圧状態になるのを回避できるので、アイドル停止中に燃料電池が劣化するのを抑制することができる。
【００１２】
ところで、アイドル停止中は上述のように酸化剤ガスの供給量を少なくすることから、アイドル停止中又はアイドル停止から復帰した直後に燃料ガスを希釈する必要が生じた場合に備えて、燃料電池をアイドル停止の状態にするまでに十分な量の希釈ガスを希釈手段に導入しておく必要がある。また、燃料電池をアイドル停止の状態にした後は、燃料ガスの消費又はカソード極側への拡散のため燃料ガス圧は低下する一方であるので、上述のようにアイドル停止中に燃料ガス圧力が、上記守りきり圧を守れなくなるまで低くなったり、逆に触媒の劣化が進行する程度まで高くなったりするのを避けるためには、燃料電池をアイドル発電の状態からアイドル停止の状態にする時における燃料ガス圧力を適切な大きさに合わせ込む必要がある。
そこで本発明では、燃料電池をアイドル停止の状態にする前に、アイドル停止準備時間と燃料ガス圧力低下時間とが等しくなったときに遮断弁を閉じることにより、アイドル停止の状態にするまでの間に必要な量の希釈ガスを希釈手段に導入しながら、かつアイドル停止の状態にする時における燃料ガス圧力を適切な大きさに合わせ込むことができる。
【００１３】
この場合、前記アイドル停止制御手段は、前記燃料ガス供給源および前記燃料ガス供給路に設けられた複数の遮断弁（例えば、後述の主止弁３４および遮断弁３８）のうち最も燃料電池に近い位置に設けられた遮断弁（例えば、後述の遮断弁３８）を閉じることが好ましい。
【００１４】
本発明では、燃料電池をアイドル停止の状態にするにあたり、燃料ガス供給源および燃料ガス供給路に設けられた複数の遮断弁のうち最も燃料電池に近い位置に設けられたものを閉じることにより、燃料電池から遠い遮断弁を閉じる場合と比較して、閉弁後速やかに燃料ガス圧力を低下させることができる。したがって、遮断弁を閉じてからアイドル停止にするまでの時間を短くすることができる。つまり、より長い時間にわたってアイドル停止の状態にすることができる。
【００１５】
上記目的を達成するため本発明は、アノード極に燃料ガスが供給されかつカソード極に酸化剤ガスが供給されると発電する燃料電池と、前記燃料電池で発電した電力を消費する電気負荷と、前記燃料電池のアノード極と燃料ガス供給源とを接続する燃料ガス供給路と、前記燃料ガス供給源からの燃料ガスの供給を遮断する遮断弁と、酸化剤ガスを希釈ガスとして前記燃料電池から排出された燃料ガスを希釈する希釈手段と、前記希釈手段に導入された希釈ガスの量の積算値を算出する希釈ガス量積算値算出手段と、を備えた燃料電池システムの制御方法を提供する。前記制御方法は、所定の量の燃料ガスおよび酸化剤ガスを前記燃料電池に供給しながら所定の量の発電電流を前記燃料電池から取り出すアイドル発電工程と、当該アイドル発電工程を実行している間に前記希釈ガス量積算値が開始判定値に達したことに応じて開始し、前記アイドル発電工程時より少ない量の燃料ガスおよび酸化剤ガスを前記燃料電池に供給しながら、前記アイドル発電工程時より小さな発電電流を前記燃料電池から取り出すアイドル停止工程と、を含み、前記希釈ガス量積算値が前記開始判定値に達するまでにかかる時間をアイドル停止準備時間と定義し、燃料ガス圧力値が前記アイドル停止工程の開始時における目標値に低下するまでにかかる時間を燃料ガス圧力低下時間と定義し、前記アイドル発電工程では、前記アイドル停止準備時間と前記燃料ガス圧力低下時間とが等しくなったときに前記遮断弁を閉じる。
この場合、前記アイドル発電工程では、前記燃料ガス供給路に設けられた複数の遮断弁のうち最も燃料電池に近い位置に設けられた遮断弁を閉じることが好ましい。
本発明によれば、上述の燃料電池システムの発明と同じ効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す模式図である。
【図２】上記実施形態に係るアイドル停止制御の手順の一例を示すタイムチャートである。
【図３】上記実施形態に係る遮断弁の制御の手順を示すフローチャートである。
【図４】図２に示す本実施形態の例よりも早く遮断弁を閉じた場合におけるタイムチャートである。
【図５】アノード極側の水素ガス圧力と水素透過量との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る燃料電池システム１のブロック図である。
燃料電池システム１は、燃料電池スタック１０と、この燃料電池スタック１０に水素ガスおよび空気で構成された反応ガスを供給する供給装置２０と、供給装置２０を制御する電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）６０と、を含んで構成される。この燃料電池システム１は、燃料電池スタック１０で発電した電力を利用してモータ１３を駆動し、走行する燃料電池車両（図示せず）に搭載される。
【００１８】
燃料電池スタック（以下、単に「スタック」という）１０は、例えば、数十個から数百個のセルが積層されたスタック構造である。各燃料電池セルは、膜電極構造体（ＭＥＡ）を一対のセパレータで挟持して構成される。膜電極構造体は、アノード電極（陰極）およびカソード電極（陽極）の２つの電極と、これら電極に挟持された固体高分子電解質膜とで構成される。通常、両電極は、固体高分子電解質膜に接して酸化・還元反応を行う触媒層と、この触媒層に接するガス拡散層とから形成される。このスタック１０は、アノード電極側に形成されたアノード流路に燃料ガスとしての水素ガスが供給され、カソード電極側に形成されたカソード流路に酸化剤ガスとしての空気が供給されると、これらの電気化学反応により発電する。
【００１９】
供給装置２０は、スタック１０のカソード流路に空気を供給するエアポンプ２１と、水素ガスを貯留する燃料ガス供給源としての水素タンク３１と、水素タンク３１内の水素ガスをスタック１０に供給するエゼクタ３２と、を含んで構成される。
【００２０】
エアポンプ２１は、空気供給路２２を介してスタック１０のカソード流路の一端側に接続されている。スタック１０のカソード流路の他端側には空気排出路２３が接続され、この空気排出路２３の先端側には、後述の希釈手段としての希釈器５０が接続されている。この他、空気排出路２３には、スタック１０のカソード流路内の圧力を制御する図示しない背圧弁が設けられている。
【００２１】
水素タンク３１は、水素供給路３３を介してスタック１０のアノード流路の一端側に接続されている。また、この水素タンク３１には、水素供給路３３への水素の供給を遮断する主止弁３４が設けられている。
【００２２】
水素供給路３３には、水素タンク３１側からスタック１０側へ向かって順に、水素タンク３１からの水素ガスの供給を遮断する遮断弁３８と、エゼクタ３２とが設けられている。スタック１０のアノード流路の他端側には、エゼクタ３２に至る水素還流路３５が接続されている。エゼクタ３２は、スタック１０から水素還流路３５に排出された含水素ガスを回収し、水素タンク３１から供給された水素ガスとともに水素供給路３３に還流する。また、この水素還流路３５には、水素排出路３６が分岐して設けられている。この水素排出路３６の先端側には希釈器５０が接続されている。
【００２３】
希釈器５０は、空気排出路２３を介して導入された空気を希釈ガスとして、スタック１０から水素排出路３６を介して排出された含水素ガスを希釈する。より具体的には、希釈器５０は、水素排出路３６に設けられたパージ弁３７の開弁時に水素排出路３６を介して排出された含水素ガスを滞留室内に導入するとともに、この滞留室内のガスを、空気排出路２３から逐次導入される希釈ガスで徐々に希釈しながらシステム外に放出する。
【００２４】
本実施形態では、スタック１０のアノード流路、水素供給路３３、および水素還流路３５により水素ガスが流通するアノード系が構成され、スタック１０のカソード流路、空気供給路２２、および空気排出路２３により空気が流通するカソード系が構成される。
【００２５】
また、スタック１０は、電流制御器１２を介して、高圧バッテリ１１およびモータ１３に接続されている。高圧バッテリ１１は、スタック１０で発電された電力を貯めておき、スタック１０の始動時などにおいて適宜利用する。この高圧バッテリ１１は、例えば、リチウムイオン電池等の二次電池やキャパシタにより構成される。電流制御器１２は、ＤＣ／ＤＣコンバータを含んで構成され、ＥＣＵ６０により決定された電流指令値に基づいて、スタック１０から取り出される発電電流を制御する。モータ１３は、スタック１０で発電した電力や高圧バッテリ１１の電力により、図示しない駆動輪を回転する。
【００２６】
以上のように構成された燃料電池システム１において、スタック１０への空気の供給量を制御するためのエアポンプ２１、水素タンク３１からの水素ガスの供給を遮断するための主止弁３４および遮断弁３８、アノード系内のガスを希釈器５０に導入するためのパージ弁３７、並びにスタック１０から取り出される発電電流を制御するための電流制御器１２は、ＥＣＵ６０により制御される。
【００２７】
次に、ＥＣＵによる燃料電池システムのアイドル停止制御について説明する。
図２は、アイドル停止制御の手順の一例を示すタイムチャートである。より具体的には、スタックで発電した電力を利用して走行している状態、すなわち燃料電池車両が走行中にある状態から、時刻ｔ０において例えば信号待ちにより一旦停止した後、時刻ｔ４において運転者による加速要求に応じて再び走行を開始するまでの間におけるスタックの発電電流の値およびエアポンプの回転数などの変化を示すタイムチャートである。
【００２８】
車両が一旦停止し、これに応じてスタックへの空気および水素ガスの供給量が低減されることによりスタックがアイドル発電の状態になると、ＥＣＵは、アイドル停止制御が要求されている状態であることを示すアイドル停止要求フラグを“０”から“１”にセットし（時刻ｔ０参照）、スタックをアイドル停止の状態にするための準備を開始する。より具体的には、ＥＣＵは、余分な水素ガスの消費を抑制するべく後述の適切なタイミングで遮断弁を閉じ（時刻ｔ１参照）、水素タンクからスタックへの新たな水素ガスの供給を遮断した後、希釈ガス量積算値が開始判定値に達するまでスタックのアイドル発電を継続する。
【００２９】
ここで、希釈ガス量積算値は、前回のパージ弁の開弁時、すなわち前回アノード系内のガスを希釈器内に導入した時から現在までの間に希釈器に導入された希釈ガスの量の積算値に相当する。希釈器内に導入される希釈ガスの量はエアポンプの回転数に概ね比例し、またエアポンプの回転数はスタックから取り出される発電電流の大きさに概ね比例することから、この希釈エア量積算値は、例えば、前回のパージ弁の開弁時から現在までの間におけるスタックの発電電流の積算値に基づいて算出される。
【００３０】
なお、モータを駆動する必要のないアイドル発電中およびアイドル停止中にスタックから取り出した発電電流は、例えば、高圧バッテリに供給されるか、エアポンプに供給されるか、又はこれらの負荷とは別に設けられたディスチャージ抵抗に供給される。本実施形態では、これらモータ以外の負荷に供給されるスタックの発電電流を特にディスチャージ電流という。
【００３１】
ＥＣＵは、アイドル発電中に希釈ガス量積算値が開始判定値に達した場合、スタックをアイドル停止の状態にする（時刻ｔ２参照）。より具体的には、ＥＣＵは、スタックへの空気の供給量に比例したエアポンプの回転数とスタックのディスチャージ電流を共にアイドル発電時よりも低減することによりスタックをアイドル停止の状態にする。その後、ＥＣＵは、予め定められた時間が経過したことに応じてディスチャージを停止し、すなわちディスチャージ電流を０にし（時刻ｔ３参照）、運転者からの加速要求が生じたことに応じてアイドル停止要求フラグを“１”から“０”にリセットし、アイドル停止を解除する（時刻ｔ４参照）。
【００３２】
なお、上述のようにアイドル停止中にディスチャージを停止したときにアノード系およびカソード系内に多くの水素や酸素が残留していると、ディスチャージを停止した時にセル電圧が過剰に高くなり劣化を促進するおそれがある。そこで、上記アイドル停止中におけるディスチャージの継続時間（時刻ｔ２〜ｔ３参照）は、ディスチャージ停止後のセル電圧が過剰に高くならないような長さに設定される。
【００３３】
このように、アイドル停止中はエアポンプの回転数をアイドル発電時よりもさらに低くするので、アイドル停止中又はアイドル停止から復帰した直後などに水素ガスを希釈する必要が生じた場合に備えて、アイドル停止の状態にするまでの間に希釈器内に十分な量の希釈ガスを導入し、希釈器内の水素濃度を十分に低くしておく必要がある。したがって、アイドル停止要求フラグが“０”から“１”にセットされてから希釈エア量積算値が開始判定値に達するまでの待ち時間（図２中、時刻ｔ０〜ｔ２）は、スタックをアイドル停止にするための準備の期間となっている。
【００３４】
次に、上記アイドル停止の準備期間中に遮断弁を閉じるタイミングについて説明する。
図２に示すように、遮断弁を閉じた後は、新たに水素ガスが供給されることがないので、アノード系内の水素ガス圧力は、スタックにおいて発電に供されることにより又はスタックのアノード極側からカソード極側へ拡散することにより基本的には低下し続けることとなる。したがってアノード系内の水素ガス圧力は、遮断弁を開くアイドル停止の解除時が最も低くなる。
【００３５】
ところで、スタックや各種デバイスを保護するため、上記アノード極側の水素ガス圧力にはシステムごとに守りきり圧が規定される。したがって、アイドル停止の解除時における水素ガス圧力が上記守りきり圧を下回らないようにするためには、図２に示すように、アイドル停止中における水素ガス圧力の低下分を見込んでおくことにより、アイドル停止の開始時（時刻ｔ２参照）における水素ガス圧力値に対し目標値が設定される。
【００３６】
また、アイドル発電中に希釈ガス量積算値が開始判定値に達したことに応じてアイドル停止の状態にすることから、アイドル停止の開始時における水素ガス圧力値を目標値に合わせ込むためには、遮断弁を閉じてからの水素ガス圧力値の低下分と希釈ガス量積算値の増加分との両方を考慮して遮断弁を閉じるタイミングを決定する必要がある。より具体的には、希釈ガス量積算値が開始判定値に達するまでにかかる時間をアイドル停止準備時間と定義し、遮断弁を閉じてから水素ガス圧力値が上記目標値に低下するまでにかかる時間を水素ガス圧低下時間と定義した場合、アイドル発電中にこれらアイドル停止準備時間と水素ガス圧低下時間とが等しくなった時に遮断弁を閉じる。これにより、図２に示すように、アイドル停止の開始時における水素ガス圧力値をその目標値に合わせ込み、アイドル停止中に水素ガス圧が守りきり圧を下回らないようにすることができる。
また、図２に示すように、アイドル停止準備時間の間の希釈ガス量積算値の増加分を、開始判定値から減算して得られる閾値（閉弁判定値）を、希釈ガス量積算値に対して設定することにより、希釈ガス量積算値に基づいて遮断弁を閉じるタイミングを判定することができる。
【００３７】
上述のように希釈ガス量積算値は、スタックの発電電流の積算値に基づいて算出されることから、上記アイドル停止準備時間は、アイドル発電中のディスチャージ電流値に基づいて算出することができる。この場合、ディスチャージ電流値が大きくなるほど、希釈ガス量積算値は速やかに上昇するため、アイドル停止準備時間は短くなる。
【００３８】
また、水素ガス圧力値の低下は主にスタックで水素を消費することによるものと考えられることから、上記水素ガス圧低下時間も同様に、アイドル発電中におけるディスチャージ電流値に基づいて算出することができる。この場合、ディスチャージ電流値が大きくなるほど、水素ガス圧力値は速やかに低下するため、水素ガス圧低下時間は短くなる。
【００３９】
図３は、遮断弁の制御の手順を示すフローチャートであり、ＥＣＵにより所定の制御周期ごとに繰り返し実行される。
Ｓ１では、アイドル停止要求フラグが“１”であるか否かを判別する。Ｓ１の判別がＮＯの場合には、Ｓ２に移り水素ガスの供給を継続するべく遮断弁を開いた状態にする。
【００４０】
Ｓ２の判別がＹＥＳの場合には、Ｓ３に移り、スタックの発電電流の積算値に基づいて希釈エア量積算値を算出し、Ｓ４に移る。Ｓ４では、希釈エア量積算値は、上述のようにして算出された閉弁判定値以上であるか否かを判別する。Ｓ４の判別がＮＯの場合には、まだ遮断弁を閉じる時期には達していないと判断し、上述のＳ２に移る。Ｓ４の判別がＹＥＳの場合には、Ｓ５に移り水素ガスの供給を遮断するべく遮断弁を閉じた状態にする。
【００４１】
本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）本実施形態では、アイドル発電中に遮断弁を閉じた後、希釈ガス量積算値が開始判定値に達したことに応じて、スタックへの空気の供給量に比例するエアポンプの回転数とディスチャージ電流とを共にアイドル発電時よりも低減することにより、スタックをアイドル停止の状態にする。これにより、燃料電池のＭＥＡの近傍に残留する酸素が水素と共存するのを防止し、かつ燃料電池が高電圧状態になるのを回避できるので、アイドル停止中にスタックが劣化するのを抑制することができる。
【００４２】
図４は、図２に示す本実施形態の例よりも早く遮断弁を閉じた場合におけるタイムチャートを示す図である。より具体的には、アイドル停止要求フラグが“０”から“１”にセットされた時（時刻ｔ０参照）に遮断弁を閉じた場合におけるチャイムチャートを示す図である。
図４に示すように、アイドル停止準備時間と燃料ガス圧力低下時間とが等しくなる時刻ｔｓ（図２中、時刻ｔ１）よりも早く遮断弁を閉じると、希釈ガス量積算値が開始判定値に達しアイドル停止にするよりも早く水素ガス圧力値が目標値まで低下してしまう（時刻ｔ１参照）。したがって、アイドル停止が解除されるまでの間に水素ガス圧力が規定の守りきり圧を下回らないようにするためには、水素ガス圧力値が目標値まで低下してからアイドル停止にするまでの間（時刻ｔ１〜ｔ２参照）、ディスチャージを一時的に停止する必要があるが、このように多くの水素がアノード系内に残留した状態でディスチャージを停止すると、スタックが高電圧状態になり劣化が進行するおそれがある。
【００４３】
これに対し本実施形態では、スタックをアイドル停止の状態にする前に、アイドル停止準備時間と燃料ガス圧力低下時間とが等しくなったときに遮断弁を閉じることにより、アイドル停止の状態にするまでの間に必要な量の希釈ガスを希釈器に導入しながら、かつアイドル停止の状態にする時における水素ガス圧を適切な大きさに調節することができるので、スタックの劣化を抑制することができる。
【００４４】
（２）本実施形態では、スタックをアイドル停止の状態にするにあたり、主止弁３４および遮断弁３８のうち最もスタック１０に近い位置に設けられた遮断弁３８を閉じることにより、主止弁３４を閉じる場合と比較して、閉弁後速やかに水素ガス圧力を低下させることができる。したがって、遮断弁３８を閉じてからアイドル停止にするまでの時間、すなわち水素ガス圧低下時間を短くすることができる。
【符号の説明】
【００４５】
１…燃料電池システム
１０…燃料電池スタック（燃料電池）
１１…高圧バッテリ（電気負荷）
１３…モータ（電気負荷）
２０…供給装置
２１…エアポンプ（電気負荷）
３１…水素タンク（燃料ガス供給源）
３３…水素供給路（燃料ガス供給路）
３８…遮断弁
５０…希釈器（希釈手段）
６０…電子制御ユニット（アイドル停止制御手段）
【図１】
2012234781.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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