(57)【要約】【課題】掃気時の消費電力の低減を図ることができる燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池１０の発電停止後、カソード１３を重点的に掃気する第１の掃気が行われ、その後、アノード１２を重点的に掃気する第２の掃気が行われる。また、燃料電池１０の発電停止から第１の掃気までのシステム停止時間に基づいて、アノード１２側に残留している水素濃度を予測し、予測した水素濃度に基づいて、カソード掃気時のパージ弁２３およびドレイン弁４６の使用時間を決定する。システム停止時間が短い場合には、パージ弁２３およびドレイン弁４６の使用時間を長く設定し、システム停止時間が長い場合には、パージ弁２３およびドレイン弁４６の使用時間を短く設定する。【選択図】図１
2009140860.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードに供給される燃料ガスとカソードに供給される酸化剤ガスとの反応により発電を行う燃料電池と、
前記アノードに燃料ガスを流通させる燃料ガス流通路と、
前記カソードに酸化剤ガスを流通させる酸化剤ガス流通路と、
前記燃料ガス流通路と前記酸化剤ガス流通路とを連通する連通流路と、
前記連通流路の開閉を行う連通弁と、
前記燃料電池の発電停止後の状態変化を監視する状態監視手段と、
前記燃料電池の発電停止後に前記状態変化が所定条件になったときに、前記連通弁を開弁して前記酸化剤ガスで前記カソードを掃気する第１の掃気を行い、その後、前記アノードを掃気する第２の掃気を行う掃気手段と、
前記第１の掃気および前記第２の掃気に必要な前記酸化剤ガスの供給量を求める酸化剤ガス供給量算出手段と、を備えた燃料電池システムにおいて、
前記アノードから排出された燃料排ガスを酸化剤ガスによって希釈して外部に排出する燃料排ガス希釈手段と、
前記アノードからの燃料排ガスを前記燃料排ガス希釈手段にパージするパージ量を制御するパージ制御手段と、
前記燃料電池の発電停止後の前記第１の掃気までのシステム停止時間に基づいて前記アノードからの燃料ガスの濃度を予測する燃料ガス濃度予測手段と、
前記第１の掃気の際に前記パージ制御手段によりパージするパージ量を、前記燃料ガス濃度予測手段により予測された前記燃料ガスの濃度に基づいて、前記燃料ガスの濃度が低ければ低いほど少ない量として算出するパージ量算出手段と、をさらに備えたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記酸化剤ガス供給量算出手段は、前記燃料電池の発電停止後の前記第１の掃気までのシステム停止時間に基づいて、前記システム停止時間が長ければ長いほど前記酸化剤ガスの供給量が少なくなるように設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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池を掃気する掃気手法を備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池自動車などに搭載される燃料電池システムでは、システム停止時に燃料電池を含む配管内に水が残留していると、寒冷地や冬季などの低温環境下において水が凍結して再起動時の低温始動性が低下する。このため、システム停止時にアノード側およびカソード側にエアを導入して掃気処理することが行われている。
【０００３】
また、この種の燃料電池システムでは、システム停止時にアノードには燃料ガスが残留しているため、高い濃度の燃料ガスがシステム外部に排出されないように、残留している燃料ガス濃度に応じて掃気流量を求めることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、カソード側を掃気する際にアノード側にも掃気ガスを導入してパージする技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００７−３５５０９号公報（図１，２）
【特許文献２】特開２００６−１３９９３９号公報（図１，３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の燃料電池システムでは、アノードを掃気する際に、その前のカソード掃気中において燃料電池内のエア置換がパージ弁を使用することにより行われており、その手法も常に同じ手法で行っていた。このため、パージ弁を使用する必要がなくても使用され続け、エネルギが無駄に消費されるという問題があった。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、掃気時の消費電力の低減を図ることができる燃料電池システム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】
【０００６】
本発明は、アノードに供給される燃料ガスとカソードに供給される酸化剤ガスとの反応により発電を行う燃料電池と、前記アノードに燃料ガスを流通させる燃料ガス流通路と、前記カソードに酸化剤ガスを流通させる酸化剤ガス流通路と、前記燃料ガス流通路と前記酸化剤ガス流通路とを連通する連通流路と、前記連通流路の開閉を行う連通弁と、前記燃料電池の発電停止後の状態変化を監視する状態監視手段と、前記燃料電池の発電停止後に前記状態変化が所定条件になったときに、前記連通弁を開弁して前記酸化剤ガスで前記カソードを掃気する第１の掃気を行い、その後、前記アノードを掃気する第２の掃気を行う掃気手段と、前記第１の掃気および前記第２の掃気に必要な前記酸化剤ガスの供給量を求める酸化剤ガス供給量算出手段と、を備えた燃料電池システムにおいて、前記アノードから排出された燃料排ガスを酸化剤ガスによって希釈して外部に排出する燃料排ガス希釈手段と、前記アノードからの燃料排ガスを前記燃料排ガス希釈手段にパージするパージ量を制御するパージ制御手段と、前記燃料電池の発電停止後の前記第１の掃気までのシステム停止時間に基づいて前記アノードからの燃料ガスの濃度を予測する燃料ガス濃度予測手段と、前記第１の掃気の際に前記パージ制御手段によりパージするパージ量を、前記燃料ガス濃度予測手段により予測された前記燃料ガスの濃度に基づいて、前記燃料ガスの濃度が低ければ低いほど少ない量として算出するパージ量算出手段と、をさらに備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、燃料電池の発電停止から自動掃気をするまで（状態変化が所定条件になったとき）のシステム停止時間に基づいてアノード側の水素濃度を予測し、それに合わせてカソード掃気中の最適なパージ制御手段の動作を決定することが可能になり、パージ制御手段が無駄に作動することがなくなって消費電力の低減を図ることが可能になる。
【０００８】
また、前記酸化剤ガス供給量算出手段は、前記燃料電池の発電停止後の前記第１の掃気までのシステム停止時間に基づいて、前記システム停止時間が長ければ長いほど前記酸化剤ガスの供給量が少なくなるように設定することが好ましい。
【０００９】
これによれば、酸化剤ガスを供給する装置（例えば、エアコンプレッサ）を不必要に長時間駆動させることがなくなるので、消費電力を低減することが可能になる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の燃料電池システムによれば、掃気時の消費電力の低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は本実施形態の燃料電池システムを示す全体構成図、図２は本実施形態におけるシステム停止後の制御を示すフローチャート、図３（ａ）はシステム停止時間とアノード系内水素濃度との関係を示すマップ、（ｂ）はアノード系内水素濃度とカソード掃気中のパージ弁、ドレイン弁使用時間との関係を示すマップ、（ｃ）はシステム停止時間と掃気時間との関係を示すマップ、図４は図２の掃気実施のステップにおけるサブフローチャート、図５は本実施形態におけるシステム停止時間が短い場合の各種弁の開閉動作を示すタイミングチャート、図６は本実施形態におけるシステム停止時間が長い場合の各種弁の開閉動作を示すタイミングチャートである。なお、本実施形態は、燃料電池自動車に搭載される燃料電池システムを例に挙げて説明するが、これに限定されるものではなく、本実施形態の燃料電池システムを船舶や航空機などの移動体、あるいは家庭用など定置式のものなどあらゆるものに適用できる。
【００１２】
図１に示すように、本実施形態の燃料電池システム１は、燃料電池１０、アノード系２０、カソード系３０、制御系５０などを備えて構成されている。
【００１３】
前記燃料電池１０は、固体高分子型であるＰＥＭ（Ｐｒｏｔｏｎ  Ｅｘｃｈａｇｅ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ）型の燃料電池であり、電解質膜１１の両面を所定の触媒を含むアノード（燃料極）１２とカソード（酸化剤極）１３とで挟んで構成した膜電極構造体（ＭＥＡ；Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）を、さらに一対の導電性のセパレータ１４，１５で挟んで構成した単セルを複数積層したものである。また、セパレータ１４のアノード１２に対向する面には、水素（燃料ガス）が流通するアノード流路１４ａが形成され、セパレータ１５のカソード１３に対向する面には、空気（酸化剤ガス）が流通するカソード流路１５ａが形成されている。
【００１４】
また、前記燃料電池１０では、アノード１２に水素が、カソード１３に空気（酸素）がそれぞれ供給されることにより、アノード１２では触媒の作用により水素から電子が乖離し、水素イオンが電解質膜１１を介してカソード１３に透過し、電子が外部負荷（走行モータなど）を介してカソード１３に移動する。カソード１３では、水素イオンと電子と空気中の酸素とが触媒の作用により反応して水が生成される。
【００１５】
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・排出するものであり、アノードガス供給配管２ａ、アノードオフガス排出配管２ｂ、高圧水素タンク２１、遮断弁２２、パージ弁２３などを備えて構成されている。
【００１６】
前記アノードガス供給配管２ａは、一端が燃料電池１０のアノード流路１４ａの入口に接続され、他端が遮断弁２２に接続されている。前記アノードオフガス排出配管２ｂ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２３に接続されている。なお、図示省略しているが、アノード系２０には、燃料電池１０から排出された未反応の水素をアノードガス供給配管２ａに戻して再循環させるアノードガス循環配管などが設けられている。
【００１７】
前記高圧水素タンク２１は、高純度の水素を非常に高圧で蓄積可能な容器である。
【００１８】
前記遮断弁２２は、例えばソレノイドを有する電磁作動式のものであり、高圧水素タンク２１の出口近傍に設けられている。なお、この遮断弁２２は、高圧水素タンク２１と一体に設けられたインタンク式のものであってもよい。
【００１９】
前記パージ弁２３は、例えばソレノイドを有する電磁作動式のものであり、例えば定期的に、またはセル電圧の低下に応じて、開弁して発電性能が低下するのを防止するようになっている。ちなみに、パージ弁２３を開弁するのは、発電中において、カソード１３に供給された空気に含まれる窒素、生成水などが電解質膜１１を介してアノード１２に透過してアノード１２内の水素濃度が低下することによる。
【００２０】
なお、図示省略しているが、前記アノード系２０の遮断弁２２の下流側には、高圧水素タンク２１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などが設けられている。
【００２１】
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・排出するものであり、カソードガス供給配管３ａ、カソードオフガス排出配管３ｂ、エアコンプレッサ３１、背圧弁３２などを備えて構成されている。
【００２２】
前記カソードガス供給配管３ａは、一端が燃料電池１０のカソード流路１５ａの入口と接続され、他端が後記するエアコンプレッサ３１と接続されている。また、前記カソードオフガス排出配管３ｂは、一端が燃料電池１０のカソード流路１５ａの出口と接続され、他端が後記する背圧弁３２に接続されている。
【００２３】
前記エアコンプレッサ３１は、例えばモータにより駆動されるスーパーチャージャで構成され、燃料電池１０に圧縮した空気を供給する機能を有する。このエアコンプレッサ３１は、モータの回転速度を変更することにより、燃料電池１０に供給される空気の量を調節できるようになっている。
【００２４】
前記背圧弁３２は、バタフライ弁などで構成され、その弁開度を適宜調節することができるようになっている。弁開度を変更することにより、燃料電池１０のカソード１３に供給される空気圧（空気量）を変更できるようになっている。
【００２５】
なお、図示省略しているが、カソード系３０には、燃料電池１０に供給される空気を加湿する加湿器などが設けられている。なお、図示しない加湿器における加湿源としては、燃料電池１０のカソード１３から排出されるカソードオフガスが利用される。
【００２６】
また、本実施形態の燃料電池システム１は、希釈器３５、エア導入配管４１、エア導入弁４２、エア排出配管４３、エア排出弁４４、ドレイン配管４５、ドレイン弁４６、蓄電装置６０などを備えている。
【００２７】
前記希釈器３５は、アノードオフガスが滞留、希釈する空間を有し、燃料電池１０のアノード１２から排出されたアノードオフガス（燃料排ガス）を空気（酸化剤ガス）によって希釈して外部（車外）に排出する機能を有している。なお、本実施形態では、アノードオフガスをカソードオフガスで希釈しているが、燃料電池１０に供給される前の空気（酸化剤ガス）をさらに導入して希釈するようにしてもよい。
【００２８】
前記エア導入配管４１は、燃料電池１０の上流側のアノードガス供給配管２ａとカソードガス供給配管３ａとを接続している。前記エア導入弁４２は、例えばソレノイドを有する電磁作動式のものであり、エア導入配管４１上に設けられている。
【００２９】
前記エア排出配管４３は、燃料電池１０の下流側のアノードオフガス排出配管２ｂとカソードオフガス排出配管３ｂとを接続している。前記エア排出弁４４は、例えばソレノイドを有する電磁作動式のものであり、エア排出配管４３上に設けられている。
【００３０】
前記ドレイン配管４５は、前記エア排出配管４３よりもさらに下流側のアノードオフガス排出配管２ｂとカソードオフガス排出配管３ｂとを接続している。前記ドレイン弁４６は、例えばソレノイドを有する電磁作動式のものであり、ドレイン配管４５上に設けられている。
【００３１】
なお、ドレイン弁４６は、パージ弁２３よりも流路径が小さく形成されている。またパージ弁２３は、エア排出弁４４よりも流路径が小さく形成されている。つまり、ドレイン弁４６では小流量、パージ弁２３では中流量、エア排出弁４４では大流量のガスがそれぞれ流れるようになっている。
【００３２】
前記蓄電装置６０は、バッテリやキャパシタなどで構成された高電圧系のものであり、燃料電池１０で発電した電力を蓄電できるようになっている。この蓄電装置６０は、燃料電池１０の発電停止後の電力源、再起動時の電力源などとして用いられるようになっている。なお、バッテリとしては、リチウムイオン、ニッケル水素などから選択され、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から選択される。また、バッテリとキャパシタを双方搭載するようにしてもよい。
【００３３】
なお、エア導入配管４１によって本実施形態の連通流路が構成され、エア導入弁４２によって本実施形態の連通弁が構成されている。また、パージ弁２３によって本実施形態のパージ制御手段が構成されている。なお、ドレイン弁４６は、通常運転時には水分（生成水）を排出する機能を有し、掃気時にはパージ制御手段としての機能も果たしている。
【００３４】
前記制御系５０は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５１、イグニッションスイッチ（ＩＧＳＷ）５２、タイマ５３、温度センサ５４、水素濃度センサ５５などで構成されている。
【００３５】
前記ＥＣＵ５１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ、プログラムを記憶したＲＯＭ、各種回路などで構成され、掃気手段、酸化剤ガス供給量算出手段、燃料ガス濃度予測手段、パージ量算出手段を備えている。また、ＥＣＵ５１は、遮断弁２２、パージ弁２３、エアコンプレッサ３１、背圧弁３２、エア導入弁４２、エア排出弁４４、ドレイン弁４６、イグニッションスイッチ５２、タイマ５３、温度センサ５４、および水素濃度センサ５５と接続されている。このＥＣＵ５１の制御により、遮断弁２２、パージ弁２３、エア導入弁４２、エア排出弁４４、ドレイン弁４６の開閉が行われ、エアコンプレッサ３１のモータの回転速度が制御され、背圧弁３２の開度が調節される。
【００３６】
前記イグニッションスイッチ５２は、運転者によってイグニッションオフ（ＩＧ−ＯＦＦ）とイグニッションオン（ＩＧ−ＯＮ）とが切り替えられ、ＩＧ−ＯＦＦ信号、ＩＧ−ＯＮ信号をＥＣＵ５１に出力する。
【００３７】
前記タイマ５３は、ＩＧ−ＯＦＦされて燃料電池１０の発電が停止（システム停止）をしてからの経過時間（システム停止時間）などを検出する。
【００３８】
前記温度センサ５４は、燃料電池１０の温度を検知する（状態変化を監視する）機能を有する状態監視手段であり、例えば燃料電池１０のアノード１２の入口近傍のアノードガス供給配管２ａに設けられている。なお、温度センサ５４の位置は、燃料電池１０の温度を検出できる位置であればアノード１２の入口に限定されるものではなく、アノード１２の出口近傍のアノードオフガス排出配管２ｂ、カソード１３の入口近傍のカソードガス供給配管３ａ、カソード１３の出口側のカソードオフガス排出配管３ｂ、冷却系の冷媒が流通する配管であってもよく、あるいは燃料電池１０の温度を直接測定するものであってもよい。
【００３９】
前記水素濃度センサ５５は、燃料電池１０のアノード１２の下流のアノードオフガス排出配管２ｂに設けられ、アノード系２０内の水素濃度を検出する機能を有する。アノード系２０内の水素濃度とは、アノードガス供給配管２ａ、アノードオフガス排出配管２ｂ、アノード流路１４ａ、アノードガス循環配管（図示せず）に残留している水素濃度を意味している。
【００４０】
次に、本実施形態の燃料電池システム１での掃気制御について図２ないし図５を参照（適宜、図１を参照）しながら説明する。なお、燃料電池システム１の運転中においては、遮断弁２２が開弁されて高圧水素タンク２１から燃料電池１０のアノード１２に水素が供給され、またエアコンプレッサ３１が駆動されて燃料電池１０のカソード１３に圧縮されて加湿された空気が供給され、燃料電池１０において発電が行われる。燃料電池１０の発電電力は、走行モータ（図示せず）やエアコンプレッサ３１などの補機に供給され、また蓄電装置６０に充電される。
【００４１】
図２に示すように、運転者によりイグニッションスイッチ５２がオフ（ＩＧ−ＯＦＦ）にされると、ステップＳ１００において、ＥＣＵ５１は、アノード系２０内の水素濃度（初期値）を水素濃度センサ５５によって判断する。そして、ステップＳ１１０において、ＥＣＵ５１は、燃料電池システム１の運転を停止（システム停止）する。このシステム停止では、遮断弁２２を閉じてアノード１２への水素の供給を停止し、かつ、エアコンプレッサ３１への電力の供給を停止してカソード１３への空気の供給を停止して、燃料電池１０の発電を停止する。
【００４２】
システム停止後、ステップＳ１２０において、ＥＣＵ５１は、温度センサ５４から得られる燃料電池１０の温度（システム温度）の自動監視を開始し、さらにステップＳ１３０において、タイマ５３を始動してシステム停止からの時間（システム停止時間）の自動監視を開始する。なお、システム温度とシステム停止時間の自動監視は、例えば、図示しない低電圧系バッテリに蓄積された電力を用いて作動するようになっている。
【００４３】
そして、ステップＳ１４０において、ＥＣＵ５１は、システム温度が所定値以下になったか否かを判断する。ステップＳ１４０において、ＥＣＵ５１は、システム温度が所定値以下でないと判断した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ１２０に戻ってシステム温度とシステム停止時間の各自動監視を継続し、システム温度が所定値以下であると判断した場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ１５０に進む。なお、システム温度の所定値としては、温度が低下し且つ水が凍結する前の温度（例えば、５℃）に設定される。
【００４４】
そして、ステップＳ１５０において、ＥＣＵ５１は、システム停止時間に基づいてアノード系２０内の水素濃度を予測する。水素濃度を予測する手段としては、例えば、図３（ａ）のマップに基づいて判断される。なお、図３（ａ）は、予め実験等によって求められ、図示されているように、アノード系２０内の水素濃度は、初期値が最も高くなり、システム停止時間が長くなるにつれて徐々に低下する。ちなみに、システム停止時間が長くなるにつれてアノード系２内の水素濃度が低くなっているが、これは、いわゆるクロスリークによって、カソード１３内の空気に含まれる窒素が電解質膜１１を介してアノード１２に透過し、またアノード１２内の残留水素が電解質膜１１を介してカソード１３に透過するからである。なお、ステップＳ１５０が、本実施形態における燃料ガス濃度予測手段が実施する処理に相当する。
【００４５】
そして、ステップＳ１６０において、ＥＣＵ５１は、カソード重点掃気に必要な弁の動きを決定する。必要な弁の動きとは、カソード重点掃気中に使用されるパージ弁２３およびドレイン弁４６の使用時間（開弁時間）であり、図３（ｂ）のマップに基づいて決定される。図３（ｂ）は、予め実験等によって求められ、アノード系２０内の水素濃度が低くなるにつれて使用時間も短くなるように設定される。なお、ステップＳ１６０が、本実施形態におけるパージ量算出手段が実施する処理に相当する。
【００４６】
そして、ステップＳ１７０において、ＥＣＵ５１は、掃気時間を算出する。なお、ここでの掃気時間とは、燃料電池１０のカソード１３を掃気する第１の掃気（カソード重点掃気）の掃気時間と、アノード１２を掃気する第２の掃気（アノード重点掃気）の掃気時間との合計時間である。また、この掃気時間は、図３（ｃ）のマップに基づいて決定され、燃料電池１０の発電停止から第１の掃気（カソード重点掃気）までのシステム停止時間が長くなるにしたがって短い時間に設定される。なお、このステップＳ１７０が、本実施形態における酸化剤ガス供給量算出手段が実施する処理に相当する。
【００４７】
そして、ステップＳ１８０において、ＥＣＵ５１は、図４に示すサブフローに基づいて掃気を実施する。すなわち、図４のステップＳ１８１において、ＥＣＵ５１は、蓄電装置６０の電力を利用してエアコンプレッサ３１を始動し、ステップＳ１８２において、エア導入弁４２、パージ弁２３およびドレイン弁４６を開弁する。なお、このとき背圧弁３２の開度は、ＥＣＵ５１によって、カソード１３側が重点的に掃気されるような弁開度（例えば、全開）に設定される。また、エアコンプレッサ３１の始動とエア導入弁４２の開弁とのタイミングは同時であってもよく、あるいは、先にエアコンプレッサ３１を始動してカソード１３側の圧力を上げてからエア導入弁４２を開弁するようにしてもよい。また、エア導入弁４２の開弁とパージ弁２３およびドレイン弁４６の開弁とのタイミングは、同時であってもよく、あるいは先にエア導入弁４２を開弁してからパージ弁２３およびドレイン弁４６を開弁するようにしてもよい。
【００４８】
これにより、エアコンプレッサ３１からの空気が、エア導入配管４１を介して燃料電池１０のアノード１２に導入されることで、アノード１２側に残留している水素がパージ弁２３から押し出され、押し出された水素が希釈器３５に排出される。また、アノード１２側に残留している水素がドレイン弁４６から少しずつ押し出され、押し出された水素がカソード１３側を流れる空気と合流して希釈された後に希釈器３５に向けて排出される。つまり、ここでの掃気処理（第１の掃気）は、カソード１３側を重点的に掃気するとともにアノード１２側の残留水素の希釈が行われる。カソード１３側を重点的に掃気するとは、アノード１２側の水素を希釈するとともに、カソード１３側のカソードガス供給配管３ａ、カソード流路１５ａ、カソードオフガス排出配管３ｂに残留している生成水を排出することである。
【００４９】
そして、ステップＳ１８３において、ＥＣＵ５１は、ステップＳ１７０で算出された掃気時間（第１の掃気に必要な掃気時間）が経過したか否かを判断する。ステップＳ１８３において、ＥＣＵ５１は、掃気時間が経過していないと判断した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ１８３の処理を繰り返し、掃気時間が経過したと判断した場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ１８４に進む。
【００５０】
ステップＳ１８４において、ＥＣＵ５１は、パージ弁２３とドレイン弁４６を開弁したままで、さらにエア排出弁４４を開弁する。なお、このときの背圧弁３２の開度は、ＥＣＵ５１によって、アノード１２側が重点的に掃気されるような弁開度に設定される。これにより、エアコンプレッサ３１からの空気が、エア導入配管４１を通って、アノードガス供給配管２ａ、アノード流路１４ａ、アノードオフガス排出配管２ｂに流れ、エア排出配管４３、カソードオフガス排出配管３ｂを通って希釈器３５へと排出される。これにより、アノード１２側に残留している希釈後の水素とともに生成水などが排出される。
【００５１】
そして、ステップＳ１８５において、ＥＣＵ５１は、掃気が完了したか否かを判断する。この掃気完了の成立条件としては、ステップＳ１７０で算出した所定時間（第２の掃気に必要な掃気時間）に基づいて判断される。ただし、蓄電装置６０が次回起動時などに必要な電力を確保できる電圧値を下回らない範囲において判断することが好ましい。ステップＳ１８５において、ＥＣＵ５１は、掃気が完了していないと判断した場合には（Ｎｏ）、ステップＳ１８５の処理を繰り返し、掃気が完了したと判断した場合には（Ｙｅｓ）、図２のフローに戻って、ステップＳ１９０に進み、システム温度の自動監視を停止する。
【００５２】
さらに、図５及び図６のタイムチャートを参照して説明する。なお、図５は、燃料電池１０の発電停止後のカソード重点掃気（第１の掃気）が開始されるまでのシステム停止時間が短い場合のタイムチャートであり、図６は、システム停止時間が長い場合のタイムチャートである。
【００５３】
図５に示すように、燃料電池１０の発電停止後において、システム温度が所定値まで低下する時間（時刻ｔ２、Ｓ１４０のＹｅｓ）が早く、すなわちイグニッションスイッチ５２がオフにされて（時刻ｔ１）からのシステム停止時間（時刻ｔ１〜ｔ２）が短い場合には、アノード系２０内の水素濃度は、時刻ｔ２において高い状態であると予測できるので（Ｓ１５０）、この場合には開弁時間（Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４）が長くなるようにパージ弁２３およびドレイン弁４６の動きが決定される（Ｓ１６０）。そして、時刻ｔ２において、蓄電装置６０の電力を利用してエアコンプレッサ３１を駆動させるとともに、エア導入弁４２が開弁され、パージ弁２３およびドレイン弁４６が間歇的に開弁される。ちなみに、パージ弁２３およびドレイン弁４６の開閉制御について、最初に排出される水素濃度は高いと考えられる場合には、図５に示すように最初の開弁時間Ｔ１を短く設定してもよいが、一定の間隔（開弁時間）を所定回数に分けて行ってもよい。これにより、カソード１３側が所定時間Ｔｃ掃気されるとともに、アノード１２側に残留する水素が希釈される。
【００５４】
そして、カソード重点掃気終了後（時刻ｔ３）、エア導入弁４２、パージ弁２３およびドレイン弁４６を開弁したままで、さらに蓄電装置６０の電力を用いてエア排出弁４４を開弁して、アノード重点掃気が行われる（時刻ｔ３〜ｔ４）。アノード重点掃気では、所定時間Ｔａ掃気され、エア導入配管４１から導入される空気によって、主にアノード１２側に残留している生成水や凝縮水が排出される。
【００５５】
一方、図６に示すように、燃料電池１０の発電停止後において、システム温度が所定値まで低下する時間（時刻ｔ２、Ｓ１４０のＹｅｓ）が長く、すなわちイグニッションスイッチ５２がオフにされて（時刻ｔ１）からのシステム停止時間（時刻ｔ１〜ｔ２）が長い場合には、アノード系２０内の水素濃度は、時刻ｔ２において低い状態であると予測できるので（Ｓ１５０）、この場合には開弁時間（Ｔ５）が短くなるようにパージ弁２３およびドレイン弁４６の動きが決定される（Ｓ１６０）。そして、時刻ｔ２において、蓄電装置６０の電力を利用してエアコンプレッサ３１が駆動されるとともに、エア導入弁４２が開弁され、パージ弁２３およびドレイン弁４６が決定された開弁時間（使用時間）に基づいて開閉される。
【００５６】
このように、本実施形態では、システム停止時間が短い場合には、パージ弁２３およびドレイン弁４６の開弁時間を長くした状態でカソード重点掃気を行い（図５参照）、システム停止時間が長い場合には、パージ弁２３およびドレイン弁４６の開弁時間を短くした状態でカソード重点掃気を行う（図６参照）。よって、システム停止時間が長く、アノード１２側に残留する水素濃度が低い場合には、パージ弁２３およびドレイン弁４６を無駄に開弁させることがなくなるので、消費電力を低減することが可能になる。
【００５７】
また、本実施形態によれば、図３（ｃ）に示したように、システム停止時間に基づいて、システム停止時間が長くなるにつれて掃気時間、特に図５の所定時間１に比べて図６の所定時間２を短くできるので、カソード重点掃気時のエアコンプレッサ３１の駆動時間を短くでき、エアコンプレッサ３１による電力消費を低減することができる。つまり、システム停止時間が長い場合には、いわゆるクロスリークによるアノード１２からカソード１３への水素透過量が多く、システム停止時間が短い場合には、アノード１２からカソード１３への水素透過量が少ないと判断できる。したがって、システム停止時間が長期に及んだ場合には、残留水素濃度が自然拡散によって低下するので、必要以上に長い時間でカソード重点掃気が行われるのを防止できる。よって、エアコンプレッサ３１に供給する電力の削減を図ることができるので、消費電力の削減を図ることが可能になる。
【００５８】
なお、本実施形態では、掃気完了（Ｓ１８３、Ｓ１８５）の判断条件として、時間により判断しているが、時間に限定されるものではなく、エアコンプレッサ３１の下流に流量センサを設けて、空気の流量に基づいて判断してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本実施形態の燃料電池システムを示す全体構成図である。
【図２】本実施形態におけるシステム停止後の掃気制御を示すフローチャートである。
【図３】（ａ）はシステム停止時間とアノード系内水素濃度との関係を示すマップ、（ｂ）はアノード系内水素濃度とカソード掃気中のパージ弁、ドレイン弁使用時間との関係を示すマップ、（ｃ）はシステム停止時間と掃気時間との関係を示すマップである。
【図４】図２の掃気実施のステップにおけるサブフローチャートである。
【図５】本実施形態におけるシステム停止時間が短い場合の各種弁の開閉動作を示すタイミングチャートである。
【図６】本実施形態におけるシステム停止時間が長い場合の各種弁の開閉動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００６０】
１      燃料電池システム
２ａ    アノードガス供給配管（燃料ガス流通路）
２ｂ    アノードオフガス排出配管（燃料ガス流通路）
３ａ    カソードガス供給配管（酸化剤ガス流通路）
３ｂ    カソードオフガス排出配管（酸化剤ガス流通路）
１２    アノード
１３    カソード
２３    パージ弁
３１    エアコンプレッサ
３２    背圧弁
３５    希釈器（燃料排ガス希釈手段）
４１    エア導入配管（連通流路）
４２    エア導入弁（連通弁）
４３    エア排出配管
４４    エア排出弁
４５    ドレイン配管
４６    ドレイン弁
５１    ＥＣＵ（掃気手段、酸化剤ガス供給量算出手段、燃料ガス濃度予測手段、パージ量算出手段）
５４    温度センサ（状態監視手段）
ＦＣ    燃料電池
【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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