(57)【要約】【課題】  触媒の形態変化を抑制することができ、かつ、燃料電池の発電停止時における停止処理時間の短縮化を図ることができ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を提供する。【解決手段】  燃料電池システム（３００）は、時間取得手段が取得した発電停止時間とあらかじめ定めた所定時間とを比較し、時間取得手段が取得した発電停止時間が所定時間以下の場合に燃料電池内の燃料ガスの圧力が上昇するように圧力調整手段を制御するとともに燃料電池の発電が停止されるように発電制御手段を制御する制御、および、発電停止時間が所定時間よりも長い場合に燃料電池内の燃料ガスの圧力が低下するように圧力調整手段を制御するとともに燃料電池の発電が継続されるように発電制御手段を制御する制御、の少なくとも一方を行う制御手段（２００）、を備えることを特徴とするものである。【選択図】        図１
2009140748.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスおよび酸化剤ガスを用いて発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池の前記燃料ガスの圧力を調整する圧力調整手段と、
前記燃料電池の発電を制御する発電制御手段と、
前記燃料電池の発電停止時に発電停止時間を推定または検出する時間取得手段と、
前記時間取得手段が取得した前記発電停止時間とあらかじめ定めた所定時間とを比較し、前記時間取得手段が取得した前記発電停止時間が前記所定時間以下の場合に前記燃料電池内の前記燃料ガスの圧力が上昇するように前記圧力調整手段を制御するとともに前記燃料電池の発電が停止されるように前記発電制御手段を制御する制御、および、前記発電停止時間が前記所定時間よりも長い場合に前記燃料電池内の前記燃料ガスの圧力が低下するように前記圧力調整手段を制御するとともに前記燃料電池の発電が継続されるように前記発電制御手段を制御する制御、の少なくとも一方を行う制御手段と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御手段は、前記時間取得手段が取得した前記発電停止時間が前記所定時間以下の場合に前記燃料電池内の前記燃料ガスの圧力が前記発電停止時間に応じて設定される圧力まで上昇するように前記圧力調整手段を制御するとともに前記燃料電池の発電が停止されるように前記発電停止制御手段を制御することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記燃料電池内の前記燃料ガス圧力を検出する圧力検出手段と、
前記燃料電池への前記燃料ガスおよび前記酸化剤ガスの供給を制御するガス供給手段と、をさらに備え、
前記制御手段は、前記発電停止時間が前記所定時間よりも長い場合に、前記圧力検出手段の検出圧力が所定値以下になると前記燃料ガスの供給が停止されるように前記ガス供給手段を制御するとともに、前記燃料電池の発電が停止されるように前記発電制御手段を制御することを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池内のセル電圧を検出する電圧検出手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記発電停止時間が前記所定時間よりも長い場合は、前記電圧検出手段の検出電圧が所定値以下になると前記酸化剤ガスの供給が停止されるように前記ガス供給手段を制御することを特徴とする請求項３記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料電池の前記発電停止時間を入力可能な入力手段をさらに備え、
前記時間取得手段は、前記入力手段に入力された前記発電停止時間を検出することによって前記発電停止時間を取得することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記燃料電池システムの位置を取得する位置取得手段をさらに備え、
前記時間取得手段は、前記位置取得手段の取得結果に基づいて前記発電停止時間を推定することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項７】
時刻を取得する時刻取得手段をさらに備え、
前記時間取得手段は、前記時刻取得手段の取得結果に基づいて前記発電停止時間を推定することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記時間取得手段は、前記燃料電池の前記発電停止時間の過去の履歴に基づいて前記発電停止時間を推定することを特徴とする請求項６または７記載の燃料電池システム。
【請求項９】
燃料電池の発電停止時に発電停止時間を推定または検出するステップと、
前記発電停止時間が所定時間以下の場合に前記燃料電池の燃料ガスの圧力を上昇させるとともに前記燃料電池の発電を停止させるステップ、および、前記発電停止時間が前記所定時間より長い場合に前記燃料電池内の前記燃料ガスの圧力を低下させるとともに前記燃料電池の発電を継続させるステップ、の少なくとも一方のステップと、を備え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１０】
前記発電停止時間が所定時間以下の場合に前記燃料電池内の燃料ガスの圧力を前記発電停止時間に応じて設定される圧力まで上昇させるとともに前記燃料電池の発電を停止させるステップを備えることを特徴とする請求項９記載の燃料電池システムの制御方法。
【請求項１１】
前記発電停止時間が前記所定時間より長い場合は、前記燃料電池内の燃料ガス圧力が所定値以下になると前記燃料ガスの供給を停止するとともに前記燃料電池の発電を停止させるステップをさらに備えることを特徴とする請求項９記載の燃料電池システムの制御方法。
【請求項１２】
前記発電停止時間が前記所定時間より長い場合は、前記燃料電池内のセル電圧が所定値以下になると前記酸化剤ガスの供給を停止するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１１記載の燃料電池システムの制御方法。
【請求項１３】
前記発電停止時間を推定または検出するステップは、入力された前記発電停止時間を検出することによって前記発電停止時間を検出するステップであることを特徴とする請求項９〜１２のいずれかに記載の燃料電池システムの制御方法。
【請求項１４】
前記発電停止時間を推定または検出するステップは、取得した位置情報に基づいて前記発電停止時間を推定するステップであることを特徴とする請求項９〜１２のいずれかに記載の燃料電池システムの制御方法。
【請求項１５】
前記発電停止時間を推定または検出するステップは、取得した時刻情報に基づいて前記発電停止時間を推定するステップであることを特徴とする請求項９〜１２のいずれかに記載の燃料電池システムの制御方法。
【請求項１６】
前記発電停止時間を推定または検出するステップは、発電停止時間の過去の履歴に基づいて前記発電停止時間を推定するステップであることを特徴とする請求項１４または１５記載の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】
本発明は、燃料電池を備えた燃料電池システム、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】
燃料電池は、一般的には水素および酸素を燃料として電気エネルギを得る装置である。この燃料電池は、環境面において優れており、また高いエネルギ効率を実現できることから、今後のエネルギ供給システムとして広く開発が進められてきている。
【０００３】
燃料電池のうち固体の電解質を用いたものには、固体高分子型燃料電池、固体酸化物型燃料電池等がある。このうち、固体高分子型燃料電池は、固体高分子電解質膜がカソード触媒層とアノード触媒層（以下、両者を合わせて触媒層と称する）とにより挟まれた膜電極接合体（ＭＥＡ）がさらにセパレータによって挟まれたセルが複数積層されたスタック構造を有する。固体高分子型燃料電池においては、燃料ガスがアノード触媒層に供給され、酸化剤ガスがカソード触媒層に供給される。その結果、燃料ガスと酸化剤ガスとが電気化学反応して水が生成される。この水が生成されるときに発生する電流が外部に取り出されることにより、燃料電池は発電する。
【０００４】
このような燃料電池においては、発電停止後に残留する燃料ガスおよび酸化剤ガスに起因して、触媒の形態が変化するおそれがある。そこで、車両停止後に停止時間を予測し、予測された停止時間に応じた停止処理を行う技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１３４７４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の技術では、わずかでも水素が残留していればセル電圧が再度上昇する可能性があることから、発電継続時間が長くなってしまう。その結果、停止処理に時間がかかる。
【０００７】
本発明は、触媒の形態変化を抑制することができ、かつ、燃料電池の発電停止時における停止処理時間の短縮化を図ることができ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】
【０００８】
本発明に係る燃料電池システムは、燃料ガスおよび酸化剤ガスを用いて発電を行う燃料電池と、燃料電池の燃料ガスの圧力を調整する圧力調整手段と、燃料電池の発電を制御する発電制御手段と、燃料電池の発電停止時に発電停止時間を推定または検出する時間取得手段と、時間取得手段が取得した発電停止時間とあらかじめ定めた所定時間とを比較し、時間取得手段が取得した発電停止時間が所定時間以下の場合に燃料電池内の燃料ガスの圧力が上昇するように圧力調整手段を制御するとともに燃料電池の発電が停止されるように発電制御手段を制御する制御、および、発電停止時間が所定時間よりも長い場合に燃料電池内の燃料ガスの圧力が低下するように圧力調整手段を制御するとともに燃料電池の発電が継続されるように発電制御手段を制御する制御、の少なくとも一方を行う制御手段と、を備えることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明に係る燃料電池システムによれば、燃料電池の発電停止時間が所定時間以下の場合、燃料ガスの圧力が上昇するとともに燃料電池の発電が停止する。それにより、触媒層の形態変化を抑制することができる。また、この場合、燃料電池を発電させる必要がないことから、燃料電池の発電停止時における停止処理時間が短縮化される。さらに、燃料ガスを消費させる必要がないことから、水素の無駄な消費を抑制することができる。また、本発明に係る燃料電池システムによれば、発電停止時間が所定時間よりも長い場合は、燃料電池内の燃料ガスの圧力が低下するとともに燃料電池の発電が継続される。それにより、カソード触媒層において、残留した燃料ガスの消費時間が短縮化される。それにより、触媒層の形態変化を抑制することができる。
【００１０】
上記構成において、制御手段は、時間取得手段が取得した発電停止時間が所定時間以下の場合に燃料電池内の燃料ガスの圧力が発電停止時間に応じて設定される圧力まで上昇するように圧力調整手段を制御するとともに燃料電池の発電が停止されるように発電停止制御手段を制御するものであってもよい。
【００１１】
上記構成において、燃料電池内の燃料ガス圧力を検出する圧力検出手段と、燃料電池への燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給を制御するガス供給手段と、をさらに備え、制御手段は、発電停止時間が所定時間よりも長い場合に、圧力検出手段の検出圧力が所定値以下になると燃料ガスの供給が停止されるようにガス供給手段を制御するとともに、燃料電池の発電が停止されるように発電制御手段を制御するものであってもよい。
【００１２】
上記構成において、燃料電池内のセル電圧を検出する電圧検出手段をさらに備え、制御手段は、発電停止時間が所定時間よりも長い場合は、電圧検出手段の検出電圧が所定値以下になると酸化剤ガスの供給が停止されるようにガス供給手段を制御するものであってもよい。この構成によれば、各セルの電圧が検出されることから、各セル間の電圧のバラツキの影響を抑制することができる。したがって、いずれのセルにおいても、逆電位を抑制することができる。その結果、触媒層の形態変化を抑制することができる。
【００１３】
上記構成において、燃料電池の発電停止時間を入力可能な入力手段をさらに備え、時間取得手段は、入力手段に入力された発電停止時間を検出することによって発電停止時間を取得するものであってもよい。上記構成において、燃料電池システムの位置を取得する位置取得手段をさらに備え、時間取得手段は、位置取得手段の取得結果に基づいて発電停止時間を推定するものであってもよい。上記構成において、時刻を取得する時刻取得手段をさらに備え、時間取得手段は、時刻取得手段の取得結果に基づいて発電停止時間を推定するものであってもよい。
【００１４】
上記構成において、時間取得手段は、燃料電池の発電停止時間の過去の履歴に基づいて発電停止時間を推定するものであってもよい。
【００１５】
本発明に係る燃料電池システムの制御方法は、燃料電池の発電停止時に発電停止時間を推定または検出するステップと、発電停止時間が所定時間以下の場合に燃料電池の燃料ガスの圧力を上昇させるとともに燃料電池の発電を停止させるステップ、および、発電停止時間が所定時間より長い場合に燃料電池内の燃料ガスの圧力を低下させるとともに燃料電池の発電を継続させるステップ、の少なくとも一方のステップと、を備えることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明に係る燃料電池システムの制御方法によれば、燃料電池の発電停止時間が所定時間以下の場合、燃料ガスの圧力が上昇するとともに燃料電池の発電が停止する。それにより、触媒層の形態変化を抑制することができる。また、この場合、燃料電池を発電させる必要がないことから、燃料電池の発電停止時における停止処理時間が短縮化される。さらに、燃料ガスを消費させる必要がないことから、水素の無駄な消費を抑制することができる。また本発明に係る燃料電池システムの制御方法によれば、発電停止時間が所定時間より長い場合は、燃料電池内の燃料ガスの圧力が低下するとともに燃料電池の発電が継続する。それにより、カソード触媒層において、残留した燃料ガスの消費時間が短縮化される。それにより、触媒層の形態変化を抑制することができる。
【００１７】
上記制御方法において、発電停止時間が所定時間以下の場合に燃料電池内の燃料ガスの圧力を発電停止時間に応じて設定される圧力まで上昇させるとともに燃料電池の発電を停止させるステップを備えるものであってもよい。
【００１８】
上記制御方法において、発電停止時間が所定時間よりも長い場合は、燃料電池内の燃料ガス圧力が所定値以下になると燃料ガスの供給を停止するとともに燃料電池の発電を停止させるステップをさらに備えるものであってもよい。
【００１９】
上記制御方法において、発電停止時間が所定時間よりも長い場合は、燃料電池内のセル電圧が所定値以下になると酸化剤ガスの供給を停止するステップをさらに備えるものであってもよい。この制御方法によれば、各セルの電圧が検出されることから、各セル間の電圧のバラツキの影響を抑制することができる。したがって、いずれのセルにおいても、逆電位を抑制することができる。その結果、触媒層の形態変化を抑制することができる。
【００２０】
上記制御方法において、発電停止時間を推定または検出するステップは、入力された発電停止時間を検出することによって発電停止時間を検出するステップであってもよい。上記制御方法において、発電停止時間を推定または検出するステップは、取得した位置情報に基づいて発電停止時間を推定するステップであってもよい。上記制御方法において、発電停止時間を推定または検出するステップは、取得した時刻情報に基づいて発電停止時間を推定するステップであってもよい。
【００２１】
上記制御方法において、燃料電池の発電停止時に発電停止時間を推定または検出するステップは、発電停止時間の過去の履歴に基づいて発電停止時間を推定するステップであってもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、触媒の形態変化を抑制することができ、かつ、燃料電池の発電停止時における停止処理時間の短縮化を図ることができ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を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【実施例１】
【００２４】
まず、本発明の第１実施例に係る燃料電池システム３００について説明する。図１は、燃料電池システム３００の構成を示すブロック図である。図１に示すように、燃料電池システム３００は、燃料電池２０、ガス供給手段３０、検出手段６０、発電制御手段７０、圧力調整手段７５、時間取得手段８０、入力手段９０および制御手段２００を備える。
【００２５】
燃料電池２０は、セル１０が複数積層されたスタック構造を有する。セル１０の積層体の両端には、それぞれエンドプレート２５が配置されている。エンドプレート２５にはそれぞれ、酸化剤ガスおよび燃料ガスを各セル１０に供給または各セル１０から排出するための配管部（図示せず）が設けられている。
【００２６】
ガス供給手段３０は、燃料電池２０へ燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給する手段である。ガス供給手段３０は、酸化剤ガス供給手段（図示せず）および燃料ガス供給手段（図示せず）を備える。酸化剤ガス供給手段は、燃料電池２０に酸化剤ガスを供給する手段である。燃料ガス供給手段は、燃料電池２０に燃料ガスを供給する手段である。酸化剤ガスとしては、例えば酸素を含んだエアが用いられる。燃料ガスとしては、例えば水素が用いられる。以下、燃料ガスおよび酸化剤ガスを反応ガスと総称する。ガス供給手段３０は、制御手段２００の指示に従って、各セル１０に反応ガスを供給する。それにより、各セル１０において発電が行われる。
【００２７】
検出手段６０は、圧力検出手段６２および電圧検出手段６５を備え、燃料電池２０に接続されている。圧力検出手段６２は、燃料電池２０内の燃料ガス圧力を検出する手段である。電圧検出手段６５は、各セル１０のセル電圧を検出する手段である。圧力検出手段６２および電圧検出手段６５は、制御手段２００に検出結果を伝える。
【００２８】
発電制御手段７０は、燃料電池２０の発電を制御する手段である。発電制御手段７０は、例えば、燃料電池２０のプラス端子およびマイナス端子に接続されたスイッチ等からなる。発電制御手段７０がオンされると、閉回路が形成される。それにより、燃料電池２０の発電が開始される。この場合、図示しない負荷において電力が消費される。発電制御手段７０がオフされると、開回路が形成される。それにより、燃料電池２０の発電は停止する。発電制御手段７０は、制御手段２００からの指示を受けて、燃料電池２０の発電を開始あるいは停止させる。
【００２９】
圧力調整手段７５は、燃料電池２０内の燃料ガスの圧力を調整する手段である。圧力調整手段７５は、例えば、圧力調整バルブ等により構成される。圧力調整手段７５は、燃料電池２０に接続されている。圧力調整手段７５は、制御手段２００からの指示を受けて、燃料電池２０内の燃料ガスの圧力を調整する。
【００３０】
時間取得手段８０は、燃料電池２０の発電停止時に発電停止時間を検出する手段である。ここで、発電停止時とは、燃料電池２０への出力要求が停止された場合のことをいう。また、発電停止時間とは、燃料電池２０の発電が停止されてから燃料電池２０が発電を開始するまでの時間のことをいう。時間取得手段８０は、入力手段９０から取得した発電停止時間を制御手段２００に伝える。
【００３１】
入力手段９０は、燃料電池システム３００のオペレータ等が燃料電池２０の発電停止時間を入力することが可能な手段である。入力手段９０として、例えば、キーボード、タッチパネル等の入力端末を用いることができる。入力手段９０は、取得結果を時間取得手段８０に伝える。
【００３２】
制御手段２００は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）等から構成される。制御手段２００は、検出手段６０および時間取得手段８０から受け取った結果に基づいて、燃料電池システム３００を制御する。
【００３３】
図２にセル１０の模式的断面図を示す。図２に示すように、セル１０はセパレータ１１０ａ、拡散層１０８ａ、カソード触媒層１０４、電解質膜１０２、アノード触媒層１０６、拡散層１０８ｂおよびセパレータ１１０ｂが順に積層された構造を有する。電解質膜１０２は、プロトン伝導性を有する固体高分子電解質からなり、例えばパーフルオロスルフォン酸型ポリマからなる。
【００３４】
カソード触媒層１０４は、プロトンと酸素との反応を促進する触媒層である。アノード触媒層１０６は、水素のプロトン化を促進する触媒層である。カソード触媒層１０４およびアノード触媒層１０６は、例えば、白金担持カーボンからなる。拡散層１０８ａは、酸素を含有する酸化剤ガスを透過する層である。拡散層１０８ｂは水素を含有する燃料ガスを透過する層である。拡散層１０８ａ，１０８ｂは、例えば、カーボンペーパからなる。セパレータ１１０ａには、酸化剤ガス流路１１２ａが設けられている。セパレータ１１０ｂには、燃料ガス流路１１２ｂが設けられている。
【００３５】
燃料ガス流路１１２ｂには、燃料ガス供給手段から燃料ガスが供給される。この燃料ガスは、拡散層１０８ｂを透過してアノード触媒層１０６に到達する。燃料ガスに含まれる水素は、アノード触媒層１０６の触媒を介してプロトンと電子とに解離する。プロトンは、電解質膜１０２を伝導してカソード触媒層１０４に到達する。
【００３６】
酸化剤ガス流路１１２ａには、酸化剤ガス供給手段から酸化剤ガスが供給される。この酸化剤ガスは、拡散層１０８ａを透過してカソード触媒層１０４に到達する。カソード触媒層１０４においては、触媒を介してプロトンと酸素とが反応する。それにより、発電が行われるとともに、水が生成される。発電によって生成された水は、主として酸化剤ガス流路１１２ａおよび燃料ガス流路１１２ｂを通って外部へ排出される。
【００３７】
ここで、燃料電池２０の発電が停止される過程において、カソード触媒層１０４の触媒の形態が変化することがある。この場合、燃料電池２０の発電性能が低下するおそれがある。図３に、燃料電池２０の発電停止時におけるカソード触媒層１０４の触媒の形態変化について説明する。図３の縦軸はカソード触媒層１０４における触媒の単位時間あたりの形態変化進行率を示し、図３の横軸は時間を示す。したがって、図３において描かれた曲線と横軸とによって囲まれた範囲の面積は、触媒の形態変化量を示す。
【００３８】
図３の曲線１２０ａは、ガス供給手段３０から燃料ガスおよび酸化剤ガスの両方の供給が停止され、かつ発電制御手段７０がオフされている場合の形態変化を示す。この場合、カソード触媒層１０４において酸素が不足するため、図３に示すように触媒の形態変化は進行しない。しかしながら、所定の時間（図３においては、時間１２５ａ）が経過すると、流入する酸素および残留する燃料ガスによって触媒の形態変化が進行する。この場合、触媒の形態変化が開始されるまでの時間は比較的長くなるが、触媒の形態変化量は比較的大きくなる。
【００３９】
触媒の形態変化が開始されるまでの時間は、燃料ガスの圧力に応じて変化する。図３の曲線１２０ｂおよび曲線１２０ｃに示すように、燃料ガスの圧力が大きくなるほど触媒の形態変化が開始されるまでの時間が長くなる。しかしながら、燃料ガスの圧力が大きくなるほど、形態変化量も大きくなる。なお、燃料ガスの圧力は、燃料電池２０のシール材等により制限される。図３の曲線１２０ｃは、燃料電池２０が許容可能な最大圧力を示している。
【００４０】
一方、一例として曲線１２０ｄは、燃料ガスの圧力が低下され、酸化剤ガスの供給が継続され、かつ発電制御手段７０がオンされている場合の形態変化を示す。この場合、燃料電池２０の発電に伴って燃料ガスが消費される。それにより、触媒の形態変化が進行する。しかしながら、この場合においては、燃料ガスが消費されるまでの時間が短縮化される。したがって、曲線１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃの場合に比較して、触媒の形態変化量は小さくなる。
【００４１】
本実施例においては、時間取得手段８０の取得結果が所定時間以下であれば、制御手段２００は、燃料ガスの圧力が発電停止時間に応じて設定される圧力まで上昇するように圧力調整手段７５を制御するとともに燃料電池２０の発電が停止されるように発電制御手段７０を制御する。ここで、発電停止時間に応じて設定される圧力とは、発電停止時間が形態変化の開始するまでの時間以下になる燃料ガス圧力のことをいう。
【００４２】
例えば、図３に示すように所定時間が１２５ｂであれば、制御手段２００は、燃料ガスの圧力が曲線１２０ｂに対応する圧力から曲線１２０ｃに対応する圧力の範囲まで上昇するように圧力調整手段７５を制御するとともに燃料電池２０の発電を停止させる。それにより、曲線１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄに示す形態変化を回避することができる。また、この場合、燃料電池２０を発電させる必要がないことから、燃料電池２０の発電停止時における停止処理時間が短縮化される。さらに、燃料ガスを消費させる必要がないことから、水素の無駄な消費を抑制することができる。
【００４３】
なお、時間取得手段８０の取得結果が所定時間以下であれば、制御手段２００は、燃料ガスの圧力が曲線１２０ｃに対応する圧力まで上昇するように圧力調整手段７５を制御してもよい。この場合、触媒の形態変化が開始するまでの時間が最大になるからである。ただし、燃料電池２０の起動時の水素残圧が高いとシール材の形態変化等が発生することがあることから、発電停止時間の終了時間と形態変化の開始するまでの時間とが等しくなるように燃料ガスの圧力が調整されることが好ましい。
【００４４】
一方、時間取得手段８０の取得結果が時間１２５ｃよりも大きければ、制御手段２００は、燃料ガスの圧力が低下するように圧力調整手段７５を制御するとともに、燃料電池２０の発電が継続されるように発電制御手段７０を制御する。それにより、曲線１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃに示す形態変化を回避することができる。
【００４５】
続いて、燃料電池システム３００の動作の詳細について説明する。図４に、燃料電池システム３００の発電停止時におけるフローチャートの一例を示す。例えば、燃料電池２０への出力要求が停止された場合、時間取得手段８０は、入力手段９０に入力された発電停止時間を検出し、制御手段２００に伝える（ステップＳ１）。
【００４６】
制御手段２００は、発電停止時間が所定値以下であるか否かを判定する（ステップＳ２）。なお、発電停止時間の所定時間については、触媒層の形態変化が許容される時間を用いればよい。例えば、図３における時間１２５ｃが所定時間に相当する。時間１２５ｃは、燃料電池２０に用いられる材質等の設計事項に依存する。したがって、時間１２５ｃを、予め実験等によって求めておき、制御手段２００のＲＯＭに記憶させておいてもよい。
【００４７】
ステップＳ２において、発電停止時間が所定時間以下であると判定された場合、制御手段２００は、燃料電池２０内の燃料ガスの圧力が発電停止時間に応じて設定される圧力まで上昇するように圧力調整手段７５を制御するとともに燃料電池２０の発電が停止されるように発電制御手段７０を制御する（ステップＳ３）。それにより、図３の曲線１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄの形態変化を回避することができる。その後、制御手段２００は、フローチャートの実行を終了する。
【００４８】
ステップＳ２において停止時間が所定時間以下であると判定されなかった場合、制御手段２００は、燃料電池２０内の燃料ガス圧力が低下するように圧力調整手段７５を制御するとともに、燃料電池２０の発電が継続するように発電制御手段７０を制御する（ステップＳ４）。この場合、カソード触媒層１０４では、残留した燃料ガスが、酸化剤ガスと反応して消費される。それにより、図３の曲線１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃの形態変化を回避することができる。なお、発電で得られた電力は、例えば冷却水を冷やす際のエネルギとして用いることができる。
【００４９】
続いて、制御手段２００は、圧力検出手段６２が検出した燃料電池２０の検出圧力が所定圧力以下であるか否かを判定する（ステップＳ５）。所定圧力は、燃料電池２０に用いられる材料等により異なるため、予め実験により求めておき、制御手段２００のＲＯＭに記憶させておいてもよい。本実施例においては、所定圧力として、例えば８０ｋＰａを用いることができる。ステップＳ５において、燃料ガス圧力が所定圧力以下であると判定された場合、制御手段２００は、燃料ガスの供給が停止されるようにガス供給手段３０を制御するとともに、燃料電池２０の発電が停止されるように発電制御手段７０を制御する（ステップＳ６）。
【００５０】
次に、制御手段２００は、電圧検出手段６５が検出した各セル１０の電圧が所定電圧以下であるか否かを判定する（ステップＳ７）。所定電圧は、予め実験により求めておき、制御手段２００のＲＯＭに記憶させておいてもよい。各セル１０の電圧が所定電圧以下であると判定された場合、制御手段２００は、酸化剤ガスの供給が停止されるようにガス供給手段３０を制御する（ステップＳ８）。その後、制御手段２００は、フローチャートの実行を終了する。
【００５１】
なお、ステップＳ５において燃料ガス圧力が所定圧力以下であると判定されなかった場合、制御手段２００は、ステップＳ４を実行する。また、ステップＳ７において各セル１０の電圧が所定電圧以下であると判定されなかった場合、制御手段２００は、ステップＳ６を実行する。
【００５２】
このように、上記フローチャートに従った制御により、燃料電池２０の発電停止時における触媒の形態変化を抑制することができる。また、燃料電池２０の発電停止時における停止処理時間の短縮を図ることができる。
【００５３】
また、各セル１０の電圧が検出されていることから、各セル１０間の電圧のバラツキの影響を抑制することができる。したがって、いずれのセル１０においても、逆電位を抑制することができる。その結果、触媒の形態変化を抑制することができる。なお、いずれかのセル１０の電圧に基づいてステップＳ７が実行されてもよい。この場合においても、燃料電池２０の各セル電圧を推定することは可能である。また、ステップＳ７は省略されてもよい。セル電圧は、燃料ガスの圧力に依存するからである。
【００５４】
なお、本実施例においては時間１２５ｃをしきい値として用いて制御を切り替えているが、それに限られない。例えば、曲線１２０ｃに示す形態変化が開始してすぐに次回の発電が開始されれば、形態変化量が曲線１２０ｄに示す形態変化量よりも小さくなる場合があるからである。したがって、曲線１２０ｃ開始後の形態変化量が曲線１２０ｄ全体の形態変化量と同一になる時間を、時間１２５ｃの代わりにしきい値として用いてもよい。また、本実施例においては燃料ガスの圧力を低下させる際に圧力調整手段７５を用いているが、それに限られない。例えば、燃料ガスの供給が停止された状態で燃料電池２０が発電を継続すれば、燃料ガスの消費に伴って燃料ガスの圧力が低下する。したがって、燃料ガスの供給が停止されるようにガス供給手段３０が制御されかつ燃料電池２０の発電が継続されるように発電制御手段７０が制御されれば、燃料ガスの圧力は低下する。
【００５５】
なお、本実施例においては制御手段２００は、ステップＳ３と、ステップＳ４〜ステップＳ８と、の両方のステップを実行したが、これに限られない。例えば、制御手段２００は、ステップＳ３およびステップＳ４〜ステップＳ８のいずれか一方のみを実行してもよい。すなわち、制御手段２００は、ステップＳ１、ステップＳ２およびステップＳ３のみを実行してもよく、ステップＳ１、ステップＳ２およびステップＳ４〜ステップＳ８のみを実行してもよい。
【実施例２】
【００５６】
続いて、本発明の第２実施例に係る燃料電池システム３００ａについて説明する。図５に、燃料電池システム３００ａの構成を示すブロック図を示す。図５に示す燃料電池システム３００ａは、図１に示す燃料電池システム３００の入力手段９０の代わりに、位置取得手段９２を備える。その他の構成は、図１に示す燃料電池システム３００と同じであるため、説明を省略する。位置取得手段９２は、燃料電池システム３００ａの位置を取得する手段であり、例えばナビゲーションシステム等を用いることができる。
【００５７】
位置取得手段９２は、取得結果を時間取得手段８０に伝える。時間取得手段８０は、位置取得手段９２の取得結果に基づいて発電停止時間を推定する。以下、時間取得手段８０による発電停止時間推定の具体例を、燃料電池システム３００ａが搭載された自動車を例として説明する。
【００５８】
例えば、自動車で会社に出勤して、自動車を会社の駐車場に停止させたとする。このとき、時間取得手段８０は、位置取得手段９２から現在の自動車の位置情報を受け取る。そして、時間取得手段８０は、あらかじめＲＯＭに記録しておいた位置情報と駐車時間との関係を表すマップ等を参照して、燃料電池２０の発電停止時間を推定する。この推定手順は、会社以外の場所にも応用することができる。
【００５９】
また、時間取得手段８０は、位置取得手段９２の取得結果および駐車時間の過去の履歴に基づいて、発電停止時間を推定してもよい。例えば、曜日、日付等に応じて会社の駐車場に自動車を停止させる時間が異なる場合には、時間取得手段８０はその履歴を参照して発電停止時間を推定してもよい。また、時間取得手段８０は、初めての場所に駐車する場合、発電停止時間が長時間であると推定してもよい。この場合、少なくとも図３の曲線１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃの形態変化を回避することができる。なお、この場合の駐車時間をＲＯＭに記憶しておき、次回に当該場所に駐車する場合にその履歴を用いてもよい。
【００６０】
次に、燃料電池システム３００ａの動作について詳細に説明する。図６に燃料電池システム３００ａの発電停止時におけるフローチャートの一例を示す。図６に示すフローチャートは、図４に示すフローチャートのステップＳ１の代わりにステップＳ１ａを備える。その他の構成は、図４に示すフローチャートと同じであるため説明を省略する。時間取得手段８０は、位置取得手段９２が取得した位置情報を検出し、その位置情報に基づいて発電停止時間を推定し、制御手段２００に伝える（ステップＳ１ａ）。また、この場合、時間取得手段８０は、燃料電池２０の過去の履歴に基づいて、発電停止時間を推定してもよい。
【００６１】
本実施例に係る燃料電池システム３００ａにおいても、図６に示すフローチャートに従った制御により、燃料電池２０の発電停止時における触媒の形態変化を抑制することができる。また、燃料電池２０の発電停止時における停止処理時間の短縮を図ることができる。
【００６２】
なお、本実施例においては制御手段２００は、ステップＳ３と、ステップＳ４〜ステップＳ８と、の両方のステップを実行したが、これに限られない。例えば、制御手段２００は、ステップＳ３およびステップＳ４〜ステップＳ８のいずれか一方のみを実行してもよい。すなわち、制御手段２００は、ステップＳ１ａ、ステップＳ２およびステップＳ３のみを実行してもよく、ステップＳ１ａ、ステップＳ２およびステップＳ４〜ステップＳ８のみを実行してもよい。
【実施例３】
【００６３】
続いて、本発明の第３実施例に係る燃料電池システム３００ｂについて説明する。図７に、燃料電池システム３００ｂの構成を示すブロック図を示す。図７に示す燃料電池システム３００ｂは、図１に示す燃料電池システム３００の入力手段９０の代わりに、時刻取得手段９５を備える。その他の構成は、図１に示す燃料電池システム３００と同じであるため、説明を省略する。時刻取得手段９５は、燃料電池システム３００ｂの時刻を取得する手段であり、例えば内蔵時計、電波時計等を用いることができる。
【００６４】
時刻取得手段９５は、取得結果を時間取得手段８０に伝える。時間取得手段８０は、時刻取得手段９５の取得結果に基づいて発電停止時間を推定する。以下、時間取得手段８０による発電停止時間推定の具体例を、燃料電池システム３００ｂが搭載された自動車を例として説明する。
【００６５】
例えば、自動車で会社から帰宅して、自宅の駐車場に自動車を停止させたとする。このとき、時間取得手段８０は、時刻取得手段９５から現在の自動車の時刻情報を受け取る。そして、時間取得手段８０は、あらかじめＲＯＭに記録しておいた時刻情報と駐車時間との関係を表すマップ等を参照して、燃料電池２０の発電停止時間を推定する。この推定手順は、自宅以外の場所にも応用することができる。
【００６６】
また、時間取得手段８０は、時刻取得手段９５の取得結果および駐車時間の過去の履歴に基づいて、発電停止時間を推定してもよい。例えば、曜日、日付等に応じて自宅の駐車場に自動車を停止させる時間が異なる場合には、時間取得手段８０はその履歴を参照して発電停止時間を推定してもよい。また、時間取得手段８０は、マップ等に記憶されていない時刻に駐車する場合、発電停止時間が長時間であると推定してもよい。この場合、少なくとも図３の曲線１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃの形態変化を回避することができる。なお、この場合の駐車時間をＲＯＭに記憶しておき、次回に当該時刻に駐車する場合にその履歴を用いてもよい。
【００６７】
次に、燃料電池システム３００ｂの動作について詳細に説明する。図８に燃料電池システム３００ｂの発電停止時におけるフローチャートの一例を示す。図８に示すフローチャートは、図４に示すフローチャートのステップＳ１の代わりにステップＳ１ｂを備える。その他の構成は、図４に示すフローチャートと同じであるため説明を省略する。時間取得手段８０は、時刻取得手段９５が取得した時刻情報を検出し、その時刻情報に基づいて発電停止時間を推定し、制御手段２００に伝える（ステップＳ１ｂ）。また、この場合、時間取得手段８０は、燃料電池２０の過去の履歴に基づいて、発電停止時間を推定してもよい。
【００６８】
本実施例に係る燃料電池システム３００ｂにおいても、図８に示すフローチャートに従った制御により、燃料電池２０の発電停止時における触媒の形態変化を抑制することができる。また、燃料電池２０の発電停止時における停止処理時間の短縮を図ることができる。
【００６９】
なお、燃料電池システム３００ｂは、図５の位置取得手段９２を備えていてもよい。この場合、制御手段２００は、位置情報および時刻情報に基づいて発電停止時間をより正確に推定することができる。例えば、ある特定の場所に駐車する場合でも、時刻に応じて駐車時間が異なる場合があるからである。
【００７０】
なお、本実施例においては制御手段２００は、ステップＳ３と、ステップＳ４〜ステップＳ８と、の両方のステップを実行したが、これに限られない。例えば、制御手段２００は、ステップＳ３およびステップＳ４〜ステップＳ８のいずれか一方のみを実行してもよい。すなわち、制御手段２００は、ステップＳ１ｂ、ステップＳ２およびステップＳ３のみを実行してもよく、ステップＳ１ｂ、ステップＳ２およびステップＳ４〜ステップＳ８のみを実行してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の第１実施例に係る燃料電池システムの模式図である。
【図２】第１実施例に係るセルの模式図である。
【図３】第１実施例に係るカソード触媒層の触媒の形態変化進行率と停止時間との関係を示す模式図である。
【図４】第１実施例に係る燃料電池システムの発電停止時におけるフローチャートの一例である。
【図５】本発明の第２実施例に係る燃料電池システムの模式図である。
【図６】第２実施例に係る燃料電池システムの発電停止時におけるフローチャートの一例である。
【図７】本発明の第３実施例に係る燃料電池システムの模式図である。
【図８】第３実施例に係る燃料電池システムの発電停止時におけるフローチャートの一例である。
【符号の説明】
【００７２】
１０  セル
２０  燃料電池
３０  ガス供給手段
６２  圧力検出手段
６５  電圧検出手段
７０  発電制御手段
７５  圧力調整手段
８０  時間取得手段
９０  入力手段
９２  位置取得手段
９５  時刻取得手段
２００  制御手段
３００  燃料電池システム
【図１】
2009140748.tif 000003
【図２】
2009140748.tif 000004
【図３】
2009140748.tif 000005
【図４】
2009140748.tif 000006
【図５】
2009140748.tif 000007
【図６】
2009140748.tif 000008
【図７】
2009140748.tif 000009
【図８】
2009140748.tif 000010