(57)【要約】【課題】酸化剤ガス流路に拡散した水素が、酸化剤ガスの流量を検出する流量検出手段の周囲に存在するといった事態を抑制する。【解決手段】吸気モジュール２０における空気流路は、互いに独立した第１の流路部Ａおよび第２の流路部Ｂを含み、これらの流路部が合流した後に燃料電池スタック１に通じている。この空気流路には、第１の流路部Ａおよび第２の流路部Ｂのいずれか一方を遮断可能な開閉バルブ２４ｂが設けられている。また、開閉バルブ２４ｂよりも上流側であって第１の流路部Ａには、通電状態においてこの流路を流れる空気の流量を検出する第１の流量センサ４１が設けられており、また、開閉バルブ２４ｂよりも上流側であって第２の流路部Ｂには、通電状態においてこの流路を流れる空気の流量を検出する第２の流量センサ４２が設けられている。【選択図】図３
2009140746.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池システムにおいて、
燃料極に供給される燃料ガスと酸化剤極に供給される酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電を行う燃料電池と、
互いに独立した第１の流路部および第２の流路部を含み、前記第１の流路部と前記第２の流路部とが合流した後に前記燃料電池に通じており、前記酸化剤極に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路と、
前記第１の流路部および前記第２の流路部のいずれか一方を遮断可能な遮断手段と、
前記遮断手段よりも上流側であって前記第１の流路部に設けられており、通電状態において当該流路を流れる酸化剤ガスの流量を検出する第１の流量検出手段と、
前記遮断手段よりも上流側であって前記第２の流路部に設けられており、通電状態において当該流路を流れる酸化剤ガスの流量を検出する第２の流量検出手段と
を有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記第１の流路部および前記第２の流路部は、前記酸化剤ガス流路を軸方向に延在する板状の分割板によって２つの並列空間に分割することにより構成されており、
前記遮断手段は、前記分割板の終端に配置されており、流路の断面形状に対応した半円状の弁体を動作させることにより、前記第１の流路部または前記第２の流路部の開口面積を調整する開閉バルブで構成されることを特徴とする請求項１に記載された燃料電池システム。
【請求項３】
前記酸化剤ガス流路に設けられており、前記開閉バルブの下流において発生する乱流を抑制する乱流抑制手段をさらに有することを特徴とする請求項２に記載された燃料電池システム。
【請求項４】
前記遮断手段を制御するとともに、前記第１の流量検出手段および前記第２の流量検出手段の通電状態を制御する制御手段をさらに有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載された燃料電池システム。
【請求項５】
前記制御手段は、システムの停止時に、前記第１の流路部を遮断することを特徴とする請求項４に記載された燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御手段は、システムの起動時に、前記第２の流路部を遮断して前記第１の流路部を開放する第１処理を行うとともに、前記第１の流量検出手段のみを通電することを特徴とする請求項５に記載された燃料電池システム。
【請求項７】
前記酸化剤ガス流路に設けられており、駆動量に応じた量の酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給手段をさらに有し、
前記制御手段は、システムの起動後、前記酸化剤ガス供給手段の駆動量が、予め設定される第１の駆動量判定値に到達するまで、前記第１処理を継続して行うことを特徴とする請求項６に記載された燃料電池システム。
【請求項８】
前記制御手段は、前記酸化剤ガス供給手段の駆動量が、前記第１の駆動量判定値よりも大きな値に設定される第２の駆動量判定値よりも大きい場合には、前記遮断手段を中立位置へと制御して、前記第１の流路部とともに前記第２の流路部を開放することを特徴とする請求項７に記載された燃料電池システム。
【請求項９】
前記制御手段は、前記第１の流量検出手段の検出結果に基づいて、前記第２の流路部を開放したタイミングを基準として前記第２の流路部を流れた酸化剤ガスの流量を推定し、当該推定結果に基づいて、前記第２の流量検出手段の通電許可を判定することを特徴とする請求項８に記載された燃料電池システム。
【請求項１０】
前記制御手段は、前記第２の流路部および当該第２の流路部よりも上流側の酸化剤ガス流路を含む容積に対応する量の酸化剤ガスが流れた場合に、前記第２の流量検出手段への通電許可を判定することを特徴とする請求項９に記載された燃料電池システム。
【請求項１１】
前記制御手段は、前記酸化剤ガス供給手段の駆動量が増加傾向である場合、前記酸化剤ガス供給手段の駆動量が、前記第１の駆動量判定値に到達した後に前記第２の流路部の遮断解除を開始して、前記第２の駆動量判定値に到達するタイミングにおいて前記第２の流路部の開放を完了する、または、前記酸化剤ガス供給手段の駆動量が低下傾向にある場合には、前記酸化剤ガス供給手段の駆動量が、前記第２の駆動量判定値に到達した後に前記第２の流路部の遮断を開始して、前記第１の駆動量判定値に到達するタイミングにおいて前記第２の流路部の遮断を完了することを特徴とする請求項８から１０のいずれか一項に記載された燃料電池システム。
【請求項１２】
前記第１の駆動量判定値は、前記第１の流路部のみを開放して前記第２の流路部を遮断したケースと、前記第１の流路部および前記第２の流路部の双方を開放したケースとにおいて前記酸化剤ガス供給手段の駆動量をそれぞれ増加させ、互いの騒音レベルが対応するタイミングでの回転数に設定される請求項７に記載された燃料電池システム。
【請求項１３】
前記第２の駆動量判定値は、前記第１の流路部のみを開放して前記第２の流路部を遮断したケースと、前記第１の流路部および前記第２の流路部の双方を開放するケースとにおいて前記酸化剤ガス供給手段の駆動量をそれぞれ低下させ、互いの騒音レベルが対応したタイミングでの回転数に設定される請求項８に記載された燃料電池システム。
【請求項１４】
燃料極に供給される燃料ガスと酸化剤極に供給される酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電を行う燃料電池を備える燃料電池システムの制御方法において、
互いに独立した第１の流路部および第２の流路部を含み、前記第１の流路部と前記第２の流路部とが合流した後に前記燃料電池に通じており、前記酸化剤極に酸化剤ガスを供給するステップと、
前記第１の流路部および前記第２の流路部のいずれか一方を遮断手段により遮断するステップと、
前記遮断手段よりも上流側に設けられる第１の流量検出手段により、前記第１の流路部を流れる酸化剤ガスの流量を検出するステップと、
前記遮断手段よりも上流側に設けられる第２の流量検出手段により、前記第２の流路部を流れる酸化剤ガスの流量を検出するステップと
を有する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】
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】
従来より、燃料極に燃料ガス（例えば、水素）が供給されるとともに、酸化剤極に酸化剤ガス（例えば、空気）が供給されることにより、これらのガスを電気化学的に反応させて発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、燃料電池の劣化抑制の観点から、燃料電池システムの停止時に、燃料電池の酸化剤極における酸素を消費させて、水素および不活性ガス（例えば、窒素）に置換する停止処理を行う手法が開示されている。
【特許文献１】特開２００５−５１８６３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に開示された手法によれば、停止期間に、酸化剤極に存在する燃料ガスが、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス流路に拡散してしまう可能性がある。酸化剤ガス流路には、酸化剤ガスの流量を検出すべく、流路内に設けられた検出素子に通電することにより動作する流量検出手段が設けられているが、システムの起動時に、拡散した水素が検出手段の周囲に高濃度で存在している可能性がある。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、酸化剤ガス流路に拡散した水素が、酸化剤ガスの流量を検出する流量検出手段の周囲に存在するといった事態を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる課題を解決するために、本発明の燃料電池システムにおいて、酸化剤ガス流路は、互いに独立した第１の流路部および第２の流路部を含み、これらの流路部が合流した後に燃料電池に通じている。この空気流路には、第１の流路部および第２の流路部のいずれか一方を遮断可能な遮断手段が設けられている。また、遮断手段よりも上流側であって第１の流路部には、通電状態においてこの流路部（第１の流路部）を流れる酸化剤ガスの流量を検出する第１の流量検出手段が設けられており、また、遮断手段よりも上流側であって第２の流路部には、通電状態においてこの流路（第２の流路部）を流れる酸化剤ガスの流量を検出する第２の流量検出手段が設けられている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、遮断手段によって、第１および第２の流路部を選択的に遮断することができる。そのため、停止期間中に、燃料電池側から燃料ガスが拡散してきた場合であっても、遮断された側の流路部にある流量検出手段へと到達する燃料ガス量が抑制される。これにより、流量検出手段の周囲に燃料ガスが高濃度で存在してしまうといった事態を抑制することができる。また、システムの起動時に、その周囲の高濃度の燃料ガスが存在している状態で、流量検出手段が通電されるといった事態を抑制することができる。よって、起動時の安全性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、本発明の実施形態にかかる燃料電池システムの全体構成を示すブロック図である。燃料電池システムは、例えば、移動体である車両に搭載されており、この車両は燃料電池システムから供給される電力によって駆動する。
【０００９】
燃料電池システムは、燃料電池スタック１を備える。この燃料電池スタック１は、それぞれが発電要素として機能する複数の燃料電池セルを積層して構成されている。個々の燃料電池セルは、固体高分子電解質膜の両面に触媒（例えば、白金）層を設け、この触媒層を介して燃料極と酸化剤極とを対設した燃料電池構造体をセパレータで挟持して構成される。燃料電池スタック１は、個々の燃料電池セルにおいて、燃料極に燃料ガスが供給されるとともに、酸化剤極に酸化剤ガスが供給されることにより、これらの反応ガスを電気化学的に反応させて発電電力を発生する。本実施形態では、燃料ガスとして水素を、酸化剤ガスとして空気を用いるケースについて説明する。
【００１０】
燃料電池システムは、燃料電池スタック１に水素を供給するための水素系と、燃料電池スタック１に空気を供給するための空気系とをさらに有している。
【００１１】
水素系において、燃料ガスである水素は、燃料タンク１０（例えば、高圧水素ボンベ）に貯蔵されており、この燃料タンク１０から水素供給流路Ｌ１を介して燃料電池スタック１に供給される。具体的には、燃料タンク１０の下流には燃料タンク元バルブ（図示せず）が設けられており、この燃料タンク元バルブが開状態となると、燃料タンク１０からの高圧水素ガスは、その下流に設けられた減圧バルブ（図示せず）によって機械的に所定の圧力まで減圧される。減圧された水素ガスは、減圧バルブよりも下流に設けられた水素調圧バルブ１１によってさらに減圧された後に、燃料電池スタック１に供給される。燃料電池スタック１に供給される水素圧力は、水素調圧バルブ１１の開度を制御することによって調整することができる。
【００１２】
燃料極からの排出ガス（未使用の水素を含むガス）は、燃料電池スタック１から水素循環流路Ｌ２に排出される。この水素循環流路Ｌ２は、他方の端部が水素調圧バルブ１１よりも下流側の水素供給流路Ｌ１に接続されており、水素循環流路Ｌ２には、例えば、水素循環ポンプ１２といったガス循環手段が設けられている。この水素循環ポンプ１２を駆動することにより、燃料極からの排出ガスが、水素循環流路Ｌ２を介して燃料電池スタック１へと循環させられる。
【００１３】
ところで、酸化剤ガスとして空気を用いるケースでは、空気中の不純物が酸化剤極から燃料極に透過するため、燃料極を含む水素循環流路Ｌ２内での不純物が増加し、水素分圧が減少する傾向となる。ここで、不純物は、燃料ガスである水素以外の非燃料ガス成分であり、代表的には窒素を挙げることができる。窒素量が多くなりすぎると、燃料電池スタック１からの出力が低下するといった不都合が生じるため、燃料極を含む水素循環流路Ｌ２内の窒素量を管理する必要がある。そこで、水素循環流路Ｌ２には、循環ガスを外部に排出するパージ流路Ｌ３が設けられている。パージ流路Ｌ３には、パージバルブ１３が設けられており、このパージバルブ１３の開き量を調整することにより、パージ流路Ｌ３を介して外部に排出される窒素量を調整することができる。これにより、燃料極および水素循環流路Ｌ２内に存在する窒素量が、発電性能を維持できるように管理される。また、パージ流路Ｌ３には、水素燃焼器１４が設けられており、この水素燃焼器１４により、ガス中に含まれる水素が燃焼処理される。
【００１４】
空気系において、酸化剤ガスである空気は、吸気モジュール２０を介して大気がコンプレッサ（酸化剤ガス供給手段）３０によって取り込まれるとこれが加圧され、空気供給流路Ｌ４を介して燃料電池スタック１に供給される。酸化剤極からの排出ガス（酸素が消費された空気）は、空気排出流路Ｌ５を介して外部に排出される。空気排出流路Ｌ５には、燃料電池スタック１へ供給される空気の圧力を調整する空気調圧バルブ３１が設けられている。
【００１５】
図２は、吸気モジュール２０の構成を模式的に示す説明図である。吸気モジュール２０は、吸気ダクト２１と、レゾネータ２２と、フィルタ２３と、分流ユニット２４と、サイレンサ２５とを主体に構成されており、これらの個々の要素により空気供給流路Ｌ４を介して燃料電池スタック１に通じる空気流路が構成されている。吸気ダクト２１から取り込まれた外気（空気）は、レゾネータ２２が取り付けられた導管を経由してフィルタ２３へと導かれる。フィルタ２３の後段には分流ユニット２４、サイレンサ２５が順次設けられており、フィルタ２３を通過した空気は、分流ユニット２４およびサイレンサ２５を通過し、サイレンサ２５に接続する空気供給流路Ｌ４へと導入される。
【００１６】
吸気ダクト２１は、空気をフィルタ２３へと導くダクト（導管）である。レゾネータ２２は、所定の空間を有する箱体で構成されており、この空間を共鳴空間として利用して吸気音の低減を図る機能を担っている。フィルタ２３は、空気中の比較的粗いダストを捕捉するダストフィルタと、空気中の化学物質（ＮＯｘやＳＯｘ等）を除去するケミカルフィルタとで構成されており、これらのフィルタがケース内に収容されている。導入された空気は、ダストや燃料電池の触媒を劣化させるガスがフィルタによって浄化される。分流ユニット２４は、通過する空気を分流して流す機能を担っており、その詳細については後述する。サイレンサ２５は、グラスウール等の吸音材または吸音構造により吸気騒音を吸収する。
【００１７】
図３は、分流ユニット２４の構成を上方より示す模式図である。分流ユニット２４は、円筒形状の本体部によって空気流路の一部が構成されており、その本体部の内部中央位置には、空気の流れ方向（流路の軸方向）に延在する板状の分割板２４ａが配置されている。この分割板２４ａによって本体部の流路が２つの並列空間に分割され、互いに独立した２つの流路部（第１および第２の流路部）Ａ，Ｂが構成される。第１および第２の流路部Ａ，Ｂには、後述するように、当該流路を流れる流量センサ４１，４２が設けられている。なお、本実施形態では、分割板２４ａは、分流ユニット２４のみならず、その上流側に位置するフィルタ２３内の流路も分割するように構成されている。
【００１８】
分割板２４ａの終端（下流側の端部）おいて、第１および第２の流路部Ａ，Ｂとが合流しており、当該終端には、本体部の断面形状と対応した半円形の弁体を備える開閉バルブ（遮断手段）２４ｂが配置されている。この開閉バルブ２４ｂは、図示しないアクチュエータを駆動させて弁体を動作させることにより、第１の流路部Ａまたは第２の流路部Ｂの開口面積を調整する機能を担っており、これにより、第１の流路部Ａおよび第２の流路部Ｂのいずれか一方を遮断することができる。また、分流ユニット２４の下流側には、具体的には、開閉バルブ２４ｂよりも下流側には、開閉バルブ２４ｂの下流において発生する乱流を抑制する乱流抑制手段としての乱流抑制装置２４ｃが設けられている。
【００１９】
図４は、開閉バルブ２４ｂの動作を模式的に示す説明図である。開閉バルブ２４ｂの弁体を第１の流路部Ａ側へと動作させた場合、弁体は第１の流路部Ａの流れに直行する位置まで可動する（第１の最大可動位置）。この場合、弁体によって第１の流路部Ａが遮断（閉塞）され（同図（ａ）参照）、第２の流路部Ｂのみが開放された状態となり、第２の流路部Ｂにのみ空気が流れる。一方、開閉バルブ２４ｂの弁体を第２の流路部Ｂ側へと動作させた場合、弁体は第２の流路部Ｂの流れに直行する位置まで可動する（第２の最大可動位置）。この場合、弁体によって第２の流路部Ｂが遮断（閉塞）され（同図（ｂ）参照）、第１の流路部Ａのみが開放された状態となり、第１の流路部Ａにのみ空気が流れる。
【００２０】
これに対して、開閉バルブ２４ｂの弁体を中立位置、すなわち、分割板２４ａと平行な状態へと動作させた場合、第１および第２の流路部Ａ，Ｂがそれぞれ開放される（同図（ａ）参照）。この場合は、第１および第２の流路部Ａ，Ｂにそれぞれ空気が流れる。また、開閉バルブ２４ｂの弁体を第１の最大可動位置から中立位置の間で動作させた場合には、弁体によって第１の流路部Ａの開口面積が部分的に遮断される。これにより、当該第１の流路部Ａの流れを部分的に規制することができる。同様に、開閉バルブ２４ｂの弁体を第２の最大可動位置から中立位置の間で動作させた場合には、弁体によって第２の流路部Ｂの開口面積が部分的に遮断され、これにより、第２の流路部Ｂの流れを部分的に規制することができる。
【００２１】
再び図１を参照するに、燃料電池スタック１には、電力取出装置２が接続されている。この電力取出装置２は、後述する制御部４０によって制御され、燃料電池スタック１において発電された電力を、車両を駆動する電動モータ３などに供給する。
【００２２】
制御部４０は、システム全体を統合的に制御する機能を担っており、制御プログラムに従って動作することにより、燃料電池スタック１の運転状態を制御する。制御部４０としては、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェースを主体に構成されたマイクロコンピュータを用いることができる。この制御部４０は、システムの状態に基づいて、各種の演算を行い、この演算結果を制御信号として各種のアクチュエータ（図示せず）に出力し、水素調圧バルブ１１、水素循環ポンプ１２、パージバルブ１３、コンプレッサ３０、空気調圧バルブ３１、電力取出装置２といった種々の要素を制御する。
【００２３】
制御部４０には、システムの状態を検出するために、各種センサ等からのセンサ信号が入力されている。第１の流量センサ（第１の流量検出手段）４１は、図３に示すように、分流ユニット２４における一方の流路である第１の流路部Ａに設けられており、この流路部Ａを流れる空気の流量を検出する。第２の流量センサ（第２の流量検出手段）４２は、図３に示すように、分流ユニット２４における他方の流路である第２の流路部Ｂに設けられており、この流路部Ｂを流れる空気の流量を検出する。個々の流量センサ４１，４２としては、発熱抵抗式の流量センサを用いることができる。この発熱抵抗式の流量センサは、通過空気の温度を検出する感温抵抗体に対し、発熱抵抗体の温度を所定温度高くなるように発熱抵抗体に流れる電流を制御して、この発熱抵抗体に流れる電流から空気流量を検出する。
【００２４】
本実施形態との関係において、制御部４０は、システムの運転状況に応じて、分流ユニット２４における開閉バルブ２４ｂの動作状態を制御するとともに、第１の流量センサ４１および第２の流量センサ４２の通電状態を制御する。
【００２５】
図５は、本発明の実施形態にかかる燃料電池システムの制御方法の手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、車両のイグニッションスイッチのオン信号の入力とともに呼び出され、制御部４０によって実行される起動から停止までの一連の処理手順を示すものである。なお、この処理を行う前提において、すなわち、システム停止中において、開閉バルブ２４ｂは、第１の最大可動位置に制御されており、弁体によって第１の流路部Ａが遮断（閉塞）されている。
【００２６】
まず、ステップ１（Ｓ１）において、開閉バルブ２４ｂのポジション制御が行われる。具体的には、制御部４０は、開閉バルブ２４ｂを第２の最大可動位置へと制御する。これにより、第１の流路部Ａが開放されるともに、第２の流路部Ｂが遮断される。
【００２７】
ステップ２（Ｓ２）において、反応ガス、すなわち、水素および酸素の供給が開始される。これとともに、制御部４０は、コンプレッサ３０の回転数の上昇を開始する。そして、ステップ３（Ｓ３）において、第１の流量センサ４１が通電される。
【００２８】
ステップ３に続くステップ４（Ｓ４）において、上昇したコンプレッサ３０の回転数が、後述する第１回転数判定値Ｒth1に到達したか否かが判断される。コンプレッサ３０の回転数は、センサ等を用いて実際に検出してもよいが、コンプレッサ３０に対する回転数指令値を参照することでもよい。このステップ４において肯定判定された場合、すなわち、コンプレッサ３０の回転数が第１回転数判定値Ｒth1に到達した場合には、ステップ５（Ｓ５）に進む。一方、ステップ４において否定判定された場合、すなわち、コンプレッサ３０の回転数が第１回転数判定値Ｒth1に到達していない場合には、所定の時間後にステップ４の処理を再度実行する。
【００２９】
ステップ５において、開閉バルブ２４ｂのポジション制御が行われる。具体的には、制御部４０は、コンプレッサ３０の回転数をモニタリングしつつ、第２回転数判定値Ｒth2へと到達するタイミングにおいて開閉バルブ２４ｂの弁体が中立位置へと復帰するように、現在の回転数と第２回転数判定値Ｒth2との差に応じて、第２の最大可動位から中立位置までの間における開閉バルブ２４ｂの弁体の位置を制御する。ここで、第２回転数判定値Ｒth2は、上述した第１回転数判定値Ｒth2よりも大きな値に設定されており、その詳細については後述する。
【００３０】
ステップ６（Ｓ６）において、上昇したコンプレッサ３０の回転数が、第２回転数判定値Ｒth2に到達したか否かが判断される。このステップ６において肯定判定された場合、すなわち、コンプレッサ３０の回転数が第２回転数判定値Ｒth2に到達した場合には、ステップ７（Ｓ７）に進む。一方、ステップ６において否定判定された場合、すなわち、コンプレッサ３０の回転数が第２回転数判定値Ｒth2に到達していない場合には、所定の時間後にステップ５の処理を再度実行する。
【００３１】
ステップ７（Ｓ７）において、第２の流量センサ４２を通電するか否かが判断される。制御部４０は、第１の流量センサ４１の検出結果に基づいて、第２の流路部Ｂを開放したタイミングから第２の流路部Ｂを流れた空気の流量を推定し、この推定結果に基づいて、第２の流量センサ４２の通電を許可するか否かを判定する。具体的には、制御部４０は、第２の流路部Ｂおよびこの第２の流路部Ｂよりも上流側の流路を含む容積に対応する量の空気が流れた場合に、第２の流量センサ４２への通電許可を判定する。なお、本実施形態では、第１の流路部Ａと第２の流路部Ｂとに関する流路形状および断面積が対応しているため、第１の流量センサ４１の検出値から、第２の流路部Ｂを流れる空気流量を一義的に推定することができる。ただし、第１の流路部Ａと第２の流路部Ｂとに関する流路形状および断面積が相違する場合であっても、単位時間辺りの流量比を予め取得しておくことにより、第１の流量センサ４１の検出値から、第２の流路部Ｂを流れる空気流量を特定することができる。
【００３２】
このステップ７において肯定判定された場合には、第２の流量センサ４２を通電した後に、ステップ８（Ｓ８）に進む。一方、ステップ７において否定判定された場合には、所定の時間後にステップ７の処理を再度実行する。
【００３３】
ステップ８では、コンプレッサ３０の回転数が低下して、第２回転数判定値Ｒth2に到達したか否かが判断される。このステップ８において肯定判定された場合、すなわち、コンプレッサ３０の回転数が第２回転数判定値Ｒth2に到達した場合には、ステップ９（Ｓ９）に進む。一方、ステップ８において否定判定された場合、すなわち、コンプレッサ３０の回転数が第２回転数判定値Ｒth2に到達していない場合には、所定の時間後にステップ８の処理を再度実行する。
【００３４】
ステップ９において、開閉バルブ２４ｂのポジション制御が行われる。具体的には、制御部４０は、コンプレッサ３０の回転数をモニタリングしつつ、第１回転数判定値Ｒth1へと到達するタイミングにおいて開閉バルブ２４ｂの弁体が第２の最大稼働位置へと動作するように、現在の回転数と第１回転数判定値Ｒth1との差に応じて、中立位置から第２の最大可動位までの間における開閉バルブ２４ｂの弁体の位置を制御する。
【００３５】
ステップ１０では、コンプレッサ３０の回転数が低下して、第１回転数判定値Ｒth1に到達したか否かが判断される。このステップ１０において肯定判定された場合、すなわち、コンプレッサ３０の回転数が第１回転数判定値Ｒth1に到達した場合には、ステップ１１（Ｓ１１）に進む。一方、ステップ１０において否定判定された場合、すなわち、コンプレッサ３０の回転数が第１回転数判定値Ｒth1に到達していない場合には、所定の時間後にステップ９の処理を再度実行する。
【００３６】
ステップ１１において、システム停止するか否かが判断される。この判断により、システムを完全に停止するようなシーンであるのか、それとも、燃料電池スタック１の発電を一時的に停止するアイドルストップのようなシーンであるのかが判断される。このステップ１１において肯定判定された場合、すなわち、システムを停止するシーンである場合には、ステップ１２（Ｓ１２）に進む。一方、ステップ１１において否定判定された場合、すなわち、システムを停止するシーンではない場合には、ステップ３の処理に戻る。
【００３７】
ステップ１２において、開閉バルブ２４ｂのポジション制御が行われる。具体的には、制御部４０は、開閉バルブ２４ｂを第１の最大可動位置へと制御する。これにより、第２の流路部Ｂが開放されるともに、第１の流路部Ａが遮断される。
【００３８】
ステップ１３において、システム停止の処理として、反応ガス、すなわち、水素および酸素の供給を停止する、また、第１および第２の流量センサ４１，４２の通電をオフする等の処理が実施される。
【００３９】
図６は、第１および第２回転数判定値Ｒth1，Ｒth2の説明図である。同図において、線Ｌ１は、開閉バルブ２４ｂを中立位置に制御した状態における、コンプレッサ３０の回転数と騒音レベルとの対応関係を示す。線Ｌ１から分かるように、開閉バルブ２４ｂを中立位置に制御した場合、騒音レベルは、コンプレッサ３０の回転数の増加とともに増加すると、一時的なピークを迎えた後に減少し、その後再度増加するような傾向を有している。一方、線Ｌ２は、開閉バルブ２４ｂを最大可動位置に制御した状態（一方の流路（例えば、第１の流路部Ａ）を遮断した状態）における、コンプレッサ３０の回転数と騒音レベルとの対応関係を示す。線Ｌ２から分かるように、開閉バルブ２４ｂを最大可動位置に制御した場合、騒音レベルは、コンプレッサ３０の回転数の増加とともに単調増加する。
【００４０】
また、開閉バルブ２４ｂを中立位置に制御した場合と、開閉バルブ２４ｂを最大可動位置に制御した場合とでは、所定の回転数を基準として、騒音レベルの大小関係が逆転する関係となる。具体的には、騒音レベルは、回転数が第１回転数判定値Ｒth1よりも小さいケースでは、開閉バルブ２４ｂを中立位置に制御した方が開閉バルブ２４ｂを最大可動位置に制御するよりも相対的に大きくなる。一方、騒音レベルは、回転数が第２回転数判定値Ｒth1よりも大きいケースでは、開閉バルブ２４ｂを中立位置に制御した方が開閉バルブ２４ｂを最大可動位置に制御するよりも相対的に小さくなる。
【００４１】
ここで、第１回転数判定値Ｒth1は、コンプレッサ３０の回転数を増加させた場合に、それぞれの騒音レベルが対応した、すなわち、ほぼ同一の値とみなせる程度のタイミングでの回転数である。これにより、コンプレッサ３０の回転数上昇時に、第２の流路部Ｂを開閉バルブ２４ｂで閉じている状態の騒音レベルが、開閉バルブ２４ｂを中立の状態にしている状態の騒音レベル以下の状態で、開閉バルブ２４ｂを中立の位置に切り替えることができる。そのため、騒音レベルの低い状態を維持しながらコンプレッサ３０の回転数を上げることができる。また、第２回転数判定値Ｒth2は、コンプレッサ３０の回転数を低下させた場合に、それぞれの騒音レベルが対応した、すなわち、ほぼ同一の値とみなせる程度のタイミングでの回転数である。これにより、コンプレッサ３０の回転数下げる際に、開閉バルブ２４ｂを中立の位置にしている状態の騒音レベルが、第２の流路部Ｂを開閉バルブ２４ｂで閉じている状態の騒音レベル以下の状態で、開閉バルブ２４ｂを閉じることができる。これにより、騒音レベルの低い状態を維持しながらコンプレッサ３０の回転数を下げることができる。
【００４２】
このように本実施形態の燃料電池システムは、吸気モジュール２０における空気流路は、互いに独立した第１の流路部Ａおよび第２の流路部Ｂを含み、これらの流路部が合流した後に燃料電池スタック１に通じている。この空気流路には、第１の流路部Ａおよび第２の流路部Ｂのいずれか一方を遮断可能な開閉バルブ２４ｂが設けられている。また、開閉バルブ２４ｂよりも上流側であって第１の流路部Ａには、通電状態においてこの流路（第１の流路部Ａ）を流れる空気の流量を検出する第１の流量センサ４１が設けられており、また、開閉バルブ２４ｂよりも上流側であって第２の流路部Ｂには、通電状態においてこの流路（第２の流路部Ｂ）を流れる空気の流量を検出する第２の流量センサ４２が設けられている。
【００４３】
かかる構成によれば、開閉バルブ２４ｂによって、第１および第２の流路部Ａ，Ｂを選択的に遮断することができる。そのため、停止期間中に、燃料電池スタック１側から水素が拡散してきた場合であっても、遮断された側の流路部Ａ，Ｂにある第１または第２の流量センサ４１，４２へと到達する水素量が抑制される。これにより、第１の流量センサ４１の周囲に水素が高濃度で存在してしまうといった事態を抑制することができる。これにより、システムの起動時に、その周囲の高濃度の水素が存在している状態で、流量センサ４１，４２が通電されるといった事態を抑制することができる。よって、起動時の安全性を高めることができる。特に、本実施形態にかかる構成は、燃料電池の劣化抑制の観点から、システムの停止時に、酸化剤極の酸素を水素および不活性ガス（例えば、窒素）に置換する停止処理を行うシステムに最適である。
【００４４】
また、本実施形態において、第１の流路部Ａおよび第２の流路部Ｂは、吸気モジュール２０の空気流路（具体的には、分流ユニット２４）を、その軸方向に延在する板状の分割板２４ａによって２つの並列空間に分割することにより構成されている。また、開閉バルブ２４ｂは、分割板２４ａの終端に配置されており、弁体を動作させることにより、第１の流路部Ａまたは第２の流路部Ｂの開口面積を調整する。かかる構成によれば、上述した効果を簡素な構成で実現することができる。
【００４５】
また、本実施形態において、吸気モジュール２０の空気流路（具体的には、分流ユニット２４）には、開閉バルブ２４ｂの下流において発生する乱流を抑制する乱流抑制装置２４ｃが設けられている。かかる構成によれば、開閉バルブ２４ｂの弁体を最大可動位置から中立位置へと動作させる際に生じる乱流を抑制することができる。これにより、吸気モジュール２０による騒音を低減することができる。
【００４６】
また、本実施形態において、制御部４０は、開閉バルブ２４ｂを制御するとともに、第１および第２の流量センサ４１，４２の通電状態を制御する。この制御部４０は、システムの停止時に、第１の流路部Ａを遮断する。そして、制御部４０は、システムの起動時に、第２の流路部Ｂを遮断して第１の流路部Ａを開放する第１処理を行うとともに、第１の流量センサ４１のみを通電する。
【００４７】
かかる構成によれば、停止期間中に、燃料電池スタック１側から水素が拡散してきた場合であっても、第１の流量センサ４１周囲の雰囲気には水素が進入しないので、第１の流量センサ４１の周囲に水素が高濃度で存在するといった事態を抑制することができる。これにより、システムの起動時に、その周囲の高濃度の水素が存在している状態で、第１の流量センサ４１が通電されるといった事態を抑制することができる。これにより、起動時の安全性を高めることができる。
【００４８】
また、本実施形態は、駆動量（回転数）に応じた量の空気を供給するコンプレッサ３０をさらに有している。制御部４０は、システムの起動後、コンプレッサ３０の回転数が、予め設定される第１の回転数判定値（第１の駆動量判定値）Ｒth1に到達するまで、第１処理を継続して行う。コンプレッサ３０が間欠的に空気を吸い込むことにより、コンプレッサ３０上流では脈動現象に起因する騒音が発生する。特に、コンプレッサ３０が低回転で圧力脈動の半波長が、吸気モジュール２０内の流路長さの整数分の1になりやすい状況では、共鳴が発生しやすく、低周波騒音が発生する。そのため、コンプレッサ３０の上流に設置される吸気モジュール２０では、低周波騒音が発生する。この点、本実施形態によれば、吸気モジュール２０から発生する騒音の一部を遮断することができるので、吸気騒音を低減することができる。
【００４９】
また、本実施形態において、制御部４０は、コンプレッサ３０の回転数が、第１の回転数判定値Ｒth1よりも大きな値に設定される第２の回転数判定値（第２の駆動量判定値）Ｒth2よりも大きい場合には、開閉バルブ２４ｂを中立位置へと制御して、第１の流路部Ａと同様に、第２の流路部Ｂを開放する。一般に、空気の流速が早い、すなわち、コンプレッサ３０の回転数が高い場合は、乱流が発生しやすい。開閉バルブ２４ｂの弁体によって流路の開口を制限しているような状態で、流体が開閉バルブ２４ｂを早い流速で通過する場合は、巻き込み効果も起因して、乱流がさらに発生しやすい状態になる。乱流が発生した場合、空気の圧力乱れに起因し、騒音が発生する。この点、本実施形態によれば、低回転域では、第２の流路部Ｂを遮断することにより、共鳴に起因する騒音を低減し、高回転域では、開閉バルブ２４ｂを中立位置へと制御して、乱流に起因する騒音を低減させることができる。また、第２の流路部Ｂを開放することにより、吸気部分の圧力損失を低減することができので、コンプレッサ３０の消費電力で低減することができる。
【００５０】
また、本実施形態において、制御部４０は、第１の流量センサ４１の検出結果に基づいて、第２の流路部Ｂを開放したタイミングを基準として第２の流路部Ｂを流れた空気の流量を推定し、この推定結果に基づいて、第２の流量センサ４２の通電許可を判定する。かかる構成によれば、第２の流路部Ｂが開放されてから、所定の流量が流れるまで通電しないように第２の流量センサ４２を制御することができる。このため、第２の流路部Ｂおよびその上流側の流路内の水素を掃気した状態で、第２の流量センサ４２を通電することができる。これにより、システムの起動時に、その周囲の高濃度の水素が存在している状態で、第１の流量センサ４１が通電されるといった事態を抑制することができる。
【００５１】
また、本実施形態において、制御部４０は、第２の流路部Ｂおよび第２の流路部Ｂよりも上流側の酸化剤ガス流路を含む容積に対応する量の酸化剤ガスが流れた場合に、第２の流量検出手段への通電許可を判定する。かかる構成によれば、第２の流路部Ｂおよびその上流側の流路内の水素を掃気するに適切な流量を判定することができるので、起動時間の短縮を図ることができる。
【００５２】
また、本実施形態において、制御部４０は、コンプレッサ３０の回転数が増加傾向である場合、その回転数が、第１の回転数判定値Ｒth1に到達した後に第２の流路部Ｂの遮断解除を開始して、第２の回転数判定値Ｒth2に到達するタイミングにおいて第２の流路部Ｂの開放を完了する。または、制御部４０は、コンプレッサ３０の回転数が低下傾向にある場合には、その回転数が、第２の回転数判定値Ｒth2に到達した後に第２の流路部Ｂの遮断を開始して、第１の回転数判定値Ｒth1に到達するタイミングにおいて第２の流路部Ｂの遮断を完了する。
【００５３】
かかる構成によれば、第２の流路部Ｂを閉塞した状態の騒音レベルと開閉バルブ２４ｂを中立位置にした状態の騒音レベルとが同等な状態において、開閉バルブ２４ｂを切り替えることができる。そのため、騒音レベルを悪化させることなく、開閉バルブ２４ｂの切替を行うことができる。
【００５４】
以上、本発明の実施形態にかかる燃料電池システムおよびその制御方法について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その発明の範囲内において種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】実施形態にかかる燃料電池システムの全体構成を示すブロック図
【図２】吸気モジュール２０の構成を模式的に示す説明図
【図３】分流ユニット２４の構成を上方より示す模式図
【図４】開閉バルブ２４ｂの動作を模式的に示す説明図
【図５】実施形態にかかる燃料電池システムの制御方法の手順を示すフローチャート
【図６】第１および第２回転数判定値Ｒth1，Ｒth2の説明図
【符号の説明】
【００５６】
１    燃料電池スタック
２    電力取出装置
３    電動モータ
１０    燃料タンク
１１    水素調圧バルブ
１２    水素循環ポンプ
１３    パージバルブ
１４    水素燃焼器
２０    吸気モジュール
２１    吸気ダクト
２２    レゾネータ
２３    フィルタ
２４    分流ユニット
２４ａ  分割板
２４ｂ  図開閉バルブ
２４ｂ  開閉バルブ
２４ｃ  乱流抑制装置
２５    サイレンサ
３０    コンプレッサ
３１    空気調圧バルブ
４０    制御部
４１    第１の流量センサ
４２    第２の流量センサ
【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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