(57)【要約】【課題】起動制御時のアノード内に滞留する酸素量を適切に推定することを課題とする。【解決手段】燃料電池システムの起動時に、燃料電池スタック１に対して空気の供給ならびに水素ガスの排出を停止した状態で、燃料電池スタック１に水素ガスを供給し、燃料電池スタック１から電流を取り出す起動制御を行うときに、圧力センサ９で検出された水素ガス圧力の挙動に基づいて、アノード内に滞留する酸素量を推定し、推定された酸素量に基づいて、起動制御を終了する終了時間を設定して構成される。【選択図】図１
2009181793.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガス供給手段により燃料極に供給される燃料ガスと、酸化剤ガス供給手段により酸化剤極に供給される酸化剤ガスとの電気化学反応により発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムにおいて、
前記燃料極における燃料ガスの圧力を検出する圧力検出手段と、
前記燃料電池に供給されて未使用の燃料ガスを前記燃料電池の外部に排出する排出手段と、
前記燃料電池で得られた電流を前記燃料電池から取り出す電流取出手段と、
前記燃料ガス供給手段による燃料ガスの供給、前記酸化剤ガス供給手段による酸化剤ガスの供給、前記排出手段による燃料ガスの排出、ならびに前記電流取出手段による電流の取り出しを制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、システムの起動時に、前記酸化剤供給手段による酸化剤の供給ならびに前記排出手段による燃料ガスの排出を停止した状態で、前記燃料ガス供給手段により燃料ガスを供給し、前記電流取出手段により電流を取り出す起動制御を行うときに、前記圧力検出手段で検出された燃料ガス圧力の挙動に基づいて、前記燃料極内に滞留する酸素量を推定する
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、推定された酸素量に基づいて、前記起動制御を終了する終了時間を設定する  
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
前記制御手段は、前記燃料電池に供給される燃料ガスの圧力を制御する圧力制御手段をを備え、前記起動制御時に前記圧力制御手段により前記燃料電池に供給される燃料ガスの圧力を目標値に昇圧制御した際に、前記酸素量の推定または前記終了時間の設定を行う
ことを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記目標値と前記圧力検出手段で検出された検出値との差圧に基づいて、前記酸素量の推定または前記終了時間の設定を行う
ことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記目標値と前記圧力検出手段で検出された検出値との差圧の積分値に基づいて、前記酸素量の推定または前記終了時間の設定を行う
ことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記目標値と前記圧力検出手段で検出された検出値との差圧の最大値に基づいて、前記酸素量の推定または前記終了時間の設定を行う
ことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記起動制御を開始した後、前記目標値と前記圧力検出手段で検出された検出値との差圧の最大値に至るまでの時間に基づいて、前記酸素量の推定または前記終了時間の設定を行う
ことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記起動制御を開始した後、前記圧力検出手段で検出された検出値が前記目標値に至るまでの時間に基づいて、前記酸素量の推定または前記終了時間の設定を行う
ことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記圧力検出手段で検出された検出値が前記目標値に至るまでの燃料ガスの昇圧速度に基づいて、前記酸素量の推定または前記終了時間の設定を行う
ことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記圧力検出手段で検出された検出値が前記目標値に至るまでの燃料ガスの昇圧速度の平均値もしくはばらつきに基づいて、前記酸素量の推定または前記終了時間の設定を行う
ことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記起動制御を開始した後、前記圧力検出手段で検出された検出値が前記目標値に至った後の燃料ガス圧力の挙動に基づいて、前記酸素量の推定または前記終了時間の設定を行う
ことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
前記起動制御を開始した後、前記圧力検出手段で検出された検出値が前記目標値に至った後燃料ガスの供給を停止し、その後の燃料ガス圧力の挙動に基づいて、前記酸素量の推定または前記終了時間の設定を行う
ことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
燃料ガスの供給停止後、前記圧力検出手段で検出された圧力の変動が所定の値以下に低下したときに、燃料極に滞留している酸素が消失したものと推定して起動制御を終了する
ことを特徴とする請求項１２に記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
燃料ガス供給手段により燃料極に供給される燃料ガスと、酸化剤ガス供給手段により酸化剤極に供給される酸化剤ガスとの電気化学反応により発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムにおいて、
前記燃料極における燃料ガスの圧力を検出する圧力検出手段と、
前記燃料電池に供給されて未使用の燃料ガスを前記燃料電池の外部に排出する排出手段と、
前記燃料電池で得られた電流を前記燃料電池から取り出す電流取出手段と、
前記燃料電池に供給される燃料ガスの流量を検出する流量検出手段と、
前記燃料ガス供給手段による燃料ガスの供給、前記酸化剤ガス供給手段による酸化剤ガスの供給、前記排出手段による燃料ガスの排出、ならびに前記電流取出手段による電流の取り出しを制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記燃料電池に供給される燃料ガスの圧力を制御する圧力制御手段をを備え、システムの起動時に、前記酸化剤供給手段による酸化剤の供給ならびに前記排出手段による燃料ガスの排出を停止した状態で、前記燃料ガス供給手段により燃料ガスを供給して燃料ガスの圧力を目標値に昇圧制御し、前記電流取出手段により電流を取り出す起動制御を行うときに、前記流量検出手段で検出された流量の挙動に基づいて、前記燃料極内に滞留する酸素量を推定する
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１５】
前記流量検出手段で検出された検出値が所定の流量以下に低下するまでの時間に基づいて、前記燃料極内に滞留する酸素量を推定する
ことを特徴とする請求項１４に記載の燃料電池システム。
【請求項１６】
前記燃料ガス供給手段は、燃料ガスの圧力を調整する調圧弁を備え、
起動制御の開始後、前記調圧弁の弁開度が所定の弁開度に絞り込まれるまでの時間に基づいて、前記燃料極内に滞留する酸素量を推定する
ことを特徴とする請求項１４に記載の燃料電池システム。
【請求項１７】
前記燃料ガス供給手段は、燃料ガスの圧力を調整する調圧弁を備え、
起動制御の開始後、前記調圧弁の弁開度が所定の弁開度に絞り込まれるまでの時間の積分値に基づいて、前記燃料極内に滞留する酸素量を推定する
ことを特徴とする請求項１６に記載の燃料電池システム。
【請求項１８】
前記制御手段は、推定された酸素量に基づいて、前記起動制御を終了する終了時間を設定する  
ことを特徴とする請求項１４〜１７のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１９】
燃料ガス供給手段により燃料極に供給される燃料ガスと、酸化剤ガス供給手段により酸化剤極に供給される酸化剤ガスとの電気化学反応により発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムにおいて、
前記燃料極における燃料ガスの圧力を検出する圧力検出手段と、
前記燃料電池に供給される燃料ガスの流量を検出する流量検出手段と、
前記燃料電池に供給されて未使用の燃料ガスを前記燃料電池の外部に排出する排出手段と、
前記燃料電池で得られた電流を前記燃料電池から取り出す電流取出手段と、
前記燃料ガス供給手段による燃料ガスの供給、前記酸化剤ガス供給手段による酸化剤ガスの供給、前記排出手段による燃料ガスの排出、ならびに前記電流取出手段による電流の取り出しを制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記燃料電池に供給される燃料ガスの流量を制御する流量制御手段をを備え、システムの起動時に、前記酸化剤供給手段による酸化剤の供給ならびに前記排出手段による燃料ガスの排出を停止した状態で、前記燃料ガス供給手段により燃料ガスを供給して前記流量制御手段で燃料ガスの流量を目標値に制御し、前記電流取出手段により電流を取り出す起動制御を行うときに、前記圧力検出手段で検出された圧力の挙動に基づいて、前記燃料極内に滞留する酸素量を推定する
ことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２０】
前記制御手段は、推定された酸素量に基づいて、前記起動制御を終了する終了時間を設定する  
ことを特徴とする請求項１９に記載の燃料電池システム。
【請求項２１】
前記制御手段は、前記流量検出手段で検出された流量の積分値が所定値に到達したときに、燃料極に滞留している酸素が消失したものと推定して起動制御を終了する
ことを特徴とする請求項１９または２０に記載の燃料電池システム。
【請求項２２】
前記電流取出手段により取り出された電流を検出する電流検出手段を備え、
前記制御手段は、前記電流検出手段で検出された電流値に基づいて、起動性時における電流の取り出しにより消費された燃料ガスの消費量を演算し、得られた燃料ガスの消費量に基づいて推定された酸素量を補正する
ことを特徴とする請求項１〜２１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】
本発明は、燃料電池システムを起動する際に起動制御を行う燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の技術としては、例えば以下に示す文献に記載されたものが知られている（特許文献１参照）。燃料電池のアノード内に酸素が混在している状態で燃料電池システムを始動する時には、通常発電状態よりも高い圧力に設定された燃料ガスをアノードに供給し、アノード内に滞留している酸素を速やかに燃料ガスに置換している。このような起動制御を行うことで、アノード内における燃料ガスと酸化剤ガスの偏在を抑制して、反応ガスの偏在による局所電池の形成を抑制し、電極の劣化を防止している。
【０００３】
このような起動制御を行うか否かは、アノード内に滞留している酸素量に応じて決定されが、この酸素量は、燃料電池システムの前回の停止時から今回の起動時までの放置時間に依存する。したがって、燃料電池システムにタイマーを設け、このタイマーにより放置時間を算出し、算出された時間に基づいてアノード内に滞留する酸素量を推定し、上記起動制御を行うか否かを決定していた。
【特許文献１】特開２００４−１３９９８４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の燃料電池システムにおいては、システムに備えられたタイマーで算出された放置時間に基づいて、アノード内に滞留する酸素量を推定していたため、システムのばらつき等によりそれぞれのシステム毎にアノード内に滞留する酸素量を精度よく適切に推定することが困難になっていた。
【０００５】
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、起動時のアノード内に滞留する酸素量を適切に推定することができる燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の課題を解決する手段は、燃料ガス供給手段により燃料極に供給される燃料ガスと、酸化剤ガス供給手段により酸化剤極に供給される酸化剤ガスとの電気化学反応により発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムにおいて、前記燃料極における燃料ガスの圧力を検出する圧力検出手段と、前記燃料電池に供給されて未使用の燃料ガスを前記燃料電池の外部に排出する排出手段と、前記燃料電池で得られた電流を前記燃料電池から取り出す電流取出手段と、前記燃料ガス供給手段による燃料ガスの供給、前記酸化剤ガス供給手段による酸化剤ガスの供給、前記排出手段による燃料ガスの排出、ならびに前記電流取出手段による電流の取り出しを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、システムの起動時に、前記酸化剤供給手段による酸化剤の供給ならびに前記排出手段による燃料ガスの排出を停止した状態で、前記燃料ガス供給手段により燃料ガスを供給し、前記電流取出手段により電流を取り出す起動制御を行うときに、前記圧力検出手段で検出された燃料ガス圧力の挙動に基づいて、前記燃料極内に滞留する酸素量を推定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、燃料電池システムの起動前のアノード内に滞留する酸素量を適切に推定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の実施例を説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１は本発明の実施例１に係る燃料電池システムの構成を示す図である。図１に示す実施例１のシステムは、燃料電池スタック１と、燃料電池スタック１に対して燃料ガスの水素ガスを供給、排出する水素系（アノード系）の構成として、水素タンク２、水素タンク元弁３、減圧弁４、水素供給弁５、水素循環ポンプ６、パージ弁７、希釈装置８、圧力センサ９、温度センサ１０を備えている。また、燃料電池スタック１に対して酸化剤ガスの空気を供給、排出する空気系（カソード系）の構成として、コンプレッサ１１、空気調圧弁１２、圧力センサ１３、温度センサ１４を備えている。さらに、このシステムは、電圧センサ１５、パワーマネージャー１６、２次バッテリ１７、バッテリコントローラ１８、大気圧センサ１９ならびにコントローラ２０を備えている。
【００１０】
燃料電池スタック１は、アノードに燃料ガスとして水素ガスが供給され、カソードに酸化剤ガスとして空気（酸素）が供給され、以下に示す電極反応が進行し、電力が発電される。
【００１１】
アノード極反応：Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ− 
カソード極反応：２Ｈ＋＋２ｅ−＋（１／２）Ｏ２→Ｈ２Ｏ
燃料電池スタック１のアノードへの水素供給は、水素タンク２から水素タンク元弁３、減圧弁４、水素供給弁５を介してなされる。水素タンク２から供給される高圧水素は、減圧弁４で機械的に所定の圧力まで減圧され、水素供給弁５で燃料電池入口での水素圧力が、所望の水素供給量を満たすような所望の水素圧となるように、燃料電池入口側に設けられた圧力センサ９（圧力検出手段）で計測された圧力に基づいて制御される。この圧力センサ９は、水素の供給が停止された際のアノードにおける燃料ガスの圧力を検出する。
【００１２】
水素供給弁５は、開閉信号に基づいて例えば駆動コイルに生じる電磁力を用いてバルブ開度が調整され、温度によって駆動コイルに流れる電流が変化したり、機械系の摩擦が変化したりすることによって、開閉信号に対応した指令開度に対する実際の開度が変化する特性を有している。このため、温度センサ１０で水素供給弁５の代表温度を計測し、計測した温度に基づいて実際の開度に対応して指令開度を設定している。
【００１３】
すなわち、温度に対する指令開度と実開度との関係を予め実験や机上検討のシミュレーション等で求め、求めた関係をマップとして記憶装置等に記憶させて用意し、このマップを参照して水素供給弁５の開度を調整制御する。なお、温度と開度との基本特性は、温度が上昇するにしたがって指令開度に対する実開度の誤差が小さくなる傾向がある。
【００１４】
水素循環ポンプ６は、アノードで消費されなかった水素を再循環させるために設置される。カソード側には空気を供給するため、空気に含まれて化学反応しない窒素が、燃料電池スタック１の電解質膜を透過して水素経路内に蓄積する。蓄積した窒素量が多くなりすぎると、水素循環ポンプ６によって水素を循環させることができなくなるため、循環経路内の窒素量を管理する必要がある。したがって、循環経路内の窒素をパージ弁７を介して外部に排出し、水素経路内に存在する窒素量を循環性能が維持できる程度に管理する。
【００１５】
希釈装置８は、パージ弁７を介して窒素を排出する際に同時に排出される水素をシステム外へ放出する前に、燃料電池スタック１から排出された未使用の空気を導入し、導入した空気と水素とを撹拌して希釈し、システム外に排気する。水素処理系は、これ以外にも燃焼器を備えたり、希釈装置を持たずに直接排出する方式でもよい。
【００１６】
燃料電池スタック１のカソードには、コンプレッサ１１により加圧された空気が供給され、空気調圧弁１２はカソードに供給される空気の圧力を調整し、空気の圧力は燃料電池スタック１近傍に設けられた圧力センサ１３で計測された圧力に基づいて調整される。例えば、燃料電池スタック１から取り出す電力を大きくしたい場合には、燃料電池スタック１に供給される空気を加圧することによって、取り出し可能なエネルギー密度へ燃料電池スタック１内の反応効率を上げる。
【００１７】
コンプレッサ１１は、温度が上昇することによって体積効率が悪化し、回転数に対する流量特性が悪化するといった特性を有している。このため、燃料電池スタック１のカソード入口に設けられた温度センサ１４でコンプレッサ１１から排出される空気の温度を計測し、計測した空気の温度をコンプレッサ１１の代表温度とし、この代表温度に基づいてコンプレッサ１１の回転駆動を制御する。すなわち、温度に対する回転数と排出流量との関係を予め実験や机上検討のシミュレーション等で求め、求めた関係をマップとして記憶装置等に記憶させて用意し、このマップを参照してコンプレッサ１１の回転駆動を制御する。
【００１８】
また、コンプレッサ１１は、大気圧が低下することによって吸入する空気密度が低下し、回転数に対する流量特性が悪化するといった特性を有している。このため、大気圧センサ１９で大気圧を計測し、計測した大気圧に基づいてコンプレッサ１１の回転駆動を制御する。すなわち、大気圧に対する回転数と排出流量との関係を予め実験や机上検討のシミュレーション等で求め、求めた関係をマップとして記憶装置等に記憶させて用意し、このマップを参照してコンプレッサ１１の回転駆動を制御する。
【００１９】
電圧センサ１５は、燃料電池スタック１に設けられ、燃料電池スタック１を構成する多数のセル毎、または所定のセル枚数のセル群毎のセル電圧を測定する。
【００２０】
パワーマネージャー１６（電流取出手段）は、燃料電池スタック１から電力を取り出して、取り出した電力を主に消費する消費体、例えば燃料電池車両等の移動体を駆動させる駆動モータ（図示せず）へ供給する。パワーマネージャー１６は、電力取り出し制御のために、燃料電池スタック１から取り出す電流を計測する機能（電流検出手段）を有している。
【００２１】
２次バッテリ１７は、燃料電池システムで発電を行うために必要な補機類を駆動させるために必要な電力を供給し、燃料電池システムに要求される電力に対して燃料電池スタック１の発電電力が不足する場合に、不足分の電力を供給する。２次バッテリ１７は、逆に燃料電池スタック１の発電電力が余剰になったときには余剰電力を蓄電する。また、２次バッテリ１７は、燃料電池スタック１で得られた電力を主に消費する消費体が駆動モータである場合には、この駆動モータの回生電力を充電する。
【００２２】
バッテリコントローラ１８は、上記２次バッテリ１７の充電量を計測し、２次バッテリの充放電を制御する。
【００２３】
コントローラ２０（制御手段）は、本システムの運転を制御する制御中枢として機能し、プログラムに基づいて各種動作処理を制御するコンピュータに必要な、ＣＰＵ、記憶装置、入出力装置等の資源を備えた例えばマイクロコンピュータ等により実現される。コントローラ２０は、上記各センサならびにこれらのセンサで得られない他の圧力、温度、濃度、電圧、電流等本システムの運転に必要な情報を収集するセンサ（図示せず）からの信号を読み込み、読み込んだ各種信号ならびに予め内部に保有する制御ロジック（プログラム）に基づいて、上記各弁のアクチュエータを含む本システムの制御を要する構成要素に指令を送り、以下に説明する滞留酸素量の推定ならびに起動制御終了の判定動作を含む本システムの運転／停止に必要なすべての動作を統括管理して制御する。コントローラ２０は、スタートスイッチ（図示せず）から与えられる起動開始指令や発電停止指令に基づいて、起動開始制御や発電停止制御を実行する。本燃料電池システムが燃料電池車両に搭載されている場合には、スタートスイッチは車両のイグニッションキーとなり、またアクセル開度に基づいて発電時の発電量を制御している。
【００２４】
図２はコントローラ２０に含まれる記憶装置等に記憶される制御ロジック（プログラム）の構成を示す図である。制御ロジックには、アノードに供給される水素ガスの圧力を制御するアノード圧力制御手段２１Ａを含み、燃料電池システムの起動時における起動制御を司る起動制御手段２１と、起動制御とこの起動制御が完了した後に移行される通常発電とを切り替える起動制御／通常発電制御切替手段２２と、通常発電を制御する通常発電制御手段２３を備えて構成されている。
【００２５】
次に、図３を参照して、実施例１に係る燃料電池システムを例えば車両に搭載した場合を一例としてその動作を説明する。図３はこの実施例１に係る燃料電池システムの起動時の動作を示すフローチャートである。
【００２６】
なお、本システムは、システムの停止放置時点においてすべての構成要素が停止状態にあり、水素供給弁５はバルブ閉、水素循環ポンプ６は停止、パージ弁７はバルブ閉としている。
【００２７】
先ず、ドライバーがイグニッションをオンにしてシステムの起動を開始したとき、２次バッテリ１７や図示しないガソリン車両で搭載する鉛蓄電池からアクセサリー類やシステム補機部品へ電力の供給が開始され、発電に向けたシステム稼動準備を開始する。各種補機部品とコントローラ２０との信号のやり取りによって、コントローラ２０の制御ロジック（プログラム）では例えばフラグやタイマ等の信号処理を実行して初期化し、起動制御を実行する準備が完了したか否かを判断し、起動実行許可フラグが立ったところで次のステップＳ３０２に移行する（ステップＳ３０１）。
【００２８】
続いて、システムの起動制御を開始する（ステップＳ３０２）。先ず、起動制御手段２１は、カソード（酸化剤極）側への空気の供給は停止し、アノード（燃料極）側のパージ弁７を閉じ、すなわちアノード内のガス排出を停止しつつ、アノード側に水素ガスを供給し、両極を電気的に接続して電流を取り出すことによりカソード側の酸素を消費する操作を開始する。
【００２９】
次に、アノードに供給される水素ガスの圧力（アノード圧力）を圧力センサ９からコントローラ２０に読み込む（ステップＳ３０３）。アノード圧力の読み込み方法としては、水素の供給を開始してから所定時間経過後の圧力を読み込むのでもよいし、または水素供給開始直後から圧力を読み取り続けてもよい。
【００３０】
次に、読み込んだアノード圧力に係わる推定パラメータ（Ｘ）に基づいて、アノードに滞留する酸素量を推定し、また投入した水素ガスで滞留する酸素量を消費するのに必要な消失時間を推定し、この消失時間を起動制御を継続する時間（起動制御時間）として設定し、設定した起動制御時間を例えばコントローラ２０に備えられたタイマーにセットする（ステップＳ３０４）。
【００３１】
続いて、タイマーにセットされた起動制御時間をカウントダウンし、カウント値が０になったか否かを判別する（ステップＳ３０５）。
【００３２】
次に、判別の結果、カウント値が０になると、起動制御は完了したものと判断し、コントローラ２０内の起動制御／通常発電制御切替手段２２によりシステムを起動制御状態から通常発電制御状態に切り替えて、通常発電制御に移行すべくコンプレッサ１１および空気調圧弁１２を駆動させ、カソード側に空気供給を開始する（ステップＳ３０６）。
【００３３】
その後、通常発電制御手段２３を用いて通常発電制御を開始する（ステップＳ３０７）。
【００３４】
ここで、燃料電池システムを起動する際に、起動制御を実行する必要性について説明する。燃料電池システムを長期に放置した後に、上述した起動制御を行わずに通常起動した場合には、アノード側ならびにカソード側ともに空気雰囲気の状態で、アノード側へ水素ガスを供給し、かつカソード側へ空気を供給し、両極を電気的に接続して電流を取り出すため、電圧が立った状態でアノード側で水素／空気の境界面が生成される。このため、以下に示すようなカソード側の触媒を担持しているカーボン単体の腐食反応が進行し、燃料電池スタックの劣化が促進してしまう。
【００３５】
Ｃ＋２Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−
したがって、起動時に上記腐食反応を抑制するためには、アノード内が水素／酸素混在状態であっても電圧が立たない、すなわちカソード内の酸素を消費するようにすればよい。そこで、電圧が立たないようにするには、起動時に燃料電池スタックに固定抵抗や負荷装置を接続して両極間の電圧が所定の電圧以下となるように電流を取り出すことを実行する。
【００３６】
次に、図３に示すフローチャートにおける上記各処理ステップの実施態様例を説明する。
【００３７】
（実施態様例１）
この実施態様例１では、図３のステップＳ３０４において、アノード内に滞留する酸素量ならびにその酸素量を消失するのに必要な消失時間を推定する推定パラメータをアノード圧力とし、起動制御開始後の予め設定された所定時間経過後におけるアノード圧力とアノード内酸素量との関係、ならびにアノード圧力とアノード内に滞留する酸素の消失時間との関係を、予め実機を用いて実験を行って求め（事前の実機確認）、得られた関係をテーブル化やマップ化してコントローラ２０のＲＯＭ等の記憶装置に記憶させて用意しておく。
【００３８】
なお、消失時間のテーブルやマップを作成する際に、アノード内に酸素が十分に滞留している状態とそうでない状態との２通りの状態で実機確認し、その間を線形補間してマップやテーブルを作成してもよいが、アノード内の酸素量を変えて実機確認するとより好ましい。
【００３９】
起動制御／通常発電制御切替手段２２は、読み込まれたアノード圧力に基づいて上記テーブルもしくはマップを参照し、アノード内酸素量ならびに消失時間を算出する。
【００４０】
このような実施態様例１では、アノードに水素ガスを供給したときに、供給した一部の水素ガスはアノード内に存在する酸素と化学反応によって消失し、その過程でアノード圧力が変動する。したがって、アノード圧力の変動量はアノード内に存在する酸素量と相関がある。この相関関係を利用して、アノード圧力の挙動からアノード内に存在する酸素量を推定することが可能となる。また、アノード内に滞留する酸素量を消失するまでの消失時間も推定することが可能となる。
【００４１】
これにより、適切に起動制御を終了させる時間を判断することができ、アノード側の酸素が消失した状態でシステムを起動制御状態から通常発電状態に移行することが可能となる。したがって、カソードの劣化を防止し、かつ起動後発電開始までの時間を最適化することが可能となる。
【００４２】
一方、起動終了を判断する従来公知の手法として、燃料電池スタックの電圧に基づいたものがあるが、電圧はアノード電位とカソード電位の差であるために、アノード電位（アノード酸素量）のみに基づいて判断しなければならないところ、カソード電位（カソード酸素量）の影響を受けるため、正しく起動制御の終了を判定することが困難となる。
【００４３】
また、燃料電池スタックの総電圧値が所定値以下に達した際に起動制御の終了を判定する場合には、アノード内の酸素の消費速度とカソード内の酸素の消費速度には違いがあり、アノード内の酸素消失時間と総電圧には直接的な相関がないので適切な終了判定が困難となる。そこで、総電圧とアノード内酸素量との関係を実験的に測定し、さらにある程度のマージンを持たせて起動制御の終了時間を設定することになる。
【００４４】
しかし、車両に搭載された燃料電池システムにおいて、アノード内／カソード内の酸素量や電圧との関係にずれが生じた場合には、起動制御が短ければ燃料電池スタックの劣化を抑制できず、逆に起動制御が長ければ起動時間延長によって運転性が悪化することになる。
【００４５】
これに対して、本願発明では、既存のシステム構成要素だけでアノードの滞留酸素量そのものを推定して、推定した酸素量に応じて起動終了を判定することで、システムの複雑化を回避しつつ、好適な劣化抑制制御の実行と、起動時間の最適化を両立することができる。
【００４６】
（実施態様例２）
この実施態様例２では、図３のステップＳ３０２において、起動制御手段２１におけるアノード圧力制御手段２１Ａによりアノード圧力の指令値（制御目標値）を生成する。
【００４７】
ステップＳ３０３では、圧力センサ９のアノード圧力を読み込んだ後、アノード圧力制御手段２１Ａの制御の下に、読み込んだアノード圧力とアノード圧力指令値とを比較して、読み込んだ圧力値が指令値に一致するように水素供給弁５へ開閉信号を出力してアノード圧力を制御する。
【００４８】
ステップＳ３０４では、アノード内に滞留する酸素量ならびにその酸素量を消失するのに必要な消失時間を推定する推定パラメータをアノード圧力とし、起動制御開始後の予め設定された所定時間経過後におけるアノード圧力とアノード内酸素量との関係、ならびにアノード圧力と滞留する酸素の消失時間との関係を、予め実機を用いて実験を行い求め（事前の実機確認）、得られた関係をテーブル化やマップ化してコントローラ２０のＲＯＭ等の記憶装置に記憶させて用意しておく。
【００４９】
起動制御／通常発電制御切替手段２２は、読み込まれたアノード圧力に基づいて上記テーブルもしくはマップを参照し、アノード内酸素量ならびに消失時間を算出する。その後は、先の実施態様例１と同様である。
【００５０】
このような実施態様例２では、先の実施態様例１と同様の効果を得ることができる一方、起動制御時のアノード圧力を目標値に制御することで、システムの構成要素のばらつきによる水素ガスの投入量のばらつきを抑制することが可能となり、安定したアノード圧力の挙動が得られる。これにより、アノード内の酸素量ならびに消失時間の推定精度を高めることができる。
【００５１】
（実施態様例３）
この実施態様例３では、図３のステップＳ３０２ならびにステップＳ３０３は、先の実施態様例２と同様である。
【００５２】
ステップＳ３０４では、アノード内に滞留する酸素量ならびにその酸素量を消失するのに必要な消失時間を推定する推定パラメータを、読み込んだアノード圧力とアノード圧力指令値との差圧とし、起動制御開始後の予め設定された所定時間経過後における上記差圧とアノード内酸素量との関係、ならびにアノード圧力と滞留する酸素の消失時間との関係を、予め実機を用いて実験を行い求め（事前の実機確認）、得られた関係をテーブル化やマップ化してコントローラ２０のＲＯＭ等の記憶装置に記憶させて用意しておく。
【００５３】
起動制御／通常発電制御切替手段２２は、読み込まれたアノード圧力とアノード圧力指令値との差圧を演算し、その差圧に基づいて上記テーブルもしくはマップを参照し、アノード内酸素量ならびに消失時間を算出する。その後は、先の実施態様例１と同様である。
【００５４】
このような実施態様例３においても、先の実施態様例２と同様の効果を得ることができる。
【００５５】
（実施態様例４）
この実施態様例４では、図３のステップＳ３０２ならびにステップＳ３０３は、先の実施態様例２と同様である。
【００５６】
ステップＳ３０４では、アノード内に滞留する酸素量ならびにその酸素量を消失するのに必要な消失時間を推定する推定パラメータを、読み込んだアノード圧力とアノード圧力指令値との差圧の積分値し、起動制御開始後の所定の時間範囲内の上記積分値とアノード内酸素量との関係、ならびにアノード圧力と滞留する酸素の消失時間との関係を、予め実機を用いて実験を行い求め（事前の実機確認）、得られた関係をテーブル化やマップ化してコントローラ２０のＲＯＭ等の記憶装置に記憶させて用意しておく。
【００５７】
起動制御／通常発電制御切替手段２２は、読み込まれたアノード圧力とアノード圧力指令値との差圧の積分値を演算し、その積分値に基づいて上記テーブルもしくはマップを参照し、アノード内酸素量ならびに消失時間を算出する。その後は、先の実施態様例１と同様である。
【００５８】
このような実施態様例４においても、先の実施態様例２と同様の効果を得ることができる。
【００５９】
（実施態様例５）
この実施態様例５では、図３のステップＳ３０２ならびにステップＳ３０３は、先の実施態様例２と同様である。
【００６０】
ステップＳ３０４では、アノード内に滞留する酸素量ならびにその酸素量を消失するのに必要な消失時間を推定する推定パラメータを、起動制御開始後の所定時間経過後に読み込んだアノード圧力とアノード圧力指令値との差圧の最大値とし、起動制御開始後の所定時間経過後の上記最大値とアノード内酸素量との関係、ならびにアノード圧力と滞留する酸素の消失時間との関係を、予め実機を用いて実験を行い求め（事前の実機確認）、得られた関係をテーブル化やマップ化してコントローラ２０のＲＯＭ等の記憶装置に記憶させて用意しておく。
【００６１】
起動制御／通常発電制御切替手段２２は、読み込まれたアノード圧力とアノード圧力指令値との差圧の最大値を演算し、その最大値に基づいて上記テーブルもしくはマップを参照し、アノード内酸素量ならびに消失時間を算出する。その後は、先の実施態様例１と同様である。
【００６２】
このような実施態様例５においても、先の実施態様例２と同様の効果を得ることができる。
【００６３】
（実施態様例６）
この実施態様例６では、図３のステップＳ３０２ならびにステップＳ３０３は、先の実施態様例２と同様である。
【００６４】
ステップＳ３０４では、アノード内に滞留する酸素量ならびにその酸素量を消失するのに必要な消失時間を推定する推定パラメータを、起動制御開始後に読み込んだアノード圧力の最大値とし、この最大値とアノード内酸素量との関係、ならびにアノード圧力と滞留する酸素の消失時間との関係を、予め実機を用いて実験を行い求め（事前の実機確認）、得られた関係をテーブル化やマップ化してコントローラ２０のＲＯＭ等の記憶装置に記憶させて用意しておく。
【００６５】
起動制御／通常発電制御切替手段２２は、読み込まれたアノード圧力の最大値を演算し、その最大値に基づいて上記テーブルもしくはマップを参照し、アノード内酸素量ならびに消失時間を算出する。その後は、先の実施態様例１と同様である。
【００６６】
このような実施態様例６においても、先の実施態様例２と同様の効果を得ることができる。
【００６７】
（実施態様例７）
この実施態様例７では、図３のステップＳ３０２ならびにステップＳ３０３は、先の実施態様例２と同様である。
【００６８】
ステップＳ３０４では、アノード内に滞留する酸素量ならびにその酸素量を消失するのに必要な消失時間を推定する推定パラメータを、起動制御開始後に読み込んだアノード圧力がアノード圧力指令値に至るまでの到達時間とし、この到達時間とアノード内酸素量との関係、ならびにアノード圧力と滞留する酸素の消失時間との関係を、予め実機を用いて実験を行い求め（事前の実機確認）、得られた関係をテーブル化やマップ化してコントローラ２０のＲＯＭ等の記憶装置に記憶させて用意しておく。
【００６９】
起動制御／通常発電制御切替手段２２は、上記到達時間を演算し、その到達時間に基づいて上記テーブルもしくはマップを参照し、アノード内酸素量ならびに消失時間を算出する。その後は、先の実施態様例１と同様である。
【００７０】
このような実施態様例５においても、先の実施態様例２と同様の効果を得ることができる。
【００７１】
（実施態様例８）
この実施態様例８では、図３のステップＳ３０２ならびにステップＳ３０３は、先の実施態様例２と同様である。
【００７２】
ステップＳ３０４では、アノード内に滞留する酸素量ならびにその酸素量を消失するのに必要な消失時間を推定する推定パラメータを、アノード圧力の昇圧速度とし、この昇圧速度とアノード内酸素量との関係、ならびにアノード圧力と滞留する酸素の消失時間との関係を、予め実機を用いて実験を行い求め（事前の実機確認）、得られた関係をテーブル化やマップ化してコントローラ２０のＲＯＭ等の記憶装置に記憶させて用意しておく。
【００７３】
起動制御／通常発電制御切替手段２２は、起動開始後にアノード圧力が指令値に至るまでの間で読み込んだアノード圧力を所定の時間蓄積してそれを微分することでアノード圧力の昇圧速度を演算し、この昇圧速度に基づいて上記テーブルもしくはマップを参照し、アノード内酸素量ならびに消失時間を算出する。その後は、先の実施態様例１と同様である。
【００７４】
このような実施態様例８においても、先の実施態様例２と同様の効果を得ることができる。
【００７５】
（実施態様例９）
この実施態様例９では、図３のステップＳ３０２ならびにステップＳ３０３は、先の実施態様例２と同様である。
【００７６】
ステップＳ３０４では、アノード内に滞留する酸素量ならびにその酸素量を消失するのに必要な消失時間を推定する推定パラメータを、アノード圧力の昇圧速度の平均値もくは昇圧速度のばらつきとし、この平均値またはばらつきとアノード内酸素量との関係、ならびにアノード圧力と滞留する酸素の消失時間との関係を、予め実機を用いて実験を行い求め（事前の実機確認）、得られた関係をテーブル化やマップ化してコントローラ２０のＲＯＭ等の記憶装置に記憶させて用意しておく。
【００７７】
起動制御／通常発電制御切替手段２２は、起動開始後にアノード圧力が指令値に至るまでの間で読み込んだアノード圧力を所定の時間蓄積してそれを微分することでアノード圧力の昇圧速度を演算した後、続いてこの昇圧速度の平均値もしくはばらつきを演算し、この平均値もしくはばらつきに基づいて上記テーブルもしくはマップを参照し、アノード内酸素量ならびに消失時間を算出する。その後は、先の実施態様例１と同様である。
【００７８】
このような実施態様例９においても、先の実施態様例２と同様の効果を得ることができる。一方、アノードに滞留する酸素が多いほど酸素の消費にムラが生じる場合があり、この場合にはアノード圧力の昇圧挙動が常に一定ではなく不安定となる。このような場合には、アノード圧力の昇圧速度の平均値やばらつきを推定パラメータとすることで、酸素の消費にムラがある場合でも、良好な推定精度を得ることが可能となる。
【００７９】
（実施態様例１０）
この実施態様例１０では、図３のステップＳ３０２ならびにステップＳ３０３は、先の実施態様例２と同様である。
【００８０】
ステップＳ３０４では、アノード内に滞留する酸素量ならびにその酸素量を消失するのに必要な消失時間を推定する推定パラメータを、読み込んだアノード圧力がアノード圧力指令値に達した後の所定時間経過後に読み込んだアノード圧力とし、このアノード圧力とアノード内酸素量との関係、ならびにアノード圧力と滞留する酸素の消失時間との関係を、予め実機を用いて実験を行い求め（事前の実機確認）、得られた関係をテーブル化やマップ化してコントローラ２０のＲＯＭ等の記憶装置に記憶させて用意しておく。
【００８１】
起動制御／通常発電制御切替手段２２は、上記アノード圧力に基づいて上記テーブルもしくはマップを参照し、アノード内酸素量ならびに消失時間を算出する。その後は、先の実施態様例１と同様である。
【００８２】
起動制御を開始した後、アノード圧力が指令値に到達した後、アノード圧力は酸素の消費とともに低下するが、これは起動制御開始直後における未反応の酸素が水素と徐々に反応して消費されたためであり、酸素の減少につれてアノード圧力の降下率が小さくなり、この時点でのアノード圧力を推定パラメータに設定することで、良好な推定精度を得ることが可能となる。
【００８３】
このような実施態様例１０においても、先の実施態様例２と同様の効果を得ることができる。
【００８４】
（実施態様例１１）
この実施態様例１１では、図３のステップＳ３０２は、先の実施態様例２と同様である。
【００８５】
ステップＳ３０３では、圧力センサ９のアノード圧力を読み込んだ後、アノード圧力制御手段２１Ａの制御の下に、読み込んだアノード圧力とアノード圧力指令値とを比較して、読み込んだ圧力値が指令値に一致するように水素供給弁５へ開閉信号を出力して、アノード圧力を制御する。読み込んだアノード圧力が指令値に一致すると、水素供給弁５を閉じてアノードへの水素ガスの供給を停止する。
【００８６】
ステップＳ３０４では、アノード内に滞留する酸素量ならびにその酸素量を消失するのに必要な消失時間を推定する推定パラメータを、水素ガスの供給停止により水素ガスがアノード内に加圧封入された状態であって、読み込んだアノード圧力がアノード圧力指令値に達した後の所定時間経過後に読み込んだアノード圧力とし、このアノード圧力とアノード内酸素量との関係、ならびにアノード圧力と滞留する酸素の消失時間との関係を、予め実機を用いて実験を行い求め（事前の実機確認）、得られた関係をテーブル化やマップ化してコントローラ２０のＲＯＭ等の記憶装置に記憶させて用意しておく。
【００８７】
起動制御／通常発電制御切替手段２２は、上記アノード圧力に基づいて上記テーブルもしくはマップを参照し、アノード内酸素量ならびに消失時間を算出する。その後は、先の実施態様例１と同様である。
【００８８】
アノード内に水素ガスを加圧封入した状態におけるアノード圧力の挙動を推定パラメータとすることで、水素ガスを供給し続ける場合に比べて、アノード酸素量の推定精度を高めることができる。一方、アノード圧力が指令値に到達した時点で水素ガスの投入を停止するので、アノード内の残留酸素量によっては投入した水素ガスで酸素を消費できないおそれがある。
【００８９】
したがって、先の実施態様例１０ならびにこの実施態様例１１において、起動制御開始後のアノード圧力が指令値に到達する前に実施態様例２を実施して、滞留する酸素量を推定し、その後、推定した酸素量がアノード圧力が指令値到達時までに投入される水素量で消費できるか否かを判別し、消費できない場合には水素ガスを投入し続ける先の実施態様例１０を採用する一方、消費できる場合にはこの実施態様例１１を採用するようにすればよい。
【００９０】
（実施態様例１２）
この実施態様例１２では、図３に示すフローチャートに代えて図４に示すフローチャートにしたがって起動制御を実行する。図４に示すフローチャートは、図３に示すフローチャートに対して図３のステップＳ３０４、Ｓ３０５に代えてステップＳ４０１、Ｓ４０２を実行し、他のステップＳ３０１〜Ｓ３０３、Ｓ３０６〜Ｓ３０７は図３と同様である。
【００９１】
図４のステップＳ３０２は、先の実施態様例２と同様であり、ステップＳ３０３は先の実施態様例１１と同様である。
【００９２】
ステップＳ４０１では、先の実施態様例１１と同様にしてアノード内に滞留する酸素量を演算する。
【００９３】
その後、ステップＳ４０２では、アノード内の酸素が消費されたか否かを判別する。この手法としては、水素ガスがアノード内に加圧封入された状態であって、読み込んだアノード圧力がアノード圧力指令値に達した後にアノード内の酸素が消費される際の単位時間当たりのアノード圧力の変動（降下率）とアノード内酸素量との関係を、予め実機を用いて実験を行い求め（事前の実機確認）、得られた関係をテーブル化やマップ化してコントローラ２０のＲＯＭ等の記憶装置に記憶させて用意しておく。
【００９４】
起動制御／通常発電制御切替手段２２は、読み込んだアノード圧力がアノード圧力指令値に達した後の単位時間当たりのアノード圧力の降下率を演算し、この降下率に基づいて上記テーブルもしくはマップを参照し、アノード内の酸素が消失されたか否かを判別する。
【００９５】
判別の結果、アノード圧力の変動が所定の値以下に低下して、アノード圧力の降下率の変化がほとんど見られず投入水素ガスに応じた酸素が消費されたものと推定された場合には、ステップＳ３０６に移行する。
【００９６】
このような実施態様例１２においては、先の実施態様例１１と同様の効果を得ることができる。
【００９７】
図５は発電状態の燃料電池システムを停止した後直ちに再起動したときの各諸量の応答（時間変化）を示す図であり、同図（ａ）はカソードガス濃度、同図（ｂ）はアノードガス濃度、同図（ｃ）は電極電位ならびに電極間電位差、同図（ｄ）はアノードガス濃度を示している。
【００９８】
図５において、起動開始前にはアノードは水素雰囲気、カソードは窒素雰囲気である。したがって、アノード、カソードの両電極ともに水素電位近傍にあり、電圧は低い状態にある。このような状態において、起動を開始すると、アノード内、カソード内にも酸素は存在しないので、発電によるカソード内酸素の電流消費も、化学反応によるアノード内酸素の電流消費もない。これにより、投入水素量の全量がアノード圧力の昇圧に使用されるため、アノード圧力の昇圧率が大きくなる。
【００９９】
図６は発電状態の燃料電池システムを停止した後放置されてカソードならびにアノードが十分に空気雰囲気の状態から起動したときの各諸量の応答（時間変化）を示す図であり、同図（ａ）はカソードガス濃度、同図（ｂ）はアノードガス濃度、同図（ｃ）は電極電位、電極間電位差、同図（ｄ）はアノードガス濃度を示している。
【０１００】
図６において、アノードもカソードも空気電位にあるため、電極間電位差は０である。ここで、本発明の起動制御を採用せずに水素ガスならびに空気を同時に供給して起動した場合には、水素供給開始、空気供給開始によってカソードは空気電位を維持する一方、アノードは空気電位から水素電位へ徐々に移行する。このため、電位差が生じかつこの電位差が続き、アノード側で水素／空気ガスの境界面が生成され、燃料電池スタック１の劣化が促進されてしまう。
【０１０１】
これに対して、水素供給開始からアノード内の酸素が完全に消失するのを待って、アノード圧力に基づいてアノード内の酸素消失を判定してもよいが、水素供給開始後のアノード圧力の立ち上がり挙動からアノード内の酸素が完全に消失するまでの時間を推定することで起動制御の時間を短縮して最適化するが可能となる。この場合に、アノード圧力を引き続きモニターして酸素消失の判定を行うことで判定精度の向上が見込まれる。
【０１０２】
図５ならびに図６に示す各諸量の挙動を実機にて実験的に確認し、その際に収集されたデータに基づいて、上記各実施態様例ならびに以下に説明する実施例で使用するテーブルやマップは作成される。
【０１０３】
図７は図５（ｄ）ならびに図６（ｄ）の詳細な変化を示す図である。図７において、符号Ａは図５（ｄ）の詳細を示し、符号Ｂは図６（ｄ）の詳細を示している。
【０１０４】
停止直後の起動時には、アノード、カソード内ともに酸素がないので、投入する水素全量がアノード圧の上昇に使用されるので圧力の立ち上がりが急峻である。一方、停止した後放置後の起動時では、アノード、カソード内に酸素が多量に存在するので、投入する水素の多くが酸素との化学反応に関与するため、アノード内での圧力上昇に使用される水素量が比較的少ないので、停止直後の起動に比べて圧力の立ち上がりに遅れが生じて緩やかとなる。
【０１０５】
図７において、アノード圧力の指令値（制御目標値）に対するアノードの実圧力の応答とアノード内の酸素量には相関があり、この相関関係を利用したのが先の実施態様例１，２である。
【０１０６】
また、アノード圧力を制御する際に、アノード圧力が指令値に一致したときに水素供給弁５の弁開度を絞り、水素ガスの供給量を減少させるが、応答遅れによりアノード圧力はオーバーシュートして指令値を越える。そこで、アノード圧力が最大値となるまでの時間や指令値に到達するまでの時間でも酸素量を推定することが可能となり、この関係を利用したのが先の実施態様例６，７である。
【０１０７】
また、アノード圧力の昇圧過程においても酸素量に応じて昇圧の立ち上がり速度に差があるので、この昇圧速度に基づいて酸素量を推定することも可能となり、この関係を利用したのが先の実施態様例８，９である。
【０１０８】
アノード圧力の昇圧後もアノード内の酸素全量が完全に消費されるわけでなく、水素／酸素混合ガスは酸素濃度を徐々に減少させながらアノード循環経路内を循環するので、アノード圧力が指令値に到達した後のアノード圧力の減少率（降下率）に基づいて、滞留酸素量を推定することも可能となり、この関係を利用したのが先の実施態様例１０，１１，１２である。
【０１０９】
図８は計測されたアノード圧力と指令値との圧力差（ΔＰ）の応答（時間変化）を示す図である。図８に示す圧力差、圧力差における所定時間の積分値、もしくは圧力差の最大値を推定パラメータに採用することで、推定精度を高めることが可能となり、この関係を利用したのが先の実施態様例３，４，５である。
【０１１０】
以上説明したように、上記実施態様例１〜１２の実施例１においては、電流を取り出す起動制御を行うときに、燃料ガス圧力の挙動に基づいて、アノード内に滞留する酸素量を推定することで、滞留する酸素量を適切に推定することができる。
【０１１１】
適切に推定された酸素量に基づいて、起動制御を終了する終了時間を設定することで、アノード内の残留酸素量が消失するまでの制御実行時間を設定することができる。
【０１１２】
起動制御時に燃料電池に供給される燃料ガスの圧力を目標値に昇圧制御した際に、酸素量の推定ならびに終了時間の設定を行うことで、部品ばらつきによる水素投入量のばらつきによらず、安定したアノード圧挙動からアノード内に存在する酸素量を適切に推定することができ、適切に推定された酸素量に基づいてアノード内の残留酸素量が消失するまでの制御実行時間を設定することができる。
【０１１３】
圧力の目標値と検出された検出値（実圧）との差圧に基づいて、酸素量の推定ならびに終了時間の設定を行うことで、目標圧と実圧の差の程度からアノード内に存在する酸素量を適切に推定することができる、適切に推定された酸素量に基づいてアノード内の残留酸素量が消失するまでの制御実行時間を設定することができる。
【０１１４】
圧力の目標値と検出された検出値（実圧）との差圧の積分値に基づいて、酸素量の推定ならびに終了時間の設定を行うことで、目標圧と実圧の差の積分結果からアノード内に存在する酸素量を適切に推定することができる、適切に推定された酸素量に基づいてアノード内の残留酸素量が消失するまでの制御実行時間を設定することができる。
【０１１５】
圧力の目標値と検出された検出値（実圧）との差圧の最大値に基づいて、酸素量の推定ならびに終了時間の設定を行うことで、目標圧と実圧の差の最大値からアノード内に存在する酸素量を適切に推定することができ、適切に推定された酸素量に基づいてアノード内の残留酸素量が消失するまでの制御実行時間を設定することができる。
【０１１６】
圧力の目標値と検出された検出値（実圧）との差圧の最大値に至るまでの時間に基づいて、酸素量の推定ならびに終了時間の設定を行うことで、目標圧と実圧の差の最大値に至るまでの時間からアノード内に存在する酸素量を適切に推定することができ、適切に推定された酸素量に基づいてアノード内の残留酸素量が消失するまでの制御実行時間を設定することができる。
【０１１７】
起動制御を開始した後、燃料ガス圧力の検出値（実圧）が目標値に至るまでの時間に基づいて、酸素量の推定ならびに終了時間の設定を行うことで、燃料ガスの供給開始から燃料ガスの実圧が目標圧に到達するまでの時間からアノード内に存在する酸素量を適切に推定することができ、適切に推定された酸素量に基づいてアノード内の残留酸素量が消失するまでの制御実行時間を設定することができる。
【０１１８】
起動制御を開始した後、燃料ガス圧力の検出値（実圧）が目標値に至るまでの燃料ガスの昇圧速度に基づいて、酸素量の推定ならびに終了時間の設定を行うことで、燃料ガスの供給開始から燃料ガスの実圧が目標圧に到達するまでの燃料ガスの昇圧速度からアノード内に存在する酸素量を適切に推定することができ、適切に推定された酸素量に基づいてアノード内の残留酸素量が消失するまでの制御実行時間を設定することができる。
【０１１９】
起動制御を開始した後、燃料ガス圧力の検出値（実圧）が目標値に至るまでの燃料ガスの昇圧速度の平均値もしくはばらつきに基づいて、酸素量の推定ならびに終了時間の設定を行うことで、酸素消費量のムラ（酸素量が多いほどその傾向は大きくなる）により燃料ガスの圧力上昇が一定でない場合であっても、アノード内に存在する酸素量を適切に推定することができ、適切に推定された酸素量に基づいてアノード内の残留酸素量が消失するまでの制御実行時間を設定することができる。
【０１２０】
起動制御を開始した後、燃料ガス圧力の検出値が目標値に至った後アノード内の燃料ガス圧力が低下するのは、起動直後時点で未反応の酸素が徐々に反応していったためであり、酸素の減少につれて圧力の降下傾向が減少するので、起動制御を開始した後、燃料ガス圧力の検出値が目標値に至った後の燃料ガス圧力の挙動に基づいて、酸素量の推定ならびに終了時間の設定を行うことができ、アノード内に存在する酸素量を適切に推定することができ、適切に推定された酸素量に基づいてアノード内の残留酸素量が消失するまでの制御実行時間を設定することができる。
【０１２１】
起動制御を開始した後、燃料ガス圧力の検出値が目標値に至った後アノード内の燃料ガス圧力が低下するのは、起動直後時点で未反応の酸素が徐々に反応していったためであり、酸素の減少につれて圧力の降下傾向が減少するので、起動制御を開始した後、燃料ガス圧力の検出値が目標値に至った後燃料ガスの供給を停止し、その後の燃料ガス圧力の挙動に基づいて、酸素量の推定ならびに終了時間の設定を行うことができ、アノード内に存在する酸素量を適切に推定することができ、適切に推定された酸素量に基づいてアノード内の残留酸素量が消失するまでの制御実行時間を設定することができる。
【０１２２】
燃料ガスの圧力を所定の圧力に昇圧制御を開始してから、圧力が目標値到達した後でアノード内の燃料ガスの圧力が下がるのは、起動直後時点で未反応の酸素が徐々に反応していったためであり、酸素の減少につれて圧力の降下傾向が減少するので、アノード内の残留酸素量が消失するころには、アノード内圧力の変動がほとんど発生しない。したがって、燃料ガスの供給停止後、圧力の変動が所定の値以下に低下したときに、アノード内に滞留している酸素が消失したものと推定して起動制御を終了することができ、アノード内に存在する酸素量を適切に推定することができ、適切に推定された酸素量に基づいてアノード内の残留酸素量が消失するまでの制御実行時間を設定することができる。
【実施例２】
【０１２３】
図９は本発明の実施例２に係る燃料電池システムの構成を示す図である。図９に示す実施例２のシステムにおける構成上の特徴は、図１に示す実施例１の構成に比べて、水素ガスの供給経路の減圧弁４と水素供給弁５の間に、水素ガスの流量を計測する流量センサ２４（流量検出手段）を設けたことにあり、他は図１と同様であるので、その説明は省略する。
【０１２４】
また、制御ロジックの構成は、先の図２に示す実施例１と同様である。
【０１２５】
次に、図１０を参照して、実施例２に係る燃料電池システムを例えば車両に搭載した場合を一例としてその動作を説明する。図１０はこの実施例２に係る燃料電池システムの起動時の動作を示すフローチャートである。図１０に示すこの実施例２の動作の特徴とするところは、先の図３に示すフローチャートにおけるステップＳ３０３に代えて、ステップＳ３０３で実行する処理に加えて水素流量をコントローラ２０に読み込む処理を行うステップＳ５０１を実行し、ステップＳ３０４、Ｓ３０５に代えて、アノード内酸素量を演算するステップＳ５０２と、起動制御から通常発電制御に切り替えるか否かを判別する処理を行うステップＳ５０３を実行し、他は先の図３と同様である。
【０１２６】
この実施例２では、アノード圧力を実施例１と同様の指令値（目標圧力）に調圧制御している際に、アノードに滞留している酸素が消費されてアノード圧力の昇圧が終了すれば、水素ガスの供給流量は絞られるので、流量が所定値以下になったか否か、もしくは所定値以下になるまでの時間を判別することでアノード内の酸素量を推定し、また酸素の消費終了を判定することが可能となる。
【０１２７】
また、水素投入量を水素流量の時間積分で求め、アノード内の酸素量と酸素が消費されるまでに費やれる水素量との関係に基づいて、アノード内の酸素量ならびに酸素の消費終了を判定することもできる。さらに、水素ガスの供給量を減少させる際に、水素供給弁５の弁開度を絞る操作を実行するので、弁開度や水素供給弁５がＰＷＭ制御方式で開閉制御されている場合には開閉を制御する開閉信号のデューティ比を用いて、流量に代えて上記と同様に演算することができる。
【０１２８】
次に、図１０に示すフローチャートにおけるステップＳ５０１〜Ｓ５０３の実施態様例を説明する。
【０１２９】
（実施態様例１）
この実施態様例１では、ステップＳ５０１は、圧力センサ９のアノード圧力信号ならびに流量センサ２４で計測された流量信号を読み込んだ後、アノード圧力制御手段２１Ａの制御の下に、読み込んだアノード圧力とアノード圧力指令値と比較して、読み込んだ圧力値が指令値に一致するように水素供給弁５へ開閉信号を出力する。
【０１３０】
ステップＳ５０２において、アノード内に滞留する酸素量ならびにその酸素量の消失を推定する推定パラメータを、起動後に流量センサ２４で計測された水素流量とし、水素流量とアノード内酸素量との関係、ならびに水素流量と滞留する酸素を消失するまでの時間との関係を、予め実機を用いて実験を行い求め（事前の実機確認）、得られた関係をテーブル化やマップ化してコントローラ２０のＲＯＭ等の記憶装置に記憶させて用意しておく。
【０１３１】
起動制御／通常発電制御切替手段２２は、読み込まれた水素流量に基づいて上記テーブルもしくはマップを参照し、アノード内酸素量を算出する。
【０１３２】
ステップＳ５０３では、酸素の消費とともにアノードに供給される水素流量が減少し、水素流量が予め設定された判定値（実機確認で酸素が消費されたものと推定される値）を下回ったときに、アノード内の酸素が消費されたものと推定する。もしくは、上記テーブルもしくはマップを参照し、水素流量に基づいて上記判定値に至るまでの時間（酸素が消失するまでの時間）を推定し、推定した時間が経過した後に起動制御から通常発電制御に切り替えることができるものと判別する。その後は、先の実施例１と同様である。
【０１３３】
このように実施例２における実施態様例１においては、水素流量に基づいて、アノード内のアノードの滞留酸素量を推定することが可能となり、また推定した酸素量に応じて起動制御の終了を判定することで、システムの複雑化を回避しつつ、好適な劣化抑制制御の実行と、起動制御時間の短縮化を両立することができる。
【０１３４】
（実施態様例２）
この実施態様例２では、ステップＳ５０１は、圧力センサ９のアノード圧力信号ならびに流量センサ２４で計測された流量信号を読み込んだ後、アノード圧力制御手段２１Ａの制御の下に、読み込んだアノード圧力とアノード圧力指令値と比較して、読み込んだ圧力値が指令値に一致するように水素供給弁５へ開閉信号を出力する。
【０１３５】
ステップＳ５０２において、アノード内に滞留する酸素量ならびにその酸素量の消失を推定する推定パラメータを、アノード内に供給される水素流量に対応した起動後の水素供給弁５の開閉信号とし、この開閉信号とアノード内酸素量との関係、ならびに水素流量と滞留する酸素の消失するまでの時間との関係を、予め実機を用いて実験を行い求め（事前の実機確認）、得られた関係をテーブル化やマップ化してコントローラ２０のＲＯＭ等の記憶装置に記憶させて用意しておく。
【０１３６】
起動制御／通常発電制御切替手段２２は、読み込まれた開閉信号に基づいて上記テーブルもしくはマップを参照し、アノード内酸素量を算出する。
【０１３７】
ステップＳ５０３では、酸素の消費とともにアノードに供給される水素流量が減少し、水素流量が予め設定された判定値（実機確認で酸素が消費されたものと推定される値）を下回ったときに、アノード内の酸素が消費されたものと推定する。もしくは、上記テーブルもしくはマップを参照し、開閉信号に基づいて上記判定値に至るまでの時間（酸素が消失するまでの時間）を推定し、推定した時間が経過した後に起動制御から通常発電制御に切り替えることができるものと判別する。その後は、先の実施例１と同様である。
【０１３８】
このように実施例２における実施態様例２においては、水素供給弁５の開閉信号に基づいて、先の実施例２における実施態様例１と同様の効果を得ることができる。
【０１３９】
図１１（ａ）は上記実施態様例１における水素流量の応答（時間変化）を示す図であり、同図（ｂ）は上記実施態様例２における水素供給弁５の弁開度の応答（時間変化）を示す図である。両図ともに、アノードが水素雰囲気、カソードが窒素雰囲気における起動後の様子を符号Ａで示し、アノード、カソードともに空気雰囲気における起動後の様子を符号Ｂで示している。
【０１４０】
図１１において、アノード内の酸素と供給された水素とが反応して酸素が徐々に消費されていくと、供給される水素ガスの流量が減少し、水素供給弁５の弁開度が絞り込まれるので、これらが判定値を下回ったことを判別することでアノード内の酸素が消費されたものと推定することが可能となる。
【０１４１】
（実施態様例３）
この実施態様例３では、ステップＳ５０１は、圧力センサ９のアノード圧力信号ならびに流量センサ２４で計測された流量信号を読み込んだ後、アノード圧力制御手段２１Ａの制御の下に、読み込んだアノード圧力とアノード圧力指令値と比較して、読み込んだ圧力値が指令値に一致するように水素供給弁５へ開閉信号を出力する。
【０１４２】
ステップＳ５０２において、アノード内に滞留する酸素量ならびにその酸素量の消失を推定する推定パラメータを、アノード内に供給される水素流量に対応した起動後の水素供給弁５の開閉信号の積分値（弁開度の積分値）とし、この開閉信号の積分値とアノード内酸素量との関係、ならびに水素流量と滞留する酸素が消失するまでの時間との関係を、予め実機を用いて実験を行い求め（事前の実機確認）、得られた関係をテーブル化やマップ化してコントローラ２０のＲＯＭ等の記憶装置に記憶させて用意しておく。
【０１４３】
起動制御／通常発電制御切替手段２２は、読み込まれた開閉信号に基づいて上記積分値を算出し、算出した積分値に基づいて上記テーブルもしくはマップを参照し、アノード内酸素量を算出する。
【０１４４】
ステップＳ５０３では、酸素の消費とともにアノードに供給される水素流量が減少し、水素流量が予め設定された判定値（実機確認で酸素が消費されたものと推定される値）を下回ったときに、アノード内の酸素が消費されたものと推定する。もしくは、上記テーブルもしくはマップを参照し、上記積分値に基づいて上記判定値に至るまでの時間（酸素が消失するまでの時間）を推定し、推定した時間が経過した後に起動制御から通常発電制御に切り替えることができるものと判別する。その後は、先の実施例１と同様である。
【０１４５】
このように実施例２における実施態様例３においては、水素供給弁５の開閉信号の積分値、すなわち弁開度の積分値から供給水素流量が推定できるので、先の実施例２における実施態様例１と同様の効果を得ることができる。
【０１４６】
以上説明したように、上記実施態様例１〜３の実施例２においては、電流を取り出す起動制御を行うときに、燃料ガス圧力の挙動に基づいて、アノード内に滞留する酸素量を推定することで、滞留する酸素量を適切に推定することができる。
【０１４７】
適切に推定された酸素量に基づいて、起動制御を終了する終了時間を設定することで、アノード内の残留酸素量が消失するまでの制御実行時間を設定することができる。
【０１４８】
燃料ガスの供給開始後の燃料ガスの流量の挙動に基づいて、酸素量の推定ならびに終了時間の設定を行うことで、アノード内に存在する酸素量を適切に推定することができ、適切に推定された酸素量に基づいてアノード内の残留酸素量が消失するまでの制御実行時間を設定することができる。
【０１４９】
燃料ガスの流量が所定の流量以下に低下するまでの時間に基づいて、アノード内に滞留する酸素量を推定することが可能となり、アノード内に存在する酸素量を適切に推定することができ、適切に推定された酸素量に基づいてアノード内の残留酸素量が消失するまでの制御実行時間を設定することができる。
【０１５０】
調圧弁の弁開度が所定の弁開度に絞り込まれるまでの時間に基づいて、アノード内に滞留する酸素量を推定することで、調圧弁の弁開度減少から燃料ガスの供給が絞られていることが認識でき、アノード内に存在する酸素量を適切に推定することができ、適切に推定された酸素量に基づいてアノード内の残留酸素量が消失するまでの制御実行時間を設定することができる。
【０１５１】
調圧弁の弁開度が所定の弁開度に絞り込まれるまでの時間の積分値に基づいて、アノード内に滞留する酸素量を推定することで、調圧弁の弁開口面積から燃料ガスの通過流量がわかり、弁開度の積分値により通過燃料ガス量が求められるので、アノード内に存在する酸素量を適切に推定することができる。適切に推定された酸素量に基づいて起動制御を終了する終了時間を設定することで、アノード内の残留酸素量が消失するまでの制御実行時間を設定することができる。
【実施例３】
【０１５２】
図１２は本発明の実施例３における、コントローラ２０の記憶装置等に記憶される制御ロジック（プログラム）の構成を示す図である。この実施例３の制御ロジックの特徴とするところは、図２に示す先の実施例１の制御ロジックに比べて、アノード圧力制御手段２１Ａに代えて、アノードに供給される水素ガスの流量を制御するアノード流量制御手段２１Ｂを含んで起動制御手段２１を構成したことにあり、他は図２と同様であるので、その説明は省略する。また、システムの構成は先の図９に示す実施例２と同様であるので、その説明は省略する。
【０１５３】
この実施例３では、先の実施例１、２のようにアノード圧力を制御した状態でアノード内の酸素量を推定するのとは異なり、アノードに供給される水素の供給量を制御した状態でアノード内の酸素量を推定する。このような制御にあっては、アノード内の酸素量に応じてアノード圧力の昇圧挙動が異なるので、この昇圧挙動に基づいて酸素量、ならびに滞留酸素量が消費されるまでの時間を推定するようにしている。
【０１５４】
次に、図１３を参照して、実施例３に係る燃料電池システムを例えば車両に搭載した場合を一例としてその動作を説明する。図１３はこの実施例３に係る燃料電池システムの起動時の動作を示すフローチャートである。図１３に示すこの実施例３の動作の特徴とするところは、先の図１０に示すフローチャートにおけるステップＳ３０２に代えて、アノード圧力の指令値に代えて水素流量の指令値を生成し他はステップＳ３０２と同様の処理を行うステップＳ６０１を実行し、ステップＳ５０１に代えて、水素流量を読み込んでアノード流量を制御する処理を行うステップＳ６０２を実行し、ステップＳ５０２に代えて、アノード内の酸素量を演算するステップＳ６０３を実行し、ステップＳ５０３に代えて水素流量を制御している状態において起動制御から通常発電制御に切り替えるか否かを判定する処理を行うステップＳ６０４を実行し、他は先の図１０と同様であるので、その説明は省略する。
【０１５５】
次に、図１３に示すフローチャートにおけるステップＳ６０１〜Ｓ６０４の実施態様例を説明する。
【０１５６】
（実施態様例１）
この実施態様例１において、ステップＳ６０１では、起動制御手段２１は、カソードへの空気ガスの供給を停止し、アノードのパージ弁７を閉じ、すなわちアノード内のガス排出を停止しつつ、アノードに水素ガスを供給し、両極を電気的に接続して電流を取り出すことによりカソードの酸素を消費する操作を開始する。また、起動制御手段２１におけるアノード流量制御手段２１Ｂによりアノードに供給される水素ガスの流量（アノード流量）の指令値（制御目標値）を生成する。
【０１５７】
ステップＳ６０２では、流量センサ２４で検出されたアノード流量を読み込んだ後、アノード流量制御手段２１Ｂの制御の下に、読み込んだアノード流量とアノード流量指令値と比較して、読み込んだ流量が指令値に一致するように水素供給弁５へ開閉信号を出力する。また、アノード流量が指令値となるように制御されている際に、圧力センサ９で検出されたアノード圧力をコントローラ２０に読み込む。
【０１５８】
ステップＳ６０３では、アノード内に滞留する酸素量ならびにその酸素量を消失するのに必要な消失時間を推定する推定パラメータをアノード圧力とし、起動制御開始後の予め設定された所定時間経過後におけるアノード圧力とアノード内酸素量との関係、ならびにアノード圧力と滞留する酸素の消失時間との関係を、予め実機を用いて実験を行い求め（事前の実機確認）、得られた関係をテーブル化やマップ化してコントローラ２０のＲＯＭ等の記憶装置に記憶させて用意しておく。
【０１５９】
起動制御／通常発電制御切替手段２２は、読み込まれたアノード圧力に基づいて上記テーブルもしくはマップを参照し、アノード内酸素量を算出する。
【０１６０】
ステップＳ６０４では、起動制御／通常発電制御切替手段２２は、読み込まれたアノード圧力に基づいて上記テーブルもしくはマップを参照し、アノード内酸素量の消失時間を算出する。その後、この消失時間を起動制御を継続する時間（起動制御時間）として設定し、設定した起動制御時間を例えばコントローラ２０に備えられたタイマーにセットする。続いて、タイマーにセットされた起動制御時間をカウントダウンし、カウント値が０になったか否かを判別し、カウント値が０になると、起動制御は完了したものと判断し、起動制御から通常発電制御に切り替えことが可能であると判別する。
【０１６１】
このように、上記実施例３の実施態様例１においては、アノードに供給される水素流量を制御している制御下におけるアノード圧力に基づいて、アノードに滞留する酸素量、ならびにその消失時間を判別することが可能となり、先の実施例１、２と同様の効果を得ることができる。
【０１６２】
（実施態様例２）
この実施態様例２において、ステップＳ６０１は、先の実施例３の実施態様例１と同様である。
【０１６３】
ステップＳ６０２では、流量センサ２４で検出されたアノード流量を読み込んだ後、アノード流量制御手段２１Ｂの制御の下に、読み込んだアノード流量とアノード流量指令値と比較して、読み込んだ流量値が指令値に一致するように水素供給弁５へ開閉信号を出力する。
【０１６４】
ステップＳ６０３では、アノード内に滞留する酸素量ならびにその酸素量を消失するのに必要な消失時間を推定する推定パラメータを、起動制御開始後の流量センサ２４で計測された流量の積分値（総供給量）とし、この流量の積分値とアノード内の酸素が消失するまでの時間との関係を予め実機を用いて実験を行い求め（事前の実機確認）、得られた関係をテーブル化やマップ化してコントローラ２０のＲＯＭ等の記憶装置に記憶させて用意しておく。
【０１６５】
起動制御／通常発電制御切替手段２２は、起動制御開始後の流量センサ２４で計測された流量の積分値を算出し、この流量の積分値に基づいて上記テーブルもしくはマップを参照してアノード内の酸素量を算出する。
【０１６６】
ステップＳ６０４では、上記テーブルもしくはマップを参照し、上記流量の積分値が予め設定された判定値に達したか否かを判別し、達した場合には酸素を消費するに足る水素が投入されて酸素は消費されたものと推定し、起動制御が終了して起動制御から通常発電制御に切り替えることが可能であると判別する。ここで、上記判定値は、アノード内の酸素を消費させたと推定される水素量として予め実機確認して設定される。
【０１６７】
このような実施態様例２においても、先の実施例３の実施態様例１と同様の効果を得ることができる。
【０１６８】
図１４はアノードに供給される水素の流量の指令値（目標値）をステップ状で与えたときの水素流量の応答とアノード圧力の応答を示した図であり、同図（ａ）は水素供給流量の応答を示し、同図（ｂ）は停止直後（符号Ａで示す）と停止放置後（符号Ｂで示す）のアノード圧力の応答を示している。
【０１６９】
停止後即起動時では、アノード−カソードのガス状態が水素−窒素雰囲気からの起動であるため、アノード、カソード内ともに酸素がないので、投入する水素全量がアノードガス圧の昇圧に使用され、アノード圧力の立ち上がりが停止後放置の場合に比べて急峻となる。一方、停止後放置の再起動時では、アノード、カソード内に酸素が多量に存在するので、投入される水素ガスの多くが酸素との化学反応に関与するため、アノード内の圧力上昇に使用される水素量が停止直後の起動に比べて少なく、圧力の立ち上がりが停止直後の起動に比べて緩やかとなる。
【０１７０】
また、水素の供給を起動制御途中で止めれば、供給停止と同時に水素圧の上昇は停止するので、アノード内の酸素量の過多で到達水素圧力が異なる。
【０１７１】
以上説明したように、上記実施態様例１〜２の実施例３においては、電流を取り出す起動制御を行うときに、燃料ガス圧力の挙動に基づいて、アノード内に滞留する酸素量を推定することで、滞留する酸素量を適切に推定することができる。
【０１７２】
適切に推定された酸素量に基づいて、起動制御を終了する終了時間を設定することで、アノード内の残留酸素量が消失するまでの制御実行時間を設定することができる。
【０１７３】
流量制御手段により燃料ガスの流量を目標値に制御する際の燃料ガスの圧力の挙動に基づいて、アノード内に滞留する酸素量を推定することが可能となり、燃料ガスの流量を制御しつつ、その際の燃料ガス圧力応答を監視することができるので、アノード内に存在する酸素量を適切に推定することができる。また、適切に推定された酸素量に基づいて起動制御を終了する終了時間を設定することで、アノード内の残留酸素量が消失するまでの制御実行時間を設定することができる。
【０１７４】
燃料ガスの流量の積分値が所定値に到達したときに、アノード内に滞留している酸素が消失したものと推定することで、燃料ガスの流量と供給時間から投入水素量を求めることができ、投入水素量から酸素量を適切に推定することができる。このように適切に推定された酸素量に基づいて起動制御を終了する終了時間を設定することで、アノード内の残留酸素量が消失するまでの制御実行時間を設定することができる。
【実施例４】
【０１７５】
次に、本発明の実施例４について説明する。この実施例４の特徴とするところは、先の実施例１〜３と組み合わせて実施し、発電電流に基づいて発電で消費された水素量を演算し、消費された水素量からアノード内に滞留する酸素量を推定し、推定した酸素量を加味して先の実施例１〜３で推定された酸素量を補正したことにある。
【０１７６】
先ず、図３、図４、図１０のステップＳ３０２、図１３のステップＳ６０１において、各ステップＳ３０２、Ｓ６０１で行われる処理に加えて、起動制御手段２１は、燃料電池スタック１で発電する発電電流の指令値を生成してパワーマネージャー１６に与え、パワーマネージャー１６は指令値に基づいて燃料電池スタック１から電流を取り出す。
【０１７７】
図３、図４のステップＳ３０３、図１０のステップＳ５０１、図１３のステップＳ６０２では、コントローラ２０にパワーマネージャー１６で計測された電流値を読み込む。起動制御／通常発電制御切替手段２２は、読み込んだ電流値に基づいて、以下に示す換算式を用いて発電で消費した水素量（ＱH2，ｃ）を演算する。
【０１７８】
（数１）
ＱH2，ｃ＝  Ｑ×Ｖｍ×ＣＮ／（２×Ｆ）
ここで、Ｖｍはモル容積の２２．４１４［ＮＬ／ｍｏｌ］であり、ＣＮは燃料電池スタック１を構成するセルの枚数［枚］であり、Ｆはファラデー定数の９６４８５［Ｃ／ｍｏｌ］であり、Ｑは電荷量［Ｃ］であり、Ｑ＝Ｉ×ｔ（Ｉは電流［Ａ］、ｔは時間［ｓ］）として表される。
【０１７９】
その後、予め実機確認して用意されて記憶された、消費水素量と酸素量との関係を示すマップもしくはテーブルを参照して、消費水素量に対応したアノード内の酸素量を演算する。このようにして推定された酸素量と、既存の適当な補正手法を用いて先の実施例１〜３で推定された酸素量を補正する。
【０１８０】
以上説明したように、上記実施例４では、電流を取り出す起動制御を行うときに、燃料ガス圧力の挙動に基づいて、アノード内に滞留する酸素量を推定することで、滞留する酸素量を適切に推定することができる。
【０１８１】
適切に推定された酸素量に基づいて、起動制御を終了する終了時間を設定することで、アノード内の残留酸素量が消失するまでの制御実行時間を設定することができる。
【０１８２】
電流検出手段で検出された電流値に基づいて、起動性時における電流の取り出しにより消費された燃料ガスの消費量を演算し、得られた燃料ガスの消費量に基づいて推定された酸素量を補正することが可能となり、酸素量の推定精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１８３】
【図１】本発明の実施例１に係る燃料電池システムの構成を示す図である。
【図２】本発明の実施例１に係るコントローラに含まれる制御ロジックの構成を示す図である。
【図３】本発明の実施例１に係る動作手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施例１に係るの他の動作手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施例１に係る各諸量の挙動を示す図である。
【図６】本発明の実施例１に係る各諸量の挙動を示す図である。
【図７】本発明の実施例１に係るアノード圧力の詳細な挙動を示す図である
【図８】本発明の実施例１に係るアノード圧力と目標値との差の挙動を示す図である
【図９】本発明の実施例２に係る燃料電池システムの構成を示す図である。
【図１０】本発明の実施例２に係る動作手順を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の実施例２に係る水素流量と弁開度の挙動を示す図である。
【図１２】本発明の実施例２に係るコントローラに含まれる制御ロジックの構成を示す図である。
【図１３】本発明の実施例３に係る動作手順を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の実施例３に係る水素流量とアノード圧の挙動を示す図である。
【符号の説明】
【０１８４】
１…燃料電池スタック
２…水素タンク
３…水素タンク元弁
４…減圧弁
５…水素供給弁
６…水素循環ポンプ
７…パージ弁
８…希釈装置
９，１３…圧力センサ
１０…温度センサ
１１…コンプレッサ
１２…空気調圧弁
１４…温度センサ
１５…電圧センサ
１６…パワーマネージャー
１７…２次バッテリ
１８…バッテリコントローラ
１９…大気圧センサ
２０…コントローラ
２１…起動制御手段
２１Ａ…アノード圧力制御手段
２１Ｂ…アノード流量制御手段
２２…起動制御／通常発電制御切替手段
２３…通常発電制御手段
２４…流量センサ
【図１】
2009181793.tif 000003
【図２】
2009181793.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2009181793.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2009181793.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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