JP2006318764A - 燃料電池システム - Google Patents

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Abstract

【課題】 アイドルストップ後の再起動時に、燃料電池内で局部的な水素不足が発生して燃料極の触媒が劣化することを防止する。
【解決手段】 不純物濃度検出手段３３は、水素循環配管１０及び水素循環ポンプ１１からなる燃料循環手段内部、またはアノード３内部の燃料ガス中の不純物濃度を検出する。コントローラ３０は、この不純物濃度が第１閾値以下である場合、アイドルストップを許可し、不純物濃度が第１閾値を超えた場合、アイドルストップを禁止する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、無負荷時または低負荷時の一時発電停止であるアイドルストップを行う燃料電池システムに関する。
燃料電池は、水素ガスなどの燃料ガスと酸素を有する酸化ガスとを電解質を介して電気化学的に反応させ、電解質両面に設けた電極間から電気エネルギを直接取り出すものである。特に固体高分子電解質を用いた固体高分子型燃料電池は、動作温度が低く、取り扱いが容易なことから電動車両用の電源として注目されている。
すなわち、燃料電池車両は、水素貯蔵装置や水素発生装置を車両に搭載し、そこから供給される水素と、酸素を含む空気とを燃料電池に送り込んで反応させ、燃料電池から取り出した電気エネルギで駆動輪につながるモータを駆動するものであり、排出物質は水だけであるという究極のクリーン車両である。
このような燃料電池車両においても、内燃機関車両と同様なアイドルストップが考えられる。燃料電池の発電効率が低い低負荷領域あるいは無負荷領域では、燃料電池の発電を一時停止させ、２次電池から所要電力を供給する。そして、燃料電池に発電余力があるときに２次電池へ充電することにより、総合的な燃費効率が向上する（例えば、特許文献１）。
このようなアイドルストップする燃料電池車両において、燃料電池の要求負荷がアイドルストップ条件を満たしていても良好な再起動性を確保するために、燃料電池へ供給する水素圧力、セル電圧、燃料極排出ガスの希釈装置等の状態によってアイドルストップの許可又は禁止を制御する技術が知られている（例えば、特許文献２）。
特開２００１−３０７７５８号公報（第７頁、図５） 特開２００４−１７３４５０号公報（第６頁、図３）
しかしながら上記従来技術においては、アイドルストップ中に酸化剤極（正極）から燃料極（負極）へ固体電解質膜を透過する窒素により、燃料極の窒素分圧が上昇する。このため水素循環経路内の体積当たりのガス質量が増加し、相対的に水素循環ポンプの循環能力不足が生じる。この結果として、アイドルストップ終了後の再起動時に、燃料電池に対する水素供給過剰率（燃料電池出力電流に対する水素供給流量の過剰な割合）が低下し、燃料電池内で局部的な水素不足が発生して、燃料極の触媒が劣化するという問題点があった。
上記問題点を解決するために本発明は、燃料電池の燃料極出口から排出された未反応燃料ガスを再度燃料極入口へ循環させる燃料循環手段を備えた燃料電池システムにおいて、前記燃料極または前記燃料循環手段内部の不純物濃度に関連する値を検出または推定する不純物濃度検出手段と、燃料電池に対する要求電力に基づいて燃料電池の発電を一時停止させるアイドルストップ制御手段と、を備え、該アイドルストップ制御手段は、前記不純物濃度検出手段が検出または推定した不純物濃度に基づいて、前記燃料電池のアイドルストップの許可または禁止を制御することを要旨とする。
本発明によれば、燃料極または燃料循環手段内部の不純物濃度に基づいて、燃料電池のアイドルストップの許可または禁止を制御することができるので、アイドルストップから発電状態に復帰する際の応答性を確保することができるとともに、発電再開時の水素供給不足を回避して、燃料電池の劣化を防止することができるという効果がある。
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。尚、以下に説明する実施例は、特に限定されないが、本発明を燃料電池車両に適用した実施例である。また、本実施例においては、アノード及び水素循環配管内の不純物濃度は、窒素濃度とする。
図１は、本発明に係る燃料電池システムの実施例１の全体構成を示する概略図である。燃料電池システム１は、例えばアノード（燃料極、負極）３とカソード（酸化剤極、正極）４との間に固体高分子電解質を挟持した燃料電池２、燃料改質装置や水素貯蔵装置等により水素をアノード３に供給する水素供給装置５、水素遮断弁６、水素圧力調整弁７、水素供給配管８、アノード圧力センサ９、水素循環配管１０、水素循環ポンプ１１、パージ弁（排出手段）１２、水素排出配管１３、フィルタ１４、空気流量計１５、空気を圧縮するコンプレッサ１６、冷却器１７、カソード４からの排気の水分によりカソード４へ供給する空気を加湿する加湿装置１８、空気供給配管１９、カソード圧力センサ２０、空気排出配管２１、空気圧力調整弁２２、燃料電池２の出力電圧をバッテリ２４の電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ２３、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３から充電されるとともに燃料電池２の出力が不足するとき放電するバッテリ２４、バッテリ２４の充電状態（ＳＯＣ）を検出するＳＯＣ検出器２５、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３及び／又はバッテリ２４からの直流を交流に変換するインバータ２６、インバータ２６の交流で動作する車両駆動用モータ２７、燃料電池２の出力電圧を検出する電圧センサ２８、燃料電池２の各セル電圧または所定数のセルが直列接続された各セル群の電圧を検出するセル電圧センサ２９、燃料電池システム１全体を制御するとともにアイドルストップ中の燃料電池電圧を高める操作を行う制御手段を兼ねるコントローラ（ＥＣＵ）３０、排水素処理装置３１、水素循環配管１０に流れるガスの温度を検出する温度センサ３２，水素循環配管１０内部の不純物濃度を検出または推定する不純物濃度検出手段３３を備えている。
水素循環配管１０及び水素循環ポンプ１１は、燃料電池２のアノード３の出口から排出された未反応燃料ガスを再度アノード３の入口へ循環させる燃料循環手段である。
水素供給装置５から供給される水素は、水素圧力調整弁７を経由して、アノード３に供給される。燃料電池２のアノード出口での水素の圧力は、アノード圧力センサ９で測定される。水素圧力調整弁７は、アノード圧力センサ９で測定される圧力が燃料電池２の要求出力に応じた圧力となるようにコントローラ３０から制御される。通常はパージ弁１２は閉じており、燃料電池２のアノード出口から排出される水素は、水素循環配管１０及び水素循環ポンプ１１によりアノード３の入口へ循環される。
ここで、水素循環配管１０及び水素循環ポンプ１１は、アノード（燃料極）出口から排出された未反応燃料ガスを再度アノード入口へ循環させる燃料循環手段である。
また水素循環配管１０には、その内部のガス温度を検出する温度センサ３２と、その内部の不純物濃度を推定するための不純物濃度検出手段３３が設けられている。
不純物検出手段３３の具体的な構成としては、水素濃度を検出する水素濃度検出手段及び水蒸気濃度を検出する水蒸気濃度検出手段である。水素循環配管１０の内部のガス組成としては、水素、窒素、水蒸気が考えられる。窒素は、カソード４からアノード３へ電解質膜を透過してきた空気の成分や水素供給装置５から供給される水素に含まれていたもの等がある。水蒸気は、カソード４の空気を加湿している水蒸気やカソード４における反応の生成水がカソードからアノードへ透過してきたものである。
燃料電池２内に水溢れが発生した場合、アノード３内や水素循環配管１０内に不純物が蓄積した場合、燃料電池２の運転圧を低下させる場合などには、パージ弁１２を開けて水素排出配管１３から水素希釈装置や水素燃焼触媒装置等を用いた排水素処理装置３１へ不純物を含んだ燃料ガス（水素）を排出する。パージ弁１２及び水素排出配管１３は、燃料循環手段から不純物を含んだ燃料ガスを系外へ排出する排出手段である。
酸化剤ガスとなる空気は、フィルタ１４により塵埃・有害化学物質が除去され、コンプレッサ９により圧縮される。コンプレッサ９が圧縮した空気は、冷却器１７で冷却されて、加湿装置１８へ供給される。加湿装置１８は、例えば、高分子中空糸膜を用いた湿度交換装置であり、カソード４の排気が含む水蒸気を冷却器１７からの空気に与えることで加湿する。加湿された空気は、空気供給配管１９を介してカソード４へ供給される。カソード４の入口での空気圧力はカソード圧力センサ２０で測定される。
アノード圧力センサ９、空気流量センサ１５、カソード圧力センサ２０、電圧センサ２８、セル電圧センサ２９、温度センサ３２、及び不純物濃度検出手段３３は、それぞれコントローラ３０の入力端子に接続され、各検出信号をコントローラ３０へ入力する。
また、水素遮断弁６、水素圧力調整弁７、水素循環ポンプ１１、パージ弁１２、コンプレッサ１６、及び空気圧力調整弁２２は、それぞれコントローラ３０の出力端子に接続され、コントローラ３０が出力する制御信号により制御される。
コントローラ３０は、入力された各センサの信号から燃料電池２の運転状態を判断し、燃料電池システム１全体を制御する。またコントローラ３０は、図示しない車両走行制御装置から入力された燃料電池システム１に対する要求負荷に基づいて、燃料電池２のアイドルストップを制御する。
また、コントローラ３０は、不純物濃度検出手段３３の検出結果に基づいて、燃料電池２のアイドルストップを許可または禁止するアイドルストップ制御手段である。
さらに、コントローラ３０は、特に限定されないが本実施例では、ＣＰＵと、制御プログラムおよび制御マップ等の制御パラメータを予め記憶したＲＯＭと、作業用ＲＡＭと、入出力インタフェースとを備えたマイクロプロセッサで構成されている。
また、燃料電池２から取り出す電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３によって制御される。このＤＣ／ＤＣコンバータ２３は、例えば入力電圧を昇圧及び降圧できる昇降圧型のＤＣ／ＤＣコンバータであり、燃料電池２が発電した電力をバッテリ２４へ充電するとともに、インバータ２６を介して車両駆動用モータ２７へ供給する。
図２は、コントローラ３０のアイドルストップ制御機能を説明するブロック構成図である。コントローラ３０は、燃料電池２に対する要求出力を算出する要求出力算出部１０１と、バッテリ２４から取出し可能な出力を算出するバッテリ取出可能出力算出部１０２と、水素濃度センサ及び水蒸気濃度センサの検出値に基づいて不純物濃度を検出する不純物濃度検出部１０３と、不純物濃度以外のアイドルストップ条件を判定するアイドルストップ条件Ｉ判定部１０４と、不純物濃度を判定する不純物濃度判定部１０５と、不純物濃度以外のアイドルストップ条件と不純物濃度に関するアイドルストップ条件とを総合的に判定するアイドルアイドルストップ条件II判定部１０６と、アイドルストップ実行部１０７とを備えている。
要求出力算出部１０１は、例えば、アクセル操作量と車両速度に基づいて、燃料電池２に対する要求出力を算出する。
バッテリ取出可能出力算出部１０２は、ＳＯＣ検出器２５が検出したＳＯＣ（バッテリの充電状態）に基づいてバッテリ２４から取出し可能な出力を算出する。この算出方法は、バッテリの種類及び特性に合わせて予めプログラムされているものとする。
不純物濃度検出部１０３は、不純物濃度センサ３３から得られる水素濃度及び水蒸気濃度の検出値に基づいて不純物濃度を算出する。
アイドルストップ条件Ｉ判定部１０４は、不純物濃度以外のアイドルストップ条件、例えば燃料電池に対する要求出力が所定値以下であり、かつバッテリ取出可能出力以下であるか否か等を判定する。
不純物濃度判定部１０５は、アイドルストップの不純物濃度条件として、不純物濃度検出部１０３が算出した不純物濃度が第１閾値以下であるか否かを判定する。
アイドルアイドルストップ条件II判定部１０６は、不純物濃度以外のアイドルストップ条件と不純物濃度に関するアイドルストップ条件とを総合的に判定する。
アイドルストップ実行部１０７は、アイドルアイドルストップ条件II判定部１０６が全てのアイドルストップ条件が成立したと判断したときに、コンプレッサ１６を停止させてアイドルストップを実行する。また、アイドルストップ実行部１０７は、アイドルストップ中に、アノードの不純物濃度が上昇した場合、パージ弁を開いてアノード及び水素循環配管内の不純物を排出するパージを実行する。
図３は、実施例１におけるコントローラ３０のアイドルストップ制御を説明するフローチャートであり、一定時間毎に実行されるものとする。
まず、ステップ（以下、ステップをＳと略す）１０において、不純物濃度以外のアイドルストップ条件が成立しているか否かの判定ルーチンが実行される。Ｓ１０の詳細は、図４（ａ）を参照して後述される。次いで、Ｓ２０で、Ｓ１０の実行結果、即ち不純物濃度以外のアイドルストップ条件が成立しているか否かが判定され、条件が成立していなければ、Ｓ２１へ進み、成立していれば、Ｓ２３へ進む。
Ｓ２１では、アイドルストップ中を示すＩＳＦフラグの値が１であるか否かを判定し、ＩＳＦ＝１であれば、もはやアイドルストップを継続することはできないので、Ｓ２２へ進み、ＩＳＦフラグをリセットする。次いで、Ｓ４０へ進み、アイドルストップ状態から通常発電状態へ復帰する。Ｓ４０の詳細は、通常の燃料電池起動と同様であるが、例えば、燃料電池２へコンプレッサ１６から空気供給を開始するとともに、水素圧力調整弁７から水素供給を開始し、水素循環ポンプ１１の運転を開始することにより、通常発電へ復帰する。
Ｓ２１の判定で、ＩＳＦ≠１（＝０）であれば、アイドルストップ条件が成立せず、アイドルストップ中でもないので、Ｓ５０へ進み、通常発電を継続して、リターンする。
Ｓ２３では、図示しない温度センサ及び湿度センサにより燃料電池２内部の温度及び湿度を検出する。次いでＳ２４で、これら温度及び湿度に基づいて、予め記憶した制御テーブルを参照して、アイドルストップを開始可能な不純物濃度の（第１閾値）、及びアイドルストップを解除する不純物濃度の閾値Ｂ（第２閾値）を求める。
ここで、閾値Ａは、この濃度以下であればアイドルストップしても一定時間は、アノードの不純物濃度が水素循環ポンプ１１の性能で定まる最大窒素濃度を超えないと見積もられる窒素濃度である。不純物濃度の閾値Ｂ（＞閾値Ａ）は、水素循環ポンプ１１の性能で定まるアノードの最大窒素濃度であり、この最大窒素濃度を超えると、燃料電池２の再起動時に、水素循環ポンプ１１の循環性能が低下して、十分な循環性能が得られない値である（図５参照）。この閾値Ｂは、閾値Ａより不純物濃度が高い値に設定されているので、カソードからアノードへの不純物透過に伴って、アイドルストップ開始とアイドルストップ解除とが頻繁に繰り返されて、ユーザに違和感を与えることを軽減することができる。
これら不純物濃度の閾値Ａ、閾値Ｂを記憶する制御テーブルは、予め燃料電池２と同じ構成の実験機において、アイドルストップ中のアノード窒素濃度を種々の温度、湿度の条件で測定した結果やシミュレーション結果に基づいて制御テーブル化したものである。
ところで、単位時間、単位面積当たりのガスの透過量である透過流束Ｑ［ｋmol／（ｓ・ｍ2）］は、透過係数Ｃ［ｋmol・m／（ｓ・ｍ2・ｋPa）］と、膜の両面のガス分圧差ΔＰ［ｋPa］と、膜の厚さｔ［ｍ］とを用いて、以下の式（１）で示される。
Ｑ＝Ｃ×ΔＰ／ｔ …（１）
ここで、アノードとカソードとを隔てる電解質膜の厚さｔには変化が無く、また窒素透過前後の電解質膜の両面の窒素分圧差ΔＰの変化は無視できるとしても、カソードからアノードへの窒素の透過係数Ｃは、電解質膜の温度及び湿度に依存するので、アイドルストップ可能と判断する不純物濃度の閾値Ａは、本実施例のように燃料電池２の温度及び湿度に基づいて決定するのが望ましい。しかし制御を簡略化して、アイドルストップ中の代表的な燃料電池２の温度及び湿度の条件により、それぞれ固定値の不純物濃度の閾値Ａ、閾値Ｂを用いてもよい。
次いで、Ｓ２５では、不純物濃度検出手段３３の検出した水素濃度及び水蒸気濃度に基づいて、不純物濃度である窒素濃度を推定し、Ｓ２６では、ＩＳＦフラグが１であるか否かを判定する。Ｓ２６でＩＳＦが１であれば、既にアイドルストップ中なので、不純物蓄積具合を判定するために、Ｓ２９へ進む。
Ｓ２６でＩＳＦが１でなければ、アイドルストップ中でないときに、不純物濃度条件以外のアイドルストップ条件が成立している場合であるので、Ｓ２７へ進み、Ｓ２５で推定した不純物濃度が、閾値Ａ以下であるか否かを判定する。
Ｓ２７の判定で、不純物濃度が閾値Ａ以下でなければ、不純物濃度に関するアイドルストップ条件が成立していないので、通常発電を継続するために、Ｓ５０へ進む。
Ｓ２７の判定で、不純物濃度が閾値Ａ以下であれば、不純物濃度に関するアイドルストップ条件も成立したので、Ｓ２８へ進み、ＩＳＦフラグを１にセットして、Ｓ６０へ進む。Ｓ６０では、アイドルストップを実行するが、その詳細は、図４（ｂ）を参照して後述される。このように、本実施例では、従来のアイドルストップ条件に加えて、アノードの不純物濃度に基づいて、アイドルストップの許可または禁止を制御しているために、アイドルストップから通常運転への復帰時に、発電可能となるまでの時間を短縮するとともに、発電復帰時の水素循環量不足による燃料電池の劣化を防止することができるという効果がある。
Ｓ２９では、Ｓ２５で推定したアイドルストップ中の不純物濃度が閾値Ｂ（＞閾値Ａ）以下であるか否かを判定する。不純物濃度が閾値Ｂ以下であれば、Ｓ３０へ進み、アイドルストップを継続して、リターンする。Ｓ２９の判定で、不純物濃度が閾値Ｂを超えていれば、Ｓ３１へ進み、ＩＳＦを０にリセットして、Ｓ７０へ進む。Ｓ７０では、アイドルストップから通常発電へ復帰して、パージを実行してリターンする。Ｓ７０における処理の具体例としては、コンプレッサ１６を起動して空気供給を開始するとともに空気圧力調整弁２２を開き、水素圧力調整弁７を開いて水素供給を開始し、パージ弁１２を開くとともに水素循環ポンプ１１を駆動して、アノード３及び水素循環配管１０中の不純物を排水素処置装置３１へ排出して処理することである。
図４（ａ）は、不純物濃度以外のアイドルストップ条件判定を説明するフローチャートであり、図４（ｂ）は、アイドルストップ実行の詳細を説明するフローチャートである。
図４（ａ）において、不純物濃度以外のアイドルストップ条件判定が開始されると、まずＳ１１で燃料電池システムに対する要求出力Ｐrq〔Ｗ〕が検出または算出される。燃料電池車両の場合、例えば、車速とアクセルペダルの操作量（要求トルク）から要求出力Ｐrqを算出する。次いでＳ１２でＳＯＣ検出器２５からバッテリ２４のＳＯＣを読み込み、Ｓ１３でＳＯＣに基づいて制御テーブルと参照してバッテリ２４から取り出し可能な出力Ｐbt〔Ｗ〕を算出する。ＳＯＣ検出器２５は、例えばバッテリ２４の最大容量に対する充電量の比率として、ＳＯＣ〔％〕を検出するものとする。バッテリ２４の取出可能出力Ｐbtは、使用するバッテリの特性によって限定されるが、例えば、ＳＯＣが３０〔％〕を超えていれば、最大取り出し可能電力とし、それ以下であれば、ＳＯＣの低下量に応じて減じることが好ましい。
次いで、Ｓ１４で要求出力Ｐrqが所定値Ｐ１未満であるか否かを判定する。要求出力がＰ１未満であれば、Ｓ１５で要求出力Ｐrqがバッテリ取出可能出力Ｐbtより小さいか否かを判定する。ＰrqがＰbtより小さければ、燃料電池システム１をアイドルストップしてもバッテリ２４から必要な出力を取り出せるので、Ｓ１６へ進み、アイドルストップ条件フラグを１にセットして、リターンする。
Ｓ１４、またはＳ１５の判定が否であれば、Ｓ１７へ進み、アイドルストップ条件フラグを０にリセットして、リターンする。
図４（ｂ）において、アイドルストップ実行が開始されると、まずＳ６１で水素圧力調整弁７を閉じてアノード３への新規水素供給を停止するとともに、パージ弁１２が開いていれば閉じる。Ｓ６２でコンプレッサ１６を停止してカソード４へ空気供給を停止するとともに、空気圧力調整弁２２を閉じる。このアイドルストップ中のコンプレッサ駆動電力節約がアイドルストップによる燃料電池システムの総合効率向上に大きく寄与する。
次いで、Ｓ６３でＤＣ／ＤＣコンバータ２３による電力取り出しを停止し、Ｓ６４で水素循環ポンプ１１を停止させる。次いでＳ６５で、図１には図示されない冷却水ポンプ及びラジエータファンを停止する。
図５は、アイドルストップ期間を含むアイドルストップ前後におけるアノード窒素濃度を説明するタイムチャートである。
例えば、図５の時刻ｔ０において、不純物濃度以外のアイドルストップ条件と、不純物濃度に関するアイドルストップ条件（窒素濃度≦閾値Ａ）が成立し、アイドルストップが開始されたとする。以後、パージ制御も停止されるので、アノードの窒素濃度は時間が経過するほど高くなる。そして、アイドルストップ開始後の時刻ｔ１で窒素濃度が閾値Ｂを超えて、アイドルストップから通常発電へ復帰するとともに、パージ制御が開始されて、アノードの窒素濃度が低下する。その後、時刻ｔ２において、窒素濃度に関するアイドルストップ条件が満足される。
次に、本発明に係る燃料電池システムの実施例２を説明する。実施例２の燃料電池システムの構成は、図１に示した実施例１と同様である。実施例２は、アイドルストップ条件のうち、不純物濃度条件以外の条件が成立し、不純物濃度条件が成立しない場合、アノード及び水素循環系のパージを行ってから通常発電に復帰し、再度アイドルストップ条件の成否を判定するものである。
図６は、実施例２におけるコントローラ３０のアイドルストップ制御を説明するフローチャートであり、一定時間毎に実行されるものとする。図３に示した実施例１のフローチャートとの相違は、Ｓ２７の不純物濃度と閾値Ａとの比較において、不純物濃度が閾値Ａを超えていた場合、Ｓ３２へ進み、パージを実行してから、通常発電へ復帰している点である。その後、図６のフローチャートが呼び出された場合、不純物濃度以外のアイドルストップ条件が成立していた場合、前回のＳ３２でパージを実行して不純物濃度を低下させていたため、今回のＳ２７の判定では、不純物濃度が閾値Ａ以下となっていることが確実である。このため、Ｓ２７の判定結果は、ＹＥＳとなり、Ｓ２８，Ｓ２９の処理により、アイドルストップの実行が行われることになる。その他のステップは、図３と同様であるので、同じステップには、同じステップ番号を付与して説明を省略する。
このように本実施例では、不純物濃度以外のアイドルストップ条件が成立し、不純物濃度が閾値Ａを超えているためにアイドルストップできない場合、燃料循環系から不純物を系外へ排出しているために、アイドルストップ可能となる機会を増加させ、燃費性能及び音響振動性能を一層向上させることができる。
以上好ましい実施例を説明したが、これらは本発明を限定するものではない。例えば、実施例１，２では、アノード及び水素循環系の燃料ガス不純物濃度として窒素濃度を考慮したが、これに限らず窒素濃度と水蒸気濃度の和を不純物濃度と考慮してもよいし、水素供給装置から供給される水素に含まれる不純物の濃度を考慮してもよい。
本発明に係る燃料電池システムの実施例１を説明するシステム構成図である。 コントローラのアイドルストップ制御機能を説明するブロック構成図である。 実施例１におけるアイドルストップ制御を説明するフローチャートである。 （ａ）不純物濃度以外のアイドルストップ条件判定を説明するフローチャート、（ｂ）アイドルストップ実行の詳細を説明するフローチャートである。 アイドルストップ期間を含むアイドルストップ前後におけるアノード窒素濃度を説明するタイムチャートである。 実施例２におけるアイドルストップ制御を説明するフローチャートである。
符号の説明
１：燃料電池システム
２：燃料電池
３：アノード
４：カソード
５：水素供給装置
６：水素遮断弁
７：水素圧力調整弁
８：水素供給配管
９：アノード圧力センサ
１０：水素循環配管
１１：水素循環ポンプ
１２：パージ弁
１３：水素排出配管
１４：フィルタ
１５：空気流量センサ
１６：コンプレッサ
１７：冷却器
１８：加湿装置
１９：空気供給配管
２０：カソード圧力センサ
２１：空気排出配管
２２：空気圧力調整弁
２３：ＤＣ／ＤＣコンバータ
２４：バッテリ
２５：ＳＯＣ検出器
２６：インバータ
２７：車両駆動用モータ
２８：電圧センサ
２９：セル電圧センサ
３０：コントローラ
３１：排水素処理装置
３２：温度センサ
３３：不純物濃度検出手段

Claims (7)

  1. 燃料電池の燃料極出口から排出された未反応燃料ガスを再度燃料極入口へ循環させる燃料循環手段を備えた燃料電池システムにおいて、
    前記燃料極または前記燃料循環手段内部の不純物濃度に関連する値を検出または推定する不純物濃度検出手段と、
    燃料電池に対する要求電力に基づいて燃料電池の発電を一時停止させるアイドルストップ制御手段と、を備え、
    該アイドルストップ制御手段は、前記不純物濃度検出手段が検出または推定した不純物濃度に基づいて、前記燃料電池のアイドルストップの許可または禁止を制御することを特徴とする燃料電池システム。
  2. 前記アイドルストップ制御手段は、前記不純物濃度検出手段の検出または推定結果が第１閾値以下であることをアイドルストップ条件として含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
  3. 前記燃料循環手段から不純物を含んだ燃料ガスを系外へ排出する排出手段を備え、
    前記不純物濃度が第１閾値を超えているためにアイドルストップ条件が満足されない場合、前記排出手段から不純物を含んだ燃料ガスを系外へ排出、または排出流量を増加させることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
  4. 前記燃料電池の温度を検出する温度検出手段、前記燃料電池の湿度を検出する湿度検出手段の少なくとも一方を備え、
    前記温度、前記湿度の少なくとも一方の検出値に応じて前記第１閾値を算出す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。
  5. アイドルストップ中の前記燃料極または前記燃料循環手段中の不純物濃度が第１閾値より大きい第２閾値を超えたときに、アイドルストップから通常発電へ復帰して前記排出手段により不純物を含んだ燃料ガスを系外へ排出することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の燃料電池システム。
  6. 前記燃料電池の温度を検出する温度検出手段と、
    前記燃料電池の湿度を検出する湿度検出手段と、
    前記燃料極の圧力を検出する圧力検出手段とを備え、
    前記温度、前記湿度、前記圧力の少なくとも一つの検出値に基づいて前記第２閾値を算出することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。
  7. 前記排出手段から排出された不純物を含む燃料ガスを燃焼または希釈して無害なガスとする排水素処理装置と、
    直接または間接に燃料電池の酸化剤極及び前記排水素処理装置に空気を供給する圧縮機と、を備え、
    前記排出手段から不純物を含む燃料ガスを排出する際には、前記圧縮機を稼働させて少なくとも前記排水素処理装置へ空気を供給することを特徴とする請求項３乃至請求項６の何れか１項に記載の燃料電池システム。
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