JP2008277203A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】発電開始後にＭＥＡでガス欠状態となりにくい燃料電池システムを提供する。
【解決手段】アノード流路１１に水素が、カソード流路１２に空気が、それぞれ供給されることで発電する燃料電池スタック１０と、アノード流路１１に水素を供給する水素供給手段と、アノード流路１１流路内のガスを外部に排出するパージ弁２５と、システム起動時に、水素ガス供給手段からアノード流路１１に水素を供給しつつ、パージ弁２５を開き、アノード流路１１内を水素に置換するＥＣＵ７０（燃料ガス置換手段）と、を備える燃料電池システム１であって、システムが低温起動する否かを判定するＥＣＵ７０（低温起動判定手段）を備え、低温起動すると判定した場合、ＥＣＵ７０は、アノード流路１１内を水素に置換するため、パージ弁２５を開いて排出させるガスの総パージ量を増加させ、アノード流路１１における水素濃度を高める。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

近年、水素（燃料ガス）がアノードに、酸素を含む空気（酸化剤ガス）がカソードに、それぞれ供給されることで発電する固体高分子型燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell：ＰＥＦＣ）等の燃料電池の開発が盛んである。このような燃料電池は、アノードに給排される水素が流れるアノード流路（燃料ガス流路）と、カソードに給排される空気が流れるカソード流路（酸化剤ガス流路）とを備えている。

ところが、燃料電池の発電を停止させた状態が継続すると、アノード流路内に不純物（例えば電解質膜をクロスオーバした窒素）が増加する。よって、次回起動時において、そのまま燃料電池の発電を開始させると、アノードで水素不足になり、燃料電池の発電性能が十分に発揮されない虞がある。

そこで、このような虞を回避するため、起動時（燃料電池の発電開始前）に、アノード流路内の不純物を排出すると共に、水素タンク等から新たに水素をアノード流路に供給することで水素に置換し、この置換が進むことによって、燃料電池のＯＣＶ（Open Circuit Voltage：開回路電圧）が所定のＯＣＶ以上となった後、燃料電池の発電を開始させる技術が提案されている（特許文献１参照）。
特許第２７３５３９６号公報（［００１１］）

一方、その停止中に燃料電池が低温環境（例えば氷点下）に曝されると、燃料電池を構成するＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）の表面や内部において、残留した水分が凍結し、ＭＥＡの有効反応面積（電極反応に寄与可能なアノード、カソードの面積）が狭くなっている場合がある。そして、このようにＭＥＡの有効反応面積が狭くなっている状態で、ＯＣＶが所定のＯＣＶ以上となったことにより、燃料電池の発電を許可し、発電を開始させると、ＭＥＡにおいてガス欠状態となり、燃料電池の発電性能及び安定性が低下する虞があった。

特に、燃料電池が凍結している虞があり、燃料電池の暖機を促進するべく、発電に伴う自己発熱量を高めるため、燃料電池からの取り出し電流（出力電流）を大きくする場合、ガス欠状態となりやすい。なお、燃料電池の暖機を促進し、その好適発電温度（例えばＰＥＦＣの場合、８０〜９０℃）に速やかに昇温させるべく起動することを低温起動という。

そこで、本発明は、システムを低温起動する場合において、ＭＥＡの有効反応面積が狭くなっていても、その発電開始後にＭＥＡでガス欠状態となりにくい燃料電池システムを提供することを課題とする。

前記課題を解決するための手段として、本発明は、燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路を有し、前記燃料ガス流路に燃料ガスが、前記酸化剤ガス流路に酸化剤ガスが、それぞれ供給されることで発電する燃料電池と、前記燃料ガス流路に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、前記燃料ガス流路内のガスを外部に排出する排出弁と、システム起動時に、前記燃料ガス供給手段から前記燃料ガス流路に燃料ガスを供給しつつ、前記排出弁を開き、当該燃料ガス流路内を燃料ガスに置換する燃料ガス置換手段と、を備える燃料電池システムであって、システムが低温起動する否かを判定する低温起動判定手段を備え、前記低温起動判定手段が低温起動すると判定した場合、前記燃料ガス置換手段は、前記燃料ガス流路内を燃料ガスに置換するため、前記排出弁を開いて排出させるガスの総排出量を増加させ、当該燃料ガス流路における燃料ガス濃度を高めることを特徴とする燃料電池システムである。

このような燃料電池システムによれば、低温起動判定手段によってシステムが低温起動すると判定された場合、燃料ガス置換手段が、燃料ガス流路内を燃料ガスに置換するため、排出弁を開いて排出させるガスの総排出量を増加させ、燃料ガス流路における燃料ガス濃度を高める。これにより、凍結等によってＭＥＡの有効反応面積が狭くなっていても、正常に電極反応を進めることが可能なＭＥＡに供給される燃料ガス濃度は高くなる。

このように燃料ガス流路における燃料ガス濃度が高まった状態で、燃料電池の発電を許可し、燃料電池の発電を開始させ、システムを低温起動することにより、起動後にＭＥＡで燃料ガス不足となりにくくなる。これにより、燃料電池は、予め設定された低温起動時における出力条件で、つまり、高出力で発電することが可能となると共に、その出力特性が安定し、低温起動によって燃料電池の暖機を進めることができる。
また、このように燃料ガス不足となりにくいので、燃料電池から大電流を取り出しても、ＭＥＡが劣化（例えば、電解質膜の電気分解・電食）することはなく、燃料電池の耐久性は高まる。

また、前記燃料電池の発電停止時間を検出する停止時間検出手段を備え、前記燃料ガス置換手段は、前記停止時間検出手段が検出した発電停止時間が長いほど、前記排出弁を開いて排出させるガスの総排出量を増加させることを特徴とする燃料電池システムである。

ここで、燃料電池の発電停止時間が長くなるほど、燃料ガス流路内の不純物（窒素等）は増加し、さらに、低温環境下で停止していた場合、ＭＥＡの有効反応面積は狭くなる（ＭＥＡの凍結部分の面積は広くなる）傾向を有する。

このような燃料電池システムによれば、停止時間検出手段が検出した発電停止時間が長いほど、燃料ガス置換出段は排出弁を開いて排出させるガスの総排出量を増加させ、燃料ガス濃度を高めることができる。すなわち、発電停止時間に対応して、燃料ガス流路内の不純物を含むガスの総排出量を増加させると共に、燃料ガス濃度を高めることができる。これにより、排出弁を介して排出される燃料ガスの量、及び、燃料ガス供給手段から燃料ガス流路に供給される燃料ガスの量を適切にすることができ、燃料ガスの利用効率を高めることができる。

また、前記燃料電池の温度を検出する温度検出手段を備え、前記燃料ガス置換手段は、前記温度検出手段が検出した燃料電池の温度が低いほど、前記排出弁を開いて排出させるガスの総排出量を増加させることを特徴とする燃料電池システムである。

ここで、燃料電池の温度が低いほど、燃料電池内の凍結部分は多く、ＭＥＡの有効反応面積が狭くなっていると想定される。また、燃料電池の温度が低いほど、アノード等に含まれ電極反応を促進するための触媒の活性は低下し、ＭＥＡの有効反応面積は狭くなっていると想定される。

このような燃料電池システムによれば、温度検出手段が検出した燃料電池の温度が低いほど、燃料ガス置換手段が排出弁を開いて排出させるガスの総排出量を増加させて燃料ガス濃度を高める、つまり、ＭＥＡの有効反応面積に対応して、燃料ガス濃度を高めることができる。すなわち、ＭＥＡの有効反応面積に対応して、排出弁を介して排出される燃料ガスの量、及び、燃料ガス供給手段から燃料ガス流路に供給される燃料ガスの量を適切にすることができ、燃料ガスの利用効率を高めることができる。

また、前記排出弁から排出されたガスと、前記酸化剤ガス流路から排出された酸化剤ガスと、を混合し、前記燃料ガスを希釈して外部に排出する希釈装置と、当該希釈装置に送られた酸化剤ガスの積算量を検出する酸化剤ガス積算量検出手段と、を備え、前記酸化剤ガス積算量検出手段が検出した酸化剤ガスの積算量が、所定の積算量以上でない場合、前記燃料ガス置換手段は前記排出弁を閉じることを特徴とする燃料電池システムである。

ここで、所定の積算量は、排出弁を開き、燃料ガスを含むガスを希釈装置に送り込んだとしても、希釈装置に送られた酸化剤ガスによって、前記燃料ガスを含むガスが希釈され、希釈装置から外部に排出されるガス（後記する実施形態の希釈後ガス）における燃料ガスの濃度が、所定濃度（例えば着火可能な燃料ガス濃度、後記する実施形態の上限濃度Ｃ２）未満となるように設定される積算量であり、希釈装置に供給される酸化剤ガスの流量や、希釈装置内の希釈空間の容積等に基づいて定められる。

このような燃料電池システムによれば、希釈装置によって、排出弁から排出された燃料ガスを含むガスと、酸化剤ガス流路から排出された酸化剤ガスとを混合し、燃料ガスを希釈し、燃料ガス濃度を下げた後、外部に排出することができる。
また、酸化剤ガス積算量検出手段によって検出された希釈装置への酸化剤ガスの積算量が、所定の積算量以上でない場合、燃料ガス置換手段が排出弁を閉じる。これにより、希釈装置において、燃料ガスが所定濃度未満に希釈されないまま、外部に排出されることを防止できる。

そして、このように排出弁を閉じた後は、この積算量を０にリセットし、その後の酸化剤ガスの積算量が所定の積算量以上となった場合に、排出弁を開く構成とすることが好ましい。このような構成にすれば、排出弁を開き排出させるガスの総排出量は分割、つまり、排出弁は複数回にて開閉されることになり、希釈条件（酸化剤ガスの流量や希釈空間の容積）に対応させつつ、排出弁を開き、燃料ガス流路内の燃料ガス濃度を高めることができる。

また、外部に排出されるガス中の燃料ガスの濃度を検出する燃料ガスセンサを備え、前記燃料ガスセンサが検出した燃料ガスの濃度が所定濃度以上である場合、前記燃料ガス置換手段は前記排出弁を閉じることを特徴とする燃料電池システムである。

このような燃料電池システムによれば、燃料ガスセンサが検出した燃料ガスの濃度が所定濃度（後記する実施形態の上限濃度Ｃ２）以上である場合、燃料ガス置換手段が排出弁を閉じるので、所定濃度以上の燃料ガスが外部に排出されることを防止できる。

本発明によれば、システムを低温起動する場合において、ＭＥＡの有効反応面積が狭くなっていても、その発電開始後にＭＥＡでガス欠状態となりにくい燃料電池システムを提供することができる。

以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照して説明する。

≪燃料電池システムの構成≫
図１に示す本実施形態に係る燃料電池システム１は、図示しない燃料電池自動車（移動体）に搭載されている。燃料電池システム１は、燃料電池スタック１０と、燃料電池スタック１０のアノードに対して水素（燃料ガス）を給排するアノード系（燃料ガス供給手段）と、燃料電池スタック１０のカソードに対して酸素を含む空気（酸化剤ガス）を給排するカソード系と、燃料電池スタック１０の掃気時に掃気ガス（非加湿の空気）をカソード系からアノード系に導く掃気系と、燃料電池スタック１０の発電電力を消費等する電力消費系と、ＩＧ６１（イグニッション）と、これらを電子制御するＥＣＵ７０（Electronic Control Unit、電子制御装置）と、を備えている。

ここで、燃料電池スタック１０の掃気とは、燃料電池スタック１０の水分等を、掃気ガスによって外部に押し出すことであり、本実施形態では、掃気ガスとして、コンプレッサ３１からの非加湿の空気を使用する場合を例示する。但し、これに限定されず、掃気ガスとして例えば窒素タンクからの窒素を使用してもよい。

また、本実施形態では、燃料電池スタック１０の掃気は、システム停止時において、停止後、つまり停止中に燃料電池システム１が低温環境に曝される虞があり、燃料電池スタック１０を含め、システム内が凍結する虞のある場合に実行される構成となっている。
そして、このように燃料電池スタック１０が掃気されると、ＭＥＡの両側に形成される後記するアノード流路１１及びカソード流路１２は、いずれも、掃気ガス、つまり非加湿の空気に置換され、この空気が封入された状態でシステムが停止するようになっている。よって、システム停止中に、ＭＥＡにおいて電位差（ＯＣＶ）は発生せず、ＭＥＡは電場下に曝されず、ＭＥＡの劣化（電解質膜の電気分解等）が防止される構成となっている。
以下、燃料電池システム１の各部を具体的に説明する。

＜燃料電池スタック＞
燃料電池スタック１０は、複数（例えば２００〜４００枚）の固体高分子型の単セルが積層して構成されたスタックであり、複数の単セルは直列で接続されている。単セルは、ＭＥＡと、これを挟む２枚の導電性を有するセパレータと、を備えている。ＭＥＡは、１価の陽イオン交換膜等からなる電解質膜（固体高分子膜）と、これを挟むアノード及びカソードと、を備えている。

アノード及びカソードは、カーボンペーパ等の導電性を有する多孔質体から主に構成されると共に、アノード及びカソードにおける電極反応を生じさせるための触媒（Ｐｔ、Ｒｕ等）を含んでいる。
各セパレータには、各ＭＥＡの全面に水素又は空気を供給するための溝や、全単セルに水素又は空気を給排するための貫通孔が形成されており、これら溝及び貫通孔がアノード流路１１（燃料ガス流路）、カソード流路１２（酸化剤ガス流路）として機能している。したがって、燃料電池スタック１０内におけるアノード流路１１及びカソード流路１２の容積は、前記溝の形状や長さ、単セルの積層数に依存し、燃料電池スタック１０の仕様に基づいて定められる固定値である。

そして、アノード流路１１を介して各アノードに水素が供給され、カソード流路１２を介して各カソードに空気が供給されると、電極反応が起こり、各単セルで電位差（ＯＣＶ）が発生するようになっている。次いで、ＯＣＶが発生した状態で、発電要求があり、後記するコンタクタ５３がＯＮされ、ＶＣＵ５２が制御され、電流が取り出されると、燃料電池スタック１０が発電するようになっている。

＜アノード系＞
アノード系は、水素タンク２１と、遮断弁２２と、減圧弁２３と、エゼクタ２４と、パージ弁２５（排出弁）と、温度センサ２６（温度検出手段）とを備えている。
水素タンク２１は、配管２１ａ、遮断弁２２、配管２２ａ、減圧弁２３、配管２３ａ、エゼクタ２４、配管２４ａを介して、アノード流路１１の入口に接続されている。そして、ＥＣＵ７０によって遮断弁２２が開かれると、水素が、水素タンク２１から、遮断弁２２等を経由して、アノード流路１１に供給されるようになっている。よって、本実施形態において燃料ガス供給手段は、水素タンク２１と、遮断弁２２と、減圧弁２３と、エゼクタ２４とを備えて構成されている。

アノード流路１１の出口は、配管２５ａ、パージ弁２５、配管２５ｂを介して、後記する希釈器３２に接続されている。また、配管２５ａの途中は、配管２５ｃを介してエゼクタ２４に接続されている。

パージ弁２５は、ＥＣＵ７０によって制御される開閉弁であり、燃料電池スタック１０の発電中は閉じるように設定されている。これにより、アノード流路１１から排出された未反応の水素を含むアノードオフガスは、配管２５ｃを介してエゼクタ２４に戻されるようになっている。そして、戻された水素は、再びアノード流路１１に供給され、水素が循環するようになっている。すなわち、燃料電池システム１は、水素を循環させる水素循環系を備えており、水素が効率的に利用されるようになっている。

一方、循環する水素に同伴する不純物（水蒸気、窒素等）が多くなり、燃料電池スタック１０及び／又は単セルの出力が下がった場合、不純物を排出するため、パージ弁２５は開かれ、アノードオフガスが希釈器３２に供給されるようになっている。

また、パージ弁２５は、システム起動時において、アノード流路１１内を水素に置換し、アノード流路１１内の水素濃度を高めるため、ＥＣＵ７０によって適宜に開かれるようになっている。

温度センサ２６は、配管２５ａに設けられており、配管２５ａ内の温度を、燃料電池スタック１０の温度Ｔ１（ＦＣ温度）として検出するようになっている。そして、温度センサ２６はＥＣＵ７０と接続されており、ＥＣＵ７０は燃料電池スタック１０の温度Ｔ１を検知するようになっている。

＜カソード系＞
カソード系は、コンプレッサ３１と、希釈器３２（希釈装置）と、水素センサ３３（燃料ガスセンサ）とを備えている。
コンプレッサ３１は、配管３１ａを介して、カソード流路１２の入口に接続されており、ＥＣＵ７０の指令に従ってコンプレッサ３１が作動すると、酸素を含む空気が取り込まれ、カソード流路１２に供給されるようになっている。また、配管３１ａには加湿器（図示しない）が設けられており、カソード流路１２に供給される空気が適宜に加湿されるようになっている。なお、燃料電池スタック１０を掃気する場合、コンプレッサ３１からの空気は前記加湿器をバイパスし、非加湿の空気が掃気ガスとして、アノード流路１１及び／又はカソード流路１２に供給されるようになっている。

カソード流路１２の出口は、配管３２ａを介して希釈器３２に接続されており、燃料電池スタック１０のカソードから排出されたカソードオフガスが希釈器３２に供給されるようになっている。

希釈器３２は、パージ弁２５が開かれることによって、アノード系から導入されるアノードオフガスと、カソード流路１２から排出されたカソードオフガス（酸化剤ガス、希釈用ガス）とを混合し、アノードオフガス中の水素を希釈する機器であり、これらガスを混合し、水素を希釈するための希釈空間を備えている。そして、希釈後のガス（希釈後ガス）は、配管３２ｂを介して車外（外部）に排出されるようになっている。

水素センサ３３は、配管３２ｂに設けられており、希釈器３２での希釈後、車外に排出される希釈後ガス中の水素濃度Ｃ１を検出するようになっている。そして、水素センサ３３はＥＣＵ７０と接続されており、ＥＣＵ７０は水素濃度Ｃ１を検知するようになっている。

＜掃気系＞
掃気系は、燃料電池スタック１０の掃気時に、カソード系からアノード系に掃気ガスを導くための系であって、掃気時に開かれる掃気弁４１を備えている。そして、配管３１ａの途中は、配管４１ａ、掃気弁４１、配管４１ｂを介して、配管２４ａの途中に接続されている。次いで、ＥＣＵ７０が、コンプレッサ３１を作動させたまま、掃気弁４１を開くと、掃気ガス（コンプレッサ３１からの非加湿の空気）が、掃気弁４１等を介してアノード流路１１に供給されるようになっている。

＜電力消費系＞
電力消費系は、燃料電池スタック１０の発電電力を消費等する系であって、燃料電池自動車の動力源となる走行モータ５１と、ＶＣＵ５２（Voltage Control Unit）と、コンタクタ５３とを備えている。ＶＣＵ５２は、燃料電池スタック１０の出力電力（電流、電圧）を制御する機器であって、ＤＣ／ＤＣチョッパ等を備えている。コンタクタ５３は、燃料電池スタック１０とＶＣＵ５２及び走行モータ５１との電気的接続をＯＮ／ＯＦＦするスイッチである。走行モータ５１は、三相交流電流を発生させるＰＤＵ（Power Drive Unit、図示しない）、ＶＣＵ５２、コンタクタ５３を順に介して、燃料電池スタック１０の出力端子に接続されている。

そして、ＥＣＵ７０がコンタクタ５３をＯＮした状態で、発電要求に応じてＶＣＵ５２を制御すると、燃料電池スタック１０から電流が取り出され、燃料電池スタック１０が発電し、走行モータ５１が回転するようになっている。一方、コンタクタ５３がＯＦＦされている場合、燃料電池スタック１０から電流が取り出されないので、燃料電池スタック１０が発電することはない。

その他、電力消費系は、蓄電装置や、ＤＣ／ＤＣコンバータ等（いずれも図示しない）を備えている。蓄電装置は、燃料電池スタック１０の余剰発電電力や、走行モータ５１からの回生電力を蓄えたり、燃料電池スタック１０の発電電力が低い場合、その充電電力を放電し燃料電池スタック１０を補助するものである。ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記蓄電装置に充放電される電力を適宜に昇降圧するものである。また、コンプレッサ３１、遮断弁２２、パージ弁２５等も電力消費系に含まれ、燃料電池スタック１０、前記蓄電装置を電源として作動するようになっている。

＜ＩＧ＞
ＩＧ６１は、燃料電池自動車及び燃料電池システム１の起動スイッチであり、運転席周りに設けられている。また、ＩＧ６１はＥＣＵ７０と接続されており、ＥＣＵ７０はＩＧ６１のＯＮ／ＯＦＦ信号を検知するようになっている。

＜ＥＣＵ＞
ＥＣＵ７０は、燃料電池システム１を電子制御する制御装置であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成されており、その内部に記憶されたプログラムに従って、各種処理を実行するようになっている。

ＥＣＵ７０は、システム停止時において、停止後に燃料電池スタック１０が低温環境下に曝され、燃料電池スタック１０内が凍結する虞のある場合、パージ弁２５、コンプレッサ３１及び掃気弁４１等を適宜に制御して、燃料電池スタック１０を掃気し、アノード流路１１及びカソード流路１２に掃気ガス（非加湿の空気）を封入する機能を備えている。そして、凍結する虞があると判定した場合、凍結の虞の有無に対応するフラグによって、この判定結果を一時的に記憶するようになっている。

なお、システム停止後に、燃料電池スタック１０が低温環境下に曝され、凍結する虞があるか否かは、例えば、停止時における燃料電池スタック１０の温度Ｔ１が凍結判定温度（例えば０℃）未満である場合、凍結する虞があると判定する構成とできる。
その他、停止時の温度Ｔ１が前記凍結判定温度以上であったとしても、天気予報等に基づいて温度Ｔ１が凍結判定温度未満に低下すると予測される場合、凍結する虞があると判定する構成としてもよい。また、システム停止（ＩＧ６１のＯＦＦ）後も、温度Ｔ１を例えば断続的に監視し、温度Ｔ１が凍結判定温度未満に低下した場合、コンプレッサ３１等を適宜に作動させ、燃料電池スタック１０を掃気し、アノード流路１１等に掃気ガスを封入する構成としてもよい。

また、ＥＣＵ７０（低温起動判定手段）は、システム起動時において、燃料電池スタック１０の凍結の虞に対応した前記フラグに基づいて、燃料電池システム１を低温起動させるか否か判定する機能を備えている。すなわち、前記フラグによって、燃料電池スタック１０内が凍結している虞があると判定された場合、ＥＣＵ７０は、発電に伴う自己発熱によって、燃料電池スタック１０の暖機を促進し、凍結を速やかに解消するべく、燃料電池システム１を低温起動させるように設定されている。

さらに、ＥＣＵ７０（停止時間検出手段）は、内蔵するクロックを利用して、燃料電池スタック１０の発電停止時間、つまり、ＩＧ６１（コンタクタ５３）のＯＦＦ−ＯＮ時間を検出する機能を備えている。

さらにまた、ＥＣＵ７０（目標総パージ量算出手段）は、システム起動において、燃料電池スタック１０の発電開始後に水素不足になることを防止するべく、発電開始時におけるアノード流路１１内の水素濃度を高めるため、パージ弁２５を開き、希釈器３２に排出するガスの総量（通常起動時の目標総パージ量）を、ＩＧ６１のＯＦＦ−ＯＮ時間、ＩＧ６１のＯＮ時の燃料電池スタック１０の温度Ｔ１、図３に示すマップと、に基づいて算出する機能を備えている。なお、希釈器３２に排出するガスには、アノード流路１１、及び、配管２５ａ、２５ｃ、２４ａから排出させるガスが含まれる。

ここで、図３の示すように、ＩＧ６１のＯＦＦ−ＯＮ時間が長くなると、アノード流路１１内の不純物（窒素等）が増加し、凍結によってＭＥＡの有効反応面積は狭くなると考えられるので、総パージ量が多くなる関係となっている。また、ＩＧ６１のＯＮ時の燃料電池スタック１０の温度Ｔ１が低くなると、凍結によってＭＥＡの有効反応面積は狭くなると考えられるので、総パージ量が多くなる関係となっている。
なお、図３に示すマップは、事前試験等によって求められ、ＥＣＵ７０に予め記憶されている。

また、ＥＣＵ７０（現在総パージ量検出手段）は、システムの起動後、パージ弁２５を開いたことで、希釈器３２に送られたガスの現在の総パージ量（総排出量）を検出する機能を備えている。
具体的には、ＥＣＵ７０は、パージ弁２５の上流側圧力（減圧弁２３の二次側圧力）と、パージ弁２５の開度（開状態におけるガスの流路断面積）と、パージ弁２５の開時間とに基づいて、現在の総パージ量を算出するようになっている。この他、配管２５ｂに流量センサを設けて、これが検出する流量（Ｌ／ｍｉｎ）とパージ弁２５の開時間とに基づいて算出することもできる。また、パージ弁２５が複数回に亘って開閉された場合、現在の総パージ量は、パージ弁２５の各開放時におけるパージ量の和で与えられる。

さらに、ＥＣＵ７０（酸化剤ガス積算量検出手段）は、パージ弁２５が閉じている状態において、希釈器３２に供給されたカソードオフガス（酸化剤ガス）の積算量を検出（算出）する機能を備えている。本実施形態では、コンプレッサ３１は一定の回転速度で作動するので、コンプレッサ３１の単位時間当たりの吐出量（Ｌ／ｍｉｎ）と、パージ弁２５の閉時間との積に基づいて、ＥＣＵ７０は、希釈器３２に送られたカソードオフガスの積算量を検出するようになっている。
この他、配管３２ａに流量センサを設けて、この流量センサが検出する流量（Ｌ／ｍｉｎ）とパージ弁２５の閉時間とに基づいて、カソードオフガスの積算量を検出する構成としてもよい。

さらにまた、ＥＣＵ７０（開閉許可判定手段）は、パージ弁２５を閉じている間における希釈器３２へのカソードオフガスの積算量Ａ１が、所定積算量Ａ２以上でない場合、パージ弁２５を開くことを許可しないと判定する機能を備えている。
所定積算量Ａ２は、パージ弁２５を開き、水素を含むガスを希釈器３２に供給したとしても、この水素が希釈器３２内に供給されたカソードオフガスによって希釈され、希釈後ガス中の水素濃度Ｃ１が車外に排出可能な上限濃度Ｃ２未満に低下する量に設定される。したがって、カソードオフガスの所定積算量Ａ２は、希釈器３２内の希釈空間の容積、減圧弁２３の二次側圧力等に関係し、事前試験等によって求められる。なお、上限濃度Ｃ２は、例えば着火しない水素濃度の上限値に設定される。

また、ＥＣＵ７０（開閉許可判定手段）は、パージ弁２５を開き、アノード流路１１等内のガスを希釈器３２に供給している場合において、希釈後ガスの水素濃度Ｃ１が、上限濃度Ｃ２（所定濃度）以上であるとき、その後、パージ弁２５を開くことを許可しないと判定する機能を備えている。

さらに、ＥＣＵ７０（燃料ガス置換手段）は、システム起動時に、遮断弁２２を開き、水素タンク２１から水素をアノード流路１１に供給しつつ、パージ弁２５を開き、アノード流路１１及び配管２５ａ、２５ｃ等内を水素に置換する機能を備えている。

さらにまた、ＥＣＵ７０（燃料ガス置換手段）は、システム起動時において、その後、システムを低温起動させると判定された場合、パージ弁２５を開き、希釈器３２に排出すべきガスの総量（目標総パージ量）を、低温起動しないと判定（検出）された場合、つまり、通常に起動すると判定された場合に比べて、増加補正する機能を備えている。目標総パージ量の増加補正の程度は、アノード流路１１、配管２５ａ等内の容積、ＭＥＡの材質等による凍結の程度（凍結による有効反応面積の縮小程度）等の燃料電池システム１の仕様に関係し、事前試験等によって求められる。

また、ＥＣＵ７０は、前記したように、パージ弁２５の開放を許可しないと判定されている場合、つまり、カソードオフガスの積算量Ａ１が所定積算量Ａ２以上でない場合、又は、希釈後ガス中の水素濃度Ｃ１が上限濃度Ｃ２以上である場合、パージ弁２５を閉じる又は継続して閉じる機能を備えている。

さらに、ＥＣＵ７０は、現在の総パージ量が目標総パージ量（低温起動する場合は増加補正後の目標総パージ量）以上となった場合、燃料電池スタック１０の発電開始を許可判定する機能を備えている。現在の総パージ量が目標総パージ量以上となった場合とは、アノード流路１１内の水素濃度が、その後、発電を開始しても、水素不足とならない目標水素濃度に到達したと推定される場合である。

≪燃料電池システムの動作≫
次に、燃料電池システム１の動作を、ＥＣＵ７０に設定されたプログラム（フローチャート）の流れと共に説明する。なお、ＩＧ６１のＯＦＦによるシステム停止時の動作を簡単に説明した後、ＩＧ６１のＯＮによるシステム起動時の動作を説明する。

＜ＩＧ−ＯＦＦ時の動作＞
燃料電池自動車を停止するため、運転者によってＩＧ６１がＯＦＦされると、ＩＧ６１のＯＦＦ信号を検知したＥＣＵ７０は、その後、燃料電池スタック１０が低温環境に曝され、その内部が凍結する虞があるか否かを判定する。例えば、ＩＧ６１のＯＦＦ時の温度Ｔ１が所定の判定温度（例えば０℃）未満である場合、凍結する虞があると判定され、この判定結果はフラグによって一時的にＥＣＵ７０に記憶される。一方、温度Ｔ１が所定の判定温度（例えば０℃）未満でない場合、凍結する虞はないと判定される。

凍結する虞があると判定された場合、ＥＣＵ７０は、燃料電池スタック１０を掃気し、アノード流路１１内に掃気ガス（非加湿の空気）を封入する。
具体的には、ＥＣＵ７０は、コンプレッサ３１を作動させたまま、遮断弁２２を閉じ、コンタクタ５３をＯＦＦする。これにより、燃料電池スタック１０の発電は停止する。そして、ＥＣＵ７０は、掃気弁４１を開いた後、パージ弁２５を例えば断続的に開き、コンプレッサ３１からの空気を掃気ガスとして、アノード流路１１に供給する。この場合において、配管３１ａ上の加湿器（図示しない）は迂回させ、非加湿の空気を掃気ガスとする。

そうすると、アノード流路１１内の水分（水蒸気）、ＭＥＡのアノードに付着した水分、及び、配管２４ａ、２５ａ、２５ｃに残留する水素、水分が、希釈器３２等を通って外部に排出される。これと同時に、アノード流路１１内は、水素から空気への置換が進む。さらに、これらに並行して、カソード流路１２にも、コンプレッサ３１から掃気ガス（非加湿の空気）が供給されるので、カソード流路１２に残留する水分も、配管３２ａ等を介して外部に排出される。所定時間経過後、コンプレッサ３１を停止し、パージ弁２５及び掃気弁４１を閉じる。

このようにして、アノード流路１１、カソード流路１２、配管２５ａ、３２ａ等内は掃気、つまり、アノード流路１１等内の水分が外部に排出されるので、この後、燃料電池スタック１０等内は凍結しにくくなる。また、アノード流路１１及びカソード流路１２には、掃気ガス（非加湿の空気）が封入されるので、システム停止中に燃料電池スタック１０の各単セルにおいて、ＯＣＶが発生することはない。よって、ＯＣＶの発生に基づいて各単セル内で電流が通電することはなく、ＭＥＡが劣化（例えば電解質膜が分解）することはなく、燃料電池スタック１０の耐久性は高くなる。

＜ＩＧ−ＯＮ時の動作＞
次に、運転者によってＩＧ６１がＯＮされた後の燃料電池システム１の動作を、図２を参照しながら説明する。なお、ＩＧ６１のＯＮ前、遮断弁２２、パージ弁２５及び掃気弁４１は閉じている。また、ＩＧ６１のＯＦＦ時に燃料電池スタック１０の掃気が実行された場合、アノード流路１１等には空気が封入されている。また、コンプレッサ３１は停止し、コンタクタ５３はＯＦＦである。

ステップＳ１０１において、ＥＣＵ７０は、前回ＩＧ６１がＯＦＦされてから今回ＩＧ６１がＯＮされるまでの時間（ＩＧ６１のＯＦＦ−ＯＮ時間）を、内部クロックを利用して検出する。
ステップＳ１０２において、ＥＣＵ７０は、温度センサ２６を介して、現在の燃料電池スタック１０の温度Ｔ１を検出する。

ステップＳ１０３において、ＥＣＵ７０は、ステップＳ１０１で検出したＩＧ６１のＯＦＦ−ＯＮ時間と、ステップＳ１０２で検出した燃料電池スタック１０の温度Ｔ１と、図３のマップとに基づいて、この後、燃料電池システム１を通常に起動させる場合（低温起動させない場合）における目標総パージ量を設定する。

ステップＳ１０４において、ＥＣＵ７０は、前記したフラグを参照して、この後、燃料電池システム１を低温起動させるか否かを判定する。
具体的には、フラグによって凍結する虞はあったと記憶されていた場合、低温起動させると判定し（Ｓ１０４・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ７０の処理は、ステップＳ１０５に進む。一方、凍結する虞はなかったと記憶されていた場合、低温起動させないと判定し（Ｓ１０４・Ｎｏ）、ＥＣＵ７０の処理は、ステップＳ１０６に進む。
ただし、燃料電池システム１を低温起動させるか否かの判定はこれに限定されず、例えば、ＩＧ６１のＯＮ時の温度Ｔ１が所定判定温度（例えば０℃）未満である場合、燃料電池スタック１０内が凍結している虞があるので、低温起動させると判定する構成としてもよい。

ステップＳ１０５において、ＥＣＵ７０は、ステップＳ１０３で設定した目標総パージ量を増加させるように補正する。すなわち、ＥＣＵ７０は、低温起動しないと検出された場合（Ｓ１０４・Ｎｏ）に対して、目標総パージ量を増加させる。これにより、発電開始時におけるアノード流路１１内の水素濃度は高くなるように補正される。

ステップＳ１０６において、ＥＣＵ７０は、コンプレッサ３１を作動させ、カソード流路１２に空気を供給する。これにより、カソード流路１２からカソードオフガスが排出され、このカソードオフガスは、希釈器３２に供給される。そうすると、カソードオフガスの一部が、希釈器３２内に滞留し始める。

これに並行して、ＥＣＵ７０は、希釈器３２に供給されたカソードオフガスの量を積算する。カソードオフガスの積算は、パージ弁２５が閉じている場合に加算され、後記するように、ステップＳ１１２でリセットされる。

ステップＳ１０７において、ＥＣＵ７０は、遮断弁２２を開く。これにより、水素が、水素タンク２１から、遮断弁２２、減圧弁２３等を介して、アノード流路１１に押し込まれ、水素への置換が進むと共に、アノード流路１１内の水素濃度が上昇し始める。
なお、遮断弁２２を開くタイミングは、ステップＳ１０６におけるコンプレッサ３１の作動後、カソードオフガスの現在の積算量Ａ１が所定積算量Ａ２以上となったと予測される時間の経過以後に設定される（図４参照）。

ステップＳ１０８において、ＥＣＵ７０は、パージ弁２５を開く。そうすると、アノード流路１１等内のガス（主に空気）が希釈器３２に排出されると共に、アノード流路１１等内の圧力が下がり、減圧弁２３が開く。その結果、水素タンク２１からアノード流路１１に、新たに水素が供給され、アノード流路１１内の水素への置換が進むと共に、アノード流路１１内の水素濃度が上昇する。
ここで、ステップＳ１０７で、前記予測される時間の経過を待たずに、遮断弁２２を開き、ステップＳ１０８で、前記予測される時間の経過以後に、パージ弁２５を開く構成としてもよい。

ステップＳ１０９において、ＥＣＵ７０は、現在の総パージ量が、ステップＳ１０３で設定された目標総パージ量（システムが低温起動する場合、ステップＳ１０５による増加補正後の目標総パージ量）以上であるか否かを判定する。

現在の総パージ量が、目標総パージ量以上であると判定された場合（Ｓ１０９・Ｙｅｓ）、燃料電池スタック１０の発電開始が許可され、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ１１４に進む。この場合は、現在の総パージ量が目標総パージ量に到達したことにより、アノード流路１１内の水素への置換が良好に進み、アノード流路１１内の水素濃度が、その後、燃料電池スタック１０の発電を開始させても、水素不足とならない濃度に高まったと推定される場合である。
一方、現在の総パージ量が、目標総パージ量以上でないと判定された場合（Ｓ１０９・Ｎｏ）、燃料電池スタック１０の発電開始を許可せず、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ１１０に進む。

ステップＳ１１０において、ＥＣＵ７０は、希釈器３２から車外に排出される希釈後ガス中の水素濃度Ｃ１が、上限濃度Ｃ２以上であるか否かを判定する。
水素濃度Ｃ１が上限濃度Ｃ２以上であると判定された場合（Ｓ１１０・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ１１１に進む。一方、水素濃度Ｃ１１が上限濃度Ｃ２以上でないと判定された場合（Ｓ１１０・Ｎｏ）、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ１０８に進む。この場合、パージ弁２５の開放は継続される。

ステップＳ１１１において、ＥＣＵ７０は、パージ弁２５を閉じる。これにより、パージ弁２５を介しての水素の外部への排出は停止される。

ステップＳ１１２において、ＥＣＵ７０は、希釈器３２に供給されるカソードオフガスの積算をリセットした後、カソードオフガスの積算を再開する。

ステップＳ１１３において、ＥＣＵ７０は、現在のカソードオフガスの積算量Ａ１が、所定積算量Ａ２以上であるか否かを判定する。

現在の積算量Ａ１が所定積算量Ａ２以上である場合（Ｓ１１３・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ１１０に進む。この場合は、カソードオフガスの積算量Ａ１が所定積算量Ａ２以上となったため、パージ弁２５を開き、水素を含むアノード流路１１内のガスを希釈器３２に送り込んだとしても、この水素は希釈器３２で好適に希釈され、希釈後ガスの水素濃度Ｃ１が直ちに上限濃度Ｃ２以上にならないと推定される場合である。
そして、この後、ステップＳ１１０において、希釈後ガスの現在の水素濃度Ｃ１が上限濃度Ｃ２以上でないことを確認した場合（Ｓ１１０・Ｎｏ）、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ１０８に進み、パージ弁２５が再び開かれる。

一方、現在の積算量Ａ１が所定積算量Ａ２以上でない場合（Ｓ１１３・Ｎｏ）、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ１１３の判定を繰り返す。この場合、パージ弁２５は継続して閉じられる。

ステップＳ１１４において、ＥＣＵ７０は、コンタクタ５３をＯＮし、ＶＣＵ５２を適宜に制御して、燃料電池スタック１０の発電を開始する。
この場合において、前記したフラグを参照して、燃料電池スタック１０内が凍結している虞があると判定されているとき、発電に伴う自己発熱を高めて、燃料電池スタック１０の暖機を促進するべく、ＥＣＵ７０は、燃料電池スタック１０から大電流が取り出されるようにＶＣＵ５２を制御し、燃料電池システム１を低温起動させる。このとき、アノード流路１１内の水素濃度は高められているので、ＭＥＡの有効反応面積が狭くなっていたとしても、アノードで水素不足になることは防止され、燃料電池スタック１０は良好に発電することができる。

一方、燃料電池スタック１０内が凍結している虞がないと判定されているとき、ＥＣＵ７０は、通常にＶＣＵ５２を制御して、燃料電池スタック１０から通常に電流を取り出し、燃料電池システム１を通常に起動させる。

≪燃料電池システムの効果≫
このような燃料電池システム１によれば、主に以下の効果を得ることができる。
燃料電池システム１を低温起動させる場合、総パージ量を増加させ、アノード流路１１内の水素濃度を高めた後、燃料電池スタック１０の発電を開始させるので、発電開始後、ＭＥＡにおいて、水素不足となることは防止できる。これにより、燃料電池スタック１０の出力（発電性能）を安定させつつ、燃料電池スタック１０の暖機を促進することができる。また、水素不足とならないので、ＭＥＡの劣化（電解質膜の分解等）も防止することができ、燃料電池スタック１０の耐久性を高めることができる。

総パージ量は、ＩＧ６１のＯＦＦ−ＯＮ時間が長いほど増加させ、また、システム起動時の温度Ｔ１が低いほど増加させるので、適切な量に設定することができる。これにより、水素が無駄に車外に排出されることを防止でき、燃料電池自動車の燃費を高めることができる。

パージ弁２５を閉じている場合において、カソードオフガスの積算量Ａ１が所定積算量Ａ２以上でないとき、パージ弁２５を開かないので、車外に高濃度の水素が排出されることを防止できる。
また、パージ弁２５を開いている場合において、希釈後ガス中の水素濃度Ｃ１が上限濃度Ｃ２以上であるとき、パージ弁２５を閉じるので、車外に高濃度の水素が排出されることを防止できる。

≪燃料電池システムの一動作例≫
次に、図４を参照して、燃料電池システム１の一動作例を説明する。なお、システムが低温起動する場合を例示する。
ＩＧ６１がＯＮされると、目標総パージ量を設定した後（Ｓ１０１〜Ｓ１０３）、低温起動に対応して、目標総パージ量を増加補正し（Ｓ１０４、Ｓ１０５）、コンプレッサ３１を作動させる（Ｓ１０６）。

その後、希釈器３２に供給されたカソードオフガスの積算量Ａ１が、所定積算量Ａ２に到達すると、遮断弁２２及びパージ弁２５を開く（Ｓ１０７、Ｓ１０８）。
そうすると、アノード流路１１内の水素濃度が上昇し、アノード流路１１内の水素への置換が進む。これと共に、パージ弁２５を介して排出されるガスの総パージ量、及び、希釈器３２から車外に排出される希釈後ガスの水素濃度Ｃ１は上昇する。なお、パージ弁２５が開いている間、カソードオフガスの積算量Ａ１は加算されない。

そして、水素濃度Ｃ１が上限濃度Ｃ２に到達すると（Ｓ１１０・Ｙｅｓ）、パージ弁２５を閉じ（Ｓ１１１）、カソードオフガスの積算量Ａ１をリセットした後、積算を再開する（Ｓ１１２）。
その後、カソードオフガスの積算量Ａ１が所定積算量Ａ２に到達し（Ｓ１１３・Ｙｅｓ）、水素濃度Ｃ１が上限濃度Ｃ２以上でないと判定されると（Ｓ１１０・Ｎｏ）、再び、パージ弁２５を開く（Ｓ１０８）。これにより、総パージ量、アノード流路１１内の水素濃度、及び、希釈後ガスの水素濃度Ｃ１が上昇する。そして、希釈後ガスの水素濃度Ｃ１が上限濃度Ｃ２に到達すると、パージ弁２５を閉じ、カソードオフガスの積算をリセットした後、積算量Ａ１が所定積算量Ａ２になると、再びパージ弁２５を開く（Ｓ１０８）。

そして、現在の総パージ量が補正後の目標総パージ量に到達した後（Ｓ１０９・Ｙｅｓ）、コンタクタ５３をＯＮし、燃料電池システム１を低温起動させ、燃料電池スタック１０を高出力で発電させる（Ｓ１１４）。ここで、システムを低温起動するに際して、前もって目標総パージ量を増加補正し、アノード流路１１内の水素濃度を高めているので、ＭＥＡの有効反応面積が狭くなっていたとしても、単セル、つまり、燃料電池スタック１０は水素不足とならずに発電することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、例えば次のように変更することができる。

例えば、図２のステップＳ１１０に代えて、図５のステップＳ２０１の処理を行ってもよい。
図５のステップＳ２０１において、ＥＣＵ７０は、ステップＳ１０８でパージ弁２５を開いた後、所定開時間経過したか否かを、内蔵するクロックを利用して判定する。
なお、所定開時間は、パージ弁２５を継続して開き、水素を含むアノードオフガスを希釈器３２に連続的に送り込んだとしても、この水素が希釈器３２内に滞留等するカソードオフガスによって良好に希釈され、希釈後ガス中の水素濃度Ｃ１が上限濃度Ｃ２以上とならない時間に設定される。よって、所定開時間は、パージ弁２５の上流側圧力（減圧弁２３の二次側圧力）、カソードオフガスの流量、希釈器３２内の希釈空間の容積等に関係し、事前試験により求められる。

所定開時間経過したと判定された場合（Ｓ２０１・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ１１１に進み、パージ弁２５は閉じられる。そして、この後進むステップＳ１１３の判定がＹｅｓとなった場合、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ１０８に進み、パージ弁２５が再び開かれる。
一方、所定開時間経過していないと判定された場合（Ｓ２０１・Ｎｏ）、ＥＣＵ７０の処理はステップＳ１０９に進む。
このようなＥＣＵ７０の処理の流れにすれば、水素センサ３３を設ける必要がないので、システム構成を簡易とすることができる。

前記した実施形態では、燃料電池システム１が配管２５ｃ等によって構成される水素循環系を備え、システム起動時における目標総パージ量Ａ２は配管２５ｃ内の容積も考慮して設定する場合を例示したが、水素循環系を備えない燃料電池システムに本発明を適用してもよい。また、希釈器３２を備えない燃料電池システム１に適用してもよい。

前記した実施形態では、燃料電池スタックの温度を検出するため、１つの温度センサ２６が配管２５ａに設けられている構成を例示したが、温度センサ２６の位置及び数はこれに限定されない。例えば、温度センサを、カソードオフガスが流れる配管３２ａに設けてもよいし、燃料電池スタック１０の冷却後、これから排出された冷却水が流れる配管（図示しない）に設けてもよいし、燃料電池スタック１０に直接設けてもよい。また、複数の温度センサを設けて、誤検出を防止するようにしてもよい。

前記した実施形態では、図２に示すように、パージ弁２５を閉じた後、カソードオフガスの積算量Ａ１が所定積算量Ａ２以上となった場合であって（Ｓ１１１〜Ｓ１１３・Ｎｏ）、希釈後ガスの水素濃度Ｃ１が上限濃度Ｃ２以上でないとき（Ｓ１１０・Ｎｏ）、再びパージ弁２５を開く構成としたが（Ｓ１０８）、例えば、ステップＳ１１３に代えて、希釈後ガスの水素濃度Ｃ１が、再開濃度Ｃ３に低下しているか否かを判定し、低下していると判定された場合、再びパージ弁２５を開く構成としてもよい（図４参照）。再開濃度Ｃ３は、パージ弁２５を再び開き、アノード流路１１等内のガスのパージを再開しても、希釈後ガスの水素濃度Ｃ１が直ちに上限濃度Ｃ２に上昇しない濃度に設定される。

前記した実施形態では、停止中に燃料電池システム１が低温環境に曝される場合、アノード流路１１等を掃気した後、空気を封入し、次回起動時に低温起動する場合を例示したが、システム停止時にアノード流路１１等を掃気せず、そして、停止中に空気を封入しない燃料電池システムに、本発明を適用してもよい。例えば、ＩＧ６１のＯＮ時（システム起動時）に、温度Ｔ１が０℃未満であれば、この後、システムを低温起動させると判定し、これに基づいて、目標総パージ量を増加補正する構成としてもよい。

前記した実施形態では、燃料電池システム１が燃料電池自動車に搭載された場合を例示したが、その他に例えば、自動二輪車、列車、船舶に搭載された燃料電池システムでもよい。また、家庭用の据え置き型の燃料電池システムや、給湯システムに組み込まれた燃料電池システムに、本発明を適用してもよい。

本実施形態に係る燃料電池システムの構成図である。 本実施形態に係る燃料電池システムの動作を示すフローチャートである。 ＩＧのＯＦＦ−ＯＮ時間（発電停止時間）と、システム温度と、目標層パージ量（目標水素濃度）との関係を示すマップである。 燃料電池システムの一動作例を示すタイムチャートである。 変形例に係る燃料電池システムの動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 燃料電池システム
１０ 燃料電池スタック
１１ アノード流路（燃料ガス流路）
１２ カソード流路（酸化剤ガス流路）
２１ 水素タンク（燃料ガス供給手段）
２２ 遮断弁（燃料ガス供給手段）
２３ 減圧弁（燃料ガス供給手段）
２４ エゼクタ（燃料ガス供給手段）
２５ パージ弁（排出弁）
２６ 温度センサ（温度検出手段）
３１ コンプレッサ
３２ 希釈器（希釈装置）
３３ 水素センサ（燃料ガスセンサ）
７０ ＥＣＵ
Ａ１ カソードオフガスの現在の積算量
Ａ２ カソードオフガスの所定積算量
Ｃ１ 水素濃度
Ｃ２ 上限濃度（所定濃度）
Ｔ１ 燃料電池スタックの温度

Claims (5)

1. 燃料ガス流路及び酸化剤ガス流路を有し、前記燃料ガス流路に燃料ガスが、前記酸化剤ガス流路に酸化剤ガスが、それぞれ供給されることで発電する燃料電池と、
   前記燃料ガス流路に燃料ガスを供給する燃料ガス供給手段と、
   前記燃料ガス流路内のガスを外部に排出する排出弁と、
   システム起動時に、前記燃料ガス供給手段から前記燃料ガス流路に燃料ガスを供給しつつ、前記排出弁を開き、当該燃料ガス流路内を燃料ガスに置換する燃料ガス置換手段と、
   を備える燃料電池システムであって、
   システムが低温起動する否かを判定する低温起動判定手段を備え、
   前記低温起動判定手段が低温起動すると判定した場合、
   前記燃料ガス置換手段は、前記燃料ガス流路内を燃料ガスに置換するため、前記排出弁を開いて排出させるガスの総排出量を増加させ、当該燃料ガス流路における燃料ガス濃度を高める
   ことを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記燃料電池の発電停止時間を検出する停止時間検出手段を備え、
   前記燃料ガス置換手段は、前記停止時間検出手段が検出した発電停止時間が長いほど、前記排出弁を開いて排出させるガスの総排出量を増加させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記燃料電池の温度を検出する温度検出手段を備え、
   前記燃料ガス置換手段は、前記温度検出手段が検出した燃料電池の温度が低いほど、前記排出弁を開いて排出させるガスの総排出量を増加させる
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システム。
4. 前記排出弁から排出されたガスと、前記酸化剤ガス流路から排出された酸化剤ガスと、を混合し、前記燃料ガスを希釈して外部に排出する希釈装置と、
   当該希釈装置に送られた酸化剤ガスの積算量を検出する酸化剤ガス積算量検出手段と、
   を備え、
   前記酸化剤ガス積算量検出手段が検出した酸化剤ガスの積算量が、所定の積算量以上でない場合、前記燃料ガス置換手段は前記排出弁を閉じる
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
5. 外部に排出されるガス中の燃料ガスの濃度を検出する燃料ガスセンサを備え、
   前記燃料ガスセンサが検出した燃料ガスの濃度が所定濃度以上である場合、前記燃料ガス置換手段は前記排出弁を閉じる
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。

Images