JP2016091885A - 燃料電池システムにおける残水掃気処理方法および燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】残水掃気の際の消費電力を抑えつつユーザに違和感を与えることを抑制して、燃料電池システム内の水の凍結を抑制する。【解決手段】残水掃気処理方法は、（ａ）燃料電池システムの外部温度が第１の所定温度以下になるか否かを燃料電池システムが運転中に予測する工程と、（ｂ）外部温度が第１の所定温度以下になると予測される場合に、燃料ガス供給排出機構および酸化剤ガス供給排出機構のうち、酸化剤ガス供給排出機構のみを残水掃気処理し、その後、燃料電池システムの運転を停止する工程と、（ｃ）燃料電池システムに含まれる所定部品の温度が第２の所定温度以下になるか否かを、燃料電池システムの運転停止後に予測する工程と、（ｄ）工程（ｃ）において所定部品の温度が第２の所定温度以下になると予測される場合に、燃料ガス供給排出機構を残水掃気処理する工程と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、燃料電池システムにおける残水掃気処理に関する。

燃料電池システムの運転停止後に外気温が低下して氷点下になると、燃料電池（セルスタック）を構成する単セルの内部、燃料電池内部に形成されている反応ガス流路、および外部配管等において、水が凍結するおそれがある。単セル内の触媒層やガス拡散層の細孔において水が凍結した場合、燃料電池システムの次回始動時にガス拡散性が低下するために発電性能が低下する。また、反応ガス流路に設けられた弁において水が凍結した場合、弁の開閉が阻害されて反応ガスやオフガスの流通が阻害される。そこで、燃料電池システムの停止後に燃料電池の温度や外気温を測定し、これらの温度が所定の温度以下となった場合に残水掃気処理を実行して、燃料電池システム内の水を排出する方法が提案されている。特許文献１には、燃料電池システムを搭載した車両のイグニッションオフ時において燃料電池温度が所定温度以下の場合に、燃料ガス供給排出機構および酸化剤ガス供給排出機構をそれぞれ残水掃気する方法が開示されている。また、特許文献２には、燃料電池の運転停止期間中に外気温を測定し、外気温が所定温度以下の場合に、燃料ガス供給排出機構および酸化剤ガス供給排出機構をそれぞれ残水掃気する方法が開示されている。

特開２０１０−１９８７８６号公報 特開２００８−２１８２４２号公報

燃料電池システム内における水の凍結をより確実に防止するために、上述の特許文献１の技術と特許文献２の技術とを組み合わせて、イグニッションオフ時に燃料電池の温度に応じて残水掃気処理を行ない、且つ、燃料電池システム停止中において外気温に応じて残水掃気処理を行なう構成が想定される。しかしながら、かかる構成では、残水掃気処理の回数が多いため、エアコンプレッサおよび水素ガスのインジェクタ等の残水掃気処理を実行する装置における消費電力が増大するという問題があった。加えて、イグニッションオフ時に残水掃気処理を実行する場合、イグニッションがオフであるにも関わらず残水掃気処理の完了までエアコンプレッサ等の動作に伴う振動や音が発生するため、ユーザに違和感を与えるという問題があった。これらにより、残水掃気処理に必要な消費電力を抑えつつユーザに違和感を与えることを抑制して、燃料電池システム内の水の凍結を抑制可能な技術が望まれていた。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、燃料ガス供給排出機構および酸化剤ガス供給排出機構を有する燃料電池システムにおける残水掃気処理方法が提供される。この残水掃気処理方法は、（ａ）前記燃料電池システムの外部温度が第１の所定温度以下になるか否かを、前記燃料電池システムが運転中に予測する工程と；（ｂ）前記工程（ａ）において前記外部温度が前記第１の所定温度以下になると予測される場合に、前記燃料ガス供給排出機構および前記酸化剤ガス供給排出機構のうち、前記酸化剤ガス供給排出機構のみを残水掃気処理し、その後、前記燃料電池システムの運転を停止する工程と；（ｃ）前記燃料電池システムに含まれる所定部品の温度が第２の所定温度以下になるか否かを、前記燃料電池システムの運転停止後に予測する工程と；（ｄ）前記工程（ｃ）において前記所定部品の温度が前記第２の所定温度以下になると予測される場合に、前記燃料ガス供給排出機構を残水掃気処理する工程と；を備える。
この形態の残水掃気処理方法によれば、燃料電池システムの運転停止前には、燃料ガス供給排出機構および酸化剤ガス供給排出機構のうち、酸化剤ガス供給排出機構のみを残水掃気処理して、燃料ガス供給排出機構を残水掃気処理しないので、燃料ガス供給排出機構も併せて残水掃気処理する構成に比べて、残水掃気処理のための消費電力を抑えることができる。また、処理時間を短縮できるのでユーザに与える違和感を軽減できる。もしくは、燃料電池システムの運転停止前に酸化剤ガス供給排出機構の残水掃気処理を行なうので、運転停止後に残水掃気処理を行う構成に比べて、より高温の環境下において酸化剤ガス供給排出機構を掃気できる。このため、燃料電池のカソード内の水を水蒸気として排出でき、カソード内の水をより確実に排出できる。また、燃料電池システムの運転停止後に、所定部品の温度が第２の所定値以下になると予測される場合に、燃料ガス供給排出機構を残水掃気処理するので、運転停止前に比べて、より低温の環境下において燃料ガス供給排出機構を掃気できる。このため、燃料ガス供給排出機構の雰囲気内に存在するより多くの水蒸気が凝縮した状態において掃気でき、より多くの水を排出できる。

（２）上記形態の残水掃気処理方法において、さらに、（ｅ）前記酸化剤ガス供給排出機構の残水掃気処理の実行の有無を、前記燃料電池システムが有する記憶装置に記憶する工程を備え、前記工程（ｄ）は、（ｄ１）前記工程（ｃ）において前記所定部品の温度が前記第２の所定温度以下になると予測される場合、且つ、前記燃料電池システムの運転が停止される前に前記酸化剤ガス供給排出機構が残水掃気処理されている場合に、前記燃料ガス供給排出機構を残水掃気処理して前記酸化剤ガス供給排出機構を残水掃気処理しない工程と；（ｄ２）前記工程（ｃ）において前記所定部品の温度が前記第２の所定温度以下になると予測される場合、且つ、前記燃料電池システムの運転が停止される前に前記酸化剤ガス供給排出機構が残水掃気処理されていない場合に、前記燃料ガス供給排出機構および前記酸化剤ガス供給排出機構を残水掃気処理する工程と；を有してもよい。この形態の掃気方法によれば、燃料電池システムの運転停止前に酸化剤ガス供給排出機構が残水掃気処理されている場合には、所定部品の温度が第２の所定温度以下になると予測されても酸化剤ガス供給機構は残水掃気処理されない。このため、燃料電池システムの運転停止前に酸化剤ガス供給排出機構が残水掃気処理されており、且つ、所定部品の温度が第２の所定温度以下になると予測される場合にも酸化剤ガス供給排出機構を残水掃気処理する構成に比べて、残水掃気処理に要する消費電力を低減できる。加えて、運転停止後における酸化剤ガス供給排出機構の残水掃気処理に起因する燃料電池の劣化を抑制できる。

（３）上記形態の残水掃気処理方法において、前記第１の所定温度は、０℃以下の温度であってもよい。この形態の残水掃気処理方法によれば、第１の所定温度は０℃以下の温度であるので、燃料電池システムの温度が０℃以下となる蓋然性が高く、燃料電池システムにおいて水の凍結が起こる蓋然性が高い場合に、酸化剤ガス供給排出機構を残水掃気処理できる。このため、燃料電池システムにおいて水が凍結しない温度条件（例えば、０℃よりも高いとの条件）下での残水掃気処理を抑制でき、消費電力を低減できる。

（４）上記形態の残水掃気処理方法において、前記第２の所定温度は、０℃であってもよい。この形態の残水掃気処理方法によれば、燃料電池システムに含まれる所定部品が０℃以下の場合、すなわち、燃料電池システムの温度が０℃以下となる蓋然性が極めて高い場合に、燃料ガス供給排出機構の残水掃気処理を実行できる。このため、燃料電池システムにおいて水が凍結しない温度条件下での残水掃気処理をより確実に抑制できる。

（５）上記形態の残水掃気処理方法において、前記所定部品は、前記燃料ガス供給排出機構において排水のための流路に設けられた弁と、前記酸化剤ガス供給排出機構において排水のための流路に設けられた弁と、のうちの少なくとも一方であってもよい。燃料ガス供給排出機構において排水のための流路に設けられた弁と、酸化剤ガス供給排出機構において排水のための流路に設けられた弁とは、いずれも重力を利用して排水を行なうという観点から、一般的に燃料電池システムの鉛直下方であってより外部に近い位置に配置される。このため、これらの弁は外気温の影響を受け易く、低温環境下において最も温度が低下し易い。したがって、これらの弁のうちの少なくとも一方が第２の所定温度以下の場合に残水掃気処理を実行することにより、燃料電池システムの各構成要素の温度が第２の所定温度以下になる前に、残水掃気処理を行なうことができる。

本発明は、種々の形態で実現することも可能である。例えば、燃料電池システムや、燃料電池システムを搭載した燃料電池自動車や、燃料電池システムにおける残水掃気処理を実現するためのプログラムや、かかるプログラムを記録した記録媒体等の形態で実現することができる。

本発明の一実施形態としての残水掃気処理方法が適用される燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。 燃料電池システム１０において実行される残水掃気処理の手順を示すフローチャートである。 本実施形態における終了時残水掃気判定処理の手順を示すフローチャートである。 本実施形態における駐車時残水掃気判定処理の手順を示すフローチャートである。

Ａ．実施形態：
Ａ１．システム構成：
図１は、本発明の一実施形態としての残水掃気処理方法が適用される燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。本実施形態の燃料電池システム１０は、駆動用電源を供給するためのシステムとして、燃料電池自動車に搭載されて用いられる。燃料電池システム１０は、燃料電池１００と、燃料ガス供給排出機構２００（燃料ガス供給排出系とも呼ばれる）と、酸化剤ガス供給排出機構３００（酸化剤ガス供給排出系とも呼ばれる）と、燃料電池循環冷却機構４００（燃料電池循環冷却系とも呼ばれる）と、電力充放電機構５００（電力充放電系とも呼ばれる）と、制御装置６００と、始動制御装置７００とを備える。

燃料電池１００は、いわゆる固体高分子型燃料電池であり、積層方向ＳＤに沿って積層された複数の単セル１１０から成るセルスタックと、セルスタックの両端に配置されて総合電極として機能する一対の集電板１１１とを備える。各単セル１１０は、固体高分子電解質膜を挟んで設けられるアノード側触媒電極層に供給される燃料ガス（水素）と、カソード側触媒電極層に供給される酸化剤ガス（空気に含まれる酸素）との電気化学反応により電力を発生する。触媒電極層は、触媒、例えば、白金（Ｐｔ）を担持したカーボン粒子や電解質を含んで構成される。単セル１１０において両電極側の触媒電極層の外側には、多孔質体により形成されたガス拡散層が配置されている。多孔質体としては、例えば、カーボンペーパーおよびカーボンクロス等のカーボン多孔質体や、金属メッシュおよび発泡金属等の金属多孔質体が用いられる。燃料電池１００の内部には、燃料ガス、酸化剤ガス、および冷却媒体を流通させるためのマニホールド（図示省略）が積層方向ＳＤに沿って形成されている。

燃料ガス供給排出機構２００は、燃料電池１００への燃料ガスの供給および燃料電池１００からのアノード側オフガスの排出を行なう。燃料ガス供給排出機構２００は、水素タンク２１０と、遮断弁２２０と、インジェクタ２２１と、気液分離器２５０と、循環用ポンプ２４０と、パージ弁２６０と、燃料ガス供給路２３１と、第１燃料ガス排出路２３２と、燃料ガス循環路２３３と、第２燃料ガス排出路２６２とを備える。

水素タンク２１０は、高圧水素を貯蔵しており、燃料ガスとしての水素ガスを、燃料ガス供給路２３１を介して燃料電池１００に供給する。遮断弁２２０は、水素タンク２１０における燃料ガスの供給口近傍に配置され、水素タンク２１０からの水素ガスの供給の実行と停止とを切り替える。インジェクタ２２１は、燃料ガス供給路２３１に配置され、燃料電池１００への水素ガスの供給量（流量）および圧力を調整する。気液分離器２５０は、第１燃料ガス排出路２３２に配置され、燃料電池１００から排出されたアノード側オフガスに含まれる水を分離して第２燃料ガス排出路２６２に排出すると共に、水が分離された後のガス（燃料ガス）を燃料ガス循環路２３３に排出する。循環用ポンプ２４０は、燃料ガス循環路２３３に配置され、気液分離器２５０から排出された燃料ガスを燃料ガス供給路２３１に供給する。パージ弁２６０は、第２燃料ガス排出路２６２に配置され、開弁されることにより、気液分離器２５０によって分離された水の大気中への排出を許容する。本実施形態において、パージ弁２６０の開閉は、燃料電池システム１０が通常運転中には、所定間隔ごとに実行される。また、パージ弁２６０は、後述する残水掃気処理が実行される際には、開かれた状態が維持される。気液分離器２５０は、第１燃料ガス排出路２３２を介して燃料電池１００と連通すると共に、パージ弁２６０が開かれることにより、第２燃料ガス排出路２６２を介して大気と連通する。燃料電池１００内の圧力は大気圧よりも高いため、パージ弁２６０が開かれると、気液分離器２５０内に溜まった水は、燃料電池１００と大気との圧力差によって第２燃料ガス排出路２６２へと排出される。このように、パージ弁２６０を開いて気液分離器２５０内の圧力を抜き、これにより気液分離器２５０内に溜まっている水を排出する処理を、以降では「通常の排水処理」と呼ぶ。この通常の排水処理では、エアコンプレッサ３２０および循環用ポンプ２４０等は駆動されないため、後述する残水掃気処理と比べて消費電力（消費エネルギー）はごく僅かである。

本実施形態において、上述のパージ弁２６０は、燃料電池システム１０が有する各構成要素のうち、第２燃料ガス排出路２６２および酸化剤ガス排出路３３２を除き、最も鉛直下方に配置されている。これは、以下の理由による。すなわち、燃料電池１００のアノード側に存在する水を気液分離器２５０により多く集めるために、気液分離器２５０を燃料電池システム１０において鉛直下方側に配置し、さらに、気液分離器２５０に溜まった水を重力を利用して速やかに排出するために、パージ弁２６０を気液分離器２５０の鉛直下方に配置する、との要請を満たすために、パージ弁２６０は、燃料電池システム１０において、第２燃料ガス排出路２６２および酸化剤ガス排出路３３２を除き、最も鉛直下方に配置されている。このように、パージ弁２６０は、燃料電池システム１０において比較的鉛直下方に相当する位置に配置されており、第２燃料ガス排出路２６２および酸化剤ガス排出路３３２を除く他の構成要素に比べて、外気温の影響を受け易い。

酸化剤ガス供給排出機構３００は、燃料電池１００への酸化剤ガスの供給および燃料電池１００からのカソード側オフガスの排出を行なう。酸化剤ガス供給排出機構３００は、エアクリーナ３１０と、エアコンプレッサ３２０と、背圧弁３４０と、酸化剤ガス供給路３３１と、酸化剤ガス排出路３３２とを備える。エアクリーナ３１０は、内部に備えるフィルタにより空気中の塵等の異物を除去し、異物除去後の空気をエアコンプレッサ３２０に供給する。エアコンプレッサ３２０は、エアクリーナ３１０から供給される空気を圧縮して酸化剤ガス供給路３３１へと送出する。背圧弁３４０は、酸化剤ガス排出路３３２に配置され、燃料電池１００におけるカソード排出側の圧力（いわゆる背圧）を調整する。酸化剤ガス排出路３３２は、上述の第２燃料ガス排出路２６２と接続されており、酸化剤ガス排出路３３２を通って排出される水およびカソード側オフガスは、第２燃料ガス排出路２６２を通って排出される水およびアノード側オフガスと共に大気中へと排出される。

燃料電池循環冷却機構４００は、燃料電池１００を介して冷却媒体を循環させることにより燃料電池１００の温度を調整する。燃料電池循環冷却機構４００は、ラジエータ４１０と、冷却媒体排出路４４２と、冷却媒体供給路４４１と、循環用ポンプ４３０と、温度センサ４２０とを備える。ラジエータ４１０は、冷却媒体排出路４４２と冷却媒体供給路４４１とに接続されており、冷却媒体排出路４４２から流入する冷却媒体を、図示しない電動ファンからの送風等により冷却してから冷却媒体供給路４４１へと排出する。冷却媒体排出路４４２は、燃料電池１００内の冷却媒体排出マニホールドと接続され、冷却媒体供給路４４１は、燃料電池１００内の冷却媒体供給マニホールドに接続されている。したがって、冷却媒体排出路４４２、ラジエータ４１０、冷却媒体供給路４４１、および燃料電池１００内のマニホールドにより、冷却媒体の循環路が形成されている。温度センサ４２０は、冷却媒体排出路４４２における燃料電池１００の近傍に配置されており、燃料電池１００から排出された冷却媒体の温度を測定し、温度値を示す信号を出力する。本実施形態では、温度センサ４２０により測定される温度は、燃料電池１００の温度として取り扱われる。なお、本実施形態では、冷却媒体として水が用いられる。但し、水に限らず、エチレングリコール等の不凍水、および空気等の熱交換可能な任意の媒体を、冷却媒体として用いてもよい。

電力充放電機構５００は、燃料電池１００またはバッテリー５５０から出力される電力を、負荷装置５１０に供給する。本実施形態において、負荷装置５１０とは、車両駆動用モータや各種捕機類等であり、燃料電池１００の正極側および負極側の集電板１１１にそれぞれ接続されている。電力充放電機構５００は、インバータ５２０と、ＤＣ−ＤＣコンバータ５６０と、バッテリー５５０とを備える。インバータ５２０は、燃料電池１００及びバッテリー５５０と並列に接続され、燃料電池１００またはバッテリー５５０から供給される直流電流を、交流電流に変換して負荷装置５１０に供給する。ＤＣ−ＤＣコンバータ５６０は、バッテリー５５０の出力電圧を昇圧してインバータ５２０に供給し、また、燃料電池１００の余剰発電力を蓄電するために、出力電圧を降圧してバッテリー５５０に供給する。

制御装置６００は、上述の遮断弁２２０、インジェクタ２２１、循環用ポンプ２４０、パージ弁２６０、エアコンプレッサ３２０、背圧弁３４０、循環用ポンプ４３０、インバータ５２０、およびＤＣ−ＤＣコンバータ５６０と電気的に接続されており、これらを制御する。また、制御装置６００は、温度センサ４２０と電気的に接続されており、温度センサ４２０から出力される温度値を示す信号を受信する。制御装置６００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）とを有する図示しないマイクロコンピュータにより構成されており、ＣＰＵがＲＯＭに格納されている制御用プログラムを実行することにより、終了時残水掃気判定部６１０、駐車時残水掃気判定部６２０、アノード側掃気制御部６３０、カソード側掃気制御部６４０、温度推定部６５０、および運転制御部６６０として機能する。

終了時残水掃気判定部６１０は、後述する残水掃気処理において、終了時残水掃気を実行するか否かの判定（以下、「終了時残水掃気判定」と呼ぶ）を実行する。終了時残水掃気とは、燃料電池システム１０の運転停止の際にカソード側の掃気のみを実行し、カソード側に存在する水を排出する処理を意味する。ここで、「カソード側」とは、各単セル１１０におけるカソード側の構成要素（電解質膜のカソード側、カソード側触媒層およびカソード側ガス拡散層）と、燃料電池１００内の酸化剤ガス供給マニホールドと、燃料電池１００内の酸化剤ガス排出マニホールドと、酸化剤ガス供給路３３１と、酸化剤ガス排出路３３２とを含む。また、「カソード側に存在する水」とは、各単セル１１０のカソード側触媒層およびカソード側ガス拡散層に形成されている細孔内に溜まっている水と、燃料電池１００内の酸化剤ガス供給マニホールドおよび酸化剤ガス排出マニホールドに溜まっている水と、酸化剤ガス供給路３３１内に溜まっている水と、酸化剤ガス排出路３３２内に溜まっている水と、背圧弁３４０に溜まっている水とを含む。これらの水は、各単セル１１０のカソード側における電気化学反応により生じた生成水と、カソード側の雰囲気内に含まれる水蒸気が凝縮して生じた液体の水とを含む。また、「残水掃気処理」とは、凍結防止のためにガス供給排出機構の残水を出し切る処理を意味する。具体的には、カソード側については、背圧弁３４０を開き、エアコンプレッサ３２０により所定量の空気を燃料電池１００に供給することにより実行される。このように、残水掃気処理では、エアコンプレッサ３２０が駆動するため、通常の排水処理に比べて消費電力（消費エネルギー）が多い。なお、残水掃気処理では、アノード側の掃気も実行される。アノード側の掃気については、後述する。

駐車時残水掃気判定部６２０は、後述する残水掃気処理において、駐車時残水掃気処理を実行するか否かの判定（以下、「駐車時残水掃気判定」と呼ぶ）を実行する。駐車時残水掃気とは、燃料電池システム１０の運転停止後において、アノード側のみ、または、アノード側およびカソード側の両方において掃気を実行して、アノード側のみに存在する水、または、アノード側およびカソード側の両方に存在する水を排出する処理を意味する。「カソード側」および「カソード側に存在する水」とは、上述した終了時残水掃気の「カソード側」および「カソード側に存在する水」と同じであるので、詳細な説明を省略する。上述の「アノード側」とは、各単セル１１０におけるアノード側の構成要素（電解質膜のアノード側、アノード側触媒層およびアノード側ガス拡散層）と、燃料電池１００内の燃料ガス供給マニホールドと、燃料電池１００内の燃料ガス排出マニホールドと、燃料ガス供給路２３１と、第１燃料ガス排出路２３２と、気液分離器２５０と、パージ弁２６０と、第２燃料ガス排出路２６２とを含む。また、「アノード側に存在する水」とは、各単セル１１０におけるアノード側触媒層およびカソード側ガス拡散層に形成されている細孔内に溜まっている水と、燃料電池１００内の燃料ガス供給マニホールドおよび燃料ガス排出マニホールドに溜まっている水と、燃料ガス供給路２３１内に溜まっている水と、第１燃料ガス排出路２３２内に溜まっている水と、気液分離器２５０に溜まっている水と、パージ弁２６０に溜まっている水と、第２燃料ガス排出路２６２に溜まっている水とを含む。これらの水は、各単セル１１０においてカソード側から電解質膜を透過した水（逆拡散水）と、雰囲気内に含まれる水蒸気が凝縮して生じた液体の水とを含む。アノード側の掃気は、パージ弁２６０を開き、インジェクタ２２１および循環用ポンプ２４０により所定量の水素ガスを燃料電池１００に供給することにより実行される。このように、残水掃気処理では、インジェクタ２２１および循環用ポンプ２４０が駆動するため、通常の排水処理に比べて消費電力（消費エネルギー）が多い。

アノード側掃気制御部６３０は、エアコンプレッサ３２０の回転数および背圧弁３４０の開度等を調整することにより、アノード側の掃気を制御する。カソード側掃気制御部６４０は、インジェクタ２２１における流量、循環用ポンプ２４０における流量、およびパージ弁２６０の開度を調整することにより、アノード側の掃気を制御する。

温度推定部６５０は、定期的に外気温（燃料電池システム１０が搭載された燃料電池自動車の外部の温度）を推定する。本実施形態では、燃料電池温度と、燃料電池温度の変化の度合いと、外気温とを対応付けたマップ（以下、「外気温マップ」と呼ぶ）が予め制御装置６００のＲＯＭに格納されており、この外気温マップを参照することにより、燃料電池温度（温度センサ４２０からの信号の示す温度）に基づき外気温が推定される。燃料電池１００の温度変化は外気温に相関する。例えば、外気温が非常に低い場合には、燃料電池１００の温度変化（温度の低下度合い）は、非常に大きくなる。そこで、本実施形態では、現在の燃料電池温度と、燃料電池温度の変化（経時変化）の度合いと、外気温との関係を予め実験等により求めて外気温マップが作成され、制御装置６００のＲＯＭに格納されている。

また、温度推定部６５０は、後述する掃気判定処理において、外気温およびパージ弁２６０の温度を推定する。掃気判定処理において実行される外気温の推定方法は、上述した定期的に実行される外気温の推定方法と同じであるので、詳細な説明を省略する。本実施形態では、燃料電池温度と、外気温と、パージ弁２６０の温度とを対応付けたマップ（以下、「パージ弁温度マップ」と呼ぶ）が予め制御装置６００のＲＯＭに格納されており、このパージ弁温度マップを参照することにより、燃料電池温度および推定された外気温に基づきパージ弁２６０の温度が推定される。パージ弁２６０は、気液分離器２５０および第１燃料ガス排出路２３２を介して燃料電池１００と連通すると共に、第２燃料ガス排出路２６２を介して大気と連通する。したがって、パージ弁２６０の温度は、燃料電池１００の温度と外気温とに相関する。そこで、本実施形態では、現在の燃料電池温度と、外気温と、パージ弁２６０の温度との関係を予め実験等により求めてパージ弁温度マップが作成され、制御装置６００のＲＯＭに格納されている。

運転制御部６６０は、上述した各機能部６１０〜６５０を制御すると共に、エアコンプレッサ３２０およびインジェクタ２２１等の制御装置６００と電気的に接続されている各構成要素の駆動および停止を制御することにより、燃料電池システム１０の運転（発電）を制御する。

制御装置６００の図示しないＲＯＭには、上述した制御プログラム、外気温マップ、およびパージ弁温度マップが格納されていると共に、外気温値格納部６７０および掃気履歴格納部６８０が設けられている。外気温値格納部６７０は、温度推定部６５０により定期的に推定された外気温の値を格納する。掃気履歴格納部６８０は、終了時残水掃気の実行の有無を履歴として格納する。

始動制御装置７００は、制御装置６００への給電を制御することにより、制御装置６００の電源のオフとオンとを切り替える。始動制御装置７００はタイマー７１０を備え、タイマー満了時に制御装置６００に給電を行なうことで、電源オフ状態の制御装置６００を所定のタイミングで電源オン状態に遷移させる。なお、タイマー７１０の起動は、後述する掃気処理において、運転制御部６６０により実行される。本実施形態において、始動制御装置７００は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）により構成されている。なお、ＡＳＩＣに代えて、制御装置６００と同様に、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭにより構成してもよい。

制御装置６００は、燃料電池自動車の図示しないＥＣＵ（Electronic Control Unit）と電気的に接続されており、かかるＥＣＵとの間で信号のやりとりを行う。例えば、制御装置６００は、燃料電池自動車のイグニッションがオンであることを示す信号、およびイグニッションがオフであることを示す信号を受信する。

上述の構成を有する燃料電池システム１０では、後述の残水掃気処理を実行することにより、残水掃気に必要な消費電力を抑えつつユーザに違和感を与えることを抑制して、燃料電池システム内の水の凍結を抑制する。

上述の終了時残水掃気判定部６１０は、請求項における第１の予測部に相当する。また、カソード側掃気制御部６４０と、エアコンプレッサ３２０と、背圧弁３４０とは、請求項におけるカソード側掃気処理部に相当する。また、駐車時残水掃気判定部６２０は、請求項における第２の予測部に相当する。また、水素タンク２１０と、遮断弁２２０と、インジェクタ２２１と、循環用ポンプ２４０と、パージ弁２６０とは、請求項におけるアノード側掃気処理部に相当する。また、制御装置６００のＲＯＭは、請求項における記憶装置に相当する。

Ａ２．残水掃気処理：
図２は、燃料電池システム１０において実行される残水掃気処理の手順を示すフローチャートである。燃料電池システム１０では、図示しないＥＣＵからイグニッションがオフである信号を受信すると、残水掃気処理が実行される。

終了時残水掃気判定部６１０は、終了時残水掃気判定処理を実行する（ステップＳ１０５）。図３は、本実施形態における終了時残水掃気判定処理の手順を示すフローチャートである。温度推定部６５０は、現在の外気温を推定する（ステップＳ２０５）。終了時残水掃気判定部６１０は、外気温値格納部６７０に格納されている外気温値に基づき、直前３日間の平均最低気温を特定する（ステップＳ２１０）。すなわち、直前３日間の各日の外気温の最低値を特定し、これらの平均値を求める。

終了時残水掃気判定部６１０は、ステップＳ２０５で推定された現在の外気温が−５℃以下であり、且つ、ステップＳ２１０で特定された平均最低気温が０℃以下であるか否かを判定する（ステップＳ２１５）。現在の外気温が−５℃以下であり、且つ、直前３日間の平均最低気温が０℃以下である場合、残水掃気処理を実行する日の最低気温も０℃を下回る蓋然性が高い。なお、上述のステップＳ２１５において現在の外気温の比較基準となる「−５℃」は、請求項における第１の所定温度に相当する。

終了時残水掃気判定部６１０は、現在の外気温が−５℃以下であり、且つ、直前３日間の平均最低気温が０℃以下であると判定された場合（ステップＳ２１５：ＹＥＳ）、終了時残水掃気を実行すると決定する（ステップＳ２２０）。これに対して、現在の外気温が−５℃以下でない、または、直前３日間の平均最低気温が０℃以下でないと判定された場合（ステップＳ２１５：ＮＯ）、終了時残水掃気を実行しないと決定する（ステップＳ２２５）。

図２に示すように、カソード側掃気制御部６４０は、終了時残水掃気判定処理の結果、終了時残水掃気を実行すると決定されたか否かを判定し（ステップＳ１１０）、終了時残水掃気を実行すると判定された場合（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、終了時残水掃気（カソード側の掃気）を実行する（ステップＳ１１５）。終了時残水掃気の実行完了後、カソード側掃気制御部６４０は、終了時残水掃気の実行有無（この場合実行有り）を掃気履歴格納部６８０に格納する（ステップＳ１２０）。これに対して、上述のステップＳ１１０において終了時残水掃気を実行すると決定されていないと判定された場合（ステップＳ１１０：ＮＯ）、カソード側掃気制御部６４０は、終了時残水掃気を実行せずに、終了時残水掃気の実行有無（この場合実行無し）を掃気履歴格納部６８０に格納する（ステップＳ１２０）。

上述のように、現在の外気温が−５℃以下であり、且つ、直前３日間の平均最低気温が０℃以下である場合、すなわち、残水掃気処理を実行する日の最低気温が０℃以下となる蓋然性が高い場合に、終了時残水掃気を実行してカソード側の水を排出するのは、以下の理由による。各単セル１１０のカソード側では、電気化学反応により生成水が生じるために、触媒層およびガス拡散層の細孔に水が溜まり易い。ここで、最低気温が０℃を下回る場合、駐車中に燃料電池１００内の温度も０℃以下となる蓋然性が高い、そのため、カソード側において、触媒層およびガス拡散層の細孔内の水が凍結して性能低下を引き起こす蓋然性が高い。ところが、触媒層およびガス拡散層の細孔内の水（液体の水）をエアコンプレッサ３２０から供給される酸化剤ガス（空気）の勢いのみで排出することは、容易ではない。ここで、掃気処理が開始された直後、すなわち、イグニッションがオフとなった直後には、各単セル１１０の温度は運転中と同様に比較的高いので、各単セル１１０内の雰囲気中に水蒸気として多くの水を含ませることができる。このため、終了時残水掃気を実行することにより、カソード側の触媒層およびガス拡散層の細孔内の水のうち、より多くの水を水蒸気として排出させることができるからである。なお、終了時残水掃気において、カソード側を掃気しない理由については、後述する。

上述のステップＳ１２０の実行完了後、運転制御部６６０は、始動制御装置７００を制御して、ウェイクアップタイマーをセットする（ステップＳ１２５）。後述するように、燃料電池システム１０では、制御装置６００の電源がオフした後、定期的に制御装置６００の電源のオンおよびオフを実行する。ウェイクアップタイマーとは、制御装置６００の電源がオフした後、オンするまでの期間をタイマー７１０により計時することを意味し、ステップＳ１２５では、この期間の計時を開始する。本実施形態では、制御装置６００の電源がオフしてからオンするまでの期間として、１時間がセットされている。なお、１時間に限らず、任意の時間がセットされてもよい。

運転制御部６６０は、制御装置６００の電源をオフする（ステップＳ１３０）。なお、図示は省略されているが、運転制御部６６０は、制御装置６００の電源をオフする前に、エアコンプレッサ３２０およびインジェクタ２２１等の制御対象の装置の電源をオフする。始動制御装置７００は、ウェイクアップタイマーが満了するまで待機し（ステップＳ１３５）、ウェイクアップタイマーが満了すると（ステップＳ１３５：ＹＥＳ）、制御装置６００への給電を行い、制御装置６００の電源をオンする（ステップＳ１４０）。なお、このとき、温度センサ４２０と、インジェクタ２２１および循環用ポンプ２４０等のアノード側を掃気するための機能部と、エアコンプレッサ３２０および背圧弁３４０等のカソード側を掃気するための機能部と、ＤＣ−ＤＣコンバータ５６０とに給電が行われる。

温度推定部６５０は、温度センサ４２０から受信する信号に基づき、燃料電池１００の温度を取得する（ステップＳ１４５）。温度推定部６５０は、パージ弁２６０の温度を推定する（ステップＳ１５０）。

駐車時残水掃気判定部６２０は、駐車時残水掃気判定処理を実行する（ステップＳ１５５）。図４は、本実施形態における駐車時残水掃気判定処理の手順を示すフローチャートである。温度推定部６５０は、現在の外気温を推定する（ステップＳ３０５）。温度推定部６５０は、ステップＳ１４５で取得された燃料電池１００の温度と、ステップＳ３０５で推定された現在の外気温とに基づき、上述のパージ弁温度マップを参照して、パージ弁２６０の温度を推定する（ステップＳ３１０）。終了時残水掃気判定部６１０は、ステップＳ３１０で推定されたパージ弁２６０の温度が０℃以下であるか否かを判定し（ステップＳ３１５）、パージ弁２６０の温度が０℃以下であると判定されると（ステップＳ３１５：ＹＥＳ）、駐車時残水掃気を実行すると決定し（ステップＳ３２０）、パージ弁２６０の温度が０℃以下でないと判定されると（ステップＳ３１５：ＮＯ）、駐車時残水掃気を実行しないと決定する（ステップＳ３２５）。なお、上述のステップＳ３１５において基準となる「０℃」は、請求項における第２の所定温度に相当する。

アノード側掃気制御部６３０およびカソード側掃気制御部６４０は、それぞれ、駐車時残水掃気判定処理の結果、駐車時残水掃気を実行すると決定されたか否かを判定し（ステップＳ１６０）、駐車時残水掃気を実行すると判定された場合（ステップＳ１６０：ＹＥＳ）、掃気履歴格納部６８０に格納されている掃気履歴を参照して、終了時残水掃気（ステップＳ１１５）が実行済みであるか否かを判定する（ステップＳ１６５）。これに対して、上述のステップＳ１６０において、駐車時残水掃気を実行しないと判定された場合（ステップＳ１６０：ＮＯ）、上述のステップＳ１２５に戻る。したがって、ウェイクアップタイマーがセットされ（ステップＳ１２５）、制御装置６００の電源が再度オフされる（ステップＳ１３０）。

上述のステップＳ１６５において、終了時残水掃気が実行済みであると判定されると（ステップＳ１６５：ＹＥＳ）、アノード側掃気制御部６３０は、アノード側の掃気を実行する（ステップＳ１７０）。これに対して、終了時残水掃気が実行済みでないと判定されると（ステップＳ１６５：ＮＯ）、カソード側掃気制御部６４０はカソード側の掃気を行い、また、アノード側掃気制御部６３０はアノード側の掃気を行なう（ステップＳ１７５）。上述のステップＳ１７０またはＳ１７５の実行完了後、残水掃気処理は終了する。

上述のように、パージ弁２６０の温度が０℃以下である場合に、アノード側の掃気、または、カソード側およびアノード側の掃気を実行するのは、以下の理由による。パージ弁２６０は、燃料電池システム１０の各構成要素のうち、第２燃料ガス排出路２６２および酸化剤ガス排出路３３２を除く他の構成要素に比べて、外気温の影響を受け易い。加えて、パージ弁２６０には水が溜まり易いので、外気温が低下した場合にパージ弁２６０において最も先に水の凍結が起こる可能性が高い。そこで、パージ弁２６０の温度が０℃以下と推定される場合には、掃気を実行して、燃料電池システム１０のいずれの部位においても水の凍結が起こらないようにするためである。

また、上述のように、終了時残水掃気が実行済みである場合に、駐車時残水掃気処理として、カソード側の掃気が実行されないのは、以下の理由による。カソード側では、各単セル１１０の触媒層およびガス拡散層の細孔内に多くの水（生成水）が存在し、この水の大部分は、終了時残水掃気の際に除去することができる。また、カソード側の酸化剤ガス排出路３３２および背圧弁３４０等の単セル１１０の内部以外の場所に溜まった水も、終了時残水掃気の際に供給される酸化剤ガスの勢いによって排出できる。このため、制御装置６００の電源オフ後において外気温の低下に伴って燃料電池１００の温度が低下した場合に、改めて駐車時残水掃気を実行しなくても、カソード側において水が凍結することは抑制できるからである。加えて、駐車時残水掃気処理としてのカソード側の掃気を省略することにより、掃気に必要な電力を低減させるためである。

また、上述のように、アノード側の掃気は、駐車時残水掃気処理として実行され、終了時残水掃気処理として実行されないのは、以下の理由による。各単セル１１０のアノード側の触媒層およびガス拡散層の細孔に溜まる水の量は、カソード側に比べて極めて少ない。したがって、アノード側において溜まる水は、専ら燃料電池１００内のマニホールド、第１燃料ガス排出路２３２、気液分離器２５０、パージ弁２６０および第２燃料ガス排出路２６２等に溜まった水であり、これらの水は、掃気の際に供給される燃料ガスの勢いによって十分に排出できる。換言すると、アノード側の水は、燃料電池システム１０の温度が比較的低温であっても、十分に排出できる。ここで、終了時残水掃気判定は、燃料電池１００内の温度が０℃以下となる蓋然性が高いと推定される場合に実行されるため、必ずしも、燃料電池１００の温度（および燃料電池１００を含む燃料電池システム１０全体の温度）が０℃以下になるとは限らない。燃料電池システム１０の温度が０℃以下にならない場合、アノード側を掃気しなくても水の凍結は抑制できる。これに対して、パージ弁２６０の温度が０℃以下と推定される場合、燃料電池システム１０の温度が０℃以下になる蓋然性が極めて高い。このため、アノード側の掃気については、燃料電池システム１０の温度が０℃以下になる蓋然性が極めて高い場合に行なわれる駐車時残水掃気処理として実行することにより、掃気に必要な電力を低減させるようにしている。加えて、燃料電池システム１０の温度は、掃気処理開始時（すなわち、燃料電池１００の運転が停止される直前）に比べて駐車中においてより低くなるため、雰囲気中の水蒸気の凝結がより多く発生し、より多くの液体の水がアノード側に存在する。このため、駐車中に掃気を行なった方が、より多くの水を排出することができる。そこで、アノード側については、終了時残水掃気では実行しないことにより掃気に必要な電力を低減させると共に、掃気の実効性が高い駐車時中に掃気を行なうようにしている。

これに対して、カソード側については、上述のように燃料電池１００の温度が比較的高い状態でないと触媒層およびガス拡散層の細孔内の水を排出できないため、終了時残水掃気判定の結果、燃料電池１００の温度が０℃以下となる蓋然性が高いと判定される場合には、掃気が無駄になる可能性があったとしても、掃気を実行して水の凍結を確実に抑制するようにしている。

以上説明した実施形態の燃料電池システム１０によれば、終了時残水掃気処理では、アノード側について掃気を行なわないので、カソード側に加えてアノード側も掃気を行なう構成に比べて掃気のための消費電力を抑えることができる。加えて、終了時残水掃気の処理時間を短縮できるため、ユーザに与える違和感（イグニッションをオフにしたにも関わらず掃気に伴う振動や音が発生することによる違和感）を軽減できる。加えて、終了時残水掃気処理としてカソード側の掃気を行なうので、駐車中にカソード側の掃気を行なう構成に比べて、各単セル１１０のカソード側の触媒層およびガス拡散層内の水をより確実に排出できる。

また、駐車中に掃気判定（駐車時残水掃気判定）を実行し、パージ弁２６０の推定温度が０℃以下となる場合にアノード側の掃気を行うので、アノード側において水の凍結を抑制できると共に、終了時残水掃気としてアノード側の掃気を行なう構成に比べてアノード側の温度がより低い状態で掃気を行なえる。このため、アノード側の雰囲気内のより多くの水蒸気が凝縮した状態において掃気でき、より多くの水を排出できる。

また、終了時残水掃気判定において、外気温の閾値として０℃よりも低い温度を設定しているので、燃料電池１００内の温度が０℃以下となる蓋然性が高い場合に、終了時残水掃気を実行させることができる。このため、燃料電池１００内の温度が０℃よりも高く、燃料電池１００内の水が凍結しないにも関わらず掃気を実行することを抑制でき、消費電力を低減できる。

また、駐車時残水掃気判定において閾値と比較する温度として、外気温の影響を受け易く、且つ、排水が溜まり易いパージ弁２６０の温度を用いているので、また、閾値を０℃としているので、少なくともアノード側についてはほぼすべての構成要素において水が凍結する前に掃気を実行できる。

また、終了時残水掃気が実行されている場合には、駐車時残水掃気としてカソード側の掃気を実行しないので、終了時残水掃気としてカソード側の掃気を実行すると共に駐車時残水掃気としてカソード側の掃気を実行する構成に比べて、消費電力を低減できる。加えて、負荷装置５１０に対して電力を出力しない状態において燃料電池１００に酸化剤ガスを供給することにより、カソード側の電位が変更して各単セル１１０が劣化してしまうことを抑制できる。

また、定期的に駐車時残水掃気判定を行なうので、駐車時残水掃気判定の実行回数に上限値を設ける構成に比べて、燃料電池システム１０における水の凍結をより確実に抑制できると共に、パージ弁２６０の温度がより０℃に近いタイミングで終了時残水掃気が実行される可能性を高めることができる。このため、雰囲気内のより多くの水蒸気を凝縮させた状態で掃気する可能性を高めることができる。

Ｂ．変形例：
Ｂ１．変形例１：
上記実施形態において、終了時残水掃気判定処理において掃気を実行すると決定されるための条件は、「現在の外気温が−５℃以下であり、且つ、直前３日間の平均最低気温が０℃以下である」であったが、本発明はこれに限定されない。例えば、現在の温度として−５℃に代えて、他の任意の温度を採用してもよい。また、直前３日間の平均最低気温に代えて、直前１週間の平均最低気温や、直前３日間の最低気温など、駐車中の最低気温と相関する任意の温度を採用してもよい。また、直前３日間の平均最低気温として０℃に限らず、０℃に近い任意の温度を採用してもよい。また、例えば、「現在の外気温が０℃であり、且つ、直前３日間の最低気温の変化が単調減少である」など、燃料電池１００の温度が０℃以下となることが推測される任意の条件を採用してもよい。

Ｂ２．変形例２：
上記実施形態において、駐車時残水掃気判定処理において駐車時残水掃気処理を実行すると決定されるための条件は、「パージ弁２６０の温度が０℃以下である」であったが、本発明はこれに限定されない。例えば、パージ弁２６０の温度が、０℃とは異なる他の任意の閾値以下であることを条件としてもよい。また、パージ弁２６０の温度に代えて、または、パージ弁２６０の温度に加えて、背圧弁３４０の温度が０℃以下であることを条件としてもよい。背圧弁３４０は、パージ弁２６０と同様に、燃料電池システム１０において、第２燃料ガス排出路２６２、酸化剤ガス排出路３３２およびパージ弁２６０を除き、最も鉛直下方に配置され得る。このため、外気温の影響を受け易く、また、水が溜まり易いので、外気温が低下した場合に比較的早いタイミングで水の凍結が起こり得る。したがって、背圧弁３４０の温度が０℃以下であることを条件とすることにより、少なくともカソード側のほぼすべての部位において水の凍結が起こらないようにすることができる。なお、第２燃料ガス排出路２６２にパージ弁２６０とは異なる弁を設ける構成においてはかかる弁の温度が、酸化剤ガス排出路３３２に背圧弁３４０とは異なる弁を設ける構成においてはかかる弁の温度が、それぞれ０℃以下であるとの条件を採用してもよい。すなわち、一般には、燃料ガス供給排出機構２００において排水のための流路に設けられた弁と、酸化剤ガス供給排出機構３００において排水のための流路に設けられた弁と、のうちの少なくとも一方の弁の温度が０℃以下であるとの条件を採用してもよい。

Ｂ３．変形例３：
上記実施形態において、燃料電池システム１０は、駆動用電源を供給するためのシステムとして、燃料電池自動車に搭載されて用いられていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、燃料電池自動車に代えて、電気自動車等の駆動用電源を必要とする他の任意の移動体に搭載されて使用されてもよい。また、定置型電源として、例えば、オフィスや家庭において屋内または屋外に設置されて用いられてもよい。また、燃料電池１００に含まれる各単セル１１０は、固体高分子型燃料電池用の単セルであったが、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体酸化物形燃料電池等、種々の燃料電池用の単セルとして構成してもよい。

Ｂ４．変形例４：
上記実施形態では、外気温マップを用いて外気温を推定し、また、パージ弁温度マップを用いてパージ弁の温度を推定していたが、本発明は、これに限定されない。例えば、燃料電池温度と、燃料電池温度の変化の度合いと、外気温との関係を示す関係式を用いて演算することにより外気温を推定してもよい。同様に、燃料電池温度と、外気温と、パージ弁２６０の温度との関係を示す関係式を用いて演算することによりパージ弁２６０の温度を推定してもよい。

Ｂ５．変形例５：
上記実施形態における燃料電池システム１０の構成は、あくまでも一例であり、種々変更可能である。例えば、第２燃料ガス排出路２６２と酸化剤ガス排出路３３２とを接続させずに、それぞれ独立してオフガスを排出する構成としてもよい。また、制御装置６００に代えて、始動制御装置７００が駐車時残水掃気判定部６２０および運転制御部６６０を有する構成としてもよい。この構成においては、駐車中において、駐車時残水掃気処理を実行しない限り、制御装置６００の電源はオフのままとすることができる。また、駐車時残水掃気処理において、終了時残水掃気の実行の有無に関わらずに、アノード側とカソード側とをいずれも掃気してもよい。この構成においても、終了時残水掃気としてアノード側の掃気を省略できるので、消費電力を低減できる。加えて、終了時残水掃気の実行有無の履歴を掃気履歴格納部６８０に格納する処理を省略でき、掃気処理の実行時間を短縮できる。また、上記実施形態では、駐車中に、制御装置６００を定期的起動させて駐車時残水掃気判定を実行していたが、これに代えて、例えば、終了掃気判定実行後に所定期間だけ経過した際に１回のみ、駐車時残水掃気判定を実行してもよい。また、通常の排水処理が、残水掃気処理の実行中に実行されてもよい。例えば、終了時残水掃気が実行された後であってウェイクアップタイマーをセットする前のタイミングに、通常の排水処理が実行されてもよい。

Ｂ６．変形例６：
上記実施形態において、ハードウェアによって実現されていた構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよく、逆に、ソフトウェアによって実現されていた構成の一部をハードウェアに置き換えるようにしてもよい。また、本発明の機能の一部または全部がソフトウェアで実現される場合には、そのソフトウェア（コンピュータプログラム）は、コンピューター読み取り可能な記録媒体に格納された形で提供することができる。「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭのような携帯型の記録媒体に限らず、各種のＲＡＭやＲＯＭ等のコンピューター内の内部記憶装置や、ハードディスク等のコンピューターに固定されている外部記憶装置も含んでいる。すなわち、「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、データを一時的ではなく固定可能な任意の記録媒体を含む広い意味を有している。

本発明は、上述の実施形態および変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…燃料電池システム
１００…燃料電池
１１０…単セル
１１１…集電板
２００…燃料ガス供給排出機構
２１０…水素タンク
２２０…遮断弁
２２１…インジェクタ
２３１…燃料ガス供給路
２３２…第１燃料ガス排出路
２３３…燃料ガス循環路
２４０…循環用ポンプ
２５０…気液分離器
２６０…パージ弁
２６２…第２燃料ガス排出路
３００…酸化剤ガス供給排出機構
３１０…エアクリーナ
３２０…エアコンプレッサ
３３１…酸化剤ガス供給路
３３２…酸化剤ガス排出路
３４０…背圧弁
４００…燃料電池循環冷却機構
４１０…ラジエータ
４２０…温度センサ
４３０…循環用ポンプ
４４１…冷却媒体供給路
４４２…冷却媒体排出路
５００…電力充放電機構
５１０…負荷装置
５２０…インバータ
５５０…バッテリー
５６０…ＤＣ−ＤＣコンバータ
６００…制御装置
６１０…終了時残水掃気判定部
６２０…駐車時残水掃気判定部
６３０…アノード側掃気制御部
６４０…カソード側掃気制御部
６５０…温度推定部
６６０…運転制御部
６７０…外気温値格納部
６８０…掃気履歴格納部
７００…始動制御装置
７１０…タイマー
ＳＤ…積層方向

終了時残水掃気判定部６１０は、ステップＳ２０５で推定された現在の外気温が−５℃以下であり、且つ、ステップＳ２１０で特定された平均最低気温が０℃以下であるか否かを判定する（ステップＳ２１５）。現在の外気温が−５℃以下であり、且つ、直前３日間の平均最低気温が０℃以下である場合、残水掃気処理を実行する日の最低気温も０℃を下回る蓋然性が高い。なお、上述のステップＳ２１５において現在の外気温の比較基準となる「０℃」は、請求項における第１の所定温度に相当する。

上述のように、現在の外気温が−５℃以下であり、且つ、直前３日間の平均最低気温が０℃以下である場合、すなわち、残水掃気処理を実行する日の最低気温が０℃以下となる蓋然性が高い場合に、終了時残水掃気を実行してカソード側の水を排出するのは、以下の理由による。各単セル１１０のカソード側では、電気化学反応により生成水が生じるために、触媒層およびガス拡散層の細孔に水が溜まり易い。ここで、最低気温が０℃を下回る場合、駐車中に燃料電池１００内の温度も０℃以下となる蓋然性が高い、そのため、カソード側において、触媒層およびガス拡散層の細孔内の水が凍結して性能低下を引き起こす蓋然性が高い。ところが、触媒層およびガス拡散層の細孔内の水（液体の水）をエアコンプレッサ３２０から供給される酸化剤ガス（空気）の勢いのみで排出することは、容易ではない。ここで、掃気処理が開始された直後、すなわち、イグニッションがオフとなった直後には、各単セル１１０の温度は運転中と同様に比較的高いので、各単セル１１０内の雰囲気中に水蒸気として多くの水を含ませることができる。このため、終了時残水掃気を実行することにより、カソード側の触媒層およびガス拡散層の細孔内の水のうち、より多くの水を水蒸気として排出させることができるからである。なお、終了時残水掃気において、アノード側を掃気しない理由については、後述する。

駐車時残水掃気判定部６２０は、駐車時残水掃気判定処理を実行する（ステップＳ１５５）。図４は、本実施形態における駐車時残水掃気判定処理の手順を示すフローチャートである。温度推定部６５０は、現在の外気温を推定する（ステップＳ３０５）。温度推定部６５０は、ステップＳ１４５で取得された燃料電池１００の温度と、ステップＳ３０５で推定された現在の外気温とに基づき、上述のパージ弁温度マップを参照して、パージ弁２６０の温度を推定する（ステップＳ３１０）。駐車時残水掃気判定部６２０は、ステップＳ３１０で推定されたパージ弁２６０の温度が０℃以下であるか否かを判定し（ステップＳ３１５）、パージ弁２６０の温度が０℃以下であると判定されると（ステップＳ３１５：ＹＥＳ）、駐車時残水掃気を実行すると決定し（ステップＳ３２０）、パージ弁２６０の温度が０℃以下でないと判定されると（ステップＳ３１５：ＮＯ）、駐車時残水掃気を実行しないと決定する（ステップＳ３２５）。なお、上述のステップＳ３１５において基準となる「０℃」は、請求項における第２の所定温度に相当する。

Claims (6)

1. 燃料ガス供給排出機構および酸化剤ガス供給排出機構を有する燃料電池システムにおける残水掃気処理方法であって、
   （ａ）前記燃料電池システムの外部温度が第１の所定温度以下になるか否かを、前記燃料電池システムが運転中に予測する工程と、
   （ｂ）前記工程（ａ）において前記外部温度が前記第１の所定温度以下になると予測される場合に、前記燃料ガス供給排出機構および前記酸化剤ガス供給排出機構のうち、前記酸化剤ガス供給排出機構のみを残水掃気処理し、その後、前記燃料電池システムの運転を停止する工程と、
   （ｃ）前記燃料電池システムに含まれる所定部品の温度が第２の所定温度以下になるか否かを、前記燃料電池システムの運転停止後に予測する工程と、
   （ｄ）前記工程（ｃ）において前記所定部品の温度が前記第２の所定温度以下になると予測される場合に、前記燃料ガス供給排出機構を残水掃気処理する工程と、
   を備える、残水掃気処理方法。
2. 請求項１に記載の残水掃気処理方法において、さらに、
   （ｅ）前記酸化剤ガス供給排出機構の残水掃気処理の実行の有無を、前記燃料電池システムが有する記憶装置に記憶する工程を備え、
   前記工程（ｄ）は、
   （ｄ１）前記工程（ｃ）において前記所定部品の温度が前記第２の所定温度以下になると予測される場合、且つ、前記燃料電池システムの運転が停止される前に前記酸化剤ガス供給排出機構が残水掃気処理されている場合に、前記燃料ガス供給排出機構を残水掃気処理して前記酸化剤ガス供給排出機構を残水掃気処理しない工程と、
   （ｄ２）前記工程（ｃ）において前記所定部品の温度が前記第２の所定温度以下になると予測される場合、且つ、前記燃料電池システムの運転が停止される前に前記酸化剤ガス供給排出機構が残水掃気処理されていない場合に、前記燃料ガス供給排出機構および前記酸化剤ガス供給排出機構を残水掃気処理する工程と、
   を有する、残水掃気処理方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の残水掃気処理方法において、
   前記第１の所定温度は、０℃以下の温度である、残水掃気処理方法。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の残水掃気処理方法において、
   前記第２の所定温度は、０℃である、残水掃気処理方法。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の残水掃気処理方法において、
   前記所定部品は、前記燃料ガス供給排出機構において排水のための流路に設けられた弁と、前記酸化剤ガス供給排出機構において排水のための流路に設けられた弁と、のうちの少なくとも一方である、残水掃気処理方法。
6. 燃料電池システムであって、
   燃料電池と、
   前記燃料電池に反応ガスを供給し、前記燃料電池から前記反応ガスに関連するオフガスを排出する燃料ガス供給排出機構と、
   前記燃料電池に酸化剤ガスを供給し、前記燃料電池から前記酸化剤ガスに関連するオフガスを排出する酸化剤ガス供給排出機構と、
   外部温度が第１の所定温度以下になるか否かを、前記燃料電池システムが運転中に予測する第１の予測部と、
   前記外部温度が前記第１の所定温度以下になると予測される場合に、前記酸化剤ガス供給排出機構を残水掃気処理するカソード側掃気処理部と、
   前記酸化剤ガス供給排出機構の残水掃気処理後に前記燃料電池システムの運転を停止する運転制御部と、
   前記燃料電池システムに含まれる所定部品の温度が第２の所定温度以下になるか否かを、前記燃料電池システムの運転停止後に予測する第２の予測部と、
   前記所定部品の温度が前記第２の所定温度以下になると予測される場合に、前記燃料ガス供給排出機構を残水掃気処理するアノード側掃気処理部と、
   を備える、燃料電池システム。

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