JP2016095903A - 燃料電池システムおよび燃料電池搭載車両 - Google Patents

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Abstract

【課題】燃料電池のアノード極の燃料ガスの分圧を適正な値にする。
【解決手段】燃料電池搭載車両に用いられる燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、前記燃料電池からの燃料排ガスを排出する燃料ガス排出部と、制御部と、を備え、前記燃料電池の運転が終了した際、前記制御部は、（ａ）前記燃料電池の燃料排ガスを排気して減圧する排気処理と、（ｂ）前記排気処理の後、燃料電池に燃料ガスを供給して前記燃料電池の中の燃料ガスの分圧を上げる処理と、を実行する。
【選択図】図４

Description

本発明は、燃料電池システムおよび燃料電池搭載車両に関する。
特許文献１には、燃料電池の運転を停止するときに、運転停止後の燃料電池の内部（カソード）に酸化剤ガスが残留しないように、燃料電池から引く電流の増大と低下とを周期的に繰り返して酸化剤ガスを効率的に消費する技術が記載されている。酸化剤ガスの消費時には、分流弁を全てバイパス側にするだけでなく、調圧弁を全開にしている。
特開２０１３−１４５７０９号公報
消費しきれなかった酸素は、燃料電池の運転終了後、電解質膜を通ってアノードに移動する。一方、アノードには、カソードから移動してきた窒素などの不純物が含まれるため、水素分圧が低い場合がある。水素分圧が低い場合、アノード内部において、水素と酸素とが反応して、アノードの電極の面内で起電力が発生するおそれがある。また、触媒の耐久性が低下するおそれがある。一方、水素分圧を上げるために水素をアノードに供給すると、カソードに透過する水素量が増え、次回始動時にカソードの水素を排気するときにおいて排出物中の水素濃度が高くなる。また、アノードの全圧が高くなるため、アノードに水素を噴射するときの噴射圧やアノードの耐圧の面で不利である。
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、燃料電池搭載車両に用いられる燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、燃料電池と、前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、前記燃料電池からの燃料排ガスを排出する燃料ガス排出部と、制御部と、を備え、前記燃料電池の運転が終了した際、前記制御部は、（ａ）前記燃料電池の燃料排ガスを排気して減圧する排気処理と、（ｂ）前記排気処理の後、燃料電池に燃料ガスを供給して前記燃料電池の中の燃料ガスの分圧を上げる処理と、を実行する。この形態によれば、燃料電池から排ガスを排出することによって不純物を含む燃料排ガスを排気し、その後燃料ガスを供給するので、全圧を上げることなく、不純物の分圧を下げ、燃料ガスの分圧を上げることが出来る。
（２）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記燃料電池内の燃料ガスの分圧を算出し、前記燃料ガスの分圧が所定の分圧以上となるまで、前記処理（ａ）（ｂ）を繰り返してもよい。この形態によれば、アノード極における燃料ガスの分圧を所定の分圧まで上げることが出来る。
（３）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記処理（ａ）が行われた後の前記燃料電池の内部の圧力は、大気圧よりも高くてもよい。処理（ａ）後の燃料電池の内部の圧力とするには、時間がかかり、時間が掛かれば、燃料電池中の燃料ガスの分圧が、大気における燃料ガスの分圧と平衡してしまい、燃料電池中の燃料ガスの分圧が、却って下がってしまう。この形態によれば、短時間で処理（ａ）を実行できるので、燃料ガスと不純物とをは、燃料電池における燃料ガスと不純物の分圧の比と同じ比率で排出できる。
（４）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、前記燃料電池の酸化剤排ガスを排出する酸化剤ガス排出部と、前記酸化剤ガスを前記燃料電池に供給せずに前記酸化剤ガス排出部に排出するバイパス管と、前記酸化剤ガスを前記燃料電池と前記バイパス管とに分流するための分流弁と、前記酸化剤ガス排出部と前記バイパス管との接続部と、前記燃料電池との間に設けられた調圧弁と、を備え、前記制御部は、前記処理（ａ）の前に、（ｃ）前記調圧弁を閉じるとともに、前記分流弁を用いて前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給せずに前記燃料電池から電流を引くことによって前記燃料電池の中の酸化剤ガスを消費する処理を行ってもよい。この形態によれば、カソードの酸化剤ガスを減少させることができるので、カソード側触媒層の酸化を抑制出来る。また、酸化剤ガスのアノード極への拡散量が少ないので、アノード極の電極の面内で起電力が発生することを抑制できる。
（５）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記処理（ｃ）を前記燃料電池の電圧が、予め定められた電圧未満になるまで実行してもよい。この形態によれば、カソード側触媒層の酸化を抑制出来る。また、酸化剤ガスのアノード極への拡散量が少ないので、アノード極の電極の面内で起電力が発生することを抑制できる。
（６）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、前記燃料電池の酸化剤排ガスを排出する酸化剤ガス排出部と、前記酸化剤ガスを前記燃料電池に供給せずに前記酸化剤ガス排出部に排出するバイパス管と、前記酸化剤ガスを前記燃料電池と前記バイパス管とに分流するための分流弁と、を備え、前記燃料ガス排出部と前記酸化剤ガス排出部とは接続されており、前記制御部は、前記処理（ａ）を行うときに、全ての酸化剤ガスが前記バイパス管に流れるように前記分流弁を制御し、排出される燃料ガスを希釈して大気に排出してもよい。この形態によれば、処理（ａ）を行うときに排出されるガス中の燃料ガスの濃度を低く抑えることが出来る。
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、燃料電池システムの他、燃料電池搭載車両等の形態で実現することができる。
燃料電池を搭載した車両を示す説明図である。 燃料電池搭載車両１０の燃料電池システムを示す説明図である。 燃料電池を模式的に示す説明図である。 燃料電池搭載車両１０のスタータースイッチがオフにされた後の処理フローチャートである。 アノード極における全圧と水素分圧の変化の一例を示す説明図である。
第１の実施形態：
図１は、燃料電池を搭載した車両を示す説明図である。燃料電池搭載車両１０は、燃料電池１００と、制御部１１０（ＥＣＵ（Electronic Control Unit）とも呼ぶ。）と、スタータースイッチ１１５と、要求出力検知部１２０と、二次電池１３０と、電力分配コントローラ１４０と、駆動モータ１５０と、ドライブシャフト１６０と、動力分配ギア１７０と、車輪１８０と、を備える。
燃料電池１００は、燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて電力を取り出すための発電装置である。制御部１１０は、要求出力検知部１２０から取得した要求出力値に基づいて、燃料電池１００と二次電池１３０の動作を制御する。要求出力検知部１２０は、燃料電池搭載車両１０のアクセル（図示せず）の踏み込み量を検知し、その踏み込み量の大きさから、運転手からの要求出力を検知する。制御部１１０は、要求出力から、燃料電池１００に要求する要求電力量を算出する。スタータースイッチ１１５は、燃料電池搭載車両１０の起動、停止を切り替えるメインスイッチである。二次電池１３０は、燃料電池搭載車両１０の起動直後など、燃料電池１００の発電力が小さい場合に、燃料電池搭載車両を動かすための電力源として用いられる。二次電池１３０として、例えば、ニッケル水素電池や、リチウムイオン電池を採用することが可能である。二次電池１３０への充電は、例えば、燃料電池１００から出力される電力を用いて直接充電することや、燃料電池搭載車両１０が減速するときに燃料電池搭載車両１０の運動エネルギーを駆動モータ１５０により回生して充電すること、により行うことが可能である。電力分配コントローラ１４０は、制御部１１０からの命令を受けて、燃料電池１００から駆動モータ１５０への引き出す電力量と、二次電池１３０から駆動モータ１５０へ引き出す電力量を制御する。また、電力分配コントローラ１４０は、燃料電池搭載車両１０の減速時には、制御部１１０からの命令を受けて、駆動モータ１５０により回生された電力を二次電池１３０に送る。駆動モータ１５０は、燃料電池搭載車両１０を動かすための電動機として機能する。また、駆動モータ１５０は、燃料電池搭載車両１０が減速するときには、燃料電池搭載車両１０の運動エネルギーを電気エネルギーに回生する発電機として機能する。ドライブシャフト１６０は、駆動モータ１５０が発する駆動力を動力分配ギア１７０に伝達するための回転軸である。動力分配ギア１７０は、左右の車輪１８０へ駆動力を分配する。
図２は、燃料電池搭載車両１０の燃料電池システムを示す説明図である。燃料電池搭載車両１０は、燃料電池１００と、燃料ガス供給回路２００と、酸化剤ガス供給回路３００と、排ガス回路４００と、冷却回路５００と、を備える。
燃料ガス供給回路２００は、燃料ガスタンク２１０と、燃料ガス供給管２２０と、燃料ガス排気管２３０と、燃料ガス還流管２４０と、主止弁２５０と、レギュレーター２６０と、気液分離器２８０と、水素ポンプ２９０と、を備える。燃料ガスタンク２１０は、燃料ガスを貯蔵する。本実施形態では、燃料ガスとして、水素を用いている。燃料ガスタンク２１０と、燃料電池１００とは、燃料ガス供給管２２０で接続されている。燃料ガス供給管２２０が請求項の燃料ガス供給部に対応する。燃料ガス供給管２２０上には、燃料ガスタンク２１０側から、主止弁２５０と、レギュレーター２６０とが設けられている。主止弁２５０は、燃料ガスタンク２１０からの燃料ガスの供給をオンオフする。レギュレーター２６０は、燃料電池１００に供給される燃料ガスの圧力を調整する圧力調整部である。
燃料ガス排気管２３０は、燃料電池１００からの燃料排ガスを排出する。燃料ガス排気管２３０は、請求項の燃料ガス排出部に対応する。燃料ガス還流管２４０は、燃料ガス排気管２３０と、燃料ガス供給管２２０に接続されている。燃料ガス還流管２４０が、請求項の還流部に対応する。燃料ガス排気管２３０と燃料ガス還流管２４０との間には、気液分離器２８０が設けられている。燃料排ガスには、消費されなかった水素と、燃料電池１００を通って移動してきた窒素などの不純物と、水が含まれている。気液分離器２８０は、燃料排ガス中の水と、ガス（水素と窒素などの不純物）とを分離する。また、燃料ガス還流管２４０には、水素ポンプ２９０が設けられている。燃料電池システムは、燃料ガス還流管２４０及び水素ポンプ２９０を用いて燃料排ガスを燃料電池１００に供給することで、燃料排ガス中の水素を発電に利用する。
酸化剤ガス供給回路３００は、エアクリーナ３１０と、エアコンプレッサ３２０（「ポンプ３２０」とも呼ぶ。）と、酸化剤ガス供給管３３０（「酸化剤ガス供給部３３０」とも呼ぶ。）と、分流弁３４０と、大気圧センサ３５０と、外気温センサ３６０と、エアフローメータ３７０と、供給ガス温度センサ３８０と、供給ガス圧力センサ３９０と、を備える。本実施形態の燃料電池１００は、酸化剤ガスとして、空気（空気中の酸素）を用いる。エアクリーナ３１０は、空気を取り込む時に、空気中の塵埃を除去する。ポンプ３２０は、空気を圧縮し、酸化剤ガス供給管３３０を通して空気を燃料電池１００に送る。分流弁３４０は、酸化剤ガスバイパス管４５０に接続され、空気を燃料電池１００と、酸化剤ガスバイパス管４５０とに分流する。大気圧センサ３５０は、大気圧を測定する。外気温センサ３６０は、取り込む前の空気の温度を取得する。エアフローメータ３７０は、取り込んだ空気の流量を測定する。この流量は、燃料電池１００の供給される空気の量とほぼ同じである。なお、空気の流量は、ポンプ３２０の回転数により変わる。供給ガス温度センサ３８０は、燃料電池１００に供給される空気の温度を測定し、供給ガス圧力センサ３９０は、燃料電池１００に供給される空気の圧力を測定する。
排ガス回路４００は、排ガス管４１０と、調圧弁４２０と、燃料ガス排出管４３０と、排気排水弁４４０と、酸化剤ガスバイパス管４５０と、サイレンサー４７０とを備える。排ガス管４１０は、燃料電池１００の酸化剤排ガスを排出する。排ガス管４１０には、調圧弁４２０が設けられている。調圧弁４２０は、燃料電池１００中の空気の圧力を調整する。燃料ガス排出管４３０は、気液分離器２８０と、排ガス管４１０とを接続している。燃料ガス排出管４３０上には、排気排水弁４４０が設けられている。排気排水弁４４０が、請求項の排気弁に対応する。制御部１１０（図１）は、燃料排ガス中の窒素濃度が高くなる、あるいは、気液分離器２８０中の水の量が多くなったときには、排気排水弁４４０を開けて、水とガスを排気する。ガスは、窒素などの不純物と水素とを含む。本実施形態では、燃料ガス排出管４３０は、排ガス管４１０に接続されており、排出されるガス中の水素は、酸化剤排ガスにより、希釈される。酸化剤ガスバイパス管４５０は、酸化剤ガス供給管３３０と、排ガス管４１０とを接続する。酸化剤ガスバイパス管４５０と酸化剤ガス供給管３３０との接続部には、分流弁３４０が設けられている。制御部１１０（図１）は、排気排水弁４４０を開けて、水とガス（主として窒素）を排気するときに、分流弁３４０を開けて酸化剤ガスバイパス管４５０に空気を流し、水素を希釈する。また、制御部１１０は、水素を含むガスを排出するときには、分流弁３４０を開けて酸化剤ガスバイパス管４５０に空気を流し、水素を希釈する。サイレンサー４７０は、排ガス管４１０の下流部に設けられており、排気音を減少させる。排ガス管４１０は、請求項の酸化剤ガス排出部と、排気部に対応する。
冷却回路５００は、冷却水供給管５１０と、冷却水排出管５１５と、ラジエータ管５２０と、ウォーターポンプ５２５と、ラジエータ５３０と、バイパス管５４０と、三方弁５４５と、を備える。冷却水供給管５１０は、燃料電池１００に冷却水を供給するための管であり、冷却水供給管５１０にはウォーターポンプ５２５が配置されている。冷却水排出管５１５は、燃料電池１００から冷却水を排出するための管である。冷却水排出管５１５の下流部は、三方弁５４５を介して、ラジエータ管５２０と、バイパス管５４０と、に接続されている。ラジエータ管５２０には、ラジエータ５３０が設けられている。ラジエータ５３０には、ラジエータファン５３５が設けられている。ラジエータファン５３５は、ラジエータ５３０に風を送り、ラジエータ５３０からの放熱を促進する。ラジエータ管５２０の下流部と、バイパス管５４０の下流部とは、冷却水供給管５１０に接続されている。
図３は、燃料電池を模式的に示す説明図である。燃料電池１００は、電解質膜１０１と、カソード側触媒層１０２と、アノード側触媒層１０３と、カソード側ガス流路１０４と、アノード側ガス流路１０５とを備えている。カソード側触媒層１０２とカソード側ガス流路１０４とを合わせてカソード極と呼び、アノード側触媒層１０３とアノード側ガス流路１０５とを合わせてアノード極と呼ぶ。電解質膜は、プロトン伝導性を有する電解質膜であり、例えば、パーフルオロカーボンスルホン酸ポリマのようなフッ素系電解質樹脂（イオン交換樹脂）が用いられる。カソード側触媒層１０２と、アノード側触媒層１０３は、触媒（例えば白金）を担持したカーボンを有している。カソード側ガス流路１０４は、カソード側触媒層１０２に空気を供給するための流路であり、カーボンペーパーで形成されたガス拡散層と、エキスパンドメタルのような多孔性の部材と、を有している。アノード側ガス流路１０５は、アノード側触媒層１０３に空気を供給するための流路であり、カーボンペーパーで形成されたガス拡散層と、セパレーター（図示せず）により形成された、サーペンタイン形状の流路と、を備えている。
図３（Ａ）は、燃料電池１００を停止した直後の状態を示す。燃料電池搭載車両１０のスタータースイッチ１１５が切られ、燃料電池搭載車両１０およびその燃料電池システムの運転が終了すると、燃料ガス供給回路２００（図２）の主止弁２５０とレギュレーター２６０が閉じられ、水素ポンプ２９０も停止される。その結果、燃料電池１００のアノード極には、水素が供給されなくなるが、未反応の水素が残留している。また、本実施形態では、燃料電池１００の酸化剤ガスとして空気を用いている。そのため、カソード極に供給された空気中の窒素は、燃料電池１００の運転中に電解質膜１０１を通ってアノード極に移動している。そのため、アノード極には、水素の他に窒素も含まれている。なお、窒素の分圧が高くなったときには、排気排水弁４４０を開けることで、窒素の一部は排出される。一方、カソード極には、空気（主に酸素と窒素）が残留している。
図３（Ｂ）は燃料電池１００停止してから所定時間（例えば１週間から２週間）経過した後の状態を示す。アノード極側に残留する水素は、カソード極側に拡散し、カソード極側に残留する酸素や窒素は、アノード極側に拡散している。アノード極やカソード極には、触媒を担持したカーボンが存在しているため、同一の面内で以下の２つの反応が起こる。
Ｈ２ → ２Ｈ＋＋２ｅ− …（１）
（１／２）Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ− → Ｈ２Ｏ …（２）
したがって、上記反応を抑制するためには、アノード極に残留する水素や、カソード極に残留する酸素を減らすことが望ましい。ここで、アノード極に残留する水素を減らすと、アノード側触媒層１０３を劣化させるおそれがある。そのため、アノード極にある程度の水素を残留させ、カソード極に残留する酸素を消費させる。なお、酸素を消費させれば、カソード側触媒層の触媒の酸化も抑制できるという利点もある。ここで、アノード極に残留する水素は、カソード極に拡散し易い。そのため、アノード極に残留する水素の分圧を大きくしすぎると、カソード極側に拡散する水素が多くなる。その結果、燃料電池１００の次回の起動時にカソード極から排出される水素の濃度が高くなりすぎる。かかる場合、水素を希釈するためにエアコンプレッサ３２０の回転数を上げるため、燃費やノイズバイブレーションにおいて、不利となる。
図４は、燃料電池搭載車両１０のスタータースイッチがオフにされた後の処理フローチャートである。制御部１１０は、ステップＳ１００で、スタータースイッチ１１５がオフにされたことを検知すると、処理をステップＳ１１０に移行する。ステップＳ１１０では、制御部１１０は、分流弁３４０の燃料電池１００側を閉じ、調圧弁４２０を閉じる。これにより、燃料電池１００には、空気が供給されなくなる。なお、分流弁３４０の酸化剤ガスバイパス管４５０側の弁は閉じないので、空気は、酸化剤ガスバイパス管４５０に流れる。
ステップＳ１２０では、制御部１１０が、燃料電池１００から電流を引くことで、燃料電池１００の発電を行わせる。これにより、燃料電池１００のカソード極の残留する酸素を減少させる。ステップＳ１３０では、制御部１１０は、燃料電池１００の電圧が所定の電圧Ｖ１（例えば０．６Ｖ／セル）未満になったか否かを判断する。制御部１１０は、燃料電池１００の電圧がＶ１未満になれば、カソード極の酸素が十分に消費されたと判断でき、処理をステップＳ１４０に移行する。なお、カソード極の酸素が消費されれば、カソード極の全圧は下がる。
ステップＳ１４０では、制御部１１０は、水素を供給して、アノード極の圧力（全圧）を所定の第１の圧力Ｐ１（例えば１６０ｋＰａ）まで上げる。制御部１１０は、次のステップＳ１５０で、排気排水弁４４０を開けて、排気処理を行い、アノード極の圧力（全圧）を所定の第２の圧力Ｐ２（例えば１２０ｋＰａ）まで減圧する。これにより、アノード極の水素と不純物（主として窒素）が排出される。なお、第２の圧力（燃料電池１００の内部の圧力）は、大気圧よりも大きいことが好ましい。ステップＳ１５０の排気排水弁４４０を開ける時間を長時間にすれば、大気中の水素分圧とアノード極の水素分圧が平衡状態になってしまうが、短時間の排出であれば、水素と不純物（主として窒素）は、アノード極における水素と不純物（主として窒素）の分圧の比と同じ比率で排出される。また、アノード極の圧力は、大気圧以下には出来ず、アノード極の圧力を大気圧と同じにするには、時間がかかるため、上述したように、大気中の水素分圧とアノード極の水素分圧が平衡状態になってしまい、水素分圧が却って下がってしまう。
ステップＳ１６０では、制御部１１０は、水素を供給して、アノード極の圧力（全圧）を所定の第３の圧力Ｐ３（例えば１５０ｋＰａ）まで上げる。ステップＳ１６０の処理では、アノード極の不純物の分圧は変わらないが、水素分圧は上がる。ステップＳ１７０では、制御部１１０は、水素分圧が所定の第４の圧力Ｐ４（例えば９０ｋＰａ）以上となったか否かを判断する。水素分圧は、スタータースイッチ１１５がオフにされたときのアノード極の水素分圧と、不純物の分圧と、その後のステップＳ１４０、１５０、１６０における水素の出入りを、全圧の変化を用いて演算することで算出できる。制御部１１０は、スタータースイッチ１１５がオフにされたときのアノード極の水素分圧をゼロとしてもよい。この場合、アノード極の全圧は、不純物の分圧である。また、制御部１１０は、アノード極の不純物の分圧を、大気中の窒素の分圧としてもよい。この場合、アノード極の全圧から大気中の窒素の分圧（約８０ｋＰａ）を引いた圧力が水素の分圧である。ステップＳ１７０において水素分圧が第４の圧力Ｐ４以上となっていれば、制御部１１０は、処理をステップＳ１８０に移行して、主止弁２５０、レギュレーター２６０を止め、ポンプ３２０を停止する。なお、第１の圧力Ｐ１〜第４の圧力Ｐ４は、以下の２つの関係を満たすことが好ましい。
Ｐ１＞Ｐ３＞Ｐ２＞＞Ｐ４
Ｐ２＞大気圧
なお、第４の圧力Ｐ４の大きさは、燃料電池１００の電解質膜１０１の水素の透過性および次回の再起動までの時間をどの程度と設定するか、により異なる。
図５は、アノード極における全圧と水素分圧の変化の一例を示す説明図である。本実施形態では、図４のステップＳ１３０で燃料電池の電圧がＶ１未満となると、酸化剤ガス中の酸素は消費され、ほとんど窒素となる。この状態では、カソード極の全圧≒カソード極の窒素分圧≒大気中の窒素の分圧であり、カソード極の窒素とアノード極の窒素の分圧は平衡である。アノード極の不純物（主に窒素）の分圧は、大気中の窒素の分圧とほぼ同じ約８０ｋＰａである。水素の分圧は、それまでの燃料電池１００の運転状態により異なるが、全圧を測定することにより算出可能である。図５では、一例として、全圧の測定結果が１００ｋＰａとして説明する。水素分圧は２０ｋＰａである。ステップＳ１４０で、水素が供給され、全圧が１６０ｋＰａ（Ｐ１）となる。このとき、不純物の分圧は変わらないが、水素の分圧が大きくなる。一例では、水素の分圧、不純物の分圧は、それぞれ、８０ｋＰａとなる。ステップＳ１５０で、不純物、水素が排気され、全圧が１２０ｋＰａ（Ｐ２）となる。このときのと、排気後の水素の分圧と不純物の分圧の比は、排気前の水素の分圧と不純物の分圧の比と同じ比（１：１）である。排気後の水素の分圧と不純物の分圧は、それぞれ６０ｋＰａとなる。ステップＳ１６０では、水素が供給される、全圧が１５０ｋＰａ（Ｐ３）となる。不純物の分圧は変わらないが、水素の分圧のみが３０ｋＰａ上がる。これにより、アノード極の水素分圧を９０ｋＰａ（Ｐ４）にできる。
アノード極に残留する水素は、時間が経過すると、図３で説明したように、カソード極に拡散する。ここで、アノード極における水素分圧が第４の圧力Ｐ４以上であれば、２週間程度燃料電池が起動されない場合であっても、アノード側触媒層１０３の触媒層が劣化しない程度の水素分圧を維持できる。また、アノード極における水素分圧を、第４の圧力Ｐ４を大きく越える分圧にしてしまうと、カソード極に拡散する水素の量が多くなり、燃料電池１００の再起動時にカソード極から水素を排出するときに、水素濃度が高くなりすぎる。そのため、ポンプ３２０を高回転にして水素を希釈する。本実施形態のように、水素の分圧が第４の圧力Ｐ４を越える程度であれば、カソード極に拡散する水素の量はあまり多くないので、希釈しなくても良い。
以上、本実施形態によれば、燃料電池搭載車両１０のスタータースイッチ１１５がオフにされたとき、制御部１１０は、排気排水弁４４０を開けて、燃料電池のアノード極の排ガスを排気し（ステップＳ１５０）、燃料電池１００に供給される水素の圧力を昇圧して燃料電池１００の中の水素の分圧を上げる（ステップＳ１６０）ので、アノード極の全圧を上げることなく、窒素などの不純物の分圧を下げ、水素の分圧を上げることが出来る。なお、本実施形態において、第１の圧力Ｐ１〜第４の圧力Ｐ４の具体的な値は、一例である。
また、制御部１１０は、水素の分圧が所定の第４の圧力Ｐ４になるまでステップＳ１５０、Ｓ１６０を繰り返すので、アノード極における水素の分圧を所定の第４の圧力Ｐ４まで上げることが出来る。
制御部１１０は、ステップＳ１５０、Ｓ１６０の前に、空気を供給せずに（ステップＳ１１０）燃料電池１００から電流を引くことによって燃料電池の中の酸素を消費させる（ステップＳ１２０）ので、カソード側触媒層１０２の酸化を抑制出来る。また、酸素のアノード極への拡散量が少ないので、アノード極の電極の面内で起電力が発生することを抑制できる。
また本実施形態では、制御部１１０は、ステップＳ１５０を実行するときに、空気を酸化剤ガスバイパス管４５０に流すので、排出されるガス中の水素を希釈できる。
変形例：
制御部１１０は、ステップＳ１１０において、調圧弁４２０を閉じることにより、排ガス管４１０から空気が逆流して燃料電池１００に供給されることを抑制している。しかし、制御部１１０は、調圧弁４２０を閉じずに、ステップＳ１２０で、燃料電池１００から電流を引くことで、燃料電池１００の発電を行わせてもよい。
以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。
１０…燃料電池搭載車両
１００…燃料電池
１０１…電解質膜
１０２…カソード側触媒層
１０３…アノード側触媒層
１０４…カソード側ガス流路
１０５…アノード側ガス流路
１１０…制御部
１１５…スタータースイッチ
１２０…要求出力検知部
１３０…二次電池
１４０…電力分配コントローラ
１５０…駆動モータ
１６０…ドライブシャフト
１７０…動力分配ギア
１８０…車輪
２００…燃料ガス供給回路
２１０…燃料ガスタンク
２２０…燃料ガス供給管
２３０…燃料ガス排気管
２４０…燃料ガス還流管
２５０…主止弁
２６０…レギュレーター
２８０…気液分離器
２９０…水素ポンプ
３００…酸化剤ガス供給回路
３１０…エアクリーナ
３２０…ポンプ（エアコンプレッサ）
３３０…酸化剤ガス供給管（酸化剤ガス供給流路）
３４０…分流弁
３５０…大気圧センサ
３６０…外気温センサ
３７０…エアフローメータ
３８０…供給ガス温度センサ
３９０…供給ガス圧力センサ
４００…排ガス回路
４１０…排ガス管
４２０…調圧弁
４３０…燃料ガス排出管
４４０…排気排水弁
４５０…酸化剤ガスバイパス管
４７０…サイレンサー
５００…冷却回路
５１０…冷却水供給管
５１５…冷却水排出管
５２０…ラジエータ管
５２５…ウォーターポンプ
５３０…ラジエータ
５３５…ラジエータファン
５４０…バイパス管
５４５…三方弁

Claims (7)

  1. 燃料電池搭載車両に用いられる燃料電池システムであって、
    燃料電池と、
    前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給部と、
    前記燃料電池からの燃料排ガスを排出する燃料ガス排出部と、
    制御部と、
    を備え、
    前記燃料電池の運転が終了した際、前記制御部は、
    （ａ）前記燃料電池の燃料排ガスを排気して減圧する排気処理と、
    （ｂ）前記排気処理の後、燃料電池に燃料ガスを供給して前記燃料電池の中の燃料ガスの分圧を上げる処理と、
    を実行する、燃料電池システム。
  2. 請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
    前記制御部は、前記燃料電池内の燃料ガスの分圧を算出し、前記燃料ガスの分圧が所定の分圧以上となるまで、前記処理（ａ）（ｂ）を繰り返す、燃料電池システム。
  3. 請求項１または２に記載の燃料電池システムにおいて、
    前記処理（ａ）が行われた後の前記燃料電池の内部の圧力は、大気圧よりも高い、燃料電池システム。
  4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料電池システムにおいて、
    前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、
    前記燃料電池の酸化剤排ガスを排出する酸化剤ガス排出部と、
    前記酸化剤ガスを前記燃料電池に供給せずに前記酸化剤ガス排出部に排出するバイパス管と、
    前記酸化剤ガスを前記燃料電池と前記バイパス管とに分流するための分流弁と、
    前記酸化剤ガス排出部と前記バイパス管との接続部と、前記燃料電池との間に設けられた調圧弁と、
    を備え、
    前記制御部は、前記処理（ａ）の前に、（ｃ）前記調圧弁を閉じるとともに、前記分流弁を用いて前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給せずに前記燃料電池から電流を引くことによって前記燃料電池の中の酸化剤ガスを消費する処理を行う、燃料電池システム。
  5. 請求項４に記載の燃料電池システムにおいて、
    前記制御部は、前記処理（ｃ）を前記燃料電池の電圧が、予め定められた電圧未満になるまで実行する、燃料電池システム。
  6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料電池システムにおいて、
    前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、
    前記燃料電池の酸化剤排ガスを排出する酸化剤ガス排出部と、
    前記酸化剤ガスを前記燃料電池に供給せずに前記酸化剤ガス排出部に排出するバイパス管と、
    前記酸化剤ガスを前記燃料電池と前記バイパス管とに分流するための分流弁と、
    を備え、
    前記燃料ガス排出部と前記酸化剤ガス排出部とは接続されており、
    前記制御部は、前記処理（ａ）を行うときに、全ての酸化剤ガスが前記バイパス管に流れるように前記分流弁を制御し、排出される燃料ガスを希釈して大気に排出する、燃料電池システム。
  7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の燃料電池システムを備える、燃料電池搭載車両。
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