JP4328324B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

近年、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ：Polymer Electrolyte Fuel Cell）等の燃料電池を搭載した燃料電池自動車の開発が盛んである。この燃料電池自動車は、燃料電池の発電電力によってモータを回転させ走行する。

燃料電池は、一般に、複数の単セルが積層されて構成されたスタックである。単セルは、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜電極接合体）を備えている。そして、ＭＥＡのアノードに水素が、カソードに酸素を含む空気がそれぞれ供給されると、各単セルにおいて電位差が発生し、次いで、燃料電池がモータ等の外部負荷と導通すると、燃料電池が発電する。

このような燃料電池は発電すると、そのカソードで水が生成する。また、ＭＥＡを構成する電解質膜の湿潤状態を確保し、プロトン輸送性を高めるため、発電時に送られる水素や空気は適宜に加湿される。

ところが、燃料電池は寒冷地等で使用される場合もあり、発電停止後に燃料電池内に水が残存すると、凍結する虞がある。そして、このように凍結すると、燃料電池内のガス流路が閉塞することになり、次回起動時における燃料電池の出力が低下してしまう。

そこで、燃料電池の発電停止時に、掃気ガスを燃料電池に送り、燃料電池内のガス流路やＭＥＡの表面に残存した水を、燃料電池の外に押し出す技術が提案されている（特許文献１参照）。ここで、掃気ガスとは、燃料電池内に残存する水を押し出すため、燃料電池に送られるガスであり、このような掃気ガスとしては、例えば、空気や窒素等が使用される。そして、このように掃気ガスを燃料電池に送り、燃料電池内の水を押し出すことを、本明細書では掃気という。
特開２００４−１１１１９６号公報（段落番号００１９〜００４０、図１）

ところが、このように燃料電池の停止時に掃気しても、燃料電池内のガス流路の壁面や電解質膜中には水が残存し、この水が凍結してしまう場合がある。
そこで、本願発明者らは、停止中に燃料電池が、例えば氷点下を経験したため、凍結している虞がある場合、その後の起動時において、例えば大流量で水素及び空気を供給し、燃料電池を高出力で発電させることで、燃料電池の自己発熱量を高め、燃料電池を速やかに暖機し、その出力を速やかに上昇させることができるという知見を得ている。なお、停止中に氷点下等を経験しているため、その後の起動時において、燃料電池を高出力で発電させることを、本明細書では低温起動とする。

しかし、（１）このような燃料電池の低温起動を行ってから、時間があまり経過しないうちに、燃料電池の温度が高い状態で、ＩＧ（イグニッション）がＯＦＦされ、停止時における掃気を通常に行った場合、電解質膜等が過度に乾燥されてしまい、その後の起動時において燃料電池の出力が低下する虞があった。（２）一方、燃料電池の低温起動を行ってから、時間が経過しないうちに、燃料電池の温度が低い状態で、ＩＧがＯＦＦされた場合、そのＩＧのＯＦＦ前の発電により生成した水蒸気（水）が燃料電池内で結露してしまい、この結露水により、その後の起動時において燃料電池の出力が低下する虞があった。

そこで、本発明は、このような問題を解決するため、好適に停止可能な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、反応ガス流路を有し、当該反応ガス流路に反応ガスが供給されることで発電する燃料電池と、前記燃料電池の起動時の運転を、通常運転モード又は前記起動を促進させる低温運転モードで制御する運転制御手段と、前記燃料電池が前記低温運転モードで起動したか否かを判定する低温起動判定手段と、前記反応ガス流路に掃気ガスを供給し掃気する掃気手段と、前記燃料電池の発電停止指令を発する発電停止指令手段と、を具備し、前記発電停止指令手段が発電停止指令を発した場合、前記掃気手段により前記反応ガス流路を掃気する燃料電池システムであって、前記燃料電池の温度を検出する温度検出手段と、前記燃料電池に供給される掃気ガスを加湿する加湿手段と、前記加湿手段による加湿量を調整する加湿調整手段と、を備え、前記発電停止指令が発せられ、前記低温起動判定手段が低温運転モードで起動したと判定し、前記掃気手段により掃気する場合、前記温度検出手段が検出する前記燃料電池の実際の温度が所定温度より高いとき、前記燃料電池の実際の温度に対応して、前記加湿調整手段により加湿量を調整す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、燃料電池の実際の温度が所定温度より高いとき、この燃料電池の実際の温度に対応して、加湿調整手段により掃気ガスの加湿量を調整することで、電解質膜等の過度の乾燥を防止しつつ、燃料電池システムを停止することができる。その結果として、その後の起動時において、燃料電池は良好な出力となる。

また、本発明は、反応ガス流路を有し、当該反応ガス流路に反応ガスが供給されることで発電する燃料電池と、前記燃料電池の起動時の運転を、通常運転モード又は前記起動を促進させる低温運転モードで制御する運転制御手段と、前記燃料電池が前記低温運転モードで起動したか否かを判定する低温起動判定手段と、前記反応ガス流路に掃気ガスを供給し掃気する掃気手段と、前記燃料電池の発電停止指令を発する発電停止指令手段と、を具備し、前記発電停止指令手段が発電停止指令を発した場合、前記掃気手段により前記反応ガス流路を掃気する燃料電池システムであって、前記燃料電池の温度を検出する温度検出手段と、前記燃料電池に供給される掃気ガスを加湿する加湿手段と、前記加湿手段による加湿量を調整する加湿調整手段と、を備え、前記発電停止指令が発せられ、前記低温起動判定手段が低温運転モードで起動したと判定し、前記掃気手段により掃気する場合、前記温度検出手段が検出する前記燃料電池の実際の温度が所定温度以下であるとき（すなわち、燃料電池の実際の温度が所定温度より高くないとき）、前記加湿調整手段は、前記加湿手段が加湿しないように調整す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、燃料電池が低温運転モードで起動した後、発電停止指令が発せられた際に、燃料電池の実際の温度が所定温度以下であるため、その停止前の発電により生成した水蒸気（水）が燃料電池内で結露し、反応ガス流路に結露水が生成しやすい状態にある。そして、この結露水により、ＭＥＡ中の水分が反応ガス流路に移動しにくい状態になる。したがって、このように燃料電池の実際の温度が所定温度以下であるとき、加湿調整手段によって、加湿手段が加湿しないように調整し、加湿されない乾燥した掃気ガスで掃気することにより、前記結露水が気化して掃気ガスに含まれやすくなるため、結露水を燃料電池の反応ガス流路から効率的に排出して、燃料電池システムを停止することができる。その結果として、その後の起動時において、燃料電池は良好な出力となる。

また、前記燃料電池システムにおいて、前記掃気手段による掃気が完了するまで、前記燃料電池の発電を継続させることを特徴とする。

このような燃料電池システムによれば、発電を継続させることにより、燃料電池のカソードで水が生成する。そして、この生成水の一部が電解質膜に供給され、電解質膜の湿潤性を好適に確保することができる。

また、前記燃料電池システムにおいて、前記所定温度は、発電停止指令後の掃気により前記燃料電池から排出されると共に前記燃料電池の温度に依存する排出水分量と、停止中に前記燃料電池内に許容可能な水分量と、に基づく前記燃料電池の温度であることを特徴とする。

このように所定温度を設定することで、電解質膜の湿潤状態を好適に確保することができる。

また、反応ガス流路を有し、当該反応ガス流路に反応ガスが供給されることで発電する燃料電池と、前記燃料電池の起動時の運転を、通常運転モード又は前記起動を促進させる低温運転モードで制御する運転制御手段と、前記燃料電池が前記低温運転モードで起動したか否かを判定する低温起動判定手段と、前記反応ガス流路に掃気ガスを供給し掃気する掃気手段と、前記燃料電池の発電停止指令を発する発電停止指令手段と、を具備し、前記発電停止指令手段が発電停止指令を発した場合、前記掃気手段により前記反応ガス流路を掃気する燃料電池システムの停止方法において、前記低温起動判定手段が低温運転モードで起動したと判定し、前記掃気手段により掃気する場合、前記燃料電池の実際の温度が所定温度より高いとき、前記燃料電池の実際の温度に対応して前記掃気ガスを加湿することを特徴とする燃料電池システムの停止方法である。

このような燃料電池システムの停止方法によれば、燃料電池の実際の温度が所定温度より高いとき、この燃料電池の実際の温度に対応して、掃気ガスの加湿量を調整することで、電解質膜等の過度の乾燥を防止しつつ、燃料電池システムを停止することができる。

また、反応ガス流路を有し、当該反応ガス流路に反応ガスが供給されることで発電する燃料電池と、前記燃料電池の起動時の運転を、通常運転モード又は前記起動を促進させる低温運転モードで制御する運転制御手段と、前記燃料電池が前記低温運転モードで起動したか否かを判定する低温起動判定手段と、前記反応ガス流路に掃気ガスを供給し掃気する掃気手段と、前記燃料電池の発電停止指令を発する発電停止指令手段と、を具備し、前記発電停止指令手段が発電停止指令を発した場合、前記掃気手段により前記反応ガス流路を掃気する燃料電池システムの停止方法において、前記低温起動判定手段が低温運転モードで起動したと判定し、前記掃気手段により掃気する場合、前記燃料電池の実際の温度が所定温度以下であるとき（すなわち、燃料電池の実際の温度が所定温度より高くないとき）、乾燥した前記掃気ガスにより掃気することを特徴とする燃料電池システムの停止方法である。

このような燃料電池システムの停止方法によれば、燃料電池が低温運転モードで起動した後、発電停止指令が発せられた際に、燃料電池の実際の温度が所定温度以下であるため、反応ガス流路に結露水が生成しやすく、また、ＭＥＡ中の水分が反応ガス流路に移動しにくい状態になる。したがって、このように燃料電池の実際の温度が所定温度以下であるとき、加湿されない乾燥した掃気ガスで掃気することにより、前記結露水が気化して掃気ガスに含まれやすくなるため、結露水を燃料電池の反応ガス流路から効率的に排出して、燃料電池システムを停止することができる。

本発明によれば、好適に停止可能な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１から図６を参照して説明する。

≪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、燃料電池自動車に搭載されている。燃料電池システム１は、燃料電池１０の出力端子（図示しない）に接続した走行モータ５１を備えている。そして、燃料電池自動車は、燃料電池１０の発電電力で駆動する走行モータ５１によって、走行するようになっている。

燃料電池システム１は、燃料電池１０と、燃料電池１０に対して水素（燃料ガス、反応ガス）を供給・排出するアノード系２０と、燃料電池１０に対して酸素を含む空気（酸化剤ガス、反応ガス）を供給・排出するカソード系３０と、掃気時にコンプレッサ３１からの掃気ガスをアノード系２０に導く掃気系４０と、燃料電池１０の発電電力を消費する電力消費系５０と、外気温センサ６１等と、これらを電子制御するＥＣＵ７０（Electronic Control Unit、電子制御装置）と、を主に備えている。

＜燃料電池＞
燃料電池１０（燃料電池スタック）は、単セルが複数積層されることによって構成された固体高分子型燃料電池である。単セルは、電解質膜１１（固体高分子膜）の両面をアノード１２（燃料極）及びカソード１３（空気極）で挟んでなるＭＥＡと、ＭＥＡを挟む一対のセパレータと、を備えて構成されている。各セパレータには、各単セルを構成するＭＥＡの全面に水素又は酸素を供給するための溝や、全単セルに水素、酸素を導くための貫通孔等が形成されており、これら溝等がアノード流路１２ａ、カソード流路１３ａとして機能している。すなわち、アノード流路１２ａには水素が流通し、各アノード１２に水素が供給されるようになっている。一方、カソード流路１３ａには酸素を含む空気が流通し、各カソード１３に空気が供給されるようになっている。

そして、燃料電池１０のアノード１２に水素が、カソード１３に酸素を含む空気が、それぞれ供給されると、アノード１２、カソード１３に含まれる触媒（Ｐｔ等）上で電気化学反応が起こり、その結果、各単セルで電位差が発生するようになっている。そして、このように各単セルで電位差が発生した燃料電池１０に対して、走行モータ５１等の外部負荷から発電要求があり、後記するＶＣＵ５２が制御されると、燃料電池１０が前記発電要求に応じて発電するようになっている。

＜アノード系＞
アノード系２０は、水素が貯蔵された水素タンク２１と、遮断弁２２（遮断手段）と、エゼクタ２３と、パージ弁２４（排出手段）と、温度センサ２５（温度検出手段）と、を主に備えている。
水素タンク２１は配管２１ａを介して遮断弁２２に接続されており、遮断弁２２は配管２２ａを介してエゼクタ２３に接続されている。エゼクタ２３は、配管２３ａを介してアノード流路１２ａに接続されている。配管２２ａには、減圧弁（図示しない）が設けられている。そして、ＥＣＵ７０の制御部７１によって、遮断弁２２が開かれると、水素が前記減圧弁で減圧された後、アノード流路１２ａに供給されるようになっている。

次に、アノード流路１２ａの下流側は、配管２４ａ、制御部７１により開／閉されるパージ弁２４、配管２４ｂ、希釈器３４が順に接続されている。また、配管２４ａの途中は、配管２４ｃ（循環手段）を介してエゼクタ２３と接続されている。そして、制御部７１により、パージ弁２４が閉じられると、アノード流路１２ａから排出された水分及び未反応の水素を含むアノードオフガスが、エゼクタ２３に戻され、その結果として、水素が循環するようになっている。一方、パージ弁２４が開かれると、アノードオフガスが、希釈器３４に送られるようになっている。なお、パージ弁２４の開／閉は、循環する水素に同伴する水等の不純物を排出するために行われ、例えば、定期的に行われたり、燃料電池１０（スタック）を構成する単セルの出力電圧（セル電圧）が低下した場合に行われる。また、パージ弁２４は、燃料電池１０の掃気時には開かれる設定となっている。

温度センサ２５は、配管２４ａに設けられており、配管２４ａ内の温度を、燃料電池１０の実際の温度（ＦＣ温度）又は燃料電池システム１のシステム温度として、検出するようになっている。そして、温度センサ２５は、制御部７１と接続されており、制御部７１は燃料電池１０の温度又はシステム温度を監視するようになっている。

＜カソード系＞
カソード系３０は、コンプレッサ３１（スーパーチャージャ、酸化剤ガス供給手段）と、インタークーラ３２（熱交換器）と、加湿器３３（加湿手段）と、希釈器３４と、を主に備えている。

まず、燃料電池１０の上流側のカソード系３０について説明する。
コンプレッサ３１は、外気を取り込んで圧縮し、酸化剤ガス（掃気時には掃気ガス）として燃料電池１０のカソード１３に向けて送る機器である。そして、コンプレッサ３１は、配管３１ａを介して、インタークーラ３２に接続されている。また、コンプレッサ３１は、制御部７１と接続されており、適宜に制御されるようになっている。

インタークーラ３２は、コンプレッサ３１の圧縮により高温となった空気を、適宜に冷却する熱交換器であり、例えば、コンプレッサ３１からの空気が空冷されるようになっている。そして、インタークーラ３２は、配管３２ａを介して、加湿器３３に接続されており、冷却された空気が、加湿器３３に送られるようになっている。

また、インタークーラ３２をバイパス（迂回）するように、配管３２ｂが設けられている。そして、インタークーラ３２の直下流側に設けられたインタークーラ弁３２ｃが閉じられると、コンプレッサ３１からの空気がインタークーラ３２を迂回するようになっている。なお、インタークーラ弁３２ｃの開度は調整自在であると共に、インタークーラ弁３２ｃは制御部７１と接続されており、適宜に制御されるようになっている。

加湿器３３は、燃料電池１０に送る空気（掃気時は掃気ガス）を加湿する機器であり、コンプレッサ３１（インタークーラ３２）からの空気と、カソード流路１３ａから排出された生成水を含む多湿のカソードオフガスとの間で、水分交換するための中空糸膜３３ｄを内蔵している。そして、加湿器３３は、配管３３ａを介して、カソード流路１３ａに接続されており、加湿された空気がカソード流路１３ａに送られるようになっている。

また、コンプレッサ３１（インタークーラ３２）からの空気が、加湿器３３を迂回（バイパス）するように、配管３３ｂが設けられている。そして、配管３３ｂには加湿弁３３ｃ（加湿調整手段）が設けられており、加湿弁３３ｃが開かれると、コンプレッサ３１（インタークーラ３２）からの空気が加湿器３３を迂回するようになっている。
なお、加湿弁３３ｃの開度は調整自在となっており、コンプレッサ３１（インタークーラ３２）から送られるガス全量に対して、加湿器３３を迂回するガスの量（これをバイパス量）を調整自在となっている。つまり、例えば、加湿弁３３ｃが完全に開かれ、バイパス量が略１００％であれば、加湿器３３を略迂回することを意味し（図２参照）、非加湿の乾燥した掃気ガスが燃料電池１０に送られるようになっている。また、加湿弁３３ｃは制御部７１と接続されており、適宜に制御されるようになっている。

次に、燃料電池１０の下流側のカソード系３０について説明する。
カソード流路１３ａの下流側は、配管３４ａを介して、加湿器３３に接続されており、生成水を含む多湿のカソードオフガスが加湿器３３に送られるようになっている。そして、加湿器３３における水分交換により、その水分量が低下したカソードオフガスが、配管３４ｂを介して、希釈器３４に送られるようになっている。

希釈器３４は、アノード系２０からのアノードオフガス中の水素を希釈するための機器であって、その内部に希釈空間を有している。この希釈空間には、アノード系２０からの水素を含むアノードオフガスと、加湿器３３からのカソードオフガス（希釈用ガス）とが導入されるようになっている。そして、アノードオフガス中の水素が、カソードオフガスで希釈され、所定水素濃度以下に低下した希釈ガスとなった後、排気されるになっている。

＜掃気系＞
掃気系４０は、制御部７１により適宜に開／閉される掃気弁４１を備えている。そして、カソード系３０の配管３３ａとアノード系２０の配管２２ａとは、配管４１ａ、掃気弁４１、配管４１ｂによって接続されており、燃料電池１０の掃気時に、掃気弁４１が開かれると、掃気ガスがカソード系３０からアノード系２０に導かれるようになっている。
なお、本実施形態において、特許請求の範囲における掃気手段は、コンプレッサ３１と、掃気系４０と、を備えて構成されている。

＜電力消費系＞
電力消費系５０は、燃料電池１０の出力端子（図示しない）に接続されており、燃料電池１０で発生した電力を消費する系である。電力消費系５０は、燃料電池自動車を走行させる走行モータ５１（外部負荷）と、ＶＣＵ５２（Voltage Control Unit）と、を主に備えている。この他、コンプレッサ３１のモータも、電力消費系５０に含まれる。

走行モータ５１は、ＶＣＵ５２を介して燃料電池１０の出力端子に接続されている。ＶＣＵ５２は、燃料電池１０の出力電流や出力電圧を制御する電流電圧制御器である。言い換えると、ＶＣＵ５２は、電流を適宜に取り出すことによって燃料電池１０を発電させる機器である。このようなＶＣＵ５２は、例えば、コンタクタ（リレー）、ＤＣ−ＤＣコンバータ等を備えている。そして、ＶＣＵ５２は制御部７１と接続されており、制御部７１は出力電流及び出力電圧を制御自在となっている。すなわち、例えば、制御部７１が出力電流を０にすれば、燃料電池１０は発電しない設定となっている。

＜外気温センサ＞
外気温センサ６１は、外気温度を検出するセンサであり、燃料電池自動車の適所（例えばボディ）に設けられている。そして、外気温センサ６１は、制御部７１と接続されており、制御部７１は外気温度を監視するようになっている。

＜ＩＧ＞
ＩＧ６２（イグニッション）は、運転者により操作される燃料電池自動車（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。そして、ＩＧ６２は、制御部７１と接続されており、制御部７１はＩＧ６２のＯＮ信号／ＯＦＦ信号を受けて、各制御をするようになっている。
また、本実施形態において、ＩＧ６２は発電停止指令手段であり、ＩＧ６２がＯＦＦされた場合に制御部７１に向けて発せされるＯＦＦ信号は発電停止指令に相当する。

＜ＥＣＵ＞
ＥＣＵ７０は、燃料電池システム１を電子制御するユニットであって、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェイス、電子回路等から構成されている。このようなＥＣＵ７０は、制御部７１（運転制御手段、低温起動判定手段）と、制御データ記憶部７２（制御データ記憶手段）とを備えている。

［制御部］
制御部７１は、アノード系２０の遮断弁２２及びパージ弁２４と、カソード系３０のコンプレッサ３１、インタークーラ弁３２ｃ及び加湿弁３３ｃと、掃気系４０の掃気弁４１と、電力消費系５０のＶＣＵ５２と接続されており、これらを適宜に制御するようになっている。

このうち、制御部７１とコンプレッサ３１との関係について、さらに説明する。
制御部７１には、燃料電池システム１を通常に運転する「通常運転モード」と、自己発熱量を高め、暖機を促進させる「低温運転モード」とが設定されている。そして、制御部７１は、これらモードを適宜に切り替えてコンプレッサ３１を制御するようになっている。

ここで、本実施形態に係る通常運転モードとは、コンプレッサ３１を通常の回転速度（例えば、起動時における回転速度として予め設定されている所定の回転速度）で通常に稼動させて、燃料電池１０に通常流量・通常圧力で空気（通常用反応ガス）を供給し、燃料電池１０を通常に発電させるモードである。これに対し、低温運転モードとは、コンプレッサ３１を前記通常の回転速度より高い回転速度で稼動させて、燃料電池１０に、前記通常流量より多い流量・前記通常圧力より高い圧力で空気（低温用反応ガス）を供給し、燃料電池１０を高発電させるモードである。
すなわち、低温運転モードにおける燃料電池１０の自己発熱量は、通常運転モードにおける自己発熱量より高くなる。そして、制御部７１は、通常運転モードと低温運転モードとを適宜に切り替えることで、燃料電池１０の自己発熱量を制御するようになっている。

したがって、制御部７１（運転制御手段）が、燃料電池システム１の起動時に、低温運転モードを選択して起動すれば、燃料電池１０及び燃料電池システム１を速やかに暖機し、その起動が促進されるようになっている。なお、起動時に、低温運転モードで起動することを、低温起動という。

また、制御部７１は、氷点下の経験の有無に基づいて低温起動するか否かに係るＦｌａｇＡを有しており（ＦｌａｇＡ＝０：氷点下の経験なし・低温起動しない、ＦｌａｇＡ＝１：氷点下の経験あり・低温起動する）、適宜にＦｌａｇを立てたり（ＦｌａｇＡ←１）、リセットするようになっている（ＦｌａｇＡ←０）。そして、制御部７１（低温起動判定手段）は、停止時の制御において、ＦｌａｇＡに基づいて、前回の起動時に低温起動したか否かを判定するようになっている（図３、Ｓ１０３参照）。

さらに、制御部７１は、温度センサ２５及び外気温センサ６１と接続されており、各種温度を監視するようになっている。さらに、制御部７１は、ＩＧ６２（発電停止指令手段）と接続されており、ＩＧ６２のＯＮ信号又はＯＦＦ信号（発電停止指令）を検知するようになっている。

［制御データ記憶部］
制御データ記憶部７２には、低温起動後の停止時における掃気において、掃気ガスを加湿するか否かの判定基準となる所定温度が記憶されている（図３、Ｓ１０５参照）。
所定温度とは、図５（ａ）に示すように、停止時の排水量と許容可能水分量との交点に相当する燃料電池１０の温度である。なお、図５（ａ）では、燃料電池１０の温度に関わらず、掃気ガスの流量は一定（コンプレッサ３１の回転速度が一定）とした場合を記載している。また、停止時の排水量、許容可能水分量、所定温度は、事前試験等により求められる。

ここで、停止時の排水量とは、燃料電池システム１の停止時の掃気により、燃料電池１０から排出される排水量（排出水分量）であり、この排水量は燃料電池１０の温度に依存する。具体的には、燃料電池１０の温度が高くなれば、燃料電池１０から排水される排水量は多くなる傾向となっている。これは、燃料電池１０の温度が高くなれば、掃気ガスの温度が高くなり、飽和水蒸気量が上がるからである。

次いで、許容可能水分量とは、停止中に燃料電池１０内に許容（存在）可能な水分量（許容可能水分量）であると共に、次回の起動時に、燃料電池１０の発電性能を低下させない水分量の最大値である。なお、この許容可能水分量には、電解質膜１１に含まれる水分等が含まれ、燃料電池１０の温度に依存せず、一定である。

そして、停止時の掃気において、燃料電池１０の温度が所定温度よりも高い場合、そのまま掃気すると、例えば、電解質膜１１が過度に乾燥されてしまい、その後の再起動性能が低下するが（従来）、本実施形態では、燃料電池１０の温度が所定温度よりも高い場合、後記するように掃気ガスを加湿するため、電解質膜１１は過度に乾燥されず、掃気後の燃料電池１０内の水分量が許容可能水分量に調整されるようになっている。

また、制御データ記憶部７２には、掃気ガスを加湿し、電解質膜１１の乾燥を防止する場合に参照する乾燥防止用マップが記憶されている（図２参照）。この乾燥防止用マップは、例えば、事前試験等により求められる。
図２に示すように、乾燥防止用マップは、燃料電池１０の温度が所定温度以下では、加湿器３３を迂回するバイパス量が１００％（加湿弁３３ｃは完全に開）となっており、掃気ガスが加湿されず、乾燥した掃気ガスが燃料電池１０に供給される関係となっている。一方、燃料電池１０の温度が所定温度より高くなると、加湿弁３３ｃの開度が徐々に小さくなり、バイパス量が線形的に減少し、加湿弁３３ｃが完全に閉じられると、バイパス量が０％となる関係となっている。なお、バイパス量が０％になる場合とは、コンプレッサ３１（インタークーラ３２）からの掃気ガスが、全て加湿器３３に送られる場合である。

さらに、制御データ記憶部７２には、停止時の制御において、掃気を終了するか否かの判定基準となる所定時間が記憶されている。この所定時間は、アノード流路１２ａ及びカソード流路１３ａの容積や、掃気時に送られる掃気ガスの流量（コンプレッサ３１の回転速度）等に関係し、事前試験等によって求められる。
さらにまた、制御データ記憶部７２には、停止中に氷点下を経験したか否かの判定基準となる氷点（図３、Ｓ１１１参照）が記憶されている。

≪燃料電池システムの動作≫
次に、燃料電池システム１の動作について、図３及び図４を主に参照して説明する。

＜燃料電池システムの停止時＞
まず、図３を参照して、燃料電池システム１の停止時の動作と共に、燃料電池システム１の停止方法について説明する。本実施形態に係る燃料電池システム１の停止方法は、その停止前の起動時において、燃料電池システム１が低温起動していた場合、アノード流路１２ａ及びカソード流路１３ａを掃気する共に、その掃気時の燃料電池１０の実際の温度が所定温度より高いとき、この燃料電池１０の実際の温度に対応して掃気ガスの加湿量を調整することを特徴とする。一方、燃料電池１０の実際の温度が所定温度以下であるとき、加湿されない乾燥した掃気ガスにより掃気することを特徴とする。
なお、ここでは、燃料電池自動車を停止させるために、運転者によりＩＧ６２（発電停止指令発生手段）がＯＦＦされ、ＩＧ６２のＯＦＦ信号（発電停止指令）よって、図３に示す停止時の制御フローがスタートする場合を例示する。

ステップＳ１０１において、制御部７１は、遮断弁２２を閉じ、燃料電池１０への水素供給を遮断する。
なお、制御部７１は、ＶＣＵ５２を制御し、残留する水素と、継続して供給される空気中の酸素とによって、燃料電池１０の発電を継続させる（Ｓ１０２）。また、発電継続によって得られる電力は、コンプレッサ３１の作動に利用することが好ましい。さらに、このように停止時の制御では、燃料電池１０の過昇温を防止する冷却水（ラジエータ液）の通流を停止させてもよい。

ステップＳ１０３において、制御部７１は、ＩＧ６２のＯＦＦ前の燃料電池システム１の起動の際に、低温起動した否かについて判定する。具体的には、低温起動に対応するＦｌａｇＡによって判定し、ＦｌａｇＡが１である場合、低温起動したと判定して（Ｓ１０３・Ｙｅｓ）、ステップＳ１０４に進み、ＦｌａｇＡに０を代入してリセットする。一方、ＦｌａｇＡが０である場合、低温起動していないと判定し、ステップＳ１１４に進む。

ステップＳ１０４において、制御部７１は、燃料電池１０のアノード流路１２ａ及びカソード流路１３ａを掃気する。
具体的には、制御部７１は、コンプレッサ３１の作動を掃気に対応した回転速度に高めると共に、パージ弁２４及び掃気弁４１を開き、大流量の掃気ガスをアノード流路１２ａ及びカソード流路１３ａに送る。これにより、アノード流路１２ａ及びカソード流路１３ａは掃気される。また、この掃気において、制御部７１はインタークーラ弁３２ｃを閉じ、インタークーラ３２を迂回させる。これにより、冷却されない外気温度の掃気ガスが、アノード流路１２ａ及びカソード流路１３ａに送り込まれ、アノード流路１２ａ等が掃気されやすくなる。また、後記するように、加湿弁３３ｃを閉じ掃気ガスを加湿する場合、このように掃気ガスを冷却しないことにより、掃気ガスが好適に加湿されやすくなる。

なお、このようにアノード流路１２ａ及びカソード流路１３ａを掃気する間も、制御部７１はＶＣＵ５２を制御して、残留する水素と、掃気ガス中の酸素とによって、燃料電池１０の発電を継続させる。このように、燃料電池１０の発電を継続させることにより、カソード１３で水が生成する。そして、この生成水の一部は、電解質膜１１内に浸透し、これにより、電解質膜１１は保湿される。つまり、発電により生成した生成水の一部によって、電解質膜１１の過度の乾燥は防止される。そして、その結果として、次回の起動時において、燃料電池１０を好適に起動させることができる。

ステップＳ１０５において、制御部７１は、温度センサ２５を介して検出された燃料電池１０の実際の温度が、制御データ記憶部７２に記憶された所定温度よりも高いか否かを判定する。
燃料電池１０の温度が所定温度よりも高いと判定した場合（Ｓ１０５・Ｙｅｓ）、ステップＳ１０６に進む。なお、この場合は、燃料電池１０の温度が高く、乾燥した掃気ガスをアノード流路１２ａ及びカソード流路１３ａに送り続けると、電解質膜１１が過度に乾燥してしまい、次回起動時の発電特性が低下する虞がある場合である。
一方、燃料電池１０の温度が所定温度より高くない、つまり、所定温度以下であると判定した場合（Ｓ１０５・Ｎｏ）、ステップＳ１１６に進む。なお、この場合は、燃料電池１０の温度が低く、非加湿の乾燥した掃気ガスを、アノード流路１２ａ及びカソード流路１３ａに送り続けても、電解質膜１１が過度に乾燥することはなく、次回起動時の発電特性が低下する虞がない場合である。

ステップＳ１０６において、制御部７１は、温度センサ２５を介して検出された燃料電池１０の温度と、制御データ記憶部７２に記憶された乾燥防止用マップ（図２参照）とに基づいて、加湿器３３を迂回させるバイパス量指令値を算出する。そして、制御部７１は、このバイパス量指令値となるように、加湿弁３３ｃの開度を制御する。これにより、掃気ガスの一部は、配管３３ｂを経由することで加湿器３３を迂回し、他の部分は加湿器３３を経由し、加湿される。そして、加湿器３３の下流側で、掃気ガスの一部と他の部分とが合流し、燃料電池１０の温度に対応して好適に加湿された掃気ガスとなり、この好適に加湿された掃気ガスが、アノード流路１２ａ及びカソード流路１３ａに送られる。その結果として、電解質膜１１の過度の乾燥を防止でき、次回起動時において燃料電池１０を良好な発電特性とすることができる。

ステップＳ１０７において、制御部７１は、掃気が完了したか否かを判定する。具体的には、制御部７１は、内部クロックを利用して、ステップＳ１０４における掃気を開始してから、制御データ記憶部７２に記憶された所定時間が経過したか否かを判定する。
そして、制御部７１は、所定時間が経過し、掃気が完了したと判定した場合（Ｓ１０７・Ｙｅｓ）、ステップＳ１０８に進む。一方、所定時間が経過しておらず、掃気が完了していないと判定した場合（Ｓ１０７・Ｎｏ）、ステップＳ１０６に戻り、加湿弁３３ｃの制御を行う。

ステップＳ１０８において、制御部７１は、ＶＣＵ５２を制御して、燃料電池１０の発電を停止させる。
次いで、ステップＳ１０９において、制御部７１は、コンプレッサ３１を停止し、パージ弁２４、加湿弁３３ｃ及び掃気弁４１を閉じ、インタークーラ弁３２ｃを開き、燃料電池システム１を停止させる。

ステップＳ１１０において、制御部７１は、温度センサ２５が検出する温度をシステム温度として取り込む。次いで、ステップＳ１１１において、制御部７１は、この取り込んだシステム温度が氷点（０℃）よりも低いか否かを判定する。

そして、システム温度が氷点よりも低い（システム温度＜０℃）と判定した場合（Ｓ１１１・Ｙｅｓ）、ステップＳ１１３に進み、氷点下の経験があるとして、次回起動時に燃料電池１０を低温起動させるため、低温起動に対応するＦｌａｇＡを立てた後（ＦｌａｇＡ←１）、ステップＳ１１２に進む。これにより、次回起動時おけるＩＧ６２のＯＮ時に、システム温度が氷点以上であっても、その停止中に燃料電池システム１が氷点よりも低い温度を経験した場合、ＦｌａｇＡによって、氷点下の経験の有無が記憶されるため、燃料電池システム１を低温起動することができる。
一方、システム温度が氷点以上（システム温度≧０℃）であると判定した場合、ステップＳ１１２に進む。この場合、低温起動に係るＦｌａｇＡについては、そのままの状態が維持される。

ステップＳ１１２において、制御部７１は、ＩＧ６２からの信号に基づいて、ＩＧ６２がＯＮされたか否かを判定する。ＩＧ６２がＯＮされたと判定した場合（Ｓ１１２・Ｙｅｓ）、エンドに進んで停止時の制御フローを終了し、図４に示す起動時の制御フローに移行する。一方、ＩＧ６２がＯＮされていないと判定した場合（Ｓ１１２・Ｎｏ）、ステップＳ１１０に戻る。

次に、その停止前の起動時において、燃料電池システム１が低温起動しておらず（Ｓ１０３・Ｎｏ）、ステップＳ１１４に進んだ場合について説明する。
ステップＳ１１４において、制御部７１は、ステップＳ１０４と同様に、アノード流路１２ａ及びカソード流路１３ａを掃気する。
次いで、ステップＳ１１５において、制御部７１は、ステップＳ１０７と同様に、ステップＳ１１４における掃気から所定時間が経過したか否かに基づいて、掃気が完了したか否かを判定する。そして、掃気は完了したと判定した場合（Ｓ１１５・Ｙｅｓ）、ステップＳ１０８に進む。一方、掃気は完了していないと判定した場合（Ｓ１１５・Ｎｏ）、ステップＳ１１５の判定を繰り返す。

次に、その停止前の起動時において、燃料電池システム１が低温起動していたものの（Ｓ１０３・Ｙｅｓ）、燃料電池１０の温度が所定温度以下であり（Ｓ１０５・Ｎｏ）、ステップＳ１１６に進んだ場合について説明する。
ステップＳ１１６において、制御部７１は、加湿弁３３ｃを開く。これにより、コンプレッサ３１からの掃気ガスが加湿器３３を迂回する（バイパス量１００％、図２参照）。そして、非加湿の乾燥した掃気ガスが、アノード流路１２ａ及びカソード流路１３ａに送られ、掃気される。

このように、燃料電池システム１がその起動時に低温起動していたが（Ｓ１０３・Ｙｅｓ）、停止時に燃料電池１０の温度が所定温度以下である場合は（Ｓ１０５・Ｎｏ）、起動時に低温起動し（図４、Ｓ２０１・Ｙｅｓ、Ｓ２０２）、この低温起動により燃料電池１０及び燃料電池システム１が好適に暖機される前に、すなわち、起動後に短時間でＩＧ６２がＯＦＦされた場合である。そして、このように燃料電池１０の温度が所定温度以下であるため、停止中に結露した結露水がＭＥＡ（電解質膜１１）の中に残留した状態にある。

したがって、このような場合、掃気ガスを圧力損失体である加湿器３３を迂回させて、大流量の乾燥した掃気ガスを、アノード流路１２ａ及びカソード流路１３ａに送ることによって、ＭＥＡ（電解質膜１１）中の結露水が気化して掃気ガスに含まれやすくなるため、各流路を速やかに掃気することができる。その結果として、燃料電池１０の凍結を防止することができる。

次いで、ステップＳ１１７において、制御部７１は、ステップＳ１０７と同様に、ステップＳ１０４の掃気から所定時間が経過したか否かに基づいて、掃気は完了したか否かを判定する。そして、掃気は完了したと判定した場合（Ｓ１１７・Ｙｅｓ）、ステップＳ１０８に進み、一方、掃気は完了していないと判定した場合（Ｓ１１７・Ｎｏ）、ステップＳ１１７の判定を繰り返す。

＜燃料電池システムの起動時＞
次に、燃料電池システム１の起動時について、図４を主に参照して説明する。
ＩＧ６２がＯＮされると、図４に示す起動時の制御フローがスタートする。なお、ＩＧ６２がＯＮされると、ＯＮ信号を受けた制御部７１は、アノード系２０の遮断弁２２を開き、燃料電池１０のアノード流路１２ａに水素を供給する。

ステップＳ２０１において、制御部７１は、ＦｌａｇＡに基づいて、低温起動するか否かを判定する。具体的には、ＦｌａｇＡが１であり、停止中に氷点よりも低い温度の経験があるため、燃料電池システム１の少なくとも一部が凍結状態にあると推定され、低温起動すると判定した場合（Ｓ２０１・Ｙｅｓ）、ステップＳ２０２に進む。一方、ＦｌａｇＡが０であり、停止中に氷点よりも低い温度の経験がなく、低温起動しないと判定した場合（Ｓ２０１・Ｎｏ）、ステップＳ２０３に進む。

ステップＳ２０２において、制御部７１は、低温運転モードで燃料電池システム１を起動させる。具体的には、制御部７１は、コンプレッサ３１を低温運転モードで制御して、通常運転モードより多流量・高圧力の空気（低温用反応ガス）を燃料電池１０に供給する。これにより、燃料電池１０が、通常運転モードより高出力である低温運転モードで発電する。したがって、低温運転モードで発電する燃料電池１０の自己発熱量は、通常運転モードの自己発熱量より高くなり、この高い自己発熱量により、燃料電池１０内が速やかに解氷し始めるとともに、燃料電池システム１全体も解氷し始めることとなる。
そして、このように低温運転モードで運転し、燃料電池１０及び燃料電池システム１を解氷・暖機させた後、通常流量・通常圧力で空気（通常用反応ガス）を供給し、燃料電池１０を通常に発電させて、エンドに進み、燃料電池システム１の起動時の制御を終了する。

ステップＳ２０３において、制御部７１は、コンプレッサ３１を「通常運転モード」で稼動させ、通常流量・通常圧力で空気（通常用反応ガス）を供給する。これにより、燃料電池１０は通常に発電する。そして、制御部７１はエンドに進み、燃料電池システム１の起動時の制御を終了する。

≪燃料電池システムの効果≫
次に、燃料電池システム１の効果について、図５及び図６を参照して説明する。
図５（ａ）に示すように、ＩＧ６２のＯＦＦ後の停止時の掃気よって、燃料電池１０から排出される排水量は、本実施形態及び従来ともに同じであるが、本実施形態では、燃料電池１０の温度が所定温度より高い場合、掃気ガスを加湿するため、図５（ｂ）に示すように、掃気後における電解質膜１１は従来のように過度に乾燥されておらず、良好な湿潤状態とすることができる。

その結果として、図６に示すように、その後の燃料電池システム１の再起動時において、本実施形態の燃料電池１０の出力（電力等）は、従来よりも高くなる。すなわち、図５（ｂ）に示すように、発電停止に係る掃気時に、燃料電池１０の温度に対応して掃気ガスを加湿するため、燃料電池１０の再起動性能を安定させることができ、従来のように低下することは防止される。

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もできる。

前記した実施形態では、図３に示すように、停止時の制御において、前回起動時に低温起動した場合であって（Ｓ１０３・Ｙｅｓ）、掃気時おける燃料電池１０の温度が所定温度以下である場合（Ｓ１０５・Ｎｏ）、加湿弁３３ｃを開き、掃気ガスを加湿しない構成としたが、その他に例えば、図７のステップＳ１１８に示すように、燃料電池１０の温度と外気温センサ６１により検出される外気温度との差と、通常用マップとに基づいて、加湿量つまりバイパス量（加湿弁３３ｃの開度）を制御する構成としてもよい。通常用マップとは、事前試験等により求められ、制御データ記憶部７２に記憶されたマップである（図８参照）。図８に示すように、通常用マップは、燃料電池１０の温度と外気温度との差が大きくなるほど、加湿量が少なくなるという関係を有している。このような通常用マップに従って、燃料電池１０の温度と外気温度との差が大きい場合、加湿量を小さくすることにより、アノード流路１２ａ及びカソード流路１３ａを取り囲む各流路壁面に、結露水が多量に付着し、各流路が閉塞することを防止しつつ、電解質膜１１を良好な湿潤状態とすることができる。その結果として、その後の燃料電池システム１の再起動時において、燃料電池１０を好適に発電させ、その出力を高めることができる。

前記した実施形態では、燃料電池１０の温度を検出する温度検出手段として、燃料電池１０の下流側の配管２４ａに設けられ、アノードオフガス温度を検出する温度センサ２５を採用したが、温度検出手段はこれに限定されず、その他に例えば、燃料電池１０の筺体に取り付けられた温度センサや、カソード系３０の配管３４ａに設けられカソードオフガス温度を検出する温度センサや、燃料電池１０を適宜に冷却する冷却水の温度を検出する温度センサであってもよい。また、これらの温度センサを併用してもよく、このように併用すれば、さらに正確に燃料電池１０の温度を検出することができる。

前記した実施形態では、温度センサ２５により検出される温度が、燃料電池１０の温度と燃料電池システム１全体の温度を兼用する場合を例示したが、個別に温度センサを設けてもよいことは言うまでもない。

前記した実施形態では、加湿弁３３ｃが加湿器３３を迂回する配管３３ｂに設けられ、加湿弁３３ｃが開かれると、掃気ガスが加湿器３３を迂回（バイパス）する構成としたが、加湿弁３３ｃを加湿器３３の直下流側に設け、加湿弁３３ｃが閉じられると、加湿器３３を迂回する構成としてもよい。
また、インタークーラ３２については、インタークーラ弁３２ｃを配管３２ｂに設け、インタークーラ弁３２ｃが開かれると、コンプレッサ３１からの空気がインタークーラ３２を迂回する構成としてもよい。

前記した実施形態では、ＩＧ６２が発電停止指令手段であり、ＩＧ６２のＯＦＦ信号が発電停止指令である場合を例示したが、発電停止指令手段及び発電停止指令はこれに限定されない。例えば、発電停止指令手段は、所定のアイドリングストップ条件が成立した場合に、アイドルストップ指令（発電停止指令）を発するアイドルストップ判定手段であってもよい。

前記した実施形態において、燃料電池１０の自己発熱量を高める低温運転モードとは、コンプレッサ３１を通常の回転速度より高い回転速度で稼動させて、燃料電池１０に、通常流量より多い流量・前記通常圧力より高い圧力で空気（低温用反応ガス）を供給し、燃料電池１０を高発電させる条件としてが、低温運転モードはこれに限定されない。
例えば、（１）アノード系２０における遮断弁２２とエゼクタ２３との間の減圧弁（図示しない）をその二次（下流）側圧力が高まるように制御し、燃料電池１０のアノード１２に高圧の水素ガスが供給される設定としてもよい。また、（２）アノード系２０のパージ弁２４を開く間隔を短くし、アノード１２に供給される水素ガスの濃度が高くなるように設定してもよい。さらに、（３）カソード系３０において、燃料電池１０の下流側の配管３４ａに設けられた背圧弁（図示しない）をその背圧が高まるように制御し、燃料電池１０のカソード１３に高圧の空気が供給されるように設定してもよい。さらにまた、（４）燃料電池１０（スタック）を構成する単セルを保護するためのセル電圧保護閾値を高めるよう設定してもよい。また、これらを複合的に制御する設定としてもよい。

前記した実施形態では、燃料電池自動車に搭載される燃料電池システム１を例示したが、燃料電池システムの使用態様はこれに限定されず、例えば、家庭用の据え置き型の燃料電池システムであってもよい。

前記した実施形態では、図３のステップＳ１０５において、燃料電池１０の温度が所定温度より高いか否かに基づいて、停止時の掃気において、掃気ガスを加湿するか否かを判定する構成としたが、その他に例えば、前回の起動からＩＧ６２がＯＦＦされるまでのＩＧ６２のＯＮ時間と、所定時間とを比較して判定する構成としてもよい。そして、ＯＮ時間が所定時間より長い場合、燃料電池１０の温度が所定温度より高いと推定し、ステップＳ１０６において、掃気ガスを加湿する構成とする。一方、ＯＮ時間が所定時間以下である場合、燃料電池１０の温度が所定温度以下であると推定し、ステップＳ１１６において、加湿弁３３ｃを開き、掃気ガスを加湿しない構成とする。
すなわち、このように燃料電池１０の温度に対応するＯＮ時間を検出し、このＯＮ時間と、燃料電池１０の前記所定温度に対応した所定時間とを比較することで、加湿するか否かを判定する構成としてもよい。なお、このような構成の場合、前回の起動からＩＧ６２がＯＦＦされるまでのＩＧ６２のＯＮ時間を検出する手段（例えば、タイマ）が、特許請求の範囲における温度検出手段に相当し、このような構成であっても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。

本実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す図である。 本実施形態に係る乾燥防止用マップである。 本実施形態に係る燃料電池システムの停止時の動作を示すフローチャートである。 本実施形態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。 （ａ）は停止時の燃料電池の温度と排水量及び再起動性能との関係を示すグラフであり、（ｂ）は停止後の電解質膜の含水量を示すグラフである。 本実施形態に係る燃料電池システムの効果を示すグラフである。 変形例に係る燃料電池システムの停止時の動作を示すフローチャートである。 変形例に係る燃料電池システムの通常用マップである。

符号の説明

１ 燃料電池システム
１０ 燃料電池
１１ 電解質膜
１２ アノード
１２ａ アノード流路（反応ガス流路）
１３ カソード
１３ａ カソード流路（反応ガス流路）
２５ 温度センサ（温度検出手段）
３１ コンプレッサ（掃気手段）
３３ 加湿器（加湿手段）
３３ｃ 加湿弁（加湿調整手段）
４０ 掃気系（掃気手段）
７０ ＥＣＵ
７１ 制御部（運転制御手段、低温起動判定手段）
７２ 制御データ記憶部

Claims (6)

1. 電解質膜及び反応ガス流路を有し、当該反応ガス流路に反応ガスが供給されることで発電する燃料電池と、
   前記燃料電池の起動時の運転を、通常運転モード又は前記燃料電池の暖機を促進させる低温運転モードで制御する運転制御手段と、
   前記燃料電池が前記低温運転モードで起動したか否かを判定する低温起動判定手段と、
   前記反応ガス流路に掃気ガスを供給し掃気する掃気手段と、
   前記燃料電池の発電停止指令を発する発電停止指令手段と、
   を具備し、
   前記発電停止指令手段が発電停止指令を発した場合、前記掃気手段により前記反応ガス流路を掃気する燃料電池システムであって、
   前記燃料電池の温度を検出する温度検出手段と、
   前記温度検出手段の検出した前記燃料電池の温度が、所定温度よりも高いか否か判定する温度判定手段と、
   前記燃料電池に供給される掃気ガスを加湿する加湿手段と、
   前記加湿手段による加湿量を調整する加湿調整手段と、
   を備え、
   前記所定温度は、氷点よりも高い温度であって、前記燃料電池の温度が当該所定温度よりも高いとき仮に前記掃気手段によって掃気した場合に前記燃料電池の前記電解質膜が過度に乾燥すると判断される温度であり、
   前記発電停止指令手段が発電停止指令を発し、前記低温起動判定手段が低温運転モードで起動したと判定し、前記掃気手段により掃気する場合において、前記温度判定手段が前記燃料電池の実際の温度は前記所定温度よりも高いと判定する第１掃気時のとき、
   前記加湿調整手段は、前記掃気手段による掃気によって前記燃料電池の前記電解質膜が過度に乾燥されないように、前記燃料電池の実際の温度が高くなると、０よりも大きい範囲において前記加湿量が多くなるように調整し、
   前記発電停止指令手段が発電停止指令を発し、前記低温起動判定手段が低温運転モードで起動したと判定し、前記掃気手段により掃気する場合において、前記温度判定手段が前記燃料電池の実際の温度は前記所定温度以下であると判定する第２掃気時のとき、
   前記加湿調整手段は、前記加湿手段が加湿しないように調整する
   ことを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記反応ガスは、燃料ガスと酸化剤ガスとであって、
   前記燃料電池の前記反応ガス流路は、燃料ガスが供給されるアノード流路と、酸化剤ガスが供給されるカソード流路と、を備え、
   前記掃気手段は、前記第１掃気時又は前記第２掃気時において、前記アノード流路及び前記カソード流路に掃気ガスを供給する
   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. 前記燃料電池の発電を制御する発電制御手段を備え、
   前記発電制御手段は、前記第１掃気時又は前記第２掃気時において、前記掃気手段による掃気の開始から、掃気が完了したと判断される所定時間が経過するまで、前記燃料電池の発電を継続させる
   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. 前記所定温度は、発電停止指令後の掃気により前記燃料電池から排出されると共に前記燃料電池の温度に依存する排出水分量と、次回起動時において内部に存在する水分により前記燃料電池の発電性能が低下しない水分量の最大値であって、停止中に前記燃料電池内に許容可能な水分量と、に基づく前記燃料電池の温度である
   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. 前記掃気手段は、前記燃料電池の通常発電時において前記カソード流路に酸化剤ガスを供給し、前記第１掃気時又は前記第２掃気時において前記アノード流路及び前記カソード流路に掃気ガスを供給する酸化剤ガス供給手段を備え、
   前記加湿手段は、水分交換するための膜を備えると共に、
   前記燃料電池の通常発電時において、前記膜を介して、前記酸化剤ガス供給手段から前記カソード流路に向かう酸化剤ガスと、前記カソード流路から排出されたオフガスとの間で水分交換することで、前記カソード流路に向かう酸化剤ガスを加湿し、
   前記第１掃気時において、前記膜を介して、前記酸化剤ガス供給手段から前記アノード流路及び前記カソード流路に向かう掃気ガスと、前記カソード流路から排出されたオフガスとの間で水分交換することで、前記アノード流路及び前記カソード流路に向かう掃気ガスを加湿するように構成され、
   前記加湿量調整手段は、前記第１掃気時において、前記アノード流路及び前記カソード流路に向かう掃気ガスが通流することで前記加湿手段をバイパスするバイパス配管と、前記バイパス配管を通流する掃気ガスの量を調整することで前記加湿手段による加湿量を調整する加湿弁と、を備える
   ことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
6. 前記酸化剤ガス供給手段は、酸化剤ガス又は掃気ガスを、圧縮して供給するものであって、
   前記酸化剤ガス供給手段と前記加湿手段との間に設けられ、前記燃料電池の通常発電時において、前記酸化剤ガス供給手段から前記加湿手段に向かう酸化剤ガスを冷却するインタークーラと、
   前記インタークーラをバイパスするインタークーラバイパス配管と、
   前記第１掃気時又は前記第２掃気時において、前記酸化剤ガス供給手段から前記加湿手段に向かう掃気ガスが、前記インタークーラバイパス配管を通流することで前記インタークーラをバイパスするように、掃気ガスの通流方向を切り替えるインタークーラ弁と、
   を備える
   ことを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。

Images