JP5005661B2 - 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。

固体高分子型燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell：ＰＥＦＣ）等の燃料電池を搭載し、この燃料電池の発電電力によって、電動式の走行モータを駆動させて走行する燃料電池車（燃料電池移動体）が注目されている。
このような燃料電池車では、その燃費を高めるため、つまり、燃料電池に供給される水素（反応ガス）の消費を抑えるため、例えば人待ちによってアイドル状態が継続し、所定のアイドル停止条件が成立した場合（アイドル停止条件を満たす場合）、燃料電池への水素及び空気の供給を停止（これをアイドル停止という）する技術が提案されている（特許文献１参照）。

そして、その後にアイドル停止を解除し、燃料電池に水素及び空気を供給し、燃料電池を再び発電させた後において、再度、アイドル停止条件が成立したとしても、発電再開から所定のアイドル停止禁止時間中は、アイドル停止しない技術が提案されている（特許文献１参照）。

そして、このアイドル停止禁止時間中は、燃料電池のアノードから排出された未消費の水素及び不純物（水蒸気、窒素等）を含み循環するアノードオフガスを、水素循環系からパージ（排出）することにより、前記不純物を排出し、燃料電池の発電安定性を確保している。
なお、燃料電池のアノードからは、アノードにおける電極反応で消費されなかった未消費の水素が排出されるので、水素の利用効率を高めるべく、未消費の水素を含むアノードオフガスを燃料電池の上流に戻して、再びアノードに供給し、水素を循環させる水素循環方式が一般に採用される。

特開２００７−２５０４２９号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、アイドル停止の解除後のアイドル停止禁止時間を、その直前のアイドル停止時間に基づいて設定、つまり、その直前のアイドル停止時間が長いほど、アイドル停止禁止時間を長く設定するので、アイドル停止を開始するタイミング（空気供給用のコンプレッサ等がＯＦＦされるタイミング）が、毎回異なる虞がある。
そして、このようにアイドル停止を開始するタイミングが、その都度異なると、燃料電池システムのシステムオペレータ（燃料電池車の場合、運転者）が違和感を受ける虞がある。

そこで、燃料電池車の運転者等のシステムオペレータが違和感を受けずにアイドル停止する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、燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されることで発電する燃料電池と、前記燃料電池から排出された燃料ガスをパージするパージ手段と、前記パージ手段からパージされた燃料ガスと、酸化剤ガスとを混合し、外部に排出する希釈器と、前記燃料電池への燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を停止しアイドル停止するアイドル停止手段と、アイドル停止条件が成立した場合、前記希釈器内の燃料ガスの濃度に基づいて、前記アイドル停止手段によるアイドル停止を許可するか否かを判定するアイドル停止許可判定手段と、を備える燃料電池システムであって、前記アイドル停止許可判定手段がアイドル停止を許可した後、前記アイドル停止条件が継続して成立している間において、予め定められた第１固定時間の間、前記アイドル停止手段によってアイドル停止させる第１モードと、予め定められた第２固定時間の間、前記アイドル停止手段によってアイドル停止させず、前記燃料電池に燃料ガス及び酸化剤ガスが供給される第２モードと、を交互に実行するアイドル停止条件成立中制御手段を備え、アイドル停止許可判定手段がアイドル停止を許可した場合、前記アイドル停止条件成立中制御手段は前記第１モードを先に実行し、前記第２固定時間は、前記アイドル停止条件が成立する前に、前記パージ手段によるパージが実行された場合において、当該アイドル停止条件の成立後、前記希釈器内の燃料ガスの濃度が第２所定濃度以下となり、前記アイドル停止許可判定手段がアイドル停止を許可するまでの最大時間に近似した時間であり、前記第１固定時間は、アイドル停止中において、拡散により前記希釈器から外部に排出する燃料ガスの濃度が第１所定濃度以下で維持される最大時間であ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、アイドル停止許可判定手段がアイドル停止を許可した後、アイドル停止条件が継続して成立している間において、アイドル停止条件成立中制御手段が、第１固定時間の間にてアイドル停止させる第１モードと、第２固定時間の間にてアイドル停止しない第２モードと、を交互に実行する。

ここで、第１固定時間及び第２固定時間は、予め定められた固定時間であるので、第１モードから第２モードへ、第２モードから第１モードに移行するタイミングは、同じタイミングとなる。
これにより、燃料電池車の運転者等のシステムオペレータは、モードの移行時に違和感を受けにくくなる。すなわち、このような燃料電池システムは、システムオペレータが違和感を受けずにアイドル停止できる。

このような燃料電池システムによれば、アイドル停止許可判定手段がアイドル停止を許可した場合、アイドル停止条件成立中制御手段が前記第１モードを先に実行する。すなわち、アイドル停止が許可された場合、これに連動してアイドル停止できる。

このような燃料電池システムによれば、仮に、アイドル停止条件が成立する前に、パージ手段によるパージが実行された場合、希釈器内の燃料ガスの濃度が第２所定濃度以下となる待ち時間の経過後、アイドル停止が許可され、アイドル停止が開始され、燃料電池への酸化剤ガスの供給が停止される。
次いで、第１固定時間の経過後、第２モードに移行し、アイドル停止が解除され、燃料電池に酸化剤ガスが供給される。そして、第２固定時間の経過後、第１モードに移行し、アイドル停止が再び開始され、燃料電池への酸化剤ガスの供給が再び停止される。

ここで、アイドル停止が許可されるまでの待ち時間の最大時間と、第２モードが実行される第２固定時間とが、近似した時間であるので、アイドル停止条件が成立する前に、パージが実行された場合、待ち時間が経過するタイミングと、第２固定時間が経過するタイミングとが近似することになり、燃料電池への酸化剤ガスの供給が停止されるタイミング（後記する実施形態ではコンプレッサ３１がＯＦＦされるタイミング）が、近似することになる。
このようにして、燃料電池への酸化剤ガスの供給が停止されるタイミングが近似するので、アイドル停止条件の成立前にパージが実行されたとしても、オペレータは違和感を受けにくくなる。

このような燃料電池システムによれば、第１モードが実行されるアイドル停止中において、拡散により希釈器から外部に排出する燃料ガスの濃度が第１所定濃度を超えることはない。
しかも、第１固定時間は最大時間（最長時間）に設定されるので、第１所定濃度を超える燃料ガスが排出されることを防止しつつ、継続してアイドル停止できる。

また、前記燃料電池システムにおいて、前記アイドル停止許可判定手段がアイドル停止を許可した後、前記アイドル停止条件が継続して成立している間であって、前記アイドル停止条件成立中制御手段によって、前記第２モードが実行されている間において、所定パージ条件が成立した場合、前記パージ手段がパージす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、第２モードが実行されている間において、所定パージ条件が成立した場合、パージ手段がパージするので、希釈器において、パージされた燃料ガスを、酸化剤ガスで希釈した後に外部に排出できる。
すなわち、希釈器に酸化剤ガスが供給されている第２モードの実行中のみに、パージ手段がパージするので、パージされた燃料ガスがそのまま外部に排出されることを防止できる。

本発明によれば、燃料電池車の運転者等のシステムオペレータが違和感を受けずにアイドル停止する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３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、図示しない燃料電池車（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（燃料電池）と、セル電圧モニタ１６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、反応ガス）を給排するアノード系と、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、反応ガス）を給排するカソード系と、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、ブレーキペダル５１等と、これらを電子制御するＥＣＵ６０（Electronic Control Unit、電子制御装置）と、を備えている。

＜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１１が積層して構成されたスタックであり、複数の単セル１１は直列で接続されている。単セル１１は、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜電極接合体）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（電極）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、全ての単セル１１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１２（燃料ガス流路）、カソード流路１３（酸化剤ガス流路）として機能している。
そして、アノード流路１２を介して各アノードに水素が供給され、カソード流路１３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１１で電位差（ＯＣＶ（Open Circuit Voltage）、開回路電圧）が発生するようになっている。次いで、ＯＣＶが所定ＯＣＶ以上となった状態で、後記する電力制御器４３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。

また、各セパレータには、発電に伴い自己発熱する単セル１１を冷却する冷媒が通流する溝及び貫通孔が形成されており、この溝等が冷媒流路１４として機能している。
なお、冷媒は、配管１４ａ、冷媒流路１４、配管１４ｂ、及び、ラジエータ（図示しない）を含む冷媒循環系を循環するようになっている。また、配管１４ｂには温度センサ１５が取り付けられており、温度センサ１５は、配管１４ｂ内の冷媒の温度を燃料電池スタック１０の温度として検出し、ＥＣＵ６０に出力するようになっている。

＜セル電圧モニタ＞
セル電圧モニタ１６は、燃料電池スタック１０を構成する複数の単セル１１毎のセル電圧を検出する機器であり、モニタ本体と、モニタ本体と各単セルとを接続するワイヤハーネスとを備えている。モニタ本体は、所定周期で全ての単セル１１をスキャニングし、各単セル１１のセル電圧を検出し、最低セル電圧（最低セルＶ）を算出するようになっている。そして、モニタ本体（セル電圧モニタ１６）は、算出した最低セル電圧をＥＣＵ６０に出力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、常閉型の遮断弁２２と、エゼクタ２３と、常閉型のパージ弁２４（パージ手段）とを備えている。
水素タンク２１は、配管２１ａ、遮断弁２２、配管２２ａ、エゼクタ２３、配管２３ａを介して、アノード流路１２の入口に接続されている。そして、ＥＣＵ６０からの指令によって遮断弁２２が開かれると、水素が、水素タンク２１から、遮断弁２２等を介して、アノード流路１２に供給されるようになっている。

アノード流路１２の出口は、配管２３ｂ（水素循環ライン）を介して、エゼクタ２３の吸気口に接続されている。そして、アノード流路１２（アノード）から排出された未消費の水素を含むアノードオフガスは、配管２３ｂを介して、エゼクタ２３に戻され、その結果、水素が循環するようになっている。

配管２３ｂの途中は、配管２４ａ、パージ弁２４、配管２４ｂを介して、後記する希釈器３２に接続されている。パージ弁２４は、循環するアノードオフガス（水素）に含まれる不純物（水蒸気、窒素等）を排出（パージ）する場合、ＥＣＵ６０により適宜（間欠的、断続的）に開かれる弁である。

＜カソード系＞
カソード系は、コンプレッサ３１（酸化剤ガス供給手段）と、希釈器３２と、水素濃度を検出する水素センサ３３、３４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１３の入口に接続されている。そして、コンプレッサ３１は、ＥＣＵ６０の指令に従って作動すると、酸素を含む空気を取り込み、カソード流路１３に供給するようになっている。
なお、コンプレッサ３１は、燃料電池スタック１０及び／又はその発電電力を充放電するバッテリ（図示しない）を電源として作動する。また、配管３１ａには、カソード流路１３に向かう空気を加湿する加湿器（図示しない）が設けられている。

カソード流路１３の出口は、配管３２ａを介して希釈器３２に接続されている。そして、カソード流路１３（カソード）から排出された多湿のカソードオフガスは、配管３２ａを介して、希釈器３２に排出されるようになっている。

希釈器３２は、パージ弁２４から導入され、一時的に内部に滞留するアノードオフガスと、配管３２ａから導入されるカソードオフガス（希釈用ガス）とを混合し、アノードオフガス中の水素を、カソードオフガスで希釈する容器であり、その内部に希釈室３２ｂを備えている。具体的には、希釈器３２は、希釈室３２ｂの鉛直下方に、カソードオフガスが流れる配管３２ｃを有しており、配管３２ｃには、その内部と希釈室３２ｂとを連通させる連通孔３２ｄが形成されている。

そして、カソードオフガスの一部は、連通孔３２ｄを通って、希釈室３２ｂに流出し、アノードオフガスと混合することで混合ガスを生成すると同時に、アノードオフガス中の水素を希釈し、水素濃度（燃料ガス濃度）を低減するようになっている。次いで、生成した混合ガスは、配管３２ｃを流れるカソードオフガスにより、連通孔３２ｄを介して、配管３２ｃ内に吸引され、さらに希釈されながら、配管３２ｅを介して車外に排出されるようになっている。

水素センサ３３は、希釈室３２ｂに設けられており、希釈室３２ｂの水素濃度Ｃ１を検出し、ＥＣＵ６０に出力するようになっている。
水素センサ３４は、配管３２ｅに設けられており、車外に排出されるガス中の水素濃度Ｃ２を検出し、ＥＣＵ６０に出力するようになっている。

＜電力消費系＞
電力消費系は、モータ４１と、ＰＤＵ４２（Power Drive Unit）と、電力制御器４３と、電流センサ４４とを備えている。そして、モータ４１は、ＰＤＵ４２、電力制御器４３を介して、燃料電池スタック１０の出力端子に接続されている。

モータ４１は、燃料電池車の動力源となる電動モータである。
ＰＤＵ４２は、ＥＣＵ６０からの指令に従って、直流電流を三相交流電流に変換し、モータ４１に供給するインバータである。

電力制御器４３は、ＥＣＵ６０の指令に従って、燃料電池スタック１０の発電電力（電流値、電圧値）を制御するものであり、ＤＣ／ＤＣチョッパ、ＤＣ／ＤＣコンバータ等の電子回路を内蔵している。つまり、電力制御器４３は、燃料電池スタック１０の発電を停止することも可能となっている。

電流センサ４４は、燃料電池スタック１０の電流値を検出し、ＥＣＵ６０に出力するようになっている。

＜ブレーキペダル等＞
ブレーキペダル５１は、燃料電池車を制動する場合、運転者が踏み込むペダルであり、運転席の足元に配置されている。そして、ブレーキペダル５１は、その踏み込み信号をＥＣＵ６０に出力するようになっている。
車速センサ５２は、燃料電池車の車速を検出するセンサである。そして、車速センサ５２は、検出した車速をＥＣＵ６０に出力するようになっている。

＜ＥＣＵ＞
ＥＣＵ６０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、各種機器を制御し、各種処理を実行するようになっている。

＜ＥＣＵ−アイドル停止機能＞
ＥＣＵ６０（アイドル停止手段）は、燃料電池システム１をアイドル停止させる機能を備えている。
なお、燃料電池システム１をアイドル停止させるとは、遮断弁２２を閉じて水素の供給を停止すると共に、コンプレッサ３１を停止し空気の供給を停止し、電力制御器４３を制御して燃料電池スタック１０の発電を停止することを意味する。

＜ＥＣＵ−アイドル停止許可判定機能＞
ＥＣＵ６０（アイドル停止許可判定手段）は、所定のアイドル停止条件が成立した場合、希釈器３２内の水素濃度Ｃ１に基づいて、アイドル停止を許可するか否か判定する機能を備えている。
所定のアイドル停止条件が成立した場合とは、ここでは、ブレーキペダル５１が所定時間（例えば１０秒）継続して踏み込まれると共に、車速センサ５２から入力される車速が前記所定時間継続して０（ｋｍ／ｈ）である場合である。
なお、アイドル停止中において、アクセルペダルが踏み込まれたり、車速が０を超えると、アイドル停止は解除される。

また、ＥＣＵ６０は、希釈器３２内の現在の水素濃度Ｃ１が、第２所定濃度以下（例えば体積比で４０％以下）である場合、アイドル停止を許可するように設定されている。
第２所定濃度（例えば４０％）は、その後にアイドル停止し、コンプレッサ３１を停止したとしても、つまり、希釈器３２へのカソードオフガスの供給を停止したとしても、拡散等によって、高濃度の水素が直ちに車外に排出しないとされる濃度に設定される。

なお、現在の水素濃度Ｃ１は、水素センサ３３で直接的に検出する他、例えば、パージ弁２４が開かれ、水素を含むアノードオフガスが希釈器３２に導入されてから、つまり前回パージから、希釈器３２に導入されたカソードオフガスの積算流量に基づいても算出できる。すなわち、前回パージ後、希釈器３２に導入されたカソードオフガスの積算流量が、所定積算流量以上である場合、現在の水素濃度Ｃ１は第２所定濃度以下であると判断可能である。
なお、前回パージからのカソードオフガスの積算流量は、例えば、コンプレッサ３１の吐出量（Ｌ／ｓ）とその作動時間との積により算出される。その他、配管３２ａに流量センサを設け、その検出値に基づいて算出することもできる。

したがって、アイドル停止条件が成立したとしても、このアイドル停止条件の成立前に、パージ弁２４が開かれ、希釈器３２内の水素濃度Ｃ１が第２所定濃度（例えば４０％）よりも高い場合、水素濃度Ｃ１が第２所定濃度に低下するまで、アイドル停止は許可されず、待ち時間が発生することになる（図３参照）。

そして、本実施形態では、このアイドル停止が許可されるまでの待ち時間の最大時間（例えば１５秒）に、後記する第２所定時間（例えば２０）が近似（±５秒）するように設定されている。なお、前記待ち時間の最大時間は、コンプレッサ３１の吐出量や希釈器３２の希釈性能（希釈室３２ｂの大きさ）等に依存し、事前試験等により求められる。

＜ＥＣＵ−アイドル停止条件成立中制御機能＞
ＥＣＵ６０（アイドル停止条件成立中制御手段）は、アイドル停止が許可された後、アイドル停止条件が継続して成立している間において、第１固定時間にてアイドル停止する第１モード（コンプレッサ３１：ＯＦＦ）と、第２固定時間にてアイドル停止せず、水素及び空気を供給し、燃料電池スタック１０を発電させる第２モード（コンプレッサ３１：ＯＮ）と、を交互に実行させる機能を備えている。

これにより、アイドル停止の許可後、アイドル停止条件の継続成立中において、第１固定時間、第２固定時間経過毎に、第１モード、第２モードが実行される。つまり、コンプレッサ３１が、第１固定時間、第２固定時間経過毎に、ＯＮ／ＯＦＦされるので、運転者が違和感を受けにくくなっている。
なお、ここでは、アイドル停止が許可された後、ＥＣＵ６０は、まず、第１モードを実行し、アイドル停止するように設定されている。

［第１固定時間］
第１固定時間（例えば６０秒）は、事前試験等により予め定められた一定時間であって、第１モードが実行されるアイドル停止中において、希釈器３２に滞留した後、拡散等によって配管３２ｅを通り車外に排出される水素の濃度が、第１所定濃度以下（例えば体積比で２％以下）で維持される最大時間に設定される。
これにより、コンプレッサ３１が停止するアイドル停止中において、第１所定濃度よりも高濃度の水素が、車外に排出されることはない。つまり、アイドル停止中の継続時間が、第１固定時間よりも長くなると、希釈器３２に滞留する水素がそのまま車外に排出される虞がある。
なお、第１所定濃度（２％）は、水素に着火する虞のない濃度に設定される。

［第２固定時間］
第２固定時間（例えば２０秒）は、事前試験等により予め求められた一定時間であって、仮に、アイドル停止条件が成立する前に、パージ弁２４が開かれ、パージが実行された場合、そのアイドル停止条件の成立後、希釈器３２内の水素濃度Ｃ１が前記した第１所定濃度となり、アイドル停止が許可されるまでの最大待ち時間（例えば１５秒）に近似するように設定される。
すなわち、ここでは、アイドル停止条件の成立直前にパージ弁２４が開かれた場合、前記最大待ち時間経過すれば、希釈器３２内の水素濃度Ｃ１が第１所定濃度（例えば４０％）に低下する構成を例示している（図３参照）。

これにより、仮に、アイドル停止条件の成立する前に、パージが実行された場合、最大待ち時間が経過するタイミングと、第２固定時間が経過するタイミングとが近似することになり、コンプレッサ３１がＯＦＦされるタイミングが、近似することになり、運転者は違和感を受けにくくなる。

なお、第２固定時間（例えば２０秒）が、最大待ち時間（１５秒）に近似するように設定されるとは、第２固定時間又は最大待ち時間の経過後、コンプレッサ３１をＯＦＦし、アイドル停止する場合において、運転者が、コンプレッサ３１のＯＦＦされるタイミングについて、違和感を受けない時間差内（例えば±５秒以内）に設定されることを意味する。

＜ＥＣＵ−パージ弁制御機能＞
ＥＣＵ６０（パージ弁制御手段）は、アイドル停止の許可後、アイドル停止条件の継続成立中であって、第２モード（コンプレッサ３１：ＯＮ）が実行されている間に、所定パージ条件が成立した場合、パージ弁２４を開き、不純物を含むアノードオフガスを希釈器３２に排出する機能を備えている。このように第２モードが実行されている間、つまり、コンプレッサ３１が作動し、希釈器３２にカソードオフガスが導入されている間のみ、パージ弁２４を開くので、パージされた水素がそのまま車外に排出されることはない。

所定パージ条件が成立した場合とは、特許第３９０５８２５号公報に記載されるように、セル電圧モニタ１６から入力される最低セル電圧と、基準セル電圧とに基づいて算出されたパージ弁２４の開弁インターバル（閉弁するべき時間）を経過し、且つ、希釈器３２内の水素濃度Ｃ１が第１所定濃度（例えば２％）以下である場合を意味する。

基準セル電圧は、燃料電池スタック１０の発電が安定しているか否かの判定基準となるセル電圧であり、電流センサ４４から入力される燃料電池スタック１０の電流値と、温度センサ１５から入力される燃料電池スタック１０の温度と、に基づいて算出される。そして、現在の最低セル電圧が基準セル電圧以上である場合、燃料電池スタック１０の発電が安定していると判断される。

希釈器３２内の水素濃度Ｃ１が第１所定濃度以下であるか否かは、水素センサ３３によって直接検出してもよいし、前回パージから現在までに希釈器３２に導入されたカソードオフガスの積算流量が、所定積算流量以上である場合、第１所定濃度以下に低下したと判断する構成でもよい。

≪燃料電池システムの動作≫
次に、図２を参照して、燃料電池システム１の動作を、ＥＣＵ６０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、初期状態において、燃料電池スタック１０は、アクセル開度等（発電要求量）に基づいて、通常に発電している。また、ＥＣＵ６０は、後記する各ステップの処理を、所定時間経過毎に繰り返す。

ステップＳ１０１において、ＥＣＵ６０は、フラグ等を参照して、現在アイドル停止中であるか否か判定する。
アイドル停止中であると判定した場合（Ｓ１０１・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ１０８に進む。一方、アイドル停止中でないと判定した場合（Ｓ１０１・Ｎｏ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２において、ＥＣＵ６０は、アイドル停止禁止タイマを減算する。アイドル停止禁止タイマとは、アイドル停止許可後、アイドル停止条件の継続成立中において、アイドル停止しない第２モードの実行時間を計測するタイマである。なお、アイドル停止禁止タイマの初期値は０である。

ステップＳ１０３において、ＥＣＵ６０は、アイドル停止継続タイマに、第１固定時間（例えば６０秒）をセットする。アイドル停止継続タイマとは、アイドル停止許可後、アイドル停止条件の継続成立中において、アイドル停止する第１モードの実行時間を計測するタイマである。

ステップＳ１０４において、ＥＣＵ６０は、所定のアイドル停止条件が成立しているか否か判定する。
アイドル停止条件は成立していると判定した場合（Ｓ１０４・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ１０５に進む。一方、アイドル停止条件は成立していないと判定した場合（Ｓ１０４・Ｎｏ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０５において、ＥＣＵ６０は、（１）前回パージから現在までに希釈器３２に導入されたカソードオフガスの積算流量が、第２所定濃度（例えば４０％）以下に低下したと判断される所定積算流量以上であって、（２）アイドル停止禁止タイマが０であるか否か判定する。
なお、アイドル停止禁止タイマが０である場合とは、アイドル停止の解除後、第２固定時間経過した場合、又は、初回の場合である。

積算流量が所定積算流量以上であって、アイドル停止禁止タイマが０である場合（Ｓ１０５・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ１０６に進む。一方、積算流量が所定積算流量以上でない場合、又は、アイドル停止禁止タイマが０でない場合（Ｓ１０５・Ｎｏ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０６において、ＥＣＵ６０は、アイドル停止を許可し、アイドル停止を開始、又は、既にアイドル停止している場合は、継続してアイドル停止する。そして、ＥＣＵ６０は、アイドル停止していることを、フラグ等によって記憶する。

具体的には、ＥＣＵ６０は、遮断弁２２を閉じて、水素の供給を停止すると共に、コンプレッサ３１を停止して、空気の供給を停止する。これに並行して、ＥＣＵ６０は、電力制御器４３を制御して、燃料電池スタック１０の発電を停止させる。
この他、水素及び空気の供給停止後、燃料電池スタック１０を例えば所定時間にて発電（ディスチャージ）することで、内部に残留する水素、酸素を消費し、ＯＣＶを低下させた後、発電を停止する構成でもよい。
その後、ＥＣＵ６０の処理は、リターンを通ってスタートに戻る。

ステップＳ１０７において、ＥＣＵ６０は、アイドル停止を許可せず、アイドル停止を解除して燃料電池スタック１０の発電を再開、又は、既にアイドル停止が解除されている場合、継続して燃料電池スタック１０を発電させる。そして、ＥＣＵ６０は、アイドル停止していないことを、フラグ等によって記憶する。

具体的には、ＥＣＵ６０は、遮断弁２２を開いて水素を供給し、コンプレッサ３１を作動させ空気を供給すると共に、アクセル等からの発電要求量に対応して電力制御器４３を制御し、燃料電池スタック１０を発電させる。
その後、ＥＣＵ６０の処理は、リターンを通ってスタートに戻る。

ステップＳ１０８において、ＥＣＵ６０は、アイドル停止禁止タイマに、第２固定時間（例えば２０秒）をセットする。

ステップＳ１０９において、ＥＣＵ６０は、アイドル停止継続タイマを減算する。

ステップＳ１１０において、ＥＣＵ６０は、所定のアイドル停止条件が成立しているか否か判定する。
アイドル停止条件は成立していると判定した場合（Ｓ１１０・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ１１１に進む。なお、この場合は、アイドル停止中であって、アイドル停止条件が継続して成立している場合である。
一方、アイドル停止条件は成立していないと判定した場合（Ｓ１１０・Ｎｏ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ１０７に進み、アイドル停止が解除される。

ステップＳ１１１において、ＥＣＵ６０は、アイドル停止継続タイマが０であるか否か判定する。
アイドル停止継続タイマが０である場合（Ｓ１１１・Ｙｅｓ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ１０７に進む。なお、この場合は、アイドル停止の開始後、第１固定時間経過した場合である。
一方、アイドル停止継続タイマが０でない場合（Ｓ１１１・Ｎｏ）、ＥＣＵ６０の処理はステップＳ１０６に進む。なお、この場合は、アイドル停止の開始後、第１固定時間経過していない場合である。

次に、燃料電池システム１（燃料電池車）の動作ついて、さらに具体的に説明する。

＜通常走行＞
燃料電池車が通常に走行している場合、ＥＣＵ６０の処理は、ステップＳ１０１・Ｎｏ、…、ステップＳ１０４・Ｎｏ、ステップＳ１０７の順に進み、燃料電池スタック１０はアクセル開度に対応して発電する。よって、燃料電池車が通常に走行する場合、ステップＳ１０２の処理が繰り返されることになり、アイドル停止禁止タイマは０となる。

＜パージ後、アイドル停止条件成立＞
次に、パージ後、アイドル停止条件が成立し、その後、アイドル停止する場合について、図３を参照して説明する。
アイドル停止条件成立後（Ｓ１０４・Ｙｅｓ）、希釈器３２内の水素濃度Ｃ１が第１所定濃度に低下すると（Ｓ１０５・Ｙｅｓ）、アイドル停止が許可され、アイドル停止が開始（Ｓ１０６）、つまり、第１モードが実行される。

その後、アイドル停止条件が成立したまま（Ｓ１１０・Ｙｅｓ）、第１固定時間が経過すると（Ｓ１１１・Ｙｅｓ）、アイドル停止が解除（Ｓ１０７）、つまり、燃料電池スタック１０の発電が再開され、第２モードが実行される。
その後、アイドル停止条件が成立したまま（Ｓ１０４・Ｙｅｓ）、第２固定時間が経過すると（Ｓ１０５・Ｙｅｓ）、再び、アイドル停止が開始（Ｓ１０６）、つまり、第１モードが実行される。
このようにアイドル停止の開始後、アイドル停止条件が継続して成立している間において、アイドル停止する第１モード（コンプレッサ３１：ＯＦＦ）と、アイドル停止しない第２モード（コンプレッサ３１：ＯＮ）とが交互に実行されることになる。

≪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、次の効果を得る。
第１モード（コンプレッサ３１：ＯＦＦ）を実行する第１固定時間と、第２モード（コンプレッサ３１：ＯＮ）を実行する第２固定時間とが、予め定められた一定時間であるので、アイドル停止開始後において、コンプレッサ３１が一定のタイミングでＯＮ／ＯＦＦされる。これにより、燃料電池車の運転者は、アイドル停止条件が成立しているにも関わらず、コンプレッサ３１がＯＦＦされない等の違和感（不安）を受けにくくなる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されず、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。
前記した実施形態では、燃料電池システム１が燃料電池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、船舶等の燃料電池移動体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を示す図である。 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。 本実施形態に係る燃料電池システムに一動作例を示すタイムチャートである。

符号の説明

１ 燃料電池システム
１０ 燃料電池スタック（燃料電池）
１１ 単セル（燃料電池）
２４ パージ弁（パージ手段）
３１ コンプレッサ（酸化剤ガス供給手段）
３２ 希釈器
６０ ＥＣＵ（アイドル停止手段、アイドル停止許可判定手段、アイドル停止条件成立中制御手段）
Ｃ１ 希釈器内の水素濃度
Ｃ２ 希釈器下流の水素濃度

Claims (2)

1. 燃料ガス及び酸化剤ガスが供給されることで発電する燃料電池と、
   前記燃料電池から排出された燃料ガスをパージするパージ手段と、
   前記パージ手段からパージされた燃料ガスと、酸化剤ガスとを混合し、外部に排出する希釈器と、
   前記燃料電池への燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を停止しアイドル停止するアイドル停止手段と、
   アイドル停止条件が成立した場合、前記希釈器内の燃料ガスの濃度に基づいて、前記アイドル停止手段によるアイドル停止を許可するか否かを判定するアイドル停止許可判定手段と、
   を備える燃料電池システムであって、
   前記アイドル停止許可判定手段がアイドル停止を許可した後、前記アイドル停止条件が継続して成立している間において、
   予め定められた第１固定時間の間、前記アイドル停止手段によってアイドル停止させる第１モードと、
   予め定められた第２固定時間の間、前記アイドル停止手段によってアイドル停止させず、前記燃料電池に燃料ガス及び酸化剤ガスが供給される第２モードと、
   を交互に実行するアイドル停止条件成立中制御手段を備え、
   アイドル停止許可判定手段がアイドル停止を許可した場合、前記アイドル停止条件成立中制御手段は前記第１モードを先に実行し、
   前記第２固定時間は、前記アイドル停止条件が成立する前に、前記パージ手段によるパージが実行された場合において、当該アイドル停止条件の成立後、前記希釈器内の燃料ガスの濃度が第２所定濃度以下となり、前記アイドル停止許可判定手段がアイドル停止を許可するまでの最大時間に近似した時間であり、
   前記第１固定時間は、アイドル停止中において、拡散により前記希釈器から外部に排出する燃料ガスの濃度が第１所定濃度以下で維持される最大時間である
   ことを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記アイドル停止許可判定手段がアイドル停止を許可した後、前記アイドル停止条件が継続して成立している間であって、前記アイドル停止条件成立中制御手段によって、前記第２モードが実行されている間において、
   所定パージ条件が成立した場合、前記パージ手段がパージする
   ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。

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