特許 6223311 燃料電池システムの制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6223311

(24)【登録日】2017年10月13日

(45)【発行日】2017年11月1日

(54)【発明の名称】燃料電池システムの制御方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/04119 20160101AFI20171023BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20171023BHJP

   H01M 8/10 20160101ALN20171023BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/04 K

   H01M8/04 Z

   !H01M8/10

【請求項の数】5

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2014-200176(P2014-200176)

(22)【出願日】2014年9月30日

(65)【公開番号】特開2016-72081(P2016-72081A)

(43)【公開日】2016年5月9日

【審査請求日】2016年2月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106002

【弁理士】

【氏名又は名称】正林 真之

(74)【代理人】

【識別番号】100120891

【弁理士】

【氏名又は名称】林 一好

(74)【代理人】

【識別番号】100160794

【弁理士】

【氏名又は名称】星野 寛明

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 真也

(72)【発明者】

【氏名】濱地 正和

(72)【発明者】

【氏名】谷本 智

(72)【発明者】

【氏名】安藤 章二

【審査官】 久保田 創

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−２３９２９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２６５８９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２５８１１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１１４９９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−００４１５１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／００−８／２４８５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

酸化剤ガス及び燃料ガスが供給されると発電する燃料電池と、
前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置と、
前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置と、
前記燃料電池のインピーダンスを検出するインピーダンス検出装置と、を備える燃料電池システムの制御方法であって、
前記燃料電池の発電には、
所定の基準発電条件の下で発電制御を行う通常発電モードと、
前記基準発電条件よりも前記燃料電池の膜が乾燥するように定められた乾燥発電条件の下で発電制御を行う乾燥発電モードと、
前記基準発電条件よりも前記燃料電池のガスの流路内の滞留水が多く排出されるように定められた排出発電条件の下で発電制御を行う滞留水排出発電モードと、の３つの発電モードが定義され、
前記インピーダンス検出装置の検出値に基づいて前記燃料電池が過加湿状態であるか否かを判定する過加湿判定工程と、
前記過加湿判定工程によって過加湿状態であると判定されてから過加湿状態でないと判定されるまで前記乾燥発電モードで発電を行う乾燥発電工程と、
前記燃料電池の出力に対する要求値を取得する要求取得工程と、
前記乾燥発電工程が終わってから前記インピーダンス検出装置の検出値が所定の下限閾値を超えた状態が前記取得した要求値に応じて定められた待ち時間維持されるまで前記滞留水排出発電モードで発電を行う滞留水排出工程と、を備えることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。

【請求項2】

前記滞留水排出工程では、前記取得した要求値が小さくなるほど前記待ち時間を長く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の制御方法。

【請求項3】

前記燃料電池の出力の低下率が所定の出力低下率閾値より大きいか否かを判定する出力低下率判定工程と、
前記低下率が前記出力低下率閾値より大きい場合には、前記過加湿判定工程の判定結果によらず前記滞留水排出発電モードで発電を行う排水優先工程と、をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池システムの制御方法。

【請求項4】

前記燃料電池の電圧が所定の電圧閾値以下であるか否かを判定する電圧低下判定工程と、
前記電圧が前記電圧閾値以下である場合には、前記過加湿判定工程の判定結果によらず前記滞留水排出発電モードで発電を行う排水優先工程と、をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池システムの制御方法。

【請求項5】

前記燃料電池の暖機が完了しているか否かを判定する暖機判定工程をさらに備え、
前記暖機が完了していない場合には、前記過加湿判定工程の判定結果によらず前記滞留水排出工程を行うことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の燃料電池システムの制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池システムの制御方法に関する。より詳しくは、発電中の燃料電池の内部の水分の状態を適切に調整する燃料電池システムの制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

燃料電池スタックは、燃料電池セルを複数積層して構成される。各燃料電池セルは、膜電極構造体（ＭＥＡ）を一対のセパレータで挟持したもので構成される。膜電極構造体は、アノード電極及びカソード電極の２つの電極と、これら電極に教示された固体高分子電解質膜とで構成される。この燃料電池スタックは、アノード電極側に形成されたアノード流路に水素ガスが供給され、カソード電極側に形成されたカソード流路に空気が供給されると、これらの反応によって発電するとともに水が生成される。生成された水は、電解質膜を湿潤にするとともに、上記空気や水素ガス等が流れるガス流路にも流れ出す。

【0003】

特許文献１には、インピーダンス計を用いて燃料電池の内部の水分状態を適切な状態に維持する発明が記載されている。特許文献１の発明では、電解質膜を挟持する電極の濡れ状態と燃料電池のインピーダンス抵抗値との間には相関があることを利用し、インピーダンス計によって電極が濡れすぎの状態を検出した場合には、電極に供給されるガスの流量を増加する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平７−２３５３２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１の発明では、上述のように電極に供給されるガスの流量を増加した後、インピーダンス計によって電極が濡れすぎの状態が解消されたことに応じて（すなわち、インピーダンス抵抗値が所定の正常範囲内に戻ったことに応じて）、ガスの流量を通常の量に復帰させている。

【0006】

ところが特許文献１の発明のようなタイミングでガスの流量を通常の量に復帰させると、その後、燃料電池の内部のガスの流路内に滞留する水（以下、このような水を「滞留水」ともいう）の量が増加し、所謂フラッディングが発生する場合がある。これは、インピーダンス抵抗値を正常範囲内に維持したとしても、燃料電池の内部のうちガスの流路内の滞留水の量は必ずしも適切な範囲に維持されないことを意味する。

【0007】

本発明は、燃料電池の内部の水分状態を適切な状態に維持できる燃料電池システムの制御方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

（１）燃料電池システム（例えば、後述の燃料電池システム１）は、酸化剤ガス及び燃料ガスが供給されると発電する燃料電池（例えば、後述のスタック２）と、前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置（例えば、後述のカソード系３）と、前記燃料電池に燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置（例えば、後述のアノード系４）と、前記燃料電池のインピーダンスを検出するインピーダンス検出装置（例えば、後述のインピーダンスセンサ２４）と、を備える。前記燃料電池の発電には、所定の基準発電条件の下で発電制御を行う通常発電モードと、前記基準発電条件よりも前記燃料電池の膜が乾燥するように定められた乾燥発電条件の下で発電制御を行う乾燥発電モードと、前記基準発電条件よりも前記燃料電池のガスの流路内の滞留水が多く排出されるように定められた排出発電条件の下で発電制御を行う滞留水排出発電モードと、の３つの発電モードが定義される。本発明の燃料電池システムの制御方法は、前記インピーダンス検出装置の検出値に基づいて前記燃料電池が過加湿状態であるか否かを判定する過加湿判定工程（例えば、図７のＳ３１、図９のＳ５３）と、前記過加湿判定工程によって過加湿状態であると判定されてから過加湿状態でないと判定されるまで前記乾燥発電モードで発電を行う乾燥発電工程（例えば、図７の３４、図８のｔ２〜ｔ４及びｔ６〜ｔ８）と、前記燃料電池の出力に対する要求値を取得する要求取得工程（例えば、図４のＳ１５）と、前記乾燥発電工程が終わってから前記インピーダンス検出装置の検出値が所定の下限閾値（例えば、後述の滞留水判定閾値）を超えた状態が前記取得した要求値に応じて定められた待ち時間（例えば、図８のｔ８〜ｔ９）維持されるまで前記滞留水排出発電モードで発電を行う滞留水排出工程（例えば、図７のＳ３６、図８のｔ４〜ｔ６及びｔ８〜ｔ９）と、を備えることを特徴とする。

【0009】

（２）この場合、前記滞留水排出工程では、前記取得した要求値が小さくなるほど前記待ち時間を長くすることが好ましい。

【0010】

（３）この場合、前記制御方法は、前記燃料電池の出力の低下率が所定の出力低下率閾値より大きいか否かを判定する出力低下率判定工程（例えば、図６のＳ２２）と、前記低下率が前記出力低下率閾値より大きい場合には、前記過加湿判定工程の判定結果によらず前記滞留水発電排出モードで発電を行う排水優先工程（例えば、図９のＳ５２）と、をさらに備えることが好ましい。

【0011】

（４）この場合、前記制御方法は、前記燃料電池の電圧が所定の電圧閾値以下であるか否かを判定する電圧低下判定工程（例えば、図６のＳ２３）と、前記電圧が前記電圧閾値以下である場合には、前記過加湿判定工程の判定結果によらず前記滞留水排出発電モードで発電を行う排水優先工程（例えば、図９のＳ５２）と、をさらに備えることが好ましい。

【0012】

（５）この場合、前記制御方法は、前記燃料電池の暖機が完了しているか否かを判定する暖機判定工程（例えば、後述の図７のＳ３３、図９のＳ５５）をさらに備え、前記暖機が完了していない場合には、前記過加湿判定工程の判定結果によらず前記滞留水排出工程を行うことが好ましい。

【発明の効果】

【0013】

（１）本発明では、インピーダンス検出装置の検出値に基づいて過加湿状態であると判定された場合には、その後過加湿状態でないと判定されるまで乾燥発電モードで発電を行う。これにより、インピーダンス検出装置の検出値と主に相関があると考えられる燃料電池の膜の含水量を適切な量に維持できる。ところで、燃料電池の内部に存在する水分を膜に含まれるもの（膜含水）とガスの流路内に含まれるもの（滞留水）とに分けた場合、滞留水は膜の保水限界を超えた膜含水が徐々に時間をかけて流路内にしみ出したもの、と考えることができる場合がある。本発明では、このような滞留水の生成モデルを考慮して、上述のように過加湿状態でないと判定された後もインピーダンス検出装置の検出値が所定の下限閾値を超えた状態が所定の待ち時間維持されるまで滞留水排出発電モードで発電を行う。このように待ち時間にわたって滞留水排出発電モードで発電を行うことにより、膜からしみ出ることによって生成された滞留水を確実に排出することができる。以上より、本発明によれば、発電中における燃料電池内部の膜含水と滞留水の量を共に適切な量に維持することができる。

【0014】

（２）燃料電池の出力に対する要求値が小さくなるほど、燃料電池に供給される燃料ガスや酸化剤ガスの量は少なくなる傾向があるため、滞留水が燃料電池の内部の流路から排出されるまでにかかる時間も長くなる傾向がある。本発明では、要求値が小さくなるほど待ち時間を長くすることにより、確実に滞留水を排出することができる。

【0015】

（３）上述のように本発明では、膜含水がしみ出ることによって滞留水が生成されることを前提として、基本的には、膜の乾燥に重点を置いた乾燥発電モードを行った後、滞留水の排出に重点を置いた滞留水排出発電モードを行う。一方で、燃料電池の出力が急激に低下すると、燃料電池の滞留水の量も急激に増加する場合があり、このような場合には、できるだけ速やかに滞留水を排出し、フラッディングを未然に防ぐことが好ましい。そこで本発明では、燃料電池の出力の低下率が所定の閾値よりも大きい場合には、乾燥発電モードと滞留水排出発電モードの実行優先順位を逆にすべく、過加湿判定工程の判定結果によらず滞留水排出発電モードで発電を行う。これにより、フラッディングを未然に防止できる。

【0016】

（４）発電中の燃料電池の内部の滞留水が過剰に増加すると、電圧が大きく低下する場合がある（所謂、フラッディング）。本発明では、燃料電池の電圧が所定の閾値以下になった場合には、（３）の発明と同様に乾燥発電モードと滞留水排出発電モードの実行優先順位を逆にすべく、過加湿判定工程の判定結果によらず滞留水排出発電モードで発電を行う。これにより、速やかに滞留水を排出し、燃料電池の発電を安定化することができる。

【0017】

（５）暖機制御を行っている間は、それまで低温環境下にあった燃料電池システムの始動を開始してからさほど時間が経っておらず、燃料電池の内部の水分の量は適切な量よりもやや多めになっているため、フラッディングが起きやすくなっている。本発明ではこの点を考慮し、暖機が完了していない場合には、過加湿判定工程の判定結果によらず滞留水排出工程を行う。これにより、速やかに滞留水を排出し、フラッディングを未然に防止し、始動時における燃料電池の発電を安定化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の一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。

【図2】燃料電池システムの始動時における暖機制御の手順を示すフローチャートである。

【図3】スタックの滞留水の生成及び排出モデルの内容を説明するための図である。

【図4】滞留水の有無を判定する処理の手順を示すフローチャートである。

【図5】４種類の発電条件を機能面から比較した表である。

【図6】発電条件選択処理の手順を示すフローチャートである。

【図7】含水量制御優先時における発電条件選択処理の手順を示すフローチャートである。

【図8】図７の処理の下で発電条件を選択した場合の一例を示すタイムチャートである。

【図9】滞留水制御優先時における発電条件選択処理の手順を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る燃料電池システム１の構成を示す図である。
燃料電池システム１は、燃料電池スタック２と、燃料電池スタック２に反応ガスとしての水素を供給するアノード系３と、燃料電池スタック２に反応ガスとしての酸素を含んだ空気を供給するカソード系４と、燃料電池スタック２を冷却する冷却装置５と、燃料電池スタック２で発電した電力を蓄えるバッテリＢと、燃料電池スタック２及びバッテリＢからの電力の供給によってタイヤ（図示せず）を駆動する走行モータＭと、これらの電子制御ユニットであるＥＣＵ６と、を備える。なお、この燃料電池システム１は、上記タイヤを駆動輪とした燃料電池車両（図示せず）に搭載される。

【0020】

燃料電池スタック（以下、単に「スタック」という）２は、例えば、数十個から数百個のセルが積層されたスタック構造である。各燃料電池セルは、膜電極構造体（ＭＥＡ）を一対のセパレータで挟持して構成される。膜電極構造体は、アノード電極（陰極）及びカソード電極（陽極）の２つの電極と、これら電極に挟持された固体高分子電解質膜とで構成される。通常、両電極は、固体高分子電解質膜に接して酸化・還元反応を行う触媒層と、この触媒層に接するガス拡散層とから形成される。このスタック２は、アノード電極側に形成されたアノード流路２１に水素が供給され、カソード電極側に形成されたカソード流路２２に酸素を含んだ空気が供給されると、これらの電気化学反応により発電する。

【0021】

発電中のスタック２から取り出される出力電流は、電流制御器２９を介してバッテリＢや負荷（走行モータＭ及びエアコンプレッサ４１等）に入力される。ＥＣＵ６は、アクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサからの出力信号に基づいて、スタック２の出力電流に対する要求値を算出する（図示せず）。電流制御器２９は、ＥＣＵ６によって算出された要求値を用いて発電中のスタック２の出力電流を制御する。

【0022】

バッテリＢは、スタック２で発電した電力や、走行モータＭによって回生制動力として回収した電気エネルギーを蓄える。また、例えば燃料電池システム１の起動時において、スタック２の出力電流が制限されているときや車両の高負荷運転時等には、バッテリＢに蓄えられた電力はスタック２の出力を補うようにして負荷に供給される。

【0023】

アノード系３は、水素ガスを高圧で貯蔵する水素タンク３１と、水素タンク３１からスタック２のアノード流路２１の導入部に至る水素供給管３２と、アノード流路２１の排出部からカソード系４に設けられた希釈器（図示せず）に至る水素排出管３３と、水素排出管３３から分岐し水素供給管３２に至る水素還流管３４と、を含んで構成される。水素を含んだガスの水素循環流路は、水素供給管３２、アノード流路２１、水素排出管３３及び水素還流管３４によって構成される。

【0024】

水素供給管３２には、水素タンク３１側からスタック２側へ向かって順に、遮断弁３２１と、遮断弁３２１を介して供給された新たな水素ガスをスタック２へ向けて噴射するインジェクタ３２２と、水素還流管３４から還流されたガスをスタック２へ循環させるイジェクタ３２３と、が設けられている。遮断弁３２１は、ＥＣＵ６からの指令信号に応じて開閉する電磁弁である。インジェクタ３２２からの水素ガスの噴射量は、ＥＣＵ６によるＰＷＭ制御によって制御される。

【0025】

水素還流管３４には、水素排出管３３側から水素供給管３２側へガスを圧送する水素ポンプ３４１が設けられている。水素排出管３３には、スタック２側からカソード系４側へ向かって順に、アノード流路２１からガスと共に排出された水を貯留するキャッチタンク３３１と、水素循環流路内のガスをカソード系４側へ排出するパージ弁３３２と、が設けられている。水素ポンプ３４１は、ＥＣＵ６からの指令信号に応じて作動する。水素ポンプ３４１の回転数は、ＥＣＵ６によって制御される。パージ弁３３２は、ＥＣＵ６からの指令信号に応じて開閉する電磁弁である。

【0026】

またキャッチタンク３３１には、溜まった水を排出するためのドレイン管３５が設けられている。このドレイン管３５は、キャッチタンク３３１から水素排出管３３のうちパージ弁３３２の下流側に至る。ドレイン管３５にはドレイン弁３５１が設けられている。このドレイン弁３５１を開くと、キャッチタンク３３１内に溜まった水は、水素排出管３３を介してカソード系４の図示しない希釈器へ排出される。ドレイン弁３５１は、ＥＣＵ６からの指令信号に応じて開閉する電磁弁である。

【0027】

カソード系４は、エアコンプレッサ４１と、エアコンプレッサ４１からカソード流路２２の導入部に至る空気供給管４２と、カソード流路２２の排出部から図示しない希釈器に至る空気排出管４３と、空気排出管４３から分岐し空気供給管４２に至る空気還流管４５と、空気排出管４３と空気供給管４２とを接続する加湿器４６と、を含んで構成される。酸素を含んだガスの酸素循環流路は、空気供給管４２、カソード流路２２、空気排出管４３及び空気還流管４５によって構成される。

【0028】

エアコンプレッサ４１は、空気供給管４２を介してスタック２のカソード流路２２に外気を供給する。エアコンプレッサ４１は、ＥＣＵ６からの指令信号に応じて作動する。エアコンプレッサ４１の回転数は、ＥＣＵ６によって制御される。また空気排出管４３には、カソード流路２２内の圧力を調整するための背圧弁４３２が設けられている。背圧弁４３２は、ＥＣＵ６からの指令信号に応じて開閉する電磁弁である。発電中のスタック２のカソード流路２２内の圧力は、エアコンプレッサ４１で空気を供給しながら背圧弁４３２の開度を調整することにより、スタック２の発電状態に応じた適切な大きさに制御される。

【0029】

加湿器４６は、カソード流路２２から排出されたガスに含まれる水を回収し、回収した水を用いてエアコンプレッサ４１から供給される空気を加湿する。この加湿器４６の機能により、発電中のスタック２のＭＥＡは発電に適した程度に湿潤な状態に維持される。

【0030】

空気供給管４２には、加湿器４６をバイパスするバイパス管４７が設けられている。このバイパス管４７には、バイパス弁４７１が設けられている。バイパス弁４７１を開くと、エアコンプレッサ４１から供給される空気の多くはバイパス管４７を介して、すなわち加湿器４６を迂回してスタック２に供給される。バイパス弁４７１は、ＥＣＵ６からの指令信号に応じて開閉する電磁弁である。

【0031】

また、空気供給管４２及び空気排出管４３には、それぞれ入口封止弁４２１及び出口封止弁４３１が設けられている。これら封止弁４２１，４３１を閉じると、スタック２のカソード流路２２の内部は、外気から遮断される。これら封止弁４２１，４３１は、ＥＣＵ６からの指令信号に応じて開閉する電磁弁である。

【0032】

冷却装置５は、スタック２の内部を流路の一部として含む冷媒循環路５１と、冷媒循環路５１に設けられこの循環路５１内で冷媒を循環させるウォータポンプ５２と、冷媒循環路５１の一部となるラジエタ５３と、を備える。ウォータポンプ５２は、ＥＣＵ６からの指令信号に応じて作動する。ウォータポンプ５２の回転数は、ＥＣＵ６によって制御される。

【0033】

冷却装置５は、ウォータポンプ５２によって冷媒を循環しスタック２と冷媒との熱交換を促進するとともに、ラジエタ５３によって冷媒を冷却することにより、スタック２を保護するために定められた上限温度を上回らないようにする。

【0034】

ＥＣＵ６には、インピーダンスセンサ２４、カソード側温度センサ２５、アノード側温度センサ２６、冷媒温度センサ２７、電流センサ２８、及びセル電圧検出装置２９等の燃料電池システム１の状態を把握するための複数のセンサが接続されている。

【0035】

インピーダンスセンサ２４は、スタック２のインピーダンス抵抗値を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ６に送信する。スタック２のインピーダンス抵抗値は、スタック２の内部のＭＥＡの含水状態と相関関係がある。より具体的には、ＭＥＡの含水量が減少するほどインピーダンス抵抗値は増加する傾向がある。ＥＣＵ６は、インピーダンスセンサ２４によって検出されたインピーダンス抵抗値を用いることによって、間接的にＭＥＡの含水状態を取得することができる。電流センサ２８は、スタック２の出力電流を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ６に送信する。

【0036】

カソード側温度センサ２５は、カソード流路２２から排出されるガスの温度を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ６に送信する。アノード側温度センサ２６は、アノード流路２１から排出されるガスの温度を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ６に送信する。ＥＣＵ６は、これら温度センサ２５，２６の検出値を用いることによって、スタック２の内部温度を算出する。冷媒温度センサ２７は、循環路５１のうちスタック２から排出される冷媒の温度を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ６に送信する。

【0037】

セル電圧検出装置２９は、スタック２を構成する燃料電池セルの電圧（セル電圧）を検出する。セル電圧検出装置２９は、単セルごとに検出したセル電圧を平均したもの（平均セル電圧）や、検出したセル電圧のうち最も低いもの（最低セル電圧）をＥＣＵ６に送信する。

【0038】

またＥＣＵ６は、上記センサ２４〜２９等の各種センサの出力値の時間変化、及びエアコンプレッサ４１、バイパス弁４７１、背圧弁４３２、インジェクタ３２２、水素ポンプ３４１、パージ弁３３２、ドレイン弁３５１、及びウォータポンプ５２等の各種装置の運転履歴を電磁的手段によって記録する履歴記録装置６１を備える。

【0039】

スタック２のアノード流路２１内の滞留水の量や、カソード流路２２内の滞留水の量は、スタック２の発電態様によって変化する。ＥＣＵ６は、この履歴記録装置６１に記録された各種センサの出力値の履歴や各種装置の運転履歴を参照することによって、これらアノード流路２１内の滞留水の量やカソード流路２２内の滞留水の量を算出する。

【0040】

図示しない車両の運転席には、燃料電池システム１を起動したり停止したりするために運転者が操作可能なイグニッションスイッチＩＧが設けられている。イグニッションスイッチＩＧは、運転者によってオフからオンにされると、燃料電池システム１の起動指令信号をＥＣＵ６に出力する。ＥＣＵ６は、この起動指令信号を受信したことを契機として、スタックによる発電を開始させるシステム起動処理（図示せず）やスタックの暖機を促進する暖機制御（後述の図２参照）等を開始する。また、ＥＣＵ６は、システム起動処理が完了し、スタックによる発電が可能となった後は、後に図６〜９を参照して説明する手順に従ってスタックの状態に適した発電条件を選択し、選択した発電条件の下で発電制御を行う。イグニッションスイッチＩＧは、運転者によってオンからオフにされると燃料電池システム１の停止指令信号をＥＣＵ６に出力する。ＥＣＵ６は、この停止指令信号を受信したことを契機として、システム停止処理（図示せず）を開始する。

【0041】

図２は、燃料電池システムの始動時における暖機制御の手順を示すフローチャートである。この処理は、イグニッションスイッチからの起動指令信号を受信したことを契機として、ＥＣＵによって実行される。

【0042】

Ｓ１では、ＥＣＵは、スタックの発電に伴う昇温を促進する運転を行い、Ｓ２に移る。ここで、スタックの発電に伴う昇温を促進する運転とは、例えば、ウォータポンプの回転数を低減したり、回転を停止したりすることをいう。また例えば、スタックの暖機に有利ないわゆる低ＩＶ発電（スタックへの空気の供給量を低減することによって、スタックの内部抵抗を上昇させた状態での発電）を行ってもよい。Ｓ２では、ＥＣＵは、温度センサの出力に基づいてスタックの温度を取得し、Ｓ３に移る。Ｓ３では、ＥＣＵは、取得したスタックの温度が暖気制御の終了を判定するために定められた暖気終了判定温度より高いか否かを判定する。Ｓ３の判定がＮＯである場合には暖気制御を継続すべくＳ１に戻り、Ｓ３の判定がＹＥＳである場合には、この処理を終了する。

【0043】

図３は、本実施形態に係るスタックの発電制御において前提とするスタックの滞留水の生成及び排出モデルの内容を説明するための図である。図３の上段のタイムチャートは、発電中のスタックのインピーダンス抵抗値、ＭＥＡに含まれる水の量、及びスタックの負荷（出力電流）の変化を示す。図３の下段は、各時刻におけるスタック内部のガス流路（カソード流路又はアノード流路）内の水の状態を模式的に示す図である。

【0044】

図３の滞留水モデルでは、スタックの内部に存在する水分をＭＥＡに含まれるもの（膜含水）とガスの流路内に含まれるもの（滞留水）とに分けて考える。そして、膜含水は発電によって１次的に生成されるものとし、滞留水はＭＥＡの保水限界を超えた膜含水が徐々に時間をかけて流路内にしみ出したもの、すなわち膜含水が変化することによって２次的に生成されたものと考える。また、図３の滞留水モデルでは、スタックのインピーダンス抵抗値は、膜含水の量と直接の相関があるものと考える。このようなモデルに基づけば、スタック内のガス流路（カソード流路又はアノード流路）内で滞留水が生成されてからスタックの外へ排出されるまでの滞留水の流れは、スタックの負荷（例えば、出力電流）とスタックのインピーダンス抵抗値を用いて、図３の下段のように表現することができる。

【0045】

例えば、時刻ｔ１〜ｔ３までの間では、スタックの出力電流は増加し減少する。このようなスタックの出力電流の変化にやや遅れて、時刻ｔ２〜ｔ４までの間では、ＭＥＡの含水量が増加し減少する。上述のようにインピーダンス抵抗値はＭＥＡの含水量と相関があるので、このようなＭＥＡの含水量の変化は、インピーダンス抵抗値の増減として検出される。ここで図３の滞留水モデルでは、滞留水は保水限界を超えた膜含水がしみ出したものとしてあつかう。したがってインピーダンス抵抗値が所定値よりも小さくなった時刻ｔ２〜ｔ４までの間は、ガス流路内に新たに滞留水が生成される区間となる。時刻ｔ２〜ｔ４までの間に生成された滞留水は、時刻ｔ４以降、流路内を流れるガスとともに外に押し出される。

【0046】

その後、時刻ｔ５〜ｔ７までの間では、スタックの出力電流は再び増加し減少する。これによって、時刻ｔ６〜ｔ８までの間では、時刻ｔ２〜ｔ４までの間に生成された滞留水がスタックの外へ排出される前に、再び新たな滞留水が生成される。そして時刻ｔ６〜ｔ８までの間に生成された滞留水は、時刻ｔ６移行、流路内を流れるガスとともに外に押し出され、時刻ｔ９には全てスタックの外に排出される。これにより、スタック内部のガス流路には滞留水がほぼ存在しない状態となる。

【0047】

以上のような滞留水モデルに基づけば、滞留水は含水量が保水限界を超えてしみ出したものととらえられることから、含水量を制御すれば滞留水の量もある程度制御することができる。

【0048】

図４は、図３の滞留水モデルに基づいて、滞留水の有無を判定する処理の手順を示すフローチャートである。より具体的には、図４の処理は、上記滞留水モデルを用いてスタックの内部のガス流路（カソード流路及びアノード流路）内に滞留水が存在するか否かを判定し、判定結果に応じて滞留水の有無を示す滞留水フラグを“０”（滞留水無し）と“１”（滞留水有り）とで切り替える処理である。この処理は、イグニッションスイッチからの起動指令信号を受信したことを契機として、ＥＣＵによって所定の制御周期の下で繰り返し実行される。

【0049】

Ｓ１１では、ＥＣＵは、インピーダンス抵抗の検出値が所定の滞留水発生閾値より大きいか否かを判定する。インピーダンス抵抗の検出値が滞留水発生閾値より大きい場合には、滞留水は発生しないと判断でき（Ｓ１２参照）、検出値が滞留水発生閾値以下である場合には、滞留水は発生したと判断できる（Ｓ１３参照）。スタックのインピーダンス抵抗値は膜含水量が増えるほど小さくなり、滞留水は膜含水量が保水限界を超えると発生する。Ｓ１１における滞留水発生閾値は、インピーダンス抵抗の検出値に基づいて滞留水の発生の有無を判定するために定められる閾値であり、図９を参照して説明する後述の過加湿下限値と同じか、ほぼ同じ値に設定される。またこの滞留水発生閾値は、固定値でもよいし、スタックの内部温度に応じて変化させてもよい。

【0050】

Ｓ１１の判定がＮＯである場合には、ＥＣＵは、滞留水が新たに発生したと判断し（Ｓ１３参照）、排水カウンタの値を所定の最大値にリセットする（Ｓ１４参照）。ここで「排水カウンタ」とは、ガス流路のうち滞留水が存在する位置からガス流路の出口位置までの距離に相当する。ガス流路内ではどこでも滞留水は発生し得る。図４の処理では、排出するまでにかかる時間が最も長くなる場合を想定し、新たな滞留水は常にガス流路の入口側で発生するものと仮定する。よって、Ｓ１４における最大値は、例えばガス流路の全長に設定される。

【0051】

ところで、滞留水が発生する位置や発生しない位置は、スタックの仕様や内部温度等に基づいてある程度推定できる場合がある。例えば、ガス流路の入口近傍では滞留水が生成されにくく、またこの滞留水が生成されにくい領域はスタックの内部温度が上昇するほどガス流路の内部に広がる場合がある。したがってＳ１４の最大値は、上述のように固定値としてもよいし、その都度スタックの仕様や内部温度等に基づいて滞留水が発生する位置を推定し、これに応じて変化させてもよい。

【0052】

Ｓ１５では、ＥＣＵは、スタックの運転条件に基づいて排水速度を決定する。ここで「排水速度」とは、図４の制御周期の間に滞留水がガス流路に沿って流れる距離に相当する。またここで、排水速度を決定する「スタックの運転条件」とは、例えば、現在実行中の発電モードの種類（例えば、後述の図５に示すように、排水発電モード、通常発電モード、乾燥発電モード、及び湿潤発電モード等）や、スタックの出力電流に対する要求値等であるが、本発明はこれらに限らない。排水速度は、例えば図４に例示するように発電モード毎に定められたマップを用い、スタックの出力電流に対する要求値に基づいて定められる。図４に示すように、要求値が小さくなるほど排水速度は小さな値に設定される。従って、要求値が小さくなるほど、生成された滞留水がスタックの外に排出されるまでにかかる時間が長くなる。なお、等しい要求値の下でこれら４つの発電モードの間で排水速度を比較した場合、排水モードの排水速度が最も大きい。

【0053】

Ｓ１６では、排水カウンタの値からＳ１５で算出した排水速度だけ減算することによって、排水カウンタの値を更新する。なお演算の便宜上、排水カウンタの最小値は０とする。Ｓ１７では、排水カウンタが０以下であるか否かを判定する。排水カウンタが０以下である場合には、ガス流路内の滞留水量は０である（すなわち、ガス流路内には滞留水が存在しない）と判断し、これを明示すべく滞留水フラグを０にする（Ｓ１８参照）。また排水カウンタが０より大きい場合には、ガス流路内の滞留水量は０でない（すなわち、ガス流路内に滞留水が存在する）と判断し、これを明示すべく滞留水フラグを１にする（Ｓ１９参照）。なお、この図４の処理において所定の制御周期ごとに更新された滞留水フラグは、後に図７，９等を参照して説明する処理において適宜参照される。

【0054】

次に、本実施形態で定義されているスタックの４つの発電モードについて説明する。ＥＣＵは、それぞれ機能の異なる４種類の発電条件の下で発電制御を行うことが可能となっている。ここで発電条件とは、スタックによる発電を行うために必要な各種装置の制御態様をいう。また、発電を行うために必要な各種装置とは、例えば、加湿器のバイパス弁４７１、エアコンプレッサ４１、背圧弁４３２、及びウォータポンプ５２等をいう。本実施形態では、基準条件と、湿潤条件と、乾燥条件と、排水条件と、の４種類の発電条件が定義されている。なお以下では、基準条件の下で発電制御を行うことを通常発電モードによる発電といい、湿潤条件の下で発電制御を行うことを湿潤発電モードによる発電といい、乾燥条件の下で発電制御を行うことを乾燥発電モードによる発電といい、排水条件の下で発電制御を行うことを排水発電モードによる発電ともいう。

【0055】

図５は、４種類の発電条件を機能面から比較した表である。より具体的には、等しい環境条件（例えば、要求電流値や外気温度等）の下で定常的に発電を行った場合におけるＭＥＡの含水量及び滞留水の量の単位時間当たりの変化量を、基準条件を基準として比較した図である。

【0056】

ところで、図３を参照して説明した滞留水モデルが成立する条件は、スタックの含水量及び滞留水の量が共に所定の範囲内である場合に限られる。例えば、スタックの出力電流が急激に低下するとスタックの含水量及び滞留水の量は共に短時間で増加する場合があり、このような場合には上述の滞留水モデルは成立しなくなる場合がある。図５の上段及び下段には、スタックの含水量及び滞留水の量が図３の滞留水モデルが成り立つ程度に抑えられている場合と、スタックの含水量及び滞留水の量が図３の滞留水モデルが成り立たないほど多い場合とに分けて示す。

【0057】

図５に示すように、湿潤条件は、基準条件、乾燥条件、及び排水条件よりも含水量が増加するように定められる。また湿潤条件は、基準条件、乾燥条件、及び排水条件よりも滞留水の量が増加するように定められる。乾燥条件は、基準条件よりも速やかに含水量が少なくなるように定められる。また乾燥条件は、基準条件よりも滞留水の量が速やかに少なくなるように定められる。

【0058】

スタックの含水量及び滞留水の量が図３の滞留水モデルが成り立つ程度に抑えられている場合には、排水条件は、少なくとも基準条件よりも滞留水の量が速やかに少なくなるように定められる。また含水量の変化については、排水条件は基準条件とほぼ同等になるように定められる。

【0059】

スタックの含水量及び滞留水の量が図３の滞留水モデルが成り立たないほど多い場合には、排水条件は、基準条件及び乾燥条件よりも滞留水の量が速やかに少なくなるように定められる。また排水条件は、基準条件及び乾燥条件よりも含水量が速やかに少なくなるように定められる。

【0060】

次に、図５に示すような機能を実現するための各発電条件の具体的な制御態様の一例について説明する。

【0061】

＜加湿器のバイパス弁について＞
湿潤条件は、基準条件よりも加湿器による空気の加湿量が多くなるように定められる。また乾燥条件は、基準条件よりも加湿器による空気の加湿量が少なくなるように定められる。なお、加湿器による空気の加湿量とは、具体的には加湿器によって空気に供給される水の単位時間当たりの量をいうものとする。従って加湿器のバイパス弁の開度は、湿潤条件の下で発電制御を行う場合、基準条件の下で発電制御を行う場合よりも閉弁側になるように制御され、乾燥条件の下で発電制御を行う場合、基準条件の下で発電制御を行う場合よりも開弁側になるように制御される。これにより湿潤発電モード中は通常発電モード中よりも湿った空気がスタックに供給され、乾燥発電モード中は通常発電モード中よりも乾いた空気がスタックに供給される。なお、乾燥条件の下では、加湿器のバイパス弁は全開とし、加湿器による空気の加湿量を最小にすることが好ましい。

【0062】

＜エアコンプレッサ及び背圧弁について＞
湿潤条件は、基準条件よりもスタックのカソード流路を流れる空気の体積流量が少なくなるように定められる。一方乾燥条件は、基準条件よりも体積流量が多くなるように定められる。また排水条件は、基準条件及び乾燥条件よりも体積流量がさらに多くなるように定められる。したがって、エアコンプレッサから新たに供給される空気の供給量（すなわち、エアコンプレッサの回転数）は、湿潤条件の下では基準条件よりも小さくなるように制御され、乾燥条件の下では、基準条件よりも大きくなるように制御され、排水条件の下では、基準条件及び乾燥条件のどちらよりも大きくなるように制御される。また同時に、スタックのカソード流路内の圧力を調整する背圧弁の開度は、湿潤条件の下では、基準条件よりも閉側（増圧側）へ小さくなるように制御され、乾燥条件の下では、基準条件よりも開側（減圧側）へ大きくなるように制御され、排水条件の下では、基準条件及び乾燥条件のどちらよりも開側（減圧側）へ大きくなるように制御される。

【0063】

＜ウォータポンプについて＞
湿潤条件は、基準条件よりも冷媒の循環量が多くなるように定められる。また乾燥条件は、基準条件よりも冷媒の循環量が少なくなるように定められる。なお、冷媒の循環量とは、具体的にはウォータポンプを駆動することによってスタックに供給される冷媒の単位時間当たりの量をいうものとする。従って湿潤条件の下で発電制御を行う場合、基準条件の下で発電制御を行う場合よりも冷媒の循環量が多くなるように、ウォータポンプの回転数を高めに設定する。また乾燥条件の下で発電制御を行う場合、基準条件の下で発電制御を行う場合よりも冷媒の循環量が少なくなるように、ウォータポンプの回転数を低めに設定する。なお、以上のようにして発電条件ごとに冷媒の循環量を変化させる場合、ウォータポンプの回転数を増減するかわりにウォータポンプの間欠運転におけるオフ時間とオン時間との比を増減させてもよい。

【0064】

ところでエアコンプレッサやウォータポンプを駆動すると、僅かながら振動や騒音が発生するため、発電条件にかかわらずこれらの回転数はできるだけ低い方が好ましい。よって、加湿器による空気の加湿量を調整するのみで上述の４種類の発電条件の機能を達成できる場合は、空気の体積流量や冷媒の循環量等はこれら４種類の発電条件で積極的に差を設ける必要はない。

【0065】

以上のように、湿潤条件は、ＭＥＡの含水量が少なめ（乾燥気味）である場合に、これを速やかに湿潤にする際に適した発電条件である。逆に、乾燥条件は、ＭＥＡの含水量が多め（湿潤気味）である場合に、これを速やかに乾燥させる際に適した発電条件である。従って、適切なタイミングで湿潤発電モード又は乾燥発電モードによって発電を行うことにより、スタックの含水量を発電に適した所定の範囲内で維持することができる。以下では、例えばインピーダンスセンサの検出値に基づいて定めたタイミングで湿潤発電モード又は乾燥発電モードによる発電を行うことによって含水量を制御することを含水量制御という。

【0066】

排水条件は、滞留水が多めである場合に、これを速やかにスタックの外に排出する際に適した発電条件である。また図５の下段の表に示すように、スタックの含水量及び滞留水の量が図３の滞留水モデルが成り立たないほど多い場合には、排水条件の下で発電制御を行うことにより、含水量と滞留水との両方を速やかにスタックの外に排出することができる。以下では、例えば図４の処理によって算出された滞留水の量に基づいて定めたタイミングで排水発電モードによる発電を行うことによって滞留水の量を制御することを滞留水制御という。

【0067】

図６は、発電条件選択処理の手順を示すフローチャートである。この発電条件選択処理とは、上述のように効果が異なる４種類の条件から最適な発電条件を選択する処理である。この処理は、イグニッションスイッチからの起動指令信号を受信した後、スタックによる発電が可能となったことに応じて、ＥＣＵによって所定の制御周期の下で繰り返し実行される。

【0068】

Ｓ２１では、ＥＣＵは、運転履歴記録装置のスタック電流の履歴を参照し、現在から所定時間の間におけるスタック電流の低下率（過去のスタック電流値−現在のスタック電流値／所定時間）を算出する。Ｓ２２では、算出した低下率が所定の出力低下率閾値より大きいか否かを判定する。例えばスタック電流が大きくなる場合とは、例えば運転者が急加速を要求した場合に相当する。またスタック電流が小さくなる場合とは、例えば運転者が加速を要求した後、急減速を要求した場合や、加速後にクルーズ走行を要求した場合に相当する。このようにスタック電流が一旦大きくなった後、急激に低下した直後は、スタックの含水量制御や滞留水制御（後述の図７や図９等参照）によるスタック内部の水分量の適正化が追い付かず、スタックの内部はＭＥＡ及びガス流路ともに湿潤気味になっている場合が多い。Ｓ２１及びＳ２２の処理は、スタックの内部が全体的に過加湿になっていることを、スタック電流の低下率に基づいて推定する処理である。Ｓ２２の出力低下率閾値の具体的な値は、このような目的の下で予め試験を行うことにより定められる。

【0069】

Ｓ２２の判定がＮＯである場合には、ＥＣＵは、スタックの最低セル電圧が所定の閾値以下であるか否かを判定する（Ｓ２３参照）。何等かの理由によってスタックの含水量制御や滞留水制御（後述の図７や図９等参照）が機能しなかった結果、スタックの内部が過剰に湿潤になってしまうフラッディングが生じてしまい、スタックの最低セル電圧が大きく低下する場合がある。Ｓ２３の処理は、スタックの内部が全体的に過加湿になっていることを、スタックの最低セル電圧の低下に基づいて推定する処理である。Ｓ２３の最低セル電圧に対する閾値の具体的な値は、このような目的の下で予め試験を行うことにより定められる。

【0070】

Ｓ２２及びＳ２３の判定が何れもＮＯである場合には、ＥＣＵは、滞留水制御よりも含水量制御を上位として適切な発電条件を選択する図７の処理を実行する。一方、Ｓ２２及びＳ２３の判定のうち何れかがＹＥＳである場合には、ＥＣＵは、過加湿気味となっているスタックの内部の水分を速やかに排出すべく、含水量制御よりも滞留水制御を上位として適切な発電条件を選択する図９の処理を実行する。

【0071】

図７は、含水量制御優先時における発電条件選択処理の手順を示すフローチャートである。図７に示すように、含水量制御優先時には、インピーダンス抵抗の検出値を所定の適正範囲内に収めようとする含水量制御は、滞留水の量を所定値以下に制限するための滞留水制御よりも上位に設定される。

【0072】

Ｓ３１では、ＥＣＵは、インピーダンス抵抗値が所定の過加湿下限値と過乾燥上限値とによって特定される適正範囲内であるか、過加湿下限値以下であるか、又は過乾燥上限値より大きいかどうかを判定する。インピーダンス抵抗値が過加湿下限値以下である場合、スタックは過加湿状態であると判定される。発電中のスタックが過加湿状態になると、発電が不安定になったり、スタックが劣化したりするおそれがある。またインピーダンス抵抗値が過乾燥上限値より大きい場合、スタックは過乾燥状態であると判定される。発電中のスタックが過加湿状態になると、スタックが劣化したり、出力が低下したりするおそれがある。したがって、発電中のインピーダンス抵抗値はできるだけ上記適正範囲内であることが好ましい。なおこれら過加湿下限値及び過乾燥上限値も上述の滞留水発生閾値と同様に固定値でもよいし、スタックの内部温度に応じて変化させてもよい。

【0073】

Ｓ３１においてスタックは過乾燥状態であると判定された場合、ＥＣＵは、湿潤条件をスタックの発電条件として選択する（Ｓ３２参照）。図５を参照して説明したように湿潤条件の下では、スタックの含水量は増加側へ変化するので、インピーダンス抵抗値は適正範囲内に向けて減少する。

【0074】

Ｓ３１においてスタックは過加湿状態であると判定された場合、ＥＣＵは、Ｓ３３に移り、暖機制御（図２参照）が完了しているか否かを判定し、暖機制御が完了している場合には乾燥条件をスタックの発電条件として選択する（Ｓ３４参照）。図５を参照して説明したように乾燥条件の下では、スタックの含水量は減少側へ変化するので、インピーダンス抵抗値は適正範囲内へ向けて増加する。なお、Ｓ３４において暖機制御が完了していないと判定された場合には、ＥＣＵは、Ｓ３１の判定結果によらず、後に説明するように排水条件をスタックの発電条件として選択する（Ｓ３６参照）。

【0075】

Ｓ３１においてインピーダンス抵抗値は適正範囲内であると判定された場合、ＥＣＵは、滞留水フラグが１であるか否かを判定する（Ｓ３５参照）。Ｓ３５において滞留水フラグが１であると判定された場合、すなわちガス流路の中に滞留水が未排出で残っていると推定される場合には、ＥＣＵは、排水条件をスタックの発電条件として選択する（Ｓ３６参照）。図５を参照して説明したように、排水条件は他の発電条件よりも排水速度が高くなるため、排水条件の下では滞留水は速やかに排出される。また、Ｓ３５において滞留水フラグが０であると判定された場合には、ＥＣＵは、基準条件をスタックの発電条件として選択する（Ｓ３７参照）。

【0076】

図８は、図７の処理の下で発電条件を選択した場合の一例を示すタイムチャートである。図７の処理によって実現される発電モードの遷移の一例について、図８を参照しながら説明する。図８には、図３と同様に時刻ｔ１〜ｔ３及び時刻ｔ５〜ｔ７にかけてスタック電流が一時的に増減した場合を示す。

【0077】

図８に示すように、時刻ｔ１においてスタック電流が増加すると、その後やや遅れてＭＥＡの含水量が増加するとともにインピーダンス抵抗値が減少する。時刻ｔ２では、インピーダンス抵抗値が過加湿下限値を下回ったことに応じて過加湿状態であると判定される（図７のＳ３１参照）。これにより、その後時刻ｔ４においてインピーダンス抵抗値が再び過加湿下限値を上回り過加湿状態でないと判定されるまで、発電モードはＭＥＡの乾燥を促進するように設定された乾燥発電モードとなる（乾燥発電工程）。また時刻ｔ２では、インピーダンス抵抗値が上記過加湿下限値とほぼ同じ値に定められた滞留水判定閾値（図４のＳ１１参照）を下回ったことに応じて、排水カウンタが最大値にリセットされる（図４のＳ１４参照）。なお、この排水カウンタは、インピーダンス抵抗値が滞留水判定閾値を下回っている間は繰り返し最大値にリセットされる（図４のＳ１４参照）。

【0078】

その後、時刻ｔ４ではインピーダンス抵抗値が加湿下限値及び滞留水判定閾値を上回る。すなわち、時刻ｔ４では、含水量は発電に適した範囲内に収まるとともに新たな滞留水の生成がストップする。このため時刻ｔ４では、ＭＥＡの乾燥を促進する乾燥発電モードは終了する（図７のＳ３１参照）。また時刻ｔ４では、新たな滞留水の生成がストップしたことに応じて排水カウンタの減算が開始する（図４のＳ１６参照）。また時刻ｔ４以降は、膜の含水量が適正範囲内に収まった代わりに、スタックのガス流路内には滞留水が残った状態となる。ガス流路内の滞留水が排出されるまで、より具体的には排水カウンタが０になるまで（図４のＳ１７参照）、発電モードは排水発電モードとなる（図７のＳ３６参照）。

【0079】

その後、時刻ｔ５においてスタック電流が増加したことに応じて、時刻ｔ６では再びインピーダンス抵抗値が過加湿下限値及び滞留水判定閾値を下回る。これによって時刻ｔ２と同様に、発電モードは排水発電モードから乾燥発電モードに移行し、排水カウンタが最大値にリセットされる。

【0080】

時刻ｔ８ではインピーダンス抵抗値が過加湿下限値及び滞留水判定閾値を上回り、これによって時刻ｔ４と同様に、発電モードは乾燥発電モードから排水発電モードに移行し、排水カウンタの減算が開始する。時刻ｔ８以降は、インピーダンス抵抗値が過加湿下限値及び滞留水判定閾値を超えた状態が維持され、これにより排水カウンタは徐々に減少し、時刻ｔ９において０となる。これにより時刻ｔ９では排水発電モードが終了し、これ以降、発電モードは通常発電モードとなる。以上のように図７の処理によれば、乾燥発電モードが終了した後は、排水カウンタが０になるまでの待ち時間が経過するまで排水発電モードで発電が行われる。

【0081】

図９は、滞留水制御優先時における発電条件選択処理の手順を示すフローチャートである。図９に示すように、滞留水制御優先時は、溜まっていると推定される滞留水の積極的な排出を優先すべく、図７の処理とは逆に滞留水制御は含水量制御よりも上位に設定される。

【0082】

Ｓ５１では、ＥＣＵは、滞留水フラグが１であるか否かを判定する。滞留水フラグが１であると判定された場合、ＥＣＵは、インピーダンス抵抗の検出値によらず排水条件をスタックの発電条件として選択する（Ｓ５２参照）。これにより、ガス流路に溜まっている滞留水の排出が促進される。また図９の処理が実行される場合には、含水量及び滞留水の量が共に過剰になっている場合が多い。このような状況の下では、図５の下段を参照して説明したように、排水条件でも乾燥条件よりも多くの量の膜含水を減らすことができる。したがって、図９の処理では含水量制御よりも滞留水制御を上位とし、発電条件として優先的に排水条件を選択することにより、滞留水を速やかに排出しつつ同時に膜含水の量も適正な量まで速やかに減らすことができる。

【0083】

Ｓ５３では、ＥＣＵは、インピーダンス抵抗値が適正範囲内であるか、過加湿下限値以下であるか、又は過乾燥上限値より大きいかどうかを判定する。Ｓ５３においてスタックは過乾燥状態であると判定された場合（すなわち、インピーダンス抵抗値が過乾燥上限値より大きい場合）、ＥＣＵは、過乾燥状態を解消すべく湿潤条件を発電条件として選択する（Ｓ５４参照）。またＳ５３においてインピーダンス抵抗値は適正範囲内であると判定された場合には、ＥＣＵは、基準条件をスタックの発電条件として選択する（Ｓ５７参照）。

【0084】

Ｓ５３においてスタックは過加湿状態であると判定された場合（すなわち、インピーダンス抵抗値が過加湿下限値より小さい場合）、ＥＣＵは、暖機制御が完了しているか否かを判定し（Ｓ５５参照）、暖機制御が完了している場合には乾燥条件を発電条件として選択する（Ｓ５６参照）。なお、Ｓ５５において暖機制御が完了していないと判定された場合には、ＥＣＵは、Ｓ５３の判定結果によらず、排水条件をスタックの発電条件として選択する。

【0085】

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限るものではない。本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜変更してもよい。

【符号の説明】

【0086】

１…燃料電池システム
２…スタック（燃料電池）
３…カソード系（酸化剤ガス供給装置）
４…アノード系（燃料ガス供給装置）
２４…インピーダンスセンサ（インピーダンス検出装置）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】