JP4935563B2 - 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池システムおよびその制御方法に関する。

従来より、燃料極に燃料ガス（例えば、水素）が供給されるとともに、酸化剤極に酸化剤ガス（例えば、空気）が供給されることにより、これらのガスを電気化学的に反応させて発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムが知られている。この燃料電池では、燃費向上の観点から、燃料極から排出される余剰の燃料ガスを、循環流路を介して燃料ガスの供給側へと循環させる構成となっている。ところで、酸化剤ガスとして空気を用いた場合、空気中の不純物（例えば、窒素）が酸化剤極から燃料極に透過するため、燃料極を含む循環流路内の不純物濃度が増加し、水素分圧が低下する傾向となる。そのため、燃料極から排出される排出ガス（窒素といった不純物、未使用な水素等を含むガス）は、循環流路に接続する排出流路に設けられたパージバルブの開閉状態を切り替えることにより、排出流路を介して外部に排出し、これにより、不純物量の管理を行っている。

このような燃料電池システムは、システムからの電力供給を受けて駆動する移動体（例えば、車両）に搭載されており、燃料電池において発電された電力を駆動用モータや燃料電池を動作させるための補機類に供給している。また、このようなシステムでは、燃料電池からの電力不足を補うために二次電池も組み込まれている。

この類の燃料電池システムでは、通常、システムに要求される要求電力を燃料電池による発電によって供給する通常発電モードにて運転を行っているが、所定の切替条件を具備した場合には、燃費向上の観点から、燃料電池による発電を休止して、システムに要求される要求電力を蓄電手段から供給する発電休止モードにて運転を行う。運転モードを通常発電モードから発電休止モードに切り替える場合には、燃料電池を停止させ、これを次回起動した際に、燃料電池の性能低下が起こるか否かを判定していた。この判定により、性能低下が起こると判定された場合には、切替条件に基づいて発電休止モードを選択したにも関わらず、燃料電池が発電を行うように制御を行っている。ここで、燃料電池に供給するガス中の不純物濃度が所定値以上であれば、燃料電池の性能低下が起こると判定していた。
特開２００５−２６０５４号公報

ところで、燃費の向上を図るためには、発電休止モードを長期的に継続することが好ましい。そのため、発電休止モード中に、不純物量が増加することを考慮した場合には、通常発電モードにおける不純物量の目標管理値を小さい値に設定する必要がある。しかしながら、不純物量の目標管理値を小さい値に設定した場合には、パージバルブ上流での不純物濃度が低下し、不純物と同時に排出される水素流量が増加してしまい、通常発電モードにおける燃費が悪化してしまうという問題がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、不純物量の目標管理値を適切に設定することにより、通常発電モード中の燃費悪化の抑制と、発電休止モードによる燃費向上との両立を図ることである。

かかる課題を解決するために、本発明は、通常発電モードから発電休止モードに運転モードの切り替えが発生する確率が高いほど、燃料極を含む循環流路内の不純物量の目標管理値が低く設定される。そして、この設定された不純物量の目標管理値に基づいて、排出流路を介して排出される、燃料極を含む循環流路内の窒素の排出量が調整される。

本発明によれば、切り替えられる運転モードを考慮して、燃料極を含む循環流路内の不純物量を管理することができる。これにより、運転モードが切り替わっても窒素量を一律に管理する場合と比較して、個々の運転モードにおける窒素量を最適に管理することができる。そのため、通常発電モード中の燃費悪化を抑制することができるとともに、発電休止モードによる燃費向上との両立を図ることができる。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる燃料電池システムの全体構成を示すブロック図である。この燃料電池システムは、例えば、車両に搭載されて、その電源として機能している。

燃料電池システムは、固体高分子電解質膜を挟んで酸化剤極と燃料極とを対設した燃料電池構造体をセパレータで挟持して、これを複数積層して構成される燃料電池スタック（燃料電池）１を備える。この燃料電池スタック１は、燃料極に燃料ガスが供給されるとともに、酸化剤極に酸化剤ガスが供給されることにより、これらのガスを電気化学的に反応させて発電電力を発生する。本実施形態では、燃料ガスとして水素を、酸化剤ガスとして酸素を用いるケースについて説明する。

この燃料電池スタック１を備える燃料電池システムには、燃料電池スタック１に水素を供給するための水素系と、燃料電池スタック１に空気を供給するための空気系と、燃料電池スタック１を冷却するための冷却系とが備えられている。

水素系において、燃料ガスである水素は、燃料タンク１０（例えば、高圧水素ボンベ）に貯蔵されており、この燃料タンク１０から水素供給流路Ｌ１を介して燃料電池スタック１に供給される。具体的には、燃料タンク１０の下流には燃料タンク元弁（図示せず）が設けられており、この燃料タンク元弁が開状態となると、燃料タンク１０からの高圧水素ガスは、その下流に設けられた減圧弁（図示せず）によって機械的に所定の圧力まで減圧される。減圧された水素ガスは、減圧弁よりも下流に設けられた水素調圧バルブ１１によって更に減圧された後に、燃料電池スタック１に供給される。水素調圧バルブ１１は、燃料電池スタック１へ供給される水素圧力（燃料極における水素の圧力）が所望の値となるように、後述するコントロールユニット４０によってその開度が制御される。

燃料極から排出される排出ガス（未使用の水素を含むガス）は、水素循環流路（循環流路）Ｌ２へと導入される。この水素循環流路Ｌ２は、他方の端部が水素調圧バルブ１１よりも下流側の水素供給流路Ｌ１に接続されており、水素循環流路Ｌ２には、例えば、水素循環ポンプ１２といった水素循環手段が設けられている。この水素循環ポンプ１２を駆動することにより、燃料極側からの排出ガスは、水素循環流路Ｌ２を通り水素供給流路Ｌ１（すなわち、燃料極における水素の供給側）へと循環される。水素循環ポンプ１２の駆動量、すなわち、その回転数は、燃料電池スタック１へ供給される水素流量が目標水素流量となるように、コントロールユニット４０によって制御される。

ところで、酸化剤ガスとして空気を用いるケースでは、空気中の不純物が酸化剤極から燃料極に透過するため、燃料極を含む水素循環流路Ｌ２内での不純物が増加し、水素分圧が減少する傾向となる。ここで、不純物は、燃料ガスである水素以外の非燃料ガス成分であり、代表的には窒素を挙げることができる（以下、本実施形態では、便宜上、不純物を窒素のみとして説明を行う）。不純物量、すなわち、窒素量が多くなりすぎると、燃料電池スタック１の出力が低下したり、水素循環ポンプ１２によって水素を循環させることができなくなったりして、安定した発電を行うことができなくなる。そのため、燃料極および水素循環流路Ｌ２内の窒素量を管理する必要がある。そこで、水素循環流路Ｌ２には、これを流れるガスを外部に排出する排出流路Ｌ３が設けられている。この排出流路Ｌ３には、パージバルブ（排出量調整手段）１３が設けられており、このパージバルブ１３の開き量を調整することにより、排出流路Ｌ３を介して外部に排出される窒素量を調整することができる。また、排出流路Ｌ３には、水素希釈装置１４が設けられており、窒素を排出する際に同時に排出される水素は、この水素希釈装置１４によって、車外へ放出する前に空気と混ぜ合わされて希釈される。パージバルブ１３は、後述するように、その開き量がコントロールユニット４０によって制御される。これにより、燃料極および水素循環流路Ｌ２内に存在する窒素量を、発電性能および循環性能が維持できるように管理することができる。

空気系において、酸化剤ガスである空気は、例えば、大気がコンプレッサ２０によって取り込まれた後に加圧され、加圧空気は空気供給流路Ｌ４を介して燃料電池スタック１に供給される。この空気供給流路Ｌ４には、加湿装置（図示せず）が設けられており、燃料電池スタック１に供給される空気は、燃料電池スタック１の発電性能を低下させない程度に加湿される。燃料電池スタック１からの排出ガス（酸素が消費された空気）は、空気排出流路Ｌ５を介して外部に排出される。この空気排出流路Ｌ５には、空気調圧バルブ２１が設けられている。この空気調圧バルブ２１は、燃料電池スタック１へ供給される空気圧力（酸化剤極における空気圧力）が目標空気圧力となるように、その開度がコントロールユニット４０によって制御される。また、コンプレッサ２０の駆動量、すなわち、その回転数は、目標空気圧力を加味した上で、燃料電池スタック１へ供給される空気流量が所望の値となるように、コントロールユニット４０によって制御される。

冷却系は、燃料電池スタック１を冷却する冷却水が循環する閉ループ状の冷却流路Ｌ６を有しており、この冷却流路Ｌ６には、冷却水を循環させる冷却水循環ポンプ３１が設けられている。この冷却水循環ポンプ３１を動作させることにより、冷却流路Ｌ６内の冷却水が循環する。また、冷却流路Ｌ６には、ラジエータ３２と、このラジエータ３２を送風するファン３３が設けられている。燃料電池スタック１の冷却によって温度が上昇した冷却水は、冷却流路Ｌ６を経由して、ラジエータ３２へと流れ、ラジエータ３２によって冷却される。冷却された冷却水は、燃料電池スタック１へと供給される。冷却流路Ｌ６は、燃料電池スタック１内においてその流路が細かく分岐しており、これにより、燃料電池スタック１は、その内部が全体に亘って冷却されるようになっている。冷却水循環ポンプ３１およびファン３３の駆動量は、燃料電池スタック１から排出される冷却水温度に基づいて、コントロールユニット４０によって制御される。

燃料電池スタック１には、電力取出装置２が接続されている。この電力取出装置２は、コントロールユニット４０によって制御され、燃料電池スタック１から必要な電力を取り出して、この取り出した電力を、車両を駆動する電動モータ３へと供給する。

電力取出装置２および電動モータ３には、二次電池（蓄電手段）４が並列的に接続されており、この二次電池４は、次に示すような機能を担っている。第１に、燃料電池スタック１で発電を行うために動作させる種々の補機（例えば、コンプレッサ２０や水素循環ポンプ１２）に対して、それを駆動するために必要な電力を供給する。第２に、システムに要求される電力（要求電力）に対し、燃料電池スタック１の発電電力が不足する場合、不足分の電力を電動モータ３に供給する。第３に、燃料電池スタック１の発電電力が要求電力に対して余剰となった場合、余剰分の電力を蓄電し、また、電動モータ３の回生電力を蓄電する。

図２は、コントロールユニット４０を示すブロック図である。コントロールユニット４０は、システム全体を統合的に制御する機能を担っており、制御プログラムに従ってシステムの各部を制御することにより、燃料電池スタック１の運転状態を制御する。コントロールユニット４０としては、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェースを主体に構成されたマイクロコンピュータを用いることができる。このコントロールユニット４０は、システムの状態に基づいて、各種の演算を行い、この演算結果を制御出力として各種のアクチュエータに出力し、パージバルブ１３、水素調圧バルブ１１、水素循環ポンプ１２、電力取出装置２といった種々の要素を制御する。また、コントロールユニット４０には、システムの状態を検出するために、各種のセンサなどの信号が制御入力として入力されている。

バッテリコントローラ５は二次電池４に蓄電された電力の残量（電力残量）、および、二次電池４から出力可能な電力に関する最高出力に対する割合（出力可能電力）をバッテリ情報Ｂｉとして検出しており、このバッテリコントローラ５からバッテリ情報Ｂｉがコントロールユニット４０に入力される。アクセル開度センサ６は車両のアクセルペダル（図示せず）の操作量（以下「アクセル開度」という）θａ、すなわち、操作者であるドライバーからの加速要求値を検出しており、このアクセル開度センサ６からアクセル開度θａがコントロールユニット４０に入力される。車速センサ７は車速Ｖｃを検出しており、この車速センサ７から車速Ｖｃがコントロールユニット４０に入力される。電圧センサ８は、各セル毎、または、複数のセル群毎の電圧Ｖｏを検出しており、この電圧センサ８から電圧Ｖｏがコントロールユニット４０に入力される。水素圧力センサ１５は、燃料電池スタック１の燃料極に供給される水素圧力Ｐｈを検出しており、この水素圧力センサ１５から水素圧力Ｐｈがコントロールユニット４０に入力される。空気圧力センサ２２は、燃料電池スタック１の酸化剤極に供給される空気圧力Ｐａを検出しており、この空気圧力センサ２２から空気圧力Ｐａがコントロールユニット４０に入力される。冷却水温度センサ３４は、冷却流路Ｌ６を循環する冷却水において、燃料電池スタック１から排出される冷却水の温度（以下「冷却水温度」という）Ｔを検出しており、この冷却水温度センサ３４から冷却水温度Ｔがコントロールユニット４０に入力される。また、図示を省略するが、コンプレッサ２０からは、コンプレッサ２０が消費する電力、電動モータ３からは、電動モータ３で消費される電力（すなわち、要求電力）がそれぞれコントロールユニット４０に入力されている。

本実施形態との関係において、コントロールユニット４０は、これを機能的に捉えた場合、発電電力決定部（発電電力決定手段）４１と、循環ポンプ回転数決定部４２と、水素圧力決定部４３と、運転モード切替部（モード着替手段）４４と、パージ量決定部４５と、パージ量補正部（設定手段および制御手段）４６とを有している。

発電電力決定部４１は、車速Ｖｃ、アクセル開度θａ、バッテリ情報Ｂｉに基づいて、燃料電池スタック１の目標発電電力Ｐｔを決定する。

循環ポンプ回転数決定部４２は、目標発電電力Ｐｔに基づいて、水素循環ポンプ２１の目標回転数Ｒｔを算出する。具体的には、循環ポンプ回転数決定部４２は、目標発電電力Ｐｔを安定して発電するために必要な水素循環流量を算出する。水素循環流路Ｌ２を流れるガスには窒素や水蒸気などが含まれているため、これらの影響を考慮した上で、水素循環流量に基づいて、水素循環ポンプ１２の目標回転数Ｒｔを決定する。決定された目標回転数Ｒｔは、水素循環ポンプ１２に対して出力され、この目標回転数Ｒｔに従って水素循環ポンプ１２が駆動する。

水素圧力決定部４３は、目標発電電力Ｐｔに基づいて、燃料電池スタック１の燃料極に供給する水素量（目標水素供給量）、および、目標水素圧力を決定する。そして、水素圧力決定部４３は、決定された目標水素圧力および目標水素供給量を実現するための水素調圧バルブ１１の開度θｐを決定する。決定された開度θｐは、水素調圧バルブ１１（具体的には、水素調圧バルブ１１を動作させるアクチュエータ）に出力され、この開度θｐに従って水素調圧バルブ１１の開度が設定される。

運転モード切替部（モード切替手段）４４は、燃料電池スタック１の目標発電電力Ｐｔ、車両の走行状況、二次電池４の状態、および、システムの状態に基づいて、燃料電池スタック１の運転モードを、通常発電モードと発電休止モードとで切り替える。通常発電モードは、システムに要求される要求電力を燃料電池スタック１による発電によって供給する運転モードであり、発電休止モードは、燃料電池スタック１による発電を休止して、システムに要求される要求電力を蓄電手段から供給する運転モードである。ここで、車両の走行状況としては、車速Ｖｃおよびアクセル開度θａが参照され、二次電池４の状態としては、バッテリ情報Ｂｉが参照される。システムの状態としては、水素圧力Ｐｈや燃料電池スタック１の電圧Ｖｏなどが参照される。この運転モード切替部４４は、通常時は、通常発電モードを選択しているが、車両の駆動性能を確保する観点から、或いは、システムの状態から、燃料電池スタック１の発電を休止することが可能か否かを判断する。具体的には、目標発電電力Ｐｔが予め設定された判定値以下であること、車速Ｖｃが予め設定された判定速度以下であること、二次電池４からの出力が充分にあること、および、システムの状態に基づく発電休止許可が可能であることの４つの条件をすべて具備した場合に、発電休止が可能であると判断する。発電休止が可能であると判断された場合には、運転モード切替部４４は、運転モードを通常発電モードから発電休止モードへと切り替える。運転モード切替部４４は、運転モードを発電休止モードに切り替えた場合には、種々の補機の動作を停止させ、燃料電池スタック１による発電を休止する。一方、これらの４つの条件のうち、一つでも条件を具備しないものがあれば、発電休止が可能でないと判断する。発電休止が可能でないと判断された場合には、運転モード切替部４４は、運転モードを通常発電モードに設定する。

パージ量決定部４５は、水素圧力Ｐｈ、空気圧力Ｐａおよび冷却水温度Ｔに基づいて、パージバルブ１３の開き量ＰＯｔを決定する。具体的には、空気圧力Ｐａと冷却水温度Ｔに基づいて、空気極側から燃料極側へと透過する窒素流量が推定され、この推定結果と、水素圧力Ｐｈとに基づいて、パージバルブ１３の開き量ＰＯｔを決定する。

パージ量補正部（設定手段および制御手段）４６は、運転モード切替部４４による運転モードの切り替えを考慮して、燃料極を含む水素循環流路Ｌ２内の窒素量の目標管理値Ｎａを可変に設定し、この目標管理値Ｎａに基づいて、パージバルブ１３の開き量を制御する。具体的には、パージ量補正部４６は、設定された目標管理値Ｎａに基づいて、最終的なパージバルブ１３の開き量である補正開き量ＰＯＡｔを算出する。この補正開き量ＰＯＡｔによって、パージ量決定部４５によって決定された開き量ＰＯｔが補正される。そして、パージ量補正部４６は、補正された開き量ＰＯＡｔに基づいて、パージバルブ１３を制御する。なお、パージ量補正部４６による開き量の補正方法については後述する。

このような構成の燃料電池システムにおいて、排出流路Ｌ３を介して窒素を外部に排出するものの、完全に窒素と水素とを分離することはできない。そのため、窒素の排出とともに一緒に水素が排出されることなり、パージバルブ１３を開放しすぎた場合には、水素が過剰に排出されて、水素の利用効率率が低下してしまう。

そこで、例えば、特開２００４−１８５９７４号公報には、パージバルブの開度、パージバルブを流れる気体流量、循環流路の圧力、温度などに基づいて、不純物濃度に応じてパージバルブの開度を変化させている。これにより、排出水素が最小限となるように調整される。

ところで、運転モードとして発電休止モードが選択されているケースでは、排出流路Ｌ３からガスを排出しつづけた場合、水素循環流路Ｌ２の内圧が低下する。そのため、水素循環流路Ｌ２の内圧が大気圧に近づくに従って、窒素を排出し難くなる虞がある。しかしながら、この状態でも酸化剤極側から燃料極側へは窒素が透過し続けるため、燃料極を含む水素循環流路Ｌ２内の窒素量が増加していく。窒素量が多くなりすぎると、循環させるガスの密度が高くなり、発電を再開したときに、水素循環ポンプ１２の循環性能を超えてしまったり、水素供給流路Ｌ１へ循環させる余剰水素量が不足してしまったりして、安定した発電が行えなくなる。そこで、本実施形態では、パージ量補正部４６によって、運転モード切替部４４による運転モードの切り替えを考慮して、燃料極を含む水素循環流路Ｌ２内の窒素量の目標管理値Ｎａを可変に設定することで、このような不都合の発生を抑制する。

図３は、本実施形態に係るパージバルブ１３の開き量補正処理の手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、所定の間隔で呼び出され、コントロールユニット４０（具体的には、パージ量補正部４６）によって実行される。また、この処理と平行して、運転モード切替部４４は、切替条件に基づいて、発電休止が可能であるか否か判断している。発電休止が可能であると判断された場合には、運転モード切替部４４は、運転モードを通常発電モードから発電休止モードへと切り替える。発電休止が可能でないと判断された場合には、運転モード切替部４４は、運転モードを通常発電モードに設定している。

図４は、車速Ｖｃと切替発生率Ｐｃとの対応関係を示す説明図である。まず、ステップ１（Ｓ１）において、車速Ｖｃに基づいて、運転モード切替部４４による運転モードの切り替え、すなわち、通常発電モードから発電休止モードへの切り替えが発生する確率（切替発生率）Ｐｃを推定する。この切替発生率Ｐｃは、図４（ａ）に示すように、車速Ｖｃとの対応関係が、実験やシミュレーションを通じて予め設定されている。

例えば、運転モード切替部４４において、発電休止モードへの切替条件としての判定車速が０ｋｍ／ｈに設定されているとする。車速Ｖｃが０ｋｍ／ｈの場合は、運転モード切替部４４における切替条件が成立するので、切替発生率Ｐｃは「１」（最大値）に設定する。一方、車速Ｖｃが６０ｋｍ／ｈ以上で走行している場合、運転モード切替部４４において、発電休止モードへの切替条件が成立する可能性が低いので、切替発生率Ｐｃは「０」（最小値）に設定する。この「６０ｋｍ／ｈ」という値は、自動車の走行状況を調査して、車速６０ｋｍ／ｈ以上で走行している状態から、所定時間Ａ以内で０ｋｍ／ｈとなる確率に基づいて、統計的に決定されている（例えば、その確率が０．５％以下になる車速）。また、切替発生率Ｐｃにおいて、０ｋｍ／ｈと６０ｋｍ／ｈとの間は、車速の増加に応じて切替発生率が１から０まで減少するような線形的な関数として設定されている。

ここで、切替発生率Ｐｃの設定基準となる所定時間Ａの設定概念について説明する。燃料電池スタック１によって所定の電力を発電する場合、水素循環ポンプ１２の流量と揚程との特性や、燃料電池スタック１の燃料極および水素循環流路Ｌ２の圧損特性を考慮することにより、水素循環ポンプ１２の回転数と、燃料電池スタック１における水素圧力とに基づいて、窒素量に対して、どれだけ燃料電池スタック１へ水素を循環することができるか、すなわち、水素循環流量が算出される。また、この水素循環流量を実現するために駆動する水素循環ポンプ１２の消費電力が計算できる。

一方、燃料電池スタック１の電解質膜の特性を考慮することにより、空気圧力と、燃料極および水素循環流路Ｌ２内の窒素量とに基づいて、所定の電力を発電する場合に、酸化剤極から水素極へと透過する窒素量が透過窒素量として求められる。ここで、パージバルブ１３の開き量としては、この求められた透過窒素量と同量のガスが排出流路Ｌ３を介して捨てられるように設定する。この場合、パージバルブ１３の開き量と、燃料極および水素循環流路Ｌ２内の水素量および窒素量との関係から、どれくらいの水素が窒素とともに排出されるが算出できる。これにより、この排出される水素によって燃料電池スタック１においてどれくらいのエネルギー（電力）を得ることができたか、すなわち、排出される水素のエネルギーが算出できる。

図５は、燃料極を含む水素循環流路Ｌ２内の窒素量に対する、水素循環流量、水素循環ポンプ１２の消費電力、排出される水素のエネルギーの関係を示す説明図である。同図において、Ｌ１は、窒素量に対する水素循環流量を示し、Ｌ２は、排出される水素のエネルギーを示す。また、Ｌ３は、水素循環ポンプ１２の消費電力を示し、Ｌ４は、Ｌ２とＬ３との加算値を示す。さらに、Ｑ１は、下限水素循環流量であり、燃料電池スタック１において、安定して発電を行うことができる水素循環流量の下限値であり、この下限値に対応する窒素量以上に燃料極および水素循環流路Ｌ２内の窒素量が増加した場合には、安定した発電を行うことができないことを示している。

燃料電池スタック１において通常に発電を行う場合、すなわち、通常発電モードでは、水素循環ポンプ１２の消費電力と、排出される水素のエネルギーとの和が最も小さくなるように、燃料極および水素循環流路Ｌ２内の窒素量の目標管理値を設定することが好ましい。以下、この窒素量を最大効率窒素量（最大効率不純物量）Ｎmaxと言う。窒素量の目標管理値を最大効率窒素量Ｎmaxに設定し、これに基づいてパージバルブ１３の開き量を制御することにより、通常発電モードにおける燃費の向上を最も図ることができる。なお、水素循環ポンプ１２の消費電力が小さく、かつ、消費電力が窒素量に対して単調減少の場合、或いは、外部エネルギーを使用しない循環装置の場合には、下限水素循環流量Ｑ１に対応する窒素量を最大効率窒素量Ｎmaxとする。

一方、燃料電池スタック１における発電を休止する場合、すなわち、発電休止モードでは、排出流路Ｌ３から窒素の排出を行うことができないため、燃料極を含む水素循環流路Ｌ２内の窒素量は増加する傾向となる。よって、発電休止モードへと移行する場合には、発電休止モード期間中に窒素量が増加すること前提に、燃料極および水素循環流路Ｌ２内の窒素量の目標管理値は、小さい値に設定しておくことが好ましい。以下、この窒素量を最小窒素量（最小不純物量）Ｎminと言い、具体的には、燃料電池スタック１への水素循環流量が最大となる窒素量とする。この最小窒素量Ｎminは、パージバルブ１３を開け続けた際に、排出される窒素と、酸化剤極側から透過している窒素とが釣り合う窒素量とも考えることができる。また、自動車の使われ方から発電休止モードになる時間の頻度分布を調査し、この頻度分において大部分の度数をカバーできる時間が経過して窒素量が増加したとしても、下限水素循環流量Ｑ１を超えない初期窒素量として考えることもできる。

このような要素を考慮して、上述した所定時間Ａは、透過窒素量と排出窒素量との差を積分演算することにより、最大効率窒素量Ｎmaxから、パージバルブ１３を全開にして、最小窒素量Ｎminへと到達するまでの時間として算出される。

図６は、切替発生率Ｐｃと窒素量の目標管理値Ｎａとの対応関係を示す説明図である。ステップ１に続くステップ２（Ｓ２）において、算出された切替発生率Ｐｃに基づいて、窒素量の目標管理値Ｎａを設定する。目標管理値Ｎａと切替発生率Ｐｃとの対応関係は、実験やシミュレーションを通じて予め設定されている。同図に示すように、目標管理値Ｎａは、例えば、切替発生率Ｐｃが「０」の場合には、最大効率窒素量Ｎmaxに設定される。このように、発電休止モードへと切り替わる可能性が低い場合には、目標管理値Ｎａを最大効率窒素量Ｎmaxに設定することで、通常発電モードにおける燃費性能の向上を図る。一方、目標管理値Ｎａは、例えば、切替発生率Ｐｃが「１」の場合には、最小窒素量Ｎminに設定される。このように、発電休止モードへと切り替わる可能性が高い場合には、目標管理値Ｎａを最小窒素量Ｎminに設定することで、燃料極を含む水素循環流路Ｌ２内の窒素量を減少させる傾向へと調整することができる。また、目標管理値Ｎａは、切替発生率Ｐｃが「０」から「１」の間では、切替発生率Ｐｃの増加に応じて、最大効率窒素量Ｎmaxから最小窒素量Ｎminまで線形的に減少するような関数に設定されている。

図７は、窒素量の目標管理値Ｎａと補正開き量ＰＯＡｔとの対応関係を示す説明図である。ステップ３（Ｓ３）において、設定された窒素量の目標管理値Ｎａに基づいて、パージバルブ１３の補正開き量ＰＯＡｔが決定される。同図に示すように、パージバルブ１３の補正開き量ＰＯＡｔは、実験やシミュレーションを通じて、窒素量の管理値Ｎａを実現するため最適値が予め設定されている。同図に示す例では、補正開き量ＰＯＡｔは、窒素量の目標管理値Ｎａの増加に応じて単調減少する関数として設定されている。

なお、目標管理値Ｎａに対する補正開き量ＰＯＡｔの決定手法としては、両者の関係を予め設定することに限定されない。例えば、水素循環流路Ｌ２に、燃料極および水素循環流路Ｌ２内の窒素量を実際に計測する装置を設けたり、或いは、窒素量をリアルタイムで計算したりして、目標管理値Ｎａと実際の窒素量との差から、パージ量決定部４５によって設定される開き量ＰＯｔに対する増減量を決定してもよい。ここで、パージバルブ１３の開き量とは、開口面積を調整できるパージバルブであれば、開口面積を示し、開閉バルブであれば、その開いている時間と閉まっている時間の比率（平均開時間）を示す。

ステップ４（Ｓ４）において、ステップ３において算出されたパージバルブ１３の補正開き量ＰＯＡｔによって、パージ量決定部４５において決定されるパージバルブ１３の開き量ＰＯｔを上書き（補正）し、これを最終的な開き量ＰＯＡｔに設定する。

このように本実施形態において、燃料電池システムは、パージ量補正部４６は、運転モード切替部４４による通常発電モードと発電休止モードとの運転モードの切り替えを考慮して、燃料極を含む水素循環流路Ｌ２内の窒素量の目標管理値Ｎａを可変に設定し、この設定された窒素量の目標管理値Ｎａに基づいて、パージバルブ１３の開き量ＰＯＡｔを制御している。

かかる構成によれば、運転モードを考慮して窒素量の目標管理値Ｎａを可変に設定することができるので、切り替えられる運転モードに対応して、燃料極を含む水素循環流路Ｌ２内の窒素量を管理することができる。これにより、運転モードが切り替わっても窒素量を一律に管理する場合と比較して、個々の運転モードにおける窒素量を最適に管理することができる。そのため、通常発電モード中の燃費悪化を抑制することができるとともに、発電休止モードによる燃費向上との両立を図ることができる。

また、本実施形態において、パージ量補正部４６は、窒素量の目標管理値Ｎａを、最小窒素量Ｎminから、これよりも大きな値である最大効率窒素量Ｎmaxの間で可変に設定している。最小窒素量Ｎminは、水素循環手段によって循環する水素流量が最大となる窒素量に対応した値（厳密に一致することを要求しない）であり、特に、発電休止モード時に窒素量が増加することを考慮した場合には、窒素量の目標管理値Ｎａをこの値に設定することが好ましい。一方、最大効率窒素量Ｎmaxは、窒素とともに排出される水素によって燃料電池スタック１が発電することができる発電電力と水素循環手段の消費電力との和が最小となる窒素量に対応した値（厳密に一致することを要求しない）であり、通常発電モードにおける燃費向上を考慮した場合には、窒素量の目標管理値Ｎａはこの値に設定することが好ましい。

かかる構成によれば、個々の運転モードに対応する最適値、すなわち、最小窒素量Ｎminから最大効率窒素量Ｎmaxの間で窒素量の目標管理値Ｎａが設定される。これにより、運転モードに応じた最適値に窒素量を管理することができる。そのため、通常発電モード中の燃費悪化を抑制することができるとともに、発電休止モードによる燃費向上との両立を図ることができる。

また、本実施形態において、パージ量補正部４６は、運転モード切替部４４において運転モードの切替条件となるパラメータに基づいて、通常発電モードから発電休止モードに運転モードの切り替えが発生する確率を切替発生率Ｐｃとして推定し、この推定された切替発生率Ｐｃに基づいて、窒素量の目標管理値Ｎａを可変に設定する。

かかる構成によれば、切替発生率Ｐｃを推定することにより、運転モードの切り替えが起こりそうなシーンであるか、或いは、そうではないシーンであるのを判定することができる。そのため、運転モードの切り替えを事前に見越した上で、窒素量の目標管理値Ｎａを変更することができる。これにより、運転モードの切り替えに対応して窒素量を適切に管理することができる。そのため、通常発電モード中の燃費悪化を抑制することができるとともに、発電休止モードによる燃費向上との両立を図ることができる。

また、本実施形態において、パージ量補正部４６は、切替発生率Ｐｃが最大値の場合に、窒素量の目標管理値Ｎａを最小窒素量Ｎminに設定し、切替発生率Ｐｃが最小値の場合に、窒素量の目標管理値Ｎａを最大効率窒素量Ｎmaxに設定する。また、切替発生率Ｐｃが最小値から増加する程、窒素量の目標管理値Ｎａを最大窒素量Ｎmaxから最小効率窒素量Ｎminの間で減少させた値に設定する。

かかる構成によれば、運転モードが発電休止モードに切り替わる場合、或いは、切り替わる可能性が高い場合には、窒素量の目標管理値Ｎａが最大効率窒素量Ｎmaxから低下させられる。そのため、窒素量の目標管理値Ｎａを常に最小窒素量Ｎminに設定している場合より、通常運転モードにおける燃費の向上を図ることができる。また、窒素量の目標管理値Ｎａを常に最大効率窒素量に設定している場合より、発電休止モードの継続時間を長期に継続することができるので、発電休止モードによる燃費向上を図ることができる。

なお、図４（ａ）に示す例では、車速Ｖｃが「０ｋｍ／ｈ」の場合にのみ、切替発生率Ｐｃが「１」となるが、これに限定されない。例えば、運転モード切替部４４において、発電休止モードへの切替条件に対する判定車速が「２０ｋｍ／ｈ」の場合、或いは、窒素量の目標管理値Ｎａに対応する実際の窒素量の制御速度の遅れ時間を考慮する場合には、図４（ｂ）に示すように、車速が「０ｋｍ／ｈ」から「２０ｋｍ／ｈ」までの間に対応する切替発生率Ｐｃを「１」としてもよい。

また、切替発生率Ｐｃにおいて、「０ｋｍ／ｈ」と「６０ｋｍ／ｈ」との間は、各車速を対象として、所定時間Ａ以内での０ｋｍ／ｈになる確率を統計的に調査して、その結果から切替発生率Ｐｃを設定してもよい。

さらに、本実施形態では、パージバルブ１３によって、燃料極を含む水素循環流路Ｌ２内の窒素の排出量を調整している。これにより、窒素量の目標管理値Ｎａを、その切替発生率Ｐｃに応じて最大効率窒素量Ｎmaxから減少させる場合には、窒素量の目標管理値Ｎａに応じてパージバルブ１３の開き量ＰＯＡｔを設定し、燃料極および水素循環流路Ｌ２内の窒素量を低減させている。しかしながら、これ以外にも、窒素の排出量を調整させる手法としては、例えば、以下に示す手法を用いることができる。

第１の手法としては、水素調圧バルブ１１の開度を増加させて、燃料タンク１０からの水素の供給量を増やし、燃料電池スタック１の燃料極および水素循環流路Ｌ２の圧力を増加させてもよい。これにより、排出流路Ｌ３から排出される排出ガスの流量が増加するので、窒素量の排出量が増加し、窒素量の低減を図ることができる。第２の手法としては、水素循環ポンプ１２の回転数を下げてもよい。これにより、燃料極から単位時間当たりに排出される窒素濃度が増加するので、窒素の排出量が増加し、窒素量の低減を図ることができる。第３の手法としては、空気調圧バルブ２１の開度を増やし、酸化剤極における空気圧力を低下させてもよい。これにより、燃料極と酸化剤極との間の窒素分圧差が減少し、窒素の透過量が下がる。これより、透過窒素量との相対比較において窒素の排出量が増加し、窒素量の低減を図ることができる。第４の手法としては、空気調圧バルブ２１の開度を増やし、酸化剤極における空気圧力を低下させ、かつ、コンプレッサ２０の回転数を上げることにより、酸化剤極に供給する空気流量を増加させてもよい。これにより、電解質膜が乾燥傾向となり、窒素透過係数が下がるので、透過窒素量が下がる。そのため、透過窒素量との相対比較において窒素の排出量が増加し、窒素量の低減を図ることができる。第５の手法としては、ファン３３の回転数を上げる、または、冷却水循環ポンプ３１の回転数を上げて、燃料電池の温度を低下させてもよい。これにより、透過窒素量との相対比較において窒素の排出量が増加し、窒素量の低減を図ることができる。このように、本実施形態では、パージバルブ１３のみならず、第１から第５の手法に示す種々の要素が、排出流路Ｌ３を介して排出される、不純物の排出量を調整する排出量調整手段として機能することができる。

なお、本実施形態では、車速Ｖｃに基づいて切替発生率Ｐｃを算出した上で、窒素量の目標管理値Ｎａを算出している。しかしながら、本発明はこれに限定されない。すなわち、運転モード切替部４４が、システムからの電力供給を受けて駆動する移動体（車両）の速度が、運転モードの切替条件として予め設定された判定速度以下の場合に、運転モードを通常発電モードから発電休止モードに切り替えているのであれば、切替発生率Ｐｃを考慮した上で、車速Ｖｃと窒素量の目標管理値Ｎａとの対応関係を作成し、この対応関係に基づいて、車速から一義的に窒素量の目標管理値Ｎａを算出してもよい。この場合、パージ量補正部４６は、車両の速度Ｖが判定速度以下の場合には、窒素の目標管理値Ｎａを最小窒素量Ｎminに設定し、車両の速度Ｖが判定速度よりも増加するに従って、窒素量の目標管理値Ｎａを、最大効率窒素量Ｎmaxを上限として最小窒素量Ｎminから増加させた値に設定する。かかる構成であっても、上述した実施形態と同様の効果を奏するとともに、演算負荷の低減を図ることができる。

（第２の実施形態）
図８は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池システムにおけるコントロールユニット４０の構成を示すブロック図である。第２の実施形態の燃料電池システムが、第１の実施形態と相違する点は、コントロールユニット４０（具体的には、パージ量補正部４６）による切替発生率Ｐｃの推定方法である。なお、基本的なシステム構成およびパージバルブ１３の開き量の補正処理については、第１の実施形態と同じであるため、重複する説明は省略し、以下、相違点を中心に説明を行う。

図８に示すように、コントロールユニット４０には、制御入力として、距離センサ５０からの検出信号が入力されている。この距離センサ５０は、車両の前方および後方に対する測距機能を備えており、自動車の進行方向に対する対象物までの相対距離Ｌを検出する。距離センサ５０としては、レーザレーダ、ミリ波レーダといったセンサを用いたり、撮像画像を用いた画像認識による画像処理を用いたりすることができる。

コントロールユニット４０において、対象物までの相対距離Ｌは、運転モード切替部４４と、パージ量補正部４６とに入力されている。

運転モード切替部４４は、第１の実施形態に示す４つの条件の具備に加え、対象物までの相対距離が判定距離以下であることの条件を具備した場合に、発電休止が可能であると判断する。ここで、判定距離は、ドライバーが必然的に停止を余儀なくされるような対象物までの相対距離であり、その最適値が実験やシミュレーションを通じて予め設定されている（例えば、０．５ｍ）。

図９は、対象物までの相対距離Ｌと切替発生率Ｐｃとの対応関係を示す説明図である。パージ量補正部４６は、対象物までの相対距離Ｌに基づいて、切替発生率Ｐｃを推定する。この切替発生率Ｐｃは、図９に示すように、対象物までの相対距離Ｌとの対応関係が、実験やシミュレーションを通じて予め設定されている。具体的には、対象物までの相対距離Ｌが０．５ｍ以下の場合は、運転モード切替部４４における切替条件が成立するので、切替発生率Ｐｃは「１」に設定する。一方、対象物までの相対距離Ｌが５ｍ以上の場合には、運転モード切替部４４において発電休止モードへの切替条件が成立する可能性が低いので、切替発生率Ｐｃは「０」に設定する。この「５ｍ」という値は、例えば、道路渋滞中における前車との車間距離を統計的に調査して、所定時間Ａ以内で対象物までの相対距離が０．５ｍ以下となる確率に基づいて、統計的に決定されている（例えば、その確率が０．５％以下になる相対距離）。また、切替発生率Ｐｃにおいて、「０．５ｍ」と「５ｍ」との間は、線形的な関数として設定されている。そして、パージ量補正部４６は、推定された切替発生率Ｐｃに基づいて、窒素量の目標管理値Ｎａを設定し、この設定された目標管理値Ｎａに基づいて、パージバルブ１３の補正開き量ＰＯＡｔを決定する。

このように本実施形態において、運転モード切替部４４は、システムからの電力供給を受けて駆動する移動体（本実施形態では、車両）と、移動体の移動方向に存在する対象物との間の相対距離Ｌが、運転モードの切替条件として予め設定された判定距離以下の場合に、運転モードを通常発電モードから発電休止モードに切り替えている。この場合、パージ量補正部４６は、対象物までの相対距離Ｌに基づいて、切替発生率Ｐｃを推定している。

かかる構成によれば、切替発生率Ｐｃを推定することにより、運転モードの切り替えが起こりそうなシーンであるか、或いは、そうではないシーンであるのを判定することができる。そのため、運転モードの切り替えを事前に見越した上で、窒素量の目標管理値Ｎａを変更することができる。これにより、運転モードの切り替えに対応して窒素量を適切に管理することができる。そのため、通常発電モード中の燃費悪化を抑制することができるとともに、発電休止モードによる燃費向上との両立を図ることができる。

なお、本実施形態では、対象物までの相対距離Ｌに基づいて切替発生率Ｐｃを算出した上で、窒素量の目標管理値Ｎａを算出している。しかしながら、本発明はこれに限定されず、切替発生率Ｐｃを考慮した上で、対象物までの相対距離Ｌと窒素量の目標管理値Ｎａとの対応関係を作成し、この対応関係に基づいて、対象物までの相対距離Ｌから一義的に窒素量の目標管理値Ｎａを算出してもよい。この場合、パージ量補正部４６は、相対距離Ｌが判定距離以下の場合には、窒素量の目標管理値Ｎａを最小窒素量Ｎminに設定し、相対距離Ｌが判定距離よりも増加するに従って、窒素量の目標管理値Ｎａを、最大効率窒素量Ｎmaxを上限として最小窒素量Ｎminから増加させた値に設定する。かかる構成であっても、上述した実施形態と同様の効果を奏するとともに、演算負荷の低減を図ることができる。

また、本実施形態では、進行方向の対象物までの距離Ｌのみに基づいて、切替発生率Ｐｃを推定しているが、第１の実施形態に示すように、パージ量補正部４６に車速Ｖｃを入力させ、車速と対象物までの距離Ｌとを組み合わせて切替発生率Ｐｃを推定してもよい。例えば、車速と対象物までの距離Ｌとに基づいて、切替発生率Ｐｃをそれぞれ推定し、それらのうち値の高い方の切替発生率Ｐｃを採用するといった如くである。例えば、信号で停止する際に、先頭になる場合には、遮蔽物との距離は長くなる。しかしながら、車速と組み合わせることにより、切替発生率Ｐｃの推定精度を上げることができる。

（第３の実施形態）
図１０は、本発明の第３の実施形態に係る燃料電池システムにおけるコントロールユニット４０の構成を示すブロック図である。第３の実施形態の燃料電池システムが、第１の実施形態と相違する点は、コントロールユニット４０（具体的には、パージ量補正部４６）による切替発生率Ｐｃの推定方法である。なお、基本的なシステム構成およびパージバルブ１３の開き量の補正処理については、第１の実施形態と同じであるため、重複する説明は省略し、以下、相違点を中心に説明を行う。

図１０に示すように、コントロールユニット４０には、制御入力として、ブレーキセンサ５１からの検出信号が入力されている。このブレーキセンサ５１は、ブレーキペダル（図示せず）が踏み込まれているか否かをオン・オフで検出するセンサであり、ブレーキペダルが踏み込まれている場合にはオン信号を、ブレーキペダルが踏み込まれていない場合にはオフ信号をブレーキ信号Ｂｒとして出力する。

コントロールユニット４０において、ブレーキセンサ５１からのブレーキ信号Ｂｒは、運転モード切替部４４とパージ量補正部４６とに入力され、アクセル開度センサ６からのアクセル開度θａ検出信号も、運転モード切替部４４とパージ量補正部４６とに入力されている。

運転モード切替部４４は、第１の実施形態に示す４つの条件の具備に加え、以下の条件を具備した場合に、発電休止が可能であると判断する。具体的には、操作者から要求される加速要求値であるアクセル開度θａが０deg（判定加速要求値）以下であること、または、ブレーキ信号Ｂｒがオン信号であること、すなわち、操作者から減速要求があることである。

図１１は、アクセル開度θａと切替発生率Ｐｃとの対応関係およびブレーキ信号Ｂｒと切替発生率Ｐｃとの対応関係を示す説明図である。パージ量補正部４６は、アクセル開度θａまたはブレーキ信号Ｂｒに基づいて、切替発生率Ｐｃを推定する。この切替発生率Ｐｃは、図１１に示すように、アクセル開度θａまたはブレーキ信号Ｂｒとの対応関係が、実験やシミュレーションを通じて予め設定されている。具体的には、アクセル開度θａが判定加速要求値（０deg）以下の場合は、運転モード切替部４４における切替条件が成立するので、切替発生率Ｐｃは「１」に設定する。一方、アクセル開度θａが１０deg以上の場合には、運転モード切替部４４において発電休止モードへの切替条件が成立する可能性が低いので、切替発生率Ｐｃは「０」に設定する。この「１０deg」という値は、所定時間Ａ以内でアクセル開度θａが０となる確率に基づいて、統計的に決定されている（例えば、その確率が０．５％以下になるアクセル開度θａ）。また、切替発生率Ｐｃにおいて、「０deg」と「１０deg」との間は、線形的な関数として設定されている。これに対して、ブレーキ信号Ｂｒがオン信号の場合は、運転モード切替部４４における切替条件が成立するので、切替発生率Ｐｃは「１」に設定する。一方、ブレーキ信号Ｂｒがオフ信号の場合は、運転モード切替部４４における切替条件が成立しないので、切替発生率Ｐｃは「０」に設定する。そして、パージ量補正部４６は、推定された切替発生率Ｐｃに基づいて、窒素量の目標管理値Ｎａを設定し、この設定された目標管理値Ｎａに基づいて、パージバルブ１３の補正開き量ＰＯＡｔを決定する。

このように本実施形態において、運転モード切替部４４は、システムからの電力供給を受けて駆動する移動体（本実施形態では、車両）に対して操作者から要求される加速要求値（すなわち、アクセル開度）θａが、運転モードの切替条件として予め設定された判定加速要求値以下の場合に、運転モードを通常発電モードから前記発電休止モードに切り替えている。また、運転モード切替部４４は、システムからの電力供給を受けて駆動する移動体に対して操作者から減速要求、すなわち、ブレーキ信号Ｂｒとしてのオン信号がある場合に、運転モードを通常発電モードから発電休止モードに切り替えている。この場合、パージ量補正部４６は、アクセル開度θａ、或いは、ブレーキ信号Ｂｒに基づいて、切替発生率Ｐｃを推定している。

かかる構成によれば、切替発生率Ｐｃを推定することにより、運転モードの切り替えが起こりそうなシーンであるか、或いは、そうではないシーンであるのを判定することができる。そのため、運転モードの切り替えを事前に見越した上で、窒素量の目標管理値Ｎａを変更することができる。これにより、運転モードの切り替えに対応して窒素量を適切に管理することができる。そのため、通常発電モード中の燃費悪化を抑制することができるとともに、発電休止モードによる燃費向上との両立を図ることができる。

なお、本実施形態では、加速要求値（アクセル開度θａ）に基づいて切替発生率Ｐｃを算出した上で、窒素量の目標管理値Ｎａを算出している。しかしながら、本発明はこれに限定されず、切替発生率Ｐｃを考慮した上で、加速要求値と窒素量の目標管理値Ｎａとの対応関係を作成し、この対応関係に基づいて、加速要求値から一義的に窒素量の目標管理値Ｎａを算出してもよい。この場合、パージ量補正部４６は、加速要求値が判定加速要求値以下の場合には、窒素量の目標管理値Ｎａを最小窒素量Ｎminに設定し、加速要求値が判定加速要求値よりも増加するに従って、窒素量の目標管理値Ｎａを、最大効率窒素量Ｎmaxを上限として最小窒素量Ｎminから増加させた値に設定する。かかる構成であっても、上述した実施形態と同様の効果を奏するとともに、演算負荷の低減を図ることができる。

また、本実施形態では、減速要求の有無（ブレーキ信号Ｂｒのオン信号・オフ信号）に基づいて切替発生率Ｐｃを算出した上で、窒素量の目標管理値Ｎａを算出している。しかしながら、本発明はこれに限定されず、切替発生率Ｐｃを考慮した上で、減速要求の有無と窒素量の目標管理値Ｎａとの対応関係を作成し、この対応関係に基づいて、減速要求の有無から一義的に窒素量の目標管理値Ｎａを算出してもよい。この場合、パージ量補正部４６は、減速要求がある場合には、窒素量の目標管理値Ｎａを最小窒素量Ｎminに設定し、減速要求がない場合には、窒素量の目標管理値Ｎａを最大効率窒素量Ｎmaxに設定する。かかる構成であっても、上述した実施形態と同様の効果を奏するとともに、演算負荷の低減を図ることができる。

（第４の実施形態）
図１２は、本発明の第４の実施形態に係る燃料電池システムにおけるコントロールユニット４０の構成を示すブロック図である。第４の実施形態の燃料電池システムが、第１の実施形態と相違する点は、コントロールユニット４０（具体的には、パージ量補正部４６）による切替発生率Ｐｃの推定方法である。なお、基本的なシステム構成およびパージバルブ１３の開き量の補正処理については、第１の実施形態と同じであるため、重複する説明は省略し、以下、相違点を中心に説明を行う。

第１の実施形態と同様に、コントロールユニット４０には、制御入力として、バッテリコントローラ５からのバッテリ情報Ｂｉが入力されている。コントロールユニット４０において、バッテリコントローラ５からのバッテリ情報Ｂｉは、運転モード切替部４４とパージ量補正部４６とに入力され、アクセル開度センサ６からのアクセル開度θａ検出信号も、運転モード切替部４４とパージ量補正部４６とに入力されている。

運転モード切替部４４は、第１の実施形態に示す４つの切替条件のうち、二次電池４に関する切替条件として、例えば、電力残量が判定電力残量（例えば、５０％以上）であることを条件としている。または、運転モード切替部４４は、第１の実施形態に示す４つの切替条件のうち、二次電池４に関する切替条件として、例えば、出力可能電力が判定出力可能電力（例えば、８０％以上）であることを条件としている。

図１３は、バッテリ情報Ｂｉと切替発生率Ｐｃとの対応関係を示す説明図である。パージ量補正部４６は、バッテリ情報Ｂｉに基づいて、切替発生率Ｐｃを推定する。この切替発生率Ｐｃは、図１３（ａ）に示すように、運転モード切替部４４における切替条件として電力残量が採用されていることを前提に、バッテリ情報Ｂｉである電力残量との対応関係が、実験やシミュレーションを通じて予め設定されている。具体的には、電力残量が５０％以上の場合は、運転モード切替部４４における切替条件が成立するので、切替発生率Ｐｃは「１」に設定する。一方、電力残量が５０％よりも小さい場合には、運転モード切替部４４において発電休止モードへの切替条件が成立する可能性が低いので、切替発生率Ｐｃは「０」に設定する。

また、切替発生率Ｐｃは、図１３（ｂ）に示すように、運転モード切替部４４における切替条件として出力可能電力が採用されていることを前提に、バッテリ情報Ｂｉである出力可能電力との対応関係が、実験やシミュレーションを通じて予め設定されている。具体的には、出力可能電力が８０％以上の場合には、運転モード切替部４４における切替条件が成立するので、切替発生率Ｐｃは「１」に設定する。一方、出力可能電力が７０％以下の場合には、運転モード切替部４４において発電休止モードへの切替条件が成立する可能性が低いので、切替発生率Ｐｃは「０」に設定する。この「７０％」という値は、所定時間Ａ以内で出力可能電力が７０％以下となる確率に基づいて、統計的に決定されている（例えば、その確率が０．５％以下になる出力可能電力）。「７０％」と「８０％」との間は、線形的な関数として設定されている。そして、パージ量補正部４６は、推定された切替発生率Ｐｃに基づいて、窒素量の目標管理値Ｎａを設定し、この設定された目標管理値Ｎａに基づいて、パージバルブ１３の補正開き量ＰＯＡｔを決定する。

このように本実施形態において、運転モード切替部４４は、二次電池４の電力残力が、運転モードの切替条件として予め設定された判定電力残量以上の場合に、運転モードを通常発電モードから発電休止モードに切り替えている。また、運転モード切替部４４は、二次電池から供給可能な出力可能電力が、運転モードの切替条件として予め設定された判定出力可能電力以上の場合に、運転モードを通常発電モードから発電休止モードに切り替えている。この場合、パージ量補正部４６は、二次電池４の電力残量または出力可能電力に基づいて、切替発生率Ｐｃを推定している。

かかる構成によれば、切替発生率Ｐｃを推定することにより、運転モードの切り替えが起こりそうなシーンであるか、或いは、そうではないシーンであるのを判定することができる。そのため、運転モードの切り替えを事前に見越した上で、窒素量の目標管理値Ｎａを変更することができる。これにより、運転モードの切り替えに対応して窒素量を適切に管理することができる。そのため、通常発電モード中の燃費悪化を抑制することができるとともに、発電休止モードによる燃費向上との両立を図ることができる。

なお、本実施形態では、二次電池４の電力残量に基づいて切替発生率Ｐｃを算出した上で、窒素量の目標管理値Ｎａを算出している。しかしながら、本発明はこれに限定されず、切替発生率Ｐｃを考慮した上で、二次電池４の電力残量と窒素量の目標管理値Ｎａとの対応関係を作成し、この対応関係に基づいて、二次電池４の電力残量から一義的に窒素量の目標管理値Ｎａを算出してもよい。この場合、パージ量補正部４６は、電力残量が判定電力残量以上の場合には、窒素量の目標管理値Ｎａを最小窒素量Ｎminに設定し、電力残量が判定電力残量よりも低い場合には、窒素量の目標管理値Ｎａを最大効率窒素量Ｎmaxに設定する。かかる構成であっても、上述した実施形態と同様の効果を奏するとともに、演算負荷の低減を図ることができる。

また、本実施形態では、二次電池４の出力可能電力に基づいて切替発生率Ｐｃを算出した上で、窒素量の目標管理値Ｎａを算出している。しかしながら、本発明はこれに限定されず、切替発生率Ｐｃを考慮した上で、二次電池４の出力可能電力と窒素量の目標管理値Ｎａとの対応関係を作成し、この対応関係に基づいて、二次電池４の出力可能電力から一義的に窒素量の目標管理値Ｎａを算出してもよい。この場合、パージ量補正部４６は、出力可能電力が判定出力可能電力以上の場合には、窒素量の目標管理値Ｎａを最小窒素量Ｎminに設定し、出力可能電力が判定出力可能電力よりも低下するに従って、窒素量の目標管理値Ｎａを、最大効率窒素量Ｎmaxを上限として最小窒素量Ｎminから増加させた値に設定する。かかる構成であっても、上述した実施形態と同様の効果を奏するとともに、演算負荷の低減を図ることができる。

（第５の実施形態）
図１４は、本発明の第５の実施形態に係る燃料電池システムにおけるコントロールユニット４０の構成を示すブロック図である。第５の実施形態の燃料電池システムが、第１の実施形態と相違する点は、コントロールユニット４０（具体的には、パージ量補正部４６）によって補正蓄電量Ｂａａを発電電力決定部４１に対して指示することである。なお、基本的なシステム構成およびパージバルブ１３の開き量の補正処理については、第１の実施形態と同じであるため、重複する説明は省略し、以下、相違点を中心に説明を行う。

パージ量補正部４６は、窒素量の目標管理値Ｎａを変更した場合には、変更後の目標管理値Ｎａに基づいて、到達時間Ｔｒを算出する。この到達時間Ｔｒは、発電休止モードに切り替えられた場合に、すなわち、目標管理値Ｎａが現在地よりも小さな最小窒素量Ｎminへと変更された場合に、燃料極および水素循環流路Ｌ２内の窒素量が、変更後の目標管理値Ｎａから下限水素循環流量Ｑ１に対応する窒素量へと到達するまでに要する時間である。燃費向上の観点からいえば、発電休止モードは長く継続することが好ましく、安定的に発電可能な状態で通常発電モードに復帰することを考慮すると、この到達時間Ｔｒが経過するまでは、発電休止モードを継続することが可能となる。したがって、この到達時間Ｔｒに対応して二次電池４から電力を供給することができれば、発電休止モードを最大限引き延ばすことができる。

図１５は、窒素量の目標管理値Ｎａと到達時間Ｔｒとの対応関係を説明する説明図である。この到達時間Ｔｒは、図１５に示すように、目標管理値Ｎａとの対応関係が、実験やシミュレーションを通じて予め設定されており、例えば、目標管理値Ｎａの増加に応じて単調減少する。目標管理値Ｎａに対応する到達時間Ｔｒが決定されると、パージ量補正部４６は、燃料電池スタック１に要求される発電電力を演算する。そして、発電電力と到達時間Ｔｒとに基づいて、どれだけの電力残量が二次電池４に必要かが演算され、これを補正蓄電量Ｂａａとして発電電力決定部４１に対して出力する。これにより、発電電力決定部４１では、補正蓄電量Ｂａａに基づいて、目標発電電力Ｐｔが再度計算され、発電休止モードに切り替えられた後、到達時間に対応して供給可能な分の電力が余剰に発電されることとなる。

このように本実施形態において、パージ量補正部４６は、窒素量の目標管理値Ｎａが現在値よりも小さい値に変更された場合には、発電電力決定部４１に対して、二次電池４に蓄電するための余剰分の発電電力を追加的に発電するように指示する。かかる構成によれば、発電休止モードの継続時間を見越して、これを二次電池４に余剰に蓄電させることができる。そのため、発電休止モードでの電力供給を、余剰に蓄電された二次電池４から行うことができ、これにより、発電休止モードの継続時間を確保することができる。

（第６の実施形態）
図１６は、本発明の第６の実施形態に係る燃料電池システムにおけるモード切替処理の手順を示すフローチャートである。第６の実施形態の燃料電池システムが、第１の実施形態と相違する点は、コントロールユニット４０（具体的には、運転モード切替部４４）による運転モードの切替判断処理である。なお、基本的なシステム構成およびパージバルブ１３の開き量の補正処理については、第１の実施形態と同じであるため、重複する説明は省略し、以下、相違点を中心に説明を行う。

本実施形態において、運転モード切替部４４は、運転モードが発電休止モードに切り替えられている場合には、これを通常発電モードに切り替えるか否かを判断する切替判断処理を行っている。なお、運転モード切替部４４は、運転モードが発電休止モードに切り替えられている場合には、第１の実施形態に示すように、発電休止モードへの切替条件を具備しない場合にも、同様に運転モードを通常発電モードに切り替えており、これと平行して本実施形態に示す切替判断処理を行っている。同図に示すフローチャートは、所定間隔毎に呼び出され、運転モード切替部４４によって実行される。

まず、ステップ１０（Ｓ１０）において、車両が駐車場に停車中か否かが判断される。この判断は、図示しないナビゲーションシステムより情報を取得することにより判断することができる。また、パーキングブレーキの操作を検出し、パーキングブレーキが使用されているか否かにより判断してもよい。このステップ１０において否定判定された場合、すなわち、車両が駐車場に停車中ではない場合には、ステップ１１（Ｓ１１）に進む。一方、ステップ１０において肯定判定された場合、すなわち、車両が駐車場に停車中の場合には、ステップ１２（Ｓ１２）に進む。

ステップ１１において、切替窒素量Ｎｃが許容窒素量に設定される。ここで、切替窒素量Ｎｃは、発電休止モードから通常発電モードへと切り替える条件となる、燃料極および水素循環流路Ｌ２における窒素量（以下「循環窒素量」という）の下限値を規定するパラメータである。また、許容窒素量は、次に示す通りに算出される。まず、水素循環ポンプ１２の回転数を最大値に設定し、かつ、燃料電池スタック１の運転圧力を最大値に設定した場合に、循環窒素量が所定量の時、安定して発電可能な状態において燃料電池スタック１が発電可能な最大発電電力を算出する。そして、循環窒素量を変更しながら、この計算を繰り返す。これにより、図１７に示すように、燃料電池スタック１によって発電される最大発電電力として最大量を発電することができる窒素量の上限値、換言すれば、最大発電電力として最大量を発電することができない窒素量の下限値が求められ、これが許容窒素量として設定される。

ステップ１２において切替窒素量Ｎｃが補正窒素量に設定される。この補正窒素量は、図１７に示すように、ステップ１１において求められる最大発電電力の最大量に対する８０％値となる最大発電電力に対応する循環窒素量である。

ステップ１３（Ｓ１３）において、循環窒素量が切替条件である切替窒素量Ｎｃよりも小さいか否かが判断される。ここで、循環窒素量は、水素循環流路Ｌ２に、燃料極および水素循環流路Ｌ２内の窒素量を実際に計測する装置を設けたり、或いは、窒素量をリアルタイムで計算したりすることにより求めることができる。このステップ１３において肯定判定された場合、すなわち、循環窒素量が切替窒素量Ｎｃよりも小さい場合には（循環窒素量＜切替窒素量Ｎｃ）、後述する処理をスキップして本ルーチンを抜ける。一方、ステップ１３において否定判定された場合、すなわち、循環窒素量が切替窒素量Ｎｃ以上である場合には（循環窒素量≧切替窒素量Ｎｃ）、ステップ１４（Ｓ１４）に進み、運転モードが発電休止モードから通常発電モードに切り替えられる。

ステップ１５（Ｓ１５）において、切替窒素量Ｎｃとして設定されている値が許容窒素量であるか否かが判断される。このステップ１５で肯定判定された場合、すなわち、切替窒素量Ｎｃとして許容窒素量が設定されている場合には、本ルーチンを抜ける。一方、ステップ１５で否定判定された場合、すなわち、切替窒素量Ｎｃとして補正窒素量が設定されている場合には、ステップ１６（Ｓ１６）に進む。

ステップ１６において、燃料電池スタック１の最大発電電力を８０％に制限する旨の指示が発電電力決定部４１に出力される。これにより、発電電力決定部４１は、最大発電電力の８０％以下となるように、目標発電電力が制限される。

このように本実施形態において、運転モード切替部４４は、現在の運転モードが発電休止モードである場合、燃料極を含む水素循環流路Ｌ２内の窒素量が、切替窒素量Ｎｃ以上であることを条件として、運転モードを発電休止モードから通常発電モードへと切り替えている。ここで、切替窒素量Ｎｃは、システムからの電力供給を受けて駆動する移動体（本実施形態では、車両）が停止していない場合、燃料電池スタック１を最大発電電力にて発電するシーンにおいて、水素循環手段を最大運転状態にして安定した発電を継続的に行うことが可能となる窒素量の最大値（許容窒素量）が設定されている。一方、車両が停止している場合には、切替窒素量Ｎｃは、許容窒素量よりも大きい値の窒素量（補正窒素量）に設定されている。

かかる構成によれば、車両が停止しているケースのように、燃料電池スタック１に高い電力を要求されないと推測される場合には、切替窒素量Ｎｃを、許容窒素量よりも大きい値の窒素量（補正窒素量）に設定する。これにより、発電休止モードを継続させることにより、燃費の向上を図ることができる。

また、本実施形態において、運転モード切替部４４は、切替窒素量Ｎｃが補正窒素量に設定されている場合には、発電電力決定部４１に対して目標発電電力を制限することを指示する。かかる構成によれば、燃料極および水素循環流路Ｌ２内の窒素量が多く、燃料電池スタック１へ供給する水素流量が不足し、燃料電池スタック１において安定した発電ができない状態が発生することを抑制することができる。このため、移動体の移動性能に支障をきたすといった事態を抑制することができる。

なお、本実施形態では、ナビゲーションシステムからの情報を参照し、駐車場に駐車中であるか、それともそれ以外であるを判断し、これにより、車両の継続的な停止を判断している。しかしながら、駐車場での存在以外にも、渋滞情報を用いてもよい。

また、本実施形態では、許容窒素量を超えたときの最大電力を８０％に制限したが、数値は別の値を使用してもよい。また、二次電池４における電力残量に応じて変更してもよい。

第１の実施形態にかかる燃料電池システムの全体構成を示すブロック図 コントロールユニット４０を示すブロック図 本実施形態に係るパージバルブ１３の開き量補正処理の手順を示すフローチャート 車速Ｖｃと切替発生率Ｐｃとの対応関係を示す説明図 燃料極を含む水素循環流路Ｌ２内の窒素量に対する、水素循環流量、水素循環ポンプ１２の消費電力、排出される水素のエネルギーの関係を示す説明図 切替発生率Ｐｃと窒素量の目標管理値Ｎａとの対応関係を示す説明図 窒素量の目標管理値Ｎａと補正開き量ＰＯＡｔとの対応関係を示す説明図 第２の実施形態に係る燃料電池システムにおけるコントロールユニット４０の構成を示すブロック図 対象物までの相対距離Ｌと切替発生率Ｐｃとの対応関係を示す説明図 第３の実施形態に係る燃料電池システムにおけるコントロールユニット４０の構成を示すブロック図 アクセル開度θａと切替発生率Ｐｃとの対応関係およびブレーキ信号Ｂｒと切替発生率Ｐｃとの対応関係を示す説明図 第４の実施形態に係る燃料電池システムにおけるコントロールユニット４０の構成を示すブロック バッテリ情報Ｂｉと切替発生率Ｐｃとの対応関係を示す説明図 第５の実施形態に係る燃料電池システムにおけるコントロールユニット４０の構成を示すブロック図 窒素量の目標管理値Ｎａと到達時間Ｔｒとの対応関係を説明する説明図 第６の実施形態に係る燃料電池システムにおけるモード切替処理の手順を示すフローチャート 補正窒素量の説明図

符号の説明

１ 燃料電池スタック
２ 出力取出装置
３ 電動モータ
４ 二次電池
５ バッテリコントローラ
６ アクセル開度センサ
７ 車速センサ
８ 電圧センサ
１０ 燃料タンク
１１ 水素調圧バルブ
１２ 水素循環ポンプ
１３ パージバルブ
１４ 水素希釈装置
１５ 水素圧力センサ
２０ コンプレッサ
２１ 水素循環ポンプ
２１ 空気調圧バルブ
２２ 空気圧力センサ
３１ 冷却水循環ポンプ
３２ ラジエータ
３３ ファン
３４ 冷却水温度センサ
４０ コントロールユニット
４１ 発電電力決定部
４２ 循環ポンプ回転数決定部
４３ 水素圧力決定部
４４ 運転モード切替部
４５ パージ量決定部
４６ パージ量補正部
５０ 距離センサ
５１ ブレーキセンサ

Claims (14)

1. 燃料電池システムにおいて、
   燃料極に供給される燃料ガスと、酸化剤極に供給される酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電を行う燃料電池と、
   前記燃料極に燃料ガスを供給する燃料ガス供給流路と、
   前記燃料電池の燃料極から排出されるガスを前記燃料ガス供給流路へと流す循環流路と、
   前記循環流路に設けられており、前記燃料ガスを循環させる循環手段と、
   前記循環流路を流れるガスを外部へ排出する排出流路と、
   前記排出流路を介して排出される、前記燃料極を含む前記循環流路内の不純物の排出量を調整する排出量調整手段と、
   前記切替可能な運転モードとして、システムに要求される要求電力を前記燃料電池による発電によって供給する通常発電モードと、前記燃料電池による発電を休止して、システムに要求される要求電力を蓄電手段から供給する発電休止モードとを有し、前記運転モードを切り替えるモード切替手段と、
   前記通常発電モードから前記発電休止モードに前記運転モードの切り替えが発生する確率が高いほど、前記燃料極を含む前記循環流路内の不純物量の目標管理値を低く設定する設定手段と、
   前記設定手段によって設定された前記不純物量の目標管理値に基づいて、前記排出量調整手段を制御する制御手段と
   を有することを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記設定手段は、前記不純物量の目標管理値を、最小不純物量から、当該最小不純物量よりも大きな値である最大効率不純物量の間で可変に設定しており、
   前記最小不純物量は、前記燃料極を含む前記循環流路内に含まれる不純物量のうち、前記循環手段によって循環する燃料ガス流量が最大となる不純物量に対応した値であり、
   前記最大効率不純物量は、前記燃料極を含む前記循環流路内の不純物量のうち、前記排出流路を介して前記不純物とともに排出される燃料ガスによって前記燃料電池が発電することができる発電電力と前記循環手段の消費電力との和が最小となる不純物量に対応した値であることを特徴とする請求項１に記載された燃料電池システム。
3. 前記モード切替手段は、システムからの電力供給を受けて駆動する移動体の速度が、前記運転モードの切替条件として予め設定された判定速度以下の場合に、前記運転モードを前記通常発電モードから前記発電休止モードに切り替えており、
   前記設定手段は、前記移動体の速度が前記判定速度以下の場合には、前記不純物の目標管理値を前記最小不純物量に設定し、前記移動体の速度が前記判定速度よりも増加するに従って、前記不純物量の目標管理値を、前記最大効率不純物量を上限として前記最小不純物量から増加させた値に設定することを特徴とする請求項２に記載された燃料電池システム。
4. 前記モード切替手段は、システムからの電力供給を受けて駆動する移動体と、当該移動体の移動方向に存在する対象物との間の相対距離が、前記運転モードの切替条件として予め設定された判定距離以下の場合に、前記運転モードを前記通常発電モードから前記発電休止モードに切り替えており、
   前記設定手段は、前記相対距離が前記判定距離以下の場合には、前記不純物量の目標管理値を前記最小不純物量に設定し、前記相対距離が前記判定距離よりも増加するに従って、前記不純物量の目標管理値を、前記最大効率不純物量を上限として前記最小不純物量から増加させた値に設定することを特徴とする請求項２に記載された燃料電池システム。
5. 前記モード切替手段は、システムからの電力供給を受けて駆動する移動体に対して操作者から要求される加速要求値が、前記運転モードの切替条件として予め設定された判定加速要求値以下の場合に、前記運転モードを前記通常発電モードから前記発電休止モードに切り替えており、
   前記設定手段は、前記加速要求値が前記判定加速要値求以下の場合には、前記不純物量の目標管理値を前記最小不純物量に設定し、前記加速要求値が前記判定加速要求値よりも増加するに従って、前記不純物量の目標管理値を、前記最大効率不純物量を上限として前記最小不純物量から増加させた値に設定することを特徴とする請求項２に記載された燃料電池システム。
6. 前記モード切替手段は、システムからの電力供給を受けて駆動する移動体に対して操作者から減速要求がある場合に、前記運転モードを前記通常発電モードから前記発電休止モードに切り替えており、
   前記設定手段は、前記減速要求がある場合には、前記不純物量の目標管理値を前記最小不純物量に設定し、前記減速要求がない場合には、前記不純物量の目標管理値を前記最大効率不純物量に設定することを特徴とする請求項２または５に記載された燃料電池システム。
7. 前記モード切替手段は、前記蓄電手段の電力残力が、前記運転モードの切替条件として予め設定された判定電力残量以上の場合に、前記運転モードを前記通常発電モードから前記発電休止モードに切り替えており、
   前記設定手段は、前記電力残量が前記判定電力残量以上の場合には、前記不純物量の目標管理値を前記最小不純物量に設定し、前記電力残量が前記判定電力残量よりも低い場合には、前記不純物量の目標管理値を前記最大効率不純物量に設定することを特徴とする請求項２に記載された燃料電池システム。
8. 前記モード切替手段は、前記蓄電手段から供給可能な出力可能電力が、前記運転モードの切替条件として予め設定された判定出力可能電力以上の場合に、前記運転モードを前記通常発電モードから前記発電休止モードに切り替えており、
   前記設定手段は、前記出力可能電力が前記判定出力可能電力以上の場合には、前記不純物量の目標管理値を前記最小不純物量に設定し、前記出力可能電力が前記判定出力可能電力よりも低下するに従って、前記不純物量の目標管理値を、前記最大効率不純物量を上限として前記最小不純物量から増加させた値に設定することを特徴とする請求項２に記載された燃料電池システム。
9. 前記設定手段は、前記モード切替手段において運転モードの切替条件となるパラメータに基づいて、前記通常発電モードから前記発電休止モードに前記運転モードの切り替えが発生する確率を切替発生率として推定し、当該推定された切替発生率に基づいて、前記不純物量の目標管理値を可変に設定することを特徴とする請求項１に記載された燃料電池システム。
10. 前記設定手段は、前記切替発生率が最大値の場合に、前記不純物量の目標管理値を前記最小不純物量に設定し、前記切替発生率が最小値の場合に、前記不純物量の目標管理値を前記最大効率不純物量に設定し、前記切替発生率が前記最小値から増加する程、前記不純物量の目標管理値を前記最小不純物量から前記最大効率不純物量の間で増加させた値に設定することを特徴とする請求項９に記載された燃料電池システム。
11. 前記燃料電池による目標発電電力を決定する発電電力決定手段をさらに有し、
    前記設定手段は、前記不純物量の目標管理値が現在値よりも小さい値に変更された場合には、前記発電電力決定手段に対して、前記蓄電手段に蓄電するための余剰分の発電電力を追加的に発電するように指示することを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載された燃料電池システム。
12. 前記モード切替手段は、現在の運転モードが前記発電休止モードである場合、前記燃料極を含む前記循環流路内の不純物量が、切替不純物量以上であることを条件として、前記運転モードを前記発電休止モードから前記通常発電モードへと切り替えており、
    前記切替不純物量は、システムからの電力供給を受けて駆動する移動体が停止していない場合、前記燃料電池を最大発電電力にて発電するシーンにおいて、前記循環手段を最大運転状態にして安定した発電を継続的に行うことが可能となる不純物量の最大値である許容不純物量が設定されており、前記移動体が停止している場合、前記不純物量の最大値よりも大きい値である補正不純物量の不純物量に設定されていることを特徴とする請求項１に記載された燃料電池システム。
13. 前記燃料電池による目標発電電力を決定する発電電力決定手段をさらに有し、
    前記モード切替手段は、前記切替不純物量が前記補正不純物量に設定されている場合には、前記発電電力決定手段に対して前記目標発電電力を制限することを指示することを特徴とする請求項１２に記載された燃料電池システム。
14. 燃料電池システムの制御方法において、
    システムに要求される要求電力を、燃料極に供給される燃料ガスと酸化剤極に供給される酸化剤ガスとを反応させて発電を行う燃料電池から供給する通常発電モードと、前記燃料電池による発電を休止して、システムに要求される要求電力を蓄電手段から供給する発電休止モードとで運転モードを切り替える第１のステップと、
    前記第１のステップにおいて前記通常発電モードから前記発電休止モードに前記運転モードの切り替えが発生する確率が高いほど、前記燃料電池の燃料極内、および、当該燃料極から排出されたガスを前記燃料ガスの供給側へと循環させる循環流路内の不純物量の目標管理値を低く設定する第２のステップと、
    前記第２のステップにおいて設定された前記不純物の目標管理値に基づいて、前記循環流路から排出する前記不純物の排出量を調整する第３のステップと
    を有することを特徴とする燃料電池システムの制御方法。

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