JP7298541B2 - 燃料電池システム - Google Patents
燃料電池システム Download PDFInfo
- Publication number
- JP7298541B2 JP7298541B2 JP2020087489A JP2020087489A JP7298541B2 JP 7298541 B2 JP7298541 B2 JP 7298541B2 JP 2020087489 A JP2020087489 A JP 2020087489A JP 2020087489 A JP2020087489 A JP 2020087489A JP 7298541 B2 JP7298541 B2 JP 7298541B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- scavenging
- fuel cell
- gas
- fuel
- mode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
- H01M8/04231—Purging of the reactants
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
- H01M8/04746—Pressure; Flow
- H01M8/04753—Pressure; Flow of fuel cell reactants
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
- H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
- H01M8/04179—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal by purging or increasing flow or pressure of reactants
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
- H01M8/04225—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during start-up
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
- H01M8/04228—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during shut-down
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
- H01M8/04303—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods applied during shut-down
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
- H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
- H01M8/04701—Temperature
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
- H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
Description
本開示は、燃料電池システムに関する。
燃料電池（ＦＣ）は、複数の単セル（以下、セルと記載する場合がある）を積層した燃料電池スタック（以下、単にスタックと記載する場合がある）に、燃料ガスとしての水素（Ｈ２）と酸化剤ガスとしての酸素（Ｏ２）との電気化学反応によって電気エネルギーを取り出す発電装置である。なお、以下では、燃料ガスや酸化剤ガスを、特に区別することなく単に「反応ガス」あるいは「ガス」と呼ぶ場合もある。
この燃料電池の単セルは、通常、膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と、必要に応じて当該膜電極接合体の両面を挟持する２枚のセパレータにより構成される。
膜電極接合体は、プロトン（Ｈ＋）伝導性を有する固体高分子型電解質膜（以下、単に「電解質膜」とも呼ぶ）の両面に、それぞれ、触媒層及びガス拡散層が順に形成された構造を有している。そのため、膜電極接合体は、膜電極ガス拡散層接合体（ＭＥＧＡ）と称される場合がある。
セパレータは、通常、ガス拡散層に接する面に反応ガスの流路としての溝が形成された構造を有している。なお、このセパレータは発電した電気の集電体としても機能する。
燃料電池の燃料極（アノード）では、ガス流路及びガス拡散層から供給される水素が触媒層の触媒作用によりプロトン化し、電解質膜を通過して酸化剤極（カソード）へと移動する。同時に生成した電子は、外部回路を通って仕事をし、カソードへと移動する。カソードに供給される酸素は、カソード上でプロトンおよび電子と反応し、水を生成する。
生成した水は、電解質膜に適度な湿度を与え、余剰な水はガス拡散層を透過して、系外へと排出される。
この燃料電池の単セルは、通常、膜電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と、必要に応じて当該膜電極接合体の両面を挟持する２枚のセパレータにより構成される。
膜電極接合体は、プロトン（Ｈ＋）伝導性を有する固体高分子型電解質膜（以下、単に「電解質膜」とも呼ぶ）の両面に、それぞれ、触媒層及びガス拡散層が順に形成された構造を有している。そのため、膜電極接合体は、膜電極ガス拡散層接合体（ＭＥＧＡ）と称される場合がある。
セパレータは、通常、ガス拡散層に接する面に反応ガスの流路としての溝が形成された構造を有している。なお、このセパレータは発電した電気の集電体としても機能する。
燃料電池の燃料極（アノード）では、ガス流路及びガス拡散層から供給される水素が触媒層の触媒作用によりプロトン化し、電解質膜を通過して酸化剤極（カソード）へと移動する。同時に生成した電子は、外部回路を通って仕事をし、カソードへと移動する。カソードに供給される酸素は、カソード上でプロトンおよび電子と反応し、水を生成する。
生成した水は、電解質膜に適度な湿度を与え、余剰な水はガス拡散層を透過して、系外へと排出される。
燃料電池車両（以下車両と記載する場合がある）に車載されて用いられる燃料電池システムに関して種々の研究がなされている。
例えば特許文献１では、ＦＣの発電終了時の排水処理において、２段階掃気の間に停止時間を有する燃料電池システムが開示されている
例えば特許文献１では、ＦＣの発電終了時の排水処理において、２段階掃気の間に停止時間を有する燃料電池システムが開示されている
また、特許文献２では、ＦＣの発電終了時の排水処理において、冬モードの掃気時間を長くする燃料電池システムが開示されている。
また、特許文献３では、ＦＣの発電終了時の排水処理において、２段階掃気において、第１掃気よりも第２掃気の時間が短い燃料電池システムが開示されている。
複数の運転モードを有する燃料電池システムにおいては、運転モードに応じてＭＥＡの水分量を調整する必要がある。例えば、高出力モードで燃料電池スタックの発電を停止するときには、燃料電池スタックの始動時に燃料電池スタックが高出力になるような環境となるように燃料電池スタックの掃気処理をしておく必要がある。
本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、燃料電池スタックの始動性を良好にすることができる燃料電池システムを提供することを主目的とする。
本開示においては、車両に搭載されて用いられる燃料電池システムであって、
燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに反応ガスを供給する反応ガス供給部と、
前記反応ガスの流量を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記燃料電池スタックの発電停止時に、第１掃気と当該第１掃気よりも前記反応ガスの流量が小さい第２掃気の２段階の掃気を行い、当該第１掃気と当該第２掃気の間に掃気待機時間を設け、
前記制御部は、前記燃料電池スタックの発電停止時の当該燃料電池スタックの運転モードが通常モードよりも出力が高い高出力モードである場合は、当該通常モードの場合に行う前記第１掃気の掃気時間よりも当該掃気時間を長くすることを特徴とする燃料電池システムを提供する。
燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに反応ガスを供給する反応ガス供給部と、
前記反応ガスの流量を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記燃料電池スタックの発電停止時に、第１掃気と当該第１掃気よりも前記反応ガスの流量が小さい第２掃気の２段階の掃気を行い、当該第１掃気と当該第２掃気の間に掃気待機時間を設け、
前記制御部は、前記燃料電池スタックの発電停止時の当該燃料電池スタックの運転モードが通常モードよりも出力が高い高出力モードである場合は、当該通常モードの場合に行う前記第１掃気の掃気時間よりも当該掃気時間を長くすることを特徴とする燃料電池システムを提供する。
本開示においては、前記制御部は、前記燃料電池スタックの発電停止時の当該燃料電池スタックの運転モードが通常モードよりも出力が低い低出力モードである場合は、当該通常モードの場合に行う前記第１掃気の掃気時間よりも当該掃気時間を短くするか又は前記第１掃気を行わず、且つ、当該通常モードの場合に行う前記掃気待機時間及び前記第２掃気の掃気時間の少なくともいずれか一方の時間を長くしてもよい。
本開示の燃料電池システムによれば、高出力モードで燃料電池スタックの発電が終了するときはガス流量が大きい第１掃気の時間を長くしてＭＥＡを通常よりも乾燥させ、ＭＥＡの水分量を最適化することで、燃料ガス及び酸化剤ガスの拡散抵抗が小さくなり、燃料電池スタックの始動時に燃料電池スタックを高出力にし易くすることができ、燃料電池スタックの始動性を良好にすることができる。
本開示においては、車両に搭載されて用いられる燃料電池システムであって、
燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに反応ガスを供給する反応ガス供給部と、
前記反応ガスの流量を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記燃料電池スタックの発電停止時に、第１掃気と当該第１掃気よりも前記反応ガスの流量が小さい第２掃気の２段階の掃気を行い、当該第１掃気と当該第２掃気の間に掃気待機時間を設け、
前記制御部は、前記燃料電池スタックの発電停止時の当該燃料電池スタックの運転モードが通常モードよりも出力が高い高出力モードである場合は、当該通常モードの場合に行う前記第１掃気の掃気時間よりも当該掃気時間を長くすることを特徴とする燃料電池システムを提供する。
燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに反応ガスを供給する反応ガス供給部と、
前記反応ガスの流量を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記燃料電池スタックの発電停止時に、第１掃気と当該第１掃気よりも前記反応ガスの流量が小さい第２掃気の２段階の掃気を行い、当該第１掃気と当該第２掃気の間に掃気待機時間を設け、
前記制御部は、前記燃料電池スタックの発電停止時の当該燃料電池スタックの運転モードが通常モードよりも出力が高い高出力モードである場合は、当該通常モードの場合に行う前記第１掃気の掃気時間よりも当該掃気時間を長くすることを特徴とする燃料電池システムを提供する。
燃料電池スタックの発電停止時の掃気の目的には様々な種類があり、大きく分けて以下の目的等がある。
（１）次回氷点下始動時のスタックの出力向上を目的として、スタックの各単セル内のＭＥＡの部位を乾燥させること。
（２）次回氷点下始動時の反応ガスの供給流路を確保することを目的として、スタックの各単セルのセパレータのガス流路、及び、くし歯部等の部位に滞留する残水を掃気すること。
（３）次回始動時のＭＥＡ等の発電部への液水の流入を抑制することを目的として、スタックのマニホールド等のガス配管系部品の部位に滞留する残水を掃気すること。
（４）水噛みこみによる異音、燃費悪化、及び、次回始動時の凍結を抑制することを目的として、補機類等の部位に滞留する残水を掃気すること。
掃気を大流量且つ長時間実施すれば上記（１）～（４）の全部位の掃気が可能となるが、燃費が悪化する等の問題がある。
（１）次回氷点下始動時のスタックの出力向上を目的として、スタックの各単セル内のＭＥＡの部位を乾燥させること。
（２）次回氷点下始動時の反応ガスの供給流路を確保することを目的として、スタックの各単セルのセパレータのガス流路、及び、くし歯部等の部位に滞留する残水を掃気すること。
（３）次回始動時のＭＥＡ等の発電部への液水の流入を抑制することを目的として、スタックのマニホールド等のガス配管系部品の部位に滞留する残水を掃気すること。
（４）水噛みこみによる異音、燃費悪化、及び、次回始動時の凍結を抑制することを目的として、補機類等の部位に滞留する残水を掃気すること。
掃気を大流量且つ長時間実施すれば上記（１）～（４）の全部位の掃気が可能となるが、燃費が悪化する等の問題がある。
従来の掃気方法では、排水したい部位を特定した掃気ができておらず、画一的に実施している。そのため、顧客のニーズに応えた掃気手段の選択ができず、また、機能面からみても不必要な掃気がある。その結果、掃気時間が長くなること、及び、燃費が悪化すること等の問題がある。
本研究者らはスタック水温の高低により、スタックの残水の持ち去り挙動が異なることに着目し、運転モードに応じて、ＭＥＡの乾燥を目的として比較的スタック水温を高温にして行う第１掃気の掃気時間と、重力排水と第１掃気後に高温にしたスタック水温が低下することによる水蒸気凝縮によりスタックからの残水がガス配管系部品に液だれするまでの掃気待機時間と、動圧排水を主体的に用いたガス配管系部品に溜まった残水の排水を目的として比較的スタック水温が低温でも掃気可能な第２掃気の掃気時間を変更することを見出した。
本開示によれば、機能ニーズに基づいた排水方法の選択、及び、顧客ニーズに基づいた排水方法の選択等が可能となる。
なお、本開示においてガス配管系部品とは、スタックのマニホールド、ガス流路等のガス配管、並びに、排水弁、燃料オフガス排出弁、酸化剤ガス圧力調整弁、掃気弁、バイパス弁、及び、気液分離器等の部品等のスタックのガスに関連する部品を意味する。
本研究者らはスタック水温の高低により、スタックの残水の持ち去り挙動が異なることに着目し、運転モードに応じて、ＭＥＡの乾燥を目的として比較的スタック水温を高温にして行う第１掃気の掃気時間と、重力排水と第１掃気後に高温にしたスタック水温が低下することによる水蒸気凝縮によりスタックからの残水がガス配管系部品に液だれするまでの掃気待機時間と、動圧排水を主体的に用いたガス配管系部品に溜まった残水の排水を目的として比較的スタック水温が低温でも掃気可能な第２掃気の掃気時間を変更することを見出した。
本開示によれば、機能ニーズに基づいた排水方法の選択、及び、顧客ニーズに基づいた排水方法の選択等が可能となる。
なお、本開示においてガス配管系部品とは、スタックのマニホールド、ガス流路等のガス配管、並びに、排水弁、燃料オフガス排出弁、酸化剤ガス圧力調整弁、掃気弁、バイパス弁、及び、気液分離器等の部品等のスタックのガスに関連する部品を意味する。
本開示の燃料電池システムは、少なくとも燃料電池スタックと、燃料電池スタックに反応ガスを供給する反応ガス供給部と、反応ガスの流量を制御する制御部と、を有する。
本開示の燃料電池システムは、通常、駆動源を電動機（モータ）とする燃料電池車両に搭載されて用いられる。
また、本開示の燃料電池システムは、二次電池の電力でも走行可能な車両に搭載されて用いられてもよい。
電動機は、特に限定されず、従来公知の駆動モータであってもよい。
また、本開示の燃料電池システムは、二次電池の電力でも走行可能な車両に搭載されて用いられてもよい。
電動機は、特に限定されず、従来公知の駆動モータであってもよい。
燃料電池スタックは、燃料電池の単セルを複数積層した積層体であってもよい。
単セルの積層数は特に限定されず、例えば、２～数百個であってもよく、２～２００個であってもよい。
燃料電池スタックは、単セルの積層方向の両端にエンドプレートを備えていてもよい。
燃料電池の単セルは、少なくとも酸化剤極、電解質膜、及び、燃料極を含む膜電極接合体を備え、必要に応じて当該膜電極接合体の両面を挟持する２枚のセパレータを備えてもよい。
単セルの積層数は特に限定されず、例えば、２～数百個であってもよく、２～２００個であってもよい。
燃料電池スタックは、単セルの積層方向の両端にエンドプレートを備えていてもよい。
燃料電池の単セルは、少なくとも酸化剤極、電解質膜、及び、燃料極を含む膜電極接合体を備え、必要に応じて当該膜電極接合体の両面を挟持する２枚のセパレータを備えてもよい。
セパレータは、ガス拡散層に接する面に反応ガス流路を有していてもよい。また、セパレータは、ガス拡散層に接する面とは反対側の面に燃料電池の温度を一定に保つための冷媒流路を有していてもよい。
セパレータは、反応ガス及び冷媒を単セルの積層方向に流通させるための供給孔及び排出孔を有していてもよい。
供給孔は、燃料ガス供給孔、酸化剤ガス供給孔、及び、冷媒供給孔等が挙げられる。
排出孔は、燃料ガス排出孔、酸化剤ガス排出孔、及び、冷媒排出孔等が挙げられる。
セパレータは、ガス不透過の導電性部材等であってもよい。導電性部材としては、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボン、及び、プレス成形した金属（例えば、鉄、アルミニウム、及び、ステンレス等）板等であってもよい。また、セパレータが集電機能を備えるものであってもよい。
燃料電池スタックは、各供給孔が連通した入口マニホールド、及び、各排出孔が連通した出口マニホールド等のマニホールドを有していてもよい。
入口マニホールドは、アノード入口マニホールド、カソード入口マニホールド、及び、冷媒入口マニホールド等が挙げられる。
出口マニホールドは、アノード出口マニホールド、カソード出口マニホールド、及び、冷媒出口マニホールド等が挙げられる。
セパレータは、反応ガス及び冷媒を単セルの積層方向に流通させるための供給孔及び排出孔を有していてもよい。
供給孔は、燃料ガス供給孔、酸化剤ガス供給孔、及び、冷媒供給孔等が挙げられる。
排出孔は、燃料ガス排出孔、酸化剤ガス排出孔、及び、冷媒排出孔等が挙げられる。
セパレータは、ガス不透過の導電性部材等であってもよい。導電性部材としては、例えば、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボン、及び、プレス成形した金属（例えば、鉄、アルミニウム、及び、ステンレス等）板等であってもよい。また、セパレータが集電機能を備えるものであってもよい。
燃料電池スタックは、各供給孔が連通した入口マニホールド、及び、各排出孔が連通した出口マニホールド等のマニホールドを有していてもよい。
入口マニホールドは、アノード入口マニホールド、カソード入口マニホールド、及び、冷媒入口マニホールド等が挙げられる。
出口マニホールドは、アノード出口マニホールド、カソード出口マニホールド、及び、冷媒出口マニホールド等が挙げられる。
酸化剤極は、酸化剤極触媒層及びガス拡散層を含む。
燃料極は、燃料極触媒層及びガス拡散層を含む。
酸化剤極触媒層及び燃料極触媒層は、例えば、電気化学反応を促進する触媒金属、プロトン伝導性を有する電解質、及び、電子伝導性を有するカーボン粒子等を備えていてもよい。
触媒金属としては、例えば、白金（Ｐｔ）、及び、Ｐｔと他の金属とから成る合金（例えばコバルト、及び、ニッケル等を混合したＰｔ合金）等を用いることができる。
電解質としては、フッ素系樹脂等であってもよい。フッ素系樹脂としては、例えば、ナフィオン溶液等を用いてもよい。
上記触媒金属はカーボン粒子上に担持されており、各触媒層では、触媒金属を担持したカーボン粒子（触媒粒子）と電解質とが混在していてもよい。
触媒金属を担持するためのカーボン粒子（担持用カーボン粒子）は、例えば、一般に市販されているカーボン粒子（カーボン粉末）を加熱処理することにより自身の撥水性が高められた撥水化カーボン粒子等を用いてもよい。
燃料極は、燃料極触媒層及びガス拡散層を含む。
酸化剤極触媒層及び燃料極触媒層は、例えば、電気化学反応を促進する触媒金属、プロトン伝導性を有する電解質、及び、電子伝導性を有するカーボン粒子等を備えていてもよい。
触媒金属としては、例えば、白金（Ｐｔ）、及び、Ｐｔと他の金属とから成る合金（例えばコバルト、及び、ニッケル等を混合したＰｔ合金）等を用いることができる。
電解質としては、フッ素系樹脂等であってもよい。フッ素系樹脂としては、例えば、ナフィオン溶液等を用いてもよい。
上記触媒金属はカーボン粒子上に担持されており、各触媒層では、触媒金属を担持したカーボン粒子（触媒粒子）と電解質とが混在していてもよい。
触媒金属を担持するためのカーボン粒子（担持用カーボン粒子）は、例えば、一般に市販されているカーボン粒子（カーボン粉末）を加熱処理することにより自身の撥水性が高められた撥水化カーボン粒子等を用いてもよい。
ガス拡散層は、ガス透過性を有する導電性部材等であってもよい。
導電性部材としては、例えば、カーボンクロス、及びカーボンペーパー等のカーボン多孔質体、並びに、金属メッシュ、及び、発泡金属などの金属多孔質体等が挙げられる。
導電性部材としては、例えば、カーボンクロス、及びカーボンペーパー等のカーボン多孔質体、並びに、金属メッシュ、及び、発泡金属などの金属多孔質体等が挙げられる。
電解質膜は、固体高分子電解質膜であってもよい。固体高分子電解質膜としては、例えば、水分が含まれたパーフルオロスルホン酸の薄膜等のフッ素系電解質膜、及び、炭化水素系電解質膜等が挙げられる。電解質膜としては、例えば、ナフィオン膜（デュポン社製）等であってもよい。
燃料電池システムは、燃料電池の電極に反応ガスを供給する反応ガス供給部を有していてもよい。
反応ガス供給部は、燃料電池スタックに反応ガスを供給する。
反応ガスは、燃料ガス及び酸化剤ガスを含む概念である。
反応ガス供給部としては、燃料ガス供給部及び酸化剤ガス供給部等が挙げられ、燃料電池システムは、これらの供給部のいずれか一方を有していてもよく、これらの供給部の両方を有していてもよい。
反応ガス供給部は、燃料電池スタックに反応ガスを供給する。
反応ガスは、燃料ガス及び酸化剤ガスを含む概念である。
反応ガス供給部としては、燃料ガス供給部及び酸化剤ガス供給部等が挙げられ、燃料電池システムは、これらの供給部のいずれか一方を有していてもよく、これらの供給部の両方を有していてもよい。
燃料電池システムは、燃料電池の燃料極に燃料ガスを供給する燃料ガス供給部を有していてもよい。
燃料ガスは、主に水素を含有するガスであり、例えば、水素ガスであってもよい。
燃料ガス供給部としては、例えば、燃料タンク等が挙げられ、具体的には、液体水素タンク、圧縮水素タンク等が挙げられる。
燃料ガスは、主に水素を含有するガスであり、例えば、水素ガスであってもよい。
燃料ガス供給部としては、例えば、燃料タンク等が挙げられ、具体的には、液体水素タンク、圧縮水素タンク等が挙げられる。
燃料電池システムは、燃料ガス供給流路を備えていてもよい。
燃料ガス供給流路は、燃料電池と燃料ガス供給部を接続し、燃料ガスの燃料ガス供給部からの燃料電池の燃料極への供給を可能にする。
燃料ガス供給流路は、燃料電池と燃料ガス供給部を接続し、燃料ガスの燃料ガス供給部からの燃料電池の燃料極への供給を可能にする。
燃料電池システムは、循環流路を備えていてもよい。
循環流路は、燃料電池の燃料極から排出された燃料オフガスを回収し、循環ガスとして燃料電池の燃料極に戻すことを可能にする。
燃料オフガスは、燃料極において未反応のまま通過した燃料ガス、酸化剤極で生成した生成水が燃料極に到達した水分、及び、掃気時に燃料極に供給されてもよい酸化剤ガス等を含む。
循環流路は、燃料電池の燃料極から排出された燃料オフガスを回収し、循環ガスとして燃料電池の燃料極に戻すことを可能にする。
燃料オフガスは、燃料極において未反応のまま通過した燃料ガス、酸化剤極で生成した生成水が燃料極に到達した水分、及び、掃気時に燃料極に供給されてもよい酸化剤ガス等を含む。
燃料電池システムは、必要に応じて、循環流路上に循環ガスの流量を調整する水素ポンプ等の循環用ポンプ、及び、エジェクタ等を備えていてもよい。
循環用ポンプは、制御部と電気的に接続され、制御部によって循環用ポンプの駆動のオン・オフ及び回転数等を制御されることにより、循環ガスの流量を調整してもよい。
エジェクタは、例えば、燃料ガス供給流路と循環流路の合流部に配置され、燃料ガスと循環ガスとを含む混合ガスを燃料電池の燃料極に供給する。エジェクタとしては、従来公知のエジェクタを採用することができる。
循環用ポンプは、制御部と電気的に接続され、制御部によって循環用ポンプの駆動のオン・オフ及び回転数等を制御されることにより、循環ガスの流量を調整してもよい。
エジェクタは、例えば、燃料ガス供給流路と循環流路の合流部に配置され、燃料ガスと循環ガスとを含む混合ガスを燃料電池の燃料極に供給する。エジェクタとしては、従来公知のエジェクタを採用することができる。
循環流路には、燃料オフガス中の水分を低減するための気液分離器が設けられていてもよい。そして、気液分離器によって循環流路から分岐される排水流路及び、当該排水流路上に排水弁が備えられていてもよい。
気液分離器において、燃料オフガス中から分離された水分は、循環流路から分岐される排水流路に設けられた排水弁の開放によって排出してもよい。
排水弁は、制御部と電気的に接続され、制御部によって排水弁の開閉を制御されることにより、液水の排水量を調整してもよい。
気液分離器において、燃料オフガス中から分離された水分は、循環流路から分岐される排水流路に設けられた排水弁の開放によって排出してもよい。
排水弁は、制御部と電気的に接続され、制御部によって排水弁の開閉を制御されることにより、液水の排水量を調整してもよい。
燃料電池システムは、燃料オフガス排出部を備えていてもよい。
燃料オフガス排出部は、燃料オフガスを外部（系外）に排出することを可能にする。なお、外部とは、燃料電池システムの外部であってもよく、車両の外部であってもよい。
燃料オフガス排出部は、燃料オフガス排出弁を備えていてもよく、必要に応じ、燃料オフガス排出流路をさらに備えていてもよい。
燃料オフガス排出弁は、制御部と電気的に接続され、制御部によって燃料オフガス排出弁の開閉を制御されることにより、燃料オフガスの排出流量を調整してもよい。
燃料オフガス排出流路は、例えば、循環流路から分岐されていてもよく、燃料オフガス中の水素濃度が低くなりすぎた場合に当該燃料オフガスを外部に排出可能にする。
燃料オフガス排出部は、燃料オフガスを外部（系外）に排出することを可能にする。なお、外部とは、燃料電池システムの外部であってもよく、車両の外部であってもよい。
燃料オフガス排出部は、燃料オフガス排出弁を備えていてもよく、必要に応じ、燃料オフガス排出流路をさらに備えていてもよい。
燃料オフガス排出弁は、制御部と電気的に接続され、制御部によって燃料オフガス排出弁の開閉を制御されることにより、燃料オフガスの排出流量を調整してもよい。
燃料オフガス排出流路は、例えば、循環流路から分岐されていてもよく、燃料オフガス中の水素濃度が低くなりすぎた場合に当該燃料オフガスを外部に排出可能にする。
燃料電池システムは、酸化剤ガス供給部、酸化剤ガス供給流路、及び、酸化剤ガス排出流路を備えていてもよい。
酸化剤ガス供給部は、少なくとも燃料電池の酸化剤極に酸化剤ガスを供給する。
酸化剤ガス供給部としては、例えば、エアコンプレッサー等を用いることができる。エアコンプレッサーは、制御部からの制御信号に従って駆動され、酸化剤ガスを燃料電池のカソード側（酸化剤極、カソード入口マニホールド等）に導入する。
酸化剤ガス供給流路は、酸化剤ガス供給部と燃料電池を接続し、酸化剤ガス供給部から燃料電池の酸化剤極への酸化剤ガスの供給を可能にする。
酸化剤ガスは、酸素含有ガスであり、空気、乾燥空気、及び、純酸素等であってもよい。
酸化剤ガス排出流路は、燃料電池の酸化剤極からの酸化剤ガスの排出を可能にする。
酸化剤ガス排出流路には、酸化剤ガス圧力調整弁が設けられていてもよい。
酸化剤ガス圧力調整弁は、制御部と電気的に接続され、制御部によって酸化剤ガス圧力調整弁が開弁されることにより、反応済みのカソードオフガスを酸化剤ガス排出流路から排出する。また、酸化剤ガス圧力調整弁の開度を調整することにより、酸化剤極に供給される酸化剤ガス圧力（カソード圧力）を調整することができる。
酸化剤ガス供給部は、少なくとも燃料電池の酸化剤極に酸化剤ガスを供給する。
酸化剤ガス供給部としては、例えば、エアコンプレッサー等を用いることができる。エアコンプレッサーは、制御部からの制御信号に従って駆動され、酸化剤ガスを燃料電池のカソード側（酸化剤極、カソード入口マニホールド等）に導入する。
酸化剤ガス供給流路は、酸化剤ガス供給部と燃料電池を接続し、酸化剤ガス供給部から燃料電池の酸化剤極への酸化剤ガスの供給を可能にする。
酸化剤ガスは、酸素含有ガスであり、空気、乾燥空気、及び、純酸素等であってもよい。
酸化剤ガス排出流路は、燃料電池の酸化剤極からの酸化剤ガスの排出を可能にする。
酸化剤ガス排出流路には、酸化剤ガス圧力調整弁が設けられていてもよい。
酸化剤ガス圧力調整弁は、制御部と電気的に接続され、制御部によって酸化剤ガス圧力調整弁が開弁されることにより、反応済みのカソードオフガスを酸化剤ガス排出流路から排出する。また、酸化剤ガス圧力調整弁の開度を調整することにより、酸化剤極に供給される酸化剤ガス圧力（カソード圧力）を調整することができる。
酸化剤ガス供給流路には、インタークーラーが配置されていてもよい。インタークーラーは、冷媒循環流路と接続され、冷媒との間で熱交換を行い、酸化剤ガス供給部から排出された酸化剤ガスを冷却する。また、燃料電池の暖機（発電前処理）要求があるときには、酸化剤ガス供給部によって圧縮されて温度が高くなった酸化剤ガスの熱により、冷媒を昇温させる。
燃料電池システムは、インタークーラーの下流側で酸化剤ガス供給流路から分岐し、燃料電池をバイパスして酸化剤ガス排出流路に接続されたバイパス流路を備えていてもよい。このバイパス流路には、バイパス流路の開通状態を制御するバイパス弁が配置されている。バイパス弁は、制御部と電気的に接続され、例えば、駆動モータの回生発電時に二次電池の充電容量に余裕がない状況で、酸化剤ガス供給部を駆動して二次電池の電力を消費する場合に、制御部によって開弁される。これにより、酸化剤ガスは燃料電池に送られることなく、酸化剤ガス排出流路へ排出される。
また、燃料ガス供給流路と酸化剤ガス供給流路は合流流路を介して接続されていてもよい。合流流路には掃気弁が設けられていてもよい。
掃気弁は、制御部と電気的に接続され、制御部によって掃気弁が開弁されることにより、酸化剤ガス供給部の酸化剤ガスを掃気ガスとして燃料ガス供給流路内に流入させるようになっていてもよい。
掃気に用いられる掃気ガスは、反応ガスであってもよく、反応ガスは、燃料ガスであってもよく、酸化剤ガスであってもよく、これらの両方のガスを含む混合反応ガスであってもよい。
掃気弁は、制御部と電気的に接続され、制御部によって掃気弁が開弁されることにより、酸化剤ガス供給部の酸化剤ガスを掃気ガスとして燃料ガス供給流路内に流入させるようになっていてもよい。
掃気に用いられる掃気ガスは、反応ガスであってもよく、反応ガスは、燃料ガスであってもよく、酸化剤ガスであってもよく、これらの両方のガスを含む混合反応ガスであってもよい。
燃料電池システムは、燃料電池の冷却系として、冷媒供給部、及び、冷媒循環流路を備えていてもよい。
冷媒循環流路は、燃料電池に設けられる冷媒供給孔及び冷媒排出孔に連通し、冷媒供給部から供給される冷媒を燃料電池内外で循環させ、燃料電池の冷却を可能にする。
冷媒供給部は、例えば、冷却水ポンプ等が挙げられる。
冷媒循環流路には、冷却水の熱を放熱するラジエータが設けられていてもよい。
冷却水（冷媒）としては、低温時の凍結を防止するために例えばエチレングリコールと水との混合溶液を用いることができる。
冷媒循環流路は、燃料電池に設けられる冷媒供給孔及び冷媒排出孔に連通し、冷媒供給部から供給される冷媒を燃料電池内外で循環させ、燃料電池の冷却を可能にする。
冷媒供給部は、例えば、冷却水ポンプ等が挙げられる。
冷媒循環流路には、冷却水の熱を放熱するラジエータが設けられていてもよい。
冷却水（冷媒）としては、低温時の凍結を防止するために例えばエチレングリコールと水との混合溶液を用いることができる。
燃料電池システムは、二次電池を備えていてもよい。
二次電池（バッテリ）は、充放電可能なものであればよく、例えば、ニッケル水素二次電池、及び、リチウムイオン二次電池等の従来公知の二次電池が挙げられる。また、二次電池は、電気二重層コンデンサ等の蓄電素子を含むものであってもよい。二次電池は、複数個を直列に接続した構成であってもよい。二次電池は、電動機及びエアコンプレッサー等の酸化剤ガス供給部等に電力を供給する。二次電池は、車両の外部の電源、例えば、家庭用電源から充電可能になっていてもよい。二次電池は、燃料電池の出力により充電されてもよい。
燃料電池システムは、バッテリを電源とする補機類を備えていてもよい。
補機類としては、例えば車両の照明機器、及び、空調機器等が挙げられる。
制御部は、二次電池の充放電を制御してもよい。
二次電池（バッテリ）は、充放電可能なものであればよく、例えば、ニッケル水素二次電池、及び、リチウムイオン二次電池等の従来公知の二次電池が挙げられる。また、二次電池は、電気二重層コンデンサ等の蓄電素子を含むものであってもよい。二次電池は、複数個を直列に接続した構成であってもよい。二次電池は、電動機及びエアコンプレッサー等の酸化剤ガス供給部等に電力を供給する。二次電池は、車両の外部の電源、例えば、家庭用電源から充電可能になっていてもよい。二次電池は、燃料電池の出力により充電されてもよい。
燃料電池システムは、バッテリを電源とする補機類を備えていてもよい。
補機類としては、例えば車両の照明機器、及び、空調機器等が挙げられる。
制御部は、二次電池の充放電を制御してもよい。
制御部は、反応ガスのガス流量を制御する。
制御部は、気液分離器、排水弁、燃料オフガス排出弁、酸化剤ガス圧力調整弁、掃気弁、燃料ガス供給部、酸化剤ガス供給部、バイパス弁、二次電池、循環用ポンプ等と入出力インターフェースを介して接続されていてもよい。また、制御部は、車両に搭載されていてもよいイグニッションスイッチと電気的に接続されていてもよい。
制御部は、物理的には、例えば、ＣＰＵ（中央演算処理装置）等の演算処理装置と、ＣＰＵで処理される制御プログラム及び制御データ等を記憶するＲＯＭ（リードオンリーメモリー）、並びに、主として制御処理のための各種作業領域として使用されるＲＡＭ（ランダムアクセスメモリー）等の記憶装置と、入出力インターフェースとを有するものである。また、制御部は、例えば、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）等の制御装置であってもよい。
制御部は、気液分離器、排水弁、燃料オフガス排出弁、酸化剤ガス圧力調整弁、掃気弁、燃料ガス供給部、酸化剤ガス供給部、バイパス弁、二次電池、循環用ポンプ等と入出力インターフェースを介して接続されていてもよい。また、制御部は、車両に搭載されていてもよいイグニッションスイッチと電気的に接続されていてもよい。
制御部は、物理的には、例えば、ＣＰＵ（中央演算処理装置）等の演算処理装置と、ＣＰＵで処理される制御プログラム及び制御データ等を記憶するＲＯＭ（リードオンリーメモリー）、並びに、主として制御処理のための各種作業領域として使用されるＲＡＭ（ランダムアクセスメモリー）等の記憶装置と、入出力インターフェースとを有するものである。また、制御部は、例えば、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）等の制御装置であってもよい。
制御部は、燃料電池の発電停止時に、第１掃気と当該第１掃気よりも反応ガスの流量が小さい第２掃気の２段階の掃気を行い、当該第１掃気と当該第２掃気の間に掃気待機時間を設ける。
第１掃気は、ＭＥＡの乾燥を主目的で行う。
通常掃気モードの場合の第１掃気を行う時間は、特に限定されず、例えば、制御部がＭＥＡの乾燥状態をＭＥＡのインピーダンスにより管理し、制御部は第１掃気にてＭＥＡのインピーダンスが所定の目標値に達したら掃気を終了するように設定してもよい。
通常掃気モードの場合の第１掃気を行う時間は、具体的には、１０秒以上、２０秒以上、３０秒以上、４０秒以上、５０秒以上、５５秒以上、１分以上、であってもよく、上限は特に限定されない。
通常掃気モードの場合の第１掃気のガス流量は、第２掃気のガス流量よりも大きければ特に限定されない。
通常掃気モードの場合の第１掃気のガス流量は、例えば、予めＭＥＡのインピーダンスと、ガス流量との相関関係を示すデータ群を用意し、当該データ群から、燃費及び掃気時間等を考慮して適宜設定することができる。
通常掃気モードの場合の第１掃気のガス流量は、具体的には、酸化剤ガス供給部がエアコンプレッサーの場合の酸化剤ガス供給流量が、１０００ＮＬ／ｍｉｎ以上、１２００ＮＬ／ｍｉｎ以上、１４００ＮＬ／ｍｉｎであってもよく、上限は特に限定されず、２０００ＮＬ／ｍｉｎ以下であってもよい。
ガス流量の制御方法は特に限定されず、従来公知の方法を採用することができ、例えば、燃料ガス供給部からの燃料ガスの供給流量を制御してもよいし、循環流路に設けた循環用ポンプの回転数を調整することにより循環ガス流量を制御してもよいし、酸化剤ガス供給部からの酸化剤ガスの供給流量を制御してもよいし、燃料オフガス排出弁の開度を制御してもよいし、酸化剤ガス圧力調整弁の開度を制御してもよいし、これらの制御を併用してもよい。
通常掃気モードの場合の第１掃気を行う時間は、特に限定されず、例えば、制御部がＭＥＡの乾燥状態をＭＥＡのインピーダンスにより管理し、制御部は第１掃気にてＭＥＡのインピーダンスが所定の目標値に達したら掃気を終了するように設定してもよい。
通常掃気モードの場合の第１掃気を行う時間は、具体的には、１０秒以上、２０秒以上、３０秒以上、４０秒以上、５０秒以上、５５秒以上、１分以上、であってもよく、上限は特に限定されない。
通常掃気モードの場合の第１掃気のガス流量は、第２掃気のガス流量よりも大きければ特に限定されない。
通常掃気モードの場合の第１掃気のガス流量は、例えば、予めＭＥＡのインピーダンスと、ガス流量との相関関係を示すデータ群を用意し、当該データ群から、燃費及び掃気時間等を考慮して適宜設定することができる。
通常掃気モードの場合の第１掃気のガス流量は、具体的には、酸化剤ガス供給部がエアコンプレッサーの場合の酸化剤ガス供給流量が、１０００ＮＬ／ｍｉｎ以上、１２００ＮＬ／ｍｉｎ以上、１４００ＮＬ／ｍｉｎであってもよく、上限は特に限定されず、２０００ＮＬ／ｍｉｎ以下であってもよい。
ガス流量の制御方法は特に限定されず、従来公知の方法を採用することができ、例えば、燃料ガス供給部からの燃料ガスの供給流量を制御してもよいし、循環流路に設けた循環用ポンプの回転数を調整することにより循環ガス流量を制御してもよいし、酸化剤ガス供給部からの酸化剤ガスの供給流量を制御してもよいし、燃料オフガス排出弁の開度を制御してもよいし、酸化剤ガス圧力調整弁の開度を制御してもよいし、これらの制御を併用してもよい。
掃気待機（残水の液だれ待ち）は、スタックに流すガス流量を減少させるか又はガスを流さず、スタックを静的に放置する事でスタックからの残水の液だれを待つことを主目的に行う。
通常掃気モードの場合の掃気待機時のガス流量は、具体的には、酸化剤ガス供給部がエアコンプレッサーの場合の酸化剤ガス供給流量が、６００ＮＬ／ｍｉｎ以下であってもよく、０ＮＬ／ｍｉｎであってもよい。
通常掃気モードの場合の掃気待機時間（残水の液だれ待ち時間）は、特に限定されず、例えば、予め測定したスタックからの残水の移動速度等から適宜設定してもよい。
通常掃気モードの場合の掃気待機時間は、具体的には、１０秒以上、２０秒以上、３０秒以上、４０秒以上、５０秒以上、１分以上、であってもよく、上限は特に限定されない。
掃気待機時間を設けることにより、第１掃気のみ又は第１掃気と第２掃気の２段階掃気のみを行う場合と比較して、スタックの過乾燥を抑制することができる。また、掃気待機時間を設けることにより、スタック内の残水が染み出してスタック外に液だれし、ガス配管系部品等に溜まる。
通常掃気モードの場合の掃気待機時のガス流量は、具体的には、酸化剤ガス供給部がエアコンプレッサーの場合の酸化剤ガス供給流量が、６００ＮＬ／ｍｉｎ以下であってもよく、０ＮＬ／ｍｉｎであってもよい。
通常掃気モードの場合の掃気待機時間（残水の液だれ待ち時間）は、特に限定されず、例えば、予め測定したスタックからの残水の移動速度等から適宜設定してもよい。
通常掃気モードの場合の掃気待機時間は、具体的には、１０秒以上、２０秒以上、３０秒以上、４０秒以上、５０秒以上、１分以上、であってもよく、上限は特に限定されない。
掃気待機時間を設けることにより、第１掃気のみ又は第１掃気と第２掃気の２段階掃気のみを行う場合と比較して、スタックの過乾燥を抑制することができる。また、掃気待機時間を設けることにより、スタック内の残水が染み出してスタック外に液だれし、ガス配管系部品等に溜まる。
第２掃気は、掃気音を小さくし、燃費を良好にすること、及び、スタックからの残水の液だれ後のガス配管系部品に溜まった水の掃気を主目的として行う。
通常掃気モードの場合の第２掃気を行う時間は、特に限定されず、第１掃気の掃気時間と同じであっても異なっていてもよい。第２掃気の掃気時間を短くすることで、電解質膜の水分の確保とガス配管系部品に溜まった残水の除去を両立できる。例えば、予めガス配管系部品内の残水量と掃気時間との関係を示すデータ群を用意し、当該データ群から適宜設定してもよい。
通常掃気モードの場合の第２掃気を行う時間は、具体的には、１０秒以上、２０秒以上、３０秒以上、４０秒以上、５０秒以上、５５秒以上、１分以上、であってもよく、上限は特に限定されない。
通常掃気モードの場合の第２掃気のガス流量は、第１掃気のガス流量よりも小さければ特に限定されない。第２掃気のガス流量を小さくすることで必要以上に電解質膜の水分を奪わずガス配管系部品に溜まった残水を除去することができ、電解質膜の水分の確保とガス配管系部品に溜まった残水の除去を両立できる。第２掃気のガス流量を小さくすることで掃気音を小さくすることができ、燃料電池スタックの発電停止後（ＩＧ－ＯＦＦ後）に車両から離れる運転者に掃気運転の継続による違和感を与えることが少なくなる。
第２掃気のガス流量は、例えば、予めガス配管系部品の残水量と、ガス流量との相関関係を示すデータ群を用意し、当該データ群から、燃費及び掃気時間等を考慮して適宜設定することができる。
通常掃気モードの場合の第２掃気のガス流量は、具体的には、酸化剤ガス供給部がエアコンプレッサーの場合の酸化剤ガス供給流量が、５００ＮＬ／ｍｉｎ以上、６００ＮＬ／ｍｉｎ以上であってもよく、９００ＮＬ／ｍｉｎ以下、８００ＮＬ／ｍｉｎ以下であってもよい。
第２掃気は、ＭＥＡの乾燥が主目的ではないことからスタックの冷却水の温度を高温にする必要がないため、例えば、燃費を良好にする観点から、二次電池の電力によりエアコンプレッサー等の酸化剤ガス供給部のモータを回転させることにより掃気を実施してもよい。
したがって、第２掃気は掃気時間が長くかかるが、掃気音が小さく、燃費の良い掃気方法としてもよい。
通常掃気モードの場合の第２掃気を行う時間は、特に限定されず、第１掃気の掃気時間と同じであっても異なっていてもよい。第２掃気の掃気時間を短くすることで、電解質膜の水分の確保とガス配管系部品に溜まった残水の除去を両立できる。例えば、予めガス配管系部品内の残水量と掃気時間との関係を示すデータ群を用意し、当該データ群から適宜設定してもよい。
通常掃気モードの場合の第２掃気を行う時間は、具体的には、１０秒以上、２０秒以上、３０秒以上、４０秒以上、５０秒以上、５５秒以上、１分以上、であってもよく、上限は特に限定されない。
通常掃気モードの場合の第２掃気のガス流量は、第１掃気のガス流量よりも小さければ特に限定されない。第２掃気のガス流量を小さくすることで必要以上に電解質膜の水分を奪わずガス配管系部品に溜まった残水を除去することができ、電解質膜の水分の確保とガス配管系部品に溜まった残水の除去を両立できる。第２掃気のガス流量を小さくすることで掃気音を小さくすることができ、燃料電池スタックの発電停止後（ＩＧ－ＯＦＦ後）に車両から離れる運転者に掃気運転の継続による違和感を与えることが少なくなる。
第２掃気のガス流量は、例えば、予めガス配管系部品の残水量と、ガス流量との相関関係を示すデータ群を用意し、当該データ群から、燃費及び掃気時間等を考慮して適宜設定することができる。
通常掃気モードの場合の第２掃気のガス流量は、具体的には、酸化剤ガス供給部がエアコンプレッサーの場合の酸化剤ガス供給流量が、５００ＮＬ／ｍｉｎ以上、６００ＮＬ／ｍｉｎ以上であってもよく、９００ＮＬ／ｍｉｎ以下、８００ＮＬ／ｍｉｎ以下であってもよい。
第２掃気は、ＭＥＡの乾燥が主目的ではないことからスタックの冷却水の温度を高温にする必要がないため、例えば、燃費を良好にする観点から、二次電池の電力によりエアコンプレッサー等の酸化剤ガス供給部のモータを回転させることにより掃気を実施してもよい。
したがって、第２掃気は掃気時間が長くかかるが、掃気音が小さく、燃費の良い掃気方法としてもよい。
図１は、本開示の燃料電池システムの制御方法の一例を示すフローチャートである。なお、本開示は、必ずしも本典型例のみに限定されるものではない。
（１）運転モードの判断
イグニッションスイッチがＯＮからＯＦＦに切り換わって（ＩＧ－ＯＦＦ）、制御部に車両の運転停止信号が入力されると、制御部は、燃料ガス供給部からの燃料極への燃料ガスの供給を停止することによって燃料電池スタックの発電を停止する。
制御部は、燃料電池スタックの発電停止時の当該燃料電池スタックの運転モードが通常モードであるか、通常モードよりも出力が高い高出力モードであるか通常モードよりも出力が低い低出力モードであるか否かを判断する。通常モードであるか、高出力モードであるか低出力モードであるかは、燃料電池スタックの発電量等で判断してもよい。
イグニッションスイッチがＯＮからＯＦＦに切り換わって（ＩＧ－ＯＦＦ）、制御部に車両の運転停止信号が入力されると、制御部は、燃料ガス供給部からの燃料極への燃料ガスの供給を停止することによって燃料電池スタックの発電を停止する。
制御部は、燃料電池スタックの発電停止時の当該燃料電池スタックの運転モードが通常モードであるか、通常モードよりも出力が高い高出力モードであるか通常モードよりも出力が低い低出力モードであるか否かを判断する。通常モードであるか、高出力モードであるか低出力モードであるかは、燃料電池スタックの発電量等で判断してもよい。
（２）通常モードの場合（通常掃気モード）
制御部は、燃料電池スタックの発電停止時の当該燃料電池スタックの運転モードが通常モードである場合は、通常掃気モードとして、所定の時間第１掃気を行い、所定の時間掃気を待機し、その後、所定の時間第２掃気を行う。
制御部は、燃料電池スタックの発電停止時の当該燃料電池スタックの運転モードが通常モードである場合は、通常掃気モードとして、所定の時間第１掃気を行い、所定の時間掃気を待機し、その後、所定の時間第２掃気を行う。
（３）高出力モードの場合（高出力時掃気モード）
制御部は、燃料電池スタックの発電停止時の当該燃料電池スタックの運転モードが通常モードよりも出力が高い高出力モードである場合は、高出力時掃気モードとして、当該通常モードの場合に行う第１掃気の掃気時間よりも当該掃気時間を長くする。
高出力時掃気モードでは、燃料ガスの消費量が増えるため、燃費が悪化し、ガス流量が大きいため掃気音が大きく、さらに掃気時間が長くなる背反がある。しかし、ＭＥＡを通常掃気モードの場合と比べて、より乾燥させ、次回始動時のスタックの出力を出やすくすることができる。これは以下の理由によると考えられる。すなわち、常温よりも低い低温時、及び氷点下時ではスタックの水温が低下し易く、単セル、特に単セルのＭＥＡ部位に液水が滞留する傾向がある。その場合、燃料ガス及び酸化剤ガスの拡散抵抗が大きくなるため、電流密度－電圧（ＩＶ）カーブが悪くなる傾向がある。そこで、ＭＥＡの乾燥を通常掃気モードよりも促進させることにより、燃料ガス及び酸化剤ガスの拡散抵抗が小さくなり、触媒反応部（アノード、カソード）に反応ガスが行き届きやすくなるため、同じ燃料ガス供給量、及び、酸化剤ガス供給量であっても、よりＩＶカーブが改善し、スタックの出力向上に寄与することができる。
高出力時掃気モードの場合の第１掃気の掃気時間は、通常モードの場合に行う第１掃気の掃気時間よりも長ければ特に限定されず、燃費、及び掃気時間等を考慮して適宜設定してもよい。
制御部は、燃料電池スタックの発電停止時の当該燃料電池スタックの運転モードが通常モードよりも出力が高い高出力モードである場合は、高出力時掃気モードとして、当該通常モードの場合に行う第１掃気の掃気時間よりも当該掃気時間を長くする。
高出力時掃気モードでは、燃料ガスの消費量が増えるため、燃費が悪化し、ガス流量が大きいため掃気音が大きく、さらに掃気時間が長くなる背反がある。しかし、ＭＥＡを通常掃気モードの場合と比べて、より乾燥させ、次回始動時のスタックの出力を出やすくすることができる。これは以下の理由によると考えられる。すなわち、常温よりも低い低温時、及び氷点下時ではスタックの水温が低下し易く、単セル、特に単セルのＭＥＡ部位に液水が滞留する傾向がある。その場合、燃料ガス及び酸化剤ガスの拡散抵抗が大きくなるため、電流密度－電圧（ＩＶ）カーブが悪くなる傾向がある。そこで、ＭＥＡの乾燥を通常掃気モードよりも促進させることにより、燃料ガス及び酸化剤ガスの拡散抵抗が小さくなり、触媒反応部（アノード、カソード）に反応ガスが行き届きやすくなるため、同じ燃料ガス供給量、及び、酸化剤ガス供給量であっても、よりＩＶカーブが改善し、スタックの出力向上に寄与することができる。
高出力時掃気モードの場合の第１掃気の掃気時間は、通常モードの場合に行う第１掃気の掃気時間よりも長ければ特に限定されず、燃費、及び掃気時間等を考慮して適宜設定してもよい。
（４）低出力モードの場合（低出力時掃気モード）
制御部は、燃料電池スタックの発電停止時の当該燃料電池スタックの運転モードが通常モードよりも出力が低い低出力モードである場合は、低出力時掃気モードとして、当該通常モードの場合に行う第１掃気の掃気時間よりも当該掃気時間を短くするか又は第１掃気を行わず、且つ、当該通常モードの場合に行う掃気待機時間及び第２掃気の掃気時間の少なくともいずれか一方の時間を長くする。
低出力時掃気モードは、ガス流量が大きい第１掃気の時間を短くするかまたは第１掃気を行わないため、掃気音が小さく、ガス流量が小さい第２掃気の比率が高くなるため、燃費の良好な掃気モードである。
低出力時掃気モードの場合の第１掃気の掃気時間は、通常モードの場合に行う第１掃気の掃気時間よりも短ければ特に限定されず、燃費、及び掃気時間等を考慮して適宜設定してもよく、第１掃気を行わなくてもよい。
低出力時掃気モードの場合の掃気待機時間は、通常モードの場合に行う掃気待機時間と同じであってもよく、長くてもよく、掃気時間等を考慮して適宜設定してもよい。
低出力時掃気モードの場合の第２掃気の掃気時間は、通常モードの場合に行う第２掃気の掃気時間と同じであってもよく、長くてもよく、燃費、及び掃気時間等を考慮して適宜設定してもよい。
なお、低出力時掃気モードの場合は、通常モードの場合に行う掃気待機時間及び第２掃気の掃気時間の少なくともいずれか一方の時間を長くすればよく、両方ともの時間を長くしてもよい。
制御部は、燃料電池スタックの発電停止時の当該燃料電池スタックの運転モードが通常モードよりも出力が低い低出力モードである場合は、低出力時掃気モードとして、当該通常モードの場合に行う第１掃気の掃気時間よりも当該掃気時間を短くするか又は第１掃気を行わず、且つ、当該通常モードの場合に行う掃気待機時間及び第２掃気の掃気時間の少なくともいずれか一方の時間を長くする。
低出力時掃気モードは、ガス流量が大きい第１掃気の時間を短くするかまたは第１掃気を行わないため、掃気音が小さく、ガス流量が小さい第２掃気の比率が高くなるため、燃費の良好な掃気モードである。
低出力時掃気モードの場合の第１掃気の掃気時間は、通常モードの場合に行う第１掃気の掃気時間よりも短ければ特に限定されず、燃費、及び掃気時間等を考慮して適宜設定してもよく、第１掃気を行わなくてもよい。
低出力時掃気モードの場合の掃気待機時間は、通常モードの場合に行う掃気待機時間と同じであってもよく、長くてもよく、掃気時間等を考慮して適宜設定してもよい。
低出力時掃気モードの場合の第２掃気の掃気時間は、通常モードの場合に行う第２掃気の掃気時間と同じであってもよく、長くてもよく、燃費、及び掃気時間等を考慮して適宜設定してもよい。
なお、低出力時掃気モードの場合は、通常モードの場合に行う掃気待機時間及び第２掃気の掃気時間の少なくともいずれか一方の時間を長くすればよく、両方ともの時間を長くしてもよい。
本開示の燃料電池システムによれば、高出力時掃気モードにより、通常掃気モードの場合よりもＭＥＡをより乾燥させ、ＭＥＡの水分量を最適化することで、燃料ガス及び酸化剤ガスの拡散抵抗が小さくなり、燃料電池スタックの始動時に燃料電池スタックを高出力にし易くすることができ、燃料電池スタックの始動性を良好にすることができる。
また、本開示の燃料電池システムによれば、低出力時掃気モードにより、通常掃気モードの場合よりも燃費に影響のある大流量の第１掃気の掃気時間を短くし、代わりに燃費に影響の少ない小流量の第２掃気時間、及び、掃気待機時間の少なくともいずれか一方の時間を長くして掃気処理をすることにより燃費に影響が少ない掃気を行うことができる。
また、本開示の燃料電池システムによれば、低出力時掃気モードにより、通常掃気モードの場合よりも燃費に影響のある大流量の第１掃気の掃気時間を短くし、代わりに燃費に影響の少ない小流量の第２掃気時間、及び、掃気待機時間の少なくともいずれか一方の時間を長くして掃気処理をすることにより燃費に影響が少ない掃気を行うことができる。
Claims (1)
- 車両に搭載されて用いられる燃料電池システムであって、
燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに反応ガスを供給する反応ガス供給部と、
前記反応ガスの流量を制御する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記燃料電池スタックの発電停止時に、第１掃気と当該第１掃気よりも前記反応ガスの流量が小さい第２掃気の２段階の掃気を行い、当該第１掃気と当該第２掃気の間に掃気待機時間を設け、
前記制御部は、前記燃料電池スタックの発電停止時の当該燃料電池スタックの運転モードが通常モードよりも出力が高い高出力モードである場合は、当該通常モードの場合に行う前記第１掃気の掃気時間よりも当該掃気時間を長くし、
前記制御部は、前記燃料電池スタックの発電停止時の当該燃料電池スタックの運転モードが通常モードよりも出力が低い低出力モードである場合は、当該通常モードの場合に行う前記第１掃気の掃気時間よりも当該掃気時間を短くするか又は前記第１掃気を行わず、且つ、当該通常モードの場合に行う前記掃気待機時間及び前記第２掃気の掃気時間の少なくともいずれか一方の時間を長くすることを特徴とする燃料電池システム。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020087489A JP7298541B2 (ja) | 2020-05-19 | 2020-05-19 | 燃料電池システム |
| US17/216,626 US11515548B2 (en) | 2020-05-19 | 2021-03-29 | Fuel cell system |
| CN202110534641.5A CN113690467A (zh) | 2020-05-19 | 2021-05-17 | 燃料电池系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020087489A JP7298541B2 (ja) | 2020-05-19 | 2020-05-19 | 燃料電池システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2021182514A JP2021182514A (ja) | 2021-11-25 |
| JP7298541B2 true JP7298541B2 (ja) | 2023-06-27 |
Family
ID=78575351
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2020087489A Active JP7298541B2 (ja) | 2020-05-19 | 2020-05-19 | 燃料電池システム |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11515548B2 (ja) |
| JP (1) | JP7298541B2 (ja) |
| CN (1) | CN113690467A (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006526271A (ja) | 2003-05-15 | 2006-11-16 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池システム |
| JP2007141812A (ja) | 2005-10-21 | 2007-06-07 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池システム及び該システムにおける掃気処理方法 |
Family Cites Families (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3820992B2 (ja) * | 2002-01-08 | 2006-09-13 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池システム |
| US7579097B2 (en) * | 2002-08-16 | 2009-08-25 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Fuel cell voltage feedback control system |
| EP1519438A2 (en) * | 2003-09-29 | 2005-03-30 | Nissan Motor Co., Ltd. | Polymer electrolyte fuel cell and related method |
| JP4675623B2 (ja) * | 2004-12-28 | 2011-04-27 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池システム及びその制御方法 |
| WO2007014127A2 (en) * | 2005-07-25 | 2007-02-01 | Ion America Corporation | Fuel cell system with partial recycling of anode exhaust |
| US7520916B2 (en) * | 2005-07-25 | 2009-04-21 | Bloom Energy Corporation | Partial pressure swing adsorption system for providing hydrogen to a vehicle fuel cell |
| JP4515362B2 (ja) | 2005-09-07 | 2010-07-28 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池自動車及び燃料電池の制御方法 |
| US7858251B2 (en) * | 2005-10-21 | 2010-12-28 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell system and scavenging method for use in a fuel cell system |
| JP4928109B2 (ja) * | 2005-10-21 | 2012-05-09 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池システム及び該システムにおける掃気処理切替方法 |
| US7883810B2 (en) * | 2006-11-09 | 2011-02-08 | GM Global Technology Operations LLC | Slow purge for improved water removal, freeze durability, purge energy efficiency and voltage degradation due to shutdown/startup cycling |
| JP2008282767A (ja) * | 2007-05-14 | 2008-11-20 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| JP5221908B2 (ja) * | 2007-08-03 | 2013-06-26 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池システム及びその運転方法 |
| JP6015525B2 (ja) | 2013-03-29 | 2016-10-26 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
| JP6380258B2 (ja) | 2015-06-26 | 2018-08-29 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システム |
| PL3380652T3 (pl) * | 2015-11-25 | 2022-01-10 | Hps Home Power Solutions Gmbh | Dynamiczna komora czyszcząca |
| JP6350556B2 (ja) * | 2016-02-15 | 2018-07-04 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池システムおよび燃料電池の掃気方法 |
| CN111082104B (zh) * | 2019-12-31 | 2021-01-01 | 中国汽车技术研究中心有限公司 | 一种燃料电池停车吹扫控制方法 |
-
2020
- 2020-05-19 JP JP2020087489A patent/JP7298541B2/ja active Active
-
2021
- 2021-03-29 US US17/216,626 patent/US11515548B2/en active Active
- 2021-05-17 CN CN202110534641.5A patent/CN113690467A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006526271A (ja) | 2003-05-15 | 2006-11-16 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池システム |
| JP2007141812A (ja) | 2005-10-21 | 2007-06-07 | Honda Motor Co Ltd | 燃料電池システム及び該システムにおける掃気処理方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20210367250A1 (en) | 2021-11-25 |
| CN113690467A (zh) | 2021-11-23 |
| JP2021182514A (ja) | 2021-11-25 |
| US11515548B2 (en) | 2022-11-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7374061B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| JP7238849B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| JP7435506B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| JP7298541B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| CN113851677B (zh) | 燃料电池系统 | |
| JP7367612B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| JP7367613B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| JP7367611B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| JP7439794B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| JP7380609B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2021174671A (ja) | 燃料電池システム | |
| JP7567825B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2021182513A (ja) | 燃料電池システム | |
| JP7396312B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2022134844A (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2024106454A (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2021190189A (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2021182512A (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2021190190A (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2022165012A (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2021182511A (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2022092373A (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2022022552A (ja) | 燃料電池システム | |
| JP2006032147A (ja) | 燃料電池システム |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220314 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230110 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230111 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230215 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230516 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230529 |
|
| R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 7298541 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |