JP2017147135A - 燃料電池システムの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池システムの燃料ガス供給流路に設けられるインジェクタ内の弁につき、低温時等における動作不良を回避する。【解決手段】燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１２のアノード電極３４に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給流路５１を含む。この燃料ガス供給流路５１は、メインインジェクタ５４及びエゼクタ５６が設けられた主流路５２と、ＢＰインジェクタ６０が設けられた水素側バイパス流路５３とを有する。燃料電池スタック１２の運転開始要求がなされた際、メインインジェクタ５４には、燃料電池スタック１２の定常運転時に通電される電流値よりも大きな電流値での通電が瞬間的になされる。これに伴って、メインインジェクタ５４内の弁が開閉動作する。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池システムの制御方法に関し、一層詳細には、燃料ガス供給流路に設けられたインジェクタの動作不良を防止するための燃料電池システムの制御方法に関する。

固体高分子型燃料電池は、高分子イオン交換膜からなる電解質膜の一方の面にアノード電極が、他方の面にカソード電極が、それぞれ配設された電解質膜・電極構造体（ＭＥＡ）を備える。電解質膜・電極構造体がセパレータによって挟持されることにより、発電セル（単位セル）が構成される。発電セルは、通常、所定の数で積層され、例えば、車載用燃料電池スタックとして燃料電池車両（燃料電池電気自動車等）に組み込まれる。

燃料電池を運転するに際しては、アノード電極に燃料ガス（例えば、水素ガス）が供給されるとともに、カソード電極に酸化剤ガス（例えば、圧縮空気等の酸素含有ガス）が供給される。このため、燃料電池には、燃料ガス供給流路及び酸化剤ガス供給流路等が設けられる。これにより、燃料電池システムが構築されている。

この種の燃料電池システムにおいて、燃料ガス供給路を、主流路と、該主流路から分岐したバイパス流路とを含むようにして構成することが知られている。例えば、特許文献１には、主流路とバイパス流路の各々にインジェクタ及びエゼクタ（エジェクタ）を設けた燃料ガス供給路が開示されている。一方、特許文献２には、主流路にはインジェクタ及びエゼクタを介装し、バイパス流路にはインジェクタのみを介装することが記載されている。

いずれの場合においても、エゼクタには、アノード電極から排出された排出燃料ガス（アノードオフガス）が供給される。すなわち、アノードオフガスは、新たに供給された燃料ガスとエゼクタにて合流し、アノード電極に循環再供給される。

特開２０１２−１１９３００号公報 特開２０１３−２４３００７号公報

周知の通り、インジェクタは、その内部に弁を有する。すなわち、インジェクタの内部で弁が開放状態又は閉止状態とされ、これにより、燃料ガスが流通状態又は流通停止状態となる。燃料電池の運転を停止するときには、弁が閉止され、この状態が次回の燃料電池の運転開始まで維持される。

例えば、燃料電池システムを搭載した燃料電池車両を寒冷地で使用するような場合、特に冬季には、大気が０℃を下回る。このため、燃料電池の発電後にインジェクタ内に残留した燃料ガス中の水分が凍結することに起因し、弁が弁座に固着する可能性がある。このような事態が生じると、次回の燃料電池の発電時に、燃料電池の温度が上昇して弁が固着から解放されるまでの間、弁が動作不良を起こす懸念がある。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、特に低温時におけるインジェクタ内の弁の動作不良を回避することが可能な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。

前記の目的を達成するために、本発明は、固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極との間で挟持する電解質膜・電極構造体を備えるとともに、主流路とバイパス流路とを含む燃料ガス供給流路を介して前記アノード電極に供給される燃料ガスと、酸化剤ガス供給流路を介して前記カソード電極に供給される酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、
前記主流路に設けられた第１インジェクタと、
を備える燃料電池システムの制御方法であって、
前記燃料電池の運転開始要求がなされた際、前記第１インジェクタに、前記燃料電池の定常運転時に通電される電流値よりも大きな電流値での通電、及び通電停止を行うことで弁の開閉動作を行わせることを特徴とする。

すなわち、本発明においては、燃料電池の運転開始（始動）要求がなされたとき、該燃料電池が定常運転に到達する前に第１インジェクタを強制的に開放するようにしている。このため、弁と弁座の間に仮に凍結が起こっていたとしても、弁が弁座から離間する。すなわち、弁が固着から解放される。従って、燃料電池を定常運転状態とするべく第１インジェクタを開放するとき、該第１インジェクタが容易に開放する。このため、所定量の燃料ガスをアノード電極に供給することができる。

燃料電池システムは、第１インジェクタを迂回する前記バイパス流路に第２インジェクタが設けられたものであってもよい。ここで、第１インジェクタは、燃料電池が運転されているときに連続的に開放するか、又は、比較的短時間で開閉する。このため、燃料電池の運転中に第１インジェクタの弁の周囲で凍結が起こる懸念はない。これに対し、バイパス流路に設けられた第２インジェクタは、燃料電池の運転中であっても、閉止状態が比較的長時間維持される。この閉止状態中において凍結が起こることを回避するべく、第２インジェクタに対しては燃料電池の運転中に通電及び通電停止を行い、これにより該第２インジェクタの弁の開閉動作を行わせることが好ましい。

上記したように、第２インジェクタは比較的長時間閉止していることが多い。従って、第２インジェクタの開放要求がなされたときに上記の開閉動作を行わせることが好ましい。この場合、強制開放が行われて弁が固着から解放された直後に該弁が再開放される。従って、該弁が容易に開き、第２インジェクタが設けられたバイパス流路から所定量の燃料ガスを供給することができる。

以上の開閉動作は、凍結の懸念がない状況下で行う必要は特にない。すなわち、温度測定対象を定め、該温度測定対象が予め設定された開閉動作開始温度以下であるときに開閉動作を行わせるようにしてもよい。

温度測定対象の好適な例としては、燃料電池に設けられた冷却媒体出口内の冷却媒体が挙げられる。この場合、冷却媒体の温度が０℃以下であるときに「凍結の懸念あり」と想定し、上記の開閉動作を行わせるようにすればよい。

ここで、インジェクタの弁は、該インジェクタの上流側と下流側の内圧差が大きいときには動作し難い。すなわち、弁が開放状態とならないことがある。従って、第１インジェクタ又は第２インジェクタのいずれか一方が開放状態とならない場合には、残余の一方を開閉動作させることが好ましい。これにより上流側の燃料ガスが下流側の燃料電池に送気されるので、インジェクタの上流側と下流側の内圧差が小さくなる。従って、前記開閉動作を行わせることが容易となる。

第１インジェクタ又は第２インジェクタの弁が前記開放要求に対応して開放されると、燃料ガスが燃料電池に供給されることになる。この際、燃料電池の内圧が上昇する。そこで、前記開閉動作要求がなされた際、燃料電池の内圧が許容範囲内であるか否かを検出し、許容範囲内であるときに前記開閉動作を行わせることが好ましい。これにより、燃料電池の内圧が過度に上昇することを回避することができる。

本発明によれば、燃料電池の運転開始（始動）要求がなされたときに第１インジェクタを強制的に開放するようにしているので、弁と弁座の間に凍結が起こり、このために弁が弁座に固着していた場合であっても、弁が弁座から離間して固着から解放される。これにより、燃料電池を定常運転状態とするときに第１インジェクタが容易に開放するので、所定量の燃料ガスをアノード電極に供給することができる。

本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの制御方法が実施される燃料電池システムの概略構成説明図である。 アノード電極に供給される燃料ガスの供給圧力と、メインインジェクタ（第１インジェクタ）及びＢＰインジェクタ（第２インジェクタ）の動作不良対策時に通電される電流値とを示したタイムチャートである。

以下、本発明に係る燃料電池システムの制御方法につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

先ず、燃料電池システムにつき、その概略構成説明図である図１を参照して説明する。この燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１２（燃料電池）を備える。

燃料電池スタック１２は、燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置１４と、酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給装置１６と、冷却媒体を供給する冷却媒体供給装置１８とを備える。本実施の形態では、燃料ガスとして水素ガス、酸化剤ガスとして圧縮空気を用いる。燃料電池システム１０は、さらに、エネルギ貯蔵装置であるバッテリ２０と、システム制御装置である制御部２２とを備える。

燃料電池スタック１２は、複数の発電セル２４が水平方向又は鉛直方向に積層されて構成される。ここで、発電セル２４は、電解質膜・電極構造体２６を第１セパレータ２８及び第２セパレータ３０で挟持したものである。第１セパレータ２８及び第２セパレータ３０は、金属又はカーボンからなる。

電解質膜・電極構造体２６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である固体高分子電解質膜３２と、前記固体高分子電解質膜３２を挟持するアノード電極３４及びカソード電極３６とを備える。固体高分子電解質膜３２としては、上記のようなフッ素系電解質の他、ＨＣ（炭化水素）系電解質を採用することもできる。

第１セパレータ２８には、電解質膜・電極構造体２６との間に、アノード電極３４に水素ガスを供給するための水素ガス流路（燃料ガス流路）３８が設けられる。一方、第２セパレータ３０には、電解質膜・電極構造体２６との間に、カソード電極３６に空気を供給するための空気流路４０が設けられる。互いに隣接する第１セパレータ２８と第２セパレータ３０との間には、冷却媒体を流通させるための冷却媒体流路４２が形成される。

燃料電池スタック１２には、水素ガス入口４４ａ、水素ガス出口４４ｂ、空気入口４６ａ、空気出口４６ｂ、冷却媒体入口４８ａ及び冷却媒体出口４８ｂが設けられる。この中の水素ガス入口４４ａは、各発電セル２４の積層方向に貫通するとともに、水素ガス流路３８の供給側に連通する。同様に、水素ガス出口４４ｂも各発電セル２４の積層方向に貫通するとともに、水素ガス流路３８の排出側に連通する。水素ガス流路３８、水素ガス入口４４ａ及び水素ガス出口４４ｂにより、アノード流路が構成される。

同様に、空気入口４６ａは、各発電セル２４の積層方向に貫通するとともに、空気流路４０の供給側に連通する。空気出口４６ｂは、各発電セル２４の積層方向に貫通するとともに、空気流路４０の排出側に連通する。空気流路４０、空気入口４６ａ及び空気出口４６ｂにより、カソード流路が構成される。

さらに、冷却媒体入口４８ａは、各発電セル２４の積層方向に貫通するとともに、冷却媒体流路４２の供給側に連通する。冷却媒体出口４８ｂは、各発電セル２４の積層方向に貫通するとともに、冷却媒体流路４２の排出側に連通する。冷却媒体出口４８ｂには、該冷却媒体出口４８ｂから排出された冷却媒体の温度を測定するための温度センサ４９が設置される。

燃料ガス供給装置１４は、高圧水素ガスを貯留する水素タンク５０を備え、この水素タンク５０は、水素ガス供給路５１（燃料ガス供給流路）を介して燃料電池スタック１２の水素ガス入口４４ａに接続される。水素ガス供給路５１は、燃料電池スタック１２に水素ガスを供給する。

水素ガス供給路５１は、主流路５２と水素側バイパス流路５３とを有する。主流路５２には、メインインジェクタ５４（第１インジェクタ）とエゼクタ５６が直列に設けられる。前記水素側バイパス流路５３は、メインインジェクタ５４の上流側で主流路５２から分岐し、エゼクタ５６の下流側で主流路５２に合流する。すなわち、水素側バイパス流路５３は、メインインジェクタ５４及びエゼクタ５６を迂回するように設けられている。

水素側バイパス流路５３には、第２インジェクタとしてのＢＰ（バイパス）インジェクタ６０が介装されている。ＢＰインジェクタ６０は、燃料電池スタック１２に高負荷発電が要求された際等に、高濃度の水素ガスを供給するために使用されるサブインジェクタであり、一方、メインインジェクタ５４は、燃料電池スタック１２の定常運転時（通常発電時）に主として使用されるメインインジェクタである。

燃料電池スタック１２の水素ガス出口４４ｂには、水素ガス排出路６２（アノードオフガス配管）が接続される。水素ガス排出路６２は、アノード電極３４で少なくとも一部が使用された水素ガスである排出水素ガス（アノードオフガス）を、燃料電池スタック１２から導出する。

水素ガス排出路６２には、気液分離器６４が設けられる。前記気液分離器６４の下流からは水素循環流路６６が分岐し、この水素循環流路６６の下流側が前記エゼクタ５６に接続される。水素循環流路６６には、水素ポンプ６８が設けられる。水素ポンプ６８は、特に起動時に、水素ガス排出路６２に排出されたアノードオフガスを、水素循環流路６６及びエゼクタ５６を介して水素ガス供給路５１に循環させる。

水素ガス排出路６２は、パージ流路７０の一端が連通するとともに、前記パージ流路７０の途上には、パージ弁７２が設けられる。気液分離器６４の底部には、主に液体成分を含む流体を排出する排水流路７４の一端が接続される。排水流路７４の途上には、ドレイン弁７６が配設される。燃料ガス供給装置１４は、アノード流路の水素ガス圧力を検出するために、例えば、水素ガス供給路５１に水素ガス入口４４ａの近傍に位置して圧力センサ７７を備え、前記圧力センサ７７の検出信号が制御部２２に送られる。

酸化剤ガス供給装置１６は、大気（空気）を圧縮して供給するエアポンプ７８を備え、前記エアポンプ７８が空気供給路（酸化剤ガス供給流路）８０に配設される。空気供給路８０は、燃料電池スタック１２に圧縮空気を供給する。

空気供給路８０は、エアポンプ７８の下流側に位置するとともに燃料電池スタック１２の空気入口４６ａに接続され、その間に供給側開閉弁（入口封止弁）８２ａ及び加湿器８４が介装される。空気供給路８０には、加湿器８４を迂回するバイパス供給路８６が接続される。バイパス供給路８６には、開閉弁８８が設けられる。

燃料電池スタック１２の空気出口４６ｂには、空気排出路（カソードオフガス排出路）９０が接続される。空気排出路９０は、カソード電極３６で少なくとも一部が使用された圧縮空気である排出圧縮空気（カソードオフガス）を、燃料電池スタック１２から排出する。

空気排出路９０の下流には前記加湿器８４が配設されており、このため、加湿器８４は、エアポンプ７８から供給された圧縮空気とカソードオフガスとの間で水分及び熱を交換する。さらに、空気排出路９０において、加湿器８４の下流側には排出側開閉弁（出口封止弁）８２ｂ及び背圧弁９２が配設される。空気排出路９０の下流には、パージ流路７０の他端及び排水流路７４の他端が接続されて合流しており、これにより希釈部を構成している。

空気供給路８０と空気排出路９０とには、供給側開閉弁８２ａの上流側と排出側開閉弁８２ｂの下流側及び背圧弁９２の下流側とに位置して、空気側バイパス流路９４の両端が連通する。空気側バイパス流路９４には、前記空気側バイパス流路９４を流通する空気の流量を調整するＢＰ流量調整弁９６が配設される。

また、空気供給路８０と空気排出路９０とには、供給側開閉弁８２ａの下流側及び排出側開閉弁８２ｂの上流側に位置して、空気循環流路９８が連通する。空気循環流路９８には、循環ポンプ１００が配置される。循環ポンプ１００は、空気排出路９０に排出された排出空気を、空気循環流路９８を通って空気供給路８０に循環させる。

冷却媒体供給装置１８は、燃料電池スタック１２の冷却媒体入口４８ａに接続される冷却媒体供給路１０２を備え、前記冷却媒体供給路１０２の途上には、水ポンプ１０４が配置される。冷却媒体供給路１０２は、ラジエータ１０６に接続されるとともに、前記ラジエータ１０６には、冷却媒体出口４８ｂに連通する冷却媒体排出路１０８が接続される。

次に、本実施の形態に係る燃料電池システム１０の制御方法につき、該燃料電池システム１０の動作との関係で説明する。

このように構成される燃料電池システム１０は、例えば、燃料電池電気自動車等の燃料電池車両（図示せず）に搭載される。以下においては、この場合を例示する。

後述するように、水素循環流路６６を流通するアノードオフガスは水分を含む。この水分が、寒冷地の特に冬季の夜間等において気温が０℃以下となったときに凍結すると、メインインジェクタ５４内の弁が弁座に固着する可能性がある。このような状況となった場合、燃料電池車両を走行させるべく燃料電池スタック１２を始動すると、燃料電池の温度が上昇して凍結部分が融解して弁が固着から解放されるまでの間、弁が動作不良を起こす懸念がある。

そこで、本実施の形態では、温度センサ４９により、冷却媒体出口４８ｂ内の冷却媒体を温度測定対象とし、その温度を常時測定している。そして、燃料電池スタック１２が始動されて所定時間（例えば、約５秒以内）が経過したときの測定結果が０℃以下であるときには、制御部２２は「弁に固着の可能性あり」と想定し、第１イジェクタ内の弁の開閉動作を行うべく、図２に示すように、制御部２２の制御司令下に、メインインジェクタ５４に対して瞬間的な通電が行われる。通電時間は、例えば、約１０ミリ秒である。

この通電の際、燃料電池の定常運転時に通電される電流値と同程度の電流値であると、万一凍結が起こっているときには、凍結による固着力が弁の開閉力を上回り、弁が開放状態とならない可能性がある。これを回避するべく、メインインジェクタ５４に対し、定常運転時の電流値に比して大きな電流値での通電がなされる。これにより、メインインジェクタ５４の弁が強制的に開放される。すなわち、凍結が起こっていたとしても、弁が固着から解放される。

大電流での通電が瞬間的であるので、弁は、通電停止に伴って即座に閉止状態に戻る。このように、本実施の形態では、燃料電池車両が停車している最中にメインインジェクタ５４の強制開放及び閉止（動作不良対策）を行う。このため、燃料電池車両の走行挙動に影響が及ぶことはない。

通電時の電流値が過度に大きいと、制御部２２等に熱的問題が生じる一因となる。これを回避するべく、電流値は、メインインジェクタ５４の弁を開放することが可能であるとともに、制御部２２等の温度上昇が許容範囲内となる間に設定される。

なお、この時点でＢＰインジェクタ６０を上記と同様にして開閉させるようにしてもよいが、必須ではない。ＢＰインジェクタ６０の開閉を行わない場合、該ＢＰインジェクタ６０には通電が行われない（図２参照）。

燃料電池スタック１２の暖機運転が終了すると、制御部２２は、燃料ガス供給装置１４からアノード流路に水素ガスを供給するべく、メインインジェクタ５４を再開放する指令信号を発する。すなわち、メインインジェクタ５４に通電がなされる。このときの電流値は、上記の強制開放を行った際の電流値よりも小さい。

メインインジェクタ５４の弁は、既に行われた強制開放により、弁座への固着から解放されている。このため、弁は、通電の再開に伴って容易に開放する。換言すれば、メインインジェクタ５４の弁が制御指令に従って正常に動作する。このため、水素タンク５０から水素ガス供給路５１に供給された所定量の水素ガスが、主流路５２のメインインジェクタ５４及びエゼクタ５６を通過して燃料電池スタック１２の水素ガス入口４４ａに供給される。

水素ガスは、さらに、水素ガス入口４４ａから水素ガス流路３８に導入され、前記水素ガス流路３８に沿って移動する。これにより、電解質膜・電極構造体２６のアノード電極３４に水素ガスが供給される。

その一方で、制御部２２は、酸化剤ガス供給装置１６から圧縮空気を供給するべく、エアポンプ７８を付勢する指令信号を発する。これに伴い、エアポンプ７８の回転作用下に、空気供給路８０に圧縮空気が送られる。この圧縮空気は、加湿器８４を通過する際に加湿された後、燃料電池スタック１２の空気入口４６ａに供給される。圧縮空気は、空気入口４６ａから空気流路４０に導入された後、前記空気流路４０に沿って移動することによって電解質膜・電極構造体２６のカソード電極３６に供給される。

従って、各電解質膜・電極構造体２６では、アノード電極３４に供給される水素ガスと、カソード電極３６に供給される圧縮空気中の酸素とが、電極触媒層内で電気化学反応により消費されて発電が行われる。加湿器８４にて圧縮空気に付与された湿分の一部は、カソード電極３６から固体高分子電解質膜３２に浸透し、アノード電極３４に到達する。

また、冷却媒体供給装置１８では、水ポンプ１０４の作用下に、冷却媒体供給路１０２から燃料電池スタック１２の冷却媒体入口４８ａに純水やエチレングリコール、オイル等の冷却媒体が供給される。冷却媒体は、冷却媒体流路４２に沿って流動し、発電セル２４を冷却した後、冷却媒体出口４８ｂから冷却媒体排出路１０８に排出される。上記したように、冷却媒体出口４８ｂ内の冷却媒体の温度が、温度センサ４９によって常時測定される。

次いで、アノード電極３４に供給されて一部が消費された水素ガスは、アノードオフガスとして水素ガス出口４４ｂから水素ガス排出路６２に排出される。この際、アノードオフガスは、上記のようにしてアノード電極３４に到達した湿分（水分）を同伴する。すなわち、気液分離器６４に導入されるアノードオフガスは、水分を含んだ湿潤ガスである。

気液分離器６４において、アノードオフガス中の水分の大部分が分離される。液分（水）は、ドレイン弁７６が開放されることによって排水流路７４から排出される。一方、水分が分離されたアノードオフガスは、若干残留したミストを含んだ状態で、水素ポンプ６８の作用下に、水素ガス排出路６２から水素循環流路６６に導入される。アノードオフガスは、さらに、水素循環流路６６からエゼクタ５６に吸引され、メインインジェクタ５４を通過した新たな水素ガスに合流して水素ガス供給路５１からアノード流路に供給される。このように、アノードオフガスは燃料電池スタック１２に循環供給される。

なお、水素ガス排出路６２に排出されたアノードオフガスは、必要に応じて、パージ弁７２の開放作用下に外部に排出（パージ）される。

同様に、カソード電極３６に供給されて一部が消費された圧縮空気は、カソードオフガスとして空気出口４６ｂから空気排出路９０に排出される。カソードオフガスは、加湿器８４を通って空気供給路８０から供給される新たな圧縮空気を加湿した後、背圧弁９２の設定圧力に調整されて希釈部に排出される。なお、空気排出路９０に排出されたカソードオフガスは、必要に応じて、循環ポンプ１００の作用下に空気循環流路９８から空気供給路８０に供給される。この場合、カソードオフガスも燃料電池スタック１２に循環供給される。

以上のようにして燃料電池スタック１２の定常運転が行われている間は燃料電池スタック１２の温度が比較的高く、このため、アノードオフガスも比較的高温である。また、メインインジェクタ５４は、水素ガスを供給するべく、連続的に、又は比較的短時間で間欠的に開放される。このため、定常運転の最中にメインインジェクタ５４の弁が弁座に固着する懸念が払拭される。従って、このような場合には、メインインジェクタ５４に対する動作不良対策、換言すれば、瞬間的な大電流通電による上記の強制開放及び閉止を行う必要はない。

なお、燃料電池システム１０の温度が低い状況下では、メインインジェクタ５４及びＢＰインジェクタ６０の双方を閉止する場合も想定される。このようなときには、メインインジェクタ５４を閉止して所定時間が経過した際に、該メインインジェクタ５４に対して上記の動作不良対策を実施すればよい。

一方、ＢＰインジェクタ６０は、定常運転時は閉止しており、燃料電池スタック１２に高負荷発電が要求されたとき等に開放される。この際、凍結によって弁の弁座への固着が生じた状態のままであると、ＢＰインジェクタ６０に対して開放要求がなされたにも関わらずＢＰインジェクタ６０が開放状態とならない懸念がある。

そこで、ＢＰインジェクタ６０に対しては、燃料電池スタック１２の運転中に動作不良対策を行うことが好ましい。具体的には、ＢＰインジェクタ６０に開放要求がなされたとき、該ＢＰインジェクタ６０に対して瞬間的に大電流を通電する。この際の電流値は、ＢＰインジェクタ６０の弁に固着が起こっていたとしても該弁を強制的に開放することが可能であるとともに、制御部２２等の温度上昇が許容範囲内となる間に設定される。

この通電と通電停止により、ＢＰインジェクタ６０の弁が強制的に開閉されて凍結が起こっていたとしても弁が固着から解放される。その直後、強制開放時よりも小さな電流値での通電がなさるとともに、ＢＰインジェクタ６０が開放される。その結果、主流路５２（メインインジェクタ５４及びエゼクタ５６）を経由する水素ガスと、水素側バイパス流路５３（ＢＰインジェクタ６０）を経由する水素ガスとが燃料電池スタック１２のアノード流路に供給される。このように、ＢＰインジェクタ６０に対して動作不良対策を行うことにより、燃料電池スタック１２の高負荷発電要求に対応することが容易となる。

高負荷発電が不要となると、制御部２２の制御作用下にＢＰインジェクタ６０が閉止される。高負荷発電が再度必要となったときには、必要に応じて上記の動作不良対策を行えばよい。又は、ＢＰインジェクタ６０の動作不良対策を、所定時間が経過する毎、換言すれば、定期的に行うようにしてもよい。

ここで、制御部２２には、燃料電池スタック１２の内圧が情報として送信されている。上記したようなタイミングでＢＰインジェクタ６０の動作不良対策要求がなされたとき、制御部２２は、燃料電池スタック１２の内圧が許容範囲内であるか否かを判断する。そして、許容上限を超えているときにはＢＰインジェクタ６０の動作不良対策を行わないことが好ましい。燃料電池スタック１２の内圧がそれ以上高くなることを防止するためである。

このように、燃料電池スタック１２の内圧に応じてＢＰインジェクタ６０の動作不良対策を行うか否かを決定するようにすることもできる。

燃料電池車両の運転が停止されると、燃料電池スタック１２の温度が比較的緩やかに低下する。すなわち、ある程度の間は十分に高温である。この状況下で燃料電池車両を再運転するときには、凍結が起こる懸念はない。従って、この場合には、メインインジェクタ５４やＢＰインジェクタ６０の動作不良対策を行う必要は特にない。燃料電池車両の運転が停止された後に比較的長時間が経過したときであっても、冷却媒体出口４８ｂ内の冷却媒体の温度が比較的高温（例えば、３℃以上）であるときには、上記と同様に凍結が起こる懸念がないことから、メインインジェクタ５４やＢＰインジェクタ６０の動作不良対策を行う必要は特にない。

燃料電池車両の運転停止後、ソーク時間が長くなると、水素ガス排出路６２や水素循環流路６６内の圧力は、水素ガス供給路５１に比して小さくなる。すなわち、例えば、メインインジェクタ５４を間に挟む上流側配管と下流側配管との間に内圧差が生じる。この内圧差が過度に大きい状況下では、次回の燃料電池車両の運転開始時にメインインジェクタ５４の動作不良対策を行うとき、該メインインジェクタ５４の弁を動作させることが容易ではない。

そこで、この場合には、ＢＰインジェクタ６０に対し、上記と同様に瞬間的な大電流通電を行い、水素ガス供給路５１内の水素ガスを、アノード流路を介して水素ガス排出路６２に排出する。これにより、メインインジェクタ５４の上流側配管と下流側配管との内圧差が低減される。なお、ＢＰインジェクタ６０に対する大電流通電は即座に停止して差し支えない。

この状態で、メインインジェクタ５４に対して上記した動作不良対策を実施する。メインインジェクタ５４の上流側と下流側で内圧差が低減されており、しかも、メインインジェクタ５４に対して大電流が通電されるので、該メインインジェクタ５４の弁を強制的に開放及び閉止することが容易となる。

以上のように動作不良対策を行ってもなお、メインインジェクタ５４が開放状態とならないことも想定される。この場合には、制御部２２はＢＰインジェクタ６０を開放し、水素側バイパス流路５３から水素ガスをアノード流路に供給する制御を行う。

このような制御を行うことにより、燃料電池スタック１２の負荷に応じて必要量の水素ガスを主流路５２ないし水素側バイパス流路５３からアノード流路に供給することができる。

本発明は、上記した実施の形態に特に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、燃料電池スタック１２が始動されて所定時間が経過したときに冷却媒体出口４８ｂ内の冷却媒体の温度が所定温度（例えば、約３℃）以上となったときには、メインインジェクタ５４の動作不良対策を行う必要は特にない。又は、燃料電池スタック１２の始動時には冷却媒体の温度に関わらずメインインジェクタ５４の動作不良対策を行うようにしてもよい。

また、温度測定対象は、冷却媒体出口４８ｂ内の冷却媒体に限定されるものではなく、水素ガス供給路５１内の水素ガスであってもよい。

さらに、メインインジェクタ５４の動作不良対策を、燃料電池車両の走行中に再度実施するようにしてもよい。動作不良対策（大電流での通電）が瞬間的であるので、燃料電池車両の走行挙動に影響が及ぶことが回避される。

１０…燃料電池システム １２…燃料電池スタック
１４…燃料ガス供給装置 １６…酸化剤ガス供給装置
１８…冷却媒体供給装置 ２２…制御部
２４…発電セル ２６…電解質膜・電極構造体
２８、３０…セパレータ ３２…固体高分子電解質膜
３４…アノード電極 ３６…カソード電極
３８…水素ガス流路 ４０…空気流路
５０…水素タンク ５１…水素ガス供給路
５２…主流路 ５３…水素側バイパス流路
５４…メインインジェクタ ５６…エゼクタ
６０…ＢＰイジェクタ ６２…水素ガス排出路
６６…水素循環流路 ６８…水素ポンプ
７８…エアポンプ ８０…空気供給路
８４…加湿器 ９０…空気排出路
９４…水素側バイパス流路 ９６…ＢＰ流量調整弁
９８…空気循環流路 １００…循環ポンプ

Claims (7)

1. 固体高分子電解質膜をアノード電極とカソード電極との間で挟持する電解質膜・電極構造体を備えるとともに、主流路とバイパス流路とを含む燃料ガス供給流路を介して前記アノード電極に供給される燃料ガスと、酸化剤ガス供給流路を介して前記カソード電極に供給される酸化剤ガスとの電気化学反応により発電する燃料電池と、
   前記主流路に設けられた第１インジェクタと、
   を備える燃料電池システムの制御方法であって、
   前記燃料電池の運転開始要求がなされた際、前記第１インジェクタに、前記燃料電池の運転時に通電される電流値よりも大きな電流値での通電、及び通電停止を行うことで弁の開閉動作を行わせることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
2. 請求項１記載の制御方法において、前記燃料電池システムは、前記第１インジェクタを迂回する前記バイパス流路に設けられた第２インジェクタを有し、
   前記燃料電池の運転中に、前記第２インジェクタに、前記燃料電池の運転時に通電される電流値よりも大きな電流値での通電、及び通電停止を行って弁の開閉動作を行わせることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
3. 請求項２記載の制御方法において、前記第２インジェクタの開放要求がなされたときに前記開閉動作を行わせることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の制御方法において、温度測定対象が予め設定された開閉動作開始温度以下であるときに前記開閉動作を行わせることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
5. 請求項４記載の制御方法において、前記温度測定対象を、前記燃料電池に設けられた冷却媒体出口内の冷却媒体とし、且つ前記冷却媒体の温度が０℃以下であるときに前記開閉動作を行うことを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の制御方法において、前記第１インジェクタ又は前記第２インジェクタのいずれか一方のインジェクタが開放状態とならないとき、残余の一方のインジェクタを開閉動作させた後、前記一方のインジェクタの前記開閉動作を行わせることを特徴とする燃料電池システムの制御方法。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の制御方法において、前記開閉動作要求がなされた際に前記燃料電池の内圧が許容範囲内であるとき、前記開閉動作を行わせ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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