WO2015166567A1 - 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a fuel cell system for a vehicle including a fuel cell that generates electric power by receiving supply of anode gas and cathode gas, and a control method of the fuel cell system.
  • idle stop control is performed to idle stop the fuel cell system according to the running state of the vehicle.
  • idle stop the extraction of current from the fuel cell is stopped, so that the power consumption efficiency in the fuel cell system can be increased.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2007-73278 discloses a fuel that prevents the anode gas (hydrogen gas) in the diluting device arranged in the cathode discharge passage from flowing backward to the cathode electrode side by closing the cathode pressure regulating valve at the time of idling stop.
  • a battery system is disclosed.
  • the voltage of the fuel cell during the idle stop is within a predetermined voltage range in consideration of a smooth return from the idle stop to the normal power generation state.
  • the cathode gas supply by the cathode compressor is stopped, and the cathode gas remaining in the fuel cell is consumed by reacting with the anode gas that has permeated to the cathode electrode side, and the voltage of the fuel cell is Decrease gradually.
  • the above-described fuel cell system has a problem that the cathode gas tends to be insufficient because the cathode pressure regulating valve is closed during idle stop.
  • An object of the present invention is to provide a fuel cell system and a fuel cell system control method capable of suppressing cathode gas shortage during idle stop.
  • a fuel cell system for a vehicle including a fuel cell that generates electric power by receiving supply of anode gas and cathode gas.
  • the fuel cell system includes an idle stop execution unit that idle-stops the fuel cell system according to a vehicle running state, a compressor control unit that controls the cathode compressor to stop at idle stop, and introduction of outside air to the fuel cell at idle stop.
  • an outside air introduction control unit for suppressing. The outside air introduction control unit releases the suppression of outside air introduction according to the voltage of the fuel cell during the idle stop.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining voltage control of the fuel cell stack during idle stop.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the cathode supply control during idle stop executed by the controller of the fuel cell system according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a timing chart for explaining idle stop cathode control when the cathode pressure regulating valve is opened to introduce outside air.
  • FIG. 5 is a timing chart for explaining idle stop cathode control when the cathode compressor is driven to forcibly introduce outside air.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the cathode supply control during idle stop executed by the controller of the fuel cell system according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a timing chart for explaining the cathode supply control during idle stop in the second embodiment.
  • FIG. 8A is a diagram showing a modification of the fuel cell system.
  • FIG. 8B is a diagram showing a modification of the fuel cell system.
  • FIG. 8C is a diagram showing a modification of the fuel cell system.
  • FIG. 8D is a diagram showing a modification of the fuel cell system.
  • FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a flowchart showing cathode supply control during idle stop executed by the controller of the fuel cell system according to the third embodiment.
  • FIG. 11 is a flowchart showing the cathode supply control during idle stop executed by the controller of the fuel cell system according to the modification of the third embodiment.
  • a fuel cell system 100 shown in FIG. 1 is a fuel cell system mounted on a moving body such as a fuel cell vehicle.
  • the fuel cell system 100 includes a fuel cell stack 1, a cathode gas supply / discharge device 2, an anode gas supply / discharge device 3, a power system 4, and a controller 50.
  • the fuel cell stack 1 is a battery configured by stacking a plurality of fuel cells (single cells).
  • the fuel cell stack 1 receives the supply of the anode gas and the cathode gas and generates electric power necessary for traveling of the vehicle.
  • the cathode gas supply / discharge device 2 supplies cathode gas (air) to the fuel cell stack 1 and discharges cathode off-gas discharged from the fuel cell stack 1 to the outside.
  • the cathode gas supply / discharge device 2 includes a cathode gas supply passage 21, a cathode gas discharge passage 22, a cathode compressor 23, a cathode pressure sensor 24, and a cathode pressure regulating valve 25.
  • the cathode gas supply passage 21 is a passage through which the cathode gas supplied to the fuel cell stack 1 flows.
  • One end of the cathode gas supply passage 21 is formed as an open end, and the other end of the cathode gas supply passage 21 is connected to the cathode gas inlet of the fuel cell stack 1.
  • the front end opening of the cathode gas supply passage 21 is formed facing the front of the vehicle, and has a structure in which outside air can be easily taken.
  • the cathode gas discharge passage 22 is a passage through which the cathode off gas discharged from the fuel cell stack 1 flows. One end of the cathode gas discharge passage 22 is connected to the cathode gas outlet of the fuel cell stack 1, and the other end is formed as an open end.
  • the cathode off gas is a mixed gas containing cathode gas and water vapor generated by electrode reaction.
  • the cathode compressor 23 is provided at the tip of the cathode gas supply passage 21.
  • the cathode compressor 23 takes in air as the cathode gas and supplies the cathode gas to the fuel cell stack 1.
  • the cathode compressor 23 is configured so that the cathode gas can pass through the compressor even when the drive is stopped.
  • the operation of the cathode compressor 23 is controlled by a controller 50 described later.
  • the cathode pressure sensor 24 is provided in the cathode gas supply passage 21 near the cathode gas inlet of the fuel cell stack 1.
  • the cathode pressure sensor 24 detects the pressure of the cathode gas supplied to the fuel cell stack 1.
  • the cathode gas pressure detected by the cathode pressure sensor 24 represents the pressure of the entire cathode system including the cathode gas flow path and the like of the fuel cell stack 1.
  • the cathode pressure regulating valve 25 is provided in the cathode gas discharge passage 22.
  • the cathode pressure regulating valve 25 is controlled to be opened and closed by the controller 50 and adjusts the pressure of the cathode gas supplied to the fuel cell stack 1.
  • the anode gas supply / discharge device 3 supplies anode gas (hydrogen gas) to the fuel cell stack 1 and discharges anode off-gas discharged from the fuel cell stack 1 to the cathode gas discharge passage 22.
  • anode gas hydrogen gas
  • the anode gas supply / discharge device 3 includes an anode gas supply passage 31, an anode gas discharge passage 32, a high pressure tank 33, an anode pressure regulating valve 34, an anode pressure sensor 35, and a purge valve 36.
  • the high pressure tank 33 is a container for storing the anode gas supplied to the fuel cell stack 1 while maintaining the high pressure state.
  • the anode gas supply passage 31 is a passage for supplying the anode gas discharged from the high-pressure tank 33 to the fuel cell stack 1.
  • One end of the anode gas supply passage 31 is connected to the high pressure tank 33, and the other end is connected to the anode gas inlet of the fuel cell stack 1.
  • the anode pressure regulating valve 34 is provided in the anode gas supply passage 31 downstream of the high pressure tank 33.
  • the anode pressure regulating valve 34 is controlled to be opened and closed by the controller 50 and adjusts the pressure of the anode gas supplied to the fuel cell stack 1.
  • the anode pressure sensor 35 is provided in the anode gas supply passage 31 near the anode gas inlet of the fuel cell stack 1.
  • the anode pressure sensor 35 detects the pressure of the anode gas supplied to the fuel cell stack 1.
  • the anode gas pressure detected by the anode pressure sensor 35 represents the pressure of the entire anode system including the anode gas flow path of the fuel cell stack 1 and the like.
  • the anode gas discharge passage 32 is a passage through which the anode off gas discharged from the fuel cell stack 1 flows. One end of the anode gas discharge passage 32 is connected to the anode gas outlet portion of the fuel cell stack 1, and the other end is connected to the cathode gas discharge passage 22 downstream from the cathode pressure regulating valve 25.
  • the purge valve 36 is provided in the anode gas discharge passage 32.
  • the purge valve 36 is controlled to be opened and closed by the controller 50 and controls the purge flow rate of the anode off-gas discharged from the anode gas discharge passage 32 to the cathode gas discharge passage 22.
  • the anode off gas is discharged to the outside through the anode gas discharge passage 32 and the cathode gas discharge passage 22. At this time, the anode off gas is mixed with the cathode off gas in the cathode gas discharge passage 22. Thus, the anode off gas and the cathode off gas are mixed and discharged to the outside, so that the hydrogen concentration in the mixed gas is set to a value equal to or lower than the discharge allowable concentration.
  • the power system 4 includes a travel motor 41, an inverter 42, a battery 43, a DC / DC converter 44, a current sensor 45, and a voltage sensor 46.
  • the traveling motor 41 is a three-phase AC synchronous motor, and is a drive source for driving the wheels of the vehicle.
  • the travel motor 41 has a function as an electric motor that rotates by receiving power supplied from the fuel cell stack 1 and the battery 43, and a function as a generator that generates electric power by being rotationally driven by an external force.
  • the inverter 42 is composed of a plurality of semiconductor switches such as IGBTs.
  • the semiconductor switch of the inverter 42 is subjected to switching control by the controller 50, whereby a direct current is converted into an alternating current or an alternating current is converted into a direct current.
  • the traveling motor 41 is caused to function as an electric motor, the inverter 42 converts a combined current of the output current of the fuel cell stack 1 and the output current of the battery 43 into a three-phase alternating current and supplies the three-phase alternating current to the traveling motor 41.
  • the traveling motor 41 functions as a generator, the inverter 42 converts the regenerative alternating current of the traveling motor 41 into a direct current and supplies it to the battery 43.
  • the battery 43 is configured such that the surplus output power of the fuel cell stack 1 and the regenerative power of the traveling motor 41 are charged.
  • the electric power charged in the battery 43 is supplied to auxiliary equipment such as the cathode compressor 23 and the traveling motor 41 as necessary.
  • the DC / DC converter 44 is a bidirectional voltage converter that raises and lowers the output voltage of the fuel cell stack 1. By controlling the output voltage of the fuel cell stack 1 by the DC / DC converter 44, the output current of the fuel cell stack 1 and the like are adjusted.
  • the current sensor 45 detects the output current taken out from the fuel cell stack 1.
  • the voltage sensor 46 detects the output voltage of the fuel cell stack 1, that is, the voltage across the terminals of the fuel cell stack 1.
  • the controller 50 includes a microcomputer having a central processing unit (CPU), a read only memory (ROM), a random access memory (RAM), and an input / output interface (I / O interface).
  • CPU central processing unit
  • ROM read only memory
  • RAM random access memory
  • I / O interface input / output interface
  • the controller 50 includes an accelerator stroke sensor 51 that detects the amount of depression of the accelerator pedal and a vehicle speed sensor 52 that detects the vehicle traveling speed. A signal from a sensor for detecting the vehicle driving state is input.
  • the controller 50 calculates the target output power of the fuel cell stack 1 based on the vehicle running state and the operating state of the fuel cell system 100.
  • the controller 50 calculates the target output power based on the required power of the traveling motor 41, the required power of the auxiliary machinery, the charge / discharge request of the battery 43, and the like.
  • the controller 50 calculates a target output current of the fuel cell stack 1 by referring to a predetermined current-voltage characteristic of the fuel cell stack 1 based on the target output power. Then, the controller 50 uses the DC / DC converter 44 to control the voltage of the fuel cell stack 1 so that the output current of the fuel cell stack 1 becomes the target output current.
  • the controller 50 temporarily stops the power generation in the fuel cell stack 1 when the required power for the fuel cell stack 1 is low, such as during low-load travel, and the travel motor 41 or A so-called idle stop control is performed to drive auxiliary machinery and the like. If the required power increases due to an acceleration request or the like during the idle stop, or if the charge amount of the battery 43 falls below a predetermined threshold, the controller 50 ends the idle stop and restarts the power generation in the fuel cell stack 1. .
  • the driving of the cathode compressor 23 is basically stopped, and the cathode gas remaining in the fuel cell stack 1 is consumed by reacting with the anode gas (hydrogen gas) that has permeated to the cathode electrode side. Is done. Thereby, the voltage of the fuel cell stack 1 gradually decreases. If the duration of the idle stop becomes longer and the voltage of the fuel cell stack 1 decreases too much, it takes time for the voltage of the fuel cell stack 1 to recover to the required voltage value after returning from the idle stop. Response delay will increase.
  • the voltage of the fuel cell stack 1 during idling stop is managed so as to be within the preset lower limit value V L and upper limit value V H. Is done.
  • the upper limit value V H is set to a value that can avoid high potential deterioration.
  • the fuel cell system 100 when the voltage of the fuel cell stack 1 decreases to the lower limit value V L during the idling stop, the fuel cell system 100 causes the fuel cell stack 1 to have a cathode until the voltage reaches the upper limit value V H. It is configured to supply gas.
  • the fuel cell system 100 has a feature in the cathode gas supply control during the idle stop, and supplies the cathode gas using the environmental wind or the traveling wind.
  • FIG. 3 is a flowchart showing cathode supply control during idle stop executed by the controller 50.
  • the idle supply cathode supply control is repeatedly executed during the idle stop of the fuel cell system 100.
  • the controller 50 determines whether or not the idle stop control is being executed in the fuel cell system 100. For example, the controller 50 refers to a flag related to idle stop control and determines whether or not the idle stop control is being executed based on the flag.
  • the idle stop control is executed when the required power for the fuel cell stack 1 is low, such as during low-load running. That is, the controller 50 determines that the required load on the fuel cell stack 1 is below the reference value, the anode gas pressure and the cathode gas pressure are within a predetermined pressure range, and the temperature of the cooling water that cools the fuel cell stack 1 is within the predetermined temperature range. If it is, it is determined that the idle stop condition is satisfied, and the idle stop control is executed. When there is an acceleration request or the like from the driver, the controller 50 stops execution of the cathode supply control during idle stop, returns from idle stop control, and resumes normal power generation control.
  • the controller 50 ends the cathode supply control during the idle stop. On the other hand, when it is determined in S101 that the idle stop is being executed, the controller 50 executes the process of S102.
  • the controller 50 stops driving the cathode compressor 23. Thereafter, in S103, the controller 50 controls the cathode pressure regulating valve 25 to be fully closed. By closing the cathode pressure regulating valve 25 in this way, it is possible to prevent unnecessary outside air such as traveling wind from being supplied to the fuel cell stack 1 while the cathode compressor 23 is stopped.
  • the purge valve 36 is closed, and the opening of the anode pressure regulating valve 34 is controlled so that the anode gas pressure becomes a predetermined pressure.
  • the controller 50 determines whether or not the voltage V1 of the fuel cell stack 1 during the idle stop is equal to or lower than the lower limit value VL .
  • the voltage V1 of the fuel cell stack 1 is calculated based on the detection signal of the voltage sensor 46.
  • the voltage V1 of the fuel cell stack 1 is a voltage across the terminals of the fuel cell stack 1, but may be an average voltage value calculated based on the voltage of each single cell constituting the fuel cell stack 1. .
  • the controller 50 When the voltage V1 of the fuel cell stack 1 is larger than the lower limit value VL , the controller 50 performs steps S102 to S104 until the cathode gas in the fuel cell stack 1 is consumed and the voltage V1 reaches the lower limit value VL . Repeat the process.
  • the controller 50 controls the fuel in order to suppress the response delay of the output voltage of the fuel cell stack 1 when returning from the idle stop. It is determined that the voltage of the battery stack 1 needs to be recovered, and the process of S105 is executed.
  • the controller 50 controls the cathode pressure regulating valve 25 from the fully closed state to the fully opened state. In this way, by opening the cathode pressure regulating valve 25 during idle stop, even when the cathode compressor 23 is in a stopped state, the environmental wind generated around the vehicle and the traveling wind during the vehicle travel are the cathode compressor 23 and the cathode.
  • the fuel cell stack 1 is supplied through the gas supply passage 21.
  • the cathode pressure regulating valve 25 has a function of controlling the state of external air introduced into the fuel cell stack 1 during idle stop.
  • the controller 50 determines the voltage V1 of the fuel cell stack 1 to or greater than the upper limit value V H.
  • the controller 50 ends the current idle stop at the cathode supply control. Thereafter, the controller 50 starts the cathode supply control at the time of idle stop again, and executes the process of S101.
  • the controller 50 determines the voltage of the fuel cell stack 1 to have not yet recovered, executes the processing of S107.
  • the controller 50 determines whether or not the compressor driving condition is satisfied.
  • the controller 50 determines the second lower limit value when the voltage V1 of the fuel cell stack 1 is set lower than the lower limit value VL when a predetermined time has elapsed since the cathode pressure adjustment valve 25 was opened in S105, or after the cathode pressure regulation valve 25 is opened. If the drops to V L2, determines that the compressor driving condition is satisfied.
  • the controller 50 executes the process of S106 again.
  • the controller 50 executes the process of S108.
  • the controller 50 drives the cathode compressor 23 to forcibly supply outside air to the fuel cell stack 1. After the process of S108, the controller 50 executes the process of S106 again. Thus, when the compressor driving condition is satisfied, the cathode compressor 23 is driven, the cathode gas supply is continued until the voltage V1 of the fuel cell stack 1 reaches the upper limit V H.
  • the voltage V1 of the fuel cell stack 1 during idling stop falls within the range between the lower limit value V L and the upper limit value V H as shown in FIG. Managed.
  • FIG. 4 illustrates a case where the cathode pressure regulating valve 25 is opened to introduce outside air, and is a timing chart related to the processing of S105 and S106 of FIG.
  • FIG. 5 illustrates a case where the cathode compressor 23 is driven to forcibly introduce the outside air, and is a timing chart related to the processing of S105 to S108 in FIG.
  • the cathode pressure regulating valve 25 is controlled to be fully open state from the fully closed state.
  • the cathode pressure regulating valve 25 is opened in this way, even when the cathode compressor 23 is in a stopped state, the environmental wind generated around the vehicle and the traveling wind during traveling of the vehicle pass through the cathode compressor 23 and the cathode gas supply passage 21. It is supplied to the fuel cell stack 1. Even if the outside air is not forcibly introduced by the cathode compressor 23, outside air such as traveling wind is introduced, so that the voltage of the fuel cell stack 1 gradually increases as shown in FIG.
  • the cathode pressure regulating valve 25 is closed. Thereafter, the cathode pressure regulating valve 25 is maintained in the fully closed state until the voltage of the fuel cell stack 1 reaches the lower limit value V L or until the idle stop control ends.
  • the fuel cell system 100 opens the cathode pressure regulating valve 25 when the voltage of the fuel cell stack 1 drops to the lower limit value VL during idling stop, so that the running wind can be achieved without driving the cathode compressor 23. Or the like can be supplied to the fuel cell stack 1 as cathode gas.
  • the cathode pressure regulating valve 25 is The fully closed state is controlled to the fully open state. This allows outside air such as traveling wind to be supplied to the fuel cell stack 1. However, if the environmental wind generated around the vehicle or the running wind during vehicle running is weak, even if the cathode pressure regulating valve 25 is opened, the cathode gas shortage cannot be compensated for and the voltage of the fuel cell stack 1 may not recover. Conceivable.
  • the cathode compressor 23 When the voltage of the fuel cell stack 1 reaches the upper limit value V H at time t 16, the cathode compressor 23 is stopped, the cathode pressure regulating valve 25 is closed immediately thereafter. Thereafter, the cathode pressure regulating valve 25 is maintained in the fully closed state until the voltage of the fuel cell stack 1 reaches the lower limit value V L or until the idle stop control ends.
  • the cathode compressor 23 is driven when the voltage of the fuel cell stack 1 does not recover even when the cathode pressure regulating valve 25 is opened during idle stop and a predetermined compressor driving condition is satisfied. To do. Therefore, even when the traveling wind is weak, the cathode gas can be reliably supplied to the fuel cell stack 1. By supplying outside air in this way, the shortage of cathode gas during idle stop can be solved, and the voltage of the fuel cell stack 1 can be managed within the range between the lower limit value V L and the upper limit value V H.
  • the controller 50 performs stop control of the cathode compressor during idle stop. At this time, by closing the cathode pressure regulating valve 25 disposed in the cathode gas discharge passage 22, introduction of outside air such as traveling wind into the fuel cell stack 1 can be suppressed. Then, the controller 50 controls the cathode pressure regulating valve 25 to open according to the voltage of the fuel cell stack 1 during the idle stop, and cancels the suppression of the introduction of the outside air. More specifically, the cathode pressure regulating valve 25 is opened when the voltage of the fuel cell stack 1 during idle stop reaches the lower limit value VL .
  • the cathode pressure regulating valve 25 By releasing the suppression of the introduction of the outside air by the cathode pressure regulating valve 25 during idle stop, it is possible to supply the outside air such as traveling wind as the cathode gas to the fuel cell stack 1 without driving the cathode compressor 23.
  • the environmental wind around the vehicle can be supplied to the fuel cell stack 1 as cathode gas.
  • the fuel cell system 100 is configured such that the outside air flows into the fuel cell stack 1 from the cathode gas supply passage 21 by releasing the suppression of the introduction of the outside air. As a result, the shortage of cathode gas during idle stop can be solved. Further, since the cathode gas is supplied without driving the cathode compressor 23, the power consumption in the cathode compressor 23 can be saved, and the power consumption efficiency in the fuel cell system 100 can be increased.
  • the controller 50 of the fuel cell system 100 the cathode pressure regulating valve 25 is opened when the voltage of the fuel cell stack 1 reaches the upper limit value V H, closed again cathode pressure regulating valve 25.
  • This can suppress the introduction of unwanted ambient air, the voltage of the fuel cell stack 1 can be prevented from exceeding the upper limit value V H during the idle stop. Therefore, according to the fuel cell system 100, the voltage of the fuel cell stack 1 can be managed within the range between the lower limit value V L and the upper limit value V H during the idle stop.
  • the controller 50 of the fuel cell system 100 determines the cathode until the voltage of the fuel cell stack 1 reaches the upper limit value when the voltage of the fuel cell stack 1 does not recover after the cathode pressure regulating valve 25 is opened during the idle stop.
  • the compressor 23 is driven.
  • Second Embodiment A fuel cell system 100 according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Note that in the following embodiments, the same reference numerals are used for configurations and the like that perform the same functions as those in the first embodiment, and repeated descriptions are omitted as appropriate.
  • FIG. 6 is a flowchart showing cathode supply control during idle stop executed by the controller 50 of the fuel cell system 100 according to the second embodiment.
  • the controller 50 of the fuel cell system 100 of the second embodiment performs the drive determination of the cathode compressor 23 based on the travel wind introduction amount after the process of S105, so that the fuel cell of the first embodiment. It is different from the system controller. That is, the controller 50 of the fuel cell system 100 according to the second embodiment executes the processes of S111 to S113 after the process of S105.
  • the controller 50 when it is determined in S104 that the voltage V1 of the fuel cell stack 1 has decreased to the lower limit value VL , the controller 50 causes the traveling wind or the like to be introduced into the fuel cell stack 1 in S105.
  • the cathode pressure regulating valve 25 is controlled to open. Thereafter, the controller 50 executes the process of S111.
  • the controller 50 calculates the traveling wind introduction amount Qa based on the current vehicle speed detected by the vehicle speed sensor 52.
  • the traveling wind introduction amount Qa is a flow rate of outside air (cathode gas) such as traveling wind guided to the fuel cell stack 1, and is calculated as a larger value as the vehicle speed increases.
  • the traveling wind introduction amount Qa may be corrected according to atmospheric pressure or the like.
  • the controller 50 determines whether the running wind introduction amount Qa calculated in S111 is the reference introduction amount Q H above.
  • the reference introduction amount Q H is set as a value that can increase the voltage of the fuel cell stack 1 by introducing traveling wind or the like.
  • controller 50 When running wind introduction amount Qa is the reference introduction amount Q H above, controller 50, without driving the cathode compressor 23 determines that capture the outside air a sufficient amount, without executing the processing of S113 The process of S106 is executed.
  • the controller 50 drives the cathode compressor 23 to forcibly supply outside air to the fuel cell stack 1. After the process of S113, the controller 50 executes the process of S106.
  • the controller 50 drives the cathode compressor 23 when the compressor driving condition is satisfied (see S107 and S108), so that the cathode gas can be reliably supplied to the fuel cell stack 1.
  • S107 and S108 function as a kind of fail-safe process.
  • the controller 50 controls the cathode pressure regulating valve 25 to open.
  • the cathode pressure regulating valve 25 When the voltage of the fuel cell stack 1 decreases to the lower limit value VL during the idle stop, the controller 50 controls the cathode pressure regulating valve 25 to open.
  • the vehicle is traveling at a high speed as shown in FIG. 7D, a sufficient amount of outside air can be taken in just by opening the cathode pressure regulating valve 25 as shown in FIG. the voltage rises toward the upper limit value V H.
  • the cathode pressure regulating valve 25 is closed.
  • the cathode pressure regulating valve 25 is opened again.
  • the vehicle because of the low-speed driving as shown in FIG. 7 (D), the running wind introduction amount Qa becomes smaller than the reference introduction amount Q H.
  • a sufficient amount of outside air cannot be taken in just by opening the cathode pressure regulating valve 25, so that power is supplied to the cathode compressor 23 as shown in FIG.
  • the cathode compressor 23 is driven, and the outside air is forcibly supplied to the fuel cell stack 1.
  • the voltage of the fuel cell stack 1 as shown in FIG. 7 (A) rises toward the upper limit value V H.
  • the controller 50 controls the cathode pressure regulating valve 25 to open when the voltage of the fuel cell stack 1 decreases to the lower limit value VL during the idle stop.
  • the controller 50 calculates the supply possible running wind introduction amount Qa in the fuel cell stack 1 based on the vehicle speed, the running wind introduction amount Qa reference introduction amount Q voltage upper limit value of the fuel cell stack 1 is smaller than H
  • the cathode compressor 23 is driven until it reaches
  • the cathode compressor 23 By driving the cathode compressor 23 in this way, even when the vehicle is traveling at a low speed and a sufficient amount of outside air cannot be taken in just by opening the cathode pressure regulating valve 25, the cathode gas (outside air) is forcibly forced.
  • the fuel cell stack 1 can be supplied. Therefore, the shortage of cathode gas during idle stop can be surely solved. Further, since the cathode compressor 23 is driven only when necessary according to the travel wind introduction amount Qa, the power consumption in the cathode compressor 23 can be saved, and the power consumption efficiency in the fuel cell system 100 can be improved.
  • the drive determination of the cathode compressor 23 is performed based on the traveling wind introduction Qa amount calculated from the vehicle speed, the necessity of driving the cathode compressor 23 can be immediately determined, and the fuel cell stack 1 The voltage can be quickly recovered.
  • the fuel cell system 100 includes the cathode pressure regulating valve 25 in the cathode gas discharge passage 22 and is configured to perform outside air introduction control during idle stop by the cathode pressure regulating valve 25.
  • the cathode pressure regulating valve 25 in addition to the configuration in which the cathode pressure regulating valve 25 is arranged in the cathode gas discharge passage 22, the configurations as shown in FIGS. 8A to 8D are conceivable.
  • 8A to 8D are diagrams showing a modification of the fuel cell system 100, respectively.
  • a cathode pressure regulating valve 25 may be disposed in each of the cathode gas supply passage 21 and the cathode gas discharge passage 22.
  • the two cathode pressure regulating valves 25 are simultaneously controlled to be closed in S103 of FIGS. 3 and 6, and are simultaneously controlled to be opened in S106 of FIGS.
  • the cathode pressure regulating valve 25 may be disposed in the cathode gas supply passage 21 between the cathode compressor 23 and the fuel cell stack 1.
  • the cathode pressure regulating valve 25 may be arranged in the cathode gas supply passage 21 upstream of the cathode compressor 23.
  • the cathode gas supply passage 21 upstream of the cathode compressor 23 it is also conceivable to open and close the opening of the front front grille of the vehicle with a shutter.
  • the upstream end of the cathode gas supply passage 21 is disposed so as to face the opening of the front front grille, and a shutter is provided to open and close the opening.
  • the shutter is closed in S103 of FIGS. 3 and 6 and opened in S106 of FIGS.
  • the fuel cell system 100 is configured such that the upstream end 21A of the cathode gas supply passage 21 and the downstream end 22A of the cathode gas discharge passage 22 rotate without providing the cathode pressure regulating valve 25. May be.
  • the upstream end 21A of the cathode gas supply passage 21 and the downstream end 22A of the cathode gas discharge passage 22 are rotated so as to deviate from the vehicle traveling direction.
  • the upstream end 21A and the downstream end 22A are rotated such that the cathode gas supply passage 21 and the cathode gas discharge passage 22 are linear along the vehicle traveling direction.
  • a fuel cell system 100 according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • the fuel cell system 100 according to the third embodiment is different from the fuel cell system according to the first embodiment in that a bypass passage 60 and a bypass valve 61 are provided.
  • the fuel cell system 100 further includes a bypass passage 60 branched from the cathode gas supply passage 21 and joined to the cathode gas discharge passage 22, and a bypass valve 61 disposed in the bypass passage 60. .
  • the bypass passage 60 is a passage that bypasses the fuel cell stack 1 so that the cathode gas does not pass through the fuel cell stack 1.
  • the upstream end of the bypass passage 60 is connected to the cathode gas supply passage 21 upstream from the cathode pressure sensor 24, and the downstream end of the bypass passage 60 is connected to the cathode gas discharge passage 22 downstream from the cathode pressure regulating valve 25.
  • the bypass valve 61 is an open / close valve that opens and closes the bypass passage 60 and is provided in the middle of the bypass passage 60.
  • the opening degree of the bypass valve 61 is controlled by the controller 50.
  • the controller 50 stops the cathode compressor 23 in S102. Then, after the process of S102, the controller 50 executes the process of S103A.
  • the controller 50 controls the cathode pressure regulating valve 25 to be fully closed, and controls the bypass valve 61 to be fully open.
  • the cathode pressure regulating valve 25 is closed and the bypass valve 61 is opened during the idle stop, so that even if outside air such as traveling wind flows into the cathode gas supply passage 21, the outside air passes through the bypass passage 60 to the cathode gas discharge passage. 22 flows. Therefore, it can suppress that external air is supplied to the fuel cell stack 1 unnecessarily.
  • the controller 50 executes the process of S105A.
  • the controller 50 controls the cathode pressure regulating valve 25 from the fully closed state to the fully opened state, and controls the bypass valve 61 from the fully opened state to the fully closed state.
  • the entire amount of outside air such as traveling wind flowing into the cathode gas supply passage 21 can be supplied to the fuel cell stack 1.
  • the voltage of the fuel cell stack during the idle stop can be quickly increased.
  • the bypass valve 61 it is preferable to close the bypass valve 61 after the cathode pressure regulating valve 25 is opened. Further, since the strength of the traveling wind or the like changes depending on the vehicle traveling state, the amount of outside air guided to the fuel cell stack 1 may be adjusted by controlling the opening degree of the bypass valve 61 based on the vehicle traveling state.
  • controller 50 executes S106 and subsequent steps, the voltage of the fuel cell stack 1 and terminates the idle stop when the cathode supply control when it reaches the upper limit value V H.
  • the controller 50 controls the cathode compressor to stop when idling.
  • the cathode pressure regulating valve 25 is closed and the bypass valve 61 is opened, even if outside air such as traveling wind flows into the cathode gas supply passage 21, the outside air flows into the cathode gas discharge passage 22 through the bypass passage 60. Therefore, it is possible to reliably suppress the outside air from being supplied to the fuel cell stack 1 unnecessarily, and to prevent the voltage of the fuel cell stack 1 from becoming too high.
  • the controller 50 controls the cathode pressure regulating valve 25 to open and controls the bypass valve 61 to close.
  • the entire amount of outside air such as traveling wind flowing into the cathode gas supply passage 21 can be supplied to the fuel cell stack 1.
  • the cathode gas is supplied without driving the cathode compressor 23, the power consumption in the cathode compressor 23 can be saved, and the power consumption efficiency in the fuel cell system 100 can be increased.
  • the controller 50 controls the opening degree of the bypass valve 61 based on the vehicle running state and adjusts the amount of outside air led to the fuel cell stack 1 when the cathode pressure regulating valve 25 is controlled to open during idle stop. May be. As a result, an appropriate amount of outside air can be supplied to the fuel cell stack 1.
  • the controller 50 of the fuel cell system 100 executes the cathode supply control during idle stop based on the flowchart of FIG. 11 corresponding to FIG. 6 of the second embodiment, not the flowchart of FIG. Also good.
  • S103A in FIG. 11 is a process that replaces S103 in FIG. 6, and is the same process as S103A in FIG.
  • S105A in FIG. 11 is a process that replaces S105 in FIG. 6, and is the same process as S105A in FIG.
  • the cathode pressure regulating valve 25 may not be provided, and the outside air introduction control during idle stop may be executed using only the bypass valve 61.
  • the bypass valve 61 is opened when it is necessary to suppress the introduction of the outside air during the idle stop, and the bypass valve 61 is closed when the suppression of the introduction of the outside air is released.
  • the cathode compressor 23 is not driven when the cathode pressure regulating valve 25 is opened during idle stop so that sufficient outside air can be taken in.
  • the cathode compressor 23 may be driven so as to assist in taking in outside air such as traveling wind.
  • the power consumption efficiency of the fuel cell system 100 is reduced by the amount of driving the cathode compressor 23, but the voltage of the fuel cell stack 1 during the idle stop can be quickly recovered.
  • the fuel cell system 100 may be configured to include a blower instead of the cathode compressor 23 and supply the cathode gas to the fuel cell stack 1 by this blower.

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Abstract

　アノードガス及びカソードガスの供給を受けて発電する燃料電池を備える車両用の燃料電池システムは、車両走行状態に応じて燃料電池システムをアイドルストップさせるアイドルストップ実行部と、アイドルストップ時にカソードコンプレッサを停止制御するコンプレッサ制御部と、アイドルストップ時に燃料電池への外気の導入を抑制する外気導入制御部と、を備える。外気導入制御部は、アイドルストップ中の燃料電池の電圧に応じて外気導入の抑制を解除する。

Description

燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法
　本発明は、アノードガス及びカソードガスの供給を受けて発電する燃料電池を備える車両用の燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法に関する。
　車両用の燃料電池システムでは、車両の走行状態に応じて燃料電池システムをアイドルストップさせるアイドルストップ制御が実行される。アイドルストップ時には、燃料電池からの電流の取り出しが停止されるので、燃料電池システムにおける電力消費効率を高めることができる。
　特開２００７－７３２７８号公報には、アイドルストップ時にカソード調圧弁を閉じることで、カソード排出通路に配置された希釈装置内のアノードガス（水素ガス）がカソード極側に逆流することを防止する燃料電池システムが開示されている。
　燃料電池システムでは、アイドルストップから通常発電状態へのスムーズな復帰を考慮して、アイドルストップ中の燃料電池の電圧は所定電圧範囲内にあることが好ましい。アイドルストップ中はカソードコンプレッサによるカソードガスの供給が停止されており、燃料電池内に残留しているカソードガスはカソード極側に透過してきたアノードガスと反応することで消費され、燃料電池の電圧は徐々に低下する。特に、上記した燃料電池システムでは、アイドルストップ時にカソード調圧弁が閉じられるため、カソードガスが不足しやすいという問題がある。
　本発明の目的は、アイドルストップ中におけるカソードガス不足を抑制することが可能な燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法を提供することである。
　本発明のある態様によれば、アノードガス及びカソードガスの供給を受けて発電する燃料電池を備える車両用の燃料電池システムが提供される。燃料電池システムは、車両走行状態に応じて当該燃料電池システムをアイドルストップさせるアイドルストップ実行部と、アイドルストップ時にカソードコンプレッサを停止制御するコンプレッサ制御部と、アイドルストップ時に燃料電池への外気の導入を抑制する外気導入制御部と、を備える。外気導入制御部は、アイドルストップ中の燃料電池の電圧に応じて外気導入の抑制を解除する。
図１は、本発明の第１実施形態による燃料電池システムの概略構成図である。 図２は、アイドルストップ中における燃料電池スタックの電圧制御について説明する図である。 図３は、第１実施形態による燃料電池システムのコントローラが実行するアイドルストップ時カソード供給制御を示すフローチャートである。 図４は、カソード調圧弁を開弁して外気導入を行う場合におけるアイドルストップカソード制御について説明するタイミングチャートである。 図５は、カソードコンプレッサを駆動して強制的に外気導入を行う場合におけるアイドルストップカソード制御について説明するタイミングチャートである。 図６は、第２実施形態による燃料電池システムのコントローラが実行するアイドルストップ時カソード供給制御を示すフローチャートである。 図７は、第２実施形態でのアイドルストップ時カソード供給制御について説明するタイミングチャートである。 図８Ａは、燃料電池システムの一変形例を示す図である。 図８Ｂは、燃料電池システムの一変形例を示す図である。 図８Ｃは、燃料電池システムの一変形例を示す図である。 図８Ｄは、燃料電池システムの一変形例を示す図である。 図９は、本発明の第３実施形態による燃料電池システムの概略構成図である。 図１０は、第３実施形態による燃料電池システムのコントローラが実行するアイドルストップ時カソード供給制御を示すフローチャートである。 図１１は、第３実施形態の変形例による燃料電池システムのコントローラが実行するアイドルストップ時カソード供給制御を示すフローチャートである。
　以下、図面等を参照して、本発明の各実施形態について説明する。
　＜第１実施形態＞
　図１を参照して、本発明の第１実施形態による燃料電池システム１００について説明する。
　図１に示す燃料電池システム１００は、燃料電池車両等の移動体に搭載される燃料電池システムである。燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１と、カソードガス給排装置２と、アノードガス給排装置３と、電力システム４と、コントローラ５０と、を備える。
　燃料電池スタック１は、燃料電池（単セル）を複数積層して構成される電池である。燃料電池スタック１は、アノードガス及びカソードガスの供給を受けて、車両の走行に必要な電力を発電する。
　カソードガス給排装置２は、燃料電池スタック１にカソードガス（空気）を供給するとともに、燃料電池スタック１から排出されるカソードオフガスを外部に排出する。カソードガス給排装置２は、カソードガス供給通路２１と、カソードガス排出通路２２と、カソードコンプレッサ２３と、カソード圧力センサ２４と、カソード調圧弁２５と、を備える。
　カソードガス供給通路２１は、燃料電池スタック１に供給されるカソードガスが流れる通路である。カソードガス供給通路２１の一端は開口端として形成されており、カソードガス供給通路２１の他端は燃料電池スタック１のカソードガス入口部に接続される。カソードガス供給通路２１の先端開口は、車両前方に臨んで形成され、外気を取り込みやすい構造となっている。
　カソードガス排出通路２２は、燃料電池スタック１から排出されるカソードオフガスが流れる通路である。カソードガス排出通路２２の一端は燃料電池スタック１のカソードガス出口部に接続され、他端は開口端として形成される。カソードオフガスは、カソードガスや電極反応によって生じた水蒸気等を含む混合ガスである。
　カソードコンプレッサ２３は、カソードガス供給通路２１の先端部分に設けられる。カソードコンプレッサ２３は、カソードガスとしての空気を取り込み、燃料電池スタック１にカソードガスを供給する。カソードコンプレッサ２３は、駆動が停止された状態であっても、カソードガスがコンプレッサ内を通過できるように構成されている。カソードコンプレッサ２３の動作は、後述するコントローラ５０によって制御される。
　カソード圧力センサ２４は、燃料電池スタック１のカソードガス入口部近傍のカソードガス供給通路２１に設けられる。カソード圧力センサ２４は、燃料電池スタック１に供給されるカソードガスの圧力を検出する。カソード圧力センサ２４で検出されたカソードガス圧力は、燃料電池スタック１のカソードガス流路等を含むカソード系全体の圧力を代表する。
　カソード調圧弁２５は、カソードガス排出通路２２に設けられる。カソード調圧弁２５は、コントローラ５０によって開閉制御され、燃料電池スタック１に供給されるカソードガスの圧力を調整する。
　次に、アノードガス給排装置３について説明する。アノードガス給排装置３は、燃料電池スタック１にアノードガス（水素ガス）を供給するとともに、燃料電池スタック１から排出されるアノードオフガスをカソードガス排出通路２２に排出する。
　アノードガス給排装置３は、アノードガス供給通路３１と、アノードガス排出通路３２と、高圧タンク３３と、アノード調圧弁３４と、アノード圧力センサ３５と、パージ弁３６と、を備える。
　高圧タンク３３は、燃料電池スタック１に供給するアノードガスを高圧状態に保って貯蔵する容器である。
　アノードガス供給通路３１は、高圧タンク３３から排出されるアノードガスを燃料電池スタック１に供給する通路である。アノードガス供給通路３１の一端は高圧タンク３３に接続され、他端は燃料電池スタック１のアノードガス入口部に接続される。
　アノード調圧弁３４は、高圧タンク３３よりも下流のアノードガス供給通路３１に設けられる。アノード調圧弁３４は、コントローラ５０によって開閉制御され、燃料電池スタック１に供給されるアノードガスの圧力を調整する。
　アノード圧力センサ３５は、燃料電池スタック１のアノードガス入口部近傍のアノードガス供給通路３１に設けられる。アノード圧力センサ３５は、燃料電池スタック１に供給されるアノードガスの圧力を検出する。アノード圧力センサ３５で検出されたアノードガス圧力は、燃料電池スタック１のアノードガス流路等を含むアノード系全体の圧力を代表する。
　アノードガス排出通路３２は、燃料電池スタック１から排出されたアノードオフガスを流す通路である。アノードガス排出通路３２の一端は燃料電池スタック１のアノードガス出口部に接続され、他端はカソード調圧弁２５よりも下流のカソードガス排出通路２２に接続される。
　パージ弁３６は、アノードガス排出通路３２に設けられる。パージ弁３６は、コントローラ５０によって開閉制御され、アノードガス排出通路３２からカソードガス排出通路２２に排出されるアノードオフガスのパージ流量を制御する。
　パージ弁３６が開かれてパージ制御が実行されると、アノードオフガスは、アノードガス排出通路３２及びカソードガス排出通路２２を通じて外部に排出される。この時、アノードオフガスは、カソードガス排出通路２２内でカソードオフガスと混合される。このようにアノードオフガスとカソードオフガスとを混合させて外部に排出することで、混合ガス中の水素濃度が排出許容濃度以下の値に設定される。
　電力システム４は、走行モータ４１と、インバータ４２と、バッテリ４３と、ＤＣ／ＤＣコンバータ４４と、電流センサ４５と、電圧センサ４６と、を備える。
　走行モータ４１は、三相交流同期モータであって、車両の車輪を駆動するための駆動源である。走行モータ４１は、燃料電池スタック１及びバッテリ４３から電力の供給を受けて回転駆動する電動機としての機能と、外力によって回転駆動されることで発電する発電機としての機能とを有する。
　インバータ４２は、ＩＧＢＴ等の複数の半導体スイッチから構成される。インバータ４２の半導体スイッチはコントローラ５０によってスイッチング制御され、これにより直流電流が交流電流に、又は交流電流が直流電流に変換される。走行モータ４１を電動機として機能させる場合、インバータ４２は、燃料電池スタック１の出力電流とバッテリ４３の出力電流との合成電流を三相交流電流に変換し、走行モータ４１に供給する。これに対して、走行モータ４１を発電機として機能させる場合、インバータ４２は、走行モータ４１の回生交流電流を直流電流に変換し、バッテリ４３に供給する。
　バッテリ４３は、燃料電池スタック１の出力電力の余剰分及び走行モータ４１の回生電力が充電されるように構成されている。バッテリ４３に充電された電力は、必要に応じてカソードコンプレッサ２３等の補機類や走行モータ４１に供給される。
　ＤＣ／ＤＣコンバータ４４は、燃料電池スタック１の出力電圧を昇降圧させる双方向性の電圧変換機である。ＤＣ／ＤＣコンバータ４４によって燃料電池スタック１の出力電圧を制御することで、燃料電池スタック１の出力電流等が調整される。
　電流センサ４５は、燃料電池スタック１から取り出される出力電流を検出する。電圧センサ４６は、燃料電池スタック１の出力電圧、つまり燃料電池スタック１の端子間電圧を検出する。
　コントローラ５０は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。
　コントローラ５０には、カソード圧力センサ２４やアノード圧力センサ３５、電流センサ４５、電圧センサ４６からの信号の他、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルストロークセンサ５１や車両走行速度を検出する車速センサ５２等の車両運転状態を検出するセンサからの信号が入力する。
　コントローラ５０は、車両走行状態及び燃料電池システム１００の運転状態に基づいて、燃料電池スタック１の目標出力電力を算出する。コントローラ５０は、走行モータ４１の要求電力や補機類の要求電力、バッテリ４３の充放電要求等に基づいて、目標出力電力を算出する。コントローラ５０は、目標出力電力に基づいて、予め定められた燃料電池スタック１の電流電圧特性を参照し、燃料電池スタック１の目標出力電流を算出する。そして、コントローラ５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４４を用いて、燃料電池スタック１の出力電流が目標出力電流となるように燃料電池スタック１の電圧を制御する。
　また、コントローラ５０は、例えば低負荷走行時のように燃料電池スタック１に対する要求電力が低い場合に、燃料電池スタック１での発電を一時的に停止してバッテリ４３の電力だけで走行モータ４１や補機類等を駆動する、いわゆるアイドルストップ制御を実行する。アイドルストップ中に、加速要求等によって要求電力が増大したり、バッテリ４３の充電量が所定の閾値を下回ったりすると、コントローラ５０は、アイドルストップを終了させ、燃料電池スタック１での発電を再開させる。
　図２を参照して、アイドルストップ中における燃料電池スタック１の電圧制御について説明する。
　アイドルストップ中は、カソードコンプレッサ２３の駆動が基本的に停止され、燃料電池スタック１内に残留しているカソードガスは、カソード極側に透過してきたアノードガス（水素ガス）と反応することで消費される。これにより、燃料電池スタック１の電圧は徐々に低下する。アイドルストップ継続時間が長くなって燃料電池スタック１の電圧が低下しすぎると、アイドルストップからの復帰後、燃料電池スタック１の電圧が要求電圧値まで回復するのに時間がかかり、加速要求等に対する応答遅れが大きくなってしまう。
　そのため、アイドルストップを行う燃料電池システム１００では、図２に示すように、アイドルストップ中における燃料電池スタック１の電圧が予め設定した下限値ＶＬと上限値ＶＨの範囲内となるように管理される。なお、上限値ＶＨは、高電位劣化を回避可能な値に設定されている。
　図２に示すように、燃料電池システム１００は、アイドルストップ中に燃料電池スタック１の電圧が下限値ＶＬまで低下した場合に、当該電圧が上限値ＶＨとなるまで燃料電池スタック１にカソードガスを供給するように構成される。燃料電池システム１００は、アイドルストップ中におけるカソードガス供給制御に特徴を有しており、環境風や走行風等を利用してカソードガスの供給を実行する。
　次に、図３を参照して、コントローラ５０が実行するアイドルストップ時カソード供給制御について説明する。図３は、コントローラ５０が実行するアイドルストップ時カソード供給制御を示すフローチャートである。アイドルストップ時カソード供給制御は、燃料電池システム１００のアイドルストップ中に繰り返し実行される。
　Ｓ１０１では、コントローラ５０は、燃料電池システム１００においてアイドルストップ制御が実行中であるか否かを判定する。例えば、コントローラ５０は、アイドルストップ制御に関するフラグを参照し、フラグに基づいてアイドルストップ制御が実行中であるか否かを判定する。
　アイドルストップ制御は、例えば低負荷走行時のように燃料電池スタック１に対する要求電力が低い場合に実行される。つまり、コントローラ５０は、燃料電池スタック１に対する要求負荷が基準値以下で、アノードガス圧力及びカソードガス圧力が所定圧力範囲内にあり、燃料電池スタック１を冷却する冷却水の温度が所定温度範囲内にある場合に、アイドルストップ条件が成立したと判定し、アイドルストップ制御を実行する。なお、ドライバから加速要求等があった場合には、コントローラ５０は、アイドルストップ時カソード供給制御等の実行を中止し、アイドルストップ制御から復帰して通常発電制御を再開する。
　Ｓ１０１でアイドルストップ実行中ではないと判定された場合には、コントローラ５０は、アイドルストップ時カソード供給制御を終了する。これに対して、Ｓ１０１でアイドルストップ実行中であると判定された場合には、コントローラ５０はＳ１０２の処理を実行する。
　Ｓ１０２では、コントローラ５０は、カソードコンプレッサ２３の駆動を停止する。その後、Ｓ１０３において、コントローラ５０はカソード調圧弁２５を全閉状態となるように制御する。このようにカソード調圧弁２５を閉じることで、カソードコンプレッサ２３の停止中に、走行風等の外気が不要に燃料電池スタック１に供給されることを防止することができる。なお、アイドルストップ中には、パージ弁３６は閉じられ、アノード調圧弁３４はアノードガス圧力が所定圧力となるように開度制御される。
　Ｓ１０４では、コントローラ５０は、アイドルストップ中における燃料電池スタック１の電圧Ｖ１が下限値ＶＬ以下であるか否かを判定する。燃料電池スタック１の電圧Ｖ１は、電圧センサ４６の検出信号に基づいて算出される。なお、燃料電池スタック１の電圧Ｖ１は、燃料電池スタック１の端子間電圧であるが、燃料電池スタック１を構成する各単セルの電圧に基づいて算出される電圧平均値等であってもよい。
　燃料電池スタック１の電圧Ｖ１が下限値ＶＬよりも大きい場合には、コントローラ５０は、燃料電池スタック１内のカソードガスが消費されて電圧Ｖ１が下限値ＶＬに達するまで、Ｓ１０２～Ｓ１０４の処理を繰り返し実行する。
　これに対して、燃料電池スタック１の電圧Ｖ１が下限値ＶＬ以下の場合には、コントローラ５０は、アイドルストップからの復帰時における燃料電池スタック１の出力電圧の応答遅れを抑制するために燃料電池スタック１の電圧を回復させる必要があると判断し、Ｓ１０５の処理を実行する。
　Ｓ１０５では、コントローラ５０は、カソード調圧弁２５を全閉状態から全開状態に制御する。このように、アイドルストップ中にカソード調圧弁２５を開くことで、カソードコンプレッサ２３が停止状態であっても、車両の周囲に生じている環境風や車両走行時における走行風がカソードコンプレッサ２３及びカソードガス供給通路２１を通じて燃料電池スタック１に供給される。Ｓ１０３及びＳ１０５で説明したように、カソード調圧弁２５は、アイドルストップ中に燃料電池スタック１への外気の導入状態を制御する機能を有している。
　Ｓ１０６では、コントローラ５０は、燃料電池スタック１の電圧Ｖ１が上限値ＶＨ以上であるか否かを判定する。
　燃料電池スタック１の電圧Ｖ１が上限値ＶＨ以上である場合には、コントローラ５０は、今回のアイドルストップ時カソード供給制御を終了する。その後、コントローラ５０は、再びアイドルストップ時カソード供給制御を開始し、Ｓ１０１の処理を実行する。
　これに対して、燃料電池スタック１の電圧Ｖ１が上限値ＶＨより小さい場合には、コントローラ５０は、燃料電池スタック１の電圧がまだ回復していないと判断し、Ｓ１０７の処理を実行する。
　Ｓ１０７では、コントローラ５０は、コンプレッサ駆動条件が成立したか否かを判定する。コントローラ５０は、Ｓ１０５でカソード調圧弁２５を開いてから所定時間経過した場合や、カソード調圧弁２５の開弁後に燃料電池スタック１の電圧Ｖ１が下限値ＶＬより低く設定された第２下限値ＶＬ２まで低下した場合に、コンプレッサ駆動条件が成立したと判定する。
　Ｓ１０７でコンプレッサ駆動条件が成立していないと判定された場合には、コントローラ５０はＳ１０６の処理を再び実行する。これに対して、Ｓ１０７でコンプレッサ駆動条件が成立したと判定された場合には、コントローラ５０はＳ１０８の処理を実行する。
　Ｓ１０８では、コントローラ５０は、カソードコンプレッサ２３を駆動し、外気を強制的に燃料電池スタック１に供給する。Ｓ１０８の処理後、コントローラ５０は、Ｓ１０６の処理を再び実行する。このように、コンプレッサ駆動条件が成立した場合には、カソードコンプレッサ２３が駆動され、燃料電池スタック１の電圧Ｖ１が上限値ＶＨに達するまでカソードガス供給が継続される。
　燃料電池システム１００では、上記アイドルストップ時カソード供給制御を実行することで、アイドルストップ中における燃料電池スタック１の電圧Ｖ１が図２に示したように下限値ＶＬと上限値ＶＨの範囲内に管理される。
　図４及び図５を参照して、アイドルストップ時カソード供給制御の作用効果について説明する。図４は、カソード調圧弁２５を開弁して外気導入を行う場合を例示したものであり、図３のＳ１０５及びＳ１０６の処理に関連するタイミングチャートである。図５は、カソードコンプレッサ２３を駆動して強制的に外気導入を行う場合を例示したものであり、図３のＳ１０５～Ｓ１０８の処理に関連するタイミングチャートである。
　図４に示すように、時刻ｔ１１でアイドルストップ条件が成立すると、燃料電池システム１００ではアイドルストップ制御及びアイドルストップ時カソード供給制御が実行される。時刻ｔ１１において、カソードコンプレッサ２３への電力供給が図４（Ｃ）に示すように停止され、カソード調圧弁２５が図４（Ｂ）に示すように閉じられる。このようにカソード調圧弁２５が閉じられると、外気（走行風等）の燃料電池スタック１への導入が抑制される。これにより、燃料電池スタック１内に残留しているカソードガスがカソード極側に透過してきたアノードガスと反応することで消費され、図４（Ａ）に示すように燃料電池スタック１の電圧が徐々に低下する。
　時刻ｔ１２で燃料電池スタック１の電圧が下限値ＶＬまで低下すると、図３のＳ１０５及び図４（Ｂ）に示すように、カソード調圧弁２５が全閉状態から全開状態に制御される。このようにカソード調圧弁２５が開かれると、カソードコンプレッサ２３が停止状態にあっても、車両の周囲に生じている環境風や車両走行時における走行風がカソードコンプレッサ２３及びカソードガス供給通路２１を通じて燃料電池スタック１に供給される。カソードコンプレッサ２３により強制的に外気を導入しなくても、走行風等の外気が導入されるため、図４（Ａ）に示すように燃料電池スタック１の電圧は徐々に上昇する。
　そして、時刻ｔ１３において、燃料電池スタック１の電圧が上限値ＶＨに到達すると、カソード調圧弁２５が閉じられる。その後、燃料電池スタック１の電圧が下限値ＶＬに達するか、又はアイドルストップ制御が終了するまで、カソード調圧弁２５は全閉状態のまま維持される。
　上述の通り、燃料電池システム１００では、アイドルストップ中に燃料電池スタック１の電圧が下限値ＶＬまで低下した時にカソード調圧弁２５を開くことで、カソードコンプレッサ２３を駆動しなくても、走行風等の外気をカソードガスとして燃料電池スタック１に供給することができる。
　次に、図５を参照し、アイドルストップ中にカソードコンプレッサ２３を駆動して、強制的に外気導入を行う場合について説明する。
　図５に示すように、アイドルストップ中の時刻ｔ１４で燃料電池スタック１の電圧が下限値ＶＬまで低下すると、図３のＳ１０５及び図５（Ｂ）に示すように、カソード調圧弁２５が全閉状態から全開状態に制御される。これにより、走行風等の外気が燃料電池スタック１に供給されることが許容される。しかしながら、車両の周囲に生じている環境風や車両走行時における走行風が弱い場合には、カソード調圧弁２５を開いてもカソードガス不足を補えず、燃料電池スタック１の電圧が回復しないことも考えられる。
　カソード調圧弁２５を開いても燃料電池スタック１の電圧が回復せず、例えば時刻ｔ１５で燃料電池スタック１の電圧が第２下限値ＶＬ２まで低下すると、コンプレッサ駆動条件が成立したとして、図５（Ｃ）に示すようにカソードコンプレッサ２３に電力が供給される。これにより、カソードコンプレッサ２３が駆動され、外気が強制的に燃料電池スタック１に供給される。その結果、図５（Ａ）に示すように燃料電池スタック１の電圧が上昇する。なお、カソード調圧弁２５を開いてから所定時間経過しても燃料電池スタック１の電圧が上限値に達していない場合に、コンプレッサ駆動条件が成立したとして、カソードコンプレッサ２３を駆動してもよい。
　時刻ｔ１６において燃料電池スタック１の電圧が上限値ＶＨに到達すると、カソードコンプレッサ２３が停止され、その直後にカソード調圧弁２５が閉じられる。その後、燃料電池スタック１の電圧が下限値ＶＬに達するか、又はアイドルストップ制御が終了するまで、カソード調圧弁２５は全閉状態のまま維持される。
　上述の通り、燃料電池システム１００では、アイドルストップ中にカソード調圧弁２５が開かれても燃料電池スタック１の電圧が回復せず、所定のコンプレッサ駆動条件が成立した場合に、カソードコンプレッサ２３を駆動する。そのため、走行風等が弱い場合であっても、燃料電池スタック１にカソードガスを確実に供給することができる。このように外気を供給することで、アイドルストップ中におけるカソードガス不足を解消でき、燃料電池スタック１の電圧を下限値ＶＬと上限値ＶＨの範囲内で管理することができる。
　上記した本実施形態による燃料電池システム１００によれば、以下の効果を得ることができる。
　燃料電池システム１００では、コントローラ５０は、アイドルストップ時にカソードコンプレッサを停止制御する。この時、カソードガス排出通路２２に配置されたカソード調圧弁２５を閉じることで、走行風等の外気の燃料電池スタック１への導入を抑制できる。そして、コントローラ５０は、アイドルストップ中における燃料電池スタック１の電圧に応じてカソード調圧弁２５を開弁制御し、外気導入の抑制を解除する。より具体的には、アイドルストップ中の燃料電池スタック１の電圧が下限値ＶＬに達した場合に、カソード調圧弁２５は開かれる。
　アイドルストップ中にカソード調圧弁２５により外気導入の抑制を解除することで、カソードコンプレッサ２３を駆動しなくても、走行風等の外気をカソードガスとして燃料電池スタック１に供給することができる。また、車両が停止している時にアイドルストップが実行されている場合には、車両の周囲の環境風をカソードガスとして燃料電池スタック１に供給することができる。このように、燃料電池システム１００は、外気導入の抑制を解除することで、外気がカソードガス供給通路２１から燃料電池スタック１に流れ込むように構成されているため、走行風や環境風をカソードガスとして取り込むことによりアイドルストップ中におけるカソードガス不足を解消することが可能となる。また、カソードコンプレッサ２３を駆動せずにカソードガス供給を行うので、カソードコンプレッサ２３での消費電力を節約でき、燃料電池システム１００における電力消費効率を高めることが可能となる。
　さらに、燃料電池システム１００のコントローラ５０は、カソード調圧弁２５が開かれて燃料電池スタック１の電圧が上限値ＶＨに達した場合に、カソード調圧弁２５を再び閉じる。これにより、不要な外気の導入を抑制でき、アイドルストップ中に燃料電池スタック１の電圧が上限値ＶＨを超えてしまうことを防止できる。したがって、燃料電池システム１００によれば、アイドルストップ中に、燃料電池スタック１の電圧を下限値ＶＬと上限値ＶＨの範囲内で管理することができる。
　さらに、燃料電池システム１００のコントローラ５０は、アイドルストップ中にカソード調圧弁２５が開かれた後、燃料電池スタック１の電圧が回復しない場合に、燃料電池スタック１の電圧が上限値に達するまでカソードコンプレッサ２３を駆動させる。このようにカソードコンプレッサ２３を駆動すれば、走行風等が弱い場合であっても、カソードガスを強制的に燃料電池スタック１に供給でき、アイドルストップ中におけるカソードガス不足を確実に解消することが可能となる。
　＜第２実施形態＞
　図６を参照して、本発明の第２実施形態による燃料電池システム１００について説明する。なお、以下の実施形態では、第１実施形態と同じ機能を果たす構成等には同一の符号を用い、重複する説明を適宜省略する。
　図６は、第２実施形態による燃料電池システム１００のコントローラ５０が実行するアイドルストップ時カソード供給制御を示すフローチャートである。
　図６に示すように、第２実施形態の燃料電池システム１００のコントローラ５０は、Ｓ１０５の処理後に、走行風導入量に基づくカソードコンプレッサ２３の駆動判定を行う点で、第１実施形態の燃料電池システムのコントローラとは相違する。つまり、第２実施形態の燃料電池システム１００のコントローラ５０は、Ｓ１０５の処理後にＳ１１１～Ｓ１１３の処理を実行する。
　図６に示すように、Ｓ１０４で燃料電池スタック１の電圧Ｖ１が下限値ＶＬまで低下したと判定されると、コントローラ５０は、Ｓ１０５において走行風等が燃料電池スタック１内に導入されるようにカソード調圧弁２５を開弁制御する。その後、コントローラ５０はＳ１１１の処理を実行する。
　Ｓ１１１では、コントローラ５０は、車速センサ５２によって検出された現在の車速に基づき、走行風導入量Ｑａを算出する。走行風導入量Ｑａは、燃料電池スタック１に導かれる走行風等の外気（カソードガス）の流量であって、車速が速くなるほど大きな値として算出される。なお、走行風導入量Ｑａは大気圧等に応じて補正されてもよい。
　Ｓ１１２では、コントローラ５０は、Ｓ１１１で算出された走行風導入量Ｑａが基準導入量ＱＨ以上であるか否かを判定する。基準導入量ＱＨは、走行風等の導入により燃料電池スタック１の電圧を上昇をさせることが可能な値として設定されている。
　走行風導入量Ｑａが基準導入量ＱＨ以上である場合には、コントローラ５０は、カソードコンプレッサ２３を駆動しなくても十分な量の外気を取り込めると判断し、Ｓ１１３の処理を実行せずにＳ１０６の処理を実行する。
　これに対して、走行風導入量Ｑａが基準導入量ＱＨより小さい場合には、コントローラ５０は、カソード調圧弁２５を開いただけでは十分な量の外気を取り込めないと判断し、Ｓ１１３の処理を実行する。
　Ｓ１１３では、コントローラ５０は、カソードコンプレッサ２３を駆動し、外気を強制的に燃料電池スタック１に供給する。Ｓ１１３の処理後、コントローラ５０はＳ１０６の処理を実行する。
　上述の通り、燃料電池システム１００では、走行風導入量Ｑａが基準導入量ＱＨ以上である場合、カソードコンプレッサ２３は駆動されない。しかしながら、何らかの影響で走行風等を取り込みにくい状況になっている場合、走行風導入量Ｑａが基準導入量ＱＨ以上であっても、カソード調圧弁２５を開弁するだけでは十分な外気を燃料電池スタック１に供給できない可能性がある。そのような場合であっても、コントローラ５０は、コンプレッサ駆動条件が成立した時にカソードコンプレッサ２３を駆動するので（Ｓ１０７及びＳ１０８参照）、カソードガスを燃料電池スタック１に確実に供給することができる。このように、Ｓ１０７及びＳ１０８は一種のフェイルセーフ処理として機能する。
　図７を参照して、第２実施形態による燃料電池システム１００のコントローラ５０が実行するアイドルストップ時カソード供給制御の作用効果について説明する。
　アイドルストップ中に燃料電池スタック１の電圧が下限値ＶＬまで低下すると、コントローラ５０はカソード調圧弁２５を開弁制御する。図７（Ｄ）に示すように車両が高速走行している時には、図７（Ｂ）に示すようにカソード調圧弁２５を開くだけで十分な量の外気を取り込むことができ、燃料電池スタック１の電圧は上限値ＶＨに向かって上昇する。そして、時刻ｔ２１で燃料電池スタック１の電圧が上限値ＶＨに達すると、カソード調圧弁２５が閉じられる。
　その後、時刻ｔ２２で燃料電池スタック１の電圧が下限値ＶＬまで低下すると、カソード調圧弁２５が再び開かれる。この時、車両は図７（Ｄ）に示すように低速走行しているため、走行風導入量Ｑａが基準導入量ＱＨより小さくなる。このような場合には、カソード調圧弁２５を開いただけでは十分な量の外気を取り込めないので、図７（Ｃ）に示すようにカソードコンプレッサ２３に電力が供給される。これにより、カソードコンプレッサ２３が駆動され、外気が強制的に燃料電池スタック１に供給される。その結果、図７（Ａ）に示すように燃料電池スタック１の電圧が上限値ＶＨに向かって上昇する。
　上記した本実施形態による燃料電池システム１００によれば、以下の効果を得ることができる。
　燃料電池システム１００では、コントローラ５０は、アイドルストップ中に燃料電池スタック１の電圧が下限値ＶＬまで低下した時に、カソード調圧弁２５を開弁制御する。コントローラ５０は、車速に基づいて燃料電池スタック１に供給可能な走行風導入量Ｑａを算出し、走行風導入量Ｑａが基準導入量ＱＨよりも小さい場合に燃料電池スタック１の電圧が上限値に達するまでカソードコンプレッサ２３を駆動させる。
　このようにカソードコンプレッサ２３を駆動すれば、車両が低速走行しており、カソード調圧弁２５を開いただけでは十分な量の外気を取り込めない場合であっても、カソードガス（外気）を強制的に燃料電池スタック１に供給できる。したがって、アイドルストップ中におけるカソードガス不足を確実に解消することが可能となる。また、走行風導入量Ｑａに応じて必要な場合のみカソードコンプレッサ２３を駆動するので、カソードコンプレッサ２３での消費電力を節約でき、燃料電池システム１００における電力消費効率を高めることが可能となる。
　また、燃料電池システム１００では、車速から算出される走行風導入Ｑａ量に基づいてカソードコンプレッサ２３の駆動判定を行うので、カソードコンプレッサ２３を駆動させる必要性を即座に判断でき、燃料電池スタック１の電圧を速やかに回復させることが可能となる。
　上記した第１及び第２実施形態による燃料電池システム１００は、カソードガス排出通路２２にカソード調圧弁２５を備え、カソード調圧弁２５によりアイドルストップ中の外気導入制御を行うように構成されている。しかしながら、アイドルストップ中の外気導入制御を実現する構成としては、カソードガス排出通路２２にカソード調圧弁２５を配置する構成以外にも、図８Ａ～図８Ｄに示すような構成が考えられる。
　図８Ａ～図８Ｄはそれぞれ、燃料電池システム１００の一変形例を示す図である。
　図８Ａに示すように、燃料電池システム１００では、カソードガス供給通路２１及びカソードガス排出通路２２のそれぞれにカソード調圧弁２５を配置してもよい。このように構成される場合には、これら二つのカソード調圧弁２５は、図３及び図６のＳ１０３において同時に閉弁制御され、図３及び図６のＳ１０６において同時に開弁制御される。
　また、図８Ｂに示すように、燃料電池システム１００では、カソード調圧弁２５を、カソードコンプレッサ２３と燃料電池スタック１の間のカソードガス供給通路２１に配置してもよい。
　さらに、図８Ｃに示すように、燃料電池システム１００では、カソード調圧弁２５を、カソードコンプレッサ２３よりも上流のカソードガス供給通路２１に配置してもよい。カソードコンプレッサ２３よりも上流のカソードガス供給通路２１を開閉する構成として、車両の前側フロントグリルの開口部をシャッターによって開閉することも考えられる。この場合には、カソードガス供給通路２１の上流端を前側フロントグリルの開口部に対向するように配置し、この開口部を開閉するようにシャッターが設けられる。このような構成では、シャッターは、図３及び図６のＳ１０３において閉じられ、図３及び図６のＳ１０６において開かれる。
　さらに、図８Ｄに示すように、燃料電池システム１００では、カソード調圧弁２５を設けず、カソードガス供給通路２１の上流端２１Ａ及びカソードガス排出通路２２の下流端２２Ａが回動するように構成されてもよい。
　このような構成では、外気導入を抑制する必要がある場合、カソードガス供給通路２１の上流端２１Ａ及びカソードガス排出通路２２の下流端２２Ａが車両進行方向からはずれるように回動される。一方、外気導入の抑制を解除する場合、カソードガス供給通路２１及びカソードガス排出通路２２が車両進行方向に沿って直線状となるように、上流端２１Ａ及び下流端２２Ａが回動される。
　＜第３実施形態＞
　図９を参照して、本発明の第３実施形態による燃料電池システム１００について説明する。第３実施形態による燃料電池システム１００は、バイパス通路６０及びバイパス弁６１を備える点において第１実施形態の燃料電池システムと相違する。
　図９に示すように、燃料電池システム１００は、カソードガス供給通路２１から分岐してカソードガス排出通路２２に合流するバイパス通路６０と、バイパス通路６０に配置されるバイパス弁６１と、をさらに備える。
　バイパス通路６０は、カソードガスが燃料電池スタック１を通過しないように当該燃料電池スタック１をバイパスする通路である。バイパス通路６０の上流端はカソード圧力センサ２４より上流のカソードガス供給通路２１に接続され、バイパス通路６０の下流端はカソード調圧弁２５よりも下流のカソードガス排出通路２２に接続される。
　バイパス弁６１は、バイパス通路６０を開閉する開閉弁であって、バイパス通路６０の途中に設けられる。バイパス弁６１の開度は、コントローラ５０によって制御される。
　次に、図１０を参照して、第３実施形態による燃料電池システム１００のコントローラ５０が実行するアイドルストップ時カソード供給制御について説明する。図１０のフローチャートは図３と同様のフローチャートであり、図１０のＳ１０３Ａ及びＳ１０５Ａは図３のＳ１０３及びＳ１０５に代わる処理である。
　図１０に示すように、コントローラ５０は、アイドルストップが開始されると、Ｓ１０２においてカソードコンプレッサ２３を停止する。そして、Ｓ１０２の処理後、コントローラ５０はＳ１０３Ａの処理を実行する。
　Ｓ１０３Ａでは、コントローラ５０は、カソード調圧弁２５を全閉状態となるように制御し、バイパス弁６１を全開状態となるように制御する。このようにアイドルストップ中にカソード調圧弁２５を閉じてバイパス弁６１を開くので、仮に走行風等の外気がカソードガス供給通路２１内に流入しても、外気はバイパス通路６０を通じてカソードガス排出通路２２に流れ込む。そのため、外気が不要に燃料電池スタック１に供給されることを抑制できる。なお、Ｓ１０３Ａでは、バイパス弁６１を開いてからカソード調圧弁２５を閉じることが好ましい。
　Ｓ１０３Ａの処理後のＳ１０４において、燃料電池スタック１の電圧が下限値ＶＬまで低下したと判定された場合には、コントローラ５０はＳ１０５Ａの処理を実行する。
　Ｓ１０５Ａでは、コントローラ５０は、カソード調圧弁２５を全閉状態から全開状態に制御し、バイパス弁６１を全開状態から全閉状態に制御する。このようにアイドルストップ中にカソード調圧弁２５を開きバイパス弁６１を閉じることで、カソードガス供給通路２１に流入した走行風等の外気の全量を燃料電池スタック１に供給することができる。これにより、アイドルストップ中の燃料電池スタックの電圧を速やかに上昇させることができる。
　なお、Ｓ１０５Ａでは、カソード調圧弁２５を開いてからバイパス弁６１を閉じることが好ましい。また、車両走行状態によって走行風等の強さが変化するため、車両走行状態に基づいてバイパス弁６１の開度を制御し、燃料電池スタック１に導かれる外気の量を調整してもよい。
　Ｓ１０５Ａの処理後、コントローラ５０は、Ｓ１０６以降の処理を実行し、燃料電池スタック１の電圧が上限値ＶＨに到達した時にアイドルストップ時カソード供給制御を終了する。
　上記した本実施形態による燃料電池システム１００によれば、以下の効果を得ることができる。
　燃料電池システム１００では、コントローラ５０は、アイドルストップ時にカソードコンプレッサを停止制御する。この時、カソード調圧弁２５を閉じてバイパス弁６１を開くので、仮に走行風等の外気がカソードガス供給通路２１内に流入しても、外気はバイパス通路６０を通じてカソードガス排出通路２２に流れ込む。そのため、外気が不要に燃料電池スタック１に供給されることを確実に抑制でき、燃料電池スタック１の電圧が高くなりすぎることを防止できる。
　また、コントローラ５０は、アイドルストップ中の燃料電池スタック１の電圧が下限値ＶＬまで低下した場合に、カソード調圧弁２５を開弁制御するとともにバイパス弁６１を閉弁制御する。このようにアイドルストップ中にカソード調圧弁２５を開きバイパス弁６１を閉じることで、カソードガス供給通路２１に流入した走行風等の外気の全量を燃料電池スタック１に供給することができる。このように外気を供給することで、アイドルストップ中におけるカソードガス不足を解消することが可能となる。また、カソードコンプレッサ２３を駆動せずにカソードガス供給を行うので、カソードコンプレッサ２３での消費電力を節約でき、燃料電池システム１００における電力消費効率を高めることが可能となる。
　また、コントローラ５０は、アイドルストップ中にカソード調圧弁２５を開弁制御する場合、車両走行状態に基づいてバイパス弁６１の開度を制御し、燃料電池スタック１に導かれる外気の量を調整してもよい。これにより、適度な量の外気を燃料電池スタック１に供給することが可能となる。
　なお、第３実施形態の燃料電池システム１００のコントローラ５０は、図１０のフローチャートではなく、第２実施形態の図６に対応する図１１のフローチャートに基づいてアイドルストップ時カソード供給制御を実行してもよい。図１１のＳ１０３Ａは、図６のＳ１０３に代わる処理であり、図１０のＳ１０３Ａと同じ処理である。また、図１１のＳ１０５Ａは、図６のＳ１０５に代わる処理であり、図１０のＳ１０５Ａと同じ処理である。このように、図１１のフローチャートに基づいてアイドルストップ時カソード供給制御を実行することで、第２及び第３実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
　例えば、第３実施形態の燃料電池システム１００では、カソード調圧弁２５を設けず、バイパス弁６１だけでアイドルストップ中の外気導入制御を実行してもよい。このような構成では、アイドルストップ中に外気導入を抑制する必要がある場合にバイパス弁６１は開かれ、外気導入の抑制を解除する場合にバイパス弁６１は閉じられる。
　さらに、第１から第３実施形態では、アイドルストップ中にカソード調圧弁２５を開いて十分な外気を取り込める場合には、カソードコンプレッサ２３を駆動しない。しかしながら、このような場合であっても、走行風等の外気の取り込みを補助するようにカソードコンプレッサ２３を駆動させてもよい。これにより、カソードコンプレッサ２３を駆動する分だけ燃料電池システム１００の電力消費効率が低下するが、アイドルストップ中の燃料電池スタック１の電圧を速やかに回復させることが可能となる。
　さらに、第１から第３実施形態では、燃料電池システム１００は、カソードコンプレッサ２３の代わりにブロワを備え、このブロワによりカソードガスを燃料電池スタック１に供給するように構成されてもよい。

Claims (8)

  1. 　アノードガス及びカソードガスの供給を受けて発電する燃料電池を備える車両用の燃料電池システムであって、
    　車両走行状態に応じて前記燃料電池システムをアイドルストップさせるアイドルストップ実行部と、
    　アイドルストップ時にカソードコンプレッサを停止制御するコンプレッサ制御部と、
    　アイドルストップ時に前記燃料電池への外気の導入を抑制する外気導入制御部と、を備え、
    　前記外気導入制御部は、アイドルストップ中の前記燃料電池の電圧に応じて外気導入の抑制を解除する、
    　燃料電池システム。
  2. 　請求項１に記載の燃料電池システムであって、
    　前記外気導入制御部は、アイドルストップ中に前記燃料電池の電圧が下限値に達した場合に外気導入の抑制を解除し、
    　前記コンプレッサ制御部は、前記外気導入制御部による外気導入の抑制が解除された後、前記燃料電池の電圧が回復しない場合、前記カソードコンプレッサを駆動させる、
    　燃料電池システム。
  3. 　請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システムであって、
    　前記コンプレッサ停止中における前記燃料電池への外気の導入量を算出する外気導入量算出部をさらに備え、
    　前記コンプレッサ制御部は、前記外気導入制御部による外気導入の抑制が解除された場合、前記外気導入量算出部によって算出された外気導入量に応じて前記カソードコンプレッサを駆動させる、
    　燃料電池システム。
  4. 　請求項１から３のいずれか一つに記載の燃料電池システムであって、
    　前記外気導入制御部は、前記外気導入制御部による外気導入の抑制が解除された後、前記燃料電池の電圧が上限値に達した場合、外気の導入を再び抑制する、
    　燃料電池システム。
  5. 　請求項１から４のいずれか一つに記載の燃料電池システムであって、
    　前記燃料電池と接続するカソードガス通路に設けられる開閉弁をさらに備え、
    　前記外気導入制御部は、外気導入を抑制する場合に前記開閉弁を閉じ、外気導入の抑制を解除する場合に前記開閉弁を開く、
    　燃料電池システム。
  6. 　請求項１から５のいずれか一つに記載の燃料電池システムであって、
    　前記燃料電池をバイパスするように前記燃料電池のカソードガス通路に接続されるバイパス通路と、
    　前記バイパス通路に設けられるバイパス弁と、をさらに備え、
    　前記外気導入制御部は、外気導入を抑制する場合に前記バイパスを開き、外気導入の抑制を解除する場合に前記バイパス弁を閉じる、
    　燃料電池システム。
  7. 　請求項６に記載の燃料電池システムであって、
    　前記外気導入制御部は、外気導入の抑制を解除する場合に、車両走行状態に基づいて前記バイパスバルブの開度を制御する、
    　燃料電池システム。
  8. 　アノードガス及びカソードガスの供給を受けて発電する燃料電池を備える車両用の燃料電池システムの制御方法であって、
    　車両走行状態に応じて前記燃料電池システムをアイドルストップさせるアイドルストップ実行ステップと、
    　アイドルストップ時にカソードコンプレッサを停止制御するコンプレッサ制御ステップと、
    　アイドルストップ時に前記燃料電池への外気の導入を抑制する外気導入制御ステップと、を備え、
    　前記外気導入制御ステップでは、アイドルストップ中の前記燃料電池の電圧に応じて外気導入の抑制が解除される、
    　燃料電池システムの制御方法。
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