燃料电池系统

摘要

本发明涉及一种燃料电池系统，能够兼顾防止因阳极气体流路内的杂质的蓄积而引起的燃料电池性能的降低，和抑制向系统外排出的燃料气体的排气量。利用排气阀(14)将阳极气体流路的下游侧端部设成可开闭。排气阀(14)，可择一地选择排气模式和闭塞模式，其中：排气模式，将与阳极气体流路内的燃料气体的消耗量相比微量的气体向系统外排出，闭塞模式，切断阳极气体流路与系统外部的连通。在燃料电池(2)运行时，检测阳极气体流路内的杂质向下游方向的流动，当检测出杂质向下游方向的流动时，选择排气模式。另一方面，在检测到杂质向下游方向的流动之前，选择闭塞模式。

权利要求

1.一种燃料电池系统，其特征在于，具备：

燃料电池，通过阳极接受燃料气体的供给，阴极接受空气的供给而进行发电；

排气机构，与上述阳极的气体流路的下游侧端部连接，作为其动作模式至少可择一地选择排气模式和闭塞模式，其中：排气模式，将与上述阳极气体流路内的燃料气体的消耗量相比微量的包含杂质的气体向系统外排出，闭塞模式，切断上述阳极气体流路与系统外部的连通；

检测单元，其检测上述阳极气体流路内的杂质向下游方向的流动；

控制单元，用于控制上述排气机构的动作，当杂质向下游方向流动的量的大小达到规定的切换基准时选择上述排气模式，当杂质向下游方向流动的量的大小未达到上述切换基准时选择上述闭塞模式。

2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，上述检测单元，基于上述燃料电池的负载的大小来检测杂质的流动。

3.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，上述检测单元，基于与上述阳极气体流路内的燃料气体的流速相关联的物理量，和与上述阳极气体流路内的杂质的扩散速度相关联的物理量，来检测杂质的流动。

4.一种燃料电池系统，其特征在于，具备：

燃料电池，通过阳极接受燃料气体的供给，阴极接受空气的供给而进行发电；

排气机构，与上述阳极的气体流路的下游侧端部连接，作为其动作模式至少可择一地选择排气模式和闭塞模式，其中：排气模式，将与上述阳极气体流路内的燃料气体的消耗量相比微量的气体向系统外排出，闭塞模式，切断上述阳极气体流路与系统外部的连通；

判定单元，判定上述燃料电池的负载状态；

控制单元，用于控制上述排气机构的动作，当上述燃料电池在规定的高负载区域运行时选择上述排气模式，当上述燃料电池在比上述规定的高负载区域低的低负载区域运行时选择上述闭塞模式。

5.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于，上述控制单元，基于上述阳极气体流路内的气体温度，来设定上述规定的高负载区域。

6.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于，上述控制单元，基于上述阳极气体流路内的气体压力，来设定上述规定的高负载区域。

7.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于，上述控制单元，基于上述阳极气体流路内的气体温度和气体压力，来设定上述规定的高负载区域。

8.一种燃料电池系统，其特征在于，具备：

燃料电池，通过阳极接受燃料气体的供给，阴极接受空气的供给而进行发电；

排气机构，与上述阳极的气体流路的下游侧端部连接，作为其动作模式至少可择一地选择排气模式和闭塞模式，其中：排气模式，其将与上述阳极气体流路内的燃料气体的消耗量相比微量的包含杂质的气体向系统外排出，闭塞模式，切断上述阳极气体流路与系统外部的连通；

第一计量单元，计量与上述阳极气体流路内的燃料气体的流速相关联的物理量；

第二计量单元，计量与上述阳极气体流路内的杂质的扩散速度相关联的物理量；

控制单元，用于控制上述排气机构的动作，基于根据上述第二计量单元的计量值所计算出的参考值，与根据上述第一计量单元的计量值所计算出的比较对象值的比较，来切换上述排气模式和上述闭塞模式。

9.根据权利要求8所述的燃料电池系统，其特征在于，上述第一计量单元，计量上述燃料电池的电流值和上述阳极气体流路内的气体压力。

10.根据权利要求8或9所述的燃料电池系统，其特征在于，上述第二计量单元，计量上述燃料电池的温度。

11.根据权利要求8或9所述的燃料电池系统，其特征在于，上述第二计量单元，计量上述阳极气体流路内的气体温度。

12.根据权利要求8或9所述的燃料电池系统，其特征在于，上述第二计量单元，计量上述阳极气体流路内的气体压力。

说明书

燃料电池系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种具备通过阳极接受燃料气体的供给阴极接受空气的供给来发电的燃料电池的燃料电池系统。

背景技术

[0002] 以往人们就已知例如下述各专利文件所公开那样的燃料电池系统(以下也称为阳极终端(anode dead end)型系统)，上述燃料电池系统在燃料电池的发电面内，在与阳极连接的气体流路(以下称为阳极气体流路)内保留燃料气体而运行。阳极终端型系统中，伴随着运行时间的经过在燃料电池的阳极气体流路内逐渐蓄积有氮气和水分之类的杂质。若这些杂质覆盖了膜电极接合体(MEA)的表面就会阻碍电极催化剂中发生的起电反应而导致电压的降低。另外产生的异常电位可能会使膜电极接合体恶化。因此，在以往的阳极终端型系统中，在适当的时机打开排气阀将蓄积在阳极气体流路内的杂质从阳极气体流路的下游端部向系统外排出。

[0003] 专利文献1：日本特开2005-353569号公报

[0004] 专利文献2：日本特开2005-353303号公报

[0005] 专利文献3：日本特开2005-243477号公报

[0006] 专利文献4：日本特开平9-312167号公报

[0007] 在以往的阳极终端型系统中，当打开了排气阀时，不仅杂质就连阳极气体流路内的燃料气体也被一起排出。因此，不希望频繁地打开排气阀而导致燃料效率的恶化。另外，如果在阳极气体流路的下游端部充分地蓄积了杂质的状态下打开排气阀，那样，就能够抑制被无用地排出的燃料气体的量。因此，从提高燃料效率的观点出发，应尽可能地抑制排气阀的开阀频率。

[0008] 另一方面从保持燃料电池性能的观点出发，不希望杂质在阳极气体流路的下游端部集中而蓄积。这是因为，如上述那样会产生输出电压的降低和膜电极接合体的恶化。即，对于以往的阳极终端型系统而言，防止因杂质的蓄积而引起的燃料电池性能的降低，和通过抑制燃料气体的排气量而提高燃料效率的要求是相反的要求，且不容易同时满足这两个要求。

发明内容

[0009] 本发明是为解决上述那样的问题而完成的，其目的在于提供一种可以兼顾防止因阳极气体流路内的杂质的蓄积而引起的燃料电池性能的降低，和抑制向系统外排出的燃料气体的排气量的燃料电池系统。

[0010] 为实现上述目的，本发明的第一方案是一种燃料电池系统，其特征在于，具备：燃料电池，通过阳极接受燃料气体的供给，阴极接受空气的供给而进行发电；排气机构，与上述阳极的气体流路的下游侧端部连接，作为其动作模式至少可择一地选择排气模式和闭塞模式，其中：排气模式，将与上述阳极气体流路内的燃料气体的消耗量相比微量的气体向系统外排出，闭塞模式，切断上述阳极气体流路与系统外部的连通；检测单元，其检测上述阳极气体流路内的杂质向下游方向的流动；控制单元，用于控制上述排气机构的动作，当杂质向下游方向的流动的大小达到规定的切换基准时选择上述排气模式，当杂质向下游方向的流动的大小未达到上述切换基准时选择上述闭塞模式。

[0011] 本发明的第二方案是在第一方案的基础上，其特征在于，上述检测单元，基于上述燃料电池的负载的大小来检测杂质的流动。

[0012] 本发明的第三方案是在第一方案的基础上，其特征在于，上述检测单元，基于与上述阳极气体流路内的燃料气体的流速相关联的物理量，和与上述阳极气体流路内的杂质的扩散速度相关联的物理量，来检测杂质的流动。

[0013] 另外，为实现上述目的，本发明的第四方案是一种燃料电池系统，其特征在于，具备：燃料电池，通过阳极接受燃料气体的供给，阴极接受空气的供给而进行发电；排气机构，与上述阳极的气体流路的下游侧端部连接，作为其动作模式至少可择一地选择排气模式和闭塞模式，其中：排气模式，将与上述阳极气体流路内的燃料气体的消耗量相比微量的气体向系统外排出，闭塞模式，切断上述阳极气体流路与系统外部的连通；判定单元，判定上述燃料电池的负载状态；控制单元，用于控制上述排气机构的动作，当上述燃料电池在规定的高负载区域运行时选择上述排气模式，当上述燃料电池在比上述规定负载区域低的低负载区域运行时选择上述闭塞模式。

[0014] 本发明的第五方案是在第四方案的基础上，其特征在于，上述控制单元，基于上述阳极气体流路内的气体温度，来设定上述规定负载区域。

[0015] 本发明的第六方案是在第四或第五方案的基础上，其特征在于，上述控制单元，基于上述阳极气体流路内的气体压力，来设定上述规定负载区域。

[0016] 另外，为实现上述目的，本发明的第七方案是一种燃料电池系统，其特征在于，具备：燃料电池，通过阳极接受燃料气体的供给，阴极接受空气的供给而进行发电；排气机构，与上述阳极的气体流路的下游侧端部连接，作为其动作模式至少可择一地选择排气模式和闭塞模式，其中：排气模式，将与上述阳极气体流路内的燃料气体的消耗量相比微量的气体向系统外排出，闭塞模式，切断上述阳极气体流路与系统外部的连通；第一计量单元，计量与上述阳极气体流路内的燃料气体的流速相关联的物理量；第二计量单元，计量与上述阳极气体流路内的杂质的扩散速度相关联的物理量；控制单元，用于控制上述排气机构的动作，基于根据上述第二计量单元的计量值所计算出的参考值，与根据上述第一计量单元的计量值所计算出的比较对象值的比较，来切换上述排气模式和上述闭塞模式。

[0017] 本发明的第八方案是在第七方案的基础上，其特征在于，上述第一计量单元，计量上述燃料电池的电流值和上述阳极气体流路内的气体压力。

[0018] 本发明的第九方案是在第七或第八方案的基础上，其特征在于，上述第二计量单元，计量上述燃料电池的温度。

[0019] 本发明的第十方案是在第七或第八方案的基础上，其特征在于，上述第二计量单元，计量上述阳极气体流路内的气体温度。

[0020] 本发明的第十一方案是在第七至第十方案中的任意一个方案的基础上，其特征在于，上述第二计量单元，计量上述阳极气体流路内的气体压力。

[0021] 根据本发明的第一方案，通过将与阳极气体流路内的燃料气体的消耗量相比微量的气体向系统外排出，可以抑制燃料气体的无用排出，并且一点一点将滞留在阳极气体流路的下游侧端部的杂质向系统外排出，从而可以防止蓄积导致燃料电池性能降低程度的杂质。而且，根据杂质向下游方向的流动的大小，来判定是否是能在阳极气体流路的下游侧端部滞留杂质的状况，当杂质向下游方向流动的大小达到规定的切换基准之前，切断阳极气体流路与系统外部的连通，由此可以防止燃料气体无用地排出。

[0022] 根据本发明的第二方案，通过计量燃料电池的负载的大小，能够间接地检测阳极气体流路内的杂质向下游方向的流动。即，无需用于直接检测杂质流动的专用的传感器。

[0023] 根据本发明的第三方案，通过分别计量与阳极气体流路内的燃料气体的流速相关联的物理量，和与阳极气体流路内的杂质的扩散速度相关联的物理量，能够间接地检测阳极气体流路内的杂质向下游方向的流动。即，无需用于直接检测杂质流动的专用的传感器。

[0024] 根据本发明的第四方案，通过将与阳极气体流路内的燃料气体的消耗量相比微量的气体向系统外排出，可以抑制燃料气体的无用排出，并且一点一点将滞留在阳极气体流路的下游侧端部的杂质向系统外排出，从而可以防止蓄积导致燃料电池性能降低程度的杂质。而且，根据燃料电池的负载状态，来判定是否是能在阳极气体流路的下游侧端部滞留杂质的状况，当在比能够滞留杂质的规定的高负载区域低的低负载区域运行时，切断阳极气体流路与系统外部的连通，由此可以防止燃料气体无用地排出。

[0025] 根据本发明的第五方案，通过基于与阳极气体流路内的杂质的扩散速度相关联的阳极气体流路内的气体温度，来设定选择排气模式的规定负载区域，由此能够正确地进行在能够滞留杂质的状况下的排气。

[0026] 根据本发明的第六方案，通过基于与阳极气体流路内的杂质的扩散速度相关联的阳极气体流路内的气体压力，来设定选择排气模式的规定负载区域，由此能够正确地进行在滞留有杂质的状态下的排气。

[0027] 根据本发明的第七方案，在使排气机构以排气模式动作，并将与阳极气体流路内的燃料气体的消耗量相比微量的气体向系统外排出的情况下，可以抑制燃料气体的无用排出，并且一点一点将滞留在阳极的下游侧端部的杂质向系统外排出，从而可以防止蓄积导致燃料电池性能降低程度的杂质。另外在使排气机构以闭塞模式动作，并切断阳极气体流路与系统外部的连通的情况下，可以在阳极气体流路的下游侧端部未滞留杂质的状况下防止燃料气体无用地排出。此外，根据如下的比较能够正确地判定是否是能够在阳极气体流路的下游侧端部滞留杂质的状况，即，根据与阳极气体流路内的杂质的扩散速度相关联的物理量所计算出的参考值，和根据与阳极气体流路内的燃料气体的流速相关联的物理量所计算出的比较对象值的比较。因此，通过基于该比较的结果来切换排气模式和闭塞模式，能够多元化地兼顾防止燃料电池性能的降低及抑制燃料气体的排气量。

[0028] 根据本发明的第八方案，通过计量燃料电池的电流值和阳极气体流路内的气体压力，可以容易并且正确地推定阳极气体流路内的燃料气体的流速。而且，由于基于该计量值来计算上述的比较对象值，能够获得用于正确地切换排气模式和闭塞模式的正确的判定。

[0029] 根据本发明的第九方案，通过计量燃料电池的温度，可以容易并且正确地推定阳极气体流路内的杂质的扩散速度。而且，由于基于该计量值来计算上述的参考值，能够获得用于正确地切换排气模式和闭塞模式的正确的判定。

[0030] 根据本发明的第十方案，通过计量阳极气体流路内的气体温度，可以容易并且正确地推定阳极气体流路内的杂质的扩散速度。而且，由于基于该计量值来计算上述的参考值，能够获得用于正确地切换排气模式和闭塞模式的正确的判定。

[0031] 根据本发明的第十一方案，通过计量阳极气体流路内的气体压力，可以容易并且正确地推定阳极气体流路内的杂质的扩散速度。而且，由于基于该计量值来计算上述的参考值，能够获得用于正确地切换排气模式和闭塞模式的正确的判定。

附图说明

[0032] 图1是示意地表示作为本发明的实施方式的燃料电池系统的构成的图。

[0033] 图2是示意地表示单体燃料电池的内部构造和在其中产生的现象的图。

[0034] 图3是表示阳极气体流路内的氢气浓度的分布和电流值的关系的图。

[0035] 图4是表示用于在本发明的实施方式中所实施的排气阀的控制的程序的流程图。

[0036] 图5是表示燃料电池的温度和用于排气阀动作模式的切换判定的变量Iswt的关系的图。

[0037] 图6是表示阳极气体流路内的气体压力和用于排气阀动作模式的切换判定的变量Iswp的关系的图。

[0038] 符号说明：2-燃料电池堆；4-高压氢气罐；6-氢气供给管；8-氢气调压阀；10-氢气入口阀；12-排气管；14-排气阀；20-控制装置；22-电流计；24-温度传感器；26-压力传感器；30-空气供给管；32-空气泵；34-排气管；40-膜电极接合体；42-阳极气体流路；44-阴极气体流路。

具体实施方式

[0039] 以下，参见图1至图6，对本发明的实施方式进行说明。

[0040] 图1是示意地表示应用本发明的燃料电池系统的构成的图。燃料电池系统是由燃料电池2发电并将其功率供给到电机等负载中的系统。通常，燃料电池2是作为将多个单体燃料电池层叠而成的燃料电池堆来使用的。虽然省略图示，但单体燃料电池是以一对集电板来夹着膜电极接合体的构成。膜电极接合体是在固体高分子电解质膜的两面一体地形成了催化剂的部件，并且在其各面一体地形成有用碳片等制成的气体扩散层。集电板还起到将两张邻接的膜电极接合体之间隔开的分离器(separator)的作用。各单体燃料电池，通过阳极接受作为燃料气体的氢气的供给，阴极接受空气的供给而进行发电。

[0041] 燃料电池2上连接有氢气供给管6，且该氢气供给管6用于将氢气从高压氢气罐4供给到燃料电池2。在氢气供给管6的中途，从其上游按照顺序配置有氢气调压阀8和氢气入口阀10。氢气被调压阀8减压并且在调整到所需的压力后被供给到燃料电池2中。供给到燃料电池2的氢气，通过形成在燃料电池2内的供给歧管(未图示)被分配给各单体燃料电池的阳极。

[0042] 本实施方式的燃料电池系统具备用于将阳极气体从燃料电池2内抽出的排气管12。该排气管12经由形成在燃料电池2内的排气歧管(未图示)与各单体燃料电池的阳极气体流路(与形成在发电面内的阳极连接的气体流路)的下游侧端部连接。阳极气体流路内的气体(阳极气体)聚集在排气歧管并被排出到排气管12。排气管12的前端向大气开放或连接于稀释器。

[0043] 在排气管12中，作为用于切换排气管12的连通状态的排气机构，设置有可进行占空比控制的电磁式排气阀14。优选地，排气阀14采用流量控制性能优良的喷射式阀门。作为排气阀14的动作，可择一地选择完全封闭状态(即占空比为零)的闭塞模式和以规定的占空比进行打开控制的排气模式。当选择了闭塞模式时，切断燃料电池2的阳极气体流路与系统外部的连通。另一方面，当选择了排气模式时，实现阳极气体流路与系统外部的连通，能够使阳极气体向系统外排气。然而，排气模式下的占空比小，将向系统外排气的阳极气体的流量，调整为与阳极气体流路内的氢气的消耗量相比极微小的数值。下面，将选择闭塞模式时的燃料电池系统的运行称为阳极终端运行，将选择排气模式时的燃料电池系统的运行称为连续少量排气运行。另外，除了该闭塞模式和排气模式以外，根据需要还可以选择使排气阀14成为完全打开状态的全开模式等其它的动作模式。然而，对于本发明的实现，可至少择一地选择闭塞模式和排气模式即可。

[0044] 另外，燃料电池2连接有用于供给空气的空气供给管30。空气供给管30上配置有空气泵32。通过空气泵32的动作将空气吸入空气供给管30中并供给燃料电池2。供给到燃料电池2的空气，通过形成在燃料电池2中的供给歧管分配给各单体燃料电池的阴极。已通过各单体燃料电池的阴极的空气，聚集在形成在燃料电池2内的排气歧管并被排出到排气管34中。

[0045] 图2是示意地表示构成燃料电池2的单体燃料电池的内部构造及在其中产生的现象的图。在图2中，表示与本发明的特征特别相关的部分，对集电体和歧管等本发明的特征以外的部分省略图示。下面，参照图1和图2进行说明。

[0046] 如图2所示，在单体燃料电池内沿着膜电极接合体40的各个面形成有气体流路42、44。对膜电极接合体40的阳极的气体流路42供给氢气。对膜电极接合体40的阴极侧的气体流路44供给空气。此外，对这些气体流路42、44的形状和构成未作限定。例如，也可以在集电体(分离器(separator))的表面上形成沟，并将该沟作为气体流路42、44。另外，也可以在集电体和膜电极接合体40之间设置由导电性材料形成的多孔体层，并由多孔体层内的连续的气孔形成气体流路42、44。

[0047] 在供给到阴极气体流路44的空气中，除发电所用的氧气(O2)之外还包括氮气(N2)。氮气作为惰性气体无法用于发电，将其保持不变从阴极气体流路44排出到系统外。然而，如图2中箭头所示意性地表示那样，一部分的氮气透过膜电极接合体40而侵入到了阳极气体流路42中。此时，氮气的在阴极气体流路44与阳极气体流路42之间的分压差成为使氮气向阳极气体流路42侧移动的驱动力。已透过膜电极接合体40的氮气(N2)，随着阳极气体流路42内的氢气(H2)的流动，如图2中以箭头示意地表示的那样，流向阳极气体流路42的下游。

[0048] 此外，空气中除氮气之外还含有无法供发电所用的水蒸气和二氧化碳等杂质。然而，它们在空气中的浓度与氮气相比是微小的，因而在此作为杂质仅考虑氮气。然而，并不意味着将氮气以外的物质从本发明所假定的杂质中排除。

[0049] 如上述那样，本实施方式的燃料电池系统，可以进行将排气阀14设为闭塞模式的阳极终端运行。根据阳极终端运行能够有效的使用被供给到燃料电池2的氢气。然而，在这种情况下，如图2示意地表示的那样，作为阳极气体中杂质的氮气，逐渐蓄积在阳极气体流路42的下游端部。当氮气覆盖了膜电极接合体40的表面时，则，阻碍催化剂中的起电反应，可能会导致电压的降低和由异常电位所引起的膜电极接合体40的恶化。

[0050] 关于这点，在本实施方式的燃料电池系统中，通过将排气阀14设为排气模式的连续少量排气运行，就能够防止氮气向阳极气体流路42的下游端部蓄积。即，通过向系统外排出与阳极气体流路42内的氢气的消耗量相比微量的气体，就可以一点一点地向系统外排出滞留在阳极气体流路42的下游侧端部的氮气。由此，可以抑制氢气的无用排气，同时防止蓄积导致燃料电池性能降低程度的氮气。

[0051] 图3是表示阳极终端运行时的阳极气体流路42内的氢气浓度分布的图。与氢气浓度100％的差，表示氮气浓度。若阳极气体流路42的下游端部蓄积了氮气，氢气浓度分布则如图3中实线所示那样。由上述连续少量排气运行所带来的效果，是在氮气能够如此蓄积在阳极气体流路42的下游端部的状况下所获得的效果。

[0052] 与此相对，当氢气浓度分布为图3中虚线所示的情况下，即，当在阳极气体流路42中已分散有氮气的状况下，若实行连续少量排气运行，则会将氢气无用地排出。这是因为在阳极气体流路42的下游端部没有蓄积氮气。在这样的状况下，优选为选择阳极终端运行。选择阳极终端运行和连续少量排气运行的哪一个运行方式，需要根据氮气是否能够在阳极气体流路42的下游端部蓄积的状况来判断。

[0053] 氮气能否蓄积在阳极气体流路42的下游端部，由阳极侧气体流路42内的氮气的流动来决定。如图2中以箭头示意地表示那样，当氮气在阳极气体流路42中向下游方向流动时，必然形成氮气能够蓄积在下游端部的状态。因此认为，只要能够检测出氮气在阳极气体流路42内向下游方向流动，就能够正确地进行阳极终端运行和连续少量排气运行的切换。

[0054] 在本实施方式的燃料电池系统中，通过下面将说明的方法，间接地检测氮气在阳极气体流路42内向下游方向的流动。首先，阳极气体流路42内的氮气流动的大小，由阳极气体流路42内的氮气的扩散速度和阳极气体流路42内的氢气的流速来决定。如果氢气的流速比氮气的扩散速度大，则透过了膜电极接合体40的氮气则不向阳极气体流路42的上游扩散而是而向下游流动。其结果是，可以得到如图3中实线所示的氢气浓度分布。氢气流速越大氮气向下游方向的流动就越大。另一方面，如果氢气的流速比氮气的扩散速度小，则氮气逐渐扩散到阳极气体流路42的上游，因而可以得到如图3中虚线所示的氢气浓度分布。

[0055] 在本实施方式的燃料电池系统中，不直接测量阳极气体流路42内的氢气流速，而是计量与氢气的流速相关联的物理量的燃料电池2的输出电流的值和阳极气体流路42内的气体压力。如果阳极气体流路42的流路形状固定，则流入到阳极气体流路42的氢气流速，能够表示为燃料电池2的输出电流和阳极气体流路42内的气体压力的函数。通过安装在燃料电池2上的电流计22来计量燃料电池2的电流值。利用安装在氢气供给管6的燃料电池2的入口处的压力传感器26来计量阳极气体流路42内的气体压力。

[0056] 另外，在本实施方式的燃料电池系统中，不是直接测量阳极气体流路42内的氮气的扩散速度，而是计量与氮气的扩散速度相关联的物理量的阳极气体流路42内的气体压力和气体温度的各个值。氮气的扩散速度可以表示为阳极气体流路42内的气体温度和气体压力的函数。阳极气体流路42内的气体温度与燃料电池2的整体温度大致相等，因此，可以由安装于燃料电池2的温度传感器24间接地计量。当然，也可以直接计量阳极气体流路42内的气体温度。

[0057] 在本实施方式燃料电池系统中，排气阀14的动作的控制由控制装置20来执行。从电流计22、电压传感器26以及温度传感器24，将它们的计量信号输入到控制装置20。控制装置20，根据压力传感器26及温度传感器24的各计量值计算出参考值，并根据电流计22及压力传感器26的各计量值计算出用于与参考值比较的比较对象值(与参考值同量纲)。而且，通过将参考值与比较对象值相比较，正确地判定是否为氮气能够滞留在阳极气体流路42的下游侧端部的状况，并基于该判定结果切换排气阀14的动作模式。以下，对于用于由控制装置20所实施的排气阀14的控制的程序，利用图4的流程图进行说明。

[0058] 在图4所示的程序的最初步骤S2中，进行从排气模式向闭塞模式的切换判定。在该切换判定中，判定以下的公式(1)所示的条件是否成立。公式(1)的左边是比较对象值，右边是参考值。

[0059] I×(P0/PA)＜Iswt×Iswp…(1)

[0060] 在公式(1)中用于计算比较对象值的I，是由电流计22所计量的电流值。P0是标准大气压，PA是由压力传感器26所计量的阳极流路内的气体压力。

[0061] 在公式(1)中用于计算参考值的Iswt，是由温度传感器24所计量的燃烧电池2的温度决定的变量，使用预先准备的MAP图来决定。图5，是表示在MAP图中所设定的燃料电池2的温度(FC温度)和变量Iswt的关系的图。并且，Iswp是由压力传感器26所计量的气体压力决定的变量，使用预先准备的MAP图决定。图6，是表示在MAP图中所设定的阳极气体流路42内的气体压力(阳极压)和变量Iswp的关系的图。另外，图5所示的关系是以阳极压恒定为前提，图6所示的关系是以FC温度恒定为前提。

[0062] 作为步骤S2的判定结果，当比较对象值小于参考值的情况下，选择闭塞模式，关闭排气阀14(步骤S4)。由此，燃料电池系统以阳极终端运行来运行。

[0063] 另一方面，当比较对象值为参考值以上的情况下，从步骤S2进入步骤S6。步骤S6，进行从闭塞模式向排气模式的切换判定。在该切换判定中，将比较对象值与比参考值大偏移值α的值(Iswt×Iswp+α)进行比较。当比较对象值大于参考值+α的情况下，选择排气模式，以规定的占空比对排气阀14进行打开控制(步骤S8)。由此，燃料电池系统以连续少量排气运行来运行。

[0064] 当比较对象值在参考值以上、参考值+α以下的情况下，保持当前的动作模式。即，在当前选择了闭塞模式的情况下，在比较对象值超过参考值+α之前，不切换到排气模式。另一方面，在当前选择了排气模式的情况下，在比较对象值低于参考值之前，不切换到闭塞模式。由此，可防止因比较对象值在参考值附近的变动，而频繁地切换排气阀14的动作模式。

[0065] 通过上述程序，根据与阳极气体流路42内氮气的扩散速度相关联的FC温度及阳极压，求出参考值(Iswt×Iswp)，且根据与阳极气体流路内的氢气的流速相关联的电流值及阳极压，求出比较对象值{(I×(P0/PA)}。而且，将参照值和比较对象值进行比较。根据该比较，能够正确地判定是否是能够在阳极气体流路42的下游侧端部滞留氮气的状况，因此通过基于比较结果来切换排气模式和闭塞模式，能够多元化地兼顾防止燃料电池性能的降低及抑制氢气的排气量。

[0066] 以上，对本发明的实施方式进行了说明，然而本发明不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内可以进行各种变形来实施。例如，可以进行如下的变形来实施。

[0067] 在上述实施方式中，是计量燃料电池2的电流值，然而只要能够判定燃料电池2的负载状态，则不一定必须计量电流值。由于燃料电池2在高负载区域运行的情况与在低负载区域运行的情况相比较，氢气的消耗量大，因此必然地阳极气体流路42内氢气的流速也大。因此，当燃料电池2在规定的高负载区域运行时选择排气模式，当燃料电池2在比规定负载区域低的低负载区域运行时选择闭塞模式即可。另外，是否为能够在阳极气体流路42的下游侧端部滞留氮气的负载状态，由当时的氮气的扩散速度所左右，因此优选为，基于阳极气体流路42内的气体温度和气体压力来设定上述的规定负载区域。