JP5396748B2 - 燃料電池システムおよび燃料電池システムの停止方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池のアノード側に燃料ガス、カソード側に酸化剤ガスをそれぞれ供給して発電を行う燃料電池システムに関し、特に、システム停止時に燃料電池のカソード側の酸素を消費させて燃料電池の劣化を防止する停止制御を行う燃料電池システムに関する。

従来、燃料電池の劣化を防止するために、システム停止時に、燃料電池のアノード側への燃料ガスの供給を継続させながらカソード側への酸化剤ガスの供給は停止させた状態で燃料電池から電流を取り出して、カソード側の酸素を消費させる停止制御を行う燃料電池システムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１に記載の燃料電池システムでは、燃料電池からの電流の取出しを行っている間の燃料電池の電圧をモニタリングし、カソード側の酸素が十分に消費されたと判定できる値にまで燃料電池電圧が低下したタイミングで、燃料電池からの電流取出しを終了するようにしている。
特開２００８−４４３２号公報

しかしながら、以上のような停止制御を行う燃料電池システムでは、停止制御によりカソード側の酸素を過剰に消費させた場合、システム停止直後にアノード側から電解質膜を介してカソード側に移動する水素量が多くなり、カソード内水素濃度が高くなる傾向にある。このため、システム停止から次の起動時までの時間が比較的短い場合には、システム起動時におけるカソード内水素濃度が水素処理能力限界値を越えてしまうことがあり、カソード側の水素を適切に処理できなくなるという問題があった。

本発明は、システム停止時に燃料電池から電流を取出してカソード側の酸素を消費させる停止制御を行うにあたり、燃料電池のカソード側に、電流取出し開始時よりは少ない所定量の酸素を残存させた状態で、燃料電池からの電流取出しを終了させる。そして、この所定量は、当該所定量の酸素が燃料電池のカソード側に残存することで、システム停止後の放置期間におけるカソード内最大水素濃度がシステム起動時における排水素処理装置の水素処理能力限界値以下となる値に設定される。

本発明によれば、カソード側に電流取出し開始時よりは少ない所定量の酸素が残存した状態で燃料電池から電流取出しを終了させてシステムを停止するので、システム停止後のカソード側への水素の移動を有効に抑制してシステム起動時におけるカソード内水素濃度を低く保つことができ、システム起動時にカソード側の水素を適切に処理することができる。

以下、本発明の具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る燃料電池システムの全体構成を示すシステム構成図である。同図に示す燃料電池システムは、例えば、燃料電池車両の動力源として車両に搭載されて、車両の駆動モータやシステム内部の補機などの負荷装置に電力供給するものであり、複数の燃料電池セルが積層されて構成される燃料電池スタック１を備える。

燃料電池スタック１を構成する各燃料電池セルは、例えば、燃料ガスの供給を受ける燃料極（アノード）と酸化剤ガスの供給を受ける酸化剤極（カソード）とが固体高分子電解質膜を挟んで対向配置されてなる膜電極接合体をセパレータで挟持した構成とされる。このような燃料電池セルが多段に積層されて燃料電池スタック１とされ、スタックケース２に収納されている。この燃料電池スタック１を構成する各燃料電池セルのセパレータには、アノード側に燃料ガスが流れる燃料ガス流路、カソード側には酸化剤ガスが流れる酸化剤ガス流路がそれぞれ設けられている。そして、燃料電池スタック１は、各燃料電池セルのアノード側に水素を含有する燃料ガスが供給され、カソード側に酸素を含有する酸化剤ガス（空気）が供給されることで、水分を媒体として固体高分子電解質膜中をそれぞれのイオンが移動して接触し、発電を行う。

燃料電池システムは、発電を行う燃料電池スタック１のほかに、燃料電池スタック１に燃料ガス（純水素もしくは水素含有ガス）を供給するための水素系１０と、燃料電池スタック１に酸化剤ガスである空気を供給するための空気系２０と、燃料電池システム全体の動作を統括的に制御するシステム制御装置３０とを備えている。

水素系１０は、例えば、燃料電池スタック１に供給する燃料ガスを貯蔵する燃料タンク１１および燃料供給弁１２を備え、燃料供給弁１２を開放することで燃料タンク１１から取り出した燃料ガスを、燃料供給配管１０ａを介して燃料電池スタック１のアノード側へと供給する。燃料供給配管１０ａ中には、燃料電池スタック１に供給する燃料ガスの圧力を調整するための一次調圧弁１３および二次調圧弁１４と、燃料電池スタック１のアノード入口側で燃料ガスの圧力を測定するアノード圧力センサ１５とが設置されている。なお、燃料ガスの供給源としては、燃料タンク１１以外にも、例えば改質器を用いて生成した燃料ガスを供給する燃料供給装置など、他の燃料ガス供給源を用いるようにしてもよい。

燃料電池スタック１のアノード出口側には、燃料循環配管１０ｂが接続されている。この燃料循環配管１０ｂの他方の端部は燃料供給配管１０ａに接続されており、燃料ガス循環流路１０ｂ中には燃料循環ポンプ１６が設置されている。燃料電池スタック１のアノード出口から排出された排出燃料ガスは、燃料循環ポンプ１６の作動によって燃料循環配管１０ｂを介して、再度、燃料供給配管１０ａから燃料電池スタック１を構成する各燃料電池セルのアノード側へと供給され、これにより、燃料ガスの供給流量過剰率（ＳＲａ）を大きくすることを可能にしている。なお、燃料循環ポンプ１６を設ける代わりに、或いは燃料循環ポンプ１６と併用して、燃料循環配管１０ｂと燃料供給配管１０ａとの合流部にエゼクタを設置することで、燃料ガスを循環させる構成としてもよい。

また、燃料電池スタック１のアノード出口側には、燃料循環配管１０ｂから分岐するように燃料排出配管１０ｃが接続されている。この燃料排出配管１０ｃ中には燃料パージ弁１７が設置され、その下流側に排水素処理装置１８が設置されている。燃料ガスを循環して再利用するシステム構成の場合、循環する燃料ガス中に窒素やアルゴンなどの不純物が徐々に蓄積されて水素濃度が低下する傾向にあるが、このような場合には、燃料パージ弁１７を開放することにより、蓄積された不純物を燃料電池スタック１からの排出燃料ガスとともに燃料排出配管１０ｃから排出する。燃料パージ弁１７の開放により排出される排出燃料ガスは、燃料パージ弁１７の下流側に設置された排水素処理装置１８にて処理される。

なお、水素系１０の構成としては、以上のように燃料電池スタック１のアノード出口から排出された排出燃料ガスを循環させる循環系の構成に限らず、例えば図２に示すように、燃料循環配管１０ｂや燃料循環ポンプ１６を設けずに、燃料パージ弁１７の開放により排出燃料ガスを排水素処理装置１８へと供給する構成を採用するようにしてもよい。

空気系２０は、例えば、外気を取り込んで加圧する空気コンプレッサ２１を備え、この空気コンプレッサ２１からの酸化剤ガスとしての空気を、酸化剤供給配管２０ａを介して燃料電池スタック１を構成する各燃料電池セルのカソード側へと供給する。酸化剤供給配管２０ａ中には、燃料電池スタック１のカソード入口側で酸化剤ガスの圧力を測定するカソード圧力センサ２２が設置されている。また、酸化剤ガス供給配管２０ａの空気コンプレッサ２１上流側には、空気コンプレッサ２１に吸入される空気の流量を計測するための酸化剤流量計測器２３が設置されている。

また、燃料電池スタック１のカソード出口側には、酸化剤排出配管２０ｂが接続されており、燃料電池スタック１からの排出酸化剤ガスは、この酸化剤排出配管２０ｂを介して排水素処理装置１８へと供給される。この酸化剤排出配管２０ｂ中には、燃料電池スタック１に供給する酸化剤ガスの圧力を調整する酸化剤調圧弁２４と、酸化剤排出配管２０ｂを介して排水素処理装置１８へと供給される排出酸化剤ガス中の水素濃度を計測するための水素濃度センサ２５とが設置されている。なお、この水素濃度センサ２５は、排水素処理装置１８の下流側に設置するようにしてもよい。

なお、空気系２０の構成としては、例えば図３に示すように、酸化剤供給配管２０ａに酸化剤入口弁２６を設置するとともに、酸化剤ガス排出配管２０ｂに酸化剤出口弁２７を設置して、これら酸化剤入口弁２６および酸化剤出口弁２７を閉じることで燃料電池スタック１のカソード側を封止できる構成を採用するようにしてもよい。

排水素処理装置１８は、燃料排出配管１０ｃから燃料パージ弁１７を介して排出される排出燃料ガス中の水素や、燃料電池スタック１のアノード側からカソード側へと移動して排出酸化剤ガスとともに燃料電池スタック１から排出された水素を可燃濃度以下に処理し、システム外部に排出する。この排水素処理装置１８としては、例えば白金触媒を用いて酸化剤ガス中の酸素と排出燃料ガス中の水素とを反応させる触媒燃焼器や、換気装置を備えて新たに希釈ガスを供給して水素濃度を低減する希釈装置などが用いられる。また、酸化剤排出配管２０ｂから排出されるガス中の水素濃度が可燃濃度に対して十分に低い場合、燃料排出配管１０ｃから排出される排出燃料ガスを酸化剤排出配管２０ｂから排出されるガスと混合することで可燃濃度以下に濃度を低減してシステム外部に排出する混合器を排水素処理装置１８として用いるようにしてもよい。

システム制御装置３０は、燃料電池システム全体の動作を統括的に制御するものであり、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェースを主体に構成されるマイクロコンピュータ等を用いて構成される。このシステム制御装置３０は、所定の制御プログラムに従ってシステムの各部を動作制御することによって、燃料電池スタック１の運転状態を制御する。また、このシステム制御装置３０には、燃料電池スタック１からの取出し電流値を調整する電流制御部３１および燃料電池スタック１の電圧を計測する電圧計測部３２が設けられており、燃料電池スタック１の電圧から燃料電池スタック１の発電状態を判断し、燃料電池スタック１の発電状態に応じて適正な電流の取出しが行われるように、燃料電池スタック１からの電流取出しを制御する機能を有している。なお、システム制御装置３０の制御のもとで燃料電池スタック１から取り出された電流は、二次電池などの蓄電手段３を含む負荷に供給される。

また、本実施形態の燃料電池システムでは、システム停止時に、燃料電池スタック１のアノード側への燃料ガスの供給を継続させるとともにカソード側への酸化剤ガスの供給を停止させた状態で燃料電池スタック１から電流を取り出してカソード側の酸素を消費させる停止制御が行われる。このシステム停止時における停止制御は、燃料電池スタック１内部の酸素濃度を低下させた状態でシステムを停止させることで、次回のシステム起動時に局部電池が形成されることを抑制して燃料電池スタック１の劣化を防止するための制御であり、システム制御装置３０による制御のもとで実行されるものである。本実施形態の燃料電池システムは、このシステム制御装置３０による制御のもとで実行される停止制御の中で、特に、燃料電池スタック１からの電流取出しを終了させるタイミングを最適化することで、システム停止後の放置期間に燃料電池スタック１のカソード内水素濃度が過度に上昇することを抑制し、次回のシステム起動時に燃料電池スタック１のカソード側の水素を適切に処理することができるようにした点に大きな特徴を有している。

以下、本実施形態の燃料電池システムにおいてシステム停止時に実行される停止制御について説明する。図４は、システム停止時に実行される停止制御の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、例えば、燃料電池車両のイグニッションスイッチのオフ信号など、システムの停止を指示する何らかの停止信号の入力に応じてシステム制御装置３０によって実行される。なお、この停止制御を開始する時点では、燃料電池スタック１に対する燃料ガスおよび酸化剤ガスの供給は継続されている。そのため、燃料循環ポンプ１６、空気コンプレッサ２１といった燃料ガスや酸化剤ガスの供給に必要な各種機器は動作したままの状態となっている。

停止制御が開始されると、システム制御装置３０は、まず、ステップＳ１０１において、燃料電池スタック１のカソード側への酸化剤ガスの供給を停止する。具体的には、システム制御装置３０は、空気コンプレッサ２１に対して運転停止指令を出力し、空気コンプレッサ２１の運転を停止させる。また、酸化剤供給配管２０ａに酸化剤入口弁２６、酸化剤ガス排出配管２０ｂに酸化剤出口弁２７をそれぞれ設置した図３のシステム構成の場合には、これら酸化剤入口弁２６および酸化剤出口弁２７を閉じることで燃料電池スタック１のカソード側を封止する。

次に、システム制御装置３０は、ステップＳ１０２において、燃料電池スタック１からの電流取出しを開始する。燃料電池スタック１からの電流取出しは、電圧計測部３２により計測される燃料電池スタック１の最低電圧が０Ｖにならない範囲（つまり、アノード側の水素不足により電位が立たなくなる燃料電池セルが発生しない範囲）で、燃料電池スタック１から一定電流が取り出されるように、電流制御部３１により制御される。この燃料電池スタック１からの電流取出しは、システム停止前に燃料電池スタック１のカソード側の酸素を消費させて燃料電池スタック１の劣化を防止するための処理であり、燃料電池スタック１から取り出された電流は蓄電手段３に供給される。なお、ここでは燃料電池スタック１のカソード側への酸化剤ガスの供給を停止した直後に燃料電池スタック１からの電流取出しを開始するようにしているが、例えば空気コンプレッサ２１の応答遅れなどにより、酸化剤ガスの供給が完全に停止するまでには多少の時間がかかることも想定される。そこで、例えばカソード圧力センサ２２の検出値をモニタリングしながら、燃料電池スタック１のカソード側への酸化剤ガスの供給が完全に停止したタイミングを判定し、そのタイミングで燃料電池スタック１からの電流取出しを開始するようにしてもよい。

次に、システム制御装置３０は、ステップＳ１０３において、燃料電池スタック１からの電流取出しを終了するタイミングの判定を行う。システム停止時にこの種の停止制御を行う従来の燃料電池システムでは、燃料電池スタック１の電圧をモニタリングしながら、燃料電池スタック１の電圧値が、カソード側の酸素がほぼ完全に消費されたとみなせる電圧値にまで低下したタイミングで、燃料電池スタック１からの電流取出しを終了するようにしているのが一般的であった。しかしながら、燃料電池スタック１のカソード側の酸素がほぼ完全に消費されるまで電流の取出しを継続させると、システム停止直後にアノード側から固体高分子電解質膜を介してカソード側に移動する水素量が多くなり、カソード内水素濃度がシステム起動時に排水素処理装置１８で処理可能な限界値を越えてしまう場合があり、カソード側の水素を適切に処理できなくなる場合がある。そこで、本実施形態の燃料電池システムでは、カソード側に所定量の酸素が残存するタイミングで、燃料電池スタック１からの電流取出しを終了させるようにしている。なお、この電流取出し終了判定の具体例については、詳細を後述する。

次に、システム制御装置３０は、ステップＳ１０４において、燃料電池スタック１からの電流取出しを終了し、ステップＳ１０５において、燃料電池スタック１のアノード側への燃料ガスの供給を停止する。具体的には、システム制御装置３０は、燃料循環ポンプ１６に対して運転停止指令を出力して燃料循環ポンプ１６の運転を停止させ、また、燃料供給弁１２を閉じるとともに、一次調圧弁１３および二次調圧弁１４を全閉する。これにより、システム停止時の停止制御が終了する。

以下では、上述した停止制御における電流取出し終了判定（図４のフローチャートにおけるステップＳ１０３）の具体例について説明する。

上述したように、本実施形態の燃料電池システムでは、停止制御における燃料電池スタック１からの電流取出しを、燃料電池スタック１のカソード側の酸素がほぼ完全に消費されるまで継続させるのではなく、燃料電池スタック１のカソード側に電流取出し開始時よりは少ない所定量の酸素が残存するタイミングで、燃料電池スタック１からの電流取出しを終了させる。ここで、電流取出し終了判定の基準となる所定量は、当該所定量の酸素が燃料電池スタック１のカソード側に残存することで、システム停止後の放置期間におけるカソード内最大水素濃度がシステム起動時における水素処理能力限界値未満となる値に設定される。

図５は、システム停止後の放置期間におけるカソード内水素濃度の時間変化を示した図である。なお、この図５の中の実線のグラフが、停止制御時にカソード側に所定量の酸素が残存するタイミングで燃料電池スタック１からの電流取出しを終了させた場合（実施例１）の放置期間におけるカソード内水素濃度の時間変化を示しており、図５の中の破線のグラフは、停止制御時にカソード側の酸素がほぼ完全に消費されたタイミングで燃料電池スタック１からの電流取出しを終了させた場合（比較例）の放置期間におけるカソード内水素濃度の時間変化を示している。

図５に示すように、システム停止後の放置期間におけるカソード内水素濃度は、システム停止直後に一旦上昇してある値でピークに達した後に、時間経過とともに徐々に低下していく傾向にある。これは、停止制御によりカソード側の酸素が消費されたことで、システム停止直後にはアノード側の水素が固体高分子電解質膜を介してカソード側へと移動してカソード内水素濃度が上昇するが、このアノード側からカソード側への水素の移動は両極の内圧がバランスした段階で終了し、その後は、カソード側の水素が時間経過とともに徐々に拡散していくことで、カソード内水素濃度が徐々に低下していくためと考えられる。

ここで、停止制御時にカソード側の酸素がほぼ完全に消費されたタイミングで燃料電池スタック１からの電流取出しを終了させた場合（比較例）には、システム停止直後にアノードからカソードへと移動する水素量が多いために、図５における破線のグラフで示すように、カソード内水素濃度のピーク値（カソード内最大水素濃度）が、システム起動時における水素処理能力限界値を越えてしまうことが想定される。このため、システム停止から次の起動時までの時間が比較的短い場合には、カソード内水素濃度が水素処理能力限界値を越えた状態でシステムが起動され、カソード側の水素を排水素処理装置１８で適切に処理できないといった懸念がある。なお、システム起動時における水素処理能力限界値は、システム起動時にカソード側を酸化剤ガスで置換する際に、カソードからの排ガスに含まれる水素を排水素処理装置１８で処理するときの排水素処理装置１８の処理可能限界値であり、システム設計に応じて事前に把握できる値である。

これに対して、停止制御時にカソード側に所定量の酸素が残存するタイミングで燃料電池スタック１からの電流取出しを終了させた場合（実施例１）には、図５における実線のグラフで示すように、カソード内水素濃度のピーク値（カソード内最大水素濃度）が、システム起動時における水素処理能力限界値未満となるため、システム停止後の放置時間の長さにかかわらず、常にカソード内水素濃度が水素処理能力限界値を下回った状態でシステムが起動されることになり、システム起動時にカソード側の水素を排水素処理装置１８で確実に処理することができる。なお、カソード側に残存させる酸素量（所定量）は、上述したシステム起動時における水素処理能力限界値との関係から、システム設計に応じて事前に設定することができる。

上述したように、停止制御によって燃料電池スタック１のカソード側の酸素は徐々に消費されていくため、カソード側の残存酸素量は停止制御開始からの経過時間が長いほど低下することになる。ここで、残存酸素量の目標値となる所定量は事前に設定されるため、停止制御開始からの経過時間を変数として残存酸素量が所定量と等しくなる計算式を解くことにより、カソード側の残存酸素量が所定量となるまでの所要時間を求めることができる。

そこで、本実施形態では、停止制御における電流取出し終了判定の一例として、停止制御を開始する前に、カソード側の残存酸素量が所定量となるまでの所要時間を演算して、停止制御の開始と同時にシステム制御装置３０に設けたタイマ３３を用いて所要時間のカウントをスタートし、所要時間が経過したタイミングで燃料電池スタック１からの電流取出しを終了するという手法をとる。なお、このような手法に代えて、例えば、停止制御開始時からカソード側の残存酸素量を所定の演算周期ごとに随時算出し、算出した残存酸素量が所定量と等しくなるタイミングで、燃料電池スタック１からの電流取出しを終了するという手法を採用することも可能である。所要時間をカウントして電流取出し終了判定を行う手法は、残存酸素量の算出に伴うシステム制御装置３０の処理負荷を軽減できるという利点があり、一方、残存酸素量を随時算出して電流取出し終了判定を行う手法では、カソード側の残存酸素量をより正確に所定量に一致させることができるという利点がある。

次に、停止制御における電流取出し終了判定の前提となるカソード側残存酸素量の算出方法について、具体的に説明する。

カソード側の残存酸素量Ｑｃは、停止制御開始時におけるカソード側の初期酸素量をＱｃ0、停止制御によるカソード側の酸素消費量をＱｃ1、停止制御中にカソード側に拡散してくる酸素量をＱｃ2としたときに、下記式（１）で表すことができる。
Ｑｃ＝Ｑｃ0−Ｑｃ1＋Ｑｃ2 ・・・（１）
なお、停止制御による燃料電池スタック１からの電流取出し量が少ない場合には、停止制御中にカソード側に拡散してくる酸素量Ｑｃ2は無視できるので、カソード側の残存酸素量Ｑｃは、下記式（２）で表すことができる。
Ｑｃ＝Ｑｃ0−Ｑｃ1 ・・・（２）

これら式（１）および式（２）において、停止制御開始時におけるカソード側の初期酸素量Ｑｃ0は、下記式（３）の計算式を用いて算出することができる。
Ｑｃ0＝Ｖｃ×（Ｐｃ−ＰｃH2O）／Ｐ0×ＣO2／１００×（１００−Ｕｃ）／１００×２７３．１５／（Ｔｃ＋２７３．１５） ・・・（３）
この式（３）において、Ｖｃはカソード容積（カソード流路内容積とカソード入口、出口の配管の容積とを含む）であり、実測により事前に求められる値である。
また、Ｐｃは停止制御開始時におけるカソード圧力、Ｔｃは停止制御開始時におけるカソード内ガス温度（ともに実測値）である。また、ＰｃH2OはＴｃにおける飽和水蒸気圧（ＲＨ＝１００％とする。）である。
また、Ｐ0は大気圧であり、ここではＰ0＝１０１．３［ｋＰａ］として計算する。また、ＣO2は通常発電時にカソード側に供給する酸化剤ガスの酸素濃度（ドライベース）であり、酸化剤ガスとして大気圧を用いる場合は、ＣO2＝２１［％］として計算する。
また、Ｕｃは停止制御開始直前におけるカソード酸素利用率であり、停止制御を開始する直前に燃料電池スタック１から取り出されている電流値と燃料電池スタック１に供給されている酸化剤ガスの流量とから計算される値である（通常はほぼ０に近い値）。

また、式（１）および式（２）において、停止制御によるカソード側の酸素消費量Ｑｃ1は、燃料電池スタック１から取り出す電流値が一定であれば下記式（４）の計算式を用いて算出することができ、燃料電池スタック１から取り出す電流値が時間的に変化する場合は下記式（５）の計算式を用いて算出することができる。
Ｑｃ1＝（Ｉ×Ｎcell＋ｉx＋ｉr）×ｔ×２２．４／（４×Ｆ） ・・・（４）
Ｑｃ1＝（∫Ｉｄｔ×Ｎcell＋（ｉx＋ｉr）×ｔ）×２２．４／（４×Ｆ） ・・・（５）
これら式（４）および式（５）において、Ｉは燃料電池スタック１から取り出す電流値であり、実測値或いは測定が困難な場合は制御目標値である。また、Ｎcellは燃料電池スタック１のセル数であり既知の値である。
また、ｉxは燃料電池スタック１の固体高分子電解質膜のクロスリーク電流であり、予め各温度、湿度（１００％）にいおける固体高分子電解質膜のクロスリークによる水素及び酸素の消費量を算出して得られる値である。また、ｉrは燃料電池スタック１に放電抵抗が接続されている場合の当該放電抵抗による消費電流であり、最大水タック電圧Ｖ［ｖ］と放電抵抗値ｒ［Ω］とから算出される値（ｉr＝Ｖ／ｒ）である。
また、ｔは停止制御開始時からの電流取出し時間である。また、Ｆはファラデー定数であり既知の値（９６４８５Ｃ／ｍｏｌ）である。

また、式（１）において、停止制御中にカソード側に拡散してくる酸素量Ｑｃ2は、カソード側を大気圧に制御する場合は下記式（６）の計算式を用いて算出することができ、カソード側を加圧しておく場合は下記式（７）の計算式を用いて算出することができる。
Ｑｃ2＝Ｑｃ1×ＣO2／１００ ・・・（６）
Ｑｃ2＝（Ｐ0−Ｐｃ×（Ｑｃ0−Ｑｃ1）／Ｑｃ0）×Ｑｃ0／Ｐｃ×ＣO2／１００ ・・・（７）
これら式（６）および式（７）において、ＣO2はドライベースでのカソード供給酸化剤ガスの酸素濃度であるが、外気の水蒸気分圧はほぼ０として計算する。

本実施形態の燃料電池システムにおいて、システム制御装置３０は、以上で説明した計算式を用いて停止制御を実行する際の燃料電池スタック１のカソード側残存酸素量Ｑｃを算出することができる。そして、所要時間のカウントにより停止制御における電流取出し終了判定を行う場合には、カソード側の残存酸素量Ｑｃが事前に設定した所定量と等しくなる場合における停止制御開始時からの電流取出し時間ｔを所要時間として演算し、この所要時間ｔをタイマ３３にセットして停止制御開始時から所要時間ｔのカウントをスタートし、所要時間ｔが経過したタイミングで燃料電池スタック１からの電流取出しを終了するようにすればよい。また、カソード側の残存酸素量Ｑｃを随時算出して電流取出し終了判定を行う場合には、以上の計算式を用いてカソード側の残存酸素量Ｑｃを所定の演算周期ごとに随時算出し、算出した残存酸素量Ｑｃが事前に設定した所定量と等しくなるタイミングで燃料電池スタック１からの電流取出しを終了するようにすればよい。

以上、具体的な例を挙げながら詳細に説明したように、本実施形態の燃料電池システムによれば、システム停止時に燃料電池スタック１のカソード側の酸素を消費させる停止制御を行う際に、システム制御装置３０が、燃料電池スタック１のカソード側に所定量の酸素が残存するタイミングで燃料電池スタック１からの電流取出しを終了させるようにしているので、システム停止後のカソード側への水素の移動を有効に抑制してシステム起動時におけるカソード内水素濃度を低く保つことができ、システム起動時にカソード側の水素を排水素処理装置１８で適切に処理することができる。

また、電流取出し終了判定の基準となる所定量は、当該所定量の酸素が燃料電池スタック１のカソード側に残存することでシステム停止後の放置期間におけるカソード内最大水素濃度がシステム起動時における水素処理能力限界値未満となる値に設定されるので、システム停止後の放置時間の長さにかかわらず、次回のシステム起動時におけるカソード内水素濃度を常に水素処理能力限界値未満に抑えることができ、システム起動時にカソード側の水素を排水素処理装置１８で確実に処理することができる。

また、システム制御装置３０が、停止制御により燃料電池スタックのカソード側の残存酸素量Ｑｃが所定量となるまでの所要時間ｔを演算し、停止制御開始時から所要時間ｔが経過したタイミングで燃料電池スタック１からの電流取出しを終了させるようにした場合には、残存酸素量Ｑｃの算出に伴うシステム制御装置３０の処理負荷を軽減することができる。

また、システム制御装置３０が、停止制御開始時から燃料電池スタック１のカソード側の残存酸素量Ｑｃを随時算出し、算出した残存酸素量Ｑｃが所定量と等しくなるタイミングで燃料電池スタック１からの電流取出しを終了させるようにした場合には、カソード側の残存酸素量Ｑｃをより正確に所定量に一致させることができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、停止制御時に燃料電池スタック１のアノード側の圧力を大気圧以上に昇圧した後、アノード側を密閉した状態でシステムを停止させる制御（以下、アノード昇圧制御という。）を行う場合の例である。このようなアノード昇圧制御は、システム停止後の放置期間の間に燃料電池スタック１内に侵入する酸素量を低減させて、次回起動時にアノード側に燃料ガス（水素）が供給されたときの局部電池形成による燃料電池スタック１の劣化を抑制する上では有効であるが、システム停止時におけるアノード側の残存水素量が増加するため、放置期間中にアノード側から固体高分子電解質膜を介してカソード側に移動する水素量が増加する傾向にあり、放置期間にカソード内水素濃度が上昇する要因となる。そこで、本実施形態では、アノード昇圧制御により増加するアノード側の残存水素量に応じて、カソード側に残存させる酸素量、すなわち、上述した停止制御時における電流取出し終了判定の基準となる所定量を増量側に補正することにより、アノード昇圧制御を行った場合でも、システム起動時にカソード側の水素を排水素処理装置１８で確実に処理することができるようにしている。なお、燃料電池システムの構成は上述した第１実施形態と同様であるので、以下では、本実施形態に特徴的な部分についてのみ説明し、第１実施形態と重複する説明は省略する。

図６は、本実施形態の燃料電池システムにおいてシステム停止時に実行される停止制御の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、例えば、燃料電池車両のイグニッションスイッチのオフ信号など、システムの停止を指示する何らかの停止信号の入力に応じてシステム制御装置３０によって実行される。

停止制御が開始されると、システム制御装置３０は、まず、ステップＳ２０１において、燃料電池スタック１のカソード側への酸化剤ガスの供給を停止する。具体的には、システム制御装置３０は、空気コンプレッサ２１に対して運転停止指令を出力し、空気コンプレッサ２１の運転を停止させる。また、酸化剤供給配管２０ａに酸化剤入口弁２６、酸化剤ガス排出配管２０ｂに酸化剤出口弁２７をそれぞれ設置した図３のシステム構成の場合には、これら酸化剤入口弁２６および酸化剤出口弁２７を閉じることで燃料電池スタック１のカソード側を封止する。

次に、システム制御装置３０は、ステップＳ２０２において、燃料電池スタック１のアノード側の圧力を大気圧以上に昇圧する制御を開始し、ステップＳ２０３において、燃料電池スタック１からの電流取出しを開始する。

次に、システム制御装置３０は、ステップＳ２０４において、燃料電池スタック１からの電流取出しを終了するタイミングの判定を行う。この電流取出し終了判定の基本的な考え方は上述した第１実施形態と同様であるが、本実施形態では、カソード側の残存酸素量を算出するだけでなく、アノード側の残存水素量も算出して、アノード昇圧制御により増加するアノード側の残存水素量に応じて、電流取出し終了判定の基準となる所定量を増量側に補正するようにしている。なお、ここでの補正量はシステム構成などに応じて定められるものであり、予め実験などによって残存水素量の増加分に対する残存酸素量の増加分の関係を求めておいて、この関係を用いて求めるようにすればよい。

次に、システム制御装置３０は、ステップＳ２０５において、燃料電池スタック１からの電流取出しを終了し、その後、ステップＳ２０６において、アノード側の圧力が所望の圧力にまで昇圧されたか否かを判定する。そして、アノード側の圧力が所望の圧力にまで昇圧されると、ステップＳ２０７において、燃料電池スタック１のアノード側への燃料ガスの供給を停止する。具体的には、システム制御装置３０は、燃料循環ポンプ１６に対して運転停止指令を出力して燃料循環ポンプ１６の運転を停止させ、また、燃料供給弁１２を閉じるとともに、一次調圧弁１３および二次調圧弁１４を全閉する。また、このとき燃料パージ弁１７も全閉状態にして、アノード側を密閉する。これにより、システム停止時のアノード昇圧制御を含む停止制御が終了する。

図７は、アノード昇圧制御を含む停止制御を行ってシステムを停止させた後の放置期間におけるカソード内水素濃度の時間変化を示した図であり、図７の中の実線のグラフが、アノード側の残存水素量に応じて増量側に補正した所定量の酸素がカソード側に残存するタイミングで燃料電池スタック１からの電流取出しを終了させた場合（実施例２）の放置期間におけるカソード内水素濃度の時間変化を示し、図７の中の破線のグラフは、カソード側の酸素がほぼ完全に消費されたタイミングで燃料電池スタック１からの電流取出しを終了させた場合（比較例）の放置期間におけるカソード内水素濃度の時間変化を示している。

図７に示すように、アノード昇圧制御を含む停止制御を行った場合には、システム停止後の放置期間の間にアノード側からカソード側へと移動する水素量が増加するため、放置期間におけるカソード内水素濃度がアノード昇圧制御を行わない場合に比べて（図５参照）高くなる。このような場合でも、図７における実線のグラフで示すように、システム停止時におけるアノード側の残存水素量に応じて増量側に補正した所定量の酸素がカソード側に残存するタイミングで燃料電池スタック１からの電流取出しを終了させる（実施例２）ことにより、カソード内水素濃度のピーク値（カソード内最大水素濃度）をシステム起動時における水素処理能力限界値未満とすることができる。これにより、上述した第１実施形態と同様に、システム停止後の放置時間の長さにかかわらず、次回のシステム起動時におけるカソード内水素濃度を常に水素処理能力限界値未満に抑えることが可能となり、システム起動時にカソード側の水素を排水素処理装置１８で確実に処理することができる。

以上のように、本実施形態の燃料電池システムでは、停止制御時にアノード昇圧制御を行うことを前提として、この停止制御により増加するアノード側の残存水素量に応じて、電流取出し終了判定の基準となる所定量を増量側に補正し、この増量側に補正した所定量の酸素がカソード側に残存するタイミングで、システム制御部３０が燃料電池スタック１からの電流取出しを終了させるようにしている。以下では、このカソード側に残存させる酸素の補正量を求める基準となるアノード側の残存水素量の算出方法について、具体的に説明する。

アノード側の残存水素量Ｑａは、停止制御開始時におけるアノード側の初期水素量をＱａ0、停止制御によるアノード側の水素消費量をＱａ1、停止制御中にアノード側に供給される水素量をＱａ2としたときに、下記式（８）で表すことができる。
Ｑａ＝Ｑａ0−Ｑａ1＋Ｑａ2 ・・・（８）

この式（８）において、停止制御開始時におけるアノード側の初期水素量Ｑａ0は、下記式（９）の計算式を用いて算出することができる。
Ｑａ0＝Ｖａ×（Ｐａ−ＰａH2O）／Ｐ0×ＣH2／１００×（１００−Ｕimpurity）／１００×（１００−Ｕａ）／１００×２７３．１５／（Ｔａ＋２７３．１５） ・・・（９）
この式（９）において、Ｖａはアノード容積（アノード流路内容積と循環経路内の配管容積とを含む）であり、実測により事前に求められる値である。
また、Ｐａは停止制御開始時におけるアノード圧力、Ｔａは停止制御開始時におけるアノード内ガス温度（ともに実測値）である。また、ＰａH2OはＴａにおける飽和水蒸気圧（ＲＨ＝１００％とする。）である。
また、Ｐ0は大気圧であり、ここではＰ0＝１０１．３［ｋＰａ］として計算する。また、ＣH2はアノード側に供給する燃料ガスの水素濃度（ドライベース）であり、燃料ガスとして純水素を用いる場合は、ＣH2＝１００［％］として計算する。
また、Ｕimpurityは停止制御開始直前におけるアノード内不純物濃度（通常は窒素濃度）であり、通常運転の際に行う窒素濃度管理値を利用することができる。また、Ｕａは停止制御開始直前におけるアノード水素利用率であり、停止制御を開始する直前に燃料電池スタック１から取り出されている電流値と燃料電池スタック１に供給されている燃料ガスの流量とから計算される値である。

また、式（８）において、停止制御によるアノード側の水素消費量Ｑａ1は、燃料電池スタック１から取り出す電流値が一定であれば下記式（１０）の計算式を用いて算出することができ、燃料電池スタック１から取り出す電流値が時間的に変化する場合は下記式（１１）の計算式を用いて算出することができる。
Ｑａ1＝（Ｉ×Ｎcell＋ｉx＋ｉr）×ｔ×２２．４／（２×Ｆ） ・・・（１０）
Ｑｃ1＝（∫Ｉｄｔ×Ｎcell＋（ｉx＋ｉr）×ｔ）×２２．４／（２×Ｆ） ・・・（１１）
これら式（１０）および式（１１）において、Ｉは燃料電池スタック１から取り出す電流値であり、実測値或いは測定が困難な場合は制御目標値である。また、Ｎcellは燃料電池スタック１のセル数であり既知の値である。
また、ｉxは燃料電池スタック１の固体高分子電解質膜のクロスリーク電流であり、予め各温度、湿度（１００％）にいおける固体高分子電解質膜のクロスリークによる水素及び酸素の消費量を算出して得られる値である。また、ｉrは燃料電池スタック１に放電抵抗が接続されている場合の当該放電抵抗による消費電流であり、最大水タック電圧Ｖ［ｖ］と放電抵抗値ｒ［Ω］とから算出される値（ｉr＝Ｖ／ｒ）である。
また、ｔは停止制御開始時からの電流取出し時間である。また、Ｆはファラデー定数であり既知の値（９６４８５Ｃ／ｍｏｌ）である。

また、式（８）において、停止制御中にアノード側に供給される水素量Ｑａ2は、下記式（１２）の計算式を用いて算出することができる。
Ｑａ2＝Ｑａ1×ＣH2／１００ ・・・（１２）
この式（１２）において、ＣH2はドライベースでのアノード供給燃料ガスの水素濃度であるが、停止制御中のアノードへの不純物混入量は無視できる程度であるため、ここでは考慮しない。

本実施形態の燃料電池システムにおいて、システム制御装置３０は、以上で説明した計算式を用いて停止制御を実行する際の燃料電池スタック１のアノード側残存水素量Ｑａを算出することができる。そして、第１実施形態で説明した電流取出し終了判定の基準となる所定量を、算出したアノード側残存水素量Ｑａに応じて増量側に補正することで、停止制御時にアノード昇圧制御を行った場合でも、システム起動時にカソード側の水素を排水素処理装置１８で確実に処理することが可能となる。なお、燃料電池スタック１からの電流取出しの終了判定は、上述した第１実施形態と同様の手法で行えばよい。すなわち、所要時間のカウントにより停止制御における電流取出し終了判定を行う場合には、カソード側の残存酸素量Ｑｃが、アノード側残存水素量Ｑａに応じて増量側に補正した所定量と等しくなる電流取出し時間ｔを所要時間として演算し、この所要時間ｔをタイマ３３にセットして停止制御開始時から所要時間ｔのカウントをスタートし、所要時間ｔが経過したタイミングで燃料電池スタック１からの電流取出しを終了するようにすればよい。また、カソード側の残存酸素量Ｑｃを随時算出して電流取出し終了判定を行う場合には、第１実施形態で説明したようにカソード側の残存酸素量Ｑｃを所定の演算周期ごとに随時算出し、算出した残存酸素量Ｑｃが、アノード側残存水素量Ｑａに応じて増量側に補正した所定量と等しくなるタイミングで燃料電池スタック１からの電流取出しを終了するようにすればよい。

以上、具体的な例を挙げながら詳細に説明したように、本実施形態の燃料電池システムによれば、システム制御装置３０が、燃料電池スタック１のアノード側残存水素量に応じて増量側に補正した所定量の酸素がカソード側に残存するタイミングで燃料電池スタック１からの電流取出しを終了させるようにしているので、停止制御時にアノード昇圧制御を行った場合であっても、システム停止後のカソード側への水素の移動を有効に抑制してシステム起動時におけるカソード内水素濃度を低く保つことができ、システム起動時にカソード側の水素を排水素処理装置１８で適切に処理することができる。

また、本実施形態の燃料電池システムでは、停止制御時にアノード昇圧制御を行うようにしているので、システム停止後の放置期間の間に燃料電池スタック１内に侵入する酸素量を低減させて、システム起動時の局部電池形成による燃料電池スタック１の劣化を有効に抑制することができる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、上述した停止制御時における電流取出し終了判定の基準となる所定量を、当該所定量の酸素が燃料電池スタック１のカソード側に残存することでシステム停止後の放置期間におけるカソード内最大水素濃度がシステム起動時における水素処理能力限界値と等しくなる値に設定するようにしたものである。なお、燃料電池システムの構成やシステム停止時に実行される停止制御の詳細は上述した第１実施形態と同様であるので、以下では、本実施形態に特徴的な部分についてのみ説明し、第１実施形態と重複する説明は省略する。

システム停止時に燃料電池スタック１から電流を取り出してカソード側の酸素を消費させる停止制御は、上述したようにシステム起動時における燃料電池スタック１の劣化を防止するための制御であるため、その効果を高めるには、カソード側の残存酸素量をできるだけ少なくしておくことが望まれる。その一方で、カソード側の残存酸素量が少なすぎる状態でシステムを停止させると、上述したように、システム起動時におけるカソード内水素濃度が水素処理能力限界値を上回ってしまう場合がある。そこで、本実施形態では、システム起動時におけるカソード内水素濃度が水素処理能力限界値を上回ることがなく、且つ、カソード側の酸素を最大限に消費させた状態でシステムを停止させることができるように、停止制御時における電流取出し終了判定の基準となる所定量を、当該所定量の酸素が燃料電池スタック１のカソード側に残存することでシステム停止後の放置期間におけるカソード内最大水素濃度がシステム起動時における水素処理能力限界値と等しくなる値に設定するようにしている。

図８は、停止制御時にカソード側に所定量の酸素が残存するタイミングで燃料電池スタック１からの電流取出しを終了させた場合の放置期間におけるカソード内水素濃度の時間変化を示した図であり、電流取出し終了判定の基準となる所定量を、放置期間におけるカソード内最大水素濃度がシステム起動時における水素処理能力限界値と等しくなる値に設定した場合（実施例３）と、第１実施形態で説明したように放置期間におけるカソード内最大水素濃度がシステム起動時における水素処理能力限界値未満となる値に設定した場合（実施例１）とで対比して示している。なお、図８の破線のグラフは、停止制御時にカソード側の酸素がほぼ完全に消費されたタイミングで燃料電池スタック１からの電流取出しを終了させた場合の例（比較例）である。

図８に示すように、所定量の酸素がカソード側に残存するタイミングで燃料電池スタック１からの電流取出しを終了させる（実施例１、実施例３）ことにより、カソード内水素濃度のピーク値（カソード内最大水素濃度）がシステム起動時における水素処理能力限界値を越えないようにすることができ、システム停止後の放置時間の長さにかかわらず、システム起動時にカソード側の水素を排水素処理装置１８で確実に処理することができる。そして、特に、停止制御時における電流取出し終了判定の基準となる所定量を、放置期間におけるカソード内最大水素濃度がシステム起動時における水素処理能力限界値と等しくなる値に設定した場合（実施例３）には、カソード側の酸素を最大限に消費させた状態でシステムを停止させているので、停止制御による燃料電池スタック１の劣化防止効果を最大限に発揮することができる。

以上のように、本実施形態の燃料電池システムによれば、システム制御装置３０が、放置期間におけるカソード内最大水素濃度がシステム起動時における水素処理能力限界値と等しくなる値に設定した所定量の酸素がカソード側に残存するタイミングで、燃料電池スタック１からの電流取出しを終了させるようにしているので、システム起動時にカソード側の水素を排水素処理装置１８で適切に処理することができるとともに、停止制御による燃料電池スタック１の劣化防止効果を最大限に発揮させて、燃料電池スタック１の劣化を有効に防止することができる。

なお、以上説明した第１乃至第３の実施形態は、本発明の具体的な適用例を例示したものであり、本発明が以上の各実施形態で説明した内容に限定されることを意図するものではない。つまり、本発明の技術的範囲は、以上の各実施形態の説明で開示した具体的な技術事項に限らず、この開示から容易に導きうる様々な変形、変更、代替技術なども含むものである。例えば、実施形態として例示した燃料電池システムの構成では、空気系２０に水素濃度センサ２５を設置しているが、この水素濃度センサ２５は本発明を実施する上で必須のものではなく、水素濃度センサ２５を備えていない構成の燃料電池システムにおいても、本発明は有効に実施可能である。

本発明を適用した燃料電池システムの全体構成を示すシステム構成図である。 燃料電池システムの水素系の他の構成例を示すシステム構成図である。 燃料電池システムの空気系の他の構成例を示すシステム構成図である。 システム停止時にシステム制御装置により実行される停止制御の一例を示すフローチャートである。 システム停止後の放置期間におけるカソード内水素濃度の時間変化を示す図である。 第２実施形態の燃料電池システムにおいて、システム停止時にシステム制御装置により実行される停止制御の一例を示すフローチャートである。 第２実施形態を説明する図であり、システム停止後の放置期間におけるカソード内水素濃度の時間変化を示す図である。 第３実施形態を説明する図であり、システム停止後の放置期間におけるカソード内水素濃度の時間変化を示す図である。

符号の説明

１ 燃料電池スタック
１０ 水素系
１８ 排水素処理装置
２０ 空気系
３０ システム制御装置
３１ 電流制御部

Claims (11)

1. システム停止時に、燃料電池のアノード側への燃料ガスの供給を継続させるとともにカソード側への酸化剤ガスの供給を停止させた状態で前記燃料電池から電流を取り出して前記カソード側の酸素を消費させる停止制御を行う燃料電池システムにおいて、
   前記燃料電池のカソード側に、電流取出し開始時よりは少ない所定量の酸素を残存させた状態で、前記燃料電池からの電流取出しを終了させる制御手段と、
   燃料電池システムから排出される排ガスに含まれる水素を触媒燃焼または希釈により可燃濃度未満としてシステム外部に排出する排水素処理装置と、
   を備え、
   前記所定量は、当該所定量の酸素が前記燃料電池のカソード側に残存することで、システム停止後の放置期間におけるカソード内最大水素濃度がシステム起動時における水素処理能力限界値以下となる値に設定され、
   前記水素処理能力限界値は、システム起動時にカソード側を酸化剤ガスで置換する際に、カソードからの排ガスに含まれる水素を前記排水素処理装置で処理するときの処理可能限界値であることを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記所定量は、当該所定量の酸素が前記燃料電池のカソード側に残存することで、システム停止後の放置期間におけるカソード内最大水素濃度がシステム起動時における前記排水素処理装置の水素処理能力限界値と等しくなる値に設定されることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記制御手段は、前記停止制御により前記燃料電池のカソード側の残存酸素量が前記所定量となるまでの所要時間を演算し、前記停止制御開始時から前記所要時間が経過したタイミングで、前記燃料電池からの電流取出しを終了させることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システム。
4. 前記制御手段は、前記停止制御開始時から前記燃料電池のカソード側の残存酸素量を随時算出し、算出した残存酸素量が前記所定量と等しくなるタイミングで、前記燃料電池からの電流取出しを終了させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
5. 前記制御手段は、前記停止制御開始時におけるカソード側の初期酸素量から、前記停止制御によるカソード側の酸素消費量を減算した値を、前記残存酸素量として算出することを特徴とする請求項３又は４に記載の燃料電池システム。
6. 前記制御手段は、前記停止制御開始時におけるカソード側の初期酸素量から、前記停止制御によるカソード側の酸素消費量を減算し、且つ、前記停止制御中にカソード側に拡散してくる酸素量を加算した値を、前記残存酸素量として算出することを特徴とする請求項３又は４に記載の燃料電池システム。
7. 前記制御手段は、通常発電時にカソード側に供給する酸化剤ガスの酸素濃度と、前記停止制御開始時におけるカソード圧力、カソード容積、カソード内ガス温度、カソード内ガス湿度と、前記停止制御開始直前におけるカソード酸素利用率とに基づいて、前記停止制御開始時におけるカソード側の初期酸素量を算出することを特徴とする請求項５又は６に記載の燃料電池システム。
8. 前記制御手段は、前記燃料電池からの電流取出し量と前記燃料電池のセル数とから論理的に算出される酸素消費量に、前記燃料電池の電解質膜のガス透過により消費される酸素消費量を加算し、さらに前記燃料電池に放電用抵抗が接続されている場合には当該放電用抵抗での消費電力に応じた酸素消費量を加算して、前記停止制御によるカソード側の酸素消費量を算出することを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
9. 前記制御手段は、前記カソード側の酸素消費によるカソード圧力の低下に伴ってカソード入口またはカソード出口からカソード内に進入するガスの酸素濃度に基づいて、前記停止制御中にカソード側に拡散してくる酸素量を算出することを特徴とする請求項６乃至８のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
10. 前記停止制御は、アノード圧力を大気圧以上に昇圧してアノード側を密閉した状態でシステムを停止させる制御を含むものであり、
    前記制御手段は、前記アノード圧力の昇圧により増加するアノード側の残存水素量に応じて、前記所定量を増量側に補正することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
11. システム停止時に、燃料電池のアノード側への燃料ガスの供給を継続させるとともにカソード側への酸化剤ガスの供給を停止させた状態で前記燃料電池から電流を取り出す工程と、
    前記燃料電池のカソード側に、電流取出し開始時よりは少ない所定量の酸素を残存させた状態で、前記燃料電池からの電流取出しを終了させる工程と、を有し、
    前記所定量は、当該所定量の酸素が前記燃料電池のカソード側に残存することで、システム停止後の放置期間におけるカソード内最大水素濃度がシステム起動時における排水素処理装置の水素処理能力限界値以下となる値に設定され、
    前記水素処理能力限界値は、システム起動時にカソード側を酸化剤ガスで置換する際に、カソードからの排ガスに含まれる水素を前記排水素処理装置で処理するときの処理可能限界値であることを特徴とする燃料電池システムの停止方法。

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