JP4839694B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は燃料電池システムに関する。

特許文献１、２に従来の燃料電池システムが開示されている。この燃料電池システムは、燃料と空気とを反応させて電力を出力する単セルが複数積層された燃料電池スタックを備えている。各単セルは、固体高分子膜型のもの（ＰＥＦＣ：Polymer Electrolyte Fuel Cells）であり、イオン交換樹脂からなる電解質膜を燃料極（アノード極、水素極ともいう。）と空気極（カソード極、酸素極ともいう。）とで挟持したものである。また、各単セルは、燃料極に水素ガス等の燃料を供給するための燃料室と、空気極に酸素を含む空気を供給するための空気室とを有している。

また、この種の燃料電池システムは、蓄電装置と負荷装置と制御装置とを備えている。蓄電装置は、燃料電池スタックと並列に接続され、燃料電池スタックから出力された電力を蓄えるものである。負荷装置は、燃料電池スタック及び蓄電装置とそれぞれ接続され、少なくとも一方からの電力により駆動されるものである。制御装置は、燃料電池スタックとの接続を蓄電装置又は負荷装置に切り換えると共に燃料電池スタックの電流値を制御するものである。

このような構成である従来の燃料電池システムは、燃料電池スタックの発電時に、水素ガス等の燃料が各単セルの燃料室に供給され、それと同時に各単セルの空気極にも酸素を含む空気が供給される。これにより、各単セルでは、燃料極と空気極との間で燃料と酸素とが反応する。具体的には、燃料極で得られた水素イオンがプロトン（Ｈ ₃ Ｏ⁺）の形態で水分を含んだ電解質膜中を空気極側に移動し、空気極で空気中の酸素と反応し、水を生成する。一方、燃料極で得られた電子は負荷装置を通って空気極側に移動する。こうした一連の電気化学反応の結果、各単セルにおいて、電力が出力される。その結果、単セルが複数積層された燃料電池スタックは、全体として大きな電力を出力することが可能となっている。

そして、燃料電池システムでは、制御装置が燃料電池スタックから出力された電力を負荷装置に直接供給して負荷装置を駆動する他、制御装置が燃料電池スタックとの接続を蓄電装置に切り換え、燃料電池スタックから出力された電力を蓄電装置に供給して蓄電装置を充電する。また、燃料電池スタックから出力される電力が減少したり、停止したりする場合には、制御装置が負荷装置との接続を蓄電装置に切り換え、蓄電装置から供給される電力によって負荷装置を駆動する。

この燃料電池システムでは、燃料電池スタックの発電時に良好な発電状態を維持するため、各単セルの電解質膜を適度に湿潤させておく必要がある。なぜなら、電解質膜が乾燥してしまうと、燃料室から電解質膜を介して空気室へプロトンが移動することが阻害されることとなり、その結果、単セルの発電能力が低下するからである。そして、その状態が継続すれば、燃料電池スタックに回復困難な性能低下や故障が生じ得るからである。

このため、特許文献１の燃料電池システムでは、空気室に供給される空気に液体状の水を噴霧することにより、電解質膜を冷却したり、適度に湿潤させるようにしている。特に、燃料電池スタックの温度が上昇する場合には、温度上昇に対する冷却能力が不足し、電解質膜が乾いてしまうという事態（以下、「ドライアップ」という。）が生じ易いため、この燃料電池システムでは、燃料電池スタックの温度を測定し、所定の温度より燃料電池スタックの温度が高い場合にはドライアップが生じ得ると判定し、供給する空気量と水量とを独立して制御して冷却能力を高くする。これにより、この燃料電池システムでは、電解質膜のドライアップの発生を抑制可能としている。

また、特許文献２の燃料電池システムでは、燃料室に供給される燃料及び空気室に供給される空気の湿度を加湿器を用いて高くすることにより、電解質膜を適度に湿潤させるようにしている。特に、この燃料電池システムでは、燃料電池スタックを積層方向に伸縮自在に固定した上で、燃料電池スタックの伸縮量と温度とを測定することによってドライアップが生じていると判定し、加湿器による加湿を強化して冷却能力を高くする。これにより、この燃料電池システムでも、ドライアップを抑制可能としている。

特開２００１−２１０３４８号公報 特開２００１−３３２２８０号公報

しかし、上記特許文献１、２の燃料電池システムでは、ドライアップを燃料電池スタック全体の温度や伸縮量に基付いてしか判定していない。このため、他の影響で燃料電池スタック全体の温度や伸縮量が変化してしまうような場合には、ドライアップを正確に判定することができない。その結果、この燃料電池システムでは、ドライアップの抑制並びにそれに起因する性能低下及び耐久性劣化を抑制することが不十分であった。

また、上記特許文献１、２の燃料電池システムでは、ドライアップと判定した場合でも、空気量と水量とを独立して制御したり、燃料及び空気に加湿を行ったりすることしか行っておらず、ドライアップからのより効果的な復旧方法が求められていた。

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、ドライアップが生じているかどうかをより正確に判定し、その抑制並びに性能低下及び耐久性劣化を抑制可能であるとともに、ドライアップからのより効果的な復旧が可能な燃料電池システムを提供することを解決すべき課題としている。

請求項１に係る燃料電池システムは、燃料と空気とを反応させて電力を出力する燃料電池と、
該燃料電池と並列に接続され、該燃料電池から出力された電力を蓄える蓄電装置と、
該燃料電池及び該蓄電装置とそれぞれ接続され、少なくとも一方からの電力により駆動される負荷装置と、
該燃料電池との接続を該蓄電装置又は該負荷装置に切り換えると共に該燃料電池の電流値を制御する制御装置とを備えた燃料電池システムにおいて、
前記制御装置は、システム停止時からの経過時間を算出する経過時間算出手段と、
該経過時間と予め設定した基準時間とを比較する時間比較手段と、
前記燃料電池の温度を検出する温度検出手段と、
該経過時間が該基準時間よりも長い場合、前記燃料電池の反応により生成される生成水が多くなるように電流値を増加させるとともに、該燃料電池の温度が高くなるほど多くの生成水が発生するように電流値を増加させ、該燃料電池の温度が予め設定した基準温度以上の場合、電流値の増加を停止させる電流制御手段とを有することを特徴とする。

発明者らの試験結果によれば、燃料電池システムは、長時間使用されずに放置される場合にも、電解質膜は徐々に乾燥して、ドライアップの状態となる。このため、長時間放置した後に燃料電池システムを起動する際、ドライアップを判定できなければ、ドライアップによる性能低下を防止できず、それに伴って、耐久性劣化や故障等が生じるおそれがあった。例えば、車両に搭載されている燃料電池システムは、車両の加速時に瞬時に高負荷が要求されるため、ドライアップ状態で高負荷が要求されれば、燃料電池が故障するおそれがある。

このため、請求項１の燃料電池システムでは、まず、システム停止時からの経過時間を算出し、経過時間と予め設定した基準時間とを比較する。その結果、経過時間が基準時間よりも長い場合には、燃料電池がドライアップの状態であると判断できる。このため、この燃料電池システムでは、燃料電池の反応により生成される生成水が多くなるように電流値を増加させる。

請求項２に係る燃料電池システムは、燃料と空気とを反応させて電力を出力する燃料電池と、
該燃料電池と並列に接続され、該燃料電池から出力された電力を蓄える蓄電装置と、
該燃料電池及び該蓄電装置とそれぞれ接続され、少なくとも一方からの電力により駆動される負荷装置と、
該燃料電池との接続を該蓄電装置又は該負荷装置に切り換えると共に該燃料電池の電流値を制御する制御装置とを備えた燃料電池システムにおいて、
前記制御装置は、一定時間毎に前記燃料電池の電圧である測定電圧を検出する電圧検出手段と、
一定時間毎に前記燃料電池の電流値を検出する電流値検出手段と、
該測定電圧及び電流値から測定ＩＶ特性を導くＩＶ特性検出手段と、
該測定ＩＶ特性と予め設定した基準ＩＶ特性とを比較するＩＶ特性比較手段と、
前記燃料電池の温度を検出する温度検出手段と、
該測定ＩＶ特性と該基準ＩＶ特性との電圧差が予め設定した規定電圧以上の場合、該燃料電池の反応により生成される生成水が多くなるように電流値を増加させるとともに、該燃料電池の温度が高くなるほど多くの生成水が発生するように電流値を増加させ、該燃料電池の温度が予め設定した基準温度以上の場合、電流値の増加を停止させる電流制御手段とを有することを特徴とする。

発明者らの試験結果によれば、以下の場合にもドライアップが生じたことを判断できる。まず、燃料電池の電圧と電流との相関特性である測定ＩＶ特性を検出し、測定ＩＶ特性と予め設定した基準ＩＶ特性とを比較する。その結果、測定ＩＶ特性と基準ＩＶ特性との電圧差が予め設定した規定電圧以上の場合には、燃料電池がドライアップの状態であると判断できる。このため、この燃料電池システムでは、燃料電池の反応により生成される生成水が多くなるように電流値を増加させる。

したがって、請求項１、２に係る燃料電池システムは、ドライアップが生じているかどうかをより正確に判定し、その抑制並びに性能低下及び耐久性劣化を抑制可能である。

電流制御手段は、蓄電装置と負荷装置との接続を行い、燃料電池が生成水により湿潤となった後に燃料電池と負荷装置との接続を行うことが好ましい。この場合、蓄電装置の電力を負荷装置によって消費することから、燃料電池が大電流で発電して生成水によって湿潤になりやすい。

また、電流制御手段は、燃料電池の電流値を徐々に増加させることが好ましい。この場合、燃料電池の反応熱の急激な増加を抑制しつつ、燃料電池の反応により生成される生成水を多くすることができる。このため、この燃料電池システムは、燃料電池の温度が上昇して異常温度となる事態を防止することができる。

燃料電池の温度を検出する温度検出手段を備えている場合、電流制御手段は、燃料電池の温度が高くなるほど多くの生成水が発生するように電流値を増加させ、燃料電池の温度が予め設定した基準温度以上の場合、電流値の増加を停止させる。この場合、ドライアップを抑制するために必要十分な生成水を生じさせ、過剰な生成水によってフラッディングが生じないようにすることができる。

温度検出装置としては、燃料電池スタックの温度を検出できるものであれば、種々のものを採用できるが、燃料電池スタックの排気温度に基づいて温度を検出するものであることが好ましい。これにより比較的簡易にかつ正確に燃料電池スタックの温度を検出することができるからである。

発明者らの試験結果によれば、ＩＶ特性比較手段は、電流密度が０．３Ａ／ｃｍ²以上のときの測定ＩＶ特性と基準ＩＶ特性との電圧差を比較するものであることが好ましい。この場合、ドライアップの有無によって電位差が大きいからである。特に、ＩＶ特性比較手段は、電流密度が０．５Ａ／ｃｍ²以上のときの測定ＩＶ特性と基準ＩＶ特性との電圧差を比較するものであることが好ましい。この場合、ドライアップの有無によって電位差が特に大きいからである。

以下、本発明を具体化した実施例１を図面を参照しつつ説明する。

図１に示す実施例１の燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１と、蓄電装置２と、負荷装置３と、制御装置４とを備えている。

燃料電池スタック１は、図２に示すように、燃料と空気とを反応させて電力を出力する単セル１０が複数積層されたものである。単セル１０は、固体高分子膜型のもの（ＰＥＦＣ：Polymer Electrolyte Fuel Cells）であり、イオン交換樹脂からなる電解質膜１１ａを燃料極１１ｂと、空気極１１ｃとで挟持したものである。燃料極１１ｂは、電解質膜１１ａの一面に一体に形成されたカーボンからなり、空気極１１ｃは、電解質膜１１ａの他面に一体に形成されたカーボンからなる。また、各単セル１０は、隣接する他の単セル１０との間にセパレータ１２を有している。各セパレータ１２の燃料極１１ｂ側には燃料室１２ａが形成されており、燃料室１２ａによって燃料ガスである水素ガスが燃料極１１ｂに供給されるようになっている。他方、各セパレータ１２の空気極１１ｃ側には空気室１２ｂが形成されており、空気室１２ｂによって酸素を含む空気が空気極１１ｃに供給されるようになっている。

そして、この燃料電池スタック１は、図１に示すように、他の構成部品とともに組み付けられて、燃料電池システム１００を構成する。

燃料電池スタック１の燃料室１２ａに設けられた供給口２１ａ及び排出口２１ｂには、次のような各種の構成部品が接続されて、燃料室１２ａ内への水素ガスの供給及び燃料室１２ａからの排気水素ガスの排出を実施することが可能とされている。

供給口２１ａの最も上流側には水素タンク５０があり、水素タンク５０と供給口２１ａとの間には、配管５１が設けられている。配管５１は、水素タンク５０側から、水素元電磁弁６１ａと、水素供給圧レギュレータ６１ｂと、水素供給電磁弁６１ｃとを有している。

排出口２１ｂから接続点Ｂまでには配管５２が設けられ、接続点Ｂからダクト９１までには、配管５３が設けられている。また、接続点Ｂから配管５１の途中の接続点Ａまでには、配管５４が設けられている。

配管５３は、排気水素ガスを排気口２１ｂから排出するための水素排気電磁弁６３を有している。配管５４は、排気水素ガスを供給口２１ａから再供給するための水素循環電磁弁６４を有している。水素タンク５０、配管５１〜５４、水素元電磁弁６１ａ、水素供給圧レギュレータ６１ｂ、水素供給電磁弁６１ｃ、水素排気電磁弁６３及び水素循環電磁弁６４が燃料供給装置である。

また、燃料電池スタック１の上方には、空気を取り入れる空気マニホールド４２が設けられている。この空気マニホールド４２には、フィルタ４１ａを有する空気吸入ファン４１が接続されており、空気室１２ｂ内に空気を供給可能とされている。空気吸入ファン４１及び空気マニホールド４２が空気供給装置である。

また、空気マニホールド４２には、水噴射ノズル９９が配設されている。この水噴射ノズル９９は、配管９８によりレベルゲージ９７ａが内装された水タンク９７と接続されている。配管９８は、フィルタ９８ａ及び水直噴ポンプ８３を有している。水直噴ポンプ８３、配管９８及び水噴射ノズル９９が燃料電池スタック１に水を供給する冷却装置である。

さらに、燃料電池スタック１の下方には、温度センサ９０ａを有する空気排出経路９０と、凝縮器９２と、凝縮器ファン９３と、排出された空気を空気排出経路９０から凝縮器９２まで導くダクト９１とが設けられて、空気室１２ｂ内から空気を排出可能とされている。凝縮器９２は、空気と水とを分離することが可能であり、分離された空気を大気に排出するための配管９４と、フィルタ９４ａと、温度センサ９４ｂとを有しているとともに、分離された水を水タンク９７に輸送する配管９６と、水回収ポンプ８２とを有している。

燃料電池スタック１、水素元電磁弁６１ａ、水素供給圧レギュレータ６１ｂ、水素供給電磁弁６１ｃ、水素排気電磁弁６３及び水素循環電磁弁６４は、制御装置４と電気的に接続されて制御可能とされている。また、空気吸入ファン４１、レベルゲージ９７ａ、水直噴ポンプ８３、温度センサ９０ａ、凝縮器ファン９３その他の構成部品も、制御装置４と電気的に接続されて制御可能とされている。

次に、蓄電装置２、負荷装置３及び制御装置４について説明する。

蓄電装置２は、図１に示すように、燃料電池スタック１と並列に接続され、燃料電池スタック１から出力された電力を蓄えるものである。蓄電装置２としては、キャパシタや二次電池等の一般的な蓄電手段を採用することができる。

負荷装置３は、燃料電池スタック１及び蓄電装置２とそれぞれ接続され、少なくとも一方からの電力により駆動されるものである。負荷装置３は、インバータ（図示しない）及び電動モータ（図示しない）を有し、燃料電池システム１００が搭載される自動車を走行させることが可能とされている。

制御装置４は、燃料電池スタック１に供給する燃料量及び空気量を制御し、燃料電池スタック１との接続を蓄電装置２又は負荷装置３に切り換えると共に燃料電池スタック１の電流値を制御するものである。

具体的には、空気吸入ファン４１及び水直噴ポンプ８３は制御装置４に接続されている。また、燃料電池スタック１の燃料極１１ｂ側の端子１ａには、制御装置４の一部を構成するリレー４５ａ、４５ｄ、ダイオード４５ｂ及びＩＰＭ（Intelligent Power Module）４５ｃが接続されている。

リレー４５ａ、４５ｄの連携動作によって、燃料電池スタック１との接続を蓄電装置２又は負荷装置３に切り換えたり、燃料電池スタック１と蓄電装置２及び負荷装置３との接続を切り離したりすることが可能とされている。また、ダイオード４５ｂによって、蓄電装置２から燃料電池スタック１への電流を遮断するようになっている。さらに、ＩＰＭ４５ｃによって、燃料電池スタック１と蓄電装置２との電力供給の分担を状況に応じて調整し、燃料電池スタック１の電流値を制御することが可能とされている。

また、制御装置４は、図３の第１検知処理ルーチンＳ１０１、Ｓ１０２のプログラムに示すように、経過時間算出手段Ｓ１０１及び時間比較手段Ｓ１０２を有する。また、制御装置４は、図４の第２検知処理ルーチンＳ２０１〜Ｓ２０９のプログラムに示すように、電圧検出手段Ｓ２０４、電流値検出手段Ｓ２０５、ＩＶ特性検出手段Ｓ２０６及びＩＶ特性比較手段Ｓ２０７を有する。

さらに、制御装置４は、図５のドライアップ対策ルーチンＳ３０１〜Ｓ３１０のプログラムに示すように、電流制御手段Ｓ３０２〜Ｓ３０７を有する。

このような構成である実施例１の燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１の発電時に、図２に示すように、水素ガス等の燃料が各単セル１０の燃料室１２ａに供給され、それと同時に各単セル１０の空気室１２ｂに酸素を含む空気が供給される。これにより、各単セル１０では、燃料極１１ｂと空気極１１ｃとの間で燃料と酸素とが反応する。具体的には、燃料極１１ｂで得られた水素イオンがプロトン（Ｈ ₃ Ｏ ⁺ ）の形態で水分を含んだ電解質膜１１ａ中を空気極１１ｃ側に移動し、空気極１１ｃで空気中の酸素と反応し、水を生成する。一方、燃料極１１ｂで得られた電子は負荷装置３を通って空気極１１ｃ側に移動する。こうした一連の電気化学反応の結果、各単セル１０において、電力が出力される。その結果、単セル１０が複数積層された燃料電池スタック１は、全体として大きな電力を出力することが可能となっている。

この間、図１に示すように、配管５１、５２、５３、５４、水素元電磁弁６１ａ、水素供給レギュレータ６１ｂ、水素供給電磁弁６１ｃ、水素排気電磁弁６３及び水素循環電磁弁６４によって、水素タンク５１から水素ガスが供給口２１ａに供給されたり、排気水素ガスが排出口２１ｂから供給口２１ａに再供給されたりする。また、配管５２、５３と、水素排気電磁弁６３とによって、排気水素ガス及び電気化学反応により生成された生成水が燃料室１２ａの排出口２１ｂから間欠的にダクト９１を経て凝縮器９２に移送されたりして、電気化学反応を連続的に生じさせる。

また、水タンク９７の水が水直噴ポンプ８３により圧送されて、水噴射ノズル９９から空気マニホールド４２内に噴射される。これにより、空気極１１ｃ及び電解質膜１１ａの乾燥が抑制され、適度な湿潤状態とされるとともに、燃料電池スタック１が冷却される。さらに、燃料電池スタック１の空気室１２ｂから排出された水を含む空気は、空気排出経路９０からダクト９１を経て凝縮器９２に移送される。そして、凝縮器９２により分離された空気は、配管９４から大気に排出され、分離された水は、水回収ポンプ８２により水タンク９７に回収される。なお、ダクト９１を経て凝縮器９２に移送された排気水素ガス及び生成水も、同様にして、水素と水とに分離され、水素は空気とともに大気に排出され、水は水タンク９７に回収される。

このように動作する燃料電池システム１００において、制御装置４は、燃料電池スタック１の発電時に、まず、図３に示す第１検知処理ルーチンＳ１０１、Ｓ１０２を実施する。まず、ステップＳ１０１において、最終起動日時が記憶手段から読み出される。そして、ステップＳ１０２において、最終起動日時と現在の起動日時とが比較され、これらの差が３日を越えているか否かが判断される。ステップＳ１０２において、ＮＯであれば、燃料電池スタック１がドライアップ状態にあることはまずあり得ないため、検知処理が終了する。一方、ステップＳ１０２において、ＹＥＳであれば、図４の第２検知処理ルーチンＳ２０１〜Ｓ２０９に進む。そして、制御装置４は、燃料電池スタック１がドライアップであると判定した場合に警告信号を発する。

この第２検知処理ルーチンＳ２０１〜Ｓ２０９が実行されると、ステップＳ２０１、Ｓ２０２において、初期設定がなされる。ステップＳ２０１では、検知処理実施回数ｍが０とされる。ステップＳ２０２では、燃料電池スタック１の電圧である測定電圧Ｖｓ（０）が検出され、記憶手段に記憶される。次に、ステップＳ２０３では、燃料電池スタック１の電流値Ｉｓ（０）が検出され、記憶手段に記憶される。

そして、ステップＳ２０４〜Ｓ２０９において、ドライアップの検知処理が繰り返される。ステップＳ２０４では、前回計測から一定時間経過後に測定電圧Ｖｓ（ｍ）が検出され、記憶手段に記憶される。ステップＳ２０５では、前回計測から一定時間経過後に燃料電池スタック１の電流値Ｉｓ（ｍ）が検出され、記憶手段に記憶される。

ステップＳ２０６では、測定電圧Ｖｓ（ｍ）及び電流値Ｉｓ（ｍ）から、ある電流密度ｉｘ（例えば０．５Ａ／ｃｍ²）における測定ＩＶ特性Ｐ（ｍ）を導く。そして、ステップＳ２０７では、測定ＩＶ特性Ｐ（ｍ）と予め設定した基準ＩＶ特性Ｇｓとが比較される。ここで、測定ＩＶ特性Ｐ（ｍ）と基準ＩＶ特性Ｇｓとの電圧差が予め設定した規定電圧以上の場合、ドライアップを生じていると判断され、ステップＳ２０８に進んで警告信号を発する。他方、その電圧差が規定電圧未満の場合、ドライアップを生じていないと判断され、ステップＳ２０９に進んで検知処理実施回数ｍが１つ加算され、Ｓ２０４から再び、検知処理を繰り返すこととなる。

そして、ステップＳ２０８において、警告信号が発生された後、燃料電池システム１００は、所定の回復動作である図５に示すドライアップ対策ルーチンＳ３０１〜Ｓ３１０に移行することとなる。

制御装置４は、ドライアップ対策ルーチンＳ３０１〜Ｓ３１０に移行した後、下記の通り、燃料電池システム１００の回復動作を実施する。

ステップＳ３０１では、車両に予め出力制限を通知する。次いで、ステップＳ３０２では、ＩＰＭ４５ｃをオフし、燃料電池スタック１を蓄電装置２及び負荷装置３と切り離す。そして、ステップＳ３０３では、蓄電装置２で車両を走行させる。この後、ステップＳ３０４では、蓄電装置２の電圧を検知する。

ステップＳ３０５では、蓄電装置２の電圧が規定電圧未満に下がったか否かを判断する。ここで、ＹＥＳであれば、ステップＳ３０６に進み、ＮＯであれば、ステップＳ３０３に戻って蓄電装置２の電力を負荷装置３によって消費する。

ステップＳ３０６では、測定電圧Ｖｓ（ｍ）が規定電圧を超えているか否かを判断する。ここで、ＹＥＳであれば、ステップＳ３０７において、ＩＰＭ４５ｃによりＰＷＭ制御を行い、蓄電装置２に流す燃料電池スタック１の電流値を徐々に増加させる。この場合、燃料電池スタック１の反応熱の急激な増加を抑制しつつ、燃料電池スタック１の反応により生成される生成水を多くすることができる。このため、この燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１の温度が上昇して異常温度となる事態を防止することができる。一方、ＮＯであれば、ステップＳ３０８において、ＩＰＭ４５ｃを通常のようにＯＮする。こうして、燃料電池スタック１は蓄電装置２に対して大電流で発電し、生成水が多くなって湿潤し、ドライアップが解消される。

そして、ステップＳ３０７、Ｓ３０８の後、ステップＳ３０９において、温度センサ９０ａによって排気温度を検知する。ステップＳ３１０では、排気温度が規定温度（例えば、６０°Ｃ）を超えているか否かを判断する。ここで、排気温度が規定温度未満である場合には、燃料電池スタック１の温度が高くなるほど多くの生成水が発生するように電流値を増加させるため、図４に示すステップＳ２０９に戻り、第２検知処理を実行する。一方、ここで、排気温度が規定温度を超えている場合には、電流値の増加を停止させるため、ドライアップ対策を終了する。こうして、ドライアップを抑制するために必要十分な生成水を生じさせ、過剰な生成水によってフラッディングが生じないようにする。

このような手順により、実施例１の燃料電池システム１００は、ドライアップの抑制並びにそれに起因する性能低下及び耐久性劣化を抑制することができる。

次に、上述した実施例１の燃料電池システム１００を自動車に搭載した状態で、確認試験を実施した。測定結果を図６に示す。図６は、測定電圧Ｖｓ（ｍ）及び電流値Ｉｓ（ｍ）から導いた測定ＩＶ特性Ｐ（ｍ）（Ｐ（ｍ）は、曲線Ｇｃ上の点）と予め設定した基準ＩＶ特性Ｇｓ（Ｇｓは曲線）とを比較するものである。なお、基準ＩＶ特性Ｇｓは、燃料電池スタック１の性能試験によって計測されたデータに基づいて、予め設定される。また、曲線Ｇｃは、燃料電池スタック１がドライアップとなった場合のＩ−Ｖ特性の一例である。図６より、ある電流密度ｉｘにおいては、測定ＩＶ特性Ｐ（ｍ）と基準ＩＶ特性Ｇｓとの電位差が大きく、ドライアップの有無を判断できることがわかる。

したがって、実施例１の燃料電池システムは、燃料電池スタック１にドライアップが生じているかどうかをより正確に判定し、その抑制並びに性能低下及び耐久性劣化を抑制可能であるとともに、ドライアップからのより効果的な復旧が可能であることがわかる。

以上において、本発明を実施例１に即して説明したが、本発明は上記実施例１に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。

本発明は燃料電池システムに利用可能である。

実施例１の燃料電池システムに係る模式構成図である。 実施例１の燃料電池システムに係る燃料電池スタックの積層体の模式断面図である。 実施例１の燃料電池システムに係り、燃料電池スタックの第１検知処理ルーチンのフローチャートである。 実施例１の燃料電池システムに係り、燃料電池スタックの第２検知処理ルーチンのフローチャートである。 実施例１の燃料電池システムに係り、燃料電池スタックのドライアップ対策ルーチンのフローチャートである。 実施例１の燃料電池システムに係り、電流（Ａ）と燃料電池スタックの測定電圧（Ｖ）との関係を示すグラフである。

符号の説明

１…燃料電池（燃料電池スタック）
２…蓄電装置
３…負荷装置
４…制御装置
１００…燃料電池システム
Ｓ１０１…経過時間算出手段
Ｓ１０２…時間比較手段
Ｓ３０２〜Ｓ３０８…電流制御手段
Ｓ２０４…電圧検出手段
測定電圧…Ｖｓ（ｍ）
Ｓ２０５…電流値検出手段
Ｓ２０６…ＩＶ特性検出手段
Ｓ２０７…ＩＶ特性比較手段

Claims (7)

1. 燃料と空気とを反応させて電力を出力する燃料電池と、
   該燃料電池と並列に接続され、該燃料電池から出力された電力を蓄える蓄電装置と、
   該燃料電池及び該蓄電装置とそれぞれ接続され、少なくとも一方からの電力により駆動される負荷装置と、
   該燃料電池との接続を該蓄電装置又は該負荷装置に切り換えると共に該燃料電池の電流値を制御する制御装置とを備えた燃料電池システムにおいて、
   前記制御装置は、システム停止時からの経過時間を算出する経過時間算出手段と、
   該経過時間と予め設定した基準時間とを比較する時間比較手段と、
   前記燃料電池の温度を検出する温度検出手段と、
   該経過時間が該基準時間よりも長い場合、前記燃料電池の反応により生成される生成水が多くなるように電流値を増加させるとともに、該燃料電池の温度が高くなるほど多くの生成水が発生するように電流値を増加させ、該燃料電池の温度が予め設定した基準温度以上の場合、電流値の増加を停止させる電流制御手段とを有することを特徴とする燃料電池システム。
2. 燃料と空気とを反応させて電力を出力する燃料電池と、
   該燃料電池と並列に接続され、該燃料電池から出力された電力を蓄える蓄電装置と、
   該燃料電池及び該蓄電装置とそれぞれ接続され、少なくとも一方からの電力により駆動される負荷装置と、
   該燃料電池との接続を該蓄電装置又は該負荷装置に切り換えると共に該燃料電池の電流値を制御する制御装置とを備えた燃料電池システムにおいて、
   前記制御装置は、一定時間毎に前記燃料電池の電圧である測定電圧を検出する電圧検出手段と、
   一定時間毎に前記燃料電池の電流値を検出する電流値検出手段と、
   該測定電圧及び電流値から測定ＩＶ特性を導くＩＶ特性検出手段と、
   該測定ＩＶ特性と予め設定した基準ＩＶ特性とを比較するＩＶ特性比較手段と、
   前記燃料電池の温度を検出する温度検出手段と、
   該測定ＩＶ特性と該基準ＩＶ特性との電圧差が予め設定した規定電圧以上の場合、該燃料電池の反応により生成される生成水が多くなるように電流値を増加させるとともに、該燃料電池の温度が高くなるほど多くの生成水が発生するように電流値を増加させ、該燃料電池の温度が予め設定した基準温度以上の場合、電流値の増加を停止させる電流制御手段とを有することを特徴とする燃料電池システム。
3. 前記電流制御手段は、前記蓄電装置と前記負荷装置との接続を行い、前記燃料電池が生成水により湿潤となった後に該燃料電池と該負荷装置との接続を行う請求項１又は２記載の燃料電池システム。
4. 前記電流制御手段は、前記燃料電池の電流値を徐々に増加させる請求項１乃至３のいずれか１項記載の燃料電池システム。
5. 前記温度検出手段は、前記燃料電池の排気温度に基づいて該燃料電池の温度を検出するものである請求項１乃至４のいずれか１項記載の燃料電池システム。
6. 前記ＩＶ特性比較手段は、電流密度が０．３Ａ／ｃｍ²以上のときの前記測定ＩＶ特性と前記基準ＩＶ特性との電圧差を比較する請求項２記載の燃料電池システム。
7. 前記ＩＶ特性比較手段は、電流密度が０．５Ａ／ｃｍ²以上のときの前記測定ＩＶ特性と前記基準ＩＶ特性との電圧差を比較する請求項２記載の燃料電池システム。

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