JP2009059610A - 燃料電池システム、および、電気自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池の触媒被毒を低減する技術を提供すること。
【解決手段】燃料電池システムであって、１つ以上の燃料電池からそれぞれ成る複数の燃料電池グループと、燃料電池グループが発電した電力を充電して蓄えるための蓄電部と、複数の燃料電池グループのうちの１つの燃料電池グループにおいて、各燃料電池セルの触媒被毒を低減させるために必要な必要電力量Ｐｒと、燃料電池システムに要求される発電要求電力量Ｐｅと、蓄電部の蓄電可能電力量Ｐｋとが、下記式（１）を満たす場合に、その燃料電池グループに対して、その燃料電池グループの総発電量が必要電力量Ｐｒ以上となるように運転制御する触媒被毒低減処理を行う制御部と、を備える。
Ｐｒ＜Ｐｋ＋Ｐｅ・・・（１）
【選択図】図４

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

従来、電解質膜上に触媒電極層が形成された膜電極接合体（以下では、「ＭＥＡ」（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）とも呼ぶ）を備えた燃料電池が知られている。

特開２００５−３４６９７９号公報 特開２００５−２６５６９２号公報 特開２００５−１４９７４１号公報

ところで、上記燃料電池を、例えば、低電圧で長時間稼動させたりした場合等に、触媒電極層が被毒されるおそれがあった。このように、触媒電極層が被毒されると、燃料電池の発電効率が低下するおそれがあった。なお、以下では、触媒電極層が被毒されることを、単に「触媒被毒」とも呼ぶ。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、燃料電池の触媒被毒を低減する技術を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

[適用例１]
燃料電池システムであって、１つ以上の燃料電池からそれぞれ成る複数の燃料電池グループと、前記燃料電池グループが発電した電力を充電して蓄えるための蓄電部と、前記複数の燃料電池グループのうちの１つの前記燃料電池グループにおいて、各燃料電池セルの触媒被毒を低減させるために必要な必要電力量Ｐｒと、前記燃料電池システムに要求される発電要求電力量Ｐｅと、前記蓄電部の蓄電可能電力量Ｐｋとが、下記式（１）を満たす場合に、その燃料電池グループに対して、その燃料電池グループの総発電量が前記必要電力量Ｐｒ以上となるように運転制御する触媒被毒低減処理を行う制御部と、を備えることを要旨とする。
Ｐｒ＜Ｐｋ＋Ｐｅ・・・（１）

上記構成の燃料電池システムによれば、燃料電池グループにおいて、触媒被毒を低減することができる。

[適用例２]適用例１に記載の燃料電池システムにおいて、前記複数の燃料電池グループは、所定数の燃料電池セルをそれぞれ備えることを特徴とする燃料電池システム。

このようにすれば、燃料電池グループにおいて、所定数の燃料電池セルの触媒被毒を低減することができる。

[適用例３]適用例１または適用例２に記載の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記燃料電池システムの起動処理時または前記燃料電池システムの停止処理時において、前記触媒被毒低減処理を行うことを特徴とする燃料電池システム。

このようにすれば、触媒被毒低減処理を最後まで実行することが可能となる。

[適用例４]適用例１ないし適用例３のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、各燃料電池グループについて、順番に前記触媒被毒低減処理を行うことを特徴とする燃料電池システム。

このようにすれば、すべての燃料電池グループにおいて、燃料電池セルの触媒被毒を低減することができる。

[適用例５]適用例１ないし適用例４のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、前記蓄電部の定格容量に基づく電力量は、前記１つの燃料電池グループの必要電力量Ｐｒ以上であることを特徴とする燃料電池システム。

このようにすれば、蓄電可能電力量Ｐｋが足りなくなることを抑制することができる。

[適用例６]適用例１ないし適用例５のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記触媒被毒低減処理中において、発電要求電力量Ｐｅが、前記蓄電部の残存容量に基づく電力量と必要電力量Ｐｒとの和より大きくなった場合には、前記触媒被毒低減処理を停止することを特徴とする燃料電池システム。

このようにすれば、燃料電池システムにおいて、発電量の不足が生じることを抑制することができる。
[適用例７]
電気自動車であって、
電力供給源として、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の燃料電池システムを備えることを要旨とする。

上記構成の電気自動車によれば、燃料電池システムの燃料電池グループにおいて、触媒被毒を低減することができる。

なお、本発明は、上記した燃料電池システムや電気自動車の他、燃料電池や制御装置などの他の装置発明の態様で実現することも可能である。また、このような装置発明に限られず、燃料電池システムの制御方法や電気自動車の制御方法などの方法発明としての態様で実現することも可能である。さらには、それら方法や装置を構築するためのコンピュータプログラムとしての態様や、そのようなコンピュータプログラムを記録した記録媒体としての態様や、上記コンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号など、種々の態様で実現することも可能である。

また、本発明をコンピュータプログラムまたはそのプログラムを記録した記録媒体等として構成する場合には、上記装置の動作を制御するプログラム全体として構成するものとしてもよいし、本発明の機能を果たす部分のみを構成するものとしてもよい。

以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき次の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ａ１．電気自動車の概要：
図１は、本発明の第１実施例である電気自動車１０００の概略構成を表わすブロック図である。電気自動車１０００は、主に、電源装置１１５と、駆動モータ３００と、減速ギヤ４００と、を備えている。駆動モータ３００は、電気自動車１０００の駆動源であり、同期モータであって、回転磁界を形成するための位相コイルを備えている。この駆動モータ３００は、出力軸３１０に接続されており、動力を出力軸３１０に伝達する。減速ギヤ４００は、出力軸３１０を介して駆動モータ３００から出力される動力を、その回転数を調節した上で車両駆動軸３２０に伝達する。また、電気自動車１０００は、駆動モータ３００などを制御して電気自動車１０００の運転を制御する運転制御回路６００を備えている。運転制御回路６００は、イグニッションキーと接続され、電気自動車１０００の運転者（ユーザ）がイグニッションキーをオン／オフした信号を検出する。

Ａ２．電源装置の構成：
電源装置１１５は、主に、電気自動車１０００における電力供給源としての燃料電池システム１００と、２次電池２０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０と、インバータ３０，４０と、補機５０と、電源制御回路２００と、を備えており、駆動モータ３００と、電源装置１１５内の補機５０と、２次電池２０とに電力を供給するための装置である。以下では、駆動モータ３００、補機５０、および、２次電池２０を「負荷」とも呼ぶ。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１０と、２次電池２０と、インバータ３０と、インバータ４０とは、配線７０を介して、並列に接続されている。また、燃料電池システム１００は、後述する配線１６０を介してＤＣ／ＤＣコンバータ１０と接続されている。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０へ電流が逆流しないように、配線７０上に、ダイオードを設けるようにしてもよい。

インバータ３０は、補機５０と接続されており、直流電流を交流電流に変換して、補機５０に供給すると共に、補機５０に対する制御を行う。補機５０としては、後述する燃料電池システムにおいて発電を行うために用いる補機類（以下では、燃料電池補機とも呼ぶ）や、電気自動車１０００の駆動中に用いる補機類（以下では、自動車補機とも呼ぶ）などが挙げられる。燃料電池補機としては、後述の燃料電池システム１００におけるブロワ１１０、水素循環ポンプ１４０や、冷媒循環ポンプ（図示せず）などが含まれ、自動車補機としては、エアコン（図示せず）などが含まれる。なお、このように、補機５０には、燃料電池補機も含まれるが、図１では、燃料電池システム１００の外側に示している。

インバータ４０は、駆動モータ３００と接続されており、直流電流を交流電流に変換して駆動モータ３００に供給すると共に、駆動モータ３００の速度調整やトルク制御などを行う。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、配線７０における電圧を調節すると共に、後述する燃料電池システム１００の燃料電池からの出力電圧を調節して燃料電池の発電量を制御する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、スイッチ（図示せず）を備え、そのスイッチをオン／オフすることにより、燃料電池システム１００（各燃料電池）との電気的接続を解除することも可能である。

２次電池２０としては、鉛蓄電池や、ニッケル−カドミウム蓄電池、ニッケル−水素蓄電池、リチウム２次電池など種々の２次電池を用いることができる。この２次電池２０は、燃料電池システム１００の各燃料電池が定常状態で発電を行う場合や、燃料電池システム１００の始動処理時（暖気運転時など）や、燃料電池システム１００の停止処理時（掃気処理時など）等に、各負荷に対して電力を補う。

また、２次電池２０には、蓄電可能な電力量（以下では、蓄電可能電力量Ｐｋとも呼ぶ）を検出するための蓄電可能量モニタ２７が併設されている。本実施例では、蓄電可能量モニタ２７は、２次電池２０における充電・放電の電流値と時間とを積算して２次電池２０の残存容量（ＳＯＣ）を検出し、２次電池２０の定格容量からその残存容量（ＳＯＣ）を引いた容量に基づいて、蓄電可能電力量Ｐｋを検出する。なお、この２次電池２０は、後述の燃料電池システム１００に含まれていてもよい。

Ａ３．燃料電池システムの構成：
図２は、本実施例における燃料電池システム１００の概略構成を表わす説明図である。燃料電池システム１００は、４つの燃料電池Ｆｃ（Ｎ）{Ｎ＝１，２，３，４}と、燃料ガスとしての水素を貯蔵する水素タンク１２０と、酸化ガスとしての空気を供給するためのブロワ１１０と、空気給排流路１１２と、水素給排流路１２２と、水素遮断弁１３０と、水素循環ポンプ１４０と、パージ弁１５０と、を備えている。本実施例では、燃料電池Ｆｃ（Ｎ）として、固体高分子型燃料電池を用いている。なお、ブロワ１１０及び水素循環ポンプ１４０は、上述のように、燃料電池補機である。

各燃料電池Ｆｃ（Ｎ）は、図２に示すように、複数の単セルＳＬと、２つのターミナルＴＭと、２つのインシュレータＩＳと、２つのエンドプレートＥＰと、を備えている。この燃料電池Ｆｃ（Ｎ）は、端から順に、エンドプレートＥＰ、インシュレータＩＳ、ターミナルＴＭ、複数の単セルＳＬ、ターミナルＴＭ、インシュレータＩＳ、及び、エンドプレートＥＰの順に積層して構成され、これらが所定の締結力で締結される。また、単セルＳＬは、電解質膜（図示せず）を、触媒電極層（アノードまたはカソード、図示せず）およびガス拡散層（図示せず）で挟持し、さらに、その積層体をセパレータ（図示せず）で挟持して構成される。電解質膜は、例えば、フッ素系樹脂や炭化水素系樹脂で構成される。また、触媒電極層は、例えば、触媒としての白金（Ｐｔ）を、カーボン粒子に担持した白金担持カーボンと、電解質から成る。ガス拡散層は、例えば、カーボンペーパから成り、セパレータは、例えば、表面にガス流路としての凹凸を有するカーボン板から成る。

水素タンク１２０が貯蔵する水素は、水素遮断弁１３０が開弁されると、水素給排流路１２２を介して、燃料電池Ｆｃ（４）、燃料電池Ｆｃ（３）、燃料電池Ｆｃ（２）、燃料電池Ｆｃ（１）の順に、それらにそれぞれ供給され、各燃料電池Ｆｃ（Ｎ）の触媒電極層（アノード）で電気化学反応に供される。

パージ弁１５０は、水素給排流路１２２において、燃料電池Ｆｃ（１）より水素の流れ方向の下流に設けられている。さらに、水素給排流路１２２において、燃料電池Ｆｃ（１）とパージ弁１５０との間に、水素循環流路１２４が設けられる。水素循環ポンプ１４０は、その水素循環流路１２４上に、水素循環ポンプ１４０が設けられている。燃料電池Ｆｃ（１）から排出された水素は、水素循環ポンプ１４０によって、水素給排流路１２２、水素循環流路１２４を介して、水素給排流路１２２において燃料電池Ｆｃ（４）と水素遮断弁１３０との間に導入され、再び各燃料電池Ｆｃ（Ｎ）に供給される。なお、燃料電池システム１００において、適宜パージ弁１５０が開放され、各燃料電池Ｆｃ（Ｎ）内の水分やリークガス（窒素等）などを燃料電池システム１００外部に排出する。

ブロワ１１０が取り込んだ圧縮空気は、空気給排流路１１２を介して、燃料電池Ｆｃ（１）、燃料電池Ｆｃ（２）、燃料電池Ｆｃ（３）、燃料電池Ｆｃ（４）の順に、それらにそれぞれ供給され、各燃料電池Ｆｃ（Ｎ）の触媒電極層（カソード）で電気化学反応に供される。燃料電池Ｆｃ（４）から排出された空気は、空気給排流路１１２を介して、燃料電池システム１００の外部に排出される。また、燃料電池システム１００において、水素あるいは空気を加湿する加湿器を、水素給排流路１２２や空気給排流路１１２に設けるようにしても良い。

また、各燃料電池Ｆｃ（Ｎ）は、図２に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０と、配線１６０を介して、並列に接続される。また、配線１６０には、各燃料電池Ｆｃ（Ｎ）とＤＣ／ＤＣコンバータ１０との接続をオン／オフ可能なスイッチ１５５（Ｎ）{Ｎ＝１，２，３，４}が設けられている。具体的には、スイッチ１５５（１）は、燃料電池Ｆｃ（１）とＤＣ／ＤＣコンバータ１０との接続を、スイッチ１５５（２）は、燃料電池Ｆｃ（２）とＤＣ／ＤＣコンバータ１０との接続を、スイッチ１５５（３）は、燃料電池Ｆｃ（３）とＤＣ／ＤＣコンバータ１０との接続を、スイッチ１５５（４）は、燃料電池Ｆｃ（４）とＤＣ／ＤＣコンバータ１０との接続を、それぞれオン／オフするためのスイッチである。

燃料電池システム１００では、冷媒を循環させるための冷媒循環流路（図示せず）と、冷媒を循環させる冷媒循環ポンプ（図示せず）と、各燃料電池Ｆｃ（Ｎ）で暖められた冷媒を冷却するためのラジエタ（図示せず）と、を備えている。

電源装置１１５の電源制御回路２００は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、詳しくは、予め設定された制御プログラムに従って所定の演算などを実行するＣＰＵ（図示せず）と、ＣＰＵで各種演算処理を実行するのに必要な制御プログラムや制御データ等が予め格納されたＲＯＭ（図示せず）と、同じくＣＰＵで各種演算処理をするのに必要な各種データが一時的に読み書きされるＲＡＭ２１０と、各種の信号を入出力する入出力ポート等を備える。この電源制御回路２００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０、２次電池２０、インバータ３０、インバータ４０、ブロワ１１０、水素遮断弁１３０、水素循環ポンプ１４０、パージ弁１５０、および、スイッチ１５５（１）〜（４）などを制御し、電源装置１１５全般の制御を行う。また、電源制御回路２００は、蓄電可能量モニタ２７が出力する信号、あるいは、運転制御回路６００から車両の運転に関して入力される指示信号等を受信する。

また、電源制御回路２００は、ＲＡＭ２１０を備え、燃料電池システム１００の累計運転時間が所定時間（例えば１０００時間、２０００時間、３０００時間というような１０００時間ごとに設定される時間）以上となった場合に、リフレッシュ要求フラグを記憶する。

さらに、電源制御回路２００は、電気自動車１０００の起動時に行われる燃料電池システム１００の起動処理において、ＲＡＭ２１０内にリフレッシュ要求フラグが記憶されている場合には、リフレッシュ処理を行う。このリフレッシュ処理は、各燃料電池Ｆｃ（Ｎ）のうちの一つの燃料電池Ｆｃ（Ｎ）を所定の電力量で発電させることで、その燃料電池Ｆｃ（Ｎ）が備える各単セルＳＬにおいて、触媒電極層の被毒を低減または解消（リフレッシュ）させるための処理である。なお、この所定の電力量、つまり、触媒電極層の被毒を低減または解消させるために必要な電力を、以下では、リフレッシュ必要電力量とも呼ぶ。この場合、燃料電池Ｆｃ（Ｎ）におけるリフレッシュ必要電力量を、Ｐｒ（Ｎ）{Ｎ：１，２，３，４}とする。例えば、燃料電池Ｆｃ（１）におけるリフレッシュ必要電力量は、Ｐｒ（１）である。このリフレッシュ必要電力量Ｐｒ（Ｎ）は、各燃料電池Ｆｃ（Ｎ）ごとの具体的な設計等に基づいて予め決められており、電源制御回路２００のＲＡＭ２１０にそれぞれ記憶されている。

なお、触媒電極層に触媒として白金（Ｐｔ）を用いた場合において、触媒（白金）が被毒する過程の例を次の式（１）に示す。
Ｐｔ＋２Ｈ₂Ｏ→Ｐｔ（ＯＨ）₂＋２Ｈ⁺＋２ｅ^-・・・・（１）

また、２次電池２０は、その定格容量に基づく定格蓄電電力量が、各燃料電池Ｆｃ（Ｎ）のリフレッシュ必要電力量Ｐｒ（Ｎ）より大きいものを用いている。

Ａ４．燃料電池システム起動処理：
図３は、燃料電池システム１００の起動処理を示すフローチャートである。ユーザがイグニッションキー（図示せず）をオンにすると、運転制御回路６００から電源制御回路２００に駆動信号が送信される。電源制御回路２００は、その駆動信号を受信すると、図３に示す、燃料電池システム１００の起動処理を行う。この燃料電池システム１００の起動処理は、上記駆動信号を受信してから、通常運転モードに移行するまでの間の処理である。この通常運転モードについての詳細は、後述する。

まず、燃料電池システム１００の起動処理では、電源制御回路２００は、ブロワ１１０や水素循環ポンプ１４０や冷媒循環ポンプなどの燃料電池補機を作動し、また、水素遮断弁１３０を開弁する（ステップＳ５０）。これにより、各燃料電池Ｆｃ（Ｎ）に反応ガス（空気及び水素）が流通する。

続いて、電源制御回路２００は、ＲＡＭ２１０にリフレッシュ要求フラグが記憶されていると（ステップＳ７０：Ｙｅｓ）、各燃料電池Ｆｃ（Ｎ）の各単セルＳＬで触媒被毒が進行していると判断し、下記に示すリフレッシュ処理を行う（ステップＳ１００）。

図４は、リフレッシュ処理を示すフローチャートである。このリフレッシュ処理において、電源制御回路２００は、まず、変数ｎに１を代入する（ステップＳ１２０）。

続いて、電源制御回路２００は、燃料電池システム１００に要求される発電要求電力量Ｐｅを検出する（ステップＳ１３０）。具体的には、電源制御回路２００は、電気自動車１０００の車速センサから車速を、アクセル開度センサからアクセル開度を検出し、それらに基づき、駆動モータ３００で要求される電力（以下では、駆動モータ要求電力Ｐｅ１とも呼ぶ）を検出する。また、電源制御回路２００は、その駆動モータ要求電力Ｐｅ１等に基づいて、補機５０で要求される電力（以下では、補機要求電力Ｐｅ２とも呼ぶ）を検出する。そして、電源制御回路２００は、駆動モータ要求電力Ｐｅ１と補機要求電力Ｐｅ２との和を発電要求電力量Ｐｅとして検出する。なお、ユーザによりアクセルが踏まれていない場合には、駆動モータ要求電力Ｐｅ１は、生じない。

続いて、電源制御回路２００は、蓄電可能量モニタ２７から蓄電可能電力量Ｐｋを検出する（ステップＳ１４０）。また、電源制御回路２００は、ＲＡＭ２１０からリフレッシュ必要電力量Ｐｒ（ｎ）を読み込む（ステップＳ１５０）。この場合、ｎ＝１であると、電源制御回路２００は、リフレッシュ必要電力量Ｐｒ（１）を読み込む。

次に、電源制御回路２００は、リフレッシュ必要電力量Ｐｒ（ｎ）が、発電要求電力量Ｐｅと蓄電可能電力量Ｐｋとの和より小さいか否かを判断する（ステップＳ１６０）。

電源制御回路２００は、リフレッシュ必要電力量Ｐｒ（ｎ）が、発電要求電力量Ｐｅと蓄電可能電力量Ｐｋとの和より小さい場合（ステップＳ１６０：Ｙｅｓ）には、燃料電池Ｆｃ（ｎ）における触媒電極層の被毒を低減または解消させるため、燃料電池Ｆｃ（ｎ）のみをリフレッシュ必要電力量Ｐｒ（ｎ）で運転制御する（ステップＳ１７０）。

具体的には、電源制御回路２００は、まず、スイッチ１５５（ｎ）以外のスイッチ１５５（Ｎ）をオフにし、スイッチ１５５（ｎ）のみをオンにして、燃料電池Ｆｃ（ｎ）のみＤＣ／ＤＣコンバータ１０と接続されるようにする。次に、電源制御回路２００は、リフレッシュ必要電力量Ｐｒ（ｎ）に対応させて、燃料電池補機（補機５０）を制御する。また、電源制御回路２００は、燃料電池Ｆｃ（ｎ）の出力電力−出力電流特性（Ｐ−Ｉ特性）に基づいて、リフレッシュ必要電力量Ｐｒ（ｎ）から燃料電池Ｆｃ（ｎ）に出力させる電流Ｉｎを定め、さらに、燃料電池Ｆｃ（ｎ）の出力電圧−出力電流特性（Ｖ−Ｉ特性）に基づいて、電流Ｉｎから燃料電池Ｆｃ（ｎ）に出力させる電圧Ｖｎを定める。そして、電源制御回路２００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０に、燃料電池Ｆｃ（ｎ）の出力電圧が電圧Ｖｎとなるように制御させる。これにより、燃料電池Ｆｃ（ｎ）は、リフレッシュ必要電力量Ｐｒ（ｎ）で発電される。なお、燃料電池の出力電圧は、燃料電池の内部温度によっても変化するので、上記のＶ−Ｉ特性は、燃料電池Ｆｃ（ｎ）の内部温度を考慮することが望ましい。

なお、触媒電極層に触媒として白金（Ｐｔ）を用いた場合において、リフレッシュ必要電力量Ｐｒ（ｎ）で発電することにより、触媒（白金）の被毒が、低減または解消される過程の例を次の式（２）に示す。
Ｐｔ（ＯＨ）₂＋２Ｈ⁺＋２ｅ^-→Ｐｔ＋２Ｈ₂Ｏ・・・・（２）

電源制御回路２００は、そのまま所定時間、燃料電池Ｆｃ（ｎ）をリフレッシュ必要電力量Ｐｒ（ｎ）で運転制御し（ステップＳ１８０：Ｎｏ）、燃料電池Ｆｃ（ｎ）の運転制御開始から所定時間経過すると（ステップＳ１８０：Ｙｅｓ）、次に、変数ｎが４か否かを判断する（ステップＳ１９０）。

電源制御回路２００は、変数ｎが４でない場合（ステップＳ１９０：Ｎｏ）には、変数ｎに１を足したものを新たな変数ｎとして（ステップＳ２００）、ステップ１３０の処理にリターンする。

電源制御回路２００は、変数ｎが４の場合（ステップＳ１９０：Ｙｅｓ）には、すべての燃料電池Ｆｃ（ｎ）に対して、リフレッシュ必要電力量Ｐｒ（ｎ）で運転制御するか否かの検証が終わったと判断し、このリフレッシュ処理を終了する。

一方、電源制御回路２００は、リフレッシュ必要電力量Ｐｒ（ｎ）が、発電要求電力量Ｐｅと蓄電可能電力量Ｐｋとの和以上の場合（ステップＳ１６０：Ｎｏ）には、燃料電池Ｆｃ（ｎ）をリフレッシュ必要電力量Ｐｒ（ｎ）で発電させることができないので、次に、変数ｎが４か否かを判断する（ステップＳ２１０）。

電源制御回路２００は、変数ｎが４でない場合（ステップＳ２１０：Ｎｏ）には、変数ｎに１を足したものを新たな変数ｎとして（ステップＳ２２０）、ステップ１３０の処理にリターンする。

電源制御回路２００は、変数ｎが４の場合（ステップＳ２１０：Ｎｏ）には、すべての燃料電池Ｆｃ（ｎ）に対して、リフレッシュ必要電力量Ｐｒ（ｎ）で運転制御するか否かの検証が終わったと判断し、このリフレッシュ処理を終了する。また、この際、電源制御回路２００は、ＲＡＭ２１０に記憶してあるリフレッシュ要求フラグを消去する。

電源制御回路２００は、リフレッシュ処理（ステップＳ１００）が終了すると、燃料電池システム１００の起動処理を終了し、通常運転モードに移行する。具体的には、電源制御回路２００は、リフレッシュ処理が終了すると、発電要求電力量Ｐｅを検出すると共に、スイッチ１５５（１）〜スイッチ１５５（４）をすべてオンにして、各燃料電池Ｆｃ（ｎ）とＤＣ／ＤＣコンバータ１０とをそれぞれ接続する。そして、電源制御回路２００は、各燃料電池Ｆｃ（ｎ）の総発電電力量が発電要求電力量Ｐｅとなるように、各燃料電池Ｆｃ（ｎ）の電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ１０に制御させる。すなわち、通常運転モードは、４つの燃料電池、燃料電池Ｆｃ（１）〜燃料電池Ｆｃ（４）で発電させるモードである。

一方、電源制御回路２００は、燃料電池システム１００の起動処理において、ＲＡＭ２１０にリフレッシュ要求フラグが記憶されていない場合（ステップＳ７０：Ｎｏ）、リフレッシュ処理は必要ないと判断し、リフレッシュ処理を行わず通常運転モードに移行する。

なお、電源制御回路２００は、上述のステップＳ１３０の処理とは別に、随時、発電要求電力量Ｐｅ及び蓄電可能電力量Ｐｋ（または、残存容量（ＳＯＣ））を検出しており、発電要求電力量Ｐｅが大きくなり、リフレッシュ必要電力量Ｐｒ（ｎ）と２次電池２０の残存容量（ＳＯＣ）との和よりも、発電要求電力量Ｐｅの方が大きくなった場合には、発電量不足と判断し、割り込み処理として、このリフレッシュ処理を停止し、通常運転モードに移行する。また、電源制御回路２００は、ステップＳ１７０の処理で、燃料電池Ｆｃ（ｎ）をリフレッシュ必要電力量Ｐｒ（ｎ）で運転制御中、発電要求電力量Ｐｅが小さくなり、蓄電により蓄電可能電力量Ｐｋがある閾値まで小さくなると、割り込み処理として、このリフレッシュ処理を停止し、通常運転モードに移行する。

以上のように、本実施例の燃料電池システム１００では、複数の燃料電池を備えており、リフレッシュ処理において、そのうちの一つの燃料電池Ｆｃ（Ｎ）のみに、発電させるようにしている。このようにすれば、その燃料電池Ｆｃ（Ｎ）において、リフレッシュ必要電力量Ｐｒ（Ｎ）で発電しても、２次電池２０の蓄電可能電力量Ｐｋが足りなくなることを抑制することができる。そして、リフレッシュ処理で、燃料電池Ｆｃ（Ｎ）を、リフレッシュ必要電力量Ｐｒ（Ｎ）で発電するようにしているで、その燃料電池Ｆｃ（Ｎ）の各単セルＳＬにおいて触媒被毒を低減または解消することができる。

また、本実施例の燃料電池システム１００では、リフレッシュ処理（図４）を燃料電池システム１００の起動処理時（すなわち、電気自動車１０００の起動時）に行うようにしている。この起動処理時には、発電要求電力量Ｐｅが小さいと考えられるので、発電要求電力量Ｐｅから蓄電可能電力量Ｐｋを引いた値が、リフレッシュ必要電力量Ｐｒ（Ｎ）より多くなる場合が少ないと考えられる。従って、リフレッシュ処理を最後まで続けることが可能となる。また、起動処理時において、電気自動車１０００の走行に必要な電力を事前に２次電池２０に蓄えることができる。

本実施例の燃料電池システム１００では、燃料電池システム１００の累計運転時間が所定時間となった場合に、リフレッシュ処理を行うようにしている。このようにすれば、定期的に各燃料電池Ｆｃ（Ｎ）の各単セルＳＬにおいて、触媒被毒を低減または解消することができる。その結果、燃料電池システム１００の効率的な運転を行うことができる。

さらに、２次電池２０は、定格容量に基づく定格蓄電電力量が、各燃料電池Ｆｃ（Ｎ）のリフレッシュ必要電力量Ｐｒ（Ｎ）より大きいものを用いているので、リフレッシュ処理（図４）において、蓄電可能電力量Ｐｋが足りなくなることを抑制することができる。

なお、燃料電池システム１００は、請求項における燃料電池システムに該当し、単セルＳＬは、請求項における燃料電池セルに該当し、各燃料電池Ｆｃ（Ｎ）は、請求項における燃料電池グループに該当し、２次電池２０は、請求項における蓄電部に該当し、電源制御回路２００は、請求項における制御部に該当し、リフレッシュ処理（図４）は、請求項における触媒被毒低減処理に該当する。

Ｂ．第２実施例：
Ｂ１．燃料電池システムの構成：
第２実施例の燃料電池システム１００Ａは、第１実施例の燃料電池システム１００と同様の構成であり、その構成について同じ符号を用い説明を省略する。第１実施例の燃料電池システム１００は、起動処理時に、リフレッシュ処理（図４）をしていたが、本実施例の燃料電池システム１００Ａは、停止処理時にリフレッシュ処理を行う。

Ｂ２．燃料電池システムの停止処理：
図５は、第２実施例における燃料電池システム停止処理のフローチャートである。ユーザがイグニッションキーをオフにすると、運転制御回路６００から電源制御回路２００に駆動停止信号が送信される。燃料電池システム１００Ａの電源制御回路２００は、その駆動停止信号を受信すると、燃料電池システム１００Ａの停止処理を開始する。電源制御回路２００は、この停止処理において、まず、ＲＡＭ２１０にリフレッシュ要求フラグが記憶されていると（ステップＳ７０：Ｙｅｓ）、各燃料電池Ｆｃ（Ｎ）の各単セルＳＬで触媒被毒が進行していると判断し、上記リフレッシュ処理（図４）を行う（ステップＳ１００）。その後、電源制御回路２００は、掃気処理を行い（ステップＳ５００）、燃料電池補機（補機５０）の作動を停止させ、また、水素遮断弁１３０を閉弁する（ステップＳ６００）ことにより、燃料電池システム１００Ａを停止させて、本処理を終了する。

なお、電源制御回路２００は、燃料電池システム１００Ａの停止処理において、ＲＡＭ２１０にリフレッシュ要求フラグが記憶されていない場合（ステップＳ７０：Ｎｏ）には、リフレッシュ処理（ステップＳ１００）を行わずに、ステップＳ５００の処理に移行する。

以上のように、本実施例の燃料電池システム１００Ａでは、リフレッシュ処理（図４）を燃料電池システム１００の停止処理時に行うようにしている。この停止処理時には、発電要求電力量Ｐｅが小さいと考えられるので、ステップＳ１６０の処理で、発電要求電力量Ｐｅから蓄電可能電力量Ｐｋを引いた値が、リフレッシュ必要電力量Ｐｒ（ｎ）より多くなる場合が少ないと考えられる。従って、リフレッシュ処理を最後まで続けることが可能となる。また、次回に電気自動車１０００の走行に必要な電力を事前に２次電池２０に蓄えることができる。

Ｃ．変形例：
なお、本発明では、上記した実施の形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。

Ｃ１．変形例１：
上記実施例の燃料電池システムでは、各燃料電池Ｆｃ（Ｎ）をＤＣ／ＤＣコンバータ１０に対して並列に接続しているが、本発明はこれに限られるものではなく、直列に接続するようにしてもよい。この場合を、以下に図６を用いて説明する。

図６は、変形例１の燃料電池システム１００Ｂの概略構成を表す説明図である。本変形例の燃料電池システム１００Ｂは、第１実施例の燃料電池システム１００と以下の点で相違する。

すなわち、燃料電池システム１００Ｂでは、各燃料電池Ｆｃ（１），Ｆｃ（２），Ｆｃ（３），Ｆｃ（４）が、この順に配線１６０ａで直列に接続されている。具体的には、配線１６０ａは、各燃料電池Ｆｃ（Ｎ）のターミナルＴＭ同士を接続する。

また、燃料電池システム１００Ｂにおいて、配線１６０には、スイッチ１５５（１）〜１５５（４）の他、各燃料電池Ｆｃ（Ｎ）とＤＣ／ＤＣコンバータ１０との接続をオン／オフ可能なスイッチ１５５ａ（Ｎ）{Ｎ＝１，２，３，４}が設けられている。

ところで、電源制御回路２００は、リフレッシュ処理（図４）において、燃料電池Ｆｃ（ｎ）をリフレッシュ必要電力量Ｐｒ（ｎ）で発電させる場合（ステップＳ１７０）には、スイッチ１５５（ｎ）及びスイッチ１５５ａ（ｎ）をオンにすると共に、他のスイッチ１５５（Ｎ）及びスイッチ１５５ａ（Ｎ）をオフにして、燃料電池Ｆｃ（ｎ）のみＤＣ／ＤＣコンバータ１０と接続させる。例えば、電源制御回路２００は、リフレッシュ処理において、燃料電池Ｆｃ（１）についてリフレッシュ必要電力量Ｐｒ（１）で発電させる場合には、スイッチ１５５（１）及びスイッチ１５５ａ（１）をオンにすると共に、スイッチ１５５（２）〜（４）及びスイッチ１５５ａ（２）〜（４）をオフにして、燃料電池Ｆｃ（１）のみＤＣ／ＤＣコンバータ１０と接続させる。

また、電源制御回路２００は、通常運転モードで、すべての燃料電池Ｆｃ（Ｎ）で発電させる場合には、スイッチ１５５（１）及びスイッチ１５５ａ（４）をオンにすると共に、他のスイッチ１５５及びスイッチ１５５ａをオフにすることで、各燃料電池Ｆｃ（Ｎ）は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０と直列に接続される。

以上のように、各燃料電池Ｆｃ（Ｎ）をＤＣ／ＤＣコンバータ１０に直列に接続した場合であっても、リフレッシュ処理において、スイッチ１５５（Ｎ）及びスイッチ１５５ａ（Ｎ）のオン／オフを切り換えることにより、各燃料電池Ｆｃ（Ｎ）において、リフレッシュ必要電力量Ｐｒ（Ｎ）で発電させることができる。

Ｃ２．変形例２：
図７は、変形例２の燃料電池システムにおける燃料電池Ｆｃａを示す図である。この図７の燃料電池Ｆｃａは、エンドプレートＥＰ及びインシュレータＩＳの図示を省略している。上記実施例の燃料電池システムでは、各燃料電池をそれぞれ異なるユニットで構成し複数の燃料電池グループを形成していたが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、図７に示す燃料電池Ｆｃａのように、ターミナルＴＭａを、４つの領域、すなわち、領域Ｆｃａ（Ｎ）{Ｎ：１，２，３，４}（領域Ｆｃａ（１），領域Ｆｃａ（２），領域Ｆｃａ（３），領域Ｆｃａ（４））に区分する。そして、これら各領域と、各単セルＳＬにおいて、各領域に対応する部分とを合わせた積層体を、それぞれ燃料電池グループとしてもよい。ターミナルＴＭにおいて、各領域Ｆｃａ（Ｎ）は、絶縁領域ＴＭａＺによって互いに絶縁されている。また、各領域Ｆｃａ（Ｎ）には、それぞれ端子ａ１〜ａ４が設けられ、その端子、及び、配線１６０を介してＤＣ／ＤＣコンバータ１０に接続されている。このようにしても、上記実施例の効果を奏することができる。なお、燃料電池Ｆｃａの各単セルＳＬは、内部的に区分されておらず、反応ガスは、内部全体に供給される。

Ｃ３．変形例３：
上記実施例の燃料電池システムでは、リフレッシュ処理（図４）を、燃料電池システムの起動処理時や停止処理時に行うようにしていたが、本発明は、これに限られるものではなく、リフレッシュ処理を種々のタイミングで行うようにしてもよい。例えば、上記燃料電池システムは、リフレッシュ処理を通常運転モードで行うようにしてもよい。この場合、例えば、ＲＡＭ２１０にリフレッシュ要求フラグが記憶されると、直ちにリフレッシュ処理を開始するようにしてもよいし、リフレッシュ要求フラグが記憶された後、発電要求電力量Ｐｅがリフレッシュ処理に適した値となった場合に、リフレッシュ処理を開始するようにしてもよい。また、上記燃料電池システムは、リフレッシュ処理を燃料電池システムの停止時（間欠運転中を含む）に行うようにしてもよい。このようにしても上記実施例と同様の効果を奏することができる。

Ｃ４．変形例４：
上記実施例の燃料電池システムにおいて、電源制御回路２００は、燃料電池システムの累計運転時間が所定時間以上となった場合に、リフレッシュ要求フラグを記憶するようにしているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、電源制御回路２００は、燃料電池Ｆｃ（Ｎ）のＶ−Ｉ特性が所定の割合（例えば、１０％）低下した場合など、触媒被毒が進行していると考えられる状況になった場合に、リフレッシュ要求フラグを記憶するようにしてもよい。このようにしても上記実施例の効果を奏することができる。

Ｃ５．変形例５：
上記実施例の燃料電池システムは、電気自動車１０００に搭載されているが、本発明はこれに限られるものではなく、その他の車両、船、飛行機、リニアモータカなど種々の移動体や、その他の装置（例えば、空調装置など）における電源装置として用いることが可能である。

Ｃ６．変形例６：
上記実施例の燃料電池システムでは、各燃料電池Ｆｃ（Ｎ）に反応ガスを給排する給排管（空気給排流路１１２および水素給排流路１２２）を、各燃料電池Ｆｃ（Ｎ）で共有しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、各燃料電池Ｆｃ（Ｎ）に個別に反応ガスを給排する給排管を設けるようにしてもよい。また、この場合、燃料電池補機（補機５０）も各燃料電池Ｆｃ（Ｎ）に対して個別に設けるようにしてもよい。このようにすれば、各燃料電池Ｆｃ（Ｎ）において、濃度が高い反応ガスを供給することができ、各燃料電池Ｆｃ（Ｎ）の発電効率を向上させることができる。

Ｃ７．変形例７：
上記実施例の燃料電池システムでは、リフレッシュ処理（図４）において、各燃料電池Ｆｃ（Ｎ）に対して順番に、リフレッシュ必要電力量Ｐｒ（Ｎ）で発電させるようにしているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、１回の燃料電池システムの起動処理または停止処理では、リフレッシュ処理において、全部の燃料電池Ｆｃ（Ｎ）に対してリフレッシュ必要電力量Ｐｒ（Ｎ）で発電させず、１つ、または、一部の燃料電池Ｆｃ（Ｎ）に対してのみ、リフレッシュ必要電力量Ｐｒ（Ｎ）で発電させるようにしてもよい。この場合、その起動処理または停止処理で、リフレッシュ必要電力量Ｐｒ（Ｎ）で発電させなかった燃料電池Ｆｃ（Ｎ）については、それ以降の起動処理または停止処理において、順番に、リフレッシュ必要電力量Ｐｒ（Ｎ）で発電させればよい。このようにすれば、リフレッシュ処理の時間を短くすることができ、すなわち、燃料電池システムの起動処理や停止処理の時間を短縮することができる。

Ｃ８．変形例８：
上記実施例の燃料電池システムでは、リフレッシュ処理（図４）において、各燃料電池Ｆｃ（Ｎ）を一つずつ、リフレッシュ必要電力量Ｐｒ（Ｎ）で発電させるようにしているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、リフレッシュ処理において、各燃料電池Ｆｃのうち、複数の燃料電池Ｆｃ（Ｎ）を一度に、リフレッシュ必要電力量Ｐｒで発電させるようにしてもよい。このようにしても、上記実施例の効果を奏することができる。このリフレッシュ必要電力量Ｐｒは、具体的な設計等に基づいて予め決められる。なお、この複数の燃料電池Ｆｃは、請求項における燃料電池グループに該当する。

Ｃ９．変形例９：
上記実施例の燃料電池システムでは、燃料電池Ｆｃ（Ｎ）を４つ用いていたが、本発明はこれに限られるものではなく、燃料電池Ｆｃ（Ｎ）を、２，３つ、または、５つ以上用いるようにしてもよい。

本発明の第１実施例である電気自動車１０００の概略構成を表わすブロック図である。 第１実施例における燃料電池システム１００の概略構成を表わす説明図である。 燃料電池システム１００の起動処理を示すフローチャートである。 リフレッシュ処理を示すフローチャートである。 第２実施例における燃料電池システム停止処理のフローチャートである。 変形例１の燃料電池システム１００Ｂの概略構成を表す説明図である。 変形例２の燃料電池システムにおける燃料電池Ｆｃａを示す図である。

符号の説明

１０…ＤＣ／ＤＣコンバータ
２０…２次電池
２７…蓄電可能量モニタ
３０，４０…インバータ
５０…補機
７０，１６０，１６０ａ…配線
１００，１００Ａ，１００Ｂ…燃料電池システム
１１０…ブロワ
１１２…空気給排流路
１１５…電源装置
１２０…水素タンク
１２２…水素給排流路
１２４…水素循環流路
１３０…水素遮断弁
１４０…水素循環ポンプ
１５０…パージ弁
１５５，１５５ａ…スイッチ
２００…制御回路
２１０…ＲＡＭ
３００…駆動モータ
３１０…出力軸
３２０…車両駆動軸
４００…減速ギヤ
１０００…電気自動車
ＴＭａＺ…絶縁領域
ＳＬ…単セル
ＴＭ…ターミナル
ＥＰ…エンドプレート
ＩＳ…インシュレータ
Ｆｃ，Ｆｃａ…燃料電池
Ｐｅ…発電要求電力量
Ｐｋ…蓄電可能電力量
Ｐｒ…リフレッシュ必要電力量

Claims (7)

1. 燃料電池システムであって、
   １つ以上の燃料電池からそれぞれ成る複数の燃料電池グループと、
   前記燃料電池グループが発電した電力を充電して蓄えるための蓄電部と、
   前記複数の燃料電池グループのうちの１つの前記燃料電池グループにおいて、各燃料電池セルの触媒被毒を低減させるために必要な必要電力量Ｐｒと、前記燃料電池システムに要求される発電要求電力量Ｐｅと、前記蓄電部の蓄電可能電力量Ｐｋとが、下記式（１）を満たす場合に、その燃料電池グループに対して、その燃料電池グループの総発電量が前記必要電力量Ｐｒ以上となるように運転制御する触媒被毒低減処理を行う制御部と、
   を備えることを特徴とする燃料電池システム。
   Ｐｒ＜Ｐｋ＋Ｐｅ・・・（１）
2. 請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記複数の燃料電池グループは、所定数の燃料電池セルをそれぞれ備えることを特徴とする燃料電池システム。
3. 請求項１または請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
   前記制御部は、
   前記燃料電池システムの起動処理時または前記燃料電池システムの停止処理時において、前記触媒被毒低減処理を行うことを特徴とする燃料電池システム。
4. 請求項１ないし請求項３のいずかに記載の燃料電池システムにおいて、
   前記制御部は、
   各燃料電池グループについて、順番に前記触媒被毒低減処理を行うことを特徴とする燃料電池システム。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
   前記蓄電部の定格容量に基づく電力量は、前記１つの燃料電池グループの必要電力量Ｐｒ以上であることを特徴とする燃料電池システム。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
   前記制御部は、
   前記触媒被毒低減処理中において、発電要求電力量Ｐｅが、前記蓄電部の残存容量に基づく電力量と必要電力量Ｐｒとの和より大きくなった場合には、前記触媒被毒低減処理を停止することを特徴とする燃料電池システム。
7. 電気自動車であって、
   電力供給源として、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の燃料電池システムを備えることを特徴とする電気自動車。

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