CN104137314A - 燃料电池系统 - Google Patents

Abstract

本发明的燃料电池系统具备：燃料电池，具备将具有催化剂层的电极配置在高分子电解质膜的两面而成的膜-电极组件；蓄电装置，与燃料电池并列地连接于负载；及控制装置，通过使燃料电池的输出电压下降至规定电压而实施所述催化剂层的性能恢复处理，在满足规定的间歇运转实施条件的情况下，能够实施将向燃料电池的发电指令值设定为零并通过来自蓄电装置的电力来提供向负载的电力供给的间歇运转，在该间歇运转期间实施性能恢复处理，燃料电池系统中，在需要实施性能恢复处理的情况下，在蓄电装置的剩余容量为规定量以下时，控制装置使间歇运转的实施时机延迟，且实施向蓄电装置的充电直至剩余容量超过所述规定量。

Description

燃料电池系统

技术领域

本发明涉及具有催化剂活性化功能的燃料电池系统。

背景技术

燃料电池组是通过电化学工艺使燃料氧化、并将伴随氧化反应而放出的能量直接转换成电能的发电系统。燃料电池组具有膜-电极组件，该膜-电极组件利用由多孔材料构成的一对电极夹持用于选择性地输送氢离子的高分子电解质膜的两侧面而成。一对电极分别具有：催化剂层，以负载铂系金属催化剂的碳粉末为主要成分，并与高分子电解质膜相接；及气体扩散层，形成在催化剂层的表面，且同时具有通气性和电子导电性。

在这种燃料电池系统中，当在单电池电压成为氧化电压(约0.7V～1.0V)的运转区域使电池运转持续时，通过向催化剂层的铂催化剂表面形成氧化皮膜，铂催化剂的有效面积减小，输出特性有时会降低。鉴于这样的情况，在专利文献1中提及了如下的处理：在对燃料电池的要求电力小于规定值时，停止向燃料电池组供给空气(氧化气体)，并通过DC/DC转换器强制性地使燃料电池组的输出电压降低，通过使单电池电压降低至还原电压(例如0.6V以下)，由此从铂催化剂表面将氧化皮膜去除而使催化剂层的性能恢复的处理(以下，称为恢复处理)。

而且，在该文献中也提及了如下情况：对于以燃料电池系统为车载电源的燃料电池车辆，在燃料电池车辆的行驶速度为规定值以上的行驶中时，禁止恢复处理。

专利文献1：日本特开2008-192468号公报

发明内容

恢复处理时，由于单电池电压比通常负载运转时下降，因此对燃料电池的输出增加要求、特别是对高负载要求的响应性可能显著下降。例如，在燃料电池车辆中，当由于恢复处理而使单电池电压下降时，存在无法获得追随于高负载要求时的油门响应的输出的情况，驾驶性能(操纵性能)可能显著降低。

为了抑制这样的响应性降低，考虑了在间歇运转时进行恢复处理。间歇运转是指，在具备燃料电池及蓄电池作为电力供给源的燃料电池系统中，例如在满足来自负载的要求电力为规定值以下那样的规定的间歇运转实施条件的情况下，将燃料电池的发电指令值设定为零，通过来自蓄电池的电力来提供向负载的供给电力。

然而，在形成于催化剂层的氧化皮膜量多且需要充分确保恢复处理的实施时间(恢复时间)的情况下，当蓄电池的剩余容量少时，能够从蓄电池向驱动马达供给的电力量受到限制，其结果是，存在驾驶性能恶化的可能性。而且，当氧化皮膜的量及性质的推定不准确时，有时无法充分获得恢复处理的效果。

例如，认知到在氧化皮膜中混合存在只要将燃料电池组的输出电压降低至专利文献1提及的还原电压(以下，称为第一还原电压)就能够去除的皮膜(以下，称为I型氧化皮膜)、和不降低至比第一还原电压低的第二还原电压则无法去除的皮膜(以下，称为II型氧化皮膜)。

在专利文献1的恢复处理中，将能够去除氧化皮膜的还原电压(第一还原电压)仅假定为一阶段，因此通过使燃料电池组的输出电压下降一定时间而下降至该假定的第一还原电压，能够去除I型氧化皮膜，但无法连II型氧化皮膜也去除。由此，催化剂层的性能恢复有时未必充分。

因此，本发明目的在于提出一种能够抑制燃料电池的催化剂层的性能恢复处理后或处理中的响应性降低的燃料电池系统。

为了实现上述目的，本发明的燃料电池系统具备：

燃料电池，具备将具有催化剂层的电极配置在高分子电解质膜的两面而成的膜-电极组件；

蓄电装置，与所述燃料电池并列地连接于负载；及

控制装置，通过使所述燃料电池的输出电压下降至规定电压而实施所述催化剂层的性能恢复处理，

在满足规定的间歇运转实施条件的情况下，能够实施将向所述燃料电池的发电指令值设定为零并通过来自所述蓄电装置的电力来提供向所述负载的电力供给的间歇运转，在该间歇运转期间实施所述性能恢复处理，

所述燃料电池系统中，

在需要实施所述性能恢复处理的情况下，在所述蓄电装置的剩余容量为规定量以下时，所述控制装置使所述间歇运转的实施时机延迟，且，实施向所述蓄电装置的充电直至所述剩余容量超过所述规定量。

在该结构中，在间歇运转期间实施催化剂层的性能恢复处理的燃料电池系统中，在判断为需要实施性能恢复处理、且在蓄电装置的剩余容量为规定量以下的情况下，使向蓄电装置的充电比性能恢复处理的实施优先。由此，在间歇运转转移后，确保实施了性能恢复处理后或实施期间的蓄电装置的剩余容量，因此能够使对响应性的影响最小化。

在上述结构中，所述控制装置可以预测对所述燃料电池的输出增加要求的时机，基于其预测结果来决定所述性能恢复处理的内容。例如，在作为车载电源而搭载于燃料电池车辆的燃料电池系统的情况下，所述控制装置可以基于所述车辆的行驶状态进行对所述燃料电池的输出增加要求的时机的预测。

根据该结构，在需要催化剂层的性能恢复处理时，不是实施一律的处理，根据预测的输出增加要求的时机，能够调整形成于催化剂层的氧化皮膜的去除量。由此，能够实现对响应性(在车载燃料电池系统中为驾驶性能)的影响的最小化和催化剂层的性能恢复的最大化这两者。

在上述结构中，可以是，当在所述燃料电池的发电期间形成于所述催化剂层的氧化皮膜是第一氧化皮膜和第二氧化皮膜混存的氧化皮膜，该第一氧化皮膜是能够通过使所述燃料电池的输出电压下降至第一皮膜去除电压而去除的氧化皮膜，该第二氧化皮膜是不使所述燃料电池的输出电压下降至比所述第一皮膜去除电压低的第二皮膜去除电压则无法去除的氧化皮膜时，

在需要实施所述性能恢复处理的情况下，所述控制装置根据所述预测结果来变更使所述燃料电池的输出电压下降至的所述规定电压。

在该结构中，在预测为对燃料电池的输出增加要求的时机近时，使对输出增加要求的响应性的影响的最小化为最优先，实施使燃料电池的输出电压仅下降至第一皮膜去除电压这样的性能恢复处理，在预测为对燃料电池的输出增加要求的时机不那么近时，可以使催化剂层的性能恢复的最大化为最优先而实施使燃料电池的输出电压下降至第二皮膜去除电压这样的性能恢复处理。

在上述结构中，可以是，当在所述燃料电池的发电期间形成于所述催化剂层的氧化皮膜是第一氧化皮膜和第二氧化皮膜混存的氧化皮膜，该第一氧化皮膜是能够通过使所述燃料电池的输出电压下降至第一皮膜去除电压而去除的氧化皮膜，该第二氧化皮膜是不使所述燃料电池的输出电压下降至比所述第一皮膜去除电压低的第二皮膜去除电压则无法去除的氧化皮膜时，

在需要实施所述性能恢复处理的情况下，所述控制装置根据所述预测结果来变更所述性能恢复处理的实施时间。

在该结构中，在预测为对燃料电池的输出增加要求的时机近时，可以实施使对输出增加要求的响应性的影响的最小化为最优先的实施时间短的性能恢复处理，在预测为对燃料电池的输出增加要求的时机不那么近时，可以实施使催化剂层的性能恢复的最大化为最优先的实施时间长的性能恢复处理。

发明效果

根据本发明，提供一种能够抑制燃料电池的催化剂层的性能恢复处理后或处理中的响应性降低的燃料电池系统。

附图说明

图1是本发明的一实施方式的燃料电池系统的结构图。

图2是构成燃料电池组的单电池的分解立体图。

图3是表示燃料电池系统的一运转控制例的时间图。

图4是表示将蓄电池的剩余容量超过了规定阈值的情况作为条件之一而实施恢复处理的次序的流程图。

图5是表示燃料电池的输出电流与氧化皮膜内的II型氧化皮膜的含有比率的关系的图。

图6是表示在将燃料电池组的输出电压保持为一定值的情况下，形成于催化剂层的氧化皮膜中的I型氧化皮膜～III型氧化皮膜的各比例与经过时间一起变化的情况的图。

图7是表示伴随燃料电池组的输出电压上下跨过规定边界电压的次数的增加，使形成于催化剂层的氧化皮膜中的I型氧化皮膜及II型氧化皮膜的各比例变化的情况的图。

图8是表示燃料电池系统的另一运转控制例的时间图。

图9是表示燃料电池系统的又一运转控制例的时间图。

附图标记说明

11  燃料电池系统

12  燃料电池

24a 催化剂层

25  膜-电极组件

52  蓄电池(蓄电装置)

60  控制器(控制装置)

具体实施方式

以下，参照各图，说明本发明的实施方式。对同一装置标注同一附图标记，省略重复的说明。

图1示出本发明的一实施方式的燃料电池系统10的系统结构。

燃料电池系统10作为搭载于燃料电池车辆的车载电源系统发挥功能，具备：接受反应气体(燃料气体、氧化气体)的供给而进行发电的燃料电池组20；用于将作为氧化气体的空气向燃料电池组20供给的氧化气体供给系统30；用于将作为燃料气体的氢气向燃料电池组20供给的燃料气体供给系统40；用于控制电力的充放电的电力系统50；及对系统整体进行总括控制的控制器60。

燃料电池组20是将多个单电池串联层叠而成的固体高分子电解质型单电池组。在燃料电池组20中，在阳极发生(1)式的氧化反应，在阴极发生(2)式的还原反应。作为燃料电池组20整体而发生(3)式的起电反应。

H₂→2H⁺+2e^-…(1)

(1/2)O₂+2H⁺+2e^-→H₂O…(2)

H₂+(1/2)O₂→H₂O…(3)

在燃料电池组20上安装有用于检测燃料电池组20的输出电压(FC电压)的电压传感器71、和用于检测输出电流(FC电流)的电流传感器72。

氧化气体供给系统30具有：向燃料电池组20的阴极供给的氧化气体所流动的氧化气体通路33；及从燃料电池组20排出的氧化废气所流动的氧化废气通路34。在氧化气体通路33上设有：经由过滤器31而从大气中取入氧化气体的空气压缩器32；用于对由空气压缩器32加压的氧化气体进行加湿的加湿器35；及用于隔断向燃料电池组20的氧化气体供给的隔断阀A1。

在氧化废气通路34上设有：用于将来自燃料电池组20的氧化废气排出隔断的隔断阀A2；用于调整氧化气体供给压的背压调整阀A3；及用于在氧化气体(干气)与氧化废气(湿气)之间进行水分交换的加湿器35。

燃料气体供给系统40具有：燃料气体供给源41；从燃料气体供给源41向燃料电池组20的阳极供给的燃料气体所流动的燃料气体通路43；用于使从燃料电池组20排出的燃料废气返回燃料气体通路43的循环通路44；将循环通路44内的燃料废气向燃料气体通路43压力输送的循环泵45；及与循环通路44分支连接的排气排水通路46。

燃料气体供给源41例如由高压氢罐或储氢合金等构成，积存高压(例如，35MPa至70MPa)的氢气。当打开隔断阀H1时，燃料气体从燃料气体供给源41向燃料气体通路43流出。燃料气体通过调节器H2或喷射器42，例如减压至200kPa左右，并向燃料电池组20供给。

在循环通路44上连接有用于将来自燃料电池组20的燃料废气排出隔断的隔断阀H4、和从循环通路44分支的排气排水通路46。在排气排水通路46上配置有排气排水阀H5。排气排水阀H5通过来自控制器60的指令而工作，由此将循环通路44内的含有杂质的燃料废气和水分向外部排出。

经由排气排水阀H5排出的燃料废气与在氧化废气通路34中流动的氧化废气混合，由稀释器(未图示)稀释。循环泵45将循环系统内的燃料废气借助电动机驱动向燃料电池组20循环供给。

电力系统50具备DC/DC转换器51、蓄电池(蓄电装置)52、牵引逆变器53、牵引电动机54、及辅机类55。DC/DC转换器51具有使从蓄电池52供给的直流电压升压而向牵引逆变器53输出的功能、和通过燃料电池组20发电产生的直流电力或再生制动而对牵引电动机54回收的再生电力进行降压并向蓄电池52充电的功能。

蓄电池52作为剩余电力的贮藏源、再生制动时的再生能量贮藏源、伴随燃料电池车辆的加速或减速而产生的负载变动时的能量缓冲器发挥功能。作为蓄电池52，例如优选镍·镉蓄电池、镍·氢蓄电池、锂二次电池等二次电池。在蓄电池52上安装有用于检测其剩余容量即SOC(State of charge)的SOC传感器。

牵引逆变器53例如是以脉宽调制方式驱动的PWM逆变器，按照来自控制器60的控制指令，将从燃料电池组20或蓄电池52输出的直流电压转换成三相交流电压，对牵引电动机54的旋转转矩进行控制。牵引电动机54例如是三相交流电动机，构成燃料电池车辆的动力源。

辅机类55是在燃料电池系统10内的各部配置的各电动机(例如，泵类等动力源)、用于驱动这些电动机的逆变器类、以及各种车载辅机类(例如，空气压缩器、喷射器、冷却水循环泵、散热器等)的总称。

控制器60是具备CPU、ROM、RAM及输入输出接口的计算机系统，对燃料电池系统10的各部进行控制。例如，控制器60在接收到从点火开关输出的起动信号IG时开始燃料电池系统10的运转，基于从油门传感器输出的油门开度信号ACC、从车速传感器输出的车速信号VC等，来求出系统整体的要求电力。系统整体的要求电力是车辆行驶电力与辅机电力的总值。

辅机电力包含由车载辅机类(加湿器、空气压缩器、氢泵及冷却水循环泵等)消耗的电力、由车辆行驶所需的装置(变速器、车轮控制装置、转向装置、及悬架装置等)消耗的电力、由配置在乘坐人员空间内的装置(空调装置、照明器具及音响部分等)消耗的电力等。

控制器60决定燃料电池组20与蓄电池52的各自的输出电力的分配，以使燃料电池组20的发电量与目标电力一致的方式控制氧化气体供给系统30及燃料气体供给系统40，并且控制DC/DC转换器51来调整燃料电池组20的输出电压，由此控制燃料电池组20的运转点(输出电压、输出电流)。

图2是构成燃料电池组20的单电池21的分解立体图。

单电池21由高分子电解质膜22、阳极23、阴极24、隔板26、27构成。阳极23及阴极24是从两侧夹持高分子电解质膜22而成为夹层结构的扩散电极。

由气体不透过的导电性部件构成的隔板26、27再从两侧夹持该夹层结构，并在与阳极23及阴极24之间分别形成燃料气体及氧化气体的流路。在隔板26上形成截面凹状的肋26a。

通过使阳极23与肋26a抵接，肋26a的开口部被封闭，形成燃料气体流路。在隔板27上形成有截面凹状的肋27a。通过使阴极24与肋27a抵接，肋27a的开口部被封闭，形成氧化气体流路。

阳极23具有：催化剂层23a，以负载铂系金属催化剂(Pt、Pt-Fe、Pt-Cr、Pt-Ni、Pt-Ru等)的碳粉末为主要成分，与高分子电解质膜22相接；及气体扩散层23b，形成在催化剂层23a的表面，一并具有通气性和电子导电性。同样，阴极24具有催化剂层24a和气体扩散层24b。

更详细而言，催化剂层23a、24a使负载有铂或由铂和其他金属构成的合金的碳粉向适当的有机溶剂分散，对电解质溶液进行适量添加而进行糊剂化，并在高分子电解质膜22上进行丝网印刷。气体扩散层23b、24b通过利用由碳纤维构成的线所织成的碳布、碳纸、或碳毡形成。

高分子电解质膜22是固体高分子材料、例如由氟系树脂形成的质子传导性的离子交换膜，在湿润状态下发挥良好的导电性。通过高分子电解质膜22、阳极23及阴极24形成膜-电极组件25。

图3是表示燃料电池系统10的运转控制的时间图。

燃料电池系统10根据运转负载来切换燃料电池组20的运转模式，由此实现发电效率的提高。

例如，在发电效率高的高负载区域(发电要求成为规定值以上的运转区域)中，燃料电池系统10实施基于油门开度或车速等来算出燃料电池组20的发电指令值而进行运转控制、并仅通过燃料电池组20产生的发电电力或通过燃料电池组20产生的发电电力和来自蓄电池52的电力来提供车辆行驶所需的电力或系统运用上所需的电力的通常负载运转。

另一方面，在发电效率低的低负载区域(满足发电要求小于规定值的间歇运转实施条件的运转区域)中，燃料电池系统10实施将燃料电池组20的发电指令值设定为零而进行运转控制、并通过来自蓄电池52的电力来提供车辆行驶所需的电力或系统运用上所需的电力的间歇运转。此外，在间歇运转期间存在高负载要求(输出增加要求)时且当单电池电压低时，驾驶性能恶化，因此间歇运转期间的单电池电压被保持得较高。

另外，燃料电池系统10在刚起动之后或等待信号时那样的驻停车时，换言之，在换档杆进入P档或N档时、或虽然进入D档但踏下制动器而使车速为零时，实施以确保驾驶性能所需的发电电压使燃料电池组20进行发电并将其发电电力向蓄电池52充电的怠速运转。

该怠速运转时的阴极24的电压保持得较高的情况下，在燃料电池组20中，催化剂层24a的铂催化剂存在溶出的可能性，因此实施将燃料电池组20的输出电压控制为使用上限电压V1以下并维持燃料电池组20的耐久性的高电位回避控制(OC回避运转)。使用上限电压V1例如对于每一个单电池设定成使电压成为0.9V左右。

图4是表示将蓄电池52的剩余容量超过规定阈值的情况作为条件之一而实施恢复处理的次序的流程图。以下，根据需要也参照图3来说明该流程图。

控制器60在通常负载运转期间(步骤S1)检测出指示怠速运转的信号时，使燃料电池系统10的运转状态从通常负载运转向怠速运转转移(步骤S3)。在该怠速运转期间，实施所述OC回避运转。

此外，作为指示怠速运转的信号的例子，对应于在从油门传感器输出的油门开度信号ACC表示油门开度为零(油门断开)的情况、或从制动器传感器输出的制动器开度信号表示制动器开度为全开的情况等。

接下来，判定形成于催化剂层24a的白金催化剂表面的氧化皮膜的总量是否超过规定量α(步骤S5、在图3中为时间t2的时机)。该氧化皮膜的总量通过参照例如图5所示的映射来推定。图5的映射表示从上次实施的恢复处理起的经过时间(横轴)、燃料电池组20的发电电流(纵轴)、氧化皮膜的总量及明细(图5中的实线和虚线)的关系，基于实验或模拟结果而作成，并存储在控制器60内的存储器中。

从该图5可知，随着从上次实施的恢复处理起的经过时间的增大而使燃料电池组20的发电电流降低、及随着氧化皮膜中的II型氧化皮膜(在图5中标记为皮膜2)的增大而相对于从上次实施的恢复处理起的经过时间的燃料电池组20的发电电流的降低率、换言之对催化剂层24a的性能降低的影响增大。

这种情况还表示与氧化皮膜仅由I型氧化皮膜(在图5中标记为皮膜1)构成的情况相比，氧化皮膜中包含II型氧化皮膜的情况对催化剂层24a的性能降低的影响大，并且，在氧化皮膜中包含II型氧化皮膜的情况下，II型氧化皮膜的含有比率越高，对催化剂层24a的性能降低的影响越大。

在此，对I型氧化皮膜、II型氧化皮膜及III型氧化皮膜进行补充。这些氧化皮膜可以混合存在于一个氧化皮膜中，例如图6所示可知，将燃料电池组20的输出电压保持为一定的氧化皮膜形成电压(氧化电压)时，伴随其保持时间的增大而氧化皮膜中的比例逐渐变化，且各个还原电压的大小关系满足以下的关系。

I型氧化皮膜(例如，0.65V～0.9V)>II型氧化皮膜(例如，0.4V～0.6V)>III型氧化皮膜(例如，0.05V～0.4V)

另外，I型氧化皮膜、II型氧化皮膜及III型氧化皮膜例如图7所示(但是，关于III型氧化皮膜省略图示)，可知，伴随燃料电池组20的输出电压上下跨过规定边界电压(例如，0.8V)的次数(以下，称为循环数)的增大而氧化皮膜中的比例逐渐变化。

在怠速运转期间，如图3所示，使燃料电池组20进行定电压发电，由于该发电电压为氧化电压，因此在催化剂层24a上形成氧化皮膜。因此，控制器60根据以怠速运转期间的某时刻为起点而从此时起经过了规定时间时的燃料电池组20的发电电流的降低量，来求出发电电流的降低率(在图5中对应于直线的斜度)，在步骤S5中，将该发电电流的降低率适用于图5的映射，由此求出氧化皮膜的总量和氧化皮膜的明细(例如，II型氧化皮膜的含有比率)(在图3中为时间t1的时机)。

在如此求出的氧化皮膜的总量超过规定量α时(步骤S5为“是”)，原封不动地使怠速运转继续(在图3中，为时间t3的时机)，将燃料电池组20的发电电力向蓄电池52充电(步骤S7)。并且，在蓄电池的剩余容量为规定量β(例如，50％)以下时(步骤S9为“否”)，返回步骤S7，继续怠速运转而将燃料电池组20的发电电力向蓄电池52继续充电。

另一方面，在蓄电池的剩余容量(在图4中标记为SOC)超过规定量β时(步骤S9为“是”)，使燃料电池系统10的运转状态从怠速运转向间歇运转转移(步骤S11)。并且，当控制器60检测出指示间歇运转结束的信号时，判定氧化皮膜的总量是否超过规定量α’(步骤S13)。

该步骤S13中的判定除了作为阈值的规定量α’与规定量α不同以外，与步骤S5中的判定相同，因此省略此处的说明。

此外，作为指示间歇运转的结束的信号的例子，对应于从油门传感器输出的油门开度信号ACC表示规定开度以上的油门开度(油门接通)的情况等。

并且，在氧化皮膜的总量超过规定量α’时(步骤S13为“是”)，实施恢复处理(步骤S15，在图3中为时间t4的时机)，然后，使燃料电池系统10的运转状态从间歇运转向通常负载运转转移(步骤S17)。另一方面，在氧化皮膜的总量为规定量α’以下时(步骤S13为“否”)，不实施恢复处理，使燃料电池系统10的运转状态从间歇运转向通常负载运转转移(步骤S17)。

在此，对恢复处理进行补充。

在燃料电池组20中，如上述的(1)式所示，在阳极23生成的氢离子透过电解质膜22而向阴极24移动，移动到阴极24的氢离子如上述的(2)式所示，与向阴极24供给的氧化气体中的氧发生电化学反应，从而产生氧的还原反应。其结果是，氧化皮膜覆盖催化剂层24a的铂催化剂表面而使有效面积减少，发电效率(输出特性)降低。

恢复处理是如下处理：将单电池电压下降规定时间(以下，有时称为恢复时间)而下降至还原电压(以下，有时称为恢复电压)，由此将氧化皮膜还原，而从催化剂表面去除氧化皮膜。更详细而言，使各单电池的电压即燃料电池组20的输出电压下降规定时间，由此使输出电流增加，使催化剂层24a的电化学反应从氧化反应区域向还原反应区域转移而使催化剂活性恢复。

通过以上的说明可知，步骤S13的判定所使用的规定量α’是用于判定恢复处理的需要与否的阈值，相对于此，步骤S5的判定所使用的规定量α是比规定量α’大的值，是在蓄电池52的剩余容量为规定量β以下时，即使在实施了催化剂层24a的性能恢复所需的充分的恢复处理时，也能够确保抑制驾驶性能的降低所需的充分的蓄电池52的剩余容量的阈值。

因此，在氧化皮膜的总量为规定量α以下时(步骤S5为“否”)，无需继续怠速运转而将燃料电池组20的发电电力向蓄电池52充电，因此在本实施方式中，跳过步骤S7及步骤S9的处理，使燃料电池系统10的运转状态从怠速运转向间歇运转转移(步骤S11)。

如以上说明那样，在本实施方式中，图4的步骤S5、S7、S9存在主要的特征，因此以下，对步骤S5、S7、S9的说明进行补充。

在氧化皮膜的总量超过规定量α时(步骤S5为“是”)，当不执行步骤S7及步骤S9的处理而使燃料电池系统10的运转状态从怠速运转向间歇运转转移(步骤S11)时，恢复处理实施后的蓄电池52的剩余容量不足，可能会带来驾驶性能的恶化。即，在氧化皮膜的总量多时，恢复处理所需的时间(恢复时间)变长而蓄电池52的放电量增大，因此在突然的高负载要求时，可能会导致蓄电池52的剩余容量不足的事态。

然而，在本实施方式中，为了避免这样的事态，在氧化皮膜的总量多(即，超过规定量α)时(步骤S5为“是”)，必然检测蓄电池52的剩余容量(步骤S9)，在蓄电池52的剩余容量不足(即，为规定量β以下)时(步骤S9为“否”)，即使在氧化皮膜的总量达到应实施恢复处理的量时(步骤S5为“是”)，也不直接向间歇运转(步骤S11)转移而特意使转移时机延迟，由此使怠速运转状态下的向蓄电池52的充电继续(步骤S7)。

即，在本实施方式中，在氧化皮膜的总量多(即，超过规定量α)时(步骤S5为“是”)，与恢复处理的实施相比，使蓄电池52的剩余容量确保优先。因此，在间歇运转期间实施恢复时间长的恢复处理，然后即使存在高负载要求的情况下，也能充分确保蓄电池52的剩余容量，因此能确保驾驶性能。

此外，在图3所示的实施方式中，说明了在燃料电池系统10的运转状态从间歇运转向通常负载运转转移之后实施恢复处理的例子，但是例如图8所示，恢复处理的时机可以是燃料电池系统10的运转状态从怠速运转向间歇运转刚转移之后的时机(时间t5)或间歇运转期间的规定时机(时间t6)。

此外，图8中的虚线表示实施了恢复处理时的单电池电压的变化。而且，在图8中，为了便于说明，将在燃料电池系统10的运转状态从怠速运转向间歇运转刚转移之后的时机(时间t5)实施恢复处理的情况和在间歇运转期间的规定时机(时间t6)实施恢复处理的情况这双方记载在一个图中。

在间歇运转期间实施恢复处理时，例如图9所示，也可以根据车速来变更恢复电压。

此外，图9中的虚线示出实施了恢复处理时的单电池电压的变化。而且，在图9中，为了便于说明，将恢复电压设定为V2的第一恢复处理(在图9中，示出在时间t7的时机实施的情况)和将恢复电压设定为比V2低的V3的第二恢复处理(在图9中，示出在时间t8的时机实施的情况)这双方记载在一个图中。

(第一恢复处理)

在基于从车速传感器输出的车速信号VC而检测出的车速超过规定值ε时，换言之，在判断为油门被进一步踏下而存在加速的可能性时(在预测为输出增加要求时)，将恢复电压设定为例如I型氧化皮膜的去除所需的电压V2，由此尽可能地抑制单电池电压的降低，能确保驾驶性能。

(第二恢复处理)

另一方面，在基于从车速传感器输出的车速信号VC而检测出的车速为规定值ε以下时，换言之，在判断为油门被进一步踏下而加速的可能性低时(在未预测为输出增加要求时)，几乎无需考虑驾驶性能的确保，因此通过使恢复电压下降至例如II型氧化皮膜或III型氧化皮膜的去除所需的电压V3，能实现催化剂层24a的充分的性能恢复。

(第二恢复处理的变形例)

作为实施使恢复电压下降至电压V3的恢复处理的情况，不仅对应于上述的车速为规定值ε以下的情况，例如，可以设为换档杆进入P档(停车)、N档(空档)、B档(发动机制动)中的任一档位的情况。这是因为，在换档杆进入这样的档位时，对应于判断为加速的可能性低的情况(未预测为输出增加要求的情况)。

此外，在上述的实施方式中，说明了根据车速或换档杆的状态来变更恢复电压的方式，但也可以变更恢复时间。

例如，在车速为规定值ε以下时或换档杆进入P档、N档、B档时，与车速超过规定值ε时或换档杆进入P档、N档、B档以外的例如D档时相比，可以延长恢复时间。

另外，在上述的各实施方式中，例示了使用燃料电池系统10作为车载电源系统的利用方式，但是燃料电池系统10的利用方式并不局限于该例。例如，也可以搭载燃料电池系统10作为燃料电池车辆以外的移动体(机器人、船舶、飞机等)的电力源。而且，也可以使用本实施方式的燃料电池系统10作为住宅或大楼等的发电设备(固定用发电系统)。

Claims (5)

1.一种燃料电池系统，具备：

燃料电池，具备将具有催化剂层的电极配置在高分子电解质膜的两面而成的膜-电极组件；

蓄电装置，与所述燃料电池并列地连接于负载；及

控制装置，通过使所述燃料电池的输出电压下降至规定电压而实施所述催化剂层的性能恢复处理，

在满足规定的间歇运转实施条件的情况下，能够实施将向所述燃料电池的发电指令值设定为零并通过来自所述蓄电装置的电力来提供向所述负载的电力供给的间歇运转，在该间歇运转期间实施所述性能恢复处理，

所述燃料电池系统中，

在需要实施所述性能恢复处理的情况下，在所述蓄电装置的剩余容量为规定量以下时，所述控制装置使所述间歇运转的实施时机延迟，且，实施向所述蓄电装置的充电直至所述剩余容量超过所述规定量。

2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，

所述控制装置预测对所述燃料电池的输出增加要求的时机，基于其预测结果来决定所述性能恢复处理的内容。

3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，作为车载电源而搭载于燃料电池车辆，其中，

所述控制装置基于所述车辆的行驶状态进行对所述燃料电池的输出增加要求的时机的预测。

4.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中，

在所述燃料电池的发电期间形成于所述催化剂层的氧化皮膜是第一氧化皮膜和第二氧化皮膜混存的氧化皮膜，该第一氧化皮膜是能够通过使所述燃料电池的输出电压下降至第一皮膜去除电压而去除的氧化皮膜，该第二氧化皮膜是不使所述燃料电池的输出电压下降至比所述第一皮膜去除电压低的第二皮膜去除电压则无法去除的氧化皮膜，

在需要实施所述性能恢复处理的情况下，所述控制装置根据所述预测结果来变更使所述燃料电池的输出电压下降至的所述规定电压。

5.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中，

在所述燃料电池的发电期间形成于所述催化剂层的氧化皮膜是第一氧化皮膜和第二氧化皮膜混存的氧化皮膜，该第一氧化皮膜是能够通过使所述燃料电池的输出电压下降至第一皮膜去除电压而去除的氧化皮膜，该第二氧化皮膜是不使所述燃料电池的输出电压下降至比所述第一皮膜去除电压低的第二皮膜去除电压则无法去除的氧化皮膜，

在需要实施所述性能恢复处理的情况下，所述控制装置根据所述预测结果来变更所述性能恢复处理的实施时间。