JP2007005038A - 燃料電池システム及び移動体 - Google Patents

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Abstract

【課題】 シンタリング現象の発生などによる燃料電池の出力特性の劣化を抑制することができる技術を提供する。
【解決手段】 燃料電池システムの制御ユニットは、システム要求電力Ｗｒｅｑが徐々に上がってゆく場合であっても、燃料電池の出力電圧Ｖｆｃを酸化還元電位Ｖｏｘｐｔで一度制限し、制限した電圧に相当する電力をバッテリで補うように制御する。その後、アクセル開度が下がるなどして燃料電池の発電が必要なくなったとしても、制御ユニットは燃料電池の出力電圧Ｖｆｃを酸化還元電位Ｖｏｘｐｔ以下で維持して発電を継続する。制御ユニットはこのように生成される余剰電力をバッテリに充電し続け、バッテリの容量が所定値を超えるまで発電を継続する。
【選択図】 図１２

Description

本発明は、水素などを含む燃料ガス及び酸素などを含む酸化ガスの供給を受けて発電を行う燃料電池システム、及び該燃料電池システムを搭載した移動体に関する。
燃料電池システムには、プロトン導電性を有する固体高分子膜を電解質層に備える燃料電池が搭載されている（例えば、特許文献１参照）。この燃料電池の固体高分子膜の表面には、電気化学反応を促進するためにカーボン粒子に白金を担持した触媒（以下、Ｐｔ触媒）が塗布されている。
図１２は、Ｐｔ触媒の酸化還元電位と燃料電池の出力電圧との関係を示す図である。
図１２に示す開回路電圧ＯＣＶは、燃料電池に負荷をかけていない状態（電流を流していない状態）での電圧であり、同図に破線で示すＰｔ触媒の酸化還元電位よりも高電位側に位置している。
特公平８−３３７８２号公報
ところで、上記燃料電池を搭載したシステムにおいては、システム要求電力の変動に応じて低電位側での発電、高電位側での発電が繰り返し実行される。この発電動作に伴い、下記式（１）、（２）に示す酸化・還元反応がＰｔ触媒の表面で繰り返し行われる結果、シンタリング現象が誘発され、燃料電池の出力特性が低下するなどの問題が生じていた。
Ｐｔ＋２Ｈ2Ｏ → Ｐｔ（ＯＨ）2＋２Ｈ+＋２ｅ- ・・・（１）
Ｐｔ（ＯＨ）2＋２Ｈ+＋２ｅ- → Ｐｔ＋２Ｈ2Ｏ ・・・（２）
本発明は以上説明した事情を鑑みてなされたものであり、シンタリング現象の発生などによる燃料電池の出力特性の劣化を抑制することができる技術を提供することを目的とする。
上述した問題を解決するため、本発明に係る燃料電池システムは、充放電可能な蓄電器と、触媒を備えた燃料電池と、システム要求電力に応じて前記蓄電器の充放電動作及び前記燃料電池の発電動作を制御する制御手段とを備えた燃料電池システムであって、前記制御手段は、前記燃料電池の出力電圧と前記触媒の酸化還元電位との関係に基づき、燃料電池による発電電力の変化量を制限する一方、制限した発電電力の変化量に応じて前記蓄電器の充電量または放電量を増大させることにより、前記要求電力を賄うことを特徴とする。
かかる構成によれば、燃料電池の出力電圧が触媒の酸化還元電位との関係に基づいて（例えば、燃料電池の出力電圧が触媒の酸化還元電位に近づいた場合に）、燃料電池による発電電力の変化量を制限する一方、制限した発電電力の変化量に応じて前記蓄電器の充電量または放電量を増大させてシステム要求電力を賄うため、システム要求電力の変動によらず、触媒の酸化還元電位を跨ぐ燃料電池の出力電圧の変動を抑制することが可能となる。かかる変動を抑制することでシンタリング現象の発生を抑えることができ、燃料電池の出力特性の低下を防止することが可能となる。
ここで、上記構成にあっては、前記蓄電器の充電しきい値が設定され、前記制御手段は、前記燃料電池による発電電力の変化量の制限を前記充電しきい値に至るまで継続する態様が好ましい。
特に、前記制御手段は、前記燃料電池の出力電圧が前記触媒の酸化還元電位よりも高い位置から該酸化還元電位に近づいた場合に、前記燃料電池の発電電力を前記触媒の酸化還元電力に制限する態様が好ましい。
また、上記構成にあっては、前記発電を制限する最大継続時間をあらわす継続しきい値が設定され、前記制御手段は、前記継続しきい値の範囲内で前記燃料電池による発電電力の変化量の制限を継続する態様が好ましい。
以上説明したように、本発明によれば、シンタリング現象の発生などによる燃料電池の出力特性の劣化を抑制することが可能となる。
以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照しながら説明する。
Ａ．本実施形態
図１は本実施形態に係わる燃料電池システム１００を搭載した車両の概略構成である。なお、以下の説明では、車両の一例として燃料電池自動車（ＦＣＨＶ；Fuel Cell Hyblid Vehicle）を想定するが、電気自動車やハイブリッド自動車にも適用可能である。また、車両のみならず各種移動体（例えば、船舶や飛行機など）や定置型電源にも適用可能である。
この車両は、減速ギア１２を介して車輪６３Ｌ、６３Ｒに連結された同期モータ６１を駆動力源として走行する。同期モータ６１の電源は、電源システム１である。電源システム１から出力される直流は、インバータ６０で三相交流に変換され、同期モータ６１に供給される。同期モータ６１は制動時に発電機としても機能することができる。
電源システム１は、燃料電池４０、バッテリ２０、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０などから構成される。燃料電池４０は供給される燃料ガス及び酸化ガスから電力を発生する手段であり、複数の単セルを直列に積層したスタック構造を有している。燃料電池４０は、プロトン導電性を有する固体高分子膜を電解質層に備え、固体高分子膜の表面にはＰｔ触媒が塗布されている。なお、固体高分子膜の表面に塗布する触媒は白金触媒に限らず、白金コバルト触媒などにも適用可能である。
燃料ガス供給源（水素タンクなど）７０は、水素を含む燃料ガスを燃料電池４０のアノード極に供給する一方、エアコンプレッサ８０は、酸素を含む酸化ガスを燃料電池４０のカソード極に供給する。
バッテリ（蓄電器）２０は、充放電可能な二次電池であり、例えばニッケル水素バッテリなどにより構成されている。その他、種々のタイプの二次電池を適用することができる。また、バッテリ２０に代えて、二次電池以外の充放電可能な蓄電器、例えばキャパシタを用いても良い。このバッテリ２０は、燃料電池４０の放電経路に介挿され、燃料電池４０と並列接続されている。
燃料電池４０とバッテリ２０とはインバータ６０に並列接続されており、燃料電池４０からインバータ６０への回路には、バッテリ２０からの電流または同期モータ６１において発電された電流が逆流するのを防ぐためのダイオード（図示略）が設けられている。
ＤＣ／ＤＣコンバータ（電圧変換装置）３０は、直流の電圧変換器であり、バッテリ２０から入力されたＤＣ電圧を調整して燃料電池４０側に出力する機能、燃料電池４０または同期モータ６１から入力されたＤＣ電圧を調整してバッテリ２０側に出力する機能を備えている。このＤＣ／ＤＣコンバータ３０の機能により、バッテリ２０の充放電が実現される。
バッテリ２０とＤＣ／ＤＣコンバータ３０との間には、車両補機５０が接続され、バッテリ２０は車両補機５０の電源となる。車両補機５０とは、車両の運転時などに使用される種々の電力機器をいい、照明機器、空調機器、油圧ポンプなどが含まれる。
上述した各要素の運転は、制御ユニット（制御手段）１０によって制御される。制御ユニット１０は、内部にＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを備えたマイクロコンピュータとして構成されている。
制御ユニット１０は、入力される各センサ信号に基づいて燃料ガス通路に設けられた調圧弁７１や酸化ガス通路に設けられた調圧弁８１、エアコンプレッサ８０、バッテリ２０、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０、インバータ６０など、システム各部を制御する。この制御ユニット１０には、例えば圧力センサ９１によって検知される燃料ガスの供給圧力や電圧センサ９２によって検知される燃料電池４０の出力電圧Ｖｆｃ、電流センサ９３によって検知される燃料電池４０の出力電流Ｉｆｃ、ｐＨセンサ９４によって検知される燃料電池４０のカソード極のｐＨ、ＳＯＣセンサ２１によって検知されるバッテリ２０の充電状態ＳＯＣ（State Of Charge）をあらわすＳＯＣ値など、種々のセンサ信号が入力される。本実施形態では、制御ユニット１０に入力される各センサ信号を利用し、燃料電池４０の出力電力がＰｔ触媒の酸化還元電力を跨ぐことを極力抑えることで、シンタリングの低減を図っている(詳細は後述）。
図２は、本実施形態に係るシンタリング低減ロジックの制御チャートを示し、図３は、図２に示すシンタリング低減ロジックの制御フローを示す図である。なお、図２に示す制御チャートの縦軸及び横軸は、それぞれ燃料電池の出力電力及び時間をあらわす。また、図３に示す制御フローは、制御ユニット１０によって間欠的に実行される。
制御ユニット１０は、アクセルセンサや車速センサなどから入力されるセンサ信号や車両補機５０の動作状態をあらわすセンサ信号に基づいて、システム要求電力Ｗｒｅｑを算出する（ステップＳ１）。制御ユニット１０は、ステップＳ２に進むと、システム要求電力Ｗｒｅｑを満たすように、燃料電池４０とバッテリ２０の分担電力を決定する。かかる分担電力については、燃料電池４０の許容出力（単位時間当たりの最大出力など）とバッテリ２０に設定されている入出力上限値（最大放電量や最大充電量など）を考慮して決定する。
制御ユニット１０は、ステップＳ３に進むと、決定した燃料電池４０の分担電力（以下、ＦＣ分担電力）がＰｔ触媒の酸化還元電力Ｗｏｘｐｔを上回っているか否かを判断する。ここで、Ｐｔ触媒の酸化還元電力Ｗｏｘｐｔは、燃料電池４０の内部温度や燃料ガスの供給圧力などに応じて変化するため、Ｐｔ触媒の酸化還元電力の理論値に余裕値αを加えた値をＰｔ触媒の酸化還元電力Ｗｏｘｐｔとしても良い。
制御ユニット１０は、ステップＳ３においてＦＣ分担電力がＰｔ触媒の酸化還元電力Ｗｏｘｐｔを下回っていると判断すると（図２のＡ参照）、ステップＳ８に進み、当該ユニット１０内に格納されているＦＣ発電開始フラグの「ＯＮ」、「ＯＦＦ」を判断する。このＦＣ発電開始フラグは、燃料電池４０による発電が開始されたか否かをあらわすフラグであり、燃料電池４０によって発電が開始されるまでは「ＯＦＦ」を維持する。制御ユニット１０は、ＦＣ分担電力がＰｔ触媒の酸化還元電力Ｗｏｘｐｔよりも小さく、かつ、ＦＣ発電開始フラグが「ＯＦＦ」であると判断すると（ステップＳ８；ＮＯ）、燃料電池４０の出力電力Ｗｆｃ＝０とするべく、燃料電池４０の出力電圧Ｖｆｃを開回路電圧ＯＣＶに設定する（ステップＳ１３）。周知のとおり、電力は電圧と電流の積によって求まるため、燃料電池４０の出力電圧Ｖｆｃを開回路電圧ＯＣＶに設定することで（図１２参照）、燃料電池４０の出力電力Ｗｆｃは“０”となる。制御ユニット１０は、燃料電池４０の出力電力Ｗｆｃを“０”とする代わりに、システム要求電力Ｗｒｅｑを全てバッテリ２０の出力電力Ｗｂａで賄うべく、ステップＳ２で決定したバッテリ２０の分担電力（以下、ＢＡ分担電力）を補正する（ステップＳ１４）。制御ユニット１０は、補正後のＢＡ分担電力が得られるようにＤＣ／ＤＣコンバータ３０を制御した後（ステップＳ７）、処理を終了する。
その後、制御ユニット１０は、ステップＳ３においてＦＣ分担電力がＰｔ触媒の酸化還元電力Ｗｏｘｐｔを上回ったと判断すると（図２のＢ参照）、ステップＳ４に進み、ＦＣ発電開始フラグを「ＯＦＦ」から「ＯＮ」に切り換えるとともに、当該ユニット内のカウンタ（図示略）のカウンタ値を“０”に設定する。そして、制御ユニット１０は、決定したＦＣ分担電力から燃料電池４０の動作ポイント（目標電圧、目標電流）を決定する（ステップＳ５）。
詳述すると、制御ユニット１０のメモリ（図示略）には、図４に示すような燃料電池４０の電力−電流特性マップ、電圧−電流特性マップが格納されている。制御ユニット１０は、電力−電流特性マップに基づいてＦＣ分担電力に応じた目標電流を求めた後、電圧−電流特性マップに基づいて目標電流に応じた目標電圧を求めることで、燃料電池４０の動作ポイントを決定する。このように動作ポイントを決定すると、制御ユニット１０は、燃料電池４０の出力電圧Ｖｆｃが目標電圧となるようにＤＣ／ＤＣコンバータ３０を制御した後（ステップＳ６→ステップＳ７）、処理を終了する。
その後、制御ユニット１０は、ステップＳ３において、再びＦＣ分担電力がＰｔ触媒の酸化還元電力Ｗｏｘｐｔを下回ったと判断すると（図２のＣ参照）、ステップＳ８に進み、ＦＣ発電開始フラグの「ＯＮ」、「ＯＦＦ」を判断する。このとき、ＦＣ発電開始フラグは既に「ＯＮ」（燃料電池４０による発電は既に開始）されていることから、制御ユニット１０は「ＹＥＳ」と判断し、ステップＳ９に進む。制御ユニット１０は、カウンタのカウント値が適合値βを下回っているか否かを判断する。この適合値βは、燃料電池４０の発電停止前における発電継続時間のしきい値（すなわち、発電を制限する最大継続時間をあらわす継続しきい値）を示すものであり、例えば製造時などに固定値として設定される。なお、適合値βについては、固定値とするのではなく周囲状況などに応じて適宜変更しても良い（詳細は後述）。
制御ユニット１０は、カウント値が適合値βを下回っていると判断すると（ステップＳ９；ＹＥＳ）、当該ルーチンを１周実行するために要する時間（以下、周回時間）Ｃａｒをカウンタ値に加算した後、燃料電池４０の出力電圧ＶｆｃをＰｔ触媒の酸化還元電位Ｖｏｘｐｔに設定する（ステップＳ１０→ステップＳ１１）。制御ユニット１０は、燃料電池４０による出力を継続させる代わりに、ＢＡ分担電力を補正し、補正後のＢＡ分担電力及び燃料電池４０の出力電力Ｗｆｃが得られるようにＤＣ／ＤＣコンバータ３０を制御した後（ステップＳ１２→ステップＳ７）、処理を終了する。なお、Ｐｔ触媒の酸化還元電位Ｖｏｘｐｔは、燃料電池４０の内部温度や燃料ガスの供給圧力などに応じて変化するため、燃料電池４０の出力電圧ＶｆｃがＰｔ触媒の酸化還元電位Ｖｏｘｐｔに余裕値γを加算した値となるようにＤＣ／ＤＣコンバータ３０を制御しても良い。
制御ユニット１０は、上述した一連の処理を繰り返し実行している間にカウント値が適合値βを越えると（ステップＳ９；ＮＯ）、もはや燃料電池４０による発電は不要と判断し、ステップＳ１３に進んで燃料電池４０の出力電圧Ｖｆｃを開回路電圧ＯＣＶに設定する（図２のＤ参照）。そして、制御ユニット１０は、上記と同様にＢＡ分担電力を補正し、補正後のＢＡ分担電力が得られるようにＤＣ／ＤＣコンバータ３０を制御した後（ステップＳ１４→ステップＳ７）、処理を終了する。
以上説明したように、本実施形態によれば、アクセルのＯＮ、ＯＦＦなどに伴うシステム要求電力の変動によらず、Ｐｔ触媒の酸化還元電位を跨ぐ燃料電池の出力電圧の変動を抑制することができる。かかる変動を抑制することでシンタリング現象の発生を抑えることができ、燃料電池の出力特性の低下を防止することが可能となる。
Ｂ．変形例
上述した実施形態では、燃料電池４０の発電停止前における発電継続時間の閾値を示す適合値βを固定値としたが、以下に示すように周囲状況などに応じて適宜変更しても良い。
＜変形例１＞
図６は、アクセルのＯＮ、ＯＦＦ回数に応じて適合値βを決定するための説明図である。
制御ユニット１０は、所定時間内における過去のアクセルのＯＮ、ＯＦＦ回数（すなわち加減速回数）をカウントし、カウント結果に応じて適合値βを適宜変更する。一般に、所定時間内における加減速回数が多い時は再加速等される可能性が高く、逆に加減速回数が少ない時は再加速等される可能性は低い。
かかる特性を考慮し、図６に示すように所定時間内における加減速回数が大きくなるにつれ、適合値βが大きくなる制御マップＭＰ１をメモリなどに格納し、この制御マップＭＰ１を利用して適合値βを適宜変更する。これにより、燃料電池４０の発電継続時間を必要最低値とすることができ、燃費悪化や回生駆動力の回収性能の低下といった問題を抑制することができる。なお、アクセルのＯＮ、ＯＦＦ回数の代わりに、ブレーキスイッチのＯＮ、ＯＦＦ回数やシステム要求電力Ｗｒｅｑの変動回数、燃料電池４０による発電回数をカウントし、このカウント結果に応じて適合値βを適宜変更しても良い。
＜変形例２＞
図７は、バッテリの充電状態ＳＯＣに応じて適合値βを決定するための説明図である。
制御ユニット１０は、バッテリ２０の充電状態ＳＯＣを示すＳＯＣ値を検出し、検出結果に応じて適合値βを適宜変更する。ここで、バッテリ２０のＳＯＣ値が小さい時は、余剰電力を十分に蓄積することができるが、バッテリ２０のＳＯＣ値が大きい時は、余剰電力を十分に蓄積することはできない。かかる特性を考慮し、図７に示すようにＳＯＣ値が大きくなるにつれ、適合値βが小さくなる制御マップＭＰ２をメモリなどに格納し、この制御マップＭＰ２を利用して適合値βを適宜変更する。これにより、上記と同様、燃料電池４０の発電継続時間を必要最低値とすることができ、燃費悪化や回生駆動力の回収性能の低下といった問題を抑制することができる。
また、車両（移動体）にナビゲーションシステムが搭載されている場合には、ＧＰＳ受信機などによって検知される位置情報から道路状態（道路勾配や道路の種類）をあらわす道路情報を入手し、その道路状態に応じて適合値βを適宜変更しても良い。具体的には、上り勾配を走行している場合や高速道路を走行している場合には再加速等される可能性が高いため、適合値βを大きく設定する一方、下り勾配を走行している場合や一般道路を走行している場合には再加速等される可能性が低いため、適合値βを小さく設定する。このように、走行している道路状態に応じて適合値βを変更するようにしても良い。
＜変形例３＞
以上、適合値βを変更する態様について説明したが、Ｐｔ触媒の酸化還元電位Ｖｏｘｐｔで燃料電池４０を発電するときの出力電圧（発電を制限するときの出力電圧；以下、制御電圧）ＶｆｃをｐＨによって制御するようにしても良い。具体的には、ｐＨが塩基性側になると（ｐＨが上がると）、酸化還元電位Ｖｏｘｐｔは上がる一方、ｐＨが酸性側になると（ｐＨが下がると）、酸化還元電位Ｖｏｘｐｔは下がる。かかる特性を考慮し、図８に示すようにｐＨが大きくなるにつれ、燃料電池４０の制御電圧Ｖｆｃが大きくなる制御マップＭＰ３をメモリなどに格納し、この制御マップＭＰ３を利用して制御電圧Ｖｆｃを適宜変更する。これにより、シンタリング現象の発生を確実に抑えることができ、燃料電池の出力特性の低下を防止することが可能となる。なお、ｐＨはｐＨセンサ９４によって検知することができるが、他の方法によって検知しても良いのはもちろんである。
＜変形例４＞
また、燃料電池４０の発電状態から制御電圧Ｖｆｃを制御するようにしても良い。一般に、燃料電池４０が高出力の発電を継続するとカソード側の生成水は増大し、酸化還元電位Ｖｏｘｐｔが下がる一方、燃料電池４０が低出力の発電を継続するとカソード側の生成水は減少し、酸化還元電位Ｖｏｘｐｔが上がる。かかる特性を利用し、図９に示すように生成水量が増加するにつれ、燃料電池４０の制御電圧Ｖｆｃが小さくなる制御マップＭＰ４をメモリなどに格納し、この制御マップＭＰ４を利用して制御電圧Ｖｆｃを適宜変更する。これにより、上記と同様、シンタリング現象の発生を確実に抑えることができ、燃料電池の出力特性の低下を防止することが可能となる。
＜変形例５＞
また、燃料電池４０の発電状態の代わりに車速センサなどによって車速を検出し、車速に応じて制御電圧Ｖｆｃを制御するようにしても良い。一般に、車両が高速で走行している場合には、ブレーキ時の回生駆動力は大きくなり、余剰電力が増える一方、車両が低速で走行している場合には、ブレーキ時の回生駆動力は小さくなり、余剰電力が減る。かかる特性を利用し、図１０に示すように車速が大きくなるにつれ、燃料電池４０の制御電圧Ｖｆｃが大きくなる制御マップＭＰ５をメモリなどに格納し、この制御マップＭＰ５を利用して制御電圧Ｖｆｃを適宜変更する。これにより、上記と同様、シンタリング現象の発生を確実に抑えることができ、燃料電池の出力特性の低下を防止することが可能となる。
＜変形例６＞
図１１は、燃料電池４０の出力電圧Ｖｆｃの変化を示す図である。
アクセル開度を上げるなどしてシステム要求電力Ｗｒｅｑが徐々に上がってゆく場合であっても、制御ユニット１０は、燃料電池４０の出力電圧Ｖｆｃを酸化還元電位Ｖｏｘｐｔ（例えば、０．７Ｖ程度）で一度制限し（燃料電池４０の発電電力の変化量を制限し）、制限した電圧に相当する電力をバッテリ２０で補うように（すなわち、バッテリ２０の放電量を上げるように）制御する。制御ユニット１０は、バッテリ２０の充電状態を示すＳＯＣ値が第１しきい値（充電しきい値）を下回るまで同様の制御を行い、ＳＯＣ値が第１しきい値を下回ったことを検知すると、燃料電池４０の発電電力を上げる制御を行う。かかる制御を行うことにより、燃料電池４０の出力電圧Ｖｆｃは酸化還元電位Ｖｏｘｐｔ以下となる。その後、アクセル開度が下がるなどして燃料電池４０の発電が必要なくなったとしても、制御ユニット１０は燃料電池４０の出力電圧Ｖｆｃを酸化還元電位Ｖｏｘｐｔ以下で維持し、発電を継続させる。制御ユニット１０は、発電を継続させることによって生成した余剰電力をバッテリ２０に蓄積（充電）する。制御ユニット１０は、バッテリ２０のＳＯＣ値が第２しきい値（充電しきい値）を上回るまで同様の制御を行い、ＳＯＣ値が第２しきい値を上回ったことを検知すると、燃料電池４０の出力電圧Ｖｆｃを酸化還元電位Ｖｏｘｐｔ以上に設定する。かかる態様によっても、シンタリング現象の発生を確実に抑えることができ、燃料電池の出力特性の低下を防止することが可能となる。
＜変形例７＞
以上説明した実施形態及び変形例では、燃料電池４０が発生した余剰電力をバッテリ２０に蓄積したが、ダミー負荷（例えば冷却ポンプなど）を駆動することで余剰電力を消費するようにしても良い。もちろん、余剰電力の一部をバッテリ２０へ蓄積するとともに、残りの余剰電力をダミー負荷の駆動に使用しても良い。
本実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す図である。 同実施形態に係るシンタリング低減ロジックの制御チャートを示す図である。 同実施形態に係るシンタリング低減ロジックの制御フローを示す図である。 同実施形態に係る電力−電流特性マップを示す図である。 同実施形態に係る電圧−電流特性マップを示す図である。 変形例１に係る適合値を決定する方法を説明するための図である。 変形例２に係る適合値を決定する方法を説明するための図である。 変形例３に係る燃料電池の出力電圧を制御する方法を説明するための図である。 変形例４に係る燃料電池の出力電圧を制御する方法を説明するための図である。 変形例５に係る燃料電池の出力電圧を制御する方法を説明するための図である。 変形例６に係る燃料電池を出力電圧の変化を示す図である。 Ｐｔ触媒の酸化還元電位と燃料電池の出力電圧との関係を示す図である。
符号の説明
１００・・・燃料電池システム、１０・・・制御ユニット、２０・・・バッテリ、３０・・・ＤＣ／ＤＣコンバータ、４０・・・燃料電池、６０・・・インバータ、７０・・・燃料ガス供給源、８０・・・エアコンプレッサ、９１・・・圧力センサ、９２・・・電圧センサ、９３・・・電流センサ、９４・・・ｐＨセンサ、２１・・・ＳＯＣセンサ。

Claims (13)

  1. 充放電可能な蓄電器と、
    触媒を備えた燃料電池と、
    システム要求電力に応じて前記蓄電器の充放電動作及び前記燃料電池の発電動作を制御する制御手段とを備えた燃料電池システムであって、
    前記制御手段は、前記燃料電池の出力電圧と前記触媒の酸化還元電位との関係に基づき、燃料電池による発電電力の変化量を制限する一方、制限した発電電力の変化量に応じて前記蓄電器の充電量または放電量を増大させることにより、前記要求電力を賄うことを特徴とする燃料電池システム。
  2. 前記制御手段は、前記燃料電池の出力電圧が前記触媒の酸化還元電位に近づいた場合に、燃料電池による発電電力の変化量を制限する一方、制限した発電電力の変化量に応じて前記蓄電器の充電量または放電量を増大させることにより、前記要求電力を賄う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. 前記蓄電器の充電しきい値が設定され、
    前記制御手段は、前記燃料電池による発電電力の変化量の制限を前記充電しきい値に至るまで継続することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
  4. 前記制御手段は、前記燃料電池の出力電圧が前記触媒の酸化還元電位よりも高い位置から該酸化還元電位に近づいた場合に、前記燃料電池の発電電力を前記触媒の酸化還元電力に制限することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システム。
  5. 前記発電電力の変化量を制限する最大継続時間をあらわす継続しきい値が設定され、
    前記制御手段は、前記継続しきい値の範囲内で前記燃料電池による発電電力の変化量の制限を継続することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
  6. 前記制御手段は、前記蓄電器の充電状態を検出し、検出結果に応じて前記継続しきい値を変更することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。
  7. 前記制御手段は、所定時間内におけるシステム要求電力の変動回数または所定時間内における燃料電池の発電回数をカウントし、カウント結果に応じて前記継続しきい値を変更することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。
  8. 請求項５に記載の燃料電池システムを搭載した移動体であり、
    前記制御手段は、該移動体の所定時間内における加減速回数をカウントし、カウント結果に応じて前記継続しきい値を変更することを特徴とする移動体。
  9. 請求項５に記載の燃料電池システムを搭載した移動体であり、
    前記制御手段は、該移動体が走行する道路状態を検出し、検出結果に応じて前記継続しきい値を変更することを特徴とする移動体。
  10. 前記制御手段は、前記燃料電池から排出されるオフガスのｐＨ濃度を検出し、検出結果に応じて前記燃料電池の発電電力の変化量を制限するときの出力電圧を制御することを特徴とする請求項４〜９のいずれか１の請求項に記載の燃料電池システム。
  11. 前記制御手段は、前記燃料電池の発電状態を検出し、検出結果に応じて前記燃料電池の発電電力の変化量を制限するときの出力電圧を制御することを特徴とする請求項４〜９のいずれか１の請求項に記載の燃料電池システム。
  12. 請求項５に記載の燃料電池システムを搭載した移動体であり、
    前記制御手段は、該移動体の走行速度を検出し、検出結果に応じて前記燃料電池の発電電力の変化量を制限するときの出力電圧を制御することを特徴とする移動体。
  13. 前記制御手段は、前記システム要求電力から前記燃料電池と前記蓄電器の電力分担を決定し、決定した燃料電池の分担電力が前記触媒の酸化還元電力を下回るとき、前記システム要求電力の全てを前記蓄電器からの放電電力で賄うことを特徴とする請求項４〜７のいずれか１の請求項に記載の燃料電池システム。


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