JP2007026933A - 燃料電池システム及び低温起動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 低温時から安定して電気機器類を駆動させることが可能な燃料電池システム及び低温起動装置を提供する。
【解決手段】 燃料電池（１０）の低温起動時に燃料電池（１０）の出力を変動させる燃料電池システムであって、低温起動時に燃料電池（１０）の出力を変動させる負荷調整装置（４）、燃料電池（１０）の出力変動を平滑化する蓄電装置（６）を備える。燃料電池（１０）の出力を変動させる際に蓄電装置（６）を設けてあるので、出力変動が緩和され、電力の脈動が平滑化（平準化）され、起動時から電気機器類（５）を安定して駆動させるための電力を取り出すことができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、低温時に燃料電池を起動する場合に好適な燃料電池の低温起動技術の改良に関する。

低温時に燃料電池を起動する場合、燃料電池を短時間に加熱するには発電電流値を大きくして発熱量を大きくすることが好適である。しかし、その一方で、発電電流が大きいほど燃料電池の電気化学反応により生ずる生成水が多くなるため、この生成水が凍結したり凝結したりして燃料ガスの流路や拡散層を塞ぎ発電反応を阻害する可能性が出てくる。発電反応が阻害されてくると発電量が落ち、結局発熱量も下がってしまう。

このような問題を克服するため、従来、燃料電池からの発電電流をパルス状に出力することが考案されていた。例えば、特開２００４―３１１２７号公報には、燃料電池の凍結状態を判断する凍結判断手段を設け、燃料電池が凍結していると判断されたら、燃料電池から電流をパルス状に取り出す燃料電池システムが記載されている（特許文献１）。このようなパルス状の電流出力により、燃料電池が凍結していると判断されたら燃料電池から電流をパルス状に取り出す低温始動運転を行うので、発電時の反応効率を下げて発熱量を増大することができ、総生成水量を減らして水詰まりを防ぎつつ速やかに燃料電池を昇温させることができていた。
特開２００４―３１１２７号公報（段落００１２、００２８） 特開２００５−７１６２６号公報 特開平７−２９５８５号公報 特開２００４−１７８９５０号公報

しかしながら、燃料電池システムでは起動時から運転させるべき補機（各種電気機器）としてコンプレッサや冷却液ポンプ、ランプ類があるが、パルス状に変動する電流では適正に駆動されない可能性があった。例えば、モータを用いる補機類では電流の大小により回転数が変動するのであり、パルス状の電流供給では回転数を制御することが困難であった。

また、カーオーディオ等の低電圧で動作する機器の中には、必ず一定の電圧以上でなければ適正な動作が保証されない機器が存在する。このような電気機器に対して電圧を駆動する場合に、従来の技術のようにパルス状の出力を供給していたのでは、正しい動作が保証されなくなる。

そこで、本発明は、低温時から安定して電気機器類を駆動させることが可能な燃料電池システム及び低温起動装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明は、燃料電池の低温起動時に燃料電池の出力を変動させる燃料電池システムであって、低温起動時に燃料電池の出力を変動させる負荷調整装置と、燃料電池の出力変動を平滑化する蓄電装置と、蓄電装置から電力の供給を受ける負荷装置と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、低温起動時に燃料電池の出力を変動させる際に蓄電装置を設けてあるので、出力変動が平滑化（安定化、平準化、緩和）される。そして、負荷装置はこの蓄電装置から電力供給されるように構成されているので、このため、起動時から負荷装置を安定して駆動させるための電力を取り出すことができる。

ここで、「負荷装置」は、燃料電池システムの動作に関係あるか否かに拘わらず、電力を消費するもので、例えば、燃料電池システムの動作に直接関係のあるものとしては、各種ポンプ、コンプレッサ、トラクションモータ、インバータ類等の高圧補機が挙げられる。燃料電池システムの動作と直接的な関係はないものとしては、各種ランプ類、エアコン、カーオーディオ等の低圧補機が挙げられる。但し、これらに限定はされない。

具体的に、蓄電装置は、燃料電池の出力変動の高周波成分を減衰させることにより、出力変動を平滑化させるものである。すなわち、出力変動のうち高周波成分を減衰させる蓄電装置は一種のローパスフィルまたは平滑回路として機能し、出力電流や出力電圧が平滑化されるからである。

また本発明は、燃料電池の低温起動時に燃料電池の出力を変動させる燃料電池システムであって、低温起動時に燃料電池の出力を変動させる負荷調整装置と、燃料電池の出力端に電気的に接続された容量性の蓄電装置とを備え、蓄電装置は、燃料電池の出力変動を平滑化させるものとすることが可能である。負荷装置が接続される場合には、蓄電装置から電力供給されるように構成される。上記構成によれば、燃料電池の出力端に容量性の蓄電装置が設けられているので、この蓄電装置が平滑コンデンサとしての機能を果たし、出力電力の変動を平滑化（安定化、平準化、緩和）させる。

ここで、燃料電池の出力変動は、燃料電池の出力電流値を第１の値と第２の値との間で交互に変化させるものであることが好ましい。このようなパルス状の出力電流変化によれば、過剰な生成水を発生させることなく大電流時（第１の値と第２の値とのうち大きい方）の発熱により短期に暖機が可能だからである。

この場合、燃料電池の出力変動の平滑化は、出力電流値の変動に対応した出力電圧値の変化が出力電流値の変動に比べ緩慢にされる。出力電圧が平滑化されれば、出力電力の変動が緩慢になるからである。

また、燃料電池の出力変動は、燃料電池の出力電圧値を第１の値と第２の値との間で交互に変化させるものとしてもよい。このようなパルス状の出力電圧変化によれば、過剰な生成水を発生させることなく、当該出力電圧変化に対応する出力電流の大電流時の発熱により短期に暖機が可能だからである。

この場合、燃料電池の出力変動の平滑化は、出力電圧値の変動に対応した出力電流値の変化が出力電圧値の変動に比べ緩慢にされる。出力電流が平滑化（安定化、平準化、緩和）されれば、出力電力の変動が緩慢になるからである。

また本発明は、燃料電池の低温起動時に燃料電池を起動するための低温起動装置であって、低温起動時に燃料電池の出力を変動させる負荷調整手段と、燃料電池の出力変動を安定化させる安定化手段と、を備えることを特徴とする。上記構成によれば、平滑化手段（例えば、キャパシタ等）が出力変動を安定させるので、起動時から電気機器を駆動するために適当な電力を出力可能である。

本発明によれば、低温起動時に出力を変動させたとしても、燃料電池の出力変動が平滑化されるので、起動時から必要とされる電気機器類への電力を安定して供給することが可能である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
以下の実施形態は、本発明の低温起動装置を燃料電池システムに応用した例であり、特に自動車等の車両に搭載されることが好ましいものである。本発明はこの実施形態に限定されることなく種々に変形して実施可能である。

（実施形態１）
実施形態１は、本発明の蓄電装置としてキャパシタを用いた例に関する。
図１に本燃料電池システムのシステム全体図を示す。図１に示すように、本燃料電池システムは、発電源である燃料電池１０、低温起動時に燃料電池１０の出力を変動させる負荷調整装置４、及び燃料電池１０の出力端に電気的に接続された容量性の蓄電装置であるキャパシタ６を備える。キャパシタ６は、燃料電池１０の出力変動を平滑化させるように構成されていることを特徴としている。負荷装置である電気機器類５はキャパシタ６から電力供給されるように構成されている。

さらに本燃料電池システムは、燃料電池１０に燃料ガスである水素を供給する燃料ガス供給系１、酸化ガスである酸素を含む空気を供給する酸化ガス供給系２、燃料電池システム全体を制御する制御部３、低温起動時に供給すべき矩形（パルス）波出力情報を格納するメモリ３０、キャパシタ６に接続された電子機器類５等を備えている。それぞれの構成について、以下、詳しく説明する。

燃料電池１０は、水素ガス、空気、冷却水の流路を有するセパレータと、一対のセパレータで挟み込まれたＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）とから構成されるセルとを複数積層したスタック構造を備えている。ＭＥＡは高分子電解質膜の一方の面及び他方の面に、それぞれアノード電極及びカソード電極が配設された構造を有している。アノード電極はアノード用触媒層を電解質膜上に設けて構成され、カソード電極はカソード用触媒層を電解質膜上に設けて構成されている。燃料電池は水の電気分解の逆反応を起こすものであるために、アノード電極側には燃料ガスである水素ガスが燃料ガス供給系１から供給され、カソード電極側には酸化ガスである空気が酸化ガス供給系２から供給されている。一つのＭＥＡの起電力は限られたものであるため、通常、燃料電池１０は単セルを積層させたスタック構造を有し、各単セルを直列接続させることによって、出力端であるアノード端Ａとカソード端Ｃとの間に所定の高圧電圧（例えば約５００Ｖ）を発生させている。

燃料ガス供給系１は、詳しく図示しないが、水素タンク、各種遮断弁、調圧弁、気液分離器、水素ポンプ、パージ弁等を備え、燃料電池１０の燃料ガス供給口から燃料ガス（水素ガス）ｈinを供給するようになっている。燃料電池１０に供給された燃料ガスｈinは、マニホールド経由で各単セルに供給され、セパレータの燃料ガス流路を流れて、ＭＥＡのアノードにおいて電気化学反応を生じるようになっている。燃料電池１０の燃料ガス排出口から排出された燃料オフガスｈoutは、気液分離器で水分を除去した後、必要に応じて酸化ガスである空気により希釈され、外部に排出されるようになっている。また、燃料ガスを循環供給する構造をとる場合には、燃料オフガスｈoutの一部を逆止弁またはエジェクタを介して燃料ガスの供給経路側に戻すように構成する。

酸化ガス供給系２は、詳しく図示しないが、エアクリーナ、コンプレッサ、加湿器等を備え、燃料電池１０の酸化ガス供給口から酸化ガス（空気）ａinを供給するようになっている。燃料電池１０に供給された酸化ガスａinは、マニホールド経由で各単セルに供給され、セパレータの空気流路を流れて、ＭＥＡのカソードにおいて電気化学反応を生じるようになっている。燃料電池スタック１０から排出された酸化オフガスａoutは、必要に応じて燃料オフガスｈoutを希釈されてから排出されるようになっている。

なお、燃料電池１０は、図示しない冷却系が設けられており、セパレータ間に冷却液を循環させ、発電による熱を奪うようになっている。燃料電池の内部温度を計測するための温度センサ１１が、燃料電池の冷却液出口付近に設けられており、冷却液の温度、すなわち燃料電池の内部温度を計測可能になっている。

負荷調整器４は、燃料電池１０の出力端（アノード端Ａ及びカソード端Ｃ）に接続され、燃料電池１０の出力電力をチョッパ制御することが可能に構成されている。すなわち、入力される電力を断続的に供給することによって、出力電力の量を変更可能になっている。例えば、負荷調整器４は、大電流をスイッチング可能なスイッチング素子を備え、スイッチングタイミングを調整することで、出力される電力量を変更可能になっている。スイッチング素子としては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等を用いることができる。チョッパ制御によれば、抵抗制御に比べて電力損失が少なく発熱も少ないので実用上好適である。チョッパ制御のための回路構造としては、インバータやコンバータに採用されるブリッジ型回路等、公知の回路構成を種々に適用可能である。少なくとも制御部３からの制御信号Ｓｃに対応させたパルス幅及び周期の矩形波（図３参照）となるよう、出力電流または／及び電圧を変化させることが可能な回路構造を備えている。なお、コンバータの出力変化範囲が広い場合には、コンバータを負荷調整器の代用とすることも可能である。

図３に、負荷調整器４によって制御される矩形波出力を例示する。
図３に示すように、負荷調整器４は、制御部３の制御に基づいて、出力する矩形波のパルス幅ｄ１〜ｄ３や周期ｔ１〜ｔ３を段階的にまたは連続的に変化させることが可能になっている。この矩形波出力情報は、メモリ３０に格納されているものである。

キャパシタ６は、本発明に係る容量性の蓄電装置であり、負荷調整器４から供給された電力を蓄電し、安定化させた電力を電気機器類５に供給するものである。キャパシタは、いわゆる大容量のコンデンサであるが、車両に搭載する燃料電池システムに用いるため、エネルギー密度を高めた構成としておくことが好ましい。例えば、炭素とアルミニウムで電極を構成し、特に電極を活性炭電極で構成したり、超微細技術により表面積を拡大させた炭素系材料を用いたりすることが好ましい。キャパシタ６の容量は、燃料電池１０の発電電力や負荷装置である電気機器類５の消費電力との兼ね合いで定める。すなわち、燃料電池１０からの発電を中断する可能性のある期間中に電気機器類５の電力消費を賄いきれるような容量を有することを要する。必要に応じて並列接続し、蓄積容量を上げる等の構成を採用する。キャパシタによれば、電力蓄電（充電）に要する時間が短く、充放電を数十万回繰り返しても容量低下が少ないという特徴を有する。また、温度によって充電容量が低下したり充電速度が落ちたりすることが少ないので、低温起動時における電力源として適しているという特徴も有する。

電気機器類５は、負荷装置であって、電力を必要とする機器類の総称であり、高圧補機類と低圧補機類とがある。高圧補機類は、消費電力の比較的大きな高電圧駆動を要するものであり、車両に搭載される燃料電池システムであれば、酸化ガス供給系２で用いるコンプレッサ、燃料ガス供給系１や冷却系で用いるファンモータや各種ポンプ類、車両の動力源となるトラクションモータが該当する。低圧補機類としては、比較的低い供給電圧によって駆動可能な補機類であり、車両に搭載される燃料電池システムでは、燃料電池１０の動作状態（発電状態）とは無関係に、独立して動作する装置類である。例えばこのような補機としては、カーオーディオ等の音響装置やナビゲーションシステム等の制御装置、ランプ類などユーザのオン／オフ制御によって動作するものがある。

高圧補機類でモータ類等の交流駆動が必要な電気機器については、インバータを設けて、キャパシタ６から供給される直流電流を任意の振幅の交流電流に変換させる。また、モータ類から回生電力が生ずるときには、インバータにより直流電流に変換してキャパシタ６に充電させることが可能なように構成してもよい。

制御部３はＥＣＵ（Electric Control Unit）等の公知のコンピュータシステムであり、図示しないＣＰＵ（中央処理装置）やＲＡＭ、ＲＯＭ、インターフェース回路を備えている。そして、ＣＰＵがＲＯＭ等に格納されているソフトウェアプログラムを逐一実行することにより、本燃料電池システムを本発明の低温起動装置として機能させることが可能になっている。特に、制御部３はメモリ３０に対し書き込み及び読み出しが可能に構成されており、図３で説明したような矩形波出力情報を蓄積するようになっている。例えば、図３の例では、この矩形波出力情報として、矩形波の低電流（低電圧）側の値Ｉａと高電流（高電圧）側の値Ｉｂ、燃料電池の温度レンジに対応させたパルス幅ｄ１〜ｄ３またはデューティー比、周期ｔ１〜ｔ３または周波数が格納されている。

次に、図２のフローチャートを参照しながら、本実施形態における低温起動方法を説明する。
図２は起動直後に処理される電源許可処理を説明するフローチャートである。例えば、システム起動から所定時間（例えば１０分間）、この処理が実行されるように設定すればよい。但し、極寒冷地等で、起動から時間が経過しても、燃料電池１０の出力が低い場合に生成水の凍結等の可能性がある環境で利用されるシステムの場合には、運転期間中、定期的にこの処理を実行するように制御してもよい。

まず、温度センサ１１からの検出信号Ｓｔが参照され、燃料電池１０の内部温度が検出される（Ｓ１）。次いで検出された燃料電池１０の内部温度が所定の暖機温度以下であるか否かが判定される（Ｓ２）。所定の暖機温度とは、燃料電池１０の内部において生成される生成水や冷却液が凍結したり凝結したりしてガス交換性能を阻害するようなことが生じうる上限の臨界温度である。システムの仕様に応じてこの暖機温度は決定される。例えば、暖機温度を０℃というように設定することができる。

燃料電池１０の内部温度が暖機温度より高い場合には（Ｓ２：ＮＯ）、低温起動時とは考えられないので、通常の発電処理に移行する（Ｓ８）。一方、燃料電池１０の内部温度が暖機温度以下である場合には（Ｓ２：ＹＥＳ）、本発明の低温起動処理に移行する。

燃料電池１０に対し、低温起動時に供給する燃料ガスの量として適量の燃料ガスが、燃料ガス供給系１から供給され、この燃料ガスに対して適量な酸化ガスが酸化ガス供給系２から供給される（Ｓ３）。この燃料ガス及び酸化ガスの供給によって、燃料電池１０のＭＥＡでは電気化学反応を生じ、アノード電極側で水が生成される。ここで暖機温度以下の低温時にこの生成水が多量に生ずると、電解質膜の界面や内部で凝結や凍結を生じ、ガス交換がスムースに行われなくなり、発電効率を低下させる。そこで、本実施形態では、電流または／及び電圧を脈動させる掃引方法を実施する。

まずメモリ３０に格納されている、図３に示すような矩形波出力を得るための矩形波出力情報が参照される（Ｓ４）。矩形波電流の電流値が大きいほど、また、持続時間が長いほど、発熱量が多くなり、暖機に適するが、一方で、カソード電力側で生成される純水量も多くなる。生成水の量が、コンプレッサ等でカソード電極に供給される空気によってカソード電極側から除去される純水量よりも多くなると、カソード電極側の生成水が過剰に発生するようになる。このような時に燃料電池の温度が低いとすれば、カソード電極側で凝縮または凝固する純水量が多くなっていく。このような状態で発電を続けると、カソード電極で滞留した純水が、酸化ガスと電極触媒との接近によって生ずる電気化学反応を阻害するようになり、発電効率を下げてしまう。

この点、本実施形態では、発電電流を脈動させることで、生成水の凝縮や凝固を抑制している。このように構成することで、温度が低い場合には、電流の持続時間の短い、パルス幅の小さい矩形波が供給されて凝縮または凝固する純水量を抑制しながら、効率的に高電流による暖機が実施される。特に本実施形態では、図３から分かるように、燃料電池の内部温度が低くなるほど、発電電流としての矩形波のパルス幅や周期が短くなるように対応づけられている。このようにパルス幅や周期を設定することで、燃料電池の内部温度が低い場合に電力を脈動させたとしても、発電効率を低下させることなく、効率的に昇温し、全体的に鑑みて暖機時間を短くすることができるのである。

なお、図３の例では、燃料電池の内部温度が低い方から順に、温度Ｔ０〜Ｔ１のレンジでは、パルス幅ｄ１、周期ｔ１の矩形波が、温度Ｔ１〜Ｔ２のレンジでは、パルス幅ｄ２（＞ｄ１）、周期ｔ２（＞ｔ１）の矩形波が、温度Ｔ２〜Ｔ３のレンジでは、パルス幅ｄ３（＞ｄ２）、周期ｔ３（＞ｔ２）の矩形波が供給されるようになっている。この他、低電流側の電流値Ｉａと高電流側の電流値Ｉｂのそれぞれを、前記レンジに応じて変更していくように制御してもよい。

制御部３は、計測された燃料電池１０の内部温度が、どの温度レンジに位置しているかに応じて、対応する矩形波出力を決定し、電流電圧の掃引方法を定める（Ｓ５）。そして、この決定された矩形波電流または電圧が出力されるように、負荷調整器４の出力を制御する（Ｓ６）。この制御により、電気機器類５には実際に脈動して変化する電流または電圧が供給される。

ここで、本発明の特徴であるキャパシタ６は、この負荷調整器４からの出力電流または出力電圧を平滑化するように構成されている。すなわちキャパシタ６は、容量性の蓄電装置であるため、負荷調整器４からの、図３の矩形波波形に対応して脈動する出力電流または出力電圧を一旦蓄電してから、電気機器類５に安定化させて出力するようになっている。

図４に、負荷調整器４で出力電流を脈動させた場合にキャパシタ６の出力電圧がどのように変化するかの関係図を示す。図４の破線に示すように、キャパシタ６が存在しないとしたら、電気機器類５に供給される電圧は、負荷調整器４の出力電流の変動に対応した矩形波形状に変化するはずである。しかし、本実施形態では、負荷調整器４の出力側（二次側）にキャパシタ６が接続されているので、高周波成分が減衰され、電圧が平滑化され、実線で示すように、鈍ったような波形、言い換えれば緩和された変動を示す。

図５に、平滑化された出力電圧波形例を示す。
電子機器類５の中には、正しい動作をするための最低動作電圧を有するものが存在する。この最低動作電圧のうち最も高い電圧（総ての電気機器が正しく動作する電圧）をしきい値Ｖｔｈとすると、図５に示すように、平滑化された出力電圧の最低値がしきい値Ｖｔｈ以上となっていればよいことが分かる。この出力電圧波形の鈍り方は、キャパシタ６の有する容量（キャパシタンス）と相関があるため、最低動作電圧を少なくとも確保可能なように、キャパシタ６の容量を定めてもよい。

図６に、負荷調整器４で出力電圧を脈動させた場合にキャパシタ６の出力電流がどのように変化するかの関係図を示す。このように負荷調整器４を電圧制御型に調整した場合には、キャパシタ６により出力電流の高周波成分が減衰され、図６に示すように、鈍ったような電流波形、つまり変動が緩和された出力電圧が電気機器類５に供給される。このように、電気機器類５が、電流制御とする方がよいか、電圧制御とする方がよいかに応じて、負荷調整器４に電流制御させたり電圧制御させたりすればよいのである。

燃料電池の内部温度の変化を検証するのに適当な一定時間が経過するまでは（Ｓ７：ＮＯ）、同じ矩形波出力情報に基づいた負荷調整制御及び電力供給が継続される（Ｓ６）。一定時間が経過したら（Ｓ７：ＹＥＳ）、再度燃料電池の内部温度の計測が実行される（Ｓ１）。そして暖機温度より温度が上がっていれば（Ｓ２：ＮＯ）、通常運転に移行し（Ｓ８）、未だ暖機温度以下であれば（Ｓ２：ＹＥＳ）、再度、電圧掃引方法が検討される（Ｓ３〜Ｓ５）。この結果、燃料電池の内部温度のレンジがより高い温度レンジに移っていたら（図３）、選択する矩形波波形情報の変更が行われ（Ｓ５）、より高い温度に適した矩形波出力で掃引が実施される。（Ｓ６〜Ｓ７）。最終的には暖機温度以上となって（Ｓ２：ＮＯ）、通常発電処理に移行することになる（Ｓ８）。

以上説明したように、本実施形態１によれば、負荷調整器４に蓄電装置としてキャパシタ６を備えたので、出力電圧を一定以上とすることができ、電子機器類を低温起動時から利用することができる。

特に本実施形態１によれば、キャパシタ６を利用することにより、電力蓄電（充電）に要する時間が短く、充放電を数十万回繰り返しても容量低下が少ないという特徴がある。また、温度によって充電容量が低下したり充電速度が落ちたりすることが少ないので、低温起動時における電力源として適しているという特徴も有する。

また、本実施形態１によれば、負荷調整器４を備え、単位時間の生成水量が過大にならないように出力電力を脈動させる機能を備えたので、低温起動時には燃料電池における生成水の凝縮や凍結による滞留を抑制しながら、効率的な暖機が可能である。

また、本実施形態１によれば、矩形波出力による脈動の周期（周波数）を短くしたので、見かけ上の燃料電池の総出力を一定以上に維持することができ、よって、暖機時間を極力短くすることができる。

（実施形態２）
本発明の実施形態２は、蓄電装置としてキャパシタに代えてコンバータとバッテリを備えた例に関する。
図７に、本実施形態２における燃料電池システムのブロック図を示す。図７に示すように、本実施形態２における燃料電池システムのブロックは、実施形態１とほぼ同様であるが、キャパシタ６の部分をコンバータ７及びバッテリ８で置き換えた点で相違する。

コンバータ７は、電圧の異なる燃料電池１０とバッテリ８との間で電圧変換するように構成されており、出力電圧を制御可能になっている。具体的には、コンバータ７は、燃料電池１０の出力電圧を降圧して電気機器類５やバッテリ８に供給可能となっている。

コンバータ７は、負荷調整器と同じＩＧＢＴ等で構成されており、入力される電力を断続的に伝達することで、出力される電力量を調整する構成を備えるものである。したがって、コンバータ７の電圧または電流調整範囲が図３や図５に示すような電圧または電流制御を可能に構成されているのならば、負荷調整器４の代用をさせ、負荷調整器４を設けないようにすることも可能である。

バッテリ８は、本発明に係る蓄電装置であり、充放電可能に構成されている。バッテリ８は、例えばニッケル水素等のバッテリモジュールを多数積層して構成されており、所定の電圧（例えば２００Ｖ）で電力供給したり、余剰電力を充電したりが可能になっている。バッテリ８は、システムで要求される電力が燃料電池１０から出力可能な電力を超える場合に、その電力不足分を補うように動作するようになっている。また当該車両が減速して回生電力が電気機器類５から供給された場合や、燃料電池１０の発電量がシステムの要求電力を上回って余剰電力が発生した場合に、これら回生電力や余剰電力を充電するようになっている。

特に本実施形態におけるバッテリ８は、低温時における充放電特性及び比較的短時間に充電が完了する急速充電に優れていることが好ましい。このようなバッテリであれば、低温起動時に負荷調整器４またはコンバータ７からの出力電流または電圧の脈動を平滑化し、緩和させ、安定化させるように機能し、実施形態１のキャパシタ６と同様の作用効果を奏するからである。

実施形態２における動作は、実施形態１と同様に行うことができる。
上記実施形態２によれば、実施形態１と同様の作用効果を奏する。例えば、バッテリ８が本発明の蓄電装置として機能し、負荷調整による出力電流または電圧の脈流を平滑化するので、電子機器類を起動時から動作させることが可能である。

（変形例）
本発明は上記実施形態に限定されることなく種々に変形して適用することが可能である。
例えば、上記実施形態では、蓄電装置として、キャパシタやバッテリを用いていたが、これに限らない。低温起動時に所定の電力容量があり、比較的短時間に充放電が可能な装置であれば、本発明で使用可能な蓄電装置である。例えば、負荷調整器の脈動を平滑化可能な構成として、ローパスフィルタ、ダイオードによる整流回路、平滑回路等が種々適用可能である。このような蓄電装置は、燃料電池からの発電電力を一旦蓄電し、負荷装置である電気機器類に供給するように接続されていることが好ましい。つまり、燃料電池から直接負荷装置に電力が供給されるのではなく、蓄電装置に蓄積された電力が、負荷装置に供給されるように構成されていることが好ましい。

また、本発明は、車両（自動車や電車）、船舶、航空機などの移動体のみならず、ビル、家屋などの閉空間に定置されたシステムにも適用することが出来る。つまり、低温時に起動する必要があり、低温起動時から一定の負荷装置を動作させる必要があるシステム一般に適用することが可能である。

また、上記実施形態の燃料電池システムでは、燃料タンクを用いていたが、改質器その他の燃料源を用いた燃料電池システムにも適用可能である。

実施形態１の燃料電池システム（低温起動装置）のブロック図 実施形態の低温起動方法を説明するフローチャート 低温起動用出力電流の変化図 出力電流を変化させる場合の出力電圧の変化図 例示の平滑化された出力電圧波形図 出力電圧を変化させる場合の出力電流の変化図 実施形態２の燃料電池システム（低温起動装置）のブロック図

符号の説明

１…燃料ガス供給系、２…酸化ガス供給系、３…制御部、４…負荷調整器（装置）、５…電気機器類（負荷装置）、６…キャパシタ（蓄電装置）、７…コンバータ、８…バッテリ、１０…燃料電池、

Claims (8)

1. 燃料電池の低温起動時に該燃料電池の出力を変動させる燃料電池システムであって、
   低温起動時に該燃料電池の出力を変動させる負荷調整装置と、
   該燃料電池の出力変動を平滑化する蓄電装置と、
   該蓄電装置から電力の供給を受ける負荷装置と、
   を備えることを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記蓄電装置は、前記燃料電池の出力変動の高周波成分を減衰させることにより、前記出力変動を平滑化させる、請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 燃料電池の低温起動時に該燃料電池の出力を変動させる燃料電池システムであって、
   低温起動時に該燃料電池の出力を変動させる負荷調整装置と、
   該燃料電池の出力端に電気的に接続された容量性の蓄電装置と、を備え、
   該蓄電装置は、該燃料電池の出力変動を平滑化させるものである、
   燃料電池システム。
4. 前記燃料電池の出力変動は、前記燃料電池の出力電流値を第１の値と第２の値との間で交互に変化させるものである、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. 前記燃料電池の出力変動の平滑化は、前記出力電流値の変動に対応した出力電圧値の変化が前記出力電流値の変動に比べ緩慢にされるものである、
   請求項４に記載の燃料電池システム。
6. 前記燃料電池の出力変動は、前記燃料電池の出力電圧値を第１の値と第２の値との間で交互に変化させるものである、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。
7. 前記燃料電池の出力変動の平滑化は、前記出力電圧値の変動に対応した出力電流値の変化が前記出力電圧値の変動に比べ緩慢にされるものである、
   請求項６に記載の燃料電池システム。
8. 燃料電池の低温起動時に該燃料電池を起動するための低温起動装置であって、
   低温起動時に該燃料電池の出力を変動させる負荷調整手段と、
   該燃料電池の出力変動を安定化させる安定化手段と、
   を備えることを特徴とする低温起動装置。
   
   

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