JP2008311080A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池のＩＶ特性を精度良く推定することが可能な燃料電池システムを提供する。
【解決手段】インピーダンス測定部は、燃料電池のインピーダンスを測定し、直流抵抗による電圧降下分を求める（ステップＳ１００→ステップＳ２００）。エアストイキ判定部は、燃料電池に供給する酸化ガスのガス量を検知することにより、当該時点におけるエアストイキ比が１以上であるか否かを判断する（ステップＳ３００）。ＩＶ特性推定ライン作成部は、エアストイキ判定部から通知されたエアストイキ比が１以上である場合、残電圧要素は全て活性化電圧であると判断し（ステップＳ４００）、通知されたエアストイキ比が１未満である場合には、残電圧降下要素は活性化過電圧と起電圧変化分の電圧降下との組合せであると判断する（ステップＳ４５０）。
【選択図】図１０

Description

本発明は、燃料電池システムに関し、特に燃料電池の運転状態に応じて出力電力を制御する燃料電池システムに関する。

石油依存の車社会の将来像が懸念されている現代では、水素を燃料とする燃料電池を搭載した自動車の普及が期待されている。燃料電池はセルを直列に積層したスタック構造を有しており、アノードに供給される水素を含む燃料ガスとカソードに供給される酸素を含む酸化ガスの電気化学反応を利用して発電を行っている。

燃料電池は他の電源に比べて起動に際して種々の制約が存在する。かかる燃料電池の発電効率は、温度の低下や電極触媒の被毒に起因して減少し、所望の電圧／電流を供給することができずに機器を起動できない場合も生じる。

このような事情に鑑み、燃料電池を始動する際、アノードに供給される燃料ガス及びカソードに供給される酸化ガスの少なくともいずれか一方を不足状態とし、電極の一部の過電圧を増加させてさらなる熱を発生させることで、燃料電池の温度を上昇させ、電極触媒の被毒などを回復させる運転（以下、リフレッシュ運転）が行われる（例えば、下記特許文献１参照）。

特表２００３−５０４８０７号

ところで、燃料電池のＩＶ特性は一定でなく、燃料電池の運転状態（通常運転状態であるか、リフレッシュ運転状態であるか）や運転環境（例えば、外気温度）などによって大きく変動する。かかる変動を考慮することなく燃料電池の出力電力が制御されると、２次電池へ過充電が行われるなどの問題が懸念される。

この点に関し、特開２００５−５０７４２号公報などには、燃料電池のＩＶ特性を推定し、推定したＩＶ特性に基づき燃料電池の出力電力を制御する技術が開示されているが、かかる技術は燃料電池の出力電圧の電圧降下を要因別に推定するものではなく、ＩＶ特性の推定精度に欠けるという問題が生ずる。

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、燃料電池のＩＶ特性を精度良く推定することが可能な燃料電池システム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、燃料電池と、前記燃料電池の実運転動作点における出力電流、出力電圧を検知する第１検知手段と、前記燃料電池の抵抗分の電圧低下量を検知する第２検知手段と、前記燃料電池の分極分の電圧低下量を検知する第３検知手段と、前記燃料電池の起電圧の低下量を検知する第４検知手段と前記各検知手段による検知結果に基づき、燃料電池の電流・電圧特性を推定する推定手段とを具備することを特徴とする。

かかる構成によれば、燃料電池のＩＶ特性を運転によって生じる電圧降下分を、電流に比例しない分極分の電圧降下、電流に比例する抵抗分の電圧降下、起電圧変化分の電圧降下、の３つに大別し、これらに基づいて燃料電池のＩＶ特性（電流・電圧特性）を推定する。この結果、従来に比して燃料電池のＩＶ特性を精度良く推定することができ、これにより燃料電池の実際のＩＶ特性とＩＶ特性推定ラインとの乖離を抑制することが可能となる。

ここで、上記構成にあっては、前記第２検知手段は、前記燃料電池のインピーダンスを測定し、該インピーダンスの測定結果と前記出力電流から前記抵抗分の電圧低下量を検知する態様が好ましい。

また、上記構成にあっては、前記燃料電池に供給する酸化ガスのストイキ比を検出するストイキ比検出手段と、検出される酸化ガスのストイキ比に応じて、前記燃料電池の起電圧と実運転動作点における出力電圧との差から前記抵抗分の電圧低下量を除いた電圧低下量が、全て分極分の電圧低下量であるか、または前記分極分の電圧低下量と前記起電圧の低下量との組合せであるかを判断する判断手段とをさらに具備する態様が好ましい。

また、上記構成にあっては、前記分極分の電圧低下には活性化過電圧が含まれ、所定の電流領域毎に、前記推定手段によって推定された前記燃料電池の電流・電圧特性と前記第１検知手段によって検知される実運転動作点における出力電圧との間に生じた電圧偏差を検知し、検知した電圧偏差に基づき、少なくとも前記活性化過電圧を補正する補正手段をさらに具備する態様が好ましい。

また、上記構成にあっては、当該システムが起動されて現時点までに前記補正が行われた電流領域を既補正電流領域とし、未だ前記補正が行われていない電流領域を未補正電流領域とした場合、前記補正手段は、前記既補正電流領域での前記活性化過電圧の補正量を利用して、前記未補正電流領域での前記活性化過電圧の補正を行う態様が好ましい。

また、上記構成にあっては、前記推定手段は、前記燃料電池の出力電流の変化方向に応じて異なる電流・電圧特性を推定し、前記補正手段は、前記変化方向に対応した前記電流・電圧特性を利用して前記活性化過電圧の補正を行う態様が好ましい。

また、上記構成にあっては、前記第３検知手段によって検知される分極分の電圧低下量と、設定された起電圧低下量とを比較することにより、前記燃料電池の触媒が劣化したか否かを判断する判断手段をさらに具備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、燃料電池のＩＶ特性を精度良く推定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
Ａ−１．構成
図１は本実施形態に係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、ロボットなど）や定置型電源、さらには携帯型の燃料電池システムにも適用可能である。

燃料電池４０は、供給される反応ガス（燃料ガス及び酸化ガス）から電力を発生する手段であり、固体高分子型、燐酸型、熔融炭酸塩型など種々のタイプの燃料電池を利用することができる。燃料電池４０は、ＭＥＡなどを備えた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。この燃料電池４０の実運転動作点における出力電圧（以下、ＦＣ電圧）及び出力電流（以下、ＦＣ電流）は、それぞれ電圧センサ（第１検知手段）１４０及び電流センサ（第１検知手段）１５０によって検出される。燃料電池４０の燃料極（アノード）には、燃料ガス供給源１０から水素ガスなどの燃料ガスが供給される一方、酸素極（カソード）には、酸化ガス供給源７０から空気などの酸化ガスが供給される。

燃料ガス供給源１０は、例えば水素タンクや様々な弁などから構成され、弁開度やＯＮ／ＯＦＦ時間などを調整することにより、燃料電池４０に供給する燃料ガス量を制御する。
酸化ガス供給源７０は、例えばエアコンプレッサやエアコンプレッサを駆動するモータ、インバータなどから構成され、該モータの回転数などを調整することにより、燃料電池４０に供給する酸化ガス量を調整する。

バッテリ６０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。もちろん、バッテリ６０の代わりに二次電池以外の充放電可能な蓄電器（例えばキャパシタ）を設けても良い。このバッテリ６０と燃料電池４０とはトラクションモータ用のインバータ１１０に並列接続されており、バッテリ６０とインバータ１１０の間にはＤＣ／ＤＣコンバータ１３０が設けられている。

インバータ１１０は、例えばパルス幅変調方式のＰＷＭインバータであり、制御装置８０から与えられる制御指令に応じて燃料電池４０またはバッテリ６０から出力される直流電力を三相交流電力に変換し、トラクションモータ１１５へ供給する。トラクションモータ１１５は、車輪１１６Ｌ、１１６Ｒを駆動するためのモータであり、かかるモータの回転数はインバータ１１０によって制御される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０は、例えば４つのパワー・トランジスタと専用のドライブ回路（いずれも図示略）によって構成されたフルブリッジ・コンバータである。ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０は、バッテリ６０から入力されたＤＣ電圧を昇圧または降圧して燃料電池４０側に出力する機能、燃料電池４０などから入力されたＤＣ電圧を昇圧または降圧してバッテリ６０側に出力する機能を備えている。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０の機能により、バッテリ６０の充放電が実現される。

バッテリ６０とＤＣ／ＤＣコンバータ１３０の間には、車両補機やＦＣ補機などの補機類１２０が接続されている。バッテリ６０は、これら補機類１２０の電源となる。なお、車両補機とは、車両の運転時などに使用される種々の電力機器（照明機器、空調機器、油圧ポンプなど）をいい、ＦＣ補機とは、燃料電池４０の運転に使用される種々の電力機器（燃料ガスや酸化ガスを供給するためのポンプなど）をいう。

制御装置８０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどにより構成され、ＦＣ電圧を検出する電圧センサ１４０や、ＦＣ電流を検出する電流センサ１５０、燃料電池４０の温度を検出する温度センサ５０、バッテリ６０の充電状態を検出するＳＯＣセンサ、アクセルペダルの開度を検出するアクセルペダルセンサなどから入力される各センサ信号に基づき、当該システム各部を中枢的に制御する。また、制御装置８０は、燃料電池４０の電圧降下を要因別に推定することで、従前に比して精度の高いＩＶ特性の推定を行う。

＜ＩＶ特性の推定プロセス＞
図２及び図３は、従前のＩＶ特性の推定プロセスを説明する説明図である。図２及び図３では、ＩＶ特性の推定材料としての活性化分極に起因する電圧降下（活性化過電圧）の推定ラインを一点鎖線で示し、ＩＶ特性推定ラインを実線で示し、直流抵抗による電圧降下の推定ラインを二点鎖線で示している。なお、図２及び図３に示す縦軸、横軸は、それぞれＦＣ電圧、ＦＣ電流をあらわしており、縦軸の切片は、燃料電池の起電力（起電圧）Ｖｅをあらわしている。

図２に示すように、従前の燃料電池システムは、燃料電池の起電力Ｖｅと活性化過電圧をそれぞれ固定値としてあらわしていた。このため、電圧センサ及び電流センサによってＦＣ電圧及びＦＣ電流が検知され、燃料電池の実運転動作点（Ｉｆｃ１、Ｖｆｃ１）が得られると、実運転動作点に示されるＦＣ電圧と活性化過電圧の差分を、全て直流抵抗による電圧降下と判断していた（図３参照）。

しかしながら、上記の如く実運転動作点に示されるＦＣ電圧と活性化電圧の差分を全て直流抵抗による電圧降下と判断し、直流抵抗による電圧降下の推定値を時定数もって動かすと、ＩＶ特性推定ラインと実運転動作点との間に大きな乖離が生じてしまう。

そこで、本願発明者はこの乖離について鋭意検討し、下記の如く要因を特定した。具体的には、燃料電池の起電圧Ｖｅは運転状態（通常運転状態であるか、リフレッシュ運転状態であるか）に応じて異なるが常に一定としていた点、活性化過電圧は経時劣化や温度などの影響により変動するが常に一定としていた点などを乖離の主要因として特定した。

以上を踏まえ、本実施形態では運転によって生じる電圧降下分を、（１）電流に比例しない分極分の電圧降下、（２）電流に比例する電圧降下（直流抵抗による電圧降下）、（３）起電圧変化分の電圧降下、の３つに大別し、これらに基づいて燃料電池のＩＶ特性を推定することとした（図４参照）。ここで、図４では、起電圧変化分の電圧降下を太破線で示している。なお、本実施形態において分極分の電圧降下とは、活性化分極の電圧降下および濃度分極の電圧降下を意味する。ただし、説明の便宜上、以下では、（１）電流に比例しない分極分の電圧降下として活性化電圧（活性化分極に起因する電圧降下）を想定する。

＜対策＞
まず、上記（２）に示す直流抵抗による電圧降下分については、当該システム運転中に間欠的または連続的に燃料電池４０の交流インピーダンスを測定することによって直流抵抗推定値を生成し、この直流抵抗値を利用することで直流抵抗による電圧降下分を推定する。

図５は、制御装置８０のＩＶ特性推定機能に係る機能ブロック図である。
制御装置８０は、インピーダンス測定部８１と、エアストイキ判定部８２と、ＩＶ特性推定ライン作成部８３とを備えて構成される。ここで、図６は、交流インピーダンス法によるインピーダンス測定の結果を複素平面に模式的にあらわした図であり、縦軸に虚部、横軸に実部を示す。

所定条件のもと、燃料電池４０のインピーダンスを測定し、周波数変化に伴うインピーダンスの軌跡を複素平面上にプロット（コールコールプロット）すると、図６に示すようなインピーダンス曲線が得られる。本実施形態では、制御装置８０のインピーダンス測定部（第２検知手段）８１が、当該システム運転中に間欠的または連続的に燃料電池４０のインピーダンスを測定する。そして、インピーダンス測定部８１は、測定したインピーダンス（測定インピーダンス）の実部を直流抵抗推定値Ｒｅとし、この直流抵抗推定値Ｒｅに電流センサ１５０によって検出されるＦＣ電流を乗ずることで、直流抵抗による電圧降下分を求める（図６参照）。そして、このようにして求めた直流抵抗による電圧降下分を、制御装置８０のエアストイキ判定部８２に通知する。

エアストイキ判定部（ストイキ比検知手段）８２は、直流抵抗による電圧降下分の通知を受け取ると、燃料電池４０に供給する酸化ガスのガス量（単位時間当たりの供給ガス量など）を検知することにより、当該時点におけるエアストイキ比が１以上であるか否かを判断し、判断結果を制御装置８０のＩＶ特性推定ライン作成部８３に通知する。ここで、エアストイキ比は、燃料電池４０の運転状態を把握するために利用され、エアストイキ比が１以上に設定されていれば、エアストイキ判定部８２は通常運転状態にあると判断し、エアストイキ比が１未満に設定されていれば、エアストイキ判定部８２はリフレッシュ運転状態にあると判断する。

ＩＶ特性推定ライン作成部（判断手段、推定手段）８３は、エアストイキ判定部８２から通知されるエアストイキ比に基づき、直流抵抗による電圧降下分を除く電圧降下要素（以下、残電圧降下要素）の判断等を行う。
まず、ＩＶ特性推定ライン作成部８３は、現時点における燃料電池４０の実運転動作点（Ｉｆｃ１、Ｖｆｃ１）を求める（図７参照）。そしてＩＶ特性推定ライン作成部８３は、エアストイキ判定部８２から通知されたエアストイキ比を参照し、該エアストイキ比が１以上であるか否かを判断する。通知されたエアストイキ比が１以上である場合、ＩＶ特性推定ライン作成部（第３検知手段）８３は、残電圧要素は全て活性化電圧であると判断し、図８に示すようなＩＶ特性推定ラインを生成する。なお、図８ではＩＶ特性推定ラインを実線で示し、活性化過電圧の推定ラインを一点鎖線で示し、直流抵抗による電圧降下分の推定ラインを二点鎖線で示している。

一方、ＩＶ特性推定ライン作成部８３は、通知されたエアストイキ比が１未満である場合には、残電圧降下要素は活性化過電圧と起電圧変化分の電圧降下との組合せであると判断する（図９参照）。ここで、上記の如く活性化過電圧の推定ラインがすでに生成されている場合には（図８参照）、ＩＶ特性推定ライン作成部（第３検知手段）８３は、すでに生成された活性化過電圧の推定ラインを利用する一方、未だ活性化過電圧の推定ラインが生成されていない場合には、製造出荷時に予め設定されている活性化過電圧の推定ライン（予め実験などにより求めた活性化電圧の推定ラインなど）を利用する。ＩＶ特性推定ライン作成部（第４検知手段）８３は、かかる活性化過電圧の推定ラインを利用して起電圧変化分の電圧降下ΔＶ（＝Ｖｅ−Ｖｅ’）を求めた後、図９に示すようなＩＶ特性推定ラインを生成する。なお、図９ではＩＶ特性推定ラインを実線で示し、活性化過電圧の推定ラインを一点鎖線で示し、直流抵抗による電圧降下分の推定ラインを二点鎖線で示している。以下、制御装置８０によって実行されるＩＶ特性推定処理について図１０を参照しながら説明する。

Ａ−２．動作説明
制御装置８０のインピーダンス測定部８１は、当該システム運転中に間欠的に燃料電池４０のインピーダンスを測定する。そして、インピーダンス測定部８１は、測定インピーダンスの実部を直流抵抗推定値Ｒｅとし、この直流抵抗推定値Ｒｅに電流センサ１５０によって検出されるＦＣ電流を乗ずることで、直流抵抗による電圧降下分を求める（ステップＳ１００→ステップＳ２００）。そして、このようにして求めた直流抵抗による電圧降下分を、制御装置８０のエアストイキ判定部８２に通知する。

エアストイキ判定部８２は、直流抵抗による電圧降下分の通知を受け取ると、燃料電池４０に供給する酸化ガスのガス量（単位時間当たりの供給ガス量など）を検知することにより、当該時点におけるエアストイキ比が１以上であるか否かを判断し（ステップＳ３００）、判断結果を制御装置８０のＩＶ特性推定ライン作成部８３に通知する。ここで、エアストイキ比は、燃料電池４０の運転状態を把握するために利用され、エアストイキ比が１以上に設定されていれば、エアストイキ判定部８２は通常運転状態にあると判断し、エアストイキ比が１未満に設定されていれば、エアストイキ判定部８２はリフレッシュ運転状態にあると判断する。

ＩＶ特性推定ライン作成部８３は、エアストイキ判定部８２から通知されるエアストイキ比に基づき、直流抵抗による電圧降下分を除く電圧降下要素（以下、残電圧降下要素）の判断を行う。別言すると、ＩＶ特性推定ライン作成部（判断手段）８３は、燃料電池の起電圧と実運転動作点（Ｉｆｃ１、Ｖｆｃ１）との差から直流抵抗による電圧降下分を除いた電圧降下要素が、全て活性化過電圧（分極分の電圧低下量）であるか、活性化過電圧と起電圧変化分の電圧降下（基電圧の低下量）との組合せであるかを判断する。

具体的には、まず、ＩＶ特性推定ライン作成部８３は、現時点における燃料電池４０の実運転動作点（Ｉｆｃ１、Ｖｆｃ１）を求める（図７参照）。そしてＩＶ特性推定ライン作成部８３は、エアストイキ判定部８２から通知されたエアストイキ比が１以上である場合、残電圧要素は全て活性化電圧であると判断し（ステップＳ４００）、図８に示すようなＩＶ特性推定ラインを生成し（ステップＳ５００）、処理を終了する。

一方、ＩＶ特性推定ライン作成部８３は、通知されたエアストイキ比が１未満である場合には、残電圧降下要素は活性化過電圧と起電圧変化分の電圧降下との組合せであると判断する（ステップＳ４５０）。ここで、上記の如く活性化過電圧の推定ラインがすでに生成されている場合には（図８参照）、すでに生成された活性化過電圧の推定ラインを利用する一方、未だ活性化過電圧の推定ラインが生成されていない場合には、製造出荷時に予め設定されている活性化過電圧の推定ライン（予め実験などにより求めた活性化電圧の推定ラインなど）を利用する。かかる活性化過電圧の推定ラインを利用して起電圧変化分の電圧降下ΔＶ（＝Ｖｅ−Ｖｅ’）を求めた後、図９に示すようなＩＶ特性推定ラインを生成し（ステップＳ５００）、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、燃料電池のＩＶ特性を運転によって生じる電圧降下分を、（１）電流に比例しない分極分の電圧降下、（２）電流に比例する電圧降下（直流抵抗による電圧降下）、（３）起電圧変化分の電圧降下、の３つに大別し、これらに基づいて燃料電池のＩＶ特性を推定する。この結果、従来に比して燃料電池のＩＶ特性を精度良く推定することができ、これにより燃料電池の実際のＩＶ特性とＩＶ特性推定ラインとの乖離を抑制することが可能となる。

Ｂ．応用例
＜応用例１＞
図１１は、応用例１に係る制御装置８０ａのＩＶ特性推定機能に係る機能ブロック図である。
制御装置８０ａは、学習部８４が追加された点を除けば前掲図５に示す制御装置８０と同様である。よって、対応する部分には同一符号を付し、詳細な説明を割愛する。

学習部（補正手段）８４は、ＩＶ特性推定ライン作成部８３によって生成されたＩＶ特性推定ラインと、現時点での実運転動作点との差分を求め、求めた差分（すなわち、電圧偏差）をその実運転動作点が属する電圧領域の活性化過電圧にフィードバックする。具体的には、図１２に示すように、現時点での実運転動作点（Ｉｆｃ１，Ｖｆｃ１）とＩＶ特性推定ラインとの差分を求め、求めた差分に基づき実運転動作点が属する電流領域（以下、領域と略称）の活性化過電圧の推定ラインを補正する。なお、応用例１では、電流に比例しない分極分の電圧降下として活性化過電圧（活性化分極に起因する電圧降下）を例示し、活性化過電圧をフィードバック制御する場合について説明したが、この活性化過電圧に加えて（または代えて）濃度過電圧をフィードバック制御するようにしても良い。なお、この点については、以下に示す応用例も同様である。

＜応用例２＞
また、電流に比例しない分極分の電圧降下を検知することで、燃料電池４０が劣化しているか否かを判断しても良い。詳述すると、まず、制御装置（判断手段）８０は、電流に比例しない分極分の電圧降下を検知すると、検知した電圧降下量とメモリ（図示略）に格納されているスタック劣化判断基準値（起電圧低下量）とを比較する。なお、スタック劣化判断基準値は、予め実験などに求めた値を使用すれば良い。制御装置（判断手段）８０は、検知した電圧降下量がスタック劣化判断基準値を越えている場合には、燃料電池４０の触媒活性が低下（触媒が劣化）していると判断し、リフレッシュ制御や燃料電池４０の交換を促すメッセージを外部などに報知する制御を行う。

ここで、電流に比例しない分極分の電圧降下のうち、特に活性化過電圧については、燃料電池４０の触媒活性が低下すると、大きく変化する電流領域が存在する（図１３の斜線部分参照）。よって、この電流領域Ａ１での電圧降下量を検知することで、燃料電池４０の触媒活性が劣化しているか否かを判断しても良い。具体的には、制御装置８０は、電流領域Ａ１での電圧降下量を検知し、検知した電圧降下量がスタック劣化判断基準値を越えているか否かを判断する。そして、検知した電圧降下量がスタック劣化判断基準値を越えている場合には、制御装置８０は、燃料電池４０の触媒活性が劣化していると判断し、リフレッシュ制御や燃料電池４０の交換を促すメッセージを外部などに報知する制御を行う。かかる構成によれば、燃料電池４０が劣化しているか否かを、迅速かつ正確に判断することができる。

＜応用例３＞
上記例では、活性化過電圧をフィードバック制御する場合について説明したが、燃料電池４０の運転状況によっては、イグニッションキーをオンした後、１度もフィードバック制御を実施しない電流領域も存在し得る。

そこで、応用例３では、１度もフィードバック制御を実施していない電流領域（未補正電流領域）については、すでにフィードバック制御を実施している電流領域（既補正電流領域）のフィードバック量を反映する。例えば、図１４に示す電流領域Ａ１について１度もフィードバック制御を実施しておらず、現時点で電流領域Ａｎについてフィードバック制御を実施している場合には（フィードバック量Ｖｎ；補正量）、制御装置８０は、現時点でのフィードバック量Ｖｎを電流領域Ａｎ−２の電圧値に加算するなどして、電流領域Ａｎ−２の活性化過電圧を推定する。かかる構成によれば、実際には使用されていない電流領域のＩＶ特性についても推定することができ、効率良く学習することが可能となる。なお、理論上、各電流領域における電圧値は、その電流領域より低電流領域での電圧値よりも高い値になることはない。よって、このようなフィードバック制御を実施しないように、予めフィードバック制御のルール決め（変曲点をもたないなど）を行うようにしても良い。

＜応用例４＞
活性化過電圧をフィードバック制御する場合、電流増加側に変化する場合と電流減少側に変化する場合とに分けて、制御装置（推定手段）８０が燃料電池４０のＩＶ特性を推定しても良い。図１４は、電流の変化方向とＩＶ特性の関係を例示した図であり、電流増加方向のＩＶ特性を太実線で示し、電流減少側のＩＶ特性を細実線で示す。図１４に示すように、電流変化方向が増加側と減少側では、異なるヒステリシスを有する。制御装置８０は、燃料電池４０の出力電流の変化方向（増加方向、または減少方向）を検出し、検出した変化方向に応じたＩＶ特性を推定する。さらに、応用例４では、電流変化量の絶対値を検出し、この絶対値が予め設定された閾値未満の場合には、活性化過電圧のフィードバック制御を実施する一方、絶対値が閾値以上である場合には活性化過電圧のフィードバック制御を実施することなく、２つのＩＶ特性をシステムのパワーコントロールに利用する。

（１）電流変化量の絶対値が閾値未満の場合
まず、制御装置８０は、電流変化量が正の値であるか、負の値であるかを判断する。制御装置８０は、電流変化量が正の値であると判断すると、電流増加方向のＩＶ特性（図１５の太実線部分）をベースとして活性化過電圧のフィードバック制御を実施する。一方、制御装置８０は、電流変化量が負の値であると判断すると、電流減少方向のＩＶ特性（図１５の細実線部分）をベースとして活性化過電圧のフィードバック制御を実施する。

（２）電流変化量の絶対値が閾値以上の場合
上記と同様、制御装置８０は、まず、電流変化量が正の値であるか、負の値であるかを判断する。制御装置８０は、電流変化量が正の値であると判断すると、活性化過電圧のフィードバック制御を実行することなく、電流増加方向のＩＶ特性（図１５の太実線部分）を用いて当該システムのパワーコントロールを実施する。一方、制御装置８０は、電流変化量が負の値であると判断すると、活性化過電圧のフィードバック制御を実行することなく、電流減少方向のＩＶ特性（図１５の細実線部分）を用いて当該システムのパワーコントロールを実行する。これにより、ＩＶ特性の推定精度を向上することが可能となる。

本実施形態に係る燃料電池システムの要部構成を示す図である。 従前のＩＶ特性の推定プロセスを説明する説明図である。 従前のＩＶ特性の推定プロセスを説明する説明図である。 運転によって生じる各電圧降下分を説明する説明図である。 ＩＶ特性推定機能に係る機能ブロック図である。 インピーダンス曲線を例示した図である。 直流抵抗による電圧降下分の導出プロセスを説明する説明図である。 エアストイキ比が１以上の場合のＩＶ特性推定ラインの生成プロセスを説明する説明図である。 エアストイキ比が１未満の場合のＩＶ特性推定ラインの生成プロセスを説明する説明図である。 ＩＶ特性推定処理を示すフローチャートである。 応用例１に係るＩＶ特性推定機能に係る機能ブロック図である。 応用例２に係るＩＶ特性の推定プロセスを説明する説明図である。 燃料電池の触媒劣化と活性化過電圧の関係を説明する説明図である。 応用例３に係る活性化過電圧のフィードバック制御を説明する説明図である。 応用例４に係る電流の変化方向とＩＶ特性の関係を例示した図である。

符号の説明

１０・・・燃料ガス供給源、４０・・・燃料電池、５０・・・温度センサ、６０・・・バッテリ、７０・・・酸化ガス供給源、８０，８０ａ・・・制御装置、８１・・・インピーダンス測定部、８２・・・エアストイキ判定部、８３・・・ＩＶ特性推定ライン作成部、８４・・・学習部、１１０・・・インバータ、１１５・・・モータ、１１６Ｌ、１１６Ｒ・・・車輪、１３０・・・ＤＣ／ＤＣコンバータ、１４０・・・電圧センサ、１５０・・・電流センサ、１６０・・・メモリ、１００・・・燃料電池システム。

Claims (7)

1. 燃料電池と、
   前記燃料電池の実運転動作点における出力電流、出力電圧を検知する第１検知手段と、
   前記燃料電池の抵抗分の電圧低下量を検知する第２検知手段と、
   前記燃料電池の分極分の電圧低下量を検知する第３検知手段と、
   前記燃料電池の起電圧の低下量を検知する第４検知手段と
   前記各検知手段による検知結果に基づき、燃料電池の電流・電圧特性を推定する推定手段と
   を具備することを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記第２検知手段は、前記燃料電池のインピーダンスを測定し、該インピーダンスの測定結果と前記出力電流から前記抵抗分の電圧低下量を検知する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. 前記燃料電池に供給する酸化ガスのストイキ比を検出するストイキ比検出手段と、
   検出される酸化ガスのストイキ比に応じて、前記燃料電池の起電圧と実運転動作点における出力電圧との差から前記抵抗分の電圧低下量を除いた電圧低下量が、全て分極分の電圧低下量であるか、または前記分極分の電圧低下量と前記起電圧の低下量との組合せであるかを判断する判断手段と
   をさらに具備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. 前記分極分の電圧低下には活性化過電圧が含まれ、
   所定の電流領域毎に、前記推定手段によって推定された前記燃料電池の電流・電圧特性と前記第１検知手段によって検知される実運転動作点における出力電圧との間に生じた電圧偏差を検知し、検知した電圧偏差に基づき、少なくとも前記活性化過電圧を補正する補正手段をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
5. 当該システムが起動されて現時点までに前記補正が行われた電流領域を既補正電流領域とし、未だ前記補正が行われていない電流領域を未補正電流領域とした場合、
   前記補正手段は、前記既補正電流領域での前記活性化過電圧の補正量を利用して、前記未補正電流領域での前記活性化過電圧の補正を行う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. 前記推定手段は、前記燃料電池の出力電流の変化方向に応じて異なる電流・電圧特性を推定し、
   前記補正手段は、前記変化方向に対応した前記電流・電圧特性を利用して前記活性化過電圧の補正を行うことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
7. 前記第３検知手段によって検知される分極分の電圧低下量と、設定された起電圧低下量とを比較することにより、前記燃料電池の触媒が劣化したか否かを判断する判断手段をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。

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