JP2015095306A - 燃料電池システムおよび燃料電池車両、燃料電池システムの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池の性能低下を抑制しつつ、燃料電池システムのシステム効率を向上させ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１００では、通常は、制御部２０の通常運転制御部２２が、外部からの負荷要求に応じて燃料電池１０の出力電圧を制御する通常制御を実行する。そして、燃料電池１０に対する負荷要求が検出されない場合には、制御部２０の間欠運転制御部２３が、燃料電池１０の出力電圧を燃料電池１０の電圧を触媒の酸化還元電位を跨いで０Ｖまで低下させる低電圧制御を実行する。制御部２０の低電圧制御制限部２４は、燃料電池１０が所定の温度より高い温度状態である場合には、間欠運転制御部２３による低電圧制御の実行を制限する。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池に関する。

燃料電池と二次電池とを備える燃料電池システムは、通常、外部負荷からの要求に応じて燃料電池に発電させ、外部負荷と燃料電池の発電量とが一致しない場合には、二次電池の電力によってその差分を吸収している。燃料電池には効率の高い出力範囲が存在する。そのため、下記の特許文献１，２の燃料電池システムでは、要求負荷が小さい低負荷領域においては、燃料電池を間欠的に発電させ、外部負荷の要求の対しては主に二次電池の電力を供給する間欠運転を行い、システム効率の向上を図っている。

特開２０１３−１０５６３５号公報 特開２０１３−１６１５７１号公報

ところで、燃料電池の電極には電気化学反応を促進するための触媒が配置されており、触媒の有効表面積は燃料電池の発電性能に大きく影響することが知られている。また、触媒の電気化学的有効表面積は、燃料電池において出力電圧の増減が繰り返される場合や、出力電圧が著しく大きく変動する場合などに、触媒の電極からの溶出や触媒同士の吸着などによって減少してしまう可能性があることが知られている。

特許文献１では、間欠運転の継続期間が長くなることが予測される場合には燃料電池の電圧の増減が繰り返される運転を行わないことによって、触媒にかかる負担を低減し、間欠運転における触媒の溶出を抑制している。特許文献２では、間欠運転の際の燃料電池の電圧を制限することによって、触媒にかかる負担を抑制し、触媒の劣化を抑制する。

しかしながら、燃料電池システムに対しては、システム効率のさらなる向上や、触媒の劣化に起因する燃料電池の性能低下のさらなる抑制が望まれている。このような課題は、特許文献１，２に記載されている間欠運転を実行する燃料電池システムに限らず、燃料電池を備える燃料電池システムにおいて共通する課題である。そのほか、燃料電池システムにおいては、低燃費化や、負荷要求に対する応答性の向上、信頼性の向上、システム構成の小型化、搭載性の向上、低コスト化、省資源化、ユーザーにとっての利便性の向上等が望まれている。

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、以下の形態として実現することが可能である。

［１］本発明の一形態によれば、外部からの負荷要求に応じた電力を出力する燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは、電極に触媒が配置されている燃料電池と、前記燃料電池の温度状態を検出する温度検出部と、前記燃料電池の出力電力を制御する電圧制御部と、低電圧制御制限部と、を備えて良い。前記電圧制御部は、複数の運転制御を切り替えて実行し、前記燃料電池の出力電力を制御して良い。前記電圧制御部は、前記複数の運転制御として、少なくとも、前記負荷要求に応じて前記燃料電池の出力電圧を制御する通常制御と、前記燃料電池の出力電圧を前記触媒の酸化還元電位よりも低い電圧まで低下させる低電圧制御と、を実行して良い。前記低電圧制御制限部は、前記燃料電池が所定の温度よりも高い温度状態である場合には、前記電圧制御部における前記低電圧制御の実行を制限して良い。この形態の燃料電池システムによれば、燃料電池が高温状態であるときに燃料電池の電圧を触媒酸化還元電位よりも低い値まで低下されることが抑制される。従って、燃料電池の触媒の劣化が抑制される。なお、本明細書において「触媒の酸化還元電位」は、触媒の酸化還元反応が発生する可能性が高い電位として、理論的あるいは実験的、経験的に求められる値である。「触媒の酸化還元電位」は、燃料電池の個体ごとに求められる値であっても良いし、同じタイプの燃料電池に対して共通的に設定される値であっても良い。

［２］上記形態の燃料電池システムは、さらに、前記電圧制御部の制御下において、前記燃料電池の出力電力の一部を蓄電し、前記燃料電池とともに前記外部負荷に電力を出力する二次電池を備え、前記電圧制御部は、前記負荷要求に応じた電力が所定の電力より低い場合に前記低電圧制御を実行しても良い。この形態の燃料電池システムによれば、低負荷要求に対しては低電圧制御によって燃料電池の発電量を抑制しつつ二次電池に出力補償をさせることができるため、システム効率の低下が抑制される。

［３］上記形態の燃料電池システムは、前記二次電池の充電状態を検出する充電状態検出部を備えて良い。前記低電圧制御制限部は、前記燃料電池の温度状態に基づく判定に加えて、前記二次電池の蓄電量に基づく判定を行い、前記電圧制御部における前記低電圧制御の制限の可否を決定しても良い。この形態の燃料電池システムによれば、二次電池の状態に応じて低電圧制御の実行頻度が決定されるため、低電圧制御の制限をより適切に実行することができ、触媒の劣化を抑制しつつ、システム効率の低下を抑制することができる。

［４］上記形態の燃料電池システムは、移動体に搭載されており、前記負荷要求は、前記移動体からの出力電力の要求であり、前記燃料電池システムは、前記移動体から受ける前記負荷要求が増大する可能性を判定する負荷要求増大可能性判定部を備え、前記電圧制御部は、（ｉ）前記負荷要求に応じた電力が所定の電力より低い場合において、前記負荷要求増大可能性判定部によって前記負荷要求が増大する可能性が低いと判定されている場合には、前記低電圧制御を実行し、（ｉｉ）前記負荷要求に応じた電力が所定の電力より低い場合において、前記負荷要求増大可能性判定部によって前記負荷要求が増大する可能性が高いと判定されている場合には、前記燃料電池に前記触媒の酸化還元電位よりも高い電圧で出力電圧の増減を繰り返させつつ、前記燃料電池の出力電力の余剰分を前記二次電池に蓄電する電圧増減制御を実行して良い。この形態の燃料電池システムによれば、負荷要求が小さく負荷要求が増大する可能性が低い場合には、燃料電池の発電量が抑制されるためシステム効率が向上する。また、負荷要求が小さく負荷要求が増大する可能性が高い場合には、燃料電池の電圧が低電圧制御のときよりも高く維持されているため、負荷要求が増大したときの負荷要求に対する応答性が高められる。

［５］上記形態の燃料電池システムにおいて、前記負荷要求増大可能性判定部は、前記負荷要求に応じた電力が前記所定の電力より低い状態が継続されている低負荷要求時間を計測し、前記低負荷要求時間が所定の時間より長い場合には、前記負荷要求が増大する可能性がないと判定しても良い。この形態の燃料電池システムによれば、電圧増減制御が継続されて、燃料電池の発電が無駄に継続されてしまうことや、二次電池の蓄電量が過多になってしまうことが抑制される。

［６］上記形態の燃料電池システムにおいて、前記負荷要求は、前記移動体の駆動力源に用いられる電力の要求であり、前記移動体は、ユーザーが前記移動体の加速を操作する加速操作部と、前記ユーザーが前記移動体の移動を禁止するブレーキ操作部と、を備えており、前記負荷要求増大可能性判定部は、前記ブレーキ操作部によって移動体が停止されているときに、前記負荷要求が増大する可能性が低いと判定し、前記電圧制御部は、前記ユーザーによる前記加速操作部の操作が検出されないときに、前記負荷要求に応じた電力が所定の電力より低い場合として、前記低電圧制御または前記電圧増減制御を実行しても良い。この形態の燃料電池システムによれば、ユーザーによる移動体の操作状態に応じて適切に低電圧制御と電圧増減制御とが切り替えられる。

［７］上記形態の燃料電池システムにおいて、前記低電圧制御は、前記燃料電池の出力電圧を０Ｖまで低下させる制御であっても良い。この形態の燃料電池システムであれば、低電圧制御の実行時には、燃料電池の発電が停止されるため、システム効率を向上させることができる。

本発明は、装置以外の種々の形態で実現することも可能である。例えば、燃料電池システムを搭載する燃料電池車両、燃料電池システムの制御方法、その制御方法を実現するコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した一時的でない記録媒体等の形態で実現することができる。

燃料電池システムの構成を示す概略図。 燃料電池システムの電気的構成を示す概略図。 制御部による燃料電池システムの運転制御の手順を示す説明図。 通常運転制御部による通常運転制御を説明するための説明図。 間欠運転制御部による間欠運転制御の制御手順を示す説明図。 低電圧制御制限部が実行する低電圧制御実行可否判定処理の手順を示す説明図。 電圧増減制御を説明するための説明図。 低電圧制御制限部によって低電圧制御が制限されることによる低電圧制御の発生頻度の変化を模式的に示す説明図。 燃料電池における触媒の電気化学的有効表面積の変化に関する実験結果を示す説明図。 実験において燃料電池に対して行った電圧制御を説明するための説明図。 燃料電池の運転温度に起因する発電性能の低下を検証した実験の実験結果を示す説明図。 実験において燃料電池に対して行った電圧制御を説明するための説明図。 第２実施形態の低電圧制御実行可否判定処理の手順を示す説明図。 第３実施形態の間欠運転制御の手順を示す説明図。 第４実施形態の間欠運転制御の手順を示す説明図。

A．第１実施形態：
図１は、本発明の第１実施形態としての燃料電池システム１００の構成を示す概略図である。この燃料電池システム１００は、移動体である燃料電池車両に搭載され、燃料電池車両の運転者（ユーザー）の操作に基づく燃料電池車両からの負荷要求に応じた電力を出力する。燃料電池システム１００は、燃料電池１０と、制御部２０と、カソードガス供給部３０と、カソードガス排出部４０と、アノードガス供給部５０と、アノードガス循環排出部６０と、冷媒供給部７０と、を備える。

燃料電池１０は、反応ガスとして水素（燃料ガス）と酸素（酸化剤ガス）の供給を受けて発電する固体高分子形燃料電池である。燃料電池１０は、単セルとも呼ばれる複数の発電体１１が積層されたスタック構造を有する。各発電体１１は、電解質膜の両面に電極を配置した発電体である膜電極接合体（図示せず）を有する。電解質膜は、湿潤状態で良好なプロトン伝導性を示す固体高分子薄膜によって構成される。電極は、発電反応を促進させるための触媒が担持された導電性粒子（例えば、白金担持カーボンなど）によって構成される。

制御部２０は、中央処理装置と主記憶装置とを備えるマイクロコンピュータによって構成される。制御部２０は、その中央処理装置が各種のプログラムを主記憶装置に読み込んで実行することにより、燃料電池システム１００を制御するための複数の機能（後述）を実現する。また、制御部２０は、複数の運転制御を適宜切り替えて実行するが、その詳細については後述する。

カソードガス供給部３０は、燃料電池１０のカソードにカソードガスとして圧縮空気を供給する。カソードガス供給部３０は、カソードガス配管３１と、エアコンプレッサ３２と、開閉弁３３と、エアフロメータ３４と、圧力計測部３５と、を備える。カソードガス配管３１は、燃料電池１０のカソード側供給用マニホールド（図示は省略）の入口に接続されている配管である。

エアコンプレッサ３２は、カソードガス配管３１を介して燃料電池１０と接続されており、外気を取り込んで圧縮した空気をカソードガスとして燃料電池１０に供給する。開閉弁３４は、エアコンプレッサ３２と燃料電池１０との間に設けられている。開閉弁３４は、カソードガス配管３１における供給空気の流れに応じて開閉する。具体的には、開閉弁３４は、通常、閉じた状態であり、エアコンプレッサ３２から所定の圧力を有する空気がカソードガス配管３１に供給されたときに開く。

エアフロメータ３４は、エアコンプレッサ３２の上流側において、エアコンプレッサ３２が取り込む外気の量を計測し制御部２０に送信する。圧力計測部３５は、燃料電池１０のカソード側供給用マニホールドの入口近傍における空気の圧力を計測し制御部２０に出力する。制御部２０は、エアフロメータ３４および圧力計測部３５の出力信号に基づいて、エアコンプレッサ３２の回転数を制御し、燃料電池１０に対する空気の供給量を制御する。

カソードガス排出部４０は、燃料電池１０のカソードから排出されるカソード排ガスを処理する。カソード排ガス配管４１と、調圧弁４３と、圧力計測部４４と、を備える。カソード排ガス配管４１は、燃料電池１０のカソード側排出用マニホールド（図示は省略）の出口に接続されている配管であり、カソード排ガスを燃料電池システム１００の外部へと導く。

調圧弁４３は、カソード排ガス配管４１におけるカソード排ガスの圧力（燃料電池１０のカソード側の背圧）を調整する。圧力計測部４４は、調圧弁４３の上流側に設けられており、カソード排ガスの圧力を計測し、その計測値を制御部２０に送信する。制御部２０は、圧力計測部４４の計測値に基づいて調圧弁４３の開度を調整する。

アノードガス供給部５０は、燃料電池１０のアノードにアノードガスとして水素を供給する。アノードガス供給部５０は、アノードガス配管５１と、水素タンク５２と、開閉弁５３と、レギュレータ５４と、水素供給装置５５と、圧力計測部５６と、を備える。水素タンク５２は、アノードガス配管５１を介して燃料電池１０のアノード側供給用マニホールド（図示は省略）の入口と接続されており、タンク内に充填された水素を燃料電池１０に供給する。

開閉弁５３と、レギュレータ５４と、水素供給装置５５と、圧力計測部５６とは、アノードガス配管５１に、この順序で、上流側（水素タンク５２側）から設けられている。開閉弁５３は、制御部２０からの指令により開閉し、水素タンク５２から水素供給装置５５の上流側への水素の流入を制御する。レギュレータ５４は、水素供給装置５５の上流側における水素の圧力を調整するための減圧弁であり、その開度が制御部２０によって制御されている。

水素供給装置５５は、水素の流量を調整する電磁駆動式の開閉弁である。水素供給装置５５は例えばインジェクタによって構成され、制御部２０は水素供給装置５５の駆動周期を制御することによって燃料電池１０に対する水素の供給量を制御する。圧力計測部５６は、水素供給装置５５の下流側の水素の圧力を計測し制御部２０に送信する。

アノードガス循環排出部６０は、発電反応に用いられることなく燃料電池１０のアノードから排出される未反応ガス（水素や窒素など）や排水を含むアノード排ガスの循環および排出を行う。アノードガス循環排出部６０は、アノード排ガス配管６１と、気液分離部６２と、アノードガス循環配管６３と、水素循環用ポンプ６４と、アノード排水配管６５と、排水弁６６と、圧力計測部６７と、を備える。

アノード排ガス配管６１は、気液分離部６２と燃料電池１０のアノード側排出用マニホールド（図示は省略）の出口とを接続する配管である。気液分離部６２は、アノードガス循環配管６３とアノード排水配管６５とに接続されている。気液分離部６２は、アノード排ガスに含まれる気体成分と水分とを分離し、気体成分については、アノードガス循環配管６３へと誘導し、水分についてはアノード排水配管６５へと誘導する。

アノードガス循環配管６３は、アノードガス配管５１の水素供給装置５５より下流に接続されている。アノードガス循環配管６３には、水素循環用ポンプ６４が設けられている。気液分離部６２において分離された気体成分に含まれる水素は、水素循環用ポンプ６４によってアノードガス配管５１へと送り出される。

アノード排水配管６５は、気液分離部６２において分離された水分を燃料電池システム１００の外部へと排出するための配管である。アノード排水配管６５には、排水弁６６が設けられている。制御部２０は、通常は、排水弁６６を閉じておき、予め設定された所定の排水タイミングや、アノード排ガス中の不活性ガスの排出タイミングで排水弁６６を開く。

アノードガス循環排出部６０の圧力計測部６７は、アノード排ガス配管６１に設けられている。圧力計測部６７は、燃料電池１０の水素マニホールドの出口近傍において、アノード排ガスの圧力（燃料電池１０のアノード側の背圧）を計測し、制御部２０に送信する。制御部２０は、アノードガス循環排出部６０の圧力計測部５６の計測値や、前述したアノードガス供給部５０の圧力計測部５６の計測値に基づいて燃料電池１０に対する水素の供給を制御する。

冷媒供給部７０は、上流側配管７１ａと、下流側配管７１ｂと、ラジエータ７２と、冷媒循環用ポンプ７５と、第１と第２の冷媒温度計測部７６ａ，７６ｂと、を備える。上流側配管７１ａと下流側配管７１ｂとはそれぞれ、燃料電池１０を冷却するための冷媒を循環させる冷媒用配管である。上流側配管７１ａは、ラジエータ７２の入口と燃料電池１０の冷媒用排出用マニホールド（図示は省略）の出口とを接続する。下流側配管７１ｂは、ラジエータ７２の出口と燃料電池１０の冷媒用供給用マニホールド（図示は省略）の入口とを接続する。

ラジエータ７２は、冷媒用配管７１を流れる冷媒と外気との間で熱交換させることにより冷媒を冷却する。冷媒循環用ポンプ７５は、下流側配管７１ｂの途中に設けられ、ラジエータ７２において冷却された冷媒を燃料電池１０に送り出す。第１と第２の冷媒温度計測部７６ａ，７６ｂはそれぞれ、上流側配管７１ａと、下流側配管７１ｂとに設けられており、それぞれの計測値を制御部２０へと送信する。

制御部２０は、各冷媒温度計測部７６ａ，７６ｂの計測値の差から燃料電池１０の運転温度を検出する。制御部２０は、検出された燃料電池１０の運転温度に基づいて冷媒循環用ポンプ７５の回転数を制御し、燃料電池１０の運転温度を調整する。また、詳細は後述するが、制御部２０は、燃料電池１０の温度状態に基づいて、低電圧制御の実行を制限する。

図２は、燃料電池システム１００の電気的構成を示す概略図である。燃料電池システム１００の電気系統には、燃料電池コンバータ８１と、二次電池８２と、二次電池コンバータ８３と、ＤＣ／ＡＣインバータ８４と、が備えられている。燃料電池コンバータ８１は、昇圧型コンバータであり、入力側が燃料電池１０に接続され、出力側がＤＣ／ＡＣインバータ８４の直流端子に接続されている。燃料電池コンバータ８１は、制御部２０の指令に応じて、燃料電池１０の出力電圧を昇圧して出力する。

二次電池８２は、例えば、リチウムイオン電池によって構成される。二次電池８２は、燃料電池１０の出力電力の一部や回生電力を蓄電する蓄電部として機能するとともに、燃料電池１０とともに燃料電池車両に電力を出力する電源部として機能する。二次電池８２は、二次電池コンバータ８３を介して、燃料電池コンバータ８１とＤＣ／ＡＣインバータ８４の間の直流配線に接続されている。二次電池コンバータ８３は、制御部２０の指令に応じて二次電池８２の充・放電を制御する。また、二次電池コンバータ８３は、燃料電池コンバータ８１と協働してＤＣ／ＡＣインバータ８４に対する入力電圧を可変に調整する。

ＤＣ／ＡＣインバータ８４は、その交流端子にモータ２００が接続されている。ＤＣ／ＡＣインバータ８４は、制御部２０のからの指令に応じて、燃料電池１０および二次電池８２から供給される直流電力を三相交流の電力に変換しモータ２００に供給する。また、ＤＣ／ＡＣインバータ８４は、モータ２００において発生する回生電力を直流電力に変換して二次電池８２へと出力する。モータ２００は、燃料電池車両の車輪を駆動する動力源であり、三相交流モータによって構成されている。

燃料電池システム１００は、上述の構成に加えて、セル電圧計測部９１と、電流計測部９２と、ＳＯＣ検出部９３と、を備える。セル電圧計測部９１は、燃料電池１０の各発電体１１と接続されており、各発電体１１の電圧（セル電圧）を計測する。セル電圧計測部９１は、その計測結果を制御部２０に送信する。なお、セル電圧計測部９１は、計測したセル電圧のうち、最も低いセル電圧のみを制御部２０に送信するものとしても良い。電流計測部９２は、燃料電池１０と燃料電池コンバータ８１との間に接続されており、燃料電池１０の出力する電流値を計測し、制御部２０に送信する。

ＳＯＣ検出部９３は、二次電池８２に接続されている。ＳＯＣ検出部９３は、二次電池８２の充電状態であるＳＯＣ（State of Charge）を検出し、制御部２０に送信する。ここで、二次電池８２のＳＯＣとは、二次電池８２の充電容量に対する二次電池８２の充電残量（蓄電量）の比率を意味する。ＳＯＣ検出部９３は、二次電池８２の温度や電力、電流を計測することにより、二次電池８２のＳＯＣを検出する。

ここで、制御部２０は、燃料電池システム１００の運転制御の際に、操作受付部２１と、通常運転制御部２２と、間欠運転制御部２３と、低電圧制御制限部２４として機能し、図１，図２で説明した各構成部を制御する。操作受付部２１は、燃料電池車両の加速操作部２０１やブレーキ操作部２０２を介して運転者の操作を受け付け、燃料電池システム１００に対する負荷要求を検出する。なお、加速操作部２０１は、燃料電池車両の加速度を操作するためのインターフェースであり、いわゆるアクセルペダルに相当する。ブレーキ操作部２０２は、燃料電池車両の停止操作のためのインターフェースであり、燃料電池車両の速度を抑制するためのブレーキペダルや、燃料電池車両の移動を禁止するためのパーキングブレーキを含む。

通常運転制御部２２と、間欠運転制御部２３と、はそれぞれ燃料電池システム１００の出力電力の制御する機能部である。制御部２０は、後述するように、通常運転制御部２２による通常運転制御と、間欠運転制御部２３による間欠運転制御とを、それぞれ適宜切り替えて実行する。低電圧制御制限部２４は、燃料電池１０の触媒の劣化による燃料電池１０の発電性能の低下を抑制するために間欠運転制御部２３による運転制御の一部の実行を制限する機能部である。

図３は、制御部２０による燃料電池システム１００の運転制御の手順を示すフローチャートである。この運転制御は、燃料電池車両の運転の開始とともに開始される。ステップＳ１０では、制御部２０は、操作受付部２１が検出している運転者による加速操作部２０１に対する操作に基づいて、燃料電池１０に対する負荷要求の有無を判定する。本実施形態において「燃料電池１０に対する負荷要求」とは、駆動力として用いられる電力（モータ２００に供給される電力）の要求の有無を意味する。

制御部２０は、加速操作部２０１に対して加速のための操作がされている場合（即ち、アクセルペダルがオンされている場合）には、通常運転制御部２２による通常運転制御（ステップＳ２０）を実行する。一方、制御部２０は、加速操作部２０１に対して加速のための操作がなされていない場合（即ち、アクセルペダルがオフされている場合）には、間欠運転制御部２３による間欠運転制御（ステップＳ３０）を実行する。制御部２０は、燃料電池車両の運転が終了されるまでステップＳ１０〜Ｓ３０の処理を繰り返す（ステップＳ４０）。

図４は、通常運転制御部２２による通常運転制御を説明するための説明図である。図４には、燃料電池１０の電流−電圧特性（Ｉ−Ｐ特性）を示すグラフＧ_I-Pと、電流−電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）を示すグラフＧ_I-Vとを、左右の縦軸をそれぞれ電圧および電力とし、横軸を電流として示してある。

通常運転制御部２２は、燃料電池１０についてＩ−Ｐ特性およびＩ−Ｖ特性を表す燃料電池１０の運転温度ごとの情報を制御用情報として予め記憶しており、その制御用情報に基づいて、燃料電池１０の電流・電圧の指令値を取得する。具体的には、通常運転制御部２２は、操作受付部２１によって検出された負荷要求に基づいて、燃料電池１０が出力すべき目標電力Ｐｔを決定する。

通常運転制御部２２は、燃料電池１０のＩ−Ｐ特性（グラフＧ_I-P）に基づいて、目標電力Ｐｔに対して燃料電池１０が出力すべき電流の目標値（目標電流Ｉｔ）を取得する。また、燃料電池１０のＩ−Ｖ特性（グラフＧ_I-V）に基づいて、目標電流Ｉｔを出力するために必要な燃料電池１０のセル電圧の目標値（目標電圧Ｖｔ）を取得する。通常運転制御部２２は、燃料電池コンバータ８１および二次電池コンバータ８３を制御して、目標電圧Ｖｔを燃料電池１０に出力させるとともに、不足する電力を二次電池８２に出力させる。

図５は、間欠運転制御部２３による間欠運転制御の制御手順を示すフローチャートである。ステップＳ１００では、間欠運転制御部２３は、低電圧制御制限部２４に、ステップＳ１３２における低電圧制御（後述）の実行の可否を判定する低電圧制御実行可否判定処理を実行させる。

図６は、低電圧制御制限部２４が実行する低電圧制御実行可否判定処理の手順を示すフローチャートである。ステップＳ２００では、低電圧制御制限部２４は、燃料電池１０の運転温度を取得し、燃料電池１０が、運転温度が所定の閾値（例えば、６０℃〜７０℃）より高い高温状態であるか否かを判定する。低電圧制御制限部２４は、燃料電池１０が、運転温度が閾値以下の低温状態である場合には、低電圧制御の実行に対する許可設定をする（ステップＳ２１０）。一方、燃料電池１０が、運転温度が閾値より高い高温状態である場合には、低電圧制御の実行に対する禁止設定をする（ステップＳ２２０）。

低電圧制御制限部２４は、ステップＳ２１０，Ｓ２２０のそれぞれにおいて、低電圧制御の実行の可否についての判定結果を示すフラグを立てて低電圧制御実行可否判定処理を終了する。このように、燃料電池１０の運転温度が高い場合に低電圧制御の実行が制限される理由については後述する。

ステップＳ１１０（図５）では、間欠運転制御部２３は、燃料電池車両が停止継続状態であるか走行継続状態であるかを判定する車両状態判定処理を実行する。ここで、燃料電池車両の「停止継続状態」とは、燃料電池車両の速度が０であり、ある程度の期間（例えば、数分以上の間）その状態が継続される可能性が高い状態を意味する。

一方、燃料電池車両の「走行継続状態」とは、燃料電池１０の出力電力が走行に用いられていない状態において燃料電池車両の速度が０ではない状態を意味する。なお、「走行継続状態」には、燃料電池車両の速度が０ではあるが、燃料電池車両の加速が短期間の間（例えば数分の間）に開始される可能性が高い状態が含まれる。ステップＳ１１０の車両状態判定処理は、燃料電池車両からの燃料電池１０に対する負荷要求の増大の可能性を判定する判定処理であると解釈することができる。

本実施形態では、間欠運転制御部２３は、ブレーキ操作部２０２のパーキングブレーキが掛けられた状態のときに停止継続状態であると判定し、ブレーキ操作部２０２のパーキングブレーキが解除された状態のときに走行継続状態であると判定する。ステップＳ１１０の車両状態判定処理では、間欠運転制御部２３は、ブレーキ操作部２０２のブレーキペダルの踏み込みの度合いが大きいときに停止継続状態であると判定し、小さいときに走行継続状態であると判定しても良い。

ステップＳ１１０において、間欠運転制御部２３は、燃料電池車両が走行継続状態であると判定した場合には、ステップＳ１２２の電圧増減制御（後述）を実行し、燃料電池１０に対する負荷要求が増大するのを待機する。一方、間欠運転制御部２３は、燃料電池車両が停止継続状態であると判定した場合には、低電圧制御制限部２４によって低電圧制御の実行が禁止されているか否かを判定する（ステップＳ１３１）。

間欠運転制御部２３は、低電圧制御制限部２４によって低電圧制御の実行が禁止されていない場合には、ステップＳ１３２の低電圧制御を実行する。低電圧制御の内容については後述する。一方、低電圧制御制限部２４によって低電圧制御の実行が禁止されている場合には、低電圧制御の代わりに、ステップＳ１２２の電圧増減処理を実行する。

図７は、ステップＳ１２２の電圧増減制御を説明するための説明図である。図７には、電圧増減制御の実行中における燃料電池１０のセル電圧の時間変化と、燃料電池１０に対するカソードガス（圧縮空気）の供給流量の時間変化と、を示すタイミングチャートの一例を図示してある。電圧増減制御では、間欠運転制御部２３は、カソードガス供給部３０（図１）による燃料電池１０に対する圧縮空気の供給を間欠的に行い、燃料電池１０のセル電圧を第１と第２の電圧Ｖ_H，Ｖ_L（Ｖ_H＞Ｖ_L）の間で周期的に増減させる。具体的には、以下の通りである。

間欠運転制御部２３は、エアコンプレッサ３２の駆動を一旦停止させ、燃料電池１０のセル電圧を低下させる。そして、セル電圧が第２の電圧Ｖ_Lに到達するときにエアコンプレッサ３２の駆動を一時的に再開させ、燃料電池１０のセル電圧を上昇させる。また、間欠運転制御部２３は、燃料電池１０のセル電圧が第１の電圧Ｖ_Hに到達するときに、エアコンプレッサ３２の駆動を再び停止させて、第２のセル電圧Ｖ_Lまでセル電圧を低下させる。

この運転の繰り返しによって、図７に示されているように、燃料電池１０のセル電圧の増減が繰り返される。この電圧増減制御は、操作受付部２１によって加速操作部２０１に対する加速操作が検出され、燃料電池１０に対する負荷要求の増大が検出されるまで継続される（図５のステップＳ１２５）。なお、電圧増減制御の実行中における燃料電池１０の出力の余剰分は二次電池８２に蓄電される。また、電圧増減制御の実行中における燃料電池１０に対するアノードガスの供給制御は通常電圧制御のときと同様に実行される。

この電圧増減制御によれば、燃料電池１０に対する発電要求が無い状態であっても燃料電池１０のセル電圧を著しく低下させてしまわないため、燃料電池１０に対する負荷要求が増大したときの応答性が高められる。また、電圧増減制御においては、燃料電池１０の発電量を抑制することができ、水素の消費量の増大を抑制することができるため、システム効率の低下を抑制することができる。

ここで、電圧増減制御における第１と第２のセル電圧Ｖ_H，Ｖ_Lは燃料電池１０の触媒の酸化還元電位よりも高い値であることが好ましい。これによって、セル電圧の増減の繰り返しに起因する触媒の劣化が抑制される。

上述したように、燃料電池車両が停止継続状態にあり、低電圧制御制限部２４による禁止設定がなされていない場合には、間欠運転制御部２３は、ステップＳ１３２において、低電圧制御を実行する（図５）。この低電圧制御では、燃料電池１０のセル電圧を極めて低い値（例えば、燃料電池１０の触媒の酸化還元電位よりも低い値）まで低下させた状態を維持する。本実施形態の燃料電池システム１００では、間欠運転制御部２３は、燃料電池１０に対する反応ガスの供給を停止させて、燃料電池１０のセル電圧を０Ｖまで低下させ、燃料電池１０の発電を実質的に停止させる。

低電圧制御は、操作受付部２１がブレーキ操作部２０２のパーキングブレーキの解除を検出したときや、加速操作部２０１に対する加速操作を検出したときまで継続される（ステップＳ１３５）。この低電圧制御によって、燃料電池車両の停止状態が継続されているときに、燃料電池１０が無駄に発電することが抑制されるため、燃料電池システム１００のシステム効率が高められる。

図８は、低電圧制御制限部２４によって低電圧制御が制限されることによる低電圧制御の発生頻度の変化を模式的に示す説明図である。図８の上段には、低電圧制御制限部２４による低電圧制御の制限が実行されない場合における低電圧制御の発生頻度を燃料電池１０の運転温度ごとに示すグラフの一例を図示してある。図８の下段には、低電圧制御制限部２４によって低電圧制御の制限が実行された場合における低電圧制御の発生頻度を燃料電池１０の運転温度ごとに示すグラフの一例を図示してある。なお、図８の下段のグラフには、電圧増減制御の発生頻度を示すグラフの一例も破線によって併せて図示してある。

上述したように、本実施形態の燃料電池システム１００では、燃料電池車両が停止継続状態にある場合であっても、燃料電池１０の運転温度が高い場合には、低電圧制御制限部２４によって低電圧制御の実行が制限される（ステップＳ１００，Ｓ１３１）。従って、本実施形態の燃料電池システム１００では、間欠運転制御中における低電圧制御は、燃料電池１０の運転温度の閾値Ｔ以下において発生することになる（図８の下段）。そして、その代わりに、運転温度の閾値Ｔより高いときの電圧増減制御の発生頻度が増大する。このような低電圧制御制限部２４による低電圧制御の制限によって、本実施形態の燃料電池システム１００では、以下に説明するように、燃料電池１０の発電性能の低下が抑制されている。

図９は、燃料電池における触媒の電気化学的有効表面積（ＥＣＳＡ；Electrochemically surface area）の変化に関する実験結果を示す説明図である。図９にはＥＣＳＡ維持率を縦軸とし、燃料電池の電圧を増減させた回数であるサイクル数を横軸とするグラフを図示してある。図１０は、この実験において燃料電池に対して行った電圧制御を説明するための説明図である。図１０には燃料電池の電圧の時間変化を示すグラフを図示してある。

この実験では、図１０に示すように、燃料電池に上限電圧Ｖ_Hと下限電圧Ｖ_Lをそれぞれ所定の間隔（ｔｓ秒）で周期的に交互に出力させたときのＥＣＳＡ維持率の変化を測定した。なお、ＥＣＳＡ維持率は、サイクリックボルタンメトリー（cyclic voltammetry, CV）測定によって行った。図９のグラフＧ１〜Ｇ４はそれぞれ、上限電圧Ｖ_Hに対して、下限電圧Ｖ_L1，Ｖ_L2，Ｖ_L3，０Ｖと変えたときときのそれぞれの測定結果である（Ｖ_H＞Ｖ_L1＞Ｖ_L2＞Ｖ_L3＞０）。なお、いずれの測定においても燃料電池の運転温度は同じにした。

ここで、この実験に用いた燃料電池における触媒の酸化還元電位Ｖｒは下限電圧Ｖ_L1，Ｖ_L2に対して、Ｖ_L1＞Ｖｒ＞Ｖ_L2の関係を満たしていた。この実験では、燃料電池に触媒の酸化還元電位Ｖｒを跨いで電圧を変化させなかった場合（グラフＧ１）には、触媒の酸化還元電位Ｖｒを跨いで電圧を変化させた場合（グラフＧ２〜Ｇ４）に比較して、電圧の変動によるＥＣＳＡ維持率の低下が見られなかった。また、電圧の変動によるＥＣＳＡ維持率の低下は、電圧を変動させはじめた初期の段階において顕著であった。この実験結果から、酸化還元電位を跨ぐ電圧変動の変動は、その回数が少ない場合であっても、燃料電池における触媒の劣化原因となり、燃料電池の発電性能の低下を引き起こす可能性が高いことがわかる。

図１１は、燃料電池の運転温度に起因する発電性能の低下を検証した実験の実験結果を示す説明図である。図１１には電圧低下量を縦軸とし、燃料電池の発電と発電停止とを繰り返させた回数である始動サイクル数を横軸とするグラフを図示してある。図１２は、この実験において燃料電池に対して行った電圧制御を説明するための説明図である。図１２には燃料電池の電圧の時間変化を示すグラフを図示してある。

この実験では、燃料電池が高温状態の場合（破線グラフＴＨ）と低温状態の場合（実線グラフＴＬ）とについて、図１２に示すように、燃料電池に対する反応ガスの供給を間欠的に実行することによって、燃料電池の電圧を０〜１Ｖの範囲で周期的に変動させた。そして、所定の変動回数（始動サイクル数）ごとに、所定の電流電流を出力させたときの燃料電池の電圧の初期状態からの低下量を計測した。なお、高温状態のときと低温状態のときの燃料電池の温度差は３０℃以上であった。

図１１のグラフに示されているように、燃料電池が高温状態の場合（破線グラフＴＨ）の方が低温状態（実線グラフＴＬ）の場合よりも、燃料電池の発電と発電停止の繰り返しによる燃料電池の発電性能の低下は小さかった。このことから、燃料電池の電圧変動の繰り返しによる燃料電池の性能低下は、運転温度が低いときの方が抑制されることがわかる。

これらの実験結果から、燃料電池の運転温度が高いときに燃料電池において触媒の酸化還元電位を跨いで電圧を変動させると、燃料電池の触媒の劣化に起因する性能低下の可能性が高くなることが推察される。これに対して、本実施形態の燃料電池システム１００では、上述したように、燃料電池１０の運転温度が所定の閾値より高い場合には、燃料電池１０の電圧を酸化還元電位よりも低下させる低電圧制御の実行が制限されている。従って、低電圧制御の実行による燃料電池１０の発電性能の低下が抑制されている。

以上のように、本実施形態の燃料電池システム１００によれば、燃料電池１０の発電の必要性が低いような低負荷の状況において、燃料電池１０の発電が必要になる可能性が低い場合には、燃料電池１０の発電を抑制する低電圧制御が実行される。従って、燃料電池１０の無駄な発電が抑制されるため、システム効率が高められている。また、燃料電池１０の運転温度が高い場合には、低電圧制御の実行が制限され、低電圧制御の実行頻度が低減されるため、低電圧制御の実行に起因する燃料電池１０の発電性能の低下が抑制される。加えて、本実施形態の燃料電池システム１００によれば、低負荷の状況において燃料電池１０の発電が必要になる可能性が高い場合には、電圧増減制御の実行によって、負荷要求の増大に対する燃料電池１０の応答性が確保される。

B．第２実施形態：
図１３は、本発明の第２実施形態としての燃料電池システムにおいて低電圧制御制限部２４によって実行される低電圧制御実行可否判定処理の手順を示すフローチャートである。第２実施形態における低電圧制御実行可否判定処理は、ステップＳ２０５の二次電池８２の蓄電容量についての判定処理が設けられている点以外は、第１実施形態の低電圧制御実行可否判定処理（図６）と同じである。なお、第２実施形態の燃料電池システムの構成は、第１実施形態の燃料電池システム１００と同じである（図１，図２）。また、第２実施形態の燃料電池システムにおける運転制御は、低電圧制御実行可否判定処理以外は、第１実施形態で説明した制御と同じである（図３〜図５，図７）。

第２実施形態の低電圧制御制限部２４は、ステップＳ２００において燃料電池１０の運転温度が閾値より高い高温であった場合には、二次電池８２のＳＯＣを取得し、現在の二次電池８２に蓄電可能な容量を判定する（ステップＳ２０５）。低電圧制御制限部２４は、二次電池８２の蓄電可能容量が閾値より小さい場合（二次電池８２の蓄電量が多い場合）には、二次電池８２が容量不足であると判定する。この場合には、低電圧制御制限部２４は、低電圧制御の実行に対する禁止設定ではなく、低電圧制御の実行に対する許可設定をする（ステップＳ２１０）。一方、低電圧制御制限部２４は、二次電池８２に蓄電可能な容量が閾値以上である場合（二次電池８２の蓄電量が少ない場合）には、二次電池８２の容量が十分にあると判定し、低電圧制御の実行に対する禁止設定を行う（ステップＳ２２０）。

ここで、第１実施形態において説明したように、電圧増減制御における燃料電池１０の出力電力の余剰分は二次電池８２に蓄電される。従って、二次電池８２における蓄電可能容量が十分でない場合に電圧増減制御が実行されると、燃料電池１０の出力電力を十分に蓄えることができず、無駄にしてしまう可能性がある。これに対して、第２実施形態の燃料電池システムでは、燃料電池１０の運転温度が高い場合であっても、二次電池８２の蓄電可能容量が十分でない場合には、低電圧制御の実行が禁止されず、その制限が解除される。従って、低電圧制御の代わりに電圧増減処理が実行される可能性が低減されるため、電圧増減処理において燃料電池１０が無駄に発電させてしまうことが抑制され、システム効率の低下が抑制される。

C．第３実施形態：
図１４は、本発明の第３実施形態としての燃料電池システムにおける間欠運転制御の手順を示すフローチャートである。第３実施形態の間欠運転制御は、ステップＳ１２３の判定処理が追加されている点以外は、第２実施形態の間欠運転制御（図５）と同じである。なお、第３実施形態の燃料電池システムの構成は、第２実施形態の燃料電池システムと同じである（図１，図２）。また、第２実施形態の燃料電池システムにおける運転制御や通常運転制御、電圧増減制御、低電圧制御、低電圧制御実行可否判定処理の内容は、第２実施形態で説明したのと同じである（図３，図４，図６，図７，図１３）。

第３実施形態の燃料電池システムでは、間欠運転制御部２３は、電圧増減制御（ステップＳ１２２）を開始した後の経過時間を計測する。そして、電圧増減制御の開始後に所定の時間（例えば数分以上の時間）が経過した場合には、燃料電池１０に対する負荷要求が増大する可能性が低いと判定し、低電圧制御（ステップＳ１３２）の実行を開始する（ステップＳ１２３）。なお、この電圧増減制御から低電圧制御への移行は、ステップＳ１００の低電圧制御実行可否判定処理における判定結果にかかわらず実行される。

このように、第３実施形態の燃料電池システムによれば、燃料電池１０に対する負荷要求の増大の可能性が低い場合には、電圧増減制御の実行中であっても低電圧制御へと移行する。従って、電圧増減制御が必要以上に継続されて燃料電池１０に無駄に発電させてしまうことを抑制でき、システム効率が低下してしまうことが抑制される。

D．第４実施形態：
図１５は、本発明の第４実施形態としての燃料電池システムにおける間欠運転制御の手順を示すフローチャートである。第４実施形態の間欠運転制御は、ステップＳ１２３の判定処理の代わりにステップＳ１２４の判定処理が追加されている点以外は、第３実施形態の間欠運転制御（図１４）と同じである。なお、第４実施形態の燃料電池システムの構成は、第２実施形態の燃料電池システムと同じである（図１，図２）。また、第２実施形態の燃料電池システムにおける運転制御や通常運転制御、電圧増減制御、低電圧制御、低電圧制御実行可否判定処理の内容は、第３実施形態で説明したのと同じである（図３，図４，図６，図７，図１３）。

第４実施形態の燃料電池システムでは、間欠運転制御部２３は、電圧増減制御（ステップＳ１２２）を開始した後に、所定のタイミングで二次電池８２の蓄電可能容量の判定処理を実行する（ステップＳ１２４）。間欠運転制御部２３は、二次電池８２の蓄電可能容量が閾値以上であり、十分であると判定する場合には、そのまま電圧増減制御を継続する。一方、二次電池８２の蓄電可能容量が閾値より低く不足している判定する場合には、低電圧制御（ステップＳ１３２）の実行を開始する。なお、この電圧増減制御から低電圧制御への移行は、ステップＳ１００の低電圧制御実行可否判定処理における判定結果にかかわらず実行される。

このように、第４実施形態の燃料電池システムによれば、電圧増減制御の実行中に二次電池８２の蓄電容量が不足する場合には低電圧制御へと移行する。従って、二次電池８２への蓄電ができなくなるまで電圧増減制御が継続されて燃料電池１０の出力が無駄になることを抑制でき、システム効率が低下してしまうことが抑制される。

E．変形例：
E1．変形例１：
上記の各実施形態の燃料電池システムは燃料電池車両に限らず、他の燃料電池の電力を使用する移動体（例えば、航空機や船舶など）に搭載されても良い。また、上記の各実施形態の燃料電池システムが出力する電力は移動体の駆動力源のみに用いられなくても良く、移動体の駆動力源とともに移動体の他の補機類等のために使用されても良いし、移動体の他の補機類等のためのみに使用されても良い。加えて、上記の各実施形態の燃料電池システムは移動体ではなく、位置が固定された施設や設備などに導入されても良い。この場合には、ステップＳ１１０の車両状態判定処理の代わりに、当該施設や設備における電力使用の停止が継続される状態であるか、使用の開始を待機している状態であるか、を判定する判定処理が実行されても良い。

E2．変形例２：
上記の各実施形態の燃料電池システムでは、低電圧制御（ステップＳ１３２）の際に燃料電池１０の電圧を０まで低下させて燃料電池１０の発電を実質的に停止させていた。これに対して、低電圧制御の際には、燃料電池１０の電圧を０Ｖまで低下させることなく、燃料電池１０に触媒の酸化還元電位以下の低電圧での発電を継続させても良い。

E3．変形例３：
上記の各実施形態の燃料電池システムにおける間欠運転制御（図５，図１４，図１５）では、低電圧制御（ステップＳ１３２）と電圧増減制御（ステップＳ１２２）のいずれかが実行されていた。これに対して、間欠運転制御では電圧増減制御は省略されても良く、低電圧制御のみが実行されても良い。

E4．変形例４：
上記の第２実施形態から第４実施形態においては、二次電池８２の蓄電容量が少なくなっている場合に、低電圧制御の実行を制限し、低電圧制御の代わりに電圧増減制御が実行されたときに燃料電池１０の出力電力が二次電池８２に蓄電されなくなってしまう事態を回避していた。これに対して、低電圧制御制限部２４は、二次電池８２の蓄電量が少なくなっている場合に低電圧制御の実行を制限することによって、低電圧制御の実行によって二次電池８２の蓄電量が不足してしまうことを抑制しても良い。また、低電圧制御制限部２４は、二次電池８２の蓄電量が多くなっている場合に、電圧増減制御の実行を禁止して低電圧制御を強制的に実行させても良い。

E5．変形例５：
上記の各実施形態の燃料電池システムでは、車両状態判定処理（ステップＳ１１０）において、燃料電池車両が燃料電池１０に対する負荷要求が増大する可能性が低い停止継続状態であると判定されたときに低電圧制御（ステップＳ１３２）が実行されていた。これに対して、低電圧制御の実行は、車両状態判定処理以外の処理によって決定されても良い。例えば、低電圧制御は、反応ガスの残量が少なくなったときに実行されても良い。また、低電圧制御は、通常制御運転制御の実行中に所定のタイミングで周期的に実行されても良い。

E6．変形例６：
上記の各実施形態では、燃料電池システムは二次電池８２（図２）を備えていた。これに対して、上記の各実施形態の燃料電池システムにおいて二次電池８２は省略されても良い。この場合には、低電圧制御の実行中において必要とされる電力は、燃料電池１０以外の他の発電機などの電力源から賄われるものとしても良い。また、電圧増減制御において燃料電池１０が出力する電力は他の補機類において消費させるものとしても良い。

E7．変形例７：
上記の第３実施形態や第４実施形態の低電圧制御実行可否判定処理では、第２実施形態と同様に、二次電池８２における蓄電可能容量に基づく判定が実行されていた（ステップＳ２０５）。これに対して、第３実施形態や第４実施形態の低電圧制御実行可否判定処理では、二次電池８２の蓄電可能容量に基づく判定（ステップＳ２０５）は省略されても良い。

E8．変形例８：
上記の第３実施形態や第４実施形態の間欠運転制御（図１４，図１５）においては、電圧増減制御の開始後に所定の時間が経過したときや、二次電池８２の蓄電可能容量が所定の閾値より小さくなったときに、低電圧制御制限部２４による判定結果にかかわらず、低電圧制御に移行していた（ステップＳ１２３，Ｓ１２４）。これに対して、ステップＳ１２３，Ｓ１２４においては、低電圧制御制限部２４によって低電圧制御の実行が禁止されている場合には、低電圧制御へ移行せず、電圧増減制御が継続されても良い。これによって、燃料電池１０の触媒の劣化が抑制される。

E9．変形例９：
上記の各実施形態の燃料電池システムは、二次電池８２の蓄電可能容量が不足している場合に二次電池８２に蓄電されるべき燃料電池１０の出力電力を消費する電力消費部（例えば、発熱抵抗体など）を備えていても良い。

E10．変形例１０：
上記の各実施形態の燃料電池システムでは、制御部２０は、第１と第２の冷媒温度計測部によって計測された燃料電池１０の運転温度に基づいて燃料電池１０の温度状態を検出していた。これに対して、制御部２０は他の方法によって、燃料電池１０の温度状態を検出しても良い。例えば、制御部２０は、予め準備された燃料電池１０の運転時間と燃料電池１０の温度状態との関係を用いて、燃料電池１０の運転時間に基づいて、燃料電池１０が高温状態であるか低温状態であるかを検出しても良い。また、制御部２０は燃料電池１０が配置されている空間内の温度に基づいて燃料電池１０の温度状態を検出しても良い。

本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、実施例、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…燃料電池
１１…発電体
２０…制御部
２１…操作受付部
２２…通常運転制御部
２３…間欠運転制御部
２４…低電圧制限制御部
３０…カソードガス供給部
３１…カソードガス配管
３２…エアコンプレッサ
３３…開閉弁
３４…エアフロメータ
３５…圧力計測部
４０…カソードガス排出部
４１…カソード排ガス配管
４３…調圧弁
４４…圧力計測部
５０…アノードガス供給部
５１…アノードガス配管
５２…水素タンク
５３…開閉弁
５４…レギュレータ
５５…水素供給装置
５６…圧力計測部
６０…アノードガス循環排出部
６１…アノード排ガス配管
６２…気液分離部
６３…アノードガス循環配管
６４…水素循環用ポンプ
６５…アノード排水配管
６６…排水弁
６７…圧力計測部
７０…冷媒供給部
７１ａ…上流側配管
７１ｂ…下流側配管
７２…ラジエータ
７５…冷媒循環用ポンプ
７６ａ，７６ｂ…第１と第２の冷媒温度計測部
８１…燃料電池コンバータ
８２…二次電池
８３…二次電池コンバータ
８４…ＤＣ／ＡＣインバータ８４
９１…セル電圧計測部
９２…電流計測部
９３…ＳＯＣ検出部

Claims (9)

1. 外部からの負荷要求に応じた電力を出力する燃料電池システムであって、
   電極に触媒が配置されている燃料電池と、
   前記燃料電池の温度状態を検出する温度検出部と、
   複数の運転制御を切り替えて実行し、前記燃料電池の出力電力を制御する電圧制御部であって、前記複数の運転制御として、少なくとも、
   前記負荷要求に応じて前記燃料電池の出力電圧を制御する通常制御と、
   前記燃料電池の出力電圧を前記触媒の酸化還元電位よりも低い電圧まで低下させる低電圧制御と、
   を実行する電圧制御部と、
   前記燃料電池が所定の温度よりも高い温度状態である場合には、前記電圧制御部における前記低電圧制御の実行を制限する低電圧制御制限部と、
   を備える、燃料電池システム。
2. 請求項１記載の燃料電池システムであって、さらに、
   前記電圧制御部の制御下において、前記燃料電池の出力電力の一部を蓄電し、前記燃料電池とともに前記外部負荷に電力を出力する二次電池を備え、
   前記電圧制御部は、前記負荷要求に応じた電力が所定の電力より低い場合に前記低電圧制御を実行する、燃料電池システム。
3. 請求項２記載の燃料電池システムであって、
   前記二次電池の充電状態を検出する充電状態検出部を備え、
   前記低電圧制御制限部は、前記燃料電池の温度状態に基づく判定に加えて、前記二次電池の蓄電量に基づく判定を行い、前記電圧制御部における前記低電圧制御の制限の可否を決定する、燃料電池システム。
4. 請求項３記載の燃料電池システムであって、
   前記燃料電池システムは、移動体に搭載されており、
   前記負荷要求は、前記移動体からの出力電力の要求であり、
   前記燃料電池システムは、前記移動体から受ける前記負荷要求が増大する可能性を判定する負荷要求増大可能性判定部を備え、
   前記電圧制御部は、
   （ｉ）前記負荷要求に応じた電力が所定の電力より低い場合において、前記負荷要求増大可能性判定部によって前記負荷要求が増大する可能性が低いと判定されている場合には、前記低電圧制御を実行し、
   （ｉｉ）前記負荷要求に応じた電力が所定の電力より低い場合において、前記負荷要求増大可能性判定部によって前記負荷要求が増大する可能性が高いと判定されている場合には、前記燃料電池に前記触媒の酸化還元電位よりも高い電圧で出力電圧の増減を繰り返させつつ、前記燃料電池の出力電力の余剰分を前記二次電池に蓄電する電圧増減制御を実行する、燃料電池システム。
5. 請求項４記載の燃料電池システムであって、
   前記負荷要求増大可能性判定部は、前記負荷要求に応じた電力が前記所定の電力より低い状態が継続されている低負荷要求時間を計測し、前記低負荷要求時間が所定の時間より長い場合には、前記負荷要求が増大する可能性がないと判定する、燃料電池システム。
6. 請求項４または請求項５記載の燃料電池システムであって、
   前記負荷要求は、前記移動体の駆動力源に用いられる電力の要求であり、
   前記移動体は、ユーザーが前記移動体の加速を操作する加速操作部と、前記ユーザーが前記移動体の移動を禁止するブレーキ操作部と、を備えており、
   前記負荷要求増大可能性判定部は、前記ブレーキ操作部によって移動体が停止されているときに、前記負荷要求が増大する可能性が低いと判定し、
   前記電圧制御部は、前記ユーザーによる前記加速操作部の操作が検出されないときに、前記負荷要求に応じた電力が所定の電力より低い場合として、前記低電圧制御または前記電圧増減制御を実行する、燃料電池システム。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の燃料電池システムであって、
   前記低電圧制御は、前記燃料電池の出力電圧を０Ｖまで低下させる制御である、燃料電池システム。
8. 燃料電池車両であって、
   請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の燃料電池システムを搭載する、燃料電池車両。
9. 電極に触媒が配置されている燃料電池を備える燃料電池システムの制御方法であって、
   複数の運転制御を切り替えて実行し、前記燃料電池の出力電力を制御する電圧制御工程であって、前記複数の運転制御として、少なくとも、
   外部からの負荷要求に応じて前記燃料電池の出力電圧を制御する通常制御と、
   前記燃料電池の出力電圧を前記触媒の酸化還元電位よりも低い電圧まで低下させる低電圧制御と、
   を実行する電圧制御工程と、
   前記燃料電池が所定の温度よりも高い温度状態である場合に、前記電圧制御工程における前記低電圧制御の実行を制限する低電圧制御制限工程と、
   を備える、制御方法。

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