JP2024033662A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】濃度を検出するセンサを酸化剤ガス排出流路に設けずに、排ガス中の水素濃度を低減する。【解決手段】燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１２および制御装置２０を含む。燃料電池スタック１２の目標発電量により定められる発電効率よりも低い効率で燃料電池スタック１２が発電する低効率発電中、燃料電池スタック１２の発電状態を可変するために、制御装置２０は、温度センサ１９によって検出される温度に基づいて、酸化剤ガス出力機器１４および流量調整弁１８の少なくとも一方を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、移動体等に搭載される燃料電池システムに関する。

近年、より多くの人々が手ごろで信頼でき、持続可能かつ先進的なエネルギーへのアクセスを確保できるようにするため、エネルギーの効率化に貢献する燃料電池システムに関する研究開発が行われている。例えば、燃料電池システムが搭載された燃料電池自動車がある。燃料電池自動車は、燃料電池システムによって発電した電力を利用して電動機を駆動することにより走行する自動車である。燃料電池自動車は、水を排出するだけであるため、ＣＯ_２、ＮＯｘ、ＳＯｘ等を排出するガソリン車に比べて環境にやさしい。燃料電池システムは、自動車以外に、船舶、航空機、ロボット等の他の移動体に搭載され得る。

燃料電池システムは、酸化剤ガスと燃料ガスとの電気化学反応により発電を行う燃料電池スタックを有する。燃料電池スタックでは、発電時に生じる水分が内部に残留する場合がある。この場合、燃料電池スタックが配置されている環境によっては凍結する。

下記の特許文献１では、通常運転に比して発電効率の低い低効率運転により燃料電池スタックを暖機する燃料電池システムが開示されている。燃料電池スタックが暖められることで、燃料電池スタックの内部に残留する水分が蒸発し、燃料電池スタックの内部に残留する水分が抑制され得る。

特開２００９－５４４６５号公報

しかし、低効率運転が実施された場合、燃料電池スタック１２では、電解質膜をアノード電極からカソード電極に向かって透過する水素イオンが電子と再結合して水素を生成する反応が起こり易い。この場合、燃料電池スタックから排出される酸化剤ガスを含む排ガス中の水素濃度が高くなるという問題が生じ得る。

本発明は、上述した課題を解決することを目的とする。

本発明の態様は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電を行う燃料電池スタックを有する燃料電池システムであって、前記燃料電池スタックに供給される前記酸化剤ガスを出力する酸化剤ガス出力機器と、前記酸化剤ガス出力機器から出力される前記酸化剤ガスを前記燃料電池スタックに供給するための酸化剤ガス供給流路と、前記燃料電池スタックから排出される前記酸化剤ガスを含む混合ガスを外部に排出するための酸化剤ガス排出流路と、前記酸化剤ガス出力機器と前記燃料電池スタックとの間の前記酸化剤ガス供給流路から分岐し、前記酸化剤ガス排出流路と合流するバイパス流路と、前記バイパス流路に設けられる流量調整弁と、前記燃料電池スタックの温度を検出する温度センサと、前記燃料電池スタックの目標発電量により定められる発電効率よりも低い効率で前記燃料電池スタックが発電する低効率発電中、前記温度に基づいて、前記酸化剤ガス出力機器および前記流量調整弁の少なくとも一方を制御して、前記燃料電池スタックの発電状態を可変する制御装置と、を備える。

本発明の態様によれば、濃度を検出するセンサを酸化剤ガス排出流路に設けずに、排ガス中の水素濃度を低減することができる。すなわち、燃料電池スタックの温度は、電解質膜を透過した水素イオンと電子との再結合によってカソード電極で生成される水素と相関を有する。したがって、濃度を検出するセンサを酸化剤ガス排出流路に新たに設けなくても、再結合によってカソード電極で生成された水素量の捕捉が可能になる。また、水素量に応じて燃料電池スタックの発電状態の変更が可能になる。その結果、水素濃度を検出するセンサを酸化剤ガス排出流路に設けずに、排ガス中の水素濃度を低減することができる。

図１は、実施形態による燃料電池システムの構成を示す概略図である。 図２は、暖気処理の手順を示すフローチャートである。

図１は、実施形態による燃料電池システム１０の構成を示す概略図である。燃料電池システム１０は、車両、船舶、航空機、ロボット等の移動体に搭載される。本実施形態では、燃料電池システム１０は、車両に搭載される。燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１２と、酸化剤ガス出力機器１４と、燃料ガス出力機器１６と、流量調整弁１８と、温度センサ１９と、制御装置２０とを備える。

燃料電池スタック１２は、酸化剤ガスと燃料ガスとの化学反応により発電する。酸化剤ガスは、酸素を含有するガスである。燃料ガスは、水素を含有するガスである。酸化剤ガスは、空気であってもよい。燃料電池スタック１２の発電によって得られる電流は、蓄電池に充電される。蓄電池への充電により得られる電力は、車両または燃料電池システム１０を駆動する駆動電力として用いられる。

燃料電池スタック１２は、複数の発電セル２１を有する。複数の発電セル２１は積層される。各発電セル２１は、膜電極構造体２２と、当該膜電極構造体２２を挟持する一対のセパレータ２３とを有する。膜電極構造体２２は、電解質膜２４と、当該電解質膜２４を挟持するカソード電極２５およびアノード電極２６とを備える。電解質膜２４は、例えば、水分を含んだパーフルオロスルホン酸の薄膜等である。

また、燃料電池スタック１２は、カソード流路２７と、アノード流路２８と、冷媒流路２９とを有する。カソード流路２７は、セパレータ２３とカソード電極２５との間に形成される。カソード流路２７は、燃料電池スタック１２の外部に配置される酸化剤ガス供給流路３１および酸化剤ガス排出流路３２と連通する。アノード流路２８は、セパレータ２３とアノード電極２６との間に形成される。アノード流路２８は、燃料電池スタック１２の外部に配置される燃料ガス供給流路３３および燃料ガス排出流路３４と連通する。冷媒流路２９は、隣接する発電セル２１の間に形成される。冷媒流路２９は、燃料電池スタック１２の外部に配置される熱交換冷媒流路３５と連通する。熱交換冷媒流路３５は、往路３５Ａと復路３５Ｂとを含む。冷媒流路２９には、燃料電池スタック１２を冷却するための冷却媒体が流れる。冷却媒体は水であってもよい。

酸化剤ガス出力機器１４は、燃料電池スタック１２に供給される酸化剤ガスを出力する機器である。酸化剤ガス出力機器１４は、制御装置２０の制御に応じて、酸化剤ガスの出力量（酸化剤ガスの流量）を調整する。酸化剤ガス出力機器１４として、コンプレッサ等が挙げられる。酸化剤ガス出力機器１４から出力される酸化剤ガスは、酸化剤ガス供給流路３１を介して、燃料電池スタック１２のカソード流路２７に供給される。カソード流路２７を流れる酸化剤ガスの一部は、オフガスとして、燃料電池スタック１２から酸化剤ガス排出流路３２に流出する。オフガスは、酸化剤ガスを含む混合ガスである。

燃料ガス出力機器１６は、燃料電池スタック１２に供給される燃料ガスを出力する機器である。燃料ガス出力機器１６は、制御装置２０の制御に応じて、燃料ガスの出力量（燃料ガスの流量）を調整する。燃料ガス出力機器１６として、インジェクタ等が挙げられる。燃料ガス出力機器１６から出力される燃料ガスは、燃料ガス供給流路３３を介して、燃料電池スタック１２のアノード流路２８に供給される。アノード流路２８を流れる燃料ガスの一部は、オフガスとして、燃料電池スタック１２から燃料ガス排出流路３４に流出する。

流量調整弁１８は、バイパス流路３６に設けられる。バイパス流路３６は、燃料電池スタック１２に酸化剤ガスを供給させずに酸化剤ガスを排出するための流路である。バイパス流路３６は、酸化剤ガス出力機器１４と燃料電池スタック１２との間の酸化剤ガス供給流路３１から分岐し、酸化剤ガス排出流路３２と合流する。流量調整弁１８は、開度を調整可能に構成される。流量調整弁１８の開度は制御装置２０によって調整される。流量調整弁１８の開度が「０」である場合、酸化剤ガス供給流路３１からバイパス流路３６に酸化剤ガスは流れない。流量調整弁１８の開度が「０」よりも大きくなると、酸化剤ガス供給流路３１からバイパス流路３６に酸化剤ガスが流れる。流量調整弁１８の開度が大きくなるほど、バイパス流路３６に流れる酸化剤ガスの流量が増加する。

温度センサ１９は、燃料電池スタック１２の温度を検出するセンサである。温度センサ１９は、燃料電池スタック１２に設けられる。温度センサ１９によって検出される温度である検出温度は、当該温度が検出された時間である検出時間とともに制御装置２０等の記憶媒体に記憶される。検出温度は、燃料電池スタック１２における複数の箇所の温度の平均であってもよいし、代表温度であってもよい。代表温度は、例えば、冷媒流路２９の出口部分の温度である。

制御装置２０は、１以上のプロセッサと記憶媒体とを有する。制御装置２０は、プロセッサによる演算により各種の処理を実行する。制御装置２０は、車両のＥＣＵに備えられてもよい。記憶媒体は、ＲＡＭ等の揮発性メモリと、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ハードディスク等の不揮発性メモリとを含む。記憶媒体の少なくとも一部は、プロセッサに備えられていてもよい。

制御装置２０は、イグニッションスイッチに基づいて、燃料電池システム１０を制御する。イグニッションスイッチは、車両（移動体）の運転を起動（オン）または停止（オフ）するためのスイッチである。イグニッションスイッチがオンにされると、移動体に搭載される電動モータが駆動する。電動モータは、燃料電池スタック１２の発電電力を供給する供給先の１つである。

制御装置２０は、イグニッションスイッチがオンされてからオフにされるまでの車両運転期間に、燃料電池システム１０を運転する。燃料電池システム１０の運転中、制御装置２０は、燃料電池スタック１２に発電を実行させる。この場合、制御装置２０は、酸化剤ガス出力機器１４を駆動して燃料電池スタック１２に酸化剤ガスを供給し、燃料ガス出力機器１６を駆動して燃料電池スタック１２に燃料ガスを供給する。また、制御装置２０は、酸化剤ガス出力機器１４および燃料ガス出力機器１６を制御して、酸化剤ガスの流量および燃料ガスの流量を調整する。この場合、制御装置２０は、燃料ガスに対する酸化剤ガスの比率が目標発電量によって定められる基準比率となるように流量を調整する。

イグニッションスイッチがオフにされると、制御装置２０は、燃料電池システム１０の運転を停止する。燃料電池システム１０の運転停止中、制御装置２０は、燃料電池スタック１２による発電を停止させる。この場合、制御装置２０は、酸化剤ガス出力機器１４および燃料ガス出力機器１６の駆動を停止する。したがって、燃料電池スタック１２に酸化剤ガスおよび燃料ガスは供給されず、燃料電池スタック１２では発電が行われない。

制御装置２０は、燃料電池システム１０の運転停止以降に、温度センサ１９によって検出される温度である検出温度が凍結警戒温度以下になると、暖気処理を開始する。暖気処理は、燃料電池スタック１２を暖めるための処理である。凍結警戒温度は、燃料電池スタック１２の内部に残留する水分が凍結する可能性を警戒するために設定される温度である。

図２は、実施形態による暖気処理の手順を示すフローチャートである。暖気処理は、車両（移動体）の運転が停止されてから次回の起動が完了するまでの間に実行される。暖気処理は、検出温度が凍結警戒温度以下になると、ステップＳ１に移行する。

ステップＳ１において、制御装置２０は、燃料電池スタック１２を暖めるための発電を燃料電池スタック１２に実行させる。この場合、制御装置２０は、イグニッションスイッチがオフであっても、酸化剤ガス出力機器１４および燃料ガス出力機器１６を駆動して燃料電池スタック１２に酸化剤ガスおよび燃料ガスを供給する。

本実施形態では、制御装置２０は、燃料電池スタック１２に低ストイキ発電を実行させる。この場合、制御装置２０は、燃料ガスに対する酸化剤ガスの比率が目標発電量により定められる基準比率よりも下がるように、燃料電池スタック１２に供給される酸化剤ガスの量を下げる。すなわち、制御装置２０は、通常発電時に供給される燃料ガスの量と同じ量の燃料ガスを燃料電池スタック１２に供給する。一方、制御装置２０は、通常発電時に供給される酸化剤ガスの量よりも少ない量の酸化剤ガスを燃料電池スタック１２に供給する。通常発電は、目標発電量により定められる量の燃料ガスおよび酸化剤ガスで行われる発電である。低ストイキ発電では、燃料電池スタック１２に供給される酸化剤ガスの量が通常発電に比べて少ないので、燃料電池スタック１２の発電効率が下がる。したがって、燃料電池スタック１２の昇温速度が通常発電に比べて早い。低ストイキ発電が開始されると、暖気処理はステップＳ２に移行する。

ステップＳ２において、制御装置２０は、温度閾値を設定する。この場合、制御装置２０は、暖気処理の開始時における検出温度よりも高い値に温度閾値を設定する。制御装置２０は、温度閾値を設定すると、検出温度を所定の温度閾値と比較する。検出温度が温度閾値を超える場合、暖気処理はステップＳ３に移行した後に、ステップＳ４に移行する。一方、検出温度が温度閾値以下である場合、暖気処理は、ステップＳ３を経ずにステップＳ４に移行する。

ステップＳ３において、制御装置２０は、第１上昇率閾値および第２上昇率閾値を変更する。第１上昇率閾値および第２上昇率閾値は、単位時間あたりに上昇する温度の上昇率と比較される値である。第２上昇率閾値は、第１上昇率閾値よりも小さい。

第１上昇率閾値は、第１設定値と、第１設定値よりも小さい第２設定値とを有する。第１設定値として、例えば、１℃／ｓｅｃが設定される。第２設定値として、例えば、０．９℃／ｓｅｃが設定される。検出温度が温度閾値を超える場合、第１上昇率閾値は、第１設定値から第２設定値に変更される。一方、検出温度が温度閾値以下である場合、第１上昇率閾値は、第１設定値から第２設定値に変更されない。つまり、第１上昇率閾値は、第１設定値に維持される。

第２上昇率閾値は、第３設定値と、第３設定値よりも小さい第４設定値とを有する。第３設定値として、例えば、０．７℃／ｓｅｃが設定される。第４設定値として、例えば、０．６℃／ｓｅｃが設定される。検出温度が温度閾値を超える場合、第２上昇率閾値は、第３設定値から第４設定値に変更される。一方、検出温度が温度閾値以下である場合、第２上昇率閾値は、第３設定値から第４設定値に変更されない。つまり、第２上昇率閾値は、第３設定値に維持される。

ステップＳ４において、制御装置２０は、検出温度の上昇率（単位時間あたりに上昇する検出温度の変化率）を第１上昇率閾値と比較する。検出温度の上昇率が第１上昇率閾値を超える場合、暖気処理はステップＳ５に移行する。一方、検出温度の上昇率が第１上昇率閾値以下である場合、暖気処理はステップＳ６に移行する。

ステップＳ５において、制御装置２０は、検出温度を目標温度と比較する。目標温度は、暖気処理によって燃料電池スタック１２を昇温させるための目標として設定される温度である。検出温度が目標温度に達している場合、暖気処理は終了する。一方、検出温度が目標温度に達していない場合、暖気処理はステップＳ２に戻る。

ステップＳ６において、制御装置２０は、検出温度の上昇率を第２上昇率閾値と比較する。検出温度の上昇率が第２上昇率閾値を超える場合、暖気処理はステップＳ７に移行する。一方、検出温度の上昇率が第２上昇率閾値以下である場合、暖気処理はステップＳ８に移行する。

ステップＳ７において、制御装置２０は、酸化剤ガス出力機器１４を制御して、酸化剤ガス出力機器１４から出力される酸化剤ガスの出力流量を、現在の出力流量から増加させる。さらに、制御装置２０は、バイパス流路３６に設けられる流量調整弁１８の開度を大きくする。燃料電池システム１０の運転停止中、流量調整弁１８の開度は「０」であるため、制御装置２０は、流量調整弁１８の開度を「０」よりも大きくする。この場合、制御装置２０は、現在の出力流量から増加させた分の酸化剤ガスがバイパス流路３６を流れるように、流量調整弁１８の開度を設定してもよい。酸化剤ガスの出力流量が現在の出力流量から増加され、かつ、流量調整弁１８の開度が大きくされると、暖気処理はステップＳ５に移行する。

通常発電よりも低効率の発電が燃料電池スタック１２で実施される場合、燃料電池スタック１２のカソード電極２５では、電解質膜２４を透過する水素イオンと電子との再結合による水素の生成反応が生じ得る。したがって、燃料電池スタック１２から酸化剤ガス排出流路３２に流出するオフガス中の水素量が高まる傾向にある。

これに関して、制御装置２０は、流量調整弁１８の開度を大きくして、酸化剤ガス供給流路３１からバイパス流路３６を介して酸化剤ガス排出流路３２に供給される酸化剤ガスを増加させる。一方、制御装置２０は、酸化剤ガス出力機器１４からの酸化剤ガス量を増加させる。したがって、制御装置２０は、燃料電池スタック１２に供給される酸化剤ガスの供給量を概ね変えずに、燃料電池スタック１２から酸化剤ガス排出流路３２に流出するオフガス中の水素を希釈することができる。その結果、通常発電よりも低効率の発電を燃料電池スタック１２に維持させたまま排気水素濃度を低減することができる。

ステップＳ８において、制御装置２０は、燃料電池スタック１２による発電を、低ストイキ発電から通常発電に切り替える。この場合、制御装置２０は、低効率発電中のガス量よりも多い量の酸化剤ガスを酸化剤ガス出力機器１４に出力させる。燃料電池スタック１２による発電が通常発電に切り替えられると、暖気処理はステップＳ９に移行する。

ステップＳ９において、制御装置２０は、検出温度を目標温度と比較する。検出温度が目標温度に達していない場合、暖気処理はステップＳ９に留まる。一方、検出温度が目標温度に達した場合、暖気処理は終了する。

上記の実施形態は、下記のように変形されてもよい。

（変形例１）
ステップＳ７において、制御装置２０は、酸化剤ガス出力機器１４から出力される酸化剤ガスの出力流量を、現在の出力流量から増加させずに、流量調整弁１８の開度を大きくしてもよい。

この場合、燃料電池スタック１２に供給される酸化剤ガスの供給量が低減し、燃料電池スタック１２での発電がより一段と低効率になる。そのため、燃料電池スタック１２から酸化剤ガス排出流路３２に流出するオフガス中の水素量がより一段と高まるが、燃料電池スタック１２から酸化剤ガス排出流路３２に流出するオフガス中の水素を希釈することができる。つまり、酸化剤ガス出力機器１４から出力される酸化剤ガスの出力流量が増加されない場合であっても、通常発電よりも低効率の発電を燃料電池スタック１２に維持させたまま排気水素濃度を低減することができる。

（変形例２）
制御装置２０は、燃料電池スタック１２による発電を、低ストイキ発電から通常発電に切り替えずに、所定の時間間隔で所定量ずつ段階的に酸化剤ガスを増加させてもよい。

（変形例３）
燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１２に低ストイキ発電を実行させることによって得られた電力を、酸化剤ガス出力機器１４および燃料ガス出力機器１６の少なくとも１つに、駆動電力として供給してもよい。これにより、エネルギー効率化を図ることができる。

上記の実施形態および変形例から把握される発明を以下に記載する。

（１）本発明は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電を行う燃料電池スタック（１２）を有する燃料電池システム（１０）であって、前記燃料電池スタック（１２）に供給される前記酸化剤ガスを出力する酸化剤ガス出力機器（１４）と、前記酸化剤ガス出力機器（１４）から出力される前記酸化剤ガスを前記燃料電池スタック（１２）に供給するための酸化剤ガス供給流路（３１）と、前記燃料電池スタック（１２）から排出される前記酸化剤ガスを含む混合ガスを外部に排出するための酸化剤ガス排出流路（３２）と、前記酸化剤ガス出力機器（１４）と前記燃料電池スタック（１２）との間の前記酸化剤ガス供給流路（３１）から分岐し、前記酸化剤ガス排出流路（３２）と合流するバイパス流路（３６）と、前記バイパス流路（３６）に設けられる流量調整弁（１８）と、前記燃料電池スタック（１２）の温度を検出する温度センサ（１９）と、前記燃料電池スタック（１２）の目標発電量により定められる発電効率よりも低い効率で前記燃料電池スタック（１２）が発電する低効率発電中、前記温度に基づいて、前記酸化剤ガス出力機器（１４）および前記流量調整弁（１８）の少なくとも一方を制御して、前記燃料電池スタック（１２）の発電状態を可変する制御装置（２０）と、を備える。

これにより、濃度を検出するセンサを酸化剤ガス排出流路に設けずに、排ガス中の水素濃度を低減することができる。すなわち、燃料電池スタックの温度は、電解質膜を透過した水素イオンと電子との再結合によってカソード電極で生成される水素と相関を有する。したがって、濃度を検出するセンサを酸化剤ガス排出流路に新たに設けなくても、再結合によってカソード電極で生成された水素量の捕捉が可能になる。また、水素量に応じて燃料電池スタックの発電状態の変更が可能になる。その結果、水素濃度を検出するセンサを酸化剤ガス排出流路に設けずに、排ガス中の水素濃度を低減することができる。

（２）本発明は、燃料電池システム（１０）であって、前記制御装置（２０）は、単位時間あたりに上昇する前記温度の上昇率に基づいて、前記酸化剤ガス出力機器（１４）および前記流量調整弁（１８）の少なくとも一方を制御してもよい。これにより、燃料電池スタックの暖気状態に応じて、燃料電池スタックに供給される酸化剤ガスの流量を調整することができる。その結果、排ガス中の水素濃度を低減しながら、燃料電池スタックの発電効率を調整することができる。

（３）本発明は、燃料電池システム（１０）であって、前記制御装置（２０）は、単位時間あたりに上昇する前記温度の上昇率に基づいて、前記燃料電池スタック（１２）の発電状態を可変するか否かを判定し、判定結果に応じて、前記酸化剤ガス出力機器（１４）または前記流量調整弁（１８）を制御してもよい。電解質膜を透過した水素イオンと電子との再結合によってカソード電極で生成される水素は、燃料電池スタックの温度の上昇率が大きいほど、多くなる。したがって、温度の上昇率に基づいて、排気に不要である水素量を精度よく検知することができ、その結果、燃料電池スタックに供給される酸化剤ガスの流量の不必要な調整を抑制することができる。

（４）本発明は、燃料電池システム（１０）であって、前記温度の上昇率が所定の第１上昇率閾値以下であり、前記第１上昇率閾値よりも小さい第２上昇率閾値を超える場合、前記制御装置（２０）は、前記流量調整弁（１８）の開度を大きくしてもよい。これにより、燃料電池スタックに供給される酸化剤ガスを低減することができ、同時に、燃料電池スタックから排出される排ガス中の水素を希釈することができる。その結果、燃料電池スタックの発電効率を下げて燃料電池スタックの昇温速度を高めながら、排ガス中の水素濃度を低減することができる。

（５）本発明は、燃料電池システム（１０）であって、前記制御装置（２０）は、前記流量調整弁（１８）の開度を大きくし、かつ、前記酸化剤ガス出力機器（１４）から出力される前記酸化剤ガスの出力流量を増加させてもよい。これにより、燃料電池スタックで実施される低効率発電の状態を概ね変更させずに、排ガス中の水素濃度を低減することができる。

（６）本発明は、燃料電池システム（１０）であって、前記温度の上昇率が前記第２上昇率閾値以下である場合、前記制御装置（２０）は、前記低効率発電中のガス量よりも多い量の前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス出力機器（１４）に出力させてもよい。これにより、燃料電池スタックの発電効率を下げた状態の不必要な継続を抑制することができる。

（７）本発明は、燃料電池システム（１０）であって、前記制御装置（２０）は、前記温度に応じて、前記第１上昇率閾値および前記第２上昇率閾値の値を切り替えしてもよい。これにより、燃料電池スタックの暖気状態に応じて、燃料電池スタックの発電状態を精巧に調整することができる。

（８）本発明は、燃料電池システム（１０）であって、前記燃料電池システム（１０）が搭載される移動体の運転が停止されてから次回の起動までの間に、前記制御装置（２０）は、前記低効率発電を、前記燃料電池スタック（１２）に実行させてもよい。これにより、移動体の運転停止中に、燃料電池システムが配置される環境の急激な変化によって温度が下がっても、移動体の運転開始前に、燃料電池スタックの内部に残留する水分の凍結を抑制することができる。

なお、本発明は、上述した開示に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得る。

１０…燃料電池システム １２…燃料電池スタック
１４…酸化剤ガス出力機器 １６…燃料ガス出力機器
１８…流量調整弁 １９…温度センサ
２０…制御装置 ３１…酸化剤ガス供給流路
３２…酸化剤ガス排出流路 ３６…バイパス流路

Claims (8)

1. 燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電を行う燃料電池スタックを有する燃料電池システムであって、
   前記燃料電池スタックに供給される前記酸化剤ガスを出力する酸化剤ガス出力機器と、
   前記酸化剤ガス出力機器から出力される前記酸化剤ガスを前記燃料電池スタックに供給するための酸化剤ガス供給流路と、
   前記燃料電池スタックから排出される前記酸化剤ガスを含む混合ガスを外部に排出するための酸化剤ガス排出流路と、
   前記酸化剤ガス出力機器と前記燃料電池スタックとの間の前記酸化剤ガス供給流路から分岐し、前記酸化剤ガス排出流路と合流するバイパス流路と、
   前記バイパス流路に設けられる流量調整弁と、
   前記燃料電池スタックの温度を検出する温度センサと、
   前記燃料電池スタックの目標発電量により定められる発電効率よりも低い効率で前記燃料電池スタックが発電する低効率発電中、前記温度に基づいて、前記酸化剤ガス出力機器および前記流量調整弁の少なくとも一方を制御して、前記燃料電池スタックの発電状態を可変する制御装置と、
   を備える、燃料電池システム。
2. 請求項１に記載の燃料電池システムであって、
   前記制御装置は、単位時間あたりに上昇する前記温度の上昇率に基づいて、前記酸化剤ガス出力機器および前記流量調整弁の少なくとも一方を制御する、燃料電池システム。
3. 請求項１または２に記載の燃料電池システムであって、
   前記制御装置は、単位時間あたりに上昇する前記温度の上昇率に基づいて、前記燃料電池スタックの発電状態を可変するか否かを判定し、判定結果に応じて、前記酸化剤ガス出力機器または前記流量調整弁を制御する、燃料電池システム。
4. 請求項２に記載の燃料電池システムであって、
   前記温度の上昇率が所定の第１上昇率閾値以下であり、前記第１上昇率閾値よりも小さい第２上昇率閾値を超える場合、前記制御装置は、前記流量調整弁の開度を大きくする、燃料電池システム。
5. 請求項４に記載の燃料電池システムであって、
   前記制御装置は、前記流量調整弁の開度を大きくし、かつ、前記酸化剤ガス出力機器から出力される前記酸化剤ガスの出力流量を増加させる、燃料電池システム。
6. 請求項４に記載の燃料電池システムであって、
   前記温度の上昇率が前記第２上昇率閾値以下である場合、前記制御装置は、前記低効率発電中のガス量よりも多い量の前記酸化剤ガスを前記酸化剤ガス出力機器に出力させる、燃料電池システム。
7. 請求項４または６に記載の燃料電池システムであって、
   前記制御装置は、前記温度に応じて、前記第１上昇率閾値および前記第２上昇率閾値の値を切り替える、燃料電池システム。
8. 請求項１に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が搭載される移動体の運転が停止されてから次回の起動までの間に、前記制御装置は、前記低効率発電を、前記燃料電池スタックに実行させる、燃料電池システム。

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