JP3567509B2

JP3567509B2 - 燃料電池の駆動装置および触媒被毒率検出装置並びに燃料電池システム

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Publication number: JP3567509B2
Application number: JP30283294A
Authority: JP
Inventors: 成之河津
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1994-11-10
Filing date: 1994-11-10
Publication date: 2004-09-22
Anticipated expiration: 2019-09-22
Also published as: JPH08138711A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、触媒を担持した電極に反応ガスを供給して、その反応ガスの化学反応から起電力を得る燃料電池の駆動装置と、その燃料電池の触媒の被毒率を検出する燃料電池の触媒被毒率検出装置と、燃料電池システムとに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、燃料の有しているエネルギを直接電気的エネルギに変換する装置として燃料電池が知られている。燃料電池は、通常、電解質を挟んで一対の電極を配置するとともに、一方の電極の表面に水素の反応ガス（燃料ガス）を接触させ、また他方の電極の表面に酸素を含有する酸化ガスを接触させ、このとき起こる電気化学反応を利用して、電極間から電気エネルギを取り出すようにしている。
【０００３】
こうした燃料電池では、電流−電圧特性をもって電池の特性を定めているが、この電池特性は、種々の駆動条件（直接制御できる要因）により変化する。例えば、ガス圧力、ガス利用率、電池温度などがその駆動条件に相当するが、これら駆動条件が一定でも、電池出力が低下する場合がある。これは、直接制御できない要因によっても電池特性が変わるためであり、例えば、電極の濡れすぎ、電極の乾きすぎ、触媒の一酸化炭素被毒などによっても電池出力が低下する。こうした要因が加わると、電池出力は低下して、どのような電池特性になるのかはわからない。
【０００４】
こうした背景のもと、従来より、燃料電池が予め定めた電流−電圧特性を下回った場合に、駆動条件の制御を行なうことにより、燃料電池を正常な電流−電圧特性に調整する燃料電池の駆動装置が提案されていた（特開平５−４７３９４号公報の段落００１２）。電極が濡れすぎ状態になると電池出力は徐々に低下し始め、ついには予め定めた電流−電圧特性を下回る出力になるが、この駆動装置によれば、乾燥した空気を燃料電池のセルに送ることにより、電極の濡れすぎを徐々に乾燥し、その結果、正常な電流−電圧特性を得ることができた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来の燃料電池の駆動装置では、燃料電池が予め定めた電流−電圧特性を下回る出力になってからやおら訂正動作を起こすものであることから、正常な電流−電圧特性に戻すには若干時間がかかった。このため、電池出力に制御遅れが生じた。
【０００６】
また、その訂正動作は、始めからこれだけ制御対象を変化させれば、目標とする電流−電圧特性に戻るという確証があってやっているのではなく、少しずつ変化させていき、その目標に達したら、そこで制御を止めるという、言うならば、手探りの制御であり、このことによっても、前述した制御遅れを大きなものとしていた。
【０００７】
さらに、少しずつ変化させる変化量が大き過ぎれば、制御がオーバーシュートすることがあり、燃料電池本体が失速（燃料電池の出力が急激に低下すること）する恐れが生じた。
【０００８】
こうした電池出力の制御遅れや失速は、触媒が一酸化炭素により被毒した場合にも起こり得る。この発明の燃料電池の駆動装置は、こうした問題点に鑑みてなされたもので、燃料電池の触媒の被毒に起因して電池出力が低下した場合に、制御遅れや失速を解消することを目的としている。
【０００９】
一方、この発明の燃料電池の触媒被毒率検出装置は、触媒の一酸化炭素による被毒を定量的に検出可能とすることを目的としている。従来より燃料ガス中の一酸化炭素濃度を検出することで、間接的に触媒がどれ程被毒しているかを求める構成はあったが、この構成では、触媒のどれだけの部分が被毒を起こしているかを求めることはできなかった。即ち、従来には、触媒の被毒を定量的に求めるものはなく、この発明はその定量的な検出を可能とすることを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成すべく、前記課題を解決するための手段として、以下に示す構成をとった。
【００１１】
即ち、本発明の燃料電池の駆動装置は、
触媒を担持した電極に反応ガスを供給して、その反応ガスの化学反応から起電力を得る燃料電池の駆動装置において、
前記燃料電池の初期状態時における電池特性を予め記憶する初期電池特性記憶手段と、
前記触媒が被毒状態にあることを検知する被毒状態検知手段と、
該被毒状態検知手段により前記触媒が被毒状態にあることが検知されたとき、前記燃料電池の出力信号を検出する出力信号検出手段と、
該検出された燃料電池の出力信号と前記初期電池特性記憶手段により記憶された前記電池特性とから、前記触媒の被毒率に応じた比率を算出し、該比率と前記電池特性とから、前記燃料電池の被毒状態時における電池特性を求める電池特性演算手段と
を備えたことを、要旨としている（請求項１記載のもの）。
【００１２】
ここで、電池特性とは、燃料電池の電流と電圧との関係を示す電流−電圧特性のことである。また、燃料電池の初期状態というのは、電池出力を低下させる要因となる触媒被毒が発生する以前の定常状態を言い、換言すれば、供給される燃料ガスに一切の一酸化炭素を含まず水素だけを含む状態を言う。触媒の被毒率とは、触媒に対する一酸化炭素による被毒の程度を表わすものである。
【００１３】
前記構成の燃料電池の駆動装置において、
前記燃料電池の運転を制限する種々の条件から前記燃料電池の動作を許可する運転領域を設定する動作許可領域設定手段
を備えた構成とすることが好ましい（請求項２記載のもの）。
【００１４】
また、前記燃料電池の駆動装置において、
前記電池特性演算手段で算出された前記被毒状態時における電池特性を、前記動作許可領域設定手段で設定された運転領域で限定して、当該限定された電池特性上に、制御の動作点を移動可能か否かを判定する判定手段と、
該判定手段で移動が可能と判定されたときに、前記動作点の移動を実現する燃料電池の運転の制御方式の切換を許可する制御方式切換許可手段と
を備えた構成としてもよい（請求項３記載のもの）。
【００１５】
さらに、電池特性演算手段で算出された前記被毒状態時における電池特性と、前記動作許可領域設定手段で設定された運転領域とを、外部に設けられた負荷用の制御手段に送る情報送信手段を備えた燃料電池の駆動装置としてもよい（請求項４記載のもの）。
【００１６】
さらにまた、判定手段で動作点の移動が不可能と判定されたときに、前記燃料電池の動作を安全側に制御する安全制御手段を備えた燃料電池の駆動装置としてもよい（請求項５記載のもの）。
【００１７】
この発明の燃料電池の触媒被毒率検出装置は、
触媒を担持した電極に反応ガスを供給して、その反応ガスの化学反応から起電力を得る燃料電池と、
該燃料電池の初期状態時における電池特性を予め記憶する初期電池特性記憶手段と、
前記触媒が被毒状態にあることを検知する被毒状態検知手段と、
該被毒状態検知手段により前記触媒が被毒状態にあることが検出されたとき、前記燃料電池の出力信号を検出する出力信号検出手段と、
該検出された燃料電池の出力信号と前記初期電池特性記憶手段により記憶された前記電池特性とから、前記触媒の被毒率を求める被毒率演算手段と
を備えたことを、要旨としている（請求項６記載のもの）。
【００１８】
この発明の燃料電池システムは、
請求項６記載の燃料電池の触媒被毒率検出装置を備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池に接続される負荷と、
補助用電源と、
前記触媒被毒率検出装置により求めた触媒の被毒率が、予め定めた所定値以上であるか否かを判定する被毒率判定手段と、
該被毒率判定手段により触媒の被毒率が所定値以上であると判定されたときに、前記負荷への接続を前記燃料電池から前記補助用電源に切り換えるとともに、前記触媒の被毒対策を実行する被毒時制御手段と
を備えたことを、要旨としている（請求項７記載のもの）。
【００１９】
前記構成の燃料電池システムにおいて、
前記被毒時制御手段は、
互いに異なる手法で前記触媒の被毒を解消する複数の被毒解消手段と、
前記触媒被毒率検出装置により求めた触媒の被毒率に応じて前記複数の被毒解消手段から任意のものを選択して、該選択した被毒解消手段を駆動させる選択駆動手段と
を備えた構成としてもよい（請求項８記載のもの）。
【００２０】
【作用】
請求項１記載の燃料電池の駆動装置によれば、被毒状態検知手段により触媒が被毒状態にあることが検知されたとき、燃料電池の出力信号を、出力信号検出手段により検出する。そして、その燃料電池の出力信号と初期電池特性記憶手段により予め記憶した燃料電池の初期状態時における電池特性とから、電池特性演算手段により、触媒の被毒率に応じた比率を算出し、該比率と前記電池特性とから燃料電池の被毒状態時における電池特性を求める。
【００２１】
したがって、この燃料電池の駆動装置によれば、触媒の被毒状態時に、燃料電池の出力信号さえ検出すれば、被毒状態時における電池特性を求めることができる。このため、従来のように手探りで徐々に電流または電圧を制御していくのではなく、この求めた被毒状態時における電池特性に基づき電流または電圧を制御すれば、目標とする電池特性に即座に移行することが可能となる。
【００２２】
この発明は、被毒状態時における燃料電池の出力と、燃料電池の初期状態時における電池特性とが判れば、被毒状態時における電池特性が一義的に定まるという、本願発明者の新たな知見に基づいて創作されたものである。以下、燃料電池の駆動方法をまず説明して、この新たな知見がどのようにして判明したのかを説明する。
【００２３】
燃料電池の駆動方法には、負荷と接続形態や、２次電池とのハイブリッドの有無などの違いにより、定電圧制御、定電流制御、定電力制御の３種類の制御方式のいずれかが用いられる。定電力制御は出力電力によって決まる動作点で運転するもので、例えば、図１の▲１▼のカーブの上のいずれかの動作点で運転することになる。ただし、この▲１▼のカーブ（ここでは０．３Ｗ／ｃｍ^２）のいずれの上で動作しても良いわけではなく、いくつかの制限がある。
【００２４】
それらの制限としては、燃料電池の電極の保護のための最低電極電位の制限から決まる▲２▼のライン、システムのガス供給可能量によって決まる電流制限▲３▼のライン、そしてシステムの最大発熱許容量から決まる▲４▼のラインである。
【００２５】
無論、電池特性の初期値の▲５▼のカーブを上回ることはないから、これもある意味での限定条件といえる（無理にガス圧力を上げたり、電池温度を変えて、電池特性の初期値を変えることは、ここでは議論しない）。結局、この燃料電池は図１の▲２▼〜▲５▼のカーブ、ラインで囲まれた範囲（図中、ハッチング領域）の中の▲１▼のライン上のいずれかの動作点で定電力制御運転されることになる。
【００２６】
なお、定電圧制御、定電流制御については、上記の定電力制御の説明に準ずるので、ここでは詳しい説明は省略する。
【００２７】
定電圧制御の方式で燃料電池を駆動しているときに、燃料電池に触媒被毒が発生した場合の電池出力について、次に説明する。図２において、初期の電池特性として、▲１▼に示すような電池特性を持つ燃料電池を、動作点Ａで定電圧制御方式で運転していたとする。ここで、当該燃料電池が触媒の一酸化炭素（ＣＯ）被毒の影響により、この燃料電池の電池出力が低下し、その動作点はＢに移動したとする。
【００２８】
この時、検出可能な情報は、動作点Ｂのただ一点だけではあるが、この点における電流密度と動作点Ａの電流密度とを比較すると、Ｂ点ではＡ点での５０％の電流が流せることがわかる。そこで、Ａ点を含む▲１▼の電池特性のカーブを構成する全ての点で、同一電圧に対して電流が５０％になる点を計算により求め、これらの計算により得られた点を結んで線を引くと、図２の▲２▼のカーブになる。実際に、ＣＯ被毒した後の燃料電池の電池特性測定、つまり、電流を変化させながら、電池電圧を測定すると、この計算で求めた図２の▲２▼のカーブと実測値がよく一致することが確認できた。
【００２９】
つまり、定電圧制御で運転している燃料電池が、ＣＯ被毒によってその電池出力が低下した場合、特性変化後のある一点の電流、電圧（つまり動作点）が決まれば、初期の電池特性における同一電圧での電流量と比較することにより、そのＣＯ被毒状態での燃料電池の電池特性（電流−電圧特性）を推定することができる。
【００３０】
定電流制御の方式で燃料電池を駆動しているときに、燃料電池に触媒被毒が発生した場合の電池出力について、次に説明する。図３において、初期の電池特性として、▲１▼に示すような電池特性を持つ燃料電池を、動作点Ａで定電流制御方式で運転していたとする。ここで、当該燃料電池がＣＯ被毒の影響により、この燃料電池の電池出力が低下し、その動作点はＣに移動したとする。
【００３１】
この時、検出可能な情報は、動作点Ｃのただ一点だけではあるが、この点における電流−電圧の関係のうち電圧に着目し、この電圧と同じ電圧を▲１▼の電池特性カーブ上で探す。この同じ電圧の動作点は図中Ｄ点となり、このＤ点における電流密度と動作点Ｃの電流密度とを比較すると、Ｃ点ではＤ点での５０％の電流が流せることがわかる。
【００３２】
そこで、Ａ点、Ｄ点を含む▲１▼の電池特性のカーブを構成する全ての点で、同一電圧に対して電流密度が５０％になる点を計算により求め、これらの計算により得られた点を結んで線を引くと、図３の▲２▼のカーブになる。実際に、ＣＯ被毒した後の燃料電池の電池特性測定、つまり、電流を変化させながら、電池電圧を測定すると、この計算で求めた図３の▲２▼のカーブと実測値がよく一致することが確認できた。
【００３３】
つまり、定電流制御で運転している燃料電池が、ＣＯ被毒によってその電池出力が低下した場合、特性変化後のある一点の電流、電圧（つまり動作点）が決まれば、初期の電池特性における同一電圧での電流量と比較することにより、そのＣＯ被毒状態での燃料電池の電池特性（電流−電圧特性）を推定することができる。
【００３４】
定電力制御の方式で燃料電池を駆動しているときに、燃料電池に触媒被毒が発生した場合の電池出力について、次に説明する。図４において、初期の電池特性として、▲１▼に示すような電池特性を持つ燃料電池を、動作点Ａで定電力制御方式で運転していたとする。ここで、当該燃料電池がＣＯ被毒の影響により、この燃料電池の電池出力が低下し、その動作点はＥに移動したとする。定電力制御方式なので、電流−電圧特性のカーブの上での動作点の移動は、図４に示したように同一の電力出力を結んだ曲線となる。
【００３５】
この時、検出可能な情報は、動作点Ｅのただ一点だけではあるが、この点における電流−電圧の関係のうち電圧に着目し、この電圧と同じ電圧を▲１▼の電池特性カーブ上で探す。この同じ電圧の動作点は図中Ｆ点となり、このＦ点における電流密度と動作点Ｅの電流密度とを比較すると、Ｅ点ではＦ点での５０％の電流が流せることがわかる。
【００３６】
そこで、Ａ点、Ｆ点を含む▲１▼の電池特性のカーブを構成する全ての点で、同一電圧に対して電流が５０％になる点を計算により求め、これらの計算により得られた点を結んで線を引くと、図４の▲２▼のカーブになる。実際に、ＣＯ被毒した後の燃料電池の電池特性測定、つまり、電流を変化させながら、電池電圧を測定すると、この計算で求めた図４の▲２▼のカーブと実測値がよく一致することが確認できた。
【００３７】
つまり、定電力制御で運転している燃料電池が、ＣＯ被毒によってその電池出力が低下した場合、特性変化後のある一点の電流、電圧（つまり動作点）が決まれば、初期の電池特性における同一電圧での電流量と比較することにより、そのＣＯ被毒状態での燃料電池の電池特性（電流−電圧特性）を推定することができる。
【００３８】
以上のことから、ＣＯ被毒によって燃料電池の出力が低下したとき、ある一点の電流、電圧が決まれば、当該燃料電池の制御方式が、定電圧制御、定電流制御、定電力制御のいずれの方式であろうと、そのＣＯ被毒状態での燃料電池の電池特性（電流−電圧特性）を推定することができるのである。
【００３９】
即ち、一酸化炭素による被毒の状態においては、少なくとも、ある１点の動作情報から、幅広い動作領域での電池特性が推定できる。このため、予め電池特性がわかった上で、動作特性を予見しながら、当該燃料電池の電流，電圧または電力制御を行なえば、所望の電池特性に即座に移行することができる。
【００４０】
このようにＣＯ被毒状態での、燃料電池の電池特性（電流−電圧特性）を推定することができる理由として、発明者は次のメカニズムを考えた。それは、「一酸化炭素の影響で白金触媒の一部が、電気化学反応触媒としてのその機能を停止している。即ち、一酸化炭素に被覆された部分では電池反応が起こらず、一酸化炭素に被覆されていない部分でのみ正常に電池反応が起こっている。」というメカニズムである。
【００４１】
ＣＯ被毒により電極のすべての白金触媒が、ＣＯ被毒の強弱に応じて、その活性の程度が変わるのではなく、１個１個の白金の粒子（わずかオングストロームのレベルである。ただし、単原子ではない）に着目すると、完全に働かないか、完全に働いているかのいずれかであり、ＣＯ被毒がないときには、全ての白金粒子は働いているが、ＣＯ被毒が発生すると、一部の白金粒子はまったく働かなくなるのである。ＣＯ被毒の程度である被毒率は、この完全に働いている白金粒子と、完全に働いていない白金粒子の比率で決まるのである。
【００４２】
働き具合いに強弱があると、燃料電池の電圧に関係してくるが、完全に働いているか、完全に働いていないかであるから、燃料電池の電圧は同じで、電流が違ってくるのである。つまり、全ての白金粒子が働いていれば、初期値通りの電流が流せるが、白金粒子の５０％がＣＯ被毒により働いていなければ、同一電圧で比較すると、５０％の電流しか流せなくなるのである。
【００４３】
前述したＣＯ被毒のメカニズムから新たな知見を得た。燃料電池が、ＣＯ被毒によってその電池出力が低下した場合、特性変化後のある一点の電流、電圧（つまり動作点）が決まれば、初期の電池特性における同一電圧での電流密度と比較することにより、そのＣＯ被毒状態での、燃料電池の電池特性を推定することができるのであるが、同時に、初期値に比べ、電流密度が何割（何％）低下したかという数値から、当該燃料電池におけるその時点でのＣＯ被毒の程度を定量的に求めることが出来るのである。
【００４４】
先に述べたように、電流密度の低下は、働かない白金粒子の割合で規定できるから、電流密度の低下は、「白金粒子のうち一酸化炭素がその表面を被覆し、白金触媒として機能を停止した割合」で規定できる。この割合を、便宜的に白金触媒に対する「ＣＯ被覆率」と呼ぶこととする。なお、この割合は触媒被毒率に相当する。
【００４５】
従って、燃料電池がＣＯ被毒によってその電池出力が低下した場合、特性変化後のある一点の電流、電圧（つまり動作点）が決まれば、初期の電池特性における同一電圧での電流密度と比較することにより電流密度の低下の程度を知ることができ、この結果、燃料電池における、その時点での「ＣＯ被覆率」を算出できるのである。例えば、図１ないし図４は、この「ＣＯ被覆率」で考えるならば、いずれもＣＯ被覆率＝５０％の状態である。
【００４６】
請求項６記載の燃料電池の触媒被毒率検出装置は、前述した知見に従って「ＣＯ被覆率」を算出するものである。この燃料電池の触媒被毒率検出装置によれば、被毒状態検知手段により触媒が被毒状態にあることが検知されたとき、燃料電池の出力信号を、出力信号検出手段により検出する。そして、その燃料電池の出力信号と初期電池特性記憶手段により予め記憶した燃料電池の初期状態時における電池特性とから、被毒率演算手段により、触媒の被毒率、即ち、前記「ＣＯ被覆率」を求める。
【００４７】
従って、この燃料電池の触媒被毒率検出装置によれば、触媒の被毒状態時に、燃料電池の出力信号さえ検出すれば、触媒の被毒率を求めることができる。
【００４８】
前述した請求項１および６以外の請求項に記載した発明の作用について、以下説明する。
【００４９】
請求項２記載の燃料電池の駆動装置によれば、燃料電池の運転を制限する種々の条件から燃料電池の動作を許可する運転領域を、動作許可領域設定手段により設定する。このため、請求項１で電池特性への制御を的確なものとした上で、さらに燃料電池の動作できる範囲をその運転領域から予め知ることができ、より的確な制御が可能となる。
【００５０】
請求項３記載の燃料電池の駆動装置によれば、被毒状態時における電池特性を動作許可領域設定手段で設定された運転領域で限定して、その限定された電池特性上に、制御の動作点を移動可能か否かを、判定手段により判定する。この判定手段で移動が可能と判定されると、その動作点の移動を実現する燃料電池の運転の制御方式の切換を、制御方式切換許可手段により許可する。このため、従来の技術のように、動作点を徐々に変化させて最終的に所望の位置に移動させるのではなく、運転制御方式を切り換えて、動作点を一気に移動することが可能となり、制御速度の向上が図られる。
【００５１】
請求項４記載の燃料電池の駆動装置によれば、電池特性演算手段で求めた被毒状態時における電池特性と動作許可領域設定手段で設定された運転領域とを、外部に設けられた負荷用の制御手段に、情報送信手段により送る。このため、負荷用の制御手段では、前記運転領域を逸脱しないように負荷の制御を行なうことが可能となる。
【００５２】
請求項５記載の燃料電池の駆動装置によれば、判定手段で動作点の移動が不可能と判定されたときに、燃料電池の動作を、安全動作制御手段により安全側に制御する。このため、動作点を徐々に変化させてやおら動作を安全側に制御するのではなく、素早く安全側へ制御を移すことが可能となる。
【００５３】
請求項７記載の燃料電池システムによれば、燃料電池が動作許可領域内から外れる恐れがある場合に、実際に外れる前から負荷を補助用電源に切り換えることができ、負荷への電源供給を安定的に行なうことが可能となる。また、燃料電池の触媒の被毒対策が施されることで、触媒被毒の解消が図られる。
【００５４】
請求項８記載の燃料電池システムによれば、触媒被毒率検出装置により求めた触媒の被毒率に応じて複数の被毒解消手段から任意のものを選択して、該選択した被毒解消手段を駆動させることができる。このため、触媒の被毒の程度が低いような場合には、応答性が比較的劣る被毒解消手段で、被毒の程度が高いような場合には、応答性に優れた被毒解消手段でというように最適な被毒解消手段を採用することが可能となる。
【００５５】
【実施例】
以上説明した本発明の構成・作用を一層明らかにするために、以下本発明の好適な実施例について説明する。
【００５６】
図５は、本発明の第１実施例としての燃料電池発電システム１の概略構成図である。図５に示すように、この燃料電池発電システム１は、電気を発生する固体高分子型の燃料電池スタック１０と、メタノールタンク１２に貯留されたメタノールと水タンク１４に貯留された水とから水素リッチガスを製造する改質器１６と、改質器１６で製造された水素リッチガスを燃料ガスとして燃料電池スタック１０に送る燃料ガス供給通路１８と、燃料電池スタック１０から排出されたガスを外部に送る燃料ガス排出通路２０とを備える。
【００５７】
また、この燃料電池発電システム１は、燃料電池スタック１０で発生した直流電気を交流電気に変換するインバータ２２を備えており、このインバータ２２からの交流電気は図示しない負荷（例えば、モータ）へ供給される。なお、負荷には二次電池２４も接続されており、切換器２６により負荷へ供給される電源がインバータ側の燃料電池スタック１０と二次電池２４との間で適宜切り換えられる。
【００５８】
さらに、この燃料電池発電システム１は、電気的な制御系統として、燃料ガス排出通路２０の途中に設けられ、燃料ガス中のＣＯ濃度を検出する一酸化炭素センサ３０と、燃料電池スタック１０とインバータ２２との間に設けられ、燃料電池スタック１０から出力される電気信号の電圧および電流量を検出する出力検出回路３２と、これら一酸化炭素センサ３０および出力検出回路３２からの出力信号を取り込んで各種の制御処理を実行する電子制御ユニット８０とを備える。
【００５９】
燃料電池スタック１０の構成について次に説明する。燃料電池スタック１０は、前述したように固体高分子型の燃料電池であり、その単一セル構造として、図６に示す構造を備える。即ち、図６に示すように、そのセルは、電解質膜４１と、この電解質膜４１を両側から挟んでサンドイッチ構造とするガス拡散電極としてのアノード４２およびカソード４３と、このサンドイッチ構造を両側から挟みつつアノード４２およびカソード４３とで燃料ガスおよび酸化ガスの流路を形成するセパレータ４４，４５と、セパレータ４４，４５の外側に配置されアノード４２およびカソード４３の集電極となる集電板４６，４７とにより構成されている。
【００６０】
電解質膜４１は、高分子材料、例えばフッ素系樹脂により形成されたイオン交換膜であり、湿潤状態で良好な電気電導性を示す。アノード４２およびカソード４３は、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロスにより形成されており、このカーボンクロスには、触媒としての白金を担持したカーボン粉がクロスの隙間に練り込まれている。
【００６１】
セパレータ４４，４５は、ち密質のカーボンプレートにより形成されている。また、アノード４２側のセパレータ４４には、複数のリブが形成されており、このリブとアノード４２の表面とで燃料ガスの流路溝４４ｐを形成する。一方、カソード４３側のセパレータ４５にも、複数のリブが形成されており、このリブとカソード４３の表面とで酸化ガスの流路溝４５ｐを形成する。集電板４６，４７は、銅（Ｃｕ）により形成されている。
【００６２】
以上説明したのが燃料電池スタック１０の単一セルの構成であるが、実際には、セパレータ４４，アノード４２，電解質膜４１，カソード４３，セパレータ４５をこの順に複数組積層して、その外側に集電板４６，４７を配置することにより、燃料電池スタック１０は構成されている。
【００６３】
燃料ガス供給通路１８は、改質器１６と燃料電池スタック１０のアノード側ガス入口１０ａ（図５）とをつなぐものであり、実際は、アノード側ガス入口１０ａは、図示しないマニホールドに接続されており、このマニホールドを介して燃料電池スタック１０の燃料ガス側の複数の流路溝４４ｐに分岐接続されている。一方、燃料電池スタック１０のアノード側ガス出口１０ｂは、図示しないマニホールドに接続されており、このマニホールドを介して燃料電池スタック１０の複数の流路溝４４ｐ（燃料ガス供給通路１８とは反対側から接続）に分岐接続されている。
【００６４】
一酸化炭素センサ３０の構成について次に説明する。図７は、その一酸化炭素センサ３０の縦断面図である。図７に示すように、この一酸化炭素センサ３０は、電解質膜５０と、この電解質膜５０を両側から挟んでサンドイッチ構造とする２枚の電極５２，５４と、このサンドイッチ構造を両側から挟むことにより、サンドイッチ構造の撓みを防ぐ２枚のメッシュ状の金属板５６，５８と、このサンドイッチ構造および金属板５６，５８を保持する２個のホルダ６０，６２と、両ホルダ６０，６２を電気的に絶縁状態で連結する絶縁性部材６４とを備える。
【００６５】
電解質膜５０は、固体高分子材料、例えばフッ素系樹脂により形成されたプロトン導電性の膜体である。電極５２，５４は、炭素繊維からなる糸で織成したカーボンクロスにより形成されており、このカーボンクロスには、触媒としての白金を担持したカーボン粉がクロスの隙間に練り込まれている。
【００６６】
こうした電解質膜５０と電極５２，５４は具体的には次のような方法で接合されている。
【００６７】
▲１▼電極基材（カーボンクロスまたはカーボンペーパ）の表面に、予めカーボン粉の表面に白金を担持して製作した触媒粉を塗布し、電解質膜５０とこの電極基材をホットプレスで一体化するもの。
▲２▼電極基材の表面に、予めカーボン粉の表面に白金を担持して製作した触媒粉を塗布し、電解質膜５０とこの電極基材を、プロトン導電性固体高分子溶液で接着して一体化するもの。
【００６８】
▲３▼予めカーボン粉の表面に白金を担持して製作した触媒粉を、適当な有機溶剤に分散させてペースト化し、電解質膜５０の表面にスクリーン印刷法等の手法で塗布する。その後、電極基材とホットプレスで一体化するもの。
▲４▼電解質膜５０の表面に、スパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法などの薄膜形成法で、白金を担持し、その後、電極基材とホットプレスで一体化するもの。
【００６９】
白金触媒を担持したカーボン粉は次のような方法で作成されている。塩化白金酸水溶液とチオ硫酸ナトリウムを混合して、亜硫酸白金錯体の水溶液を得る。この水溶液を攪拌しながら、過酸化水素水を摘下して、水溶液中にコロイド状の白金粒子を析出させる。次に担体となるカーボンブラック〔例えばＶｕｌｃａｎＸＣ−７２（米国のＣＡＢＯＴ社の商標）やデンカブラック（電気化学工業株式会社の商標）〕を添加しながら、攪拌し、カーボンブラックの表面にコロイド状の白金粒子を付着させる。次に溶液を吸引ろ過または加圧ろ過して白金粒子が付着したカーボンブラックを分離した後、脱イオン水で繰り返し洗浄した後、室温で完全に乾燥させる。次に、凝集したカーボンブラックを粉砕器で粉砕した後、水素還元雰囲気中で、２５０℃〜３５０℃で２時間程度加熱することにより、カーボンブラック上の白金を還元するとともに、残留していた塩素を完全に除去して、白金触媒が完成する。
【００７０】
なお、前述した燃料電池スタック１０の電解質膜４１に用いられる白金触媒も、前記方法と同様にして形成されている。また、電極５２，５４の面積は、０．１ｃｍ^２〜１ｃｍ^２程度が望ましい。
【００７１】
金属板５６、５８は、メッシュ状のもので、ガスの電極５２，５４への到達を妨げない構造となっている。その材料としては、電気伝導性に優れ、錆にくく、水素脆性を生じないものが望ましく、具体的にはチタンやステンレスが用いられている。また、メッシュ状の銅板の表面を金、白金、チタン等の金属で被覆（例えば鍍金）した物でもよい。さらに、前述の要求性能を満たすものであれば、多孔質のカーボン板や、発泡ニッケルの表面を金、白金、チタン等の金属で被覆（例えば鍍金）した物、あるいは、エンジニアリングプラスチックの表面を金、白金、チタン等の金属で被覆（例えば鍍金）し、電気導電性を確保した物であってもよい。
【００７２】
ホルダ６０，６２は、円柱の内部にフランジ６０ａ，６２ａを持つ形状で、そのフランジ６０ａ，６２ａで電解質膜５０，電極５２，５４および金属板５６，５８を挟持する。その材料としては、電気伝導性に優れ、錆にくく、水素脆性を生じないものが望ましく、具体的にはチタンやステンレスが用いられる。また銅板の表面を金、白金、チタン等の金属で被覆（例えば鍍金）した物でもよい。さらに、前述の要求性能を満たすものであれば、緻密質のカーボン板や、エンジニアリングプラスチックの表面を金、白金、チタン等の金属で被覆（例えば鍍金）し、電気導電性を確保した物であってもかまわない。
【００７３】
なお、ホルダ６２の電解質膜５０側には、Ｏリング６６が設けられており、一方の電極側の雰囲気が他方の電極側に漏れるのを防止している。ここで、Ｏリング６６に換えて、電解質膜５０の端部をホルダ６２に接着剤で直接張り付けたり、熱圧着で張り付けたりして、シール性を確保する構成としてもよい。
【００７４】
ホルダ６０，６２の外周には、ネジ６０ｂ，６２ｂが切られており、これらネジ６０ｂ，６２ｂと絶縁性部材６４の内側に切られた２つのネジ６４ａ，６４ｂとを互いに螺合することで、両ホルダ６０，６２は、その間の電極５２，電解質膜５０および電極５４を挟持した状態で連結される。なお、絶縁性部材６４の材料としては、例えばテフロンが用いられている。
【００７５】
また、この一酸化炭素センサ３０は、一方側のホルダ６０にネジ合いにて連結されるガス流入通路６８を備えている。このガス流入通路６８は、被検出ガスを電極５２に導く通路であり、絶縁性の材料から形成されている。なお、他方側のホルダ６２には、特別なガス通路は接続されておらず、電極５４は大気に開放された状態となっている。
【００７６】
さらに、この一酸化炭素センサ３０は、両ホルダ６０，６２に設けられた検出端子６０Ｔ，６２Ｔに電気的に接続され、電極５２，５４間に生じる起電力を測定する電気回路７０を備えている。この電気回路７０は、電圧計７２と負荷電流調整用の抵抗器７４とから構成されており、電圧計７２の信号は外部の制御系統に出力される。なお、燃料ガスが供給される電極５２側のホルダ６０の検出端子６０Ｔはマイナス極、大気に連通する電極５４側のホルダ６２の検出端子６２Ｔはプラス極となるように電圧計７２が接続されている。
【００７７】
こうして構成された一酸化炭素センサ３０は、燃料ガス供給通路１８の分岐口１８ａにネジ合いにて連結されており、図示しない燃料電池本体に供給する燃料ガス中のＣＯ濃度の検出用に用いられている。
【００７８】
この一酸化炭素センサ３０では、電極５２に燃料ガスが供給されると電解質膜５０を介して電極５２，５４間に起電力が生じることから、この起電力を電気回路７０の電圧計７２を用いて検出している。この起電力は、燃料電池本体と同様に、一酸化炭素による触媒の被毒を受けて低下することから、ＣＯ濃度が高い場合には小さく、ＣＯ濃度が低い場合には大きい。このため、既知のＣＯ濃度のガスを使って、ＣＯ濃度とその時の電圧計７２の測定値との関係を予め調べておくことにより、被検出ガスのＣＯ濃度を測定することが可能となる。なお、この測定の際の検出感度は水素の影響を受けることがないことから、燃料ガスのように多量の水素を含んだ被検知ガスにおいてもその中の一酸化炭素を高精度で測定することができる。
【００７９】
電子制御ユニット８０は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、詳しくは、予め設定された制御プログラムに従って所定の演算等を実行するＣＰＵ８２と、ＣＰＵ８２で各種演算処理を実行するのに必要な制御プログラムや制御データ等が予め格納されたＲＯＭ８４と、同じくＣＰＵ８２で各種演算処理を実行するのに必要な各種データが一時的に読み書きされるＲＡＭ８６と、一酸化炭素センサ３０，出力検出回路３２からの出力信号および負荷用の電子制御ユニット（図示せず）からの出力信号を入力するとともに、ＣＰＵ８２での演算結果に応じて改質器１６，燃料電池スタック１０，インバータ２２および切換器２６に制御信号を出力する入出力インターフェース８８等を備える。
【００８０】
なお、ＲＯＭ８４には、燃料電池スタック１０の初期状態時の電池特性を示す初期電池特性データＤＴ０が予め記憶されている。図８にその初期電池特性データＤＴ０の一例を示した。図８に示すように、この初期電池特性データＤＴ０は、電流密度と電圧とから定まる特性Ｌ０を示す二次元のマップであり、電流密度が高密度になるにつれ電圧は低下する。電流密度が２００［ｍＡ／ｃｍ^２］のとき、電圧は０．８０［Ｖ］となり、電流密度が４００［ｍＡ／ｃｍ^２］のとき電圧は０．７３［Ｖ］となっている。
【００８１】
燃料電池の初期状態時における電池特性Ｌ０は、燃料電池が定常運転されておれば、ガス圧力やガス利用率や電池温度などの運転条件が常に一定になるように制御されていることから、こうした状態時における電池特性Ｌ０は一義的に定めることができる。このため、前記初期電池特性データＤＴ０は一つのデータとして格納されている。
【００８２】
また、図５ではガス系統についてはアノード側のガス系統のみを記載し、カソード側のガス系統の記載は省略してある。
【００８３】
こうした構成の電子制御ユニット８０のＣＰＵ８２によって、改質器１６，燃料電池スタック１０，インバータおよび切換器２６が適宜制御される。この結果、この燃料電池発電システム１では、定電圧制御、定電流制御、定電力制御の３種類の制御方式から最適なものを選択しつつ、適正な電気供給を負荷に対して行なう。
【００８４】
まず、負荷が動作していないとき（例えば、電気自動車で言えば停止しているとき）を考えると、このときには、燃料電池スタック１０は定電圧制御がなされて、一定の電圧で二次電池２４へ電気が供給される。その後、負荷が動き始めると（電気自動車で言えば走行しているとき）、燃料電池スタック１０はその負荷により規定される電力で定電力制御の運転がなされ、切換器２６が切り換えられて燃料電池スタック１０から負荷にその電気が供給される。ここでは、こうした定電圧制御から定電力制御に制御方式が切り換わって電気供給がなされる場合について、電子制御ユニット８０のＣＰＵ８２によってどのように制御処理が実行されるかを説明する。
【００８５】
図９ないし図１０は、電子制御ユニット８０のＣＰＵ８２によって実行される制御ルーチンを示すフローチャートである。この制御ルーチンは、負荷用電子制御ユニットから負荷が動作し始めた旨の指示を受けた後に実行されるもので、所定時間毎に繰り返し実行される。図９に示すように、ＣＰＵ８２は、処理が開始されると、まず、負荷用電子制御ユニットからの出力信号から負荷が一定であるか否かの判別を行ない（ステップＳ１００）、さらに、燃料電池スタック１０に対するガスの供給状態（ガス量等）が一定であるか否かの判別を行なう（ステップＳ１１０）。
【００８６】
ＣＰＵ８２は、ステップＳ１００またはＳ１１０で否定判別されると、処理を「リターン」に進めて、この制御ルーチンを一旦終了する。一方、ステップＳ１００およびステップＳ１１０の双方で肯定判別、即ち、負荷が一定で、かつガス供給状態が一定であると判別されたときには、ステップＳ１２０に処理を進める。
【００８７】
ステップＳ１２０では、ＣＰＵ８２は、一酸化炭素センサ３０の電圧計７２からの出力電圧を、ＣＯ濃度Ｄとして入力する処理を行なう。次いで、その一酸化炭素濃度Ｄが、予め定めた所定の濃度Ｄ０より大きいか否かを判定することにより、アノード電極の触媒は被毒状態であるか否かを判別する処理を行なう（ステップＳ１３０）。
【００８８】
ステップＳ１３０で、触媒が被毒状態でないと判別されると、ＣＰＵ８２は、処理を「リターン」に進めて、この制御ルーチンを一旦終了する。一方、ステップＳ１３０で、触媒が被毒状態であると判別されると、出力検出回路３２により検出された燃料電池スタック１０の現在の電圧Ｖ１および電流Ｉ１を入力する（ステップＳ１４０）。
【００８９】
次いで、その現在の電圧Ｖ１および電流Ｉ１と、ＲＡＭ８６に予め格納された図８に示した初期電池特性データＤＴ０とから、現在の電池特性データＤＴを算出する処理を行なう（ステップＳ１５０）。この処理は具体的には次のように行なう。この時点では、定電圧制御にて燃料電池スタック１０が運転されていることから、まず、初期電池特性データＤＴ０で定まる特性Ｌ０上において現在の電圧Ｖ１に対応する電流値Ｉ０を求める。詳しくは、ＲＯＭ８４に記憶された初期電池特性データＤＴ０のマップを、そのままＲＡＭ８６に複写して、そのＲＡＭ８６のマップ上にて、前記電流値Ｉ０を求める（図１１参照）。
【００９０】
次いで、この電流値Ｉ０と前記電流Ｉ１との比率Ｒ（これが触媒の被毒率に応じた比率となる）を求めて、前記初期電池特性Ｌ０上の各点を前記比率Ｒで乗算することにより、現在の電池特性Ｌ１を求める。この算出もＲＡＭ８６に記憶したマップ上にて行なわれ、前記初期電池特性Ｌ０上の各点の電流値に対して前記比率Ｒを乗算することにより、電流密度の軸方向に前記比率で縮小したライン、即ち、現在の電池特性Ｌ１を求める（図１１参照）。
【００９１】
続いて、ＣＰＵ８２は、ステップＳ１５０で算出した現在の電池特性データＤＴ１のマップ上に、制御運転の動作を許可する動作許可領域を設定する処理を行なう（ステップＳ１６０）。図１で示したハッチングの領域がこの動作許可領域に相当する。具体的には、図１２に示すように、燃料電池の電極の保護のための最低電極電位の制限から決まる例えば５００ｍＶのラインＧ１と、システムのガス供給可能量によって決まる電流制限の例えば７００ｍＡ／ｃｍ^２のラインＧ２と、システムの最大発熱許容量から決まる例えば０．６Ｗ／ｃｍ^２のラインＧ３（ここでは：発熱は本来「Ｊ：ジュール」であるが分かりやすくするためにＷで表示した）と、初期状態時の電池特性Ｌ０とで囲まれた領域（図中、ハッチング領域）を動作許可領域Ｅとして設定する。
【００９２】
ステップＳ１６０の実行後、ＣＰＵ８２は、図１０のステップＳ１７０に処理を進め、切換器２６へ制御信号を送って、負荷の接続を燃料電池スタック１０側へ切り換える処理を行なう（ステップＳ１７０）。
【００９３】
次いで、ＣＰＵ８２は、ステップＳ１６０で算出された動作許可領域Ｅ内で定電力制御方式の運転を行なうことができるか否かを判別する処理を行なう（ステップＳ１８０）。この定電力制御の運転は、負荷の程度により規定される一定電力でもって制御するものであり、これが前記動作許可領域Ｅ内で実行可能か否かを次のようにして判別する。図１３に示すように、まず、ステップＳ１６０の実行後に得られた（図１２に示す）マップ上に、負荷の程度に応じて定まる一定電力のラインＬ２を書込み、このラインＬ２とステップＳ１５０で求めた現在の電池特性Ｌ１との交点Ｐを求める。この交点Ｐが、定電力制御にて運転したい動作点であり、この交点ＰがステップＳ１６０で設定した動作許可領域Ｅ内に位置するか否かを判定する。こうして、現在の定電圧制御方式の運転から定電力制御方式の運転に移行することが可能か否かの判別がなされる。
【００９４】
ステップ１８０で、前記交点Ｐが動作許可領域Ｅ内に存在する、即ち、定電力制御方式の運転に移行することが可能であると判別されると、ＣＰＵ８２は、図１４に示すように、現在の動作点Ｑから新たな動作点（上記交点Ｐ）へ一気に電流密度を高めて、定電力運転を実行する（ステップＳ１９０）。その後、ＣＰＵ８２は「リターン」に処理を進めて、この制御ルーチンを一旦終了する。
【００９５】
一方、ステップＳ１８０で、交点Ｐが動作許可領域Ｅ内に存在しない、即ち、定電力制御方式の運転に移行することが不可能であると判別されると、燃料電池スタック１０を安全動作に切り換える処理を実行する（ステップＳ１９５）。この安全動作は、燃料電池スタック１０の運転を停止させたり、改質器１６からの燃料電池ガス中のＣＯ濃度を低減させるような制御をしたり、定電力運転に切り替えずに引き続き定電圧運転を行なったり、負荷側の電力量を低下させるような制御を行なったりなど、いくつかの方法が採用される。ステップＳ１９５の処理後、ＣＰＵ８２は「リターン」に処理を進めて、この制御ルーチンを一旦終了する。
【００９６】
以上のように構成された第１実施例の燃料電池発電システム１によれば、定電圧制御下で、触媒がＣＯ被毒を受けて、動作点がＯ点（初期状態時）からＱ点に変化した後、定電力制御の運転を行なうに際し、直ちに動作点をＰ点に移して所定の電力を得ることができる。
【００９７】
従来の技術では、図１５に示すように、動作点をＯ点からＱ点へ変化した後、定電力制御を運転させると、電流を△ｉずつ変化させながら、最終的にＰ点に到達して所定の電力を得ていた。このため、Ｐ点へ動作点を移行するのに、多大な時間がかかり、その結果、電池出力に制御遅れが生じた。これに対して、この実施例の燃料電池発電システム１によれば、前述したように直ちに動作点をＰ点に移して所定の電力を得ることができることから、前述したような制御遅れが生じるようなこともない。
【００９８】
また、従来の技術では、電流の変化量△ｉが大き過ぎれば、制御がオーバーシュートすることがあり、その結果、燃料電池スタック１０が失速するような自体を招くことがあった。これに対して、この燃料電池発電システム１によれば、所望の動作点に高精度で移行することができることから、そのような失速を起こすようなこともない。
【００９９】
他の例として、従来の技術で、図１６に示すように、ＣＯ被毒を受けて、動作点がＯ点からＫ点へ変化した場合について説明する。このときの触媒の被毒率は、図１４で示したよりはるかに大きいものであるとする。この後、定電力制御に運転が移ると、電流を△ｉずつ変化させていくが、所定の出力電力を得る前に、燃料電池の最低電極電位の制限Ｇ１を下回ってしまうことから、動作点Ｍで安全動作が働いて、燃料電池は運転を停止してしまう。
【０１００】
一方、この実施例の燃料電池発電システム１では、図１７に示すように、ＣＯ被毒を受けて、動作点がＯ点からＫ点へ変化した後、初期の電池特性Ｌ０の情報と現在の出力，即ちＫ点の値とから、現在の電池特性Ｌ１を求めることができ、この時点で、所定の電力を得るための動作点が、もはや現時点でＧ１ないしＧ３の制限の範囲内には存在しないこと、即ち、定電力制御の運転が不可能であることを知ることができる。従って、こうした情報を基に即座に安全動作を働かすことができ、安全動作の制御が遅れるようなこともない。
【０１０１】
なお、この実施例では、燃料電池スタック１０の運転が動作許可領域から外れる以前にその状態を予測して安全動作を働かせているが、この際に、切換器２６を切り換えて、負荷を二次電池２４に接続するようにすることが好ましい。この場合、負荷から見ると、電気供給は途絶えることなく安定的に供給されることになる。従って、システム全体の制御性を向上することができる。
【０１０２】
前記実施例では、燃料電池の運転方式を定電圧制御から定電力制御に切り換える場合の制御について詳しく述べてきたが、こうしたことは、定電圧制御から定電流制御に切り換える場合についても同様に適応することができる。即ち、前記実施例と同様に、触媒が被毒した状態での現在の電池特性Ｌ１を求めた上で、切り換えようとしている定電流制御の電流値（動作点）を、動作許可領域内におけるその現在の電池特性上にとることができるか否かを予め調べて、可能な場合に動作点を一気に変更するようにする。こうした構成により、定電圧制御から定電流制御へ切換える場合についても、制御遅れや燃料電池の失速なしに、適正な運転制御を行なうことができる。
【０１０３】
また、燃料電池の切換前の運転方式を前述のように定電圧制御とするのではなく、他の制御、即ち定電流制御や定電力制御にした場合について述べる。定電流制御の方式で燃料電池スタック１０を駆動しているときに、燃料電池スタック１０に触媒被毒が発生した場合の電池特性は、作用の項で図３を用いて説明したように、触媒被毒後の現在の電圧Ｖ１，電流Ｉ１（これは定電流で低下）を検出し、この電圧Ｖ１と同じ電圧を初期状態時の電池特性Ｌ０上で探す。この探した点の電流密度と電流Ｉ１との比率Ｒを求めて、初期状態時の電池特性Ｌ０上の各点をその比率Ｒで乗算することにより、現在の電池特性Ｌ１を求める。
【０１０４】
また、定電力制御の方式で燃料電池スタック１０を駆動しているときに、燃料電池スタック１０に触媒被毒が発生した場合の電池特性は、作用の項で図４を用いて説明したように、触媒被毒後の現在の電圧Ｖ１，電流Ｉ１（これは定電力で低下）を検出し、この電圧Ｖ１と同じ電圧を初期状態時の電池特性Ｌ０上で探す。この探した点の電流密度と電流Ｉ１との比率Ｒを求めて、初期状態時の電池特性Ｌ０上の各点をその比率Ｒで乗算することにより、現在の電池特性Ｌ１を求める。
【０１０５】
こうして現在の電池特性Ｌ１を求めた上で、前述したように、切り換えようとしている制御方式での動作点を、動作許可領域内におけるその現在の電池特性上にとることができるか否かを予め調べるようにする。こうした構成により、制御方式の切換時において、制御遅れや燃料電池の失速なしに、適正な運転制御を行なうことができる。
【０１０６】
なお、前記実施例では、被毒状態検知手段として、一酸化炭素センサ３０により燃料ガス中のＣＯ濃度を検出し、そのＣＯ濃度が所定濃度以上となったときに、触媒は被毒状態にあると判別検知していたが、これに限るものではなく、一酸化炭素センサ３０として、他の構成のもの、例えば定電位電解式の一酸化炭素センサを用いた構成としてもよい。また、電極の燃料ガスの流入側と流出側との温度差を検出し、その温度差から触媒の被毒状態を推定することにより、触媒の被毒状態を検出する構成としてもよい。
【０１０７】
この発明の第２実施例について次に説明する。この第２実施例は、図１８の概略構成図に示すように、前記第１実施例に記載した燃料電池発電システム１に、その燃料電池発電システム１から電気の供給を受ける負荷システム２０１を加えた燃料電池システム全体についてのものである。
【０１０８】
負荷システム２０１は、燃料電池発電システム１の出力に接続される負荷（ここでは、モータ）２１０と、この負荷２１０の動作を制御する負荷用電子制御ユニット２２０とを備える。
【０１０９】
負荷用電子制御ユニット２２０は、燃料電池発電システム１側の電子制御ユニット（以下、燃料電池用電子制御ユニットと呼ぶ）８０と同様に、マイクロンピュータを中心とした論理回路として構成され、ＣＰＵ２２２、ＲＯＭ２２４、ＲＡＭ２２６および入出力インターフェース２２８を備える。入出力インターフェース２２８には、負荷２１０が電気的に接続されており、負荷２１０に制御信号を送ることで、負荷２１０の動作を制御することが可能となる。更に、入出力インターフェース２２８には、燃料電池用電子制御ユニット８０の入出力インターフェース８８が電気的に接続されており、負荷用電子制御ユニット２２０と燃料電池用電子制御ユニット８０との間でデータのやり取りが可能となっている。
【０１１０】
両電子制御ユニット８０，２２０間でどのようなデータのやり取りがなされて制御処理が実行されているかを、次に説明する。図１９は、各電子制御ユニット８０，２２０のＣＰＵ８２，２２２によって実行される両制御ルーチンを示すフローチャートである。
【０１１１】
図１９に示すように、燃料電池用電子制御ユニット８０のＣＰＵ８２では、処理が開始されると、まず、第１実施例のステップＳ１００〜Ｓ１６０（図９）と同一の処理を実行する。次いで、ステップＳ１５０で算出した現在の電池特性データＤＴ１と、ステップＳ１６０で算出した動作許可領域Ｅを示すデータＤＴ２とを、入出力インターフェース８８から負荷用電子制御ユニット２２０に出力する（ステップＳ３００）。
【０１１２】
これに対して負荷用電子制御ユニット２２０のＣＰＵ２２２では、燃料電池用電子制御ユニット８０から送られた現在の電池特性データＤＴ１と動作許可領域Ｅを示すデータＤＴ２とを入力し（ステップＳ４００）、両データＤＴ１，ＤＴ２からみて負荷２１０で規定される消費電力は適正か否かを判別する（ステップＳ４１０）。ステップＳ４１０の処理は、詳しくは、現在の電池特性データＤＴ１と動作許可領域Ｅを示すデータＤＴとから図１２で示したマップを生成し、このマップ上において次の処理を行なう。
【０１１３】
即ち、図２０に示すように、図１２と同じマップ上に負荷２１０の程度に応じて求まる負荷２１０の消費電力のラインＬ２を書込み、このラインＬ２と現在の電池特性データＤＴ１で示されるラインＬ１との交点Ｐを求め、この交点Ｐが動作許可領域Ｅ内に存在するか否かを調べる。ここで、交点Ｐが動作許可領域Ｅ内に存在することが判ると、負荷２１０で規定される消費電力は適正であると判別し、一方、交点Ｐが動作許可領域Ｅの外に存在することが判ると（図中、交点Ｐ１の場合）、その消費電力は不適性であると判別する。
【０１１４】
ステップＳ４１０で負荷２１０の消費電力が不適性であると判別されると、ＣＰＵ２２２は、負荷２１０の消費電力を現在の大きさ（例えば、図中、Ｌ２′のライン）からラインＬ３で示される大きさまで低下して、そのラインＬ３と現在の電池特性データＤＴ１で示されるラインＬ１との交点Ｐ２が動作許可領域Ｅ内に含まれるようにする（ステップＳ４２０）。なお、このときの交点Ｐ３は動作許可領域Ｅ内で最も電流が大きくなる点となっている。
【０１１５】
このステップＳ４２０の実行後、またはステップＳ４１０で負荷２１０の消費電力が適正であると判別されると、処理をステップＳ４３０に進めて、燃料電池用電子制御ユニット８０に対して、負荷２１０の切換「ＯＫ」である旨の信号を入出力インターフェース２２８から燃料電池用電子制御ユニット８０に出力する。
【０１１６】
燃料電池用電子制御ユニット８０側では、負荷用電子制御ユニット２２０側から切換え「ＯＫ」の信号が送られてくるのを待って（ステップＳ３１０）、続くステップＳ３２０に処理を進める。ステップＳ３２０では、切換器２６へ制御信号を送って、負荷２１０の接続を負荷用電子制御ユニット２２０側へ切換える処理を行なうと共に（ステップＳ３１０）、触媒被毒後である現在の動作点Ｑから新たな動作点Ｐへ一気に電流密度を高めて、定電力運転を実行する（ステップＳ２２０）。なお、ここで言う動作点Ｐは、ステップＳ４２０で負荷の消費電力低下の処理が実行されたときには、図２０における交点Ｐ２の位置である。その後、ＣＰＵ８２は「リターン」に処理を進めて、この制御ルーチンを一旦終了する。
【０１１７】
以上詳述したこの第２実施例では、燃料電池発電システム側の電子制御ユニット８０で算出した現在の電池特性データＤＴ１と動作許可領域Ｅを示すデータＤＴ２とを負荷側の電子制御ユニット２２０に送るように構成されている。このため、負荷側の電子制御ユニット２２０では、負荷の大きさをその動作許可領域Ｅを逸脱しないように制御することができる。従って、燃料電池発電システム側では、切り換えようとする動作点が動作許可領域Ｅ内に含まれるか否かの判定をいちいち行なう必要もなく、一気に運転制御方式を切り換えることができ、制御性に優れているといった効果を奏する。
【０１１８】
この発明の第３実施例について説明する。この第３実施例は、第２実施例と同様に、燃料電池発電システム１と負荷システム２０１からなる燃料電池電池システム全体についてのものであり、ハードウェアの構成については第２実施例とほぼ同じものである。相違する点は、燃料電池用電子制御ユニット８０のＲＯＭ８４に後述する被毒解消法メニューＭＮが予め格納されている点にある。また、ソフトウェアである燃料電池用電子制御ユニット８０で実行される制御ルーチンについても第２実施例と相違する。以下、この制御ルーチンについて、図２１ないし図２２のフローチャートに沿って詳しく説明する。なお、この制御ルーチンは、所定時間毎に繰り返し実行されるものである。
【０１１９】
図２１に示すように、燃料電池用電子制御ユニット８０のＣＰＵ８２では、処理が開始されると、まず、第１実施例のステップＳ１００〜Ｓ１４０（図９）と同一の処理を実行する。次いで、ステップＳ１４０で取り込んだ電圧Ｖ１および電流Ｉ１と、ＲＡＭ８６に予め格納された初期電池特性データＤＴ０とから触媒の被毒率Ｒを算出する処理を行なう（ステップＳ５００）。詳しくは、この時点では、定電圧制御にて燃料電池の運転がなされていることから、まず、初期電池特性データＤＴ０で定まる特性Ｌ０上において現在の電圧Ｖ１に対応する電流値Ｉ０を求める。次いで、この電流値Ｉ０と前記電流Ｉ１との比率Ｒを求めて、これを触媒の被毒率とする。なお、このステップＳ５００の具体的な内容については、前述した第１実施例のステップＳ１５０の処理に従うものであり、ここでは詳しい説明については省略する。
【０１２０】
ステップＳ５００の実行後、ＣＰＵ８２は、図２２に示すステップＳ５１０に処理を進める。ステップＳ５１０では、ステップＳ５００で求めた触媒の被毒率Ｒが所定値Ｒ０以上であるか否かを判別する処理を行なう。
【０１２１】
この触媒の被毒率Ｒは、触媒を構成する白金粒子のうち一酸化炭素によりその表面が被覆されたものの割合であるＣＯ被覆率を示すものであり、この被毒率Ｒの大きさにより、その被毒状態を定量的に知ることができる。そこで、ステップＳ５１０では、その被毒率Ｒが所定値Ｒ０以上であるか否かを判別することで、触媒が被毒状態であるか否かを高精度で判定することが可能となる。
【０１２２】
ステップ５１０で、被毒率Ｒが所定値Ｒ０以上である、即ち、触媒が被毒状態にあると判別されると、ＣＰＵ８２はステップＳ５２０に処理を進める。ステップＳ５２０では、ＣＰＵ８２は、切換器２６へ制御信号を送って、負荷２１０の接続を二次電池２４側へ切り換える処理を行なう。続いて、ステップＳ５００で求めた触媒の被毒率Ｒに基づいてＲＯＭ８４に格納された被毒解消法メニューＭＮを検索して、その被毒率Ｒで定まる所定の被毒対策を選定する（ステップＳ５３０）。
【０１２３】
被毒解消法メニューＭＮの一例を図２３に示した。この図２３に示すように、被毒解消法メニューＭＮとは、検索キー項目である触媒の被毒率ＲのＡ欄と、被毒の解消手法を記したＢ欄とからなる表である。ステップＳ５２０では、ステップＳ５００で算出した被毒率ＲをＡ欄に照らし合わせることにより、任意のＢ欄を特定して、その内容を選択する。なお、Ｂ欄には、改質器１６の改質反応部の温度を上昇するという第１手法と、改質器１６の酸化反応部の温度を低下するという第２手法と、および改質器１６の酸化反応部への供給空気量を増加するという第３手法とが記憶されている。なお、これらの手法は順位が後ろほど、応答性の優れたものであり、対応する被毒率Ｒは大きなものとなっている。
【０１２４】
被毒解消法メニューＭＮのＡ欄の内容とＢ欄の内容とは次のような考えで決定されている。被毒率Ｒが小さいときには、燃料電池が一酸化炭素被毒によって失速してしまうまでの時間的な余裕があるため、制御を始めてから効果がみられるまでの時間が長くてもよい（むしろ、その制御により、システムのエネルギ効率が下がったりするような副作用が少ない制御方法を選んで実施することが望ましい）。一方、被毒率Ｒが大きいときには、燃料電池が一酸化炭素被毒によって失速してしまうまでの時間的な余裕がないため、直ちに効果の出る制御が必要である（その制御により、システムのエネルギ効率が下がったりするような副作用があったとしても、とにかく速やかに効果のみられる制御方法を選んで実施することが望ましい）。ただし、被毒解消法のメニューは個々の燃料電池のシステム構成によって決定されるため、個々の燃料電池のシステム構成に応じて予め被毒解消法のメニューを決めておく必要がある。
【０１２５】
ステップＳ５３０の実行後、ＣＰＵ８２は、ステップＳ５３０で選定した被毒対策を実行する（ステップＳ５４０）。これら対策を実行すると、改質器１６から燃料電池スタック１０へ供給される改質ガス中の一酸化炭素濃度が低減し、その結果、触媒の被毒が回復する。その後、ＣＰＵ８２は、負荷２１０の接続状態を示すフラグＦに値１をセットした後、「リターン」に処理を進めて、この制御ルーチンを一旦終了する。
【０１２６】
一方、ステップＳ５１０で、触媒の被毒率Ｒが所定値Ｒ０より小さい、即ち、触媒が被毒状態にないと判別されると、原則的には処理を「リターン」に進めて、この制御ルーチンを一旦終了する。なお、実際は、ステップＳ５１０で否定判別されると、前述したフラグＦが値１であるか否かを判別し（ステップＳ５６０）、フラグＦが値１であると判別されると、ステップＳ５２０で二次電池２４側へ切り換えた負荷の接続状態を、燃料電池スタック１０側へ戻して（ステップＳ５７０）、フラグＦを値０にクリアする（ステップＳ５８０）。即ち、ステップＳ５４０被毒対策を施した結果、触媒の被毒率Ｒが所定値Ｒ０より小さくなった場合には、燃料電池スタック１０のＣＯ被毒は回復したとして、負荷２１０を燃料電池スタック１０側に切り換えている。
【０１２７】
以上詳述した本第３実施例では、触媒の被毒状態時に、燃料電池スタック１０の出力信号を検出することにより、触媒の被毒状態を被毒率Ｒとして定量的に求めることができる。さらに、この求めた被毒率Ｒが所定値Ｒ０以上となると、負荷への接続を燃料電池スタック１０から二次電池２４に切り換えるとともに、触媒の被毒対策を実行することにより、負荷への安定的な電源の供給と触媒の被毒状態の解消とを図ることができる。
【０１２８】
さらにこの実施例では、複数の被毒の解消手法から一つのものを、その求めた触媒の被毒率Ｒに応じて選定する構成としていることから、触媒の被毒の程度に応じて適切なものを選択することができる。触媒の被毒率Ｒが低い場合には、応答性が比較的劣る被毒解消手段を選択し、被毒率Ｒが高い場合には、応答性に優れた被毒解消手段を選択することができる。応答性が劣る被毒解消手段は、一般に燃料電池スタック１０へのダメージが少ないことから、被毒率Ｒに応じて被毒解消手段を選択することで、燃料電池スタック１０へのダメージを軽減しつつ、被毒状態の解消を図ることができる。
【０１２９】
なお、前記第３実施例では、触媒の被毒率Ｒを定量的に計算して、その被毒率Ｒが所定値以上となったときに、負荷への接続を二次電池２４側に切り換えるとともに、触媒の被毒の解消を図っていたが、これに替えて、計算した触媒の被毒率Ｒを次のように利用してもよい。被毒率Ｒと比例関係を持つ特性（例えば、前述した電流−電圧特性、電流−電力特性）について、予め実験により測定しておき（例えば、被毒率１０％，２０％，３０％，４０％，５０％といったときにこうした特性になるという結果を予め測定しておく）、それをＲＯＭに記憶しておく。そして、上記計算により求めた被毒率Ｒに応じてそのＲＯＭの記憶内容から上記特性の適切なものを選定するようにする。こうした構成により、被毒率Ｒが判れば、とりうる特性を予想することができることから、制御の応答性を高めることができる。
【０１３０】
被毒率Ｒに比例する制御特性の一例として、固体高分子型燃料電池からの発熱を例に揚げて以下詳述する。図２４に示すように固体高分子型燃料電池からの発熱量は、同じ電流密度ならば、被毒率Ｒが大きくなるほど大きくなる。従来は、燃料電池を制御しながら、燃料電池の本体の温度や、燃料電池の冷却水温度や、燃料電池のガス（アノードとカソード）出口温度等を測定し、これらの測定結果に基づき、燃料電池の冷却量を調整（冷却水の循環量）して、燃料電池の温度が一定になるようにしていた。
【０１３１】
こうした制御装置の考え方の根本は、温度が変化したという事実を知ってから初めて制御するということであり、決して温度の変化を予見して制御しているわけではない。従って、実際に燃料電池の温度が変化してから、それを検知し、温度を戻す制御を行ない、実際に燃料電池の温度が元に戻るまでには、時間がかかった。その間は、燃料電池は所定の温度から外れた状態、いわば、不安定動作をしていることになる。無論、こうした制御遅れを少しでも短くするための制御方法はいろいろあろうが、制御方法を工夫するほど、制御の内容（ハードウェアもソフトウェアも共に）は複雑になり、結果として、燃料電池システムの製造コストを押し上げることになるのである。
【０１３２】
これに対して、本発明の例によれば、被毒率Ｒがわかれば、各動作点における発熱量がわかる。従って、ある被毒率Ｒの時、動作点を変えると、新しい動作点における燃料電池の発熱量を予め計算できるのである。例えば、電流密度を増加させるときに、予め燃料電池からの発熱の増加量がわかるので、冷却水量の循環量を増やしておくこともできる。従って、先に述べた制御遅れを、事実上問題ないレベルにまで低減することができる効果を奏する。
【０１３３】
前述した第１ないし第３実施例では、燃料電池スタック１０のアノード４２の触媒として、白金を使用する場合について述べたが、この他にもアノード側電極触媒として、第１成分である白金と、第２成分であるルテニウム、ニッケル、コバルト、バナジウム、パラジウム、インジウム等の中の１種類または２種類以上の成分との合金から成る合金触媒を使用する構成としてもよい。この場合にも、第１ないし第３実施例と同様な効果を奏することができる。
【０１３４】
以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【０１３５】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明の請求項１記載の燃料電池の駆動装置では、触媒の一酸化炭素被毒によって燃料電池の出力が低下したとき、ある一点の電流、電圧が決まれば、その被毒状態での燃料電池の電池特性（電流−電圧特性）を推定することができる。このため、予め電池特性がわかった上で、動作特性を予見しながら運転制御を行なえば、所望の電池特性に即座に移行することができる。従って、制御遅れや燃料電池の失速なしに適正な運転制御を行なうことができる。
【０１３６】
特に、請求項２記載の燃料電池の駆動装置では、燃料電池の動作できる範囲を燃料電池の動作を許可する運転領域から予め知ることができることから、制御精度を向上することができる。
【０１３７】
請求項３記載の燃料電池の駆動装置では、従来の技術のように、動作点を徐々に変化させて最終的に所望の位置に移動させるのではなく、運転制御方式を切り換えて動作点を一気に移動することができることから、制御速度の向上を図ることができる。
【０１３８】
請求項４記載の燃料電池の駆動装置では、被毒状態時における電池特性と動作許可領域設定手段で設定された運転領域とを、外部の負荷用の制御手段に送ることにより、負荷用の制御手段ではその運転領域を逸脱しないように負荷の制御を行なうことができる。このため、この燃料電池の駆動装置では、動作点が運転領域を逸脱しないかの判定をいちいち行なう必要もなく、制御性に優れている。
【０１３９】
請求項５記載の燃料電池の駆動装置では、動作点の移動が不可能なときに、燃料電池の動作を安全側に制御する。このため、動作点を徐々に変化させてやおら動作を安全側に制御するのではなく、素早く安全側へ制御を移すことができ、安全性に優れている。
【０１４０】
請求項６記載の燃料電池の触媒被毒率検出装置では、触媒の被毒状態時に、燃料電池の出力信号さえ検出すれば、触媒の被毒率を定量的に求めることができる。
【０１４１】
請求項７記載の燃料電池システムでは、燃料電池が動作許可領域内から外れる恐れがある場合に、実際に外れる前から負荷を補助用電源に切り換えることができ、負荷への電源供給を安定的に行なうことできる。また、燃料電池の触媒の被毒対策が施されることで、触媒被毒の解消を図ることができる。
【０１４２】
請求項８記載の燃料電池システムでは、触媒の被毒率が低いような場合には、応答性が比較的劣る被毒解消手段で、被毒率が高いような場合には、応答性に優れた被毒解消手段でというように、最適な被毒解消手段を採用することができる。応答性が劣る被毒解消手段は、一般に燃料電池へのダメージが少ないことから、被毒率に応じて被毒解消手段を選択することで、燃料電池へのダメージを軽減しつつ、被毒状態の解消を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電池特性上の制限を示すグラフである。
【図２】定電圧制御の運転下で燃料電池に触媒被毒が発生した場合に、その被毒時の電池特性がどのように求められるかを示すグラフである。
【図３】定電流制御の運転下で燃料電池に触媒被毒が発生した場合に、その被毒時の電池特性がどのように求められるかを示すグラフである。
【図４】定電力制御の運転下で燃料電池に触媒被毒が発生した場合に、その被毒時の電池特性がどのように求められるかを示すグラフである。
【図５】本発明の第１実施例としての燃料電池発電システム１の概略構成図である。
【図６】燃料電池スタック１０のセル構造を示す構造図である。
【図７】一酸化炭素センサ３０の縦断面図である。
【図８】ＲＯＭ８４に記憶される初期電池特性データＤＴ０の一例を示すグラフである。
【図９】電子制御ユニット８０のＣＰＵ８２により実行される制御ルーチンの前半部分を示すフローチャートである。
【図１０】その制御ルーチンの後半部分を示すフローチャートである。
【図１１】触媒被毒後の現在の電池特性Ｌ１がどのように求められるかを示すグラフである。
【図１２】動作許可領域Ｅを示すグラフである。
【図１３】現在の電池特性Ｌ１と一定電力のラインＬ２との交点Ｐを動作許可領域Ｅに加えた状態を示すグラフである。
【図１４】この実施例で動作点がどのように移動していくかを示すグラフである。
【図１５】従来の技術における制御の問題点を示すグラフである。
【図１６】同じく従来の技術における制御の問題点を示すグラフである。
【図１７】第１実施例の効果を示すグラフである。
【図１８】本発明の第２実施例としての燃料電池システムの概略構成図である。
【図１９】二つの電子制御ユニット８０，２２０のＣＰＵ８２，２２２によって実行される両制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図２０】負荷側の消費電力を制御することにより、現在の電池特性データＤＴ１で示されるラインＬ１との交点Ｐ２を動作許可領域Ｅ内にどのように制御するかを示すグラフである。
【図２１】第３実施例における電子制御ユニットのＣＰＵにより実行される制御ルーチンの前半部分を示すフローチャートである。
【図２２】その制御ルーチンの後半部分を示すフローチャートである。
【図２３】ＲＯＭに記憶される被毒解消法メニューＭＮの一例を示す説明図である。
【図２４】触媒の被毒率Ｒに比例する制御特性の一例としての固体高分子型燃料電池の発熱量を示すグラフである。
【符号の説明】
１…燃料電池発電システム
１０…燃料電池スタック
１０ａ…アノード側ガス入口
１０ｂ…アノード側ガス出口
１２…メタノールタンク
１４…水タンク
１６…改質器
１８…燃料ガス供給通路
１８ａ…分岐口
２０…燃料ガス排出通路
２２…インバータ
２４…二次電池
２６…切換器
３０…一酸化炭素センサ
３２…出力検出回路
４１…電解質膜
４２…アノード
４３…カソード
４４…セパレータ
４４ｐ…流路溝
４５…セパレータ
４５ｐ…流路溝
４６…集電板
４７…集電板
５０…電解質膜
５２…電極
５４…電極
５６…金属板
５８…金属板
６０…ホルダ
６０Ｔ…検出端子
６０ａ，６２ａ…フランジ
６０ｂ，６２ｂ…ネジ
６２…ホルダ
６２Ｔ…検出端子
６４…絶縁性部材
６４ａ，６４ｂ…ネジ
６６…Ｏリング
６８…ガス流入通路
７０…電気回路
７２…電圧計
７４…抵抗器
８０…燃料電池用電子制御ユニット
８２…ＣＰＵ
８４…ＲＯＭ
８６…ＲＡＭ
８８…入出力インターフェース
２０１…負荷システム
２１０…負荷
２２０…負荷用電子制御ユニット
２２２…ＣＰＵ
２２４…ＲＯＭ
２２６…ＲＡＭ
２２８…入出力インターフェース
ＤＴ０…初期電池特性データ
ＤＴ１…現在の電池特性データ
Ｌ０…初期電池特性
Ｌ１…現在の初期電池特性
ＭＮ…被毒解消法メニュー
Ｒ…触媒の被毒率

Claims

触媒を担持した電極に反応ガスを供給して、その反応ガスの化学反応から起電力を得る燃料電池の駆動装置において、
前記燃料電池の初期状態時における電池特性を予め記憶する初期電池特性記憶手段と、
前記触媒が被毒状態にあることを検知する被毒状態検知手段と、
該被毒状態検知手段により前記触媒が被毒状態にあることが検知されたとき、前記燃料電池の出力信号を検出する出力信号検出手段と、
該検出された燃料電池の出力信号と前記初期電池特性記憶手段により記憶された前記電池特性とから、前記触媒の被毒率に応じた比率を算出し、該比率と前記電池特性とから、前記燃料電池の被毒状態時における電池特性を求める電池特性演算手段と
を備えたことを特徴とする燃料電池の駆動装置。
請求項１記載の燃料電池の駆動装置であって、
前記燃料電池の運転を制限する種々の条件から前記燃料電池の動作を許可する運転領域を設定する動作許可領域設定手段
を備えた燃料電池の駆動装置。
請求項２記載の燃料電池の駆動装置であって、
前記電池特性演算手段で算出された前記被毒状態時における電池特性を、前記動作許可領域設定手段で設定された運転領域で限定して、当該限定された電池特性上に、制御の動作点を移動可能か否かを判定する判定手段と、
該判定手段で移動が可能と判定されたときに、前記動作点の移動を実現する燃料電池の運転の制御方式の切換を許可する制御方式切換許可手段と
を備えた燃料電池の駆動装置。
請求項３記載の燃料電池の駆動装置であって、
前記電池特性演算手段で算出された前記被毒状態時における電池特性と、前記動作許可領域設定手段で設定された運転領域とを、外部に設けられた負荷用の制御手段に送る情報送信手段
を備えた燃料電池の駆動装置。
請求項３記載の燃料電池の駆動装置であって、
前記判定手段で動作点の移動が不可能と判定されたときに、前記燃料電池の動作を安全側に制御する安全制御手段
を備えた燃料電池の駆動装置。
触媒を担持した電極に反応ガスを供給して、その反応ガスの化学反応から起電力を得る燃料電池と、
該燃料電池の初期状態時における電池特性を予め記憶する初期電池特性記憶手段と、
前記触媒が被毒状態にあることを検知する被毒状態検知手段と、
該被毒状態検知手段により前記触媒が被毒状態にあることが検出されたとき、前記燃料電池の出力信号を検出する出力信号検出手段と、
該検出された燃料電池の出力信号と前記初期電池特性記憶手段により記憶された前記電池特性とから、前記触媒の被毒率を求める被毒率演算手段と
を備えた燃料電池の触媒被毒率検出装置。
請求項６記載の燃料電池の触媒被毒率検出装置を備える燃料電池システムであって、
前記燃料電池に接続される負荷と、
補助用電源と、
前記触媒被毒率検出装置により求めた触媒の被毒率が、予め定めた所定値以上であるか否かを判定する被毒率判定手段と、
該被毒率判定手段により触媒の被毒率が所定値以上であると判定されたときに、前記負荷への接続を前記燃料電池から前記補助用電源に切り換えるとともに、前記触媒の被毒対策を実行する被毒時制御手段と
を備えた燃料電池システム。
請求項７記載の燃料電池システムであって、
前記被毒時制御手段は、
互いに異なる手法で前記触媒の被毒を解消する複数の被毒解消手段と、
前記触媒被毒率検出装置により求めた触媒の被毒率に応じて前記複数の被毒解消手段から任意のものを選択して、該選択した被毒解消手段を駆動させる選択駆動手段と
を備えた燃料電池システム。