JP4739938B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池システムに関する。
近年、水素がアノードに、酸素がカソードに、それぞれ供給されることで、電気化学反応が生じ発電する固体高分子型燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell：ＰＥＦＣ、以下「燃料電池」）の開発が盛んである。燃料電池は、その発電電力によって走行する燃料電池自動車や、家庭用電源など広範囲で適用されつつあり、今後もその適用範囲の拡大が期待されている。
このような燃料電池について、その起動時に出力特性（出力電流−出力電圧特性、以下「ＩＶ特性」とする）を高め、その発電状態を安定させるために、起動時の燃料電池システムの温度（以下、システム温度）が０℃（氷点）よりも低い場合、常に氷点下起動用マップに基づいて、水素／酸素を多量かつ高圧で燃料電池に供給する技術が提案されている（特許文献１参照）。そして、このように水素／酸素が供給され、燃料電池のＩＶ特性が高くなり、発電状態が安定した下で、燃料電池を高い出力（電力）で発電（以下、高発電という）させ、発電による自己発熱によって燃料電池の速やかな暖機が図られている。
特開２００５−４４７９５号公報（段落番号００２７〜００５５、図５）
しかしながら、システム温度が０℃より低くても、例えば、燃料電池が新しい等の事由によって、燃料電池のＩＶ特性が高く、発電状態が安定している場合がある。ところが、このような場合も、水素／酸素が多量かつ高圧で燃料電池に供給されるため、水素等が無駄に消費されるだけでなく、空気（酸素）を送るコンプレッサ等の作動エネルギが無駄に消費されていた。
そこで、本発明は、好適に起動可能な燃料電池システムを提供することを課題とする。
前記課題を解決するための手段として、本発明は、反応ガスの反応により発電する複数の燃料電池を積層した燃料電池スタックと、少なくとも２つの前記燃料電池の実際の出力電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段の検出した前記少なくとも２つの出力電圧に基づいて、平均セル電圧と最低セル電圧との電圧差を算出する換算手段と、前記電圧差と第１閾値又は第２閾値である判定閾値とに基づいて、前記電圧差が前記判定閾値よりも大きくない場合に前記燃料電池スタックを通常に運転する通常運転モードを選択し、前記電圧差が前記判定閾値よりも大きい場合に前記燃料電池スタックの発電状態を回復させる回復運転モードを選択するモード選択手段と、前記燃料電池スタックを、前記モード選択手段の選択したモードで運転する制御手段と、前記燃料電池スタックの発電は安定すると予測される安定発電領域、前記燃料電池スタックの発電は不安定になると予測される不安定発電領域、のいずれであるかを判定する発電領域判定手段と、前記燃料電池スタックの起動時に、前記モード選択手段に閾値を指示する閾値指示手段と、を備え、前記第２閾値は、前記第１閾値よりも小さく、前記閾値指示手段は、前記発電領域判定手段が前記安定発電領域であると判定した場合、前記判定閾値として前記第１閾値を採用するように指示し、前記発電領域判定手段が前記不安定発電領域であると判定した場合、前記判定閾値として前記第２閾値を採用するように指示し、前記発電領域判定手段は、（ａ）システム温度が所定温度以上であり常温領域である場合、前記安定発電領域であると判定し、システム温度が所定温度未満であり低温領域である場合、前記不安定発電領域であると判定する方法（ｂ）前記燃料電池スタックの起動時におけるＯＣＶの立ち上がり速度が所定立ち上がり速度以上である場合、前記安定発電領域であると判定し、前記燃料電池スタックの起動時におけるＯＣＶの立ち上がり速度が所定立ち上がり速度未満である場合、前記不安定発電領域であると判定する方法のいずれかの方法で判定することを特徴とする燃料電池システムである。
ここで、燃料電池は、例えば、その暖機が未完了であったり、総発電時間が長く劣化が進むと、後記する図２において、そのＩＶ特性（出力特性）である「出力電流−出力電圧曲線（以下、ＩＶ曲線）」が低くなる傾向を有している。そして、このようにＩＶ曲線が低くなると、燃料電池は高い出力（出力電流、出力電圧）で発電しにくい「不安定発電状態」にある。そうすると、このような燃料電池を複数備える燃料電池スタックでは、燃料電池（単セル）の出力電圧（セル電圧）がばらつきやすくなり、その結果、燃料電池スタックのＩＶ曲線も低くなり、燃料電池スタックは不安定発電状態となる。
一方、燃料電池は、その暖機が完了していたり、総発電時間が短い（燃料電池が新しい）と、図２において、ＩＶ曲線（ＩＶ特性）が高くなる傾向を有している。そして、このようにＩＶ曲線が高くなると、燃料電池は高い出力でも発電できる安定発電状態にある。そうすると、燃料電池スタックでは、燃料電池（単セル）が均等に発電し、その出力電圧（セル電圧）が揃いやすくなり、その結果、燃料電池スタックのＩＶ曲線も高くなり、燃料電池スタックは安定発電状態となる。
一方、燃料電池は、その暖機が完了していたり、総発電時間が短い（燃料電池が新しい）と、図２において、ＩＶ曲線（ＩＶ特性）が高くなる傾向を有している。そして、このようにＩＶ曲線が高くなると、燃料電池は高い出力でも発電できる安定発電状態にある。そうすると、燃料電池スタックでは、燃料電池（単セル）が均等に発電し、その出力電圧（セル電圧）が揃いやすくなり、その結果、燃料電池スタックのＩＶ曲線も高くなり、燃料電池スタックは安定発電状態となる。
また、「通常運転モード」とは、暖機が完了している等により、複数の燃料電池（単セル）の出力電圧が揃っており、ＩＶ曲線（ＩＶ特性）が高く、安定発電状態にある燃料電池スタックに対しての運転モードである。
一方、「回復運転モード」とは、暖機が完了していない等により、複数の燃料電池（単セル）の出力電圧がばらついており、ＩＶ曲線（ＩＶ特性）が低く、不安定発電状態にある燃料電池スタックを、高い出力でも発電可能な安定発電状態への回復を図る運転モードを意味する。なお、後記する第１実施形態では、回復運転モードとして、コンプレッサの回転速度を高め、多量かつ高圧で空気をカソードに供給する場合を例示する。
一方、「回復運転モード」とは、暖機が完了していない等により、複数の燃料電池（単セル）の出力電圧がばらついており、ＩＶ曲線（ＩＶ特性）が低く、不安定発電状態にある燃料電池スタックを、高い出力でも発電可能な安定発電状態への回復を図る運転モードを意味する。なお、後記する第１実施形態では、回復運転モードとして、コンプレッサの回転速度を高め、多量かつ高圧で空気をカソードに供給する場合を例示する。
さらに、「安定発電領域」とは、複数の燃料電池（単セル）の出力電圧が揃い、その結果、燃料電池スタックのＩＶ曲線が高くなり、安定発電状態となる可能性の高い、つまり、燃料電池スタックが安定して発電する可能性の高い発電領域である。
一方、「不安定発電領域」とは、複数の燃料電池（単セル）の出力電圧がばらつき、その結果、燃料電池スタックのＩＶ曲線が低くなり、不安定発電状態となる可能性の高い、つまり、燃料電池スタックが安定して発電する可能性の低い発電領域である。
なお、後記する第１実施形態では、安定発電領域としてシステム温度が０℃以上である常温領域を、不安定発電領域としてシステム温度が０℃より低い低温領域を、それぞれ例示する。
一方、「不安定発電領域」とは、複数の燃料電池（単セル）の出力電圧がばらつき、その結果、燃料電池スタックのＩＶ曲線が低くなり、不安定発電状態となる可能性の高い、つまり、燃料電池スタックが安定して発電する可能性の低い発電領域である。
なお、後記する第１実施形態では、安定発電領域としてシステム温度が０℃以上である常温領域を、不安定発電領域としてシステム温度が０℃より低い低温領域を、それぞれ例示する。
このような燃料電池システムによれば、燃料電池スタックの起動時に、発電領域判定手段が安定発電領域でないと判定した場合、閾値変更指示手段が制御手段に第１閾値を第２閾値に変更するように指示を送る。そして、制御手段は、発電パラメータと第２閾値とに基づいて、燃料電池スタックを通常運転モード又は回復運転モードで運転する。ここで、第２閾値は不安定発電領域に対応しているため、燃料電池スタックが不必要に回復運転モードで運転されることはない。これにより、反応ガスが燃料電池スタックで無駄に消費されることを防止しつつ、反応ガスの供給エネルギ（例えば、コンプレッサの作動エネルギ）を抑えることができる。このようにして、エネルギ消費を抑えつつ、燃料電池システムを好適に起動することができる。
また、前記燃料電池システムにおいて、前記通常運転モードは、前記反応ガスを通常に供給するモードであり、前記回復運転モードは、前記通常運転モードに対して、前記反応ガスを多量及び高圧の少なくとも一方で供給するモードであることが好ましい。
ここで、「反応ガスを通常に供給するモード」とは、複数の燃料電池（単セル）の出力電圧が揃っており、燃料電池スタックが安定発電状態にある場合の反応ガスの供給モードを意味する。
一方、「反応ガスを多量及び高圧の少なくとも一方で供給するモード」とは、複数の燃料電池（単セル）の出力電圧がばらついており、不安定発電状態にある燃料電池スタックに対して、その発電状態を回復を図るための反応ガスの供給モードを意味する。
一方、「反応ガスを多量及び高圧の少なくとも一方で供給するモード」とは、複数の燃料電池（単セル）の出力電圧がばらついており、不安定発電状態にある燃料電池スタックに対して、その発電状態を回復を図るための反応ガスの供給モードを意味する。
このような燃料電池システムによれば、通常運転モードでは、燃料電池スタックに反応ガスを通常に供給することができる。一方、回復運転モードでは、燃料電池スタックに反応ガスを、多量及び高圧の少なくとも一方で供給することができる。
また、前記燃料電池システムにおいて、前記制御手段は、前記不安定発電領域である場合において前記回復運転モードで前記燃料電池スタックを運転するとき、システム温度が低くなるにつれて、前記燃料電池スタックを通流する反応ガスの流量及び／又は圧力を増加させることが好ましい。
このような燃料電池システムによれば、回復運転モードをシステム温度に基づいて可変することにより、燃料電池スタックの発電状態を速やかに回復させることができる。
本発明によれば、好適に起動可能な燃料電池システムを提供することができる。
以下、本発明の各実施形態について、図面を適宜参照して説明する。
≪第１実施形態：燃料電池システムの構成≫
第１実施形態に係る燃料電池システムについて、図１から図５を参照して説明する。
図１に示す第１実施形態に係る燃料電池システム１Ａは、燃料電池自動車に搭載されている。燃料電池システム１Ａは、燃料電池スタック２の出力端子（図示しない）に接続された走行モータ４１を備えている。そして、燃料電池自動車は、燃料電池スタック２の発電電力で駆動する走行モータ４１によって、走行するようになっている。
第１実施形態に係る燃料電池システムについて、図１から図５を参照して説明する。
図１に示す第１実施形態に係る燃料電池システム１Ａは、燃料電池自動車に搭載されている。燃料電池システム１Ａは、燃料電池スタック２の出力端子（図示しない）に接続された走行モータ４１を備えている。そして、燃料電池自動車は、燃料電池スタック２の発電電力で駆動する走行モータ４１によって、走行するようになっている。
燃料電池システム１Ａは、燃料電池スタック２と、燃料電池スタック２のセル電圧を検出するセル電圧モニタ１１（電圧検出手段）と、燃料電池スタック２に対して水素（燃料ガス、反応ガス）を供給及び排出するアノード系２０と、燃料電池スタック２に対して酸素を含む空気（酸化剤ガス、反応ガス）を供給及び排出するカソード系３０と、燃料電池スタック２の発電電力を消費する電力消費系４０と、燃料電池システム１Ａの起動スイッチであるＩＧ５１（イグニッション）と、これらを電子制御するＥＣＵ６０（Electronic Control Unit、電子制御装置）と、を主に備えている。
＜燃料電池スタック＞
燃料電池スタック２は、単セル（燃料電池）が複数積層されることによって構成された固体高分子型燃料電池である。単セルは、電解質膜（固体高分子膜）の両面をアノード（燃料極）及びカソード（空気極）で挟んでなるＭＥＡと、ＭＥＡを挟む一対のセパレータと、を備えて構成されている。各セパレータには、各単セルを構成するＭＥＡの全面に水素又は酸素を供給するための溝や、全単セルに水素、酸素を導くための貫通孔等が形成されており、これら溝等がアノード流路３、カソード流路４として機能している。すなわち、アノード流路３には水素が流通し、各アノードに水素が供給されるようになっている。一方、カソード流路４には酸素を含む空気が流通し、各カソードに空気が供給されるようになっている。
燃料電池スタック２は、単セル（燃料電池）が複数積層されることによって構成された固体高分子型燃料電池である。単セルは、電解質膜（固体高分子膜）の両面をアノード（燃料極）及びカソード（空気極）で挟んでなるＭＥＡと、ＭＥＡを挟む一対のセパレータと、を備えて構成されている。各セパレータには、各単セルを構成するＭＥＡの全面に水素又は酸素を供給するための溝や、全単セルに水素、酸素を導くための貫通孔等が形成されており、これら溝等がアノード流路３、カソード流路４として機能している。すなわち、アノード流路３には水素が流通し、各アノードに水素が供給されるようになっている。一方、カソード流路４には酸素を含む空気が流通し、各カソードに空気が供給されるようになっている。
そして、アノードに水素が、カソードに酸素を含む空気が、それぞれ供給されると、アノード、カソードに含まれる触媒（Ｐｔ等）上で電気化学反応が起こり、その結果、各単セルで電位差（後記するＯＣＶ）が発生するようになっている。そして、このように各単セルで電位差が発生した燃料電池スタック２に対して、走行モータ４１等の外部負荷から発電要求があり、後記するＶＣＵ４２が制御されると、燃料電池スタック２が前記発電要求に応じて発電するようになっている。
また、単セル（燃料電池）は、例えば、その暖機が未完了であったり、総発電時間が長く劣化が進むと、図２において、ＩＶ曲線（ＩＶ特性）が低くなり、高い出力で発電しにくい不安定発電状態になりやすい。そうすると、燃料電池スタック２では、これを構成する単セルのセル電圧（出力電圧）がばらつきやすくなり、その結果、燃料電池スタック２のＩＶ曲線も低くなり、燃料電池スタック２は高い出力で発電しにくい不安定発電状態となる。
一方、単セル（燃料電池）は、例えば、その暖機が完了していたり、総発電時間が短い（燃料電池が新しい）と、図２において、ＩＶ曲線（ＩＶ特性）が高くなり、高い出力でも発電できる安定発電状態にある。そうすると、燃料電池スタック２では、これを構成する単セルのセル電圧（出力電圧）が揃いやすくなり、その結果、燃料電池スタック２のＩＶ曲線も高くなり、燃料電池スタック２は高い出力でも発電可能な安定発電状態となる。
一方、単セル（燃料電池）は、例えば、その暖機が完了していたり、総発電時間が短い（燃料電池が新しい）と、図２において、ＩＶ曲線（ＩＶ特性）が高くなり、高い出力でも発電できる安定発電状態にある。そうすると、燃料電池スタック２では、これを構成する単セルのセル電圧（出力電圧）が揃いやすくなり、その結果、燃料電池スタック２のＩＶ曲線も高くなり、燃料電池スタック２は高い出力でも発電可能な安定発電状態となる。
＜セル電圧モニタ＞
図１に戻って説明を続ける。
セル電圧モニタ１１（電圧検出手段）は、前記したように、燃料電池スタック２を構成する単セル（燃料電池）のセル電圧（出力電圧）を検出する機器であり、単セル毎に設けられている。そして、セル電圧モニタ１１は、ＥＣＵ６０の換算部６２と接続されており、換算部６２は各単セルのセル電圧を監視するようになっている。
図１に戻って説明を続ける。
セル電圧モニタ１１（電圧検出手段）は、前記したように、燃料電池スタック２を構成する単セル（燃料電池）のセル電圧（出力電圧）を検出する機器であり、単セル毎に設けられている。そして、セル電圧モニタ１１は、ＥＣＵ６０の換算部６２と接続されており、換算部６２は各単セルのセル電圧を監視するようになっている。
＜アノード系＞
アノード系２０は、水素が貯蔵された水素タンク２１と、遮断弁２２（遮断手段）と、エゼクタ２３と、パージ弁２４（排出手段）と、温度センサ２５（発電領域検出手段）と、を主に備えている。
水素タンク２１は、配管２１ａを介して遮断弁２２に接続されており、遮断弁２２は、配管２２ａを介してエゼクタ２３に接続されている。エゼクタ２３は、配管２３ａを介してアノード流路３に接続されている。配管２２ａには、減圧弁（図示しない）が設けられている。そして、ＥＣＵ６０の制御部６１によって遮断弁２２が開かれると、水素が前記減圧弁で減圧された後、アノード流路３に供給されるようになっている。
アノード系２０は、水素が貯蔵された水素タンク２１と、遮断弁２２（遮断手段）と、エゼクタ２３と、パージ弁２４（排出手段）と、温度センサ２５（発電領域検出手段）と、を主に備えている。
水素タンク２１は、配管２１ａを介して遮断弁２２に接続されており、遮断弁２２は、配管２２ａを介してエゼクタ２３に接続されている。エゼクタ２３は、配管２３ａを介してアノード流路３に接続されている。配管２２ａには、減圧弁（図示しない）が設けられている。そして、ＥＣＵ６０の制御部６１によって遮断弁２２が開かれると、水素が前記減圧弁で減圧された後、アノード流路３に供給されるようになっている。
次に、アノード流路３の下流側は、配管２４ａ、パージ弁２４が順に接続されている。また、配管２４ａは、その途中で二股に分岐しており、分岐した部分（循環手段）はエゼクタ２３と接続されている。これにより、パージ弁２４が閉じられると、アノード流路３から排出された未反応の水素を含むアノードオフガスが、エゼクタ２３に戻され、その結果として、水素が循環するようになっている。一方、パージ弁２４が開かれると、アノードオフガスが外部に排出されるようになっている。
なお、パージ弁２４は、循環する水素に同伴する水等の不純物を排出するために開かれ、例えば、定期的に、または、燃料電池スタック２を構成する単セルのセル電圧が低下したときに行われる。
なお、パージ弁２４は、循環する水素に同伴する水等の不純物を排出するために開かれ、例えば、定期的に、または、燃料電池スタック２を構成する単セルのセル電圧が低下したときに行われる。
温度センサ２５は、配管２４ａ内を流通するアノードオフガスの温度を、燃料電池システム１Ａのシステム温度として検出するセンサであり、配管２４ａに設けられている。そして、温度センサ２５は、後記するＥＣＵ６０の制御部６１及び発電領域判定部６３と接続されている。
＜カソード系＞
カソード系３０は、コンプレッサ３１（スーパーチャージャ、酸化剤ガス供給手段）と、背圧弁３２と、温度センサ３３（発電領域検出手段）と、を主に備えている。
コンプレッサ３１は、外気を取り込んで圧縮し、酸化剤ガスとして燃料電池スタック２のカソードに向けて送る機器である。そして、コンプレッサ３１は、配管３１ａを介して、カソード流路４に接続されている。また、コンプレッサ３１は、制御部６１と接続されており、適宜に制御されるようになっている。さらに、加湿器（図示しない）が、配管３１ａに設けられており、カソードに送られる空気が適宜に加湿されるようになっている。
カソード系３０は、コンプレッサ３１（スーパーチャージャ、酸化剤ガス供給手段）と、背圧弁３２と、温度センサ３３（発電領域検出手段）と、を主に備えている。
コンプレッサ３１は、外気を取り込んで圧縮し、酸化剤ガスとして燃料電池スタック２のカソードに向けて送る機器である。そして、コンプレッサ３１は、配管３１ａを介して、カソード流路４に接続されている。また、コンプレッサ３１は、制御部６１と接続されており、適宜に制御されるようになっている。さらに、加湿器（図示しない）が、配管３１ａに設けられており、カソードに送られる空気が適宜に加湿されるようになっている。
カソード流路４の下流側は、配管３２ａを介して外部に開放されており、カソードから排出された未反応の酸素及び生成水を含むカソードオフガスが、配管３２ａを通って外部に排出されるようになっている。背圧弁３２は、配管３２ａに設けられており、その背圧、つまり、カソード流路４内の圧力が適宜に調整されるようになっている。
温度センサ３３は、配管３２ａ内を流通するカソードオフガスの温度を、燃料電池システム１Ａのシステム温度として検出するセンサであり、燃料電池スタック２と背圧弁３２との間の配管３２ａに設けられている。そして、温度センサ３３は、温度センサ２５と同様に、制御部６１及び発電領域判定部６３と接続されている。
＜電力消費系＞
電力消費系４０は、燃料電池スタック２の出力端子（図示しない）に接続されており、燃料電池スタック２で発生した電力を消費する系である。電力消費系４０は、走行モータ４１（外部負荷）と、ＶＣＵ４２（Voltage Control Unit）と、蓄電装置４３と、出力検出器４４（発電領域検出手段）と、を主に備えている。この他、コンプレッサ３１のモータも、電力消費系４０に含まれる。
電力消費系４０は、燃料電池スタック２の出力端子（図示しない）に接続されており、燃料電池スタック２で発生した電力を消費する系である。電力消費系４０は、走行モータ４１（外部負荷）と、ＶＣＵ４２（Voltage Control Unit）と、蓄電装置４３と、出力検出器４４（発電領域検出手段）と、を主に備えている。この他、コンプレッサ３１のモータも、電力消費系４０に含まれる。
走行モータ４１は、燃料電池自動車を走行させるモータであり、ＶＣＵ４２を介して燃料電池スタック２の出力端子に接続されている。ＶＣＵ４２は、燃料電池スタック２の出力電流（以下、スタック電流という）や出力電圧（以下、スタック電圧という）を制御することで、燃料電池スタック２の発電を制御する電流電圧制御器である。言い換えると、ＶＣＵ４２は、電流を適宜に取り出すことによって燃料電池スタック２を発電させる機器であり、例えば、コンタクタ（リレー）、ＤＣ−ＤＣコンバータ等を備えている。そして、ＶＣＵ４２は制御部６１と接続されており、制御部６１はＶＣＵ４２を介してスタック電流及びスタック電圧を適宜に制御するようになっている。すなわち、例えば、制御部６１がスタック電流を０にすれば、燃料電池スタック２が発電しない設定となっている。
蓄電装置４３は、その内部に蓄えた電力を走行モータ４１に供給して燃料電池スタック２を補助したり、燃料電池スタック２の余剰電力を蓄える装置であり、ＶＣＵ４２と走行モータ４１との間で、走行モータ４１と並列に接続されている。このような蓄電装置４３は、例えば、キャパシタ（電気二重層コンデンサ）やバッテリから構成される。
出力検出器４４は、燃料電池スタック２のスタック電流及びスタック電圧を検出する機器である。このような出力検出器４４は、電流計と電圧計とを備えており、電流計は燃料電池スタック２のスタック電流を検出可能なように、電圧計は燃料電池スタック２のスタック電圧を検出可能なように、それぞれ適所に配置されている。そして、出力検出器４４は、制御部６１と接続されており、制御部６１はスタック電流及びスタック電圧を監視するようになっている。
＜ＥＣＵ＞
ＥＣＵ６０は、燃料電池システム１Ａを電子制御する装置である。このようなＥＣＵ６０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成され、制御部６１（制御手段）と、換算部６２（換算手段）と、発電領域判定部６３（発電領域判定手段）と、閾値変更指示部６４（閾値変更指示手段）と、制御データ記憶部６５（制御データ記憶手段）と、を主に備えている。
ＥＣＵ６０は、燃料電池システム１Ａを電子制御する装置である。このようなＥＣＵ６０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成され、制御部６１（制御手段）と、換算部６２（換算手段）と、発電領域判定部６３（発電領域判定手段）と、閾値変更指示部６４（閾値変更指示手段）と、制御データ記憶部６５（制御データ記憶手段）と、を主に備えている。
［制御部−制御機能］
制御部６１は、カソード系３０のコンプレッサ３１と電気的に接続されており、コンプレッサ３１の作動（回転速度等）を適宜に制御する機能を備えている。そして、制御部６１には、単セルのセル電圧が揃っており安定発電状態にある燃料電池スタック２（燃料電池システム１Ａ）を通常に運転する「通常運転モード」と、セル電圧がばらついて不安定発電状態にある燃料電池スタック２の安定発電状態への回復を図る「回復運転モード」と、が設定されている。そして、制御部６１は、これら運転モードを適宜に切り替えるようになっている。
制御部６１は、カソード系３０のコンプレッサ３１と電気的に接続されており、コンプレッサ３１の作動（回転速度等）を適宜に制御する機能を備えている。そして、制御部６１には、単セルのセル電圧が揃っており安定発電状態にある燃料電池スタック２（燃料電池システム１Ａ）を通常に運転する「通常運転モード」と、セル電圧がばらついて不安定発電状態にある燃料電池スタック２の安定発電状態への回復を図る「回復運転モード」と、が設定されている。そして、制御部６１は、これら運転モードを適宜に切り替えるようになっている。
ここで、通常運転モードとは、コンプレッサ３１を通常の回転速度（例えば、起動時における回転速度として予め設定されている所定の回転速度）で通常に作動させて、燃料電池スタック２に通常流量かつ通常圧力で空気（通常用反応ガス）を供給し、燃料電池スタック２を通常に発電させる運転モードである。
これに対し、回復運転モードとは、コンプレッサ３１を前記通常の回転速度より高い回転速度で作動させて、燃料電池スタック２に、前記通常流量より多い流量、かつ、前記通常圧力より高い圧力で、空気（回復用反応ガス）を供給し、セル電圧のばらつきを抑えると共に単セルのＩＶ曲線を高め、その結果として、燃料電池スタック２のＩＶ曲線（ＩＶ特性）を高め、燃料電池スタック２の安定発電状態への回復を図る運転モードである。
また、制御部６１は、燃料電池スタック２（燃料電池システム１Ａ）が後記する低温領域にある場合で回復運転モードを選択するとき、システム温度に基づいて、回復運転モード時のコンプレッサ３１の増加回転速度を可変するように設定されている。
また、制御部６１は、燃料電池スタック２（燃料電池システム１Ａ）が後記する低温領域にある場合で回復運転モードを選択するとき、システム温度に基づいて、回復運転モード時のコンプレッサ３１の増加回転速度を可変するように設定されている。
［制御部−モード判定選択機能］
制御部６１は、換算部６２から送られる後記する発電パラメータと発電領域に対応した第１閾値又は第２閾値とを比較してモード判定を行い、通常運転モード又は回復運転モードを選択する機能を備えている。なお、初期状態において、制御部６１は第１閾値を基準として判定するようになっている。
制御部６１は、換算部６２から送られる後記する発電パラメータと発電領域に対応した第１閾値又は第２閾値とを比較してモード判定を行い、通常運転モード又は回復運転モードを選択する機能を備えている。なお、初期状態において、制御部６１は第１閾値を基準として判定するようになっている。
［制御部−回復判定機能］
また、制御部６１は、回復運転モードに入った後、発電パラメータと第３閾値とを比較して、セル電圧のばらつきが抑えられ、その後、通常運転モードに切り替えても、燃料電池スタック２が安定出力の確保される状態に回復したか否かを判定する機能を備えている。
また、制御部６１は、回復運転モードに入った後、発電パラメータと第３閾値とを比較して、セル電圧のばらつきが抑えられ、その後、通常運転モードに切り替えても、燃料電池スタック２が安定出力の確保される状態に回復したか否かを判定する機能を備えている。
［制御部−その他］
その他、制御部６１は、温度センサ２５及び温度センサ３３と接続されており、各センサで検出された温度を監視している。また、制御部６１は、アノード系２０の遮断弁２２と、電力消費系４０のＶＣＵ４２と接続されており、これらを適宜に制御するようになっている。さらに、制御部６１は、出力検出器４４と接続されており、燃料電池スタック２のスタック電流及びスタック電圧を監視し、起動時にＯＣＶ（Open Circuit voltage）チェックをするようになっている。さらにまた、制御部６１は、ＩＧ５１と接続されており、ＩＧ５１のＯＮ／ＯＦＦ信号を検知して、各種処理を実行するようになっている。
その他、制御部６１は、温度センサ２５及び温度センサ３３と接続されており、各センサで検出された温度を監視している。また、制御部６１は、アノード系２０の遮断弁２２と、電力消費系４０のＶＣＵ４２と接続されており、これらを適宜に制御するようになっている。さらに、制御部６１は、出力検出器４４と接続されており、燃料電池スタック２のスタック電流及びスタック電圧を監視し、起動時にＯＣＶ（Open Circuit voltage）チェックをするようになっている。さらにまた、制御部６１は、ＩＧ５１と接続されており、ＩＧ５１のＯＮ／ＯＦＦ信号を検知して、各種処理を実行するようになっている。
［換算部］
換算部６２は、複数の単セルのセル電圧を、燃料電池スタック２の発電状態に対応した発電パラメータに換算する機能を備えている。ここで、第１実施形態では、発電パラメータが、平均セル電圧と最低セル電圧との差である場合を例示する。なお、発電パラメータが小さい場合は、複数の単セルのセル電圧が揃っており、燃料電池スタック２の出力（スタック電流、スタック電圧）が良好であると推定される。一方、発電パラメータが大きい場合は、複数の単セルのセル電圧がばらついており、燃料電池スタック２の出力が低下していると推定される。
換算部６２は、複数の単セルのセル電圧を、燃料電池スタック２の発電状態に対応した発電パラメータに換算する機能を備えている。ここで、第１実施形態では、発電パラメータが、平均セル電圧と最低セル電圧との差である場合を例示する。なお、発電パラメータが小さい場合は、複数の単セルのセル電圧が揃っており、燃料電池スタック２の出力（スタック電流、スタック電圧）が良好であると推定される。一方、発電パラメータが大きい場合は、複数の単セルのセル電圧がばらついており、燃料電池スタック２の出力が低下していると推定される。
具体的に説明すると、換算部６２は、セル電圧モニタ１１と接続されており、各単セル（燃料電池）のセル電圧を監視している。そして、換算部６２は、燃料電池スタック２の平均セル電圧を求め、さらに、平均セル電圧と最低セル電圧との差（発電パラメータ）を求めるようになっている。すなわち、換算部６２は、複数の単セルのセル電圧を、発電パラメータ（平均セル電圧−最低セル電圧）に換算するようになっている。
そして、換算部６２は、このようにして求めた発電パラメータを、制御部６１に送るようになっている。
そして、換算部６２は、このようにして求めた発電パラメータを、制御部６１に送るようになっている。
［発電領域判定部］
発電領域判定部６３は、起動直後において、現在の燃料電池スタック２（燃料電池システム１Ａ）の発電領域を判定する機能を備えている。ここで、第１実施形態では、発電領域として、常温領域（安定発電領域）と、低温領域（不安定発電領域）を例示する。
常温領域とは、システム温度が０℃以上であり、単セルのＩＶ曲線（ＩＶ特性）が高く、セル電圧がばらつかず、その結果、燃料電池スタック２が安定発電状態となり、つまり、燃料電池スタック２が安定して発電し、その出力が良好となる可能性の高い発電領域である。一方、低温領域とは、システム温度が０℃よりも低く、単セルのＩＶ曲線が低く、セル電圧がばらつき、その結果、燃料電池スタック２が不安定発電状態となり、その出力が低くなる可能性の高い発電領域である
発電領域判定部６３は、起動直後において、現在の燃料電池スタック２（燃料電池システム１Ａ）の発電領域を判定する機能を備えている。ここで、第１実施形態では、発電領域として、常温領域（安定発電領域）と、低温領域（不安定発電領域）を例示する。
常温領域とは、システム温度が０℃以上であり、単セルのＩＶ曲線（ＩＶ特性）が高く、セル電圧がばらつかず、その結果、燃料電池スタック２が安定発電状態となり、つまり、燃料電池スタック２が安定して発電し、その出力が良好となる可能性の高い発電領域である。一方、低温領域とは、システム温度が０℃よりも低く、単セルのＩＶ曲線が低く、セル電圧がばらつき、その結果、燃料電池スタック２が不安定発電状態となり、その出力が低くなる可能性の高い発電領域である
具体的に説明すると、発電領域判定部６３は、温度センサ２５及び温度センサ３３と接続されており、これらセンサが検出したシステム温度と、制御データ記憶部６５の発電領域マップとに基づいて、現在の燃料電池スタック２が、常温領域及び低温領域のいずれで発電しているかを判定するようになっている。そして、発電領域判定部６３は、判定結果を閾値変更指示部６４に送るようになっている。
また、温度センサ２５及び温度センサ３３が検出するシステム温度については、例えば、各センサの検出温度を平均して採用してもよいし、低い方の検出温度を採用してもよい。
また、温度センサ２５及び温度センサ３３が検出するシステム温度については、例えば、各センサの検出温度を平均して採用してもよいし、低い方の検出温度を採用してもよい。
［閾値変更指示部］
閾値変更指示部６４は、起動直後の燃料電池スタック２（燃料電池システム１Ａ）の発電領域に対応して、制御部６１に判定閾値を指示する機能を備えている。具体的には、閾値変更指示部６４は、燃料電池スタック２が常温領域で発電している場合、判定閾値として第１閾値を採用（判定閾値に第１閾値を代入）するように、制御部６１に指示する設定となっている。一方、燃料電池スタック２が低温領域で発電している場合、第１閾値を第２閾値に変更（判定閾値に第２閾値を代入）するように、制御部６１に指示する設定となっている。
閾値変更指示部６４は、起動直後の燃料電池スタック２（燃料電池システム１Ａ）の発電領域に対応して、制御部６１に判定閾値を指示する機能を備えている。具体的には、閾値変更指示部６４は、燃料電池スタック２が常温領域で発電している場合、判定閾値として第１閾値を採用（判定閾値に第１閾値を代入）するように、制御部６１に指示する設定となっている。一方、燃料電池スタック２が低温領域で発電している場合、第１閾値を第２閾値に変更（判定閾値に第２閾値を代入）するように、制御部６１に指示する設定となっている。
［制御データ記憶部］
制御データ記憶部６５には、図３に示す発電領域マップと、図４に示す回復運転モードマップとが記憶されている。
制御データ記憶部６５には、図３に示す発電領域マップと、図４に示す回復運転モードマップとが記憶されている。
（発電領域マップ）
図３に示す発電領域マップは、発電領域判定部６３が、システム温度に基づいて、燃料電池スタック２（燃料電池システム１Ａ）の発電領域を判定するために参照するマップであり、システム温度に対応して２つの発電領域が割り振られている。具体的に、発電領域マップには、システム温度が０℃以上である場合の常温（通常）領域と、システム温度が０℃未満である場合の低温領域と、が割り振られている。
図３に示す発電領域マップは、発電領域判定部６３が、システム温度に基づいて、燃料電池スタック２（燃料電池システム１Ａ）の発電領域を判定するために参照するマップであり、システム温度に対応して２つの発電領域が割り振られている。具体的に、発電領域マップには、システム温度が０℃以上である場合の常温（通常）領域と、システム温度が０℃未満である場合の低温領域と、が割り振られている。
そして、通常領域には第１閾値が割り振られており、低温領域には第２閾値が割り振られている。第１閾値及び第２閾値は、各領域において通常運転モードと回復運転モードのいずれを選択するか、つまり、通常運転モードから回復運転モードに切り替えるか否かを判定する基準となる判定閾値である。すなわち、後記する燃料電池システム１Ａの動作で説明するように、各領域で運転する燃料電池スタック２に対して、その発電パラメータ（平均セル電圧−最低セル電圧）が判定閾値よりも大きくなった場合に、通常運転モードから回復運転モードに切り替えるように設定されている。このような発電領域マップ、第１閾値及び第２閾値は、事前試験や各種シミュレーションによって求められる。
また、第２閾値は第１閾値よりも低く設定されており、低温領域では、常温領域よりも小さい値の発電パラメータで、回復運転モードに移行するようになっている。ここで、第１実施形態では、発電パラメータが大きくなると、複数の単セルのセル電圧がばらつき、その結果として、燃料電池スタック２の出力が下がる傾向にある。
すなわち、第１実施形態において、発電パラメータが、常温領域では第１閾値、低温領域では第２閾値よりも大きいと、セル電圧がばらついているため、燃料電池スタック２が不安定発電状態にあると推定される。一方、発電パラメータが各閾値以下であると、各単セルは均等に発電し、セル電圧がばらついておらず、燃料電池スタック２が安定発電状態にあると推定される。
すなわち、第１実施形態において、発電パラメータが、常温領域では第１閾値、低温領域では第２閾値よりも大きいと、セル電圧がばらついているため、燃料電池スタック２が不安定発電状態にあると推定される。一方、発電パラメータが各閾値以下であると、各単セルは均等に発電し、セル電圧がばらついておらず、燃料電池スタック２が安定発電状態にあると推定される。
さらに、発電領域マップには、図３に示すように、回復運転モードに入った際における回復判定基準となる第３閾値が、低温領域及び常温領域において設定されている。この第３閾値は、第２閾値よりも小さい値となっており、回復運転モードでの運転によって、セル電圧のばらつきが解消され、その後、回復運転モードから通常運転モードに切り替えても、燃料電池スタック２の安定発電状態が維持される値に設定されている。また、第３閾値は、低温領域である場合に回復運転モードに入ったとき、回復運転モードで運転することで、セル電圧のばらつきを解消すると共に、単セル（燃料電池スタック２）の暖機を促すことで常温領域に移行させ、その後、通常運転モードに切り替えても、低温領域とならないように設定される。このような第３閾値は、事前試験や各種シミュレーションによって求められる。
（回復運転モードマップ）
図４に示す回復運転モードマップは、常温領域又は低温領域において、回復運転モードが選択された場合において、システム温度と、回復運転モード時のコンプレッサ３１の増加回転速度との関係を示すマップである。さらに説明すると、常温領域における回復運転モード時のコンプレッサ３１の増加回転速度は一定に設定されている。
図４に示す回復運転モードマップは、常温領域又は低温領域において、回復運転モードが選択された場合において、システム温度と、回復運転モード時のコンプレッサ３１の増加回転速度との関係を示すマップである。さらに説明すると、常温領域における回復運転モード時のコンプレッサ３１の増加回転速度は一定に設定されている。
これに対し、低温領域における回復運転モード時の増加回転速度は、システム温度が低くなるに伴って、徐々に大きくなる関係となっている。これにより、システム温度が低温であり、つまり、燃料電池スタック２が低温領域で運転している場合であって、回復運転モードが選択されたとき、システム温度に対応してコンプレッサ３１の増加回転速度が決定、つまり、システム温度に基づいて回復運転モードが可変されるため、不安定発電状態から安定発電状態に速やかに回復されるようになっている。
なお、このような回復運転モードマップは、事前試験や各種シミュレーションによって求められる。
なお、このような回復運転モードマップは、事前試験や各種シミュレーションによって求められる。
≪燃料電池システムの動作≫
次に、燃料電池システム１Ａの起動時の動作と共に、第１実施形態に係る燃料電池システム１Ａの起動方法について、図１、図３及び図４に加えて、図５に示すフローチャートを参照して説明する。第１実施形態に係る燃料電池システム１Ａの起動方法は、起動時に、燃料電池スタック２（燃料電池システム１Ａ）が常温領域でない場合、つまり、低温領域である場合、第１閾値を低温領域に対応した第２閾値に変更することを特徴とする。
次に、燃料電池システム１Ａの起動時の動作と共に、第１実施形態に係る燃料電池システム１Ａの起動方法について、図１、図３及び図４に加えて、図５に示すフローチャートを参照して説明する。第１実施形態に係る燃料電池システム１Ａの起動方法は、起動時に、燃料電池スタック２（燃料電池システム１Ａ）が常温領域でない場合、つまり、低温領域である場合、第１閾値を低温領域に対応した第２閾値に変更することを特徴とする。
燃料電池自動車のＩＧ５１がＯＮされると、図５に示すフローチャートがスタートする。ステップＳ１０１において、ＩＧ５１のＯＮ信号を検知した制御部６１は、遮断弁２２を開いて、アノード流路３に水素を供給する。これに並行して、制御部６１は、コンプレッサ３１を作動させて、カソード流路４に酸素を含む空気を供給する。
＜ＯＣＶチェック＞
ステップＳ１０２において、制御部６１は、実際のＯＣＶが、その内部に記憶された所定値（所定ＯＣＶ）以上であるか否かに基づいて、アノード流路３が水素で置換されているか否かを判定する。そして、実際のＯＣＶが所定値以上である場合（Ｓ１０２・Ｙｅｓ）、ステップＳ１０３に進む。一方、実際のＯＣＶが所定値以上でない場合（Ｓ１０２・Ｎｏ）、ステップＳ１０１に戻る。
ステップＳ１０２において、制御部６１は、実際のＯＣＶが、その内部に記憶された所定値（所定ＯＣＶ）以上であるか否かに基づいて、アノード流路３が水素で置換されているか否かを判定する。そして、実際のＯＣＶが所定値以上である場合（Ｓ１０２・Ｙｅｓ）、ステップＳ１０３に進む。一方、実際のＯＣＶが所定値以上でない場合（Ｓ１０２・Ｎｏ）、ステップＳ１０１に戻る。
＜発電開始＞
ステップＳ１０３において、制御部６１は、ＶＣＵ４２を制御して、燃料電池スタック２から適宜な電流を取り出し、燃料電池スタック２の発電を開始させる。
ステップＳ１０３において、制御部６１は、ＶＣＵ４２を制御して、燃料電池スタック２から適宜な電流を取り出し、燃料電池スタック２の発電を開始させる。
＜発電領域判定＞
ステップＳ１０４において、発電領域判定部６３は、現在の燃料電池スタック２（燃料電池システム１Ａ）が運転している発電領域を判定する。具体的には、発電領域判定部６３は、温度センサ２５、３３が検出するシステム温度（例えば、平均検出温度、低い方の検出温度）と、制御データ記憶部６５に記憶された発電領域マップ（図３参照）の判定基準温度である０℃とを比較し、システム温度が０℃よりも低い場合（Ｓ１０４・Ｙｅｓ）、燃料電池スタック２が低温領域で運転していると判定し、発電領域判定部６３はこの判定結果を閾値変更指示部６４に送り、ステップＳ１０５に進む。
一方、システム温度が０℃未満でない、つまり、システム温度が０℃以上である場合（Ｓ１０４・Ｎｏ）、燃料電池スタック２が常温領域で運転していると判定し、発電領域判定部６３はこの判定結果を閾値変更指示部６４に送り、ステップＳ１０６に進む。
ステップＳ１０４において、発電領域判定部６３は、現在の燃料電池スタック２（燃料電池システム１Ａ）が運転している発電領域を判定する。具体的には、発電領域判定部６３は、温度センサ２５、３３が検出するシステム温度（例えば、平均検出温度、低い方の検出温度）と、制御データ記憶部６５に記憶された発電領域マップ（図３参照）の判定基準温度である０℃とを比較し、システム温度が０℃よりも低い場合（Ｓ１０４・Ｙｅｓ）、燃料電池スタック２が低温領域で運転していると判定し、発電領域判定部６３はこの判定結果を閾値変更指示部６４に送り、ステップＳ１０５に進む。
一方、システム温度が０℃未満でない、つまり、システム温度が０℃以上である場合（Ｓ１０４・Ｎｏ）、燃料電池スタック２が常温領域で運転していると判定し、発電領域判定部６３はこの判定結果を閾値変更指示部６４に送り、ステップＳ１０６に進む。
＜判定閾値指示＞
ステップＳ１０５において、燃料電池スタック２が低温領域で運転していることを受けた閾値変更指示部６４は、制御部６１に判定閾値に第２閾値を代入するように指示を送る。そして、制御部６１は、制御データ記憶部６５から第２閾値を読み出して、判定閾値に代入する。
ステップＳ１０５において、燃料電池スタック２が低温領域で運転していることを受けた閾値変更指示部６４は、制御部６１に判定閾値に第２閾値を代入するように指示を送る。そして、制御部６１は、制御データ記憶部６５から第２閾値を読み出して、判定閾値に代入する。
ステップＳ１０６において、燃料電池スタック２が常温領域で運転していることを受けた閾値変更指示部６４は、制御部６１に判定閾値に第１閾値を代入するように指示を送る。そして、制御部６１は、制御データ記憶部６５から第１閾値を読み出して、判定閾値に代入する。
＜モード判定＞
ステップＳ１０７において、制御部６１は、判定閾値と、換算部６２から送られる発電パラメータとを比較して、回復運転モードと通常運転モードとのいずれかを選択するかについて、モード判定を行う（図３参照）。
ステップＳ１０７において、制御部６１は、判定閾値と、換算部６２から送られる発電パラメータとを比較して、回復運転モードと通常運転モードとのいずれかを選択するかについて、モード判定を行う（図３参照）。
［モード判定：判定閾値が第２閾値である場合］
まず、ステップＳ１０５を経由しており、判定閾値に第２閾値が代入されている場合について説明する。制御部６１は、換算部６２から送られる発電パラメータ（平均セル電圧と最低セル電圧との差）と、判定閾値（第２閾値）とを比較する。
そして、発電パラメータが判定閾値（第２閾値）より大きい場合（Ｓ１０７・Ｙｅｓ）、判定閾値に第３閾値を代入して（Ｓ１０８）、ステップＳ１０９に進む。この場合は、燃料電池スタック２が低温領域で運転されており、セル電圧がばらついて発電パラメータが判定閾値（第２閾値）より大きく、燃料電池スタック２が不安定発電状態（ＩＶ曲線が低い）にあり、その結果、燃料電池スタック２の出力が低下しており、回復運転モードが選択される。
まず、ステップＳ１０５を経由しており、判定閾値に第２閾値が代入されている場合について説明する。制御部６１は、換算部６２から送られる発電パラメータ（平均セル電圧と最低セル電圧との差）と、判定閾値（第２閾値）とを比較する。
そして、発電パラメータが判定閾値（第２閾値）より大きい場合（Ｓ１０７・Ｙｅｓ）、判定閾値に第３閾値を代入して（Ｓ１０８）、ステップＳ１０９に進む。この場合は、燃料電池スタック２が低温領域で運転されており、セル電圧がばらついて発電パラメータが判定閾値（第２閾値）より大きく、燃料電池スタック２が不安定発電状態（ＩＶ曲線が低い）にあり、その結果、燃料電池スタック２の出力が低下しており、回復運転モードが選択される。
一方、発電パラメータが判定閾値（第２閾値）よりも大きくない場合、つまり、発電パラメータが判定閾値以下である場合（Ｓ１０７・Ｎｏ）、ステップＳ１１３に進む。この場合は、燃料電池スタック２が低温領域で運転されているにも関わらず、例えば、燃料電池スタック２が新しいため、セル電圧がばらついておらず発電パラメータが判定閾値（第２閾値）以下であり、燃料電池スタック２が安定発電状態（ＩＶ曲線が高い）にあり、その結果、燃料電池スタック２の出力が良好であり、通常運転モードが選択される。
［モード判定：判定閾値が第１閾値である場合］
次に、ステップＳ１０６を経由しており、判定閾値に第１閾値が代入されている場合について説明する。
発電パラメータが判定閾値（第１閾値）より大きい場合（Ｓ１０７・Ｙｅｓ）、判定閾値に第３閾値を代入して（Ｓ１０８）、ステップＳ１０９に進む。この場合は、燃料電池スタック２が常温領域で運転されており、セル電圧がばらついて発電パラメータが判定閾値（第１閾値）より大きく、燃料電池スタック２が不安定発電状態（ＩＶ曲線が低い）にあり、その結果、燃料電池スタック２の出力が低下しており、回復運転モードが選択される。
次に、ステップＳ１０６を経由しており、判定閾値に第１閾値が代入されている場合について説明する。
発電パラメータが判定閾値（第１閾値）より大きい場合（Ｓ１０７・Ｙｅｓ）、判定閾値に第３閾値を代入して（Ｓ１０８）、ステップＳ１０９に進む。この場合は、燃料電池スタック２が常温領域で運転されており、セル電圧がばらついて発電パラメータが判定閾値（第１閾値）より大きく、燃料電池スタック２が不安定発電状態（ＩＶ曲線が低い）にあり、その結果、燃料電池スタック２の出力が低下しており、回復運転モードが選択される。
一方、発電パラメータが判定閾値（第１閾値）よりも大きくない場合、つまり、発電パラメータが判定閾値以下である場合（Ｓ１０７・Ｎｏ）、ステップＳ１１３に進む。この場合は、燃料電池スタック２が常温領域で運転されており、セル電圧が好適に揃って発電パラメータが判定閾値（第１閾値）以下であり、燃料電池スタック２が安定発電状態（ＩＶ曲線が高い）であり、その結果、燃料電池スタック２の出力が良好であり、通常運転モードが選択される。
＜回復運転モード＞
ステップＳ１０９において、制御部６１は、回復運転モードマップ（図４参照）を参照して、コンプレッサ３１を回復運転モードで作動させ、多流量かつ高圧力で空気（回復用反応ガス）を供給する。具体的には、燃料電池スタック２が常温領域にある場合、制御部６１は、コンプレッサ３１の増加回転速度を一定とする。これに対し、燃料電池スタック２が低温領域にある場合、制御部６１は、システム温度と回復運転モードマップとに基づいて、コンプレッサ３１の増加回転速度を可変、より詳しくは、システム温度が低いほど、増加回転速度を大きくする。
ステップＳ１０９において、制御部６１は、回復運転モードマップ（図４参照）を参照して、コンプレッサ３１を回復運転モードで作動させ、多流量かつ高圧力で空気（回復用反応ガス）を供給する。具体的には、燃料電池スタック２が常温領域にある場合、制御部６１は、コンプレッサ３１の増加回転速度を一定とする。これに対し、燃料電池スタック２が低温領域にある場合、制御部６１は、システム温度と回復運転モードマップとに基づいて、コンプレッサ３１の増加回転速度を可変、より詳しくは、システム温度が低いほど、増加回転速度を大きくする。
そうすると、各単セルのＩＶ曲線が高くなって（図２参照）、単セルの発電安定性が通常運転モードと同等又はこれよりも高くなり、セル電圧のばらつきが解消、つまり、セル電圧が揃う。その結果、燃料電池スタック２のＩＶ曲線が高くなり（図２参照）、燃料電池スタック２について、高い出力でも発電可能な状態、つまり、安定発電状態への移行が図られる。このとき、各単セルのＭＥＡの表面に水が付着していれば、この水は、このように供給される空気によって、吹き飛ばされ、燃料電池スタック２から排出される。
そして、このように燃料電池スタック２の安定発電状態への移行が図られる状況で、例えば、運転者によってアクセルが踏み込まれ、発電要求が高まった場合、この発電要求に対応してＶＣＵ４２が制御されて、燃料電池スタック２が高い出力で発電する。次いで、このように燃料電池スタック２が高い出力で発電すると、自己発熱による燃料電池スタック２の暖機が進み、常温領域に近づき、そして、回復運転モードから通常運転モードに切り替えても、安定発電状態が維持される状態に近づく。
また、燃料電池スタック２が低温領域で運転している場合、システム温度に対応して増加回転速度を可変するため、より速やかに燃料電池スタック２の発電安定状態への移行が図られる。
また、燃料電池スタック２が低温領域で運転している場合、システム温度に対応して増加回転速度を可変するため、より速やかに燃料電池スタック２の発電安定状態への移行が図られる。
＜回復判定＞
ステップＳ１１０において、制御部６１は、発電パラメータと、判定閾値（第３閾値）とを比較して、回復運転モードから通常運転モードに切り替えても、燃料電池スタック２（単セル）の安定発電状態が維持される発電状態に回復したか否かを判定する。そして、発電パラメータが判定閾値（第３閾値）よりも小さい場合（Ｓ１１０・Ｙｅｓ）、単セルの出力電圧のばらつきが解消され、安定発電状態が維持されると判定して、ステップＳ１１１に進む。
一方、発電パラメータが判定閾値（第３閾値）よりも小さくない場合、つまり、発電パラメータが判定閾値（第３閾値）以上である場合（Ｓ１１０・Ｎｏ）、ステップＳ１１０の判定を繰り返す。この場合、回復運転モードが継続される。
ステップＳ１１０において、制御部６１は、発電パラメータと、判定閾値（第３閾値）とを比較して、回復運転モードから通常運転モードに切り替えても、燃料電池スタック２（単セル）の安定発電状態が維持される発電状態に回復したか否かを判定する。そして、発電パラメータが判定閾値（第３閾値）よりも小さい場合（Ｓ１１０・Ｙｅｓ）、単セルの出力電圧のばらつきが解消され、安定発電状態が維持されると判定して、ステップＳ１１１に進む。
一方、発電パラメータが判定閾値（第３閾値）よりも小さくない場合、つまり、発電パラメータが判定閾値（第３閾値）以上である場合（Ｓ１１０・Ｎｏ）、ステップＳ１１０の判定を繰り返す。この場合、回復運転モードが継続される。
＜通常運転モード＞
ステップＳ１１１において、制御部６１は、コンプレッサ３１を通常運転モードで作動し、通常流量かつ通常圧力で空気（通常用反応ガス）を供給する。これにより、燃料電池スタック２は通常に発電する。そして、制御部６１は、判定閾値に第１閾値を代入した後（Ｓ１１２）、ステップＳ１１４に進む。
なお、このようにステップＳ１１２において、常温領域に対応した第１閾値が代入される理由は、起動直後に低温領域であった燃料電池スタック２も、回復運転モードによる運転によって暖機が進み、常温領域に移行したと推定されるからである。そして、この後、発電を継続すると判定された場合（Ｓ１１４・Ｎｏ）に戻るステップＳ１０７では、発電パラメータと第１閾値（判定閾値）とを比較してモード判定が行われる。
ステップＳ１１１において、制御部６１は、コンプレッサ３１を通常運転モードで作動し、通常流量かつ通常圧力で空気（通常用反応ガス）を供給する。これにより、燃料電池スタック２は通常に発電する。そして、制御部６１は、判定閾値に第１閾値を代入した後（Ｓ１１２）、ステップＳ１１４に進む。
なお、このようにステップＳ１１２において、常温領域に対応した第１閾値が代入される理由は、起動直後に低温領域であった燃料電池スタック２も、回復運転モードによる運転によって暖機が進み、常温領域に移行したと推定されるからである。そして、この後、発電を継続すると判定された場合（Ｓ１１４・Ｎｏ）に戻るステップＳ１０７では、発電パラメータと第１閾値（判定閾値）とを比較してモード判定が行われる。
＜通常運転モード＞
ステップＳ１１３において、制御部６１は、ステップＳ１１１と同様に、コンプレッサ３１を通常運転モードで作動し、通常流量かつ通常圧力で空気（通常用反応ガス）を供給する。
ステップＳ１１３において、制御部６１は、ステップＳ１１１と同様に、コンプレッサ３１を通常運転モードで作動し、通常流量かつ通常圧力で空気（通常用反応ガス）を供給する。
＜発電継続判定＞
ステップＳ１１４において、制御部６１は、ＩＧ５１がＯＦＦであるか否かに基づいて、燃料電池システム１Ａの発電（運転）を継続するか否かを判定する。ＩＧ５１がＯＦＦであると判定した場合（Ｓ１１４・Ｙｅｓ）、エンドに進み、燃料電池システム１Ａの起動時の制御は終了、つまり、発電は停止され、所定の停止時の制御を行う。一方、ＩＧ５１がＯＦＦでない、つまり、ＩＧ５１がＯＮであると判定した場合（Ｓ１１４・Ｎｏ）、ステップＳ１０７に戻り、燃料電池システム１Ａの発電は継続される。
ステップＳ１１４において、制御部６１は、ＩＧ５１がＯＦＦであるか否かに基づいて、燃料電池システム１Ａの発電（運転）を継続するか否かを判定する。ＩＧ５１がＯＦＦであると判定した場合（Ｓ１１４・Ｙｅｓ）、エンドに進み、燃料電池システム１Ａの起動時の制御は終了、つまり、発電は停止され、所定の停止時の制御を行う。一方、ＩＧ５１がＯＦＦでない、つまり、ＩＧ５１がＯＮであると判定した場合（Ｓ１１４・Ｎｏ）、ステップＳ１０７に戻り、燃料電池システム１Ａの発電は継続される。
このような第１実施形態に係る燃料電池システム１Ａによれば、次の効果を得ることができる。
（１）起動直後、燃料電池スタック２（燃料電池システム１Ａ）が低温領域で運転している場合（Ｓ１０４・Ｙｅｓ）、判定閾値を低温領域用の第２閾値とすることにより（Ｓ１０５）、不安定発電状態となりやすい低温領域に関わらず、セル電圧がばらついておらず、燃料電池スタック２が安定発電状態であり、その出力が良好であるときに（Ｓ１０７・Ｎｏ）、回復運転モードを選択せずに通常運転モードを選択することにより（Ｓ１１３）、コンプレッサ３１の回転速度が不必要に高められず、その消費電力を抑えることができる。
また、燃料電池システム１Ａでは、回復運転モード時に、多量かつ高圧で空気（酸素）が供給され、燃料電池スタック２が高発電するようにＶＣＵ４２が制御されると水素が消費される構成であるため、このように通常運転モードを選択しコンプレッサ３１の不必要な作動を抑えると共に、水素の消費量を減らすことができる。その結果として、燃料電池自動車の燃費を高めることができる。
（１）起動直後、燃料電池スタック２（燃料電池システム１Ａ）が低温領域で運転している場合（Ｓ１０４・Ｙｅｓ）、判定閾値を低温領域用の第２閾値とすることにより（Ｓ１０５）、不安定発電状態となりやすい低温領域に関わらず、セル電圧がばらついておらず、燃料電池スタック２が安定発電状態であり、その出力が良好であるときに（Ｓ１０７・Ｎｏ）、回復運転モードを選択せずに通常運転モードを選択することにより（Ｓ１１３）、コンプレッサ３１の回転速度が不必要に高められず、その消費電力を抑えることができる。
また、燃料電池システム１Ａでは、回復運転モード時に、多量かつ高圧で空気（酸素）が供給され、燃料電池スタック２が高発電するようにＶＣＵ４２が制御されると水素が消費される構成であるため、このように通常運転モードを選択しコンプレッサ３１の不必要な作動を抑えると共に、水素の消費量を減らすことができる。その結果として、燃料電池自動車の燃費を高めることができる。
（２）起動直後、燃料電池スタック２が低温領域で運転している場合であって（Ｓ１０４・Ｙｅｓ）、回復運転モードが選択されたとき（Ｓ１０７・Ｙｅｓ、Ｓ１０９）、システム温度に対応して、コンプレッサ３１の増加回転速度を高めるため（図５参照）、セル電圧のばらつきを速やかに抑え、そして、燃料電池スタック２の不安定発電状態から安定発電状態への移行を速やかに図ることができる。
≪第２実施形態：燃料電池システムの構成≫
次に、第２実施形態に係る燃料電池システム１Ｂについて、図６から図８を参照して説明する。なお、燃料電池システム１Ｂについては、第１実施形態に係る燃料電池システム１Ａに対して異なる部分を説明する。
次に、第２実施形態に係る燃料電池システム１Ｂについて、図６から図８を参照して説明する。なお、燃料電池システム１Ｂについては、第１実施形態に係る燃料電池システム１Ａに対して異なる部分を説明する。
図６に示すように、燃料電池システム１Ｂでは、出力検出器４４と発電領域判定部６３とが接続されており、発電領域判定部６３は、発電開始前の燃料電池スタック２のＯＣＶを監視している。そして、発電領域判定部６３は、ＯＣＶに基づいて、ＯＣＶの立ち上がり速度（ｍＶ／秒）を算出し、これと後記するＯＣＶ用発電領域マップとに基づいて、燃料電池スタック２（燃料電池システム１Ｂ）の発電領域が、第１実施形態に係る常温領域に対応する第１領域と、同じく低温領域に対応する第２領域（図７参照）のいずれであるかを判定するようになっている。よって、第２実施形態では、温度センサ２５、３３と、発電領域判定部６３とが接続されていない。
なお、燃料電池スタック２は、その総発電時間が短い（燃料電池スタック２が新しい）場合、反応ガス供給後のＯＣＶの立ち上がり速度が速く（高い）、セル電圧がばらつきにくいという特性を有している。したがって、ＯＣＶの立ち上がり速度が速い燃料電池スタック２では、例えば、燃料電池スタック２が低温領域で運転されていても、その出力が良好となる可能性が高くなる。
なお、燃料電池スタック２は、その総発電時間が短い（燃料電池スタック２が新しい）場合、反応ガス供給後のＯＣＶの立ち上がり速度が速く（高い）、セル電圧がばらつきにくいという特性を有している。したがって、ＯＣＶの立ち上がり速度が速い燃料電池スタック２では、例えば、燃料電池スタック２が低温領域で運転されていても、その出力が良好となる可能性が高くなる。
＜ＯＣＶ用発電領域マップ＞
制御データ記憶部６５には、第１実施形態に係るシステム温度に基づく発電領域マップ（図３参照）に代えて、図７に示すＯＣＶ用発電領域マップが記憶されている。
ＯＣＶ用発電領域マップは、発電領域判定部６３が、起動直後（ＩＧ５１のＯＮ後、発電開始前）のＯＣＶの立ち上がり速度に基づいて、燃料電池スタック２の発電領域を判定するために参照するマップである。具体的に、ＯＣＶ用発電領域マップには、ＯＣＶの立ち上がり速度に対応した２つの発電領域、具体的は、第１領域と第２領域とが割り振られている。第１領域は、ＯＣＶの立ち上がり速度が所定値（所定立ち上がり速度）以上の領域であり、セル電圧がばらつきにくく燃料電池スタック２が安定発電状態となる可能性の高い安定発電領域である。第２領域は、ＯＣＶの立ち上がり速度が所定値未満であり、セル電圧がばらつきやすく燃料電池スタック２が不安定発電状態となる可能性の高い不安定発電領域である。
制御データ記憶部６５には、第１実施形態に係るシステム温度に基づく発電領域マップ（図３参照）に代えて、図７に示すＯＣＶ用発電領域マップが記憶されている。
ＯＣＶ用発電領域マップは、発電領域判定部６３が、起動直後（ＩＧ５１のＯＮ後、発電開始前）のＯＣＶの立ち上がり速度に基づいて、燃料電池スタック２の発電領域を判定するために参照するマップである。具体的に、ＯＣＶ用発電領域マップには、ＯＣＶの立ち上がり速度に対応した２つの発電領域、具体的は、第１領域と第２領域とが割り振られている。第１領域は、ＯＣＶの立ち上がり速度が所定値（所定立ち上がり速度）以上の領域であり、セル電圧がばらつきにくく燃料電池スタック２が安定発電状態となる可能性の高い安定発電領域である。第２領域は、ＯＣＶの立ち上がり速度が所定値未満であり、セル電圧がばらつきやすく燃料電池スタック２が不安定発電状態となる可能性の高い不安定発電領域である。
そして、第１実施形態に係る発電領域マップ（図３参照）と同様に、第１領域には第１閾値が割り振られており、低温領域には第２閾値が割り振られている。第２閾値は第１閾値よりも低く設定されており、セル電圧がばらつきやすい第２領域では、第１領域よりも小さい値の発電パラメータで、回復運転モードに移行するようになっている。なお、このようなＯＣＶ用発電領域マップは、事前試験や各種シミュレーションによって求められる。
また、第１実施形態と同様に、第１及び第２領域において、回復判定の基準となる第３閾値が設定されている。
また、第１実施形態と同様に、第１及び第２領域において、回復判定の基準となる第３閾値が設定されている。
≪燃料電池システムの動作≫
次に、燃料電池システム１Ｂの動作について、図８を参照して、第１実施形態と異なる部分を説明する。図８に示すように、ステップＳ１０３で発電を開始した後、ステップＳ２０１に進む。
次に、燃料電池システム１Ｂの動作について、図８を参照して、第１実施形態と異なる部分を説明する。図８に示すように、ステップＳ１０３で発電を開始した後、ステップＳ２０１に進む。
＜ＯＣＶの立ち上がり速度に基づく発電領域判定＞
ステップＳ２０１において、発電領域判定部６３は、現在の燃料電池スタック２（燃料電池システム１Ｂ）の発電領域判定をする。具体的には、発電領域判定部６３は、ＯＣＶの立ち上がり速度と、ＯＣＶ用発電領域マップの所定値（図７参照）とを比較し、ＯＣＶ立ち上がり速度が所定値よりも小さい場合（Ｓ２０１・Ｙｅｓ）、燃料電池スタック２が第２領域で運転していると判定し、発電領域判定部６３はこの判定結果を閾値変更指示部６４に送り、ステップＳ２０２に進む。
ステップＳ２０１において、発電領域判定部６３は、現在の燃料電池スタック２（燃料電池システム１Ｂ）の発電領域判定をする。具体的には、発電領域判定部６３は、ＯＣＶの立ち上がり速度と、ＯＣＶ用発電領域マップの所定値（図７参照）とを比較し、ＯＣＶ立ち上がり速度が所定値よりも小さい場合（Ｓ２０１・Ｙｅｓ）、燃料電池スタック２が第２領域で運転していると判定し、発電領域判定部６３はこの判定結果を閾値変更指示部６４に送り、ステップＳ２０２に進む。
一方、ＯＣＶの立ち上がり速度が所定値未満でない、つまり、ＯＣＶの立ち上がり速度が所定値以上である場合（Ｓ２０１・Ｎｏ）、燃料電池スタック２が第１領域で運転していると判定し、発電領域判定部６３はこの判定結果を閾値変更指示部６４に送り、ステップＳ２０３に進む。
＜判定閾値の指示＞
ステップＳ２０２において、燃料電池スタック２が第２領域で運転していることを受けた閾値変更指示部６４は、制御部６１に判定閾値に第２閾値を代入するように指示を送り、制御部６１は第２閾値を読み出して判定閾値に代入する。その後、ステップＳ１０７に進む。
一方、ステップＳ２０３において、燃料電池スタック２が第１領域で運転していることを受けた閾値変更指示部６４は、制御部６１に判定閾値に第１閾値を代入するように指示を送り、制御部６１は第１閾値を読み出して判定閾値に代入する。その後、ステップＳ１０７に進む。
この後、ステップＳ１０７において、制御部６１は、第１実施形態と同様に、発電パラメータと判定閾値（第１閾値又は第２閾値）とを比較して、モード判定を行う。
ステップＳ２０２において、燃料電池スタック２が第２領域で運転していることを受けた閾値変更指示部６４は、制御部６１に判定閾値に第２閾値を代入するように指示を送り、制御部６１は第２閾値を読み出して判定閾値に代入する。その後、ステップＳ１０７に進む。
一方、ステップＳ２０３において、燃料電池スタック２が第１領域で運転していることを受けた閾値変更指示部６４は、制御部６１に判定閾値に第１閾値を代入するように指示を送り、制御部６１は第１閾値を読み出して判定閾値に代入する。その後、ステップＳ１０７に進む。
この後、ステップＳ１０７において、制御部６１は、第１実施形態と同様に、発電パラメータと判定閾値（第１閾値又は第２閾値）とを比較して、モード判定を行う。
このように第２実施形態に係る燃料電池システム１Ｂによれば、ＩＧ５１のＯＮ後であって発電開始前の燃料電池スタック２のＯＣＶの立ち上がり速度に基づいて、第１閾値及び第２閾値のいずれを判定閾値として選択するかを判定することができる。これにより、例えば、起動時において、システム温度が０℃以上であり、燃料電池スタック２が常温領域であるにも関わらず、ＯＣＶの立ち上がり速度が所定値より小さい場合、セル電圧がばらつき、燃料電池スタック２の出力が良好でないと予想されるため、判定閾値として第２閾値を選択することができる。
≪第３実施形態≫
次に、第３実施形態に係る燃料電池システムについて、図９を主に参照して説明する。
図９に示すように、第３実施形態に係る燃料電池システムでは、ステップＳ１０８において回復運転モードでコンプレッサ３１を作動させた後、ステップＳ３０１に進む。
次に、第３実施形態に係る燃料電池システムについて、図９を主に参照して説明する。
図９に示すように、第３実施形態に係る燃料電池システムでは、ステップＳ１０８において回復運転モードでコンプレッサ３１を作動させた後、ステップＳ３０１に進む。
ステップＳ３０１において、制御部６１は、内部クロックを利用して、コンプレッサ３１を回復運転モードで作動させた後、所定時間が経過したか否かを判定する。所定時間は、回復運転モードでのコンプレッサ３１の作動により、セル電圧のばらつきが解消され、通常運転に切り替えても、燃料電池スタック２が安定出力の確保される状態に回復するために要する時間である。
さらに説明すると、所定時間は、燃料電池スタック２に対して（図３参照）、この回復運転モードで運転することにより、セル電圧がばらつきにくく、燃料電池スタック２が高出力まで発電可能な安定発電状態に移行できる時間であり、例えば、回復判定マップに基づいて決定される。
ここで、回復判定マップとは、例えば、発電領域（常温領域又は低温領域）と、回復運転モードに入る際の燃料電池スタック２のＩＶ曲線（出力特性）と、回復運転モード時におけるコンプレッサ３１の増加回転速度と、安定発電状態に移行する時間と、が関連付けられたマップである。なお、このような回復判定マップは、事前実験や各種シミュレーションにより求められ、制御データ記憶部６５に記憶される。
この他に、システム温度と外気温とに対応して、回復に要する時間が割り振られたテーブルを制御データ記憶部６５に記憶しておき、実際のシステム温度及び外気温と、このテーブルとに基づいて所定時間を決定する構成としてもよい。この場合、システム温度及び外気温が高くなると、セル電圧がばらつきにくい安定発電状態に速やかに移行しやすくなるので、回復に要する時間が短くなる関係となる。
この他に、システム温度と外気温とに対応して、回復に要する時間が割り振られたテーブルを制御データ記憶部６５に記憶しておき、実際のシステム温度及び外気温と、このテーブルとに基づいて所定時間を決定する構成としてもよい。この場合、システム温度及び外気温が高くなると、セル電圧がばらつきにくい安定発電状態に速やかに移行しやすくなるので、回復に要する時間が短くなる関係となる。
そして、制御部６１は、所定時間が経過したと判定した場合（Ｓ３０１・Ｙｅｓ）、ステップＳ１１１に進む。この場合、燃料電池スタック２の暖機が完了し、低温領域から常温領域に移行する。
一方、所定時間が経過していないと判定した場合、ステップＳ３０１の判定を繰り返す。
一方、所定時間が経過していないと判定した場合、ステップＳ３０１の判定を繰り返す。
以上、本発明の好適な各実施形態について説明したが、本発明は前記各実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、例えば以下のような変更をすることができる。
前記した第３実施形態では、図９に示すように、システム温度に基づいて判定閾値を選択し（Ｓ１０４、Ｓ１０５、Ｓ１０６）、発電パラメータが判定閾値よりも大きい場合に回復運転モードを実施し（Ｓ１０９）、所定時間が経過したときに通常運転モード（Ｓ１１１）に移行する構成としたが、その他に例えば、図１０に示すように、ＯＣＶの立ち上がり速度に基づいて判定閾値を選択し（Ｓ２０１、Ｓ２０２、Ｓ２０３）、発電パラメータが判定閾値よりも大きい場合（Ｓ１０７・Ｙｅｓ）、回復運転モードを実施し（Ｓ１０９）、所定時間が経過したとき（Ｓ３０１・Ｙｅｓ）、通常運転モード（Ｓ１１１）に移行する構成としてもよい。
前記した第１実施形態では、図５のステップＳ１０４に示すように、発電領域判定の判定基準温度を０℃とした場合を例示したが、これに限定されず、例えば５℃であってもよい。
また、システム温度を検出する温度センサは、図１に示す温度センサ２５、３３に限定されず、その他に例えば、燃料電池スタック２の筺体に取り付けられた温度センサや、燃料電池スタック２を適宜に冷却する冷却系に設けられた温度センサ、つまり、燃料電池スタック２から排出された冷却水の温度を検出する温度センサであってもよい。
また、システム温度を検出する温度センサは、図１に示す温度センサ２５、３３に限定されず、その他に例えば、燃料電池スタック２の筺体に取り付けられた温度センサや、燃料電池スタック２を適宜に冷却する冷却系に設けられた温度センサ、つまり、燃料電池スタック２から排出された冷却水の温度を検出する温度センサであってもよい。
前記した第１実施形態では、単セルのＩＶ曲線（ＩＶ特性）を高め、セル電圧のばらつきを解消し、燃料電池スタック２の出力を回復させる回復運転モードとは、カソード系３０のコンプレッサ３１を通常の回転速度より高い回転速度で作動させて、燃料電池スタック２に、通常流量より多い流量かつ通常圧力より高い圧力で空気（回復用反応ガス）を供給するモードとしたが、その他に例えば、回復運転モードは、多流量のみとするモードでもよいし、高圧のみとするモードであってもよい。また、水素を供給するアノード系２０を制御してもよいし、アノード系２０とカソード系３０との両方を制御するモードであってもよい。
具体的には、回復運転モードでは、（１）アノード系２０における遮断弁２２とエゼクタ２３との間の減圧弁（図示しない）をその二次（下流）側圧力が高まるように制御し、燃料電池スタック２のアノードに高圧の水素が供給されるように設定してもよい。
また、（２）アノード系２０のパージ弁２４を開く間隔を短くし、アノードに供給される水素の濃度が高くなるように設定してもよい。この場合、アノードに多量の水素が供給される。
さらに、（３）カソード系３０の背圧弁３２をその背圧が高まるように制御し、燃料電池スタック２のカソードに高圧の空気が供給されるように設定してもよい。
さらにまた、（４）燃料電池スタック２を構成する単セルを保護するためのセル電圧保護閾値を高めるよう設定してもよい。
また、これらを複合的に制御する設定としてもよい。
また、（２）アノード系２０のパージ弁２４を開く間隔を短くし、アノードに供給される水素の濃度が高くなるように設定してもよい。この場合、アノードに多量の水素が供給される。
さらに、（３）カソード系３０の背圧弁３２をその背圧が高まるように制御し、燃料電池スタック２のカソードに高圧の空気が供給されるように設定してもよい。
さらにまた、（４）燃料電池スタック２を構成する単セルを保護するためのセル電圧保護閾値を高めるよう設定してもよい。
また、これらを複合的に制御する設定としてもよい。
前記した第１実施形態では、燃料電池自動車に搭載された燃料電池システム１Ａに本発明を適用したが、本発明はこれに限定されず、例えば家庭用の据え置き型の燃料電池システムなどに本発明を適用してもよい。
前記した第１実施形態では、発電パラメータが平均セル電圧と最低セル電圧との差である場合を例示したが、これに限定されずその他に例えば、発電パラメータは単に最低セル電圧であってもよい。この場合、最低セル電圧（発電パラメータ）に対応した発電領域マップと、第１閾値、第２閾値及び第３閾値とを、事前試験等により求め、制御データ記憶部６５に記憶する。
前記した第１実施形態では、セル電圧モニタ１１は、燃料電池スタック２を構成する単セル毎に設けられたとしたが、これに限定されず、少なくとも２つの単セルに設ければよい。
また、前記したように発電パラメータして最低セル電圧を採用する場合、例えば、最低セル電圧を出力する可能性の高い単セルのみにセル電圧モニタ１１を設ける構成としてもよい。
また、前記したように発電パラメータして最低セル電圧を採用する場合、例えば、最低セル電圧を出力する可能性の高い単セルのみにセル電圧モニタ１１を設ける構成としてもよい。
前記した第１及び第２実施形態では、図５及び図８のステップＳ１１０に示すように、回復運転モードの実行による単セル（燃料電池スタック２）のＩＶ特性の回復判定を、言い換えると、回復運転モードから通常運転モードへの切替判定を、発電パラメータに基づいて行い、第３実施形態では、図９のステップＳ３０１に示すように、回復運転モードに入った後の時間に基づいて行ったが、その他に例えば、温度センサ２５、３３等により検出される現在の燃料電池システム１Ａのシステム温度が、暖機完了温度（所定温度）以上となった場合に、燃料電池スタック２（単セル）のＩＶ特性は回復したと推定して、回復運転モードから通常運転モードに切り替える構成としてもよい。
１Ａ 燃料電池システム
２ 燃料電池スタック
１１ セル電圧モニタ（電圧検出手段）
２５ 温度センサ（発電領域検出手段）
３３ 温度センサ（発電領域検出手段）
４４ 出力検出器（発電領域検出手段）
６０ ＥＣＵ
６１ 制御部（制御手段）
６２ 換算部（換算手段）
６３ 発電領域判定部（発電領域判定手段）
６４ 閾値変更指示部（閾値変更指示手段）
６５ 制御データ記憶部（制御データ記憶手段）
２ 燃料電池スタック
１１ セル電圧モニタ（電圧検出手段）
２５ 温度センサ（発電領域検出手段）
３３ 温度センサ（発電領域検出手段）
４４ 出力検出器（発電領域検出手段）
６０ ＥＣＵ
６１ 制御部（制御手段）
６２ 換算部（換算手段）
６３ 発電領域判定部（発電領域判定手段）
６４ 閾値変更指示部（閾値変更指示手段）
６５ 制御データ記憶部（制御データ記憶手段）
Claims (3)
- 反応ガスの反応により発電する複数の燃料電池を積層した燃料電池スタックと、
少なくとも２つの前記燃料電池の実際の出力電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段の検出した前記少なくとも２つの出力電圧に基づいて、平均セル電圧と最低セル電圧との電圧差を算出する換算手段と、
前記電圧差と第１閾値又は第２閾値である判定閾値とに基づいて、前記電圧差が前記判定閾値よりも大きくない場合に前記燃料電池スタックを通常に運転する通常運転モードを選択し、前記電圧差が前記判定閾値よりも大きい場合に前記燃料電池スタックの発電状態を回復させる回復運転モードを選択するモード選択手段と、
前記燃料電池スタックを、前記モード選択手段の選択したモードで運転する制御手段と、
前記燃料電池スタックの発電は安定すると予測される安定発電領域、前記燃料電池スタックの発電は不安定になると予測される不安定発電領域、のいずれであるかを判定する発電領域判定手段と、
前記燃料電池スタックの起動時に、前記モード選択手段に閾値を指示する閾値指示手段と、
を備え、
前記第２閾値は、前記第１閾値よりも小さく、
前記閾値指示手段は、
前記発電領域判定手段が前記安定発電領域であると判定した場合、前記判定閾値として前記第１閾値を採用するように指示し、
前記発電領域判定手段が前記不安定発電領域であると判定した場合、前記判定閾値として前記第２閾値を採用するように指示し、
前記発電領域判定手段は、
（ａ）システム温度が所定温度以上であり常温領域である場合、前記安定発電領域であると判定し、システム温度が所定温度未満であり低温領域である場合、前記不安定発電領域であると判定する方法
（ｂ）前記燃料電池スタックの起動時におけるＯＣＶの立ち上がり速度が所定立ち上がり速度以上である場合、前記安定発電領域であると判定し、前記燃料電池スタックの起動時におけるＯＣＶの立ち上がり速度が所定立ち上がり速度未満である場合、前記不安定発電領域であると判定する方法
のいずれかの方法で判定する
ことを特徴とする燃料電池システム。 - 前記通常運転モードは、前記反応ガスを通常に供給するモードであり、
前記回復運転モードは、前記通常運転モードに対して、前記反応ガスを多量及び高圧の少なくとも一方で供給するモードである
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。 - 前記制御手段は、前記不安定発電領域である場合において前記回復運転モードで前記燃料電池スタックを運転するとき、システム温度が低くなるにつれて、前記燃料電池スタックを通流する反応ガスの流量及び／又は圧力を増加させる
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料電池システム。
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