JP4905642B2 - 燃料電池システム及び移動体 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池システム及び該システムを搭載した移動体に関する。

一般に、燃料電池は他の電源に比べて起動性が悪い。かかる燃料電池の発電効率は、温度の低下や電極触媒の被毒に起因して減少し、所望の電圧／電流を供給することができずに機器を起動できない場合も生じる。

このような事情に鑑み、各電極に供給するアノード燃料（例えば燃料ガス）及びカソード燃料（例えば酸化ガス）の少なくともいずれか一方を不足状態とし、電極の一部の過電圧を増加させて燃料電池の温度を上昇させることにより、電極触媒の被毒の回復や燃料電池を暖機する方法が提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。

特表２００３−５０４８０７号

しかしながら、上記方法によって電極触媒の被毒の回復や燃料電池を暖機する場合には、かかる運転に伴って燃料電池の電圧は低下し、補機などを安定して運転することができない等の問題があった。

本発明は以上説明した事情を鑑みてなされたものであり、電極触媒の被毒の回復や燃料電池を暖機する場合であっても、補機などを安定して運転することが可能な燃料電池システムなどを提供することを目的とする。

上述した問題を解決するため、本発明に係る燃料電池システムは、燃料電池と、電圧変換装置と、前記電圧変換装置を介して前記燃料電池と並列に接続された蓄電装置と、前記蓄電装置に接続された補機と、所定条件を満たす場合に通常運転動作点よりも電力損失の大きな低効率運転動作点にて前記燃料電池を運転する運転制御手段と、前記燃料電池の運転動作点と前記補機の駆動電圧に基づき、前記電圧変換装置による電圧変換動作を制御する電圧変換制御手段とを具備することを特徴とする。

かかる構成によれば、電極触媒の被毒の回復や燃料電池を暖機等するために低効率運転動作点で動作する場合であっても、燃料電池の運転動作点と補機の駆動電圧に基づき、電圧変換装置による電圧変換動作が制御される。このため、燃料電池の運転動作点によらず、常に補機を安定して運転することが可能となる。

ここで、上記構成にあっては、前記電圧変換制御手段は、前記電圧変換装置により、前記運転動作点に応じた前記燃料電池の端子電圧を、少なくとも前記補機の駆動電圧まで昇圧させる態様が好ましい。
また、前記運転制御手段は、前記燃料電池の暖機運転が必要な場合、または前記燃料電池の触媒活性を回復させる運転が必要な場合に、前記燃料電池を低効率運転動作点にて運転する態様が好ましい。また、前記運転制御手段は、酸化ガス欠乏状態を生成してから前記燃料電池を低効率運転動作点にて運転する態様が好ましい。

また、本発明に係る移動体は、上記構成の燃料電池システムを搭載し、モータを動力源とする移動体であって、前記モータは前記蓄電装置側に接続され、前記燃料電池を低効率運転動作点にて運転する場合には、前記蓄電装置の放電電力、またはコンバータにて昇圧された燃料電池の出力電力の少なくともいずれか一方を用いて該モータを駆動することを特徴とする。
また、本発明に係る別の移動体は、上記構成の燃料電池システムを搭載し、モータを動力源とする移動体であって、前記モータは前記燃料電池側に接続され、前記燃料電池を低効率運転動作点にて運転する場合には、該モータの駆動を停止する、または該モータの出力を制限して駆動することを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、電極触媒の被毒の回復や燃料電池を暖機する場合であっても、補機などを安定して運転することが可能となる。

以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照しながら説明する。

Ａ．本実施形態
図１は本実施形態に係る燃料電池システム１００の要部構成を示す図である。本実施形態では、燃料電池自動車（ＦＣＨＶ；Fuel Cell Hyblid Vehicle）、電気自動車、ハイブリッド自動車などの車両に搭載される燃料電池システムを想定するが、車両のみならず各種移動体（例えば、船舶や飛行機、ロボットなど）や定置型電源にも適用可能である。

燃料電池４０は、供給される反応ガス（燃料ガス及び酸化ガス）から電力を発生する手段であり、固体高分子型、燐酸型、熔融炭酸塩型など種々のタイプの燃料電池を利用することができる。燃料電池４０は、ＭＥＡなどを備えた複数の単セルを直列に積層したスタック構造を有している。この燃料電池４０の出力電圧（以下、ＦＣ電圧）及び出力電流（以下、ＦＣ電流）は、それぞれ電圧センサ１４０及び電流センサ１５０によって検出される。燃料電池４０の燃料極（アノード）には、燃料ガス供給源１０から水素ガスなどの燃料ガスが供給される一方、酸素極（カソード）には、酸化ガス供給源７０から空気などの酸化ガスが供給される。

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

バッテリ（蓄電装置）６０は、充放電可能な二次電池であり、例えばニッケル水素バッテリなどにより構成されている。もちろん、バッテリ６０の代わりに二次電池以外の充放電可能な蓄電器（例えばキャパシタ）を設けても良い。このバッテリ６０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０を介して燃料電池４０と並列に接続されている。

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

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

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

制御装置８０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどにより構成され、電圧センサ１４０や電流センサ１５０、燃料電池４０の温度を検出する温度センサ５０、バッテリ２０の充電状態を検出するＳＯＣセンサ、アクセルペダルの開度を検出するアクセルペダルセンサなどから入力される各センサ信号に基づき、当該システム各部を中枢的に制御する。

また、制御装置８０は、以下に示す方法により燃料電池４０の電極触媒が被毒状態にあるか否かを検知し、被毒状態にあることを検知した場合には、被毒された電極触媒の特性を回復すべく、燃料電池４０の運転動作点を切り換える処理を行う（後述）。

メモリ１６０は、例えば書き換え可能な不揮発性メモリであり、燃料電池４０の初期状態（例えば製造出荷時）における電池特性を示す初期電池特性データなどが格納されている。初期電池特性データは、初期状態における燃料電池４０の電流密度と電圧との関係を示す二次元マップであり、電流密度が高くなるにつれ電圧は低下する。

周知のとおり、燃料電池４０の電極触媒が被毒すると電池特性は低下し、同一電圧で比較すると被毒後の電流密度は被毒前の電流密度（初期電池特性データに示される電流密度）よりも低下する。かかる特性を利用し、本実施形態では、電圧センサ１４０及び電流センサ１５０によって検知されるＦＣ電圧及びＦＣ電流と初期電池特性データとを比較することで、電極触媒が被毒状態にあるか否かを検知する。詳述すると、制御装置（検知手段）８０は、電圧センサ１４０及び電流センサ１５０によってＦＣ電圧及びＦＣ電流が検知されると、初期電池特性データにおける同一電圧での電流密度と比較する。かかる比較の結果、下記式（１）、（２）が成立している場合には被毒状態であると判断する一方、下記式（１）、（２）が成立していない場合には被毒状態でないと判断する。

Ｖｆｃ＝Ｖｓ ・・・（１）
Ｉｆｃ＜Ｉｓ＋α ・・・（２）
Ｖｆｃ；ＦＣ電圧
Ｖｓ ；初期電池特性データにおける電圧
Ｉｆｃ；ＦＣ電流
Ｉｓ ；初期電池特性データにおける電流密度
α ；所定値

なお、上記説明では、初期電池特性データを利用して電極触媒が被毒状態にあるか否かを検知したが、他の方法によって電極触媒が被毒状態にあるか否かを検知しても良いのはもちろんである。例えば、一酸化炭素によって電極触媒が被毒される場合には、既知のＣＯ濃度センサを設け、ＣＯ濃度と電圧測定値との関係を予め調査・マップ化し、検知されるＣＯ濃度等に基づいて電極触媒が被毒状態にあるか否かを検知しても良い。以下、図面を参照しながら燃料電池４０の運転動作点について詳細に説明する。

図２（ａ）、（ｂ）は、異なる運転動作点で燃料電池を運転したときの出力電力と電力損失との関係を示す図であり、横軸にＦＣ電流、縦軸にＦＣ電圧をあらわしている。また、図２に示すＯＣＶ（Open Circuit Voltage；開回路電圧）は、燃料電池に電流を流していない状態での電圧をあらわす。

図２に示す電流・電圧特性（以下、ＩＶ特性）が得られる燃料電池４０においては、出力電力に対して電力損失の小さな運転動作点（Ｉｆｃ１、Ｖｆｃ１）にて運転されるのが一般的である（図２（ａ）参照）。しかしながら、燃料電池４０の電極触媒が被毒状態にある場合には、燃料電池４０の内部温度を上昇させて電極触媒の活性を回復させる必要があるため、本実施形態では、必要な出力電力を確保しつつ電力損失の大きな運転動作点（Ｉｆｃ２、Ｖｆｃ２）にシフトして運転し、被毒状態の電極触媒の活性を回復させる（図２（ｂ）参照）。ここで、図２（ａ）、（ｂ）に示す各運転動作点での出力電力Ｐｆｃ、電力損失Ｐｌｏｓｓ、各出力電力Ｐｆｃの関係、各電力損失Ｐｌｏｓｓの関係を示せば次の通りである。

＜運転動作点（Ｉｆｃ、Ｖｆｃ１）について＞
Ｉｆｃ１＊Ｖｆｃ１＝Ｐｆｃ１ ・・・（３）
Ｉｆｃ１＊ＯＣＶ−Ｐｆｃ１＝Ｐｌｏｓｓ１ ・・・（４）
＜運転動作点（Ｉｆｃ２、Ｖｆｃ２）について＞
Ｉｆｃ２＊Ｖｆｃ２＝Ｐｆｃ２ ・・・（５）
Ｉｆｃ２＊ＯＣＶ−Ｐｆｃ２＝Ｐｌｏｓｓ２ ・・・（６）
＜各出力電力、各電力損失の関係＞
Ｐｆｃ１＝Ｐｆｃ２ ・・・（７）
Ｐｌｏｓｓ１＜Ｐｌｏｓｓ２ ・・・（８）

図３は、運転動作点をシフトしながら燃料電池を運転したときの出力電力の変化をあらわす図であり、横軸にＦＣ電流、縦軸にＦＣ電圧及び出力電力をあらわしている。なお、図３では、説明の便宜上、燃料電池のＩＶ特性を直線（以下、ＩＶライン）であらわす。また、ＩＶライン上の各運転動作点（Ｉｆｃ１、Ｖｆｃ１）、（Ｉｆｃ２、Ｖｆｃ２）は、図２に示す各運転動作点（Ｉｆｃ１、Ｖｆｃ１）、（Ｉｆｃ２、Ｖｆｃ２）に対応する。

図３に示すように、燃料電池４０の出力電力Ｐｆｃは、最大出力電力Ｐｆｃｍａｘが得られる最大出力運転動作点（Ｉｆｃｍａｘ、Ｖｆｃｍａｘ）を中心に、図示左側に示すＩＶライン上の運転動作点ではＦＣ電圧Ｖｆｃの低下に伴って出力電力Ｐｆｃは増大する一方、図示右側に示すＩＶライン上の運転動作点ではＦＣ電圧Ｖｆｃの低下に伴って出力電力Ｐｆｃは減少する。

前述したように、電力損失Ｐｌｏｓｓは、ＦＣ電圧Ｖｆｃが低下するにつれ増大する。このため、燃料電池４０を運転して同一の電力を出力する場合であっても、最大出力運転動作点の右側に示すＩＶライン上の運転動作点（例えば、運転動作点（Ｉｆｃ１、Ｖｆｃ１））で運転する方が、最大出力運転動作点の左側に示すＩＶライン上の運転動作点（例えば、運転動作点(Ｉｆｃ２、Ｖｆｃ２））で運転するよりも電力損失Ｐｌｏｓｓは大きい。よって、以下の説明では、ＦＣ電圧Ｖｆｃの低下に伴って出力電力Ｐｆｃが増大するＩＶライン上の運転動作点を通常運転動作点と定義し、ＦＣ電圧Ｖｆｃの低下に伴って出力電力Ｐｆｃが減少するＩＶライン上の運転動作点を低効率運転動作点と定義する。なお、通常運転動作点及び低効率運転動作点を表せば次の通りである。

＜通常運転動作点（Ｉｆｃ、Ｖｆｃ）について＞
Ｉｆｃ≦Ｉｆｃｍａｘ ・・・（９）
Ｖｆｃｍａｘ≦Ｖｆｃ ・・・（１０）
＜低効率運転動作点（Ｉｆｃ、Ｖｆｃ）について＞
Ｉｆｃｍａｘ＜Ｉｆｃ ・・・（１１）
Ｖｆｃ＜Ｖｆｃｍａｘ ・・・（１２）

次に、図４及び図５を参照しながら制御装置８０によって実行される運転動作点のシフト処理について説明する。
図４は、運転動作点のシフト処理を示すフローチャートであり、図５は、運転動作点をシフトしたときの出力電力の変化を示した図である。なお、以下の説明では、被毒された電極触媒の活性を回復すべく、燃料電池４０の運転動作点を通常運転動作点（Ｉｆｃ１、Ｖｆｃ１）から低効率運転動作点（Ｉｆｃ２、Ｖｆｃ２）へシフトする場合を想定する（図５参照）。

制御装置（判断手段）８０は、まず、触媒活性を回復させる運転が必要か否かを判断する（ステップＳ１）。具体的には、電圧センサ１４０及び電流センサ１５０によって検知されるＦＣ電圧及びＦＣ電流と初期電池特性データとを比較することで、電極触媒が被毒状態にあるか否かを検知し、電極触媒が被毒状態にない場合には触媒活性を回復させる運転は必要ないと判断する一方、電極触媒が被毒状態にある場合には触媒活性を回復させる運転が必要と判断する。

制御装置（運転制御手段）８０は、電極触媒が被毒状態にない場合には、システム要求に応じた電力を出力する通常運転動作点にて運転を継続する。一方、制御装置８０は、電極触媒が被毒状態にある場合には、まず、現時点における運転動作点（ここでは、通常運転動作点（Ｉｆｃ１、Ｖｆｃ１））を確認する（ステップＳ２）。

次に、制御装置８０は、被毒された電極触媒の活性を回復するのに十分な燃料電池４０の運転動作点（目標運転動作点）を導出する（ステップＳ３）。一例を挙げて説明すると、例えば、通常運転動作点（Ｉｆｃ１、Ｖｆｃ１）で運転することにより、出力電力Ｐｆｃ１が得られる場合には、この出力電力と同じ出力電力Ｐｆｃ２（＝Ｐｆｃ１）が得られる低効率運転動作点（Ｉｆｃ２、Ｖｆｃ２）を目標運転動作点として導出する。

例えば、燃料電池４０の電力損失（すなわち昇温するために必要な熱量）をＰｌｏｓｓ２、要求される出力電力をＰｆｃ２とすると、目標運転動作点は下記式（Ａ）、（Ｂ）より導出される。
＜目標運転動作点（Ｉｆｃ、Ｖｆｃ）について＞
Ｉｆｃ＝（Ｐｌｏｓｓ２＋Ｐｆｃ２）／ＯＣＶ ・・・（Ａ）
Ｖｆｃ＝Ｐｆｃ２＊ＯＣＶ／（Ｐｌｏｓｓ２＋Ｐｆｃ２） ・・・（Ｂ）

より具体的には、燃料電池４０が３００セルの積層スタック構造を有しており、３００セルスタックのＯＣＶが３６０Ｖ、要求される出力電力が１ｋＷ、必要な熱量が２０ｋＷとすると、目標動作点は下記式（Ｃ）、（Ｄ）より導出される。
Ｉｆｃ＝（２０＋１）／３６０＝５８．３Ａ ・・・（Ｃ）
Ｖｆｃ＝１＊３６０／（２０＋１）＝１７Ｖ ・・・（Ｄ）

なお、被毒された電極触媒は、燃料電池４０のセル電圧が０．６Ｖ以下に制御されることにより、触媒還元反応が起こって触媒活性が回復されるため、このような条件を満たす運転動作点を目標運転動作点として導出しても良い（詳細は後述）。

制御装置（運転制御手段）８０は、目標運転動作点を導出すると、トラクションモータ１１５及びインバータ１１０を停止した後、運転動作点のシフトを開始する（ステップＳ４→ステップＳ４’）。このように、トラクションモータ１１５及びインバータ１１０を停止するのは、低効率運転動作点へ運転を切り換えることで、燃料電池４０の出力電圧が下がり、インバータ１１０等の許容入力電圧範囲を下回ってしまうからである。ただし、バッテリ６０に接続された高圧補機については駆動を停止しない。これは、燃料電池４０の端子電圧が下がったとしても、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０によって高圧補機の許容入力電圧まで燃料電池４０の出力電圧を昇圧することで、駆動を継続することができるからである。なお、高圧補機とは、燃料電池４０を通常運転動作点で運転したときに得られる出力電圧によって、接続されたインバータの定格性能を満足できる補機をいう。従って、燃料電池４０を低効率運転動作点で運転する場合には、制御装置（電圧変換制御手段）は上記の如くＤＣ／ＤＣコンバータ１３０によって燃料電池４０の端子電圧を、少なくとも高圧補機の許容入力電圧（駆動電圧）まで昇圧することで駆動を継続する。もちろん、上記態様はあくまで一例であり、トラクションモータ１１５及びインバータ１１０を停止することなく、これらトラクションモータ１１５等の出力（上限パワー）を制限した状態で駆動させても良い。

ここで、通常運転動作点（Ｉｆｃ１、Ｖｆｃ１）から低効率運転動作点（Ｉｆｃ２、Ｖｆｃ２）までＦＣ電圧のみを制御して運転動作点をシフトした場合には、図５（ａ）に示すように、ＩＶラインｌ１の運転動作点のシフトに応じて燃料電池４０の出力電力は大きく変動してしまう（パワーラインｐｌ１参照）。より具体的には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０を用いてＦＣ電圧のみを制御して運転動作点をシフトした場合には、シフト過程において通常の使用環境下ではありえないような高出力運転（最大出力運転動作点における運転など）を行う必要が生じる。

そこで、本実施形態では、ＦＣ電圧とともにＦＣ電流を制御することで、図５（ｂ）に示すように、通常運転動作点（Ｉｆｃ１、Ｖｆｃ１）から低効率運転動作点（Ｉｆｃ２、Ｖｆｃ２）まで、出力電力が一定に保持される運転動作点のシフトを実現する（パワーラインｐｌ２参照）。具体的には、ＤＣ／ＤＣコンバータ（電圧変換装置）１３０を用いてＦＣ電圧を制御するとともに、制御装置（調整手段）８０が酸化ガス供給源７０から供給される酸化ガス量を調整することで（ここでは酸化ガス量を絞ることで）、ＦＣ電流を制御する。かかる制御を行うことで、燃料電池４０のＩＶ特性はＩＶラインｌ１からＩＶラインｌ２にシフトし、運転動作点のシフトによらずに燃料電池４０の出力電力は一定に保持される。

具体的な運転シーケンスについて図６を参照しながら説明すると、まず、制御装置８０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０により、燃料電池側の電圧を燃料電池４０の理論起電力付近まで、別言すればＯＣＶ以上に昇圧する（ステップＳａ１）。制御装置８０は、燃料電池４０と当該システムとを電気的に切断・接続するリレー（図示略）を用いて燃料電池４０をリレー接続した後、燃料ガスの供給を開始する（ステップＳａ２）。ただし、この時点では酸化ガスの供給は開始しない。かかる操作により、酸化ガスの残量に応じたＯＣＶが発生する。制御装置（運転制御手段）８０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０により、ＦＣ電圧を目標運転動作電圧Ｖｆｃ２まで低下させ、燃料電池４０のカソード側を酸化ガス欠乏状態とすると、ＦＣ電圧を目標運転動作電圧Ｖｆｃ２に保持した状態で酸化ガスの供給を開始する（ステップＳａ３→ステップＳａ４）。制御装置８０は、ＦＣ電流が目標運転動作電流Ｉｆｃ２と一致するよう、エアストイキ比１．０の流量を上限として酸化ガス流量を制御する（ステップＳａ５）。以上説明した運転を行うことで、運転動作点のシフトによらずに燃料電池４０の出力電力は一定に保持される。

このように運転動作点をシフトすると、制御装置８０は、タイマ（図示略）などを参照し、運転動作点をシフトしてから目標設定時間が経過したか否かを判断する（ステップＳ５）。ここで、目標設定時間は、低効率運転動作点で運転を開始してから電極触媒の活性を回復するのに十分な時間（例えば１０秒）であり、予め実験などによって求めることができる。制御装置８０は、目標設定時間が経過していないと判断すると（ステップＳ５；ＮＯ）、ステップＳ５を繰り返し実行する。一方、制御装置８０は、目標設定時間が経過したと判断すると（ステップＳ５；ＹＥＳ）、シフト後の運転動作点をシフト前の運転動作点に戻し（ステップＳ６）、処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態に係る燃料電池システムによれば、電極触媒の被毒の回復する場合であっても、高電圧で駆動する高圧補機などを安定して運転することが可能となる。

なお、上述したように、被毒された電極触媒は、燃料電池４０のセル電圧を０．６Ｖ以下に制御することで触媒活性が回復するため、次のようにして運転動作点を導出しても良い。
例えば、燃料電池４０が３００セルの積層スタック構造を有しており、要求される出力電力が１ｋＷの場合、セル電圧を０．５Ｖ（＜０．６Ｖ）に設定したとすると、目標運転動作点は次のようになる。

＜目標運転動作点（Ｉｆｃ、Ｖｆｃ）について＞
Ｖｆｃ＝３００＊０．５＝１５０Ｖ ・・・（１３）
Ｉｆｃ＝１０００／１５０＝６．７Ａ ・・・（１４）

ここで、求めた目標運転動作点がシフト前のＩＶライン上にない場合であっても、ＦＣ電圧とともにＦＣ電流を制御してＩＶ特性を変えることで、求めた目標運転動作点をＩＶライン上に位置させることが可能となる。

Ｂ．変形例
（１）上述した実施形態では、酸化ガス供給源７０から供給される酸化ガス量を調整することで、ＦＣ電流を制御したが、燃料ガス供給源１０から供給される燃料ガス量を調整することで、ＦＣ電流を制御しても良い。

（２）上述した実施形態では、電極触媒が被毒状態にあることを検知した場合に、燃料電池４０の運転動作点を通常運転動作点から低効率運転動作点へシフトしたが、以下に示すタイミングで運転動作点をシフトするようにしても良い。

例えば、システム起動時にいったん低効率運転動作点で運転してから通常運転動作点へとシフトし、常に触媒活性を高めた状態でシステム運転を行うようにしても良い。また、要求される出力電力が所定値以下になったとき（例えばアイドル出力付近など）、運転動作点を通常運転動作点から低効率運転動作点へとシフトするようにしても良い。さらに、システム停止後に低効率運転動作点にて運転を行うことで、運転中に低下した触媒活性を回復させて次回の起動に備えるようにしても良い。

（３）上述した実施形態では、被毒された電極触媒の活性を回復するために、燃料電池４０の運転動作点を通常運転動作点から低効率運転動作点へシフトする構成としたが、例えば低温起動時に暖機運転を行う場合やシステム運転停止前に急速暖機を行う場合など、暖機運転が必要なあらゆる場合に適用可能である。

一例を挙げて説明すると、制御装置８０は操作スイッチなどから当該システムの起動命令を受け取ると、温度センサ５０などを利用して燃料電池４０の内部温度を検知する。制御装置（判断手段）８０は、燃料電池４０の内部温度が予め設定された閾値温度を下回っている場合には、暖機運転が必要であると判断し、図４に示す運転動作点のシフト処理を実行する。この後の動作については、本実施形態と同様であるため、説明を省略する。なお、温度センサ５０の代わりに、外気温度を検出する温度センサや冷却機構（図示略）を流れる冷媒の温度を検出する温度センサなどを利用しても良い。

（４）上述した実施形態では、燃料電池の出力端にトラクションモータ用のインバータ１１０が接続される構成を例示したが、例えば図７に示すようにバッテリ６０側にトラクションモータ１１５及びインバータ１１０が接続される構成であっても良い。かかる構成によれば、低効率運転動作点へ運転を切り換えたとしても、バッテリ６０の放電電力によってトラクションモータ１１５及びインバータ１１０を駆動することが可能となる。言い換えれば、通常運転動作点から低効率運転動作点への運転の切り換えに応じてトラクションモータ１１５及びインバータ１１０を停止、または出力を制限して駆動（ステップＳ４）する必要がなく、システム効率を上げることが可能となる。もちろん、バッテリ６０の放電電力によってトラクションモータ１１５等を駆動しても良いが、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０にて昇圧された燃料電池４０の出力電力とバッテリ６０の放電電力によってトラクションモータ１１５等を駆動しても良い。さらには、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３０にて昇圧された燃料電池４０の出力電力のみによってトラクションモータ１１５等を駆動しても良い。
また、本実施形態では燃料電池４０とバッテリ６０を備えたハイブリッド電源システムを例に説明したが、燃料電池４０のみからなる電源システムにも適用可能である。

本実施形態に係る燃料電池システムの要部構成を示す図である。 同実施形態に係る出力電力と電力損失との関係を示す図である。 同実施形態に係る出力電力の変化をあらわす図である。 同実施形態に係る運転動作点のシフト処理を示すフローチャートである。 同実施形態に係る出力電力の変化をあらわす図である。 同実施形態に係る運転シーケンスを示す図である。 変形例に係る燃料電池システムの要部構成を示す図である。

符号の説明

１０・・・燃料ガス供給源、４０・・・燃料電池、５０・・・温度センサ、６０・・・バッテリ、７０・・・参加ガス供給源、８０・・・制御装置、１１０・・・インバータ、１１５・・・モータ、１１６Ｌ、１１６Ｒ・・・車輪、１３０・・・ＤＣ／ＤＣコンバータ、１４０・・・電圧センサ、１５０・・・電流センサ、１６０・・・メモリ、１００・・・燃料電池システム。

Claims (4)

1. 燃料電池と、
   電圧変換装置と、
   前記電圧変換装置を介して前記燃料電池と並列に接続された蓄電装置と、
   前記蓄電装置に接続された補機と、
   前記燃料電池の暖機運転が必要な場合、または前記燃料電池の触媒活性を回復させる運転が必要な場合に、通常運転動作点よりも電力損失の大きな低効率運転動作点にて前記燃料電池を運転する運転制御手段と、
   前記燃料電池の運転動作点と前記補機の駆動電圧に基づき、前記電圧変換装置による電圧変換動作を制御する電圧変換制御手段とを備え、
   前記運転制御手段は、出力電力を一定に保持した状態で前記運転動作点をシフトさせ、
   前記電圧変換制御手段は、前記電圧変換装置により、前記運転動作点に応じた前記燃料電池の端子電圧を、少なくとも前記補機の駆動電圧まで昇圧させることを特徴とする燃料電池システム。
2. 前記運転制御手段は、燃料電池において酸化ガス欠乏状態を生成してから前記燃料電池を低効率運転動作点にて運転することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 請求項１または２に記載の燃料電池システムを搭載し、モータを動力源とする移動体であって、
   前記モータは前記蓄電装置側に接続され、前記燃料電池を低効率運転動作点にて運転する場合には、前記蓄電装置の放電電力または前記電圧変換装置であるコンバータにて昇圧された燃料電池の出力電力の少なくともいずれか一方を用いて該モータを駆動することを特徴とする移動体。
4. 請求項１または２に記載の燃料電池システムを搭載し、モータを動力源とする移動体であって、
   前記モータは前記燃料電池側に接続され、前記燃料電池を低効率運転動作点にて運転する場合には、該モータの駆動を停止する、または該モータの出力を制限して駆動することを特徴とする移動体。

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