JP5429276B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池システム及びその運転方法に関するものであり、特には、自動車等の移動体を駆動するための燃料電池システム及びその運転方法に関するものである。

バッテリによって駆動する電動機を動力源とする電気自動車において、アクセル操作を一時的にオフにした場合には、車両の走行エネルギーを電動機にて回生してバッテリを充電する。そして、走行中に再びアクセル操作をオンにした場合には、バッテリによって電動機が駆動する（例えば、特許文献１）。

特開平１０−２７１６０５号公報

電気自動車にて行われる上記の制御を燃料電池自動車にて行う場合には、アクセル操作を一時的にオフにした場合には、燃料電池本体の負荷が低下する。そして、走行中に再びアクセル操作をオンにした場合には、燃料電池本体の負荷が上昇し、酸化剤極の触媒層と電解質層との間に電位差が発生する。このように、燃料電池自動車の走行中にアクセル操作を一時的にオフとして再びオンとした場合には、アクセル操作に追従するために燃料電池には電位サイクルが発生する。

燃料電池本体に電位サイクルが発生すると、酸化剤極に使用する触媒の金属成分、特には白金が溶解する場合がある。触媒の金属成分が溶解した場合には、触媒が劣化し燃料電池本体の寿命が低下する。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、酸化剤極における触媒の金属成分の溶解を抑制し、燃料電池システムの耐久性を向上させることを目的とする。

本発明は、電解質膜の一方の面に触媒層を有する燃料極を配置すると共に他方の面に触媒層を有する酸化剤極を配置した燃料電池を備え、燃料極に燃料ガスを供給すると共に前記酸化剤極に酸化剤ガスを供給して発電する燃料電池システムである。この燃料電池システムが、燃料電池が発電する電力によって駆動する外部負荷と、燃料電池から外部負荷へ出力する負荷の負荷要求を検出する負荷要求検出手段と、負荷要求が有負荷要求から無負荷要求に移行した場合に燃料電池の負荷を時間差を持たせて低減する負荷制御手段とを備え、負荷制御手段は、負荷要求が無負荷要求に移行する直前までの有負荷要求の継続時間が所定時間よりも大きいときに、時間差を持たせると判定する。

本発明によれば、負荷要求が有負荷要求から無負荷要求に移行した場合に、燃料電池の出力を時間差を持たせて低減するようにしたため、その時間差の間に負荷要求が無負荷要求の状態から再び有負荷要求の状態に移行した場合には、燃料電池に発生する電位サイクルを抑制することができる。したがって、酸化剤極の触媒における金属成分の溶解が抑制され、燃料電池システムの耐久性が向上する。

本発明の実施の形態１に係る燃料電池システム１００を示す構成図である。 電位サイクル耐久試験における触媒の低下量を示すグラフである。 燃料電池システム１００の制御手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係る燃料電池システム２００の制御手順を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３に係る燃料電池システム３００の制御手順を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

（実施の形態１）
図１を参照して、本発明の実施の形態１に係る燃料電池システム１００について説明する。図１は燃料電池システム１００を示す構成図である。

燃料電池システム１００は、電力を発生することによって燃料電池ハイブリッド自動車（以下、「自動車」と称する。）等の移動体を運動させるものである。燃料電池システム１００は電源として固体高分子型の燃料電池１を備える。燃料電池１は、固体高分子電解質膜（以下、「電解質膜」と称する。）２と、電解質膜２の一方の面に配置され、燃料側触媒層３ａと燃料ガス拡散層３ｂとを有する燃料極３と、電解質膜２の他方の面に配置され、酸化剤側触媒層４ａと酸化剤ガス拡散層４ｂとを有する酸化剤極４とによって単位燃料電池を構成する。

電解質膜２は、パーフルオロカーボンスルホン酸等が用いられている。また、燃料側触媒層３ａ及び酸化剤側触媒層４ａは、白金黒や白金粒子をカーボンブラック等の担体にて担持したもの等が用いられる。

単位燃料電池は、燃料極３に燃料ガスとしての水素及び酸化剤極４に酸化剤ガスとしての空気をそれぞれ別々に配流させ、かつ集電体の機能も有するセパレータ（図示せず）を介して複数積層され、燃料電池スタックを構成する。なお、図１では、燃料電池として単位燃料電池構成を図示しているが、実際の燃料電池システム１００では前記単位燃料電池を多数積層して構成された燃料電池スタックが用いられる。

燃料電池１には、高圧水素ボンベ（図示せず）から供給される水素をバルブ５を介して燃料極３に導入するための水素供給配管６と、燃料電池１から余剰水素を排出するための水素排出配管７と、コンプレッサー８にて昇圧された空気を酸化剤極４に導入するための空気供給配管９と、燃料電池１から空気を排出するための空気排出配管１０とが接続されている。これにより、燃料電池１では、燃料極３に水素及び酸化剤極４に空気がそれぞれ独立して供給されることによって発電が行われる。

なお、燃料電池１から排出される水素は、バルブ１１を開とすることによって燃焼器（図示せず）に導かれシステム外に排出される。また、これに代わり、水素排出配管７から分岐した水素循環配管１２、及び水素循環配管１２に設けられた水素循環ポンプ１３によって、燃料電池１から排出された水素を水素供給配管６に戻すこともできる。このように構成すれば、燃料電池１に供給する水素を再循環させることができ、水素を効率良く使用することができる。

燃料電池１には外部負荷としてのモータ１５が接続され、モータ１５は燃料電池１にて発電された電力によって回転する。つまり、燃料電池１の発電エネルギはモータ１５の回転による運動エネルギーに変換される。そして、モータ１５の回転によって自動車の走行が可能となる。

モータ１５には燃料電池１が発電した電力を充電する充電手段としての二次電池１６と、回生ブレーキシステム１７とが接続されている。

二次電池１６は、燃料電池１が出力する負荷に応じて充放電される。すなわち、燃料電池１の負荷を補うために二次電池１６からモータ１５に負荷を出力する（放電）と、燃料電池１が発電した負荷を蓄える場合（充電）とがある。二次電池１６には、二次電池の充電割合を検出する充電割合検出手段としての充電計１９が取付けられている。なお、二次電池１６の種類としては、リチウムイオン電池やニッケル水素電池の他、ウルトラキャパシタやコンデンサー等を用いることもできる。

回生ブレーキシステム１７は、自動車が停止しようとするときに、モータ１５を発電機として働かせることによって生じる抵抗にて自動車に制動作用を加えると共に、自動車の走行エネルギーをモータ１５にて回生して二次電池１６に回収する機能を有するものである。

燃料電池１には、燃料電池１が発電した電力を放電する放電装置としての放電抵抗１８も接続されている。放電抵抗１８は、二次電池１６の充電量が所定値に達した場合に、燃料電池１の負荷を消費する機能を有する。

２０は燃料電池システム１００の全体の動作を制御するコントローラである。コントローラ２０には、充電計１９、燃料電池１の発電負荷を検出する負荷検出手段としての負荷検出計２１、燃料電池１の電圧を検出する電圧検出手段としての電圧計２２、燃料電池システム１００における補機類の消費電力量、つまり所内負荷を検出する所内負荷検出手段としての所内負荷検出計２３、及びモータ１５の駆動によって走行する自動車を停止させる停止制御装置としてのブレーキの作動を検出する停止制御装置作動検出手段としてのブレーキ作動検出器２５等の各種計器から出力される情報が入力される。

コントローラ２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなり、各種計器からの情報に基づいて、燃料電池１に導入する水素及び空気の供給量を制御し、燃料電池１の負荷を制御する。燃料電池１の負荷は、所内負荷と、燃料電池１全体の負荷から所内負荷を除いた正味負荷、つまり燃料電池１からモータ１５へ出力する負荷とからなる。燃料電池１の負荷のうち、モータ１５へ出力する負荷は、ドライバによって操作されるアクセルペダルの踏込み量に応じて変化する。

コントローラ２０には、燃料電池１からモータ１５へ出力する負荷の負荷要求、つまりアクセルペダル踏込み量を検出する負荷要求検出手段としてのアクセル踏込み量検出センサ２４の情報が入力される。したがって、コントローラ２０は、このアクセル踏込み量検出センサ２４の情報を基にモータ１５へ出力する燃料電池１の負荷を制御する。

次に、酸化剤極４の触媒層４ａにおける白金の溶出に関して説明する。図２は、電位サイクル耐久試験における触媒の低下量を示すグラフである。グラフの横軸は、電位サイクル耐久試験時の単位電池電圧である。横軸のＯＣ（Ｖ）は燃料電池が無負荷状態の単位電池電圧、またＡ〜Ｅ（Ｖ）は有負荷状態の単位電池電圧であり、本電位サイクル耐久試験は、単位電池電圧をＯＣ（Ｖ）とＡ〜Ｅ（Ｖ）の各電圧との間で繰り返し増減させることによって行った。グラフの縦軸は、サイクリックボルタンメトリーを実施することによって求められる酸化剤極４の触媒層４ａにおける触媒である白金の電気化学的表面積（以下、「ＥＣＡ」と称する。）の低下量と、単位電池電圧をＯＣ（Ｖ）に保持した場合のＥＣＡの低下量との比率（ＥＣＡ低下量／ＥＣＡ低下量ａｔＯＣ（Ｖ））である。

グラフ中の例えば単位電池電圧がＢ（Ｖ）時のプロットについて説明する。単位燃料電池にＯＣ（Ｖ）とＢ（Ｖ）との間で電位サイクルをかける。つまり、単位燃料電池に負荷ｂをサイクル的に印加する。このときのＥＣＡ低下量を、単位電池電圧をＯＣ（Ｖ）に保持した場合のＥＣＡ低下量にて除した値が縦軸のＥＣＡ低下量の比率である。他のプロットも同じようにして得られる。なお、グラフ中の単位電池電圧がＯＣ（Ｖ）時のプロットは、単位電池電圧をＯＣ（Ｖ）に保持した場合の値である。また、各試験（各プロット）の試験時間は同一である。

本試験結果によれば、グラフからわかるように、酸化剤極４の触媒層４ａにおける白金のＥＣＡは、ＯＣ（Ｖ）保持時と比較して電位サイクル印加時の方が低下し、かつＯＣ（Ｖ）との電位差が大きい程低下する。また、単位電池電圧がＢ（Ｖ）を下回ると急激にＥＣＡの低下速度が加速する。さらに、単位電池電圧がＤ（Ｖ）を下回るとＥＣＡの低下速度が緩和する。このように、ＥＣＡの低下加速度、つまり触媒層の触媒溶解加速度は一定ではなく、加速度の大きい単位電池電圧の範囲が存在する。

本試験結果は、代表的な単位燃料電池を用いた一例であり、燃料電池を形成する電解質膜や触媒層の仕様を変えた場合、更には燃料電池（特に触媒層）の温度や、それに供給する水素や空気の湿度によって、触媒の溶出電圧は変化する。したがって、使用する燃料電池毎に本試験と同様の試験を行い、後述するコントローラ２０のＲＯＭに記憶する設定電圧値等を決定するようにすればよい。なお、試験をする燃料電池がスタック化された燃料電池の場合には、グラフ横軸の単位電池電圧は、各単位燃料電池の平均値である平均単位電池電圧とする。

以下、図２及び図３を参照して、コントローラ２０によって実行される燃料電池システム１００の制御について説明する。図３は、燃料電池システム１００の制御手順を示すフローチャートである。なお、燃料電池システム１００に用いられる燃料電池１における酸化剤極４の触媒層４ａの触媒の溶出電圧特性は、図２に示した特性である。

本制御は自動車が走行中、すなわちドライバによってアクセルペダルが踏込まれた状態（以下、「アクセルＯＮ」と称する。）にてスタートする。アクセルＯＮの状態とは、燃料電池１からモータ１５へ出力する負荷の負荷要求が有負荷要求の状態である。アクセルがＯＮか否か、つまり、燃料電池１からモータ１５へ出力する負荷の負荷要求が有負荷要求か否かは、アクセル踏込み量検出センサ２４によって検出される。

ステップ１０１では、アクセル踏込み量検出センサ２４によってアクセルペダルの踏込み量を検出し、アクセルペダルの踏込みが解除（以下、「アクセルＯＦＦ」と称する。）されたか否かを判定する。つまり、燃料電池１からモータ１５へ出力する負荷の負荷要求が有負荷要求から無負荷要求に移行した否かを判定し、無負荷要求に移行した場合には、次のステップ１０２に進む。

ステップ１０２では、電圧計２２にて燃料電池１の単位電池電圧を検出し、単位電池電圧がＤ（Ｖ）以上であるか否かを判定する。単位電池電圧がＤ（Ｖ）以上であると判定された場合にはステップ１０３に進み、ステップ１０１にてアクセルＯＮからＯＦＦに移行した際に、アクセルＯＦＦ移行直前までアクセルが連続３０秒以上ＯＮであったか否かを判定する。

ステップ１０３にてアクセルが連続３０秒以上ＯＮであったと判定された場合には、ステップ１０４に進み燃料電池１に印加される電圧を維持することによって燃料電池１の負荷をアクセルＯＦＦ移行直前の負荷に維持する。具体的には、燃料電池１の負荷を二次電池１６に充電することによって燃料電池１の負荷を維持する。

これに対して、ステップ１０２及びステップ１０３の条件を満たさない場合、つまり、単位電池電圧がＤ（Ｖ）未満（ステップ１０２）であるか、又はアクセルが連続３０秒以上ＯＮでなかった（ステップ１０３）場合にはステップ１１０に進む。ステップ１１０では、燃料電池１の電圧を上昇させることによって、燃料電池１からモータ１５へ出力する負荷をステップ状に低減し、本制御は終了する。燃料電池１の電圧が上昇することによって、酸化剤極４の触媒層４ａ表面には速やかに酸化皮膜が形成され、触媒の溶解量が低減される。

以上のように、ステップ１０２及びステップ１０３の条件を満たした場合にのみ、燃料電池１の負荷が維持される。これは、燃料電池システム１００を自動車等の移動体に適用した場合、走行中にアクセルが一時的にＯＦＦとなっても自動車は慣性力によって走行を継続し、再びアクセルＯＮとなる場合がある。この場合、通常アクセルＯＦＦにて燃料電池１の負荷は速やかに低減されるため、再びアクセルＯＮとなった場合には、燃料電池の負荷が上昇することによって燃料電池１に電位サイクルが発生することになる。電位サイクルが発生すれば、上記した試験結果のように酸化剤極４における触媒層４ａの触媒金属成分が溶解し、燃料電池が劣化する。

したがって、アクセルが一時的にＯＦＦとなっても所定の条件を満たした場合には、燃料電池１の負荷を時間差を持たせて低減することによって、つまり無負荷要求に対する燃料電池１の負荷追従に遅れを持たせることによって、その時間差の間に再度アクセルがＯＮとなった場合には、燃料電池１の負荷を低減する必要がなく燃料電池１に発生する電位サイクルを防ぐことができる。

そこで、燃料電池１の負荷低減に時間差を持たせるか否かを判定する所定の条件として、ステップ１０２では、酸化剤極４の触媒層４ａの触媒溶解加速度を決定する燃料電池１の電圧を基に、時間差を持たせるか否かを判定する。具体的には、上記したように単位電池電圧がＤ（Ｖ）以上か否かを判定する。これは、図２に示したように、単位電池電圧がＤ（Ｖ）以上の範囲は、酸化剤極４の触媒層４ａの触媒溶解加速度が大きい領域である。自動車走行中の単位電池電圧がこの範囲にある場合に、アクセルがＯＦＦとなり再度ＯＮとなった場合には、触媒層４ａの溶解が加速する。したがって、単位電池電圧がＤ（Ｖ）以上である場合には、アクセルがＯＦＦとなっても燃料電池１の負荷を低減することなく維持することとした。これにより、再度アクセルがＯＮとなった場合に発生する電位サイクルを効果的に防止し、触媒層４ａの溶解を抑制することができる。また、単位電池電圧がＤ（Ｖ）以上の範囲は、燃料電池１の負荷は比較的低負荷であるため、燃料電池１の負荷を維持しても燃料ガスの消費は少なく合理的である。このように、酸化剤極４の触媒層４ａの触媒溶解加速度を決定する燃料電池１の電圧を基に、時間差を持たせるか否かを判定することによって、触媒層４ａの溶解を効果的に抑制することができる。なお、このステップ１０２では単位電池電圧の範囲をＤ（Ｖ）以上と下限値を設定したが、Ｄ（Ｖ）以上Ｂ（Ｖ）以下のように上限値も設定するようにしてもよい。

さらに、燃料電池１の負荷低減に時間差を持たせるか否かを判定する所定の条件として、ステップ１０３では、負荷要求が無負荷要求に移行する直前までの有負荷要求の継続時間を基に、前記時間差を持たせるか否かを判定する。具体的には、上記したようにアクセルＯＦＦ移行直前までアクセルが連続３０秒以上ＯＮか否かを判定する。アクセルが連続３０秒以上ＯＮであったとは、アクセルＯＮの状態が、モータ１５の運動エネルギーを急にゼロにすることが困難な時間以上であったことを意味する。このような状態では、アクセルを間欠的にＯＮとＯＦＦを繰り返すような精細な制御を必要としない可能性が高いため、燃料電池１の負荷を維持することとしても問題がなく効果的となる。なお、３０秒は一例であり、モータ１５等の外部負荷の運動エネルギーを瞬時にゼロにすることが困難なアクセルＯＮの継続時間であれば何秒に設定してもよい。

ステップ１０５では、充電計１９にて検出した情報を基に、二次電池１６の充電割合が８０％以上か否かを判定する。二次電池１６の充電割合が８０％未満の場合には、燃料電池１の負荷はそのまま二次電池１６に充電される。また、二次電池１６の充電割合が８０％以上の場合、又は８０％に達した場合には、ステップ１０６に進み燃料電池１の負荷を放電抵抗１８によって消費し燃料電池１の負荷を維持する。なお、８０％は一例であり任意に設定することができる。また、放電抵抗１８の負荷を制御できるようにすれば、燃料電池１の負荷を消費する手段を二次電池１６から放電抵抗１８に移行する際、燃料電池１に負荷変動が生じず、燃料電池１に発生する電位サイクルを防ぐことができる。

ステップ１０７では、ステップ１のアクセルＯＦＦ時から所定時間をカウントする。例えば５秒が経過した場合にはステップ１０８に進む。この所定時間の５秒は一例であり任意に設定することができる。

ステップ１０８では、アクセルが再度ＯＮとなったか否かを判定する。再度アクセルＯＮとなった場合には、自動車はアクセルＯＮ相当の燃料電池１の負荷にて走行を継続し（ステップ１０９）、本制御は終了する。このとき、燃料電池１の負荷は、ステップ１０４にてアクセルＯＦＦ移行直前の負荷に維持された状態であるため、再度アクセルＯＮとなった場合でも燃料電池１には電位サイクルが発生し難い。また、ステップ１０８にてアクセルが再度ＯＮとならずにＯＦＦのままの場合には、ステップ１１０に進み、燃料電池１からモータ１５へ出力する負荷をステップ状に低減し、本制御は終了する。

なお、以上の制御過程の任意のタイミングにて、ブレーキ作動検出器２５がブレーキの作動を検出した場合（ステップ１００）には、モータ１５は負荷を必要としない状態であるため、ステップ１１０に進み燃料電池１からモータ１５へ出力する負荷を低減し、本制御は停止する。

以上のように、コントローラ２０は、アクセルがＯＮからＯＦＦに移行した場合において、所定の条件を満たしたときに、燃料電池１の負荷を時間差を持たせて低減するように燃料電池システム１００を制御する。

以上の本実施の形態１の燃料電池システム１００によれば、アクセルがＯＮからＯＦＦに移行した場合、無負荷要求に対する燃料電池１の負荷追従に時間差を持たせ、かつその時間差の間は燃料電池１の負荷を維持するようにしたため、その時間差の間にアクセルが再度ＯＮに移行した場合には、燃料電池１の負荷の変化が少なく燃料電池１に電位サイクルが発生し難い。したがって、酸化剤極４における触媒層４ａの触媒金属の溶解を抑制することができ、燃料電池１の耐久性が向上する。また、燃料電池１の負荷を維持している間は、燃料電池１の負荷は二次電池１６に充電されるため経済的かつ効率的である。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２に係る燃料電池システム２００について説明する。実施の形態２に係る燃料電池システム２００の構成は、図１に示した実施の形態１に係る燃料電池システム１００の構成と同様であるため説明を省略する。ここでは、図２及び図４を参照して、コントローラ２０によって実行される燃料電池システム２００の制御について説明する。図４は、燃料電池システム２００の制御手順を示すフローチャートである。なお、実施の形態１に係る燃料電池システム１００と同様の処理については説明を省略し、異なる処理について説明する。また、燃料電池システム２００に用いられる燃料電池１における酸化剤極４の触媒層４ａの触媒の溶出電圧特性も、図２に示した特性である。

実施の形態１では、燃料電池１の負荷低減に時間差を持たせるか否かを判定する所定の条件としてステップ１０２、ステップ１０３を設けた。これに対して、実施の形態２では、ステップ２０２を設けた。

ステップ２０２では、モータ１５の駆動によって走行する自動車の走行速度を基に、時間差を持たせるか否かを判定する。具体的には、移動体速度が８０ｋｍ／ｈ以上か否かを判定する。移動体速度が８０ｋｍ／ｈ以上の場合には、ステップ２０３に進み燃料電池１に印加される電圧を維持することによって燃料電池１の負荷をアクセルＯＦＦ移行直前の負荷に維持する。また、移動体速度が８０ｋｍ／ｈ未満の場合には、ステップ２１４に進み燃料電池１の電圧を上昇させることによって、燃料電池１からモータ１５へ出力する負荷をステップ状に低減し、本制御は終了する。

このステップ２０２における移動体速度が８０ｋｍ／ｈ以上とは、移動体が急停止困難な所定速度以上にて走行していることを意味する。このような走行状態では、精細な速度制御を必要としない可能性が高いため、燃料電池１の負荷を維持することとしても問題がなく効果的となる。なお、８０ｋｍ／ｈは一例であり、移動体が急停止困難な速度であれば、どのような速度に設定してもよい。

ステップ２０３〜２０８は、実施の形態１におけるステップ２０４〜ステップ２０９の処理と同様であるが、ステップ２０７にてアクセルが再度ＯＮとならずにＯＦＦのままの場合には、実施の形態１とは異なる処理（ステップ２０９）を行う。ステップ２０９では、燃料電池１の単位電池電圧がＤ（Ｖ）未満か否かを判定する。

ステップ２０９において単位電池電圧がＤ（Ｖ）未満である場合には、ステップ２１０に進み単位電池電圧がＤ（Ｖ）となるまで燃料電池１からモータ１５へ出力する負荷をステップ状に低減する。また、単位電池電圧がＤ（Ｖ）以上である場合には、ステップ２１４に進み燃料電池１からモータ１５へ出力する負荷をステップ状に低減し、本制御は終了する。

ここで、ステップ２０９にて、単位電池電圧がＤ（Ｖ）未満である場合に、単位電池電圧がＤ（Ｖ）となるまで燃料電池１からモータ１５へ出力する負荷を低減することにした理由について説明する。図２から、単位電池電圧がＤ（Ｖ）未満である場合には、触媒層４ａの触媒溶解加速度が小さいことがわかる。換言すれば、単位電池電圧Ｄ（Ｖ）とは、触媒層４ａの触媒溶解加速度が大きい範囲（図２では例えばＢ（Ｖ）以上Ｄ（Ｖ）以下）の下限値であるといえる。したがって、単位電池電圧がＤ（Ｖ）未満である場合には、電位サイクルが発生したとしても触媒層４ａの触媒溶解には大きな影響を与えないため、単位電池電圧をＤ（Ｖ）まで変化させることとした。

このように、ステップ２０９及びステップ２１０は、燃料電池１の単位電池電圧が触媒層４ａの触媒溶解加速度が大きい範囲の下限値未満であるときには、燃料電池１の単位電池電圧が、現在の単位電池電圧から前記下限値に変化するように燃料電池１の負荷を低減する制御である。なお、ステップ１０では燃料電池１の単位電池電圧が、触媒溶解加速度が大きい範囲の下限値となるように燃料電池１の負荷を低減するようにしたが、燃料電池１の単位電池電圧が、現在の単位電池電圧以上かつ触媒溶解加速度が大きい範囲の下限値以下の任意の単位電池電圧となるように燃料電池１の負荷を低減するようにしてもよい。

ステップ２１０にて単位電池電圧をＤ（Ｖ）まで低減したら、ステップ２１１に進む。ステップ２１１では、ステップ２１０にて単位電池電圧をＤ（Ｖ）まで低減してから所定時間をカウントする。例えば、２秒が経過した場合にはステップ２１２に進む。この所定時間の２秒は一例であり任意に設定することができる。

ステップ２１２では、アクセルが再度ＯＮとなったか否かを判定する。再度アクセルＯＮとなった場合には、自動車はアクセルＯＮ相当の燃料電池１の負荷にて走行を継続し（ステップ２１３）、本制御は終了する。このとき、燃料電池１の単位電池電圧は、ステップ２１０にてＤ（Ｖ）にて設定維持された状態であるため、再度アクセルＯＮとなった場合でも燃料電池１には電位サイクルが発生し難い。また、ステップ２１２にてアクセルが再度ＯＮとならずにＯＦＦのままの場合には、ステップ２１４に進み、燃料電池１からモータ１５へ出力する負荷をステップ状に低減し、本制御は終了する。

本実施の形態２の燃料電池システム２００によれば、燃料電池１の単位電池電圧が触媒層４ａの触媒溶解加速度が大きい範囲の下限値未満であるときには、燃料電池１の単位電池電圧を前記下限値に一旦維持するようにしたので、単位電池電圧を維持している間に再度アクセルＯＮとなる状況が発生した場合、燃料電池１に電位サイクルが発生し難い。また、単位電池電圧を前記下限値に一旦維持した後、燃料電池１の負荷が一旦低減し再度増加するような状況が発生して場合でも、燃料電池１に発生する電位差を低く抑えることができる。したがって、酸化剤極４における触媒層４ａの触媒金属の溶解を抑制することができ、燃料電池１の耐久性が向上する。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３に係る燃料電池システム３００について説明する。実施の形態３に係る燃料電池システム３００の構成は、図１に示した実施の形態１に係る燃料電池システム１００の構成と同様であるため説明を省略する。ここでは、図２及び図５を参照して、コントローラ２０によって実行される燃料電池システム３００の制御について説明する。図５は、燃料電池システム３００の制御手順を示すフローチャートである。なお、燃料電池システム３００に用いられる燃料電池１における酸化剤極４の触媒層４ａの触媒の溶出電圧特性も、図２に示した特性である。

実施の形態２に係る燃料電池システム２００と同様の処理については説明を省略し、異なる処理について説明する。燃料電池システム３００における燃料電池システム２００との相違点は、燃料電池１の負荷低減に時間差を持たせるか否かを判定する所定の条件が異なる点である。

燃料電池システム３００における所定の条件は、ステップ３０２及びステップ３０３である。ステップ３０２は、ステップ３０１にてアクセルＯＮからＯＦＦに移行した際に、アクセルＯＦＦ移行直前までアクセルが連続３０秒以上ＯＮであったか否かを判定するものである。これは、実施の形態１（図３）におけるステップ１０３と同様の処理である。

また、ステップ３０３は、モータ１５の駆動によって走行する自動車等の移動体速度が３０ｋｍ／ｈ以上１４０ｋｍ／ｈ以下の範囲内か否かを判定する。つまり、実施の形態２（図４）におけるステップ２０２の同じようにモータ１５の駆動によって走行する自動車の走行速度を基に、時間差を持たせるか否かを判定する。このような走行状態では、精細な速度制御を必要としない可能性が高いため、燃料電池１の負荷を維持することとしても問題がなく効果的となる。換言すれば、移動体の速度がこの速度範囲内でない場合には、減速又は加速を必要とする可能性が高いため、ステップ３１５に進み、燃料電池１からモータ１５へ出力する負荷をステップ状に低減することとした。なお、３０ｋｍ／ｈ以上１４０ｋｍ／ｈ以下は一例であり、任意に設定することができる。

以上のように、燃料電池１の負荷低減に時間差を持たせるか否かを判定する所定の条件に選択肢を持たせることによって、移動体の種類や、走行状況に応じて効率的で効果的な制御方法を設定することが可能となる。

なお、以上の実施の形態では、移動体として燃料電池ハイブリッド自動車を例に挙げて説明したが、燃料電池１から出力する負荷をモータやロータなどの回転体に伝達するようなシステムであれば、どのようなものでもよい。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明は、燃料電池ハイブリッド自動車に適用することができる。

１００，２００，３００ 燃料電池システム
１ 燃料電池
２ 電解質膜
３ 燃料極
３ａ 燃料側触媒層
４ 酸化剤極
４ａ 酸化剤側触媒層
１５ モータ
１６ 二次電池
１８ 放電抵抗
２０ コントローラ
２１ 負荷検出計
２２ 電圧計
２３ 所内負荷検出計
２４ アクセル踏込み量検出センサ

Claims (2)

1. 電解質膜の一方の面に触媒層を有する燃料極を配置すると共に他方の面に触媒層を有する酸化剤極を配置した燃料電池を備え、前記燃料極に燃料ガスを供給すると共に前記酸化剤極に酸化剤ガスを供給して発電する燃料電池システムにおいて、
   前記燃料電池が発電する電力によって駆動する外部負荷と、
   前記燃料電池から前記外部負荷へ出力する負荷の負荷要求を検出する負荷要求検出手段と、
   前記負荷要求が有負荷要求から無負荷要求に移行した場合に、前記燃料電池の負荷を時間差を持たせて低減する負荷制御手段とを備え、
   前記負荷制御手段は、
   前記負荷要求が無負荷要求に移行する直前までの有負荷要求の継続時間が所定時間よりも大きいときに、前記時間差を持たせると判定することを特徴とする燃料電池システム。
2. 電解質膜の一方の面に触媒層を有する燃料極を配置すると共に他方の面に触媒層を有する酸化剤極を配置した燃料電池を備え、前記燃料極に燃料ガスを供給すると共に前記酸化剤極に酸化剤ガスを供給して発電する燃料電池システムにおいて、
   前記燃料電池が発電する電力によって駆動する外部負荷と、
   前記燃料電池から前記外部負荷へ出力する負荷の負荷要求を検出する負荷要求検出手段と、
   前記負荷要求が有負荷要求から無負荷要求に移行した場合に、前記燃料電池の負荷を時間差を持たせて低減する負荷制御手段とを備え、
   前記負荷制御手段は、
   前記外部負荷の駆動によって走行する移動体の走行速度が所定速度よりも大きいときに、前記時間差を持たせると判定することを特徴とする燃料電池システム。

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