JP5617696B2 - 燃料電池システム及び燃料電池の触媒性能回復方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池に関する。

固体高分子型燃料電池に用いられるカソード側の白金触媒に生じた酸化皮膜を除去するために、燃料ガスの供給圧力を高くすることで、燃料ガスを還元剤としてアノードからカソードにリークさせる技術が知られている（特許文献１）。

特開２００７−１５７６０４号公報

上記従来技術には、酸化皮膜の除去が不十分という課題があった。本発明は、その課題を解決するために、カソードの触媒に生成された酸化皮膜を効率的に除去できる燃料電池システム、及び触媒の性能を回復させる方法の提供を目的とする。

本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためにされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
触媒を用いる燃料電池によって発電を行う燃料電池システムであって、
前記燃料電池のアノードに水素の供給をする一方でカソードへの空気の供給を停止しつつ前記燃料電池の電圧を調節することによって、カソードの触媒に生じた酸化皮膜を除去する酸化皮膜除去部
を備える燃料電池システム。

この適用例によれば、カソードの触媒に生成された酸化皮膜を効率的に除去できる。この適用例においては、アノードに水素が供給されつつ、発電が行われることで、カソードの酸素が消費されていく。この結果、アノードにおいては水素リッチとなり、カソードにおいては窒素リッチとなる。この雰囲気は、強い還元力を持ち、加えて燃料電池の電圧を調節することによって、効率的に酸化皮膜を除去できる。なお「燃料電池の電圧」とは、カソードとアノードとの電位差のことである。

［適用例２］
適用例１に記載の燃料電池システムであって、
前記酸化皮膜除去部の動作前に、前記燃料電池の電圧を調節することによって、カソードの触媒に吸着したアニオンを酸化させる酸化電圧調節部
を備える燃料電池システム。

この適用例によれば、酸化皮膜を除去しつつ、アニオンの除去を容易にすることができる。酸化電圧調節部が燃料電池の電圧を上げることでカソードの触媒に吸着したアニオンを酸化させた後、酸化皮膜除去部が酸化皮膜を還元可能な程度に低くすると、その酸化されたアニオンの吸着が弱くなる。よって、アニオンの除去を容易にすることができる。

［適用例３］
適用例２に記載の燃料電池システムであって、
前記酸化皮膜除去部の動作後に、カソードに空気を供給する動作後空気供給部
を備える燃料電池システム。

この適用例によれば、酸化皮膜に加えて、アニオンも除去できる。動作後空気供給部によって空気が供給されると、酸化皮膜除去部の動作時に生成された水分が吹き飛ばされるようにして除去される。それと同時に、その除去される水分が、除去の容易になった酸化アニオンを洗い流して触媒から除去する。このように、酸化皮膜とアニオンとの両方を効率的に除去することが実現できる。

［適用例４］
適用例２又は３に記載の燃料電池システムであって、
前記酸化電圧調節部の動作中において、アノードへの水素の供給とカソードへの空気の供給とを停止する供給停止部
を備える燃料電池システム。

この適用例によれば、不要なガス供給を避けることができる。なお、供給停止部は、酸化電圧調節部の動作中の全期間において動作してもよいし、一部の期間において動作してもよい。

［適用例５］
適用例４に記載の燃料電池システムであって、
前記供給停止部による供給停止の終了後、前記酸化皮膜除去部の動作前に、カソードに空気を供給する動作前空気供給部
を備える燃料電池システム。

この適用例によれば、更にアニオンを除去できる。供給停止部によって空気の供給が停止している間、アノードへのリークなどによってカソードの酸素が減少する。そこで、動作前供給部が空気を供給することによりカソードに酸素を補充すると、その補充された酸素によって、酸化皮膜除去部の動作時において生成される水分量が増えることで、アニオンを洗い流す効果が更に向上する。また、酸化皮膜除去部の動作時における発電量も増える。

［適用例６］
適用例３〜５の何れか一つに記載の燃料電池システムであって、
前記動作後空気供給部によってカソードに空気が供給されている際に、前記燃料電池の電圧を調節することによって、前記燃料電池から過電流が発生するのを防止する発電電圧調節部
を備える燃料電池システム。
この適用例によれば、アニオンを除去する際に、過電流が発生するのを防止できる。

［適用例７］
適用例１〜６の何れか一つに記載の燃料電池システムであって、
前記酸化皮膜除去部が動作すべき所定タイミングか否かを判定する判定部を備え、
前記酸化皮膜除去部は、前記所定タイミングであると前記判定部によって判定された場合に動作する
燃料電池システム。
この適用例によれば、酸化皮膜除去部が動作すべきタイミングで動作できる。

［適用例８］
適用例７に記載の燃料電池システムであって、
前記所定タイミングは、当該燃料電池システムの起動直後、及び終了直前の少なくとも一方である
燃料電池システム。

［適用例９］
適用例７又は８に記載の燃料電池システムであって、
前記所定タイミングは、前記燃料電池の出力特性が閾値以下となった場合である
燃料電池システム。

［適用例１０］
適用例７〜９の何れか一つに記載の燃料電池システムであって、
前記所定タイミングは、前記酸化皮膜除去部が前回動作してから所定時間経過した場合である
燃料電池システム。

［適用例１１］
適用例７〜１０の何れか一つに記載の燃料電池システムであって、
前記所定タイミングは、前記燃料電池による発電が要求されていない場合である
燃料電池システム。

［適用例１２］
触媒を用いる燃料電池によって発電を行う燃料電池システムであって、
前記燃料電池のアノードに水素の供給をする一方でカソードへの空気の供給を停止しつつ、要求に応じて行う発電時よりも前記燃料電池の電圧を低くする
燃料電池システム。

この適用例によれば、適用例１と同等の効果を得ることができる。なお、発電時の電圧が変動する場合、「発電時よりも低い電圧」とは、例えば、「発電時の電圧の平均値よりも低い電圧」や、「発電時の電圧の最低値よりも低い電圧」などが考えられる。

［適用例１３］
燃料電池に用いられる触媒の性能を回復させる触媒性能回復方法であって、
前記燃料電池のアノードに水素の供給をする一方でカソードへの空気の供給を停止しつつ前記燃料電池の電圧を調節することによって、カソードの触媒に生じた酸化皮膜を除去する
燃料電池の触媒性能回復方法。

本発明が適用された燃料電池自動車２０の概略図。 触媒性能回復処理を示すフローチャート。 触媒性能回復処理の実行による各パラメーターの経時変化を示す図（フラグＯＦＦの場合）。 触媒性能回復処理の実行による各パラメーターの経時変化を示す図（フラグＯＮの場合）。

本発明の実施形態を図面と共に説明する。図１は本発明が適用された燃料電池自動車２０の概略図である。

［１．ハードウェア構成］
図示するように、この燃料電池自動車２０は、車体２２に燃料電池システム３０及び燃料電池自動車２０の前輪駆動用のモーター１７０を搭載する。この燃料電池システム３０は、前輪駆動用のモーター１７０等に電力を供給するためのものであり、燃料電池１００、水素ガス供給系１２０、空気供給系１４０、冷却系１６０、二次電池１７２及びＤＣ−ＤＣコンバーター１７４を備える。

燃料電池１００は、電解質膜の両側に白金触媒を用いた両電極（アノード及びカソード）を接合させた膜電極接合体（Membrane Electrode Assembly／ＭＥＡ）を備えるセルを積層して構成され、前輪ＦＷと後輪ＲＷとの間において車体２２の床下に配置される。この燃料電池１００は、水素ガス供給系１２０から供給される水素と、空気供給系１４０から供給される空気中の酸素との電気化学反応によって発電し、その発電電力によってモーター１７０を駆動する。燃料電池１００の発電による電流は電流センサー１０２によって計測され、その計測結果は電流センサー１０２から後述する制御装置２００へ出力される。

水素ガス供給系１２０は、水素ガスタンク１１０、水素供給経路１２１、供給用開閉バルブ１２４、減圧バルブ１２５及び水素供給機器１２６を備える。水素ガスタンク１１０は内部に水素ガスを貯蔵しており、水素供給経路１２１は水素ガスタンク１１０と燃料電池１００とをつなぐガス経路である。一方、水素供給機器１２６は、水素ガスタンク１１０内の水素ガスを水素供給経路１２１経由で燃料電池１００に供給する。また、供給用開閉バルブ１２４は、水素供給経路１２１を開閉する機能を持ち、減圧バルブ１２５は、水素供給経路１２１内を減圧する機能を持つ。

水素ガス供給系１２０は更に、水素ガス循環経路１２２、放出経路１２３、水素ガス循環ポンプ１２７及び水素ガス流量センサー１２８を備える。放出経路１２３は、燃料電池１００によって消費されなかった水素ガス（アノードオフガス）を、大気放出するための経路である。一方、水素ガス循環経路１２２は、アノードオフガスを水素供給経路１２１に戻して循環させるための経路であり、この循環は、水素ガス循環ポンプ１２７が実行する。水素ガス流量センサー１２８は、循環する水素ガスの流量を測定するセンサーであり、放出用開閉バルブ１２９は、水素ガス循環経路１２２と放出経路１２３との間の経路を開閉するバルブである。なお、放出経路１２３は、後述する空気供給系１４０においても、空気を放出する経路として用いられる。

水素ガス供給系１２０には更に、上記の水素ガスの経路に圧損センサー１９０が設けられている。圧損センサー１９０は、水素ガスについて、燃料電池１００に供給直前・直後の圧力差を、つまり燃料電池１００を通過することによって生じる圧力損失（アノード圧損）を測定するものである。

一方、空気供給系１４０は、コンプレッサー１３０、空気供給経路１４１、排出流量調整バルブ１４３、加湿装置１４５及び空気流量センサー１４７を備える。空気供給系１４０は、大気と燃料電池１００のカソードとをつなぐ経路であり、この経路は、コンプレッサー１３０が大気から取り込んだ空気を、空気供給経路１４１を通じて燃料電池１００に供給する。加湿装置１４５は、空気供給経路１４１上においてコンプレッサー１３０と燃料電池１００との間に配置されており、燃料電池１００に供給される空気を加湿する。一方、排出流量調整バルブ１４３は、水素ガス供給系１２０と放出経路１２３との間をつなぐ経路上に配置され、燃料電池１００によって消費されなかった空気（カソードオフガス）の排出圧力（カソード背圧）及び排出量を調整するバルブである。

上記の排出流量調整バルブ１４３から排出された空気は、加湿装置１４５を経て、先述した放出経路１２３に流入する。この加湿装置１４５は、気液分離機器として構成されている。つまり、加湿装置１４５は、カソードオフガスから水分を分離し、その分離した水分を空気供給経路１４１内の空気に混合するように、なおかつ、カソード背圧が高いほど分離・混合する水分量が多くなるように構成されている。よって、燃料電池１００に供給される空気の湿度調整は、排出流量調整バルブ１４３によるカソード背圧調整によって実現できる。

一方、冷却系１６０は、ラジエーター１５０、冷却水循環経路１６１、バイパス１６２、三方流量調整弁１６３、冷却水循環ポンプ１６４及び温度センサー１６６を備える。冷却水循環経路１６１は、燃料電池１００とラジエーター１５０との間で冷却水を循環させるための経路であり、この循環は冷却水循環ポンプ１６４が行う。このようにして循環する冷却水は、燃料電池１００内において吸熱し、ラジエーター１５０において放熱することで、燃料電池１００を冷却する（セル温度を低下させる）。また、バイパス１６２は、燃料電池１００から流出した冷却水を、ラジエーター１５０を通過させずに再度、燃料電池１００に流入させるための経路である。一方、三方流量調整弁１６３は、バイパス１６２を通過する冷却水の流量を調整する弁である。

次に、電気系統について説明する。電気系統としては、燃料電池１００の他、先述した二次電池１７２及びＤＣ−ＤＣコンバーター１７４が備えられている。二次電池１７２は、ＤＣ−ＤＣコンバーター１７４を介して燃料電池１００に接続されており、燃料電池１００による発電電力を充電することや、充電電力を他の機器へ供給することができる。二次電池１７２には残容量検出センサー１７６が接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバーター１７４は、燃料電池１００の電圧制御を含む発電制御、二次電池１７２の充放電の制御、モーター１７０への電圧印加を行う。

制御装置２００は、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたいわゆるマイクロコンピューターで構成される。この制御装置２００は、アクセル１８０や先述した種々のセンサーからの信号入力を取得し、その取得した信号に基づいてＤＣ−ＤＣコンバーター１７４やその他種々のバルブや機器等を先述したように制御することにより、燃料電池システム３０を運転する。

［２．触媒性能回復処理］
制御装置２００による上記種々の制御は、対応する処理（プログラム）を実行することによって実現されるが、既知の処理についての説明は省略し、以下、触媒性能回復処理を説明する。触媒性能回復処理は、燃料電池１００のカソードの白金触媒から酸化皮膜や硫黄を除去することによる触媒性能の回復を目的とし、燃料電池システム３０が負荷運転（燃料電池自動車２０の走行などのために必要な発電電力を得るためにする運転）から間欠運転（発電が要求されていない際にするアイドリング運転）に移行したことをトリガーとして、制御装置２００が主体となって実行する処理である。なお、触媒性能回復処理は、アクセル１８０が踏まれるなどして発電が要求された場合、実行途中であっても強制終了される。

以下、図２及び図３を参照しながら触媒性能回復処理を説明する。図２は触媒性能回復処理を示すフローチャート、図３（Ａ）は燃料電池１００の電圧及び電流、並びに両極ガスの供給の有無について経時変化を示す図、図３（Ｂ）はカソードの白金触媒に付着した硫黄（図３（Ｂ）には「Pt-S」と表記）及び硫酸イオン（図３（Ｂ）には「Pt-SO₄ ^2-」と表記）、並びに白金触媒に生成された酸化皮膜（図３（Ｂ）には「PtO」と表記）の量の経時変化を模式的に例示したグラフである。図３（Ｂ）の時刻ゼロ〜時刻ｔ１には、燃料電池１００のこれまでの運転によって、硫黄及び酸化皮膜がカソードの触媒に存在していることが示されている。

触媒性能回復処理（図２）を開始すると、まずフラグがＯＮかを判定する（ステップＳ２１０）。この判定は、燃料電池システム３０の始動後から初めての間欠運転の際、つまり、燃料電池自動車２０の走行開始後まもなく、触媒の性能を回復させるためのステップ群（ステップＳ２２０〜ステップＳ２７０、以下「性能回復用ステップ群」と言う。）を実行するためのものである。

上記フラグは、燃料電池システム３０の始動時にＯＦＦにされ、後述するステップＳ２８０においてＯＮにされる。よって、燃料電池システム３０の始動後から初めての間欠運転であれば、フラグはＯＦＦであるので、これを検出すると（ステップＳ２１０，ＮＯ）、ＤＣ−ＤＣコンバーター１７４を制御して燃料電池１００の電圧を電圧Ｖ４（本実施形態では１．２Ｖ）に設定しつつ（ステップＳ２２０）、これと同時に、水素ガス供給系１２０及び空気供給系１４０を制御することで両極ガスの供給を停止して（ステップＳ２３０）、発電を停止して間欠運転に移行する。この際の間欠運転を、本実施形態では「高電位間欠運転」と呼ぶ。

電圧Ｖ４は、開回路電圧（ＯＣＶ）であり、カソードの白金触媒に存在する硫黄を硫酸イオンへと酸化させ、さらに白金触媒上の酸化皮膜の生成を促進する作用を持つ。この期間の様子を、図３の時刻ｔ１〜時刻ｔ２（本実施形態では１０秒間）に示す。

高電位間欠運転を開始してから所定時間後において（図３の時刻ｔ２）、高電位間欠運転のために電圧Ｖ４を維持しながら、空気供給系１４０の稼働を開始して（ステップＳ２４０）、燃料電池１００のカソードに空気を供給する（図３の時刻ｔ２〜時刻ｔ３、本実施形態では５秒間）。このようにしてカソードに空気を供給するのは、リーク等によって失われた酸素をカソードに補充することで、後述するステップＳ２５０における水分の生成量を増やすため、ひいてはステップＳ２７０において硫酸イオンを除去する効果を向上させるためである。

高電位間欠運転を終えると、燃料電池１００の電圧を電圧Ｖ１（本実施形態では０．１Ｖ）に設定しつつ、空気供給系１４０の稼働を停止する一方で水素ガス供給系１２０を稼働する（ステップＳ２５０）（図３の時刻ｔ３）。電圧Ｖ１は、従来のリフレッシュ運転（後述する第二リフレッシュ運転）による電圧である電圧Ｖ２よりも更に低い電圧であり、負荷運転時の電圧の最低値よりも低い電圧である。

上記の通り電圧Ｖ１に設定することにより、発電電流が生じると共に水分が生成される。その結果、空気の供給が停止しているカソードでは酸素が消費され窒素リッチとなる一方、水素の供給を受けているアノードでは水素リッチが保たれる（以下、この雰囲気を「H2/N2」と言う。）。さらに、カソードは、上記生成水により水分リッチとなる。

電圧Ｖ１及びH2/N2は、何れもカソードに対する強い還元作用を持つ。よって、酸化皮膜（PtO）が分解され、その量が減少していき、触媒として機能する白金が増えていく（PtO→Pt）。さらに電圧Ｖ１とすることにより、硫酸イオンの白金触媒に対する吸着が弱められる。この期間の様子を、図３の時刻ｔ３〜時刻ｔ４（本実施形態では１０秒間）に示す。図３（Ｂ）に示すように、酸化皮膜がほぼ消滅するように電圧Ｖ１と、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの時間とが設定されている。

続いて、燃料電池の電圧を電圧Ｖ３（本実施形態では０．８Ｖ）に設定しつつ（ステップＳ２６０）、これと同時に、水素ガス供給系１２０の稼働を停止する一方で、空気供給系１４０を稼働する（ステップＳ２７０）。電圧Ｖ３は、高電位回避の電圧であり、電圧Ｖ４（ＯＣＶ）よりも低く、間欠運転と白金触媒の保護とのために設定される電圧である。

上記のようにカソードに空気が供給されると、先述したステップＳ２５０において水素ガスが供給されたことにより生成された水分が、吹き飛ばされるようにして除去される。それと同時に、その除去される水分が、吸着が弱くなった硫酸イオン（SO₄ ^2-）を洗い流して白金触媒から除去する（Pt-SO₄ ^2-→Pt）。このようにして、酸化皮膜に続いて、硫黄も白金触媒から除去される。さらには、カソードに空気が供給されて酸素が補充されることにより発電電流が生じる。この期間の様子を、図３の時刻ｔ４〜時刻ｔ５（本実施形態では１０秒間）に示す。

なお、既に説明したステップＳ２５０〜ステップＳ２７０（時刻ｔ３〜時刻ｔ５）による運転を、本実施形態では「第一リフレッシュ運転」と呼ぶ。このように、高電位間欠運転と第一リフレッシュ運転とが、性能回復用ステップ群による運転を構成する。

以上、性能回復用ステップ群の実行を完了したので、その実行完了の旨を記憶するために、フラグをＯＮにする（ステップＳ２８０）。先述したように、このフラグは、一旦ＯＮにされると、燃料電池システム３０が終了されて次に運転が開始されるまでＯＮに保たれるので、性能回復用ステップ群は、一回実行されると燃料電池システム３０が終了して再度起動するまで実行されない。

上記のようにフラグをＯＮにした後、空気供給系１４０の稼働を停止することで、両極ガスの供給を停止し（ステップＳ２９０）、高電位回避による間欠運転に移行して触媒性能回復処理を終える。

以上、性能回復用ステップ群を含むステップＳ２２０〜ステップＳ２９０を説明した。一方、先述したようにフラグがＯＮであれば、これらの処理に代えて、次に説明する間欠運転・第二リフレッシュ運転を実行するための処理が行われる。

以下、図４を参照する。図４は、ステップＳ３１０〜ステップＳ３４０の実行による燃料電池１００の電圧及び電流、並びに両極ガスの供給の有無について経時変化を示す図である。

間欠運転への移行時において、既にステップＳ２２０〜ステップＳ２９０が実行済みでフラグがＯＮである場合は、これを検出し（ステップＳ２１０，ＹＥＳ）、燃料電池の電圧をＶ３に設定し（ステップＳ３１０）、これと同時に、水素ガス供給系１２０及び空気供給系１４０を制御して両極ガスの供給を停止し（ステップＳ３２０）、高電位回避による間欠運転を行う（図４の時刻ｔ６）。

続いて所定時間後（図４の時刻ｔ７）、両極ガスの供給を停止したまま、燃料電池１００の電圧を電圧Ｖ２（本実施形態では０．３Ｖ）に設定し（ステップＳ３３０）、第二リフレッシュ運転を行う。電圧Ｖ２は、従来のリフレッシュ運転のための電圧と同程度であり、電圧Ｖ１より高い電圧である。続いて所定時間後に（図４の時刻ｔ８）、両極ガスの供給を停止したまま、再び燃料電池１００の電圧を電圧Ｖ３に戻し（ステップＳ３４０）、高電位回避による間欠運転に移行して触媒性能回復処理を終える。

以上に説明したように、触媒性能回復処理の実行により、カソードの白金触媒上に存在する酸化皮膜をほぼ完全に除去することができ、それに加えて、硫黄も除去することができる。この結果、白金触媒の性能を回復させることができる。また、酸化皮膜の除去をしつつ、これと同時に硫酸イオン除去の準備をするという二つの目的を持ったステップＳ２５０により、酸化皮膜と硫黄との除去に要する時間を短縮しており、燃料電池自動車２０の一時停止中という短時間において処理を終了することが容易となっている。

また、性能回復用ステップ群は、燃料電池自動車２０の走行開始まもなくに一回だけ実行するようにしているので、適切な頻度で行うことができる。この他、ステップＳ２５０〜ステップＳ２７０において電力を得ることができ、水素ガス供給系１２０及び空気供給系１４０の動作によって消費された二次電池の残容量を回復させることができる。

［３．実施形態と適用例との対応関係］
ステップＳ２１０が判定部を、ステップＳ２２０が酸化電圧調節部を、ステップＳ２３０が供給停止部を、ステップＳ２４０が動作前空気供給部を、ステップＳ２５０が酸化皮膜除去部を、ステップＳ２６０が発電電圧調節部を、ステップＳ２７０が動作後空気供給部を各々実現するためのソフトウェアに対応する。

［４．他の実施形態］
本発明は、先述した実施形態になんら限定されるものではなく、発明の技術的範囲内における種々の形態により実施できる。例えば、実施形態の構成要素の中で付加的なものは、実施形態から省略できる。ここで言う付加的な構成要素とは、実質的に独立している適用例においては特定されていない事項に対応する要素のことである。また、例えば、以下のような実施形態が考えられる。

・用途は、自動車搭載用でなくとも、二輪車などの輸送用機器搭載用や家庭用発電機等どのようなものでもよい。
・高電位間欠運転中の空気供給系の稼働（触媒性能回復処理の場合、ステップＳ２４０）は、省いてもよい。高電位間欠運転中に空気を供給しなくとも、カソードには酸素が存在するので、第一リフレッシュ運転において水分が生成されるからである。

・高電位間欠運転中の空気供給系の稼働（触媒性能回復処理の場合、ステップＳ２４０）は、第一リフレッシュ運転時の水素ガス供給系の稼働（触媒性能回復処理の場合、ステップＳ２５０）と同時に開始してもよい。この場合、カソードの酸素が消費され、カソードが窒素リッチになるように、空気および水素の供給量を設定するのが好ましい。このようにすれば、空気供給系の稼働時に電力が得られ、その電力によって空気供給系の稼働に必要な電力の少なくとも一部を賄うことができるので、二次電池の残容量が少ない場合でも実行できる。

・ステップＳ２７０の実行時に、加湿装置によって加湿をしてもよい。カソードに水分を供給することにより、硫酸イオンを除去する効果がより高まる。
・加湿装置を省いてもよい。加湿装置が無くても、ステップＳ２５０においてカソードに水分を溜めることができ、触媒性能回復処理の実行には支障がないからである。

・性能回復用ステップ群を実行するタイミングは種々考えられ、例えば、以下のものが挙げられる。
・燃料電池自動車２０の駐車直前に実行するようにしてもよい。このようにすれば、ステップＳ２７０の実行が、駐車直前の水分除去を兼ねることができる。
・燃料電池の触媒劣化が推定されたら実行するようにしてもよい。劣化を判断する方法は、例えば、電流−電圧特性の変化から推定する方法が考えられる。
・前回の性能回復用ステップ群の実行から、所定時間が経過したら再び実行するようにしてもよい。
・実施形態では、燃料電池が間欠運転に移行したことをトリガーとして、触媒性能回復処理を実行するものとしたが、逆に、触媒性能回復処理を優先して、燃料電池自動車の走行中であったとしても、燃料電池の運転を停止する構成としてもよい。この場合、燃料電池による定常運転は行えないので、モーターが必要とする電力は二次電池から供給すればよい。あるいは燃料電池システムを複数搭載し、一つずつ触媒性能回復処理を行い、残りの燃料電池システムから供給される電力を用いるものとしてもよい。この他、燃料電池システムと大規模二次電池を搭載したハイブリッド車両、燃料電池と原動機（内燃機関）を搭載したハイブリッド車両など、他に電力の供給源を有する車両であれば、他方の電力供給源からの電力を利用している間に、燃料電池の触媒性能回復処理を行えばよい。こうしたシステムでは、触媒性能回復処理の実施時期の自由度は高い。

・除去するアニオンとしては、硫黄の他には、例えば塩素が考えられる。
・実施形態中に記載した電圧値や時間の数値は、一例であり、他の数値でもよい。
・H2/N2を作り出すために、窒素ボンベを搭載して、この窒素ボンベからカソードに窒素を供給してもよい。

・水素を供給したまま空気供給を停止すると、カソードの酸素が消費されることによって、燃料電池の電圧が降下する。この電圧降下を利用して酸化皮膜を除去し、コンバーターによる酸化皮膜を除去するための電圧調節を、カソードの酸素が消費されきった後に開始する構成としてもよい。

２０…燃料電池自動車
２２…車体
３０…燃料電池システム
１００…燃料電池
１０２…電流センサー
１１０…水素ガスタンク
１２０…水素ガス供給系
１２１…水素供給経路
１２２…水素ガス循環経路
１２３…放出経路
１２４…供給用開閉バルブ
１２５…減圧バルブ
１２６…水素供給機器
１２７…水素ガス循環ポンプ
１２８…水素ガス流量センサー
１２９…放出用開閉バルブ
１３０…コンプレッサー
１４０…空気供給系
１４１…空気供給経路
１４３…排出流量調整バルブ
１４５…加湿装置
１４７…空気流量センサー
１５０…ラジエーター
１６０…冷却系
１６１…冷却水循環経路
１６２…バイパス
１６３…三方流量調整弁
１６４…冷却水循環ポンプ
１６６…温度センサー
１７０…モーター
１７２…二次電池
１７４…ＤＣ−ＤＣコンバーター
１７６…残容量検出センサー
１８０…アクセル
１９０…圧損センサー
２００…制御装置

Claims (11)

1. 触媒を用いる燃料電池によって発電を行う燃料電池システムであって、
   前記燃料電池のアノードに水素の供給をする一方でカソードへの空気の供給を停止しつつ前記燃料電池の電圧を調節することによって、カソードの触媒に生じた酸化皮膜を除去する酸化皮膜除去部と、
   前記酸化皮膜除去部の動作前に、前記燃料電池の電圧を調節することによって、カソードの触媒に吸着したアニオンを酸化させる酸化電圧調節部と、
   前記酸化電圧調節部の動作中において、アノードへの水素の供給とカソードへの空気の供給とを停止する供給停止部と、
   前記供給停止部による供給停止の終了後、前記酸化皮膜除去部の動作前に、カソードに空気を供給する動作前空気供給部と、
   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、
   前記酸化皮膜除去部が動作すべき所定タイミングか否かを判定する判定部を備え、
   前記酸化皮膜除去部は、前記所定タイミングであると前記判定部によって判定された場合に動作する
   燃料電池システム。
3. 請求項２に記載の燃料電池システムであって、
   前記所定タイミングは、当該燃料電池システムの起動直後、及び終了直前の少なくとも一方である
   燃料電池システム。
4. 請求項２又は３に記載の燃料電池システムであって、
   前記所定タイミングは、前記燃料電池の出力特性が閾値以下となった場合である
   燃料電池システム。
5. 請求項２〜４の何れか一つに記載の燃料電池システムであって、
   前記所定タイミングは、前記酸化皮膜除去部が前回動作してから所定時間経過した場合である
   燃料電池システム。
6. 請求項２〜５の何れか一つに記載の燃料電池システムであって、
   前記所定タイミングは、前記燃料電池による発電が要求されていない場合である
   燃料電池システム。
7. 触媒を用いる燃料電池によって発電を行う燃料電池システムであって、
   当該燃料電池システムの起動直後、終了直前および間欠運転時の少なくとも何れかにおいて、前記燃料電池のアノードに水素の供給をする一方でカソードへの空気の供給を停止しつつ前記燃料電池の電圧を調節することによって、カソードの触媒に生じた酸化皮膜を除去する酸化皮膜除去部と、
   前記酸化皮膜除去部の動作前に、前記燃料電池の電圧を調節することによって、カソードの触媒に吸着したアニオンを酸化させる酸化電圧調節部と、
   前記酸化電圧調節部の動作中において、アノードへの水素の供給とカソードへの空気の供給とを停止する供給停止部と、
   前記供給停止部による供給停止の終了後、前記酸化皮膜除去部の動作前に、カソードに空気を供給する動作前空気供給部と
   を備える燃料電池システム。
8. 請求項１〜７の何れか一つに記載の燃料電池システムであって、
   前記酸化皮膜除去部の動作後に、カソードに空気を供給する動作後空気供給部
   を備える燃料電池システム。
9. 請求項８に記載の燃料電池システムであって、
   前記動作後空気供給部によってカソードに空気が供給されている際に、前記燃料電池の電圧を調節することによって、前記燃料電池から過電流が発生するのを防止する発電電圧調節部
   を備える燃料電池システム。
10. 触媒を用いる燃料電池によって発電を行う燃料電池システムであって、
    前記燃料電池のアノードに水素の供給をする一方でカソードへの空気の供給を停止しつつ、要求に応じて行う発電時よりも前記燃料電池の電圧を低くする電圧低下部と、
    前記電圧低下部の動作前に、前記燃料電池の電圧を調節することによって、カソードの触媒に吸着したアニオンを酸化させる酸化電圧調節部と、
    前記酸化電圧調節部の動作中において、アノードへの水素の供給とカソードへの空気の供給とを停止する供給停止部と、
    前記供給停止部による供給停止の終了後、前記電圧低下部の動作前に、カソードに空気を供給する動作前空気供給部と
    を備える燃料電池システム。
11. 燃料電池に用いられる触媒の性能を回復させる触媒性能回復方法であって、
    アノードへの水素の供給とカソードへの空気の供給とを停止しつつ、前記燃料電池の電圧を調節することによって、カソードの触媒に吸着したアニオンを酸化させ、
    その後、カソードに空気を供給し、
    その後、前記燃料電池のアノードに水素の供給をする一方でカソードへの空気の供給を停止しつつ前記燃料電池の電圧を調節することによって、カソードの触媒に生じた酸化皮膜を除去する
    燃料電池の触媒性能回復方法。

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