JP6168819B2

JP6168819B2 - 液体燃料電池の制御装置

Info

Publication number: JP6168819B2
Application number: JP2013073297A
Authority: JP
Inventors: 秀信渡辺
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2017-07-26
Anticipated expiration: 2033-03-29
Also published as: JP2014197508A

Description

本発明は、液体燃料電池の制御装置に関する。

液体燃料電池は、所定数のセルが一方向に積層された、いわゆるセルスタックを有している。各セルは、固体高分子膜の両側にアノード（燃料極）およびカソード（酸素極）を貼り合わせて一体化した膜／電極接合体を備えている。液体燃料電池では、アノードにヒドラジンなどの液体燃料が供給されるとともに、カソードに空気が供給されると、発電反応が生じ、アノードとカソードとの間に起電力が発生する。

この液体燃料電池における発電は、液体燃料電池が発生する電力を使用する負荷からの要求電力に基づいて制御される。たとえば、液体燃料電池がモータを走行用駆動源とする車両に搭載される場合、モータの駆動に必要な電力に応じた要求電力が車両側から液体燃料電池の制御装置に入力される。そして、制御装置により、その要求電力に応じた発電指令値が設定され、その発電指令値の電流が液体燃料電池から出力されるように、液体燃料電池における発電が制御される。

特開２０１１−２１６３４１号公報

ところが、液体燃料電池の出力応答性、つまり要求電力の変動に対する出力電圧（スタック電圧）の変動の応答性が低いため、要求電力が急増したときに、スタック電圧が一時的に低下する。このとき、液体燃料電池のセル間で電圧のばらつきが生じ、液体燃料電池の劣化が促進されてしまう。

本発明の目的は、要求電力の急変動時のスタック電圧の一時的な低下を防止でき、液体燃料電池の劣化を抑制できる、液体燃料電池の制御装置を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係る液体燃料電池の制御装置は、液体燃料電池の電流−電圧特性を記憶する特性記憶手段と、前記液体燃料電池に対する要求電力の現在から過去に遡る所定期間における変動量が所定の第１閾値を超えているか否かを判定する判定手段と、前記判定手段により、前記変動量が前記第１閾値を超えていないと判定された場合に、前記特性記憶手段に記憶されている電流−電圧特性によらずに、前記液体燃料電池に対する要求電力に応じた発電指令値を設定し、その発電指令値の電流が前記液体燃料電池から出力されるように、前記液体燃料電池における発電を制御する通常発電制御手段と、前記判定手段により、前記変動量が前記第１閾値を超えていると判定された場合に、前記特性記憶手段に記憶されている電流−電圧特性から前記液体燃料電池に対する要求電力に応じた電圧値を取得し、その取得した電圧値が前記液体燃料電池から出力されるように、前記液体燃料電池における発電を制御し、前記液体燃料電池に対する要求電力に対する当該制御によって前記液体燃料電池から出力される電力の不足分である不足電力が所定の第２閾値以下になるまで当該制御を継続する定電圧制御手段とを含む。

この構成によれば、液体燃料電池に対する要求電力の所定期間における変動量が第１閾値以下であるときには、その要求電力に応じた電力が液体燃料電池から出力されるように、液体燃料電池における発電が制御される。液体燃料電池に対する要求電力が所定期間で第１閾値よりも大きく変動すると、液体燃料電池の電流−電圧特性から要求電力に応じた電圧値が取得され、その電圧値が液体燃料電池から出力されるように、液体燃料電池における発電が制御される。すなわち、要求電力の変動量が小さいときには、液体燃料電池における発電制御が要求電力に応じた電力を液体燃料電池から出力させる通常発電制御とされ、要求電力が急変動した場合には、液体燃料電池における発電の制御が通常発電制御から液体燃料電池の電流−電圧特性に応じた定電圧制御に切り替えられる。これにより、要求電力の急変動時のスタック電圧（液体燃料電池の出力電圧）の一時的な低下を防止できる。その結果、液体燃料電池のセル間での電圧のばらつきを抑制することができ、ひいては、液体燃料電池の劣化を抑制することができる。

液体燃料電池の劣化が進行すると、液体燃料電池の出力応答性が低下し、通常発電制御では、要求電力の急変動時のスタック電圧の一時的な低下を生じる。そのため、要求電力の変動量にかかわらず、液体燃料電池における発電の制御が通常発電制御とされる構成では、液体燃料電池の劣化の進行を考慮して、液体燃料電池が劣化していない状態のときにも、負荷に必要な電力をそのまま要求電力とするのではなく、負荷に必要な電力の変動に対して要求電力の変動を抑える処理が必要となる。

しかしながら、要求電力が急変動した場合に、液体燃料電池における発電の制御が通常発電制御から定電圧制御に切り替えられる構成では、スタック電圧の落ち込みが発生しないので、負荷に必要な電力の変動に対して要求電力の変動を抑える処理が不要である。その結果、液体燃料電池が劣化していない状態のときには、液体燃料電池の発電性能を十分に発揮して、負荷に必要な電力の変動に対して良好な応答性（追従性）で、液体燃料電池から電力を出力させることができる。

液体燃料電池の制御装置は、不足電力が第２閾値を超えている状態で、液体燃料電池から出力される電流値の所定期間における変動量が所定の第３閾値を下回った場合に、カウント値がインクリメントされる劣化判定カウンタと、劣化判定カウンタのカウント値が所定の第４閾値よりも大きくなると、液体燃料電池が劣化していると断定する劣化断定手段とをさらに含む構成であってもよい。

液体燃料電池の劣化を断定することができるので、液体燃料電池の劣化に応じて、液体燃料電池の電流−電圧特性を補正することができる。これにより、定電圧制御時に、液体燃料電池の劣化に応じて、液体燃料電池における発電を良好に制御することができる。

本発明によれば、要求電力の急変動時のスタック電圧の一時的な低下を防止できる。その結果、液体燃料電池のセル間での電圧のばらつきを抑制することができ、ひいては、液体燃料電池の劣化を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る制御装置が適用される燃料電池システムの構成図である。燃料電池システムの電気的構成の要部を示すブロック図である。液体燃料電池における発電を制御するための処理の流れを示すフローチャート（その１）である。液体燃料電池における発電を制御するための処理の流れを示すフローチャート（その２）である。液体燃料電池の電流−電圧特性を示すグラフである。通常発電制御から定電圧制御への切替後に液体燃料電池から出力される電流値の時間変化を示すグラフである。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

＜システム構成＞

図１は、本発明の一実施形態に係る制御装置が適用される燃料電池システムの構成図である。

燃料電池システム１は、たとえば、モータを走行用駆動源として搭載した車両（自動車）に搭載される。燃料電池システム１は、液体燃料電池２、燃料循環機構３および給排気機構４を備えている。

液体燃料電池２は、所定数（たとえば、１００〜２００）のセルが一方向に積層された、いわゆるセルスタックを有している。各セルは、膜／電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）、膜／電極接合体の両側に配置されたセパレータ、および膜／電極接合体と各セパレータとの間に介在されたガス拡散層（ＧＤＬ：Gas Diffusion Layer）を備えている。

膜／電極接合体は、固体高分子膜１１の両側にアノード（燃料極）１２およびカソード（酸素極）１３を貼り合わせて一体化したものである。固体高分子膜１１は、たとえば、アニオン（ＯＨ⁻）を透過させる性質を有する。

セパレータの両面には、たとえば、葛折り状に屈曲した凹溝（図示せず）が形成されている。アノード１２に対向する凹溝は、燃料流路として形成されている。燃料流路の一端および他端は、それぞれ燃料入口１４および燃料出口１５に接続されている。膜／電極接合体のカソード１３に対向する凹溝は、エア流路として形成されている。エア流路の一端および他端は、それぞれエア入口１６およびエア出口１７に接続されている。

また、液体燃料電池２には、液体燃料電池２から出力される電力を蓄えておくための二次電池５が昇圧コンバータ（ＤＣ／ＤＣコンバータ）６を介して接続されている。液体燃料電池２から出力される電力は、昇圧コンバータ６で昇圧されて、二次電池５に供給される。

燃料循環機構３には、燃料供給タンク２１、循環燃料タンク２２および気液分離器２３が含まれる。

燃料供給タンク２１には、たとえば、液体燃料である常温のヒドラジン（Ｎ_２Ｈ_４）が貯留されている。燃料供給タンク２１には、燃料補給管２４の一端が接続されている。燃料補給管２４の他端は、循環燃料タンク２２に接続されている。燃料補給管２４の途中部には、燃料供給ポンプ２５が介装されている。

循環燃料タンク２２には、電解液と混合された液体燃料、たとえば、水酸化カリウム水溶液と混合されたヒドラジンが貯留されている。循環燃料タンク２２には、燃料供給管２６の一端が接続されている。燃料供給管２６の他端は、液体燃料電池２の燃料入口１４に接続されている。燃料供給管２６の途中部には、燃料循環ポンプ２７が介装されている。

液体燃料電池２の燃料出口１５には、燃料排出管２８の一端が接続されている。燃料排出管２８の他端は、気液分離器２３に接続されている。

気液分離器２３の底部には、燃料帰還管２９の一端が接続されている。燃料帰還管２９の他端は、循環燃料タンク２２に接続されている。また、気液分離器２３の上部には、パージ管３０の一端が接続されている。パージ管３０の途中部には、パージ電磁弁３１が介装されている。

給排気機構４には、エアコンプレッサ４１、気液分離器４２および排ガス処理器４３が含まれる。

エアコンプレッサ４１の吸込口には、吸気管４４の一端が接続されている。

エアコンプレッサ４１の吐出口には、エア供給管４５の一端が接続されている。エア供給管４５の他端は、液体燃料電池２のエア入口１６に接続されている。

液体燃料電池２のエア出口１７には、エア排出管４６の一端が接続されている。エア排出管４６の他端は、気液分離器４２に接続されている。

気液分離器４２の底部には、還流管４７の一端が接続されている。還流管４７の他端は、気液分離器２３に接続されている。還流管４７の途中部には、還流電磁弁４８が介装されている。気液分離器４２の上部には、パージ管４９の一端が接続されている。パージ管４９の途中部には、エア背圧調整弁５０が介装されている。

液体燃料電池２による発電のために、燃料循環ポンプ２７が駆動される。燃料循環ポンプ２７が駆動されると、循環燃料タンク２２に貯留されている液体燃料（液体燃料を含む液体）が燃料供給管２６に吸い出される。そして、燃料供給管２６を液体燃料が流通し、その液体燃料が液体燃料電池２の燃料入口１４から液体燃料電池２の燃料流路に供給される。

また、液体燃料電池２による発電のために、エアコンプレッサ４１が駆動される。エアコンプレッサ４１が駆動されると、エア（大気）が吸気管４４に取り込まれる。吸気管４４に取り込まれたエアは、エアコンプレッサ４１で圧縮されて、エアコンプレッサ４１からエア供給管４５に送り出される。そして、エア供給管４５を流通するエアが液体燃料電池２のエア入口１６から液体燃料電池２のエア流路に供給される。

液体燃料電池２の燃料流路を液体燃料が流通し、エア流路をエアが流通すると、液体燃料電池２において、発電反応（電気化学反応）が生じ、その電気化学反応による起電力が発生する。

具体的には、アノード１２において、反応式（１）で示される反応が生じ、窒素ガス（Ｎ_２）、水（Ｈ_２Ｏ）および電子（ｅ⁻）が生成される。電子は、外部回路（図示せず）を介して、カソード１３に移動する。窒素ガスおよび水は、未反応の液体燃料とともに、燃料流路から燃料出口１５を通して燃料排出管２８に流出する。一方、カソード１３では、反応式（２）で示される反応が生じ、アニオン（ＯＨ⁻）が生成される。アニオンは、固体高分子膜１１を透過して、アノード１２に移動する。

Ｎ_２Ｈ_４＋４ＯＨ⁻→Ｎ_２＋４Ｈ_２Ｏ＋４ｅ⁻ ・・・（１）

Ｏ_２＋２Ｈ_２Ｏ＋４ｅ⁻→４ＯＨ⁻ ・・・（２）

この結果、アノード１２とカソード１３との間に、発電反応（電気化学反応）による起電力が発生する。

液体燃料電池２の燃料流路を流通した液体は、燃料出口１５から燃料排出管２８に排出される。燃料排出管２８に排出される液体には、ヒドラジン、窒素ガスおよび水が含まれる。燃料排出管２８に排出される液体は、燃料排出管２８を通して、気液分離器２３に流入する。気液分離器２３では、燃料排出管２８から流入する液体からその液体に含まれる気体が分離される。

脱気された液体は、気液分離器２３内の下部（底部）に集まり、気液分離器２３から燃料帰還管２９を通して循環燃料タンク２２に戻る。

こうして、液体燃料を含む液体は、循環燃料タンク２２、燃料供給管２６、液体燃料電池２の燃料流路、燃料排出管２８、気液分離器２３および燃料帰還管２９を含む燃料循環路を循環する。

気液分離器２３内で液体から分離された気体は、気液分離器２３からパージ管３０に流出し、パージ管３０を排ガス処理器４３に向けて流通する。そして、パージ管３０を流通する気体は、排ガス処理器４３を経由して、大気に放出される。気体が排ガス処理器４３を経由することにより、気体から有害物質などが除去される。

液体燃料電池２のエア流路を流通したエアは、エア出口１７からエア排出管４６に排出される。

液体燃料電池２内では、水および液体燃料が膜／電極接合体のアノード１２から固体高分子膜１１を透過してカソード１３に移動する、いわゆるクロスリークが発生する。そのため、エア排出管４６に流出するエアには、そのクロスリークした液体燃料および水の蒸気が含まれる。

エア排出管４６に流出した気体は、エア排出管４６を流通して、気液分離器４２に流入する。気液分離器４２では、エア排出管４６から流入する気体とそのエアに含まれる液体とが分離される。

液体が除去された気体は、気液分離器４２からパージ管４９に流出し、パージ管４９を排ガス処理器４３に向けて流通する。そして、パージ管４９を流通する気体は、排ガス処理器４３を経由して、大気に放出される。気体が排ガス処理器４３を経由することにより、気体から有害物質などが除去される。

一方、脱気された液体は、気液分離器４２内の下部（底部）に集まる。還流電磁弁４８が閉じられている間、その液体は、気液分離器４２内の下部に溜められる。気液分離器４２内に溜められた液体は、還流制御が実行されることにより、気液分離器４２から循環燃料タンク２２に液体を還流される。具体的には、還流制御では、エア背圧調整弁５０の開度が小さくされて、気液分離器４２内の圧力が通常よりも高められた状態で、還流電磁弁４８が開かれる。気液分離器４２内の液体は、気液分離器４２内の圧力により、還流管４７を通して、気液分離器２３に送られる。気液分離器２３に流入した液体は、気液分離器２３内の下部（底部）に集まり、燃料帰還管２９を流通して、燃料帰還管２９から循環燃料タンク２２に戻る。

燃料電池システム１の稼働中に、循環燃料タンク２２に液体燃料を補給する必要が生じると、燃料供給ポンプ２５が駆動される。燃料供給ポンプ２５が駆動されると、燃料供給タンク２１から燃料補給管２４に液体燃料が汲み出される。そして、その液体燃料が燃料補給管２４を通して循環燃料タンク２２に供給される。

＜電気的構成＞

図２は、燃料電池システムの電気的構成の要部を示すブロック図である。

燃料電池システム１は、ＦＣ−ＥＣＵ（電子制御ユニット）６１を備えている。ＦＣ−ＥＣＵ６１は、ＣＰＵ６２およびメモリ６３を含む。メモリ６３には、液体燃料電池２の電流−電圧特性（ＩＶ特性）がマップの形態で記憶されている。また、メモリ６３には、劣化判定カウンタが構成されている。電流−電圧特性および劣化判定カウンタについては、後述する。

ＦＣ−ＥＣＵ６１には、燃料電池システム１に設けられた各種センサが接続されている。各種センサには、電流センサ６４、電圧センサ６５、温度センサ６６および燃料濃度センサ６７が含まれる。電流センサ６４は、液体燃料電池２から出力される電流値を検出する。電圧センサ６５は、液体燃料電池２から出力される電圧値であるスタック電圧を検出する。温度センサ６６は、液体燃料電池２の温度を検出する。温度センサ６６は、液体燃料電池２の温度を直接検出するものであってもよいし、たとえば、燃料出口１５から燃料排出管２８に流出した液体の温度を検出し、その液体の温度から液体燃料電池２の温度を推定して出力するものであってもよい。燃料濃度センサ６７は、燃料循環路を循環する液体燃料の濃度を検出する。

また、ＦＣ−ＥＣＵ６１は、車両に搭載されている車両ＥＣＵ７１と双方向に通信可能に接続されている。車両ＥＣＵ７１は、車両に備えられているアクセルペダルの操作量などに基づいて、走行用駆動源であるモータの駆動に必要な電力に応じた要求電力をＦＣ−ＥＣＵ６１に入力する。

ＦＣ−ＥＣＵ６１は、車両ＥＣＵ７１から入力される要求電力および各種センサから入力される信号に基づいて、昇圧コンバータ６、燃料供給ポンプ２５、燃料循環ポンプ２７およびコンプレッサ４１の駆動を制御し、パージ電磁弁３１、還流電磁弁４８およびエア背圧調整弁５０の開閉を制御する。

＜発電制御＞

図３Ａおよび図３Ｂは、液体燃料電池における発電を制御するための処理の流れを示すフローチャートである。

車両のイグニッションキースイッチがオンにされている間、ＦＣ−ＥＣＵ６１により、液体燃料電池２の発電制御のための処理が一定の制御周期で繰り返し実行される。

この処理では、まず、車両ＥＣＵ７１から入力される要求電力の補正が行われる（ステップＳ１）。要求電力の補正については、後述する。なお、以下の記載における「要求電力」は、補正後の要求電力を意味し、補正前の要求電力は、「車両ＥＣＵ７１から入力される要求電力」と記載して区別する。

次に、要求電力と１制御周期前の要求電力との差が要求電力変動量として求められる。そして、その要求電力変動量が所定の閾値Ａよりも大きいか否かが判定される（ステップＳ２）。

要求電力変動量が閾値Ａ以下であるときには（ステップＳ２のＮＯ）、通常発電制御により、液体燃料電池２における発電が制御される（ステップＳ３）。通常発電制御では、要求電力に応じた電力が昇圧コンバータ６から出力されるように、昇圧コンバータ６、燃料循環ポンプ２７およびコンプレッサ４１が制御される。その後、処理がリターンされる。

通常発電制御が続けられるうちに、車両ＥＣＵ７１から入力される要求電力が急変動し、要求電力変動量が閾値Ａを超えると（ステップＳ２のＹＥＳ）、メモリ６３に記憶されている電流−電圧特性が参照されて、電流−電圧特性から要求電力に応じた電圧値が取得される（ステップＳ４）。

液体燃料電池２の電流−電圧特性は、図４に示されるように、液体燃料電池２の出力電流値と出力電圧値との関係を示す。電流−電圧特性では、液体燃料電池２の出力電流値が増大するにつれて、出力電圧値が減少する。電流−電圧特性は、液体燃料電池２の温度や燃料循環路を循環する液体燃料の濃度の影響を受ける。メモリ６３には、液体燃料電池２の電流−電圧特性が液体燃料電池２の出力電力、液体燃料電池２の温度および燃料循環路を循環する液体燃料の濃度をパラメータとする３次元マップの形態で記憶されている。ステップＳ４では、具体的に、要求電力、温度センサ６６によって検出される液体燃料電池２の温度および燃料濃度センサ６７によって検出される液体燃料の濃度に応じた電流−電圧特性が参照されて、昇圧コンバータ６の効率を考慮して、その電流−電圧特性から要求電力に応じた電圧値が取得される。

その後、その取得された電圧値が液体燃料電池２から出力されるように、液体燃料電池における発電が制御される（ステップＳ５）。すなわち、液体燃料電池２の電流−電圧特性に応じた定電圧制御により、液体燃料電池２における発電が制御される。

定電圧制御では、図５に示されるように、その開始後、液体燃料電池２から出力される電流値が時間の経過に伴って増加し、定電圧制御の開始からしばらくすると、その電流値の変化が小さくなる。定電圧制御の開始直後は、液体燃料電池２から出力される電流値が小さく、液体燃料電池２から出力される電力が要求電力に対して不足する。このとき、車両では、モータの駆動に必要な電力が不足するので、その不足分は、二次電池５からモータに供給される。

要求電力から液体燃料電池２から出力される電力が減じられることにより、要求電力に対する液体燃料電池２から出力される電力の不足分である不足電力が求められる。液体燃料電池２から出力される電力は、電流センサ６４で検出される電流値と電圧センサ６５で検出される電圧値との乗算によって求められる。そして、不足電力が所定の閾値Ｂよりも大きいか否かが判定される（ステップＳ６）。

不足電力が閾値Ｂよりも大きい場合（ステップＳ６のＹＥＳ）、その不足電力がメモリ６３に記憶される（ステップＳ７）。メモリ６３に過去に記憶した不足電力が残っている場合、その不足電力に新たに記憶する不足電力が積算される。すなわち、メモリ６３には、不足電力の積算値が記憶される。

その後、電流センサ６４で検出されている電流値（今回電流値）と１制御周期前に電流センサ６４で検出された電流値（前回電流値）との差が求められ、その差である電流値変動量が所定の閾値Ｃよりも小さいか否かが判定される（ステップＳ８）。

定電圧制御の開始直後で、液体燃料電池２から出力される電流値が増加中であるときには、電流値変動量が閾値Ｃを上回り（ステップＳ８のＮＯ）、つづいて、定電圧制御の継続時間が所定の閾値Ｄを超えたか否かが判定される（ステップＳ９）。

定電圧制御の継続時間が閾値Ｄを超えていない場合には（ステップＳ９のＮＯ）、処理がリターンされる。そして、新たな制御周期において、車両ＥＣＵ７１から入力される要求電力が新たに取得され、その要求電力の補正が行われる（ステップＳ１）。要求電力の補正では、車両ＥＣＵ７１から入力される要求電力にメモリ６３に記憶されている不足電力が加算される。ただし、その補正後の要求電力と１制御周期前の要求電力との差（要求電力変動量）が閾値Ａを超える場合には、車両ＥＣＵ７１から入力される要求電力に不足電力が加算されないか、または、その差（要求電力変動量）が閾値Ａを超えない範囲で不足電力が加算される。車両ＥＣＵ７１から入力される要求電力に不足電力が加算されると、その加算された分の不足電力がメモリ６３に記憶されている不足電力の積算値から減じられる。

その後、要求電力変動量が求められる（ステップＳ２）。依然として、要求電力変動量が閾値Ａを超える場合には（ステップＳ２のＹＥＳ）、メモリ６３に記憶されている電流−電圧特性から要求電力に応じた電圧値が取得されて（ステップＳ４）、その電圧値による定電圧制御が継続される（ステップＳ５）。そして、不足電力が求められ、不足電力が閾値Ｂよりも大きい場合（ステップＳ６のＹＥＳ）、その不足電力がメモリ６３に積算して記憶される（ステップＳ７）。また、電流値変動量が求められ、電流値変動量が閾値Ｃを上回る場合には（ステップＳ８のＮＯ）、定電圧制御の継続時間が閾値Ｄを超えたか否かが判定され（ステップＳ９）、定電圧制御の継続時間が閾値Ｄを超えていなければ（ステップＳ９のＮＯ）、処理がリターンされる。

こうして定電圧制御が継続されるうちに、車両ＥＣＵ７１から入力される要求電力の変動が収まり、要求電力変動量が閾値Ａ以下となるか（ステップＳ２のＮＯ）、または、液体燃料電池２における発電が車両ＥＣＵ７１から入力される要求電力の変動に追従し、不足電力が閾値Ｂ以下になると（ステップＳ６のＮＯ）、定電圧制御が終了されて、通常発電制御が開始される（ステップＳ３）。

一方、電流値変動量が閾値Ｃよりも小さくならないまま、つまり液体燃料電池２から出力される電流値が増加中のまま、定電圧制御の継続時間が閾値Ｄを超えた場合には（ステップＳ９のＹＥＳ）、燃料電池システム１に何らかの異常が発生していると判断されて（ステップＳ１０）、処理がリターンされる。この場合、たとえば、燃料電池システム１の異常がＦＣ−ＥＣＵ６１のメモリ６３に記憶されて、燃料電池システム１の運転が停止される。

また、不足電力が閾値Ｂ以下に低下しないまま、つまり液体燃料電池２から要求電力に応じた電力が出力されないまま、液体燃料電池２から出力される電流値が増加しなくなり、電流値変動量が閾値Ｃよりも小さくなると（ステップＳ８のＹＥＳ）、液体燃料電池２が劣化している可能性があると判断されて、メモリ６３に構成されている劣化判定カウンタのカウント値がインクリメントされる（ステップＳ１１）。

劣化判定カウンタのカウント値がインクリメントされると、そのインクリメント後のカウント値（劣化判定カウント値）が所定の閾値Ｅを超えたか否かが判定される（ステップＳ１２）。

劣化判定カウンタのカウント値が閾値Ｅ以下である場合には（ステップＳ１２のＮＯ）、処理がリターンされる。

定電圧制御が繰り返されるうちに、劣化判定カウンタのカウント値が閾値Ｅを超えると（ステップＳ１２のＹＥＳ）、液体燃料電池２が劣化していると断定されて、電流センサ６４で検出される電流値および電圧センサ６５で検出される電圧値に基づいて、メモリ６３に記憶されている電流−電圧特性が現在の液体燃料電池２の劣化状態に応じた内容に更新されて（ステップＳ１３）、処理がリターンされる。

以上のように、要求電力変動量が閾値Ａ以下であるときには、要求電力に応じた電力が液体燃料電池２から出力されるように、液体燃料電池２における発電が制御される。一方、要求電力変動量が閾値Ａよりも大きいときには、液体燃料電池２の電流−電圧特性から要求電力に応じた電圧値が取得され、その電圧値が液体燃料電池２から出力されるように、液体燃料電池２における発電が制御される。すなわち、要求電力変動量が閾値Ａ以下であるときには、液体燃料電池２における発電の制御が通常発電制御とされ、要求電力が急変動し、要求電力変動量が閾値Ａを超えたときには、液体燃料電池２における発電の制御が通常発電制御から液体燃料電池２の電流−電圧特性に応じた定電圧制御に切り替えられる。これにより、要求電力の急変動時のスタック電圧（液体燃料電池２の出力電圧）の一時的な低下を防止できる。その結果、液体燃料電池２のセル間での電圧のばらつきを抑制することができ、ひいては、液体燃料電池２の劣化を抑制することができる。

液体燃料電池２の劣化が進行すると、液体燃料電池２の出力応答性が低下し、通常発電制御では、要求電力の急変動時のスタック電圧の一時的な低下を生じる。そのため、要求電力変動量にかかわらず、液体燃料電池２における発電の制御が通常発電制御とされる構成では、液体燃料電池２の劣化の進行を考慮して、液体燃料電池２が劣化していない状態のときにも、車両１のモータの駆動に必要な電力をそのまま要求電力とするのではなく、モータの駆動に必要な電力の変動に対して要求電力の変動を抑える処理が必要となる。

しかしながら、要求電力が急変動した場合に、液体燃料電池２における発電の制御が通常発電制御から定電圧制御に切り替えられる構成では、スタック電圧の落ち込みが発生しないので、モータの駆動に必要な電力の変動に対して要求電力の変動を抑える処理が不要である。その結果、液体燃料電池２が劣化していない状態のときには、液体燃料電池２の発電性能を十分に発揮して、モータの駆動に必要な電力の変動に対して良好な応答性（追従性）で、液体燃料電池２から電力を出力させることができる。

また、不足電力が閾値Ｂを超えている状態で、電流値変動量が閾値Ｃを下回った場合に、劣化判定カウンタのカウント値がインクリメントされ、そのインクリメント後のカウント値が閾値Ｅよりも大きくなると、液体燃料電池２が劣化していると断定される。

液体燃料電池２の劣化を断定することができるので、液体燃料電池２の劣化に応じて、液体燃料電池２の電流−電圧特性を補正することができる。これにより、定電圧制御時に、液体燃料電池２の劣化に応じて、液体燃料電池２における発電を良好に制御することができる。

また、定電圧制御時、車両では、要求電力に対する液体燃料電池２から出力される電力の不足分が二次電池５からモータに供給される。次制御周期以降において、車両ＥＣＵ７１から入力される要求電力にメモリ６３に積算して記憶されている不足電力を加える補正がなされることにより、二次電池５から持ち出された電力を回復させることができる。これにより、二次電池５のＳＯＣ（State Of Charge）が低下しすぎることを抑制できる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、前述の実施形態では、燃料電池システム１が車両に搭載された場合を例にとった。しかしながら、燃料電池システム１は、車両以外の装置に搭載されてもよいし、それ単独で電源として構成されてもよい。

その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

２液体燃料電池
６１ＦＣ−ＥＣＵ（制御装置）
６２ＣＰＵ（判定手段、通常発電制御手段、定電圧制御手段、劣化断定手段）
６３メモリ（特性記憶手段、劣化判定カウンタ）

Claims

液体燃料電池の電流−電圧特性を記憶する特性記憶手段と、
前記液体燃料電池に対する要求電力の現在から過去に遡る所定期間における変動量が所定の第１閾値を超えているか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段により、前記変動量が前記第１閾値を超えていないと判定された場合に、前記特性記憶手段に記憶されている電流−電圧特性によらずに、前記液体燃料電池に対する要求電力に応じた発電指令値を設定し、その発電指令値の電流が前記液体燃料電池から出力されるように、前記液体燃料電池における発電を制御する通常発電制御手段と、
前記判定手段により、前記変動量が前記第１閾値を超えていると判定された場合に、前記特性記憶手段に記憶されている電流−電圧特性から前記液体燃料電池に対する要求電力に応じた電圧値を取得し、その取得した電圧値が前記液体燃料電池から出力されるように、前記液体燃料電池における発電を制御し、前記液体燃料電池に対する要求電力に対する当該制御によって前記液体燃料電池から出力される電力の不足分である不足電力が所定の第２閾値以下になるまで当該制御を継続する定電圧制御手段とを含む、液体燃料電池の制御装置。
前記不足電力が前記第２閾値を超えている状態で、前記液体燃料電池から出力される電流値の所定期間における変動量が所定の第３閾値を下回った場合に、カウント値がインクリメントされる劣化判定カウンタと、
前記劣化判定カウンタのカウント値が所定の第４閾値よりも大きくなると、前記液体燃料電池が劣化していると断定する劣化断定手段とをさらに含む、請求項１に記載の液体燃料電池の制御装置。