JP6943170B2 - 燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池システムに関する。

燃料電池が発電を継続する過程において、燃料電池の発電性能が次第に低下する場合がある。このような発電性能の低下の原因の一つとして、燃料電池のカソードが備える触媒上に、発電に伴って酸化被膜が形成される現象が知られている。発電性能を回復させるために上記酸化被膜を除去する方法として、燃料電池の電圧を引き下げて酸化被膜を還元する処理（リフレッシュ処理）を実行する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

国際公開第２０１３／１２８６１０号

しかしながら、リフレッシュ処理に当たり、燃料電池の電圧を大きく変動させる場合には、燃料電池の発電性能が低下する場合があり、リフレッシュ処理の条件のさらなる適切化が望まれていた。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、燃料電池システムが提供される。この燃料電池システムは；電解質膜と、アノードおよびカソードと、を備える燃料電池と；前記燃料電池の出力電圧を調節する電圧調節部と；前記電圧調節部を制御して、前記燃料電池の出力電圧を、前記カソード上に形成された酸化被膜が還元される還元電圧に低下させるリフレッシュ処理を実行する制御部と；を備える。前記制御部は；前記リフレッシュ処理に先立って、前記燃料電池の出力電圧と時間とを用いて、前記カソードから除去すべき前記酸化被膜の量を導出すると共に、前記燃料電池の出力電圧として、前記導出した量の前記酸化被膜を予め設定された基準時間以内で除去可能となるリフレッシュ電圧を決定し；前記リフレッシュ処理を実行する際に、前記燃料電池の出力電圧が前記リフレッシュ電圧となるように、前記電圧調節部を動作させる。
この形態の燃料電池システムによれば、リフレッシュ処理の条件を、より適切化することができる。具体的には、上記形態では、リフレッシュ処理を実行する際に、制御部が導出した量の酸化被膜の除去を、予め設定された基準時間内で行なうことができるように、制御部がリフレッシュ電圧を決定している。そのため、上記導出した量の酸化被膜を、基準時間よりも長い時間リフレッシュ処理することにより除去する場合に比べて、リフレッシュ処理に起因するカソードの劣化を抑えることができ、その結果、リフレッシュ処理に起因する燃料電池の発電性能の低下を抑えることができる。

（２）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記カソードから除去すべき前記酸化被膜の量を、前記リフレッシュ処理を実行する際に前記カソード上に形成されている前記酸化被膜の一部が前記カソード上に残存するように導出することとしてもよい。この形態の燃料電池システムによれば、リフレッシュ処理によりカソードから除去される酸化物の量が過多であることに起因して、カソードの劣化が進行して燃料電池の発電性能が低下することを抑制可能となる。

（３）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記制御部は、前記カソード上に形成されている前記酸化被膜の量を導出し；導出した前記カソード上に形成されている前記酸化被膜の量から、前記燃料電池の劣化を抑制するために前記リフレッシュ処理後に残すべき前記酸化被膜の量として予め定めた劣化抑制被膜量を減算して、前記カソードから除去すべき前記酸化被膜の量を導出することとしてもよい。この形態の燃料電池システムによれば、リフレッシュ処理に起因するカソードの劣化を抑制する効果を、さらに高めることができる。

（４）上記形態の燃料電池システムにおいて、前記劣化抑制被膜量は、予め定めた下限電圧および予め定めた下限時間の条件で前記リフレッシュ処理を実行したときに前記カソードから除去される前記酸化被膜の量を、前記カソード上に形成される前記酸化被膜の量の最大値から減算した値であることとしてもよい。この形態の燃料電池システムによれば、リフレッシュ処理に起因するカソードの劣化を抑制する効果を、さらに高めることができる。

（５）上記形態の燃料電池システムにおいて、さらに；前記燃料電池の出力電圧を検出する電圧センサと；前記燃料電池の出力電圧が一定値に保持される時間を計測するタイマと；前記燃料電池の出力電圧と、前記燃料電池の出力電圧を一定値に保持する保持時間と、前記酸化被膜が形成される量と、の関係である第１の関係を記憶する第１の記憶部と；前記燃料電池の出力電圧と、前記燃料電池の出力電圧を一定値に保持する保持時間と、前記酸化被膜が除去される量と、の関係である第２の関係を記憶する第２の記憶部と；を備え；前記制御部は、前記電圧センサが検出した前記出力電圧、前記タイマが計測した時間、前記第１の関係、および前記第２の関係に基づいて、前記カソード上に形成される前記酸化被膜の量および前記カソード上から除去される前記酸化被膜の量を経時的に求めて積算することにより、前記カソード上に形成されている前記酸化被膜の量を導出することとしてもよい。この形態の燃料電池システムによれば、カソード上に形成されている酸化被膜の量を、精度良く導出することができる。

（６）上記形態の燃料電池システムにおいて、さらに；前記リフレッシュ処理を行なう際の前記燃料電池の出力電圧と、前記リフレッシュ処理を行なう時間と、前記リフレッシュ処理により除去される前記酸化被膜の量と、の関係である第３の関係を記憶する第３の記憶部を備え；前記制御部は、前記第３の関係を用いて、前記カソードから除去すべき前記酸化被膜の量として導出した量の前記酸化被膜を前記基準時間以内で除去するための前記リフレッシュ電圧を、決定することとしてもよい。この形態の燃料電池システムによれば、カソードから除去すべき酸化被膜の量として除去被膜量導出部が導出した量の酸化被膜を、基準時間以内で除去するための出力電圧を、適切に決定することができる。

本発明は、上記以外の種々の形態で実現可能であり、例えば、燃料電池システムを駆動用電源として搭載する移動体、燃料電池を備える燃料電池システムの制御方法、このような制御方法を実現するコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した一時的でない記録媒体等の形態で実現することができる。

燃料電池車両の概略構成を表わすブロック図である。 酸化被膜除去処理ルーチンを表わすフローチャートである。 出力電圧および酸化被膜量の経時的な変化を表わす説明図である。 出力電圧および酸化被膜量の経時的な変化を表わす説明図である。 第３の関係の一例を模式的に示す説明図である。 第１の関係の求め方の一例を示す説明図である。 第１の関係の求め方の一例を示す説明図である。 第１の関係の一例を示す説明図である。 第２および第３の関係の求め方の一例を示す説明図である。 第３の関係の一例を耐久試験結果と共に示す説明図である。 燃料電池のサイクリックボルタモグラムを示す図である。

Ａ．燃料電池システムの概略：
図１は、本発明の一実施形態としての燃料電池車両２０の概略構成を表わすブロック図である。燃料電池車両２０は、車体２２に、燃料電池システム３０を搭載する。燃料電池システム３０と、燃料電池車両２０の駆動用のモータ１７０との間は、配線１７８によって接続されており、配線１７８を介して、燃料電池システム３０とモータ１７０との間で電力がやり取りされる。

燃料電池システム３０は、燃料電池１００と、水素タンク１１０を含む燃料ガス供給部１２０と、コンプレッサ１３０を含む酸化ガス供給部１４０と、２次電池１７２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７４と、制御部２００と、を備える。なお、燃料電池システム３０は、燃料電池１００の温度を所定範囲に保つために燃料電池を冷却する冷媒を燃料電池内に流通させる図示しない冷媒循環部を、さらに備えている。燃料電池システム３０では、燃料電池１００および２次電池１７２の各々が単独で、あるいは、燃料電池１００および２次電池１７２の双方から同時に、モータ１７０を含む負荷に対して電力を供給可能となっている。

燃料電池１００は、単セルが複数積層されたスタック構成を有している。本実施形態の燃料電池１００は、固体高分子形燃料電池である。燃料電池１００を構成する各単セルでは、電解質膜を間に介して、アノード側に水素が流れる流路（以後、アノード側流路とも呼ぶ）が形成され、カソード側に酸素が流れる流路（以後、カソード側流路とも呼ぶ）が形成されている。燃料電池１００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４および配線１７８を介して、モータ１７０を含む負荷に接続されている。燃料電池１００の電圧は、電圧センサ１０２によって検出される。電圧センサ１０２の検出信号は、制御部２００に出力される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４は、制御部２００の制御信号を受けて、燃料電池１００の出力電圧を変更する機能を有している。具体的には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４は、内部のスイッチング回路のスイッチング周期を変更することで、燃料電池１００が発電する際の出力電圧を設定する機能を有する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４は、燃料電池１００が発電した電力を負荷に供給する際に、出力電圧を所望の電圧に昇圧する機能を有する。本実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４は、「電圧調節部」に相当する。

燃料ガス供給部１２０が備える水素タンク１１０は、水素を含有する燃料ガスを貯蔵する装置である。具体的には、例えば、高圧の水素ガスを貯蔵する水素ボンベ、あるいは、水素吸蔵合金を内部に備えて水素吸蔵合金に水素を吸蔵させることによって水素を貯蔵するタンクとすることができる。燃料ガス供給部１２０は、水素タンク１１０から燃料電池１００に到る水素供給流路１２１と、アノードオフガスを水素供給流路１２１に循環させる循環流路１２２と、アノードオフガスを大気放出するための水素放出流路１２３と、を備える。燃料ガス供給部１２０において、水素タンク１１０に貯蔵された水素ガスは、水素供給流路１２１の開閉バルブ１２４および減圧バルブ１２５を経て、減圧バルブ１２５の下流のインジェクタ１２６から、燃料電池１００のアノード側流路に供給される。循環流路１２２を循環する水素の流速は、循環ポンプ１２７によって調節される。インジェクタ１２６および循環ポンプ１２７の駆動量は、負荷要求に応じて制御部２００によって調節される。

なお、循環流路１２２を流れる水素ガスの一部は、循環流路１２２から分岐した水素放出流路１２３の開閉バルブ１２９の開閉調整を経て、所定のタイミングで大気放出される。これにより、循環流路１２２内を循環する水素ガス中の水素以外の不純物（水蒸気や窒素など）を流路外に排出することができ、燃料電池１００に供給される水素ガス中の不純物濃度の上昇を抑制することができる。上記した開閉バルブ１２９の開閉のタイミングは、制御部２００によって調節される。

酸化ガス供給部１４０は、酸素を含有する酸化ガス（本実施形態では空気）を燃料電池１００に供給する。酸化ガス供給部１４０は、コンプレッサ１３０の他に、空気流路１４１および空気放出流路１４２を備える。空気流路１４１により、コンプレッサ１３０が取り込んだ空気が、燃料電池１００内のカソード側流路に供給される。燃料電池１００から排出されるカソードオフガスは、空気放出流路１４２を介して大気放出される。空気放出流路１４２には、既述した水素放出流路１２３が接続されており、水素放出流路１２３を介して放出される水素は、大気放出に先立って、空気放出流路１４２を流れる空気によって希釈される。コンプレッサ１３０の駆動量は、制御部２００によって調節される。

２次電池１７２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７４を介して配線１７８に接続しており、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７４とＤＣ／ＤＣコンバータ１０４とは、配線１７８に対して並列に接続されている。２次電池１７２としては、例えば、鉛蓄電池や、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池など、種々の蓄電装置を採用することができる。ＤＣ／ＤＣコンバータ１７４は、制御部２００の制御信号を受けて、２次電池１７２の充・放電を制御する。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７４は、２次電池１７２において充放電を行なう必要のないときには、２次電池１７２と配線１７８との接続を切断する。

制御部２００は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、ＣＰＵ２１０と、ＲＯＭ２２０と、ＲＡＭ２３０と、入出力ポート（図示せず）等を備える。また、制御部２００はタイマ２４０を備え、タイマ２４０によって、例えば、燃料電池１００の出力電圧が一定値に保持される時間を計測することができる。ＲＯＭ２２０は、「第１の記憶部」「第２の記憶部」、および「第３の記憶部」に相当する。制御部２００は、燃料ガス供給部１２０や酸化ガス供給部１４０等に含まれる種々のセンサから検出信号を取得して、燃料電池車両２０に係る種々の制御を行なう。

なお、図１では、制御部２００によって、燃料電池車両２０全体を制御することとなっているが、異なる構成としてもよい。例えば、燃料電池システム３０を制御する制御部と、燃料電池車両２０における燃料電池システム３０以外の部分を制御する制御部とを、別体としてもよい。あるいは、燃料電池システム３０を制御する制御部において、後述するリフレッシュ処理に係る制御を行なう制御部を、別体で設けてもよい。

本実施形態の燃料電池車両２０では、燃料電池システム３０の稼働中に、通常運転モードと間欠運転モードとを含む複数の運転モードが切り換えられる。通常運転モードとは、燃料電池システム３０に対する負荷要求が、予め設定した基準値を超える場合に選択される運転モードであって、モータ１７０の要求電力を含む負荷要求の少なくとも一部を、燃料電池１００が発電する電力により賄う運転モードである。間欠運転モードとは、燃料電池システム３０に対する負荷要求が、予め設定した基準値以下のときに選択される運転モードである。本実施形態では、モータ１７０の要求電力がゼロであるとき（例えば、アクセルオフ時）に、間欠運転モードとなる。

Ｂ．酸化被膜除去処理：
燃料電池１００を構成する各単セルは、電解質膜と、電解質膜上に設けられた電極であるアノードおよびカソードと、を備える。各電極は触媒を備えている。触媒は、白金や白金合金等の貴金属触媒とすることができ、また、さらに異なる種類の触媒を用いることもできる。本実施形態では、白金触媒を用いている。燃料電池１００が発電する際には、燃料電池１００の出力電圧が酸化電圧になるとき（カソードが酸化電位になるとき）には、カソードが備える触媒上に酸化被膜が形成される。また、燃料電池１００の出力電圧が還元電圧になるとき（カソードが還元電位になるとき）には、上記酸化被膜が還元されることによりカソード上から除去される。カソード上に酸化被膜が形成されると、触媒の有効面積が減少して、発電性能が低下する場合がある。そのため、本実施形態の燃料電池システム３０では、燃料電池１００の出力電圧を強制的に低下させて酸化被膜を除去する処理（以下、リフレッシュ処理とも呼ぶ）を行なう。

図２は、制御部２００のＣＰＵ２１０において実行される酸化被膜除去処理ルーチンを表わすフローチャートである。本ルーチンは、リフレッシュ処理に係る動作を表わしており、燃料電池システム３０が起動された後、使用者によるシステム停止の指示が入力されるまで、繰り返し実行される。

本ルーチンが実行されると、ＣＰＵ２１０は、カソード上に形成されている酸化被膜の量（以下、形成被膜量とも呼ぶ）を導出する動作を開始する（ステップＳ１００）。既述したように、燃料電池１００の発電時には、出力電圧の変動に伴い酸化被膜が形成され、あるいは酸化被膜が除去されることにより、形成被膜量が変動する。本実施形態では、燃料電池システム３０が起動されると、酸化被膜の形成量および除去量を経時的に積算することにより、形成被膜量を導出する。

カソードにおける形成被膜量の導出方法は、特に限定されず、以下に説明する動作は一例である。本実施形態では、制御部２００のＲＯＭ２２０が、酸化被膜量の導出に係る第１の関係および第２の関係を、例えばマップとして予め記憶している。第１の関係とは、燃料電池１００の出力電圧（カソード電位）と、出力電圧が一定値に保持される保持時間と、酸化被膜が形成される量と、の関係である。第２の関係とは、燃料電池１００の出力電圧（カソード電位）と、出力電圧が一定値に保持される保持時間と、酸化被膜が除去される量と、の関係である。

ステップＳ１００で開始される酸化被膜量の導出の動作では、ＣＰＵ２１０は、第１の記憶部および第２の記憶部であるＲＯＭ２２０に記憶された第１および第２の関係を参照すると共に、燃料電池１００の出力電圧を電圧センサ１０２から取得し、取得された出力電圧が保持された時間をタイマ２４０によって計測する。そして、出力電圧の上昇時には、出力電圧、当該出力電圧が保持された保持時間、および第１の関係に基づいて、形成された酸化被膜量を導出する。また、出力電圧の低下時には、出力電圧、当該出力電圧が保持された保持時間、および第２の関係に基づいて、除去された酸化被膜量を導出する。このようにして、形成された酸化被膜量と除去された酸化被膜量とを経時的に導出して積算することにより、カソード上に形成されている形成被膜量を導出する。

なお、燃料電池システム３０が起動されて、ステップＳ１００が最初に実行される際には、ステップＳ１００の動作の開始時においてカソード上に形成されている酸化被膜量は、ゼロとすればよい。また、燃料電池システム３０が起動された後に、ステップＳ１００の実行が２回目以降である場合には、ステップＳ１００の動作の開始時においてカソード上に形成されている酸化被膜量は、前回に酸化被膜処理ルーチンを実行したときに、リフレッシュ処理を行なった後に残存する酸化被膜量（例えば、後述する劣化抑制被膜量）とすればよい。第１の関係および第２の関係の求め方については、後に詳述する。

図３および図４は、燃料電池システム３０が起動されてから停止するまでの間の、燃料電池１００の出力電圧および酸化被膜量の経時的な変化の例を、模式的に表わす説明図である。図３および図４では、酸化被膜量は、酸化被膜を形成するための反応の反応量に対応する電荷量（単位はクーロン（Ｃ））として表わしている。また、図３および図４では、燃料電池１００の出力電圧として、単セル当たりの出力電圧を示している。

図３および図４に示すように、通常運転においては、燃料電池１００の出力電圧は、負荷要求に応じて変動し、出力電圧の変動に応じて酸化被膜量は増減する。

また、本実施形態では、図３および図４に示すように、間欠運転における燃料電池１００の出力電圧を略一定としている。ここでは、燃料電池１００の出力電力が十分に少なく、且つ、高電位に起因するカソードの劣化を抑制可能となるように、出力電圧が比較的高い電圧（例えば、単セル当たり０．６−０．９Ｖ）に設定されている。あるいは、間欠運転中、燃料電池１００の出力電圧を変動させることとしてもよい。この場合には、例えば、間欠運転の開始時に、燃料電池に対する燃料ガスおよび酸化ガスの供給を一旦停止して微少な発電を行なわせ、この発電によって燃料電池の出力電圧が低下して予め定めた下限値に達すると、燃料電池に対する燃料ガスと酸化ガスのうちの少なくとも一方の供給を一時的に行ない、出力電圧を再び上昇させる、という動作を行なえばよい。あるいは、間欠運転中、燃料電池１００の発電を停止することとしてもよい。この場合には、間欠運転終了時における負荷に対する応答性の確保と、高電位に起因するカソードの劣化抑制の観点から、燃料電池１００に必要量の燃料ガスおよび酸化ガスを供給して、燃料電池１００の開回路電圧を比較的高い電圧の範囲内（例えば、０．６−０．９Ｖ）にすることが望ましい。また、間欠運転中、これらの運転状態を組み合わせる制御を行なってもよい。

通常運転および間欠運転が行なわれる間、燃料電池システム３０では、ステップＳ１００で開始された形成被膜量の導出が行なわれる。

ステップＳ１００で酸化被膜量の導出の動作を開始した後、ＣＰＵ２１０は、燃料電池車両２０において、間欠運転終了の指示が入力されたか否かを判断する（ステップＳ１１０）。具体的には、ＣＰＵ２１０は、燃料電池車両２０が間欠運転を開始した後に、例えばアクセル開度センサ１８０がアクセルの踏み込みを検知したときに、間欠運転終了の指示が入力されたと判断する。本実施形態では、間欠運転の終了時にリフレッシュ処理を行ない、その後、通常運転を行なう。ステップＳ１１０では、リフレッシュ処理を実行すべきタイミングになったか否かを判断している。図３および図４では、間欠運転の終了時（起動からの経過時間ｔ_１）に、リフレッシュ処理が実行される様子が示されている。本実施形態では、間欠運転終了の指示が入力されたと判断するまで、ステップＳ１１０の処理を繰り返す。

間欠運転終了の指示が入力されると、ＣＰＵ２１０は、リフレッシュ処理により除去すべき酸化被膜量を導出する（ステップＳ１２０）。リフレッシュ処理により、間欠運転終了の時点で形成されている酸化被膜の全量を除去することも可能であるが、本実施形態では、酸化被膜の一部が残存するように、除去すべき酸化被膜量を導出する。

リフレッシュ処理後に残存させる酸化被膜の量は、特に限定されないが、本実施形態では、リフレッシュ処理の後にカソード上に残すべき酸化被膜の量として、劣化抑制被膜量（θ_１）を設定しており、リフレッシュ処理後に劣化抑制被膜量（θ_１）が残存するように、除去すべき酸化被膜量を導出している。劣化抑制被膜量（θ_１）は、リフレッシュ処理による酸化被膜の除去量が過多であることに起因するカソードの劣化を抑制するために、定められている。ステップＳ１２０では、ＣＰＵ２１０は、ステップＳ１００で開始される酸化被膜量の導出の動作によって導出された間欠運転終了時の形成被膜量（θ_０）から、劣化抑制被膜量（θ_１）を減算して、カソードから除去すべき酸化被膜量を導出する。劣化抑制被膜量（θ_１）の設定方法については、後に詳述する。

図３では、間欠運転終了時の形成被膜量（θ_０）が１０Ｃであり、劣化抑制被膜量（θ_１）が３Ｃであり、カソードから除去すべき酸化被膜量が７Ｃである様子が示されている。また、図４では、間欠運転終了時の形成被膜量（θ_０）が６Ｃであり、劣化抑制被膜量（θ_１）が３Ｃであり、カソードから除去すべき酸化被膜量が３Ｃである様子が示されている。

ステップＳ１２０において、除去すべき酸化被膜量を導出すると、ＣＰＵ２１０は、リフレッシュ処理時の燃料電池１００の出力電圧として設定すべき電圧（リフレッシュ電圧）を決定する（ステップＳ１３０）。リフレッシュ電圧は、ステップＳ１２０で導出した量の酸化被膜を、予め設定された基準時間以内で除去可能となる電圧として決定される。

本実施形態では、制御部２００のＲＯＭ２２０は、リフレッシュ電圧と、リフレッシュ時間と、リフレッシュ処理により除去される酸化被膜量と、の関係である第３の関係を、例えばマップとして予め記憶している。ステップＳ１３０では、ＣＰＵ２１０は、予め設定された基準時間以内となるようにリフレッシュ時間を決定し、上記第３の関係を参照して、ステップＳ１２０で導出した量の酸化被膜を当該リフレッシュ時間で除去できるように、リフレッシュ電圧を決定する。

図５は、第３の関係の一例を模式的に示す説明図である。図５では、横軸にリフレッシュ時間を示し、縦軸に単セル当たりのリフレッシュ電圧を示す。図５では、除去される酸化被膜量が同じになるポイントを結んで、複数の（図５では代表的な５本の）被膜除去量等価ラインが示されている。図５に示すように、リフレッシュ時間が長いほど、また、リフレッシュ電圧Ｖ_２が低いほど、酸化被膜の除去量は多くなる。

同一の被膜除去量等価ライン上であれば、いずれのリフレッシュ条件（リフレッシュ電圧とリフレッシュ時間との組み合わせを、リフレッシュ条件とも呼ぶ）でリフレッシュ処理を行なっても、除去される酸化被膜量は同じになる。しかしながら、本願発明者は、同一の被膜除去量等価ライン上のリフレッシュ条件であっても、リフレッシュ時間が、リフレッシュ処理に起因する電池性能の低下（カソードの劣化）の程度に大きく影響するという知見、具体的には、リフレッシュ時間が短いほど電池性能の低下が抑えられるという知見を得た。ステップＳ１３０では、図５に示す第３の関係において、ステップＳ１２０で導出した除去すべき酸化被膜量に対応する被膜除去量等価ライン上であって、リフレッシュ時間が予め設定された基準時間以内となる範囲で、リフレッシュ時間およびリフレッシュ電圧を決定する。

ステップＳ１３０でリフレッシュ電圧を設定する際に用いられるリフレッシュ時間の基準時間は、リフレッシュ処理に起因する電池性能の低下（カソードの劣化）を抑制する観点から、１．０秒以下とすることが好ましく、０．５秒以下とすることがより好ましく、０．１秒以下とすることがさらに好ましい。第３の関係の求め方、および、リフレッシュ時間と電池性能の低下との関係については、後に詳述する。

リフレッシュ時間は、既述した基準時間以下であれば任意の時間に設定可能であるが、本実施形態の燃料電池システム３０では、リフレッシュ時間として設定し得る下限値である最短リフレッシュ時間が、予め定められている。本実施形態では、最短リフレッシュ時間は、リフレッシュ処理を行なうことができる時間としてシステム構成上定まる最短時間として設定されている。本実施形態の燃料電池システム３０では、最短リフレッシュ時間は、０．１秒に設定されている。最短リフレッシュ時間は、単に「下限時間」とも呼ぶ。リフレッシュ処理に起因する電池性能の低下（カソードの劣化）を抑制する観点から、リフレッシュ時間は、上記した最短リフレッシュ時間とすることが望ましい。

図５では、図３に示す例におけるリフレッシュ条件の一例として、リフレッシュ時間を最短リフレッシュ時間（０．１秒）にしたときのリフレッシュ条件を、リフレッシュ電圧が０．５Ｖである条件Ｐ１として示している（除去すべき酸化被膜量は７Ｃ）。また、図５では、図４に示す例におけるリフレッシュ条件の一例として、リフレッシュ時間を最短リフレッシュ時間（０．１秒）にしたときのリフレッシュ条件を、リフレッシュ電圧が０．６Ｖである条件Ｐ２として示している（除去すべき酸化被膜量は３Ｃ）。

リフレッシュ電圧を決定すると、ＣＰＵ２１０は、燃料電池１００の出力電圧が、ステップＳ１３０で決定したリフレッシュ電圧となり、リフレッシュ時間が、当該リフレッシュ電圧に対応する時間となるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４を動作させて（ステップＳ１４０）、本ルーチンを終了する。これにより、リフレッシュ処理が実行されて、ステップＳ１２０で導出された量の酸化被膜が除去される。なお、リフレッシュ処理が実行されるときには、アクセルが踏み込まれており、モータ１７０からの要求電力が存在しているが、通常は、リフレッシュ処理中の発電量は要求電力に対して不十分となる。そのため、リフレッシュ処理中は、２次電池１７２からモータ１７０に対して電力が供給される。

Ｃ．第１の関係について：
ステップＳ１１０で形成被膜量を導出するために用いられる第１の関係は、既述したように、燃料電池１００の出力電圧（カソード電位）と、出力電圧が一定値に保持される保持時間と、酸化被膜が形成される量と、の関係である。以下に、第１の関係の求め方を説明する。

図６Ａおよび図６Ｂは、第１の関係の求め方の一例を示す説明図であり、図７は、第１の関係の一例を示す説明図である。図６Ａに示すように、第１の関係を求める際には、カソード上の酸化被膜を、一旦全て除去し、その後、カソード電位が触媒の酸化も還元も進行しない中間電位となる状態でしばらく保持する（このような状態を、中間状態とも呼ぶ）。そして、カソード電位が中間電位から酸化電位に上昇するように、燃料電池１００の出力電圧を上昇させて、特定時間保持し、酸化被膜を形成させる。その後、上記のように保持した出力電圧から徐々に降圧させて、カソード上に形成された酸化被膜量を導出する。このような動作を、出力電圧および保持時間の組み合わせを種々変更して実行することで、第１の関係が得られる。

図６Ａでは、一例として、酸化被膜形成時の出力電圧（単セル当たりの出力電圧であり、カソード電位と等しい）を０．８５Ｖ、保持時間を１００秒としたときの、燃料電池１００の出力電圧（カソード電位）および出力電流の経時的な変化を示す。本実施形態では、出力電圧を０．１Ｖ以下の低電圧にすることにより酸化被膜を一旦全て除去する動作に先立って、０．１Ｖ以下の低電圧と０．８５Ｖ以上の高電圧との間で出力電圧を変動させる動作を数回行なっている。これにより、カソード上に付着する酸化被膜以外の物質（例えば有機物等）を除去して、測定精度の向上を図っている。

図６Ｂは、図６Ａにおいて破線で囲んで示した領域αを拡大して示しており、カソード上に形成された酸化被膜量の求め方を示している。燃料電池１００の出力電圧を上昇させて、カソードが酸化電位となる状態で特定時間保持した後、出力電圧を徐々に降圧させると、形成された酸化被膜が還元される。このように出力電圧を降圧させると、やがて、出力電圧は、カソード電位が既述した中間電位となる状態になる。降圧を開始して出力電圧が中間電位に低下するまでの間、酸化被膜の還元が進行する。図６Ｂでは、カソード電位が中間電位に達したときの燃料電池１００の出力電流を、電流値Ａ_１として示している。図６Ｂにおける出力電流を表わすグラフにおいて、降圧を開始して出力電圧が中間電位に低下するまでの部分と、上記電流値Ａ_１を表わす直線との間で囲まれる領域の面積（図６Ｂにおいてハッチングを付した領域の面積）が、酸化被膜を還元する反応に関与した電荷量を表わす。そのため、上記ハッチングを付した部分の面積を求めることにより、すなわち、降圧を開始して出力電圧が中間電位に低下するまでの間の、上記電流値Ａ_１と出力電流との差分を積分することにより、形成された酸化被膜量を、被膜形成時に進行した酸化反応の反応量に対応する電荷量として求めることができる。

図７は、第１の関係を示しており、出力電圧および保持時間の組み合わせを種々変更して、形成された酸化被膜量を、図６Ａおよび図６Ｂに示すようにして求めた結果を示す。図７において、横軸は保持時間を示し、縦軸は形成された酸化被膜量を示す。図７では、一例として、電圧を保持する際の出力電圧として、３種類の出力電圧について、保持時間と形成された酸化被膜量との関係を示している。第１の記憶部には、第１の関係として、燃料電池１００の出力電圧として通常取り得る範囲全体にわたって、保持時間と形成された酸化被膜量との関係が記憶されている。図７に示すように、電圧保持時の出力電圧が高いほど（カソード電位が高電位であるほど）、酸化被膜形成が飽和したときの酸化被膜量が多くなる。なお、図７より、電圧保持時の出力電圧が異なっても、酸化被膜量が飽和するまでの時間は、ほぼ同じであることが分かる。

Ｄ．第２および第３の関係：
ステップＳ１００で形成被膜量を導出するために用いられる第２の関係は、既述したように、燃料電池１００の出力電圧（カソード電位）と、出力電圧が一定値に保持される保持時間と、酸化被膜が除去される量と、の関係である。また、ステップＳ１３０でリフレッシュ電圧を決定するために用いられる第３の関係は、リフレッシュ電圧と、リフレッシュ時間と、リフレッシュ処理により除去される酸化被膜量と、の関係である。

リフレッシュ処理による酸化被膜の除去は、通常運転あるいは間欠運転の際にカソード上の酸化被膜が除去される場合とは異なり、燃料電池１００の出力電圧が強制的に低下されることにより進行する。しかしながら、負荷要求に応じて燃料電池１００の出力電圧が低下する場合であっても、強制的に出力電圧が低下される場合であっても、除去される酸化被膜量は、燃料電池１００の出力電圧（カソード電位）と、出力電圧が一定値に保持される保持時間と、に応じて同様に定まる。そのため、本実施形態では、第２の関係と第３の関係とは、共通するマップとして記憶している。すなわち、第２の関係は、図５に示す第３の関係において、リフレッシュ時間を還元時間と読み替え、リフレッシュ電圧を還元電圧と読み替え、リフレッシュ処理で除去される酸化被膜量を発電時に除去される被膜量と読み替えることにより把握できる。ただし、リフレッシュ時間としては、比較的短い時間が設定されるため、第２の関係の一部分が第３の関係として利用される。以下に、第２および第３の関係の求め方を説明する。

図８は、第２および第３の関係の求め方の一例を示す説明図である。第２および第３の関係を求める際には、図８に示すように、還元処理を伴う第１の発電パターンによる発電と、還元処理を伴わない第２の発電パターンによる発電とを実行し、両者の結果を比較する。具体的には、第１の発電パターンでは、燃料電池１００の出力電圧（カソード電位）を、酸化電位に対応する一定値である電圧Ｖ_１で保持した後、時間ｔ_２において、還元処理として、出力電圧を還元電圧に対応する一定値である電圧Ｖ_２に降圧させ、時間ｔ_３まで保持する処理を行なっている。そして、その後、出力電圧を上記電圧Ｖ_１に再び昇圧させて、電流値が十分に安定する時間ｔ_４まで保持する。ここで、発電開始から還元処理を開始するまでの時間ｔ_２は、カソード上に形成される酸化被膜量が飽和する時間として定められている。還元処理の後に電流値が十分に安定するまでの時間ｔ_４は、用いる燃料電池１００の構成等に応じて、適宜設定すればよい。図８に示す還元処理を伴う第１の発電パターンでは、発電開始から１００秒後に還元処理を開始し（時間ｔ_２＝１００秒）、５秒間還元処理を行ない（ｔ_３−ｔ_２＝５秒）、その後、出力電圧を上記電圧Ｖ_１に昇圧させて、発電開始から２００秒が経過するまで（時間ｔ_４＝２００秒）、上記電圧Ｖ_１で保持している。

これに対して、第２の発電パターンでは、第１の発電パターンと同じ構成の燃料電池１００を用いて、出力電圧を、発電開始から時間ｔ_４まで、上記電圧Ｖ_１で保持している。

図８では、第１の発電パターンにおいて、時間ｔ_３で還元処理が終了してから時間ｔ_４が経過するまでの電流値の積算値に相当する領域にハッチングを付して、電荷Ｑ_１（単位はクーロン）として示している。また、第２の発電パターンにおいて、時間ｔ_３から時間ｔ_４までの電流値の積算値に相当する領域にハッチングを付して、電荷Ｑ_０（単位はクーロン）として示している。電荷Ｑ_１から電荷Ｑ_０を減算した差分であるΔＱは、還元処理によって酸化被膜が還元される反応により流れた電流の量を表わすと考えられる。そのため、上記ΔＱを求めることにより、電圧Ｖ_２、保持時間（ｔ_３−ｔ_２）にて還元処理を行なったときに除去される酸化被膜量を、酸化被膜の除去時に進行した還元反応の反応量に対応する電荷量として導出することができる。上記のように、還元処理の電圧（Ｖ_２）および還元処理の保持時間（ｔ_３−ｔ_２）を種々変更して除去される酸化被膜量を測定することにより、図５に示すような、第２および第３の関係を求めることができる。

Ｅ．リフレッシュ時間と電池性能の低下との関係：
リフレッシュ処理では、既述したように、リフレッシュ時間が長いほど、また、リフレッシュ電圧が低いほど、酸化被膜の除去量は多くなる。しかしながら、同一の被膜除去量等価ライン上のリフレッシュ条件であっても、リフレッシュ時間が電池性能の低下（カソードの劣化）に大きく影響することを、本願発明者は見出した。

図９は、リフレッシュ時間とリフレッシュ電圧とを種々変更して、図８に示す方法により酸化被膜の除去量を求めた結果（第３の関係）を示す図である。図９では、図５と同様に、横軸にリフレッシュ時間を示し、縦軸に単セル当たりのリフレッシュ電圧を示しており、横軸は対数目盛としている。図９では、さらに、種々のリフレッシュ条件（リフレッシュ電圧とリフレッシュ時間との組み合わせ）について、耐久試験を行なった結果を示す。耐久試験では、各々のリフレッシュ条件についてリフレッシュ処理を４３万回繰り返す試験を行ない、耐久試験前に対する耐久試験後の最大出力低下率（燃料電池１００の出力電力の最大値が耐久試験前に対して耐久試験後に低下した差分の、耐久試験前の出力電力最大値に対する割合）を調べた。

図９に示すように、同一の被膜除去量等価ライン上であっても、リフレッシュ条件によって、耐久試験の結果得られる最大出力低下率が異なる。本願発明者は、図９に示すように、リフレッシュ時間を短くすることが、最大出力低下率の低下を抑えるために、極めて有効であるという知見を得た。リフレッシュ時間を決定するための基準時間は、リフレッシュ電圧に関わらず、最大出力低下率が１０％未満となるように定めることが好ましい。リフレッシュ時間を長くすることにより最大出力低下率が大きくなる程度は、燃料電池１００の具体的な構成により異なるが、最大出力低下率を低く抑える（好ましくは、最大出力低下率を１０％未満に抑える）観点から、リフレッシュ時間を決定する際の既述した基準時間は、１．０秒以下とすることが好ましく、０．５秒以下とすることがより好ましく、０．１秒以下とすることがさらに好ましい。そして、最大出力低下率を低く抑える観点から、リフレッシュ時間は、既述した最短リフレッシュ時間とすることが最も望ましい。

Ｆ．リフレッシュ電圧と電池性能の低下との関係：
図５および図９に示したように、リフレッシュ時間が同じであれば、リフレッシュ電圧が低いほど酸化被膜の除去量は多くなるが、リフレッシュ電圧が過度に低い場合には、カソードが望ましくない程度に損傷する場合がある。リフレッシュ電圧が過度に低いことに起因するカソードの損傷を抑える観点から、本実施形態では、リフレッシュ電圧の下限値に係る基準電圧として、リフレッシュ下限電圧を予め定めている。リフレッシュ下限電圧は、単に「下限電圧」とも呼ぶ。リフレッシュ下限電圧は、本実施形態では、図９に示すような耐久試験の結果に基づいて設定している。

本実施形態では、リフレッシュ下限電圧は、リフレッシュ時間を既述した最短リフレッシュ時間に設定してリフレッシュ処理を繰り返す耐久試験を実行したときに、カソードの劣化（発電性能の低下）が許容範囲となるように設定している。具体的には、例えば、リフレッシュ時間を上記最短リフレッシュ時間に設定して耐久試験を行なったときの最大出力低下率が１０％未満となるように、リフレッシュ下限電圧を定めている。図９では、リフレッシュ時間を最短リフレッシュ時間（０．１秒）に設定したときに、リフレッシュ電圧を０．４Ｖ以上に設定すれば、最大出力低下率が３％以下になることが示されている。また、図９において、リフレッシュ電圧が０．３Ｖのときには、カソードの劣化が進行することにより、耐久試験の途中でリフレッシュ処理を正常に繰り返すことができなくなった。そこで、本実施形態では、一例として、リフレッシュ下限電圧を０．４Ｖとしている。

なお、上記のようにリフレッシュ時間を上記最短リフレッシュ時間に設定して耐久試験を行なうと、例えば０．３Ｖと０．４Ｖの間の電圧において、リフレッシュ電圧に設定したときの結果が大きく変化する電圧ポイントが存在し得る。このような電圧ポイントを超える電圧を、リフレッシュ電圧として設定すると、耐久試験の後にも比較的高い発電性能を示すが、上記電圧ポイント以下の電圧をリフレッシュ電圧として設定すると、カソードの劣化が進行することにより、耐久試験の途中でリフレッシュ処理を正常に繰り返すことができなくなる。リフレッシュ下限電圧は、このような電圧ポイントを超える電圧値として設定してもよい。この場合には、リフレッシュ時間を上記最短リフレッシュ時間に設定して耐久試験を行なったときの最大出力低下率が、１０％を超えることとしてもよい。

Ｇ．劣化抑制被膜量：
以下では、劣化抑制被膜量（θ_１）について説明する。本実施形態では、既述したように、リフレッシュ処理による酸化被膜の除去量が過多であることに起因するカソードの劣化を抑制するために、リフレッシュ処理後に残すべき酸化被膜量として、劣化抑制被膜量（θ_１）を設定している。

本実施形態では、劣化抑制被膜量（θ_１）は、以下の（１）式に示すように、カソード上に形成される酸化被膜の量の最大値である最大被膜量（θ_ｍａｘ）から、リフレッシュ処理により除去してよい酸化被膜の最大量である除去量最大値（θ_２）を減算した値としている。除去量最大値（θ_２）は、本実施形態では、リフレッシュ電圧を、既述したリフレッシュ下限電圧に設定し、リフレッシュ時間を、既述した最短リフレッシュ時間に設定したときに、リフレッシュ処理による除去される酸化被膜量としている。

θ_１ ＝ θ_ｍａｘ−θ_２ … （１）

図１０は、燃料電池１００のサイクリックボルタモグラムを示す図である。図１０に基づいて、最大被膜量（θ_ｍａｘ）について説明する。図１０のサイクリックボルタモグラムでは、触媒（図１０では白金触媒）の酸化反応（酸化被膜形成反応）と、触媒の還元反応（酸化被膜の除去反応）と、の各々に対応する領域と共に、最大被膜量θ_ｍａｘに対応する領域も、ハッチングを付して示している。図１０に示す最大被膜量θ_ｍａｘに対応する領域は、水素吸着電気量を表わしており、触媒における電気化学的有効面積に対応している。そのため、上記最大被膜量θ_ｍａｘに対応する領域の面積から、カソード上に最大量の酸化被膜が形成される反応の反応量に対応する電荷量として、最大被膜量θ_ｍａｘを求めることができる。

以上のように構成された本実施形態の燃料電池システム３０によれば、リフレッシュ処理を実行する際に、ステップＳ１２０で導出された量の酸化被膜の除去を、予め設定された基準時間内で行なうことができるようにリフレッシュ電圧を決定している。そのため、上記導出された量の酸化被膜を、より長い時間リフレッシュ処理して除去する場合に比べて、リフレッシュ処理に起因するカソードの劣化を抑えることができ、その結果、リフレッシュ処理に起因する燃料電池１００の発電性能の低下を抑えることができる。

図５および図９に示すように、リフレッシュ電圧とリフレッシュ時間との組み合わせであるリフレッシュ条件は、除去すべき酸化被膜量に対応する被膜除去量等価ライン上の任意の点として設定することが可能である。しかしながら図９に示すように、同一の被膜除去量等価ライン上のリフレッシュ条件であっても、リフレッシュ時間をより短くするほど、燃料電池１００の耐久試験の結果が向上する。リフレッシュ時間が長いほど発電性能が低下する理由は、リフレッシュ時間が長いほど、リフレッシュ処理の際に、カソード表面に存在する触媒（白金等）の酸化物だけでなく、カソード内部に存在する触媒の酸化物も還元される程度が大きくなるためと考えられる。そして、カソード内部に存在する酸化物が還元されることにより、カソードの構造が損傷を受けて、燃料電池１００の発電性能が低下すると考えられる。

なお、リフレッシュ処理により除去する酸化被膜量が同じである場合には、リフレッシュ時間をより短く設定することにより、リフレッシュ電圧がより低くなるため、リフレッシュ処理時における発電量が、より多くなる。本実施形態では、間欠運転終了時に、リフレッシュ処理を行なっている。間欠運転終了後は、通常は、モータ１７０からの要求電力が存在する状態であるため、上記にようにリフレッシュ処理時の発電量が増加することにより、２次電池１７２の残存容量の過度の低下を抑制することができる。このような観点から、リフレッシュ時間は０．５秒以下にすることが好ましく、０．１秒以下にすることがより好ましい。

また、本実施形態では、リフレッシュ処理を行なう際に、リフレッシュ後に酸化被膜の一部がカソード上に残存するように、カソードから除去すべき酸化被膜量を導出している。そのため、リフレッシュ処理によりカソードから除去される酸化物の量が過多であることに起因して、カソードの劣化が進行して燃料電池１００の発電性能が低下することを抑制できる。

特に、本実施形態では、リフレッシュ処理後に残すべき酸化被膜量（劣化抑制被膜量）を設定するために、リフレッシュ時間がシステム上の最短リフレッシュ時間であり、かつ、リフレッシュ電圧が、最短リフレッシュ時間でリフレッシュ処理したときにカソード劣化（耐久試験の結果）が許容範囲となるリフレッシュ下限電圧（本実施形態では０．４Ｖ）であるというリフレッシュ条件を用いている。そして、上記リフレッシュ条件でリフレッシュ処理を行なった時に除去される酸化被膜量を、最大被膜量から減算することにより、リフレッシュ処理後に残すべき酸化被膜量（劣化抑制被膜量）を設定している。本願出願人は、図９に示すように、リフレッシュ時間を最短リフレッシュ時間としたときに、上記リフレッシュ下限電圧よりも低い電圧（図８では、０．３Ｖの例を示している）をリフレッシュ電圧としてリフレッシュ処理を行ない、より多くの酸化被膜を除去すると、カソードの劣化が進行して燃料電池１００の発電性能が大きく低下することを見出した。このように、リフレッシュ処理により除去される酸化物の量が過多である場合にも、リフレッシュ時間が長い場合と同様に、カソード内部に存在する触媒の酸化物が還元される程度が大きくなることにより、カソード劣化が進行すると考えられる。上記のように設定した劣化抑制被膜量が残存するようにリフレッシュ処理を行なうことにより、リフレッシュ処理に起因するカソードの劣化を抑制する効果を高めることができる。

また、本実施形態では、リフレッシュ処理を、間欠運転終了時に行なっている。間欠運転時には、一般に、カソード電位は高電位になり、カソード上に酸化被膜が形成されやすいため、間欠運転終了時にリフレッシュ処理を行なうことで、カソード上の酸化被膜を効率良く除去することができる。リフレッシュ処理は、例えば、モータ１７０からの負荷要求が存在する運転状態の途中で行なうこととしてもよいが、間欠運転終了時にリフレッシュ処理を行なうことで、既述したように、２次電池１７２の残存容量が過度に低下することを抑制可能となる。

Ｈ．他の実施形態：
実施形態のステップＳ１３０においてリフレッシュ電圧を決定する際に、最低リフレッシュ電圧（Ｖ_ｍｉｎ）を設けて、最低リフレッシュ電圧（Ｖ_ｍｉｎ）以上となるようにリフレッシュ電圧を設定することとしてもよい。最低リフレッシュ電圧は、例えば、既述したリフレッシュ下限電圧、すなわち、リフレッシュ時間をシステム上の最短リフレッシュ時間とし、かつ、リフレッシュ電圧を、最短リフレッシュ時間でリフレッシュ処理したときにカソード劣化（耐久試験の結果）が許容範囲となる出力電圧の下限値であるリフレッシュ下限電圧（本実施形態では０．４Ｖ）とすることができる。例えば、図５を参照すると、ステップＳ１２０で導出された除去すべき酸化被膜量が１０Ｃであったときには、リフレッシュ条件としては、リフレッシュ時間が最短リフレッシュ時間（０．１秒）であってリフレッシュ電圧が最低リフレッシュ電圧（Ｖ_ｍｉｎ）を下回る条件Ｐ４ではなく、リフレッシュ電圧が最低リフレッシュ電圧（Ｖ_ｍｉｎ）となる条件Ｐ３を、採用すればよい。これにより、リフレッシュ電圧が低すぎることに起因するカソードの劣化を抑制することができる。

実施形態では、ステップＳ１３０でリフレッシュ電圧を決定するために、リフレッシュ処理を行なう際の燃料電池１００の出力電圧と、リフレッシュ時間と、リフレッシュ処理により除去される酸化被膜量と、の関係である第３の関係を記憶し、これを参照することとしたが、異なる構成としてもよい。例えば、リフレッシュ時間を最短リフレッシュ時間（例えば０．１秒）に固定して、最短リフレッシュ時間におけるリフレッシュ電圧と、リフレッシュ処理により除去される酸化被膜量と、との関係を記憶し、これを参照してリフレッシュ電圧を決定してもよい。このとき、例えば、リフレッシュ時間を最短リフレッシュ時間にすると、リフレッシュ電圧が既述した最低リフレッシュ電圧（Ｖ_ｍｉｎ）未満になるような酸化被膜量に対しては、リフレッシュ電圧を最低リフレッシュ電圧（Ｖ_ｍｉｎ）に固定して、リフレッシュ時間と酸化被膜量との関係を記憶すればよい。

実施形態では、燃料電池システム３０を車両の駆動用電源として用いたが、異なる構成としても良い。車両以外の移動体の駆動用電源としてもよく、また、燃料電池システムを、定置型電源として用いても良い。

本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

２０…燃料電池車両
２２…車体
３０…燃料電池システム
１００…燃料電池
１０２…電圧センサ
１０４…ＤＣ／ＤＣコンバータ
１１０…水素タンク
１２０…燃料ガス供給部
１２１…水素供給流路
１２２…循環流路
１２３…水素放出流路
１２４…開閉バルブ
１２５…減圧バルブ
１２６…インジェクタ
１２７…循環ポンプ
１２９…開閉バルブ
１３０…コンプレッサ
１４０…酸化ガス供給部
１４１…空気流路
１４２…空気放出流路
１７０…モータ
１７２…２次電池
１７４…ＤＣ／ＤＣコンバータ
１７８…配線
１８０…アクセル開度センサ
２００…制御部
２１０…ＣＰＵ
２２０…ＲＯＭ
２３０…ＲＡＭ
２４０…タイマ

Claims (5)

1. 燃料電池システムであって、
   電解質膜と、アノードおよびカソードと、を備える燃料電池と、
   前記燃料電池の出力電圧を調節する電圧調節部と、
   前記電圧調節部を制御して、前記燃料電池の出力電圧を、前記カソード上に形成された酸化被膜が還元される還元電圧に低下させるリフレッシュ処理を実行する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記リフレッシュ処理に先立って、前記燃料電池の出力電圧と時間とを用いて、前記カソードから除去すべき前記酸化被膜の量を導出すると共に、前記燃料電池の出力電圧として、前記導出した量の前記酸化被膜を予め設定された基準時間以内で除去可能となるリフレッシュ電圧を決定し、
   前記リフレッシュ処理を実行する際に、前記燃料電池の出力電圧が前記リフレッシュ電圧となるように、前記電圧調節部を動作させ、
   前記制御部は、前記カソードから除去すべき前記酸化被膜の量を、前記リフレッシュ処理を実行する際に前記カソード上に形成されている前記酸化被膜の一部が前記カソード上に残存するように導出し、
   前記制御部は、
   前記カソード上に形成されている前記酸化被膜の量を導出し、
   導出した前記カソード上に形成されている前記酸化被膜の量から、前記燃料電池の劣化を抑制するために前記リフレッシュ処理後に残すべき前記酸化被膜の量として予め定めた劣化抑制被膜量を減算して、前記カソードから除去すべき前記酸化被膜の量を導出し、
   前記劣化抑制被膜量は、予め定めた下限電圧および予め定めた下限時間の条件で前記リフレッシュ処理を実行したときに前記カソードから除去される前記酸化被膜の量を、前記カソード上に形成される前記酸化被膜の量の最大値から減算した値である
   燃料電池システム。
2. 燃料電池システムであって、
   電解質膜と、アノードおよびカソードと、を備える燃料電池と、
   前記燃料電池の出力電圧を調節する電圧調節部と、
   前記電圧調節部を制御して、前記燃料電池の出力電圧を、前記カソード上に形成された酸化被膜が還元される還元電圧に低下させるリフレッシュ処理を実行する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記リフレッシュ処理に先立って、前記燃料電池の出力電圧と時間とを用いて、前記カソードから除去すべき前記酸化被膜の量を導出すると共に、前記燃料電池の出力電圧として、前記導出した量の前記酸化被膜を予め設定された基準時間以内で除去可能となるリフレッシュ電圧を決定し、
   前記リフレッシュ処理を実行する際に、前記燃料電池の出力電圧が前記リフレッシュ電圧となるように、前記電圧調節部を動作させ、
   前記制御部は、前記カソードから除去すべき前記酸化被膜の量を、前記リフレッシュ処理を実行する際に前記カソード上に形成されている前記酸化被膜の一部が前記カソード上に残存するように導出し、
   更に、
   前記燃料電池の出力電圧を検出する電圧センサと、
   前記燃料電池の出力電圧が一定値に保持される時間を計測するタイマと、
   前記燃料電池の出力電圧と、前記燃料電池の出力電圧を一定値に保持する保持時間と、前記酸化被膜が形成される量と、の関係である第１の関係を記憶する第１の記憶部と、
   前記燃料電池の出力電圧と、前記燃料電池の出力電圧を一定値に保持する保持時間と、前記酸化被膜が除去される量と、の関係である第２の関係を記憶する第２の記憶部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記電圧センサが検出した前記出力電圧、前記タイマが計測した時間、前記第１の関係、および前記第２の関係に基づいて、前記カソード上に形成される前記酸化被膜の量および前記カソード上から除去される前記酸化被膜の量を経時的に求めて積算することにより、前記カソード上に形成されている前記酸化被膜の量を導出する
   燃料電池システム。
3. 請求項１または請求項２に記載の燃料電池システムであって、さらに、
   前記リフレッシュ処理を行なう際の前記燃料電池の出力電圧と、前記リフレッシュ処理を行なう時間と、前記リフレッシュ処理により除去される前記酸化被膜の量と、の関係である第３の関係を記憶する第３の記憶部を備え、
   前記制御部は、前記第３の関係を用いて、前記カソードから除去すべき前記酸化被膜の量として導出した量の前記酸化被膜を前記基準時間以内で除去するための前記リフレッシュ電圧を、決定する
   燃料電池システム。
4. 電解質膜と、アノードおよびカソードと、を備える燃料電池を備える燃料電池システムの制御方法であって、
   前記燃料電池の出力電圧と時間とを用いて、前記カソードから除去すべき酸化被膜の量を導出する導出工程と、
   前記燃料電池の出力電圧として、前記導出した量の前記酸化被膜を予め設定された基準時間以内で還元して除去可能となるリフレッシュ電圧を決定する工程と、
   前記燃料電池の出力電圧を、前記リフレッシュ電圧に調節してリフレッシュ処理を実行する工程と、を備え、
   前記導出工程では、前記カソードから除去すべき前記酸化被膜の量を、前記リフレッシュ処理を実行する際に前記カソード上に形成されている前記酸化被膜の一部が前記カソード上に残存するように導出し、
   前記導出工程では、
   前記カソード上に形成されている前記酸化被膜の量を導出し、
   導出した前記カソード上に形成されている前記酸化被膜の量から、前記燃料電池の劣化を抑制するために前記リフレッシュ処理後に残すべき前記酸化被膜の量として予め定めた劣化抑制被膜量を減算して、前記カソードから除去すべき前記酸化被膜の量を導出し、
   前記劣化抑制被膜量は、予め定めた下限電圧および予め定めた下限時間の条件で前記リフレッシュ処理を実行したときに前記カソードから除去される前記酸化被膜の量を、前記カソード上に形成される前記酸化被膜の量の最大値から減算した値である
   燃料電池システムの制御方法。
5. 電解質膜と、アノードおよびカソードと、を備える燃料電池を備える燃料電池システムの制御方法であって、
   前記燃料電池の出力電圧と時間とを用いて、前記カソードから除去すべき酸化被膜の量を導出する導出工程と、
   前記燃料電池の出力電圧として、前記導出した量の前記酸化被膜を予め設定された基準時間以内で還元して除去可能となるリフレッシュ電圧を決定する工程と、
   前記燃料電池の出力電圧を、前記リフレッシュ電圧に調節してリフレッシュ処理を実行する工程と、を備え、
   前記導出工程では、前記カソードから除去すべき前記酸化被膜の量を、前記リフレッシュ処理を実行する際に前記カソード上に形成されている前記酸化被膜の一部が前記カソード上に残存するように導出し、
   前記燃料電池システムは、更に、
   前記燃料電池の出力電圧を検出する電圧センサと、
   前記燃料電池の出力電圧が一定値に保持される時間を計測するタイマと、
   前記燃料電池の出力電圧と、前記燃料電池の出力電圧を一定値に保持する保持時間と、前記酸化被膜が形成される量と、の関係である第１の関係を記憶する第１の記憶部と、
   前記燃料電池の出力電圧と、前記燃料電池の出力電圧を一定値に保持する保持時間と、前記酸化被膜が除去される量と、の関係である第２の関係を記憶する第２の記憶部と、
   を備え、
   前記導出工程では、前記電圧センサが検出した前記出力電圧、前記タイマが計測した時間、前記第１の関係、および前記第２の関係に基づいて、前記カソード上に形成される前記酸化被膜の量および前記カソード上から除去される前記酸化被膜の量を経時的に求めて積算することにより、前記カソード上に形成されている前記酸化被膜の量を導出する
   燃料電池システムの制御方法。

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