JP7010071B2 - 燃料電池システムおよび酸化被膜除去方法 - Google Patents

燃料電池システムおよび酸化被膜除去方法 Download PDF

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Description

本発明は、燃料電池に含まれる触媒の酸化被膜の除去に関する。
燃料電池の電極に用いられている触媒には酸化被膜が生じ得る。酸化被膜が生じると触媒性能が劣化して、燃料電池の発電効率は低下する。そこで、燃料電池の電圧を非常に低い値にまで低減させることにより、酸化被膜を還元して除去する方法が提案されている（特許文献１参照）。
特開２０１２－１８５９６８号公報
しかし、特許文献１に記載の方法では、間欠運転、すなわち、少量の酸化剤ガスを間欠的に燃料電池に供給して燃料電池の電圧を所定の電圧範囲内に保つ運転の実行中に、燃料電池の電圧を低減している。このため、酸化被膜を除去した後に燃料電池の電圧を上昇させる際に、酸化剤ガスの流量が少量であるために所定の電圧範囲まで上昇させるのに長時間を要してしまい、電圧復帰応答性が低い。一般に、還元された触媒は、その後に燃料電池の電圧が再上昇した際に溶出し易くなることが知られている。そして、かかる触媒が溶出し易くなる現象は、燃料電池の電圧が低い状態である時間が長いほど起こり易い。このため、特許文献１に記載の方法では、触媒が溶出し易くなるという問題がある。また、多くの酸化剤ガスが供給されている状態、例えば、通常運転時に酸化被膜を除去する場合、燃料電池の電圧を低減させるために燃料電池の電流を増加させようとすると、通常運転中のために既に燃料電池の電流が大きな状態において更に電流を増加させなければならない。このため、電流増加のために多量の反応ガスを用いることとなり、燃費が悪化するという問題がある。そこで、酸化被膜除去の処理後の電圧復帰応答性を向上させつつ、燃費悪化を抑制可能な技術が望まれている。
本発明は、上述の課題を踏まえて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。
［形態１］燃料電池システムであって、触媒を含む燃料電池と、前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、前記燃料電池に供給される前記酸化剤ガスの流量を制御する流量制御部と、前記触媒に生じた酸化被膜を除去する酸化被膜除去処理を実行する除去処理実行部と、を備え、前記除去処理実行部は、前記燃料電池システムの運転が、前記燃料電池の電流値がゼロであり前記燃料電池の電圧が前記燃料電池の開回路電圧よりも低い予め定められた第１電圧範囲内を維持するように前記流量が制御されている第１運転から、前記電流値がゼロよりも大きく前記燃料電池に対する出力要求に応じて前記流量が制御されている第２運転に移行する際に、前記燃料電池の電圧を前記第１電圧範囲よりも低い予め定められた第２電圧範囲内にすることにより前記酸化被膜除去処理を実行し、前記触媒に生じた前記酸化被膜の量が予め定められた第１量以上の状態であることを示す第１条件が成立したか否かを判定する第１判定部を、さらに備え、前記除去処理実行部は、前記第１条件が成立したと判定された場合、前記燃料電池システムの運転が前記第１運転から前記第２運転に移行する際に、前記酸化被膜除去処理を実行し、前記燃料電池の電流を測定する電流測定部と、前記触媒に生じた前記酸化被膜の量が、前記第１量よりも多い予め定められた第２量以上の状態であることを示す第２条件が成立したか否かを判定する第２判定部と、をさらに備え、前記除去処理実行部は、前記第２運転が実行中であり、且つ、前記第２条件が成立したと判定され、且つ、測定された前記電流が予め定められた電流閾値以下である場合に、前記酸化被膜除去処理を実行する、燃料電池システム。
（１）本発明の一形態によれば、燃料システムが提供される。この燃料システムは、触媒を含む燃料電池と；前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と；前記燃料電池に供給される前記酸化剤ガスの流量を制御する流量制御部と；前記触媒に生じた酸化被膜を除去する酸化被膜除去処理を実行する除去処理実行部と；を備え；前記除去処理実行部は、前記燃料電池システムの運転が、前記燃料電池の電流値がゼロであり前記燃料電池の電圧が前記燃料電池の開回路電圧よりも低い予め定められた第１電圧範囲内を維持するように前記流量が制御されている第１運転から、前記電流値がゼロよりも大きく前記燃料電池に対する出力要求に応じて前記流量が制御されている第２運転に移行する際に、前記燃料電池の電圧を前記第１電圧範囲よりも低い予め定められた第２電圧範囲内にすることにより前記酸化被膜除去処理を実行する。
この形態の燃料電池システムによれば、燃料電池システムの運転が第１運転から第２運転に移行する際に酸化被膜除去処理が実行されるので、酸化被膜除去処理が終了してから燃料電池の電圧が目標電圧に至るまでに要する時間を、第１運転実行中に酸化被膜除去処理が実行される構成に比べて短くでき、電圧復帰応答性を向上できる。第１運転から第２運転に移行する際には、酸化剤ガスの流量は増加するため燃料電池の電圧は上昇傾向にある。また、第２運転時の目標電圧は、一般に第１電圧範囲よりも低い。これらの理由から、酸化被膜除去処理が終了した後に目標電圧に至るまでに要する時間を短くできる。また、第１運転から第２運転に移行する際には電流値が非常に小さいため、第２運転中に酸化被膜除去処理が行われる構成に比べて、燃料電池の電圧を第２電圧範囲内にするために要する燃料ガスの量を抑えることができ、燃費悪化を抑制できる。
（２）上記形態の燃料システムにおいて、前記燃料電池の電流を調整する電源回路をさらに備え；前記除去処理実行部は、前記電源回路を制御して前記電流を増加させることにより、前記燃料電池の電圧を前記第２電圧範囲内にして前記酸化被膜除去処理を実行してもよい。この形態の燃料電池システムによれば、燃料電池の電流を増加させることにより、燃料電池の電圧を第２電圧範囲内にして酸化被膜除去処理を実行するので、燃料電池の電圧を第２電圧範囲内にするのに要する時間を、酸化剤ガスの流量を低減させることにより燃料電池の電圧を第２電圧範囲内にする構成に比べて短くできる。したがって、燃料電池の電圧を第２電圧範囲内にするまでの酸化被膜の除去量を低減でき、酸化被膜の除去量が非常に多くなってしまうことを抑制できる。
（３）上記形態の燃料システムにおいて、前記触媒に生じた前記酸化被膜の量が予め定められた第１量以上の状態であることを示す第１条件が成立したか否かを判定する第１判定部を、さらに備え；前記除去処理実行部は、前記第１条件が成立したと判定された場合、前記燃料電池システムの運転が前記第１運転から前記第２運転に移行する際に、前記酸化被膜除去処理を実行してもよい。この形態の燃料電池システムによれば、触媒に生じた酸化被膜の量が予め定められた第１量以上の状態であることを示す第１条件が成立した場合に酸化被膜除去処理が実行されるので、酸化被膜の量が第１量未満である場合に酸化被膜除去処理が実行される構成に比べて、かかる処理の実行回数を低減できる。このため、酸化被膜除去処理の際に燃料電池の電圧を低減させることに起因する触媒の溶出を、より抑制できる。
（４）上記形態の燃料システムにおいて、前記燃料電池の電流を測定する電流測定部と；前記触媒に生じた前記酸化被膜の量が、前記第１量よりも多い予め定められた第２量以上の状態であることを示す第２条件が成立したか否かを判定する第２判定部と；をさらに備え；前記除去処理実行部は、前記第２運転が実行中であり、且つ、前記第２条件が成立したと判定され、且つ、測定された前記電流が予め定められた電流閾値以下である場合に、前記酸化被膜除去処理を実行してもよい。この形態の燃料電池システムによれば、第１運転から第２運転への移行が全く実行されない場合には酸化被膜除去処理が実行されない構成に比べて、酸化被膜の量が非常に多くなってしまうことを抑制できる。また、測定された電流が予め定められた電流閾値以下である場合に酸化被膜除去処理が実行されるので、電流値の増加のために多量の燃料ガスを用いることを回避でき、燃料電池の電流を増加させる際の燃費悪化を抑制できる。
本発明は、種々の形態で実現することも可能である。例えば、燃料電池システムを搭載した車両、酸化被膜除去方法、燃料電池システムの制御方法、かかる制御方法を実行するためのプログラム、かかるプログラムを記憶する記憶媒体等の形態で実現することができる。
本発明の一実施形態としての燃料電池システムの概略構成を示すブロック図。 酸化被膜量テーブルの設定内容を模式的に示す説明図。 触媒リフレッシュ処理の手順を示すフローチャート。 前回の触媒リフレッシュ処理からの経過時間と、各単セルの触媒に生じる酸化被膜の量とを模式的に示す説明図。 酸化膜除去処理の実行前後におけるセル電圧の変化を示す説明図。 燃料電池のＩＶ特性と、燃料電池に供給される空気の流量との関係を示す説明図。 触媒リフレッシュ処理の実行前後におけるＦＣ電流の変化を示す説明図。 比較例における触媒リフレッシュ処理の実行前後におけるセル電圧の変化を示す説明図。 第２実施形態の触媒リフレッシュ処理の手順を示すフローチャート。
Ａ．第１実施形態：
Ａ１．システム構成：
図１は、本発明の一実施形態としての燃料電池システム１０の概略構成を示すブロック図である。燃料電池システム１０は、駆動モータ２０に電力を供給するシステムとして、車両に搭載されて用いられる。燃料電池システム１０は、燃料電池１００と、アノード側ガス供給排出機構２００と、カソード側ガス供給排出機構３００と、燃料電池循環冷却機構４００と、電源回路５００と、二次電池５５０と、制御装置６００とを備える。
燃料電池１００は、固体高分子型燃料電池であり、積層方向ＳＤに沿って積層された複数の単セル１１０から成るセルスタックを有する。各単セル１１０は固体高分子電解質膜を挟んで設けられるアノード側触媒電極層に供給される燃料ガスと、カソード側触媒電極層に供給される酸化剤ガスとの電気化学反応により電力を発生する。本実施形態において、燃料ガスは水素ガスであり、酸化剤ガスは空気である。触媒電極層は、触媒、例えば、白金（Ｐｔ）を担持したカーボン粒子や電解質を含んで構成される。単セル１１０において両電極側の触媒電極層の外側には、多孔質体により形成されたガス拡散層が配置されている。多孔質体としては、例えば、カーボンペーパーおよびカーボンクロス等のカーボン多孔質体や、金属メッシュおよび発泡金属等の金属多孔質体が用いられる。燃料電池１００の内部には、燃料ガス、酸化剤ガス、および冷却媒体を流通させるためのマニホールド（図示省略）が積層方向ＳＤに沿って形成されている。燃料電池１００は、セルスタックの両端を挟む一対の電極板１１１を供えている。一対の電極板１１１は、燃料電池１００における総合電極として機能する。
アノード側ガス供給排出機構２００は、燃料電池１００への燃料ガスの供給および燃料電池１００からのアノードオフガスの排出を行なう。アノード側ガス供給排出機構２００は、タンク２１０と、遮断弁２２０と、調圧弁２２１と、インジェクタ２２２と、気液分離器２５０と、循環用ポンプ２４０と、パージ弁２６０と、燃料ガス供給流路２３１と、第１アノードオフガス排出流路２３２と、ガス循環路２３３と、第２アノードオフガス排出流路２６２と、圧力センサ２７１とを備える。
タンク２１０は、高圧水素を貯蔵しており、燃料ガスとしての水素ガスを、燃料ガス供給流路２３１を介して燃料電池１００に供給する。遮断弁２２０は、タンク２１０における燃料ガスの供給口近傍に配置され、タンク２１０からの水素ガスの供給の実行と停止とを切り替える。調圧弁２２１は、燃料ガス供給流路２３１において遮断弁２２０の下流側且つインジェクタ２２２の上流側に配置されている。調圧弁２２１は、自身の上流側圧力（一次圧）を、予め設定されている自身の下流側圧力（二次圧）に調整する。インジェクタ２２２は、燃料ガス供給流路２３１において調圧弁２２１の下流側に配置され、燃料電池１００に燃料ガスを噴射する。このとき、インジェクタ２２２における燃料ガスの噴射周期および噴射デューティ（噴射周期の一周期あたりに水素ガスを噴射する時間の割合）が調整されることにより、燃料電池１００への燃料ガスの供給量及び圧力が調整される。
気液分離器２５０は、第１アノードオフガス排出流路２３２に配置され、燃料電池１００から排出されたアノードオフガスに含まれる液体を分離して第２アノードオフガス排出流路２６２に排出すると共に、液体が分離された後のアノードオフガスをガス循環路２３３に排出する。また、アノードオフガスから分離された液体を貯留し、後述のパージ弁２６０が開いた場合には、貯留された液体を第２アノードオフガス排出流路２６２に排出する。アノードオフガスに含まれる液体とは、例えば、各単セル１１０における電気化学反応により生じた生成水が挙げられる。液体が分離された後のアノードオフガスには、各単セル１１０における電気化学反応で用いられなかった水素ガス、および各単セル１１０において固体高分子膜を介してカソード側からアノード側へと透過した窒素ガスが含まれ得る。
循環用ポンプ２４０は、ガス循環路２３３に配置され、気液分離器２５０から排出されたアノードオフガスを燃料ガス供給流路２３１に送出する。パージ弁２６０は、第２アノードオフガス排出流路２６２に配置され、開弁されることにより、気液分離器２５０によって分離された液体を第２アノードオフガス排出流路２６２へと排出する。気液分離器２５０は、第１アノードオフガス排出流路２３２を介して燃料電池１００と連通すると共に、パージ弁２６０が開かれることにより、第２アノードオフガス排出流路２６２を介して大気と連通する。燃料電池１００内の圧力は大気圧よりも高いため、パージ弁２６０が開かれると、気液分離器２５０内に溜まった液体は、燃料電池１００と大気との圧力差によって第２アノードオフガス排出流路２６２へと排出される。なお、このとき、第１アノードオフガス排出流路２３２と第２アノードオフガス排出流路２６２とは、パージ弁２６０を介して連通することとなる。
燃料ガス供給流路２３１は、燃料電池１００内に設けられた図示しない燃料ガス供給用のマニホールドと連通している。燃料ガス供給流路２３１には、インジェクタ２２２から燃料ガスが供給され、循環用ポンプ２４０からアノードオフガスが供給される。循環用ポンプ２４０から供給されるアノードオフガスは主として各単セル１１０で用いられずに排出された水素ガスから成り、かかる水素ガスを燃料ガス供給流路２３１に戻すことにより、燃費の向上が図られる。第１アノードオフガス排出流路２３２は、燃料電池１００内に設けられた図示しないアノードオフガス排出用のマニホールドと連通しており、かかるマニホールドから燃料電池１００の外部へと排出されるアノードオフガスを、気液分離器２５０へと送出する。
カソード側ガス供給排出機構３００は、燃料電池１００への酸化剤ガスの供給および燃料電池１００からのカソードオフガスの排出を行なう。カソード側ガス供給排出機構３００は、酸化剤ガス供給部３９１と、カソードオフガス排出部３９２とを備える。酸化剤ガス供給部３９１は、燃料電池１００に酸化剤ガスとしての空気を供給する。酸化剤ガス供給部３９１は、エアクリーナ３１０と、エアコンプレッサ３２０と、酸化剤ガス供給流路３３１とを備える。エアクリーナ３１０は、内部に備えるフィルタにより空気中の塵等の異物を除去し、異物除去後の空気をエアコンプレッサ３２０に供給する。エアコンプレッサ３２０は、エアクリーナ３１０から供給される空気を圧縮して酸化剤ガス供給流路３３１へと送出する。酸化剤ガス供給流路３３１は、エアコンプレッサ３２０と燃料電池１００とを接続し、エアコンプレッサ３２０により圧縮された空気を燃料電池１００へと送る。カソードオフガス排出部３９２は、カソードオフガス排出流路３３２と、背圧弁３４０と、を備える。カソードオフガス排出流路３３２は、燃料電池１００と上述の第２アノードオフガス排出流路２６２とにそれぞれ接続されており、燃料電池１００から排出されたカソードオフガスを、第２アノードオフガス排出流路２６２へと送る。背圧弁３４０は、カソードオフガス排出流路３３２に設けられ、燃料電池１００におけるカソードオフガスの排出側の圧力を調整する。カソードオフガス排出流路３３２は、上述の第２アノードオフガス排出流路２６２と接続されており、カソードオフガス排出流路３３２を通って排出される液体およびカソードオフガスは、第２アノードオフガス排出流路２６２を通って排出される液体およびアノードオフガスと共に大気中へと排出される。
燃料電池循環冷却機構４００は、燃料電池１００を介して冷却媒体を循環させることにより燃料電池１００の温度を調整する。燃料電池循環冷却機構４００は、ラジエータ４１０と、冷却媒体排出流路４４２と、冷却媒体供給流路４４１と、循環用ポンプ４３０とを備える。ラジエータ４１０は、冷却媒体排出流路４４２と冷却媒体供給流路４４１とに接続されており、冷却媒体排出流路４４２から流入する冷却媒体を、図示しない電動ファンからの送風等により冷却してから冷却媒体供給流路４４１へと排出する。冷却媒体排出流路４４２は、燃料電池１００内に設けられた図示しない冷却媒体排出用のマニホールドと接続され、冷却媒体供給流路４４１は、燃料電池１００内に設けられた図示しない冷却媒体供給用のマニホールドに接続されている。したがって、冷却媒体排出流路４４２、ラジエータ４１０、冷却媒体供給流路４４１、および燃料電池１００内のマニホールドにより、冷却媒体の循環路が形成されている。本実施形態では、冷却媒体として水が用いられる。なお、水に限らず、エチレングリコール等の不凍水、および空気等の熱交換可能な任意の媒体を、冷却媒体として用いてもよい。循環用ポンプ４３０は、冷却媒体排出流路４４２に配置され、燃料電池１００から排出された冷却媒体をラジエータ４１０へと送出する。
電源回路５００は、燃料電池１００と二次電池５５０とのうちの少なくとも一方から駆動モータ２０に電力を供給する。また、電源回路５００は、燃料電池１００の電流（以下、「ＦＣ電流」と呼ぶ）を調整する。また、電源回路５００は、二次電池５５０への充電を制御する。電源回路５００は、燃料電池制御用コンバータ５３０と、インバータ５２０と、二次電池制御用コンバータ５６０と、電流測定部５７０と、セルモニタ５８０とを備える。
燃料電池制御用コンバータ５３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータであり、燃料電池１００の出力電圧を昇圧する。また、燃料電池制御用コンバータ５３０は、内蔵されているスイッチング素子のスイッチング周波数を制御装置６００からの指示に従って調整することにより、ＦＣ電流を調整する。二次電池制御用コンバータ５６０は、ＤＣ／ＤＣコンバータであり、二次電池５５０の出力電圧を昇圧する。また、二次電池制御用コンバータ５６０は、駆動モータ２０の回生電力と燃料電池１００の出力電力とのうちの少なくとも一方を降圧して二次電池５５０に供給する。インバータ５２０は、燃料電池１００および二次電池５５０にそれぞれ電気的に接続されており、燃料電池１００および二次電池５５０から出力される直流電圧を交流電圧に変換する。変換された交流電圧は、駆動モータ２０に供給される。また、インバータ５２０は、駆動モータ２０から出力される回生電力の交流電圧を直流電圧に変換して二次電池制御用コンバータ５６０に出力する。電流測定部５７０は、燃料電池１００の電極板１１１と燃料電池制御用コンバータ５３０とを接続する配線に配置されており、ＦＣ電流を測定する。セルモニタ５８０は、各単セル１１０の電圧を測定する。制御装置６００では、セルモニタ５８０により測定される各単セル１１０の電圧値が時系列的に履歴として記録されている。
二次電池５５０は、リチウムイオン電池により構成され、燃料電池１００と共に燃料電池システム１０における電力供給源として機能する。なお、リチウムイオン電池に代えて、ニッケル水素電池などの他の任意の種類の電池により構成されてもよい。
制御装置６００は、燃料電池システム１０を全体制御する。制御装置６００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と記憶装置とを備えるマイクロコンピュータからなるＥＣＵ（Electronic Control Unit）により構成されている。制御装置６００は、流量制御部６１０と、除去処理実行部６２０と、第１判定部６３０と、第２判定部６４０とを備える。流量制御部６１０と、除去処理実行部６２０と、第１判定部６３０と、第２判定部６４０とは、いずれも制御装置６００が有する図示しないＣＰＵが記憶装置に予め記憶されている制御プログラムを実行することにより機能する機能部として構成されている。
流量制御部６１０は、燃料電池１００に供給される空気の流量を制御する。具体的には、エアコンプレッサ３２０の回転数を調整することにより、燃料電池１００に供給される空気の流量を制御する。なお、エアコンプレッサ３２０の回転数に代えて、または、エアコンプレッサ３２０の回転数に加えて、酸化剤ガス供給流路３３１、カソードオフガス排出流路３３２のいずれかに設けられた図示しない弁の開度を調整することにより、燃料電池１００に供給される空気の流量を制御してもよい。
除去処理実行部６２０は、各単セル１１０のカソードに用いられている触媒に生じた酸化被膜を除去する酸化被膜除去処理を実行する。除去処理実行部６２０は、燃料電池１００の電圧を予め定められた後述の第２電圧範囲Ｒ２内にすることにより、酸化被膜除去処理を実行する。第２電圧範囲は、燃料電池１００の開回路電圧（Open circuit voltage：ＯＣＶ）よりも十分に低く、後述の第１電圧範囲Ｒ１よりも低い。燃料電池１００の電圧を第２電圧範囲Ｒ２にする方法および第１電圧範囲Ｒ１の詳細については、後述する。
第１判定部６３０は、カソードの触媒に生じた酸化被膜の量が、予め定められた第１量以上の状態であることを示す第１条件が成立したか否かを判定する。第２判定部６４０は、カソードの触媒に生じた酸化被膜の量が、予め定められた第２量以上の状態であることを示す第２条件が成立したか否かを判定する。第１量、第２量、第１条件、および第２条件の詳細については、後述する。制御装置６００が有する図示しない記憶装置には、予め酸化被膜量テーブル６９０が記憶されている。酸化被膜量テーブル６９０は、上記第１条件および第２条件が成立したか否かの判定において参照される。
図２は、酸化被膜量テーブル６９０の設定内容を模式的に示す説明図である。酸化被膜量テーブル６９０では、後述の酸化被膜除去処理を実行したときからの経過時間と、各単セル１１０のカソード触媒に生じる酸化被膜量とが、単セル１１０の電圧（以下、「セル電圧」と呼ぶ）毎に対応付けて設定されている。図２では、セル電圧が０．６Ｖの場合の設定値ｃ２１と、セル電圧が０．７Ｖの場合の設定値ｃ２２と、セル電圧が０．８Ｖの場合の設定値ｃ２３とが、代表して表わされている。各単セル１１０に用いられている触媒量は決まっているため、酸化被膜量は上限値ｍ１を有する。図２に示すように、セル電圧が高いほど同じ経過時間でも酸化被膜量は多い。このため、セル電圧が高いほど上限値ｍ１に達するまでの経過時間は短い。このような経過時間と酸化被膜量との関係が、実験によりセル電圧を変化させながら求められ、予め酸化被膜量テーブル６９０に設定されている。
上記構成を有する燃料電池システム１０では、運転モードとして、第１運転と、第２運転とが設定されている。第２運転は、通常運転とも呼ばれ、ＦＣ電流の値がゼロよりも大きく燃料電池１００に対する出力要求に応じて酸化剤ガスの流量が制御されている状態での運転を意味する。第１運転は、間欠運転とも呼ばれ、ＦＣ電流の値がゼロであり燃料電池１００の電圧が燃料電池１００の開回路電圧よりも低い予め定められた第１電圧範囲内を維持するように酸化剤ガスの流量が制御されている状態での運転を意味する。第１運転は、燃料電池システム１０への要求電力が非常に低い場合に実行される。燃料電池システム１０では、要求電力が非常に低い場合、システム全体のエネルギー効率の低下を抑制するために二次電池５５０から電力を供給するようにして、燃料電池１００からの電力出力を停止させている。しかし、この場合、燃料電池１００内に水素ガスと酸化剤ガスとしての空気が残留するためにカソード電位が過剰に高くなり酸化被膜が生じ易くなる。また、一方で、アノード側の残留水素ガスは、各単セル１１０において電解質膜を介してカソード側に透過して酸化され、かかる酸化によりカソード側の残留空気は消費されてカソード電位は下がる。かかるカソード電位の降下により酸化被膜は還元されて除去されることになる。しかし、このようにして還元されたカソード触媒は、その後にカソード電位が再上昇した際に溶出し易くなる。そこで、燃料電池１００の電圧が開回路電圧よりも低い第１電圧範囲内を維持するように第１運転が実行される。燃料電池１００の電圧が第１電圧範囲内であれば、カソード電位の過剰な上昇は抑えられて酸化被膜の発生を抑制でき、また、カソード電位が低い状態となることに起因する触媒の溶出を抑制できる。第１電圧範囲としては、開回路電圧よりも低い任意の電圧範囲が設定されてもよい。例えば、開回路電圧が１．０Ｖである場合には、０．７Ｖ以上０．８Ｖ以下の範囲に設定されてもよい。
上述の第２運転はもちろん、第１運転が行われても、酸化被膜の発生は起こり得る。そこで、燃料電池システム１０では、後述の触媒リフレッシュ処理が実行される。触媒リフレッシュ処理では、燃料電池１００の電圧を一時的に非常に低い電圧とすることにより酸化被膜を還元して除去する処理（後述の酸化被膜除去処理）が実行される。ここで、本実施形態の触媒リフレッシュ処理では、燃料電池１００の電圧を低減するものの、その後に電圧が上昇した際の触媒の溶出を抑制できる。また、本実施形態の触媒リフレッシュ処理によれば、燃料電池１００の電圧を低い電圧とした後に目標電圧まで復帰するまでの時間を短くでき、電圧復帰応答性を向上できる。
Ａ２．触媒リフレッシュ処理：
図３は、触媒リフレッシュ処理の手順を示すフローチャートである。車両のスタータスイッチがオンされて、燃料電池システム１０が始動すると、触媒リフレッシュ処理が実行される。
第１判定部６３０は、第１条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ１０５）。本実施形態において、第１条件は、「各単セル１１０のカソードの触媒に生じた酸化被膜量が第１量以上である」との条件を意味する。各単セル１１０のカソードの触媒に生じた酸化被膜量は、制御装置６００に記録されている各単セル１１０の電圧の履歴に基づき、酸化被膜量テーブル６９０を参照して求められる。具体的には、電圧の履歴から或る電圧値であった期間が分かると、かかる期間に基づき酸化被膜量テーブル６９０から酸化被膜量が特定でき、このようにして特定された酸化被膜量を積算することにより、ステップＳ１０５が実行される際の各単セル１１０のカソードの触媒に生じた酸化被膜量を求めることができる。
図４は、前回の触媒リフレッシュ処理からの経過時間と、各単セル１１０の触媒に生じる酸化被膜の量とを模式的に示す説明図である。図４において、横軸は前回の酸化被膜除去処理の実行からの経過時間を示し、縦軸は酸化被膜量を示す。
図４に示すように、酸化被膜量は、時間の経過と共に上昇する。経過時間が時間Ｔａまでは酸化被膜量の増加速度は非常に大きい。これに対して、時間Ｔａを超えると、酸化被膜量の増加速度は鈍化する。このような酸化被膜量の増加傾向が予め実験で求められ、時間Ｔａのときの酸化被膜量Ｍ１がステップＳ１０５における第１量として設定されている。なお、時間Ｔｂのときの酸化被膜量Ｍ２は、後述の第２量として設定されている。
図３に示すように、第１条件が成立しないと判定された場合（ステップＳ１０５：ＮＯ）、ステップＳ１０５に戻る。これに対して、第１条件が成立したと判定された場合（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、制御装置６００は、第１運転から第２運転への移行タイミングであるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。すなわち、ステップＳ１１０では、間欠運転から通常運転への移行タイミングであるか否かが判定される。
第１運転から第２運転への移行タイミングであると判定された場合（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、除去処理実行部６２０は、ＦＣ電流を予め定められた期間増加させることによる酸化被膜除去処理を実行する（ステップＳ１１５）。ステップＳ１１５では、除去処理実行部６２０は、ＦＣ電流を増加させることにより、燃料電池１００の電圧を上述の第１電圧範囲よりも低い予め定められた第２電圧範囲Ｒ２内にすることにより、カソード電位を低減して酸化被膜を除去する。ステップＳ１１５の実行後、ステップＳ１０５に戻る。
図５は、酸化被膜除去処理の実行前後におけるセル電圧の変化を示す説明図である。図５において、横軸は時刻を示し、縦軸はセル電圧を示す。時刻Ｔ０～Ｔ１までは第１運転（間欠運転）が実行され、時刻Ｔ１以降は第２運転（通常運転）が実行されている。第１運転において、セル電圧は、第１電圧範囲Ｒ１内を維持している。第１電圧範囲Ｒ１の上限電圧Ｖ２０は、ＯＣＶよりも低い。また、第１電圧範囲Ｒ１の下限電圧Ｖ１０は、触媒の還元が生じない程度の高い電圧である。第１運転では、セル電圧が増減している。これは、電解質膜を透過した残留水素の還元反応にカソードの空気が消費されてセル電圧が低下し、また、セル電圧が下限電圧Ｖ１０まで低下すると、流量制御部６１０が空気の流量を増加してセル電圧が上昇するからである。
時刻Ｔ１において燃料電池システム１０の運転が第１運転から第２運転に移行すると、ステップＳ１１５が実行されてセル電圧が急激に減少して時刻Ｔ２に第２電圧範囲Ｒ２内となる。第２電圧範囲Ｒ２は、電圧Ｖｒｆ以下の範囲である。電圧Ｖｒｆは、触媒被膜の還元が生じ得る上限の電圧である。第２電圧範囲Ｒ２は、上述の第１電圧範囲Ｒ１よりも低い電圧範囲である。換言すると、第２電圧範囲Ｒ２の上限電圧である電圧Ｖｒｆは、第１電圧範囲Ｒ１の下限電圧Ｖ１０よりも低い。図５に示すように、ステップＳ１１５において、ＦＣ電流が増加することにより、セル電圧が急激に減少する理由について、図６を用いて説明する。
図６は、燃料電池１００のＩＶ特性と、燃料電池１００に供給される空気の流量との関係を示す説明図である。図６において、横軸はＦＣ電流を示し、縦軸はセル電圧を示す。図６では、空気の流量が異なる３つの場合における燃料電池１００のＩＶ特性（電流－電圧特性）を示している。図６において、特性Ｃ１は、空気の流量が最も少ない場合のＩＶ特性を示す。また、特性Ｃ２は空気の流量が２番目に少ない場合のＩＶ特性を、特性Ｃ３は空気の流量が最も多い場合のＩＶ特性を、それぞれ示す。
図６に示すように、いずれの特性Ｃ１～Ｃ２においても、ＦＣ電流が増加するにつれてセル電圧は低下する。また、燃料電池１００に供給される空気の流量が少ないほど、同じＦＣ電流におけるセル電圧は低くなる。また、空気の流量が少ないほど、電流増加に対するセル電圧の低下の度合は大きくなる。このため、例えば、ＦＣ電流がゼロでありセル電圧がＯＣＶの状態から、上述の酸化被膜の還元反応が生じる電圧Ｖｒｆまで低下する際に、特性Ｃ３では、ＦＣ電流を、非常に大きな電流値Ｉ２まで増加させる必要があるのに対して、特性Ｃ１では、ＦＣ電流を、電流値Ｉ２よりも非常に小さな電流値Ｉ１まで増加させれば足りる。そして、この特性Ｃ１は、第１運転のＩＶ特性に相当する。したがって、ステップＳ１１５においてＦＣ電流が増加することにより、セル電圧は急激に減少する。ＦＣ電流の増加は、上述のように、燃料電池制御用コンバータ５３０の制御により実現でき、要する時間は非常に短い。したがって、図５に示す時刻Ｔ１～Ｔ２は非常に短い。このように時刻Ｔ１～Ｔ２が短いため、セル電圧が電圧Ｖｒｆ以下となるまでの酸化被膜の除去量を抑制できる。
図５に示すように、時刻Ｔ２から酸化被膜除去処理が終了する時刻Ｔ３まで、セル電圧は第２電圧範囲Ｒ２内となっている。酸化被膜除去処理が終了すると、第２運転、つまり、通常運転中であるので、燃料電池１００には、出力要求に応じて空気が供給されている。このため、セル電圧の目標電圧Ｖｔｇは、第１電圧範囲Ｒ１よりも低い値となっている。図５に示すように、セル電圧は、時刻Ｔ３以降目標電圧Ｖｔｇに向かって上昇し、時刻Ｔ４において、目標電圧Ｖｔｇに達する。本実施形態の触媒リフレッシュ処理では、酸化被膜除去処理終了からセル電圧が目標電圧Ｖｔｇまで復帰するまでの時間、すなわち、時刻Ｔ３～Ｔ４は、短い。これは、燃料電池システム１０の運転が第２運転（通常運転）であるために燃料電池１００に供給される空気の流量が第１運転時に比べて非常に多く、セル電圧の増加速度が非常に高いからである。
上述のように、時刻Ｔ３～Ｔ４が短いため、セル電圧が第２電圧範囲Ｒ２内に留まっている時間が短く、その後セル電圧が復帰した後に触媒が溶出することが抑制される。
図７は、触媒リフレッシュ処理の実行前後におけるＦＣ電流の変化を示す説明図である。図５と同様に、時刻Ｔ０～Ｔ１までは第１運転（間欠運転）が実行され、時刻Ｔ１以降は第２運転（通常運転）が実行されている。第１運転時には、ＦＣ電流はゼロである。時刻Ｔ１において、第１運転から第２運転に移行すると、ＦＣ電流は電流値Ｉ１まで上昇し、その後、時刻Ｔ３まで電流値Ｉ１を維持する。時刻Ｔ３において酸化被膜除去処理が終了すると、ＦＣ電流は減少し、時刻Ｔ４において目標電流値Ｉｔｇに達する。
図３に示すように、ステップＳ１１０において、第１運転から第２運転への移行タイミングでないと判定された場合（ステップＳ１１０：ＮＯ）、第２判定部６４０は、第２条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ１２０）。本実施形態において、第２条件は、「各単セル１１０のカソードの触媒に生じた酸化被膜量が第２量以上である」との条件を意味する。各単セル１１０のカソードの触媒に生じた酸化被膜量の求め方は、ステップＳ１０５と同じであるので、その説明を省略する。第２量は、図４に示す前回の酸化被膜除去処理からの経過時間が時間Ｔｂであるときの酸化被膜量Ｍ２である。この酸化被膜量Ｍ２は、上述の酸化被膜量Ｍ１よりも多い。酸化被膜量Ｍ２は、酸化被膜量の増加に伴う発電効率の劣化の程度を考慮して、予め設定されている。例えば、実験により、許容可能な発電効率の下限値における酸化被膜量を求め、かかる酸化被膜量を酸化被膜量Ｍ２として設定してもよい。第２条件が成立しないと判定された場合（ステップＳ１２０：ＮＯ）、上述のステップＳ１０５に戻る。
他方、第２条件が成立したと判定された場合（ステップＳ１２０：ＹＥＳ）、制御装置６００は、燃料電池システム１０が通常運転中であるか否かを判定する（ステップＳ１２５）。燃料電池システム１０が通常運転中でないと判定された場合（ステップＳ１２５：ＮＯ）、上述のステップＳ１０５に戻る。これに対して、燃料電池システム１０が通常運転中であると判定された場合（ステップＳ１２５：ＹＥＳ）、制御装置６００は、ＦＣ電流が閾値電流値以下であるか否かを判定する（ステップＳ１３０）。
ＦＣ電流が閾値電流値以下でないと判定された場合（ステップＳ１３０：ＮＯ）、上述のステップＳ１０５に戻る。これに対して、ＦＣ電流が閾値電流値以下であると判定された場合（ステップＳ１３０：ＹＥＳ）、上述のステップＳ１１５が実行される。つまり、除去処理実行部６２０は、酸化被膜除去処理を実行する。
このように、燃料電池システム１０では、酸化被膜量が酸化被膜量Ｍ１を超えるまでは、第１運転から第２運転への移行が実行される場合には、かかる移行の際に酸化被膜除去処理が行われる。また、酸化被膜量が酸化被膜量Ｍ１を超えて、酸化被膜量Ｍ２に達した場合には、第１運転から第２運転への移行が実行されなくても、ＦＣ電流が閾値電流値以下の場合には、酸化被膜除去処理が実行される。酸化被膜量が酸化被膜量Ｍ１を超えて、酸化被膜量Ｍ２に達した場合には、第１運転から第２運転への移行が実行されなくても酸化被膜除去処理が実行されるのは、酸化被膜量が多いことによる発電効率の大きな劣化を抑制するためである。また、このとき、ＦＣ電流が閾値電流値以下の場合に酸化被膜除去処理が実行されるのは、以下の理由による。上述のようにステップＳ１１５の酸化被膜除去処理は、ＦＣ電流を増加させることにより実行されるため、ＦＣ電流値が高い状態で酸化被膜除去処理を実行しようとすると、ＦＣ電流を非常に高い値まで増加させなければならない。この場合、ＦＣ電流の増加のため、多量の水素ガスが消費されて燃費が低下する。そこで、燃料電池システム１０では、ＦＣ電流が閾値電流値以下の場合に酸化被膜除去処理を実行することにより、燃費悪化を抑制するようにしている。
Ａ３．比較例：
図８は、比較例における触媒リフレッシュ処理の実行前後におけるセル電圧の変化を示す説明図である。図８における横軸および縦軸は、図５における横軸および縦軸と同じである。比較例では、第１運転実行中に酸化被膜除去処理が実行される。この構成では、図５に示す例と同様に、時刻Ｔ１に電流が増加されてセル電圧が急激に減少して第２電圧範囲Ｒ２内となり、時刻Ｔ３まで第２電圧範囲Ｒ２内が維持される。時刻Ｔ３の後、セル電圧が第１電圧範囲Ｒ１内となるように、セル電圧が上昇される。しかし、このとき、燃料電池システム１０では、第１運転（間欠運転）が実行されているため空気を急激に増加することはできず、セル電圧は少しずつ増減を繰り返しながら徐々に増加することとなる。このため、セル電圧が目標電圧、すなわち第１電圧範囲Ｒ１内の電圧まで上昇するまでに、非常に長時間を要する。すなわち、電圧復帰応答性が低い。このため、比較例では、セル電圧が第２電圧範囲Ｒ２近傍の比較的低い電圧に留まっている時間が長くなり、セル電圧が第１電圧範囲Ｒ１に復帰した後における触媒の流出が促進されてしまう。
これに対して、上述の第１実施形態の燃料電池システム１０によれば、電圧復帰応答性が高いので、言い換えると、酸化被膜除去処理実行後に目標電圧Ｖｔｇに復帰するまでの時間が短いので、セル電圧が第２電圧範囲Ｒ２近傍の比較的低い電圧に留まっている時間が短く、その後、セル電圧が上昇した際の触媒の流出を抑制できる。また、時刻Ｔ３の後、燃料電池１００に供給する空気の流路を急激に増加させるような特別な制御を必要としないため、制御装置６００の処理負荷の増大や、かかる特別な制御のためにプログラムを記憶する記憶領域を必要とせず、燃料電池システム１０の製造コストを抑制できる。
以上説明した第１実施形態の燃料電池システム１０によれば、燃料電池システム１０の運転が第１運転から第２運転に移行する際に、酸化被膜除去処理（ステップＳ１１５）が実行されるので、酸化被膜除去処理が終了した後にセル電圧が目標電圧に至るまでに要する時間を、第１運転実行中に酸化被膜除去処理が実行される比較例の構成に比べて短くでき、触媒の酸化膜を除去しつつ触媒の溶出を抑制できる。第１運転から第２運転に移行する際には、酸化剤ガスである空気の流量は増加するため燃料電池１００の電圧は上昇傾向にある。また、第２運転時の目標電圧は、一般に第１電圧範囲よりも低い。これらの理由などにより、酸化被膜除去処理が終了した後に目標電圧Ｖｔｇに至るまでに要する時間を短くできる。また、第１運転から第２運転に移行する際には電流値が非常に小さいため、第２運転中に（通常運転中に）酸化被膜除去処理が行われる構成に比べて、燃料電池の電圧を第２電圧範囲内にするために要する燃料ガスの量を抑えることができ、燃費悪化を抑制できる。
また、触媒に生じた酸化被膜の量が予め定められた第１量以上の状態であることを示す第１条件が成立した場合に酸化被膜除去処理が実行されるので、酸化被膜の量が第１量未満である場合に酸化被膜除去処理が実行される構成に比べて、かかる処理の実行回数を低減できる。このため、酸化被膜除去処理実行時におけるセル電圧低下に起因する触媒の溶出を、より抑制できる。
また、第１条件が成立した場合において第１運転（間欠運転）から第２運転（通常運転）への移行が実行されない場合でも、酸化被膜除去処理が実行され得るので、第１条件が成立した場合であっても間欠運転から通常運転への移行が実行されない場合には酸化被膜除去処理が全く実行されない構成に比べて、酸化被膜の量が非常に多くなってしまうことを抑制できる。また、ＦＣ電流が電流閾値以下である場合に酸化被膜除去処理が実行されるので、電流値の増加のために多量の水素ガスを用いることを回避でき、ＦＣ電流を増加させる際の燃費悪化を抑制できる。
また、ＦＣ電流を増加させることにより、セル電圧を第２電圧範囲Ｒ２内にして酸化被膜除去処理を実行するので、セル電圧を第２電圧範囲Ｒ２内にするのに要する時間を、酸化剤ガスの流量を低減させることにより燃料電池の電圧を第２電圧範囲内にする構成に比べて短くできる。したがって、触媒に生じる酸化被膜の除去量が非常に多くなってしまうことを抑制できる。
Ｂ．第２実施形態：
第２実施形態の燃料電池システム１０の装置構成は、第１実施形態の燃料電池システム１０の装置構成と同じであるので、同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。第２実施形態の燃料電池システム１０は、触媒リフレッシュ処理の手順において、第１実施形態の燃料電池システム１０と異なる。
図９は、第２実施形態の触媒リフレッシュ処理の手順を示すフローチャートである。第２実施形態の触媒リフレッシュ処理は、ステップＳ１１５に代えてステップＳ１１５ａを実行する点において、第１実施形態の触媒リフレッシュ処理と異なり、他の手順は同じである。
ステップＳ１１０において、第１運転から第２運転への移行タイミングであると判定された場合（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、または、ステップＳ１３０において、ＦＣ電流が電流閾値以下であると判定された場合（ステップＳ１３０：ＹＥＳ）、除去処理実行部６２０は、流量制御部６１０を制御して、燃料電池１００に供給される空気流量を減少させることによる酸化被膜除去処理を実行する（ステップＳ１１５ａ）。
空気流量を減少させると、ＦＣ電流値は維持され、セル電圧は低下する。このため、セル電圧を第２電圧範囲Ｒ２内となるように空気流量を減少させることにより、触媒に生じた酸化被膜を除去できる。
以上説明した第２実施形態の燃料電池システム１０においても、除去処理実行部６２０は、燃料電池システム１０の運転が第１運転から第２運転に移行する際に、酸化被膜除去処理（ステップＳ１１５ａ）を実行するので、酸化被膜除去処理が終了した後に目標電圧に至るまでに要する時間を、第１運転実行中に酸化被膜除去処理を実行する上述の比較例の構成に比べて短くでき、電圧復帰応答性を向上できる等、第１実施形態の燃料電池システム１０と同様な効果を有する。
Ｃ．その他の実施形態：
Ｃ１．その他の実施形態１：
各実施形態において、ステップＳ１０５を省略してもよい。すなわち、第１運転から第２運転に移行する際には、酸化被膜量に関わらずに、ステップＳ１１５、Ｓ１１５ａを実行してもよい。かかる構成において、ステップＳ１１５、Ｓ１１５ａ実行時の電圧値、電流値、および期間と、その頻度とから特定される触媒の劣化（溶出し易さ）の度合いが、予め想定されている燃料電池１００の寿命内で収まるように、電圧値等を設定してもよい。また、ステップＳ１０５とステップＳ１１０とを逆の順序で実行してもよい。
Ｃ２．その他の実施形態２：
各実施形態において、ステップＳ１２０を省略してもよい。かかる構成であっても、ＦＣ電流が電流閾値以下の通常運転中に酸化膜除去処理が実行されるので、酸化被膜を除去できると共に、燃費の悪化を抑制できる。また、ステップＳ１０５に代えてステップＳ１２０を実行し、第２条件が成立しない場合には、ステップＳ１１０、Ｓ１１５（Ｓ１１５ａ）を実行し、第２条件が成立した場合には、ステップＳ１２５、Ｓ１３０を実行するようにしてもよい。この構成においては、第１運転から第２運転への移行が実行されなくても、酸化被膜量が第２量に達した場合には、ＦＣ電流が電流閾値以下であることを前提として、酸化被膜除去処理が実行されるので、酸化被膜量が非常に多くなってしまうことを抑制できる。
Ｃ３．その他の実施形態３：
各実施形態において、第１条件は、「各単セル１１０のカソードの触媒に生じた酸化被膜量が第１量以上である」との条件であったが、本発明はこれに限定されない。例えば、「前回の酸化膜除去処理実行からの経過時間が予め定められた第１閾値時間を経過した」との条件であってもよい。この場合も、第１閾値時間として、第１量に対応する経過時間、すなわち、図４における時間Ｔａを設定することにより、各実施形態と同様な効果を奏する。すなわち、一般には、触媒に生じた前記酸化被膜の量が予め定められた第１量以上の状態であることを示す任意の条件を、第１条件としてもよい。
また、第２条件についても同様に、「前回の酸化膜除去処理実行からの経過時間が予め定められた第２閾値時間を経過した」との条件であってもよい。この場合も、第２閾値時間として、第２量に対応する経過時間、すなわち、図４における時間Ｔｂを設定することにより、各実施形態と同様な効果を奏する。すなわち、一般には、触媒に生じた前記酸化被膜の量が第１量も多い予め定められた第２量以上の状態であることを示す任意の条件を、第２条件としてもよい。
Ｃ４．その他の実施形態４：
各実施形態において、燃料電池システム１０は、駆動モータ２０に電力を供給するためのシステムとして、車両に搭載されて用いられていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、車両に代えて、船舶や飛行機などの駆動用電源を必要とする他の任意の移動体に搭載されて使用されてもよい。また、定置型電源として、例えば、オフィスや家庭において屋内または屋外に設置されて用いられてもよい。また、燃料電池１００に含まれる各単セル１１０は、固体高分子型燃料電池用の単セルであったが、リン酸型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、固体酸化物形燃料電池等、種々の燃料電池用の単セルとして構成してもよい。
Ｃ５．その他の実施形態５：
各実施形態において、ハードウェアによって実現されていた構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよく、逆に、ソフトウェアによって実現されていた構成の一部をハードウェアに置き換えるようにしてもよい。例えば、流量制御部６１０、除去処理実行部６２０、第１判定部６３０、第２判定部６４０のうちの少なくとも１つの機能部を、集積回路、ディスクリート回路、またはそれらの回路を組み合わせたモジュールにより実現してもよい。また、本開示の機能の一部または全部がソフトウェアで実現される場合には、そのソフトウェア（コンピュータプログラム）は、コンピューター読み取り可能な記録媒体に格納された形で提供することができる。「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスクやＣＤ－ＲＯＭのような携帯型の記録媒体に限らず、各種のＲＡＭやＲＯＭ等のコンピューター内の内部記憶装置や、ハードディスク等のコンピューターに固定されている外部記憶装置も含んでいる。すなわち、「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、データパケットを一時的ではなく固定可能な任意の記録媒体を含む広い意味を有している。
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。
１０…燃料電池システム
２０…駆動モータ
１００…燃料電池
１１０…単セル
１１１…電極板
２００…アノード側ガス供給排出機構
２１０…タンク
２２０…遮断弁
２２１…調圧弁
２２２…インジェクタ
２３１…燃料ガス供給流路
２３２…第１アノードオフガス排出流路
２３３…ガス循環路
２４０…循環用ポンプ
２５０…気液分離器
２６０…パージ弁
２６２…第２アノードオフガス排出流路
２７１…圧力センサ
３００…カソード側ガス供給排出機構
３１０…エアクリーナ
３２０…エアコンプレッサ
３３１…酸化剤ガス供給流路
３３２…カソードオフガス排出流路
３４０…背圧弁
３９１…酸化剤ガス供給部
３９２…カソードオフガス排出部
４００…燃料電池循環冷却機構
４１０…ラジエータ
４３０…循環用ポンプ
４４１…冷却媒体供給流路
４４２…冷却媒体排出流路
５００…電源回路
５２０…インバータ
５３０…燃料電池制御用コンバータ
５５０…二次電池
５６０…二次電池制御用コンバータ
５７０…電流測定部
５８０…セルモニタ
６００…制御装置
６１０…流量制御部
６２０…除去処理実行部
６３０…第１判定部
６４０…第２判定部
６９０…酸化被膜量テーブル
Ｃ１～Ｃ３…特性
Ｉ１…電流値
Ｉ２…電流値
Ｉｔｇ…目標電流値
Ｍ１…酸化被膜量
Ｍ２…酸化被膜量
Ｒ１…第１電圧範囲
Ｒ２…第２電圧範囲
ＳＤ…積層方向
Ｔ０～Ｔ４…時刻
Ｔａ…時間
Ｔｂ…時間
Ｖ１０…下限電圧
Ｖ２０…上限電圧
Ｖｒｆ…電圧
Ｖｔｇ…目標電圧
ｃ２１～ｃ２３…設定値
ｍ１…上限値

Claims (3)

  1. 燃料電池システムであって、
    触媒を含む燃料電池と、
    前記燃料電池に酸化剤ガスを供給する酸化剤ガス供給部と、
    前記燃料電池に供給される前記酸化剤ガスの流量を制御する流量制御部と、
    前記触媒に生じた酸化被膜を除去する酸化被膜除去処理を実行する除去処理実行部と、
    を備え、
    前記除去処理実行部は、前記燃料電池システムの運転が、前記燃料電池の電流値がゼロであり前記燃料電池の電圧が前記燃料電池の開回路電圧よりも低い予め定められた第１電圧範囲内を維持するように前記流量が制御されている第１運転から、前記電流値がゼロよりも大きく前記燃料電池に対する出力要求に応じて前記流量が制御されている第２運転に移行する際に、前記燃料電池の電圧を前記第１電圧範囲よりも低い予め定められた第２電圧範囲内にすることにより前記酸化被膜除去処理を実行し、
    前記触媒に生じた前記酸化被膜の量が予め定められた第１量以上の状態であることを示す第１条件が成立したか否かを判定する第１判定部を、さらに備え、
    前記除去処理実行部は、前記第１条件が成立したと判定された場合、前記燃料電池システムの運転が前記第１運転から前記第２運転に移行する際に、前記酸化被膜除去処理を実行し、
    前記燃料電池の電流を測定する電流測定部と、
    前記触媒に生じた前記酸化被膜の量が、前記第１量よりも多い予め定められた第２量以上の状態であることを示す第２条件が成立したか否かを判定する第２判定部と、
    をさらに備え、
    前記除去処理実行部は、前記第２運転が実行中であり、且つ、前記第２条件が成立したと判定され、且つ、測定された前記電流が予め定められた電流閾値以下である場合に、前記酸化被膜除去処理を実行する、
    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において、
    前記燃料電池の電流を調整する電源回路をさらに備え、
    前記除去処理実行部は、前記電源回路を制御して前記電流を増加させることにより、前記燃料電池の電圧を前記第２電圧範囲内にして前記酸化被膜除去処理を実行する、
    燃料電池システム。
  3. 燃料電池システムが有する燃料電池に含まれている触媒に生じた酸化被膜を、除去するための酸化被膜除去方法であって、
    （ａ）前記燃料電池システムの運転が、前記燃料電池の電流値がゼロの状態において前記燃料電池の電圧が前記燃料電池の開回路電圧よりも低い予め定められた第１電圧範囲内を維持するように前記燃料電池に供給される酸化剤ガスの流量が制御されている第１運転から、前記電流値がゼロよりも大きく前記燃料電池に対する出力要求に応じて前記燃料電池に供給される前記酸化剤ガスの流量が制御されている第２運転に移行する際に、前記燃料電池の電圧を前記第１電圧範囲よりも低い予め定められた第２電圧範囲内にすることにより、前記酸化被膜を除去する酸化被膜除去処理を実行する工程を含み、
    （ｂ）前記触媒に生じた前記酸化被膜の量が予め定められた第１量以上の状態であることを示す第１条件が成立したか否かを判定する工程を、さらに含み、
    前記工程（ａ）は、前記第１条件が成立したと判定された場合、前記燃料電池システムの運転が前記第１運転から前記第２運転に移行する際に、前記酸化被膜除去処理を実行する工程を含み、
    （ｃ）記燃料電池の電流を測定する工程と、
    （ｄ）前記触媒に生じた前記酸化被膜の量が、前記第１量よりも多い予め定められた第２量以上の状態であることを示す第２条件が成立したか否かを判定する工程と、
    をさらに含み、
    前記工程（ａ）は、前記第２運転が実行中であり、且つ、前記第２条件が成立したと判定され、且つ、測定された前記電流が予め定められた電流閾値以下である場合に、前記酸化被膜除去処理を実行する工程を含む、
    酸化被膜除去方法。
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