JP7208832B2 - 燃料電池システム、車両および燃料電池システムの制御方法 - Google Patents

燃料電池システム、車両および燃料電池システムの制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、燃料電池システム、車両および燃料電池システムの制御方法に関する。
一般に、燃料電池セルを有する燃料電池は、水素と酸素の電気化学反応によって発電する。このため、燃料電池を備える燃料電池ユニットには、燃料電池に水素を供給する手段と、燃料電池に酸素を供給する手段とが設けられている。燃料電池ユニットにおいては、何らかの理由により、燃料電池セルで水素が欠乏する現象(以下、「水素欠乏」という。)が発生する場合がある。そのような場合に発電を継続すると、燃料電池セルの構成部分に含まれるカーボンの酸化などによって燃料電池セルが劣化するおそれがある。
水素欠乏に関して、たとえば特許文献1には、燃料電池で水素欠乏が発生した場合に、燃料電池の暖機運転を禁止または燃料電池の出力制限をする技術が記載されている。
特許第5435320号公報
しかしながら、水素欠乏の発生に際して、燃料電池の暖機運転を禁止または燃料電池の出力制限をするだけでは、水素欠乏の状態を根本的に解消することはできない。
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その目的は、水素欠乏による燃料電池セルの劣化を抑制し、かつ、水素欠乏の状態を解消することができる、燃料電池システム、車両および燃料電池システムの制御方法を提供することにある。
本発明は、燃料電池セルを有する燃料電池を備える燃料電池ユニットと、燃料電池ユニットを制御する制御部と、燃料電池セルの電圧を検出する電圧検出部と、を備えた燃料電池システムであって、制御部は、電圧検出部によって検出された燃料電池セルの電圧と、燃料電池セルの電圧に関して予め設定された異常確定条件とを比較し、燃料電池セルの電圧が異常確定条件を満たす場合に、燃料電池内に存在する気体を排気する処理と、燃料電池に水素を供給する処理とを含む処理サイクルを繰り返す水素欠乏復帰制御処理を実行する。
本発明に係る燃料電池システムにおいて、制御部は、処理サイクルにおいて、燃料電池内に存在する気体を排気する処理を行った後で、燃料電池に水素を供給する処理を行ってもよい。
本発明に係る燃料電池システムにおいて、制御部は、燃料電池システムの起動時に、水素欠乏復帰制御処理を実行してもよい。
本発明に係る燃料電池システムにおいて、処理サイクルは、燃料電池内に存在する気体を排気する処理と、燃料電池に水素を供給する処理と、気体の排気および水素の供給のいずれも行うことなく待機する処理とを含むものであってもよい。
本発明に係る燃料電池システムにおいて、制御部は、軽負荷状態に切り替えた状態で、水素欠乏復帰制御処理を実行してもよい。
本発明に係る燃料電池システムにおいて、燃料電池内に存在する気体を排気するときの排気目標圧力が大気圧より高く設定されていてもよい。
本発明は、上記構成の燃料電池システムを搭載した車両であってもよい。
本発明に係る燃料電池システムの制御方法は、燃料電池を構成する燃料電池セルの電圧を検出する工程と、検出した燃料電池セルの電圧と、燃料電池セルの電圧に関して予め設定された異常確定条件とを比較する工程と、燃料電池セルの電圧が異常確定条件を満たす場合に、燃料電池内に存在する気体を排気する処理と、燃料電池に水素を供給する処理とを含む処理サイクルを繰り返す水素欠乏復帰制御処理を実行する工程と、を有する。
本発明によれば、水素欠乏による燃料電池セルの劣化を抑制し、かつ、水素欠乏の状態を解消することができる。
本発明の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す概略図である。 セルモニタと燃料電池の接続状態を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る燃料電池システムの制御方法を説明するための模式図である。 水素欠乏復帰制御処理を説明するための模式図である。 スタック構造を有する燃料電池内のアノードガスの成分割合を示す図である。 排気と水素供給の繰り返しによって燃料電池セル内の水素分圧が改善される様子を示す模式図である。 図1の燃料電池システムを搭載した車両における、燃料電池システムの制御方法を示すフローチャートである。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す概略図である。
図1に示すように、燃料電池システムは、燃料電池ユニット11と、この燃料電池ユニット11を制御する制御部12とを備えている。
燃料電池ユニット11は、燃料電池15を備えている。燃料電池15は、複数の燃料電池セル16を積層したスタック構造を有している。各々の燃料電池セル16は、図示はしないが、電解質膜の両面を2つのセパレータで挟んだ構造になっている。電解質膜の一方の面にはカソード電極が配置され、電解質膜の他方の面にはアノード電極が配置される。また、燃料電池15は、第1エンドプレート21と、第1絶縁板22と、第1集電板23と、複数の燃料電池セル16と、第2集電板24と、第2絶縁板25と、第2エンドプレート26とを、この順に積層したスタック構造となっている。
燃料電池15には、水素供給ユニット31とエア供給ユニット32とが接続されている。水素供給ユニット31は、燃料ガスとなる水素を燃料電池15に供給するためのユニットである。水素供給ユニット31は、水素タンク34と、タンクバルブ35と、レギュレータ36と、インジェクタ37と、水素供給配管38と、圧力センサ39とを有している。圧力センサ39は、燃料電池15における水素の圧力(以下、「水素圧」ともいう。)を検出するセンサである。圧力センサ39の検出結果は制御部12に与えられる。水素タンク34に貯蔵された水素は、タンクバルブ35およびレギュレータ36を経由してインジェクタ37に供給され、インジェクタ37の連続的な開閉動作により、水素供給配管38および圧力センサ39を経由して燃料電池15に供給される。
エア供給ユニット32は、酸素を含むエアを燃料電池15に供給するためのユニットである。エア供給ユニット32は、エアコンプレッサ40と、エア供給配管41とを有している。エアコンプレッサ40は、大気から吸引したエアを圧縮する。エアコンプレッサ40が圧縮したエアは、エア供給配管41を通して燃料電池15に供給される。
また、燃料電池15には、排出配管43と、冷却ユニット44と、排出ユニット45と、水素循環ユニット46とが接続されている。排出配管43は、燃料電池15から排出されるカソードオフガスを大気中に排出するための配管である。冷却ユニット44は、燃料電池15を冷却するためのユニットである。冷却ユニット44は、温度センサ51と、配管52と、ラジエータ53と、ポンプ54と、配管55とを有している。冷却ユニット44は、水などの冷却媒体をポンプ54によって循環させることにより、燃料電池15の熱を回収するとともに、回収した熱をラジエータ53によって大気中に放出させることにより、燃料電池15を冷却する。温度センサ51は、配管52を流れる冷却媒体の温度を検出するセンサである。温度センサ51の検出結果は制御部12に与えられる。
排出ユニット45は、燃料電池15から排出されるアノードオフガスを排出するためのユニットである。排出ユニット45は、排気排水弁61と、排出配管62とを有している。排気排水弁61は、カソードオフガスとこれに含まれる生成水とを、排出配管62を通して大気中に排出するための弁である。
水素循環ユニット46は、燃料電池15から排出されるアノードオフガスに含まれる水素を、水素供給配管38を通して再び燃料電池15に供給するためのユニットである。水素循環ユニット46は、水素循環用の水素ポンプ65と、水素循環路66とを有している。燃料電池15から排出されるアノードオフガスに含まれる水素は、水素ポンプ65により水素循環路66を通して水素供給配管38に流入し、水素供給配管38を通して燃料電池15に供給される。
燃料電池ユニット11は、上述した燃料電池15、水素供給ユニット31、エア供給ユニット32、排出配管43、冷却ユニット44、排出ユニット45および水素循環ユニット46を備えるものである。
燃料電池15にはセルモニタ71が電気的に接続されている。セルモニタ71は、燃料電池セル16の電圧を検出する電圧検出部を構成するものである。セルモニタ71は、図2に示すように、スタック構造をなす複数の燃料電池セル16に対して個別に接続されている。この接続状態のもとで、セルモニタ71は、各々の燃料電池セル16ごとに、燃料電池セル16の電圧(以下、「セル電圧」ともいう。)を検出する。セルモニタ71によるセル電圧の検出結果は制御部12に与えられる。
また、図1に示すように、燃料電池15にはDC/DCコンバータ75が電気的に接続されている。DC/DCコンバータ75は、燃料電池15から出力される直流電力を所定の電圧レベルに降圧して出力するものである。蓄電池76は、燃料電池15によって得られる余剰電力、または、負荷78によって発生する回生電力を蓄電するものである。蓄電池76は、たとえば、充放電可能なリチウムイオン電池などの二次電池によって構成される。インバータ77は、燃料電池15からDC/DCコンバータ75を経て出力される直流電力や、蓄電池76から出力される直流電力を、それぞれ交流電力に変換して負荷78に出力するものである。負荷78は、電力の供給を受けて電気的または機械的に動作するものであって、たとえば、車両走行用のモータを含む。
制御部12は、たとえば、CPU、RAM、ROM、インターフェース回路などを備えたコンピュータによって構成される。制御部12は、燃料電池ユニット11を制御するために、セルモニタ71およびDC/DCコンバータ75の他に、レギュレータ36、インジェクタ37、圧力センサ39、温度センサ51、排気排水弁61および水素ポンプ65に、それぞれ電気的に接続されている(図1の符号A,B,C,D,E,F,Gを参照)。レギュレータ36、インジェクタ37、排気排水弁61、水素ポンプ65およびDC/DCコンバータ75は、それぞれ制御部12から与えられる指令に基づいて動作する。
上記構成からなる燃料電池システムにおいては、水素供給ユニット31によって燃料電池15に供給された水素と、エア供給ユニット32によって燃料電池15に供給されたエアに含まれる酸素とが、燃料電池15内で各々の燃料電池セル16に分配して供給される。その際、燃料電池セル16のアノード側には水素が供給され、燃料電池セル16のカソード側には酸素が供給される。これにより、燃料電池セル16は、水素と酸素の電気化学反応によって発電する。
ここで、何らかの理由により、いずれかの燃料電池セル16で水素欠乏が発生すると、この燃料電池セル16の電圧が低下する。水素欠乏は、たとえば、氷点下の環境で燃料電池システムを起動するときに、燃料電池セル16内の凍結が原因で発生する。水素欠乏が発生した場合に燃料電池15の発電を継続すると、水素欠乏を起こしている燃料電池セル16の電圧が徐々に低下する。そして、燃料電池セル16の電圧が負電圧となって所定の電圧値を下回ると、カーボンの酸化などによって燃料電池セル16が劣化するおそれがある。そこで、本発明実施形態においては、上記構成の燃料電池システムを以下のように制御することにより、燃料電池セル16の劣化を抑制する。
図3は、本発明の実施形態に係る燃料電池システムの制御方法を説明するための模式図である。燃料電池システムの制御方法は、制御部12の制御下で行われる。
図3の上段はセル電圧の経時的な変化を示し、図3の下段は制御部12による制御処理のタイムチャートを示している。このタイムチャートには、水素欠乏復帰制御処理の実行状態、燃料電池15の発電状態、および、エラーフラグの状態を示している。また、水素欠乏復帰制御処理を実行している場合をONと記載し、実行していない場合をOFFと記載している。エラーフラグは、燃料電池システムを停止させる必要のあるエラーが発生した場合にON状態となり、それ以外はOFF状態に保持される。
まず、制御部12は、セルモニタ71から与えられる検出結果に基づいて、各々の燃料電池セル16の電圧を監視する。具体的には、セルモニタ71によって検出される燃料電池セル16の電圧と、燃料電池セル16の電圧に関して予め設定された異常確定条件とを比較する。異常確定条件は、燃料電池セル16の電圧が異常であることを確定するために予め設定される条件である。
異常確定条件は、たとえば次のように設定される。まず、水素欠乏の発生によって燃料電池セル16の電圧が低下した場合に、カーボンの酸化などによって燃料電池セル16が劣化し始める電圧がV1であるとする。そうすると、制御部12には、異常確定条件としての閾値電圧V2が、上記の電圧V1よりも高い電圧値で設定される。閾値電圧V2は、セルモニタ71によって検出される燃料電池セル16の電圧が異常確定条件を満たすかどうかを判断するために制御部12に設定される電圧である。
制御部12は、セルモニタ71によって検出される燃料電池セル16の電圧が異常確定条件を満たさない場合、すなわちセル電圧が閾値電圧V2以上である場合は、水素欠乏復帰制御処理(詳細は後述)を実行せずに、燃料電池15の発電状態を発電中に維持する。より具体的に記述すると、制御部12は、すべての燃料電池セル16の電圧が閾値電圧V2以上であれば、水素欠乏復帰制御処理を実行せずに燃料電池15の発電を継続する。
また、制御部12は、セルモニタ71によって検出される燃料電池セル16の電圧が異常確定条件を満たす場合、すなわちセル電圧が閾値電圧V2未満である場合は、予め決められた時間Tだけ水素欠乏復帰制御処理を実行するとともに、燃料電池15の発電状態を発電中から発電停止へと切り替える。より具体的に記述すると、制御部12は、複数の燃料電池セル16のうち、少なくともいずれか1つの燃料電池セル16の電圧が異常確定条件を満たす場合に、燃料電池15の発電を停止して水素欠乏復帰制御処理を実行する。燃料電池15の発電停止は、DC/DCコンバータ75から負荷78への電力供給を制御部12が停止することにより行われる。このとき、制御部12は、DC/DCコンバータ75を制御して燃料電池15の出力電流をゼロにするため、セル電圧は開放電圧(OCV)レベルまで上昇する。ただし、燃料電池セル16の水素欠乏を解消しないまま燃料電池15の発電を再開すると、セル電圧は再び閾値電圧V2未満に低下してしまう。そこで、制御部12は、以下に述べる水素欠乏復帰処理を実行することにより、水素欠乏の状態を改善する。
図4は、水素欠乏復帰制御処理を説明するための模式図である。
図4の上段は燃料電池15における水素圧の経時的な変化を示し、図4の下段は制御部12による制御処理のタイムチャートを示している。
図4に示すように、制御部12が実行する水素欠乏復帰制御処理では、燃料電池15内に存在する気体を排気する処理(以下、「排気処理」ともいう。)aと、燃料電池15に水素を供給する処理(以下、「水素供給処理」ともいう)bと、燃料電池15に対して気体の排気および水素の供給のいずれも行うことなく待機する処理(以下、「待機処理」ともいう。)cとを含む処理サイクル81を、上述した時間T(図3参照)内で複数回繰り返す。
水素欠乏復帰制御処理は、図4に示すように、水素ポンプ65の動作を停止した状態で実行される。このため、制御部12は、水素欠乏復帰制御処理の開始時に水素ポンプ65の動作を停止させる。また、水素欠乏復帰制御処理において、制御部12は、まず、排気処理aを行う。排気処理aに際して、制御部12は、排気排水弁61を開状態とし、かつ、インジェクタ37を閉状態とする。これにより、排気処理aにおいては、水素タンク34から燃料電池15への水素の供給が停止されると共に、排気排水弁61の開放により燃料電池15内の気体が排出配管62を通して排気される。そうすると燃料電池15の水素圧が徐々に低下する。このとき、制御部12は、圧力センサ39によって検出される燃料電池15の水素圧を監視する。そして、燃料電池15の水素圧が排気目標圧力P2に達したら、排気処理aを終える。排気目標圧力P2は、燃料電池15内に存在する気体を排気処理aによって排気するときに目標とすべき圧力として予め設定されるものである。このため、制御部12は、燃料電池15の水素圧が排気目標圧力P2まで低下したら排気処理aを停止する。排気処理aに適用する排気目標圧力P2は、大気圧P1よりも高い圧力に設定される。排気目標圧力P2を大気圧P1よりも高い圧力に設定することにより、排気処理aで排気排水弁61を開状態とした場合に、燃料電池15内への大気の逆流が抑制される。
次に、制御部12は、水素供給処理bを行う。水素供給処理bに際して、制御部12は、排気排水弁61を閉状態とし、かつ、インジェクタ37を開状態とする。これにより、水素供給処理bでは、排気排水弁61の閉止によって燃料電池15内の気体が閉じ込められると共に、インジェクタ37の開動作により水素タンク34から燃料電池15へと水素が供給される。そうすると燃料電池15の水素圧が徐々に上昇する。このとき、制御部12は、圧力センサ39によって検出される燃料電池15の水素圧を監視する。そして、燃料電池15の水素圧が水素供給目標圧P3に達したら、水素供給処理bを終える。水素供給目標圧力P3は、燃料電池15に水素を供給するときに目標とすべき圧力として予め設定されるものである。このため、制御部12は、燃料電池15の水素圧が水素供給目標圧力P3まで上昇したら水素供給処理bを停止する。水素供給処理bに適用する水素供給目標圧力P3は、たとえば、水素欠乏復帰制御処理を開始する前の水素圧にあわせて設定される。
次に、制御部12は、待機処理cを行う。待機処理cに際して、制御部12は、排気排水弁61およびインジェクタ37をいずれも閉状態とする。これにより、待機処理cでは、燃料電池15に対して気体の排気および水素の供給のいずれも行われない。この待機処理cを行うことにより、水素供給処理bによって燃料電池15に供給された水素が複数の燃料電池セル16に行き渡るとともに、各々の燃料電池セル16で水素濃度が均一化される。以上で、1回の処理サイクル81が終了となる。
その後、制御部12は、再び排気処理aを行う。以降は、水素欠乏復帰制御処理を実行している間、各々の処理サイクル81において、排気処理a、水素供給処理bおよび待機処理cが、この順に繰り返される。そして、図3に示すように、水素欠乏復帰制御処理を開始してから所定の時間Tが経過すると、制御部12は、水素欠乏復帰制御処理を終了し、燃料電池15の発電を再開する。この段階では水素欠乏復帰制御処理の実行によって水素欠乏の状態が解消されているため、セル電圧は水素欠乏が発生する前の電圧レベルに回復するとともに、エラーフラグはOFF状態となる。
上述した水素欠乏復帰制御処理を実行することにより、水素欠乏を起こした燃料電池セル16の内部では水素分圧が改善される。その理由を図5および図6を用いて説明する。
図5は、スタック構造を有する燃料電池内のアノードガスの成分割合を示している。
図5においては、アノードガスの成分割合として、水素が80%、その他の不純物ガスが20%である燃料電池セル16の他に、水素の割合が50%、その他の不純物ガスの割合が50%である燃料電池セル16が存在する。このうち、水素の割合が80%の燃料電池セル16では水素欠乏が発生しておらず、水素の割合が50%の燃料電池セル16では水素欠乏が発生していると仮定する。
そうした場合、水素欠乏が発生した燃料電池セル16では、制御部12が実行する水素欠乏復帰制御処理において、排気処理aと水素供給処理bとを含む処理サイクル81を繰り返すことにより、燃料電池セル16内の水素分圧が図6のように改善される。具体的には、水素欠乏復帰制御処理において、まず排気処理aを行うと、燃料電池セル16内の気体の総量が減少し、次いで水素供給処理bを行うと、燃料電池セル16内の気体に占める水素の割合が増え、その分だけセル内の水素分圧が高くなる。その後、再び排気処理aを行うと、燃料電池セル16内の気体の総量が減少し、次いで水素供給処理bを行うと、燃料電池セル16内の気体に占める水素の割合が更に増え、その分だけセル内の水素分圧が高くなる。つまり、水素欠乏復帰制御処理において、排気処理aと水素供給処理bとを含む処理サイクル81を繰り返すことにより、燃料電池セル16内の水素分圧が改善される。
また、排気処理aに適用する排気目標圧力P2と水素供給処理bに適用する水素供給目標圧力P3との関係を、P2/P3で表すと、排気処理aと水素供給処理bとを行った後に残る不純物ガスの割合は、P2/P3の値が小さいほど少なくなる。P2/P3の値は、好ましくは、0.5以下(ただし、0を含まず)である。P2/P3の値を0.5以下に設定することにより、燃料電池セル16の水素欠乏を効率良く解消することができる。ちなみに、P2/P3の値を0.5に設定した場合は、排気処理aと水素供給処理bとを含む処理サイクル81を4回繰り返すことにより、不純物ガスの割合を1/10以下に減らすことができる。
図7は、図1の燃料電池システムを搭載した車両における、燃料電池システムの制御方法を示すフローチャートである。なお、燃料電池システムを搭載した車両としては、たとえば、燃料電池式自動車、燃料電池式産業車両、燃料電池式建設機械用車両などを挙げることができる。
まず、燃料電池システムは、車両のキーオン操作が行われることにより起動する。燃料電池システムの起動時において、制御部12は、温度センサ51によって検出される冷却媒体の温度が氷点下であるかどうかを確認する(ステップS1)。そして、冷却媒体の温度が氷点下でなければ、ステップS1からステップS2へと移行し、通常モードで燃料電池ユニット11を始動する(ステップS2)。これにより、燃料電池15が通常どおりに発電を開始するため、車両動作が可能な状態となる(ステップS3)。車両動作とは、たとえば車両走行用のモータの回転駆動によって行われる動作、すなわち車両の走行動作をいう。
これに対し、冷却媒体の温度が氷点下であった場合は、ステップS1からステップS4へと進む。ステップS4において、制御部12は、氷点下始動時に適用される暖機モードで燃料電池ユニット11を始動する(ステップS4)。暖機モードは、燃料電池15を急速に暖機するために燃料電池ユニット11を暖機運転で始動するモードである。暖機運転では、エア供給ユニット32によって燃料電池15に供給されるエアの量を少なくして燃料電池15の発熱量を増加させ、燃料電池15の発熱を利用して燃料電池15を暖機する。
次に、制御部12は、セルモニタ71を用いて燃料電池セル16の電圧を検出する(ステップS5)。次に、制御部12は、セルモニタ71を用いて検出した燃料電池セル16の電圧と、異常確定条件として予め設定された閾値電圧V2とを比較することにより、燃料電池セル16の電圧が閾値電圧V2未満であるかどうかを確認する(ステップS6)。そして、燃料電池セル16の電圧が閾値電圧V2未満でなければ、ステップS6からステップS7へと進む。ステップS7において、制御部12は、暖機運転が完了したかどうかを判断する。具体的には、制御部12は、温度センサ51によって検出される冷却媒体の温度が、予め設定された暖機運転完了温度以上に上昇したかどうかを確認する。そして、冷却媒体の温度が暖機運転完了温度未満であればステップS6に戻る。また、冷却媒体の温度が暖機運転完了温度以上であれば、暖機運転を終えてステップS8へと進み、車両動作が可能な状態となる。
一方、ステップS6において、燃料電池セル16の電圧が閾値電圧V2未満である場合は、ステップS6からステップS9へと移行する。ステップS9において、制御部12は、燃料電池15の発電を停止する。次に、制御部12は、水素欠乏復帰制御処理を実行する(ステップS10)。このとき、制御部12は、軽負荷状態に切り替えた状態で、水素欠乏復帰制御処理を実行する。軽負荷状態とは、負荷78によって消費される電力量(以下、「消費電力量」という。)が少ない状態をいい、より具体的には、燃料電池15の発電を停止可能な程度に消費電力量が少ない状態をいう。軽負荷状態の一例を挙げると、車両の走行が停止している状態である。このように軽負荷状態のもとで水素欠乏復帰制御処理を実行することにより、電力収支の破綻や燃料電池システムの破損を抑制することができる。次に、制御部12は、燃料電池15の発電を再開する(ステップS11)。その後は、ステップS11からステップS6に戻る。
上述した本発明の実施形態においては、セルモニタ71によって検出された燃料電池セル16の電圧が異常確定条件を満たす場合に、燃料電池15内に存在する気体を排気する排気処理aと、燃料電池15に水素を供給する水素供給処理bとを繰り返す水素欠乏復帰制御処理を実行する構成を採用している。水素欠乏復帰制御処理において、排気処理aと水素供給処理bとを含む処理サイクル81を繰り返すと、水素欠乏を起こした燃料電池セル16内の水素分圧が改善される。これにより、水素欠乏による燃料電池セル16の劣化を抑制し、かつ、水素欠乏の状態を解消することができる。その結果、燃料電池システムを停止させることなく、燃料電池15の発電を再開させることが可能となる。
また、水素欠乏復帰制御処理を実行する場合は、処理サイクル81において、排気処理aを行った後で水素供給処理bを行うことにより、これと逆の順序、すなわち水素供給処理bを行った後で排気処理aを行う場合に比べて、燃料電池セル16内の水素分圧を効率良く改善することができる。
また、燃料電池セル16の水素欠乏は、氷点下の環境で燃料電池システムを起動する場合に起こりやすい。このため、燃料電池システムの起動時に水素欠乏復帰制御処理を実行すれば、水素欠乏による燃料電池セル16の劣化をより効果的に抑制することができる。
また、水素欠乏復帰制御処理を実行する場合に、排気処理aと水素供給処理bと待機処理cとを含む処理サイクル81を繰り返すことにより、水素供給処理bによって燃料電池15に供給された水素を、複数の燃料電池セル16全体に行き渡らせることができる。このため、燃料電池15内において、各々の各燃料電池セル16の水素濃度を均一化することができる。
また、軽負荷状態に切り替えた状態で水素欠乏復帰制御処理を実行することにより、電力収支の破綻や燃料電池システムの破損を抑制することができる。
また、水素欠乏復帰制御処理において、燃料電池15内に存在する気体を排気するときの排気目標圧力を大気圧より高い圧力に設定することにより、燃料電池15内への大気の逆流を抑制することができる。
なお、本発明の技術的範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の構成要件やその組み合わせによって得られる特定の効果を導き出せる範囲において、種々の変更や改良を加えた形態も含む。
たとえば、上記実施形態においては、水素欠乏復帰制御処理を実行する期間を時間Tで管理しているが、本発明はこれに限らず、たとえば、排気処理a、水素供給処理bおよび待機処理cの繰り返し回数で管理してもよい。
また、上記実施形態においては、車両に搭載される燃料電池システムを一例に挙げたが、本発明の燃料電池システムは車両用に限らず、たとえば定置用など、様々な用途に広く適用可能である。
11 燃料電池ユニット、12 制御部、15 燃料電池、16 燃料電池セル、71 セルモニタ(電圧検出部)、81 処理サイクル。

Claims (8)

  1. 燃料電池セルを有する燃料電池を備える燃料電池ユニットと、前記燃料電池ユニットを制御する制御部と、前記燃料電池セルの電圧を検出する電圧検出部と、を備えた燃料電池システムであって、
    前記制御部は、
    前記電圧検出部によって検出された前記燃料電池セルの電圧と、前記燃料電池セルの電圧に関して予め設定された異常確定条件とを比較し、
    前記燃料電池セルの電圧が前記異常確定条件を満たす場合に、前記燃料電池内に存在する気体を排気する処理と、前記燃料電池に水素を供給する処理とを含む処理サイクルを繰り返す水素欠乏復帰制御処理を実行する、燃料電池システム。
  2. 前記制御部は、前記処理サイクルにおいて、前記燃料電池内に存在する気体を排気する処理を行った後で、前記燃料電池に水素を供給する処理を行う、請求項1に記載の燃料電池システム。
  3. 前記制御部は、燃料電池システムの起動時に、前記水素欠乏復帰制御処理を実行する、請求項1または2に記載の燃料電池システム。
  4. 前記処理サイクルは、前記燃料電池内に存在する気体を排気する処理と、前記燃料電池に水素を供給する処理と、前記気体の排気および前記水素の供給のいずれも行うことなく待機する処理とを含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
  5. 前記制御部は、軽負荷状態に切り替えた状態で、前記水素欠乏復帰制御処理を実行する、請求項1~4のいずれか一項に燃料電池システム。
  6. 前記燃料電池内に存在する気体を排気するときの排気目標圧力が大気圧より高く設定されている、請求項1~5のいずれか一項に記載の燃料電池システム。
  7. 請求項1~6のいずれか一項に記載の燃料電池システムを搭載した車両。
  8. 燃料電池を構成する燃料電池セルの電圧を検出する工程と、
    前記検出した前記燃料電池セルの電圧と、前記燃料電池セルの電圧に関して予め設定された異常確定条件とを比較する工程と、
    前記燃料電池セルの電圧が前記異常確定条件を満たす場合に、前記燃料電池内に存在する気体を排気する処理と、前記燃料電池に水素を供給する処理とを含む処理サイクルを繰り返す水素欠乏復帰制御処理を実行する工程と、
    を有する、燃料電池システムの制御方法。
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